KR101322729B1 - 플라즈마를 이용한 기판처리장치 - Google Patents

플라즈마를 이용한 기판처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하고, 상기 기판을 반입하거나 반출하기 위한 게이트를 구비하는 공정챔버, 상기 공정챔버의 일측에 구비되어 상기 게이트를 개폐하는 게이트 장치를 포함하고, 상기 게이트 장치는, 상기 게이트와 연통되는 개구부를 구비하는 게이트 하우징. 플라즈마 또는 공정가스로부터 게이트 하우징을 보호하기 위해 상기 개구부에 구비되는 보호부재를 포함하는 기판처리장치를 제공한다.

Description

플라즈마를 이용한 기판처리장치{Apparatus for processing a substrate using plasma}
본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 기판처리장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체나 평판표시소자(Flat Panel Display)를 제조하는 장치에서 기판처리장치는 기판(반도체 웨이퍼, 글라스 등)을 진공의 공정챔버(Process chamber) 내부에서 처리한다.
이 기판처리장치는 강한 전기장이 형성된 두 전극 사이에 특정 반응가스를 투입, 이 반응가스가 전기장에 의하여 전자를 잃으면서 중성 상태에서 반응성이 우수한 플라즈마가 되도록 한 뒤 이 플라즈마가 기판에 증착된 산화피막 중에서 포토레지스트로 차폐되지 않고 노출된 부분과 반응하여 식각이 진행되도록 하는 장치이다. 이러한 기판처리장치는 일반적으로 플라즈마에 의하여 기판을 처리하는 공정챔버, 기판을 보관하고 있는 로드록챔버 및 이 로드록챔버와 공정챔버 사이에 위치되어 기판을 반입하고 반출함에 있어 경유지 역할을 하는 반송챔버를 포함하여 구성된다.
여기에서 공정챔버는 챔버프레임에 기판의 출입구인 게이트가 좌우로 기다랗게 형성되고, 아울러 이 게이트를 개폐하는 위한 게이트 장치가 마련된다. 이러한 게이트 장치는 내부에 소정의 공간을 형성하는 게이트 하우징을 포함하여 구성된다. 게이트 장치는 기판을 반입하고 반출할 때 게이트를 개방하여 기판이 게이트를 통과할 수 있게 한다. 더불어, 기판의 반입이나 반출이 완료된 때 게이트를 차단하여 공정챔버 내부를 진공분위기로 조성할 수 있게 한다.
한편, 기판처리장치의 공정챔버는 게이트 장치가 공정챔버의 외측에서 게이트를 개폐하도록 설치된다. 구체적으로는 게이트 장치의 실링 플레이트가 게이트 하우징의 내측면과 밀착하여 게이트를 기밀한다.
따라서, 공정챔버 내의 플라즈마 및 공정가스는 게이트로 유입되며, 게이트와 연통된 게이트 하우징의 일부 영역으로도 유입된다. 이때, 플라즈마를 이용한 기판처리를 거듭할수록 플라즈마 및 공정가스에 노출된 게이트 하우징의 노출면은 플라즈마에 의해 부식이 발생한다. 종래에는 부식된 게이트 하우징을 교체하기 위해서 게이트 장치 전체를 새로이 교체하거나, 게이트 장치의 내부 구성을 모두 분해한 후 게이트 하우징을 교체해야하는 불편이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 게이트 하우징이 지속적으로 플라즈마 및 공정가스에 노출되어, 전체 게이트 장치를 교체해야 하는 불편을 제거하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하고, 상기 기판을 반입하거나 반출하기 위한 게이트를 구비하는 공정챔버와; 상기 공정챔버의 일측에 구비되어 상기 게이트를 개폐하는 게이트 장치를 포함하고, 상기 게이트 장치는, 상기 게이트와 연통되는 개구부를 구비하는 게이트 하우징과; 플라즈마 또는 공정가스로부터 게이트 하우징을 보호하기 위해 상기 개구부의 내면에 구비되는 보호부재를 포함하는 기판처리장치를 제공한다. 상기 보호부재는 상기 게이트 하우징에 대응되는 폭 및 길이를 가짐으로써 상기 개구부로부터 외부 측으로 돌출됨이 없도록 형성될 수 있다. 그리고, 상기 개구부의 내면과 상기 보호부재는 상기 게이트의 내면과의 사이에 단차가 형성됨이 없도록 상기 게이트의 내면과 동일 평면을 이룰 수 있다.(도 3 참조)
상기 보호부재는 요입홈을 구비하고, 상기 게이트 하우징은 개구부의 내면에 상기 요입홈에 결합되는 끼움부를 구비할 수 있다.
상기 보호부재는 알루미늄 재질일 수 있다.
여기서, 상기 보호부재는 아노다이징 처리가 될 수 있다.
상기 보호부재는 세라믹 재질일 수 있다.
상기 보호부재는 게이트 하우징과 착탈가능하게 결합되는 것이 바람직하다.
본 발명은, 게이트 하우징이 지속적으로 플라즈마 및 공정가스에 노출되는 부분에 보호부재를 구비하여, 전체 게이트 장치를 교체해야 하는 불편을 제거하는 이점이 있다.
더불어, 보호부재만을 교체함으로써 게이트 장치 및 기판처리장치의 유지 및 보수가 간단한 이점이 있다.
도 1은 기판처리장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 공정챔버의 개략적인 구성을 나타낸 단면도이다.
도 3은 게이트 장치를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치의 게이트 하우징과 보호부재를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치의 게이트 하우징과 보호부재의 결합을 나타낸 분해사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 기판처리장치의 게이트 하우징과 보호부재를 나타낸 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직할 실시예를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 평판표시소자를 제조하기 위한 평판표시소자 제조장치의 기판처리장치는 로드락 챔버(Load-Lock Chamber)와 공정챔버(Process Chamber)가 일 방향으로 배치된 인라인 타입(In-Line Type)과 하나의 로드락 챔버(또는 반송챔버) 주위에 복수 개의 공정챔버가 배치된 클러스터 타입(Cluster Type)이 사용된다. 이하에서는 클러스터 타입의 기판처리장치를 예를 들어 본 발명을 설명한다.
도 1을 참조하여 기판처리장치의 개략적인 구성에 대해 설명한다.
클러스터 타입의 기판처리장치는 하나의 로드락 챔버(30)와 두 개 이상의 공정챔버(10)가 연결되어 기판을 처리할 수 있도록 구성될 수 있다.
도 1을 참조하면, 기판처리장치는 외부로부터 미처리된 기판을 받아서 보관하거나 처리된 기판을 외부로 내보내는 로드락 챔버(30)(Load-Lock Chamber)를 포함한다. 또한, 상기 로드락 챔버(30)로부터 반입된 기판을 진공상태에서 플라즈마 등을 이용하여 표면처리를 실시하는 등 기판을 처리하는 공정챔버(10)(Process Chamber)를 더 포함한다. 더불어, 상기 공정챔버(10)와 상기 로드락 챔버(30) 사이에 설치되어 기판을 공정챔버(10)로 반입하거나 그 반대로 반출함에 있어 경유지의 역할을 하는 반송챔버(20)(Transfer Chamber)를 더 포함할 수 있다.
여기서 상기 반송챔버(20)의 내부에는 기판을 로드락 챔버(30)와 공정챔버(10)로 이송하는 반송로봇(미도시)이 설치된다.
한편, 상기 공정챔버(10)와 반송챔버(20) 사이에는 기판의 반입 또는 반출 시 게이트를 선택적으로 개폐하는 게이트 장치(100)가 구비된다. 상기 게이트 장치(100)에 대해서는 후술한다.
도 2는 공정챔버의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 공정챔버(10)는 내부에 플라즈마가 형성되는 공간을 형성하는 챔버프레임(11), 상기 챔버프레임(11)의 내부에 구비되는 상부전극(12) 및 하부전극(14)을 포함하여 구성된다.
상기 상부전극(12)은 챔버프레임(11) 내부의 상부 영역에 구비되며, 상기 하부전극(14)은 상기 상부전극(12)과 대향되도록 구비되며, 챔버프레임(11) 내부의 하부 영역에 구비된다.
상기 하부전극(14)은 전극면을 제외한 사방 측면과 상부 영역 가장자리부에 플라즈마로부터 보호하는 절연체 또는 세라믹(16)이 볼트에 의해 체결된다.
상기 챔버프레임(11)의 일측에는 기판(S)이 반입 또는 반출되는 게이트(13)가 구비되고, 상기 게이트(13)의 외측에는 상기 게이트(13)를 개폐하는 게이트 장치(100)가 구비된다. 상기 게이트(13)는 챔버 내측방향에 위치하는 내측 개구면(13a)과 챔버 외측 방향에 위치하는 외측 개구면(13b)을 가진다. 상기 내측 개구면(13a)은 챔버프레임(11)의 내측벽과 동일한 평면에 배치될 수 있다.
더불어, 상기 챔버프레임(11)의 내측벽과 하부전극(14) 사이에는 배플(15)(Baffle)이 구비된다. 상기 배플(15)은 기판 처리를 위한 공정수행 중 또는 공정이 수행된 후 챔버프레임(11) 내의 미반응가스 및 공정 중에 발생한 폴리머 등을 공정챔버(10) 하부로 배기시키는 통로 역할을 한다. 더불어, 상기 미반응 가스 및 폴리머 등은 상기 배플(15)에 의해 1차적으로 블럭킹(blocking)된 후 챔버프레임(11)의 하부면 모서리에 형성된 배기구를 통해 배출된다. 그리고 상기 배기구에는 가스 등을 외부로 펌핑하기 위한 펌프(P)가 구비된다.
공정챔버(10) 내 플라즈마를 발생시켜 기판에 소정의 처리를 실시하는 과정에서 상부전극(12)과 하부전극(14) 사이에 기판(S)이 위치한다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치의 게이트 장치를 상세히 설명한다.
도 3을 참조하면, 게이트 장치(100)는 공정챔버(10)와 반송챔버(20) 사이에 구비되어 공정챔버(10)와 반송챔버(20)에 구비된 게이트(13)(23)를 선택적으로 개폐한다.
상기 게이트 장치(100)는 내부에 소정의 공간을 형성하는 게이트 하우징(130)을 포함한다. 더불어, 상기 게이트 장치(100)는 상기 게이트 하우징(130)의 내부에는 상기 게이트(13)(23)를 선택적으로 개폐하는 프레스 유닛(110)을 포함한다. 또한, 상기 게이트 장치(100)는 상기 프레스 유닛(110)을 상하로 구동하는 리프트 유닛(120)을 포함한다.
상기 게이트 하우징(130)은 단면이 직사각형으로 형성될 수 있다. 상기 게이트 하우징(130)의 양측에는 상기 공정챔버(10)와 반송챔버(20)에 구비된 게이트(13)(23)와 대응되는 위치에 개구부(131)가 형성되어 있다. 따라서, 상기 챔버(10)(20)로 또는 챔버(10)(20)로부터 반입/반출되는 기판은 상기 개구부(131)를 통과한다. 즉, 반송챔버(20)에서 공정챔버(10)로 이송되는 기판은 반송챔버(20)에 구비된 게이트(23)와 반송챔버(20)측 개구부(131)를 통과하여 공정챔버(10)측 개구부(131)와 공정챔버(10)에 구비된 게이트(13)를 통과하여 공정챔버(10)로 반입된다. 공정챔버(10)에서 반송챔버(20)로 반출되는 기판의 이송경로는 상술한 경로의 역순이므로 상세한 설명을 생략한다. 상기 게이트 하우징(130)은 공정챔버(10)의 챔버프레임(11)과 반송챔버(20)의 챔버프레임(21)의 외측에 결합된다. 상기 게이트 하우징(130)은 볼트 등의 체결부재를 이용하여 상기 챔버프레임(11)에 고정될 수 있다.
한편, 상기 개구부(131)에는 보호부재(133)가 구비될 수 있다. 상기 보호부재(133)는 공정챔버(10) 내의 플라즈마 또는 반응가스로부터 게이트 하우징(130)을 보호한다. 상기 보호부재(133)에 대해서는 뒤에서 상술한다.
상기 프레스 유닛(110)은 실링부(113)를 측방향으로 이동시켜 상기 게이트(13)(23)를 선택적으로 개폐한다.
상기 프레스 유닛(110)은 실링부재(140)와 밀착하여 게이트(13)(23)를 기밀하는 실링부(113)를 포함한다. 또한, 상기 실링부(113)를 이동시키는 이동부(111)를 포함한다.
상기 실링부(113)는 게이트 하우징(130)의 내측면에 밀착하여 상기 챔버(10)(20)의 내부와 외부를 기밀한다. 상기 실링부(113)는 플레이트 형상으로 제작되는 것이 바람직하다. 상기 실링부(113)는 이동부(111)가 신축하면서 좌우로 이동할 수 있다. 상기 이동부(111)는 신축가능한 구성으로서, 유압 실린더 또는 공압 실린더 일 수 있다. 바람직하게는, 작동 중에 미세한 파티클 등의 발생을 방지하기 위해 공압 실린더로 구성될 수 있다. 상기 실링부(113)는 상기 챔버(10)(20)의 외측에서 상기 게이트(13)(23)를 기밀하므로 상기 실링부(113)의 길이는 상기 게이트(13)(23)의 길이보다 길게 형성되는 것이 바람직하다. 더불어, 상기 실링부(113)와 상기 게이트 하우징(130)의 내측면 사이에는 기밀의 효과를 증대하기 위해 실링부재(140)가 구비되는 것이 바람직하다. 상기 실링부재(140)는 고무재질의 오링(O-ring)일 수 있다. 더불어, 상기 실링부재(140)는 게이트 하우징(130)의 내측면에 고정되거나 상기 실링부(113)의 일측면에 고정될 수 있다.
상기 이동부(111)가 신축함으로써 상기 실링부(113)는 측방향으로 이동가능하다. 보다 상세하게는, 게이트(13)(23)를 차단할 때는 상기 이동부(111)가 신장되면서 각 실링부(113)는 각 챔버(10)(20)의 내측방향으로 이동한다. 더불어, 상기 이동부(111)는 상기 실링부(113)가 게이트 하우징(130)의 내측면에 닿도록 가압하여 상기 게이트(13)(23)를 기밀한다. 게이트(13)(23)를 개방할 때는 상기 이동부(111)는 수축하게 된다. 따라서, 상기 실링부(113)는 게이트 하우징(130)의 내측면과 이격되고 상기 게이트(13)(23)는 개방된다.
리프트 유닛(120)은 상기 프레스 유닛(110)을 승하강시키는 기능을 한다. 상기 리프트 유닛(120)은 기판이 공정챔버(10)와 반송챔버(20) 사이를 이동할 때는 상기 프레스 유닛(110)을 하강시켜 기판을 이동할 수 있는 경로를 확보한다. 더불어, 기판이 공정처리되는 중에는 상기 프레스 유닛(110)이 챔버(10)(20)의 게이트(13)(23)를 기밀할 수 있도록 프레스 유닛(110)을 상승시킨다. 상기 리프트 유닛(120)은 리프트 로드(123)와 상기 리프트 로드(123)를 상하로 구동시키는 구동부(121)를 포함하여 구성된다. 상기 리프트 로드(123)의 일단은 상기 프레스 유닛(110)의 연결부 하우징(111)에 결합되며 타단에는 상기 구동부(121)가 구비될 수 있다. 상기 리프트 로드(123)는 상기 게이트 하우징(130)의 하부면을 관통하여 설치될 수 있다. 즉, 게이트 하우징(130)의 하부면에는 상기 리프트 로드(123)가 상입되는 관통홀이 형성되어 있다. 상기 관통홀을 통해 게이트 장치(100)의 외부에서 가스가 유입될 수 있으므로 관통홀을 기밀하는 것이 바람직하다. 따라서, 게이트 하우징(130)의 하부 내측면에는 벨로우즈(125)가 구비되는 것이 바람직하다. 상기 벨로우즈(125)의 양측에는 상기 벨로우즈(125)를 고정하기 위한 플랜지(127)가 구비된다.
공정챔버는 실링부가 공정챔버의 외측에서 게이트를 기밀한다. 구체적으로는 게이트 장치의 실링부가 게이트 하우징의 내측면과 밀착하여 게이트를 기밀한다.
따라서, 공정챔버 내의 플라즈마 및 공정가스는 챔버 내부와 연통된 게이트와 게이트 하우징의 개구부로 유입된다. 이때, 플라즈마를 이용하여 기판처리를 거듭할수록 플라즈마 및 공정가스에 노출된 게이트 하우징의 노출면은 플라즈마에 의해 부식이 발생한다. 부식된 게이트 하우징을 교체하기 위해서 게이트 장치 전체를 새로이 교체하거나, 게이트 장치의 내부 구성을 모두 분해한 후 게이트 하우징을 교체해야하는 불편이 있었다.
본 발명은 플라즈마 및 공정가스에 노출되는 게이트 하우징의 노출면에 보호부재를 구비한다. 따라서, 플라즈마 및 공정가스에 의해 부식된 보호부재만을 교체함으로써 기판처리장치의 유지 및 보수가 용이하다.
이하, 도 4 내지 도 5를 참조하여, 보호부재(33)에 대해 설명한다.
상기 보호부재(133)는 게이트 하우징(130)의 개구부(131)에 구비된다. 상기 보호부재(133)는 폭이 게이트 하우징(130)의 폭과 대응되게 구비되며, 길이는 게이트(13)의 길이와 대응되게 구비될 수 있다. 상기 보호부재(133)는 상기 개구부(131)의 상하측에 모두 구비되는 것이 바람직하다.
더불어, 상기 보호부재(133)는 상기 게이트 하우징(130)에 착탈가능하게 결합되는 것이 바람직하다. 보호부재(133)가 플라즈마 등에 의해 부식이 되었을 경우 상기 보호부재(133)만을 새로 교체함으로써 유지 및 보수가 용이하다. 상기 보호부재(133)는 하나 이상의 체결부재(135)에 의해 상기 게이트 하우징(130)에 고정될 수 있다. 상기 체결부재(135)는 볼트일 수 있다. 상기 체결부재(135)는 보호부재(133)의 외측에서부터 보호부재(133)와 게이트 하우징(130)을 관통하게 구비될 수 있다. 도시된 바와 같이 체결부재(135)는 보호부재(133)를 하부에서 상부로 관통하게 구비될 수 있다. 상기 보호부재(133)에는 체결부재(135)가 삽입되는 체결홈(133a)이 형성되어 있으며, 상기 체결홈(133a)에는 나사산이 형성될 수 있다. 따라서, 체결부재(135)는 상기 체결홈(133a)에 삽입되어 나사결합에 의해 보호부재(133)와 게이트 하우징(130)을 결합시킨다. 상기 체결부재(135)가 볼트일 경우 볼트머리(135a)가 외측으로 돌출되지 않도록 체결홈(133a)이 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 체결홈(133a)은 상기 볼트머리(135a)가 안착될 수 있는 안착부(133b)를 가지는 것이 바람직하다. 따라서, 기판이 개구부(131)를 통과할 때 볼트머리와 부딪쳐 기판이 파손되는 것을 방지할 수 있다. 상기 체결부재(135)는 볼트머리가 형성되지 않은 스터드 볼트(stud bolt)일 수 있다.
상기 보호부재(133)의 재질은 플라즈마에 의한 부식에 내성을 가질 수 있는 알루미늄이나 세라믹일 수 있다. 특히, 재질이 알루미늄일 경우 상기 보호부재(133)는 아노다이징(anodising) 처리가 되는 것이 바람직하다.
도 6을 참조하여, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 기판처리장치의 보호부재(133)를 설명한다.
상술한 실시예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하였으며, 중복되는 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 기판처리장치의 보호부재(133)는 요입홈(133a)을 구비한다. 더불어, 게이트 하우징(130)은 상기 요입홈(133c)에 결합되는 끼움부(137)를 구비한다. 상기 끼움부(137)은 상기 요입홈(133c)에 대응되는 크기와 형상을 가지는 것이 바람직하다.
상기 보호부재(133)는 내측에 요입홈(133c)이 형성되어 있으며, 전체적으로 'ㄷ'자 형태로 이뤄질 수 있다. 상기 보호부재(133)는 볼트 등의 체결부재(135)에 의해 상기 게이트 하우징(130)에 결합된다. 상기 체결부재(135)는 보호부재(133)의 양측에 구비될 수 있다.
상술한 실시예에서는 볼트 등에 의해 보호부재(133)가 게이트 하우징(130)에 결합되는 예를 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 보호부재(133)와 게이트 하우징(130)에 돌기와 돌기홈을 형성하여 돌기를 돌기홈에 억지끼움하여 두 부재를 결합시킬 수도 있으며, 또는 슬라이드 방식으로 두 부재를 결합시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10 공정챔버 20 반송챔버
30 로드락 챔버 100 게이트 장치
110 프레스 유닛 120 리프트 유닛
130 게이트 하우징 131 개구부
133 보호부재 140 실링부재

Claims (6)

  1. 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하며, 상기 기판을 반입하거나 반출하기 위한 게이트를 구비한 공정챔버와; 상기 공정챔버의 일측에 구비되어 상기 게이트를 개폐하는 게이트 장치를 포함하고,
    상기 게이트 장치는, 상기 게이트와 연통되는 개구부를 구비한 게이트 하우징과; 플라즈마 또는 공정가스로부터 상기 게이트 하우징을 보호하기 위하여 상기 개구부의 내면에 구비되어 상기 개구부의 내면을 덮는 보호부재를 포함하되, 상기 보호부재는 상기 개구부로부터 외부로 돌출됨이 없도록 상기 게이트 하우징에 대응되는 폭 및 길이를 가지며,
    상기 보호부재는 요입홈을 구비하고, 상기 게이트 하우징은 그 개구부의 내면에 상기 보호부재의 요입홈에 결합되는 끼움부를 구비한 기판처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 개구부의 내면과 상기 보호부재는 상기 게이트의 내면과의 사이에 단차가 형성됨이 없도록 상기 게이트의 내면과 동일 평면을 이루는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보호부재는 알루미늄 재질인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 보호부재는 아노다이징 처리가 된 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보호부재는 세라믹 재질인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 보호부재는 게이트 하우징과 착탈가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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