KR19990023327A - Apparatus and method for depositing first and second materials onto a substrate - Google Patents
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Abstract
불활성 가스(예를 들면, 아르곤)의 분자는 애노드와 제 1 및 제 2 타겟에 의해 형성된 공동을 통해 흐른다. 전압은 중공의 내부면과 공동축을 위해 제공된 타겟 및 애노드에 적용된다. 제 2 타겟은 제 1 타겟보다 애노드로부터 멀리 있으며, 공동축에 실제적으로 수직한 방향에서 제 1 타겟보다 크다. 각 타겟은 다른 타겟으로부터 간섭이 없이 기판상에 타겟으로부터 원자를 증착하기 위하여 다른 것에 대해 배치된다. 각 타겟 내부면은 바람직하게는 애노드로부터 점진적인 거리에서 점진적으로 증대되는 직경을 갖는 푸루스토-원뿔형이다. 애노드로부터 가장 원거리 단부에서의 제 1 타겟 내부면의 직경은 바람직하게는 애노드에 가장 근거리에서의 제 2 타겟 내부면의 직경만큼 크지 않다. 하나의 타겟은 제 1 재료(예를 들면, 구리)로 형성될 수 있으며, 다른 것은 제 2 재료(예를 들면, 크롬 또는 티타늄)로 형성될 수 있다. 각 타겟상이 전압은 연속 시간에서 기판상의 타겟으로부터 증착되는 원자의 비교량을 제어하기 위하여 연속 시간에서 애노드상의 전압에 대해 변경된다. 예를 들면, 그러한 전압 변경은 (1)제 1 타겟 원자의 기판상에의 증착을 위해 초기에 제공될 수 있으며, (2)제 1 타겟 원자의 점진적인 감소와 제 2 타겟 원자의 점진적인 증가가 함께 혼합되며, (3)그런 이후에, 제 2 타겟 원자가 제공될 수 있게 된다.Molecules of inert gas (eg argon) flow through the cavity formed by the anode and the first and second targets. The voltage is applied to the target and anode provided for the hollow axis and the inner surface of the hollow. The second target is farther from the anode than the first target and is larger than the first target in a direction substantially perpendicular to the coaxial axis. Each target is positioned relative to the other to deposit atoms from the target on the substrate without interference from the other target. Each target inner surface is preferably Furusto-conical with a diameter gradually increasing at a gradual distance from the anode. The diameter of the first target inner surface at the farthest end from the anode is preferably not as large as the diameter of the second target inner surface at the most nearest to the anode. One target may be formed of a first material (eg copper) and the other may be formed of a second material (eg chromium or titanium). The voltage on each target is varied with respect to the voltage on the anode in continuous time to control the amount of comparison of atoms deposited from the target on the substrate in continuous time. For example, such a voltage change can be initially provided for (1) deposition of a first target atom on a substrate, and (2) a gradual decrease of the first target atom and a gradual increase of the second target atom together. (3) After that, a second target atom can be provided.
Description
본 발명은 기판상에 제어된 증착을 제공하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 기판상에 2 개의 다른 재료를 제어되게 증착시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention is directed to an apparatus and method for providing controlled deposition on a substrate. In particular, the present invention relates to apparatus and methods for controlled deposition of two different materials on a substrate.
기판 또는 웨이퍼는 각 기판 또는 웨이퍼상의 다수의 다이(때로는 수백개의 다이)로 제작된다. 기판상에 연속적으로 형성된 각각의 다이는 집적 회로 칩을 형성할 수 있다. 다이는 그것들이 적절하게 생성되었는지를 결정하기 위해 기판상에서 검사가 이루어진다. 불량 다이는 양호한 다이와 구별하기 위해 기판상에서 표시된다. 그리고 나서 다이는 기판으로부터 절단되며 집적 회로 칩으로 사용하기 위한 양호한 다이가 남게 된다.The substrate or wafer is fabricated from a number of dies (sometimes hundreds of dies) on each substrate or wafer. Each die formed successively on the substrate may form an integrated circuit chip. The dies are inspected on the substrate to determine if they are produced properly. Bad dies are marked on the substrate to distinguish them from good dies. The die is then cut from the substrate and leaves a good die for use as an integrated circuit chip.
기판은 다수의 연속층, 일정한 전기 전도 재료 및, 그 밖의 다른 전기 절연 재료로부터 생성된다. 전기 전도 재료의 층이 형성될 때, 그것은 에칭되게 되며 전기 회로 소자를 나타내기 위해 제거된다. 이러한 전기 회로 소자를 생성하기 위해, 전기 전도 재료의 층이 기판상에 초기에 증착되어야 하며, 바람직하게는 실제적으로 균일한 두께가 되어야 한다. 광을 받는 마스킬 재료는 산성 또는 화학적 플라즈마와 같은 에칭 재료에 손상을 주지 않는다.The substrate is produced from a plurality of continuous layers, certain electrically conductive materials, and other electrically insulating materials. When a layer of electrically conductive material is formed, it is etched and removed to represent an electrical circuit element. In order to create such an electrical circuit element, a layer of electrically conductive material must be initially deposited on the substrate, preferably of substantially uniform thickness. Light receiving masquel materials do not damage etching materials such as acidic or chemical plasmas.
그리고 나서 층의 잔여 부분은 산성에 의해 에칭되게 된다. 광을 받는 마스킹 재료는 그때 층안의 잔여 전기 전도 재료로부터 제거된다. 그러한 층안의 잔여 전기 전도 재료와 동일한 방식으로 생성된 다수의 다른층안의 잔여 전기 전도 재료는 웨이퍼상의 각 다이를 위한 전기 회로 소자를 형성한다.The remaining part of the layer is then etched by acidity. The masking material that receives the light is then removed from the remaining electrically conductive material in the layer. The remaining electrically conductive material in a number of different layers produced in the same manner as the remaining electrically conductive material in such a layer forms an electrical circuit element for each die on the wafer.
스퍼터된 원자에 의해 형성된 재료의 층을 생성시키기 위해 기판상에 스퍼터된 원자를 증착하기 위해 대때로 장치가 사용된다. 장치는 타겟으로부터 스퍼터된 원자의 방출시키기 위해 공동안의 타겟과 애노드 사이에 글로 방전을 생성시킴으로서 위와 같은 증착을 생성시킬 수 있다. 중성 가스의 이온화를 촉진시키기 위해 타겟과 애노드 사이의 공동안에서 전자의 운동 경로의 길이가 증대되도록 전자에 힘을 생성시키기기 위해 자기장은 전기장과 상호 협력한다.Devices are often used to deposit sputtered atoms onto a substrate to create a layer of material formed by sputtered atoms. The apparatus can create such a deposition by generating a glow discharge between the target and the anode in the cavity to release the sputtered atoms from the target. The magnetic field cooperates with the electric field to create a force in the electron such that the length of the path of motion of the electron in the cavity between the target and the anode is increased to promote the ionization of the neutral gas.
예를 들면, 알루미늄층이 웨이퍼상에 증착될 때, 타겟이 알루미늄으로부터 만들어진다. 타겟이 아르곤과 같은 불활성 가스의 이온으로 충격이 가해질 때, 타겟은 알루미늄의 스퍼터된 원자를 방출한다. 이들 원자는 기판으로 이동하며 상술된 바와 같이 웨이퍼상에서 균일한 전기 전도 재료 층이 생성되도록 기판상에 증착된다.For example, when an aluminum layer is deposited on a wafer, the target is made from aluminum. When the target is bombarded with ions of an inert gas such as argon, the target releases sputtered atoms of aluminum. These atoms migrate to the substrate and are deposited on the substrate to produce a uniform layer of electrically conductive material on the wafer as described above.
상술된 것과 유사한 기술이 자기 변환기 헤드상에 알루미늄 산화물을 증착하는데 이용되어 왔다. 예를 들면, 타겟으로부터 방출된 스퍼터된 원자는 제어된 비율로 공동을 통해 흐르는 산소와 화학적으로 결합된다. 화학적 결합은 알루미늄 산화물이 생성되도록 한다. 알루미늄 산화물은 자기 변환기 헤드상에 증착된다. 알루미늄 산화물은 전기 절연체이며 딱딱하기 때문에 바람직하다. 이러한 방식으로, 헤드가 스토리지 디스크와 같은 정보 매체와 부적절하게 접촉해도, 헤드는 기계적으로 손상을 입지 않으며 매체에 전기적 단락이 일어나지 않는다.Techniques similar to those described above have been used to deposit aluminum oxide on magnetic transducer heads. For example, sputtered atoms released from a target are chemically bound to oxygen flowing through the cavity at a controlled rate. Chemical bonding allows aluminum oxide to be produced. Aluminum oxide is deposited on the magnetic transducer head. Aluminum oxide is preferred because it is an electrical insulator and is hard. In this way, even if the head improperly contacts an information medium such as a storage disk, the head is not mechanically damaged and no electrical short occurs in the medium.
층 전체에 걸쳐서 구성물이 점진적으로 변화하는 층의 기판상에 증착을 제공하는 것이 때때로 필요하게 된다. 예를 들면, 층들이 기판상에 증착되게 되며 상기 기판에서 제 1 층은 단지 제 1 재료로 초기에 구성되며, 제 2 층의 구성물은 제 1 재료로부터 제 2 재료까지 점진적으로 변화하며, 제 3 층은 단지 제 2 재료로 구성된다. 다른 실시예에서는, 기판상에서 점진적인 시간대에 재료의 다른 결합을 제공하도록 점진적인 시간대에 다수의 층이 형성된다.It is sometimes necessary to provide deposition on a substrate of a layer in which the composition gradually changes throughout the layer. For example, layers may be deposited on a substrate where the first layer is initially composed of only the first material, the composition of the second layer gradually changes from the first material to the second material, and the third The layer consists only of a second material. In other embodiments, multiple layers are formed at progressive time zones to provide different combinations of materials at progressive time zones on the substrate.
크롬 또는 티타늄과 같은 재료는 그것들이 실리콘 2산화물에 우수한 친화력을 갖기 때문에 실리콘 2산화물로 구성된 기판에 제 1 층으로서 초기에 적용된다. 제 2 층의 구성물은 그때 점진적으로 변화되기 때문에 층안의 연속적인 두께에서 크롬 또는 티타늄의 양은 점진적으로 감소되며, 연속적인 두께에서의 구리의 양은 점진적으로 증가한다. 제 3 층은 그때 구리만으로 구성된다. 구리가 기판에 직접 적용될 때, 기판에 우수한 친화력을 갖지 않는다고 해도, 이러한 방식으로, 기판에 적용될 때 기판을 덮고 있는 실리콘 2산화물에 우수한 친화력을 갖는다.Materials such as chromium or titanium are initially applied as a first layer to substrates composed of silicon dioxide because they have a good affinity for silicon dioxide. Since the composition of the second layer is then gradually changed, the amount of chromium or titanium in the continuous thickness in the layer is gradually reduced, and the amount of copper in the continuous thickness is gradually increased. The third layer is then composed only of copper. Although copper does not have good affinity for the substrate when applied directly to the substrate, in this way it has good affinity for the silicon dioxide covering the substrate when applied to the substrate.
기판상에 제 1 재료를 초기에 증착하는 종래 기술의 장치를 이용하면, 기판상에 증착이 제 1 재료의 양을 점진적으로 줄여주며, 제 2 재료의 양을 점진적으로 중가시키며 그리고 기판상에 단지 제 2 재료만이 증착하게 된다. 장치는 일반적으로 제 1 재료를 위한 것과 제 2 재료를 위한 것으로 서로 나란한 관계를 갖는 2 개의 소스를 포함한다. 장치는 특정의 중대한 결함이 있다. 하나의 중대한 결함으로서는 나란한 관계가 제 1 재료의 초기에 연속층을 방해하고, 그리고 제 1 및 제 2 재료의 연속층을 방해하며, 그런 이후에 제 2 재료가 기판상에 균일하게 증착되는 것을 방해한다는 것이다.Using a prior art apparatus for initially depositing a first material on a substrate, deposition on the substrate gradually reduces the amount of the first material, progressively increases the amount of the second material and only on the substrate. Only the second material will be deposited. The apparatus generally includes two sources having a side by side relationship with one another for the first material and for the second material. The device has certain significant faults. One major drawback is that the side-by-side relationship interferes with the continuous layer at the beginning of the first material, and then with the continuous layer of the first and second materials, and then prevents the second material from being deposited uniformly on the substrate. Is that.
본 발명은 종래 방법에 따라 초기에 제 1 재료를 기판상에 증착하고, 그리고 나서 제 1 재료 및 제 2 재료가 혼합된 것을 증착하고난 후, 제 2 재료를 증착하는데 있어서의 결점을 극복하기 위한 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 장치 및 방법은 기판상에 균일하게 제공되는 증착을 제공한다.The present invention initially overcomes the drawbacks of depositing a second material after depositing a first material onto a substrate and then depositing a mixture of the first material and the second material according to a conventional method. An apparatus and a method thereof are provided. The apparatus and method of the present invention provide a deposition that is provided uniformly on a substrate.
본 발명에 따른 제 1 실시예에서, 불활성 가스(예를 들면, 아르곤)의 분자는 애노드와 제 1 및 제 2 타겟에 의해 형성된 공동을 통해 흐른다. 애노드와 타겟에 적용된 전압은 타겟으로부터 애노드까지 전자가 흐르게 한다. 각 타겟은 중공의 표면과 공동축을 갖는다. 제 2 타겟은 제 1 타겟보다 애노드로부터 떨어져 있으며 공동축에 수직인 방향에서 제 1 타겟보다 크다.In a first embodiment according to the invention, molecules of an inert gas (eg argon) flow through the cavity formed by the anode and the first and second targets. The voltage applied to the anode and the target causes electrons to flow from the target to the anode. Each target has a hollow surface and a coaxial axis. The second target is larger than the first target in a direction away from the anode and perpendicular to the cavity axis than the first target.
각 타겟은 다른 타겟으로부터 간섭없이 기판상에 타겟으로부터 원자의 증착을 제공하기 위해 다른 것에 관해 배치되어 있다. 각 타겟 내부면은 애노드로부터 점진적인 거리에서 점차적으로 직경이 커지는 바람직하게는 프루스토-원뿔형(frusto-conical)이다. 애노드로부터 가장 원거리의 제 1 타겟 내부면의 직경은 바람직하게는 애노드까지의 가장 원거리 단부에서의 제 2 타겟 내부면의 직경만큼 크지 않게 된다. 하나의 타겟은 제 1 재료(예를 들면, 구리)로 형성될 수 있으며 다른 것은 제 2 재료(예를 들면, 크롬 또는 티타늄)로 형성될 수 있다.Each target is positioned relative to the other to provide deposition of atoms from the target on the substrate without interference from other targets. Each target inner surface is preferably frusto-conical, gradually increasing in diameter at progressive distances from the anode. The diameter of the first target inner surface furthest from the anode is preferably not as large as the diameter of the second target inner surface at the farst end to the anode. One target may be formed of a first material (eg copper) and the other may be formed of a second material (eg chromium or titanium).
연속되는 시간에 기판상의 타겟으로부터 증착되는 원자의 비교 량을 제어하기 위하여 연속되는 시간에 애노드상의 전압과 비교하여 각 타겟상의 전압은 변경된다. 예를 들면, 그러한 전압의 변경은 (1)제 1 타겟으로부터 원자의 기판상에 초기에 증착되기 위해 제공되며, (2)그리고 나서, 제 1 타겟 원자의 점진적인 감소와 제 2 타겟 원자의 점진적인 증가가 혼합되게 되며, (3)그 이후에 제 2 타겟 원자가 혼합된다.The voltage on each target is changed in comparison to the voltage on the anode at successive times to control the comparative amount of atoms deposited from the target on the substrate at successive times. For example, such a change in voltage is provided for (1) to be initially deposited on a substrate of atoms from a first target, and (2) then a gradual decrease in first target atoms and a gradual increase in second target atoms. Is mixed, and (3) thereafter, the second target atoms are mixed.
도 1 은 웨이퍼와 같은 기판상에 타겟으로부터 재료의 스퍼터된 원자를 증착하기 위한 종래 기술에 따른 장치 측면을 나타낸 부분단면도.1 is a partial cross-sectional view of an apparatus according to the prior art for depositing sputtered atoms of material from a target on a substrate such as a wafer.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따라 구성되며, 제 1 재료 기판상에 초기에 증착시키고, 그 이후에 제 1 및 제 2 재료의 혼합물을 증착시키고, 다음으로 제 2 재료만을 증착시키기 위하여 도 1 에 도시된 실시예에 사용되는 장치의 개략적 도면.2 is constructed in accordance with one embodiment of the present invention, to initially deposit on a first material substrate, thereafter deposit a mixture of the first and second materials, and then deposit only the second material. Schematic drawing of the device used in the embodiment shown in FIG.
도 3 은 도 2 에 도시된 실시예에 의해 기판상에 생성된 증착을 나타내는 개략적 정면도.3 is a schematic front view showing the deposition produced on the substrate by the embodiment shown in FIG.
도 4 는 점진적인 순간 시간에서의 기판상에 증착된 제 1 및 제 2 재료의 비교량을 나타내는 곡선.4 is a curve showing comparative amounts of first and second materials deposited on a substrate at progressive instantaneous times.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings
32: 애노드 34: 공동32: anode 34: cavity
40: 클램프 46: 냉각 부재40: clamp 46: cooling member
52: 통로 56: 영구자석52: passage 56: permanent magnet
100: 제 1층 102: 제 2 층100: first layer 102: second layer
104: 제 3 층 128: 공동축104: third layer 128: coaxial
종래 기술의 일 실시예에서, 기판(14)의 표면상에 타겟(12)으로부터 스퍼터된 원자를 증착하기 위해 제공된 장치는 도 1 에서 10 으로 표기되어 있다. 상기 장치는 도시된 바와 같이 구성되어 있으며, 기판상에 필름을 증착하는 장치 및 방법의 명칭으로, 공동 발명자인 피터 에스. 클라크와 앤드류 피. 클라크의 이름으로 1995년 11월 29일자로 출원되었으며, 본 출원의 양수인에게 양도된 출원번호 08/564,659호에 개시되어 있다.In one embodiment of the prior art, an apparatus provided for depositing sputtered atoms from target 12 on the surface of substrate 14 is labeled 10 in FIG. 1. The device is configured as shown and is co-inventor Peter S. in the name of an apparatus and method for depositing a film on a substrate. Clark and Andrew P. Filed November 29, 1995 in the name of Clark and disclosed in Application No. 08 / 564,659, assigned to the assignee of the present application.
하나의 다른 대안으로서, 기판은 반도체 산업에 필요한 웨이퍼(14)를 구성할 수 있다. 웨이퍼(14)는 대지 퍼텐셜(ground potential)에 배치될 수 있다. 웨이퍼(14)는 실리콘 2산화물과 같은 적절한 재료로 된 얇은 디스크의 형태로 될 수 있으며 대략 3 인치에서 8 인치의 적절한 직경으로 될 수 있다. 웨이퍼는 다수의 다이를 고정할 수 있으며, 그 각각은 일반적으로 동일한 구조로 되어 있으며, 완성되었을 때, 복잡한 전기 회로 소자를 형성하는 집적 회로 칩을 형성한다. 각 다이는 예를 들면, 1/4 인치와 같이 매우 작기 때문에, 상당이 많은 다이가 단일 웨이퍼상에 형성될 수 있다. 각 다이는 스퍼터된 원자의 균일한 증착을 수용하기 위한 표면이 제공될 수 있다.As another alternative, the substrate may constitute the wafer 14 required for the semiconductor industry. Wafer 14 may be placed at ground potential. Wafer 14 may be in the form of a thin disk of a suitable material, such as silicon dioxide, and may be a suitable diameter of approximately 3 inches to 8 inches. The wafer can hold a number of dies, each of which is generally of the same structure and, when completed, forms an integrated circuit chip that forms a complex electrical circuit element. Since each die is very small, for example 1/4 inch, many dies can be formed on a single wafer. Each die may be provided with a surface to accommodate uniform deposition of sputtered atoms.
타겟(12)은 단일 부재로 될 수 있으며, 바람직하게는 도 1 및 2 에 도시된 바와 같이, 환형 구조로 된다. 타겟(12)은 환형의 외주(16)에 의해 형성될 수 있으며, 푸루스토-원뿔형 내주(18)를 형성하는 중앙에 배치된 개구와 함께 제공될 수 있다. 타겟(12)은 알루미늄 또는 티타늄과 같은 적절한 재료로 형성될 수 있다.The target 12 may be a single member, and preferably has an annular structure, as shown in FIGS. 1 and 2. The target 12 may be formed by an annular outer circumference 16 and may be provided with a centrally arranged opening forming a furusto-conical inner circumference 18. Target 12 may be formed from a suitable material, such as aluminum or titanium.
애노드(32)는 타겟(12)에 대해 안쪽으로 배치되며, 공지된 기술의 적절한 방식으로 지지될 수 있다. 챔버 또는 공동(34)은 타겟(12)과 애노드(32)에 의해 부분적으로 형성된다. 공동(34)은 아르곤과 같은 불활성 가스 원자를 잡는다. 아르곤과 같은 불활성 가스 원자는 입구부(35)를 통해 공동(34) 안으로 도입된다. 전기장은 애노드와 타겟을 각각 동력 공급의 포지티브 및 네가티브 터미널에 연결함으로서 애노드(32)와 타겟(12) 사이에 제공된다. 애노드(32)는 대지 퍼텐셜 또는 대지위의 적절한 전압에 있을 수 있다.The anode 32 is disposed inward relative to the target 12 and may be supported in a suitable manner in known art. Chamber or cavity 34 is formed in part by target 12 and anode 32. Cavity 34 traps an inert gas atom such as argon. Inert gas atoms, such as argon, are introduced into the cavity 34 through the inlet 35. An electric field is provided between the anode 32 and the target 12 by connecting the anode and the target to the positive and negative terminals of the power supply, respectively. The anode 32 may be at ground potential or at a suitable voltage on the ground.
클램프(40)는 타겟의 내주(18)에 근접된 관계가 있는 타겟(12)의 중앙 개구에 배치된다. 클램프(40)는 타겟(12)의 내주(18)에 중첩되는 견부를 갖는다. 클램프(40)는 구리와 같은 적절한 재료로 형성될 수 있다. 클램프(40)는 냉각 부재(46)의 지지부(44)에 대해 배치되며, 스크루에 의해 냉각 부재의 지지부에 부착된다. 클램프의 구조와 냉각 부재(46)와 같은 관련 부재는 본 출원인의 양수인에 양도되었고, 부재상에 가스를 포함하는 박막을 증착하기 위한 장치의 명칭으로 1989년 11월 27일자로 출원된 미국특허출원번호 제 441, 642호에 개시된다.The clamp 40 is disposed in the central opening of the target 12 in a relationship proximate to the inner circumference 18 of the target. The clamp 40 has a shoulder that overlaps the inner circumference 18 of the target 12. Clamp 40 may be formed of a suitable material, such as copper. The clamp 40 is disposed relative to the support 44 of the cooling member 46 and is attached to the support of the cooling member by screws. The structure of the clamp and associated members, such as cooling member 46, have been assigned to the Applicant's assignee and filed with a US patent application filed on November 27, 1989 with the name of an apparatus for depositing a thin film containing gas on the member. No. 441, 642.
냉각 부재(46)는 타겟(12)의 외주(16)에 근접된 부분(50)을 갖는다. 통로(52)는 냉각 부재(46)안에 각각 배치되며, 클램프(40)와 타겟(12)을 냉각하기 위해 물과 같은 유체가 흐를 수 있도록 냉각 부재의외부에 배치된다. 영구자석(56)을 감싸고 있는 한쌍의 자화될 수 있는 부재(54, 55)는 공동(34) 안에서 자기장을 만들기 위해 타겟(12)의 대향 측면상에 배치된다.The cooling member 46 has a portion 50 proximate to the outer circumference 16 of the target 12. The passages 52 are respectively disposed in the cooling member 46 and are disposed outside of the cooling member so that a fluid such as water can flow to cool the clamp 40 and the target 12. A pair of magnetizable members 54, 55 surrounding the permanent magnet 56 are disposed on opposite sides of the target 12 to create a magnetic field in the cavity 34.
애노드(32)와 타겟(12) 사이의 전압 차이는 방전되는 전자를 애노드를 향해 이동하게 한다. 영구자석에 의해 공동 또는 챔버안에서 자기장이 생성되고, 자화가능한 부재(54, 55)가 애노드와 타겟 사이의 전기장에 수직한 방향에서 구성요소를 갖기 때문에 전자는 타겟(12)으로부터 애노드(32)를 향해 직선 경로가 아닌 다른 경로(예를 들면, 나선형 또는 포선형 경로)로 이동된다. 나선형 경로로 인하여, 전자는 공동 또는 챔버(34) 안에서 아르곤 원자를 타격하고 이온화시키기 위한 충분한 기회를 갖는다.The voltage difference between the anode 32 and the target 12 causes the discharged electrons to move towards the anode. The magnetic field is generated in the cavity or chamber by the permanent magnet and the electrons move the anode 32 from the target 12 because the magnetizable members 54, 55 have components in a direction perpendicular to the electric field between the anode and the target. Toward a path other than a straight path (e.g., a spiral or a circular path). Due to the helical path, the electrons have ample opportunity to strike and ionize argon atoms in the cavity or chamber 34.
아르곤 이온은 타겟(12)의 푸루스토-원뿔형 내주(18)로 이동하며, 그것들이 상기 표면을 침범하면, 스퍼터된 원자를 이들 표면으로부터 분리되게 한다. 스퍼터된 원자는 웨이퍼 또는 기판(12)으로 이동하며, 웨이퍼상에 증착된다. 가스 재료가 타겟(12)의 푸루스토-원뿔형 표면(20)으로부터 고갈될 때, 타겟은 점차적으로 마모되게된다. 타겟(12)이 충분히 마모될 때, 타겟(12)은 장치로부터 제거되며 새로운 타겟에 의해 대체된다.Argon ions migrate to the furusto-conical inner circumference 18 of the target 12 and, when they invade the surface, cause sputtered atoms to separate from these surfaces. Sputtered atoms migrate to the wafer or substrate 12 and are deposited on the wafer. When the gaseous material is depleted from the furusto-conical surface 20 of the target 12, the target gradually wears out. When the target 12 is sufficiently worn out, the target 12 is removed from the device and replaced by a new target.
스퍼터된 원자가 타겟(12)의 푸루스토-원뿔형 표면으로부터 분리되면, 타겟이 가열된다. 이것은 열에 의한 금속 팽창으로 인해 도 1 에 도시된 타겟의 외주(16)에서 팽창되게 된다. 그러나, 타겟(12)의 외주(16)는 냉각 부재(46)의 부분(50)에 기계적인 근접됨으로 인해 그리고 냉각 부재의 냉각 작용에 의해 고정된 위치로 유지된다. 이러한 냉각 작용은 통로(52)를 통한 물과 같은 냉각 유체의 흐름으로 얻어진다.When the sputtered atoms are separated from the furusto-conical surface of the target 12, the target is heated. This is caused to expand on the outer periphery 16 of the target shown in FIG. 1 due to thermal expansion of the metal. However, the outer circumference 16 of the target 12 is held in a fixed position due to mechanical proximity to the portion 50 of the cooling member 46 and by the cooling action of the cooling member. This cooling action is obtained with the flow of cooling fluid, such as water, through the passage 52.
알루미늄과 같은 적절한 재료로 형성되는 실드(shield)(70)는 타겟(12)과 웨이퍼(14) 사이에 배치된다. 실드(70)는 웨이퍼(14)를 향해 점진적인 부분을 갖는 깔대기를 형성하는 푸루스토-원뿔형 구조와같은 적절한 구조를 갖는 중공의 내부(72)가 제공된다. 실드(70)는 대지 퍼텐셜과 같은 적절한 퍼텐셜이 구비된다.A shield 70 formed of a suitable material such as aluminum is disposed between the target 12 and the wafer 14. The shield 70 is provided with a hollow interior 72 having a suitable structure, such as a Furusto-conical structure that forms a funnel with a gradual portion towards the wafer 14. The shield 70 is provided with a suitable potential, such as earth potential.
그것의 대지 퍼텐셜로 인해, 실드(70)는 타겟(12)과 웨이퍼(14) 사이의 공간에서 전자와 네가티브 이온을 유인한다. 충전된 입자가 웨이퍼 또는 기판(14)상으로 침입할 때 열을 발생시키기 때문에, 웨이퍼(14)까지의 충전된 입자의 운동을 실드(70)가 막아줌으로서 웨이퍼가 비교적 차가운 온도를 유지할 수 있게 된다. 이것은 웨이퍼(14)를 타겟(12)에 근접되게 배치하는 것에 도움을 준다.Due to its ground potential, the shield 70 attracts electrons and negative ions in the space between the target 12 and the wafer 14. Since the charged particles generate heat as they enter the wafer or substrate 14, the shield 70 prevents the movement of the charged particles to the wafer 14 so that the wafer can maintain a relatively cold temperature. do. This helps to position the wafer 14 close to the target 12.
크롬 또는 티타늄과 같은 제 1 재료로 형성된 제 1 층(100)과, 구리와 같은 제 2 재료와 제 1 재료의 혼합물로 형성된 제 2 층(102) 및, 제 2 재료로만 형성된 제 3 층(104)이 있는 연속층의 기판(12)상에 증착을 제공하는 것이 때때로 요구된다. 상기 층들(100, 102, 104)은 각각 대략 1000Å, 대략 2000Å 및, 대략 1000Å의 두께를 갖는다.A first layer 100 formed of a first material such as chromium or titanium, a second layer 102 formed of a mixture of a second material and a first material such as copper, and a third layer 104 formed only of a second material It is sometimes required to provide deposition on a substrate 12 in a continuous layer with). The layers 100, 102, 104 have thicknesses of approximately 1000 ms, approximately 2000 ms and approximately 1000 ms, respectively.
층(100, 102, 104)은 층(104)의 재료(예를 들면, 구리)가 기판상에 직접 증착되면 기판(12) 재료에 친화력을 갖지 않기 때문에 기판(12)상에 연속적으로 증착된다. 그러나, 층(100)의 재료(예를 들면, 티타늄 또는 크롬)가 층(104)의 재료(예를 들면, 구리)와 기판(12) 재료(예를 들면, 실리콘 2산화물)에 친화력을 갖는다.Layers 100, 102, 104 are continuously deposited on substrate 12 if the material of layer 104 (eg, copper) is deposited directly on the substrate and does not have affinity for the substrate 12 material. . However, the material of layer 100 (eg titanium or chromium) has affinity for the material of layer 104 (eg copper) and the substrate 12 material (eg silicon dioxide). .
기판(12)과 구리, 크롬 또는 티타늄 사이의 친화력은 층(102)의 구성물이 층(104)의 경계에서 구리를 세척하기 위해 층(102)의 경계에서 순수한 크롬 또는 티타늄으로부터 점차적으로 변화될 때 향상된다. 이것은 크롬 또는 티타늄의 퍼센티지를 점차적으로 감소시키고, 구리의 퍼센티지를 점차적으로 증가시키며, 층(100)의 경계로부터 층(104)의 경계까지 층(102)을 따라 위치를 점차적으로 변화시킴에 의해서 달성된다.The affinity between the substrate 12 and copper, chromium or titanium is gradually changed when the composition of the layer 102 changes from pure chromium or titanium at the boundary of the layer 102 to clean the copper at the boundary of the layer 104. Is improved. This is achieved by gradually decreasing the percentage of chromium or titanium, gradually increasing the percentage of copper, and gradually changing the position along layer 102 from the boundary of layer 100 to the boundary of layer 104. do.
도 4 는 층(104)의 외부 경계까지의 초기위치 뿐 만 아니라 최후의 위치에서의 기판(12) 사이의 경계로부터 재료의 두께 또는 점진적인 깊이에서, 하나의 재료로서의 구리의 비교 퍼센티지, 그리고 다른 재료로서 크롬 또는 티타늄의 비교 퍼센티지를 나타내는 곡선이 도시된 것이다. 도 4 에서, 그러한 깊이 또는 두께는 수펑축으로 도시되어 있으며, 재료 퍼센티지는 수직축을 따라 도시되어 있다. 곡선(106)은 연속된 깊이 또는 두께에서 크롬 또는 티타늄의 비교량을 나타낸다. 곡선(106)은 연속 깊이 또는 두께에서 구리의 비교량을 나타낸다.4 shows a comparative percentage of copper as one material, and at different thicknesses or gradual depth of material from the boundary between the substrate 12 at the last position as well as the initial position to the outer boundary of the layer 104, and another material. As a curve, a curve representing a comparative percentage of chromium or titanium is shown. In FIG. 4, such depth or thickness is shown in the vertical axis, and the material percentage is shown along the vertical axis. Curve 106 represents the comparative amount of chromium or titanium at successive depths or thicknesses. Curve 106 represents the comparative amount of copper at continuous depth or thickness.
도 2 는 도 3 및 4 에 도시되었으며 상기에 상세히 상술된 증착 장치를 제공하는 일 실시예가 도시된다. 도 2 에 도시된 실시예는 도 1 에 도시된 종래 기술의 실시예와 유사하며, 도 1 에 도시된 하나의 타겟(12) 대신에 2 개의 타겟(120, 122)를 포함한다는 것만 다르며 그이외의 것은 모두 동일하다.FIG. 2 shows one embodiment of providing the deposition apparatus shown in FIGS. 3 and 4 and detailed above. The embodiment shown in FIG. 2 is similar to the prior art embodiment shown in FIG. 1, except that it includes two targets 120 and 122 instead of one target 12 shown in FIG. All are the same.
타겟(120, 122)은 각각 중공의 내부면(124, 126)을 가지며, 바람직하게는 실제적으로 애노드(32)에 수직한 공동축(128)(점선으로 도시됨)을 갖는다. 타겟(120)은 타겟(122) 보다 애노드(32)로부터 보다 넓은 공간을 가지며 공동축에 실제적으로 수직한 방향으로 타겟(122) 보다 크다. 타겟(120, 122)은 다른 타겟으로부터 어떠한 간섭 없이 기판(12)상에 각 타겟으로부터 원자를 증착하기 위해 서로에 비교되게 배치된다.Targets 120 and 122 have hollow inner surfaces 124 and 126, respectively, and preferably have a cavity axis 128 (shown in dashed lines) substantially perpendicular to the anode 32. The target 120 has a wider space from the anode 32 than the target 122 and is larger than the target 122 in a direction substantially perpendicular to the common axis. Targets 120 and 122 are placed in comparison to each other to deposit atoms from each target on substrate 12 without any interference from other targets.
타겟(120, 122)의 각각의 내부면(124, 126)은 바람직하게는 애노드(32)로부터 점진적인 거리에서 그 직경이 점차적으로 증대되는 푸루스토-원뿔형이다. 애노드(32)로부터 가장 원거리에서의 타겟(122)의 내부면(126)의 직경은 바람직하게는 애노드(32)로부터 가장 근거리에서의 타겟(120)의 내부면(124)의 직경만큼 크다. 재료의 다른 일 예는 타겟들중 하나용으로 티타늄, 다른 타겟용으로 텅스텐 또는 타겟들 중 하나용으로 티타늄-텅스템 그리고 다른 타겟용으로 구리가 될 수 있다. 이들 일 예들은 단지 실시예일 뿐이며, 다른 실시예가 본 발명의 영역에 따라 가능하다.Each of the inner surfaces 124, 126 of the targets 120, 122 is preferably Furusto-conical, whose diameter gradually increases at progressive distances from the anode 32. The diameter of the inner surface 126 of the target 122 farthest from the anode 32 is preferably as large as the diameter of the inner surface 124 of the target 120 at the farthest distance from the anode 32. Another example of material may be titanium for one of the targets, tungsten for the other target or titanium-tungsten for one of the targets and copper for the other target. These examples are merely examples, and other embodiments are possible in accordance with the scope of the present invention.
도 1 의 타겟(12)용으로 제공되며 자화될 수 있는 경로(54, 55)와 영구자석(56)을 포함하는 자화될 수 있는 경로에 대응하는 타겟(120, 122) 각각을 위해 분리된 자화될 수 있는 경로가 제공된다. 이러한 자화될 수 있는 경로는 도 2 에서 타겟(122)을 위해서는 132 에서, 타겟(120)을 위해서는 130 에서 기략적으로 표기되어 있다.Separate magnetization for each of targets 120 and 122 provided for target 12 of FIG. 1 and corresponding to magnetizable paths including magnetizable paths 54 and 55 and permanent magnets 56. The path to be provided is provided. Such a magnetizable path is schematically indicated at 132 for the target 122 and 130 for the target 120 in FIG. 2.
애노드(134)는 타겟 바닥에 근접한 타겟(122)의 중공의 내부안에 배치된다. 애노드(134)는 도 1 에 도시된 종래 기술의 실시예에서의 애노드(32)와 동일하다. 제 2 애노드(136)는 타겟(120, 122) 사이에 비치될 수 있다. 제 3 애노드(138)는 타겟(120) 위에 배치될 수 있다. 애노드(134, 136, 138)는 대지 또는 대지위의 퍼텐셜과 같은 특정 퍼텐셜이 구비될 수 있다. 애노드(136)는 타겟(120, 122)을 전기적으로 서로로부터 격리시키는 경향이 있다. 애노드(138)는 기판(14)과 같은 시스템에서 타겟(120)을 다른 구성요소로부터 격리시키는 경향이 있다.The anode 134 is disposed in the hollow interior of the target 122 proximate to the target floor. The anode 134 is identical to the anode 32 in the prior art embodiment shown in FIG. The second anode 136 may be provided between the targets 120 and 122. The third anode 138 may be disposed above the target 120. The anodes 134, 136, 138 may be provided with a specific potential, such as the potential of the site or of the site. The anode 136 tends to electrically isolate the targets 120 and 122 from each other. The anode 138 tends to isolate the target 120 from other components in a system such as the substrate 14.
CPU(중앙 처리 장치)(140)는 점진적인 시간 순간에 타겟에 제어된 전압을 도입하기 위해 타겟(120, 122)에 연결된다. CPU(140)는 연속되는 순간 시간에서 기판(14)상에 타겟들 각각으로부터 증착 원자 비교량을 제어하기 위하여 연속된 순간 시간에서 애노드(134)상의 전압과 비교하여 타겟들(120, 122) 각각상의 전압을 변화시킨다.CPU (central processing unit) 140 is coupled to targets 120 and 122 to introduce a controlled voltage to the target at progressive time instants. The CPU 140 compares each of the targets 120, 122 with the voltage on the anode 134 at successive instants to control the amount of deposition atoms from each of the targets on the substrate 14 at successive instants. To change the voltage of the phase.
예를 들면, 타겟(120, 122)에 CPU(140)에 의해 적용된 전압을 변화시키는 것은 층(100)을 형성하기 위해 기판상에 타겟(122)으로부터 원자가 동시에 증착됨이 없이 기판상에 타겟(120)으로부터 초기에 원자가 증착되는 것을 제공할 수 있다. CPU(140)에 의해 타겟(120, 122)에 적용된 전압의 변화는 층(102)을 형성하기 위하여 타겟(120, 122)으로부터 원자의 혼합물의 층(100)상에 증착을 제공할 수 있다. 이러한 혼합물은 점차적으로 변경할 수 있기 때문에, 타겟(120)으로부터 원자량을 감소시킬 수 있으며 층(122)의 두께를 따라 점진적인 위치에 제공된 타겟(122)으로부터 원자량을 증가시킬 수 있다. 그런 이후에, CPU에 의해 타겟(120, 122)에 적용된 전압의 변경은 타겟(120)으로부터 원자의 기판상에 증착됨이 없이 타겟(122)으로부터 원자의 기판(14)상에 증착을 제공할 수 있다.For example, varying the voltage applied by the CPU 140 to the targets 120, 122 may cause the targets on the substrate without simultaneously depositing atoms from the target 122 on the substrate to form the layer 100. 120 may initially provide for the deposition of atoms. The change in voltage applied to the targets 120, 122 by the CPU 140 may provide deposition on the layer 100 of the mixture of atoms from the targets 120, 122 to form the layer 102. Since this mixture can be changed gradually, it can reduce the atomic weight from the target 120 and increase the atomic weight from the target 122 provided at a gradual position along the thickness of the layer 122. Thereafter, the change in the voltage applied to the targets 120 and 122 by the CPU will provide deposition on the substrate 14 of the atom from the target 122 without being deposited on the substrate of the atom from the target 120. Can be.
본 발명이 상술된 실시예를 참조로하여 개시되었지만, 당업자들에게는 본 발명의 정신과 영역의 범위안에서 다른 실시예들을 적용하는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명은 후술되는 청구범위의 영역에 의해서만 제한된다.Although the present invention has been described with reference to the above-described embodiments, it is possible for those skilled in the art to apply other embodiments within the spirit and scope of the present invention. Accordingly, the invention is limited only by the scope of the following claims.
Claims (40)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US90598097A | 1997-08-05 | 1997-08-05 | |
US8/905,980 | 1997-08-05 |
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JPS61183467A (en) * | 1985-02-08 | 1986-08-16 | Hitachi Ltd | Sputtering electrode |
US4855033A (en) * | 1986-04-04 | 1989-08-08 | Materials Research Corporation | Cathode and target design for a sputter coating apparatus |
US5766426A (en) * | 1995-02-14 | 1998-06-16 | Sputtered Films, Inc. | Apparatus for, and method of, depositing a film on a substrate |
-
1998
- 1998-08-04 KR KR1019980031660A patent/KR19990023327A/en active IP Right Grant
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