KR20130111784A

KR20130111784A - 스퍼터 장치

Info

Publication number: KR20130111784A
Application number: KR1020120033941A
Authority: KR
Inventors: 정홍기; 김영태
Original assignee: 주식회사 에스에프에이
Priority date: 2012-04-02
Filing date: 2012-04-02
Publication date: 2013-10-11
Also published as: KR101385590B1

Abstract

스퍼터 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 스퍼터 장치는, 기판에 대한 증착공간을 형성하는 챔버; 및 챔버 내부에 회전가능하게 마련되되, 기판을 향하여 증착물질을 제공하는 회전형 캐소드를 포함하며, 회전형 캐소드는, 기판을 향하여 증착물질을 제공하는 타겟; 타겟이 외주면에 마련되는 캐소드 백킹튜브; 캐소드 백킹튜브의 내부에 마련되되, 냉각수를 순환시켜 타겟과의 간접접촉을 통해 타겟을 냉각시키는 타겟 냉각부; 및 캐소드 백킹튜브에 마련되되, 냉각수가 캐소드 백킹튜브에 접촉하는 면적을 증가시켜 타겟에 대한 냉각효율을 증대시키는 타겟 냉각효율 향상유닛을 포함한다.

Description

스퍼터 장치{APPARATUS TO SPUTTER}

본 발명은, 스퍼터 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 타켓의 냉각효율을 향상시킬 수 있는 스퍼터 장치에 관한 것이다.

LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel) 및 OLED(Organic Light Emitting Diodes) 등의 평면 디스플레이나 반도체는 박막 증착(Deposition), 식각(Etching) 등의 다양한 공정을 거쳐 제품으로 출시된다.

다양한 공정 중에서 특히 박막 증착 공정은, 증착의 중요한 원칙에 따라 크게 두 가지로 나뉜다.

하나는 화학적 기상 증착(Chemical Vapor deposition, CVD)이고, 다른 하나는 물리적 기상 증착(Physical Vapor Deposition, PVD)이며, 이들은 현재 공정의 특성에 맞게 널리 사용되고 있다.

화학적 기상 증착은, 외부의 고주파 전원에 의해 플라즈마(Plasma)화 되어 높은 에너지를 갖는 실리콘계 화합물 이온(ion)이 전극을 통해 샤워헤드로부터 분출되어 기판 상에 증착되도록 하는 방식이다.

이에 반해, 스퍼터 장치로 대변될 수 있는 물리적 기상 증착은, 플라즈마 내의 이온에 충분한 에너지를 걸어주어 타겟에 충돌되도록 한 후에 타겟으로부터 튀어나오는, 즉 스퍼터되는 타겟 원자가 기판 상에 증착되도록 하는 방식이다.

물론, 물리적 기상 증착에는 전술한 스퍼터(Sputter) 방식 외에도 이-빔(E-Beam), 이베퍼레이션(Evaporation), 서멀 이베퍼레이션(Thermal Evaporation) 등의 방식이 있기는 하지만, 이하에서는 스퍼터링 방식의 스퍼터 장치를 물리적 기상 증착이라 하기로 한다.

종래의 스퍼터 장치는, 스퍼터 방식의 공정이 진행되는 챔버와, 챔버 내에서 증착 위치에 놓인 기판을 향하여 증착 물질을 제공하는 스퍼터 소스로서의 타겟과, 타겟이 외벽에 마련되는 캐소드 백킹 튜브를 구비한 캐소드를 포함한다.

타겟은 캐소드 백킹 튜브의 외벽에 마련되는데, 외부로부터 공급되는 파워에 의해 캐소드 백킹 튜브가 음전압이 되면 캐소드 백킹 튜브에 연결된 타겟이 스퍼터링(Sputtering)되며 기판 상에 박막 증착이 이루어진다.

종래 스퍼터 장치의 캐소드는 평면 형태의 캐소드가 주를 이루었으나, 최근에 들어서는 캐소드가 회전축을 기준으로 360°회전 가능한 회전형 캐소드가 개발되어 회전 캐소드의 사용이 점차 증가하고 있다.

한편, 스퍼터 장치는 박막 증착시 하전입자의 높은 에너지로 인하여 플라즈마가 직접 맞닺는 타겟부분에 고온의 열이 발생하게 된다. 이 열은 타겟의 온도 상승을 유발하며, 충분한 냉각이 이뤄지지 않을 경우 타겟이 용융되거나 타겟 표면의 불균일성이 증가되어 박막 균일도가 저하될 수 있는 문제점이 있다.

그러나, 짧은 공정시간에 높은 박막 증착율을 유지하기 위해서는 높은 파워를 인가하여야 한다. 따라서, 높은 파워 인가로 발생할 수 있는 타겟의 온도 상승으로 인해 타겟이 용융되거나 타겟의 불균일성으로 인한 박막 균일도가 저하되는 것을 방지하도록 타겟을 냉각효율을 향상시키는 연구가 필요하다.

[문헌1] KR 10-2006-0111896 A (베카에르트 어드밴스드 코팅스) 2006.10.30.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 타겟의 냉각효율을 향상시킴으로써 높은 파워를 인가할 수 있어, 박막 증착률 증가에 따른 생산성 및 증착품질을 향상시킬 수 있는 스퍼터 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 기판에 대한 증착공간을 형성하는 챔버; 및 상기 챔버 내부에 회전가능하게 마련되되, 상기 기판을 향하여 증착물질을 제공하는 회전형 캐소드를 포함하며, 상기 회전형 캐소드는, 상기 기판을 향하여 증착물질을 제공하는 타겟; 상기 타겟이 외주면에 마련되는 캐소드 백킹튜브; 상기 캐소드 백킹튜브의 내부에 마련되되, 냉각수를 순환시켜 상기 타겟과의 간접접촉을 통해 상기 타겟을 냉각시키는 타겟 냉각부; 및 상기 캐소드 백킹튜브에 마련되되, 상기 냉각수가 상기 캐소드 백킹튜브에 접촉하는 면적을 증가시켜 상기 타겟에 대한 냉각효율을 증대시키는 타겟 냉각효율 향상유닛을 포함하는 스퍼터 장치가 제공될 수 있다.

상기 타겟 냉각부는, 상기 캐소드 백킹튜브의 중심부에 마련된 제1 냉각수 유로; 및 상기 제1 냉각수 유로와 연통되되, 상기 캐소드 백킹튜브의 길이방향을 따라 상기 캐소드 백킹튜브의 내주면에 인접하게 마련된 제2 냉각수 유로를 포함하며, 상기 타겟 냉각효율 향상유닛은, 상기 캐소드 백킹튜브에 상호 이격되게 마련되되, 상기 제2 냉각수 유로를 따라 이동하는 상기 냉각수와 접촉하는 복수의 요철부를 포함할 수 있다.

상기 복수의 요철부는, 상기 캐소드 백킹튜브의 내주면에 상호 이격되게 마련된 복수의 홈부를 포함할 수 있다.

상기 복수의 요철부는, 상기 캐소드 백킹튜브의 내주면에 상호 이격되게 마련되되, 상기 캐소드 백킹튜브의 내주면과 외주면을 관통하는 복수의 홀부에 열전도성이 높은 열전도성물질을 충진하여 형성한 복수의 홈부를 포함할 수 있다.

상기 열전도성물질은, 금, 은, 구리 및 이들을 조합한 합금물질 중 어느 하나일 수 있다.

상기 타겟 냉각효율 향상유닛은, 상기 캐소드 백킹튜브의 외주면에 상호 이격되게 마련되되, 상기 타겟에 접촉하는 돌출형상의 복수의 돌기부를 더 포함할 수 있다.

상기 타겟 냉각효율 향상유닛은, 상기 캐소드 백킹튜브에 상호 이격되게 마련되되, 상기 냉각수가 상기 타겟의 내주면과 직접접촉하게 상기 캐소드 백킹튜브의 내주면과 외주면을 관통하는 복수의 홀부를 더 포함할 수 있다.

상기 회전형 캐소드는, 상기 캐소드 백킹튜브에 마련되되, 상기 타겟을 냉각하는 히트파이프 모듈을 더 포함할 수 있다.

상기 히트파이프 모듈은, 상기 캐소드 백킹튜브의 길이방향을 따라 형성된 복수의 홈부에 각각 삽입되는 복수의 히트파이프; 및 상기 히트파이프의 일측에 결합되는 방열판을 포함할 수 있다.

상기 홈부는, 상기 캐소드 백킹튜브의 내주면 및 외주면 중 적어도 어느 하나에 형성될 수 있다.

상기 회전형 캐소드는, 상기 캐소드 백킹튜브의 일단부에 연결되되, 상기 타겟 냉각부와 연통되어 상기 냉각수를 상기 타겟 냉각부에 공급함과 동시에 상기 타겟 냉각부로부터 배출되는 상기 냉각수가 유입되는 엔드블록을 더 포함하며, 상기 방열판은 상기 엔드블록의 내부에 배치될 수 있다.

상기 회전형 캐소드는, 상기 엔드블록의 내부에 마련되되, 냉각수를 순환시켜 상기 방열판을 냉각시키는 방열판 냉각부를 더 포함할 수 있다.

상기 방열판 냉각부는, 상기 방열판이 배치되는 상기 엔드블록의 내부로 연통되게 마련되되, 상기 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구; 및 상기 냉각수 유입로와 연통되되, 상기 냉각수가 상기 방열판을 냉각시킨 후 배출되는 냉각수 배출구를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들은, 캐소드 백킹튜브에 마련된 타겟 냉각부 및 타겟 냉각효율 향상유닛을 이용하여 타겟을 냉각시킴으로써, 높은 파워를 인가할 수 있어 박막 증착율 증가에 따른 생산성 및 증착품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 스퍼터 장치를 개략적으로 나타내는 구조도이다.
도 2는 도 1의 A-A 단면을 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2의 B부분의 확대도로써 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 요철부를 나타내는 단면도이다.(반구 홈부)
도 4는 도 3의 D-D 단면을 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 2의 B부분의 확대도로써 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 요철부를 나타내는 단면도이다.(사각 홈부)
도 6은 도 5의 E-E 단면을 나타내는 단면도이다.
도 7은 도 2의 B부분의 확대도로써 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복수의 요철부를 나타내는 단면도이다.(홀+충진홈부)
도 8은 도 7의 F-F 단면을 나타내는 단면도이다.
도 9는 도 2의 B부분 확대도로써 캐소드 백킹튜브에 복수의 홀부가 형성된 상태를 나타내는 단면도이다.(홀부)
도 10은 도 9의 G-G 단면을 나타내는 단면도이다.
도 11은 도 2의 C부분을 나타내는 확대단면도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

이하에서 설명될 기판이란, LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel) 및 OLED(Organic Light Emitting Diodes) 등의 평면 디스플레이용 기판이거나 태양전지용 기판, 혹은 반도체 웨이퍼 기판일 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 스퍼터 장치에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 스퍼터 장치를 개략적으로 나타내는 구조도이고, 도 2는 도 1의 A-A 단면을 나타내는 단면도이고, 도 3은 도 2의 B부분의 확대도로써 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 요철부를 나타내는 단면도이고, 도 4는 도 3의 D-D 단면을 나타내는 단면도이고, 도 5는 도 2의 B부분의 확대도로써 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 요철부를 나타내는 단면도이고, 도 6은 도 5의 E-E 단면을 나타내는 단면도이고, 도 7은 도 2의 B부분의 확대도로써 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복수의 요철부를 나타내는 단면도이고, 도 8은 도 7의 F-F 단면을 나타내는 단면도이고, 도 9는 도 2의 B부분 확대도로써 캐소드 백킹튜브에 복수의 홀부가 형성된 상태를 나타내는 단면도이고, 도 10은 도 9의 G-G 단면을 나타내는 단면도이고, 도 11은 도 2의 C부분을 나타내는 확대단면도이다.

도 1 내지 도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 스퍼터 장치는, 기판(10)에 대한 증착공간을 형성하는 챔버(100)와, 기판(10)을 이송 가능하게 지지하는 기판 이송 지지부(200)와, 챔버(100) 내부에 마련되되 기판(10)을 향하여 증착물질을 제공하는 회전형 캐소드(300)와, 회전형 캐소드(300)의 일측에 마련되되 회전형 캐소드(300)에 파워를 공급하는 파워 공급부(410)와, 회전형 캐소드(300)와 파워 공급부(410) 사이에 마련되되 회전형 캐소드(300)와 파워 공급부(410)를 전기적으로 연결하는 전기 연결부(미도시)를 포함한다.

도 1을 참조하면, 챔버(100)는 기판(10)에 대한 증착공간을 형성하는 부분으로서, 증착 공정 시에 그 내부는 밀폐되고 진공 상태를 유지한다. 이를 위해, 챔버(100)의 하부 영역에는 게이트 밸브(110)가 마련되고, 게이트 밸브(110) 영역에는 진공 펌프(120)가 마련된다.

게이트 밸브(110)가 개방된 상태에서 진공 펌프(120)로부터 진공압이 발생되면 챔버(100)(100)의 내부는 고진공 상태를 유지할 수 있다.

챔버(100)의 일측에는 챔버(100)의 내부로 기판(10)이 인입되는 기판 유입구(130)가 형성되고, 챔버(100)의 타측에는 챔버(100)로부터의 기판(10)이 인출되는 기판 배출구(140)가 형성된다. 기판 유입구(130)와 기판 배출구(140)에도 별도의 게이트 밸브(미도시)가 마련될 수 있다.

챔버(100)의 상부 영역에는 타겟(310)과 캐소드 백킹튜브(320)가 마련된 회전형 캐소드(300) 영역을 외부에서 둘러싸는 형태로 챔버(100)와 결합되는 커버(150)가 마련된다.

본 실시예의 경우, 챔버(100) 내에 두 개의 회전형 캐소드(300)가 마련되어 있으나, 이에 한정되지 않고 회전형 캐소드(300)는 하나 또는 세개 이상 마련될 수도 있다. 이때, 커버(150)는 회전형 캐소드(300)가 위치된 두 군데의 영역에서 챔버(100)의 상부로 솟은 형태를 취한다. 이 경우, 커버(150)들은 리드(lid,160)에 의해 기밀되게 연결된다.

기판 이송 지지부(200)는 챔버(100) 내의 중앙 영역에 배치되어 기판(10)을 지지함과 동시에 기판 유입구(130)로 인입된 기판(10)을 기판 배출구(140)로 이송하는 역할을 한다.

기판 이송 지지부(200)는 롤러로 적용될 수 있는데, 통상 챔버(100)의 내부가 고온 상태를 유지한다는 점을 감안할 때 기판 이송 지지부(200)는 내열성 및 내구성이 우수한 재질로 제작되는 것이 바람직하다.

기판 이송 지지부(200)의 하부 영역에는 기판 이송 지지부(200) 상에 놓인 기판(10)의 증착면을 가열하는 히터(210)가 마련된다. 히터(210)는 타겟(310)으로부터 제공되는 증착 물질이 기판(10)에 잘 증착될 수 있도록 기판(10)을 수백도 이상으로 가열하는 역할을 한다.

이러한 히터(210)는 기판(10)의 전면을 골고루, 또한 급속으로 가열할 수 있도록 기판(10)의 사이즈와 유사하거나 그보다 큰 사이즈를 가질 수 있다.

회전형 캐소드(300)는 챔버(100)의 상부 영역에 마련되며, 특히 회전형 캐소드(300)에 구비된 타겟(310)은 기판 이송 지지부(200) 상에서 증착위치에 놓인 기판(10)을 향하여 증착물질을 제공하는 스퍼터 소스(sputter source)의 역할을 한다.

도 1 내지 도 11을 참조하면, 회전형 캐소드(300)는, 기판(10)을 향하여 증착물질을 제공하는 타겟(310)과, 타겟(310)이 외주면에 마련된 캐소드 백킹튜브(320)와, 캐소드 백킹튜브(320)의 내부에 마련되어 자기장을 발생시키는 마그네트론(330)과, 캐소드 백킹튜브(320)의 일단부에 연결되되 캐소드 백킹튜브(320)를 회전시키는 캐소드 회전축(미도시)과, 캐소드 백킹튜브(320)와 캐소드 회전축(340) 사이에 마련되되 캐소드 백킹튜브(320)와 캐소드 회전축(340)을 결합시키는 결합부재(미도시)와, 캐소드 회전축(340)에 연결되되 캐소드 회전축(340)과 캐소드 백킹 튜브(320)를 회전시키는 회전 동력을 제공하는 회전동력 제공부(미도시)와, 캐소드 백킹튜브(320)의 내부에 마련되되 냉각수를 순환시켜 타겟(310)과의 간접접촉을 통해 타겟(310)을 냉각시키는 타겟 냉각부(350)와, 캐소드 백킹튜브(320)의 일단부에 연결되되 타겟 냉각부(350)와 연통되어 냉각수를 타겟 냉각부(350)에 공급함과 동시에 타겟 냉각부(350)로부터 배출되는 냉각수가 유입되는 엔드블록(370)과, 캐소드 백킹튜브(320)에 마련되되 냉각수가 캐소드 백킹튜브(320)에 접촉하는 면적을 증가시켜 타겟(310)에 대한 냉각효율을 증대시키는 타겟 냉각효율 향상유닛(360)과, 캐소드 백킹튜브(320)에 마련되되 타겟(310)을 냉각하는 히트파이프 모듈(380)과, 엔드블록(370)의 내부에 마련되되 냉각수를 순환시켜 히트파이프 모듈(380)의 방열판(383)을 냉각시키는 방열판 냉각부(390)를 포함한다.

통상적으로 타겟(310)과 마그네트론(330) 영역이 음극(cathode)을 형성하고 기판(10) 영역이 양극(anode)을 형성한다.

본 실시예에서 타겟(310)은 챔버(100) 내부에 마련된 회전형 캐소드(300)에 마련되므로 회전형 캐소드(300)도 음극을 형성하고, 회전형 캐소드(300)와 타겟(310) 그리고 마그네트론(330) 영역 모두 음극(cathode)이 형성되면 타겟(310)은 하부 영역의 기판(10)을 향해 증착 물질을 제공한다.

본 실시예에서 타겟(310)은 높은 증착률을 갖도록 저용융점 타겟(예를 들어, 인듐, 은 등)으로 제작될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 타겟(310)은 후술할 원통형의 캐소드 백킹튜브(320)의 외주면을 감싸도록 형성된다. 이때, 타겟(310)은 캐소드 백킹튜브(320)의 원통형 형상에 대응되도록 캐소드 백킹튜브(320)의 외주면에 원통형으로 형성된다.

마그네트론(330)은 캐소드 백킹튜브(320)의 내부에 마련되어 자기장을 발생시킨다. 타겟(310)이 캐소드 백킹튜브(320)의 외주면에 마련되는 반면 마그네트론(330)은 캐소드 백킹튜브(320)의 내부에 마련되어 기판(10)과의 사이에 증착을 위한 자기장을 발생시킨다.

캐소드 백킹튜브(320)는 마그네트론(330)을 둘러싸며 내부에 충분한 공간이 형성될 정도의 크기를 갖는 원통형으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 형태로 형성될 수 있다.

캐소드 백킹튜브(320)를 회전시키는 캐소드 회전축(미도시)은, 캐소드 백킹튜브(320)의 일단부와 연결되기 위해 캐소드 백킹튜브(320)에 대응되는 형태인 원통형으로 형성된다.

그리고, 캐소드 백킹튜브(320)와 캐소드 회전축 사이에는 결합부재(미도시)가 더 마련되는데, 결합부재는 캐소드 백킹튜브(320)와 캐소드 회전축을 결합시킨다.

캐소드 백킹튜브(320)와 결합부재에 의해 연결된 캐소드 회전축의 일단부만 챔버(100) 내부에 수용되고, 챔버(100) 내부에 수용되지 않은 캐소드 회전축의 타단부는 별도로 마련된 후술할 엔드블록(370) 내부에 수용되어 챔버(100) 외부에 배치될 수 있으나, 캐소드 회전축 전체가 챔버(100) 내부에 수용될 수도 있다.

엔드블록(370)에 수용되는 캐소드 회전축의 일측에는 캐소드 회전축과 캐소드 백킹튜브(320)에 회전 동력을 제공하는 회전동력 제공부(미도시)가 마련된다. 그리고, 회전동력 제공부는 엔드블록(370)에 수용된 캐소드 회전축의 일측에 연결된다.

그리고, 마그네트론(330), 캐소드 백킹튜브(320) 및 타겟(310)이 음극(cathode)을 형성하도록 캐소드 회전축의 일측에 파워 공급부(410)가 마련된다. 이와 같이, 파워 공급부(410)도 회전동력 제공부(360)와 마찬가지로 엔드블록(370)에 수용되는 캐소드 회전축의 일측에 마련된다.

그리고, 캐소드 백킹튜브(320) 및 타겟(310)이 파워 공급부(410)로부터 공급받은 파워에 의해서 음극(cathode)을 형성하면서 고주파수의 파워 공급으로 인해 고온이 되는 것을 방지하도록, 후술할 타겟 냉각부(350)가 마련된다.

또한, 회전형 캐소드(300)와 파워 공급부(410) 사이에는 회전형 캐소드(300)와 파워 공급부(410)를 전기적으로 연결시킬 수 있는 전기 연결부(미도시)가 마련된다.

전기 연결부는 캐소드 회전축의 회전 시 파워 공급부(410)와 회전되는 캐소드 회전축 사이에서 전기적 아킹이나 노이즈가 발생되는 것을 방지하며 파워를 전달하기 위해 파워 전달용 비고체 물질을 포함한다.

특히, 파워 공급부(410)에서 공급되는 파워는 고주파수를 갖는 RF나 DC 전원이 사용되기 때문에 캐소드 회전축의 회전에도 전기적 아킹이나 노이즈가 발생되는 것을 방지할 수 있는 비고체 물질이 사용되고, 파워 전달용 비고체 물질은 전기 전도성이 높은 액체를 사용하는데, 본 실시예에서 파워 전달용 비고체 물질은 수은을 사용할 수 있다.

그리고, 엔드블록(370)은 캐소드 백킹튜브(320)의 일단부에 연결되어 캐소드 백킹튜브(320)를 지지하는 역할을 하며, 또한, 후술할 타겟 냉각부(350)와 연통되어 냉각수를 타겟 냉각부(350)에 공급함과 동시에 타겟 냉각부(350)로부터 배출되는 냉각수를 외부로 배출하는 역할을 한다.

도 1 내지 도 11을 참조하면, 타겟 냉각부(350)는, 캐소드 백킹튜브(320)의 내부에 마련되되 캐소드 백킹튜브(320)의 내부에서 냉각수를 순환시켜 캐소드 백킹튜브(320)을 냉각하고 타겟(310)과의 간접접촉을 통해 타겟(310)을 순차로 냉각하여 타겟(310)이 용융되거나 타겟(310) 표면의 불균일성이 증가되어 박막 균일도가 저하되는 것을 방지하는 역할을 한다.

타겟 냉각부(350)는 캐소드 백킹튜브(320)의 중심부에 캐소드 백킹튜브(320)의 길이방향을 따라 마련된 제1 냉각수 유로(351)와, 제1 냉각수 유로(351)와 연통되되 캐소드 백킹튜브(320)의 길이방향을 따라 캐소드 백킹튜브(320)의 내주면에 인접하게 마련된 제2 냉각수 유로(353)를 포함한다.

제1 냉각수 유로(351) 및 제2 냉각수 유로(353)는 캐소드 백킹튜브(320)의 길이방향을 따라 길게 배치되며, 냉각수가 이동될 수 있는 유로를 형성한다.

그리고, 제2 냉각수 유로(353)는 캐소드 백킹튜브(320)와의 상호 열교환을 통해 캐소드 백킹튜브(320) 및 타겟(310)에 대한 냉각효율을 향상시킬 수 있도록 캐소드 백킹튜브(320)의 내주면에 직접접촉하게 배치할 수도 있다.

제1 냉각수 유로(351) 및 제2 냉각수 유로(353)를 따라 이동되는 냉각수는 이동거리가 증가함에 따라 캐소드 백킹튜브(320)에서 발생된 열에 의해 그 온도가 상승하게 되므로 냉각효율이 저하된다.

따라서, 캐소드 백킹튜브(320)에 대한 냉각효과를 증대시키기 위해 제1 냉각수 유로(351)와 제2 냉각수 유로(353)는 상호 반대방향으로 유동될 수 있도록 냉각수의 유입 및 배출 방향을 달리한다.

즉, 도 2에서 도시한 바와 같이, 제1 냉각수 유로(351)를 따라 냉각수가 좌측방향으로 이동하는 경우에, 제2 냉각수 유로(353)에서는 냉각수가 우측방향으로 이동한다.

도 2에서는 제1 냉각수 유로(351) 및 제2 냉각수 유로(353)가 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 2개 이상의 복수의 냉각유로가 캐소드 백킹튜브(320)의 내부에 배치될 수 있다.

캐소드 백킹튜브(320)의 길이방향을 따라 전체적으로 냉각하기 위하여, 특히, 제1 냉각수 유로(351) 및 제2 냉각수 유로(353)는 캐소드 백킹튜브(320)의 일단부 측에 연결된 엔드블록(370)과 연통되게 형성한다.

따라서, 엔드블록(370)에는 제1 냉각수 유로(351)와 연통되되 제1 냉각수 유로(351)에 냉각수를 공급하는 냉각수 유입로(371)와, 제2 냉각수 유로(353)와 연통되되 제2 냉각수 유로(353)로부터 유입된 냉각수를 배출하는 냉각수 배출로(373)가 마련된다.

전술한 바와 같이, 타겟 냉각부(350)는 타겟(310)과의 간접접촉을 통해 타겟(310)을 냉각하므로, 본 실시예에서는 냉각수가 캐소드 백킹튜브(320)에 접촉하는 면적을 증가시켜 타겟(310)에 대한 냉각효율 증가시키는 타겟 냉각효율 향상유닛(360)을 캐소드 백킹튜브(320)에 마련한다.

도 2 및 도 10을 참조하면, 타겟 냉각효율 향상유닛(360)은 캐소드 백킹튜브(320)에 상호 이격되게 마련되되 냉각수와 접촉하는 복수의 요철부(361)를 포함한다. 즉, 복수의 요철부(361)는 캐소드 백킹튜브(320)에 상호 이격되게 마련되되 제2 냉각수 유로(353)를 따라 이동하는 냉각수와 접촉되게 형성된다.

상기한 바와 같은, 복수의 요철부(361)는, 도 3 내지 도 6에서 도시한 바와 같이 캐소드 백킹튜브(320)의 내주면에 상호 이격되게 마련된 복수의 홈부(362,363)를 포함한다.

도 3 내지 도 6에서와 같이, 캐소드 백킹튜브(320)에 복수의 홈부(362,363)를 연속되지 않으며 상호 이격되게 마련하는 이유는, 캐소드 백킹튜브(320)의 강성을 유지하면서 냉각수와의 캐소드 백킹튜브(320)의 접촉면적을 증가시킴과 동시에 복수의 홈부(362,363)를 지나가는 냉각수의 난류강도를 증가시켜 타겟(310)으로부터 캐소드 백킹튜브(320)에 전달된 열량을 더욱 많이 흡열하도록 하기 위함이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 복수의 홈부(362)는, 반구 형상을 가지며 서로 독립적으로 연결되지 않은 상태에서 캐소드 백킹튜브(320)의 길이방향을 따라 내주면에 복수개 형성된다.

그리고, 도 5 및 도 6을 참조하면, 복수의 홈부(363)는, 반달키 형상을 가지며 서로 독립적으로 연결되지 않은 상태에서 캐소드 백킹튜브(320)이 길이방향을 따라 내주면에 복수개 형성된다.

상기한 바와 같이, 캐소드 백킹튜브(320)의 내주면에 복수개 형성된 홈부(362,363)는 제2 냉각수 유로(353)를 따라 이동되는 냉각수와 캐소드 백킹튜브(320)의 접촉면적을 증가시킨다. 또한, 복수의 홈부(362,363)에 의해 제2 냉각수 유로(353)를 따라 이동되는 냉각수는 난류강도가 증가된다.

따라서, 제2 냉각수 유로(353)를 따라 이동하는 냉각수는 타겟(310)으로부터 캐소드 백킹튜브(320)에 전달된 열량을 더욱 많이 흡열하게 되며, 이로써 타겟(310)에 대한 냉각효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

한편, 도 7 및 도 8에서 도시한 바와 같이, 타겟(310), 캐소드 백킹튜브(320) 및 냉각수로의 열전달을 증가시키기 위해, 복수의 요철부(361)는 캐소드 백킹튜브(320)의 내주면과 외주면을 관통하는 복수의 홀부(366)에 열전도성이 높은 열전도성물질(368)을 충진하여 형성한 복수의 홈부(364)를 포함한다.

여기서 열전도성물질(368)은 금, 은, 구리 등 및 이들을 조합한 합금물질 중 어느 하나인 열전도성이 좋은 물질이다.

도 7 및 도 8에서와 같이, 캐소드 백킹튜브(320)에 복수의 홈부(364)를 연속되지 않으며 상호 이격되게 마련하는 이유는, 캐소드 백킹튜브(320)의 강성을 유지하면서 냉각수와의 캐소드 백킹튜브(320)의 접촉면적을 증가시킴과 동시에 복수의 홈부(364)를 지나가는 냉각수의 난류강도를 증가시켜 타겟(310)으로부터 캐소드 백킹튜브(320)에 전달된 열량을 더욱 많이 흡열하도록 하기 위함이다.

또한, 도 3 내지 도 8을 참조하면, 타겟 냉각효율 향상유닛(360)은 캐소드 백킹튜브(320)의 외주면에 상호 이격되게 마련되되 타겟(310)에 접촉하는 돌출형상의 복수의 돌기부(365)를 더 포함한다. 이는, 타겟(310)과 캐소드 백킹튜브(320)의 접촉면적을 증가시켜 타겟(310)으로부터 캐소드 백킹튜브(320)로 전달되는 열량을 증가시키기 위함이다.

타겟(310)으로부터 전달된 열량은 캐소드 백킹튜브(320)에 전달된 후 홈부(362,363,364)가 형성된 캐소드 백킹튜브(320)의 내주면에 접촉하는 냉각수에 의해 흡열되기 때문에, 타겟(310)에 대한 냉각효율을 더 향상시킬 수 있다.

그리고, 도 9 및 도 10을 참조하면, 타겟 냉각효율 향상유닛(360)은 캐소드 백킹튜브(320)에 상호 이격되게 마련되되 냉각수가 타겟(310)의 내주면과 직접접촉하게 캐소드 백킹튜브(320)의 내주면과 외주면을 관통하는 복수의 홀부(367)를 더 포함한다.

홀부(367)는 캐소드 백킹튜브(320)의 길이방향으로 복수개 설치되며, 제2 냉각수 유로(353)를 따라 이동하는 냉각수를 직접 타겟(310)의 내주면과 접촉시켜 타겟(310)을 냉각하는 역할을 한다.

도 9 및 도 10에서와 같이, 캐소드 백킹튜브(320)에 복수의 홀부(367)를 연속되지 않으며 상호 이격되게 마련하는 이유는, 캐소드 백킹튜브(320)의 강성을 유지하면서 냉각수와의 타겟(310)이 직접 접촉하도록 함과 동시에 복수의 홀부(367)를 지나가는 냉각수의 난류강도를 증가시켜 타겟(310)으로부터 전달된 열량을 더욱 많이 흡열하도록 하기 위함이다.

도 9 및 도 10에서는 캐소드 백킹튜브(320)에 홀부(367)만을 도시하였으나, 전술한 바와 같은, 홈부(362,363,364) 및 돌기부(365)를 캐소드 백킹튜브(320)에 함께 마련할 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 타겟(310)을 냉각하기 위하여 타겟 냉각부(350), 타겟 냉각효율 향상유닛(360)과 더불어 캐소드 백킹튜브(320)에 히트파이프 모듈(380)을 마련한다.

캐소드 백킹튜브(320)에 히트파이프 모듈(380)이 마련되는 경우에, 엔드블록(370)에는 히트파이프 모듈(380)의 방열판(383) 및 방열판(383)을 냉각하는 방열판 냉각부(390)가 마련된다.

도 2 및 도 11을 참조하면, 히트파이프 모듈(380)은, 타겟 냉각부(350)와 더불어 타겟(310)이 고주파수의 파워 공급으로 인한 열로 인하여 용융되거나 타겟(310) 표면의 불균일성이 증가되어 박막 균일도가 저하되는 것을 방지하는 역할을 한다.

히트파이프 모듈(380)은, 캐소드 백킹튜브(320)의 길이방향을 따라 형성된 복수의 홈부(382)에 각각 삽입되는 복수의 히트파이프(381)와, 히트파이프(381)의 일측에 결합되는 방열판(383)을 포함한다.

본 실시예에서 히트파이프(381)는 캐소드 백킹튜브(320)에 마련되며, 타겟(310)에서 전달된 캐소드 백킹튜브(320)의 열을 흡열함으로써, 캐소드 백킹튜브(320) 및 타겟(310)를 순차로 냉각하는 역할을 한다.

본 실시예에서 캐소드 백킹튜브(320)의 내주면 및 외주면 중 적어도 어느 하나에는 캐소드 백킹 튜브(320)의 길이방향을 따라 복수의 홈부(382)가 형성된다.

그리고, 복수의 홈부(382) 각각에 히트파이프(381)가 캐소드 백킹튜브(320)의 길이방향을 따라 삽입 배치된다. 즉, 히트파이프(381)의 흡열부가 캐소드 백킹튜브(320)의 길이방향을 따라 배치된다.

히트파이프(381)의 흡열부에 의해 흡열된 캐소드 백킹튜브(320)의 열은 히트파이프(381)의 응축부로 전달되고, 히트파이프(381)의 응축부 영역에 결합된 방열판(383)에 의해 외부로 배출된다.

따라서, 본 실시예에서는 히트파이프(381)의 응축부로 전달된 열을 효과적으로 외부로 배출할 수 있도록, 도 2 및 도 11에서는 방열판(383)을 엔드블록(370)의 내부에 배치한다.

그리고, 도 2 및 도 11에서 도시한 바와 같이, 엔드블록(370)의 내부에 방열판(383)을 냉각시키기 위한 방열판 냉각부(390)를 마련한다.

방열판 냉각부(390)는 방열판(383)이 배치되는 엔드블록(370)의 내부로 연통되게 마련되되 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구(391)와, 냉각수 유입구(391)와 연통되되 냉각수가 방열판(383)을 냉각시킨 후 배출되는 냉각수 배출구(393)를 포함한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 스퍼터 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조하면, 기판(10)은 챔버(100)의 기판 유입구(130)를 통해 유입되고, 기판 이송 지지부(200) 상의 증착 위치로 배치된 후 증착 공정이 개시된다.

즉, 챔버(100) 내로 예컨대 아르곤(Ar) 가스가 충진되고, 챔버(100)는 그 내부가 밀폐되면서 고진공을 유지한다.

이러한 상태에서 파워 공급부(410)로부터 회전형 캐소드(300)에 음극 전압이 가해지면, 타겟(310)으로부터 방출된 전자들이 아르곤(Ar) 가스와 충돌하여 아르곤(Ar) 가스가 이온화된다.

증착 공정 중에 발생하는 열로 인하여, 타겟(310)이 용융되거나 타겟(310) 표면의 불균일성이 증가되어 박막 균일도가 저하되는 것을 방지하기 위해, 본 발명에 따른 스퍼터 장치는, 타겟 냉각부(350), 타겟 냉각효율 향상유닛(360) 및 히트파이프 모듈(380)을 이용하여 타겟(310)을 냉각시킨다.

타겟 냉각부(350)는, 캐소드 백킹튜브(320)에 인접하게 마련된 제2 냉각수 유로(353)를 따라 냉각수가 이동되면서 타겟(310) 및 캐소드 백킹튜브(320)로 순차로 전달된 열을 냉각한다.

그리고, 타겟 냉각부(350)에 의한 타겟(310) 냉각효율을 향상시키기 위해, 캐소드 백킹튜브(320)에 타겟 냉각효율 향상유닛(360)을 마련한다.

타겟 냉각효율 향상유닛(360)은, 제2 냉각수 유로(353)를 따라 이동하는 냉각수와 캐소드 백킹튜브(320)와의 접촉면적을 증가시킴으로써, 냉각수가 캐소드 백킹튜브(320)로 전달된 열을 더 많이 흡열할 수 있도록 한다.

이와 같은, 타겟 냉각효율 향상유닛(360)은, 도 3 내지 도 10에서 도시한 바와 같이, 캐소드 백킹튜브(320)에 마련된 복수의 홈부(362,363,364)와, 캐소드 백킹튜브(320)에 마련된 복수의 돌기부(365) 및 캐소드 백킹튜브(320)에 마련된 홀부(367)를 포함한다.

그리고, 타겟 냉각부(350) 및 타겟 냉각효율 향상유닛(360)과 더불어 캐소드 백킹튜브(320)에 마련된 히트파이프 모듈(380)은, 캐소드 백킹 튜브(320)의 길이방향을 따라 캐소드 백킹 튜브(320)의 내주면 및 외주면 중 적어도 어느 하나에 형성된 복수의 홈부(382) 각각에 히트파이프(381)의 흡열부를 삽입 설치한다.

그리고, 히트파이프(381)의 응축부에 방열판(383)을 결합한다. 방열판(383)은 캐소드 백킹튜브(320)의 일단부 측에 연결된 엔드블록(370)의 내부에 배치된다.

그리고, 방열판(383)의 방열효과를 향상시키기 위해, 엔드블록(370)의 내부에는 방열판(383)을 냉각시키는 방열판 냉각부(390)를 마련한다.

이처럼, 타겟 냉각부(350), 타겟 냉각효율 향상유닛(360) 및 히트파이프 모듈(380)을 이용하여 캐소드 백킹 튜브(320) 및 타겟(310)을 냉각함으로써, 고주파수의 파워를 안정적으로 공급할 수 있어 짧은 공정시간에 높은 박막 증착율을 유지할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100: 챔버 300: 회전형 캐소드
310: 타겟 320: 캐소드 백킹튜브
350: 타겟 냉각부 360: 타겟 냉각효율 향상유닛
370: 엔드블록 380: 히트파이프 모듈
390: 방열판 냉각부

Claims

기판에 대한 증착공간을 형성하는 챔버; 및
상기 챔버 내부에 회전가능하게 마련되되, 상기 기판을 향하여 증착물질을 제공하는 회전형 캐소드를 포함하며,
상기 회전형 캐소드는,
상기 기판을 향하여 증착물질을 제공하는 타겟;
상기 타겟이 외주면에 마련되는 캐소드 백킹튜브;
상기 캐소드 백킹튜브의 내부에 마련되되, 냉각수를 순환시켜 상기 타겟과의 간접접촉을 통해 상기 타겟을 냉각시키는 타겟 냉각부; 및
상기 캐소드 백킹튜브에 마련되되, 상기 냉각수가 상기 캐소드 백킹튜브에 접촉하는 면적을 증가시켜 상기 타겟에 대한 냉각효율을 증대시키는 타겟 냉각효율 향상유닛을 포함하는 스퍼터 장치.
제1항에 있어서,
상기 타겟 냉각부는,
상기 캐소드 백킹튜브의 중심부에 마련된 제1 냉각수 유로; 및
상기 제1 냉각수 유로와 연통되되, 상기 캐소드 백킹튜브의 길이방향을 따라 상기 캐소드 백킹튜브의 내주면에 인접하게 마련된 제2 냉각수 유로를 포함하며,
상기 타겟 냉각효율 향상유닛은,
상기 캐소드 백킹튜브에 상호 이격되게 마련되되, 상기 제2 냉각수 유로를 따라 이동하는 상기 냉각수와 접촉하는 복수의 요철부를 포함하는 스퍼터 장치.
제2항에 있어서,
상기 복수의 요철부는,
상기 캐소드 백킹튜브의 내주면에 상호 이격되게 마련된 복수의 홈부를 포함하는 스퍼터 장치.
제2항에 있어서,
상기 복수의 요철부는,
상기 캐소드 백킹튜브의 내주면에 상호 이격되게 마련되되, 상기 캐소드 백킹튜브의 내주면과 외주면을 관통하는 복수의 홀부에 열전도성이 높은 열전도성물질을 충진하여 형성한 복수의 홈부를 포함하는 스퍼터 장치.
제4항에 있어서,
상기 열전도성물질은, 금, 은, 구리 및 이들을 조합한 합금물질 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
제2항에 있어서,
상기 타겟 냉각효율 향상유닛은,
상기 캐소드 백킹튜브의 외주면에 상호 이격되게 마련되되, 상기 타겟에 접촉하는 돌출형상의 복수의 돌기부를 더 포함하는 스퍼터 장치.
제2항에 있어서,
상기 타겟 냉각효율 향상유닛은,
상기 캐소드 백킹튜브에 상호 이격되게 마련되되, 상기 냉각수가 상기 타겟의 내주면과 직접접촉하게 상기 캐소드 백킹튜브의 내주면과 외주면을 관통하는 복수의 홀부를 더 포함하는 스퍼터 장치.
제1항에 있어서,
상기 회전형 캐소드는,
상기 캐소드 백킹튜브에 마련되되, 상기 타겟을 냉각하는 히트파이프 모듈을 더 포함하는 스퍼터 장치.
제8항에 있어서,
상기 히트파이프 모듈은,
상기 캐소드 백킹튜브의 길이방향을 따라 형성된 복수의 홈부에 각각 삽입되는 복수의 히트파이프; 및
상기 히트파이프의 일측에 결합되는 방열판을 포함하는 스퍼터 장치.
제9항에 있어서,
상기 홈부는,
상기 캐소드 백킹튜브의 내주면 및 외주면 중 적어도 어느 하나에 형성된 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
제9항에 있어서,
상기 회전형 캐소드는,
상기 캐소드 백킹튜브의 일단부에 연결되되, 상기 타겟 냉각부와 연통되어 상기 냉각수를 상기 타겟 냉각부에 공급함과 동시에 상기 타겟 냉각부로부터 배출되는 상기 냉각수가 유입되는 엔드블록을 더 포함하며,
상기 방열판은 상기 엔드블록의 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 스퍼터 장치.
제11항에 있어서,
상기 회전형 캐소드는,
상기 엔드블록의 내부에 마련되되, 냉각수를 순환시켜 상기 방열판을 냉각시키는 방열판 냉각부를 더 포함하는 스퍼터 장치.
제12항에 있어서,
상기 방열판 냉각부는,
상기 방열판이 배치되는 상기 엔드블록의 내부로 연통되게 마련되되, 상기 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구; 및
상기 냉각수 유입로와 연통되되, 상기 냉각수가 상기 방열판을 냉각시킨 후 배출되는 냉각수 배출구를 포함하는 스퍼터 장치.