KR101675931B1 - 트레이, 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 트레이, 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법에 관한 것으로, 내부에 공간이 형성되는 트레이 내부에 기판을 장착하는 과정과; 상기 챔버 내부에 구비되는 이송부를 통해 상기 트레이를 상기 챔버 내부로 인입하는 과정과; 상기 트레이에 기판 처리 가스 공급을 위한 제1노즐과, 상기 트레이 내에 공급되는 기판 처리 가스를 배출시키기 위한 제2노즐을 연결하는 과정과; 상기 제1노즐을 통해 상기 트레이 내에 기판 처리 가스를 공급하고 상기 제2노즐을 통해 기판 처리 가스를 배출시키면서 상기 기판을 처리하는 과정;을 포함하고, 기판에 형성되는 박막의 균일도 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 트레이, 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판의 처리 효율을 향상시킬 수 있는 트레이, 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 태양 에너지를 이용하는 방법은 크게 태양열을 이용하는 방법과 태양광을 이용하는 방법으로 구분된다. 태양열을 이용하는 방법은 태양에 의해 데워진 물 등을 이용하여 난방 및 발전을 하는 방법이며, 태양광을 이용하는 방법은 태양의 빛을 이용하여 전기를 발생시킴으로써 이 전기로 각종 기계 및 기구를 작동시킬 수 있도록 하는 방법이다.
이 중 태양광을 이용하는 태양전지는 무한정, 무공해의 태양 에너지를 이용하므로 연료비가 불필요하고, 대기오염이나 폐기물 발생이 없으며, 발전 부위가 반도체 소자로 이루어지기 때문에 기계적인 진동과 소음이 없다. 또한, 태양 전지의 수명이 최소 20년 이상으로 길고 발전 시스템을 자동화시키기에 용이하며, 운전 및 유지 관리에 따른 비용을 최소화할 수 있는 장점을 가지고 있다.
이러한 태양광을 이용하는 태양전지는 통상 결정질 실리콘 태양전지, 비정질 실리콘 태양전지, CIGS(Cu-In-Ga-Se) 태양전지, GaAs 태양전지, CdTe 태양전지 등이 있으며, 특히 CIGS 태양전지에 형성되는 화합물 반도체인 CIGS는 상온에서 에너지 밴드갭이 1 내지 1.4 eV 정도이고, 선형광흡수계수가 1 ×10-5㎝-1로 다른 반도체에 비하여 10 ~ 100 배 정도의 크기 때문에 태양전지의 흡수체로 주목받고 있다.
이와 같은, CIGS 태양 전지는 일반적으로 몰리브덴(Mo)으로 코팅된 유리 기판 상에 CIGS막 즉, 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se)의 화합물을 혼합하여 증착하고, 그 위에 황화카드뮴(CdS), 산화아연(ZnO), 플루오르화마그네슘(MgF2)을 순차적으로 형성한 후, 알루미늄(Al) 전극을 플루오르화마그네슘의 상부에 마지막으로 형성함으로써 구성된다. 여기서, CIGS 태양 전지의 효율을 결정하는 가장 중요한 인자는 CIGS막의 품질이며, 고효율을 가지는 CIGS막을 형성하기 위해서는 엄밀한 공정 제어가 필수적이다.
그러나 기판 상부에 CIGS막을 형성하는 과정에서 기판의 온도를 균일하게 제어하지 못하는 경우에는 CIGS 막의 그레인 성장 부진의 원인 및 막 밀도 저하의 원인으로 작용하여, 결과적으로 CIGS 태양전지의 전기적 특성이나 광 흡수 효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 공정 조건을 정밀하게 제어할 수 있는 트레이, 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법을 제공한다.
본 발명은 박막의 균일도 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 트레이, 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 트레이는, 기판이 안착되고, 일측에 기판 처리 가스가 공급되는 가스공급구와, 상기 가스공급구와 대향하는 방향에 상기 기판 처리 가스가 배출되는 가스배출구가 형성되는 프레임과, 상기 프레임 상부에 안착되어 상기 기판을 커버하고 상기 기판 상부에 상기 가스공급구에서 공급되는 기판 처리가스가 상기 가스배출구로 이동하는 경로를 형성하는 상부 커버를 포함할 수 있다.
상기 프레임의 양쪽에 돌출 형성되는 이동 가이드가 구비될 수 있다.
상기 프레임은 상하방향으로 개방되는 틀 형상으로 형성되고, 상기 프레임의 하부에는 상기 프레임의 하부를 폐쇄하는 하부 커버가 구비될 수 있다.
상기 하부 커버의 적어도 일면에는 요철구조가 형성될 수 있다.
상기 프레임은 상부가 개방되는 박스형상으로 형성되고, 상기 기판이 안착되는 상기 프레임의 상부면에는 요철구조가 형성될 수 있다.
상기 가스공급구와 상기 가스배출구는 상기 프레임의 저면과 상기 프레임의 내측면을 연통하도록 형성될 수 있다.
상기 가스공급구와 상기 가스배출구는 상기 프레임의 저면에 형성되고, 상기 프레임의 일측면에는 상기 가스공급구와 연통되는 복수의 분사구가 형성되고, 상기 프레임의 타측면에는 상기 가스배출구와 연통되는 복수의 배출구가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치는, 내부에 기판이 수용되는 트레이; 상기 트레이가 수용되는 내부공간이 형성되는 챔버; 상기 챔버 내부에 구비되어 상기 트레이를 이송 및 지지하는 이송부; 상기 챔버 내부에 구비되어 방사광을 방출하는 열원 유닛; 상기 트레이에 기판 처리 가스를 공급하는 가스공급장치; 상기 트레이에 공급되는 기판 처리 가스를 배출시키는 가스배출장치;를 포함할 수 있다.
상기 트레이는, 상하방향으로 개방되는 틀 형상으로 형성되고, 상기 기판을 지지하는 프레임과; 상기 프레임의 상부와 하부에 각각 구비되어 상기 기판이 수용되는 공간을 형성하는 상부 커버와 하부 커버; 및 상기 이송부에 안착되도록 상기 프레임의 양쪽에 각각 연결되는 이송가이드;를 포함할 수 있다.
상기 상부 커버는 상기 프레임의 상부에 안착되고, 상기 하부 커버는 상기 프레임의 하부에 연결되며, 상기 상부 커버의 면적은 상기 하부 커버의 면적과 동일하거나 클 수 있다.
상기 상부 커버와 상기 하부 커버는 흑유리, 그라파이트, SiC 및 Si-SiC 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 하부 커버의 적어도 일면에는 요철구조가 형성될 수 있다.
상기 트레이는 상부가 개방되는 박스형상으로 형성되는 프레임과, 상기 프레임의 상부에 안착되어 상기 기판을 커버하는 상부 커버를 포함하며, 적어도 상기 프레임의 상부면에는 요철구조가 형성될 수 있다.
상기 트레이는 흑유리, 그라파이트, SiC, Si-SiC 및 석영 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 프레임의 일측에는 상기 가스공급장치와 연통되는 가스공급구가 형성되고, 상기 프레임의 타측에는 상기 가스배출장치와 연통되는 가스배출구가 형성될 수 있다.
상기 프레임의 일측에는 상기 가스공급구와 연통되는 복수의 분사홀이 형성되고, 상기 프레임의 타측에는 상기 가스배출구와 연통되고 상기 복수의 분사홀과 대향하는 복수의 배출홀이 형성될 수 있다.
상기 챔버의 하부에 구비되고, 상기 상부 커버를 상하방향으로 이동시키는 승강수단을 포함할 수 있다.
상기 승강수단은 상기 챔버를 관통하며 상하방향으로 배치되는 리프트핀과, 상기 리프트핀을 상하방향으로 이동시키는 승강기를 포함하고, 상기 프레임에는 상기 리프트핀이 삽입되는 관통구가 형성될 수 있다.
상기 가스공급장치는 기판 처리 가스의 원료를 기화시키는 기화기와, 상기 기화기에서 발생하는 기판 처리 가스를 상기 가스공급구에 공급하고 상하방향으로 이동 가능한 제1노즐을 포함할 수 있다.
상기 가스공급장치는 냉각가스 저장부를 더 포함하고, 상기 제1노즐은 상기 냉각가스 저장부와 연결될 수 있다.
상기 가스배출장치는 상기 가스배출구와 연결되고 상하방향으로 이동 가능한 제2노즐과, 상기 제2노즐에 연결되는 펌프를 포함할 수 있다.
상기 이송부는 상기 챔버 내부의 양쪽에 이격되어 구비되고, 상기 챔버에 연결되고 서로 이격되어 나란하게 구비되는 복수의 롤러와, 상기 복수의 롤러를 회전시키는 구동수단;을 포함할 수 있다.
상기 복수의 롤러 각각은 상기 챔버 내부에 배치되는 지지부와, 상기 챔버의 외부에 구비되는 회전부를 포함하며, 상기 구동수단은 상기 회전부의 외측에 구비되어 상기 회전부의 외주면의 적어도 일부와 접촉하는 벨트 및 구동기를 포함하며, 상기 구동기는 상기 회전부 중 적어도 하나를 회전시켜 상기 복수의 롤러를 회전시킬 수 있다.
상기 챔버의 상부에 상하방향으로 이동 가능하도록 구비되고, 상기 트레이를 가압하는 클램핑수단을 포함할 수 있다.
상기 트레이의 이송방향에 대해서 전방과 후방에 구비되어 상기 트레이를 처리 위치에 정렬시키는 정렬수단이 구비될 수 있다.
상기 기판 처리 장치는 수평방향으로 적어도 하나 이상 구비되고 상기 챔버 사이에는 게이트가 구비될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 방법은, 기판 처리 방법으로서, 내부에 공간이 형성되는 트레이 내부에 기판을 장착하는 과정과; 챔버 내부에 구비되는 이송부를 통해 상기 트레이를 상기 챔버 내부로 인입하는 과정과; 상기 트레이에 기판 처리 가스 공급을 위한 제1노즐과, 상기 트레이 내에 공급되는 기판 처리 가스를 배출시키기 위한 제2노즐을 연결하는 과정과; 상기 제1노즐을 통해 상기 트레이 내에 기판 처리 가스를 공급하고 상기 제2노즐을 통해 기판 처리 가스를 배출시키면서 상기 기판을 처리하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 트레이를 상기 챔버 내부로 인입하는 과정 이후에 상기 트레이를 처리 위치에 정렬하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 정렬하는 과정 이후에 클램프 수단을 이용하여 상기 트레이의 상부를 가압하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 가압하는 과정 이후에 상기 제1노즐과 상기 제2노즐을 상기 트레이에 연결하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 기판을 처리하는 과정에서 기판 처리 가스의 원료를 기화시켜 상기 트레이에 공급할 수 있다.
상기 기판을 처리하는 과정에서 상기 제1노즐과 상기 제2노즐을 통해 상기 기판 처리 가스를 공급하고, 상기 기판이 처리된 이후 상기 제2노즐을 통해 상기 기판 처리 가스를 배출시킬 수 있다.
상기 기판을 처리하는 과정 이후에 상기 제1노즐을 이용하여 상기 트레이 내부에 냉각가스를 공급할 수 있다.
상기 냉각가스를 공급하기 이전 또는 이후에 상기 트레이를 구성하는 상부 커버를 개방할 수 있다.
상기 기판 처리 방법은 동일한 챔버 또는 서로 다른 챔버에서 적어도 1회 이상 연속적으로 수행할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르며, 실질적으로 기판이 처리되는 공간을 축소시켜 기판 처리를 위한 공정 조건을 정밀하게 제어할 수 있다. 따라서 기판에 형성되는 박막의 균일도 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 기판 처리에 사용되는 기판 처리 가스의 사용량을 저감시켜 생산비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 선A-A에 따른 단면도.
도 4는 도 2에 도시된 선B-B에 따른 단면도.
도 5는 도 2에 도시된 트레이의 분리 사시도.
도 6은 도 5에 도시된 트레이의 결합 상태를 보여주는 도면.
도 7은 트레이에서 기판 처리 가스의 흐름을 보여주는 도면.
도 8은 이송부의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 9는 이송부를 이용하여 트레이를 이송하는 상태를 보여주는 도면.
도 10은 정렬수단의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 11은 가스 공급 장치를 구성하는 기화기의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 과정을 나타내는 순서도.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 과정을 보여주는 단면도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 선A-A에 따른 단면도.
도 4는 도 2에 도시된 선B-B에 따른 단면도.
도 5는 도 2에 도시된 트레이의 분리 사시도.
도 6은 도 5에 도시된 트레이의 결합 상태를 보여주는 도면.
도 7은 트레이에서 기판 처리 가스의 흐름을 보여주는 도면.
도 8은 이송부의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 9는 이송부를 이용하여 트레이를 이송하는 상태를 보여주는 도면.
도 10은 정렬수단의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 11은 가스 공급 장치를 구성하는 기화기의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 과정을 나타내는 순서도.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 과정을 보여주는 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 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 제공 되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 선A-A에 따른 단면도이고, 도 4는 도 2에 도시된 선B-B에 따른 단면도이고, 도 5는 도 2에 도시된 트레이의 분리 사시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 트레이의 결합 상태를 보여주는 도면이고, 도 7은 트레이에서 기판 처리 가스의 흐름을 보여주는 도면이다. 그리고 도 8은 이송부의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 9는 이송부를 이용하여 트레이를 이송하는 상태를 보여주는 도면이고, 도 10은 정렬수단의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 11은 가스 공급 장치를 구성하는 기화기의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 내부에 기판(S)이 수용되는 트레이(200)와, 트레이(200)가 수용되는 내부공간이 형성되는 챔버(100)와, 챔버(100) 내부에 구비되어 트레이(200)를 이송 및 지지하는 이송부(130)와, 챔버(100) 내부에 구비되어 방사광을 방출하는 열원 유닛(120)과, 트레이(200)에 공정가스를 공급하는 가스공급장치(160) 및 트레이(200)에 공급되는 공정가스를 배출시키는 가스배출장치(170)를 포함할 수 있다. 본 실시 예에서는 열원 유닛(120)이 챔버(100)의 상부 및 하부에 배치된 예에 대해서 설명하지만, 열원 유닛(120)은 챔버(100)의 상부 및 하부 중 어느 한 부분에만 구비될 수도 있다. 열원 유닛(120)이 구비되는 위치에 따라 챔버(100)의 형태와 열원 유닛(120)의 연결 형태에 차이가 있을 수 있으나, 각 실시 예에 대한 구성 및 작용 효과는 동일하다.
먼저, 도 5 내지 도 7을 참조하여 트레이(200)의 구성에 대해서 설명한다. 트레이(200)는 기판(S)을 수용하기 위한 것으로 실질적으로 기판(S)이 처리되는 공간으로 사용될 수 있다. 트레이(200)는 기판(S)의 형상에 대응하는 형상, 예컨대 기판(S)이 사각 플레이트 형상인 경우 트레이(200)는 육면체로 형성될 수 있다. 이하에서는 트레이(200)가 육면체로 형성되는 것으로 설명하지만, 기판(S)의 형상에 따라 다양한 형상으로 변경할 수 있다.
트레이(200)는 사각틀 형상의 프레임(210)과, 프레임(210)의 하부에 결합되는 하부 커버(220)와, 프레임(210)의 상부에 안착되는 상부 커버(230) 및 프레임(210)의 양측에 결합되는 이송가이드(240)를 포함할 수 있다. 여기에서 트레이(200)가 틀 형상의 프레임(210)과 상부 커버(230) 및 하부 커버(220)를 포함하는 것으로 설명하지만, 프레임(210)은 상부가 개방된 박스 형상으로 형성되고 프레임(210) 상부에 상부 커버(230)가 안착되는 형상으로 형성될 수도 있다.
이하에서 트레이(200)의 이송방향에 대해서 나란한 방향은 트레이(200)의 길이 또는 길이방향이라 하고, 트레이(200)의 이송방향에 대해서 교차하는 방향은 트레이(200)의 폭 또는 폭방향이라 한다.
프레임(210)은 유리, 그라파이트(graphite), 세라믹, SiC, Si-SiC, 석영 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 프레임(210)은 기판(S)이 수용되는 공간을 형성할 수 있도록 기판(S)의 두께보다 높은 높이를 가질 수 있고, 기판(S)의 면적보다 넓은 면적을 갖도록 형성될 수 있다. 그리고 프레임(210)의 내측에는 기판(S)과 상부 커버(230)가 안착될 수 있도록 단차가 형성될 수 있다. 이때, 기판(S)과 상부 커버(230)는 서로 다른 높이를 가지며 안착될 수 있도록 프레임(210)에는 적어도 2개의 단차가 형성될 수 있다. 이에 기판(S)은 트레이(200) 내에서 기판(S)의 상부면과 하부면이 하부 커버(220) 및 상부 커버(230)와 이격될 수 있어, 기판(S)과 하부 커버(220) 및 상부 커버(230) 사이에 공간이 형성될 수 있다. 이 공간은 기판 처리 가스가 흐를 수 있는 유로로 사용될 수 있다.
하부 커버(220)는 프레임(210)의 하부에 볼트 등과 같은 고정부재(215)를 이용하여 고정될 수 있다. 상부 커버(230)는 프레임(210)의 상부에 안착되어 트레이(200) 내부를 밀폐시킬 수 있다. 이때, 상부 커버(230)는 기판(S)의 면적보다 크게 형성될 수 있고, 하부 커버(220)의 면적과 동일하거나 크게 형성될 수 있다.
하부 커버(220)와 상부 커버(230)는 방사광을 흡수하는 흑유리(black glass), 그라파이트(graphite), SiC, Si-SiC 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 이에 열원 유닛(120)으로부터 방출되는 방사광을 흡수하여 트레이(200) 내부에 장착된 기판(S)을 간접 가열할 수 있다. 이때, 흑유리는 가시 광선을 전역에 걸쳐 흡수하고, 대부분 투광하지 않도록 한 흑색의 유리로서, 산화망간(Ⅳ), 산화철(Ⅱ), 산화구리(Ⅱ), 산화코발트(Ⅱ) 등을 배합해서 제조한 착색제가 코팅된 것이다.
또한, 하부 커버(220)와 상부 커버(230)의 적어도 일면에는 요철구조가 형성될 수 있다. 요철구조는 하부 커버(220)와 상부 커버(230)의 발열 면적을 증가시켜 결과적으로는 기판(S)을 효율적으로 가열할 수 있다. 또한, 기판(S)이 안착되는 하부 커버(220)는 적어도 기판(S)이 안착되는 상부면에 요철구조를 형성하여 하부 커버(220)와 기판(S) 간의 접촉 면적을 감소시킴으로써 박막 증착 후 기판(S)이 하부 커버(220) 표면에 부착되는 현상을 억제 혹은 방지할 수 있다. 이때, 요철구조의 형상은 한정되지 않으며, 예컨대 라인, 포인트 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
이송가이드(240)는 프레임(210)에 연결되어 이송부(130)에 트레이(200)를 지지하며, 트레이(200)의 길이방향을 따라 형성될 수 있다. 이때, 이송가이드(240)에서 이송부(130)와 접촉하는 부분과 이송부(130)의 롤러(132)의 외주면에는 도 9에 도시된 바와 같이 서로 맞물려지는 형상의 요철구조가 형성되어 트레이(200)가 이송부(130)로부터 이탈하는 것을 방지할 수 있고, 트레이(200)가 이송방향에 대해서 교차하는 방향, 즉 폭방향으로 정위치를 유지하며 이송될 수 있다.
이러한 구성을 통해 트레이(200)는 내부에 기판(S)을 지지 및 수용하고, 내부에 기판 처리 가스가 흐르는 유로를 형성하여 기판(S)이 처리되는 공간을 형성할 수 있다. 이에 트레이(200)에는 기판 처리 가스, 예컨대 셀레늄 가스가 공급되는 가스공급구(211)와, 트레이(200) 내부로 공급되는 기판처리가스가 배출되는 가스배출구(213)가 형성될 수 있다.
가스공급구(211)와 가스배출구(213)는 프레임(210)에 형성될 수 있으며, 예컨대 가스공급구(211)와 가스배출구(213)는 트레이(200)의 폭방향에 대응하는 프레임(210)의 중심부에 각각 형성되되, 가스공급구(211)와 가스배출구(213)는 프레임(210)에서 서로 대향하도록 형성될 수 있다. 이에 기판처리가스가 프레임(210)의 일측에서 타측으로 흐르며 기판(S)의 전표면에 접촉될 수 있다. 가스공급구(211)와 가스배출구(213)의 형성 위치는 서로 대향하는 방향에 있다면 프레임(210)의 어느 쪽에 형성되어도 무방하다. 가스공급구(211)와 가스배출구(213)는 프레임(210)의 저면에 형성될 수 있으며, 이후 설명하는 가스공급장치(160)와 가스배출장치(170)와 연결될 수 있다.
가스공급구(211)와 가스배출구(213)는 프레임(210)의 저면에서 내측면을 연통하도록 형성되어 기판 처리 가스를 트레이(200) 내부로 공급 및 배출시킬 수 있지만, 트레이(200) 내부 전체에 걸쳐 기판 처리 가스를 균일하게 공급하기 위하여 가스공급구(211)와 연통되는 분사구(212)와, 가스배출구(213)와 연통되는 배출구(214)를 더 포함할 수도 있다.
프레임(210)에는 가스공급구(211)와 연통되어 가스공급구(211)를 통해 공급되는 기판 처리 가스를 트레이(200) 내부로 분사하는 분사구(212)가 형성될 수 있다. 분사구(212)는 프레임(210)의 내측 측면에 프레임(210)의 길이방향을 따라 이격되어 복수개로 형성될 수 있다.
그리고 프레임(210)에는 분사구(212)와 대향하는 방향에 기판 처리 가스가 배출되는 배출구(214)가 형성될 수 있으며, 배출구(214)는 분사구(212)와 같이 프레임(210)의 내측 측면에 트레이(200)의 폭방향을 따라 복수개로 형성될 수 있다. 배출구(214)는 가스배출구(213)와 연통되며, 이후 설명하는 가스배출장치(170)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
이에 기판 처리 가스는 가스공급구(211)로 공급되어 분사구(212)에 의해 트레이(200) 내부로 분사되고, 트레이(200) 내부로 분사된 기판 처리 가스는 트레이(200) 내부를 가로지르며 이동하여 배출구(214)로 유입되어 가스배출구(213)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
이러한 구성을 통해 챔버(100) 내부공간에서 기판을 처리하는 종래에 비해 기판(S)의 처리 공간을 줄여 기판(S)을 효율적으로 처리할 수 있다.
챔버(100)는 내부에 트레이(200)를 수용하여 가열해주기 위한 공간, 즉 진공의 가열공간이 마련된 구성으로서, 대략적인 형상은 도시된 바와 같이 중공의 박스 형상 또는 블록 형상으로 이루어질 수 있다. 그리고 챔버(100)는 하나의 몸체로 일체 제작될 수도 있으나, 여러 부품이 연결 또는 결합된 조립 몸체를 지닐 수도 있는데, 이 경우 각 부품 간의 연결 부위에는 밀폐(sealing) 수단(미도시)이 부가적으로 구비될 수 있다. 이에 따라 기판(S)의 가열 또는 냉각 시 장치 내에 투입되는 에너지를 절감해 줄 수 있다.
도 1에 도시된 챔버(100)는 상부가 개방된 하부 챔버(102)와, 하부가 개방되고 하부 챔버(102)의 상부 상부에 결합되는 상부 챔버(101)를 포함할 수 있다.
하부 챔버(102)는 기판이 수용되는 트레이(200)가 수용되는 내부공간을 형성하고, 일측면 또는 서로 대향하는 양측면에는 기판의 인입 및 반출을 위한 게이트(103)가 형성될 수 있다.
하부 챔버(102)의 내부 바닥에는 열원 유닛(120)이 구비될 수 있으며, 이에 하부 챔버(102)의 내부 바닥면에는 열원 유닛(120)의 설치를 위한 고정홈(107)이 형성될 수 있다.
상부 챔버(101)는 하부 챔버(102)의 상부에 결합되어 내부 공간을 밀폐시킨다. 이에 상부 챔버(101)와 하부 챔버(102)의 결합 부위에는 챔버(100) 내부공간을 밀폐하기 위한 기밀부재(미도시)가 구비될 수 있다. 상부 챔버(101)의 내부에는 열원 유닛(120)이 구비될 수 있으며, 하부 챔버(102)와 같이 열원 유닛(120) 설치를 위한 고정홈(107)이 형성될 수 있다.
고정홈(107)은 열원 유닛(120)으로부터 방출되는 방사광이 기판(S) 측으로 집광되어 조사될 수 있도록 아치(arch)형으로 형성되는 것이 좋다. 또한, 고정홈(107)은 열원 유닛(120)보다 크게 형성하여 고정홈(107)의 표면과 열원 유닛(120)의 표면이 이격되어 형성될 수 있도록 함으로써 방사광이 효과적으로 집광될 수 있도록 하는 것이 좋다. 특히, 하부 챔버(102) 하부에 형성되는 고정홈(107)은 열원 유닛(120)의 직경보다 낮은 깊이로 형성되어 열원 유닛(120)이 돌출 형성되도록 함으로써 기판 처리 시 기판(S)이 열원 유닛(120)에 직접 접촉되도록 할 수도 있다.
또한, 하부 챔버(102)와 상부 챔버(101)에는 냉각 가스가 공급되는 냉각 라인(미도시)가 형성되어, 열원 유닛(120)에서 발생하는 방사광에 의해 챔버(100) 자체 온도가 지나치게 증가하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 하부 챔버(102)의 측벽에는 기판(S)의 반입 및 반출을 위한 게이트(103)가 형성될 수 있다. 본 실시 예에서는 챔버(100)의 양쪽 측벽에 게이트(103)를 형성한 것으로 설명하고 있지만, 챔버(100)의 일 측벽에만 게이트(103)를 형성하고 이를 기판(S)의 반입 및 반출에 공통으로 사용할 수도 있다.
챔버(100)에는 챔버(100) 내부의 가스를 배출하고 챔버(100) 내부에 진공을 형성하기 위한 배기구(105)가 형성될 수 있다. 배기구(105)에는 챔버(100) 내부의 가스가 배출되는 배기라인(176)이 연결되고, 배기라인(176) 상에는 펌프(174)가 구비될 수 있다. 그러나 이후에 설명하는 가스배출장치(170)가 이러한 역할을 수행할 수도 있으므로, 배기구(105)는 선택적으로 형성될 수 있다.
챔버(100)의 내벽에는 라이너(미도시)가 형성될 수도 있다. 라이너는 챔버(100) 내부에서 공정 가스가 도달할 수 있는 모든 곳에 형성되어 공정 중 발생하는 오염물을 흡착시킨다. 이와 같이 라이너를 챔버(100) 내벽에 적용함으로써 장비 전체를 세정하지 않고 라이너만 교체하여 장비의 유지 보수 주기를 연장할 수 있다. 이때, 라이너는 그라파이트(graphite) 또는 탄화규소(SiC)가 코팅된 그라파이트, 탄화규소(Silicon Carbide), 질화규소(Silicon nitride), 알루미나(Al2O3), 질화 알루미늄(Aluminum nitride) 및 석영(Quartz) 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
열원 유닛(120)은 챔버(100)에 형성된 고정홈(107)에 설치되어 챔버(100) 내부로 인입되는 트레이(200) 내 기판(S)을 가열한다. 열원 유닛(120)은 방사광을 발생시키는 열원(122)과, 열원(122)을 감싸 보호하고 열원(122)에서 발생되는 방사광을 외부로 투과시키는 투과창(124)을 포함할 수 있다. 투과창(124)은 기판(S)을 처리하는 과정에서 기판(S)을 처리하는 물질, 예컨대 박막 물질이 열원(122)에 증착되는 것을 방지하는 동시에, 기판(S) 처리 과정에서 챔버(100) 내부에 인가되는 압력으로부터 열원(122)을 보호하여 열원(122)의 수명을 향상시킨다.
열원(122)은 텅스텐 할로겐 램프, 카본 램프 및 루비 램프 중 적어도 어느 한 가지가 사용될 수 있으며, 선형의 열원(122)이 사용될 수도 있고, 벌브(bulb) 형태의 열원(미도시)이 사용될 수 있다.
선형의 열원(122)을 사용하는 경우, 복수 개의 열원 유닛(120)을 일정한 간격으로 나란하게 배열하여 사용할 수도 있고, 복수 개의 열원 유닛(120)을 격자 형태로 배열하여 사용할 수도 있다. 열원 유닛(120)과 챔버(100)와의 연결부위에는 오링 등의 밀폐부재(미도시)를 삽입하여 챔버(100) 내부를 밀폐시킴으로써 공정 중 챔버(100) 내의 공정가스가 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
열원(122)의 표면 일부에는 반사체(미도시)가 형성될 수도 있다. 선형 열원(122)의 경우 방사광이 방사상으로 방출되는데, 가열 대상인 기판(S)은 열원(122)의 일방향에 배치되기 때문에 열원(122)으로부터 방출되는 방사광의 진행 방향을 제어하여 기판(S)의 가열 효율을 높일 필요가 있다. 따라서 열원(122)의 표면 일부에 방사광을 기판(S) 측으로 반사시키기 위한 반사체를 형성할 수 있다. 반사체는 열원(122)의 중심부로부터 20° 내지 300°범위의 외주면에 형성되는 것이 좋다. 반사체가 제시된 범위보다 넓은 범위에 형성되는 경우 방사광이 투과되는 영역이 매우 좁아져 기판(S)을 균일하게 가열하기 어렵고, 제시된 범위보다 좁은 범위에 형성되는 경우에는 반사체를 통해 방사광의 반사되는 정도가 감소하여 기판(S)을 효과적으로 가열하기 어려운 문제가 있다. 이와 같은 반사체는 반사율이 우수한 재질로 형성될 수 있으며, 세라믹이나 Ni 또는 Ni/Au 합금 등의 금속재질로 형성될 수 있다.
한편, 열원 유닛(120)이 설치되는 고정홈(107)의 표면에 반사체(109)를 형성할 수도 있다. 고정홈(107)은 열원(122)에서 방출되는 방사광을 집광할 수 있도록 아치형으로 형성되기 때문에 고정홈(107)의 표면에 반사체(109)를 형성하면 방사광이 고정홈(107)의 표면에서 반사되어 기판(S) 측으로 조사될 수 있다. 이를 통해 방사광의 집광 효율을 더욱 향상시킬 수 있어 보다 적은 전력을 이용해서 기판(S)을 효과적으로 가열할 수 있게 된다.
벌브 형태의 열원을 사용하는 경우에는 복수 개의 열원 유닛을 서로 인접하도록 배열하거나 방사형으로 배열하여 사용할 수도 있다. 이 경우, 벌브 형태의 열원은 상부 챔버(101) 또는 하부 챔버(102) 표면에 직교하는 방향으로 삽입되어 설치되기 때문에 상부 챔버(101) 또는 하부 챔버(102)에는 홀 형태의 고정홈이 형성된다. 이때, 고정홈에는 실린더 형태의 투과창(미도시)을 삽입하여 열원이 챔버(100) 내부공간에 직접 노출되는 것을 방지할 수도 있다.
챔버(100)에는 기판(S)이 수용되는 트레이(200)의 온도를 측정하는 온도 측정 유닛(미도시)이 구비될 수도 있다. 온도 측정 유닛은 상하방향으로 이동 가능하도록 구성되어 열원 유닛(120) 사이에 적어도 한 개 이상 배치될 수 있으며, 기판(S)의 온도를 접촉방식 또는 비접촉방식으로 측정할 수 있다. 온도 측정 수단은 다양한 측정 기구들이 적용될 수 있는데, 특히 비접촉 방식으로 기판(S)의 온도를 측정하는 경우에는 트레이(200)으로부터 방출되는 복사 에너지를 감지하여 온도를 측정할 수 있는 고온계(pyrometer)가 사용될 수도 있다. 이때, 트레이(200)를 구성하는 상부 커버(230) 및 하부 커버(220)는 방사광을 흡수하는 흑유리로 형성되기 때문에 트레이(200) 내부에 구비되는 기판(S)과 거의 유사한 온도를 나타낼 수 있다. 따라서 트레이(200)의 온도를 측정하면 기판(S)의 온도를 예측할 수 있다.
도 8을 참조하면, 이송부(130)는 챔버(100) 내부에 배치되는 복수의 롤러(132)와, 롤러(132)를 회전 및 수평방향으로 이동시키는 구동수단을 포함할 수 있다.
롤러(132)는 챔버(100), 보다 구체적으로는 하부 챔버(102)의 양쪽에 구비될 수 있으며, 하부 챔버(102)의 양측면을 관통하며 일부는 챔버(100) 내부에 나머지는 챔버(100) 외부에 배치될 수 있다. 즉, 롤러(132)는 챔버(100) 내부에 구비되는 지지부(132a)와, 챔버(100) 외부에 구비되는 회전부(132b)를 포함할 수 있으며, 지지부(132a)는 챔버(100) 내부에서 트레이(200)를 지지 및 이송하고, 회전부(132b)는 구동수단에 연결되어 회전부(132b)를 회전시킬 수 있다. 이때, 지지부(132a)의 외주면에는 앞서 설명한 바와 같이 트레이(200)의 이송 가이드(240)의 저면에 형성되는 요철구조와 맞물려지는 요철구조가 형성될 수 있다(도 9 참조). 복수의 롤러(132)는 챔버(100) 내부의 양쪽에 기판(S)의 이송방향을 따라 구비될 수 있으며, 챔버(100) 내부의 양쪽에 서로 대향하도록 구비될 수도 있고, 서로 엇갈리도록 구비될 수도 있다.
구동수단은 챔버(100)의 외부에서 회전부(132b)의 상부 또는 하부에 구비되며 이격되어 구비되는 텐셔너(136)와, 적어도 회전부(132b)의 외측에서 회전부(132b)를 감싸며 구비되는 벨트(134) 및 복수의 회전부(132b) 중 적어도 하나를 회전시키는 구동기(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 구동수단은 롤러(132)의 회전부(132b)를 통해 전달되는 챔버(100) 내부의 열에 의해 벨트(134)나 구동기 등이 열화되는 것을 방지하기 위한 냉각수단(미도시)을 포함할 수 있다.
텐셔너(136)는 챔버(100)의 양측면에 각각 구비될 수 있으며, 회전부(132b)가 구비되는 챔버(100)의 일측에서 회전부(132b) 사이마다 구비될 수 있다. 이때 텐셔너(136)는 회전부(132b)를 효과적으로 회전시키기 위해서 벨트(134)를 가압하여 벨트(134)의 내면이 회전부(132b)의 외주면과 접촉시키는 역할을 한다.
구동기는 회전부(132b)를 회전시켜 롤러(132)를 회전시킴으로써 기판(S)이 수용되는 트레이(200)를 이송할 수 있다. 즉, 구동기는 회전부(132b) 중 적어도 하나를 회전시키게 되고, 이에 회전부(132b)와 접촉하는 벨트(134)가 회전하게 된다. 이에 벨트(134)와 접촉하고 있는 모든 회전부(132b)가 회전하면서 챔버(100) 내부에 배치되는 지지부(132a)가 회전하면서 트레이(200)를 이동시킬 수 있다.
이와 같은 구성을 통해 본 발명의 실시 예에서는 이송부(130)를 통해 기판(S)이수용되어 있는 트레이(200)를 처리 위치로 이동시킴은 물론, 기판(S)을 처리한 이후에는 트레이(200)를 챔버(100) 외부로 반출할 수 있다.
이송부(130)에 의해 트레이(200)가 처리 위치로 이송되면, 트레이(200)를 정확한 처리 위치에 배치할 수 있는 정렬수단(180)을 포함할 수 있다.
도 10을 참조하면, 정렬수단(180)은 챔버(100)의 상부측 또는 하부측에 구비되어 트레이(200)의 이송방향에 전방 및 후방, 즉 트레이(200)의 길이방향에서 트레이(200)의 위치를 조정할 수 있다. 정렬수단(180)은 챔버(100) 상부측에서 클램핑수단(140)과 교차하는 방향으로 구비될 수 있다.
정렬수단(180)은 이격되어 구비되는 한 쌍의 정렬핀(184)과, 정렬핀(184)을 상하방향으로 이동시키고 회동시키는 정렬기(182)를 포함할 수 있다. 이때, 정렬핀(184)은 챔버(100)의 상부를 통해 챔버(100) 내부에 배치될 수 있으며, 끝단(184a)이 'L'자로 절곡될 수 있다. 한 쌍의 정렬핀(184)은 적어도 트레이(200)의 길이보다 넓은 간격을 갖도록 이격될 수 있다. 이때, 한 쌍의 정렬핀(184)은 절곡된 끝단(184a)이 트레이(200)의 폭방향으로 배치되어 있다가 트레이(200)가 이송이 완료되면 트레이(200)측을 향하도록 회전할 수 있다. 정렬핀(184)의 절곡된 끝단(184a)이 트레이(200)를 향하도록 회전하면 그 끝단이 트레이(200)에 접촉되면서 트레이(200)가 처리 위치에 배치될 수 있다. 이때, 정렬핀(184)과 트레이(200)가 원활하게 접촉할 수 있도록 정렬핀(184)의 끝단(184a)은 곡면 처리하는 것이 좋다.
이러한 구성을 통해 트레이(200)는 이송부(130) 및 정렬수단(180)을 통해 그 길이방향 및 폭방향으로 정렬될 수 있으므로, 가스공급장치(160) 및 가스배
챔버(100)의 상부에는 클램핑수단(140)이 구비될 수 있다. 클램핑수단(140)은 전술한 바와 같이 정렬수단(180)과 교차하는 방향으로 구비될 수 있으며, 클램핑수단(140)은 트레이(200)를 가압하여 기판 처리 위치에 고정시키는 역할을 한다. 클램핑수단(140)은 클램프(144)와, 클램프(144)를 상하방향으로 이동시키는 구동기(142)를 포함할 수 있다. 클램프(144)는 챔버(100)의 상부, 즉 리드(101)를 관통하며 구동기(142)와 연결되는 상부는 챔버(100)의 외부에 배치되고 트레이(200)를 가압하기 위한 끝단은 챔버(100) 내부에 배치될 수 있다. 클램핑수단(140)은 정렬수단(180)에 의해 트레이(200)가 기판 처리 위치에 정렬되면 클램프(144)를 하강시켜 트레이(200)의 상부를 가압함으로써 트레이(200)를 롤러(132) 상부에 고정시킬 수 있다.
또한, 챔버(100)의 하부에는 트레이(200)를 구성하는 상부 커버(230)를 상하방향으로 이동시키는 승강수단(150)을 포함할 수 있다. 승강수단(150)은 기판(S) 처리 후 기판(S)이 원활하게 냉각될 수 있도록 기판(S) 상부에 배치되는 상부 커버(230)를 기판(S) 상부로부터 이격시켜 트레이(200) 내부 공간을 노출시키기 위한 것이다. 승강수단(150)은 리프트핀(154)과, 리프트핀(154)을 상하방향으로 이동시키는 승강기(152)를 포함할 수 있다. 리프트핀(154) 챔버(100)의 하부를 관통하며 열원 유닛(120) 사이에 배치되고, 승강기(152)의 구동에 의해 상승 및 하강한다.
일반적으로 승강수단(150)은 챔버(100) 내에서 기판을 상승 및 하강시키는데 사용되지만, 본 발명에서는 기판(S)을 덮고 있는 상부 커버(230)를 상승 및 하강시키기 위한 것이다. 이에 트레이(200)에는 리프트핀(154)이 삽입되는 관통구(216)가 형성될 수 있으며, 관통구(216)는 적어도 프레임(210)에 형성될 수 있다. 기판(S)의 처리가 완료되면 승강기(152)는 리프트핀(154)을 상승시켜 관통구(216)로 삽입하여 관통구(216) 상부로 노출시킴으로써 상부 커버(230)를 상승시킬 수 있다. 이에 기판(S)은 챔버(100) 내부공간으로 노출되어 효과적으로 냉각될 수 있다.
참고로, 도시되어 있지 않지만 프레임(210)에는 기판(S)을 트레이(200)에 로딩 및 언로딩하기 삽입구(미도시)가 형성될 수 있다. 삽입구는 기판(S)을 상승 및 하강시킬 수 있는 리프트핀(미도시)을 삽입하기 위한 것으로 관통구(216)보다 내측에 형성될 수 있다. 여기에서 전술한 승강수단(150)의 리프트핀과는 서로 다른 구성으로서, 챔버(100) 외부에 구비되며 기판의 로딩 및 언로딩을 위한 공지의 리프트핀과 거의 유사한 형태로 구성될 수 있다.
가스공급장치(160)는 챔버(100)의 하부측에 구비되어 트레이(200) 내부로 기판 처리 가스를 공급할 수 있다. 가스공급장치(160)는 기판 처리 가스의 원료를 기화시켜 기판 처리 가스를 생성하는 기화기(162)와, 기화기(162)에서 생성된 기판 처리 가스를 트레이(200)에 공급하는 제1노즐(166)을 포함할 수 있다. 또한, 가스공급장치(160)는 냉각가스저장부(미도시)를 포함할 수 있으며, 냉각가스저장부와 제1노즐(166)을 상호 연결하여 트레이(200)에 냉각가스를 공급하기 위한 냉각라인(164)을 포함할 수 있다.
도 11을 참조하면, 기화기(162)는 상부가 개방되고 내부에 기판 처리 가스의 원료, 예컨대 셀레늄(Se)을 수용하는 도가니(162a)와, 도가니(162a) 상부를 커버하는 덮개(162b)와, 도가니(162a)와 덮개(162b)를 가열하는 가열체(162c)를 포함할 수 있다. 또한, 도가니(162a)와 덮개(162b)에는 단열재(미도시)가 구비되어 도가니(162a) 내부 온도를 일정하게 유지하여 기판 처리 가스의 원료를 효과적으로 기화시킬 수 있다. 덮개(162b)에는 도가니(162a) 내부에서 생성된 기판 처리 가스, 예컨대 셀레늄 가스를 배출시키기 위한 배출관(162d)이 연결될 수 있다. 배출관(162d)에는 발열체(162e)가 구비되어 도가니(162a)에서 발생하는 기판 처리 가스의 온도 저하를 억제할 수 있다. 배출관(162d)은 제1노즐(166)과 연통되어 도가니(162a) 내에서 발생한 기판 처리 가스를 제1노즐(166)로 공급할 수 있다.
제1노즐(166)은 챔버(100)의 하부, 구체적으로는 챔버(100)의 바닥면을 관통하여 일부는 챔버(100)의 외부에 나머지는 챔버(100) 내부에 구비될 수 있으며, 상하방향으로 이동 가능하도록 형성될 수 있다. 제1노즐(166)은 챔버(100)의 하부에서 상하방향으로 이동하며, 챔버(100) 내부에서 기판 처리 위치에 배치되는 트레이(200)에 연결될 수 있다. 제1노즐(166)은 트레이(200)의 하부 일측에 형성되는 가스공급구(211)에 연결되어 트레이(200) 내부로 기판 처리 가스를 공급할 수 있다. 이렇게 가스공급구(211)로 공급되는 기판 처리 가스는 가스공급구(211)와 연통되는 복수의 분사구(212)를 통해 트레이(200) 내부에 균일하게 공급될 수 있다.
냉각라인(164)은 제1노즐(166)과 연통되어 냉각라인(164)으로 유입되는 냉각가스, 예컨대 질소 가스를 제1노즐(166)을 통해 트레이(200)에 공급할 수 있다. 냉각라인(164)과 기화기(162)의 배출관(162)에는 밸브(164a, 166a)가 각각 구비되어 제1노즐(166)을 통해 트레이(200)에 냉각가스와 기판처리가스를 선택적으로 공급할 수 있다.
그리고 도시되어 있지는 않지만, 냉각라인은 제2노즐(172)에 연결될 수도 있다. 이에 제1노즐(164)과 제2노즐(172)을 통해 트레이(200)에 냉각가스를 공급하여 기판(S)을 냉각시킬 수도 있다. 이때, 트레이(200)를 구성하는 상부 커버(230)가 프레임(210)에 고정되어 있지 않고, 기판(S) 냉각 시 상부 커버(230)를 상승시켜 기판(S)을 챔버(100) 내에 노출시키기 때문에 제1노즐(264) 및 제2노즐(172)을 통해 냉각가스를 공급해도 무방하다. 이 경우 챔버(100)에 형성되는 배기구(105)를 개방하여 냉각가스를 챔버(100) 외부로 배출시킬 수 있다.
가스배출장치(170)는 챔버(100)의 하부측에 구비되어 트레이(200) 내부로 공급된 기판 처리 가스를 외부로 배출시킬 수 있다. 가스배출장치(170)는 트레이(200)에 연결되는 제2노즐(172)과, 제2노즐(172) 상에 구비되는 펌프(174)를 포함할 수 있다. 이때, 펌프(174)는 배기구(105)에 연결되는 배기라인(176) 상에 구비되는 펌프(174)와 동일할 수 있다. 따라서 배기라인(176)과 제2노즐(172)에는 밸브(172a, 176a)가 각각 구비되어 펌프(174)를 통해 트레이(200) 내부 또는 챔버(100) 내부의 가스를 선택적으로 배출시킬 수 있다.
또한, 가스배출장치(170)는 기화기(162)와 바이패스라인(169)에 의해 연결되어 기판 처리 후 기화기(162) 내 잔류하는 가스를 바이패스라인(169)을 통해 외부로 배출시킬 수 있다. 바이패스라인(169)은 가스배출장치(170)의 펌프(174)와 연결되고, 바이패스라인(169)에는 밸브(169a)가 구비되어 기화기(162) 내 기판 처리 가스를 선택적으로 배출시킬 수 있다.
그리고 도시되어 있지는 않지만, 제2노즐(172)는 트레이(200) 내부에 기판 처리 가스를 공급할 수도 있다. 제1노즐(164)과 제2노즐(172)를 상호 연결하는 연결관(미도시)가 구비되어, 기화기(162)에서 발생하는 기판 처리 가스를 제1노즐(164)과 제2노즐(172)을 통해 트레이(200)에 공급할 수 있다. 이 경우, 연결관에는 기판 처리 가스의 공급 및 차단을 위한 밸브가 구비될 수 있으며, 제2노즐(172)은 밸브의 개폐에 의해 기판 처리 가스의 공급과 배출을 선택적으로 수행하며 기판(S) 표면에 박막을 증착할 수 있다.
이와 같이 구성되는 기판 처리 장치는 하나로 이루어져 기판을 처리할 수도 있고, 복수개가 일렬로 배치되어 기판을 인라인으로 처리할 수도 있다. 후자의 경우 복수의 챔버는 게이트를 통해 개폐 가능하여 각각 서로 다른 조건에서 공정을 수행할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법에 대해서 설명한다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 과정을 나타내는 순서도이고, 도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 과정을 보여주는 단면도이다.
본 발명에 따른 기판 처리 방법은 기판에 다양한 종류의 박막을 증착하는데 사용될 수 있으며, 이하에서는 태양전지의 광흡수층을 구성하는 박막 중 하나인 셀레늄(Se)막을 형성하는 방법에 대해서 설명한다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법은, 트레이(200) 내부에 기판(S)을 장착하는 과정(S100)과, 트레이(200)를 이송하여 챔버(100) 내부에 인입시키는 과정(S110)과, 정렬수단(180)을 이용하여 트레이(200)를 기판 처리 위치, 즉 정위치에 정렬하는 과정(S120)과, 클램핑수단(140)으로 트레이(200)를 가압하여 트레이(200)를 기판 처리 위치에 고정하는 과정(S130)과, 가스공급장치(160)의 제1노즐(166)과 가스배출장치(170)의 제2노즐(172)을 트레이(200)에 연결하는 과정(S140)과, 챔버(100) 내부 분위기를 조절하는 과정(S150)과, 기판 처리 가스를 공급 및 배출시키면서 기판(S)을 처리하는 과정(S160)과, 기판(S)을 냉각시키는 과정(S170)과, 챔버(100) 외부로 트레이(200)를 반출하는 과정(S180)을 포함할 수 있다.
먼저, 기판(S)을 트레이(200) 내부에 장착하는 과정은 트레이(200)의 상부 커버(230)를 상승시킨 후 기판(S)을 트레이(200) 내부, 즉 프레임(210)에 안착시킨다. 이때, 기판(S)은 Mo/Cu/In 적층 구조가 형성된 유리기판(S)일 수 있다.
프레임(210)에 기판(S)이 안착되면 상부 커버(230)를 하강시켜 트레이(200) 내부를 폐쇄시킨다. 이와 같이 기판(S)을 트레이(200)에 안착시키는 과정은 기판의 처리가 실시되는 챔버(100) 외부, 예컨대 후술하는 이송챔버(10)에서 수행될 수 있다.
트레이(200) 내부에 기판(S)이 장착되면, 게이트(103)를 개방하여 트레이(200)를 챔버(100) 내부로 인입시킨다. 이때, 챔버(100)의 일측에는 트레이(200)를 챔버(100)로 이송하는 이송챔버(10)가 구비될 수 있으며, 이송챔(10)버에서 트레이(200)가 챔버(100) 내부로 진입하면 챔버(100) 내부에서는 이송부(130)를 통해 트레이(200)를 이송한다.
트레이(200)가 챔버(100) 내부로 인입되면, 게이트(103)를 폐쇄시키고 정렬수단(180)을 통해 트레이(200)를 기판 처리 위치, 즉 정위치에 배치시킨다. 이때, 정렬수단(180)은 트레이(200)의 이송방향에 대해서 전방 및 후방의 위치를 정렬한다.
이를 통해 트레이(200)가 기판 처리 위치에 정렬되면, 클램핑수단(140)을 이용하여 트레이(200)를 기판 처리 위치에 고정시킨다.
트레이(200)가 기판 처리 위치에 고정되면, 가스공급장치(160)의 제1노즐(166)과 가스배출장치(170)의 제2노즐(172)이 상승하여 트레이(200)에 형성되는 가스공급구(211)와 가스배출구(213)에 각각 연결된다.
챔버(100)의 배기구(105)를 통해 챔버(100) 내부의 가스를 배출시켜 챔버(100) 내부에 진공을 형성하며, 열원 유닛(120)을 통해 기판 처리 온도가 되도록 챔버(100) 내부 온도를 조절한다.
이후, 기판을 처리하는 공정을 수행할 수 있으며, 기판 처리 공정은 적어도 2회 이상 수행될 수 있다. 이하에서는 기판을 2회에 걸쳐 처리하는 예에 대해서 설명한다.
1차 기판 처리 공정을 수행하기 위해 챔버(100) 내부 분위기, 즉 온도 및 압력을 조절한다.
챔버(100) 내부 압력은 450 내지 550torr 정도로 조절될 수 있고, 챔버(100) 내부 온도는 250 내지 350℃ 정도로 조절될 수 있다. 여기에서는 트레이(200)를 기판 처리 위치에 고정시킨 후 챔버(100) 내부 압력 및 온도를 조절하는 것으로 설명하고 있지만, 기판을 처리하기 전, 즉 기판(S) 상부에 셀레늄막을 형성하기 이전에 수행될 수 있다.
챔버(100) 내부 압력 및 온도가 목표하는 범위로 조절되면, 제1노즐(166)을 통해 트레이(200) 내부에 기판 처리 가스를 공급하여 1차 기판 처리 공정을 수행한다. 이와 함께 제2노즐(172)을 통해 트레이(200) 내부로 공급되는 가스, 기판 처리가 완료된 가스를 배출시킨다. 기판 처리 가스는 기판 처리 가스의 원료인 셀레늄(Se)을 도가니(162a)에 장입하고 가열체(162c)를 이용하여 도가니(162a)의 온도를 상승시킴으로써 셀레늄을 기화시켜 생성될 수 있다. 이와 같이 셀레늄을 기화시킨 셀레늄 가스를 이용하여 박막을 증착하면, 종래에 기판 처리 가스로 사용되는 H2Se를 이용하여 박막을 증착할 때보다 챔버(100) 내 부산물의 발생을 억제할 수 있어 증착되는 박막의 품질을 더욱 향상시킬 수 있다.
이와 같이 기판 처리 가스를 트레이(200) 내부로 공급하여 기판을 처리하면, 비교적 체적이 큰 챔버(100) 내에 기판을 처리하는 경우보다 기판의 온도 조절이 용이하고 기판 처리 가스가 기판 전체에 걸쳐 균일하게 공급될 수 있으므로 기판 처리 효율, 즉 박막의 균일도를 향상시킬 수 있다.
1차 기판 처리 공정은 약 30 내지 60초간 수행될 수 있다. 기판 처리 시간이 제시된 범위보다 짧거나 긴 경우에는 원하는 막 두께를 얻을 수 없으므로, 제시된 범위 내에서 기판 처리 공정을 수행하는 것이 좋다.
1차 기판 처리 공정이 완료되면, 2차 기판 처리 공정을 수행한다. 2차 기판 처리 공정은 1차 기판 처리 시 조절된 챔버(100) 압력을 그대로 유지하면서 1차 기판 처리 공정보다 높은 온도에서 수행될 수 있다. 2차 기판 처리 공정을 위해 챔버(100) 내부 온도를 5 내지 10℃/초 정도의 속도로 승온시켜 목표 온도인 600 내지 700℃ 정도로 조절한다. 챔버(100) 내부 온도를 승온시키는 동안 트레이(200) 내부로 기판 처리 가스를 공급할 수도 있고 공급을 중단할 수도 있다.
챔버(100) 내부 온도가 목표 온도로 되면, 1차 기판 처리 공정에서와 같이 제1노즐(166)을 통해 기판 처리 가스를 공급하고 제2노즐(172)을 통해서는 기판 처리 가스를 배출하면서 기판 상부에 셀레늄막을 증착할 수 있다. 2차 기판 처리 공정은 150 내지 300초 정도 수행할 수 있으며, 2차 기판 처리 공정 시간이 제시된 범위보다 짧거나 긴 경우 원하는 두께의 막을 얻을 수 없다.
여기에서는 제1노즐(164)을 통해서는 기판 처리 가스를 공급하고 제2노즐(172)을 통해서는 기판 처리 가스를 배출시키는 것으로 설명하였으나, 필요에 따라서는 제1노즐(164)과 제2노즐(172)을 통해서 기판 처리 가스를 공급하여 셀레늄막을 증착하고 셀레늄막이 증착되면 제2노즐(172)을 통해서 잔류하는 기판 처리 가스를 배출시킬 수도 있다.
1차 및 2차 기판 처리 공정으로 기판 상부에 셀레늄막이 증착되면, 기판 처리 가스의 공급을 중단하고 제1노즐(166)을 통해 질소(N2) 등의 냉각가스를 공급한다. 그리고 제2노즐(172)을 통해서는 기판을 냉각시키는데 사용되는 냉각가스를 외부로 배출시킬 수 있다. 이때, 도가니(162a) 내부에 잔류하는 기판 처리 가스는 가스배출장치(170)와 연결되는 바이패스라인(169)을 통해 외부로 배출시킬 수 있다. 이와 함께 클램핑수단(140)을 상승시켜 트레이(200)에 가해지는 압력을 해제한 후 승강수단(150)의 리프트핀(154)을 상승시켜 트레이(200)의 프레임(210)에 형성되는 관통구(216)로 삽입하여 상부 커버(230)를 상승시킨다. 여기에서는 트레이(200)에 냉각가스를 공급한 이후 상부 커버(230)를 상승시키는 것으로 설명하였으나, 기판 처리가 완료된 이후, 예컨대 냉각가스를 공급하기 이전에 상부 커버(230)를 상승시킬 수도 있다. 이에 기판(S)은 챔버(100) 내부에 노출되어 기판(S)이 트레이(200) 내에 수용되어 있을 때보다 용이하게 냉각될 수 있다.
기판(S)이 어느 정도 냉각되면, 리프트핀(154)을 하강시켜 상부 커버(230)를 프레임(210) 상에 안착시키고, 제1노즐(166) 및 제2노즐(172)을 트레이(200)으로부터 분리시킨다.
이후 이송부(130)를 통해 트레이(200)를 챔버(100) 외부, 즉 이송챔버(100)로 반출시킨다.
여기에서는 기판 처리 공정이 하나의 챔버 내에서 인시튜로 수행되는 것으로 설명하였으나, 챔버를 복수개로 구비하여 1차 기판 처리 공정과 2차 기판 처리 공정이 서로 다른 챔버에서 인라인으로 수행될 수도 있다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술 되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술 되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
100 : 챔버 101 : 상부 챔버
102 : 하부 챔버 120 : 열원 유닛
130 : 이송부 132 : 롤러
140 : 클램핑수단 150: 승강수단
160 : 가스공급장치 170 : 가스배출장치
180 : 정렬수단 200 : 트레이
S : 기판
102 : 하부 챔버 120 : 열원 유닛
130 : 이송부 132 : 롤러
140 : 클램핑수단 150: 승강수단
160 : 가스공급장치 170 : 가스배출장치
180 : 정렬수단 200 : 트레이
S : 기판
Claims (35)
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- 내부에 기판이 수용되고 상하방향으로 이동 가능한 상부 커버를 포함하는 트레이;
상기 트레이가 수용되는 내부공간이 형성되는 챔버;
상기 챔버 내부에 구비되어 상기 트레이를 이송 및 지지하는 이송부;
상기 트레이의 이송방향에 대해서 전방과 후방에 구비되어 상기 트레이를 기판 처리 위치에 정렬하는 정렬수단;
상기 챔버의 상부에 상하방향으로 이동 가능하도록 구비되고, 상기 트레이를 가압하여 기판 처리 위치에 고정하는 클램핑수단;
상기 챔버의 하부에 구비되고, 상기 상부 커버를 상하방향으로 이동시키는 승강수단;
상기 챔버 내부에 구비되어 방사광을 방출하는 열원 유닛;
상기 트레이에 기판 처리 가스를 공급하는 가스공급장치; 및
상기 트레이에 공급되는 기판 처리 가스를 배출시키는 가스배출장치;
를 포함하는 기판 처리 장치. - 청구항 8에 있어서,
상기 트레이는,
상하방향으로 개방되는 틀 형상으로 형성되고, 상기 기판을 지지하는 프레임과;
상기 프레임의 하부에 구비되어 상기 기판이 수용되는 공간을 형성하는 하부 커버; 및
상기 이송부에 안착되도록 상기 프레임의 양쪽에 각각 연결되는 이송가이드;
를 포함하고,
상기 상부 커버는 상기 프레임의 상부에 상하방향으로 이동 가능하도록 안착되는 기판 처리 장치. - 청구항 9에 있어서,
상기 하부 커버는 상기 프레임의 하부에 연결되며,
상기 상부 커버의 면적은 상기 하부 커버의 면적과 동일하거나 큰 기판 처리 장치. - 청구항 10에 있어서,
상기 상부 커버와 상기 하부 커버는 흑유리, 그라파이트, SiC 및 Si-SiC 중 적어도 어느 하나를 포함하는 기판 처리 장치. - 청구항 11에 있어서,
상기 하부 커버의 적어도 일면에는 요철구조가 형성되는 기판 처리 장치. - 청구항 8에 있어서,
상기 트레이는 상부가 개방되는 박스형상으로 형성되는 프레임을 포함하고,
상기 상부 커버는 상기 프레임의 상부에 상하방향으로 이동 가능하도록 안착되어 상기 기판을 커버하며,
적어도 상기 프레임의 상부면에는 요철구조가 형성되는 기판 처리 장치. - 청구항 9 또는 청구항 13에 있어서,
상기 트레이는 흑유리, 그라파이트, SiC, Si-SiC 및 석영 중 적어도 어느 하나를 포함하는 기판 처리 장치. - 청구항 14에 있어서,
상기 프레임의 일측에는 상기 가스공급장치와 연통되는 가스공급구가 형성되고, 상기 프레임의 타측에는 상기 가스배출장치와 연통되는 가스배출구가 형성되는 기판 처리 장치. - 청구항 15에 있어서,
상기 프레임의 일측에는 상기 가스공급구와 연통되는 복수의 분사홀이 형성되고, 상기 프레임의 타측에는 상기 가스배출구와 연통되고 상기 복수의 분사홀과 대향하는 복수의 배출홀이 형성되는 기판 처리 장치. - 삭제
- 청구항 16에 있어서,
상기 승강수단은 상기 챔버를 관통하며 상하방향으로 배치되는 리프트핀과, 상기 리프트핀을 상하방향으로 이동시키는 승강기를 포함하고,
상기 프레임에는 상기 리프트핀이 삽입되는 관통구가 형성되는 기판 처리 장치. - 청구항 18에 있어서,
상기 가스공급장치는 기판 처리 가스의 원료를 기화시키는 기화기와, 상기 기화기에서 발생하는 기판 처리 가스를 상기 가스공급구에 공급하고 상하방향으로 이동 가능한 제1노즐을 포함하는 기판 처리 장치. - 청구항 19에 있어서,
상기 가스공급장치는 냉각가스 저장부를 더 포함하고,
상기 제1노즐은 상기 냉각가스 저장부와 연결되는 기판 처리 장치. - 청구항 20에 있어서,
상기 가스배출장치는 상기 가스배출구와 연결되고 상하방향으로 이동 가능한 제2노즐과, 상기 제2노즐에 연결되는 펌프를 포함하는 기판 처리 장치. - 청구항 21에 있어서,
상기 이송부는 상기 챔버 내부의 양쪽에 이격되어 구비되고,
상기 챔버에 연결되고 서로 이격되어 나란하게 구비되는 복수의 롤러와,
상기 복수의 롤러를 회전시키는 구동수단;
을 포함하는 기판 처리 장치. - 청구항 22에 있어서,
상기 복수의 롤러 각각은 상기 챔버 내부에 배치되는 지지부와, 상기 챔버의 외부에 구비되는 회전부를 포함하고,
상기 구동수단은 상기 회전부의 외측에 구비되어 상기 회전부의 외주면의 적어도 일부와 접촉하는 벨트 및 구동기를 포함하며,
상기 구동기는 상기 회전부 중 적어도 하나를 회전시켜 상기 복수의 롤러를 회전시키는 기판 처리 장치. - 삭제
- 삭제
- 청구항 23에 있어서,
상기 기판 처리 장치는 수평방향으로 적어도 하나 이상 구비되고 상기 챔버 사이에는 게이트가 구비되는 기판 처리 장치. - 기판 처리 방법으로서,
내부에 공간이 형성되는 트레이 내부에 기판을 장착하는 과정과;
챔버 내부에 구비되는 이송부를 통해 상기 트레이를 상기 챔버 내부로 인입하는 과정과;
상기 트레이를 기판 처리 위치에 정렬시키는 과정과;
상기 정렬하는 과정 이후에 클램프 수단을 이용하여 상기 트레이의 상부를 가압하여 기판 처리 위치에 고정하는 과정과;
상기 트레이에 기판 처리 가스 공급을 위한 제1노즐과, 상기 트레이 내에 공급되는 기판 처리 가스를 배출시키기 위한 제2노즐을 연결하는 과정과;
상기 제1노즐을 통해 상기 트레이 내에 기판 처리 가스를 공급하고 상기 제2노즐을 통해 기판 처리 가스를 배출시키면서 상기 기판을 처리하는 과정; 및
상기 기판을 처리하는 과정 이후에 상기 트레이 내부에 냉각가스를 공급하는 과정;을 포함하고,
상기 냉각가스를 공급하기 이전 또는 이후에 상기 트레이를 구성하는 상부 커버를 개방하여 기판을 상기 챔버 내부에 노출시키는 기판 처리 방법. - 삭제
- 삭제
- 청구항 27에 있어서,
상기 가압하는 과정 이후에 상기 제1노즐과 상기 제2노즐을 상기 트레이에 연결하는 과정을 포함하는 기판 처리 방법. - 청구항 30에 있어서,
상기 기판을 처리하는 과정에서 기판 처리 가스의 원료를 기화시켜 상기 트레이에 공급하는 기판 처리 방법. - 청구항 31에 있어서,
상기 기판을 처리하는 과정에서 상기 제1노즐과 상기 제2노즐을 통해 상기 기판 처리 가스를 공급하고,
상기 기판이 처리된 이후 상기 제2노즐을 통해 상기 기판 처리 가스를 배출시키는 기판 처리 방법. - 삭제
- 삭제
- 청구항 31 또는 청구항 32에 있어서,
상기 기판 처리 방법은 동일한 챔버 또는 서로 다른 챔버에서 적어도 1회 이상 연속적으로 수행하는 기판 처리 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160012828A KR101675931B1 (ko) | 2016-02-02 | 2016-02-02 | 트레이, 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160012828A KR101675931B1 (ko) | 2016-02-02 | 2016-02-02 | 트레이, 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101675931B1 true KR101675931B1 (ko) | 2016-11-16 |
Family
ID=57541046
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160012828A KR101675931B1 (ko) | 2016-02-02 | 2016-02-02 | 트레이, 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101675931B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102338543B1 (ko) * | 2020-12-24 | 2021-12-15 | (주)솔라플렉스 | 발전면적 증가형 태양전지의 제조방법 |
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- 2016-02-02 KR KR1020160012828A patent/KR101675931B1/ko active IP Right Grant
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