KR100875356B1

KR100875356B1 - Ｐｖｄ 공정 챔버 시스템

Info

Publication number: KR100875356B1
Application number: KR1020070067326A
Authority: KR
Inventors: 이성원
Original assignee: 주식회사 동부하이텍
Priority date: 2007-07-05
Filing date: 2007-07-05
Publication date: 2008-12-22

Abstract

본 발명은 PVD 공정 챔버의 타겟과 히터의 구조를 개선하여 웨이퍼의 증착 균일성을 향상시키고, 증착공정이 수행되는 타겟과 웨이퍼 부위에 공정가스가 집중되도록 하여 챔버 내부의 주변부로 손실되는 것을 방지함으로써 파티클 발생을 방지할 수 있도록 하는 PVD 공정 챔버 시스템에 관한 것이다.

이를 실현하기 위한 본 발명은, 웨이퍼를 척킹함과 아울러 척킹된 웨이퍼의 온도를 조절하는 히터; 공정 챔버 내부로 아르곤을 공급하는 아르곤 분사구;및 상기 웨이퍼의 상측에 위치하고, 일측에는 자기장을 형성하는 마그넷이 구비되며, 상기 아르곤의 이온과 충돌하여 금속원자를 방출하는 타겟;을 포함하여 이루어지는 PVD 공정 챔버 시스템에 있어서, 상기 타겟은 외측 둘레가 다각형 모양으로 형성되고, 상기 타겟을 관통하는 공급라인을 경유하여 상기 타겟의 하측 공간부로 아르곤을 분사하는 공정아르곤 분사구를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 공정아르곤 가스가 타겟과 웨이퍼 사이에 집중되도록 하여 웨이퍼에 증착되는 막 두께의 균일성을 향상시키고, 공정가스의 손실을 방지하여 파티클의 발생을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.

PVD, 타겟, 히터, 마그넷, 아르곤.

Description

ＰＶＤ 공정 챔버 시스템{Physical vapor Deposition process chamber system}

도 1은 종래 PVD 공정 챔버 시스템의 구성도,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 PVD 공정 챔버 시스템의 구성도,

도 3은 도 2에 도시된 타겟의 평면도,

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 PVD 공정 챔버 시스템의 구성도,

도 5는 도 4에 도시된 타겟의 평면도,

도 6은 도 4에 도시된 히터의 평면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10,20,40 : 공정 챔버 12,22,50 : 타겟

14 : 마그넷 15 : 아르곤 가스 공급포트

16,60 : 히터 18 : 웨이퍼

24 : 공정아르곤 분사구 25 : 아르곤 유량조절기

26 : 내측 아르곤 분사구 27 : 외측 아르곤 분사구

43 : 1차 마그넷 45 : 2차 마그넷

47 : 코일 67 : 진공포트

본 발명은 PVD 공정 챔버 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 PVD 공정 챔버의 타겟과 히터의 구조를 개선하여 웨이퍼의 증착 균일성을 향상시키고, 증착공정이 수행되는 타겟과 웨이퍼 부위에 공정가스가 집중되도록 하여 챔버 내부의 주변부로 손실되는 것을 방지함으로써 파티클 발생을 방지할 수 있도록 하는 PVD 공정 챔버 시스템에 관한 것이다.

반도체 소자를 제조하기 위한 공정중 PVD(Physical Vapor Deposition) 공정을 실시하는 장치중 스퍼터링(Sputtering)장치는 알루미늄(Al)이나 티타늄(Ti) 등의 메탈의 막을 웨이퍼 표면에 증착시켜 전극이나 배선을 형성하는 장치이다.

즉, 스퍼터링 장치는 불활성 기체인 아르곤(Ar) 가스가 존재하는 진공 상태의 공정 챔버내에서 양극과 음극사이에 고전압을 인가하면 플라즈마가 형성된다. 이 때, 강한 전기장 속에서 아르곤(Ar) 가스는 Ar⁺ 또는 Ar² ⁺ 로 이온화된다. 이러한 양이온들은 음으로 대전된 캐소드 타겟으로 가속되어 충돌을 일으키며, 이러한 충돌에 의해 타겟 재료인 알루미늄(Al)이나 티타늄(Ti) 원자를 튀어나오게 함으로써 웨이퍼 표면에 얇은 막을 증착시키는 것이다.

종래의 PVD 장치중 스퍼터링 장치의 공정 챔버를 첨부된 도면을 참조하여 설 명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 PVD 공정 챔버 시스템의 구성도이다.

공정 챔버(10) 내부의 구성은 웨이퍼(18)가 안착되는 히터(16)와, 상기 웨이퍼(18)의 상측으로 타겟(12)이 위치한다. 상기 타겟(12)의 일측에 위치한 마그넷(14)은 회전하면서 공정 챔버(10) 내부에 자장을 형성하게 된다.

상기 히터(16)는 정전 척(electrostatic chuck)과 가열 기능을 가지며, 상측면에 웨이퍼(18)를 척킹(chucking)함과 아울러 척킹된 웨이퍼(18)의 온도를 조절한다.

상기 타겟(12)의 중앙부위는 도시된 바와 같이 두꺼운 형상으로 되어 있는데 이는 스퍼터 공정시에 타겟(12)의 중앙부위가 많이 소모되기 때문이다.

그러나 종래의 타겟(12)은 그 형상이 디스크(Disk) 타입 또는 플레이트(Plate) 타입으로 되어 있어 사용시간이 경과함에 따라 타겟(12)의 어느 한 부분이 다른 부분 보다 더욱 많이 닳게 되는 쏠림현상이 발생하게 되어 증착 공정후 웨이퍼(18)의 중앙부분과 가장자리 부분에 증착되는 막의 두께가 불균일해지는 문제점이 있다.

공정 챔버(10)의 일측 하단부에는 아르곤 가스 공급포트(15)가 별도로 설치되어 공정 챔버(10) 내부로 아르곤(Ar) 가스를 공급하게 되고, 상기 아르곤 가스가 타겟(12)에 충돌하게 된다.

이와 같이 종래의 공정 챔버(10)에서는 아르곤 가스 공급포트(15)가 실질적인 공정이 진행되는 부분인 타겟(12)과 웨이퍼(18)간의 공간부와는 떨어진 별도의 위치에 설치되어 공정 챔버(10) 내부에 전체적으로 아르곤 가스를 공급하는 구조이므로 공정이 진행된 후에 공정 챔버(10) 내부에 부산물의 잔류량이 많아지게 되어 파티클(particle)을 발생시키는 원인이 되며, 다음 공정의 진행시 파티클로 인한 공정의 불안정을 초래하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, PVD 공정으로 웨이퍼 표면에 증착되는 막의 균일성을 향상시키고, 공정중 공정 챔버 내부에 남게 되는 부산물로 인하여 발생하는 파티클의 발생을 최소화시킬 수 있도록 하는 PVD 공정 챔버 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명 PVD 공정 챔버 시스템의 일실시예는, 웨이퍼를 척킹함과 아울러 척킹된 웨이퍼의 온도를 조절하는 히터; 공정 챔버 내부로 아르곤을 공급하는 아르곤 분사구;및 상기 웨이퍼의 상측에 위치하고, 일측에는 자기장을 형성하는 마그넷이 구비되며, 상기 아르곤의 이온과 충돌하여 금속원자를 방출하는 타겟;을 포함하여 이루어지는 PVD 공정 챔버 시스템에 있어서, 상기 타겟은 외측 둘레가 다각형 모양으로 형성되고, 상기 타겟을 관통하는 공급라인을 경유하여 상기 타겟의 하측 공간부로 아르곤을 분사하는 공정아르곤 분사구를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 공정아르곤 분사구의 외측 둘레 방향으로는 간격을 두고 2중으로 내,외측 아르곤 분사구를 추가로 구비하되, 내측 아르곤 분사구는 상기 공정아르곤 분사구 방향으로 기울어져 분사되고, 외측 아르곤 분사구는 수직 하방향으로 분사되며, 상기 공정아르곤 분사구 및 내,외측 아르곤 분사구는 상기 타겟의 중심부에서 가장자리 방향으로 순차로 다수 세트가 배열되는 것을 특징으로 한다.

본 발명 PVD 공정 챔버 시스템의 다른 실시예는, 웨이퍼를 척킹함과 아울러 척킹된 웨이퍼의 온도를 조절하는 히터; 공정 챔버 내부로 아르곤을 공급하는 아르곤 분사구;및 상기 웨이퍼의 상측에 위치하고, 일측에는 자기장을 형성하는 마그넷이 구비되며, 상기 아르곤의 이온과 충돌하여 금속원자를 방출하는 타겟;을 포함하여 이루어지는 PVD 공정 챔버 시스템에 있어서, 상기 타겟은 상측의 폭은 넓고 하측 방향으로 폭이 점차 줄어드는 배모양으로 형성되고, 상기 타겟면의 둘레방향으로는 서로 다른 방향으로 회전되는 2중의 마그넷과, 상기 2중의 마그넷의 사이에 설치된 코일을 구비하되, 상기 2중의 마그넷과 코일은 상기 타겟의 중심부에서 가장자리 방향으로 다수 세트 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 타겟의 측방향 둘레면에는 아르곤이 수직하방향으로 분사되도록 하는 아르곤 분사구를 포함하고, 상기 히터는 하측에서 상측방향으로 관통하는 공급라인을 경유하여 상기 히터의 상측 공간부로 아르곤을 분사하는 2중의 아르곤 분사구를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 2중의 아르곤 분사구는 서로 다른 반대 방향으로 기울어져 있는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 PVD 공정 챔버 시스템의 구성도이고, 도 3은 도 2에 도시된 타겟의 평면도를 나타낸다.

타겟(22)의 중앙측으로는 공정아르곤 유량조절기(23)에서 분사량을 조절하여 공급라인(24)을 통해 공정가스인 아르곤이 분사되는 공정아르곤 분사구(24a,24b,24c)가 타겟(22)의 중앙부에서 가장자리 방향으로 일정한 간격을 두고 순차로 형성되어 있다.

상기 타겟(22)의 일측으로는 아르곤 유량조절기(25)에서 분사량을 조절하여 공급라인(26,27)을 통해 아르곤이 분사되는 내측 아르곤 분사구(26a,26b,26c)와 외측 아르곤 분사구(27a,27b,27c)가 타겟(22)의 중앙부에서 가장자리 방향으로 일정한 간격을 두고 순차로 형성되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 타겟(22)의 중앙부에는 공정아르곤 분사구(24a), 내측 아르곤 분사구(26a), 외측 아르곤 분사구(27a)가 순차로 형성되고, 그 외측 둘레로는 공정아르곤 분사구(24b), 내측 아르곤 분사구(26b), 외측 아르곤 분사구(27b)가 형성되고, 다시 그 외측 둘레로 공정아르곤 분사구(24c), 내측 아르곤 분사구(26c), 외측 아르곤 분사구(27c)가 형성되어 있다.

이 때, 상기 공정아르곤 분사구(24)를 통해 분사되는 아르곤 가스는 PVD 공 정에 직접 관여되는 것이고, 상기 내측 아르곤 분사구(26)와 외측 아르곤 분사구(27)를 통해 분사되는 아르곤 가스의 경우는 공정에 관여하는 아르곤 가스가 외부로 분산됨을 방지하고 각 구역에 집중시키기 위한 목적으로 사용되는 것이다.

상기 각 분사구에서의 아르곤 가스의 분사방향은 공정아르곤 분사구(24)와 외측 아르곤 분사구(27)의 경우는 수직 하방향으로 분사되고, 내측 아르곤 분사구(26)의 경우에는 타겟(22)의 중심방향을 향하도록 약 30도 정도 경사지게 형성된다.

따라서 공정아르곤 분사구(24)에서 수직 하방향으로 분사되는 아르곤 가스는 그 외측의 내측 아르곤 분사구(26)에서 분사되는 아르곤 가스에 의해 중앙 방향으로 집중되며, 상기 내측 아르곤 분사구(26)의 외측에 형성된 외측 아르곤 분사구(27)에서 분사되는 아르곤 가스는 차단막의 역할을 하여 아르곤 가스가 상기 외측 아르곤 분사구(27)의 외측으로 분산됨을 방지하게 된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 공정아르곤 분사구(24)와 내측 아르곤 분사구(26) 및 외측 아르곤 분사구(27)는 타겟(22)의 중심부에서 가장자리 방향으로 순차로 서로 교차되는 형태로 배열되며, 이러한 구조를 통하여 각 해당 구획별로 공정아르곤 가스를 타겟(22)과 웨이퍼(18) 사이의 공간부에 집중시킬 수 있게 된다.

도 2와 도 3에 도시된 본 발명의 일실시예에서는 타겟(22)의 형상을 8각형으로 구성하고, 각 아르곤 분사구(24,26,27)의 배열을 3 세트로 구성하였으나, 타겟(22)의 형상은 원형을 제외한 다각형으로 구성하는 한, 시간 경과에 따른 타겟(22)의 마모량의 쏠림 현상이 방지되고 공정가스의 외부로의 손실이 방지되어 본 발명이 추구하는 웨이퍼(18) 표면에 증착되는 막두께의 균일성이 향상될 것이며, 상기 배열의 수는 타겟(22)의 특성에 따라 달리 구성될 수 있음은 당업자에게 있어서 자명한 사항일 것이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 PVD 공정 챔버 시스템의 구성도이고, 도 5는 도 4에 도시된 타겟의 평면도이며, 도 6은 도 4에 도시된 히터의 평면도를 나타낸다.

타겟(50)의 형상이 상측의 폭은 넓고 하측 방향으로 폭이 점차 줄어드는 배모양으로 형성하고, 타겟(50)의 둘레면에는 상측에서 하측방향으로 1차 마그넷(43)과 2차 마그넷(45)이 서로 반대방향으로 회전하고, 상기 1차 마그넷(43)과 2차 마그넷(45)의 사이에는 상기 1차,2차마그넷(43,45)의 활성화시키기 위한 코일(47)이 감겨져 있다.

도 4와 도 5에서는 타겟(50)의 상측에는 하측 방향으로 순차로 1차 마그넷(43b), 코일(47c), 2차 마그넷(45b), 코일(47b), 1차 마그넷(43a), 코일(47a), 2차 마그넷(45a)이 타겟(50)의 둘레에 감겨진 구성을 나타낸다.

또한, 타겟(50)의 외측 둘레에는 유량조절기(41)로부터 공급되는 아르곤 가스가 수직 하방향으로 분사되도록 하여, 후술하는 히터(60)를 관통하여 상측으로 분사되는 공정아르곤 가스가 중앙으로 집중되도록 하고 외부로 손실됨을 방지하는 차단막 역할을 하게 된다.

웨이퍼(18)를 척킹하고 가열하는 히터(60)에는 아르곤 유량조절기(62,64)로 부터 각각의 공급라인(63,65)을 따라서 분사구멍(63a,65a)을 통하여 공정아르곤 가스가 상측으로 분사된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 분사구멍(63a,65a)은 진공포트(67) 위에 안착되는 웨이퍼(18)의 외측 둘레로 일정 간격을 두고 형성되며, 내측에 위치하는 분사구멍(63a)과 외측에 위치하는 분사구멍(63b)은 각각 서로 다른 방향으로 약 30도의 각도로 기울어져 형성함으로써 상기 히터(60)의 상측으로 일정한 유속으로 분사되는 공정아르곤 가스가 타겟(50)과의 충돌을 촉진시키게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 PVD 공정 챔버 시스템에 의하면 타겟과 히터의 구조를 개선하고 아르곤 가스 공급이 타겟과 웨이퍼 사이의 공간부에 집중되도록 함으로써 웨이퍼에 증착되는 막 두께의 균일성을 향상시키고, 공정가스의 손실을 방지하여 공정후 공정 챔버 내부에 잔류하는 부산물의 양을 최소화시켜 후속 공정에서의 파티클의 발생을 최소화시킴으로써 PVD 공정을 안정화시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims

웨이퍼를 척킹함과 아울러 척킹된 웨이퍼의 온도를 조절하는 히터;

공정 챔버 내부로 아르곤을 공급하는 아르곤 분사구; 및

상기 웨이퍼의 상측에 위치하고, 일측에는 자기장을 형성하는 마그넷이 구비되며, 상기 아르곤의 이온과 충돌하여 금속원자를 방출하는 타겟;을 포함하여 이루어지는 PVD 공정 챔버 시스템에 있어서,

상기 타겟은 외측 둘레가 다각형 모양으로 형성되고, 상기 타겟을 관통하는 공급라인을 경유하여 상기 타겟의 하측 공간부로 아르곤을 분사하는 공정아르곤 분사구 및 상기 공정아르곤 분사구의 외측 둘레 방향으로는 간격을 두고 2중으로 내,외측 아르곤 분사구를 추가로 구비함과 아울러 상기 내측 아르곤 분사구는 상기 공정아르곤 분사구 방향으로 기울어져 분사되고, 상기 외측 아르곤 분사구는 수직 하방향으로 분사되며, 상기 공정아르곤 분사구 및 상기 내,외측 아르곤 분사구는 상기 타겟의 중심부에서 가장자리 방향으로 순차로 다수 세트가 배열되는 것을 특징으로 하는 PVD 공정 챔버 시스템.
삭제
웨이퍼를 척킹함과 아울러 척킹된 웨이퍼의 온도를 조절하는 히터;

공정 챔버 내부로 아르곤을 공급하는 아르곤 분사구;및

상기 웨이퍼의 상측에 위치하고, 일측에는 자기장을 형성하는 마그넷이 구비되며, 상기 아르곤의 이온과 충돌하여 금속원자를 방출하는 타겟;을 포함하여 이루어지는 PVD 공정 챔버 시스템에 있어서,

상기 타겟은 상측의 폭은 넓고 하측 방향으로 폭이 점차 줄어드는 배모양으로 형성되고, 상기 타겟면의 둘레방향으로는 서로 다른 방향으로 회전되는 2중의 마그넷과, 상기 2중의 마그넷의 사이에 설치된 코일을 구비하되, 상기 2중의 마그넷과 코일은 상기 타겟의 중심부에서 가장자리 방향으로 다수 세트 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 PVD 공정 챔버 시스템.
제 3 항에 있어서, 상기 타겟의 측방향 둘레면에는 아르곤이 수직하방향으로 분사되도록 하는 아르곤 분사구를 포함하고, 상기 히터는 하측에서 상측방향으로 관통하는 공급라인을 경유하여 상기 히터의 상측 공간부로 아르곤을 분사하는 2중의 아르곤 분사구를 포함하는 것을 특징으로 하는 PVD 공정 챔버 시스템.
제 4 항에 있어서, 상기 2중의 아르곤 분사구는 서로 다른 반대 방향으로 기울어져 있는 것을 특징으로 하는 PVD 공정 챔버 시스템.