KR20020024685A - 반도체 제조를 위한 금속막 형성 장치 - Google Patents

Abstract

타겟으로부터 이탈하는 물질이 직진성을 갖고 기판에 도달시키기 위한 콜리메이터를 포함하는 반도체 제조를 위한 금속막 형성 장치가 개시되어 있다. 타켓으로부터 이탈하는 물질을 기판상에 적층하기 위한 가공 챔버가 구비된다. 상기 가공 챔버 내에 플레이트가 구비된다. 상기 타겟으로부터 이탈하는 물질이 직진성을 갖고 상기 기판에 도달시키기 위한 콜리메이터가 구비된다. 상기 콜리메이터는 상측 주연부에 면접하고, 상기 면접하는 단면은 하향 경사진 형태로 구성되는 제1 링과, 상기 콜리메이터의 하측 주연부에 상기 제1 링이 면접하는 면적에 비해 작은 면이 면접하는 제2 링 및 결합 부재를 사용하여 고정시킨다. 콜리메이터 및 콜리메이터를 고정시키는 링을 포함하는 주변에 최소한의 금속 물질만이 흡착된다.

Description

반도체 제조를 위한 금속막 형성 장치{apparatus for forming a metal layer in a semiconductor fabricating}

본 발명은 반도체 제조를 위한 금속막 형성 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 타겟(target)으로부터 이탈하는 물질이 직진성을 갖고 기판에 도달시키기위한 콜리메이터(collimator)를 포함하는 반도체 제조를 위한 금속막 형성 장치에 관한 것이다.

근래에 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능 면에 있어서, 상기 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이러한 요구에 부응하여 반도체 장치는 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 제조 기술이 발전되고 있다. 그리고 상기 반도체 장치의 집적도 향상을 위한 가공 기술 중에서 절연막 또는 금속막 등과 같은 막 형성을 위한 가공 기술에 대한 요구도 엄격해지고 있다.

상기 막 형성을 위한 가공 기술은 크게 물리 기상 증착(physical vapor deposition)과 화학 기상 증착(chemical vapor deposition)으로 구분할 수 있다. 이중에서 상기 물리 기상 증착은 적층하고자 하는 대상 물질로 형성된 타겟에 고 에너지를 갖는 입자를 충돌시켜 상기 타겟으로부터 대상 물질을 이탈시켜 상기 대상 물질을 기판상에 적층하는 가공 기술이다. 이러한 물리 기상 증착은 스퍼터링(sputtering)과 진공 증착으로 구분하는데, 최근의 반도체 장치의 제조에서는 상기 스퍼터링을 주로 이용하고 있다.

상기 스퍼터링 가공 기술은 금속막을 형성하는 기술로서, 넓은 면적에 균일한 두께로 금속막을 적층할 수 있고, 적층하는 금속막의 두께 조절이 용이하고, 상기 진공 증착과 비교하여 합금 성분을 갖는 금속막을 용이하게 적층할 수 있고, 기판상에 적층되는 금속막의 우수한 스텝 커버리지(step coverage), 입자 구조(grainstructure) 및 응력 등을 확보할 수 있는 장점을 갖는다.

상기 스퍼티링 가공 기술을 사용하는 장치 및 금속막 형성 방법에 대한 예는 버기(Brugge)에게 허여된 미합중국 특허 제5,958,193호 및 반 버스크리크(Van Buskirk)에게 허여된 미합중국 특허 제6,096,176호에 개시되어 있다.

상기 장치는 가공 챔버 및 가공 챔버에 부속되는 부재 그리고 진공 챔버 등으로 구성된다. 여기서 상기 부재 중에서 타겟으로부터 이탈하여 기판 상에 적층하는 물질에 직진성을 부여하는 콜리메이터가 있다.

상기 콜리메이터는 격자 구조의 구멍을 갖는 형태로 구성된다. 그리고 상기 콜리메이터는 그 상측 및 하측 주연부에 면접하는 링(ring)들의 결합에 의해 고정된다. 그러나 상기 링들의 결합에 의해 고정된 콜리메이트를 사용한 금속막의 형성에서는 상기 링 주변 및 상기 콜리메이터의 구멍 내에 상기 금속막을 형성하기 위한 금속 물질이 흡착된다. 이러한 금속 물질은 상기 기판 상에 금속막을 형성시킬 때 상기 기판 상에 떨어지는 경우가 빈번하게 발생한다. 이는 상기 금속막을 형성할 때 제공되는 온도에 의해 콜리메이트가 열팽창에 의하여 위치가 변화하기 때문이다.

따라서 상기 기판 상에 원하지 않는 금속 물질이 떨어짐으로서 파티클 소스로 작용한다. 때문에 상기 파티클로 인한 불량이 빈번하게 발생하고, 이에 따라 반도체 장치의 제조에 따른 신뢰도가 저하되는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은, 콜리메이터 및 콜리메이터를 고정시키는 링을 포함하는주변에 금속 물질이 흡착되는 것을 최소화하기 위한 반도체 제조를 위한 금속막 형성 장치를 제공하는 데 있다.

도 1은 반도체 제조를 위한 금속막 형성 장치를 설명하기 위한 구성도이다.

도 2는 도 1에 포함되는 콜리메이터를 설명하기 위한 사시도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조를 위한 금속막 형성 장치에 포함되는 콜리메이터 결합부를 설명하기 위한 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 기판 12 : 플레이트

14 : 타겟 16 : 가공 챔버

18 : 진공 펌프 20 : 콜리메이터

30 : 콜리메이터 결합부 30a : 제1 링

30b : 제2 링 30c : 결합 부재

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 제조를 위한 금속막 형성 장치는, 고 에너지를 갖는 입자를 기판 상에 적층할 물질과 동일한 물질로 구성되는 타켓에 충돌시켜 상기 타켓으로부터 이탈하는 물질을 기판상에 적층하기 위한 가공 챔버와, 상기 가공 챔버 내에 설치되고, 상기 기판이 놓여지는 플레이트와, 상기 기판과 타겟 사이에 설치되고, 격자 구조의 구멍을 갖고, 상기 타겟으로부터 이탈하는 물질이 상기 구멍을 통과하면서 직진성을 갖고 상기 기판에 도달시키기 위한 콜리메이터와, 상기 콜리메이터의 상측 주연부에 면접하고, 상기 면접하는 단면은 하향 경사진 형태로 구성되는 제1 링과, 상기 콜리메이터의 하측 주연부에 상기 제1 링이 면접하는 면적에 비해 작은 면이 면접하는 제2 링과, 상기 제1 링과 제2 링을 결합시켜 상기 콜리메이터를 고정시키기 위한 결합 부재를 포함하는 콜리메이터 결합부를 포함한다.

상기 플레이트는 상기 기판을 가열하기 위한 가열 부재를 포함하고, 상기 가열 부재를 사용하여 금속막을 형성할 때 기판에 열을 제공하여 가열시킨다.

상기 결합 부재는 나사들로 구성되고, 상기 나사들을 사용한 나사 체결로서 상기 제1 링 및 제2 링을 결합시켜 상기 콜리메이터를 고정시킨다. 이때 상기 제2 링이 콜리메이터에 면접하는 면적은 상기 제1 링이 면접하는 면적에 비해 30 내지 70%이다.

이와 같이 상기 콜리메이터에 면접하는 링들의 면적을 최소화함으로서 상기 금속막을 형성할 때 가공 챔버 내에 부유하는 금속 물질이 상기 콜리메이터 및 링들을 포함하는 주변에 흡착되는 것을 최소화할 수 있다. 때문에 상기 기판 상에 금속막을 형성할 때 상기 금속 물질이 기판 상에 떨어지는 양을 최소화할 수 있다. 따라서 상기 금속 물질로 인한 불량의 발생을 최소화할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라서 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 반도체 제조를 위한 금속막 형성 장치를 설명하기 위한 구성도이다.

도 1을 참조하면, 기판(10)이 놓여지는 플레이트(12)가 저부에 설치되고, 기판(10)상에 적층할 물질과 동일한 물질로 형성되는 타겟(14)이 상측에 설치되는 가공 챔버(16)가 구비되어 있다. 그리고 상기 가공 챔버(16)를 진공으로 형성하기 위한 펌핑을 수행하는 진공 펌프(18)가 구비되어 있다.

상기 가공 챔버(16)에 고 에너지를 갖는 아르곤 가스로 구성되는 입자를 제공하고, 상기 입자를 상기 타겟(14)에 충돌시켜 상기 타겟(14)으로부터 이탈하는 상기 물질을 기판(10)상에 적층한다. 상기 아르곤 가스로 구성되는 입자의 사용은 수분 함량을 배재해야 하기 때문으로, 수분 함량이 있을 경우 가공 챔버(16) 내부의 구성 부재와 상기 기판(10)에 적층할 막을 산화시킨다. 그리고 상기 플레이트(12)는 상기 기판(10)을 가열하기 위한 가열 부재(12a)를 포함하고, 상기 막을 형성하는 도중에 상기 기판(10)을 가열한다. 이는 상기 막을 형성하기 위한 최적의 공정 조건을 제공하기 위함으로, 상기 가열 부재(12a)는 주로 히터블록(heater block)으로 구성된다.

이러한 구성을 갖는 장치를 사용한 공정의 일 예는, 아르곤 가스를 가공 챔버(16)로 제공하고, 상기 아르곤 가스를 이온화시킨다. 이에 따라 상기 아르곤 가스는 고 에너지를 갖는 입자로 구성된다. 그리고 상기 아르곤 입자는 양성으로 충전되고, 상기 타겟(14)의 물질은 음성 전하를 갖는다. 따라서 상기 아르곤 입자는 전기적 인력에 의해 가속되고, 상기 타겟(14)에 층돌한다. 이때 상기 아르곤 입자는 이온 주입과는 달리 상기 타겟에 박히지 않는다. 대신 상기 타겟(14)에 충격을 가하여 상기 타켓(14)으로부터 상기 기판(10)상에 적층될 물질을 이탈시킨다. 이와 같은 구성에 의하여 상기 타겟(14)의 물질이 상기 기판(10)상에 적층된다.

이때 상기 타겟으로부터 이탈되는 입자는 사선 방향으로 이탈되는데, 상기 사선 방향을 갖는 이탈 입자에 직전성을 갖도록 상기 플레이트(12)에 놓여지는 기판(10)과 상기 타겟(14) 사이에 콜리메이터(30)를 설치한다.

도 2는 도 1에 포함되는 콜리메이터를 설명하기 위한 사시도이다.

도 2를 참조하면, 격자 모양의 구멍을 갖는 콜리메이터(30)가 구비되어 있다. 이에 따라 상기 타겟(14)으로부터 이탈되고, 사선 방향을 갖는 이탈 입자들이 상기 콜리메이터(20)의 구멍을 통과하면서 직진성을 갖는다. 이는 미세 콘택홀 내에 상기 금속막을 용이하게 적층하기 위함으로, 사선 방향으로 적층될 경우 콘택홀 저부에는 적층되지 않기 때문이다. 따라서 상기 콜리메이터(20)를 설치하여 상기 이탈 입자에 직진성을 부여하여 적층되게 함으로서 콘택홀 저부의 스텝 커버리지(step coverage)를 용이하게 확보할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 제조를 위한 금속막 형성 장치에 포함되는 콜리메이터 결합부를 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 상기 콜리메이터(20)가 구비되고, 상기 콜리메이터(20)를 상측 및 하측에서 면접하고, 결합에 의해 상기 콜리메이터(20)를 고정시키는 테프론(teflon) 재질을 갖는 콜리메이터 결합부(30)가 구비된다.

상기 콜리메이터 결합부(30)는 상기 콜리메이트(20)의 상측 주연부에 면접하는 제1 링(30a)을 포함한다. 상기 제1 링(30a)은 상기 콜리메이터(30)에 면접하는 단면이 하향 경사진 형태로 구성된다. 그리고 상기 콜리메이터(30)의 하측 주연부에 면접하는 제2 링(30b)을 포함한다. 상기 제2 링(30b)은 상기 제1 링(30a)이 면접하는 면적에 비해 작은 면이 면접하는데, 그 면접하는 면적은 상기 제1 링(30a)에 비해 30 내지 70%이고, 바람직하게는 50%이다. 이는 상기 콜리메이터(30)를 안정적으로 고정하기 위한 면적으로 30% 이하일 경우에는 콜리메이터(30)의 고정에 지장을 초래하고, 70% 이상일 경우에는 종래에 지적되는 문제점을 원만하게 해결할 수 없기 때문이다. 그리고 상기 콜리메이터(30)에 면접하는 제1 링(30a) 및 제2 링(30b)을 결합하는 결합 부재(30c)를 포함한다. 이에 따라 상기 결합 부재(30c)를 사용하여 상기 제1 링(30a)과 제2 링(30b)을 결합시킴으로서, 상기 결합에 의해 콜리메이터(20)가 고정되는 것이다. 여기서 상기 결합 부재(30c)는 나사들로 구성되는데, 주로 암나사와 수나사로 구성된다.

이와 같이 제1 링(30a) 및 제2 링(30b)이 콜리메이터(20)와 면접하는 면적을 축소시킴으로서, 공정을 수행할 때 부유하는 금속 물질이 상기 제1 링(30a) 및 제2링(30b)에 흡착되는 것을 최소화할 수 있다.

실예로 티타늄 및 질화 티타늄으로 구성되는 장벽층(barrier metal)을 형성하는 공정에서 상기 티타늄 및 질화 티타늄 물질이 상기 제1 링(30a) 및 제2 링(30b)에 흡착되는 양이 줄어든 것을 확인할 수 있었다.

이에 따라 공정을 수행할 때 가해지는 열에 의해 상기 콜리메이터(20) 위치가 변화하여도 상기 금속 물질이 기판(10) 상에 떨어지는 것을 최소화할 수 있다. 이는 전술한 바와 같이 상기 금속 물질이 제1 링(30a) 및 제2 링(30b)에 흡착되는 정도를 최소화하기 때문이다.

따라서 본 발명에 의하면, 제1 링 및 제2 링에 흡착된 금속 물질로 인한 파티클의 발생으로 최소화하고, 상기 파티클로 인하여 발생하는 불량을 최소화할 수 있다. 때문에 반도체 장치의 제조에 따른 신뢰도가 향상되는 효과를 기대할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

1. 고 에너지를 갖는 입자를 기판 상에 적층할 물질과 동일한 물질로 구성되는 타켓에 충돌시켜 상기 타켓으로부터 이탈하는 물질을 기판상에 적층하기 위한 가공 챔버;

   상기 가공 챔버 내에 설치되고, 상기 기판이 놓여지는 플레이트(plate);

   상기 기판과 타겟 사이에 설치되고, 격자 구조의 구멍을 갖고, 상기 타겟으로부터 이탈하는 물질이 상기 구멍을 통과하면서 직진성을 갖고 상기 기판에 도달시키기 위한 콜리메이터(collimator); 및

   상기 콜리메이터의 상측 주연부에 면접하고, 상기 면접하는 단면은 하향 경사진 형태로 구성되는 제1 링과, 상기 콜리메이터의 하측 주연부에 상기 제1 링이 면접하는 면적에 비해 작은 면이 면접하는 제2 링과, 상기 제1 링과 제2 링을 결합시켜 상기 콜리메이터를 고정시키기 위한 결합 부재를 포함하는 콜리메이터 결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조를 위한 금속막 형성 장치.
2. 제1 항에 있어서, 상기 고 에너지를 갖고, 상기 타겟과 충돌하는 입자는 아르곤 입자로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조를 위한 금속막 형성 장치.
3. 제1 항에 있어서, 상기 플레이트는 상기 기판을 가열하기 위한 가열 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조를 위한 금속막 형성 장치.
4. 제1 항에 있어서, 상기 제1 링 및 제2 링은 테프론 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조를 위한 금속막 형성 장치.
5. 제1 항에 있어서, 상기 제2 링이 면접하는 면적은 상기 제1 링이 면접하는 면적에 비해 30 내지 70%인 것을 특징으로 하는 반도체 제조를 위한 금속막 형성 장치.
6. 제1 항에 있어서, 상기 결합 부재는 나사들로 구성되고, 상기 제1 링 및 제2 링은 나사 체결에 의해 결합시키는 것을 특징으로 하는 반도체 제조를 위한 금속막 형성 장치.