KR102359244B1

KR102359244B1 - 막 증착 방법

Info

Publication number: KR102359244B1
Application number: KR1020180101509A
Authority: KR
Inventors: 김선길; 이기태; 전승배; 천민호
Original assignee: 한국알박(주)
Priority date: 2016-11-21
Filing date: 2018-08-28
Publication date: 2022-02-08
Also published as: KR20180099607A

Abstract

본 발명은, 챔버에 일 방향으로 요동 가능한 마스크를 마련하는 과정, 챔버에 기판을 반송하는 과정, 기판을 공정 위치로 이동시키고 마스크와 대향 배치시키는 과정, 공정 위치에서 기판과 마스크의 위치를 일방향으로 일치시키는 과정, 마스크를 사이에 두고 기판에 대향 배치되는 타겟을 이용하여 기판을 요동 성막 처리하는 과정, 및 기판을 요동 성막 처리하는 중에, 기판과 상기 마스크가 같은 방향으로 동시에 이동하며 요동이 동기화하도록 기판과 상기 마스크를 연동시키는 과정을 포함하며, 기판과 마스크를 연동하여 이동시키면서, 마스크를 사이에 두고 기판에 대향 배치되는 타겟을 이용하여 기판을 처리할 수 있어서, 기판을 요동시키면서 처리하는 동안 마스크와 기판 사이가 개방되는 것을 방지할 수 있는 막 증착 방법이 제시된다.

Description

막 증착 방법{Film Deposition Method}

본 발명은 막 증착 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판을 요동시키면서 처리하는 동안 마스크와 기판 사이가 개방되는 것을 방지할 수 있는 막 증착 방법에 관한 것이다.

액정 디스플레이와 같은 평판 디스플레이는 제조 중 기판에 배선용 금속막을 성막 처리하는 공정을 수행하는데, 이는 인라인 타입의 종형 스퍼터 장치에서 수행된다. 종형 스퍼터 장치는 공정진행 방향으로 직렬 접속된 복수의 진공 챔버, 복수의 진공 챔버에 각각 장착되는 타겟, 및 복수의 진공 챔버의 내부에 각각 설치되어 기판을 수직으로 지지하면서 공정진행 방향으로 반송하는 반송 레인 등으로 구성되는데, 복수의 진공 챔버는 내부에 성막 처리를 위한 최적의 환경이 조성되고, 각각의 진공 챔버에서 기판의 성막 처리가 수행된다(하기의 특허문헌 1 및 2 참조).

각각의 진공 챔버는 내부에 마스크가 설치되는데, 이 마스크는 타겟과 반송 레인 사이에 설치된다. 마스크는 기판을 마주보는 중심부가 기판 형상으로 개구된 사각 틀 형태이고, 기판은 마스크의 중심부 개구를 통하여 타겟에 노출된다. 마스크는 기판이 성막 처리될 때, 기판을 지지 중인 트레이 및 반송 레인 등을 포함하여 챔버의 내부에 타겟 물질의 입자가 비산되면서 기판을 지지 중인 트레이 및 반송 레인 등에 부착되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 기판에 증착되는 막의 균일성을 향상시키기 위하여, 종형 스퍼터 장치의 구조 및 공정기술 등에 많은 연구개발이 이루어지고 있으며, 그 결과 타겟의 설치 구조, 마그넷의 배치 및 작동 등에 대한 각종 방안이 현재까지 고안되었고(하기의 특허문헌 3 및 4 참조), 최근에는 기판을 반송진행 방향으로 좌우요동시키면서 성막 처리하는 방안에 대한 연구개발이 이루어지고 있다. 하지만, 기판을 요동시키면서 막을 증착하기 위해서는 마스크의 개구를 기판의 요동 거리를 반영한 너비로 좌우 확장시켜야 한다. 이에, 마스크와 기판 사이가 개구되는 문제점이 있다.

본 발명의 배경이 되는 기술은 하기의 특허문헌 1 내지 5에 개시되어 있다.

KR

10-2010-0063147

A

JP

2014-036159

A

KR

10-2015-0003915

A

KR

10-2016-0042138

A

KR

10-2016-0063969

A

본 발명은 기판을 요동시키며 처리하는 동안 마스크와 기판 사이가 개방되는 것을 방지할 수 있는 막 증착 방법을 제공한다.

본 발명은 기판을 요동시키며 처리하는 동안 트레이 및 반송 레인에 하중 및 부하가 과도하게 걸리는 것을 방지할 수 있는 막 증착 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 막 증착 방법은, 기판에 막을 증착하는 막 증착 방법으로서, 챔버에 일 방향으로 요동 가능한 마스크를 마련하는 과정: 챔버에 기판을 반송하는 과정; 상기 기판을 공정 위치로 이동시키고 마스크와 대향 배치시키는 과정; 상기 공정 위치에서 상기 기판과 상기 마스크의 위치를 일방향으로 일치시키는 과정; 상기 마스크를 사이에 두고 상기 기판에 대향 배치되는 타겟을 이용하여 상기 기판을 요동 성막 처리하는 과정; 및 상기 기판을 요동 성막 처리하는 중에, 상기 기판과 상기 마스크가 같은 방향으로 동시에 이동하며 요동이 동기화하도록 상기 기판과 상기 마스크를 연동시키는 과정;을 포함한다.

상기 기판을 요동 성막 처리하는 과정 이전에, 상기 기판과 상기 마스크 간의 갭을 조절하는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 기판과 상기 마스크를 연동시키는 과정은, 상기 타겟의 이면에 배치된 마그넷과 상기 기판 및 상기 마스크를 연동하면서 이동시키는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 마스크를 마련하는 과정은, 중심부가 상기 기판의 형상과 크기로 개구된 마스크를 준비하는 과정; 상기 공정 위치에서 타 방향으로 이격된 위치에 상기 마스크를 배치하는 과정; 상기 마스크를 자기 부상시키는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 기판과 상기 마스크를 연동시키는 과정은, 일 방향으로 직선 운동이 가능한 구동부로 자기 부상된 상기 마스크를 요동시키는 과정; 상기 마스크와 상기 기판의 사이가 일 방향으로 개방되는 것을 방지하는 과정;을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 막 증착 장치는, 내부에 공간이 형성되는 챔버; 기판을 지지할 수 있는 기판 트레이가 챔버의 내부에 설치 가능하도록, 챔버 내에 일방향으로 설치되는 레인; 기판의 형상으로 개구되는 마스크를 챔버의 내부에서 지지 가능하도록, 챔버에 구비되는 마스크 지지체; 및 상기 기판 트레이 및 상기 마스크 지지체를 연동시켜 요동 가능하게 하는 구동부;를 포함한다.

상기 챔버는 상기 레인이 선택적으로 위치될 수 있는 반송 열 및 공정 열이 내부에 마련되고, 상기 반송 열 및 상기 공정 열은 일방향으로 각각 연장되고, 일방향에 교차하는 방향으로 서로 이격되며, 상기 공정 열을 중심으로 상기 반송 열의 반대측에서 상기 공정 열을 마주보는 위치에 상기 마스크 지지체가 구비될 수 있다.

상기 레인을 상기 반송 열 및 상기 공정 열 중 하나의 열에 선택적으로 위치시키며 상기 레인의 위치를 전환 가능하게 하는 위치 전환부;을 더 포함할 수 있다.

상기 마스크 지지체는 상기 레인을 마주보는 위치에 일방향으로 설치되는 적어도 하나의 지지부를 포함하고, 상기 지지부는 마스크가 장착 가능한 마스크 트레이를 일방향으로 요동 가능하게 지지할 수 있다.

상기 지지부는 직동 기구 타입, 자기 부상 구조의 레인 타입 및 롤러 구동 구조의 레인 타입 중 하나의 타입으로 구비될 수 있다.

기판을 처리할 수 있는 타겟이 챔버의 내부에 노출 가능하도록, 챔버의 일면에 설치되어 챔버의 내부에 연통하는 타겟실; 및 타겟의 이면에 위치하도록 상기 타겟실의 내부에 설치되는 마그넷;을 포함하고, 상기 구동부에 의해 상기 마그넷, 상기 기판 트레이 및 상기 마스크 지지체가 연동되어 요동할 수 있다.

상기 구동부는 상기 기판 트레이 및 상기 마스크 지지체를 동일한 방향으로 같이 이동시킬 수 있다.

상기 구동부는 상기 기판 트레이 및 상기 마스크 지지체에 각각 연결되어 별도로 구동하거나, 하나의 구동부가 상기 기판 트레이 및 상기 마스크 지지체에 연결되어 일체로 구동할 수 있다.

상기 구동부는 상기 마그넷, 상기 기판 트레이 및 상기 마스크 지지체를 동일한 방향으로 같이 이동시킬 수 있다.

상기 구동부는 상기 마그넷, 상기 기판 트레이 및 상기 마스크 지지체에 각각 연결되어 별도로 구동하거나, 하나의 구동부가 상기 마그넷, 상기 기판 트레이 및 상기 마스크 지지체에 연결되어 일체로 구동할 수 있다.

본 발명의 실시 형태들에 따르면, 기판을 요동시키며 처리하는 동안 마스크를 요동시키면서 기판의 요동에 동기화시킬 수 있고, 마스크의 위치를 기판의 위치에 항상 정밀하게 일치시킬 수 있다. 이에, 기판의 처리 시, 마스크와 기판 사이가 개방되는 것을 방지하고, 타겟 물질의 입자가 비산되면서 기판을 지지 중인 트레이 및 반송 레인 등에 부착되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 기판의 지지 및 반송에 사용된 트레이 및 반송 레인의 오염을 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 형태들에 따르면, 마스크가 기판을 지지 중인 트레이 및 반송 레인에서 구조적으로 독립되어 요동되는 형태이므로, 예를 들어, 마스크가 상기 트레이나 반송 레인에 구조적으로 결합된 채로 기판과 함께 챔버의 내부를 출입하면서 기판과 함께 요동하는 것에 비하여, 트레이에 하중이 과도하게 걸리는 것을 방지할 수 있고, 반송 레인에 부하가 과도하게 걸리는 것을 방지할 수 있다.

예컨대 대면적의 평판 디스플레이용 기판을 제조하는 공정이나 산화물 반도체를 제작하는 공정 중 인라인 타입의 종형 스퍼터링 장치를 이용하여 기판에 배선용 막을 성막 처리하는 공정에 적용될 수 있다.

이 경우, 마스크는 마스크 지지체에 기판의 요동 방향으로 슬라이드 가능하게 지지되고, 제어부가 마스크 지지체의 요동을 기판의 요동에 동기화시킨다. 이에 의하여, 마스크의 위치를 기판의 위치에 항상 정밀하게 일치시면서 마스크와 기판 사이가 개방되는 것을 방지할 수 있고, 이에, 기판을 지지 중인 트레이 및 이 트레이를 반송하는 반송 레인이 타겟 물질의 입자에 오염되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 마스크 지지체가 기판을 지지 중인 트레이 및 이 트레이를 반송하는 반송 레인에 구조적으로 독립되므로, 기판을 지지 중인 트레이에 하중이 과도하게 걸리는 것을 방지할 수 있고, 반송 레인에 부하가 과도하게 걸리는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 막 증착 장치의 개략도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 막 증착 장치의 작동도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 막 증착 장치의 부분도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 막 증착 방법의 순서도이다.
도 8는 본 발명의 실시 예에 따른 막 증착 방법의 공정도이다.
도 9는 본 발명의 비교 예에 따른 막 증착 방법의 모식도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 막 증착 방법의 모식도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

본 발명은 기판을 요동시키면서 처리하는 동안 마스크와 기판 사이가 개방되는 것을 방지할 수 있는 막 증착 장치 및 방법에 관한 것이다. 이하에서는, 산화물 반도체의 제작 공정 중 인라인 타입의 종형 스퍼터 장치를 이용하여 기판의 배선용 금속막을 성막 처리하는 공정을 기준으로 실시 예를 상세하게 설명한다. 물론, 본 발명은 대면적의 평판 디스플레이를 제조 중인 기판이나 반도체 소자를 제조 중인 기판에 각종 막을 증착 처리하는 공정 등에 다양하게 활용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 막 증착 장치의 개략도이고, 도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 막 증착 장치의 작동도이다. 도 2는 막 증착 장치의 일 챔버의 내부를 수직으로 절단하여 내부의 작동 상태를 보여주는 작동도이고, 도 3은 막 증착 장치의 일 챔버의 내부를 수평으로 절단하여 내부의 작동 상태를 보여주는 작동도이다. 도 4는 막 증착 장치의 타 챔버의 내부를 수직으로 절단하여 내부의 작동 상태를 보여주는 작동도이고, 도 3은 막 증착 장치의 타 챔버의 내부를 수평으로 절단하여 내부의 작동 상태를 보여주는 작동도이다. 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 막 증착 장치의 마스크 지지체 부분을 도시한 부분도이다.

도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 막 증착 장치를 상세하게 설명한다. 막 증착 장치(1)는 기판(S)을 처리 가능한 장치로서, 챔버(10), 레인(20), 마스크 지지체, 구동부(40a, 40b, 40c)를 포함하고, 위치 전환부(50), 타겟실(60), 마그넷(70) 및 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

기판(S)은 전자 소자가 제조되는 공정이 진행 중이거나 종료된 각종 판일 수 있는데, 예컨대 산화물 반도체가 제조되는 공정이 진행 중인 기판일 수 있다. 물론, 기판은 디스플레이 장치가 제조되는 공정이 진행 중인 기판, 반도체 소자가 제조되는 공정이 진행 중인 기판 등 다양할 수 있다.

기판 트레이(2)(또는, '기판 캐리어'라고도 함)는 기판(S)이 장착 가능한 형태의 트레이 프레임(2a) 및 트레이 프레임(2a)의 하부에 형성된 트레이 베이스(2b)를 포함한다. 트레이 프레임(2a)은 사각 틀 형태일 수 있고, 트레이 베이스(2b)는 바 형태일 수 있다. 트레이 베이스(2b)는 레인(20)에 지지되면서 반송 가능한 형태로 마련되고, 레인(20)이 자기 부상 구조로 마련되면 트레이 베이스(2b)도 자기 부상이 가능한 구조로 마련된다.

기판(S)은 트레이 프레임(2a)에 장착되어 수직으로 지지되고, 트레이 베이스(2a)에 의해 레인(20)을 따라 챔버(10)로 반입되어 공정진행 방향으로 반송된다. 처리가 완료된 기판(S)은 레인(20)을 따라 반송되어 챔버(10)에서 반출된다.

챔버(10)는 내부에 공간이 형성되며, 일방향 예컨대 공정진행 방향으로 나란하게 배치되어 서로 직렬 접속된다. 챔버(10)는 공정 챔버(10a, 10b, 10c), 히터 챔버(10d) 및 로드락 챔버(10e)를 포함한다. 각각의 챔버(10)는 예컨대 육면체 형상일 수 있다.

공정 챔버(10a, 10b, 10c)는 복수개 구비되어 일방향을 따라 직렬 배치되며, 서로 접속된다. 복수개의 공정 챔버는 서로 접하는 면에 기판 트레이(2)가 출입 가능한 게이트 밸브(미도시)가 마련된다. 공정 챔버는 내부에 진공의 처리실이 각각 구비된다. 처리실은 가스 공급기(11) 및 진공 펌프(미도시)에 접속되어 내부 분위기가 제어된다. 처리실은 내부에 성막 처리를 위한 최적의 환경이 조성되고, 각 처리실에서 기판의 성막 처리가 수행된다. 이때, 성막 처리는 기판에 산화물 박막 등의 각종 박막을 증착하기 위한 스퍼터 처리를 포함한다. 공정 챔버(10a, 10b, 10c)는 일방향으로 연장된 일측면에 타겟실(60)이 각각 접속된다. 공정 챔버(10a, 10b, 10c)와 타겟실(60)은 서로 접하는 면이 개구되어 내부가 연통할 수 있다. 각 공정 챔버는 기판(S)의 일방향의 좌우 요동을 수용하도록 일방향의 너비가 정해진다.

히터 챔버(10d)는 기판(S)이 챔버(10)로 반입되는 방향을 기준으로 해서, 공정 챔버(10a, 10b, 10c)보다 기판(S)이 먼저 들어오도록 공정 챔버(10a, 10b, 10c)의 상류측에 배치되어 직렬 접속된다. 히터 챔버(10d)는 공정 챔버(10a, 10b, 10c)를 접하는 면에 기판 트레이(2)가 출입되는 게이트 밸브(미도시)가 마련된다. 히터 챔버(10d)는 내부에 가열기구가 구비된다. 이 가열실은 진공 펌프(미도시)에 의해 진공으로 제어되면서, 가열수단(미도시)에 의해 온도가 제어될 수 있다. 가열실은 장치의 정비 시를 제외하고, 내부가 항상 진공 상태로 제어될 수 있다.

로드락 챔버(10e)는 기판(S)이 챔버(10)로 반입되는 방향을 기준으로, 히터 챔버(10d)보다 기판(S)이 먼저 들어오도록 히터 챔버(10e)의 상류측에 배치되어 직렬 접속된다. 로드락 챔버(10e)는 히터 챔버(10e)를 접하는 일면 및 이를 마주보는 타면에 각각 기판 트레이(2)가 출입 가능한 게이트 밸브(미도시)가 마련된다. 로드락 챔버(10e)는 진공 및 대기압 분위기로 전환 가능하다. 로드락 챔버(10e)는 복수의 매수로 준비된 기판(S)을 반입받아 공정 챔버(10a, 10b, 10c)측에 순서대로 반송할 수 있다. 공정 챔버(10a, 10b, 10c)에서 처리가 완료된 기판(S)은 로드락 챔버(10e)로 반송된 후 대기 중에 반출된다.

챔버(10)는 레인(20)이 선택적으로 위치될 수 있는 반송 열(L1, L2) 및 공정 열(L3)이 내부에 마련된다. 이때, 공정 챔버(10a, 10b, 10c)에 반송 열(L1, L2) 및 공정 열(L3)이 마련되고, 히터 챔버(10d)와 로드락 챔버(10e)에 반송 열(L1, L2)이 마련될 수 있다. 반송 열(L1, L2) 및 공정 열(L3)은 일방향으로 각각 연장되고, 일방향에 교차하는 방향인 타방향으로 서로 이격된다. 반송 열(L1, L2)은 기판(S)이 반송되는 열이고, 공정 열(L3)은 기판(S)이 처리되는 열이다.

한편, 마스크(M)가 타방향으로 이동 가능하게 설치되는 경우 반송 열(L1, L2) 중 후술하는 제2열(L2)이 공정 열(L3)의 역할을 수행할 수도 있다.

반송 열(L1, L2)은 복수의 챔버(10)에 각각 마련되어 직렬로 배치되는데, 이때, 각각의 반송 열(L1, L2)은 타방향으로 이격되어 서로 병렬로 배치된 제1열(L1) 및 제2열(L2)을 구비한다. 공정 열(L3) 예컨대 제3열(L3)은 내부에 처리실을 구비하는 공정 챔버(10a, 10b, 10c)들에 각각 마련될 수 있다. 한편, 직렬 배치는 공정진행 방향인 일방향으로 나란하게 배치되는 것을 의미하고, 병렬 배치는 직렬로 배치된 복수의 열이 각각 공정진행 방향에 교차하는 방향인 타방향으로 이격된 것을 의미한다.

레인(20)은 챔버(10)의 내부에 일방향으로 설치되고, 이 레인(20)에 기판 트레이(2)가 일 방향으로 반송 가능하게 설치되면서 기판 트레이(2)가 챔버(10)의 내부에 설치 가능하다. 레인(20)은 복수의 챔버(10)에 각각 설치되는데, 각각의 챔버마다 적어도 하나 이상 설치될 수 있다. 각 챔버에 설치된 레인(20)은 일방향으로 직렬 배치되어 정렬될 수 있다. 한편, 한 챔버에 레인(20)이 두 개 이상 설치되는 경우, 레인(20)은 일방향에 교차하는 타방향으로 서로 이격되어 배치될 수 있다.

레인(20)은 예컨대 자기 부상 구조로 마련될 수 있고, 또는, 롤러 지지 구조로 마련될 수도 있다. 즉, 레인(20)은 기판 트레이(2)를 수직 지지하면서 일방향으로 요동시키고, 일방향으로 반송할 수 있는 구조이면, 다양하게 변경 및 적용 가능하다. 레인(20)에 의하여 챔버(10)들 중 원하는 챔버에 기판 트레이(2)가 반송될 수 있다.

레인(20)은 공정 챔버(10a, 10b, 10c)의 내부에 각각 설치되는데, 각 공정 챔버의 내부에 적어도 하나 이상의 개수로 설치되며, 이때, 공정 챔버의 위치에 따라 설치 개수가 다를 수 있다. 레인(20)은 기판(S)이 챔버(10)에 반입되는 방향을 기준으로, 기판(S)이 가장 나중에 반입되는 위치인 하류측에 위치하는 최외각 챔버 예컨대 일 챔버(10a)에 하나 설치될 수 있다. 또한, 레인(20)은 일 챔버(10a)를 제외한 나머지 공정 챔버인 타 챔버(10b, 10c)들(또는, '옆 챔버'라고 함)에 각각 복수개 예컨대 두 개씩 설치될 수 있다. 한편, 타 챔버의 개수는 하나일 수 있고, 두 개 이상일 수 있으며, 그 개수를 특별히 한정하지 않는다.

레인(20)은 상술한 바와 같이 공정 챔버(10a, 10b, 10c)의 내부에 각각 설치되어 제1열(L1) 및 제2열(L2)에 선택적으로 배치되면서 일방향으로 직렬 정렬되고, 타 방향으로 병렬 정렬된다. 또한, 제1열(L1) 또는 제2열(L2)에 배치된 레인(20)은 위치 전환부(50)에 의해 공정 열인 제3열(L3)상에 선택적으로 배치될 수 있다. 물론, 레인(20)의 설치 방식은 상술한 방식 외에 다양하게 변경될 수 있다. 레인(20)은 히터 챔버(10d)과 로드락 챔버(10e)의 내부에 각각 복수개 예컨대 두 개씩 설치되며, 제1열(L1)과 제2열(L2)에 각각 배치되어 서로 직렬 및 병렬로 정렬된다.

마스크(M)는 공정 챔버(10a, 10b, 10c) 내에 반입되는 기판(S)과 마주보도록 수직 배치된다. 마스크(M)는 중심부가 기판(S)의 형상과 크기로 개구(다만, 성막 조건에 따라 개구 크기가 기판 크기보다 수㎜ 정도 작거나 클 수도 있음)되고, 따라서, 기판(S)의 요동에 동기화되어 마스크(M)가 요동할 때 기판(S)과 마스크(M) 사이가 개방되지 않는다. 마스크(M)는 가장자리부가 외측으로 연장되어 기판 트레이(2) 및 레인(20)의 전면(타겟실(60)을 향하는 면을 지칭함)을 커버한다. 마스크 트레이(3)는 마스크(M)의 가장자리부가 장착될 수 있는 형태로 마련되고, 예컨대 사각 틀의 형태일 수 있다. 마스크 트레이(3)는 마스크 지지체 예컨대 지지부(30)에 지지 가능한 형태로 마련되는데, 마스크 지지체가 엘엠 가이드(LM guide) 타입으로 마련되면, 마스크 트레이(3)는 엘엠 가이드 타입의 마스크 지지체에 장착될 수 있는 형태로 마련된다.

한편, 본 발명의 실시 예에서는 마스크(M)를 타방향으로 이동 가능하게 지지하도록 마스크 트레이(3)에 장착되는 적어도 하나 이상의 위치 조절부(80)를 더 포함할 수 있다. 위치 조절부(80)는 마스크 트레이(3)의 가장자리에 설치된 제1블록(81), 제1블록(81)을 마주보도록 마스크(M)의 가장자리에 설치된 제2블록(83), 제1블록(81)과 제2블록(83)을 연결하는 실린더(82)를 포함한다. 실린더(82)가 타방향으로 신축하며 제1블록(81)과 제2블록(83) 간의 거리를 조절하여 마스크(M)의 타방향 위치를 정밀하게 조절한다. 한편, 위치 조절부(80)의 구성은 상기에 한정하지 않고, 각종 액추에이터(actuator)의 구성이 적용될 수도 있다. 이 위치 조절부(80)를 이용하여 기판(S)과 마스크(M) 간의 갭(g)을 조절할 수 있다.

마스크 지지체는 기판의 형상으로 개구된 마스크(M)를 공정 챔버(10a, 10b, 10c)의 내부에서 지지 가능하도록 공정 챔버(10a, 10b, 10c)에 구비된다. 이때, 마스크 지지체는 공정 열(L3)을 중심으로 하여, 반송 열(L1, L2)의 반대측에서 공정 열(L3)을 마주보는 위치에 구비될 수 있다. 마스크 지지체는 마스크(M)의 일방향에 대한 좌우 요동을 수용하도록 일방향의 연장 길이가 정해진다.

마스크 지지체는 공정 열(L3)로부터 타방향으로 이격되어 공정 열(L3) 및 레인(20)을 마주보는 위치에 일방향으로 설치되는 적어도 하나의 지지부(30)를 포함한다. 지지부(30)는 각 공정 챔버(10a, 10b, 10c)에 적어도 하나 이상 설치되는데, 예컨대 각 공정 챔버(10a, 10b, 10c)의 내부 상측에 복수개 예컨대 두 개 설치되어 일방향으로 이격되고, 각각의 하측으로 이격되는 위치에 하나씩 설치되어 네 개의 지지부(30)가 설치될 수 있다. 물론, 지지부(30)는 각 공정 챔버(10a, 10b, 10c)의 상부나 하부에 각각 하나씩 설치되어도 무방하다. 각각의 지지부(30)는 각 공정 챔버(10a, 10b, 10c)의 내측 소정 위치에 장착되어 지지될 수 있다.

지지부(30)는 마스크(M)가 장착 가능한 마스크 트레이(3)를 일방향으로 요동 가능하게 지지할 수 있다. 지지부(30)는 엘엠 가이드 등의 직동 기구 타입, 자기 부상 구조의 레인 타입 및 롤러 구동 구조의 레인 타입 중 하나의 타입으로 구비될 수 있다.

각 지지부(30)는 각 공정 챔버의 내부에서 마스크 트레이(3)의 상면의 일 방향의 양측 가장자리와 하면의 일 방향의 양측 가장자리에 결합되어, 마스크 트레이(3)의 일방향의 요동을 원활하게 지지하고, 마스크 트레이(3)의 타방향으로의 위치를 안정적으로 유지시킨다. 지지부(30)에 의해, 기판(S)과 마스크(M)의 요동 시, 이들 간의 갭(g)이 수 ㎜ 의 범위 내에서 소정 값으로 유지될 수 있다.

이하, 구동부(40a, 40b, 40c)를 설명하기에 앞서서, 위치 전환부(50), 타겟실(60) 및 마그넷(70)을 먼저 설명한다.

위치 전환부(50)는 레인(20)을 반송 열 및 공정 열 중 하나의 열에 선택적으로 위치시키며 레인(20)의 위치를 전환 가능하게 설치된다. 위치 전환부(50)는 각 공정 챔버의 바닥에 타방향으로 설치되고, 레인(20)이 위치 전환부(50)에 타방향으로 이동 가능하게 장착 지지된다. 위치 전환부(50)는 레인(20)을 타방향으로 슬라이드 가능하게 지지하는 것이면 설치 구조와 작동 방식을 특별히 한정하지 않는다. 예컨대 위치 전환부(50)는 엘엠가이드를 포함할 수 있다. 위치 전환부(50)에 의해 레인(20)이 제1열(L1) 내지 제3열(L)을 가로질러 슬라이드될 수 있고, 원하는 열의 위치에 정렬될 수 있다. 특히, 위치 전환부(50)에 의하여 기판(S)과 마스크(M) 간의 갭(g)이 조절될 수 있다.

타겟실(60)은 기판(S)을 처리할 수 있는 타겟(T)이 공정 챔버의 내부에 노출 가능하도록, 공정 챔버 각각의 일측면에 설치되어 공정 챔버의 내부에 각각 연통할 수 있다. 타겟실(60)의 내부에 타겟 장착부(61)가 장착되고, 타겟 장착부(61)에 타겟(T)이 장착된다. 타겟 장착부(61)는 전원 공급기(62)에 연결되어 플라즈마 생성을 위한 전원을 공급받는다. 타겟(T)은 판 및 그 외 각종 형상의 타겟이고, 산화물 막 또는 기타 각종 성분의 막을 증착할 수 있는 다양한 타겟일 수 있다. 마그넷(70)은 타겟(T)의 이면에 위치하도록 타겟실(60)의 내부에 복수개 설치될 수 있다.

구동부(40a, 40b, 40c)는 기판 트레이(2) 및 마스크 지지체를 연동시켜 요동 가능하게 하며, 이때, 마그넷(70)도 기판 트레이(2) 및 마스크 지지체와 함께 연동시켜 요동 가능하게 한다. 이에, 기판(S)과 마스크(M)와 마그넷(70)이 동일한 방향으로 같이 또는 동시에 이동하면서 일방향으로 요동할 수 있다.

구동부가 기판 트레이(2) 및 마스크 지지체를 연동시켜 요동 가능하게 할 경우, 구동부는 기판 트레이(2) 및 마스크 지지체를 동일한 방향으로 같이 또는 동시에 이동시키면서 일방향으로 요동시킬 수 있다. 구동부가 기판 트레이(2) 및 마스크 지지체에 더하여 마그넷(70)도 함께 연동시켜 요동 가능하게 할 경우, 구동부는 마그넷(70), 기판 트레이(2) 및 마스크 지지체를 동일한 방향으로 같이 또는 동시에 이동시키면서 일방향으로 요동시킬 수 있다.

구동부는 마그넷(70), 기판 트레이(2) 및 마스크 지지체에 각각 연결되어 별도로 구동하거나, 하나의 구동부가 마그넷(70), 기판 트레이(2)와 마스크 지지체에 연결되어 일체로 구동할 수 있다.

예컨대 구동부는 복수의 구동부가 마그넷(70), 기판 트레이(2) 및 마스크 지지체에 각각 연결되어 구동할 수 있다. 구동부는 레인(20)에 연결되어 레인(20) 상에 지지된 기판 트레이(2)를 일방향으로 요동시키는 제1구동부(40a), 마스크 지지체 또는 마스크 트레이(3)에 연결되어 마스크 지지체에 지지 중인 마스크 트레이(3)를 일방향으로 요동시키는 제2구동부(40b) 및 마그넷(70)에 연결되어 일방향으로 요동시키는 제3구동부(40c)를 포함한다. 각 구동부는 기판 트레이(2), 마스크 트레이(3) 및 마그넷(70)을 예컨대 수십 내지 수백 ㎜/s의 속도로 수십 내지 수백 ㎜의 거리만큼 요동시킬 수 있는 것을 만족하는 구동부일 수 있다.

제1구동부(40a)는 공정 챔버(10a, 10b, 10c) 내부의 레인(20)에 각각 타방향으로 장착되고, 타방향으로 신축되며 레인(20)이 반송 열에서 공정 열로 이동할 때 레인(20)과 연결을 유지한다. 제1구동부(40a)는 레인(20)에 지지된 기판 트레이(2)를 일방향으로 요동시키도록 자기 부상 구조의 레인(20)을 작동시킬 수 있는 공지의 구조 및 방식을 가지는 구동부를 포함한다.

제2구동부(40b)는 마스크 지지체의 지지부(30)에 연결되어 지지부(30)를 통하여 마스크 트레이(3)를 일방향으로 좌우 요동시킬 수도 있고, 또는, 마스크 트레이(3)의 적어도 일측에 장착되어 마스크 트레이(3)를 직접 일방향으로 요동시킬 수 있다. 제2구동부(40b)는 직선운동이 가능한 각종 형태의 구동부일 수 있고, 리니어 모터나, 서보 모터나 엘엠 가이드 등의 구조 및 방식을 가지는 구동부를 포함한다.

제3구동부(40c)는 복수개의 마그넷(70)을 예컨대 일방향으로 관통하여 장착되고, 복수개의 마그넷(70)을 일방향으로 좌우 요동시킬 수 있다. 제3구동부(40c)는 제2구동부(40b)의 상술한 구성과 방식을 가지는 각종 구동부를 포함한다.

제어부(미도시)는 제1구동부 내지 제3구동부의 작동을 제어하도록 제공될 수 있으며, 예컨대 각 구동부를 PLC(Programmable Logic Controller)로 연동시켜 동시 동작하게 제어할 수 있다. 이에, 각 구동부의 작동을 동기화시킬 수 있고, 기판(S)과 마스크(M)와 마그넷(70)의 요동을 동기화시킬 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 막 증착 방법의 순서도이고, 도 8의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 실시 예에 따른 막 증착 방법의 공정도이다.

이하, 도 1 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 막 증착 방법을 상세하게 설명한다.

본 발명의 실시 예에 따른 막 증착 방법은, 챔버에 마스크를 마련하는 과정, 챔버에 기판을 반송하는 과정, 기판을 공정 위치로 이동시키고 마스크와 대향 배치시키는 과정, 기판과 마스크를 연동하면서 이동시키는 과정을 포함한다.

챔버(10)에 마스크를 마련하는 과정(S100)을 수행한다. 이때, 마스크(M)는 마스크 트레이(3)에 장착되어 준비되고, 공정 챔버 내의 마스크 지지체 예컨대 지지부(30)에 일방향으로 요동 가능하게 각각 지지되어 마련된다.

챔버(10)에 기판(S)을 반송하는 과정(S200)을 수행한다. 기판(S)을 기판 트레이(2)에 장착하고, 기판 트레이(2)를 수직 상태에서 로드락 챔버(10e)에 반입하여 제1열(L1)에 배치된 레인(20)에 일방향으로 지지시킨다. 이후, 제1열(L1)에 설치된 레인(20)들을 이용하여 기판 트레이(2)를 공정 챔버들 중 하나 예컨대 일 챔버(10a)로 반송(도 8의 (a) 참조)한다.

물론, 기판 트레이(2)를 타 챔버(10b, 10c)들 중 하나에 반송해도 무방하나, 이때는, 일 챔버(10a)를 경유하여 제1열(L1)에서 제2열(L2)로 기판 트레이(2)의 반송 열을 전환한 후, 타 챔버(10b, 10c)들 중 하나의 제2열(L2)로 기판 트레이(2)를 반송할 수 있다.

기판(S)을 공정 위치로 이동시키고 마스크(M)와 대향 배치시키는 과정(S300)을 수행한다. 일 챔버(10a)의 제1열(L1)에 위치하는 레인(20)을 타방향으로 슬라이드하여 마스크(M)측으로 전진시키는 방식으로, 공정 열인 제3열(L3)열에 기판 트레이(2)를 이동시킨 후, 기판(S)을 마스크(M)와 대향 배치시킨다(도 8의 (b) 참조). 이에, 기판(S)과 마스크(M) 간의 갭(g)을 성막 처리에 적합한 갭(g)으로 조절할 수 있다. 즉, 기판(S)과 마스크(M)를 연동하면서 이동시키기 이전에, 기판 트레이(2)를 제3열(L3)로 이동시키는 방식으로 기판(S)과 마스크(M) 간의 갭(g)을 조절할 수 있다.

한편, 위치 조절부(80)를 이용하여, 마스크(M)의 타방향으로의 위치를 조절하는 방식으로 기판(S)과 마스크(M) 간의 갭(g)을 조절할 수도 있다. 또한, 기판 트레이(2)를 제3열(L3)에 이동시키는 방식과 위치 조절부(80)를 이용한 방식을 모두 활용하여 기판(S)과 마스크(M) 간의 갭(g)을 조절할 수도 있다.

한편, 기판(S)을 공정 위치로 이동시키고 마스크(M)와 대향 배치시키는 과정 중에, 제1구동부(40a) 및 제2구동부(40b)에 의해 기판(S) 위치와 마스크(M) 위치가 일방향으로 일치될 수 있다. 또는, 제1구동부(40a)에 의해 기판(S)의 위치가 마스크(M)의 위치에 일치될 수 있다. 이 외에도 각종 방식으로 기판(S)과 마스크(M) 위치를 일방향으로 일치시킬 수 있다. 즉, 기판(S)을 마스크(M)와 대향 배치시키면서 이들의 위치를 일방향으로 일치시킬 수 있다. 물론, 기판(S)과 마스크(M)는 이하의 연동 과정 중에 일방향으로의 위치가 일치될 수도 있다.

기판(S)과 마스크(M)를 연동하면서 이동시키는 과정(S400)을 수행한다. 상세하게는, 기판 트레이(2)와 마스크 트레이(3)를 동일한 방향으로 같이 또는 동시에 이동시키는 방식으로 기판 트레이(2)와 마스크 트레이(3)를 연동하여 이동시킨다. 이때, 기판 트레이(2)와 마스크 트레이(3)는 같은 방향으로 같은 거리만큼 같은 속도로 이동하면서 일방향으로의 위치가 일치된 상태에서 좌우로 요동할 수 있다. 물론, 기판 트레이(2)와 마스크 트레이(3) 간의 갭(g)도 일정한 간격으로 유지될 수 있다.

이 과정을 수행하면서, 마스크(M)를 사이에 두고 기판(S)에 대향 배치되는 타겟(T)을 이용하여 기판(S)을 처리하는 과정을 수행한다. 이 과정은, 성막 과정일 수 있다. 즉, 기판과 마스크를 연동하여 이동시키면서 기판(S)에 막을 증착한다. 이에, 막을 균일하게 증착하면서 마스크(M)와 기판(S) 사이가 개방되는 것을 방지하여 기판 처리용 입자 예컨대 타겟 물질의 입자가 기판(S)의 외측으로 비산되며 기판 트레이(2)와 레인(20) 측으로 비산되는 것을 방지할 수 있고, 기판 트레이(2) 및 레인(20)의 오염을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에서는 도 8의 (c) 및 (d)에 예시한 것처럼 기판(S)처리하는 동안 타겟(T)의 이면에 배치된 마그넷(70)을 기판(S) 및 마스크(M)에 연동하면서 이동시키는 과정을 수행할 수 있다. 이에, 증착되는 막의 품질을 더욱 향상시킬 수 있다.

막의 증착이 완료되면 기판(S)과 마스크(M)와 마그넷(70)의 요동을 정지시키고, 기판 트레이(2)를 제2열(L2)로 이동시킨 후 로드락 챔버(10e) 측으로 반송하여 로드락 챔버(10e)의 외부에 반출하고, 다음 처리할 기판(S)을 로드락 챔버(10e)에 반입하여 제1열(L1)에 배치된 레인(20)에 일방향으로 지지시킨다. 이후, 제1열(L1)에 설치된 레인(20)들을 이용하여 기판 트레이(2)를 공정 챔버들 중 하나로 반송하고, 기판(S)과 마스크(M)와 마그넷(70)을 연동시켜 이동(또는 요동)시키면서 막의 증착을 수행하는 일련의 과정을 반복 수행한다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에서는 기판을 요동시키면서 타겟을 스퍼터하여 기판에 막을 증착할 때 마스크를 함께 요동시키며 이들의 요동을 동기화한다. 이에, 개구의 크기가 기판의 크기에 일치하는 마스크를 이용하여(다만, 기판의 성막 조건에 따라 마스크의 개구 크기가 기판의 크기에 비하여 수㎜ 작거나 클 수 있음) 성막을 원활하게 수행하면서 마스크와 기판 사이가 개방되는 것을 방지한다. 따라서, 스퍼터 시 타겟 입자가 기판의 외측으로 비산하는 것을 막을 수 있다. 또한, 마그넷을 기판 및 마스크의 요동에 동시화시켜서 요동시킬 수 있으므로 기판에 막을 균일하게 증착할 수 있고, 또한, 안정적인 플라즈마 형성 시스템을 구축할 수 있다.

이하에서는, 개구 너비가 기판의 요동 방향으로 확장된 마스크를 챔버의 내부에 고정 설치한 후 기판을 요동시키는 종래의 방식을 비교 예로 하여, 본 발명의 상술한 실시 예를 비교 예와 대비하여 설명한다.

도 9는 본 발명의 비교 예에 따른 막 증착 방법의 모식도이고, 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 막 증착 방법의 모식도이다.

도 9의 경우, 마스크가 고정된 구조에서 기판(S)을 요동시키며 성막하기 위해서는 마스크(M)의 개구 크기를 기판(S)의 요동 거리만큼 좌우로 더 늘려야 한다. 따라서, 마스크(M)와 기판(S) 사이에 공간이 생기고, 이 공간으로 스퍼터 시 타겟 물질의 입자(T')가 비산되어, 기판 트레이(2) 등을 포함하여 챔버(10)의 내부를 오염시킨다. 이같은 비교 예의 경우, 기판 트레이(2)의 오염을 막을 수가 없고, 오염된 기판 트레이(2)의 처리에 비용이 상당히 소모된다. 또한, 기판 트레이(2)의 오염은 파티클의 증가도 함께 야기하므로, 제품 불량이 많아진다.

한편, 도 9의 구조에서, 기판 트레이(2)에 실드를 부착하면, 실드에 타겟 물질의 입자가 부착된 채로 기판 트레이(2)가 진공과 대기 중에 반복하여 위치함으로써, 진동 및 열 변형에 의해 파티클이 발생되고, 기판 트레이(2)의 중량 증가로 레인에 반송 부하가 가중되고, 실드의 열 변형에 의해 기판 트레이(2)가 손상되는 등의 여러 문제가 있다. 따라서, 도 9의 구조에서 실드를 기판 트레이(2)에 부착하는 것은 효과적은 해결 방안이 아니다.

도 10을 보면, 본 발명의 실시 예에서는, 기판(S)의 요동에 맞춰 마스크(M)를 함께 요동(또는 이동)시키며, 이들의 움직임을 동기화하여 도면과 같이 기판(S)과 마스크(M)를 같은 방향으로 동시에 움직인다. 따라서, 기판 트레이(2)가 마스크(M)의 개구 내로 노출되지 않는다. 즉, 기판(S)과 마스크(M) 사이가 개방되지 않는다. 따라서, 챔버(10)의 오염이 방지될 수 있다. 이 같은 실시 예의 경우, 기판 트레이의 오염이 방지되어 비용이 절감되고, 파티클의 발생이 원천 차단되어 제품의 품질을 확보할 수 있다.

본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이고, 본 발명의 제한을 위한 것이 아니다. 본 발명의 상기 실시 예에 제시된 구성과 방식들은 서로 결합하거나 교차 적용되어 다양한 형태로 변형될 것이고, 이의 변형 예들을 본 발명의 범주로 볼 수 있음을 주지해야 한다. 결국, 본 발명은 청구범위 및 이와 균등한 기술적 사상의 범위 내에서 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 해당하는 기술 분야의 업자는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

10: 챔버 20: 레인
40a, 40b, 40c: 구동부 70: 마그넷
T: 타겟 M: 마스크
2: 기판 트레이 S: 기판

Claims

기판에 막을 증착하는 막 증착 방법으로서,
챔버에 일 방향으로 요동 가능한 마스크를 마련하는 과정:
챔버에 기판을 반송하는 과정;
상기 기판을 공정 위치로 이동시키고 마스크와 대향 배치시키는 과정;
상기 공정 위치에서 상기 기판과 상기 마스크의 위치를 일방향으로 일치시키는 과정;
상기 기판과 상기 마스크의 위치를 일방향으로 일치시킨 후, 상기 마스크를 요동시키는 과정;
상기 마스크와 상기 기판의 위치를 일방향으로 일치시킨 상태로, 상기 기판을 요동시키는 과정;
상기 마스크를 사이에 두고 상기 기판에 대향 배치되는 타겟을 이용하여 상기 기판을 요동 성막 처리하는 과정; 및
상기 기판을 요동 성막 처리하는 중에, 상기 기판과 상기 마스크가 같은 방향으로 동시에 이동하며 요동이 동기화하도록 상기 기판과 상기 마스크를 연동시키는 과정;을 포함하고,
상기 기판과 상기 마스크를 연동시키는 과정은,
상기 마스크와 상기 기판의 사이가 일 방향으로 개방되는 것을 방지하는 과정;을 포함하는 막 증착 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 기판을 요동 성막 처리하는 과정 이전에,
상기 기판과 상기 마스크 간의 갭을 조절하는 과정;을 포함하는 막 증착 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 기판과 상기 마스크를 연동시키는 과정은,
상기 타겟의 이면에 배치된 마그넷과 상기 기판 및 상기 마스크를 연동하면서 이동시키는 과정;을 포함하는 막 증착 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 마스크를 마련하는 과정은,
중심부가 상기 기판의 형상과 크기로 개구된 마스크를 준비하는 과정;
상기 공정 위치에서 타 방향으로 이격된 위치에 상기 마스크를 배치하는 과정;
상기 마스크를 자기 부상시키는 과정;을 포함하는 막 증착 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 기판과 상기 마스크를 연동시키는 과정은,
일 방향으로 직선 운동이 가능한 구동부로 자기 부상된 상기 마스크를 요동시키는 과정;을 포함하는 막 증착 방법.