KR20130136067A - 박막증착장치 - Google Patents

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KR20130136067A
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조상우
손홍준
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주식회사 테스
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Abstract

본 발명은 웨이퍼 등의 기판상에 박막을 형성하기 위한 증착법에 사용되는 박막증착장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 기판 처리량이 개선됨과 동시에 제작이 용이하고 제작비용이 절감되며 증착 효율이 개선되는 박막증착장치에 관한 것이다.

Description

박막증착장치{Thin film deposition apparatus}
본 발명은 웨이퍼 등의 기판상에 박막을 형성하기 위한 증착법에 사용되는 박막증착장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 기판 처리량이 개선됨과 동시에 제작이 용이하고 제작비용이 절감되며 증착 효율이 개선되는 박막증착장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 등의 기판상에 박막을 형성하기 위한 증착법으로 화학기상증착법(CVD, chemical vapor deposition), 플라즈마 화학기상증착법(PECVD, plasma enhanced chemical vapor deposition), 원자층증착법(ALD, atomic layer deposition), 플라즈마 원자층증착법(PEALD, plasma enhanced atomic layer deposition) 등의 기술이 사용되고 있다.
도 1은 기판 증착법 중 원자층증착법에 관한 하나의 실시예를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 원자층증착법은 기판상에 트리메틸알루미늄(TMA, trimethyl aluminium) 등의 원료를 포함하는 원료가스를 분사한 후 아르곤(Ar) 등의 불활성 퍼지 가스 분사 및 미반응 물질 배기를 통해 기판상에 단일 분자층을 흡착시키고, 상기 원료와 반응하는 오존(O3) 같은 반응물을 포함하는 반응가스를 분사한 후 불활성 퍼지 가스 분사 및 미반응 물질/부산물 배기를 통해 기판상에 단일 원자층(Al-O)을 형성하게 된다.
종래 원자층증착법에 사용되는 박막증착장치는, 처리 챔버 내부에 하나의 기판을 안착하여 증착을 수행하는 싱글(single) 타입, 처리 챔버 내부에서 지면을 기준으로 수직 방향으로 이격되어 배치된 복수의 기판에 대한 증착을 동시에 수행하는 뱃치(batch) 타입, 처리 챔버 내부에서 회전판 등에 안착된 복수의 기판 각각에 대한 증착이 동시에 수행되는 세미뱃치(semi-batch) 타입, 상기 세미뱃치 타입의 하나로서 처리 챔버 내부에서 트랙 및 레일을 따라 순환하는 복수의 기판 각각에 대한 증착이 동시에 수행되는 트랙(track) 타입 등이 있다.
상기 싱글 타입은 기판을 하나씩 처리함으로써 기판 처리면상에 형성되는 박막의 조성, 특성 등을 정밀하게 제어할 수 있는 장점은 있으나 기판 처리량이 매우 낮다는 문제가 있다. 반면, 뱃치 타입은 복수의 기판을 동시에 처리함으로써 기판 처리량이 개선되나 박막의 조성, 특성 등을 정밀하게 제어하기 어려운 문제가 있다.
상기 싱글 타입과 뱃치 타입의 장단점을 절충한 세미뱃치 타입은 싱글 타입보다는 기판 처리량이 개선되고 뱃치 타입보다는 박막의 정밀 제어가 가능하나, 여전히 기판 처리량이 불충분한 문제가 있다.
한편, 도 2는 종래의 트랙(track) 타입 박막증착장치를 도시한 것이다. 종래의 트랙 타입 박막증착장치는 종래의 다른 세미뱃치 타입에 비해 기판 처리량이 개선되는 장점은 있으나, 제작비용이 고가이고 제작이 복잡하며, 기판 처리면에 형성되는 박막의 정밀제어가 어려운 문제가 있다.
구체적으로, 도 2a는 기판(W)이 트랙을 구성하는 이송용 벨트(310)위에 고정된 서셉터(320) 위에 안착된 모습을 도시한 것이다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 종래의 트랙 타입 박막증착장치는 기판을 상기 서셉터(320)에 안착시키고 들어올리는 수단으로서 기판 하부를 지지하는 2개의 지지바를 구비한 로봇암(330)을 갖고, 서셉터(320)는 이의 기판 안착면에 상기 로봇암(330)의 2개의 지지바가 삽입될 수 있는 단차부(321)를 갖는다. 따라서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 로봇암(330)의 지지바가 상기 서셉터(320)의 단차부(321)로 삽입됨으로써 상기 지지바에 의해 지지되고 있던 기판(W)이 서셉터(320)의 위에 안착되게 된다.
그러나, 앞서 기술한 바와 같이, 종래의 트랙 타입 박막증착장치는 서셉터(320)에 로봇암(330)의 지지바를 삽입하기 위한 단차부(321)를 형성하여야 하므로 제작이 복잡하고 또한 상기 단차부(321)에 의해 서셉터(320)를 제조하기 위한 소재의 두께가 두꺼워져 제작비용이 증가하는 문제가 있다.
나아가, 상기 서셉터(320)의 기판 안착면에 형성된 단차부(321)로 인해 기판(W)의 이면과 상기 기판 안착면과의 비접촉 면적이 증가하여 증착을 수행하기 위한 기판(W)의 가열시 기판의 균일한 온도 프로파일의 달성이 곤란하고, 결과적으로 기판 처리면상에 형성되는 박막의 균일도(uniformity)가 저하되는 문제가 있다.
따라서, 기판 처리량이 개선되는 동시에, 제작이 간단하고 제작비용이 절감되며, 증착을 수행하기 위한 기판 가열시 기판의 균일한 온도 프로파일에 의한 우수한 박막의 균일도를 달성할 수 있는 박막증착장치가 요구되고 있다.
본 발명은 기판 처리량이 개선되는 제작이 간단하고 제작비용이 절감될 수 있는 박막증착장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 증착을 수행하기 위한 기판 가열시 기판의 균일한 온도 프로파일에 의한 우수한 박막의 균일도(uniformity)를 달성할 수 있는 박막증착장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
반응챔버; 상기 반응챔버 내부에서 기판 처리면에 공정가스를 공급하는 하나 이상의 가스공급부; 기판이 안착되는 면에 복수의 관통홀이 구비된 하나 이상의 기판탑재부; 상기 기판탑재부에 안착된 기판의 처리면이 상기 가스공급부의 가스 공급면을 대향하면서 통과하도록 상기 기판탑재부를 직선 및 곡선 이송하는 기판이송부; 및 기판을 반응챔버로 인입 또는 인출하기 위해 상기 관통홀을 관통하여 승강 또는 하강함으로써 기판을 지지하여 승강 또는 하강시키는 복수의 지지핀을 갖는 기판지지부를 포함하는, 박막증착장치를 제공한다.
여기서, 상기 기판이송부는 동력전달부재, 상기 동력전달부재를 구동하는 구동부 및 상기 동력전달부재 외곽에 배치된 가이드 레일을 포함하고, 상기 기판탑재부는 상기 동력전달부재에 연결되고 상기 가이드 레일에 지지된 상태로 상기 동력전달부재의 구동에 의해 상기 가이드 레일을 따라 이송되는 것을 특징으로 하는, 박막증착장치를 제공한다.
또한, 기판이 상기 기판탑재부에 안착된 상태에서 상기 기판의 이면과 상기 지지핀이 접촉을 유지하고 있는 것을 특징으로 하는, 박막증착장치를 제공한다.
나아가, 상기 기판지지부는 상기 지지핀 하부에 완충수단을 추가로 포함하고, 상기 지지핀은 지지된 기판의 무게에 의해 완충수단을 수축시키면서 하강함으로써 상기 기판을 상기 기판탑재부에 안착시키는 것을 특징으로 하는, 박막증착장치를 제공한다.
여기서, 상기 기판지지부는 몸체, 상기 몸체에 연결되어 승강 또는 하강하고 복수의 지지핀이 구비되고 상기 지지핀 하부에는 완충수단이 구비된 승하강부, 상기 몸체에 연결된 상기 승하강부를 승강 또는 하강하기 위한 동력을 제공하는 구동모터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 박막증착장치를 제공한다.
또한, 상기 완충수단이 스프링 또는 댐퍼인 것을 특징으로 하는, 박막증착장치를 제공한다.
한편, 상기 관통홀의 단면과 상기 지지핀의 단면이 동일한 형상이고 상기 지지핀의 외측 둘레와 관통홀의 내측 둘레 사이의 간격이 1 내지 2mm인 것을 특징으로 하는, 박막증착장치를 제공한다.
또한, 상기 지지핀의 소재가 알루미늄 또는 고인장 수지인 것을 특징으로 하는, 박막증착장치를 제공한다.
그리고, 상기 지지핀 중 기판과 접촉하는 부분에 다이아몬드형 카본을 포함하는 보호막이 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는, 박막증착장치를 제공한다.
한편, 상기 지지핀이 3개 이상인 것을 특징으로 하는, 박막증착장치를 제공한다.
여기서, 상기 복수의 지지핀이 위치한 지점들로부터의 각각의 거리가 동일한 중심점과 상기 지지핀에 지지된 기판의 무게중심이 일치하는 것을 특징으로 하는, 박막증착장치를 제공한다.
또한, 상기 기판지지부에 대한 상기 기판탑재부의 위치를 감지하는 센서를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 박막증착장치를 제공한다.
여기서, 상기 센서는, 상기 지지핀 상부에 지면과 수직으로 광을 조사하는 발광부를 구비하고 상기 반응챔버 상부에 상기 발광부에서 조사된 광을 흡광하는 흡광부를 구비함으로써, 상기 발광부에서 조사된 광이 상기 기판탑재부의 관통홀을 통과해 상기 흡광부에 도달하는지 여부를 감지하는 광센서인 것을 특징으로 하는, 박막증착장치를 제공한다.
본 발명에 따른 박막증착장치는 복수의 기판이 트랙 및 레일을 따라 순환하면서 각 기판에 대한 증착이 동시에 수행되는 트랙 타입을 채택함으로써 종래의 다른 세미뱃치 타입보다는 기판 처리량이 개선되는 동시에, 트랙 하부에 위치하고 서셉터를 관통하여 승하강함으로써 기판을 승하강시키는 기판지지부을 포함함으로써, 종래 트랙 타입 장치에서 기판의 승하강을 위해 서셉터에 단차부를 형성하는 것으로 인해 제작이 복잡해지고 상기 단차부에 의해 서셉터를 제작하기 위한 소재의 두께가 두꺼워져 제작 비용이 증가하는 문제를 해결하는 우수한 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 박막증착장치는 서셉터가 상기 단차부를 갖지 않으므로 기판의 이면과 서셉터의 기판 안착면과의 접촉 면적이 증가하고 이로써 증착을 위한 기판 가열시 기판의 균일한 온도 프로파일에 의한 우수한 박막의 균일도를 달성하는 우수한 효과를 나타낸다.
도 1은 원자층증착법의 공정에 관한 실시예를 도시한 것이다.
도 2는 종래의 트랙 타입 박막증착장치의 실시예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 트랙 타입 박막증착장치의 실시예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 트랙 타입 박막증착장치에서 채택한 기판지지부를 확대 도시한 것이다.
도 5는 도 4에 도시된 기판지지부가 갖는 완충 수단에 관한 실시예를 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 트랙 타입 박막증착장치에 관한 실시예를 도시한 것이다. 트랙 타입 박막증착장치는 넓은 의미의 세미뱃치 타입 박막증착장치에 속하나, 기판이송부가 벨트, 체인 같은 동력전달부재, 가이드 레일 등으로 구성되어 있다는 특징을 갖는다.
도 3a는 본 발명에 따른 트랙 타입 박막증착장치(1000)의 전체 구성을 도시한 평면도이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 트랙 타입 박막증착장치(1000)는 기판에 대한 증착 작업 등과 같은 처리를 수행하는 반응챔버(100), 진공 또는 대기압 상태로 전환이 가능한 로드락 챔버(700), 증착을 진행할 기판이 적재되어 있는 복수의 보트(810)와 증착이 완료된 기판을 적재하는 복수의 보트(820), 및 로드락 챔버(700)로부터 반응챔버(100)로 기판을 인입 및 인출하는 기판인입인출부(900)를 구비한다.
기판을 반응챔버(100)로 공급하는 경우, 로드락 챔버(700) 내부의 제1 로봇암(미도시)이 보트(810)에서 기판을 로드락 챔버(700) 내부로 이송한다. 이어서 로드락 챔버(700)을 진공상태로 전환하고 기판인입인출부(900)의 제2 로봇암(910)이 기판을 넘겨 받아 반응챔버(100)로 기판을 공급하게 된다. 기판을 반응챔버(100)에서 반출하는 경우에는 반대의 순서로 진행된다.
도 3b는 반응챔버(100)에 있어서 챔버리드(110)가 분리되어 챔버몸체(130)의 내부를 도시한 사시도이다.
반응챔버(100)는 내부에 기판을 수용하여 기판에 대한 증착 작업 등을 수행할 수 있도록 각종 구성요소를 구비할 수 있는 공간을 제공한다. 나아가, 내부의 공기를 배기하는 펌프(미도시)와 같은 진공장비에 의해 내부를 진공상태로 유지하여 증착 작업 등과 같은 기판 처리 작업을 수행할 수 있는 환경을 제공한다.
반응챔버(100)는 구체적으로 내부에 소정의 공간을 구비하며 상부가 개구된 챔버몸체(130)와 챔버몸체(130)의 개구된 상부를 개폐하는 챔버리드(110)를 포함한다. 챔버몸체(130)의 일측에는 기판이 반응챔버(100)의 내부로 인입 및 인출되는 개구부(134) 및 기판인입인출부(900)와 개구부(134)를 밀폐하는 커넥터(132)를 구비한다.
상기 개구부(134)는 챔버몸체(130)에 한 쌍이 구비될 수 있다. 이는 도 3a에 도시된 바와 같이 박막증착장치(1000)에 반응챔버(100)를 2개 구비하여 하나의 기판인입인출부(900)에 2개의 반응챔버(100)를 연결하는 경우에 생산성 및 호환성을 높이기 위함이다. 즉, 기판인입인출부(900)와 연결되는 반응챔버(100)의 방향에 관계없이 반응챔버(100)를 제작하는 경우에 한 쌍의 개구부(134)를 구비하도록 제작하여 생산성을 향상시킨다. 나아가, 상기 기판인입인출부(900)에 반응챔버(100)를 연결하고 작업을 하는 중에 반응챔버(100)의 연결부를 변경할 필요가 있는 경우에 나머지 하나의 개구부에 기판인입인출부(900)를 연결하여 호환성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 기판인입인출부(900)는 반응챔버(100)에 연결되어 반응챔버(100) 내부로 기판을 인입하거나 또는 증착이 완료된 기판을 반응챔버(100) 외부로 인출하는 역할을 하게 된다. 후술하는 바와 같이 기판이송부에 의해 기판탑재부(150)가 이동하는 경우에 증착이 완료된 기판을 기판인입인출부(900)의 제2 로봇암(910)에 의해 개구부(134)를 통하여 인출한다. 또한, 증착이 필요한 기판을 기판인입인출부(900)의 제2 로봇암(910)에 의해 개구부(134)를 통하여 반응챔버(100) 내부의 기판탑재부(150)로 공급하게 된다.
한편, 반응챔버(100)의 챔버리드(110)에는 원료가스, 반응가스 등의 공정가스 및 퍼지가스를 공급하는 가스공급부(200)를 구비하는 바, 이에 대해서는 이후에 상세히 살펴본다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 반응챔버(100)에는 처리될 기판이 안착되는 기판탑재부(150), 소정의 경로를 따라 기판탑재부(150)를 이송하는 기판이송부를 포함하고, 상기 기판이송부는 풀리(182,184) 등을 포함할 수 있는 구동부, 상기 구동부로부터 동력을 전달받아 기판탑재부(150)를 순환 이송시키는 벨트, 체인 같은 동력전달부재(190) 및 상기 기판탑재부(150)의 이송 경로를 가이드하는 가이드 레일(180)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 구동부는 2개의 축과 이에 각각 연결된 풀리(182,194)로구성될 수 있고, 상기 2개의 축 중 하나 이상의 축은 구동 모터(미도시)로부터 동력을 전달받아 이에 연결된 풀리(182,184)를 회전시키고 이로써 상기 풀리(182,184)에 감긴 벨트, 체인 같은 동력전달부재(190)를 구동시킨다. 결과적으로, 상기 동력전달부재(190)에 연결된 기판탑재부(150)는 상기 동력전달부재(190)의 구동에 의해 가이드 레일(180)을 따라 순환 이송된다.
따라서, 가스공급부(200)에 대한 기판탑재부(150)의 이동은 곡선 이동 및 직선 이동을 포함하게 되고, 기판탑재부(150)에 안착된 기판의 처리면은 가스공급부(200)의 가스 공급면을 통과함으로써 증착 공정이 수행된다. 여기서, 상기 가스공급부(200)는 기판탑재부(150)의 직선 이동 구간 및/또는 곡선 이동 구간에 설치될 수 있고, 바람직하게는 직선 이동 구간에 설치될 수 있다.
또한, 반응챔버(100)에 있어서 기판탑재부(150)의 이송 경로 하부에는 복수의 메탈 히터(170)가 배치될 수 있고, 상기 메탈 히터(170)에 의한 간접 가열에 의해 기판탑재부(150)에 안착된 기판은 증착 공정을 수행하기 위한 온도 조건이 충족된다.
도 3c는 본 발명에 따른 박막증착장치에 도입된 슬릿형 가스공급부(200)의 단면도를 도시한 것이다. 상기 가스공급부(200)은 기판의 이송방향을 기준으로 상류로부터 하류까지 원료가스 슬릿(210), 제1 배기통로(250), 제1 퍼지가스 슬릿(220), 반응가스 슬릿(230), 제2 배기통로(260) 및 제2 퍼지가스 슬릿(240)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 원료가스 슬릿(210), 제1 배기통로(250) 및 제1,2 퍼지가스 슬릿(220,240)은 각각 별도의 가스 공급원으로부터 가스를 공급받아 슬릿을 통해 기판 처리면에 가스를 공급하고, 제1,2 배기통로(250,260)는 별개의 진공 펌프 등과 연결되어 상기 진공 펌프의 펌핑에 의해 배기가 수행된다.
상기 가스공급부(200)를 구성하는 원료가스 슬릿(210), 반응가스 슬릿(230) 및 제1,2 퍼지가스 슬릿(220,240) 각각의 너비는 서셉터에 안착된 기판의 직경과 동일하거나 약간 큰 것이 바람직하다. 또한, 가스공급부(200)를 구성하는 원료가스 슬릿(210), 반응가스 슬릿(230) 및 제1,2 퍼지가스 슬릿(220,240) 각각의 최하단부와 기판의 처리면은 약 1 내지 10mm 이격되어 있는 것이 바람직하다. 특히, 원료가스 슬릿(210) 및 반응가스 슬릿(230)의 최하단부과 기판 처리면과의 간격은 최소화되는 것이 바람직하다.
도 3c에 도시된 슬릿형 가스공급부(200)를 갖는 박막증착장치에 의한 증착 공정은, 원료가스 슬릿(210)으로부터 원료물질을 기판의 처리면에 공급함으로써 화학적으로 흡착된 원료물질의 단일 분자층을 형성하는 단계, 제1 배기통로(250)를 통해 미반응 원료물질을 배기하는 단계, 제1 퍼지가스 슬릿(220)으로부터 불활성 가스를 기판의 처리면에 공급함으로써 잔여 미반응 원료물질을 제1 배기통로(250)를 통해 배기하는 단계, 반응가스 슬릿(230)으로부터 반응물질을 기판의 처리면에 공급함으로써 단일 원자층을 형성하는 단계, 제2 배기통로(260)를 통해 미반응 반응물질 및 부산물을 배기하는 단계, 및 제2 퍼지가스 슬릿(240)으로부터 불활성 가스를 기판의 처리면에 공급함으로써 잔여 미반응 반응물질 및 부산물을 제2 배기통로(260)를 통해 배기하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 기판의 이송방향을 기준으로, 원료가스 슬릿(210)의 상류, 제1 퍼지가스 슬릿(220)과 반응가스 슬릿(230) 사이, 제2 퍼지가스 슬릿(240)의 하류에 추가의 배기통로를 배치하거나, 원료가스 슬릿(210)의 상류에 추가로 퍼지가스 슬릿을 배치함으로써, 원료가스와 반응가스의 혼합 또는 원료가스와 반응가스가 처리영역 밖으로 배출되는 것에 의한 낭비를 더욱 억제할 수 있으며, 증착 공정 수행 전 기판 처리면상에 존재하는 미세먼지 등을 제거함으로써 형성되는 박막의 균일도를 향상시킬 수 있다.
도 3d는 본 발명에 따른 기판탑재부(150)의 실시예를 도시한 것이고, 도 3e는 도 3d에 도시된 기판탑재부(150)의 분해 사시도를 도시한 것이다. 본 발명에 따른 기판탑재부(150)를 구성하는 서셉터(151)와 캐리지(152)는 예를 들어 제1,2 가이드 블록(153,154)에 의해 연결되는 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 서셉터(151)는 제1 가이드 블록(153)에, 캐리지(152)는 제2 가이드 블록(154)에, 각각 볼트 등에 의해 결합되고, 제1 가이드 블록(153)의 돌출부가 제2 가이드 블록(154)의 홈부에 끼워맞추어진 상태로 슬라이딩되어 삽입됨으로써 연결될 수 있다. 한편, 상기 돌출부는 제2 가이드 블록(154)에, 상기 홈부는 제1 가이드 블록(153)에 형성될 수도 있고, 상기 돌출부와 홈부의 형상은 다양할 수 있다.
상기 제1 가이드 블록(153)의 돌출부가 제2 가이드 블록(154)의 홈부에 끼워맞추어지는 방식은 다양할 수 있다. 예를 들어, 상기 방식은 제1 가이드 블록(153)의 돌출부가 비둘기 꼬리 형상인 더브테일(dovetail) 방식일 수 있다.
또한, 도 3f는 상기 동력전달부재(190)가 갖는 연결고리(191)의 실시예를 도시한 것이고, 도 3g는 연결부재(156)와 연결고리(191)의 연결에 의해 상기 기판탑재부(150)와 상기 동력전달부재(190)가 연결된 모습을 도시한 것이고, 도 3h는 도 3g의 AA' 파선을 기준으로 한 단면도를 도시한 것이다. 도 3g에 도시된 바와 같이, 상기 기판탑재부(150)를 구성하는 캐리지(152) 하부에는 하나 이상, 바람직하게는 4개의 바퀴(160)가 구비되어 있고, 상기 가이드 레일(180)에는 상기 바퀴(160)를 지지함으로써 상기 캐리지(152)를 가이드하는 복수의 구름부재(181)가 구비될 수 있다. 상기 구름부재(181)의 갯수는 기판탑재부(150)의 갯수 이상일 수 있다.
도 4a는 본 발명에 있어서 기판지지부(140)를 확대 도시한 것이고, 도 4b는 도 3b에 있어서 AA' 파선을 기준으로 한 사시 단면도를 부분 확대 도시한 것이며, 도 4c는 도 3b에 있어서 AA' 파선을 기준으로 한 단면도를 부분 확대 도시한 것이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 기판지지부(140)는 지지핀(141), 승하강부(142), 몸체(143), 및 구동모터(144)를 포함할 수 있다. 기판지지부(140)에 있어서, 승하강부(142)는 구동모터(144)로부터 동력을 전달받아 몸체(143)에 연결된 상태로 승강 또는 하강함으로써 결과적으로 승하강부(142) 상단에 구비된 지지핀(141)을 승강 또는 하강시킨다.
도 4b 및 4c에 도시된 바와 같이, 기판지지부(140)는 기판의 반응챔버(100)로의 인입/인출이 수행되는 기판탑재부(150)의 하부에 배치되고, 특히 기판지지부(140)를 구성하는 몸체(143) 및 구동모터(144)는 반응챔버(100)의 하부 플레이트 하단에 고정되고 승하강부(142)는 상기 하부 플레이트를 관통하여 승강 또는 하강할 수 있는 구조를 가질 수 있고, 또한 지지핀(141)은 승하강부(142)의 승강 또는 하강에 따라 기판탑재부(150)의 관통홀(159)을 관통하여 승강 또는 하강할 수 있는 구조를 가질 수 있다.
따라서, 처리될 기판은 커넥터(132)를 통해 반응챔버(100) 내로 인입된 후 승하강부(142)의 승강에 의해 승강된 지지핀(141) 위에 안착되고, 승하강부(142)의 하강에 의한 지지핀(141)의 하강에 의해 기판탑재부(150)의 기판안착면(157)에 안착된다. 반대로, 처리가 완료된 기판은 승하강부(142)의 승강에 의해 지지핀(141)에 의해 지지되면서 기판탑재부(150)의 기판안착면(157)으로부터 승강하게 되고 커넥터(132)를 통해 반응챔버(100) 밖으로 인출된다.
또한, 기판지지부(140)의 승하강부(142) 및 지지핀(141)의 하강으로 기판을 기판탑재부(150)의 기판안착면(157)에 안착시 관통홀(159) 내부에 있어서 기판의 이면과 지지핀(141)의 접촉을 그대로 유지하는 것이 바람직하다. 기판의 안착시 기판의 이면과 지지핀(141)이 분리되면 기판의 이면 중 관통홀(159)에 대향하는 부분의 온도가 기판안착면(157)과 접촉하는 부분의 온도와 상이할 수 있고, 이로써 증착을 위한 기판의 균일한 온도 프로파일을 달성할 수 없게 된다.
기판지지부(140)는 복수, 바람직하게는 3개 이상의 지지핀(141)을 포함할 수 있다. 특히, 복수의 지지핀(141)이 기판을 안정적으로 지지할 수 있도록 복수의 지지핀(141)이 위치한 지점들로부터의 각각의 거리가 동일한 중심점과 기판의 무게중심이 일치하는 것이 바람직하다. 또한, 지지핀(141)은 특히 기판과의 접촉 부위가 알루미늄 또는 고인장 수지로 구성되거나 다이아몬드형 카본 등으로 구성된 보호막이 코팅되어 내구성이 향상될 수 있다.
도 5a는 본 발명에 따른 기판지지부(140)에 있어서 몸체(142) 내부의 완충수단에 관한 실시예를 도시한 것이다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 기판지지부(140)는 이의 승하강부(142) 내부에 완충수단(145)을 구비할 수 있다. 완충수단(145)에 대한 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 스프링, 댐퍼(damper) 등이 사용될 수 있다.
이로써, 커넥터(132)를 통해 반응챔버(100) 내로 인입된 기판이 기판지지부(140)의 지지핀(141)에 안착될 때 또는 지지핀(141)의 승강에 의해 기판탑재부(150)로부터 기판을 승강시킬 때 기판 및 지지핀(141)에 가해지는 충격을 완화함으로써 기판 및 지지핀(141)의 파손 등을 예방할 수 있다.
나아가, 도 5b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 기판지지부(140)는 기판을 기판탑재부(150)에 안착시 동력에 의한 승하강부(142) 및 지지핀(141)의 하강에 의하지 않고 기판 자체의 무게에 의해 완충수단(145)이 수축함으로써 이루어질 수 있다. 이로써, 기판의 안착시 기판의 이면과 지지핀(141)의 접촉을 유지하기 위해 기판지지부(140)의 승하강부(142) 및 지지핀(141)의 하강을 정밀하게 제어할 필요가 없어지고, 따라서 용이하게 기판의 균일한 온도 프로파일을 달성할 수 있다.
이러한 경우, 완충수단(145)을 구성하는 스프링 등의 탄성 계수는 기판 무게에 의해 수축한 스프링이 다시 기판을 들어올리지 않는 범위 내에서 조절될 수 있다.
또한, 지지핀(141)에 있어서 기판과 지지핀(141)의 접촉면은 관통홀(159)의 단면과 동일한 형상인 것이 바람직하다. 또한, 지지핀(141)의 외측 둘레와 관통홀(159)의 내측 둘레 사이의 간격은 작을수록 바람직하고, 예를 들어, 1 내지 2mm일 수 있다. 구체적으로, 관통홀(159)의 단면 형상이 원 형상인 경우, 지지핀(141)의 형상은 원통형상이고, 이로써 기판과 지지핀(141)의 접촉면은 원 형상인 것이 바람직하며, 지지핀(141)에 있어서 기판과 지지핀(141)의 접촉면인 원의 직경은 관통홀(159)의 내경에 가까울수록 바람직하다.
본 발명에 따른 박막증착장치는 기판을 반응챔버(100)로 인입/인출시 기판지지부(140)의 복수의 지지핀(141)이 기판탑재부(150)의 관통홀(159)을 정확히 관통하여 승강 또는 하강할 수 있도록 기판탑재부(150)의 위치를 감지하는 별도의 센서(미도시)를 구비할 수 있다.
상기 센서는 기판지지부(140)에 대한 기판탑재부(150)의 위치를 감지할 수 있다면 특별한 제한은 없고, 예를 들어, 광센서일 수 있다. 구체적으로, 각각의 지지핀(141) 말단에는 지면과 수직하게 상부로 광을 조사하는 발광부가 구비되고, 반응챔버(100)의 챔버리드(110)의 하부에는 지지핀(141)으로부터 조사된 광을 수광부가 구비될 수 있다. 따라서, 각각의 지지핀(141) 말단에서 조사된 광이 기판탑재부(150)의 관통홀(159)을 통과해 챔버리드(110)의 수광부에 흡광되는지 여부에 따라 기판지지부(140)에 대한 기판탑재부의 위치를 감지할 수 있다.
본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
1000 : 증착 장치 100 : 반응챔버
140 : 기판지지부 150 : 기판탑재부
200 : 가스공급부

Claims (13)

  1. 반응챔버;
    상기 반응챔버 내부에서 기판 처리면에 공정가스를 공급하는 하나 이상의 가스공급부;
    기판이 안착되는 면에 복수의 관통홀이 구비된 하나 이상의 기판탑재부;
    상기 기판탑재부에 안착된 기판의 처리면이 상기 가스공급부의 가스 공급면을 대향하면서 통과하도록 상기 기판탑재부를 직선 및 곡선 이송하는 기판이송부; 및
    기판을 반응챔버로 인입 또는 인출하기 위해 상기 관통홀을 관통하여 승강 또는 하강함으로써 기판을 지지하여 승강 또는 하강시키는 복수의 지지핀을 갖는 기판지지부를 포함하는, 박막증착장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판이송부는 동력전달부재, 상기 동력전달부재를 구동하는 구동부 및 상기 동력전달부재 외곽에 배치된 가이드 레일을 포함하고, 상기 기판탑재부는 상기 동력전달부재에 연결되고 상기 가이드 레일에 지지된 상태로 상기 동력전달부재의 구동에 의해 상기 가이드 레일을 따라 이송되는 것을 특징으로 하는, 박막증착장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    기판이 상기 기판탑재부에 안착된 상태에서 상기 기판의 이면과 상기 지지핀이 접촉을 유지하고 있는 것을 특징으로 하는, 박막증착장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기판지지부는 상기 지지핀 하부에 완충수단을 추가로 포함하고,
    상기 지지핀은 지지된 기판의 무게에 의해 완충수단을 수축시키면서 하강함으로써 상기 기판을 상기 기판탑재부에 안착시키는 것을 특징으로 하는, 박막증착장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기판지지부는 몸체, 상기 몸체에 연결되어 승강 또는 하강하고 복수의 지지핀이 구비되고 상기 지지핀 하부에는 완충수단이 구비된 승하강부, 상기 몸체에 연결된 상기 승하강부를 승강 또는 하강하기 위한 동력을 제공하는 구동모터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 박막증착장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 완충수단이 스프링 또는 댐퍼인 것을 특징으로 하는, 박막증착장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 관통홀의 단면과 상기 지지핀의 단면이 동일한 형상이고 상기 지지핀의 외측 둘레와 관통홀의 내측 둘레 사이의 간격이 1 내지 2mm인 것을 특징으로 하는, 박막증착장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 지지핀의 소재가 알루미늄 또는 고인장 수지인 것을 특징으로 하는, 박막증착장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 지지핀 중 기판과 접촉하는 부분에 다이아몬드형 카본을 포함하는 보호막이 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는, 박막증착장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 지지핀이 3개 이상인 것을 특징으로 하는, 박막증착장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 지지핀이 위치한 지점들로부터의 각각의 거리가 동일한 중심점과 상기 지지핀에 지지된 기판의 무게중심이 일치하는 것을 특징으로 하는, 박막증착장치.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기판지지부에 대한 상기 기판탑재부의 위치를 감지하는 센서를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 박막증착장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 센서는, 상기 지지핀 상부에 지면과 수직으로 광을 조사하는 발광부를 구비하고 상기 반응챔버 상부에 상기 발광부에서 조사된 광을 흡광하는 흡광부를 구비함으로써, 상기 발광부에서 조사된 광이 상기 기판탑재부의 관통홀을 통과해 상기 흡광부에 도달하는지 여부를 감지하는 광센서인 것을 특징으로 하는, 박막증착장치.
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