KR19980020176A - 일체형 스퍼터링 콜리메이터 코아 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스퍼터링 콜리메이터 코아들을 일체로 형성하여 코아들의 본딩부 분리에 따른 재사용 횟수의 감소와, 본딩부에서의 파티클 발생에 따른 결함의 증가를 방지하도록 한 일체형 스퍼터링 콜리메이터 코아에 에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 콜리메이터 코아들을 반영구적으로 사용하여 원가절감을 이룩하고 신뢰성을 향상하도록 한 일체형 스퍼터링 콜리메이터 코아를 제공하는데 있다.

본 발명은 스퍼터링 콜리메이터 코아들을 스폿 본딩에 의해 본딩하지 않고 일체로 형성하여 코아의 디캡시 또는 스퍼터링공정시 본딩부에서 코아가 분리되고 파티클이 발생하는 것을 방지함으로써 콜리메이터 코아를 반영구적으로 사용하여 원가절감을 이룩하고 파티클에 의한 웨이퍼 오염을 방지하여 스퍼터링 공정의 신뢰성을 향상시킨다.

Description

일체형 스퍼터링 콜리메이터(collimator) 코아

본 발명은 스퍼터링 장치용 콜리메이터 코아에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 콜리메이터 코아들을 일체로 형성하여 코아들의 본딩부의 분리에 따른 재사용 횟수의 감소와, 본딩부에서의 파티클 발생에 따른 결함의 증가를 방지하도록 한 일체형 스퍼터링 콜리메이터 코아에 에 관한 것이다.

일반적으로 집적회로의 금속 배선을 위한 금속층을 증착하는데 스퍼터링 공정이 주로 이용되는데, 상기 스퍼터링 공정은 RF 파워나 DC 파워에 의해 형성된 플라즈마 상태의 높은 에너지를 갖고 있는 불활성 가스 이온이 스퍼터링 장치의 캐소드 전극에 부착되어 있는 금속 타겟(material target) 표면과 충돌하여 증착하고자 하는 금속 타겟의 금속 입자들이 스퍼터링되어 웨이퍼에 증착되는 공정이다.

최근 집적회로의 고집적화가 이루어짐에 따라 메탈 콘택부의 애스펙트비(aspect ratio)가 증가하고 있어 상기 스퍼터링 공정을 이용하여 금속층을 형성하는 경우, 상기 메탈 콘택부내에 형성된 금속층의 스텝 커버리지가 매우 나빠지게 되었다. 이를 개선하기 위해 종래에는 스퍼터링 장치내의 타겟과 웨이퍼 사이에 콜리메이터를 설치하여 직진성이 있는 입자들만을 웨이퍼에 증착할 수 있도록 하여 왔다.

도 1은 종래 기술에 의한 콜리메이터를 적용한 스퍼터링 장치의 개략적인 구조를 나타낸 단면도이고, 도 2는 도 1의 콜리메이터 코어 접합 구조를 나타낸 평면도이다. 설명의 편의상 도 1과 도 2를 연관하여 설명하기로 한다.

도시된 바와 같이, 스퍼터링 장치(10)의 챔버(11)내에는 음극판인 캐소드(12)와 양극판인 애노드(13)가 상하로 일정한 거리를 두고 이격되고, 캐소드(12)의 외부에 금속이온의 증착을 방지하는 차폐막(15)이 일정 거리를 두고 이격되어 있고, 캐소드(12)와 애노드(13)의 사이에 콜리메이터(17)가 위치하고 있고, 캐소드(12)의 과열을 냉각시키기 위한 냉각 시스템(미도시)이 캐소드(12)의 내부에 설치되어 있고, 스퍼터링 장치(10)에 고전계를 형성하도록 파워 서플라이(19)가 캐소드(12)와 연결되어 있다.

여기서, 콜리메이터(17)는 사방 격자 형상의 콜리메이터로서, 캐소드(12)의 하부면에 고정되는 타겟(1)으로부터 스퍼터링되는 불규칙한 입자들중 직진성 입자만들을 애노드(13)위에 놓여진 웨이퍼들(2)에 증착되도록 통과시켜 주는 장치이다.

또한, 콜리메이터(17)는 그 두께가 일정하게 형성되어 있으며, 일정 개구 면적과 일정 높이를 갖는 콜리메이터 코어(collimator core)의 집합체로 이루어져 있다.

또한, 콜리메이터 코아(17a)들 사이에는 스폿 본딩된 본딩부(17b)가 존재하고 있다.

이와 같은 구성된 종래의 스퍼터링 장치용 콜리메이터의 작용을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 스퍼터링 장치(10)의 챔버(11)를 개방한 후 캐소드(12)의 하부면에 원하는 금속 물질로 이루어진 타겟(1)을 고정시키고 스퍼터링 공정이 필요한 웨이퍼들(2)을 애노드(13)의 상부면 위에 이송, 고정시킨다.

이후, 챔버(11)를 폐쇄한 후 파워 서플라이(19)로부터 캐소드(12)에 DC 또는 RF 전원을 인가하면, 캐소드(12)와 애노드(13) 사이의 공간에 고전계가 형성된다.

이러한 상태에서 불활성 가스인 헬륨(He)이나 아르곤 가스(Ar)를 챔버(11)내에 주입하게 되면, 상기 불활성 가스는 고 에너지를 갖는 플라즈마 상태의 이온들로 되고, 상기 이온들이 타겟(1)과 충돌하게 된다. 이때, 상기 이온이 타겟(1)에 다양한 각도로 충돌함에 따라 타겟(1)으로부터 빠져나온 입자들은 매우 불규칙한 산란각을 갖고 웨이퍼(9)에 증착하게 된다.

이때, 상기 입자는 타겟(1)으로부터 콜리메이터(17)를 통과해야만 웨이퍼(2)에 도달할 수 있기 때문에, 상기 입자들중 웨이퍼(2)와 수직 방향을 갖거나, 콜리메이터(17)의 격자 사이를 대각선 방향을 갖고 통과하는 금속 입자들만이 웨이퍼(2)에 증착된다.

이와 같이 콜리메이터(17)는 타겟(1)으로부터 튀어나오는 금속 입자들의 산란각이 매우 불규칙적이기 때문에 웨이퍼(2)에 증착되는 금속층의 두께가 매우 불규칙적으로 되고, 심할 경우에는 상기 금속층이 불연속 층으로 이루어지는 것을 방지한다.

따라서, 웨이퍼(2)에 기 형성된 집적회로들의 각 메탈 콘택부의 스텝 커버리지는 상당히 개선되었다.

상기 스퍼터링 공정이 진행되는 동안 타겟(1)의 금속 입자들이 코아(17a)의 표면에 증착하게 되는데 이는 웨이퍼(2)에 결함 제공원이 될 수 있으므로 스퍼터링 공정의 신뢰성을 향상시키기 위해 상기 코아에 증착된 금속 입자들을 제거하는 디캡(decap) 작업을 정기적으로 실시한 후 상기 콜리메이터를 재사용하게 된다.

그러나, 도 2에 도시된 바와 같이, 콜리메이터(17)는 경량화와 강도를 유지하고 또한 많은 양의 코아(17a)들을 제작하기에 용이하도록 일정한 형태의 판을 스폿 본딩(spot bonding)한 코아들로 이루어져 있다.

그래서, 상기 코아의 디캡 과정을 여러번 반복하게 되면, 상기 코아들 사이의 본딩부(17b)가 떨어져 나가 코아들이 서로 분리되므로 3회 이상 디캡한 콜리메이터는 폐기 처분된다. 또한, 스퍼터링 공정이 진행되는 동안 상기 코아가 플라즈마에 의해 열적 팽창되므로 상기 본딩부(17b)가 쉽게 떨어지고 이렇게 된 콜리메이터는 모두 폐기 처분된다. 결국 원가절감의 측면에서 손실이 생기는 문제점이 있었다.

그리고, 상기 코아들이 여러번 디캡되더라도 코아들이 분리되지 않아 재사용되는 경우, 본딩부(17b)에서 파티클이 많이 발생하게 되고 이로 인해 결함이 많이 발생하여 공정의 신뢰성이 낮아지는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 콜리메이터 코아들을 반영구적으로 사용하여 원가절감을 이룩하고 신뢰성을 향상하도록 한 일체형 스퍼터링 콜리메이터 코아를 제공하는데 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 콜리메이터를 적용한 스퍼터링 장치의 개략적인 구조를 나타낸 단면도.

도 2는 도 1의 콜리메이터 코어 접합 구조를 나타낸 평면도.

도 3 는 본 발명에 의한 일체형 스퍼터링 콜리메이터 코어의 구조를 나타낸 평면도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 타겟 2 : 웨이퍼 10 : 스퍼터링장치 11 : 챔버 12 : 캐소드 13 : 애노드 15 : 차폐막 17 : 콜리메이터 17a : 코아 17b : 본딩부 19 : 파워 서플라이 37 : 콜리메이터 코아

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 일체형 스퍼터링 콜리메이터 코아는 콜리메이터 코아들이 일체로 형성되어 코아 분리의 방지가 방지됨으로써 코아의 반영구적 사용에 따른 원가절감이 이룩되고 파티클 발생의 방지에 따른 공정 신뢰성을 향상시키는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 일체형 스프터링 콜리메이터 코아의 구조를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 3 는 본 발명에 의한 일체형 스퍼터링 콜리메이터 코어의 구조를 나타낸 평면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 콜리메이터 코아(37)는 일체로 형성된 것을 제외하면 도 2의 콜리메이터 코아(17a)의 구조와 동일하게 이루어져 있다.

이와 같이 구성된 콜리메이터 코아는 하나의 금속판을 동일한 코아 형태로 깍아 형성되어 있어 종래와는 달리 접합부가 전혀 존재하지 않는다.

그러므로, 스퍼터링 공정이 장기간 진행되어 콜리메이터 코아(37)에 타겟의 금속 입자들이 증착되더라도 상기 코아에 대한 디캡 공정의 횟수에 관계없이 상기 코아들은 서로 분리되지 않는다. 또한, 코아가 플라즈마에 의해 열적 팽창되어도 상기 코아들이 서로 분리될 염려가 없다. 그리고, 코아 본딩부로 인한 파티클 발생이 근본적으로 방지될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 스퍼터링 콜리메이터 코아들을 스폿 본딩에 의해 본딩하지 않고 일체로 형성하여 코아의 디캡시 또는 스퍼터링공정시 본딩부에서 코아가 분리되고 파티클이 발생하는 것을 방지함으로써 콜리메이터 코아를 반영구적으로 사용하여 원가절감을 이룩하고 파티클에 의한 웨이퍼 오염을 방지하여 스퍼터링 공정의 신뢰성을 향상시킨다.

Claims (1)

1. 스퍼터링장치용 콜리메이터 코아에 있어서, 상기 콜리메이터 코아 각각이 접합되지 않고 일체로 형성되어 상기 코아들의 분리를 방지하는 것을 특징으로 하는 일체형 스퍼터링 콜리메이터 코아.