KR19980015837A - 반도체 제조를 위한 금속박막 증착용 스퍼터링 시스템의 타겟입자 히팅장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조를 위한 스퍼터링 공정시 웨이퍼 표면 전체에 걸쳐 금속박막이 균일하게 증착됨과 동시에 배선 형성을 위한 홀 용입(Reflow)이 원할하게 일어날 수 있도록 하여 반도체 소자의 수율을 높일 수 있도록 한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 반응챔버(1) 내의 웨이퍼(2)가 안착되는 히터 블록(3) 상부에 반응챔버(1) 상부의 금속 타겟(4)으로부터 떨어져 나와 웨이퍼(2) 상면에 증착되는 금속입자를 가열하기 위한 히팅수단이 장착되는 반도체 제조를 위한 금속박막 증착용 스퍼터링 시스템의 타겟입자 히팅장치이다.

Description

반도체 제조를 위한 금속박막 증착용 스퍼터링 시스템의 타겟입자 히팅장치

본 발명은 반도체 제조를 위한 금속박막 증착용 스퍼터링 시스템의 타겟입자 히팅 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 제조를 위한 스퍼터링 공정시 웨이퍼 표면 전체에 걸쳐 금속박막이 균일하게 증착됨과 동시에 배선 형성시 홀 용입(Reflow)이 원할하게 일어날 수 있도록 한 것이다.

일반적으로, 스퍼터링(Sputtering)이란 반도체 물질인 웨이퍼 상면에 원하는 금속박막을 적층시키는 방법중의 하나로, 진공속의 2개 전극에 직류전압을 가하고 아르곤(Ar)가스 등을 주입하면 아르곤이 이온화 되면서 음극으로 가속되어 충돌에 의해 음극에 준비된 금속 타겟의 원자를 떼어내면 이 방출된 원자가 양극에 있는 기판에 부착되는 윈리을 이용한 것이다.

이와 같은 종래의 스퍼터링 장비는 도 1에 나타낸 바와 같이, 금속박막(알루미늄)을 형성하기 위한 스퍼터링 공정이 진행되는 고진공 상태의 공간인 반응챔버(1) 내부에 금속 박막의 원재료인 금속 타겟(4)(Al)이 설치되고, 상기 금속 타겟(4) 상부에는 스퍼터링 공정의 진행시 회전하며 자기장을 형성하는 영구저석이 반응챔버(1) 상부에 설치된 모터(도시는 생략함)의 구동축에 연결된다.

또한, 상기 반응챔버(1) 하부 중앙에는 웨이퍼(2)가 안착되는 히터 블록(Heater Block)(3)이 설치되고, 상기 히터 블록(3)에 안착된 웨이퍼(2) 상부에는 공정 진행시 상기 히터 블록(3)에 안착된 웨이퍼(2)를 고정시키는 클램프(7)가 설치된다.

한편, 상기 클램프(7) 하단에 이어지는 외측으로는 공정 진행중 반응챔버(1)의 내벽에 박막이 증착되는 현상을 방지하기 위한 차폐판(8)(shield)이 설치되어 구성된다.

그리고, 상기 반응챔버(1) 내에는 공정 진행시 플라즈마 형성을 위한 반응촉매로 사용되는 아르곤(Ar) 가스가 주입된다.

이와 같이 구성된 종래에는 스퍼터링 공정 진행시, 먼저 고진공 상태의 반응챔버(1) 내에 금속 박막의 원재료인 금속 타겟(4)을 장착하고 히터 블록(3) 상면에 웨이퍼(2)를 로딩시킨다.

그 후, 반응촉매인 아르곤 가스를 주입하고 모터를 구동시켜 영구자석을 회전시키는 한편, 양극을 이루는 웨이퍼(2)와 금속 타겟(4)에 전원을 인가하게 된다.

따라서, 아르곤 가스는 플라즈마 상태로 변하게 되며 플라즈마 상태로 된 아르곤 입자(9)들이 금속박막의 원재료인 타겟 표면과 충돌하면 금속 타겟(4) 표면의 원자들이 방출되어 웨이퍼(2) 위에 적층된다.

이 때, 히터 블록(3)은 고온이므로 히터 블록(3)에서 발생된 열이 웨이퍼(2)의 뒷면을 통해 전달되어 웨이퍼(2) 전체가 뜨거워지게 되며, 이에 따라 웨이퍼(2) 상면에 증착된 금속박막이 녹아 웨이퍼(2) 상면에 형성된 홀(Hall)을 채우게 되는데, 이를 용입 알루미늄 스퍼터링(Reflow Aluminum Sputtering)이라고 한다.

그러나, 이와 같은 종래의 배선 형성을 위한 스퍼터링 공정에서는 히터 블록(3)에 내장된 코일의 분포상태가 균일하지 않으므로 인해 히터 블록(3)의 온도를 일정하게 유지하기가 힘들었다.

따라서, 히터 블록(3)을 통해 열을 공급받는 웨이퍼(2) 또는 영역에 따라 온도 편차를 나타내게 된다.

즉, 웨이퍼(2) 가장자리와 중심부의 온도가 서로 다르므로 인해 웨이퍼(2) 표면에 증착되는 금속박막의 증착상태가 불균일해지는 단점이 있었다.

특히, 웨이퍼(2) 가장자리의 온도가 매우 낮을 경우 가장자리에서는 증착된 금속박막이 녹아 홀(Hall)을 채우는 용입(Reflow) 현상이 일어나지 못하므로써 반도체 소자의 결함 및 소자 특성 저하를 유발하여 공정 수율을 떨어뜨리게 되는 등 많은 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 반도체 제조를 위한 스퍼터링 공정시 웨이퍼 표면 전체에 걸쳐 금속박막이 균일하게 증착됨과 동시에 배선 형성을 위한 홀 용입(Reflow)이 원할하게 일어날 수 있도록 하여 반도체 소자의 수율을 높일 수 있도록 한 반도체 제조를 위한 금속박막 증착용 스퍼터링 시스템의 타겟입자 히팅장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 반응챔버 내의 웨이퍼가 안착되는 히터 블록 상부에 반응챔버 상부의 금속 타겟으로부터 떨어져 나와 웨이퍼 상면에 증착되는 금속입자를 가열하기 위한 히팅수단이 장착되는 반도체 제조를 위한 금속박막 증착용 스퍼터링 시스템의 타겟입자 히팅장치이다.

도 1은 종래의 스퍼터링 공정용 반응챔버를 나타낸 종단면도

도 2는 종래의 웨이퍼 상면의 홀에 증착금속이 용입되는 상태를 나타낸 종단면도

도 3는 본 발명에 따른 스퍼터링 공정용 반응챔버를 나타낸 종단면도

도 4은 도 3의 히팅수단을 나타낸 평면도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 반응챔버2 : 웨이퍼

3 : 히터블록4 : 금속 타겟

5 : 프레임6 : 히팅코일

이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부도면 도 3 및 도 4를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3는 본 발명에 따른 스퍼터링 공정용 반응챔버(1)를 나타낸 종단면도이고, 도 4은 도 3의 히팅수단을 나타낸 평면도로서, 본 발명은 반응챔버(1) 내의 웨이퍼(2)가 안착되는 히터 블록(3) 상부에 반응챔버(1) 상부의 금속 타겟(4)으로부터 떨어져 나와 웨이퍼(2) 상면에 증착되는 금속입자를 가열하기 위한 히팅수단이 장착되어 구성된다.

이 때, 상기 히팅수단은 원형의 프레임(5) 내측에 금속입자가 빠져나갈 수 있도록 그물모양을 이루는 히팅코일(6)이 설치되어 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용은 다음과 같다.

스퍼터링 공정 진행시, 먼저 고진공 상태의 반응챔버(1) 내에 금속 박막의 원재료인 금속 타겟(4)을 장착하고 히터 블록(3) 상면에 웨이퍼(2)를 로딩시킨다.

그 후, 반응촉매인 아르곤 가스를 주입하고 모터(도시는 생략함)를 구동시켜 영구자석을 회전시키는 한편, 양극을 이루는 웨이퍼(2)와 금속 타겟(4)에 전원을 인가하게 된다.

따라서, 아르곤 가스를 플라즈마 상태로 변하게 되며 플라즈마 상태로 된 아르곤 입자(9)들이 금속박막의 원재료인 타겟 표면과 충돌하면 금속 타겟(4) 표면의 원자들이 방출되어 웨이퍼(2) 위에 적층된다.

이와 같이, 금속 타겟(4) 표면에서 떨어져 나온 입자들이 웨이퍼(2) 표면으로 내려 앉을 때, 상기 반응챔버(1) 내의 히터 블록(3) 상부에는 금속 타겟(4)으로부터 떨어져 나와 하강하는 금속입자를 가열하기 위한 그물형의 히팅코일(6)이 설치되어 있으며, 상기 히팅코일(6)은 외부로부터 전원이 인가되어 가열된 상태이므로 하강하는 금속입자들이 히팅코일(6)에 부딪혀 가열되거나 그물 구조인 히팅코일(6) 사이를 통과하면서 가열된 히팅코일(6)의 전열 작용에 의해 가열된다.

따라서, 금속입자들은 웨이퍼(2)에 증착되기 전에 히팅코일(6)에 의해 높은 온도로 예열된 상태에서 웨이퍼(2) 표면으로 내려와 증착된다.

한편, 웨이퍼(2) 표면에 증착된 금속입자들은 웨이퍼(2)가 놓인 히터 블록(3)이 고온 이므로 히터 블록(3)에서 발생된 열에 의해 녹아 웨이퍼(2) 상면에 형성된 홀을 채우는 한편 웨이퍼(2) 상면에 금속 박막을 형성하게 된다.

이와 같이, 본 발명은 히터 블록(3)에 의해서 웨이퍼(2)를 가열하여 증착된 금속 박막을 간접적으로 가열하던 종래의 비해 증착되는 금속입자에 직접 전열작용을 가하여 가열시키므로써 열효율을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 웨이퍼(2)의 중심부와 가장자리에 동일한 열에너지를 갖는 금속입자가 증착되므로 웨이퍼(2) 가장자리 부위에서 배선용 홀 메움을 위한 용입(Reflow) 작용이 제대로 일어나지 않던 종래의 문제점을 해결할 수 있게 된다.

뿐만 아니라, 금속 타겟(4)에서 떨어져 나온 금속입자가 그물모양의 히팅코일(6)에 부딪힌 후, 유동 방향을 바꾸게 되므로, 웨이퍼(2) 상면 전체에 걸쳐 균일한 두께의 증착막이 형성 되는 장점이 있다.

한편, 상기에서 히팅 코일 상부에 여러개의 또 다른 히팅코일(6)을 평행하게 설치하여 히팅 작용을 강화시킬 수 있음은 물론이다.

이상에서와 같이, 본 발명은 금속입자를 증착전에 히팅코일(6)을 이용하여 예열함과 동시에 금속입자가 히팅코일(6)에 부딪혀 분산되도록 하여 웨이퍼(2) 가장자리에 증착되는 금속입자와 중심부에 증착되는 금속입자의 온도 편차를 해소할 수 있게 되므로 인해 웨이퍼(2) 상면에 증착되는 금속 박막의 균일도를 향상시킬 수 있게 된다.

특히, 웨이퍼(2) 가장자리가 중심부와 마찬가지로 높은 온도로 가열되므로 증착된 금속박막이 녹아 홀을 채우는 용입 작용이 원할하게 일어나게 되므로써 웨이퍼의 수율을 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (2)

1. 반응챔버 내의 웨이퍼가 안착되는 히터 블록 상부에 반응챔버 상부의 금속 타겟으로부터 떨어져 나와 웨이퍼 상면에 증착되는 금속입자를 가열하기 위한 히팅수단이 장착되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조를 위한 금속박막 증착용 스퍼터링 시스템의 타겟입자 히팅장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 히팅수단은 원형의 프레임 내측에 금속입자가 빠져나갈 수 있도록 그물모양을 이루는 히팅코일을 설치하여서 됨을 특징으로 하는 반도체 제조를 위한 금속박막 증착용 스퍼터링 시스템의 타겟입자 히팅장치.