KR100844542B1 - 기판 처리 장치 - Google Patents

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양대현
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세메스 주식회사
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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Abstract

플라즈마를 이용한 기판의 처리 시 플라즈마 소오스의 방향과 위치에 따른 공정제한을 개선할 수 있는 기판 처리 장치가 제공된다. 기판 처리 장치는 챔버, 수직부와 수직부에 연결된 수평부를 구비하는 하우징으로서, 수직부는 챔버의 바닥면 중앙을 수직으로 관통하고, 수평부는 챔버 내부에 위치하는 하우징, 및 수평부 상에 위치하는 기판 안착부를 포함하되, 수직부는 하우징의 회전축이고, 기판 안착부는 하우징의 회전 운동에 따라 수직부를 중심으로 공전한다.
자성유체실, 슬립링, 로터리 조인트

Description

기판 처리 장치{Apparatus for processing substrate}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자전 및 공전하는 기판 안착부를 포함하는 기판 처리 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 슬립링의 부분 확대도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 챔버 110: 기판 안착부
130: 제1 자성유체실 135: 제2 자성유체실
140: 하우징의 수직부 142: 하우징의 수평부
150: 슬립링 152: 내부 실린더
154: 외부 실린더 156: 제1 수은 링
158: 제2 수은 링 160: 로터리 조인트
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 챔버 내에서 기판 안착부가 자전 및 공전 운동을 하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자나 디스플레이 장치는 기판 상에 증착 공정, 사진 공 정, 식각 공정, 세정 공정과 같은 다양한 공정을 수차례 반복함으로써 형성될 수 있다.
이와 같은 기판을 처리하는 공정 중에는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 공정이 다수 있다. 예를 들어, 증착 공정에서 화학 기상 증착(Physical Vapor Deposition; PVD) 공정, 플라즈마 강화 화학 기상 증착(Plasma Enhanced CVD; PECVD) 공정 또는 식각 공정에서 드라이 에치(Dry etch) 공정에서는 기판 상에 미세한 패턴 형성을 위해 플라즈마를 이용하여 기판을 처리할 수 있다.
한편, 일반적인 기판 처리 장치에서 기판은 기판을 회전시키는 모터의 회전축 상에 연직방향으로 설치된 기판 안착부 상에 장착되어 회전축을 중심으로 회전되며 기판 처리 공정이 수행될 수 있다. 따라서, 이러한 장치에서는 기판 안착부 상에 다수의 기판을 탑재하여 공정을 진행하더라도 예컨대, 1개의 프로세스 챔버에 다수의 플라즈마 소오스를 사용하는 멀티 스퍼터링(Multi-sputtering) 공정 또는 이온 빔 스퍼터링(Ion Beam Sputtering; IBS) 공정 등의 경우에는 플라즈마 소오스의 방향과 위치에 따라 공정 진행에 제한을 받을 수 있다.
이처럼, 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 공정에 있어서, 예컨대 증착 공정의 경우, 증착되는 막의 균일성 확보하기 위해서, 또는 플라즈마 소오스에서 발생하는 파티클로 인한 기판의 오염 발생을 감소시키기 위해서는 플라즈마 소오스의 방향과 위치에 대한 공정상의 제한이 발생될 수 있다.
또한, 기판 처리 장치 내의 전력 공급선 또는 시그널선을 외부로 연결하는 슬립링(slip ring)의 경우, 브러시 형태의 접촉방식을 사용함에 따라, 아크발생 및 접촉불량으로인해 공정불량이 발생될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 플라즈마를 이용한 기판의 처리 시 플라즈마 소오스의 방향과 위치에 따른 공정제한을 개선하여 기판 처리 시 균일성의 확보 및 플라즈마 소오스의 파티클로 인한 기판의 오염을 개선할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는 챔버, 수직부와 상기 수직부에 연결된 수평부를 구비하는 하우징으로서, 상기 수직부는 상기 챔버의 바닥면 중앙을 수직으로 관통하고, 상기 수평부는 상기 챔버 내부에 위치하는 하우징, 및 상기 수평부 상에 위치하는 기판 안착부를 포함하되, 상기 수직부는 상기 하우징의 회전축이고, 상기 기판 안착부는 상기 하우징의 회전 운동에 따라 상기 수직부를 중심으로 공전한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발 명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 장치를 구성하는 각 구성요소들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 다소 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치에 대해 설명한다. 이하의 실시예에서는 기판의 처리가 이루어지는 챔버로서 진공챔버가 적용된 경우가 예시될 것이다. 그러나, 본 발명이 이하의 예시에 제한되지 않음은 자명하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자전 및 공전하는 기판 안착부를 포함하는 기판 처리 장치의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 챔버(100), 기판 안착부(110), 하우징(140), 제1 및 제2 자성유체실(130, 135), 슬립링(150) 및 로터리 조인트(160)를 포함한다.
챔버(100)는 기판의 처리가 이루어지는 공간이다. 이러한 챔버(100) 내에서는 소오스 물질의 공급 방법 및 기판 처리 공정의 용도에 따라 다양한 기판 처리 공정이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 화학 기상 증착(CVD), 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD), 스퍼터링(sputtering), 이온 빔 스퍼터링(Ion Beam Sputtering; IBS) 또는 드라이 에치(dry etch) 등과 같은 다양한 기판 처리 공정이 수행될 수 있다. 이처럼 다양한 기판 처리 공정이 수행되는 챔버(100)는 예컨대, 진공챔버일 수 있다.
기판 안착부(110)는 이러한 챔버(100) 내에 위치하며, 기판 안착부(110)에는 처리되는 기판(w)이 장착된다. 이와 같은 기판 안착부(110)는 히터부(112)와 냉각부(114)를 포함할 수 있다. 히터부(112)는 기판 처리시 기판(w)을 적정 온도로 가열시키는 장치이다. 그리고, 냉각부(114)는 냉각수의 순환에 의해 기판(w)이 과열되는 것을 방지하고, 이상고온에 의한 부품의 열화 및 기판(w)의 손상을 방지하는 장치이다. 한편, 기판 안착부(110)는 기판 처리 시, 기판(w)을 업/다운 시켜주는 핀(미도시)을 더 포함할 수 있다.
하우징(140, 142)은 수직부(140)와 수평부(142)를 구비한다. 이때, 수평부(142)는 챔버(100)의 내부에 위치하고, 수직부(140)는 챔버(100)의 바닥면 중앙을 수직으로 관통한다. 이러한 수평부(142) 상에 기판 안착부(110)가 위치할 수 있고, 기판 안착부(100)와 연결되어 기판 안착부(110)를 자전시키는 회전 샤프트(123)는 수평부(142)의 상면을 관통하여 수평부(142) 내부로 연장될 수 있다. 이와 같이, 수평부(142) 상에서 회전 샤프트(123)에 의해 자전하는 기판 안착부(110)는 하우징(140, 142)이 회전하게 되면 수직부(140)를 중심으로 공전할 수 있다.
제1 자성유체실(130)은 챔버(100)의 하부에서 챔버(100)의 바닥면과 챔버(100)의 바닥면을 관통하는 하우징의 수직부(140)를 감싸며 밀폐하도록 설치된다. 다시 말해, 하우징의 수직부(140)가 회전하여도 제1 자성유체실(130)에 의해 챔버(100) 내부의 진공압력은 유지될 수 있다. 이때, 하우징의 수직부(140)가 관통하는 챔버(100)의 바닥면은 예컨대, 플랜지(105)일 수 있다.
이와 마찬가지로, 제2 자성유체실(135)은 하우징의 수평부(142) 내부에서 수평부(142)의 상면과 회전 샤프트(123)를 감싸며 밀폐하도록 설치될 수 있다. 또한, 제2 자성유체실(135)은 기판 안착부(110)의 자전을 위해 회전 샤프트(123)가 회전하여도 수평부(142)의 상면과 회전 샤프트(123) 사이에서 진공압력을 유지시키는 기능을 한다. 한편, 자성유체실(130, 135)의 구조에 관한 내용은 본 기술 분야에 널리 공지되어 있으며, 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 회피하기 위하여 구체적인 설명은 생략한다.
제1 자성유체실(130)의 하부에는 하우징(140, 142)을 회전시키는 제1 구동모터(120)가 설치되어 있다. 또한, 회전 샤프트(123)를 회전시켜서 기판 안착부(110)를 자전하도록 하는 제2 구동모터(125)는 예컨대, 하우징 수평부(142)의 회전 샤프트(123) 하부에 설치될 수 있다. 이와 같은, 제1 구동모터(120) 및 제2 구동모터(125)의 작용에 의해 기판 안착부(110)는 자전 및 공전할 수 있다. 이때, 제1 구동모터(120)와 하우징의 수직부(140) 사이에는 예컨대, 기어부(127)로 연결되어 제1 구동모터(120)의 회전력이 하우징(140, 142)에 전달될 수 있다.
상술한 바와 같이, 기판 안착부(110) 상에 장착되는 기판(w)은 제2 구동모터(125)에 의해 기판 안착부(110)와 함께 회전하는 동시에, 제1 구동모터(120)에 의해 하우징(140, 142)과 함께 챔버(100) 내에서 회전될 수 있다. 다시 말해, 기판(w)은 제2 구동모터(125)에 의해 자전운동을 하는 동시에, 제1 구동모터(120)에 의해 공전운동을 하게 된다. 이와 같이, 기판(w)은 자전과 동시에 공전을 하므로, 챔버(100) 내에서 플라즈마 소오스의 위치에 제한을 받지않으며 기판 처리 공정이 수행될 수 있다.
또한, 하우징(140, 142)의 내부에는 예컨대, 히터부(112), 냉각부(114), 기판 안착부(110), 제1 구동모터(120)와 같은 프로세스 장치들에 연결되는 다양한 유선들이 수용되어 있다. 이러한 유선들에는 예를 들어, 시그널선(170), 전력 공급선(172), 냉각수 공급선(174) 및 공압선(176) 등이 포함될 수 있으며, 하우징(140, 142)은 이와 같은 유선들(170, 172, 174, 176)의 통로가 될 수 있다.
한편, 제1 및 제2 구동모터(120, 125)를 사용하여 기판 안착부(110)를 자전과 동시에 하우징(140)의 회전축을 중심으로 공전시키기 위해 하우징(140)에는 슬립링(150)과 로터리 조인트(160)가 장착될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 챔버(100)의 하부로 연장되는 하우징의 수직부(140)에는 슬립링(150)이 설치될 수 있고, 수직부(140)의 끝단은 로터리 조인트(160)에 연결된다.
슬립링(150)은 제1 구동모터(120) 하부의 하우징 수직부(140)의 외주면에 설치될 수 있다. 이러한 슬립링(150)은 내부 실린더(152)와 외부 실린더(154)를 포함할 수 있다. 이때, 내부 실린더(152)는 수직부(140)와 함께 회전 운동하고, 외부 실린더(154)는 수직부(140) 및 내부 실린더(152)의 회전 운동에 무관하게 예컨대, 고정 브라켓(미도시)과 같은 장치에 고정될 수 있다. 또한, 수직부(140)의 외주면에는 슬립링(150)의 상부와 인접한 위치에 홀(145)이 형성될 수 있다. 이와 같은 홀(145)을 통해 하우징(140, 142) 내부에 수용되어 있는 시그널선(170) 및 전력 공 급선(172)이 슬립링(150)으로 연결될 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 기판 처리 장치를 구성하는 슬립링에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 도 2는 도 1의 슬립링의 부분 확대도이다.
도 2를 참조하면, 슬립링(150)은 내부 및 외부 실린더(152, 154)와 제1 및 제2 수은 링(156, 158)을 포함한다.
내부 실린더(152)는 수직부(140)에 고정되어, 제1 구동모터(120)에 의해 수직부(140)와 함께 회전된다. 이때, 수직부(140)와 함께 회전되는 내부 실린더(152)는 외주에 제1 홈(153)을 구비하고, 장치 내의 고정 브라켓(미도시)에 고정되어 있는 외부 실린더(154)는 내부 실린더(152)의 제1 홈(153)에 대응하는 제2 홈(155)을 구비할 수 있다. 이때, 제1 및 제2 홈(153, 155)의 수직단면의 형상은 원형이거나 사각형일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 그리고, 내부 실린더(152)와 외부 실린더(154) 사이에는 절연물질이 채워져 있을 수 있고, 제1 및 제2 홈(153, 155)의 측벽 또한 절연물질의 피막이 형성되어 있을 수 있다. 그러면, 내부 실린더(152) 및 외부 실린더(154)의 재료물질로는 비전도성 소재는 물론, 전도성 소재도 사용될 수 있다. 이러한 제1 및 제2 홈(153, 155)의 내부는 예컨대, 수은으로 채워질 수 있다. 또한, 이와 같은 제1 및 제2 홈(153, 155)으로 이루어지는 공간은 내부 실린더(152)와 외부 실린더(154) 사이에 더 형성되어 있을 수 있다. 수은은 상온에서 액체상태로 존재하는 동시에, 전기 전도가 가능한 물질이므로, 이를 이용한 제1 및 제2 수은 링(156, 158)은 시그널선(170) 및 전력 공급선(172)을 내부 실린더(152)로부터 외부 실린더(154)를 통해 외부로 전기적으로 연결할 수 있다.
더욱 구체적으로 설명하면, 하우징 수직부(140)의 홀(145)을 통해 수직부(140) 밖으로 배출된 시그널선(170) 및 전력 공급선(172)은 내부 실린더(152)에 형성된 인입구(미도시)에 인입되고, 각각 제1 및 제2 수은 링(156, 158)에 전기적으로 접촉될 수 있다. 물론, 시그널선(170) 및 전력 공급선(172)의 단부와 제1 및 제2 수은 링(156, 158)의 접촉부 사이에는 절연물질 피막이 제거될 수 있다. 이와 마찬가지로, 외부 실린더(154)로 인입되는 시그널선(170) 및 전력 공급선(172)도 각각 제1 및 제2 수은 링(156, 158)과 전기적으로 접촉될 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 수은 링(156, 158)은 내부 실린더(152)의 회전에 아무런 영향을 주지 않으면서도, 회전되는 내부 실린더(152)와 고정되어 있는 외부 실린더(154) 사이에서 시그널선(170) 및 전력 공급선(172)을 전기적으로 연결할 수 있다.
다시, 도 1을 참조하면, 상술한 바와 같이, 시그널선(170) 및 전력 공급선(172)은 제1 구동모터(120)의 작용에 의해 하우징(140, 142)이 회전하여도 슬립링(150)을 통해 꼬임없이 외부의 전력 및 시그널 공급장치(미도시)에 전기적으로 연결될 수 있다.
다음으로, 로터리 조인트(160)는 슬립링(150) 하부의 수직부(140) 끝단에 설치될 수 있다. 이러한 로터리 조인트(160) 역시 내부 실린더(164)와 외부 실린더(162)로 구성될 수 있다. 그리고, 로터리 조인트(160)는 예컨대, 냉각수 공급선(174) 및 공압선(176)을 회전되는 하우징(140, 142)으로부터 외부의 공급부(미도시)로 꼬임없이 연결할 수 있다. 이에 대한 내용은 본 기술 분야에 널리 공지되어 있으며, 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 회피하기 위하여 그에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
상술한 바와 같이, 기판 안착부(110) 상에 장착되는 기판(w)은 제2 구동모터(125)에 의해 기판 안착부(110)와 함께 자전하는 동시에, 제1 구동모터(120)에 의해 하우징의 수평부(142)와 함께 챔버(100) 내에서 하우징의 수직부(140)를 중심으로 공전할 수 있다. 따라서, 챔버(100) 내에서 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 공정이 수행될 경우, 플라즈마 소오스의 위치에 따른 공정제한의 발생을 개선할 수 있고, 챔버(100) 내에서의 공간 활용도를 높일 수 있다.
한편, 상술한 바와 같은 기판 처리 장치(10)는 전체가 90° 회전되어 설치될 수도 있다. 즉, 도 1에서는 상하 수직적으로 배치되어 있는 프로세스 장치들, 예컨대, 챔버(100), 하우징(140, 142), 제1 자성유체실(130), 제1 구동모터(120), 슬립링(150) 및 로터리 조인트(160)를 수평적으로 배치할 수 있다. 이와 같이, 수평적으로 배치되는 기판 처리 장치에서 플라즈마 소오스는 상하 방향이 아닌, 측방향에서 공급될 수 있다. 그럴 경우, 플라즈마 소오스에서 발생되는 파티클은 기판(w)에 도달하기 전에 챔버(100)의 바닥면으로 떨어질 수 있다. 따라서, 플라즈마 소오스의 방향에 대한 공정상의 제한을 극복하여, 플라즈마 소오스에서 발생되는 파티클로 인한 기판(w)의 오염 및 불량을 감소시킬 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다 는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치에 의하면, 기판 처리 장치는 2개의 구동모터에 의해 기판을 자전 및 공전 운동시킬 수 있다. 이때, 슬립링 및 로터리 조인트에 의해 시그널선, 전력 공급선, 냉각수 공급선 및 공압선 등의 여러 선들이 꼬이는 것을 방지할 수 있다. 이와 같은 기판 처리 장치는 90° 회전하여 설치될 수도 있다. 따라서, 플라즈마 소오스의 방향과 위치에 대한 공정상의 제한이 개선될 수 있고, 기판 표면의 균일한 처리가 이루어질 수 있으며, 플라즈마 소오스에서 발생되는 파티클로 인한 기판의 오염 및 불량을 현저하게 감소시킬 수 있다.

Claims (7)

  1. 챔버;
    상기 챔버의 저면을 수직으로 관통하여 회전하는 수직부와, 상기 챔버의 내부에 구비되며 상기 수직부에 수평으로 연결되는 수평부를 구비하는 하우징;
    상기 수평부 상에 위치하며, 상기 수직부의 회전 운동에 따라 상기 수직부를 중심으로 공전하는 기판 안착부; 및
    상기 챔버의 저면과 상기 수직부 사이를 밀폐하도록 상기 챔버의 하부에서 상기 수직부를 감싸는 제 1 자성 유체실을 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 기판 안착부와 연결되어 상기 기판 안착부를 자전시키고, 적어도 일부가 상기 수평부의 상면을 관통하여 상기 수평부의 내부에 위치하는 회전 샤프트를 더 포함하고,
    상기 수평부의 상면과 상기 수평부의 상면을 관통하는 상기 회전 샤프트 사이를 밀폐하도록 상기 수평부의 내부에서 상기 회전 샤프트를 감싸는 제2 자성 유체실을 더 포함하는 기판 처리 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 챔버의 외부에서 상기 수직부의 외주면에 장착되는 슬립링으로서,
    상기 수직부와 함께 회전 운동하며, 외주에 제1 홈을 구비하는 내부 실린더,
    상기 수직부의 회전 운동에 무관하게 고정되어 있고, 내주에 상기 제1 홈에 대응하는 제2 홈을 구비하는 외부 실린더, 및
    상기 대응하는 제1 홈 및 제2 홈 사이의 공간에 위치하는 수은 링을 포함하는 슬립링을 더 포함하는 기판 처리 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 수은 링과 상기 내부 실린더 및 상기 외부 실린더 사이에는 절연물질의 피막이 형성되어 있는 기판 처리 장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 하우징에 수용된 전력 공급선, 시그널선, 공압선 및 냉각수 공급선을 더 포함하고, 상기 수은 링은 상기 전력 공급선과 상기 시그널선을 상기 슬립링의 외부로 전기적으로 연결하는 기판 처리 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 수직부 끝단의 로터리 조인트를 더 포함하며, 상기 로터리 조인트는 상기 공압선과 상기 냉각수 공급선을 상기 하우징의 외부로 연결하는 기판 처리 장치.
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