KR102073729B1 - 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 내부에 기판의 처리 공간이 형성되는 챔버; 내부에 기판을 가열하기 위한 발열체를 구비하고 상부에 기판이 안착되는 안착 플레이트와, 상기 안착 플레이트를 지지하기 위한 지지축을 갖는 기판지지부; 상기 기판지지부 상부로 공정가스를 분사하는 가스분사체; 적어도 하나의 플레이트 형상으로 형성되어 상기 안착 플레이트의 하부면을 보호하는 커버부재;를 포함하고, 상기 커버부재의 외측 가장자리에는 상기 안착 플레이트의 하부면에 접촉되도록 상부측으로 연장 형성되는 외측 연장부를 구비하여, 열충격에 의한 기판지지대의 손상을 억제할 수 있다.

Description

기판 처리 장치{Substrate process apparatus}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열충격에 의한 기판지지대의 손상을 억제할 수 있는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 메모리 등 각종 전자 소자는 다양한 박막이 적층되어 제조된다. 즉, 기판상에 각종 박막을 형성하며, 이처럼 형성된 박막을 사진-식각 공정을 사용하여 패터닝하여 소자 구조를 형성하게 된다.
박막은 재료에 따라 도전막, 유전체막, 절연막 등 있으며, 박막을 제조하는 방법 또한 매우 다양하다. 박막을 제조하는 방법으로는 크게 물리적 방법 및 화학적 방법 등이 있다. 최근에는 반도체 소자 제조를 위해, 가스의 화학적 반응에 의해 기판상에 금속, 유전체 또는 절연체 박막을 형성하는 화학적 기상 증착(CVD: Chemical vapor deposition)을 주로 사용하고 있다.
CVD 방법으로 기판에 박막을 제조하는 경우, CVD 장치의 챔버 내부의 기판 지지대 상에 기판을 안착시키고, 챔버 내부로 공정 가스를 공급하여 이들 가스의 반응으로 박막을 제조한다. 이러한 CVD 방식은 기판상에서 박막이 모든 방향으로 형성되는 등방성 증착으로, 공정 가스가 공급되는 모든 영역에 박막이 제조된다. 이에 박막 증착 공정을 수행한 다음에는 챔버 세정 공정을 통해 챔버 내부에 증착된 박막 증착 물질을 제거하고 있다. 세정 공정은 박막 증착 공정에 비해 낮은 온도에서 수행되는데, 이때 박막 증착 물질과 챔버 내부에 구비되는 구성 요소, 예컨대 기판지지대 간의 열팽창계수 차이에 의해 발생하는 응력 때문에 기판지지대가 손상되는 문제점이 있다.
KR 1998-70896A KR 1998-64145A
본 발명은 열충격에 의한 히터의 손상을 억제할 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명은 설비의 내구성을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치는, 내부에 기판의 처리 공간이 형성되는 챔버; 내부에 기판을 가열하기 위한 발열체를 구비하고 상부에 기판이 안착되는 안착 플레이트와, 상기 안착 플레이트를 지지하기 위한 지지축을 갖는 기판지지부; 상기 기판지지부 상부로 공정가스를 분사하는 가스분사체; 적어도 하나의 플레이트 형상으로 형성되어 상기 안착 플레이트의 하부면을 보호하는 커버부재;를 포함하고, 상기 커버부재의 외측 가장자리에는 상기 안착 플레이트의 하부면에 접촉되도록 상부측으로 연장 형성되는 외측 연장부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 커버부재에는 중심부에 상기 지지축이 관통되는 관통구가 형성되고, 상기 관통구 가장자리에는 상기 안착 플레이트의 하부면에 접촉되도록 상부측으로 연장 형성되는 내측 연장부가 구비될 수 있다.
상기 커버부재 상부면에는 상기 외측 연장부와 상기 내측 연장부 사이에 상기 안착플레이트의 하부에 접촉되는 돌출부가 구비될 수 있다.
상기 안착플레이트와 상기 커버부재는 동일한 재질로 형성될 수 있다.
상기 안착플레이트와 상기 커버부재는 AlN 또는 Al2O3로 형성될 수 있다.
상기 안착플레이트와 상기 커버부재는 열팽창률이 동일한 재질로 형성될 수 있다.
상기 커버부재의 면적은 상기 안착 플레이트의 하부 면적보다 작거나 동일할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 박막 증착 시 히터에 박막 증착 물질이 증착되는 현상을 억제할 수 있다. 즉, 적어도 기판이 안착되는 히터의 상부를 제외한 영역에 커버부재를 장착하여 박막 증착 물질이 증착되는 것을 억제함으로써 박막 증착 물질과 히터 간의 열팽창률 차이에 의해 히터가 손상되는 것을 억제할 수 있다. 이에 챔버 세정 주기를 연장하여 기판 처리 효율을 향상시킬 수 있고, 장치의 내구성을 향상시킬 수 있어 유지 보수 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 단면도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기판지지부의 구성을 개략적으로 보여주는 단면도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 기판지지부를 구성하는 커버부재의 평면도.
도 4는 커버부재의 다른 변형 예를 보여주는 단면도.
도 5는 도 4의 (b)에 도시된 커버부재를 장착한 기판지지부의 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 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.
이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치는 챔버(10), 기판지지부(30) 및 가스분사체(20)를 포함한다. 또한, 기판 처리 장치는 챔버(10) 내의 진공 분위기를 형성하는 배기부(40)를 포함한다.
이러한, 기판 처리 장치는 챔버(10) 내에 기판(S)을 로딩시킨 후, 기판(S) 상에 각종 처리를 행하는 장치로, 예컨대 챔버 내에서 반도체 소자를 제조하기 위해서 기판(S)을 로딩하고, 가스분사체로 공정 가스를 공급하여, 기판(S) 상에 박막을 제조할 수 있다.
챔버(10)는 상부가 개방된 본체(11)와, 본체(11)의 상부에 개폐 가능하게 설치되는 탑리드(12)를 구비한다. 탑리드(12)가 본체(11)의 상부에 결합되어 본체(11) 내부를 폐쇄하면, 챔버(10)의 내부에는 예컨대 증착 공정 등 기판(S)에 대한 처리가 행해지는 기판의 처리 공간이 형성된다. 기판의 처리 공간은 일반적으로 진공 분위기로 형성되므로, 챔버(10)의 소정 위치, 예컨대 챔버(10)의 바닥면이나 측면에는 공간에 존재하는 가스의 배출을 위한 배기부(40)가 구비되고, 배기부(40)는 챔버(10) 내부와 연통되는 배기관(42)과, 배기관(42)에 연결되는 진공 펌프(44)를 포함한다. 또한, 본체(11)의 바닥면에는 후술할 기판지지부(30)를 구성하는 안착 플레이트(32)의 지지축(34)이 삽입되는 관통공이 형성되어 있다. 본체(11)의 측벽에는 기판(S)을 챔버(10) 내부로 반입하거나, 외부로 반출하기 위한 게이트(미도시)가 형성되어 있다.
기판지지부(30)는 기판(S)을 지지하고, 기판(S) 처리 시 기판을 가열하기 위한 구성으로서 챔버(10) 내부의 하측에 설치된다. 기판지지부(30)는 본체(11) 하부를 관통하는 관통공에 삽입되어 챔버(10) 내부에 상하방향으로 배치되는 지지축(34)과, 지지축(34) 상부에 연결되는 안착플레이트(32)를 포함한다. 지지축(34)은 안착플레이트(32)를 상하방향으로 이동시킬 수 있다. 안착플레이트(32)는 소정의 두께와 면적을 가지는 플레이트형으로, 기판(S)의 형상과 유사한 형상을 가지며, 예컨대 원판 형상으로 제작될 수 있다. 물론, 이에 한정되지 않고 다양한 형상으로 변경 가능하다. 안착플레이트(32)는 챔버(10) 내부에 수평방향으로 구비되고, 지지축(34)은 안착플레이트(32)의 저면에 수직으로 연결된다. 지지축(34)은 관통공을 통하여 외부의 모터 등의 구동수단(미도시)에 연결되어 안착플레이트(32)를 상승 및 하강시킨다. 이때, 지지축(34)과 관통공 사이는 벨로우즈(미도시) 등을 이용하여 밀폐시킴으로써 기판을 처리하는 과정에서 챔버(10) 내부의 진공이 해제되는 것을 방지한다.
가스분사체(20)는 기판지지부(30) 상부에 이격되어 구비되며, 기판지지부(30)의 안착플레이트(32) 측으로 각종 처리 가스, 예컨대, 박막 증착을 위한 공정가스를 분사한다. 가스분사체(20)는 챔버(10)를 형성하는 탑리드(12)에 설치될 수 있고, 서로 다른 종류의 가스를 공급하는 복수의 가스 공급원과 연결될 수 있다. 가스분사체(20)는 안착플레이트(32)와 대향하고 이와 유사한 소정 면적을 가지고, 복수의 분사홀을 구비하는 샤워헤드 타입으로 제조될 수도 있고, 챔버(10) 내에 삽입되는 노즐이나 인젝터 타입으로 제조될 수도 있다. 노즐이나 인젝터 타입의 경우 챔버(10) 측벽을 관통하여 설치될 수도 있다.
하기에서는 도면을 참조하여 기판지지부를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기판지지부의 구성을 개략적으로 보여주는 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 기판지지부를 구성하는 커버부재의 평면도이다.
기판지지부(30)는 챔버(10)의 본체(11) 하부를 관통하며 챔버(10) 내부에 상하방향으로 배치되는 지지축(34)과, 지지축(34) 상부에 수평방향으로 연결되는 안착플레이트(32)를 포함한다. 이때, 안착플레이트(32) 내부에는 발열체(31)가 구비되어 기판 처리 시 안착플레이트(32) 상부에 안착되는 기판을 가열한다. 안착플레이트(32)는 AlN이나 Al2O3 등의 세라믹 재질로 형성될 수 있다.
그런데 기판 상에 TiN 등의 박막을 형성하는 경우 안착플레이트(32)에도 박막 증착물질이 그대로 증착되어 박막 증착 공정을 수회 진행한 후에는 챔버(10) 내부를 세정하는 공정을 수행하고 있다. 안착플레이트(32)를 700℃ 정도의 온도로 승온시킨 후 박막 증착 공정을 수행하고, 이후 안착플레이트(32)의 온도를 300℃ 정도까지 낮춘 상태에서 세정 공정을 수행하는데, 이 경우 안착플레이트(32)의 온도가 급격하게 낮아짐에 따라 박막 증착 물질과 안착플레이트(32)를 형성하는 물질 간의 열팽창계수 차이에 의해 안착플레이트(32)가 손상되는 문제점이 발생한다. 즉, 박막 증착 물질인 TiN과 안착플레이트(32)를 형성하는 물질 간의 열팽창계수 차이에 의한 응력에 안착플레이트(32)가 휘거나 파손되는 현상이 발생한다. 이에 본 발명에서는 적어도 안착플레이트(32)의 저면을 보호할 수 있는 커버부재(36)를 설치하여 박막 증착 물질이 증착되는 것을 억제함으로써 안착플레이트(32)의 손상을 억제 혹은 방지할 수 있다.
커버부재(36)는 도 2에 도시된 바와 같이 안착플레이트(32)의 저면에 배치되고, 고정부재(38)를 통해 안착플레이트(32)에 고정 설치될 수 있다. 커버부재(36)는 중심에 지지축(34)이 삽입되는 관통구(35)가 형성되고, 안착플레이트(32)의 형상과 유사한 형태, 예컨대 원형으로 형성될 수 있으며, 안착플레이트(32)와 동일하거나 작은 크기의 플레이트 형태로 형성될 수 있다. 이때, 커버부재(36)를 안착플레이트(32)보다 크게 형성하는 경우에는 기판 처리 시 공정 가스의 흐름을 방해하여 기판 처리 효율이 저하될 수 있다. 커버부재(36)는 2 내지 5㎜ 정도의 두께(d)를 갖도록 형성될 수 있는데, 커버부재(36)의 두께가 제시된 범위보다 얇은 경우에는 깨지기 쉬워 취급하기 어려운 문제점이 있고, 제시된 범위보다 두꺼운 경우에는 공정 가스의 흐름에 영향을 미쳐 기판 처리 효율이 저하될 수 있다.
여기에서는 커버부재(36)가 원형으로 형성되는 것으로 설명하고 있으나, 커버부재는 복수개로 분할하여 형성될 수 있다. 예컨대 2개, 3개, 4개로 분할하여 형성될 수 있으며, 이보다 더 많은 개수로 분할하여 형성될 수도 있다. 이때, 분할된 커버부재와 커버부재 사이는 소정 거리 이격시켜 안착플레이트(32)에 고정시킬 수 있다. 이는 고온에서 기판을 처리하는 경우 커버부재가 기판 처리 시 열팽창에 의해 분할된 커버부재들이 팽창함에 따라 분할된 커버부재들이 상호 접촉하게 되고, 심한 경우 분할된 커버부재들 간에 발생하는 척력(斥力)에 의해 깨지거나 안착플레이트(32)로부터 떨어져 나갈 수 있기 때문이다. 이와 같이 커버부재를 분할하여 형성하면, 챔버(10) 세정 시 커버부재가 냉각되면서 발생하는 응력을 완화시킴으로써 안착플레이트(32)의 손상을 억제할 수 있는 효과가 있다.
커버부재(36)는 안착플레이트(32)의 저면으로부터 소정 거리 이격되어 구비될 수 있다. 이에 커버부재(36)의 외측 가장자리에는 상부측, 다시 말해서 안착플레이트(32) 측으로 연장 형성되는 외측 연장부(a)가 구비될 수 있다. 외측 연장부(a)는 커버부재(36)와 안착플레이트(32) 사이 틈으로 공정 가스가 유입되는 현상을 억제할 수 있다. 이와 같이 커버부재(36)를 안착플레이트(32)의 하부로부터 이격 설치하는 이유는 안착플레이트(32)와 커버부재(36) 간의 열팽창계수 차이 또는 응력 차이에 의한 손상을 완화시키기 위함이다. 이때, 커버부재(36)는 안착플레이트(32)의 저면으로부터 1㎜ 이하의 간격(p)을 갖도록 구비될 수 있으며, 간격(p)이 제시된 범위보다 작은 경우에는 안착플레이트(32)와의 열팽창계수 차이 또는 응력 차이를 완화하는데 어려움이 있고, 제시된 범위보다 큰 경우에는 박막 증착 물질이 안착플레이트(32)와 커버부재(36) 사이로 유입되어 커버부재(36)가 제구실을 하지 못하는 문제점이 있다.
또한, 커버부재(36)는 안착플레이트(32)와 동일한 열팽창계수를 갖거나 유사한 열팽창계수를 갖는 재질로 형성될 수 있으며, 예컨대 AlN이나 Al2O3로 형성될 수 있다.
커버부재(36)에는 커버부재(36)를 상하방향으로 관통하는 고정구(37)가 형성될 수 있다. 이에 커버부재(36)의 고정구(37)를 통해 고정부재(38)를 삽입하여 커버부재(36)를 안착플레이트(32)에 착탈 가능하게 연결할 수 있다. 이에 커버부재(36)가 손상되는 경우 교체를 용이하게 할 수 있다. 이때, 고정부재(38)는 커버부재(36) 및 안착플레이트(32)와 동일한 열팽창계수를 갖거나 유사한 열팽창계수를 갖는 재질로 형성될 수 있으며, 예컨대 AlN이나 Al2O3로 형성될 수 있다. 이는 고정부재(38)와 커버부재(36) 및 안착플레이트(32) 간의 열팽창계수 차이에 의한 커버부재(36) 및 안착플레이트(32)의 손상을 억제하기 위함이다.
도 4는 커버부재의 다른 변형 예를 보여주는 단면도이고, 도 5는 도 4의 (b)에 도시된 커버부재를 장착한 기판지지부의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 커버부재(36d)의 관통구(35)에는 안착플레이트(32) 측으로 절곡되어 연장되는 내측 연장부(b)가 형성될 수 있다. 내측 연장부(b)는 커버부재의 내측, 즉 지지축(34)과 커버부재(36)에 사이에 형성되는 공간을 통해, 커버부재(36e)와 안착플레이트(32) 사이 틈으로 공정 가스가 유입되는 현상을 억제할 수 있다. 또한, 도시되어 있지는 않지만, 커버부재가 복수개로 형성되는 경우 커버부재의 측면에도 연장부를 형성하여 안착플레이트(32)와 커버부재(36d) 사이의 틈으로 공정 가스가 유입되는 현상을 억제할 수도 있다.
또한, 커버부재(36e)의 상부면(연장부 사이의 상부면)에는 기판지지대(32) 측으로 돌출 형성되는 돌출부(c)가 구비될 수도 있다. 도 5를 참조하면, 돌출부(c)는 기판지지대(32)에 접촉될 수 있는 정도의 길이로 형성되어 기판지지대(32)와 커버부재(36e) 사이를 지지하여 기판지지대(32)와 커버부재(36e) 사이 간격을 일정하게 유지할 수 있다. 또한, 기판지지대(32)와 커버부재(36e) 사이로 공정 가스의 유입도 억제할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10 : 챔버 20: 가스분사체
30: 기판지지부 32: 안착플레이트
34: 지지축 36: 커버부재

Claims (7)

  1. 내부에 기판의 처리 공간이 형성되는 챔버;
    내부에 기판을 가열하기 위한 발열체를 구비하고 상부에 기판이 안착되는 안착 플레이트와, 상기 안착 플레이트를 지지하기 위한 지지축을 갖는 기판지지부;
    상기 기판지지부 상부로 공정가스를 분사하는 가스분사체; 및
    적어도 하나의 플레이트 형상으로 형성되어 상기 안착 플레이트의 하부면을 보호하도록 상기 안착 플레이트의 하부면에 결합되는 커버부재;를 포함하고,
    상기 커버부재와 상기 안착 플레이트 사이의 틈으로 공정 가스가 유입되는 현상을 억제하기 위해,
    상기 커버부재의 외측 가장자리를 따라 상기 안착 플레이트의 하부면에 접촉되도록 상부측으로 연장 형성되는 외측 연장부를 구비하는 기판 처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 커버부재에는 중심부에 상기 지지축이 관통되는 관통구가 형성되고,
    상기 관통구 가장자리에는 상기 안착 플레이트의 하부면에 접촉되도록 상부측으로 연장 형성되는 내측 연장부가 구비되는 기판 처리 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 커버부재 상부면에는 상기 외측 연장부와 상기 내측 연장부 사이에 상기 안착플레이트의 하부에 접촉되는 돌출부가 구비되는 기판 처리 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안착플레이트와 상기 커버부재는 동일한 재질로 형성되는 기판 처리 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 안착플레이트와 상기 커버부재는 AlN 또는 Al2O3로 형성되는 기판 처리 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안착플레이트와 상기 커버부재는 열팽창률이 동일한 재질로 형성되는 기판 처리 장치.
  7. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버부재의 면적은 상기 안착 플레이트의 하부 면적보다 작거나 동일한 기판 처리 장치.
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