KR20010096337A - 타겟부 가장자리의 냉각이 개선된 스퍼터링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타겟부를 냉각할 수 있는 냉각계(cooling system)를 구비한 스퍼터링 장치에 관한 것이다. 본 발명의 타겟부는 적층될 재료인 타겟(target), 타겟이 결합되는 자석(magnet) 및 커버(cover)와 냉각수 순환계로 구성된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면 금속 박막 적층 공정에서 타겟부의 가장자리를 냉각할 수 있게 되어 그을음으로 인한 파티클(particle)의 발생을 억제할 수 있다. 또한 냉각작용으로 인하여 밀폐작용을 하는 결합부의 열변형을 방지할 수 있어 반도체 웨이퍼의 수율 향상과 생산비용의 절감 효과가 기대된다.

Description

타겟부 가장자리의 냉각이 개선된 스퍼터링 장치{SPUTTERING EQUIPMENT INCLUDING ENHANCED COOLING SYSTEM OVER EDGE SECTION OF TARGET}

본 발명은 반도체 소자를 제조하는데 있어서 금속 박막을 웨이퍼 상에 적층하는 스퍼터링 장치(sputtering apparatus)에 관한 것이으로서, 더 구체적으로 설명하면 스퍼터링 장치의 타겟부를 냉각하는 냉각계(cooling system)를 포함하는 스퍼터링 장치에 관한 것이다.

스퍼터링(sputerring)이란 높은 에너지 준위를 가진 입자들이 어떤 물질의 표면에 충돌하여 원자들을 떼어내는 현상을 이용하는 방법을 말한다. 스퍼터링은 특히 반도체 재료를 가공할 때 금속막을 반도체 웨이퍼에 적층하는 공정에 널리 사용된다. 스퍼터링으로 웨이퍼에 침전되는 금속은 알루미늄, 알루미늄 합금, 백금, 금, 티타늄과 텅스텐 등이 있으며, 스퍼터링보다는 CVD(Chemical Vapor Deposition)가 적층하는데 더 선호되는 몰리브덴, Si, SiO₂등의 침전에도 사용된다. 스퍼터링은 비교적 단순한 구조의 장비로 짧은 시간에 박막을 형성시킬 수 있다는 장점을 가지고 있어서 PVD(Physical Vapour Deposition)방법들 중 큰 비중을 차지하고 있다.

스퍼터링 장치는 스퍼터 챔버(sputter chamber), 전처리 챔버(preprocessing chamber), 진공펌프(vacuum pumps), 전원 공급부(power supply), 타겟(target), 가스 공급장치, 검측장치, 웨이퍼 조작 장치와 공정제어기로 구성된다. 여기서, 스퍼터 챔버는 스퍼터링이 진행되는 공간이며, 전처리 챔버는 고진공 상태의 스퍼터 챔버에 들어가기 전에 웨이퍼가 대기하는 부분과 웨이퍼를 가열하는 부분을 말한다. 진공펌프는 스퍼터 챔버의 압력을 진공으로 유지하는 장치이며, 타겟은 침전될 박막의 물질이다. 가스 공급 장치는 스퍼터 챔버에 가스를 공급하는 역할을하며 상기 가스는 이온화된다. 그리고 이온화된 가스원자가 타겟에 충돌하여 그 표면에서 원자가 이탈된다.

타겟부에 공급되는 에너지의 약 70% 가 타겟의 온도상승에 소모된다. 그런데 타겟의 온도가 지나치게 상승되면 여러 문제가 발생한다. 즉 과열현상은 적층비율(deposition rate)의 변동, 웨이퍼의 손상을 야기하기도 하며 심지어 타겟이 용해될 수도 있다. 이를 방지하기 위하여 냉각장치를 두어 타겟의 온도를 일정수준 이하로 유지한다. 그런데 종래의 냉각장치는 타겟부의 중심부만 집중적으로 냉각하여 상대적으로 가장자리부(dege section)의 냉각이 미비하다. 그리하여 가장자리부에 그을음이 발생하거나 봉인이 파괴되는 문제가 자주 발생한다. 이런 그을음은 스퍼터 챔버내에 파티클(particle)을 발생시키는 원인이 되며, 이 파티클은 웨이퍼에 부착되어 웨이퍼의 수율을 떨어뜨리는 영향을 준다.

본 발명은 상술한 바와 같은 타겟부의 불균일한 냉각현상을 해결하기 위한 것으로, 타겟부의 가장자리 부분에도 냉각 순환로를 구성하여 타겟의 전 부분을 균일하게 냉각하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 타겟부 단면도 및

도 2는 에지부 냉각수 순환로의 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 1': 급수구(inlet port)

2, 2': 배수구(outlet port)

3: 직류 모터(direct current motor)의 구동축

4: 자석(magnet)

5: 타겟(target)

6: 가장자리 냉각수로

7: O형 링(o-ring)

8: 커버(cover)

본 발명은 종래의 냉각수 순환계와는 달리 타겟부 중심부를 냉각하는 냉각수 순환로와 가장자리부를 냉각하는 냉각수 순환로로 양분하여 구성함으로써 상기 목적을 달성하고자 한다.

반도체 적층에는 세가지 스퍼터링 방법이 사용된다. 그것은 다이오드 스퍼터링(diode sputtering), 트라이오드 스퍼터링(triode sputtering)과 마그네트론 스퍼터링(Magnetron sputtering)이다.

마그네트론 스퍼터링은 음극에 연결된 타겟부, 자기장을 형성하는 자석과 이온화된 가스 원자로부터 타겟과 웨이퍼 사이에 플라즈마를 형성한다. 그런데 타겟을 떠난 모든 전자가 이온화된 플라즈마 방전에 기여하는 것은 아니다. 플라즈마 방전에 참여하지 않은 잉여전자는 타겟을 가열하는 작용을 한다. 이를 방지하기 위하여 냉각수로 타겟부의 온도를 일정온도로 유지한다.

본 발명은 타겟부의 가장자리부(edge section)의 냉각작용 미비를 보충하는 순환로를 추가하여 가장자리부와 중심부를 독립적으로 모두 냉각한다.

도 1과 도 2는 본 발명의 냉각 순환계를 나타내는 단면도이다. 도 1과 도 2에서 그 기능이 같은 부품은 같은 부호로 표시하였다. 도 1 내지 도 2를 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 타겟부는 타겟(target)(5), 커버(cover)(8)와 자석(magnet)(4)으로 구성된다. 타겟(5)은 웨이퍼에 적층될 금속막의 재질로 만들어진 것으로 원형 형상으로 되어 있다. 타겟(5)과 커버(8)는 수 개의 볼트로 고정이 되며 그 결합부에 O형 링(o-ring)(7)을 그 사이에 넣어 함께 결합하여 냉각수 누수를 방지한다. 자석(magnet)(4)은 타겟(5)과 커버(8)을 결합할 때 그 사이에 장착되며, 직류 모터(direct current motor)의 구동축(3)에 연결되어 회전이 가능하도록 구성된다. 커버(8)에는 두개의 냉각수 순환로가 있다. 그 중 하나는 커버(8)의 상부면에 형성된 급수구(1)와 배수구(2)로 형성된 것이며 또 다른 하나는 도 2에 도시된 바와같이 커버의 측면에 돌출된 급수구(1')와 배수구(2')로 형성된 것이다.

종래의 냉각순환계는 타겟 중심부(interior part)에 냉각작용이 집중되고 가장자리부에서 그 효과가 미비하여 가장자리부는 제대로 냉각되지 않고 과열되기 쉽다. 만일 타겟부가 과열되면 고열에 의한 그을음이 생기며 이 곳에서 파티클 (particle)이 발생하여 웨이퍼의 표면에 부착되는 악영향을 준다. 또 지나친 온도상승은 타겟의 결합부에 있는 밀폐장치의 파손을 야기한다. 밀폐장치가 파손되면 냉각수 누수가 발생할 우려가 있어 보수가 필요하게 된다.

커버(8) 상부면에 형성된 급배수구(1,2)를 통해 순환되는 냉각수는 회전하는 자석(4) 상부면에서 급수되어 주로 타겟(4)의 중심부를 냉각시키고 배출된다. 이 때 자석은 회전함으로써 냉각수를 교반(攪拌)하는 작용도 한다. 상대적으로 냉각작용이 미비한 타겟(5)의 가장자리부(edge section)는 두번째 냉각 순환로로 냉각되는데 그 관로는 도면 2에 도시한 것과 같다. 커버(8)의 한 측면에 돌출된 급배수로(1', 2')를 통하여 냉각수가 회전하며 순환된다.

두 개의 순환로로 구성된 본 발명의 냉각 순환계는 타겟부의 중심부와 가장자리부를 독립적으로 냉각 순환로를 구성함으로써 타겟의 전면을 균일하게 냉각할 수 있다. 그리고 냉각순환로의 유량을 독립적으로 제어함으로써 타겟의 중심부와 가장자리부를 차별적으로 냉각시킬 수도 있다.

상기 본 발명의 스퍼터링 장치를 적용하여 웨이퍼의 표면에 금속 박막을 적층하면 타겟부의 전면을 효율적으로 냉각할 수 있게 된다. 이로써 타겟부의 가장자리에 발생했던 그을음의 생성을 억제할 수 있고, O형 링의 변형을 방지할 수 있으므로, 그을음으로부터 파티클(particle)이 발생되어 웨이퍼의 수율을 저하시키는 것을 원천적으로 방지할 수 있다. 그리고 O형 링이 열에 의해 파손되면 이를 교체해야 하는데 이를 방지할 수 있으므로 그 수리비를 절감하는 효과도 기대된다.

Claims (3)

1. 반도체 기판 상에 박막을 적층하는 스퍼터링 장치에 있어서:

   상기 스퍼터링 장치 내부에서 상기 반도체 기판에 대응하여 배치되는 타겟;

   상기 타겟을 홀딩하기 위해 상기 타겟의 상부에 배치되는 커버 및

   상기 커버내에 형성되어 상기 타겟의 과열을 방지하는 냉각 순환계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 타겟의 형상은 원형인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 냉각 순환계는 상기 타겟의 중심부 상면을 급배수하는 제 1 순환로와 상기 타겟의 원주 방향 상면으로 급배수되는 제 2 순환로로 구성된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.