KR20000065829A

KR20000065829A - 스퍼터링 장치

Info

Publication number: KR20000065829A
Application number: KR1019990012529A
Authority: KR
Inventors: 김태균
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1999-04-09
Filing date: 1999-04-09
Publication date: 2000-11-15

Abstract

본 발명은 전자기장을 형성하여 고밀도의 플라즈마를 생성하는 마그네트론 타입(magnetron type)의 스퍼터링 장치에 관한 것이다. 본 발명의 스퍼터링 장치는 베이스 플레이트와 회전축 그리고 전자기장 형성 부재를 구비한다, 상기 베이스 플레이트는 상기 금속 타겟의 상부에 위치하고, 상면에서 일정 깊이로 형성되어 일정크기의 폭으로 중심에서 반경방향으로 형성되는 복수개의 요면을 갖는다. 상기 회전축은 상기 베이스 플레이트를 일정 속도로 회전시키기 위하여 상기 베이스 플레이트와 결합된다. 그리고 상기 전자기장 형성 부재는 상기 베이스 플레이트의 상기 복수개의 요면들에 반경방향으로 이동가능하도록 설치되어 상기 금속 타겟에 형성되는 전자기장이 변화될 수 있도록 한다. 이와 같은 구성을 갖는 스퍼터링 장치에 의하면, 전자기장이 변화함에 따라 금속 타겟의 특정 부위의 침식을 막을 수 있기 때문에, 반도체 웨이퍼 상에 형성되는 박막의 균일도를 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 반도체 웨이퍼 상에 형성되는 박막의 균일도가 증가되면 불균일한 막을 보정하기 위해 진행되던 후속 공정을 줄일 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.

Description

스퍼터링 장치{SPUTTERING APPARATUS}

본 발명은 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 전자기장을 형성하여 고밀도의 플라즈마를 생성하는 마그네트론 타입(magnetron type)의 스퍼터링 장치에 관한 것이다.

반도체 디바이스들의 퍼포먼스(performance)를 강화하기 위해서, 상기 반도체 디바이스들의 P-N 접합(junction)은 점점 더 얕아지고, 패턴들은 점점 더 미세해지고 있다. 또한, 알루미늄 합금 재질과 고융점을 가지는 금속 재질을 전극 와이어 재질(electrode wiring material)로서 채택하고 있지만, 이러한 재질들은 종래의 진공 증발기들(vacuum evaporators)에서 사용하기에는 어려움이 있다. 그래서 최근에는 마그네트론 스퍼터링 장치(magnetron sputtering apparatus)가 사용되고 있다. 상기 마그네트론 스퍼터링 장치는 금속의 타겟 위에 자석을 설치하여 상기 금속 타겟 부근에 전자기장을 형성한다. 상기 마그네트론 장치는 자석의 배열과 타겟의 모양에 따라 다양한 타입의 장치가 있지만, 로렌쯔 방정식(Lorentz equation)에 따라 움직이는 플라즈마(plasma)를 직교 전자기장(orthogonal electromagnet field)를 이용하여 금속 타겟의 부근(vicinity)의 공간에 가두어 둔다는 기본적인 원리는 동일하다. 좀 더 구체적으로는 상기 금속 타겟의 위에서 원 운동(cycloid motion)을 하는 전자들이 가스들과 충돌하여 고밀도의 플라즈마를 생성하게 한다. 상기 전자들이 자기장에 의해서 구속되므로 상기 전자가 반도체 웨이퍼에 충돌하여 상기 반도체 웨이퍼의 온도를 가열시키거나 손상을 주는 것을 방지하는 것이 가능하다.

하지만, 상술한 바와 같은 종래의 마그네트론 스퍼터링 장치에서는 상기 금속 타겟의 상부에 설치되는 혹은 측면에 설치되는 자석의 배열이 고정되어 있어서, 상기 금속 타겟의 특정 부위가 계속해서 스퍼터링된다. 그래서 상기 금속 타겟은 특정 부위만 침식(erosion)되는 부작용이 발생하고 그에 따라 반도체 웨이퍼 상에 형성되는 박막이 균일하게 증착되지 못하고 특히 금속 타겟과 상기 반도체 웨이퍼의 거리가 먼 LTS(long throw sputtering) 방식의 스퍼터링 장치에서는 상기 반도체 웨이퍼의 가장자리 부분이 블균일하게 증착되는 문제점이 발생한다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 금속 타겟의 특정 부위의 침식을 막을 수 있는 새로운 형태의 스퍼터링 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 스퍼터링 공정이 진행되는 공정 챔버롤 보여주기 위한 개략도;

도 2는 본 발명의 실시예에 의해 이동가능한 자석이 설치된 베이스 플레이트를 보여주기 위한 다이어그램 및;

도 3은 본 발명의 실시예에 의해 이동가능한 자석이 설치된 베이스 플레이트를 보여주기 위한 평면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

200 : 공정 챔버 202 : 회전축

204 : 베이스 플레이트 206 : 알루미늄 타겟

208 : 애노우드 210 : 실드 링

212 : 가스 주입구 220 : 웨이퍼 지지대

222 : 웨이퍼 226 : 요면

228 : 자석 230 : 스프링

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 금속 타겟을 이용하여 반도체 웨이퍼에 금속 박막을 증착하기 위한 스퍼터링 장치는 베이스 플레이트와 회전축 그리고 전자기장 형성 수단을 구비한다, 상기 베이스 플레이트는 상기 금속 타겟의 상부에 위치하고, 상면에서 일정 깊이로 형성되어 일정크기의 폭으로 중심에서 반경방향으로 형성되는 복수개의 요면을 갖는다. 상기 회전축은 상기 베이스 플레이트를 일정 속도로 회전시키기 위하여 상기 베이스 플레이트와 결합된다. 그리고 상기 전자기장 형성 수단은 상기 베이스 플레이트의 상기 복수개의 요면들에 반경방향으로 이동가능하도록 설치되어 상기 금속 타겟에 형성되는 전자기장이 변화될 수 있도록 하기 위한 역할을 한다.

특별히 본 발명의 상기 전자기장 형성 수단은 복수개의 자석과 탄성부재를 구비한다. 상기 탄성부재는 일단은 상기 회전축에 고정되며 타단은 상기 자석에 연결되어 상기 베이스 플레이트가 회전 시 원심력에 의해서 상기 복수개의 자석이 이동가능하도록 하는 역할을 한다.

이와 같은 본 발명을 적용하면, 금속 타겟의 특정 부위의 침식을 막을 수 있기 때문에, 반도체 웨이퍼 상에 형성되는 박막의 균일도를 증가시킬 수 있다. 또한, 이로 인해 불균일한 막을 보정하기 위해 진행되던 후속 공정을 줄일 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.

이하 본 발명의 실시예를 도 1 내지 도 3에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 스퍼터링 공정이 진행되는 공정 챔버롤 보여주기 위한 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 의해 이동가능한 자석이 설치된 베이스 플레이트를 보여주기 위한 다이어그램이며 도 3은 본 발명의 실시예에 의해 이동가능한 자석이 설치된 베이스 플레이트를 보여주기 위한 평면도이다.

도 1을 참조하면, 스퍼터링 장치는 캐소드(cathode)를 형성하는 알루미늄 타겟(aluminum target)(206)과 애노우드(anode)(208)를 구비한다. 상기 알루미늄 타겟에는 -500 내지 -600V 정도의 전압이 공급되고 상기 애노우드(208)에는 +24V 정도의 전압이 인가된다. 영구자석들 혹은 전자석들(permanent magnets or electromagnets)(도 2와 도 3 참조)이 상기 알루미늄 타겟(206)의 상부에 위치한 베이스 플레이트(204)에 설치된다. 상기 베이스 플레이트(204)를 회전시키기 위해서 회전축(202)이 상기 베이스 플레이트(204)와 연결된다. 상기 알루미늄 타겟(206)에서 생성된 알루미늄 입자들이 자석들에 부착되는 것을 막기 위해서 실드 링(shield ring)(210)이 설치된다. 상기 공정 챔버(200)의 측면에는 가스를 주입하기 위한 가스 주입구(212)가 설치되어 있다. 또한, 상기 공정 챔버(200)에는 10^-4Torr정도의 저진공을 만들어 주기 위한 러프 펌프(rough pump)(216)와 고진공을 만들어 주기 위한 크라이오 펌프(CRYO pump)(218)가 장착되어 있다. 그리고 공급된 가스들에 전압을 가해서 플라즈마 상태로 만들어 주기 위한 RF 코일(214)이 측면에 설치되어 있다. 고전압에 의해 방전되어 플라즈마 상태가 된 가스들(224) 중에서 양전하를 띠는 아르곤(Ar) 가스입자들은 음전하가 걸린 타겟을 향해서 이동하게 된다. 이 경우에 설치된 자석에 의해서 형성되는 전자기장은 전자들이 상기 알루미늄 타겟(206)의 부근을 원 운동(cycloid motion)하게 하여 아르곤 가스 입자들과 충돌하게 하여 고밀도의 플라즈마를 생성하게 된다. 고밀도의 플라즈마들은 상기 알루미늄 타겟(206)과 충돌하여 상기 알루미늄 타겟(206)의 표면으로부터 알루미늄 입자들을 뜯어내게 된다. 이 경우에 보통의 다이오드 스퍼터 시스템보다는 휠씬 빨리, 더 낮은 압력에서 금속 막이 적층되어 양질의 알루미늄 박막이 웨이퍼 지지대(220) 위에 로딩되어 있는 웨이퍼(222)에 증착된다.

상술한 바와 같은 스퍼터링 장치에 덧붙여 본 발명은 상기 베이스 플레이트(204)에 장착되는 자석이 이동가능하도록 하는 구조를 가져서 상기 알루미늄 타겟(206)이 균등하게 스퍼터될 수 있게 한다.

도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 금속 타겟에 일정한 전기적 힘을 가하기 위해서 상기 베이스 플레이트(204)에 설치되는 자석(228)을 탄성부재(본 발명의 실시예에서는 스프링을 사용하였음; 이하 스프링이라 함)(230)와 연결하여 상기 베이스 플레이트(204)에서 반경방향으로 이동이 가능하게 하였다. 상기 베이스 플레이트(204)의 중심에서 반경방향으로 일정한 크기와 일정한 폭으로 형성된 요면(226)을 따라 이동가능하게 된 자석(228)은 상기 베이스 플레이트(204)가 회전하는 경우에 원심력에 의해서 상기 베이스 플레이트(204)의 외주면을 향해서 이동하게 되고 이 경우에 이동한 자석(228)에 의해 형성되는 자기장은 종래와는 달리 유동적이 된다. 물론 회전 속도에 따라 상기 자석(228)의 이동거리는 비례하여 이동하게 된다. 자석을 이동가능하게 하기 위해서는 본 발명의 실시예처럼 일정한 요면을 형성하는 것이외에도 다양한 방법이 있을 수 있는 것은 이 분야에 종사하는 사람들에게는 자명한 일일 것이다.

이와 같은 본 발명을 적용하면, 전자기장의 배열이 변화함에 따라 금속 타겟의 특정 부위의 침식을 막을 수 있기 때문에, 반도체 웨이퍼 상에 형성되는 박막의 균일도를 증가시킬 수 있다. 또한, 이로 인해 불균일한 막을 보정하기 위해 진행되던 후속 공정을 줄일 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다.

Claims

금속 타겟을 이용하여 반도체 웨이퍼에 금속 박막을 증착하기 위한 스퍼터링 장치에 있어서,

상기 금속 타겟의 상부에 위치하고, 상면에서 일정 깊이로 형성되어 일정크기의 폭으로 중심에서 반경방향으로 형성되는 복수개의 요면을 갖는 베이스 플레이트와;

상기 베이스 플레이트를 일정 속도로 회전시키기 위하여 상기 베이스 플레이트와 결합되는 회전축 및;

상기 베이스 플레이트의 상기 복수개의 요면들에 반경방향으로 이동가능하도록 설치되어 상기 금속 타겟에 형성되는 전자기장이 변화될 수 있도록 하기 위한 전자기장 형성 수단을 포함하여, 상기 금속 타겟의 특정 부위의 침식을 막을 수 있는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 전자기장 형성 수단은 복수개의 자석 및;

일단은 상기 회전축에 고정되며 타단은 상기 자석에 연결되어 상기 베이스 플레이트가 회전 시 원심력에 의해서 상기 복수개의 자석이 이동가능하도록 하기 위한 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.