KR20130035040A - 기판 지지대, 및 이를 포함하는 기판 처리장치 - Google Patents

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Abstract

기판 지지대, 및 이를 포함하는 기판 처리장치를 개시한다. 기판 처리장치는, 내부에 소스가스가 유입되는 소스가스 영역과 반응가스가 유입되는 반응가스 영역 및 소스가스 영역과 반응가스 영역을 상호 분리하는 분리가스가 유입되는 분리가스 영역을 포함하는 증착 공간을 가지는 챔버와, 증착 공간의 상부에 구비되어 각 가스 영역에 해당 가스를 분사하는 다수의 가스 분사 유닛을 포함하는 가스 분사부, 및 가스 분사부에 대향되게 증착 공간의 하부에 배치되는 기판 지지대를 포함한다. 기판 지지대는 상면과 하면을 갖는 지지대 몸체와, 상면에 복수의 기판이 안착되도록 형성된 제1 기판 안착부들, 및 하면에 복수의 기판이 안착되도록 형성된 제2 기판 안착부들을 포함한다. 그리고, 기판 지지대와 가스 분사부는 상대적으로 회전한다.

Description

기판 지지대, 및 이를 포함하는 기판 처리장치{Substrate support and substrate treatment apparatus having the same}
본 발명은 각종 공정이 행해지는 챔버 내에서 웨이퍼 또는 글라스기판 등을 지지하는데 사용되는 기판 지지대, 및 이를 포함하는 기판 처리장치에 관한 것이다.
반도체 또는 디스플레이는 웨이퍼 또는 글라스기판(이하 기판으로 통칭함) 상에 증착, 식각, 세정 등의 각종 공정을 거쳐 제조된다. 박막 증착의 대표적인 방법으로는 CVD(Chemical Vapor Deposition)법, ALD(Atomic Layer Deposition)법 등이 있다. ALD법은 진공 분위기 하에서 제1 반응 가스를 흡착시킨 후, 공급 가스를 제2 반응 가스로 절환하여, 양 가스의 반응에 의해 1층 혹은 복수층의 원자층이나 분자층을 형성하고, 이 공정을 반복하여 소정 두께의 박막을 얻는 방법이다.
증착 공정의 경우, 기판 처리장치는 챔버와, 챔버 내에서 상면에 기판을 지지하도록 장착된 기판 지지대와, 기판 지지대에 지지된 기판 상으로 반응 가스를 분사하도록 기판 지지대의 상측에 장착된 가스 분사부를 구비한다.
한편, 기판 지지대의 상면에는 그래파이트(graphite) 물질의 그래파이트층이 형성되고, 그래파이트층 위에 탄화규소(SiC) 물질의 탄화규소층이 형성된 예가 있다. 그런데, 전술한 경우, 그래파이트 물질과 탄화규소 물질의 이질성으로 인해 그래파이트층과 탄화규소층이 완전 결합되지 않으므로, 기판 지지대에 작은 충격이 가해지더라도 탄화규소층에 치핑(chipping) 또는 크랙(crack)이 발생되었다. 이러한 치핑 또는 크랙 부위는 반응 가스와 접촉되면 이상 막질을 생성하거나, 파티클을 발생시키는 문제가 있었다. 따라서, 손상된 기판 지지대는 새 것으로 교체될 필요가 있는데, 교체 비용을 절감하고 교체 시간을 단축할 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명의 과제는 사용 주기가 늘어나 교체 비용이 절감될 수 있고, 손상 발생시 신속한 대응이 가능한 기판 지지대, 및 이를 포함하는 기판 처리장치를 제공함에 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판 지지대는, 상면과 하면을 갖는 지지대 몸체; 상기 상면에 복수의 기판이 안착되도록 형성된 제1 기판 안착부들; 및 상기 하면에 복수의 기판이 안착되도록 형성된 제2 기판 안착부들을 포함한다.
본 발명에 따른 기판 처리장치는, 내부에 소스가스가 유입되는 소스가스 영역과 반응가스가 유입되는 반응가스 영역 및 상기 소스가스 영역과 반응가스 영역을 상호 분리하는 분리가스가 유입되는 분리가스 영역을 포함하는 증착 공간을 가지는 챔버; 상기 증착 공간의 상부에 구비되어 각 가스 영역에 해당 가스를 분사하는 다수의 가스 분사 유닛을 포함하는 가스 분사부; 및 상기 가스 분사부에 대향되게 증착 공간의 하부에 배치되는 전술한 구성의 기판 지지대를 포함하며, 상기 기판 지지대와 상기 가스 분사부는 상대적으로 회전한다.
본 발명에 따르면, 기판 지지대는 상면과 하면 모두에 기판을 지지할 수 있는 구조로 이루어짐으로써, 기판 처리장치에 장착된 상태에서 상면이 먼저 사용되어 손상될 경우, 하면이 위를 향하도록 위치되어 상면 대신 사용될 수 있다. 따라서, 기판 지지대의 사용 주기가 늘어나서 교체 비용이 절감될 수 있다. 또한, 기판 지지대의 상면에 손상이 생겨 긴급한 대응이 필요할 경우, 작업자가 새로운 기판 지지대를 가져와서 교체하는 것보다 신속한 대응이 가능한 효과가 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지대에 대한 측단면도.
도 2는 도 1에 있어서, 기판 지지대의 상면을 도시한 사시도.
도 3은 도 1에 있어서, 기판 지지대의 하면을 도시한 사시도.
도 4는 도 1에 있어서, 제1,2 기판 안착부의 다른 예를 도시한 측단면도.
도 5는 도 4에 있어서, 기판 지지대의 상면을 도시한 사시도.
도 6은 도 1의 기판 지지대를 포함하는 기판 처리장치의 일 예에 대한 측단면도.
도 7은 도 1에 있어서, 기판이 기판 지지대로부터 이격되는 예를 도시한 측단면도.
도 8은 도 6에 있어서, 배기유닛을 포함하는 예를 도시한 측단면도.
도 9는 도 6에 있어서, 가스 분사부의 다른 예를 도시한 측단면도.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지대에 대한 측단면도이다. 도 2는 도 1에 있어서, 기판 지지대의 상면을 도시한 사시도이다. 그리고, 도 3은 도 1에 있어서, 기판 지지대의 하면을 도시한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 기판 지지대(1)는 상면(11)과 하면(12)을 갖는 지지대 몸체(10)와, 상면(11)에 복수의 기판(S)이 안착되도록 형성된 제1 기판 안착부(13)들, 및 하면(12)에 복수의 기판(S)이 안착되도록 형성된 제2 기판 안착부(14)들을 포함한다.
지지대 몸체(10)는 판 형상, 예컨대 원판 형상으로 이루어질 수 있다. 지지대 몸체(10)의 상면(11)과 하면(12)은 편평한 면 형태로 동일한 구조로 이루어질 수 있다. 지지대 몸체(10)의 중앙에는 관통 홀(15)이 형성될 수 있다. 관통 홀(15)에는 후술할 구동 유닛(130, 도 6 참조)의 구동 축(131)이 결합된다.
전술한 기판 지지대(1)는 상면(11)에 제1 기판 안착부(13)들이 형성되고, 하면(12)에 제2 기판 안착부(14)들이 형성됨으로써, 상면(11)과 하면(12) 모두에 기판(S)이 안착될 수 있는 구조로 이루어진다. 따라서, 기판 지지대(1)는 기판 처리장치에 장착된 상태에서 상면(11)이 먼저 사용되어 손상될 경우, 하면(12)이 위를 향하도록 위치되어 상면(11) 대신 사용될 수 있다.
예를 들면, 기판 지지대(1)는 외면에 그래파이트(graphite) 물질의 그래파이트층이 형성되고, 그래파이트층 위에 탄화규소(SiC) 물질의 탄화규소층이 형성될 수 있다. 그래파이트 물질과 탄화규소 물질의 이질성으로 인해 그래파이트층과 탄화규소층이 완전 결합되지 않으므로, 기판 지지대(1)에 작은 충격이 가해지더라도 탄화규소층에 치핑(chipping) 또는 크랙(crack)이 발생될 수 있다. 기판 지지대(1)의 치핑 또는 크랙 부위는 기판 처리장치에서 사용되는 반응 가스와 접촉되면 이상 막질을 생성하거나, 파티클을 발생시키는 원인이 된다.
이러한 기판 지지대(1)가 기판 처리장치에 장착되어 상면(11)이 먼저 사용될 때, 상면(11)에 치핑 또는 크랙이 발생되는 경우, 하면(12)이 위를 향하도록 위치되어 상면(11) 대신 사용될 수 있다. 이는 기판 지지대(1)가 한쪽 면만 사용된 후 새 것으로 교체되는 것보다 사용 주기를 늘려 교체 비용을 절감할 수 있다. 또한, 기판 지지대(1)의 상면(11)에 손상이 생겨 긴급한 대응이 필요할 경우, 작업자는 기판 지지대(1)를 뒤집어 기판 처리장치에 설치하면 되므로, 새로운 기판 지지대를 가져와서 교체하는 것보다 신속한 대응이 가능하다.
한편, 제1 기판 안착부(13)들은 도 2에 도시된 바와 같이, 상면(11)에 지지대 몸체(10)의 중심 둘레를 따라 배열될 수 있다. 예컨대, 제1 기판 안착부(13)들은 지지대 몸체(10)의 중심으로부터 각각 일정한 거리로 이격되며, 상호 간에 일정 간격으로 이격되어 배열될 수 있다. 제1 기판 안착부(13)는 기판(S)이 수용되어 안착되도록 상면(11) 표면에 오목하게 형성된 안착용 홈(13a)을 포함할 수 있다.
제2 기판 안착부(14)들은 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 기판 안착부(13)들과 동일한 형태로 하면(12)에 지지대 몸체(10)의 중심 둘레를 따라 배열될 수 있다. 그리고, 제2 기판 안착부(14)들은 제1 기판 안착부(13)들의 위치에 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 예컨대, 제2 기판 안착부(14)는 제1 기판 안착부(13)와 동일한 모양을 갖도록 형성될 수 있다. 제1 기판 안착부(13)가 도 2에 도시된 안착용 홈을 포함하는 경우, 제2 기판 안착부(14)는 제1 기판 안착부(13)와 마찬가지로, 기판(S)이 수용되어 안착되도록 하면(12)에 오목하게 형성된 안착용 홈(14a)을 포함할 수 있다.
한편, 지지대 몸체(10)에는 제1 기판 안착부(13)와 제2 기판 안착부(14)를 관통하는 리프트 핀 홀(16)들이 형성될 수 있다. 리프트 핀 홀(16)들에는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 기판 안착부(13) 또는 제2 기판 안착부(14)에 안착된 기판(S)을 승강시키기 위한 리프트 핀(140, 도 6 참조)들이 설치된다.
다른 예로, 제1,2 기판 안착부(23)(24)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다. 도 4 및 도 5에 도시된 바에 따르면, 제1 기판 안착부(23)는 다수의 안착 가이드 핀(23a)을 포함한다. 안착 가이드 핀(23a)들은 기판(S)의 안착 영역을 한정하도록 기판(S) 둘레를 따라 배열된다. 그리고, 제1 기판 안착부(23)는 안착 가이드 핀(23a)들이 분리 결합되는 체결 홈(23b)들을 포함한다. 제1 기판 안착부(23)들이 위를 향해 위치될 때, 안착 가이드 핀(23a)들은 체결 홈(23b)들에 각각 결합되어 사용될 수 있다. 만일, 제1 기판 안착부(23)들이 아래를 향해 위치된다면, 안착 가이드 핀(23a)들은 체결 홈(23b)들로부터 각각 분리될 수 있다.
제2 기판 안착부(24)도 제1 기판 안착부(23)와 마찬가지로 안착 가이드 핀(24a)들을 포함한다. 제2 기판 안착부(24)의 안착 가이드 핀(24a)들도 제1 기판 안착부(23)의 안착 가이드 핀(23a)들과 마찬가지로 기판(S)의 안착 영역을 한정하도록 기판 둘레를 따라 배열된다. 그리고, 제2 기판 안착부(24)는 안착 가이드 핀(24a)들이 분리 결합되는 체결 홈(24b)들을 포함한다. 한편, 제1 기판 안착부와 제2 기판 안착부 중 어느 하나가 안착용 홈들을 포함하여 구성되고, 다른 하나가 안착 가이드 핀들과 체결 홈들을 포함하여 구성되는 것도 가능하다.
도 6은 도 1의 기판 지지대를 포함하는 기판 처리장치의 일 예에 대한 측단면도이다. 도 6을 참조하면, 기판 처리장치(100)의 챔버(110)는 내부에 소스가스가 유입되는 소스가스 영역과 반응가스가 유입되는 반응가스 영역 및 소스가스 영역과 반응가스 영역을 상호 분리하는 분리가스가 유입되는 분리가스 영역을 포함한다. 챔버(110)는 상부가 개구된 챔버 본체(111)와, 챔버 본체(111)의 상부 개구를 개폐하는 탑 리드(112)를 포함하여 구성될 수 있다.
가스 분사부(120)는 증착 공간의 상부에 구비되고, 기판 지지대(1)는 가스 분사부(120)에 대향되게 증착 공간의 하부에 배치된다. 가스 분사부(120)는 각 가스 영역에 해당 가스를 분사하는 다수의 가스 분사 유닛을 포함한다. 즉, 가스 분사부(120)는 소스가스를 분사하기 위한 소스가스 분사 유닛과, 반응가스를 분사하기 위한 반응가스 분사 유닛, 및 퍼지가스를 분사하기 위한 퍼지가스 분사 유닛들을 포함할 수 있다. 이 경우, 기판 지지대(1)에 지지된 기판(S)들의 배열 방향을 따라 소스가스 분사 유닛, 퍼지가스 분사 유닛, 반응가스 분사 유닛, 퍼지가스 분사 유닛이 차례로 구획되어 배열된다. 그리고, 가스 분사부(120)는 기판 지지대에 대해 상대적으로 회전한다. 예컨대, 기판 지지대(1)가 후술할 구동유닛(130)에 의해 회전하면서 기판(S)들이 회전할 때, 각각의 기판(S)에 소스가스, 퍼지가스, 반응가스, 퍼지가스가 순차적으로 분사될 수 있다.
가스 분사부(120)는 샤워헤드 타입으로 이루어질 수 있다. 샤워헤드는 챔버(110)의 천장, 즉 탑 리드(112)의 하부에 설치된다. 샤워헤드는 외부로부터 각 가스를 공급받아서 기판 지지대(1)의 상면으로 분사하기 위한 다수의 분사 홀들이 형성된 구조를 갖는다.
한편, 기판 처리장치(100)는 기판 지지대(1)를 승강 및 회전시키는 구동유닛(130)과, 리프트 핀(140)들, 및 리프트 핀 홀더(150)를 포함할 수 있다. 구동유닛(130)은 일 예로, 구동 축(131)과 구동 축(131)을 승강 및 회전시키는 액추에이터(132)를 포함한다. 구동 축(131)은 기판 지지대(1)의 중앙에 형성된 관통 홀(15)에 끼워지며 클램핑 부재(133)에 의해 기판 지지대(1)에 고정된다. 구동 축(131)은 액추에이터(132)에 의해 승강 및 회전함에 따라 기판 지지대(1)를 승강 및 회전시키게 된다. 액추에이터(132)는 승강용 액추에이터와 회전용 액추에이터를 포함한다.
제1 기판 안착부(13)가 위를 향한 경우, 리프트 핀(140)들의 각 상단은 제1 기판 안착부(13)에 안착되는 기판(S)을 지지하며, 리프트 핀(140)들의 각 하단은 제1 기판 안착부(13)와 제2 기판 안착부(14)를 관통하여 돌출된다. 리프트 핀 홀더(150)는 기판 지지대(1)의 하강시 리프트 핀(140)들의 각 하단과 접촉되면서 리프트 핀(140)들의 각 상단을 제1 기판 안착부(14)로부터 이격시킨다. 한편, 제2 기판 안착부(14)가 위를 향한 경우, 리프트 핀(140)들의 각 상단은 제2 기판 안착부(14)에 안착되는 기판(S)을 지지하도록 설치된다.
도 6과 도 7을 참조하여 리프트 핀(140)들과 리프트 핀 홀더(150)에 의해 제1 기판 안착부(13)로부터 기판(S)이 언로딩되는 과정을 설명하면 다음과 같다. 먼저 도 6을 참조하면, 리프트 핀(140)들의 각 하단이 리프트 핀 홀더(150)로부터 이격된 상태에서, 리프트 핀(140)들의 각 상단은 제1 기판 안착부(13)에 안착된 기판(S)의 하면에 맞닿아 있다. 이 상태에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 기판 지지대(1)가 하강하면, 리프트 핀(140)들의 각 하단이 리프트 핀 홀더(150)에 접촉되면서 리프트 핀(140)들의 각 상단이 기판(S)을 지지한 상태로 제1 기판 안착부(13)로부터 이격된다. 이때, 기판(S)은 리프트 핀(140)들에 의해 들어올려져 언로딩될 수 있다. 한편, 리프트 핀(140)들과 리프트 핀 홀더(150)에 의해 제1 기판 안착부(13)로부터 기판(S)이 로딩될 때, 로딩 과정은 전술한 언로딩 과정과 반대로 수행된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 기판 처리장치(100)는 공정 처리 후 잔류하는 가스를 챔버(110)의 상부로 배기시키기 위한 배기유닛(160)을 포함할 수 있다. 배기유닛(160)은 챔버(110)의 천장 중앙, 즉 탑 리드(112)의 하면 중앙에 설치된다. 배기유닛(160)은 흡입 부재(161)와 배기 관(162)을 포함할 수 있다. 흡입 부재(161)는 기판 지지대(1)의 중앙 상부에 대응되게 배치되고 챔버(110)의 천장에 연결된다. 흡입 부재(161)는 내부 공간을 가지며, 잔류 가스를 내부 공간으로 흡입하기 위한 흡입 홀들이 측면에 형성된다. 흡입 부재(161)의 내부 공간으로 흡입된 잔류 가스는 배기관(162)을 통해 챔버(110)의 외부로 배출된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 가스 분사부(220)는 노즐 타입으로 이루어질 수 있다. 노즐은 챔버(110)의 측벽, 즉 챔버 본체(111)의 측벽을 통해 기판 지지대(1)의 상측에 위치하도록 설치된다. 노즐은 외부로부터 각 가스를 공급받아서 기판 지지대(1)의 상면으로 분사하기 위한 다수의 분사 홀들이 형성된 구조를 갖는다. 가스 분사부(220)는 소스가스를 분사하기 위한 노즐과, 반응가스를 분사하기 위한 노즐과, 퍼지가스를 분사하기 위한 노즐을 포함할 수 있다.
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.
1..기판 지지대 11..상면
12..하면 13,23..제1 기판 안착부
13a,14a..안착용 홈 14,24..제2 기판 안착부
23a,24a..안착 가이드 핀 23b,24b..체결 홈
110..챔버 120,220..가스 분사부
130..구동유닛 131..구동축
140..리프트 핀 150..리프트 핀 홀더
160..배기유닛 S..기판

Claims (10)

  1. 상면 및 하면을 갖는 지지대 몸체;
    상기 상면에 복수의 기판이 안착되도록 형성된 제1 기판 안착부들; 및
    상기 하면에 복수의 기판이 안착되도록 형성된 제2 기판 안착부들;
    을 포함하는 기판 지지대.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기판 안착부들은 상기 상면에 상기 지지대 몸체의 중심 둘레를 따라 배열되며,
    상기 제2 기판 안착부들은 상기 제1 기판 안착부들과 동일한 형태로 상기 하면에 상기 지지대 몸체의 중심 둘레를 따라 배열된 것을 특징으로 하는 기판 지지대.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 기판 안착부 및 상기 제2 기판 안착부는,
    기판이 수용되어 안착되도록 표면에 오목하게 형성된 안착용 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 지지대.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 기판 안착부 및 제2 기판 안착부는,
    기판 안착 영역을 한정하도록 기판 둘레에 대응되는 위치를 따라 다수의 안착 가이드 핀이 결합되는 체결 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 지지대.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 기판 안착부 및 제2 기판 안착부는,
    기판 안착 영역을 한정하도록 기판 둘레에 대응되는 위치를 따라 배치되는 다수의 안착 가이드 핀과,
    상기 다수의 안착 가이드 핀이 분리 결합되는 체결 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 지지대.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 기판 안착부는 상기 제1 기판 안착부의 위치에 대응되는 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 기판 지지대.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 지지대 몸체에는,
    상기 제1 기판 안착부와 상기 제2 기판 안착부를 관통하는 리프트 핀 홀들이 형성된 것을 특징으로 하는 기판 지지대.
  8. 내부에 소스가스가 유입되는 소스가스 영역과 반응가스가 유입되는 반응가스 영역 및 상기 소스가스 영역과 반응가스 영역을 상호 분리하는 분리가스가 유입되는 분리가스 영역을 포함하는 증착 공간을 가지는 챔버;
    상기 증착 공간의 상부에 구비되어 각 가스 영역에 해당 가스를 분사하는 다수의 가스 분사 유닛을 포함하는 가스 분사부; 및
    상기 가스 분사부에 대향되게 증착 공간의 하부에 배치되는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 기판 지지대를 포함하며,
    상기 기판 지지대와 상기 가스 분사부는 상대적으로 회전하는 기판 처리장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기판 지지대의 제2 기판 안착부는 상기 제1 기판 안착부의 위치에 대응되는 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기판 지지대의 지지대 몸체에는,
    상기 제1 기판 안착부와 상기 제2 기판 안착부를 관통하는 리프트 핀 홀들이 형성된 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
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