KR20010075823A - 반도체 제조용 스퍼터링 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스퍼터링에 의한 증착 공정중에 웨이퍼 가장자리 부분의 막을 더 두껍게 증착되도록 하여 웨이퍼 전체에 걸쳐 균일한 두께의 막이 증착되도록 한 반도체 제조용 스퍼터링 장치이다.
본 발명은 스퍼터링공정이 진행되는 공정챔버와, 공정챔버 상단에 형성된 스퍼터링 타겟부와, 스퍼터링 타겟부 하단에 형성되며 제 1 고주파 전원부에 연결되어 고주파 전원을 인가시켜 스퍼터링 타겟부에서 나온 원자를 이온화하는 코일과, 공정챔버 하측에 형성되며 고주파 전원이 인가되는 웨이퍼 테이블을 포함하여 이루어진 반도체 제조용 스퍼터링 장치에 있어서, 웨이퍼 테이블은 제 2 고주파 전원이 인가 되도록 연결된 중앙부와; 중앙부 주위를 둘러싸서 형성되나 중앙부와는 전기적으로 분리되고 제 2 고주파 전원보다 높은 전압이 인가되는 제 3 고주파 전원이 인가되도록 연결된 가장자리부로 이루어지는 것이 특징이다.
Description
본 발명은 반도체 제조용 스퍼터링 장치에 관한 것으로써, 특히 스퍼터링 공정이 진행되는 공정챔버내에 웨이퍼의 가장자리부분에 형성되는 티타늄(Ti) 막을 두껍게 형성할 수 있게 하여 웨이퍼 전체에 균일한 두께의 티타늄 막을 형성할 수 있게 한반도체 제조용 스퍼터링 장치에 관한 것이다.
일반적으로 웨이퍼 상의 박막 증착은 크게 화학적 기상 증착(Chemical vapor deposition ; 이하 CVD로 표기) 및 물리적 기상 증착(Physical vapor deposition ; 이하 PVD로 표기)으로 나누어 진다.
PVD는 웨이퍼 상에 증착된 박막과 동일한 재질의 입자를 진공 중에서 여러가지 물리적인 방법에 의하여 웨이퍼 상에 증착시키는 것으로 웨이퍼 상에 증착시키고자 하는 박막에 따라 선택적으로 사용된다.
특히, PVD는 CVD에 비해 웨이퍼의 온도를 자유롭게 선택할 수 있으며, 화학반응이 거의 일어나지 않고, 부착되는 원자와 웨이퍼의 밀착성이 좋을 뿐 아니라 진공도, 증기압, 장치의 구조, 전원 출력 등의 물리적인 변수를 제어하여 박막 증착을 조절할 수 있는 장점이 있다.
PVD에는 기본적으로 진공상태에서 박막의 재료가 되는 금속물질을 가열하여 증착되어 나오는 입자를 웨이퍼에 증착시키는 진공증착이 있고, 진공상태에서 아르곤(Ar)가스를 주입한 상태에서 금속 화합물로 이루어진 타겟(target)에 고전압을 가하여 타겟 주위에 플라즈마 방전을 발생시켜 플라즈마 방전 영역 내의 양이온들이 전기적인 힘에 의해 타겟 표면을 가격하여 원자들을 방출시켜 웨이퍼 상에 방출된 원자를 증착시키는 스퍼터링 증착이 있고, 이와같은 스퍼터링 증착 공정을 수행하는 장치가 스퍼터링 장치이다.
도 1은 종래의 반도체 제조용 스퍼터링 장치의 장치 구성도이다.
이를 참조하여 종래의 스퍼터링 장치의 구조를 설명하면 다음과 같다.
종래의 스퍼터링 장치에는 진공펌프(11)에 연결되어 내부 진공이 유지되고 공정가스 유입부(14)가 형성된 진공 챔버(1) 내에 직류 전원(10)과 연결된 스퍼터링 타겟부(2)가 형성되어 있다.
스퍼터링 타겟부(2)는 웨이퍼(3)에 증착 시킬 막과 같은 소재로서 티타늄으로 된 판이다.
스퍼터링 타겟부(2)하측에는 공정챔버 내의 측면을 따라 한 쌍의 코일(12)이 설치되며 코일은 제 1고주파 전원(7)에 연결되어 있어 전원이 인가되면 스퍼터링 타겟부(2)에서 튀어 나온 티타늄(Ti)입자(4)를 이온화 시켜 Ti+이온을 생성한다.
또, 코일 하측에는 공정 챔버(1) 내에서 웨이퍼(3)를 안치하며 중앙부 하면이 제2 고주파 전원(8)과 연결된 웨이퍼 테이블(6)이 스퍼터링 타겟부(2)에 대칭 되도록 챔버 하측에 설치된다.
이와같이 구성된 종래의 스퍼터링 장치의 동작을 설명한다.
공정가스인 아르곤 가스가 공정 챔버(1)내로 인입되면 타겟부(2)에 음(-)의 전압이 인가되어 스퍼터링 타겟부(2) 주위에 플라즈마가 형성되고 아르곤(Ar) 가스가 Ar+이온과 전자로 분리되며 Ar+이온이 스퍼터링 타겟부(2)로 충돌 하므로써 중성인 티타늄(Ti)입자(4)가 떨어져 나온다.
이와같이 떨어져 나온 티타늄(Ti) 입자(4)는 제 2고주파 전원(8)에 연결된 코일(12)로 인해 형성된 2차 플라즈마에 의해 이온화 되어 Ti+와 전자로 된다.
이때, 하부 웨이퍼 테이블(6) 중앙부분에 연결된 제 1고주파 전원(7) 역시 전압을인가하여 Ti+이온이 웨이퍼 테이블(6) 쪽으로 가속되어 웨이퍼(3) 표면에 증착하므로써 티타늄 막(5)을 형성한다.
그러나, 종래의 장치에서는 웨이퍼 테이블에 연결된 고주파 전원은 하나이며 웨이퍼 테이블 전체에 걸쳐 동일한 크기의 전기적 인력을 발생시킨다.
따라서 플라즈마 밀도는 챔버내부의 중앙부가 가장자리부 보다는 높기 때문에 동일한 전기적 인력이 작용하면 웨이퍼 중앙부분이 더 많은 티타늄 이온이 결합되므로 웨이퍼 중앙부는 두꺼운 막이 쌓이게 되며 가장자리부는 중앙부보다 얇은 막이 형성된다.
그러므로 전체적인 형성막의 균일도가 나쁘고, 얇게 막이 형성된 가장자리부가 노출되어 불순물을 생성하는 경우도 발생하는 등 의 문제점이 있었다.
이에, 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 웨이퍼 테이블을 중앙부와 가장자리부를 전기적으로 분리시키고, 가장자리부에는 중앙부보다 고전압을 사용하는 별도의 고주파 전원을 연결 하므로써 웨이퍼 전체에 균일한 두께의 티타늄 막이 형성될 수 있게 한 반도체 제조용 스퍼터링 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
따라서, 본 발명은 상기 목적을 달성하고자, 스퍼터링공정이 진행되는 공정챔버와, 공정챔버 상단에 형성된 스퍼터링 타겟부와, 스퍼터링 타겟부 하단에 형성되며 제 1 고주파 전원부에 연결되어 고주파 전원을 인가시켜 스퍼터링 타겟부에서 나온 원자를 이온화하는 코일과, 공정챔버 하단에 형성되며 고주파 전원이 인가되는 웨이퍼 테이블을 포함하여 이루어진 반도체 제조용 스퍼터링 장치에 있어서, 웨이퍼테이블은 제 2 고주파 전원이 인가되도록 연결된 중앙부와; 중앙부 주위를 둘러싸서 형성되며 중앙부와는 전기적으로 분리되고 제 2 고주파 전원보다 높은 전압이 인가되는 제 3 고주파 전원이 인가되도록 연결된 가장자리부로 이루어지는 것이 특징이다.
도 1은 종래의 반도체 제조용 스퍼터링 장치의 장치 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 반도체 제조용 스퍼터링 장치의 장치 구성도.
도 3은 본 발명에서 웨이퍼 테이블 상의 웨이퍼 위에 티타늄 막이 증착된 상태의 평면 투시도.
< 도면의 주요부분에 대한 간략한 부호설명 >
21 : 공정챔버 22 : 스퍼터링 타겟부 23 : 웨이퍼
25: 티타늄 막 26:웨이퍼 테이블 26-1:웨이퍼 테이블 중앙부
26-2 웨이퍼 테이블 가장자리부 27:제 1고주파 전원
28:제 2 고주파 전원 29 :제 3 고주파 전원 32; 코일
34 : 공정가스 유입부
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 반도체 제조용 스퍼터링 장치를 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 의한 반도체 제조용 스퍼터링 장치의 구성도이고, 도 3은 본 발명에서 웨이퍼 테이블 상의 웨이퍼 위에 티타늄 막이 증착된 상태의 평면 투시도이다.
스퍼터링 장치에는 진공이 유지되고, 스퍼터링 공정이 진행되는 공정챔버(21)가 있다. 공정챔버(21)는 진공 펌프(31)와 연결되어 내부 진공을 유지할 수 있게되어 있고 진공 펌프(31)에 의해 공정완료 후 챔버 내의 불순물 및 공정 가스를 배출한다.
공정 가스로는 아르곤(Ar) 가스를 사용한다.
공정챔버(21) 일측에는 공정가스 유입부(34)가 형성되어 공정가스를 공급받는다.
공정챔버(21)내의 상측에는 스퍼터링에 의하여 중성의 티타늄(Ti) 입자(24)를 발생시키는 티타늄(Ti)판으로 된 타겟부(22)가 설치되며 직류 전원(30)이 인가되도록 연결되어 있다.
공정챔버(21)내로 아르곤가스가 공급되면 직류 전원(30)에 의해 스퍼터링타겟부(22)쪽에는 음(-)의 전압이 인가되며 이에 따라 공정챔버(21)내에는 1차 플라즈마가 형성되어 아르곤가스를 이온화시켜 스퍼터링이 발생된다.
그리고, 스퍼터링 타겟부 하측의 공정챔버(21) 측면에는 제 1고주파 전원(27)의 단자에 연결된 한 쌍의 코일(32)이 설치된다. 제 1 고주파 전원(27)이 코일(32)로 전압을 인가하면 챔버내에는 2차 플라즈마가 형성되고 스퍼터링에 의해 발생된 중성인 티타늄(Ti) 원자(24)가 이온화되어 Ti+와 전자로 분리된다.
또, 하측의 공정챔버(21)하측에는 웨이퍼(23)가 이송수단(미도시)에 의해 이송되면 웨이퍼(23)를 안치하는 웨이퍼 테이블(26)이 스퍼터링 타겟부(22)에서 하부로 소정 간격 이격된 위치에 설치되어있다.
웨이퍼 테이블(26)은 테이블 중앙부(26-1)와 테이블 가장자리부(26-2)로 구성된다. 테이블 중앙부(26-1) 주변을 둘러싼 형태로 테이블 가장자리부(26-2)가 설치되는데, 테이블 중앙부(26-1)와 테이블 가장자리부(26-2)의 경계 부분은 상호 전기적 절연을 위해 틈(26-3)을 두어 소정간격 이격되어 된다.
또, 테이블 중앙부(26-1)의 하면과는 제 2 고주파 전원(28)의 단자가, 테이블 가장자리부(26-2)의 하면과는 제 3 고주파 전원(29)의 단자가 각각 연결되어 있다.
제 3고주파 전원(29)에는 제 2고주파 전원(28)보다 더 높은 전압을 공급하여 양(+)이온에 대한 전기적 인력을 중앙부(26-1)보다 가장자리부(26-2)가 더 강하게 작용할 수 있도록 한다.
제 2,제 3 고주파 전원에 의해 웨이퍼 테이블의 중앙부(26-1)와 가장자리부(26-2) 각각에 전압이 인가되면 Ti+이온이 웨이퍼(23) 쪽으로 가속되어 웨이퍼(23) 상에티타늄(Ti)막(25)을 증착한다.
이하, 본 발명의 반도체 제조용 스퍼터링 장치의 동작을 설명한다.
진공펌프(31)에 의해 진공 상태로 된 공정 챔버(21)로 공정가스 유입부(34)를 통해 아르곤 가스가 인입된다. 스퍼터링 타겟부(22)에 연결된 직류 전원(30)에서 음(-)의 전압이 인가되며 이때, 웨이퍼 테이블은 접지(ground) 상태로 둔다.
따라서, 양 극판 즉, 스퍼터링 타겟부(22)와 웨이퍼 테이블(26)간의 전압차에 의해 챔버내의 스퍼터링 타겟부(22) 하측 주변에서는 1차 플라즈마가 형성되며 이에따라 아르곤 가스의 양이온(Ar+)이 스퍼터링 타겟부(22)에 충돌하고, 티타늄(Ti)입자(24)가 챔버(21)내로 튀어나온다.
스퍼터링 타겟부(22) 하측의 코일(32)에도 제 1 고주파 전원(27)에 의해 전압이 인가되어 챔버내에 2차 플라즈마가 형성되며 이 2차 플라즈마에 의해 스퍼터링 타겟부(22)에서 튀어나온 티타늄(Ti) 입자(24)가 Ti+와 전자로 이온화 된다.
이때, 웨이퍼 테이블(26) 하부에는 제 2 고주파 전원(28)과 제 3 고주파 전원(29)에 의해 고주파 전압이 인가되는데 교류의 특성상 + 와 - 극성을 번갈아 인가한다.
그러나, 웨이퍼 테이블(26)이 + 로 인가될 때는 공정챔버(21)내의 전자가 웨이퍼 테이블(26) 쪽으로 가속되어 결합하여 - 로 대전되고, 웨이퍼 테이블(26)이 - 로 인가될 때에도 전자의 속도가 양이온보다 빠르므로 계속 - 극성을 유지한다.
따라서, 웨이퍼 테이블이 음(-)의 극성을 가지므로 Ti+이온이 가속되어 웨이퍼 상에 증착된다.
이때, 웨이퍼 테이블의 가장자리부가 더 높은 전압이 인가되어 양이온에 대해 더강한 전기적 인력을 작용하게 된다.
따라서, 동일한 전압 인가시 높은 플라즈마 밀도 때문에 웨이퍼 중앙부에 두껍게 증착되던 티타늄 막이 가장자리부의 강한 전기적 인력에 이끌려 가장자리부로 일부 증착되므로 결국 중앙부와 가장자리부가 균일한 두께의 막이 형성되는 것이다.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명인 반도체 제조용 스퍼터링 장치는 웨이퍼 테이블을 서로 전기적으로 절연된 중앙부와 가장자리부로 분리하고 중앙부보다 더 높은 전압을 인가하는 고주파 전원을 더 구비하여 가장자리부에 전원이 인가되도록 연결 시키므로써 웨이퍼 상에 티타늄 막 증착시 중앙부에 더 두꺼운 막이 증착되던 현상을 방지하여 웨이퍼 전체에 균일한 두께의 막을 형성할 수 있게 하는 효과가 있다.
Claims (1)
- 스퍼터링공정이 진행되는 공정챔버와, 상기 공정챔버 상단에 형성된 스퍼터링 타겟부와, 상기 스퍼터링 타겟부 하단에 형성되며 제 1 고주파 전원에 연결되어 고주파 전원을 인가시켜 스퍼터링 타겟부에서 나온 원자를 이온화하는 코일과, 상기 공정챔버 하단에 형성되며 고주파 전원이 인가되는 웨이퍼 테이블을 포함하여 이루어진 반도체 제조용 스퍼터링 장치에 있어서,상기 웨이퍼 테이블은 제 2 고주파 전원이 인가되도록 연결된 중앙부와;상기 중앙부 주위를 둘러싸서 형성되며 상기 중앙부와는 전기적으로 분리되고 상기 제 2 고주파 전원보다 높은 전압이 인가되는 제 3 고주파 전원이 인가되도록 연결된 가장자리부로 이루어지는 것이 특징인 반도체 제조용 스퍼터링 장치.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020000002329A KR20010075823A (ko) | 2000-01-19 | 2000-01-19 | 반도체 제조용 스퍼터링 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020000002329A KR20010075823A (ko) | 2000-01-19 | 2000-01-19 | 반도체 제조용 스퍼터링 장치 |
Publications (1)
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| KR20010075823A true KR20010075823A (ko) | 2001-08-11 |
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ID=19639519
Family Applications (1)
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| KR1020000002329A KR20010075823A (ko) | 2000-01-19 | 2000-01-19 | 반도체 제조용 스퍼터링 장치 |
Country Status (1)
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| KR (1) | KR20010075823A (ko) |
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2000
- 2000-01-19 KR KR1020000002329A patent/KR20010075823A/ko not_active Application Discontinuation
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