KR102654736B1 - 반도체 가공 디바이스 및 이의 마그네트론 메커니즘 - Google Patents

Abstract

마그네트론 메커니즘에 있어서, 백플레인(1), 외측 자극(2) 및 내측 자극(3)을 포함한다. 여기에서 외측 자극(2)은 백플레인(1)의 바닥면 상에 설치되며 하나의 수용 공간(4)을 둘러싼다. 내측 자극(3)은 백플레인(1)의 바닥면 상에 설치되며 수용 공간(4) 내에 위치한다. 또한 내측 자극(3)은 타깃의 부식 영역을 변경하도록 운동할 수 있다. 내측 자극(3)은 운동 과정에서 외측 자극(2)과의 사이 간격이 항상 소정 간격보다 크다. 또한 반도체 가공 디바이스를 더 포함한다.

Description

반도체 가공 디바이스 및 이의 마그네트론 메커니즘

본 발명은 반도체 가공 기술 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 가공 디바이스 및 이의 마그네트론 메커니즘에 관한 것이다.

집적회로의 제조 공정에서 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition, 이하 PVD) 기술은 박막 일관성과 균일성이 더욱 우수하고 공정 윈도우가 더욱 넓어 종횡비가 비교적 높은 통공 충진 등을 구현할 수 있는 장점이 있다. 따라서 다양한 금속층, 하드 마스크 등 관련 재료층을 증착하는 데 광범위하게 사용된다.

종래의 PVD 디바이스는 일반적으로 TiN 박막을 제조할 때 직류(DC) 스퍼터링이나 RF(Radio Frequency) 스퍼터링을 채택한다. 또한 스퍼터링 기압은 저기압 상태(0.1 내지 10mTorr)이다. 이러한 스퍼터링 환경에서는 공정 입자 오염에 대한 제어가 비교적 떨어지고 제조된 TiN 박막은 대부분 압축 응력과 밀도가 비교적 낮다. 그러나 14nm 제조 공정에서는 공정 입자의 오염을 보다 엄격하게 제어할 필요가 있으며 TiN 박막은 고밀도 및 인장 응력을 가져야 한다. 이러한 요건을 충족시키기 위해 PVD 디바이스는 RF+DC 스퍼터링을 채택해야 하며 스퍼터링 압력은 고기압 상태(일반적으로 100 내지 250mTorr)이어야 한다. 이러한 스퍼터링 조건에서 종래의 PVD 디바이스는 제조된 TiN 박막의 두께 균일성이 비교적 떨어질 뿐만 아니라 이는 고기압 상태에서 완전 타깃 부식을 구현할 수 없다. 따라서 공정 입자가 기준치를 심각하게 초과하여 14nm 제조 공정의 공정 요건을 충족시킬 수 없다.

본 발명은 종래 방법의 단점을 보완하기 위해 반도체 가공 디바이스 및 이의 마그네트론 메커니즘을 제공한다. 이는 고기압 상태의 스퍼터링 환경에서 완전 타깃 부식을 구현할 수 있다. 따라서 박막의 두께 균일성을 향상시키면서 공정 입자 오염을 효과적으로 제어할 수 있다.

제1 양상에 있어서, 본 발명의 실시예는 반도체 가공 디바이스에 적용되는 마그네트론 메커니즘을 제공한다. 여기에는 백플레인, 외측 자극 및 내측 자극이 포함된다.

상기 외측 자극은 상기 백플레인의 바닥면 상에 설치되며 하나의 수용 공간을 둘러싼다. 상기 내측 자극은 상기 백플레인의 바닥면 상에 설치되며 상기 수용 공간 내에 위치한다. 또한 상기 내측 자극은 타깃의 부식 영역을 변경하도록 운동할 수 있고, 상기 내측 자극은 운동 과정에서 상기 외측 자극과의 사이 간격이 항상 소정 간격보다 크다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 내측 자극은 상기 백플레인의 바닥면에 평행한 제1 방향을 따라 직선 운동을 할 수 있다. 또한 상기 제1 방향을 따라 이격 설치된 복수의 소정 위치에 교차로 머물 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 외측 자극은 외측 아크부와 내측 아크부를 포함한다. 이들 둘은 직렬로 연결되며 상기 수용 공간을 둘러싼다. 여기에서 상기 외측 아크부는 상기 내측 자극의 타깃 표면 에지에 근접한 일측에 위치한다. 상기 내측 아크부는 상기 내측 자극의 타깃 표면 중심에 근접한 일측에 위치한다.

상기 소정 위치는 3개이며 각각 제1 위치, 제2 위치 및 제3 위치이다. 여기에서 상기 제2 위치는 상기 제1 위치의 상기 외측 아크부에 근접한 일측에 위치한다. 상기 제3 위치는 상기 제1 위치의 상기 내측 아크부에 근접한 일측에 위치한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동 장치는 상기 백플레인의 꼭대기면 상에 설치되며 상기 내측 자극과 연결되어 상기 내측 자극이 운동하도록 구동하는 데 사용된다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동 장치는 구동원 및 연결 부재를 포함한다. 여기에서 상기 구동원은 상기 백플레인의 꼭대기면 상에 설치되어 동력을 제공하는 데 사용된다. 상기 연결 부재의 일단은 상기 구동원과 연결되고, 상기 연결 부재의 타단은 상기 백플레인을 관통하며 상기 내측 자극과 연결된다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 구동 장치는 가이드 레일을 더 포함한다. 상기 가이드 레일은 상기 백플레인의 꼭대기면 상에 설치된다. 상기 연결 부재는 상기 가이드 레일과 연결되어 상기 가이드 레일을 따라 운동할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 소정 간격은 10mm 이상이다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 내측 자극과 상기 외측 자극 사이는 비등간격으로 설치된다. 또한 상기 내측 자극과 상기 외측 자극 사이의 간격은 30 내지 60mm이다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 내측 자극은 평면 나선형 구간이다. 또한 상기 내측 자극의 일단은 타깃 표면의 중심에 근접하고, 상기 내측 자극의 타단은 타깃 표면의 에지에 근접한다.

제2 양상에 있어서, 본 발명의 실시예는 반도체 가공 디바이스를 제공한다. 여기에는 공정 챔버 및 제1 양상에 따른 마그네트론 메커니즘이 포함된다. 상기 마그네트론 메커니즘은 상기 공정 챔버의 꼭대기부에 설치된다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 마그네트론 메커니즘은 본 발명의 실시예에서 제공하는 상술한 마그네트론 메커니즘을 채택한다.

상기 반도체 가공 디바이스는 상기 공정 챔버 상방에 설치된 절연 캐비티 및 중공관을 더 포함한다. 여기에서 상기 절연 캐비티에는 탈이온수가 채워진다. 상기 마그네트론 메커니즘은 상기 절연 캐비티에 설치된다. 상기 백플레인 상에는 격리 박스체가 설치된다. 상기 격리 박스체는 상기 구동원 및 이와 상기 연결 부재의 연결 부분을 차단하여, 상기 구동원 및 상기 연결 부분을 상기 절연 캐비티 중의 탈이온수와 서로 격리시킨다.

상기 중공관의 일단은 상기 격리 박스체를 관통하며 상기 구동원과 연결된다. 상기 중공관과 이의 상기 격리 박스체를 관통하는 제1 통공 사이에는 제1 밀봉 부재가 설치되어, 이들 둘 사이의 갭을 밀봉하는 데 사용된다. 상기 중공관의 타단은 상기 절연 캐비티를 관통하며 상기 절연 캐비티의 외부로 연장된다. 또한 상기 중공관과 이의 상기 절연 캐비티를 관통하는 제2 통공 사이에는 제2 밀봉 부재가 설치되어, 이들 둘 사이의 갭을 밀봉하는 데 사용된다. 상기 구동원의 도선은 상기 중공관을 관통하도록 설치되어 상기 중공관을 통해 상기 절연 캐비티의 외부로 인출될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반도체 가공 디바이스는 상기 공정 챔버 상방에 설치된 절연 캐비티를 더 포함한다. 상기 절연 캐비티에는 탈이온수가 채워진다. 상기 마그네트론 메커니즘은 상기 절연 캐비티의 상방에 설치된다.

본 발명의 실시예에서 제공하는 기술적 해결책에 따른 유익한 효과는 하기와 같다.

본 발명의 실시예에서 제공하는 마그네트론 메커니즘은 그 외측 자극이 백플레인의 바닥면 상에서 수용 공간을 둘러싼다. 내측 자극은 상기 내측 자극 내에 위치하며 타깃의 부식 영역을 변경하도록 운동할 수 있다. 고기압 상태의 스퍼터링 환경 하에서, 내측 자극을 운동시켜 타깃의 부식 영역을 변경함으로써, 내측 자극이 특정 위치에 고정되어 타깃의 해당 위치가 전체 스퍼터링 과정에서 항상 부식되지 못하게 되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 완전 타깃 부식을 구현할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 실시예에서 제공하는 마그네트론 메커니즘은 고기압 상태의 스퍼터링 환경 하에서 완전 타깃 부식을 실현할 수 있다. 따라서 박막의 두께 균일성을 향상시키면서 공정 입자 오염을 효과적으로 제어할 수 있다. 특히 14nm 제조 공정의 공정 입자 제어에 대한 요건을 충족시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에서 제공하는 반도체 가공 디바이스는 본 발명의 실시예에서 제공하는 상술한 마그네트론 메커니즘을 채택한다. 이를 통해 고기압 상태의 스퍼터링 환경 하에서 완전 타깃 부식을 구현할 수 있다. 따라서 박막의 두께 균일성을 향상시키면서 공정 입자 오염을 효과적으로 제어할 수 있다. 특히 14nm 제조 공정의 공정 입자 제어에 대한 요건을 충족시킬 수 있다.

본 발명의 추가적인 양상 및 장점은 이하의 설명에서 부분적으로 제공하며, 이는 이하의 설명을 통해 명확해지거나 본 발명의 실시를 통해 이해될 수 있다.

본 발명의 상술한 및/또는 추가적 양상 및 이점은 첨부 도면과 함께 실시예에 대한 설명에서 명확해지고 이해가 용이해진다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마그네트론 메커니즘의 구조도이다.
도 2는 도 1에서 I 영역의 확대도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 구동 장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 내측 자극의 상이한 위치에서의 공정 결과 비교도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 가공 디바이스의 구조도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 가공 디바이스의 다른 구조도이다.

이하에서는 본 발명을 상세히 설명하며 본 발명 실시예의 예시는 첨부 도면에 도시하였다. 여기에서 전체에 걸쳐 동일 또는 유사한 참조 부호는 동일하거나 유사한 기능을 갖는 부재를 지칭한다. 또한 공지 기술에 대한 상세한 설명은 본 발명의 특징을 설명하기 위해서 필요하지 않은 경우 생략한다. 이하에서 첨부 도면을 참조하여 설명한 실시예는 예시적인 것이며 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐이므로 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

본원에 사용된 모든 용어(기술적 용어와 과학적 용어 포함)는 달리 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다는 것을 당업자는 이해할 수 있다. 또한 일반적인 사전에 정의된 것과 같은 용어는 선행 기술의 맥락에서 그 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 이해되어야 한다. 또한 본원에서 특별히 정의하지 않는 한, 이상적이거나 지나치게 형식적인 의미로 해석되어서는 안 됨을 이해해야 한다.

이하에서는 구체적인 실시예로 본 발명의 기술적 해결책 및 본 발명의 기술적 해결책이 어떻게 상술한 기술적 과제를 해결하는지에 대해 상세하게 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예는 반도체 가공 디바이스에 적용되는 마그네트론 메커니즘을 제공한다. 상기 마그네트론 메커니즘은 백플레인(1), 외측 자극(2) 및 내측 자극(3)을 포함한다. 여기에서 백플레인(1)의 형상은 예를 들어 직사각형이며, 금속 재질로 제작한다. 선택적으로, 백플레인(1)은 반도체 가공 디바이스의 회전 구동 메커니즘(미도시)과 연결될 수 있다. 상기 회전 구동 메커니즘의 구동 하에서, 백플레인(1)은 그 수직 중심선을 감싸며 회전할 수 있다. 상기 수직 중심선은 예를 들어 타깃 표면의 중심(도 1에서 점 0으로 표시)과 겹친다. 실제 적용에서 실제 상황에 따라 백플레인(1)의 재질과 형상 및 회전 구동 메커니즘과의 연결 위치를 설계할 수 있다. 본 발명의 실시예는 이를 특별히 한정하지 않는다.

외측 자극(2)은 백플레인(1)의 바닥면 상에 설치되며 수용 공간(4)을 둘러싼다. 외측 자극(2)의 구체적인 구조는 다양할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 외측 자극(2)은 복수의 외측 자석(21) 및 복수의 외측 자석(21)을 직렬로 연결한 복수의 외측 전도성 스트립(22)으로 구성되어, 백플레인(1)의 바닥면 상에 연속적인 선형으로 배치되며 상술한 수용 공간(4)을 둘러싼다. 여기에서 외측 전도성 스트립(22)은 예를 들어 스테인리스강으로 제작되며, 외측 전도성 스트립(22) 상에는 외측 자석(21)을 고정하기 위한 복수의 장착홀이 설치된다.

외측 자극(2)의 구체적인 배치 형상은 다양할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 외측 자극(2)은 외측 아크부(2a) 및 내측 아크부(2b)를 포함한다. 이들 둘은 직렬로 연결되며 수용 공간(4)을 함께 둘러싼다. 여기에서 외측 아크부(2a)는 내측 자극(3)의 타깃 표면 에지에 근접한 일측에 위치한다. 내측 아크부(2b)는 내측 자극(3)의 타깃 표면 중심에 근접한 일측에 위치한다. 선택적으로, 외측 아크부(2a)와 내측 아크부(2b)는 모두 평면 나선형 구간이다. 또한 외측 아크부(2a)와 내측 아크부(2b) 머리부와 꼬리부가 연결되며 연결 지점은 라운딩 처리된다. 외측 아크부(2a)와 내측 아크부(2b)가 연결되지 않은 양단 사이에는 개구가 구비된다. 실제 적용에서, 내측 자극(3)을 수용하는 수용 공간(4)을 감쌀 수만 있다면, 실제 공정 요건에 따라 외측 자극(2)의 구체적인 배치 형상을 자유롭게 설정할 수 있음에 유의한다.

내측 자극(3)은 백플레인(1)의 바닥면 상에 설치되며 상술한 수용 공간(4) 내에 위치한다. 내측 자극(3)의 구체적인 구조는 다양할 수 있다. 예를 들어 외측 자극(2)과 동일하게, 내측 자극(3)은 복수의 내측 자석 및 복수의 내측 자석을 직렬로 연결하는 복수의 내부 전도성 스트립으로 구성되어, 백플레인(1)의 바닥면 상에 연속적인 선형으로 배치된다. 여기에서 내부 전도성 스트립은 예를 들어 스테인리스강으로 제작한다. 또한 내부 전도성 스트립 상에는 내부 자석을 고정하기 위한 복수의 장착홀이 설치된다. 내측 자극(3)의 구체적인 배치 형상은 다양할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 내측 자극(3)은 평면 나선형 구간이다. 내측 자극(3)의 일단은 타깃 표면의 중심에 근접하고, 내측 자극(3)의 타단은 타깃 표면의 에지에 근접한다. 즉, 내측 자극(3)의 양단은 끊어진 것으로, 개구가 구비된다. 이러한 설치는 완전 타깃 부식을 구현하는 데 도움이 된다.

또한 내측 자극(3)은 타깃의 부식 영역을 변경하도록 백플레인(1)과 외측 자극(2)에 대해 운동할 수 있다. 또한 내측 자극(3)은 이동 과정에서 외측 자극(2)과의 사이 간격이 항상 소정 간격보다 크다. 즉, 내측 자극(3)이 수용 공간(4) 내에서 운동할 때, 내측 자극(3)과 외측 자극(2) 사이는 반드시 일정한 간격을 유지해야 한다. 상술한 소정 간격은 다음 조건을 충족시킨다. 즉, 내측 자극(3)이 운동할 때 외측 자극(2)과 충돌하는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 내측 자극(3)과 외측 자극(2) 거리가 너무 가까워 반도체 가공 디바이스의 공정 챔버 글로우가 차단되는 것을 방지할 수도 있다. 따라서 글로우 차단으로 인한 공정 균일성 저하 문제를 방지하여 공정 결과의 균일성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

선택적으로, 소정 간격은 10mm 이상이다. 상기 간격 범위 내에서, 내측 자극(3)이 운동할 때 외측 자극(2)과 충돌하는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 내측 자극(3)과 외측 자극(2) 거리가 너무 가까워 반도체 가공 디바이스의 공정 챔버 글로우가 차단되는 것을 방지할 수도 있다.

선택적으로, 내측 자극(3)과 외측 자극(2) 사이는 비등간격으로 설치된다. 또한 내측 자극(3)과 외측 자극(2) 사이의 간격은 30 내지 60mm이다. 예를 들어, 상술한 간격 범위 내에서, 구체적인 간격 수치는 35mm, 40mm, 42mm, 48mm, 53mm, 55mm, 58mm 및 60mm의 조합일 수 있다. 그러나 본 발명은 완전 타깃 부식을 구현할 수만 있다면 이를 제한하지 않는다. 실제 적용에서 내측 자극(3)과 외측 자극(2) 사이는 다른 공정 환경에 적합하도록 등간격으로 설치할 수도 있음에 유의한다. 따라서 본 발명의 실시예는 이에 한정되지 않으며, 본 발명이 속한 기술 분야의 당업자는 상이한 작업 조건에 따라 조정하여 설치할 수 있다.

실제 적용에서 상술한 조건을 충족시킨다는 전제 하에, 실제 공정 요건에 따라 내측 자극(3)의 구체적인 배치 형상을 자유롭게 설정할 수 있다.

고기압 상태(일반적으로 100 내지 250mTorr)의 스퍼터링 환경(RF+DC 스퍼터링) 하에서는 박막의 두께 균일성을 향상시킬 수 있다. 그러나 스퍼터링 표면의 내측 자극(3) 위치 정하방에 대응하는 위치에 심각한 역스퍼터링이 존재할 수 있다. 이러한 역스퍼터링은 해당 위치가 부식되지 못하도록 만들 수 있다. 따라서 타깃 상의 비교적 많이 부식되는 영역의 입자가 부식되지 못한 영역에 증착되어, 공정 입자가 기준치를 심각하게 초과하게 될 수 있다. 상술한 문제를 해결하기 위해, 내측 자극(3)을 운동시켜 타깃의 부식 영역을 변경함으로써, 내측 자극(3)이 특정 위치에 고정되어 타깃의 해당 위치가 전체 스퍼터링 과정에서 항상 부식되지 못하게 되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 완전 타깃 부식을 구현할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 실시예에서 제공하는 마그네트론 메커니즘은 고기압 상태의 스퍼터링 환경 하에서 완전 타깃 부식을 실현할 수 있다. 따라서 박막의 두께 균일성을 향상시키면서 공정 입자 오염을 효과적으로 제어할 수 있다. 특히 14nm 제조 공정의 공정 입자 제어에 대한 요건을 충족시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 도 1에 도시된 바와 같이, 내측 자극(3)은 백플레인(1)의 바닥면에 평행한 제1 방향(즉, 도 1의 Y 방향)을 따라 직선 운동을 할 수 있다. 또한 상기 제1 방향을 따라 이격 설치된 복수의 소정 위치에 교대로 머물 수 있다. 내측 자극(3)을 직선 운동시킴으로써, 내측 자극(3)의 운동 방식을 단순화할 수 있어 구현하기가 용이할 뿐만 아니라, 내측 자극(3)이 전체적으로 외측 자극(2)과 일정한 간격을 유지할 수 있도록 만드는 데 도움이 된다. 따라서 내측 자극(3)이 운동할 때 외측 자극(2)과 충돌하는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 내측 자극(3)과 외측 자극(2) 거리가 너무 가까워 반도체 가공 디바이스의 공정 챔버 글로우가 차단되는 것을 방지할 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 도 1에 도시된 바와 같이, 외측 자극(2)에 도 1에 도시된 바와 같은 형상이 채택된 것을 기반으로, 상술한 소정 위치는 3개이다. 이는 각각 제1 위치(P1), 제2 위치(P2) 및 제3 위치(P3)이며, 이들 셋은 모두 상술한 제1 방향을 따라 이격 설치된다. 여기에서 제2 위치(P2)는 제1 위치(P1)의 외측 아크부(2a)에 근접한 일측에 위치한다. 제3 위치(P3)는 제1 위치(P1)의 내측 아크부(2b)에 근접한 일측에 위치한다. 내측 자극(3)은 제1 방향(즉, 도 1에서 Y 방향)을 따라 상술한 3개의 소정 위치 사이에서 스위칭될 수 있다. 내측 자극(3)이 제1 위치(P1)에 위치할 때, 이는 외측 아크부(2a)와 내측 아크부(2b) 사이의 중간 지점에 위치한다. 내측 자극(3)이 제2 위치(P2)에 위치할 때, 이는 내측 아크부(2b)에 근접한 지점에 위치한다. 내측 자극(3)이 제3 위치(P3)에 위치할 때, 이는 외측 아크부(2a)에 근접한 지점에 위치한다. 이처럼 내측 자극(3)이 상이한 위치에서, 대응하는 타깃 표면의 부식되지 않는 영역이 상이하도록 구현할 수 있다. 내측 자극(3)을 상술한 3개 소정 위치 사이에서 스위칭시킴으로써, 각 소정 위치에 대응하는 부식되지 않는 영역을 내측 자극(3)이 다른 소정 위치로 이동할 때 부식되도록 만들 수 있다. 따라서 완전 타깃 부식을 구현할 수 있다.

본 발명의 실시예에 대한 용이한 설명을 위해, 이하에서는 본 발명의 구체적인 실시방식을 참조하여 설명한다. 도 1에 도시된 점선 영역(6)은 본 발명의 실시예에서 제공하는 마그네트론 메커니즘이 회전할 때 커버하는 영역, 즉 타깃 부식 영역을 나타낸다. 도 1 및 하기 표 1에 도시된 바와 같이, 내측 자극(3)이 제1 위치(P1)에 위치할 때, 타깃 표면 상에는 3개의 비부식 영역이 대응된다. 이들 셋의 반경 범위는 각각 R1(35 내지 50mm), R2(102 내지 110mm) 및 R3(140 내지 150mm)이다. 내측 자극(3)이 제2 위치(P2)에 위치할 때, 타깃 표면 상에는 2개의 비부식 영역이 대응된다. 이들 둘의 반경 범위는 각각 R2(90 내지 100mm) 및 R3(145 내지 160mm)이다. 내측 자극(3)이 제3 위치(P3)에 위치할 때, 타깃 표면 상에는 2개의 비부식 영역이 대응된다. 이들 둘의 반경 범위는 각각 R1(30 내지 50mm) 및 R2(105 내지 125mm)이다.

여기에서 알 수 있듯이, 내측 자극(3)이 제2 위치(P2)에 위치할 때, 제1 위치(P1) 및 제3 위치(P3)에 대응하는 반경 범위가 R1 및 R2인 비부식 영역을 부식시킬 수 있다. 내측 자극(3)이 제3 위치(P3)에 위치할 때, 제2 위치(P2)에 대응하는 반경 범위가 R3인 비부식 영역을 부식시킬 수 있다. 따라서 내측 자극(3)을 상술한 3개 소정 위치 사이에서 스위칭시킴으로써, 각 소정 위치에 대응하는 부식되지 않는 영역을 내측 자극(3)이 다른 소정 위치로 이동할 때 부식되도록 만들 수 있다. 따라서 완전 타깃 부식을 구현할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 내측 자극의 상이한 위치에서의 공정 결과 비교도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 내측 자극(3)이 각각 상술한 3개의 소정 위치에 고정되어 공정을 수행함으로써 획득한 박막의 두께 균일성은 각각 2.1%, 3.00%, 1.88%이다. 이들 셋은 모두 3.00% 이내에 있다. 이를 기반으로, 공정을 수행하는 과정에서, 내측 자극(3)을 상술한 3개의 소정 위치 사이에서 스위칭시킴으로써, 박막의 두께 균일성을 1.58%로 향상시킬 수 있다. 이는 3%보다 현저하게 우수하므로 박막의 두께 균일성을 보다 향상시킬 수 있다.

본 발명의 실시예는 상술한 제1 방향과 상술한 소정 위치의 구체적인 수량을 한정하지 않는다. 예를 들어, 상술한 제1 방향은 도 1에서 Y 방향으로 국한되지 않으며 Y 방향과 임의 협각을 이루는 방향일 수도 있다. 실제 적용에서 상술한 제1 방향과 상술한 소정 위치의 구체적인 수량은 외측 자극(2) 및 내측 자극(3)의 배치 방식, 및 이들 둘의 간격에 따라 조정하여 설치할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예는 이에 한정되지 않으며, 본 발명이 속한 기술 분야의 당업자는 실제 상황에 따라 자체적으로 조정하여 설치할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 마그네트론 메커니즘은 구동 장치(5)를 더 포함한다. 상기 구동 장치(5)는 백플레인(1)의 꼭대기면 일측에 위치하며, 내측 자극(3)과 연결되어 내측 자극(3)이 운동하도록 구동하는 데 사용된다. 구동 장치(5)를 통해 공정을 수행하는 과정에서 내측 자극(3)의 운동을 자동 제어할 수 있다. 물론 실제 적용에서 본 발명의 실시예는 이에 한정되지 않는다. 내측 자극(3)은 수동 제어 방식으로 내측 자극(3)이 운동하도록 구동할 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 구동 장치(5)는 구동원(51) 및 연결 부재(52)를 포함한다. 여기에서 구동원(51)은 백플레인(1)의 꼭대기면 상에 설치되어 동력을 제공하는 데 사용된다. 연결 부재(52)의 일단은 구동원(51)과 연결되고, 연결 부재(52)의 타단은 백플레인(1)을 관통하며 내측 자극(3)과 연결된다. 구동원(51)의 구동 하에서, 연결 부재(52)는 내측 자극(3)이 백플레인(1)에 대해 운동하도록 구동한다. 선택적으로, 구동 장치(5)는 가이드 레일(미도시)을 더 포함한다. 상기 가이드 레일은 백플레인(1)의 꼭대기면 상에 설치된다. 연결 부재(52)는 상기 가이드 레일과 연결되며 가이드 레일을 따라 운동할 수 있다. 상술한 가이드 레일을 통해 연결 부재(52)의 운동을 안내하여 내측 자극(3)의 운동 정밀도를 보장할 수 있다. 백플레인(1)은 상술한 연결 부재(52)가 관통하는 위치가 중공 구조이다. 상기 중공 구조의 치수는 연결 부재(52)의 운동 범위와 매칭되어 연결 부재(52)의 운동에 간섭을 일으키지 않도록 보장한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 구동원(51)은 스테핑 모터를 채택할 수 있다. 이는 신호를 통해 연결 부재(52)의 변위를 제어할 수 있으므로, 내측 자극(3)의 운동 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다. 물론 실제 적용에서 구동원(51)은 서보 모터 또는 리드 스크류 모터 등일 수도 있다. 상이한 유형의 구동원을 채택해 본 발명 실시예의 적용 범위를 효과적으로 확장할 수 있으므로 응용 및 유지보수 비용을 효과적으로 낮출 수 있다.

상기 내용을 요약하면 본 발명의 실시예에서 제공하는 마그네트론 메커니즘은 그 외측 자극이 백플레인의 바닥면 상에서 수용 공간을 둘러싼다. 내측 자극은 상기 내측 자극 내에 위치하며 타깃의 부식 영역을 변경하도록 운동할 수 있다. 고기압 상태의 스퍼터링 환경 하에서, 내측 자극을 운동시켜 타깃의 부식 영역을 변경함으로써, 내측 자극이 특정 위치에 고정되어 타깃의 해당 위치가 전체 스퍼터링 과정에서 항상 부식되지 못하게 되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 완전 타깃 부식을 구현할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 실시예에서 제공하는 마그네트론 메커니즘은 고기압 상태의 스퍼터링 환경 하에서 완전 타깃 부식을 실현할 수 있다. 따라서 박막의 두께 균일성을 향상시키면서 공정 입자 오염을 효과적으로 제어할 수 있다. 특히 14nm 제조 공정의 공정 입자 제어에 대한 요건을 충족시킬 수 있다.

동일한 발명의 사상을 기반으로, 본 발명의 실시예는 공정 챔버를 포함하는 반도체 가공 디바이스를 제공한다. 예를 들어, 도 5를 참조하면 상기 공정 챔버는 캐비티(100)를 포함한다. 상기 캐비티(100)의 바닥부에는 진공 펌프 시스템(101)이 연결되어, 캐비티(100)에 대해 진공 펌핑을 수행하여 캐비티 내부를 지정된 진공도(예를 들어, 10 내지 6Torr)에 도달시키는 데 사용된다. 또한 캐비티(100)의 일측에는 흡기관로가 연결된다. 상기 흡기관로의 흡기단은 가스원(103)과 연결되어 반응 캐비티(100)의 내부로 반응 가스(예를 들어 아르곤 가스, 질소 가스 등)를 수송하는 데 사용된다. 또한 상기 흡기관로 상에는 유량계(102)가 설치되어 반응 가스의 흡기량을 제어하는 데 사용된다.

또한 캐비티(100)의 내부에는 베이스(104)가 설치되어 웨이퍼(110)를 운반하는 데 사용된다. 또한 상기 베이스(104)는 가열 및/또는 냉각 기능을 구비할 수 있다. 또한 베이스(104)는 바이어스 전원(119)과 전기적으로 연결되어 베이스(104)에 바이어스 전력을 인가하는 데 사용된다. 따라서 기판 표면의 입자 에너지와 플라즈마 시스 두께를 변경하여 박막의 응력과 밀도를 개선한다. 또한 캐비티(100)의 측벽 내측에는 라이닝(112)이 감싸도록 설치된다. 상기 라이닝(112)의 바닥부는 베이스(104)가 공정 위치 이하에 위치할 때 압축 링(111)을 운반한다. 상기 압축 링(111)은 베이스(104)가 공정 위치에 위치할 때 웨이퍼(110)의 에지 영역을 가압하는 데 사용된다.

캐비티(100)의 내부에서 베이스(104)의 상방에는 타깃(105)이 설치된다. 상기 타깃(105)은 금속 재료 또는 금속 화합물 재료로 제작할 수 있다. 또한 캐비티(100)의 상방에는 절연 캐비티(106)가 설치된다. 상기 절연 캐비티(106)에는 탈이온수(107)가 가득 채워진다. 또한 절연 캐비티(106)의 측벽 내측에는 링형 전류 확산 전극(113)이 더 설치된다. 상기 링형 전류 확산 전극(113)은 각각 타깃(105)과 상부 RF 전원(118)과 직류 전원(117) 각각의 전극과 전기적으로 연결된다. 이는 타깃에 RF 전력과 직류 전력을 인가하는 데 사용되어, RF와 직류 코스퍼터링(cosputtering)의 환경을 획득하며, 캐비티(100)의 내부에 플라즈마(114)를 형성한다.

또한 타깃(105)의 상방에서 절연 캐비티(106)에 마그네트론 메커니즘이 설치된다. 상기 마그네트론 메커니즘은 상술한 각 실시예에 따른 마그네트론 메커니즘이 채택된다. 예를 들어, 본 실시예에 있어서 상기 마그네트론 메커니즘은 공정 챔버의 캐비티(100)의 꼭대기부에 설치되며, 상술한 절연 캐비티(106)에 위치한다. 마그네트론 메커니즘(108)을 통해 스퍼터링 증착 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

도 3에 도시된 마그네트론 메커니즘을 예로 들면, 마그네트론 메커니즘은 백플레인(1), 외측 자극(2), 내측 자극(3), 구동원(51) 및 연결 부재(52)를 포함한다. 여기에서 백플레인(1) 상에는 격리 박스체(116)가 설치된다. 상기 격리 박스체(116)는 구동원(51) 및 이와 연결 부재(52)의 연결 부분을 차단하여, 구동원(51) 및 이와 연결 부재(52)의 연결 부분과 절연 캐비티(106) 중 탈이온수(107)를 서로 격리시킨다. 또한 구동원(51)은 중공관(115)을 통해 도선을 절연 캐비티(106)의 외부로 인출하여 전원과 연결할 수 있다. 구체적으로, 상기 중공관(115)의 일단은 격리 박스체(116)를 관통하며 구동원(51)과 연결된다. 또한 중공관(115)과 이의 격리 박스체(116)를 관통하는 제1 통공 사이에 제1 밀봉 부재가 설치되어 이들 둘 사이의 갭을 밀봉하는 데 사용된다. 중공관(115)의 타단은 절연 캐비티(106)를 관통하며 상기 절연 캐비티(106)의 외부로 연장된다. 또한 중공관(115)과 이의 절연 캐비티(106)를 관통하는 제2 통공 사이에는 제2 밀봉 부재가 설치되어, 이들 둘 사이의 갭을 밀봉하는 데 사용된다. 구동원(51)의 도선은 중공관(115)을 관통하도록 설치되어 중공관(115)을 통해 절연 캐비티(106)의 외부로 인출될 수 있다.

또한 백플레인(1)은 회전 구동원(109)과 연결된다. 구체적으로, 회전 구동원(109)의 구동축은 절연 캐비티(106)를 관통하며 절연 캐비티(106)의 내부로 연장된다. 또한 마그네트론 메커니즘의 백플레인(1)과 연결되어 백플레인(1)을 구동시켜 백플레인(1) 상의 내부, 외측 자극이 동기적으로 회전하도록 구동시키는 데 사용된다. 선택적으로, 자성 유체 베어링을 채택해 회전 구동원(109)의 구동축과 그 절연 캐비티(106)를 관통하는 통공 사이의 갭을 밀봉할 수 있다. 이를 통해 회전 구동원(109)의 구동축이 회전하는 동시에 절연 캐비티(106)의 내부를 밀봉할 수 있도록 보장한다. 회전 구동원(109)을 이용해 마그네트론 메커니즘이 회전하도록 구동함으로써, 캐비티(100) 원주 방향의 각 각도 상에서 시간-평균(time-averaged) 자기장을 생성할 수 있다. 이를 통해 보다 균일한 타깃 스퍼터링 형태에 도달하여 박막 증착의 균일성을 향상시킬 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상술한 마그네트론 메커니즘은 절연 캐비티(106)에 설치되나 본 발명의 실시예는 이에 한정되지 않음에 유의한다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이 마그네트론 메커니즘은 절연 캐비티(106) 외부에 설치되며 그 상방에 위치할 수도 있다. 이 경우 구동원(51)의 도선은 일반적인 방식으로 전원과 연결하면 된다. 도 6에 도시된 반도체 가공 디바이스의 다른 구조는 도 5에 도시된 반도체 가공 디바이스와 동일하다.

실제 적용에서 상술한 마그네트론 메커니즘은 상이한 구조의 반도체 가공 디바이스에 따라 적절하게 마그네트론 메커니즘의 설치 위치 및 설치 방식을 조정할 수 있다. 본 발명의 실시예는 이를 특별히 제한하지 않는다.

본 발명의 실시예에서 제공하는 반도체 가공 디바이스는 본 발명의 실시예에서 제공하는 상술한 마그네트론 메커니즘을 채택한다. 이를 통해 고기압 상태의 스퍼터링 환경 하에서 완전 타깃 부식을 구현할 수 있다. 따라서 박막의 두께 균일성을 향상시키면서 공정 입자 오염을 효과적으로 제어할 수 있다. 특히 14nm 제조 공정의 공정 입자 제어에 대한 요건을 충족시킬 수 있다.

상기 실시예는 본 발명의 원리를 설명하기 위해 사용된 예시적인 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이에 한정되지 않음을 이해할 수 있다. 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 사상과 본질을 벗어나지 않고 다양한 수정 및 개선을 진행할 수 있다. 이러한 수정 및 개선은 본 발명의 보호 범위로 간주된다.

본 발명의 설명에서 용어 "중심", "상", "하", "전", "후", "좌", "우", "수직", "수평", "꼭대기", "바닥", "안", "밖" 등이 가리키는 방향 또는 위치 관계는 첨부 도면에 도시된 방향 또는 위치 관계를 기반으로 한다. 이는 본 발명을 간략하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 가리키는 장치 또는 요소가 반드시 특정한 방향을 갖거나 특정한 방향으로 구성 및 조작되어야 함을 지시하거나 암시하지 않는다. 따라서 이는 본 발명을 제한하는 것으로 이해되어서는 안 된다.

용어 "제1", "제2"는 설명을 위한 목적으로만 사용되며, 상대적인 중요성을 지시 또는 암시하거나 표시된 기술적 특징의 수량을 암시적으로 나타내는 것으로 이해될 수 없다. 여기에서 "제1", "제2"로 한정되는 특징은 하나 이상의 해당 특징을 명시적 또는 암시적으로 포함할 수 있다. 본 발명의 설명에서 달리 언급되지 않는 한, "복수"의 의미는 2개 또는 2개 이상이다.

본 발명의 설명에 있어서, 별도로 명시하거나 한정하지 않는 한, 용어 "장착", "상호 연결", "연결"은 넓은 의미로 해석되어야 한다. 예를 들어, 이는 고정 연결, 분리 가능한 연결 또는 일체형 연결일 수 있다. 또한 직접적인 연결일 수 있으며, 중간 매개체를 통한 간접적인 연결일 수도 있고, 두 요소 내부의 연통일 수도 있다. 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 기술자는 구체적인 상황에 따라 본 발명에서 상술한 용어의 구체적인 의미를 이해할 수 있다.

본 명세서의 설명에서 구체적인 특징, 구조, 재료 또는 특성은 임의 하나 이상의 실시예 또는 예시에서 적합한 방식으로 결합할 수 있다.

상기 내용은 본 발명의 일부 실시방식일 뿐이다. 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 원리에서 벗어나지 않고 일부 개선 및 수정할 수 있다. 이러한 개선 및 수정은 본 발명의 보호 범위에 속함에 유의한다.

Claims (12)

1. 반도체 가공 디바이스에 적용하는 마그네트론 메커니즘에 있어서,
   백플레인, 외측 자극 및 내측 자극을 포함하고, 여기에서,
   상기 외측 자극은 복수의 외측 자석 및 복수의 외측 자석을 직렬로 연결한 복수의 외측 전도성 스트립으로 구성되며, 복수의 외측 전도성 스트립은 외측 아크부와 내측 아크부를 포함하고, 상기 외측 아크부와 상기 내측 아크부는 머리부와 꼬리부가 연결되며, 연결되지 않은 양단 사이에는 개구가 구비되고, 상기 내측 자극은 복수의 내측 자석 및 복수의 내측 자석을 직렬로 연결하는 복수의 내부 전도성 스트립으로 구성되며, 상기 외측 자극은 상기 백플레인의 바닥면 상에 설치되며, 둘러싸여 하나의 수용 공간을 형성하고, 상기 내측 자극은 상기 백플레인의 바닥면 상에 설치되며 상기 수용 공간 내에 위치하고, 상기 내측 자극은 타깃의 부식 영역을 변경하도록 운동할 수 있고, 상기 내측 자극은 운동 과정에서 상기 외측 자극과의 사이 간격이 항상 소정 간격보다 큰 것을 특징으로 하는 마그네트론 메커니즘.
2. 제1항에 있어서,
   상기 내측 자극은 상기 백플레인의 바닥면에 평행한 제1 방향을 따라 직선 운동을 할 수 있으며, 상기 제1 방향을 따라 이격 설치된 복수의 소정 위치에 교차로 머물 수 있는 것을 특징으로 하는 마그네트론 메커니즘.
3. 제2항에 있어서,
   상기 외측 아크부와 상기 내측 아크부 이들 둘은 직렬로 연결되며 둘러싸여 함께 상기 수용 공간을 형성하고, 여기에서 상기 외측 아크부는 상기 내측 자극의 타깃 표면 에지에 근접한 일측에 위치하고, 상기 내측 아크부는 상기 내측 자극의 타깃 표면 중심에 근접한 일측에 위치하고,
   상기 소정 위치는 3개이며 각각 제1 위치, 제2 위치 및 제3 위치이고, 여기에서 상기 제2 위치는 상기 제1 위치의 상기 외측 아크부에 근접한 일측에 위치하고, 상기 제3 위치는 상기 제1 위치의 상기 내측 아크부에 근접한 일측에 위치하는 것을 특징으로 하는 마그네트론 메커니즘.
4. 제1항에 있어서,
   상기 마그네트론 메커니즘은 구동 장치를 더 포함하고, 상기 구동 장치는 상기 백플레인의 꼭대기면 상에 설치되며 상기 내측 자극과 연결되어 상기 내측 자극이 운동하도록 구동시키는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 마그네트론 메커니즘.
5. 제4항에 있어서,
   상기 구동 장치는 구동원 및 연결 부재를 포함하고, 여기에서 상기 구동원은 상기 백플레인의 꼭대기면 상에 설치되어 동력을 제공하는 데 사용되고, 상기 연결 부재의 일단은 상기 구동원과 연결되고, 상기 연결 부재의 타단은 상기 백플레인을 관통하며 상기 내측 자극과 연결되는 것을 특징으로 하는 마그네트론 메커니즘.
6. 제5항에 있어서,
   상기 구동 장치는 가이드 레일을 더 포함하고, 상기 가이드 레일은 상기 백플레인의 꼭대기면 상에 설치되고, 상기 연결 부재는 상기 가이드 레일과 연결되어 상기 가이드 레일을 따라 운동할 수 있는 것을 특징으로 하는 마그네트론 메커니즘.
7. 제1항에 있어서,
   상기 소정의 간격은 10mm 이상인 것을 특징으로 하는 마그네트론 메커니즘.
8. 제1항에 있어서,
   상기 내측 자극과 상기 외측 자극 사이는 비등간격으로 설치되고, 상기 내측 자극과 상기 외측 자극 사이의 간격은 30 내지 60mm인 것을 특징으로 하는 마그네트론 메커니즘.
9. 제1항에 있어서,
   상기 내측 자극은 하나의 평면 나선형 구간이고, 상기 내측 자극의 일단은 타깃 표면의 중심에 근접하고, 상기 내측 자극의 타단은 타깃 표면의 에지에 근접한 것을 특징으로 하는 마그네트론 메커니즘.
10. 반도체 가공 디바이스에 있어서,
    공정 챔버 및 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 마그네트론 메커니즘을 포함하고, 상기 마그네트론 메커니즘은 상기 공정 챔버의 꼭대기부에 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 가공 디바이스.
11. 반도체 가공 디바이스에 있어서,
    공정 챔버 및 제5항 또는 제6항에 따른 마그네트론 메커니즘을 포함하고, 상기 마그네트론 메커니즘은 상기 공정 챔버의 꼭대기부에 설치되고,
    상기 반도체 가공 디바이스는 상기 공정 챔버 상방에 설치된 절연 캐비티 및 중공관을 더 포함하고, 여기에서 상기 절연 캐비티에는 탈이온수가 채워지고, 상기 마그네트론 메커니즘은 상기 절연 캐비티에 설치되고, 상기 백플레인 상에는 격리 박스체가 설치되고, 상기 격리 박스체는 상기 구동원 및 이와 상기 연결 부재의 연결 부분을 내부에 밀봉하여, 상기 구동원 및 상기 연결 부분을 상기 절연 캐비티 중의 탈이온수와 서로 격리시키고,
    상기 중공관의 일단은 상기 격리 박스체를 관통하며 상기 구동원과 연결되고, 상기 중공관과 이의 상기 격리 박스체를 관통하는 제1 통공 사이에는 제1 밀봉 부재가 설치되어, 이들 둘 사이의 갭을 밀봉하는 데 사용되고, 상기 중공관의 타단은 상기 절연 캐비티를 관통하며 상기 절연 캐비티의 외부로 연장되고, 상기 중공관과 이의 상기 절연 캐비티를 관통하는 제2 통공 사이에는 제2 밀봉 부재가 설치되어, 이들 둘 사이의 갭을 밀봉하는 데 사용되고, 상기 구동원의 도선은 상기 중공관을 관통하도록 설치되어 상기 중공관을 통해 상기 절연 캐비티의 외부로 인출될 수 있는 것을 특징으로 하는 반도체 가공 디바이스.
12. 제10항에 있어서,
    상기 반도체 가공 디바이스는 상기 공정 챔버 상방에 설치된 절연 캐비티를 더 포함하고, 상기 절연 캐비티에는 탈이온수가 가득 채워지고, 상기 마그네트론 메커니즘은 상기 절연 캐비티의 상방에 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 가공 디바이스.