KR20050015021A - 스퍼터링 에칭 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스퍼터링 에칭 장치를 개시한다. 이에 의하면, 스퍼터링 에칭 챔버의 뚜껑부의 내면에 Al₂O₃과 같은 세라믹 재질의 코팅층이 형성된다. 상기 코팅층은 상기 뚜껑부의 내면에 대한 산화물 잔존물의 부착력을 강화시키므로 상기 내면에 부착된 산화물 잔존물이 스퍼터링 에칭 공정을 진행하는 웨이퍼에 떨어지는 장기간 방지할 수 있다.

따라서, 본 발명은 스퍼터링 에칭 공정의 신뢰성을 향상시키고 나아가 반도체 소자의 수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 스퍼터링 에칭 챔버의 예방 정비 주기를 종래의 예방 정비 주기보다 훨씬 연장시킬 수 있으므로 스퍼터링 에칭 장치의 가동율을 향상시킬 수 있다. 그리고, 본 발명은 상기 뚜껑부보다 상대적으로 견고한 세라믹 재질의 코팅층을 상기 뚜껑부에 코팅하므로 상기 뚜껑부의 균열을 방지할 수 있다.

Description

스퍼터링 에칭 장치{Sputtering Etching Apparatus}

본 발명은 스퍼터링 에칭 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 챔버 뚜껑부의 내면의 표면적을 확대시킴으로써 산화물 잔존물과의 부착력을 강화시키도록 한 스퍼터링 에칭 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체소자의 고집적화가 진행됨에 따라 설계룰이 미세화되면서 모스 트랜지스터의 소오스/드레인 및 게이트 전극의 사이즈가 축소되고 또한 금속 배선의 선폭이 축소된다. 상기 금속 배선의 선폭이 축소되면 상기 게이트 전극과 금속 배선을 전기적으로 연결시키거나 상기 소오스/드레인과 금속 배선을 전기적으로 연결시키기 위한 콘택홀(contact hole)의 사이즈 또는 상, 하층의 금속 배선을 전기적으로 연결시키기 위한 비아홀(via hole)의 사이즈도 함께 축소된다. 이에 따라 상기 게이트 전극과 금속 배선의 콘택 저항 또는 금속 배선간의 콘택 저항이 증가하는데 이는 금속 배선의 저항을 증가시키고 나아가 반도체 소자의 동작 속도를 저하시키는 결과를 가져온다. 그럼에도 불구하고, 반도체 소자의 고집적화와 더불어 고속화에 대한 요구가 더욱 높아지는 추세에 있다. 이러한 요구를 충족시키기 위한 방안의 하나로서 장벽 금속층, 예를 들어 티타늄(Ti) 또는 질화티타늄(TiN)과 같은 재질의 금속층이 도입되었다.

한편, 콘택홀(또는 비아홀) 형성 공정과 장벽 금속층 증착 공정의 사이에는 웨이퍼에 대해 어떠한 공정처리를 실시하지 않는 아이들 타임(idle time)이 존재한다. 이때, 장벽 금속층의 증착을 하기 위한 웨이퍼들이 대기에 노출되므로 장벽 금속층과 전기적으로 연결할 콘택홀(또는 비아홀) 내의 부분에 자연 산화막(native oxide)이 발생한다. 상기 자연 산화막은 상기 장벽 금속층 증착 공정을 진행하는 동안에 상기 콘택홀(또는 비아홀) 내의 부분에 상기 장벽 금속층이 부착하는 것을 방해하는 역할을 한다. 그러므로, 상기 장벽 금속층 증착 공정을 진행하기 전에 상기 자연 산화막을 제거시켜주는 전세정(precleaning) 공정, 예를 들어 스퍼터링 에칭(sputtering etching) 공정을 진행하는 것이 필수적이다.

상기 스퍼터링 에칭 공정을 스퍼터링 에칭 장치에서 진행하는 동안에 상기 스퍼터링 에칭 장치의 챔버 내에서 반응 부산물이 다량으로 발생한다. 그러므로, 터보 펌프(turbo pump)와 같은 배기 펌프를 이용하여 상기 반응 부산물을 상기 챔버의 배기구를 거쳐 배기시킨다. 하지만, 상기 반응 부산물의 일부가 벨자(bell jar)라고 불리는, 상기 챔버의 뚜껑(lid)의 내면에 부착하여 산화물 잔존물(oxide residue)을 형성한다.

따라서, 상기 스퍼터링 에칭 장치의 예방 정비(preventive maintenance: PM)를 주기적으로 실시하여 상기 뚜껑의 내면을 세정시킴으로써 상기 뚜껑의 내면으로부터 상기 산화물 잔존물을 제거시켜왔다.

그러나, 종래에는 상기 뚜겅의 내면과 상기 산화물 잔존물의 부착력이 약하기 때문에 상기 예방 정비의 주기가 만료되기 이전에 상기 산화물 잔존물이 상기 뚜껑의 내면에 계속하여 부착되지 못하고 상기 산화물 잔존물의 일부분이 상기 뚜껑의 내면으로부터 떨어져나가는 현상이 자주 발생한다. 이러한 현상은 상기 뚜껑이 노후화되었거나 상기 뚜껑의 내면을 세정하기 위한 비드 브라스팅(bead blasting)이 제대로 실시되지 않았거나 상기 뚜껑에 균열(crack)이 발생된 경우에 더욱 발생하기 쉽다.

그 결과, 상기 장벽 금속층 증착 공정을 진행하는 동안에 상기 뚜껑으로부터 떨어져나온 산화물 잔존물의 파티클(particle)이 상기 장벽 금속층 증착을 위한 웨이퍼의 표면을 오염시키는 경우가 다발한다. 그러므로, 상기 장벽 금속층 증착 공정의 신뢰성이 저하되고 나아가 반도체 소자의 양품 수율이 저하될 수밖에 없다. 더욱이, 상기 산화물 잔존물의 파티클(particle)이 상기 뚜껑으로부터 떨어져나가는 것을 방지하기 위해 상기 뚜껑을 상기 예방 정비의 주기 만료 이전에 세정해주어야 하므로 상기 예방 정비의 주기가 단축되어 상기 스퍼터링 에칭 장치의 가동율이 저하될 수밖에 없다.

또한, 상기 뚜껑은 돔(dome) 형상의 퀄츠(quarts) 재질로 이루어져 있으므로 세정액(chemical) 세정을 진행하거나 비드 브라스팅에 의한 충격을 가하거나 운반을 하는 경우에 플레이크(flake) 형태의 파손이 발생할 가능성이 높으며, 특히 상기 파손의 발생 부분이 상기 뚜껑의 내면이면 상기 파티클이 더욱 발생하기 쉽다.

따라서, 본 발명의 목적은 스퍼터링 에칭 장치의 챔버 뚜껑의 내면과 산화물 잔존물의 부착력을 강화시킴으로써 산화물 잔존물의 낙하에 의한 웨이퍼의 오염을 방지시키는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 스퍼터링 에칭 공정의 신뢰성을 향상시키는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 반도체 소자의 수율 저하를 방지하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 스퍼터링 에칭 장치의 가동율 저하를 방지하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 챔버 뚜껑의 파손을 방지하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 스퍼터링 에칭 장치는

뚜껑부를 갖는 스퍼터링 에칭 챔버를 포함하며,

상기 뚜껑부의 내면의 표면적을 확대시키기 위해 상기 내면에 코팅층이 코팅된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 코팅층이 미립 세라믹 재질로 이루어질 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 코팅층이 Al₂O₃층으로 이루어질 수 있다.

바람직하게는, 상기 코팅층이 플라즈마 코팅법에 의해 코팅될 수 있다. 상기 코팅층이 80~100μm의 두께로 코팅되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 의한 스퍼터링 에칭 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 스퍼터링 에칭 장치의 챔버를 나타낸 개략 구성도이고, 도 2는 도 1의 챔버 뚜껑부를 확대 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 스퍼터링 에칭 장치에 사용된 스퍼터링 에칭 챔버(100)는 본체부(10), 웨이퍼 지지대(20), 수직축(30) 및 뚜껑부(40)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 본체부(10)는 상측 개방구를 가지며, 내부 공간을 확보하기 위한 형상, 예를 들어 대략 원통 형상으로 이루어진다. 상기 웨이퍼 지지대(20)는 상기 내부 공간의 중심부에 위치하도록 상기 수직축(30)에 의해 체결된다. 상기 수직축(30)이 상기 본체부(10)의 중앙 평면부(11)를 수직으로 관통하여서 상기 웨이퍼 지지대(20)의 저면부에 체결된다. 상기 뚜껑부(40)가 상기 본체부(10)의 상측 개방구를 개폐 가능하도록 상기 본체부(10)의 수직 측벽부(13)에 체결된다.

또한, 상기 챔버부(10)의 내부 공간에 플라즈마를 생성시키기 위하여 고주파 전력을 인가시키도록 상, 하부 전극(도시 안됨)이 설치된다. 상기 뚜껑부(40)의 외측부에 자기장을 발생시키기 위한 코일부(도시 안됨)가 설치된다. 상기 본체부(10)의 내부 공간으로 반응 가스를 주입하기 위한 주입구(도시 안됨)와, 상기 본체부(10) 내의 미반응 가스 및 반응 부산물을 상기 본체부(10)의 외부로 배기하기 배기구(도시 안됨)가 상기 본체부(10)에 설치된다. 상기 배기구에 터보 펌프와 같은 배기 펌프(도시 안됨)가 연통하여 설치된다.

여기서, 상기 뚜껑부(40)의 본체(41)는 대략 돔 형상을 이루며, 퀄츠 재질로 이루어진다. 상기 본체(41)의 내면(42)에는 도 2에 도시된 바와 같이, 미립 세라믹 분말의 코팅층(43)이 예를 들어 플라즈마 코팅법에 의해 코팅된다. 이는 상기 본체(41)의 내면(42)에 요철을 제공함으로써 상기 내면(42)의 표면적을 확대시키고 나아가 산화물 잔존물과의 부착력을 강화시킨다. 상기 코팅층(43)은 상기 표면적의 확대를 위해 80~100μm의 두께로 코팅시키는 것이 바람직하다.

상기 코팅층(43)은 상기 본체부(41)의 퀄츠 재질보다 경도가 높은 Al₂O₃과 같은 세라믹 재질로 형성되므로 상기 뚜껑부(40)의 세정액 세정을 실시할 때 상기 본체부(41)의 손상을 방지하고 플레이크 형태의 퀄츠 파손을 방지할 수 있다. 더욱이, 상기 코팅층(43)은 고순도의 Al₂O₃과 같은 세라믹 재질로 형성되므로 스퍼터링 에칭 공정에 어떠한 영향을 주지 않을 수 있다.

한편, 도 2의 내면(42)에는 인공적인 요철이 제공되어 있지 않으나, 본체(41)의 내면(44)에는 도 3에 도시된 바와 같이, 임의의 가공법, 예를 들어 기계적인 가공법이나 화학 에칭법에 의해 인위적인 요철이 제공되고, 상기 내면(44)에 상기 코팅층(43)이 코팅될 수도 있음은 자명한 사실이다.

이와 같이 구성된 스퍼터링 에칭 챔버의 작용을 설명하면, 장벽 금속층 증착 공정을 진행시킬 웨이퍼가 콘택홀(또는 비아홀) 형성 공정과 장벽 금속층 증착 공정 사이의 아이들 타임(idle time) 동안에 대기에 불가피하게 노출되므로 상기 웨이퍼의 콘택홀(또는 비아홀) 내의 노출 부분, 예를 들어 모스 트랜지스터의 게이트 전극이나 소스/드레인 또는 금속배선의 일부분 상에 자연 산화막이 생성된다.

따라서, 상기 장벽 금속층 증착 공정을 진행하기 전에 상기 자연 산화막을 제거시키는 전세정 공정으로서 스퍼터링 에칭 공정을 도 1의 스퍼터링 에칭 챔버(100)에서 진행시키는 것이 필요하다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 자연 산화막(도시 안됨)이 형성된 웨이퍼(1)를 스퍼터링 에칭 챔버(100)의 웨이퍼 지지대(20)에 지지시키고, 상기 챔버(100)의 주입구(도시 안됨)를 거쳐 상기 챔버(100)의 내부 공간으로 임의의 반응 가스를 주입시킨다. 이때, 상기 반응 가스를 플라즈마 상태로 만들어주기 위해 상기 챔버(100)의 뚜껑부(40)의 외측에 설치된 고주파 코일부(도시 안됨)에 고주파 전원이 공급된다. 상기 반응 가스로는 상기 자연 산화막을 에칭하는데 필요한 공지된 가스들이 사용될 수 있다.

이에 따라, 상기 웨이퍼(1)의 자연 산화막이 스퍼터링 에칭에 의해 제거된다. 상기 제거된 자연 산화막의 일부가 터보 펌프와 같은 배기 펌프(도시 안됨)에 의해 상기 챔버(100)의 배기구(도시 안됨)를 거쳐 배기되고, 상기 자연 산화막의 나머지 부분이 상기 뚜껑부(40)의 내면에 산화물 잔존물(도시 안됨)로서 부착된다.

이때, 상기 뚜껑부(40)의 본체(41)에서는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 내면(42),(44)에 Al₂O₃과 같은 미립 세라믹 재질의 코팅층(43)이 코팅되어 있는데, 이는 상기 내면(42),(44)에 요철을 제공함으로써 상기 본체(41)의 내면 표면적을 확대시키고 나아가 상기 산화물 잔존물과의 부착력을 강화시킬 수 있다.

그 결과, 상기 스퍼터링 에칭 공정을 종래의 예방 정비 주기보다 훨씬 긴 주기 동안에 진행하더라도 상기 산화물 잔존물의 파티클이 상기 웨이퍼(1)에 떨어질 가능성이 낮아질 수 있다. 따라서, 상기 파티클에 의한 웨이퍼의 오염을 종래에 비하여 훨씬 장기간에 걸쳐 방지할 수 있으므로 상기 스퍼터링 에칭 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있고 나아가 반도체 소자의 수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 스퍼터링 에칭 챔버의 예방 정비 주기를 종래에 비하여 연장할 수 있으므로 상기 스퍼터링 에칭 챔버의 가동율을 향상시킬 수가 있다.

그리고, 상기 코팅층(43)은 상기 본체(41)의 퀄츠 재질보다 경도가 높으므로 상기 뚜껑부(40)의 세정액(chemical) 세정을 실시하거나 비드 브라스팅에 의한 충격을 가하거나 상기 뚜껑부(40)의 운반을 하는 경우에 상기 본체(41)를 플레이크 형태의 파손과 같은 손상 위험으로부터 보호할 수 있다. 이는 상기 뚜껑부(40)의 파손에 따른 새로운 뚜껑부의 구입을 억제하고 나아가 뚜껑부 구입 비용을 절감할 수 있다.

더욱이, 상기 코팅층(43)은 고순도의 Al₂O₃과 같은 세라믹 재질로 형성되므로 상기 스퍼터링 에칭 공정에 어떠한 악영향을 주는 것을 방지할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 스퍼터링 에칭 장치에서는 스퍼터링 에칭 챔버의 뚜껑부의 내면에 Al₂O₃과 같은 고순도 세라믹 재질의 코팅층이 형성된다. 상기 코팅층은 상기 뚜껑부의 내면과 산화물 잔존물의 부착력을 강화시키므로 상기 내면에 부착된 산화물 잔존물이 스퍼터링 에칭 공정을 진행하는 웨이퍼에 떨어지는 것을 장기간 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명은 스퍼터링 에칭 공정의 신뢰성을 향상시키고 나아가 반도체 소자의 수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 스퍼터링 에칭 챔버의 예방 정비 주기를 종래의 예방 정비 주기보다 훨씬 연장시킬 수 있으므로 스퍼터링 에칭 장치의 가동율을 향상시킬 수 있다. 그리고, 본 발명은 상기 뚜껑부보다 상대적으로 견고한 세라믹 재질의 코팅층을 상기 뚜껑부에 코팅하므로 상기 뚜껑부의 균열을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명은 도시된 도면과 상세한 설명에 기술된 내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형도 가능함은 이 분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이다.

도 1은 본 발명에 의한 스퍼터링 에칭 장치의 챔버를 나타낸 개략 구성도.

도 2는 본 발명에 의한 스퍼터링 에칭 장치의 챔버 뚜껑부를 나타낸 확대 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 스퍼터링 에칭 장치의 변형된 챔버 뚜껑부를 나타낸 확대 단면도.

Claims (5)

1. 뚜껑부를 갖는 스퍼터링 에칭 챔버를 포함하며,

   상기 뚜껑부의 내면의 표면적을 확대시키기 위해 상기 내면에 코팅층이 코팅된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 에칭 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 코팅층이 미립 세라믹 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 에칭 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 코팅층이 Al₂O₃층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 스퍼터링 에칭 장치.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 코팅층이 플라즈마 코팅법에 의해 코팅된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 에칭 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 코팅층이 80~100μm의 두께로 코팅된 것을 특징으로 하는 스퍼터링 에칭 장치.