KR20100127471A - 기판처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판처리장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 기판처리장치는 기판에 대한 공정을 수행하도록 내부에 공간부가 마련된 챔버, 기판을 지지하도록 챔버의 공간부에 승강가능하게 설치되는 서셉터 및 서셉터의 상부에 배치되어 기판을 향해 공정가스를 분사하는 가스분사장치를 구비하며, 서셉터는 복수의 기판이 각각 지지되는 복수의 지지유닛과, 각 지지유닛의 둘레방향을 따라 관통형성되어 공정가스가 배출되는 배기부를 포함하여 이루어진 것에 특징이 있다.

Description

기판처리장치{Substrate processing apparatus}

본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로서, 특히 복수 매의 태양전지용 기판을 하나의 트레이에 장착시켜 함께 처리하는 태양전지 제조용 기판처리장치에 관한 것이다.

화석자원의 고갈과 환경오염에 대처하기 위해 최근 태양력 등의 청정에너지에 대한 관심이 높아지면서, 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지에 대한 연구개발이 활력을 얻고 있다.

태양전지는 PN접합이 형성된 반도체의 내부에서 태양광에 의해 여기된 소수캐리어가 PN접합면을 가로질러 확산되면서 전압차가 생기게 하여 기전력을 발생시키는 소자로서 단결정실리콘, 다결정실리콘, 비정질실리콘, 화합물반도체 등의 반도체 재료를 이용하여 제조된다. 단결정실리콘이나 다결정실리콘을 이용하면 발전효율은 높지만 재료비가 비싸고 공정이 복잡한 단점을 가지기 때문에 최근에는 유리나 플라스틱 등의 값싼 기판에 비정질실리콘이나 화합물반도체 등의 박막을 증착한 박막형 태양전지가 사용되고 있다.

이러한 태양전지를 제조하기 위해서는 기판(실리콘 웨이퍼 또는 유리기판 등 을 통칭함)에 P형 또는 N형 반도체층, 반사방지막, 전극 등의 박막을 증착하는 공정과, 에너지 변환효율을 개선하는데 필요한 패턴을 형성하기 위해 증착된 박막을 식각하는 공정 등 다양한 공정을 거쳐야 한다. 이러한 단위 공정을 실시하기 위해 기판은 해당 공정의 진행에 최적의 조건을 제공하는 기판처리장치에 반입되어 처리된다.

도 1에는 종래의 기판처리장치가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 종래의 기판처리장치(9)는 내부에 반응공간이 형성되는 챔버(1)를 구비한다. 챔버(1)의 측벽에는 기판(s)이 반입 및 반출되기 위한 게이트벨브(2)가 설치되며, 챔버(1)의 바닥면에는 반응공간을 진공으로 형성하기 위한 펌프(미도시)가 연결되어 있는 배기공(1a)이 형성된다.

또한 챔버(1)의 내부에는 기판(s)을 지지 및 가열하기 위한 기판지지블럭(5)이 승강가능하게 설치된다. 즉, 기판지지블럭(5)은 평형하게 배치되는 기판지지플레이트(5a)와 승강축(5b)으로 이루어지는데, 승강축(5b)은 챔버(1)의 하부에 형성된 관통공(1b)을 통해 챔버(1) 외부로 연장되어 리니어 액츄에이터(미도시)에 고정되며, 리니어 액츄에이터의 작동에 따라 상하방향으로 승강된다.

기판지지블럭(5)의 상부에는 기판(s)에 가스를 공급하기 위한 샤워헤드(6)가 설치된다. 샤워헤드(6)의 상부에 마련된 가스유입라인(6a)을 통해 유입된 공정가스는 샤워헤드(6) 내부에서 확산된 후 샤워헤드(6) 하면에 형성된 다수의 가스분사공(6b)을 통해 기판(s)으로 분사된다.

기판(s)은 트레이(8)에 얹어진 상태로 게이트밸브(2)를 통해 유입되어 기판 지지블럭(5)에 안착되는데, 일반적으로 복수 매의 기판(s)이 격자형으로 배치되어 트레이(8)에 장착된다.

상기한 구성의 종래의 기판처리장치(9)에서 공정가스는, 도 1에 화살표로 도시된 바와 같이, 샤워헤드(6)로부터 분사되어 기판지지블럭(5)과 챔버(1)의 내벽 사이를 지나 기판지지블럭(5) 하부의 배기공(1a)을 통해 배출된다. 이에 따라 공정가스의 흐름은 기판지지블럭(5)의 중앙으로부터 엣지쪽으로 방사향으로 형성되며, 기판지지블럭(5)의 사이드에 배치된 기판(s)은 중앙쪽에 배치된 기판에 비하여 상대적으로 공정가스와 많이 접촉된다.

결국, 트레이(8)에 얹어진 기판(s)들이 모두 고르게 공정가스와 접하지 못하고, 각 기판(s)의 배치위치에 따라 공정가스와의 접촉량에 있어 과부족이 발생하게 되는 바, 각 기판별로 증착되는 박막이 균일하지 않은 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 공정가스의 배기흐름을 조절하여 기판과 공정가스가 접촉되는 양과 시간을 각 기판별로 고르게 형성함으로써, 각 기판에 증착되는 박막의 균일도를 향상시킬 수 있는 기판처리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판처리장치는 기판에 대한 공정을 수행하도록 내부에 공간부가 마련된 챔버, 상기 기판을 지지하도록 상기 챔버의 공간부에 승강가능하게 설치되는 서셉터 및 상기 서셉터의 상부에 배치되어 상기 기판을 향해 공정가스를 분사하는 가스분사장치를 구비하며, 상기 서셉터는 복수의 상기 기판이 각각 지지되는 복수의 지지유닛과, 상기 각 지지유닛의 둘레방향을 따라 관통형성되어 상기 공정가스가 배출되는 배기부를 포함하여 이루어진 것에 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 상기 챔버의 내벽과 서셉터 사이로 공정가스가 배출되는 것을 차단하도록, 상기 챔버의 내벽과 상기 서셉터 사이의 틈새에 설치되는 환형의 가스차단막을 더 구비하는 것이 바람직하며, 상기 가스차단막의 외주부는 상기 챔버의 내벽에 고정되며, 내주부는 상하방향으로 위치변경 가능하며 하방향으로 탄성가압되어 있는 것이 더욱 바람직하다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 서셉터의 형상과 대응되도록, 복수의 기판이 각각 안착되는 안착유닛과, 상기 안착유닛의 둘레방향을 따라 관통형성되어 상기 공정가스가 배출되는 배출부를 포함하여 이루어지며, 상기 서셉터 위에 장착되는 트레이를 더 구비하는것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따르면 상기 챔버의 바닥면과 상기 서셉터 사이에는 다수의 배기구멍이 형성되어 있는 배기플레이트가 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 기판처리장치는 서셉터 전체가 아닌 서셉터에 안착된 각각의 기판의 둘레를 따라 공정가스가 배기되므로, 기판이 서셉터에 놓여진 위치와 무관하게 모든 기판이 일정한 양과 시간 동안 공정가스에 노출되는 구조를 형성함으로써, 기판에 증착되는 박막의 균일도가 향상된다는 장점이 있다.

본 발명에 따른 기판처리장치는 태양전지 제조용 반사방지막 증착장비를 포함하여 여러 장의 기판을 서셉터에 동시에 안착시킨 후 공정을 진행하는 반도체 제조용 장비에 모두 적용될 수 있으며, 이하에서는 태양전지 제조를 위한 반사방지막 증착장비를 일 예로 들어 설명하기로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지 제조용 반사방지막 증착장비(이하, '박막증착장비'라고 함)를 더욱 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치를 설명하기 위한 개략적 도면이며, 도 3은 도 2에 도시된 기판처리장치의 주요 부분에 대한 개략적 분 리사시도이고, 도 4는 도 2의 상태로부터 서셉터가 상승한 상태의 기판처리장치의 개략적 도면이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 박막증착장치(100)는 챔버(10), 서셉터(20) 및 샤워헤드(30)를 구비한다.

챔버(10)는 챔버본체(11)와 챔버본체(11)의 상부에 개폐가능하게 결합되는 챔버리드(12)로 이루어진다. 챔버리드(12)가 챔버본체(11)에 결합되면, 챔버(10) 내부에는 기판(s)에 대한 공정이 수행되는 공간부(13)가 형성된다.

이 공간부(13)는 공정중에 진공으로 유지되어야 하는 바, 챔버본체(11)의 바닥에는 외부의 펌프(미도시)와 연결된 배기공(16)이 형성되어 있다. 또한 챔버본체(11)의 바닥에는 후술할 서셉터(20)의 승강축(22)이 삽입되는 관통공(15)이 형성되어 있으며, 이 관통공은 기밀이 유지되도록 벨로우즈(미도시)에 의하여 외부와 차단된다. 또한, 챔버(10)의 측벽에는 기판(s)이 유입 및 유출되기 위한 게이트밸브(12)가 마련된다.

서셉터(20)는 기판(s)을 지지 및 가열하기 위한 것으로서, 평평하게 배치되는 기판지지부(21)와, 기판지지부(21)의 하측에 수직하게 형성되는 승강축(22)을 구비한다. 승강축(22)은 삽입공(15)을 통해 챔버(10)의 외부로 연장되어 모터(미도시) 등의 승강수단과 연결된다. 기판지지부(21)의 내부에는 히터(미도시)가 매설되어, 기판지지부(21)의 상면에 지지된 기판(s)을 대략 200℃~300℃로 가열함으로써 공정의 효율성을 향상시킨다. 또한, 본 실시예의 박막증착장비(100)에서는 공정효율을 향상시키고자 챔버(10) 내부에 플라즈마를 형성하는데, 이를 위하여 후 술할 가스분사장치(30)에 고주파전원이 인가되며 서셉터(20)는 접지되어 있다.

본 발명에 따른 서셉터(20)는 위에서 설명한 바와 같이 기본적으로 기판(s)을 지지 및 가열하는 작용을 수행함과 동시에 각 기판(s)이 공정가스에 균등하게 노출될 수 있도록 하는 작용을 수행한다. 이에 대해서는 후술하기로 한다.

한편, 본 실시예에 따른 가스분사장치(30)는 서셉터(20)의 상부에 배치되는 것으로서, 전극판(31), 가스분사플레이트(32)를 구비한다. 전극판(30)은 대략 4각 형상으로 평평하게 형성되어 챔버리드(12)에 고정되게 설치된다. 전극판(30)에는 반응가스, 원료가스 등 박막증착에 필요한 외부의 가스를 도입하기 위한 가스유입구(33)가 형성된다. 전극판(31)은 전기를 통할 수 있도록 알루미늄 등의 금속소재로 이루어지며, 상기한 바와 같이 플라즈마를 형성하기 위한 고주파전원(RF전원)이 인가된다.

가스분사플레이트(32)는 전극판(31)의 하측에 일정 거리 이격되어 배치된다. 가스분사플레이트(32)도 전기가 통할 수 있도록 알루미늄 등의 금속소재로 이루어지며, 전극판(31)과 대응되도록 대략 4각 형상으로 평평하게 형성된다.

가스분사플레이트(32)에는 가스유입구(33)로 유입된 가스를 기판(s)을 향해 분사하도록 다수의 가스분사공(35)이 형성된다. 가스분사공(35)은 어느 일 부분에 집중해서 배치되는 것이 아니라, 단위 면적당 동일한 수로 배치되어 기판(s)에 분사되는 가스의 양이 기판의 전체 영역에 걸쳐 일정하게 되도록 구성된다.

가스분사플레이트(32)와 전극판(31) 사이에는 가스유입구(33)로 유입된 가스들이 확산되는 가스확산공간(34)이 마련되며, 가스는 가스확산공간(34)에서 확산된 후 가스분사공(35)을 통해 배출된다.

종래의 기판처리장치에서 샤워헤드로부터 분사된 가스가 서셉터의 중앙부로부터 가장자리쪽으로 이동한 후 챔버의 내벽과 서셉터 사이를 통과하여 하부의 배기공으로 배기된다는 것은 종래기술에서 이미 설명한 바와 같다. 이러한 배기구조에서는 서셉터의 가장자리에 위치한 기판이 서셉터의 중앙부에 위치한 기판보다 공정가스에 장시간 노출되게 된다. 이에 따라, 기판이 안착된 위치별로 기판에 증착되는 박막이 서로 다른 두께와 프로파일을 가지게 되는 바, 박막의 균일도를 보장하지 못하는 문제점이 있었다.

이에 본 발명에서는 기판(s)이 서셉터(20)의 어떤 위치에 안착되더라도 모든 기판(s)이 공정가스와 균등하게 노출되게 하여 박막의 증착 균일도를 높이도록 하였다.

즉, 본 발명에서 서셉터(20)의 기판지지부(21)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 트레이(50)에 지지된 기판들이 안착되는 지지유닛(23)을 포함하여 이루어지며, 각 지지유닛(23)의 둘레방향을 따라 배기부(24)가 관통형성되어 있다. 각 지지유닛(23)의 내부에는 외부의 전원 인가에 의하여 발열되는 히터체(미도시)가 매설되어 있다. 또한 기판(s)을 직접 지지하는 트레이(50)도 서셉터(20)의 형상과 대응되도록 각각의 기판(s)이 안착되는 안착유닛(53)을 포함하여 이루어지며, 각 안착유닛(53)의 둘레에는 배출부(55)가 관통형성된다.

서셉터(20)의 지지유닛(23)과 트레이(50)의 안착유닛(53)은 동일한 위치에 동일한 형상과 면적으로 형성되며, 마찬가지로 서셉터(20)의 배기부(24)는 트레 이(50)의 배출부(54)와 동일한 형상과 면적으로 형성된다. 이에 따라, 기판(s)이 안착된 상태로 트레이(50)가 서셉터(20)에 놓여지면, 도 2 및 4에 도시된 바와 같이, 트레이(50)의 배출부(54)와 서셉터(30)의 배기부(24)가 일렬로 연결되어 트레이(50)의 상측과 서셉터(20)의 하측을 상호 연통시킨다. 물론 트레이(50)의 안착유닛(53)도 서셉터(30)의 지지유닛(23)도 상호 일렬로 배치되어, 기판(s)은 안정적으로 지지되며 지지유닛(23)의 열은 안착유닛(53)을 통해 기판(s)으로 전달된다.

상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 트레이(50)와 서셉터(20)를 채용하면, 각 기판(s)들은 설치위치에 관계없이 일정하게 공정가스에 노출된다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 가스분사장치(30)로부터 분사된 공정가스는 종래와 같이 서셉터(20)와 챔버(10)의 내벽 사이로 배출되는 것이 아니라, 각 기판(s)의 둘레에 형성된 트레이(50)의 배출부(54)와 서셉터(20)의 배기부(24)를 통해 하부로 배출된다. 즉, 각 기판(s) 단위로 배기가 이루어진다.

종래와 같이, 공정가스가 중앙에서부터 사이드쪽으로 흐름이 형성되면서 서셉터의 사이드쪽에 배치된 기판이 상대적으로 공정가스에 많이 노출되는 현상이 없어지는 것이다. 가스분사장치(30)에서 각 기판(s)을 향해 분사되는 가스의 양이 일정하기만 하면, 각 기판(s)은 공정가스에 일정하게 노출되어 기판(s)에 증착되는 박막도 기판의 안착 위치와 무관하게 균일하게 형성될 수 있다.

특히, 본 실시예에서는 서셉터(20)가 도 2의 하강상태에서 상승하여 도 4와 같이 공정위치에 놓이게 되면, 서셉터(20)와 챔버(10)의 내벽 사이를 통해 공정가스가 배기되는 것을 방지하고자 가스차단막(60)이 마련되다. 가스차단막(60)이 없 다면, 서셉터(20)와 챔버(10) 사이로 공정가스가 배출됨으로써 오히려 서셉터(20)의 가장자리에 배치된 기판(s)은 공정가스와 상대적으로 덜 접촉될 수 있기 때문이다.

이 가스차단막(60)은 환형으로 형성되어 서셉터(20)와 챔버(10)의 내벽 사이에 배치된다. 가스차단막(60)은 탄성 소재로 이루어져, 외주부는 챔버(10)의 내벽에 고정되며 자유단부인 내주부는 상하방향으로 위치이동 가능하며 하방으로 탄성가압되어 있다. 이에 도 2와 같이 서셉터(20)가 하강된 상태에서 도 4와 같이 상승된 상태로 이동하면, 가스차단막(60)은 서셉터(20)의 상면에 탄성밀착됨으로써, 챔버(10)의 내벽과 서셉터(20) 사이로 공정가스가 배기되는 것을 방지한다.

한편, 서셉터(20)의 기판지지부(21)와 챔버(10)의 바닥면 사이에는 배기흐름을 균일하게 형성하게 하기 위한 배기플레이트(40)가 개재된다. 배기플레이트(40)에는 다수의 배기구멍(43)이 형성되어, 서셉터(20)의 각 배기부(24)로부터 배출된 공정가스는 배기플레이트(40)의 배기구멍(43)을 통해 챔버의 배기공(16)으로 배출된다. 배기플레이트(40)가 없으면 서셉터(20)의 하부에서 가스들이 급격하게 배기공(16)쪽으로 흐름이 형성될 수 있지만, 배기플레이트(40)에 다수의 배기구멍(43)이 형성됨으로써 가스들이 배기구멍(43)을 통해 균일하게 배기플레이트(40)의 하부로 하강한 후 배기될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 상기한 구성으로 이루어진 기판처리장치(100)에서는 서셉터(20)에 복수의 지지유닛(23)을 형성하여 각각의 기판이 지지되며, 지지유닛의 둘레를 따라 배기부(24)가 형성됨으로써, 공정가스가 각 기판에 고르게 분 사될 수 있는 구조가 형성되었다. 상기한 구성에 의하여, 각각의 기판이 서셉터의 어느 부분에 배치되더라도 동일한 양의 공정가스에 노출되어 박막의 증착균일도가 보장된다는 효과가 발생한다.

미설명한 참조번호 55는 걸림턱으로서 트레이(50)에 대하여 돌출되게 형성된다. 이 걸림턱(55)은 트레이(50)의 각 안착유닛(23)의 둘레방향을 따라 복수 개 배치되어 기판(s)이 안착유닛(23)으로부터 이탈되는 것을 방지하는 작용을 한다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

도 1은 종래의 기판처리장치를 설명하기 위한 개략적 도면이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치를 설명하기 위한 개략적 도면이다.

도 3은 도 2에 도시된 기판처리장치의 주요 부분에 대한 개략적 분리사시도이다.

도 4는 도 2의 상태로부터 서셉터가 상승한 상태의 기판처리장치의 개략적 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 ... 박막증착장비 10 ... 챔버

20 ... 서셉터 30 ... 지지플레이트

40 ... 가스분사플레이트 50 ... 측벽부

Claims (5)

1. 기판에 대한 공정을 수행하도록 내부에 공간부가 마련된 챔버;

   상기 기판을 지지하도록 상기 챔버의 공간부에 승강가능하게 설치되는 서셉터; 및

   상기 서셉터의 상부에 배치되어 상기 기판을 향해 공정가스를 분사하는 가스분사장치;를 구비하며,

   상기 서셉터는 복수의 상기 기판이 각각 지지되는 복수의 지지유닛과, 상기 각 지지유닛의 둘레방향을 따라 관통형성되어 상기 공정가스가 배출되는 배기부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 챔버의 내벽과 서셉터 사이로 공정가스가 배출되는 것을 차단하도록, 상기 챔버의 내벽과 상기 서셉터 사이의 틈새에 설치되는 환형의 가스차단막을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 가스차단막의 외주부는 상기 챔버의 내벽에 고정되며, 내주부는 상하방향으로 위치변경 가능하며 하방향으로 탄성가압되어 있는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 서셉터의 형상과 대응되도록, 복수의 기판이 각각 안착되는 안착유닛과, 상기 안착유닛의 둘레방향을 따라 관통형성되어 상기 공정가스가 배출되는 배출부를 포함하여 이루어지며, 상기 서셉터 위에 장착되는 트레이를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 챔버의 바닥면과 상기 서셉터 사이에는 다수의 배기구멍이 형성되어 있는 배기플레이트가 설치되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.

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