KR20110098764A - 기판 구성요소의 표면 처리 및/또는 코팅 장치 - Google Patents

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마리오 피에들러
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귀링 오하게
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Abstract

본 발명은 기체상의 증착에 의해, 특히 PVD 또는 반응성 PVD법에 따른 기체상의 물리 증착에 의해 기판 구성요소의 표면을 처리 및/또는 코팅하는 장치에 관한 것이다. 복수의 기판 캐리어와, 기화기 소스, 캐소드, 타켓, 마그네트론, 가열 유닛, 필라멘트 캐소드, 및 에칭 애노드와 같은 복수의 코팅 및/또는 처리 유닛이 진공으로 도리 수 있는 증착 또는 처리 챔버 내에 배치된다. 설비의 더욱 경제적인 이용을 보장하기 위해, 하나의 배치로 설비 내에 도입된 기판 구성요소가 상이한 처리(코팅, 표면 처리)를 받을 수 있도록, 설비를 모듈식으로 설치할 수 있다. 또한, 본 발명은, 상당히 더 경제적으로 동작될 수 있는 PVD 또는 반응성 PVD법에 따른 코팅 설비를 사용하여, 기판 구성요소의 표면을 처리 및/또는 코팅하는 새로운 방법을 제공한다. 그 절차는 다음과 같다: a) 기판 구성요소를 위한 원하는 코팅 또는 처리 프로그램에 따라, 상기 증착 또는 처리 챔버에 모듈 상태의 코팅 및/또는 처리 유닛(기화기, 캐소드, 타켓, 마크네트론, 팔라멘트 캐소드, 및 에칭 애노드)뿐 아니라 실딩 요소를 조립하는 단계; b) 동일한 처리를 거치게 될 기판 구성요소를 기판 캐리어에 장착하는 단계; c) 증착 또는 처리 챔버를 닫는 단계; 및 d) 하나의 배치로, 기판 캐리어 상에 그룹으로 결합된기판 구성요소에 대해 개별 처리 또는 코팅 프로그램을 실행하는 단계.

Description

기판 구성요소의 표면 처리 및/또는 코팅 장치 {APPARATUS FOR TREATING AND/OR COATING THE SURFACE OF A SUBSTRATE COMPONENT}
본 발명은 기체상(gas phase)의 증착에 의한, 특히 제1항 또는 제14항 각각의 전제부에 따른, 물리 기상 증착(physical vapor deposition, PVD) 또는 반응성 PVD법에 따른 기체상의 물리 증착에 의한 기판 구성요소의 표면 처리 및/또는 코팅 장치 및 방법에 관한 것이다. 이러한 장치 또는 상기 한 방법을 사용하면 예를 들면 가공중인 제품의 표면(workpiece surface), 즉 기판 구성요소에 매우 얇은 코팅, 예를 들면 티타늄에 기반한 탄화물 코팅과 같은, 부식 및 마모 방지용 코팅을 도포하는 것이 가능하다. 이러한 얇은 코팅은 공작기계 제작(tool production), 특히, 기계가공용 정밀 공구(machining precision tool), 예를 들면 드릴링(drilling), 밀링(millin) 또는 리이밍(reaming) 공구에 자주 사용된다.
화학 기상 증착(chemical vapor deposition, CVD)법은 900 내지 1100℃의 비교적 높은 처리 온도를 사용하여 동작하지만, PVD 처리에서는 처리 온도를 실질적으로 더 낮출 수 있다, 즉 대략 100 내지 600℃로 낮출 수 있다. 이 방법에 따르면, 코팅 물질은 먼저, 예컨대 전자빔, 전기 아크(electric arc, 아크 PVD), 또는 스퍼터링에 의해 적당한 물리적 영향(physical effect)을 받아 기화된다. 기화된 물질은 그후 기판 표면 상에 입사하여, 그곳에 층을 형성한다. 기화 물질의 입자(vapor particle)가 기판에 도달하도록 하려면, 부분 진공(partial vacuum)을 사용하여야 한다. 이 프로세스에서 선형 입자 운동이 일어나므로, 기판 표면 전체가 균일하게 동일 조직으로 코팅될 수 있도록 하려면 기판을 이동시켜야 한다.
그러나, PVD법의 낮은 처리 온도는 더 많은 장치 비용을 지불하고서 얻어진 것이다. 그 이유는 우수한 코팅 접착력(coating adhesion)을 얻기 위해서는 코팅될 기판에 대해 세심한 표면 전처리 및 정밀한 프로세스 제어를 수행하여야 하기 때문이다. 또, 이른바 음영 효과의 보상이 보장되어야 한다. 그러므로, 관련 PVD 코팅 설비는 코팅 또는 표면 처리 절차 동안에 기판 구성요소의 연속적인 이동을 위한 드라이브 기술을 갖춰어야 한다. 또, 증착 또는 기화는 고진공 상태에서, 즉 10-4 내지 10 Pa 범위 내에서 수행되어야 하기 때문에, 즉 처리 챔버가 외부에 대해 완전 밀폐(hermetically sealed)되어야 하므로, 코팅 설비의 구성이 이처럼 비교적 복잡해진다.
금속과 같은 코팅 물질을 기체상으로 전환하기 위해, 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering)을 비롯한 스퍼터링, 반응성 이온 플레이팅(reactive ion plating)을 비롯한 이온 플레이팅, 또는 레이저 기화(laser vaporization)나 진공 기화 등의, PVD법에 따른 다양한 방법이 제안되었다. 이 모든 방법은, 가스 분위기(gas atmosphere), 온도, 및 코팅 물질에 대한 기판 표면의 배향 등의 처리 파라미터가 원하는 코팅 또는 처리 효과를 얻기 위해 매우 정밀하게 유지되어야 한다는 특징을 공유한다. 그러므로, 전형적인 코팅 설비는, 처리 챔버가 다수의 기판 캐리어와, 기화기(vaporizer) 소스, 캐소드, 타겟, 마크네트론 등의 코팅 및/또는 처리 유닛을 위한 공간을 제공하도록 구성되어 있다. 이러한 진공 처리 설비는, 예를 들면 특허문헌 DE 10 2005 050 358 A1 또는 DE 10 2006 020 004 A1에 기재되어 있다.
이러한 상업적으로 입수 가능한 설비를 사용하면 처리 및/또는 코팅될 기판에는 단일 유형의 코팅만이 형성될 수 있다. 특허문헌 US 6,051,113에 기재된 바와 같이, 이러한 유형의 코팅은 다층 코팅일지라도, 예를 들면 전형적인 코팅 설비의 경우, 코팅 두께는 전체 배치(batch)에 대해 다르게 작용할 수 있더라도, 오지 한 유형의 코팅만이 항상 코팅 설비의 전체 배치에 대해 증착될 수 있다는 것을 의미한다.
이것의 결과는, 전형적인 코팅 설비는 보통 비능률적으로만 동작될 수 있다는 것이다. 그 이유는 PVD법에 따라 처음에 설명한 코팅 및/또는 처리 설비에서 처리 시간 중 가장 많은 비율이 기판 및 이를 유지하는 장치를 가열 또는 냉각 시에 소비되기 때문이다. 또, 코팅될 기판 구성요소의 스펙트럼은 여러 코팅 중심으로 널리 퍼지기 때문에, 상이한 기판 구성요소를 위해서는 또한 상이한 코팅이 필요하다. 코팅 용기의 치수로 인해 코팅 설비의 용량은 고정되어 있고, 특정한 유형의 코팅을 필요로 하는 기판 또는 기판 구성요소의 수는 종종 코팅 설비를 100% 채우기는 불충분하기 때문에, 종종 요구된 납기(delivery time)를 지킬 수 없다.
그러므로 본 발명은 기체상의 증착에 의해, 특히 PVD법에 따른 기체상의 물리 증착에 의해 기판 구성요소의 표면 처리 및/또는 코팅 장치, 및 이러한 장치를 사용하여 처리 시간 및 납기를 최소화할 수 있는 이러한 장치의 동작 방법을 제공하는 목적에 기초한 것이다.
이 목적은 제1항의 특징에 의한 장치 및 제14항의 단계에 의한 방법으로 달성된다.
본 발명에 따르면, 상기 장치는 모듈을 장착할 수 있도록, 그리고 상기 코팅 장치에 배치(batch)로 도입된 기판 구성요소가 코팅/처리 챔버를 닫은 후에 상이한 처리, 즉 코팅 또는 표면 처리를 받을 수 있도록 구성된다. 상기 장치의 본 발명에 따른 설계를 통해, 코팅 설비의 활용도는 상당히 증가될 수 있고, 또 코팅 설비는 실질적으로 더 경제적으로 또한 크게 향상된 에너지 효율로 동작될 수 있다. 그 이유는 코팅 설비 내에서 본 발명에 따른 더 많은 수의 기판 구성요소가 한번에 가열 및 냉각되기 때문에, 처리 시간이 상당한 규모로 절약된다.
본 발명에 따른 방법은, 그 핵심으로(in its core), 코팅될 상이한 기판 구성요소를 위한 원하는 코팅 및/또는 처리 프로그램에 따라 코팅 및/또는 처리 유닛과 실딩(shielding) 모듈을 조립할 수 있고, 그후 상기 기판 캐리어에는 하나의 배치로 동일한 처리를 받을 기판 구성요소를 장착할 수 있다는 점이 특징이다. 상기 처리 챔버를 닫은 후, 상기 실딩 모듈 및 상기 설비의 프로세스 컨트롤러는 상기 개별 기판 캐리어 상에 조립된 기판 구성요소가 개별 코팅 및/또는 처리 프로그램을 적용받을 수 있도록 보장한다. 상기 방법의 개선예에 따르면, 상기 코팅 챔버의 여러 곳에서 동시에 상기 기판 구성요소에 대해 상이한 처리를 수행할 수도 있다.
상기 코팅 설비의 모듈식 구성 덕분에, 코팅 설비를 각각의 기존 주문 상황에 매우 유연하게 맞출 수 있다. 추가적인 이점은, 개별적으로 가열 및 냉각되고 처리 챔버의 다른 구역으로부터 실딩될 수 있고, 상기 챔버의 다른 구역으로부터 실딩된 상태에서 특정 코팅 및/또는 에칭 프로그램이 수행될 수 있는, 상기 처리 챔버 내에 제공될 수 있는 구역(area)에, 감소된 양만이 채워지더라도 설비가 경제적으로 동작될 수 있는 결과를 낳는다.
본 발명의 유리한 개선예 및 변형예는 종속항의 주제이다.
제2항의 유리한 개선예에 따르면, 처리 챔버의 기존 설치 공간을 유리하게 활용하고, 처리 장소(treatment station)의 공간 분리로 인해, 기판 구성요소에 대한 상이한 처리를 동시에 실행할 수 있는 추가적인 유리한 결과를 낳는다. 또, 이에 따라 선택된 코팅 및/또는 처리 유닛의 상이한 기판 캐리어를 인접한 코팅 및/또는 처리 유닛의 영향을 받지 않으면서, 정밀하게 모니터링되는 처리 파라미터를 가지는 개별 처리할 가능성이 열린다. 따라서 코팅에 대해 매우 정밀한 동질적인 성장 속도를 얻을 수 있다.
바람직하게는 결과적으로 모듈로 구현되는, 제3항의 실딩 유닛을 통해, 실딩 모듈을 사용하는 매우 빠듯한 설치 공간 내에서도 기판 구성요소가 상이한 처리를 받을 수 있기 때문에, 소중한 설치 공간을 절약할 수 있다.
PVD 코팅 설비가, 표면 처리 또는 코팅의 품질 저하를 용인하지 않으면서, 제4항에 따른 칸막이 벽(partition wall) 구성부의 형태로 실딩 모듈을 구현하기에 충분하다는 것이 밝혀졌다. 상기 칸막이 벽은, 세라믹 및/또는 구멍난(perforated) 금속 재료를 비롯한, 상이한 재료를 포함할 수 있다.
제5항에 따라, 상기 증착 또는 처리 챔버가 닫혀 있을 때 상기 기판 캐리어와 상기 코팅 및/또는 처리 유닛 및/또는 가열 유닛 사이의 상대 위치를 변경할 수 있는 키네매틱스(kinematics)가 제공되는 경우에, 상기 설비의 유연성(flexibility)은 더욱 증가될 수 있다.
기본적으로 캐리어 구조체(carrier construction)와 함께 드라이브를 구비한 코팅 및/또는 처리 유닛을 제공하는 것이 가능하다. 그러나 제6항에 따른 설치 테이블이 회전 드라이브(rotary drive)를 구비하는 경우, 키네매틱스는 더 간단하다.
상기 설치 테이블의 회전 드라이브 유닛은 유리하게는 선택된 코팅 및/또는 처리 유닛과 관련하여 선택된 기판 캐리어의 배치를 위한 인덱싱 유닛(indexing unit)으로서 동시에 사용되어, 제어 비용이 더 줄어든다.
제10항에 따르면, 예를 들면 샤프트 형태의, 기판 캐리용의 회전 드리이브는 설치 테이블의 각 설치 공간에 제공된다. 이렇게 하여 코팅 설비가 균일하게 코팅될 기판 요소로 100% 채워질 때, 전술한 설비의 융통성을 잃지 않으면서, 코팅 설비를 일반적인 방법으로 동작시킬 수 있다.
제11항의 변형예를 사용함으로써, 예를 들면, 코팅 및/또는 처리 유닛에 바로 인접한 선택된 캐리어는 순환 동작을 일으키지 않는 회전 운동 내에 고정될 수 있고, 이에 따라 선택된 기판 구성요소 상에 두께가 정밀하게 정의된 극히 동질의 코팅을 증착하는 것이 가능하다.
기본적으로, 선택된 코팅 및/또는 처리 유닛을 연속적으로 기능을 발휘하도록 하는 것이 가능하다. 본 발명에 따른 코팅 설비의 구성은 또한 선택된 코팅 및/또는 처리 유닛이 동시에 동작될 수 있도록 해주지만, 이에 따라 더욱 처리 시간이 절약된다.
이하, 개략적인 도면에 기초하여 본 발명의 예시적인 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 코팅 챔버 벽이 제거된 상태의 코팅 설비의 내부를 나타낸 사시도이다.
도 2는 코팅 챔버 벽이 제거된 상태의 코팅 설비의 내부를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2의 III-III에 대응하는 단면으로 도 2에 따른 코팅 설비를 나타낸 개략 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 코팅 설비의 선택된 드라이브 구성요소를 나타낸 개략 사시도이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 방법을 수행하는 동안의 상이한 설치 테이블 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도면들은 PVE법 또는 반응성 PVD법에 따라 기판 구성요소를 코팅하는데 필요한 코팅 설비의 처리 챔버(더 자세하게는 도시되지 않음)의 내부에 수용된 구성요소를 개략적으로 나타낸다. 즉, 도면에 나타낸 조립체는 진공 상태(evacuated)로 될 수 있고 바람직하게는 여러 가스 연결부를 구비하고 있는 진공 챔버 또는 코팅 챔버 내에 위치하고 있다. 이러한 진공 챔버는 공지되어 있으므로, 여기서는 이 챔버에 대한 더 자세한 설명을 생략할 수 있다. 이하 더욱 상세하게 설명할 코팅 설비의 특별한 특징은, 개선된 유연성으로 인해 이러한 설비의 동작 중에 비용 효율을 상당히 증가시키고 설비의 처리 시간을 최소화하도록, 진공으로 될 수 있는 증착 또는 처리 챔버의 내부에 장착할 수 있는 방법이다.
이를 위해, 모듈식 구성의 코팅 장치가 선택된다. 코팅 및/또는 처리 모듈(12)은 도면부호 10으로 나타낸 설치 테이블 주위에 미리정해진 각도 간격으로 위치하고 있다. 이 코팅 및/또는 처리 모듈(12)은 기화기 또는 모듈로 장착될 수있는 타겟을 가지는 이른바 스퍼터 캐소드로 형성되는 것이 바람직하며, 부가적인 이른바 셔터(shutter)(자세하게는 도시되지 않음)라고 하는 것이 사용될 수 있다. 이러한 코팅 또는 처리 모듈은 그 자체가 공지되어 있으므로, 여기서 이 구성요소들에 대한 더 자세한 설명은 불필요하다. 그러나, 본 발명이 특수한 처리/코팅 모듈로 한정되지 않다는 것은 강조되어야 한다. 오히려, PVD법에 따른 코팅 프로세스에 자주 사용되는 모든 유닛이 사용될 수있다. 코팅/처리 모듈(12)에 더해, 보통 처리 모듈(12)들 사이에 위치되고 마찬가지로 모듈로 구현될 수 있는 부가적인 가열 유닛(14)이 제공된다.
도면부호 16으로 식별되는 에칭 애노드(etching anode)는 설치 테이블(10)의 중앙에 위치되어 있으며, 코팅 챔버의 큐폴라(cupola)(도시되지 않음)의 구역(area)에서 코팅 모듈(12)과 가열 유닛(14) 위에 있는, 중앙의 필라멘트 캐소드(도면에 더 자세하게는 도시되지 않음)와 함께 동작한다.
도 1은 증착 또는 처리 챔버가 개방된 때의 코팅 또는 처리에 필요한 모듈의 구성을 나타내는 한편, 도 2의 평면도에는 챔버가 폐쇄된 때의 구성을 나타낸다. 이 도면은, 설치 테이블(10) 주위에 접지된 코팅 모듈(12) 및 가열 유닛(14)의 일부를 진공 챔버용의 충전 도어(charging door)로 사용되는 분리된 부분(separate part)에 설치할 수 있다는 것을 보여준다. 나머지 코팅 및 가열 모듈은, 충전 도어처럼, 코팅 및 가열 모듈의 유연성있는 구성부를 위한 설치 지점을 가지는 캐리어 구조체 상에 설치된다.
설치 테이블(10)은 캐러셀(carousel, 회전식 원형 컨베이어) 형태로 구현되고, 도 2에서 가장 명백한 바와 같이, 다수의, 즉 도시된 예시적인 실시예에서는 8개의, 바람직하게 동일하게 설계된 설치 공간(18-1 내지 18-8)을 포함하며, 이곳에 각각 상이한 모듈을 장착할 수 있다.
드라이브 샤프트(22)는 각 설치 공간(18-1 내지 18-8)과 연관되어 있으며, 그 각각은 수직 회전축을 가진다. 설치 공간(18-2, 18-4, 18-6, 18-8)에, 드라이브 샤프트(22)가 수직 캐리어 샤프트(24)에 회전 가능하게 고정 연결되며, 드릴(drill)과 같은 기판 구성요소를 미리 정해진, 바람직하게는 설정 가능한 축 간격으로 유지하는 플러그 리셈터클(plug receptacle)(34)를 가지는 턴테이블(26)을 포함한다(carry). 플러그 리셉터클은, 드릴이 코팅 또는 처리될 표면 섹션과 함께 플러크 리셉터클로부터 돌출되도록 구현된다.
캐리어 샤프트(24)는 지지 로드(support rod)(20)와 지지 암(support arm)(28)을 사용하여 고정된다. 트랜스미션(더 자세하게 도시되지 않음)을 통해, 플러그 리셉터클과 그 때문에 기판 구성요소도 또한 턴테이블(28)의 회전 시에, 마찬가지로 수직인, 플러그 리셈터클의 축 주위를 동일 또는 반대 방향으로 별개의 회전을 수행한다.
도 4는, 키네매틱스를 기초로 도 1 내지 도 3의 도면을 약간 변경하여, 회전 운동이 어떻게 설치 테이블(10) 및 드라이브 샤프프(22)에 전달될 수 있는지를 개략적으로 나타낸다. 제1 링 기어(34)의 내부 기어링(internal gearing)과 메시 결합(mesh engagement)되어 있는 드라이브 기어휠(32)은 설치 테이블(10) 아래에 위치되어 있다. 링 기어(34)는 축 방향으로 오프셋된 더 큰 직경의 제2 링 기어(36)에 회전 가능하게 고정 연결되고, 제1 드라이브 피니언(38)을 사용하는 내부 기어링에 의해 구동될 수 있다.
드라이브 기어휠(32)을 포함하는 샤프트(22)는 회전 가능하게 장착된 설치 테이블(10)을 통해 연장되고 또한 제2 드라이브 피니언(42)에 의해 구동 가능한, 설치 테이블(10) 아래에 위치된 기어휠(40) 내에서 회전 가능하도록 안착된다.
그러므로, 제2 드라이브 피니언(42)이 구동될 때, 기어휠(40)이 드라이브 샤프트(22)를 구동하고, 따라서 설치 테이블(10)을 회전 방향으로 구동한다. 이렇게 하여, 설치 테이블(10)이 순환될 수 있다.
동시에, 드라이브 기어휠(32)은 제1 링 기어(34)의 내부 치형부(teeth) 위를 구른다. 제1 드라이브 피니언(38)의 회전 드라이브의 적당한 제어를 통해, 제1 링 기어(34)의 속도를 기어휠(40)의 속도와 동일하게 유지할 수 있으므로, 드라이브 샤프트(22)는 설치 테이블(10)의 순환 운동 동안에 회전하지 않는다.
이와는 대조적으로, 제2 드라이브 피니언(42)의 구동이 중지되고 설치 테이블은 여전히 연동된 상태(indexed)이면, 모든 드라이브 샤프트(22)는 제1 드라이브 피니언(38)을 활성화시킴으로써 동시에 회전 운동으로 설정될 수 있다.
설치 공간 중 일부, 즉 설치 공간(18-1, 18-3, 18-5, 18-7)에는 설치 공간(18-2, 18-4, 18-6, 18-8)과는 다르게 장착되어 있다. 그것들은 덮여 있는(covered) 드라이브 샤프트(22) 위에 반경 방향으로 배향된 실딩 판(shielding plate)(48)을 위한 홀더(46)를 가지는 커버 판(44)을 포함한다. 추가의, 고정 설치된 실딩 벽 구성부(configuration)(50)가, 설치 공간 18-1과 18-7, 또는 18-3과 18-5의 두 개의 인접한 실딩 판(48) 사이에 각각의 경우 제공되며, 각각의 경우 볼록 판(convex plate)(52)과 교차 판(secant plate)(54)에 의해 형성되고 인접한 방사상의 실딩 판(48) 사이의 공간을 인접한 설치 공간과 차단한다. 실딩 판(48)과 실딩 벽 구성부(50)는 또한 모듈로 구성되고, 코팅 챔버의 내부의 상이한 위치에 - 나머지 처리/코팅 구성요소의 구성에 의존하여 - 설치될 수 있다.
전술한 구성의 코팅 설비는 다음의 효과를 낳는다:
기판 캐리어(2)뿐 아니라, 기화기 소스, 캐소드, 타켓, 마그네트론, 필라멘트 캐소드(들), 및 에칭 애노드와 같은 코팅 및/또는 처리 모듈(12)은 물론, 가열 모듈(14)도 모듈로 조립될 수 있으며, 하나의 배치로 설비 내로 도입된 기판 구성요소가 코팅 및 처리 챔버 내에서 상이한 처리(코팅, 표면 처리)를 받을 수 있도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 기판 구성요소, 예를 들면 상이한 드릴들은 증착 또는 처리 챔버 내의 여러 위치에서 상이한 처리를 받을 수 있는 상이한 기판 캐리어 상에 조립될 수 있으며, 기판 캐리어(26) 상에 위치하고 있는 적어도 기판 구성요소(56)는 실딩 판(48) 및 실딩 벽 구성부(50)를 통해 매우 특수한 코팅 및/또는 처리 유닛(12)의 영향권(influence area) 내에 배타적으로 유지된다.
또, 드라이브 장치가 제공되기 때문에, 이것을 사용하여 기판 캐리어(26)와 코팅 및/또는 처리 모듈(12) 사이의 상대 위치를 증착 및/또는 처리 챔버가 닫힌 상태에서 변경 가능하여, 몇개의 기판 구성요소만에 대해 특정한 코팅을 형성하거나 특정한 처리를 해야하더라도 코팅 설비를 비용 효율적으로 동작시킬 수 있는 가능성이 있다. 그 이유는, 기화기 소스, 캐소드, 타켓, 마그네트론, 필라멘트 캐소드(들), 및 에칭 애노드와 같은 코팅 및/또는 처리 모듈(12)뿐 아니라, 실딩 요소(48, 50) 코팅 및/또는 처리 모듈(12)도 기판 구성요소에 대한 원하는 코팅 또는 처리 프로그램에 따라 증착 또는 처리 챔버 내에 모듈로 조립될 수 있고, 그래서 기판 캐리어(25)들에는 동일한 처리를 받게 될 기판 구성요소들이 장착될 수 있기 때문이다. 다음에, 증착 또는 처리 챔버를 닫을 수 있고, 그후 기판 캐리어(26) 상에 그룹으로 조립된 기판 구성요소에 대한 개별 처리 또는 코팅 프로그램 이 하나의 배치로 실행될 수 있다. 여러 번의 기판 구성요소 및 기판 캐리어의 가열 및 냉각을 생략할 수 있어, 처리 시간을 상당한 정도로 절약할 수 있으며 소규모 배치의 경우에도 코팅 설비의 사용 효율을 크게 증가시킬 수 있다.
이에 대해 도 5a 내지 도 5d에 기초한 처리 예를 기초로 설명한다:
예를 들면, 세 개의 상이한 유형의 코팅이 하나의 배치에 적용되는 것으로 가정한다. 이 경우에, 도 5a에 도시된 바와 같이, 위치 1, 3, 5 및 7은 벌크헤드 모듈(bulkhead module)(48-1, 48-3, 48-5, 48-7)이 차지하고 있다. 기판은 위치 2, 4, 6, 및 8에서 채워진다.
펌핑, 가열, 및 냉각의 처리 단계는 이러한 모든 캐리어에 동일하며, 설치 테이블(10) 또는 캐러셀이 그 축 주위를 회전한다.
에칭(이온 에칭)을 위해, 캐러셀(10)이 정지하고 위치 4 및 8의 기판 캐리어(26)가 자신의 축 주위를 회전한다. 에칭 단계가 시작될 수 있다(도 5a).
위치 4 및 8에 대한 에칭이 완료되면 바로, 드라이브가 더 순환하여 위치 2 및 6이 에칭 위치로 오게된다. 이제 위치 6 및 2는,이온 충격(ion bombardment)이 끝날 때까지, 자신의 축 주위를 회전한다.
에칭 단계가 성공적으로 완료되면, 코팅이 시작된다(도 5c). 위치 4 및 8이 자신의 축 주위를 회전하고, 타켓 TiAl 및 Ti를 가지는 이들 위치에 할당된 좌우의 기화기 각각이 가동되고(fired), 소각(burning off)을 완료한 후(가능한 경우), 셔터(더 자세하게는 도시되지 않음)가 - 있다면 - 개방된다. 적당한 질소 분위기를 조성한 후, 티타늄 질화물을 사용하여 위치 4를 코팅하고, 티타늄 알루미늄 질화물을 사용하여 위치 8을 코팅한다. 얻고자하는 코팅 두께에 따라, 기화기가 턴오프되고/되거나, 관련 셔터가 닫힌다. 드라이브는 도 5d에 따른 위치로 더 순환한다.
이제 위치 2 및 6이 나노층(nanolayer)을 사용하여 코팅될 수 있다. 위치 2 및 위치 6이 다음 층에 필요한 각각의 기화기에 도달하면, 대응하는 기화기가 가동되고/되거나 셔터가 - 있다면 - 개방된다. 각각의 층이 증착될 수 있다. 그후 위치는 자신의 축 주위를 더 회전한다.
각 위치는 개별로 코팅되거나 여러 기화기에 의해 동시에 코팅될 수도 있다.
더 순환하기 위해, 캐러셀은 자신의 축 주위를 회전한다. 모든 코팅이 증착되면, 기화기는 턴오프된다. 이제 배치 전체가 냉각되고, 그후 코팅 또는 처리 챔버, 즉 용기(vessel)를 환기시킬 수 있다. 프로세스가 완료된다.
상기한 프로세스는 하나의 가능한 변형예일 뿐이다. 설치된 기화기의 수에 및 그 타켓 물질, 위치의 수, 및 벌크헤드 모듈의 구성의 함수에 따라, 하나의 프로세스에 여러 코팅 유형이 가능하다. 충전 레벨(fill level)은 또한 상기한 조건들에 직접적으로 의존하고 따라서 가변이다. 모듈식 구성을 통해 단축된 프로세스도 또한 가능하다. 이 경우에, 감소된 수의 위치만이 충전되고 이들은 목표로한 방식으로 가열, 전치리, 및 코팅된다.
물론, 기본 사상을 벗어나지 않는 전술한 실시예의 변경도 가능하다. 따라서, 다른 코팅, 예를 들면 장식용의 코팅도 또한 적층될 수 있음은 물론이다.
설치 공간에 배치될 수 있는 벌크헤드 모듈 대신, 반경 방향 또는 축방향으로 처리 챔버의 내부에 삽입될 수 있는 벌크헤드 유닛이 또한 사용, 및/또는 이동 및/또는 배향될 수 있다.
또한, 예를 들면, 기판 캐리어용 드라이브의 구역 내에서 키네매틱스 반전(kinematic reversal)이 수행되어, 설치 테이블은 여전히 고정되어 있고 처리/코팅 유닛은 구동된다.
에칭 애노드 대신에, 코팅 챔버에서의 기판 전처리를 위해 다른 기능 유닛도 사용될 수 있으며, 이러한 기능 유닛의 공간 배치는 또한, 예를 들면 프로세스 때문에, 폭 제한에 있어 변화할 수 있다.
끝으로, 드라이브 키네매틱스 또한 기판 구성요소와 코팅 또는 처리 유닛 사이에 필요한 상대 운동을 제공하기 위하여 자유로이 변화될 수 있다.
드라이브는, 설치 테이블, 기판 캐리어, 및 유리하게는 개별 기판 구성요소를 위한 홀더도 또한 처리 유닛에 관련된 상대 회전 운동을 받게 할 수 있는 것만이 결정적인 것이다.
일반적인 설비를 사용하여 가능한 것과 같은 동작을, 또한 기술한 구성을 사용하여 구현할 수도 있다. 이것은 모든 위치가 기판을 수용(carry)하기 때문이다. 그러나, 그러면 벌크헤드 모듈(48, 50)은 설치되지 않는다. 배치 내에 위치된 모든 기판은 여러 처리 단계에서 동등하게 처리된다. 오직 한 유형의 코팅이 증착된다.
동작에 대한 다른 가능성은, 선택된 기판 캐리어에만 장착되므로 설비는 감소된 양만이 충전되어, 처리하는 동안에 처리 또는 코팅이 수행될 섹터만이 가열되는 점에서, 코팅 프로세스가 단축된다는 것이다.
따라서, 본 발명은 기체상의 증착에 의해, 특히 PVD법 또는 반응성 PVD법에 따른 기체상의 물리 증착에 의해 기판 구성요소의 표면을 처리 및/또는 코팅하는 장치를 제공한다. 다수의 기판 캐리어와, 기화기 소스, 캐소드, 타켓, 마그네트론, 필라멘트 캐소드, 및 에칭 애노드와 같은 다수의 코팅 및/또는 처리 유닛이 설비의 보다 경제적인 활용을 위해 진공으로 될 수 있는 증착 또는 처리 챔버 내에 위치될 수 있고, 하나의 배치로 설비 내에 도입된 기판 구성요소가 상이한 처리(코팅, 표면 처리)를 받을 수 있도록 모듈식으로 장착될 수 있다.
또한, 본 발명은, 상당히 더 비용 효율적으로 동작될 수 있는 PVD(physical vapor deposition) 또는 반응성 PVD법에 따른 코팅 설비를 사용하여, 기판 구성요소의 표면을 처리 및/또는 코팅하는 새로운 방법을 제공한다. 이 방법은 다음의 단계에 특징이 있다:
a) 기판 구성요소를 위한 원하는 코팅 또는 처리 프로그램에 따라, 상기 증착 또는 처리 챔버에 모듈 상태의 코팅 및/또는 처리 유닛(기화기, 캐소드, 타켓, 마크네트론, 팔라멘트 캐소드, 및 에칭 애노드)뿐 아니라 실딩 요소를 조립하는 단계;
b) 동일한 처리를 거치게 될 기판 구성요소를 기판 캐리어에 장착하는 단계;
c) 증착 또는 처리 챔버를 닫는 단계; 및
d) 하나의 배치로, 기판 캐리어 상에 조립된 기판 구성요소에 대해 개별 처리 또는 코팅 프로그램을 실행하는 단계.

Claims (15)

  1. 진공으로 될 수 있고, 복수의 기판 캐리어(26)와 복수의 코팅 및/또는 처리 유닛(12, 14, 16)(기화기 소스, 캐소드, 타켓, 마그네트론, 가열 유닛, 필라멘트 캐소드, 및 에칭 애노드)이 위치하고 있는 증착 또는 처리 챔버를 가지며, 기체상의 증착에 의해, 특히 PVD(physical vapor deposition) 또는 반응성 PVD법에 따른 기체상의 물리 증착에 의해 기판 구성요소의 표면을 처리 및/또는 코팅하는 장치로서,
    하나의 배치로 설비 내에 도입된 기판 구성요소(56)가 상이한 처리(코팅, 표면 처리)를 받을 수 있도록, 상기 설비를 모듈식으로 설치할 수 있는, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판 구성요소(56)는 상기 증착 또는 처리 챔버 내의 여러 곳(위치 1 내지 8)에서 상이한 처리를 받는, 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 증착 또는 처리 챔버 내에는 하나 이상의 실딩 유닛(48, 50, 52, 54)이 수용될 수 있고, 이를 사용하여 적어도 하나의 기판 캐리어(24, 26) 상에 위치하고 있는 상기 기판 구성요소(56)가 코팅 및/또는 처리 유닛(12)의 영향권 내에 배타적으로 유지되는, 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 실딩 유닛(48, 50, 52, 54)은 모듈로 구현되고, 판(48, 52, 54)으로부터 조립될 수 있는 칸막이 벽 구성부(48, 50)와 같은, 평면 구성요소로 형성되는 것이 바람직한, 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    유닛(10, 32 내지 42)을 포함하며, 이를 사용하여 상기 증착 또는 처리 챔버가 닫혀 있을 때 상기 기판 캐리어(24, 26)와 상기 코팅 및/또는 처리 유닛(12) 사이의 상대 위치를 변경시킬 수 있는, 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    설치 테이블(10)을 포함하며, 상기 설치 테이블(10)은, 상기 증착 또는 처리 챔버 내에 상기 코팅 및/또는 처리 유닛(12, 14)(기화기 소스, 캐소드, 타켓, 마그네트론)용의 캐리어 구조체의 반경 방향으로 내부에 수용되고, 주위에 분포된, 상기 기판 캐리어(24, 26)를 위한 드라이브 소스(22)가 장착되는 복수의 설치 공간(18-1 내지 18-8)을 가지는, 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 설치 공간에는 기판 캐리어(24, 26) 및/또는 실딩 유닛(48, 50)이 장착될 수 있는, 장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    드라이브 및 인덱싱 유닛(10, 32 내지 42)을 포함하며, 이를 사용하여 설치 테이블(10)과 캐리어 구조체 사이의 상대 회전 운동이 제어 가능한, 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 설치 테이블(10)은 회전 드라이브를 가지는, 장치.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 캐리어(24, 26)의 드라이브는 상기 기판 구성요소(56) 위에 내려지는(discharge), 장치.
  11. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 기판 캐리어의 회전 운동은 상기 설치 테이블의 순환 운동과 분리되는(decoupled), 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 선택된 코팅 및/또는 처리 유닛(12-1, 12-2)이 동시에 동작 가능한, 장치.
  13. 제6항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐리어 구조체는 상기 코팅 및/또는 처리 유닛(12) 및/또는 가열 유닛(14)을 위한 설치 위치에 장착되는, 장치.
  14. 기체상의 증착을 사용하여, 특히 PVD(physical vapor deposition) 또는 반응성 PVD법에 따른 기체상의 물리 증착을 사용하여 기판 구성요소의 표면을 처리 및/또는 코팅하는 방법으로서,
    상기 기판 구성요소는 진공으로 될 수 있는 증착 또는 처리 챔버 내에 복수의 기판 캐리어와 함께 수용되며,
    a) 상기 기판 구성요소(56)를 위한 원하는 코팅 또는 처리 프로그램에 따라 상기 증착 또는 처리 챔버 내에 모듈 상태의 코팅 및/또는 처리 유닛(12)(기화기, 캐소드, 타켓, 마크네트론, 팔라멘트 캐소드, 및 에칭 애노드) 및/또는 가열 유닛(16)뿐 아니라 실딩 요소(48, 50)를 조립하는 단계;
    b) 동일한 처리를 거치게 될 기판 구성요소(56)를 상기 기판 캐리어(26)에 장착하는 단계;
    c) 상기 증착 또는 처리 챔버를 닫는 단계; 및
    d) 하나의 배치로 상기 기판 캐리어(24, 26) 상에 조립된 상기 기판 구성요소(56)에 대해 개별 처리 또는 코팅 프로그램을 실행하는 단계
    를 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 단계 d)에서, 상기 각각의 개별 기판 캐리어(24, 26)를 필요에 따라 순환 방식으로 각각의 관련된 코팅 및/또는 처리 유닛(12)에 대해 각각의 표면 처리에 최적화된 상대 위치로 움직이는, 방법.
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