KR20030047278A - Sputtering apparatus - Google Patents

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KR20030047278A
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윤해근
양윤식
최지영
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삼성전자주식회사
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Abstract

PURPOSE: A sputtering apparatus is provided to be capable of preventing the contamination of a semiconductor substrate due to the generation of foreign substance by uniformly conserving the temperature of a quartz window by using a halogen lamp. CONSTITUTION: A layer is formed on a substrate(900) by a sputtering process in a sputtering chamber(200). A plate(202) for loading the substrate(900) is located opposite to the front surface of a target(204) in the sputtering chamber(200). A quartz window(208) is installed on the upper portion of the sputtering chamber. An induction coil(210) is installed to surround the quartz window for supplying electric field into the sputtering chamber through the quartz window. A heating part is installed at the upper portion of the sputtering chamber for uniformly conserving the temperature of the quartz window which is non-uniformly heated by RF(Radio Frequency) power supplied from the induction coil. Preferably, the heating part is provided with a halogen lamp(218) and a reflecting plate(220) for reflecting the beam irradiated from the halogen lamp to the quartz window.

Description

스퍼터링 장치{Sputtering apparatus}Sputtering apparatus

본 발명은 반도체 장치 제조 공정에 사용되는 스퍼터링(sputtering) 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 플라즈마를 이용하여 반도체 기판 상에 막을 형성하는 스퍼터링 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a sputtering apparatus used in a semiconductor device manufacturing process. More specifically, the present invention relates to a sputtering apparatus for forming a film on a semiconductor substrate using plasma.

근래에 반도체 장치의 제조 기술은 정보 통신 기술의 비약적인 발전에 따라 집적도, 신뢰도 및 처리 속도 등을 향상시키는 방향으로 발전되고 있다. 상기 반도체 장치는 반도체 기판을 사용되는 웨이퍼 상에 다층막을 형성하고, 상기 다층막을 전기적 특성을 갖는 패턴으로 형성함으로서 제조된다.In recent years, the manufacturing technology of semiconductor devices has been developed in the direction of improving integration, reliability, processing speed, etc. with the rapid development of information and communication technology. The semiconductor device is manufactured by forming a multilayer film on a wafer using a semiconductor substrate, and forming the multilayer film in a pattern having electrical properties.

상기 패턴은 증착, 포토리소그래피, 식각, 연마, 세정, 검사 등과 같은 단위 공정들을 반복적으로 수행함으로서 형성된다. 0.15㎛ 이하의 디자인 룰(design rule)을 요구하는 최근의 반도체 장치 제조 공정에서는 미세 패턴을 형성하기 위해 상기 단위 공정들에 적용되는 공정 조건들의 정밀한 제어가 더욱 요구되고 있다.The pattern is formed by repeatedly performing unit processes such as deposition, photolithography, etching, polishing, cleaning, inspection, and the like. In a recent semiconductor device manufacturing process requiring a design rule of 0.15 μm or less, precise control of the process conditions applied to the unit processes is required to form a fine pattern.

상기 단위 공정들 중에서 증착 공정은 반도체 기판 상에 막을 형성하는 공정으로 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 타겟(target)에 높은 에너지를 갖는 입자를 충돌시켜상기 타겟으로부터 대상 물질을 이탈시켜 상기 대상 물질을 반도체 기판 상에 적층하는 가공 기술이다. 이러한 물리 기상 증착은 스퍼터링과 진공 증착으로 구분하는데, 최근의 반도체 장치의 제조에서는 상기 스퍼터링을 주로 이용하고 있다.Among the unit processes, a deposition process is a process of forming a film on a semiconductor substrate, and may be roughly classified into physical vapor deposition and chemical vapor deposition. Among them, the physical vapor deposition is a processing technology in which particles having high energy are collided with a target formed of a target material to be stacked, and the target material is separated from the target to stack the target material on a semiconductor substrate. Such physical vapor deposition is divided into sputtering and vacuum deposition. In recent years, the sputtering is mainly used in the manufacture of semiconductor devices.

상기 스퍼터링 가공 기술은 넓은 면적에 균일한 두께를 갖는 막을 적층할 수 있고, 막의 두께 조절이 용이하고, 상기 진공 증착과 비교하여 합금 성분을 갖는 막을 용이하게 적층할 수 있고, 반도체 기판 상에 적층되는 막의 우수한 스텝 커버리지(step coverage), 입자 구조(grain structure) 및 응력 등을 확보할 수 있는 장점을 갖는다.The sputtering processing technology can stack a film having a uniform thickness in a large area, can easily control the thickness of the film, and can easily stack a film having an alloying component as compared with the vacuum deposition, and is laminated on a semiconductor substrate. It has the advantage of ensuring excellent step coverage, grain structure and stress of the film.

상기와 같은 스퍼티링 가공 기술을 사용하는 장치 및 막 형성 방법에 대한 일 예로서, 미합중국 특허 제4,894,132호(issued to Tanaka)에는 글로 방전(glow discharge)에 의해 타겟 물질을 반도체 기판 상에 스퍼터링하는 방법 및 장치가 개시되어 있고, 미합중국 특허 제4,933,063호(issued to Katsura, et al.)에는 진공 챔버, 상기 진공 챔버 내에 구비되는 타겟, 상기 타겟을 둘러싸도록 구비되는 보호 플레이트, 기판이 놓여지는 기판 홀더(holder), 상기 보호 플레이트 및 기판 홀더를 설정된 온도로 가열하기 위한 히터를 포함하는 스퍼터링 장치가 개시되어 있다.As an example of an apparatus and a film forming method using the above sputtering technique, US Pat. No. 4,894,132 issued to Tanaka discloses sputtering a target material on a semiconductor substrate by glow discharge. Methods and apparatus are disclosed and US Pat. No. 4,933,063 (issued to Katsura, et al.) Discloses a vacuum chamber, a target provided in the vacuum chamber, a protective plate provided to surround the target, and a substrate holder on which the substrate is placed. A sputtering apparatus is disclosed that includes a holder, a heater for heating the protective plate and the substrate holder to a set temperature.

도 1은 상기와 같은 스퍼터링 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram for explaining the sputtering apparatus as described above.

도 1을 참조하면, 스퍼터링 공정이 수행되는 챔버(100) 내부에는 반도체 기판(900)이 놓여지는 플레이트(102)가 구비되고, 플레이트(102)의 상부에는 반도체 기판(900) 상에 적층될 물질로 형성되는 타겟(104)과 타겟(104)을 지지하는 백킹 플레이트(106, backing plate)가 구비된다. 챔버(100)의 상부에는 돔(dome) 형상을갖는 석영창(108)이 구비되고, 석영창(108)의 주변에는 유도 코일(110)을 내장하는 하우징(112)이 구비된다.Referring to FIG. 1, a plate 102 in which a semiconductor substrate 900 is placed is provided in a chamber 100 where a sputtering process is performed, and a material to be stacked on the semiconductor substrate 900 on the plate 102. A target 104 and a backing plate 106 supporting the target 104 are formed. The upper portion of the chamber 100 is provided with a quartz window 108 having a dome shape, and a housing 112 containing an induction coil 110 is provided around the quartz window 108.

챔버(100)의 일측에 구비되는 배기구(114)에 연결된 진공 펌프(도시되지 않음)의 동작에 의해 챔버(100) 내부가 진공으로 형성되고, 가스 공급관(116)을 통해 스퍼터링 가스가 챔버(100) 내부로 제공되면, 유도 코일(110)에는 상기 스퍼터링 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 RF 전력이 인가된다. 상기 RF 전력에 의해 플라즈마 상태로 형성된 스퍼터링 가스의 양성 이온 입자들은 백킹 플레이트(106)에 인가되는 음전압에 의해 타겟(104)의 전면에 충돌하고, 이에 따라 타겟(104)의 전면으로부터 스퍼터링되는 스퍼터 입자들이 반도체 기판(900) 상에 적층된다.By the operation of a vacuum pump (not shown) connected to the exhaust port 114 provided on one side of the chamber 100, the inside of the chamber 100 is formed in a vacuum, and the sputtering gas is formed through the gas supply pipe 116. When provided inside, RF power is applied to the induction coil 110 to form the sputtering gas in a plasma state. The positive ion particles of the sputtering gas formed in the plasma state by the RF power impinge on the front surface of the target 104 by the negative voltage applied to the backing plate 106, and thus the sputter sputtered from the front surface of the target 104. Particles are deposited on the semiconductor substrate 900.

상기와 같은 스퍼터링 장치를 사용하여 반복적으로 다수매의 반도체 기판을 처리하는 경우, 반도체 기판이 챔버 내부로 로딩되어 스퍼터링 공정이 수행되는 동안에는 유도 코일에 RF 전력이 인가되지만, 공정이 종료되어 반도체 기판이 언로딩되고, 새로운 반도체 기판이 로딩될 때까지는 RF 전력이 인가되지 않는다. 즉, 공정이 진행되는 동안에는 RF 전력이 인가되고, 공정 전 준비 시간 또는 공정 후 처리 시간에는 RF 전력이 인가되지 않는다. 이때, 반복적인 RF 전력의 인가로 인해 석영창의 온도가 불균일해지고, 공정 도중에 발생되어 석영창에 부착된 이물질들이 반복적인 온도 변화로 인해 석영창으로부터 박리된다. 상기와 같이 박리된 이물질들은 챔버 내부를 부유하게 되고, 공정이 진행되는 동안 반도체 기판 상에 부착되어 공정 결함을 발생시킨다. 상기 공정 결함은 반도체 장치의 신뢰도를 저하시키고, 생산 수율을 저하시키는 원인으로 작용하게 된다.When a plurality of semiconductor substrates are repeatedly processed using the sputtering apparatus as described above, RF power is applied to the induction coil while the semiconductor substrate is loaded into the chamber and the sputtering process is performed. RF power is not applied until it is unloaded and a new semiconductor substrate is loaded. That is, RF power is applied during the process and RF power is not applied during the pre-process or post-process time. At this time, the temperature of the quartz window becomes uneven due to the repeated application of RF power, and foreign substances generated during the process and adhered to the quartz window are peeled off from the quartz window due to the repeated temperature change. As described above, the exfoliated foreign matters float in the chamber and adhere to the semiconductor substrate during the process to generate process defects. The process defects act as a cause of lowering the reliability of the semiconductor device and lowering the production yield.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 RF 전력이 인가되는 유도 코일 및 석영창을 갖는 스퍼터링 장치에 있어서, 상기 석영창의 온도를 일정하게 유지시킴으로서 반도체 기판을 오염시키는 이물질의 발생을 방지하는 스퍼터링 장치를 제공하는데 있다.In order to solve the above problems, the present invention provides a sputtering apparatus having an induction coil and a quartz window to which RF power is applied, wherein the sputtering apparatus prevents the generation of foreign substances contaminating a semiconductor substrate by maintaining a constant temperature of the quartz window. To provide.

도 1은 종래의 스퍼터링 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram illustrating a conventional sputtering apparatus.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.2 is a schematic diagram illustrating a sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3은 도 2에 도시한 하우징의 내부 구조를 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining the internal structure of the housing shown in FIG.

도 4는 도 2에 도시한 스퍼터링 장치의 제어부를 설명하기 위한 블록도이다.4 is a block diagram for describing a control unit of the sputtering apparatus shown in FIG. 2.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100, 200 : 챔버 102, 202 : 플레이트100, 200: chamber 102, 202: plate

104, 204 : 타겟 106, 206 ; 백킹 플레이트104, 204: target 106, 206; Backing plate

108, 208 : 석영창 110, 210 : 유도 코일108, 208: quartz window 110, 210: induction coil

112, 212 : 하우징 114, 214 : 배기구112, 212: housing 114, 214: exhaust port

116, 216 : 가스 공급관 202a : 히터 블록116, 216: gas supply pipe 202a: heater block

202b : 핫 플레이트 218 : 할로겐 램프202b: hot plate 218: halogen lamp

220 : 반사판 222 : 고정용 볼트220: reflector 222: fixing bolt

224 : 온도 센서 226 : 제어부224: temperature sensor 226: control unit

226a : 공정 제어부 226b : 온도 제어부226a: process control unit 226b: temperature control unit

228 : 전원 공급기 230 : RF 전원228: power supply 230: RF power

232 : 디스플레이부 234 : 부저232: display unit 234: buzzer

900 : 반도체 기판900: semiconductor substrate

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,The present invention for achieving the above object,

스퍼터링 가스가 제공되고, 기판이 놓여지는 플레이트와 타겟의 전면이 서로 대향하도록 구비되고, 상기 타겟의 전면으로부터 스퍼터링되는 스퍼터 입자들을 상기 기판 상에 적층하여 막을 형성하기 위한 스퍼터링 챔버와,A sputtering chamber provided with a sputtering gas, the plate on which the substrate is placed and the front surface of the target facing each other, and sputtering particles sputtered from the front surface of the target stacked on the substrate to form a film;

상기 스퍼터링 챔버 상부를 덮는 석영창을 둘러싸도록 구비되고, 상기 스퍼터링 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 전기장을 형성하고, 상기 석영창을 통해 상기 전기장을 상기 스퍼터링 챔버 내부로 제공하는 유도 코일과,An induction coil provided to surround a quartz window covering an upper portion of the sputtering chamber, forming an electric field for forming the sputtering gas into a plasma state, and providing the electric field into the sputtering chamber through the quartz window;

상기 스퍼터링 챔버 상부에 구비되고, 상기 유도 코일에 제공되는 RF 전력에 의해 불균일하게 가열되는 상기 석영창의 온도를 일정하게 유지시키기 위한 가열 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치를 제공한다.And a heating means provided above the sputtering chamber and configured to maintain a constant temperature of the quartz window that is non-uniformly heated by RF power provided to the induction coil.

일 예로서, 상기 스퍼터링 장치는 상기 유도 코일이 내장되는 하우징과, 상기 하우징 내부에 구비되고, 상기 석영창의 온도를 측정하기 위한 온도 센서, 및 상기 온도 센서로부터 감지된 온도 신호에 따라 상기 가열 수단의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함한다.As an example, the sputtering apparatus may include a housing in which the induction coil is embedded, a temperature sensor provided inside the housing, and a temperature sensor for measuring a temperature of the quartz window, and a temperature signal detected by the temperature sensor. It further includes a control unit for controlling the operation.

상기 가열 수단은, 상기 스퍼터링 챔버 상부에 구비되는 할로겐 램프, 및 상기 할로겐 램프의 상부에 구비되고, 상기 할로겐 램프로부터 방사된 빛이 상기 석영창으로 향하도록 하는 반사판을 포함한다.The heating means includes a halogen lamp provided above the sputtering chamber, and a reflecting plate provided above the halogen lamp and directing light emitted from the halogen lamp to the quartz window.

상기 제어부는 온도 센서로부터 전송되는 온도 신호에 따라 할로겐 램프의 점등 및 할로겐 램프로 제공되는 전력을 제어한다. 즉, 기판이 스퍼터링 챔버 내부로 로딩되어 공정이 진행되는 동안에는 할로겐 램프를 소등시키고, 공정이 종료되어 기판이 언로딩되면, 할로겐 램프를 점등시키고, 할로겐 램프로 제공되는 전력을 조절한다.The controller controls the lighting of the halogen lamp and the power provided to the halogen lamp according to the temperature signal transmitted from the temperature sensor. That is, the halogen lamp is turned off while the substrate is loaded into the sputtering chamber and the process is in progress. When the substrate is unloaded after the process is finished, the halogen lamp is turned on, and the power provided to the halogen lamp is controlled.

따라서, 석영창의 온도는 항상 일정하게 유지되며, 석영창의 내측에 부착되는 이물질들의 박리 현상을 방지한다.Therefore, the temperature of the quartz window is always kept constant, and prevents the peeling phenomenon of foreign matters attached to the inside of the quartz window.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다. 그리고, 도 3은 도 2에 도시한 하우징의 내부 구조를 설명하기 위한 도면이다.2 is a schematic diagram illustrating a sputtering apparatus according to an embodiment of the present invention. 3 is a view for explaining the internal structure of the housing shown in FIG.

도 2 및 도 3을 참조하면, 스퍼터링 공정이 수행되는 챔버(200) 내부에는 반도체 기판(900)이 놓여지는 플레이트(202)가 구비되고, 플레이트(202)의 상부에는 반도체 기판(900) 상에 적층될 물질로 형성되는 타겟(204)과 타겟(204)을 지지하는 백킹 플레이트(206, backing plate)가 구비된다. 플레이트(202)는 챔버(200) 내부로 제공되는 스퍼터링 가스의 수분에 대한 영향을 배제시키고, 스퍼터 입자의 증착에 적절한 온도로 반도체 기판(900)을 가열하기 위한 히터 블록(202a, heater block) 및 히터 블록(202a) 상에 배치되는 핫 플레이트(202b, hot plate)로 구성된다. 히터 블록(202a)의 내부에는 전원의 인가에 의해 가열되는 열선이 구비된다. 상기 스퍼터링 가스로는 아르곤 가스가 사용되고, 타겟(204)은 적층하고자 하는 막의 종류에 따라 알루미늄 또는 티타늄 등으로 형성된다. 그리고, 챔버(200)의 상부에는 돔(dome) 형상을 갖는 석영창(208)이 구비되고, 석영창(208)의 주변에는 유도 코일(210)을 내장하는 하우징(212)이 구비된다. 이때, 유도 코일(210)은 하우징(212)의 내측벽에 고정되어 석영창(208)을 둘러싸도록 구비된다.2 and 3, a plate 202 on which a semiconductor substrate 900 is placed is provided in a chamber 200 where a sputtering process is performed, and an upper portion of the plate 202 is disposed on a semiconductor substrate 900. A target 204 formed of a material to be stacked and a backing plate 206 supporting the target 204 are provided. Plate 202 is a heater block (202a) for excluding the influence on the moisture of the sputtering gas provided into the chamber 200, and for heating the semiconductor substrate 900 to a temperature suitable for the deposition of sputter particles and And a hot plate 202b disposed on the heater block 202a. Inside the heater block 202a is provided a heating wire that is heated by the application of power. Argon gas is used as the sputtering gas, and the target 204 is formed of aluminum, titanium, or the like depending on the type of film to be laminated. In addition, a quartz window 208 having a dome shape is provided at the upper portion of the chamber 200, and a housing 212 in which the induction coil 210 is embedded is provided around the quartz window 208. At this time, the induction coil 210 is fixed to the inner wall of the housing 212 is provided to surround the quartz window 208.

챔버(200)의 일측에 구비되는 배기구(214)에 연결된 진공 펌프(도시되지 않음)의 동작에 의해 챔버(200) 내부가 진공으로 형성되고, 가스 공급관(216)을 통해 스퍼터링 가스가 챔버(200) 내부로 제공되면, 유도 코일(210)에는 상기 스퍼터링 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 RF 전력이 인가된다. 유도 코일(210)에 RF 전력이 인가되면, 유도 코일(210)은 전기장을 형성하고, 상기 전기장에 의해 스퍼터링 가스가 전리되어 플라즈마 상태로 형성된다. 상기 RF 전력에 의해 플라즈마 상태로 형성된 스퍼터링 가스의 양성 이온 입자들은 백킹 플레이트(206)에 인가되는 음전압에 의해 타겟(204)의 전면에 충돌하고, 이에 따라 타겟(204)의 전면으로부터 스퍼터링되는 스퍼터 입자들이 반도체 기판(900) 상에 적층된다. 이때, 양성 이온 입자들만 선택적으로 타겟(204)으로 유도하기 위해 챔버(200)에는 양전압이 인가된다. 그리고, 석영창(208)은 챔버(200) 내부와 유도 코일(210)이 구비되는 영역을 분할하여 유도 코일(210)이 상기 플라즈마에 노출되지 않도록 한다.By the operation of a vacuum pump (not shown) connected to the exhaust port 214 provided at one side of the chamber 200, the inside of the chamber 200 is formed in a vacuum, and the sputtering gas is formed through the gas supply pipe 216. When provided inside, RF power is applied to the induction coil 210 to form the sputtering gas into a plasma state. When RF power is applied to the induction coil 210, the induction coil 210 forms an electric field, and sputtering gas is ionized by the electric field to form a plasma state. The positive ion particles of the sputtering gas formed in the plasma state by the RF power impinge on the front surface of the target 204 by the negative voltage applied to the backing plate 206, and thus the sputter sputtered from the front surface of the target 204. Particles are deposited on the semiconductor substrate 900. At this time, a positive voltage is applied to the chamber 200 to selectively induce only positive ion particles to the target 204. The quartz window 208 divides the inside of the chamber 200 and the region where the induction coil 210 is provided so that the induction coil 210 is not exposed to the plasma.

석영창(208)의 상부에는 석영창(208)의 온도를 일정하게 유지시키기 위한 할로겐 램프(218)가 구비된다. 할로겐 램프(218)는 석영창(208)을 균일하게 가열하기 위해 방사상으로 다수개가 구비된다. 그리고, 할로겐 램프(218)로부터 방사된 빛을 석영창(208)으로 유도하기 위한 반사판(220)이 할로겐 램프(218)의 상부에 구비된다. 즉, 하우징(212)의 상부에 반사판(220)이 고정용 볼트(222)에 의해 고정되고, 할로겐 램프(218)는 반사판(220)에 고정된다. 반사판(220)의 중앙 부위에는 하우징(212) 내부의 온도를 감지하는 온도 센서(224)가 구비된다. 온도 센서(224)는 다양한 종류가 사용될 수 있으며, 본 발명에서는 열전대 온도계(thermocouple thermometer)가 사용되었다.The upper portion of the quartz window 208 is provided with a halogen lamp 218 to keep the temperature of the quartz window 208 constant. Halogen lamps 218 are provided radially in number to uniformly heat the quartz window 208. In addition, a reflector 220 for inducing light emitted from the halogen lamp 218 to the quartz window 208 is provided on the upper portion of the halogen lamp 218. That is, the reflective plate 220 is fixed to the upper portion of the housing 212 by the fixing bolt 222, and the halogen lamp 218 is fixed to the reflective plate 220. The central portion of the reflector 220 is provided with a temperature sensor 224 for sensing a temperature inside the housing 212. Various types of temperature sensors 224 may be used, and a thermocouple thermometer is used in the present invention.

상기와 같은 스퍼터링 장치를 사용하여 다수매의 반도체 기판에 대한 스퍼터링 공정을 반복적으로 수행하는 경우를 설명하면, 먼저 반도체 기판(900)이 챔버(200) 내부로 로딩되어 플레이트(202) 상에 안착되면, 제어부(226)는 챔버(200) 내부 압력을 적절하게 조절하고, 전원 공급기(228)를 통해 히터 블록(202a)에 전원을 인가시켜 반도체 기판(900)의 온도를 적절하게 유지시킨다. 이어서, 챔버(200) 내부로 스퍼터링 가스가 제공되고, 상기 스퍼터링 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 RF 전력이 유도 코일(210)에 인가된다. 플라즈마 상태로 형성된 스퍼터링 가스의 양성 이온 입자들은 백킹 플레이트(206)에 인가된 음전압에 의해 타켓(204)의 전면에 충돌하고, 이에 따라 스퍼터 입자들이 타겟(204)의 전면으로부터 스퍼터링되어 반도체 기판(900) 상에 막을 형성한다.In the case where the sputtering process for a plurality of semiconductor substrates is repeatedly performed using the sputtering apparatus as described above, first, when the semiconductor substrate 900 is loaded into the chamber 200 and seated on the plate 202. The controller 226 properly adjusts the pressure inside the chamber 200 and applies power to the heater block 202a through the power supply 228 to maintain the temperature of the semiconductor substrate 900 properly. Subsequently, a sputtering gas is provided into the chamber 200, and RF power for forming the sputtering gas into a plasma state is applied to the induction coil 210. The positive ion particles of the sputtering gas formed in the plasma state impinge on the front surface of the target 204 by the negative voltage applied to the backing plate 206, so that the sputter particles are sputtered from the front surface of the target 204 to form a semiconductor substrate ( To form a film.

상기와 같이 막을 형성하는 스퍼터링 공정이 종료되면, 스퍼터링 가스의 제공이 중단되고, RF 전력 공급이 중단된다. 그리고, 챔버(200) 내부의 반응 부산물 등이 배기구(214)를 통해 배출되고, 스퍼터링 공정 처리가 종료된 반도체 기판(900)이 챔버(200)로부터 언로딩된다.When the sputtering process of forming the film as described above is finished, the provision of the sputtering gas is stopped, and the RF power supply is stopped. In addition, reaction by-products and the like in the chamber 200 are discharged through the exhaust port 214, and the semiconductor substrate 900 after the sputtering process is completed is unloaded from the chamber 200.

이때, RF 전력의 제공이 중단되면, 석영창(208)의 온도가 떨어지게 되고, 이를 온도 센서(224)가 감지하게 된다. 제어부(226)는 전원 공급기(228)를 통해 할로겐 램프(218)를 점등시키고, 온도 센서(224)의 온도 감지 신호에 따라 기설정된 온도로 석영창(208)의 온도를 유지시키게 된다. 새로운 반도체 기판이 챔버(200) 내부로 로딩되어 스퍼터링 공정이 진행되면, 유도 코일(210)에 RF 전력이 인가되고, 할로겐 램프(218)는 소등된다.At this time, when the provision of the RF power is stopped, the temperature of the quartz window 208 drops, and the temperature sensor 224 detects this. The control unit 226 turns on the halogen lamp 218 through the power supply 228 and maintains the temperature of the quartz window 208 at a predetermined temperature according to the temperature sensing signal of the temperature sensor 224. When a new semiconductor substrate is loaded into the chamber 200 and the sputtering process is performed, RF power is applied to the induction coil 210 and the halogen lamp 218 is turned off.

본 발명의 실시예에서는 하나의 열전대 온도계를 사용하고 있으나, 온도 센서의 종류 및 개수 등이 본 발명을 한정하지는 않는다. 또한, 석영창이 돔 형상을 갖기 때문에 발생하는 유도 코일과 석영창의 부위별 거리차에 대한 온도차를 극복하는 방법은 본 발명이 갖는 사상의 범주 내에서 용이하게 구현할 수 있음은 당업자라면 충분히 인지할 수 있을 것이다. 이와 유사하게 석영창의 형상, 또한 본 발명을 한정하지는 않는다.In the embodiment of the present invention, one thermocouple thermometer is used, but the type and number of temperature sensors do not limit the present invention. In addition, it will be appreciated by those skilled in the art that a method of overcoming the temperature difference with respect to the distance difference between the induction coil and the quartz window generated due to the dome shape of the quartz window can be easily implemented within the scope of the present invention. will be. Similarly, the shape of the quartz window does not limit the invention.

도 4는 도 2에 도시한 스퍼터링 장치의 제어부를 설명하기 위한 블록도이다.4 is a block diagram for describing a control unit of the sputtering apparatus shown in FIG. 2.

도 4를 참조하면, 공정 제어부(226a)는 반도체 기판이 챔버 내부로 로딩되면, 스퍼터링 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 RF 전원(230)을 유도 코일(210)에 제공한다. 플라즈마 상태로 여기된 스퍼터링 가스의 양성 이온 입자들이 타겟의 전면에 충돌함에 의해 타겟의 전면으로부터 스퍼터링되는 스퍼터 입자들은 반도체 기판 상에 막을 형성한다. 목적하는 막의 형성이 종료되면, 스퍼터링 가스의 제공 및 RF 전원(230)으로부터 유도 코일(210)로의 RF 전력의 제공이 중단된다. 공정 제어부(226a)의 RF 전력 제공 중단 신호에 따라 온도 제어부(226b)는 전원 공급기(228)를 통해 할로겐 램프(218)를 점등시키고, 온도 센서(224)의 신호에 따라 전원 공급기(228)로부터 할로겐 램프(218)의 발광 정도를 조절한다. 이때, 온도 센서(224)로부터 감지된 온도는 디스플레이부(232)를 통해 작업자가 모니터링할 수 있도록 구성되어 있고, 온도 센서(224)에 이상이 발생되면, 디스플레이부(232) 및 부저(234)의 신호음으로 작업자가 이를 파악하게 된다. 또한, 할로겐 램프(218)에 이상이 발생하는 경우에도 디스플레이부(232) 및 부저(234)를 통해 작업자가 이를 파악할 수 있다.Referring to FIG. 4, when the semiconductor substrate is loaded into the chamber, the process controller 226a provides an RF power source 230 to the induction coil 210 to form a sputtering gas in a plasma state. The sputter particles sputtered from the front surface of the target form a film on the semiconductor substrate by the positive ion particles of the sputtering gas excited in the plasma state collide with the front surface of the target. When the formation of the desired film is finished, the supply of the sputtering gas and the supply of RF power from the RF power supply 230 to the induction coil 210 are stopped. In response to the RF power supply stop signal of the process control unit 226a, the temperature control unit 226b turns on the halogen lamp 218 through the power supply 228 and from the power supply 228 according to the signal of the temperature sensor 224. The degree of emission of the halogen lamp 218 is adjusted. In this case, the temperature sensed by the temperature sensor 224 is configured to be monitored by the operator through the display unit 232, and if an abnormality occurs in the temperature sensor 224, the display unit 232 and the buzzer 234 The operator will notice this with a beep. In addition, even when an abnormality occurs in the halogen lamp 218, the operator can determine through the display unit 232 and the buzzer 234.

이하, 상기 스퍼터링 장치를 사용하는 반도체 기판 상에 티타늄 막을 적층하는 스퍼터링 공정을 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a sputtering process of stacking a titanium film on a semiconductor substrate using the sputtering apparatus will be described in detail.

먼저, 반도체 기판이 이송 로봇에 의해 챔버 내부로 이송되어 플레이트 상에 로딩된다. 이때, 플레이트는 다수매의 반도체 기판을 처리하는 경우의 시간적인 효율을 높이기 위해 항상 일정한 온도를 유지한다.First, a semiconductor substrate is transferred into a chamber by a transfer robot and loaded on a plate. In this case, the plate is always maintained at a constant temperature in order to increase the time efficiency when processing a plurality of semiconductor substrates.

이어서, 챔버 내부로 아르곤 가스가 제공되고, 유도 코일에는 상기 아르곤 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 RF 전력이 인가된다. 상기 플라즈마 상태의 아르곤 가스 중 양성 이온 입자가 백킹 플레이트에 인가된 음전압에 의해 타겟과 충돌하고, 이로 인해 스퍼터 입자가 스퍼터링된다. 이때, 타겟은 티타늄 물질로 형성되고, 챔버에는 양전압이 인가된다. 상기 스퍼터링된 스퍼터 입자는 반도체 기판상에 적층되어 티타늄 막을 형성한다. 이때, 챔버 내부의 압력은 진공 펌프에 의해 5 × 10-6Torr 정도의 진공으로 형성된다.An argon gas is then provided into the chamber, and RF power is applied to the induction coil to form the argon gas into a plasma state. Positive ion particles in the argon gas in the plasma state collide with the target by a negative voltage applied to the backing plate, thereby sputtering the particles. At this time, the target is formed of a titanium material, a positive voltage is applied to the chamber. The sputtered sputter particles are stacked on a semiconductor substrate to form a titanium film. At this time, the pressure inside the chamber is formed into a vacuum of about 5 × 10 -6 Torr by a vacuum pump.

목적하는 두께의 티타늄 막이 형성되면, 제어부에 의해 아르곤 가스의 공급 중단 및 RF 전력의 공급 중단이 수행되고, 반도체 기판이 플레이트로부터 챔버 외부로 언로딩된다. 이때, 상기 RF 전력의 공급 중단에 의해 챔버 상부의 석영창 온도가 변하는 것을 방지하기 위해 석영창 상부에 구비되는 할로겐 램프가 점등되고, 온도 센서로부터 제공되는 온도 신호에 의해 석영창의 온도가 일정하게 유지된다.When the titanium film of the desired thickness is formed, the supply of argon gas and the supply of RF power are interrupted by the controller, and the semiconductor substrate is unloaded from the plate to the outside of the chamber. In this case, in order to prevent the quartz window temperature of the upper part of the chamber from changing due to the interruption of the RF power supply, a halogen lamp provided on the upper part of the quartz window is turned on, and the temperature of the quartz window is kept constant by the temperature signal provided by the temperature sensor. do.

따라서, 스퍼터링 공정의 진행 도중에 발생되어 석영창의 내측에 부착되어 있는 이물질들이 온도 변화에 의해 박리되는 것이 방지된다.Therefore, foreign matters generated during the sputtering process and adhering to the inside of the quartz window are prevented from peeling off due to temperature change.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 반도체 기판 상에 막을 형성하기 위한 스퍼터링 공정에서, 스퍼터링 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 RF 전력이 인가되는 유도 코일은 챔버 상부에 구비되는 석영창을 가열한다. 다수매의 반도체 기판을 반복적으로 처리하는 동안, 유도 코일에 인가되는 반복적인 RF 전력에 따라 변화되는 상기 석영창의 온도는 온도 센서로부터 제공되는 온도 신호에 따라 점등되는 할로겐 램프에 의해 일정하게 유지된다.According to the present invention as described above, in the sputtering process for forming a film on a semiconductor substrate, the induction coil to which RF power is applied to form the sputtering gas in the plasma state heats the quartz window provided on the chamber. During the repetitive processing of a plurality of semiconductor substrates, the temperature of the quartz window, which is changed in accordance with repetitive RF power applied to the induction coil, is kept constant by a halogen lamp which is lit in accordance with a temperature signal provided from a temperature sensor.

따라서, 석영창의 온도 변화에 의해 석영창 내측에 부착된 이물질의 박리 및 이에 따른 반도체 기판의 결함 발생률이 감소된다. 더 나아가, 반도체 장치의 신뢰도 및 생산성이 향상되는 효과가 있다.Therefore, the peeling of foreign matter adhered to the inside of the quartz window due to the temperature change of the quartz window, and thus the defect occurrence rate of the semiconductor substrate is reduced. Furthermore, there is an effect of improving the reliability and productivity of the semiconductor device.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.

Claims (3)

스퍼터링 가스가 제공되고, 기판이 놓여지는 플레이트와 타겟의 전면이 서로 대향하도록 구비되고, 상기 타겟의 전면으로부터 스퍼터링되는 스퍼터 입자들을 상기 기판 상에 적층하여 막을 형성하기 위한 스퍼터링 챔버;A sputtering chamber provided with a sputtering gas, the substrate on which the substrate is placed and the front surface of the target facing each other, and sputtering particles sputtered from the front surface of the target stacked on the substrate to form a film; 상기 스퍼터링 챔버 상부를 덮는 석영창을 둘러싸도록 구비되고, 상기 스퍼터링 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 전기장을 형성하고, 상기 석영창을 통해 상기 전기장을 상기 스퍼터링 챔버 내부로 제공하는 유도 코일; 및An induction coil provided to surround a quartz window covering an upper portion of the sputtering chamber, forming an electric field for forming the sputtering gas into a plasma state, and providing the electric field into the sputtering chamber through the quartz window; And 상기 스퍼터링 챔버 상부에 구비되고, 상기 유도 코일에 제공되는 RF 전력에 의해 불균일하게 가열되는 상기 석영창의 온도를 일정하게 유지시키기 위한 가열 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.And a heating means provided above the sputtering chamber and configured to maintain a constant temperature of the quartz window that is unevenly heated by RF power provided to the induction coil. 제1항에 있어서, 상기 유도 코일이 내장되는 하우징;The apparatus of claim 1, further comprising: a housing in which the induction coil is embedded; 상기 하우징 내부에 구비되고, 상기 석영창의 온도를 측정하기 위한 온도 센서; 및A temperature sensor provided inside the housing and configured to measure a temperature of the quartz window; And 상기 온도 센서로부터 감지된 온도 신호에 따라 상기 가열 수단의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.And a control unit for controlling the operation of the heating means in accordance with the temperature signal sensed by the temperature sensor. 제1항에 있어서, 상기 가열 수단은,The method of claim 1, wherein the heating means, 상기 스퍼터링 챔버 상부에 구비되는 할로겐 램프; 및A halogen lamp provided above the sputtering chamber; And 상기 할로겐 램프의 상부에 구비되고, 상기 할로겐 램프로부터 방사된 빛이 상기 석영창으로 향하도록 하는 반사판을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.And a reflector provided above the halogen lamp, the reflector for directing light emitted from the halogen lamp to the quartz window.
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