KR101677662B1 - 냉각장치가 구비되는 기판 처리장치 - Google Patents

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Abstract

일 실시예의 기판 처리장치에 있어서, 상기 기판 처리장치의 내부 하측에 구비되는 기판 안착부; 상기 기판 안착부를 승하강시키는 제1승하강부; 및 동공이 형성되는 배관으로 구비되어 상기 동공으로 냉각용 가스가 상기 기판안착부에 안착되는 기판의 하측으로 공급되도록 하고, 상기 기판을 상기 기판 안착부로부터 이탈시키는 제2승하강부를 구비하고, 상기 제2승하강부는, 상기 냉각용 가스가 유입되는 유입관과, 상기 유입관으로부터 분기되어 복수로 구비되고 일단이 상기 기판의 하측에 배치되어 상기 기판의 하측에 냉각용 가스를 분사하는 분기관을 포함할 수 있다.

Description

냉각장치가 구비되는 기판 처리장치{Substrate disposition apparatus including cooling device}
실시예는, 냉각장치가 구비되는 기판 처리장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
일반적으로 반도체 메모리 소자, 액정표시장치, 유기발광장치 등은 기판상에 복수회의 반도체 공정을 실시하여 원하는 형상의 구조물을 적층하여 제조한다.
반도체 제조공정은 기판상에 소정의 박막을 증착하는 공정, 박막의 선택된 영역을 노출시키는 포토리소그래피(photolithography) 공정, 선택된 영역의 박막을 제거하는 식각 공정, 기판에 결정을 성장시키는 공정 등을 포함한다.
이러한 반도체를 제조하는 기판 처리공정은 해당 공정을 위해 최적의 환경이 조성된 공정챔버를 포함하는 기판 처리장치에서 진행된다.
기판 처리장치에서, 기판을 냉각시키는 공정이 필요하고, 이에 따라 냉각장치가 기판 처리장치에 구비될 필요가 있다.
일반적으로, 기판 처리장치에서 기판의 냉각은, 기판 처리장치에 구비되는 공정챔버 전체를 냉각시키거나, 또는 기판 이송장치를 이용하여 기판 또는 기판 안착부를 공정챔버 외부로 꺼내어 상온에서 냉각하는 방법을 사용한다.
그러나, 공저챔버 전체를 냉각시키는 경우 고온으로 승온된 공정챔버 내부 전체를 냉각시키는 것은 어려우며, 냉각에 많은 에너지가 소모될 수 있다. 또한, 이 경우 공정챔버 내부의 냉각율 또는 냉각속도를 원하는 수치로 유지하기 어려운 단점도 있다.
또한, 기판 또는 기판 안착부를 공정챔버 외부로 꺼내어 상온에서 냉각하는 경우, 기판의 급속한 냉각으로 인해 기판에 크랙(crack)이 발생하거나, 기판에 형성되는 증착막, 필름의 두께의 불균일을 초래하는 단점이 있다.
따라서, 실시예는, 효과적으로 기판을 냉각할 수 있는 구조를 가진 냉각장치가 구비되는 기판 처리장치에 관한 것이다.
실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일 실시예의 기판 처리장치에 있어서, 상기 기판 처리장치의 내부 하측에 구비되는 기판 안착부; 상기 기판 안착부를 승하강시키는 제1승하강부; 및 동공이 형성되는 배관으로 구비되어 상기 동공으로 냉각용 가스가 상기 기판안착부에 안착되는 기판의 하측으로 공급되도록 하고, 상기 기판을 상기 기판 안착부로부터 이탈시키는 제2승하강부를 구비하고, 상기 제2승하강부는, 상기 냉각용 가스가 유입되는 유입관과, 상기 유입관으로부터 분기되어 복수로 구비되고 일단이 상기 기판의 하측에 배치되어 상기 기판의 하측에 냉각용 가스를 분사하는 분기관을 포함할 수 있다.
상기 제1승하강부는, 복수로 구비되고, 상단이 상기 기판 안착부의 하측에 결합하는 것일 수 있다.
상기 기판 안착부에는 상기 분기관이 관통하는 관통홀이 형성되고, 상기 분기관은 상기 관통홀에 대해 승하강 하도록 구비되는 것일 수 있다.
상기 분기관은 적어도 3개 구비되고 각각의 상기 분기관은 상기 기판 안착부의 중심을 기준으로 서로 대칭되도록 구비되며, 상기 관통홀은 상기 기판 안착부에 상기 분기관과 대응되는 위치에 상기 분기관과 동일개수로 형성되는 것일 수 있다.
상기 분기관은, 상기 기판과 인접하는 부위에 반경방향으로 분사구가 형성되는 것일 수 있다.
상기 분사구는, 상기 분기관의 길이방향으로 복수로 형성되고, 상기 기판 안착부의 중심부 또는 상기 기판의 중심부를 향하여 형성되는 것일 수 있다.
상기 분사구는, 상기 분기관의 길이방향으로 복수로 형성되고, 상기 기판 안착부 또는 상기 기판의 중심부를 향하여 형성되는 것일 수 있다.
상기 분사구는, 상기 분기관의 길이방향으로 복수로 형성되고, 상기 분기관의 원주방향으로 복수로 형성되는 것일 수 있다.
상기 분기관은, 상기 분사구가 형성되는 상부가 상기 분기관의 하부와 탈착가능하도록 상기 분기관의 상부와 하부 사이에 나사결합부가 형성되는 것일 수 있다.
상기 분기관은, 내부에 오리피스가 장착되는 것일 수 있다.
상기 분기관은, 상단이 폐쇄되는 것일 수 있다.
기판 처리장치의 일 실시예는, 상기 기판 안착부의 상측에 배치되고, 상기 기판 처리장치 내부로 유입되는 공정가스를 상기 기판 안착부의 상측으로 집중시키는 커버부를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 커버부는, 중심부에 공정가스가 유입되는 돔(dome)형상으로 구비되는 것일 수 있다.
상기 냉각용 가스는 아르곤(Ar)가스 및 수소(H2)가스 중 적어도 하나인 것일 수 있다.
상기 기판과 상기 기판 안착부 사이의 상하 최대 이격거리는 5mm 내지 15mm인 것일 수 있다.
실시예에서, 분기관과 상기 분기관으로부터 분사되는 냉각용 가스를 이용하여 상기 기판의 하부를 냉각함으로써, 기판의 냉각속도를 증가시킬 수 있고, 냉각효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 실시예에서 분기관에 형성되는 분사구가 상기 기판 안착부 또는 상기 기판의 중심부를 향하여 형성되어 냉각용 가스가 효과적으로 상기 기판을 냉각할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 기판 처리장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 기판 안착부 부위의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 기판 처리장치에서 기판을 냉각하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 기판 안착부 부위의 구조를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 5는 도 3의 A부분의 일 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 6은 도 5의 B분을 나타낸 정면도이다.
도 7은 도 3의 A부분의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 8은 도 7의 C부분을 나타낸 정면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 실시예를 상세히 설명한다. 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 실시예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다.
"제1", "제2" 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 실시예의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 실시예의 범위를 한정하는 것이 아니다.
실시예의 설명에 있어서, 각 element의 "상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)”로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 기판 처리장치를 나타낸 개략도이다. 기판 처리장치는 반응 공간이 구비된 공정챔버(100), 상기 공정챔버(100) 내에 구비되어 적어도 하나의 기판(10)을 지지하는 기판 안착부(200)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 기판(10)은 예를 들어, 웨이퍼 형태일 수 있다.
또한, 상기 공정챔버(100) 외측에 구비되어 공정챔버(100) 내부로 공정가스를 공급하는 가스 공급부(400)를 포함할 수 있다. 또한, 공정챔버(100) 내부를 배기하기 위한 배기부(500)를 포함할 수 있다. 또한, 기판 처리장치는 제1승하강부(210), 제2승하강부(220) 및 커버부(300)를 더 포함할 수 있다.
공정챔버(100)는 내부에 기판(10)의 증착을 위한 공간이 구비되는 통 형상으로 구비될 수 있다. 이러한 공정챔버(100)는 기판(10)의 형상에 따라 다양한 형상으로 구비될 수 있다.
이러한 공정챔버(100)의 내부에는 기판 안착부(200)와 커버부(300)가 서로 대향되도록 구비될 수 있다. 예를 들어, 기판 안착부(200)가 공정챔버(100)의 하측에 구비되고, 커버부(300)가 공정챔버(100)의 상측에 구비될 수 있다.
또한, 공정챔버(100)에는 기판(10)이 인입 및 인출되는 기판 출입구(110)가 구비될 수 있다. 그리고, 공정챔버(100)에는 공정챔버(100) 내부로 공정가스를 공급하는 가스 공급부(400)와 연결된 가스 유입구(120)가 구비될 수 있다.
또한, 공정챔버(100)에는 공정챔버(100)의 내부 압력을 조절하거나, 공정가스 기타 공정챔버(100) 내부의 이물질 등을 배기하기 위해, 배기구(130)가 구비되고 배기구(130)에 배기부(500)가 연결될 수 있다.
예를 들어, 기판 출입구(110)는 공정챔버(100)의 일 측면에 기판(10)이 출입할 수 있는 정도의 크기로 구비될 수 있고, 가스 유입구(120)는 공정챔버(100)의 상부벽을 관통하여 구비될 수 있으며, 배기구(130)는 기판 안착부(200)보다 낮은 위치의 공정챔버(100)의 측벽 또는 하부벽을 관통하여 구비될 수 있다.
기판 안착부(200)는 공정챔버(100)의 내부에 구비되어 공정챔버(100) 내부로 유입되는 적어도 하나의 기판(10)이 안착된다. 상기한 바와 같이, 이러한 기판 안착부(200)는 커버부(300)와 대향하는 위치에 구비될 수 있다.
예를 들어, 공정챔버(100) 내부의 하측에 기판 안착부(200)가 구비되고, 공정챔버(100) 내부의 상측에 커버부(300)가 구비될 수 있다.
또한, 기판 안착부(200)의 내부, 표면 또는 그 주위에는 히터(미도시)가 장착될 수 있다. 히터는 정해진 온도로 발열하여 기판(10)을 가열함으로써 박막 증착 공정, 식각 공정, 결정성장 공정 등이 기판(10) 상에서 용이하게 실시되도록 할 수 있다.
기판 안착부(200) 하부에는 기판 안착부(200)를 상하로 이동시키는 제1승하강부(210)(210)가 구비될 수 있다. 상기 제1승하강부(210)는 상기 기판 안착부(200)를 승하강시켜 기판 안착부(200)에 놓인 기판(10)을 원하는 위치에 배치되도록 할 수 있다.
예를 들어, 제1승하강부(210)(210)는 기판 안착부(200)를 지지하도록 구비되고, 기판 안착부(200) 상에 기판(10)이 안착되면 기판 안착부(200)를 커버부(300)와 근접하도록 이동시킬 수 있다.
또한, 상기 제1승하강부(210)는 일 실시예로, 복수로 구비되고, 상단이 상기 기판 안착부(200)의 하측에 결합하도록 구비될 수 있다. 또한, 상기 제1승하강부(210)는 구동수단에 의해 공정챔버(100) 내부에서 승하강 하도록 구비될 수 있다.
상기 제1승하강부(210)의 구동수단은 도시되지 않았지만, 예를 들어, 공압 또는 유압 구동장치, 전동 구동장치 기타 다양한 것들이 이용될 수 있다.
제2승하강부(220)는 동공이 형성되는 배관으로 구비되어 상기 동공으로 냉각용 가스가 상기 기판안착부(200)에 안착되는 기판(10)의 하측으로 공급되도록 하고, 상기 기판(10)을 상기 기판 안착부(200)로부터 이탈시키는 역할을 할 수 있다.
즉, 상기 제2승하강부(220)는 공정챔버(100) 내부에 승하강하도록 구비될 수 있고, 승강시 상단이 상기 기판(10)의 하면을 가압하여 상기 기판(10)을 상기 기판 안착부(200)로부터 이탈시킬 수 있다.
또한, 상기 제2승하강부(220)는 내부에 유로의 역할을 하는 동공이 형성되고, 상기 동공을 통해 냉각용 가스를 상기 기판(10)의 하측으로 공급하여 상기 기판(10)을 냉각시킬 수 있다. 제2승하강부(220)의 구체적인 구조와 작동에 대해서는 도면을 참조하여 하기에 설명한다.
커버부(300)는 상기 기판 안착부(200)의 상측에 배치되고, 상기 기판 처리장치 내부 즉, 공정챔버(100) 내부로 유입되는 공정가스를 상기 기판 안착부(200)의 상측으로 집중시키는 역할을 할 수 있다.
커버부(300)는 공정챔버(100) 내부의 상측에 구비되고, 상기 커버부(300)로 유입되는 공정가스는 기판 안착부(200) 상에 안치된 기판(10)을 향해 분사될 수 있다. 커버부(300)는 상기 공정챔버(100)의 상부벽과 마찬가지로 가스 유입구(120)를 통해 가스 공급부(400)와 연결되고, 이로인해 상기 커버부(300) 하측으로 공정가스가 분사될 수 있다.
상기 커버부(300)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 일 실시예로 중심부에 공정가스가 유입되는 돔(dome)형상으로 구비될 수 있다. 이러한 구조로 인해, 상기 커버부(300)는 상기 공정챔버(100) 내부로 유입되는 공정가스를 하부에 대향되도록 배치되는 기판 안착부(200)의 상측에 놓인 기판(10)에 공정가스가 집중되도록 할 수 있다.
한편, 다른 실시예로 도시되지 않았지만, 상기 돔 형상의 커버부(300)와 대칭되는 형상의 제2커버부를 상기 커버부(300)의 하측에 배치하여 커버부(300)와 상기 제2커버부를 서로 밀착시켜 상기 기판(10) 및 기판 안착부(200)가 커버부(300)와 상기 제2커버부에 의해 밀폐된 공간에 배치되도록 할 수도 있다.
커버부(300)와 상기 제2커버부에 의해 밀폐된 상기 공간을 진공 또는 진공에 가까운 상태로 만들어 기판 처리공정을 진행할 수도 있다. 이 경우 공정챔버(100) 전체를 진공 또는 진공에 가까운 상태로 만드는 경우에 비해 에너지 소비를 줄이고, 공정 진행속도를 높일 수 있는 효과가 있다.
가스 공급부(400)는 복수의 공정가스를 각각 공급하는 가스 공급원(410), 가스 공급원(410)으로부터 공정가스를 공정챔버(100) 내부로 공급하는 가스 공급관(420)을 포함할 수 있다. 공정가스는 박막증착 가스, 식각 가스 등을 포함할 수 있다.
배기부(500)는 배기장치(510)와 공정챔버(100)의 배기구(130)와 연결된 배기관(520)을 포함할 수 있다. 배기장치(510)는 진공 펌프 등이 사용될 수 있으며, 이에 따라 공정챔버(100) 내부를 진공에 가까운 압력, 예를 들어 0.1mTorr 이하의 압력까지 진공 흡입할 수 있도록 구성될 수 있다.
한편, 기판 처리장치에는 RF전원(620), 임피던스 매칭박스(I.M.B (Impedance Matching Box), 610)를 구비하는 RF 전력공급부(600)가 더 포함될 수 있다. RF 전력공급부(600)는 상기 커버부(300)를 플라즈마 전극으로 사용하여 공정가스에 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
이를 위해 상기 커버부(300)에는 RF전력을 공급하는 RF전원(620)이 연결되고, 커버부(300)와 RF전원(620)의 사이에는 최대 전력이 인가될 수 있도록 임피던스를 매칭하는 임피던스 매칭박스(610)가 위치할 수 있다.
실시예에서 기판(10)은 예를 들어, 그래핀(graphene)이 표면에 형성되어 성장되는 기판일 수 있다. 그래핀은 탄소원자들이 육각형의 벌집모양으로 서로 연결되어 2차원 평면 구조를 이루는 고분자 탄소 동소체를 말한다. 이러한 그래핀은 성장하여 필름 형태를 이룰 수 있고, 그래핀의 성장은 그래핀 결정성장 방법에 의해 구현될 수 있다.
상기 그래핀 필름의 제조공정은 예를 들어, 다음과 같은 과정을 포함할 수 있다. 먼저, 공정챔버(100) 내부를 고온으로 승온한다. 이때, 공정챔버(100) 내부온도는 예를 들어, 대략 800℃ 이상으로 승온된다.
다음으로 금속촉매(Metal Catalyst)를 포함하는 기판(10)의 어닐링(annealing) 즉, 열처리 작업을 진행한다. 상기 어닐링 작업을 통해 상기 기판(10) 표면에 그래핀이 효과적으로 형성될 수 있도록 상기 기판(10) 표면이 활성화될 수 있다. 이때, 금속촉매는 그래핀 생성에 필요한 엔탈피를 낮추어 그래핀의 생성속도를 높이는 역할을 할 수 있다.
다음으로, 탄소를 포함하는 공정가스를 상기 공정챔버(100)로 유입시키고, 상기 공정가스에서 탄소결합을 끊어내어 탄소원자를 추출하며, 탄소를 상기 기판(10) 표면층에 침투 또는 확산(diffusion)시킨다. 이때, 사용되는 탄소를 포함하는 공정가스는 예를 들어, 메탄가스, 프로판가스 등의 탄화수소계 물질을 포함하는 가스일 수 있다.
다음으로, 상기 기판(10)을 냉각하여 상기 기판(10) 표면층에 침투 또는 확산된 탄소가 상기 기판(10) 표면으로 돌출 및 확산(outdiffusion)되도록 한다.
이후, 공정가스를 공정챔버(100)로 계속적으로 유입시켜 탄소원자를 추출하여 기판(10) 표면층에 침투시키는 과정, 기판(10) 냉각을 통한 탄소의 기판(10) 표면으로 돌출 및 확산시키는 과정을 반복하여 그래핀 결정을 성장시켜 그래핀 필름을 형성할 수 있다.
따라서, 실시예에 있어서 기판(10) 표면층에 침투 또는 확산된 그래핀이 효과적으로 상기 기판(10) 표면층으로 돌출 및 확산되도록 하기위해, 상기 기판(10)의 효과적인 냉각을 위한 구조가 필요하다. 이하 이러한 냉각구조는 도면을 참조하여 하기에 구체적으로 설명한다.
도 2는 일 실시예에 따른 기판 안착부(200) 부위의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 일 실시예에 따른 기판 처리장치에서 기판(10)을 냉각하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 일 실시예에 따른 기판 안착부(200) 부위의 구조를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
제2승하강부(220)는. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 유입관(221) 및 분기관(222)을 포함할 수 있다. 유입관(221)은 제2승하강부(220)의 하부를 구성하고, 일측에서 냉각용 가스가 유입될 수 있다. 또한, 상기 유입관(221)은 하단이 상기 구동수단과 연결되어 구동수단에 의해 승하강할 수 있다.
분기관(222)은 상기 유입관(221)으로부터 분기되어 복수로 구비되고, 일단이 상기 기판(10)의 하측에 배치되어 상기 기판(10)의 하측에 냉각용 가스를 분사할 수 있다. 또한, 상기 분기관(222)은 상기 유입관(221)과 일체로 형성될 수 있다.
상기 분기관(222)은 상기 구동수단에 의해 상기 유입관(221)이 승강하는 경우, 이에 따라 승강하게 된다. 상기 분기관(222)이 승강하면 상기 분기관(222)의 상단이 상기 기판(10)의 하단을 가압하여 상기 기판(10)을 밀어올림으로써, 상기 기판(10)은 상기 기판 안착부(200)로부터 이탈할 수 있다.
이때, 상기 기판 안착부(200)에는 상기 분기관(222)이 관통하는 관통홀(201)이 형성되고, 상기 분기관(222)은 상기 관통홀(201)에 대해 승하강 하도록 구비될 수 있다. 즉, 상기 제1승하강부(210)가 승하강하거나 상기 제2관통홀(201)이 승하강하는 경우, 상기 분기관(222)은 상기 관통홀(201)이 형성되는 기판 안착부(200)에 대해 승하강할 수 있다.
한편, 상기 분기관(222)은 복수로 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 분기관(222)은 기판(10)의 안정적인 지지 및 승하강을 위해 3개로 구비될 수 있고, 각각의 상기 분기관(222)은 상기 기판 안착부(200)의 중심을 기준으로 서로 대칭되도록 구비될 수 있다.
또한, 다른 실시예로 상기 분기관(222)은 4개 이상으로 구비될 수도 있는데, 이 경우에도 마찬가지로 각각의 상기 분기관(222)은 상기 기판 안착부(200)의 중심을 기준으로 서로 대칭되도록 구비는 것이 적절하다.
이때, 상기 관통홀(201)은 상기 기판 안착부(200)에 상기 분기관(222)과 대응되는 위치에 상기 분기관(222)과 동일개수로 형성될 수 있다.
한편, 제1승하강부(210)도, 제2승하강부(220)의 경우와 마찬가지로, 복수로 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1승하강부(210)는 기판 안착부(200)의 안정적인 지지 및 승하강을 위해 3개로 구비될 수 있고, 각각의 상기 제1승하강부(210)는 상기 기판 안착부(200)의 중심을 기준으로 서로 대칭되도록 구비될 수 있다.
물론, 분기관(222)의 경우와 마찬가지로, 상기 제1승하강부(210)는 4개 이상으로 구비되고, 상기 기판 안착부(200)의 중심을 기준으로 서로 대칭되도록 구비되는 것이 적절하다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제2승하강부(220)를 이용하여 기판(10)을 효과적으로 냉각할 수 있다. 제2승하강부(220)를 승강시키면, 이에 따라 기판 안착부(200)에 안착된 기판(10)은 상승하고, 유입관(221)을 통해 유입된 냉각용 가스는 분기관(222)의 상측으로 분사되면서 기판(10)의 하부를 냉각시킬 수 있다.
이때, 분기관(222)으로부터 분사되는 냉각용 가스는 상기 기판 안착부(200)의 상면과 상기 기판(10)의 하면 사이에 형성되는 공간으로 유입되어 기판(10)을 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
기판(10)을 냉각하는 과정에서 가열된 냉각용 가스는 기판(10)의 측면과 기판 안착부(200) 사이에 형성되는 유로를 통해 기판 안착부(200)와 기판(10) 사이의 상기 공간으로부터 외부로 방출될 수 있다.
이때, 도 3에서 화살표로 도시된 바와 같이, 분기관(222)으로부터 분사되는 냉각용 가스는 기판 안착부(200) 또는 기판(10)의 중심부로 이동하여 기판(10)을 냉각시킨 후 외부로 방출되도록 유동하는 경우, 기판(10)을 더욱 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
이러한 냉각용 가스의 유동경로 형성은 도 5 내지 도 7에 도시되는 분사구(222a)의 형성 및 분사구(222a)의 방향배치를 통해 구현될 수 있다. 분사구(222a)의 구체적인 구조는 도면을 참조하여 하기에 설명한다.
한편, 상기 냉각용 가스는 그래핀이 형성되는 기판 제조공정에 사용되는 공정챔버(100)의 온도조건에서 용이하게 상기 기판(10)을 냉각할 수 있는 가스라면 어떠한 것을 사용해도 무방하다. 상기 냉각용 가스는 예를 들어, 아르곤(Ar)가스, 수소(H2)가스 등을 사용할 수 있다.
한편, 도 3을 참조하면, 상기 기판(10)의 하면과 상기 기판 안착부(200) 상면 사이의 상하 최대 이격거리는 제한될 수 있다. 즉, 고정챔버(100)의 사이즈는 제한이 있는 점, 상기 공정챔버 및 기판 처리장치에 구비되는 각종 장치의 종류, 크기, 배치위치 등을 고려해야 하는 점에서 상기 최대 이격거리는 제한될 수 있다.
이에 따라 상기 최대 이격거리는 적절한 범위로 설계할 필요가 있다. 예를 들어, 상기 기판(10)의 하면과 상기 기판 안착부(200) 상면 사이의 상하 최대 이격거리는 5mm 내지 15mm 설계되는 것이 적절하다.
도 5는 도 3의 A부분의 일 실시예를 나타낸 단면도이다. 도 6은 도 5의 B분을 나타낸 정면도이다. 실시예에서 상기 분기관(222)에는 냉각용 가스가 분사되는 분사구(222a)가 형성될 수 있다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 분사구(222a)는 상기 분기관(222)의 상부 즉, 상기 기판(10)과 인접하는 부위에 상기 분기관(222)의 반경방향으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 분사구(222a)는 상기 분기관(222)의 길이방향으로 복수로 형성될 수 있다. 상기 분사구(222a)의 개수는 냉각용 가스의 유량, 기판(10)의 냉각속도 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있다.
한편, 상기 분사구(222a)는 상기 기판 안착부(200) 또는 상기 기판(10)의 중심부를 향하여 형성되는 것이 보다 적절할 수 있다. 도 3을 참조하여 상기한 바와 같이, 분기관(222)으로부터 분사되는 냉각용 가스는 기판 안착부(200) 또는 기판(10)의 중심부로 이동하여 기판(10)을 냉각시킨 후 외부로 방출되도록 유동경로가 형성되는 것이 기판(10)을 더욱 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
따라서, 상기 분사부는 상기 기판 안착부(200) 또는 상기 기판(10)의 중심부를 향하여 형성되어, 분사부로부터 분사되는 냉각용 가스는 상기 기판(10)의 중심부로 향하면서 상기 기판(10)을 냉각시킬 수 있다.
다음으로, 기판(10)의 중심부로 향하면서 기판(10)을 냉각함과 동시에 가열된 냉각용 가스는, 도 3에 도시된 바와 같이, 기판(10)의 측면과 기판 안착부(200) 사이에 형성되는 유로를 통해 외부로 방출될 수 있다.
상기한 바와 같이, 실시예에서 분기관(222)에 형성되는 분사구(222a)가 상기 기판 안착부(200) 또는 상기 기판(10)의 중심부를 향하여 형성되어 냉각용 가스가 효과적으로 상기 기판(10)을 냉각할 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 분기관의 상단(222c)은 폐쇄될 수 있다. 만약, 상기 분기관의 상단이 개방되는 경우 그 상단으로 냉각용 가스가 분사되어 기판(10)은 기판 안착부(200)에 안정적으로 놓이지 않게 된다.
따라서, 분사되는 냉각용 가스에 의해 상기 기판(10)이 기판 안착부(200)에 대해 슬라이딩되는 현상이 발생할 수 있고, 이러한 기판(10) 슬라이딩 현상은 제품불량의 원인이 될 수 있다.
따라서, 상기한 기판(10) 슬라이딩 현상을 방지하기 위해 상기 분기관의 상단(222c)은 폐쇄되는 것이 적절할 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 분기관(222)에는 내부에 오리피스(222b)가 장착될 수 있다.
분기관(222) 내부에 장착된 오리피스(222b)는 상기 유입관(221)으로부터 유입되는 냉각용 가스가 상기 오리피스(222b)를 통과하면서 난류(turbulence) 또는 와류(vortex)를 형성하여 상기 냉각용 가스가 상기 기판(10) 하면에 고르게 확산되도록 하는 역할을 할 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 분기관(222)에는 나사결합부(222d)가 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 나사결합부(222d)는 상기 분사구(222a)가 형성되는 분기관(222) 상부가 상기 분기관(222)의 하부와 탈착가능하도록 상기 분기관(222)의 상부와 하부 사이에 형성될 수 있다.
상기 분기관(222)의 상부에는 복수의 분사구(222a)가 형성될 수 있고, 상단(222c)이 폐쇄되고, 경우에 따라서는 오리피스(222b)가 장착될 수도 있으므로 복잡한 구조를 가질 수 있다.
따라서, 상기 분기관(222)의 상부의 제작, 수리 또는 교체를 용이하게 할 필요가 있다. 또한, 상기 분기관(222)의 상부는 복잡한 구조로 인해 기판 처리공정이 반복되는 경우 내부표면에 증착물이 형성될 수 있어 이를 정기적 또는 부정기적으로 세척할 필요가 있다.
상기한 이유로 인해 제작, 수리, 교체 또는 세척을 용이하게 하기위해 상기 분기관(222)의 상부는 상기 분기관(222)의 하부와 탈착가능하도록 설계될 필요가 있고, 이를 위해 예를 들어, 암나사와 수나사가 형합되어 결합하는 나사결합부(222d)를 상기 분기관(222)의 상부와 하부 사이에 형성하는 것이 적절할 수 있다.
도 7은 도 3의 A부분의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다. 도 8은 도 7의 C부분을 나타낸 정면도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 실시예에서 분사구(222a)는 상기 분기관(222)의 길이방향으로 복수로 형성되고, 상기 분기관(222)의 원주방향으로 복수로 형성될 수 있다.
이러한 구조로 구비되는 분사구(222a)는 상기 분기관(222)이 상기 기판(10)에 접촉하는 지점 즉, 상기 분기관(222)의 상단(222c)이 상기 기판(10)의 가장자리로부터 다소 멀어져 상기 기판(10)의 중심부 부위에 배치되는 경우 유용한 구조가 될 수 있다.
즉, 상기 분기관(222)의 상단이 상기 기판(10)의 중심부 부위에 배치되는 경우 냉각용 가스는 상기 기판(10)의 중심부와 가장자리 방향으로 동시에 분사되어야 하므로, 이러한 경우 상기 분사구(222a)는 분기관(222)의 길이방향으로 복수로 형성되고, 상기 분기관(222)의 원주방향으로 복수로 형성되는 것이 적절할 수 있다.
한편, 도 7 및 도 8에 도시된 분사구의 길이방향 또는 원주방향으로 형성되는 상기 분기관(222)의 개수는 분사되는 냉각용 가스의 유량, 유속, 기판(10)의 크기, 기판 안착부(200)의 크기 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 실시예와 마찬가지로, 도 7에 도시된 분기관(222)에서도 그 상단(222c)이 폐쇄되고, 오리피스(222b)가 구비되며, 상기 분기관(222)의 상부와 하부 사이에 나사결합부(222c)가 형성될 수 있다. 이러한 분기관(222)의 구조, 기능에 대해서는 상기 도 5를 참조하여 이미 설명하였다.
한편, 실시예에서 냉각용 가스를 통해 기판(10)을 냉각함으로써, 냉각용 가스의 유량, 유속 등을 조절하여 기판(10)의 냉각율 또는 냉각속도를 조절할 수 있다.
실시예의 기판 처리장치에서 그래핀 결정성장 공정을 수행하는 경우, 예를 들어, 상기 기판(10)의 냉각율 또는 냉각속도는 3℃/sec 내지 10℃/sec로 유지하는 것이 적절할 수 있다.
실시예에서, 분기관(222)과 상기 분기관(222)으로부터 분사되는 냉각용 가스를 이용하여 상기 기판(10)의 하부를 냉각함으로써, 기판(10)의 냉각속도를 증가시킬 수 있고, 냉각효율을 증가시킬 수 있다.
실시예와 관련하여 전술한 바와 같이 몇 가지만을 기술하였지만, 이외에도 다양한 형태의 실시가 가능하다. 앞서 설명한 실시예들의 기술적 내용들은 서로 양립할 수 없는 기술이 아닌 이상은 다양한 형태로 조합될 수 있으며, 이를 통해 새로운 실시형태로 구현될 수도 있다.
10: 기판
100: 공정챔버
200: 기판 안착부
201: 관통홀
210: 제1승하강부
220: 제2승하강부
221: 유입관
222: 분기관
222a: 분사구
222b: 오리피스
222c: 분기관 상단
222d: 나사결합부
300: 커버부

Claims (15)

  1. 기판 처리장치에 있어서,
    상기 기판 처리장치의 내부 하측에 구비되는 기판 안착부;
    상기 기판 안착부를 승하강시키는 제1승하강부; 및
    동공이 형성되는 배관으로 구비되어 상기 동공으로 냉각용 가스가 상기 기판안착부에 안착되는 기판의 하측으로 공급되도록 하고, 상기 기판을 상기 기판 안착부로부터 이탈시키는 제2승하강부를 구비하고,
    상기 제2승하강부는,
    상기 냉각용 가스가 유입되는 유입관과, 상기 유입관으로부터 분기되어 복수로 구비되고 일단이 상기 기판의 하측에 배치되어 상기 기판의 하측에 냉각용 가스를 분사하는 분기관을 포함하고,
    상기 분기관은,
    상기 기판과 인접하는 부위에 반경방향으로 분사구가 형성되며,
    상기 분사구는,
    상기 분기관의 길이방향으로 복수로 형성되고, 상기 기판 안착부의 중심부 또는 상기 기판의 중심부를 향하여 형성되는 기판 처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1승하강부는,
    복수로 구비되고, 상단이 상기 기판 안착부의 하측에 결합하는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판 안착부에는 상기 분기관이 관통하는 관통홀이 형성되고, 상기 분기관은 상기 관통홀에 대해 승하강 하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 분기관은 적어도 3개 구비되고 각각의 상기 분기관은 상기 기판 안착부의 중심을 기준으로 서로 대칭되도록 구비되며, 상기 관통홀은 상기 기판 안착부에 상기 분기관과 대응되는 위치에 상기 분기관과 동일개수로 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 분기관은,
    상기 분사구가 형성되는 상부가 상기 분기관의 하부와 탈착가능하도록 상기 분기관의 상부와 하부 사이에 나사결합부가 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 분기관은,
    내부에 오리피스가 장착되는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 분기관은,
    상단이 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  11. 청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 기판 안착부의 상측에 배치되고, 상기 기판 처리장치 내부로 유입되는 공정가스를 상기 기판 안착부의 상측으로 집중시키는 커버부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  12. 청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제11항에 있어서,
    상기 커버부는,
    중심부에 공정가스가 유입되는 돔(dome)형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 냉각용 가스는 아르곤(Ar)가스 및 수소(H2)가스 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 기판과 상기 기판 안착부 사이의 상하 최대 이격거리는 5mm 내지 15mm인 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  15. 기판 처리장치에 있어서,
    상기 기판 처리장치의 내부 하측에 구비되는 기판 안착부;
    상기 기판 안착부를 승하강시키는 제1승하강부; 및
    동공이 형성되는 배관으로 구비되어 상기 동공으로 냉각용 가스가 상기 기판안착부에 안착되는 기판의 하측으로 공급되도록 하고, 상기 기판을 상기 기판 안착부로부터 이탈시키는 제2승하강부를 구비하고,
    상기 제2승하강부는,
    상기 냉각용 가스가 유입되는 유입관과, 상기 유입관으로부터 분기되어 복수로 구비되고 일단이 상기 기판의 하측에 배치되어 상기 기판의 하측에 냉각용 가스를 분사하는 분기관을 포함하고,
    상기 분기관은,
    상기 기판과 인접하는 부위에 반경방향으로 분사구가 형성되며,
    상기 분사구는,
    상기 분기관의 길이방향으로 복수로 형성되고, 상기 분기관의 원주방향으로 복수로 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
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