KR19990085014A

KR19990085014A - 회전식 스퍼터링 시스템

Info

Publication number: KR19990085014A
Application number: KR1019980017127A
Authority: KR
Inventors: 김명관
Original assignee: 구자홍; 엘지전자 주식회사
Priority date: 1998-05-13
Filing date: 1998-05-13
Publication date: 1999-12-06

Abstract

본 발명은 사용자가 원하는 재질의 박막을 플라즈마를 사용하여 반도체 기판(wafer), 유리 기판 등에 코팅하는 장비인 스퍼터링 시스템(sputtering system)에 관한 것으로서, 특히 회전축 주위에 타겟의 크기에 따라 최대 8장까지 부착 가능하므로 타겟의 교환주기가 장기화되고 타겟 교체시 걸리는 시간을 단축시킬 수 있어 생산성 향상을 가져올 수 있는 회전식 스퍼터링 시스템에 관한 것으로서,

코팅될 기판이 장착되는 기판 장착부와, 기판과 대면되도록 설치되고 기판에 코팅될 물질이 부착되는 타겟과, 상기 기판 장착부가 설치되고 플라즈마를 발생시킬 가스가 주입되는 주입구와 공기가 배기되는 배기구와 상기 타겟이 접속되는 접속홀이 형성된 챔버와, 상기 배기구에 연결되고 상기 챔버 내부가 진공상태가 될 수 있도록 상기 챔버의 공기를 강제 흡입하여 배기시키는 진공펌프와, 복수개의 상기 타겟 및 상기 자장부가 장착되는 타겟 장착부와, 상기 타겟 장착부를 회전 및 직선이동시키는 타겟 이송회전부와, 상기 챔버와 함께 상기 접속홀을 공유하고 상기 타겟 회전이송부의 회전과 이동이 이루어지는 타겟 챔버와, 상기 타겟 챔버 내부의 공기를 흡입 및 그 외부로 배출시켜 상기 타겟 챔버 내부의 공기압을 조절하는 타겟 챔버용 진공펌프로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

회전식 스퍼터링 시스템

본 발명은 여러 가지 사용자가 원하는 재질의 박막을 플라즈마(plasma)를 사용하여 반도체 기판(wafer), 유리 기판 등에 코팅하는 장비인 스퍼터링 시스템(sputtering system)에 관한 것으로서, 특히 기판에 코팅될 원자가 플라즈마에 의해 튀어나오는 타겟(target)을 회전식으로 설치하여 제조공정에서 가장 어렵고 시간이 많이 소모되는 타겟 교환시간을 줄여 생산성을 향상시킬 수 있는 회전식 스퍼터링 시스템에 관한 것이다.

스퍼터링 시스템은 인라인 타입(in-line type), 인터백 타입(interback type), 클러스터 타입(cluster type) 등이 있고, 반도체, 디스플레이 장비(display device) 등의 박막형태의 재료가 필요한 분야에는 거의 다 쓰이고 있는 실정이다.

종래의 스퍼터링 시스템의 개략적인 구성은 도 1에 도시된 바와 같이 코팅될 기판(1)이 공급되고 가스 주입구(2a)와 배기구(2b)가 형성된 챔버(2)와, 상기 기판(1)에 코팅될 원자로 구성된 고체상이 부착되는 타겟(3)과, 상기 타겟(3)의 후방에 설치되고 상기 타겟(3)에서 튀어나온 원자를 상기 기판(1)쪽으로 이동되도록 자장을 형성시키는 자장부(magnet)(4)와, 상기 배기구(2b)와 연결되고 상기 챔버(2)내로부터 공기를 빼내는 진공펌프(5)와, 상기 챔버(2)내에서 공급되는 가스에 전력을 공급하여 플라즈마(10)를 발생시키는 전원장치(미도시)로 구성된다.

여기서, 상기 타겟(2)과 상기 자장부(4)를 이동시킬 수 있도록 상기 자장부(4)에는 손잡이(6)가 설치되거나, 공압장비(미도시)가 부가된 경우가 있다.

또한, 상기 타겟(3)은 상기 챔버(2)내의 진공도를 유지하도록 볼트 등으로 결합되어 있다.

상기와 같이 구성된 종래 스퍼터링 시스템의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 챔버(2)내에 기판(1) 및 상기 타겟(3)을 장착한 상태에서 상기 타겟(3)에 원하는 박막의 고체상을 상기 타겟(3)에 부착한다.

상기와 같이 장치의 설치가 완료되면, 상기 진공펌프(5)를 동작시켜 상기 배기구(2b)를 통하여 상기 챔버(2)내의 공기를 빼내고, 상기 가스 주입구를 통하여 가스를 공급시킨다.

상기 챔버(2)내에 가스가 공급되어 작업준비가 완료되면, 상기 전원장치를 동작시킨다. 이때, 상기 챔버(2)내에 전압이 걸리면 상기 챔버(2)내에 플라즈마(10)가 발생된다.

상기 챔버(2)내에서 발생된 플라즈마(10)의 이온은 상기 자장부(4)의 자장에 의해 상기 타겟(3)으로 빠른 속도로 이동하여 충돌하게 된다.

그리고, 상기 플라즈마(10)의 이온이 상기 타겟(3)에 충돌하게 되면, 상기 타겟(3)에서는 상기 타겟(3)에 부착된 고체상의 원자들이 튀어나오게 되고, 상기 자장부(4)에 의해 형성된 자장에 의해 상기 기판(1)쪽으로 이동되고, 상기 기판(1)에 증착되어 박막을 형성하게 된다.

계속하여, 상기 기판(1)에 박막을 형성시켜 상기 타겟(3)에 부착된 고체상이 소모되면, 상기 타겟(3)을 교환해야 한다. 이때, 수동인 경우에는 도 1b에 도시된 바와 같이 사용자가 상기 손잡이(6)를 당겨 상기 타겟(3)을 교환하게 되고, 공압에 의한 상기 타겟(3)의 교환의 경우에는 도 1c에 도시된 바와 같이 공압에 의해 상기 타겟(3)을 수평이 되도록 회전시켜 교환하게 된다.

실제 작업에서는, 한 사이클에 4장을 코팅하게 되고, 그 시간은 10분이다. 따라서, 1시간이면 24장을 코팅하게 된다. 그리고, 상기 타겟(3)을 교환하는 시간은 3시간이 걸리게 되므로 4시간 동안 24장을 코팅하게 된다.

그러나, 종래의 스퍼터링 시스템은 상기 타겟(3)의 교환주기가 짧아 상기 타겟(3)을 자주 교환해야 하고 그 교환 시간도 많이 소모되어 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 복수개의 타겟을 회전할 수 있는 회전부에 장착하여 타겟의 교환주기를 장기화시켜 기판에 코팅할 수 있는 시간을 늘임으로써 생산성을 향상시킬 수 있는 회전식 스퍼터링 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1a는 종래기술의 개략적인 구성도

도 1b는 종래기술의 일부구성요소인 타겟부의 측면도

도 1c는 종래기술의 일부구성요소인 타겟부의 공압에 의한 동작도

도 2a는 본 발명의 개략적인 구성도

도 2b는 본 발명의 일부구성요소인 회전이송부의 정면도

도 2c는 본 발명의 일부구성요소인 회전이송부의 사시도

도 2d는 본 발명의 동작 흐름도

도 2e는 본 발명의 다른 수의 타겟이 설치된 회전축의 평면도

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

50 : 기판 51 : 기판 장착부

52 : 챔버 60 : 타겟

60' : 자장부 61 : 연결대

62 : 회전축 63 : 지지축

70 : 스테이지 71 : 타겟 회전용 전동기

72 : 슬라이드 73 : 압축 롤러

74 : 볼스크류 75 : 스크류 전동기

80 : 타겟 챔버 81 : 롤러 가이드

82 : 슬라이드 가이드 90 : 타겟 챔버용 진공펌프

본 발명은 코팅될 기판이 장착되는 기판 장착부와, 기판과 대면되도록 설치되고 기판에 코팅될 물질이 부착되는 타겟과, 상기 타겟의 후방에 설치되고 기판에 코팅될 물질이 기판에 코팅될 수 있도록 자기장을 형성시키는 자장부와, 상기 기판 장착부가 설치되고 플라즈마를 발생시킬 가스가 주입되는 주입구와 공기가 배기되는 배기구와 상기 타겟이 접속되는 접속홀이 형성된 챔버와, 상기 배기구에 연결되고 상기 챔버 내부가 진공상태가 될 수 있도록 상기 챔버의 공기를 강제 흡입하여 배기시키는 진공펌프와, 복수개의 상기 타겟 및 상기 자장부가 장착되는 타겟 장착부와, 상기 타겟 장착부를 회전 및 직선이동시키는 타겟 이송회전부와, 상기 챔버와 함께 상기 접속홀을 공유하고 상기 타겟 회전이송부의 회전과 이동이 이루어지는 타겟 챔버와, 상기 타겟 챔버 내부의 공기를 흡입 및 그 외부로 배출시켜 상기 타겟 챔버 내부의 공기압을 조절하는 타겟 챔버용 진공펌프와, 상기 챔버 및 상기 회전이송부에 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 참조된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 스퍼터링 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이 코팅될 기판(50)이 장착되는 기판 장착부(51)와, 상기 기판 장착부(51)와 대면되도록 설치되고 기판(50)에 코팅될 물질이 부착되는 타겟(60)과, 가스가 주입되는 가스 주입구(52a)가 형성되고 내부의 공기가 외부로 배기되는 배기구(52b)가 형성되어 있으며 상기 타겟(60)이 삽입될 수 있도록 타겟 접속홀(52c)이 형성되고 주입된 가스에 전원이 공급되어 플라즈마(100)가 발생되는 챔버(52)와, 상기 배기구(52b)에 연결되고 상기 챔버(52) 내부의 공기를 강제 흡입 및 상기 챔버(52) 외부로 배출하여 상기 챔버(52) 내부의 공기압을 조절하는 챔버용 진공펌프(53)로 구성된다.

여기서, 상기 타겟(60)의 배면에는 기판(50)에 코팅될 물질이 플라즈마(100)에 의해 상기 타겟(60)으로부터 튀어나온 후 기판(50) 쪽으로 가속될 수 있도록 자장부(60')가 형성되어 있다.

또한, 복수개의 상기 타겟(60)이 연결되어 지지되는 연결대(61)와, 상기 연결대(61)가 결합되고 그 결합된 상태에서 상기 타겟(60)을 차례로 상기 타겟 접속홀(52c)에 공급하기 위하여 회전되는 회전축(62)과, 상기 회전축(62)의 하중을 지지하고 반경이 하부로 갈수록 작아지는 형상의 지지축(63)과, 상기 지지축(63)이 삽입되는 지지축 구멍이 형성되고 상기 지지축(63)이 받는 하중을 부담하며 수평으로 직선 이송되는 스테이지(70)와, 상기 스테이지(70)와 상기 지지축(63)의 접속부위에 설치되고 그 접속부위의 마찰을 감소시키는 볼 베어링(70c)과, 상기 스테이지(70)를 관통한 지지축(63)과 연결되고 상기 지지축(63)을 회전시키는 지지축 전동기(71)와, 상기 스테이지(70)의 하부의 일측에 설치되는 슬라이드(72)와, 상기 스테이지(70)의 하부에 설치되고 상기 슬라이드(72)와 함께 상기 스테이지(70)의 하중을 부담하면서 상기 스테이지(70)의 이동을 안내하는 압축 롤러(73)와, 회전되면서 상기 스테이지(70)에 형성된 볼스크류 구멍(70b)에 삽입 및 배출되고 상기 스테이지(70)를 직선으로 이송시키는 볼스크류(74)와, 상기 볼스크류(74)를 회전시키는 볼스크류 전동기(75)와, 상기 타겟 접속홀(52c)을 공유하도록 설치되고 상기 타겟(60)의 회전과 직선이동이 이루어지는 타겟 챔버(80)와, 상기 타겟 챔버(80)에 형성되고 상기 타겟 챔버(80) 내부의 공기압을 조절하는 밸브(80a)와, 상기 타겟 챔버(80) 내부의 공기를 강제 흡입 및 그 외부로 배출시키는 타겟 챔버용 진공펌프(90)와, 상기 챔버(52)와 복수개의 전동기(71, 75)에 전원을 공급하는 전원장치(미도시)로 구성된다.

여기서, 상기 타겟 챔버(80)에는 상기 압축 롤러(73)를 안내하는 롤러 가이드(81)와, 상기 스테이지(70)가 직선 이동시 그 수평을 유지하도록 상기 슬라이드(72)를 안내하는 슬라이드 가이드(82)로 구성된다. 또한, 상기 슬라이드(72)와 상기 슬라이드 가이드(82)의 접촉부위에는 유막이 형성되어 마찰을 감소된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 회전식 스퍼터링 시스템의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 2d에 도시된 바와 같이 상기 기판 장착부(51)에 기판(50)을 장착하고, 기판(50)에 코팅될 물질이 부착된 복수개의 상기 타겟(60)중 제 1타겟(60a)을 상기 타겟 접속홀(52c)에 접속시킨다.

상기 제 1타겟(60a)의 접속에 의해 상기 챔버(52) 내부는 밀폐되고, 상기 챔버(52)가 밀폐된 상태에서 상기 진공펌프를 상기 챔버(52) 내부가 진공상태로 될 때까지 동작시킨다.

상기 챔버(52) 내부가 상기 챔버용 진공펌프(53)에 의해 진공상태로 되면, 상기 가스 주입구(52a)를 통하여 가스를 주입하고, 상기 전원장치를 가동시키면, 상기 챔버(52)의 내부에는 플라즈마(100)가 발생되고, 플라즈마(100)는 상기 챔버(52) 내부에서 격렬하게 운동한다. 이때, 플라즈마(100)의 이온이 상기 제 1타겟(60a)에 충돌하게 되고, 그 충돌에 의해 상기 제 1타겟(60a)에 부착된 기판(50)에 코팅될 물질이 튀어나오게 된다.

상기 제 1타겟(60a)으로부터 튀어나온 물질은 상기 자장부(60')에 의해 기판(50) 쪽으로 가속되고, 그 물질은 기판(50)에 코팅되게 된다.

상기와 같이 여러번에 걸쳐 플라즈마(100)를 발생시켜 기판(50)에 코팅하게 되면, 상기 제 1타겟(60a)에 부착된 코팅될 물질이 기판(50)에 모두 코팅되어 상기 제 1타겟(60a)을 교환해야 한다.

상기 제 1타겟(60a)에 부착된 코팅될 물질의 수명이 다하여 상기 제 1타겟(60a)을 교환해야 되면, 상기 타겟 챔버(80)가 상기 챔버(52)의 진공도와 일치되도록 상기 타겟 챔버용 진공펌프(90)를 가동시킨다.

상기 타겟 챔버용 진공펌프(90)에 의해 상기 챔버(52)와 상기 타겟 챔버(80)의 진공도가 일치되면, 상기 볼스크류 전동기(75)에 전원을 공급하여 상기 볼스크류(74)를 회전시키고, 상기 볼스크류(74)의 회전에 의해 상기 스테이지(70)가 직선으로 이송된다.

이때, 상기 스테이지(70)는 상기 압축 롤러(73), 상기 슬라이드(72), 상기 롤러 가이드(81), 그리고 상기 슬라이드 가이드(82)에 의해 수평을 유지하면서 직선으로 이동된다.

상기 스테이지(70)가 이동되어 상기 제 1타겟(60)이 상기 타겟 접속홀(52c)로부터 빠져나오게 되면, 상기 스테이지(70)의 직선운동이 멈추도록 상기 볼스크류 전동기(75)의 동작이 정지되고, 상기 스테이지(70)가 정지된 상태에서 상기 지지축 전동기(71)가 동작되어 상기 지지축(63)을 회전시키게 된다.

상기 지지축(63)이 회전되면, 상기 지지축(63)에 연결된 상기 회전축(62)이 회전되고, 상기 타겟(60)중 제 2타겟(60b)이 상기 접속홀(52c)과 대면되도록 90도 회전된 위치에서 상기 지지축 전동기(71)가 동작을 멈추게 된다.

상기 회전축(62)이 90도 회전된 상태에서, 상기 볼스크류 전동기(75)를 반대로 동작시키면, 상기 볼스크류(74)의 회전에 의해 상기 스테이지(70)가 상기 접속홀(52c) 쪽으로 직선 이송된다.

여기서, 상기 스테이지(70)는 상기 압축롤러와 상기 슬라이드(72)의 안내에 의해 이동되므로 약간의 진동을 하면서 상기 접속홀(52c) 쪽으로 이동되고, 따라서, 상기 타겟(60)도 진동을 하게 되고, 상기 제 2타겟(60b)의 상기 접속홀(52c)로의 접속시 그 진동에 의해 제 2타겟(60b)이 상기 접속홀(52c)에 잘 삽입되게 된다.

상기 제 2타겟(60)이 상기 접속홀(52c)에 삽입되면, 상기 밸브(80a)를 열어 상기 타겟 챔버(80)의 진공상태를 해제시키게 되고, 이때, 상기 챔버(52)와 상기 타겟 챔버(80)의 기압차에 의해 상기 제 2타겟(60)이 상기 접속홀(52c)에 완전하게 삽입되게 된다.

상기 제 2타겟(60)이 상기 접속홀(52c)에 삽입되면, 다시 상기 챔버(52)에 전원을 걸어 플라즈마(100)를 발생시키고 기판(50)에 코팅을 하기 시작한다.

이와 같이, 본 발명에 의한 회전식 스퍼터링 시스템은 상기 회전축(62) 주위에 상기 타겟(60)의 크기에 따라 최대 8장까지 부착 가능하므로 상기 타겟(60)의 교환주기가 장기화되고 타겟 교체시 걸리는 시간을 단축시킬 수 있어 생산성 향상을 가져올 수 있다.

Claims

코팅될 기판이 장착되는 기판 장착부와, 기판과 대면되도록 설치되고 기판에 코팅될 물질이 부착되는 타겟과, 상기 타겟의 후방에 설치되고 기판에 코팅될 물질이 기판에 코팅될 수 있도록 자기장을 형성시키는 자장부와, 상기 기판 장착부가 설치되고 플라즈마를 발생시킬 가스가 주입되는 주입구와 공기가 배기되는 배기구와 상기 타겟이 접속되는 접속홀이 형성된 챔버와, 상기 배기구에 연결되고 상기 챔버 내부가 진공상태가 될 수 있도록 상기 챔버의 공기를 강제 흡입하여 배기시키는 진공펌프와, 복수개의 상기 타겟 및 상기 자장부가 장착되는 타겟 장착부와, 상기 타겟 장착부를 회전 및 직선이동시키는 타겟 이송회전부와, 상기 챔버와 함께 상기 접속홀을 공유하고 상기 타겟 회전이송부의 회전과 이동이 이루어지는 타겟 챔버와, 상기 타겟 챔버 내부의 공기를 흡입 및 그 외부로 배출시켜 상기 타겟 챔버 내부의 공기압을 조절하는 타겟 챔버용 진공펌프와, 상기 챔버 및 상기 회전이송부에 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전식 스퍼터링 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 타겟 장착부는 복수개의 상기 타겟 및 상기 자장부가 회전되면서 차례로 상기 접속홀에 접속될 수 있도록 복수개의 상기 타겟 및 상기 자장부가 장착되는 중심부와, 상기 중심부와 복수개의 상기 타겟 및 상기 자장부를 연결시키는 연결부와, 상기 중심부에 연결되어 상기 중심부를 지지하는 지지부로 구성된 것을 특징으로 하는 회전식 스퍼터링 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 타겟 회전이송부는 상기 타겟 장착부의 수평을 유지하도록 상기 타겟 장착부와 연결되는 스테이지와, 상기 스테이지의 일측을 지지하는 슬라이드와, 상기 슬라이드와 함께 상기 스테이지를 지지하고 상기 스테이지의 직선운동을 안내하는 압축롤러와, 상기 타겟 장착부를 회전시킬 수 있도록 상기 스테이지에 연결된 타겟 회전용 전동기와, 상기 스테이지에 형성된 구멍에 삽입되면서 상기 스테이지를 직선으로 이송시키는 볼스크류와, 상기 볼스크류를 회전시키는 볼스크류 회전용 전동기로 구성된 특징으로 하는 회전식 스퍼터링 시스템.
제 1항 또는 제 3항에 있어서,

상기 스테이지에는 상기 지지부가 관통될 수 있도록 구멍이 형성되고, 상기 지지부는 상기 타겟 장착부의 하중이 상기 스테이지로 전달될 수 있도록 하부로 갈수록 반경이 감소하는 형태이며, 상기 스테이지에는 상기 지지부의 회전시 그 마찰을 줄일 수 있도록 볼 베어링이 설치되는 것을 특징으로 하는 회전식 스퍼터링 시스템.
제 1항 또는 제 3항에 있어서,

상기 타겟 챔버에는 상기 슬라이드를 가이드하는 슬라이드 가이드와, 상기 압축롤러를 가이드하는 압축롤러 가이드와 상기 타겟 챔버 내부를 대기압과 같아지도록 그 내부의 기압을 조절하는 밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 회전식 스퍼터링 시스템.