KR20010020339A - 전자빔을 이용한 진공 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 진공 증착 장치에 관한 것으로서, 진공 챔버; 상기 진공 챔버에 결합된 전자빔 소스; 상기 진공 챔버에 제공되고, 필름이 증착될 수 있는 기판을 홀딩하기 위한 홀더; 상기 기판에 마주보게 배치되고, 적어도 상기 기판과 동일한 범위을 가지는 증착 재료로 이루어진 타깃; 및 상기 타깃 표면의 근처에 자계를 발생하기 위해 상기 타깃의 후면에 제공되는 자석을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 기판에 마주하는 타깃은 적어도 기판과 동일한 면적을 가지고 자계는 타깃의 표면 근처에 발생된다. 상기 전자빔 소스로부터 방출된 전자는 타깃의 표면에 걸쳐 확산되어 균일하게 분포된다. 상기 전자들은 타깃내로 진입하며, 타깃의 표면상에 재료가 균일하게 스퍼터링된다.

Description

전자빔을 이용한 진공 증착 장치 {VACUUM DEPOSITION APPARATUS USING ELECTRON BEAMS}
반도체 기판 상에 금속, 합금 등을 증착하는 장치중 하나는 전자빔을 이용하는 진공 증착 장치이다. 도 1은 상기와 같은 장치를 도시하는 도면이다. 챔버(1)에서, 10-5-10-6토르의 고진공하에서, 전자빔은 전자빔 소스(2)로부터 방출되고 편향되며, 포트(3)의 타깃(4)(소스)으로 진입하어, 타깃이 국부적으로 가열되고 증발되도록 한다. 이러한 방법은 포트(3)의 오염물 혼합물이 증착되는 것을 방지하고 불순물 혼합을 방지하는 장점을 가지는데, 이는 타깃이 국부적으로 가열되고 주변 영역이 가열되지 않기 때문이다. 타깃(4)은 자동적으로 연속적으로 공급될 수 있다. 또한, 다수의 전자빔 소스(2) 및 포트(3)을 제공함으로써 증착을 제어하는 것이 가능하다.
코카이 3-138358은 전자빔을 이용하는 진공 증착 장치를 개시하는데, 여기에는 증발 샘플 근방에 자석이 제공된다. 전자빔은 증발 샘플에 병렬인 전자총으로부터 수직으로 방출된다. 샘플 근처의 자석에 의하여 발생된 자장 때문에, 전자빔은 사이클로이드 운동에 의하여 자기 라인을 따라 이동한다. 자기 라인은 샘플에 수직이기 때문에, 전자빔은 자기 라인을 따라 이동하고 샘플에 수직으로 유입된다. 코카이 3-138358은 자석이 전자빔을 확산시키기 위하여 이용되는 것에 대하여 전혀 인식하지 못한다.
코카이 5-255841은 전자빔에 의한 가열에 의하여 도금 재료가 증발되거나 승화되는 증착 도금 방법을 개시한다. 코카이 5-255841은 효율을 증가시키기 위하여, 도금 재료로의 전자빔의 입사각이 20°이거나 그 이상이라는 것을 말한다. 그러나, 코카이 5-255841은 자석이 전자빔을 확산시키기 위하여 이용되는 것에 대하여 전혀 인식하지 못한다.
전자빔을 이용하는 종래의 증착 방법은 기본적으로 포인트 소스라고 하는 증발 소스를 이용하는데, 상기와 같은 소스로부터의 증발된 원자는 진공에서 직선으로 이동하여 기판 패턴의 스텝 커버리지에 악영향을 미친다.
도 2는 종래 장치에 따른 스텝 커버리지를 도시한다. 간단한 모델이 도면에 도시되는데, 여기서 절연층(22)은 실리콘 기판(21)위에 형성되고 콘택홀(23)은 절연층(22)에 형성된다. 예를 들어 알루미늄층(24)은 전자빔을 이용하는 증착 방법에 의하여 기판 상에 증착되는데, 기판과 타깃사이의 위치 관계에 따라 불균일한 증착물이 콘택홀의 측벽에 형성된다. 반도체 기판 상에 형성된 종횡비가 증가되면, 스텝 커버리지 문제가 심각해진다.
또한, 필름이 큰 직경 또는 큰 기판(21)상에 형성될 경우, 기판(21)의 각각의 부분은 타깃과 상이한 각도 및 거리를 형성하고 따라서 필름은 균일하게 형성되지 않는다.
본 발명은 반도체 장치, 액정 디스플레이 장치 등의 필름을 제조하는데 이용되는 전자빔 이용 증착 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 전자빔이 타깃으로 진입되도록 함으로써 타깃의 반대편의 기판 상에 타깃 재료를 증착시키는 진공 증착 장치에 관한 것이다.
도 1은 전자 빔을 사용하는 종래 증착 장치의 구성을 도시한 도면.
도 2는 전자 빔을 사용하는 종래 증착 장치에서 증착된 필름의 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 전자 빔을 사용하는 증착 장치의 구성을 도시한 도면.
도 4는 자석 배열의 일실시예를 도시한 도면.
도 5는 자석 배열의 다른 실시예를 도시한 도면.
따라서, 본 발명의 목적은 보다 우수한 스텝 커버리지를 형성하는 전자 빔을 사용하는 진공 증착 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 큰 직경 또는 큰 기판상에 균일한 필름을 형성할 수 있는 전자 빔을 사용하는 증착 장치를 제공하는 것이다.
상기된 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 청구항 제 1 항의 진공 증착 장치를 제공하고, 상기 장치는 진공 챔버, 상기 진공 챔버에 결합된 전자 빔 소스, 상기 필름이 증착될 기판을 홀딩하기 위한 진공 챔버에 제공된 홀더, 기판에 대향하여 배치되고, 적어도 기판과 동일한 범위를 가지는 증착 재료 타깃, 및 상기 타깃 표면 근처에 자계를 생성하기 위해 타깃 후면에 배치된 자석을 포함한다.
상기된 장치에서, 기판과 대향하는 타깃은 적어도 기판과 동일한 범위를 가지며, 상기 자계는 타깃 표면 근처에 발생된다. 따라서 전자 빔 소스로부터 방사된 전자는 타깃 표면상에 확산되고 균일하게 분산된다. 전자는 타깃내로 진입하여, 타깃 표면상의 재료가 균일하게 스퍼터링된다. 따라서, 기판상에 균일한 필름이 생성된다.
청구항 제 2 항의 본 발명은 청구항 제 1 항의 진공 증착 장치를 제공하고, 여기서 다수의 자석이 루프로 배열하는데, 동일한 자극이 루프의 내부에 존재하고, 타깃에 평행한 평면으로 회전한다. 청구항 제 2 항의 장치에 따라, 전자 빔상에 영향을 미치는 자계의 분배가 타깃의 표면에 걸쳐 균일하기 때문에, 보다 균일한 필름이 형성된다.
청구항 제 3 항의 본 발명은 전자를 유인하기 위해 타깃에 DC 바이어스를 인가하는 수단을 더 포함하는 청구항 제 1 항의 진공 증착 장치를 제공한다. 타깃쪽으로의 전자 밀도가 증가되기 때문에, 타깃 재료의 스퍼터링 효과가 개선되며, 증착 속도가 증가된다.
청구항 제 4 항의 본 발명은 청구항 제 1 항의 진공 증착 장치를 제공하고, 여기서 상기 기판은 타깃으로부터 스퍼터링된 재료를 유인하기 위해 RF 바이어스 소스에 접속된다. 따라서, 기판에 타깃으로부터 스퍼터링된 재료의 증착이 증가되고, 또한 증착 속도가 증가된다.
본 발명의 실시예는 도 3을 참조하여 기술된다. 기판 스테이지(34)는 고진공이 형성될 수 있는 챔버(31)에서 절연 재료(35)를 통하여 제공된다. 처리될 반도체 기판(웨이퍼) 또는 액정 패널 같은 기판(36)은 스테이지(34)상에 배치된다. 스테이지(34)는 기판을 바이어스하기 위한 RF 소스에 접속된다. 전자총(32)은 챔버(31)에 결합된다. 전자는 전자총(32)으로부터 방출되고 수렴 자석(33)에 의해 수렴되고 챔버(31)쪽으로 유도된다. 차폐물(37)은 챔버(13)의 처리 지역을 차폐시킨다.
챔버를 향한 전자 빔의 진입 경로는 도 3의 타깃(38)에 평행이다. 그러나, 상기 경로는 타깃쪽으로 약간 기울어질수있다. 게다가, 다수의 전자총(32)이 챔버(31) 둘레에 제공된다. 챔버(31) 둘레에 약간의 전자총(32)을 제공하는 것은 전자 밀도를 증가시키고, 타깃상의 전자 밀도 균일성으로 인해 증착 속도를 증가시키고, 기판상의 균일한 필름 증착을 가져온다.
타깃(38)은 알루미늄, 티탄, 텅스텐, 또는 탄탈 또는 그것들의 합금 같은 금속이고, 기판(36)에 대향하며, 타깃 표면은 기판(36)과 같거나 조금 크다. 도 3의 실시예에서, 타깃(38)은 타깃 단부가 상기 장치의 상부 하우징(43) 및 챔버(31)의 상부 측벽상에 제공된 플랜지(42)에 의해 고정되는 방식으로 고정된다. 선택적으로, 타깃(38)은 챔버에 제공된 지지 수단(퍼트(pot))에 의해 수용될 수 있다. 타깃(38)을 냉각하기 위한 냉각수는 상부 하우징내의 공간(44)에서 순환된다.
자석(39)은 타깃(38)의 후면에 배치되어 축(40) 둘레로 회전한다. 자석(39)은 전자를 트랩하기 위하여 타깃(38) 표면 근처 전기장에 수직인 자계를 인가하도록 제공된다. 자석(39)은 마그네트론 플라즈마 스퍼터링을 위해 사용된 자석일 수 있다. 자석(39)은 전자가 타깃(38)의 전체 표면에 걸쳐 균일하게 진입될 수 있고 타깃(39) 표면이 균일하게 스퍼터링되는 방식으로 배열된다. 바람직한 장치에서, 다수의 영구 자석이 루프로 배열되는데, 동일한 자극이 루프의 내부에 존재한다. 도 4는 코카이 62-60866에 개시된 자석 배열의 실시예를 도시한다. 도 5는 코카이 4-80358에 개시되어 있는 자석 배열의 다른 실시예를 도시하는 블록도이다.
이제 도 3에 도시된 전자빔을 사용하는 증착 장치에서의 증착 처리가 개시되어진다. 상기 상부 하우징(43)은 챔버(31) 측벽의 끝에서 플랜지(42)상에 알루미늄 타깃(38)을 배치하기 위해 개방된다. 타깃이 배치된후, 상기 상부 하우징(43)이 밀폐된다. 대안으로서, 상기 타깃(38)은 상부 하우징(43)에 고정될 수 있다. 필음이 증착될 수 있는 웨이퍼가 스테이지(34)상에 배치되고, 챔버(31)가 예를 들어 10-6토르의 고진공으로 진공화된다. 상기 자석(39)은 모터에 의해 구동되어 축(40) 둘레를 회전한다. 상기 전자 총(32)이 동작되고, 방출된 전자들이 수렴 자석(33)에 의해 수렴되어 챔버(31)내로 유도된다. 상기 챔버로 유도된 전자는 자석(39)에 의해 생성된 자계를 회전시킴으로써 확산되며, 동시에 타깃에 인가된 DC 바이어스 때문에 타깃(38)을 향해 유인된다. 그러므로, 상기 타깃(38)은 타깃의 표면에 걸쳐 확산되는 전자에 의해 스퍼터링되어 가열된다.
상기 타킷(38)의 표면으로부터 스퍼터링된 재료는 자계와 전계의 영향하에 이온화된다. 혼합 원자, 분자 및 이온은 챔버(31)에서 직선 이동하여 기판(36)상에 증착된다. 기판(36)이 RF 소스(45)에 의해 바어어싱되기 때문에, 상기 이온화된 타깃 재료는 기판(36)을 향해 유인되며, 증가된 증착율을 가져온다. 그러므로, 균일한 알루미늄 필름이 기판의 전체 표면에 형성된다.
본 발명에 따르면, 필름은 기판상에 균일하게 증착되고, 또한 증착율도 증가된다.

Claims (4)

  1. 진공 증착 장치에 있어서,
    진공 챔버;
    상기 진공 챔버에 결합된 전자빔 소스;
    상기 진공 챔버에 제공되고, 필름이 증착될 수 있는 기판을 홀딩하기 위한 홀더;
    상기 기판에 마주보게 배치되고, 적어도 상기 기판과 동일한 범위를 가지는 증착 재료로 이루어진 타깃; 및
    상기 타깃 표면의 근처에 자계를 발생하기 위해 상기 타깃의 후면에 제공되는 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 증착 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 다수의 상기 자석은 루프로 배치되는데, 동일한 자극이 상기 루프의 내부에 면하고, 상기 타깃과 평행한 평면으로 회전하는 것을 특징으로 하는 진공 증착 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 전자를 유인하기 위해 상기 타깃에 DC 바이어스를 인가하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 증착 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 재료는 상기 타깃으로부터 스퍼터링되는 재료를 유인하기 위해 RF 바이어스 소스에 연결되는 것을 특징으로 하는 진공 증착 장치.
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