KR20040052361A - Shutter of Sputter - Google Patents

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    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering

Abstract

PURPOSE: A shutter of a sputtering apparatus is provided to improve the endurance of the shutter by dispersing the mechanical stress due to a predetermined deposition layer through the entire surface of the shutter using a stress dispersion part. CONSTITUTION: A shutter(201) of a sputtering apparatus is installed at a wafer loading position opposite to a target for preventing predetermined material from being deposited on a wafer. A stress dispersion part(205) having a predetermined thickness and length is installed on the backside of the shutter like a cross type structure. The stress dispersion part is made of the same material as that of the shutter. The shutter and stress dispersion part are formed as one piece. The stress dispersion part is capable of being separated from the shutter.

Description

스퍼터링 장치의 셔터{Shutter of Sputter}Shutter of Sputtering Equipment {Shutter of Sputter}

본 발명의 스퍼터링 장치의 셔터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소정의 증착막에 의해 발생되는 기계적 응력을 셔터 전면에 분산시켜 셔터의 내구성을 향상시킬 수 있는 스퍼터링 장치의 셔터에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a shutter of a sputtering apparatus of the present invention, and more particularly, to a shutter of a sputtering apparatus capable of dispersing mechanical stress generated by a predetermined deposition film on the entire surface of a shutter to improve durability of the shutter.

반도체 제조 공정 중 금속을 박막 형태로 증착시키기 위한 설비가 스퍼터링(sputtering) 장치이다. 스퍼터링 처리는 알루미늄과 같은 고체 금속이 타겟으로 사용되는 물리적 기상 증착(Physical Vapor Deposition, PVD) 기술이다. 금속 원자는 높은 에너지의 이온 밤바딩(Bombarding)으로 타겟으로부터 원자들을 제거함으로써 생성된다. 스퍼터링을 유발하는 높은 에너지의 이온은 플라즈마에 의해 형성된 아르곤(Ar)과 같은 불활성 가스이다.A device for depositing metal in the form of a thin film during a semiconductor manufacturing process is a sputtering apparatus. Sputtering is a Physical Vapor Deposition (PVD) technique in which a solid metal such as aluminum is used as a target. Metal atoms are produced by removing atoms from a target with high energy ion bombarding. The high energy ions that cause sputtering are inert gases such as argon (Ar) formed by the plasma.

한편, 웨이퍼에 금속인 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)를 직접 증착시키면 알루미늄 또는 구리가 웨이퍼에 침투되어 웨이퍼가 손상된다. 이를 방지하기 위하여 알루미늄(또는 구리)과 웨이퍼 사이에 결합력이 우수하고 저항이 큰 티타늄(Ti)과 질화 티타늄(TiN)을 순차적으로 증착시킨다. 티타늄은 불안정한 단분자 구조이므로, 티타늄층 위에 안정된 구조를 갖는 질화 티타늄(TiN)을 증착시키는 것이다.On the other hand, when aluminum (Al) or copper (Cu), which is a metal, is directly deposited on the wafer, aluminum or copper penetrates into the wafer and damages the wafer. In order to prevent this, titanium (Ti) and titanium nitride (TiN) having high bonding strength and high resistance are sequentially deposited between aluminum (or copper) and the wafer. Since titanium is an unstable monomolecular structure, titanium nitride (TiN) having a stable structure is deposited on the titanium layer.

더 구체적으로 설명하면, 스퍼터링 장치의 챔버 내에서 어느 하나의 웨이퍼에 티타늄을 먼저 증착시킨 후, 그 위에 질화 티타늄을 증착시킨다. 그러면 티타늄과 질화 티타늄이 증착된 어느 하나의 웨이퍼는 다음 공정으로 이동됨과 동시에, 다른 하나의 새로운 웨이퍼가 스퍼터링 장치의 챔버 내로 도착되어 티타늄이 증착되는 것이다. 그런데, 다른 하나의 새로운 웨이퍼에 순수한 티타늄이 증착되어야 하는데, 전(前) 공정에서 사용된 질소가 함유된 질화 티타늄이 증착되다가 순수한 티타늄이 증착되기 시작한다.More specifically, titanium is first deposited on any one wafer in the chamber of the sputtering apparatus, and then titanium nitride is deposited thereon. Then, one of the wafers on which titanium and titanium nitride are deposited is moved to the next process, while another new wafer arrives in the chamber of the sputtering apparatus and titanium is deposited. By the way, pure titanium must be deposited on another new wafer, and the titanium nitride containing nitrogen used in the previous process is deposited and then pure titanium begins to be deposited.

이러한 문제점을 방지하기 위하여 스퍼터링 챔버에는 셔터(shutter)라는 장치가 있다. 스퍼터링 챔버의 셔터는 웨이퍼와 동일한 크기를 갖으며 웨이퍼가 장착되는 위치에 설치되어 질소가 함유된 티타늄이 웨이퍼 증착되지 않도록 웨이퍼 대용으로 사용되는 더미(dummy) 개념의 역할을 한다. 즉, 어느 한 웨이퍼에 티타늄과 질화 티타늄 증착 공정을 순차적으로 진행하여 완료한 후, 상기 웨이퍼가 놓이는 위치에 상기 셔터를 위치시켜 스퍼터링 챔버 내에 질소 가스가 완전히 배기될 때까지 셔터를 상대로 스퍼터링 공정을 진행시킨다. 따라서, 질소가 함유된 질화 티타늄이 상기 셔터 상에 증착되는 것이다.In order to prevent this problem, the sputtering chamber has a device called a shutter. The shutter of the sputtering chamber has the same size as the wafer and is installed at the position where the wafer is mounted to serve as a dummy concept used as a substitute for wafers so that nitrogen-containing titanium is not deposited. That is, after the titanium and titanium nitride deposition processes are sequentially performed on one wafer and completed, the shutter is placed at the position where the wafer is placed and the sputtering process is performed against the shutter until nitrogen gas is completely exhausted in the sputtering chamber. Let's do it. Thus, titanium nitride containing nitrogen is deposited on the shutter.

그러나, 상기와 같이 더미(dummy) 개념의 셔터를 사용하여 셔터 상에 질화 티타늄을 증착시킴에 따라 상기 셔터 상에는 증착된 막의 두께가 두꺼워질 수밖에 없다. 셔터 상에 증착되는 막의 두께가 증가함에 따라 증착된 막에 의한 기계적 응력이 셔터에 작용하게 되고, 이와 같은 응력에 의해 셔터의 변형이 유발될 수 있다.However, as the titanium nitride is deposited on the shutter using a dummy shutter as described above, the thickness of the deposited film is inevitably increased on the shutter. As the thickness of the film deposited on the shutter increases, mechanical stress caused by the deposited film acts on the shutter, and such stress may cause deformation of the shutter.

이와 같이 셔터가 변형되면 셔터 및 웨이퍼가 장착되고 셔터에 의해 스퍼터링에 따른 증착으로부터 보호받는 핫 플레이트에 스퍼터링에 의한 증착막이 형성되어 핫 플레이트를 손상시키게 된다.As described above, when the shutter is deformed, a deposition film by sputtering is formed on a hot plate on which the shutter and the wafer are mounted and are protected from deposition by sputtering by the shutter, thereby damaging the hot plate.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 소정의 증착막에 의해 발생되는 기계적 응력을 셔터 전면에 분산시켜 셔터의 내구성을 향상시킬 수 있는 스퍼터링 장치의 셔터를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a shutter of the sputtering apparatus that can improve the durability of the shutter by dispersing the mechanical stress generated by a predetermined deposition film on the front surface of the shutter.

도 1은 일반적인 스퍼터링 장치의 구성 단면도.1 is a cross-sectional view of a general sputtering apparatus.

도 2는 본 발명의 셔터 및 셔터가 장착되는 플레이튼 링을 나타낸 사시도.Figure 2 is a perspective view showing a shutter and a platen ring mounted with a shutter of the present invention.

도 3은 본 발명의 셔터의 배면 평면도.3 is a rear plan view of the shutter of the present invention;

도 4는 도 3의 A-A`선에 따른 단면도.4 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 3.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>Description of the main parts of the drawing

201 : 셔터 205 : 응력 분산 부재201: shutter 205: stress distribution member

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스퍼터링 장치의 셔터는 타겟으로부터 스퍼터된 특정의 물질이 웨이퍼에 증착되는 것을 방지하고 상기 웨이퍼가 장착되는 위치에 설치되며, 상기 타겟과 대향되는 상면부와 상기 상면부와 반대되는 방향의 배면부를 구비하는 스퍼터링 장치의 셔터에 있어서, 상기 배면부에 십자가 형상으로 소정의 두께와 길이를 갖는 응력 분산 부재가 구비되는 것을 특징으로 한다.The shutter of the sputtering apparatus of the present invention for achieving the above object is to prevent the deposition of a specific material sputtered from the target on the wafer is installed in the position where the wafer is mounted, and the upper surface portion facing the target and A shutter of a sputtering apparatus having a back portion in a direction opposite to the upper surface portion, wherein the back surface portion is provided with a stress dispersing member having a predetermined thickness and length in a cross shape.

본 발명의 특징에 따르면, 셔터 배면에 셔터에 작용하는 기계적 응력을 균일하게 분산시킬 수 있는 응력 분산 부재를 구비시킴으로써 셔터의 내구성을 향상시킬 수 있으며, 궁극적으로 셔터의 변형을 방지하여 핫 플레이트를 보호할 수 있게 된다.According to a feature of the present invention, the durability of the shutter can be improved by providing a stress dispersion member capable of uniformly distributing the mechanical stress acting on the shutter on the rear surface of the shutter, and ultimately preventing the deformation of the shutter to protect the hot plate. You can do it.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 스퍼터링 장치의 셔터를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the shutter of the sputtering apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 일반적인 스퍼터링 장치의 장치 구성도이다.1 is a device configuration diagram of a general sputtering apparatus.

도 1에 도시한 바와 같이, 스퍼터링 장치는 증착 공정을 수행하기 위하여 진공 상태를 유지하는 챔버(100)를 가진다. 상기 챔버는 일반적으로 적어도 하나 이상의 가스 입구를 구비하는 챔버 벽(101)을 포함한다. 상기 가스 입구를 통해 아르곤 가스와 같은 불활성 가스 또는 질화 티타늄의 증착시 요구되는 질소 가스의 유입이 가능하다.As shown in FIG. 1, the sputtering apparatus has a chamber 100 that maintains a vacuum state to perform a deposition process. The chamber generally includes a chamber wall 101 having at least one gas inlet. The gas inlet allows the introduction of an inert gas such as argon gas or nitrogen gas required for the deposition of titanium nitride.

상기 챔버의 하단부에는 핫 플레이트(hot plate)(105)가 구비되어 있고 상기 핫 플레이트(105)는 웨이퍼(104)를 지지한다. 상기 핫 플레이트(105)에 대향되는 상기 챔버(100)의 상단부에는 금속 물질의 타겟(103)이 구비되어 있다. 상기 타겟(103)은 타겟(103) 및 챔버 벽(101) 사이에 전기 단락 회로를 형성하는 증착물의 형성을 방지하기 위하여 타겟의 하부 표면 위에 일반적으로 배치되는 알루미나(Alumina, Al2O3)와 같은 절연 부재(102)에 의해 챔버 벽(101)으로부터 전기적으로 절연된다.A hot plate 105 is provided at the lower end of the chamber, and the hot plate 105 supports the wafer 104. A target 103 of a metal material is provided at an upper end of the chamber 100 opposite to the hot plate 105. The target 103 is composed of alumina (Allumina, Al 2 O 3 ) generally disposed on the lower surface of the target to prevent the formation of deposits forming an electrical short circuit between the target 103 and the chamber wall 101. It is electrically insulated from the chamber wall 101 by the same insulating member 102.

바이어스(bias) 스퍼터링시에, 상기 챔버(100)는 타겟(103)으로부터 전력원(106)에 의해 생성된 플라즈마에 대해 음의 전위로 유지된 기판으로 입자를 스퍼터링함으로써 금속 박막을 형성하기 위해 사용된다. 스퍼터된 금속 원자는 챔버 내의 저압으로 인한 각의 분포로 실질적으로 선형 궤도를 따른다. 이러한 가스 압력 하에서, 상기 핫 플레이는 타겟과 웨이퍼 사이의 거리가 아르곤 가스 분자의 평균 자유 경로(mean free path)보다 작도록 챔버 내에서 위쪽으로 상승될 수 있다. 이에 따라, 많은 스퍼터된 입자가 충돌 없이 웨이퍼에 직접적으로 증착될 수 있다.In bias sputtering, the chamber 100 is used to form a thin metal film by sputtering particles from a target 103 to a substrate held at a negative potential with respect to the plasma generated by the power source 106. do. The sputtered metal atoms follow a substantially linear trajectory with the distribution of angles due to low pressure in the chamber. Under this gas pressure, the hot play may be raised upwards in the chamber such that the distance between the target and the wafer is less than the mean free path of the argon gas molecules. Thus, many sputtered particles can be deposited directly on the wafer without impact.

한편, 상기 핫 플레이트 상에 웨이퍼를 대신하여 장착되는 본 발명의 스퍼터링 장치의 셔터의 구조는 다음과 같다.On the other hand, the structure of the shutter of the sputtering apparatus of the present invention mounted on the hot plate in place of the wafer is as follows.

도 2는 본 발명에 따른 스퍼터링 장치의 셔터(201) 및 셔터(201)가 장착되는 플레이튼 링(platen ring)을 나타낸 사시도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 핫 플레이트(도시하지 않음) 상에 놓여지는 플레이튼 링은 개방된 원형 형상으로 이루어진다. 상기 플레이튼 링의 내벽에는 셔터 또는 웨이퍼가 장착되는 안착부(204)가 형성되어 있고, 상기 플레이튼 링의 외벽에는 핫 플레이트의 정전척(Electrostatic chuck, 도시하지 않음)과 나사 결합되는 2개의 관통홀(203)이 형성된 나사 결합부(202)가 돌출, 형성되어 있다.2 is a perspective view illustrating a shutter 201 and a platen ring on which the shutter 201 is mounted, according to the present invention. As shown in Fig. 2, the platen ring placed on a hot plate (not shown) has an open circular shape. The inner wall of the platen ring is provided with a seating portion 204 for mounting a shutter or wafer, and the outer wall of the platen ring has two penetrations screwed with an electrostatic chuck (not shown) of a hot plate. The screw engaging portion 202 having the hole 203 protrudes and is formed.

한편, 본 발명의 스퍼터링 장치의 셔터의 특징은 배면부에 있다. 도 3은 본 발명의 스퍼터링 장치의 배면 평면도를 나타낸 것이고 도 4는 도 3의 A-A`선에 따른 단면도를 나타낸 것이다. 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 본 발명의 스퍼터링 장치의 셔터(201)의 배면에는 셔터 상면에 스퍼터링으로 인해 증착되는 증착막에 의해 발생되는 기계적 응력을 셔터 전면에 균일하게 분산시키는 역할을 하는 응력 분산 부재(205)가 구비되어 있다. 상기 응력 분산 부재(205)는 상기 셔터와 일체형으로 이룰 수도 있으며 셔터에 상기 응력 분산 부재를 장착시킬 수도 있다.On the other hand, the characteristic of the shutter of the sputtering apparatus of this invention is a back part. FIG. 3 is a rear plan view of the sputtering apparatus of the present invention, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 3. 3 and 4, the back surface of the shutter 201 of the sputtering apparatus of the present invention has a stress that serves to uniformly distribute the mechanical stress generated by the deposition film deposited due to the sputtering on the upper surface of the shutter to the front surface of the shutter The dispersion member 205 is provided. The stress distribution member 205 may be integrally formed with the shutter, and the stress distribution member may be mounted to the shutter.

여기서, 상기 응력 분산 부재(205)의 재질은 상기 셔터의 재질과 동일한 물질일 수도 있으며, 기타 셔터에 장착 가능한 모든 재료가 적용될 수 있다.Here, the material of the stress distribution member 205 may be the same material as the material of the shutter, all other materials that can be mounted to the shutter may be applied.

한편, 상기 응력 분산 부재의 형상 및 셔터 배면 상에 배치되는 형태는 다양하게 변형 실시될 수 있다. 예를 들어, 응력 분산 부재를 십자가 형상으로 배치시키거나, 십자가 형상의 응력 분산 부재에 더해 원형의 응력 분산 부재를 부가하는 형상도 가능하다. 또한, 응력 분산 부재를 방사(放射)형으로 구비시킬 수도 있다(도 5 및 도 6 참조).On the other hand, the shape of the stress distribution member and the shape disposed on the shutter back may be variously modified. For example, the shape which arrange | positions a stress dispersion member in a cross shape, or adds a circular stress dispersion member in addition to a cross stress distribution member is also possible. The stress dispersing member may also be provided in a radial shape (see FIGS. 5 and 6).

또한, 상기 응력 분산 부재를 포함한 셔터 전체의 두께는 상기 플레이트 링의 두께와 동일해야 한다. 만약, 상기 셔터와 플레이튼 링 사이에 단차가 있게 되면 스퍼터된 입자가 상기 셔터와 플레이트 링 사이의 단차 사이를 통해 셔터 하부의 핫 플레이트에 증착되는 문제가 발생하게 된다.In addition, the thickness of the entire shutter including the stress dispersing member should be equal to the thickness of the plate ring. If there is a step between the shutter and the platen ring, a problem occurs in that sputtered particles are deposited on the hot plate under the shutter through the step between the shutter and the plate ring.

한편, 이와 같이 응력 분산 부재가 셔터에 장착됨에 따라 셔터 상면에 증착되는 증착막에 의해 발생되는 기계적 응력을 효과적으로 셔터 전체에 분산시킬 수 있어 셔터의 변형을 방지할 수 있게 된다. 셔터의 변형을 방지함에 따라 핫 플레이트를 보호할 수 있어 제조 공정 상의 수율 향상을 기대할 수 있게 되는 것이다.On the other hand, as the stress dispersing member is mounted on the shutter, mechanical stress generated by the deposition film deposited on the upper surface of the shutter can be effectively dispersed throughout the shutter, thereby preventing deformation of the shutter. By preventing the deformation of the shutter can protect the hot plate can be expected to improve the yield in the manufacturing process.

상술한 바와 같은 본 발명의 스퍼터링 장치의 셔터는 다음과 같은 효과가 있다.The shutter of the sputtering apparatus of the present invention as described above has the following effects.

셔터 배면에 셔터에 작용하는 기계적 응력을 균일하게 분산시킬 수 있는 응력 분산 부재를 구비시킴으로써 셔터의 내구성을 향상시킬 수 있으며, 궁극적으로 셔터의 변형을 방지하여 핫 플레이트를 보호함에 따라 생산 수율의 증대를 기할 수 있는 장점이 있다.By providing a stress dispersion member that can uniformly distribute the mechanical stress applied to the shutter on the back of the shutter, the durability of the shutter can be improved, and ultimately, the deformation of the shutter can be prevented to protect the hot plate, thereby increasing the production yield. There is an advantage that can be done.

Claims (6)

타겟으로부터 스퍼터된 특정의 물질이 웨이퍼에 증착되는 것을 방지하고 상기 웨이퍼가 장착되는 위치에 설치되며, 상기 타겟과 대향되는 상면부와 상기 상면부와 반대되는 방향의 배면부를 구비하는 스퍼터링 장치의 셔터에 있어서,The shutter of the sputtering apparatus, which is installed at a position where the wafer is mounted and prevents deposition of a specific material sputtered from a target on the wafer, has a top portion facing the target and a back portion in a direction opposite to the top portion. In 상기 배면부에 십자가 형상으로 소정의 두께와 길이를 갖는 응력 분산 부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치의 셔터.And a stress dispersing member having a predetermined thickness and length in a cross shape at the rear portion. 제 1 항에 있어서, 상기 응력 분산 부재는 상기 셔터의 재질과 동일한 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치의 셔터.The shutter of claim 1, wherein the stress dispersing member is the same as the material of the shutter. 제 1 항에 있어서, 상기 응력 분산 부재는 상기 셔터와 일체형인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치의 셔터.The shutter of the sputtering apparatus according to claim 1, wherein the stress dispersing member is integral with the shutter. 제 1 항에 있어서, 상기 응력 분산 부재는 상기 셔터와 분리, 결합이 가능한 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치의 셔터.The shutter of claim 1, wherein the stress dispersing member is detachable from and coupled to the shutter. 제 1 항에 있어서, 상기 셔터에 구비되는 상기 응력 분산 부재의 형상이 복수개의 응력 분산 부재가 방사(放射)의 형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치의 셔터.2. The shutter of the sputtering apparatus according to claim 1, wherein a plurality of stress dispersing members are provided in the form of radiation in the shape of the stress dispersing member provided in the shutter. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 셔터의 동심원을 따라 원형의 응력 분산 부재가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치의 셔터.The shutter of the sputtering apparatus according to claim 1 or 2, further comprising a circular stress dispersing member along a concentric circle of the shutter.
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