KR20110105308A - Sputtering chamber - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스퍼터링 챔버에 관한 것으로서, 기판이 안착되는 서셉터가 구비된 챔버본체와; 상기 챔버본체의 상부영역에 배치된 타겟과; 상기 타겟과 상기 챔버본체의 상측면 사이에 전후 또는 좌우로 직선이동가능하게 배치되어 상기 타겟으로 자기장을 발생시키는 자기발생부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의하여 타겟이 보다 균일하게 스퍼터링 될 수 있다. The present invention relates to a sputtering chamber, comprising: a chamber body having a susceptor on which a substrate is mounted; A target disposed in an upper region of the chamber body; And a magnetic generator configured to linearly move back and forth or left and right between the target and the upper surface of the chamber body to generate a magnetic field to the target.
This allows the target to be sputtered more uniformly.

Description

스퍼터링 챔버{SPUTTERING CHAMBER}Sputtering Chamber {SPUTTERING CHAMBER}

본 발명은 스퍼터링 챔버에 관한 것으로, 구체적으로는 균일한 스퍼터링을 위해 구조를 개선한 스퍼터링 챔버에 관한 것이다.The present invention relates to a sputtering chamber, and more particularly, to a sputtering chamber having an improved structure for uniform sputtering.

유리등의 절연기판을 대상물로 진행되는 평판표시장치(plat panel display device) 또는 웨이퍼(wafer)를 대상으로 진행되는 반도체소자의 제조공정에는, 상기 절연기판이나 웨이퍼 등의 대상물(이하, 기판이라 한다.) 상에 박막을 증착하는 공정이 다수 반복하여 포함된다. 이들 박막은 전도체, 유전체 또는 반도체 물질로 이루어질 수 있는데, 단층으로서 회로배선이나 전계생성전극을 구성하기도 하고, 다층으로 적층되어 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT) 등의 스위칭소자를 구성하기도 한다. 이때 특히 박막으로 증착되는 물질이 금속일 경우에 스퍼터링 챔버가 사용될 수 있는데, 이는 대면하는 제 1 및 제 2 전극과, 이들 사이에서 서로 대면되는 기판 및 증착될 대상 물질로 이루어진 타겟(target)을 포함한다.In the process of manufacturing a semiconductor device for a flat panel display device or a wafer in which an insulating substrate such as glass is used as an object, an object such as the insulating substrate or a wafer (hereinafter referred to as a substrate) is referred to as a substrate. The process of depositing a thin film on.) Is repeatedly included. These thin films may be made of a conductor, a dielectric, or a semiconductor material, and may constitute a circuit wiring or an electric field generating electrode as a single layer, or may be stacked in multiple layers to form a switching device such as a thin film transistor (TFT). In this case, the sputtering chamber may be used, particularly when the material to be deposited as a thin film is a metal, which includes a first and second electrodes facing each other, and a target made of a substrate and a target material to be deposited therebetween. do.

스퍼터링 챔버의 박막증착원리 및 동작을 간단히 설명하면, 기판과 타겟이 존재되는 영역을 진공으로 조성한 후, 제 1 전극으로 양 전압 그리고 제 2 전극으로 음 전압을 가하면서 상기 진공 영역에 아르곤(Ar) 등의 가스를 주입한다. 그러면 가스 입자는 플라즈마(plasma) 상태로 이온화되는데, 이중 양(+)으로 대전된 입자는 제 2 전극으로 가속됨에 따라 타켓으로 충돌한다. 이 충돌을 통해 타겟 재질의 금속입자를 모재로부터 비산시키고, 이 비산된 입자는 양극 방향으로 가속되어 기판 표면에 증착된다. Briefly explaining the thin film deposition principle and operation of the sputtering chamber, after arranging the region where the substrate and the target are present in a vacuum, argon (Ar) is applied to the vacuum region while applying a positive voltage to the first electrode and a negative voltage to the second electrode. Inject gas such as The gas particles are then ionized in a plasma state, of which the positively charged particles collide with the target as they are accelerated to the second electrode. Through this collision, the metal particles of the target material are scattered from the base material, and the scattered particles are accelerated toward the anode and deposited on the substrate surface.

그런데, 스퍼터링 공정에서 타겟의 일부 부분이 다른 부분에 비해 더 높은 비율로 스퍼터링되어 타겟 전체 영역이 불균일하게 소모되는 경우가 발생된다. 즉, 챔버 내부의 기하학적인 형태와 챔버에서 발생되는 플라즈마의 밀도 및 균일성에 의해 타겟이 불균일하게 스퍼터링되어 일부분에 함몰 영역이 발생될 수 있다. 이와 같이 불균일한 타겟 스퍼터링은 기판의 오염을 초래하고 기판 표면에 걸쳐 스퍼터링되는 재료의 불균일한 두께의 증착을 초래할 수 있다. However, in the sputtering process, a portion of the target is sputtered at a higher rate than other portions, so that the entire target area is unevenly consumed. That is, due to the geometric shape inside the chamber and the density and uniformity of the plasma generated in the chamber, the target may be unevenly sputtered, and a recessed area may be generated at a portion thereof. Such non-uniform target sputtering can result in contamination of the substrate and result in non-uniform thickness deposition of the material being sputtered across the substrate surface.

이에 타겟의 균일한 스퍼터링을 위해서 스퍼터링 챔버 내부에 자석을 설치하여 자기장을 발생시키는 방법이 사용되고 있다. 그러나, 이 경우에도 자석이 일정한 궤도를 따라 회전하면서 자기장을 발생시키기 때문에 타겟 스퍼터링의 균일성에 한계가 있다. 또한, 자석의 크기가 한계가 있으므로 기판이 대면적화에 대응하지 못하는 부분이 있다. In order to uniformly sputter the target, a magnet is installed in the sputtering chamber to generate a magnetic field. However, even in this case, there is a limitation in uniformity of target sputtering because the magnet generates a magnetic field while rotating along a constant track. In addition, since the size of the magnet is limited, there is a part that the substrate does not support the large area.

한편, 종래 스퍼터링 챔버는 반응가스를 공급하는 가스공급구조가 챔버본체의 측벽을 통해 공급되므로 반응가스가 챔버 내부에 균일하게 공급되지 못하는 문제가 있다.On the other hand, the conventional sputtering chamber has a problem that the reaction gas is not uniformly supplied into the chamber because the gas supply structure for supplying the reaction gas is supplied through the side wall of the chamber body.

본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로 타겟이 균일하게 스퍼터링 될 수 있는 자기발생부를 구비한 스퍼터링 챔버를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a sputtering chamber having a magnetic generator capable of uniformly sputtering a target to solve the above problems.

또한, 본 발명의 다른 목적은 기판의 대면적화에 쉽게 대응하여 자석의 크기를 능동적으로 증가시킬 수 있는 자기발생부를 구비한 스퍼터링 챔버를 제공하는 것이다. In addition, another object of the present invention is to provide a sputtering chamber having a magnetic generating portion capable of actively increasing the size of the magnet in response to the large area of the substrate.

또한, 본 발명의 다른 목적은 자기발생부가 샤워헤드 구조로 이루어져 챔버 내부로 반응가스의 공급이 원활하게 이루어질 수 있는 스퍼터링 챔버를 제공하는 것이다. In addition, another object of the present invention is to provide a sputtering chamber in which the magnetic generating portion is made of a shower head structure, and the supply of the reaction gas into the chamber can be made smoothly.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 스퍼터링 챔버에 관한 것이다. 본 발명의 스퍼터링 챔버는, 기판이 안착되는 서셉터가 구비된 챔버본체와; 상기 챔버본체의 상부영역에 배치된 타겟과; 상기 타겟과 상기 챔버본체의 상측면 사이에 전후 또는 좌우로 직선이동가능하게 배치되어 상기 타겟으로 자기장을 발생시키는 자기발생부를 포함하는 것을 특징으로 한다. One aspect of the present invention for achieving the above technical problem relates to a sputtering chamber. The sputtering chamber of the present invention, the chamber body is provided with a susceptor on which the substrate is mounted; A target disposed in an upper region of the chamber body; And a magnetic generator configured to linearly move back and forth or left and right between the target and the upper surface of the chamber body to generate a magnetic field to the target.

일 실시예에 따르면, 상기 자기발생부는, 복수개의 자석이 조립된 자석조립체와; 상기 자석조립체를 커버하는 자석커버와; 상기 자석커버의 적어도 일측에 결합되어 상기 자석커버를 전후로 이동시키는 직선구동부를 포함한다.According to one embodiment, the magnetic generating unit, a magnet assembly in which a plurality of magnets are assembled; A magnet cover covering the magnet assembly; Is coupled to at least one side of the magnet cover includes a linear driving unit for moving the magnet cover back and forth.

일 실시예에 따르면, 상기 자석조립체는 복수개의 자석이 행과 열로 배치된다. According to one embodiment, the magnet assembly has a plurality of magnets arranged in rows and columns.

일 실시예에 따르면, 자기발생부는, 상기 자석커버를 수용하는 외부박스를 더 포함하고, 상기 외부박스와 상기 자석커버 사이에는 냉각수가 유동하는 냉각수유로가 형성된다. According to an embodiment, the magnetic generating unit further includes an outer box accommodating the magnet cover, and a cooling water flow path through which cooling water flows is formed between the outer box and the magnet cover.

일 실시예에 따르면, 상기 외부박스의 상측면에 결합되어 상기 자석조립체에서 발생된 자장의 손실을 방지하는 스틸플레이트를 더 포함한다.According to one embodiment, it further comprises a steel plate coupled to the upper side of the outer box to prevent the loss of the magnetic field generated in the magnet assembly.

일 실시에에 따르면, 상기 스틸플레이트는 판면에 자장의 집중을 방지하기 위해 자장을 통과시키는 적어도 하나의 개구가 형성된다. According to one embodiment, the steel plate is formed with at least one opening for passing the magnetic field to prevent the concentration of the magnetic field on the plate surface.

일 실시예에 따르면, 상기 챔버본체의 상측면에는 반응가스가 유입되는 가스유입구가 형성되고, 상기 자기장발생부는 상기 가스유입구를 통해 유입된 반응가스를 상기 챔버본체 내부로 균일하게 공급하는 다공성 샤워헤드구조를 갖는다.According to one embodiment, the upper side of the chamber body is formed with a gas inlet through which the reaction gas flows, the magnetic field generating portion porous shower head for uniformly supplying the reaction gas introduced through the gas inlet into the chamber body Has a structure.

본 발명에 따른 스퍼터링 챔버는 자석조립체가 구동축에 의해 좌우 또는 상하로 직선운동하면서 자기장을 발생하므로 타겟의 스퍼터링을 보다 균일하게 진행시킬 수 있다. In the sputtering chamber according to the present invention, since the magnet assembly generates a magnetic field while linearly moving left and right or up and down by the drive shaft, the sputtering of the target can be performed more uniformly.

또한, 반응가스의 공급이 외부박스 및 내부박스의 샤워헤드 구조를 통해 이루어지므로 챔버본체 내부로 보다 원활하고 균일하게 공급될 수 있다. In addition, the supply of the reaction gas is made through the shower head structure of the outer box and the inner box can be more smoothly and uniformly supplied into the chamber body.

또한, 복수개의 자석을 행과 열로 결합하여 자석조립체가 이루어지므로 기판의 크기에 대응하여 자석의 크기를 손쉽게 증가시켜 스퍼터링의 균일성을 높일 수 있다. In addition, since the magnet assembly is formed by combining a plurality of magnets in rows and columns, the uniformity of the sputtering can be increased by easily increasing the size of the magnets corresponding to the size of the substrate.

도 1은 본 발명의 스퍼터링 챔버의 단면 구성을 개략적으로 도시한 단면도,
도 2는 도1의 스퍼터링 챔버의 자기발생부의 구성을 확대하여 도시한 확대도,
도 3은 도2의 가스공급구조를 확대하여 도시한 확대도,
도 4와 도5는 본 발명의 내부박스의 구성을 도시한 사시도,
도 6 내지 도9는 본 발명의 자기발생부의 다양한 실시예를 도시한 예시도,
도 10 내지 15는 본 발명의 스퍼터링 챔버의 스틸플레이트의 다양한 실시예를 도시한 에시도이다. 1 is a cross-sectional view schematically showing the cross-sectional configuration of the sputtering chamber of the present invention,
2 is an enlarged view illustrating an enlarged configuration of a magnetic generator of the sputtering chamber of FIG. 1;
3 is an enlarged view showing an enlarged gas supply structure of FIG. 2;
4 and 5 are a perspective view showing the configuration of the inner box of the present invention,
6 to 9 are exemplary views showing various embodiments of the magnetic generator of the present invention;
10 to 15 are schematic views showing various embodiments of the steel plate of the sputtering chamber of the present invention.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
In order to fully understand the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Embodiment of the present invention may be modified in various forms, the scope of the invention should not be construed as limited to the embodiments described in detail below. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Therefore, the shape of the elements in the drawings and the like may be exaggerated to emphasize a more clear description. It should be noted that the same members in each drawing are sometimes shown with the same reference numerals. Detailed descriptions of well-known functions and configurations that are determined to unnecessarily obscure the subject matter of the present invention are omitted.

도 1은 본 발명의 스퍼터링 챔버의 단면구성을 도시한 단면도이고, 도 2는 도1의 스퍼터링 챔버의 자기발생부의 구성을 확대하여 도시한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view showing a cross-sectional configuration of the sputtering chamber of the present invention, Figure 2 is an enlarged cross-sectional view showing the configuration of the magnetic generating portion of the sputtering chamber of FIG.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 스퍼터링 챔버(1)는 크게 플라즈마를 발생시켜 스퍼터링 공정이 수행되는 챔버본체(100)와, 챔버본체(100)의 상부영역에 배치되어 스퍼터링 되는 타겟(200)과, 타겟(200)과 챔버본체(100) 사이에 배치되어 타겟(200)이 균일하게 스퍼터링 되도록 직선이동하며 자기장을 발생시키는 자기발생부(300)를 포함한다. As shown in Figure 1 and 2, the sputtering chamber 1 of the present invention is largely generated by the plasma sputtering process is performed in the chamber body 100, the upper region of the chamber body 100 is sputtered The target 200 and the target 200 and the chamber body 100 is disposed between the magnetic generating unit 300 to linearly move so as to uniformly sputter the target 200 to generate a magnetic field.

챔버본체(100)는 소정 체적을 갖도록 마련되며 알루미늄, 스테인리스, 구리와 같은 금속 물질로 마련될 수 있다. 또한, 챔버본체(100)는 코팅된 금속 예를 들어 양극처리된 알루미늄이나 니켈 도급된 알루미늄으로 제작될 수 있다. 또한, 챔버본체(110)은 내화 금속으로 구비될 수 있다. 또한, 챔버본체(100)는 경우에 따라 전체를 석영, 세라믹과 같은 절연체로 마련할 수도 있다.The chamber body 100 is provided to have a predetermined volume and may be made of a metal material such as aluminum, stainless steel, or copper. In addition, the chamber body 100 may be made of a coated metal, for example anodized aluminum or nickel-coated aluminum. In addition, the chamber body 110 may be provided with a refractory metal. In addition, the chamber body 100 may be provided with an insulator such as quartz or ceramic as a whole in some cases.

챔버본체(100)의 상부영역에는 반응가스가 공급되는 가스공급구(110)가 형성된다. 가스공급구(110)를 통해 유입된 반응가스는 자기발생부(300)의 샤워헤드 구조에 의해 이동하여 타겟(200)에 형성된 에 형성된 가스공급로를 통해 이동하여 가스분사구(220)를 통해 챔버내부로 분사된다. A gas supply port 110 through which a reaction gas is supplied is formed in an upper region of the chamber body 100. The reaction gas introduced through the gas supply port 110 moves by the shower head structure of the magnetic generating unit 300 and moves through the gas supply path formed in the target 200 to move the chamber through the gas injection port 220. Sprayed inside.

챔버본체(100)는 내부에 피처리 기판(W)이 놓여지는 기판지지대(120)를 구비한다. 이때 피처리 기판(W)은 지면과 평행하게 놓이게 된다. 기판 지지대(120)는 바이어스 전원 공급원(121)에 연결되어 바이어스 될 수 있다. 바이어스 전원 공급원(121)이 임피던스 정합기(123)를 통하여 기판 지지대(120)에 전기적으로 연결되어 바이어스 된다.The chamber body 100 includes a substrate support 120 on which a substrate W to be processed is placed. At this time, the substrate W is placed in parallel with the ground. The substrate support 120 may be biased by being connected to the bias power supply 121. The bias power supply 121 is electrically connected to the substrate support 120 through the impedance matcher 123 and biased.

기판 지지대(120)의 이중 바이어스 구조는 스퍼터 장치 내부에 플라즈마 발생을 용이하게 하고, 플라즈마 이온 에너지 조절을 더욱 개선시켜 공정 생산력을 향상 시킬 수 있다. 또는 단일 바이어스 구조로 변형 실시할 수도 있다. 또는 기판 지지대(120)는 바이어스 전원의 공급 없이 제로 퍼텐셜(zero potential)을 갖는 구조로 변형 실시될 수도 있다. The dual bias structure of the substrate support 120 facilitates plasma generation inside the sputter device and can further improve plasma ion energy control to improve process productivity. Alternatively, it may be modified to a single bias structure. Alternatively, the substrate support 120 may be modified to have a structure having a zero potential without supplying bias power.

기판 지지대(120)는 피처리 기판의 흡착을 위해 정전척(미도시)이 구비될 수 있다. 또한 기판 지지대(120)는 피처리 기판의 예열을 위해 히터(미도시)가 구비될 수 있다. The substrate support 120 may be provided with an electrostatic chuck (not shown) for adsorption of the substrate. In addition, the substrate support 120 may be provided with a heater (not shown) for preheating the substrate to be processed.

여기서, 피처리 기판(W)은 예를 들어, 반도체 집적 회로 장치, 평판 디스플레이 장치, 태양전지 등과 같은 다양한 장치들의 제조를 위한 웨이퍼 기판, 유리 기판, 플라스틱 기판 등과 같은 기판들이다. Here, the substrate W to be processed is, for example, substrates such as wafer substrates, glass substrates, plastic substrates, and the like for manufacturing various devices such as semiconductor integrated circuit devices, flat panel display devices, solar cells, and the like.

챔버본체(100)는 진공 펌프(130)에 연결되어 반응이 완료된 반응가스를 챔버본체(100) 외부로 배기한다. The chamber body 100 is connected to the vacuum pump 130 to exhaust the reaction gas is completed the reaction to the outside of the chamber body (100).

타겟(200)은 기판 지지대(120)의 상면에 배치된다. 타겟(200)은 챔버본체(100) 내에 형성된 플라즈마 이온의 충돌에 의해 판면의 재료가 분리되어 피처리 기판(W) 상에 박막 형태로 증착된다. 스퍼터링되는 타겟(200)은 알루미늄, 구리, 텅스텐, 티타늄, 코발트, 니켈 등과 같은 금속으로 구비될 수 있다. The target 200 is disposed on the upper surface of the substrate support 120. The target 200 is separated from the plate material by the collision of plasma ions formed in the chamber body 100 and deposited on the substrate W in a thin film form. The sputtered target 200 may be made of a metal such as aluminum, copper, tungsten, titanium, cobalt, nickel, or the like.

타겟(200)은 자기발생부(300)를 통해 공급된 반응가스를 챔버본체(100)로 공급시키기 위한 다공성 샤워헤드 구조를 갖는다. 이를 위해 타겟(200)의 판면에는 가스분사구(220)가 복수개 형성된다. 가스분사구(220)는 도시된 바와 같이 자기발생부(300)의 가스공급구(325)와 연통되게 배치되고 가스공급배플(330)을 통해 분산되는 반응가스를 챔버본체(100)로 공급시킨다. The target 200 has a porous shower head structure for supplying the reaction gas supplied through the magnetic generator 300 to the chamber body 100. To this end, a plurality of gas injection holes 220 are formed on the plate surface of the target 200. As illustrated, the gas injection port 220 is disposed in communication with the gas supply port 325 of the magnetic generating unit 300 and supplies the reaction gas dispersed through the gas supply baffle 330 to the chamber body 100.

타겟(200)은 금속으로 구비되므로 가스분사구(220) 주위에는 유전체링(230)이 삽입된다. 유전체링(230)은 챔버본체(100) 내부에서 발생되는 플라즈마 반응에 의해 가스분사구(220) 주변에 아킹성 방전이 발생되어 타겟(200)의 표면으로부터 파티클이 생성되는 것을 방지한다. Since the target 200 is made of metal, the dielectric ring 230 is inserted around the gas injection hole 220. The dielectric ring 230 prevents generation of particles from the surface of the target 200 by generating arcing discharge around the gas injection hole 220 by the plasma reaction generated inside the chamber body 100.

한편, 타겟(200)의 상측면에는 타겟(200)과 자기발생부(300)의 외부박스(310)와의 결합을 위한 결합돌기(210)가 복수개 구비된다. 결합돌기(210)는 도3에 확대도시된 바와 같이 외부박스(310)의 타겟결합홈(311)에 수용되어 타겟(200)과 외부박스(310)의 위치가 고정되도록 한다. 이 때, 결합돌기(210)는 결합의 안정성을 위해 측면이 경사지게 형성되는 것이 바람직하다. On the other hand, the upper side of the target 200 is provided with a plurality of coupling protrusions 210 for coupling the target 200 and the outer box 310 of the magnetic generating unit 300. Coupling protrusion 210 is accommodated in the target coupling groove 311 of the outer box 310 as shown in enlarged in Figure 3 so that the position of the target 200 and the outer box 310 is fixed. At this time, the coupling protrusion 210 is preferably formed to be inclined side for the stability of the coupling.

한편, 타겟(200)은 플라즈마를 이용하여 분해할 수 있고 전원을 공급하여 분해할 수도 있다. 이때 DC 전원(160) 또는 바이어스 전원(140)을 타겟(200)에 공급하거나 DC 전원(160)과 바이어스(140)을 혼합하여 타겟(200)에 공급할 수 있다. 바이어스전원(140)과 DC 전원 사이에는 차폐필터(170)를 구비하여 바이어스 전원(140)이 DC 전원(160) 측으로 공급되는 것을 차폐한다. On the other hand, the target 200 may be decomposed using a plasma or may be decomposed by supplying power. In this case, the DC power supply 160 or the bias power supply 140 may be supplied to the target 200, or the DC power supply 160 and the bias 140 may be mixed and supplied to the target 200. A shielding filter 170 is provided between the bias power supply 140 and the DC power supply to shield the bias power supply 140 from being supplied to the DC power supply 160.

자기발생부(300)는 타겟(200)의 상측부에 배치되어 챔버본체(100) 내부로 유도되는 플라즈마를 타겟(200)으로 유도함으로써 플라즈마에 의한 타겟(200)의 분해를 촉진한다. 또한, 자기발생부(300)는 좌우로 왕복 직선운동하며 자기장을 발생시켜 타겟(200)의 스퍼터링이 전영역에 걸쳐 균일하게 발생하도록 한다. The magnetic generating unit 300 is disposed on the upper side of the target 200 to guide the plasma guided into the chamber body 100 to the target 200 to promote decomposition of the target 200 by the plasma. In addition, the magnetic generator 300 reciprocates linearly from side to side and generates a magnetic field so that sputtering of the target 200 occurs uniformly over the entire area.

자기발생부(300)는 챔버본체(100)의 상부영역과 타겟(200) 사이에 배치되는 외부박스(310)와, 외부박스(310)의 내부에 수용되는 내부박스(340)와, 내부박스(340)의 내부에 수용되어 자석조립체(350)를 커버하는 자석커버(360)를 포함한다. The magnetic generator 300 includes an outer box 310 disposed between the upper region of the chamber body 100 and the target 200, an inner box 340 accommodated in the outer box 310, and an inner box. The magnet cover 360 is accommodated in the 340 to cover the magnet assembly 350.

외부박스(310)는 도1과 도2에 도시된 바와 같이 하부영역은 타겟(200)과 결합되고 상부영역은 챔버본체(100)의 상측면과 결합된다. 이를 위해 외부박스(310)의 하부영역에는 타겟(200)의 결합돌기(210)와 결합되는 타겟결합홈(311)이 형성되고 상부영역에는 가스공급구(110)로부터 공급된 가스가 유입되는 가스유입구(313)이 구비된다. As shown in FIGS. 1 and 2, the outer box 310 has a lower region coupled to the target 200 and an upper region coupled to an upper side of the chamber body 100. To this end, a target coupling groove 311 coupled to the coupling protrusion 210 of the target 200 is formed in the lower region of the outer box 310, and the gas supplied from the gas supply port 110 flows into the upper region. Inlet 313 is provided.

외부박스(310)는 전체적으로 샤워헤드의 구조로 형성되어 가스유입구(313)를 통해 유입된 반응가스를 챔버본체(100)의 상부영역으로 공급한다. 이를 위해 외부박스(310)는 내부박스(340)와의 사이에 반응가스가 이동되는 가스공급로(320)가 형성된다. 가스공급로(320)는 외부박스(310)의 중심영역에서 외측영역으로 전 영역에 걸쳐 형성되며 가스공급구(325)로 이어진다. The outer box 310 is formed as a shower head as a whole, and supplies the reaction gas introduced through the gas inlet 313 to the upper region of the chamber body 100. To this end, the outer box 310 is formed with a gas supply path 320 to move the reaction gas between the inner box 340. The gas supply path 320 is formed over the entire area from the center area of the outer box 310 to the outer area and leads to the gas supply hole 325.

가스공급구(325)는 타겟(200)의 가스분사구(220)와 연통되도록 형성된다. 여기서, 가스공급구(325)에는 반응가스를 균일하게 분사시키기 위한 가스공급배플(330)이 구비된다. 가스공급배플(330)은 가스공급구(325)의 길이방향을 따라 형성되어 가스공급로(320)를 통해 공급된 반응가스가 분산되어 가스분사구(220)를 통해 챔버본체(100) 내부로 원활하게 분사되도록 한다. The gas supply port 325 is formed to communicate with the gas injection port 220 of the target 200. Here, the gas supply port 325 is provided with a gas supply baffle 330 for uniformly injecting the reaction gas. The gas supply baffle 330 is formed along the longitudinal direction of the gas supply port 325 so that the reaction gas supplied through the gas supply path 320 is dispersed and smoothly into the chamber body 100 through the gas injection port 220. To be sprayed.

유전체링(230)은 가스분사구(220)와 가스공급구(325)를 모두 커버할 수 있도록 구비되어 타겟(200)과 외부박스(310)의 표면을 보호한다. The dielectric ring 230 is provided to cover both the gas injection port 220 and the gas supply port 325 to protect the surfaces of the target 200 and the outer box 310.

내부박스(340)는 외부박스(310)의 내측에 일정 간격 이격되게 배치되어 외부박스(310)와의 사이에 가스공급로(320)를 형성한다. 또한, 내부박스(340)는 내부에 자석커버(360)를 이동가능하게 수용하며, 자석커버(360)와의 사이에 냉각수유로(341)를 형성한다. 내부박스(340)는 냉각수공급부(미도시)로부터 냉각수가 유입되어 자석조립체(350)를 냉각시킨다. 자석조립체(350)는 스퍼터링 공정에 의해 타겟(200)에서 발생된 열이 전달된다. 자석조립체(350)에 열이 전달되는 것은 자기장의 발생에 영향을 미치므로 냉각수를 공급하여 냉각시킨다. The inner box 340 is disposed to be spaced apart at a predetermined interval inside the outer box 310 to form a gas supply path 320 between the outer box 310. In addition, the inner box 340 movably accommodates the magnet cover 360 therein, and forms a cooling water flow path 341 between the magnet cover 360. The inner box 340 cools the magnet assembly 350 by flowing coolant from a coolant supply unit (not shown). The magnet assembly 350 transfers heat generated in the target 200 by a sputtering process. Since heat is transferred to the magnet assembly 350 affects generation of a magnetic field, cooling is supplied by supplying cooling water.

도4는 본 발명에 따른 자기발생부(300)의 내부박스(340)의 외부구성을 도시한 사시도이고, 도5는 본 발명에 따른 자기발생부(300)의 내부박스(340)의 내부 구성이 나타나도록 도시한 사시도이다.4 is a perspective view showing the external configuration of the inner box 340 of the magnetic generating unit 300 according to the present invention, Figure 5 is an internal configuration of the inner box 340 of the magnetic generating unit 300 according to the present invention This is a perspective view shown to appear.

도시된 바와 같이 내부박스(340)의 내부에는 복수개의 자석이 서로 결합되어 배치된 자석조립체(350)와, 자석조립체(350)를 커버하는 자석커버(360)와, 자석조립체(350)와 구동부(370)를 연결하여 구동력을 전달하는 구동축(371)이 구비된다. As shown in the inner box 340, a magnet assembly 350 in which a plurality of magnets are coupled to each other, a magnet cover 360 covering the magnet assembly 350, a magnet assembly 350, and a driver A driving shaft 371 is provided to connect the 370 to transfer the driving force.

자석조립체(350)는 복수개의 자석이 서로 이어지게 연결된다. 자석조립체(350)는 복수개의 자석이 일렬로 서로 이어지게 배치된다. The magnet assembly 350 is connected to connect a plurality of magnets. The magnet assembly 350 is arranged such that a plurality of magnets are connected to each other in a row.

자석커버(360)는 복수개의 자석이 서로 연결된 자석조립체(350)가 일체로 이동할 수 있도록 내부에 함께 수용한다. 그리고, 자석커버(360)의 양측에는 구동축(371)이 연결되어 구동부(370)의 구동에 따라 자석조립체(350)가 좌우로 직선 이동될 수 있도록 한다. The magnet cover 360 accommodates therein so that the magnet assembly 350 to which a plurality of magnets are connected to each other can be integrally moved. In addition, driving shafts 371 are connected to both sides of the magnet cover 360 to allow the magnet assembly 350 to be linearly moved left and right according to the driving of the driving unit 370.

본 발명에 따른 자기발생부(300)는 내부박스(340) 내에 복수개의 자석조립체(350)가 병렬로 배치된다. 이 때, 내부박스(340)에는 복수개의 자석조립체(350)와 이를 수용하는 자석커버(360)를 상호 구획하는 격벽(345)이 구비된다. 격벽(345)에 의해 각각의 자석조립체(350)는 서로 독립적으로 배치된다. In the magnetic generator 300 according to the present invention, a plurality of magnet assemblies 350 are arranged in parallel in the inner box 340. At this time, the inner box 340 is provided with a partition wall 345 for partitioning the plurality of magnet assemblies 350 and the magnet cover 360 for receiving them. The magnet assemblies 350 are disposed independently of each other by the partition wall 345.

구동축(371)은 구동부(370)의 구동에 의해 자석커버(360)가 내부박스(340) 내를 좌우로 직선운동하도록 한다. The drive shaft 371 allows the magnet cover 360 to linearly move from side to side in the inner box 340 by driving of the drive unit 370.

이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기발생부(300a)는 도6에 도시된 바와 같이 복수개의 자석커버(360) 및 자석조립체(350a,350b)가 서로 엇갈린 방향으로 직선이동하도록 구비된다. 즉, 홀수열에 배치된 자석조립체(350a)는 왼쪽으로 직선이동하고, 짝수열에 배치된 자석조립체(350b)는 오른쪽으로 직선이동하도록 구동된다. 즉, 홀수열과 짝수열의 자석조립체가 서로 엇갈리며 구동된다. At this time, the magnetic generating unit 300a according to an embodiment of the present invention is provided such that the plurality of magnet covers 360 and the magnet assemblies 350a and 350b linearly move in a staggered direction as shown in FIG. 6. . That is, the magnet assemblies 350a arranged in odd rows are linearly moved to the left, and the magnet assemblies 350b arranged in even rows are driven to linearly move to the right. That is, odd-numbered and even-numbered magnet assemblies are alternately driven.

이에 따라 홀수열과 짝수열의 자석조립체에서 발생되는 자기장의 방향이 서로 달라지므로 타겟(200)에 미치는 자기장의 영향범위도 달라지게 되고, 보다 균일한 타겟 스퍼터링 효과를 볼 수 있다. Accordingly, since the directions of the magnetic fields generated in the odd-numbered and even-numbered magnet assemblies are different from each other, the influence range of the magnetic field on the target 200 is also changed, and a more uniform target sputtering effect can be seen.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 자기발생부(300b)는 도7에 도시된 바와 같이 복수개의 자석커버(360) 및 자석조립체(350c,350d)가 서로 동일한 방향으로 이동되도록 구비된다. 즉, 짝수열과 홀수열의 자석조립체(350c,350d)가 함께 동일한 방향으로 구동된다. 이 경우 앞서 설명한 서로 엇갈리게 구동되는 것에 비해 보다 큰 세기의 자기장이 형성될 수 있다. On the other hand, the magnetic generating unit 300b according to another embodiment of the present invention is provided such that the plurality of magnet covers 360 and the magnet assemblies 350c and 350d move in the same direction. That is, even-numbered and odd-numbered magnet assemblies 350c and 350d are driven together in the same direction. In this case, a magnetic field of greater intensity may be formed as compared to the mutually driven driving described above.

여기서, 본 발명의 자기발생부(300)는 한 개의 자석커버(360) 내에 자석조립체(350)가 일렬로 배치되도록 구비되었다. 그러나, 자석조립체(350)는 도8에 도시된 바와 같이 복수개의 자석이 복수개의 행과 열로 배치될 수도 있다. 자석조립체(350)는 피처리 기판(W)의 크기에 대응하여 자석커버(360) 내에 수용되는 개수를 적절하게 조절할 수 있다. Here, the magnetic generator 300 of the present invention is provided such that the magnet assemblies 350 are arranged in a line in one magnet cover 360. However, as shown in FIG. 8, the magnet assembly 350 may include a plurality of magnets arranged in a plurality of rows and columns. The magnet assembly 350 may appropriately adjust the number accommodated in the magnet cover 360 corresponding to the size of the substrate W to be processed.

또한, 내부박스(340) 내에 복수개의 자석조립체(350)가 구비되지 않고 도9에 도시된 바와 같이 복수개의 열과 행으로 배치된 한 개의 자석조립체(350f)만 구비될 수도 있다. 이 경우 자석조립체(350f)는 좌우 방향 뿐만 아니라 전후 방향으로도 직선이동될 수 있다. 이를 위해 서로 직교하게 배치된 복수개의 구동부(370c,370d)가 순차적으로 또는 선택적으로 구동되어 자석조립체(350f)의 구동방향을 조절할 수 있다. 이 때, 내부박스(340)의 구동축수용공(343)은 구동축(371)이 이동될 수 있는 정도의 길이(l)가 확보될 수 있도록 구비된다. In addition, a plurality of magnet assemblies 350 may not be provided in the inner box 340, but only one magnet assembly 350f disposed in a plurality of columns and rows may be provided as illustrated in FIG. 9. In this case, the magnet assembly 350f may be linearly moved in the front-rear direction as well as the left-right direction. To this end, the plurality of driving units 370c and 370d arranged perpendicular to each other may be sequentially or selectively driven to adjust the driving direction of the magnet assembly 350f. At this time, the drive shaft receiving hole 343 of the inner box 340 is provided so that the length (1) of the degree to which the drive shaft 371 can be moved is secured.

한편, 내부박스(340)의 상측면에는 스틸플레이트(380)가 구비된다. 스틸플레이트(380)는 자석조립체(350)의 자기장의 발생 경로상에 구비되어 자장의 손실을 조절하여 타겟(200)의 균일한 스퍼터링을 가능하게 한다. On the other hand, the steel plate 380 is provided on the upper side of the inner box 340. The steel plate 380 is provided on the path of generation of the magnetic field of the magnet assembly 350 to adjust the loss of the magnetic field to enable uniform sputtering of the target 200.

도10 내지 도15는 본 발명에 따른 스틸플레이트의 다양한 실시예를 도시한 예시도이다. 제1실시예에 따른 스틸플레이트(380)은 도10에 도시된 바와 같이 플레이트본체(381)에 사각형의 투과공(383)이 형성된다. 투과공(383)은 행과 열로 플레이트본체(381) 내에 관통형성되어 자석조립체(350)에서 발생된 자기장의 투과율을 조절한다. 즉, 투과공(383)의 형성과 관통면적에 따라 자기장의 투과율이 조절되게 된다. 10 to 15 are exemplary views showing various embodiments of the steel plate according to the present invention. In the steel plate 380 according to the first embodiment, a rectangular through hole 383 is formed in the plate body 381 as shown in FIG. 10. The through holes 383 are formed in the plate body 381 in rows and columns to adjust the transmittance of the magnetic field generated in the magnet assembly 350. That is, the transmittance of the magnetic field is adjusted according to the formation of the through hole 383 and the through area.

여기서, 투과공(383a)은 도10에 도시된 바와 같이 사각형 형상으로 구비되거나 도11에 도시된 바와 같이 원형 형상으로 구비될 수도 있다. Here, the through hole 383a may be provided in a rectangular shape as shown in FIG. 10 or may be provided in a circular shape as shown in FIG.

또한, 도11에 도시된 바와 같이 투과공(383b)는 서로 직교하게 일정 길이 배치된 슬릿 형상으로 구비될 수도 있고 도12에 도시된 바와 같이 투과공(383c)는 방사상 형태로 배치된 슬릿 형상으로 구비될 수도 있다. 그리고, 투과공(383d)는 도13에 도시된 바와 같이 서로 평행하게 배치된 슬릿형상으로 구비될 수도 있다. In addition, as shown in FIG. 11, the through holes 383b may be provided in a slit shape disposed at a predetermined length perpendicular to each other, and as shown in FIG. 12, the through holes 383c may have a slit shape disposed in a radial shape. It may be provided. And, the penetration hole 383d may be provided in a slit shape arranged in parallel with each other, as shown in FIG.

또한, 스틸플레이트(380e)는 도15에 도시된 바와 같이 투과공이 형성되지 않은 플레이트 형상으로 구비될 수도 있다. In addition, the steel plate 380e may be provided in a plate shape in which no penetration hole is formed, as shown in FIG. 15.

투과공의 형상과 개수는 자석조립체의 크기와 형상, 자기장의 세기 등을 고려하여 스틸플레이트와의 면적비율에 따라 적절하게 설계될 수 있다 The shape and number of through holes can be appropriately designed according to the area ratio with the steel plate in consideration of the size and shape of the magnet assembly, the strength of the magnetic field, and the like.

이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 스퍼터링 챔버(1)의 피처리 기판(W)을 처리하는 과정을 설명한다. The process of processing the to-be-processed substrate W of the sputtering chamber 1 which concerns on this invention with such a structure is demonstrated.

먼저, 기판 지지대(120) 상에 피처리 기판(W)을 적재하고 반응가스를 챔버본체(100) 내부로 공급한다. 이 때, 반응가스는 외부박스(310)의 가스유입구(313)를 통해 유입되어 가스공급로(320)를 거쳐 이동한다. 그리고, 가스공급배플(330)에 의해 분산되어 타겟(200)에 형성된 가스분사구(220)를 통해 챔버본체(100) 내부로 분사된다.First, the substrate W to be processed is loaded on the substrate support 120 and the reaction gas is supplied into the chamber body 100. At this time, the reaction gas is introduced through the gas inlet 313 of the outer box 310 and moves through the gas supply path 320. Then, it is dispersed by the gas supply baffle 330 is injected into the chamber body 100 through the gas injection port 220 formed in the target 200.

반응가스가 공급되고 챔버본체(100) 내부에는 플라즈마가 발생되며 타겟(200)을 스퍼터링 하여 피처리 기판(W)에 증착된다. 이때, 구동축(371)이 좌우로 이동하여 내부박스(340) 내에서 자석커버(360)와 자석조립체(350)가 함께 좌우로 이동한다. 자석조립체(350)의 좌우 이동에 의해 자기장이 발생되고, 발생된 자기장은 타겟(200)의 스퍼터링이 보다 균일하게 진행될 수 있도록 한다. The reaction gas is supplied, a plasma is generated inside the chamber body 100, and the target 200 is sputtered to be deposited on the substrate W to be processed. At this time, the drive shaft 371 moves to the left and right to move the magnet cover 360 and the magnet assembly 350 in the inner box 340 together. A magnetic field is generated by the left and right movement of the magnet assembly 350, and the generated magnetic field allows the sputtering of the target 200 to be performed more uniformly.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 스퍼터링 챔버는 자석조립체가 구동축에 의해 좌우 또는 상하로 직선운동하면서 자기장을 발생하므로 타겟의 스퍼터링을 보다 균일하게 진행시킬 수 있다. As described above, the sputtering chamber according to the present invention generates a magnetic field while the magnet assembly linearly moves left and right or up and down by the drive shaft, thereby allowing the sputtering of the target to be more uniformly performed.

또한, 반응가스의 공급이 외부박스 및 내부박스의 샤워헤드 구조를 통해 이루어지므로 챔버본체 내부로 보다 원활하고 균일하게 공급될 수 있다. In addition, the supply of the reaction gas is made through the shower head structure of the outer box and the inner box can be more smoothly and uniformly supplied into the chamber body.

또한, 복수개의 자석을 행과 열로 결합하여 자석조립체가 이루어지므로 기판의 크기에 대응하여 자석의 크기를 손쉽게 증가시켜 스퍼터링의 균일성을 높일 수 있다. In addition, since the magnet assembly is formed by combining a plurality of magnets in rows and columns, the uniformity of the sputtering can be increased by easily increasing the size of the magnets corresponding to the size of the substrate.

이상에서 설명된 본 발명의 스퍼터링 챔버의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The embodiment of the sputtering chamber of the present invention described above is merely illustrative, and those skilled in the art will appreciate that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. There will be. Therefore, it will be understood that the present invention is not limited to the forms mentioned in the above detailed description. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims. It is also to be understood that the present invention includes all modifications, equivalents, and substitutes within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

1 : 스퍼터링 챔버 100 : 챔버본체
110 : 가스공급구 120 : 기판지지대
121 : 바이어스 전원 123 : 임피던스정합기
130 : 진공펌프 140 : 바이어스전원
150 : 임피던스정합기 160 : DC전원
170 : 필터 200 : 타겟
210 : 결합돌기 220 : 가스분사구
230 : 유전체링 300 : 자기발생부
310 : 외부박스 311 : 타겟결합홈
313 : 가스유입구 320 : 가스공급로
325 : 가스공급구 330 : 가스공급배플
340 : 내부박스 341 : 냉각수유로
343 : 구동축수용공 345 : 격벽
347 : 구동축수용홈 350 : 자석조립체
360 : 자석커버 370 : 구동부
371 : 구동축 380 : 스틸플레이트
381 : 플레이트본체 383 : 투과공1: sputtering chamber 100: chamber body
110: gas supply port 120: substrate support
121: bias power source 123: impedance matcher
130: vacuum pump 140: bias power
150: impedance matcher 160: DC power supply
170: filter 200: target
210: coupling protrusion 220: gas injection port
230: dielectric ring 300: magnetic generator
310: outer box 311: target coupling groove
313: gas inlet 320: gas supply passage
325: gas supply port 330: gas supply baffle
340: inner box 341: cooling water flow path
343: driving shaft receiving hole 345: bulkhead
347: drive shaft receiving groove 350: magnet assembly
360: magnet cover 370: drive unit
371: drive shaft 380: steel plate
381: plate body 383: through hole

Claims (7)

스퍼터링 챔버에 있어서,
기판이 안착되는 서셉터가 구비된 챔버본체와;
상기 챔버본체의 상부영역에 배치된 타겟과;
상기 타겟과 상기 챔버본체의 상측면 사이에 전후 또는 좌우로 직선이동가능하게 배치되어 상기 타겟으로 자기장을 발생시키는 자기발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 챔버. In the sputtering chamber,
A chamber body having a susceptor on which a substrate is mounted;
A target disposed in an upper region of the chamber body;
A sputtering chamber, comprising: a magnetic generator configured to linearly move back and forth or left and right between the target and the upper surface of the chamber body to generate a magnetic field to the target. 제1항에 있어서,
상기 자기발생부는,
복수개의 자석이 조립된 자석조립체와;
상기 자석조립체를 커버하는 자석커버와;
상기 자석커버의 적어도 일측에 결합되어 상기 자석커버를 전후로 이동시키는 직선구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 챔버.The method of claim 1,
The magnetic generating unit,
A magnet assembly in which a plurality of magnets are assembled;
A magnet cover covering the magnet assembly;
A sputtering chamber coupled to at least one side of the magnet cover, the linear driving part moving the magnet cover forward and backward. 제2항에 있어서,
상기 자석조립체는 복수개의 자석이 행과 열로 배치되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 챔버.The method of claim 2,
The magnet assembly is a sputtering chamber, characterized in that a plurality of magnets are arranged in rows and columns. 제2항에 있어서,
자기발생부는,
상기 자석커버를 수용하는 외부박스를 더 포함하고,
상기 외부박스와 상기 자석커버 사이에는 냉각수가 유동하는 냉각수유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 챔버.The method of claim 2,
Magnetic generation section,
Further comprising an outer box for receiving the magnet cover,
A sputtering chamber, characterized in that the cooling water flow path is formed between the outer box and the magnet cover to flow the cooling water. 제4항에 있어서,
상기 외부박스의 상측면에 결합되어 상기 자석조립체에서 발생된 자장의 손실을 방지하는 스틸플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 챔버.The method of claim 4, wherein
Sputtering chamber further comprises a steel plate coupled to the upper side of the outer box to prevent the loss of the magnetic field generated in the magnet assembly. 제5항에 있어서,
상기 스틸플레이트는 판면에 자장의 집중을 방지하기 위해 자장을 통과시키는 적어도 하나의 개구가 형성되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 챔버.The method of claim 5,
The steel plate is a sputtering chamber, characterized in that at least one opening for passing the magnetic field is formed to prevent the concentration of the magnetic field on the plate surface. 제1항에 있어서,
상기 챔버본체의 상측면에는 반응가스가 유입되는 가스유입구가 형성되고,
상기 자기장발생부는 상기 가스유입구를 통해 유입된 반응가스를 상기 챔버본체 내부로 균일하게 공급하는 다공성 샤워헤드구조를 갖는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 챔버.The method of claim 1,
On the upper side of the chamber body is formed a gas inlet for the reaction gas flows in,
The magnetic field generating unit has a sputtering chamber, characterized in that having a porous shower head structure for uniformly supplying the reaction gas introduced through the gas inlet into the chamber body.
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WO2018057396A1 (en) * 2016-09-23 2018-03-29 Applied Materials, Inc. Sputtering showerhead
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