KR20040006347A - 반도체소자 제조용 스퍼터링 설비의 마그네트론 - Google Patents

반도체소자 제조용 스퍼터링 설비의 마그네트론 Download PDF

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Abstract

본 발명은 웨이퍼 상에 증착되는 금속막이 웨이퍼의 전면에 대하여 균일한 두께로 증착될 수 있도록 플라즈마 형성 영역을 제어하기 위한 마그네트론의 구동을 정확하게 설치할 수 있도록 하는 반도체소자 제조용 스퍼터링 설비의 마그네트론에 관한 것으로서, 이에 대한 특징적인 구성은, 타겟의 상부에 복수 마그네트를 구비하여 회전 가능하게 설치되는 회전판과; 상기 회전판의 상면으로부터 스퍼터링 챔버의 상측으로 관통하여 돌출되는 회전축과; 상기 회전축의 일측에 설치되어 인가되는 제어신호에 따라 회전축에 회전력을 전달하는 모터와; 상기 회전축의 소정 부위와 구비되는 제 1 감지부와; 상기 스퍼터링 챔버의 상측에 고정 설치되어 상기 제 1 감지부와 함께 상기 회전축의 회전에 의해 대향 위치됨을 감지하는 제 2 감지부; 및 상기 제 1, 2 감지부로부터 상기 회전축이 회전 위치되는 회수를 판단하고, 상기 모터의 구동을 제어하는 제어기를 포함하여 이루어진다. 이러한 구성에 의하면, 작업자가 회전판을 포함한 회전축의 회전수를 용이하게 확인할 수 있도록 하고, 이를 통해 모터에 의한 회전축의 회전수를 제어하도록 함으로써 그 측정의 신뢰도를 높이고, 그에 따른 공정 불량이 미연에 방지되는 효과가 있다.

Description

반도체소자 제조용 스퍼터링 설비의 마그네트론{assembled magnetron of sputtering equipment for semiconductor dives fabricating}
본 발명은 웨이퍼 상에 증착되는 금속막이 웨이퍼의 전면에 대하여 균일한 두께로 증착될 수 있도록 플라즈마 형성 영역을 제어하기 위한 마그네트론의 구동을 정확하게 설치할 수 있도록 하는 반도체소자 제조용 스퍼터링 설비의 마그네트론에 관한 것이다.
일반적으로 반도체소자는 웨이퍼 상에 사진, 식각, 확산, 화학기상증착, 이온주입, 금속증착 등의 공정을 선택적이고도 반복적으로 수행하여 만들어진다.
이들 공정에 있어서, 금속증착 공정 즉, 스퍼터링(sputtering) 공정은 웨이퍼가 놓이는 하부전극과 이 하부전극의 상측에 이격 대향하여 상부전극을 이루며, 웨이퍼 상에 증착이 요구되는 소스 즉, 금속 타겟을 설치하고, 이들 상·하부 전극에 고주파(radio frequency:RF)를 인가하여 그 사이에 공급되는 공정가스를 플라즈마 상태로 형성한 후 타겟에 충돌토록 함으로써 떼어지는 타겟 입자가 웨이퍼 상에서 증착되도록 하는 구성을 이룬다.
이러한 구성에 있어서, 상술한 바와 같이, 공급되는 공정가스를 플라즈마 상태로 형성하고, 이들 형성 영역을 제한하기 위한 수단으로서 마그네트론이 설치된 구성이 있으며, 이 마그네트론의 구동에 대한 일반적인 스퍼터링 설비의 구성에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
통상의 스퍼터링 설비는, 도 1에 도시된 바와 같이, 내부를 구획하는 스퍼터링 챔버(10)가 있고, 이 스퍼터링 챔버(10)의 내부 하측에는 투입되는 웨이퍼(W)를 받쳐 지지하며 고주파 파워가 인가되는 하부전극 조립체(12)가 설치되어 있다.
또한, 스퍼터링 챔버(10) 내부의 상측 부위에는 상술한 하부전극 조립체(12)에 대향하여 고주파 파워가 인가되는 상부전극을 이루며, 웨이퍼(W) 상에 요구되는 증착 물질 즉, 금속 재질의 타겟(14)이 설치된다.
그리고, 스퍼터링 챔버(10)의 내벽 부위에는 공정 진행 과정에서 생성되는 폴리머 등의 반응 부산물이 증착되는 것을 방지하기 위한 라이너(16)와, 스퍼터링 챔버(10)의 내부를 소정의 진공압 상태로 형성하기 위해 진공압이 전달되는 배관(18) 및 상술한 하부전극 조립체(12)와 타겟(14) 사이로 공정가스를 공급토록 하는 공급관(20) 등이 설치된다.
한편, 상술한 타겟(14)의 상측 부위에는 복수의 마그네트(24)를 구비한 회전판(22)이 회전 가능하게 설치되어 있고, 이 회전판(22)의 상부 소정 위치에는 상술한 스퍼터링 챔버(10)의 상부로 관통하여 돌출되는 회전축(26)이 고정 설치된다.
그리고, 상술한 스퍼터링 챔버(10)의 상부 소정 위치에는 돌출된 회전축(26)에 대하여 타이밍 벨트(28)로 연결되어 제어기(도면의 단순화를 위하여 생략함)로부터 인가되는 제어신호에 따라 회전축(26)을 포함한 회전판(22)을 회전시키도록 하는 모터(30)가 설치된 구성을 이룬다.
이러한 구성에 의하면, 공정이 진행되는 과정에서 모터(30)의 구동에 의해 회전판(22)이 회전하게 됨으로써 회전판(22) 상에 구비된 마그네트(24)는 편심되어 회전하게 되고, 이에 따라 타겟(14)과 하부전극 조립체(12) 사이의 형성된 플라즈마는 마그네트(24)에 의한 자기장의 영향을 받아 웨이퍼(W)의 중심에 집중되던 것이 완만하게 퍼지는 형상을 이루어 웨이퍼(W)의 가장자리 부위까지 균일한 증착을 유도하게 된다.
상술한 플라즈마 형성 영역은 마그네트(24)의 회전속도에 의해 영향을 받게 되고, 이에 대하여 회전축(26)의 회전속도가 설정된 범위로 회전하는지 여부를 확인하는 작업이 요구된다.
이에 대하여 회전축(26)의 회전속도를 측정하기 위한 종래의 기술로는 작업자가 이인 일조로 이루어져 한 사람은 시간을 확인하고, 다른 사람은 회전축(26)의 회전수를 측정하였으며, 이때 그 회전수의 측정을 위하여 상술한 회전축(26) 상에 도 2a 또는 도 2b에 도시된 바와 같은 지시핀(32a, 32b)을 고정하고, 이 지시핀(32a, 32b)이 일정 위치를 기준하여 회전 위치되는 것을 카운트하는 것이었다.
그러나, 상술한 바와 같이, 회전축(26)의 회전속도를 측정하는데 두 명의 작업자가 요구됨에 따라 번거로움이 있을 뿐 아니라 측정 오류를 방지하기 위하여 그 작업을 반복 시행하게 됨으로써 작업시간의 낭비가 있으며, 측정 오류가 있을 경우많은 수의 공정 불량을 야기하는 등의 문제가 있었다.
본 발명의 목적은, 상술한 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 회전판을 포함한 회전축의 회전속도를 측정하는데 일인 또는 원격 제어가 가능하도록 함으로써 짧은 시간 내에 그 확인 작업이 용이하도록 하고, 그 회전수의 측정에 대한 신뢰도를 높이도록 하며, 그에 따른 공정 불량을 방지하도록 하는 반도체소자 제조용 스퍼터링 설비의 마그네트론을 제공함에 있다.
도 1은 일반적인 반도체소자 제조용 스퍼터링 설비의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2a와 도 2b는 도 1에서 마그네트론 구성 중 회전축의 회전수를 확인하기 위한 종래 기술을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론의 구성 및 이들 구성에 따른 회전축의 회전수 확인 관계를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 회전축과 연결되는 각 구성의 설치 관계를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 스퍼터링 챔버 12: 하부전극 조립체
14: 타겟 16: 라이너
18: 배관 20: 공급관
22: 회전판 24: 마그네트
26: 회전축 28: 타이밍 벨트
30: 모터 32a, 32b: 지시핀
40: 제 1 감지부 42: 제 2 감지부
44: 디스플레이부
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 구성은, 타겟의 상부에 복수 마그네트를 구비하여 회전 가능하게 설치되는 회전판과; 상기 회전판의 상면으로부터 스퍼터링 챔버의 상측으로 관통하여 돌출되는 회전축과; 상기 회전축의 일측에 설치되어 인가되는 제어신호에 따라 회전축에 회전력을 전달하는 모터와; 상기 회전축의 소정 부위와 구비되는 제 1 감지부와; 상기 스퍼터링 챔버의 상측에 고정 설치되어 상기 제 1 감지부와 함께 상기 회전축의 회전에 의해 대향 위치됨을 감지하는 제 2 감지부; 및 상기 제 1, 2 감지부로부터 상기 회전축이 회전 위치되는 회수를 판단하고, 상기 모터의 구동을 제어하는 제어기를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 제어기에는 상기 모터의 회전수를 작업자로 하여금 확인할 수 있도록 하는 디스플레이부가 더 구비되어 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 디스플레이부는 작업자가 확인하기 용이하도록 상기 제 2 감지부에 부착 구비되는 구성으로 형성함이 바람직하다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체소자 제조용 스퍼터링 설비의 마그네트론에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론의 구성 및 이들 구성에 따른 회전축의 회전수 확인 관계를 설명하기 위한 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 회전축과 연결되는 각 구성의 설치 관계를 개략적으로 나타낸 평면도로서, 종래와 동일한 부분에 대하여 동일한 부호를 부여하고, 그에 따른 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 반도체소자 제조용 스퍼터링 설비의 마그네트론 구성은, 종래 기술로 설명된 도 1에 도시된 바와 같이, 내부를 구획하는 스퍼터링 챔버(10)가 있고, 이 스퍼터링 챔버(10)의 내부 하측에는 투입되는 웨이퍼(W)를 받쳐 지지하며 고주파 파워가 인가되는 하부전극 조립체(12)가 설치되어 있다.
또한, 스퍼터링 챔버(10) 내부의 상측 부위에는 상술한 하부전극 조립체(12)에 대향하여 고주파 파워가 인가되는 상부전극을 이루며, 웨이퍼(W) 상에 요구되는 증착 물질 즉, 금속 재질의 타겟(14)이 설치된다.
그리고, 스퍼터링 챔버(10)의 내벽 부위에는 공정 진행 과정에서 생성되는 폴리머 등의 반응 부산물이 증착되는 것을 방지하기 위한 라이너(16)와, 스퍼터링 챔버(10)의 내부를 소정의 진공압 상태로 형성하기 위해 진공압이 전달되는 배관(18) 및 상술한 하부전극 조립체(12)와 타겟(14) 사이로 공정가스를 공급토록하는 공급관(20) 등이 설치된다.
한편, 상술한 타겟(14)의 상측 부위에는 복수의 마그네트(24)를 구비한 회전판(22)이 회전 가능하게 설치되어 있고, 이 회전판(22)의 상부 소정 위치에는 상술한 스퍼터링 챔버(10)의 상부로 관통하여 돌출되는 회전축(26)이 고정 설치된다.
그리고, 상술한 스퍼터링 챔버(10)의 상부 소정 위치에는 돌출된 회전축(26)에 대하여 타이밍 벨트(28)로 연결되어 제어기(도면의 단순화를 위하여 생략함)로부터 인가되는 제어신호에 따라 회전축(26)을 포함한 회전판(22)을 회전시키도록 하는 모터(30)가 설치된 구성을 이룬다.
한편, 회전축(26)의 측부 소정 부위에는 상술한 제어기와 연결되는 제 1 감지부(40)가 구비되고, 상술한 스퍼터링 챔버(10)의 상부 소정 위치에는 회전축(26)이 회전함에 의해 회전 위치되는 제 1 감지부(40)와 대향하도록 제 2 감지부(42)가 설치되며, 이들 제 1, 2 감지부(40, 42)는 상호 신호를 교환하여 회전축(26)의 회전에 따라 회전 위치됨을 감지하여 상술한 제어기에 그 신호를 인가하는 구성을 이룬다.
또한, 상술한 제어기에는 제 1, 제 2 감지부(40, 42)로부터 수신되는 감지신호의 회수를 작업자가 용이하게 확인할 수 있도록 하는 디스플레이부(44)가 더 구비되며, 이 디스플레이부(44)는 상술한 제 2 감지부(42) 상에 구비된 것으로 형성되어 이루어진다.
그리고, 상술한 제 1, 제 2 감지부(40, 42)는 포토커플러 또는 마그네틱 센서로 구성될 수 있으며, 여기서, 포토커플러로 구성되는 경우 제 1 감지부(40)는반사체로 구성하고, 제 2 감지부(42)는 상술한 반사체가 대향 위치됨에 따라 소정의 광을 조사하고, 반사되는 광을 수신하는 구성으로 이루어질 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 회전판(22)을 포함한 회전축(26)의 회전속도를 회전축(26) 상의 제 1 감지부(40)와 이 제 1 감지부(40)가 회전하여 대향 위치됨을 감지하는 제 2 감지부(42) 및 이들 신호를 판단하는 제어기에 의해 이루어짐에 따라 그 측정에 대한 신뢰도를 높이고, 일인 또는 원격적으로 제어가 가능하게 된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 회전축과 이에 대향하는 스퍼터링 챔버 상부에 각각 회전축이 회전 위치됨을 감지하는 제 1, 2 감지부가 설치됨에 따라 이를 통해 회전판을 포함한 회전축의 회전속도에 대하여 정확한 측정이 이루어지고, 이것을 작업자가 디스플레이부를 통해 또는 확인하거나 제어기를 통해 원격 제어를 시행할 수 있음에 따라 짧은 시간 내에 그 확인 작업이 용이하게 이루어지며, 회전축의 회전수의 측정에 대한 신뢰성과 그에 따른 공정 균일도가 향상되는 등의 효과가 있다.
본 발명은 구체적인 실시예에 대해서만 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 변형이나 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

Claims (5)

  1. 타겟의 상부에 복수 마그네트를 구비하여 회전 가능하게 설치되는 회전판과;
    상기 회전판의 상면으로부터 스퍼터링 챔버의 상측으로 관통하여 돌출되는 회전축과;
    상기 회전축의 일측에 설치되어 인가되는 제어신호에 따라 회전축에 회전력을 전달하는 모터와;
    상기 회전축의 소정 부위와 구비되는 제 1 감지부와;
    상기 스퍼터링 챔버의 상측에 고정 설치되어 상기 제 1 감지부와 함께 상기 회전축의 회전에 의해 대향 위치됨을 감지하는 제 2 감지부; 및
    상기 제 1, 2 감지부로부터 상기 회전축이 회전 위치되는 회수를 판단하고, 상기 모터의 구동을 제어하는 제어기를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 스퍼터링 설비의 마그네트론.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기에는 상기 모터의 회전수를 작업자로 하여금 확인할 수 있도록 하는 디스플레이부가 더 구비되어 이루어짐을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 스퍼터링 설비의 마그네트론.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 디스플레이부는 작업자가 확인하기 용이하도록 상기 제 2 감지부에 부착 구비됨을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 스퍼터링 설비의 마그네트론.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 감지부와 제 2 감지부는 포토커플러임을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 스퍼터링 설비의 마그네트론.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 감지부와 제 2 감지부는 마그네틱 센서임을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 스퍼터링 설비의 마그네트론.
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CN113846301A (zh) * 2021-09-26 2021-12-28 北京北方华创微电子装备有限公司 半导体工艺设备、磁控管的位置检测方法及速度检测方法
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