KR20130065014A - 서셉터의 변형을 검출하는 원자층 증착장비 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판의 로딩/언로딩시 서셉터를 수시로 검사하여 서셉터의 수명을 예상하거나 서셉터의 변형을 검출하여 증착공정 시 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있는 원자층 증착장치이다. 상기 원자층 증착장치는 다수의 기판을 수용하는 서셉터, 상기 기판을 상기 서셉터로 이송시키는 트랜스퍼 모듈 및 상기 트랜스퍼 모듈에 구비되어 상기 서셉터 상면의 수평을 측정하는 센서를 포함하여 구성된다. 여기서 상기 센서는 레이저 센서 또는 근접 센서가 사용되며, 상기 레이저 센서는 상기 서셉터 상면과 동등한 높이에 위치하며 상기 서셉터 상면과 수평한 방향으로 레이저를 방출하며, 상기 근접 센서는 상기 서셉터 상면과 상기 센서 간의 거리를 측정하기 위해 상기 서셉터의 변형이 발생하는 곳의 상부에 위치하여 있다.
또한, 원자층 증착장치는 제어부를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 센서에서 수신한 신호를 디스플레이 하는 것을 특징으로 한다.

Description

서셉터의 변형을 검출하는 원자층 증착장비 {Atomic layer deposition apparatus to detect deformation of susceptor}
본 발명은 원자층 증착장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 기판의 로딩/언로딩시 서셉터를 수시로 검사하여 서셉터의 수명을 예상하거나 서셉터의 변형을 검출하여 증착공정시 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있는 원자층 증착장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 기판이나 글래스 등의 기판 상에 소정 두께의 박막을 증착하기 위해서는 스퍼터링(sputtering)과 같이 물리적인 충돌을 이용하는 물리 기상 증착법(physical vapor deposition, PVD)과, 화학 반응을 이용하는 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD) 등을 이용한 박막 제조 방법이 사용된다.
반도체 소자의 디자인 룰(design rule)이 급격하게 미세해짐으로써 미세 패턴의 박막이 요구되었고 박막이 형성되는 영역의 단차 또한 매우 커지게 되었다. 이에 원자층 두께의 미세 패턴을 매우 균일하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 스텝 커버리지(step coverage)가 우수한 원자층 증착방법(atomic layer deposition, ALD)의 사용이 증대되고 있다.
원자층 증착방법(ALD)은 기체 분자들 간의 화학 반응을 이용한다는 점에 있어서 일반적인 화학 기상 증착방법과 유사하다. 하지만, 통상의 화학 기상 증착(CVD) 방법이 다수의 기체 분자들을 동시에 프로세스 챔버 내로 주입하여 기판 상부에서 발생된 반응 생성물을 기판에 증착하는 것과 달리, 원자층 증착방법은 하나의 기체 물질을 프로세스 챔버 내로 주입한 후 이를 퍼지(purge)하여 가열된 기판의 표면에 물리적으로 흡착된 기체만을 잔류시키고, 이후 다른 기체 물질을 주입함으로써 기판 표면에서 발생되는 화학 반응 생성물을 증착시킨다는 점에서 상이하다. 이러한 원자층 증착방법을 통해 구현되는 박막은 스텝 커버리지 특성이 매우 우수하며 불순물 함유량이 낮은 순수한 박막을 구현하는 것이 가능한 장점을 갖고 있어 현재 널리 각광받고 있다.
원자층 증착장치는 복수의 기판을 상하 방향으로 적층한 상태에서 동시에 증착공정이 수행되는 배치타입(batch type)과 한 장의 기판에 대해 증착공정이 수행되는 싱글타입(single type) 및 복수 장의 기판을 수평으로 안착한 상태로 동시에 증착공정이 수행되는 세미 배치타입(semi-batch type)으로 나뉜다. 여기서, 세미 배치타입의 원자층 증착장치는 싱글타입에 비해 스루풋(throughput)이 우수하며, 배치타입에 비해 증착 품질이 우수하다는 장점으로 인해 많이 사용된다.
통상적으로 세미 배치타입 원자층 증착장치는 서로 다른 종류의 소스가스가 분사되는 영역이 형성되고, 가스분사부 또는 서셉터의 고속 회전에 의해 기판이 순차적으로 각 영역을 통과함에 따라 기판 표면에서 소스가스 사이의 화학반응이 발생하여 반응 생성물이 증착되어 박막을 형성한다.
기존의 원자층 증착장치에 있어서 증착 공정 시 프로세스 챔버 내부는 고온을 유지하므로 서셉터가 열에 의해 변형이 발생하며, 이러한 서셉터의 변형을 검출하기 위해서는 프로세스 챔버에서 서셉터를 분해하여 검사를 해야 하는 불편함이 발생한다.
본 발명의 실시예들에 따르면 기판의 로딩/언로딩시 서셉터를 수시로 검사하여 서셉터의 수명을 예상하거나 서셉터의 변형을 검출하여 증착공정 시 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있는 원자층 증착장치를 제공하기 위한 것이다.
상술한 본 발명의 실시예들에 따른 원자층 증착장치는 다수의 기판을 수용하는 서셉터, 상기 기판을 상기 서셉터로 이송시키는 트랜스퍼 모듈 및 상기 트랜스퍼 모듈에 구비되어 상기 서셉터 상면의 수평을 측정하는 센서를 포함하여 구성된다. 여기서 상기 센서는 레이저 센서 또는 근접 센서가 사용되며, 상기 레이저 센서는 상기 서셉터 상면과 동등한 높이에 위치하며 상기 서셉터 상면과 수평한 방향으로 레이저를 방출하며, 상기 근접 센서는 상기 서셉터 상면과 상기 센서 간의 거리를 측정하기 위해 상기 서셉터의 변형이 발생하는 곳의 상부에 위치하여 있다.
또한, 원자층 증착장치는 제어부를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 센서에서 수신한 신호를 디스플레이 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 원자층 증착장치는 증착공정이 수행되며 서셉터를 구비한 프로세스 모듈, 기판을 파지하여 이송하기 위한 출입구가 형성된 트랜스퍼 모듈 및 상기 트랜스퍼 모듈에 구비되며, 상기 서셉터 상면의 변형을 검사하는 레이저 레벨 센서를 포함하여 구성된다. 여기서 상기 프로세스 모듈과 상기 트랜스퍼 모듈은 각각 일측면이 서로 연결되어 있으며, 상기 일측면에 상기 출입구를 형성한다. 상기 레이저 레벨 센서는 상기 서셉터 상면에 수평방향으로 레이저를 방출한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 원자층 증착장치는 다수의 기판을 수용하는 서셉터, 상기 기판을 파지하여 이송하는 트랜스퍼 로봇을 구비한 트랜스퍼 모듈 및 상기 트랜스퍼 로봇에 구비되며, 상기 서셉터 상면과 센서간의 거리를 측정하는 근접센서를 포함하여 구성된다. 여기서 상기 트랜스퍼 로봇은 기판을 파지하는 핸들링 암을 포함하고, 상기 핸들링 암은 상기 기판 하부에서 상기 기판을 지지할 수 있도록 바 또는 고리 형태를 갖는다. 상기 근접센서는 상기 핸들링 암의 하부에 구비되어 있으며, 상기 서셉터 상면 가장자리 끝간의 수직선상에 구비되어 있다.
이와 같이 구성하여, 기판의 로딩/언로딩 시 센서를 이용하여 서셉터를 수시로 검사하여 서셉터의 수명을 예상하거나 서셉터의 변형을 검출하여 증착공정 시 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 기판의 로딩/언로딩 시 센서를 이용하여 서셉터를 수시로 검사하여 서셉터의 수명을 예상하거나 서셉터의 변형을 검출하여 증착공정 시 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 원자층 증착장치의 시스템을 설명하기 위한 평면도이다.
도2는 본 발명에 따른 일 실시예에 따른 원자층 증착장치의 단면도이다.
도3은 도2의 A부분을 자세히 설명하기 위한 확대도이다.
도4는 본 발명에 따른 다른 실시예에 따른 원자층 증착장치의 단면도이다.
도5는 도4의 B부분을 자세히 설명하기 위한 확대도이다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 따른 원자층 증착장치에 대해 상세하게 설명한다.
도1은 본 발명에 따른 원자층 증착장치의 시스템을 설명하기 위한 평면도이다. 도1을 참고하면, 원자층 증착장치(1)는 트랜스퍼 모듈(40)(transfer module)과 프로세스 모듈(10)(process module)이 구성되어 있다. 프로세스 모듈(10)은 기판(100)을 수용하여 증착공정이 수행되는 프로세스 챔버와 프로세스 챔버에 증착을 위한 증착가스를 제공하는 소스가스 공급부로 이루어진다. 예를 들어, 프로세스 모듈(10)은 각각 6장의 기판(100)이 수용되는 2개의 프로세스 챔버를 구비할 수 있으며, 원자층 증착장치(1)는 동시에 12장의 기판(100)에 대해 증착공정이 수행될 수 있다. 또한, 프로세스 챔버 내부에는 기판(100)이 안착되는 서셉터(20)가 구성되어있다. 여기서, 기판(100)은 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)일 수 있다. 그러나 본 발명의 대상이 실리콘 웨이퍼에 한정되는 것은 아니며, 기판(100)은 LCD(liquid crystal display), PDP(plasma display panel)와 같은 평판 디스플레이 장치용으로 사용하는 유리를 포함하는 투명 기판(100)일 수 있다. 또한, 기판(100)의 형상 및 크기가 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 원형 및 사각형 플레이트 등 실질적으로 다양한 형상과 크기를 가질 수 있다.
또한, 프로세스 모듈(10)은 원자층 증착공정의 특성상 고진공 상태가 유지되고 트랜스퍼 모듈(40) 역시 프로세스 모듈(10)에 기판(100)을 이송하기 위해서 프로세스 모듈(10)과 유사한 정도의 고진공이 유지되는데, 기판(100)의 로딩/언로딩 시 트랜스퍼 모듈(40)과 대기측이 연통되어 트랜스퍼 모듈(40)의 진공이 유지되는 것이 중요하다.
트랜스퍼 모듈(40)은 기판(100)을 이송할 수 있는 트랜스퍼 로봇(50)이 구비된다. 트랜스퍼 로봇(50)의 기술구성에 대해서는 도 4 내지 도 5을 참조하여 후술한다.
도2는 본 발명에 따른 일 실시예에 따른 원자층 증착장치의 단면도이다. 도2를 참고하면, 원자층 증착장치(1)는 트랜스퍼 모듈(40)(transfer module)과 프로세스 모듈(10)(process module)이 구성되어 있다. 프로세스 모듈(10)은 프로세스 챔버 내부에 서셉터(20)가 구비되어 있으며, 서셉터(20)는 스루풋(throughput)이 우수한 세미배치(semi-batch) 타입으로, 다수의 기판(100)을 서셉터(20) 상면에 수평으로 안착되되 서셉터(20)의 원주 방향을 따라 방사상으로 배치된다. 예를 들어, 서셉터(20)은 6장의 기판(100)이 서로 소정 간격 이격되어 안착되고, 서셉터(20)가 회전함에 따라 서셉터(20)의 중심점을 기준으로 기판(100)이 공전한다. 그리고 서셉터(20) 하부에는 서셉터(20)의 회전 및 기판(100)의 로딩/언로딩 시 서셉터(20)의 승강 이동을 위한 구동축이 구비된다. 또한, 서셉터(20) 상부에 기판(100)이 안착되어 있어 박막을 형성하기 위한 소스 물질이 포함된 서로 다른 종류의 증착가스가 기판(100) 표면에서 반응함에 따라 소정의 박막이 형성된다.
트랜스퍼 모듈(40)과 프로세스 모듈(10)의 일측면이 연결되어 있어 기판(100)이 로딩/언로딩 시 통과하는 출입구(11)가 형성되어 있다. 상기 출입구(11)에 구비되는 레이저 레벨 센서(30)는 서셉터(20) 상부와 수평한 위치에 설치된다.
한편, 공정 진행 시 프로세스 챔버 내부는 고온상태를 유지하게 되며, 서셉터(20)가 열에 의해 변형이 발생한다. 종래에는 서셉터(20)의 변형을 측정하기 위해서는 작업자가 직접 센서를 가지고 서셉터(20) 상부를 측정하여 변형을 검출하였다. 따라서, 서셉터(20)의 변형을 검출하고 유지보수를 하기 위해서는 수시로 검사를 해야 하는 번거로움이 발생한다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 상기 레이저 레벨 센서(30)를 이용하여 기판(100)의 로딩/언로딩 시 서셉터(20) 상부의 변형을 측정한 뒤 원차층 증착장치(1) 외부에 설치된 제어부(32)에 실시간으로 측정값을 디스플레이 한다. 측정 방법을 설명하기 위한 A부분의 상세한 설명은 도3을 통해서 기술한다.
도3은 도2의 A부분을 자세히 설명하기 위한 확대도이다. 도3을 참고하면, 기판(100)의 로딩/언로딩 시 레이저 레벨 센서(30)가 작동하고, 서셉터(20) 상면을 측정한다. 예를 들어 서셉터(20) 상부가 변형이 발생하면 레이저 레벨 센서(30)에서 방출되는 레이저에 의해 측정값이 검출되게 되고 측정값을 제어부(32)에 실시간으로 전달하여 디스플레이 함으로써 수시로 서셉터(20)의 상태를 확인할 수 있다. 또한, 상기 레이저 레벨 센서(30)로 측정된 측정값을 통해 서셉터(20)의 수명을 예측하여 유지보수 시 시간을 단축시킬 수 있다.
도4는 본 발명에 따른 다른 실시예에 따른 원자층 증착장치의 단면도이다. 도4를 참고하면, 원자층 증착장치(1)는 트랜스퍼 모듈(40)(transfer module)과 프로세스 모듈(10)(process module)이 구성되어 있다. 프로세스 모듈(10)은 프로세스 챔버 내부에 서셉터(20)가 구비되어 있으며, 서셉터(20)는 스루풋(throughput)이 우수한 세미배치(semi-batch) 타입으로, 다수의 기판(100)을 서셉터(20) 상면에 수평으로 안착되되 서셉터(20)의 원주 방향을 따라 방사상으로 배치된다. 예를 들어, 서셉터(20)은 6장의 기판(100)이 서로 소정 간격 이격되어 안착되고, 서셉터(20)가 회전함에 따라 서셉터(20)의 중심점을 기준으로 기판(100)이 공전한다. 그리고 서셉터(20) 하부에는 서셉터(20)의 회전 및 기판(100)의 로딩/언로딩 시 서셉터(20)의 승강 이동을 위한 구동축이 구비된다. 또한, 서셉터(20) 상부에 기판(100)이 안착되어 있어 박막을 형성하기 위한 소스 물질이 포함된 서로 다른 종류의 증착가스가 기판(100) 표면에서 반응함에 따라 소정의 박막이 형성된다.
트랜스퍼 모듈(40)은 내부에는 상기 기판(100)의 로딩/언로딩 및 상기 기판(100)의 이송을 위해 승강 이동 할 수 있는 통상의 로봇암 또는 핸들러(handler)와 같은 이송하기 위한 트랜스퍼 로봇(50)이 구비될 수 있다. 여기서, 트랜스퍼 로봇(50)은 기판(100)을 이송할 수 있도록 핸들링 암(51)과 핸들링 암(51)의 직선 이동, 회전 이동 및 승강 이동이 가능하도록 구동하는 구동 암(미도시)과 구동부(미도시)로 이루어진다. 여기서 핸들링 암(51)은 기판(100) 하부에서 기판(100)을 파지하여 이송할 수 있도록 형성되며, 기판(100)의 직경에 대응되는 길이를 갖고 소정 너비와 크기를 가질 수 있다. 또한, 핸들링 암(51)는 기판(100)의 하부를 안정적으로 지지하면서 기판(100)을 프로세스 모듈(10)에 로딩/언로딩 시 기판(100)을 안정적으로 파지할 수 있는 형태를 가질 수 있다.
트랜스퍼 모듈(40)과 프로세스 모듈(10)의 일측면이 서로 연결되어 있고 기판(100)이 로딩/언로딩 시 트랜스퍼 로봇(50)의 출입을 위한 출입구(11)가 형성되고 상기 트랜스퍼 로봇(50)의 핸들링 암(51)은 기판(100)을 로딩/언로딩 할 때 서셉터(20) 위에 위치하게 되며 상기 핸들링 암(51) 하부에 근접센서(31)가 구비된다.
한편, 공정 진행 시 프로세스 챔버 내부는 고온상태를 유지하게 되며, 서셉터(20)가 열에 의해 변형이 발생한다. 종래에는 서셉터(20)의 변형을 측정하기 위해서는 작업자가 직접 센서를 가지고 서셉터(20) 상부를 측정하여 변형을 검출하였다. 따라서, 서셉터(20)의 변형을 검출하고 유지보수를 하기 위해서는 수시로 검사를 해야 하는 번거로움이 발생한다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 상기 근접센서(31)를 이용하여 기판(100)의 로딩/언로딩 시 서셉터(20) 상부의 변형을 측정한 뒤 원차층 증착장치(1) 외부에 설치된 제어부(32)에 실시간으로 측정값을 디스플레이 한다. 측정 방법을 설명하기 위한 B부분의 상세한 설명은 도5을 통해서 기술한다.
도5는 도4의 B부분을 자세히 설명하기 위한 확대도이다. 도5를 참고하면, 기판(100)의 로딩/언로딩 시 핸들링 암(51) 하부에 구비되어 있는 상기 근접센서(31)가 작동하고, 서셉터(20) 상면을 스캔 하면서 측정한다. 예를 들어 서셉터(20) 상부가 변형이 발생하면 근접센서(31)와 서셉터(20) 간의 거리를 측정한 측정거리 값을 제어부(32)에 실시간으로 전달하여 디스플레이 함으로써 근접센서(31)와 서셉터(20) 간의 거리를 통해 서셉터(20)의 변형을 확인할 수 있다. 또한, 상기 근접센서(31)로 측정된 측정값을 통해 서셉터(20)의 수명을 예측하여 유지보수 시 시간을 단축시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1 : 원자층 증착장치
10 : 프로세스 모듈
11 : 출입구
20 : 서셉터
30 : 레이저 레벨 센서
31 : 근접센서
32 : 제어부
40 : 트랜스퍼 모듈
50 : 트랜스퍼 로봇
51 : 핸들링 암
100 : 기판

Claims (10)

  1. 다수의 기판을 수용하는 서셉터;
    상기 기판을 상기 서셉터로 이송시키는 트랜스퍼 모듈; 및
    상기 트랜스퍼 모듈에 구비되어 상기 서셉터 상면의 수평을 측정하는 센서;
    를 포함하는 원자층 증착장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 레이져 센서로서, 상기 서셉터 상면과 동등한 높이에 위치하며 상기 서셉터 상면과 수평한 방향으로 레이저를 방출하는 원자층 증착장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 근접 센서로서, 상기 서셉터 상면과 상기 센서 간의 거리를 측정하기 위해 상기 서셉터의 변형이 발생하는 곳의 상부에 위치하여 있는 원자층 증착장치.
  4. 제1항에 있어서,
    제어부를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 센서에서 수신한 신호를 디스플레이 하는 것을 특징으로 하는 원자층 증착장치.
  5. 증착공정이 수행되며 서셉터를 구비한 프로세스 모듈;
    기판을 파지하여 이송하기 위한 출입구가 형성된 트랜스퍼 모듈; 및
    상기 트랜스퍼 모듈에 구비되며, 상기 서셉터 상면의 변형을 검사하는 레이저 레벨 센서;
    를 포함하는 원자층 증착장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프로세스 모듈과 상기 트랜스퍼 모듈은 각각 일측면이 서로 연결되어 있으며, 상기 일측면에 상기 출입구를 형성한 원자층 증착장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 레이저 레벨 센서는 상기 서셉터 상면에 수평방향으로 레이저를 방출하는 원자층 증착장치
  8. 다수의 기판을 수용하는 서셉터;
    상기 기판을 파지하여 이송하는 트랜스퍼 로봇을 구비한 트랜스퍼 모듈; 및
    상기 트랜스퍼 로봇에 구비되며, 상기 서셉터 상면과 센서간의 거리를 측정하는 근접센서;
    를 포함하는 원자층 증착장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 트랜스퍼 로봇은 기판을 파지하는 핸들링 암을 포함하고,
    상기 핸들링 암은 상기 기판 하부에서 상기 기판을 지지할 수 있도록 바 또는 고리 형태를 갖는 원자층 증착장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 근접센서는 상기 핸들링 암의 하부에 구비되어 있으며, 상기 서셉터 상면 가장자리 끝 단의 수직선상에 구비되어 있는 원자층 증착장치.
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