KR101384353B1 - 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

기판 처리 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는 내부 공간에 기판 서셉터가 설치되는 공정 챔버; 공정 챔버 일측에 설치되고, 공정챔버의 내부공간으로 기판을 반입 및 반출하기 위한 통로를 제공하는 기판 출입부; 기판 출입부를 개폐하는 게이트 밸브; 공정 챔버의 내부공간에 설치되며, 기판 출입부의 통로가 공정 챔버의 내부공간과는 독립된 공간으로 구획되도록 통로를 개폐하는 커버를 포함한다.

Description

기판 처리 장치{Substrate Processing Apparatus}
본 발명은 챔버 내에서 가스를 이용한 제조 공정이 이루어지는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 공정 챔버는 진공 상태에서 기판에 대한 처리 공정을 수행한다. 그리고, 로드락 챔버는 공정 챔버에 연결되는 부분으로 공정 챔버의 진공도를 유지시켜 주면서, 공정 챔버에서 처리될 기판을 그리고 공정 챔버에서 공정이 완료된 기판을 반입 및 반출하기 위한 기판을 임시적으로 보관하기 위한 공간이다.
도 4는 종래의 기판 처리 장치의 개략적인 도면이다.
도 4를 참조하면, 기판 처리 장치는 공정 챔버(1)와 로드락 챔버(2)를 포함하며, 로드락 챔버(2)와 공정 챔버(1) 사이에는 인접된 상태로 게이트 밸브(3)가 마련된다. 게이트 밸브(3)는 로드락 챔버(2)와 공정 챔버(1)의 사이에 개재되어 상호 연결되어 통하는 그들을 개방하고 폐쇄하는 기능을 한다.
이러한 기판 처리 장치에서는 게이트 밸브(3) 개방시 로드락 챔버(2)와 공정 챔버(1) 간의 기압차에 의한 역류 현상으로 공정 챔버(1)에 잔류하고 있는 공정가스가 로드락 챔버(2)로 유입되어 로드락 챔버(2) 내부를 부식시키는 문제가 발생될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 공정 챔버 내의 공정가스가 로드락 챔버로 역류하는 것을 방지할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 내부 공간에 기판 서셉터가 설치되는 공정 챔버; 상기 공정 챔버 일측에 설치되고, 상기 공정챔버의 내부공간으로 기판을 반입 및 반출하기 위한 통로를 제공하는 기판 출입부; 상기 기판 출입부를 개폐하는 게이트 밸브; 상기 공정 챔버의 내부공간에 설치되며, 상기 기판 출입부의 통로가 상기 공정 챔버의 내부공간과는 독립된 공간으로 구획되도록 상기 통로를 개폐하는 커버를 포함하는 기판 처리 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 기판 처리 장치는 상기 기판 출입부의 통로에 불활성가스를 공급하기 위한 퍼지 공급부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판 출입부는 상기 퍼지 공급부를 통해 공급되는 불활성가스를 상기 통로로 제공하는 가스공급홀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판 서셉터를 업다운 시키기 위한 서셉터 구동부; 및 상기 기판 서셉터에 설치되고, 상기 내부 공간이 상기 기판 서셉터 상부의 공정 영역과 상기 기판 서셉터 하부의 배기 영역으로 구획되도록 상기 기판 서셉터와 상기 공정 챔버의 외벽 사이를 커버하는 링 플레이트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 링 플레이트는 다수의 배기공들을 포함할 수 있다.
또한, 상기 커버는 상기 링 플레이트의 가장자리로부터 수직한 방향으로 연장되어 형성되고, 상기 기판 서셉터의 업다운 동작과 연동하여 상기 통로를 개폐할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 공정 챔버 내의 잔류 가스가 기판 출입부를 통해 로드락 챔버로 역류하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 단면도이다.
도 2는 커버에 의해 닫혀진 기판 출입부를 보여주는 도면이다.
도 3은 커버에 의해 개방된 기판 출입부를 보여주는 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 상세히 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 단면도이다. 도 2 및 도 3은 커버에 의해 개폐되는 기판 출입부를 보여주는 도면들이다.
본 실시 예에서는 기판 표면을 식각 가스를 사용하여 기판의 표면을 식각하는 건식 기상 식각(gas phase etcher; GPE) 공정을 수행하기 위한 장치를 예로 들어 설명한다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않으며, 공정 가스를 이용하여 기판 표면을 처리하는 장치에도 적용될 수 있다.
식각 공정의 대상인 기판은 어떠한 기판도 가능하며, LCD 패널용 유리기판, 태양전지소자용 기판, LED 웨이퍼, 반도체 웨이퍼, 아몰레드(Amoled) 기판 등이 그 대상이 될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 기판 처리 장치(10)는 공정 챔버(100), 가스분사부(130), 기판 서셉터(140), 링 플레이트(150) 그리고 기판 출입부(180)를 포함한다.
공정 챔버(process chamber, 100)는 기판(S)에 대한 식각 공정을 수행할 수 있도록 밀폐된 내부 공간을 제공한다. 공정 챔버(100)는 상측이 개방된 챔버 몸체(110)와, 챔버 몸체(110)에 탈착 가능하게 결합되는 상부 돔(120)을 포함한다.
챔버 몸체(110)는 상측이 개방된 형태로, 지면과 대체로 나란한 챔버 베이스(112)와, 챔버 베이스(112)로부터 대체로 수직하게 설치되는 측벽(114)을 포함한다. 챔버 몸체(110)의 측벽(114)에는 진공펌프와 연결되는 진공흡입포트(vacuum suction port, 116)가 제공된다.
진공 배기부(190)는 공정 챔버(100)의 내부를 진공 상태로 형성하고, 식각 프로세스가 수행되는 동안 발생하는 반응 부산물 등을 배출시키기 위한 것으로, 진공 펌프(192)와, 진공흡입포트(116)에 연결되는 진공 라인(194)을 포함할 수 있다. 공정 챔버(100)와 진공 펌프(192)를 연결하는 진공 라인(194)에는 각종 밸브(도시되지 않음)가 설치되어 진공 라인(194)을 개폐하고 개폐 정도를 조절함으로써 진공 정도를 조절할 수 있다.
기판 출입부(180)는 진공흡입포트(116)와 마주하는 챔버 몸체(110)의 측벽에 제공된다. 기판 출입부(180)는 공정 챔버(100)의 내부 공간으로 기판을 반입 및 반출하기 위한 통로(182)를 갖는다. 공정 챔버(100)는 기판 출입부(180)를 통해 로드락 챔버(20)와 연결되며, 기판 출입부(180)와 로드락 챔버(20) 사이에는 게이트 밸브(30)가 설치된다. 기판 출입부(180)의 통로에는 가스 공급홀(188)이 제공된다.
기판 출입부(180)의 통로(182)에는 가스 공급홀(188)을 통해 불활성가스가 제공된다. 불활성가스는 퍼지 공급부(189)를 통해 공급된다. 기판 출입부(180)의 일단은 공정 챔버(100)의 내부공간과 연통되고, 타단은 게이트 밸브(30)와 연통된다. 기판 출입부(180)의 일단은 커버(156)에 의해 개폐된다.
상부 돔(120)은 챔버 몸체(110)의 상측에 실링부재가 개재되어 결합되어 밀폐된 내부공간을 형성하기 위한 구성으로서, 하측이 개방된 돔 형태를 가질 수 있다.
이때, 상부 돔(120)은 염소(Cl) 또는 불소(F)를 포함하는 식각가스가 주입되어 식각 공정이 이루어짐을 고려하여 내식성이 강한 석영 재질로 이루어질 수 있다. 그리고, 챔버 몸체(110)는 배기 포트(116)와 기판 출입부(180) 등이 설치되어야 하기 때문에 가공성이 떨어지는 석영으로는 제작이 어렵다. 따라서. 챔버 몸체(110)는 내화학성이 강하고 가공성과 용접성이 좋은 니켈 합금(hastelloy), 세라믹, 텅스텐, 텅스텐합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 재질 중에서 이루어질 수 있다.
가스 분사부(130)는 식각 공정을 수행할 수 있도록 기판 서셉터(140)와 마주하는 상부 돔(120)에 제공된다. 가스 분사부(130)는 가스공급장치(미도시)로부터 식각가스를 공급받아 처리공간으로 공급하기 위한 구성으로서, 공정 및 가스공급방식에 따라서 다양한 구성이 가능하다. 일 예로, 가스 분배부(130)는 균일한 가스 공급을 위해 동심원주에 일정 간격으로 형성되는 다수의 분사공(132)들을 갖는다. 가스 분배부(130)는 가장자리가 볼트와 같은 다수의 체결부재들에 의해 상부 돔(120)에 고정될 수 있다. 식각 가스는 가스 분배부(130)에 형성된 분사공(132)들을 통과하여 기판 서셉터(140) 상에 놓여진 놓여진 기판(S)으로 향한다.
한편, 식각 공정에 사용되는 식각 가스는 식각 대상의 재질에 따라서 선택되며 다양한 가스가 사용될 수 있으며, 단일가스가 아닌 복수 종의 가스들이 혼합된 혼합가스들로 구성될 수 있다. 식각 가스의 일 예로서, 염소 또는 불소를 포함할 수 있다. 식각 가스는 다른 예로서, NF3, C2F6, CF4, CHF3, SF6, Cl2, BCl3, C2HF5 등이 있으며 상기 가스들 중 전부 또는 일부를 포함할 수 있다. 또한 식각 가스는 상기와 같은 가스 이외에 불활성가스, H2 및 O2 중 전부 또는 일부를 더 포함할 수 있다.
공정 챔버(100)의 처리공간에는 기판 출입부(180)의 개방에 따라 로봇에 의해 투입 위치되는 기판(S)이 놓여지는 기판 서셉터(140)가 구비된다.
기판 서셉터(140)는 식각공정이 원활하게 수행될 수 있도록 기판(S)을 지지하기 위한 구성으로서, 설계조건 및 공정조건에 따라서 다양한 구성이 가능하다. 일 예로, 기판 서셉터(140)는 기판(S)을 고정하도록 구성되는 정전기척을 포함할 수 있다. 또한, 기판 서셉터(140)는 식각 공정중 기판(S)의 온도를 상승시키기 위한 히터를 포함할 수 있다.
기판 서셉터(140)는 서셉터 구동부(148)에 의해 업다운된다. 기판 처리 공정은 기판 서셉터(140)가 업된 상태에서 이루어지고, 기판 반입 및 반출은 기판 서셉터(140)가 다운된 상태에서 이루어진다.
기판 서셉터(140)에는 링 플레이트(150)가 설치된다. 링 플레이트(150)는 기판 서셉터(140)와 공정 챔버(100)의 외벽 사이를 커버할 수 있는 형태로 제공된다. 공정 챔버(100)의 내부 공간은 기판 서셉터(140) 및 링 플레이트(150)에 의해 기판 서셉터(140) 상부의 공정 영역(A)과 기판 서셉터(140) 하부의 배기 영역(B)으로 구획된다. 링 플레이트(150)는 공정 영역에서 배기 영역으로 가스 흐름이 이루어지도록 다수의 배기공(152)들을 갖는다.
한편, 링 플레이트(150)는 커버(156)를 포함한다. 커버(156)는 링 플레이트(150)의 가장자리로부터 수직한 방향으로 연장되어 형성된다. 커버(156)는 기판 서셉터(140)의 업다운 동작과 연동하여 기판 출입부(180)의 통로(182)를 개폐한다. 즉, 커버(156)는 기판 출입부(180)의 통로(182)가 공정 챔버(100)의 내부 공간과는 독립된 공간으로 구획되도록 통로(182)를 개폐한다.
상술한 구성을 갖는 기판 처리 장치에서의 식각 공정을 설명하면 다음과 같다.
기판(S)은 기판 서셉터(140)가 다운 동작에 의해 하강된 상태에서 기판 출입부(180)의 통로(182)를 통해 공정 챔버(100)로 반입되어 기판 서셉터(140)에 놓여진다. 기판 로딩이 완료되면, 기판 서셉터(140)는 업 동작에 의해 상승되며, 이때 기판 출입부(180)의 통로(182)는 커버(156)에 의해 닫혀지게 된다(도 2참조). 즉, 기판 출입부(180)의 통로(182)는 커버(156)에 의해 공정 챔버(100)의 내부공간과는 독립된 공간으로 제공되며, 이 통로(182)에는 불활성가스( 일 예로, 질소가스)가 채워지게 된다. 식각 공정이 진행되는 동안 기판 출입부(180)의 통로(182)에는 불활성가스가 지속적으로 공급된다.
도 3에서와 같이, 식각 공정이 완료된 후에는 기판 반출을 위해 게이트 밸브(30)가 개방되고 기판 서셉터(140)가 다운 동작에 의해 하강하게 된다. 이때, 기판 출입부(180)의 통로(182)에 갇혀 있던 불활성가스가 공정 챔버(100) 측으로 배기됨으로써 공정 챔버(100)의 내부공간에 잔류하고 있는 식각가스가 기판 출입부(180)를 통해 로드락 챔버(20)로 혼입되는 것을 방지할 수 있다.
특히, 로드락 챔버(20)는 공정 챔버(100)의 압력보다 높게 유지하도록 하여 기판 반입 및 반출 동작시 잔류 식각 가스가 혼입되는 것을 방지한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 공정 챔버 130 : 가스 분사부
140 : 기판 서셉터부 150 : 링 플레이트
180 : 기판 출입부

Claims (5)

  1. 기판 처리 장치에 있어서:
    내부 공간에 기판 서셉터가 설치되는 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 일측에 설치되고, 상기 공정챔버의 내부공간으로 기판을 반입 및 반출하기 위한 통로를 제공하는 기판 출입부;
    상기 기판 출입부를 개폐하는 게이트 밸브;
    상기 공정 챔버의 내부공간에 설치되며, 상기 기판 출입부의 통로가 상기 공정 챔버의 내부공간과는 독립된 공간으로 구획되도록 상기 통로를 개폐하는 커버;
    상기 기판 서셉터를 업다운 시키기 위한 서셉터 구동부; 및
    상기 기판 서셉터에 설치되고, 상기 내부 공간이 상기 기판 서셉터 상부의 공정 영역과 상기 기판 서셉터 하부의 배기 영역으로 구획되도록 상기 기판 서셉터와 상기 공정 챔버의 외벽 사이를 커버하는 링 플레이트를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판 처리 장치는
    상기 기판 출입부의 통로에 불활성가스를 공급하기 위한 퍼지 공급부를 더 포함하고,
    상기 기판 출입부는
    상기 퍼지 공급부를 통해 공급되는 불활성가스를 상기 통로로 제공하는 가스공급홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 링 플레이트는
    다수의 배기공들을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 커버는
    상기 링 플레이트의 가장자리로부터 수직한 방향으로 연장되어 형성되고, 상기 기판 서셉터의 업다운 동작과 연동하여 상기 통로를 개폐하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2000357678A (ja) * 1999-06-17 2000-12-26 Nec Corp 半導体製造装置
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