KR20100040451A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 반응 공간을 갖는 챔버 및 상기 챔버의 상측면에 결합되어 가스 분사 공간을 형성하는 가스 분사판과, 상기 가스 분사판에 마련된 복수의 가스 분사 노즐과, 상기 가스 분사판과 상기 챔버의 상측면 간을 열적으로 연결하는 복수의 방열 핀을 구비하는 가스 분사부를 포함하는 기판 처리 장치를 제공한다. 이와 같이 챔버의 상측면과 가스 분사판 사이에 방열 핀을 형성하여 별도의 냉각 수단을 구비하지 않고도 가스 분사판의 온도를 낮출 수 있다.
기판, 챔버, 가스 분사판, 방열 핀, 냉각

Description

기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 가스를 분사하는 가스 분사판 내측 온도를 낮추어 가스 분사판 내측에서 공정 가스가 반응하는 현상을 방지할 수 있는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자 및 유기 소자 그리고, 솔라셀 소자는 복수의 박막을 증착하고, 식각하여 원하는 특성의 소자를 제작한다. 이러한 박막을 증착하거나 식각하기 위한 기판 처리 장치의 경우, 고온(약 300도 이상)에서 공정이 진행된다.
박막 증착을 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
기판을 챔버 내측에 배치한 다음 챔버 내부의 기판을 고온으로 가열한다. 이어서, 고온으로 가열된 기판에 공정 가스를 분사한다. 공정 가스는 기판의 열에 의해 분해되어 기판상에 박막을 형성하게 된다.
이때, 기판의 전면에 공정 가스를 균일하게 분사하기 위해 복수의 분사 노즐을 갖는 샤워헤드 또는 가스 분사판을 기판의 상측에 위치시킨다. 이를 통해, 가스 공급관을 통해 챔버 외측에서 내측으로 제공되는 공정 가스가 샤워 헤드 또는 가스 분사판을 통해 챔버의 반응 공간에 균일하게 분사된다.
하지만, 이와 같은 가스 분사판이 챔버 내측에 위치함으로 인해 많은 문제가 발생하였다. 이중 하나가 가스 분사판의 분사 노즐의 막힘 현상이다. 이는, 가스 분사판 내측의 온도가 올라감으로 인해 가스 분사판에서 균일하게 확산되는 공정 가스가 열에 의해 반응하게 된다. 이와같이 반응된 공정 가스들은 파티클을 형성하고, 이 파티클에 의해 분사 노즐이 막히게 되기 때문이다.
이와 같은 분사 노즐의 막힘 현상을 해소하기 위해 가스 분사판 내측의 온도 상승을 억제하고자 하는 기술이 다수 제안되었다. 그중 하나가 냉각수로 가스 분사판을 냉각시키는 기술이다. 하지만, 이는 가스 분사판 내측에 냉각 유로를 형성하여야 하기 때문에 가스 분사판의 제작 단가가 상승하는 문제가 발생한다. 또한, 가스 분사판을 복수 층으로 사용하는 경우 이러한 냉각 유로의 연결 관계가 매우 복잡해지는 문제가 발생한다. 또한, 냉각 수의 누수로 인해 기판 처리 장치 전체가 동작하지 않게 되는 문제가 발생한다.
상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 챔버 리드와 가스 분사판을 열적으로 접속시켜 가스 분사판 내측의 온도가 상승하는 것을 억제시켜, 가스 분사판의 노즐 막힘과 파우더 발생을 줄일 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 반응 공간을 갖는 챔버 및 상기 챔버의 상부벽면에 결합되어 가스 분사 공간을 형성하는 가스 분사판과, 상기 가스 분사판에 마련된 복수의 가스 분사 노즐과, 상기 가스 분사판과 상기 챔버의 상측면 간을 열적으로 연결하는 복수의 방열 핀을 구비하는 가스 분사부를 포함하는 기판 처리 장치를 제공한다.
상기 복수의 방열 핀이 차지하는 면적은 상기 가스 분사판의 바닥면에서 상기 가스 분사 노즐이 형성되지 않는 면적 중 20 내지 80% 범위를 차지하는 것이 바 람직하다.
상기 복수의 가스 분사 노즐이 등간으로 배치되는 경우 상기 복수의 방열 핀 또한 등간격으로 배치되거나, 상기 복수의 가스 분사 노즐이 라인 형상으로 배치되는 경우 상기 복수의 방열 핀은 가스 분사 노즐 라인과 라인 사이 공간에서 라인 형태로 배치되거나, 상기 복수의 가스 분사 노즐과 상기 복수의 방열 핀은 상하 및 좌우 방향에 대하여 교번으로 배치되는 것이 효과적이다.
상기 챔버는 반응 공간을 갖는 챔버 몸체와, 상기 챔버 몸체를 덮어 상기 반응 공간을 밀봉하는 챔버 리드를 구비하고, 상기 가스 분사부는 챔버 리드에 결합되고, 상기 챔버 리드를 냉각시키는 냉각 수단을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 가스 분사 공간에 노출된 상기 복수의 방열 핀 표면에 마련된 코팅막을 포함하는 것이 효과적이다.
상기 복수의 방열 핀에 대응하는 상기 챔버의 상측벽면 및 상기 가스 분사판 중 적어도 하나에 상기 방열 핀이 인입 고정되는 홈이 마련될 수 있다.
상기 가스 분사부는, 상기 가스 분사판에 결합되어 하측 가스 분사 공간을 형성하는 하측 가스 분사판과, 상기 하측 가스 분사판에 마련되고 상기 복수의 가스 분사 노즐과 연통하는 복수의 제 1 노즐과, 상기 하측 가스 분사판에 마련되고 상기 하측 가스 분사 공간과 연통하는 복수의 제 2 노즐과, 상기 가스 분사판과 상기 하측 가스 분사판 간을 열적으로 연결하는 복수의 하측 방열 핀을 더 포함하는 것이 효과적이다.
상기 하측 방열 핀에 의한 상기 가스 분사판과 상기 하측 가스 분사판 간의 열 접촉 면적이 상기 방열 핀에 의한 상기 가스 분사판과 상기 챔버간의 열 접촉면적과 같거나 더 큰 것이 효과적이다.
상기 제 1 노즐과 상기 가스 분사 노즐 간을 연결하는 연통 파이프를 포함하고, 상기 연통 파이프는 방열 특성을 갖는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 본 발명은 챔버의 상측면과 가스 분사판 사이에 방열 핀을 형성하여 별도의 냉각 수단을 구비하지 않고도 가스 분사판의 온도를 낮출 수 있다.
또한, 본 발명은 가스 분사판의 온도를 낮춤으로 인해 파티클에 의한 노즐 막힘 현상과 파티클에 의한 소자 불량을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 기둥 형태의 방열 핀을 두어 가스 분사 영역 내에서 공정 가스의 흐름을 방해하지 않을 수 있고, 방열 핀을 균일하게 배치하여 가스 분사판의 처짐을 방지할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제 공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 단면도이다. 도 2는 제 1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 일부 영역의 개념 사시 단면도이다. 도 3은 제 1 실시예에 따른 가스 분사부를 설명하기 위한 평면 개념도이다. 도 4는 제 1 실시예의 변형예에 따른 가스 분사부의 평면 개념도이다. 도 5는 제 1 실시예의 변형예에 따른 가스 분사부의 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 기판 처리 장치는 내부 반응 공간을 갖는 챔버(100)와, 챔버(100) 내에서 기판(10)을 안치하는 기판 안치부(200)와, 상기 기판(10)에 공정 가스를 분사하는 가스 분사부(300)와, 상기 가스 분사부(300)에 공정 가스를 공급하는 가스 공급부(400)를 포함한다. 물론 도시되지 않았지만, 상기 기판(10)을 가열하는 가열 수단과, 챔버(100) 내부의 압력을 조절하는 압력 조절 수단과, 챔버(100) 내부를 배기하는 배기 수단을 더 구비할 수 있다. 또한, 상기 챔버(100)의 몸체를 냉각시키는 챔버 냉각 수단을 더 구비할 수도 있다.
상기 챔 버(100)는 대략 내부 공간을 갖는 통 형상으로 제작된다. 이때, 원통 또는 다각통 형상으로 제작되는 것이 효과적이다.
챔 버(100)는 내부 공간을 갖는 챔버 몸체(110)와, 챔버 몸체(110)에 착탈 가능하도록 결합되어 상기 반응 공간을 밀봉시키는 챔버 리드(120)를 구비한다.
상기 챔버 몸체(110)는 상부가 개방된 통 형상으로 제작된다. 그리고, 챔버 리드(120)는 상기 챔버 몸체(110)의 상부를 차폐하는 판 형상으로 제작된다. 여기서, 도시되지 않았지만, 챔버 몸체(110)와 챔버 리드(120)의 결합면에는 오링 또는 가스켓과 같은 별도의 밀봉 부재가 마련될 수 있다. 또한, 챔버 몸체(110)와 챔버 리드(120)를 결합 고정시키는 별도의 고정 부재가 더 구비될 수도 있다. 그리고, 상기 챔버 몸체(110)의 일측에는 기판(10)이 출입하는 출입구가 마련되고, 내부 공간을 배기하는 배기 수단이 접속된다.
그리고, 앞서 언급한 바와 같이 상기 챔버 몸체(110)와 챔버 리드(120)는 냉각 유체가 이동하는 냉각 유로를 포함한다. 이를 통해 챔버(100)를 냉각시킬 수 있다. 챔버(100) 내부는 고온(약 300도 이상)으로 가열된다. 따라서, 챔버(100)가 고온으로 가열되는 경우, 주변 장치에 열적 손상을 주게 된다. 이에 본 실시예에서와 같이 챔버 몸체(110)와 챔버 리드(120)의 냉각 유로에 냉각 유체를 흘려주어 챔버(100)의 온도가 상승하는 것을 억제한다. 이를 통해 주변 장치의 열적 부담을 줄여줄 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고, 다양한 구조의 챔버(100)가 사용될 수 있다. 예를 들어 단일 몸체의 챔버를 사용할 수 있다. 또한, 챔버 리드와 챔버 몸체가 뒤집힌 챔버를 사용할 수도 있다.
기판 안치부(200)는 기판(10)이 안치되는 메인 디스크(210)와, 메인 디스크(210)의 중심에 접속된 구동축(220)과, 상기 구동축(220)을 통해 메인 디스크(210)를 이동시키는 구동부(230)를 포함한다.
메인 디스크(210)는 기판(10)과 동일한 판 형상으로 제작된다. 메인 디스크(210)에는 적어도 하나의 기판을 안치하는 안치 영역이 구비되는 것이 효과적이 다.
구동축(220)은 반응 공간 내의 메인 디스크(210)에 접속되어 챔버(100) 외측으로 연장된다. 이때, 구동축(220)은 챔버(100)의 바닥판을 관통하여 구동부(230)에 접속된다. 따라서, 챔버(100)의 바닥판에는 관통홈이 형성될 수 있다. 그리고, 도시되지 않았지만 상기 관통홈 주위에는 챔버(100) 내부를 밀봉하기 위한 밀봉 수단(예를 들어, 밸로우즈)이 마련될 수 있다.
여기서, 구동부(230)의 승하강력 또는 회전력을 상기 구동축(220)에 제공하고, 이를 통해 메인 디스크(210)를 승하강시키거나 회전시킬 수 있다. 상기 구동부(240)로 복수의 모터를 구비하는 스테이지를 사용할 수 있다.
그리고, 도시되지 않았지만, 기판 안치부(200)는 기판의 로딩과 언로딩을 돕기 위한 복수의 리프트 핀을 더 구비할 수 있다.
기판 안치부(200)에 안치된 기판(10) 상에 가스 분사부(300)를 통해 공정 가스를 분사한다. 이를 통해 기판(10)의 상측 표면에 박막을 형성할 수 있다. 여기서, 가스 분사부(300)는 챔버(100) 내측에 마련되어 가스 공급부(400)로 부터 제공된 공정 가스를 기판(10)에 균일하게 분사한다.
도 1에 도시된 바와 같이 가스 공급부(400)는 챔버 리드(120)의 관통홀(121)에 연통된 가스 공급 배관(401)을 통해 공정 가스를 가스 분사부(300)에 제공한다.
가스 분사부(300)는 가스 공급부(400)의 공정 가스를 균일하게 확산시켜 챔버(100)의 기판(10) 상에 분사한다.
가스 분사부(300)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 상기 챔버(100)에 결 합되어 가스 분사 공간을 형성하는 가스 분사판(310)과, 상기 가스 분사판(310)에 마련된 복수의 가스 분사 노즐(320)과, 상기 가스 분사 노즐(320)이 형성되지 않은 가스 분사판(310) 상측면과 상기 챔버(100)의 상부벽면 간을 열적으로 연결하는 복수의 방열 핀(330)을 구비한다. 여기서, 챔버(100)의 상부벽면은 앞서 언급한 챔버 리드(120)의 내측면을 지칭한다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 챔버(100)의 구조에 따라 상측 벽면은 챔버 리드(120)의 내측면이 아닐 수도 있다. 즉, 챔버(100) 내부의 상부벽일 수도 있다.
가스 분사판(310)은 복수의 가스 분사 노즐(320)이 형성된 하측 분배판(311)과 하측 분배판(311)의 가장 자리 영역에서 돌출된 측벽(312)을 구비한다. 가스 분사판(310)은 챔버(100)의 챔버 리드(120)에 접속 고정된다. 즉, 가스 분사판(310)의 측벽(312)이 챔버 리드(120)에 밀착 고정된다. 이를 통해 가스 분사판(310)과 챔버 리드(120)에 의해 가스 공급부(400)로부터 제공된 공정 가스가 분산되는 가스 분사 공간이 형성된다.
복수의 가스 분사 노즐(320)은 가스 분사판(310)의 하측 분배판(311)에 균일하게 배치되는 것이 효과적이다. 이때, 가스 공급부(400)로부터 공급되는 공정 가스가 유입되는 영역에 대응하는 하측 분배판(311) 영역에는 상기 가스 분사 노즐(320)이 형성되지 않을 수도 있다. 이는 공정 가스가 유입되는 영역에서의 가스 분사 속도가 가장 세기 때문에 공정 가스가 가스 분사 공간에서 균일하게 퍼지지 않을 수 있다. 따라서, 공정 가스가 유입되는 영역에 대응하는 하측 분배판(311) 영역에 가스 분사 노즐(320)을 형성하지 않음으로써, 공정 가스가 하측 분배 판(311) 영역에 부딪힌 다음 가스 분사 공간으로 넓게 퍼질 수 있게 된다. 물론 도시되지 않았지만, 상기 공정 가스가 유입되는 영역에 배플과 같은 부재를 설치하여 가스 분사 공간 내에서 공정가스가 넓게 분산되도록 할 수 있다. 이경우, 복수의 가스 분사 노즐(320)은 하측 분배판(311) 전면에 균일하게 배치될 수 있다.
이와 같이 본 실시예에서는 가스 공급부(400)를 통해 제공받은 공정 가스가 가스 분사판(310)에 의해 형성된 가스 분사 공간에서 넓게 확산되고, 확산된 공정 가스가 복수의 가스 분사 노즐(320)을 통해 챔버(100)의 반응 공간(즉, 가열된 기판(10))으로 분사된다.
본 실시예에서는 챔버 리드(120)와 가스 분사판(310) 간을 열적으로 연결하는 복수의 방열 핀(330)을 구비한다.
이와 같이 방열 핀(330)을 두어 가스 분사 공간 내의 공정 가스 흐름을 방해하지 않으면서, 가스 분사판(310)을 냉각시킬 수 있다. 방열 핀(330)을 기둥 형상으로 제작하는 것이 바람직하다.
앞선 해결 하고자 하는 과제에서 설명한 바와 같이 기판(10) 처리를 위해 챔버(100) 내부의 기판(10)을 공정 온도까지 가열하게 된다. 이때, 챔버(100) 내부 전체의 온도가 상승하게 된다. 즉, 이는 기판(10) 상측에 위치한 가스 분사판(310)의 온도가 상승됨을 의미한다. 이때, 가스 분사판(310)의 온도가 상승함은 가스 분사판(310) 내측의 가스 분사 공간의 온도가 상승함을 의미한다. 이로인해 가스 분사 공간 내에서 확산된 공정 가스가 상승된 온도에 의해 반응하여 파티클을 형성하게 되는 문제가 발생한다.
하지만, 본 실시예에서는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 챔버 리드(120)와 가스 분사판(310) 간을 방열 핀(330)으로 접속시켜 가스 분사판(310)의 열을 냉각 시킬 수 있다. 챔버 리드(120)는 앞서 언급한 바와 같이 챔버(100) 주변 장치에 열손상을 최소화하기 위해 냉매에 의해 냉각된다. 따라서, 챔버 리드(120)는 상기 공정 온도에 비하여 매우 낮은 온도(300도 이하)를 유지하게 된다.
본 실시예에서는 방열 핀(330)을 저온의 챔버 리드(120)와 가스 분사판(310) 사이에 배치시킨다. 방열 핀(330)을 두어 가스 분사판(310)과 챔버 리드(120) 간이 열적으로 접속되는 면적을 증가시킬 수 있다. 따라서, 가스 분사판(310)의 표면 열이 방열 핀(330)을 통해 저온의 챔버 리드(120)로 전도된다. 이로써, 가스 분사판(310)의 온도가 상승하는 것을 억제시킬 수 있다. 또한, 가스 분사 공간이 가열되더라도, 방열 핀(330)에 의해 가스 분사 공간으로 분사된 공정 가스를 냉각시킬 수 있다.
상기 방열 핀(330)은 도 2에 도시된 바와 같이 봉 형상으로 제작되는 것이 효과적이다. 봉의 수평 방향 단면은 도 3에 도시된 바와 같이 원형상인 것이 효과적이다.
여기서, 도 3에 도시된 바와 같이 가스 분사 노즐(320)은 가스 분사판(310)에 균일하게 배치된다. 그리고, 방열 핀(330) 또한 가스 분사 노즐(320) 사이 공간에서 균일하게 배치되는 것이 효과적이다. 즉, 가스 분사 노즐(320)이 라인 형상으로 배치되는 경우 방열 핀(330)은 가스 분사 노즐 라인과 라인 사이 공간에 라인 형태로 배치될 수 있다.
물론 이에 한정되지 않고, 도 4의 변형예에서와 같이 방열 핀(330)은 그 수평 방향의 단면이 사각형 형상일 수도 있다. 물론 타원형 또는 다각형 형상일 수도 있다. 그리고, 도 4에서와 같이 가스 분사 노즐(320)와 방열 핀(330)이 가스 분사판(310)의 중심점을 기준으로 상하 및 좌우 방향에서 교번으로 형성될 수도 있다.
이에 한정되지 않고, 다양한 형상의 배치가 가능하다.
이때, 상기 가스 분사판(310)과 챔버 리드(120) 간의 접촉 면적이 매우 중요하다. 앞서 언급한 바와 같이 챔버 리드(120)와 가스 분사판(310) 간의 접촉 면적을 늘려 가스 분사판(310)을 별도의 냉매를 이용하지 않고 냉각시킬 수 있기 때문이다. 하지만, 가스 분사판(310)의 하측 분배판(311)에는 복수의 가스 분사 노즐(320)이 형성되어 있다. 또한, 가스 분사판(310)과 챔버 리드(120) 사이에는 공정 가스가 넓게 확산되는 가스 분사 공간이 마련되어 있다.
따라서, 복수의 방열 핀(330)이 차지하는 면적은 가스 분사판(310)의 하측 분배판(311) 상측면의 상기 가스 분사 노즐(320)이 형성되지 않는 면적(즉, 분사 노즐용 관통홀이 형성되지 않은 바닥면의 면적)의 20 내지 80% 인 것이 효과적이다. 바람직하게는 30 내지 70%인 것이 효과적이다. 여기서, 상기 면적 범위가 범위 보다 작을 경우에는 방열 핀(330)에 의한 냉각 효율이 낮게 되어 원활한 냉각을 수행하지 못하는 단점이 있다. 또한, 상기 면적 범위가 상기 범위보다 클 경우에는 가스 분사 공간 내에서의 공정 가스 흐름을 방해하게 되어 균일한 공정 가스 분사를 방해하는 단점이 있다.
여기서, 가스 분사판(310)의 하측 분배판(311)의 내측 바닥면의 면적을 100 으로 할 경우, 40 내지 80% 범위 내에서 가스 분사 노즐(320)이 형성되고, 나머지 20 내지 60% 범위 내에서는 가스 분사 노즐(320)이 형성되지 않는다. 또한, 앞서 언급한 바와같이 가스 분사 노즐(320)이 형성되지 않는 면적 전체를 100으로 할 경우, 이중 20 내지 80% 범위 내에서 방열 핀(330)을 두는 것이 효과적이다.
이때, 방열 핀(330)의 배치는 각 챔버(100) 내의 가스 분사판(310)의 열 분포에 따라 다양하게 변화될 수 있다. 예를 들어 일 챔버(100) 내의 가스 분사판(310)의 열적 분포를 측정한 결과, 가스 분사판(310)의 중심 영역에 열이 더 집중 되는 경우에는 방열 핀(330)을 중심 영역에 집중 배치하는 것이 효과적이다. 즉, 단위 면적당 방열 핀(330)의 개수가 중심 영역이 가장자리 영역보다 더 많은 것이 가능하다. 또한, 중심 영역에서 가장자리 영역으로 갈수록 인접하는 방열 핀(330) 간의 이격 거리가 점차로 증대되는 것 또한 가능하다. 물론 이와 반대로 가스 분사 판(310)의 열적 분포 측정 결과, 가스 분사판(310)의 가장 자리 영역에 열이 더 집중되는 경우에는 방열 핀(330)을 가장자리 영역에 집중시킬 수도 있다.
본 실시예에서는 열 전도성이 우수한 물질을 이용하여 복수의 방열 핀(330)을 제작한다. 그리고, 이 방열 핀(330)을 가스 분사판(310)의 내측 바닥면과, 챔버(100)의 상부벽면에 부착 시킨다. 물론 이에 한정되지 않고, 상기 방열 핀(330)을 챔버(100)의 챔버 리드(120)와 일체로 제작할 수 있다. 또한, 방열 핀(330)을 가스 분사판(310)과 일체 제작할 수 있다. 여기서, 방열 핀(330)을 통해 가스 분사판(310) 전면에서 챔버 리드(120)에 접속될 수 있다. 이로인해 가스 분사판(310)이 커짐으로 인해 발생할 수 있는 가스 분사판(310) 중심 영역의 처침 현상을 사전에 방지할 수 있게 된다.
가스 분사판(310)과 방열 핀(330)으로 Al을 사용하는 것이 바람직하다.
물론 이때, 상기 방열 핀으로는 그 열 전도율(thermal conductivity)이 237 J/m-sec-deg 이상인 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시예에서는 도 5의 변형예에서와 같이 가스 분사판(310)과 방열 핀(330) 간의 접촉 면적을 넓히기 위해 가스 분사판(310)에는 복수의 핀 접촉 홈(321)이 마련될 수 있다. 상기 핀 접촉 홈(321) 내측으로 방열 핀(330)의 일단이 인입 고정될 수 있다. 이를 통해 방열 핀(330)을 지지 고정할 수 있다. 또한, 방열 핀(330)과 가스 분사판(310) 간의 접촉 면적을 증대시켜 냉각 효율을 증대시킬 수 있다.
물론 도 5의 변형예에서와 같이 챔버 리드(120)의 하측 바닥면에도 복수의 핀 인입 홈(122)이 마련될 수 있다. 이때, 상기 핀 인입 홈(122) 내측으로 방열 핀(330)의 타단이 인입 고정될 수 있다. 이를 통해 방열 핀(330)을 지지 고정하고, 방열 핀(330)과 챔버 리드(120) 간의 접촉 면적을 증대시킬 수 있다.
물론 도 5에서는 챔버 리드(120)와 가스 분사판(310) 양측에 홈(122, 321)이 형성됨을 도시하였다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 방열 핀(330)이 챔버 리드(120)와 가스 분사판(310) 중 어느 하나에 고정되거나 또는 일체로 제작되는 경우에는 고정 또는 일체화되지 않는 챔버 리드(120) 또는 가스 분사판(310)에 홈이 형성될 수 있다. 이를 통해 공정 중에 방열 핀(330)이 흔들리거나, 열에 의한 방열 핀(330)의 팽창과 수축 마진을 줄 수 있다.
여기서, 방열 핀(330)은 소정의 접착 부재를 통해 가스 분사판(310)과 챔버 리드(120)에 접속될 수 있다. 즉, 방열 핀(330)과 가스 분사판(310) 그리고, 방열핀(330)과 챔버 리드(120)가 용접에 의해 접착될 수 있다. 물론 열 전도성이 우수한 접착제를 통해 접착될 수도 있다.
본 실시예에서는 가스 분사판(310)과 방열 핀(330)을 단일 몸체(one body)로 제작하는 것이 효과적이다. 물론 이에 한정되지 않고, 용접을 수행하여 접착하되, 이때, 재살 용접을 이용하는 것이 가능하다.
또한, 도 5의 변형예에서와 같이, 상기 방열 핀(330)의 외측면 즉, 가스 분사 공간에 노출된 표면에 코팅막(331)이 형성될 수도 있다. 이를 통해 방열 핀(330)의 표면과 가스 분사 공간으로 유입되는 공정 가스 간의 접촉을 사전에 차단할 수 있다. 이는 앞서 언급한 방열 특성이 우수한 재질은 반도체, 디스플레이 및 전기 소자 제조 공정에서 사용되는 공정 가스에 의해 쉽게 부식되는 단점이 있다. 따라서, 상기와 같이 코팅막(331)으로 공정 가스와의 접촉을 차단하여 방열 핀(330)을 보호할 수 있다. 여기서, 코팅막(331)은 공정 가스와 반응하지 않는 물질로 제작된다. 그리고, 코팅막(331)으로 열 전도성이 우수한 물질을 사용하는 것이 효과적이다.
상술한 바와 같은 방열 핀(330)을 통해 별도의 냉매를 사용하지 않고도 가스 분사판(310)의 온도를 낮출 수 있다.
상술한 본 실시예의 기술적 사상은 상술한 설명에 한정되지 않고, 다양한 실시예가 가능하다. 하기에서는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판 처리 장치에 관 해 설명한다. 후술되는 설명중 앞선 제 1 실시예에서 설명한 내용과 중복되는 설명은 생략한다. 물론 제 2 실시예의 기술은 앞선 제 1 실시예에 적용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판 처리 장치의 단면도이다. 도 7은 제 2 실시예에 따른 가스 분사부의 상측 가스 분사판의 평면 개념도이고, 도 8은 제 2 실시예에 따른 가스 분사부의 하측 가스 분사판의 평면 개념도이다. 도 9는 제 2 실시예의 제 1 변형예에 따른 가스 분사부의 평면 개념도이다. 도 10은 제 2 실시예의 제 2 변형예에 따른 가스 분사부의 평면 개념도이다. 도 11은 제 2 실시예의 제 3 변형예에 따른 가스 분사부의 평면 개념도이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 기판 처리 장치는 내부 반응 공간을 갖는 챔버(100)와, 챔버(100) 내에서 기판(10)을 안치하는 기판 안치부(200)와, 상기 기판(10)에 제 1 및 제 2 공정 가스를 분사하는 가스 분사부(300)와, 상기 가스 분사부(300)에 각기 제 1 및 제 2 공정 가스를 공급하는 가스 공급부(400, 500)와, 상기 기판 안치부를 고주파 유도 가열을 통해 가열하는 유도 가열 수단(600)을 포함한다.
상기 유도 가열 수단(600)과 기판 안치부(200) 사이에 마련된 윈도우부(700)를 더 구비한다.
본 실시예에서는 유도 가열(즉, 고주파 전류의 전자기 유도)을 통해 기판 안치부(200)의 메인 디스크(210)를 적어도 300도 이상 가열한다. 최대 1400도의 온도까지 가열시킬 수 있다. 이와 같이 메인 디스크(210)를 가열 시킴으로 인해 그 상측에 안치되는 기판(10)을 가열할 수 있다.
유도 가열 수단(600)은 고주파 전류가 흐르는 유도 코일(610)과, 상기 유도 코일(610)에 고주파 전원을 제공하는 고주파 전원 공급부(620)를 구비한다. 그리고, 상기 유도 코일(610)을 냉각시키는 냉각 수단(미도시)을 더 구비한다.
유도 코일(310)은 도시되지 않았지만, 상기 기판 안치부(200) 하측에 나선형으로 배치된다. 이를 통해 기판 안치부(200)에 균일한 고주파 자기장을 형성할 수 있다.
고주파 전원 공급부(620)는 유도 코일(610)에 고주파 전원을 제공한다. 이때, 고주파 전원으로 10KHz 내지 1MHz 범위의 주파수와, 10kW 내지 400kW 범위 내의 전력을 사용한다. 상기 고주파 전원의 주파수와 전력에 따라 상기 유도 코일(610)에 의한 고주파 자기장이 변화하게 된다. 이에 따라 기판 안치부(200)의 가열 온도 또한 다양하게 변화될 수 있다.
본 실시예의 가스 분사부(300)는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 챔버(100)에 결합되어 제 1 가스 분사 공간을 형성하는 상측 가스 분사판(340)과, 상기 상측 가스 분사판(340)에 결합되어 제 2 가스 분사 공간을 형성하는 하측 가스 분사판(350)과, 상기 상측 가스 분사판(340)에 마련된 복수의 상측 분사홀(341)과, 상기 하측 가스 분사판(350)에 마련되어 상기 상측 분사홀(341)을 통해 상기 제 1 가스 분사 공간에 연통된 복수의 제 1 공정 가스 분사 노즐(360)과, 상기 제 2 가스 분사 공간에 연통된 복수의 제 2 공정 가스 분사 노즐(370)과, 상기 상측 가스 분사판(340)과 상기 챔버(100) 간을 열적으로 접속하는 복수의 상측 방열 핀(380)과, 상측 가스 분사판(340)과 하측 가스 분사판(350) 간을 연결하는 하측 방열 핀(390) 을 구비한다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 상측 가스 분사판(340)은 기판 안치부(200)와 유사한 원 형상으로 제작하는 것이 효과적이다. 상측 가스 분사판(340)은 챔버 리드(120)와 결합하여 제 1 공정 가스 분사 공간을 형성한다. 그리고, 상기 상측 가스 분사판(340)에는 복수의 상측 분사홀(341)이 마련된다. 이를 통해 제 1 공정 가스 분사 공간으로 분사된 제 1 공정 가스가 상기 상측 분사홀(341)을 통해 하측 공간으로 이동하게 된다.
본 실시예에서는 상기 챔버 리드(120)와 상측 가스 분사판(340) 사이 공간에 복수의 상측 방열 핀(380)을 배치시킨다. 이를 통해 앞선 실시예에서 설명한 바와 같이 상측 가스 분사판(340)의 온도는 낮출 수 있다. 물론 상측 가스 분사판(340)은 하측 가스 분사판(350)에 의해 하측 가스 분사판(350) 보다 열적 영향을 더 덜 받는다.
물론 본 실시예에서는 상측 가스 분사판(340) 상에 형성된 상측 분사홀(341)의 개수가 하측 가스 분사판(350)에 형성된 제 1 및 제 2 공정 가스 분사 노즐(360, 370)의 개수보다 작다. 따라서, 도 7에 도시된 바와 같이 상측 가스 분사판(340)의 상측 표면의 면적 중 상측 분사홀(341)이 차지하는 면적이 하측 가스 분사판(350)의 상측 표면 면적 중 제 1 및 제 2 공정 가스 분사 노즐(360, 370)이 차지하는 면적보다 적다. 따라서, 상측 방열 핀(380)을 통해 상측 가스 분사판(340)과 챔버 리드(120) 간의 열적 접속 면적을 충분히 넓게 하여 상측 가스 분사판(340)의 온도를 낮출 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 챔버 리드(120)에 의해 냉각된 상측 가스 분사판(340)과 하측 가스 분사판(350) 사이 공간에 복수의 하측 방열 핀(390)을 배치시킨다. 이를 통해 앞선 실시예에서 설명한 바와 같이 하측 가스 분사판(350)의 온도는 낮출 수 있다.
도 8에서와 같이 하측 가스 분사판(350)에는 제 1 및 제 2 공정 가스 분사 노즐(360, 370)이 형성되어 있다. 다수의 하측 방열 핀(390)을 도면에서와 같이 제 1 및 제 2 공정 가스 분사 노즐(360, 370) 사이 공간에 균일하게 배치하는 것이 효과적이다. 이를 통해 하측 가스 분사판(350)에 인가된 열을 하측 방열 핀(390)을 통해 상측 가스 분사판(340)으로 빠르게 전도시킬 수 있다. 상측 가스 분사판(340)이 열을 상측 방열 핀(380)에 의해 챔버 리드(120)로 빠르게 전도시켜 열을 냉각시킬 수 있게 된다.
또한, 본 실시예에서는 제 2 가스 분사 공간에는 상측 가스 분사판(340)의 상측 분사홀(341)과 하측 가스 분사판(350)의 제 1 공정 가스 분사 노즐(360)을 연결하는 연통 파이프(361)가 마련된다. 이를 통해 제 1 및 제 2 공정 가스가 제 2 가스 분사 공간내에서 혼합되지 않도록 할 수 있다. 이때, 상기 연통 파이프(361)를 열 전도성이 우수한 물질로 제작할 수도 있다.
앞선 실시예에서는 제 1 및 제 2 공정 가스 분사 노즐(360, 370)이 하측 가스 분사판(350)에 균일하게 배치됨에 관해 설명하였다.
하지만, 도 9의 변형예에서와 같이 제 1 및 제 2 공정 가스 분사 노즐(360, 370)이 하측 가스 분사판(350)에 균일하게 배치되지 않을 수도 있다.
즉, 하측 가스 분사판(350)을 복수의 영역으로 분리하고, 이 복수 영역 중 일부 영역에 제 1 공정 가스 분사 노즐(360)이 마련되고, 나머지 영역에 제 2 공정 가스 분사 노즐(370)이 마련될 수도 있다. 물론 이를 위해 상측 가스 분사판(340)의 상측 분사홀(341) 또한, 제 1 공정 가스 분사 노즐(360)에 대응되는 위치에 배치되는 것이 바람직하다.
그리고, 도 9에서와 같이 하측 방열 핀(390)은 각 영역에 균일하게 배치될 수도 있고, 일부 영역에 집중하여 배치될 수도 있다. 이는 각 영역에서 제 1 및 제 2 공정 가스 분사 노즐(360, 370)이 차지하는 면적에 따라 달라질 수 있다.
물론 상기 하측 가스 분사판(350)을 동일 면적으로 복수의 영역으로 분리한다. 그리고, 분리된 영역 중 1/10 내지 1/2 개의 영역에 제 1 공정 가스 분사 노즐(360)을 배치시키고 나머지 영역에는 제 2 공정 가스 분사 노즐(370)을 배치 시킬 수 있다. 이때, 제 1 공정 가스 분사 노즐(360)이 배치된 영역 간의 사이 영역에는 동일 개수의 제 2 공정 가스 분사 노즐(370)이 배치된 영역이 위치할 수 있다. 예를 들어 도 9에서와 같이 하측 가스 분사판(350)의 중심을 기준으로 하측 가스 분사판(350)을 부채꼴 형태의 영역으로 분할하되 9개의 영역으로 분할한다. 이때, 1, 4 및 7번 영역에는 제 1 공정 가스 분사 노즐(360)을 형성하고, 2, 3, 5, 6, 8 및 9번 영역에 제 2 공정 가스 분사 노즐(370)을 배치시킬 수 있다. 또한, 이경우, 제 2 공정 가스 분사 노즐(370)이 배치된 영역(즉, 2, 3, 5, 6, 8, 9번 영역)에 단위 면적당 더 많은 개수의 하측 방열 핀(390)이 마련될 수 있다.
이를 통해 제 1 및 제 2 공정 가스 분사 노즐(360, 370)의 개수를 자유롭게 조절할 수 있다. 따라서, 챔버(100)의 반응 공간으로 분사되는 공정 가스의 유량을 조절할 수도 있다.
또한, 도 10의 변형예에서와 같이 하측 가스 분사판(350)과 상측 가스 분사판(340)을 사각형 판 형상으로 제작할 수 있다. 도 10의 (a)는 상측 가스 분사판(340)을 (b)는 하측 가스 분사판(350)의 평면 개념도이다.
각 분사판(340. 350)을 매트릭스 형태의 복수의 분리 영역으로 분리한다.
상측 가스 분사판(340)의 상측 방열 핀(380)에 의해 상측 가스 분사판(340)과 챔버(100) 사이에 제 1 가스 분사 공간(342)이 형성된다. 이때, 제 1 가스 분사 공간(342)은 도 10의 (a)에 도시된 바와 같이 행 방향과 열 방향으로 연장된 직선 형상으로 제작된다(도면의 사선 영역 참조). 이때, 제 1 가스 분사 공간(342)을 형성하는 행은 인접하는 행과 2행 이격되어 있는 것이 바람직하고, 열 또한, 2열 이격되어 있는 것이 바람직하다. 본 변형예에서는 제 1 가스 분사 공간(342)의 행과 열이 교차하는 영역에 상측 분사홀(341)을 배치하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 제 1 가스 분사 공간(342)의 행과 열에 의해 4개의 분리 영역이 고립된 섬 형태로 마련된다. 이때, 상기 4개 분리 영역에는 상측 방열 핀(380)이 위치될 수 있다. 이를 통해 상측 방열 핀(380)과 챔버(100) 간의 접촉 면적을 더 넓힐 수 있다. 여기서, 상기 상측 분사홀(341)의 사이즈를 0.8φ로할 경우, 상측 방열 핀(380)에 의한 접촉 면적을 전체 면적으로 나눈 값이 0.451이 되었다. 즉, 접촉 면적이 45.1%가 될 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고, 상기 제 1 가스 분사 공간(342)의 행과 열에 의해 4개 보다 많거나 적은 수의 분리 영역이 고립된 섬 형 태로 마련될 수 있다.
하측 가스 분사판(350)은 상측 분사홀(341)에 대응하는 분리 영역에 제 1 공정 가스 분사 노즐(360)이 마련되고, 제 1 공정 가스 분사 노즐(360)이 마련되지 않는 분리 영역에는 제 2 공정 가스 분사 노즐(370)이 마련된다. 이를 통해 하나의 제 1 공정 가스 분사 노즐(360)의 상하 좌우 방향에 각기 2개의 제 2 공정 가스 분사 노즐(370)이 위치한다. 여기서, 제 1 공정 가스 분사 노즐(360)의 직경이 제 2 공정 가스 분사 노즐(370) 보다 큰것이 효과적이다. 이를 통해 제 1 공정 가스와 제 2 공정 가스의 분사 비율이 1 : 6 내지 1 : 10을 유지할 수 있다. 바람직하게는 1 : 8을 유지한다. 또한, 이를 통해 공정 가스 흐름의 균일성을 향상시킬 수 있다. 이때, 제 1 공정 가스 분사 노즐(360)의 둘레에는 하측 방열 핀(390)이 마련될 수 있다.
또한, 도 11의 제 3 변형예에서와 같이 제 1 가스 분사 공간(342)의 행과 열이 교차하는 영역에 인접한 4개의 분리 영역에 각기 4개의 상측 분사홀(341)이 마련될 수도 있다. 여기서, 제 1 가스 분사 공간(342)의 행과 열은 분리 영역에 의해 정의된 행과 열 방향이 아닌 이들의 사이 공간으로 연장될 수 있다. 그리고 4개의 분리 영역 모두가 제 1 가스 분사 공간(342)으로 활용되지 않고, 그 일부만이 제 1 가스 분사 공간(342)으로 활용될 수 있다. 그리고, 상기 제 1 가스 분사 공간(342)이 위치하지 않는 영역에는 상측 방열 핀(380)이 위치할 수 있다. 이를 통해 앞선 변형예에서와 같이 상측 분사홀(341)의 직경이 0.8φ일때, 상측 방열 핀(380)에 의한 접촉 면적을 전체 면적으로 나눈 값이 0.629가 되었다.
하측 가스 분사판(350)은 상측 분사홀(341)에 대응하는 분리 영역에 4개의 제 1 공정 가스 분사 노즐(360)이 마련된다. 제 1 공정 가스 분사 노즐(360)이 마련되지 않는 분리 영역에는 제 2 공정 가스 분사 노즐이 마련될 수 있다. 이와 같은 구성을 통해 제 1 공정 가스와 제 2 공정 가스의 분사 비율이 1 : 2 내지 1 : 4을 유지할 수 있다. 바람직하게는 1 : 4를 유지한다. 여기서, 하측 가스 분사판(350)의 분리 영역은 16(4*4)개의 분리 영역이 하나의 그룹으로 정의되고, 이 그룹이 매트릭스 배열된 형상으로 제작된다. 이때, 상기 그룹 내의 중심 4개의 분리 영역에는 제 1 공정 가스 분사 노즐(360)이 마련되고, 또한, 하측 가스 분사판(350)과 상측 가스 분사판(340) 간을 연결하고, 열을 전달하는 하측 방열핀(390)이 마련된다. 이를 통해 하측 방열핀(390)과 상측 가스 분사판(340) 간의 접촉 면적을 증대시킬 수 있다.
본 발명은 상기에서 서술된 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 즉, 상기의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 단면도.
도 2는 제 1 실시예에 따른 기판 처리 장치의 일부 영역의 개념 사시 단면도.
도 3은 제 1 실시예에 따른 가스 분사부를 설명하기 위한 평면 개념도.
도 4는 제 1 실시예의 변형예에 따른 가스 분사부의 평면 개념도.
도 5는 제 1 실시예의 변형예에 따른 가스 분사부의 단면도.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판 처리 장치의 단면도.
도 7은 제 2 실시예에 따른 가스 분사부의 상측 가스 분사판의 평면 개념도.
도 8은 제 2 실시예에 따른 가스 분사부의 하측 가스 분사판의 평면 개념도.
도 9는 제 2 실시예의 변형예에 따른 가스 분사부의 평면 개념도.
도 10은 제 2 실시예의 제 2 변형예에 따른 가스 분사부의 평면 개념도.
도 11은 제 2 실시예의 제 3 변형예에 따른 가스 분사부의 평면 개념도.
<도면의 주요 부호에 대한 부호의 설명>
100 : 챔버 200 : 기판 안치부
300 : 가스 분사부 310, 340, 350 : 가스 분사판
320, 360, 370 : 가스 분사 노즐 330, 380, 390 : 방열 핀

Claims (9)

  1. 반응 공간을 갖는 챔버; 및
    상기 챔버의 상부벽면에 결합되어 가스 분사 공간을 형성하는 가스 분사판과,
    상기 가스 분사판에 마련된 복수의 가스 분사 노즐과,
    상기 가스 분사판과 상기 챔버의 상측면 간을 열적으로 연결하는 복수의 방열 핀을 구비하는 가스 분사부를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 방열 핀이 차지하는 면적은 상기 가스 분사판의 바닥면에서 상기 가스 분사 노즐이 형성되지 않는 면적 중 20 내지 80% 범위를 차지하는 기판 처리 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 가스 분사 노즐이 등간으로 배치되는 경우 상기 복수의 방열 핀 또한 등간격으로 배치되거나,
    상기 복수의 가스 분사 노즐이 라인 형상으로 배치되는 경우 상기 복수의 방열 핀은 가스 분사 노즐 라인과 라인 사이 공간에서 라인 형태로 배치되거나,
    상기 복수의 가스 분사 노즐과 상기 복수의 방열 핀은 상하 및 좌우 방향에 대하여 교번으로 배치되는 기판 처리 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 챔버는 반응 공간을 갖는 챔버 몸체와, 상기 챔버 몸체를 덮어 상기 반응 공간을 밀봉하는 챔버 리드를 구비하고, 상기 가스 분사부는 챔버 리드에 결합되고,
    상기 챔버 리드를 냉각시키는 냉각 수단을 포함하는 기판 처리 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스 분사 공간에 노출된 상기 복수의 방열 핀 표면에 마련된 코팅막을 포함하는 기판 처리 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 방열 핀에 대응하는 상기 챔버의 상측벽면 및 상기 가스 분사판 중 적어도 하나에 상기 방열 핀이 인입 고정되는 홈이 마련된 기판 처리 장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 분사부는,
    상기 가스 분사판에 결합되어 하측 가스 분사 공간을 형성하는 하측 가스 분사판과,
    상기 하측 가스 분사판에 마련되고 상기 복수의 가스 분사 노즐과 연통하는 복수의 제 1 노즐과,
    상기 하측 가스 분사판에 마련되고 상기 하측 가스 분사 공간과 연통하는 복수의 제 2 노즐과,
    상기 가스 분사판과 상기 하측 가스 분사판 간을 열적으로 연결하는 복수의 하측 방열 핀을 더 포함하는 기판 처리 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 하측 방열 핀에 의한 상기 가스 분사판과 상기 하측 가스 분사판 간의 열 접촉 면적이 상기 방열 핀에 의한 상기 가스 분사판과 상기 챔버간의 열 접촉면적과 같거나 더 큰 기판 처리 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제 1 노즐과 상기 가스 분사 노즐 간을 연결하는 연통 파이프를 포함하고, 상기 연통 파이프는 방열 특성을 갖는 기판 처리 장치.
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