KR20140054696A - 기판 처리 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
기판 처리 장치가 개시된다. 기판 처리 장치는 하우징; 상기 하우징의 내부에 위치하며, 내부에 공간이 형성된 챔버; 상기 챔버의 내부에 위치하며, 기판을 지지하는 서셉터; 상기 챔버의 내부에서 상기 서셉터의 상면과 마주하도록 위치하고, 상기 챔버의 상부벽과 고정 결합하며, 상기 챔버보다 내열성이 우수한 재질의 상부 라이너; 상기 서셉터 주위를 에워싸고 상기 상부 라이너를 지지하는 측부 라이너; 상기 서셉터와 상기 상부 라이너의 사이 공간으로 공정 가스를 공급하는 노즐; 상기 서셉터로부터 이격하여 상기 서셉터의 하부에 위치하는 히터; 상기 하우징의 상부벽과 상기 챔버의 상부벽 사이 공간에 위치하는 센서; 상기 상부 라이너와 상기 서셉터의 사이 거리가 일정하게 유지되도록 상기 서셉터를 상하방향으로 이동시키는 서셉터 구동부를 포함하되, 상기 센서는 상기 챔버의 상부벽 높이, 상기 상부 라이너의 높이 그리고 상기 서셉터의 상면 높이 중 어느 하나를 측정하며,상기 서셉터 구동부는 상기 센서에서 측정된 데이터로부터 상기 서셉터의 이동거리를 결정한다.
Description
본 발명은 기판을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공정 가스를 공급하여 기판을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 칩이나 발광다이오드(LED)와 같은 집적회로의 제조 공정은 기판에 박막을 증착하는 공정을 포함한다. 최근 반도체 소자가 미세화되고, 고효율 및 고출력의 엘이디(LED)가 개발됨에 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(MOCVD)의 하나로, 유기금속의 열분해 반응을 이용해 기판상에 금속화합물을 퇴적 및 부착시키는 방법이다.
도 1은 금속 유기 화학 기상 증착을 수행하는 기판 처리 장치의 일 예로, 챔버(10)의 내부에는 챔버(10)의 내벽을 보호하는 라이너(20)가 제공된다. 금속 유기 화학 기상 증착법은 고온의 환경에서 공정가스를 기판(S)상에 증착하는 공정으로, 공정이 진행되는 동안 챔버(10)의 내부가 700℃ 내지 1300℃로 유지된다. 챔버(10)는 내열성이 약한 재질로 제공되므로, 공정 온도로 인해 도 2와 같이 열변형이 발생한다. 열변형으로 인해, 챔버(10)의 상부벽(11)은 중앙영역이 아래로 처짐이 발생한다. 챔버 상부벽(11)의 처짐으로 이와 고정 연결된 상부 라이너(22)가 함께 아래로 이동한다. 상부 라이너(22)의 이동은 상부 라이너(22)와 서셉터(30)와의 사이 거리를 좁히므로, 처리 공간(23)의 부피가 감소된다. 처리 공간(23)의 부피 감소는 공정가스의 균일도 및 공정의 재현성 확보를 어렵게 한다.
본 발명의 실시예는 공정가스의 균일도 및 공정의 재현성을 확보할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는 하우징; 상기 하우징의 내부에 위치하며, 내부에 공간이 형성된 챔버; 상기 챔버의 내부에 위치하며, 기판을 지지하는 서셉터; 상기 챔버의 내부에서 상기 서셉터의 상면과 마주하도록 위치하고, 상기 챔버의 상부벽과 고정 결합하며, 상기 챔버보다 내열성이 우수한 재질의 상부 라이너; 상기 서셉터 주위를 에워싸고 상기 상부 라이너를 지지하는 측부 라이너; 상기 서셉터와 상기 상부 라이너의 사이 공간으로 공정 가스를 공급하는 노즐; 상기 서셉터로부터 이격하여 상기 서셉터의 하부에 위치하는 히터; 상기 하우징의 상부벽과 상기 챔버의 상부벽 사이 공간에 위치하는 센서; 상기 상부 라이너와 상기 서셉터의 사이 거리가 일정하게 유지되도록 상기 서셉터를 상하방향으로 이동시키는 서셉터 구동부를 포함하되, 상기 센서는 상기 상부 라이너와 상기 서셉터의 상면 사이의 거리를 직접 또는 간접적으로 측정하고, 상기 서셉터 구동부는 상기 센서에서 측정된 데이터로부터 상기 서셉터의 이동거리를 결정한다.
일 예에 의하면, 상기 센서는 상기 챔버의 상부벽 높이, 상기 상부 라이너의 높이 그리고 상기 서셉터의 상면 높이 중 어느 하나를 측정할 수 있다.
또한, 상기 하우징에 결합되고, 상기 센서를 지지하는 센서 지지부를 더 포함하되, 상기 센서 지지부는 상기 하우징의 상부벽에 대한 상기 센서의 상대 높이가 조절가능할 수 있다.
또한, 상기 센서 지지부는 복수 개의 레일이 서로 연결되어 상기 하우징의 상부벽으로부터 아래로 연장되고 그 끝단에 상기 센서가 지지되며, 상기 챔버의 상부벽이 개방되어 위쪽으로 이동하는 경우, 상기 레일들은 상기 챔버의 상부벽에 밀려 서로에 대해 슬라이드 이동하여 상기 센서의 높이를 조절할 수 있다.
또한, 상기 센서 지지부는 상기 하우징에 장착되는 복수의 도르래; 및 일단이 상기 챔버의 상부벽과 연결되고, 상기 도르래들에 거치며, 타단에 상기 센서가 연결되는 와이어를 포함하되, 상기 챔버의 상부벽이 개방되어 위쪽으로 이동하는 경우, 상기 센서는 상기 와이어에 이끌려 위쪽으로 이동될 수 있다.
또한, 상기 챔버의 상부벽에는 사파이어 재질의 윈도우가 제공되며, 상기 센서는 상기 윈도우를 통해 상기 상부 라이너의 높이를 측정할 수 있다.
또한, 상기 챔버의 상부벽에는 제1윈도우가 제공되고, 상기 상부 라이너에는 상기 제1윈도우보다 내열성이 우수한 재질의 제2윈도우가 상기 제1윈도우와 대향하여 제공되며, 상기 센서는 상기 제1윈도우 및 상기 제2윈도우를 통해 상기 서셉터의 상면 높이를 측정할 수 있다.
또한, 상기 제1윈도우는 사파이어 재질을 가지고, 상기 제2윈도우는 쿼츠 재질을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 방법은 챔버의 상부벽에 고정 결합된 상부 라이너와 기판이 놓인 서셉터 사이 공간으로 공정 가스를 공급하고, 상기 기판을 가열하여 공정 처리하되, 공정이 진행되는 동안, 상기 상부 라이너와 상기 서셉터의 상면 사이 거리 변화를 측정하고, 상기 거리 변화에 대응하여 상기 서셉터를 승강시켜 상기 상부 라이너와 상기 서셉터의 상면 사이를 기 설정된 거리로 유지시킨다.
또한, 상기 상부 라이너와 상기 서셉터의 상면 사이 거리 변화 측정은 상기 챔버의 외부에 제공된 센서가 상기 챔버의 상부벽의 높이 변화량을 측정하고, 상기 챔버 상부벽의 높이 변화량으로부터 상기 상부 라이너와 상기 서셉터의 상면 사이 거리 변화량을 판단할 수 있다.
또한,상기 상부 라이너와 상기 서셉터의 상면 사이 거리 변화 측정은, 상기 상부 라이너의 높이 변화를 측정하고, 상기 상부 라이너의 높이 변화량으로부터 상기 상부 라이너와 상기 서셉터의 상면 사이 거리 변화량을 판단할 수 있다.
또한, 상기 상부 라이너의 높이 변화 측정은, 상기 챔버의 외부에 위치한 센서가 상기 챔버의 상부벽에 제공된 사파이어 재질의 윈도우를 통해 측정할 수 있다.
또한, 상기 상부 라이너와 상기 서셉터의 상면 사이 거리 변화 측정은, 상기 챔버의 외부에 고정 위치한 센서와 상기 서셉터의 상면 사이 거리 변화를 측정하고, 측정값으로부터 상기 상부 라이너와 상기 서셉터의 상면 사이 거리 변화량을 판단하되, 상기 센서는 상기 챔버의 상부벽에 제공된 제1윈도우와 상기 상부 라이너에 제공된 제2윈도우를 통해 상기 서셉의 상면과의 거리를 측정할 수 있다.
또한, 상기 센서는 상기 챔버를 수용하는 하우징의 상부벽으로부터 아래로 순차적으로 연결된 복수 개의 레일들에 지지되며, 상기 챔버의 상부벽이 개방되는 경우, 상기 레일들은 상기 챔버의 상부벽에 의해 위쪽으로 밀리며 서로에 대해 슬라이드 이동하여 상기 센서를 위쪽으로 이동시킬 수 있다.
또한, 상기 센서는 상기 챔버의 상부벽에 일단이 연결된 와이어의 타단에 연결되고, 상기 와이어는 상기 챔버를 수용하는 하우징에 장착된 복수의 도르레들을 순차적으로 거치며, 상기 챔버의 상부벽이 개방되어 위쪽으로 이동하는 경우, 상기 센서는 상기 와이어에 이끌려 위쪽으로 이동될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 처리공간이 기 설정된 부피로 일정하게 유지되므로, 각 공정마다 처리공간 내의 가스 밀도가 균일하게 유지될 수 있다.
도 1은 종래의 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 챔버에 열변형이 발생된 모습을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 서셉터의 상면을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기판 지지판을 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 공급 유닛을 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6의 노즐을 나타내는 수평 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 노즐을 나타내는 수직 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 가스 배기 유닛을 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 챔버에 열변형이 발생된 모습을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 챔버의 상부벽이 개방되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 15는 도 14의 기판 처리 장치에서 챔버의 상부벽이 개방되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 챔버에 열변형이 발생된 모습을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 서셉터의 상면을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기판 지지판을 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 공급 유닛을 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6의 노즐을 나타내는 수평 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 노즐을 나타내는 수직 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 가스 배기 유닛을 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 챔버에 열변형이 발생된 모습을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 챔버의 상부벽이 개방되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 15는 도 14의 기판 처리 장치에서 챔버의 상부벽이 개방되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
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, 기판 처리 장치는 엘이디(LED) 제조용 금속 유기 화학 기상 증착 장치이고, 제공되는 기판은 사파이어 및 실리콘카바이드 기판일 수 있다. 이와 달리, 기판 처리 장치는 반도체 칩 제조용 금속 유기 화학 기상 증착 장치이고, 기판은 실리콘 웨이퍼일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 기판 처리 장치(1000)는 하우징(100), 챔버(200), 기판 지지 유닛(300), 라이너 유닛(400), 히터(500), 가스 공급 유닛(600), 가스 배기 유닛(700), 그리고 센싱 유닛(800)을 포함한다. 하우징(100)은 챔버(200)를 지지하고, 챔버(200)는 공정 처리가 수행되는 공간을 제공한다. 기판 지지 유닛(300)은 기판(S)을 지지하며, 라이너 유닛(400)은 챔버(200) 내벽을 보호한다. 히터(500)는 기판(S)을 가열한다. 가스 공급 유닛(600)은 기판(S)으로 공정 가스를 공급하고, 가스 배기 유닛(700)은 기판 처리에 제공된 공정 가스를 챔버(200) 외부로 배기한다. 그리고 센싱 유닛(800)은 기판 처리 공간이 기 설정된 부피를 유지하도록 제어한다. 이하, 각 구성에 대해 상세하게 설명한다.
하우징(100)은 사각 형상의 박스(box)로 내부에 공간이 형성된다. 하우징(100)의 내부에는 챔버(200)가 위치한다. 하우징(100)의 측벽에는 지지턱(120)이 내측으로 돌출된다. 지지턱(120)에는 챔버(200)가 놓인다.
챔버(200)의 내부에는 공간이 형성된다. 챔버(200)는 상부벽(210), 측벽(220), 그리고 하부벽(230)이 조합되어 내부 공간을 형성한다. 챔버(200)의 상부벽(210)은 하우징(100)의 상부벽(110)으로부터 아래 방향으로 소정 거리 이격하여 위치한다. 상부벽(210)은 챔버(200) 내부를 개방할 수 있다. 작업자는 챔버(200) 내부에 제공되는 장치를 유지 보수할 경우, 상부벽(210)을 개방한다. 또한, 챔버(200)에 기판(S)이 출입하는 경우, 상부벽(210)이 개방될 수 있다. 챔버(200)는 내열성이 약한 금속 재질로 제공될 수 있다. 챔버(200)는 스테인레스 재질로 제공될 수 있다.
기판 지지 유닛(300)은 챔버(200) 내부에서 기판(S)을 지지한다. 기판 지지 유닛(300)은 복수 매의 기판(S)을 동시에 지지할 수 있다. 실시예에 의하면, 기판 지지 유닛(300)은 서셉터(310), 기판 지지판(320), 그리고 서셉터 구동부(330)를 포함한다.
서셉터(310)는 챔버(200) 내부에 위치한다. 서셉터(310)는 소정 두께를 갖는 원판으로, 상면이 하면보다 큰 반경을 가지고, 측면이 하향 경사질 수 있다. 도 4와 같이, 서셉터(310)의 상면에는 수용홈(311, 312)이 복수 개 형성될 수 있다. 수용홈(311, 312)은 원형 홈으로, 소정 깊이로 형성될 수 있다. 서셉터(310)의 상면 중앙영역에는 중앙 수용홈(311)이 형성된다. 중앙 수용홈(311)에는 노즐(610)의 끝단이 위치될 수 있다.
서셉터(310)의 상면 가장자리영역에는 주변 수용홈(312)들이 형성된다. 주변 수용홈(312)들은 중앙 수용홈(311)의 주변에 형성된다. 주변 수용홈(312)들은 다양한 형상으로 배치될 수 있다. 실시예에 의하면, 주변 수용홈(312)들은 서로 조합하여 링 형상으로 배치될 수 있다. 주변 수용홈(312)들에는 기판 지지판(320)이 놓인다.
주변 수용홈(312)들의 바닥면에는 돌기(313), 분사홀(314), 그리고 안내홈(315)이 형성된다. 돌기(313)는 주변 수용홈(312)의 바닥면 중앙에서 소정 높이로 돌출된다. 분사홀(314)은 돌기(313) 주변에 복수 개 형성된다. 분사홀(314)들은 가스를 공급하는 가스 공급 유로(317)들과 연결되며, 가스를 분사한다. 분사된 가스는 주변 수용홈(312)에 놓인 기판 지지판(320)을 부양시킨다.
안내홈(315)은 복수 개 형성되며, 분사홀(314)들과 각각 연결된다. 안내홈(315)은 소정 길이를 가지며, 라운드지게 제공된다. 안내홈(315)은 분사홀(314)에서 분사된 가스의 흐름을 안내한다. 가스는 안내홈(315)을 따라 이동하며, 부양된 기판 지지판(320)을 회전시킨다.
서셉터 구동부(330)는 서셉터(310)를 회전 및 승강시킨다. 서셉터 구동부(330)는 회전축(331) 및 모터(332)를 포함한다. 회전축(331)은 서셉터(310)의 하부에서 서셉터(310)를 지지한다. 모터(332)는 회전축(331)을 회전 및 승강시킨다. 실시예에 의하면, 모터(332)는 기판 지지판(320)이 회전되는 동안, 서셉터(310)를 회전시킬 수 있다. 이와 달리, 기판 지지판(320)이 회전되는 동안, 서셉터(310)는 회전이 제한될 수 있다.
도 5를 참조하면, 기판 지지판(320)은 두께가 얇은 원판으로 주변 수용홈(312)에 수용된다. 기판 지지판(320)의 상면에는 기판 수용홈(321)이 형성된다. 기판 수용홈(321)은 소정 깊이로 형성되며, 기판(S)을 수용한다. 기판 수용홈(321)은 기판(S)의 반경에 상응하거나 그보다 큰 반경을 가질 수 있다. 기판 지지판(320)의 저면에는 고정홈(322)이 형성된다. 고정홈(322)에는 주변 수용홈(312)의 바닥면에 형성된 돌기(313)가 위치한다. 기판 지지판(320)은 전기 전도율이 높은 재질로 제공될 수 있다. 기판 지지판(320)은 흑연 재질로 제공될 수 있다. 기판 지지판(320)은 복수 개 제공되며, 주변 수용홈(312)들 각각에 수용된다.
라이너 유닛(400)은 챔버(200) 내부에 위치하며, 챔버(200) 내벽을 보호한다. 라이너 유닛(400)은 챔버(200) 내벽에 공정 가스가 부착되거나, 챔버(200) 내벽과 공정 가스가 반응하는 것을 차단한다. 라이너 유닛(400)은 상부 라이너(410), 측부 라이너(420), 그리고 체결 부재(430)를 포함한다.
상부 라이너(410)는 두께가 얇은 판으로, 서셉터(310)의 상부에서 서셉터(310)의 상면과 나란하게 배치된다. 상부 라이너(410)는 챔버(200)의 상부벽(210)으로부터 소정 거리 이격하여 위치한다. 상부 라이너(410)는 서셉터(310)의 상면보다 큰 면적을 가진다. 실시예에 의하면, 상부 라이너(410)는 원판이며, 서셉터(310)의 상면보다 큰 반경을 가진다. 상부 라이너(410)의 중심에는 삽입공이 형성된다. 삽입공에는 노즐(610)이 위치한다.
측부 라이너(420)는 상·하면이 개방되며, 내부에 공간이 형성된 통 형상을 가진다. 측부 라이너(420)는 상부 라이너(410)의 하부에서 상부 라이너(410)를 지지한다. 측부 라이너(420)는 상부 라이너(410)에 상응하는 반경을 가지며, 상단에 상부 라이너(410)가 놓인다. 측부 라이너(420)는 서셉터(310)의 주변을 에워싸도록 배치된다. 상부 라이너(410)와 측부 라이너(420)에 의해 구획되는 공간은 기판에 대한 공정 처리가 수행되는 처리 공간(422)으로 제공된다.
상부 라이너(410)와 측부 라이너(420)는 챔버(200)보다 내열성이 우수한 재질로 제공된다. 상부 라이너(410)와 측부 라이너(420)는 그라파이트 재질로 제공될 수 있다.
체결 부재(430)는 상부 라이너(410)를 챔버(200)의 상부벽(210)에 고정시킨다. 체결 부재(430)는 플랜지(431)와 볼트(432)를 포함한다. 플랜지(431)는 삽입공이 형성된 상부 라이너(410)의 내측단에 고정 체결된다. 볼트(432)는 챔버(200)의 상부벽(210)과 플랜지(431)를 체결한다. 체결 부재(430)에 의하여, 상부 라이너(410)와 챔버(200)의 상부벽(210)과 일체로 이동한다. 상부벽(210)이 챔버(200)의 내부를 개방하는 경우, 상부 라이너(410)는 상부벽(210)과 함께 이동한다.
히터(500)는 서셉터(310)의 하부에 위치한다. 히터(500)는 서셉터(310)의 하면으로부터 소정 거리 이격된다. 히터(500)는 코일로 제공되며, 동일 높이에서 나선 형상으로 회전축(331) 주변에 복수 회 감긴다. 히터(500)에서 발생된 열은 서셉터(310)와 기판 지지판(320)을 통해 기판(S)으로 전달되며, 기판(S)을 가열한다. 히터(500)는 기판(S)을 고온으로 가열한다. 실시예에 의하면, 기판(S)은 700℃ 내지 1300℃로 가열될 수 있다.
가스 공급 유닛(600)은 상부 라이너(410)와 서셉터(310) 사이 공간으로 공정 가스와 퍼지 가스를 공급한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 공급 유닛을 나타내는 도면이고, 도 7은 도 6의 노즐을 나타내는 수평 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 가스 공급 유닛(600)은 노즐(610), 제1가스 공급라인(641), 제2가스 공급라인(642), 그리고 퍼지 가스 공급라인(643)을 포함한다.
노즐(610)은 챔버(200)의 상부벽(210) 중앙으로부터 아래로 제공되며, 그 끝단이 서셉터(310)의 중앙 수용홈(311)에 위치한다. 노즐(610)은 상단이 챔버(200)의 상부벽(210)에 걸쳐 지지될 수 있다. 노즐(610)의 내부는 복수의 공간으로 구획되어 형성된다. 실시예에 의하면, 노즐(610)이 내부에는 3개의 공간(611 내지 613)이 형성된다. 제1공간(611)은 노즐(610)의 중앙영역에 형성된다. 제2공간(612)은 제1공간(611)의 둘레를 따라 링 형상으로 형성된다. 제3공간(613)은 제2공간(612)의 둘레를 따라 링 형상으로 형성된다. 제1 내지 제3공간(611 내지 613)은 구획벽에 의해 구획되며 서로 연통되지 않는다.
노즐(610)의 측벽에는 퍼지가스 분사구(621, 622)와 공정가스 분사구(623 내지 625)가 형성될 수 있다.
퍼지가스 분사구(621, 622)는 상부 라이너(410)에 인접한 노즐(610) 영역과 노즐(610) 끝단에 인접한 영역에 각각 형성될 수 있다. 퍼지가스 분사구(621, 622)는 노즐(610) 둘레를 따라 복수 개 형성된다. 퍼지가스 분사구(621, 622)는 제3공간(613)과 연통된다. 제3공간(613)에 공급된 퍼지 가스는 퍼지 가스 분사구(621, 622)들을 통해 처리 공간(422)으로 분사된다.
공정 가스 분사구(623 내지 625)는 제1가스를 분사하는 제1가스 분사구(623)와, 제2가스를 분사하는 제2가스 분사구(624, 625)로 구분된다. 제1가스 분사구(623)는 상부에 형성된 퍼지 가스 분사구(621)들과 하부에 형성된 퍼지 가스 분사구(622)들 사이에 형성된다. 제1가스 분사구(623)는 노즐(610)의 둘레를 따라 복수 개 형성된다. 제1가스 분사구(623)는 제1내관(631)을 통해 제1공간(611)과 연통된다. 제1내관(631)은 복수 개가 제1공간(611)을 중심으로 방사상으로 배치되며, 제1가스 분사구(623)들 각각과 연결된다. 제1공간(611)으로 공급된 제1가스는 제1내관(631)과 제1가스 분사구(623)를 순차적으로 거쳐 처리 공간(422)으로 분사된다.
제2가스 분사구(624, 625)는 상부에 형성된 퍼지 가스 분사구(621)들과 제1가스 분사구(623)들 사이 영역, 그리고 제1가스 분사구(623)들과 하부에 형성된 퍼지 가스 분사구(622)들 사이 영역에 각각 형성된다. 제2가스 분사구(624, 625)는 노즐(610)의 둘레를 따라 복수 개 형성된다. 제2가스 분사구(624, 625)는 제2내관(632, 633)을 통해 제2공간(612)과 연통된다. 제2내관(632, 633)은 복수 개가 제2공간(612)을 중심으로 방사상으로 배치되며, 제2가스 분사구(624, 625)들 각각과 연결된다. 제2공간(612)으로 공급된 제2가스는 제2내관(632, 625)과 제2가스 분사구(624, 625)를 순차적으로 거쳐 처리 공간(422)으로 분사된다. 제1가스 분사구(623)와 제2가스 분사구(624, 625)에서 분사된 제1 및 제2가스는 처리 공간(422)에서 혼합되고 기판(S)에 증착된다.
제1가스 공급라인(641)은 노즐(610)의 상단에서 제1공간(611)과 연결된다. 제1가스 공급라인(641)은 제1공간(611)으로 제1가스를 공급한다. 제1가스는 유기금속인 Ⅲ족 원소의 가스일 수 있다. 제1가스는 트리메틸갈륨(TMG) 또는 트리메틸알루미늄(TMA)일 수 있다.
제2가스 공급라인(642)은 노즐(610)의 상단에서 제2공간(612)과 연결될 수 있다. 제2가스 공급 라인(642)은 제2공간(612)으로 제2가스를 공급한다. 제2가스는 V족원소가 수소화물로서 제공될 수 있다. 제2가스는 포스핀(PH3), 수소화비소(AsH3), 또는 암모니아(NH3)일 수 있다.
퍼지 가스 공급라인(643)은 노즐(610)의 상단에서 제3공간(613)과 연결될 수 있다. 퍼지 가스 공급라인(643)은 제3공간(613)으로 퍼지 가스를 공급한다. 퍼지가스는 질소가스(N2)일 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 노즐을 나타내는 수직 단면도이다.
도 8을 참조하면, 노즐(650)의 내부에는 제1공간(651)과 제2공간(652)이 형성된다. 제1공간(651)은 노즐(650)의 중앙영역에 형성되고, 제2공간(652)은 제1공간(651)의 둘레를 따라 링 형상으로 형성된다. 제1공간(651)과 제2공간(652)은 구획벽에 의해 구획된다.
노즐(650)의 외측면에는 퍼지 가스 분사구(661, 662)와 공정 가스 분사구(663)가 형성된다. 퍼지 가스 분사구(661, 662)는 상부 라이너(210)에 인접한 노즐(650) 영역과, 노즐(650)의 끝단에 인접한 영역에 각각 형성된다. 공정가스 분사구(663)는 상부에 형성된 퍼지 가스 분사구(661)와 하부에 형성된 퍼지 가스 분사구(662) 사이에 형성된다. 공정 가스 분사구(663)는 내관(664)을 통해 제1공간(651)과 연통된다.
제1가스 공급라인(641)과 제2가스 공급라인(642)은 노즐(650)의 상단에서 제1공간(651)와 연결된다. 제1가스 공급라인(641)은 제1공간(651)으로 제1가스를 공급하고, 제2가스 공급라인(642)은 제1공간(651)으로 제2가스를 공급한다. 제1가스와 제2가스는 제1공간(651)에서 혼합되고, 내관(664)과 공정가스 분사구(663)를 통해 처리 공간(422)으로 분사된다. 제1가스와 제2가스가 혼합된 가스는 기판(S)에 증착된다.
퍼지 가스 공급라인(643)은 노즐(610)의 상단에서 제2공간(652)과 연결된다. 퍼지 가스 공급라인(643)은 제2공간(652)으로 퍼지 가스를 공급한다. 퍼지 가스는 퍼지 가스 분사구(661, 662)들을 통해 처리 공간(422)으로 분사된다.
다시 도 3을 참조하면, 가스 배기 유닛(700)은 기판(S) 처리 후 처리 공간(422)에 머무르는 가스를 챔버(200) 외부로 배기한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 가스 배기 유닛을 나타내는 사시도이다.
도 3 및 도 9를 참조하면, 가스 배기 유닛(700)은 배기판(710), 배기관(720), 탄성 부재(730)를 포함한다. 배기판(710)은 링 형상의 판으로, 서셉터(310)의 둘레를 따라 제공된다. 배기판(710)의 상면은 서셉터(31)의 상면에 상응하거나 그보다 낮게 위치할 수 있다. 배기판(710)의 상면에는 측부 라이너(420)가 놓인다. 배기판(710)의 상면 영역 중 측부 라이너(420)가 놓인 영역 내측에는 배기홀(711)이 형성된다. 배기홀(711)은 배기판(710)의 상면을 따라 복수 개 형성된다.
배기판(710)의 내부에는 배기 유로(712)가 형성된다. 배기 유로(712)는 배기판(710)의 둘레를 따라 링 형상으로 형성되며, 배기홀(711)들과 연통된다.
배기관(720)은 배기판(710)의 하면과 연결되며, 배기 유로(712)와 연통된다. 실시예에 의하면, 배기관(720)은 복수 개 제공되며, 서로 상이한 위치에서 배기판(710)과 결합된다. 배기관(720)들은 단계별로 합쳐져 중간 배기관(721)으로 연결되고, 중간 배기관(721)들은 하나의 메인 배기관(722)으로 합쳐진다. 메인 배기관(722)에는 진공 펌프(미도시)가 설치된다. 실시예에 의하면, 배기관(720)들은 4개 지점에서 배기판(710)과 연결되고, 한 쌍씩 중간 배기관(721)으로 합쳐진다. 그리고 2개의 중간 배기관(721)은 메인 배기관(722)으로 합쳐진다.
진공 펌프에서 인가된 진공압은 메인 배기관(722), 중간 배기관(721), 배기관(720), 그리고 배기 유로(712)를 순차적으로 거쳐 배기홀(711)들 각각에 인가된다. 진공압은 배기 유로(712)를 거치므로, 배기홀(711)들 각각에는 진공압이 균일하게 인가될 수 있다. 배기홀(711)들에 인가된 진공압은 처리 공간(422)에 인가되며, 처리 공간(422)에 머무르는 가스는 배기홀(711)들로 유입된다. 가스는 배기홀(711)들 각각에 균일하게 유입될 수 있다.
탄성 부재(730)는 배기판(710)의 하면에 제공된다. 탄성 부재(730)는 배기판(710)에 힘이 가해지는 경우, 배기판(710)에 탄성력을 인가한다. 예컨대, 배기판(710)의 상면에 측부 라이너(420)가 놓이거나, 상부 라이너(410)가 개방되는 경우, 탄성력을 제공하여 배기판(710)을 안정적으로 지지한다. 탄성 부재(730)는 스프링이 제공될 수 있다. 스프링(730)은 배기판(710)의 둘레를 따라 복수 개 제공될 수 있다.
센싱 유닛(800)은 처리 공간(422)이 기 설정된 부피로 유지되도록 조절한다. 센싱 유닛(800)은 센서(810), 센서 지지부(820), 그리고 제어부(830)를 포함한다.
센서(810)는 챔버(200)의 상부벽(210)과 하우징(100)의 상부벽(110) 사이 공간에 제공될 수 있다. 센서(810)는 공정 진행 중 상부 라이너(410)과 서셉터 사이의 거리를 직접 또는 간접적으로 측정한다. 일 예에 의하면, 센서(810)는 챔버(200)의 상부벽(210) 높이 변화를 측정한다. 히터(500)에서 발생된 열은 처리 공간(422)을 가열한다. 실시예에 의하면, 처리 공간(422)은 700℃ 내지 1300℃으로 가열될 수 있다. 처리 공간(422)의 열은 상부 라이너(410)와 챔버(200)의 상부벽(210)에 전달된다. 상부 라이너(410)에 비해 상대적으로 열에 약한 챔버(200)의 상부벽(210)은 도 10과 같이 열변형이 발생할 수 있다. 열변형으로 챔버(200)의 상부벽(210)은 중앙영역이 아래로 처질 수 있다. 센서(810)는 이러한 요인으로 인한 챔버(200)의 상부벽(210) 높이 변화를 측정한다.
센서 지지부(820)는 하우징(100)에 장착되며, 센서(810)를 지지한다. 센서 지지부(820)는 하우징(100)의 상부벽(110)에 장착될 수 있다. 실시예에 의하면, 센서 지지부(820)는 복수 개의 레일(821)이 서로 연결되며, 서로에 대해 슬라이드 이동가능하도록 제공될 수 있다. 센서(810)는 가장 아래에 위치하는 레일(821)에 지지된다. 도 11과 같이, 챔버(200)의 상부벽이 개방되는 경우, 레일(821)들은 챔버(200)의 상부벽(210)에 밀려 겹쳐지고, 센서(810)는 상부로 이동한다. 이로 인해 작업자가 챔버(200)의 상부벽(210)을 개방하는 경우, 센서(810)에 의한 간섭이 방지될 수 있다.
센서(810)에서 측정된 데이터는 제어부(830)에 전달된다. 제어부(830)는 챔버 상부벽(210)의 열변형으로 인한 처리 공간(422)의 부피 변화를 판단한다. 처리 공간(422)의 부피는 상부 라이너(410)와 서셉터(310)의 상면 사이 거리에 비례한다. 챔버(200)의 상부벽(210)에 열변형이 발생하는 경우, 상부 라이너(410)는 챔버(200)의 상부벽(210) 처짐으로 인해 아래로 이동한다. 상부 라이너(410)의 이동으로 상부 라이너(410)와 서셉터(310)의 상면 사이 거리가 가까워지며, 처리 공간(422)의 부피가 감소한다. 처리 공간(422)의 부피 감소는 처리 공간(422)에 머무르는 공정 가스의 밀도를 증가시키고, 기판(S)에 증착되는 가스의 유량에 영향을 미친다. 따라서, 공정 처리가 균일하게 일어나기 위해서는 처리 공간(422)의 부피가 기 설정된 부피로 일정하게 유지될 것이 요구된다. 제어부(830)는 챔버 상부벽(410)에 처짐이 발생할 경우, 서셉터(310)가 아래로 이동하도록 서셉터 구동부(330)를 제어한다. 제어부(830)는 센서(810)에서 측정된 챔버 상부벽(210)의 처짐량에 대응하여 서셉터(310)를 아래로 이동시킨다. 이로 인해, 처리 공간(422)은 기 설정된 부피로 유지될 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 센서(810)는 상부 라이너(410)의 높이 변화를 직접 측정할 수 있다. 이를 위해, 챔버(200)의 상부벽(210)에는 윈도우(211)가 제공된다. 윈도우(211)는 사파이어 재질로 제공될 수 있다. 센서(810)는 윈도우(211)를 투과하여 상부 라이너(410)의 높이 변화를 측정한다. 센서(810)에서 측정된 데이터는 제어부(830)에 전달되며, 제어부(830)는 상부 라이너(410)의 높이 변화에 대응하여 서셉터(310)를 아래로 이동시킨다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 13을 참조하면, 센서(810)는 서셉터(310)의 상면 높이 변화를 측정할 수 있다. 이를 위해 챔버(200)의 상부벽(210)에는 제1윈도우(211)가 제공되고, 상부 라이너(410)에는 제2윈도우(411)가 제공된다. 제1윈도우(211)와 제2윈도우(411)는 상하방향으로 센서(210)와 동일 선상에 위치할 수 있다. 제2윈도우(411)는 제1윈도우(211)보다 내열성이 우수한 재질로 제공될 수 있다. 제1윈도우(211)는 사파이어 재질로 제공되고, 제2윈도우(411)는 쿼츠 재질로 제공될 수 있다.
센서(810)는 제1윈도우(211)와 제2윈도우(411)를 순차적으로 투과하여 서셉터(310)의 상면 높이를 측정한다. 측정된 데이터로부터 서셉터(310)와 상부 라이너 (410)간의 상대 거리를 측정하고, 이로부터 상부 라이너(410)의 높이 변화를 판단할 수 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 14를 참조하면, 센서 지지부(850)는 와이어(851)와 복수의 도르래(852 내지 854)를 포함한다. 와이어(851)는 일단이 챔버(200)의 상부벽(210)에 고정 연결되고, 타단에는 센서(810)가 연결된다.
도르래(852 내지 854)들은 하우징(100)에 장착되며, 와이어(851)를 지지한다. 도르래(852 내지 854)들은 챔버(200)의 상부벽(210)이 개방되어 위쪽으로 이동하는 경우, 센서(810)가 함께 위쪽으로 이동하도록 와이어(851)를 지지한다. 실시예에 의하면, 도르래(852 내지 854)는 3개 제공될 수 있다. 제1도르래(852)는 챔버(200)의 상부벽(210) 일측에 위치하고, 제2도르래(853)는 제1도르래(852)의 상부에 위치한다. 제2도르래(853)는 하우징(100)의 상부벽(110)에 인접하여 위치한다. 제2도르래(853)의 위치는 챔버(200)의 개방된 상부벽(210)보다 높게 제공된다. 제3도르래(854)는 제2도르래(853)와 소정 거리를 유지하여 제2도르래(854)와 동일 높이에 위치한다. 와이어(851)는 제1 내지 제3도르래(852 내지 854)에 순차적으로 지지된다.
도 15와 같이, 챔버의 상부벽이 개방되는 경우, 센서(810)는 와이어(851)에 이끌려 위쪽으로 이동한다. 이로 인해 작업자가 챔버(200)의 상부벽(210)을 개방하는 경우, 센서(810)로 인한 간섭이 방지될 수 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 16을 참조하면, 센서(810)는 지지대(860)에 의해 지지된다. 지지대(860)는 챔버(200)의 상부벽(210)에 고정 설치되며, 그 끝단에 센서(810)가 제공된다. 지지대(860)는 센서(810)가 상하방향으로 윈도우(211)와 동일 선상에 위치하도록 센서(810)를 지지한다. 센서(810)는 윈도우(211)를 통해 서셉터(310)의 상면과의 거리를 측정한다. 챔버(200)의 상부벽(210)이 열변형으로 처지는 경우, 센서(810)의 높이도 변경된다. 센서(810)의 높이 변경으로 서셉터(310)의 상면과의 상대 거리가 변경된다. 제어부(830)는 센서(810)와 서셉터(310) 상면의 상대 거리 변경량만큼 서셉터(310)를 아래로 이동시킨다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 17을 참조하면, 기판 처리 장치는 1매의 기판(S)에 대해 공정 처리를 수행할 수 있다. 서셉터(310)의 상면은 평평하게 제공되고, 서셉터(310)의 상면에는 1매의 기판(S)이 놓인다. 노즐(610)은 그 끝단이 서셉터(310)의 상부에 위치한다. 노즐(610)은 처리 공간으로 공정 가스와 퍼지 가스를 공급하여 기판 처리를 수행한다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 18을 참조하면, 가스 공급 유닛(600)은 측부 노즐(650)을 더 포함할 수 있다. 측부 노즐(650)은 챔버(200)의 측벽(220)과 측부 라이너(420)에 삽입되며, 분사구가 처리공간(422)에 위치한다. 측부 노즐(650)은 처리공간(422)의 가장자리영역으로 가스를 공급한다. 노즐(610)은 처리 공간(422)의 중앙 영역으로 가스를 공급하고, 측부 노즐(650)은 처리 공간(422)의 가장자리영역으로 가스를 공급하므로, 처리 공간(422)의 각 영역에는 가스가 균일하게 공급될 수 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.
1000: 기판 처리 장치 100: 하우징
200: 챔버 300: 기판 지지 유닛
310: 서셉터 320: 기판 지지판
330: 서셉터 구동부 400: 라이너 유닛
410: 상부 라이너 420: 측부 라이너
430: 결합 부재 500: 히터
600: 가스 공급 유닛 610: 노즐
700: 가스 배기 유닛 710: 배기판
720: 배기관 730: 탄성 부재
800: 센싱 유닛 810: 센서
820: 센서 지지부 830: 제어부
200: 챔버 300: 기판 지지 유닛
310: 서셉터 320: 기판 지지판
330: 서셉터 구동부 400: 라이너 유닛
410: 상부 라이너 420: 측부 라이너
430: 결합 부재 500: 히터
600: 가스 공급 유닛 610: 노즐
700: 가스 배기 유닛 710: 배기판
720: 배기관 730: 탄성 부재
800: 센싱 유닛 810: 센서
820: 센서 지지부 830: 제어부
Claims (2)
- 하우징;
상기 하우징의 내부에 위치하며, 내부에 공간이 형성된 챔버;
상기 챔버의 내부에 위치하며, 기판을 지지하는 서셉터;
상기 챔버의 내부에서 상기 서셉터의 상면과 마주하도록 위치하고, 상기 챔버의 상부벽과 고정 결합하며, 상기 챔버보다 내열성이 우수한 재질의 상부 라이너;
상기 서셉터 주위를 에워싸고 상기 상부 라이너를 지지하는 측부 라이너;
상기 서셉터와 상기 상부 라이너의 사이 공간으로 공정 가스를 공급하는 노즐;
상기 서셉터로부터 이격하여 상기 서셉터의 하부에 위치하는 히터;
상기 하우징의 상부벽과 상기 챔버의 상부벽 사이 공간에 위치하는 센서;
상기 상부 라이너와 상기 서셉터의 사이 거리가 일정하게 유지되도록 상기 서셉터를 상하방향으로 이동시키는 서셉터 구동부를 포함하되,
상기 센서는 상부 라이너와 상기 서셉터의 상면 사이의 거리를 직접 또는 간접적으로 측정하고,
상기 서셉터 구동부는 상기 센서에서 측정된 데이터로부터 상기 서셉터의 이동거리를 결정하는 기판 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 하우징에 결합되고, 상기 센서를 지지하는 센서 지지부를 더 포함하되,
상기 센서 지지부는 상기 하우징의 상부벽에 대한 상기 센서의 상대 높이가 조절가능한 기판 처리 장치.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120120499A KR20140054696A (ko) | 2012-10-29 | 2012-10-29 | 기판 처리 장치 및 방법 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120120499A KR20140054696A (ko) | 2012-10-29 | 2012-10-29 | 기판 처리 장치 및 방법 |
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| KR20140054696A true KR20140054696A (ko) | 2014-05-09 |
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| KR1020120120499A KR20140054696A (ko) | 2012-10-29 | 2012-10-29 | 기판 처리 장치 및 방법 |
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| KR (1) | KR20140054696A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160005459A (ko) * | 2014-07-07 | 2016-01-15 | 세메스 주식회사 | 기판 처리 장치 |
-
2012
- 2012-10-29 KR KR1020120120499A patent/KR20140054696A/ko not_active Application Discontinuation
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|---|---|---|---|---|
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