KR20140139935A - 기판 지지 장치 및 이를 포함하는 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판을 지지하는 복수의 리프트 핀의 파손을 방지할 수 있는 기판 지지 장치 및 이를 포함하는 기판 처리 장치를 제공하는 것으로, 본 발명에 따른 기판 지지 장치는 기판이 안착되는 서셉터; 상기 서셉터를 수직 관통하도록 설치되어 상기 기판을 지지하는 리프트 핀; 및 상기 리프트 핀이 삽입되도록 상기 서셉터에 설치된 부싱을 포함하며, 상기 부싱은 자기 윤활성 재질을 포함하여 이루어져 상기 리프트 핀의 손상을 방지한다.

Description

기판 지지 장치 및 이를 포함하는 기판 처리 장치{APPARATUS FOR SUPPORTING SUBSTRATE AND APPARATUS FOR PROCESSING SUBSTRATE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 기판을 지지하는 복수의 리프트 핀의 파손을 방지할 수 있는 기판 지지 장치 및 이를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자, 평판 디스플레이 패널, 태양전지(Solar Cell) 등을 제조하기 위해서는 기판 표면에 소정의 회로 패턴 또는 광학적 패턴을 형성하여야 하며, 이를 위해서는 기판에 특정 물질의 박막을 증착하는 박막 증착 공정, 감광성 물질을 사용하여 박막을 선택적으로 노출시키는 포토 공정, 선택적으로 노출된 영역의 박막을 제거하여 패턴을 형성하는 식각 공정 등의 기판 처리 공정을 수행하게 된다. 이와 같은, 상기 기판 처리 공정은 공정 챔버에서 수행되는 것으로, 공정 챔버에는 유리 기판 또는 반도체 웨이퍼 등의 기판을 지지하는 기판 지지 장치에 구비되어 있다.
상기 기판 지지 장치는 상기 기판을 지지하는 서셉터(suscepter), 및 상기 서셉터에 관통하여 형성되어 있는 핀 삽입 홀에 수직하게 삽입 설치되어 상기 기판을 상기 서셉터에 안착시키거나 서셉터에 안착된 기판을 기판 로딩/언로딩 위치로 상승시키는 복수의 리프트 핀(lift pin)을 구비한다.
도 1은 종래의 기판 지지 장치를 이용한 기판 처리 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하여 종래의 기판 지지 장치를 이용한 기판 처리 공정을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 서셉터(20)를 하강시킴으로써 복수의 리프트 핀(40) 각각의 상면을 상기 서셉터(20)의 상면으로부터 일정한 높이로 이격시킨 후, 기판(S)을 공정 챔버의 내부로 반입시켜 복수의 리프트 핀(40)에 안착시킨다.
그런 다음, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 서셉터(20)를 상승시킴으로써 복수의 리프트 핀(40)에 지지된 기판(S)을 서셉터(20)의 상면에 안착시킨다. 이때, 상기 복수의 리프트 핀(40) 각각은 상기 서셉터(20)의 상면에 형성되어 있는 핀 삽입 홀에 삽입된다.
그런 다음, 도 1의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 서셉터(20)에 안착된 기판(S)에 대한 박막 증착 또는 식각 공정 등의 기판 처리 공정을 수행한다.
그런 다음, 상기 기판 처리 공정이 완료되면, 상기 서셉터(20)를 하강시킴으로써 상기 서셉터(20)에 안착되어 있는 기판(S)을 복수의 리프트 핀(40)에 안착시킨 후, 복수의 리프트 핀(40)에 안착된 기판(S)을 공정 챔버의 외부로 반송한다.
이와 같은, 종래의 기판 지지 장치에서는 상기 서셉터(20)의 반복적인 승강에 따라 리프트 핀(40)이 종종 부러지거나 파손되는 문제점이 있다. 즉, 상기 리프트 핀(40)은 상기 기판(S)의 하중 및/또는 휨에 따라 수직한 상태를 유지하지 못하고 서셉터(20)의 핀 삽입 홀에 삽입된 상태에서 대각선 방향으로 기울어지게 되고, 이 상태에서 서셉터(20)가 승강하게 되면 핀 삽입 홀의 내벽과의 마찰력에 의해 순간적인 전단력이 발생함으로써 리프트 핀(40)이 부러지거나 파손되게 된다. 이렇게, 상기의 리프트 핀(40)이 파손되게 되면, 파손된 리프트 핀(40)을 교체하기 위하여 장비 가동을 중단시켜야 하므로 생산성이 저하되고, 리프트 핀(40)에 지지된 기판(S)이 손상되거나 파손될 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 기판을 지지하는 복수의 리프트 핀의 파손을 방지할 수 있는 기판 지지 장치 및 이를 포함하는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판 지지 장치는 기판이 안착되는 서셉터; 상기 서셉터를 수직 관통하도록 설치되어 상기 기판을 지지하는 리프트 핀; 및 상기 리프트 핀이 삽입되도록 상기 서셉터에 설치된 부싱을 포함하며, 상기 부싱은 자기 윤활성 재질을 포함하여 이루어져 상기 리프트 핀의 손상을 방지한다.
상기 자기 윤활성 재질은 PTFE(polytetrafluoroethylene), PI(polyimid), PEI(polyetherimide), PBI(Polybenzimidazole), PAI(PolyAmide Imide), 및 PEEK(polyetheretherketone) 중 어느 하나의 재질일 수 있다.
상기 자기 윤활성 재질은 170℃ ~ 310℃의 연속 사용 온도를 가지거나 170℃ ~ 310℃의 연속 사용 온도와 0.05 ~ 0.5의 마찰 계수를 가질 수 있다.
상기 부싱은 상기 리프트 핀이 관통되는 메인 부싱 홀이 형성되어 있는 메인 부싱; 및 상기 리프트 핀이 관통되는 상부 관통 홀을 포함하도록 상기 자기 윤활성 재질로 형성되어 상기 메인 부싱의 상부에 결합된 상부 가이드 부싱을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 상부 가이드 부싱은 상기 상부 관통 홀의 내벽으로부터 돌출되어 상기 상부 관통 홀에 삽입되는 상기 리프트 핀의 외주면에 선접촉 또는 면접촉하는 상부 가이드 홀을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 부싱은 상기 리프트 핀이 관통되는 하부 관통 홀을 가지도록 상기 자기 윤활성 재질로 형성되어 상기 메인 부싱의 하부에 결합된 하부 가이드 부싱을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 하부 가이드 부싱은 상기 하부 관통 홀의 내벽으로부터 돌출되어 상기 하부 관통 홀에 삽입되는 상기 리프트 핀의 외주면에 선접촉 또는 면접촉하는 하부 가이드 홀을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 메인 부싱은 금속 재질, 상기 자기 윤활성 재질, 상기 리프트 핀과 동일한 재질 중 어느 하나의 재질로 형성될 수 있다.
상기 상부 가이드 부싱과 상기 하부 가이드 부싱 각각은 PTFE(polytetrafluoroethylene), PI(polyimid), PEI(polyetherimide), PBI(Polybenzimidazole), PAI(PolyAmide Imide), 및 PEEK(polyetheretherketone) 중 어느 하나로 선택되어 동일하거나 서로 다른 재질로 형성될 수 있다.
상기 상부 가이드 부싱은 상기 메인 부싱 홀에 삽입되는 부싱 지지대; 및 상기 부싱 지지대의 상부에 결합되어 상기 메인 부싱의 상면에 안착되는 부싱 헤드부를 포함하고, 상기 리프트 핀은 상기 부싱 헤드부와 상기 부싱 지지대를 수직 관통하도록 형성되어 있는 핀 삽입 홀에 삽입될 수 있다.
상기 기판 지지 장치는 상기 부싱을 상기 서셉터에 고정하는 핀 홀더 브라켓을 더 포함하여 구성될 수 있다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 공정 공간을 제공하는 공정 챔버; 상기 공정 챔버에 배치되어 기판을 지지하는 기판 지지 수단; 및 상기 서셉터에 대향되도록 상기 공정 챔버에 설치되어 상기 기판에 공정 가스를 분사하는 가스 분사 수단을 포함하여 구성되며, 상기 기판 지지 수단은 상기 기판 지지 장치를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 과제의 해결 수단에 의하면, 본 발명에 따른 기판 지지 장치 및 이를 포함하는 기판 처리 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 서셉터에 설치된 자기 윤활성 재질을 포함하여 이루어진 부싱에 의해 리프트 핀이 수직 상태로 유지되고 서셉터의 승강이 가이드됨으로써 서셉터의 반복적인 승강에 의해 발생되는 리프트 핀의 파손이 방지되거나 최소화될 수 있다.
둘째, 리프트 핀의 파손이 방지되거나 최소화되어 리프트 핀 및 부싱의 교체 주기가 연장되기 때문에 기판 처리 장치의 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 기판 지지 장치를 이용한 기판 처리 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 지지 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 부싱(bushing)을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 지지 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 부싱(bushing)을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 도면이다.
본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제 1", "제 2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제 1 항목, 제 2 항목 또는 제 3 항목 각각 뿐만 아니라 제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
"상에"라는 용어는 어떤 구성이 다른 구성의 바로 상면에 형성되는 경우 뿐만 아니라 이들 구성들 사이에 제3의 구성이 개재되는 경우까지 포함하는 것을 의미한다.
이하에서는 본 발명에 따른 기판 지지 장치의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 지지 장치를 설명하기 위한 단면도이며, 도 3은 도 2에 도시된 부싱(bushing)을 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 지지 장치(100)는 서셉터(suscepter; 120), 복수의 리프트 핀(lift pin; 140), 복수의 부싱(160), 및 복수의 핀 홀더 브라켓(180)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 서셉터(120)는 기판 처리 공정을 수행하는 공정 챔버(미도시)의 내부 바닥면에 승강 가능하게 설치되어 기판(S)을 지지한다. 이러한, 상기 서셉터(120)는 금속 재질, 예를 들어 알루미늄(Al) 재질로 형성될 수 있으며, 경우에 따라서 기판의 가열을 위한 히터(미도시)가 내장되어 있을 수 있다.
상기 서셉터(120)에는 상기 복수의 리프트 핀(140) 각각이 수직하게 삽입 관통하는 복수의 수직 홀(121)이 형성되어 있다.
상기 복수의 수직 홀(121) 각각은 부싱 설치 홀(121a), 핀 안착 홀(121b), 및 단턱 링(121c)을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 부싱 설치 홀(121a)은 상기 서셉터(120)의 하면으로부터 제 1 높이와 제 1 직경을 가지도록 오목하게 형성된다.
상기 핀 안착 홀(121b)은 상기 서셉터(120)의 상면으로부터 제 2 높이와 제 2 직경을 가지도록 오목하게 형성된다. 여기서, 상기 제 2 높이는 상기 제 1 높이보다 상대적으로 낮을 수 있다.
상기 단턱 링(121c)은 상기 부싱 설치 홀(121a)의 상면과 상기 핀 안착 홀(121b)의 바닥면을 형성하는 것으로, 상기 부싱 설치 홀(121a)과 상기 핀 안착 홀(121b) 사이에 제 3 높이로 형성된다. 이러한, 상기 단턱 링(121c)에는 상기 리프트 핀(140)이 삽입되어 관통하게 된다.
상기 서셉터(120)의 두께는 상기 제 1 내지 제 3 높이의 합이 될 수 있다.
상기 복수의 리프트 핀(140) 각각은 상기 서셉터(120)를 수직 관통하도록 설치되어 상기 서셉터(120) 상으로 반송된 기판(S)을 지지하는 역할을 한다.
일 실시 예에 따른 복수의 리프트 핀(140) 각각은 핀 지지대(142), 및 핀 헤드부(144)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 핀 지지대(142)는 상기 서셉터(120)의 두께보다 상대적으로 긴 길이를 가지도록 "┃"자 형태로 형성되어 상기 서셉터(120)에 형성된 수직 홀(121)에 삽입된다. 상기 핀 지지대(142)의 하면은 공정 챔버의 내부 바닥면에 고정되거나 공정 챔버의 내부 바닥면에 놓여진 일정한 중량을 가지는 중량 부재(또는 무게 추)에 고정될 수 있다. 이러한, 상기 핀 지지대(142)는 알루미나(Al2O3) 등과 같은 세라믹 재질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않고 서셉터(120)와 동일한 재질로 이루어질 수도 있다.
상기 핀 헤드부(144)는 상기 핀 지지대(142)의 상면에 결합되어 기판(S)을 지지하는 역할을 한다. 상기 핀 헤드부(144)는 일정한 두께를 가지는 원판 또는 다각판 형태로 형성될 수 있으며, 상기 핀 지지대(142)와 동일한 재질 또는 상기 핀 지지대(142)보다 열전도율이 높은 재질로 이루어질 수 있다. 이러한, 상기 핀 헤드부(144)는 상기 서셉터(120)의 하강시 상기 서셉터(120)의 상면으로부터 일정한 높이를 돌출되고, 상기 서셉터(120)의 상승시 상기 서셉터(120)에 형성된 상기 핀 안착 홀(121b)에 삽입되어 상기 단턱 링(121c)에 안착된다.
상기 핀 지지대(142) 및 상기 핀 헤드부(144)는 서로 동일한 재질로 이루어져 "┳"자 형태를 가지도록 하나의 몸체로 형성될 수도 있다.
다른 실시 예에 따른 복수의 리프트 핀(140) 각각은 전술한 핀 헤드부(144)를 포함하지 않고, 상기 핀 지지대(142)만으로 구성될 수도 있다.
상기 복수의 부싱(160) 각각은 상기 리프트 핀(140)이 삽입 관통하도록 상기 서셉터(120)의 수직 홀(121)에 설치된다. 이러한, 상기 복수의 부싱(160) 각각은 자기 윤활성 재질을 포함하도록 이루어져 반복적으로 승강하는 서셉터(120)의 승강을 가이드한다. 즉, 상기 복수의 부싱(160) 각각은 공정 챔버 내의 진공 및 고온 환경에서 위치 고정된 리프트 핀(140)과 승강하는 서셉터(120) 사이의 마찰을 최소화하여 마찰로 인한 리프트 핀(140)의 파손을 방지 내지 최소화한다. 예를 들어, 상기 복수의 부싱(160) 각각의 일부 또는 전체가 자기 윤활성 재질로서, 170℃ ~ 310℃의 연속 사용 온도를 가지거나 170℃ ~ 310℃의 연속 사용 온도와 0.05 ~ 0.5의 마찰 계수를 가지는 자기 윤활성 재질을 포함하여 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따른 복수의 부싱(160) 각각은 상기 리프트 핀(140)이 삽입 관통하도록 형성된 메인 부싱(210)과 상부 가이드 부싱(220) 및 하부 가이드 부싱(230)을 포함하여 구성된다.
상기 메인 부싱(210)은 알루미늄(Al) 등과 같은 금속 재질 또는 알루미나(Al2O3) 등과 같은 세라믹 재질로 이루어진 관 형태로 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따른 메인 부싱(210)은 상부 몸체(213)와 하부 몸체(215) 및 부싱 고정부(217)를 포함하도록 메인 부싱 홀(211)을 가지는 관 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 메인 부싱 홀(211)은 상기 리프트 핀(142)의 직경보다 큰 직경을 가지도록 형성되어 상기 리프트 핀(142)과 접촉되지 않는다.
상기 상부 몸체(213)는 상기 메인 부싱(210)의 상부 영역으로서, 상기 상부 가이드 부싱(220)과 결합되고, 상기 상부 가이드 부싱(220)과 결합된 상태에서 서셉터(120)의 하면에 형성된 상기 부싱 설치 홀(121a)에 삽입된다. 이러한, 상기 상부 몸체(213)의 상부에는 상기 상부 몸체(213)의 직경보다 작은 직경을 가지는 상부 수나사 산(213a)이 형성되어 있다.
상기 하부 몸체(215)는 메인 부싱(210)의 하부 영역으로서, 하부 가이드 부싱(230)과 결합되고, 상기 하부 가이드 부싱(230)과 결합된 상태에서 서셉터(120)의 하면으로부터 돌출된다. 이러한, 상기 하부 몸체(215)의 하부에는 상기 하부 몸체(215)의 직경보다 작은 직경을 가지는 하부 수나사 산(215a)이 형성되어 있다.
상기 부싱 고정부(217)는 상기 상부 몸체(213)와 상기 하부 몸체(215) 사이에서 상기 상부 몸체(213)와 상기 하부 몸체(215)의 직경보다 큰 직경과 일정한 높이를 가지도록 돌출되어 형성된다. 이러한, 상기 부싱 고정부(217)의 상면은 서셉터(120)의 하면에 접촉되거나 결합됨으로써 상기 부싱 설치 홀(121a)에 삽입되는 상기 상부 몸체(213)의 삽입 깊이를 제한하거나 상기 부싱 설치 홀(121a)에 삽입된 상기 메인 부싱(210)의 이탈을 방지한다.
이와 같은, 상기 메인 부싱(210)은 상기 부싱 설치 홀(121a)에 삽입 설치되는데, 상기 메인 부싱(210)의 외주면과 상기 부싱 설치 홀(121a) 사이에는 오-링(O-ring) 등과 같은 제 1 실링 부재(240)가 개재될 수 있다. 이 경우, 상기 메인 부싱(210)의 외주면에는 상기 제 1 실링 부재(240)에 설치되는 제 1 실링 부재 설치 홈(219)이 형성되어 있다.
상기 상부 가이드 부싱(220)은 상기 메인 부싱(210)과 다른 재질로 이루어진 관 형태로 형성되어 상기 메인 부싱(210)의 상부, 즉 상기 상부 몸체(213)의 상부에 결합되고, 상기 메인 부싱(210)에 결합된 상태에서 서셉터(120)의 하면에 형성된 상기 부싱 설치 홀(121a)에 삽입된다. 이에 따라, 상기 상부 가이드 부싱(220)은 상기 리프트 핀(140)을 수직 상태로 유지시키고 상기 서셉터(120)의 승강을 가이드하는 역할을 한다. 구체적으로, 상기 상부 가이드 부싱(220)은 공정 챔버 내의 진공 및 고온 환경에서 위치 고정된 리프트 핀(140)과 승강하는 서셉터(120) 사이의 마찰력에 의한 순간적인 전단력의 발생을 최소화하면서 상기 리프트 핀(140)을 수직 상태로 유지시켜 상기 서셉터(120)의 승강을 원활하게 가이드할 수 있는 자기 윤활성 재질로 형성된다. 특히, 상기 상부 가이드 부싱(220)은 170℃ ~ 310℃의 연속 사용 온도를 가지거나 170℃ ~ 310℃의 연속 사용 온도와 0.05 ~ 0.5의 마찰 계수를 가지는 자기 윤활성 재질로 형성되는 것으로, 그 예로는 엔지니어링 플라스틱 재질 중에서 자기 윤활성을 갖는 PTFE(polytetrafluoroethylene), PI(polyimid), PEI(polyetherimide), PBI(Polybenzimidazole), PAI(PolyAmide Imide), 또는 PEEK(polyetheretherketone)의 재질로 이루어질 수 있다.
상기 상부 가이드 부싱(220)에는 상부 관통 홀(221), 상부 가이드 홀(223), 및 상부 암나사 산(225)이 형성되게 된다.
상기 상부 관통 홀(221)은 상기 상부 가이드 부싱(220)을 수직 관통하도록 형성되되, 리프트 핀(140)의 핀 지지대(142) 직경보다 상대적으로 큰 직경으로 형성된다.
상기 상부 가이드 홀(223)은 상기 상부 관통 홀(221)의 중심부를 기준으로, 리프트 핀(140)의 핀 지지대(142) 직경과 동일한 직경을 가지도록 상기 상부 관통 홀(221)의 내벽으로부터 상기 상부 관통 홀(221)의 중심부 쪽으로 돌출되어 형성된다. 여기서, 상기 상부 가이드 홀(223)의 내벽은 선 또는 면 형태로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 상부 가이드 홀(223)의 내벽은 삽입되는 리프트 핀(140)의 외주면에 선접촉 또는 면접촉함으로써 상기 리프트 핀(140)을 수직 상태로 유지시키고 상기 서셉터(120)의 승강을 가이드한다.
상기 상부 암나사 산(225)은 상기 상부 수나사 산(213a)에 나사 결합되도록 상기 상부 가이드 부싱(220)의 하부 내면에 형성된다.
이와 같은, 상기 상부 가이드 부싱(220)은 상기 부싱 설치 홀(121a)에 삽입 설치되는데, 상기 상부 가이드 부싱(220)의 외주면과 상기 부싱 설치 홀(121a) 사이에는 오-링(O-ring) 등과 같은 제 2 실링 부재(250)가 개재될 수 있다. 이 경우, 상기 상부 가이드 부싱(220)의 외주면에는 상기 제 2 실링 부재(250)에 설치되는 제 2 실링 부재 설치 홈(227)이 형성되게 된다.
상기 하부 가이드 부싱(230)은 상기 메인 부싱(210)과 다른 재질로 이루어진 관 형태로 형성되어 상기 메인 부싱(210)의 하부, 즉 상기 하부 몸체(215)의 상부에 결합되고, 상기 메인 부싱(210)에 결합된 상태에서 상기 메인 부싱(210)의 하부 몸체(215)와 함께 서셉터(120)의 하면으로 돌출된다.
상기 하부 가이드 부싱(230)은 170℃ ~ 310℃의 연속 사용 온도를 가지거나 170℃ ~ 310℃의 연속 사용 온도와 0.05 ~ 0.5의 마찰 계수를 가지는 자기 윤활성 재질로 형성되는 것으로, 그 예로는 엔지니어링 플라스틱 재질 중에서 자기 윤활성을 갖는 PTFE(polytetrafluoroethylene), PI(polyimid), PEI(polyetherimide), PBI(Polybenzimidazole), PAI(PolyAmide Imide), 또는 PEEK(polyetheretherketone) 재질 또는 상기 상부 가이드 부싱(220)과 동일한 재질로 형성되거나, 상기 자기 윤활성을 갖는 엔지니어링 플라스틱 재질 중에서 상기 상부 가이드 부싱(220)과 다른 재질로 형성될 수 있다. 이때, 상기 재질 중에서 상기 상부 가이드 부싱(220)과 상기 하부 가이드 부싱(230)이 다른 재질로 형성될 경우, 상기 상부 가이드 부싱(220)은 상기 재질 중에서 상기 하부 가이드 부싱(230)보다 상대적으로 마찰 계수가 낮고 연속 사용 온도가 높은 재질로 형성되는 것이 보다 바람직하다. 즉, 상기 리프트 핀(140)이 수직 상태로 유지되지 않고 수직 방향(Z)을 기준으로 대각선 방향으로 기울어질 경우, 상기 하부 가이드 부싱(230)보다 상기 상부 가이드 부싱(220)에서 기울어진 리프트 핀(140) 간의 높은 마찰력을 감소시키기 위해 상기 상부 가이드 부싱(220)은 상기 하부 가이드 부싱(230)보다 상대적으로 우수한 마찰 계수 및 연속 사용 온도를 가지는 전술한 자기 윤활성 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 하부 가이드 부싱(230)에는 하부 관통 홀(231), 하부 가이드 홀(233), 및 하부 암나사 산(235)이 형성되게 된다.
상기 하부 관통 홀(231)은 상기 하부 가이드 부싱(230)을 수직 관통하도록 형성되되, 리프트 핀(140)의 핀 지지대(142) 직경보다 상대적으로 큰 직경으로 형성된다.
상기 하부 가이드 홀(233)은 상기 하부 관통 홀(231)의 중심부를 기준으로, 리프트 핀(140)의 핀 지지대(142) 직경과 동일한 직경을 가지도록 상기 하부 관통 홀(231)의 내벽으로부터 상기 하부 관통 홀(231)의 중심부 쪽으로 돌출되어 형성된다. 여기서, 상기 하부 가이드 홀(233)의 내벽은 선 또는 면 형태로 형성될 수 있다. 이러한, 상기 하부 가이드 홀(233)은 상기 하부 관통 홀(231)에 삽입된 리프트 핀(140)의 외주면에 선접촉 또는 면접촉함으로써 상기 리프트 핀(140)을 수직 상태로 유지시키고 상기 서셉터(120)의 승강을 가이드한다.
상기 하부 암나사 산(235)은 상기 하부 수나사 산(215a)에 나사 결합되도록 상기 하부 가이드 부싱(230)의 하부 내면에 형성된다.
상기 복수의 핀 홀더 브라켓(180) 각각은 상기 서셉터(120)의 부싱 설치 홀(121a)에 삽입 설치된 상기 부싱(160)의 측면을 감싸도록 서셉터(120)의 하면에 결합되어 상기 부싱(160)의 위치를 고정시킴으로써 상기 부싱(160)을 관통하여 서셉터(120)의 하면으로 돌출된 리프트 핀(140)을 수직 상태로 유지시킨다. 이때, 상기 복수의 핀 홀더 브라켓(180) 각각은 복수의 스크류 또는 볼트에 의해 서셉터(120)의 하면에 결합될 수 있다.
상기 복수의 핀 홀더 브라켓(180) 각각은 부싱 삽입 홀(182), 및 부싱 고정 홈(184)을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 부싱 삽입 홀(182)은 상기 핀 홀더 브라켓(180)을 수직 방향으로 관통하도록 형성되어 상기 메인 부싱(210)의 하부 몸체(215)와 상기 하부 가이드 부싱(230)이 삽입된다.
상기 부싱 고정 홈(184)은 상기 메인 부싱(210)에 형성되어 있는 부싱 고정부(217)의 직경에 대응되는 직경을 가지도록 상기 핀 홀더 브라켓(180)의 상면으로부터 일정한 깊이로 오목하게 형성된다. 이러한, 상기 부싱 고정 홈(184)에는 상기 부싱 삽입 홀(182)에 삽입된 상기 메인 부싱(210)의 부싱 고정부(217)가 삽입 안착된다.
이와 같은, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 지지 장치(100)는 리프트 핀(140)과 접촉되지 않는 부분이 알루미늄(Al) 등의 재질로 형성됨과 아울러 리프트 핀(140)과 접촉되는 부분이 자기 윤활성 재질을 포함하여 이루어진 부싱(160)에 의해 상기 리프트 핀(140)이 수직 상태로 유지되고, 상기 서셉터(120)의 승강이 가이드됨으로써 서셉터(120)의 반복적인 승강에 의해 발생되는 리프트 핀(140)의 파손이 방지되거나 최소화될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 지지 장치를 설명하기 위한 단면도이며, 도 5는 도 4에 도시된 부싱(bushing)을 나타내는 도면으로서, 이는 부싱의 구조를 변경한 것이다. 이에 따라, 이하에서는 부싱에 대해서만 설명하기로 한다.
상기 부싱(360)은 메인 부싱(410), 및 상부 가이드 부싱(420)을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 메인 부싱(410)은 알루미늄(Al) 등과 같은 금속 재질 또는 알루미나(Al2O3) 등과 같은 세라믹 재질로 이루어진 관 형태로 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따른 메인 부싱(410)은 상부 몸체(413)와 하부 몸체(415) 및 부싱 고정부(417)를 포함하도록 메인 부싱 홀(411)을 가지는 관 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 메인 부싱 홀(411)은 상기 리프트 핀(142)의 직경보다 큰 직경을 가지도록 형성된다. 이와 같은, 상기 메인 부싱(410)은 상부 몸체(413)의 상부와 하부 몸체(415)의 하부 각각에 수나사 산이 형성되지 않고, 상부 몸체(413)와 하부 몸체(415) 각각이 원통관 형태로 형성되는 것을 제외하고는, 도 3에 도시된 메인 부싱(210)과 동일한 구조를 가지므로, 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
상기 상부 가이드 부싱(420)은 상기 메인 부싱(410)의 메인 부싱 홀(411)에 삽입되는 것으로, 상기 메인 부싱(410)에 삽입된 상태에서 서셉터(120)의 하면에 형성된 상기 부싱 설치 홀(121a)에 삽입된다. 이에 따라, 상기 상부 가이드 부싱(420)은 상기 리프트 핀(140)을 수직 상태로 유지시키고 상기 서셉터(120)의 승강을 가이드하는 역할을 한다. 구체적으로, 상기 상부 가이드 부싱(420)은, 도 2 및 도 3을 참조하여 전술한 상기 상부 가이드 부싱(220)과 동일한 재질로 형성된다.
상기 상부 가이드 부싱(420)은 부싱 지지대(422), 부싱 헤드부(424), 및 핀 삽입 홀(426)을 포함하도록 형성되는 것으로, 상기 핀 삽입 홀(426)이 수직하게 형성되어 있는 "T"자 형태의 관 형태로 형성된다.
상기 부싱 지지대(422)는 상기 메인 부싱(410)의 메인 부싱 홀(411)에 삽입 가능한 직경을 가지도록 원통 형태로 형성된다.
상기 부싱 헤드부(424)는 상기 부싱 지지대(422)의 상면에 결합되어 상기 메인 부싱(410)의 상면에 안착된다.
상기 핀 삽입 홀(426)은 상기 부싱 헤드부(424)와 상기 부싱 지지대(422)의 중심 부분을 수직 관통하도록 형성되는 것으로, 전술한 리프트 핀(140)의 핀 지지대(142)와 동일한 직경을 가지도록 형성된다.
이와 같은, 상부 가이드 부싱(420)은 상기 메인 부싱(410)의 메인 부싱 홀(411)과 상기 리프트 핀(140)의 핀 지지대(1420 사이에 배치되어 상기 리프트 핀(140)을 수직 상태로 유지시키고 상기 서셉터(120)의 승강을 가이드함으로써 상기 서셉터(120)의 승강에 따른 리프트 핀(140)의 파손을 방지한다.
전술한 바와 같은, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 지지 장치(100)는 이종 재질의 부싱(360)에 의해 상기 리프트 핀(140)이 수직 상태로 유지되고, 상기 서셉터(120)의 승강이 가이드됨으로써 서셉터(120)의 반복적인 승강에 의해 발생되는 리프트 핀(140)의 파손이 방지되거나 최소화될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예들에 따른 기판 지지 장치(100)에 있어서, 상기 부싱(160, 360)은 전술한 자기 윤활성 재질을 포함하면서 다양한 형태로 변형될 수 있다.
일 변형 예로서, 본 발명에 따른 부싱은 도 3에 도시된 상기 메인 부싱(210), 상부 가이드 부싱(220), 및 하부 가이드 부싱(230)으로 이루어지되, 이들 모두가 전술한 자기 윤활성 재질로 형성될 수 있으며, 나아가 하나의 몸체로 형성될 수 있다.
다른 변형 예로서, 본 발명에 따른 부싱은 도 3에 도시된 상기 메인 부싱(210) 및 상부 가이드 부싱(220)만으로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 메인 부싱(210) 및 상부 가이드 부싱(220) 모두가 전술한 자기 윤활성 재질로 형성될 수 있으며, 나아가 하나의 몸체로 형성될 수 있다.
또 다른 변형 예로서, 본 발명에 따른 부싱은 도 4에 도시된 상기 메인 부싱(410), 및 상기 메인 부싱(410)의 메인 부싱 홀(411) 내경에 전술한 자기 윤활성 재질로 코팅된 코팅층(미도시)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 메인 부싱(410)은 알루미늄(Al) 계열을 재질로 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 공정 챔버(510), 기판 지지 수단(520), 및 가스 분사 수단(530)을 포함하여 구성된다.
상기 공정 챔버(510)는 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition) 공정을 수행하기 위한 공정 공간을 제공하는 것으로, 하부 챔버(512), 및 상부 챔버(514)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 하부 챔버(512)는 상부가 개구된 "U"자 형태로 형성된다. 이러한, 상기 하부 챔버(512)의 일측에는 기판이 출입하는 기판 출입구(미도시)가 형성되고, 바닥면의 일측에는 공정 공간의 가스를 배기하기 위한 배기구가 형성된다.
상기 상부 챔버(514)는 상기 하부 챔버(512)의 상부에 설치되어 하부 챔버(512)의 상부를 덮는다. 이때, 상기 하부 챔버(512)와 상기 상부 챔버(514) 간의 결합 부분에는 오-링(O-ring) 등과 같은 절연 부재가 개재됨으로써 상기 하부 챔버(512)와 상기 상부 챔버(514)는 전기적으로 서로 분리된다.
상기 기판 지지 수단(520)은 공정 챔버(510)의 하부 챔버(512)에 승강 가능하게 설치되어 기판 반송 장치(미도시)에 의해 공정 공간으로 반입되는 기판(S)을 지지한다. 이러한, 상기 기판 지지 수단(520)은, 도 2 내지 도 5에 도시된 본 발명의 실시 예들에 따른 기판 지지 장치(100)로서, 서셉터(120), 복수의 리프트 핀(140), 복수의 부싱(160, 360), 및 복수의 핀 홀더 브라켓(180)을 포함하여 구성되는 것으로, 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
상기 기판 지지 수단(520)의 서셉터(120)는 하부 챔버(512)의 바닥면을 관통하는 승강축(522)에 의해 승강 가능하도록 지지된다. 상기 승강축(522)은 벨로우즈(524)에 의해 밀봉되어 승강 장치(미도시)의 구동에 따라 승강된다.
상기 가스 분사 수단(530)은 상부 챔버(514)를 관통하는 가스 공급관(532)에 연통되도록 공정 챔버(510)의 상부 챔버(514)에 설치된다. 이러한 가스 분사 수단(530)은 기판(S) 상에 소정의 박막을 형성하기 위하여, 가스 공급관(532)을 통해 공급되는 공정 가스를 균일하게 확산시켜 기판(S) 상에 분사한다. 여기서, 상기 가스 분사 수단(530)에는 상기 공정 가스에 의한 박막 증착 공정에 따라 직류 전원, 교류 전원, 또는 고주파 전원이 인가될 수도 있다.
이와 같은, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 이용한 박막 증착 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 승강축(522)을 하강시켜 공정 챔버(510)에 설치된 서셉터(120)를 홈 위치로 하강시킨다. 이에 따라, 서셉터(120)에 설치된 복수의 부싱(160, 360) 각각에 삽입 관통되어 하부 챔버(512)에 수직하게 결합된 복수의 리프트 핀(140) 각각이 상기 서셉터(120)의 상면으로부터 일정한 높이로 돌출된다.
그런 다음, 기판(S)을 공정 챔버(510)의 공정 공간으로 반입하여 복수의 리프트 핀(140) 각각의 핀 헤드부에 안착시킨다.
그런 다음, 승강축(522)을 상승시켜 서셉터(120)를 공정 위치로 상승시킨다. 이에 따라, 서셉터(120)는 승강축(522)의 상승에 따라 상승하여 복수의 리프트 핀(140)의 핀 헤드부에 지지된 기판(S)을 지지하면서 공정 위치로 상승하게 된다. 이때, 복수의 리프트 핀(140)의 핀 헤드부 각각은 서셉터(120)의 핀 안착 홀에 삽입된다.
이어서, 공정 챔버(510)의 내부에 진공 분위기를 형성한 다음, 가스 분사 수단(530)을 통해 화학 기상 증착 공정을 위한 공정 가스를 기판(S)에 분사함으로써 기판(S)에 박막을 증착한다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치 및 이를 이용한 박막 증착 방법에 있어서, 전술한 복수의 리프트 핀(140) 각각의 하면은 하부 챔버(512)에 결합되지 않고, 중량 부재(미도시)에 결합될 수 있다. 이 경우, 상기 복수의 리프트 핀(140) 각각은 서셉터(120)의 하강에 따라 하부 챔버(512)의 바닥면에 지지되는 중량 부재에 의해 수직 상태를 유지하고, 상기 서셉터(120)의 상승에 따라 상기 복수의 리프트 핀(140) 각각은 상기 중량 부재에 의해 서셉터(120)에 수직 상태로 매달리게 된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사항을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100: 기판 지지 장치 120: 서셉터
140: 리프트 핀 142: 핀 지지대
144: 핀 헤드 160, 360: 부싱
180: 핀 홀더 브라켓 210, 410: 메인 부싱
220, 420: 상부 가이드 부싱 230: 하부 가이드 부싱
510: 공정 챔버 520: 기판 지지 수단
530: 가스 분사 수단

Claims (12)

  1. 기판이 안착되는 서셉터;
    상기 서셉터를 수직 관통하도록 설치되어 상기 기판을 지지하는 리프트 핀; 및
    상기 리프트 핀이 삽입되도록 상기 서셉터에 설치된 부싱을 포함하며,
    상기 부싱은 자기 윤활성 재질을 포함하여 이루어져 상기 리프트 핀의 손상을 방지하는 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기 윤활성 재질은 PTFE(polytetrafluoroethylene), PI(polyimid), PEI(polyetherimide), PBI(Polybenzimidazole), PAI(PolyAmide Imide), 및 PEEK(polyetheretherketone) 중 어느 하나의 재질인 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기 윤활성 재질은 170℃ ~ 310℃의 연속 사용 온도를 가지거나 170℃ ~ 310℃의 연속 사용 온도와 0.05 ~ 0.5의 마찰 계수를 가지는 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 부싱은,
    상기 리프트 핀이 관통되는 메인 부싱 홀이 형성되어 있는 메인 부싱; 및
    상기 리프트 핀이 관통되는 상부 관통 홀을 포함하도록 상기 자기 윤활성 재질로 형성되어 상기 메인 부싱의 상부에 결합된 상부 가이드 부싱을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 상부 가이드 부싱은 상기 상부 관통 홀의 내벽으로부터 돌출되어 상기 상부 관통 홀에 삽입되는 상기 리프트 핀의 외주면에 선접촉 또는 면접촉하는 상부 가이드 홀을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 부싱은 상기 리프트 핀이 관통되는 하부 관통 홀을 가지도록 상기 자기 윤활성 재질로 형성되어 상기 메인 부싱의 하부에 결합된 하부 가이드 부싱을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 하부 가이드 부싱은 상기 하부 관통 홀의 내벽으로부터 돌출되어 상기 하부 관통 홀에 삽입되는 상기 리프트 핀의 외주면에 선접촉 또는 면접촉하는 하부 가이드 홀을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 메인 부싱은 금속 재질, 상기 자기 윤활성 재질, 및 상기 리프트 핀과 동일한 재질 중 어느 하나의 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 상부 가이드 부싱과 상기 하부 가이드 부싱 각각은 PTFE(polytetrafluoroethylene), PI(polyimid), PEI(polyetherimide), PBI(Polybenzimidazole), PAI(PolyAmide Imide), 및 PEEK(polyetheretherketone) 중 어느 하나로 선택되어 동일하거나 서로 다른 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 상부 가이드 부싱은,
    상기 메인 부싱 홀에 삽입되는 부싱 지지대; 및
    상기 부싱 지지대의 상부에 결합되어 상기 메인 부싱의 상면에 안착되는 부싱 헤드부를 포함하고,
    상기 리프트 핀은 상기 부싱 헤드부와 상기 부싱 지지대에 수직 관통되도록 형성되어 있는 핀 삽입 홀에 삽입된 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 부싱을 상기 서셉터에 고정하는 핀 홀더 브라켓을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치.
  12. 공정 공간을 제공하는 공정 챔버;
    상기 공정 챔버에 배치되어 기판을 지지하는 기판 지지 수단; 및
    상기 서셉터에 대향되도록 상기 공정 챔버에 설치되어 상기 기판에 공정 가스를 분사하는 가스 분사 수단을 포함하여 구성되며,
    상기 기판 지지 수단은 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 청구항에 기재된 기판 지지 장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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