KR19990088280A - 스퍼터링장치 - Google Patents

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Abstract

스퍼터링 장치에, 챔버내에 배치되는 웨이퍼 홀더가 제공된다. 이 웨이퍼 홀더상에는 웨이퍼가 놓여진다. 이 웨이퍼 홀더상의 웨이퍼와 대향되게, 챔버내에 타겟이 배치된다. 이 타겟은 복수개로 분할된다. 이 스퍼터링 장치에서는, 챔버로부터 공기를 배기하고 챔버내로 스퍼터링 가스를 유입하는 가스 제어 장치, 및 타겟에 전압을 인가하는 전원 장치가 제공된다. 이 전원 장치는 각 분할 타겟에 인가될 전압을 개별로 제어한다. 챔버내에는 차폐 부재가 제공된다. 이 차폐 부재는, 분할 타겟에 대응하여 챔버내를 칸막이한다.

Description

스퍼터링 장치 {SPUTTERING APPARATUS}
본 발명은 반도체 장치의 제조에 사용되는 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 특히, 1장의 웨이퍼상에 2이상의 조건하의 막형성을 가능하게 하는 스퍼터링 장치에 관한 것이다.
최근의 반도체 장치 제조에 있어서는, 칩 제조영역의 확대를 위하여, 실리콘 웨이퍼의 직경이 증대되는 경향이 있다. 실리콘 웨이퍼의 직경을 증대시킴으로써, 칩의 단가를 현저히 낮출 수 있게 된다. 그러나, 대구경의 실리콘 웨이퍼의 단가는 여전히 높으며, 대구경 웨이퍼의 사용을 위한 연구개발에 너무 많은 비용이 든다는 단점이 있다.
예를 들면, 반도체 장치의 제조공정에서, 기판상에 다양한 막을 형성하기 위하여 스퍼터링 장치를 사용하고 있다. 도 1 은 종래의 스퍼터링 장치를 나타낸 단면도이다. 이 스퍼터링 장치는, 가스를 유입, 배기하기 위한 Ar 가스 유입구 (47) 및 배기구 (48) 가 저부에 각각 설치되어 있는 원통형 챔버 (49) 를 포함한다. 이 챔버 (49) 내의 저부벽상에는 실리콘 웨이퍼 (45) 를 유지하기 위한 웨이퍼 홀더 (50) 가 배치되어 있다. 챔버 (49) 의 상부에서는, 절연체 (52) 를 통해 타겟 (target) 전극 (41) 이 챔버 (49) 에 지지된다. 이 타겟 전극 (41) 에는 고전압 전원 (43) 이 접속되어 있다. 원판형의 타겟 전극 (41) 에는 자석이 내장되어 있으며, 이 자석 (51) 의 자장에 의해 플라즈마를 조정한다. 타겟 전극 (41) 내에는, 냉각수 (46) 를 타겟 전극 (41) 으로 흘려보내어 타겟 전극을 냉각시키기 위한 공동이 형성되어 있다. 타겟 전극 (41), 타겟재 (target material; 42) 및 실리콘 웨이퍼 (45) 주위를 둘러싸도록, 원통형 차폐판 (cylindrical shield plate; 44) 이 챔버 (49) 의 상부에 의해 지지된다.
상술한 바와 같이 구성된 종래의 스퍼터링 장치에서는, 가스 유입구 (47) 를 통해 챔버 (49) 내로 Ar 가스가 유입되는 동시에, 배기구 (48) 를 통해 스퍼터링 챔버 (49) 로부터 공기가 배기됨으로써, 챔버 (49) 내의 분위기가 소정 압력의 Ar 가스 분위기로 되게 된다. 그 후, 고전압 전원 (43) 으로부터 타겟 전극 (41) 에 음의 전압이 인가되면, 타겟재 (42) 가 음으로 대전되어, Ar+이온이 타겟재 (42) 와 충돌하게 된다. 이 Ar+이온의 충돌에 의한 에너지로 인하여, 타겟재 (42) 로부터 스퍼터 원자가 방출된다. 이 스퍼터 원자가 대향 위치에 있는 웨이퍼 (45) 또는 차폐판 (44) 에 도달할 때, 스퍼터 원자는 에너지를 잃고, 이 웨이퍼 (45) 및 차폐판 (44) 상에 막이 형성된다.
연구개발 과정에서는, 스퍼터링 파워 및 스퍼터링 시간과 같은 조건을 변경함으로써, 실리콘 웨이퍼상에 다양한 막을 형성한다. 이 경우, 종래의 스퍼터링 장치를 사용할 경우에는, 다양한 각 막형성 조건마다 1장의 웨이퍼를 사용하는 것이 필요하다. 따라서, 종래의 대구경 웨이퍼를 사용한 스퍼터링 장치로 연구개발을 할 경우에는, 비용이 많이 든다는 단점이 있다.
반면, 스퍼터링중에 타겟 표면이 갈라지는 것을 방지하기 위한 기술로서, 복수개로 분할된 막형성 재료를 하나의 막형성 재료로 평판상에 배열한 타겟 구조가 제안되어 있다 (일본 특개평 제 5-263234 호 공보). 그러나, 이 종래 기술도, 실험연구 과정에서 대구경 웨이퍼를 사용할 경우의 낭비를 배제할 수는 없었다.
본 발명의 목적은, 하나의 챔버내에서, 1장의 웨이퍼상에 복수의 스퍼터링 조건하의 막을 형성할 수 있는 스퍼터링 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따른 스퍼터링 장치는, 챔버, 이 챔버내에 배치되고 웨이퍼가 놓여지는 웨이퍼 홀더, 이 웨이퍼 홀더상의 웨이퍼와 대향되게 상기 챔버내에 배치되고, 복수개로 분할된 타겟, 상기 챔버로부터 공기를 배기하고 상기 챔버내로 스퍼터링 가스를 유입하는 가스 제어장치, 상기 타겟에 전압을 인가하고, 상기 각 분할 타겟에 인가될 전압을 개별적으로 제어하는 전원 장치, 및 상기 챔버내에 배치되고, 상기 분할 타겟에 대응하여 상기 챔버내를 칸막이하는 차폐 부재를 포함할 수도 있다.
상기 분할 타겟은, 막형성 재료를 포함하고 복수개로 분할된 타겟 부재, 및 상기 분할된 타겟 부재에 대응하여 분할되며, 상기 타겟재를 유지하고 상기 타겟재에 전압을 인가하는 타겟 전극을 포함할 수도 있으며, 상기 각 분할 타겟 전극은 상기 분할 타겟 부재와 거의 동일한 크기를 가지고, 상기 전원장치는 상기 각 분할 타겟 전극에, 개별로 제어하여 전압을 인가할 수도 있다.
상기 차폐 부재는 상기 웨이퍼의 중심에 정합된 위치를 기준으로 하여 방사형태로 배치된 복수의 플레이트를 구비할 수도 있다.
상기 스퍼터링 장치는 타겟 전극에 내장된 자석을 더 포함할 수도 있다.
상기 스퍼터링 장치는 상기 분할된 타겟들사이에 제공된 절연성 부재를 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 1장의 웨이퍼상에 2이상의 스퍼터링 조건에 의한 막을 형성함으로써, 연구개발 과정에서 대구경 웨이퍼를 효율적으로 사용할 수 있게 된다.
도 1 은 종래의 스퍼터링 장치를 나타낸 단면도.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치를 나타낸 단면도.
도 3a 내지 도 3d 는 스퍼터링 장치의 챔버내의 구성 소자들을 나타낸 사시도.
도 4 는 도 3b 에 도시된 타겟재의 구조를 나타낸 평면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1, 1a, 1b, 1c, 1d, 41 ; 타겟 전극
2, 12a, 12b, 12c, 12d, 42 ; 타겟재
3, 43 ; 고전압 전원 4a, 4b, 44 ; 차폐판
5, 45 ; 실리콘 웨이퍼 6, 46 ; 냉각수
7, 47 ; Ar 가스 유입구 8, 48 ; 배기구
9, 49 ; 챔버 10, 50 ; 웨이퍼 홀더
11 ; 자석 12, 52 : 절연체
13, 14 ; 프레임
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다.
이 실시예는, 4종류의 막형성 조건하의 스퍼터링을 본 발명에 적용한 것이다. 도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치를 나타낸 단면도이다. 도 3a 내지 도 3d 는 이 스퍼터링 장치의 챔버내의 구성 소자를 나타낸 사시도이다. 도 4 는 도 3b 에 도시된 타겟재의 구조를 나타낸 평면도이다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 이 스퍼터링 장치는, 가스를 유입, 배기하기 위한 Ar 가스 유입구 (7) 및 배기구 (8) 가 저부에 설치되어 있는 원통형 챔버 (9) 를 포함한다. 이 챔버 (9) 내의 저부벽상에는 실리콘 웨이퍼 (5) 를 유지하기 위한 웨이퍼 홀더 (10) 가 배치되어 있다. 챔버 (9) 의 상부에서는, 타겟 전극 (1) 이 절연체 (12) 에 의해 챔버 (9) 에 지지된다. 이 타겟 전극 (1) 에는 고전압 전원 (3) 이 접속되어 있다. 타겟 전극 (1), 타겟재 (2) 및 실리콘 웨이퍼 (5) 주위를 둘러싸도록, 원통형 차폐판 (4a) 이 챔버 (9) 의 상부에 의해 지지된다. 타겟재 (2) 와 웨이퍼 (5) 사이에는 또다른 차폐판 (4b) 이 배치되어 있다. 이 차폐판 (4b) 은 웨이퍼 (5) 의 중심에 정합된 위치를 기준으로 하여 방사형태로 배치된 4개의 플레이트를 구비한다.
도 3a 에 도시된 바와 같이, 타겟 전극 (1) 은, 그 중심을 직교하는 2개의 선분에 의해 4개의 부채형 전극으로 동등하게 분할된 디스크를 포함한다. 이러한 분할 전극들 (1a, 1b, 1c 및 1d) 은, 밴드형 절연체 (1e) 에 의해 서로 절연 및 분리되어 있다. 각 분할 전극 (1a 내지 1d) 내에는 자석 (11) 이 내장되어 있으며, 도 2 에 도시된 바와 같이, 이 자석 (11) 의 자장에 의해 플라즈마를 조정한다. 각 분할 타겟 전극 (1a 내지 1d) 내에는, 냉각수 (6) 를 타겟 전극으로 흘려보내어 타겟 전극을 냉각시키기 위한 공동이 형성되어 있다.
또한, 도 4 에 도시된 바와 같이, 타겟재 (2) 는 타겟 전극 (1) 과 같이, 4등분되어 있다. 즉, 이 타겟재 (2) 는, 디스크의 중심에서 직교하는 2개의 선분에 의해, 디스크를 4개로 동등하게 분할하여 얻어진 4개의 부채형 타겟재 (12a, 12b, 12c, 및 12d) 를 포함한다. 십자형태의 프레임 (13) 은, 이 프레임 (13) 의 교차점이 프레임 (14) 의 중심과 일치되게, 링형태의 프레임 (14) 내에 설치되어 있으며, 서로 접합되어 있다. 각 프레임 (13 및 14) 은 절연체로 형성될 수도 있다. 분할 타겟재 (12a 내지 12d) 는 링형태의 프레임 (14) 및 십자형태의 프레임 (13) 에 의해 각각 둘러싸인 4개의 부채형 부분들에 각각 설치된다. 각 분할 타겟재 (12a 내지 12d) 의 2개의 직선면이 십자형태의 프레임 (13) 에 접합되어, 분할 타겟재 (12a 내지 12d) 와 프레임 (13 및 14) 이 조립된다. 이 링형태의 프레임 (14) 및 십자형태의 프레임 (13) 에 의해, 각 분할 타겟재 (12a 내지 12d) 가 서로 절연되기 때문에, 각 분할 타겟에 대한 전압을 개별적으로 제어할 수 있게 된다. 각 프레임 (13 및 14) 의 두께는 분할 타겟재 (12a 내지 12d) 의 두께보다 더 얇은 것이 바람직하다. 이에 따라, 분할 타겟재 (12a 내지 12d) 가 타겟 전극 (1) 에 흡착될 경우에, 타겟 전극 (1) 은, 프레임 (13 및 14) 의 방해를 받지 않고서, 분할 타겟 전극 (1a 내지 1d) 과 직접 접촉하게 된다. 타겟재 (2) 의 각 분할 타겟재 (12a 내지 12d) 는 웨이퍼 (5) 상에 형성될 막 재료를 포함한다.
이하, 상술한 바와 같이 구성된 스퍼터링 장치의 동작을 설명한다.
먼저, 도 4 에 도시된 타겟재 (2) 를, 도 2 에 도시된 타겟 전극 (1) 의 하부면에 설치한다. 이 경우, 타겟 전극 (1a 내지 1d) 과 분할 타겟재 (12a 내지 12d) 가 서로 정합되고, 절연체 (1e) 와 절연성 프레임 (13) 이 서로 정합되도록, 타겟재 (2) 를 배치한다. 또한, 차폐판 (4b) 을 타겟재 (2) 의 절연성 프레임 (13) 과 정합되게, 웨이퍼 (5) 상에 배치한다.
그 후, 챔버 (9) 내를 배기하고, 챔버 (9) 내에 소정 압력이 되도록 Ar 가스를 유입한다. 그 다음, 전원 (3) 으로부터 각 분할 타겟 전극 (1a 내지 1d) 에 음전압을 인가한다. 그 결과, 차폐판 (4a 및 4b) 에 의해 분할된 4개의 공간내에서 플라즈마 방전이 발생되어, 음전하가 인가된 분할 타겟재 (12a 내지 12d) 와 Ar+이온이 충돌하여, 분할 타겟재 (12a 내지 12d) 로부터 원자가 방출되게 된다. 이 분할 타겟재 (12a 내지 12d) 로부터 방출된 원자가 웨이퍼 (5) 상에 축적된다. 그 후, 분할 타겟 전극 (1a 내지 1d) 에 전압 공급을 멈추면, 스퍼터링이 종료된다.
본 실시예에서는, 각 분할 타겟 전극 (1a 내지 1d) 에 인가될 전압 및 인가 시간등의 막형성 조건을 개별로 제어할 수도 있다. 이에 따라, 웨이퍼 (5) 의 차폐판 (4b) 에 의해 분할된 4개의 영역에는, 막형성 속도 및 막형성 시간등의 막형성 조건을 개별로 제어하여 스퍼터링 입자를 축적할 수도 있다. 분할 타겟재 (12a 내지 12d) 로부터 방출된 원자는 차폐판 (4b) 에 의해 차폐되기 때문에, 이 원자들은 이웃 영역의 웨이퍼상에 축적되지 않게 된다. 또한, 타겟 전극 (1) 도 분할되어 있으므로, 막형성이 불필요한 영역 또는 일정 두께이상의 막형성이 불필요한 영역에서는, 그 영역에 해당하는 분할 전극에 통전하지 않거나, 또는, 도중에 통전을 멈춤으로써, 용이하게 막형성을 제어할 수가 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 각 영역 (A 내지 D) 에, 서로 다른 두께의 막형성 또는 서로 다른 조건하의 막형성이 가능하게 된다.
상기 실시예에서는 웨이퍼 (5) 를 4개로 분할하였지만, 예를 들어, 타겟 전극 (1), 타겟재 (2) 및 차폐판 (4b) 의 분할수를 변경함으로써, 1장의 웨이퍼에 2개, 3개 또는 5개 이상의 스퍼터링 조건을 설정할 수도 있다.
본 발명에 의하면, 1장의 웨이퍼에 2개 이상의 스퍼터링 조건하의 막형성이 가능하게 되어, 연구개발 과정에서 대구경 웨이퍼를 효율적으로 사용할 수 있게 된다.

Claims (8)

  1. 챔버;
    상기 챔버내에 배치되고, 웨이퍼가 놓여지는 웨이퍼 홀더;
    상기 웨이퍼 홀더상의 상기 웨이퍼와 대향되게 상기 챔버내에 배치되고, 복수개로 분할된 타겟;
    상기 챔버로부터 공기를 배기하고 상기 챔버내로 스퍼터링 가스를 유입하는 가스 제어장치;
    상기 타겟에 전압을 인가하고, 상기 각 분할 타겟에 인가될 상기 전압을 개별적으로 제어하는 전원 장치; 및
    상기 챔버내에 제공되고, 상기 분할 타겟에 대응하여 상기 챔버내를 칸막이하는 차폐 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분할 타겟은,
    막형성 재료를 포함하고, 복수개로 분할된 타겟 부재; 및
    상기 분할된 타겟 부재에 대응하여 분할되며, 상기 타겟재를 유지하고 상기 타겟재에 상기 전압을 인가하는 타겟 전극을 포함하되,
    상기 각 분할 타겟 전극은 상기 분할 타겟 부재와 거의 동일한 크기를 가지며,
    상기 전원장치는 상기 각 분할 타겟 전극에, 개별로 제어하여 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 차폐 부재는 상기 웨이퍼의 중심에 정합된 위치를 기준으로 하여 방사형태로 배치된 복수의 플레이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 차폐 부재는 상기 웨이퍼의 중심에 정합된 위치를 기준으로 하여 방사형태로 배치된 복수의 플레이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 타겟 전극에 내장된 자석을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 타겟 전극에 내장된 자석을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 분할된 타겟들사이에 제공된 절연성 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 분할된 타겟들사이에 제공된 절연성 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
KR1019990017272A 1998-05-15 1999-05-14 스퍼터링 장치 KR100341653B1 (ko)

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