KR19980070492A - 균일하고 소량의 입자 증착물을 형성하기 위한 이온화된 ｐｖｄ소오스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 백산란(backscatter) 증착에 의한 입자 형성을 감소시키면서 균일한 부식과 스퍼터링 가능한 물질의 효율적인 이용을 허용하는 타겟 구조물을 제공하는 것이다. 이러한 타겟은 스퍼터링 물질을 포함하는 환형 영역과, 직접 증착되는 물질 및 백산란 증착물을 수용할 수 있는 형태를 갖는 중앙 영역을 포함한다. 타겟의 환형 영역은 일반적으로 오목한 노출면, 바람직하게는 실질적으로 절두원뿔형 노출면을 가진다. 타겟의 중앙 영역은 실질적으로 편평하거나 또는 오목한 형태를 갖는 노출면을 가지며, 가장 바람직하게는 실질적으로 오목한 절두원뿔형 노출면을 갖는다.

Description

균일하고 소량의 입자 증착물을 형성하기 위한 이온화된 ＰＶＤ 소오스

본 발명은 타겟 소오스로부터 집적 전자 회로 제조시에 소재물 또는 기판 상에 얇은 막을 증착하는 일반적인 물리기상증착(Physical Vapor Deposition, 이하 PVD 라 함) 공정에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 타겟 상의 입자의 재증착을 감소시키면서, PVD 공정에서 타겟 부식의 균일도와 타겟 물질의 효율적인 이용을 개선하는 방법에 관한 것이다.

PVD 공정 또는 스퍼터링 공정은 집적 회로를 제조하는 공지된 기술이다. PVD 공정에서, 원하는 코팅 물질의 타겟은 가속된 이온이 충돌하여 기판으로부터 기판 상에 증착된 타겟 물질이 제거되고 방출된다. 코팅될 타겟과 기판은 일반적으로 진공 챔버에 놓이게 되는데, 이러한 진공 챔버는 약 10밀리토르 미만의 압력에서 배출되고 유지된다. 전형적으로, 아르곤과 같은 무거운 불활성 가스가 진공 챔버에 공급되고, 펌핑 시스템은 챔버내에서 원하는 가스 압력을 유지시킨다. 음극(전형적으로 타겟)에 높은 네가티브 직류와 교류 또는 고주파 전류를 공급하고 챔버벽과 양극(전형적으로 기판)을 접지함으로써, 글로우방전 플라즈마가 저압 아르곤 내에서 발생하여, 적어도 부분적으로 가스를 이온화시킨다. 글로우방전 플라즈마가 음극과 양극 사이의 공간에서 형성되어, 다크(dark) 공간 또는 플라즈마 외장에 의해 전극으로부터 일반적으로 분리된다. 플라즈마는 그 자체가 우수한 도전체이기 때문에, 플라즈마는 네가티브하게 바이어스된 음극에 대해 일정한 포지티브 포텐셜로 잔존한다. 이는 타겟의 노출면에 수직한 타겟에서 전기장을 형성시킨다. 따라서, 플라즈마로부터의 양이온이 다크 공간을 가로질러 타겟의 노출면 상으로 가속되어, 타겟의 노출면에 실질적으로 수직한 궤적에서 타겟을 스퍼터링한다.

평면 마그네트론 스퍼터링 공정에서, 타겟 표면에서의 이온 충돌 밀도는 타겟에 인접하여 있는 플라즈마 외장에 자기장이 형성됨으로써 강화되어, 타겟 부근에서 전자의 포획을 보조하고 전자를 편향시킨다. 영구 자석 또는 전자석이 타겟 뒤에 위치하거나, 또는 타겟이 놓여지는 백 플레이트(back plate) 상에 위치하여, 타겟의 표면에 평행한 전기장을 형성한다. 이들 자기장을 따라 플라즈마 전자가 나선형으로 배열되고, 이들 영역에서의 전자 밀도를 증가시킨다. 증가된 전자 밀도는 이들 영역에서 타겟의 충돌을 증가시키고 타겟 부식 패턴을 형성하는 자석의 폴(pole) 사이에서 타겟의 스퍼터링을 증가시키는 추가 가스 이온화에 기여한다.

전형적으로, 레이스트랙(racetrack) 패턴이 타겟이 보다 급속히 부식되는 곳에 설치된 자석의 폴 사이의 타겟에 형성된다. 타겟의 백킹 상에서 오프-축선 자석 배열의 물리적인 회전은 타겟 부식의 패턴을 조절하고 변경하기 위해 사용될 수도 있다. 타겟의 다른 영역은 보다 천천히 부식되거나 부식되지 않을 수도 있으며, 이에 의해 타겟 상에서 입자의 재증착 또는 백스퍼터링(backsputtering)이 일어난다. 백 스퍼터링된 입자는 입자가 증착되고 시간에 따라 벗겨지는 타겟 표면에 느슨하게 부착되는 경향이 있다. 게다가, 불균일한 부식은 폴 사이의 영역이 완전히 부식되어버린 경우 타겟의 실질적인 부분을 비사용상태로 방치하게 한다.

타겟이 부착될 백킹 플레이트 아래에서 부식되기 전에, 타겟을 교환하는 것은 중요하다. 소재에 도달하는 백킹 플레이트 물질로부터 스퍼터링된 입자는 소재를 심각하게 오염시키거나 파손시킨다. 결과적으로, 타겟이 비사용된 고가의 타겟 물질이 남겨진 채로 완전히 이용되기 전에, 타겟은 교환된다. 따라서, 고가의 타겟 물질이 낭비되기 때문에, 표면을 가로질러 균일한 타겟 부식을 보장하는 다른 수단이 적용되어야 한다.

본 발명의 양수인에게 양도된 미국 특허 제 5,320,728 호 및 미국 특허 제 5,242,566 호에는 타겟 부식 균일성을 강화시킨 마그네트론 구성이 개시되어 있다. 타겟 위에 마스크 또는 차단 매개물을 사용하는 것과 같은 기술이 타겟 상에 물질의 재증착을 방지하기 위해 사용된다. 그렇지만, 모든 마그네트론 타겟은 스퍼터링 동안 또는 스퍼터링 후에 높은 네가티브 포텐셜이 가해져 형성된 스퍼터링 그루브들 사이에서 타겟 표면에 증착되는 타겟 물질이 이온화됨으로써 발생된 재증착 영역을 타겟 표면 상에 가지고 있다. 마스킹 면은 마스킹 면 상에 백 스퍼터링된 입자의 증착을 방해하지 않으며, 스퍼터링된 타겟 물질을 수용하기에 적합하지 않다. 따라서, 백 스퍼터링된 물질이 타겟 또는 마스크 상에 증착되는 경우, 이러한 물질은 표면에 느슨하게 고착되어 챔버를 벗기거나 오염시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 타겟 물질을 효율적으로 사용하고 백 스퍼터링 물질을 타겟에 증착시키고 입자 소오스가 되도록 하는 타겟 소오스 및 스퍼터링 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명은 물리 기상 증착 시스템을 위한 타겟을 제공하는 것이다. 이러한 타겟은 스퍼터링 가능한 물질을 포함하는 환형 영역과, 환형 영역 내에 배치된 중앙 영역을 포함하고 있다. 환형 영역은 스퍼터링 물질로 이루어지며, 오목한 노출면, 바람직하게는 절두원뿔형 노출면을 가지고 있다. 중앙 영역은 바람직하게는 알루미늄 또는 환형 영역과 동일한 스퍼터링 가능한 물질을 포함한다. 중앙 영역에는 실질적으로 편평한 또는 오목한 노출면, 가장 바람직하게는 실질적으로 절두원뿔형 노출면이 제공되어, 노출면 상에 증착 물질 또는 백 스퍼터링된 물질이 수용된다.

본 발명은 또한 밀폐물과, 이러한 밀폐물에 배치되어 양극을 형성하는 소재지지 부재와, 밀폐물 내에서 소재 지지 부재와 접하여 음극을 형성하는 노출면을 구비하는 스퍼터 타겟을 포함하는 스퍼터 챔버를 제공하는 것이다. 스퍼터 타겟의 노출면에는 상기한 바와 같이 중앙 영역과 오목한 환형 영역이 제공되어 있다.

도 1은 본 발명에 부합하는 타겟 구조물을 갖는 스퍼터링 장치의 단면도.

도 2는 본 발명에 부합하는 제 2 타켓 구조물을 갖는 스퍼터링 장치의 단면도.

도 3은 타겟 표면으로부터 스퍼터링된 입자의 분포를 도시한 개략적인 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10,60 : 타겟 구조물 11 : 스퍼터링 가능한 부재

12 : 스퍼터링 표면 14 : 챔버

16 : 소재 18 : 소재 지지 부재

20 : 소재면 24 : 챔버 밀폐벽

26 : 가스 입구부 28 : 가스 배출부

30 : 절연 부재 32 : 전원

35 : 챔버 실드 42 : 환영 영역

44 : 중앙 영역 46,46a : 노출면

48 : 백킹 플레이 50 : 마그네트론(magnetron)

52 : 자석 54 : 회전판

56 : 구동축

본 발명의 특징과 장점, 및 목적을 보다 상세하게 이해하기 위해, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그렇지만, 첨부된 도면은 본 발명의 전형적인 실시예만을 도시한 것으로서, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 동일한 효과를 갖는 실시예가 허용될 수도 있다.

본 발명은 백산란(backscatter) 증착에 의한 입자 형성을 감소시키면서 균일한 부식과 스퍼터링 가능한 물질의 효율적인 이용을 허용하는 타겟 구조물을 제공하는 것이다. 이러한 타겟은 스퍼터링 물질을 포함하는 환형 영역과, 직접 증착되는 물질 및 백산란 증착물을 수용할 수 있는 형태를 갖는 중앙 영역을 포함한다. 타겟의 환형 영역은 일반적으로 오목한 노출면, 바람직하게는 실질적으로 절두원뿔형 노출면을 제공한다. 타겟의 중앙 영역은 표면 상에 증착된 소정의 물질을 견고하게 표면에 착정시킬 수 있는 형태를 갖는다. 바람직하게, 중앙 영역에는 실질적으로 편평하거나 또는 오목한 형태를 갖는 노출면이 제공되며, 가장 바람직하게는 실질적으로 절두원뿔형 노출면이 제공된다.

본 발명의 일 양태에서, 환형 및 중앙 영역은 모두 스퍼터링 가능한 물질이며, 바람직하게는 스퍼터링 가능한 단일 부재이다. 바람직하게 마그네트론 조립체에 의해 강화된 환형 영역의 스퍼터링은 넓은 입자 궤적(trajectory) 분포를 제공하지만, 소재 상에 균일한 막을 증착시킨다. 중앙 영역은 일반적으로 스퍼터링되지 않으며, 백산란 증착물보다 환형 영역으로부터 직접 증착되는 입자를 수용할 수 있는 편평한 또는 오목한 표면을 가진다.

본 발명의 다른 양태에서, 환형 영역은 스퍼터링 가능한 물질로 형성되고, 중앙 영역은 바람직하게는 알루미늄 또는 스테인레스강으로 구성된 절두원뿔형 부재이다. 중앙 영역은 백산란 증착물보다 환영 영역으로부터 직접 증착되는 입자를 수용할 수 있는 편평한 또는 오목한 표면을 가진다. 한 실시예에서, 중앙 영역은 백킹 플레이트(backing plate)에 의해 제공된다.

본 발명에 따른 스퍼터링 장치는 일반적으로 진공 챔버 내에 스퍼터 타겟을 위치시키고, 노출된 타겟의 스퍼터링 표면으로부터 물질을 스퍼터링하고, 스퍼터링된 물질의 일부를 소재 상에 증착하는 공정을 행한다. 타겟의 스퍼터링 표면은 소재의 최상부 표면에 적어도 부분적으로 경사져 있거나, 비평행하게 배치되어 있다. 이와 같이 경사진 스퍼터링 표면은 물리적 조준 장치를 필요로 하지 않으면서 소재에 수직하게 놓이는 궤적에서 운동하는 고밀도의 타겟 물질을 제공하도록 위치된다. 소재 상에 그리고 소재의 최상부 표면의 베이스와 벽 영역의 홀에 형성된 증착층은 소재 영역 위에서와 소재의 최상부 표면에 형성된 각 특징부 내에 형성된 증착층보다 상대적으로 균일하고 연속적일 것이다. 더욱이, 특징부의 베이스 및 벽 상에 형성된 층의 두께는 소재의 최상부 표면의 각각의 특징부에서 동일하다.

도 1은 본 발명의 스퍼터링 타겟이 설치된 스퍼터링 장치의 단면도이다. 타켓(10)은 종래의 진공 챔버(14) 내에 위치하는 경사진 스퍼터링 표면(12)을 가지고 있으며, 소재(16)는 챔버(14) 내에 수용되어 소재(16)의 상부 표면(20) 상에 스퍼터링 물질층을 증착하기 위해 페데스탈(pedestal, 18)과 같은 지지부재 상에 위치하고 있다. 페데스탈(18)은 소재(16)가 놓여지는 편평한 표면(22)을 포함하여, 소재(16)의 상부 표면(20)이 일반적으로 페데스탈(18)의 편평한 표면(21)에 평행하게 되도록 한다. 만일 원하다면, 스퍼터링 물질층이 소재(16) 상에 미리 형성되어 있는 유전층, 금속층 또는 다른 층 위에 형성될 수도 있으며, 유전층 또는 다른 층에서 홀을 메워 비아(via), 배선 또는 콘택을 형성할 수도 있다.

종래의 진공 챔버(14)는 일반적으로 하나 이상의 가스 입구부(26)와 배출 펌프(도시되지 않음)에 연결된 배출부(28)를 갖춘 챔버 밀폐벽(24)을 구비하고 있다. 소재지지 페데스탈(18)은 전형적으로 챔버(14)의 하단을 따라 설치되며, 타겟(10)은 전형적으로 챔버(14)의 상단에 수용된다. 타겟(10)은 절연 부재(30)에 의해 밀폐벽(24)으로부터 절연되어 있으며, 밀폐벽(24)은 바람직하게는 접지되어 있으며, 따라서 접지된 밀폐벽(24)에 대해 타겟(10) 상에는 음전압이 유지된다. 챔버(14)은 전원(도시되지 않음)에 연결된 유도 코일(31)을 추가로 포함하고 있으며, 유도적으로 접속된 플라즈마를 제공한다. 선택적으로, 본 발명의 타겟은 챔버 내에 매달린 실드(shield)를 구비하는 챔버 내에서 사용될 수도 있는데, 이 챔버는 페데스탈이 챔버 내에서 하방으로 후퇴하는 경우, 크램프 링(또는 조준 장치)이 페데스탈에 매달릴 수도 있는 환형의 벽을 포함하고 있다.

물질층이 소재(16) 상에 스퍼터링되기 전에, 소재(16)는 전형적으로 밀폐벽(24)에서 슬릿 밸브(도시되지 않음)와 연통하는 로드 록(도시되지 않음)을 통과하고, 로봇 아암, 블레이드 또는 지지 페데스탈 상에 수용될 다른 소재 처리 장치에 의해 챔버(14)내에 놓여진다. 소재를 수용하기 위한 준비에 있어서, 기판 지지 페데스탈은 구동 메카니즘에 의해 실드에 매달린 크램프 링 아래로 하강하여, 페데스탈의 바닥이 핀을 구비한 플랫폼에 인접하게 된다. 페데스탈은 전형적으로 3개 이상의 수직 보어(도시되지 않음)을 구비하고 있으며, 이들 각각은 핀이 이들을 통해 수직하게 미끄러지도록 한다. 페데스탈이 상기한 하강 위치에 놓이는 경우, 각 핀의 상부 팁이 페데스탈의 상부 표면 위로 돌출한다. 핀의 상부 팁은 페데스탈의 상부과 평행한 평면을 형성한다.

종래의 로봇 아암은 챔버 내로 기판을 이송하고, 핀의 상부 팁 위에 기판을 놓는다. 리프트(lift) 장치가 핀 플랫폼을 상방으로 구동시켜, 핀의 상부 팁이 기판의 하부에 대항하여 놓이도록 하고, 추가로 기판을 로봇 블레이드(도시되지 않음)로부터 떨어뜨린다. 이때, 로봇 블레이드가 챔버로부터 빠져나오고, 리프트 장치는 페데스탈을 핀의 팁 위에 놓이게 된다.

리프트 장치는 기판이 타겟으로부터 적절하게 떨어질 때까지 연속하여 페데스탈을 상승시켜, 막 증착공정이 시작될 수 있도록 한다. 환형 크램프 링이 사용되는 경우, 기판은 상방 벽부상에 위치한 환형 크램프 링의 내부와 접촉한다. 크램프 링의 내부 직경은 기판의 직경 보다 약간 작다.

스퍼터링 증착 공정은 전형적으로 아르곤과 같은 기체로 수행되는데, 이러한 기체는 매스 유량 조절기에 의해 조절된 유량으로 가스 입구부(26)를 통해 진공 챔버(14) 내에 충진된다. 전원(32)은 밀폐벽(24)에 대해 타겟(10)에 음전압을 가하여, 가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다. 플라즈마로부터의 이온은 타겟 표면(12)을 때려, 타겟(10)으로부터 타겟 물질의 원자 및 다른 입자들을 스퍼터링시킨다. 목적물을 바이어스하기 위해 사용되는 전원(32)은 직류, 펄스직류, 교류, 고주파 전압, 및 이들의 조합을 포함하는 어떠한 형태의 전원이 사용될 수도 있다.

본 발명의 타겟(10)은 일반적으로 오목한 스퍼터링 표면(12)을 갖는 스퍼터링 가능한 부재(11)를 구비하는 형태를 가지는데, 이러한 부재(11)는 일반적으로 원형인 면(34)에서 챔버 벽(24)의 내측에 종착한다. 원형 면(34)은 최소의 표면적을 가지지만, 타겟의 내부 단부에서 포인트를 갖지 않아야 한다. 원형 면(34)은 타겟(10)으로부터 충분히 떨어져서, 타겟(10)의 고전압 스퍼터링 표면(12)과 접지된 소재지지 부재(18) 사이에서 아치가 형성되지 않도록 한다. 원형 면(34)과 소재 사이의 공간은 입자가 원형 면 부근에서 타겟 표면(12)으로부터 스퍼터링되기에 충분하며, 이러한 입자들은 소재(16)를 가로질러 운동하여, 소재(16) 상에 증착되지 않고 소재(16) 위를 통과하여 챔버 벽(24) 상에 증착되거나 챔버 실드(35)에 증착되는 것이 바람직하다. 더욱이, 스퍼터링 표면(12)의 외측 에지(36)는 지지 부재(18) 상에 수용될 소재(16)의 에지(38)를 넘어 외측으로 방사형으로 짧은 거리를 연장한다.

본 발명의 타겟(10)은 소재(16)에 수직하고 소재(16)의 대략 중심을 통과하는 참조 라인(40)을 중심으로 대칭적으로 배치된 환형 영역(42)을 형성한다. 이러한 환형 영역(42)은 스퍼터링 표면(12)을 포함하는데, 이러한 스퍼터링 표면(12)은 원형 타겟으로부터 스퍼터링된 전형적인 막보다 균일하게 소재(16) 상에 막을 증착시킨다. 바람직한 환형 스퍼터링 표면(12)은 절두원뿔형 단면이며, 가장 바람직하게는 소재면(20)에 수직한 궤적을 갖는 입자를 스퍼터링하기 위해 소재면(20)의 평행선으로부터 각α를 형성하는 것이다. 이러한 각과 소재 사이의 관계를 도 3을 참조하여 이하에 상세하게 설명한다.

타겟(10)은 또한 참조 라인(40)을 중심으로 실질적인 대칭으로 배치된 중앙 영역(44)을 형성한다. 중앙 영역(44)은 횡단하는 궤적을 갖는 환형 영역으로부터 스퍼터링된 입자를 직접 증착하는 역할을 하는 노출면(46,46a)을 포함한다. 노출면(46)은 백킹 플레이트(48)를 형성하는 접지된 부재에 의해 제공될 수도 있다. 선택적으로, 노출면(46a)은 중앙 영역(44)을 넘어 연장하는 스퍼터링 가능한 부재(11)에 의해 제공될 수도 있다. 비록 노출면(46a)이 스퍼터링 가능하지만, 환형 영역(42)에서 마그네트론(50)의 영향을 강화시키는 이온화를 제한하는 것이 바람직하다.

타겟(10)은 전형적인 타겟보다 적게 미립자 오염물을 발생시키는데, 이는 중앙 영역(44)이 스퍼터링된 입자의 직접 증착을 수용하기 위해 설치된 표면(46,46a)을 제공하기 때문이다. 직접 증착은 산란된 입자가 표면과 접촉할 때 형성되는 백산란 증착 보다 표면을 덜 벗긴다. 더욱이, 중앙 영역에서의 노출면(46,46a)은 바람직하게는 증착물이 교란하는 것을 피하기 위해 스퍼터링되지 않는다.

챔버(14)를 통한 소재의 수율은 타겟 표면(12)에서의 스퍼터링 양을 강화시킴으로써 증가될 수 있으며, 바람직하게는 타겟의 스퍼터링 표면(12)에 인접하여 전자 포획 자장을 형성하도록 하는 마그네트론 장치(50)를 제공함으로써 증가될 수 있다. 전자 포획 자장은 타겟의 스퍼터링 표면(12)에 평행하게 운동하는 고속의 전자를 형성하여, 타겟에 충돌하는 다량의 이온을 생성할 것이다.

마그네트론(50)은 일반적으로 다수의 자석(52)을 포함하는데, 이러한 각각의 자석(52)은 회전 평형판(54)에 연결되어 있다. 이러한 회전판(54)은 시일 베어링 연결(58)을 통해 연장하는 구동축(56)에 연결되어 있다. 전기 모터(도시되지 않음)와 같은 회전 구동 장치가 구동축(56)에 연결되어 자석(52)을 회전시킨다. 마그네트론(50)은 타겟 면에 평행한 다수의 자계선을 제공하는데, 전자가 나선형 경로에 포획된다. 이들 전자들은 아르곤 원자와 충돌하여, 아르곤 원자를 스퍼터링을 위해 이온화시킨다. 마그네트론의 구성와 용도는 본 발명에서 참조한 메이든에 의해 출원된 미국 특허 제 4,668,338 호에 개시되어 있다.

타겟(10)의 환형 스퍼터링 표면(12)은 균일한 두께를 갖는 막을 증착할 수 있도록 하며, 소재(16)의 표면에 형성될 수도 있는 홀 또는 개구(도시되지 않음)에서에서 일치하는 증착물이 증착될 수 있도록 한다. 소재의 각 위치에 증착물이 증착하는 부분이 소재의 각 위치 위에서 직접적으로 타겟의 각 부분에 의해 기여되기 때문에, 균일성이 제공된다.

도 2는 본 발명에 따른 제 2타겟 구조물(60)을 갖는 스퍼터링 장치의 단면도이다. 타겟 구조물(60)은 중앙 영역(44)에 위치하는 노출면(46,46a)이 볼록한 것을 제외하고는 도 1에 도시된 타겟 구조물(10)과 유사하다. 볼록면(46)은 돔 또는 다른 곡선형과 같은 다양한 형태의 부재로 제공될 수도 있지만, 가장 바람직한 것은 도 2에 도시된 바와 같은 절두원뿔형 면이다. 절두원뿔형 면(46)은 소재(16)를 향해 직접 증착되는 증착물을 가로채거나 수용하여 백산란 증착물보다 더 고착시킨다. 더욱이, 타겟(60)의 표면(46) 상에 증착된 입자의 각이 타겟(10)에서의 각보다 더 크게 되며, 이에 의해 보다 우수한 고착이 제공되며, 입자가 벗겨지는 경향이 감소될 것이다.

바람직한 타겟 프로파일이 절두원뿔형 프로파일로 기술되었지만, 다른 스퍼터링 면 프로파일이 본 발명에 의해 특별히 수행될 수 있다. 예컨대, 타겟은 원뿔형 또는 약간 기울어진 스퍼터링 면을 갖는 절두원뿔형일 수도 있다. 마찬가지로, 타겟은 주어진 타겟 물질에 대해 소재 상에 균일한 증착층을 제공하기 위해 선택된 절두 구형 프로파일, 그릇형 프로파일 또는 불균일한 곡선형 프로파일을 가질 수 있다. 타겟은 편평한 프로파일을 가질 수도 있으며, 기판에 평행하거나 각을 이루면서 설치될 수도 있다.

도 3은 타겟의 표면으로부터 스퍼터링된 입자의 분포(62)를 나타내는 타겟(11)의 표면(12)의 단면도이다. 타겟(11)의 포인트(39)로부터 스퍼터링된 타겟 물질의 궤적 분포(62)는 타겟 물질(12) 상의 모든 포인트로부터 방사된 궤적의 분포를 나타낸다. 도 3에 도시된 실제 분포(62)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 타겟(11)으로 특정화되지만, 이하에 동일한 원리가 다른 물질로 구성된 타겟에 적용하여 기술할 것이다.

도 3에 도시된 분포 패턴(62)의 단면도는 단지 완전한 분포 패턴의 표본이며, 이는 패턴(62)이 참조 라인(64){화살표 (66)으로 도시된} 주위를 180°까지 회전함에 의해 형성된다. 분포 패턴(62)은 인벨로프(envelope, 68)에 의해 형성될 수도 있는데, 여기서 타겟 입자가 특별한 궤적(벡터 A,B,C, 및 C'로 도시된 궤적)을 갖는 타겟(11)의 스퍼터링 면(12) 상의 포인트(70)로부터 운동할 가능성은 포인트(70)와 궤적이 인벨로프(68)를 통과하는 위치 사이의 거리에 비례한다.

하나 이상의 플라즈마 이온이 타겟(11)의 스퍼터링 면(12)을 때림에 따라, 스퍼터링 면(12)으로부터 타겟 물질의 원자 또는 대입자가 자유롭게 될 것이다. 타겟으로부터 스퍼터링된 입자는 선형 궤적 내에서 스퍼터링 면으로부터 운동하여 소재(16)의 상부면(20)을 포함하는 소정의 면 상에 증착하게 된다. 입자의 궤적은 주어진 타겟 물질에 대해 예측할 수 있다. 예컨대, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 타겟(11)은 소오스 위치(70)를 통해 스퍼터링 면(12)에 수직하게 연장하는 참조 라인(64)을 중심으로 360°로 대칭적으로 분포되는 궤적으로 입자를 스퍼터링할 수도 있으며, 참조 라인(66)(벡터 B로 도시된)으로부터 대략 0°로부터 90°(벡터 A로 도시된) 사이의 범위의 각에서 스퍼터링될 수도 있다. 그렇지만, 대부분의 알루미늄 타겟 입자는 참조 라인(66)으로부터 25°내지 55°의 경로에서 운동할 것이다. 스퍼터링 입자 궤적의 25°내지 55°범위는 참조 라인(6)(벡터 C로 도시된)으로부터 대략 40°에 위치한 분포에서의 피크(peak) 주위에서 중심을 가질 것이다. 입자가 벡터 C에 대한 어떤 궤적에서 운동할 가능성은 대략 궤적과 벡터 C 사이의 코사인각에 비례하며, 타겟 입자는 또한 참조 라인(6)을 중심으로 360°아치내의 어떠한 위치에서 벡터 C로부터 동일한 코사인각에서 동일한 가능성으로 운동할 수도 있다. 따라서, 타겟 물질 궤적의 분포는 원뿔형으로 간주될 수도 있다.

만일, 편형한 알루미늄 타겟의 스퍼터링 표면이 소재(16)에 평행하게 위치한다면, 타겟으로부터 스퍼터링된 대부분의 타겟 물질은 소재면에 경사져 잇는 궤적 내에서 운동할 것이며, 소재(16)의 상부 표면(20)에 형성된 필드 또는 베이스 및 벽의 홀(도시되지 않음) 상에 불균하거나 비대칭적인 막층이 증착될 것이다. 본 발명의 타겟(10,60)의 형상은 타겟(11)의 스퍼터링 표면(12)을 소재(16)의 상부 표면(20)에 기울지도록 배열되기 때문에(도 1 및 도 2에 도시됨), 상기한 현상이 감소되는데, 따라서 불균일한 분포(62)가 소재(16)에 실질적으로 수직한 궤적 내에서 운동하며, 스퍼터링 면(12)으로부터 가장 기울어져 운동하는 타겟 물질의 부분은 챔버(14)의 측벽에 인접하거나 중앙 영역(44)의 표면(46)에 인접하여 운동된다. 스퍼터링 궤적 분포 가능성(62)을 갖는 알루미늄 타겟의 경우에 있어서, 타겟(11)의 스퍼터링 면(12)은 바람직하게는 소재(16)의 편평한 증착물 수용면(20)에 대해 각α에 배치되며, 여기서 각α는 분포(62)에서의 피크 가능성(벡터 C로 도시된)과 참조 라인(64) 사이의 각과 동일하다. 그러므로, 소재(16)에 수직한 궤적에서 운동하는 상대적으로 많은 양의 타겟 물질이 소재면(20) 상에 증착될 것이다.

소재(16)의 최상의 증착물 수용면(20)에 대해 스퍼터링 타겟(11)의 표면(12)을 기울어지게 함으로써, 벡터 C의 피크 분포 가능성이 소재의 표면에 수직하게 위치할 수도 있으며, 타겟(11)의 상부면을 가로지르는 입자의 최상의 피크 궤적을 나타내는 벡터 C'은 소재(16)의 표면에 거의 평행하다. 따라서, 타겟(11)의 기울어진 면은 가로질러 운동하는 타겟 물질부의 흐름을 챔버 벽으로 향하게 하며, 동시에 타겟(11)의 기울어진 면은 가로질러 운동하는 타겟 물질부의 흐름을 소재에 거의 수직하게 흐르게 한다. 타겟 입자 궤적의 수직한 부분의 강화는 돌출부를 감소시키면서 홀을 중진하고 베이스와 벽 커버리지(coverage)를 강화시킬 수 있다.

소재면(20)과 중심이 같은 환형 영역을 형성하기 위해 타겟의 경사면을 연장함으로써, 소재(16)의 모든 영역은 소재면에 거의 수직하고 분포 피크 가능성을 통해 운동하는 경로에 대응하는 경로에서 운동하는 증착 입자를 수용한다. 비록 본 발명이 알루미늄 타겟에 대해 기술하였지만, 본 발명은 티타늄과 같은 다른 타겟 물질을 사용할 수도 있으며, 스퍼터링된 입자 분포에서의 피크가 타겟의 편평한 표면에 수직하지 않음을 인지해야 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상술하였지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명의 다른 실시예가 개조될 수도 있다.

상기한 본 발명에 의하면, 스퍼터링 물질로 이루어져 절두원뿔형 노출면을 제공하는 환형 영역과 이러한 환영 영역을 이루는 동일한 물질로 이루어져 직접 증착되는 물질 및 백산란 물질을 수용하는 중앙 영역을 포함하는 타겟을 제공하여, 백산란 증착에 의한 입자 형성을 감소시키면서 균일한 부식과 스퍼터링 가능한 물질을 효율적으로 이용할 수 있는 잇점이 있다.

Claims (25)

1. 물리 기상 증착 시스템용 타겟에 있어서,

   스퍼터링 가능한 물질을 포함하는 환형 영역과,

   상기 환형 영역 내에 배치된 중앙 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 물리 기상 증착 시스템용 타겟.
2. 제 1항에 있어서, 상기 환형 영역은 오목한 노출면을 가지는 것을 특징으로 하는 타겟.
3. 제 2항에 있어서, 상기 중앙 영역은 오목한 노출면을 가지는 것을 특징으로 하는 타겟.
4. 제 2항에 있어서, 상기 환형 영역은 실질적인 절두원뿔형 노출면을 가지는 것을 특징으로 하는 타겟.
5. 제 4항에 있어서, 상기 중앙 영역은 오목한 노출면을 가지는 것을 특징으로 하는 타겟.
6. 제 4항에 있어서, 상기 중앙 영역의 노출면은 실질적인 절두원뿔형인 것을 특징으로 하는 타겟.
7. 제 1항에 있어서, 상기 중앙 영역은 스퍼터링 가능한 물질인 것을 특징으로 하는 타겟.
8. 제 7항에 있어서, 상기 중앙 영역은 실질적으로 편평한 것을 특징으로 하는 타겟.
9. 제 7항에 있어서, 상기 중앙 영역은 오목한 노출면을 가지는 것을 특징으로 하는 타겟.
10. 제 9항에 있어서, 상기 중앙 영역은 실질적인 절두원뿔형인 것을 특징으로 하는 타겟.
11. 제 1항에 있어서, 상기 중앙 영역은 상기 환형 영역과 동일한 스퍼터링 가능한 물질인 것을 특징으로 하는 타겟.
12. 제 1항에 있어서, 상기 중앙 영역은 스퍼터링되지 않는 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 타겟.
13. 제 12항에 있어서, 상기 스퍼터링되지 않는 부재는 백킹 플레이트인 것을 특징으로 하는 타겟.
14. 제 12항에 있어서, 상기 스퍼터링되지 않는 부재는 전기적으로 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 타겟.
15. 제 1항에 있어서, 상기 중앙 영역은 백킹 플레이트의 실질적으로 편평한 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 타겟.
16. 제 15항에 있어서, 상기 환형 노출면은 실질적인 절두원뿔형인 것을 특징으로 하는 타겟.
17. 제 1항에 있어서, 상기 중앙 영역은 백킹 플레이트의 중앙부를 포함하며, 상기 중앙부는 오목하고 실질적으로 절두원뿔형인 노출면을 가지는 것을 특징으로 하는 타겟.
18. 밀폐물과,

    양극을 형성하기 위해 상기 밀폐물 내에 배치된 소재지지 부재와,

    음극을 형성하기 위해 상기 밀폐물 내에서 상기 소재지지 부재에 접하여 있는 노출표면을 갖는 스퍼터 타겟을 포함하며,

    상기 스퍼터 타겟의 노출면은 중앙 영역과 오목한 환형 영역을 가지는 것을 특징으로 하는 스퍼터 챔버.
19. 제 18항에 있어서, 상기 타겟은 백킹 플레이트에 부착되는 것을 특징으로 하는 스퍼터 챔버.
20. 제 19항에 있어서, 상기 백킹 플레이트와 타겟을 절연하는 절연 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 챔버.
21. 제 18항에 있어서, 상기 중앙 영역은 실질적으로 편평한 것을 특징으로 하는 스퍼터 챔버.
22. 제 18항에 있어서, 상기 중앙 영역은 외형을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터 챔버.
23. 제 18항에 있어서, 상기 백킹 플레이트는 상기 타겟의 중앙 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 챔버.
24. 제 23항에 있어서, 상기 오목한 환형 영역은 실질적으로 절두원뿔형이며, 상기 중앙 영역은 볼록한 것을 특징으로 하는 스퍼터 챔버.
25. 제 24항에 있어서, 상기 중앙 영역은 실질적으로 절두원뿔형인 것을 특징으로 하는 스퍼터 챔버.