KR101048295B1 - 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 반응 공간을 갖는 챔버와, 상기 반응 공간에 위치하여 기판을 안치하는 기판 안치부와, 상기 기판 안치부를 지지하고, 회전시키는 회전축부와, 상기 회전축부 내측에 위치하여 상기 기판의 온도를 측정하는 온도 측정 수단 및 상기 온도 측정 수단이 위치한 상기 회전축부의 표면 영역을 캐핑하는 보온 캡을 포함하는 기판 처리 장치를 제공한다. 이와 같이 보온 캡을 통해 보온 효과를 미리 줌으로 인해 보온 효과로 인한 온도 측정 편차를 줄일 수 있다.
기판 안치부, 가열, 온도 측정, 보온, 보온 캡

Description

기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING EQUIPMENT}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 기판을 지지하는 기판 지지 수단의 온도를 일정하게 유지할 수 있는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 기판 처리 장치는 반도체 기판상에 막을 증착하거나, 반도체 기판 상에 증착된 막을 식각하는 장치를 지칭한다. 이와 같은 기판 처리 장치를 통해 막을 형성하고 식각하여 반도체 소자, 평판 표시 패널, 광학 소자 및 솔라셀등을 생산한다.
기판 처리 장치를 통해 기판 상에 박막을 증착하는 경우에는, 기판 처리 장치 내측의 기판 안치부 상에 기판을 안치시킨 다음 화학적 또는 물리적인 방법을 통해 기판 표면에 소정의 막을 형성한다. 일반적으로 기판 처리 장치의 반응 공간에 공정 가스를 분사하여 기판 표면에 소정의 막을 형성한다.
이때, 기판 상에 형성되는 막은 기판의 온도에 따라 크게 변화한다. 따라서, 기판의 온도를 균일하게 유지하여야 기판 상에 형성되는 막의 재현성이 좋아진다.
그러나 종래의 기판 처리 장치의 경우, 다수의 박막 증착 공정을 수행할 수록 막의 재현성이 나빠지는 문제가 발생한다.
종래의 기판 처리 장치에서 기판을 가열 하는 방식은 기판이 안치되어 있는 기판 안치부를 가열하여 기판을 가열하는 방식을 사용한다. 이에 기판 안치부의 온도를 매 공정 마다 일정하게 유지하여 기판 상에 증착되는 박막의 재현성을 높일 수 있다. 이를 위해 종래에는 기판 안치부의 하측에 기판 안치부의 온도를 측정하는 온도 측정 장치를 배치하여 기판 안치부의 온도를 측정하여 기판 안치부의 온도를 일정하게 유지하도록 하였다.
하지만, 박막 증착 공정이 진행됨으로 인해 온도 측정 장치의 표면에 박막이 지속적으로 증착됨으로 인해 온도 측정 장치에 의해 측정되는 온도의 정확도가 저하되는 문제가 발생하였다. 이로인해 기판 상에 증착되는 박막의 재현성이 나빠지는 문제가 발생하였다. 이는 온도 측정 장치의 외측에 형성된 박막이 보온막으로 작용하여 온도 측정 장치의 측정 정확도를 떨어뜨리기 때문이다.
이에 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 실시예의 일 기술 과제는 기판 안치부의 하측에서 기판 안치부의 온도를 측정하는 온도 측정 수단에 보온 효과를 줄 수 있는 부재를 최초 공정시 부터 설치함으로 인해 온도 측정 수단의 온도 측정 편차를 줄일 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반응 공간을 갖는 챔버와, 상기 반응 공간에 위치하여 기판을 안치하는 기판 안치부와, 상기 기판 안치부를 지지하고, 회전시키는 회전축부와, 상기 회전축부 내측에 위치하여 상기 기판의 온도를 측정하는 온도 측정 수단 및 상기 온도 측정 수단이 위치한 상기 회전축부의 표면 영역을 캐핑하는 보온 캡을 포함하는 기판 처리 장치를 제공한다.
상기 회전축부는, 상기 기판 안치부의 하부 중심 영역에 인접 배치된 회전축과, 상기 회전축의 상측에서 상기 기판 안치부의 가장자리 영역으로 연장되어 상기 기판 안치부를 지지하는 다수의 지지축을 포함하는 것이 가능하다.
상기 회전축은 내부가 비어 있는 관 형태로 제작되고, 상기 회전축의 상측 단이 상기 기판 안치부에 인접 배치되며, 상기 온도 측정 수단은, 온도를 측정하는 온도 측정 센서를 포함하며, 상기 회전축의 상측 단 영역의 내측에 상기 온도 측정 센서가 배치되고, 상기 보온 캡은 상기 회전축의 상측 단 영역을 감싸는 것이 가능하다.
상기 보온 캡은 상기 회전축의 상측 끝단에 접속된 상부벽과, 상기 회전축의 상측 단 영역의 표면 영역에 접속된 측벽을 포함하고, 상기 상부벽이 상기 기판 안치부에 밀착되는 것이 가능하다.
상기 상부벽에는 상기 기판 안치부를 노출시키는 개구가 마련되고, 상기 측벽은 상기 회전축의 외측 표면에 접속된 외측벽과, 상기 회전축의 내측 표면에 접속된 내측벽을 포함하는 것이 가능하다.
상기 회전축과 상기 보온 캡의 접속면에는 각기 대응되는 나사산 패턴이 형성될 수 있다.
상기 회전축은 쿼츠 재질로 제작되고, 상기 보온 캡은 SiC 및 세라믹 중 적어도 어느 하나의 재질로 제작될 수 있다.
상기 회전축부에 회전력을 인가하는 구동 수단 및 상기 챔버 하부에 위치하여 상기 반응 공간을 가열하는 가열 수단을 포함하는 것이 가능하다.
또한, 상기 기판을 안치하는 기판 안치부와, 상기 기판 안치부의 하부 중심 영역에 인접 배치된 회전축과, 상기 회전축의 상측에서 상기 기판 안치부의 가장자 리 영역으로 연장되어 상기 기판 안치부를 지지하는 다수의 지지축을 포함하는 회전축부와, 상기 회전축 내에 위치하여 상기 기판의 온도를 측정하는 온도 측정 수단 및 상기 온도 측정 수단이 위치한 상기 회전축의 표면 영역을 캐핑하는 보온 캡을 포함하는 기판 지지 장치를 제공한다.
상기 보온 캡은 상기 회전축의 상측 끝단에 접속된 상부벽과, 상기 회전축의 상측 단 영역의 표면 영역에 접속된 측벽을 포함하고, 상기 상부벽에는 상기 기판 안치부를 노출시키는 개구가 마련되고, 상기 측벽은 상기 회전축의 외측 표면에 접속된 외측벽과, 상기 회전축의 내측 표면에 접속된 내측벽을 포함하는 것이 가능하다.
상술한 바와 같이 본 실시예에서는 기판 안치부 하측에 위치한 회전축 내에 온도 측정 수단을 배치하고, 온도 측정 수단이 배치된 회전축 영역을 보온 캡으로 캐핑함하여 기판 처리 공정에 의한 보온 효과를 미리 줌으로 인해 보온 효과로 인한 온도 측정 편차를 줄일 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 완전하 도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 단면 개념도이다. 도 2는 일 실시예의 기판을 지지하는 영역을 설명하기 위한 단면도이다. 도 3은 일 실시예에 따른 보온 캡을 설명하기 위한 도면이다. 도 4 내지 도 7은 일 실시예의 변형예에 따른 보온 캡을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 실시예의 기판 처리 장치는 내부 반응 공간을 갖는 챔버(100)와, 챔버(100) 내에 기판(10)을 안치하는 기판 안치부(200)와, 챔버(100) 하부에 위치하여 상기 반응 공간을 가열하는 가열 수단(300)과, 상기 기판 안치부(200)를 지지하고, 회전시키는 회전축부(400)와, 상기 회전축부(400) 내측에 위치하여 상기 기판 안치부(200)의 온도를 측정하는 온도 측정 수단(500)과, 상기 온도 측정 수단(500)이 위치한 회전축부(400)의 외측 영역을 캐핑하는 보온캡(600)을 포함한다.
또한, 도 1에서와 같이 챔버(100)의 상부에 위치하여 상기 반응 공간을 가열하는 상부 가열 수단(800)과, 상기 회전축부(400)에 회전력을 인가하는 구동 수단(700)을 더 포함할 수 있다. 또한, 물론 도시되지 않았지만, 상기 반응 공간에 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생 장치가 마련될 수도 있다.
상기 챔버(100)는 내부 공간을 형성하는 챔버 몸체(110)와, 상부돔(120)과 하부돔(130)을 구비한다.
챔버 몸체(110)는 상하부가 개방된 원통 형상으로 제작된다. 즉, 원형 띠 형태로 제작된다. 물론 이에 한정되지 안고, 다각형 통 형상으로 제작될 수도 있다. 챔버 몸체(110)의 일부 또는 모두를 금속성 재질로 구성하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 알루미늄 또는 스테인레스강과 같은 재질을 이용하여 챔버 몸체(110)를 제작한다. 이때, 챔버 몸체(110)는 챔버(100) 내부 공간의 측벽면 역할을 한다. 도시되지 않았지만, 챔버 몸체(110)의 일부에는 기판이 출입하는 기판 출입구와, 반응 공간에 반응 가스를 공급하기 위한 가스 공급 장치의 최종 연결부가 형성될 수도 있다. 여기서, 기판 출입구는 게이트 밸브일 수 있다.
상부돔(120)은 챔버 몸체(110)의 상부 커버(즉, 챔버(100)의 상부벽)가 된다. 상부돔(120)은 돔의 하부 영역, 즉 돔의 가장자리 영역이 챔버 몸체(110)의 상부면에 부착되어 반응 공간의 상부 영역을 밀폐시킨다. 이때, 상부돔(120)은 탈착 가능하게 상기 챔버 몸체(110)에 부착되는 것이 효과적이다.
상부돔(120)은 상부 가열 수단(800)의 열이 반응 공간에 효과적으로 전달 될 수 있도록 열 전도성이 우수한 물질로 제작한다. 즉, 상부 돔(120)으로 복사열을 반응 공간에 잘 전달할 수 있는 투광성 판(예를 들어, 석영)으로 제작할 수도 있다. 이를 통해 챔버(100)의 반응 공간에서 상부돔(120) 방향으로 전도되는 복사열이 상부돔(120)을 투과한다. 그리고, 투과한 복사열은 상부 가열 수단(800)에 의해 반사되어 다시 상부돔(120)을 투과하여 챔버(100)의 반응 공간에 전도될 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고, 상부돔(120)을 세라믹 재질로 제작할 수도 있다.
하부돔(130)은 챔버 몸체(110)의 하부 커버(즉, 챔버(100)의 바닥면)가 된 다. 하부돔(130)은 챔버 몸체(110)의 하부면에 부착되어 반응 공간의 하부 영역을 밀폐시킨다.
하부돔(130)은 광투과성의 플레이트로 제작된다. 이를 통해 하부돔(130)은 챔버(100) 외측에 위치한 가열 수단(300)의 복사열이 챔버(100) 내부의 반응 공간으로 전달 되도록 하는 것이 효과적이다. 본 실시예에서는, 하부돔(130)으로 석영을 사용하는 것이 효과적이다. 따라서, 하부돔(130)이 윈도우로 작용한다. 물론 하부돔(130)의 일부 영역만이 광투과성 플레이트로 제작되고, 나머지 영역은 열 전도성의 뛰어난 불투광성 플레이트로 제작할 수도 있다.
하부돔(130)은 도 1에 도시된 바와 같이 하향 경사진 바닥판(131)과, 바닥판의 중심에서 하측 방향으로 돌출 연장된 연장관(132)을 구비한다. 바닥판(131)은 상하부가 개방된 역상의 원뿔 형상으로 제작된다.
이와 같이 챔버 몸체(110), 상부돔(120) 및 하부돔(130)의 결합을 통해 반응 공간을 갖는 챔버(100)가 제작된다. 상기 챔버(100)는 압력 조절 장치, 압력 측정 장치 및 챔버 내부를 점검하기 위한 각종 장치 들이 설치될 수 있다. 또한, 챔버 외부에서 내부 반응 공간을 들여다 볼 수 있는 뷰포트(view port)가 설치될 수도 있다. 또한, 챔버(100) 내부의 불순물 및 미반응 물질을 배기하기 위한 배기 수단을 더 구비할 수도 있다.
본 실시예에서는 상기 챔버(100)의 하부에 위치하여 상기 챔버(100)내부를 가열하는 가열 수단(300)을 구비한다.
가열 수단(300)은 도시되지 않았지만 적어도 하나의 램프 히터와, 상기 램프 히터에 전력을 제공하는 전력 공급부와, 상기 램프 히터를 챔버(100) 하부 영역에 고정하는 지지부를 구비한다.
여기서, 램프 히터는 전구 형태 또는 원형 띠 형태의 램프 히터를 사용한다. 본 실시예에서는 다수의 램프 히터가 중심 영역과 가장자리 영역에 띠 형태로 배치될 수 있다. 이때, 도 1에 도시된 바와 같이 중심 영역에 배치된 램프 히터들이 가장자리 영역에 배치된 램프 히터들 보다 아래 배치되어 있는 것이 효과적이다. 그리고, 상기 지지부를 통해 전력 공급부의 전력이 램프 히터에 제공된다. 따라서, 상기 지지부의 일측에는 램프 히터가 결합되는 소켓이 마련될 수 있다. 그리고, 지지부로 반사판을 사용할 수 있다. 물론 지지부의 표면에 반사 코팅을 수행할 수도 있다. 이를 통해 지지부로 방출되는 복사 광을 챔버 쪽으로 반사시켜 히터의 효율을 증대시킬 수 있다.
이와 같이 본 실시예에서는 석영으로 제작된 하부돔(130) 하부에 램프 히터를 배치한다. 이를 통해, 램프 히터의 복사열이 하부돔(130)을 관통하여 챔버(100)의 반응 공간으로 전달된다. 이때, 상기 램프 히터에 인접한 하부돔(130) 영역만을 석영으로 형성할 수도 있다.
본 실시예에서는 챔버의 상부 영역에 상부 가열 수단(900)을 배치한다. 이와 같이 챔버(100)의 상부 영역에도 열원을 둠으로 인해 챔버(100) 내부를 균일하게 가열할 수 있고, 챔버(100) 상부로의 열 손실을 차단할 수 있다. 그리고, 상부 가열 수단(800)은 기판(10) 상에 위치하여 기판(10)에 직접 열 에너지를 제공할 수 있다. 따라서, 본 실시예와 같이 전기식의 열원을 갖는 상부 가열 수단(800)을 통 해 기판(10)에 온도 변화가 급격하지않는 열을 제공함으로 인해 급격한 열변화에 따른 기판의 손상을 방지할 수 있게 된다.
상부 가열 수단(800)은 챔버(100)의 상부돔(120)을 덮는 컵 형상으로 제작된다. 그리고, 그 내측면에는 반사 코팅이 되어 있는 것이 효과적이다. 이를 통해 하부에 배치된 가열 수단(300)에 의한 복사열 에너지의 손실을 줄일 수 있다.
또한, 도시되지 않았지만, 상부 가열 수단(800)은 다수의 판이 적층된 형태로 제작될 수 있다. 이때, 상기 판과 판 사이에 단열재 또는 냉각 유로등이 형성될 수 있다. 또한, 외부 충격으로 부터 챔버(100)를 보호하기 위한 별도의 보호판이 더 마련될 수도 있다. 여기서, 상부 가열 수단(800)으로 벨자 히터(belljar heater)를 사용하는 것이 가능하다.
상술한 바와 같이 챔버(100) 하부의 가열 수단(300)과, 챔버(100) 상부의 상부 가열 수단(800)에 의해 챔버(100) 내부의 공정 온도로 유지될 수 있다.
그리고, 상기 챔버(100)의 내부 공간에는 기판(10)을 안치하는 기판 안치부(200)가 마련된다.
기판 안치부(200)는 서셉터를 포함한다. 이때, 서셉터는 대략 기판(10)과 동일한 판 형상으로 제작되는 것이 효과적이다. 그리고, 기판 안치부(200)는 열 전도성의 우수한 물질로 제작하는 것이 효과적이다. 상기 기판 안치부(200)에는 적어도 하나의 기판 안치 영역이 마련된다. 이를 통해 기판 안치부(200) 상에 적어도 하나의 기판(10)이 안치될 수 있다. 도시되지 않았지만, 기판 안치부(200)의 가장자리 영역에는 에지 링이 설치되어 있는 것이 효과적이다. 이러한 에지링에 의해 기판 안치부(200)의 가장자리 영역의 열손실을 방지할 수 있다.
본 실시예에서는 챔버(100)의 반응 공간 내에서 기판 안치부(200)를 지지하고, 이를 회전시키는 회전축부(400)를 구비한다.
회전축부(400)는 기판 안치부(200)의 하부 중심 영역에 일단이 인접 배치된 회전축(410)과, 상기 회전축(410)의 상부에서 기판 안치부(200)의 가장자리 영역으로 연장되어 기판 안치부(200)의 가장자리 영역을 지지하는 다수의 지지축(420)과, 회전축(410)의 타단이 삽입 고정되는 샤프트(430)와, 상기 회전축(410)과 상기 샤프트(430) 사이를 밀착 결합시키는 밀착 부재(440)와, 상기 샤프트(430) 하부에 마련되어 회전축(410)을 지지하는 지지 부재(450)를 포함한다.
본 실시예에서는 상기 회전축(410)으로 내부가 비어 있는 관 형상으로 제작하고, 회전축(410)의 재질로 쿼츠(Quartz)를 사용한다.
이러한 회전축(410)의 내측에는 기판 안치부(200)의 온도를 측정하는 온도 측정 수단(500)이 배치된다. 그리고, 회전축(410) 내측으로 상기 온도 측정 수단(500)과 접속된 배선이 지나간다. 물론 이에 한정되지 않고, 회전축(410)의 내측으로 챔버 내부의 공정 조건을 측정하기 위한 센서가 배치되거나, 이러한 센서와 접속될 배선이 지나간다. 따라서, 회전축(410)은 그 내부가 비어 있는 관형태로 제작하는 것이 효과적이다.
회전축(410)의 일단은 기판 안치부(200)에 인접 배치된다. 이때, 일 단은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 회전축(410)의 상측 끝단을 지칭한다.
그리고, 회전축(410)의 상부 영역에서 기판 안치부(200)의 가장자리 영역으 로 다수의 지지축(420)이 연장 결합된다. 이를 통해 회전축(410)과 지지축(420)에 의해 기판 안치부(200)가 챔버(100)의 반응 공간 상에 위치할 수 있게 된다. 이때, 지지축(420)도 쿼츠 재질로 제작되는 것이 효과적이다. 여기서, 본 실시예의 회전축(410)은 그 상측 끝단(즉, 일단)에 보온 캡(600)이 씌워지기 때문에 기판 안치부(200)와 이격되어 있는 것이 바람직하다. 그리고, 지지축(420)은 기판 안치부(200)의 하측 영역에 고정 결합된다. 이를 통해 회전축(410)의 회전력은 지지축(420)에 전달되어 기판 안치부(200)를 회전시킨다.
여기서, 본 실시예의 회전축(410)은 열에 의한 영향을 최소화하기 위해 챔버(100)의 하부 영역으로 길게 연장된다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 하부돔(130)의 연장관(132) 내부로 길게 연장된다. 따라서, 회전축(410)의 적어도 일부가 챔버(100)의 하부돔(130)에 의해 지지될 수 있다. 만일 회전축(410)이 연장관(132) 내부에서 지지 고정되지 않는 경우에는 회전축(410)이 일측으로 치우치거나 기울어져 회전하게 되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 쿼츠 재질의 회전축(410)에 회전력을 인가하기 위해서는 회전축(410)이 하부 구동 수단(700)에 접속 고정되어야 한다. 하지만, 쿼츠 재질의 회전축(410)을 구동 수단(700)과 접속시키기 어려운 문제가 있다.
하지만, 앞서 언급한 바와 같이 회전축(410)의 재질로 쿼츠를 사용하는 경우, 회전축(410)을 챔버(100)의 하단에 고정하기 힘든 실정이었다. 즉, 쿼츠가 외부 충격에 쉽게 깨어지는 특성이 있기 때문이다.
이에 본 실시예에서는 샤프트(430)를 회전축(410)과 하부돔(130)의 연장 관(132) 사이에 삽입하여 회전축(410)을 고정시키고, 이 샤프트(430)를 구동 수단(700)에 고정시켜 구동 수단(700)의 회전력을 회전축(410)에 제공할 수 있다. 또한, 샤프트(430)가 연장관(132) 하측에 의해 지지되어 회전축(410)이 기울어져 회전하는 것을 1차로 방지할 수 있다.
이때, 파티클 발생을 최소화하고, 열에 의한 영향을 억제하고, 결합 특성을 향상시키기 위해 상기 샤프트(430)로 써스 재질을 사용하는 것이 바람직하다.
샤프트(430)는 상하부가 개방된 관형상의 샤프트 몸체(431)와, 샤프트 몸체(431)를 구동 수단(700)에 고정시키기 위한 적어도 하나의 고정 돌기(432)를 구비한다. 샤프트 몸체(431)의 내측에 회전축(410)이 삽입 고정된다. 그리고, 고정 돌기(432)는 샤프트 몸체(431)의 하단 외측 표면에서 외측 방향으로 연장된 돌기 형태로 마련된다. 물론 이에 한정되지 않고, 띠 형태로 제작될 수도 있다. 그리고, 고정 돌기(432)는 별도의 고정 수단(예를 들어, 볼트, 너트, 나사 등등)에 의해 구동 수단(700)에 고정되는 것이 효과적이다. 이를 위해 상기 고정 돌기(432)에는 소정의 홈이 형성될 수도 있다.
본 실시예에서는 샤프트(430)와 회전축(410) 간을 밀착 결합시키기 위한 밀착 부재(440)를 사용한다. 바람직하게는 상가 샤프트(430)와 동일 재질의 밀착 부재(440)를 사용하는 것이 효과적이다. 즉, 밀착 부재(440)를 써스 재질로 제작하는 것이 바람직하다. 밀착 부재(440)가 통 형태의 몸체를 갖고, 몸체의 상부 및/또는 하부가 절개되고, 절개된 영역이 절곡된 탄성체 형상으로 제작될 수 있다. 물론 밀착 부재(440)로 오링을 사용할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 밀착 부재(440) 는 샤프트(430)의 상부 영역에 위치한다. 즉, 샤프트(430)의 상부에서 회전축(410)과 샤프트(430)간이 밀착되도록 한다.
그리고, 이때, 도 2에서와 같이 샤프트(430)의 하부 영역에는 지지 부재(450)가 마련된다. 이때, 지지 부재(450)는 테프론 재질로 제작되는 것이 효과적이다. 그리고, 지지 부재(450)의 일단이 상기 샤프트(430)와 회전축(410)의 사이 영역으로 연장되어 샤프트(430)와 회전축(410)을 밀착 고정시킬 수 있다. 이를 통해 지지 부재(450)에 의해서도 회전축(410)이 흔들리거나 기울어지는 것을 방지할 수 있다. 상기 회전축(410)과 지지 부재(450)가 접하는 지지부재(450) 영역에 회전축(410)의 중심을 잡아주기 위한 경사면이 마련될 수 있다. 즉, 경사면의 내측에 회전축(410) 끝단이 위치함으로 인해 회전축(410)이 흔들리는 것을 잡아 줄 수도 있다.
본 실시예에서는 회전축부(400)의 회전축(410)의 일단에는 온도 측정 수단(500)이 위치한다. 이와 같이 기판 안치부(200)의 하측 중심 바로 아래의 인접 영역에 온도 측정 수단(500)을 배치함으로 인해 기판 안치부(200)이 온도를 정확하게 측정할 수 있다.
온도 측정 수단(500)은 회전축(410)의 상측 영역에 배치된 온도 측정 센서(510)와, 상기 온도 측정 센서(510)와 연결된 배선(520)을 구비하는 것이 효과적이다. 이때, 상기 온도 측정 센서로 써모 커플(thermocouple)을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 배선(520)은 회전축(410)의 하측으로 연장되어 챔버 외측의 온도 측정 장치(530)에 접속된다.
이를 통해 온도 측정 수단(500)은 온도 측정 센서(510)로 부터 특정된 온도 관련 신호를 배선(520)을 통해 온도 측정 장치(530)에 제공한다. 그리고, 온도 측정 장치(530)는 제공된 온도 관련 신호에 따라 현재 기판(10)의 온도를 산출한다. 그리고, 산출된 결과를 이용하여 가열 수단(300)의 온도를 조절하여 기판(10)의 온도를 항상 일정하게 유지할 수 있다.
본 실시예에서는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 상기 온도 측정 수단(500)이 배치된 회전축부(400)의 상측 영역을 보온 캡(600)으로 커버하는 것이 바람직하다.
즉, 온도 측정 센서(510)가 배치된 회전축(410)의 상측 끝단 영역을 보온 캡(600)으로 씌워 온도 측정 수단(500)의 온도 측정 재현성을 향상시킬 수 있다. 또한, 보온 캡(600)을 통해 챔버(100) 하측의 가열 수단(300)에 의한 복사열이 온도 측정 센서(510)에 직접 제공되는 것을 막을 수 있다.
즉, 앞선 발명의 내용에서 설명한 바와 같이 기판 처리 공정 예를 들어 박막 증착 공정을 다수번 진행함에 따라 최초 공정을 진행할 때보다 온도 측정 센서를 통해 측정되는 온도가 변화하는 문제가 발생한다.
이를 위해 본 출원인은 상기의 보온 캡(600)을 씌우지 않은 상태에서 박막 증착 공정을 수행하였다. 그리고, 이때, 온도 측정 센서(510)로 부터 측정되는 온도와 실제 기판(10)의 온도를 측정하였다.
먼저, 최초 공정에서는 온도 측정 센서(510)의 온도를 640도 일때 기판(10)의 실제 온도는 590도였다. 이는 온도 측정 센서(510)의 온도를 640도로 유지되록 피드백을 실시하였고, 이에 따라 측정된 기판의 온도가 590도가 되었다.
이어서, 다수번의(즉, 10회)의 증착 공정을 반복 수행한다. 이어서, 11번째의 증착 공정시 최초 공정과 동일하게 온도 측정 센서(510)의 온도를 640으로 설정하였지만, 실제 기판(10)의 온도는 557도가 되었다. 즉, 온도 측정 센서(510)로 부터 측정된 온도는 640도 이지만, 기판(10)의 온도가 더 낮아지게 되었다. 즉, 최초 공정에 비해 11번의 공정은 수행한 이후의 기판 온도차가 무려 33도가 되었다.
이는 다수의 증착 공정을 통해 온도 측정 센서(510)가 위치한 회전축(410)의 표면 영역에 박막이 증착되기 때문이다. 그리고, 이와 같이 박막 증착으로 인해 보온 효과가 발생하여 온도 측정 센서(510)가 위치한 영역의 온도를 높이게 된다. 따라서, 실제 기판(10)의 온도가 목표로 하는 온도가 되지 않았지만, 온도 측정 센서(510)에서 측정된 온도는 목표 온도가 되는 문제가 발생한다.
하지만, 종래의 온도의 피드백 시스템에서는 이러한 문제에 관한 보상을 수행하지 못하는 단점이 있다.
이에 본 실시예에서는 온도 측정 센서(510)가 위치한 회전축(410)의 상측 영역을 보온 캡(600)으로 캐핑함으로 인해 기판(10) 온도의 재현성을 향상시킬 수 있다.
이때, 상기 보온 캡(600)은 도 3에 도시된 바와 같이 하측이 개방되고, 내부가 비어 있는 원통 형상으로 제작된다. 이때, 보온 캡(600)이 회전축(410)의 상측 영역을 커버하기 때문에 회전축(410)과 동일한 형상으로 제작되는 것이 효과적이다.
보온 캡(600)은 상부벽(610)과 원형 띠 형태의 측벽(620)을 구비한다.
여기서, 보온 캡(600)을 회전축(410)의 상측에 씌움으로 인해 온도 측정 수단(500)은 기판 안치부(200)가 아닌 보온 캡(600)의 온도를 측정하게 된다. 따라서, 보온 캡(600)은 열 전도율이 뛰어난 물질로 제작하는 것이 효과적이다. 또한, 챔버(10) 내의 온도가 높기 때문에 보온 캡(600)은 고온에서 견딜 수 있는 물질로 제작하는 것이 효과적이다. 그리고, 보온 캡(600)은 복사열을 차단하는 물질로 제작할 수 있다. 이에 본 실시예에서는 상기 보온 캡(600)을 SiC 재질 또는 세라믹 재질로 제작하는 것이 바람직하다.
여기서, 보온 캡(600)의 상부벽(610)은 회전축(410)의 상측 단에 걸쳐지게 되어 보온 캡(600)의 측벽(620)이 회전축(410)의 하측으로 흘러 내리는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 상부벽(610)은 기판 안치부(200)의 하측면에 밀착되는 것이 효과적이다. 이는 앞서 언급한 바와 같이 온도 측정 수단(500)은 보온 캡(600)의 상부벽(610) 영역의 온도를 측정하여 기판 안치부(200) 상의 기판(10) 온도를 예측하기 때문이다. 따라서, 상기 상부벽(610)을 기판 안치부(200)에 밀착시킴으로 인해 열 전도율을 높일 수 있다. 이로 인해 기판(10)의 온도를 더욱 정밀하게 측정할 수 있다.
그리고, 측벽(620)은 회전축(410)의 외측표면을 감쌓음으로 인해 다수의 박막이 증착된 효과 즉, 보온 효과를 사전에 줄 수 있다. 이때, 측벽(620)은 온도 측정 센서(510)가 배치된 회전축(410)의 외측표면 영역에 배치된다.
이때, 온도 측정 센서(510)는 회전축(410)의 상측 끝단면에서 하측 방향으로 0 내지 10mm 범위 내의 회전축(410) 내측 공간에 배치된다. 따라서, 측벽(620)은 상기 상부벽(610)의 하측면을 기준으로 하측 방향에서 1 내지 20mm의 길이로 연장되는 것이 효과적이다. 물론 바람직하게는 회전축(410)의 상측 끝단면에서 A 거리 만큼 온도 측정 센서(510)가 이격된 경우, 측벽(620)의 길이는 1*A 내지 5*A 길이로 연장되는 것이 효과적이다. 만일 길이보다 짧을 경우에는 보온 효과와 복사열 차단 효과자 저하된다. 또한, 상기 길이보다 길어질 경우에는 보온 캡의 제작 단가가 올라가게되는 문제가 발생한다.
또한, 본 실시예의 보온 캡(600)은 상부벽(610)은 1 내지 6mm 두께의 원형 판 형태로 제작하고, 측벽(620)은 그 두께가 0.5 내지 2mm 두께의 원형 띠 형태로 제작하는 것이 효과적이다. 이때, 상부벽(610)의 두께를 측벽(620)의 두께보다 두껍게 하는 것이 효과적이다.
상술한 바와 같이 보온 캡(600)을 장착함으로 인해 기판 온도 재현성을 향상시킬 수 있다. 이때, SiC 재질의 보온 캡(600)을 사용하였다.
즉, 본 출원인은 상기의 보온 캡(600)을 온도 측정 센서(510)가 위치한 회전축(410)의 상측 끝단 영역에 씌운 상태에서 박막 증착 공정을 수행하였다. 그리고, 앞서와 같이 온도 측정 센서(510)로 부터 측정되는 온도와 실제 기판(10)의 온도를 측정하였다.
먼저, 최초 공정에서는 온도 측정 센서(510)의 온도가 640도 일때 기판(10)의 실제 온도는 556도였다. 이는 온도 측정 센서(510)의 온도를 640도로 유지되록 피드백을 실시하였고, 이에 따라 측정된 기판의 온도가 556도가 되었다.
이어서, 다수번의(즉, 10회)의 증착 공정을 반복 수행한다. 이어서, 11번째의 증착 공정시 최초 공정과 동일하게 온도 측정 센서(510)의 온도를 640으로 설정하였고, 이때, 실제 기판(10)의 온도는 555도가 되었다. 이와 같이 다수의 증착 공정을 반복하더라도 실제 기판(10)의 온도 차는 거의 발생하지 않음을 알 수 있었다.
물론 본 실시예의 보온 캡은 상술한 설명에 한정되지 않고, 다양한 변형이 가능하다.
도 4의 변형예에서와 같이 상기 보온 캡(600)의 측벽(620)의 내측면 나사산(621)이 형성될 수 있다. 물론 이때, 상기 측벽(620)에 대응되는 회전축(410)의 외측면에도 나사산이 형성될 수 있다. 이를 통해 보온 캡(600)과 회전축(410) 간을 나사산에 의한 결합으로 결합 고정시킬 수 있다. 물론 이와 같은 나사산 결합으로 이둘을 결합함으로 인해 보온 캡(600)이 고정되지 않고, 흔들리는 현상을 방지할 수 있다. 즉, 회전축(410)은 구동 수단(700)에 의해 회전하게 된다. 하지만, 이때, 회전축(410)이 보온 캡(600)에 삽입 고정될때 완벽하게 밀착되지 않을 경우에는 보온 캡(600)이 흔들리게 되고, 보온 캡(600)과 회전축(410) 간에 마찰력이 발생하게 된다. 하지만, 도 4의 변형예에서와 같이 이둘을 나사산 결합으로 결합시키게 되면 이러한 문제를 해결할 수 있다. 또한, 이에 한정되지 않고, 상기 보온 캡(600)의 상부벽(610) 및/또는 측벽(620)에 요부 및/또는 철부를 형성하고, 이에 대응하는 회전축(410)에도 요부 및/또는 철부를 형성하여 보온 캡(600)의 흔들림을 방지할 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이 보온 캡(600)의 측벽(620)이 지지축(420) 까지 연장되어 지지축(420)에 의해 고정될 수도 있다. 이를 위해 측벽(620)의 하측면에는 상기 지지축(420)이 삽입되는 다수의 홈이 마련되어 있는 것이 효과적이다.
이를 통해 보온 캡(600)의 흔들림을 방지할 뿐만 아니라 회전축(410)의 하측 방향까지 보온 캡(600)으로 보호할 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이 보온 캡(600)은 상기 회전축(410)의 내측면에 밀착되고, 하측 방향으로 연장된 내측벽(630)을 더 구비할 수 있다. 따라서, 회전축(410)이 상기 측벽(620)과 내측벽(630)의 사이 공간으로 삽입 고정된다. 이를 통해 상기 보온 캡(600)과 회전축(410)의 결합력을 향상시킬 수 있다. 또한, 보온 캡(600)과 회전축(410)의 사이 영역으로 침투하는 공정 가스의 침입을 차단할 수 있다. 물론 상기 보온 캡(600)은 상부벽(610)과 내측벽(630)만으로 구성될 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이 보온 캡(600)의 상부벽(610)에 개구(611)가 형성될 수 있다. 이때, 개구(611)는 온도 측정 센서(510)의 상측에 위치한다. 그리고, 개구(611)에 의해 온도 측정 센서(510) 상부에 기판 안치부(200)가 노출된다. 이로인해 온도 측정 센서(510)는 보온 캡(600)의 상부벽(610)의 온도를 측정하지 않고, 기판 안치부(200)의 온도를 직접 측정할 수 있다. 이때, 개구(611) 주변의 상부벽(610)은 보온 캡(600)이 회전축(410)에 지지된다. 이때, 상부벽(610)은 그 두께가 측벽(620) 보다 얇거나 같을 수 있다.
상술한 변형예의 기술 일부 또는 전부가 앞서 설명한 실시예에 적용될 수 있고, 각 변형예들 간에도 그 기술 일부 또는 전부가 서로 적용될 수 있다.
그리고, 본 실시예에서는 상기와 같이 결합된 회전축(410)에 회전력을 인가하는 구동 수단(700)을 구비한다. 구동 수단(700)은 도시되지 않았지만, 회전력을 생성하는 모터부와, 모터부에서 연장되어 회전축(410)에 접속되는 중심축을 포함한다. 이때, 앞서 언급한 샤프트(430)가 중심축에 접속 고정된다. 이에, 상기 중심축의 회전력이 샤프트(430)에 전달되고, 샤프트(430)의 회전에 의해 회전축(410)이 회전하게 된다. 따라서, 회전축(410)에 접속된 기판 안치부(200)가 회전하게 된다. 그리고, 구동 수단(700)은 도시되지 않았지만, 중심축을 감싸는 하우징과, 상기 중심축과 하우징 사이를 밀봉하는 마그네틱 실을 구비한다. 이를 통해 챔버 외측에 마련된 구동 수단(700)에 의해 챔버 내부의 진공이 파괴되지 않도록 한다. 물론 챔버(100)의 하부돔(130)과 하우징 사이에는 밀봉을 위한 밀봉 수단(예를 들어 벨로우즈)가 마련될 수도 있다.
본 발명은 상기에서 서술된 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 즉, 상기의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 단면 개념도.
도 2는 일 실시예의 기판을 지지하는 영역을 설명하기 위한 단면도.
도 3은 일 실시예에 따른 보온 캡을 설명하기 위한 도면.
도 4 내지 도 7은 일 실시예의 변형예에 따른 보온 캡을 설명하기 위한 도면.
<도면의 주요 부호에 대한 부호의 설명>
100 : 챔버 200 : 기판 안치부
300 : 가열 수단 400 : 회전축부
410 : 회전축 420 : 지지부
500 : 온도 측정 수단 510 : 온도 측정 센서
600 : 보온 캡 610 : 상부벽
620 : 측벽 700 : 구동 수단

Claims (10)

  1. 반응 공간을 갖는 챔버;
    상기 반응 공간에 위치하여 기판을 안치하는 기판 안치부;
    상기 기판 안치부를 지지하고, 회전시키는 회전축부;
    상기 회전축부 내측에 위치하여 상기 기판의 온도를 측정하는 온도 측정 수단; 및
    상기 온도 측정 수단이 위치한 상기 회전축부의 표면 영역을 캐핑하는 보온 캡을 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전축부는, 상기 기판 안치부의 하부 중심 영역에 인접 배치된 회전축과, 상기 회전축의 상측에서 상기 기판 안치부의 가장자리 영역으로 연장되어 상기 기판 안치부를 지지하는 다수의 지지축을 포함하는 기판 처리 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 회전축은 내부가 비어 있는 관 형태로 제작되고, 상기 회전축의 상측 단이 상기 기판 안치부에 인접 배치되며,
    상기 온도 측정 수단은, 온도를 측정하는 온도 측정 센서를 포함하며,
    상기 회전축의 상측 단 영역의 내측에 상기 온도 측정 센서가 배치되고,
    상기 보온 캡은 상기 회전축의 상측 단 영역을 감싸는 기판 처리 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 보온 캡은 상기 회전축의 상측 끝단에 접속된 상부벽과, 상기 회전축의 상측 단 영역의 표면 영역에 접속된 측벽을 포함하고,
    상기 상부벽이 상기 기판 안치부에 밀착된 기판 처리 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 상부벽에는 상기 기판 안치부를 노출시키는 개구가 마련되고,
    상기 측벽은 상기 회전축의 외측 표면에 접속된 외측벽과, 상기 회전축의 내측 표면에 접속된 내측벽을 포함하는 기판 처리 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 회전축과 상기 보온 캡의 접속면에는 각기 대응되는 나사산 패턴이 형성된 기판 처리 장치.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 회전축은 쿼츠 재질로 제작되고, 상기 보온 캡은 SiC 및 세라믹 중 적어도 어느 하나의 재질로 제작된 기판 처리 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전축부에 회전력을 인가하는 구동 수단; 및
    상기 챔버 하부에 위치하여 상기 반응 공간을 가열하는 가열 수단을 포함하는 기판 처리 장치.
  9. 기판을 안치하는 기판 안치부;
    상기 기판 안치부의 하부 중심 영역에 인접 배치된 회전축과, 상기 회전축의 상측에서 상기 기판 안치부의 가장자리 영역으로 연장되어 상기 기판 안치부를 지지하는 다수의 지지축을 포함하는 회전축부;
    상기 회전축 내에 위치하여 상기 기판의 온도를 측정하는 온도 측정 수단; 및
    상기 온도 측정 수단이 위치한 상기 회전축의 표면 영역을 캐핑하는 보온 캡을 포함하는 기판 지지 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 보온 캡은 상기 회전축의 상측 끝단에 접속된 상부벽과,
    상기 회전축의 상측 단 영역의 표면 영역에 접속된 측벽을 포함하고,
    상기 상부벽에는 상기 기판 안치부를 노출시키는 개구가 마련되고,
    상기 측벽은 상기 회전축의 외측 표면에 접속된 외측벽과, 상기 회전축의 내측 표면에 접속된 내측벽을 포함하는 기판 지지 장치.
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