KR20120131430A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

기판 처리 장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는 기판 처리 공정이 진행되는 공정챔버; 상기 공정챔버 내에 제공되고, 상부 제1면의 가장자리를 따라 상기 기판이 수납되도록 제2면이 형성된 기판지지부재; 상기 기판지지부재의 상부에 제공되고, 상기 기판지지부재의 회전에 따라 상기 제1면까지의 제1거리와 상기 제2면까지의 제2거리를 측정하며, 상기 제1거리와 상기 제2거리에 대응하는 신호를 출력하는 검출부재; 및 상기 신호를 전송받아 상기 기판지지부재의 위치 변동 여부를 판단하는 제어부를 포함한다.

Description

기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 센서를 이용하여 기판지지부재의 위치 변동 여부를 판단하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 반도체 기판에 박막을 형성할 수 있는 확산(deposition) 공정, 마스크(mask) 또는 레티클(reticle)의 패턴을 이용하여 반도체 기판 상의 박막 표면에 패턴을 형성하는 사진(photo lithography) 공정, 박막 표면의 패턴을 따라 반응 가스 또는 화학 용액을 이용하여 박막을 선택적으로 제거하는 식각(etch) 공정 등을 반복적으로 수행하여 제조된다.
예를 들어, 반도체 공정에는 소정의 기판 표면에 절연막, 금속막, 유기막 등의 박막을 형성시키는 방법으로 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD)공정이 있다. 이러한 화학 기상 증착은 반응성 가스를 진공 챔버 내에 주입하여 적당한 활성 및 열 에너지를 가하여 화학 반응을 유도함으로써 기판 표면에 원하는 박막을 증착시키는 기법이다.
화학 기상 증착은 증착 환경 및 추가 주입 소스에 따라 다양한 종류의 응용 증착 기술이 개발되고 있으며, 대표적으로 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), LPCVD(Low Pressure CVD), APCVD(Atmospheric Pressure CVD), MOCVD(Metal-Organic CVD) 등이 있다.
이 중 금속 유기물 화학 기상 증착(MOCVD)은 액체 상태의 금속 유기 화합물을 기화시킨 후에, 생성된 금속 유기 화합물 증기 및 이와 반응하는 수소 화합물의 가스를 증착하고자 하는 기판에 공급하고 고온에 접촉시킴으로써 가스 열분해 반응에 의해 기판상에 금속 박막을 증착하는 방법이다.
그런데, 상술한 바와 같은 다양한 처리 공정을 수행하기 위해 공정챔버 내에 기판을 이송/안착시킬 때, 기판이 안착되는 서셉터의 위치를 정확히 판단하는 것은 매우 중요하다.
본 발명의 실시예들은 기판이 안착되는 서셉터의 위치 변동 여부를 판단하고자 한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 기판이 안착되는 서셉터의 위치 변동에 대응하여 자동으로 기판이송로봇을 티칭하고자 한다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기판 처리 장치에 있어서, 기판 처리 공정이 진행되는 공정챔버; 상기 공정챔버 내에 제공되고, 상부 제1면의 가장자리를 따라 상기 기판이 수납되도록 제2면이 형성된 기판지지부재; 상기 기판지지부재의 상부에 제공되고, 상기 기판지지부재의 회전에 따라 상기 제1면까지의 제1거리와 상기 제2면까지의 제2거리를 측정하며, 상기 제1거리와 상기 제2거리에 대응하는 신호를 출력하는 검출부재; 및 상기 신호를 전송받아 상기 기판지지부재의 위치 변동 여부를 판단하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 신호의 출력패턴을 측정패턴으로 저장하고, 기설정된 기준패턴에 대응하는 상기 제2면의 제1위치값과 상기 측정패턴에 대응하는 상기 제2면의 제2위치값을 비교하여 그 차이값을 저장하며, 상기 차이값에 따라 기판이송로봇을 티칭할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 기판지지부재의 위치 검출 방법에 있어서, 검출부재가 상기 기판지지부재의 상부 제1면까지의 제1거리와, 상기 제1면의 가장자리를 따라 상기 기판이 수납되는 제2면의 바닥까지의 제2거리를 각각 측정하는 측정단계; 상기 검출부재가 상기 기판지지부재의 회전에 따라 상기 제1거리와 상기 제2거리에 대응하는 출력신호를 제어부로 전송하는 전송단계; 및 상기 제어부가 상기 출력신호를 이용하여 상기 기판지지부재의 위치 변동 여부를 판단하는 판단단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 측정단계와 상기 전송단계 사이에 상기 검출부재가 상기 제1거리와 상기 제2거리 중 어느 하나에 대응하는 신호를 온(ON)신호로, 다른 하나에 대응하는 신호를 오프(OFF)신호로 출력하는 출력단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 판단단계는 상기 제어부가 상기 온신호와 상기 오프신호의 출력패턴을 측정패턴으로 저장하는 저장단계; 및 상기 제어부가 상기 측정패턴을 기설정된 기준패턴과 비교하여 상기 기판지지부재의 위치 변동 여부를 판단하는 비교판단단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 판단단계 후에 상기 제어부는 상기 기준패턴에 대응하는 상기 수납부의 제1위치값과 상기 측정패턴에 대응하는 상기 수납부의 제2위치값을 비교하여 그 차이값을 저장하고, 상기 차이값에 따라 기판이송로봇을 티칭하는 티칭단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 기판이 수납되는 서셉터의 위치 변동 여부를 센서로 판단하여 서셉터의 수납부에 안착되는 기판의 이탈 가능성을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 서셉터의 위치 변동 여부에 대응하여 자동으로 기판이송로봇의 티칭작업을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 단면도이다.
도 2는 도 1의 서셉터의 평면도이다.
도 3은 도 1의 서셉터에 기판홀더가 삽입된 상태를 보여주는 평면도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 서셉터의 평면도이다.
도 4b는 도 4a의 서셉터의 부분단면도이다.
도 5 내지 도 7b는 도 4의 검출부재로 서셉터의 기준위치를 측정하는 과정을 도시한 도면이다.
도 8 내지 도 10b는 도 4의 검출부재로 서셉터의 변경위치를 측정하는 과정을 도시한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 단면도이다. 도 2는 도 1의 서셉터의 평면도이다. 도 3은 도 1의 서셉터에 기판홀더가 삽입된 상태를 보여주는 평면도이다.
기판 처리 장치(1)는 공정챔버(100), 기판지지부재(110), 히터(140), 배기유닛(160), 가스분사유닛(200), 검출부재(130), 제어부(170), 그리고 기판이송로봇(181)을 포함한다.
공정챔버(100)는 금속 유기물 화학 기상 증착(MOCVD) 공정이 진행되는 공간(10)을 제공한다. 공정챔버(100)는 상부벽(103), 상부벽(103)의 가장자리로부터 아래 방향으로 연장된 측벽(105), 그리고 측벽(105)의 하단에 결합된 하부벽(108)을 가진다. 상부벽(103)과 하부벽(108)은 상부에서 바라볼 때 원 형상으로 제공된다. 공정챔버(100)의 하부벽(108) 중앙에는 홀이 형성된다. 홀에는 회전축(120)이 삽입된다. 상부벽(103) 또는 측벽(105)에는 기판(W)이 반입/반출되는 개구(미도시)가 형성되고, 상기 개구(미도시)는 도어(115)에 의해 개폐된다.
도 1과 도 3을 참조하면, 기판지지부재(110)는 기판홀더(114), 서셉터(118), 그리고 회전축(120)을 가진다. 기판홀더(114)는 원판 형상을 가진다. 기판홀더(114)는 전기적 전도성이 우수한 흑연 재질로 제공될 수 있다. 기판홀더(114)는 상부가 개방된 원 형상의 홈을 가진다. 홈은 복수개일 수 있다. 기판(W)은 홈에 놓인다.
다시 도 1 내지 도 3을 참조하면, 서셉터(118)는 상부에서 바라볼 때 원형의 형상을 가진다. 서셉터(118)에는 상부가 개방된 복수개의 안착홈(119)이 제공된다. 안착홈(119)에는 기판홀더(114)가 삽입된다. 안착홈(119)은 서셉터(118)의 중심축을 기준으로 그 둘레에 균등한 간격으로 배치된다. 안착홈(119)의 지름은 기판홀더(114)의 지름보다 길게 제공된다. 기판홀더(114)의 외측면과 안착홈(119)의 내측면 사이에는 틈이 제공된다. 안착홈(119)의 바닥 면에는 안착홈(119)의 중심에서 안착홈(119)의 가장자리를 향하는 방향으로 나선 형상의 홈(117)들이 제공된다. 나선형상의 홈(117)은 기체공급라인(미도시)과 연결된다. 기체공급라인(미도시)은 비활성가스를 공급한다. 비활성가스는 나선 형상의 홈(117)들을 따라 흐르며 기판홀더(114)에 회전력을 제공한다. 기판홀더(114)는 안착홈(119) 내에서 부유하며, 가스 베어링의 원리에 의해 그 중심축을 중심으로 회전된다. 비활성가스는 기판홀더(114)와 안착홈(119) 사이의 틈을 통해 배기된다. 서셉터(118)는 청구항에 따라 기판지지부재로 표현될 수 있다. 기판지지부재의 상부면은 청구항에 따라 제1면으로 표현될 수 있다. 안착홈(119)은 청구항에 따라 제2면으로 표현될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 회전축(120)의 일단은 서셉터(118)의 저면 중앙에 고정 결합되어 서셉터(118)를 지지한다. 회전축(120)의 타단에는 구동기(125)가 연결되어 서셉터(118)에 회전력을 제공한다. 서셉터(118)에 제공된 기체공급라인(미도시)은 회전축(120)의 내부로 연장된다. 기체공급라인(170) 상에는 밸브(미도시)가 설치되어 비활성 가스의 압력을 조절한다.
히터(140)는 서셉터(118)의 아래에 배치된다. 히터(140)는 기판홀더(114)에 의해 지지된 기판(W)을 가열한다. 예컨대, 히터(140)로는 고주파(RF : Radio Frequency) 코일과 같은 가열 수단이 사용될 수 있다. 고주파(RF) 코일은 동일 수평면상에서 회전축(120)을 나선 형상으로 감싸도록 배치될 수 있다. 히터(140)와 서셉터(118)의 사이에는 플레이트(150)가 제공된다. 플레이트(150)는 히터(140)가 제공된 영역으로 공정가스가 유입되는 것을 방지한다. 그러나 상술한 바와 달리, 히터(140)는 서셉터(118)의 내부에 배치되어 기판(W)을 가열할 수 있다.
배기유닛(160)은 배기라인(163), 밸브(165), 그리고 펌프(168)를 가진다. 배기라인(163)은 서셉터(118)의 상면 중앙부에서 회전축(120)의 내부 중앙으로 연장된다. 배기라인(163)은 공정 중 또는 공정 후에 반응이 완료된 가스를 배기하고, 공정챔버(100) 내 압력을 조절한다. 배기라인(163) 상에는 밸브(165)가 설치된다. 배기라인(163)의 타단에는 펌프(168)가 연결된다. 예컨대, 공정챔버(100)의 내부는 수 토르(Torr)의 저 진공으로부터 760토르(Torr)의 대기압에 이르는 다양한 범위의 압력으로 조절될 수 있다. 그러나 상술한 바와 달리, 배기라인(163)은 공정챔버(100)의 측벽(105) 하부에 제공될 수 있다.
가스분사유닛(200)은 공급라인(210), 메인라인(220), 그리고 분사홀(230)을 가진다. 공급라인(210)은 메인라인(220)에 연결되어 공정가스를 메인라인(220)으로 공급한다. 메인라인(220)은 공정챔버(100)의 측벽(105) 내부에 환형으로 제공된다. 분사홀(230)은 메인라인(220)과 연결되어 공정챔버(100) 내부로 공정가스를 공급한다. 분사홀(230)은 공정가스가 공정챔버(100)의 내부로 균일하게 공급될 수 있도록 복수 개로 구비된다. 분사홀(230)들은 공정챔버(100)의 내측벽(102)의 원주를 따라 배열되며, 서로간에 동일 높이에 위치될 수 있다. 분사홀(230)은 기판지지부재(110)보다 높게 위치된다. 분사홀(230)은 슬릿형상으로 제공될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 검출부재(130)는 기판지지부재(110)의 위치 변동 여부를 측정한다. 제어부(170)는 검출부재(130)로부터 신호를 전달받아 기판지지부재(110)의 위치 변동 여부를 판단한다. 제어부(170)는 기판지지부재(110)의 위치 변동량에 대응하여 기판이송로봇(181)을 티칭한다. 기판이송로봇(181)은 공정챔버(100) 내부로 기판을 이송하거나, 공정챔버(100)로부터 기판을 인출한다.
이하, 설명의 편의를 위해 도 4a 내지 도 10b에서 홈(도 2의 117)이 표현되지 않은 안착홈(119)이 도시되었다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 서셉터의 평면도이다. 도 4b는 도 4a의 서셉터의 부분단면도이다.
서셉터(118)는 그 중심축(O)을 기준으로 회전한다. 안착홈(119)은 서셉터(118)의 가장자리를 따라 등간격으로 복수개 제공된다. 검출부재(420)는 안착홈(119)의 상부에 제공될 수 있다. 검출부재(420)는 서셉터(118)의 상부면까지의 거리(H1)와 안착홈(119)의 바닥까지의 거리(H2)를 측정한다.
도 5 내지 도 7b는 도 4a의 서셉터의 기준위치를 측정하는 과정을 도시한 도면이다.
도 4b와 같이 검출부재(420)는 서셉터(118)의 상부면까지의 거리(H1)와 안착홈(119)의 바닥까지의 거리(H2)를 각각 측정한다. 검출부재(420)는 제1안착홈(119a)의 상부, 제2안착홈(119b)의 상부, 그리고 제3안착홈(119c)의 상부 순서로 지나간다. 검출부재(420)가 제1안착홈(119a)의 상부를 지나는 구간(a)에서 검출부재(420)의 출력신호는 도 6의 a구간이다. 검출부재(420)가 제1안착홈(119a)과 제2안착홈(119b) 사이를 지나는 구간(b)에서 검출부재(420)의 출력신호는 도 6의 b구간이다. 검출부재(420)가 제2안착홈(119b)의 상부를 지나는 구간(c)에서 검출부재(420)의 출력신호는 도 6의 c구간이다. 검출부재(420)가 제2안착홈(119b)과 제3안착홈(119c) 사이를 지나는 구간(d)에서 검출부재(420)의 출력신호는 도 6의 d구간이다. 검출부재(420)가 제3안착홈(119c)의 상부를 지나는 구간(e)에서 검출부재(420)의 출력신호는 도 6의 e구간이다. 도 6에서 a구간, c구간, 그리고 e구간의 길이는 같다. 도 6에서 b구간과 d구간의 길이는 같다. 검출부재(420)는 도 6의 a구간, c구간, 그리고 e구간을 온(ON)신호로 출력할 수 있다. 그리고 검출부재(420)는 도 6의 b구간, d구간을 오프(OFF)신호로 출력할 수 있다. 반대로 검출부재(420)는 도 6의 a구간, c구간, 그리고 e구간을 오프(OFF)신호로 출력할 수 있다. 그리고 검출부재(420)는 도 6의 b구간, d구간을 온(ON)신호로 출력할 수 있다. 제어부(170, 도 1 참조)는 도 6의 출력신호를 기준패턴(TO)으로 저장한다.
도 7a 내지 도 7b를 참조하여 제어부가 기준패턴에 대응하는 서셉터의 기준위치를 계산하는 일 예를 설명한다.
제어부(170, 도 1 참조)는 도 6의 c구간에 대응하는 서셉터(118)의 회전각도(θ=α2-α1)를 계산한다. 제어부(170, 도 1 참조)는 기준패턴(TO)에 대응하는 안착홈(119b)의 위치값(P0)를 계산한다. PO에 대응하는 값은 일 예로 도 7b를 참조하면 선분 OQ의 길이이다. 선분 OQ의 길이를 계산하는 식은 다음과 같다.
Figure pat00001
l은 각도(θ)에 대응하는 서셉터(118)의 중심축(O)과 검출부재(420)의 측정기준위치(MP) 사이의 거리이다. l은 초기 세팅되는 상수값이다.
도 8 내지 도 10b는 도 4의 검출부재로 서셉터의 변경위치를 측정하는 과정을 도시한 도면이다.
도 4a와 같이 검출부재(420)는 서셉터(118)의 상부면까지의 거리(H1)와 안착홈(119)의 바닥까지의 거리(H2)를 각각 측정한다. 검출부재(420)는 제1안착홈(119a)의 상부, 제2안착홈(119b)의 상부, 그리고 제3안착홈(119c)의 상부 순서로 지나간다. 검출부재(420)가 제1안착홈(119a)의 상부를 지나는 구간(a')에서 검출부재(420)의 출력신호는 도 9의 a'구간이다. 검출부재(420)가 제1안착홈(119a)과 제2안착홈(119b) 사이를 지나는 구간(b')에서 검출부재(420)의 출력신호는 도 9의 b'구간이다. 검출부재(420)가 제2안착홈(119b)의 상부를 지나는 구간(c')에서 검출부재(420)의 출력신호는 도 9의 c'구간이다. 검출부재(420)가 제2안착홈(119b)과 제3안착홈(119c) 사이를 지나는 구간(d')에서 검출부재(420)의 출력신호는 도 9의 d'구간이다. 검출부재(420)가 제3안착홈(119c)의 상부를 지나는 구간(e')에서 검출부재(420)의 출력신호는 도 9의 e'구간이다. 제어부(170, 도 1 참조)는 도 9의 출력신호를 측정패턴(T1)으로 저장한다. 제어부(170, 도 1 참조)는 측정패턴(T1)이 도 6의 기준패턴(TO)과 같이 균일하게 검출되지 않는 경우 서셉터(118)가 기준위치를 이탈했다고 판단할 수 있다. 따라서 제어부(170, 도 1 참조)는 기판 처리 공정을 중지시킬 수 있다.
도 9a 내지 도 9b를 참조하여 제어부가 측정패턴(T1)에 대응하는 서셉터의 변경된 위치를 계산하는 일 예를 설명한다.
제어부(170, 도 1 참조)는 도 9의 c'구간에 대응하는 서셉터(118)의 회전각도(θ'=α'2-α'1)를 계산한다. 제어부(170, 도 1 참조)는 측정패턴(T1)에 대응하는 안착홈(119b)의 위치값(P1)를 계산한다. P1에 대응하는 값은 일 예로 도 9b를 참조하면 선분 OQ'의 길이이다. 선분 OQ'의 길이를 계산하는 식은 다음과 같다.
Figure pat00002
상술한 과정을 거쳐 계산된 선분 OQ의 길이와 선분 OQ'의 길이로부터 서셉터(118)의 위치변경량을 다음과 같은 계산식으로 계산한다.
Figure pat00003
한편, 제어부(170, 도 1 참조)는 계산된 선분 OO'의 길이를 차이값으로 저장하고, 이에 따라 기판을 안착홈으로 이송/안착시키는 기판이송로봇을 티칭할 수 있다.
또한, 제어부(170, 도 1 참조)는 선분 OQ의 길이와 선분 OQ'의 길이를 비교하여 기설정된 오차범위 내이면 공정을 계속 진행하고, 오차범위 밖이면 공정을 정지시킬 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 **
100 : 공정챔버 110 : 기판지지부재
140 : 히터 150 : 플레이트
160 : 배기유닛 170 : 제어부
180 : 구동부 200 : 가스분사유닛
210 : 공급라인 220 : 메인라인
230 : 분사홀 420 : 검출부재

Claims (2)

  1. 기판 처리 장치에 있어서,
    기판 처리 공정이 진행되는 공정챔버;
    상기 공정챔버 내에 제공되고, 상부 제1면의 가장자리를 따라 상기 기판이 수납되도록 제2면이 형성된 기판지지부재;
    상기 기판지지부재의 상부에 제공되고, 상기 기판지지부재의 회전에 따라 상기 제1면까지의 제1거리와 상기 제2면까지의 제2거리를 측정하며, 상기 제1거리와 상기 제2거리에 대응하는 신호를 출력하는 검출부재; 및
    상기 신호를 전송받아 상기 기판지지부재의 위치 변동 여부를 판단하는 제어부를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 신호의 출력패턴을 측정패턴으로 저장하고, 기설정된 기준패턴에 대응하는 상기 제2면의 제1위치값과 상기 측정패턴에 대응하는 상기 제2면의 제2위치값을 비교하여 그 차이값을 저장하며, 상기 차이값에 따라 기판이송로봇을 티칭하는 기판 처리 장치.
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