KR20130007150A - 기판처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 상에 박막을 증착할 수 있는 기판처리장치를 제공한다. 기판처리장치는 엔코더를 이용하여 기판의 회전 위치값을 측정한다. 제어부는 엔코더로부터 기판의 회전 위치값을 전달받아 기판의 온도를 측정하는 온도센서를 제어한다. 제어부는 기판의 회전 위치값을 통해 기판의 온도를 정확하게 측정할 수 있다.

Description

기판처리장치{Apparatus for treating substrate}
본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판 상에 박막을 증착하는 기판처리장치에 관한 것이다.
반도체 칩이나 발광다이오드(LED)와 같은 집적회로의 제조를 위해 기판에 박막을 증착하는 공정이 요구된다. 최근 반도체 소자의 미세화와 고효율 및 고출력 엘이디(LED)의 개발 등에 따라 증착 공정 중 금속 유기 화학 기상 증착법(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)이 각광받고 있다. 금속 유기 화학 기상 증착법은 화학 기상 증착법(CVD)들 중 하나로, 유기금속의 열분해 반응을 이용해 기판 상에 금속화합물을 퇴적 및 부착시키는 방법이다. 기판은 발광다이오드의 제조 공정 중 에피(Epi) 웨이퍼의 제조에 사용되는 사파이어(Sapphire, Al2O3) 및 실리콘카바이드(SiC) 기판, 또는 반도체 집적 회로(IC)의 제조에 사용되는 실리콘 웨이퍼 등일 수 있다.
일반적으로 금속 유기물 화학 기상 증착 장치는 고온의 조건에서 공정을 진행한다. 장치는 복수 개의 기판을 회전시키는 서셉터와 기판을 가열하는 히터를 포함한다. 기판 상에 증착되는 박막의 두께는 기판의 온도에 따라 상이해진다.
본 발명의 실시예는 기판의 온도를 측정 시 발생되는 오차를 최소화하고자 한다.
본 발명의 실시예는 기판 상에 박막을 증착하는 기판처리장치를 포함한다. 기판처리장치는 챔버와 상기 챔버 내에서 복수 개의 기판을 지지하는 서셉터와 중공의 원통 형상을 가지며, 상기 서셉터를 회전시키는 회전축과 그리고 상기 기판의 온도를 측정하는 온도측정유닛을 포함하되 상기 온도측정유닛은, 상기 기판의 온도를 측정하는 온도센서와 상기 회전축의 회전 위치값을 측정하는 엔코더와 상기 엔코더로부터 상기 회전 위치값을 전달받아 상기 기판의 온도측정시기를 결정하고, 상기 온도센서를 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 엔코더는, 복수 개의 눈금들을 가지고, 상기 회전축에 부착되는 리드테이프와 상기 눈금을 읽어 상기 회전축의 회전 각도를 산출하고, 이로부터 상기 기판의 회전 위치값을 검출하는 스케일 리더를 포함할 수 있다. 상기 엔코더는, 상기 회전축의 회전과 독립된 상태로 상기 회전축의 내부에 위치되고, 상기 스케일 리더를 고정하는 브라켓을 더 포함할 수 있다. 상기 눈금들은 상기 기판들의 개수의 정수 배로 제공될 수 있다. 상기 리드테이프는 상기 회전축의 원주방향을 따라 상기 회전축의 내측면에 부착될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 온도측정유닛을 이용하여 기판의 온도를 측정 시 발생되는 오차를 최소화할 수 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 의한 기판처리장치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도2는 도1의 기판홀더를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도3은 도1의 서셉터를 개략적으로 보여주는 평면도이다.
도4는 도1의 회전축을 절단하여 엔코더를 보여주는 사시도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치에 대해 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. 따라서 도면에서의 도시된 구성 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장된 것이다.
본 발명의 실시예에 의하면, 기판처리장치(10)는 엘이디(LED) 제조를 위해 사용되는 금속 유기 화학 기상 증착 장치를 예로 들어 설명한다. 그러나 이와 달리 기판처리장치(10)는 반도체 칩 제조를 위해 사용되는 금속 유기 화학 기상 증착 장치일 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서 기판(W)으로는 발광다이오드의 제조 공정에 사용되는 사파이어 및 실리콘카바이드 기판을 예로 들어 설명한다. 그러나 상술한 바와 달리 기판(W)은 반도체 집적회로의 제조 공정에 사용되는 실리콘 웨이퍼일 수 있다.
이하, 도1 내지 도4를 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 도1은 본 발명의 실시예에 의한 기판처리장치를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도1을 참조하면, 기판처리장치(10)는 챔버(100), 기판지지유닛(200), 분사유닛(300), 배기유닛(400), 히터(500), 그리고 온도측정유닛(600)을 포함한다.
챔버(100)는 원통 형상을 가지며, 그 내부에는 공정이 진행되는 공간을 제공한다. 챔버(100)의 상부벽(140) 중앙에는 개구가 형성된다. 개구는 기판(W)을 챔버(100) 내의 반입 또는 반출을 위한 통로로서 기능한다. 개구는 도어(180)에 의해 개폐된다. 도어(180)의 가장자리에는 투명창(181)이 형성된다. 챔버(100)의 내부는 투명창(181)을 통해 챔버(100)의 외부에서 볼 수 있다. 이와 달리 기판(W)의 반입 또는 반출을 위한 통로는 챔버(100)의 측벽(160)에 제공될 수 있다.
기판지지유닛(200)은 기판홀더(210) 및 서셉터(230)를 가진다.
도2는 도1의 기판홀더를 개략적으로 보여주는 단면도이다. 도2를 참조하면, 기판홀더(210)는 기판(W)을 지지한다. 기판홀더(210)는 대체로 원판 형상을 가지며, 상면에는 홈(211)이 형성된다. 홈(211)은 기판홀더(210)의 상면 중앙에 하나가 제공된다. 선택적으로 홈(211)은 하나의 기판홀더(210)에 복수 개가 제공될 수 있다. 기판홀더(210)의 저면 중앙부에는 고정홈(213)이 형성된다.
도3은 도1의 서셉터를 개략적으로 보여주는 평면도이다. 도3을 참조하면, 서셉터(230)는 원판의 형상을 가진다. 서셉터(230)의 상면 가장자리에는 복수의 안착홈(231)들이 형성된다. 안착홈(231)에는 기판홀더(210)가 놓여진다. 안착홈(231)들은 동일한 크기 및 형상으로 제공될 수 있다. 일 예에 의하면, 각각의 안착홈(231)은 원형으로 제공되고, 안착홈(231)은 10 개로 제공될 수 있다. 그러나 안착홈(231)의 개수는 이에 한정되지 않는다. 각각의 안착홈(231)은 서로 간에 동일 간격으로 이격되게 제공된다. 안착홈(231)은 그 크기가 기판홀더(210)와 동일하거나 이보다 크게 제공될 수 있다. 안착홈(231)의 상면 중앙부에는 상부방향을 향해 돌출된 돌기(237)가 형성된다. 안착홈(231)에 놓여진 기판홀더(210)는 이의 고정홈(213)에 돌기(237)가 삽입된다. 각각의 안착홈(231)의 상면에는 기체를 분사하는 분사홀(235)들이 형성된다. 분사홀(235)은 하나의 안착홈(231)에 복수 개가 제공될 수 있다. 각각의 분사홀(235)은 돌기(237)를 둘러싸도록 제공되며, 서로 간에 동일한 간격으로 이격되게 제공된다. 각각의 분사홀(235)은 가스를 분사한다. 안착홈(231)의 상면에는 분사홀(235)과 연결되는 안내홈(236)이 형성된다. 안내홈(236)은 분사홀(235)로부터 라운드지도록 형성된다. 안내홈(236)은 기판홀더(210)가 부유된 상태에서 회전 가능하도록 가스가 흐르는 방향을 안내한다. 서셉터(230)의 내부에는 가스공급라인(233)이 형성된다. 가스공급라인(233)은 각각의 분사홀(235)과 연결되어 가스를 공급한다. 분사홀(235)에 공급되는 가스는 질소 가스와 같은 비활성 가스일 수 있다.
회전축(250)은 서셉터(230)를 회전시킨다. 회전축(250)은 중공의 원통 형상을 가진다. 회전축(250)은 서셉터(230)의 저면 중앙에 결합되고, 회전축(250)에는 모터(270)가 결합된다. 모터(270)의 회전력은 회전축(250)을 통해 서셉터(230)로 전달된다. 회전축(250)과 서셉터(230)는 중심축을 중심으로 회전된다.
분사유닛(300)은 기판지지유닛(200)에 지지된 기판(W) 상으로 공정 가스를 공급한다. 분사유닛(300)은 원통 형상으로 제공된다. 분사유닛(300)은 도어(180)에 고정결합된다. 분사유닛(300)은 그 저면이 서셉터(230)의 상면과 마주보도록 배치된다. 분사유닛(300)의 폭은 서셉터(230)의 상면보다 작게 제공된다. 상부에서 바라볼 때 분사유닛(300)과 안착홈(231)은 서로 중첩되지 않도록 제공된다. 분사유닛(300)의 외측면에는 복수의 토출홀(311)이 형성된다. 토출홀(311)들은 분사유닛(300)의 원주방향을 따라 형성된다. 토출홀(311)은 서로 간에 동일한 간격으로 이격되게 제공된다. 각각의 토출홀(311)은 서로 동일한 크기로 제공된다. 분사유닛(300)은 각각의 토출홀(311)을 통해 기판(W) 상으로 공정가스를 공급한다. 분사유닛(300)의 내부에는 냉각수가 흐르는 라인이 형성된다. 냉각수는 분사유닛(300) 내에서 공정가스들이 서로 반응하는 것을 방지한다. 또한 냉각수는 공정 진행 시 발생되는 반응부산물이 분사유닛(300)의 외측면에 부착되는 것을 방지한다.
상술한 바와 달리, 분사유닛(300)은 토출홀(311)이 저면에 형성되어 공정가스를 상하방향으로 분사하는 샤워헤드로 제공될 수 있다. 또한 분사유닛(300)은 챔버(100)의 측벽(160)에 형성된 노즐로 제공될 수 있다.
배기유닛(400)은 서셉터(230) 및 회전축(250)을 감싸는 링 형상으로 제공된다. 배기유닛(400)은 배기링(410), 배기관(430), 그리고 펌프(450)를 가진다. 배기링(410)은 링 형상으로 제공되며, 서셉터(230)를 감싸도록 배치된다. 배기링(410)의 내측면은 서셉터(230)와 인접하게 위치된고, 배기링(410)의 외측면은 챔버(100)의 측벽(160)과 인접하게 위치된다. 배기링(410)의 상단은 서셉터(230)의 상면과 동일하거나 이보다 낮게 배치된다. 배기링(410)의 상면에는 복수의 배기홀(411)들이 형성된다. 배기홀(411)들은 배기링(410)의 원주방향을 따라 일정 간격으로 이격되게 형성된다. 배기링(410)의 저면에는 배기관(430)이 연결된다. 펌프(450)는 배기관(430)에 설치되며, 배기관(430)의 내부 압력을 조절한다. 챔버(100) 내에 발생된 공정부산물을 배기관(430)의 내부 압력에 의해 배기링(410)의 내부로 유입된 후, 배기관(430)을 통해 외부로 배출된다.
히터(500)는 서셉터(230)의 하부에 설치된다. 히터(500)는 회전축(250)을 나선 형상으로 감싸도록 배치되고, 서셉터(230)의 저면과 평행하게 제공된다. 히터(500)는 서셉터(230)에 지지된 기판(W)을 공정 온도로 가열한다. 예컨대, 히터(500)로는 고주파(RF : Radio Frequency) 코일과 같은 가열 수단이 사용될 수 있다.
온도측정유닛(600)은 공정 진행 중에 기판(W)의 온도를 측정한다. 온도측정유닛(600)은 엔코더(610), 온도센서(630), 그리고 제어부(650)를 포함한다.
도4는 도1의 회전축을 절단하여 엔코더를 보여주는 사시도이다. 도4를 참조하면, 엔코더(610)는 서셉터(230)에 지지된 기판(W)들의 회전 위치값을 측정한다. 엔코더(610)는 리드 테이프(611), 브라켓(613), 그리고 스케일 리더(615)를 포함한다.
리드 테이프(611)는 회전축(250)의 내측면에 수평한 상태로 부착된다. 리드 테이프(611)는 복수의 눈금을 가진다. 눈금들은 기판(W)들의 개수의 정수 배로 제공된다. 상부에서 바라볼 때, 서셉터(230)의 중심축과 수직한 방향으로 기판(W)의 중심을 잇는 직선은 서셉터(230)의 중심축과 수직한 방향으로 리드 테이프(611)의 눈금을 잇는 직선과 중첩된다.
브라켓(613)은 회전축(250)의 중공에 위치된다. 브라켓(613)은 회전축(250)의 회전과 독립된 상태로 고정설치된다. 브라켓(613)은 스케일 리더(615)와 결합되어 스케일 리더(615)를 고정시킨다.
스케일 리더(615)는 리드 테이프(611)의 눈금을 읽어 회전축(250)의 회전 각도를 산출하고, 기판(W)의 회전 위치값을 검출한다. 회전축(250)의 회전 시 리드 테이프(611)는 회전축(250)과 함께 회전되고, 스케일 리더(615)는 고정된 위치에서 회전되는 리드 테이프(611)의 눈금을 읽는다.
온도센서(630)는 기판(W)의 온도를 측정한다. 온도센서(630)는 챔버(100)의 외부에 고정 설치된다. 온도센서(630)는 도어(180)의 투명창(181)과 상하로 대향된 위치에 제공된다. 온도센서(630)는 서셉터(230)의 중심축을 중심으로 회전되는 기판(W)들 중 온도센서(630)와 상하로 대향된 기판(W)의 온도를 측정한다. 온도센서(630)는 기판(W)으로 광을 발광하고, 기판(W)으로부터 반사된 광의 파장을 이용하여 기판(W)의 온도를 측정한다.
제어부(650)는 엔코더(610)로부터 기판(W)의 회전 위치값을 전달받고, 온도센서(630)의 온도 측정시기를 제어한다. 온도센서(630)와 기판(W)의 중심축이 상하로 대향되는 위치에 기판(W)이 도달하면, 제어부(650)는 그 기판(W)의 온도를 측정하도록 온도센서(630)를 제어한다. 이로 인해 온도센서(630)는 기판(W)의 동일한 영역만을 반복하여 측정할 수 있다. 제어부(650)는 공정 진행 중 특정한 어느 하나의 기판(W)에 대해 온도 측정을 수행할 수 있다. 선택적으로 제어부(650)는 공정 진행 중 모든 기판(W)에 대해 온도 측정을 수행할 수 있다.
이와 달리 금속 유기물 화학 기상 증착 장치에서 기판(W)의 온도를 측정하는 방법으로는, 홈 센서를 이용하여 홈 위치를 정한 후, 서셉터(230)의 1 회전 시 소요되는 시간을 측정하여 각 기판(W)의 위치를 파악할 수 있다. 그러나 공정 조건에 따라 서셉터(230)가 1 회전 시 소요되는 시간은 변동될 수 있어 오차가 발생될 수 있다.
그러나 본 발명의 실시예와 같이 기판(W)의 온도를 측정 시 엔코더(610)를 이용하여 기판(W)의 회전 위치값을 보다 정확하게 검출할 수 있고, 기판(W)의 온도를 정확하게 측정할 수 있다.
230: 서셉터 250: 회전축
600: 온도측정유닛 610: 엔코더
620: 온도센서 650: 제어부

Claims (2)

  1. 챔버와;
    상기 챔버 내에서 복수 개의 기판을 지지하는 서셉터와;
    중공의 원통 형상을 가지며, 상기 서셉터를 회전시키는 회전축과; 그리고
    상기 기판의 온도를 측정하는 온도측정유닛을 포함하되;
    상기 온도측정유닛은,
    상기 기판의 온도를 측정하는 온도센서와;
    상기 회전축의 회전 위치값을 측정하는 엔코더와;
    상기 엔코더로부터 상기 회전 위치값을 전달받아 상기 기판의 온도측정시기를 결정하고, 상기 온도센서를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 엔코더는,
    복수 개의 눈금들을 가지고, 상기 회전축에 부착되는 리드테이프와;
    상기 눈금을 읽어 상기 회전축의 회전 각도를 산출하고, 이로부터 상기 기판의 회전 위치값을 검출하는 스케일 리더를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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