KR101234358B1 - 지지 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 지지 유닛은 기판을 가열하는 열을 제공하는 히터 블럭, 히터 블럭의 일측과 접속된 열전달 시트, 열전달 시트와 기판 사이에 배치되며, 상기 열전달 시트의 일측과 접속된 금속 시트를 포함한다. 여기서, 열전달 시트는 열전달 능력 및 연성이 우수한 흑연계, 실리콘계, 아크릴계 및 우레탄계 중 적어도 하나의 재료를 이용하여 제작된다. 그리고, 금속 시트는 세리믹과 열팽창 계수가 유사한 재료를 이용하여 제작된다.
따라서, 본 발명의 실시예에 의하면 히터 블럭으로부터 발생된 열은 열전달 시트를 통해 금속 시트 전체에 균일하게 전달된다. 그리고 금속 시트의 열은 상기 금속 시트 상측에 기판으로 빠르게 전달된다. 즉, 기판 하측에 배치된 금속 시트에 의해 열전달 시트의 열이 기판으로 빠르게 전달된다. 이에 종래에 비해 기판을 가열하는 시간을 단축할 수 있다. 그리고 금속 시트가 세라믹과 열팽창 계수가 유사한 재료로 제작됨에 따라, 상기 금속 시트와 기판 사이의 마찰면에서 열팽창 계수 차이에 따른 파티클이 발생되지 않는다. 또한, 열전달 시트의 상측에 금속 시트가 배치되므로, 열전달 시트로부터 파티클이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

Description

지지 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치{Support unit and substrate treating apparatus with it}
본 발명은 히터 및 이를 구비하는 기판 처리 장치에 관한 것으로, 기판을 빠르고 균일하게 가열할 수 있는 지지 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
일반적인 수직구조의 LED 소자를 제작하기 위해서는 SiC 웨이퍼 상에 반도체층 및 금속층이 적층된 상부 기판과 상부에 금속층이 형성된 하부 기판 간을 접합시켜야 한다. 이때, 공융 접합 방법을 이용하여 상부 기판과 하부 기판 간을 접합시킨다. 즉, 상부 기판의 금속층과 하부 기판의 금속층이 서로 마주보도록 배치시키고, 이를 가압하여 밀착시킨 후 가열한다. 이때, 상부 기판 및 하부 기판 각각의 금속층이 용융됨으로써, 상기 상부 기판과 하부 기판이 접합된다.
수직구조의 LED 소자를 제작하기 위해 상부 기판과 하부 기판 간을 접합시키는 기판 접합 장치는 접합 공정이 이루어지는 내부 공간이 마련된 챔버, 챔버 내부에 배치되어 복수의 하부 기판을 지지 가열하는 하부 히터 유닛, 하부 히터 유닛 상측에 대향 배치되어 복수의 상부 기판을 각기 지지 가열하는 복수의 상부 히터 유닛을 포함한다. 그리고 하부 히터 유닛은 내부에 하부 열선이 삽입 장착되며 금속으로 제작되는 하부 히터 블럭, 하부 히터 블럭의 일측과 접속되며 내부에 냉매가 흐르는 하부 냉매 라인이 삽입 장착된 하부 냉각 블럭을 포함한다. 또한, 상부 히터 유닛은 내부에 상부 열선이 삽입 장착되며 금속으로 제작되는 상부 히터 블럭, 상부 히터 블럭의 일측과 접속되며 내부에 냉매가 흐르는 상부 냉매 라인이 삽입 장착된 상부 냉각 블럭을 포함한다. 이때 하부 히터 블럭의 상부 및 상부 히터 블럭의 하부에 하부 기판 및 상부 기판이 각기 안치된다.
상부 기판과 하부 기판을 접합시키기 위해서는 상기 하부 기판과 상부 기판을 가열시켜야 한다. 즉, 하부 열선을 가열하여 상기 하부 열선이 삽입 장착된 하부 블럭을 가열시킨다. 또한, 상부 열선을 가열하여, 상기 상부 열선이 삽입 장착된 상부 블럭을 가열시킨다. 하부 열선 및 상부 열선이 가열되면, 상기 하부 열선 및 상부 열선이 고온에 의해 빠르게 팽창된다. 하부 열선 및 상부 열선의 팽창에 의해 상기 하부 열선 및 상부 열선이 설치된 하부 블럭 및 상부 블럭의 열선부가 상대적으로 빨리 부풀어 오르는 문제가 발생된다. 이러한 하부 블럭 및 상부 블럭에 하부 기판 및 상부 기판이 안치될 경우, 상기 하부 블럭과 하부 기판 사이 그리고 상부 블럭과 상부 기판 사이의 컨택 문제로 열전달이 국부적으로 이루어진다. 즉, 하부 기판의 하부면의 일부만 하부 히터 블럭 상부면에 컨택되고, 상부 기판의 상부면의 일부만 상부 히터 블럭 하부면에 컨택된다.
이에, 하부 기판 및 상부 기판을 균일하게 가열할 수 없는 문제가 발생된다. 따라서, 하부 기판의 금속층과 상부 기판의 금속층에 보이드(Volid)가 발생되어, 상기 하부 기판과 상부 기판의 접합 불량이 발생된다. 그리고 이러한 컨택 문제로 인해 상부 기판과 하부 기판을 균일하게 가압할 수 없다. 또한, 상부 기판 및 하부 기판 각각에 국부적으로 하중이 전달됨에 따라 상기 상부 기판 및 하부 기판이 파손되는 문제가 발생된다.
이러한 문제를 해결하기 위해 종래에는 하부 기판 및 상부 기판 각각을 지지하는 하부 세라믹판 및 상부 세라믹판을 마련하였다. 이때 하부 세라믹판은 하부 히터 유닛의 상측에 조립되고, 상부 세라믹판은 상부 히터 유닛 하측으로 조립된다. 이에, 하부 히터 유닛의 열전도와 복사열에 의해 하부 세라믹판 및 하부기판이 간접적으로 가열되고, 상부 히터 유닛의 열전도와 복사열에 의해 상부 세라믹판 및 상부 기판이 간접적으로 가열된다. 또한, 하부 세라믹판 상부에 별도의 서셉터가 배치되는 경우, 서셉터를 추가로 가열해야 하므로 열전달 속도는 더욱 떨어지게 된다. 따라서, 하부 기판 및 상부 기판을 각각을 가열하는데 소요되는 시간이 길어지는 문제가 있다.
본 발명의 일 기술적 과제는 기판을 빠른 속도로 균일하게 가열할 수 있는 지지 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 기술적 과제는 파티클에 의해 기판이 오염되는 것을 방지하는 지지 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 지지 유닛은 피처리물을 가열하는 히터 블럭, 상기 히터 블럭의 일측과 접속된 열전달 시트, 상기 열전달 시트와 피처리물 사이에 배치되며, 일측이 상기 열전달 시트와 접속되고 타측이 상기 피처리물과 접속되는 금속 시트를 포함한다.
상기 금속 시트 상에 배치된 서셉터를 포함한다.
상기 열전달 시트는 흑연계, 실리콘계, 아크릴계 및 우레탄계 중 어느 하나를 이용하여 제작되는 것이 바람직하다.
상기 금속 시트는 텅스텐(Tu), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 타이타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 은(Ag), 주석(Sn), 백금(Pt), 금(Au), 수은(Hg), 납(Pb), 우라늄(U), 플루토늄(Pu) 및 이들을 적어도 하나 포함하는 합금 중 어느 하나를 이용하여 제작되는 것이 바람직하다.
상기 히터 블럭의 타측에 접속되어 상기 히터 블럭을 냉각시키는 냉각 블럭을 포함한다.
본 발명에 따른 기판 처리 장치는 내부공간이 마련된 챔버부, 상기 챔버부 내부에 설치되어 하부 기판을 지지 가열하는 하부 지지 유닛, 상기 하부 히터에 대응 배치되어, 상부 기판을 지지 가열하는 상부 지지 유닛을 포함하고, 상기 하부 지지 유닛 및 상부 지지 유닛 각각은 상기 피처리물을 가열하는 히터 블럭, 상기 히터 블럭의 일측과 접속된 열전달 시트, 상기 열전달 시트와 피처리물 사이에 배치되며, 일측이 상기 열전달 시트와 접속되고 타측이 상기 피처리물과 접속되는 금속 시트를 구비한다.
상기 열전달 시트는 흑연계, 실리콘계, 아크릴계 및 우레탄계 중 어느 하나를 이용하여 제작된다.
상기 히터 블럭의 타측에 접속되어 상기 히터 블럭을 냉각시키는 냉각 블럭를 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 히터는 피처리물을 가열하는 것으로서, 피처리물을 가열하는 히터 블럭, 히터 블럭의 일측과 접속된 열전달 시트, 열전달 시트와 피처리물 사이에 배치되며, 일측이 상기 열전달 시트와 접속되고 타측이 상기 피처리물과 접속되는 금속 시트를 포함한다. 여기서, 열전달 시트는 열전달 능력 및 연성이 우수한 흑연계, 실리콘계, 아크릴계 및 우레탄계 중 적어도 하나의 재료를 이용하여 제작된다. 그리고, 금속 시트는 피처리물 즉, 기판 또는 상기 기판을 지지하는 서셉터와 열팽창 계수가 유사한 재료를 이용하여 제작된다.
따라서, 본 발명의 실시예에 의하면 히터 블럭으로부터 발생된 열은 열전달 시트를 통해 금속 시트 전체에 균일하게 전달된다. 그리고 금속 시트의 열은 상기 금속 시트 상측에 배치된 서셉터 또는 기판으로 빠르게 전달된다. 이에 종래에 비해 기판을 가열하는 시간을 단축할 수 있다.
그리고 금속 시트가 피처리물인 서셉터 또는 기판과 열팽창 계수가 유사한 재료로 제작됨에 따라, 상기 금속 시트와 서셉터 사이 또는 금속 시트와 기판 사이의 마찰면에서 열팽창 계수 차이에 따른 파티클이 발생되지 않는다. 또한, 열전달 시트의 상측에 금속 시트가 배치되므로, 열전달 시트로부터 파티클이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 도시한 단면도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하부 히터 유닛 및 상부 히터 유닛을 도시한 도면
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 하부 기판과 상부 기판 간을 접합시키는 방법을 순서적으로 도시한 도면
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 도시한 단면도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하부 히터 유닛 및 상부 히터 유닛을 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는 하부 기판(S1)과 상부 기판(S2) 간을 접합시키는 접합 공정이 실시되는 접합 장치이다. 이러한 기판 처리 장치는 내부공간을 가지는 챔버부(100), 챔버부(100) 내에 배치되며 복수의 하부 기판(S1)을 지지 가열하는 하부 지지 유닛(200), 하부 지지 유닛(200)의 상측에 대응 배치되어 복수의 상부 기판(S2)을 지지 가열하는 상부 지지 유닛(300), 하부 지지 유닛(200) 하부에 연결되어 상기 하부 지지 유닛(200)을 지지하는 하부 샤프트(410), 챔버부(100) 외부로 돌출된 하부 샤프트(410)에 연결되어 상기 하부 샤프트(410)에 승하강 및 회전 동력을 제공하는 하측 구동부(420), 복수의 상부 지지 유닛(300)에 각기 연결되어 상기 복수의 상부 지지 유닛(300)을 각기 지지하는 복수의 상부 샤프트(510), 챔버부(100) 외부로 돌출된 상부 샤프트(510)에 연결되어 상기 상부 샤프트(510)에 승하강 및 회전동력을 제공하는 상측 구동부(520)를 포함한다. 또한, 챔버부(100) 외부에 배치되어 하부 지지 유닛(200)에 열원을 공급하는 하부 전원 공급부(620), 냉매를 공급하는 하부 냉매 공급부(730), 상부 지지 유닛(300)에 열원을 공급하는 하부 전원 공급부(820) 및 냉매를 공급하는 냉매 공급부(930)를 포함한다. 그리고 도시되지는 않았지만, 챔버부(100) 내부의 압력을 일정하게 유지시키는 압력 유지부, 챔버부(100) 내부의 부산물 및 미반응 물질들을 배기하는 배기부를 포함할 수 있다.
챔버부(100)는 상부 기판(S2)과 하부 기판(S1)의 접합 공정을 수행하는 공간을 형성하는 하측 챔버(110) 및 하측 챔버(110)의 상측에 배치되어 상기 하측 챔버(110)를 커버하는 상측 챔버(120)로 이루어 진다. 그리고 상측 챔버(120)의 일측은 하측 챔버(110)와 연결부재 예를 들어, 힌지로 연결된다. 또한 상측 챔버(120)와 하측 챔버(110) 간을 밀봉시키기 위한 별도의 밀봉수단이 배치된다.
하부 지지 유닛(200)은 복수의 하부 기판(S1)을 지지하는 서셉터(200a), 서셉터(200a)의 하측에 배치된 하부 히터(200b)를 포함한다. 여기서 서셉터(200a)는 복수의 하부 기판(S1)을 지지하는 역할을 하며, 복수의 하부 기판(S1)을 지지할 수 있는 크기로 제작된다. 실시예에 따른 서셉터(200a)는 세라믹 예를 들어 SiC 재료를 이용하여 제작된다. 그리고 이러한 서셉터(200a)에는 도시되지는 않았지만, 진공 흡착력을 이용하여 복수의 하부 기판(S1)을 지지할 수 있도록 진공홀이 마련되고, 상기 진공홀에 진공 처리 장치가 연결된다. 물론 이에 한정되지 않고 서셉터 (200a)에 복수의 하부 기판(S1)을 고정시킬 수 있는 다양한 수단을 사용할 수 있다. 그리고 도시되지는 않았지만, 이러한 서셉터(200a)를 이동시키는 서셉터 구동부가 마련된다.
하부 히터(200b)는 하부 히터 블럭(210), 하부 히터 블럭(210)의 하측에 배치되어 하부 히터 블럭(210)을 냉각시키는 하부 냉각 블럭(220), 하부 히터 블럭(210)의 상측에 배치된 하부 열전달 시트(230), 하부 열전달 시트(230)의 상측에 배치된 하부 금속 시트(240)을 포함한다.
하부 히터 블럭(210)은 하부 히터판(211), 하부 히터판(211) 내측에 설치되어 상기 하부 히터판(211)을 가열하는 하부 발열체(212)를 포함한다. 실시예에서는 사각 판 형상으로 하부 히터판(211)을 제작하였으나, 이에 한정되지 않고 하부 기판(S1)을 지지할 수 있는 다양한 다양한 형상으로 제작될 수 있다. 그리고 하부 히터판(211)은 STS(stainless steel), Al, Ni, Mo, Ti 등과 같은 금속 재료를 이용하여 제작하는 것이 바람직하다. 또한, 실시예에서는 원통 형상으로 제작된 열선을 하부 발열체(212)로 사용한다. 물론 이에 한정되지 않고 열을 발산하는 다양한 수단을 하부 발열체(212)로 사용할 수 있다. 이러한 하부 발열체(212)는 하부 히터판(211) 전체에 균일하게 배치되는 것이 효과적이다. 실시예에서는 하부 발열체(212)가 하부 히터판(211) 내측에서 환형 라인 형상으로 배치되나, 이에 한정되지 않고 다양한 형상의 라인으로 하부 히터판(211) 전체에 균일하게 배치될 수 있다. 그리고 하부 발열체(212)의 끝단은 후술되는 하부 전원선(610)의 일단과 접속된다.
하부 냉각 블럭(220)은 하부 히터판(211) 하측에 배치되는 하부 냉각판(221) 및 하부 냉각판(221) 내측에 삽입 장착되는 하부 냉각 라인(222)을 포함한다. 실시예에 따른 하부 냉각판(221)은 상기에서 전술된 하부 히터판(211)과 동일한 형상 예를 들어, 사각 판 형상으로 제작되며, STS(stainless steel), Al, Ni, Mo, Ti 등과 같은 금속 재료를 이용하여 제작하는 것이 바람직하다. 그리고 이러한 하부 냉각판(221)의 내측에는 하부 냉각 라인(222)이 삽입되는 냉각 라인 수납홈(미도시)이 마련된다. 하부 냉각 라인(222)은 하부 히터판(211)을 냉각시키는 냉매가 흐르는 유로로써, 전술한 바와 같이 하부 냉각판(221)에 마련된 하부 냉각 라인 수납홈(미도시)에 삽입 설치된다. 실시예에서는 하부 냉각 라인(222)으로 내부공간이 마련된 통 형상의 파이프를 사용한다. 물론 이에 한정되지 않고, 냉매가 흐를 수 있는 내부 공간이 마련된 다양한 형상으로 하부 냉각 라인(222)을 제작할 수 있다. 하부 냉각 라인(222)은 하부 냉각판(221) 전체에 균일하게 배치되는 것이 효과적이며, 실시예에서는 환형 라인 형상이 되도록 하부 냉각 라인(222)을 배치한다. 물론 이에 한정되지 않고, 하부 냉각 라인(222)이 다양한 형상의 라인으로 하부 냉각판(221) 전체에 균일하게 배치될 수도 있다. 그리고 이러한 하부 냉각 라인(222)의 일단은 후술되는 하부 냉매 공급 배관(710)과 연결되고, 타단은 하부 냉매 배출 배관(720)과 연결된다.
하부 열전달 시트(230)는 하부 히터판(211) 상측에 배치되어, 상기 하부 히터판(211)에서 발생한 열을 하부 금속 시트(240)에 전달하는 역할을 한다. 이러한 하부 열전달 시트(230)는 열전달 능력 및 연성이 우수한 재료를 이용하여 제작되는 것이 바람직하다. 실시예에서는 흑연을 하부 히터판(211) 상에 라미네이팅(lamininating) 함으로써, 하부 열전달 시트(230)를 제작한다. 하지만 이에 한정되지 않고, 실리콘계, 아크릴계 및 우레탄계 중 적어도 하나의 재료를 하부 히터판(211) 상에 라미네이트(lamininate)함으로써, 하부 열전달 시트(230)를 제작할 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고 하부 히터판(211) 상에 흑연계, 실리콘계, 아크릴계 및 우레탄계 중 적어도 하나의 재료를 증착함으로써 하부 열전달 시트(230)를 제작할 수도 있다. 이때, 하부 열전달 시트(230)의 두께는 1mm 내지 5mm인 것이 바람직하다. 예를 들어, 하부 열전달 시트(230)의 두께가 1mm 미만일 경우, 상기 하부 열전달 시트(230)가 외부의 충격에 의해 휘거나 파손될 수 있으며, 5mm를 초과할 경우 열 전도율이 낮아지는 문제가 발생된다. 이에, 실시예에서는 하부 열전달 시트(230)의 두께가 1mm 내지 5mm가 되도록 한다. 이와 같이 하부 히터 블럭(210) 상부에 하부 열전달 시트(230)가 배치되면, 하부 히터 블럭(210)의 열이 하부 열전달 시트(230) 전체에 균일하게 전달될 수 있다. 그리고 이러한 하부 열전달 시트(230) 상에 하부 금속 시트(240)가 배치되므로, 하부 금속 시트(240)에 전체에 균일한 열이 전달된다.
하부 열전달 시트(230)는 전술한 바와 같이 흑연계, 실리콘계, 아크릴계 및 우레탄계 중 적어도 하나의 재료를 이용하여 제작되는데, 이와 같은 재료들은 열전달 능력 및 연성이 우수하나, 파티클을 발생 시킬 수도 있다. 이러한 하부 열전달 시트(230) 상에 하부 기판(S1)이 안치된 서셉터(200a)가 배치되면, 상기 파티클에 의해 하부 기판(S1)이 오염될 수 있다. 이에, 실시예에서는 하부 열전달 시트(230) 상에 하부 금속 시트(240)를 배치한다. 그리고 하부 금속 시트(240) 상에 서셉터(200a)가 배치된다. 실시예에서는 열전도율이 우수하며, 세라믹 판(200a)의 재료인 세라믹과 열팽창 계수가 유사한 금속 재료를 이용하여 하부 금속 시트(240)를 제작한다. 이때 하부 금속 시트(240)로 사용되는 재료는 서셉터(200a)를 구성하는 재료와의 열팽창 계수의 차이가 4-5 마이크로/K 인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이는 하부 열전달 시트(230)의 열을 서셉터(200a)로 용이하게 전달할 수 있으며, 상기 하부 금속 시트(240)와 서셉터(200a) 사이의 마찰면에서 파티클이 발생되는 것을 방지하기 위함이다. 이에 실시예에서는 텅스텐(Tu)을 하부 열전달 시트(230) 상에 라미네이팅(laminating) 함으로써, 하부 금속 시트(240)을 제작한다. 이에 한정되지 않고 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 타이타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 은(Ag), 주석(Sn), 백금(Pt), 금(Au), 수은(Hg), 납(Pb), 우라늄(U) 및 플루토늄(Pu) 또는 이들의 화합물(합금)을 이용할 수도 있다. 또한, 한정되지 않고 상기와 같은 재료를 하부 열전달 시트(230) 상에 증착하여 하부 금속 시트(240)를 제작할 수도 있다. 또한, 별도로 하부 금속 시트(240)를 제작한 후, 이를 하부 열전달 시트(230) 상에 용접하여 설치할 수도 있다. 이때, 하부 금속 시트(240)의 두께는 1 mm 내지 3mm인 것이 효과적이다.
이와 같이 실시예에서는 하부 히터 블럭(210), 하부 열전달 시트(230) 및 하부 금속 시트(240)를 순서적으로 적층하고, 상기 하부 금속 시트(240) 상에 서셉터(200a)를 배치시킨다. 이에, 하부 히터 블럭(210)으로부터 발생된 열은 하부 열전달 시트(230)를 통해 하부 금속 시트(240) 전체에 균일하게 전달된다. 그리고 하부 금속 시트(240)의 열은 상기 하부 금속 시트(240) 상에 배치된 서셉터(200a) 및 복수의 하부 기판(S1)으로 전달된다. 즉, 서셉터(200a)의 하측에 배치된 하부 금속 시트(240)에 의해 하부 열전달 시트(230)의 열이 상기 서셉터(200a) 및 복수의 하부 기판(S1)으로 빠르게 전달된다. 이에 종래에 비해 복수의 하부 기판(S1)을 가열하는 시간을 단축할 수 있다. 그리고 하부 금속 시트(240)가 서셉터(200a)와 열팽창 계수가 유사한 재료 예를 들어 텅스텐(Tu)으로 제작됨에 따라, 상기 하부 금속 시트(240)와 서셉터(200a) 사이의 마찰면에서 열팽창 계수 차이에 따른 파티클이 발생되지 않는다. 또한, 하부 열전달 시트(230)의 상측에 하부 금속 시트(240)가 배치되므로, 하부 열전달 시트(230)로부터 파티클이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
하부 샤프트(410)는 일단이 챔버부(100) 내부로 삽입되어 하부 냉각 블럭(220)의 하부와 연결되고, 타단이 챔버부(100) 외부로 돌출되어 하측 구동부(420)와 연결된다. 여기서 하측 구동부(420)는 하부 샤프트(410)에 승하강 및 회전력을 제공하는 역할을 한다. 이에, 하측 구동부(420)에 의해 하부 샤프트(410)가 승하강 또는 회전하면 상기 하부 샤프트(410)에 의해 하부 지지 유닛(200)이 승하강 또는 회전한다. 그리고 이러한 하부 샤프트(410) 내에는 하부 히터 블럭(210)의 하부 발열체(212)에 전원을 인가하는 하부 전원선(610), 하부 냉각 라인(222)에 냉매를 공급하는 하부 냉매 공급 배관(710), 하부 냉각 라인(222)의 냉매를 배출하는 하부 냉매 배출 배관(720)이 마련된다. 여기서 하부 전원선(610)의 일단은 하부 냉각판(221) 및 하부 히터판(211)을 관통하여 상기 하부 히터판(211)의 내부에 설치된 하부 발열체(212)와 접속되고, 타단은 하부 샤프트(410) 끝단으로 돌출되어 하부 전원 공급부(620)와 접속된다. 또한, 하부 냉매 공급 배관(710)의 일단은 하부 냉각판(221) 내부로 삽입되어 하부 냉각 라인(222)과 연결되고, 타단은 하부 샤프트(410) 끝단으로 돌출되어 하부 냉매 공급부(730)에 접속된다. 그리고 하부 냉매 배출 배관(720)의 일단은 하부 냉각판(221) 내부로 삽입되어 하부 냉각 라인(222)과 연결되고 타단은 하부 냉매 공급부(730)에 접속된다. 여기서, 하부 냉매 공급부(730)는 냉매를 저장하여, 상기 냉매의 온도를 낮추어 하부 냉매 공급 배관(710)으로 공급한다. 또한, 하부 냉매 배출 배관(720)으로 배출된 냉매를 공급 받아, 다시 상기 냉매의 온도를 낮춘 후, 하부 냉매 공급 배관(710)으로 공급한다.
복수의 상부 지지 유닛(300) 각각은 서셉터(200a)의 상측에 대응 배치되며 상부 기판(S2)을 각기 지지하는 세라믹 판(300a), 세라믹 판(200a)의 상측에 배치되어 세라믹 판(300a)를 가열하는 상부 히터(300b)를 포함한다. 실시예에서는 세라믹 예를 들어, SiC로 이루어진 하부 기판(S1) 및 상부 기판(S2)을 사용한다.
복수의 상부 히터(300b)는 하부 지지 유닛(200) 상측에 대응 배치되어 세라믹 판(300a)를 지지 가열한다. 여기서 상부 히터(300b)는 하나의 세라믹 판(300a)를 지지할 수 있도록 제작되며, 복수개로 마련된다. 이러한 복수의 상부 히터(300b) 각각은 상기에서 전술한 하부 히터(200b)와 동일한 구성을 갖는다. 복수의 상부 히터(300b) 각각은 상부 히터 블럭(310), 상부 히터 블럭(310)의 상측에 배치되어 상기 상부 히터 블럭(310)을 냉각시키는 상부 냉각 블럭(320), 상부 히터 블럭(310)의 하측에 배치된 상부 열전달 시트(330), 상부 열전달 시트(330)의 하측에 배치되는 상부 금속 시트(340)를 포함한다. 이때, 복수의 상부 히터(300b) 각각의 상부 히터 블럭(310) 및 상부 냉각 블럭(320)의 구성 및 구조는 상기에서 설명한 하부 히터(200b)와 동일하다. 또한, 복수의 상부 히터(300b) 각각의 상부 열전달 시트(330) 및 상부 금속 시트(340)는 상기에서 설명한 하부 열전달 시트(230) 및 하부 금속 시트(240)와 동일한 방법으로 제작된다.
복수의 상부 히터(300b) 각각은 복수의 상부 샤프트(510)와 각기 연결된다. 즉, 복수의 상부 샤프트(510)의 일단은 챔버부(100) 내부로 삽입되어 복수의 상부 냉각 블럭(320)의 상부와 연결되고, 타단은 챔버부(100) 외부로 돌출되어 상측 구동부(520)와 연결된다. 이에, 복수의 상측 구동부(520)에 의해 상부 샤프트(510)가 승하강 또는 회전하면 상기 상부 샤프트(510)에 의해 상부 지지 유닛(300)이 승하강 또는 회전한다. 그리고 이러한 상부 샤프트(510) 내측에는 상부 히터 블럭(310)의 상부 발열체(312)에 전원을 인가하는 상부 전원선(810), 상부 냉각 라인(322)에 냉매를 공급하는 상부 냉매 공급 배관(910), 상부 냉각 라인(322)의 냉매를 배출하는 상부 냉매 배출 배관(920)이 마련된다. 여기서 상부 전원선(810)의 일단은 상부 냉각판(321) 및 상부 히터판(311)을 관통하여 상기 상부 히터판(311)의 내부에 설치된 상부 발열체(312)와 접속되고, 타단은 상부 샤프트(510) 끝단으로 돌출되어 상부 전원 공급부(820)와 접속된다. 또한, 상부 냉매 공급 배관(910)의 일단은 상부 냉각판(321) 내부로 삽입되어 상부 냉각 라인(322)과 연결되고, 타단은 상부 샤프트(510) 끝단으로 돌출되어 상부 냉매 공급부(930)에 접속된다. 그리고 상부 냉매 배출 배관(920)의 일단은 상부 냉각판(321) 내부로 삽입되어 상부 냉각 라인(322)과 연결되고 타단은 상부 냉매 공급부(930)에 접속된다.
상기에서는 하부 금속 시트(240) 상측에 하부 기판(S1)을 지지하는 별도의 서셉터(200a)를 배치시키고, 상부 금속 시트(340) 하측에 상부 기판(S2)를 지지하는 별도의 세라믹 판(300a)를 배치시겼다. 하지만 별도의 서셉터(200a) 및 세라믹 판(300a)를 구비하지 않고, 하부 금속 시트(240) 상부에 하부 기판(S1)을 직접 지지시키고 상부 금속 시트(340) 하부에 상부 기판(S1)을 직접 지지시킬 수도 있다. 즉, 하부 기판(S1)의 하부면에 하부 금속 시트(240) 상부면에 직접 지지되고, 상부 기판(S2)의 상부면이 상부 금속 시트(340) 상부면에 직접 지지된다. 이때, 실시예에서는 세라믹 예를 들어 SiC로 이루어진 하부 기판(S1) 및 상부 기판(S1)을 사용하므로, 하부 금속 시트(240) 및 상부 금속 시트(340) 각각은 하부 기판(S1) 및 상부 기판(S1)으로 사용되는 세라믹 재료와 유사한 열팽창 계수를 갖는 금속을 이용하여 제작된다. 즉, 하부 금속 시트(240) 및 상부 금속 시트(340) 각각은 텅스텐(Tu), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 타이타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 은(Ag), 주석(Sn), 백금(Pt), 금(Au), 수은(Hg), 납(Pb), 우라늄(U) 및 플루토늄(Pu) 중 적어도 어느 하나를 이용하여 제작된다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 하부 기판과 상부 기판 간을 접합시키는 방법을 순서적으로 도시한 도면이다. 하기에서는 도 3 내지 도 5를 참조하여, 실시예에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 하부 기판과 상부 기판 간을 접합시키는 방법을 설명한다.
실시예에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 하부 기판(S1)과 상부 기판(S2)을 접합시켜 수직 구조의 LED를 제작한다. 이를 위해 먼저 복수의 하부 기판(S1)을 챔버부(100) 내부로 인입시켜, 서셉터(200a) 상에 안치시킨다. 이때, 복수의 하부 기판(S1)이 서셉터(200a) 상에서 상호 이격되도록 배치된다. 그리고 복수의 상부 기판(S2)을 챔버부(100) 내부로 인입시켜, 복수의 세라믹 판(300a) 각각에 상부 기판(S2)을 지지시킨다. 실시예에서는 SiC로 제작된 서셉터(200a) 및 세라믹 판(300a)을 사용한다. 그리고 하부 기판(S1)은 도시되지는 않았지만, Si를 이용하여 제작된 플레이트 상에 낮은 융점의 공융 금속 예를 들어, Au층을 형성한 것을 사용한다. 그리고 상부 기판(S2)은 SiC 웨이퍼, 웨이퍼 상부에 형성된 GaN계 반도체층, 반도체층 상에 Sn을 이용하여 형성된 금속층으로 이루어진 것을 사용한다. 또한, 실시예에서는 Au 및 Sn을 이용하여 상부 기판(S2) 및 하부 기판(S1)의 금속층을 형성하였으나, 이에 한정되지 않고 낮은 융점의 다양한 공융 금속을 이용하여 금속층을 형성할 수 있다. 그리고 이러한 하부 기판(S1)은 그 상부에 형성된 금속층이 상측을 향하도록 서셉터(200a) 상에 안착된다. 그리고 상부 기판(S2)은 반도체층 상에 형성된 금속층이 하부 기판(S1) 상부에 형성된 금속층과 마주보도록 배치된다.
이어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상부 기판(S2)의 하부면과 하부 기판(S1)의 상부면이 접속되도록 하부 지지 유닛(200)을 승강시키고 상부 지지 유닛(300)을 하강시킨다. 물론 이에 한정되지 않고, 하부 지지 유닛(200)을 고정시킨 상태로 상부 지지 유닛(300)을 하강시키거나, 상부 지지 유닛(300)을 고정시킨 상태로 하부 지지 유닛(200)을 승강시킬 수 있다. 그리고 이와 같이 상부 기판(S2)과 하부 기판(S1) 간이 접속된 상태에서 상부 지지 유닛(300)을 2차적으로 하강시켜, 상기 상부 기판(S2)과 하부 기판(S1) 간을 밀착시킨다.
그리고, 상부 히터 블럭(310) 및 하부 히터 블럭(210) 각각을 이용하여 상부 기판(S2) 및 하부 기판(S1)을 가열시킨다. 이를 위해 하부 히터 블럭(210)의 하부 발열체(212)를 이용하여 하부 히터판(211)을 가열시키면, 상기 하부 히터판(211)의 열이 하부 열전달 시트(230)를 통해 하부 금속 시트(240)에 전달된다. 그리고 하부 금속 시트(240)의 열은 상기 하부 금속 시트(240) 상측에 배치된 서셉터(200a) 및 복수의 하부 기판(S1)에 전달된다. 이때, 하부 열전달 시트(230)와 하부 서셉터 (200a) 사이에 배치된 하부 금속 시트(240)에 의해 상기 하부 열전달 시트(230)의 열이 서셉터(200)로 빠르게 전달된다. 이에, 종래에 비해 빠른 속도로 복수의 하부 기판(S1) 가열할 수 있다. 그리고, 하부 금속 시트(240) 하측에 흑연으로 제작된 하부 열전달 시트(230)가 배치됨에 따라, 하부 금속 시트(240), 서셉터(200a) 및 복수의 하부 기판(S1) 각각을 균일하게 가열할 수 있다. 마찬가지로 상부 히터 블럭(310)의 상부 발열체(312)를 이용하여 상부 히터판(311)을 가열시키면, 상기 상부 히터판(311)의 열이 상부 열전달 시트(330)를 통해 상부 금속 시트(340)로 전달된다. 그리고 상부 금속 시트(340)의 열은 상기 상부 금속 시트(340) 상측에 배치된 세라믹 판(300a) 및 복수의 상부 기판(S2)에 전달된다. 이때, 상부 열전달 시트(330)와 세라믹 판(200) 사이에 배치된 상부 금속 시트(340)에 의해 상기 상부 열전달 시트(330)의 열이 세라믹 판(300)로 빠르게 전달된다. 이에, 종래에 비해 빠른 속도로 복수의 상부 기판(S2) 가열할 수 있다. 그리고, 상부 금속 시트(340) 하측에 흑연으로 제작된 상부 열전달 시트(330)가 배치됨에 따라, 상부 금속 시트(340), 세라믹 판(300a) 및 복수의 상부 기판(S2) 각각을 균일하게 가열할 수 있다.
이와 같이, 상호 밀착된 하부 기판(S1) 및 상부 기판(S2)을 가열시키면, 상기 히부 기판(S1)의 금속층과 상부 기판(S2)의 금속층이 용융되면서 상호 접합된다. 따라서, 이와 같은 접합 공정을 통해 하부 기판(S1)과 상부 기판(S2)이 공융 접합되어, 수직 구조의 LED가 제작된다.
그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 상부 샤프트(510) 및 상측 구동부(520)를 이용하여 상부 히터(300b)을 승강시켜, 상기 상부 히터(300b)으로부터 상부 기판(S2)을 분리시킨다.
이후, 하부 지지 유닛(200) 및 상부 지지 유닛(300) 각각을 냉각시킨다. 즉, 하부 냉각 블럭(220)의 하부 냉각 라인(222)에 냉매를 공급함으로써, 상부 히터(300b)을 냉각시킨다. 또한, 상부 냉각 블럭(320)의 상부 냉각 라인(322)에 냉매를 공급함으로써, 상부 히터(300b)을 냉각시킨다. 이와 같이 하부 히터(200b) 및 상부 히터(300b)의 온도가 급격하게 변할때 발생되는 충격은 상기 하부 히터(200b) 및 상부 히터(300b) 각각의 열전달 시트(230, 330)에 의해 완화된다. 이는 전술한 바와 같이 하부 열전달 시트(230) 및 상부 열전달 시트(330) 각각이 연성이 우수한 재료로 제작되어, 온도 변화에 따른 충격을 흡수할 수 있기 때문이다.
상기에서는 챔버부(100)의 하측에 배치되는 하부 지지 유닛(200)과 상기 하부 지지 유닛(200)의 상측에 배치되는 복수의 상부 지지 유닛(200)을 마련하였다. 그리고, 이러한 하부 지지 유닛(200) 및 복수의 상부 지지 유닛(200)을 하부 기판(S1)과 상부 기판(S2) 간을 접합시키는 접합 장치 내에 배치시킨다. 하지만 이에 한정되지 않고, 실시예에 따른 히터(200b, 300b)는 기판을 가열시키는 다양한 장치에 적용될 수 있다.
100: 챔버부 200: 하부 히터 유닛
230: 하부 열전달 시트 240: 하부 금속 시트
300: 상부 히터 유닛 330: 상부 열전달 시트
340: 상부 금속 시트

Claims (8)

  1. 피처리물을 지지 가열하는 지지 유닛에 있어서,
    상기 피처리물을 가열하는 히터 블럭;
    상기 히터 블럭의 일측에 접속되며, 흑연, 실리콘, 아크릴계 및 우레탄계 중 어느 하나의 재료로 이루어진 열전달 시트;
    상기 열전달 시트의 일측과 접속된 금속 시트;
    상기 금속 시트와 피처리물 사이에 배치되며, 일측이 상기 금속 시트와 접속되고 타측에 상기 피처리물이 지지되며, 세라믹으로 이루어진 서셉터를 포함하는 지지 유닛.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속 시트는 텅스텐(Tu), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 타이타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 아연(Zn), 은(Ag), 주석(Sn), 백금(Pt), 금(Au), 수은(Hg), 납(Pb), 우라늄(U), 플루토늄(Pu) 및 이들을 적어도 하나 포함하는 합금 중 어느 하나를 이용하여 제작되는 지지 유닛.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 히터 블럭의 타측에 접속되어 상기 히터 블럭을 냉각시키는 냉각 블럭을 포함하는 지지 유닛.
  6. 피처리물을 처리하는 기판 처리 장치에 있어서,
    내부공간이 마련된 챔버부;
    상기 챔버부 내부에 설치되어 하부 기판을 지지 가열하는 하부 지지 유닛;
    상기 하부 지지 유닛에 대응 배치되어, 상부 기판을 지지 가열하는 상부 지지 유닛을 포함하고,
    상기 하부 지지 유닛은,
    상기 하부 기판을 가열하는 하부 히터 블럭;
    상기 하부 히터 블럭의 일측에 접속되며, 흑연, 실리콘, 아크릴계 및 우레탄계 중 어느 하나의 재료로 이루어진 하부 열전달 시트;
    상기 하부 열전달 시트의 일측과 접속된 하부 금속 시트;
    상기 하부 금속 시트와 하부 기판 사이에 배치되며, 일측이 상기 하부 금속 시트와 접속되고 타측에 상기 하부 기판이 지지되며, 세라믹으로 이루어진 서셉터를 포함하고,
    상기 상부 지지 유닛은,
    상기 상부 기판을 가열하는 상부 히터 블럭;
    상기 상부 히터 블럭의 일측에 접속되며, 흑연, 실리콘, 아크릴계 및 우레탄계 중 어느 하나의 재료로 이루어진 상부 열전달 시트;
    상기 상부 열전달 시트의 일측과 접속된 상부 금속 시트;
    상기 상부 금속 시트와 상부 기판 사이에 배치되며, 일측이 상기 상부 금속 시트와 접속되고 타측에 상기 상부 기판이 지지되는 세라믹 판;
    을 포함하는 기판 처리 장치.
  7. 삭제
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 하부 히터 블럭의 타측에 접속되어 상기 하부 히터 블럭을 냉각시키는 하부 냉각 블럭 및 상기 상부 히터 블럭의 타측에 접속되어 상기 상부 히터 블럭을 냉각시키는 상부 냉각 블럭을 포함하는 기판 처리 장치.
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