KR100667886B1 - 인라인 스퍼터링 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인라인 스퍼터링 시스템(In-line Sputtering System)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방향 전환 챔버 내부에 스퍼터링 소스를 마련하여 장치의 풋프린트가 감소되고, 다층 박막의 증착에 적합한 인라인 스퍼터링 시스템에 관한 것이다.
본 발명은, 기판의 로딩과 언로딩을 위하여 대기압과 진공간의 전환을 실행할 수 있는 진입측/배출측 로드락 챔버; 상기 진입측/배출측 로드락 챔버에 접하여 마련되며, 기판을 가열시키고 냉각시킬 수 있는 버퍼 히팅/버퍼 냉각 챔버; 상기 버퍼 히팅/버퍼 냉각 챔버에 접하여 마련되며, 기판에 박막을 코팅하기 위한 스퍼터링 소스와 기판을 방향 전환시킬 수 있는 방향 전환 수단이 동시에 마련되는 방향전환/공정 챔버;를 포함하는 인라인 스퍼터링 시스템을 제공한다.
스퍼터, 인라인 스퍼터, 방향 전환 챔버
Description
도 1은 종래의 인라인 스퍼터링 시스템의 일례의 개념도이다.
도 2는 종래의 인라인 스퍼터링 시스템의 다른 예의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인라인 스퍼터링 시스템의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인라인 스퍼터링 시스템의 개념도이다.
본 발명은 인라인 스퍼터링 시스템(In-line Sputtering System)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방향 전환 챔버 내부에 스퍼터링 소스를 마련하여 장치의 풋프린트가 감소되고, 다층 박막의 증착에 적합한 인라인 스퍼터링 시스템에 관한 것이다.
주지하고 있는 바와 같이, 플라즈마(plasma)를 이용하는 스퍼터링 기술은 반도체, LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), 프로젝션 티브이(Projection TV) 등의 제조 분야에서 박막의 코팅에 보편적으로 이용되고 있으며, 기판의 로딩과 언로딩 방법에 따라 배치형(Batch Type), 인터백(Inter-Back)과 인라인 방식으로 구분하고 있다.
배치형 스퍼터링은 공정 챔버에 기판을 직접 로딩하여 기판의 표면에 박막을 코팅한다. 인터백 스퍼터링은 공정 챔버에 기판의 로딩 및 언로딩을 수행하는 서브 챔버를 구비시키고, 서브 챔버에 의하여 기판을 로딩 및 언로딩시키면서 기판의 표면에 박막을 코팅한다. 인라인 스퍼터링은 공정 챔버에 로딩 챔버와 언로딩 챔버를 인라인으로 배치시키고, 로딩 챔버에 의하여 기판을 로딩시킨 후 기판의 표면에 박막의 코팅을 수행한 후 언로딩 챔버에 의하여 기판을 언로딩시킨다.
특히, LCD와 PDP 등의 제조분야에서는 유리기판의 표면에 금속막 또는 절연막과 도전막으로 ITO(Indium Tin Oxide)막을 연속적으로 코팅하는 공정이 진행된다. 따라서 이러한 공정을 진행하기 위하여 인라인 스퍼터링을 이용하고 있다.
이렇게 2가지 박막을 연속적으로 코팅하기 위한 인라인 스퍼터링 시스템은 일반적으로, 유리기판의 로딩을 위하여 대기압과 진공 상태를 전환시키는 진입측 로드락 챔버(Entry Load-lock Chamber), 유리 기판을 가열시키는 버퍼 히팅 챔버(Buffer Heating chamber), 유리기판의 표면에 상기 막들을 코팅시키는 제1 공정 챔버(Process Chamber), 제2 공정 챔버, 유리기판을 냉각시키는 쿨링 챔버, 유리기판의 언로딩을 위하여 대기압과 진공 상태를 전환시키는 배출측 로드락 챔버(Exit Load-lock Chamber)가 일렬로 배열되는 구조를 취한다. 물론 제1 공정 챔버와 제2 공정 챔버 사이에 유리기판을 가열하기 위한 버퍼 히팅 챔버가 더 마련될 수도 있 다.
한편 이러한 인라인 스퍼터링 시스템 중에, 전체 시스템의 길이를 줄이고, 기판의 로딩과 언로딩의 효율성을 높이기 위하여 로딩과 언로딩 방향이 동일한 시스템이 개시되고 있다. 이러한 시스템(10)은 도 1에 도시된 바와 같이, 시스템의 일측에 로딩과 언로딩을 위한 로드락 챔버(3, 4)들이 배치되고, 시스템의 타측에 기판의 방향 전환을 위한, 방향 전환 챔버(Turning Chamber, 11)가 배치되는 구조를 취한다.
이때 상기 로드락 챔버(3, 4)의 전방에는 로딩 스테이션(1)과 언로딩 스테이션(2)이 더 마련될 수 있으며, 로딩되는 유리 기판이나 언로딩되는 유리기판의 방향을 전환을 위하여 대기압 방향 전환 챔버(17)가 더 마련될 수도 있다.
그리고 전술한 각 챔버에는 유리기판을 장착하고 이동시키는 캐리어의 이동을 위한 레일(23)이 마련된다. 따라서 공정이 처리되는 유리기판은 이 레일(23)을 따라서 각 챔버 별로 이동되며 공정이 처리된다. 또한 각 챔버에는 그 내부를 진공상태로 유지하기 위한 배기 펌프(도면에 미도시)가 마련되고, 로드락 챔버(3, 4)에는 벤팅 밸브(Venting valve)도 마련된다.
다음으로 상기 버퍼 히팅 챔버(5)에는 기판의 가열을 위하여 쉬스히터(sheath heater)가 마련된다.
다음으로 공정 챔버(6, 8)에는 기판에 박막을 형성하기 위한 스퍼터링 소스(21)가 마련된다. 따라서 이 스퍼터링 소스(21)에 의하여 기판에 특정한 박막이 코 팅되는 것이다. 그런데 종래의 인라인 스퍼터링 시스템에서는 공정 중에 기판이 정지하기 않고 연속적으로 움직이면서 공정이 이루어진다. 따라서 공정 챔버(6, 8)의 전단과 후단에 각각 버퍼 히팅 챔버(5, 7, 9)를 구비하여 공정 상의 요구조건인 균일한 박막 형성을 도모하게 된다.
또한 방향 전환 챔버(11)을 지난 기판은 리턴 챔버(return chamber, 12, 13, 14, 15, 16)로 구성된 다수개의 챔버를 지나면서 냉각된다.
또한 각 챔버 사이에는 게이트 밸브(22)가 마련되어 있어서, 각 챔버 사이의 공간을 열고 닫을 수 있도록 마련된다. 따라서 어느 챔버에서 다음 챔버로 기판이 이동되고 난 후에는 이 게이트 밸브(22)가 닫혀서 각 챔버 사이를 차단하여 공정의 원활한 진행을 돕는다.
그런데 이러한 방향 전환형 인라인 스퍼터링 시스템(10)에서 상기 방향 전환 챔버(11)는 단순히 방향 전환 기능만 수행하면서도 기판 및 캐리어의 회전반경을 확보하기 위하여 그 단면적 및 내부 체적이 매우 큰 구조를 가진다. 따라서 시스템 자체의 풋프린트가 매우 커지며, 장비 운영에 있어서 비효율적인 점이 발생한다. 또한 종래의 인라인 스퍼터링 시스템에서는 기판이 이동하면서 공정이 진행되므로 다수개의 버퍼 히팅 챔버와 리턴 챔버가 요구되어 장치의 풋프린트가 대폭 증가하는 문제점이 있다.
더구나 최근에는 전술한 바와 같이, 유리기판 상에 2가지 박막만을 코팅하는 것이 아니라, 3가지 이상의 상이한 박막을 코팅하는 경우가 발생하고 있다. 이렇게 3가지 이상의 상이한 박막을 코팅하는 경우에는 도 2에 도시된 바와 같이, 공정 챔 버(36, 38, 40)를 더 늘릴 수 밖에 없다. 그러나 이렇게 공정 챔버를 더 늘리는 것은, 각각 버퍼 히팅 챔버(35, 37, 39, 41)을 동반하여 증가시키며, 리턴 챔버(43 내지 49)도 동반하여 증가시키므로, 인라인 스퍼터링 시스템(30) 전체가 차지하는 풋프린트를 대폭 증가시켜, 인라인 스퍼터링 시스템이 클린룸내에서 차지하는 면적을 증가시킨다. 이렇게 클린룸 내에서 차지하는 면적을 증가시키는 것은, 장비의 설치단가를 폭발적으로 증가시키는 문제점이 있다.
특히, 최근에는 처리되는 유리기판의 면적이 커지면서 하나의 챔버가 차지하는 면적도 커지고 있으므로, 이러한 문제점은 더욱 심각해지고 있다.
본 발명의 목적은 방향 전환 챔버 내에 스퍼터링 소스를 마련하여 풋프린트를 증가시키지 않으면서도 다수 종류의 다층 박막을 코팅할 수 있는 인라인 스퍼터링 시스템을 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기판의 로딩과 언로딩을 위하여 대기압과 진공간의 전환을 실행할 수 있는 진입측/배출측 로드락 챔버; 상기 진입측/배출측 로드락 챔버에 접하여 마련되며, 기판을 가열시키고 냉각시킬 수 있는 버퍼 히팅/버퍼 냉각 챔버; 상기 버퍼 히팅/버퍼 냉각 챔버에 접하여 마련되며, 기판에 박막을 코팅하기 위한 스퍼터링 소스와 기판을 방향 전환시킬 수 있는 방향 전환 수단이 동시에 마련되는 방향전환/공정 챔버;를 포함하는 인라인 스퍼터링 시스템을 제공한다.
또한 본 발명의 다른 관점에서는,
기판의 로딩과 언로딩을 위하여 대기압과 진공간의 전환을 실행할 수 있는 진입측/배출측 로드락 챔버; 상기 진입측/배출측 로드락 챔버에 접하여 마련되며, 기판을 가열시키고 냉각시킬 수 있는 버퍼 히팅/버퍼 냉각 챔버; 상기 버퍼 히팅/버퍼 냉각 챔버에 접하여 마련되며, 상기 기판에 부가적인 박막을 형성시킬 수 있는 부가 공정 챔버; 상기 부가 공정 챔버에 접하여 마련되며, 기판에 박막을 코팅하기 위한 스퍼터링 소스와 기판을 방향 전환시킬 수 있는 방향 전환 수단이 동시에 마련되는 방향전환/공정 챔버;를 포함하는 인라인 스퍼터링 시스템을 제공한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예들을 상세하게 설명한다.
< 실시예 1 >
본 실시예에 따른 인라인 스퍼터링 시스템(100)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 진입측 로드락 챔버(130); 배출측 로드락 챔버(140); 버퍼 히팅 챔버(150); 버퍼 냉각 챔버(160); 방향전환/공정 챔버(170);로 구성된다. 여기에서 진입측 로드락 챔버(130)와 배출측 로드락 챔버(140)는 챔버의 일측벽이 서로 접한 상태로 배 치된다. 그리고 더 나아가서는 진입측 로드락 챔버(130)와 배출측 로드락 챔버(140)가 각각의 챔버를 구성하며 구성시에 챔버 용적을 최소화하여 진공 펌프에 의한 배기 및 배기후 대기압으로의 벤트(vent) 시간을 최소화하여 생산성 즉 수율을 향상시키는 것이 바람직하다.
그리고 버퍼 히팅 챔버(150)와 버퍼 냉각 챔버(160)도, 도 3에 도시된 바와 같이, 상술한 진입측 로드락 챔버(130), 배출측 로드락 챔버(140)와 마찬가지로 하나의 측벽이 서로 접한 상태로 배치된다. 물론 하나의 측벽을 공통으로 사용할 수도 있으며, 하나의 챔버로 마련될 수도 있다.
한편 로드락 챔버(130, 140)와 버퍼 히팅 챔버(150) 및 버퍼 냉각 챔버(160)는 종래의 그것과 동일한 구조 및 기능을 가지므로 여기에서 반복하여 설명하지 않는다.
다음으로 본 실시예에 따른 인라인 스퍼터링 시스템(100)에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 방향전환/공정 챔버(170)가 마련된다. 이 방향전환/공정 챔버(170)는 기판의 방향을 180°전환시키는 역할을 하면서도, 기판의 표면에 일정한 박막을 성막하는 역할도 수행한다. 즉, 종래의 방향 전환 챔버와 공정 챔버의 기능을 동시에 수행하는 구성요소인 것이다. 따라서 이 방향전환/공정 챔버(170) 내부에는, 기판에 박막을 코팅하기 위한 스퍼터링 소스(172)와 기판을 방향 전환시킬 수 있는 방향 전환 수단(174)이 동시에 마련된다. 그리고 본 실시예에서는 이 방향전환/공정 챔버(170)을 중앙 부분을 기준으로 양분될 수 있는 구조로 마련한다. 이는 챔버 의 대형화에 따라서 이송이 용이하도록 하기 위한 것이다. 즉, 전체 챔버를 이송하는 것이 아니라, 두 블럭으로 분리된 상태에서 이송하고, 설치 장소에 이송된 후에 결합하는 것이다. 따라서 본 실시예에 따른 방향전환/공정 챔버는 그 중앙 부분에 챔버가 분리 결합될 수 있도록 체결부가 더 마련된다. 이 체결부는 플랜지(flange)인 것이 바람직하다.
이때 상기 스퍼터링 소스(172)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 방향 전환/공정 챔버(170)의 내부 양 측에 각각 마련되어 복수개가 마련되는 것이 바람직하다. 즉, 챔버의 일측벽에 하나의 스퍼터링 소스를 배치하고, 그 일측벽과 마주보는 측벽에 다른 스퍼터링 소스를 배치하는 것이다. 따라서 기판에 특정한 박막을 형성시키고, 방향전환수단을 이용하여 기판의 방향을 전환한 후에, 반대편 스퍼터링 소스를 이용하여 다른 박막 또는 수율 향상 측면에서 단일 박막을 형성시킨다.
그리고 본 발명에서는 이 복수개의 스퍼터링 소스가 각각 서로 상이한 박막을 형성시키는 별개의 스퍼터링 소스로 구성되도록 하는 것이 바람직하다. 이렇게 다른 종류의 스퍼터링 소스를 배치하면, 하나의 기판에 서로 다른 종류의 기판을 연속적으로 형성시킬 수 있으므로, 일련의 공정을 하나의 인라인 스퍼터링 시스템으로 완료할 수 있는 장점이 있다.
다만 방향 전환이 완료되고 새로운 스퍼터링 공정이 진행되는 경우에는 챔버 측벽과 밀착되어 챔버를 완벽하게 차단할 수 있도록 챔버 측벽과 밀착 및 이격이 가능하도록 마련되어 있고, 두 소스에서 다른 박막을 공정시에는 유리기판 주변에 쉬드(도면에 미도시)가 있어 챔버 내부가 연동되어 있을지라도 증착되어지는 박막 의 순도에 영향이 미치지 않도록 한다.
< 실시예 2 >
본 실시예에 따른 인라인 스퍼터링 시스템(200)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 진입측 로드락 챔버(230); 배출측 로드락 챔버(240); 버퍼 히팅 챔버(250); 버퍼 냉각 챔버(260); 부가 공정 챔버(270, 280); 방향전환/공정 챔버(290);로 구성된다.
본 실시예에 따른 진입측 로드락 챔버(230), 배출측 로드락 챔버(240), 버퍼 히팅 챔버(250), 버퍼 냉각 챔버(260), 방향전환/공정 챔버(290)는 전술한 실시예 1에 따른 그것과 동일한 구조 및 기능을 가지므로 여기에서 반복하여 설명하지 않는다.
한편 본 실시예에 따른 부가 공정 챔버(270, 280)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 버퍼 히팅/버퍼 냉각 챔버(250, 260)에 접하여 마련되며, 상기 기판에 부가적인 박막을 형성시킬 수 있는 구성요소이다. 상기 방향 전환/공정 챔버(290)에 의해서는 2가지 종류의 박막을 기판에 연속하여 형성시킬 수가 있다. 그러나 3가지 이상의 박막을 형성시킬 수는 없으므로, 이 경우에는 부가적인 공정 챔버가 필요한 것이다. 따라서 이 부가 공정 챔버(270, 280)에는 상기 방향 전환/공정 챔버(290)에 마련되는 스퍼터링 소스(292)와 상이한 별개의 스퍼터링 소스(272, 282)가 마련된다.
이때 이 부가 공정 챔버(270, 280)에는 하나의 스퍼터링 소스가 마련될 수도 있고, 2개의 스퍼터링 소스가 마련될 수도 있다. 하나의 스퍼터링 소스가 마련되는 경우에는 기판에 3가지 종류의 박막을 형성시키는 경우에 사용되고, 2개의 스퍼터링 소스가 마련되는 경우에는 두가지 경우가 가능하다. 먼저 수율 향상을 위해 2가지 박막을 공정할 경우에는 하나의 소스에서 50%씩 공정을 진행하여 수율향상을 추구한다. 그리고 다른 한가지는 기판에 4가지 종류의 박막을 형성시키는 경우에 사용된다. 이렇게 2개의 스퍼터링 소스가 부가 공정 챔버에 마련되는 경우에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 그 내부 공간을 양분하는 중간 격벽이 마련되고, 양 공간에 각각 별개의 스퍼터링 소스가 마련되는 것이 바람직하다.
그리고 본 실시예에 따른 부가 공정 챔버(270, 280)는 인라인 스퍼터링 시스템에 삽입 및 분리가 가능한 구조로 마련된다. 즉, 상기 방향 전환/공정 챔버(290)와 버퍼히팅/버퍼냉각 챔버(250, 260)를 서로 분리 결합될 수 있는 구조로 마련하고, 상기 부가 공정 챔버(270, 280)를 끼워 넣을 수 있는 구조로 마련하는 것이다. 이렇게 부가 공정 챔버를 삽입 가능한 구조로 마련하는 것은, 요구되는 공정에 용이하게 대응할 수 있도록 하기 위함이다. 즉, 기판에 2가지 종류의 박막만을 증착하는 경우에는 이 부가 공정 챔버를 분리하여 실시예 1에 따른 인라인 스퍼터링 시스템으로 사용하고, 3가지 이상의 박막을 증착하는 경우에는 상기 부가 공정 챔버를 삽입하여 본 실시예에 따른 인라인 스퍼터링 시스템으로 사용하도록 하는 것이다.
그리고 이 부가 공정 챔버의 내부 구조 및 기능은 종래의 공정 챔버와 동일하므로 여기에서 반복하여 설명하지 않는다.
본 발명에 따르면 방향 전환 챔버와 공정 챔버가 하나의 챔버로 구성되므로 장비가 차지하는 면적이 대폭 감소하여 장비의 설치단가가 낮아지는 장점이 있다.
또한 장비가 차지하는 풋프린트를 증가시키지 않고서도 다수 종류의 다층 박막을 연속적으로 형성시킬 수 있으므로 다양한 분야에 적용이 가능하며, 특히 대면적 기판의 성막에 적합한 장점이 있다.
또한 본 발명에 따르면 공정 중에 기판이 장착된 이송장치가 정지해서 공정이 진행되므로, 장치의 풋프린트를 크게 줄일 수 있으며, 공정 중에 이송장치가 이동함에 따라 발생하는 오염 입자 발생을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
Claims (14)
- 기판의 로딩과 언로딩을 위하여 대기압과 진공간의 전환을 실행할 수 있는 진입측/배출측 로드락 챔버;상기 진입측/배출측 로드락 챔버에 접하여 마련되며, 기판을 가열시키고 냉각시킬 수 있는 버퍼 히팅/버퍼 냉각 챔버;상기 버퍼 히팅/버퍼 냉각 챔버에 접하여 마련되며, 기판에 박막을 코팅하기 위한 스퍼터링 소스와 기판을 방향 전환시킬 수 있는 방향 전환 수단이 동시에 마련되는 방향전환/공정 챔버;를 포함하며,상기 스퍼터링 소스는 상기 방향 전환/공정챔버의 내부 양 측에 각각 마련되어 복수개가 마련되는 것을 특징으로 하는 인라인 스퍼터링 장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 복수개의 스퍼터링 소스는,서로 상이한 박막 또는 동일한 박막을 형성시키는 별개의 스퍼터링 소스인 것을 특징으로 하는 인라인 스퍼터링 장치.
- 제3항에 있어서,상기 방향전환/공정 챔버의 중간에 마련되며, 상기 방향전환/공정 챔버 내부 공간을 상기 스퍼터링 소스가 배치된 공간 별로 나누어 차단하는 차단 수단이 더 마련되는 것을 특징으로 하는 인라인 스퍼터링 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 버퍼 히팅/버퍼 쿨링 챔버에는,기판을 가열하기 위하여 쉬스 히터(sheath heater)와 램프 히터(lamp heater)가 마련되는 것을 특징으로 하는 인라인 스퍼터링 장치.
- 기판의 로딩과 언로딩을 위하여 대기압과 진공간의 전환을 실행할 수 있는 진입측/배출측 로드락 챔버;상기 진입측/배출측 로드락 챔버에 접하여 마련되며, 기판을 가열시키고 냉각시킬 수 있는 버퍼 히팅/버퍼 냉각 챔버;상기 버퍼 히팅/버퍼 냉각 챔버에 접하여 마련되며, 상기 기판에 부가적인 박막을 형성시킬 수 있는 부가 공정 챔버;상기 부가 공정 챔버에 접하여 마련되며, 기판에 박막을 코팅하기 위한 스퍼터링 소스와 기판을 방향 전환시킬 수 있는 방향 전환 수단이 동시에 마련되는 방향전환/공정 챔버;를 포함하는 인라인 스퍼터링 장치.
- 제6항에 있어서, 상기 스퍼터링 소스는,상기 방향 전환/공정 챔버의 내부 양 측에 각각 마련되어 복수개가 마련되는 것을 특징으로 하는 인라인 스퍼터링 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 복수개의 스퍼터링 소스는,서로 상이한 박막 또는 동일한 박막을 형성시키는 복수개의 스퍼터링 소스인 것을 특징으로 하는 인라인 스퍼터링 장치.
- 제8항에 있어서,상기 방향 전환/공정 챔버는 중앙 부분을 기준으로 양분되어 마련되며, 상기 중앙부분에는 챔버를 분리 결합할 수 있는 체결부가 마련되는 것을 특징으로 하는 인라인 스퍼터링 장치.
- 제9항에 있어서, 상기 체결부는,플랜지(flange)인 것을 특징으로 하는 인라인 스퍼터링 장치.
- 제9항에 있어서,상기 방향전환/공정 챔버의 중간에 마련되며, 상기 방향전환/공정 챔버 내부 공간을 상기 스퍼터링 소스가 배치된 공간 별로 나누어 차단하는 차단 수단이 더 마련되는 것을 특징으로 하는 인라인 스퍼터링 장치.
- 제9항에 있어서, 상기 버퍼 히팅/버퍼 쿨링 챔버에는,기판을 가열하기 위하여 쉬스 히터(sheath heater)와 램프 히터(lamp heater)가 마련되는 것을 특징으로 하는 인라인 스퍼터링 장치.
- 제12항에 있어서, 상기 부가 공정 챔버에는,그 내부 공간을 양분하는 중간 격벽이 마련되거나, 하나의 공간으로 구성하는 챔버로서, 양 면에 각각 별개의 스퍼터링 소스가 마련되는 것을 특징으로 하는 인라인 스퍼터링 장치.
- 제13항에 있어서, 상기 부가 공정 챔버는,상기 인라인 스퍼터링 시스템에 삽입/분리가능한 구조로 마련되는 것을 특징으로 하는 인라인 스퍼터링 장치.
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