KR20070112187A

KR20070112187A - 마그네트론 스퍼터링 챔버 상의 스플릿 자석링

Info

Publication number: KR20070112187A
Application number: KR1020077021095A
Authority: KR
Inventors: 진유 푸
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 2005-03-18
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2007-11-22
Also published as: US7618521B2; JP2008533305A; WO2006101772A2; US20060207873A1; JP5043823B2; WO2006101772A3; KR101321083B1

Abstract

스플릿 자석링(70)이 통공 내의 탄탈륨, 텅스텐 또는 기타 배리어 물질을 스퍼터링 증착하넨데 있어서 특히 마그네트론 플라스마 반응기(10) 내에서 효과적이며, 측벽체를 통해 통공의 바닥으로부터 물질을 재스퍼터링한다. 자석링은 2개의 고리형 자석링(72, 74)을 포함하며, 이들은 하나의 자석 및 관련된 폴 면의 적어도 축방향 길이의 비자성 공간(76)에 의해 구분되고 동일한 축방향 극성을 이룬다. 작은 불균형 마그네트론(36)은 동일 극성의 외측폴(42)을 갖는 타겟(16)의 기저를 중심으로 회전하며, 링 자석(72, 74)은 대향 극면의 보다 약한 내측폴(40)을 둘러싼다.

Description

마그네트론 스퍼터링 챔버 상의 스플릿 자석링{SPLIT MAGNET RING ON A MAGNETRON SPUTTER CHAMBER}

본 출원은 2005년 3월 18일 출원된 가출원 제 60/663,568을 우선권으로 한다.

기술 분야

본 발명은 일반적으로 물질 스퍼터링에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 마그네트론 스퍼터링 반응기(magnetron sputter reactor)에서 균등성을 개선하도록 사용되는 보조 자석에 관한 것이다.

배경 기술

스퍼터링, 또는 물리적 증착(PVD; physical vapor deposition)은 금속 또는 반도체 집적 회로 제조에 사용되는 관련 물질의 층 증착에 일반적으로 사용된다. 본래 실리콘 집적 회로에서 구리 금속화를 위해 개발된 본 기술은, 이제 홀을 채우는 구리의 최종 전기 도금을 위한 시드층으로서 사용되는 구리 스퍼터링 및 절연에서 상호연결 홀(interconnect hole) 구조체에서 배리어층(barrier layer)으로서 사용되는 탄탈륨과 같은 난융 금속(refractory metal)의 스퍼터링에도 적용된다. 스 퍼터링에의 필요성은 상호연결 홀의 지름이 100nm 아래로 줄어들거나 홀의 종횡비가 5 이상으로 증가한 경우 더욱 강조된다.

스퍼터링 반응기는 복잡한 형태의 타겟 및 유도성 전력 공급원과 함께 발전하여 왔으며, 그 대부분은 스퍼터링 원자의 이온화를 증가시키도록 의도된다. 이에 따라 웨이퍼의 바이어싱(biasing)은 이온화된 스퍼터링 원자를 홀 안으로 깊이 끌며, 또한 홀 바닥의 바람직하지 않은 층과 오버행(overhang)을 스퍼터링 에칭한다. 그러나 간단성 및 저렴한 가격으로 인하여 종래의 스퍼터링 반응기가 발전된 작용에 있어서도 여전히 사용된다. 종래의 스퍼터링 반응기는 정교한 자석으로 수정되어 보다 복잡한 스퍼터링 반응기의 성능 특징을 대부분 이룬다.

본 발명에서 참고된 Gung 등에 의한 미국 특허 6,610,184호는 이하 Gung이라 칭하며, 여기에서 도 1의 개략적인 단면도로서 도시된 플라스마 스퍼터링 반응기(10)가 개시된다. 진공 챔버(12)가 일반적으로 실린더형 측벽체(14)를 포함하며, 이는 전기적으로 접지된다. 전형적으로 도시되지 않은 접지된 교체 가능한 쉴드 및 종종 추가적인 플로팅 쉴드(floating shield)가 측벽체(14) 내에 위치하여 이들이 스퍼터링 코팅되는 것을 방지하지만, 이들은 진공을 유지하는 것을 제외하면 챔버 측벽체로서 작용한다. 스퍼터링될 금속으로 이루어진 적어도 표면층을 갖는 스퍼터링 타겟(16)은 절연기(18)를 통해 챔버(12)에 밀봉된다. 받침대 전극(pedestal electrode)(22)은 웨이퍼(24)를 지지하여 타겟(16)에 평행하게 대향되어 스퍼터링 코팅된다. 처리 공간은 쉴드 내측의 웨이퍼(24)와 타겟(16) 사이에서 한정된다.

바람직하게 아르곤인 스퍼터링 작용 가스는, 가스 공급원(26)으로부터 챔버 내에서 질량 유동 제어기(28)를 통해 계측된다. 도시되지 않은 진공 펌핑 시스템은 챔버(12) 내측을 전형적으로 10^-8Torr 또는 그 이하의 매우 낮은 베이스 압력으로 유지한다. 플라스마 작용 동안, 아르곤 압력은 약 5milliTorr의 챔버 압력을 제공하도록 공급되지만, 후술할 바와 같이 그 압력은 점차 감소한다. DC 전력 공급원(34)은 타겟을 약 -600VDC로 음으로 바이어싱(negative biasing)하여, 전자 및 아르곤 양이온을 포함한 플라스마 내에서 아르곤 작용 가스를 여기시킨다. 아르곤 양이온은 음으로 바이어싱된 타겟(16)으로 이끌리고 타겟(16)으로부터 금속 전자를 스퍼터링한다.

본 발명은, 특히 내포된 작은 마그네트론(36)이 타겟(16) 기저에서 도시되지 않은 백플레이트 상에 지지되는 SIP(self-ionized plasma)에 사용된다. 챔버(12)와 타겟(16)은 일반적으로 중심축(38) 둘레에서 원형 대칭이다. SIP 마그네트론(36)은 제 1 수직 자극의 내측 자석폴(magnet pole)(40)과 이에 반대인 제 2 수직 자극의 둘레의 외측 자석폴(42)을 포함한다. 두 개의 폴 모두 자석 요크(yoke)(44)에 의해 지지되고 이를 통해 자기적으로 커플링된다. 요크(44)는 중심축(38)을 따라 연장된 회전 샤프트(48) 상에 지지되는 회전암(46)에 고정된다. 샤프트(48)에 연결되는 모터(50)는 마그네트론(36)이 중심축(38) 둘레로 회전하도록 한다.

불균형 마그네트론에서, 외측폴(42)은 내측폴(40)에 의해 제공되는 것보다 큰 영역에 걸쳐서 일체화된 총 자기 플럭스를 가지며, 바람직하게는 자기 세기의 비율이 150% 이상이다. 대향된 자석폴(40, 42)은 챔버(12) 내측에 자기장(B _M)을 생성하며, 이는 타겟(16) 표면에 평행하게 인접한 강한 요소의 반-도넛형인 것이 일반적이어서, 고밀도 플라스마를 생성하고, 이에 따라 스퍼터링 비율을 증가시키고 스퍼터링된 금속 원자의 이온화 부분을 증가시킨다. 외측폴(42)이 내측폴(40)보다 자기적으로 강하기 때문에, 외측폴(42)로부터의 자기장 부분은 외측폴(42) 너머 기저로 되돌아가기 전에 받침대(22)를 향해 보다 돌출되어 자기 회로를 완성한다.

예를 들어, 13.56MHz의 주파수를 갖는 RF 전력 공급원(54)은 받침대 전극(22)에 연결되어 웨이퍼(24) 상에 음전하 셀프-바이어스(negative self-bias)를 생성한다. 이러한 바이어싱은 양전하로 충전된 금속 원자를 인접한 플라스마 아래로 이끌며, 따라서 인터-레벨 바이어스(inter-level vias)와 같이 웨이퍼 내에서 높은 종횡비의 바닥 및 측면을 코팅한다.

SIP 스퍼터링에서, 마그네트론은 작으며 높은 강도의 자기를 갖고 많은 양의 DC 전력이 타겟에 적용되어 플라스마 밀도가 타겟(16) 근처에서 10¹⁰cm^-3 이상으로 일어난다. 이러한 플라스마 밀도가 존재하여, 다수의 스퍼터링된 원자가 양전하로 충전된 금속 이온 내에 이온화된다. 금속 이온 밀도는, 그 중 많은 수가 타겟 기저에 다시 이끌려서 아직 금속 이온인 것을 스퍼터링하기 충분히 높다. 그 결과, 금속 이온은 스퍼터링 처리에서 효과적인 작용 종류에 따라 적어도 부분적으로 아르곤 이온으로 대체될 수 있다. 즉, 아르곤 압력이 감소될 수 있다. 감소된 압력 은 금속 이온의 탈이온화 및 스캐터링(scattering)을 감소시키는 장점을 갖는다. 구리 스퍼터링에서, 일단 플라스마가 점화되었다면, SSS(sustained self-sputtering)으로 불리는 처리가 아르곤 작용 가스를 완전히 제거한다. 알루미늄 또는 텅스텐 스퍼터링에서 SSS가 불가능하지만, 아르곤 압력은 종래의 스퍼터링에서 사용되는 압력으로부터 실질적으로 감소할 수 있으며, 예를 들어 1milliTorr 이하로 감소할 수 있다.

영구 자석(62)의 보조 어레이(60)는 챔버 벽체(14) 둘레에 위치하며, 일반적으로 웨이퍼(24)를 향해 처리 공간의 절반에 위치한다. 보조 자석(62)은 외측폴(42)로부터 자기장의 불균형 부분을 초래하도록 내포된 마그네트론(36)의 외측폴(42)과 동일한 제 1 자극을 갖는다. 후술할 실시예에서, 중심축(38) 둘레로 4개 또는 그 이상이 분배될 수도 있으나, 8개의 영구 자석이 유사한 동일 결과를 제공할 것이다. 챔버 벽체(14) 내측에 보조 자석(62)을 위치시키는 것이 가능하지만, 바람직하게는 처리 영역에서 그 효과적 강도를 증진시키도록 얇은 측벽 쉴드 외측에 위치할 수 있다. 그러나 측벽(14) 외측의 위치가 전체적인 처리 결과에서 바람직하다.

보조 자석 어레이(62)는 일반적으로 중심축(38) 중심으로 대칭으로 배치되어 원형 대칭 자기장을 제공한다. 내포된 마그네트론(36)이 자기장을 갖는 한편, 그 분배는 중심축(38) 둘레로 대칭이어서, 회전 시간에 걸쳐서 평균적으로 대칭이 된다. 내포된 마그네트론(36)의 많은 형태가 있다. 바람직하지 않으나 간단한 형태는 원형인 고리형 외측 자석폴(42)에 의해 둘러싸인 버튼 중앙 자석폴(40)을 가져 서, 그 결과 그 자기장은 중심축(38)으로부터 분배된 축 둘레로 대칭이고 내포된 마그네트론축은 챔버축(38) 둘레로 회전한다. 그러한 내포된 마그네트론은 중심축(38) 근처에서 꼭짓점을 갖고 타겟(16) 주변에서 밑변을 갖는 삼각형이다. 이러한 형태는, 자기장 평균 시간이 원형으로 내포된 마그네트론에 비해 보다 균등하기 때문에 바람직하다.

Gung은 그 자기 요소의 효과를 기술한다. 불균형 마그네트론(36)은, 타겟(16)의 스퍼터링면에 일반적으로 평행한 반-도넛형 자기장(B_M)을 생성하여, 그 결과 전자를 트래핑(trap)하고, 플라스마 밀도는 증가시키고, 따라서 스퍼터링 비율을 증가시킨다. 불균형으로 인하여 실질적으로 매칭되지 않는 자기장이 외측폴(42)로부터 발산되어, 챔버 중앙(38) 근처에서 챔버(12) 내에 돌출되지만 마그네트론(36)의 기저로 돌아오는 회귀 자기장(B_A1)과 챔버 측벽(14) 근처에서의 측벽장(sidewall field)(B_A2) 모두를 생성한다. 측벽장(B_A2)은 마그네트론(42)이 기저로 돌아오기 전에 유사한 극성의 보조 어레이(62)를 향해 떨어진다. Gung은 이러한 배열체에서 웨이퍼(24)를 향해 이온화된 스퍼터링 입자를 유도하고 플라스마를 연장하는 유익한 효과를 기술한다. 더욱이 그는 구리 필름 증착의 방사상 균등성이 증진되는 것을 기술한다.

Gung 구성은 구리 증착에 바람직하게 적용되었으며, 상업적으로 중요한 듀얼-대머신(dual-damascene) 구조체에서 수평 상호 연결 및 수직 상호 연결을 형성하도록 인터-레벨 절연체를 통해 형성된 좁은 통공 내에 얇은 구리 시드층(seed layer)에 특히 바람직하다. 구리 시드층은 전기화학적 도금(ECP; electrochemical plating)에 의해서 통공을 후속적으로 채우도록 시드 및 전기 도금층으로서 사용된다. 이러한 적용에서, 오버행은 중요한 문제점이 있다. 한편으로는, Gung 구성은 통공의 벽체와 구리 시드층 사이에서 탄탈륨 배리어층을 스퍼터링하는데 적용되는 경우, 결과적은 균등성이 완전히 만족스럽지 않다. 이러한 배리어 적용에 있어서, 통공 내 깊이 측벽체 커버 및 균등성은 보다 중요하다.

발명의 요약

보조 자석 어셈블리는 플라스마 스퍼터링 반응기의 처리 영역 둘레에 위치하며, 바람직하게는 챔버 벽체 밖에 위치한다. 이는, 동일한 자극의 적어도 2개의 자석링을 포함하며 비자성 또는 감소된 자성 물질 또는 공간에 의해 구분되며, 바람직하게는 그 길이가 링의 축방향 길이보다 적어도 길고 보다 바람직하게는 2배 길다.

2개의 자석링은, 챔버 외측 상에서 함께 고정 가능한 종래의 2개의 부품의 비자성 칼라(collar)로 이루어진다. 칼라는 2개의 내측을 면한 립(lib)을 가지며 자석을 위한 리세스를 구비한다. 링형 자석의 2개의 쌍은 리세스 내에 자석을 캡쳐하고 자기 요크(magnetic yoke)로서 작동한다.

탄탈륨, 티타늄, 또는 텅스텐과 같은 난융 금속과 같은 금속을 스퍼터링하기 위한 방법은 스플릿 자석링(split magnet ring)을 사용할 수 있으며, 내측링 공간은 처리를 위해 최적화될 수 있다.

도면의 간단한 설명

도 1은, 단일 보조 자석링을 포함하는 종래 기술상의 마그네트론 스퍼터링 반응기의 단면도이다.

도 2는, 도 1의 단일 자석링에 의해 생성된 자기장의 개략적 도면이다.

도 3은, 본 발명의 일 실시예의 스플릿 자석링에 의해 생성된 자기장의 개략적 도면이다.

도 4는, 도 3의 스플릿 자석링을 포함하는 본 발명의 마그네트론 스퍼터링 반응기의 단면도이다.

도 5는, 본 발명의 스플릿 자석링을 채택한 투-피스 칼라의 사시도이다.

도 6은, 본 발명에 따라 이룰 수 있는 증진된 균등성을 도시한 그래프이다.

바람직한 실시예의 상세한 설명

Gung에 의해 이루어진 증진된 균등성은, 부분적으로는 회전 마그네트론(36)으로부터 멀리 챔버의 벽체 상의 쉴드 또는 챔버 측벽체(14)에 인접한 쌍극장(dipole field)을 닮은 일반적으로 반-도넛형 자기장(64)을 생성하는 자석링(62)에 의해 이루어지는 것으로 여겨지지만, 챔버(12) 측면 상에 존재하여 회전 마그네트론(36)에 순간적으로 정렬된다. 도 2의 개략적인 측면도에서 상세히 도시되는 바와 같이, 자석링(62)에 의해 생성된 자기장(64)은 자석링(62)의 고리형 형태에 의해 중요하지 않은 부가적인 효과를 제외한 쌍극장이다. 챔버 벽체(14) 내에서, 쌍극장(64)은 플라스마, 특히 그 전자 확산에 대해 접지된 챔버 벽체(14)에 자기 배리어를 생성한다. 그 결과, 마그네트론(46) 근처에서 타겟(16)으로부터 확산되는 스퍼터링된 금속 이온을 포함하는 플라스마가 접지된 벽체(14)로 확산되는 것이 방지된다. 이러한 플라스마 확산은 그 에지 근처에서 보다 챔버 중심(38)에서 더 강한 플라스마를 야기한다. 이러한 불균등 플라스마는, 스퍼터링 증착될 웨이퍼(24)와 처리될 플라스마에 접근함에 따라 웨이퍼(24) 상에서 보다 강한 방사상 불균등을 야기한다. 감소된 측벽 확산에서, 플라스마는 방사상 방향으로 보다 균등해지며, 이는 보다 균등한 웨이퍼 처리를 야기한다.

그러나 쌍극장(64)은 몇 가지 단점을 갖는다. 도시된 바와 같이, 이는 자석링(60) 중앙선 근처에서 챔버 내측으로 안으로 볼록하다. 즉, 쌍극장(64)은 챔버 중심축(38)을 향해 볼록하여 크고 오목한 배리어를 형성한다. 그 결과, 플라스마는 내측으로 오목한 배리어 내에서 제한되고 이온화된 스퍼터링 입자는 웨이퍼(24) 중앙을 향해 다소 집중되며, 따라서 불균등한 스퍼터링 증착으로 특히 웨이퍼(24) 스퍼터링 에칭을 야기한다.

웨이퍼(24) 스퍼터링 에칭은 특히 높은 종횡비로 좁고 깊은 통공의 측벽체를 코팅하는데 중요하다. 티타늄, 몰리브덴, 탄탈륨, 텅스텐, 코발트, 및 류데늄을 포함하는 난융 금속과 같은 배리어 금속은 감소하였으나, 중요한 전기적 전도성 및 그 질화물은 반응성 스퍼터링에 의해 마그네트론 스퍼터링 반응기 내에 스퍼터링 증착될 수 있는데 낮은 전도성을 갖는다. 스퍼터링 플럭스가 높은 이온화 비율을 갖고 웨이퍼가 강하게 바이어싱되었다면, 이온은 통공 내에서 깊이 떨어져서 측벽 을 통해 바닥을 코팅한다. 플럭스의 일부가 가격하고 통공 바닥 상에 증착되는 부분은 동시에 또는 후속적으로 다시 스퍼터링되고 측벽체를 통해 바닥부 상에 증착된다. 따라서, 처리는 바닥부 상의 배리어층을 감소하거나 제거하여, 여기에서 아래 놓인 금속 레벨에 대항할 필요 없이 측벽체 커버를 증가시킨다.

자석 배리어를 볼록하게 하는 효과는, 구리 스퍼터링의 (향후의 생성에서 중요할 수 있으나) 현재의 생성에 있어서 중요하지 않은 것으로 보인다. 그러나 도 1의 구성에서 스퍼터링 탄탈륨은 대칭 측벽체 및 바닥부 증착과 재-스퍼터링의 매우 낮은 방사상 균등성을 제공한다. 구리 및 탄탈륨은 분명히 구분되는 물질이다. 타겟 재-스퍼터링 항복은 둘 사이에서 크게 다르며, SSS가 구리로는 가능하지만 탄탈륨으로는 가능하지 않은 범위로 구리의 보다 매우 높은 이온화 부분을 야기한다. 즉, 구리 스퍼터링에서 플라스마 점화 이후, 아르곤 스퍼터링 가스가 멈출 수 있으며, 스퍼터링된 구리 이온은 스퍼터링 가스로서 작용하여 플라스마를 지지한다. 또한, 매우 상이한 구리와 탄탈륨 질량은 통공 내의 스퍼터링 에칭의 크게 상이한 비율을 제공할 것이다.

플라스마는, 챔버 벽체(14) 또는 관련 쉴드에 인접한 자기장을 평평하게 함으로써, 보다 한정될 수 있으며 보다 균등한 스퍼터링 증착 및 에칭을 제공할 수 있다. 평평하게 하는 것은 자석링을 2개 또는 그 이상의 자석링으로 나눔(split)으로써 이루어질 수 있으며, 이는 공간 또는 다른 절연체로 구분된다. 개략적으로 도시된 도 3의 측면도에서, 스플릿 자석링(70)은 동일 극성의 2개의 자석 서브링(magnet sub-ring)(72, 74)을 포함하며, 이는 비자성 또는 적어도 영구 자석 성 격이 2개의 자석 서브링(72, 74)으로부터 적어도 실질적으로 제거된 분리부 또는 축방향 공간(76)을 포함한다. 각각의 서브링(72, 74)은 각각 실질적으로 쌍극장을 제공한다. 그러나 결과적으로 조합된 스플릿 링 자기장(78)은 실질적으로 평평하며, 특히 비자성 공간(76)으로 인하여 측벽체(14) 내측에서 그러하다. 그 결과, 조합된 자기장(78)은 챔버 측벽체(14)에 인접하여 효과적인 배리어로서 작용하여 플라스마가 접지된 측벽체(14) 또는 쉴드로 확산되는 것을 방지하고 챔버(12) 중심(38)을 향해 플라스마가 집중되는 것을 크게 감소시킨다.

이러한 구성은, 자석링(72, 74)의 자기적 포화를 감소시킨다는 추가 장점을 갖는다. 그 결과, 스플릿 자석링(76)에 의해 제공된 평균적인 자기장 밀도는 그 사이의 공간(76) 없이 상호 인접하여 위치하거나 또는 동일 자석을 사용한 자석링(72, 74)을 연속적으로 놓는 경우 제공되는 경우에 비해서 증가한다.

본 발명의 스퍼터링 반응기(80)는 도 4의 개략적인 단면도로서 스플릿 자석링(76)을 포함하여 도시된다. 불균형 루프 마그네트론(36) 아래 놓인 대략적인 자기장 분배(82)는 마그네트론(36)과 스플릿 자석링(72)으로부터의 불균형장을 조합한다.

마그네트론(36)은 플라스마 폐루프 형태를 갖는 불균형 LDR 마그네트론인 것이 바람직하며, 이는 Gung 등에 의해 2004년 9월 23일 출원된 미국 특허 출원 10/949,735호에 개시되고 본 발명에서 참조되며 미국 출원 공보 번호는 2005/0211548호이다. 스퍼터링 위치에서, 호 형태의 오목한 측면은 타겟(16)의 원주를 폐쇄하여 그 자기장이 타겟 원주 근처에 집중된다. 마그네트론(36)은 원심 메커니즘에 의해 스위칭될 수 있어서, 호 형태가 타겟 반지름에 보다 가까이 정렬되고 이에 따라 증착 사이의 타겟(16) 중심 위치를 비운다.

도 5에 사시도로서 도시된 스플릿 자석링 어셈블리(90)는 2개의 절반형 칼라(92, 94)를 포함하며, 이는 알루미늄과 같은 비자성 물질로 조합된다. 2개의 절반형 칼라(92, 94)는 챔버 벽체(14) 외부의 정렬핀(96)과 나사(98)에 의해 연결될 수 있으며, 나사 조립되어 수직 통공(100)을 통해 측벽(14)을 지지한다. 각각의 절반형 칼라(92, 94)는 2개의 고리형 내측을 면한 립(102)을 포함하며, 이는 리세스를 가져서 다수의, 예를 들어 8개의 수직 극성 막대 자석(104)을 수용한다. 각각의 자석(104)은 예를 들어 약 15cm의 길이를 갖고 6mm의 지름을 가질 수 있으며, NdBFe로 구성될 수 있다. 즉, 16개의 자석(104)이 (2개의 절반형 칼라(92, 94)로 분배되어) 2개의 세트로 이루어지며, 300mm 웨이퍼를 위해 구성된 챔버에서 중심축 둘레로 배열된다. 자석(104)들 사이의 수직 공간은 증착 균등성을 최적화하도록 다양할 수 있다. 전형적인 범위는 25 내지 44mm이며, 즉 각각의 자석 길이보다 크고 적어도 자석 길이의 2배이지만 자석 길이의 4배보다 작고, 이는 관련된 폴 표면의 두께를 포함한 것이다. 나사는, 예를 들어 SS410 스테인레스 스틸과 같은 자성 물질로 이루어진 두 쌍의 워셔-형 홀더(washer-shaped holder)(106)를 통해 자석(104)을 립(102) 상에서 붙잡으며 이는 립(102)의 수직 공간 측면에 대향하여 배치되어 홀더로서 작용할 뿐만 아니라 자석폴 표면으로서도 작용한다.

일반적으로, 측벽 자석은, 측벽체를 통해 하부 상에서 바닥부를 통해 증착된 탄탈륨을 재스퍼터링하도록 예를 들어 300mm 웨이퍼를 위한 800W RF 전력의 큰 웨 이퍼 바이어싱에만 효과적이다. 바이어싱은 보조 측벽 자석에 영향을 받은 이온화된 스퍼터링 이온을 보내고, 스퍼터링 중립자가 주로 웨이퍼 바이어싱 또는 측벽 자석에 영향을 받지 않는다. 스퍼터링 균등성 테스트는 탄탈륨 스퍼터링을 위한 다양한 링 자석을 사용하여 이루어진다. 시트 저항(R_S)은 웨이퍼 반지름을 따라 증착 균등성을 결정하도록 증착된 탄탈륨 필름에서 측정되었다. 도 6에 도시된 바와 같이, Gung에 의한 개념에서와 같은 하나의 측벽 자석링 또는 2개의 링 사이의 공간이 없는 스플릿 자석링은 거의 동일하게 높은 불균등성을 제공하여 일반적으로 만족스럽지 않다. 25mm 및 44mm의 공간을 구비한 스플릿 자석링은 불균등성을 크게 감소시킨다. 다른 실험들은 스플릿 자석링이, 일반적으로 도다 높은 웨이퍼 중심의 재스퍼터링에 비하여 웨이퍼 에지 근처의 재스퍼터링을 증가시키는데 효과적임을 증명한다.

또한, 스플릿 자석링은 티타늄 스퍼터링에도 적용된다. 이 경우, 2개의 자석링 사이의 공간은 2mm로 감소하여 수행을 최적화한다. 다양한 적용에서 공간을 변화시킬 수 있는 디자인 자유도는 스플릿 자석링의 하나의 장점이다.

그 사이에 비자성 공간을 갖는 3개 또는 그 이상의 자석 서브링을 갖는 것이 가능하다.

본 발명은 탄탈륨 및 티타늄 스퍼터링에 관련되어 기술되었으나, 특히 배리어 물질과 같은 다른 물질의 스퍼터링도 가능하다. 텅스텐 스퍼터링에서도 본 발명의 장점이 나타날 수 있다.

Claims

스퍼터링 반응기(sputter reactor)로서,

중심축 둘레로 배열된 측벽체를 갖는 진공 챔버;

상기 진공 챔버의 일 단부에 밀봉된 스퍼터링 타겟;

처리될 기판을 지지하도록 상기 스퍼터링 타겟에 대향하여 상기 중심축을 따라 배열된 받침대; 및

상기 중심축 둘레에 배열된 스플릿 자석링(split magnet ring)으로서, 상기 스퍼터링 타겟과 상기 받침대 사이에서 상기 중심축을 따라 적어도 부분적으로 위치하며, 그리고 상기 중심축을 따라 제 1 자극의 2개 이상의 서브링(sub-ring)을 포함하고, 실질적으로 자성이 감소된 상기 중심축을 따른 축방향 공간은 상기 서브링들 사이에서 유지되는,

스퍼터링 반응기.
제 1 항에 있어서,

상기 축방향 공간의 길이는, 상기 중심축을 따라서 상기 서브링들 중 하나의 길이와 적어도 동일한,

스퍼터링 반응기.
제 2 항에 있어서,

상기 축방향 공간의 길이는, 상기 서브링 중 상기 하나의 길이의 5배를 넘지 않는,

스퍼터링 반응기.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 스퍼터링 반응기는, 상기 중심축 둘레로 회전 가능하며 상기 받침대에 대향하여 상기 스퍼터링 타겟의 일 측면 상에 배열되는 마그네트론(magnetron)을 더 포함하는,

스퍼터링 반응기.
제 4 항에 있어서,

상기 마그네트론은 상기 제 1 자극의 반대인 제 2 자극의 내측폴(inner pole) 둘레로 상기 제 1 자극의 외측폴(outer pole)을 더 포함하며,

상기 외측폴의 총 자기 세기는 상기 내측폴의 총 자기 세기보다 실질적으로 더 큰,

스퍼터링 반응기.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 서브링 각각은 다수의 자석을 포함하는,

스퍼터링 반응기.
제 6 항에 있어서,

상기 서브링 각각은, 한 쌍의 고리형 자석폴 표면을 추가로 포함하는,

스퍼터링 반응기.
제 6 항에 있어서,

상기 스퍼터링 반응기는, 상기 서브링들의 자석들을 캡쳐하는 상기 진공 챔버의 측벽의 외측 둘레에 배열된 칼라(collar)를 더 포함하는,

스퍼터링 반응기.
제 8 항에 있어서,

상기 스퍼터링 반응기는, 상기 서브링 각각의 상기 자석들의 대향 단부들을 캡쳐하는 다수의 쌍의 자석링을 더 포함하는,

스퍼터링 반응기.
제 1 항 내지 제 3 항 어느 한 항에 있어서,

상기 스퍼터링 타겟의 스퍼터링 표면은 본질적으로 탄탈륨, 티타늄 및 텅스텐 중 하나를 포함하는,

스퍼터링 반응기.
스퍼터링 반응기의 측벽체 둘레에 배열되도록 구성되며, 함께 링을 형성하도록 2개 이상의 고정 가능한 서브링을 포함하는, 스플릿 자석링에 있어서,

상기 서브링 각각은,

부분 칼라(partial collar)로서, 1개 이상의 서로 다른 부분 칼라에 대해 고정 가능한, 부분 칼라; 및

자석들로서, 그 사이 축방향 공간을 구비하여 2개 이상의 부분적인 고리형 배열체 내에서 상기 부분 칼라 내에 잡히며, 상기 자석들의 상기 2개의 부분적인 고리형 배열체 사이의 공간은 상기 자석들의 각각의 길이보다 적어도 큰, 자석들을 포함하는,

스플릿 자석링.
제 11 항에 있어서,

상기 공간은 상기 각각의 길이보다 5배 이상 크지 않은,

스플릿 자석링.
제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,

상기 부분 칼라는, 상기 자석들이 위치한 수직 방향 리세스를 구비하는 2개 이상의 내측을 면한 립(lib)을 포함하는,

스플릿 자석링.
제 13 항에 있어서,

상기 스플릿 자석링은, 상기 립의 대향 측면에 배열되고 그 사이의 상기 자석을 캡쳐하는 적어도 두 쌍 이상의 자석 세그먼트를 포함하는,

스플릿 자석링.
기판 상에 금속을 스퍼터링하는 방법에 있어서,

중심축 둘레에 배열된 진공 챔버를 제공하는 단계;

상기 진공 챔버에 금속을 포함한 표면을 포함하는 타겟을 고정하는 단계;

상기 타겟에 대향하여 받침대 전극(pedestal electrode) 상에 처리될 기판을 지지시키는 단계;

상기 타겟으로부터 상기 금속을 스퍼터링하도록 상기 타겟에 DC 전력을 인가하여 상기 챔버 내에 플라스마를 여기시키는 단계;

상기 타겟 기저에서 상기 중심축 둘레에 불균형 마그네트론을 회전시키는 단계;

상기 받침대 전극을 RF 바이어싱하는 단계; 및

상기 타겟과 상기 받침대 전극 사이의 영역에서 상기 중심축을 둘러싸는 스플릿 자석링을 제공하는 단계로서, 상기 스플릿 자석은 상기 중심축을 따라 제 1 자극의 2개의 자석링을 포함하며, 이들은 상기 자석링들 중 어느 하나의 축방향 길이보다 적어도 큰 길이의 축방향 길이를 갖는 실질적으로 비자성 공간으로 구분되는, 스플릿 자석링을 제공하는 단계를 포함하는,

기판 상에 금속을 스퍼터링하는 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 금속은 난융 금속(refractory metal)인,

기판 상에 금속을 스퍼터링하는 방법.
제 16 항에 있어서,

상기 금속은 탄탈륨을 포함하는,

기판 상에 금속을 스퍼터링하는 방법.
제 16 항에 있어서,

상기 금속은 티타늄을 포함하는,

기판 상에 금속을 스퍼터링하는 방법.
제 16 항에 있어서,

상기 금속은 텅스텐을 포함하는,

기판 상에 금속을 스퍼터링하는 방법.
제 15 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 불균형 마그네트론은 상기 제 1 자극의 외측폴을 포함하며, 이는 반대인 제 2 자극의 보다 약한 내측폴을 둘러싸는,

기판 상에 금속을 스퍼터링하는 방법.
제 15 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 기판 상에 금속을 스퍼터링하는 상기 방법은, 반응성 스퍼터링 증착을 효과적으로 하도록 상기 진공 챔버 내에 질소를 주입하는 단계를 더 포함하는,

기판 상에 금속을 스퍼터링하는 방법.