KR100940544B1 - 기판 지지 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 지지 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기판을 급속열처리하는 공정에서 기판의 수평 균형도와 처리 효율을 향상시키는 기판 지지 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 기판 지지 유닛은 기판의 둘레를 감싸는 에지링과, 상기 기판의 하부면과 선접촉되어 상기 기판을 지지하는 실린더링과, 상기 실린더링의 하단에 결합되어 상기 실린더링을 회전시키는 회전링을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 기판이 처리되는 내부공간을 제공하는 챔버와, 상기 챔버의 상부에서 결합되고 적어도 하나의 열원을 구비하여 상기 기판을 가열하는 가열 유닛과, 상기 챔버와 상기 가열 유닛 사이에 구비되는 석영창과, 상기 챔버의 내부공간에 구비되어 상기 기판과 열교류가 일어나고, 상기 기판의 하부면과 선접촉되어 상기 기판을 지지 및 회전시키는 기판 지지 유닛 및 상기 챔버의 하부면을 관통하여 상기 기판의 온도를 측정하는 온도 측정 유닛을 포함한다.
급속열처리, 에지링, 실린더링, 기판, 웨이퍼, RTP

Description

기판 지지 유닛{Unit for supporting a substrate}
본 발명은 기판 지지 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기판을 급속열처리하는 공정에서 기판의 수평 균형도와 처리 효율을 향상시키는 기판 지지 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
고성능 반도체 소자의 제작과 단위시간당 확보할 수 있는 소자의 수율 향상 및 공정의 지속적인 재연성 등은 반도체 공정이 이루어지는 모든 장비에서 공통적으로 요구되는 사항이며, 웨이퍼(wafer) 등의 기판(이하, 통칭하여 '기판'이라 한다.)의 가열이 이루어지는 공정에서는 기판을 균일하게 열처리하는 것이 더욱 요구된다.
기판을 열처리하는 장비의 대표적인 예로써 급속열처리(Rapid Thermal Process; RTP) 장치를 들 수 있으며, 급속열처리 장치는 고속열처리(Rapid Thermal Annealing), 고속열세정(Rapid Thermal Cleaning), 고속열화학증착(Rapid Thermal Chemical Vapor Deposition), 고속열산화(Rapid Thermal Oxidation), 고속열질 화(Rapid Thermal Nitridation) 등의 공정을 수행하는데 사용된다.
급속열처리 장치에서는 기판의 가열 및 냉각이 매우 짧은 시간에 넓은 온도범위에서 이루어지므로 균일한 열처리를 위해서는 온도제어가 필수적으로 요구된다. 즉, 기판의 온도분포를 균일하게 유지한 상태로 열처리 공정을 수행하기 위해서는 기판의 모든 지점에서 열적 특성이 일정하게 유지되도록 하는 것이 매우 중요하다. 특히, 기판에서 기판을 지지하는 수단이 접촉된 영역은 접촉 영역이 클수록 다른 영역과 열적 특성이 달라지기 쉽기 때문에, 이러한 현상을 최소화하기 위한 수단으로서 기판의 가장자리만을 지지할 수 있는 에지링(edge ring)을 포함한 기판 지지 유닛이 사용되었다.
에지링의 기능으로는 첫째, 기판의 가장자리를 지지하는 에지링은 기판과 동일하거나 또는 유사한 물성을 갖는 재질로 이루어져 열처리시 기판의 가장자리 부분이 기판의 내측 부분과의 온도차에 의해 야기되는 결함의 발생을 방지한다. 즉, 기판의 가장자리 부분을 에지링을 통해 공간상에서 확장함으로써 온도구배가 형성되는 챔버의 내부에서 기판의 가장자리에 집중되는 결함의 발생이 감소된다. 둘째, 가열된 기판으로부터 방출되는 방사에너지를 통해 기판의 온도를 측정할 경우에 방사에너지 이외의 에너지가 기판의 하측 영역, 즉 온도 측정공간으로 유입되는 것을 방지하여 기판의 온도를 정확하게 측정할 수 있다. 셋째, 기판에 가해지는 적외선 등을 기판에 고르게 가해주기 위하여 기판을 회전시킬 경우에 기판의 위치를 안정적으로 고정한다.
이러한 에지링을 포함하는 종래의 기판 지지 유닛은 챔버의 내부에 설치되 며, 다수의 구성요소, 즉 에지링, 실린더링 및 회전링의 결합을 통해 이루어진다. 에지링은 기판의 하부면을 지지하여 기판을 안착시키고, 실린더링은 에지링의 하부에서 결합되어 에지링을 수직으로 지지한다. 또한, 회전링은 실린더링이 하부에서 결합되어 실린더링을 회전시킴으로써 실린더링에 결합된 에지링 및 기판을 회전시키는 역할을 한다.
그런데, 종래의 기판 지지 유닛에서의 에지링은 기판의 가장자리 부분과 면접촉하여 지지하기 때문에 기판과 에지링이 접촉되는 부분에서 열교류 또는 열교환이 활발하게 발생하게 된다. 기판과 에지링 사이에서 발생하는 열교류 또는 열교환의 크기가 기판의 크기 및 두께, 기판 측면과 에지링과의 이격 간격, 접촉되는 면적의 크기 등 다양한 변수들에 의해 달라질 수 있기 때문에 기판의 온도제어가 어려웠다.
또한, 종래의 기판 지지 유닛에서 실린더링은 그 내부공간의 크기가 기판의 직경 범위를 과도하게 초과하는 크기로 형성되어 기판을 신속하게 가열 및 냉각시키는 급속열처리 공정에서 기판 처리 장치의 사용 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 기판이 안착되는 에지링은 회전링의 회전링과 실린더링 상에 결합되기 때문에 회전링과 실린더링 사이의 조립공차 및 실린더링과 에지링 사이의 조립공차를 누적시켜 기판의 수평 균형도가 정밀하게 유지되는 기판 지지 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치를 제작하는데 어려움이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 기판을 급속열처리하는 공정에서 기판의 수평 균형도와 처리 효율을 향상시키는 기판 지지 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 기판 지지 유닛은 기판의 둘레를 감싸는 에지링과, 상기 기판의 하부면과 선접촉되어 상기 기판을 지지하는 실린더링과, 상기 실린더링의 하단에 결합되어 상기 실린더링을 회전시키는 회전링을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 기판이 처리되는 내부공간을 제공하는 챔버와, 상기 챔버의 상부에서 결합되고 적어도 하나의 열원을 구비하여 상기 기판을 가열하는 가열 유닛과, 상기 챔버와 상기 가열 유닛 사이에 구비되는 석영창과, 상기 챔버의 내부공간에 구비되어 상기 기판과 열교류가 일어나고, 상기 기판의 하부면과 선접촉되어 상기 기판을 지지 및 회전시키는 기판 지지 유닛 및 상기 챔버의 하부면을 관통하여 상기 기판의 온도를 측정하는 온도 측정 유닛을 포함한다.
본 발명에 따르면 기판과 동일하거나 또는 유사한 열적 특성을 갖는 재질의 에지링을 기판의 측면을 감싸도록 배치하고, 실린더링에서 선접촉 방식으로 기판을 직접 지지함으로써 기판의 내측 부분과 가장자리 부분의 온도차를 용이하게 보상하 는 한편, 기판과의 접촉면적을 최소화시켜 기판의 가장자리에서 결함 발생이 집중되는 것을 감소시킬 수 있다.
또한, 기판이 에지링이 아닌 실린더링의 상단에 바로 안착되기 때문에 기판 지지 유닛을 제작하는데 있어서 결합공차가 감소되어 기판의 수평 균형도를 보다 용이하게 유지시킬 수 있다.
또한, 실린더링에는 내측의 영역으로 돌출되는 실린더링 수평리브가 형성되어 기판 처리 장치의 가열 유닛에서 방출되는 적외선이 기판의 하측 영역, 즉 실린더링의 내부공간으로 유입되는 것을 차단함으로써 기판의 온도를 보다 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 기판이 안착되는 실린더링은 실린더링의 내부공간이 최적의 크기를 갖도록 형성되어 기판을 보다 안정적으로 지지할 수 있으며, 기판을 급속열처리 하는데 있어서 기판 처리 장치의 처리 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 제1실시예 내지 제3실시예에 따른 기판 지지 유 닛의 단면 개념도이고, 도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 기판 지지돌기의 변형예들을 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 구성도이다.(여기서, 열처리가 요구되는 피처리체 예를 들어, 박막이 형성된 기판 또는 웨이퍼를 통칭하여 기판(S)이라 정의한다.)
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 기판 지지 유닛(100)은 기판(S)의 둘레를 감싸는 에지링(edge ring; 110)과, 기판(S)의 하부면에 선접촉되어 기판(S)을 지지하는 실린더링(cylinder ring; 120)과, 실린더링(120)의 하단에 결합되어 실린더링(120)을 회전(R)시키는 회전링(rotating ring; 130)을 포함한다.
기판(S)의 온도를 보상하기 위한 수단으로서 사용되는 에지링(110)은 몸체의 중앙부에 상하로 관통된 삽입홀(118)이 형성되는 원판(circular plate) 형상의 에지윙(edge wing; 111)으로 이루어진다. 에지윙(111)을 수평 단면에서 살펴보면 그 형상은 중앙부에 원형의 구멍이 뚫려진 링(ring) 또는 도넛(donut) 형상을 갖는다.
기판(S)을 안착시키는 과정에서 삽입홀(118)을 통과한 기판(S)은 실린더링(120)의 상부에 안착된다. 따라서, 삽입홀(118)의 직경(r1)은 기판(S)의 직경(rs) 보다 크게 형성되며, 기판(S)의 측면을 감싸도록 에지링(110)이 배치될 때 기판(S)과 에지링(110) 사이는 이격된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 에지링(110)은 기판(S) 및 실린더링(120)으로부터 이격되도록 실린더링(120)의 상측에 이격 설치된 다. 에지링(110)을 실린더링(120)의 상측에 이격 설치하기 위해서 에지링(110)의 가장자리 부분이 챔버(1100)의 내측벽에서 지지되도록 챔버(1100)의 내측벽에 다수의 에지링 지지돌기(1280)를 형성할 수 있다. 이외에도 챔버(1100)의 내부공간에서 나사 등의 체결수단이나 고청척, 와이어 등의 고정수단을 사용하여 다양한 방법으로 에지링(110)을 위치 고정시킬 수 있음은 물론이다.
에지링(110)은 기판(S)과 동일하거나 또는 유사한 열적 특성을 갖는 재질로 이루어진다. 기판(S)이 급속열처리되는 과정에서 에지링(110)도 가열 유닛(1200)에서 방출되는 적외선(infrared rays; I, 도5참조)을 받아 가열되는데, 에지링(110)과 기판(S)이 비슷한 온도로 가열되어 에지링(110)과 기판(S)의 가장자리 부분에서 열교환 또는 열교류가 활발하게 일어난다. 이러한 열교환 또는 열교류는 기판(S)의 가장자리 부분과 가운데 부분간의 온도차를 줄여주고 기판(S)의 가장자리 부분에서 결정결함의 발생이 집중되는 것을 방지한다.
즉, 에지링(110)은 기판(S)의 가장자리 영역을 공간상에서 더욱 확장시킴으로써 챔버(1100)의 내부공간에서 형성되는 온도구배(temperature gradient)가 기판(S)의 가장자리 부분에서 완만해지도록 하여 가장자리 부분의 온도가 상승되는 효과가 있다. 본 실시예에서는 에지링(110)의 재질로서 기판(S)과 열적 특성이 같거나 또는 유사한 실리콘(Si) 또는 실리콘카바이드(SiC)를 사용하였다.
에지윙(111)의 상면은 가열 유닛(1200)에서 가해지는 적외선(I)이 조사되는 부분(도 5참조)으로서, 에지윙(111)의 상면 폭(L1)은 가열 유닛(1200)에서 조사하는 적외선량, 기판(S)이 열처리되는 온도, 기판의 직경(rs) 크기, 챔버(1100)의 크기 등 여러 가지 요인들을 고려하여 기판(S)의 가장자리 부분의 온도를 보상해 줄 수 있도록 챔버(1100)의 내부에서 충분히 크게 형성된다.
기판(S)이 안착되는 실린더링(120)은 상하 양단이 개방된 실린더링 몸체(122)와, 실린더링 몸체(122)의 상하 연장되는 방향(y방향)과 교차하는 방향(x방향)으로 상단부의 내측면 둘레를 따라 돌출 형성되는 실린더링 수평리브(124)와, 실린더링 수평리브(124)의 상면 일측에서 돌출 형성되는 기판 지지돌기(126)를 포함한다.
실린더링 몸체(122)는 기판(S)이 가열되면서 자체적으로 발생되는 방사에너지(E; 도5참조)를 방출시키기 위한 공간을 내측에 형성한다. 실린더링 몸체(122)는 내부 직경(r4)이 기판(S)의 직경(rs) 보다 작게 형성되는 경우에는 기판(S)의 방사에너지(E)를 방출할 수 있는 공간을 충분히 확보할 수 없으며, 기판(S)을 급속으로 가열 및 냉각하는데 있어서 여러 가지 문제점이 발생한다. 한편, 실린더링 몸체(122)의 내부 직경(r4)이 지나치게 커지는 경우에는 기판(S)의 하측 공간이 확장되어 기판(S)을 급속으로 가열 및 냉각시키느데 있어서의 처리 효율이 낮아지는 문제점이 발생한다. 따라서, 기판(S)에서 발생되는 방사에너지(E)가 방출될 수 있는 공간을 유효하게 확보하면서도 기판(S)의 급속 가열 및 냉각에 따른 처리 효율을 향상시키기 위하여 실린더링 몸체(122)의 내부 직경(r4) 크기가 최적의 크기로 결정된다.
우선, 실린더링 수평리브(124)가 실린더링 몸체(122)로부터 돌출되는 길이(L2)는 실린더링 몸체(122)의 내부 직경(r4)과 기판의 직경(rs) 차이 보다 크게 형성되어 실린더링 수직리브(124)의 상면에서 돌출되는 기판 지지돌기(126)가 기판(S)의 하부면 내측에 접할 수 있게 된다.
한편, 실린더링 몸체(122)는 방사에너지(E)가 원활하게 방출될 수 있는 공간을 확보하기 위해서 그 내부 직경(r4)의 크기가 기판의 직경(rs) 크기 보다 크게 형성되며, 처리 효율이 저하되는 것을 방지하기 위하여 기판(S)의 직경(rs) 크기 보다 약간 크게 형성된다. 본 실시예에서는 실린더링 몸체(122)의 내부 직경(r4)의 크기가 기판(S)의 직경(rs) 크기의 1.0 내지 1.2배의 범위내에서 형성되도록 하였다.
본 발명에서는 종래 기술과 달리 기판(S)이 실린더링(120)에 바로 안착되기 때문에 실린더링(120)의 상단이 수평하게 균형을 이루도록 실린더링 몸체(122), 실린더링 수평리브(124) 및 기판 지지돌기(126)가 일체형으로 형성된다. 따라서, 실린더링 몸체(122), 실린더링 수평리브(124) 및 기판 지지돌기(126)를 분리형으로 형성하고 이들을 결합시키는 것보다 결합공차가 작아져 기판(S)이 안착되는 부분의 수평 균형도를 보다 향상시킬 수 있다.
기판(S)의 하부면과 접하는 기판 지지돌기(126)는 최상단 부분이 날카롭지 않은 구면을 이루고 있으며, 기판(S)의 안착시 기판(S)의 하부면과 선접촉된다. 이때, 선접촉되는 지점은 수평 단면에서 살펴보면 원형의 형태를 이룬다. 종래에 면 접촉 방식으로 기판(S)을 지지하는 것보다 기판(S)과 맞닿는 면적이 줄어들어 기판(S)에서 방출되는 방사에너지(E)가 실린더링(120)에 미치는 영향을 줄일 수 있다.
기판 지지돌기(126)는 도 4에 도시된 것처럼 다양한 형태로 변형될 수 있다. 도 4(a)와 같이 반구형 형태로 실린더링 수평리브(124)의 상면에서 바로 돌출시킬 수 있으며, 도 4(b)와 같이 반타원형 형태로 돌출시켜 실린더링 수평리브(124, 224, 324)에서 돌출되는 높이를 자유롭게 변경할 수 있다. 또한, 도 4(d)와 같이 절두원뿔형 또는 절두다각뿔형의 다양한 모양으로 형성할 수 있다. 여기서 최상단 부분은 미세하게 수평으로 절단되고, 절단된 수평면은 다시 구면 형상으로 처리되어 도 4(a) 또는 도 4(b)와 동일하게 기판(S)을 선접촉 방식으로 지지한다. 기판 지지돌기(126)의 돌출되는 높이(H2)가 큰 경우에는 도 4(c) 및 도 4(e)와 같이 수직으로 세워지는 연장부(126a, 226a, 326a)를 추가로 형성할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 기판 지지 유닛(200)은 전술한 제1실시예에 따른 기판 지지 유닛(100)과 구성요소가 동일하다. 다만, 에지링(210)이 실린더링(220)의 상측으로 이격 설치되지 않고, 실린더링(220)의 상면에 부착되는 점에서 차이점이 있다. 따라서, 전술한 부분에서의 동일한 부분의 설명은 생략하고 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
에지링(210)은 실린더링(220)의 상면, 특히 실린더링 몸체(222)와 실린더링 수평리브(224)가 결합된 상태에서 그 상면에 결합된다. 이때, 에지링(210)을 보다 안정적으로 결합시키기 위해서 실린더링 수평리브(224)가 돌출되는 방향의 반대방향으로 실린더링 몸체(220)의 외주면 상부에 결합 부위를 넓혀주는 강화블럭(228)을 추가로 결합시킬 수 있다.
에지링(210)과 실린더링(220)의 결합은 다양한 방식으로 이루어질 수 있는데, 에지링(210) 및 실린더링(220)이 고온의 환경에 노출되기 때문에 접착제 등을 이용한 방식보다는 나사 등의 체결수단이나 척(chuck)과 같은 고정수단을 사용한다.
한편, 기판(S)이 기판 지지돌기(226)에 안착된 상태에서 기판(S)의 측면이 에지링(210)에 의해 완전하게 둘러싸일 수 있도록 기판(S)의 상면은 에지링(210)의 상면 위로 돌출되지 않는다. 이를 위해 에지링(210)의 두께(H1)는 [식 1]과 같이 기판 지지돌기(226)의 돌출 높이(H2)와 기판(S)의 두께(ts)를 합한 것보다 같거나 또는 크게 형성된다. 따라서, 쉽게 길이의 변경이 용이한 기판 지지돌기(226)의 돌출 높이(H2)는 에지링(210)의 두께(H1)에서 기판(S)의 두께(ts)를 뺀 값보다 같거나 또는 작게 형성된다.
[식 1]
H1 ≥ H2 ＋ ts
H2 ≤ H1 － ts
위의 [식 1]에서 좌변 항의 값과 우변 항의 값이 같을 경우에는 기판(S)의 상면이 에지링(210)의 상면과 동일한 높이에서 수평을 이루는 경우이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 기판 지지 유닛(300)은 원판 형상의 에지윙(311)의 하부면에 삽입홀(318)의 둘레를 따라 에지윙 수직리브(312)를 추가로 형성하고, 실린더링 몸체(322)의 외측면 상단에 외측면 둘레를 따라서 에지윙 수직리브(312)가 끼워질 수 있는 에지윙 장착홈(328)을 형성시켰다.(제3실시예에 따른 기판 지지 유닛(300)에서도 전술한 부분과 겹치는 부분의 설명은 생략하기로 한다.)
위와 같이 수평을 이루는 에지윙(311)의 하측으로 에지윙 수직리브(312)을 돌출시킴으로써 별도의 고정수단 또는 결합수단 없이도 에지링(310)과 실린더링(320)의 결합을 보다 용이하게 할 수 있다. 즉, 에지윙 장착홈(328)의 폭(W3)의 공차를 미세하게 조절함으로써 별도의 결합 수단이나 장치 없이 에지링(310)을 실린더링(320)에 밀착되도록 결합시킬 수 있다.
실린더링 몸체(322)에 형성되는 에지윙 장착홈(328)의 폭(W3)은 에지윙 수직리브(312)의 폭(W1) 보다 같거나 또는 작은 크기로 형성된다. 또한, 에지윙 장착홈(328)의 높이(H3)는 에지윙 수직리브(312)의 높이(H1) 보다 작게 형성되어 에지윙 장착홈(328)에서 외부로 노출되는 측면 영역과 바닥면 영역은 모두 에지윙 수직리브(312)에 접하게 된다.
에지윙 장착홈(328)의 높이(H3)는 아래의 [식 2]와 같이 기판 지지돌기(326) 의 돌출된 높이(H1) 및 기판(S)의 두께(ts)와 더한 값이 에지윙 수직리브(312)의 높이(H1b)와 에지윙(311)의 두께(H1a)와 더한 값 보다 같거나 또는 작게 형성된다.
[식 2]
H3 ＋ H1 ＋ ts ≤ H1b ＋ H1a
위의 [식 2]에서 좌변 항의 값과 우변 항의 값이 같을 경우에는 기판(S)의 상면이 에지링(310)의 상면과 동일한 높이에서 수평을 이루는 경우이며, 좌변 항의 값이 우변 항의 값보다 작을 경우에는 기판(S)의 상면이 에지링(310)의 상면 보다 낮은 높이에 위치하고 있는 경우를 나타낸다.
따라서, 기판(S)이 실린더링(320)의 기판 지지돌기(326)에 안착된 상태에서 기판(S)의 상면은 에지윙(311)의 상면보다 높게 돌출되지 않는다. 즉, 기판(S)의 측면은 에지링(310)에 의해서 완벽하게 둘러싸이게 된다.
본 실시예에서는 위의 [식 2]의 조건을 만족시키기 위하여 에지윙 수직리브(312)의 높이(H1b)를 조절하거나 또는 기판 지지돌기(326)의 돌출되는 높이(H1)를 조절한다.
본 발명에 따른 기판 지지 유닛(100, 200, 300)에서 회전링(130, 230, 330)은 하단면이 챔버(1100)의 바닥면에 부착되고, 상부면에 실린더링(120, 220, 320)이 결합된다. 회전링(130, 230, 330)은 내측에 구비되거나 또는 챔버(1100) 내부의 일측에 구비된 회전링 구동수단(미도시)에 의해서 회전되는데, 회전링(130, 230, 330)의 회전에 따라 동일한 회전속도와 회전방향으로 실린더링(120, 220, 320) 및 기판(S)을 회전시킨다. 회전링(130, 230, 330)의 회전구동에 의해서 가열 유닛(1200)에서 조사되는 적외선(I)이 기판(S)에 보다 균일하게 가해지게 된다.
이하, 전술한 본 발명의 제1실시예 내지 제3실시예에 따른 기판 지지 유닛이 구비되는 기판 처리 장치를 살펴보기로 한다. 여기에서 후술하는 기판 처리 장치는 단시간에 고온으로 기판을 열처리하는 급속열처리 장치를 중심으로 설명하기로 한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 기판 처리 장치(1000)는 기판(S)이 처리되는 내부공간을 제공하는 챔버(1100)와, 챔버(1100)의 상부에서 결합되고 적어도 하나의 열원(1220)을 구비하여 기판(S)을 가열하는 가열 유닛(1200)과, 챔버(1100)와 가열 유닛(1200) 사이에 구비되는 석영창(1300)과, 챔버(1100)의 내부공간에 구비되어 기판(S)의 측면에서 열교환을 발생시키고, 기판(S)의 하부면과 선접촉되어 기판(S)을 지지 및 회전시키는 기판 지지 유닛(1400; 100, 200, 300) 및 챔버(1100)의 하부면을 관통하여 기판(S)의 온도를 측정하는 적어도 하나의 온도 측정 유닛(1500)을 포함한다.
여기서, 본 발명에 따른 기판 처리 장치(1000)에 구비되는 기판 지지 유닛(1400)으로는 전술한 본 발명의 제1실시예 내지 제3실시예에 따른 기판 지지 유닛(100 내지 300) 중에서 어느 하나가 선택되어 적용된다. 단, 제1실시예에 따른 기판 지지 유닛(100)을 적용할 경우에 챔버(1100)의 내측벽에는 다수의 에지링 지지돌기(1280; 도1참조)가 추가 형성된다.
챔버(1100)는 상부가 개방된 블럭(block) 또는 박스(box) 형상으로서, 양측벽에는 기판(S)의 반입 및 반출을 위한 게이트(1110a, 1110b)가 형성된다. 본 실시예에서는 챔버(1100)의 양측벽에 게이트(1110a, 1110b)를 각각 형성하였지만, 일측벽에만 게이트를 형성하고 이를 기판(S)의 반입 및 반출에 공용하게 할 수 있다. 챔버(1100)의 외부에는 챔버(1100)의 내부공간으로 가스(G)를 공급하는 가스공급부(1700)가 구비되며, 챔버(1100)의 측면 및 하부면에는 다수의 가스공급부(1700)에서 공급된 가스(G)가 챔버(1100)의 내부공간에 순환될 수 있도록 가스공급구(1122, 1124) 및 가스배기구(1126, 1128)가 형성된다.
가스공급부(1700)의 내부에는 가스(G)의 종류에 따라 여러 가지 가스탱크(미도시)가 구비되어 챔버(1100)의 내부공간으로 서로 다른 종류의 가스를 선택적으로 공급할 수 있다. 또한, 가스공급부(1700)의 내부에는 가스 제어수단(미도시)이 구비되어 가스공급부(1700)에서 공급되는 가스(G)의 공급량, 공급속도 등을 자유롭게 조절할 수 있다.
또한, 챔버(1100)의 일측벽에는 챔버(1100)의 내부 압력을 조절할 수 있는 펌프부(1600)가 구비된다. 본 실시예에서는 가스공급부(1700)를 통해 챔버(1100)에 공급된 가스(G)를 배기시켰지만, 펌프부(1600)를 동시에 적용하여 보다 적극적으로 가스(G)를 챔버(1100)로부터 배기시킬 수 있다.
챔버(1100)의 내측 하부면에는 챔버(1100)의 하부면을 관통하여 돌출되는 온도 측정 장치(1500)를 감싸 보호하도록 피팅고정판(1130)이 구비된다. 피팅고정판(1130)에는 챔버(1100)에 형성된 가스공급구(1124) 및 가스배기구(1126)와 각각 연통되는 가스순환통로(1132, 1134)가 형성되어 있으며, 이를 통해 가스공급부(1700)에서 공급된 가스(G)가 기판(S)의 하부면, 피팅고정판(1130)의 상면 및 실린더링(1420)의 내측벽이 형성하는 공간상에서 순환된다.
온도 측정 장치(1500)는 챔버(1100)의 하부면 및 피팅고정판(1130)을 관통하여 탐침부(1510)가 기판(S)의 하부면에 인접하도록 위치되고, 기판(S)에서 방출되는 방사에너지(E)를 탐침부(1510)에서 획득한 후 이를 챔버(1100)의 외부에 마련된 온도 센서(1520)에서 전달받는다.
온도 센서(1510)는 고온계 또는 파이로미터(pyrometer) 등으로 이루어지며, 온도 센서(1520)에서는 방사에너지(E)의 파장 특성을 판독하여 기판(S)의 온도를 측정한다. 미도시되었지만, 온도 센서(1510)의 일측에 측정된 온도를 외부에 표시하는 디스플레이 장치를 설치할 수 있다.
가열 유닛(1200)은 기판(S)에 적외선(I)을 조사하여 기판(S)을 가열시키는 수단으로서, 가열 유닛의 몸체(1210)의 내부에는 다수의 열원(1220)이 장착된다. 본 실시예에서는 열원(1220)으로서 텅스텐 할로겐 램프, 특히 선형으로 이루어지는 램프를 사용하였다.
선형 램프는 수평 방향으로 길이가 긴 발광부를 가져 기판(S)에 적외선(I)을 고르게 조사시킬 수 있다. 한편, 열원(1220)은 가열 유닛(1200)에 바로 장착되거나 또는 관형 윈도우(1230)에 삽입된 후 장착될 수 있다. 관형 윈도우(1230)는 열원(1220)을 보호하는 역할을 하며, 석영창(1300)과 같이 광 투과가 잘 일어나는 투명한 재질, 즉 석영(quartz)을 재질로 하여 형성된다. 또한, 가열 유닛(1200)의 내 부에 냉매가 순환될 수 있는 냉각통로(미도시)를 열원(1220)의 주변에 형성하여 열원(1220)을 용이하게 냉각시킬 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 기판 지지 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치는 기판과 동일하거나 유사한 열적 특성을 갖는 에지링을 기판의 측면을 감싸도록 배치하고, 실린더링을 통해 기판을 선접촉 방식으로 지지함으로써 기판의 내측 부분과 가장자리 부분의 온도차를 보상하고, 기판과의 접촉면적을 최소화하여 기판의 가장자리에서의 결함 발생을 방지할 수 있다. 또한, 기판이 에지링이 아닌 실린더링의 상단에 바로 안착되기 때문에 기판 지지 유닛을 제작하는데 있어서 결합공차가 감소되어 기판의 수평 균형도를 보다 용이하게 향상시킬 수 있다. 또한, 실린더링에는 내측의 영역으로 돌출되는 실린더링 수평리브가 형성되어 기판 처리 장치의 가열 유닛에서 방출되는 적외선이 기판의 하측 영역, 즉 실린더링의 내부공간으로 유입되는 것을 차단함으로써 기판의 온도를 보다 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 기판이 안착되는 실린더링은 실린더링의 내부공간이 최적의 크기를 갖도록 형성되어 기판을 보다 안정적으로 지지할 수 있으며, 기판을 급속 가열 및 냉각시키는데 있어서의 처리 효율을 향상시킬 수 있다.
이상, 본 발명에 대하여 전술한 실시예 및 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 다양하게 변형 및 수정될 수 있음 을 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 기판 지지 유닛의 단면 개념도.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 기판 지지 유닛의 단면 개념도.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 기판 지지 유닛의 단면 개념도.
도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 기판 지지돌기의 변형예들을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
100, 200, 300 : 기판 지지 유닛 110, 210, 310 : 에지링
111, 211, 311 : 에지윙 312 : 에지윙 수직리브
328 : 에지윙 장착홈 118, 218, 318 : 삽입홀
120, 220, 320 : 실린더링 122, 222, 322 : 실린더링 몸체
124, 224, 324 : 실린더링 수평리브 126, 226, 326 : 기판 지지돌기
130, 230, 330 : 회전링 1000 : 기판 처리 장치
1100 : 챔버 1200 : 가열 유닛
1220 : 열원 1230 : 관형 윈도우
1400 : 기판 지지 유닛 1700 : 온도 측정 장치
S : 기판

Claims (12)

  1. 기판이 삽입되어 상기 기판의 둘레를 감싸도록 몸체의 중앙부에 상하로 관통되는 삽입홀이 형성되는 원판형의 에지윙을 구비하는 에지링과;
    상기 기판의 하부면과 선접촉되어 상기 기판을 지지하는 실린더링과;
    상기 실린더링의 하단에 결합되어 상기 실린더링을 회전시키는 회전링;
    을 포함하고,
    상기 에지윙은 상기 실린더링의 상면에 이격되어 설치되거나 또는 부착되어 설치되는 기판 지지 유닛.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 실린더링은,
    상하 양단이 개방된 원통형의 실린더링 몸체와;
    상기 실린더링 몸체의 상하 연장되는 방향과 교차하는 방향으로 상기 실린더링 몸체의 상단부에서 내측면 둘레에 돌출 형성되는 실린더링 수평리브와;
    상기 실린더링 수평리브의 상면에서 돌출 형성되는 기판 지지돌기;
    를 포함하고,
    상기 실린더링 몸체, 상기 실린더링 수평리브 및 상기 기판 지지돌기는 일체형으로 이루어지는 기판 지지 유닛.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 실린더링 수평리브가 상기 실린더링 몸체로부터 돌출되는 길이는 상기 실린더링 몸체의 내부 직경 크기와 상기 기판의 직경 크기의 차이보다 크게 형성되 는 기판 지지 유닛.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 기판 지지돌기는 반구 형상, 반타원 형상, 절두원뿔 형상 또는 절두다각뿔 형상으로 이루어진 군에서 어느 하나가 선택되며, 상기 절두원뿔 형상 및 상기 절두다각뿔 형상의 최상단부는 곡면 처리가 이루어진 기판 지지 유닛.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 에지윙의 두께는 상기 기판의 두께보다 같거나 크게 형성되는 기판 지지 유닛.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 에지윙의 하부면에는 상기 삽입홀의 둘레를 따라 에지윙 수직리브가 돌출 형성되고, 상기 실린더링 몸체의 외측면 상단에는 상기 외측면 둘레를 따라 상기 에지윙 수직리브가 끼워지는 에지윙 장착홈이 형성되는 기판 지지 유닛.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
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