KR101780945B1 - 인라인 스퍼터링 시스템 - Google Patents

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KR101780945B1
KR101780945B1 KR1020160031271A KR20160031271A KR101780945B1 KR 101780945 B1 KR101780945 B1 KR 101780945B1 KR 1020160031271 A KR1020160031271 A KR 1020160031271A KR 20160031271 A KR20160031271 A KR 20160031271A KR 101780945 B1 KR101780945 B1 KR 101780945B1
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chucking
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process chamber
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KR1020160031271A
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박지훈
신상호
이승환
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주식회사 에스에프에이
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Abstract

인라인 스퍼터링 시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 인라인 스퍼터링 시스템은, 기판에 대한 증착공정이 수행되며 다수개의 스퍼터링 캐소드(cathode)들이 마련되는 공정 챔버와, 공정 챔버를 통과하며 기판을 이송하는 캐리어유닛과, 캐리어유닛에 지지되며 공정 챔버의 내부에서 기판이 스퍼터링 캐소드에 대하여 상대이동 되도록 기판을 회전시키는 기판 회전유닛을 포함한다.

Description

인라인 스퍼터링 시스템{In-line sputtering system}
본 발명은, 인라인 스퍼터링 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 층간(layer by layer) 증착이 가능한 인라인 스퍼터링 시스템에 관한 것이다.
액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD), 플라즈마 디스플레이장치(Plasma Display Panel, PDP) 및 유기발광다이오드 디스플레이장치(Organic Light Emitting Diode Display, OLED) 등의 디스플레이나 반도체는 박막 증착(Deposition), 식각(Etching) 등의 다양한 공정을 거쳐 제품으로 출시된다.
다양한 공정 중에서 특히 박막 증착 공정은, 증착의 중요한 원칙에 따라 크게 두 가지로 나뉜다.
하나는 화학적 기상 증착(Chemical Vapor deposition, CVD)이고, 다른 하나는 물리적 기상 증착(Physical Vapor Deposition, PVD)이며, 이들은 현재 공정의 특성에 맞게 널리 사용되고 있다.
화학적 기상 증착은, 외부의 고주파 전원에 의해 플라즈마(Plasma)화 되어 높은 에너지를 갖는 실리콘계 화합물 이온(ion)이 전극을 통해 샤워헤드로부터 분출되어 기판 상에 증착되도록 하는 방식이다.
이에 반해, 스퍼터링(sputtering) 장치로 대변될 수 있는 물리적 기상 증착은, 플라즈마 내의 이온에 충분한 에너지를 걸어주어 타겟(target)에 충돌되도록 한 후에 타겟으로부터 튀어나오는, 즉 스퍼터되는 타겟 원자가 기판 상에 증착되도록 하는 방식이다.
물론, 물리적 기상 증착에는 전술한 스퍼터(Sputter) 방식 외에도 이-빔(E-Beam), 이베퍼레이션(Evaporation), 서멀 이베퍼레이션(Thermal Evaporation) 등의 방식이 있기는 하지만, 이하에서는 스퍼터링 방식의 스퍼터링 장치를 물리적 기상 증착이라 하기로 한다.
종래 스퍼터링 장치의 캐소드는 평면 형태의 캐소드가 주를 이루었으나, 최근에 들어서는 캐소드가 회전축을 기준으로 360도 회전 가능한 회전형 캐소드가 개발되어 사용이 점차 증가하고 있다.
이러한 종래의 회전형 캐소드는, 장치 조절의 용이성, 고증착율, 낮은 제조단가, 방출 전자 제한, 내화 금속 및 화합물에의 적용 가능성 등의 다양한 장점으로 인해 특히, 액정표시장치(LCD), 플라즈마 디스플레이장치(PDP) 및 유기발광다이오드 디스플레이장치(OLED) 등의 디스플레이 제조에 폭넓게 사용되고 있다.
한편, 스퍼터링 장치는 크게 배치 타입(batch type)과 인라인 방식(in line type)으로 구분된다.
배치 타입 스퍼터링 장치는 기판 이동용 로봇핸드를 통해 챔버에 기판을 투입하며, 챔버에서 증착이 완료된 후 다시 기판 이동용 로봇핸드를 통해 기판을 회수하는 방식이다. 이러한 배치 타입은 기판의 투입 및 회수 시마다 챔버를 개방해야하고, 그에 따라 챔버 내부에 진공분위기를 형성하는 펌핑(pumping)작업과 진공분위기를 파기하는 벤팅(venting)작업이 반복적으로 수행되므로 실질적인 증착공정이 수행되는 시간보다 증착공정을 준비하는 시간이 많아 장비 가동룔이 낮은 문제점이 있다.
또한, 배치 타입 스퍼터링 장치의 챔버에는 챔버의 내부로 투입된 기판을 파지하는 기판 파지부가 마련되는데, 이러한 기판 파지부는 기계적으로 기판을 파지하는 방식이므로 기판 파지부가 파지한 기판 부위는 증착이 이루어지지 않아 기판의 전면적에 증착이 이루어지지 않는 문제점이 있다.
한편 인라인 스퍼터링 시스템은, 기판이 통과하는 다수개의 챔버를 연속적으로 배치하고 기판을 챔버들 내부로 이송시키며 증착을 수행하는 방식이다. 이러한 인라인 스퍼터링 시스템은, 다수개의 기판들을 연속적으로 이송시키며 증착 공정을 수행할 수 있어 생산성이 높은 장점이 있다.
그런데 다층 구조의 박막을 형성하는 층간(layer-by-layer) 증착을 인라인 방식으로 수행하는 경우, 인라인 스퍼터링 시스템의 설비 길이가 길어지는 문제점이 있다. 즉 종래에 인라인 방식으로 다층 구조의 박막을 형성하는 경우, 각각의 층을 형성하는 증착공간을 기판의 이송라인을 따라 선형적으로 배치하여야 하므로, 장치의 풋프린트(footprint)가 커지고 장비의 설치비용도 증가한다.
따라서 층간(layer-by-layer) 증착의 경우에는 배치 타입 스퍼터링 장치가 많이 이용되고 있는 추세이지만, 상술한 바와 같이 배치 타입 스퍼터링 장치는 장비 가동룔이 낮아 대량 생산에는 적합하지 않은 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2006-0111896호, (2012.10.16.)
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 인라인 방식으로 층간(layer-by-layer) 증착을 수행하여 생산성을 높이면서도 설비의 풋프린트(footprint)를 줄여 공간활용도를 높이고 장비의 설치비용을 줄일 수 있는 인라인 스퍼터링 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기판에 대한 증착공정이 수행되며, 다수개의 스퍼터링 캐소드(cathode)들이 마련되는 공정 챔버; 상기 공정 챔버를 통과하며, 상기 기판을 이송하는 캐리어유닛; 및 상기 캐리어유닛에 지지되며, 상기 공정 챔버의 내부에서 상기 기판이 상기 스퍼터링 캐소드에 대하여 상대이동 되도록 상기 기판을 회전시키는 기판 회전유닛을 포함하는 인라인 스퍼터링 시스템이 제공될 수 있다.
상기 기판 회전유닛은, 상기 캐리어유닛에 회전가능하게 연결되는 회전모듈; 및 상기 회전모듈에 지지되며, 상기 기판을 척킹하는 척킹모듈을 포함할 수 있다.
상기 회전모듈은, 상기 캐리어유닛의 주행방향을 회전 축심으로 하여 회전될 수 있다.
상기 회전모듈은, 상기 캐리어유닛에 연결되며, 회전 중심이 되는 허브부; 및 상기 허브부에서 돌출되어 마련되며, 상기 척킹모듈이 결합되는 아암부를 포함할 수 있다.
상기 아암부는 다수개로 마련되며, 상기 다수개의 아암부들은 상기 허브부의 회전 중심을 기준으로 방사상으로 배치될 수 있다.
상기 다수개의 아암부들은, 상기 허브부의 회전 중심을 기준으로 등각도 간격으로 배치될 수 있다.
상기 척킹모듈은, 상기 회전모듈에 지지되는 다수개의 척킹부들을 포함하며, 상기 다수개의 척킹부들은 상기 회전모듈의 회전 중심을 기준으로 방사상으로 배치될 수 있다.
상기 다수개의 척킹부들은, 상기 회전모듈의 회전 중심을 기준으로 등각도 간격으로 배치될 수 있다.
상기 척킹부는, 상기 기판을 척킹하는 척킹부 본체; 및 상기 척킹부 본체에 착탈가능하게 결합되며, 상기 기판과 상기 척킹부 본체 사이에 배치되는 척킹부용 실드부를 포함할 수 있다.
상기 척킹부 본체는 정전척(electrostatic chuck)을 포함할 수 있다.
상기 다수개의 스퍼터링 캐소드들은 상기 캐리어유닛의 주행방향을 중심으로 하여 방사상으로 이격되어 배치될 수 있다.
상기 다수개의 스퍼터링 캐소드들은 서로 다른 증착물질을 방출할 수 있다.
상기 공정 챔버는, 상기 공정 챔버의 내부에 마련되며, 상기 캐리어유닛을 지지하고 상기 캐리어유닛의 주행을 안내하는 캐리어유닛용 가이드부를 포함할 수 있다.
상기 캐리어유닛은, 상기 공정 챔버에 지지되는 캐리어유닛 프레임부; 및 상기 캐리어유닛 프레임부에 지지되며, 상기 기판 회전유닛에 연결되어 상기 기판 회전유닛을 회전시키는 회전 구동부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 공정 챔버를 통과하며 기판을 이송하는 캐리어유닛과 공정 챔버의 내부에서 기판이 스퍼터링 캐소드에 대하여 상대이동되도록 기판을 회전시키는 기판 회전유닛을 구비함으로써, 인라인 방식으로 층간(layer-by-layer) 증착을 수행하여 생산성을 높이는 동시에 설비의 풋프린트(footprint)를 줄여 공간활용도를 높이고 장비의 설치비용을 줄일 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인라인 스퍼터링 시스템이 도시된 도면이다.
도 2는 도 1의 챔버들을 통과하며 기판을 이송하는 캐리어유닛이 도시된 평면도이다.
도 3은 도 2의 캐리어유닛의 측면도이다.
도 4는 도 3의 기판 회전유닛이 도시된 사시도이다.
도 5는 도 4의 측면도이다
도 6은 도 3의 분해사시도이다.
도 7은 도 1의 내부에 캐리어유닛이 배치된 공정 챔버가 도시된 도면이다.
도 8은 도 1의 인라인 스퍼터링 시스템에 의해 형성된 다층 구종의 박막이 도시된 도면이다.
도 9는 도 7의 인라인 스퍼터링 시스템의 동작상태도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
이하에서 설명될 기판이란, 액정표시장치(LCD), 플라즈마 디스플레이장치(PDP) 및 유기발광다이오드 디스플레이장치(OLED) 등의 디스플레이용 기판이거나 태양전지용 기판, 혹은 반도체 웨이퍼 기판일 수 있으며, 이하에서는 별도의 구분 없이 기판이라는 용어로 통일하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인라인 스퍼터링 시스템이 도시된 도면이고, 도 2는 도 1의 챔버들을 통과하며 기판을 이송하는 캐리어유닛이 도시된 평면도이며, 도 3은 도 2의 캐리어유닛의 측면도이고, 도 4는 도 3의 기판 회전유닛이 도시된 사시도이며, 도 5는 도 4의 측면도이고, 도 6은 도 4의 척킹부가 도시된 사시도이며, 도 7은 도 1의 내부에 캐리어유닛이 배치된 공정 챔버가 도시된 도면이고, 도 8은 도 1의 인라인 스퍼터링 시스템에 의해 형성된 다층 구종의 박막이 도시된 도면이다. 도 6에서는 설명의 편의를 위해 척킹부를 하나만 도시하여였다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 인라인 스퍼터링 시스템은, 로드락 챔버(load lock chamber, LC)와, 히팅 챔버(heating chamber, HC)와, 공정 챔버(process chamber, PC)와, 쿨링 챔버(cooling chamber, CC)와, 언로드락 챔버(un-load lock chamber, UC)와, 상술한 챔버들(LC, HC, PC, CC, UC)을 통과하며 기판(S)을 이송하는 캐리어유닛(110)과, 캐리어유닛(110)에 지지되며 공정 챔버(PC)의 내부에서 기판(S)을 회전시키는 기판 회전유닛(120)을 포함한다.
로드락 챔버(LC) 및 언로드락 챔버(UC)에서는 대기압과 진공 간의 전환이 수행된다. 로드락 챔버(LC)는 기판(S)을 캐리어유닛(110)에 로딩하는 로딩 스테이션(150)에 연결되며, 언로드락 챔버(UC)는 기판(S)을 캐리어유닛(110)에서 언로딩하는 언로딩 스테이션(160)에 연결된다.
히팅 챔버(HC)는, 로드락 챔버(LC)에 접하게 마련되며, 기판(S)을 가열하여 기판(S)에 묻은 이물질(특히 수분)을 제거하고 기판(S)의 온도를 스퍼터링 공정에 필요한 온도로 높여주는 역할을 수행한다.
로드락 챔버(LC)와 히팅 챔버(HC) 사이에는 게이트 밸브(GV)가 마련되며, 게이트 밸브(GV)의 개폐를 통해 로드락 챔버(LC)와 히팅 챔버(HC)가 독립적으로 동작되도록 한다. 또한 게이트 밸브(GV)의 개방에 의해 캐리어유닛(110)이 로드락 챔버(LC)에서 히팅 챔버(HC)로 이동될 수 있다. 이러한 게이트 밸브(GV)는 히팅 챔버(HC)와 공정 챔버(PC)의 사이와, 공정 챔버(PC)와 쿨링 챔버(CC)의 사이와, 쿨링 챔버(CC)와 언로드락 챔버(UC)의 사이에도 마찬가지로 배치된다.
쿨링 챔버(CC)는, 공정 챔버(PC)에 연결되며 공정 챔버(PC)를 통과한 기판(S)을 냉각한다.
공정 챔버(PC)에서는 기판(S)에 대한 증착 공정이 수행된다. 공정 챔버(PC)는 증착 공정 시 그 내부를 밀폐하며 내부에 진공 분위기를 형성한다. 즉 상술한 게이트 밸브(GV)에 의해 공정 챔버(PC)의 내부가 밀폐되며 공정 챔버(PC)에 연결된 진공 펌프(미도시)의 펌핑에 의해 공정 챔버(PC)의 내부에 진공분위기가 형성된다.
공정 챔버(PC)에는 다수개의 스퍼터링 캐소드(cathode, P1, P2)들이 마련된다. 스퍼터링 캐소드(P1, P2)는, 기판(S)을 향하여 증착물질(미도시)을 제공하는 타겟(T)과, 타겟(T)이 외벽에 마련되는 캐소드 백킹튜브(미도시)와, 캐소드 백킹튜브(미도시)의 내부에 마련되어 자기장을 발생시키는 마그네트(미도시)를 포함한다.
본 실시예에서 타겟(T)과 캐소드 백킹튜브(미도시) 및 마그네트(미도시)을 포함하는 스퍼터링 캐소드(P1, P2) 영역이 음극(cathode)을 형성하고, 기판(S) 영역이 양극(anode)을 형성한다. 이처럼, 타겟(T)에 음극(cathode)이 형성되면 타겟(T)은 하부 영역에 위치한 기판(S)을 향해 증착 물질을 제공한다.
또한 도 7에 자세히 도시된 바와 같이 본 실시예의 스퍼터링 캐소드(P1, P2)는, 타겟(T)으로부터 방출되는 증착물질(미도시)이 기판(S)방향으로 스퍼터링되도록 타겟(T)의 길이방향을 따라 타겟(T)에 인접하게 마련된 타겟용 쉴드부(Y)를 더 포함한다. 이러한 타겟용 쉴드부(Y)는 타겟(T)으로부터 스퍼터링되는 증착물질(미도시)이 기판(S) 방향이 아닌 다른 방향으로 이동되는 것을 저지한다.
본 실시예에서 타겟용 쉴드부(Y)는 타겟(T)의 길이방향을 따라 타겟(T)을 감싸도록 배치되며 기판(S)에 대향되는 타겟(T)의 일 영역을 개방하도록 형성된다.
본 실시예에 따른 스퍼터링 캐소드(P1, P2)는, 타겟(T)으로부터 스퍼터링되는 증착물질(미도시)이 기판(S) 방향이 아닌 다른 방향으로 이동되는 것을 저지함으로써, 타겟(T) 주변부, 즉 공정 챔버(PC)의 내벽을 오염시키는 것을 감소시킬 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 공정 챔버(PC)에는 다수개의 스퍼터링 캐소드(P1, P2)들이 마련된다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이, 공정 챔버(PC)에는 제1 스퍼터링 캐소드(P1) 및 제2 스퍼터링 캐소드(P2)로 구분되는 2개의 스퍼터링 캐소드(P1, P2)가 마련되는 것으로 설명하는데, 이에 본 발명의 권리범위가 한정되지 않으며 공정 챔버(PC)에는 2개 이상의 스퍼터링 캐소드(P1, P2)가 마련될 수 있다.
이러한 제1 스퍼터링 캐소드(P1) 및 제2 스퍼터링 캐소드(P2)는, 도 1 및 도 7에 자세히 도시된 바와 같이, 캐리어유닛(110)의 주행방향을 중심으로 하여 방사상으로 이격되어 배치된다.
제1 스퍼터링 캐소드(P1) 및 제2 스퍼터링 캐소드(P2)는 서로 다른 증착물질(미도시)을 방출한다. 즉 제1 스퍼터링 캐소드(P1)는 제1 증착물질(미도시)을 방출하고 제2 스퍼터링 캐소드(P2)는 제2 증착물질(미도시)을 방출한다.
또한 공정 챔버(PC)는, 공정 챔버(PC)의 내부에 마련되되 캐리어유닛(110)을 지지하고 캐리어유닛(110)의 주행을 안내하는 캐리어유닛용 가이드부(G)를 포함한다. 본 실시예에서 캐리어유닛용 가이드부(G)는 4개로 마련되어 캐리어유닛(110)의 주행방향을 중심으로 90도 간격으로 배치되는데, 이에 본 발명의 권리범위가 한정되지 않으며 캐리어유닛용 가이드부(G)는 다양한 개수로 구성될 수 있다.
이러한 캐리어유닛용 가이드부(G)는 캐리어유닛(110)을 이동시키는 캐리어유닛 구동부(미도시)를 포함한다. 본 실시예에서는 캐리어유닛 구동부(미도시)가 리니어모터 방식으로 구성된 경우로 설명하지만, 이에 본 발명의 권리범위가 한정되지 않으며 다른 방식의 캐리어유닛 구동부(미도시)가 캐리어유닛용 가이드부(G)에 마련될 수 있다.
리니어모터 방식의 캐리어유닛 구동부(미도시)는, 캐리어유닛(110)에 마련된 제1 자성체(미도시)와 상호 작용하여 캐리어유닛(110)에 전자기력에 의한 추진력을 발생시키도록 캐리어유닛용 가이드부(G)의 길이방향을 따라 배치되는 제2 자성체(미도시)를 포함한다. 여기서 제1 자성체는 영구자석으로 마련되고 제2 자성체는 전자석으로 마련된다.
본 실시예에서 상술한 캐리어유닛용 가이드부(G)는, 공정 챔버(PC)뿐만 아니라 캐리어유닛(110)이 주행되는 로드락 챔버(LC), 히팅 챔버(HC), 쿨링챔버 및 언로드락 챔버(UC)에도 마련될 수 있다.
캐리어유닛(110)은, 로드락 챔버(LC), 히팅 챔버(HC), 공정 챔버(PC), 쿨링 챔버(CC) 및 언로드락 챔버(UC)를 통과하며 기판(S)을 이송한다.
이러한 캐리어유닛(110)은, 도 2 및 도 3에 자세히 도시된 바와 같이, 공정 챔버(PC)에 지지되는 캐리어유닛 프레임부(111)와, 캐리어유닛 프레임부(111)에 지지되며, 기판 회전유닛(120)에 연결되어 기판 회전유닛(120)을 회전시키는 회전 구동부(112)를 포함한다. 설명의 편의를 위해 회전 구동부(112)의 구성에 대해서는 상세히 후술하기로 한다.
기판 회전유닛(120)은, 캐리어유닛(110)에 지지되며, 공정 챔버(PC)의 내부에서 기판(S)이 제1 스퍼터링 캐소드(P1) 및 제2 스퍼터링 캐소드(P2)에 대하여 상대이동 되도록 기판(S)을 회전시킨다.
이러한 기판 회전유닛(120)은, 캐리어유닛(110)에 회전가능하게 연결되는 회전모듈(121)과, 회전모듈(121)에 지지되며 기판(S)을 척킹하는 척킹모듈(125)을 포함한다.
회전모듈(121)은 캐리어유닛(110)의 주행방향을 회전 축심으로 회전된다. 따라서 회전모듈(121)에 지지되는 척킹모듈(125)에 척킹된 기판(S)도 캐리어유닛(110)의 주행방향을 회전 축심으로 회전된다.
회전모듈(121)은 캐리어유닛(110)에 회전가능하게 연결된다. 이러한 회전모듈(121)은, 캐리어유닛(110)에 연결되며 회전 중심이 되는 허브부(122)와, 허브부(122)에서 돌출되어 마련되며 척킹모듈(125)이 결합되는 아암부(123)를 포함한다.
본 실시예에서 허브부(122)의 회전 중심축(122a)은 캐리어유닛(110)의 주행방향과 나란한 방향으로 배치된다. 따라서 회전모듈(121)의 회전에 의해 회전모듈(121)에 지지된 척킹모듈(125)에 척킹된 기판(S)이 허브부(122)의 회전 중심축(122a)을 중심으로 하여 공전한다.
상술한 바와 같이 공정 챔버(PC)에 마련되는 제1 스퍼터링 캐소드(P1)와 제2 스퍼터링 캐소드(P2)는 캐리어유닛(110)의 주행방향을 중심으로 하여 방사상으로 이격되어 배치되므로, 회전모듈(121)의 회전 시 척킹모듈(125)에 척킹된 기판(S)은 허브부(122)의 회전 중심축(122a)을 중심으로 하여 공전하여 순차적으로 제1 스퍼터링 캐소드(P1)와 제2 스퍼터링 캐소드(P2)에 대향된다.
제1 스퍼터링 캐소드(P1)에 대향되는 위치에 이동된 기판(S)에는, 제1 스퍼터링 캐소드(P1)에서 방출된 제1 증착물질(미도시)이 증착되어 제1물질 증착층(M1)이 형성된다. 제1물질 증착층(M1)이 형성된 기판(S)은 회전모듈(121)의 회전에 따라 제2 스퍼터링 캐소드(P2)에 대향되는 위치로 이동되며, 제1물질 증착층(M1)의 상측에는 제2 스퍼터링 캐소드(P2)에서 방출된 제2 증착물질(미도시)이 증착되어 제2물질 증착층(M2)이 형성되고, 계속적인 회전모듈(121)의 회전에 의해 도 8에 도시된 것과 같은 다층 구조의 박막이 형성된다.
한편 본 실시예에서 아암부(123)는 다수개로 마련된다. 이러한 다수개의 아암부(123)들은, 허브부(122)의 회전 중심을 기준으로 방사상으로 이격되어 배치되며, 허브부(122)의 회전 중심을 기준으로 등각도 간격으로 위치된다.
이러한 다수개의 아암부(123)들은 척킹모듈(125)을 지지하는데, 본 실시예에 따른 척킹모듈(125)은 아암부(123)들에 각각 지지되는 다수개의 척킹부(126)들을 포함한다. 이러한 척킹부(126)들은 허브부(122)의 회전 중심축(122a)을 중심으로 하여 방사상으로 배치된다. 또한 척킹부(126)들은 허브부(122)의 회전 중심축(122a)을 중심으로 하여 등각도 간격으로 위치된다.
이러한 척킹부(126)에는 기판(S)이 척킹된 상태이므로, 회전모듈(121)의 회전에 의해 다수개의 척킹모듈(125)에 척킹된 기판(S)들이 순차적으로 제1 스퍼터링 캐소드(P1)와 제2 스퍼터링 캐소드(P2)에 대향되며 상술한 층간(layer-by-layer) 증착이 이루어진다.
이와 같이 본 실시예에 따른 인라인 스퍼터링 시스템는, 공정 챔버(PC) 내에서 기판(S)을 회전시켜 기판(S)들이 순차적으로 제1 스퍼터링 캐소드(P1)와 제2 스퍼터링 캐소드(P2)에 대향되도록 하는 기판 회전유닛(120)을 구비함으로써, 종래와 같이 다수개의 스퍼터링 캐소드(P1, P2)를 캐리어유닛(110)의 주행방향에 따라 선형적으로 배치할 필요가 없어 장비의 풋프린트(footprint) 및 설치비용을 줄일 수 있는 이점이 있다.
한편, 척킹부(126)는, 기판(S)을 척킹하는 척킹부 본체(127)와, 척킹부 본체(127)에 착탈가능하게 결합되며 기판(S)과 척킹부 본체(127) 사이에 배치되는 척킹부용 실드부(128)를 포함한다.
본 실시예에서 척킹부 본체(127)는 정전척(electrostatic chuck)을 포함한다. 정전척은 정전기의 힘을 사용해 기판(S) 등의 대상물을 잡아주는 기구로서, 정전척에 '+', '-' 전위를 인가시키면 대상물에는 반대의 전위('-', '+')가 대전되고, 대전된 전위에 의하여 서로 끌어당기는 힘이 발생되는 원리를 이용하는 기구이다.
이러한 정전척은 Uni-polar, Bi-polar, Tri-polar 타입으로 분류할 수 있다.
Uni-polar 타입은 척에 (+) 전압만을 인가하고 플라즈마(Plasma) 발생에 의해 접지(Ground)와 연결되어 척킹을 하는데, 척킹 해제(Dechucking)를 하려면 반대의 역바이어스를 걸어주어야 한다. 만약, 반대의 역바이어스를 걸어주지 않으면 전원 공급이 중단되더라도 기판(S)을 수 내지 수십 분 동안 흡착하는 성질이 있다.
Bi-polar 타입은 척에 +/- DC 전압이 인가됨으로써 척킹을 위해 인가된 전압의 역바이어스를 걸어주면 척킹 해제가 되는 구조이다. 척 자체만으로 척킹 또는 척킹 해제가 가능하도록 한 것이며, 플라즈마가 필요 없다는 이점이 있다.
Tri-polar 타입은 Bi-polar 타입과 비슷한데, 한 가지 다른 것은 플라즈마에서 발생한 DC Self 바이어스(Bias)를 읽어(Reading) +/- 전압을 Vdc 만큼 보상해 줌으로써 기판(S)과 척 사이의 네트 차지(Net charge)를 제로(zero)화 해야 하는 것이다.
이와 같이 본 실시예에 따른 인라인 스퍼터링 시스템은 기판(S)을 정전척을 통해 척킹함으로써, 기판(S)을 파지하기 위해 기판(S)을 부분적으로 차폐하는 기계적인 파지기구를 사용할 필요가 없고, 그에 따라 기판(S)의 상면부 전체영역을 모두 증착할 수 있는 이점이 있다.
한편 척킹부용 실드부(128)는, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이. 척킹부 본체(127)에 착탈가능하게 결합되며 기판(S)과 척킹부 본체(127) 사이에 배치된다. 도 3 내지 도 7는 설명의 편의를 위해 척킹부용 실드부(128)의 두께를 과장하여 두껍게 도시하였으며, 도 3 내지 도 7에 도시된 척킹부용 실드부(128)의 두께에 의해 척킹부 본체(127)의 척킹 능력이 저하되지 않는다.
이러한 척킹부용 실드부(128)는, 척킹부 본체(127)를 차폐하여 제1 스퍼터링 캐소드(P1) 및 제2 제1 스퍼터링 캐소드(P1)에서 방출된 증착물질(미도시)들에 의해 척킹부 본체(127)가 오염되는 것을 방지한다.
이러한 척킹부용 실드부(128)는 척킹부 본체(127)에 착탈가능하게 결합되므로, 일정 주기로 척킹부 본체(127)에서 탈착되어 세정 및 교체될 수 있다.
한편 앞서 간단히 설명한 바와 같이 캐리어유닛(110)은, 캐리어유닛 프레임부(111)에 지지되며, 허브부(122)에 연결되어 허브부(122)를 회전시키는 회전 구동부(112)를 포함한다.
이러한 회전 구동부(112)는, 캐리어유닛 프레임부(111)에 결합되는 하우징부(113)와, 하우징부(113)의 내부에 마련되고 허브부(122)에 연결되어 허브부(122)를 회전시키는 구동모터(미도시)를 포함한다.
여기서 하우징부(113)의 내부는 대기압(atm)상태이다. 그런데 구동모터(미도시)의 구동축(미도시)은 하우징부(113)의 외벽을 관통하여 허브부(122)에 연결되어야 하므로, 본 실시예에 따른 회전 구동부(112)에는 하우징부(113)의 외벽에 결합되며 하우징부(113)의 내부 공기가 진공 분위기의 공정 챔버(PC) 내부로 유출되는 것을 방지하는 밀봉부(미도시)가 마련된다.
이러한 밀봉부(미도시)는, 하우징부(113)의 외벽에 결합되며 구동모터(미도시)의 구동축(미도시)이 회전가능하게 연결되는 밀봉 몸체(미도시)와, 구동모터(미도시)의 구동축(미도시)의 외주면과 밀봉 몸체(미도시)의 내주면 사이에 배치되는 자성유체(Magnetic Fluid, 미도시)를 포함한다.
여기서 자성유체(미도시)는 액체 속에 자성분말을 콜로이드 모양으로 안정 분산시킨 다음 침전이나 응집이 생기지 않도록 계면활성제를 첨가한 유체로써, 이러한 자성유체(미도시)가 밀봉 몸체(미도시)와 구동축(미도시) 사이에서 오링과 같은 막을 형성함으로써, 하우징부(113)의 내부 공기가 진공 분위기의 공정 챔버(PC) 내부로 유출되는 것을 방지한다.
본 실시예에서 밀봉부(미도시)에는 자성유체 씰(Magnetic Fluid seal)이 사용되는데, 이에 본 발명의 권리범위가 한정되지 않으며, 진공도를 유지시키는 다양한 밀봉부재가 본 실시예의 밀봉부(미도시)로 사용될 수 있다.
도 9는 도 7의 인라인 스퍼터링 시스템의 동작상태도이다.
이하에서 본 실시예에 따른 인라인 스퍼터링 시스템의 동작을 도 1 내지 도 8을 참조하여 도 9를 위주로 설명한다.
로딩 스테이션(150)에서 기판(S)이 로딩된 캐리어유닛(110)은 로드락 챔버(LC)와 히팅 챔버(HC)를 공정 챔버(PC)로 이동된다.
캐리어유닛(110)이 공정 챔버(PC)로 이동된 후, 도 9에 도시된 바와 같이, 기판 회전유닛(120)의 허브부(122)가 회전되고, 그에 따라 척킹부(126)들은 허브부(122)를 중심으로 공전한다.
이러한 척킹부(126)들의 공전에 의해 척킹부(126)에 척킹된 기판(S)은 허브부(122)의 회전 중심축(122a)을 중심으로 하여 공전하여 순차적으로 제1 스퍼터링 캐소드(P1)와 제2 스퍼터링 캐소드(P2)에 대향된다.
제1 스퍼터링 캐소드(P1)에 대향되는 위치에 이동된 기판(S)에는, 제1 스퍼터링 캐소드(P1)에서 방출된 제1 증착물질(미도시)이 증착되어 제1물질 증착층(M1)이 형성된다. 이후 제1물질 증착층(M1)이 형성된 기판(S)은 허브부(122)의 회전에 따라 제2 스퍼터링 캐소드(P2)에 대향되는 위치로 이동되며, 제1물질 증착층(M1)의 상측에는 제2 스퍼터링 캐소드(P2)에서 방출된 제2 증착물질(미도시)이 증착되어 제2물질 증착층(M2)이 형성된다.
이러한 방식으로 허브부(122)가 3바퀴 회전되면, 도 8에 도시된 것과 같은 다층구조의 박막이 형성된다.
이러한 공정 챔버(PC) 내부에서의 증착 공정 시 캐리어유닛(110)은 정지되거나 매우 느린 속도로 주행한다.
한편 증착 공정이 완료된 후 캐리어유닛(110)은 다시 이동되고, 캐리어유닛(110)은 쿨링 챔버(CC)와, 언로드락 챔버(UC)를 거쳐 언로딩 스테이션(160)으로 이동된다.
이와 같이 본 실시예에 따른 인라인 스퍼터링 시스템은, 공정 챔버(PC)를 통과하며 기판(S)을 이송하는 캐리어유닛(110)과 공정 챔버(PC)의 내부에서 기판(S)이 스퍼터링 캐소드(P1, P2)에 대하여 상대이동되도록 기판(S)을 회전시키는 기판 회전유닛(120)을 구비함으로써, 인라인 방식으로 층간(layer-by-layer) 증착을 수행하여 생산성을 높이는 동시에 설비의 풋프린트(footprint)를 줄여 공간활용도를 높이고 장비의 설치비용을 줄일 수 있는 이점이 있다.
즉 본 실시예에 따른 인라인 스퍼터링 시스템은, 캐리어유닛(110)에 지지되는 기판 회전유닛(120)이 기판(S)들을 캐리어유닛(110)의 주행방향을 회전 축심으로 하여 회전시켜 기판(S)들이 제1 스퍼터링 캐소드(P1)와 제2 스퍼터링 캐소드(P2)에 순차적으로 대향되도록 함으로써, 종래와 같이 다수개의 스퍼터링 캐소드(P1, P2)를 캐리어유닛(110)의 주행방향을 따라 선형적으로 배치하지 않으면서도 층간(layer-by-layer) 증착을 수행할 수 있고, 그에 따라 생산성 향상 및 장비의 풋프린트(footprint) 및 설치비용을 줄일 수 있는 이점이 있다.
이상 도면을 참조하여 본 실시예에 대해 상세히 설명하였지만 본 실시예의 권리범위가 전술한 도면 및 설명에 국한되지는 않는다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
110: 캐리어유닛 111: 캐리어유닛 프레임부
112: 회전 구동부 113: 하우징부
120: 기판 회전유닛 121: 회전모듈
122: 허브부 122a: 회전 중심축
123: 아암부 125: 척킹모듈
126: 척킹부 127: 척킹부 본체
128: 척킹부용 실드부 LC: 로드락 챔버
HC: 히팅 챔버 PC: 공정 챔버
CC: 쿨링 챔버 UC: 언로드락 챔버
P1: 제1 스퍼터링 캐소드 P2: 제2 스퍼터링 캐소드
S: 기판 T: 타겟
Y: 타겟용 쉴드부 G: 캐리어유닛용 가이드부
M1: 제1물질 증착층 M2: 제2물질 증착층

Claims (14)

  1. 기판에 대한 증착공정이 수행되며, 다수개의 스퍼터링 캐소드(cathode)들이 마련되는 공정 챔버;
    상기 공정 챔버를 통과하며, 상기 기판을 이송하는 캐리어유닛; 및
    상기 캐리어유닛에 지지되며, 상기 공정 챔버의 내부에서 상기 기판이 상기 스퍼터링 캐소드에 대하여 상대이동 되도록 상기 기판을 회전시키는 기판 회전유닛을 포함하며,
    상기 기판 회전유닛은,
    상기 캐리어유닛에 회전가능하게 연결되는 회전모듈; 및
    상기 회전모듈에 지지되며, 상기 기판을 척킹하는 척킹모듈을 포함하고,
    상기 회전모듈은, 상기 캐리어유닛의 주행방향을 회전 축심으로 하여 회전되며,
    상기 다수개의 스퍼터링 캐소드들은 상기 회전모듈의 회전 중심을 기준으로 하여 방사상으로 이격되어 배치되고,
    상기 다수개의 스퍼터링 캐소드들은 서로 다른 증착물질을 방출하는 것을 특징으로 하는 인라인 스퍼터링 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 회전모듈은,
    상기 캐리어유닛에 연결되며, 회전 중심이 되는 허브부; 및
    상기 허브부에서 돌출되어 마련되며, 상기 척킹모듈이 결합되는 아암부를 포함하는 인라인 스퍼터링 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 아암부는 다수개로 마련되며, 상기 다수개의 아암부들은 상기 허브부의 회전 중심을 기준으로 방사상으로 배치되는 인라인 스퍼터링 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 다수개의 아암부들은, 상기 허브부의 회전 중심을 기준으로 등각도 간격으로 배치되는 인라인 스퍼터링 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 척킹모듈은,
    상기 회전모듈에 지지되는 다수개의 척킹부들을 포함하며,
    상기 다수개의 척킹부들은 상기 회전모듈의 회전 중심을 기준으로 방사상으로 배치되는 인라인 스퍼터링 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 다수개의 척킹부들은, 상기 회전모듈의 회전 중심을 기준으로 등각도 간격으로 배치되는 인라인 스퍼터링 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 척킹부는,
    상기 기판을 척킹하는 척킹부 본체; 및
    상기 척킹부 본체에 착탈가능하게 결합되며, 상기 기판과 상기 척킹부 본체 사이에 배치되는 척킹부용 실드부를 포함하는 인라인 스퍼터링 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 척킹부 본체는 정전척(electrostatic chuck)을 포함하는 인라인 스퍼터링 시스템.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서,
    상기 공정 챔버는,
    상기 공정 챔버의 내부에 마련되며, 상기 캐리어유닛을 지지하고 상기 캐리어유닛의 주행을 안내하는 캐리어유닛용 가이드부를 포함하는 인라인 스퍼터링 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 캐리어유닛은,
    상기 공정 챔버에 지지되는 캐리어유닛 프레임부; 및
    상기 캐리어유닛 프레임부에 지지되며, 상기 기판 회전유닛에 연결되어 상기 기판 회전유닛을 회전시키는 회전 구동부를 포함하는 인라인 스퍼터링 시스템.
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