KR20060062049A - 스퍼터링 장치 및 그 냉각 방법 - Google Patents

스퍼터링 장치 및 그 냉각 방법 Download PDF

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KR20060062049A
KR20060062049A KR1020040100748A KR20040100748A KR20060062049A KR 20060062049 A KR20060062049 A KR 20060062049A KR 1020040100748 A KR1020040100748 A KR 1020040100748A KR 20040100748 A KR20040100748 A KR 20040100748A KR 20060062049 A KR20060062049 A KR 20060062049A
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엘지.필립스 엘시디 주식회사
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Abstract

보다 정밀한 기판의 온도 균일성을 얻을 수 있는 스퍼터링 장치가 개시된다.
본 발명의 스퍼터링 장치는, 다수의 적외선 램프들이 구비되어 기판을 목표 온도 이상으로 가열하는 제1 챔버 유닛; 및 냉각수단을 구비하여 가열된 기판을 목표 온도로 냉각시키는 제2 챔버 유닛을 포함한다.
스퍼터링 장치, 냉각 수단, 온도 제어, 적외선 램프

Description

스퍼터링 장치 및 그 냉각 방법{Sputtering apparatus and cooling method using the same}
도 1은 종래의 클러스터형 스퍼터링 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 도 1의 스퍼터링 챔버 유닛을 도시한 사시도.
도 3은 도 2의 스퍼터링부를 도시한 개략도.
도 4는 도 3의 인라인형 스퍼터링 장치에서 캐리어 방식을 보여주는 단면도.
도 5는 활로겐 램프가 구비된 로딩 챔버 유닛을 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 시스 히터가 구비된 스퍼터링 챔버 유닛을 개략적으로 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 접촉식 스퍼터링 장치에 구비된 히팅 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 접촉식 스퍼터링 장치에서의 냉각 방법을 설명하는 순서도.
도 9는 본 발명의 바람직함 비접촉식 스퍼터링 장치에 구비된 히팅 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 비접촉식 스퍼터링 장치에서의 냉각 방법을 설명하는 순서도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1a 내지 1d : 적외선 램프 3, 11, 15 : 냉각 수단
5, 13, 17 : 냉각 튜브
본 발명은 반도체 처리 장치에 관한 것이며, 특히 보다 향상된 균일한 온도 특성을 얻을 수 있는 스퍼터링 장치 및 그 냉각 방법에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼와 LCD 기판과 같이 처리될 기판은 성막공정 및 에칭공정과 같은 다수의 처리공정을 반복적으로 수행하여 완성된다. 특히, 박막을 형성하기 위한 스퍼터링 장치는 반도체 소자나 LCD를 제조하기 위해서 빠뜨릴 수 없는 필수적인 장치이다.
현재, 상기 스퍼터링 장치는 패널의 사이즈가 증가하고 공정이 복잡하며 또한 대량으로 생산하는 측면에서 로봇을 이용한 자동화 처리가 일반적이다.
스퍼터링 장치는 클러스터형(Cluster type)과 인라인형(In-Line type)으로 분류된다. 클러스터형 스퍼터링 장치에서는 각 챔버 유닛 사이에서 기판이 수평으로 반송된다. 인라인형 스퍼터링 장치에서는 각 챔버 유닛 사이에서 기판이 수직으로 반송된다.
도 1은 종래의 클러스터형 스퍼터링 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에서, 종래의 클러스터형 스퍼터링 장치는 기판(107)을 반입하는 로딩(loading) 챔버 유닛(101)과, 상기 기판(107)을 반출하는 언로딩(unloading) 챔버 유닛(102)과, 상기 기판(107)을 처리하는 처리 챔버 유닛(105)과, 상기 로딩/언로딩 챔버 유닛(101, 102)과 상기 처리 챔버 유닛(105) 사이에 위치되어 상기 로딩 챔버 유닛(101)의 기판(101)을 상기 처리 챔버 유닛(105)으로 이송(transfer)하고 상기 처리 챔버 유닛(105)에서 처리된 기판(101)을 상기 언로딩 챔버 유닛(102)으로 이송하는 반송 챔버 유닛(103)을 구비한다. 상기 각 챔버 유닛(101, 102, 105)과 상기 반송 챔버 유닛(103) 사이에는 게이트 밸브(106)가 구비된다.
다수의 기판이 적재된 카세트(미도시)가 상기 로딩 챔버 유닛(101)에 위치되면, 로봇(미도시) 등을 이용하여 상기 카세트로부터 기판(107)을 상기 로딩 챔버 유닛(101) 내로 반입한다. 상기 로딩 챔버 유닛(101)을 진공 상태로 만든 후 게이트 밸브(106)를 연 다음, 상기 반송 챔버 유닛(103)에 구비된 로봇(104)을 이용하여 상기 기판(107)을 상기 처리 챔버 유닛(105)으로 이송한다. 상기 처리 챔버 유닛(105)에서 소정의 처리 공정을 수행된 후, 다시 상기 반송 챔버 유닛(103)의 로봇(104)을 이용하여 상기 반송 챔버 유닛(103)의 기판을 상기 언로딩 챔버 유닛(102)으로 이송한다. 그리고, 상기 언로딩 챔버 유닛(102)의 기판은 또 다른 카세트에 적재되어 다음 공정을 위해 이송된다. 각 게이트밸브(106)는 상기 기판(101)이 통과하기 전에 열리고, 상기 기판(101)이 통과된 직후 닫히도록 제어된다. 도1에 도시되지 않았지만, 상기 각 챔버 유닛(101, 102, 103, 105)에는 소정의 진공을 유지하기 위한 진공 펌프(미도시)가 구비될 수 있다.
이와 같은 클러스터형 스퍼터링 장치에서는 기판(101)이 항상 수평을 유지한 채 이송된다.
상기 처리 챔버 유닛은 일예로 스퍼터링 챔버 유닛일 수 있다.
도 2는 도 1의 스퍼터링 챔버 유닛을 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 스퍼터링부를 도시한 개략도이다.
도 2 및 도 3에서, 상기 스퍼터링 챔버 유닛은 기판(107)을 일시 보관 유지하는 기판 유지부(108)와, 상기 기판 유지부(108)에서 유지된 기판(107)을 스퍼터링하는 스퍼터링부(109)를 구비한다.
상기 기판 유지부(108)는 기판 유지 플레이트(110)와 상기 기판 유지 플레이트(110)와 연결되어 상기 기판 유지 플레이트(110)를 수평 또는 수직으로 회전 이동시키기 위한 샤프트(111)를 구비한다. 상기 기판 유지 플레이트(110) 상에는 상기 기판(107)을 안착하기 위한 서셉터(118)가 구비되고, 상기 기판 유지 플레이트(110) 저면에는 상기 기판(107)의 온도를 일정하게 유지하기 위한 시스 히터(sheath heater, 119))가 구비된다. 상기 시스 히터(119), 기판 유지 플레이트(110) 및 서셉터(118)는 서로 면으로 접촉되게 된다. 따라서, 상기 시스 히터(119)에서 제공된 열은 상기 기판 유지 플레이트(110) 및 상기 서셉터(118)를 경유하여 상기 기판(107)에 전달되고, 이와 같이 전달된 열에 의해 상기 기판(107) 상에 증착되는 막의 두께를 일정하게 유지할 수 있다.
미설명 도면 부호 117은 상기 스퍼터링 챔버 유닛을 진공으로 만들기 위해 공기를 배출시키는 진공 펌프를 나타낸다.
상기 스퍼터링부(109)는 음전압이 공급되는 캐소드(114)와, 상기 캐소드(114)의 일측에 구비되어 기체 플라즈마의 양이온에 의한 충돌로 타켓 물질을 방출하는 타겟(115)과, 상기 캐소드(114)의 타측에 구비되어 상기 타겟(115) 주위에 자기장을 형성하여 더 많은 양이온을 생성하도록 하는 마그넷(116)이 구비된다.
상기 기판 유지 플레이트(110)는 상기 샤프트(111)에 의해 수직 또는 수평으로 회전 이동된다. 즉, 상기 기판 유지 플레이트(110)는 외부(예컨대, 도 1의 반송 챔버 유닛(103))로부터 기판(107)이 반입될 때에는 수평으로 유지된다. 이에 따라, 상기 기판(107)이 상기 기판 유지 플레이트(110)에 안착된다. 이때, 상기 기판 유지 플레이트(110) 상에 안착된 기판(107)이 움직이지 않도록 하기 위해 상기 기판 유지 플레이트(110) 상의 소정 부분에 구비된 클램프(미도시)에 의해 상기 기판(107)이 고정될 수 있다. 상기 기판(107)이 안착된 상기 기판 유지 플레이트(110)는 상기 샤프트(111)에 의해 수직으로 회전 이동되어 상기 실드 마스크(112) 상에 대면된다. 상기 실드 마스크(112)는 상기 기판 유지부(108)와 상기 스퍼터링부(109) 사이를 구획하기 위해 몸체(113) 내부 면을 따라 형성된다. 상기 기판(107)을 제외한 나머지 부분은 상기 실드 마스크(112)에 가려지게 된다.
상기 캐소드(114)에 인가된 소정의 전압에 의해 내부 공간상에 기체 플라즈마가 형성되고, 상기 기체 플라즈마의 양이온이 상기 타겟(114)과 충돌하여 소정의 타겟 물질이 방출된다. 상기 타겟 물질이 상기 기판 유지 플레이트(110) 상에 안착된 기판(107) 상에 증착된다. 이때, 상기 마그넷(116)에 의해 타겟(115) 주변에 형 성된 자기장에 의해 기체 플라즈마의 밀도가 증가되므로 동일 시간 내에 더 많은 타겟 물질이 방출되어 기판(107)의 증착 시간을 단축시킬 수 있다.
상기 기판(107) 상에 소정의 물질이 증착되면, 상기 샤프트(111)가 구동되어 상기 기판 유지 플레이트(110)가 수평으로 회전 이동되고, 클램프가 제거된 상태에서 반승 챔버 유닛으로 상기 기판(107)이 이송되게 된다.
상기와 같이 구성된 스퍼터링 챔버 유닛 구조에서는 시스 히터(119)와 기판(107)이 기판 유지 플레이트(110) 및 서셉터(118)를 사이에 두고 직접적으로 접촉되게 된다. 이러한 구조를 "접촉식"이라 부른다.
상기 클러스터형 스퍼터링 장치에서는 기판을 로봇에 의해 수평으로 이송하기 때문에 파티클(particle)과 같은 분순물을 억제할 수 있는 장점은 있지만, 수평으로 위치된 기판의 사이즈에 대응되도록 각 챔버 유닛들이 설계되어야 하므로, 기판이 대형화되는 추세에 비추어보면 각 챔버 유닛들의 사이즈가 증가하게 되고, 이에 따라 각 챔버 유닛에 구비된 구성 요소들 또한 대형화됨에 따라 부피가 증가되고 비용이 증가되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 최근에 인라인형 스퍼터링 장치가 제안되었다.
도 3은 종래의 인라인형 스퍼터링 장치를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 3에서, 종래의 인라인형 스퍼터링 장치는 5개의 유닛으로 구성된다. 즉, 반송 유닛(121), 로딩 챔버 유닛(122), 버퍼 챔버 유닛(123), 처리 챔버 유닛(124) 그리고 회전 챔버 유닛(125)으로 구성된다.
인라인형 스퍼터링 장치에서는 기판이 수직으로 각 챔버 유닛(121 내지 125) 사이에 이송된다.
상기 반송 유닛(121)은 외부로부터 공급된 기판을 로딩 챔버 유닛(122)으로 이송한다. 상기 로딩 챔버 유닛(122)은 상기 반송 유닛(121)으로부터 이송된 기판을 상기 버퍼 챔버 유닛(123)으로 이송한다. 상기 버퍼 챔버 유닛(123)은 상기 로딩 챔버 유닛(122)과 상기 처리 챔버 유닛(124) 사이에 위치되며, 상기 로딩 챔버 유닛(122)과 상기 처리 챔버 유닛(124) 사이의 환경 변화, 즉 가스 분위기, 진공도 및 온도에 대한 완충 역할을 수행한 후, 상기 기판을 상기 처리 챔버 유닛(124)으로 이송한다. 상기 처리 챔버 유닛(124)은 상기 이송된 기판을 대상으로 소정의 처리 공정을 수행한 후, 상기 회전 챔버 유닛(125)으로 이송한다. 상기 회전 챔버 유닛(125)은 상기 처리 챔버 유닛(124), 상기 버퍼 챔버 유닛(123), 상기 로딩 챔버 유닛(122) 및 상기 반송 유닛(121)으로 이송되도록 상기 이송된 기판을 회전시킨다. 상기 반송 유닛(121)으로 이송된 기판은 외부로 반출된다.
상기 처리 챔버 유닛은 기판의 증착 공정을 위한 스퍼터링 챔버 유닛으로서, 이하에서는 스퍼터링 챔버 유닛으로 설명한다. 물론, 상기 처리 챔버 유닛은 처리되는 공정에 따라 에칭 챔버 유닛, 어닐링 챔버 유닛 등으로 사용될 수 있다.
도 3에 도시되지 않았지만, 각 챔버 유닛(121 내지 125) 사이에는 게이트 밸브가 구비되어 상기 기판의 이송시 개폐될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 인라인형 스퍼터링 장치에서는 기판이 수직으로 기 립된 상태로 이송된다.
도 4는 도 3의 인라인형 스퍼터링 장치에서 캐리어 방식을 보여주는 단면도이다. 도 4에서는 기판이 스퍼터링 챔버 유닛에 존재할 때를 도시한다.
도 4에서, 상기 스퍼터링 챔버 유닛은 일측 측면에 타겟(131), 캐소드(132) 및 마그넷(133)이 구비되고, 상기 타겟(131)에 대향되도록 타측 측면에 시스 히터(135)가 구비된다. 이때, 기판(140)은 상부/하부 캐리어(138a, 138b)에 장착되어 수직으로 기립된 상태로 상기 스퍼터링 챔버 유닛으로 이송된다. 상기 상부 캐리어(138b)에는 소정의 극성을 갖는 제1 마그넷(139)이 구비되고, 상기 스퍼터링 챔버 유닛의 상부에는 상기 제1 마그넷(139)과 반대 극성을 갖는 제2 마그넷(136)이 장착된다. 상기 하부 캐리어(138a)의 저면에는 상기 기판(140)을 이송시키기 위한 메탈 벨트(137)가 부착된다. 상기 메탈 벨트(137)는 서스(SUS) 재질로 형성되고, 상기 캐리어(138a, 138b)는 알루미늄 재질로 형성될 수 있다.
미설명 부호 141은 상기 스퍼터링 챔버 유닛의 압력을 고 진공으로 만들기 위해 공기를 배출시키는 진공펌프를 나타낸다.
상기 상부/하부 캐리어(138a, 138b)에 장착된 기판(140)이 상기 메탈 벨트(137)의 동작으로 상기 스퍼터링 챔버 유닛으로 이송되면, 상기 제1 및 제2 마그넷(139, 136) 사이의 인력에 의해 상기 기판(140)이 장착된 상하부 캐리어(138a, 138b)가 소정 위치에 고정되게 된다. 이와 같이 상하부 캐리어(138a, 138b)가 고정된 상태에서 상기 캐소드(132)에 인가된 전압에 의해 형성된 기체 플라즈마의 양이온에 의해 상기 타겟(131)으로부터 타겟 물질이 방출되어 상기 기판(140) 상에 증 착되게 된다. 증착 공정이 완성된 상기 기판(140)은 상기 메탈 벨트(137)의 동작으로 다음 공정으로 이송될 수 있다.
상기 스퍼터링 챔버 유닛은 도 2의 구조와는 달리 시스 히터(135)가 상기 기판(140)과 접촉되지 않는다. 이와 같은 구조를 "비접촉식"이라 한다.
기본적으로, 에어쿠션 방식도 캐리어 방식과 동일한 비접촉식이다. 이러한 에어 쿠션 방식은 각 챔버 유닛마다 적용될 수 있다. 즉, 에어 쿠션 방식에서는 기판이 각 챔버 유닛으로 이송될 때마다 각 챔버 유닛에서 제공된 아르곤 가스에 의해 기판을 일정하게 유지시켜 준다.
앞서 설명한 바와 같이, 도 1의 접촉식 스퍼터링 장치에서는 기판(107)과 시스 히터(119)가 기판 유지 플레이트(110)을 사이에 두고 직접적으로 접촉되어, 상기 시스 히터(119)에서 발생된 열이 상기 기판(107)을 가열시킨다. 이에 반해, 도 3의 비접촉식 스퍼터링 장치에서는 기판(140)과 시스 히터(135)가 소정 간격 이격되어, 상기 시스 히터(135)에서 발생된 열이 간접적으로 상기 기판(140)을 가열시킨다.
일반적으로, 상기 비접촉식 스퍼터링 장치 및 접촉식 스퍼터링 장치에서 로딩 챔버 유닛(101, 122)에는 램프 히터가 구비되고 스퍼터링 챔버 유닛(105, 124)에는 시스 히터(119, 135)가 구비된다. 상기 램프 히터는 할로겐 램프가 이용될 수 있다. 따라서, 상기 로딩 챔버 유닛(101, 122)에서 상기 활로겐 램프를 이용하여 기판(107, 140)을 예열시킨 후, 상기 스퍼터링 챔버 유닛(105, 124)에서 상기 시스 히터(119, 135)에 의해 상기 기판(107, 140)을 목표 온도(즉, 증착을 위한 온도)로 가열시킨 다음, 증착 공정을 수행하게 된다.
상기 램프 히터에는 도 5에 도시된 바와 같이, 다수의 할로겐 램프(145a, 145b, 145c, 145d)가 소정 간격을 두고 배열된다. 상기 할로겐 램프들(145a, 145b, 145c, 145d)는 고온의 열을 방출할 수 있다. 따라서, 상기 로딩 챔버 유닛(101, 122)을 경유하는 기판(107, 140)이 상기 할로겐 램프들(145a, 145b, 145c, 145d)에서 방출된 고온의 열에 의해 순간적으로 고온으로 증가된다.
하지만, 상기 로딩 챔버 유닛(101, 122)에 구비된 할로겐 램프들(145a, 145b, 145c, 145d)은 서로 이격되어 배열되어 있기 때문에 상기 기판(107, 140)이 비균일한 온도 분포를 갖는 문제점이 있다. 즉, 상기 기판(107, 140)에서 상기 할로겐 램프들(145a, 145b, 145c, 145d)에 직접적으로 대응되는 영역들은 그렇지 않은 영역들에 비해 상대적으로 높은 온도를 갖게 된다. 일반적으로, 상기 기판의 온도 특성은 막 두께 특성과 밀접한 관계를 갖는다. 즉, 기판(107, 140)의 전 영역에 걸쳐 균일한 온도 특성을 가져야만 증착 공정시 균일한 막 두께로 증착될 수 있다.
상기 시스 히터(119, 135)는 도 6에 도시된 바와 같이, 전도성 플레이트(147) 내부에 저항 성분을 갖는 코일(149)이 소정 간격을 두고 지그재그로 배열된다. 상기 전도성 플레이트(147)은 전도성이 우수한 금속 재질로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 상기 코일(149)에 인가된 전압에 의해 상기 코일(149)에서 열이 발생되어 상기 전도성 플레이트(147)을 통해 상기 기판(107, 140)에 전달된다. 현재, 상기 시스 히터(119, 135)를 이용한 온도 제어는 ±10℃이고, 균일도 제어는 10% 정도이다.
하지만, 반도체 프로세스 공정이 보다 정밀한 제어를 요구하는 추세에 비추어, 앞서 설명한 온도 특성은 더욱 개선할 여지가 있다.
또한, 종래의 시스 히터(119, 135)로는 기판의 온도를 상승시키는데 상당한 시간이 소요됨으로써, 전체적으로 기판의 공정시간을 증가시키는 문제점이 있다.
본 발명은 각 챔버의 가열 수단을 변경하여 보다 향상된 균일한 온도 특성을 얻을 수 있는 스퍼터링 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 미리 목표 온도 이상으로 기판을 가열시킨 후, 목표 온도로 신속히 냉각시킴으로써, 공정 시간을 단축할 수 있는 스퍼터링 장치의 냉각 방법을 제공함에 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따르면, 스퍼터링 장치는, 다수의 적외선 램프들이 구비되어 기판을 목표 온도 이상으로 가열하는 제1 챔버 유닛; 및 냉각수단을 구비하여 상기 가열된 기판을 상기 목표 온도로 냉각시키는 제2 챔버 유닛을 포함한다.
본 발명의 바라직한 제2 실시예에 따르면, 스퍼터링 장치는, 다수의 적외선 램프들이 구비되어 기판을 목표 온도 이상으로 가열하는 제1 챔버 유닛; 제1 냉각 수단을 구비하여 상기 가열된 기판을 1차 냉각시키는 제2 챔버 유닛; 및 제2 냉각 수단을 구비하여 상기 1차 냉각된 기판을 상기 목표 온도로 2차 냉각시키는 제3 챔버 유닛을 포함한다.
본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따르면, 스퍼터링 장치의 냉각 방법은, 다수의 적외선 램프들을 이용하여 기판을 목표 온도 이상으로 가열하는 단계; 및 냉각 수단을 이용하여 상기 가열된 기판을 상기 목표 온도로 냉각시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따르면, 스퍼터링 장치의 냉각 방법은, 다수의 적외선 램프들을 이용하여 기판을 목표 온도 이상으로 가열하는 단계; 제1 냉각 수단을 이용하여 상기 가열된 기판을 1차 냉각시키는 단계; 및 제2 냉각 수단을 이용하여 상기 1차 냉각된 기판을 상기 목표 온도로 냉각하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
본 발명의 접촉식 스퍼터링 장치와 비접촉식 스퍼터링 장치의 기본적인 구조는 종래와 동일하므로, 이와 관련된 본 발명의 설명은 종래의 도면을 그대로 인용함을 밝혀둔다.
앞서 설명한 바와 같이, 각 스퍼터링 장치의 주요 구성 요소를 살펴보면, 접촉식 스퍼터링 장치는 로딩 챔버 유닛(101), 반송 챔버 유닛(103) 및 스퍼터링 챔버 유닛(105)으로 구성될 수 있고, 비접촉식 스퍼터링 장치는 로딩 챔버 유닛(122), 버퍼 챔버 유닛(123) 및 스퍼터링 챔버 유닛(124)로 구성된다. 상기 접촉식 스퍼터링 장치에서는 기판(107)이 수평으로 이송되는데 반해, 상기 비접촉식 스퍼터링 장치에서는 기판(140)이 수직으로 기립된 채 이송된다. 물론 상기 접촉식 스퍼터링 장치에서도 스퍼터링 챔버 유닛(105)에서는 기판(107)이 수직으로 기립된 상태에서 증착 공정이 이루어진다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 접촉식 스퍼터링 장치에 구비된 히팅 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 7은 상기 접촉식 스퍼터링 장치의 대한 평면도이다.
도 7에서, 상기 접촉식 스퍼터링 장치는 로딩 챔버 유닛(101), 반송 챔버 유닛(103) 및 스퍼터링 챔버 유닛(105)으로 구성된다.
상기 로딩 챔버 유닛(101)에는 다수의 적외선 램프들(1a, 1b, 1c, 1d)로 이루어진다. 상기 다수의 적외선 램프들(1a, 1b, 1c, 1d)은 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 상기 다수의 적외선 램프들(1a, 1b, 1c, 1d)은 상기 로딩 챔버 유닛(101)의 몸체의 하부 저면에 장착될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 접촉식 스퍼터링 장치에서는 기판(107)이 수평으로 이송되므로, 상기 기판(107)과 대향되도록 상기 다수의 적외선 램프들(1a, 1b, 1c, 1d)이 상기 몸체의 하부 저면에 소정 간격을 두고 배치된다. 일반적으로, 적외선은 발열체의 온도가 1800~2000℃ 범위에서 발생한다. 상기 적외선은 공기를 가열하지 않고 열이 파장으로서 물체에만 전달되는 특징이 있다. 따라서, 1800~2000℃의 고온을 갖는 파장으로 진행되는 적외선이 상기 기판(107)에 전달되어 가열된다. 통상적으로, 공정을 위한 적정 온도(이하, 목표 온도라 한다)는 400~600℃이다. 따라서, 상기 적외선 램프들(1a, 1b, 1c, 1d)에 의해 기판(107)의 온도는 목표 온도 이상으로 신속하게 가열될 수 있다. 상기 적외선 열은 공기를 따라 전달되는 것이 아니라 파장을 통해 전달됨에 따라 기 판(107)의 전 영역에 균일한 열이 가해질 수 있다. 이에 따라, 상기 기판(107)의 전 영역의 온도가 균일하게 증가될 수 있다.
접촉식 스퍼터링 장치에서는 반송 챔버 유닛(103)에 별도의 히터가 구비되지 않는다.
상기 스퍼터링 챔버 유닛(105)에는 상기 기판(107)의 온도를 급속으로 냉각시키기 위한 냉각 수단(3)이 구비된다. 상기 냉각 수단(3) 내에는 지그재그 형상으로 배열된 냉각 튜브(5)가 구비되고, 상기 냉각 튜브(5) 내에 냉각을 위한 냉각제가 유입될 수 있다. 상기 냉각제는 상기 냉각 튜브(5)의 일측으로 유입되어 지그재그 형상의 냉각 튜브(5)를 흘러 타측으로 배출된다. 냉각시 상기 냉각제는 지속적으로 상기 냉각 튜브(5) 내를 순환한다, 상기 냉각 튜브(5)는 열 전달이 용이한 금속 재질로 이루어질 수 있다. 이때, 인접 냉각 튜브(5) 사이의 간격은 대략 50~100mm이다.
접촉식 스퍼터링 장치의 스퍼터링 챔버 유닛(105)에서는 기판(107)이 상기 냉각 수단(3)과 직접적으로 접촉됨에 따라, 상기 기판(107)의 온도가 신속하게 냉각된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 시스 히터(119) 대신에 상기 냉각 수단(3)이 적용되게 됨으로써, 상기 냉각 수단(3)은 상기 기판 유지 플레이트(110)를 사이에 두고 기판(107)과 직접적으로 접촉된다. 즉, 기판(107)과 상기 냉각 수단(3) 사이에 공간이 존재하지 않기 때문에 상기 냉각 수단(3)의 냉각에 의해 상기 기판(107)이 신속하게 냉각될 수 있다.
상기 로딩 챔버 유닛(101)에서 목표 온도 이상으로 가열된 기판(107)은 상기 스퍼터링 챔버 유닛(105)에서 상기 냉각 수단(3)에 의해 목표 온도로 신속하게 냉각될 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 냉각제의 순환 유무를 제어하는 제어부가 구비될 수 있다.
상기와 같이 구성된 접촉식 스퍼터링 장치에서의 냉각 방법을 도 8을 참조하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 접촉식 스퍼터링 장치에서의 냉각 방법을 설명하는 순서도이다.
도 8에서, 먼저 공정을 위한 기판(107)이 로딩 챔버 유닛(101)으로 이송된다(S 201). 이때, 상기 로딩 챔버 유닛(101)은 대기압을 저진공으로 변환하기 위해 별도의 진공 펌프에 의한 배출이 이루어진다.
상기 이송된 기판(107)을 대상으로 상기 다수의 적외선 램프들(1a, 1b, 1c, 1d)로부터 방출된 적외선 열(대략 1800~2000℃)을 가열하여 상기 기판(107)의 온도를 목표 온도(대략 400~600℃) 이상으로 증가시킨다(S 203). 상기 적외선 램프들(1a, 1b, 1c, 1d)로부터 방출된 적외선 열이 고온이기 때문에 상기 기판(107)은 목표 온도 이상으로 신속하게 증가될 수 있다.
반송 챔버 유닛(103)의 로봇을 이용하여 상기 기판(107)을 스퍼터링 챔버 유닛(105)으로 이송한다(S 205).
상기 스퍼터링 챔버 유닛(105)에 구비된 냉각 수단(3)을 이용하여 목표 온도 이상으로 가열된 상기 기판(107)을 목표 온도로 냉각시킨다(S207). 즉, 상기 냉각 수단(3)에 구비된 냉각 튜브(5)를 통해 냉각제가 순환으로 흐르게 되어 상기 냉각 튜브(5)를 냉각시킨다. 이에 따라, 상기 냉각 튜브(5)와 직접적으로 접촉된 기판(107) 또한 신속히 냉각된다. 이때, 냉각 시간을 제어함으로써, 상기 기판(107)의 온도를 목표 온도로 정확하게 제어할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제1 실시에에 따르면, 로딩 챔버 유닛에서 기판(107)의 온도를 신속하게 목표 온도 이상으로 가열시키고, 상기 스퍼터링 챔버 유닛(105)에서 기판(107)의 온도를 신속하게 목표 온도로 냉각시킴으로써, 기판(107)을 균일한 온도로 보다 정확하고 신속하게 제어할 수 있다.
한편, 비접촉식 스퍼터링 장치에서도 앞서 설명한 바와 유사하게 기판의 온도를 제어할 수 있다.
도 9는 본 발명의 바람직함 비접촉식 스퍼터링 장치에 구비된 히팅 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 9는 상기 접촉식 스퍼터링 장치의 대한 측면도이다.
도 9에서, 상기 비접촉식 스퍼터링 장치는 로딩 챔버 유닛(122), 버퍼 챔버 유닛(123) 및 스퍼터링 챔버 유닛(124)으로 구성된다.
상기 로딩 챔버 유닛(122)에는 다수의 적외선 램프들(1a, 1b, 1c, 1d)로 이루어진다. 상기 다수의 적외선 램프들(1a, 1b, 1c, 1d)은 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 상기 다수의 적외선 램프들(1a, 1b, 1c, 1d)은 상기 로딩 챔버 유닛(101)의 몸체의 측면에 장착될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 비접촉식 스퍼터링 장치에서는 기판(140)이 수직으로 이송되므로, 상기 기판(140)과 대향되도록 상기 다수의 적외선 램프들(1a, 1b, 1c, 1d)이 상기 몸체의 측면에 소정 간격을 두고 배치된다. 일반적으로, 적외선은 발열체의 온도가 1800~2000℃ 상태에서 발생한다. 상기 적외선은 공기를 가열하지 않고 열이 파장으로서 물체에만 전달되는 특징이 있다. 따라서, 1800~2000℃의 고온을 갖는 파장으로 진행되는 적외선이 상기 기판(140)에 전달되어 가열된다. 통상적으로, 공정을 위한 적정 온도(이하, 목표 온도라 한다)는 400~600℃이다. 따라서, 상기 적외선 램프들(1a, 1b, 1c, 1d)에 의해 기판(140)의 온도는 목표 온도 이상으로 신속하게 가열될 수 있다. 상기 적외선 열은 공기를 따라 전달되는 것이 아니라 파장을 통해 전달됨에 따라 기판(140)의 전 영역에 균일한 열이 가해질 수 있다. 이에 따라, 상기 기판(140)의 전 영역의 온도가 균일하게 증가될 수 있다.
기판(107)과 냉각수단(3)이 직접적으로 접촉되는 접촉식 스퍼터링 장치와는 달리 비접촉식 스퍼터링 장치에서는 버퍼 챔버 유닛(123) 및 스퍼터링 챔버 유닛(124) 내부의 공간으로 기판(140)이 수직으로 기립된 채 이송되므로, 상기 기판(140)과 이하에 설명될 냉각 수단과는 공간적으로 서로 소정 거리 이격된다. 이에 따라, 비접촉식 스퍼터링 장치에서는 접촉식 스퍼터링 장치에 비해 상기 냉각 수단에 의해 상기 기판(140)이 냉각되는 시간이 더 걸린다.
이러한 문제를 해결하기 위해 비접촉식 스퍼터링 장치에서는 도 9에 도시된 바와 같이, 스퍼터링 챔버 유닛(124)에 구비된 제2 냉각 수단(15) 외에 버퍼 챔버 유닛(123)에 제1 냉각 수단(11)을 더 구비할 수 있다.
즉, 상기 버퍼 챔버 유닛(123)의 측면에 제1 냉각 수단(11)을 구비하고, 상기 스퍼터링 챔버 유닛(124)의 측면에 제2 냉각 수단(15)을 구비한다.
상기 제1 냉각 수단(11) 내에는 지그재그 형상으로 배열된 제1 냉각 튜브(13)가 구비되고, 상기 제1 냉각 튜브(13) 내에 냉각을 위한 냉각제가 유입될 수 있다. 상기 냉각제는 상기 제1 냉각 튜브(13)의 일측으로 유입되어 지그재그 형상의 제1 냉각 튜브(13)를 흘러 타측으로 배출된다. 냉각시 상기 냉각제는 지속적으로 상기 제1 냉각 튜브(13) 내를 순환한다. 상기 제1 냉각 튜브(13)는 열 전달이 용이한 금속 재질로 이루어질 수 있다. 이때, 인접 냉각 튜브(13) 사이의 간격은 대략 50~100mm이다.
마찬가지로, 상기 제2 냉각 수단(15) 내에는 지그재그 형상으로 배열된 제2 냉각 튜브(17)가 구비되고, 상기 제2 냉각 튜브(17) 내에 냉각을 위한 냉각제가 유입될 수 있다. 상기 냉각제는 상기 제2 냉각 튜브(17)의 일측으로 유입되어 지그재그 형상의 제2 냉각 튜브(17)를 흘러 타측으로 배출된다. 냉각시 상기 냉각제는 지속적으로 상기 제2 냉각 튜브(17) 내를 순환한다. 상기 제2 냉각 튜브(17)는 열 전달이 용이한 금속 재질로 이루어질 수 있다. 이때, 인접 냉각 튜브(17) 사이의 간격은 대략 50~100mm이다.
비접촉식 스퍼터링 장치의 스퍼터링 챔버 유닛(124)에서 기판(140)과 상기 제2 냉각 수단(15)(도 4의 시스 히터(135) 대신에 적용됨)이 공간적으로 이격됨에 따라 상기 기판(140)이 냉각되는 시간이 비교적 오래 걸리는 것을 상기 버퍼 챔버 유닛(123)에 구비된 제1 냉각 수단(11)에 의해 기판(140)을 미리 냉각시켜 상기 스퍼터링 챔버 유닛(124)에서 보다 신속하게 냉각되도록 한다.
따라서, 기판(140)은 상기 버퍼 챔버 유닛(123)에서 1차 냉각된 다음, 다시 상기 스퍼터링 챔버 유닛(124)에서 2차 냉각됨으로써, 상기 스퍼터링 챔버 유닛(124)에서 기판(140)과 상기 제2 냉각 수단(15)의 공간적인 이격으로 인한 냉각 속도 저하를 방지하여 비접촉식 스퍼터링 장치에서와 같이 신속하게 목표 온도로 기판(140)을 신속하게 냉각시킬 수 있다.
따라서, 상기 로딩 챔버 유닛(122)에서 목표 온도 이상으로 가열된 기판(140)은 상기 버퍼 챔버 유닛(123)의 제1 냉각 수단(11) 및 상기 스퍼터링 챔버 유닛(105)의 제2 냉각 수단(15)에 의해 목표 온도로 신속하게 냉각될 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 냉각제의 순환 유무를 제어하는 제어부가 구비될 수 있다.
상기와 같이 구성된 비접촉식 스퍼터링 장치에서의 냉각 방법을 도 10을 참조하여 설명한다.
도 10은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 비접촉식 스퍼터링 장치에서의 냉각 방법을 설명하는 순서도이다.
도 10에서, 먼저 공정을 위한 기판(140)이 로딩 챔버 유닛(122)으로 이송된다(S 221). 이때, 상기 로딩 챔버 유닛(122)은 대기압을 저진공으로 변환하기 위해 별도의 진공 펌프에 의한 배출이 이루어진다.
상기 이송된 기판(140)을 대상으로 상기 다수의 적외선 램프들(1a, 1b, 1c, 1d)로부터 방출된 적외선 열(대략 1800~2000℃)을 가열하여 상기 기판(140)의 온도를 목표 온도(대략 400~600℃) 이상으로 증가시킨다(S 222). 상기 적외선 램프들(1a, 1b, 1c, 1d)로부터 방출된 적외선 열이 고온이기 때문에 상기 기판(140)은 목표 온도 이상으로 신속하게 증가될 수 있다.
목표 온도 이상으로 가열된 기판(140)이 상기 로딩 챔버 유닛(122)으로부터 상기 버퍼 챔버 유닛(123)으로 이송된다(S 223).
상기 버퍼 챔버 유닛(123)에 구비된 제1 냉각 수단(11)을 이용하여 상기 기판(140)을 1차 냉각시킨다(S 224). 여기서, 1차 냉각된 기판(140)의 온도는 아직까지 목표 온도 이상인 것이 바람직하다. 앞서 설명한 바와 같이, 비접촉식 스퍼터링 장치의 스퍼터링 챔버 유닛(124)에서 상기 기판(140)과 제2 냉각 수단(15) 사이에 공간적으로 이격됨에 따라 상기 기판(140)을 목표 온도로 냉각하는데 시간이 많이 소요되므로, 미리 상기 버퍼 챔버 유닛(123)에서 상기 기판(140)을 1차 냉각 시켜 나중에 상기 스퍼터링 챔버 유닛(124)에서 보다 신속하게 목표 온도로 냉각시킬 수 있다.
상기 1차 냉각된 기판(140)이 상기 버퍼 챔버 유닛(123)에서 상기 스퍼터링 챔버 유닛(124)로 이송된다(S 225).
상기 스퍼터링 챔버 유닛(124)에 구비된 제2 냉각 수단(15)을 이용하여 상기 1차 냉각된 기판(140)을 목표 온도로 냉각시킨다(S226). 즉, 상기 제2 냉각 수단(15)에 구비된 제2 냉각 튜브(17)를 통해 냉각제가 순환으로 흐르게 되어 상기 제2 냉각 튜브(17)를 냉각시킨다. 이때, 냉각 시간을 제어함으로써, 상기 기판(140)의 온도를 목표 온도로 정확하게 제어할 수 있다.
이때, 상기 1차 냉각을 위한 시간은 상기 2차 냉각을 위한 시간보다 짧은 것이 바람직하다. 즉, 상기 1차 냉각은 일종의 예비 냉각으로서 비접촉식으로 인해 비교적 냉각이 용이하지 않은 상기 스퍼터링 챔버 유닛(124)에서 기판(140)이 보다 신속히 냉각되도록 하기 위해 수행된다.
따라서, 본 발명의 제2 실시에에 따르면, 로딩 챔버 유닛(122)에서 기판(140)의 온도를 신속하게 목표 온도 이상으로 가열시키고, 상기 버퍼 챔버 유닛(123)에서 상기 가열된 기판(140)을 예비로 1차 냉각시킨 다음, 상기 스퍼터링 챔버 유닛(124)에서 상기 1차 냉각된 기판(140)을 목표 온도로 신속하게 2차 냉각시킴으로써, 기판(140)을 균일한 온도로 보다 정확하고 신속하게 제어할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면, 기판을 가열시키기 위한 적외선 램프와 냉각시키기 위한 냉각 수단을 이용하여 균일한 온도로 보다 정확하고 신속하게 제어할 수 있다.
따라서, 본 발명은 보다 정밀한 온도 제어가 가능하여 막 특성을 개선하여 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (11)

  1. 다수의 적외선 램프들이 구비되어 기판을 목표 온도 이상으로 가열하는 제1 챔버 유닛; 및
    냉각 수단을 구비하여 상기 가열된 기판을 상기 목표 온도로 냉각시키는 제2 챔버 유닛
    을 포함하는 스퍼터링 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다수의 적외선 램프들은 고온 열을 적외선 파장으로 방출하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 냉각 수단은,
    냉각을 위한 냉각제; 및
    지그재그로 배치되어 상기 냉각제를 흐르게 하는 냉각 튜브
    를 포함하는 스퍼터링 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 냉각 튜브의 인접 튜브간의 간격은 50~100mm인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  5. 다수의 적외선 램프들이 구비되어 기판을 목표 온도 이상으로 가열하는 제1 챔버 유닛;
    제1 냉각 수단을 구비하여 상기 가열된 기판을 1차 냉각시키는 제2 챔버 유닛; 및
    제2 냉각 수단을 구비하여 상기 1차 냉각된 기판을 상기 목표 온도로 2차 냉각시키는 제3 챔버 유닛
    을 포함하는 스퍼터링 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 다수의 적외선 램프들은 고온 열을 적외선 파장으로 방출하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 냉각 수단은,
    냉각을 위한 냉각제; 및
    지그재그로 배치되어 상기 냉각제를 흐르게 하는 냉각 튜브
    를 포함하는 스퍼터링 장치.
  8. 제7항에 있어서, 제3항에 있어서, 상기 냉각 튜브의 인접 튜브간의 간격은 50~100mm인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치.
  9. 다수의 적외선 램프들이 구비된 제1 챔버 유닛과, 냉각 수단이 구비된 제2 챔버 유닛으로 구성된 스퍼터링 장치의 냉각 방법에 있어서,
    상기 다수의 적외선 램프들을 이용하여 기판을 목표 온도 이상으로 가열하는 단계; 및
    상기 냉각 수단을 이용하여 상기 가열된 기판을 상기 목표 온도로 냉각시키는 단계
    를 포함하는 스퍼터링 장치의 냉각 방법.
  10. 다수의 적외선 램프들이 구비된 제1 챔버 유닛과, 제1 냉각 수단이 구비된 제2 챔버 유닛과, 제2 냉각 수단이 구비된 제3 챔버 유닛으로 구성된 스퍼터링 장치의 냉각 방법에 있어서,
    상기 다수의 적외선 램프들을 이용하여 기판을 목표 온도 이상으로 가열하는 단계;
    상기 제1 냉각 수단을 이용하여 상기 가열된 기판을 1차 냉각시키는 단계; 및
    상기 제2 냉각 수단을 이용하여 상기 1차 냉각된 기판을 상기 목표 온도로 냉각하는 단계
    를 포함하는 스퍼터링 장치의 냉각 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 상기 1차 냉각을 위한 시간은 상기 2차 냉각을 위한 시간보다 짧은 것을 특징으로 하는 스퍼터링 장치의 냉각 방법.
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