KR20140036749A

KR20140036749A - 기판 처리 장치

Info

Publication number: KR20140036749A
Application number: KR1020120103243A
Authority: KR
Inventors: 이재승; 이형근; 김흥곤; 유운종
Original assignee: 에이피시스템 주식회사
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2014-03-26
Also published as: KR101421642B1

Abstract

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 기판의 양면을 스퍼터링 증착하는 기판 처리 장치이다. 본 발명의 실시 형태는 제1원주를 가지는 원주면인 제1원주면과 상기 제1원주보다 큰 제2원주를 가지는 원주면인 제2원주면 사이에 증착 공간을 가지는 챔버와, 상기 증착 공간에 마련되어 다수의 기판이 장착되는 기판 드럼과, 상기 증착 공간을 향하는 방향으로 제1타겟의 전면이 위치하도록, 상기 증착 공간의 외부에서 상기 제1원주면에 결합 및 분리되는 제1타겟 어셈블리와, 상기 증착 공간을 향하는 방향으로 제2타겟의 전면이 위치하도록, 상기 증착 공간의 외부에서 상기 제2원주면에 결합 및 분리되는 제2타겟 어셈블리와, 상기 기판 드럼을 회전시키는 기판 드럼 회전 구동축을 포함한다.

Description

기판 처리 장치{Apparatus for processing substrate}

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 기판의 양면을 스퍼터링 증착하는 기판 처리 장치이다.

반도체장치의 제조공정에서 박막의 형성 특히, 금속층의 형성은 스퍼터(sputter)와 같은 물리적 기상증착(Physical Vapor Deposition:이하, PVD라 함)방식과 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition:이하, CVD라 함)방식으로 형성한다.

그 중에서 스퍼터 장치는 대기압보다 저압의 공간에서 타겟으로부터 스퍼터링 입자를 기판에 증착하는 것이다. 예컨대, 불활성 기체인 아르곤 가스가 소량 투입된 진공챔버 내에서 타겟에 직류 또는 교류의 전압을 인가하면, 전기장이 형성되어 강한 전기장에 의해 아르곤 가스가 양이온으로 이온화되며, 이에 따라 상기 양이온들이 음으로 대전된 타겟(TARGET)에 가속 충돌하고, 그 충격에 의해 타겟으로부터 증착물질이 튀어 나와 기판에 흡착되어 적층된다.

스퍼터 장치에는 소량의 불활성 가스가 투입되는 공간인 챔버 장치가 구비되어 있다. 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같이 원통 형상의 드럼 하우징(10)이 구비되며, 원통 형상의 드럼 하우징(10)의 측벽 일부에 형성된 개구된 부분에 기판(S)이 배치되고, 드럼 하우징(10)의 외부벽에서 이격된 외측 위치에 타겟(20)이 마련된다. 기판(S)은 기판 회전 홀더(11)에 의해 지지되어 360도 회전 가능하다. 따라서 양면 증착을 위해서, 우선, 기판의 일면과 대향한 위치에 타겟(20)을 배치시키고 타겟으로 기판의 전면에 스퍼터 증착을 수행한다. 기판(20)의 전면에 스퍼터 증착이 이루어지고 난 후에는, 기판을 회전시켜 기판의 다른면, 즉, 후면을 스퍼터 타겟에 대향시켜 스퍼터 증착을 수행한다. 상기와 같이 양면 증착을 위하여 전면의 증착, 회전, 후면의 증착을 순차적으로 수행하는 경우 다음과 같은 문제가 발생한다.

순차적인 증착이 이루어지기 때문에 증착 시간이 많이 소요되는 문제가 발생한다. 또한 일면의 증착시에 증착 물질이 기판 드럼 하우징 사이의 미세한 틈을 통과하여 다른 일면에 일부 증착되어 기판의 양면 상호 간에 증착 물질의 오염이 발생한다. 따라서 이러한 오염 물질로 인하여 증착 물질의 두께가 목표한 수준으로 제어되지 못하는 문제가 발생한다. 또한 기판의 회전을 위하여 복잡한 기계 구조물의 설치가 필요하며 이로 인하여 금속성 기계 분진이 발생하는 문제가 있다.

한국특허공개 2009-0009101

본 발명의 기술적 과제는 기판의 양면 증착 시간을 단축하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 기판에 막을 증착할 때에 오염 물질의 발생을 최소화하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 기판 양면에 막 증착을 위한 구조물을 단순화하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 챔버를 열지 않고 손쉽게 타겟을 유지 보수할 수 있도록 하는데 있다.

본 발명의 실시 형태는 제1원주를 가지는 원주면인 제1원주면과 상기 제1원주보다 큰 제2원주를 가지는 원주면인 제2원주면 사이에 증착 공간을 가지는 챔버와, 상기 증착 공간에 마련되어 다수의 기판이 장착되는 기판 드럼과, 상기 증착 공간을 향하는 방향으로 제1타겟의 전면이 위치하도록, 상기 증착 공간의 외부에서 상기 제1원주면에 결합 및 분리되는 제1타겟 어셈블리와, 상기 증착 공간을 향하는 방향으로 제2타겟의 전면이 위치하도록, 상기 증착 공간의 외부에서 상기 제2원주면에 결합 및 분리되는 제2타겟 어셈블리와, 상기 기판 드럼을 회전시키는 기판 드럼 회전 구동축을 포함한다.

또한 챔버는, 상기 제1원주면과 상기 제1원주면과 연결된 바닥면인 제1바닥면을 구비하여 상부 개방된 제1원통과, 상기 제2원주면과 상기 제2원주면에 연결된 바닥면인 제2바닥면을 구비하여 상기 제1원주면 및 제1바닥면에 이격되어 위치하여 상부 개방된 제2원통과, 상기 제1원주면의 상단과 상기 제2원주면의 상단을 연결하는 상부판과, 상기 제1원주면에 관통 개구된 제1타겟 어셈블리 삽입구와, 상기 제2원주면에 관통 개구된 제2타겟 어셈블리 삽입구를 포함한다.

또한 제1타겟 어셈블리는, 상기 제1원주면에 장착되어 상기 증착 공간으로 대향되는 전면을 가지는 제1타겟과, 상기 제1타겟의 후면을 고정 결합하는 제1타겟 백킹 플레이트와, 상기 증착 공간의 외부에서 상기 제1원주면에 상기 제1타겟 백킹 플레이트를 결합 및 분리하는 제1체결체를 포함한다.

또한 제2타겟 어셈블리는, 상기 제2원주면에 장착되어 상기 증착 공간으로 대향되는 전면을 가지는 제2타겟과, 상기 제2타겟의 후면을 고정 결합하는 제2타겟 백킹 플레이트와, 상기 증착 공간의 외부에서 상기 제2원주면에 상기 제2타겟 백킹 플레이트를 결합 및 분리하는 제2체결체를 포함한다.

또한 기판 드럼은, 상기 제1원주면과 제2원주면 사이에서 이격 설치된 기판 드럼 원주면과, 상기 기판 드럼 원주면의 하단을 연결한 기판 드럼 바닥면과, 상기 기판 드럼 원주면에 형성된 기판 장착 개구부와, 상기 기판 장착 개구부에 기판을 장착 및 분리하는 기판 탈착 홀더를 포함한다.

또한 스퍼터 차단 드럼은, 상기 제1원주면과 기판 드럼 원주면간의 사이에서 이격 설치된 스퍼터 차단 드럼 제1원주면과, 상기 제2원주면과 기판 드럼 원주면간의 사이에서 이격 설치된 스퍼터 차단 드럼 제2원주면과, 상기 스퍼터 차단 드럼 제1원주면과 스퍼터 차단 드럼 제2원주면의 상단을 연결한 스퍼터 차단 드럼 상부면과, 상기 스퍼터 차단 드럼 제1원주면 및 스퍼터 차단 드럼 제2원주면을 관통한 개구부로 형성된 스퍼터 개구부를 포함한다.

본 발명의 실시 형태에 따르면 기판의 양면에 막을 동시에 증착함으로써 증착 시간을 단축시킬 수 있다. 또한 본 발명의 실시 형태에 따르면 기판 양측에 구비된 타겟을 동시에 스퍼터링하기 때문에 기판의 양면 증착을 위한 기판 자체의 회전을 필요로 하지 않는다. 따라서 기판 회전을 위한 이격틈을 두지 않기 때문에 양면의 증착 물질이 간섭하지 않는다. 또한 기판 회전을 위한 기구적인 구조물을 두지 않기 때문에 장비의 구조를 단순화할 수 있으며, 파티클 발생을 최소화할 수 있다. 또한 본 발명의 실시 형태에 따르면 타겟이 제1원주면과 제2원주면에 장착되어 무거운 챔버를 열지 않고도 손쉽게 타겟을 유지 보수, 교체할 수 있다.

도 1은 원통 형상의 챔버를 가지는 기판 처리 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 외부 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 상부 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 기판 처리 장치의 측면 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 타겟 어셈블리 삽입구에 타겟 어셈블리가 결합되기 전,후의 모습을 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제1타겟 어셈블리와 제2타겟 어셈블리의 스퍼터링에 의하여 기판에 양면 증착이 이루어지는 모습을 도시한 그림이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 스퍼터 차단 드럼이 구비된 기판 처리 장치의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 스퍼터 차단 드럼의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 스퍼터 개구부가 회전에 의하여 특정 타겟 어셈블리에 대향하여 위치한 모습을 도시한 그림이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 외부 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 상부 단면도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 기판 처리 장치의 측면 단면도이다.

이하 설명에서 기판 처리 장치는 양이온들이 음으로 대전된 타겟(TARGET)에 가속 충돌하고, 그 충격에 의해 타겟으로부터 증착 물질이 튀어 나와 기판에 증착시키는 스퍼터 증착 장치를 설명하겠으며, 스퍼터 증착 장치 이외에의 다른 증착 장치에도 적용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 전자 부품 및 통신 기기의 사출물에 전도성 박막층을 코팅하여 유해 전자파의 외부 유출을 차단하는 코팅 필름을 증착하는 진공증착 코팅 장치에도 본 발명의 기판 처리 장치가 적용될 수 있을 것이다.

기판 처리 장치는 제1원통(110)의 원주면인 제1원주면과 제2원통(120)의 원주면인 제2원주면 사이에 증착 공간을 가지는 도넛형태의 챔버(100)와, 상기 증착 공간에 마련되어 다수의 기판이 장착된 기판 드럼(200)과, 제1타겟(212)의 전면이 상기 증착 공간을 향하도록 상기 제1원주면에 장착되는 제1타겟 어셈블리(210)와, 제2타겟(222)의 전면이 상기 증착 공간을 향하도록 상기 제2원주면에 장착되는 제2타겟 어셈블리(220)와, 상기 제1원주면과 제2원주면 사이의 증착 공간에서 원주를 따라서 상기 기판 드럼(200)을 회전시키는 기판 드럼 회전 구동축(240)을 포함한다.

챔버(100)는 제1원통의 원주면인 제1원주면(110a)과 제2원통의 원주면(120a)인 제2원주면 사이에 증착 공간을 가지는 도넛 형태로 구현된다. 도넛 형태라 함은, 챔버(100)를 상부에서 바라보았을 때 원주 외면과 원주 내면 사이에 일정한 간격을 가지는 링 형태를 말한다. 즉, 제1원통(110)의 원주 바깥을 향하는 제1원주면(110a) 외면과 제2원통(120)의 원주 중심을 향하는 제2원주면(120a) 내면 사이의 증착 공간을 가지는 도넛형태로 구현된다. 이러한 증착 공간에 놓인 기판에 증착이 이루어진다. 증착 공간을 형성하기 위하여 챔버(100)는, 내측에 위치하여 상부가 개방된 제1원통(110)과, 외측에 위치하여 상부가 개방된 제2원통(120)과, 상부판(130)과, 제1타겟 어셈블리 삽입구(A)와, 제2타겟 어셈블리 삽입구(B)를 포함한다.

제1원통(110)은 제1원주를 가지는 제1원주면(110a)과 제1원주면에 연결된 바닥면인 제1바닥면(110b)을 구비하여 상부가 개방되어 있다. 제2원통(120)은 제1원주보다 큰 제2원주를 가지는 제2원주면(120a)과 제2원주면에 연결된 바닥면인 제2바닥면(120b)을 구비하여, 제1원통의 제1원주면(110a) 및 제1바닥면(110b)에 이격되어 위치하여 상부 개방되어 있다. 상부판(130)은 제1원통(110)의 제1원주면(110a)의 상단과 제2원통의 제2원주면(120a)의 상단을 연결한다. 제1바닥면(110b)과 제2바닥면(120b)은 원판 형태를 가지며, 따라서 상부판(130)은 중심이 관통된 도넛 형태를 가진다. 따라서 제1원주면(110a), 제1바닥면(110b), 제2원주면(120a), 제2바닥면(120b), 상부판(130)에 의하여 증착 공간이 형성될 수 있다.

제1원통의 제1원주면(110a)과 제2원통의 제2원주면(120a)에는 제1타겟 어셈블리 삽입구(A)와 제2타겟 어셈블리 삽입구(B)가 각각 형성된다. 제1타겟 어셈블리 삽입구(A)는 제1타겟 어셈블리(210)가 삽입되도록 제1원주면(110a)에 관통 개구되어 형성되며, 제2타겟 어셈블리 삽입구(B)는 제2타겟 어셈블리(220)가 삽입되도록 제2원주면(120a)에 관통 개구되어 형성된다. 이러한 각 삽입구(A,B)에 타겟(212,222)이 부착된 백킹 플레이트(211,221;backing plate)가 각각 결합된다. 백킹 플레이트(211,221)가 각 원주면에 결합되어 본체 내부를 폐쇄하면, 챔버의 내부에는 기판(S)에 대한 스퍼터 처리가 행해지는 증착 공간이 형성된다. 증착 공간은 일반적으로 진공 분위기로 형성되어야 하므로, 챔버의 소정 위치에는 내부 공간에 존재하는 가스의 배출을 위한 배기구(미도시)가 형성되어 있고, 배기구는 외부에 구비되는 펌프에 연결된 배기관(미도시)과 연결된다.

챔버의 바닥면인 제2원통(120)의 제2바닥면(120b)에는 후술할 기판 드럼 바닥면을 지지하는 기판 드럼 회전 구동축(240)이 삽입되는 관통공이 형성된다. 기판 드럼 회전 구동축(240)은 관통공을 관통하여 기판 드럼 바닥면을 지지하여, 제1원주면(110a)과 제2원주면(120a) 사이의 증착 공간에서 원주 방향으로 기판 드럼(200)을 회전시킨다. 기판 드럼 회전 구동축(240)은, 관통공 외부의 모터 등의 구동수단(미도시)에 연결되어 기판 드럼 바닥면을 회전시킨다. 이때, 기판 드럼 회전 구동축(240)과 관통공 사이는 벨로우즈 등을 이용하여 밀폐시킴으로써 박막을 증착하는 과정에서 챔버 내부의 진공이 해제되는 것을 방지한다. 또한 챔버의 외부 측벽에는, 즉 제2원통(120)의 제2원주면(120a)에는, 증착 공간으로 기판 이송되는 출입구인 기판 이송 게이트(140)가 형성된다.

기판 드럼(200)은 다수의 기판(S)이 장착되어 상부가 개방된 원통체이다. 기판 드럼은 제1원통의 원주면인 제1원주면(110a)과 제2원통의 원주면인 제2원주면(120a) 사이의 증착 공간에 위치하여, 원주를 따라 회전한다. 이를 위하여 기판 드럼(200)은 제1원주면(110a)과 제2원주면(120a) 사이에서 이격 설치된 기판 드럼 원주면(200a)과, 기판 드럼 원주면의 하단을 연결한 기판 드럼 바닥면(200b)과, 상기 기판 드럼 원주면에 형성된 기판 장착 개구부(C)와, 상기 기판 장착 개구부에 기판을 고정 및 분리하는 기판 탈착 홀더(미도시)를 포함한다. 기판 드럼 바닥면(200b)은 원판형으로 되어 가장자리 둘레에 직각으로 돌출되는 원통 형태의 기판 드럼 원주면(200a)이 형성되어 있다. 기판 드럼 바닥면(200b)은 기판 드럼 회전 구동축(240)에 연결되어 회전하게 되고, 이로 인하여 기판 드럼 바닥면(200b)의 가장자리에서 직각으로 돌출된 기판 드럼 원주면이 원주 방향을 따라 회전하게 된다. 기판 드럼 바닥면을 지지하는 기판 드럼 회전 구동축(240)은, 제2원통의 바닥면인 제2바닥면(120b)을 관통하여 외부의 회전 모터(미도시)에 연결된다.

기판 장착 개구부(C)는 기판 드럼 원주면(200a)에 관통된 개구부로서, 기판의 양면이 제1타겟 어셈블리 및 제2타겟 어셈블리에 노출되도록 기판이 장착되는 공간이다. 개구된 영역인 기판 장착 개구부 내에서 기판이 위치하게 된다. 기판 장착 개구부(C)는 다수개 형성될 수 있으며 다수의 기판 장착 개구부에는 각각의 기판이 결합된다.

기판은 기판 탈착 홀더를 통하여 기판 장착 개구부(C)에서 장착 또는 분리될 수 있다. 기판 탈착 홀더는 다양한 형태로 구현될 수 있는데, 예컨대 기판 장착 개구부(C)의 상단 및 하단에 기판(S)의 양끝단을 체결하여 고정할 수 있다. 기판의 양면이 외부에 노출되어 있기 때문에, 기판 탈착 홀더는 별도의 회전 수단 필요없이 기판을 장착할 수 있으면 된다.

기판 장착 개구부(C)에 놓인 기판의 양면은 제1원주면에 마련된 제1타겟 어셈블리와 제2원주면에 대향 마련된 제2타겟 어셈블리에 의하여, 기판의 양면에 막 증착이 이루어진다. 별도의 기판 회전 수단 없이 기판의 양면 증착이 가능하게 되는 것이다. 즉, 제1타겟(212)의 전면이 증착 공간을 향하는 방향으로 제1타겟 어셈블리(210)가 제1원주면(110a)에 장착되며, 제2타겟(222)의 전면이 증착 공간을 향하는 방향으로 제2타겟 어셈블리(220)가 제2원주면(120a)에 장착된다. 이때 제1타겟 어셈블리(210)와 제2타겟 어셈블리(220)는 기판(S)을 사이에 두고 마련된다. 이는 기판의 양면 증착을 이루기 위함인데, 기판(S)의 한쪽면에는 제1타겟 어셈블리(210)에서 스퍼터링되어 박막 증착이 이루어지며, 기판의 반대쪽 면에는 제2타겟 어셈블리(220)에서 스퍼터링되어 박막 증착이 이루어진다. 타겟 어셈블리는 원주를 따라서 복수개 마련될 수 있다. 타겟 어셈블리는 서로 마주보며 대향하여 배치될 수 있지만, 반드시 마주보며 대향하여 배치되지 않아도 된다.

증착시에 기판 드럼(200)이 회전을 하게 됨으로써, 기판 드럼에 가능한 많은 수로 배치된 기판들이 균일한 두께 막을 얻을 수 있다. 제1원주면과 제2원주면에는 각각 하나 이상 다수개의 타겟 어셈블리가 배치될 수 있다. 여러 개의 타겟 어셈블리를 배치하는 이유는, 스퍼터 증착시 여러 가지의 물질을 다층구조로 증착하기 위함이다. 단일 물질을 두껍게, 그리고 빠르게 증착을 위해서 같은 물질의 타겟을 배치하기도 한다. 기판의 양면에 증착할 물질들이 서로 다르다면 타겟도 다른 물질들로 준비되어야 한다. 즉, 기판의 양면에 증착하는 것은 동시에 진행할 뿐이지 완전히 별개의 공정이다. 물론 한쪽의 공정이 먼저 끝날 경우 드럼은 회전하면서 다른 한쪽의 증착만 수행할 수 있다.

참고로, 스퍼터링 방법에 의한 박막 증착이란 반응실 내부에 박막을 형성하기 위한 기판을 준비한 상태에서 플라즈마 상태의 가스 분자 또는 원자를 형성될 박막의 재질과 같은 금속 재질의 타겟(target)에 쏘아 그로부터 미세한 입자들이 파편이 되어 기판 상에 흡착되어 박막을 증착하는 방법이다. 즉, 스퍼터링이란 10^-2 또는 10^-3 토르의 불활성 기체 분위기에서 타겟 물질에 고전압을 인가하여 방전시키면, 이온화된 불활성 기체가 타겟에 충돌하게 되고, 모멘텀을 전달받은 타겟 물질이 진공중으로 방출되어 기판에 달라붙는 일종의 물리 증착 기술을 말하는 것이다. 직류(DC) 바이어스 전압이 백킹 플레이트(211,221)에 공급되어 타겟에 인가되며 그라운드 전압은 챔버의 벽체에 인가된다. 참고로 직류 전압이 인가되는 백킹 플레이트와 접지되는 챔버의 벽체는 절연되어야 하므로, 백킹 플레이트와 챔버 벽체 사이에는 절연체가 구비될 수 있다. 타겟 어셈블리는 지지플레이트 위에 안착된 기판에 스퍼터링에 의한 막을 증착시킨다. 타겟은 기판(S)에 적층될 금속막의 재질로 만들어진 것으로 원형 형상 또는 다양한 형상으로 구현될 수 있다. 백킹 플레이트는 타겟이 부착된 플레이트로서, 타겟의 전면은 기판(S)을 향하고 타겟의 후면은 백킹 플레이트에 부착된다. 타겟을 교체하고자 하는 경우 백킹 플레이트를 챔버에서 분리하고, 백킹 플레이트에서 타겟을 분리시켜 교체 가능하다.

제1타겟 어셈블리(210)는 증착 공간을 향하는 방향으로 제1타겟의 전면이 위치하도록, 상기 증착 공간의 외부에서 상기 제1원주면에 결합 및 분리된다. 제1타겟 어셈블리(210)는 제1타겟 어셈블리 삽입구(A)를 통해 증착 공간으로 삽입되어 스퍼터링되는 전면을 가지는 제1타겟(212)과, 제1타겟의 후면을 고정 결합하는 제1타겟 백킹 플레이트(211)와, 제1타겟 백킹 플레이트를 제1원통의 원주 중심을 향하는 제1원주(110a) 내면에 결합 및 분리 가능하도록 체결하는 제1체결체(230a)를 포함한다. 제1타겟(212)은 제1타겟 어셈블리 삽입구(A)를 통해 증착 공간에 위치하게 되고, 제1타겟의 전면에서 스퍼터링된 원자들이 제1타겟을 바라보는 기판의 면에 증착된다. 제1타겟 백킹 플레이트(211)는 제1타겟(212)의 면적보다 크게 형성하여 제1타겟의 후면을 고정 결합한다. 제1타겟(212)이 결합되지 않은 영역인 제1타겟 백킹 플레이트 가장자리 영역은 제1원통의 원주 중심을 향하는 제1원주 내면에 접하게 되고, 이러한 접한 영역을 제1원주 내면과 체결한다. 도 5(a)는 제1원주 내면에 제1타겟 어셈블리 삽입구(A)가 형성된 모습을 도시한 그림이고, 도 5(b)는 제1원주 내면에 형성된 제1타겟 어셈블리 삽입구에 제1타겟 어셈블리가 삽입되어 결합되어 보이는 제1타겟 백킹 플레이트(211)의 모습을 도시한 그림이다.

볼트 등의 제1체결체(230a)를 이용하여 제1타겟 백킹 플레이트(230a)를 제1원주면(110a)에 결합하거나, 제1체결체(230a)의 체결을 해제하여 제1타겟 백킹 플레이트(230a)를 제1원주면(110a)으로부터 분리시킬 수 있다. 따라서 도넛 형태의 챔버의 안측에서 작업자가 손쉽게 제1타겟 어셈블리(230) 교체를 수행할 수 있다.

마찬가지로, 제2타겟 어셈블리(220)는 증착 공간을 향하는 방향으로 제2타겟의 전면이 위치하도록, 증착 공간의 외부에서 제2원주면에 결합 및 분리된다. 제2타겟 어셈블리(220)는 제2타겟 어셈블리 삽입구(B)를 통해 증착 공간으로 삽입되어 스퍼터링되는 전면을 가지는 제2타겟(222)과, 제2타겟의 후면을 고정 결합하는 제2타겟 백킹 플레이트(221)와, 제2타겟 백킹 플레이트(221)를 제2원통의 원주 바깥을 향하는 제2원주면(120a)의 외면에 결합 및 분리 가능하도록 체결하는 제2체결체(230b)를 포함한다. 제2타겟(222)은 제2타겟 어셈블리 삽입구(B)를 통해 증착 공간에 위치하게 되고, 제2타겟(222)의 전면에서 스퍼터링된 원자들이, 제2타겟을 바라보는 기판의 면에 증착된다. 도 2에 도시한 바와 같이 제2타겟 백킹 플레이트(221)는 제2타겟의 면적보다 크게 형성하여 제2타겟의 후면을 고정 결합한다. 제2타겟이 결합되지 않은 영역인 제2타겟 백킹 플레이트 가장자리 영역은 제2원통의 원주 바깥을 향하는 제2원주면(120a)에 접하게 되고, 이러한 접한 영역을 체결한다. 볼트 등의 제2체결체(230b)를 이용하여 제2타겟 백킹 플레이트(221)를 제2원주면(120a)에 결합하거나, 제2체결체(230b)의 체결을 해제하여 제2타겟 백킹 플레이트(221)를 제2원주면(120a)으로부터 분리시킬 수 있다. 따라서 도넛 형태의 챔버의 바깥측 외부에서 작업자가 손쉽게 제2타겟 어셈블리(220) 교체를 수행할 수 있다.

참고로, 상기의 제1타겟 어셈블리(210)와 제2타겟 어셈블리(220)는 챔버의 제1원주면(110a)와 제2원주면(120a) 상에 복수개로 구비될 수 있으며, 이러할 경우 제1타겟 어셈블리 삽입구(A)와 제2타겟 어셈블리 삽입구(B)는 그에 상응한 개수로 형성된다.

도 6은 제1타겟 어셈블리(210)와 제2타겟 어셈블리(220)의 스퍼터링에 의하여 기판(S)에 양면 증착이 이루어지는 모습을 도시한 그림이다. 기판(S)의 회전에 의하여 제1타겟 어셈블리(210)와 제2타겟 어셈블리(220)의 스퍼터링에 의하여 양면 증착이 이루어질 수 있다.

한편, 스퍼터 장치는 타겟에 플라즈마 상태의 원자 또는 분자가 쏘아지도록 하기 위하여 자석 모듈 하우징(미도시)을 구비한다. 자석 모듈 하우징은(미도시) 내부에 자석 모듈을 수납하여, 자석 모듈을 통하여 자기장을 발생시켜 타겟 표면 인근에서의 플라즈마 밀도를 더욱 강화시킨다. 자석 모듈 하우징은 제1,2타겟 어셈블리의 후면에 위치할 수 있다.

한편, 기판 스퍼터링을 위하여 타겟 어셈블리를 도넛형태의 챔버에 장착한 후 진공 상태를 유지하게 되는데, 진공 전의 타겟 어셈블리는 공기 중에 노출되기 때문에 타겟의 면에 산화막이 형성된다. 따라서 증착 공정을 위한 본 공정의 스퍼터링이 이루어지기 전에, 산화막을 제거하는 프리 스퍼터링(pre-sputterring)이 이루어진다. 따라서 프리 스퍼터링이 이루어지는 동안 기판에 박막이 증착되지 않도록 타겟으로부터 차단해야 한다. 이를 위하여, 도 7의 챔버 단면도와 도 8의 스퍼터 차단 드럼 사시도를 참조하면, 스퍼터 차단 드럼(300)을 증착 공간 내에 구비한다. 즉, 제1원주면(110a)과 기판(S)간의 사이를 차단하며 아울러 제2원주면(120a)과 기판(S)간의 사이를 차단 가능하게 하는 스퍼터 차단 드럼(300)을 구비한다.

스퍼터 차단 드럼의 사시도를 도 8에 도시하였는데, 제1원주면(110a)과 기판 드럼 원주면(200a)간의 사이에서 이격 설치된 스퍼터 차단 드럼 제1원주면(300a)와, 제2원주면(120a)과 기판 드럼 원주면(200a)간의 사이에서 이격 설치된 스퍼터 차단 드럼 제2원주면(300b), 상기 스퍼터 차단 드럼 제1원주면(300a) 및 제2원주면(300b)의 상단을 연결한 스퍼터 차단 드럼 상부면(300c), 상기 스퍼터 차단 드럼 원주면(300a,300b)에 관통된 개구부로 형성된 스퍼터 개구부(D)를 포함한다. 또한 스퍼터 차단 드럼 상부면(300c)에는 스퍼터 차단 드럼 회전 구동축(350)이 마련되어, 스퍼터 차단 드럼(300)을 원주를 따라 회전시킬 수 있다. 스퍼터 차단 드럼(300)이 회전하여 스퍼터 개구부(D)가 기판(S)에 마주보며 일치하는 경우 정상적인 스퍼터링에 의한 기판 증착이 이루어지며, 스퍼터 차단 드럼(300)이 회전하여 스퍼터 차단 드럼 원주면(300a,300b)이 기판을 가로 막는 경우에는 기판 증착에는 영향을 미치지 않고 타겟의 산화막을 제거하는 프리 스퍼터링이 이루어진다.

상술하면, 스퍼터 차단 드럼(300)은 회전에 의하여 스퍼터 개구부의 위치를 달리할 수 있다. 도 9는 스퍼터 개구부가 회전에 의하여 특정 타겟 어셈블리에 대향하여 위치한 모습을 도시한 그림으로서, 도 9(a)와 같이 I 지점의 타겟 어셈블리 위치에 스퍼터 개구부가 위치한 경우에는 I 지점의 타겟 어셈블리에 의해 스퍼터링 기판 증착이 이루어지며, 다른 II, III, IV 지점의 타겟 어셈블리에 의해서는 본 공정의 스퍼터링 기판 증착이 이루질 수 없고 프리 스퍼터링만 이루어질 수 있다. 그러나 도 9(b)와 같이 회전에 의하여 II 지점의 타겟 어셈블리 위치에 스퍼터 개구부가 위치한 경우에는 II 지점의 타겟 어셈블리에 의해 스퍼터링 기판 증착이 이루어지며, 다른 I,III,IV 지점의 타겟 어셈블리에 의해서는 스퍼터링 기판 증착이 이루질 수 없고 프리 스퍼터링만 이루어질 수 있다. 마찬가지로, 도 9(c)의 경우에는 III 지점에 스퍼터 개구부가 위치하여 기판에 대한 스퍼터링 증착이 이루어질 수 있으며, 도 9(d)의 경우에는 IV 지점에 스퍼터 개구부가 위치하여 기판에 대한 스퍼터링 증착이 이루어질 수 있다.

한편, 스퍼터 차단 드럼과 같은 효과를 나타내기 위한 다른 실시예로는, 각 타겟의 전면을 약간의 간격을 두고 덮어 줄 수 있는 오픈/개방 가능한 셔터를 설치하는 것이다. 셔터는 타겟 표면의 오염 물질을 제거하기 위한 프리 스퍼터링을 할 때는 타겟을 가리고 증착을 할 때는 열리는 방식으로 구동하게 된다.

또한 챔버에 로딩하고 진공을 형성한 후 스퍼터링하여 증착하기 전에 필요에 따라서 산소, 질소, 등의 다양한 가스를 이용한 플라즈마 표면 처리를 할 수도 있다. 표면 처리를 하면 기판 표면의 유기물 등 기타 오염을 제거할 수 있고 스퍼터 증착 물질의 접합력을 개선할 수 있고, 표면의 물리적인 오염 물질을 제거할 수도 있기 때문이다. 또한 스퍼터 증착 전후 할로겐 램프를 이용하여 기판을 열처리할 수도 있다. 상기의 플라즈마 표면 처리를 위한 플라즈마 전극판 및 열처리를 위한 할로겐 램프는 제1 및 제2원주면에 스퍼터링 타겟과 유사한 방식으로 장착될 수 있으며, 이때 챔버 외부에서 플라즈마 전극판 및 할로겐 램프를 쉽게 유지 및 보수할 수 있다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

100:챔버 110:제1원통
120:제2원통 130:상부판
200:기판 드럼 210:제1타겟 어셈블리
220:제2타겟 어셈블리 230:체결체
240:기판 드럼 회전 구동축

Claims

제1원주를 가지는 원주면인 제1원주면과, 상기 제1원주보다 큰 제2원주를 가지는 원주면인 제2원주면 사이에 증착 공간을 가지는 챔버;
상기 증착 공간에 마련되어 다수의 기판이 장착되는 기판 드럼;
상기 증착 공간을 향하는 방향으로 제1타겟의 전면이 위치하도록, 상기 증착 공간의 외부에서 상기 제1원주면에 결합 및 분리되는 제1타겟 어셈블리;
상기 증착 공간을 향하는 방향으로 제2타겟의 전면이 위치하도록, 상기 증착 공간의 외부에서 상기 제2원주면에 결합 및 분리되는 제2타겟 어셈블리;
상기 기판 드럼을 회전시키는 기판 드럼 회전 구동축;
을 포함하는 기판 처리 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 챔버는,
상기 제1원주면과, 상기 제1원주면과 연결된 바닥면인 제1바닥면을 구비하여 상부 개방된 제1원통;
상기 제2원주면과, 상기 제2원주면에 연결된 바닥면인 제2바닥면을 구비하여 상기 제1원주면 및 제1바닥면에 이격되어 위치하여 상부 개방된 제2원통;
상기 제1원주면의 상단과 상기 제2원주면의 상단을 연결하는 상부판;
상기 제1원주면에 관통 개구된 제1타겟 어셈블리 삽입구;
상기 제2원주면에 관통 개구된 제2타겟 어셈블리 삽입구;
를 포함하는 기판 처리 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 증착 공간으로 기판 이송되는 출입구인 기판 이송 게이트가 상기 제2원주면에 형성된 기판 처리 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제1타겟 어셈블리는,
상기 제1원주면에 장착되어 상기 증착 공간으로 대향되는 전면을 가지는 제1타겟;
상기 제1타겟의 후면을 고정 결합하는 제1타겟 백킹 플레이트;
상기 증착 공간의 외부에서 상기 제1원주면에 상기 제1타겟 백킹 플레이트를 결합 및 분리하는 제1체결체;
를 포함하는 기판 처리 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제2타겟 어셈블리는,
상기 제2원주면에 장착되어 상기 증착 공간으로 대향되는 전면을 가지는 제2타겟;
상기 제2타겟의 후면을 고정 결합하는 제2타겟 백킹 플레이트;
상기 증착 공간의 외부에서 상기 제2원주면에 상기 제2타겟 백킹 플레이트를 결합 및 분리하는 제2체결체;
를 포함하는 기판 처리 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 기판 드럼은,
상기 제1원주면과 제2원주면 사이에서 이격 설치된 기판 드럼 원주면;
상기 기판 드럼 원주면의 하단을 연결한 기판 드럼 바닥면;
상기 기판 드럼 원주면에 형성된 기판 장착 개구부;
상기 기판 장착 개구부에 기판을 장착 및 분리하는 기판 탈착 홀더;
를 포함하는 기판 처리 장치.
청구항 6에 있어서, 상기 기판 드럼은, 상기 기판 드럼 바닥면을 지지하여 회전 가능한 기판 드럼 회전 구동축을 포함하는 기판 처리 장치.
청구항 6에 있어서, 상기 기판 처리 장치는,
상기 제1원주면과 기판 드럼 원주면의 사이, 상기 제2원주면과 기판 드럼 원주면의 사이를 각각 차단 가능하게 하는 스퍼터 차단 드럼을 포함하는 기판 처리 장치.
청구항 8에 있어서, 상기 스퍼터 차단 드럼은,
상기 제1원주면과 기판 드럼 원주면간의 사이에서 이격 설치된 스퍼터 차단 드럼 제1원주면;
상기 제2원주면과 기판 드럼 원주면간의 사이에서 이격 설치된 스퍼터 차단 드럼 제2원주면;
상기 스퍼터 차단 드럼 제1원주면과 스퍼터 차단 드럼 제2원주면의 상단을 연결한 스퍼터 차단 드럼 상부면;
상기 스퍼터 차단 드럼 제1원주면 및 스퍼터 차단 드럼 제2원주면을 관통한 개구부로 형성된 스퍼터 개구부;
를 포함하는 기판 처리 장치.
청구항 9에 있어서, 상기 스퍼터 차단 드럼 상부면과 체결되어 상기 스퍼터 차단 드럼을 회전시키는 스퍼터 차단 드럼 회전 구동축을 포함하는 기판 처리 장치.
청구항 9에 있어서, 상기 기판 처리 장치는,
상기 제1원주면과 기판 드럼 원주면의 사이, 상기 제2원주면과 기판 드럼 원주면의 사이를 각각 차단 가능하게 하는 셔터를 포함하는 기판 처리 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 기판 처리 장치는, 스퍼터 증착 장치, 진공증착 코팅 장치 중에서 어느 하나로 구현되는 기판 처리 장치.