KR101358805B1 - 냉각수 처리 장치, 방법 및 이를 적용한 기판 처리 장치 - Google Patents

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이재승
김준호
조상현
이병일
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에이피시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 냉각수 처리 장치 및 처리 방법 그리고 이를 적용한 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 특히, 타겟을 교체할 때 냉각수가 외부로 노출되지 않도록 하는 냉각수 처리 장치 및 냉각수 처리 방법, 그리고 냉각수 처리 장치를 적용한 기판 처리 장치이다. 본 발명의 실시 형태는 피냉각체 하우징으로 냉각수를 공급 및 회수하는 냉각기와, 상기 피냉각체 하우징과 냉각기를 각각 연결하는 냉각수 공급관 및 냉각수 회수관과, 상기 피냉각체 하우징으로 공기를 선택적으로 유입시키는 공기 유입체와, 배출 모드로 동작할 경우, 피냉각체 하우징으로 냉각수 공급이 중단되도록 냉각수 공급관을 냉각수 회수관으로 전환 연결하여 냉각수를 회수하고, 상기 공기 유입체를 통하여 피냉각체 하우징으로 공기를 유입하여 피냉각체 하우징 내부에 잔존하는 냉각수를 냉각수 회수관으로 배출시키는 냉각수 배출기를 포함한다.

Description

냉각수 처리 장치, 방법 및 이를 적용한 기판 처리 장치{Apparatus for draining coolant and method for operating the same and apparatus for processing substrate}
본 발명은 냉각수 처리 장치 및 처리 방법 그리고 이를 적용한 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 특히, 타겟을 교체할 때 냉각수가 외부로 노출되지 않도록 하는 냉각수 처리 장치 및 냉각수 처리 방법, 그리고 냉각수 처리 장치를 적용한 기판 처리 장치이다.
반도체장치의 제조공정에서 박막의 형성 특히, 금속층의 형성은 스퍼터(sputter)와 같은 물리적 기상증착(Physical Vapor Deposition:이하, PVD라 함)방식과 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition:이하, CVD라 함)방식으로 형성한다.
스퍼터법은 증착과정 중에 타겟 표면에 이온이 충돌함에 의하여 타겟에 높은 열이 발생된다. 따라서 스퍼터법을 이용하는 박막 형성공정에서는 타겟 냉각을 위한 냉각 설비를 필요로 한다. 이와 같은 냉각설비는 스퍼터장치의 안정적인 동작을 위해 구성상 없어서는 안되는 설비이다. 통상적으로 냉각설비는 쿨링 워터(cooling water)라 하는 냉각수를 냉매로 하여, 타겟 후면에 있는 자석 모듈 하우징내에서 순환시켜 타겟을 냉각시킨다.
도 1은 종래 기술에 따른 스퍼터 장치의 자석 모듈 하우징을 나타낸 구조도이다.
도 1을 참조하면, 자석 모듈 하우징(20)은 플라즈마 상태의 원자 또는 분자가 쏘아지는 타겟(30)의 상부에 자석 모듈 하우징(20)이 회전 구동축(63)에 의해 회전하도록 설치되어 있으며, 이러한 회전 구동축(63)을 회전시키는 동력원으로서 상부에 결합된 모터(60)가 설치되어 있다. 그리고, 회전 구동축(63)에는 베어링 봉합체가 결합되어 있으며, 그 주위와 자석 모듈 하우징(20)의 주위 및 타겟(30)을 냉각시키기 위한 냉각수가 공급되는 냉각수 공급관(51) 및 냉각수 회수관(52)가 설치되어 있다. 모터(60)에 의한 회전 구동축(63)의 회전운동으로 자석 모듈(21)이 회전하며 고른 자력을 발생시켜 플라즈마 상태의 원자 또는 분자가 타겟(30)에 균일한 분포를 갖도록 쏘아지게 된다. 그리고, 자석 모듈(21) 자체에서 발생되는 열이나 반응에 의해 타겟(30)에서 발생되는 열은 냉각수 공급관(51)으로 공급되는 냉각수에 의해 냉각된다. 이때, 냉각수는 자석 모듈 하우징(20)의 중앙에서 가장자리 쪽으로 흐르며, 그 공급 압력은 약 2㎏/㎠ ~ 3㎏/㎠이다.
상기와 같이 스퍼터 처리 장치는 냉각을 위하여 타겟 후면에 위치한, 자석 모듈 하우징(20) 내에서 냉각수를 순환시켜 냉각시킨다. 그런데, 타겟 교체가 이루어질 때 자석 모듈 하우징(20)에 갇혀있던 냉각수가 노출되는 문제가 발생한다. 즉, 스퍼터 공정의 일정 시간 수행이 있은 후 타겟이 소모되어 새로운 타겟으로 교체해야 하는데, 타겟 교체를 위하여 자석 모듈 하우징(20)을 들어올려 챔버 상부를 오픈하고 백킹 플레이트(31;backing plate)를 자석 모듈 하우징(20)으로부터 떼어낸다. 그런데 백킹 플레이트(31)을 자석 모듈 하우징(20)으로부터 분리하는 순간, 자석 모듈 하우징(20)의 내부 공간에 있던 냉각수가 외부로 노출되는 문제가 발생한다. 노출되는 냉각수는 챔버 내부 또는 청정실 바닥으로 흘러내려 오염시키는 문제를 가진다. 따라서 타겟의 교체 전에 자석 모듈 하우징(20) 내부의 냉각수를 완전히 배출시켜 제거하는 방안이 절실히 요구된다.
(선행특허) 한국공개특허 2001-0096337
본 발명의 기술적 과제는 잔존하는 냉각수를 효율적으로 배출시키는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 냉각수에 의해 챔버 및 청정실이 오염되지 않도록 하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 스퍼터 장치에서 타겟을 교체 시에 냉각수가 외부로 노출되지 않도록 하는데 있다.
본 발명의 실시 형태는 피냉각체 하우징으로 냉각수를 공급 및 회수하는 냉각기와, 상기 피냉각체 하우징과 냉각기를 각각 연결하는 냉각수 공급관 및 냉각수 회수관과, 상기 피냉각체 하우징으로 공기를 선택적으로 유입시키는 공기 유입체와, 배출 모드로 동작할 경우, 피냉각체 하우징으로 냉각수 공급이 중단되도록 냉각수 공급관을 냉각수 회수관으로 전환 연결하여 냉각수를 회수하고, 상기 공기 유입체를 통하여 피냉각체 하우징으로 공기를 유입하여 피냉각체 하우징 내부에 잔존하는 냉각수를 냉각수 회수관으로 배출시키는 냉각수 배출기를 포함한다.
또한 냉각수 배출기는, 상기 냉각수 공급관과 상기 냉각수 회수관 사이에서 연결되는 냉각수 전환관과, 상기 냉각기의 공급단과 피냉각체 하우징의 유입단을 연결시키는 제1밸브통로와, 상기 냉각기의 공급단과 냉각기의 회수단을 직접 연결시키는 제2밸브통로가 선택적으로 형성되도록 하는 통로 전환 밸브와, 배출 모드로 동작시에는, 상기 공기 유입체를 제어하여 자석 모듈 하우징으로 공기가 유입되도록 하며, 상기 제1밸브 통로를 차단하고 상기 제2밸브통로가 형성되도록 상기 통로 전환 밸브를 제어하는 냉각수 제어기를 포함한다.
또한 냉각수 배출기는, 냉각수 회수관에 위치하여, 상기 피냉각체 하우징으로부터 배출되는 냉각수의 유무를 검출하는 냉각수 검출 센서를 포함하며, 냉각수 검출 센서는 상기 냉각수 전환관 및 냉각수 회수관의 연결 지점과 피냉각체 하우징 사이에 위치한다.
또한 공기 유입체는, 상기 피냉각체 하우징의 유입단과 통로 전환 밸브 사이의 냉각수 공급관에 연결되는 공기 유입관과, 상기 공기 유입관으로 흘러들어가는 공기 유입량을 제어하는 유량 제어기와, 상기 공기 유입관에서 유량 제어기로의 공기 및 냉각수의 역류를 차단하는 공기유입 체크밸브를 포함한다.
또한 상기 피냉각체 하우징의 유입단과 공기유입 체크밸브 사이에 마련되어, 배출 모드 시에 피냉각체 하우징의 공기를 외부로 배출시키는 압축공기 배출밸브와, 냉각수 전환관 및 냉각수 회수관의 연결 지점과, 상기 피냉각체 하우징의 유출단의 사이에 마련되어, 배출 모드 시에 냉각수가 피냉각체 하우징으로 역류하는 것을 방지하는 냉각수 회수 체크밸브를 포함한다.
또한 본 발명의 실시 형태인 기판 처리 장치는, 내부 공간을 가지는 챔버와, 상기 내부 공간 내에서 기판을 지지하는 기판 지지대와, 상기 기판 지지대에 대향되고 이격 배치된 타겟과, 상기 타겟의 후방에 배치되고 자기력을 발생시키는 자석 모듈과, 상기 자석 모듈을 수납하는 자석 모듈 하우징과, 구동 모드로 동작할 경우에는 냉각수를 자석 모듈 하우징으로 공급하며, 배출 모드로 동작할 경우에는 자석 모듈 하우징을 거치지 않고 냉각수를 회수함과 아울러 자석 모듈 하우징으로 공기를 유입하여 자석 모듈 하우징 내부에 잔존하는 냉각수를 배출시키는 냉각수 처리기를 포함한다.
또한 타겟을 이용하여 기판에 막을 증착하는 장치에서 냉각수를 처리하는 방법에 있어서, 상기 타겟의 후방에 자석 모듈이 수납된 자석 모듈 하우징이 마련되는 과정과, 상기 자석 모듈 하우징의 내부로 냉각수 공급을 중단하는 과정과, 상기 자석 모듈 하우징의 내부로 공기를 유입하여 내부에 잔존하는 냉각수를 외부로 배출하는 과정과, 상기 자석 모듈 하우징에서 외부로 배출되는 냉각수가 있는지를 검출하는 과정과, 외부로 배출되는 냉각수가 없는 경우 상기 자석 모듈 하우징의 내부로의 공기 유입을 중단하는 과정을 포함한다.
또한 냉각수 공급을 중단하는 과정은, 자석 모듈 하우징으로 공급되는 냉각수의 공급 경로를 냉각수 회수 경로로 전환 연결하여 자석 모듈 하우징으로 냉각수 공급을 중단한다. 또한 자석 모듈 하우징의 내부로의 공기 유입을 중단하는 과정 이후에, 타겟을 교체하는 과정과, 자석 모듈 하우징의 내부로 냉각수 공급을 재개하는 과정을 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면 하우징에 잔존하는 냉각수를 외부 누출없이 효율적으로 배출시킬 수 있다. 또한 본 발명의 실시 형태에 따르면 냉각수의 외부 누출 문제를 해결함으로써, 챔버 및 청정실의 오염을 방지할 수 있다. 또한 본 발명의 실시 형태에 따르면 스퍼터 장치의 타겟 교체 시에 냉각수 배출을 손쉽게 수행할 수 있어, 타겟 교체 시간을 단축시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 스퍼터 장치의 자석 모듈 하우징을 나타낸 구조도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 스퍼터 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터 장치에서의 냉각수 처리 장치의 개념 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 정상 모드와 배출 모드로 동작할 때의 냉각수 배출 경로를 나타낸 그림이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 냉각수 처리 장치가 위치한 모습을 도시한 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 스퍼터 장치의 구성을 도시한 도면이다.
이하 설명에서는 냉각수 처리 장치가 적용되는 기판 처리 장치를 스퍼터 장치로 예를 들어 설명하겠으나, 이에 한정되지 않고 스퍼터 장치 이외에 다양한 기판 처리 장치에 냉각수 처리 장치가 적용될 수 있을 것이다. 또한 이하 설명에서는 냉각시키는 냉매로서 냉각수를 예로 들어 설명하겠으나, 냉각수 이외에 다양한 냉매가 적용될 수 있음은 자명할 것이다.
챔버(100)는 상부가 개방된 본체와, 본체의 상부에 개폐 가능하게 설치되며 타겟이 부착 결합된 백킹 플레이트(310;backing plate)를 구비한다. 백킹 플레이트(310)가 본체의 상부에 결합되어 본체 내부를 폐쇄하면, 챔버(100)의 내부에는 증착 공정 등 기판(S)에 대한 스퍼터 처리가 행해지는 내부 공간이 형성된다.
내부 공간은 일반적으로 진공 분위기로 형성되어야 하므로, 챔버(100)의 소정 위치에는 내부 공간에 존재하는 가스의 배출을 위한 배기구(150)가 형성되어 있고, 배기구(150)는 외부에 구비되는 펌프(170)에 연결된 배기관(160)과 연결된다.
또한, 챔버(100)의 바닥면에는 후술할 기판지지부(800)의 샤프트(820)가 삽입되는 관통공이 형성되어 있다. 챔버(100)의 측벽에는 기판(S)을 챔버(100) 내부로 반입하거나, 외부로 반출하기 위한 게이트벨브(미도시)가 형성된다.
기판지지부(800)는 기판(W)을 지지하기 위한 구성으로서, 지지플레이트(810)와 샤프트(820)를 구비한다. 지지플레이트(810)는 원판 형상으로 챔버(100) 내부에 수평방향으로 구비되고, 샤프트(820)는 지지플레이트(810)의 저면에 수직으로 연결된다. 샤프트(820)는 관통공 외부의 모터 등의 구동수단(미도시)에 연결되어 지지플레이트(810)를 승강시킨다. 이때, 샤프트(820)와 관통공 사이는 벨로우즈(830) 등을 이용하여 밀폐시킴으로써 박막을 증착하는 과정에서 챔버(100) 내부의 진공이 해제되는 것을 방지한다. 또한, 지지플레이트(810)의 하측 또는 내부에는 히터(미도시) 또는 냉각수 관이 구비되어 기판(S)을 일정한 공정 온도로 가열 또는 냉각시킬 수도 있다.
타겟 어셈블리는 타겟(300;target), 타겟의 후면을 부착 지지하는 백킹 플레이트(310;backing plate)를 구비한다. 타겟 어셈블리는 지지플레이트 위에 안착된 기판에 스퍼터링에 의한 박막 증착을 통하여 막을 증착시킨다. 타겟(300)은 기판(S)에 적층될 금속막의 재질로 만들어진 것으로 원형 형상 또는 다양한 형상으로 구현될 수 있다. 백킹 플레이트(310)는 타겟(300)이 부착된 플레이트로서, 타겟(300)의 전면은 기판(S)을 향하고 타겟의 후면은 백킹 플레이트(310)에 부착된다. 타겟을 교체하고자 하는 경우 백킹 플레이트(310)에서 분리시켜 교체 가능하다.
스퍼터링 방법에 의한 박막 증착이란 반응실 내부에 박막을 형성하기 위한 기판을 준비한 상태에서 플라즈마 상태의 가스 분자 또는 원자를 형성될 박막의 재질과 같은 금속 재질의 타겟(target)에 쏘아 그로부터 미세한 입자들이 파편이 되어 웨이퍼 상에 증착되어 박막을 형성하는 방법이다. 즉, 스퍼터링이란 10-2 또는 10-3 토르의 불활성 기체 분위기에서 타겟 물질에 고전압을 인가하여 방전시키면, 이온화된 불활성 기체가 타겟에 충돌하게 되고, 모멘텀을 전달받은 타겟 물질이 진공중으로 방출되어 기판에 달라붙는 일종의 물리증착 기술을 말하는 것이다. 직류(DC) 바이어스 전압이 백킹 플레이트(310)에 공급되어 타겟(320)에 인가되며 그라운드 전압은 기판 지지플레이트(810) 및 챔버(100) 벽체에 인가된다. 따라서 직류 전압이 인가되는 백킹 플레이트(310)와 그라운딩되는 챔버(100)의 벽체는 절연되어야 하므로, 백킹 플레이트(310)와 챔버(100) 벽체 사이에는 절연체(110)가 구비된다.
또한 스퍼터 장치는 타겟에 플라즈마 상태의 원자 또는 분자가 쏘아지도록 하기 위하여 자석 모듈 하우징(200)을 가지고 있다. 자석 모듈 하우징(200)은 내부에 자석 모듈(210)을 수납하여, 자석 모듈(210)을 통하여 자기장을 발생시켜 타겟 표면 인근에서의 플라즈마 밀도를 더욱 강화시킨다.
자석 모듈 하우징(200)의 냉각 공간에서 노출되어 있는 마그네트론(211) 및 자석(212)으로 이루어진 자석 모듈(210)은 백킹 플레이트(310)로부터 이격되어 마련된다. 즉 자석 모듈은 타겟의 후방에 배치되고 자기력을 발생시킨다.
자석 모듈(210)은 모터(600;motor)의 회전 구동축(630)에 연결되어 회전이 가능하도록 구성된다. 회전 구동축과 모터는 일직선상에 놓여 있을 수 있으며, 또는 도 2에 도시한 바와 같이 회전 구동축(630)과 모터(600)는 일직선상에 위치하지 않을 수 있다. 즉, 모터 풀리(610;motor pulley)를 이용하여 구동 벨트(620)에 모터(600)의 힘을 전달하게 되면, 구동 벨트(620)에 감싸진 냉각 전달 풀리 하우징(640)coolant delivery pulley housing)이 회전되어 회전 구동축(630)을 회전시키는 구성을 가질 수 있다. 자석 모듈(210)을 내부의 냉각 공간에 가지는 자석 모듈 하우징(200)은 일측에 마련된 힌지(미도시) 구동에 의하여 챔버(100)의 상부를 개폐할 수 있다.
또한 자석 모듈 하우징(200)의 내부에는 자석 모듈(210)의 외측을 둘러싸는 냉각수가 순환하는 냉각 공간이 마련된다. 즉, 자석 모듈 하우징(200)은, 상부면, 측벽, 백킹 플레이트(310)에 의하여 냉각 공간이 형성된다. 이를 위하여 타겟이 부착된 백킹 플레이트(310)에 의하여 자석 모듈 하우징(200)의 하부가 밀폐된다. 자석 모듈 하우징(200)과 백킹 플레이트(310)는 수 개의 볼트로 고정이 되며 그 결합부에 O형 링(o-ring)(미도시)을 그 사이에 넣어 함께 결합하여 냉각수 누수를 방지한다. 타겟 교체를 위하여 백킹 플레이트(310)를 자석 모듈 하우징(200)으로부터 분리하고자 하는 경우 볼트 결합을 해제하여 백킹 플레이트(310)를 자석 모듈 하우징(200)으로 부터 분리할 수 있다.
자석 모듈 하우징(200)의 내부에는 두 개의 냉각수 순환로가 형성되어, 상부면에 형성된 유입단(220)과 유출단(230)으로 마련된다. 경우에 따라서 상부면이 아닌 자석 모듈 하우징의 측면에 유입단과 유출단이 형성될 수 있다.
다만, 유입단(220)은 냉각수 순환을 원활히 하기 위하여 회전 구동축 내부에서 분사되도록 구현할 수 있다. 즉, 냉각기(400)에서 공급되는 냉각수를 냉각 전달 풀리 하우징(640) 내부를 관통하는 튜브관(511)을 거쳐 회전 구동축(630)의 내부를 통해서 분사시킴으로써 냉각 공간에서 순환이 원활히 이루어진 후 유출단(230)을 통해 배출하도록 구현할 수 있다.
한편, 타겟 교체가 이루어질 때 자석 모듈 하우징에 갇혀있던 냉각수가 노출되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 타겟 교체를 수행하기 전에 자석 모듈 하우징(200)의 내부에 있는 냉각수를 제거할 필요가 있다. 이를 위하여 본 발명의 실시예는 냉각기(400), 냉각수 공급관(510) 및 냉각수 회수관(520), 공기 유입체(700), 통로 전환 밸브(650), 냉각수 전환관(600), 냉각수 검출 센서(800)를 포함하는 냉각수 처리기를 구비한다. 냉각수 처리기는 구동 모드로 동작할 경우에는 냉각수를 자석 모듈 하우징으로 공급하며, 배출 모드로 동작할 경우에는 자석 모듈 하우징을 거치지 않고 냉각수를 회수함과 아울러 자석 모듈 하우징으로 공기를 유입하여 자석 모듈 하우징 내부에 잔존하는 냉각수를 배출시킨다. 도 3의 개념 블록도와 함께 상술한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터 장치에서의 냉각수 처리기의 개념 블록도이다. 피냉각체 하우징은 피냉각체인 자석 모듈이 수납된 자석 모듈 하우징(200)을 예를 들어 설명한다. 피냉각체를 수납하여 내부 공간에 냉각수를 가둘 수 있는 구조를 가지는 피냉각체 하우징이라면, 자석 모듈 하우징 이외에도 다양한 피냉각체 하우징에 적용될 수 있다.
냉각기(400)는 자석 모듈 하우징(200)의 내부 공간으로 냉각수를 공급 및 회수하는 기능을 수행한다. 냉각된 냉각수를 자석 모듈 하우징(200)으로 공급하며, 자석 모듈 하우징(200)에서 회수된 냉각수를 냉각시키는 기능을 수행한다. 따라서 냉각기(400)는 자석 모듈 하우징(200)으로 냉각수를 공급하는 공급단(420)과, 자석 모듈 하우징(200)으로 부터 냉각수를 회수하는 회수단(430)을 구비한다. 참고로, 자석 모듈 하우징(200)은 냉각수를 유입받는 유입단(220) 및 내부에서 순환된 냉각수를 배출하는 유출단(230)을 구비한다.
냉각수 공급관(510)은 자석 모듈 하우징(200)과 냉각기(400)에 연결되어, 냉각기에서 공급되는 냉각수를 자석 모듈 하우징(200)에 전달하는 공급관 역할을 한다. 냉각수 공급관(510)은 냉각기(400)의 공급단(420)과 통로 전환 밸브의 제1밸브홀(650a)을 연결하는 냉각수 제1공급관(510a), 통로 전환 밸브(650)의 제2밸브홀(650b)과 자석 모듈 하우징(200)의 유입단(220)을 연결하는 냉각수 제2공급관(510b)을 포함한다. 따라서 자석 모듈 하우징의 유입단(220)과 냉각기의 공급단(420)은 냉각수 제1,2공급관(510a,510b)에 연결되어 통로 전환 밸브에 의해 선택적으로 온/오프 연결된다.
냉각수 회수관(520)은 자석 모듈 하우징(200)과 냉각기(400)에 연결되어, 자석 모듈 하우징(200)에서 냉각 순환되어 덥혀진 냉각수를 냉각기(400)로 전달하는 회수관 역할을 한다. 따라서 자석 모듈 하우징(200)의 유출단(230)과 냉각기(400)의 회수단(430)은 냉각수 회수관(520)에 의해 연결된다.
공기 유입체(700)는 자석 모듈 하우징(200)으로 공기를 선택적으로 유입시키는 기능을 수행한다. 따라서 공기 유입체(700)는 공기 유입관(730)과, 유량 제어기(710), 공기유입 체크밸브(720)를 포함한다. 공기 유입관(710)은 자석 모듈 하우징의 유입단(220)과 통로 전환 밸브(650)의 제2밸브홀(650b) 사이에 있는 냉각수 제2공급관(510b)에 연결된다. 따라서 배출 모드로 동작할 경우, 공기 유입관(730)을 통해 유입되는 공기는 냉각수 제2공급관(510b)을 통해 자석 모듈 하우징(200)으로 유입된다. 이때, 통로 전환 밸브(650)의 제3밸브홀(650b)는 차단되어 통로 전환 밸브로 공기가 흘러가지 않도록 한다.
유량 제어기(710)는 공기 유입관으로 흘러들어가는 공기 유입량을 제어하며, 공기유입 체크밸브(720)는 공기 유입관에서 유량 제어기로 공기가 역류되지 않도록 차단하는 기능을 수행한다. 또한 공기유입 체크밸브(720)는 구동 모드 동작 시에 냉각수가 유량 제어기로 역류되지 않도록 차단하는 기능을 수행한다.
냉각수 배출기는 정상 모드와 배출 모드 시에 냉각수 배출 경로를 달리하여 동작한다. 정상 모드로 동작할 경우에는 냉각기(400)에서 공급되는 냉각수를 냉각수 공급관(510)을 통해 정상적으로 자석 모듈 하우징(200)에 공급하며, 자석 모듈 하우징(200)에서 회수되는 냉각수를 냉각수 회수관(520)을 통해 정상적으로 냉각기(400)로 회수한다. 그러나 배출 모드로 동작할 경우, 자석 모듈 하우징(200))으로의 냉각수 공급이 중단되도록 냉각수 공급관(510)을 냉각수 회수관(520)으로 전환 연결하여 냉각수를 환수하며, 공기 유입체를 통하여 자석 모듈 하우징(200)으로 공기를 유입하여 자석 모듈 하우징 내부에 잔존하는 냉각수를 냉각수 회수관(520)으로 밀어내어 냉각기(400)로 배출시킨다.
이를 위하여 냉각수 배출기는 냉각수 전환관(600), 통로 전환 밸브(650), 냉각수 제어기(미도시)를 포함한다.
냉각수 전환관(600)은 냉각수 공급관(510)과 냉각수 회수관(520) 사이에 연결되며, 정확하게는 통로 전환 밸브의 제3밸브홀(650c)에 연결된다. 배출 모드로 동작될 때 냉각수 공급관(510)에서 공급되는 냉각수가 통로 전환 밸브(650)를 통해 통로 전환되어 냉각수 전환관을 통해 냉각수 회수관(520)으로 전달된다.
통로 전환 밸브(650)는 3개의 밸브홀을 구비한 3-way 밸브로서, 각 밸브홀마다 냉각수 공급관, 냉각수 회수관, 냉각수 전환관이 각각 연결된다. 즉, 통로 전환 밸브(650)는, 냉각기의 공급단에 접하는 냉각수 제1공급관(510a)에 연결되는 제1밸브홀(650a), 피냉각체 하우징의 유입단에 접하는 냉각수 제2공급관(510b)에 연결되는 제2밸브홀(650b), 상기 냉각수 전환관(600)의 일측단에 연결되는 제3밸브홀(650c)이 구비된다. 따라서 통로 전환 밸브(650)는 냉각수 제어기의 제어 조작에 따라서, 정상 모드 또는 배출 모드 시에 밸브 통로를 선택적으로 달라질 수 있다. 즉, 정상 모드 시에는 냉각기의 공급단(420)과 자석 모듈 하우징의 유입단(220)을 연결시키는 제1밸브통로를 형성하는데, 이를 위하여 제1밸브홀(650a)에 연결된 냉각수 제1공급관(510a)과 제2밸브홀(650b)에 연결된 냉각수 제2공급관(510b)을 통로 전환 밸브 내에서 서로 관통시킨다. 배출 모드 시에는 냉각기의 공급단(420)과 냉각기의 회수단(430)을 직접 연결시키는 제2밸브통로를 형성하는데, 이를 위하여 제1밸브홀(650a)에 연결된 냉각수 제1공급관(510a)과 제3밸브홀(650c)에 연결된 냉각수 전환관(600)을 통로 전환 밸브 내에서 서로 관통되도록 제어한다.
냉각수 제어기(미도시)는 정상 모드 또는 배출 모드 시에 통로 전환 밸브의 통로 선택 및 공기 유입 여부를 제어한다.
정상 모드 시에는 공기 유입체를 제어하여 공기 유입관(730)을 통한 자석 모듈 하우징(200)으로 공기 유입을 하지 않고, 냉각기(400)의 공급단(420)과 자석 모듈 하우징(200)의 유입단을 연결시키는 제1밸브통로를 형성하도록 통로 전환 밸브에 대해서 제어를 수행한다. 따라서 정상 모드 시에는 냉각기(400)에서 공급되는 냉각수가 냉각수 공급관(510)을 통해 자석 모듈 하우징(200)에 정상적으로 공급되어 자석 모듈 하우징 내에서 순환된 후, 냉각수 회수관(520)을 통해 냉각기(400)로 회수된다.
그러나 배출 모드 시에는 공기 유입체를 제어하여 자석 모듈 하우징(200)으로 공기가 유입되도록 하여, 자석 모듈 하우징으로 공기가 유입됨으로써, 자석 모듈 하우징 내부의 잔존하는 냉각수가 공기에 밀려서 냉각수 회수관(520)으로 배출될 수 있도록 한다. 또한 공기 유입 이외에 제1밸브 통로를 차단하고 제2밸브통로가 형성되도록 통로 전환 밸브를 제어한다. 즉, 냉각수 제1공급관(510a)과 냉각수 전환관(650)을 연결시키는 제2밸브통로가 형성되도록 통로 전환 밸브를 전환 제어한다. 따라서 냉각기에서 공급되는 냉각수는 자석 모듈 하우징에 유입되지 않고 다시 냉각기로 회수된다.
한편, 배출 모드 동작에 의하여 자석 모듈 하우징에서 냉각수 배출이 완전히 완료되면 타겟 교체를 수행해야 하는데, 이러한 냉각수 배출 완료의 여부를 검출할 수 있는 냉각수 검출 센서(800)를 구비한다. 냉각수 검출 센서(800)는 냉각수 전환관(600) 및 냉각수 회수관(520)의 연결 지점과 자석 모듈 하우징(200)의 유출단(230) 사이에서 냉각수 존재 유무를 검출한다.
냉각수가 검출되지 않는 경우는 자석 모듈 하우징(200)내의 냉각수가 완전히 배출된 상태로서, 공기 유입체(700)를 제어하여 자석 모듈 하우징(200)으로 공기가 유입되지 않도록 하며, 제1밸브 통로를 차단한다. 참고로 타겟 교체가 이루어지는 동안 냉각기 자체는 계속 정상 동작을 하고 있는 상태로서, 백킹 플레이트를 교체하는 동안에 제2밸브 통로를 통하여 냉각수는 계속 냉각기로 회수된다.
백킹 플레이트를 자석 모듈 하우징에서 분리한 후, 타겟을 백킹 플레이트에서 분리하여 교체한다. 자석 모듈 하우징 내에는 냉각수가 존재하지 않기 때문에, 백킹 플레이트를 자석 모듈 하우징에서 분리하더라도 냉각수가 유출되지 않는다.
한편, 냉각수 회수관(520)에서 냉각수가 검출되지 않는 경우 자석 모듈 하우징(200)의 내부에 잔존하는 냉각수가 모두 배출되었다고 판단하고, 공기 유입체를 제어하여 자석 모듈 하우징(200)으로 공기가 유입되지 않도록 하며, 제1밸브통로를 차단한다. 그 후 백킹 플라이트를 분리하여 타겟을 교체하는 작업을 수행한다.
그런데, 냉각수 배출을 위하여 이전에 공기 유입을 하였는데, 자석모듈하우징의 냉각수를 냉각기 회수관으로 밀어낼 수 있을 정도의 높은 압력인 약 2기압 이상의 고압 공기를 이용하며, 이를 자석 모듈하우징에 채울 경우 백킹 플레이트 분리작업시 압축공기가 외부로 폭발적으로 새어나와 작업자의 안전에 위험이 있을 수 있다. 따라서 압축된 공기의 압력을 대기압으로 낮춰주는 동작이 필요하다. 이를 위해서 유입단(220)과 공기유입 체크밸브(720) 사이에 압축공기 배출밸브(910)를 필요로 한다. 압축공기 배출밸브(910)를 열게 되면, 압축된 공기가 대기압으로 방출되어 1기압으로 맞춰지고, 압축공기 배출밸브(910)를 닫은 후 백킹 플레이트를 분리하면 공기의 분출이 없어지게 된다. 참고로 압축공기 배출밸브(910)는, 유입단(220)과 공기유입 체크밸브(720) 사이 이외에 유입단(220)과 통로전환밸브(650) 사이에 마련되도 무방하다.
상기의 적용을 위해서는 배출 모드 동작시 회수되고 있는 냉각수가 역류되는 것을 막아야 하므로 냉각수 전환관(600) 및 냉각수 회수관(500)의 연결 지점과, 상기 피냉각체 하우징의 유출단(230)의 사이에 냉각수 회수 체크밸브(920)를 설치하여야 한다. 이때, 압축공기 배출밸브(910)는 냉각수 회수 체크밸브(920)보다 자석모듈 하우징(200) 쪽으로 설치되어야 한다.
도 4는 정상 모드와 배출 모드로 동작할 때의 냉각수 처리되는 배출 경로를 나타낸 그림이다.
타겟 및 자석 모듈 하우징을 이용하여 기판에 막을 증착하는 스퍼터 처리 장치에서 스퍼터 공정이 이루어지는 정상 모드에서는, 타겟에 의해 자석 모듈 하우징 내부에 열이 발생되기 때문에, 냉각수가 자석 모듈 하우징에 공급된다. 따라서 도 4(a)에 도시한 바와 같이 냉각기(400)에서 공급되는 냉각수는 냉각수 제1공급관(510a), 통로 전환 밸브(650)의 제1통로, 냉각수 제2공급관(510b)을 거쳐서 자석 모듈 하우징(200)에 공급된다. 자석 모듈 하우징(200) 내에서 자석 모듈 하우징을 냉각시켜 순환된 냉각수는 냉각수 회수관(520)을 통해 냉각기(400)로 회수된다.
한편, 타겟이 다 사용되어 새로운 타겟으로 교체하기 위해서는, 백킹 플레이트에 부착된 타겟을 분리시켜 교체해야 한다. 이를 위해서는 먼저, 자석 모듈 하우징에 결합된 백킹 플레이트를 자석모듈로부터 분리해야 한다. 자석 모듈 하우징 내에 있는 냉각수를 제거하지 않고 분리할 경우 냉각수가 노출되기 때문에, 냉각수를 완전히 배출시키는 배출 모드 작업이 선행되어야 한다. 냉각수를 배출하는 배출 모드에서 통로 전환 밸브를 제2밸브통로로 전환하여, 도 4(b)에 도시한 바와 같이 냉각기에서 공급되는 냉각수는, 냉각수 제1공급관(510a), 통로 전환 밸브(650)의 제2통로, 냉각수 전환관(600), 냉각수 회수관(520)을 거쳐서 냉각기(400)로 환수된다. 따라서 냉각수는 자석 모듈 하우징으로 유입되지 않는다. 아울러, 자석 모듈 하우징 내에 공기를 유입하여 자석 모듈 하우징 내에 남아있는 잔존하는 냉각수를 냉각수 회수관(520)으로 밀어내어 냉각기(400)로 배출시킨다.
그 후, 냉각수 검출 센서(800)를 통해 자석 모듈 하우징(200)에서 냉각수 회수관(520)을 통해 외부로 배출되는 냉각수가 있는지를 검출한다. 냉각수 회수관(520)에서 냉각수가 검출되지 않는 경우 자석 모듈 하우징(200)의 내부에 잔존하는 냉각수가 모두 배출되었다고 판단하고, 공기 유입체를 제어하여 자석 모듈 하우징(200)으로 공기가 유입되지 않도록 한다. 그 후, 백킹 플레이트를 자석 모듈 하우징에서 분리한 후, 새로운 타겟이 장착된 백킹 플레이트를 장착한다. 따라서 자석 모듈 하우징 내에는 냉각수가 존재하지 않기 때문에, 백킹 플레이트를 자석 모듈 하우징에서 분리하더라도 냉각수가 외부로 유출되지 않는다.
그런데, 냉각수 배출을 위하여 이전에 공기 유입을 하였는데, 자석모듈하우징의 냉각수를 냉각기 회수관으로 밀어낼 수 있을 정도의 높은 압력인 약 2기압 이상의 고압 공기를 이용하며, 이를 자석 모듈하우징에 채울 경우 백킹 플레이트 분리작업시 압축공기가 외부로 폭발적으로 새어나와 작업자의 안전에 위험이 있을 수 있다. 따라서 압축된 공기의 압력을 대기압으로 낮춰주는 동작이 필요하다. 이를 위해서 유입단(220)과 공기유입 체크밸브(720) 사이에 압축공기 배출밸브(910)를 필요로 한다. 압축공기 배출밸브(910)를 열게 되면, 압축된 공기가 대기압으로 방출되어 1기압으로 맞춰지고, 압축공기 배출밸브(910)를 닫은 후 백킹 플레이트를 분리하면 공기의 분출이 없어지게 된다. 참고로 압축공기 배출밸브(910)는, 유입단(220)과 공기유입 체크밸브(720) 사이 이외에 유입단(220)과 통로전환밸브(650) 사이에 마련되도 무방하다. 상기의 적용을 위해서는 배출 모드 동작시 회수되고 있는 냉각수가 자석모듈 하우징으로 역류되는 것을 막아야 하므로 냉각수 전환관(600) 및 냉각수 회수관(500)의 연결 지점과, 상기 피냉각체 하우징의 유출단(230)의 사이에 냉각수 회수 체크밸브(920)를 설치하여야 한다. 이때, 압축공기 배출밸브(910)는 냉각수 회수 체크밸브(920)보다 자석모듈 하우징(200) 쪽으로 설치되어야 한다.
새로운 타겟이 장착된 백킹 플레이트로 교체가 이루어진 후에는 도 4(a)에 도시된 바와 같이 통로 전환 밸브(650)를 제어하여, 자석 모듈 하우징(200) 내부로 냉각수가 공급되도록 하여 냉각수 공급을 재개한다. 도 4(b)에 도시된 제2밸브통로를 흐르는 냉각수를 도 4(a)에 도시된 제1밸브통로로 전환하여 정상 동작한다. 이때 자석모듈 하우징(200)에 있던 공기는 냉각수 회수관을 통하여 냉각기 내부의 냉각수 탱크로 유입되고 대기로 방출된다.
한편, 상기의 동작을 위하여 공기유입체, 냉각수 제어기, 냉각수 전환관, 냉각수 검출 센서, 통로 전환 밸브를 포함하는 장치(이하, 냉각수 처리 장치라 함)는, 챔버 하부에 배치되어 설치되는 것이 바람직하다. 즉, 도 5에 도시한 바와 같이 냉각수 처리 장치는, 챔버 하부의 유틸리티(utility) 공간에 배치되는 것이 바람직하며, 챔버가 도킹되어 있는 이송모듈에 배치될 수도 있으며, 챔버 인근의 별도의 공간에 배치될 수도 있다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
200: 자석 모듈 하우징 220: 유입단
230: 유출단 400: 냉각기
420: 공급단 430: 회수단
510: 냉각수 공급관 520: 냉각수 회수간
600: 냉각수 전환관 650: 통로 전환 밸브
700: 공급 유입체

Claims (16)

  1. 피냉각체 하우징으로 냉각수를 공급 및 회수하는 냉각기;
    상기 피냉각체 하우징과 냉각기를 각각 연결하는 냉각수 공급관 및 냉각수 회수관;
    상기 피냉각체 하우징으로 공기를 선택적으로 유입시키는 공기 유입체;
    배출 모드로 동작할 경우, 피냉각체 하우징으로 냉각수 공급이 중단되도록 냉각수 공급관을 냉각수 회수관으로 전환 연결하여 냉각수를 회수하고, 상기 공기 유입체를 통하여 피냉각체 하우징으로 공기를 유입하여 피냉각체 하우징 내부에 잔존하는 냉각수를 냉각수 회수관으로 배출시키는 냉각수 배출기;
    상기 피냉각체 하우징 내부에 잔존하는 냉각수를 냉각수 회수관으로 배출이 있은 후, 피냉각체 하우징 내부의 공기를 외부로 배출시키는 압축공기 배출밸브;
    를 포함하는 냉각수 처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 피냉각체 하우징은 냉각수를 유입받는 유입단 및 냉각수를 배출하는 유출단을 가지며, 상기 냉각기는 상기 피냉각체 하우징으로 냉각수를 공급하는 공급단 및 상기 피냉각체 하우징으로부터 냉각수를 회수하는 회수단을 가지는 냉각수 처리 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 냉각수 배출기는,
    상기 냉각수 공급관과 상기 냉각수 회수관 사이에서 연결되는 냉각수 전환관;
    상기 냉각기의 공급단과 피냉각체 하우징의 유입단을 연결시키는 제1밸브통로와, 상기 냉각기의 공급단과 냉각기의 회수단을 직접 연결시키는 제2밸브통로가 선택적으로 형성되도록 하는 통로 전환 밸브;
    배출 모드로 동작시에는, 상기 공기 유입체를 제어하여 자석 모듈 하우징으로 공기가 유입되도록 하며, 상기 제1밸브 통로를 차단하고 상기 제2밸브통로가 형성되도록 상기 통로 전환 밸브를 제어하는 냉각수 제어기;
    를 포함하는 냉각수 처리 장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 냉각수 배출기는,
    냉각수 회수관에 위치하여, 상기 피냉각체 하우징으로부터 배출되는 냉각수의 유무를 검출하는 냉각수 검출 센서를 포함하는 냉각수 처리 장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 냉각수 검출 센서는 상기 냉각수 전환관 및 냉각수 회수관의 연결 지점과 피냉각체 하우징 사이에 위치하는 냉각수 처리 장치.
  6. 청구항 4에 있어서, 냉각수가 검출되지 않는 경우 상기 냉각수 제어기는, 상기 공기 유입체를 제어하여 피냉각체 하우징으로 공기가 유입되지 않도록 하며, 상기 제1밸브 통로 및 제2밸브통로를 차단하는 냉각수 처리 장치.
  7. 청구항 3에 있어서, 상기 통로 전환 밸브는, 냉각기의 공급단에 접하는 냉각수 제1공급관에 연결되는 제1밸브홀, 피냉각체 하우징의 유입단에 접하는 냉각수 제2공급관에 연결되는 제2밸브홀, 상기 냉각수 전환관의 일측단에 연결되는 제3밸브홀을 구비하는 냉각수 처리 장치.
  8. 청구항 3에 있어서, 상기 공기 유입체는,
    상기 피냉각체 하우징의 유입단과 통로 전환 밸브 사이의 냉각수 공급관에 연결되는 공기 유입관;
    상기 공기 유입관으로 흘러들어가는 공기 유입량을 제어하는 유량 제어기;
    상기 공기 유입관에서 유량 제어기로의 공기 및 냉각수의 역류를 차단하는 공기유입 체크밸브;
    를 포함하는 냉각수 처리 장치.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 냉각수 처리 장치는,
    상기 냉각수 전환관 및 냉각수 회수관의 연결 지점과, 상기 피냉각체 하우징의 유출단의 사이에 마련되어, 배출 모드 시에 냉각수가 피냉각체 하우징으로 역류하는 것을 방지하는 냉각수 회수 체크밸브;를 포함하며,
    상기 압축공기 배출밸브는, 상기 피냉각체 하우징의 유입단과 상기 공기유입 체크밸브의 사이에 마련됨을 특징으로 하는 냉각수 처리 장치.
  10. 내부 공간을 가지는 챔버;
    상기 내부 공간 내에서 기판을 지지하는 기판 지지대;
    상기 기판 지지대에 대향되고 이격 배치된 타겟;
    상기 타겟의 후방에 배치되고 자기력을 발생시키는 자석 모듈;
    상기 자석 모듈을 수납하는 자석 모듈 하우징;
    구동 모드로 동작할 경우에는 냉각수를 자석 모듈 하우징으로 공급하며, 배출 모드로 동작할 경우에는 자석 모듈 하우징을 거치지 않고 냉각수를 회수함과 아울러 자석 모듈 하우징으로 공기를 유입하여 자석 모듈 하우징 내부에 잔존하는 냉각수를 배출시키는 냉각수 처리기;
    상기 자석 모듈 하우징 내부에 잔존하는 냉각수를 냉각수 회수관으로 배출이 있은 후, 자석 모듈 하우징 내부의 공기를 외부로 배출시키는 압축공기 배출밸브;
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 냉각수 처리기는,
    상기 자석 모듈 하우징으로 냉각수를 공급 및 회수하는 냉각기;
    상기 자석 모듈 하우징과 냉각기를 연결하는 냉각수 공급관 및 냉각수 회수관;
    상기 자석 모듈 하우징으로 공기를 선택적으로 유입시키는 공기 유입체;
    배출 모드로 동작할 경우, 자석 모듈 하우징으로 냉각수 공급이 중단되도록 냉각수 공급관을 냉각수 회수관으로 전환 연결하여 환수하며, 상기 공기 유입체를 통하여 자석 모듈 하우징으로 공기를 유입하여 자석 모듈 하우징 내부에 잔존하는 냉각수를 냉각수 회수관으로 배출시키는 냉각수 배출기;
    을 포함하는 기판 처리 장치.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 자석 모듈 하우징은 냉각수를 유입받는 유입단 및 냉각수를 배출하는 유출단을 가지며, 상기 냉각기는 상기 자석 모듈 하우징으로 냉각수를 공급하는 공급단 및 상기 자석 모듈 하우징으로부터 냉각수를 회수하는 회수단을 가지는 기판 처리 장치.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 냉각수 배출기는,
    상기 냉각수 공급관과 상기 냉각수 회수관 사이에서 연결되는 냉각수 전환관;
    상기 냉각기의 공급단과 자석 모듈 하우징의 유입단을 연결시키는 제1밸브통로, 상기 냉각기의 공급단과 냉각기의 회수단을 직접 연결시키는 제2밸브통로를 선택적으로 가지는 통로 전환 밸브;
    배출 모드로 동작시에는, 상기 공기 유입체를 제어하여 자석 모듈 하우징으로 공기가 유입되도록 하며, 상기 제1밸브 통로를 차단하고 상기 제2밸브통로가 형성되도록 상기 통로 전환 밸브를 제어하는 냉각수 제어기;
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  14. 타겟을 이용하여 기판에 막을 증착하는 장치에서 냉각수를 처리하는 방법에 있어서,
    상기 타겟의 후방에 자석 모듈이 수납된 자석 모듈 하우징이 마련되는 과정;
    상기 자석 모듈 하우징의 내부로 냉각수 공급을 중단하는 과정;
    상기 자석 모듈 하우징의 내부로 공기를 유입하여 내부에 잔존하는 냉각수를 외부로 배출하는 과정;
    상기 자석 모듈 하우징에서 외부로 배출되는 냉각수가 있는지를 검출하는 과정;
    외부로 배출되는 냉각수가 없는 경우 상기 자석 모듈 하우징의 내부로의 공기 유입을 중단하는 과정;
    상기 자석 모듈 하우징 내부의 공기를 외부로 배출시키는 과정;
    을 포함하는 냉각수 처리 방법.
  15. 청구항 14에 있어서, 냉각수 공급을 중단하는 과정은,
    자석 모듈 하우징으로 공급되는 냉각수의 공급 경로를 냉각수 회수 경로로 전환 연결하여 자석 모듈 하우징으로 냉각수 공급을 중단하는 냉각수 처리 방법.
  16. 청구항 14에 있어서, 상기 자석 모듈 하우징 내부의 공기를 외부로 배출시키는 과정 이후에,
    타겟을 교체하는 과정;
    자석 모듈 하우징의 내부로 냉각수 공급을 재개하는 과정;
    을 포함하는 냉각수 처리 방법.
KR1020120091696A 2012-08-22 2012-08-22 냉각수 처리 장치, 방법 및 이를 적용한 기판 처리 장치 KR101358805B1 (ko)

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