KR20130080342A - 스퍼터링 장치용 실드 - Google Patents

Abstract

스퍼터링 장치용 실드(shield)를 개시한다.
이러한 스퍼터링 장치용 실드는, 반도체 제조 공정에 사용하는 스퍼터링 장치의 챔버부 내에 설치되는 실드로서,
실드 본체와, 상기 실드 본체의 외부면을 덮는 상태로 형성되며 스퍼터링시 발생하는 박막물질이 증착되는 코팅부 그리고, 상기 코팅부의 외부면 상에서 박막물질의 박리를 억제할 수 있도록 형성되는 증착향상부를 포함한다.

Description

스퍼터링 장치용 실드{a shield for a sputtering apparatus}

본 발명은 반도체 제조 공정에 사용하는 스퍼터링 장치용 실드에 관한 것이다.

반도체 제조를 위한 증착 공정은 기판 표면에 드레인 전극, 게이트 전극과 같은 소정의 박막들을 형성하는 작업으로서, 대부분 스퍼터링(sputtering) 방식으로 진행된다.

스퍼터링 방식에 의한 증착 작업을 간략하게 설명하면, 진공 상태의 챔버 내부에 공정가스(예: 아르곤 가스, "불활성 가스"라고도 함.)를 공급한 상태에서 RF전압, 또는 DC전압을 인가하여 챔버 내에 플라즈마 방전을 발생시킨다.

그러면, 플라즈마 방전에 의해 공정가스의 이온화된 입자가 타겟과 충돌하면서 충돌에너지에 의해 상기 타겟으로부터 스퍼터링 입자(박막물질)들이 방출(비산)되고, 이 스퍼터링 입자들이 상기 챔버 내부에 배치된 기판 쪽으로 확산되면서 기판 일면에 증착되는 상태로 박막이 형성되도록 하는 것이다.

이러한 증착 작업에는 스퍼터링 장치가 사용되며, 이 스퍼터링 장치는 챔버 내에서 스퍼터링이 이루어지면서 성막 작업이 진행될 수 있도록 형성된다.

상기와 같은 증착 작업에 사용하는 스퍼터링 장치로는 공개특허공보 제10-2011-0062711호의 스퍼터링 장치가 있다.

상기 스퍼터링 장치는, 타겟 및 백플레이트가 설치되는 챔버와, 상기 챔버 내벽에 박막물질이 증착되는 것을 방지하기 위한 실드(shield)를 포함하여 이루어진다.

상기한 구성부들 중에서 특히 상기 실드는 박막물질의 증착력을 높여서 증착된 박막물질이 비(非)정상으로 박리(剝離)되는 것을 억제할 수 있는 표면 구조를 갖도록 형성하는 것이 매우 중요하다.

하지만, 상기한 종래 기술에 의한 스퍼터링 장치의 실드 구조에 의하면, 증착된 박막물질의 박리 현상을 억제할 수 있는 수단을 구비하고 있지 않으므로 스퍼터링 작업시 발생하는 박막물질이 실드 표면에 증착된 상태에서 전체 또는 일부가 비(非) 정상으로 쉽게 박리되는 현상이 발생할 수 있다.

특히, 상기 실드로부터 비정상으로 박리된 박막물질들은 챔버 내부에서 2차 오염을 유발하는 한 요인이 될 수 있다.

그러므로, 상기한 실드 구조로는 박막물질이 비정상으로 박리되는 현상을 억제하기 어려우므로 만족할 만한 작동 안정성 및 기능성을 기대하기 어렵다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,

본 발명의 목적은, 스퍼터링시 발생하는 박막물질에 의한 챔버 내부의 오염을 더욱 안정적으로 억제할 수 있는 스퍼터링 장치용 실드를 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 실현하기 위하여,

반도체 제조 공정에 사용하는 스퍼터링 장치의 챔버부 내에 설치되는 실드로서,

실드 본체;

상기 실드 본체의 외부면을 덮는 상태로 형성되며 스퍼터링시 발생하는 박막물질이 증착되는 코팅부;

상기 코팅부 측에 증착된 박막물질의 박리를 억제할 수 있도록 상기 코팅부의 외부면 상에 형성되는 증착향상부;

를 포함하는 스퍼터링 장치용 실드를 제공한다.

이와 같은 본 발명은, 스퍼터링 작업시 발생하는 박막물질의 증착 면적을 넓힐 수 있을 뿐만 아니라, 특히 증착된 박막물질의 박리(剝離) 현상을 억제할 수 있도록 형성된 증착향상부를 구비하고 있으므로, 스퍼터링 장치의 챔버부 내에서 스퍼터링 작업을 진행할 때 한층 향상된 실드의 작동 안정성 및 기능성을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 스퍼터링 장치용 실드의 설치 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 스퍼터링 장치용 실드의 세부 구조 및 작용을 설명하기 위한 도면들이다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다.

본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자들이 본 발명의 실시가 가능한 범위 내에서 설명된다.

따라서, 본 발명의 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있는 것이므로 본 발명의 특허청구범위는 아래에서 설명하는 실시 예들로 인하여 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 스퍼터링 장치용 실드의 설치 상태를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2 내지 도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 스퍼터링 장치용 실드의 세부 구조 및 작용을 설명하기 위한 도면들이다.

도 1을 참조하면, 도면 부호 2는 실드를 지칭하고, 도면 부호 M은 상기 실드(2)가 설치되는 스퍼터링 장치를 지칭한다.

먼저, 상기 실드(2)의 구조를 설명하기에 앞서, 상기 실드(2)가 설치되는 스퍼터링 장치(M)의 구조를 간략하게 설명한다.

상기 스퍼터링 장치(M)는 예를 들어, 도 1에서와 같이, 챔버(C1)를 구비한 챔버부(C)와, 상기 챔버부(C)의 챔버(C1) 상부에 배치되며 기판(G)을 잡아주는 스테이지(S)와, 상기 스테이지(S) 아래쪽에서 기판(G)과 마주하는 상태로 배치되는 타겟(T)과, 상기 타겟(T)의 스퍼터링을 위한 전압이 인가되는 백플레이트(B)를 포함하는 통상의 구조로 이루어질 수 있다.

상기한 스퍼터링 장치(M)는, 상기 백플레이트(B) 측에서 전압이 인가될 때 상기 챔버(C1) 내부에 플라즈마 방전이 일어나도록 셋팅되어 플라즈마 분위기의 챔버(C1) 내부로 공급된 공정가스가 이온화되고, 이온화된 입자들이 상기 타겟(T)과 충돌하면서 발생하는 충돌에너지에 의해 상기 타겟(T)으로부터 스퍼터링 입자 즉, 박막물질(T1)이 비산되는 상태로 기판(G) 측에 달라붙으면서 기판(G)의 성막이 이루어지도록 작동될 수 있다.

이러한 스퍼터링 장치(M)는 여러 가지 타입 중에서 어느 한 가지 타입을 일예로 설명 및 도시한 것이므로 상기 본 발명의 실드(2)가 설치되는 스퍼터링 장치(M)는 상기한 구조에 한정되는 것은 아니다.

다음으로 상기 실드(2)의 세부 구조 및 작용을 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한다.

상기 실드(2)는 상기 스퍼터링 장치(M)의 챔버부(C) 내측에서 타켓(T)의 스퍼터링이 이루어질 때, 비산(飛散) 상태로 발생하는 박막물질(T1)이 달라붙으면서 상기 챔버부(C)의 챔버(C1) 내면이 오염되는 것을 방지하기 위한 것이다.

즉, 상기 실드(2)는, 상기 챔버부(C) 내에서 상기 챔버(C1) 내면을 향하여 비산되는 박막물질(T1)을 차단할 수 있는 상태로 설치되며, 박막물질(T1)이 외부면에 원활하게 달라붙을 수 있는 구조를 갖도록 형성된다.

도 2를 참조하면, 상기 실드(2)는, 실드 본체(10)와, 이 실드 본체(10)의 외부면을 덮는 상태로 형성되며 스퍼터링시 발생하는 박막물질(T1)이 증착되는 코팅부(20)와, 이 코팅부(20)의 외부면 상에서 박막물질(T1)의 증착 면적을 넓히고, 박리를 억제할 수 있도록 형성되는 증착향상부(30)를 포함한다.

상기 실드 본체(10)는, 예를 들어, 금속재를 통상의 방법으로 가공하여 형성하거나, 금속 원료를 통상의 방법으로 성형하여 형성할 수 있으며, 스퍼터링 장치(M)의 챔버부(C) 내측에서 챔버(C1) 내면을 향하는 박막물질(T1)의 차단이 가능한 형태로 제공된다.

즉, 상기 실드 본체(10)는 예를 들어, 도 1을 기준으로 할 때 상기 스퍼터링 장치(M)의 챔버부(C) 내측에서 상,하 방향으로 간격을 띄우고 마주하는 상태로 배치된 스테이지(S) 및 타겟(T) 사이의 측면을 차단할 수 있는 형태를 가지며 도면에서와 같이 배치된 상태로 설치될 수 있다.

상기 실드 본체(10)는, 상기한 구조 및 설치 상태에 한정되는 것은 아니며, 이외에도 도면에는 나타내지 않았지만 스퍼터링 장치(M)의 챔버부(C) 내측에서 타겟(T)의 스퍼터링시 발생하는 박막물질(T1) 중에서 챔버(C1) 내면을 향하는 박막물질(T1)들을 원활하게 차단할 수 있는 형태 및 설치 구조는 다양하게 실시할 수 있다.

그리고, 상기 실드 본체(10)의 재질은 금속 중에서 내부식성 및 내열성이 우수한 재질(예: 스테인레스 스틸)을 선정하여 사용할 수 있다.

상기 코팅부(20)는 상기 실드 본체(10)의 외부면을 덮는 상태로 형성되어 상기 실드 본체(10)의 외부면에 내부식성을 부여하고, 박막물질(T1)이 원활하게 달라붙을 수 있는 면적을 제공한다.

도 3을 참조하면, 상기 코팅부(20)는 금속 코팅층으로 이루어지며, 상기 실드 본체(10)의 외부면 상에서 불규칙한 표면으로 이루어지는 금속의 증착면(22)을 제공할 수 있도록 형성된다.

상기 코팅부(20)를 형성하는 방법은, 여러 가지의 금속 코팅 방법 중에서 예를 들어 금속 원료를 융착 코팅하는 방식으로 진행할 수 있다.

특히, 상기 코팅부(20)는 융착 코팅 방법 중에서 아크 용사 코팅법(Electric Arc Spraying)으로 형성할 수 있다.

아크 용사 코팅법은 도면에는 나타내지 않았지만 2개의 금속선(용사 재료) 선단 간에 아크(arc) 열을 발생시켜서 아크 열에 의해 용융된 금속선의 선단을 압축공기로 불어서 소재 표면을 향하여 날려보내면서 충돌 적층 방식으로 코팅이 이루어지도록 한 것으로서, 금속막을 형성하는 작업을 간단하고 신속하게 진행할 수 있는 장점이 있다.

그리고, 금속선의 재질은 금속 중에서 피막의 밀착도 및 전력 효율이 우수한 것으로 알려진 알루미늄의 용사 재료를 사용하면 좋다.

상기 코팅부(20)는 아크 용사 코팅 작업에 의해 상기 실드 본체(10)의 외부면에서 대략 200㎛ 내지 250㎛ 범위 내의 코팅 두께(H1)를 갖도록 형성할 수 있다.

상기 코팅부(20)는 상기한 코팅 두께(H1) 범위보다 더 얇으면, 아크 용사 코팅에 의해 금속 원료를 실드 본체(10)의 외부면에 융착 시킬 때 불규칙한 표면을 갖도록 금속 코팅층을 형성하기 어렵다.

그리고, 상기한 코팅 두께(H1) 범위보다 더 두꺼우면, 재료비가 과다하게 소요될 뿐만 아니라, 상기 실드 본체(10)의 부피 및 무게가 비정상으로 커질 수 있다.

상기와 같이 아크 용사 코팅법으로 작업을 진행하면, 용융 금속이 실드 본체(10)의 외부면 상에 달라붙으면서 미세한 요철부로 이루어진 증착면(22)을 갖는 금속의 코팅부(20)를 간편하게 형성할 수 있다.

상기 증착면(22)은 상기 코팅부(20)를 대략 200㎛ 내지 250㎛ 범위 내의 코팅 두께(H1)로 형성할 때 상기한 코팅 두께(H1) 범위 내에서 불규칙한 요철부를 갖는 상태로 형성될 수 있다.

한편, 상기 증착향상부(30)는, 상기 실드 본체(10)의 코팅부(20) 상에서 박막물질(T1)의 증착 면적을 넓히고, 박리를 억제할 수 있는 구조의 돌기들이나 홈들로 이루어질 수 있다.

도 4를 참조하면, 상기 증착향상부(30)는 예를 들어, 상기 코팅부(20)의 증착면(22) 상에서 외측으로 돌출된 상태로 형성된 복수 개의 증착용 돌기(32)들로 이루어질 수 있다.

상기 증착용 돌기(32)의 재질은 금속으로 이루어질 수 있으며, 상기 코팅부(20)의 재질과 동일하거나 유사한 금속 재질 중에서 사용할 수 있다.

상기 증착용 돌기(32)들은 예를 들어, 아크 용사 코팅법으로 상기 코팅부(20)의 증착면(22) 상에 형성할 수 있다.

이때, 상기 증착용 돌기(32)들은 예를 들어, 상기 코팅부(20)를 형성하는 작업에 의해 상기 코팅부(20)와 일체로 형성할 수 있다.

상기 증착용 돌기(32)들의 외부면은 상기 실드 본체(20)의 코팅부(20) 상에서 여러 가지 형태로 돌출 형성될 수 있다.

예를 들어, 상기 증착용 돌기(32)들은 도 4에서와 같이 상기 코팅부(20)의 증착면(22)에서 반구형(半球形) 모양으로 돌출 형성된 상태로 제공될 수 있다.

이때, 상기 증착용 돌기(32)들은 상기 코팅부(20)의 증착면(22) 상에서 여러 가지 배열로 형성될 수 있다.

예를 들어, 상기 증착용 돌기(32)들은 도 5에서와 같이 상기 코팅부(20)의 증착면(22) 내에서 대략 바둑판 모양의 배열을 이루도록 복수 개가 이격 형성된 상태로 제공될 수 있다.

그리고, 상기 증착용 돌기(32)들은 상기 코팅부(20) 상에 형성될 때 상기와 같은 돌출 모양 및 배열을 갖는 구조에 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 도 6에서와 같이 다각형 모양으로 돌출 형성된 상태로 제공될 수도 있으며, 이외에도 도면에는 나타내지 않았지만 본 발명의 목적을 만족하는 여러 가지의 돌출 모양 및 배열은 다양하게 실시할 수 있으며, 이러한 돌기 구조가 본 발명의 범주에 속하는 것은 당연하다.

다시 도 4를 참조하면, 상기 증착향상부(30)는, 상기 코팅부(20)의 코팅 두께(H1) 범위 내로 돌출 되도록 형성할 수 있다.

즉, 상기 증착향상부(30)의 증착용 돌기(32)들은 상기 코팅부(20)의 코팅 두께(H1) 범위 내의 돌출 길이(H2)를 갖도록 형성하면 좋다.

상기 증착용 돌기(32)들이 상기한 돌출 길이(H2) 범위보다 더 짧으면, 돌출된 면적이 좁고, 부피가 작아서 만족할 만한 기능성을 기대하기 어렵다.

그리고, 상기 증착용 돌기(32)들이 상기한 돌출 길이(H2) 범위보다 더 길면, 재료비가 과다하게 소요되고 상기 실드 본체(10)의 부피 및 무게가 비정상으로 커질 수 있다.

따라서, 상기와 같이 코팅부(20) 및 증착향상부(30)를 상기 실드 본체(10)의 외부면 상에 형성하면, 도 7에서와 같이 상기 코팅부(20)는 상기 실드 본체(10)의 외부면 상에서 박막물질(T1)이 원활하게 달라붙을 수 있는 불규칙한 면적(증착면)을 제공하고, 특히 상기 증착향상부(30)는 상기 증착면(22)의 면적을 더 넓힐 수 있을 뿐만 아니라, 박막물질(T1)의 박리(剝離)를 억제할 수 있도록 잡아주는 일종의 돌기(증착용 돌기) 역할을 한다.

그러므로, 상기와 같은 구조로 이루어지는 실드(2)를 도 1에서와 같이 스퍼터링 장치(M)의 챔버부(C) 내측에 설치하면, 스퍼터링 작업을 진행할 때 상기 챔버부(C)의 챔버(C1) 내면이 스퍼터링시 불규칙하게 비산되는 박막물질(T1)에 의해 오염되는 것을 더욱 안정적으로 차단 및 억제할 수 있다.

2: 실드 10: 실드 본체 20: 코팅부
30: 증착향상부 M: 스퍼터링 장치 C: 챔버부
C1: 챔버 T: 타겟 T1: 박막물질

Claims (6)

1. 반도체 제조 공정에 사용하는 스퍼터링 장치의 챔버부 내에 설치되는 실드로서,
   실드 본체;
   상기 실드 본체의 외부면을 덮는 상태로 형성되며 스퍼터링시 발생하는 박막물질이 증착되는 코팅부;
   상기 코팅부의 외부면 상에서 박막물질의 박리를 억제할 수 있도록 형성되는 증착향상부;
   를 포함하는 스퍼터링 장치용 실드.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 코팅부는,
   상기 실드 본체의 외부면에서 요철면 형태의 증착면을 갖도록 코팅 형성된 금속 코팅층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치용 실드.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 코팅부는,
   아크 용사 코팅(Electric Arc Spraying) 으로 상기 실드 본체 측에 코팅 형성되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치용 실드.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 증착향상부는,
   상기 코팅부의 외부면 상에 돌출 형성된 복수 개의 증착용 돌기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치용 실드.
5. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
   상기 증착향상부는,
   아크 용사 코팅(Electric Arc Spraying)으로 상기 코팅부 상에 코팅 형성되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치용 실드.
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 증착용 돌기들은,
   상기 코팅부의 외부면 상에서 반구형 또는 다각형 모양으로 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치용 실드.

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