KR20190056521A - 전자석을 구비한 스퍼터링 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실시간으로 스퍼터링 타겟의 자기장을 측정하여 스퍼터링 타겟에 인가되는 자기장을 최적의 조건으로 제어할 수 있는 스퍼터링 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치는 스퍼터링 챔버와, 스퍼터링 챔버 내에 위치한 기판에 증착물질을 제공하는 스퍼터 타겟과, 전자석 코어와 전자석 코어에 감긴 전자석 코일을 포함하여 이루어지며 전자석 코일에 공급되는 전류에 의해 스퍼터 타겟에 자기장이 형성되도록 하는 마그넷 유닛과, 마그넷 유닛의 전자석 코일에 전류를 인가하는 전류 공급부와, 스퍼터 타겟에 인가된 자기장을 측정하는 자기장 측정부와, 그리고 스퍼터링 챔버 내에서 스퍼터링 공정 수행 중에 실시간으로 자기장 측정부에서 측정된 자기장을 입력받아 입력받은 자기장을 기초로 전류 공급부를 제어하여 스퍼터 타겟에 인가되는 자기장을 조정하는 자기장 제어부를 포함한다.

Description

전자석을 구비한 스퍼터링 장치{SPUTTERING APPARATUS COMPRISING ELECTROMAGNET}
본 발명은 전자석을 구비한 스퍼터링 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실시간으로 스퍼터링 타겟의 자기장을 측정하여 스퍼터링 타겟에 인가되는 자기장을 최적의 조건으로 제어할 수 있는 스퍼터링 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자나 발광 소자의 제조 공정에서 금속 배선이나 전극은 스퍼터링(sputtering) 방법으로 형성한다. 스퍼터링 방법은 증착 물질로 이루어진 스퍼터 타겟과 기판 사이에 플라즈마를 형성하고, 플라즈마 내의 이온이나 활성종을 스퍼터 타겟에 충돌시켜 그 에너지에 의해 스퍼터 타겟 표면으로부터 떨어져 나온 입자들을 기판이 증착되도록 하는 박막 증착 방법이다. 이때 박막의 증착 속도, 박막의 물성 등은 플라즈마의 밀도와 관련되어 있어 스퍼터 타겟 주위에 자기장을 형성하여 플라즈마 밀도를 변화시키는데, 이러한 방법을 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering) 방법이라 한다.
마그네트론 스퍼터링은 일반적으로 스퍼터 타겟 후면에 배치되는 마그넷(magnet)을 통해 스퍼터 타겟에 자기장을 인가하는 방법이 많이 이용된다. 이때 이용되는 마그넷은 주로 영구자석(permanent magnet)이 사용된다. 마그네트론 스퍼터링은 스퍼터 타겟의 종류, 스퍼터링 공정에 이용되는 가스, 증착하고자 하는 박막, 스퍼터 타겟의 소모량에 따라 자기장이 변화해야 물성이 우수한 박막을 증착할 수 있다. 그러나 영구자석은 자기장의 크기가 고정되어 있으므로, 최적의 조건에서 박막을 증착하고자 자기장의 변화가 필요하면 마그넷 전체를 교체하여야 한다. 그리고 마그넷 전체를 교체하더라도 영구자석은 최적의 자기장의 크기를 갖도록 미세한 자기장의 조정이 불가능한 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 스퍼터링 공정 중에 최적의 자기장을 갖도록 실시간으로 스퍼터 타겟에 인가되는 자기장을 제어할 수 있는 스퍼터링 장치를 제공하는 데에 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 스퍼터링 장치에 대한 일 실시예는 스퍼터링 챔버; 상기 스퍼터링 챔버 내에 위치한 기판에 증착물질을 제공하는 스퍼터 타겟; 전자석 코어와 상기 전자석 코어에 감긴 전자석 코일을 포함하여 이루어지며, 상기 전자석 코일에 공급되는 전류에 의해 상기 스퍼터 타겟에 자기장이 형성되도록 하는 마그넷 유닛; 상기 마그넷 유닛의 전자석 코일에 전류를 인가하는 전류 공급부; 상기 스퍼터 타겟에 인가된 자기장을 측정하는 자기장 측정부; 및 상기 스퍼터링 챔버 내에서 스퍼터링 공정 수행 중에, 실시간으로 상기 자기장 측정부에서 측정된 자기장을 입력받아, 상기 입력받은 자기장을 기초로 상기 전류 공급부를 제어하여 상기 스퍼터 타겟에 인가되는 자기장을 조정하는 자기장 제어부;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치에 있어서, 상기 자기장 측정부는, 상기 스퍼터링 챔버의 측벽에 설치되며, 상기 스퍼터 타겟에 인가된 자기장을 측정하는 자기장 측정기; 및상기 자기장 측정기가 상기 스퍼터 타겟의 복수의 위치의 자기장을 측정할 수 있도록 상기 자기장 측정기를 이동시키는 자기장 측정기 이동수단;을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 마그넷으로 전자석을 이용하고 실시간으로 스퍼터 타겟에 인가되는 자기장을 측정하여 이를 기초로 스퍼터링 중에 전자석 마그넷의 자력을 변화시킴으로써 공정에 가장 적합하도록 스퍼터 타겟에 인가되는 자기장을 조절하는 것이 가능하다. 이와 같이 스퍼터링 공정 중에 실시간으로 스퍼터 타겟에 인가되는 자기장을 측정하고 공정 수행 중에 스퍼터 타겟에 인가되는 자기장을 조절함으로써 자석을 교체하지 않고도 최적의 공정 조건으로 스퍼터링 공정을 수행할 수 있게 되어 박막 물성이 개선된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자석을 구비한 스퍼터링 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자석을 구비한 스퍼터링 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치(100)는 스퍼터링 챔버(110), 기판 지지부(120), 스퍼터 타겟(130), 마그넷 유닛(140), 전류 공급부(150), 자기장 측정부(160), 자기장 제어부(170), 가스 공급부(180) 및 배기 펌프(190)를 구비한다.
스퍼터링 챔버(110)는 기판 지지부(120)에 위치하는 기판(W) 상에 스퍼터링 박막을 증착하는 챔버로, 프로세싱 존(116)을 둘러싸는 챔버 측벽(115)을 포함한다. 스퍼터링 챔버(110)는 금속, 금속질화물, 금속산화물과 같은 물질, 특히 알루미늄 질화물(AlN) 박막을 기판(W) 상에 스퍼터링하여 증착시킬 수 있다.
스퍼터링 챔버(110) 내에는 기판(W) 상에 증착되는 물질을 제공하는 스퍼터 타겟(130)이 배치된다. 이를 위해, 스퍼터 타겟(130)은 기판(W) 상에 증착되는 물질을 스퍼터링되는 물질을 포함한다. 스퍼터 타겟(130)은 금속, 금속산화물, 금속질화물 등으로 이루어질 수 있으며, 기판(W) 상에 알루미늄 질화막(AlN)을 형성하기 위해 스퍼터 타겟(130)이 알루미늄이나 알루미늄 질화물로 이루어질 수 있다. 스퍼터 타겟(130)은 절연물질에 의해 스퍼터링 챔버(110)로부터 전기적으로 절연된다. 스퍼터 타겟(130)은 백킹 플레이트(미도시)에 의해 지지된다. 그리고 백킹 플레이트에는 플라즈마 발생을 위한 전원이 공급된다. 이를 통해, 스퍼터 타겟(130)에 전원이 공급되어 스퍼터링 챔버(110) 내에 플라즈마를 생성시키면, 생성된 플라즈마가 스퍼터 타겟(130)의 물질을 스퍼터링하고, 스퍼터링된 물질이 기판(W)에 증착된다.
기판 지지부(120) 스퍼터링 챔버(110) 내에 배치되어 기판(W)을 안착시키며 안착된 기판(W)은 정전척 등에 의해 고정된다. 기판 지지부(120)는 스퍼터 타겟(130)에서 스퍼터링된 물질이 기판(W) 상에 증착될 수 있도록 스퍼터 타겟(130)과 대향되게 배치된다. 기판 지지부(120)는 석영이나 스테인리스 스틸 등으로 이루어질 수 있으며, 스퍼터링 공정 중에 기판(W)을 프로세싱 온도로 증가시키기 위해 기판 지지부(120) 내부에는 히터가 매립될 수 있다.
가스 공급부(180)는 스퍼터링 챔버(110) 내로 가스를 공급하는 것으로, 가스 공급부(180)를 통해 플라즈마를 생성시키기 위한 프로세싱 가스가 공급된다. 프로세싱 가스는 아르곤(Ar)과 같은 비활성 가스일 수도 있고, 반응성 스퍼터링을 위한 산소(O2), 암모니아(NH3)와 같은 가스일 수 있다. 알루미늄 질화물(AlN) 박막을 형성하기 위해 질소(N2)나 암모니아(NH3) 가스가 가스 공급부(180)를 통해 스퍼터링 챔버(110) 내로 공급될 수 있다.
스퍼터링 챔버(110) 내에서 소비된 프로세싱 가스 및 부산물은 스퍼터링 챔버(110)와 연결된 배기 펌프(190)에 의해 스퍼터링 챔버(110)로부터 외부로 배기된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터링 장치(100)는 마그넷 유닛(140)을 구비하여 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering)을 수행하는 스퍼터링 장치로, 스퍼터 타겟(130)의 후방에는 마그넷 유닛(140)이 배치된다. 마그넷 유닛(140)은 영구자석이 아닌 전자석으로 구성되며, 이를 위해 마그넷 유닛(140)은 전자석 코어(142)와 전자석 코어(142)에 감긴 전자석 코일(144)을 구비한다. 마그넷 유닛(140)은 고온에서 견딜 수 있도록 코팅이 된 구리선이 권선화된 전자석 코일(144)이 전자석 코어(142)에 감긴 형태일 수 있다. 이와 같은 마그넷 유닛(140)의 전자석 코일(144)에 전류 공급부(150)를 통해 전류를 공급하면, 마그넷 유닛(140)과 인접하게 배치된 스퍼터 타겟(130) 주변에 자기장이 발생된다. 이때 스퍼터 타겟(130) 주변에 인가되는 자기장은 전류 공급부(150)에서 공급되는 전류를 제어하여 변화시킬 수 있다. 도 1에 도시하지는 않았지만, 전류 공급부(150)와 마그넷 유닛(140)은 회전 커넥터로 연결하여 스퍼터 타겟(130)과 마그넷 유닛(140)의 회전시에도 마그넷 유닛(140)에 원활하게 전류가 공급되도록 한다.
자기장 측정부(160)는 마그넷 유닛(140)과 전류 공급부(150)에 의해 스퍼터 타겟(130)에 인가된 자기장을 측정한다. 이를 위해 자기장 측정부(160)는 스퍼터 타겟에 인가된 자기장을 측정하는 자기장 측정기(162)와 자기장 측정기(162)를 이동시킬 수 있는 자기장 측정기 이동수단(164)을 구비한다. 자기장 측정기(162)는 스퍼터링 챔버(110)의 측벽(115)으로부터 스퍼터링 챔버(110) 내부를 향해 설치되며, 스퍼터 타겟(130)과 기판 지지부(120)의 사이에 배치되도록 하여 스퍼터 타겟(130)에 인가된 자기장, 특히 스퍼터 타겟(130)의 하부에 인가된 자기장을 측정한다. 자기장 측정기(162)는 가우스 미터(Gauss meter) 등이 이용될 수 있다. 자기장 측정기(162)는 자기장 측정기 이동수단(164)과 결합하여 스퍼터 타겟(130)의 복수의 위치의 자기장을 측정할 수 있다. 즉, 자기장 측정기(162)는 자기장 측정기 이동수단(164)에 의해 스퍼터 타겟(130)의 하부를 이동하면서 스퍼터 타겟(130)의 모든 위치에서의 자기장을 측정할 수 있다. 자기장 측정기 이동수단(164)은 자기장 측정기(130)를 전후좌우로 이동시킬 수 있는 슬라이딩 형태의 기구물로 이루어질 수 있다. 자기장 측정부(160)는 스퍼터링 공정 수행 중에 스퍼터 타겟(130)의 자기장을 측정할 수 있어야 하므로, 자기장 측정부(160)와 스퍼터링 챔버(110)는 진공이 유지되도록 설치된다.
자기장 제어부(170)는 스퍼터링 챔버(110) 내에서 스퍼터링 공정 수행 중에 실시간으로 자기장 측정부(160)에서 입력받는 스퍼터 타겟(130)에 인가된 자기장 정보를 기초로, 스퍼터 타겟(130)에 최적 조건의 자기장이 인가되도록 전류 공급부(150)를 제어한다. 즉, 자기장 제어부(170)는 스퍼터링 공정 중에 실시간으로 스퍼터 타겟(130)에 인가된 자기장 정보를 모니터링하여, 스퍼터 타겟(130)이나 공정에 가장 적절한 자기장이 이용될 수 있도록 자기장을 제어한다.
이와 같이 스퍼터링 공정 수행 중에 실시간으로 자기장을 모니터링하고 제어함으로써, 자석을 교체하지 않고도 최적의 공정 조건으로 스퍼터링 공정을 수행할 수 있게 되어, 박막 물성을 개선시킬 수 있을 뿐 아니라, 생산 효율도 증가한다. 또한 전류 공급부(150)에 공급되는 전류를 이용하여 자기장을 변화시키므로 미세한 자기장의 조절이 가능하며, 필요에 따라서는 큰 범위의 조절도 가능하게 된다.
또한, 도 1과 상기의 설명에서는 하나의 마그넷 유닛(140)과 하나의 전류 공급부(150)를 이용하여 스퍼터 타겟(130)에 인가되는 자기장을 실시간으로 제어하는 장치에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명에 따른 스퍼터링 장치는 스퍼터 타겟(130)의 후면에 복수의 마그넷 유닛과 각 마그넷 유닛에 대응되는 전류 공급부를 구비할 수 있다. 이를 이용하면 스퍼터 타겟(130)의 위치에 따른 자기장을 보다 정밀하게 제어할 수 있으므로 보다 최적의 공정 조건에서 스퍼터링 공정을 수행할 수 있게 된다. 또한 스퍼터 타겟(130)의 위치에 따른 자기장을 보다 정밀하게 제어하면, 증착되는 박막의 균일성(uniformity)이 증가됨은 물론이고, 스퍼터 타겟(130)도 균일하게 소모되어 스퍼터 타겟(130)을 보다 효율적으로 사용할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
100 : 스퍼터링 장치
110 : 스퍼터링 챔버
120 : 기판 지지부
130 : 스퍼터 타겟
140 : 마그넷 유닛
150 : 전류 공급부
160 : 자기장 측정부
170 : 자기장 제어부
180 : 가스 공급부
190 : 배기 펌프

Claims (2)

  1. 스퍼터링 챔버;
    상기 스퍼터링 챔버 내에 위치한 기판에 증착물질을 제공하는 스퍼터 타겟;
    전자석 코어와 상기 전자석 코어에 감긴 전자석 코일을 포함하여 이루어지며, 상기 전자석 코일에 공급되는 전류에 의해 상기 스퍼터 타겟에 자기장이 형성되도록 하는 마그넷 유닛;
    상기 마그넷 유닛의 전자석 코일에 전류를 인가하는 전류 공급부;
    상기 스퍼터 타겟에 인가된 자기장을 측정하는 자기장 측정부; 및
    상기 스퍼터링 챔버 내에서 스퍼터링 공정 수행 중에, 실시간으로 상기 자기장 측정부에서 측정된 자기장을 입력받아, 상기 입력받은 자기장을 기초로 상기 전류 공급부를 제어하여 상기 스퍼터 타겟에 인가되는 자기장을 조정하는 자기장 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자기장 측정부는,
    상기 스퍼터링 챔버의 측벽에 설치되며, 상기 스퍼터 타겟에 인가된 자기장을 측정하는 자기장 측정기; 및
    상기 자기장 측정기가 상기 스퍼터 타겟의 복수의 위치의 자기장을 측정할 수 있도록 상기 자기장 측정기를 이동시키는 자기장 측정기 이동수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
KR1020170153565A 2017-11-17 2017-11-17 전자석을 구비한 스퍼터링 장치 KR20190056521A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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