KR20000052104A - 스퍼터링 장치의 콜리메이터 구조 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 스퍼터링 장치의 콜리메이터 구조 및 그 제조방법을 제시한다. 본 발명은 스퍼터링 장치에 있어서 타겟과 웨이퍼 사이에 일체로된 소정 길이를 갖는 콜리메이터을 설치한다. 콜리메이터의 가장자리 하단에는 다수개 홀을 갖는 링구조의 코아링이 연장되도록 설치한다.

따라서, 콜리메이터의 크기를 최적화함으로서 콜리메이터 영역간의 스트레스 차이에 의한 콜리메이터의 변형을 방지할 수 있으며, 팽창/수축 현상에 의해서 유발되는 파티클을 방지할 수 있다. 또한, 콜리메이터의 재질 변경에 따른 추가 비용을 절감할 수 있어 소자의 생산 수율을 향상시킨다.

Description

스퍼터링 장치의 콜리메이터 구조 및 그 제조방법{Collimator structure and its manufacturing method in sputtering apparatus}

본 발명은 반도체 제조장비에 있어서 스퍼터링(Sputtering) 장치에 관한 것으로, 특히 금속층 증착시에 웨이퍼와 타겟의 크기 또는 웨이퍼와 타겟의 거리에 따라 콜리메이터(Collimator)의 크기를 최적화하도록 한 스퍼터링 장치의 콜리메이터 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 스퍼터링 장치에서는 고전압에 의해 이온화된 아르곤 가스를 사용하여 타겟(Target)으로부터 금속입자를 떼어내어 금속박막을 웨이퍼에 입히게 된다. 스퍼터링 장치에서 고집적 디바이스의 제조를 위하여 금속 증착시에 콜리메이터를 사용하게 되는데, 콜리메이터는 스퍼터링시에 발생되는 금속입자와 플라즈마 상태의 가스에 의해 전달되는 열로 인하여 열팽창과 수축 현상을 반복하게 된다.

이러한 팽창/수축 현상의 반복에 의해 누적되는 스트레스는 콜리메이터의 영역별간에도 차이가 크다.

도 1 은 종래 스퍼터링 장치의 콜리메이터 장착에 의해 스퍼터링되는 금속입자의 상태를 도시한 도면을 나타내고, 도 2 는 종래 콜리메이터의 직경과 높이에 따른 입사각을 도시한 도면을 나타낸다. 또한, 도 3 은 종래 스퍼터링 장치에서 콜리메이터의 역할을 수행하는 부위 및 콜리메이터의 역할을 수행하지 못하는 영역을 도시한 도면을 나타낸다.

먼저, 도 1를 참조하면, 스퍼터링 장치에서 금속 원재료인 타겟(10)과 웨이퍼(30) 사이에는 콜리메이터(20)가 설치되어 있다. 이 때, 콜리메이터(20)는 타겟(10)으로부터 웨이퍼(30)로 스퍼터링되는 금속입자 중에 특정 입사각 이하의 금속입자만을 통과시키게 된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 콜리메이터(20)는 구멍의 직경(D)과 높이(H)에 의해 금속입자의 입사각(θ)을 결정하게 된다. 즉, 콜리메이터(20)는 구멍의 직경(D)과 높이(H)에 의해 결정되어지는 입사각(θ) 이하의 금속입자만을 통과시키게 된다.

따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 금속층이 증착되는 콜리메이터 영역(a)외에 다른 콜리메이터 영역(b)은 실제 콜리메이터의 역할을 수행하지 못하므로 필요하지 않게 되며, 금속층이 증착되는 콜리메이터 영역(a)과 그렇치 않은 콜리메이터 영역(b)간에는 열에 의한 스트레스 차이가 커져 콜리메이터(20)의 변형을 일으킨다. 또한, 콜리메이터(20)의 변형에 의해 파티클을 가중시키게 된다.

상기한 바와 같이 종래 기술에 따르면 다음과 같은 문제점을 유발한다.

첫째, 챔버 구조에 따라 설계되어진 콜리메이터는 콜리메이터 역할을 수행하는 영역 이상의 큰 크기로 제작됨으로서 금속층이 증착되는 콜리메이터 영역과 그렇치 않은 콜리메이터영역간의 스트레스 차이에 의하여 불량을 유발하게 된다.

둘째, 콜리메이터의 원 재질을 변경하거나 자주 교체하는 방법을 사용하여 스트레스 유발에 따른 불량을 제거할 수 있으나, 이는 재질 변경에 따른 비용을 추가로 부담해야 한다. 또한, 불량 원인을 제거하는데는 일정한 한계가 있다.

따라서, 콜리메이터간의 스트레스 차이에 의해 콜리메이터 변형이 발생되고, 웨이퍼내 막질 두께의 균일성을 떨어뜨리며, 팽창/수축 현상에 의한 움직임은 파티클을 유발하여 반도체의 생산수율을 저하시키는 요인이 된다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 콜리메이터의 스트레스 유발에 따른 불량 원인을 제거함과 더불어 재질 변경에 따른 추가 비용을 절감하도록 한 스퍼터링 장치의 콜리메이터 구조 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 소자의 생산수율 향상을 향상시키도록 한 스퍼터링 장치의 콜리메이터 구조 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

도 1 은 종래 스퍼터링 장치의 콜리메이터 장착에 의해 스퍼터링되는 금속입자의 상태를 도시한 도면

도 2 는 종래 콜리메이터의 직경과 높이에 따른 입사각을 도시한 도면

도 3 은 종래 스퍼터링 장치에서 콜리메이터의 역할을 수행하는 부위 및 콜리메이터의 역할을 수행하지 못하는 영역을 도시한 도면

도 4a 및 도 4b 는 본 발명에 따른 스퍼터링 장치의 콜리메이터를 도시한 개략구성도 및 코아링의 단면을 도시한 도면

도 5a 내지 도 5c 는 본 발명에 따른 스퍼터링 장치의 콜리메이터 제조공정을 도시한 도면

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 타겟 20 : 콜리메이터

30 : 웨이퍼 40 : 코아링

22, 42 : 홀(Hole)

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 스퍼터링 장치의 콜리메이터 구조는

타겟;

상기 타겟 하부에 일체로 설치된 콜리메이터; 및

상기 콜리메이터 하부에 설치된 웨이퍼를 구비하는 스퍼터링 장치에 있어서,

소정 길이를 갖는 상기 콜리메이터의 가장자리 하단과 연장되도록 설치된 코아링을 포함한다.

바람직하게, 상기 콜리메이터의 길이는 상기 타겟과 웨이퍼의 크기 또는 상기 타겟과 웨이퍼간의 거리를 기준으로 콜리메이터 역할을 수행할 수 있는 영역의 크기로 형성한다. 상기 코아링은 다수개의 홀을 구비하는 링구조로 형성되어 있다.

본 발명에 따른 스퍼터링 장치의 콜리메이터 제조방법은

원판 표면의 불순물 및 크랙을 제거하는 단계;

상기 원판에 다수개의 홀을 형성하는 단계; 및

상기 홀을 가공하되 육각의 홀 형태로 가공하는 단계를 구비한다.

상기와 같은 구조를 갖는 본 발명에 따르면, 타겟과 웨이퍼 사이에 일체로된 콜리메이터의 가장자리 하단과 연장되도록 코아링을 설치하되 다수개 홈을 갖는 링구조의 코아링을 구비하는 콜리메이터를 형성함으로써 콜리메이터의 스트레스 유발에 따른 불량 원인을 제거함과 더불어 재질 변경에 따른 추가 비용을 절감할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 스퍼터링 장치의 콜리메이터 구조 및 그 제조방법에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 4a 및 도 4b 는 본 발명에 따른 스퍼터링 장치의 콜리메이터를 도시한 개략구성도 및 코아링의 단면을 도시한 도면이다.

도 4a를 살펴보면, 타겟(10)과 웨이퍼(30) 사이에는 일체로된 소정 길이를 갖는 콜리메이터(20)가 설치되어 있다. 콜리메이터(20)의 가장자리 하단에는 실드(Shield)인 코아링(40)이 연장되도록 설치되어 있다.

이 때, 콜리메이터(20)의 길이는 타겟(10)과 웨이퍼(30)의 크기 또는 타겟(10)과 웨이퍼(30)간의 거리를 기준으로 하여 제작하는데, 실제 콜리메이터(20)의 역할을 수행하는 영역만을 고려하여 콜리메이터(20)의 크기를 설정한다.

이는 콜리메이터(20)의 영역에 따른 스트레스의 차이를 줄일 수 있으며, 콜리메이터(20)의 제작에 따른 원자재 구입에 소요되는 비용을 최소화할 수 있다.

즉, 콜리메이터(20)의 크기를 스퍼터링시에 콜리메이터(20)의 역할을 수행하는 영역만으로 축소하고, 그렇치 못하는 영역을 제거하여 그 제거된 영역에 코아링(40)으로 기존의 콜리메이터 영역(b)을 대신하게 된다.

여기서, 콜리메이터(20)의 구조는 견고성을 위하여 일체형(One-Body)으로 형성함으로서 통상의 용접형 콜리메이터 구조 보다도 구조적으로 견고하여 자체 변형과 열적 스트레스에 견디는 힘이 강하게 된다. 또한, 재사용을 위한 화학 처리후에도 견고성을 유지하여 수차례의 재사용이 가능하다.

이어서, 도 4b에 도시된 코아링의 단면도를 살펴보면, 코아링(40)은 링구조로서 가스의 흐름을 균일하게 하도록 하기 위하여 코아링(40) 자체에 다수개의 홀(42)을 형성한다. 또한, 코아링(40)의 부위는 열적 스트레스를 적게 받으므로 코아링(40)의 두께를 보다 두껍게 형성할 수 있어 콜리메이터(20)의 구조를 더욱 더 견고히 할 수 있다.

여기서, 코아링(40)의 재질로 널리 사용되는 알루미늄이나 티타늄 대신에 재생이 가능하고, 화학물질에 강하며, 비용이 저렴한 서스(SUS) 재질을 사용함으로서 적은 비용으로도 반영구적으로 사용할 수 있다.

도 5a 내지 도 5c 는 본 발명에 따른 스퍼터링 장치의 콜리메이터 제조공정을 도시한 도면을 나탄내다.

도 5a을 참조하면, 먼저 원판형 원자재의 표면을 가공하여 불순물 및 크랙(Crack)을 제거한 콜리메이터(20)의 원판을 형성한다.

다음, 도 5b을 참조하면, 콜리메이터(20)의 원판에 홀으로 예정된 부위를 제거하여 다수개의 홀(22)을 형성한다.

그 후, 도 5c를 참조하면, 타공된 콜리메이터(20)의 원판에 와이어 또는 레이저를 이용하여 콜리메이터(20)의 홀(22)을 가공하여 육각의 형태를 갖는 콜리메이터(20)를 형성한 후, 세정 공정을 거치게 된다.

따라서, 통상의 콜리메이터 보다도 구조적으로 견고하여 자체 변형과 열적 스트레스에 견디는 힘이 강하게 된다. 또한, 재사용을 위한 화학 처리후에도 견고성을 유지하여 수차례의 재사용이 가능하다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 스퍼터링 장치에 있어서 타겟과 웨이퍼 사이에 일체로된 콜리메이터을 설치한다. 콜리메이터의 가장자리 하단에는 다수개 홀을 갖는 링구조의 코아링이 연장되도록 설치한다.

따라서, 콜리메이터 영역간의 스트레스 차이에 의한 콜리메이터의 변형을 방지할 수 있으며, 팽창/수축 현상에 의해서 유발되는 파티클을 방지할 수 있어 생산수율을 향상시킨다. 또한, 콜리메이터의 재질 변경에 따른 추가 비용을 절감할 수 있다.

Claims (4)

1. 타겟;

   상기 타겟 하부에 일체로 설치된 콜리메이터; 및

   상기 콜리메이터 하부에 설치된 웨이퍼를 구비하는 스퍼터링 장치에 있어서,

   소정 길이를 갖는 상기 콜리메이터의 가장자리 하단과 연장되도록 설치된 코아링을 포함하는 스퍼터링 장치의 콜리메이터 구조.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 콜리메이터의 길이는 상기 타겟과 웨이퍼의 크기 또는 상기 타겟과 웨이퍼간의 거리를 기준으로 콜리메이터 역할을 수행할 수 있는 영역의 크기로 형성된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치의 콜리메이터 구조.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 코아링은 다수개의 홈을 구비하는 링구조로 형성된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치의 콜리메이터 구조.
4. 원판 표면의 불순물 및 크랙을 제거하는 단계;

   상기 원판에 다수개의 홀을 형성하는 단계; 및

   상기 홀을 가공하되 육각의 홀 형태로 가공하는 단계를 포함하는 스퍼터링 장치의 콜리메이터 제조방법.