KR101370755B1

KR101370755B1 - 기판처리장치

Info

Publication number: KR101370755B1
Application number: KR1020120063564A
Authority: KR
Inventors: 박근수
Original assignee: 주식회사 수앤테크
Priority date: 2012-06-14
Filing date: 2012-06-14
Publication date: 2014-03-06
Also published as: KR20130140310A

Abstract

본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로서, 기판이 적재되는 서셉터와; 상기 기판에 대한 처리공정이 진행되는 공정챔버와; 상기 공정챔버의 하부에 결합되는 로드락챔버와; 상기 서셉터가 상기 로드락챔버와 상기 공정챔버 사이를 상하로 이동하도록 상기 서셉터를 지지하는 보팅부를 포함하며, 상기 공정챔버는, 상기 로드락챔버의 상부에 배치되는 챔버본체와; 상기 챔버본체 내부에 수직으로 결합되어 반응가스가 수용되어 처리공정이 진행되는 내부챔버와 보호가스가 수용되는 외부챔버로 구획하는 제1격벽을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

기판처리장치{WAFER PROCESSING APPARATUS}

본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 챔버의 내부압력과 외부 압력을 유지할 수 있도록 공정챔버의 구조가 개선된 기판처리장치에 관한 것이다.

반도체 소자의 제조공정이 진행되는 동안에는 반도체 웨이퍼에 다양한 처리공정이 진행된다. 일례로, 인터페이스로 효과적인 공정을 달성하기 위해, 산화, 질화, 실리사이드, 이온 주입 및 화학기상증착(CVD) 공정이 수행된다.

이러한 다양한 처리공정을 처리하기 위한 기판처리장치는 한국공개특허 2001-0051925호, 한국공개특허 2001-0022685호에 개시된 바 있다.

개시된 바와 같은 종래 기판처리장치들은 기판을 처리하기 위해 사용되는 수소(H₂) 또는 중수소(D₂)는 반응성이 매우 강하고, 가연성이며 유독하다. 이에 따라 기판처리가 진행되는 공정챔버 주변으로 반응가스가 누설될 위험성이 있으므로 안전성이 문제된다. 특히, 기판처리는 고압에서 진행되므로 반응가스 누설의 개연성은 더욱 높아질 수 있다. 따라서, 기판처리 진행 중에 반응가스의 기밀을 안정적으로 유지할 수 있는 기판처리장치가 요구된다.

이 때, 공정챔버가 다양한 구성이 조립된 형태로 형성될 경우, 각각의 결합영역에서 반응가스가 누설될 위험성이 더욱 높아질 수 있다.

한편, 기판처리과정은 처리종류에 따라 차이가 있으나 대부분 고온에서 진행된다. 이 때, 공정챔버 내부의 온도가 1000℃ 내외일 경우 공정챔버 내부의 열이 외부로 전달되어 주변의 온도가 상승되어 안전성이 문제될 수 있다.

본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 기판처리 공정 전후에 반응가스가 외부로 직접 누설되는 것을 차단할 수 있는 기판처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 기판처리 공정 동안 공정챔버 내부의 고압에 의한 내부챔버의 변형 및 내부챔버의 변형에 의한 반응가스 누설시 외부챔버의 압력으로 반응가스의 외부 유출을 차단할 수 있는 기판처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 냉각수가 유동되는 냉각수챔버를 공정챔버 내부에 일체로 구비하여 안정성과 기밀성을 향상시킬 수 있는 기판처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 기판처리장치에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 기판처리장치는, 기판이 적재되는 서셉터와; 상기 기판에 대한 처리공정이 진행되는 공정챔버와; 상기 공정챔버의 하부에 결합되는 로드락챔버와; 상기 서셉터가 상기 로드락챔버와 상기 공정챔버 사이를 상하로 이동하도록 상기 서셉터를 지지하는 보팅부를 포함하며, 상기 공정챔버는, 상기 로드락챔버의 상부에 배치되는 챔버본체와; 상기 챔버본체 내부에 수직으로 결합되어 반응가스가 수용되어 처리공정이 진행되는 내부챔버와 보호가스가 수용되는 외부챔버로 구획하는 제1격벽을 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 제1격벽과 상기 챔버본체의 외벽 사이에 수직으로 결합되는 제2격벽을 더 포함하고, 상기 제2격벽과 상기 챔버본체의 외벽 사이에는 냉각수가 유동하는 냉각수챔버가 일체로 형성된다.

일 실시예에 따르면, 상기 챔버본체와 이격되게 상기 챔버본체의 외측에 결합되는 냉각챔버를 더 포함하고, 상기 냉각챔버의 내부에는 냉각수가 유동하는 냉각수유동공간이 형성된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 기판처리장치는 내부챔버와 외부챔버가 격벽에 의해 구획되어 일체로 형성되므로 내부챔버 내부의 반응가스가 외부로 누설되는 것을 원천적으로 차단할 수 있다.

이 때, 외부챔버의 압력은 내부챔버와 거의 동일하게 고압이 유지되어 내부챔버에서 반응가스가 누설되더라도 외부로 유출되는 것을 차단할 수 있다.

또한, 외부챔버 내부에 보호가스를 충진하여 내부챔버 내부의 반응가스가 불시에 누설되더라도 보호가스에 희석되어 외부로 배출되도록 하여 안정성을 유지시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 기판처리장치는 공정챔버에 냉각수챔버가 구비되어 공정처리시 발생되는 열을 효과적으로 냉각할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 기판처리장치의 구성을 개략적으로 도시한 개략도,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판처리장치의 구성을 개략적으로 도시한 개략도이다.

도 1은 본 발명에 따른 기판처리장치(1)의 구성을 개략적으로 도시한 개략도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 기판처리장치(1)는 기판처리공정이 진행되며 내부챔버(111)와 외부챔버(121)이 일체로 형성된 공정챔버(100)와, 기판처리공정이 진행되는 동안 기판(A)을 적재하는 서셉터(300)와, 공정챔버(100)의 하부에 결합되어 서셉터(300)로 기판이 로딩/언로딩 되도록 하는 로드락챔버(200)와, 서셉터(300)가 상하로 승강되도록 지지하는 보팅부(400)를 포함한다.

여기서, 본 발명에 따른 기판처리장치(1)는 금속유기증착공정(MOCVD)을 위하여 최적화된 것이나, 경우에 따라 식각(etching), 증착(deposition), 세정(cleaning), 에싱(ashing) 등의 공정에도 적용될 수 있다.

공정챔버(100)는 서셉터(300)에 적재된 기판에 처리가 진행되는 공간을 제공한다. 본 발명에 따른 공정챔버(100)는 로드락챔버(200)와 결합되며 밀폐된 함체 형상의 챔버본체(110)와, 챔버본체(110) 내부에 수직하게 형성되어 기판처리가 진행되는 내부챔버(111)와 보호가스가 수용되는 외부챔버(121)로 구획하는 제1격벽(120)과, 외부챔버(121)와 냉각수챔버(131)를 구획하는 제2격벽(130)을 포함한다.

제1격벽(120)과 제2격벽(130)은 서로 이격되게 챔버본체(110) 내부에 수직하게 형성되어 챔버본체(110)를 독립된 세 개의 공간으로 분리한다. 이 때, 챔버본체(110)와 제1격벽(120) 및 제2격벽(130)은 금속소재로 일체로 형성된다. 이러한 일체화된 공정챔버(100)의 구조에 의해 내부챔버(111)와 외부챔버(121) 사이가 완전하게 격리되어 반응가스가 외부로 누설되는 것을 원천적으로 차단될 수 있다.

챔버본체(110)는 금속소재로 형성되므로 내구성과 내열성이 높다. 이에 따라 1100℃까지의 공정온도를 견딜 수 있다.

내부챔버(111)는 로드락챔버(200)에 결합된다. 내부챔버(111)의 개방된 하부영역은 로드락챔버(200)의 개방된 개구(210)와 형합된다. 개방된 하부영역을 통해 서셉터(300)가 상하로 승강하게 된다.

내부챔버(111)는 챔버본체(110)의 상부에 형성된 반응가스유입구(140)로부터 반응가스를 공급받고, 내부가 제1압력(P₁)으로 유지된다. 제1압력(P₁)으로 무드가 유지된 상태에서 기판 처리공정이 진행된다.

외부챔버(121)는 제1격벽(120)과 제2격벽(130) 사이에 형성된다. 외부챔버(121)에는 보호가스공급부(미도시)로부터 공급된 보호가스가 수용된다. 보호가스는 질소와 같은 불활성가스일 수 있다. 보호가스는 외부챔버(121)의 부피만큼 내부챔버(111) 외부를 감싸 반응가스가 외부로 직접 누출되는 것을 차단한다.

이에 의해 반응가스가 외부로 누설되더라도 보호가스인 질소와 희석된 상태로 배출되므로 반응가스의 위험성이 줄어들게 된다.

한편, 냉각수챔버(131)는 챔버본체(110)의 외벽면과 제2격벽(130) 사이에 형성된다. 챔버본체(110)의 외벽면에는 냉각수공급부(미도시)로부터 냉각수가 유입되어 냉각수유입구(133)와, 냉각수가 유출되는 냉각수유출구(135)가 각각 형성되어 냉각수챔버(131)를 따라 냉각수가 순환되도록 한다. 냉각수의 순환에 의해 금속재질의 공정챔버(100)에서 발생된 열이 빠르게 식혀지게 된다.

로드락챔버(200)는 공정챔버(100)의 하부에 결합되어 서셉터(300)에 기판이 로딩/언로딩되도록 한다.

한편, 로드락챔버(200)의 일측에는 이송로봇(미도시)이 이동하며 기판(A)을 이송하는 게이트(미도시)가 형성되고, 게이트(미도시)의 일측에는 게이트(미도시)를 개폐하는 게이트밸브(미도시)가 구비된다.

서셉터(300)는 기판처리 공정이 진행되는 동안 기판(A)을 안정적으로 지지한다. 서셉터(300)는 보팅부(400)에 의해 지지된 상태로 공정챔버(100) 내부와 로드락챔버(200) 내부로 상하 이동된다. 서셉터(300)는 상면에 기판(A)이 적재되도록 정전척(미도시)이 구비되고, 경우에 따라 기판(A) 가열을 위해 히터(310)가 내장된다.

보팅부(400)는 서셉터(300)가 공정챔버(100)와 로드락챔버(200) 사이를 상하로 이동하도록 지지한다. 보팅부(400)는 서셉터(300)의 하부에 고정결합되는 보팅본체(410)와, 보팅본체(410)로부터 로드락챔버(200)를 가로질러 수직하게 연장형성되는 승강축(420)과, 승강축(420)으로 구동력을 인가하는 승강구동부(430)를 포함한다.

보팅본체(410)는 상면은 서셉터(300)와 고정되고, 하면은 승강축(420)에 결합된다. 이에 의해 보팅본체(410)는 승강축(420)의 승강에 의해 서셉터(300)가 상하로 이동되도록 한다.

보팅본체(410)는 기판처리 공정 중에는 도 1에 도시된 바와 같이 로드락챔버(200)의 상부 개구(210)를 커버하여 서셉터(300)가 공정챔버(100) 내부에 위치하도록 한다. 이 때, 보팅본체(410)는 개구(210)를 폐쇄하여 반응가스가 로드락챔버(200) 측으로 이동되는 것을 차단한다. 기판처리가 완료되면 보팅본체(410)는 승강축(420)에 의해 로드락챔버(200) 내부로 하강된다.

승강축(420)은 승강구동부(430)에 의해 구동력을 인가받아 보팅본체(410)를 상하로 승강시킨다. 승강축(420)은 유압에 의해 승강하거나, 기계적인 구동에 의해 승강하거나, 자력에 의해 승강될 수 있다.

이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 기판처리장치(100)의 작동과정을 도 1을 참조하여 설명한다.

처리공정이 진행되기 전에 보팅본체(410)는 로드락챔버(200) 내부로 하강된 상태를 유지한다. 게이트밸브(미도시)가 개방되고 이송로봇(미도시)이 기판(A)을 서셉터(300) 상에 로딩한다.

승강축(420)이 상승하고 서셉터(300)가 공정챔버(100) 내부로 이동한다. 보팅본체(410)는 로드락챔버(200)의 개구(210)를 폐쇄하고 공정챔버(100)가 기밀이 유지된 상태로 전환된다.

이 때, 반응가스유입구(140)를 통해 반응가스가 내부챔버(111)로 공급된다. 또한, 보호가스유입구(150)를 통해 외부챔버(121)로 보호가스가 유입된다.

제1압력을 유지한 상태로 내부챔버(110) 내부에서 처리공정이 진행되면, 보호가스는 외부챔버(121) 내부에 제2압력 무드를 형성하며 보호가스 층을 형성한다.

내부챔버(111)와 외부챔버(121)는 일체로 제1격벽(120)에 의해 독립적으로 형성되므로 서로 격리되어 내부챔버(111) 내부의 반응가스가 외부챔버(121)로 누설되는 것이 구조적으로 차단된다. 이와 함께 외부챔버(121) 내부의 보호가스가 내부챔버(111)로부터 가스가 누설될 경우 반응가스를 희석하게 되므로 반응가스가 누설되더라도 처리 안정성을 유지할 수 있다.

한편, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판처리장치(1a)의 구성을 도시한 개략도이다.

앞서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치(1)는 공정챔버(100) 내부에 냉각수챔버(131)가 일체로 형성된 구조였다. 이 경우 금속소재에 의해 챔버본체(110)에 내부챔버(111), 외부챔버(121) 및 냉각수챔버(131)가 일체로 성형되었다.

반면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판처리장치(1a)는 상대적으로 낮은 온도의 처리공정에 사용되는 것으로 비금속소재로 형성된다. 공정챔버(100a)는 챔버본체(110a)에 내부챔버(111)와 외부챔버(121)만 일체로 구비되고, 냉각수챔버(500)는 외부에 별도로 형성된다.

챔버본체(110a)는 제2격벽(130)에 의해 내부챔버(111)와 외부챔버(121)를 일체로 구비한다. 냉각수챔버(500)는 챔버본체(110a)를 수용하도록 챔버본체(110a)의 외측에 형성된다. 이 때, 챔버본체(110a)의 외벽과 냉각수챔버(500)는 일정간격 이격된다.

냉각수챔버(500)는 내부에 냉각수가 유동되는 냉각수유동공간(510)이 형성된다. 냉각수챔버(500)의 상부에는 챔버본체(110)를 커버하는 커버부재(520)가 결합된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 기판처리장치는 내부챔버와 외부챔버가 일체로 형성되므로 내부챔버 내부의 반응가스가 외부로 누설되는 것을 원천적으로 차단할 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 기판처리장치의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

1 : 기판처리장치 100 : 공정챔버
110 : 챔버본체 111 : 내부챔버
120 : 제1격벽 121 : 외부챔버
130 : 제2격벽 131 : 냉각수챔버
133 : 냉각수유입구 135 : 냉각수유출구
140 : 반응가스유입구 150 : 보호가스유입구
200 : 로드락챔버 210 : 개구
300 : 서셉터 310 : 예열히터
400 : 보팅부 410 : 보팅본체
420 : 승강축 430 : 승강구동부
500 : 냉각수챔버

Claims

기판이 적재되는 서셉터와;
상기 기판에 대한 처리공정이 진행되는 공정챔버와;
상기 공정챔버의 하부에 결합되는 로드락챔버와;
상기 서셉터가 상기 로드락챔버와 상기 공정챔버 사이를 상하로 이동하도록 상기 서셉터를 지지하는 보팅부를 포함하는 기판처리장치에 있어서,
상기 공정챔버는,
상기 로드락챔버의 상부에 배치되는 챔버본체; 상기 챔버본체 내부에 수직으로 결합되어 반응가스가 수용되어 처리공정이 진행되는 내부챔버와 보호가스가 수용되는 외부챔버로 구획하는 제1격벽; 상기 제1격벽과 상기 챔버본체의 외벽 사이에 수직으로 결합되는 제2격벽; 및 상기 제2격벽과 상기 챔버본체의 외벽 사이에는 냉각수가 유동하는 냉각수챔버를 포함하되,
상기 챔버본체, 제1격벽, 제2격벽 및 냉각수챔버는 금속 소재에 의해 일체로 구획되어 형성되고, 상기 보호가스는 불활성가스인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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