KR20010092076A - 스퍼터링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마그네트론 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 스퍼터링 장치는 타겟의 상부에 위치하는 자기장 형성 수단과 자기장 형성 수단을 일정한 속도로 회전시키기 위한 회전축 및 자기장 형성 수단과 회전축을 결합시키되 회전축을 중심으로좌우로 이동할 수 있는 연결부를 구비한다. 따라서, 스퍼터링되는 동안 자기장 형성 수단의 위치를 변화시킬 수 있으므로 타겟이 균일하게 소비된다.

Description

스퍼터링 장치{SPUTTERING APPARATUS}

본 발명은 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering) 장치에 관한 것이다.

반도체 장치에서 금속 박막을 형성하는 일반적인 방법으로 스퍼터링법이 사용된다. 스퍼터링법은 타겟 하부에 플라즈마를 형성한 후 플라즈마 내의 이온들을 타겟에 충돌시켜 그 에너지로 인해 타겟 표면의 원자들이 튀어나오게 하여 박막을형성하는 방법이다. 이때, 박막의 증착 속도는 플라즈마의 밀도에 비례하므로 자기장을 형성하여 플라즈마의 밀도를 증가시키는 방법을 사용하는데 이러한 방법을 마그네트론 스퍼터링법이라 한다.

마그네트론 스퍼터링 장치에서는 타겟 상부에 설치된 자석에 의해 타겟 하부에 자기장이 형성된다. 전계와 수직으로 형성되는 자기장에 의해 플라즈마 내의 전자들이 나선형 운동을 하게 되어 타겟 부근에 잔류하는 시간이 길어지므로 공정 기체와의 충돌도 빈번해져 플라즈마의 밀도가 증가하게 된다. 결국 고밀도의 플라즈마가 형성되어 박막의 증착 속도를 증가시킬 수 있다.

한편, 타겟 하부에 자기장이 형성될 때 자석의 형상과 위치에 따라 자기력선의 분포가 달라지므로, 타겟의 각 부분별로 자기장의 강도 차이가 발생한다. 이로 인해 플라즈마의 밀도가 달라지므로 타겟이 스퍼터링되는 정도도 달라지게 된다. 그런데, 종래의 스퍼터링 장치에서는 자석의 위치가 고정되어 있어 자기력선의 밀도가 높은 부위에서는 지속적으로 더 많이 스퍼터링되는 현상이 발생했다. 따라서 타겟의 소비가 불균일해질 뿐만 아니라 반도체 기판 상에 형성되는 박막도 불균일해지는 결과를 초래했다.

본 발명은 종래 기술의 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 타겟이 불균일하게 스퍼터링되는 것을 개선할 수 있는 스퍼터링 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 스퍼터링 장치를 보여주기 위한 개략도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 의해 스퍼터링된 타겟의 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100 : 회전축 102 : 연결부

104 : 자석 106 : 타겟

110 : 반도체 웨이퍼 112 : 지지대

116 : 플라즈마

(구성)

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 타겟을 이용하여 반도체 웨이퍼에 박막을 증착하기 위한 마그네트론 스퍼터링 장치는, 상기 타겟의 상부에 위치하는 자기장 형성 수단과 상기 자기장 형성 수단을 일정한 속도로 회전시키기 위한 회전축 및 상기 자기장 형성 수단을 상기 회전축에 결합시키되 상기 회전축을 중심으로 좌우로 이동할 수 있도록 설치된 연결부를 포함한다.

(실시예)

이하, 도 1 및 도 2 를 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의해 설치된 스퍼터링 장치의 공정 챔버를 보여주기 위한 개략도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 의해 스퍼터링된 타겟의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 스퍼터링 장치의 공정 챔버 상단에 타겟(106), 예를 들어 알루미늄 타겟이 설치되어 있다. 상기 타겟(106)의 상부에 자기장 형성 수단인 자석(104)이 설치되어 있다. 상기 자석(104)은, 예를 들어 플레이트형의 영구자석이다. 상기 자석(104)이 일정한 속도로 회전할 수 있도록 모터와 연결된 회전축(100)이 구비되어 있고, 상기 자석(104)은 상기 회전축(100)과 연결부(102)을 통해 연결되어 있다. 본 발명의 특징인 상기 연결부(102)는 상기 회전축(100)을 중심으로 좌우로 이동이 가능하도록 설치되어 스퍼터링이 진행되는 동안 상기 자석(104)의 위치를 변화시킬 수 있도록 한다.

상기 공정 챔버 측면에는, 통상의 스퍼터링 장치에 설치되어 있는, 공정 기체를 주입하기 위한 기체 주입구와 상기 공정 챔버 내의 기체들을 배기시켜 진공 상태로 만들어 주기 위한 러프 펌프 및 고진공 펌프가 장착되어 있다. 또한 전계를 형성하여 상기 타겟(106) 하부에 플라즈마를 발생시키기 위한 전력 공급 장치가 설치되어 있다.

상기 펌프들을 가동하여 상기 공정 챔버 내를 박막 증착에 적당한 진공 상태로 유지시킨 상태에서 상기 기체 주입구를 통하여 공정 기체, 예를 들어 아르곤 기체를 주입한다. 상기 공정 기체에 전력을 인가하면 기체 입자들이 대전되어 상기 타겟(106) 하부에 플라즈마(116)가 발생한다. 상기 타겟(106)은 인가된 전력에 의해 음극(cathode)으로 작용한다.

상기 플라즈마(116) 내의 양이온들, 예를 들어 아르곤 양이온(Ar⁺)이 상기 타겟(106)의 표면을 향해 가속된다. 상기 가속된 양이온들이 상기 타겟(106) 표면에 충돌하여 상기 타겟(106) 표면의 입자들이 튀어나오게 된다. 이때, 상기 자석(104)은 상기 타겟(106) 상부에서 일정한 속도로 회전하며 자기장을 형성한다.

본 발명에 의하면, 상기 자석(104)은 상기 타겟(106)의 중심에서 가장자리 방향으로, 또는 타겟의 가장자리에서 중심 방향으로 주기적으로 이동한다. 상기 자석(104)이 이동함에 따라 상기 타겟(106) 하부에 형성되는 자기장의 분포도 주기적으로 변하여 자기력선의 밀도가 높은 부분과 낮은 부분의 위치가 계속 바뀌게 된다. 즉 자기장의 강도 차이에 의해 더 많이 스퍼터링되는 부분과 더 적게 스퍼터링되는 부분이 바뀌게 된다. 따라서, 상기 타겟(106)이 스퍼터링되는 정도가 균일해져 일정 부분만 과도하게 소비되는 현상을 개선할 수 있다.

상기 타겟(106)에서 튀어나온 입자들이 상기 공정 챔버 하단에 위치한 지지대(112) 위에 놓여 있는 반도체 웨이퍼(110) 상에 증착되어 박막이 형성된다.

도 2를 참조하면, 이와 같은 실시예에 의해 스퍼터링된 상기 타겟(106)은 종래의 경우(점선으로 표시된 부분)에 비해 균일하게 소비된다. 또한 상기 타겟(106)에서 각 부분별로 스퍼터링되는 입자들의 양이 균일해지므로 상기 웨이퍼(110) 상에 증착되는 박막의 균일도도 향상시킬 수 있다.

본 발명은 타겟 상부에 위치 조정이 가능한 연결부를 갖는 자석을 설치함으로써 타겟 소비가 불균일해지고, 박막이 불균일하게 증착되는 것을 개선하는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 타겟을 이용하여 반도체 웨이퍼에 박막을 증착하기 위한 마그네트론 스퍼터링 장치에 있어서,

   상기 타겟의 상부에 위치하는 자기장 형성 수단;

   상기 자기장 형성 수단을 일정한 속도로 회전시키기 위한 회전축; 및

   상기 자기장 형성 수단을 상기 회전축에 결합시키되 상기 회전축을 중심으로 좌우로 이동할 수 있도록 설치된 연결부를 포함하는 스퍼터링 장치.
2. 상기 자기장 형성 수단은 영구자석으로 하는 스퍼터링 장치.