KR100990237B1 - 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법 - Google Patents

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연강흠
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(주)앤피에스
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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 기판 처리 장치는 기판의 처리공간을 제공하는 챔버와, 상기 처리공간에서 상기 기판을 가열하는 열원 유닛과, 열원 유닛이 내부에 삽입되고 상기 기판이 안착되는 롤러를 구비하고, 상기 롤러를 회전시켜 상기 기판을 상기 처리공간에서 지지 및 이송시키는 롤러부를 포함한다. 상기 롤러부는 상기 롤러 중 적어도 하나를 자성을 이용한 비접촉 방식으로 회전시키는 롤러 구동 유닛을 포함하고, 상기 챔버의 상부면에는 상기 기판의 가장자리를 이격된 상태로 둘러싸는 에지블럭을 상기 처리공간에서 승강시키는 온도 보상 유닛이 결합된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 기판 처리 방법은 챔버 내부에 구비되는 롤러에 기판을 안착시키는 단계와, 상기 롤러에 삽입된 열원 유닛을 가동하여 상기 기판을 가열하는 단계와, 상기 롤러를 회전시켜 상기 기판을 진동시키는 단계를 포함한다. 상기 기판을 가열하는 단계에서 상기 열원 유닛에서 나오는 방사광은 상기 롤러를 투과하여 상기 기판으로 조사되고, 상기 롤러를 회전시키는 단계에서 상기 롤러는 자성을 이용한 비접촉 방식으로 회전된다.

Description

기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법{Apparatus for processing substrate and method for processing substrate using it}
본 발명은 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법에 관한 것이다. 특히, 열원이 내부에 삽입되고, 열원에서 나오는 방사광을 투과시키는 복수의 롤러에 기판을 안착시켜 열처리시키는 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 기판 등을 열처리하는 방법으로 급속열처리(rapid thermal processing; RTP) 방법이 많이 사용되고 있다. 급속열처리 방법은 텅스텐 램프 등의 열원에서 나오는 방사광(放射光)을 기판에 조사(照射)하여 기판을 가열하는 방법으로서 기판을 신속하게 가열 및 냉각시킬 수 있으며, 기존의 퍼니스(furnace)를 이용한 열처리 방법보다 압력 조건이나 온도 대역의 조절이 용이하여 기판의 열처리 품질을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
급속열처리 방법이 적용되는 종래의 기판 처리 장치를 살펴보면, 종래의 기판 처리 장치는 챔버와, 챔버의 내부에서 기판을 지지하는 서셉터(susceptor)와, 기판을 가열하는 복수의 열원과, 서셉터와 열원 사이에 구비되어 열원에서 나오는 방사광을 투과시켜 기판으로 조사시키는 투과창을 포함한다.
그런데, 종래에는 기판이 플레이트(plate) 또는 트레이(tray) 형상을 갖는 서셉터 상에 안착되기 때문에 기판이 열처리되는 과정에서 열원의 방사광이 서셉터에 의해 차단되어 기판의 하부면에 도달하지 못하는 문제점이 있었다. 즉, 종래에는 기판의 상측과 하측에 복수의 열원을 배치하고, 기판의 상부면 및 하부면을 동시에 가열하여 열처리시키는데 어려움이 있었다. 따라서, 종래에는 기판의 양면을 신속하게 가열할 수 없어서 열소모 비용(thermal budget)이 늘어나고, 기판의 열처리 효율(throughput)이 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 종래에는 기판의 가열 시 서셉터도 함께 가열되고, 이러한 서셉터가 기판과 면 접촉하기 때문에 기판을 가열 또는 냉각시키는 과정에서 기판에 열적 영향을 끼쳐 기판의 열처리 품질을 유지시키기 어려운 문제점이 있었다.
또한, 종래의 기판 처리 장치에는 기판의 중앙 부위와 가장자리 부위가 고르게 열처리되도록 기판의 안착면, 즉 서셉터의 상부면에 온도 보상용 에지링(edge ring) 등이 구비되어 장치 구조가 복잡해지고, 이로 인해 기판 처리 장치의 유지, 보수 등을 위한 관리 비용이 늘어나는 문제점이 있었다.
본 발명은 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법을 제공한다.
본 발명은 열원이 내부에 삽입되고, 열원에서 나오는 방사광을 투과시키는 복수의 롤러에 기판을 안착시켜 열처리시키는 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법을 제공한다.
본 발명은 기판의 열처리 과정에서 복수의 롤러에 안착된 기판을 롤러의 회전 구동을 통해 진동시켜 기판을 균일하게 열처리시키는 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 기판 처리 장치는 기판의 처리공간을 제공하는 챔버와, 상기 처리공간에서 상기 기판을 가열하는 열원 유닛과, 열원 유닛이 내부에 삽입되고 상기 기판이 안착되는 롤러를 구비하고, 상기 롤러를 회전시켜 상기 기판을 상기 처리공간에서 지지 및 이송시키는 롤러부를 포함한다.
상기 롤러부는 상기 롤러 중 적어도 하나를 자성을 이용한 비접촉 방식으로 회전시키는 롤러 구동 유닛을 포함하고, 상기 챔버의 상부면에는 상기 기판의 가장자리를 이격된 상태로 둘러싸는 에지블럭을 상기 처리공간에서 승강시키는 온도 보상 유닛이 결합된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 기판 처리 방법은 챔버 내부에 구비되는 롤러에 기판을 안착시키는 단계와, 상기 롤러에 삽입된 열원 유닛을 가동하여 상기 기판을 가열하는 단계와, 상기 롤러를 회전시켜 상기 기판을 진동시키는 단계를 포함한다.
상기 기판을 가열하는 단계에서 상기 열원 유닛에서 나오는 방사광은 상기 롤러를 투과하여 상기 기판으로 조사되고, 상기 롤러를 회전시키는 단계에서 상기 롤러는 자성을 이용한 비접촉 방식으로 회전된다.
본 발명의 실시예들에 따른 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법에 의하면 내부에 삽입된 열원으로부터 나오는 방사광을 투과시키는 복수의 롤러로 기판을 지지하여 기판의 하부면에 방사광을 자유롭게 조사시킬 수 있다. 즉, 기판 지지를 위한 서셉터를 사용하지 않음으로써 기판을 열처리시키는 과정에서 기판의 상부면 뿐만 아니라 하부면에도 방사광을 조사할 수 있어서 기판을 보다 신속하게 열처리시킬 수 있다. 따라서, 기판의 열소모 비용을 절감할 수 있으며, 기판의 열처리 효율을 높여 기판 처리 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 기판의 열처리 과정에서 기판의 하부면과 선 접촉되는 복수의 롤러를 회전시켜 복수의 롤러에 안착된 기판을 수평하게 진동, 즉 흔들어 줌으로써 롤러에 의한 기판의 열적 영향을 최소화할 수 있으며, 기판을 균일하게 가열할 수 있다. 따라서, 기판의 열처리 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 기판 처리 장치의 내부에 기판을 지지하기 위한 수단, 즉 서셉터가 구비되지 않아 장치 구조가 간단해진다. 따라서, 기판 처리 장치를 제조하는 비용 또는 유지, 보수 등의 관리에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기판 처리 장치의 정면 내부 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 기판 처리 장치의 측면 내부 구성도.
도 3은 본 발명의 제 1 변형예에 따른 기판 처리 장치의 정면 내부 구성도.
도 4는 본 발명의 제 2 변형예에 따른 기판 처리 장치의 측면 내부 구성도.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 기판 처리 방법을 도시한 순서도.
도 7 및 도8은 도 5 및 도 6에 도시된 순서도에 따른 기판 처리 장치의 구동 상태도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기판 처리 장치를 정면에서 바라본 내부 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 기판 처리 장치를 일측면에서 바라본 내부 구성도이이고, 도 3은 본 발명의 제 1 변형예에 따른 기판 처리 장치를 정면에서 바라본 내부 구성도이고, 도 4는 본 발명의 제 2 변형예에 따른 기판 처리 장치를 일측면에서 바라본 내부 구성도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 기판 처리 장치(100a; 도1, 도2 참조)는 기판(1)이 열처리되는 내부공간, 즉 처리공간(S)을 제공하는 챔버(200)와, 기판(1)을 사이에 두고 처리공간(S)의 상측 및 하측에 구비되어 기판(1)을 가열하는 복수의 열원 유닛(300)과, 기판(1)이 안착되는 수단으로서 처리공간(S)의 하측에 구비되는 열원 유닛(300)이 내부에 삽입되며, 삽입된 열원 유닛(300)으로부터 나오는 방사광(放射光; L, 도8(a) 참조)을 기판(1)으로 투과시키는 롤러(410)를 구비하고, 롤러(410)의 회전(r)을 통해 처리공간(S)에서 기판(1)을 수평하게 이송 및 진동시키는 롤러부(400)를 포함한다. (롤러(410)의 회전(r) 구동에 의해서 기판(1)이 로딩 방향(x방향)을 따라 이송 또는 반송될 수 있으며, 로딩 방향(x방향)을 따라 진동, 즉 흔들릴 수 있다. 또한, 롤러(410)는 편평한 플레이트 형상의 기판(1)을 지지 및 이송시키기 위하여 최소한 2개 이상으로 구비된다.)
챔버(200)는 기판(1)이 출입되고 열처리되는 공간, 즉 처리공간(S)을 내부에 형성하기 위해 속이 빈 박스 형상 또는 블럭 형상으로 이루어진다. 본 실시예들(일실시예 및 변형예들 포함)에서 챔버(200)는 비어있는 내부공간이 형성되고, 상부가 개방된 챔버 바디(chamber body; 210)와, 챔버 바디(210)의 상측에서 결합되어 챔버 바디(210)의 개방된 상부를 덮는 챔버 리드(chamber lid; 240)를 포함한다. (미도시되었지만, 챔버 바디(210)와 챔버 리드(240)의 결합 부위에는 오링(O-ring) 등과 같은 밀폐(sealing) 수단이 구비된다.)
이러한 챔버(200)의 내부에는 기판(1)의 이송 방향(x방향)과 교차하는 수평 방향(y방향)을 따라 처리공간(S)을 가로지르는 원통 형상의 롤러(410)와 열원 유닛(300)이 장착된다. (여기서, 롤러(410)는 챔버 바디(210)에 복수개 장착되고, 열원 유닛(300)은 챔버 리드(240)에 복수개 장착된다. 한편, 롤러(410)의 내부에는 챔버 리드(240)에 장착되는 열원 유닛(300)과 동일한 열원 유닛이 삽입된다.)
롤러(410)나 열원 유닛(300)의 장착을 위해, 챔버 바디(210)의 바닥 상부면에는 음각(陰刻) 방식의 제1반원통홈(212)이 롤러(410)의 연장 방향(y방향)을 따라 형성되고, 챔버 리드(240)의 하부면에는 음각 방식의 제2반원통홈(242)이 열원 유닛(300)의 연장 방향(y방향)을 따라 형성된다.
롤러(410)의 내부에 열원 유닛(300)이 삽입되기 때문에 롤러(410)가 위치되는 제1반원통홈(212)의 직경(R1)은 열원 유닛(300)이 위치되는 제2반원통홈(242)의 직경(R2) 보다 크게 형성된다. 또한, 롤러(410)의 회전(r) 시, 롤러(410)의 외주면이 제1반원통홈(212)에 접촉되지 않도록 제1반원통홈(212)의 직경(R1)은 롤러(410)의 외경(R3) 보다 크게 형성된다. 이와 마찬가지로, 열원 유닛(300)의 외주면이 제2반원통홈(242)에 접촉되지 않도록 제2반원통홈(242)의 직경(R2)은 열원 유닛(300)의 외경(R5) 보다 크게 형성된다.
한편, 제1반원통홈(212) 및 제2반원통홈(242)의 표면에는 각 반원통홈(212, 242)의 표면 형상에 대응한 형상으로 이루어지고, 반사율이 우수한 집광 플레이트(214, 244)가 결합되거나 또는 집광 막이 도포될 수 있다. 이와 같이 집광 플레이트(214, 244)를 구비하여 열원 유닛(300)에서 나오는 방사광(L)을 반사를 통해 기판(1)으로 집중시킴으로써 열소모 비용을 절감할 수 있으며, 기판의 열처리 효율을 향상시킬 수 있다.
본 실시예들에서는 챔버(200)가 챔버 바디(210)와 챔버 리드(240)의 상하 결합을 통해서 사각 박스 형상으로 형성되지만, 챔버 리드(240)와 같은 덮개 형식이 아닌 2개의 챔버 바디(210)를 상하로 결합시켜 챔버(200)를 형성할 수 있다. 또한, 본 실시예들에서는 처리공간(S)의 수평 단면의 형상이 기판(1)의 형상과 동일한 사각형으로 이루어지지만, 처리공간(S)의 수평 단면의 형상이 원형, 타원형, 다각형을 이루도록 챔버(200)의 형상을 변형시킬 수 있다. 한편, 미도시되었지만 챔버 바디(210) 및 챔버 리드(240)의 내주면에 내열성이 우수한 보호막을 부착 또는 코팅하여 챔버(200)가 열적 변형으로 손상되는 것을 방지할 수 있다.
챔버 바디(210)의 일측면 또는 양측면에는 여닫음이 가능한 게이트(gate; 212)가 형성되고, 이러한 게이트(212)를 통해서 기판(1)이 로딩(loading) 또는 언로딩(unloading)된다. 기판(1)의 로딩과 언로딩은 챔버(200)의 외측에 구비되어 기판(1)을 실어 나르는 로딩/언로딩 수단(미도시)에 의해 이루어진다. 본 실시예에서와 같이 하나의 게이트(212)가 형성되면 기판(1)의 로딩과 언로딩이 동일한 게이트(212)를 통해 이루어지며, 복수의 게이트가 형성되면 일측 게이트는 기판(1)을 로딩하는데 사용하고, 타측 게이트는 기판(1)을 언로딩하는데 구분하여 사용할 수 있다.
챔버 바디(210)에는 복수의 롤러(410) 사이의 틈새에서 상하로 구동되어 복수의 롤러(410) 상에 안착된 기판(1)의 온도를 측정하는 온도 측정 유닛(600)이 결합된다. 이를 위해, 챔버 바디(210)의 바닥면에는 온도 측정 유닛(600)이 장착되어 상하로 구동될 수 있는 온도측정유닛 구동홈(미도시)이 적어도 한 개 이상으로 형성된다. 본 실시예들에서 온도 측정 유닛(600)은 기판(1)에 근접하도록 챔버 바디(210)의 바닥면 내에서 상하로 구동되고, 기판(1)의 온도를 감지하는 온도 측정 수단(610)과, 챔버 바디(210)의 바닥면에 결합되어 온도 측정 수단(610)을 상하로 구동시키는 측정 수단 구동부(620)를 포함한다. 온도 측정 수단(610)으로는 다양한 측정기구들이 적용될 수 있지만, 본 실시예들에서는 기판(1)의 하부면에 접촉하지 않고서도 기판(1)으로부터 나오는 복사에너지를 감지하여 기판(1)의 온도를 측정할 수 있는 고온계(pyrometer)를 온도 측정 수단(610)으로 사용하였다.
챔버 리드(240)에는 샤워헤드(shower head) 방식으로 기판(1)에 공정가스(process gas; G, 도7(b) 참조)를 수직으로 분사시킬 수 있는 분사구(246)가 복수개 형성된다. 여기서, 공정가스(G)는 기판(1)의 열처리에 요구되는 가스 및 처리공간의 열적 분위기를 조성하는데 필요한 가스를 모두 포함한다. 복수의 분사구(246)는 챔버 리드(240)의 내부를 수직으로 관통하여 형성되며, 챔버 리드(240)의 상부면에는 챔버(200)의 외측에 구비되는 공정가스 공급 수단(미도시)과 연결되어 공정가스(G)를 공급받고, 공급된 공정가스(G)를 복수의 분사구(246)에 배분하는 공정가스 배분 블럭(248)이 결합된다. 한편, 챔버 바디(210)에는 분사구(246)와 대응되어 공정가스(G)를 외부로 배기시킬 수 있으며, 여닫음이 조절되는 배기구(218)가 바닥면에 적어도 하나 이상의 개수로 형성된다.
전술한 바와 같이 구성되는 챔버(200)에는 기판(1)의 상부면 및 하부면에 방사광(L)을 조사하여 기판(1)을 가열할 수 있도록 기판(1)의 상측 및 하측에 열원 유닛(300)이 복수개 구비된다. 열원 유닛(300)은 방사광(L)을 발생시키는 열원(310)과, 열원(310)을 감싸 보호하고, 열원(310)에서 나오는 방사광(L)을 외부로 투과시키는 관형 윈도우(320)를 포함한다. 본 실시예들에서는 처리공간(S)을 수평하게 가로지르는 열원(310)으로서 선형 램프를 사용하였다.
기판(1)의 상측에 구비되어 롤러(410)에 삽입되지 않는 열원 유닛(300)의 경우에는 열원(310)에서 나온 방사광(L)이 관형 윈도우(320)를 투과하여 기판(1)의 상부면으로 조사된다. 그리고, 기판(1)의 하측에 구비되어 롤러(410)에 삽입되는 열원 유닛(300)의 경우에는 열원(310)에서 나온 방사광(L)이 관형 윈도우(320) 및 롤러(410)를 차례로 투과하여 기판(1)의 하부면으로 조사된다. (즉, 기판(1)의 상측에서는 열원(310)이 관형 윈도우(320)에 둘러싸여 보호되며, 기판(1)의 하측에서는 열원(310)이 관형 윈도우(320) 및 롤러(410)에 의해 이중으로 둘러싸여 보호된다.) 이처럼, 관형 윈도우(320) 및 롤러(410)는 열원(310)의 방사광(L)을 투과시킬 수 있는 투과율이 높은 재질로 이루어지며, 본 실시예에서는 투명한 석영(quartz)을 재질로 하여 형성된다. 물론, 관형 윈도우(320)와 롤러(410)의 재질을 투명한 유리, 투명한 강화 플라스틱 등을 사용하여 형성할 수 있지만, 높은 투과율을 가지면서 내열성, 내충격성 등이 우수한 투명한 석영 재질로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시예들에서는 관형 윈도우(320)와 롤러(410)를 동일한 재질로 형성하였지만, 회전(r)되는 롤러(410)를 투명한 석영 재질로 형성하고, 챔버(200)에 위치 고정된 관형 윈도우(320)는 투명한 유리 재질로 형성할 수 있다.
한편, 본 실시예들에서는 기판(1)이 안착되는 복수개의 롤러(410)에 모두 열원 유닛(300)를 삽입시켰지만, 변형예로서 복수개의 롤러(410) 중에서 일부에만 열원 유닛(300)을 삽입시킬 수 있다.
롤러(410)는 관형 윈도우(320)의 외경(R5)보다 큰 크기의 내경(R4)을 갖는 원통관 형상의 몸체로 이루어지며, 롤러(410)의 길이(L3)는 챔버(200)의 양측면을 관통할 수 있도록 챔버(200)의 폭(W) 보다 크게 형성되고, 관형 윈도우(320)의 길이(L2) 보다는 작게 형성된다. 열원(310)의 길이(L1)는 관형 윈도우(320)의 길이(L2)와 거의 동일한 길이로 형성되고, 열원(310)이 삽입된 관형 윈도우(320)의 양단에는 후술되는 전원접속캡(330, 330')이 결합된다. 복수의 열원 유닛(300) 및 복수의 롤러(410)에 개별적으로 삽입된 상태의 열원 유닛(300)은 처리공간(S)의 상측 및 하측에서 기판(1)의 이송 방향(S)을 따라 정렬된다. 또한, 복수의 열원 유닛(300) 및 복수의 롤러(410)는 챔버(200)의 양측면을 관통하여 양단이 외부로 돌출된다.
본 발명의 일실시예에 따른 기판 처리 장치(100a)에서는 기판(1)의 상측에 위치하는 복수의 열원 유닛(300)과, 기판(1)의 하측에 위치하는 복수의 롤러(410)가 다른 개수로 설치되어 기판(1)의 상부면이 받는 방사광(L)의 조사량과 기판(1)의 하부면이 받는 방사광(L)의 조사량이 달라지고, 이로 인해 기판(1)의 상부면과 하부면이 다른 온도로 가열될 수 있었지만, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 제 1 변형예에 따른 기판 처리 장치(100b)에서와 같이 기판(1)의 상측 및 하측에 열원 유닛(300)과 롤러(410)를 상하 이격되어 대향되도록 동일한 개수로 구비시켜 기판(1)의 상부면 및 하부면에 조사되는 방사광(L)의 조사량을 동일하게 할 수 있다. (여기서, 관형 윈도우(320) 및 롤러(410)의 투과시 방사광(L)의 소모가 없는 경우로 가정한다.) 즉, 기판(1)을 열처리하는 과정에서 기판(1)의 상부면 및 하부면을 동일한 온도로 가열시킬 수 있다.
기판(1)의 상측에서 정렬되는 복수의 열원 유닛(300)은 챔버(200)의 관통 부위에 구비되는 오링(O-ring) 등의 밀폐 수단(322)에 끼워져 위치 고정된다. 반면, 기판(1)의 하측에서 정렬되는 복수의 롤러(410)는 챔버(200)의 관통 부위에 구비되는 베어링 수단(412)에 끼워져 회전(r)이 가능한 상태로 위치 고정된다. 여기서, 롤러(410)가 챔버(200)를 관통한 상태에서 회전(r)할 때, 롤러(410)의 내부에 삽입된 열원 유닛(300)은 정지된 상태로 유지된다.
기판(1)의 상측에 위치하거나 또는 롤러(410)의 내부에 삽입되는 열원 유닛(300)의 양단에는 외부에서 공급되는 전원을 열원(310)으로 공급하는 동시에 관형 윈도우(320)의 내부에서 열원(310)의 위치를 고정시키는 전원접속캡(330)이 각각 결합된다. 본 발명의 일실시예에 따른 기판 처리 장치(100a; 도1, 도2 참조)에서와 같이 열원(310)이 삽입되는 관형 윈도우(320)의 내부공간을 전원접속캡(330)을 통해서 밀폐시킬 수 있지만, 도 4에 도시된 본 발명의 제 2 변형예에서와 같이 열원(310)과 관형 윈도우(320) 사이에 냉매, 특히 냉각공기(C)가 순환될 수 있도록 내부에 냉매 순환 통로(미도시)가 형성된 변형된 전원접속캡(330')을 사용할 수 있다. 변형된 전원접속캡(330')에 의해서 냉각공기(C)를 열원(310)의 주변에 순환시킴으로써 열원(310) 및 기판(1)을 신속하게 냉각시킬 수 있다. 변형된 전원접속캡(330')은 챔버(200)의 외측에 구비되는 전원 공급 수단(미도시) 및 냉매 공급 수단(미도시)과 연결되고, 열원 유닛(300)의 양단에 결합되는 한 쌍의 변형된 전원접속캡(330') 중에서 일측의 변형된 전원접속캡(330'a)으로 냉각공기(C)가 주입되고, 열원 유닛(300)의 내부를 순환한 냉각공기(C)는 타측의 변형된 전원접속캡(330'b)으로 배기된다.
롤러부(400)는 롤러(410)와 롤러 구동 유닛(430)을 포함하며, 롤러 구동 유닛(430)은 롤러(410)를 자성(磁性; M, 도2, 도4 참조)을 이용한 비접촉 방식으로 회전(r)시킨다. 이를 위해, 챔버(200)의 양 외측으로 돌출된 롤러(410)의 외주면에는 자기 밴드(432)가 감겨지고, 자기 밴드(432)에 인접하여 롤러 구동 유닛(430)의 자기 모터(434)가 설치된다. 자기 모터(434)가 회전하면 자기력을 발생시켜 비접촉된 자기 밴드(432)를 회전시키고, 결국 베어링 수단(412)에 지지되는 롤러(410)가 회전(r)하게 된다. 본 실시예들에서는 기판(1)의 하측에 위치하는 복수의 롤러(410) 각각에 롤러 구동 유닛(430)을 구비시켜 복수의 롤러(410)를 모두 회전시켰지만, 변형예로서 복수의 롤러(410) 중 일부의 롤러에만 롤러 구동 유닛(430)을 구비시켜 일부의 롤러만을 회전시킬 수 있다.
롤러 구동 유닛(430)을 통해 기판(1)을 안착시켜 지지하는 복수의 롤러(410)를 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전(r)시켜 기판(1)을 로딩 방향(x방향)으로 이송 및 반송시킬 수 있으며, 시계 방향 또는 반시계 방향으로 번갈아 회전(r)시켜 기판(1)을 진동, 즉 흔들어 줄 수 있다. 이러한 기판(1)의 진동을 통해 기판(1)이 열처리되는 과정에서 기판(1)의 안착 위치 또는 안착 자세를 변경시켜 기판(1)의 하부면에서 롤러(410)가 접촉되는 부위를 변경시킬 수 있다. 즉, 롤러(410)에 의한 기판(1)의 열적 영향을 최소화할 수 있어서 기판(1)을 균일하게 열처리시킬 수 있다.
한편, 열원 유닛(300)이 관통되어 돌출되는 챔버(200)의 양측에는 속이 빈 보호 케이스(380)가 결합되어 열원 유닛(300)의 양단부 및 롤러 구동 유닛(430) 등을 외부로부터 차단하고 보호한다. 본 실시예에서는 열원 유닛(300)의 위치를 고정시키기 위하여 속이 빈 보호 케이스(380)를 사용하였지만, 열원 유닛(300)이 삽입되는 관통홀이 형성되고, 롤러 구동 유닛(430)이 설치되는 공간이 형성된 보호 블럭(미도시)을 사용할 수도 있다.
챔버(200)의 처리공간(S)에는 기판(1)이 가열되는 과정에서 기판(1)의 중앙 부위와 기판(1)의 가장자리 부위가 균일하게 가열될 수 있도록 하는 온도 보상 유닛(500)이 구비된다. 온도 보상 유닛(500)은 기판(1)의 가장자리를 이격된 상태로 둘러싸는 에지블럭(edge block; 510) 및 에지블럭(510)을 처리공간(S)에서 상하 구동시키는 에지블럭 구동부(520)를 포함한다. 에지블럭(510)은 챔버 리드(240)의 하부면에서 상하로 구동되며, 에지블럭 구동부(520)는 챔버 리드(240)의 모서리 부위를 관통하여 챔버 리드(240)의 상부면에 결합된다. 에지블럭(510)은 기판(1)이 열처리되는 과정에서 기판(1)의 높이와 동일한 높이가 되도록 챔버 리드(240)의 하부면에서 하강되며, 기판(1)의 열처리가 완료되면 에지블럭(510)은 챔버 리드(240)의 하부면에 밀착되도록 상승된다. 에지블럭(510)은 기판(1)을 둘러쌀 수 있도록 중앙 부위가 비어있는 사각틀 형상으로 이루어지고, 사각틀 형상의 몸체는 기판(1)의 두께(t)보다 두꺼운 두께(t1)로 형성된다. 또한, 에지블럭은 실리콘 카바이드(SiC), 실리콘 카바이드(SiC)가 코팅된 그래파이트(graphite), 질화규소(Si3N4), 알루미늄 나이트라이드(AlN) 또는 불투명 석영(opaque quartz) 중 어느 하나의 재질로 형성된다. 따라서, 기판(1)을 가열하는 과정에서 기판(1)의 가장자리는 에지블럭(510)에 둘러싸이고, 에지블럭(510)과 기판(1)의 가장자리에서의 열교환을 통해 기판(1)의 가장자리가 열처리되는 온도를 보상해줄 수 있다.
이하, 전술한 본 발명의 실시예들에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 방법을 살펴보기로 한다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 기판 처리 방법을 도시한 순서도이고, 도 7 및 도8은 도 5 및 도 6에 도시된 순서도에 따른 기판 처리 장치의 구동 상태도이다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 기판 처리 방법은 기판을 챔버의 내부, 즉 처리공간에 구비되는 복수의 롤러에 안착시키는 단계(S100)와, 복수의 롤러에 삽입된 열원 유닛을 가동시켜 기판을 가열하는 단계(S200)와, 복수의 롤러를 회전시켜 기판을 처리공간에서 진동시키는 단계(S300)를 포함한다.
복수의 롤러에 기판이 안착되는 단계(S100)를 살펴보면, 챔버의 적어도 일측에 구비되는 게이트가 열림 상태가 되면, 챔버의 외측에 구비되는 로딩/언로딩 유닛에 의해 기판이 챔버의 처리공간으로 로딩된다(S110; 도7(a) 참조). 이후, 로딩/언로딩 유닛은 복귀되면서 챔버의 내측 바닥면에 설치되는 복수의 롤러 상에 기판이 안착되고 게이트는 닫힘 상태가 된다.
위와 같은 과정으로 기판이 복수의 롤러에 안정적으로 안착되면, 처리공간의 상측에 구비되는 열원 유닛에서 나오는 방사광 및 처리공간의 하측에 구비되는 열원 유닛으로부터 나와 롤러를 투과한 방사광이 기판으로 조사되어 기판이 가열된다(S200; 도8(a) 참조). 즉, 롤러는 기판이 안착되어 기판을 지지할 뿐만 아니라 내부에 열원 유닛을 내장시키고, 열원 유닛에서 방사된 방사광을 기판으로 투과시킨다.
기판을 가열하기 전, 챔버의 처리공간에 공정가스를 분사하여 가열 분위기를 조성할 수 있으며(S120; 도7(b) 참조), 기판의 가장자리를 이격된 상태로 둘러싸 기판의 열처리 과정에서 기판의 중앙 부위와 가장자리 부위의 온도를 보상할 수 있는 에지블럭을 처리공간에서 승강시켜 기판의 온도 보상을 준비할 수 있다(S130; 도7(b) 참조).
한편, 기판의 하부면은 원통형 형상의 몸체로 이루어지는 복수의 롤러와 선 접촉되어 기판의 하부면은 롤러와 직접 접촉되는 부위와, 롤러와 접촉되지 않는 부위로 구분된다. 따라서, 기판을 균일하게 열처리시키기 위해 열원 유닛의 가동(S200)과 동시에 또는 일정한 설정 시간 이후에 기판의 안착 위치를 변경시키는 기판의 흔들림 또는 진동이 이루어진다(S300; 도8(a) 참조). 즉, 롤러를 시계 방향 및 반시계 방향으로 번갈아 반복(또는 교대) 회전시키면서 기판을 로딩 방향을 따라서 수평하게 왕복 구동시킬 수 있다. 이와 같은 기판의 진동을 통해 기판과 롤러와 접촉 부위가 열처리 과정에서 계속 변하게 되어 기판이 롤러에 의한 열적 영향(롤러와 기판 사이에서 일어나는 열교환(heat transfer)에 의한 영향)을 줄일 수 있다. 특히, 기판이 안착되는 롤러의 회전이 원활하게 이루어지도록 본 실시예에서는 롤러를 자성을 이용한 비접촉 방식으로 회전된다.
위와 같이, 수평하게 진동하는 기판에 방사광선을 조사하여 기판을 균일하게 가열하여 기판의 열처리가 완료되면, 복수의 롤러 사이에서 상하로 구동되어 기판의 하부면에 접근 가능한 온도 측정 유닛으로 기판을 온도를 측정할 수 있다(S400; 도8(b) 참조). 기판의 온도를 측정하기 전 챔버의 내부에 채워진 공정가스 등을 챔버의 외부로 배기시킬 수 있다. 이후, 열원 유닛의 내부에 냉각공기를 순환시키는 등 기판을 신속하게 냉각시키고(S500; 도4 참조), 기판의 로딩 과정과 역순으로 챔버의 처리공간에서 기판이 언로딩된다(S600). 이상과 같은 과정을 거쳐 기판을 급속열처리 방식으로 열처리할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법에 의하면 내부에 삽입된 열원으로부터 나오는 방사광을 투과시키는 복수의 롤러로 기판을 지지하여 기판의 하부면에 방사광을 자유롭게 조사시킬 수 있다. 즉, 기판 지지를 위한 서셉터를 사용하지 않음으로써 기판을 열처리시키는 과정에서 기판의 상부면 뿐만 아니라 하부면에도 방사광을 조사할 수 있어서 기판을 보다 신속하게 열처리시킬 수 있다. 따라서, 기판의 열소모 비용을 절감할 수 있으며, 기판의 열처리 효율을 높여 기판 처리 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 기판의 열처리 과정에서 기판의 하부면과 선 접촉되는 복수의 롤러를 회전시켜 복수의 롤러에 안착된 기판을 수평하게 진동, 즉 흔들어 줌으로써 롤러에 의한 기판의 열적 영향을 최소화할 수 있으며, 기판을 균일하게 가열할 수 있다. 따라서, 기판의 열처리 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 기판 처리 장치의 내부에 기판을 지지하기 위한 수단, 즉 서셉터가 구비되지 않아 장치 구조가 간단해진다. 따라서, 기판 처리 장치를 제조하는 비용 또는 유지, 보수 등의 관리에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.
이상, 본 발명에 대하여 전술한 실시예들 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 있음을 알 수 있을 것이다.
100a, 100b, 100c : 기판 처리 장치 200 : 챔버
210 : 챔버 바디 214 : 집광 플레이트
240 : 챔버 리드 244 : 집광 플레이트
246 : 분사구 300 : 열원 유닛
310 : 열원 320 : 관형 윈도우
330 : 전원접속캡 400 : 롤러부
410 : 롤러 430 : 롤러 구동 유닛
500 : 온도 보상 유닛 510 : 에지블럭
600 : 온도 측정 유닛

Claims (20)

  1. 제1반원통홈이 바닥 상부면에 형성되는 챔버 바디와, 상기 챔버 바디의 개방된 상부에 결합되고 제2반원통홈이 하부면에 형성되는 챔버 리드를 포함하여 기판의 처리공간을 제공하는 챔버와;
    상기 처리공간에서 상기 제1반원통홈 및 상기 제2반원통홈에 설치되어 상기 기판을 가열하는 열원 유닛과;
    열원 유닛이 내부에 삽입되고 상기 기판이 안착되는 롤러를 구비하고, 상기 롤러를 회전시켜 상기 기판을 상기 처리공간에서 지지 및 이송시키는 롤러부;
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 열원 유닛은,
    상기 처리공간의 상측 및 하측에서 상기 기판의 이송 방향과 교차하는 수평 방향으로 상기 처리공간을 가로질러 상기 챔버의 양측면을 관통하고, 상기 기판의 이송 방향을 따라 평행하게 정렬되는 기판 처리 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 롤러부는,
    상기 롤러 중 적어도 하나를 자성을 이용한 비접촉 방식으로 회전시키는 롤러 구동 유닛을 포함하는 기판 처리 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 열원 유닛은,
    상기 기판에 방사광을 조사하는 선형 램프로 이루어지는 열원과;
    상기 열원을 감싸고 상기 열원에서 방사되는 상기 방사광을 투과시키는 관형 윈도우;
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 열원이 삽입되는 상기 관형 윈도우의 양단에는 전원접속캡이 결합되는 기판 처리 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 전원접속캡의 내부에는 상기 열원과 상기 관형 윈도우 사이의 공간에 냉매를 순환시키는 냉매 순환 통로가 형성되는 기판 처리 장치.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 관형 윈도우 및 상기 롤러는,
    상기 방사광을 투과시키는 투명한 석영 재질로 형성되는 기판 처리 장치.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 롤러는,
    상기 관형 윈도우의 외경보다 큰 크기의 내경을 갖는 원통관 형상의 몸체로 이루어지는 기판 처리 장치.
  9. 삭제
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1반원통홈 및 상기 제2반원통홈의 표면에는,
    상기 열원 유닛에서 나오는 방사광을 상기 기판을 향해 반사시키는 집광 플레이트가 결합되는 기판 처리 장치.
  11. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 챔버의 상부면에는,
    상기 기판의 가장자리를 이격된 상태로 둘러싸는 에지블럭을 상기 처리공간에서 승강시키는 온도 보상 유닛이 결합되는 기판 처리 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 에지블럭은,
    실리콘 카바이드(SiC), 실리콘 카바이드(SiC)가 코팅된 그래파이트(graphite), 질화규소(Si3N4), 알루미늄 나이트라이드(AlN) 및 불투명 석영(opaque quartz) 중 적어도 어느 하나의 재질로 형성되는 기판 처리 장치.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 챔버 리드에는,
    상기 기판에 공정가스를 수직으로 분사시키는 복수의 분사구가 형성되는 기판 처리 장치.
  14. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 챔버의 하부면에는,
    상기 복수개의 롤러 사이에서 상하로 구동되어 상기 복수개의 롤러에 안착된 상기 기판의 온도를 측정하는 온도 측정 유닛이 결합되는 기판 처리 장치.
  15. 챔버 내부에 구비되는 롤러에 기판을 안착시키는 단계와;
    상기 챔버의 내부에 공정가스를 분사하여 가열 분위기를 조성하는 단계와;
    상기 기판의 가장자리를 이격된 상태로 둘러싸는 에지블럭을 상기 챔버의 내부에서 승강시켜 상기 기판의 온도 보상을 준비하는 단계와;
    상기 롤러에 삽입된 열원 유닛을 가동하여 상기 기판을 가열하는 단계와;
    상기 롤러를 회전시켜 상기 기판을 진동시키는 단계;
    를 포함하는 기판 처리 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 기판을 가열하는 단계에서,
    상기 열원 유닛에서 나오는 방사광은 상기 롤러를 투과하여 상기 기판으로 조사되는 기판 처리 방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 롤러를 회전시키는 단계에서,
    상기 롤러는 자성을 이용한 비접촉 방식으로 회전되는 기판 처리 방법.
  18. 삭제
  19. 청구항 15 내지 청구항 17 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 기판을 진동시키는 단계 이후에,
    상기 복수의 롤러 사이에서 상하로 구동되어 상기 기판의 하부면에 접근 가능한 온도 측정 유닛으로 상기 기판의 온도를 측정하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 기판의 온도를 측정하는 단계 이후에,
    상기 열원 유닛의 내부에 냉매를 순환시켜 상기 열원 유닛 및 상기 기판을 냉각시키는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
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