KR20060033387A - 회전 각도 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스퍼터링 공정을 진행하기 앞서 타겟 재료를 향하도록 기판을 회전시키는 과정에서 히터(서스셉터)가 최적의 위치까지 회전하였는지 정확하게 관측할 수 있는 회전 각도 측정 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 회전 각도 측정 장치는 제 2 부재의 일측에 설치된 광 발생 수단 및 하우징에 설치된 윈도우에 광 발생 수단의 이동 경로와 일치되게 표기된 측정 마크를 포함한다. 본 발명에서, 측정 마크는 제 2 부재가 제 1 부재와 최적의 각도를 이루는 상태에서 광 발생 수단에서 발생된 광이 조사되는 점에 표기된 마크일 수 있으며, 또한 광 발생 수단에서 발생된 광의 이동 경로 상에 표기된 수평 마크와 수직 마크, 그리고 수평 마크와 수직 마크 사이에 표기되어 수평 마크와의 각도를 나타내는 다수의 마크들로 이루어질 수 있다. 광 발생 수단은 레이저 발생 수단으로서, 제 2 부재를 회전시키는 구동부가 작동하는 동안에만 레이저를 발생시키도록 제어된다.

회전 위치 측정

Description

회전 각도 측정 장치{Device for measuring a rotational angle}

도 1은 일반적인 스퍼터링 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한 도면.

도 2에 소정의 위치로 회전한 상태의 기판과 마스크와의 위치 관계를 도시한 도면.

도 3은 본 발명에 따른 히터(서스셉터)의 회전 위치를 감지하는 수단을 도시한 부분 도면.

도 4는 도 3에 도시된 윈도우에 표기된 측정 마크의 일 예를 도시한 부분 도면.

본 발명은 회전 각도 측정 장치에 관한 것으로서, 특히 고정된 부재에 대한 회전 부재의 회전 후 회전 부재가 소정의 위치까지 회전되었는지를 용이하게 판독할 수 있는 회전 각도 측정 장치에 관한 것이다.

(이온) 스퍼터링(sputtering)은 에너지를 가진 입자에 의해 표면을 보마드먼트(bomardment)하여 이때의 운동량 교환으로 고체 표면으로부터 재료가 이탈, 방출되게 하는 과정이다. 그러므로 피처리물과 마주보는 표적 재료 표면(다이오드 상 태)에서 무거운 불활성 가스인 아르곤 가스가 글로우 방전에 의해 플라즈마를 형성하고 음극인 표적 재료 표면에 아르곤 이온이 충돌하는 이온 폭격을 일으켜 표적 재료의 원자가 증기상으로 방출되게 된다. 물론 이온빔을 이용하여 스퍼터링을 행할 수도 있다.

(이온) 스퍼터링은 초기에는 진공 증착과 동일한 10^-5∼10^-7 torr 정도의 진공도를 유지하나 플라즈마를 일으킬 수 있는 아르곤 가스를 진공실 내로 공급하고, 표적 재료에 높은 부전압(-500∼-5000V)을 걸어 음극으로 만든다. 이때 비정규 글로우 방전에 의해 발생한 높은 에너지(1,000eV)를 가진 불활성 가스 양이온이 음극으로 대전된 표적 재료 표면에 충돌하여 표적 재료를 원자형태로 방출시키며, 진공 증착의 경우보다 높은 10∼40eV정도 에너지를 가진 증기상이 피처리물쪽으로 이동하여 응축되게 함으로서 표면층을 형성하게 하는 방식이다.

타겟 재료 표면에 입사된 아르곤 가스 이온의 에너지 중 약 65%는 열로, 약 24% 정도는 2차 전자를 방출하는데 소모되고, 단지 약 1%만이 스퍼터링 입자(재료입자)를 방출하는데 이용되고 있다. 입사한 아르곤 가스의 수에 대한 표적에서 방출된 재료 원자의 수의 비를 스퍼터링 비라고 부르는데, 이는 표적 재료, 표적 재료 표면, 입사 에너지, 입사각에 따라 결정된다. 금속 표적 재료의 경우 한 개의 아르곤 이온이 표적 재료에 입사할 때 1∼2원자가 증기상으로 방출되어 증발 효율이 낮은 편이나, 마그네트론을 이용하여 스퍼터링 비를 증가시키는 방법이 개발되었다. 다른 진공 코팅 방법에 비하여 작업조절이 용이하고 코팅층과 피처리물과의 접착성을 크게 증가시키는 장점이 있어 정밀한 피복층의 두께 및 조직의 조절이 필요한 경우에 널리 이용되고 있다.

위와 같은 스퍼터링 공정은 반도체 소자, 유기 전계 발광 소자의 제조 과정에서 사용되며, 스퍼터링 장치의 개략적인 구조가 도 1에 도시되어 있다.

도 1에 도시된 일반적인 스퍼터링 장치는 크게 반송 챔버(10) 및 도어(D: door)를 통하여 반송 챔버(10)와 연통된 스퍼터링 챔버(20)로 구분된다.

외부에서 전처리된 기판(S)은 반송 챔버(10) 내로 이동하게 되며, 반송 챔버(10) 내의 기판(S)은 도어(D)를 통하여 스퍼터링 챔버(20) 내로 이동한다. 스퍼터링 챔버(20)는 반송 챔버(10)로부터 이동된 기판(S)이 놓여지는 히터(22) 및 백 플레이트(24; back plate)를 포함한다. 한편, 스퍼터링 챔버(20)를 구성하는 양 측면 부재들과 상부 부재에는 작업자가 스퍼터링 공정이 진행되는 내부를 관찰할 수 있도록 윈도우(windows; 도시되지 않음)가 각각 설치되어 있다.

히터(22)는 하부의 수평 테이블(23)에 의하여 지지되며, 선단의 축(22A)을 중심으로 회전할 수 있도록 설치된다. 한편, 히터(22)의 상부면에는 이송된 기판(S)을 고정하는 서스셉터(21; susceptor)가 설치되어 있다. 백 플레이트(24)는 테이블(23)과 떨어진 위치에 설치되며, 그 전면 즉, 테이블(23)에 대응하는 면에는 타겟(target) 재료(25)가 장착된다. 백 플레이트(24)는 수직 상태에서 테이블(23)을 향하여 소정 각도 경사진 상태를 유지한다.

도어(D)를 통하여 반송 챔버(10)로부터 이송된 기판(S)이 테이블(23) 상의 히터(22; 즉, 서스셉터(21)) 상에 놓여져 고정되면, 히터(22)가 가동하여 기판(S) 을 소정의 온도까지 가열시킴과 동시에 구동부(도시되지 않음)가 작동하여 히터(22)를 축(22A)을 중심으로 회전시킨다. 히터(22)가 백 플레이트(24)와 평행을 이루는 각도, 즉 히터(22)와 테이블(23)이 약 85°의 각도를 이룰 때까지 히터(22)는 회전하게 되며, 회전이 종료된 상태에서 스퍼터링 공정이 진행된다.

도 2는 히터의 회전이 완료된 후의 히터(22) 상에 장착된 서스셉터(21), 서스셉터(21)에 지지된 기판(S) 및 마스크(M)와의 관계를 도시한 부분 상세도면으로서, 편의상 각 부재를 수직의 상태로 도시하였다.

히터(22)에 고정된 서스셉터(21) 표면 상에는 핀들이 설치되어 있으며, 이 핀들에 의하여 기판(S)이 서스셉터(21)에 지지된다. 한편, 스퍼터링 챔버(20) 내에는 마스크(M)가 설치되어 있으며, 히터와 함께 서스셉터(21)의 회전, 즉 기판(S)의 회전이 종료되면 마스크(M)는 기판(S)의 전면에 위치하게 된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 마스크(M)는 소정의 위치로 회전한 상태의 기판(S)의 전면에 위치하게 되어 스퍼터링 공정시 기판(S)의 설정된 영역에만 막이 형성되도록 제한하며, 특히 서스셉터(21) 외곽부 표면에 막이 형성되는 것을 방지한다. 서스셉터(21) 표면에 막이 형성되는 경우, 이를 제거해야만 하며, 이는 서스셉터(21)의 수명을 크게 단축시키는 요인으로 작용한다.

이러한 기능을 하는 마스크(M)는 서스셉터(21)와 설정된 최적의 간격(약 2.5mm±0.2mm)을 유지하여야 한다. 만일 마스크(M)와 서스셉터(21) 간의 간격이 위의 최적의 간격보다 적을 경우(즉, 서스셉터(21)가 설정된 위치까지 회전하지 못한 경우), 양 부재 사이에 이상 방전 형상이 일어나게 되어 기판(S) 표면에 아크 흔적 이 존재하게 된다. 또한, 그 반대로 마스크(M)와 서스셉터(21) 사이의 간격이 위의 최적의 간격보다 큰 경우에는 서스셉터(21) 표면에 막이 형성된다.

따라서, 스퍼터링 공정을 진행하기 위하여 선행되는 히터(22)의 회전(즉, 서스셉터(22)의 회전) 단계에서, 마스크(M)와 서스셉터(21) 사이에 최적의 간격이 유지될 수 있도록 히터(22)를 정확한 위치까지 회전시키는 것이 매우 중요하다.

마스크(M)와 서스셉터(21) 사이의 간격(즉, 서스셉터(21)가 설정된 위치까지 회전하였는지 여부)를 측정하는 일반적인 방법으로는 구동부의 구동 펄스를 측정하는 방법 및 히터의 회전축에 포토 센서를 설치하는 방법을 예로 들 수 있다.

구동부가 구동 종료한 후, 구동 펄스가 설정된 펄스보다 적게 나타날 때 마스크와 서스셉터 사이의 간격이 최적의 간격보다 크게 나타나는 것(즉, 서스셉터가 설정된 위치까지 회전하지 못한 상태)을 의미한다. 또한 작업자가 기판의 성막 상태를 관측하여 마스크와 서스셉터 사이의 간격이 적절한지를 판단하게 된다.

그러나, 이러한 측정 방법들은 그 정확도가 낮아 신뢰할 수 없으며, 따라서 보다 서스셉터가 설정된 위치까지 회전하였는지를 보다 정밀하게 측정하는 장치가 요구되고 있다.

본 발명은 스퍼터링 공정을 진행하기 앞서 타겟 재료를 향하도록 기판을 회전시키는 과정에서 발생하는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 히터(서스셉터)가 최적의 위치까지 회전하였는지 정확하게 관측할 수 있는 회전 각도 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 구현하기 위한 본 발명에 따른 회전 각도 측정 장치는 제 2 부재의 일측에 설치된 광 발생 수단 및 하우징에 설치된 윈도우에 광 발생 수단의 이동 경로와 일치되게 표기된 측정 마크를 포함한다.

본 발명에서, 측정 마크는 제 2 부재가 제 1 부재와 최적의 각도를 이루는 상태에서 광 발생 수단에서 발생된 광이 조사되는 점에 표기된 마크일 수 있으며, 또한 광 발생 수단에서 발생된 광의 이동 경로 상에 표기된 수평 마크와 수직 마크, 그리고 수평 마크와 수직 마크 사이에 표기되어 수평 마크와의 각도를 나타내는 다수의 마크들로 이루어질 수 있다.

한편, 광 발생 수단은 레이저 발생 수단으로서, 제 2 부재를 회전시키는 구동부가 작동하는 동안에만 레이저를 발생시키도록 제어된다.

이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참고하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 스퍼터링 장치의 전체적인 구성은 도 1에 도시된 일반적인 스퍼터링 장치의 구성과 동일하며, 따라서 이하의 설명에서는 본 발명의 특징적인 구성만을 설명한다.

도 3도 본 발명에 따른 히터(서스셉터)의 회전 위치를 측정하는 수단을 도시한 부분 도면으로서, 내부 구성을 도시하기 위하여 편의상 스퍼터링 챔버(20)의 윈도우(W)를 제외한 부분을 투과한 상태로 도시하였다.

또한, 도 1에 도시된 부재와 동일한 부재에는 동일한 부호를 부여하며, 도면 부호 W로 나타낸 부분은 스퍼터링 챔버(20)의 측벽에 설치된 윈도우의 일부를 나타낸다. 또한, 도 4는 도 3에 도시된 윈도우에 표기된 측정 마크의 일 예를 도시한 부분 도면이다.

본 발명에 따른 스퍼터링 장치에서의 히터(22; 즉, 서스셉터(21)) 회전 위치 측정 수단은 히터(22)의 측면에 부착된 레이저(광) 발생 수단(30)과 스퍼터링 챔버(20)의 측벽 부재에 설치된 윈도우(W)에 표시된 측정 마크(도 3에는 도시되지 않음)를 포함한다.

히터(22)의 측면에 부착된 레이저 발생 수단(30)은 불필요한 레이저의 발생을 방지하기 위하여 히터(22)의 회전을 위한 구동부의 작동에 따라 작동되며, 따라서 히터(22)의 회전 전 및 회전 후에는 레이저를 발생하지 않는다.

스퍼터링 챔버(20)의 벽면에 설치된 윈도우(W)에는 측정 마크가 표시되어 있다. 이 측정 마크는 레이저 발생 수단(30)의 경로, 즉 히터(22)의 회전 경로와 대응하며, 따라서 히터(22)의 회전에 따라 이동하는 레이저는 윈도우(W)의 측정 마크 상에 존재하게 된다. 결과적으로 작업자는 장비의 외부에서 윈도우(W)에 표시되는 레이저를 통하여 히터(22)와 테이블(23) 사이의 각도(즉, 기판(S)과 백 플레이트(도 1의 24)의 평행 여부)를 쉽게 관측할 수 있다.

윈도우(W)에 표시된 측정 마크는 다양한 형태로 표시될 수 있으며, 그 예는 다음과 같다.

A) 전술한 바와 같이, 회전에 의하여 히터(22)가 백 플레이트(도 1의 24)와 평행을 이루는 각도, 즉 히터(22)와 테이블(24)이 약 85°의 각도를 이루는 상태에서 레이저 발생 수단(30)에서 발생된 레이저가 조사되는 윈도우(W) 상에 단일의 마 크를 표시하는 방법.

이 방법은 히터가 회전하여 최적의 위치에 도달했는지만을 단순히 판독할 수 있다. 만일, 히터가 최적의 위치에 도달하지 못한 경우, 테이블과 히터 사이의 각도를 알 수 없어 별도의 방법(수단)으로 측정해야 한다.

B) 도 4에 도시된 바와 같이, 레이저의 이동 경로 상의 수평 마크(Mh)와 수직 마크(Mv) 사이에 각도를 나타내는 다수의 마크들(M)을 윈도우(도 3의 W)에 표기하여 이동이 종료된 레이저가 대응하는 마크(M)를 이용하여 회전 종료후 테이블(23)과 히터(22) 사이의 각도를 측정하는 방법. 이 때, 수평 마크(Mh)와 수직 마크(Mv)의 각 연장선이 만나는 점은 히터(22)의 회전축(22A)과 일치해야한다.

이 방법은 히터(22)가 회전하여 최적의 위치에 도달했는지만을 판독할 수 있을 뿐만 아니라 히터가 최적의 위치에 도달하지 못한 경우에도 테이블(23)과 히터 (22)사이의 각도를 정확하게 판독할 수 있어 작업자는 어느 정도의 보정 각도가 요구되는지를 쉽게 알 수 있다.

이상과 같은 본 발명은 스퍼터링 공정을 위하여 히터(서스셉터)가 회전한 후 백 플레이트(또는 테이블)에 대하여 설정된 각도를 유지하고 있는지 여부를 간단하게 측정할 수 있어 최적의 공정 조건을 조성할 수 있다.

위에서 설명한 본 발명은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이다. 따라서, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

즉, 이상의 설명에서는 스퍼터링 장비에 있어서, 고정된 상태의 테이블과 이에 대해 회전하는 히터 간의 각도 측정을 예를 들어 설명하였지만, 고정된 상태의 한 부재와 고정 부재에 대하여 회전하는 회전 부재와의 회전 후 각도 측정이 요구되는 다른 장비에도 적용할 수 있음은 물론이다.

Claims (5)

1. 하우징 내에 설치된 고정된 상태의 제 1 부재와 제 1 부재에 대한 회전이 종료된 제 2 부재 사이의 각도를 측정하는 장치에 있어서,

   제 2 부재의 일측에 설치된 광 발생 수단; 및

   하우징에 설치된 윈도우에 광 발생 수단의 이동 경로와 일치되게 표기된 측정 마크를 포함하는 회전 각도 측정 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 측정 마크는 제 2 부재가 제 1 부재와 최적의 각도를 이루는 상태에서 광 발생 수단에서 발생된 광이 조사되는 점에 표기된 마크인 회전 각도 측정 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 측정 마크는 광 발생 수단에서 발생된 광의 이동 경로 상에 표기된 수평 마크와 수직 마크, 그리고 수평 마크와 수직 마크 사이에 표기되어 수평 마크와의 각도를 나타내는 다수의 마크들로 이루어진 회전 각도 측정 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 광 발생 수단은 레이저 발생 수단으로서, 제 2 부재를 회전시키는 구동부가 작동하는 동안에만 레이저를 발생시키도록 제어되는 회전 각도 측정 장치.
5. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 하우징은 스퍼터링 장비의 스퍼터링 챔버이며, 상기 제 2 부재는 기판이 장착된 히터, 제 1 부재는 상부에 히터가 위치하는 테이블인 회전 각도 측정 장치.

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