KR101992379B1 - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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남원식
연강흠
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남원식
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Abstract

본 발명은 열원 장치 및 이를 구비하는 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 기판이 처리되는 내부공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버 내부에서 상기 기판을 지지하기 위한 기판지지부; 상기 기판을 가열하도록 상기 챔버에 구비되는 열원 유닛; 상기 기판과 상기 열원 유닛 사이에 배치되고, 분할된 복수개의 서셉터 조각을 포함하는 서셉터; 및 상기 기판과의 거리를 조절할 수 있도록 상기 복수개의 서셉터 조각을 독립적으로 이동시킬 수 있는 승강 유닛;을 포함하고, 기판 처리 시 기판에 온도 편차가 발생하는 경우, 기판과 서셉터 간의 거리를 국부적으로 조절함으로써 기판의 온도를 조절할 수 있으므로 기판 전체를 균일하게 가열할 수 있다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{Apparatus for processing substrate and method for processing substrate}
본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기판을 균일하게 처리할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 기판 등을 열처리하는 방법으로 급속열처리(rapid thermal processing; RTP) 방법이 많이 사용되고 있다. 급속열처리 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 조절이 용이하여, 기판의 열처리 품질을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
그러나 기판이 대면적화됨에 따라 열원을 이용하여 기판 전체를 균일하게 가열하는데 어려움이 발생하였다. 이에 기판 전체를 균일하게 가열할 수 있도록 열원과 기판 간의 거리를 단축하거나, 열원의 배열 방법을 변경하는 등 다양한 노력이 시도되고 있다.
KR 0965143 B
본 발명은 기판 전체를 균일하게 가열할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공한다.
본 발명은 공정 효율 및 생산성을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 기판이 처리되는 내부공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버 내부에서 상기 기판을 지지하기 위한 기판지지부; 상기 기판을 가열하도록 상기 챔버에 구비되는 열원 유닛; 상기 기판과 상기 열원 유닛 사이에 배치되고, 분할된 복수개의 서셉터 조각을 포함하는 서셉터; 및 상기 기판과의 거리를 조절할 수 있도록 상기 복수개의 서셉터 조각을 독립적으로 이동시킬 수 있는 승강 유닛;을 포함할 수 있다.
상기 기판의 온도를 측정하기 위한 온도측정기를 포함할 수 있다.
상기 서셉터는 상기 기판의 형상에 대응하는 형상으로 형성되고, 상기 서셉터 조각은 다각형, 원형 및 링형 중 적어도 어느 하나의 형상을 갖도록 형성될 수 있다.
상기 승강 유닛은, 상기 서셉터 조각을 상기 열원 유닛과 상기 기판 사이에 배치시킬 수 있는 서셉터 지지대; 및 상기 서셉터 조각과 상기 기판 사이의 거리를 조절할 수 있도록 상기 서셉터 지지대를 이동시킬 수 있는 승강기;를 포함할 수 있다.
상기 기판의 온도를 측정하기 위한 온도측정기; 및 상기 온도측정기에서 측정된 온도에 따라 상기 승강 유닛의 동작을 제어하기 위한 제어부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 방법은, 챔버 내부에 복수개의 서셉터 조각을 포함하는 서셉터를 마련하는 과정; 상기 챔버에 구비되는 기판지지부에 기판을 안착시키는 과정; 상기 기판을 가열하는 과정; 상기 기판의 온도를 측정하는 과정; 및 측정된 온도에 따라 상기 기판과 상기 서셉터 조각 사이의 거리 조절 여부를 결정하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 서셉터를 마련하는 과정은 상기 복수개의 서셉터 조각을 동일한 높이에 배치시키는 과정을 포함할 수 있다.
상기 기판의 온도를 측정하는 과정은, 복수의 지점에서 상기 기판의 온도를 측정하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 기판과 상기 서셉터 조각 사이의 거리 조절 여부를 결정하는 과정은, 측정된 온도들이 기설정된 온도범위에 포함되면, 상기 기판과 상기 서셉터 조각 사이의 거리를 그대로 유지하는 것으로 결정하고, 측정된 온도들 중 적어도 어느 하나가 기설정된 온도범위를 벗어나면, 해당 지점에 배치되는 서셉터 조각과 상기 기판 사이의 거리를 조절하는 것으로 결정할 수 있다.
측정된 온도가 기설정된 온도범위 미만이면 상기 기판과 상기 서셉터 조각 사이의 거리를 감소시키고, 측정된 온도가 기설정된 온도범위를 초과하면 상기 기판과 상기 서셉터 조각 사이의 거리를 증가시키는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 기판 전체를 균일하게 가열할 수 있다. 즉, 기판 처리 시 기판에 온도 편차가 발생하는 경우, 기판과 서셉터 간의 거리를 국부적으로 조절함으로써 기판의 온도를 조절할 수 있다. 따라서 기판 전체를 균일하게 가열할 수 있어 기판 처리 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 기판이 대면적화되는 경우에도 기판을 효율적으로 가열할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 분해 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 선A-A에 따른 기판 처리 장치의 단면도.
도 3은 도 1에 도시된 선B-B에 따른 기판 처리 장치의 단면도.
도 4는 도 3에 도시된 C영역의 확대도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리할 때 서셉터와 기판 사이의 거리를 조절하는 상태를 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 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 선A-A에 따른 기판 처리 장치의 단면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 선B-B에 따른 기판 처리 장치의 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 C영역의 확대도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 박막 제조장치는, 기판(S)이 처리되는 내부공간을 제공하는 챔버(100)와, 챔버(100) 내부에서 기판(S)을 지지하기 위한 기판지지부(400)와, 기판(S)을 가열하도록 챔버(100)에 구비되는 열원 유닛(200)과, 기판(S)을 간접 가열하도록 기판(S)과 열원 유닛(200) 사이에 배치되고, 복수개로 분할된 서셉터 조각(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)을 포함하는 서셉터(310) 및 서셉터 조각(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)을 독립적으로 이동시키기 위한 승강 유닛(320)을 포함할 수 있다.
챔버(100)는 내부에 수용되는 기판을 가열하기 위한 공간, 즉 진공의 가열공간이 마련된 구성으로서, 대략적인 형상은 적어도 일측, 예컨대 하부가 개방된 중공형으로 형성될 수 있다. 그리고 챔버(100)는 하나의 구조체로 제작될 수도 있으나, 여러 부품이 연결 또는 결합된 구조체로 제작될 수도 있는데, 이 경우 각 부품 간의 연결 부위에는 밀폐수단(미도시)이 부가적으로 구비될 수 있다. 이에 따라 기판(S)의 가열 또는 냉각 시 장치 내에 투입되는 에너지를 절감해 줄 수 있다.
본 실시 예에서는 기판(S)이 챔버(100) 내부에서 수평방향으로 배치되고, 열원 유닛(200)은 기판(S)과 나란하게 구비되도록 챔버(100)의 하부에 구비되는 예에 대해서 설명한다. 그러나 열원 유닛(200)은 챔버(100)의 상부에만 구비될 수도 있고, 상부 및 하부에 각각 구비될 수도 있다. 또한, 챔버가 상하방향으로 연장되도록 배치되고, 기판은 챔버의 배치 방향을 따라 상하방향으로 배치될 수도 있다. 이 경우, 열원 유닛은 챔버의 일측면 또는 양측면에 각각 구비될 수 있다. 이때, 열원 유닛(200)이 배치되는 방향에 따라 기판지지부(400)와 승강 유닛(320)의 구조가 일부 변경될 수 있다.
챔버(100)에는 기판을 챔버(100) 내부로 인입시키거나 챔버(100) 외부로 인출하기 위한 게이트(110)와, 게이트(110)를 개폐할 수 있는 도어(미도시)가 구비될 수 있다. 또한, 챔버(100)에는 챔버(100)의 내부공간으로 공정가스를 공급하는 가스주입구(미도시)와, 챔버(100) 내부로 공급된 공정가스를 배출시키는 가스배출구(미도시)가 형성될 수 있다. 그리고 가스배출구에는 챔버(100) 내부의 압력을 제어하기 위한 진공라인(미도시)과, 챔버(100) 내부를 냉각시키기 위한 냉각라인이 형성될 수 있다. 이때, 진공라인과 냉각라인에는 펌프가 각각 구비될 수 있으며, 각각의 펌프는 선택적으로 작동 가능하여 챔버(100) 내부의 압력과 온도를 효율적으로 제어할 수 있다. 다시 말해서, 종래에는 하나의 진공라인을 이용하여 챔버(100) 내부의 압력 제어를 수행하였는데, 이때 기판 처리 후 챔버(100) 내부를 냉각시키는 경우 챔버(100) 내부로 공급되는 냉각가스를 진공라인으로 배출시켰다. 이 경우, 냉각가스에 의해 펌프의 손상이 야기되므로 적은 양의 냉각가스를 공급 및 배출시키며 챔버(100)를 냉각시켜 약 1000℃ 이상의 고온인 챔버(100)를 상온까지 냉각시키는데 많은 시간이 소요되었다. 그러나 진공라인과 냉각라인을 구분하여 사용함으로써 챔버(100) 내부에 충분한 양의 냉각가스를 공급하고 냉각라인을 통해 배출시킬 수 있으므로 냉각시간을 효과적으로 단축시킬 수 있다.
챔버(100)의 내부에는 라이너(미도시)가 형성될 수도 있다. 라이너는 챔버(100) 내부에서 공정 가스가 도달할 수 있는 모든 곳, 예컨대 챔버(100)의 내벽에 형성되어 공정 중 발생하는 오염물을 흡착시킬 수 있다. 이와 같이 라이너를 챔버의 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(200)은 챔버(100)의 개방된 일측, 예컨대 하부에 연결되는 지지체(210)와, 기판(S)을 가열하기 위한 방사광을 방사할 수 있는 열원(230) 및 내부에 열원(230)을 삽입하기 위한 공간을 제공하고, 지지체(210)에 설치되는 투광관(220)을 포함할 수 있다.
지지체(210)는 챔버(100)의 하부에 연결되어 챔버(100)의 내부 공간을 폐쇄할 수 있다. 지지체(210)는 내부에 투광관(220) 및 열원(230)을 수용할 수 있는 공간을 제공할 수 있도록, 일측이 개방된 중공형으로 형성될 수 있다. 본 실시 예에서는 챔버(100)의 하부가 개방된 상태로 형성되기 때문에, 지지체(210)는 상부가 개방된 중공형으로 형성될 수 있다. 지지체(210)에는 투광관(220)이 삽입될 수 있는 삽입구(212)가 형성될 수 있다. 이때, 열원(230)의 형상에 따라 삽입구(212)가 형성되는 위치가 변경될 수 있다. 예컨대 일방향으로 연장되는 일자형 열원(230)을 사용하는 경우, 삽입구(212)는 열원(230)이 지지체(210)를 가로지르며 배치될 수 있도록 지지체(210)의 측벽에 서로 대향하게 형성될 수 있다. 그리고 도시되어 있지 않지만, 벌브형 열원을 사용하는 경우, 삽입구는 지지체(210)의 하부면을 관통하도록 형성될 수 있다.
지지체(210)는 상부면에 열원(230)에서 방사되는 방사광을 집광하여 기판(S) 측으로 반사시킬 수 있도록 오목홈(미도시)이 형성될 수 있다. 또한, 방사광을 기판(S) 측으로 효율적으로 반사시킬 수 있도록 지지체(210)의 표면에는 반사체(미도시)가 코팅되어 있을 수 있다. 이때, 반사체는 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 금(Au) 등과 같이 열에 강하고 반사율이 높은 금속 물질이 사용될 수 있다.
투광관(220)은 일방향으로 연장되는 선형으로 형성될 수 있고, 내부에 열원(230)을 삽입할 수 있도록 적어도 일측이 개방된 중공형으로 형성될 수 있다. 투광관(220)은 삽입구(212)에 삽입되어 지지체(210)의 상부 또는 내부에서 지지체(210)를 가로지르도록 배치될 수 있다.
투광관(220)은 고온의 환경에서 견딜 수 있고 열원(230)에서 방출되는 방사광을 투과시킬 수 있도록 석영이나 사파이어를 이용하여 형성될 수 있다.
열원(230)은 일방향으로 연장되는 선형으로 형성될 수 있고, 방사광을 방출하는 텅스텐 할로겐 램프, 카본 램프 및 루비 램프 중 적어도 어느 한 가지가 사용될 수 있다. 열원(230)은 투광관(220)의 개방된 일측으로 삽입되어 지지체(210)를 가로지르도록 배치될 수 있다. 이때, 열원(230)은 기판(S)의 길이보다 길게 형성될 수 있으며, 적어도 기판(S)의 면적에 대응하는 영역에 걸쳐 복수개로 구비될 수 있다.
기판지지부(400)는 기판(S)을 챔버(100) 내부에 지지할 수 있다. 이때, 기판지지부(400)는 핀형상으로 형성될 수 있고, 챔버(100) 내부에서 상하방향으로 연장되도록 지지체(210)에 연결될 수 있다. 기판지지부(400)는 지지체(210)와 나란하게 배치되도록 기판(S)을 지지할 수 있다. 이때, 기판지지부(400)는 서셉터(310) 상부에 기판(S)을 배치시킬 수 있도록 서셉터(310)를 관통하며 배치될 수 있다.
본 실시 예에서는 열원 유닛(200)이 챔버(100)의 하부에 설치된 예에 대해서 설명하기 때문에 기판지지부(400)가 지지체(210)에 연결된 것으로 설명하지만, 열원 유닛이 챔버(100)의 상부나 측면쪽에 배치되는 경우에는 기판지지부(400)의 형상이나 설치 위치가 변경될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 기판(S)의 온도를 측정하기 위한 온도측정기(미도시)와, 온도측정기에서 측정된 온도에 따라 승강 유닛(320)의 동작을 제어하기 위한 제어부(미도시)를 포함할 수 있다. 이때, 온도측정기는 기판(S)의 온도를 간접적으로 측정할 수 있도록, 챔버(100)의 상부면에 형성될 수 있다. 온도측정기는 기판(S) 전체에 걸친 온도를 측정할 수 있도록, 복수개가 일정한 간격 또는 일정한 패턴을 가지며 챔버(100)의 상부면에 형성될 수 있다.
제어부는 온도측정기에서 측정된 온도와, 기설정된 온도, 예컨대 목표 온도를 상호 비교하고, 비교 결과에 따라 기판(S)과 서셉터(310) 사이의 거리를 조절할 수 있도록 승강 유닛(320)을 제어할 수 있다.
서셉터(310)는 기판(S)이 열원(230)에서 방출되는 방사광에 직접적으로 노출되는 것을 방지하고 기판(S)을 간접 가열하는 역할을 할 수 있다. 예컨대 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co), 몰리브덴(Mo), 마그네슘(Mg), 백금(Pt), 은(Ag), 크롬(Cr), 망간(Mn), 티타늄(Ti) 및 텅스텐(W) 등과 같은 금속 기판이 사용되는 경우, 금속 기판에 방사광을 직접 조사하게 되면 방사광이 반사되어 기판(S)을 공정 온도까지 가열하는데 많은 시간과 전력이 소모되는 문제가 있다. 따라서 열원(230)과 기판(S) 사이에 서셉터(310)를 구비하여 방사광이 기판(S)에 의해 반사되는 것을 방지하고, 열원(230)에 의해 가열된 서셉터(310)를 이용하여 기판(S)을 간접 가열할 수 있다. 이와 같은 서셉터(310)는 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.
서셉터(310)는 지지체(212)와 나란하게 배치되고, 열원(216)과 기판(S) 사이에 배치될 수 있다. 서셉터(310)는 복수개의 서셉터 조각(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)으로 분할되도록 형성될 수 있다. 이때, 서셉터(310)는 기판(S)의 형상에 대응하는 형상으로 형성될 수 있고, 서셉터(310)의 전체 면적은 지지체(210)의 면적보다 작고 기판(S)의 면적보다 크게 형성될 수 있다. 예컨대 기판(S)이 사각형인 경우에는 서셉터(310)도 사각형으로 형성될 수 있고, 기판(S)이 원형인 경우에는 서셉터(310)도 원형으로 형성될 수 있다. 분할된 서셉터, 즉 서셉터 조각(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)은 모두 동일한 면적을 갖도록 형성될 수도 있고, 서로 다른 면적을 갖도록 형성될 수도 있다. 예컨대 비교적 온도가 균일한 기판(S)의 중심부에 대응하는 영역에 배치되는 서셉터 조각(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)은 기판(S)의 가장자리부에 대응하는 영역에 배치되는 서셉터 조각(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)보다 큰 면적을 갖도록 형성될 수 있다. 이때, 기판(S)이 사각형인 경우, 서셉터 조각(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)은 사각형으로 형성될 수 있고, 기판(S)이 원형인 경우에는 서셉터 조각은 원형 및 링형으로 형성될 수 있다.
승강 유닛(320)은 서셉터 조각(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)을 독립적으로 상하방향으로 이동 가능하도록 지지체(212)에 연결될 수 있다. 승강 유닛(320)은 기판(S)과 열원(230) 사이에 서셉터 조각(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)을 배치하기 위한 서셉터 지지대(322)와, 서셉터 지지대(322)를 상하방향으로 구동시키기 위한 동력을 제공하는 승강기(324)를 포함할 수 있다. 이때, 서셉터 지지대(322)와 승강기(324)는 복수의 서셉터 조각(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)를 독립적으로 구동시킬 수 있도록 적어도 서셉터 조각(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)의 개수에 대응하는 개수로 구비될 수 있다. 예컨대 서셉터 조각(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)이 9개인 경우, 서셉터 지지대(322)와 승강기(324)는 각각 9개로 구비될 수 있다.
서셉터 지지대(322)는 서셉터 조각(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)의 저면에 구비되는 제1연결부재(322a)와, 제1연결부재(322a)와 슬라이딩 방식으로 결합되도록 지지체(212)에 구비되는 제2연결부재(322b)와, 제1연결부재(322a)와 제2연결부재(322b)의 내부를 따라 상하방향으로 이동 가능하도록 지지체(210)에 구비되는 승강핀(322c)을 포함할 수 있다. 그리고 승강기(324)는 지지체(210)에 구비될 수도 있고, 지지체(210)의 하부에 별도로 마련된 하우징(340) 내부에 구비될 수도 있다.
제1연결부재(322a)는 하부가 개방되고 내부에 공간이 형성되는 원통형의 관 형태로 형성될 수 있다. 이때, 제1연결부재(322a)는 상하방향으로 연장되도록 서셉터 조각(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)의 저면에 연결될 수 있다. 제2연결부재(322b)는 상부 및 하부가 개방되고 내부에 공간이 형성되는 원통형의 관 형태로 형성될 수 있다. 그리고 제2연결부재(322b)는 제1연결부재(322a)의 길이방향을 따라 이동 가능하도록 상부의 적어도 일부는 제1연결부재(322a)의 내부에 삽입되고, 하부는 지지체(212)에 연결될 수 있다. 이때, 제2연결부재(322b)가 제1연결부재(322a)를 따라 이동하면서 회전하는 것을 방지할 수 있도록, 제1연결부재(322a)의 내주면과 제2연결부재(322b)의 외주면의 적어도 일부를 절삭할 수 있다. 또는 제1연결부재(322a)와 제2연결부재(322b)에 돌기와 홈을 각각 형성하거나, 제1연결부재(322a)와 제2연결부재(322b)를 다각형 또는 타원형 관 형태로 형성함으로써 제2연결부재(322b)의 회전을 방지할 수도 있다. 그리고 승강핀(322c)은 제1연결부재(322a)와 제2연결부재(322b)의 길이방향을 따라 이동 가능하도록 제1연결부재(322a)와 제2연결부재(322b)의 내부에 삽입될 수 있다. 그리고 승강핀(322c)은 승강기(324)에 연결되어 승강기(324)에서 제공되는 동력을 이용하여 상하방향으로 이동하며, 서셉터 조각(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)을 상하방향으로 이동시킬 수 있다. 승강기(324)는 지지체(212)에 구비되어, 승강핀(322c)을 상하방향으로 이동시킬 수 있는 동력을 제공할 수 있다.
이외에도 서셉터 지지대(224)는 서셉터 조각(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)을 상하방향으로 이동시킬 수 있는 다양한 형태로 형성될 수 있음은 물론이다.
이와 같이 서셉터 조각(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)마다 높이를 조절할 수 있도록 구성함으로써 기판(S)과 서셉터 조각(310a, 310b, 310c, 310d, 310e) 간의 거리를 T0나 T1으로 조절할 수 있다. 이와 같이 기판(S)과 서셉터 조각(310a, 310b, 310c, 310d, 310e) 사이의 거리를 선택적으로 조절함으로써 기판(S)에 나타나는 온도 편차를 저감시켜 기판(S) 전체를 균일하게 가열할 수 있다. 예컨대 복수의 온도측정기에서 측정된 기판(S)의 온도 중, 기판(S)의 가장자리의 온도가 중심부의 온도보다 낮게 측정된 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 기판(S)의 가장자리에 대응하는 서셉터 지지대(224)를 구동하여 서셉터 조각(310a, 310c)을 상승시킬 수 있다. 이에 열원(216)에 의해 가열된 서셉터 조각(310a, 310c)과 기판(S) 사이의 거리가 단축, 예컨대 T0에서 T1으로 변경되어 온도가 상대적으로 낮은 기판(S) 가장자리의 온도를 상승시킬 수 있다. 또는, 온도측정기에서 측정된 온도가 목표 온도보다 지나치게 높게 측정된 경우에는 해당 영역의 서셉터 지지대(224)를 구동하여 서셉터 조각(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)을 하강시킴으로써 기판(S)의 온도를 감소시킬 수도 있다.
기판이 대면적화됨에 따라 챔버의 크기가 증가하게 되고, 기판의 온도를 전체적으로 균일하게 가열하는데 어려움이 있다. 그러나 이와 같이 기판(S)에 나타나는 온도 편차에 따라 기판(S)과 서셉터 조각(310a, 310b, 310c, 310d, 310e) 사이의 거리를 조절하게 되면, 기판(S) 전체를 균일하게 가열할 수 있다. 서셉터 조각(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)은 열원(230)에 의해 직접 가열된 상태이기 때문에 열원(230)과 거의 동일한 역할을 할 수 있다. 따라서 서셉터 조각(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)과 기판(S) 사이의 거리가 단축되면, 기판(S)이 열원(230)과 더 가깝게 배치되어 온도가 상승하는 효과를 기대할 수 있다. 반면, 서셉터 조각(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)과 기판(S) 사이의 거리가 증가하게 되면, 기판(S)이 열원(230)과 더 멀어지게 되어 기판(S)의 온도가 하강하는 효과를 기대할 수 있다.
이와 같은 구성을 통해 기판 전체에 걸쳐 온도 편차가 발생하는 것을 저감시킬 수 있고, 이를 통해 대면적의 기판도 효율적으로 가열할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 방법에 대해서 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리할 때 서셉터와 기판 사이의 거리를 조절하는 상태를 보여주는 단면도이다.
먼저, 챔버(100) 내부에 복수개로 분할된 서셉터 조각(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)를 포함하는 서셉터(310)를 마련한다.
다음, 기판(S)을 챔버(100) 내부로 인입하여 기판지지부(400)에 안착시킨다. 기판(S)의 인입은 별도의 기판 이송수단(미도시)을 이용하여 수행할 수 있으며, 서셉터(310) 상부에 이격되도록 배치될 수 있다. 이때, 서셉터(310)를 구성하는 복수의 서셉터 조각(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)은 모두 동일한 높이, 즉 복수의 서셉터 조각(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)이 기판(S)과 동일한 거리를 유지할 수 있다. 기판(S)은 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co), 몰리브덴(Mo), 마그네슘(Mg), 백금(Pt), 은(Ag), 크롬(Cr), 망간(Mn), 티타늄(Ti) 및 텅스텐(W) 중 적어도 어느 한 가지가 사용될 수 있으며, 일방향으로 연장되는 플레이트 또는 박판 형태로 형성될 수도 있다.
기판지지부(400)에 기판(S)이 안착되면, 챔버(100) 내부의 가스를 배출시켜 챔버(100) 내부를 진공 상태를 만든다.
이어서 열원 유닛(200)에 전원을 인가하여 챔버(100) 내부의 온도를 상승시키고, 가스주입구를 통해 공정가스를 공급하면서 기판(S) 상에 박막을 증착할 수 있다. 이때, 기판(S)은 800 내지 1050℃ 정도까지 가열될 수 있다.
기판(S) 상부에 박막을 증착하면서, 온도측정기를 통해 기판(S)의 온도를 측정할 수 있다. 이때, 온도측정기는 기판(S)의 복수의 영역에서 온도를 측정할 수 있다. 기판(S)의 온도 측정은 기판(S)을 처리하는, 예컨대 박막을 증착하는 전 과정에 걸쳐 연속적 또는 단속적으로 수행될 수 있다.
기판의 온도를 측정한 다음, 측정된 온도들과 기설정된 온도 범위를 상호 비교하여 기판(S)과 서셉터 조각(310a, 310b, 310c, 310d, 310e) 사이의 거리 조절 여부를 결정할 수 있다.
우선, 서셉터 조각(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)과 기판(S) 사이의 거리를 조절하기 위해 온도 범위를 미리 설정할 수 있다. 온도 범위는 특정 온도일 수도 있고, 상한과 하한을 갖는 범위일 수도 있다. 예컨대 기 설정된 온도 범위가 특정 온도인 경우, 기판을 가열하기 위한 위한 목표 온도일 수 있다. 그리고 기 설정된 온도 범위가 상한과 하한을 갖는 범위인 경우 목표 온도로부터 일정 범위, 예컨대 목표 온도의 1% 낮거나 높은 온도 범위를 의미할 수 있다.
측정된 온도와 기 설정된 온도 범위를 비교한 결과, 측정된 온도들이 기 설정된 온도 범위에 모두 포함되면, 서셉터 조각(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)의 위치를 그대로 유지할 수 있다.
반면, 측정된 온도와 기 설정된 온도 범위를 비교한 결과, 적어도 하나의 온도가 기 설정된 온도 범위를 벗어나면 해당 지점에 배치되는 서셉터 조각(310a, 310b, 310c, 310d, 310e)과 기판(S) 사이의 거리를 조절하는 것으로 결정할 수 있다.
이때, 측정된 온도가 기설정된 온도 범위 미만인 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 해당 지점에 배치되는 서셉터 조각(310b)을 상승시켜 기판(S)과의 거리를 감소시킴으로써 해당 영역의 기판(S) 온도를 상승시킬 수 있다. 반면, 측정된 온도가 기설정된 온도를 초과하는 경우에는, 해당 지점에 배치되는 서셉터 조각을 하강시켜 기판(S)과의 거리를 증가시킴으로써 해당 영역의 기판(S) 온도를 하강시킬 수 있다. 이와 같은 방법으로 서셉터 조각을 이동시키면, 기판의 온도를 국부적으로 조절할 수 있으므로 기판 전체의 온도를 균일하게 조절할 수 있다.
여기에서는 측정된 온도와 기설정된 온도 범위를 비교하여 서셉터 조각을 이동시키는 것으로 설명하였으나, 측정된 온도와 기설정된 온도의 차이값을 이용하여 서셉터 조각과 기판 간의 거리를 조절할 수도 있다.
서셉터 조각의 이동은 기판 처리가 시작될 때부터 종료될 때까지 지속적으로 수행할 수도 있고, 기판 처리 중 단속적으로 수행할 수도 있다.
이후, 기판의 처리가 완료되면, 열원 유닛(200)에 공급되는 전원을 차단하고, 기판(S)을 챔버(100) 외부로 반출시킬 수 있다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
S: 기판
100 : 챔버 110: 게이트
200: 열원 유닛 210: 지지체
220: 투광관 230: 열원
310: 서셉터 310a, 310b, 310c, 310d, 310e: 서셉터 조각
320: 서셉터 지지대 330: 승강기
340: 하우징 400: 기판지지부

Claims (10)

  1. 기판이 처리되는 내부공간을 제공하는 챔버;
    상기 챔버 내부에서 상기 기판을 지지하기 위한 기판지지부;
    상기 챔버에 연결되고, 전원을 인가 받아 방사광을 방사할 수 있는 열원 유닛;
    상기 기판을 간접 가열하도록 상기 기판과 상기 열원 유닛 사이에 배치되고, 분할된 복수개의 서셉터 조각을 포함하는 서셉터; 및
    상기 기판과의 거리를 조절할 수 있도록 상기 복수개의 서셉터 조각을 독립적으로 이동시킬 수 있는 승강 유닛;을 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판의 온도를 측정하기 위한 온도측정기를 포함하는 기판 처리 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 서셉터는 상기 기판의 형상에 대응하는 형상으로 형성되고,
    상기 서셉터 조각은 다각형, 원형 및 링형 중 적어도 어느 하나의 형상을 갖도록 형성되는 기판 처리 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 승강 유닛은,
    상기 서셉터 조각을 상기 열원 유닛과 상기 기판 사이에 배치시킬 수 있는 서셉터 지지대; 및
    상기 서셉터 조각과 상기 기판 사이의 거리를 조절할 수 있도록 상기 서셉터 지지대를 이동시킬 수 있는 승강기;를 포함하고,
    상기 서셉터 지지대는 상기 서셉터 조각과 동일한 개수로 구비되는 기판 처리 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 기판의 온도를 측정하기 위한 온도측정기; 및
    상기 온도측정기에서 측정된 온도에 따라 상기 승강 유닛의 동작을 제어하기 위한 제어부;를 포함하는 기판 처리 장치.
  6. 챔버 내부에 구비되는 열원 유닛과 기판지지부 사이에 복수개의 서셉터 조각을 포함하는 서셉터를 마련하는 과정;
    상기 기판지지부에 기판을 안착시키는 과정;
    상기 열원 유닛에 전원을 인가하여 상기 서셉터를 통해 상기 기판을 간접 가열하는 과정;
    상기 기판의 온도를 측정하는 과정; 및
    측정된 온도에 따라 상기 기판과 상기 서셉터 조각 사이의 거리 조절 여부를 결정하는 과정;을 포함하는 기판 처리 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 서셉터를 마련하는 과정은 상기 복수개의 서셉터 조각을 동일한 높이에 배치시키는 과정을 포함하는 기판 처리 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 기판의 온도를 측정하는 과정은,
    복수의 지점에서 상기 기판의 온도를 측정하는 과정을 포함하는 기판 처리 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 기판과 상기 서셉터 조각 사이의 거리 조절 여부를 결정하는 과정은,
    측정된 온도들이 기설정된 온도범위에 포함되면, 상기 기판과 상기 서셉터 조각 사이의 거리를 그대로 유지하는 것으로 결정하고,
    측정된 온도들 중 적어도 어느 하나가 기설정된 온도범위를 벗어나면, 해당 지점에 배치되는 서셉터 조각과 상기 기판 사이의 거리를 조절하는 것으로 결정하는 기판 처리 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    측정된 온도가 기설정된 온도범위 미만이면 상기 기판과 상기 서셉터 조각 사이의 거리를 감소시키고,
    측정된 온도가 기설정된 온도범위를 초과하면 상기 기판과 상기 서셉터 조각 사이의 거리를 증가시키는 과정을 포함하는 기판 처리 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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