KR20090132125A - Target structure of physical vapor deposition apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 PVD 증착 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 PVD 증착 장치의 타겟 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a PVD deposition apparatus, and more particularly to a target structure of the PVD deposition apparatus.
일반적으로 반도체 제조 공정 중에서 금속 박막을 형성하기 위하여 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition, PVD) 기술이 사용된다. 금속 박막을 형성하기 위하여 일반적으로 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링(sputtering) 방식이 사용되고 있다.In general, physical vapor deposition (PVD) technology is used to form a metal thin film in a semiconductor manufacturing process. In order to form a metal thin film, a sputtering method using a sputtering apparatus is generally used.
즉 알루미늄(Aluminum, Al), 티타늄(Titanium, Ti), 코발트(Cobalt, Co) 등과 같은 금속 박막을 기판에 형성하기 위하여 순도가 높은 금속 덩어리, 즉 타겟(Target)을 챔버 내에 장착한 후 고진공 상태에서 플라즈마 에너지에 의해 해리된 Ar 이온 등을 이용하여 타겟을 스퍼터링하여 금속 이온을 분리하고, 분리된 금속 이온이 기판에 흡착되어 박막을 형성한다.In other words, in order to form a thin film of metal such as aluminum, aluminum, titanium, cobalt, and cobalt on a substrate, a high-purity metal mass, that is, a target, is mounted in a chamber and then in a high vacuum state. In sputtering the target using Ar ions dissociated by plasma energy in the metal to separate the metal ions, the separated metal ions are adsorbed on the substrate to form a thin film.
PVD 공정에 사용되는 증착 장치는 일반적으로 챔버 및 상기 챔버 상부에 구비되는 타겟 어셈블리를 포함한다. 상기 타겟 어셈블리는 금속 타겟, DC 전원이 공 급되는 DC 전원부, 냉각부, 및 마크네트를 포함한다.The deposition apparatus used in the PVD process generally includes a chamber and a target assembly provided on the chamber. The target assembly includes a metal target, a DC power supply unit to which DC power is supplied, a cooling unit, and a mark net.
상기 금속 타겟은 기판에 금속 박막을 형성하기 위한 재료가 되며, 상기 타겟 어셈블리에 장착된다. 일반적으로 PVD 공정에 사용되는 금속 타겟은 모노블록(monoblock) 형태, 즉 단일의 덩어리 형태를 가진다. The metal target becomes a material for forming a metal thin film on a substrate and is mounted to the target assembly. In general, metal targets used in PVD processes are in the form of monoblocks, ie single lumps.
도 1a는 일반적인 모노블록 형태의 금속 타겟(10)을 포함하는 타겟 어셈블리(100)의 사시도를 나타내며, 도 1b는 도 1a에 도시된 모노블록 형태의 금속 타겟(10)을 포함하는 타겟 어셈블리(100)의 평면도를 나타낸다. 도 1a 및 도1b를 참조하면, 상기 타겟 어셈블리(100)는 금속 타겟(10), 타겟 고정부(15), 및 백플레이트(20)를 포함한다. 상기 모노블록 형태의 금속 타겟(10)은 평평하고 하나의 금속 덩어리로 형성되며, 상기 타겟 고정부(15)에 의하여 상기 백플레이트(20)에 고정된다. FIG. 1A illustrates a perspective view of a
챔버 내에 플라즈마가 불균일하게 형성됨에 따라 상기 모노블록 형태의 금속 타겟 표면은 스퍼터링에 의하여 균일하게 소모되지 않는다. As the plasma is unevenly formed in the chamber, the monoblock shaped metal target surface is not uniformly consumed by sputtering.
도 1c는 불균일하게 소모된 모노블록 형태의 금속 타겟을 나타낸다. 도 1c를 참조하면, 상기 모노블록 형태의 금속 타겟의 표면은 스퍼터링이 진행됨에 따라 플라즈마 균일도가 일정하지 않아 타겟 표면이 불균일하게 소모되어 타겟 전체의 표면 균일도가 점점 나빠질 수 있다. 예컨대, 플라즈마 불균일도에 의하여 모노블록 형태의 타겟 표면의 제1 영역(25)이 제2 영역(30)에 비하여 더 많이 소모될 수 있다. 1c shows a non-uniformly consumed monoblock-shaped metal target. Referring to FIG. 1C, as the surface of the monoblock metal target is sputtered, plasma uniformity may not be constant, and thus the surface uniformity of the entire target may gradually become worse as the surface of the target is uniformly consumed. For example, the
모노블록 형태의 금속 타겟 표면의 균일도가 점점 나빠짐에 따라 스퍼터링 에 의하여 기판(예컨대, 웨이퍼)에 형성되는 금속 박막의 두께 균일도도 점점 나빠진다. 금속 배선을 위하여 기판에 금속 박막의 두께가 상술한 바와 같이 균일하지 않게 형성되는 경우 금속 배선의 저항값이 원하는 것과 달라질 수 있다. 결국 금속 배선의 저항값이 달라짐으로 인하여 형성되는 반도체 소자의 신뢰성이 나빠질 수 있다.As the uniformity of the surface of the metal target in the form of monoblock becomes worse, the thickness uniformity of the metal thin film formed on the substrate (eg, wafer) by sputtering becomes worse. When the thickness of the metal thin film is not uniformly formed on the substrate for the metal wiring as described above, the resistance value of the metal wiring may be different from that desired. As a result, the reliability of the semiconductor device formed may be deteriorated because the resistance value of the metal wiring is changed.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 반도체 기판에 균일한 두께의 금속 박막을 증착할 수 있는 PVD 증착 장치의 타겟 구조를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a target structure of a PVD deposition apparatus capable of depositing a metal thin film having a uniform thickness on a semiconductor substrate.
상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 PVD 증착 장치의 타겟 구조는 다수의 유닛 타겟들로 구성되며, 상기 다수의 유닛 타겟들로 이루어진 하나의 평면 타겟 표면을 갖는 타겟부, 및 상기 다수의 유닛 타겟들 각각에 연결되며, 상기 다수의 유닛 타겟들 각각을 이동시키는 유닛 타겟 이동 제어부를 포함한다. 상기 하나의 평면 타겟 표면은 링 타입일 수 있다. 상기 유닛 타겟 이동 제어부는 상기 다수의 유닛 타겟들 각각을 상기 평면 타겟 표면을 기준으로 상하로 이동시킬 수 있다. 상기 다수의 유닛 타겟들 각각은 교체 가능하다.The target structure of the PVD deposition apparatus according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is composed of a plurality of unit targets, the target portion having a single planar target surface consisting of the plurality of unit targets, and And a unit target movement control unit connected to each of the plurality of unit targets, and configured to move each of the plurality of unit targets. The one planar target surface may be ring type. The unit target movement controller may move each of the plurality of unit targets up and down based on the planar target surface. Each of the plurality of unit targets is replaceable.
본 발명의 실시 예에 따른 PVD 증착 장치의 타겟 구조는 스퍼터링 공정에서 챔버 내에 플라즈마가 불균일하게 형성되더라도 타겟 면을 균일하게 조정할 수 있 어 기판에 증착되는 금속 박막의 균일성을 유지할 수 있고, 불균일한 타겟 소모가 있더라도 불균일하게 소모된 유닛 타겟만을 새로운 유닛 타겟으로 교체할 수 있어 반도체 소자의 생산 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.The target structure of the PVD deposition apparatus according to the embodiment of the present invention can maintain the uniformity of the metal thin film deposited on the substrate by uniformly adjusting the target surface even if the plasma is unevenly formed in the chamber in the sputtering process. Even if there is a target consumption, only a unit target that is consumed unevenly can be replaced with a new unit target, thereby reducing the production cost of the semiconductor device.
이하, 본 발명의 기술적 과제 및 특징들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 본 발명을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the technical objects and features of the present invention will be apparent from the description of the accompanying drawings and the embodiments. Looking at the present invention in detail.
도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 PVD 증착 장치의 타겟 구조를 나타낸다. 도 2a는 본 발명의 실시 예에 따른 PVD 증착 장치의 타겟 어셈블리의 평면도를 나타내고, 도 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 PVD 증착 장치의 타겟 엠셈블리의 단면도를 나타낸다. 도 2a 및 도 2b를 참조하면, PVD 증착 장치의 타겟 어셈블리는 백플레이트(205), 타겟 고정부(210), 타겟부(220) 및 유닛 타겟 이동 제어부(225)를 포함한다.2A to 2B illustrate a target structure of a PVD deposition apparatus according to an embodiment of the present invention. 2A illustrates a plan view of a target assembly of a PVD deposition apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2B illustrates a cross-sectional view of the target assembly of the PVD deposition apparatus according to an embodiment of the present invention. 2A and 2B, the target assembly of the PVD deposition apparatus includes a
상기 타겟부(220)는 상기 타겟 고정부(210)에 의해 상기 백플레이트에 고정된다. 상기 타겟부(210)는 다수의 금속 유닛 타겟들(T1 내지 Tn, n>1인 자연수)로 구성되며, 상기 다수의 금속 유닛 타겟들(T1 내지 Tn, 예컨대, n=5) 각각은 순도가 높은 금속일 수 있다. 예컨대, 상기 다수의 금속 유닛 타겟들(T1 내지 Tn, 예컨대, n=5)은 알루미늄(Aluminum, Al), 티타늄(Titanium, Ti), 또는 코발트(Cobalt, Co)일 수 있다.The
상기 타겟부(210)는 상기 다수의 유닛 타겟들(T1 내지 Tn, 예컨대, n=5)로 이루어진 하나의 평면 타겟 표면(230)을 갖는다. 예컨대, 상기 다수의 유닛 타겟들(T1 내지 Tn, 예컨대, n=5)은 동일한 높이를 갖는 링 모양의 형태일 수 있다.The
상기 다수의 유닛 타겟들(T1 내지 Tn, 예컨대, n=5)은 서로 인접하여 상기 타겟부(210)를 형성하며, 상기 타겟부(210)로부터 각각이 착탈 가능하다.The plurality of unit targets T1 to Tn, for example, n = 5 are adjacent to each other to form the
예컨대, 도 2a에 도시된 바와 같이 상기 타겟부(210)는 제1 유닛 타겟 내지 제5 유닛 타겟(T1 ~ T5)으로 구성될 수 있다. 상기 제1 유닛 타겟(T1)은 동심원 모양의 금속 타겟 일수 있고, 상기 제2 유닛 타겟(T2)은 상기 제1 유닛 타겟(T1)을 감싸도록 상기 제1 유닛 타겟(T1)의 외부 둘레에 인접하여 구성될 수 있다. 즉 상기 제1 유닛 타겟(T1)이 상기 제2 유닛 타겟(T2)의 링 중심에 끼워질 수 있다. For example, as illustrated in FIG. 2A, the
다음으로 상기 제3 유닛 타겟(T1)은 상기 제2 유닛 타겟(T2)의 외부를 감싸도록 구성될 수 있다. 즉 상기 제3 유닛 타겟(T3)의 링 중심에 상기 제2 유닛 타겟(T2)이 끼워질 수 있다. 상기 제4 유닛 타겟(T4) 및 상기 5 유닛 타겟(T5)도 상술한 바와 같이 구성될 수 있다.Next, the third unit target T1 may be configured to surround the outside of the second unit target T2. That is, the second unit target T2 may be fitted to the ring center of the third unit target T3. The fourth unit target T4 and the fifth unit target T5 may also be configured as described above.
요약하면, 상기 타겟부(220)는 다음과 같이 구현될 수 있다. 상기 제1 내지 제5 유닛 타겟들(T1 ~ T2)이 순차적으로 인접하며, 상기 제1 내지 제5 유닛 타겟들(T1 ~ T2) 중 어느 하나의 유닛 타겟은 인접한 유닛 타겟의 링 중심에 끼워지거나 인접한 유닛 타겟을 자신의 링 중심에 끼울 수 있도록 구성될 수 있다.In summary, the
이렇게 구성된 제1 내지 제5 유닛 타겟들(T1 ~ T2)은 하나의 평면 타겟 표면(230)을 형성한다.The first to fifth unit targets T1 to T2 configured as described above form one
상기 제1 내지 제5 유닛 타겟들(T1 ~ T2) 중 어느 하나의 유닛 타겟은 상기 타겟부(220)로부터 착탈 가능하다. One unit target of the first to fifth unit targets T1 to T2 may be detachable from the
상기 유닛 타겟 이동 제어부(225)는 다수의 노브들(Knob, M1 ~ Mn, n>1인 자연수)을 포함하며, 상기 다수의 노브들(M1 ~ Mn) 각각은 상기 다수의 유닛 타겟들(T1 ~ Tn) 중 대응되는 어느 하나의 유닛 타겟과 연결된다.The unit target
상기 유닛 타겟 이동 제어부(225)는 상기 다수의 유닛 타겟들(T1 ~ Tn) 각각을 이동시킬 수 있다. 상기 유닛 타겟 이동 제어부(225)는 다수의 유닛 타겟들(T1 ~ Tn)을 상기 하나의 평면 타겟 표면을 중심으로 위쪽 또는 아래쪽으로 이동시킬 수 있다.The unit target
예컨대, 상기 제1 노브(M1)는 제1 유닛 타겟(T1)의 일측에 연결될 수 있으며, 상기 노브(M1)를 조정함으로써 상기 하나의 평면 타겟 표면을 중심으로 상기 제1 유닛 타겟(T1)을 위로 또는 아래로 이동시킬 수 있다.For example, the first knob M1 may be connected to one side of the first unit target T1, and the first unit target T1 may be moved around the one planar target surface by adjusting the knob M1. You can move it up or down.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 PVD 증착 장치의 타겟 어셈블리의 평면도를 나타낸다. 도 3을 참조하면, 상기 타겟 어셈블리는 백플레이트(310), 타겟 고정부(320), 타겟부(330), 및 유닛 타겟 이동 제어부(미도시)를 포함한다.3 is a plan view of a target assembly of a PVD deposition apparatus according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the target assembly includes a
상기 백플레이트(310), 상기 타겟 고정부(320),및 상기 타겟 고정부(미도시)는 도 2a 및 도 2b에 나타난 대응하는 구성들과 그 기능이 동일하다. 상기 타겟부(330)는 육각형 모양을 갖는 다수의 유닛 타겟들로 구성된다.The
본 발명의 실시 예에 따른 타겟부(220)는 도 1a 및 1b에 도시된 모노블록 금속 타겟 형태가 아닌 다수의 유닛 타겟들을 포함하는 멀티 블록(multi-block) 형태의 타겟 구조를 갖는다. The
챔버 내에 플라즈마가 불균일하게 형성됨에 따라 상기 타겟부(220)의 평면 타겟 표면(230)이 스퍼터링에 의하여 균일하게 소모되지 않을 수 있다. 본 발명의 타겟부(220)의 타겟 표면(230)은 다수의 유닛 타겟들(T1 ~ T2)이 이루고 있으므로 불균일하게 소모된 부분의 유닛 타겟 또는 유닛 타겟들을 상기 유닛 타겟 이동 제어부(225)에 의하여 높이를 조절함으로써 균일한 타겟 평면을 유지할 수 있다.As the plasma is unevenly formed in the chamber, the
예컨대, 불균일한 플라즈마에 의하여 제3 유닛 타겟(T3)의 표면이 다른 유닛 타겟들의 표면보다 더 많이 소모되었다면, 상기 제3 노브(M3)를 조정하여 상기 제 3 유닛 타겟(T3)의 타겟 면을 다른 유닛 타겟, 예컨대, 인접한 제2 및 제4 유닛 타겟의 타겟 면에 맞출 수 있다.For example, if the surface of the third unit target T3 is consumed more than the surface of the other unit targets by the non-uniform plasma, the third knob M3 may be adjusted to adjust the target surface of the third unit target T3. Other unit targets, eg, target surfaces of adjacent second and fourth unit targets.
따라서 스퍼터링 공정에서 챔버 내에 플라즈마가 불균일하게 형성되더라도 타겟면을 균일하게 조정할 수 있어, 기판에 증착되는 금속 박막의 균일성을 유지할 수 있다. 그리고 불균일한 타겟 소모가 있더라도 불균일하게 소모된 유닛 타겟만을 새로운 유닛 타겟으로 교체할 수 있다.Therefore, even if plasma is unevenly formed in the chamber in the sputtering process, the target surface can be uniformly adjusted, thereby maintaining the uniformity of the metal thin film deposited on the substrate. And even if there is a non-uniform consumption of targets, only unit targets that are consumed non-uniformly can be replaced with new unit targets.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification but should be defined by the claims.
도 1a는 일반적인 모노블록 형태의 금속 타겟(10)을 포함하는 타겟 어셈블리의 사시도를 나타낸다.1A shows a perspective view of a target assembly comprising a
도 1b는 도 1a에 도시된 모노블록 형태의 금속 타겟을 포함하는 타겟 어셈블리의 평면도를 나타낸다.FIG. 1B illustrates a top view of a target assembly including the metal target in monoblock form shown in FIG. 1A.
도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 PVD 증착 장치의 타겟 구조를 나타낸다.2A to 2B illustrate a target structure of a PVD deposition apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 PVD 증착 장치의 타겟 어셈블리의 평면도를 나타낸다. 3 is a plan view of a target assembly of a PVD deposition apparatus according to another embodiment of the present invention.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
15, 210: 타겟 고정부, 20, 205: 백플레이트,15, 210: target fixing part, 20, 205: back plate,
10, 220: 타겟부, 230: 타겟 평면.10, 220: target portion, 230: target plane.
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---|---|---|---|---|
KR101028364B1 (en) * | 2010-08-03 | 2011-04-11 | (주)브이티에스 | The magnet source and the sputter system using the same |
-
2008
- 2008-06-20 KR KR1020080058230A patent/KR20090132125A/en not_active Application Discontinuation
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