KR200471994Y1 - 기판처리장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 기판처리장치에 관한 것으로서, 본 고안에 따른 기판처리장치는 기판이 수용되는 수용공간을 구비하는 챔버, 상기 수용공간으로 적어도 하나의 공정가스를 공급하는 가스공급부 및 상기 챔버 내에 구비되어 상면의 적어도 일부가 상부를 향한 곡선형상을 가지며 상기 기판을 가열하는 기판지지대를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

기판처리장치 {Substrate treatment apparatus}

본 고안은 기판처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 장기간 사용하는 경우에도 기판을 지지하는 기판지지대의 유지보수를 줄일 수 있는 기판처리장치에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼 등의 기판 상에 박막을 형성하기 위한 증착법으로 화학기상증착법(CVD : chemical vapor deposition), 플라즈마 화학기상증착법(PECVD : plasma enhanced chemical vapor deposition), 원자층증착법(ALD : atomic layer deposition), 플라즈마 원자층증착법 (PEALD : Plasma enhanced atomic layer deposition) 등의 기술이 사용되고 있다.

상기 증착법은 챔버 내부로 소정의 가스, 예를 들어 원료가스 및 반응가스 등을 동시에 또는 순차적으로 공급하여 기판 상에 박막을 증착하게 된다. 그런데, 기판 상에 박막을 증착하는 경우에 균일한 증착을 위해서는 챔버 내부의 환경을 균일하게 유지하는 것이 중요하다.

예를 들어, 기판지지대에 기판이 안착되어 상부의 가스공급부에 의해 소정의 공정가스가 공급되는 경우에 기판과 가스공급부 사이의 거리는 중요한 인자로 작용한다. 특히, 상기 가스공급부에서 공정가스를 활성화시켜 활성화 원자 또는 라디칼 형태의 공정가스를 공급하는 경우에 기판과 가스공급부 사이의 거리는 기판에 증착되는 박막의 품질을 좌우하는 매우 중요한 인자 중의 하나이다.

그런데, 최근 태양광 발전 등과 관련된 기판을 살펴보면 그 크기가 대형화되는 추세이며, 이에 따라 상기 기판을 지지하는 기판지지대의 크기도 대형화되는 추세이다. 기판의 크기에 따라 차이가 있지만, 태양광 발전과 관련된 기판의 크기에 대응하는 기판지지대의 무게는 대략 400 ~ 500 kg에 해당한다. 따라서, 상기와 같이 매우 무거운 기판지지대를 장기간 사용하게 되면 기판지지대의 가장자리부터 자중에 의해 처지는 현상이 발생한다. 이는 기판지지대와 상부의 가스공급부 사이의 거리를 늘리게 되어 기판에 증착되는 박막의 두께를 불균일하게 만드는 요인으로 작용한다. 또한, 상기와 같이 기판지지대가 처지게 되면 상기 기판지지대를 분리하여 재가공하여 다시 장착하는 유지보수를 수행하여야 하므로 유지보수의 시간 및 비용이 늘어나는 문제점을 수반한다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 기판처리장치를 장기간 사용하여도 유지보수 횟수 및 비용을 줄일 수 있는 기판처리장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 본 고안의 목적은 기판이 수용되는 수용공간을 구비하는 챔버, 상기 수용공간으로 적어도 하나의 공정가스를 공급하는 가스공급부 및 상기 챔버 내에 구비되어 상면의 적어도 일부가 상부를 향한 곡선형상을 가지며 상기 기판을 가열하는 기판지지대를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 기판지지대는 중앙부와 상기 가스공급부 사이의 거리에 비해 가장자리와 상기 가스공급부 사이의 거리가 더 짧도록 구비될 수 있다.

한편, 상기 기판지지대는 상기 기판이 안착되며, 적어도 일부 영역이 상부를 향해 소정의 곡선형상을 가지는 안착부, 상기 안착부에서 연장되어 구동부와 연결되어 승하강하는 승강축 및 상기 기판지지대를 지지하는 적어도 하나 이상의 지지축을 구비할 수 있다. 이 경우, 상기 안착부는 소정의 곡률반경을 가지는 원호 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 안착부는 상부를 향한 돔(dome) 형상을 가지는 것으로 정의될 수 있다.

나아가, 상기 안착부는 모든 영역이 아니라 일부 영역, 예를 들어 가장자리를 따라 상부를 향해 굴곡된 형상을 가질 수 있다.

상기와 같은 본 고안에 따르면 상부를 향해 곡선형상을 가지는 기판지지대에 의해 기판을 지지하게 되므로 장기간 기판처리장치를 사용하는 경우에 종래에 비해 기판지지대를 재가공하는 유지보수가 필요한 기간을 현저히 늘릴 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 기판처리장치의 내부구성을 도시한 단면도,
도 2는 도 1과 같은 기판처리장치를 장기간 사용한 경우의 기판지지대를 도시한 측면도,
도 3은 다른 실시예에 따른 기판처리장치의 내부구성을 도시한 측단면도,
도 4는 일 실시예에 따른 기판지지대를 도시한 측면도,
도 5는 다른 실시예에 따른 기판지지대를 도시한 측면도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 고안의 다양한 실시예들에 따른 기판처리장치에 대해서 상세하게 살펴보도록 한다.

도 1은 일 실시예에 따른 기판처리장치(100)를 도시한 측단면도이다.

도 1을 참조하면, 기판처리장치(100)는 기판(1)이 수용되어 상기 기판(1)에 대한 소정의 공정을 진행하는 챔버(10)를 구비한다. 상기 챔버(10)는 상부가 개구된 몸체(14)와, 몸체(14)의 상부에 연결되어 몸체(14)와 사이에 기판(1)이 수용되어 공정을 진행하는 반응공간을 형성하는 챔버리드(12)를 구비할 수 있다.

챔버(10)는 내부에 기판(1)을 수용하여 기판(1)에 대한 소정의 공정, 예를 들어, 원료가스 및/또는 반응가스를 공급하여 기판(1)에 대해 박막을 증착하는 증착공정을 수행할 수 있다. 챔버리드(12)의 상부에는 소정의 원료가스 및/또는 반응가스를 공급할 수 있는 가스공급부(30)를 구비하며, 상기 가스공급부(30)로 가스를 공급하는 가스공급원(미도시) 및 상기 가스공급원과 가스공급부(30)를 연결하는 공급라인(32)을 구비한다. 한편, 도면에 도시되지는 않았지만, 상기 증착공정을 촉진시키고 박막의 품질을 높이기 위하여 공정가스를 활성화시켜 활성화 원자 또는 라디칼 형태의 공정가스를 공급하는 가스활성화유닛(미도시)을 더 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 가스활성화유닛은 플라즈마 발생부, 초고주파 발생부, 자외선 조사부, 레이저 조사부 중 어느 하나의 형태로 제공될 수 있다.

한편, 챔버(10)의 몸체(14)에는 기판(1)가 반입되거나, 또는 반출될 수 있는 개구부(15)를 구비할 수 있다. 상기 개구부(15)는 도면에 도시된 바와 같이 몸체(14)에 한 쌍 구비될 수 있다. 개구부(15)는 도어장치(16)에 의해 개방되거나 폐쇄될 수 있다.

몸체(14)의 내부에는 기판(1)이 안착되며 , 나아가 기판(1)을 가열하는 기판지지대(20)를 구비한다. 챔버(10) 내부로 기판(1)이 이동한 경우에 하부에서 기판지지대(20)가 상승하면서 기판(1)이 기판지지대(20)의 상부에 안착된다. 이를 위하여, 기판지지대(20)는 기판(1)이 안착되는 안착부(22)와 안착부(22)에서 연장되어 모터와 같은 구동부(70)에 연결되어 승하강하는 승강축(50)과, 기판지지대(20)를 지지하는 적어도 하나 이상의 지지축(40)을 구비한다. 상기 지지축(40)과 승강축(50)은 구동플레이트(60)에 의해 서로 연결된다. 따라서, 구동부(70)의 구동에 의해 구동플레이트(60)가 승하강하게 되면 기판지지대(20)가 연동하여 승하강하게 된다.

상기와 같은 구성을 가지는 기판처리장치(100)의 동작을 살펴보면, 먼저 일측 개구부(15)의 도어장치(16)가 개방되어 기판(1)이 챔버(10) 내부로 반입된다. 기판(1)이 기판지지대(20)의 안착부(22)에 놓치게 되면, 기판지지대(20)의 구동에 의해 기판(1)을 가열하며, 가스공급부(30)의 구동에 의해 소정의 원료가스 및/또는 반응가스를 공정에 따라 공급하게 된다.

그런데, 최근 들어 각종 기판은 그 크기가 점점 커지고 있으며, 또한 태양광 발전 등과 관련된 기판을 살펴보면 그 크기가 대형화되는 추세이다. 기판이 커짐에 따라 기판에 대한 각종 공정을 수행하는 기판처리장치의 크기도 커지고 있으며, 이에 따라 상기 기판을 지지하는 기판지지대의 크기도 대형화되는 추세이다.

상기 기판지지대의 무게는 그 크기에 따라 차이가 있지만, 태양광 발전과 관련된 기판의 크기에 대응하는 기판지지대의 무게는 대략 400 ~ 500 kg에 해당한다. 따라서, 상기와 같이 매우 무거운 기판지지대를 장기간 사용하게 되면 기판지지대를 하부의 여러곳에서 지지한다고 해도, 기판지지대의 가장자리부터 자중에 의해 처지는 현상이 발생하게 된다. 도 2는 기판지지대(20)의 안착부(22)의 가장자리에 장기간 사용으로 인해 처짐 현상이 발생한 기판처리장치(100)를 도시한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 기판지지대(20)의 안착부(22)의 가장자리가 처지게 되면, 안착부(22)의 가장자리 영역에서는 상부의 가스공급부(30) 사이의 거리가 늘어나게 된다. 이는 가스공급부(30)에서 공급되는 가스의 유동 패턴의 변화를 가져오게 되어, 결국 기판(1)에 증착되는 박막의 두께를 불균일하게 만드는 요인으로 작용한다. 또한, 기판(1)과 가스공급부(30) 사이의 거리가 달라지게 되면 전술한 가스활성화유닛에 의해 활성화된 가스를 공급하는 경우에도 원하는 효과를 얻을 수 없게 된다. 나아가, 상기와 같이 기판지지대가 처지게 되면 상기 기판지지대를 분리하여 재가공하여 다시 장착하는 유지보수를 수행하여야 하므로 유지보수의 시간 및 비용이 늘어나는 문제점을 수반한다. 이하에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 기판지지대를 구비한 기판처리장치에 대해서 살펴보기로 한다.

도 3은 다른 실시예에 따른 기판처리장치(100)를 도시한다. 본 실시예에 따른 기판처리장치는 기판지지대(200)의 형상, 보다 상세하게는 안착부(220)의 형상에 있어서 전술한 실시예와 차이가 있다. 이하, 차이점을 중심으로 설명하며, 전술한 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 도시하였으며, 반복적인 설명은 생략한다.

도 3을 참조하면, 기판처리장치(100)는 전술한 바와 같이 내부에 기판(1)을 지지하며 상기 기판(1)을 소정온도로 가열하는 기판지지대(200)를 구비한다. 본 실시예에서 상기 기판지지대(200)는 상면의 적어도 일부가 상부를 향한 곡선형상을 가지도록 형성된다. 즉, 기판지지대(200)를 살펴보면, 중앙부와 가스공급부(30) 사이의 거리에 비해 가장자리와 가스공급부(30) 사이의 거리가 더 짧도록 구성된다. 이와 같이 기판지지대(200)의 가장자리를 따라 상부를 향한 곡선 형상을 갖도록 하면, 기판지지대(200)를 장기간 사용하는 경우에 그 처짐현상을 보다 늦출 수 있다. 즉, 종래와 같이 평평하게 기판지지대(200)를 제작하는 경우에 비해서, 기판지지대의 가장자리가 처지는 현상을 보다 늦출 수 있다. 이에 따라, 기판지지대를 재가공하는 유지보수의 싸이클을 늘릴 수 있어서 유지보수의 횟수를 줄일 수 있다.

한편, 상기와 같이 기판(1)의 적어도 일부가 상부를 향한 곡선 형상을 가지게 되면 기판(1)과 가스공급부(30) 사이의 거리가 달라지게 된다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 기판(1)의 중앙부와 가스공급부(30) 사이의 거리에 비해 기판(1)의 가장자리와 가스공급부(30) 사이의 거리가 더 짧도록 구성된다. 이러한 경우, 가스공급부(30)에서 각종 공정가스를 공급하는 경우에 기판(1)과 가스공급부(30) 사이의 거리에 따라 가스공급양을 조절하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 기판(1)과 가스공급부(30) 사이의 거리가 가까운 가장자리 영역에서는 다른 영역에 비해 공정가스 공급량을 줄일 수 있으며, 이에 의해 기판(1)에 균일한 박막을 형성할 수 있게 된다. 상기와 같이 하나의 가스공급부(30)에서 서로 다른 가스량을 공급하는 것은 가스공급부(30)를 적어도 둘 이상의 영역으로 구획하고, 상기 각 영역으로 가스공급라인을 별도로 구비함으로써 가능하다.

한편, 전술한 바와 같이 기판처리장치(100)는 가스활성화유닛을 구비할 수 있으며, 상기 가스활성화유닛으로 예를 들어 플라즈마 발생부를 구비할 수 있다. 그런데, 대형화된 기판(1)에 플라즈마에 의해 활성화된 원자를 공급하는 경우에 기판(1)의 중앙부에 비해 가장자리를 따라 플라즈마의 균일도가 일정하게 유지되지 않는 경향이 있다. 즉, 기판(1)의 가장자리를 따라 플라즈마의 강도가 약해질 수 있다. 따라서, 전술한 바와 같이 기판(1)의 중앙부와 가스공급부(30) 사이의 거리에 비해 기판(1)의 가장자리와 가스공급부(30) 사이의 거리가 더 짧도록 구성하게 되면, 기판(1)의 가장자리를 따라 플라즈마의 강도를 보다 강화할 수 있게 되어 불균일한 플라즈마를 방지할 수 있다. 이하, 도면을 참조하여 기판지지대(200)의 구체적인 구성에 대해서 살펴보기로 한다.

구체적으로, 기판지지대(200)의 안착부(220)는 적어도 일부 영역이 상부를 향해 소정의 곡선형상을 가지도록 구성되며, 또는 중앙부와 가스공급부(30) 사이의 거리에 비해 가장자리와 가스공급부(30) 사이의 거리가 더 짧도록 구성된다. 기판지지대(200)의 다른 구성요소, 예를 들어, 승강축(50), 지지축(40) 및 구동플레이트(60)에 대해서는 전술한 실시예와 유사하므로 반복적인 설명은 생략한다.

도 4는 일 실시예에 따른 기판지지대(200)의 안착부(220)를 도시한다. 도면번호 '250'은 승강축을 도시한다.

도 4를 참조하면, 안착부(220)는 소정의 곡률반경을 가지는 원호 형상으로 이루어질 수 있다. 즉, 안착부(220)는 전영역이 소정의 곡률반경을 가지는 원호 형상으로 굴곡지도록 구비된다. 여기서, 상기 곡률반경은 기판(1)의 크기, 또는 기판지지대(200)의 크기에 따라 적절하게 조절이 가능하며, 본 실시예에서는 구체적인 수치로 한정하지 않는다. 한편, 상기 안착부(220)는 소위 '돔(dome)' 형상을 가지는 것으로 정의될 수도 있다.

도 5는 다른 실시예에 따른 기판지지대(300)의 안착부(320)를 도시한다. 도면번호 '350'은 승강축을 도시한다.

도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 안착부(320)는 가장자리를 따라 상부를 향해 굴곡된 형상을 가질 수 있다. 즉, 안착부(320)는 모든 영역이 굴곡진 형상을 가지는 것이 아니라 일부 영역에서만 굴곡진 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 안착부(320)는 가장자리 영역('A' 영역)을 따라 상부를 향해 굴곡진 형상을 가질 수 있다. 전술한 도 4의 실시예에 따른 안착부(220)는 전영역을 굴곡진 형상으로 제작해야 하므로, 전영역에 걸쳐 곡률반경을 일정하게 유지해야하는 어려움이 있다. 하지만, 본 실시예에서는 가장자리를 따라 굴곡진 형상을 가지므로 보다 용이하게 곡선형상을 가지는 기판지지대(300)를 제작할 수 있다는 장점이 있다.

상기에서는 본 고안의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 실용신안등록청구범위에 기재된 본 고안의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 고안을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 고안의 실용신안등록청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 고안의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

10...챔버 20, 200, 300...기판지지대
22, 220, 320...안착부 30...가스공급부

Claims (6)

1. 기판이 수용되는 수용공간을 구비하는 챔버;
   상기 수용공간으로 적어도 하나의 공정가스를 공급하는 가스공급부; 및
   상기 챔버 내에 구비되어 상면의 적어도 일부가 상부를 향한 곡선형상을 가지며 상기 기판을 가열하는 기판지지대;를 구비하고,
   상기 기판지지대는 상기 기판이 안착되며, 가장자리를 따라 상부를 향해 굴곡된 형상을 가지는 안착부; 상기 안착부에서 연장되어 구동부와 연결되어 승하강하는 승강축; 및 상기 기판지지대를 지지하는 적어도 하나 이상의 지지축;을 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 기판지지대는 중앙부와 상기 가스공급부 사이의 거리에 비해 가장자리와 상기 가스공급부 사이의 거리가 더 짧도록 구비되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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