KR20110027312A - 기판안치수단을 포함한 기판처리장치 및 이를 이용한 기판처리방법 - Google Patents

기판안치수단을 포함한 기판처리장치 및 이를 이용한 기판처리방법 Download PDF

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KR20110027312A
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Abstract

본 발명은 비안치부의 열 손실을 방지하기 위해 커버를 설치한 기판안치수단을 포함한 기판처리장치 및 이를 이용한 기판처리방법에 관한 것으로, 기판안치수단은 다수의 삽입영역을 가지는 안치부와, 비안치부로 구분되는 디스크; 상기 다수의 삽입영역의 각각에 설치되고, 기판이 안착되는 다수의 서셉터; 가열수단의 가열에 의해 상기 안치부와 상기 비안치부의 온도분포를 균일하게 유지하기 위하여, 상기 비안치부 상에 설치되는 탄소를 포함한 물질로 구성된 커버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
기판처리장치, 기판안치수단, 커버, 안치부, 비안치부

Description

기판안치수단을 포함한 기판처리장치 및 이를 이용한 기판처리방법{Appratus for treating substrate including substrate placing means and method for treating substrate using the same}
본 발명은 비안치부의 열손실을 방지하기 위해 커버를 설치한 기판안치수단을 포함한 기판처리장치 및 이를 이용한 기판처리방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자, 표시장치 및 박막 태양전지를 제조하기 위해서는 기판에 특정 물질의 박막을 증착하는 박막증착공정, 감광성 물질을 사용하여 이들 박막 중 선택된 영역을 노출 또는 은폐시키는 포토공정, 선택된 영역의 박막을 제거하여 패터닝하는 식각공정 등을 거치게 된다. 이들 공정 중 박막증착공정 및 식각공정 등은 진공상태로 최적화된 기판처리장치에서 진행한다.
도 1은 종래기술의 기판처리장치의 개략도이고, 도 2는 종래기술의 기판안치수단의 상세 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하여 종래기술의 기판처리장치를 설 명하면 다음과 같다.
도 1과 같이, 기판처리장치(10)는 반응공간을 제공하는 공정챔버(12), 반응공간에 위치하고 기판(22)이 안치되는 기판안치수단(14), 기판안치수단(14)과 대향하고 공정가스를 공급하는 가스분배수단(16), 기판안치수단(14)을 승하강 및 회전시키는 샤프트(18), 기판안치수단(14)의 하부에 위치하는 가열수단(34) 및 반응공간의 반응가스 및 부산물을 배기시키는 배기수단(20)을 포함한다.
배기수단(20)은 배기포트(24) 및 배기포트(24)와 연결되는 배기펌프(26)를 포함한다. 도 1에서 도시하지 않았지만, 기판처리장치(10)는 기판(22)을 공급 또는 반출시키기 위한 출입구를 포함한다. 기판안치수단(14)은 샤프트(18)에 연결된 디스크(disc)(28), 디스크(28)에 설치되는 다수의 삽입구(30), 및 다수의 삽입구(30)에 수용되고 기판(22)이 안치되는 다수의 서셉터(32)를 포함한다.
도 1과 같은 기판처리장치(10)를 이용하여, 박막을 증착하거나 박막을 식각하는 공정을 수행하기 위하여, 기판안치수단(14)에 다수의 기판(22)을 안치시키고, 가열수단(34)을 이용하여 공정에 필요한 온도로 기판안치수단(14) 및 다수의 기판(22)을 승온 시킨다. 기판(22) 상에 박막을 균일하게 증착하거나 또는 박막을 균일하게 식각하기 위하여, 기판안치수단(14)과 다수의 기판(22)은 균일한 온도분포를 가져야 한다.
공정을 수행하기 위하여 이론적으로 기판안치수단(14) 상에 위치한 기판(22) 만을 공정온도로 승온시킬 수 있는 용량을 가진 가열수단(34)을 사용할 수 있지만, 실질적으로 서셉터(32)가 설치되지 않는 비안치부(38)에서 발생하는 디스크(28)의 열손실를 고려하여, 가열수단(34)의 용량을 결정하여야 한다. 디스크(28)에서 서셉터(32)가 안치되는 안치부(36)의 면적은, 디스크(28)의 전체 면적의 약 60% 정도이다. 다시 말하면, 디스크(28)의 전체 면적에서 약 40%는 불필요하게 가열되는 부분으로 간주될 수 있다.
도 2를 참조하면, 기판안치수단(14)의 디스크(28)는 서셉터(32)가 위치하는 안치부(36)와 서셉터(32)가 위치하지 않는 비안치부(38)로 구분된다. 비안치부(38)는 반응공간에 노출되고, 안치부(36)는 상부에 위치하는 서셉터(32)로 인해 반응공간에 노출되지 않는다. 기판처리장치(10)에서 기판처리공정으로 박막을 증착하는 공정을 수행할 때, 균일한 박막을 증착하기 위하여 기판안치수단(14)의 디스크(28)는 샤프트(18)에 의해 제 1 방향으로 회전하고, 서셉터(32)는 회전축(44)에 의해 제 1 방향과 역방향인 제 2 방향으로 회전한다. 공정을 수행할 때, 서셉터(32)가 회전하기 위하여, 안치부(36)에서 서셉터(32)는 디스크(28)와 일정 간격으로 이격되어 설치되고, 디스크(28)의 전체와 서셉터(32)는 동일한 고도 및 평면을 가진다.
디스크(28)는 동일한 물질을 사용하여 일체형으로 구성한다. 비안치부(38)의 다스크(28)는 상면이 반응공간에 노출되어 있어 열손실율이 높은 반면, 안치부(36)의 디스크(28)는 상면에 서셉터(32)가 위치하고 있어, 비안치부(38)의 디스크(28)와 비교하여 열손실율이 낮다. 또한 안치부(36)에서 디스크(28)와 서셉터(32) 사이는 반응공간과 같은 동일한 진공상태이므로, 서셉터(32)는 디스크(28)와 비교하여 열전도율이 낮다. 따라서, 안치부(36)에서 디스크(28)와 서셉터(32)의 간격으로 인해, 디스크(28)로부터 서셉터(32)에 전달되는 열의 전도율이 낮아진다.
가열수단(34)에 의해 기판안치수단(10)을 승온시킬 때, 열손실율 및 열전도율의 차이로 인해 비안치부(38)가 안치부(36)보다 높은 온도를 나타나게 된다. 안치부(36)는 비안치부(38)와 비교하여 5 내지 30% 정도로 낮은 온도분포를 보이고, 일반적으로 10% 정도 비안치부(38)가 안치부(36)의 온도보다 높다. 안치부(36)과 비안치부(38)의 온도차이는, 특히 1000도 이상의 고온을 요구하는 화합물 반도체층의 박막을 형성하는 경우 심화된다. 기판(22) 상에 화합물 반도체층, 예를 들면 3-5족 반도체물질인 GaN층을 성장시키기 위하여, 가열수단(34)에 의해서 기판안치수단(14)과 다수의 기판(22)이 승온될 때, 안치부(36)가 비안치부(38)과 비교하여 100 내지 200도 정도 낮게 측정되어, 기판(22)의 승온에 기여하지 않는 비안치부(138)가 불필요하게 가열되는 것을 알 수 있다.
비안치부(38)는 반응공간에 노출되어 있어 안치부(36)와 비교하여, 상대적으로 많은 열손실이 발생하므로 열손실에 대한 보상이 수반되어야 하고, 기판(22)의 승온에 기여하지 않는 비안치부(38)가 불필요하게 가열되기 때문에, 대용량의 가열수단(34)을 사용하여야 한다. 따라서, 가열수단(34)의 설치비용 및 전력소모가 증가한다,
안치부(36)와 비안치부(38)의 온도차이는 반응공간에서 불필요한 대류현상 (convection)을 발생시킬 수 있다. 기판(22) 상에 화합물 반도체층과 같은 박막을 증착시키는 경우, 공정가스의 층류(laminar flow)를 요구한다. 다시 말하면, 가스분배수단(16)에서 공급되는 공정가스가 기판안치수단(14)의 표면을 따라 층적흐름으로 유도되어야 한다. 그런데, 반응공간에서 발생한 대류현상은 공정가스의 층류를 방해하여, 기판(22) 상에 증착되는 박막의 균일성을 저해하는 요인이 된다.
또한, 적정한 공정온도보다 높은 비안치부(38)는 가스분배수단(16)에 영향을 준다. 가스분배수단(16)은 반응공간으로부터 전달되는 열의 영향을 최소화하고, 최적 온도를 유지하기 위하여, 도면에서 도시하지 않았지만 냉매가 유동하는 유로를 포함한 냉각장치를 설치한다. 유로는 냉매가 공급되는 공급부분과 유로를 경유한 냉매가 배출되는 배출부분을 포함한다. 기판안치수단(14)의 영향에 의해, 가스분배수단(16)이 임계치 이상의 고온으로 승온되면, 공급부분과 배출부분에서 냉매의 온도차이가 증가되어, 냉각장치의 전력소모가 증가된다.
상기와 같은 종래기술의 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 비안치부의 디스크의 열손실을 방지하기 위한 커버를 설치한 기판안치수단을 포함한 기판처리장치 및 이를 이용한 기판처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판안치수단은, 다수의 삽입영역을 가지는 안치부와, 비안치부로 구분되는 디스크; 상기 다수의 삽입영역의 각각에 설치되고, 기판이 안착되는 다수의 서셉터; 가열수단의 가열에 의해 상기 안치부와 상기 비안치부의 온도분포를 조절하기 위하여, 상기 비안치부 상에 설치되는 설치되는 탄소를 포함한 물질로 구성된 커버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판안치수단에 있어서, 상기 비안치부의 상기 디스크와 상기 커버의 간격은 상기 커버 두께의 5 내지 50%인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판안치수단에 있어서, 상기 비안치부의 상기 디스크와 상기 커버는 서로 접촉하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판안치수단에 있어서, 상기 커버는 상기 디스크의 상기 비안치부와 동일한 형상 및 크기인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판안치수단에 있어서, 상기 커버는 플레이트와 상기 플레이트에 설치되고 상기 다수의 서셉터의 각각을 수용하는 다수의 개구를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판안치수단에 있어서, 상기 커버는 다수의 피스로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판안치수단에 있어서, 상기 디스크와 대향하는 상기 커버의 하면에 설치되는 다수의 제 1 핀홀; 상기 비안치부의 상기 디스크의 상부에 설치되는 다수의 제 2 핀홀; 상기 디스크와 상기 커버 사이에 개재되어, 상기 다수의 제 1 및 제 2 핀홀의 각각에 삽입되는 다수의 지지핀;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판안치수단에 있어서, 상기 다수의 제 1 및 제 2 핀홀은 제 1 직경을 가지고, 상기 다수의 지지핀은 상기 제 1 직경보다 작은 제 2 직경을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판안치수단에 있어서, 상기 커버와 상기 다수의 서셉터는 동일한 평면 및 고도로 설정되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판안치수단에 있어서, 상기 커버의 측면은 상기 다수의 서셉터 및 상기 기판과 대응되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판안치수단에 있어서, 상기 커버는 상기 비안치부의 상기 디스크 두께의 5 내지 50%의 두께를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기와 기판안치수단에 있어서, 상기 디스크, 상기 다수의 서셉터 및 상기 커버는 그래파이트 또는 실리콘 카바이드로 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 하는 기판처리장치는, 반응공간을 제공하는 챔버; 상기 반응공간에 위치하고 공정가스를 분사하는 가스분배수단; 상기 가스분배수단과 대향하고, 다수의 삽입영역을 가지는 안치부와 비안치부로 구분되는 디스크, 상기 다수의 삽입영역의 각각에 설치되고 기판이 안착되는 다수의 서셉터, 상기 비안치부의 상기 디스크 상에 설치되고, 상기 안치부와 상기 비안치부의 온도분포를 조절하기 위하여, 상기 비안치부 상에 설치되는 설치되는 탄소를 포함한 물질로 구성된 커버를 포함하는 기판안치수단; 상기 기판안치수단의 하부에 위치하거나 또는 상기 디스크에 내장되는 가열수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 서셉터는 상기 커버보다 높은 고도를 유지하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 디스크, 상기 다수의 서셉터 및 상기 커버는 각각 그래파이트 또는 실리콘 카바이드로 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 기판처리방법은, 반응공간을 제공하는 챔버; 상기 반응공간에 위치하고 공정가스를 분사하는 가스분배수단; 상기 가스분배수단과 대향하고, 다수의 삽입영역을 가지는 안치부와 비안치부 로 구분되는 디스크, 상기 다수의 삽입영역의 각각에 설치되고 기판이 안착되는 다수의 서셉터, 상기 비안치부의 상기 디스크 상에 설치되고, 상기 안치부와 상기 비안치부의 온도분포를 조절하기 위하여, 상기 비안치부 상에 설치되는 탄소를 포함하는 물질로 구성된 커버를 포함하는 기판안치수단;상기 기판안치수단의 하부에 위치하거나 또는 상기 디스크에 내장되는 가열수단;을 포함하는 기판처리장치에 있어서, 상기 반응공간으로 상기 기판을 인입하여 상기 다수의 서셉터 상에 상기 기판을 안치하는 제 1 단계; 및 상기 가스분배수단을 통하여 상기 반응공간에 상기 공정가스를 공급하여 상기 기판을 처리하는 제 2 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리방법에 있어서, 상기 제 2 단계 후에, 상기 반응공간에서 상기 커버를 세정하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리방법에 있어서, 상기 제 2 단계 후에, 상기 커버를 상기 디스크로부터 분리하여 상기 반응공간의 외부에서 상기 커버를 세정하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기판안치수단 및 이를 포함한 기판처리장치는 다음과 같은 효과가 있다.
가열수단에 의해서 기판안치수단의 디스크에 열이 전달될 때, 서셉터가 위치하지 않는 비안치부의 디스크 상에 설치되는 커버에 의해, 디스크의 열손실율 및 최종적인 커버의 열전도율이 최소화되어, 안치부와 비안치부의 온도분포가 균일하게 되거나, 최소한 안치부가 비안치부보다 높은 온도를 유지하게 된다.
비안치부에서 디스크의 열손실을 최소화시킴으로써, 적은 용량의 가열수단을 사용할 수 있다. 따라서, 상대적으로 소용량이고 적은 전력을 소비하는 가열수단을 설치할 수 있어, 기판처리장치의 설치비용 및 운영비용을 절감할 수 있다.
비안치부의 디스크에서 발산되는 열을 최소화시킴으로써, 가스분배수단에 전달되는 열이 최소화되어, 가스분배수단에 설치된 냉각수단의 전력소비를 절감할 수 있다.
비안치부의 디스크 상에 커버를 탈착 가능하도록 설치하고, 공정수행 중에 디스크를 대신하여 침식되는 커버를 주기적으로 교체함으로써, 디스크의 수명을 연장할 수 있다. 따라서, 기판처리장치의 유지비용을 절감할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치의 개략도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기판안치수단의 상세도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 커버의 사시도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 기판안치수단의 분해 사시도이다.
도 3과 같이, 기판처리장치(110)는 반응공간을 제공하는 공정챔버(112), 반응공간에 위치하고 기판(122)이 안치되는 기판안치수단(114), 기판안치수단(114)과 대향하고 공정가스를 공급하는 가스분배수단(116), 기판안치수단(114)을 승하강 및 회전시키는 샤프트(118), 기판안치수단(114)의 하부에 위치하는 가열수단(134) 및 반응공간의 반응가스 및 부산물을 배기시키는 배기수단(120)을 포함한다. 배기수단(120)은 배기포트(124) 및 배기포트(124)와 연결되는 배기펌프(126)를 포함한다. 도 3에서 도시하지 않았지만, 기판처리장치(110)는 기판(122)을 공급 또는 반출시키기 위한 출입구를 포함한다.
도 3 및 도 4와 같이, 기판안치수단(114)은 샤프트(118)에 연결되는 디스크(disc)(128), 비안치부(138)의 다스크(128) 상에 설치되는 커버(cover)(140), 디스크(128)에 설치되는 다수의 삽입구(130), 다수의 삽입구(130)의 각각에 삽입되고, 기판(122)이 적재되는 다수의 서셉터(132), 다수의 삽입구(130)의 각각의 내주연을 따라 서셉터(132)가 거치되는 걸림부(142) 및 다수의 서셉터(132)의 각각을 회전시키는 다수의 회전축(144)으로 구성된다. 도 3에서 가열수단(134)은 기판안치수단(114)의 하부에 설치된 것으로 도시되지만, 도 3과 다르게 디스크(128)의 내부에 내장될 수 있다.
도 3과 같은 기판처리장치(110)를 이용하여, 박막을 증착하거나 박막을 식각하는 공정을 수행하기 위하여, 기판안치수단(114)에 다수의 기판(122)을 안치시키고, 가열수단(134)을 이용하여 공정에 필요한 온도로 기판안치수단(114) 및 다수의 기판(122)을 승온시킨다. 기판(122) 상에 박막을 균일하게 증착하거나 또는 박막을 균일하게 식각하기 위하여, 기판안치수단(114)과 다수의 기판(122)은 균일한 온도분포를 가지거나, 열 손실을 최소화하기 위하여 최소한 안치부(136)가 비안치부(138)보다 높은 온도를 가지도록 한다.
도 4와 같이, 기판안치수단(114)에서 디스크(128)는 다수의 서셉터(132)가 위치하는 안치부(136)와 다수의 서셉터(132)가 위치하지 않는 비안치부(138)로 구분된다. 디스크(128)에서 비안치부(138)는 반응공간에 노출되고, 안치부(136)는 상부에 서셉터(132)가 위치하여 반응공간에 노출되지 않는다. 그리고, 기판안치수단(114)의 디스크(128)는 샤프트(118)에 의해서 제 1 방향으로 회전하고, 다수의 서셉터(132)의 각각은 다수의 회전축(144)에 의해 제 1 방향과 역방향인 제 2 방향으로 회전한다. 다수의 서셉터(132)의 각각은 다수의 회전축(144)의 승하강에 따라 출입구를 통하여 기판(122)을 수납한다. 다수의 서셉터(132)의 각각은 다수의 삽입구(130)와 대응되는 디스크(128)와 일정한 간격으로 이격된다.
다수의 서셉터(132)가 회전하지 않는 경우, 디스크(128)과 다수의 서셉 터(132)의 각각을 분리하는 별도의 분리수단(도시하지 않음)이 설치되고, 다수의 서셉터(132)의 각각은 다수의 삽입구(130)와 대응되는 디스크(128)와 접촉한다. 다수의 서셉터(132)와 디스크(128)가 접촉하는 경우, 다수의 삽입구(130)에 대응되는 디스크(128) 및 서셉터(132)에 다수의 리프트 핀(도시하지 않음)을 설치하고, 다수의 서셉터(132)의 각각은 다수의 리프트 핀의 승하강에 의해 출입구를 통하여 기판(122)을 수납한다.
기판(122) 상에 화합물 반도체층과 같은 박막을 증착시키는 경우, 가스분배수단(116)에서 공급되는 공정가스가 기판안치수단(114)의 상부면을 따라 층적으로 흐름으로 유도되어야 하므로, 기판안치수단(114)의 상면은 동일한 고도 및 평면을 유지하는 것이 바람직하다. 따라서, 비안치부(138)의 디스크(128)는 다수의 서셉터(132)가 수용되는 안치부(136)의 디스크(128)보다 두꺼운 두께를 가진다.
커버(140)는 디스크(128)와 다수의 지지핀(146)을 개재하여 서로 이격되며, 서셉터(132)는 회전축(144)에 의해서 디스크(128)와 이격된다. 커버(140)와 디스크(128) 사이의 간격 및 서셉터(132)와 디스크(128)의 간격은 가열수단(134)으로부터 커버(140) 및 서셉터(132)에 전달되는 열의 전도율을 작게 하고, 디스크(128)를 보온하는 기능을 한다. 따라서, 비안치부(138)에서 디스크(128)의 열손실율 및 가열수단(134)으로부터 최종적으로 커버(140)에 전달되는 열전도율이 최소화되어, 안치부(136)와 비안치부(138)의 온도분포가 균일하게 되거나, 최소한 안치부(136)가 비안치부(138)보다 높은 온도를 유지하도록 한다.
또한, 비안치부(138)에서 디스크(128)의 열손실을 최소화시킴으로써, 작은 용량의 가열수단(134)을 사용할 수 있다. 도 3 및 도 4에서, 커버(140)와 디스크(128) 사이에 일정한 간격이 개재되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 비안치부(138)의 디스크(128) 상에 직접 접촉하도록 커버(140)를 설치할 수 있다. 그러나, 상기의 설명과 같이, 열손실율 및 열전도율을 최소화하기 위하여, 커버(140)는 디스크(128)와 일정한 간격으로 이격되어 있는 것이 바람직하다.
안치부(136)와 비안치부(138)의 온도차이는 반응공간에서 대류현상을 발생시킬 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 커버(140)의 설치에 의해서, 안치부(136)과 비안치부(138)의 온도분포를 균일하게 유지할 수 있어, 온도차이에 의한 대류현상을 최소화시킬 수 있다. 더불어서, 대류현상이 일어나지 않는 공정에서 안치부(136)를 비안치부(138)보다 높은 온도를 유지시켜 열 손실을 최소화할 수 있다.
또한, 커버(140)의 설치에 의해 안치부(136)과 비안치부(138)의 온도분포가 균일하게 유지할 수 있어, 가스분배수단(116)에 미치는 영향을 최소화할 수 있다. 가스분배수단(116)은 반응공간으로부터 전달되는 열의 영향을 최소화하고, 최적 온도를 유지하기 위하여, 도면에서 도시하지 않았지만 냉매가 유동하는 유로를 포함한 냉각장치를 설치한다. 유로는 냉매가 공급되는 공급부분과 유로를 경유한 냉매 가 배출되는 배출부분을 포함한다. 냉각장치에 있어서, 공급부분과 배출부분에서 냉매의 온도차이가 최소화하여, 냉각장치의 전력소모를 감소시킬 수 있다.
커버(140)는 기판안치수단(114)의 보호 플레이트로써 기능할 수 있다. 반복적으로 박막증착 또는 박막식각 공정을 수행하여 공정회수가 임계치에 도달되면 비안치부(138)의 디스크(128) 표면이 손상되므로, 디스크(128)를 교체하여야 한다. 그런데, 기판안치수단(114) 상에 위치한 커버(140)가 보호 플레이트로 기능하며, 공정을 수행하는 과정에서 디스크(128)를 대신하여 침식된다. 특히, 커버(140)를 설치하지 않을 경우, 기판(122) 상에 화합물 반도체층으로써, GaN층을 성장시키기 위해 반응가스로 암모니아(NH3)를 사용하면, 디스크(128)의 침식율이 높아 교체주기가 짧아진다. 따라서, 공정가스의 침식으로부터 디스크(128)를 보호하는 커버(140)를 주기적으로 교체함으로써 디스크(128)의 수명을 연장시킬 수 있다.
도 5는 다수의 지지핀(154)과 다수의 제 1 핀홀(156)이 상세하게 표현되도록 커버(140)의 배면을 상부에 위치시켜 도시한다. 도 5 및 도 6과 같이, 커버(140)는 플레이트(plate)(150), 다수의 서셉터(132)의 각각이 수용될 수 있는 다수의 개구(152), 다수의 지지핀(154), 및 플레이트(150)의 하부에 위치하고 다수의 지지핀(154)의 각각이 삽입되는 다수의 제 1 핀홀(156)로 구성된다.
플레이트(150)는 디스크(128)의 상부면과 동일한 형태 및 크기를 가진다. 플레이트(150)는 일체형으로 형성할 수 있지만, 디스크(128)가 대면적인 경우, 설치의 용이성을 위하여 다수의 피스(158)로 구성할 수 있다. 디스크(128)의 상부에는 다수의 지지핀(154)을 수용하기 위한 다수의 제 2 핀홀(160)이 형성된다. 다수의 제 1 핀홀(156)과 다수의 제 2 핀홀(160)의 각각은 동일한 제 1 직경을 가진다. 다수의 지지핀(154)의 각각은 제 1 직경보다 작은 제 2 직경을 가진다.
디스크(128)와 커버(140)의 결합을 위하여, 비안치부(138)의 디스크(128)의 상면에 설치되어 있는 다수의 제 2 핀홀(160)의 각각에 다수의 지지핀(154)의 하부를 삽입하고, 커버(140)의 하면에 설치된 다수의 제 1 핀홀(156)의 각각에 다수의 지지핀(154)의 상부를 삽입한다. 다수의 지지핀(154)에 의해, 디스크(128)와 커버(140)는 커버(140) 두께의 5 내지 50% 정도의 간격으로 이격된다. 디스크(128)와 커버(140) 사이의 간격은, 디스크(128)로부터 커버(140)로 전달되는 열의 전도와 손실을 최소화시키는 기능을 한다.
커버(140)는 디스크(128)로부터 용이하게 분리되고 결합될 수 있다. 따라서, 커버(140)은 디스크(128)과 함께 반응공간에서 인시튜(in-situ) 방법으로 세정(cleaning)되거나, 또는 디스크(128)로부터 분리하여 반응공간의 외부에서 커버(140)를 세정할 수 있다.
커버(140)는 디스크(128)와 열팽창율이 동일 또는 유사하고, 수직방향의 열전도율이 낮은 물질을 사용한다. 커버(140)는 디스크(128)와 동일한 물질로 사용하는 것이 바람직하고, 디스크(128)와 열팽창율의 차이가 1 내지 5% 범위에 있으면, 무난하게 사용할 수 있다. 기판안치수단(114)의 디스크(128)와 다수의 서셉터(132)는 그래파이트 (graphite) 또는 실리콘 카바이드(SiC)를 사용한다. 내마모성을 개선하기 위하여 디스크(128) 상에 실리콘 카바이드를 CVD 방법으로 코팅하여 사용할 수 있다. 커버(140)는 디스크(128)와 동일한 물질의 그래파이트 및 실리콘 카바이드(SiC), 또는 탄소강화섬유를 사용한다. 커버(140)는 불투명 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 커버(140)의 내마모성을 개선하기 위하여, 실리콘 카바이드를 CVD 방법으로 코팅하여 사용할 수 있다.
다수의 지지핀(154)은 커버(140) 및 디스크(128)와 동일한 물질 또는 열팽창율이 유사한 물질을 사용한다. 디스크(128)와 커버(140)가 결합되어 1000도 이상의 고온공정을 수행하면, 열팽창에 의해 다수의 제 1 및 제 2 핀홀(156, 160)과 다수의 지지핀(154)이 변형될 수 있다. 열팽창에 의한 변형을 방지하기 위하여, 다수의 제 1 및 제 2 핀홀(156, 160)과 다수의 지지핀(154) 사이에 서로의 열팽창을 수용하는 열팽창 수용공간을 설정한다. 열팽창 수용공간은, 다수의 지지핀(154)의 각각이 다수의 제 1 및 제 2 핀홀(156, 160)의 제 1 직경보다 작은 제 2 직경을 가지도록 설계하여, 제 1 및 제 2 직경의 차이에 의해서 설정된다.
커버(140)를 실리콘 카바이드가 코팅된 투명재질의 석영재질을 사용할 수 있다. 그러나, 박막증착 또는 박막식각 공정을 수행할 때, 석영재질의 커버(140) 상에 비안치부(138)의 디스크(128)를 대신하여, 박막이 증착되거나 식각되어 디스크(128)의 교체주기를 연장할 수 있지만, 열전달 및 열손실을 방지하는 기능이 미미하다. 따라서, 석영은 커버(140)의 재질로 바람직하지 않다.
커버(140)는 비안치부(138)의 디스크(128) 두께와 비교하여 5 내지 50%의 두께를 가지도록 설계한다. 커버(140)의 두께에 따라, 비안치부(138)의 열손실율이 작아진다. 도 3 및 도 4와 같이, 디스크(128) 상에 커버(140)가 설치되면, 커버(140)의 측면은 다수의 서셉터(132)와 기판(122)와 대응된다. 그리고, 공정을 수행할 때, 공정가스의 원활한 층류형성을 위하여 커버(140) 및 서셉터(132)는 동일한 고도 및 평면을 유지한다.
그러나, 필요에 따라 서셉터(132)가 커버(140)보다 높은 고도를 유지할 수 있다. 서셉터(132)와 커버(140) 사이에 공정가스가 공급되고 다시 반응공간으로 배출되는 과정에서 와류가 발생한다. 서셉터(132)를 커버(140)보다 높은 고도로 설치함으로써, 와류에 의한 영향을 최소화할 수 있다. 와류는 서셉터(132) 상에 위치한 기판(122)에 영향을 주어, 박막의 균일한 증착 또는 박막의 균일한 식각을 방행할 수 있다.
도 3 내지 도 6과 도시된 본 발명의 따른 기판처리장치(110)는 반응공간을 제공하는 챔버(112), 반응공간에 위치하고 공정가스를 분사하는 가스분배수단(116), 가스분배수단과 대향하고, 다수의 삽입구(130)를 가지는 안치부(136)와 비안치부(138)로 구분되는 디스크(128), 다수의 삽입구(130)의 각각에 설치되고 기판(122)이 안착되는 다수의 서셉터(132), 비안치부(138)의 디스크(128) 상에 설치되고, 안치부(136)와 비안치부(138)의 온도분포를 조절하기 위하여, 비안치부(138) 상에 설치되는 탄소를 포함하는 물질로 구성된 커버(140)를 포함한다.
기판처리장치(110)에서 기판(122)을 처리하는 단계는, 챔버(112)의 반응공간으로 기판(122)을 인입하여, 다수의 서셉터(132) 상에 기판(122)을 안치하는 제 1 단계 및 가스분배수단(116)을 통하여 반응공간에 공정가스를 공급하여 기판(122)을 처리하는 제 2 단계를 포함한다. 그리고, 제 2 단계 후에, 공정가스에 의해 커버(140) 상에 증착된 박막을 반응공간에서 인시튜(in-situ) 방법으로 세정(cleaning)하는 제 3 단계를 포함할 수 있다. 제 3 단계에서, 또 다른 방법으로 커버(140)를 디스크(128)로부터 분리하여 반응공간의 외부에서 커버(140)를 세정할 수 있다.
도 1은 종래기술의 기판처리장치의 개략도
도 2는 종래기술의 기판안치수단의 상세 단면도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판처리장치의 개략도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기판안치수단의 상세도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 커버의 사시도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 기판안치수단의 분해 사시도

Claims (18)

  1. 다수의 삽입영역을 가지는 안치부와, 비안치부로 구분되는 디스크;
    상기 다수의 삽입영역의 각각에 설치되고, 기판이 안착되는 다수의 서셉터;
    가열수단의 가열에 의한 상기 안치부와 상기 비안치부의 온도분포를 조절하기 위하여, 상기 비안치부 상에 설치되는 탄소를 포함한 물질로 구성된 커버; 및
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판안치수단.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 비안치부의 상기 디스크와 상기 커버의 간격은 상기 커버 두께의 5 내지 50%인 것을 특징으로 하는 기판안치수단.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 비안치부의 상기 디스크와 상기 커버는 서로 접촉하는 것을 특징으로 하는 기판안치수단.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버는 상기 디스크의 상기 비안치부와 동일한 형상 및 크기인 것을 특징으로 하는 기판안치수단.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버는, 플레이트와 상기 플레이트에 설치되고 상기 다수의 서셉터의 각각을 수용하는 다수의 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판안치수단.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 커버는 다수의 피스로 구성되는 것을 특징으로 하는 기판안치수단.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스크와 대향하는 상기 커버의 하면에 설치되는 다수의 제 1 핀홀;
    상기 비안치부의 상기 디스크의 상부에 설치되는 다수의 제 2 핀홀;
    상기 디스크와 상기 커버 사이에 개재되어, 상기 다수의 제 1 및 제 2 핀홀의 각각에 삽입되는 다수의 지지핀;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판안치수단.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 다수의 제 1 및 제 2 핀홀은 제 1 직경을 가지고, 상기 다수의 지지핀은 상기 제 1 직경보다 작은 제 2 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 기판안치수단.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버와 상기 다수의 서셉터는 동일한 평면 및 고도로 설정되는 것을 특징으로 하는 기판안치수단.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버의 측면은 상기 다수의 서셉터 및 기판과 대응되는 것을 특징으로 하는 기판안치수단.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버는 상기 비안치부의 상기 디스크 두께의 5 내지 50%의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 기판안치수단.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스크, 상기 다수의 서셉터 및 상기 커버는 각각 그래파이트 또는 실리콘 카바이드로 형성하는 것을 특징으로 하는 기판안치수단.
  13. 반응공간을 제공하는 챔버;
    상기 반응공간에 위치하고 공정가스를 분사하는 가스분배수단;
    상기 가스분배수단과 대향하고, 다수의 삽입영역을 가지는 안치부와 비안치부로 구분되는 디스크, 상기 다수의 삽입영역의 각각에 설치되고 기판이 안착되는 다수의 서셉터, 상기 비안치부의 상기 디스크 상에 설치되고, 상기 안치부와 상기 비안치부의 온도분포를 조절하기 위하여, 상기 비안치부 상에 설치되는 탄소를 포함하는 물질로 구성된 커버를 포함하는 기판안치수단;
    상기 기판안치수단의 하부에 위치하거나 또는 상기 디스크에 내장되는 가열수단;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 서셉터는 상기 커버보다 높은 고도를 유지하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 디스크, 상기 다수의 서셉터 및 상기 커버는 각각 그래파이트 또는 실리콘 카바이드로 형성하는 것을 특징으로 하는 기판안치수단.
  16. 반응공간을 제공하는 챔버; 상기 반응공간에 위치하고 공정가스를 분사하는 가스분배수단; 상기 가스분배수단과 대향하고, 다수의 삽입영역을 가지는 안치부와 비안치부로 구분되는 디스크, 상기 다수의 삽입영역의 각각에 설치되고 기판이 안착되는 다수의 서셉터, 상기 비안치부의 상기 디스크 상에 설치되고, 상기 안치부와 상기 비안치부의 온도분포를 조절하기 위하여, 상기 비안치부 상에 설치되는 탄소를 포함하는 물질로 구성된 커버를 포함하는 기판안치수단;상기 기판안치수단의 하부에 위치하거나 또는 상기 디스크에 내장되는 가열수단;을 포함하는 기판처리장치에 있어서,
    상기 반응공간으로 상기 기판을 인입하여 상기 다수의 서셉터 상에 상기 기판을 안치하는 제 1 단계; 및
    상기 가스분배수단을 통하여 상기 반응공간에 상기 공정가스를 공급하여 상 기 기판을 처리하는 제 2 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 2 단계 후에, 상기 반응공간에서 상기 커버를 세정하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 2 단계 후에, 상기 커버를 상기 디스크로부터 분리하여 상기 반응공간의 외부에서 상기 커버를 세정하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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