KR101248929B1 - 기판지지부재를 포함하는 기판처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 내부에 반응공간을 가지며, 공정이 진행되는 챔버; 상기 챔버의 내부에 설치되어 공정이 진행되는 동안 기판을 지지하며, 상기 기판보다 작은 직경을 가지는 기판안치대; 상기 기판안치대의 주위에 이격되어 설치되고 상면에는, 상기 기판이 거치되는 평탄부, 상기 평탄부의 외곽을 따라 형성된 경사부, 기판이송로봇의 이동을 위해 상기 평탄부보다 낮게 절취된 요홈부가 형성된 기판지지부재를 포함하는 기판처리장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 기판안치대에 기판을 안치하기 직전에 기판정렬 과정을 거칠 수 있기 때문에 정렬불량으로 인한 공정불량이나 챔버 내부의 이상방전 등을 예방할 수 있다. 또한 기판안치대에 결합하는 리프트 핀과 리프트 핀 구동수단 등을 생략할 수 있기 때문에 기판처리장치의 구조가 간단해져 유지보수 면에서 보다 유리해지며, 리프트 핀으로 인한 기판의 손상을 방지할 수 있다.
정렬, 기판처리장치, 기판지지부재

Description

기판지지부재를 포함하는 기판처리장치{Substrate processing apparatus comprising substrate supporting means}
도 1은 종래 기판처리장치의 구성도
도 2a 및 도 2b는 종래 기판처리장치에서의 기판로딩과정을 순서대로 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치의 구성도
도 4는 기판지지부재를 나타낸 사시도
도 5a 내지 도 5c는 기판지지부재 위에 기판을 내려놓은 모습을 순서대로 나타낸 도면
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치에서의 기판로딩과정을 순서대로 나타낸 도면
도 7은 기판지지부재의 다른 유형을 나타낸 도면
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100 : 기판처리장치 112 : 기판안치대
113 : 가스분배판 114 : 플라즈마전극
118 : 기판안치대승강수단 119 : 배기플레이트
130 : 기판지지부재 131 : 평탄부
132 : 경사부 133: 요홈부
134 : 돌턱 135 : 지지대
본 발명은 반도체소자 제조를 위한 기판처리장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 기판안치대의 주변에 설치된 기판지지부재를 이용하여 기판정렬 및 로딩을 수행하는 기판처리장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체소자는 기판의 표면에 소정의 박막을 형성하는 증착공정, 증착된 박막을 식각하여 패턴을 형성하는 패터닝공정, 이온주입공정 등을 거쳐서 제조되는데, 이와 같은 공정은 해당공정을 위해 최적의 환경으로 설계된 기판처리장치의 내부에서 진행된다.
특히, 박막증착 공정은 물리기상증착(PVD: Physical Vapor Deposition), 화학기상증착(CVD: Chemical Vapor Deposition), PECVD(Plasma Enhanced CVD), 원자층 증착(Atomic Layer Deposition: ALD) 등의 방법을 통해 이루어지며, 식각공정은 식각액을 이용하는 습식식각과 플라즈마를 이용하는 건식식각 등의 방법을 통해 진행된다.
도 1은 이 중에서 플라즈마를 이용하여 식각공정을 수행하는 기판처리장치(10)의 일 예를 도시한 것이다.
이를 살펴보면, 반응공간을 형성하는 챔버(11)의 내부에는 기판안치대(12)가 설치되고, 기판안치대(12)의 상부에는 다수의 분사홀을 가지는 가스분배판(13)이 설치되며, 가스분배판(13)은 챔버(11)의 상부를 밀폐하는 플라즈마 전극(14)의 하부에 결합한다.
플라즈마 전극(14)은 소스 RF전원(17)에 연결되는데, 상기 플라즈마 전극(14)과 소스RF전원(17)의 사이에는 임피던스 정합을 위한 제1 정합회로(16)가 설치된다.
플라즈마 전극(14)의 중앙부에는 가스공급관(15)이 관통하여 연결되며, 따라서 가스공급관(15)을 통해 공급되는 가스는 플라즈마 전극(14)과 가스분배판(13)의 사이에서 일차 확산된 후에 챔버(11) 내부 공간으로 분사된다.
기판안치대(12)는 기판안치대 승강수단(19)에 의해 승강할 수 있으며, 챔버 내부는 통상 진공상태이므로 승강운동 중에도 진공을 유지하기 위해 기판안치대(12)의 하부에는 벨로우즈(25)가 설치된다.
기판안치대(12)는 상부의 플라즈마 전극(14)에 대향하는 전극의 역할을 하게 되며, 식각장치에는 일반적으로 기판안치대(12)에 바이어스 RF전원(24)이 연결된다. 바이어스 RF전원(24)과 기판안치대(12)의 사이에는 임피던스 정합을 위한 제2 정합회로(23)가 설치된다.
챔버(11)의 하부에는 잔류물질을 배출시키는 배기관(22)이 연결된다.
한편, 기판안치대(12)에는 기판의 로딩 또는 언로딩을 위해 다수의 리프트 핀(18)이 관통 설치된다. 리프트 핀(18)은 기판안치대(12)에 대한 상대운동을 통해 기판을 로딩 또는 언로딩하게 되며, 별도의 리프트 핀 승강수단(미도시)에 의하여 승강할 수도 있고 별도의 구동수단 없이 기판안치대(12)에 결합될 수도 있다.
리프트 핀(18)을 이용하여 기판(s)을 로딩하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.
먼저 도 2a에 도시된 바와 같이, 리프트 핀 구동수단(미도시)을 이용하여 리프트 핀(18)을 상승시켜 기판안치대(12)의 상부로 리프트 핀(18)의 상단을 돌출시킨다.
이어서 기판출입구(21)를 통해 기판이송로봇(미도시)이 진입하여 리프트 핀(18)의 상단에 기판(s)을 내려 놓는다.
기판(s)은 기판안치대(12)의 정확한 위치에 놓여져야 하므로, 일반적으로 기판처리장치(10)의 외부에서 노치(notch) 또는 플랫존을 이용한 기판정렬(align) 과정을 거치게 된다.
리프트 핀(18) 위에 기판(s)이 놓여지면, 도 2b에 도시된 바와 같이 기판안치대 승강수단(19)이 구동하여 기판안치대(12)를 상승시키거나, 리프트 핀 구동수단(미도시)이 리프트 핀(18)을 하강시킨다. 이에 따라 기판안치대(12)의 상면에 기판(s)이 놓여진다.
기판을 반출할 때는 다시 리프트 핀(18)을 기판안치대(12)의 상부로 돌출시킴으로써 기판안치대(18)로부터 기판(s)을 분리시킨다.
이상에서 설명한 바와 같이 종래의 기판처리장치(10)에서는 리프트 핀(18)을 이용하여 기판(s)을 로딩 또는 언로딩할 뿐만 아니라 기판처리장치(10)의 외부에서 기판(s)을 정렬하는 과정을 거치게 된다.
그런데 기판정렬과정에서 정렬 에러가 발생하거나 장시간 사용으로 인해 기판이송로봇 등의 작동오차가 누적되면 기판(s)이 기판안치대(12)에 정확하게 안치되지 못하는 경우가 종종 발생한다.
기판(s)이 기판안치대(12)에 정확하게 안치되지 못하면 챔버 내부의플라즈마 파라미터에 영향을 미쳐 공정재현성을 저하시킬 뿐만 아니라 아킹 등의 이상방전이 발생하여 챔버 내부부재의 손상을 초래한다는 문제점이 있다.
또한 종래의 기판처리장치는 리프트 핀(18)을 이용하여 기판을 로딩 또는 언로딩하기 때문에, 리프트 핀(18)에 의한 핀 스크래치 등의 기판손상이 발생하거나 리프트 핀(18) 부근의 온도 구배로 인하여 공정불량이 초래될 위험이 높다는 문제점이 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기판을 기판안치대의 정확한 위치에 안치시키기 위해 기판처리장치의 내부에서 기판정렬 과정을 한번 거칠 수 있는 기판처리장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한 리프트 핀 없이 기판을 로딩 또는 언로딩함으로써 기판의 손상이나 리프트 핀으로 인한 공정불량을 방지할 수 있는 방안을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 내부에 반응공간을 가지며, 공정이 진행되는 챔버; 상기 챔버의 내부에 설치되어 공정이 진행되는 동안 기판을 지지하며, 상기 기판보다 작은 직경을 가지는 기판안치대; 상기 기판안치대의 주위에 이격되어 설치되고 상면에는, 상기 기판이 거치되는 평탄부, 상기 평탄부의 외곽을 따라 형성된 경사부, 기판이송로봇의 이동을 위해 상기 평탄부보다 낮게 절취된 요홈부가 형성되는 기판지지부재를 포함하는 기판처리장치를 제공한다.
상기 기판지지부재는 상기 기판안치대를 둘러싸는 통(筒) 형상일 수 있다.
상기 기판지지부재는 상기 기판안치대를 둘러싸는 링 형상으로서, 지지대에 의해 지지될 수 있다.
상기 기판지지부재는 상기 기판안치대의 외경보다 큰 내경을 가지며, 상기 기판의 직경보다 큰 외경을 가질 수 있다.
상기 기판지지부재는 다수의 배기홀을 가지는 배기플레이트와 일체형으로 형성될 수 있다.
상기 기판지지부재는 세라믹 재질로 제조될 수 있다.
상기 기판안치대와 상기 기판지지부재 중 적어도 하나는 승강운동이 가능할 수 있다.
상기 기판지지부재는 상기 챔버의 내부에 고정적으로 설치되고, 상기 기판안치대는 승강운동이 가능할 수 있다.
상기 기판지지부재의 상하운동을 위한 승강수단을 더 포함할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치(100)의 구성을 도시한 도면으로서, 종래와 마찬가지로 반응공간을 형성하는 챔버(110)의 내부에 기판안치대(112)가 설치되고, 기판안치대(112)의 상부에는 가스분배판(113)이 설치된다.
가스분배판(113)은 챔버 상부를 밀폐하는 플라즈마 전극(114)의 하부에 고정되고, 플라즈마 전극(114)의 중앙부에는 가스공급관(115)이 연결되며, 플라즈마 전극(114)은 제1 정합회로(116)를 경유하여 소스 RF전원(117)에 연결되며, 챔버(110)의 하부에는 배기관(121)이 연결된다.
또한 종래와 마찬가지로 기판안치대(112)는 기판안치대 승강수단(118)에 의해 상하로 승강할 수 있으며, 승강운동시에 진공시일을 유지할 수 있는 벨로우즈(120)가 기판안치대(112)의 하부에 설치된다.
본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치(100)는, 기판(s)의 로딩 및 언로딩과 기판(s) 정렬을 위해 기판안치대(112)의 주위에 기판지지부재(130)를 설치한 점에 특징이 있다.
상기 기판지지부재(130)는 기판안치대(112)를 둘러싸는 통(筒) 형상으로서, 만일 기판안치대(112)가 원기둥 형상이면 이를 둘러싸는 기판지지부재(130)는 도 4에 도시된 바와 같이 원통 형상을 가진다.
특히, 기판지지부재(130)는 기판안치대(112)의 승강운동에 영향받지 않아야 하기 때문에 기판안치대(112)와는 이격되어야 하며, 따라서 그 내경이 기판안치대(112)의 외경보다는 커야 한다.
이러한 원통형 기판지지부재(130)의 상단에는 기판(s)의 가장자리가 안치되는 평탄부(131)와 상기 평탄부(131)의 외곽을 따른 경사부(132)가 형성된다. 따라서 기판지지부재(130)는 기판(s)의 직경보다 큰 외경을 가진다.
상기 경사부(132)는 수직면일 수도 있으나, 기판정렬을 위해서는 비스듬한 경사면으로 형성되는 것이 바람직하다.
따라서 기판이송로봇에 의해 반입되는 기판(s)의 위치가 다소 틀어지더라도 기판(s)의 가장자리가 경사부(132)를 따라 미끄러지면서 자연스럽게 기판정렬이 이루어진다.
한편, 챔버(110) 하부의 배기관(121) 연결부위근방에는 배기압력이 집중되기 때문에 챔버(110) 내부의 플라즈마 균일도를 저하시키는 원인으로 작용하게 된다.
따라서 도 4에서는 배기관(121)의 연결부위 근방에 배기압력이 집중되는 것을 방지하기 위해 기판지지부재(130)의 하단 측부에 챔버 내부공간을 상하로 분할하는 배기플레이트(119)를 설치한 모습을 도시하고 있다.
상기 배기플레이트(119)은 다수의 배기홀을 구비하며, 이때 상기 배기홀은 배기관(121) 연결부위의 부근으로 갈수록 가스 컨덕턴스가 낮아지도록 형성하는 것이 바람직하다.
상기 기판지지부재(130)는 기판(s)을 로딩 또는 언로딩하는 과정에서 기판(s)을 일시 거치하는 역할을 수행한다.
그런데 리프트 핀 없이 기판지지부재(130)에 기판(s)을 내려 놓기 위해서는, 도 4에 도시된 바와 같이 기판지지부재(130)의 상단부 일측에 기판이송로봇이 진입할 수 있는 소정 깊이의 요홈부(133)를 형성하여야 한다.
상기 요홈부(133)의 깊이는 기판이송로봇의 두께와 기판로딩 및 언로딩시에 요구되는 승강폭을 고려하여 정해지며, 기판(s)이 거치되는 평탄부(131) 보다는 낮게 형성되어야 함은 당연하다.
2 개의 요홈부(133) 사이에 존재하는 돌턱(134)은 기판(s)을 안정적으로 거치하기 위해 필요한 것이다.
상기 돌턱(134)은 요홈부(133)를 제외한 기판지지부재(130)의 나머지 상단부와 마찬가지로 평탄부(131)와 경사부(132)를 가진다.
도 5a 내지 도 5c를 참조하여 상기 기판지지부재(130)에 기판이 일시 거치되는 과정을 순서대로 살펴보면 다음과 같다. 이해의 편의를 위하여 도 4와 마찬가지로 기판지지부재(130)의 하단 측부에 배기플레이트(119)가 일체로 결합된 모습을 도시하였다.
먼저 도 5a에 도시된 바와 같이 기판이송로봇(140)이 기판(s)을 반입하여 기판지지부재(130)의 상부에 위치한다.
이어서 도 5b에 도시된 바와 같이 기판이송로봇(140)이 기판지지부재(130)의 요홈부(133)까지 하강하며, 따라서 기판이송로봇(130)에 거치된 기판(s)의 가장자리는 기판지지부재(130)의 상단 평탄부(131)에 놓여진다.
이 과정에서 평탄부(131) 외곽의 경사부(132)가 기판을 정위치에 정렬시키는 역할을 하게 된다.
도 5c는 이러한 과정을 통해 기판(s)이 기판지지부재(130)에 놓여진 이후에 기판이송로봇(130)이 약간 하강한 후 챔버(110) 외부로 빠져나가는 모습을 나타내고 있다.
그런데 기판지지부재(130)는 고정적으로 설치될 수도 있지만, 별도의 구동수단에 의하여 상하로 승강할 수도 있다.
이 경우에는 기판(s) 로딩과정에서 기판(s)을 안치한 기판이송로봇(140)이 기판지지부재(130)의 상부에 위치하면, 기판지지부재(130)가 상승하여 기판(s)을 들어올리는 방식으로 기판을 넘겨 받는다.
도 6a는 전술한 과정을 거쳐 기판지지부재(130)에 기판(s)이 안치되어 기판처리장치(100)의 모습을 나타낸 도면이다.
공정진행을 위해서는 기판(s)을 최종적으로 기판안치대(112)에 안치시켜야 하므로, 기판지지부재(130)에 기판이 안치된 이후에는 기판안치대 승강수단(118)을 이용하여 기판안치대(112)를 상승시킨다.
기판안치대(112)는 기판지지부재(130)의 내측에 위치하므로 기판안치대(112)가 상승하면 기판안치대(112)의 상면에 자연스럽게 기판(s)이 놓여지게 된다.
만일 기판지지부재(130)가 승강 가능한 경우에는 기판안치대(112)를 고정한 상태에서 기판지지부재(130)를 하강시켜 기판안치대(112)에 기판(s)을 안치시킬 수도 있다.
한편, 도 4에 도시된 기판지지부재(130)의 형상은 예시에 불과하며, 따라서 다양한 형태로 변형이 가능하다.
일 예로 도 7에 도시된 바와 같이 기판(s)이 안치되는 상부만을 링 형태로 제작하고, 하부는 몇 개의 지지대(135)를 이용하여 챔버(110) 내부에 설치할 수도 있다.
이때 배기플레이트(119)는 도시된 바와 같이 링 테두리의 외주면을 따라 일체로 연결할 수도 있고, 기판안치대(112)의 측부에 배기플레이트(119)를 설치할 수도 있다.
본 발명에 따르면 기판안치대에 기판을 안치하기 직전에 기판정렬 과정을 거칠 수 있기 때문에 정렬불량으로 인한 공정불량이나 챔버 내부의 이상방전 등을 예방할 수 있다.
또한 기판안치대에 결합하는 리프트 핀과 리프트 핀 구동수단 등을 생략할 수 있기 때문에 기판처리장치의 구조가 간단해져 유지보수 면에서 보다 유리해지며, 리프트 핀으로 인한 기판의 손상을 방지할 수 있다.

Claims (9)

  1. 내부에 반응공간을 가지며, 공정이 진행되는 챔버;
    상기 챔버의 내부에 설치되어 공정이 진행되는 동안 기판을 지지하며, 상기 기판보다 작은 직경을 가지는 기판안치대;
    상기 기판안치대의 주위에 이격되어 설치되고 상면에는, 상기 기판이 거치되는 평탄부, 상기 평탄부의 외곽을 따라 형성된 경사부, 기판이송로봇의 이동을 위해 상기 평탄부보다 낮게 절취된 요홈부가 형성되는 기판지지부재;
    를 포함하는 기판처리장치
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판지지부재는 상기 기판안치대를 둘러싸는 통(筒) 형상인 기판처리장치
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판지지부재는 상기 기판안치대를 둘러싸는 링 형상으로서, 지지대에 의해 지지되는 기판처리장치
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 기판지지부재는 상기 기판안치대의 외경보다 큰 내경을 가지며, 상기 기판의 직경보다 큰 외경을 갖는 기판처리장치
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 기판지지부재는 다수의 배기홀을 가지는 배기플레이트와 일체형으로 형성되는 기판처리장치
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판안치대와 상기 기판지지부재 중 적어도 하나는 승강운동이 가능한 기판처리장치
  8. 삭제
  9. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2000077506A (ja) 1998-08-28 2000-03-14 Fuji Electric Co Ltd スパッタリング装置
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