KR20070074020A

KR20070074020A - Apparatus for sputter deposition and method of sputter deposition using the same

Info

Publication number: KR20070074020A
Application number: KR1020060001561A
Authority: KR
Inventors: 이광제
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-01-06
Filing date: 2006-01-06
Publication date: 2007-07-12

Abstract

A sputtering deposition apparatus and a sputtering deposition method using the same are provided to reduce a gap between an edge of a substrate and a metal target by titling and rotating a substrate stage at a predetermined angle. A process chamber(12) provides a predetermined space for forming plasma particles and performing a sputtering process to form a metal layer on a substrate. A metal target(16) is formed on an upper part of the process chamber in order to apply power for forming plasma(30) and to generate metal particles sputtered by the plasma particles included in the plasma. A magnet array(18) is formed on the metal target in order to form magnetic field for defining the plasma within a periphery of the metal target. A substrate stage(14) is used for supporting the substrate and tilting and rotating the substrate at a first angle(15) in order to reduce a gap between an edge of the substrate and the metal target.

Description

Sputtering deposition apparatus and sputter deposition method {Apparatus for sputter deposition and method of sputter deposition using the same}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 증착 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram illustrating a sputtering deposition apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 증착 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a sputtering deposition method according to an embodiment of the present invention.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>

10 : 기판 11 : 스퍼터링 증착 장치10 substrate 11 sputtering deposition apparatus

12 : 공정 챔버 13 : 기판 구동축 12 process chamber 13 substrate drive shaft

14 : 기판 스테이지 14a : 열선14 substrate stage 14a hot wire

14b : 전원 공급기 15 : 제1 각도 14b: power supply 15: first angle

16 : 금속 타겟 17 : 백킹 플레이트 16: metal target 17: backing plate

18 : 마그넷 어레이 20 : 전원 소스 18: magnet array 20: power source

22 : 구동 샤프트 26 : 가스 배기부22 drive shaft 26 gas exhaust

28 : 가스 공급부 30 : 플라즈마28 gas supply unit 30 plasma

본 발명은 반도체 장치 제조 공정에 사용되는 스퍼터링(sputtering) 증착 장치 및 스퍼터링 증착 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용하여 기판 상에 균일한 막을 형성하는 스퍼터링 증착 장치 및 스퍼터링 증착 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a sputtering deposition apparatus and a sputtering deposition method used in a semiconductor device manufacturing process, and more particularly, to a sputtering deposition apparatus and a sputtering deposition method for forming a uniform film on a 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 기판으로 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 used as 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 충돌시켜 상기 타겟으로부터 대상 물질을 이탈시키고, 상기 대상 물질을 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 to release the target material from the target, and the target material is laminated on a 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, 상기 진공 증착과 비교할 때 합금 성분을 갖는 막을 용이하게 적층할 수 있으며, 막의 두께 조절도 용이하다. 또한, 상기 스퍼터링 가공 기술은 기판 상에 적층되는 막이 우수한 스텝 커버리지(step coverage), 입자 구조(grain structure) 및 응력 등을 확보할 수 있는 장점을 갖는다.The sputtering technique can stack a film having a uniform thickness in a large area, easily stack a film having an alloying component as compared with the vacuum deposition, and can easily control the thickness of the film. In addition, the sputtering technique has the advantage that the film laminated on the substrate can ensure excellent step coverage, grain structure and stress.

상기 스퍼티링 가공 기술을 사용하는 장치 및 막 형성 방법에 대한 예는 타카나(Tanaka et al.) 등에게 허여된 미합중국 특허 제 4,894,132 호 및 카츄라(Katsura et al.) 등에게 허여된 미합중국 특허 제 4,933,063 호에 개시되어 있다.Examples of devices and methods of film formation using the sputtering technique are described in US Pat. Nos. 4,894,132 to Takana et al., Et al., US Patents issued to Katsura et al., Et al. 4,933,063.

그러나, 상기 장치에서는 마그넷이 고정되어 있어 마그넷에 의한 자장이 균등하게 제공되지 않아 플라즈마의 형성 밀도가 불균일하고, 플라즈마가 집속된 타겟 부분은 집중적으로 스퍼터링되기 때문에 그 외의 부분이 많이 남겨져 있어도 타겟으로 사용할 수 없는 문제점을 갖는다.However, in the above apparatus, the magnet is fixed so that the magnetic field caused by the magnet is not provided uniformly so that the density of plasma formation is nonuniform. There is no problem.

이러한 문제를 해결하기 위해서, 일본 특허 공개 공보 제 2002-020864 호에는 기판에 대하여 스퍼터링 입자가 비스듬히 입사하도록 기판과 타겟을 배치하는 동시에 기판을 자전시켜, 이방성 비율이 높은 자성 박막을 형성하여 막의 균일성을 향상한 스퍼터링 증착 장치가 개시되어 있다. 그러나, 여기에 개시된 상기 스퍼터링 증착 장치에서도 기판의 중심부가 상기 스퍼터링 입자가 입사되는 공통 부분이 되기 때문에, 중심부에서의 막 두께가 에지부에 비해 두껍게 된다는 문제점을 갖는다.In order to solve this problem, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2002-020864 discloses a magnetic thin film having a high anisotropy ratio by arranging the substrate and the target so that the sputtered particles are obliquely incident on the substrate, and rotating the substrate to form a uniform film. The sputtering vapor deposition apparatus which improved this is disclosed. However, even in the sputtering deposition apparatus disclosed herein, since the central portion of the substrate becomes a common portion where the sputtering particles are incident, there is a problem that the film thickness at the central portion becomes thicker than the edge portion.

이와 같이, 기존의 스터퍼링을 이용한 막 형성 가공에서는 타겟과 기판의 배 치 및 마그넷의 동작을 통한 플라즈마의 형성 밀도가 불균일하여 상기 기판 상에 형성된 막의 두께 분포 및 상기 막의 스텝 커버리지 성능이 떨어진다. 때문에 고집적도를 요구하는 최근의 반도체 장치의 제조에 따른 신뢰도가 저하되는 문제점으로 작용한다.As described above, in the film forming process using the existing stuffing, the density of plasma formation through the placement of the target and the substrate and the operation of the magnet is uneven, so that the thickness distribution of the film formed on the substrate and the step coverage performance of the film are poor. Therefore, it acts as a problem that the reliability of the recent semiconductor device manufacturing that requires high integration is reduced.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 증착 공정 시 기판 스테이지에 안착된 기판의 에지부와 금속 타겟 사이의 거리를 줄일 수 있는 스퍼터링 증착 장치를 제공하는데 있다. An object of the present invention for solving the above problems is to provide a sputtering deposition apparatus that can reduce the distance between the metal target and the edge portion of the substrate seated on the substrate stage during the deposition process.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 스퍼터링 증착 장치를 이용하는 스퍼터링 증착 방법을 제공하는데 있다. In addition, another object of the present invention to provide a sputtering deposition method using the sputtering deposition apparatus.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스퍼터링 증착 장치는 플라즈마 입자가 형성되고, 기판에 금속막을 형성하기 위한 스퍼터링 공정이 수행되는 공간을 제공하는 공정 챔버를 포함한다. 상기 공정 챔버 상부에 구비되어 플라즈마를 형성하기 위한 파워가 인가되고, 상기 플라즈마에 포함된 플라즈마 입자에 의해 스퍼터링되는 금속 물질을 생성하는 금속 타겟을 포함한다. 상기 금속 타겟 상부에 형성되고, 상기 공정 챔버 내에 형성되는 플라즈마를 상기 타겟 부근으로 한정시키는 자기장을 형성하는 마그넷 어레이를 포함한다. 상기 기판을 지지하고, 상기 기판의 에지부와 타겟과의 거리를 줄일 수 있도록 상기 기판을 제1 각도로 틸트(tilt)시켜 회전시키는 기판 스테이지를 포함한다.The sputtering deposition apparatus of the present invention for achieving the object of the present invention includes a process chamber for forming a plasma particle is formed, the sputtering process for forming a metal film on the substrate. And a metal target provided at an upper portion of the process chamber to apply power to form a plasma, and to generate a metal material sputtered by plasma particles included in the plasma. And a magnet array formed on the metal target and forming a magnetic field that confines the plasma formed in the process chamber to the vicinity of the target. And a substrate stage for supporting the substrate and tilting and rotating the substrate at a first angle so as to reduce a distance between an edge portion of the substrate and a target.

보다 바람직하게, 상기 기판 스테이지는 상기 금속막의 형성을 위한 공정이 이루어지는 도중에 상기 기판을 가열하기 위한 가열 부재를 포함한다. 그리고, 상기 제1 각도는 상기 기판의 표면으로부터 5 내지 15°이다.More preferably, the substrate stage includes a heating member for heating the substrate during the process for forming the metal film. The first angle is 5 to 15 degrees from the surface of the substrate.

또한, 상기 공정 챔버에는 상기 공정 챔버 내부로 플라즈마 입자를 형성하기 위한 공정 가스를 공급하는 가스 공급부 및 상기 공정 챔버 내부에 소정의 진공압을 조성하기 위한 가스 배기부를 더 포함하는 것이 바람직하다.The process chamber may further include a gas supply unit supplying a process gas for forming plasma particles into the process chamber and a gas exhaust unit for forming a predetermined vacuum pressure in the process chamber.

상기 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 스퍼터링 증착 방법은 기판이 안착된 기판 스테이지를 제1 각도로 틸트된 상태로 회전시킨다. 금속 타겟에 전압을 인가시켜 공정 챔버 내에 플라즈마를 형성한다. 상기 플라즈마에 포함된 입자가 상기 금속 타겟과 충돌하여 형성된 금속 입자를 상기 기판 상에 증착시킨다. 그 결과, 기판 상에는 금속막이 형성된다.The sputtering deposition method for achieving the another object of the present invention rotates the substrate stage on which the substrate is seated in a tilted state at a first angle. A voltage is applied to the metal target to form a plasma in the process chamber. The particles included in the plasma collide with the metal target to deposit metal particles formed on the substrate. As a result, a metal film is formed on the substrate.

일 예로, 상기 제1 각도는 상기 기판의 표면으로부터 5 내지 15°이다.For example, the first angle is 5 to 15 degrees from the surface of the substrate.

이와 같이, 본 발명에 따른 스퍼터링 증착 장치 및 스퍼터링 증착 방법은 스퍼터링을 이용한 증착 공정시 상기 기판이 안착된 기판 스테이지를 소정의 각도로 틸트된 상태로 회전시켜줌으로써 기판의 에지부와 금속 타겟 사이의 거리를 줄여줄 수 있다. 그로 인해 상기 기판에 인가되는 자기장의 세기가 균등하게 제공될 수 있어 플라즈마의 형성 밀도가 상기 기판 전면에서 균일함으로써, 상기 기판 상에 금속 물질이 균일하게 증착된 금속막을 형성할 수 있다. As described above, in the sputtering deposition apparatus and the sputtering deposition method according to the present invention, the distance between the edge portion of the substrate and the metal target is rotated by rotating the substrate stage on which the substrate is seated at a predetermined angle during the deposition process using sputtering. Can be reduced. Therefore, the intensity of the magnetic field applied to the substrate may be uniformly provided, so that the formation density of the plasma is uniform on the entire surface of the substrate, thereby forming a metal film on which the metal material is uniformly deposited.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스퍼터링 증착 장치 및 스퍼터링 증착 방법에 대해 상세히 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a sputtering deposition apparatus and a sputtering deposition method according to a preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings in detail, but the present invention is not limited or limited by the following embodiments.

도 1을 참조하면, 스퍼터링 증착 장치(11)는 공정 챔버(12)와, 상기 공정 챔버(12) 내부에 구비되는 기판 스테이지(14)와, 금속 타겟(16)과, 상기 공정 챔버(12) 내부에 형성되는 플라즈마(30)의 형성 밀도를 조절하는 마그넷 어레이(18)와, 플라즈마(30)를 형성하기 위한 가스를 제공하는 가스 공급부(28) 및 상기 공정 챔버(12) 내부의 압력을 컨트롤하기 위한 가스 배기부(26)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the sputtering deposition apparatus 11 includes a process chamber 12, a substrate stage 14 provided in the process chamber 12, a metal target 16, and the process chamber 12. Controls the magnet array 18 for adjusting the formation density of the plasma 30 formed therein, the gas supply 28 for providing gas for forming the plasma 30 and the pressure in the process chamber 12. It includes a gas exhaust 26 for the purpose.

상기 공정 챔버(12)는 상기 기판 스테이지(14) 및 금속 타겟(16)을 수용하며, 그 내부에서 플라즈마(30) 입자가 형성되고, 형성된 플라즈마(30) 입자를 이용하여 내부에 수용된 기판(10) 상에 스퍼터링 증착 방법으로 금속막(미도시)을 형성하기 위한 공간을 제공한다. 여기서 상기 플라즈마(30) 입자를 형성하기 위해 제공되는 반응 가스의 예를들면 아르곤 가스를 들 수 있다. 따라서, 상기 플라즈마(30) 입자는 아르곤 가스를 포함한다.The process chamber 12 accommodates the substrate stage 14 and the metal target 16, and plasma 30 particles are formed therein, and the substrate 10 accommodated therein using the formed plasma 30 particles. ) To provide a space for forming a metal film (not shown) by a sputtering deposition method. Here, for example, argon gas may be used as a reaction gas provided to form the plasma 30 particles. Thus, the plasma 30 particles comprise argon gas.

상기 기판 스테이지(14)는 공정 챔버(12) 내 하부에 구비되어 상기 공정 챔버(12) 내부로 제공되는 기판(10)을 지지하며, 플라즈마(30) 입자에 의해 금속 타켓(16)으로부터 스퍼터링된 금속 입자가 상기 기판(10)에 증착될 수 있도록 상기 기판(10)을 가열하는 가열 부재(미도시)를 포함한다. 상기 가열 부재는 히터 블록(heater block ; 미도시) 및 상기 히터 블록 상에 배치되는 핫 플레이트(hot plate ; 미도시)를 포함하는 구성을 갖는다. 상기 히터 블록의 내부에는 전원 공급기(14b)로부터 전원의 인가되어 가열되는 열선(14a)이 구비된다. 그리고, 기판 스테이지(14)는 본 스퍼터링 시스템의 양극으로서 기능하며, 기판(10)과 함께 그라운드로 접지된다.The substrate stage 14 is provided below the process chamber 12 to support the substrate 10 provided in the process chamber 12, and is sputtered from the metal target 16 by the plasma 30 particles. And a heating member (not shown) for heating the substrate 10 so that metal particles may be deposited on the substrate 10. The heating member has a configuration including a heater block (not shown) and a hot plate (not shown) disposed on the heater block. Inside the heater block there is provided a heating wire 14a that is applied and heated by a power supply from the power supply 14b. The substrate stage 14 serves as an anode of the present sputtering system and is grounded together with the substrate 10 to ground.

또한, 상기 기판 스테이지(14)는 기판(10)과 금속 타겟(16)과의 거리를 조정할 수 있도록 기판(10)의 평면을 기준으로할 때 틸트(tilt)시킬 수 있다. 즉, 기판(10)을 제1 각도(15)로 기울여줌으로서 금속 타겟(16)의 전면과 기판(10)의 중심부 사이의 거리에 비해 금속 타겟(16)의 전면과 기판(10)의 에지부 사이의 거리가 가깝게 조정될 수 있다. 이로 인해, 마그넷 어레이(17)에 의해 금속 타겟(16)의 하부에 형성되는 자기장이 금속 타겟(16)의 중심 부위로 집중됨으로써 기판(10)의 에지부에서 중심부에 비해 플라즈마(30)의 형성 밀도가 낮아지는 문제를 해결한다. 이때, 상기 제1 각도(15)는 상기 기판의 표면으로부터 5 내지 15°를 이루는 것이 바람직하다. In addition, the substrate stage 14 may be tilted based on the plane of the substrate 10 to adjust the distance between the substrate 10 and the metal target 16. That is, by tilting the substrate 10 at a first angle 15, the edge of the front surface of the metal target 16 and the substrate 10 as compared to the distance between the front surface of the metal target 16 and the central portion of the substrate 10. The distance between the parts can be adjusted closely. As a result, the magnetic field formed in the lower portion of the metal target 16 by the magnet array 17 is concentrated to the center portion of the metal target 16 to form the plasma 30 at the edge portion of the substrate 10 compared to the center portion. It solves the problem of low density. In this case, the first angle 15 preferably forms 5 to 15 ° from the surface of the substrate.

그리고, 상기 기판 스테이지(14)에는 공정 챔버(12)의 상부에 구비되어 상기 기판 스테이지(14)를 회전시키는 회전 부재(미도시)가 기판 구동축(13)을 통해 연결되어 있다. 일 예로, 상기 회전 부재는 회전 모터(미도시) 등을 들 수 있다. 상기 회전 모터를 통해 상기 기판 구동축(13)에 연결된 기판 스테이지(14)를 회전시켜 상기 기판 스테이지(14)에 안착된 기판(10)을 상기 제1 각도(15)로 틸트된 상태로 회전시킬 수 있다. 즉, 기판(10)은 상기 기판의 표면 중심으로부터 5 내지 15°로 기울어져 회전된다. 이와 같이, 상기 기판(10)이 틸트된 상태로 회전됨으로써 상기 금속 타겟(16)의 중심부와의 간격이 최대로 좁아지는 기판(10)의 지점이 상기 기판(10)의 에지부에 고르게 나타날 수 있어 기판(10)의 중심부와 더불어 기판(10) 에지부의 전면에서 균일하게 금속 물질이 분포될 수 있다. In addition, a rotation member (not shown) provided at an upper portion of the process chamber 12 to rotate the substrate stage 14 is connected to the substrate stage 14 through a substrate driving shaft 13. For example, the rotating member may include a rotating motor (not shown). The substrate stage 14 connected to the substrate driving shaft 13 may be rotated through the rotating motor to rotate the substrate 10 seated on the substrate stage 14 in a tilted state at the first angle 15. have. That is, the substrate 10 is rotated at an angle of 5 to 15 degrees from the center of the surface of the substrate. As such, the substrate 10 may be rotated in a tilted state so that a point of the substrate 10 in which the distance from the center of the metal target 16 is narrowed to the maximum may appear evenly at the edge portion of the substrate 10. Therefore, the metal material may be uniformly distributed on the front surface of the edge portion of the substrate 10 together with the central portion of the substrate 10.

상기 금속 타겟(16)은 기판(10) 상부에 기판(10)과 대면하도록 배치된다. 금속 타겟(16)은 스퍼터링에 의해 기판(10) 표면에 증착될 물질로 구성되며, 일반적으로 티타늄(Ti), 질화티타늄(TiN) 또는 알루미늄(Al) 등의 금속으로 구성된다. The metal target 16 is disposed on the substrate 10 to face the substrate 10. The metal target 16 is made of a material to be deposited on the surface of the substrate 10 by sputtering, and is generally made of a metal such as titanium (Ti), titanium nitride (TiN), or aluminum (Al).

상기 금속 타겟(16)은 비교적 높은 열전도성을 갖는 구리 또는 다른 적절한 물질로 구성되는 백킹 플레이트(17)에 부착된다. 금속 타겟(16)의 상면은 백킹 플레이트(17)의 저면에 납땜에 의하거나 접착제에 의해 부착된다. 그리고, 백킹 플레이트(17)에는 전원 소스(20)를 통해 음극의 DC 전원이 인가된다. 따라서, 백킹 플레이트(17) 및 금속 타겟(16)은 함께 본 스퍼터링 시스템의 음극으로써 기능하게 된다. The metal target 16 is attached to a backing plate 17 made of copper or other suitable material having a relatively high thermal conductivity. The upper surface of the metal target 16 is attached to the bottom of the backing plate 17 by soldering or by an adhesive. In addition, the DC power of the negative electrode is applied to the backing plate 17 through the power source 20. Thus, the backing plate 17 and the metal target 16 together function as the cathode of the present sputtering system.

상기 마그넷 어레이(18)는 원형의 플레이트로 금속 타겟(16)의 후방에 배치되고, 영구 자석인 일련의 N-극과 S-극이 적절히 배치되어 공정 챔버(12) 내에 자기장을 형성시킨다. 마그넷 어레이(18)는 금속 타겟(16)의 저면에 걸쳐 폐루프(closed loop) 자기장을 형성할 수 있으며, 플라즈마(30) 내부의 전자들의 운동 경로를 조정하여 플라즈마(30)를 금속 타겟(16) 부근으로 강력하게 한정시키는 기능을 한다. 또한, 마그넷 어레이(18)는 백킹 플레이트(17)와 소정 간격 이격되도록 회전 및 상하 이동 가능하게 설치되어 있다. 따라서, 상기 마그넷 어레이(18)는 공정 챔버(12)의 상부에 위치하는 모터(미도시)로부터 연장하는 구동 샤프트(22)에 커플링되어 상기 모터의 구동시 회전된다. 도시되지는 않았지만, 마그넷 어레이(18)의 상하 이동은 상기 모터와 함께 전체적으로 이동되거나, 상기 구동 샤프트(22)를 따라 슬라이딩함으로써 이루어질 수 있음은 자명하다. The magnet array 18 is arranged behind the metal target 16 in a circular plate, and a series of N-poles and S-poles, which are permanent magnets, are properly disposed to form a magnetic field in the process chamber 12. The magnet array 18 may form a closed loop magnetic field across the bottom of the metal target 16, and adjust the path of movement of electrons in the plasma 30 to direct the plasma 30 to the metal target 16. It strongly limits the area to). In addition, the magnet array 18 is installed to be rotatable and vertically movable so as to be spaced apart from the backing plate 17 by a predetermined interval. Thus, the magnet array 18 is coupled to a drive shaft 22 extending from a motor (not shown) located above the process chamber 12 to rotate when the motor is driven. Although not shown, it is apparent that the vertical movement of the magnet array 18 can be made by moving together with the motor as a whole or by sliding along the drive shaft 22.

여기서, 마그넷 어레이(18)의 회전은 금속 타겟(16) 면이 더욱 균일하게 침식되도록 한다. 즉, 마그넷 어레이(18)의 회전에 의한 플라즈마(30)의 회전은 적층 필름의 균일도를 향상시킬 뿐만 아니라, 플라즈마(30)가 상기 금속 타겟(16)면을 균일하게 훑고 지나감으로써 금속 타겟(16)의 효율성을 향상시킨다. 그러나, 금속 타겟(16)에 인가되는 음극의 DC 전원은 금속 타겟(16)의 중앙부위로 집중되게 인가되므로, 플라즈마(30)의 밀도가 금속 타겟(16)의 중심부에 집중되어 나타난다. 즉, 금속 타겟(16)에서 스퍼터링되는 금속 물질의 양인 스퍼터링 일드(sputtering yield)가 기판(10)의 중심부와 에지부에서 편차를 갖는다. Here, rotation of the magnet array 18 causes the metal target 16 surface to erode more evenly. That is, the rotation of the plasma 30 by the rotation of the magnet array 18 not only improves the uniformity of the laminated film, but also the plasma 30 uniformly sweeps through the surface of the metal target 16 so that the metal target ( 16) improve the efficiency. However, since the DC power supply of the cathode applied to the metal target 16 is concentrated and applied to the center portion of the metal target 16, the density of the plasma 30 appears to be concentrated at the center of the metal target 16. That is, the sputtering yield, which is the amount of metal material sputtered at the metal target 16, is varied at the center and the edge of the substrate 10.

그러나, 본 발명의 스퍼터링 증착 장치(11)에서는 기판(10)을 틸트시켜 회전할 수 있는 기판 스테이지(14)를 구비시킴으로서 금속 타겟(16)과 기판(10) 사이의 거리를 중심부보다 에지부에서 가깝도록 조정하여 기판(10) 상에 증착되는 금속 물질의 양을 균일하게 만들 수 있다.However, in the sputtering deposition apparatus 11 of the present invention, the substrate stage 14 capable of tilting and rotating the substrate 10 allows the distance between the metal target 16 and the substrate 10 to be measured at the edge portion rather than the center portion. Close adjustments can be made to make the amount of metal material deposited on the substrate 10 uniform.

상기 가스 배기부(26)는 공정 챔버(12)의 일측에 연결되는 배기관(미도시)에 연결되도록 구비된다. 상기 가스 배기부(26)는 공정 챔버(12) 내부를 진공으로 형성시키는 진공 펌프(미도시)를 포함한다. The gas exhaust unit 26 is provided to be connected to an exhaust pipe (not shown) connected to one side of the process chamber 12. The gas exhaust unit 26 includes a vacuum pump (not shown) for vacuuming the inside of the process chamber 12.

상기 가스 공급부(28)는 공정 챔버(12) 측부의 일측에 연결된 가스 공급관(미도시)에 연결되도록 구비된다. 상기 가스 공급관을 통해 금속 타겟(16)의 종류에 따른 스퍼터링 가스, 예를 들면 아르곤 등의 가스가 소정 수단에 의해 공정 챔버(12) 내로 안내된다. 상기 스퍼터링 가스는 상기 백킹 플레이트(17)와 연결된 전원 소스(20)에 의해 금속 타겟(16)에 전압을 인가하고, 공정 챔버(12) 내 글로우 방전(glow discharge)을 발생시켜 이온화되고, 고밀도의 플라즈마(30)로 형성된다. The gas supply unit 28 is provided to be connected to a gas supply pipe (not shown) connected to one side of the process chamber 12 side. Through the gas supply pipe, a sputtering gas according to the type of the metal target 16, for example, gas such as argon, is guided into the process chamber 12 by predetermined means. The sputtering gas is ionized by applying a voltage to the metal target 16 by a power source 20 connected to the backing plate 17 and generating a glow discharge in the process chamber 12, It is formed by the plasma (30).

이하, 본 발명에 따른 스퍼터링 증착 장치(11)의 작동을 설명하기로 한다. Hereinafter, the operation of the sputtering deposition apparatus 11 according to the present invention will be described.

도 2를 참조하면, 기판(10)이 안착된 기판 스테이지(14)를 제1 각도(15)로 틸트된 상태로 회전시킨다(S100).Referring to FIG. 2, the substrate stage 14 on which the substrate 10 is mounted is rotated in a tilted state at a first angle 15 (S100).

구체적으로, 기판(10)을 스퍼터링에 의한 증착 공정이 이루어지는 공정 챔버(12) 내부로 로딩하여 기판 스테이지(14) 상부에 안착시킨다. 이때, 기판 스테이지(14)는 기판 스테이지(14) 상에 안착된 기판(10)의 평면을 기준으로 할 때 기판(10)의 표면으로부터 제1 각도(15)로 틸트된 상태를 갖는다. 상기 제1 각도(15)는 5 내지 15°인 것이 바람직하다.Specifically, the substrate 10 is loaded into the process chamber 12 in which the deposition process by sputtering is performed, and is mounted on the substrate stage 14. At this time, the substrate stage 14 is tilted at a first angle 15 from the surface of the substrate 10 when the substrate stage 14 is referred to the plane of the substrate 10 seated on the substrate stage 14. Preferably, the first angle 15 is 5 to 15 degrees.

이어서, 상기 기판 스테이지(14)의 하부에 구비된 기판 구동축(13)에 연결된 회전 모터(미도시)를 작동시켜 상기 틸트된 상태를 갖는 기판 스테이지(14) 및 기판(10)을 회전시킨다. 여기서 기판(10)의 회전 속도는 당업자가 작업 조건에 따라 조절할 수 있으므로 그 속도는 한정하지 않는다.Subsequently, a rotating motor (not shown) connected to the substrate driving shaft 13 provided below the substrate stage 14 is operated to rotate the substrate stage 14 and the substrate 10 having the tilted state. In this case, the rotation speed of the substrate 10 may be adjusted by those skilled in the art according to working conditions, and thus the speed is not limited.

이어서, 공정 챔버(12) 내부의 압력을 가스 배기부(26) 및 제어부(미도시)를 통해 적절하게 조절하고, 전원 공급기(14b)를 통해 히터 블록(미도시)에 전원을 인 가시켜 기판(10)의 온도를 적절하게 유지한다.Subsequently, the pressure in the process chamber 12 is appropriately adjusted through the gas exhaust unit 26 and the control unit (not shown), and power is supplied to the heater block (not shown) through the power supply 14b to supply the substrate. Maintain the temperature of (10) appropriately.

이어서, 금속 타겟(16)에 전압을 인가시켜 공정 챔버(12) 내에 플라즈마(30)를 형성한다(S200).Subsequently, a voltage is applied to the metal target 16 to form a plasma 30 in the process chamber 12 (S200).

상기 플라즈마(30)는 백킹 플레이트(17)와 연결된 전원 소스(20)에 의해 금속 타겟(16)에 DC 전원을 인가시켜, 공정 챔버(11) 내에는 글로우 방전을 발생함으로서 형성한다. The plasma 30 is formed by applying DC power to the metal target 16 by the power source 20 connected to the backing plate 17 to generate a glow discharge in the process chamber 11.

동시에, 금속 타겟(16)의 종류에 따라 백킹 플레이트(17)의 상부에 구비된 마그넷 어레이(18)의 배치 높이를 조정한다. 그리고, 상기 조정된 마그넷 어레이(18)를 회전시켜 상기 플라즈마(30)를 금속 타겟(16) 부근으로 가두는 자기장을 형성시킨다. 구체적으로, 마그넷 어레이(18)는 영구 자석을 포함하는데, 상기 영구 자석은 어레이 플레이트의 표면에 대해 수직을 이루며 N극이 금속 타겟(16)을 향한다. 상기 자석의 배치에 의해 금속 타겟(16)의 중심부에 집중되고 회전 중심축으로부터 벗어나는 폐루프 자기장이 금속 타겟(16)의 후방에 형성된다. 이때, 모터(미도시)의 구동에 의한 마그넷 어레이(18)의 회전에 의해 상기 폐루프 자기장은 회전하면서 상기 플라즈마(30)를 금속 타겟(16) 부근에 가두게 된다. At the same time, the arrangement height of the magnet array 18 provided on the upper part of the backing plate 17 is adjusted according to the kind of metal target 16. The adjusted magnet array 18 is then rotated to form a magnetic field that traps the plasma 30 near the metal target 16. Specifically, magnet array 18 includes a permanent magnet, which is perpendicular to the surface of the array plate with the north pole facing the metal target 16. Due to the arrangement of the magnets, a closed loop magnetic field which is concentrated in the center of the metal target 16 and deviates from the rotational central axis is formed behind the metal target 16. At this time, the closed loop magnetic field is rotated by the rotation of the magnet array 18 driven by a motor (not shown) to confine the plasma 30 to the metal target 16.

이때, 상기 기판(10)이 회전하는 단계와 상기 공정 챔버(12) 내에 플라즈마(30)를 형성하는 단계는 동시에 수행되는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the step of rotating the substrate 10 and the step of forming the plasma 30 in the process chamber 12 are performed simultaneously.

이어서, 상기 플라즈마(30)에 포함된 입자가 상기 금속 타겟(16)과 충돌하여 형성된 금속 입자를 상기 기판(10) 상에 증착시킨다(S300).Subsequently, the particles included in the plasma 30 collide with the metal target 16 to deposit the metal particles formed on the substrate 10 (S300).

상기 플라즈마(30)에 포함된 입자는 상기 글로우 방전에 의해 고 에너지를 갖는다. 상기 고 에너지를 갖는 입자는 금속 타겟(16) 주변에 형성된 상기 자기장에 의해 전기적으로 가속되고 금속 타겟(16)과 충돌한다. 상기 충돌에 의해 금속 타겟(16)으로부터 금속 입자가 이탈된다. 상기 금속 입자는 틸트된 상태로 회전하고 있는 기판(10)의 상면과 공정 챔버(12)의 내벽 상에 증착된다. Particles contained in the plasma 30 have high energy by the glow discharge. The high energy particles are electrically accelerated by the magnetic field formed around the metal target 16 and collide with the metal target 16. The metal particles are separated from the metal target 16 by the collision. The metal particles are deposited on the top surface of the substrate 10 and the inner wall of the process chamber 12 which are being rotated in a tilted state.

이때, 금속 타겟(16)의 스퍼터링에 의해 발생된 금속 입자의 양은 금속 타겟(16)의 중심부가 에지부에 비해 상대적으로 크다. 따라서 기판(10) 상에 형성되는 금속막이 불균일하게 증착될 수 있다. At this time, the amount of metal particles generated by the sputtering of the metal target 16 is relatively large in the center of the metal target 16 compared to the edge portion. Therefore, the metal film formed on the substrate 10 may be unevenly deposited.

그러나, 상기 기판(10)을 틸트시켜 회전함으로서 금속 타겟(16)의 중심부와 기판(10)의 중심부까지의 거리에 비해, 기판(10)의 에지부까지의 거리가 가깝게 조정됨으로서 기판(10)의 인가되는 자기장의 세기가 기판(10)의 에지부로도 균등하게 조정된다. 그로 인해 플라즈마(30)의 형성 밀도가 기판(10)의 전면에서 균일하게 제공될 수 있어, 상기 기판(10)에 상기 금속 입자가 고르게 증착된다. 그 결과, 기판(10) 상에 막 두께 균일도가 향상된 금속막이 형성된다.However, compared to the distance between the center of the metal target 16 and the center of the substrate 10 by tilting and rotating the substrate 10, the distance to the edge of the substrate 10 is adjusted to be close to the substrate 10. The intensity of the applied magnetic field is adjusted evenly to the edge portion of the substrate 10. As a result, the formation density of the plasma 30 can be uniformly provided in front of the substrate 10, so that the metal particles are evenly deposited on the substrate 10. As a result, a metal film with improved film thickness uniformity is formed on the substrate 10.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스퍼터링 증착 장치 및 스퍼터링 증착 방법은 스퍼터링을 이용하여 기판 상에 금속 입자를 증착할 때 상기 기판이 안착된 기판 스테이지를 소정의 각도로 틸트된 상태로 회전시켜줌으로써 기판의 에지부와 금속 타겟 사이의 거리를 줄여줄 수 있다. 그로 인해 상기 기판의 전면에 인가되는 자기장의 세기가 균등하게 조정될 수 있어 플라즈마의 형성 밀도가 균일하므로, 상기 기판에 금속 입자의 증착 공정이 균일하게 진행될 수 있 다. 따라서, 상기 기판 상에 형성된 금속막의 두께 균일도가 향상될 수 있다. As described above, in the sputtering deposition apparatus and the sputtering deposition method according to a preferred embodiment of the present invention, when depositing the metal particles on the substrate using sputtering, the substrate stage on which the substrate is seated is tilted at a predetermined angle. By rotating, the distance between the edge of the substrate and the metal target can be reduced. Therefore, the intensity of the magnetic field applied to the entire surface of the substrate can be adjusted evenly, so that the density of plasma formation is uniform, so that the deposition process of the metal particles on the substrate can be performed uniformly. Therefore, thickness uniformity of the metal film formed on the substrate may be improved.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the foregoing has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. It will be appreciated.

Claims

A process chamber in which plasma particles are formed, and providing a space in which a sputtering process for forming a metal film on a substrate is performed;

A metal target provided on the process chamber to apply power to form a plasma, and to generate metal particles sputtered by plasma particles included in the plasma;

A magnet array formed on the metal target and forming a magnetic field for confining a plasma formed in the process chamber to the vicinity of the target; And

And a substrate stage for supporting the substrate and tilting and rotating the substrate at a first angle so as to reduce a distance between an edge portion of the substrate and a target.

The sputtering deposition apparatus according to claim 1, wherein the substrate stage includes a heating member for heating the substrate during a process for forming the metal film.

The sputtering deposition apparatus of claim 1, wherein the plasma particles comprise argon particles.

The sputtering deposition apparatus according to claim 1, wherein the first angle is 5 to 15 degrees from the surface of the substrate.

The method of claim 1, wherein the process chamber further comprises a gas supply for supplying a process gas for forming plasma particles into the process chamber and a gas exhaust for forming a predetermined vacuum pressure inside the process chamber. Sputtering vapor deposition apparatus made into.

Rotating the substrate stage on which the substrate is seated in a tilted state at a first angle;

Applying a voltage to the metal target to form a plasma in the process chamber; And

Sputtering deposition method comprising the step of depositing on the substrate the metal particles formed by the particles contained in the plasma collide with the metal target.

The method of claim 6, wherein the first angle is 5 to 15 degrees from the surface of the substrate.