KR101975454B1 - 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법 - Google Patents

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박현진
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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법에 관한 것으로, 챔버 내부에 구비되는 지지플레이트 상부에 기판을 안착시키는 과정; 상기 지지플레이트의 상승시켜 상기 지지플레이트와 상기 지지플레이트의 상측에 배치되는 서셉터 사이에 상기 챔버의 내부 공간과 구분되는 처리 공간을 형성하는 과정; 및 상기 기판을 처리하는 과정;을 포함하고, 기판 처리 시 발생하는 이물질이 챔버 내벽에 부착되는 것을 억제할 수 있다.

Description

기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법 {Apparatus for processing substrate and method for processing substrate using the same}
본 발명은 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 챔버 내부의 오염을 저감시키고, 기판의 처리 효율을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법에 관한 것이다.
급속열처리(rapid thermal processing; RTP) 방법은 텅스텐 램프 등의 열원에서 나오는 방사광(放射光)을 기판에 조사하여 기판을 가열 처리하는 방법이다. 이러한 급속열처리 방법은 퍼니스(furnace)를 이용한 기존의 기판 열처리 방법과 비교하여, 신속하게 기판을 가열하거나 냉각시킬 수 있으며, 압력 조건이나 온도 대역의 조절 제어가 용이하여, 기판의 열처리 품질을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 최근에는 급속열처리 장치를 이용하여 그래핀을 대량으로 합성하는 방법이 사용되고 있다. 그래핀은 기판을 챔버에 인입하고, 고온 약 950 내지 1050℃ 정도의 온도에서 급속열처리하여 합성할 수 있다. 그래핀을 합성하기 위한 기판에는 구리(Cu)가 증착되어 있는데, 구리의 융점(melting point)은 약 1060 내지 1070℃ 정도로 그래핀을 합성하는 과정에서 기판 상에 증착된 구리 중 일부가 증발(evaporation)되는 현상이 발생하게 된다. 이렇게 증발된 구리는 챔버 내부에 부착되어 후속 공정에서 오염원으로 작용하기 때문에 챔버 내부에 부착된 구리를 제거해야 한다. 이에 증발된 구리가 부착될 수 있도록 챔버 내벽에 라이너 등을 형성하고, 주기적으로 라이너를 교체하는 작업을 수행하였으나, 이 경우 작업 시간이 오래 걸리고, 챔버 내부 전체에 걸쳐 라이너를 형성해야 하기 때문에 많은 비용이 소요되는 문제점이 있다.
KR 1224059 B
본 발명은 챔버 내부의 오염을 억제할 수 있는 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법을 제공한다.
본 발명은 기판의 열처리 효율을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치는, 챔버; 상기 챔버의 내에서 기판을 지지하고 상하방향으로 이동 가능한 지지플레이트; 상기 지지플레이트의 상측에 구비되고, 상기 기판을 가열하기 위한 열원 유닛; 상기 지지플레이트와 상기 열원 유닛 사이에 구비되고, 상기 지지플레이트와 사이에 처리 공간을 형성할 수 있도록 상측으로 절곡되는 홈부가 형성되는 서셉터;를 포함할 수 있다.
상기 지지플레이트는, 상부면에 기판을 지지하기 위한 안착면과, 상기 안착면의 외측에 상기 서셉터와 접촉 가능한 제1접촉면을 구비하고, 상기 안착면을 상하방향으로 관통하도록 구비되는 지지핀을 포함할 수 있다.
상기 챔버의 하부를 관통하도록 배치되고, 상기 지지플레이트의 하부를 지지하는 지지축; 및 상기 챔버의 외부에서 상기 지지축에 연결되고, 상기 지지축을 상하방향으로 이동시킬 수 있는 구동기;를 포함할 수 있다.
상기 지지플레이트는, 상기 지지핀을 상하방향으로 이동 가능하도록 삽입하기 위한 삽입구를 포함할 수 있다.
상기 지지핀은 상기 삽입구에 삽입 가능한 이탈방지부재를 포함할 수 있다.
상기 지지플레이트는, 링형상으로 형성되고, 내측에 상기 기판을 지지하기 위한 안착면과, 상기 안착면의 외측에 구비되는 제1접촉면을 포함할 수 있다.
상기 지지플레이트는, 상기 안착면과 상기 제1접촉면의 사이에 상부로 돌출되도록 형성되는 단턱을 포함할 수 있다.
상기 단턱에는 상기 안착면과 상기 제1접촉면을 연결하는 제1유로홈이 형성될 수 있다.
상기 지지핀의 하부에 상기 지지핀의 하부를 삽입할 수 있는 홀더를 구비할 수 있다.
상기 서셉터는, 상기 지지플레이트보다 큰 면적을 갖는 플레이트 형상으로 형성되고, 상기 홈부의 외측에는 상기 제1접촉면과 접촉 가능한 제2접촉면을 포함할 수 있다.
상기 구동기는 상기 지지축을 회전시킬 수 있다.
상기 지지플레이트의 외측에 상기 서셉터를 지지하기 위한 지지대를 구비하고, 상기 서셉터는 상기 지지대에 분리 가능하도록 지지될 수 있다.
상기 제1접촉면과 상기 제2접촉면 중 어느 하나에는 체결돌기를 형성하고, 나머지 하나에는 상기 체결돌기를 삽입하기 위한 체결구를 형성할 수 있다.
상기 제1접촉면과 상기 제2접촉면 중 적어도 어느 하나에는 상기 처리 공간과 상기 챔버의 내부 공간을 연통시키는 제2유로홈이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 방법은, 챔버 내부에 구비되는 지지플레이트 상부에 기판을 안착시키는 과정; 상기 지지플레이트의 상승시켜 상기 지지플레이트와 상기 지지플레이트의 상측에 배치되는 서셉터 사이에 상기 챔버의 내부 공간과 구분되는 처리 공간을 형성하는 과정; 및 상기 기판을 처리하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 기판이 처리되는 공간을 형성하는 과정은, 상기 지지플레이트에서 상기 기판이 안착되는 영역과 상기 서셉터 사이의 거리보다 상기 지지플레이트에서 상기 기판이 안착된 영역의 외측 영역과 상기 서셉터 사이의 거리를 작게 할 수 있다.
상기 기판이 처리되는 공간을 형성하는 과정은, 상기 기판이 안착되는 영역의 외측 영역과 상기 서셉터의 적어도 일부를 접촉시킬 수 있다.
상기 기판을 처리하는 과정은, 상기 지지플레이트를 회전시키는 과정을 포함하고, 상기 지지플레이트를 회전시키는 과정 이전에 상기 지지플레이트와 상기 서셉터를 체결하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 기판을 처리하는 과정은, 상기 챔버 내부에 진공을 형성하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 기판을 처리하는 과정 이후에, 상기 서셉터를 교체하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치 및 이를 이용한 기판 처리 방법에 의하면, 기판지지부와 서셉터 간의 거리를 조절하여 기판 처리 시 발생하는 이물질이 챔버 내벽에 부착되는 것을 억제할 수 있다. 특히, 기판 상부에 구비되는 서셉터에 이물질이 부착되도록 함으로써 챔버 내벽에 부착되는 이물질의 양을 저감시킬 수 있다. 그리고 서셉터를 교체 가능하도록 구비함으로써 챔버 내부를 세정하기 위한 작업을 용이하게 할 수 있다.
또한, 실질적으로 기판이 처리되는 공간을 최소화하여 기판의 처리 효율, 예컨대 가열 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 단면도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기판지지부의 요부 구성을 보여주는 도면.
도 3 및 도 4는 지지플레이트의 변형 예를 보여주는 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 서셉터를 보여주는 도면.
도 6은 지지플레이트와 서셉터 사이에 기판의 처리 공간을 형성한 상태를 보여주는 도면.
도 7 및 도 8은 지지플레이트와 서셉터의 변형 예를 보여주는 도면.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 순차적으로 보여주는 도면.
도 10은 본 발명의 변형 예에 따른 기판 처리 방법을 보여주는 도면.
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 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기판지지부의 요부 구성을 보여주는 도면이고, 도 3 및 도 4는 지지플레이트의 변형 예를 보여주는 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 서셉터를 보여주는 도면이고, 도 6은 지지플레이트와 서셉터 사이에 기판의 처리 공간을 형성한 상태를 보여주는 도면이고, 도 7 및 도 8은 지지플레이트와 서셉터의 변형 예를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 기판(S)이 처리되는 내부공간을 제공하는 챔버(100)와, 챔버(100)의 상부에 구비되고 기판(S)을 가열하기 위한 열원 유닛(120)과, 챔버(100)의 내부에 구비되고 상부면에 기판을 지지하기 위한 지지플레이트(136)를 포함하는 기판지지부(130)와, 기판지지부(130)와 열원 유닛(120) 사이에 구비되고 기판지지부(130)와 나란하게 배치되는 서셉터(140)를 포함할 수 있다. 이때, 기판 처리 장치는 그래핀을 합성하거나, RTO(Rapid Thermal Oxidation), RTN(Rapid Thermal Nitridation), RTD(Rapid Thermal Diffusion) 등과 같은 열처리 공정을 수행하는데 적용될 수 있다.
챔버(100)는 내부에 기판(S)을 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 중공의 몸체(101)와, 몸체(101) 상부에 결합되는 리드(lid, 102)를 포함한다. 여기에서 몸체(101)는 기판(S)을 처리할 수 있는 공간을 제공하고, 리드(102)는 몸체(101) 내부를 밀폐시키는 동시에 열원 유닛(120)을 설치할 수 있는 공간을 제공할 수 있다.
몸체(101)에는 기판(S)의 반입 및 반출을 위한 게이트(104)가 형성될 수 있다. 도 1에서는 게이트(104)가 몸체(101)의 양측에 형성된 것으로 도시하고 있으나, 게이트를 몸체(101)의 일측에만 형성하고 이때, 게이트(104)는 몸체(101)의 일측 또는 양측에 형성될 수 있다. 게이트(104)는 기판(S) 본 실시 예에서는 챔버(100)의 양쪽 측벽에 게이트(104)를 형성한 것으로 설명하고 있지만, 챔버(100)의 일 측벽에만 게이트(104)를 형성하고 기판(S)의 반입 및 반출에 공통으로 사용할 수도 있다.
챔버(100)의 외부에는 챔버(100)의 내부공간으로 공정가스를 공급하는 가스공급부(미도시)가 구비되고, 챔버(100)에는 가스공급부와 연결되는 가스주입구(미도시)와, 가스주입구와 대향하는 쪽에 챔버(100) 내부의 가스를 배출하기 위한 가스배출구(미도시)가 형성될 수 있다. 예컨대 가스주입구가 챔버(100)의 상부측에 형성된다면, 가스배출구는 챔버(100)의 하부측에 형성될 수 있다. 이 경우, 몸체(101)와 리드(102) 사이에 투명창(106)이 구비되지 않은 경우에 한한다. 또한, 가스주입구가 챔버(100)의 일측에 형성된다면, 가스배출구는 챔버(100)의 타측에 형성될 수 있고, 이 경우 가스주입구와 가스배출구는 게이트(104)가 형성된 방향과 교차하는 방향에 형성될 수 있다. 또한, 기판(S)에 공정가스를 균일하게 분사할 수 있다면 가스주입구와 가스배출구는 챔버(100)의 어느 곳에 형성되어도 무방하다. 여기에서 가스주입구와 가스배출구는 공정가스의 공급 및 배출이 가능한 것으로 설명하지만, 기판(S)을 냉각시키기 위한 냉각가스의 공급 및 배출에 사용될 수도 있다.
가스배출구를 통해 챔버(100) 내부의 가스를 보다 효과적으로 배출시키기 위해서는 가스배출구와 연결되는 배기라인(미도시) 상에 펌프(미도시)를 장착할 수도 있다. 이와 같은 구성을 통해 챔버(100) 내부에 진공 형성과 같은 압력 제어도 수행할 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 흡착시킬 수 있다. 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. 본 발명에서는 기판(S) 처리 시 발생하는 이물질이 챔버(100)의 내벽, 즉 라이너에 부착되는 것을 억제함으로써 라이너의 교체주기를 연장할 수 있다. 이에 대해서는 나중에 다시 설명하기로 한다.
리드(102)는 하부가 개방된 중공형으로 형성되고, 몸체(101) 상부에서 몸체(101) 내부를 밀폐시킬 수 있다. 이때, 리드(102)와 몸체(101) 사이에는 투명창(106)이 구비되어 기판(S) 처리시 발생하는 부산물에 의해 열원 유닛(120)이 오염되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 투명창(106)은 열원에 열원을 인가하는 경우 램프에서 발생하는 진동 및 열팽창에 의해 이물질이 떨어져 기판 처리 시 오염원으로 작용하는 것을 방지할 수도 있다. 또한, 열원 유닛(120)이 수용되는 공간을 진공이 형성되는 기판 처리 공간과 달리 대기 분위기로 만들어 열원에 전원을 인가할 때 아킹이 발생하는 등의 위험을 방지할 수 있다.
리드(102)는 내부에는 열원 유닛(120)이 설치될 수 있다. 이때, 리드(102) 내부에는 복수의 열원이 조립된 형태의 열원 유닛(120)이 설치될 수 있다. 또는, 복수의 열원이 리드(102) 내부에 개별적으로 설치될 수도 있다. 이 경우 열원에서 방출되는 방사광을 집광하여 몸체(101) 측으로 조사할 수 있도록 리드(102) 내부에는 열원을 설치하기 위한 아치(arch) 형상의 고정홈(미도시)이 형성되고, 그 표면에는 반사체(미도시)가 구비될 수 있다. 고정홈은 열원(124)보다 크게 형성하여 고정홈의 표면과 열원(124)의 표면이 이격되어 형성될 수 있도록 함으로써 방사광이 효과적으로 집광될 수 있도록 하는 것이 좋다.
리드(102)에는 냉각 가스를 공급하기 위한 냉각라인(미도시)이 구비될 수 있다. 이때, 리드(102)의 내부 공간과 몸체(101)의 내부 공간은 투명창(106)에 의해 분리될 수 있기 때문에 냉각라인을 통해 공급되는 냉각 가스는 몸체(101) 내부로 유입되지 않는다. 따라서 리드(102)와 몸체(101)에 냉각 가스를 개별적으로 공급함으로써 열원 유닛(120)과 기판(S)을 독립적으로 냉각시킬 수 있다. 또한, 리드(102)로 공급되는 냉각가스는 몸체(101) 내부로 공급되는 냉각가스와 서로 다른 종류를 사용할 수 있고, 몸체(101) 내부로 공급되는 냉각가스에 비해 다양한 종류의 냉각가스를 사용할 수 있는 이점이 있다.
열원 유닛(120)은 리드(102) 내부에 설치되어 챔버(100) 내부에 로딩되는 기판(S)을 가열할 수 있다. 열원 유닛(120)은 지지체(122)와, 방사광을 발생시키는 열원(124)과, 열원(124)을 감싸 보호하고 열원(124)을 지지체(122)에 고정 설치하기 위한 투과창(126)을 포함할 수 있다. 투과창(126)은 열원(124)에서 방출되는 방사광을 투과시킬 수 있고, 기판(S)을 처리하는 과정에서 기판(S)을 처리하는 물질, 예컨대 박막 물질이 열원(124)에 증착되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 몸체(101)와 리드(102) 사이에 투명창(106)이 구비되지 않는 경우, 기판(S) 처리 과정에서 챔버(100) 내부에 인가되는 압력으로부터 열원(124)을 보호하여 열원(124)의 수명을 향상시킬 수 있다.
열원(124)은 텅스텐 할로겐 램프, 카본 램프 및 루비 램프 중 적어도 어느 한 가지가 사용될 수 있다. 열원(124)은 선형, 벌브(bulb)형 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
선형의 열원(124)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(124)의 표면 일부에는 반사체(미도시)가 형성될 수도 있다. 열원(124)은 가열 대상인 기판(S)의 일측, 예컨대 상부에 배치되기 때문에 열원(124)으로부터 방출되는 방사광이 기판(S)으로 조사될 수 있도록 기판(S)이 배치되는 반대 방향에 반사체를 형성할 수 있다. 반사체는 열원(124)의 일부 또는 투과창(126)의 일부에 형성될 수 있다. 반사체가 넓은 범위에 걸쳐 형성되는 경우 방사광이 투과되는 영역이 매우 좁아져 기판(S)을 균일하게 가열하기 어려우므로, 적절한 범위에 반사체를 형성하여 기판(S)을 효율적으로 가열할 수 있다. 반사체는 반사율이 우수한 재질로 형성될 수 있으며, 세라믹이나 Ni 또는 Ni/Au 합금 등의 금속재질로 형성될 수 있다.
지지체(122)는 열원(124)에서 방출되는 방사광이 기판(S)으로 조사될 수 있도록 하부가 개방된 중공형으로 형성될 수 있다. 이때, 열원(124)이 선형으로 형성되는 경우 지지체(122)의 양측면에는 열원(124)의 양단부를 고정하기 위한 관통구(미도시)가 각각 형성될 수 있다. 또는, 열원(124)이 벌브형으로 형성되는 경우에는 상부면에 열원을 고정하기 위한 관통구가 형성될 수 있다.
그리고 지지체(122)에는 열원(124)을 설치하기 위한 고정홈(121)이 형성될 수 있다. 고정홈(121)은 아치(arch) 형상으로 형성되고, 그 표면에는 반사체(미도시)가 구비될 수 있다. 고정홈(121)은 열원(124)의 직경보다 크게 형성하여 고정홈(121)의 표면과 열원(124)의 표면이 이격되어 형성될 수 있도록 함으로써 방사광이 효과적으로 집광될 수 있도록 하는 것이 좋다.
투과창(126)은 내부에 열원(124)을 수용할 수 있는 공간을 제공하며, 열원(124)의 삽입 및 분리가 가능하도록 양쪽이 개방된 중공형, 예컨대 원통형으로 형성될 수 있다. 투과창(126)의 양단부는 지지체(122)의 관통구에 삽입되어 고정될 수 있다. 이러한 구성을 통해 열원(124)은 투과창(126) 내부에 삽입되어 지지체(122)에 설치될 수 있다.
챔버(100)에는 기판(S)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 기판(S)으로부터 방출되는 복사 에너지를 감지하여 온도를 측정할 수 있는 고온계(pyrometer)가 사용될 수도 있다.
기판지지부(130)는 상부면에 기판(S)을 지지하기 위한 지지플레이트(136)와, 지지플레이트(136)를 상하방향으로 관통하도록 구비되는 지지핀(138) 및 지지플레이트(136)를 상하방향으로 이동 가능하도록 지지하는 지지축(132)을 포함할 수 있다. 또한, 기판지지부(130)는 챔버(100)의 외부에 구비되고, 지지축(132)을 상하방향으로 이동 및 회전시킬 수 있는 구동기(134)를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 지지플레이트(136)는 대략 기판(S)의 형상에 대응하는 형상, 예컨대 원형으로 형성될 수 있고, 기판(S)의 면적보다 큰 면적을 갖도록 형성될 수 있다. 지지플레이트(136)는 상부에 기판을 지지하기 위한 안착면(136a)이 형성될 수 있으며, 적어도 기판이 지지되는 안착면은 평평하게 형성될 수 있다. 그리고 안착면(136a)의 외측에는 서셉터(140)와 접촉 가능하도록 형성되는 제1접촉면(136b)이 형성될 수 있다. 제1접촉면(136b)은 안착면(136a)과 동일한 단차를 갖도록 형성될 수 있다.
또한, 지지플레이트(136)에는 지지핀(138)을 삽입하기 위한 삽입구(137)가 형성될 수 있다. 이때, 삽입구(137)는 기판(S)이 지지되는 안착면에 형성될 수 있으며, 적어도 3개 이상이 형성될 수 있다. 삽입구(137)는 지지핀(138)이 상하방향으로 자유이동 가능하고, 이탈되는 것을 방지하기 위하여 상부에서 하부로 갈수록 직경이 좁아지는, 예컨대 상광하협 형상으로 형성될 수 있다.
지지핀(138)은 지지플레이트(136)에 형성된 삽입구(137)에 삽입되어 설치될 수 있다. 종래에는 기판의 로딩 및 언로딩 시 기판을 지지플레이트로부터 상승시키거나 하강시키기 위해서 별도의 구동장치에 의해 상하방향으로 이동하는 리프트핀을 사용하였다. 그러나 본 발명에서는 구동기(134)를 이용하여 지지축(132)을 상하방향으로 이동시켜 지지플레이트(136)를 상하방향으로 이동시키기 때문에 지지플레이트(136)의 이동방향에 따라 지지핀(138)을 자유 이동시켜 기판을 상승 및 하강시킬 수 있다.
지지핀(138)은 상하방향으로 연장되는 바형상으로 형성될 수 있다. 이때, 지지핀(138)은 삽입구(137)에 삽입된 상태로 상하방향으로 자유 이동이 가능하도록 삽입구(137)의 직경보다 작은 직경을 갖도록 형성될 수 있다. 그리고 지지핀(138)의 상부에는 이탈방지부재(138a)가 구비될 수 있다. 이탈방지부재(138a)는 지지핀(138)과 일체형으로 형성될 수도 있고, 별도의 구성요소로 형성되어 지지핀(138)의 상부에 결합될 수도 있다. 이탈방지부재(138a)는 기판(S)의 로딩 및 언로딩 시 그 상부를 통해 기판(S)을 지지하고, 지지핀(138)이 삽입구(137)로부터 이탈하는 것을 방지할 수 있다. 이탈방지부재(138a)는 기판 처리 시 삽입구(137) 내부에 수용될 수 있도록 삽입구(137)의 형상과 유사한 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 이탈방지부재(138a)는 삽입구(137)로부터 이탈하지 않도록 적어도 일부가 삽입구(137)의 하부측 직경보다 큰 직경을 갖도록 형성될 수 있다. 그리고 이탈방지부재(138a)의 상부면은 평평하게 형성될 수도 있고, 기판(S)과의 접촉면적을 줄일 수 있도록 첨부 또는 곡면을 포함할 수도 있다.
지지핀(138)은 이와 같은 구성을 통해 상하방향으로 이동 가능하도록 지지플레이트(136)에 설치되어 기판(S)을 지지플레이트(136)의 상부면으로부터 상승시키거나 지지플레이트(136)의 상부면에 안착시킬 수 있다.
기판(S)을 지지플레이트(136)의 상부면으로 상승시키는 경우, 지지핀(138)의 하부는 챔버(100)의 내부 바닥에 지지될 수 있다. 이때, 지지핀(138)을 안정적으로 지지하기 위해서 챔버(100)의 내부 바닥, 예컨대 지지핀(138)의 직하부에는 지지핀(138)의 하부를 삽입할 수 있는 홀더(150)를 구비할 수 있다. 홀더(150)는 지지핀(138)의 하부의 적어도 일부가 삽입될 수 있는 홈을 구비할 수 있다.
그리고 기판 처리 시 지지플레이트(136)를 회전시킬 수도 있는데, 이 경우 지지핀(138)은 챔버(100)의 내부 바닥 또는 홀더(150)로부터 이격시켜야 한다. 이에 지지핀(138)은 기판 처리 시 지지플레이트(136)를 상승시켰을 때 챔버(100)의 내부 바닥 또는 홀더(150)에 닿지 않을 정도의 길이로 형성하는 것이 바람직하다. 그리고 홀더(150)는 기판 처리를 위해 지지플레이트(136)를 상승시켰을 때 지지핀(138)이 홀더(150)로부터 분리되어 부유(floating)한 상태로 될 수 있을 정도의 높이로 형성될 수 있다.
도 3 및 도 4는 지지플레이트의 변형 예를 보여주고 있다.
도 3을 참조하면, 지지플레이트(136)는 상부면에 형성되는 단턱(139)을 제외하고 도 2에 도시된 지지플레이트(136)와 거의 동일한 형태로 형성될 수 있다.
단턱(139)은 안착면(136a)과 제1접촉면(136b) 사이에 구비될 수 있다. 단턱(139)은 안착면(136a) 또는 제1접촉면(136b)보다 높은 단차를 갖도록, 즉 상측으로 돌출되도록 형성될 수 있다. 단턱(139)은 도 3의 (a)에 도시된 것처럼 안착면(136a)의 외측 또는 제1접촉면(136b)의 내측을 따라 연속적으로 형성될 수 있다.
또는 단턱(139)은 도 3의 (b)에 도시된 것처럼 안착면(136a)과 제1접촉면(136b)을 연결하는 제1유로홈(139a)을 구비할 수도 있다. 제1유로홈(139a)은 기판 처리 시 챔버 내부로 공급되는 가스를 안착면(136a) 측, 다시 말해서 지지플레이트(136)와 서셉터(140) 사이에 형성되는 처리공간으로 가스를 용이하게 유입시킬 수 있다.
도 4를 참조하면, 지지플레이트(136)는 링형상으로 형성될 수 있다. 지지플레이트(136)는 내측에 기판(S)을 지지하기 위한 안착면(136a)과, 안착면의 외측에 제1접촉면(136b)을 구비할 수 있다. 이때, 안착면(136a)과 제1접촉면(136b)의 사이에는 상부로 돌출되는 단턱(139)이 형성될 수 있다. 그리고 단턱(139)에는 안착면(136a)과 상기 제1접촉면(136b)을 연결하는 제1유로홈(미도시)이 형성될 수도 있다.
서셉터(140)는 열원 유닛(120)과 기판지지부(130), 즉 열원 유닛(120)과 지지플레이트(136) 사이에 구비될 수 있다. 서셉터(140)는 열원 유닛(120)으로부터 방출되는 방사광을 이용하여 기판(S)을 간접적으로 가열할 수 있다.
서셉터(140)는 열원 유닛(120)으로부터 방출되는 방사광에 의해 기판(S)이 직접적으로 가열되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 서셉터(140)는 열원 유닛(120)과 지지플레이트(136) 사이에 구비되어, 열원으로부터 방출되는 방사광에 의해 가열된 후 그 열에 의해 기판(S)을 가열할 수 있다. 이에 서셉터(140)는 열전도도 및 열흡수도가 높은 재질로 형성될 수 있으며, 예컨대 그라파이트(graphite) 또는 탄화규소(SiC)가 코팅된 그래파이트, 탄화규소(Silicon Carbide), 질화규소(Silicon nitride), 알루미나(Al2O3), 질화 알루미늄(Aluminum nitride) 및 석영(Quartz) 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
한편, 기판 처리 공정은 매우 고온에서 이루어지기 때문에 기판 또는 기판 상부에 증착된 막을 구성하는 물질들이 증발하여 챔버(100)의 내벽에 부착되기 쉽다. 이렇게 챔버(100) 내벽에 부착되는 물질들은 기판 처리 시 오염원으로 작용할 수 있기 때문에 기판 처리 후 세정 공정을 수행하고, 챔버(100) 내벽에 라이너를 설치하고 주기적으로 라이너를 교체하는 작업을 수행하고 있다. 이때, 라이너를 교체하는 경우에는 챔버(100) 내벽에 형성되는 라이너 전체를 교체해야 하기 때문에 시간 및 비용면에서 불리한 문제점이 있다. 이에 본 발명에서는 기판 처리 시 발생하는 대부분의 이물질들이 기판(S) 직상부에 구비되는 서셉터(140)에 부착되도록 하여 챔버(100)의 세정 및 라이너 교체 등에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있다.
즉, 기판을 지지하는 지지플레이트(136)와 서셉터(140) 사이에 기판이 처리되는 공간을 형성하여 대부분의 이물질이 서셉터(140)에 부착되도록 함으로써 챔버(100)의 내부 공간이 오염되는 것을 억제할 수 있다.
도 5를 참조하면, 서셉터(140)는 지지플레이트(136)보다 큰 면적을 갖는 플레이트 형상으로 형성되며, 지지플레이트(136)와의 사이에 기판의 처리 공간을 형성할 수 있도록 상측으로 함몰 또는 절곡되는 홈부(140a)를 구비할 수 있다. 홈부(140a)는 지지플레이트(136)와 마주보는 하부면에 적어도 지지플레이트(136)의 안착면에 대응하는 영역에 걸쳐 형성될 수 있다. 또는 홈부(140a)는 지지플레이트(136)의 안착면과 단턱(139)을 커버할 수 있도록 형성될 수 있다.
그리고 서셉터(140)는 홈부(140a)의 외측에 제1접촉면(136b)과 접촉 가능한 제2접촉면(140b)을 구비할 수 있다.
서셉터(140)는 챔버(100) 내부에서 분리 가능하도록 구비될 수 있으며, 챔버(100) 내부에는 서셉터(140)를 분리 가능하도록 지지하기 위한 지지대(160)가 설치될 수 있다. 지지대(160)는 기판지지부(130)의 외측, 예컨대 지지플레이트(136)의 외측에 지지플레이트(136)와 이격되도록 구비될 수 있다. 지지대(160)는 상부에 서셉터(140)를 분리 가능하도록 지지할 수 있다. 즉, 서셉터(140)는 지지대(160)의 상부에 안착되어 지지될 수 있으며, 제2접촉면(140b)의 일부가 지지대(160)의 상부 안착되어 지지될 수 있다.
이러한 구성을 통해 지지플레이트(136)와 서셉터(140) 사이, 보다 구체적으로는 안착면(136a)과 홈부(140a) 사이에 챔버(100)의 내부공간과 분리되는 기판이 처리되는 공간, 즉 처리 공간(G)이 형성될 수 있다. 처리 공간(G)은 구동기(134)를 이용하여 지지플레이트(136)를 상승시켜 지지플레이트(136)와 서셉터(140) 간의 거리를 조절함으로써 형성할 수 있다. 예컨대 지지플레이트(136)의 제1접촉면(136b)과 서셉터(140)의 제2접촉면(140b)을 밀착시키면 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 밀폐된 형태의 처리 공간을 형성할 수 있다. 이때, 제1접촉면(136b)과 제2접촉면(140b)이 밀착되더라도 기판 처리가 진공 상태에서 수행되기 때문에 처리 공간으로 가스를 유입시키는데는 문제가 없다. 또는, 지지플레이트(136)의 제1접촉면(136b)과 서셉터(140)의 제2접촉면(140b)을 소정 거리 이격시켜 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 개방된 형태의 처리 공간을 형성할 수도 있다. 이 경우, 제1접촉면(136b)과 제2접촉면(140b) 간의 거리(y)는 안착면(136a)과 홈부(140a)의 상부면 간의 거리(x)보다 작을 수 있다.
이러한 구성을 통해 기판 처리 시 발생하는 이물질이 인접한 서셉터(140)에 대부분 부착되기 때문에 챔버(100) 내벽이 이물질에 의해 오염되는 것을 억제할 수 있다.
한편, 기판 처리 시 지지플레이트(136)를 회전시킬 수도 있는데, 제1접촉면(136b)과 제2접촉면(140b)을 밀착시킨 경우 지지플레이트(136) 상부에서 서셉터(140)를 안정적으로 유지하기 어려운 문제점이 있다. 이에 도 7에 도시된 바와 같이 지지플레이트(136)의 제1접촉면(136b)에 체결 돌기(136c)를 형성하고, 서셉터(140)의 제2접촉면(140b)에 체결 돌기(136c)를 삽입하기 위한 체결구(142)를 형성할 수도 있다. 또는 제1접촉면(136b)에는 체결구를 형성하고, 제2접촉면에는 체결 돌기를 형성할 수도 있다. 이외에도 기판 처리 시 서셉터를 안정적으로 유지할 수 있는 다양한 체결 구조가 적용될 수 있음은 물론이다.
또한, 지지플레이트(136)의 제1접촉면(136b)과 서셉터(140)의 제2접촉면(140b)을 밀착시킨 경우 기판의 처리 공간으로 가스가 원활하게 유입될 수 있도록 제1접촉면(136b)과 제2접촉면(140b) 중 적어도 어느 하나에 제2유로홈(135, 144)을 형성할 수도 있다. 도 8을 참조하면, 제2유로홈(135, 144)은 제1접촉면(136b)과 제2접촉면(140b)에 방사상으로 형성될 수 있다. 그리고 지지플레이트(136)에 단턱(139)이 형성된 경우, 제2유로홈(135, 144)은 단턱(139)에 형성되는 제1유로홈(139a)과 연장되도록 형성될 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법에 대해서 설명한다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 순차적으로 보여주는 도면이고, 도 10은 본 발명의 변형 예에 따른 기판 처리 방법을 보여주는 도면이다.
먼저, 기판(S)을 챔버(100) 내부로 인입한다. 챔버(100)로 기판(S)의 인입은 별도의 기판 이송수단(미도시)을 이용하여 수행될 수 있다. 이때, 지지플레이트(136)는 구동기(134)에 의해 하강한 상태로 지지핀(138)의 상부는 지지플레이트(136)의 상부면으로부터 돌출되고, 지지핀(138)의 하부는 홀더(150)에 삽입될 수 있다(도 9의 (a) 참조). 이때, 기판(S)은 박판(foil) 형태의 구리(Cu), 니켈(Ni) 등이 사용될 수도 있고, 실리콘(Si), 탄화규소(SiC), 사파이어, GaAs, GaN 웨이퍼 등이 사용될 수 있다.
챔버(100) 내부로 인입된 기판은 지지핀(138) 상부에 안착될 수 있다. 지지핀(138) 상부에 기판(S)이 안착되면, 구동기(134)를 이용하여 지지플레이트(136)를 상승시킨다. 이에 기판(S)은 지지플레이트(136)의 상부면, 즉 안착면(136a)에 안착될 수 있다(도 9의 (b) 참조).
이후, 구동기(134)를 이용하여 지지플레이트(136)를 서셉터(140) 측으로 이동, 즉 상승시켜 지지플레이트(136)와 서셉터(140) 사이에 챔버(100)의 내부공간과 구분되는 처리 공간(G)을 형성할 수 있다.
이때, 지지플레이트(136)를 상승시켜 지지플레이트(136)의 제1접촉면(136b)과 서셉터(140)의 제2접촉면(140b)에 밀착시킬 수 있다. 이에 지지플레이트(136)와 서셉터(140) 사이에는 챔버(100)의 내부 공간과 분리되는 처리 공간(G)이 형성될 수 있다(도 9의 (c) 참조). 그리고 지지핀(138)의 하부는 홀더(150)에서 빠져나와 부유한 상태로 배치될 수 있다. 이 경우 지지플레이트(136)와 서셉터(140) 사이에는 챔버(100)의 내부공간과 분리되는 처리 공간(G)이 형성될 수 있다.
또는, 구동기(134)를 이용하여 지지플레이트(136)를 서셉터(140) 측으로 이동시켜 지지플레이트(136)의 제1접촉면(136b)과 서셉터(140)의 제2접촉면(140b)이 미리 설정된 거리, 예컨대 0.1㎜ 정도의 간격을 갖도록 배치할 수 있다(도 10 참조). 이 경우, 지지플레이트(136)와 서셉터(140) 사이에는 챔버(100)의 내부공간과 일부 연통되는 처리 공간(G)이 형성될 수 있다. 처리 공간(G)이 챔버(100)의 내부공간과 연통되더라도 대부분의 이물질이 처리 공간(G) 내 서셉터(140) 표면에 부착되기 때문에 챔버(100) 내부 공간이 오염되는 것을 최소화할 수 있다.
이후, 열원(124)에 전원을 인가하여 기판(S)을 가열하고, 챔버(100) 내부에 가스를 공급하면서 기판을 처리할 수 있다.
이와 같이 지지플레이트(136)를 상승시켜 지지플레이트(136)와 서셉터(140) 사이, 즉 안착면(136a)과 홈부(140a) 사이에 기판이 처리되는 공간을 형성하게 되면, 지지플레이트(136)에서 기판이 안착되지 않는 영역과 서셉터(140) 간의 거리가 지지플레이트(136)에서 기판이 안착되는 영역과 서셉터(140) 간의 거리보다 작아지게 된다. 이 상태에서 기판을 처리하게 되면, 기판 처리 시 발생하는 이물질의 대부분이 기판(S)에서 서셉터(140)에 부착될 수 있다. 즉, 기판 처리 시 발생하는 이물질이 인접한 서셉터(140)에 대부분 부착되고, 처리 공간에서 이물질의 이동 경로를 차단 또는 축소시켜 챔버(100) 내부를 오염시키는 것을 억제할 수 있다.
기판 처리가 완료되면, 기판(S)을 챔버(100) 외부로 반출할 수 있다. 그리고 필요에 따라 서셉터(140)를 챔버(100) 외부로 반출하여 세정한 다음 챔버(100) 내부로 인입하거나, 새로운 서셉터로 교체하여 다음 공정을 수행할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법은 지지플레이트와 서셉터 사이에 챔버 내부에 기판이 처리되는 공간을 별도로 형성하여 기판 처리 시 발생하는 이물질이 챔버 내부를 오염시키는 것을 억제할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법은 서셉터를 교체 가능하도록 구비하여 챔버 내부 전체에 걸쳐 형성되는 라이너의 교체 주기를 증가시켜 챔버의 유지 보수에 소요되는 시간과 비용을 절감할 수 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: 몸체
102 : 리드 120: 열원 유닛
122: 지지체 124: 열원
126: 투과창 130: 기판지지부
132: 지지축 134: 구동기
136: 지지플레이트 138: 지지핀
140: 서셉터 140a: 홈부
150: 홀더 160: 지지대
S : 기판

Claims (20)

  1. 챔버;
    상기 챔버의 내에서 기판을 지지하고 상하방향으로 이동 가능한 지지플레이트;
    상기 지지플레이트의 상측에 구비되고, 상기 기판을 가열하기 위한 열원 유닛;
    상기 지지플레이트와 상기 열원 유닛 사이에 구비되고, 상기 지지플레이트와 사이에 처리 공간을 형성할 수 있도록 상측으로 절곡되는 홈부가 형성되는 서셉터; 를 포함하고,
    상기 지지플레이트는,
    상부면에 기판을 지지하기 위한 안착면과, 상기 안착면의 외측에 상기 서셉터와 접촉 가능한 제1접촉면을 구비하고,
    상기 안착면을 상하방향으로 관통하도록 구비되는 지지핀을 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 챔버의 하부를 관통하도록 배치되고, 상기 지지플레이트의 하부를 지지하는 지지축; 및
    상기 챔버의 외부에서 상기 지지축에 연결되고, 상기 지지축을 상하방향으로 이동시킬 수 있는 구동기;를 포함하는 기판 처리 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 지지플레이트는,
    상기 지지핀을 상하방향으로 이동 가능하도록 삽입하기 위한 삽입구를 포함하는 기판 처리 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 지지핀은 상기 삽입구에 삽입 가능한 이탈방지부재를 포함하는 기판 처리 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 지지플레이트는,
    링형상으로 형성되고,
    내측에 상기 기판을 지지하기 위한 안착면과, 상기 안착면의 외측에 구비되는 제1접촉면을 포함하는 기판 처리 장치.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 지지플레이트는,
    상기 안착면과 상기 제1접촉면의 사이에 상부로 돌출되도록 형성되는 단턱을 포함하는 기판 처리 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 단턱에는 상기 안착면과 상기 제1접촉면을 연결하는 제1유로홈이 형성되는 기판 처리 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 지지핀의 하부에 상기 지지핀의 하부를 삽입할 수 있는 홀더를 구비하는 기판 처리 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 서셉터는,
    상기 지지플레이트보다 큰 면적을 갖는 플레이트 형상으로 형성되고,
    상기 홈부의 외측에는 상기 제1접촉면과 접촉 가능한 제2접촉면을 포함하는 기판 처리 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 구동기는 상기 지지축을 회전시킬 수 있는 기판 처리 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 지지플레이트의 외측에 상기 서셉터를 지지하기 위한 지지대를 구비하고,
    상기 서셉터는 상기 지지대에 분리 가능하도록 지지되는 기판 처리 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1접촉면과 상기 제2접촉면 중 어느 하나에는 체결돌기를 형성하고, 나머지 하나에는 상기 체결돌기를 삽입하기 위한 체결구를 형성하는 기판 처리 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1접촉면과 상기 제2접촉면 중 적어도 어느 하나에는 상기 처리 공간과 상기 챔버의 내부 공간을 연통시키는 제2유로홈이 형성되는 기판 처리 장치.
  15. 챔버 내부에 구비되는 지지플레이트 상부에 기판을 안착시키는 과정;
    상기 지지플레이트의 상승시켜 상기 지지플레이트와 상기 지지플레이트의 상측에 배치되는 서셉터 사이에 상기 챔버의 내부 공간과 구분되는 처리 공간을 형성하는 과정; 및
    상기 기판을 처리하는 과정;을 포함하고,
    상기 처리 공간을 형성하는 과정은, 상기 지지플레이트의 상부면에서 상기 기판이 안착되는 영역과 상기 서셉터 사이의 거리보다 상기 지지플레이트에서 상기 기판이 안착된 영역의 외측 영역과 상기 서셉터 사이의 거리를 작게 하는 과정을 포함하는 기판 처리 방법.
  16. 삭제
  17. 챔버 내부에 구비되는 지지플레이트 상부에 기판을 안착시키는 과정;
    상기 지지플레이트의 상승시켜 상기 지지플레이트와 상기 지지플레이트의 상측에 배치되는 서셉터 사이에 상기 챔버의 내부 공간과 구분되는 처리 공간을 형성하는 과정; 및
    상기 기판을 처리하는 과정;을 포함하고,
    상기 처리 공간을 형성하는 과정은, 상기 지지플레이트의 상부면에서 상기 기판이 안착되는 영역의 외측 영역과 상기 서셉터의 적어도 일부를 접촉시키는 과정을 포함하는 기판 처리 방법.
  18. 청구항 15 또는 청구항 17에 있어서,
    상기 기판을 처리하는 과정은,
    상기 지지플레이트를 회전시키는 과정을 포함하고,
    상기 지지플레이트를 회전시키는 과정 이전에 상기 지지플레이트와 상기 서셉터를 체결하는 과정을 포함하는 기판 처리 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 기판을 처리하는 과정은,
    상기 챔버 내부에 진공을 형성하는 과정을 포함하는 기판 처리 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 기판을 처리하는 과정 이후에,
    상기 서셉터를 교체하는 과정을 포함하는 기판 처리 방법.
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