KR101160919B1 - Sputtering apparatus for high efficiency - Google Patents

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Abstract

본 발명은 처리효율이 향상된 스퍼터 장치에 관한 것이다. 본 발명의 처리효율이 향상된 스퍼터 장치는 플라즈마 처리공간을 구비한 공정챔버; 상기 공정챔버의 내부에 구비되는 마그네틱 코어; 상기 마그네틱 코어에 권선되어 플라즈마 발생을 위한 기전력을 발생하는 안테나 코일; 상기 코일에 교류 전원 주파수를 공급하는 전원 공급원; 상기 발생된 플라즈마에 의핸 이온화되는 타겟; 및 상기 타겟으로 상기 플라즈마를 균일하게 유도하기 위한 자석;을 포함하여 상기 자석과 상기 마그네틱 코어는 상기 타겟으로 균일하게 플라즈마를 유도한다. 본 발명의 기판 처리효율이 향상된 스퍼터 장치에 의하면, 교류 전류에 의해 마그네틱 코어에서 발생된 자기장은 복수 개의 자석 사이에서 발생된 자력에 영향을 주어 플라즈마를 균일하게 타겟으로 유도할 수 있다. 또한 플라즈마가 균일하게 타겟으로 유도되어 타겟의 균일한 스퍼터링이 가능해지고, 타겟의 수명 및 효율성을 높일 수 있다. The present invention relates to a sputter apparatus with improved processing efficiency. The sputtering apparatus with improved processing efficiency of the present invention includes a process chamber having a plasma processing space; A magnetic core provided in the process chamber; An antenna coil wound around the magnetic core to generate an electromotive force for plasma generation; A power supply source for supplying an AC power frequency to the coil; A target ionized by the generated plasma; And a magnet for inducing the plasma uniformly to the target. The magnet and the magnetic core induce plasma uniformly to the target. According to the sputtering apparatus of which the substrate processing efficiency of the present invention is improved, the magnetic field generated in the magnetic core by the alternating current affects the magnetic force generated between the plurality of magnets to uniformly guide the plasma to the target. In addition, the plasma is uniformly guided to the target to enable uniform sputtering of the target, and increase the lifetime and efficiency of the target.

Description

처리효율이 향상된 스퍼터 장치{Sputtering apparatus for high efficiency}Sputtering apparatus for high efficiency

본 발명은 처리효율이 향상된 스퍼터 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 마그네틱 코어를 이용하여 효율적으로 타겟을 스퍼터링할 수 있는 처리효율이 향상된 스퍼터 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a sputtering apparatus with improved processing efficiency, and more particularly, to a sputtering apparatus with improved processing efficiency capable of sputtering a target efficiently using a magnetic core.

유리등의 절연기판을 대상물로 진행되는 평판표시장치(plat panel display device) 또는 웨이퍼(wafer)를 대상으로 진행되는 반도체소자의 제조공정에는, 상기 절연기판이나 웨이퍼 등의 대상물(이하, 기판이라 한다.) 상에 박막을 증착하는 공정이 다수 반복하여 포함된다. 이들 박막은 전도체, 유전체 또는 반도체 물질로 이루어질 수 있는데, 단층으로서 회로배선이나 전계생성전극을 구성하기도 하고, 다층으로 적층되어 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT) 등의 스위칭소자를 구성하기도 한다. 이때 특히 박막으로 증착되는 물질이 금속일 경우에 스퍼터장치가 사용될 수 있는데, 이는 대면하는 제 1 및 제 2 전극과, 이들 사이에서 서로 대면되는 기판 및 증착될 대상 물질로 이루어진 타겟(target)을 포함한다.In the process of manufacturing a semiconductor device for a flat panel display device or a wafer in which an insulating substrate such as glass is used as an object, an object such as the insulating substrate or a wafer (hereinafter referred to as a substrate) is referred to as a substrate. The process of depositing a thin film on.) Is repeatedly included. These thin films may be made of a conductor, a dielectric, or a semiconductor material, and may constitute a circuit wiring or an electric field generating electrode as a single layer, or may be stacked in multiple layers to form a switching device such as a thin film transistor (TFT). In this case, in particular, a sputtering device may be used when the material to be deposited in a thin film is a metal, which includes a first and second electrodes facing each other, a target made of a substrate facing each other and a target material to be deposited therebetween. do.

스퍼터 장치의 박막증착원리 및 동작을 간단히 설명하면, 기판과 타겟이 존재되는 영역을 진공으로 조성한 후, 제 1 전극으로 양 전압 그리고 제 2 전극으로 음 전압을 가하면서 상기 진공 영역에 아르곤(Ar) 등의 가스를 주입한다. 그러면 가스 입자는 플라즈마(plasma) 상태로 이온화되는데, 이중 양(+)으로 대전된 입자는 제 2 전극으로 가속됨에 따라 타켓으로 충돌한다. 이 충돌을 통해 타겟 재질의 금속입자를 모재로부터 비산시키고, 이 비산된 입자는 양극 방향으로 가속되어 기판 표면에 증착된다. 이때 스퍼터 장치에는 타겟으로 플라즈마를 유도하기 위한 복수 개의 자석이 구비된다. 복수 개의 자석은 타겟에 근접하게 설치되고 복수 개의 자석 사이에 형성된 자력에 의해 플라즈마는 타겟으로 유도된다. 여기서, 복수 개의 자석 사이에 형성되는 자력에 의해 타겟의 일정한 부분이 지속적으로 스퍼터링된다. 그러므로 타겟이 균일하게 스퍼터링되지 못해 타겟의 수명이 짧아질 뿐만아니라 빈번한 교체가 요구된다. 또한 아킹 및 분진이 발생하게 되어 정밀한 스퍼터링 작업을 수행하는데 어려움이 발생하였다.Briefly explaining the thin film deposition principle and operation of the sputtering apparatus, after arranging the region where the substrate and the target are present in a vacuum, argon (Ar) is applied to the vacuum region while applying a positive voltage to the first electrode and a negative voltage to the second electrode. Inject gas such as The gas particles are then ionized in a plasma state, of which the positively charged particles collide with the target as they are accelerated to the second electrode. Through this collision, the metal particles of the target material are scattered from the base material, and the scattered particles are accelerated toward the anode and deposited on the substrate surface. At this time, the sputtering device is provided with a plurality of magnets for inducing plasma to the target. The plurality of magnets are installed close to the target and the plasma is induced to the target by the magnetic force formed between the plurality of magnets. Here, a constant portion of the target is continuously sputtered by the magnetic force formed between the plurality of magnets. Therefore, the target is not uniformly sputtered, which shortens the life of the target and requires frequent replacement. Also, arcing and dust were generated, which made it difficult to perform precise sputtering operations.

본 발명의 목적은 스퍼터 장치에 구비된 복수 개의 자석간에 발생되는 자력을 교류 전류가 인가되는 마그네틱 코어를 이용하여 이동시킴으로써 균일하게 플라즈마를 타겟으로 유도하여 효율적인 스퍼터링을 할 수 있는 처리효율이 향상된 스퍼터 장치를 제공하는데 있다. 또한 균일하게 유도된 플라즈마를 통해 효율적으로 타겟을 소모할 수 있다. An object of the present invention is to improve the processing efficiency of the sputtering device that can efficiently sputter by inducing plasma uniformly by moving the magnetic force generated between a plurality of magnets provided in the sputtering device by using a magnetic core to which an alternating current is applied. To provide. In addition, the target can be efficiently consumed through the uniformly induced plasma.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 처리효율이 향상된 스퍼터 장치에 관한 것이다. 본 발명의 처리효율이 향상된 스퍼터 장치는 플라즈마 처리공간을 구비한 공정챔버; 상기 공정챔버의 내부에 구비되는 마그네틱 코어; 상기 마그네틱 코어에 권선되어 플라즈마 발생을 위한 기전력을 발생하는 안테나 코일; 상기 코일에 교류 전원 주파수를 공급하는 전원 공급원; 상기 발생된 플라즈마에 의해 이온화되는 타겟; 및 상기 타겟으로 상기 플라즈마를 균일하게 유도하기 위한 자석;을 포함하여 상기 자석과 상기 마그네틱 코어는 상기 타겟으로 균일하게 플라즈마를 유도한다.One aspect of the present invention for achieving the above technical problem relates to a sputtering device with improved processing efficiency. The sputtering apparatus with improved processing efficiency of the present invention includes a process chamber having a plasma processing space; A magnetic core provided in the process chamber; An antenna coil wound around the magnetic core to generate an electromotive force for plasma generation; A power supply source for supplying an AC power frequency to the coil; A target ionized by the generated plasma; And a magnet for inducing the plasma uniformly to the target. The magnet and the magnetic core induce plasma uniformly to the target.

일 실시예에 있어서, 상기 스퍼터 장치는 상기 기전력에 의해 유도된 자기장이 상기 공정챔버 내부로 제공되기 위한 유전체 윈도우를 더 포함한다.In one embodiment, the sputter device further comprises a dielectric window for providing the electromotive force induced magnetic field into the process chamber.

일 실시예에 있어서, 상기 마그네틱 코어는 말굽 형상으로 형성된다.In one embodiment, the magnetic core is formed in a horseshoe shape.

일 실시예에 있어서, 상기 스퍼터 장치는 상기 자석이 적어도 하나 포함되고, 각각의 상기 자석 사이에 마그네틱 코어가 구비된다.In one embodiment, the sputtering device includes at least one magnet, and a magnetic core is provided between each magnet.

일 실시예에 있어서, 상기 코일은 상기 전원 공급원과 직렬 또는 병렬로 연결된다.In one embodiment, the coil is connected in series or in parallel with the power supply.

일 실시예에 있어서, 상기 스퍼터 장치는 상기 전원 공급원으로부터 제공되는 상기 주파수 전원을 상기 안테나 코일로 분배하는 분배 회로를 포함하고, 상기 분배 회로는 병렬로 연결된 상기 안테나 코일로 공급되는 전류의 균형을 조절하는 전류 균형 회로를 포함한다.In one embodiment, the sputtering device includes a distribution circuit for distributing the frequency power provided from the power supply to the antenna coil, wherein the distribution circuit adjusts the balance of current supplied to the antenna coils connected in parallel. It includes a current balancing circuit.

일 실시예에 있어서, 상기 전원 공급원과 상기 코일 사이에 구성되어 임피던스 정합을 수행하는 임피던스 정합기를 포함한다.In one embodiment, an impedance matcher is disposed between the power supply and the coil to perform impedance matching.

일 실시예에 있어서, 상기 스퍼터 장치는 상기 공정 챔버 내부로 공정가스를 공급하기 위한 가스공급부를 포함한다.In one embodiment, the sputtering apparatus includes a gas supply unit for supplying a process gas into the process chamber.

일 실시예에 있어서, 상기 유전체 윈도우는 상기 가스 공급부로부터 공급된 상기 반응기 챔버 내부롤 분사하기 위한 가스분사홀을 포함한다.In one embodiment, the dielectric window includes a gas injection hole for injecting a roll into the reactor chamber supplied from the gas supply.

본 발명의 기판 처리효율이 향상된 스퍼터 장치에 의하면, 교류 전류에 의해 마그네틱 코어에서 발생된 자기장은 복수 개의 자석 사이에서 발생된 자력에 영향을 주어 플라즈마를 균일하게 타겟으로 유도할 수 있다. 또한 플라즈마가 균일하게 타겟으로 유도되어 타겟의 균일한 스퍼터링이 가능해지고, 타겟의 수명 및 효율성을 높일 수 있다.According to the sputtering apparatus of which the substrate processing efficiency of the present invention is improved, the magnetic field generated in the magnetic core by the alternating current affects the magnetic force generated between the plurality of magnets to uniformly guide the plasma to the target. In addition, the plasma is uniformly guided to the target to enable uniform sputtering of the target, and increase the lifetime and efficiency of the target.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 스퍼터 장치의 단면을 도시한 도면이다.
도 2는 스퍼터 장치에 설치된 마그네틱 코어를 도시한 도면이다.
도 3은 고정자석이 설치된 유전체 윈도우의 상면을 도시한 평면도이다.
도 4는 판형 타겟이 설치된 유전체 윈도우의 하면을 도시한 평면도이다.
도 5는 안테나 코일과 전원 공급원이 직렬로 연결된 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 안테나 코일과 전원 공급원이 병렬로 연결된 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스퍼터 장치의 상부 단면을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 스퍼터 장치의 상부 단면을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 스퍼터 장치의 상부 단면을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 스퍼터 장치의 상부 단면을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제6 실시예에 따른 스퍼터 장치의 상부 단면을 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 제7 실시예에 따른 스퍼터 장치의 상부 단면을 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 제8 실시예에 따른 스퍼터 장치의 상부 단면을 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 제9 실시예에 따른 스퍼터 장치의 상부 확대 사시도이다.
도 15는 본 발명의 제10 실시예에 따른 스퍼터 장치의 상부 단면을 도시한 도면이다.1 is a cross-sectional view of a sputtering apparatus according to a first preferred embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a magnetic core installed in a sputter apparatus.
3 is a plan view showing an upper surface of a dielectric window in which stator magnets are installed.
4 is a plan view showing a lower surface of the dielectric window provided with a plate-shaped target.
5 is a diagram illustrating a state in which an antenna coil and a power supply are connected in series.
6 is a diagram illustrating a state in which an antenna coil and a power supply source are connected in parallel.
7 is a diagram showing an upper cross section of the sputter apparatus according to the second embodiment of the present invention.
8 is a view showing an upper cross section of the sputter apparatus according to the third embodiment of the present invention.
9 is a view showing an upper cross section of the sputter apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
10 is a view showing an upper cross section of the sputter apparatus according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a view showing an upper cross section of the sputter apparatus according to the sixth embodiment of the present invention.
12 is a view showing an upper cross section of the sputter apparatus according to the seventh embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a view showing an upper cross section of the sputter apparatus according to the eighth embodiment of the present invention.
14 is an enlarged perspective view of an upper portion of a sputter apparatus according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a view showing an upper cross section of the sputter apparatus according to the tenth embodiment of the present invention. FIG.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
In order to fully understand the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Embodiment of the present invention may be modified in various forms, the scope of the invention should not be construed as limited to the embodiments described in detail below. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Therefore, the shape of the elements in the drawings and the like may be exaggerated to emphasize a more clear description. It should be noted that the same members in each drawing are sometimes shown with the same reference numerals. Detailed descriptions of well-known functions and constructions which may be unnecessarily obscured by the gist of the present invention are omitted.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 스퍼터 장치의 단면을 도시한 도면이고, 도 2는 스퍼터 장치에 설치된 마그네틱 코어를 도시한 도면이다.1 is a view showing a cross section of a sputtering device according to a first preferred embodiment of the present invention, Figure 2 is a view showing a magnetic core installed in the sputtering device.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 스퍼터 장치(100)는 크게 공정 챔버(120)와 그 상부에 설치되는 반응부(140)로 구성된다. 먼저 반응부(140)에 대하여 설명한다. 반응부(140)는
공정챔버(120)의 천정을 형성하는 판형상의 유전체 윈도우(190)와 그 위에 위치하는 가스 공급부(130)를 갖는다. 유전체 윈도우(190)의 상부에는 안테나 코일(162) 권선된 복수개의 마그네틱 코어(160)와 복수개의 자석이 구비되며, 유전체 윈도우(190)의 하부에는 복수개의 타겟(170)이 장착된다. 가스 공급부(130)는 상부에 하나의 가스 입구(131)가 형성되고, 하부에 복수 개의 가스 출구(132)가 형성된다. 내부에는 복수 개의 가스 출구(132)로 공정가스를 균일하게 분배하기 위하여 베플(110)이 구비된다. 가스 입구(131)를 통해 가스 공급원(154)으로부터 공정 가스가 제공된다. As shown in FIG. 1, the sputter apparatus 100 of the present invention is largely composed of a process chamber 120 and a reaction unit 140 installed thereon. First, the reaction unit 140 will be described. The reaction unit 140
A plate-shaped dielectric window 190 forming a ceiling of the process chamber 120 and a gas supply unit 130 disposed thereon. A plurality of magnetic cores 160 wound around the antenna coil 162 and a plurality of magnets are provided on the dielectric window 190, and a plurality of targets 170 are mounted below the dielectric window 190. The gas supply unit 130 has one gas inlet 131 formed at an upper portion thereof, and a plurality of gas outlets 132 formed at a lower portion thereof. Inside, a baffle 110 is provided to uniformly distribute the process gas to the plurality of gas outlets 132. Process gas is provided from gas source 154 via gas inlet 131.

도 2에 도시된 바와 같이, 마그네틱 코어(160)는 말굽 형태로 형성된다. 말굽 형태의 마그네틱 코어(160)의 양단 자속 출입구는 유전체 윈도우(190)에 접한다. 마그네틱 코어(160)는 안테나 코일(162)이 권선되어 전원 공급원(150)으로부터 주파수 전원을 공급받는다. 전원 공급원(150)과 안테나 코일(162) 사이에는 임피던스 정합기(152)가 구비되어 임피던스 정합 기능을 한다. As shown in FIG. 2, the magnetic core 160 is formed in a horseshoe shape. Both ends of the magnetic flux entry and exit of the horseshoe-shaped magnetic core 160 abut the dielectric window 190. The magnetic core 160 is wound around the antenna coil 162 to receive frequency power from the power supply 150. An impedance matcher 152 is provided between the power supply 150 and the antenna coil 162 to function as an impedance match.

타겟(170)은 마그네틱 코어(160)와 안테나 코일(162)을 통해 형성된 플라즈마에 의해 이온으로 분해된다. 분해된 이온은 피처리 기판(128)으로 떨여져서 증착된다. 여기서, 타겟(170)에는 공정 챔버(120)의 내부에 포함되는 면과 대치되는 면에 자석(175)이 구비된다. The target 170 is decomposed into ions by plasma formed through the magnetic core 160 and the antenna coil 162. The decomposed ions are deposited on the substrate 128 to be processed. Here, the target 170 is provided with a magnet 175 on the surface opposed to the surface included in the process chamber 120.

자석(175)은 마그네틱 코어(160)의 자속 출입구 사이에 구성되어 공정 챔버(120) 내부로 유도되는 플라즈마를 타겟(170)으로 유도한다. 본 발명의 제1 실시예에서는 두 개의 N극 자석(175a) 및 S극 자석(175b)을 교대적으로 극성을 달리하여 배치한다. 또한 타겟(170)은 금속으로 구성되기 때문에 타겟(170)과 자석(175) 사이에는 절연구간이 구비되는 것이 바람직하다. 타겟(170)은 플라즈마를 통해 분해될 수도 있고, 직접 타겟(170)에 전원을 공급하여 분해할 수도 있다. 이때 DC 전원(156a) 또는 AC 전원(156b)을 타겟(170)에 공급하거나 DC 전원(156a)과 AC 전원(156b)을 혼합하여 타겟(170)에 공급할 수 있다. 타겟(170)과 타겟 전원부(156) 사이에는 차폐필터(158)를 구비하여 전원 공급원(150)으로부터 공급되는 주파수 전원이 타겟 전원부(156)로 유입되는 것을 차폐한다.The magnet 175 is configured between the magnetic flux entrances and exits of the magnetic core 160 to induce the plasma induced into the process chamber 120 to the target 170. In the first embodiment of the present invention, two N-pole magnets 175a and S-pole magnets 175b are alternately arranged with different polarities. In addition, since the target 170 is made of metal, an insulating section is preferably provided between the target 170 and the magnet 175. The target 170 may be decomposed through the plasma, or may be decomposed by directly supplying power to the target 170. In this case, the DC power source 156a or the AC power source 156b may be supplied to the target 170, or the DC power source 156a and the AC power source 156b may be mixed and supplied to the target 170. A shielding filter 158 is provided between the target 170 and the target power supply unit 156 to shield the frequency power supplied from the power supply source 150 into the target power supply unit 156.

본 발명에서의 스퍼터 장치(100)는 유전체 윈도우(190)를 포함한다. 유전체 윈도우(190)는 안테나 코일(162)을 통해 마그네틱 코어(160)를 따라 유도된 자기장이 공정 챔버(120) 내부로 공급되도록 마그네틱 코어(160)의 하부에 설치되어 공정 챔버(120)의 상부에 구성된다. 또한 유전체 윈도우(190)에는 가스 공급부(130)로부터 공급되는 공정 가스를 공정 챔버(120)로 공급하기 위해 가스 분사홀(192)이 구비된다. 가스 분사홀(192)은 가스 공급부(130)의 가스 출구(132)와 가스 분사로(191)를 통해 연결된다. 또한 유전체 윈도우(190)의 하면에는 타겟(170)이 설치된다. The sputter apparatus 100 in the present invention includes a dielectric window 190. The dielectric window 190 is installed below the magnetic core 160 so that the magnetic field induced along the magnetic core 160 through the antenna coil 162 is supplied into the process chamber 120, thereby providing an upper portion of the process chamber 120. Is configured on. In addition, the dielectric window 190 is provided with a gas injection hole 192 to supply the process gas supplied from the gas supply unit 130 to the process chamber 120. The gas injection hole 192 is connected to the gas outlet 132 and the gas injection path 191 of the gas supply unit 130. In addition, a target 170 is installed on a lower surface of the dielectric window 190.

스퍼터 장치(100)는 유전체 윈도우(190)와 공정 챔버(120) 사이에는 전기적 절연 구조를 위한 절연부(144)가 구비된다. 또한 가스 공급부(130)와 절연부(144)는 마그네틱 코어(160)의 높이보다 높은 높이의 측벽으로 연결된다.The sputtering device 100 is provided with an insulating portion 144 for the electrically insulating structure between the dielectric window 190 and the process chamber 120. In addition, the gas supply unit 130 and the insulating unit 144 are connected to a sidewall having a height higher than that of the magnetic core 160.

서로 다른 극성으로 배열된 자석은 서로 자력이 형성되어 타겟(170)으로 플라즈마를 유도한다. 여기서, 자력의 영향을 받는 타겟(170) 부분은 지속적인 자력에 의해 스퍼터링이 활발하게 이루어지게 된다. 그러나 본 발명에서는 마그네틱 코어(160)를 따라 유도된 자기장의 영향을 받아 자석(175)의 자력이 미세하게 움직인다. 즉, 타겟(170)의 특정 부분으로 플라즈마가 유도되지 않고 타겟(170)의 전반적인 부분으로 유도되기 때문에 타겟(170)을 균일하게 스퍼터링할 수 있다.
Magnets arranged in different polarities are magnetically formed with each other to induce plasma to the target 170. Here, the target 170 portion affected by the magnetic force is actively sputtered by the continuous magnetic force. However, in the present invention, the magnetic force of the magnet 175 moves finely under the influence of the magnetic field induced along the magnetic core 160. That is, since the plasma is not induced to a specific portion of the target 170 but is directed to the overall portion of the target 170, the target 170 may be uniformly sputtered.

다음으로 공정 챔버(120)에 대하여 설명한다. Next, the process chamber 120 is demonstrated.

공정 챔버(120)는 내부에 피처리 기판(128)이 놓여지는 기판지지대(122)를 구비한다. 기판 지지대(122)는 바이어스 전원 공급원(미도시)에 연결되어 바이어스 될 수 있다. 바이어스 전원 공급원(미도시)이 임피던스 정합기(미도시)를 통하여 기판 지지대(122)에 전기적으로 연결되어 바이어스 된다.The process chamber 120 includes a substrate support 122 on which an object to be processed 128 is placed. The substrate support 122 may be biased by being connected to a bias power source (not shown). A bias power source (not shown) is electrically connected to the substrate support 122 via an impedance matcher (not shown) and biased.

기판 지지대(122)의 이중 바이어스 구조는 스퍼터 장치 내부에 플라즈마 발생을 용이하게 하고, 플라즈마 이온 에너지 조절을 더욱 개선시켜 공정 생산력을 향상 시킬 수 있다. 또는 단일 바이어스 구조로 변형 실시할 수도 있다. 또는 기판 지지대(122)는 바이어스 전원의 공급 없이 제로 퍼텐셜(zero potential)을 갖는 구조로 변형 실시될 수도 있다. 그리고 기판 지지대(122)는 정전척(미도시)을 포함할 수 있다. 또는 기판 지지대(122)는 히터(미도시)를 포함할 수 있다.The dual bias structure of the substrate support 122 facilitates plasma generation inside the sputter device, and further improves plasma ion energy control to improve process productivity. Alternatively, it may be modified to a single bias structure. Alternatively, the substrate support 122 may be modified to have a zero potential without supplying a bias power. In addition, the substrate support 122 may include an electrostatic chuck (not shown). Alternatively, the substrate support 122 may include a heater (not shown).

피처리 기판(128)은 예를 들어, 반도체 집적 회로 장치, 평판 디스플레이 장치, 태양전지 등과 같은 다양한 장치들의 제조를 위한 웨이퍼 기판, 유리 기판, 플라스틱 기판 등과 같은 기판들이다. 공정 챔버(120)는 진공 펌프(129)에 연결된다. The substrate 128 to be processed is, for example, substrates such as wafer substrates, glass substrates, plastic substrates, and the like for manufacturing various devices such as semiconductor integrated circuit devices, flat panel display devices, solar cells, and the like. Process chamber 120 is connected to a vacuum pump 129.

본 발명의 스퍼터 장치(100)를 이용하여 피처리 기판(128)을 처리하는 과정을 간략하게 설명하면, 본 발명의 스퍼터 장치(100)는 가스 공급부(130)의 가스 입구(131)를 통해 공정 가스가 공정 챔버(120) 내부로 주입된다. 안테나 코일(162)에 전원 공급원(150)으로부터 주파수 전원이 공급되면 자기장이 형성된다. 이때 안테나 코일(162)은 마그네틱 코어(160)에 권선되어 있어 형성된 자기장이 강화되어 공정 챔버(120) 내부에서 플라즈마 방전이 이루어진다. 플라즈마는 유전체 윈도우(190)의 하면에 구비된 타겟(170)을 스퍼터 이온으로 분해한다. 분해된 스퍼터 이온은 기판 지지대(122)에 놓인 피처리 기판(128)에 증착된다. 스퍼터 장치(100)는 냉각수 공급원(179)으로부터 냉각수를 공급받아 발열된 마그네틱 코어(160)를 냉각시킬 수 있다.
The process of processing the substrate 128 using the sputtering apparatus 100 of the present invention will be briefly described. The sputtering apparatus 100 of the present invention is processed through the gas inlet 131 of the gas supply unit 130. Gas is injected into the process chamber 120. When frequency power is supplied to the antenna coil 162 from the power source 150, a magnetic field is formed. At this time, the antenna coil 162 is wound around the magnetic core 160, and thus the magnetic field formed is strengthened, thereby causing plasma discharge in the process chamber 120. The plasma decomposes the target 170 provided on the lower surface of the dielectric window 190 into sputter ions. The decomposed sputter ions are deposited on the substrate 128 to be placed on the substrate support 122. The sputter apparatus 100 may cool the magnetic core 160 generated by receiving the coolant from the coolant supply source 179.

도 3은 고정자석이 설치된 유전체 윈도우의 상면을 도시한 평면도이다.3 is a plan view showing an upper surface of a dielectric window in which stator magnets are installed.

도 3에 도시된 바와 같이, 유전체 윈도우(190)의 상면에는 복수 개의 자석(175)이 배열된다. 마그네틱 코어(160)는 소정의 간격으로 설치된 자석(175)과 동일한 배열로 설치된다. 마그네틱 코어(160)는 말굽 내부에 자석(175)이 배치될 수 있도록 유전체 윈도우(190)에 설치된다. 또한 마그네틱 코어(160)와 자석(175)이 설치되지 않은 부분에는 복수 개의 가스 분사홀(192)이 구비된다.
As shown in FIG. 3, a plurality of magnets 175 are arranged on the top surface of the dielectric window 190. The magnetic cores 160 are installed in the same arrangement as the magnets 175 provided at predetermined intervals. The magnetic core 160 is installed in the dielectric window 190 so that the magnet 175 can be disposed inside the horseshoe. In addition, a plurality of gas injection holes 192 are provided in a portion where the magnetic core 160 and the magnet 175 are not installed.

도 4는 판형 타겟이 설치된 유전체 윈도우의 하면을 도시한 평면도이다.4 is a plan view showing a lower surface of the dielectric window provided with a plate-shaped target.

도 4에 도시된 바와 같이, 유전체 윈도우(190)의 하면에는 복수 개의 타겟판(177)이 구비된다. 타겟판(177)은 소정의 간격으로 일렬로 설치된다. 유전체 윈도우(190)는 상면에는 자석(175)이 설치되고 타겟판(177)은 자석(175)의 하부에 위치될 수 있도록 유전체 윈도우(190) 하면에 설치된다. 타겟판(177)은 유전체 윈도우(190)에 설치되는 자석(175)의 개수와 동일한 개수로 설치되는 것이 바람직하다. 또한 유전체 윈도우(190)에서 타겟판(177)의 주변으로 가스 분사홀(192)을 집중적으로 구비하여 플라즈마가 타겟판(177) 부근으로 밀집될 수 있도록 할 수도 있다.
As shown in FIG. 4, a plurality of target plates 177 are provided on a lower surface of the dielectric window 190. The target plates 177 are provided in a line at predetermined intervals. The dielectric window 190 is installed on the bottom surface of the dielectric window 190 so that the magnet 175 is installed on the top surface and the target plate 177 is positioned below the magnet 175. The target plate 177 is preferably installed in the same number as the number of magnets 175 installed in the dielectric window 190. In addition, the gas injection hole 192 may be concentrated around the target plate 177 in the dielectric window 190 so that the plasma may be concentrated near the target plate 177.

도 5는 안테나 코일과 전원 공급원이 직렬로 연결된 상태를 도시한 도면이고, 도 6은 안테나 코일과 전원 공급원이 병렬로 연결된 상태를 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating a state in which an antenna coil and a power supply are connected in series, and FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which an antenna coil and a power supply are connected in parallel.

도 5에 도시된 바와 같이, 전원 공급원(150)은 복수 개의 마그네틱 코어(160)에 권선된 안테나 코일(162)과 직렬로 연결된다. 즉, 전원 공급원(150)에서 공급되는 주파수 전원은 직렬로 연결된 안테나 코일(162)을 따라 공급되어진다. 또한 도 6에 도시된 바와 같이, 전원 공급원(150)은 복수 개의 마그네틱 코어(160)에 권선된 안테나 코일(162)과 병렬로 연결된다. 이때, 전류 분배 회로를 통하여 전류가 분배되도록 할 수 있으며, 바람직하게는 전류 균형 회로(182)를 사용하여 분배 회로를 구성한다.
As shown in FIG. 5, the power supply 150 is connected in series with the antenna coil 162 wound around the plurality of magnetic cores 160. In other words, the frequency power supplied from the power supply 150 is supplied along the antenna coil 162 connected in series. Also, as shown in FIG. 6, the power supply 150 is connected in parallel with the antenna coil 162 wound around the plurality of magnetic cores 160. At this time, the current may be distributed through the current distribution circuit, and the distribution circuit is configured using the current balance circuit 182.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스퍼터 장치의 상부 단면을 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 스퍼터 장치의 상부 단면을 도시한 도면이다.FIG. 7 is a view showing an upper cross section of the sputter apparatus according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a view showing an upper cross section of the sputter apparatus according to the third embodiment of the present invention.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따라 하나의 마그네틱 코어(160)에 한 개의 N극 자석(175a)과 한 개의 S극 자석(175b)을 길이방향으로 설치한다. 즉, N극 자석(175a)과 S극 자석(175b)의 개수를 조절하여 마그네틱 코어(160)에 설치할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 하나의 마그네틱 코어(160)에는 N극 자석(175a)과 S극 자석(175b)이 구비된 자석(175)을 세로로 복수 개 설치할 수 있다. 이때 N극 자석(175a)과 S극 자석(175b)이 서로 교대적으로 위치되도록 유전체 윈도우(190)에 설치된다.
As shown in FIG. 7, one N-pole magnet 175a and one S-pole magnet 175b are longitudinally installed in one magnetic core 160 according to the second embodiment of the present invention. That is, the number of N-pole magnets 175a and S-pole magnets 175b may be adjusted and installed in the magnetic core 160. As illustrated in FIG. 8, a plurality of magnets 175 including N-pole magnets 175a and S-pole magnets 175b may be provided in one magnetic core 160 vertically. At this time, the N pole magnet 175a and the S pole magnet 175b are installed in the dielectric window 190 so as to be alternately positioned.

도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 스퍼터 장치의 상부 단면을 도시한 도면이다.9 is a view showing an upper cross section of the sputter apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.

도 9에 도시된 바와 같이, 스퍼터 장치(120)의 상부에 특정 극성을 갖는 자석이 구비되고, 기판 지지대(122)에는 또 다른 극성을 갖는 자석이 구비되어 반응부(140)와 기판 지지대(122) 사이에서 자력이 발생되도록 한다. 예를 들어, 유전체 윈도우(190)에는 S극 자석(175b)을 설치하고, 기판 지지대(122)에는 N극 자석(175a)을 설치한다. S극 자석(175b)과 N극 자석(175a) 사이에서 자력이 발생되어 S극 자석(175b)의 하부에 위치된 타겟(170)이 플라즈마에 의해 이온화된다.
As shown in FIG. 9, a magnet having a specific polarity is provided on an upper portion of the sputtering device 120, and a magnet having another polarity is provided on the substrate support 122, such that the reaction part 140 and the substrate support 122 are provided. Magnetic force is generated between For example, the S pole magnet 175b is provided in the dielectric window 190, and the N pole magnet 175a is installed in the substrate support 122. Magnetic force is generated between the S-pole magnet 175b and the N-pole magnet 175a to ionize the target 170 positioned below the S-pole magnet 175b by the plasma.

도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 스퍼터 장치의 상부 단면을 도시한 도면이다.10 is a view showing an upper cross section of the sputter apparatus according to the fifth embodiment of the present invention.

도 10에 도시된 바와 같이, N극 자석(175a)과 S극 자석(175b) 사이에 타겟(170)이 설치될 수도 있다. 즉, N극 자석(175a)과 S극 자석(175b) 사이에 형성된 자력은 마그네틱 코어(160)에 의해 균형적으로 형성되어 타겟(170)에 플라즈마가 균일하게 유도될 수 있도록 한다. 여기서, N극 자석(175a)과 S극 자석(175b) 사이에 타겟(170)이 바로 설치되기 때문에 타겟(170)의 스퍼터 효율을 높일 수 있다.
As shown in FIG. 10, a target 170 may be installed between the N pole magnet 175a and the S pole magnet 175b. That is, the magnetic force formed between the N pole magnet 175a and the S pole magnet 175b is balanced by the magnetic core 160 so that the plasma can be uniformly guided to the target 170. Here, since the target 170 is directly installed between the N pole magnet 175a and the S pole magnet 175b, the sputter efficiency of the target 170 can be improved.

도 11은 본 발명의 제6 실시예에 따른 스퍼터 장치의 상부 단면을 도시한 도면이다.FIG. 11 is a view showing an upper cross section of the sputter apparatus according to the sixth embodiment of the present invention.

도 11에 도시된 바와 같이, N극과 S극을 갖는 자석(175)을 극성이 다른 극이 서로 마주하도록 설치한 후 각 자석(175)의 마주보는 면에 타겟(170)을 설치할 수도 있다. 이때 서로 다른 자석(175) 사이에는 판 형상의 유전체 윈도우(190)가 설치되고 유전체 윈도우(190) 상부에는 복수 개의 마그네틱 코어(160)가 길이방향을 따라 설치된다. 여기서도 복수 개의 자석(175) 사이에 형성된 자력은 마그네틱 코어(160)에 의해 유도된 자기장과 수직으로 이루며 균일하게 분포되어 타겟(170)의 균일한 스퍼터링이 이루어진다.As illustrated in FIG. 11, the magnets 175 having the N pole and the S pole may be installed such that poles having different polarities face each other, and then the target 170 may be installed on the opposite surfaces of the magnets 175. In this case, a plate-shaped dielectric window 190 is installed between the different magnets 175, and a plurality of magnetic cores 160 are installed along the length direction of the dielectric window 190. Here too, the magnetic force formed between the plurality of magnets 175 is perpendicular to the magnetic field induced by the magnetic core 160 and is uniformly distributed to achieve uniform sputtering of the target 170.

도 12는 본 발명의 제7 실시예에 따른 스퍼터 장치의 상부 단면을 도시한 도면이고, 도 13은 본 발명의 제8 실시예에 따른 스퍼터 장치의 상부 단면을 도시한 도면이다.12 is a view showing an upper cross section of the sputtering apparatus according to the seventh embodiment of the present invention, and FIG. 13 is a view showing an upper cross section of the sputtering apparatus according to the eighth embodiment of the present invention.

도 12에 도시된 바와 같이, N극과 S극을 갖는 자석(175)을 극성이 다른 극이 서로 마주하도록 설치한다. 각 자석(175)의 마주보는 면에는 타겟(170)을 설치하여 플라즈마에 의한 스퍼터링이 이루어지도록 한다. 이때 서로 다른 자석(175)사이에는 판 형상의 유전체 윈도우(190)가 설치되고 유전체 윈도우(190) 상부에는 복수 개의 마그네틱 코어(160)가 설치된다. 마그네틱 코어(160)는 유전체 윈도우(190)의 폭 방향으로 복수 개가 설치된다. 여기서도 복수 개의 자석(175) 사이에 형성된 자력은 마그네틱 코어(160)를 통해 유도된 자기장에 의해 균일하게 분포되어 타겟(170)의 균일한 스퍼터링이 이루어진다. As shown in Fig. 12, a magnet 175 having an N pole and an S pole is provided so that poles having different polarities face each other. On the opposite surface of each magnet 175, a target 170 is installed to allow sputtering by plasma. In this case, a plate-shaped dielectric window 190 is installed between the different magnets 175, and a plurality of magnetic cores 160 are installed on the dielectric window 190. The plurality of magnetic cores 160 are installed in the width direction of the dielectric window 190. Here too, the magnetic force formed between the plurality of magnets 175 is uniformly distributed by the magnetic field induced through the magnetic core 160 to achieve uniform sputtering of the target 170.

또한 도 13에 도시된 바와 같이, 세 개의 자석(175) 사이에 설치된 두 개의 유전체 윈도우(190)에 마그네틱 코어(160)의 각 말굽을 설치한다. 마그네틱 코어(160)에 의해 유도된 자기장은 복수 개의 자석(175)에 형성되는 자력에 영향을 주어 타겟(170)의 균일한 스퍼터링이 이루어지도록 한다.
In addition, as shown in FIG. 13, each horseshoe of the magnetic core 160 is installed in two dielectric windows 190 installed between three magnets 175. The magnetic field induced by the magnetic core 160 affects the magnetic force formed in the plurality of magnets 175 to allow uniform sputtering of the target 170.

도 14는 본 발명의 제9 실시예에 따른 스퍼터 장치의 상부 확대 사시도이고, 도 15는 본 발명의 제10 실시예에 따른 스퍼터 장치의 상부 단면을 도시한 도면이다.FIG. 14 is an enlarged perspective view of a sputter apparatus according to a ninth embodiment of the present invention, and FIG. 15 is a view illustrating an upper cross section of the sputter apparatus according to the tenth embodiment of the present invention.

도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, N극과 S극을 갖는 자석(175)을 삼각 형상으로 형성하고, 복수 개의 자석(175)의 마주보는 면에 타겟(170)을 설치하여 플라즈마에 의한 스퍼터링이 이루어지도록 한다. 이때에도 복수 개의 자석(175) 사이에 유전체 윈도우(190)가 설치된다. 복수 개의 마그네틱 코어(160)는 유전체 윈도우(190)의 길이 방향을 따라 설치되거나 두 개의 유전체 윈도우(190)에 걸쳐 마그네틱 코어(160)의 말굽이 설치될 수 있다.As shown in FIGS. 14 and 15, a magnet 175 having an N pole and an S pole is formed in a triangular shape, and a target 170 is installed on an opposite surface of the plurality of magnets 175 to form a plasma. Allow sputtering to occur. In this case, the dielectric window 190 is installed between the plurality of magnets 175. The plurality of magnetic cores 160 may be installed along the length direction of the dielectric window 190 or a horseshoe of the magnetic core 160 may be installed over the two dielectric windows 190.

이상에서 설명된 본 발명의 스퍼터 장치의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The embodiment of the sputtering apparatus of the present invention described above is merely illustrative, and those skilled in the art will appreciate that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. There will be. Accordingly, it is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiments. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims. It is also to be understood that the invention includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

100: 스퍼터 장치 120: 공정챔버
122: 기판 지지대 128: 피처리 기판
130: 가스 공급부 131: 가스 입구
132: 가스 출구 144: 절연부
150: 전원 공급원 152: 임피던스 정합기
154: 가스 공급원 156: 타겟 전원부
156a: DC 전원 156b: AC전원
158: 차폐필터 160: 마그네틱 코어
162: 안테나 코일 170: 타겟
175: 자석 179: 냉각수 공급원
182: 전류 분배 회로 190: 유전체 윈도우
191: 가스 분사로 192: 가스 분사홀100: sputtering device 120: process chamber
122: substrate support 128: substrate to be processed
130: gas supply unit 131: gas inlet
132: gas outlet 144: insulation
150: power source 152: impedance matcher
154: gas supply source 156: target power supply
156a: DC power 156b: AC power
158: shielding filter 160: magnetic core
162: antenna coil 170: target
175: magnet 179: coolant source
182: current distribution circuit 190: dielectric window
191: gas injection furnace 192: gas injection hole

Claims (9)

플라즈마 처리공간과 피처리 기판이 놓이는 기판 지지대를 갖는 공정챔버;
상기 공정챔버의 상부에 설치되는 판 형상의 유전체 윈도우;
상기 유전체 윈도우 상면에 설치되며 안테나 코일이 권선된 복수개의 마그네틱 코어;
상기 유전체 윈도우 하면에 설치되며 이온화되는 복수개의 금속 타켓;
상기 복수개의 금속 타켓 상부에 위치하도록 상기 유전체 윈도우 상면에서 설치되는 복수개의 자석;
상기 안테나 코일에 교류 전원 주파수를 공급하는 전원 공급원;
상기 금속 타켓으로 전원을 공급하는 타켓 전원 공급원; 및
상기 금속 타켓과 상기 타켓 전원 공급원 사이에 연결되어 상기 교류 전원 주파수가 유입되는 것을 차단하기 위한 차폐 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.A process chamber having a substrate support on which a plasma processing space and a substrate to be processed are placed;
A plate-shaped dielectric window disposed above the process chamber;
A plurality of magnetic cores installed on an upper surface of the dielectric window and wound around an antenna coil;
A plurality of metal targets installed on the lower surface of the dielectric window and ionized;
A plurality of magnets disposed on an upper surface of the dielectric window to be positioned above the plurality of metal targets;
A power supply source supplying an AC power frequency to the antenna coil;
A target power supply source for supplying power to the metal target; And
And a shielding filter connected between the metal target and the target power supply to block the AC power frequency from being introduced. 제1항에 있어서,
상기 유전체 윈도우는 복수개의 가스분사홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.The method of claim 1,
And the dielectric window comprises a plurality of gas injection holes. 제1항에 있어서,
상기 마그네틱 코어는 말굽 형상을 갖고, 상기 자석은 상기 마그네틱 코어의 양단 자속 출입구 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.The method of claim 1,
The magnetic core has a horseshoe shape, and the magnet is disposed between the magnetic flux entrance of both ends of the magnetic core. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 안테나 코일은 상기 전원 공급원과 직렬 또는 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.The method of claim 1,
And the antenna coil is connected in series or in parallel with the power supply. 제5항에 있어서,
상기 스퍼터 장치는 상기 전원 공급원으로부터 제공되는 상기 주파수 전원을 상기 안테나 코일로 분배하는 분배 회로를 포함하고, 상기 분배 회로는 병렬로 연결된 상기 안테나 코일로 공급되는 전류의 균형을 조절하는 전류 균형 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.The method of claim 5,
The sputtering device includes a distribution circuit for distributing the frequency power provided from the power supply to the antenna coil, the distribution circuit including a current balance circuit for adjusting the balance of current supplied to the antenna coils connected in parallel. Sputtering apparatus characterized by the above-mentioned. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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