KR20110041799A - 기판안치수단과 이를 포함하는 기판처리장치 및 기판처리모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판을 적재하고 이송가능한 서셉터를 가지는 기판안치수단와 이를 포함한 기판처리장치 및 기판처리모듈에 관한 것으로, 기판안치수단은, 반응공간에 위치한 디스크; 기판이 안치되어 상기 디스크 상에 위치하며, 이송수단에 의해 상기 반응공간으로 반입 또는 상기 반응공간으로부터 반출 가능한 다수의 서셉터; 상기 다수의 서셉터의 하부에 위치하고, 상기 다수의 서셉터의 각각을 상기 디스크로 분리하기 위한 분리수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
기판처리장치, 기판안치수단, 서셉터, 리프트 핀, 그루브

Description

기판안치수단과 이를 포함하는 기판처리장치 및 기판처리모듈{Substrate placing means, and Appratus and Module for treating substrate including the same}
본 발명은 기판을 적재하고 이송가능한 서셉터를 가지는 기판안치수단과 이를 포함한 기판처리장치 및 기판처리모듈에 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 1 및 도 2는 종래기술의 기판처리장치에서 기판안치수단의 개략도이다. 도 1 및 도 2를 참조하여 종래기술의 기판처리장치를 설명하면 다음과 같다.
도 1과 같이, 기판처리장치(10)는 반응공간을 제공하는 공정챔버(12), 반응공간에 위치하고 기판(22)이 안치되는 기판안치수단(14), 기판안치수단(14)와 대향하고 공정가스를 공급하는 가스분배수단(16), 기판안치수단(14)을 승하강시키는 샤프트(18), 기판안치수단(14)의 하부에 위치하는 가열수단(34), 기판안치수단(14)을 관통하는 다수의 관통구(pin hole)(36), 다수의 관통구(36)의 각각에 현가되는 다수의 리프트 핀(38), 기판안치수단(14)와 가열수단(34) 사이에 설치되고, 다수의 리프트 핀(38)을 지지하는 지지판(40), 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 1 및 도 2에서 도시하지 않았지만, 기판처리장치(10)는 기판(22)을 반응공간으로 인입 또는 반응공간으로부터 반출시키기 위한 출입구를 포함한다. 도 1은 기판(22)이 기판안치수단(14) 상에 안치되어, 공정을 진행하고 있는 상태를 도시한다.
도 2는 기판(22)이 반출 직전 또는 반입 직후 상태를 도시한다. 공정이 완료된 기판(22)을 반출하기 위하여, 샤프트(18)의 동작에 의해 기판안치수단(14)을 하강시키면, 다수의 리프트 핀(38)의 하부는 지지판(40)에 의해 지지되고, 리프트 핀(38)의 상부는 기판안치수단(14)의 상부로 돌출된다. 다수의 리프트 핀(38)에 의 해 기판(22)과 기판안치수단(14) 사이에 로봇 암(도시하지 않음)이 출입할 수 있는 출입공간이 형성되고, 로봇 암의 동작에 의해 기판(22)을 반응공간으로부터 외부로 반출한다.
반응공간에 기판(22)을 공급하기 위하여, 샤프트(18)의 동작에 의해서 기판안치수단(14)을 하강시키면, 다수의 리프트 핀(38)이 기판안치수단(14)의 상부로 돌출된다. 로봇 암의 동작에 의해 기판(22)을 다수의 리프트 핀(38) 상에 위치시키고, 기판안치수단(14)을 공정위치로 상승시키면, 다수의 리프트 핀(38)이 기판안치수단(14)에 현가되면서, 기판(22)이 기판안치수단(14) 상에 안치된다.
도 1 및 도 2와 같이, 기판처리장치(10)에 있어서 다수의 리프트 핀(38)을 이용하여, 기판(22)을 반입하거나 반출시키는 방법이 널리 이용된다. 그러나, 다수의 리프트 핀(38)이 승하강하기 위해, 다수의 관통구(36)가 필수적으로 형성되어야 하지만, 다수의 관통구(36)는 기판안치수단(14)의 온도분포의 균일성을 저해하는 요인으로 작용한다. 다시 말하면, 다수의 관통구(36)와 대응되는 기판(22)은 다른 부분에 비하여 낮은 온도를 가질 수 있어, 기판(22)에 있어서 다수의 관통구(36)와 대응되는 영역이 다른 영역과 비교하여 증착 및 식각속도가 느려진다. 그리고, 이러한 현상은, 1000도 이상의 고온을 요구하는 화합물 반도체층의 박막을 형성하는 경우 심화된다.
상기와 같은 종래기술의 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 기판의 온도분포를 균일하게 유지하기 위하여, 서셉터를 분리하는 분리수단을 기판과 대응되지 않는 서셉터 및 디스크에 설치하는 기판안치수단과 이를 포함하는 기판처리장치 및 기판처리모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 가스분배수단과 기판안치수단의 제한된 간격 내에서, 기판을 적재한 서셉터를 반응공간에 반입 또는 반응공간으로부터 반출이 가능하도록, 서셉터의 하부에 설치된 분리수단에 의해서 서셉터를 이송하는 이송수단의 수직 이동 거리를 최소화시킨 기판안치수단과 이를 포함한 기판처리장치 및 기판처리모듈을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판안치수단은, 반응공간에 위치한 디스크; 기판이 안치되어 상기 디스크 상에 위치하며, 이송수단에 의해 상기 반응공간으로 반입 또는 상기 반응공간으로부터 반출 가능한 다수의 서셉터; 상기 다수의 서셉터의 하부에 위치하고, 상기 다수의 서셉터의 각각을 상기 디스크로 분리하기 위한 분리수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판안치수단에 있어서, 상기 다수의 서셉터 각각은 상기 기판이 안치되는 기판안치구와 상기 기판이 안치되지 않는 주변부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판안치수단에 있어서, 상기 분리수단은, 상기 디스크에 설치되는 다수의 관통구와 상기 다수의 관통구의 각각에 위치하는 다수의 리프트 핀을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판안치수단에 있어서, 상기 다수의 관통구와 상기 다수의 리프트 핀은 상기 주변부와 대응되는 상기 디스크에 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판안치수단에 있어서, 상기 분리수단은, 상기 다수의 서셉터 각각의 배면에 설치되고 상기 이송수단이 출입할 수 있는 그루브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판안치수단에 있어서, 상기 그루브는 상기 기판안치구를 사이에 두고 서로 평행하게 2 개 설치하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판안치수단에 있어서, 상기 이송수단은 상기 반응공간으로 출입가능한 로봇 암이고, 상기 그루브는 상기 로봇 암보다 큰 너비 및 깊이를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판안치수단에 있어서, 상기 디스크의 중심부에 중앙돌출부가 형성되고, 상기 다수의 서셉터 각각은 상기 디스크의 외주연에서 상기 중앙돌출부 까지 확장되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판안치수단에 있어서, 상기 중앙돌출부 상에 커버가 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판안치수단에 있어서, 서로 인접한 상기 다수의 서셉터는 상부 단차부 및 하부 단차부에 의해 치합되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판안치수단에 있어서, 상기 기판은 제 1 영역과 제 2 영역을 포함하고, 상기 제 1 영역은 상기 기판안치구에 안치되고, 상기 제 2 영역은 상기 디스크 상에 설치되고 상기 기판안치구와 인접한 기판지지부에 안치되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판안치수단에 있어서, 상기 다수의 서셉터의 각각은 상기 기판안치구에 설치되고 상하를 관통하는 접촉관통부와, 상기 기판안치구의 내주연을 따라 상기 기판을 지지하기 위한 걸림턱이 형성되는 것을 포함하고, 상기 디스크는 상기 기판과 접촉하는 돌출접촉부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판안치수단에 있어서, 상기 다수의 서셉터의 각각은 다수의 상기 기판안치구를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기판처리장치는, 반응공간을 제공하는 챔버; 상기 반응공간에 위치하고 공정가스를 분사하는 가스분배수단; 상기 가스분배 수단과 대향하고, 디스크, 기판이 안치되고 상기 디스크 상에 위치하며 상기 반응공간으로 반입 또는 상기 반응공간으로부터 반출 가능한 다수의 서셉터, 및 상기 다수의 서셉터의 하부에 위치하고, 상기 다수의 서셉터의 각각을 상기 디스크로부터 분리하기 위한 분리수단을 포함하는 기판안치수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 기판처리장치에 있어서, 상기 분리수단은, 상기 기판과 대응되지 않은 상기 디스크에 설치되는 다수의 관통구와 상기 다수의 관통구의 각각에 위치하는 다수의 리프트 핀 또는 상기 다수의 서셉터의 각각의 배면에 로봇 암이 출입할 수 있는 그루브인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기판처리모듈은, 반응공간을 제공하고, 디스크, 기판이 안치되고 상기 디스크 상에 위치하며 상기 반응공간으로 반입 또는 상기 반응공간으로부터 반출 가능한 다수의 서셉터, 및 상기 다수의 서셉터의 하부에 위치하고, 상기 다수의 서셉터의 각각을 상기 디스크로 분리하기 위한 분리수단을 가지는 기판안치수단을 포함하는 공정챔버; 외부로부터 상기 다수의 서셉터를 반입 또는 반출하기 위한 로드락 챔버; 상기 공정챔버와 상기 로드락 챔버 사이에 위치하고, 상기 로드락 챔버와 상기 공정챔버 사이에서 상기 다수의 서셉터를 이송시키기 위한 이송로봇을 포함하는 이송챔버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기판안치수단 및 이를 포함한 기판처리장치는 다음과 같은 효과가 있다.
기판안치수단은 디스크와, 디스크 상에 기판을 적재한 상태에서 이송가능한 다수의 서셉터와, 디스크와 서셉터를 분리하기 위하여, 기판과 대응되지 않는 디스크 및 서셉터에 각각 다수의 리프트 핀 및 그루브를 설치하는 것에 의해, 기판의 온도분포를 균일하게 유지할 수 있다.
서셉터 및 디스크에 설치되는 다수의 리프트 핀 및 그루브에 의해, 가스분배수단과 기판안치수단의 제한된 간격 내에서, 분리수단에 의해서 서셉터를 이송하는 이송수단의 수직 이동 거리를 최소화하여 서셉터를 디스크 상에 안치 또는 디스크로부터 용이하게 분리하여 이송할 수 있다.
디스크의 상부면 전체를 다수의 서셉터와 커버에 의해 복개함으로써 디스크의 열손실을 최소화하고, 기판안치수단의 온도분포를 균일하게 할 수 있다.
디스크의 상부면 전체를 복개하는 다수의 서셉터와 커버가 기판처리과정에서 디스크를 대신하여 침식되고, 침식된 다수의 서셉터와 커버를 주기적으로 교체함으로써 디스크의 수명을 연장시킬 수 있다.
다수의 서셉터 및 커버가 디스크로부터 분리 및 이송 가능하므로, 다수의 서셉터 및 커버를 외부로 반출하여 용이하게 세정할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 다양한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
제 1 실시예
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판처리장치의 개략도이고, 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판안치수단의 분해 사시도이고, 도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 분리수단의 단면도이고, 도 6은 도 4를 A-A'로 절단한 단면도이고, 도 7 내지 도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 서셉터의 사시도이고, 도 9 및 도 10은 본 발명의 제 1 실시예의 변형예에 따른 서셉터의 사시도이고, 도 11 내지 도 12는 본 발명의 제 1 실시예의 변형예에 따른 디스크의 단면도이고, 도 18은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 디스크의 분해 사시도이고, 도 19는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다수의 기판이 안치되는 서셉터의 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 승하강시키는 샤프트(118), 기판안치수단(114)의 하부에 위치하는 가열수단(134) 및 반응공간의 반응 가스 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 반응공간으로 인입 또는 반응공간으로부터 외부로 반출시키기 위한 출입구를 포함한다.
도 3 및 도 4와 같이, 기판안치수단(114)은, 샤프트(118)에 연결되는 디스크(disk)(128), 디스크(128) 상면에 설치되는 다수의 삽입구(130), 기판(122)이 안치되고 이송가능한 다수의 서셉터(132), 다수의 서셉터(132)를 디스크(128)로부터 분리하기 위한 다수의 리프트 핀(150), 기판안치수단(114)과 가열수단(134) 사이에 설치되고 다수의 리프트 핀(150)을 지지하는 지지판(240), 및 디스크(128)에 설치되고 다수의 리프트 핀(150)의 각각이 위치하는 다수의 관통구(152)를 포함하여 구성된다. 디스크(128)는 서셉터(132)가 위치하는 안치부(136)와 서셉터(132)가 위치하지 않는 비안치부(138)로 구분된다.
도 3 및 도 4와 같이, 서셉터(132)는 디스크(128)의 삽입구(130)에 수용되는 돌출부(154), 삽입구(130)와 인접한 디스크(128)의 상면과 접촉하는 주변부(156) 및 기판(122)이 안치되는 기판안치구(158)를 포함한다. 기판안치구(158)는 기판(122)의 두께와 동일한 깊이로 함몰되는 함몰부의 형태로 형성되고, 기판(122)이 기판안치구(158)에 안치되었을 때, 기판(122)과 서셉터(132)의 표면은 동일한 평면을 이룬다. 다수의 관통홀(152)은 디스크(128)의 안치부(136)에 형성되고, 서셉터(132)의 주변부(156)와 대응된다.
도 7은 도 3 및 도 4에서 도시한 서셉터(132)의 배면을 도시하고, 도 8은 도 3 및 도 4에서 도시한 서셉터(132)의 전면을 도시한다. 서셉터(132)의 전면은 가스분배수단(116)과 대향한다. 도 7 및 도 8에서는 설명의 편의를 위하여 기판(122)을 도시하지 않았다. 도 7과 같이, 서셉터(132)에서 주변부(156)의 배면에는 리프트 핀(150)과 접촉하는 핀 접촉부(160)가 정의되고, 기판안치구(158)에 대응되는 서셉터(132)의 배면에는 돌출부(154)가 형성된다. 도 8과 같이 기판안치구(158)는 서셉터(132)의 전면에 설치된다.
도 3 및 도 4와 같이, 디스크(128)의 삽입구(130)와 서셉터(132)의 돌출부(154)를 설치하지 않고, 디스크(128)의 상부면과 서셉터(132)의 배면을 평면으로 제작할 수 있다. 삽입구(130)와 돌출부(154)를 형성하지 않으면, 서셉터(132)의 두께를 보다 얇게 형성할 수 있어, 서셉터(132)의 반입 및 반출이 용이하다. 그러나, 서셉터(132)가 디스크(128)에 정확하게 정렬되기 위해서는, 디스크(128)에 삽입구(130)를 설치하는 것이 바람직하다.
도 3 및 도 4와 같이, 다수의 서셉터(132) 각각은 디스크(128)의 중심부까지 확장되지 않는다. 다수의 서셉터(132) 각각을 디스크(128)의 중심까지 확장하지 않으면, 디스크(128)의 중앙과 대응되는 부분에는 다수의 서셉터(132)에 의해 감싸진 동공(210)이 형성된다. 공정을 수행할 때, 동공(210)을 채우기 위하여, 디스 크(128)의 중앙부에 중앙돌출부(172)를 설치한다. 다수의 서셉터(132) 각각은 디스크(128)의 외주연에서 중앙돌출부(172)까지 확장된다.
중앙돌출부(172)는 다수의 서셉터(132)가 디스크(128) 상에 안치될 때, 다수의 서셉터(132)와 디스크(128)를 동일한 평면으로 유지시키는 기능을 한다. 또한, 중앙돌출부(172)는 다수의 서셉터(132) 각각이 반입될 때, 다수의 서셉터(132) 각각을 디스크(128) 상에 정위치로 정렬시키는 기능을 한다.
도 3 및 도 4에서, 다수의 서셉터(132)가 디스크(128)의 중심부까지 확장되지 않은 기판안치수단(114)을 도시하였지만, 기판안치수단(114)에 있어서, 다수의 서셉터(132)가 디스크(128)의 외주연에서 디스크(128)의 중심부까지 확장시켜서 제작하고, 다수의 서셉터(132)가 디스크(128)의 상부면 전체를 복개하는 것을 배제하는 것은 아니다. 이러한 경우에 중앙돌출부(172)는 설치되지 않는다.
서셉터(132)가 디스크(128)의 중심까지 확장되면, 리프트 핀(150)에 의해 서셉터(132)를 안정적으로 지지하기 위하여, 서셉터(132)의 양측 주변부와 대응되는 디스크(128)에 설치되는 관통구(152)는 도 4에서 도시한 관통구(152)의 위치보다 디스크(128)의 중심방향으로 이동되어 설치되어야 한다. 그러나, 디스크(128)의 중심방향으로 갈수록 관통구(152)를 설치하기 위한 영역이 제한된다.
다시 말하면, 도 4와 같이, 디스크(128)의 중심방향으로 갈수록 다수의 삽입구(130) 사이의 간격이 좁아지므로 관통구(152)를 설치하기 위한 영역을 확보하기 쉽지 않다. 따라서, 다수의 관통구(152)는 중심부보다 상대적으로 넓은 영역을 확보한 디스크(128)의 중심과 반대방향, 다시 말하면 가능하면 디스크(128)의 외주연에 가깝게 설치하는 것이 바람직하다.
도 18과 같이, 중앙돌출부(172) 상에 커버(220)를 설치할 수 있다. 커버(220)는 중앙돌출부(172)의 열손실을 최소화하고, 중앙돌출부(172)을 대신하여 박막이 증착되거나 침식되는 기능을 한다. 중앙돌출부(172) 상에 커버(220)를 설치하는 경우, 다수의 서셉터(132)가 디스크(128) 상에 안치되었을 때, 다수의 서셉터(132)와 커버(220)는 동일한 평면을 유지한다.
기판처리장치(110)에서, 균일하게 박막을 증착하거나 박막을 식각하는 공정을 수행하기 위하여, 가열수단(134)의 가열에 의해 기판안치수단(114)은 균일한 온도분포를 가져야 한다. 다수의 서셉터(132) 각각이 디스크(128)의 중심까지 확장되어 제작되는 경우는 다수의 서셉터(132)에 의해서 디스크(128)의 상부면 전체를 복개하고, 다수의 서셉터(132) 각각이 디스크(128)의 외주연에서 중앙돌출부(172)까지 확장되어 제작되는 경우는, 다수의 서셉터(132)와 커버(220)에 의해서 디스크(128)의 상부면 전체를 복개할 수 있다. 따라서, 디스크(128)를 복개하는 다수의 서셉터(132) 또는 다수의 서셉터(132)와 커버(220)에 의해서, 디스크(128)의 열손 실을 최소화하고, 기판안치수단(114)의 온도분포를 균일하게 할 수 있다.
디스크(128)의 상부면 전체를 복개하는 다수의 서셉터(132), 또는 다수의 서셉터(132)와 커버(220)는 디스크(128)를 보호하는 보호 플레이트로써 기능할 수 있다. 반응공간에 디스크(128)가 노출되어 수 회의 반복적인 박막증착 또는 박막식각 공정을 수행하는 경우, 기판안치수단(114)에서 디스크(128)의 표면이 침식되므로, 디스크(128)를 교체하여야 한다. 그런데, 디스크(128) 상에 위치한 다수의 서셉터(132), 또는 다수의 서셉터(132)와 커버(220)가 보호 플레이트로써 위치하는 경우, 공정을 수행하는 과정에서 디스크(128)를 대신하여 침식된다. 디스크(128) 상에 위치한 다수의 서셉터(132) 및 커버(220)를 주기적으로 교체함으로써 디스크(128)의 수명을 연장시킬 수 있다.
기판(122) 상에 박막을 증착하는 경우, 기판(122)과 함께 디스크(128)의 상부면 전체를 복개하고 있는 다수의 서셉터(132) 및 커버(220) 상에도 박막이 증착된다. 그런데, 다수의 서셉터(128) 및 커버(220)가 디스크(128)로부터 분리 및 이송 가능하므로, 다수의 서셉터(132) 및 커버(220)를 외부로 반출하여 용이하게 세정할 수 있다.
디스크(128)와 서셉터(132)는 그래파이트(graphite), 또는 실리콘 카바이드(SiC)를 사용한다. 커버(220)는 디스크(128)와 동일한 물질의 그래파이트 및 실 리콘 카바이드(SiC), 또는 탄소강화섬유를 사용한다. 커버(220)는 디스크(128)와 열팽창율이 동일 또는 유사하고, 수직방향의 열전도율이 낮은 물질을 사용할 수 있다. 커버(220)는 디스크(128)와 동일한 물질로 사용하는 것이 바람직하고, 디스크(128)와 열팽창율의 차이가 1 내지 5% 범위에 있으면, 무난하게 사용할 수 있다.
도 5는 서셉터(132)와 디스크(128)를 분리하는 분리수단으로써 리프트 핀(150) 및 관통구(152)의 단면도를 도시한다. 도 5와 같이, 리프트 핀(150)은 상단돌출부(150a) 및 몸체(150b)를 포함하고, 관통구(152)는 현가부(152a)와 핀홀(152b)을 포함한다. 관통구(152)의 현가부(152a)에 리프트 핀(150)의 상단돌출부(150a)가 거치된다.
디스크(128)가 공정위치에 있을 때, 리프트 핀(150)의 상단돌출부(150a)는 관통구(152)의 현가부(152a)에 현가된 상태를 유지한다. 서셉터(132)를 디스크(128)에서 분리하기 위하여 디스크(128)가 하강하면, 리프트 핀(150)의 하부가 지지판(240)에 의해 지지되고, 리프트 핀(150)의 상부는 디스크(128)로부터 분리된 서셉터(132)를 지지한다. 다시 말하면, 기판(122)을 적재한 서셉터(132)를 반응공간에 반입 또는 반응공간으로부터 외부로 반출하기 위한 동작은, 다스크(128)가 하강하여 리프트 핀(150)이 디스크(128)의 상부면에서 돌출된 상태에서, 출입구를 통하여 인입되는 이송장치에 의해 이루어진다. 디스크(128)의 승하강과 별도로 리프트 핀(150)을 구동시키는 구동장치를 설치할 수 있다.
기판(122) 상에 화합물 반도체층, 예를 들면 GaN층을 증착하는 경우, 공정효율을 고려하여, 기판안치수단(114)을 가스분배수단(116)에 근접하여 배치시킨다. 가스분배수단(116)과 기판안치수단(114)의 간격은 통상적으로 약 10mm 정도이고, 서셉터(132)는 약 4mm 정도의 두께를 가진다. 이송장치로써 로봇 암(도시하지 않음)을 이용하여 출입구를 통해 외부로부터 서셉터(132)를 디스크(128) 상에 안치하거나 또는 디스크(128)로부터 분리하여 반출할 때, 로봇 암의 두께를 고려하면 로봇 암이 z축, 다시 말하면 수직으로 운동하는 범위는 상당한 제한을 받는다. 따라서, 로봇 암이 수직으로 운동하는 범위를 최소화하여 기판(122)을 적재한 서셉터(132)를 반입 또는 반출하기 위하여, 분리수단으로서 리프트 핀(150)을 사용한다.
디스크(128) 상에 다수의 서셉터(132)를 안치시키고 공정을 수행할 때, 다수의 서셉터(132)의 사이로 공정가스가 공급되어 디스크(128)를 침식시킬 수 있다. 디스크(128)의 침식현상을 방지하기 위하여, 도 4 및 도 6과 같이, 다수의 서셉터(132)의 측면이 서로 치합할 수 있는 구조를 설치한다. 도 6은 도 4를 A-A'로 절단한 단면도이다. 하나의 서셉터(132)의 측면에는 상부에 단차부를 형성하고, 인접한 다른 하나의 서셉터(132)의 측면에는 하부에 단차부를 형성하여 치합시킨다. 서셉터(132)와 인접한 서셉터(132) 사이에 간격이 발생하여도, 각각의 단차부가 접촉하는 접촉면(174)에 의해 공정가스가 디스크(128)의 표면으로 공급되지 않는다.
본 발명의 제 1 실시예에서, 서셉터(132)는 디스크(128)에 고정되지 않는다. 서셉터(132)를 디스크(128)로부터 분리시키는 분리수단으로써 다수의 리프트 핀(150)과, 이송수단으로서 로봇 암을 이용하여, 외부에서 기판(122)을 적재한 서셉터(132)를 디스크(128) 상에 안치하거나, 디스크(128) 상에 위치한 서셉터(132)를 분리하여 외부로 반출한다. 리프트 핀(150)은 서셉터(132)를 안정적으로 분리 및 지지할 수 있도록 3 개를 설치한다. 하나의 서셉터(132)를 디스크(128)로부터 분리하기 위하여 사용하는 리프트 핀(150)의 개수는 필요에 따라 증가시킬 수 있다.
서셉터(132)에서 디스크(128)의 중심방향으로 확장되는 주변부(156)의 중량을 경감시키기 위하여, 도 9와 같이, 기판안치구(158)를 절단한 형태의 서셉터(132)를 제작할 수 있다. 기판안치구(158)를 절단한 형태의 서셉터(132)에서, 기판(122)이 안정적으로 지지되고 이동하기 위하여, 기판안치구(158)는 기판(122) 면적의 절반보다 크게, 바람직하게는 기판(122) 면적의 2/3 정도가 접촉되도록 설계한다. 다시 말하면, 기판(122)의 면적(S1)과 기판안치구(158)의 면적(S2)의 관계는 2(S1)/3≥(S2)>(S1)/2이다.
기판안치구(158)를 절단한 형태의 서셉터(132)를 사용하는 경우, 도 11과 같이, 기판안치구(158)에서 디스크(128)의 중심 방향으로 돌출된 기판(122)을 지지하 기 위해, 디스크(128) 상에 기판지지부(164)를 설치한다. 따라서, 기판(122)이 제 1 영역 및 제 2 영역을 포함하는 경우, 도 11과 같이, 기판(122)의 제 1 영역은 서셉터(132)의 기판안치구(158)에 안치되고, 기판(122)의 제 2 영역은 기판안치구(158)와 인접한 디스크(128)의 기판지지부(164)에 안치된다. 도 11과 같이, 기판(122)이 서셉터(132)와 디스크(128)에 의해 지지되므로, 서셉터(132)가 디스크(128) 상에 위치하면 기판안치구(158)의 저면은 기판지지부(164)와 동일한 평면을 이룬다.
도 10과 같이, 서셉터(132)는 기판안치구(158)에 상하를 관통하는 접촉관통구(166)를 형성할 수 있다. 기판안치구(158)의 내주연에는 기판(122)을 지지하기 위한 걸림턱(168)이 설치된다. 서셉터(132)의 기판안치구(128)에 접촉관통구(166)를 설치하면, 도 12와 같이,접촉관통구(166)와 대응하는 디스크(128) 상에 돌출접촉부(170)가 설치된다. 서셉터(132)가 디스크(128) 상에 위치하면, 기판(122)은 돌출접촉부(170)와 접촉하고, 서셉터(132)의 걸림턱(168)과 돌출접촉부(170)는 동일한 평면을 유지한다.
상기에서는 하나의 서셉터(132)에 하나의 기판(122)이 안치되는 것을 도시하였지만, 도 19와 같이, 하나의 서셉터(132)에서 다수의 기판 안치구(158)가 설치되고, 다수의 기판 안치구(158)에 다수의 기판(122)을 동시에 안치할 수 있다. 도 19와 같은 서셉터(132)는 작은 직경을 가지는 기판(122)을 대량으로 처리할 때 필요 하다.
제 2 실시예
도 13은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판처리장치의 개략도이고, 도 14는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판안치수단의 분해사시도이고, 도 15는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 서셉터의 사시도이다. 제 2 실시예를 설명함에 있어, 제 1 실시예와 동일 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용한다.
제 1 실시예와 동일하게, 도 13과 같이, 기판처리장치(110)는 반응공간을 제공하는 공정챔버(112), 반응공간에 위치하고 기판(122)이 안치되는 기판안치수단(114), 기판안치수단(114)와 대향하고 공정가스를 공급하는 가스분배수단(116), 기판안치수단(114)을 승하강시키는 샤프트(118), 기판안치수단(114)의 하부에 위치하고 가열수단(134) 및 반응공간의 반응 가스 및 부산물을 배기시키는 배기수단(120)을 포함한다.
도 13 및 도 14와 같이, 기판안치수단(114)은 샤프트(118)에 연결되는 디스크(disk)(128), 디스크(128)에 상부에 설치되는 다수의 삽입구(130), 기판(122)이 안치되고 이송 가능한 다수의 서셉터(132), 및 다수의 서셉터(132)를 디스크(128)로부터 분리하기 위해, 다수의 서셉터(132)의 각각의 배면에 설치되고 로봇 암(도시하지 않음)이 출입할 수 있는 그루브(groove)(180)를 포함하여 구성된다.
서셉터(132)는 디스크(128)의 삽입구(130)에 수용되는 돌출부(154), 삽입구(130)와 인접한 디스크(128)의 상면과 접촉하는 주변부(156) 및 기판(122)이 안치되는 기판안치구(158)를 포함한다. 디스크(128)는 서셉터(132)가 위치하는 안치부(136)와 서셉터(132)가 위치하지 않는 비안치부(138)로 구분된다.
제 2 실시예는 이송수단으로서 로봇 암을 이용하여 서셉터(132)와 디스크(128)에서 분리하기 위해, 서셉터(132)의 배면에 로봇 암이 출입할 수 있는 그루브(180)를 설치한다는 점에서 제 1 실시예와 구별된다.
도 15는 서셉터(132)의 배면을 도시한다. 도 15와 같이, 서셉터(132)의 배면에는 디스크(128)의 삽입구(130)에 수용되는 돌출부(154)와 로봇 암이 출입할 수 있는 그루브(180)가 설치된다. 그루브(180)와 로봇 암은 안정적으로 서셉터(132)를 지지하고 이송할 수 있도록 서로 평행하게 2 개를 설치하는 것이 바람직하다. 그리고, 제 1 실시예와 동일하게 서셉터(132)는 디스크(128)의 중심부까지 확장되지 않으므로, 그루부(180)의 길이는 서셉터(132)를 대칭으로 구분하는 직선(182)의 1/2 내지 2/3 정도로 설치한다. 그러나, 그루브(180)의 길이가 직선(182)의 1/2 내지 2/3 정도로 한정되는 것은 않고, 서셉터(132)의 형태 및 크기에 따라 그루브(180)의 길이가 조정될 수 있다.
그루브(180)는 로봇 암의 출입에 의해 디스크(128)가 손상되지 않도록, 로봇암의 너비 및 두께보다 크게 설계한다. 서셉터(132)를 반입 또는 반출하기 위하여, 로봇 암이 그루브(180)에 삽입된 후에, 수직으로 승하강할 수 있다. 가스분배수단(116)과 기판안치수단(114)의 간격은 통상적으로 약 10mm 정도로 설정되고, 서셉터(132)는 약 4mm 정도의 두께를 가진다. 그루브(182)의 깊이는 약 2 내지 3mm 정도이다.
로봇 암의 승하강 거리의 제약을 고려하여, 제 2 실시예에서 로봇 암의 승하강 범위를 대략적으로 1 내지 3mm 정도로 설정한다. 로봇 암에 의해 서셉터(132)가 이송될 때, 서셉터(132)가 디스크(128)와 1 내지 2mm 정도로 이격되면, 서셉터(132)가 디스크(128)과 접촉하지 않고 안전하게 이송될 수 있다. 다시 설명하면, 디스크(128) 상에 서셉터(132)가 안치되었을 때, 그루브(180)에 로봇 암이 삽입되고, 로봇 암이 1 내지 3mm 정도 수직으로 상승한 후에, 서셉터(132)를 외부로 반출한다. 그리고, 외부로부터 로봇 암에 의해 서셉터(132)가 이송되고 서셉터(132)가 디스크(128)에 정렬되면, 로봇 암이 1 내지 3mm 정도로 수직으로 하강한 후에, 서셉터(132)가 디스크(128) 상에 안치된다.
제 2 실시예에서, 서셉터(132)는 제 1 실시예와 같이 다양한 형태로 제작할 수 있고, 또한 도면으로 도시하지 않았지만 분리수단으로서, 리프트 핀과 그루브를 혼용하여 사용할 수 있다.
제 3 실시예
도 16은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 서셉터의 사시도이고, 도 17은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 기판처리모듈의 개략도이다. 제 3 실시예를 설명함에 있어, 제 1 실시예와 동일 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용한다.
도 16과 같이, 서셉터(132)는 디스크(128)의 삽입구(130)에 수용되는 돌출부(154), 삽입구(130)와 인접한 디스크(128)와 접촉하는 주변부(156) 및 다수의 기판(122)의 각각이 위치하는 다수의 기판안치구(158)를 포함한다. 도 16에서 도시하지 않았지만, 주변부(156)의 배면에는 제 1 실시예와 같이 리프트 핀(150)과 접촉하는 핀 접촉부(160)가 정의되거나, 또는 제 2 실시예와 같이, 로봇 암이 출입할 수 있는 그루브(180)가 형성된다.
제 1 및 제 2 실시예에서 설명한 하나의 기판안치구(158)를 가지는 서셉터(132)는 300mm 웨이퍼(wafer)와 같은 대구경의 기판(122)에 적합하고, 도 16과 같이, 다수의 기판안치구(158)를 사용하는 서셉터(132)는 2인치의 사파이어 웨이퍼(sapphire wafer)와 같은 소구경의 기판(122)에 적합하다.
일반적으로 2인치의 사파이어 웨이퍼 상에 화합물 반도체층, 예를 들면 GaN을 MOCVD 공정으로 증착하는 경우, 800mm의 디스크 상에 200mm의 구경을 가지는 서 셉터를 다수 설치하고, 각각의 서셉터 상에 12 내지 14 개의 사파이어 웨이퍼를 안치하여 사용한다. 서셉터가 디스크에서 분리되지 않으면, 다수의 사파이어 웨이퍼를 개별적으로 다수의 서셉터 상에 안치하여야 하므로, 안치과정에서 장시간이 소요된다. 따라서, 제 3 실시예에서는 생산효율을 고려하여 다수의 사파이어 웨이퍼가 적치된 서셉터를 반입 또는 반출할 수 있도록, 제 1 및 제 2 실시예와 같이, 다수의 기판이 적치되어 있는 서셉터를 이송시키기 위하여, 리프트 핀 또는 그루브와 같은 분리수단을 적용한다.
도 17과 같이, 기판처리모듈(190)은 이송로봇(194)을 포함한 이송챔버(192), 이송챔버(192)에 연결된 공정챔버(196), 이송챔버(192)에 연결되고 외부로부터 다수의 기판(122)이 적재된 서셉터(132)를 반입 또는 반출하기 위한 제 1 로드락 챔버(198), 공정챔버(196)에서 반출된 서셉터(132)를 적재하는 제 2 로드락 챔버(200)를 포함한다. 공정챔버(196), 제 1 로드락 챔버(198) 및 제 2 로드락 챔버(200)는 생산효율을 개선하기 위하여 각각 2 개씩 설치하는 것이 바람직하다.
공정챔버(192)는 제 1 및 제 2 실시예의 도 1 및 도 13과 유사하다. 제 1 로드락 챔버(198)은 다수의 기판(122)이 적치되는 서셉터(132)가 반입 또는 반출되므로, 외부에서 서셉터를 적재할 때는 대기압이고, 이송챔버(192)와 연통될 때는 이송챔버(192)와 동일한 진공을 유지한다. 따라서, 제 1 로드락 챔버(198)는 대기압 및 진공이 교번된다. 그리고, 2 개의 제 1 로드락 챔버(198)를 설치하는 경우, 하 나의 제 1 로드락 챔버(198)을 반입용으로 사용하고, 다른 하나의 제 1 로드락 챔버(198)는 반출용으로 사용한다.
제 2 로드락 챔버(200)는 공정챔버(196)로부터 반출된 서셉터(132)를 상온으로 냉각시키는 기능을 한다. 제 2 로드락 챔버(200)는 이송챔버(202)와 동일한 진공을 유지한다. 2 개의 공정챔버(196)를 설치하는 경우, 공정수요를 고려하여, 제 2 로드락 챔버(200)를 2 개 설치하고, 각각의 제 2 로드락 챔버(200)는 공정챔버(196)에 인접하여 배치시킨다.
이송로봇(194)는 2 개의 로봇 암(202)을 포함한다. 제 1 및 제 2 실시예의 기판처리장치(110)를 도시한 도 1 및 도 13을 참조하여, 서셉터(132)가 리프트 핀(150)을 사용하여 디스크(128)와 분리되는 경우, 로봇 암(202)은 서셉터(132)와 디스크(128) 사이의 공간에 삽입되고, 서셉터(132)의 배면에 그루브(180)가 설치되면, 로봇 암(202)이 그루브(180)에 삽입되어, 서셉터(132)가 디스크(128)에서 분리된다.
도 1 및 도 2는 종래기술의 기판처리장치에서 기판안치수단의 개략도
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판처리장치의 개략도
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판안치수단의 분해 사시도
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 분리수단의 단면도
도 6은 도 4를 A-A'로 절단한 단면도
도 7 내지 도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 서셉터의 사시도
도 9 및 도 10은 본 발명의 제 1 실시예의 변형예에 따른 서셉터의 사시도
도 11 내지 도 12는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 디스크의 단면도
도 13은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판처리장치의 개략도
도 14는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판안치수단의 분해사시도
도 15는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 서셉터의 사시도
도 16은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 서셉터의 사시도
도 17은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 기판처리모듈의 개략도
도 18은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 디스크의 분해 사시도
도 19는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다수의 기판이 안치되는 서셉터의 사시도이다.

Claims (17)

  1. 반응공간에 위치한 디스크;
    기판이 안치되어 상기 디스크 상에 위치하며, 이송수단에 의해 상기 반응공간으로 반입 또는 상기 반응공간으로부터 반출 가능한 다수의 서셉터;
    상기 다수의 서셉터의 하부에 위치하고, 상기 다수의 서셉터 각각을 상기 디스크로 분리하기 위한 분리수단;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판안치수단.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 서셉터 각각은 상기 기판이 안치되는 기판안치구와 상기 기판이 안치되지 않는 주변부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판안치수단.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 분리수단은, 상기 디스크에 설치되는 다수의 관통구와 상기 다수의 관통구의 각각에 위치하는 다수의 리프트 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판안치수단.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 다수의 관통구와 상기 다수의 리프트 핀은 상기 주변부와 대응되는 상기 디스크에 설치되는 것을 특징으로 하는 기판안치수단.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 분리수단은, 상기 다수의 서셉터 각각의 배면에 설치되고 상기 이송수단이 출입할 수 있는 그루브를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판안치수단.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 그루브는 상기 기판안치구를 사이에 두고 서로 평행하게 2 개 설치하는 것을 특징으로 하는 기판안치수단.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 이송수단은 상기 반응공간으로 출입가능한 로봇 암이고, 상기 그루브는 상기 로봇 암보다 큰 너비 및 깊이를 가지는 것을 특징으로 하는 기판안치수단.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스크의 중심부에 중앙돌출부가 형성되고, 상기 다수의 서셉터 각각은 상기 디스크의 외주연에서 상기 중앙돌출부까지 확장되는 것을 특징으로 하는 기판안치수단.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 중앙돌출부 상에 커버가 설치되는 것을 특징으로 하는 기판안치수단.
  10. 제 1 항에 있어서,
    서로 인접한 상기 다수의 서셉터는 상부 단차부 및 하부 단차부에 의해 치합되는 것을 특징으로 하는 기판안치수단.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판은 제 1 영역과 제 2 영역을 포함하고, 상기 제 1 영역은 상기 기판안치구에 안치되고, 상기 제 2 영역은 상기 디스크 상에 설치되고 상기 기판안치구와 인접한 기판지지부에 안치되는 것을 특징으로 하는 기판안치수단.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 서셉터의 각각은 상기 기판안치구에 설치되고 상하를 관통하는 접촉관통부와, 상기 기판안치구의 내주연을 따라 상기 기판을 지지하기 위한 걸림턱이 형성되는 것을 포함하고, 상기 디스크는 상기 기판과 접촉하는 돌출접촉부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판안치수단.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 서셉터의 각각은 다수의 상기 기판안치구를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판안치수단.
  14. 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 서셉터의 각각은 다수의 상기 기판이 안치되는 것을 특징으로 하는 기판안치수단.
  15. 반응공간을 제공하는 챔버;
    상기 반응공간에 위치하고 공정가스를 분사하는 가스분배수단;
    상기 가스분배수단과 대향하고, 디스크, 기판이 안치되고 상기 디스크 상에 위치하며 상기 반응공간으로 반입 또는 상기 반응공간으로부터 반출 가능한 다수의 서셉터, 및 상기 다수의 서셉터의 하부에 위치하고, 상기 다수의 서셉터의 각각을 상기 디스크로부터 분리하기 위한 분리수단을 포함하는 기판안치수단;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 분리수단은, 상기 기판과 대응되지 않은 상기 디스크에 설치되는 다수의 관통구와 상기 다수의 관통구의 각각에 위치하는 다수의 리프트 핀 또는 상기 다수의 서셉터의 각각의 배면에 로봇 암이 출입할 수 있는 그루브인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  17. 반응공간을 제공하고, 디스크, 기판이 안치되고 상기 디스크 상에 위치하며 상기 반응공간으로 반입 또는 상기 반응공간으로부터 반출 가능한 다수의 서셉터, 및 상기 다수의 서셉터의 하부에 위치하고, 상기 다수의 서셉터의 각각을 상기 디스크로 분리하기 위한 분리수단을 가지는 기판안치수단을 포함하는 공정챔버;
    외부로부터 상기 다수의 서셉터를 반입 또는 반출하기 위한 로드락 챔버;
    상기 공정챔버와 상기 로드락 챔버 사이에 위치하고, 상기 로드락 챔버와 상기 공정챔버 사이에서 상기 다수의 서셉터를 이송시키기 위한 이송로봇을 포함하는 이송챔버;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리모듈.
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