KR20010017469A - 금속막의 리플로우 장치 - Google Patents

Abstract

웨이퍼의 상부에 증착된 금속막을 리플로우시키기 위한 장치가 개시되어 있다. 상기 장치는 웨이퍼의 하부에 위치하며 웨이퍼의 이면에 열을 전달하기 위한 가열판과, 웨이퍼의 상부에 위치하며 웨이퍼의 윗면에 열을 전달하기 위한 적어도 두 개의 램프를 구비한다. 웨이퍼에 전달되는 열 효율을 증가시키고 웨이퍼의 전면에 균일하게 열을 전달할 수 있다.

Description

금속막의 리플로우 장치{Apparatus for reflow of metallic film}

본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속막을 리플로우(reflow)시킬 때 웨이퍼에 전달되는 열 균일성(heat uniformity)을 개선할 수 있는 금속막의 리플로우 장치에 관한 것이다.

반도체 장치가 소형화 및 경량화되는 추세에 따라 그 디자인-룰(design rule)이 감소하면서 배선에 의한 RC 지연이 동작 속도를 결정하는 중요한 요인으로 등장하고 있다. 이에 따라 다층 배선 구조가 실용화되고 있는데, 이러한 다층 배선 구조를 형성하는 가장 일반적인 방법은 알루미늄(Al)을 스퍼터링 방식으로 증착하여 콘택을 매립(filling)하면서 금속 배선을 형성하는 것이다.

이러한 알루미늄의 스퍼터링을 이용한 콘택 매립 방법은 낮은 저항과 저비용의 원가 등의 장점을 갖는 반면, 콘택홀이나 비아의 어스펙트 비(aspect ratio)가 증가함에 따라 단차 도포성(step coverage)이 불량해져 콘택을 완전히 매립하지 못하게 되는 문제가 발생한다.

이에 따라, 알루미늄막을 스퍼터 증착한 후 융점(660℃) 이하의 온도에서 알루미늄막을 리플로우시켜 콘택 매립을 강화시키는 방법이 사용되고 있다.

도 1은 종래의 리플로우 챔버의 개략도이다.

도 1을 참조하면, 스퍼터링 증착 설비는 알루미늄과 같은 금속막의 증착이 수행되는 스퍼터 챔버(도시하지 않음)와, 웨이퍼를 가열하여 알루미늄막을 리플로우시키기 위한 리플로우 챔버(10)를 구비한다.

리플로우 챔버(10)는 웨이퍼(16)에 열을 전달하기 위한 가열판(heating table)(12)을 구비하며, 크라이오펌프(cryopump)(14)에 의해 고진공으로 유지된다.

이하, 종래의 알루미늄 리플로우 방법에 대해 설명하고자 한다.

먼저, 웨이퍼(16)의 상부에 형성되어 있는 절연층을 식각하여 콘택홀이나 비아를 형성한 후 웨이퍼(16)를 스퍼터링 증착 설비의 스퍼터 챔버 내에 로딩시킨다.

스퍼터 챔버에서 웨이퍼(16)의 상부에 콘택홀이나 비아를 매립하도록 알루미늄막을 증착한 후, 웨이퍼(16)를 리플로우 챔버(10)로 이동시킨다.

리플로우 챔버(10)로 이동된 웨이퍼(16)를 가열판(12)의 위에 올려놓은 후, 가열판(12)의 밑에 있는 가열된 코일을 이용하여 웨이퍼(16)의 상부에 스퍼터 증착된 알루미늄막을 융점에 가까운 온도, 예컨대 500∼600℃의 온도로 가열하여 콘택홀이나 비아의 바닥면으로 플로우시킨다. 즉, 웨이퍼(16)의 온도가 증가하면 그 위에 증착된 알루미늄막의 표면 원자들의 마이그레이션(migration)으로 인해 단차 도포성이 개선된다. 그 결과, 증착된 물질의 양이 가장 적은 영역, 예컨대 콘택홀이나 비아 바닥의 모퉁이 쪽을 항해 원자들이 이동하는 경향을 보이므로, 막 두께가 평균에 달하게 되어 콘택홀이나 비아가 알루미늄막으로 완전히 매립된다.

그러나 종래의 리플로우 방법에 의하면, 가열판(12)과 웨이퍼(16) 사이에서 열전달 매체로 사용되는 뜨거운 아르곤(Ar) 가스에 의해 웨이퍼(16)의 이면을 가열하므로, 웨이퍼(16)의 하부에서만 열이 흡수되어 열 효율이 떨어지고 웨이퍼(16)의 상부에서는 웨이퍼(16)의 하부에서와 같은 충분한 열 전달이 일어나지 못하는 문제가 발생한다.

또한, 가열판(12)의 밑에 있는 코일의 위치에 따라 열 전달 속도가 달라져 웨이퍼(16)의 중심부와 엣지부 간에 온도 차이가 발생하게 되어, 웨이퍼(16)의 엣지 부위에서 온도가 저하됨으로써 콘택홀이나 비아의 매립 상태가 불량해지는 문제가 나타난다.

따라서, 본 발명의 목적은 금속막의 리플로우 공정시 웨이퍼에 전달되는 열 균일성을 개선할 수 있는 금속막의 리플로우 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 금속막 리플로우 챔버를 도시한 개략도이다.

도 2는 본 발명에 의한 금속막 리플로우 챔버를 도시한 개략도이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

100 : 리플로우 챔버 102 : 가열판

104 : 펌프 106 : 웨이퍼

108 : 램프

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 웨이퍼의 상부에 증착된 금속막을 리플로우시키기 위한 장치에 있어서, 상기 웨이퍼의 하부에 위치하며 상기 웨이퍼의 이면에 열을 전달하기 위한 가열판과, 상기 웨이퍼의 상부에 위치하며 상기 웨이퍼의 윗면에 열을 전달하기 위한 적어도 두 개의 램프를 구비함으로써, 상기 웨이퍼의 전면에 균일하게 열을 전달할 수 있는 것을 특징으로 하는 금속막의 리플로우 장치를 제공한다.

바람직하게는, 램프는 여섯 개가 균일한 간격으로 웨이퍼의 상부에 배치된다.

바람직하게는, 가열판과 램프는 동시에 작동한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 웨이퍼의 윗면에 직접 열을 전달하기 위한 적어도 두 개의 램프를 웨이퍼의 상부에 배치함으로써 웨이퍼의 전면에 균일하게 열을 전달할 수 있다. 따라서, 웨이퍼의 엣지에서 콘택 매립이 불량해지는 것을 해결할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.

본 발명에서 사용하는 스터퍼링 증착 설비는 리플로우 챔버를 제외하고는 종래의 설비와 동일하다. 즉, 스퍼터링 증착 설비는 알루미늄과 같은 금속막의 증착이 수행되는 스퍼터 챔버, 웨이퍼를 가열하여 금속막을 리플로우시키기 위한 리플로우 챔버, 각각의 챔버에 연결되어 각 챔버를 고진공으로 유지시키기 위한 크라이오펌프, 전원(DC 및/또는 RF), 웨이퍼 상에 스퍼터 증착되어질 물질로 이루어진 스터퍼링 타켓(target), 스퍼터링 가스 공급 및 유동 제어기, 모니터링 설비, 웨이퍼 지지대, 및 마이크로컴퓨터 제어기를 구비한다.

도 2는 상술한 스퍼터링 증착 설비에 구비되는 본 발명의 리플로우 챔버를 도시한 개략도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 리플로우 챔버(100)는 웨이퍼(106)의 이면에 열을 전달하기 위한 가열판(102)과, 웨이퍼(106)의 상부에 배치된 램프(108), 예컨대 할로겐 램프를 구비하며, 크라이오펌프(104)에 의해 고진공으로 유지된다. 바람직하게는, 램프(108)는 여섯 개가 균일한 간격으로 웨이퍼(106)의 상부에 배치되도록 한다.

이하, 본 발명에 의한 금속막의 리플로우 방법에 대해 설명하고자 한다.

먼저, 웨이퍼(106)의 상부에 형성되어 있는 절연층을 식각하여 콘택홀이나 비아를 형성한 후 웨이퍼(106)를 스퍼터링 증착 설비의 스퍼터 챔버 내에 로딩시킨다.

스퍼터 챔버에서 웨이퍼(106)의 상부에 콘택홀이나 비아를 매립하도록 금속막, 예컨대 알루미늄막을 원하는 두께로 스퍼터 증착한 후, 웨이퍼(106)를 리플로우 챔버(100)로 이동시킨다.

리플로우 챔버(100)로 이동된 웨이퍼(106)를 가열판(102)의 위에 올려놓은 후, 가열판(102)의 밑에 있는 코일을 알루미늄막의 융점에 가까운 온도, 예컨대 500∼600℃의 온도로 가열함으로써 가열판(102)과 웨이퍼(106) 사이에서 열전달 매체로 사용되는 뜨거운 아르곤(Ar) 가스에 의해 웨이퍼(106)의 이면을 가열한다. 이와 동시에, 웨이퍼(106)의 상부에 균일한 간격으로 배치된 여섯 개의 램프(108)들을 약 500℃의 온도로 턴-온시킴으로써 웨이퍼(106)의 윗면에도 열을 가한다.

이와 같이 웨이퍼(106)의 온도가 증가하면, 그 위에 증착된 알루미늄막의 표면 원자들의 마이그레이션으로 인해 알루미늄막이 콘택홀이나 비아의 바닥면으로 플로우되어 단차 도포성이 개선된다. 즉, 증착된 물질의 양이 가장 적은 영역, 예컨대 콘택홀이나 비아 바닥의 모퉁이 쪽을 항해 원자들이 이동하는 경향을 보이므로, 막 두께가 평균에 달하게 되어 콘택홀이나 비아가 알루미늄막으로 완전히 매립된다.

상술한 리플로우 공정이 완료된 웨이퍼(106)는 로드락 챔버를 통해 이송되어 스퍼터 증착 설비 밖으로 반출되고, 새로운 웨이퍼(106)가 스퍼터 증착 설비로 로딩되어 스퍼터 증착 및 리플로우 공정을 진행하게 된다.

본 발명의 리플로우 챔버(100)에 의하면, 가열판(102)을 이용한 가열 방식과 램프(108)를 이용한 가열 방식으로 웨이퍼(106)의 하부와 상부에서 동시에 열을 흡수하도록 한다. 따라서, 웨이퍼(106)에 전달되는 열 효율을 증가시킬 수 있으며, 웨이퍼의 윗면, 밑면 및 측면에 균일하게 열을 전달함으로써 웨이퍼(106)의 중심부와 엣지부 간에 온도 차이가 발생하지 않는다. 그 결과, 웨이퍼(106)의 엣지 부위에서 콘택홀이나 비아의 매립이 불량해지는 문제를 해결할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 웨이퍼의 윗면에 직접 열을 전달하기 위한 적어도 두 개의 램프를 웨이퍼의 상부에 배치함으로써, 웨이퍼의 하부와 상부에 동시에 열이 흡수되도록 한다. 따라서, 웨이퍼에 전달되는 열 효율을 증가시키고 웨이퍼 상의 열 균일성을 개선할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

1. 웨이퍼의 상부에 증착된 금속막을 리플로우시키기 위한 장치에 있어서,

   상기 웨이퍼의 하부에 위치하며 상기 웨이퍼의 이면에 열을 전달하기 위한 가열판; 그리고

   상기 웨이퍼의 상부에 위치하며 상기 웨이퍼의 윗면에 열을 전달하기 위한 적어도 두 개의 램프를 구비함으로써, 상기 웨이퍼의 전면에 균일하게 열을 전달할 수 있는 것을 특징으로 하는 금속막의 리플로우 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 램프는 여섯 개가 균일한 간격으로 상기 웨이퍼의 상부에 배치되는 것을 특징으로 하는 금속막의 리플로우 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 가열판과 상기 램프는 동시에 작동하는 것을 특징으로 하는 금속막의 리플로우 장치.