CN111575679A - 真空沉积装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种由工程腔室接收在连接到加热器的热交换机中进行热交换的冷却水的流入，借此在维持内部正常工程温度的同时执行特定温度的低温工程，从而在玻璃以及晶圆基板上沉积形成薄膜的真空沉积装置。本发明在包括腔室、基座、喷淋头以及加热器的真空沉积装置中，由腔室接收在连接到加热器的热交换机中进行热交换的一定温度的冷却水，借此在维持正常的工程温度的同时执行特定温度的低温工程，从而在玻璃以及晶圆基板上沉积形成薄膜。加热器采用在内部填埋螺旋形冷却水管的构成，填埋部位通过焊接防止漏水。腔室与远程等离子体发生器连接且在连接管中配备散热板，散热板采用圆筒形状的构成并通过形成多个褶皱结构而提升其表面积。
Description
技术领域
本发明涉及一种真空沉积装置。
本发明尤其涉及一种由工程腔室接收在连接到加热器的热交换机中进行热交换的冷却水的流入，借此在维持内外部正常工程温度的同时执行特定温度的低温工程，从而在玻璃以及晶圆基板上沉积形成薄膜的真空沉积装置。
背景技术
通常作为化学气相沉积装置，主要使用等离子体化学气相沉积装置(PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition，以下简称为PECVD装置)。
PECVD装置是通过利用工程腔室外部的高电压能量将工程气体激发到等离子体状态之后诱导工程气体之间的化学反应而在基板上形成薄膜。
PECVD装置中配备有用于在真空状态的工程腔室内部对基板进行支撑的基座，从而通过工程气体的流入而在基板上形成薄膜。
PECVD装置不使用热交换器，而是通过将卡盘与电阻连接之后进行电加热而使其进入高温(350℃～400℃)状态之后执行工程。
但是当采用如上所述的电加热方式时，因为外部温度会变得过高，因此需要在腔室外廓配备冷却系统，从而通过降低腔室外部的温度而维持正常的腔室内部温度。
关于真空沉积装置，具体包括如下所述的现有技术。
韩国专利公开第10-2015-0125033号涉及一种能够通过配备于卡盘上的升降销孔避免在基板上形成温度差异的真空沉积装置，在利用真空热沉积法在基板上沉积有机物的过程中，能够通过在用于对基板进行支撑及固定的卡盘的升降销孔上组装及结合磁性凸轮而解决在将有机物沉积到基板上的过程中因为基板上形成的温度差异而导致的有机物的沉积不均匀的问题。
但是如上所述的现有技术具有需要形成升降销孔并在对应的部分配备磁性凸轮等结构变得复杂的问题。
韩国专利公开第10-2007-0030087号涉及一种有机发光二极管制造用真空沉积装置，包括：腔室；蒸发源，安装于腔室内的下部，用于使特定的有机物蒸发；基板支架，安装于腔室内的上部，用于对被沉积体进行夹持；以及，电热线部，安装于腔室的边缘部，用于对在蒸发源中蒸发的上述有机物在腔室边缘附近的蒸发速度进行调节；借此，能够在基板的中心部分和边缘部分得到厚度均匀的有机膜。
但是如上所述的现有技术虽然能够解决当基板的大小变大时难以根据基板的大小调节膜的厚度，从而因为基板的中间部分变厚而边缘部分变而无法获得厚度均匀的膜的问题，但是只有在基板的中间部分和边缘部分之间存在厚度差异的情况下才能够有效使用，因此存在一定的限制。
韩国专利公开第10-20l2-0069962号涉及一种真空沉积装置，包括：真空腔室；基座，配置于上述真空腔室的内部，可以承载基板的状态上下移动；以及，升降销，以贯通上述基座的方式配置，可使基板相对于基座上升和下降；其中，位于上述基座边缘上的升降销的边缘被配置在上述基板的边缘的内侧，能够通过对升降销的设计变更而减少基板的破损以及污染。
但是如上所述的现有技术虽然能够解决在高温工程中从升降销生成的异物附着在与升降销接触的基板的接触面上而导致的基板污染问题，但是因为只属于机构性的结构变更，因此并不能有效地解决在工程上发生的问题。
发明内容
本发明的目的在于为了解决如上所述的现有技术中存在的问题而提供一种真空沉积装置，由腔室接收在连接到加热器的热交换机中进行热交换的一定温度的冷却水，借此在维持正常工程温度的同时执行特定温度的低温工程，从而在玻璃以及晶圆基板上沉积形成薄膜。
本发明的另一目的在于提供一种真空沉积装置，在将从热交换机引出的冷却水管连接到加热器的同时将从其他热交换机引出的冷却水管连接到腔室以及腔室盖，从而利用各个热交换机进行温度调节。
本发明的其他目的能够通过在下述内容中记载的详细说明进行类推。
为了实现如上所述的目的，适用本发明的真空沉积装置，其特征在于：
在包括腔室(反应腔室或工程腔室)、基座、喷淋头以及加热器的真空沉积装置中，由上述腔室接收在连接到上述加热器的热交换机中进行热交换的一定温度的冷却水，借此在维持正常温度的同时执行特定温度的低温工程，从而在玻璃以及晶圆基板上沉积形成薄膜。
本发明的特征在于：腔室与热交换机为了维持腔室的工程温度而以2米以内的间隔进行安装。
本发明的特征在于：连接到热交换机的加热器为了维持工程温度而配备可利用冷却水在1秒之内调节到所需温度的冷却水管。
本发明的特征在于：在加热器的内部相互围绕的螺旋形冷却水管之间的间距为10mm以内，进/出(in/out)管之间的间距为5mm以内，冷却水管为7mm以下，从而在加热器的内部以圆形形态旋转一定的次数。
本发明的特征在于：加热器的冷却水管的进/出管以1个环路构成并填埋，填埋部位通过焊接防止漏水。
本发明的特征在于：腔室连接到远程等离子体发生器，连接管中配备有散热板。
本发明的特征在于：散热板以圆筒形状构成，且在圆筒形状的外周面形成厚度为1mm以上的多个褶皱结构。
本发明的特征在于：在喷淋头以及加热器中形成非连续组分的0.2～10μm的AlF膜涂层。
本发明的特征在于：腔室的工程温度为95℃以下，工程压力为0.5～4torr。
在适用本发明的真空沉积装置中，能够由腔室接收在连接到加热器的热交换机中进行热交换的一定温度的冷却水，借此在维持正常工程温度的同时执行特定温度的低温工程，从而在玻璃以及晶圆基板上沉积形成薄膜，即，可通过准确地对工程温度进行调节而更高效地执行工程。
此外，本发明能够在将从热交换机引出的冷却水管连接到加热器的同时将从其他热交换机引出的冷却水管连接到腔室以及腔室盖，从而利用各个热交换机更加精确地对腔室内部的温度进行调节。
附图说明
图1以及图2是适用本发明之实施例的真空沉积装置的概念图。
图3是适用本发明之实施例的加热器中配备的冷却水管的构成图。
图4是适用本发明之实施例的用于对远程等离子体发生器与腔室进行连接的连接管(气体管)中配备的散热板的构成图。
图5是腔室与热交换机间的间距不同时的冷却水复归时间测试结果图表。
图6是散热板数量不同时的用于对腔室与远程等离子体发生器进行连接的气体管温度变化测试结果图表。
图7是感应耦合等离子体刻蚀机(ICP etcher)SF6等离子体耐蚀性评估结果。
图8是使用感应耦合等离子体刻蚀机(ICP etcher)SF6等离子体时的表面粗糙度变化评估结果。
【符号说明】
10：腔室
20：加热器
30、35：热交换机
40：腔室盖
60：散热板
65：褶皱
具体实施方式
本发明能够进行多种变更且通过多种实施例实现，接下来将在附图中对特定的实施例进行图示并对其进行详细的说明。
但是，这并不是为了将本发明限定于特定的实施形态，而是应理解为包含本发明之思想以及技术范围内的所有变更、均等物乃至替代物。
在本发明中所使用的术语只是为了对特定的实施例进行说明，并不是为了对本发明进行限定。
除非在上下文中有明确的相反含义，否则单数型语句还包含复数型含义。在本申请中所使用的“包含”或“具有”等术语，只是为了指定说明书中所记载的特征、数字、步骤、动作、构成要素、部件或上述之组合存在，不应理解为事先排除一个或多个其他特征、数字、步骤、动作、构成要素、部件或上述之组合存在或附加的可能性。
除非另有定义，否则在本说明书中使用的包括技术性或科学性术语在内的所有术语的含义与具有本发明所属技术领域之一般知识的人员所通常理解的含义相同。
[本发明的较佳形态]
接下来，将对本发明的较佳形态进行说明。
PECVD装置是指在现有的CVD装置即单纯地通过喷射气体而对晶圆上的沉积进行诱导的装置的基础上在腔室的内部安装用于生成等离子体的RF发生器的沉积装置，是通过在向腔室内部注入气体之后生成等离子体而与现有的装置相比提升其工程效率的沉积装置。
现有的PECVD装置采用在现有技术中介绍的高温加热方式，因此构成腔室的物质会受到限制，而且在完成之后可使用的基板也会受到诸多限制。
即，现有的PECVD装置是通过将卡盘(CHUCK)与电阻进行连接而利用电流的流动形成高温(350℃～400℃)并执行工程。此时，为了防止腔室外部的温度变得过高，需要通过在腔室的外部配备冷却系统而降低与腔室相邻的外部温度，并借此使腔室的内部温度维持在正常温度。
与此相反，本发明能够通过将热交换机直接连接到加热器并将上述连接管连接到腔室和腔室盖而使冷却水同时起到冷却和加热功能，从而将腔室的内部维持在约90℃的温度。
为了能够实现如上所述的功能，热交换机与加热器之间的距离尤为重要，此时的公式为τ＝RA(τ为时间常数，R为阻力，A为面积)，可以得知在使用相同材质时的R值相同，且在以相同的口径循环冷却水时的面积与L即整体长度的成正比关系。即，当长度变长时复归时间也将变长，这对于正常工程温度的反馈时间(Feedback Time)也会造成相同的结果。
因此，将腔室与热交换机的冷却水管设定为最小长度，有利于维持正常的工程温度以及根据需要变化温度。
在本发明中，将热交换机与腔室之间的距离设定为除各个构成要素距离之外的最小长度2米以内。
本发明采用从热交换机排出的冷却水通过1次路径管旋转1次之后排出并借此向腔室传递热量的构成。此时为了实现有效的热传递效果，冷却水管采用圆形构成，并在各个管之间的间隔以及内部直径采用适当的设计。
本发明包括形成AlF涂层的加热器以及喷淋头。涂层厚度为0.2～10μm，且不采用现有的单纯地在Al上形成F涂层的形态而是通过注入(Implantation)方式形成AlF层，从而使其能够在腐蚀性气体作用下维持更长的使用寿命，并且通过改善内部杂质(particle)、延长更换周期以及减少废弃量而实现提升生产性以及经济利益的目的。
本发明与未涂层的裸铝(Al Bare)的加热器以及喷淋头需要在约3,000个以下对晶圆进行周期性更换的情况相比，只需要在12,000个以上对晶圆进行更换，从而能够确保更长的使用寿命。
本发明为了对从远程等离子体发生器(Remote Plasma Generator)流入到腔室的高温气体进行冷却，在腔室与远程等离子体发生器的连接管上配备散热板，从而对气体进行冷却。
通常，热传递的值如下述公式1所示，在物体的温度与周围温度稳定的情况下与其面积成正比关系。
【公式1】
Qcv＝hcvAs(Ts-T∞)
Qcv：对流热传递率[W]
hcv：对流热传递系数[W/m2℃]
As：热传递面积[m2]
Ts：物体表面温度[℃]
T∞：与表面相隔充分距离的位置上的流体温度[℃]
本发明通过在圆筒形状的管上形成长度为5mm、厚度为1.5mm的细微褶皱而扩大其面积并借此提升向外部的热传递效率，从而能够在不采用其他冷却方法的情况下实现优秀的冷却效果。
本发明利用在热交换机中进行热交换之后流动的冷却水将从加热器生成的热量转换成低温状态并使其流入到腔室中，因此除了目前使用的基板即晶圆之外，还能够将因为在高温下发生溶解而无法使用的玻璃作为基板进行沉积。
[本发明的较佳实施例]
接下来，将结合附图对适用本发明的较佳实施例进行详细的说明。
图1以及图2是适用本发明之实施例的真空沉积装置的概念图。图3是适用本发明之实施例的加热器中配备的冷却水管的构成图。图4是适用本发明之实施例的用于对远程等离子体发生器与腔室进行连接的连接管(气体管)中配备的散热板的构成图。图5是腔室与热交换机间的间距不同时的冷却水复归时间测试结果图表。图6是散热板数量不同时的用于对腔室与远程等离子体发生器进行连接的气体管温度变化测试结果图表。图7是感应耦合等离子体刻蚀机SF6等离子体耐蚀性评估结果。图8是使用感应耦合等离子体刻蚀机SF6等离子体时的表面粗糙度变化评估结果。
本发明如图1以及图2所示，在包括腔室(反应腔室或工程腔室)10、基座、喷淋头以及加热器20的真空沉积装置中，由上述腔室10接收在连接到上述加热器20的热交换机30中进行热交换的一定温度的冷却水，借此在维持正常的工程温度的同时执行特定温度的低温工程，从而在玻璃以及晶圆基板上沉积形成薄膜。
上述加热器20与喷淋头中形成AlF膜涂层。上述AlF膜采用非连续组分且其厚度为0.2～10μm。借此，能够在目前流入的腐蚀性气体作用下维持更长的使用寿命并借此在生产线上实现更长的更换周期，从而提升其生产性。
本发明的工程压力基本上适用1～10torr，具体来讲适用1～2torr。
此时，为了对工程压力进行调节，使用容量各为5,000SCCM的共计9个MFC。
如图1所示，本发明采用通过热交换机30的冷却水经由加热器卡盘冷却管(HeaterChuck Cooling Line)流入到卡盘且在上述加热器卡盘冷却管上配备加热器20的构成。
借此，流入到上述卡盘内部的冷却水将在加热器20的内部循环。
与现有的加热器将电气线缆连接到冷却管并在加热器的上部连接电阻而通过电力调节温度并在升温到400℃以上的温度之后执行工程的方式不同，如上所述构成的本发明能够通过利用热交换机30进行温度调节而在90℃的低温条件下在玻璃上进行沉积。
即，虽然一般的PECVD与本发明在基本上都采用热交换原理，但是本发明与通过电气线缆对腔室内部的温度进行调节的现有技术不同，能够利用热交换机30执行90℃低温工程，而为了执行如上所述的工程，采用使冷却水在加热器20的内部循环的构成。
此外，本发明如图2所示，通过使与连接到加热器20的冷却水管不同的与其他热交换机35连接的冷却水管连接到腔室10以及腔室盖40，能够使冷却水同时起到冷却以及加热功能，从而将腔室10的内部温度维持在约90℃的温度。
即，通过追加配备与连接到加热器20的冷却水管不同的单独的冷却水管，能够更加精确地实现温度调节。
在通过如图2所示的构成执行温度调节时，因为是通过两个热交换机30、35的同时工作而对腔室10的内部温度进行调节，因此需要执行略为复杂的调节动作。
因为同时对两个热交换机30、35以及两个冷却水管进行驱动，因此加热器20的驱动时间或发热电力等可能会有所变化。即，因为本发明的目的在于将腔室10的内部温度调节至工程所需要的温度，因此能够在考虑到在其他冷却水管中流动的冷却水温度的前提下减少对加热器20的驱动，也能够与其相反。如上所述的调节动作，能够以多种不同方式实现。
如图3所示，加热器20的冷却水管70的进/出(in/out)管以1个环路构成并填埋，而且通过对填埋部位进行焊接而使其避免向加热器的内侧裸露，并借此防止可能因为冷却水管的破损而导致的漏水现象。
作为上述冷却水管70的实例，能够通过将管路之间的间隔、进/出管之间的间隔以及冷却水管分别制作成特定的大小而使其在加热器20的内部以圆形形状旋转一定的次数。其中，能够分别使上述管之间的间隔为10mm以内、进/出管之间的间隔为5mm以内、冷却水管为7mm以下，而在加热器20的内部以圆形形状旋转的次数能够为5次，但是上述数值仅为示例性内容，本发明并不限定于所记载的数值。
通过如上所述的构成，通过冷却水管70在加热器20的内部循环之后的冷却水将进而流入到腔室10中而对腔室10的内部温度进行调节。
在腔室10的内部循环之后的冷却水将进而得到排出并沿着腔室盖40流动，从而在回到热交换机30并补充所损失的热能之后重新流入到加热器卡盘。
如上所述，适用本发明的冷却水循环过程通过一个冷却水管执行，也能够根据冷却水量或管的大小等变化成由2个管等构成的方式。
此外，腔室10和热交换机30为了维持腔室10的正常的工程温度，以相互相隔2米以内的距离安装。即，在通过使从热交换机30排出的冷却水通过加热器20流入到腔室10而维持正常的工程温度之后，重新复归到热交换机30的时间越快就越有利于维持工程温度。
因此在考虑到上述情况的前提下，使腔室10与热交换机30之间的距离非常近为宜，但是在考虑到设备的安全问题或周边因素等的情况下可以设定为最短距离即2米。在设定为如上所述的2米的情况下，在冷却水循环之后重新复归到热交换机30的时间将成为1秒。
图5是腔室10与热交换机30间的间距不同时的冷却水复归时间测试结果图表，可以发现距离越远其冷却水复归时间也会出现更多延迟。
此外，可以发现当流量为15LMP时与10LPM时相比，能够缩短冷却水复归时间。
本发明在从配置于腔室10上部的远程等离子体发生器(图示省略)连接到腔室10的分解气体管(连接管)(图示省略)的外周面，配备用于对气体管中产生的热量进行释放的散热板60。
上述散热板60如图4所示，以特定的长度以及直径形成，例如能够采用与连接管的形状对应的特定大小的圆筒形状，通过在其内周面和/或外周面形成多个褶皱65而提升散热效率。上述褶皱65能够以如1mm以上的厚度形成。上述褶皱65能够通过增加散热板60的面积而提升向外部的热传递效率，从而实现优秀的冷却效率。
当上述褶皱65形成于内周面时，将在褶皱65之间形成细微的空间，从而进入温度低于连接管的外部空气可流入的状态，借此，不仅能够通过使温度低于连接管的外部空气的流入而降低连接管的温度，还能够通过使形成褶皱65的部分之外的散热板60与连接管直接接触而对连接管中产生的热量进行吸收并释放到外部。
此外，上述褶皱65还能够采用如粘接散热销(图示省略)或利用在散热板中形成的凹槽实现贯通等方式进一步提升散热效果。
图6中对在连接管中配备散热板60时的散热结果进行了图示，可以发现在散热板60的数量增加时能够降低连接管的温度。即，通过对散热板数量为1个和10个的情况进行比较可以发现，连接管的温度从约240℃降低到了约190℃，即温度降幅达到了50℃。
当散热板60的温度在5个以内时，可以发现温度呈现出线性下降的结果，而在6个以上时进入饱和状态。因此，本发明为了维持200℃以下的温度而配备7个散热板60。
如图7以及图8所示，对适用本发明的AlF涂层和裸铝(bare Al)、其他公司的外部涂层的耐蚀性评估和表面粗糙度评估结果进行比较可以发现，在两个结果中对氟等离子体(fluorine plasma)的耐蚀性以及粗糙度均得到了改善。
耐蚀性评估是用于对腐蚀性气体即氟等离子体环境下的腐蚀程度进行确认的资料，粗糙度评估是用于通过对表面的粗糙度进行确认而对氟所导致的表面变化进行确认的资料。
上述实施例是对适用本发明的最较佳的一实施例进行的记载，但本发明并不限定于此，在不脱离本发明之技术思想的范围内能够变形成多种形态实施。
Claims (9)
1.一种真空沉积装置，其特征在于：
在包括腔室、基座、喷淋头以及加热器的真空沉积装置中，
由上述腔室接收在连接到上述加热器的热交换机中进行热交换的一定温度的冷却水，借此在维持正常温度的同时执行特定温度的低温工程，从而在玻璃以及晶圆基板上沉积形成薄膜。
2.根据权利要求1所述的真空沉积装置，其特征在于：
上述腔室与热交换机为了维持腔室的工程温度而以2米以内的间隔进行安装。
3.根据权利要求1所述的真空沉积装置，其特征在于：
连接到上述热交换机的加热器为了维持工程温度而配备可利用冷却水在1秒之内调节到所需温度的冷却水管。
4.根据权利要求1所述的真空沉积装置，其特征在于：
在上述加热器的内部相互围绕的螺旋形冷却水管之间的间距为10mm以内，进/出管之间的间距为5mm以内，冷却水管为7mm以下，从而在加热器的内部以圆形形态旋转一定的次数。
5.根据权利要求4所述的真空沉积装置，其特征在于：
上述加热器的冷却水管的进/出管以1个环路构成并填埋，填埋部位通过焊接防止漏水。
6.根据权利要求1所述的真空沉积装置，其特征在于：
上述腔室连接到远程等离子体发生器，连接管中配备有散热板。
7.根据权利要求6所述的真空沉积装置，其特征在于：
上述散热板以圆筒形状构成，且形成厚度为1mm以上的多个褶皱结构。
8.根据权利要求1所述的真空沉积装置，其特征在于：
在上述喷淋头以及加热器中形成非连续组分的0.2～10μm的AlF膜涂层。
9.根据权利要求1所述的真空沉积装置，其特征在于：
上述腔室的工程温度为95℃以下，工程压力为0.5～4torr。
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