KR100342395B1

KR100342395B1 - 반도체 소자 제조 장치

Info

Publication number: KR100342395B1
Application number: KR1020000035995A
Authority: KR
Inventors: 심상철
Original assignee: 황인길; 아남반도체 주식회사
Priority date: 2000-06-28
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2002-07-02
Also published as: KR20020001354A

Abstract

본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 장치는 스퍼터링 장치로서 반응로의 뚜껑 안쪽에 금속 따위의 타겟이 있고, 타겟의 가장자리에는 증착시 금속이 반응로에 증착되지 않도록 하기 위한 실드가 배치되어 있다. 실드의 안쪽 타겟의 아래 부분에는 클램프 링이 배치되어 있어 금속막 증착시 기판을 고정시킨다. 반응로의 상단에는 실드를 통해 스퍼터링이 일어나는 부위로 아르곤 가스를 직접 유입하기 위한 주입구와 가스 밸브가 배치되어 있다. 반응로의 아래쪽에는 테이블이 놓여 있는데, 이는 반도체 기판을 올려 놓으며 반도체 기판에 열을 가열하기 위한 것으로, 하부의 히터 리프트에 의해 상하로 움직일 수 있다. 한편, 반응로의 왼쪽에는 반응로 내에 반도체 기판을 주입하기 위한 삽입구가 있고 반대편에는 반응로 내부의 압력을 조절하기 위한 크라이오 펌프가 있다. 이러한 스퍼터링 장치에서는 실드 내부로 직접 가스가 유입되도록 가스 주입구가 형성되어 있어 이후 박막을 증착 후 실드 내부에 고압의 가스를 주입함으로써 기판의 상부와 하부에 압력 차이를 발생시켜 기판이 클램프 링에 달라붙는 현상을 방지할 수 있다. 따라서, 기판이 손상되는 것을 막을 수 있다.

Description

반도체 소자 제조 장치{manufacturing system for semiconductor devices}

본 발명은 반도체 소자의 제조 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 박막을 스퍼터링 방법으로 증착하기 위한 스퍼터링 장치에 관한 것이다.

반도체 소자를 형성하기 위해 박막을 형성하고 식각하는 공정이 이용되는데 이러한 공정에서 박막을 형성하는 장비로는 CVD(chemical vapor deposition) 장비와 PVD(physical vapor deposition) 장비 등이 있다. 여기서, 대표적인 PVD 장비로는 스퍼터링 장치가 있는데 이는 반도체 소자 형성 장비 중 주로 금속막을 증착하는데 사용된다.

그러면, 첨부한 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 스퍼터링 장치 및 증착 방법에 대해 설명한다.

도 1a 내지 도 1f는 종래 기술에 따른 스퍼터링 장치 및 증착 방법을 도시한 것이다.

먼저, 도 1a에 도시한 바와 같이 금속막을 증착하기 위한 스퍼터링 장치는 반응로의 뚜껑 안쪽에 금속 따위의 타겟(target)(1)이 있고, 타겟(1)의 가장자리에는 증착시 금속이 반응로에 증착되지 않도록 하기 위한 실드(shield)(8)가 배치되어 있다. 실드(8)의 안쪽 타겟(1)의 아래 부분에는 클램프 링(clamp ring)(4)이 배치되어 있어 금속막 증착시 기판(3)을 고정시킨다. 반응로의 아래쪽에는 테이블(5)이 놓여 있는데, 이는 반도체 기판(3)을 올려 놓으며 반도체 기판(3)에 열을 가열하기 위한 것으로, 하부의 히터 리프트(5)에 의해 상하로 움직일 수 있다. 한편, 반응로의 왼쪽에는 반응로 내에 반도체 기판(3)을 주입하기 위한 삽입구(6)가 있고 그 아래에 아르곤(Ar)과 같은 가스를 주입하기 위한 가스 밸브(gas valve)(7)가 있다. 반대편에는 반응로 내부의 압력을 조절하기 위한 크라이오 펌프(cryo pump)(11)가 있다. 크라이오 펌프(11)와 반응로 사이에는 밸브가 형성되어 있으나 여기서는 도시하지 않는다.

이러한 스퍼터링 장치를 이용한 박막의 형성 방법에 대해 도 1a 내지 도 1f를 참조하여 설명한다.

먼저, 도 1a에 도시한 바와 같이 삽입구(6)를 통해 히터 테이블(2) 위에 반도체 기판(3)을 올려 놓는다.

다음, 도 1b에 도시한 바와 같이 히터 리프트(5)로 히터 테이블(2)을 들어올려 반도체 기판(3)과 클램프 링(4)이 접촉되도록 한다. 다음, 가스 밸브(7)를 열어 아르곤 가스를 주입한다. 그러면, 아르곤 가스는 반응로 하부를 거쳐 타겟(1)과 반도체 기판(3) 사이의 공간으로 주입된다. 이때, 히터 테이블(2)을 가열하여 반도체 기판(3)을 가열할 수 있는데, 반도체 기판(3)이 균일하게 가열되도록 히터 테이블(2) 하부의 히터 리프트(5) 내부에 아르곤 가스를 주입할 수도 있다. 다음, 타겟(1) 상부의 캐소드(cathode)(도시하지 않음)를 통해 전력을 인가하면 반응로 내의 아르곤 가스가 아르곤 이온(Ar+)으로 이온화되고, 이 아르곤 이온이 타겟(1)과 층돌하여 금속 입자를 타겟(1)으로부터 분리함으로써 반도체 기판(3) 상부에 금속 물질을 증착한다. 한편, 클램프 링(4)은 반도체 기판(3)을 움직이지 않도록 하며, 실드(8)가 보호할 수 없는 부분을 차단하여 반도체 기판(3) 이외의 반응로 하부에 금속 물질이 증착되는 현상을 방지한다.

다음, 도 1c에 도시한 바와 같이 증착이 끝나면 가스 밸브(7)를 잠그어 아르곤 가스의 주입을 차단하고 히터 테이블(2)을 하강시킨다. 이때, 반도체 기판(3)도 하강하여야 하나 반도체 기판(3)과 클램프 링(4)이 접촉한 부분에 증착된 금속 물질로 인해 반도체 기판(3)이 클램프 링(4)에 붙어 떨어지지 않는 현상이 발생할 수 있다.

이어, 도 1d에 도시한 바와 같이 금속막이 증착된 반도체 기판(3)을 반응로 밖으로 가져가기 위해 반도체 기판 리프트 핀(10)으로 반도체 기판(3)을 들어올린 후, 삽입구(6)를 통해 이송대(transfer arm)(9)를 반응로 안으로 삽입한다.

그런데, 도 1e에 도시한 바와 같이 반도체 기판(3)이 클램프 링(4)과 붙어 있을 경우, 반도체 기판(3)은 매우 약한 힘으로 붙어 있으므로 이송대(9)가 반응로안으로 삽입할 때 그 영향으로 인해 클램프 링(4)에서 떨어지게 된다.

이러한 경우, 반도체 기판(3)은 히터 테이블(2) 표면이나 이송대(9)에 충돌하여 도 1f에 도시한 바와 같이 깨지거나, 혹은 이송대(9)에 비정상적으로 놓이게 되어 이 상태로 삽입구(6)를 통과할 경우에 반도체 기판(3)이 삽입구(6)에 걸려 파손될 수 있다.

한편, 반도체 기판(3)이 깨질 경우, 그 크기가 달라지므로 이후 공정에서 클램프를 변화시키거나 부서진 조각 등을 제거하기 위한 세정을 실시해야하는 번거로움이 있다.

본 발명은 기판 위에 스퍼터링 방법으로 박막을 증착한 후 기판이 손상되지 않도록 하는 장치의 구조를 제공하는 것이다.

도 1a 내지 도 1f는 종래의 기술에 따른 스퍼터링 장치 및 방법을 도시한 것이고,

도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 따른 스퍼터링 장치 및 방법을 도시한 것이다.

이러한 과제를 해결하기 위해 본 발명에서는 스퍼터링 타겟과 기판 사이에 가스가 주입되도록 가스 주입구를 배치한다.

본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 장치는 스퍼터링 타겟과 기판을 올려 놓을 수 있으며 상하로 이동 가능한 히터 테이블, 타겟 근처에 기판을 고정시키기 위한 클램프 링, 그리고 가스를 주입하기 위한 가스 주입구를 포함하는 반응로를 포함하며, 가스 주입구는 타겟과 클램프 링에 고정된 기판 사이에 가스가 주입되도록 이루어진다.

여기서, 타겟은 금속 물질로 이루어질 수 있다.

또한, 가스는 불활성 기체로서, 아르곤 또는 네온 중의 어느 하나로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 장치는 반응로 하부에 가스 주입구를 더 포함할 수도 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 장치에서는 스퍼터링 타겟과 기판 사이에 가스가 직접 주입하도록 하여 증착 후 기판의 상부에 하부에 압력 차이가 생기도록 함으로써 기판이 달라붙는 현상을 방지한다. 따라서, 반도체 기판의 손상을 막을 수 있다.

그러면, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터링 장치 및 그 원리에 대해 상세히 설명한다.

도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 따른 스퍼터링 장치 및 증착 방법을 도시한 것이다.

먼저, 도 2a에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 스퍼터링 장치는 반응로의 뚜껑 안쪽에 금속 따위의 타겟(21)이 있고, 타겟(21)의 가장자리에는 증착시 금속이 반응로에 증착되지 않도록 하기 위한 실드(28)가 배치되어 있다. 실드(28)의 안쪽 타겟(21)의 아래 부분에는 클램프 링(24)이 배치되어 있어 금속막 증착시 기판(23)을 고정시킨다. 반응로의 왼쪽 상단에는 실드(28)를 통해 스퍼터링이 일어나는 부위로 아르곤 가스를 직접 유입하기 위한 주입구와 가스 밸브(27)가 배치되어 있다. 반응로의 아래쪽에는 테이블(22)이 놓여 있는데, 이는 반도체 기판(23)을 올려 놓으며 반도체 기판(23)에 열을 가열하기 위한 것으로, 하부의 히터 리프트(25)에 의해 상하로 움직일 수 있다. 한편, 반응로의 왼쪽에는 반응로 내에 반도체 기판(23)을 주입하기 위한 삽입구(26)가 있고 반대편에는 반응로 내부의 압력을 조절하기 위한 크라이오 펌프(31)가 있다. 크라이오 펌프(31)와 반응로 사이에는 밸브가 형성되어 있으나 여기서는 도시하지 않는다.

이러한 스퍼터링 장치를 이용한 박막의 형성 방법에 대해 도 2a 내지 도 2f를 참조하여 설명한다.

먼저, 도 2a에 도시한 바와 같이 삽입구(26)를 통해 히터 테이블(22) 위에 반도체 기판(23)을 올려 놓는다. 이어, 크라이오 펌프(31)로 반응로 내부에 고진공을 형성한다.

다음, 도 2b에 도시한 바와 같이 히터 리프트(25)로 히터 테이블(22)을 들어올려 반도체 기판(23)과 클램프 링(24)이 접촉되도록 한다.

다음, 도 2c에 도시한 바와 같이 가스 밸브(27)를 열어 아르곤 가스를 주입한다. 그러면, 아르곤 가스는 타겟(21)과 반도체 기판(23) 사이로 직접 주입된다. 이때, 히터 테이블(22)을 가열하여 반도체 기판(23)을 가열할 수 있는데, 반도체 기판(23)이 균일하게 가열되도록 히터 테이블(22) 하부의 히터 리프트(25) 내부에 아르곤 가스를 주입할 수도 있다. 다음, 타겟(21) 상부의 캐소드(도시하지 않음)를 통해 전력을 인가하면 반응로 내의 아르곤 가스가 아르곤 이온으로 이온화되고, 이 아르곤 이온이 타겟(21)과 층돌하여 금속 입자를 타겟(21)으로부터 분리함으로써 반도체 기판(23) 상부에 금속 물질을 증착한다. 한편, 클램프 링(24)은 반도체 기판(23)을 움직이지 않도록 하며, 실드(28)가 보호할 수 없는 부분을 차단하여 반도체 기판(23) 이외의 반응로 하부에 금속 물질이 증착되는 현상을 방지한다. 여기서, 안정한 플라스마 상태를 유지하기 위해 증착 과정 진행 동안 가스 밸브를 닫고 히터 테이블(22) 하부의 리프트(25) 내부에만 아르곤 가스를 주입할 수도 있다.

다음, 도 2d에 도시한 바와 같이 증착이 끝나면 전력을 차단하고 가스 밸브(27)를 통해 고압의 아르곤 가스를 타겟(21)과 반도체 기판(23) 사이에 주입한다. 그러면, 반응로 내의 히터 테이블(25) 하부는 크라이오 펌프(31)를 통해 펌핑을 계속하고 있으므로, 순간적으로 타겟(21)과 반도체 기판(23) 사이의 공간과 히터 테이블(25) 하부 사이에 압력 차이가 발생한다. 그러므로, 두 공간 사이의 압력 차이로 인해 반도체 기판(23) 상부에서 하부로 반도체 기판(23)을 미는 힘이 작용하게 된다. 따라서, 반도체 기판(23)이 클램프 링(24)으로부터 떨어지게 되고 이때, 히터 테이블(25)을 하강시키면 반도체 기판(23)도 같이 하강하게 된다. 이때, 두 공간 사이의 압력차를 유발시키기 위해 반도체 기판(23)과 클램프 링(24) 사이의 틈을 최소화시키는 것이 좋다.

히터 테이블(25)을 하강할 경우에는 가스 밸브(27)를 잠그어 더 이상 가스가 주입되지 않도록 한다.

여기서, 전력을 차단한 후 아르곤 가스를 주입하므로 추가적인 스퍼터링은 일어나지 않고, 주입된 아르곤 가스는 불활성 기체이므로 스퍼터링된 금속막과 반응할 가능성도 없다. 주입된 아르곤 가스는 히터 테이블(25)이 하강하면 크라이오 펌프(31)를 통해 빠져 나가게 된다.

이어, 도 2e에 도시한 바와 같이 금속막이 증착된 반도체 기판(23)을 반응로밖으로 가져가기 위해 반도체 기판 리프트 핀(32)이 반도체 기판(23)으로 들어올린 후, 삽입구(26)를 통해 이송대(29)를 반응로 안으로 삽입한다.

다음, 도 2f에 도시한 바와 같이 반도체 기판(23)을 이송대(29) 위에 올려 놓은 후 삽입구(26)를 통해 반응로 밖으로 꺼낸다.

이와 같이 본 발명에서는 가스가 타겟과 반도체 기판 사이의 공간으로 직접 주입되도록 가스 주입구를 형성하여 증착 후 기판이 달라붙는 현상으로 인해 손상되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에서는 스퍼터링이 일어나는 공간에 직접 가스를 주입할 수 있도록 스퍼터링 장치를 형성하여 스퍼터링 후 반도체 기판이 붙게 되는 현상을 방지함으로써 반도체 기판이 손상되는 것을 막을 수 있다.

또한, 이후 공정에서 클램프를 변화시키거나 부서진 조각 등을 제거하기 위한 세정을 하지 않아도 된다.

Claims

스퍼터링 타겟,

기판을 올려 놓을 수 있으며 상하로 이동 가능한 히터 테이블,

상기 타겟 근처에 상기 기판을 고정시키기 위한 클램프 링,

가스를 주입하기 위한 가스 주입구

를 포함하는 반응로를 포함하며,

상기 가스 주입구는 타겟과 상기 클램프 링에 고정된 상기 기판 사이에 상기 가스가 주입되도록 이루어진 반도체 소자의 제조 장치.
제1항에서,

상기 타겟은 금속 물질로 이루어진 반도체 소자의 제조 장치.
제1항에서,

상기 가스는 불활성 기체인 반도체 소자의 제조 장치.
제3항에서,

상기 가스는 아르곤 또는 네온 중의 어느 하나인 반도체 소자의 제조 장치.
제1항에서,

상기 반응로 하부에 가스 주입구를 더 포함하는 반도체 소자의 제조 장치.