KR20160075708A - 멀티-매그네트 배열체 - Google Patents

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KR20160075708A
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요아힘 마이
디르크 로스트
라이너 바움개르트너
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마이어 부르거 (저머니) 아게
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Abstract

본 발명은 워크피스들, 바람직하게는 큰 기판들의 표면을 프로세싱하기 위한 방법, 그리고 이 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 프로세싱 장치들은 진공 챔버 내의 드럼-형 캐리어의 원통형 표면 상에 배열된다. 워크피스는 드럼에 걸쳐 수송되고, 그리고 선택적으로 회전하는 것이 유발된다. 드럼-형 캐리어는 의도된 프로세싱 장치가 워크피스들을 향하고 그리고 워크피스를 프로세싱할 수 있는 방식으로 회전된다. 프로세싱될 표면 섹션은 워크피스를 병진하고 그리고 회전함으로써 선택될 수 있다.

Description

멀티-매그네트 배열체 {MULTI-MAGNET ARRANGEMENT}
다양한 방법들이, 표면들을 처리할 때, 예를 들어, 얇은 층들의 코트(coat)들이 적용되거나 또는 표면이 제거될 때, 사용된다. 물리적 또는 화학적 증기 증착(vapor deposition)의 방법은 코팅에 대해 특히 중요하다. 입자들이 입자 두들김(bombardment)을 통해 목표 재료로부터 제거되고 그리고 이후 코팅될 표면 상에 증착되는 스퍼터링(sputtering)은 반도체, 태양 전지(solar-cell) 및 광학 산업들에서 표면들을 코팅하는데 종종 사용된다. 예들로써, 이온-빔 에칭(ion-beam etching) 또는 플라즈마 에칭(plasma etching) 방법들은 표면 제거를 위해 사용된다.
표면 프로세싱의 전술된 방법들은 진공에서 또는 특정 가스 대기들에서 통상적으로 이루어진다. 이러한 조건들 하에서, 기술이 종종 프로세싱 방법들 또는 프로세싱 품질의 연속성에 대한 낮은 레벨을 오직 포함하는 방법들을 변경하는 것을 요구할 때 문제가 존재한다. 보통, 이러한 유형의 경우들에서 프로세싱될 기판들은 게이트(gate)를 통해 하나의 프로세싱 기계로부터 후속하는 프로세싱 단계가 이후 수행되는 후속하는 프로세싱 기계 내로 이동된다. 게이트를 통한 이러한 유형의 이동 프로세스들은 항상, 특히 매우 크고 무거운 기판들이 존재할 때, 취급(handling) 문제들, 또는 진공 조건들을 기초로 한 문제들을 포함한다.
특히, 표면들이 얇은 층들로 코팅될 때, 코팅을 형성하는 이러한 층들의 품질 및 균일성은 중요하다. 1000 초과의 층들은 최근 적용들의 코팅들에서 부분적으로 적용된다. 따라서, 코팅 기술은 가장 높은 가능한 품질로 그리고 반복성(repeatability)으로 수행되어야 한다. 이러한 코팅 층들의 구조화, 특히 품질 보증의 골격 내에서 요구되는 층들의 측정 및 재작업(rework)은 또한 신뢰가능한 방식으로 실현될 수 있다.
이온-지원되는(ion-supported) 기술은 적용 및 층들의 재작업 양자 모두를 위해 또한 사용된다. 따라서, 일반적인 진공 챔버에서 아날로그(analog) 진공 조건들(압력, 온도, 가능하게는 특정 가스 성분들)을 요구하는 기술들을 수행하는 것은 종종 가능하다. 소위 워터 캐러셀들(wafer carousels)(예를 들어, US 6,949,177 B2)은 유사한 웨이퍼들이 하나의 프로세싱 스테이션(station)으로부터 다음으로 회전하는 방식으로 전송되는 반도체 산업으로부터 공지되어 있다. 이러한 유형의 시스템들은, 다수의 유사한, 비교적 작은 기판들의 프로세싱이 포함될 때, 매우 효과적이다. 그러나, 이들은, 큰 기판들이 프로세싱되어야 할 때, 거의 적합하지 않다. 이러한 장치들의 적합성은 또한 개별적인 제조 또는 작은 직렬들로의 제조에 대해 의문의 여지가 있다.
특히 이온-빔 및 플라즈마 기술들을 사용하여, 큰 기판들을 프로세싱하는데 적합한 디자인(design)을 제안하는 문제가, 따라서, 발생한다.
문제는 제 1 항에 따른 장치에 의해 본 발명에 따라 해결된다. 본 발명에 따른 장치를 사용하는 방법은 제 13 항에서 설명된다. 유리한 실시예들은 종속항들에서 나타난다.
적어도 다음의 단계들이 워크피스(workpiece)들, 다수의 프로세싱 장치들을 가지는 캐리어 드럼(carrier drum)(바람직하게는 원통형 본체)을 갖는 진공 챔버 내의 특히 여러 개의 프로세싱 층들을 갖는 기판의 표면을 프로세싱하기 위해 본 발명에 따른 방법에서 수행된다:
모션(motion)의 메인 축선을 갖는 수송 장치 상의 서스펜션(suspension) 요소 상의 진공 챔버(vacuum chamber) 내에 워크피스를 고정하는 단계,
사용될 상기 프로세싱 장치가 작동 포지션에 도달하고 그리고 활성화(active) 프로세싱 장치가 될 때까지, 상기 캐리어 드럼을 회전하는 단계,
활성화 프로세싱 장치에 대해 약간의 거리로 이격되어 메인 축선을 따라 워크피스를 이동하는 단계─제 1 프로세싱 기술이 워크피스에 적용됨─,
의도된 표면 조건이 달성될 때까지 다음 프로세싱 기술의 적용과 함께, 캐리어 드럼을 회전하는 단계 및 워크피스를 이동하는 단계를 반복하는 단계.
프로세싱 시스템은 큰 진공 챔버를 가지며, 바람직하게는 이 큰 진공 챔버의 전방에 에어 로크(air lock)를 가진다. 워크피스는, 바람직하게는 큰 기판들을 포함한다. 프로세싱 동안 10 kg 초과, 바람직하게는 100 kg 초과의 중량을 가지는 워크피스들은 큰 기판들로서 간주된다. 워크피스는, 바람직하게는, 프로세싱 동안 기계에 의해 워크피스를 업테이크(uptake)에 접근가능하게 만드는 고정 요소에 부착된다. 워크피스의 이동이 아래에 논의될 때, 이는, 바람직하게는(as a preference), 이러한 고정 요소를 통한 워크피스의 이동을 지칭한다. 이러한 유형의 고정 요소들의 디자인은 종래 기술에서 공지되어 있다. 워크 피스는 (바람직하게는 에어 로크를 통해) 진공 챔버 내로 이송된다. 진공 챔버에서, 이 워크피스는, 바람직하게는 서스펜션 요소에 행잉하면서(hanging on), 수평 및 수직 방향들로 수송된다. 서스펜션 요소는, 바람직하게는 리니어 모터(linear motor)를 통해 이동된다. 바람직한 지지되는 이동은 또한 가능하다, 그러나, 여기서 캐리어 드럼은 워크피스 위에 또는 워크피스 측 상에 배열된다. 서스펜션 요소는, 이동가능한 그리고 구동가능한 방식으로, 메인 축선의 방향을 설정하는 수평 캐리어 상에 바람직하게는 체결된다. 워크피스는, 바람직하게는, 수평 이동 동안 수직 축선 둘레에서 또한 회전될 수 있다. 워크피스의 회전은, 바람직하게는, 수송 장치 상의 서스펜션 요소 내로 마찬가지로 통합되는 모터를 통해 실현된다. 이러한 모터(선택적인 트랜스미션 및 보조적인 장치들을 포함함)는 바람직하게는 가스-밀봉 인클로저(gas-tight enclosure) 내에 배열된다. 이러한 가스-밀봉 인클로저는, 바람직하게는, 모션의 메인 축선과 평행하게 이어지는 하나의 (선택적으로는 두 개의) 공급 유닛(supply unit)을 가진다. 특히 우선적으로(as a special preference), 공급 유닛 또는 공급 유닛들은 진공 챔버의 벽에서 진공 피드스루(feedthrough)(바람직하게는 벨로우-타입 멤브레인 밀봉부(bellows-type membrane seal))를 통해 그리고 이 진공 피드스루 밖으로 이어지는 강성, 중공형 로드들(튜브들)의 형태로 실현된다. 공급 유닛들은 진공 피드스루에서 이들의 길이방향 축선을 따라 이동될 수 있다. 이 공급 유닛들은 이러한 방식으로 이동의 메인 축선을 따라 수송 장치 상의 서스펜션 요소의 이동을 따를 수 있거나, 또는, 경우에 따라, 이러한 이동이 강성 공급 유닛들을 통해 또한 초기화되고 그리고 제어될 수 있다. 적합한 리니어 구동 유닛은 진공 챔버의 외측 상의 이를 위해 제공된다. 에너지, 데이터 및 프로세스 유틸리티들(utilities)의 전달들은 유리하게 공급 유닛의 내부 중공 영역을 통해 이루어질 수 있다. 추가적으로 바람직한 실시예에서, 워크피스의 회전을 유발하기 위한 모터는 서스펜션 요소 내에 제공되지 않지만, 그러나 대신에 단지 샤프트 또는 유압식 연결을 통한 공급 유닛의 내부를 통해 제공되는 회전 이동을 전달하는 기어박스(gearbox) 내에는 제공된다.
캐리어 드럼은, 바람직하게는, 부유된(suspended) 워크피스 아래에 배열된다. 캐리어 드럼은, 바람직하게는 케이싱 및 2 개의 상부 면들을 갖는 원통, 중공형 본체의 형태로 설계된다. 워크피스는 작동 포지션의 활성화(active) 프로세싱 장치에 걸쳐 메인 축선을 따라 이동되고, 그리고 이에 의해 프로세싱된다. 바람직한 실시예에서, 메인 축선을 따른 속도는 프로세싱 프로파일들을 생성하기 위해 변경된다. 추가적인 바람직한 실시예에서, 워크피스가 캐리어 드럼을 지나 이동되는 거리는 작동 포지션의 프로세싱 장치에 따라 변한다. 균일한 프로세싱이 요구된다면, 워크피스가 유리한 방식으로 선택적으로 회전되게 한다. 회전 속도는, 요구되는 바와 같이, 변경될 수 있거나 또는 일정하게 유지될 수 있다.
프로세싱 장치들이, 여기서 케이싱 상에 또는 케이싱 내에 배열되거나, 또는 프로세싱 장치들이 캐리어 드럼의 상부 면 상에 또는 이 상부 면 내에 배열된다. 캐리어 드럼은 중심 축선을 가지며, 이 중심 축선 둘레에서, 캐리어 드럼은 회전되어, 요망되는 프로세싱 장치를 작동 포지션이도록 한다. 프로세싱 장치들이 케이싱 내에 배열된다면, 캐리어 드럼의 중심 축선은, 이 중심 축선이 워크피스의 회전 축선에 대해 수직한 평면 내에 있는 방식으로, 정렬된다. 프로세싱 장치들이 캐리어 드럼의 상부 면에 배열된다면, 캐리어 드럼의 중심 축선은, 바람직하게는, 워크피스의 회전 축선과 평행하게 이어질 것이다. 바람직한 실시예들 이외에도, 워크피스에 대한 캐리어 드럼의 임의의 포지션은 원칙적으로 가능하며, 이 때 캐리어 드럼의 배열은 워크피스 아래에 또는 그 위에 있다.
유사한 또는 상이한 프로세싱 장치들은 캐리어 드럼 상의 프로세싱 장치들로서 배열될 수 있다. 상이한 이온-빔 소스들, 플라즈마 소스들 및 매그네트론들이, 예들과 같이, 드럼 상에 배열될 수 있다. 재료를 적용하기 위한 프로세싱 장치들, 예를 들어 매그네트론들, 및 예를 들어 이온-빔 에칭(ion-beam etching) 또는 플라즈마 에칭을 갖는 재료를 제거하기 위한 프로세싱 장치들 양자 모두는 바람직한 실시예에서 캐리어 드럼 상에 함께(jointly) 배열될 수 있다. 이러한 맥락에서의 프로세싱 장치들은, 워크피스의 표면 조건을 연구하기에 그리고 예를 들어 프로세싱의 요건들 또는 결과를 결정하기에 적합한 측정 및 모니터링 장치를 의미하는 것으로 또한 이해된다. 예로서, 현미경(microscope)들, 분광기(spectroscope)들, 간섭계(interferometer)들 또는 레이저 측정 장치들과 같은 광학 측정 장치들은 이러한 유형의 장치들이다. 캐리어 드럼은 바람직하게는 2 개 이상 또는, 더 바람직하게는(as a further preference), 3, 4, 5 또는 6 개의 프로세싱 장치들을 가질 것이다. 그러나, 8 개의 프로세싱 장치들은 또한 바람직하다. 최대 수의 프로세싱 장치들은 오직 공간적인(spatial) 그리고 기술적인 경계 조건들에 의해 설정된다. 매우 특히 바람직하게는(as a very special preference), 모든 프로세싱 장치들은 매그네트론들이다.
캐리어 드럼은 하나 이상의 측면 상에, 바람직하게는 양 측면들 상에 회전가능하게 지지된다; 지지부는 바람직하게는 하나 이상의 측면 상에 중공형 샤프트를 가지며, 이 측면을 통해 가요성 공급 라인들이, 프로세싱 장치들을 위해 전력을 공급하고, 데이터 연결을 제공하고, 가스를 공급하고 그리고, 필요하다면 고주파 피드를 제공하도록 루팅될(routed) 수 있다. 바람직한 실시예에서, 하나 또는 그 초과의 프로세싱 장치들은, 작동 프로세스 및 공간 배향 양자 모두에 대해 이들 자신의 제어 가능성들을 또한 가진다. 이는, 바람직하게는 이온-빔 소스들 및 측정 장치들에 적용하며, 이 이온-빔 소스들 및 측정 장치들에는, 예를 들어, 유사한 유형으로 작동하는 이들 자신의 짐벌-장착형(gimbal-mounted) 서스펜션 요소 또는 서스펜션 요소가 제공된다. 캐리어 드럼은 구동 유닛을 통해 의도된 프로세싱 장치들이 프로세싱될 표면을 향하여 터닝되는(turned) 방식으로 회전된다. 따라서, 프로세싱 장치는 작동 포지션에 있다.
바람직한 실시예에서, 진공 챔버는 하나 또는 그 초과의 추가적인 프로세싱, 측정 또는 검사(inspection) 장치들을 가지며, 이 장치들을 통해, 워크피스는 위치설정될 수 있고, 그리고 선택적으로 회전될 수 있다. 이러한 프로세싱, 측정 또는 검사 장치들은, 예를 들어, 이온-빔 소스들, 전기 또는 광학 현미경들, 전자-빔 소스들, 카메라들 등을 포함한다. 이러한 장치들은 캐리어 드럼 상에 배열되지 않는다.
본 발명에 따른 방법은 프로세싱 장치들과 같은 매그네트론들 및 워크피스와 같은 기판의 바람직한 사용의 예에 의해 아래에서 설명될 것이다.
매그네트론들 또는 간단한 캐소드 스퍼터링 소스(cathode sputtering source)들은 목표 재료로부터 입자들을 제거하는 입자들을 발생하도록 종종 사용된다. 매그네트론 또는 캐소드 스퍼터링 소스는 충격받는(bombarded) 재료에 부착되는 캐소드를 가진다. 이는, 바람직하게는 소위 목표의 보조에 의해 이루어진다. 오직 전기장이 간단한 캐소드 스퍼터링 소스들의 경우에 캐소드에 생성되지만, 추가적인 자기장은 매그네트론의 경우에 캐소드 뒤에서 발생된다. 플라즈마는, 전기장이 생성될 때 캐소드의 앞에서 가스-충전된 공간 내에서 생성된다. 생성된 플라즈마의 이온들은 전기장 내에서 가속화되고, 그리고 코팅될 표면 상에 증착되는 목표 재료(목표)로부터 입자들을 제거한다. 직류(DC) 전압들, 펄스형 직류(DC) 전압들 또는 저주파수 또는 고주파수 교번 자계들(alternating fields)은 전기장들로서 가능성이 있다. 아르곤(argon) 또는 크립톤(krypton)과 같은 불활성 가스들은, 바람직하게는 가스들로서 사용된다. 다른 가스들은, 그렇지만, 증착되는 입자들에 의해 코팅될 표면과의 반응하는 이 가스에 또한 추가될 수 있고, 그리고 이에 의해 화합물 층들을 형성할 수 있다(반응성 스퍼터링(reactive sputtering)). 예를 들어, TiO2 의 층이 목표 재료로서 티타늄(titanium)의 사용 및 가스에 대한 O2 의 추가를 통해 코팅될 표면 상에서 생성될 수 있다.
마그네트론이 사용될 때, 이는 천천히 배출되는데, 이는 목표 재료의 연속되는 제거 때문이거나, 또는, 경우에 따라(as the case may be), 스퍼터링 프로세스의 특징들은 변하는데, 이는 매그네트론의 기하학적 형상이 이러한 방식으로 변하기 때문이다. 결과적으로, 매그네트론의 교체 또는 적어도 목표 재료의 교체는 프로세싱 중에 필요할 것이다.
종래 기술에서 이러한 문제들을 처리하기 위한 다수의 방법들이 존재한다. US 4,356,073 및 US 5,213,672는 이러한 유형의 방법들을 설명한다. 목표 재료를 회전하는 단계는 이 프로세싱에서 사용된다. 이는, 목표 재료가 전체 회전 본체에 걸쳐 고르게 제거되는 것 그리고 국부적인 과열이 일어나지 않는 것을 보장한다. 이러한 방법은, 실제로, 목표물의 유용한 수명의 증가를 보장하지 않지만, 그러나 이는 단지 최종 배출을 지연할 수 있다.
EP 0 543 844 B1는 전체 매그네트론이 회전하는 디자인을 나타낸다. 코팅될 기판은 매그네트론의 캐소드를 지나 이동되고 그리고 프로세스 내에서 코팅된다. 회전 매그네트론의 디자인은 DE 10 2009 053 756.2에서 완성되었으며, 예를 들어, 여기서 주기적으로 일어나는, 매그네트론의 원통형 형태에서의 약간의 불규칙들에 기초한 디자인-관련된 변동들은 목표 전압의 변경에 의해 상쇄될(balanced out) 수 있다. 회전 매그네트론들은 충분한 사용 목표 수명 및 프로세스 안정성을 명백하게 또한 가지지 않는다.
본 발명에 따른 방법은, 바람직한 실시예의 골격 내에서, 회전가능한 원통형 캐리어 드럼 상에 배열되는 복수의 매그네트론들의 사용을 제공하며; 하나 이상의 매그네트론은 기동되고(started up) 그리고 코팅될 물체에 관하여, 활성화 매그네트론과 같이, 이를 위해 작동 포지션에 있게 된다. 프로세싱될 물체(기판)는, 바람직하게는 코팅을 받을 것으로 추정되는 전체 영역이 이용되는 방식으로 매그네트론에 대해 이동된다. 복수의 코팅들이 요구된다면, 상응하는 복수의 코팅 프로세스들이 유리하게 수행될 것이다. 코팅 프로세스는 프로세스에서 하나의 그리고 동일한 매그네트론에 의해 수행될 수 있으며, 활성화 매그네트론(active magnetron)은 코팅 프로세스의 종결 후에 교체된다. 매그네트론들은, 이들의 코팅 특징부들 변경되거나 또는 목표 재료가 배출되기 전에 이러한 방식으로 유리하게 교환될 수 있다. 캐리어 드럼이 진공에서 코팅될 기판과 함께 하우징되기 때문에, 환기(ventilation) 또는 에어-로크 프로세스는, 활성화 매그네트론이 변경될 때, 필요하지 않다. 그러므로, 심지어 큰 기판들의 코팅 프로세스가, 목표물을 교체하는 것이 필요하기 전에, 종결될 수 있다. 코팅 프로세스의 중요한 가속 이외에도, 이는, 품질의 증가로 또한 이어지는데, 이는 진공에서의 코팅 조건들이 변하지 않기 때문이다.
캐리어 드럼에는 이러한 예에서 매그네트론들이 배타적으로 설비되기 때문에, 이는 아래에서 매그네트론 드럼으로 불릴 것이다. 바람직한 제 1 실시예는 수평으로 지지되는 원통형 본체를 가지는 매그네트론 드럼을 제공한다. 매그네트론들은, 바람직하게는 로드-형상이고, 그리고 원통형 본체의 회전 축선과 평행하고, 그리고 이의 케이싱 위에 또는 이 케이싱 내에 배열된다. 로드-형상 매그네트론들은 적어도 코팅될 기판의 코팅될 최대 폭만큼 길다. 매그네트론들은, 바람직하게는, 여기서 로드-형상 목표 재료를 가지며, 이 로드-형상 목표 재료는, 바람직하게는, 매그네트론의 대략 전체 길이를 가지는 구성요소로서, 특히 교환된 매그네트론으로부터 분리되게 조작될 수 있다. 매그네트론들은 디자인 및 목표 재료 양자 모두에 대해 동일할 수 있거나, 또는 이들이 상이할 수 있으며, 예를 들어 예를 들어, 상이한 목표 재료들을 가지며, 상이한 재료들로 만들어지는 코팅 층들을 생성할 수 있다. 바람직하게는 튜브 캐소드를 갖는, 바람직하게는 리니어 매그네트론들을 회전시키는, 추가적인 매그네트론 디자인들은 또한 가능하다. 매그네트론 드럼은 하나 이상의 측면 상에, 바람직하게는 양 측면들 상에 회전가능하게 지지된다; 지지부는 바람직하게는 하나 이상의 측면 상에 중공형 샤프트를 가지며, 이 측면을 통해 가요성 공급 라인들이, 매그네트론들을 위해 전력을 공급하고, 가스를 공급하고, 그리고, 필요하다면 고주파 피드를 제공하도록 배열될 수 있다. 매그네트론 드럼은 구동 유닛을 통해 의도된 매그네트론이 코팅될 표면을 향하여 터닝되는(turned) 방식으로 회전된다. 따라서, 매그네트론은 작동 포지션에 있다.
바람직한 실시예는, 작동 포지션에 있지 않은 매그네트론들을 또한 기동하는 능력을 제공하여서, 안정 작동까지의 브레이크-인 프로세스(break-in process)가 수행될 수 있다. 연구들은, 매그네트론들의 브레이크-인 프로세스은 압력 조건들에 그리고 또한 기하학적 형상 조건들, 특히 매그네트론에 대한 코팅될 영역의 거리에 의존하는 것을 보이고 있다. 매그네트론들을 작동 포지션의 작동 상태에 상응하는 작동 상태에 있게 하기 위해, 본 발명은, 작동 포지션에 있지 않은 매그네트론들의 매그네트론 드럼의 인클로저(벽)로의 거리가 코팅될 기판의 표면에 대한 작동 포지션에서 가질 것인 거리에 상응할 것을 예상한다. 작동 포지션에서의 매그네트론이 코팅될 기판의 표면에 대해 가지는 거리에 대한 작동 포지션에 있지 않은 매그네트론의 거리의 유도는, 바람직하게는 25% 미만이며, 이 때 특히 바람직하게는, 15% 미만이고, 매우 특히 바람직하게는 5% 미만이다. 동일한 기하학적 조건들이 작동 포지션에 있는 매그네트론들을 위해 그리고 작동 포지션들이 아닌 포지션들 내의 매그네트론들을 위해 존재하기 때문에, 코팅 작동을 위해 선호되는 작동 상태로 매그네트론들을 안정화하는 브레이크-인 프로세스가 가능하다. 특히 바람직한 실시예에서, 작동 포지션의 외측에 있는 매그네트론들을 위한 진공 조건들은 마찬가지로 작동 포지션의 매그네트론들의 진공 조건들과 매칭된다(matched). 매그네트론의 인클로저는 작동 포지션의 외측에 있는 매그네트론들에 의해 방출되는 가스를 빼내는 이를 위한 하나 또는 그 초과의 가스 배출 시스템들을 가지며, 그리고 진공 조건들은 기판들이 코팅되는 진공 챔버 내의 진공 조건에 이러한 방식으로 매칭된다. 가스 배출 시스템들은 가스 유동이 작동 포지션에서의 매그네트론 상에 작용하는 가스 유동에 상응하는 방식으로 배열된다. 특히, 진공 챔버와 매그네트론의 인클로저 사이의 압력 차는 10% 미만, 특히 바람직하게는 5% 미만, 그리고 매우 특히 바람직하게는 2.5% 미만이다.
바람직한 실시예에서, 각각의 매그네트론은 이의 자체의 고정된 또는 분리가능한 공급 라인들을 가진다. 추가적으로 바람직한 실시예에서, 공급 라인들에 대한 하나 또는 그 초과의 자동 연결들이 존재하며, 이 공급 라인들을 통해, 작동 포지션 내로 이동되는 매그네트론 및 또한 다른 포지션들의 매그네트론들 양자 모두는 분리가능한 방식으로 연결될 수 있다.
바람직하게는, 매그네트론 드럼의 회전 방향은 공급 라인들의 트위스팅(twisting)이 매그네트론의 위치설정 동안 최소화되는 방식으로 항상 선택된다.
수평으로 지지되는 매그네트론 드럼은, 바람직하게는 코팅 크게-크기형성된 기판들을 위한 시스템 내에 사용된다. 시스템은 큰 진공 챔버를 가지며, 이를 위해 이 큰 진공 챔버의 전방에 에어 로크를 가진다. 프로세싱될 기판은 에어 로크를 통해 진공 챔버 내로 이송된다. 피드-인은, 바람직하게는, 서스펜션 요소 바로 아래에서, 측면에서 일어나서, 단지 약간의 푸쉬만이 워크피스를 서스펜션 요소에 연결하기 위해 필요하다. 진공 챔버에서, 이 워크피스는, 바람직하게는 서스펜션 요소에 행잉하면서(hanging on), 수평 및 선택적으로 수직 방향들로 수송된다. 서스펜션 요소는 이동가능한 그리고 구동가능한 방식으로 수평 캐리에에 체결된다. 기판은, 바람직하게는, 수평 이동 동안 수직 축선 둘레에서 또한 회전될 수 있다. 매그네트론 드럼은, 바람직하게는, 행잉하는 기판 아래에 배열된다. 컴포넌트는 작동 포지션의 활성화(active) 매그네트론에 걸쳐 메인 축선을 따라 이동되고, 그리고 이에 의해 코팅 층을 수용한다. 바람직한 실시예에서, 메인 축선을 따른 속도는 규정된 코팅 프로파일들을 생성하기 위해 변경된다. 균일한 코팅 층들이 요구된다면, 프로세싱될 기판이 유리한 방식으로 회전하도록 선택적으로 만들어진다. 회전 속도는, 요구되는 바와 같이, 변경될 수 있거나 또는 일정하게 유지될 수 있다.
일단 하나의 층이 완전히 적용된다면, 메인 축선을 따른 모션의 방향은 반대가 되며, 그리고 기판은, 필요하다면, 다시 한번 코팅된다. 작동 포지션에 이전에 있었던 매그네트론은 이를 위해 사용될 수 있거나 또는, 목표 재로가 변경되어야 한다면 또는 상이한 코팅 재료가 요구된다면, 상이한 매그네트론은 매그네트론 드럼의 회전을 통해 작동 포지션이 되게 할 수 있다. 선택된 매그네트론은 이미 사전에 기동될 수 있거나 또는 작동 포지션에서 우선적으로 기동될 수 있다. 추가적인 코팅 층은 이제 메인 축선을 따른 이동을 통해 그리고 기판의 회전을 통해 제공될 수 있다. 이는, 코팅의 요망되는 층 구조물이 달성될 때까지 또는 요구되는 층 재료를 갖는 기능적인 매그네트론이 더 이상 사용가능하지 않을 때까지, 계속된다. 기판은, 코팅 프로세스가 완료될 때 에어 로크를 통해 진공 챔버 밖으로 생산된다.
바람직한 실시예에서, 캐리어 드럼은 인클로저 내에 배열된다. 드럼은 의도된 프로세싱 장치를 위한 개구를 가지며, 이 개구를 통해, 이는 워크피스의 표면을 프로세싱할 수 있다. 특히 매그네트론들이 사용될 때, 매그네트론의 전방에 있는 워크 피스의 존재는 상이한 플라즈마 특징들로 이어질 수 있다는 것이 보여진다. 그러나, 프로세싱을 위해 이용가능한 안정한 플라즈마를 항상 가지는 것에 대한 노력이 이루어진다. 따라서, 인클로저는, 프로세싱 포지션에서의 워크피스의 것에 상응하는 플라즈마 소스들에 대해 이격되게(at a distance) 배열된다. 의도된 프로세싱 장치를 위한 개구의 영역에서 인클로저의 거리의 조절만이 오직 존재하여서, 프로세싱 장치들은, 인클로저와의 접촉함 없이, 프로세싱 포지션이 되게 할 수 있지만, 그러나 워크피스는 인클로저와의 접촉함 없이 또한 이동될 수 있다. 인클로저는, 바람직하게는 이의 자체의 가스 배출 시스템을 가진다. 이러한 가스 배출 시스템은, 작동 포지션에서 후에 달성되어야 하는 가스-압력 조건들 또는 가스 조성물들이 인클로저 내에서 그리고 각각의 매그네트론들의 전방에서 우세한 것을 보장한다. 매그네트론들이, 프로세싱 포지션이 아닐 때, 또한 작동 상태이기 때문에,안정한 작동 상태이도록, 사용되는 가스(보통, 아르곤)는 규정된 방식으로 빼내어질 수 있다. 이는, 바람직하게는 가스 배출 시스템에 의해 또한 실현된다. 인클로저는 또한 바람직하게는 가스-공급 장치들을 가진다. 당업자에 의해 공지된"크로스 플로우(cross flow)"는 이러한 방식으로 각각의 매그네트론에 걸쳐 유리하게 실현될 수 있다. 가스 추출 및 공급은 캐리어 드럼의 중공 축선을 통해 일어날 수 있다. 다른 바람직한 실시예들은, 프로세싱 포지션들에서 가스 배출 시스템의 흡입 개구들과 부합하고(congruent), 그리고 회전 프로세스 동안 캐리어 드럼의 베어링들에 의해 커버링되는 하나 또는 양자 모두의 이들의 원통형 면들에서 개구들을 가지도록 캐리어 드럼을 제공한다. 유사한 방법이 가스 공급에 관하여 취해질 수 있다.
조절 장치들(매칭 박스들)은, 고주파 교류 전압들이 사용될 때, HF 제너레이터(HF generator)와 매그네트론 사이의 출력을 매칭하는데 보통 사용된다. 이들은, 바람직하게는 캐리어 드럼에 위치된다. 이는, 각각의 매그네트론의 커플링 지점 또는 여러 개의 커플링 지점들로 요구되는 트랜스미션 라인들의 길이를 유리하게 단축한다. 이를 위한 매치 박스들은, 바람직하게는 이들 자체의 진공-밀봉 컨테이너들 내에 배열된다. 매치 박스들의 컨테이너들은 공기 또는 유리하게는 보호 가스(예를 들어, 건조 질소)로 충전될 수 있다.
간단하게, 바람직한 실시예, 프로세싱 장치들, 예를 들어 매그네트론들 또는 더 자세하게는 이들의 목표 재료는 장치의 휴지 기간들 동안 교체된다. 진공 챔버는, 바람직하게는 이를 위해 유지보수 도어(maintenance door)를 가진다. 그러나, 추가적으로 바람직한 실시예는 매그네트론을 교체하는 실현성을 제공하며, 이 매그네트론의 목표 재료가 제자리에서 배출된다. 이러한 목적을 위하여, 매그네트론 드럼은, 유지보수될 매그네트론이 작동 포지션을 벗어나 교체 포지션으로 회전되는 포지션으로 회전된다. 매그네트론 드럼의 교체 포지션은, 바람직하게는 작동 포지션에 반대편에 있다. 이러한 포지션에서 목표 재료의 교체를 허용하는 매그네트론 드럼 상에서 에어-로크 장치를 도킹하는(dock) 것은 가능하다. 제 1 실시예는, 매그네트론 드럼의 면에서 빠져나오고(pulled out), 그리고 에어 로크에서 중간 저장 상태가 되게 하고, 그리고 이후 제거되도록 배출된 목표 재료를 제공한다. 새로운 목표 재료는 마찬가지로 에어 로크를 통해 도입되고(brought in), 면 측면으로부터 매그네트론 내로 들어가고, 그리고 그 곳에 앵커링된다(anchored). 커버링될 에어-로크 개수의 단면이 작은데, 이는 에어-로크 개구가 단지 로드-형상 목표 재료의 단면보다 다소 더 크기 때문이라는 사실은 이러한 해결책에 관하여 유리하다. 목표 재료는, 바람직하게는 자동 방식으로 또는 진공에서 목표 재료를 다루는 매니퓰레이터(manipulator)에 의해 이루어진다.
추가적인 바람직한 실시예는 매그네트론 드럼의 케이싱에 대해 수직하게 목표 재료를 제거하는 에어-로크 개구를 제공한다. 시스템 폭이 시스템 옆에 연결되는 에어-로크 장치에 의해 증가되지 않는다는 사실은, 이들과의 연결에서 유리하다. 목표 재료는, 바람직하게는 자동 방식으로 또는 진공에서 목표 재료를 다루는 매니퓰레이터(manipulator)에 의해 여기서 또한 이루어진다.
다른 바람직한 실시예는 목표 재료 대신에 교체될 전체 로드-형상 매그네트론을 제공한다. 이러한 실시예는, 자동 커넥터들을 통해 작동 포지션에서의 매그네트론에 연결되는 공급 라인들의 사용에 의한 연결에서 특히 유리하다. 추가적인 바람직한 실시예는, 매그네트론 드럼의 면들 내로 통합되도록 그리고 거기서 매그네트론들로 운반되도록 공급 라인들을 제공한다 매그네트론들에 대한 분리가능한 연결은 바람직하게는 매그네트론 드럼의 면들에서 존재한다.
작동의 유리한 방법은 교체 포지션에 있는 배출되는 목표 재료를 갖는 매그네트론을 제공하는데, 이는 작동 포지션에서의 매그네트론의 작동 동안 매그네트론 드럼의 포지션 때문이다. 목표 재료, 또는 배출된 목표 재료를 갖는 매그네트론은, 이후 코팅 작동의 중단(interruption) 없이 교체될 수 있다. 이러한 타입의 매그네트론들 상의 추가적인 요구되는 유지보수 작업은 마찬가지로 가능하다.
특히 바람직한 실시예는 하나의 에어 로크만이 아니라, 다수의 에어 로크들의 존재를 제공한다. 이러한 에어 로크들은, 바람직하게는, 코팅 동안 작동 포지션에 있지 않은 매그네트론들에 의해 취해지는 포지션들에 상응한다. 다수의 매그네트론들은 동시에 새로운 목표 재료가 제공되고 또는 이러한 방식으로 유지보수될 수 있다.
추가적인 바람직한 실시예는 수직으로 지지되는 원통형 본체를 가지는 매그네트론 드럼을 제공한다. 매그네트론들은 매그네트론 드럼에서 작고, 둥근 스퍼터(sputter) 매그네트론들의 형태로 고정(standing) 방식으로 배열된다. "둥근(round)"은 본원에서 매그네트론들이 컵-형상 디자인을 가지고 그리고 수평 단면에서 본질적으로 원형인 것을 의미한다. 코팅 재료는, 상부에서 매그네트론 원통부의 상부 면으로부터 떠난다. 작동하는 매그네트론 또는 매그네트론들이 애퍼처들에 의해 해제되어서, 코팅 재료가 생산된다(output). 다른 매그네트론들은 스크린들에 의해 커버링된다. 작동 상태인 하나의 매그네트론을 단지 해제하는 회전가능하게 장착되는 스크린은 존재한다. 그러나, 해제되지 않은 매그네트론들은 이미 유리하게 작동 상태일 수 있어, 이들이 사용될 때까지 안정된 작동 지점을 유발한다. 매그네트론 드럼은, 요구되는 포지션으로 코팅 프로세스를 위해 소집될 수 있는 매그네트론을 유발하도록 이의 수직 축선 둘레에서 회전된다. 추가적인 회전은, 선택적으로 프로세싱 동안 일어날 수 있다.
워크피스는, 바람직하게는 단지 수평 매그네트론 드럼의 사용의 경우에서 처럼, 선택적인 회전에 의해 메인 축선을 따라 매그네트론을 지나 이동된다. 워크피스의 병진 및 회전 이동을 위한 상응하는 매개변수들은 사전에 측정되었다. 층-두께 프로파일들이 회전식으로 대칭적일 필요가 없는 워크피스 상에 생성된다는 사실은 수직 매그네트론 드럼에 관하여 유리하다. 이러한 유형의 프로파일들은, 예로서, 요망되는 층-두께 구배들을 갖는 자유-형태 표면들 또는 구형(spherical) 섹션들의 생성에서 유리하다.
매그네트론 회전축은, 바람직하게는 중공형이어서, 매그네트론들로의 라인들이 본원에서 회전축을 통해 또한 연결된다.
이러한 이유 때문에 요구되는 목적 재료의 배출 및 교체는 또한 본원에서 사용되는 더 짧은, 둥근 매그네트론들에 관한 제한 매개변수이다. 따라서, 바람직한 실시예는, 스크린으로부터 멀어지게 터닝되는 매그네트론 드럼의 상부 면으로부터 매그네트론들을 교환하는 능력을 제공한다. 전력, 가스 및 고주파를 위한 라인들은 이를 위해 분리가능한 방식으로 매그네트론들에 연결된다. 필요하다면, 라인들은 분리되며, 그리고 에어-로크 구조물은 매그네트론으로 이동된다. 매그네트론은, 이후 이의 전체가 매그네트론 드럼으로부터 제거되며, 그리고 교체 매그네트론이 삽입된다. 이 후에, 라인들은 다시 부착된다.
전체 시스템(진공 시스템) 및 코팅 프로세스는 바람직하게는 데이터-프로세싱 유닛을 통해 제어된다. 이러한 목적을 위하여, 센서들은 워크피스의 포지션 및 상태 이외에도, 시스템의 진공 상태 등뿐만 아니라, 목표 재료 및 매그네트론들의 포지션, 작동 및 마모에 관한 정보를 결정하는 시스템 내에 존재한다. 이러한 센서들은 수집된 데이터를 무선으로 또는 유선 방식으로 데이터-프로세싱 유닛에 전송하며, 이 데이터-프로세싱 유닛은, 이후, 이 데이터를 평가하고 그리고 진공 시스템의 제어 판단들에 데이터를 포함한다. 목표 재료 및 매그네트론들의 교환은, 필요하다면, 데이터-프로세싱 유닛에 의해 (또는 이를 위해 사용되는 것으로 의도되는 추가적인 데이터-프로세싱 유닛에 의해) 또한 제어된다. 특히, 코팅 프로세스는 진공 시스템의 데이터-프로세싱 유닛 내에서 또는 상이한 데이터-프로세싱 유닛 내에서 사전에 측정되어(모델링됨), 요구되는 층 두께, 층들의 수, 코팅 횟수들, 작동 포지션에서의 워크피스와 매그네트론 사이의 거리, 이송 속도(feed rate) 및, 적용가능하다면, 회전 속도 등과 같은 특징적인 데이터를 결정한다. 이러한 데이터는, 이후, 측정들이 거기서 이미 수행되지 않았다면, 진공 챔버의 데이터-프로세싱 유닛으로 전송된다.
도 1은 수평 축선 및 수직 에어-로크 피드(air-lock feed)를 갖는 마그네트론 드럼을 갖는 본 발명에 따른 배열의 개략도이다.
도 2는 수직 축선 및 수직 에어-로크 피드(air-lock feed)를 갖는 마그네트론 드럼을 갖는 본 발명에 따른 배열의 개략도이다.
도 3은 에워싸인 마그네트론 드럼 및 수평 에어-로크 피드를 갖는 본 발명의 묘사에 대한 개략도이다.
도 4a 내지 도 4f는 인클로저(enclosure)를 갖는 마그네트론 드럼의 실시예들의 개략도이다. 인클로저에 대해 작동 포지션에 있지 않는 마그네트론들과 기판에 대해 작동 포지션에 있는 마그네트론의 거리 관계들은 실질적인 유형으로 도시되지 않는다.
도 5는 진공 챔버의 내부에서 공급 유닛(supply unit) 및 리니어 모터(linear motor)를 갖는 본 발명에 따른 장치의 개략도이다.
도 6은 진공 챔버의 외측에서 공급 유닛(supply unit) 및 리니어 모터(linear motor)를 갖는 본 발명에 따른 장치의 개략도이다.
도 7은 평면도의 공급 유닛을 갖고 그리고 측면 상에 배열되는 에어 로크를 갖는 본 발명에 따른 장치의 개략도이다.
도 8은 인클로저에 대해 작동 포지션에 있지 않는 마그네트론들 및 기판에 대해 작동 포지션에 있는 마그네트론의 작동 조건들을 개략적으로 도시한다. 2 개의 거리들은 본 발명과 동일하거나 또는 거의 동일하다.
예들
도 1은 수평 축선(42)을 갖는 매그네트론 드럼을 갖는 본 발명에 따른 배열의 개략도를 도시한다. 특히, 워크피스(workpiece)는 3 개의 포지션들(3a, 3b, 3c)에서 도시된다. 이러한 포지션들은 잇따라(one after the other) 도달된다. 이는 결과적으로 동일한 시간에 프로세싱되는 3 개의 워크피스들을 포함하지 않는다.
도 2는 수직 축선(42)을 갖는 매그네트론 드럼을 갖는 본 발명에 따른 배열의 개략도를 도시한다. 특히, 워크피스(workpiece)는 3 개의 포지션들(3a, 3b, 3c)에서 도시된다. 이러한 포지션들은 잇따라(one after the other) 도달된다. 이는 결과적으로 동일한 시간에 프로세싱되는 3 개의 워크피스들을 포함하지 않는다. 본 발명에 따른 장치의 도 2의 실시예는 제 1 예에 대한 이의 매개변수들의 관점에서 상응한다. 다음 코팅 프로세스를 수행하는 매그네트론(41)이 수직 축선(42) 둘레에 있는 작동 포지션 내로 이동되며, 그리고 애퍼처(aperture)(43)는, 이 애퍼처가 작동 포지션의 매그네트론(41)의 스퍼터링된(sputtered) 목표 재료의 입자들을 위한 이의 개구를 해제하는 방식으로 동시에 회전된다.
본 발명에 따른 장치의 도 3에서의 예는 진공 챔버(1)를 가가지며, 이 진공 챔버 내에서, 메인 축선(main axis)(2)이 4000 mm의 길이를 갖는 캐리어(carrier)에 의해 형성된다. 진공 챔버(1)의 폭은 2000 mm이며, 1500 mm까지의 직경을 갖는 워크피스들(3a, 3b, 3c)을 수용할 수 있게 한다. 서스펜션 요소(21)는 1000 kg 까지의 하중들을 수용할 수 있는 캐리어들(2) 상에 배열된다. 이러한 서스펜션 요소는, 워크피스(3c)가 축선(31) 둘레로 3 Hz 까지 회전하는 것을 유발하는 것을 가능하게 한다. 상이한 치수들을 갖는 워크피스들을 또한 프로세싱할 수 있게 하기 위해, 이 워크피스들은 장치의 외측에 있는 균일한 캐리어 시스템(홀더(holder)) 내로 넣어지며, 그리고 이 워크피스들은 결과적으로 새로운 공동의 워크피스를 형성한다. 워크피스 및 캐리어 시스템은 진공 챔버의 내측에 있는 서스펜션 요소(21)에 의해 함께(jointly) 수용된다. 매그네트론 드럼(4)은, 케이싱(casing)에 걸쳐 동일한거리로 분포되는 1700 mm의 길이를 갖는 4 개의 평면 매그네트론들(41)을 가진다. 매그네트론 드럼(4)의 직경은 1000 mm이다. 대략 2 x 10-3 mbar의 중간-범위 작동 압력은 매그네트론의 작동을 위한 진공 챔버 내에서 설정된다. 그렇지만, 작동 압력은 대략 2 x 10-4 mbar과 대략 2 x 10-2 mbar 사이에서 통상적으로 변경될 수 있다. 진공 챔버는, 진공 챔버 내에서 깨끗한 작동 조건들을 유지하도록 그리고 대기로부터 오염물을 방지하도록 1 x 10-7 mbar 미만의 기초 압력에 이르기까지 비워질 수 있다. 진공 챔버는 이를 위해 유리하게 베이킹 아웃되거나(baked out) 또는 완화될(tempered) 수 있다.
에어 로크(11)는 800 mm의 높이를 갖는 2000 mm x 2000 mm의 개구 폭을 가진다. 워크 피스(3a)는, 리프팅 장치(115)에 의해 리프팅되는 그리고 서스펜션 요소에 자동으로 커플링되는, 진공(33)의 방향으로 개방되는 에어 로크(11) 내의 수송 장치(5)의 롤러들 상의 진공 챔버 내로 이동된다. 이후에, 워크피스(3c)는 수송 장치(2)의 메인 축선을 따라 리니어 드라이브 유닛을 통해 이동되고, 그리고 회전하도록 만들어진다. 매그네트론 드럼(4)의 매그네트론(41)은, 워크피스의 실제 프로세싱이 시작하기 전에, 이미 기동되었다. 매그네트론 드럼은 워크피스의 방향으로 이동가능한 커버(441)를 갖는 작동 개구를 가지는 인클로저(44)에 의해 둘러싸인다. 매그네트론 드럼(4)의 인클로저(44)는, 워크피스(3c)가 작동 포지션의 매그네트론(41) 위로 가질 것인 매그네트론(41)에 대한 동일한 거리를 가진다. 매그네트론들(41)은, 따라서, 안정 플라즈마 상태(stable plasma state)를 충분히 달성할 수 있고, 그리고 작동 포지션에서 기동될 필요가 없다. 동시에, 목적 재료로서 적용될 재료를 포함하는 매그네트론(41)은 워크피스의 피드-인(feed-in)을 위해 작동 포지션으로 이동된다. 매그네트론(41)이 이미 기동되었기 때문에, 작동 포지션의 매그네트론은 즉시 안정 작동을 달성하며, 그리고 2.00 min-1로 회전하는 워크피스(3c)는 매그네트론을 지나 규정된 속도 프로파일(profile)로 그리고 매그네트론의 목표 표면으로부터 60 mm의 거리만큼 이격되어 이동된다. 이렇게 함으로써, 제 1 코팅 층은 프로세싱될 워크피스(3c)의 표면(32) 상에 증착된다. 통상적인 속도 프로파일들은 0.1 mm/s 내지 30 mm/s 사이의 속도 변화들을 포함한다. 리니어-모터 구동 시스템들은, 바람직하게는 이러한 속도 변화들을 달성할 수 있도록 사용된다. 워크피스와 목표 표면 사이의 거리는 대략 50 mm 내지 대략 100 mm로 설정될 수 있다. 워크피스(3c)가 매그네트론(41)에 걸쳐 완전히 이동되자마자, 이의 이동은 느려지고 그리고 반대가 된다(reversed). 동시에, 매그네트론 드럼(4)은, 이미 기동된 다음의 매그네트론(41)이 이제 작동 포지션에 도달할 예정인 방식으로 이의 축선(42) 둘레에서 회전한다. 회전하는 워크피스(3c)가 매그네트롬에 걸쳐 이동하는 동시에, 다음의 매그네트론(41)은 유사한 방식으로 이후의 코팅 층을 이제 적용한다.
도 4a 내지 도 4f는 매그네트론 드럼(4) 및 첨부하는 인클로저(44)의 다양한 디자인 변형들을 개략적으로 도시한다. 매그네트론 드럼(4) 상의 4 개의 매그네트론들(41)을 갖는 단순한 실시예는 도 4a에서 도시된다. 워크피스(3c)는 인클로저 작동 개구(442) 위로 및 작동 포지션(45)의 매그네트론 위로 이동된다. 인클로저(44)는 여기서 원형 단면을 가진다.
인클로저는 도 4b에서 팔각형 디자인을 가진다. 각각의 매그네트론(41)─4 개의 매그네트론(41)이 도시되며, 8 개까지 여기서 사용가능함─은 인클로저(44)의 플랫 섹션에 반대편에 있다. 이는, 플라즈마의 안정이 특히 작동 포지션에서 예상될 기하학적 형상에 가까운 기하학적 형상에서 여기서 일어나기 때문에, 특별히 유리하다.
매그네트론 드럼(4)은 도 4c에서 매그네트론들(41)을 지지하는 아암들을 갖는 회전축(axle)으로서 설계된다.
도 4d에 따른 실시예는, 팔각형 디자인을 마찬가지로 가지는 매그네트론 드럼(4)을 가진다. 팔각형 인클로저(44)와 함께, 유리한 기하학적 형상은, 매그네트론 드럼(4)의 표면들이 인클로저(44)의 표면들에 반대편에 있는 방식으로 발생한다. 묘사에서 매그네트론(41)으로 점유되지 않는 표면들은, 바람직하게는 프로세싱 장치의 부착을 위해 또한 준비되어서, 반작용(reaction)이 상이한 기술 프로세스들의 전환부의 골격(framework) 내에서 가능하다.
도 4e는, 매그네트론 드럼(4)의 중공 중심 회전축을 통해 실현되는 가스 배출 시스템이 가스를 매그네트론 드럼(4)과 인클로저(44) 사이의 중간 공간 밖으로 가스를 흡입하도록(suction), 매그네트론 드럼(4)이 관통되는 일 실시예를 도시한다. 따라서, 진공 챔버 내의 이들에 대한 압력 조건들의 유리한 밸런싱(balancing)이 존재한다.
도 4f에 따른 실시예는 매그네트론 드럼(4)의 내부에서 매그네트론들(41)의 매치 박스들(match boxes)(46)의 배열을 개략적으로 도시한다. 이러한 실시예에서의 인클로저(44)는, 매그네트론 드럼(4)과 인클로저(44) 사이의 중간 공간 밖으로 가스를 흡입하는 것을 가능하게 하는 가스 흡입 개구들(443)을 가진다. 중간 공간에서의 진공 조건들이 진공 챔버(1)의 진공 조건들에 가까워질 것인 이러한 방식으로 보장된다.
도 5에 따른 실시예는 공급 유닛(7)을 개략적으로 나타낸다. 공급 유닛은 이의 내부가 중공형이고, 그리고 서스펜션 요소(21)에 대한 공급 및 데이터 라인들의 회전을 가능하게 한다. 공급 유닛(7)은 메인 축선(2)을 갖는 수송 장치를 따라 서스펜션 요소(21)의 이동을 따른다. 공급 유닛에는, 이동 중에 진공-밀봉(vacuum-tight) 조건들을 보장할 수 있도록 벨로우-타입 멘브레인 밀봉부(bellows-type membrane seal)(71)가 제공된다. 모터(22)는 워크피스(3c)의 회전 이동을 실현하는 서스펜션 요소(21)의 진공-밀봉 인클로저에 배열된다. 가능한 워크피스(3c)의 추가적인 프로세싱을 하게 하는 이온 공급기(ion source)(6)는 이러한 실시예에서 리프팅 장치(115) 옆에 있게 도시된다. 워크피스(3c)는 이를 위해 이온 공급기(6) 위에 위치설정될 수 있다. 메인 축선(2)을 따른 회전 이동 및 병진 이동은 이온 공급기를 향하여 회전하는 워크피스(3c)의 측 상에 임의의 임시적인 지점을 프로세싱하는 것을 가능하게 한다. 다른 프로세싱 또는 분석 장치들(예를 들어, 현미경들)은 또한 이온 공급기(6)에서의 제자리에 놓일 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 장치가 어떻게 실현될 수 있는지를 개략적으로 도시한다; 이동가능한 부품들의 캐리어는 진공 챔버(1)로부터 기계식으로 분리된다. 보강 시스템(reinforcement system)(74)은, 외부 보강 부품(741)을 통해, 메인 축선(2)을 갖는 수송 장치를 매그네트론 드럼(742)의 홀더(holder)에 연결한다. 이러한 보강 시스템(74)은 보강 부품(741)을 통해 메인 축선(2)을 갖는 수송 장치를 멤브레인-벨로우형 관통 홀들(membrane-bellow through-holes)에 걸쳐 고정한다. 매그네트론 드럼(4)의 홀더(742)는, 멤브레인-벨로우형 관통 홀들을 통해 또한 실현된다. 진공 챔버과 이동 시스템의 기계식 분리는, 따라서, 가능하며, 그리고 기판 이동의 요구되는 정밀도가 달성된다.
도 7은 평면도의 본 발명에 따른 장치를 개략적으로 도시하며, 여기서 에어 로크(11)는 횡방향 애드-온(add-on)의 형태로 실현된다. 메인 축선(2)을 갖는 캐리어 장치는 이중 캐리어 장치의 형태로 여기서 설계된다. 서스펜션 요소(21)는 2 개의 평행한 캐리어(2) 위에서 메인 축선을 따라 이동하며, 이 메인 축선은 여기서 2 개의 캐리어들(2) 사이에서 그리고 이들과 평행하게 중심으로 이어진다(도시되지 않음). 대기 포지션의 매그네트론(41)(실제로는 숨겨지지만, 여기서는 관통-홀에서 보여짐) 및 작동 포지션의 매그네트론(45)이 도시된다. 작동 포지션의 매그네트론(45)은, 이 매크네트론이 인크로저의 작동 개구(442)에 걸쳐 이동될 때, 워크피스(3c)를 프로세싱할 수 있다. 공급 유닛의 구동 장치(73)의 이동은 서스펜션 요소(21)의 이동과 동기화된다(synchronized). 이러한 구동 장치는 이중 캐리어 장치(72)의 형태로 설계된 캐리어 장치 상에서 또한 배열되고, 그리고 메인 축선의 방향으로 이동가능하다. 에어 로크(11)의 횡방향 배열은, 공급 유닛(7)의 캐리어 장치(72)에 의해 방해되는 경우, 워크피스들(3d)을 에어 로크(11) 내로 또는 이의 밖으로 이동하는 것을 가능하게 한다. 워크피스들은 대기 영역과 소위 수송 캐리어를 갖는 프로세스 챔버의 핸드오버 또는 테이크오버 포지션 사이에서 운반되고, 그리고 픽업된다(picked up). 수송 캐리어는 여기서 선택된 수송 시스템 및 캐리어 시스템에 대한 상이한 워크피스 치수들에 적응한다. 롤러 수송 시스템은 도 7에서의 수송 시스템의 예로서 도시된다.
도 8은 도 4f의 실시예에 상응하는 본 발명에 따른 실시예를 개략적으로 도시한다. 작동 포지션의 매그네트론의 조건들에 대해 작동 포지션에서 벗어난 매그네트론들을 위해 존재하는 조건들을 적응시키는 본 발명의 개념을 예시하기 위해, 인클로저(44)에 대한 매그네트론의 거리들(A) 및 기판(3c)에 대한 작동 포지션에서의 매그네트론의 거리(B)가 도 8 내에 도시되었다. 거리(A)는 거리(B)와 동일하거나 또는 거의 동일한 것으로 추정된다. 조건들을 추가적으로 밸런싱하기 위해, 인클로저에서 흡입 개구들(443)을 통해 작동 포지션에 있지 않은 매그네트론들에 의해 방출되는 가스의 추출이 존재한다. 이것 때문에(because of that), 인클로저에서의 압력 조건들은 진공 챔버에서의 압력 조건들에 상응한다. 가스 추출은, 매그네트론 반대편에 있는 벽에 놓이지 않지만, 대신에 매그네트론의 측 상에 배열되는 벽들에 놓이는 흡입 개구들(443)을 통해 일어난다. 작동 포지션에서 또한 예상되는 가스 유동은, 진공 챔버의 가스 추출이 기판의 측을 지나는 가스 유동으로 이어지는 경우에, 이러한 방식으로 모방된다(emulated).
1 진공 챔버
11 에어 로크
111 진공 챔버로의 에어 로크의 슬라이드 유닛
112 외부 환경으로의 에어 로크의 슬라이드 유닛
113 에어 로크의 가스 배출 시스템
114 진공 챔버의 가스 배출 시스템(진공 생성)
115 워크 피스를 리프팅하기 위한 리프팅 장치
2 메인 축선을 갖는 수송 장치
21 서스펜션 요소
22 서스펜션 요소의 내부 모터의 진공-밀봉 인클로저
3a 에어 로크 내의 워크피스
3b 수송 장치 상의 진공 챔버 내로의 리프팅 이동 후의 워크피스
3c 모션 및 회전의 프로세싱 중의 워크피스
3d 에어 로크를 통한 인테이크 전의 롤러 장치 상의 워크피스
3e 진공 챔버 내의 리프팅 이동 전의 워크피스
3f 워크피스의 회전 이동
31 워크피스가 프로세싱 중에 회전하는 회전 축선
32 프로세싱될 워크피스의 표면
33 에어 로크를 통한 인테이크 중의 워크피스의 리프팅 이동
34 매그네트론으로부터 워크피스로의 입자 유동
4 매그네트론 드럼
41 개별적인 매그네트론
42 매그네트론의 회전 축선
43 애퍼처
431 애퍼처의 개구
44 매그네트론 드럼의 인클로저
441 매그네트론 드럼의 인클로저의 작동 개구의 커버
442 매그네트론 드럼의 인클로저의 작동 개구
443 인클로저 내의 가스 흡입 개구들
45 작동 포지션의 매그네트론
46 매그네트론의 고주파 적응을 위한 매치 박스
5 워크 피스를 수송하기 위한 롤러 장치
6 이온 공급기
7 공급 유닛
71 벨로우-타입 멤브레인 밀봉부
72 진공 챔버 외측에 있는 공급 유닛의 캐리어 장치
73 공급 유닛의 구동 장치
74 서로에 대한 메인 축선 및 매그네트론의 규정된 그리고 정밀한 배열을 위한 보강 시스템
741 보강 부품
742 매그네트론 드럼의 홀더
A 인클로저에 대해 작동 포지션에 있지 않은 매그네트론들의 거리
B 기판에 대해 작동 포지션에 있는 매그네트론의 거리

Claims (22)

  1. 진공 챔버(vacuum chamber)를 가지는 프로세싱 표면(processing surface)들을 위한 장치로서,
    상기 진공 챔버는,
    모션(motion)의 메인 축선(main axis) 및 하나 이상의 워크피스를 위한 수용부들을 갖는 수송 장치, 및
    회전가능한 캐리어 드럼(rotatable carrier drum)을 포함하며, 상기 회전가능한 캐리어 드럼은, 워크피스를 위한 개구를 가지는 인클로저(enclosure)에 의해 둘러싸이는, 그 위에 2 개 이상의 프로세싱 장치들을 가지며,
    상기 하나 이상의 프로세싱 장치는 인클로저의 개구 내의 워크피스에 대한 작동 포지션(operating position)에 정렬되는, 진공 챔버를 가지는 프로세싱 표면들을 위한 장치에 있어서,
    프로세싱 장치로부터 작동 포지션에서 처리될 표면으로의 거리는 인클로저에 대한 작동 포지션에 있지 않은 프로세싱 장치 또는 프로세싱 장치들로부터의 거리와 대략 동일한 것을 특징으로 하는,
    진공 챔버를 가지는 프로세싱 표면들을 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐리어 드럼은 유사한 또는 상이한 프로세싱 장치들을 가지는 것을 특징으로 하는,
    진공 챔버를 가지는 프로세싱 표면들을 위한 장치.
  3. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세싱 장치들은 매그네트론(magnetron)들 및/또는 이온-빔 소스(ion-beam source)들 및/또는 플라즈마 소스(plasma source)들 및/또는 스퍼터링 소스(sputtering source)들 및/또는 활성 소스(activation source)들 및/또는 펄스형-레이저 증착 소스(pulsed-laser deposition source)들 및/또는 광학 관찰 장치(optical observation device)들 및/또는 분광기(spectroscope)들 및/또는 레이저-빔 소스(laser-beam source)들인 것을 특징으로 하는,
    진공 챔버를 가지는 프로세싱 표면들을 위한 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐리어 드럼의 회전 축선은 수평으로 배열되는 것을 특징으로 하는,
    진공 챔버를 가지는 프로세싱 표면들을 위한 장치.
  5. 제 5 항에 있어서,
    상기 프로세싱 장치들은, 기판의 전체 폭에 걸쳐 워크피스를 코팅하는데 적합한 로드-형상의(rod-shaped) 매그네트론들인 것을 특징으로 하는,
    진공 챔버를 가지는 프로세싱 표면들을 위한 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    작동 포지션의 상기 프로세싱 장치의 전방에 있는 상기 개구는 폐쇄될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    진공 챔버를 가지는 프로세싱 표면들을 위한 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐리어 드럼의 회전 축선은 수직으로 배열되는 것을 특징으로 하는,
    진공 챔버를 가지는 프로세싱 표면들을 위한 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 프로세싱 장치들은 둥근(round) 매그네트론들이며, 상기 작동 포지션의 매그네트론은 매그네트론 드럼 및/또는 애퍼처의 회전을 통해 애퍼처(aperture)에 의해 해제되는 것을 특징으로 하는,
    진공 챔버를 가지는 프로세싱 표면들을 위한 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인클로저는 가스 배출 시스템 및/또는 가스 공급 시스템을 가지는 것을 특징으로 하는,
    진공 챔버를 가지는 프로세싱 표면들을 위한 장치.
  10. 제 10 항에 있어서,
    상기 가스 배출 시스템은 작동 포지션의 프로세싱 장치를 위해 존재하는 가스 유동과 동일한, 작동 포지션이지 않은 장치들을 프로세싱하기 위한 가스 유동을 유발하는데 적합한 것을 특징으로 하는,
    진공 챔버를 가지는 프로세싱 표면들을 위한 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    리프팅(lifting), 하강(lowering) 또는 전진(advancing) 이동들을 수행하기 위한 장치가 에어 로크로부터 상기 수송 장치로 또는 상기 수송 장치로부터 에어 로크로 워크피스를 전달하기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는,
    진공 챔버를 가지는 프로세싱 표면들을 위한 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    매그네트론의 그리고 워크피스의 조건 및 작동 상태를 검출하는 것을 위해 그리고 이러한 정보를 무선 또는 유선 방식을 따라 데이터-프로세싱 시스템으로 전송하기 위해 적합한 센서들(sensors)이 제공되며, 상기 데이터-프로세싱 시스템은, 워크피스의 위치설정뿐만 아니라, 상기 워크피스의 이동 및 회전 양자 모두 그리고, 적용가능하다면, 목표 재료 또는 매그네트론들의 교체를 제어하기 위해 적합한 것을 특징으로 하는,
    진공 챔버를 가지는 프로세싱 표면들을 위한 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 장치 내에서 워크피스의 표면들을 프로세싱하기 위한 방법으로서,
    적어도 다음의 단계들,
    a) 상기 수송 장치 내에 워크피스를 고정하는 단계,
    b) 사용될 상기 프로세싱 장치가 작동 포지션에 도달하고 그리고 활성화(active) 프로세싱 장치가 될 때까지, 상기 캐리어 드럼을 회전하는 단계,
    c) 활성화 프로세싱 장치에 대해 약간의 거리로 이격되어 메인 축선을 따라 워크피스를 이동하는 단계─제 1 프로세싱 기술이 워크피스에 적용됨─,
    d) 단계들 b) 및 c)를 반복하는 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는,
    장치 내에서 워크피스의 표면들을 프로세싱하기 위한 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 워크피스는, 단계 a) 전에 에어 로크를 통해 진공 챔버 내로 이동되고, 그리고 단계 d) 후에 에어 로크를 통해 상기 진공 챔버 밖으로 이동되는 것을 특징으로 하는,
    장치 내에서 워크피스의 표면들을 프로세싱하기 위한 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 단계 c)는 각각의 경우에 메인 축선을 따른 모션의 역 방향으로 잇따라(one after the other ) 여러번 수행되는 것을 특징으로 하는,
    장치 내에서 워크피스의 표면들을 프로세싱하기 위한 방법.
  16. 제 13 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 단계 c)는 가변(variable) 이동 속도로 실시되는 것을 특징으로 하는,
    장치 내에서 워크피스의 표면들을 프로세싱하기 위한 방법.
  17. 제 13 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 c)는 작동 포지션의 상기 프로세싱 장치에 걸쳐 가변 이동 높이로 수행되는 것을 특징으로 하는,
    장치 내에서 워크피스의 표면들을 프로세싱하기 위한 방법.
  18. 제 13 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 워크피스는, 적어도 단계 c) 중에, 상기 메인 축선 및 작동 포지션의 상기 프로세싱 장치의 가장 짧은 연결부에 수직한 평면에서 회전하는 것을 특징으로 하는,
    장치 내에서 워크피스의 표면들을 프로세싱하기 위한 방법.
  19. 제 13 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세싱 장치들은 매그네트론들인 것을 특징으로 하는,
    장치 내에서 워크피스의 표면들을 프로세싱하기 위한 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    목적 재료 및/또는 마그네트론이 작동 포지션의 상이한 매그네트론의 작동 중에 제자리에서(in situ) 교체되는 것을 특징으로 하는,
    장치 내에서 워크피스의 표면들을 프로세싱하기 위한 방법.
  21. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    작동 포지션에 있지 않은 상기 매그네트론들이 또한 기동되는(started up) 것을 특징으로 하는,
    장치 내에서 워크피스의 표면들을 프로세싱하기 위한 방법.
  22. 기판에 여러 개의 코팅 층들을 적용하기 위한 제 13 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 따른 상기 방법의 용도.
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