KR101429069B1 - 성막 장치 및 성막 방법 - Google Patents

성막 장치 및 성막 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101429069B1
KR101429069B1 KR1020117031073A KR20117031073A KR101429069B1 KR 101429069 B1 KR101429069 B1 KR 101429069B1 KR 1020117031073 A KR1020117031073 A KR 1020117031073A KR 20117031073 A KR20117031073 A KR 20117031073A KR 101429069 B1 KR101429069 B1 KR 101429069B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
magnetic field
target
field generating
chamber
generating portion
Prior art date
Application number
KR1020117031073A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120027033A (ko
Inventor
슈지 고다이라
도모유키 요시하마
고키치 가마다
가즈마사 호리타
준이치 하마구치
시게오 나카니시
사토루 도요다
Original Assignee
가부시키가이샤 아루박
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 아루박 filed Critical 가부시키가이샤 아루박
Publication of KR20120027033A publication Critical patent/KR20120027033A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101429069B1 publication Critical patent/KR101429069B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3402—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
    • H01J37/3405—Magnetron sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • C23C14/351—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering using a magnetic field in close vicinity to the substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/345—Magnet arrangements in particular for cathodic sputtering apparatus
    • H01J37/3452—Magnet distribution
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/02631—Physical deposition at reduced pressure, e.g. MBE, sputtering, evaporation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
    • H01L21/28512—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L21/2855—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table by physical means, e.g. sputtering, evaporation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76841—Barrier, adhesion or liner layers
    • H01L21/76871—Layers specifically deposited to enhance or enable the nucleation of further layers, i.e. seed layers
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

이 성막 장치(1)는, 피막(L)이 형성되는 피처리체(W)와 스퍼터링면(3a)을 가진 타겟(3)이 대향하도록 상기 피처리체(W) 및 상기 타겟(3) 모두가 배치되는 내부 공간과, 측벽을 가진 챔버(2)와, 상기 챔버(2)안을 감압하는 배기부(12)와, 상기 스퍼터링면(3a)이 노출되어 있는 상기 내부 공간에 자기장을 발생시키는 제1 자기장 발생부(4)와, 상기 타겟(3)에 음의 직류 전압을 인가하는 직류 전원(9)과, 상기 챔버(2)안에 스퍼터링 가스를 도입하는 가스 도입부(11)와, 상기 타겟(3)에 가까운 위치에 배치되어 상기 타겟(3)에 인접한 위치에서 수직인 자력선이 지나가도록 자기장을 발생시키는 제2 자기장 발생부(13)와, 상기 피처리체(W)에 가까운 위치에 배치되어 상기 자력선을 상기 챔버(2)의 상기 측벽에 유도하도록 자기장을 발생시키는 제3 자기장 발생부(18)를 포함한다.

Description

성막 장치 및 성막 방법{Film-forming apparatus and film-forming method}
본 발명은 피처리체의 표면에 피막을 형성하기 위해 사용되는 성막 장치에 관한 것으로서, 특히 박막 형성 방법의 일종인 스퍼터링법을 사용한 DC 마그네트론 방식의 성막 장치에 관한 것이다.
본원은 2009년 7월 17일에 출원된 일본 특허출원 2009-169449호에 기초하여 우선권을 주장하고 그 내용을 여기에 원용한다.
종래에 예를 들면 반도체 디바이스 제작시의 성막 공정에서는 스퍼터링법을 사용한 성막 장치(이하, 「스퍼터링 장치」라고 한다.)가 사용되었다.
이와 같은 용도의 스퍼터링 장치에서는 최근 배선 패턴의 미세화에 따라 처리해야 할 기판 전면에 고 어스펙트비의 홀 또는 트렌치 및 미세 패턴에 대해 양호한 피복성으로 피막을 성막할 수 있도록 강하게 요구되고 있다.
일반적인 스퍼터링 장치에서는, 스퍼터링 가스가 도입된 진공 챔버 내에 타겟이 배치되어 있고 타겟에 음의 전압을 인가함으로써 스퍼터링 가스(예를 들면, 아르곤 가스)를 이온화시켜 타겟에 충돌시킨다. 이 충돌에 의해 타겟의 표면에서 스퍼터링 입자가 튀어 나온다.
타겟은 Cu,Al,Ti 또는 Ta 등의 재료(박막의 배선을 구성하는 재료)로 형성되어 있다. 따라서 스퍼터링 입자로서 Cu,Al,Ti 또는 Ta원자가 타겟에서 튀어 나오고 이 재료가 기판에 부착되어 박막이 기판상에 형성된다.
진공 챔버 내에서 박막이 형성되는 기판과 타겟은 소정 간격으로 이격되어 대향 배치되어 있다.
또 DC 마그네트론 방식의 스퍼터링 장치에서는, 타겟 이면에 설치된 자기장 발생부(예를 들면, 영구자석 등)에 의해 타겟 표면에 자계가 형성된다.
이와 같이 자계가 발생되는 상태에서 타겟에 음의 전압을 인가함으로써 스퍼터링 가스 이온이 타겟 표면에 충돌하여 타겟재를 구성하는 원자 및 2차 전자가 타겟으로부터 방출된다.
이 2차 전자를 타겟 표면에 형성된 자계 중에서 순회시킴으로써 스퍼터링 가스(아르곤 가스 등의 불활성 가스)와 2차 전자의 이온화 충돌 빈도를 증대시켜 플라즈마 밀도를 높이고 박막이 기판상에 형성되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
그러나 상기 스퍼터링 장치에서는, 자기장 발생부에 의해 타겟 표면에 형성된 자계에 의한 속박을 벗어난 전자, 아르곤 이온 또는 메탈 이온(Cu,Al,Ti,Ta등)이 기판에 도달하여 기판이 손상된다는 문제가 있었다. 또 전자가 기판에 충돌함으로써 기판 표면의 온도가 상승하여 기판의 품질이 떨어진다는 문제가 있었다.
특허문헌 1: 일본특개2000-144412호 공보
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 아르곤 이온, 메탈 이온 및 전자의 입사 방향을 제어함으로써 기판에 대한 손상을 방지하고 또한 기판의 온도 상승을 방지할 수 있도록 하는 성막 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 태양의 성막 장치는, 피막이 형성되는 피처리체와 스퍼터링면을 가진 타겟(피막의 모재)이 대향하도록 상기 피처리체 및 상기 타겟 모두가 배치(수납)되는 내부 공간과, 측벽을 가진 챔버와, 상기 챔버내를 감압하는 배기부와, 상기 스퍼터링면이 노출되어 있는 상기 내부 공간(스퍼터링면의 전방)에 자기장을 발생시키는 제1 자기장 발생부와, 상기 타겟에 음의 직류 전압을 인가하는 직류 전원과, 상기 챔버 내에 스퍼터링 가스를 도입하는 가스 도입부와, 상기 타겟에 가까운 위치(타겟의 근방쪽)에 배치되어 상기 타겟에 인접한 위치에서(타겟의 근방에서) 수직인 자력선이 지나가도록 자기장을 발생시키는 제2 자기장 발생부와, 상기 피처리체에 가까운 위치(피처리체의 근방쪽)에 배치되어 상기 자력선을 상기 챔버의 상기 측벽으로 유도하도록 자기장을 발생시키는 제3 자기장 발생부를 포함한다.
본 발명의 태양의 성막 장치에서는, 상기 제2 자기장 발생부 및 상기 제3 자기장 발생부는 상기 챔버 주위에서 서로 소정 간격으로 이격되어 설치되고 또한 전원 장치를 구비한 코일로서, 상기 제2 자기장 발생부에 인가되는 전류의 극성과 상기 제3 자기장 발생부에 인가되는 전류의 극성이 서로 반대가 되도록 상기 제2 자기장 발생부 및 상기 제3 자기장 발생부에 전류가 인가되는 것이 바람직하다.
본 발명의 태양의 성막 장치에서는, 상기 제2 자기장 발생부 및 상기 제3 자기장 발생부에 의해 형성된 자력선을 상기 챔버로 유도하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 상기 타겟에 가까운 위치에 배치된 상기 제2 자기장 발생부와, 상기 피처리체에 가까운 위치에 배치된 상기 제3 자기장 발생부가 사용된다. 또 상기 제2 자기장 발생부는, 상기 타겟에 인접한 위치에서 수직인 자력선이 지나가도록 자기장을 발생시킨다. 상기 제3 자기장 발생부는, 상기 자력선을 상기 챔버의 측벽으로 유도하도록 자기장을 발생시킨다. 이로써 메탈 이온, 아르곤 이온 및 전자의 입사 방향을 제어할 수 있게 되어 기판에 도달하는 메탈 이온, 아르곤 이온 및 전자가 감소되기 때문에 기판의 손상 및 기판의 온도 상승을 방지할 수 있게 된다.
본 발명에 의하면, 상기 제2 자기장 발생부 및 상기 제3 자기장 발생부는 전원 장치를 구비한 코일이다. 또 상기 제2 자기장 발생부에 인가되는 전류의 극성과 상기 제3 자기장 발생부에 인가되는 전류의 극성이 서로 반대가 되도록 상기 제2 자기장 발생부 및 상기 제3 자기장 발생부에 전류가 인가된다. 이로써 간단한 구성으로 원하는 자기장을 발생시킬 수 있게 된다. 또 코일(제2 자기장 발생부와 제3 자기장 발생부)의 상호간 거리, 각 코일의 권수, 각 코일에 공급되는 전류치 등을 적절히 변화시킴(제어함)으로써 원하는 자력선을 형성하는 자기장을 발생시킬 수 있다.
도 1은, 본 발명에 관한 성막 장치의 구조를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 2는, 본 발명에 관한 성막 장치에서 수직 자기장을 발생시킨 상태를 도시한 모식도로서, 상하코일 각각에 동방향으로 전류를 인가한 경우를 도시한 도면이다.
도 3은, 본 발명에 관한 성막 장치에서 수직 자기장을 발생시킨 상태를 도시한 모식도로서, 상코일에 흐르는 전류의 방향에 대해 반전되는 방향으로 전류를 하코일에 인가한 경우를 도시한 도면이다.
도 4는, 기판상에 성막된 고 어스펙트비의 미세 홀 및 트렌치의 구조를 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 5는, 기판에 도달하는 이온 및 전자의 양을 측정한 결과를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에 관한 성막 장치의 실시형태에 대해서 도면에 기초하여 설명하기로 한다.
또 이하의 설명에 사용하는 각 도면에서는 각 구성 요소를 도면상에서 인식 가능한 정도의 크기로 하기 위해 각 구성 요소의 치수 및 비율을 실제의 것과는 적절히 다르게 하였다.
도 1에 도시한 바와 같이, 성막 장치(1)는 DC 마그네트론 스퍼터링 방식의 성막 장치로서, 진공 분위기의 생성이 가능한 진공 챔버(2)(챔버)를 구비한다.
진공 챔버(2)의 천정부에는 캐소드 유닛(C)이 설치되어 있다.
아울러 이하의 설명에서는, 진공 챔버(2)의 천정부에 가까운 위치를「상」으로 칭하고, 진공 챔버(2)의 저부에 가까운 위치를 「하」로 칭한다.
캐소드 유닛(C)은 타겟(3)을 구비하고, 타겟(3)은 홀더(5)에 설치되어 있다. 또한 캐소드 유닛(C)은 타겟(3)의 스퍼터링면(하면)(3a)이 노출되어 있는 공간(스퍼터링면(3a)의 전방)에 터널형 자기장을 발생하는 제1 자기장 발생부(4)를 구비한다.
타겟(3)은, 처리해야 할 기판(W)(피처리체)에 형성되는 박막의 조성에 따라 적절히 선택된 재료, 예를 들면 Cu,Ti,Al 또는 Ta로 구성되어 있다.
타겟(3)의 형상은, 처리해야 할 기판(W)의 형상에 대응시켜 스퍼터링면(3a)의 면적이 기판(W)의 표면적보다 커지도록 공지의 방법으로 소정 형상(예를 들면, 평면도에서 원형)으로 제작되어 있다.
또 타겟(3)은, 공지의 구조를 가진 DC 전원(9)(스퍼터링 전원, 직류 전원)에 전기적으로 접속되어 소정의 음의 전위가 인가된다.
제1 자기장 발생부(4)는, 홀더(5)에서 타겟(3)(스퍼터링면(3a))이 배치되는 위치와는 반대 위치(상측, 타겟(3) 또는 홀더(5)의 배면쪽)에 배치되어 있다. 제1 자기장 발생부(4)는, 타겟(3)에 평행하게 배치된 요크(4a)와, 요크(4a)의 하면에 설치된 자석(4b),(4c)으로 구성되어 있다. 타겟(3)에 가까운 위치에 배치된 자석(4b),(4c) 끝단의 극성이 교대로 다르도록 자석(4b),(4c)이 배치되어 있다.
자석(4b),(4c)의 형상 또는 갯수는, 방전 안정성 또는 타겟의 사용 효율 향상 등의 관점에서 스퍼터링면(3a)이 노출되어 있는 공간(타겟(3)의 전방)에 형성되는 자기장(자기장의 형상 또는 분포)에 따라 적절히 선택된다. 자석(4b),(4c)의 형상으로서는, 예를 들면 박편 형상, 막대 형상 또는 이들 형상이 적절히 조합된 형상이 채용되어도 좋다. 또 제1 자기장 발생부(4)에 이동 기구가 설치되어도 좋고, 이동 기구에 의해 제1 자기장 발생부(4)가 타겟(3)의 배면쪽에서 왕복 운동 또는 회전 운동해도 좋다.
진공 챔버(2)의 저부에는, 타겟(3)에 대향하도록 스테이지(10)가 배치되어 있다. 스테이지(10) 위에는 기판(W)이 탑재되고 스테이지(10)에 의해 기판(W)의 위치가 결정되어 기판(W)이 지지된다. 또 진공 챔버(2)의 측벽에는, 스퍼터링 가스로서 아르곤 가스를 도입하는 가스관(11)(가스 도입부)의 일단이 접속되어 있고, 가스관(11)의 타단은 매스 플로우 콘트롤러(미도시)를 통해 가스원에 연통되어 있다. 또한 진공 챔버(2)에는, 터보 분자 펌프 또는 로터리 펌프 등으로 이루어진 진공 배기부(12)(배기부)에 통하는 배기관(12a)이 접속되어 있다.
메탈 이온, 아르곤 이온 및 전자의 입사 방향을 제어하기 위해 사용되는 제2 자기장 발생부(13) 및 제3 자기장 발생부(18)는 진공 챔버(2)의 주위(외주, 측벽의 바깥쪽)에 설치되어 있다.
제2 자기장 발생부(13) 및 제3 자기장 발생부(18)는 타겟(3) 및 기판(W)의 중심 사이를 잇는 수직축 CL의 둘레에 진공 챔버(2)의 외측벽에 설치되어 있다. 제2 자기장 발생부(13) 및 제3 자기장 발생부(18)는 진공 챔버(2)의 상하 방향에서 소정 간격으로 떨어져 있다.
제2 자기장 발생부(13)는, 진공 챔버(2)의 외측벽에 설치된 링형 코일 지지체(14)와, 코일 지지체(14)에 도선(15)을 권회(卷回)함으로써 구성된 제2 코일(16)과, 제2 코일(16)에 전력을 공급하는 전원 장치(17)를 구비한다.
제3 자기장 발생부(18)는 진공 챔버(2)의 외측벽에 설치된 링형 코일 지지체(19)와, 코일 지지체(19)에 도선(20)을 권회함으로써 구성된 제3 코일(21)과, 제3 코일(21)에 전력을 공급하는 전원 장치(22)를 구비한다.
코일의 갯수, 도선(15)의 직경 또는 도선(15)의 권수(卷數)는, 예를 들면 타겟(3)의 치수, 타겟(3)과 기판(W)간의 거리, 전원 장치(17),(22)의 정격 전류치 또는 발생시키는 자기장의 강도(가우스)에 따라 적절히 설정된다.
전원 장치(17),(22)는, 제2 코일(16) 및 제3 코일(21)에 공급되는 전류치 및 전류의 방향을 임의로 변경할 수 있는 제어 회로(미도시)를 구비한 공지의 구조를 가진다. 본 실시형태에서는, 메탈 이온, 아르곤 이온 및 전자의 입사 방향을 제어하기 위해 진공 챔버(2)안에서 하향 수직 자기장이 발생하도록 마이너스의 전류치를 제2 코일(16)에 인가한다. 한편, 진공 챔버(2) 안에서 상향의 수직 자기장이 발생하도록 플러스의 전류치를 제3 코일(21)에 인가한다. 즉, 상코일(16)의 전류치의 극성에 대해 하코일(21)의 전류치의 극성이 반전되어 있다. 이와 같이 제2 코일(16)에 인가되는 전류의 극성과 제3 코일(21)에 인가되는 전류의 극성이 서로 반대가 되도록 제2 코일(16) 및 제3 코일(21)에 전류를 인가함으로써, 도 3에 도시한 바와 같이 자력선의 방향은 기판(W)에 대해 수직이 되지 않고 진공 챔버(2) 안에서 굴절되어 진공 챔버(2)의 측벽을 향한다.
도 2 및 도 3은, 제2 자기장 발생부(13) 및 제3 자기장 발생부(18)에 의해 형성되는 자력선(M1),(M2)를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3에서는, 자력선(M1),(M2)는 화살표를 사용하여 도시되어 있는데, 이 화살표는 설명을 위해 편의적으로 도시되어 있으며 자기장의 방향을 한정하지는 않는다. 즉, 자력선(M1),(M2)는 자석의 N극에서 S극으로 향하는 방향 및 자석의 S극에서 N극으로 향하는 방향 모두를 포함하고 있다.
도 2는, 각 코일(16),(21) 모두에 마이너스의 전류치를 인가한 경우의 자력선(M1)을 도시하였다. 각 코일 모두에 마이너스의 전류치를 인가함으로써 타겟(3)과 기판(W) 사이에는 자력선(M1)이 지나가도록 자기장이 발생한다.
한편 도 3은, 제2 코일(16)에 마이너스, 제3 코일(21)에 플러스의 전류치를 인가한 경우의 자력선(M2)를 도시하였다.
제3 코일(21)에 인가되는 전류의 극성에 대해 제2 코일(16)에 인가되는 전류의 극성이 반대가 되도록 각 코일(16),(21)에 전류를 인가함으로써, 타겟(3) 근방에서는 기판(W)과 타겟(3) 사이에 수직인 자력선이 발생한다. 그러나, 이 자력선의 방향을 유지하도록 자력선은 기판(W)을 향해 전진하지 않고, 자력선은 기판(W)에서 진공 챔버(2)의 측벽을 향하도록 벗어난다. 즉, 자력선의 방향은 기판(W)에 대해 수직인 방향에서, 진공 챔버(2)의 중앙에서 진공 챔버(2)의 측벽을 향하는 방향으로 변환된다.
다음으로, 상기 성막 장치(1)를 사용한 성막 방법과, 이 방법에 의해 형성된 피막에 대해서, 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.
우선, 피막이 형성되는 기판(W)으로서 Si웨이퍼를 준비한다. 이 Si웨이퍼의 표면에는 실리콘 산화물막(I)이 형성되어 있고, 이 실리콘 산화물막(I)에는 공지의 방법을 사용하여 배선용 미세 홀(H)이 사전에 패터닝에 의해 형성되어 있다.
다음으로, 성막 장치(1)를 사용한 스퍼터링에 의해 씨드층인 Cu막(L)을 Si웨이퍼상에 성막하는 경우에 대해서 설명하기로 한다.
우선 진공 배기부(12)를 작동시켜 진공 챔버(2) 안의 압력이 소정의 진공도(예를 들면, 10-5Pa대)가 되도록 감압한다.
다음으로, 스테이지(10)에 기판(W)(Si웨이퍼)을 탑재하고, 그와 동시에 전원 장치(17),(22)를 작동시켜 제2 코일(16) 및 제3 코일(21)에 통전하고 타겟(3)과 기판(W) 사이에 자기장을 발생시킨다. 그리고 진공 챔버(2) 안의 압력이 소정치에 도달한 후에 진공 챔버(2) 안에 아르곤 가스 등(스퍼터링 가스)을 소정의 유량으로 도입하면서 DC 전원(9)에서 타겟(3)으로 소정의 음의 전위를 인가(전력 투입)한다. 이로써 진공 챔버(2) 안에 플라즈마 분위기를 생성한다.
이 경우, 제1 자기장 발생부(4)에 의해 발생한 자기장에 의해 스퍼터링면(3a)이 노출되어 있는 공간(전방 공간)에서 전리된 전자 및 스퍼터링에 의해 생긴 2차 전자가 포착되어 스퍼터링면(3a)이 노출되어 있는 내부 공간에서 플라즈마가 발생한다.
제1 자기장 발생부(4)에 의해 생성된 자계의 속박을 벗어난 전자 및 아르곤 이온은, 제3 자기장 발생부(18)에 의해 형성된, 진공 챔버(2)의 중앙에서 진공 챔버(2)의 측벽을 향하는 자력선에 의해 빗나간다.
이로써 기판(W)에 스퍼터링 입자를 입사시키면서 아르곤 이온 및 전자가 기판(W)에 입사되는 것을 막을 수 있다.
한편 플라즈마중의 아르곤 이온이 스퍼터링면(3a)에 충돌함으로써 스퍼터링면(3a)이 스퍼터링되고, 스퍼터링면(3a)에서 기판(W)을 향해 Cu원자 또는 Cu이온이 비산된다. 이 Cu원자 또는 Cu이온이 비산되는 방향은 타겟(3)의 근방에 발생한 수직 자기장에 의해 변경되고, Cu원자 또는 Cu이온은 기판(W)을 향해 유도된다.
이 때 특히 적절한 상코일(16) 및 하코일(21)에 인가되는 전류량 및 극성을 제어하여 선택함으로써 진공 챔버(2)의 중앙에서 진공 챔버(2)의 측벽을 향하는 자력선에 의해 아르곤 이온과 같이 정전하를 가진 Cu가 기판에 입사되는 것을 방지할 수 있다.
도 5에, 기판(W)에 유입되는 이온 및 전자 전류를 계측한 결과를 도시한다.
이온(전자) 전류는, 기판(W)의 스퍼터링 입자가 충돌하는 장소에 소정 프로브를 고정시켜 측정되어 있다. 이 전류는, 도 5에서 기판 이온·전자 전류에 의해 도시되어 있다.
이 이온(전자) 전류치가 높을수록 기판(W)에 이온 및 전자가 도달하는 것, 즉, 기판(W)이 손상되거나 기판(W)이 가열되는 것을 의미한다.
도 5에서는, 제2 코일(16)에 마이너스의 전류치를 인가하여 제3 코일(21)에 플러스의 전류치를 인가한 경우(전류 반전)의 이온 전류와, 제2 코일(16) 및 제3 코일(21) 모두에 마이너스의 전류치를 인가한 경우(동방향 전류)의 이온 전류와, 제2 코일(16) 및 제3 코일(21) 모두에 전류를 인가하지 않은 경우(코일 없음)의 이온 전류를 측정하여 이들 이온 전류를 서로 비교하였다.
그 결과, 동방향 전류인 경우에는 코일이 없는 경우에 비해 이온 전류가 대폭 증가하였다.
이것은, 수직 자기장 M1(도 2 참조)에 의해 코일이 없는 경우보다 전자가 많이 기판(W)에 도달함으로써 생긴 결과라고 생각된다.
반면 전류 반전인 경우에는, 동방향 전류에 비해 이온 전류가 감소하고, 또한 코일이 없는 경우에 비해서도 이온 전류는 감소하였다.
이것은, 제3 코일(21)의 전류의 극성에 대해 제2 코일(16)의 전류의 극성을 역전시키고, 제2 코일(16)에 기인하는 자력선에 대해 제3 코일(21)에 기인하는 자력선을 반전시킴으로써 기판(W)에 도달하는 전자가 적극적으로 배제된 결과라고 생각된다.
이상의 결과로부터, 제2 코일(16)의 전류의 극성에 대해 제3 코일(21)의 전류의 극성을 반전시킴으로써 기판(W)에 도달하는 아르곤 이온 및 전자를 감소시킬 수 있고, 또한 기판(W)의 손상 및 기판(W)의 온도 상승을 방지할 수 있게 되었다.
본 발명은 피처리체의 표면에 피막을 형성하기 위해 사용되는 성막 장치에 널리 적용 가능하고, 특히 박막 형성 방법의 일종인 스퍼터링법을 사용한 DC 마그네트론 방식의 성막 장치에 적용 가능하다.
C…캐소드 유닛, W…기판(피처리체), 1…성막 장치, 2…진공 챔버, 3…타겟, 3a…스퍼터링면, 4…제1 자기장 발생부, 4a…요크, 4b,4c…자석, 5…홀더, 9…DC전원(스퍼터링 전원), 10…스테이지, 11…가스관, 12…진공 배기부, 12a… 배기관, 13…제2 자기장 발생부, 14,19…코일 지지체, 15,20…도선, 16,21…전원 장치, 18…제3 자기장 발생부.

Claims (3)

  1. 성막 장치로서,
    피막이 형성되는 피처리체와 스퍼터링면을 가진 타겟이 대향하도록 상기 피처리체 및 상기 타겟 모두가 배치되는 내부 공간과, 측벽을 가진 챔버;
    상기 챔버 내를 감압하는 배기부;
    상기 스퍼터링면이 노출되어 있는 상기 내부 공간에 자기장을 발생시키는 제1 자기장 발생부;
    상기 타겟에 음의 직류 전압을 인가하는 직류 전원;
    상기 챔버 내에 스퍼터링 가스를 도입하는 가스 도입부;
    상기 타겟에 가까운 상기 챔버의 외측 위치에 배치되어 상기 타겟에 인접한 위치에서 수직인 자력선이 지나가도록 자기장을 발생시키는 제2 자기장 발생부;
    상기 피처리체에 가까운 상기 챔버의 외측 위치에 배치되어 상기 자력선의 방향을 변환시켜 상기 자력선을 상기 챔버의 중앙에서 상기 챔버의 상기 측벽에 도달시키는 제3 자기장 발생부;
    를 포함하며,
    상기 제2 자기장 발생부 및 상기 제3 자기장 발생부는 수직적으로 상기 피처리체와 상기 타겟의 스퍼터링면 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 자기장 발생부에 인가되는 전류의 극성과 상기 제3 자기장 발생부에 인가되는 전류의 극성이 서로 반대가 되도록 상기 제2 자기장 발생부 및 상기 제3 자기장 발생부에 전류가 인가되는 것을 특징으로 하는 성막 장치.
  3. 성막 방법으로서,
    피막이 형성되는 피처리체와 스퍼터링면을 가진 타겟이 대향하도록 상기 피처리체 및 상기 타겟 모두가 배치되는 내부 공간과, 측벽을 가진 챔버;
    상기 챔버 내를 감압하는 배기부;
    상기 스퍼터링면이 노출되어 있는 상기 내부 공간에 자기장을 발생시키는 제1 자기장 발생부;
    상기 타겟에 음의 직류 전압을 인가하는 직류 전원;
    상기 챔버 내에 스퍼터링 가스를 도입하는 가스 도입부;
    상기 타겟에 가까운 상기 챔버의 외측 위치에 배치되어 상기 타겟에 인접한 위치에서 수직인 자력선이 지나가도록 자기장을 발생시키는 제2 자기장 발생부;
    상기 피처리체에 가까운 상기 챔버의 외측 위치에 배치되어 상기 자력선의 방향을 변환시켜 상기 자력선을 상기 챔버의 중앙에서 상기 챔버의 상기 측벽에 도달시키는 제3 자기장 발생부;
    를 포함하는 성막장치에서,
    상기 제2 자기장 발생부에 인가되는 전류의 극성과 상기 제3 자기장 발생부에 인가되는 전류의 극성이 서로 반대가 되도록 상기 제2 자기장 발생부 및 상기 제3 자기장 발생부에 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
KR1020117031073A 2009-07-17 2010-07-15 성막 장치 및 성막 방법 KR101429069B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2009-169449 2009-07-17
JP2009169449 2009-07-17
PCT/JP2010/061973 WO2011007830A1 (ja) 2009-07-17 2010-07-15 成膜装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120027033A KR20120027033A (ko) 2012-03-20
KR101429069B1 true KR101429069B1 (ko) 2014-08-11

Family

ID=43449439

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117031073A KR101429069B1 (ko) 2009-07-17 2010-07-15 성막 장치 및 성막 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20120118732A1 (ko)
JP (1) JP5373903B2 (ko)
KR (1) KR101429069B1 (ko)
CN (1) CN102471879B (ko)
TW (1) TWI386506B (ko)
WO (1) WO2011007830A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6009220B2 (ja) * 2012-05-21 2016-10-19 住友重機械工業株式会社 成膜装置
US9953813B2 (en) * 2014-06-06 2018-04-24 Applied Materials, Inc. Methods and apparatus for improved metal ion filtering
GB201505578D0 (en) * 2015-03-31 2015-05-13 Spts Technologies Ltd Method and apparatus for depositing a material
US11056324B2 (en) 2018-08-13 2021-07-06 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. System and method for particle control in MRAM processing
CN113737143A (zh) * 2021-08-24 2021-12-03 北海惠科半导体科技有限公司 磁控溅射装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03111563A (ja) * 1989-09-26 1991-05-13 Ube Ind Ltd イオンアシストスパッタリング方法および装置
JP2001073131A (ja) * 1999-09-02 2001-03-21 Ulvac Japan Ltd 銅薄膜製造方法、及びその方法に用いるスパッタ装置
KR20070015937A (ko) * 2004-05-26 2007-02-06 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 스퍼터 반응기에서 금속 배리어를 형성하는 다단계프로세스에 이용되는 가변성 4중극 전자석 어레이
US20080142359A1 (en) * 2002-08-01 2008-06-19 Applied Materials, Inc. Self-ionized and capacitively-coupled plasma for sputtering and resputtering

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60136230A (ja) * 1983-12-24 1985-07-19 Ulvac Corp 基板表面の整形装置
JP2674995B2 (ja) * 1987-03-11 1997-11-12 株式会社日立製作所 基板処理方法およびその装置
JPH01132765A (ja) * 1987-11-19 1989-05-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd マグネトロンスパッタ装置
JPH02156536A (ja) * 1988-12-08 1990-06-15 Hitachi Ltd 膜形成方法およびそれに用いるスパッタ装置ならびにこれを用いた高集積型半導体装置の製造方法
US20090314636A1 (en) * 2006-07-14 2009-12-24 Michio Ishikawa Capacitive-coupled magnetic neutral loop plasma sputtering system
WO2009040972A1 (ja) * 2007-09-26 2009-04-02 Shinmaywa Industries, Ltd. シートプラズマ成膜装置
US20100096255A1 (en) * 2008-10-22 2010-04-22 Applied Materials, Inc. Gap fill improvement methods for phase-change materials

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03111563A (ja) * 1989-09-26 1991-05-13 Ube Ind Ltd イオンアシストスパッタリング方法および装置
JP2001073131A (ja) * 1999-09-02 2001-03-21 Ulvac Japan Ltd 銅薄膜製造方法、及びその方法に用いるスパッタ装置
US20080142359A1 (en) * 2002-08-01 2008-06-19 Applied Materials, Inc. Self-ionized and capacitively-coupled plasma for sputtering and resputtering
KR20070015937A (ko) * 2004-05-26 2007-02-06 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 스퍼터 반응기에서 금속 배리어를 형성하는 다단계프로세스에 이용되는 가변성 4중극 전자석 어레이

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120027033A (ko) 2012-03-20
TW201109457A (en) 2011-03-16
WO2011007830A1 (ja) 2011-01-20
US20120118732A1 (en) 2012-05-17
CN102471879A (zh) 2012-05-23
JP5373903B2 (ja) 2013-12-18
JPWO2011007830A1 (ja) 2012-12-27
TWI386506B (zh) 2013-02-21
CN102471879B (zh) 2014-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5373905B2 (ja) 成膜装置及び成膜方法
US8916034B2 (en) Thin-film forming sputtering system
JP5550565B2 (ja) スパッタリング装置及びスパッタリング方法
US20140048413A1 (en) Film-forming apparatus
KR101429069B1 (ko) 성막 장치 및 성막 방법
TWI464285B (zh) 成膜方法及成膜裝置
US20110048927A1 (en) Sputtering apparatus and sputtering method
JP5373904B2 (ja) 成膜装置
JP7016537B2 (ja) プラズマ発生装置、プラズマスパッタリング装置及びプラズマスパッタリング方法
JP5693175B2 (ja) スパッタリング方法
Tereshin et al. Thin films deposition with ECR planar plasma source
JP2012001761A (ja) 成膜装置及び成膜方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170619

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180718

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190725

Year of fee payment: 6