KR20150062610A - 기판 지지 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20150062610A
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최규진
문종욱
박광수
윤선호
정현묵
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주성엔지니어링(주)
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 기판이 지지되는 기판 지지대와, 기판 지지대의 적어도 일 영역에 접촉되어 마련되며, 기판 지지대와 이종의 물질로 제작되어 상기 기판 지지대 상부의 온도 분포를 조절하는 온도 조절 부재를 포함하는 기판 지지 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치를 제시한다.

Description

기판 지지 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치{Substrate supporting unit and substrate processing apparatus having the same}
본 발명은 기판 지지 유닛에 관한 것으로, 특히 기판의 온도 균일성을 향상시킬 수 있는 기판 지지 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자, 평판 표시 패널, 광학 소자 및 솔라셀 등은 복수의 박막을 증착한 후 식각하여 원하는 특성의 소자를 제조한다. 이러한 박막 증착 공정 및 식각 공정 등은 기판 처리 내에 기판을 투입하여 실시한다. 예를 들어, 기판 상에 박막을 증착하는 경우 반응 챔버 내의 기판 지지대 상에 기판을 안착시키고 기판을 소정 온도로 가열한 후 공정 가스를 공급한다. 이때, 기판의 온도 분포가 박막 증착 공정에 있어 매우 중요한 요인으로 작용한다. 즉, 기판의 온도 분포가 일정하지 않을 경우에는 박막의 성장 두께는 물론 박막의 특성이 변화되는 문제가 발생한다.
기판을 가열하기 위해 다양한 방법을 이용할 수 있는데, 하나의 예로서 광학식 가열 수단을 이용할 수 있다. 즉, 기판이 안착되는 기판 지지대의 하측에 복수의 램프 히터를 원형으로 배치하여 램프 히터의 복사열을 이용하여 기판 지지대를 가열한다. 이러한 광학식 가열 수단을 이용하는 기판 처리 장치의 예가 한국등록특허 제10-1125507호에 제시되어 있다. 램프 히터로부터 방출되는 복사열은 기판 지지대의 하부면 전체 영역으로 방사된다. 그런데, 램프 히터의 성능과 배열에 따라 기판 지지대의 온도 분포가 달라지게 된다. 즉, 반응 챔버의 가장자리 영역이 중심 영역보다 구조적으로 열손실이 발생되어 기판 지지대 상부의 가장자리 영역과 중심 영역의 온도를 균일하게 유지하는 것이 어렵다. 따라서, 기판 지지대로부터 열을 전달받는 기판의 온도 분포도 균일하지 못해 기판 상에 증착되는 박막의 균일성이 저하된다.
본 발명은 기판의 온도 균일성을 향상시킬 수 있는 기판 지지 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명은 기판 지지대의 적어도 일 영역에 기판 지지대로 전달되는 열을 조절할 수 있는 온도 조절 부재가 마련되어 기판 지지대 상의 온도 균일성을 향상시킬 수 있는 기판 지지 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 일 예에 따른 기판 지지 유닛은 적어도 하나의 기판이 지지되는 기판 지지대; 및 상기 기판 지지대의 적어도 일 영역에 접촉되어 상기 기판 지지대에 고정되며, 상기 기판 지지대와 이종의 물질로 제작되어 상기 기판 지지대 상부의 온도 분포를 조절하는 온도 조절 부재를 포함한다.
상기 온도 조절 부재는 상기 기판 지지대의 상부면, 하부면, 측면을 포함하여 적어도 일 영역에 마련된다.
상기 온도 조절 부재는 상기 기판 지지대의 표면에 결합되거나, 상기 기판 지지대가 소정 깊이로 제거된 소정 영역에 결합된다.
상기 온도 조절 부재는 상기 기판 지지대 상부의 온도가 다른 영역보다 높은 영역에 마련된다.
상기 온도 조절 부재는 복사열의 투과율을 조절하는 물질로 제작된다.
상기 온도 조절 부재는 쿼츠, 유리를 포함하며, 두께 및 색소 첨가량에 따라 투과율이 조절된다.
상기 온도 조절 부재는 상기 기판 지지대 상부의 온도가 다른 영역보다 낮은 영역에 마련된다.
상기 온도 조절 부재는 상기 기판 지지대보다 열 전도율이 높은 물질로 제작된다.
본 발명의 다른 예에 따른 기판 처리 장치는 반응 챔버; 상기 반응 챔버 내부에 마련된 기판 지지 유닛; 및 상기 반응 챔버 내부를 가열하는 가열 수단을 포함하며, 상기 기판 지지 유닛은, 적어도 하나의 기판이 지지되는 기판 지지대; 및 상기 기판 지지대의 적어도 일 영역에 접촉되어 상기 기판 지지대에 고정되며, 상기 기판 지지대와 이종의 물질로 제작되어 상기 기판 지지대 상부의 온도 분포를 조절하는 온도 조절 부재를 포함한다.
상기 가열 수단은 상기 반응 챔버 하측에 마련되어 복사열을 방출하는 적어도 하나의 램프 히터를 포함한다.
상기 온도 조절 부재는 복사열의 투과율을 조절하는 물질로 제작되어 상기 기판 지지대 상부의 온도가 다른 영역보다 높은 영역에 마련된다.
상기 가열 수단은 상기 기판 지지대 내부에 마련된 히터를 포함한다.
상기 온도 조절 부재는 상기 기판 지지대보다 열 전도율이 높은 물질로 제작되며, 상기 기판 지지대 상부의 온도가 다른 영역보다 낮은 영역에 마련된다.
본 발명의 실시 예들에 따른 기판 지지 유닛은 기판 지지대의 적어도 일 영역에 광 투과율 또는 열 전도율을 조절할 수 있는 온도 조절 부재가 마련되고, 온도 조절 부재를 통해 복사열 또는 전도열이 전달되어 기판 지지대 상부의 온도 분포를 균일하게 할 수 있다.
따라서, 온도 조절 부재를 통해 온도 조절 부재의 광 투과율 또는 열 전도율에 해당되는 만큼의 복사열 또는 전도열이 조절되고, 그에 따라 기판 지지대 상부의 온도 분포를 균일하게 할 수 있다. 따라서, 기판 지지대 상부에 지지되는 기판의 공정 균일도를 균일하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 단면도.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 지지 유닛의 단면도 및 저면도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예의 변형 예에 따른 기판 지지 유닛의 단면도.
도 5 및 도 6은 종래의 기판 지지 유닛 및 발명의 일 실시 예에 따른 기판 지지 유닛 상의 온도 분포를 각각 도시한 개략도.
도 7는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 단면도.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 지지 유닛의 단면도.
도 9 및 도 10은 종래의 기판 지지 유닛 및 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 지지 유닛 상의 온도 분포를 각각 도시한 개략도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 여러 층 및 각 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 표현하였으며 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭하도록 하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 반응 공간을 마련하는 반응 챔버(100)와, 반응 챔버(100) 내부에 마련되어 기판(10)을 지지하고 기판(10)에 전달되는 열을 균일하게 조절하는 기판 지지 유닛(200)과, 반응 챔버(100)의 하측에 마련되어 반응 챔버(100) 내부를 가열하는 가열 수단(300)을 포함할 수 있다. 여기서, 가열 수단(300)은 반응 챔버(100) 내부의 중앙 영역을 가열하는 제 1 가열 수단(310)과, 반응 챔버(100) 내부의 가장자리 영역을 가열하는 제 2 가열 수단(320)을 포함할 수 있다. 또한, 반응 챔버(100) 내의 기판 지지 유닛(200) 상측에 마련되며 공정 가스를 기판(10) 상에 분사하는 공정 가스 분사기(400)를 더 포함할 수 있고, 반응 챔버(100)의 상부에 위치하여 반응 공간을 가열하는 상측 가열 수단(500)을 더 포함할 수 있다. 그리고, 반응 챔버(100)의 상측에 마련되어 공정 가스의 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
반응 챔버(100)는 챔버 몸체(110)와, 챔버 몸체(110)의 상측에 마련된 상부 돔(upper dome)(120)과, 챔버 몸체(110)의 하측에 마련된 하부 돔(lower dome)(130)을 포함할 수 있다. 따라서, 반응 챔버(100)는 내부에 소정의 반응 공간이 마련될 수 있다. 챔버 몸체(110)는 상부 및 하부가 개방된 통 형상으로 제작될 수 있고, 반응 챔버(100) 내의 반응 공간의 측면을 형성한다. 이러한 챔버 몸체(110)는 적어도 일부가 예를 들어 알루미늄, 스테인레스 등의 금속 재질로 제작될 수 있다. 한편, 챔버 몸체(110)의 일 영역에는 기판(10)이 출입하는 기판 출입구(미도시)가 마련되고, 챔버 몸체(110)의 타 영역에는 공정 가스 분사기(400)와 연결되는 적어도 하나의 연결 구멍(미도시)이 마련되어 외부의 공정 가스 공급관(미도시)이 공정 가스 분사기(400)와 연결될 수 있다. 상부 돔(120)은 챔버 몸체(110)의 상측으로부터 곡면을 가지고 마련되어 챔버 몸체(110)의 상부 커버, 즉 반응 챔버(100)의 상부벽이 된다. 상부돔(120)은 돔의 하부 영역, 즉 돔의 가장자리 영역이 챔버 몸체(110)의 상부면에 부착되어 반응 공간의 상부 영역을 밀폐시킨다. 이때, 상부돔(120)은 탈착 가능하게 챔버 몸체(110)에 부착되는 것이 바람직하다. 이러한 상부돔(120)은 상측 가열 수단(500)의 열이 반응 공간에 효과적으로 전달될 수 있도록 열 전도성이 우수한 물질로 제작될 수 있다. 즉, 상부돔(120)은 복사열을 반응 공간에 잘 전달할 수 있는 예를 들어 석영(quartz) 등의 광 투광성 물질로 제작할 수 있다. 따라서, 반응 챔버(100)의 반응 공간에서 상부돔(120) 방향으로 전도되는 복사열이 상부돔(120)을 투과하지만, 투과한 복사열은 상측 가열 수단(500)에 의해 반사되어 다시 상부돔(120)을 투과하여 반응 챔버(100)의 반응 공간에 전도될 수 있다. 물론, 상부돔(120)은 이에 한정되지 않고 다양한 물질로 제작될 수 있는데, 예를 들어 세라믹 재질로 제작될 수도 있다. 하부 돔(130)은 챔버 몸체(110)의 하부 커버, 즉 반응 챔버(100)의 바닥면이 된다. 즉, 하부돔(130)은 챔버 몸체(110)의 하부면에 부착되어 반응 공간의 하부 영역을 밀폐시킨다. 이러한 하부돔(130)은 예를 들어 석영 등의 광 투과성 물질로 제작할 수 있다. 따라서, 하부돔(130)은 반응 챔버(100) 외측의 하부에 마련된 가열 수단(300)의 복사열이 반응 챔버(100) 내부의 반응 공간으로 전달되도록 한다. 또한, 하부돔(130)은 일부 영역만이 광 투과성 물질로 제작될 수 있고, 나머지 영역은 우수한 열 전도성을 갖는 불투광성 물질로 제작될 수도 있다. 한편, 하부돔(130)은 하향 경사진 바닥판(131)과, 바닥판(131)의 중심에서 하측 방향으로 연장된 연장관(132)을 구비할 수 있다. 즉, 바닥판(131)은 상하부가 개방된 역상의 원뿔 형상으로 제작되고, 연장관(132)은 바닥판(131)의 중심으로부터 연장 형성된다. 이때, 연장관(132)을 통해 기판 지지 유닛(200)의 연결축(240)이 상하 이동할 수 있다. 이렇게 챔버 몸체(110), 상부돔(120) 및 하부돔(130)의 결합에 의해 반응 공간을 갖는 반응 챔버(100)가 제작된다. 또한, 반응 챔버(100)에는 압력 조절 장치, 압력 측정 장치 및 반응 챔버(100) 내부를 점검하기 위한 각종 장치들이 설치될 수 있다. 뿐만 아니라, 반응 챔버(100) 내부의 불순물 및 미반응 물질을 배기하기 위한 배기 수단이 더 마련될 수도 있고, 챔버(100) 외부에서 내부 반응 공간을 들여다 볼 수 있는 뷰포트(view port)가 설치될 수도 있다. 예를 들어, 반응 챔버(100)의 챔버 몸체(110)의 일 영역에는 배기구가 형성되고, 배기구와 연결되어 배기관 및 배기 장치가 마련될 수 있다. 또한, 반응 챔버(100) 내의 기판 지지 유닛(200)의 외주연을 따라 에지 링(미도시)이 마련될 수 있는데, 에지 링은 챔버 몸체(110)의 내측에 마련될 수 있다. 에지 링은 공정 가스 분사기(400)로부터 반응 챔버(100)의 내부로 공급되는 공정 가스가 기판 지지 유닛(200)의 하측으로 유출되는 것을 방지하기 위해 설치될 수 있다.
기판 지지 유닛(200)은 적어도 하나의 기판(10)을 지지하는 기판 지지대(210)와, 기판 지지대(210)의 적어도 일 영역에 마련된 온도 조절 부재(220)를 포함할 수 있다. 또한, 기판 지지대(210)를 승강시키는 지지대 구동부(230)와, 지지대 구동부(230)와 기판 지지대(210)를 연결하는 연결축(240)을 포함할 수 있다. 또한, 도시되지 않았지만, 기판(10)의 로딩 및 언로딩을 위한 복수의 리프트 핀을 더 포함할 수도 있다. 한편, 기판 지지대(210)는 지지대 구동부(230)에 의해 상승 및 하강하고, 또는 회전할 수 있다. 이를 통해 기판(10)의 공정 위치를 설정할 수 있고, 기판(10)의 로딩 및 언로딩을 용이하게 수행할 수도 있다. 이때, 지지대 구동부(230)로 모터를 구비하는 스테이지를 이용할 수 있다. 그리고, 지지대 구동부(230)는 반응 챔버(100)의 외측에 마련되는 것이 효과적인데, 이를 통해 지지대 구동부(230)의 움직임에 의한 파티클 발생을 방지할 수 있다. 여기서, 연결축(240)에 의해 지지대 구동부(230)의 구동력(상승 및 하강력 그리고 회전력)이 기판 지지대(210)에 전달된다. 연결축(240)은 반응 챔버(100)의 바닥면, 즉 연장관(132)을 관통하여 기판 지지대(210)에 접속된다. 또한, 연결축(240)이 관통하는 반응 챔버(100)의 관통홀 영역에는 반응 챔버(100)의 밀봉을 위한 밀봉 수단(예를 들어, 밸로우즈)가 마련될 수 있다. 이러한 기판 지지 유닛(220)에 대해서는 이후 도 2 내지 도 4를 이용하여 더욱 자세하게 설명하겠다.
가열 수단(300)은 반응 챔버(100) 외부의 하측에 마련되어 반응 챔버(100)의 하부돔(130)을 투과하여 반응 챔버(100) 내부에 복사열을 인가한다. 가열 수단(300)은 적어도 하나 이상 마련될 수 있는데, 기판(10)의 형상을 따라 반응 챔버(100)의 하측을 둘러싸도록 복수 마련될 수 있다. 또한, 가열 수단(300)은 상하로 분할되어 마련될 수 있는데, 반응 챔버(100) 내의 중심 영역을 가열하는 제 1 가열 수단(310)과, 반응 챔버(100) 내의 가장자리 영역을 가열하는 제 2 가열 수단(320)을 포함할 수 있다. 이때, 제 1 가열 수단(310)은 제 2 가열 수단(320)보다 하측에 위치할 수 있다. 이러한 가열 수단(300)은 복수의 램프 히터(미도시)와, 복수의 램프 히터의 하부 및 외측에 설치되는 적어도 하나의 반사판(미도시)을 포함할 수 있다. 복수의 램프 히터는 복사열을 방출하는 할로겐 등과 같은 램프를 이용할 수 있다. 반사판은 반사 효율 및 내부식성이 높은 금속, 예를 들어 알루미늄 및 스테인레스 스틸 등을 표면에 코팅하여 이용할 수 있다. 또한, 반사판은 냉각을 위한 냉매가 유동할 수 있는 냉각 유로(미도시)가 내부에 마련될 수도 있다.
공정 가스 분사기(400)는 반응 챔버(100) 내에 마련되어 기판(10) 상에 예를 들어 에피택셜 증착으로 박막을 형성하기 위한 공정 가스를 분사한다. 공정 가스 분사기(400)는 적어도 하나 마련될 수 있으며, 기판(10) 상에 형성되는 박막에 따라 복수의 공정 가스를 공급할 수도 있다. 예를 들어 박막으로 게르마늄층을 형성하는 경우 공정 가스 분사기(400)는 GeH4, Ge2H6 등의 게르마늄 함유 가스를 공급할 수 있다. 그러나, 박막은 게르마늄층 이외에 다양한 물질층으로 형성할 수 있는데, 예를 들어 SiC층 또는 SiGe층으로도 형성할 수 있다. SiC층을 형성하는 경우 실리콘 함유 가스와 탄소 함유 가스를 유입시키고, SiGe층을 형성하는 경우 실리콘 함유 가스와 게르마늄 함유 가스를 유입시킬 수 있다. 여기서, 실리콘 함유 가스로는 예를 들어 SiH4, Si2H6 등을 이용하고, 탄소 함유 가스로는 SiH3CH3 등을 이용할 수 있다.
한편, 도시되지 않았지만, 플라즈마 발생부가 반응 챔버(100)의 상부, 즉 상부돔(120)의 상부에 마련되어 반응 챔버(100) 내부로 공급된 반응 가스를 이온화하여 플라즈마를 생성할 수 있다. 플라즈마 발생부는 반응 챔버(100) 내에 전기장을 유도하기 위한 안테나 시스템을 포함할 수 있다. 플라즈마 발생부로 이용되는 안테나 시스템은 상부돔(120)에 인접하여 설치될 수 있다. 또한, 안테나 시스템은 반응 챔버(100)의 상부에 인접하여 설치되는 하부 안테나와, 하부 안테나 위에 소정 간격 이격되어 설치되는 상부 안테나를 포함하여 복층 구조로 이루어질 수도 있다. 이러한 안테나 시스템은 복수의 턴을 가진 코일(미도시)과, 코일과 연결된 RF 전원(미도시)을 포함할 수 있다. 여기서, 코일은 구리 등의 도전성 재료로 제작될 수 있으며, 내부가 빈 관 형상으로 제작될 수 있다. 코일이 관 형상으로 제작되는 경우 냉각수 또는 냉매가 흐를 수 있기 때문에 코일의 온도 상승을 억제할 수 있다. 또한, 코일의 일 단부는 RF 전원과 연결되고, 타 단부는 접지 단자와 연결된다. 따라서, 코일은 RF 전원에 따라 반응 챔버(100) 내부에서 플라즈마를 발생시키게 된다. 한편, 코일은 다수의 턴으로 감긴 나선형으로 마련되거나, 동심원 형태로 배치되어 서로 연결된 다수의 원형 코일을 포함할 수도 있다. 그러나, 코일은 나선형 코일 또는 동심원상의 원형 코일뿐만 아니라 여러 가지 다른 형태를 가진 코일로 이루어질 수도 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 지지 유닛의 단면도 및 저면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예의 변형 예에 따른 기판 지지 유닛의 단면도이다. 또한, 도 5 및 도 6은 종래의 기판 지지 유닛 및 발명의 일 실시 예에 따른 기판 지지 유닛 상의 온도 분포를 각각 도시한 개략도이다. 이들을 이용하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 지지 유닛을 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 지지 유닛(200)은 기판 지지대(210)와, 기판 지지대(210)의 적어도 일 영역에 접촉되어 마련된 온도 조절 유닛(220)을 포함할 수 있다.
기판 지지대(210)는 대략 기판(10)의 형상과 동일한 판 형상으로 제작될 수 있다. 예를 들어, 기판 지지대(210)는 원형으로 제작될 수 있다. 또한, 기판 지지대(210)는 열 전도성이 우수한 물질로 제작될 수 있다. 예를 들어, 기판 지지대(210)는 실리콘 카바이드(SiC), 실리콘 카바이드(SiC)가 코팅된 그래파이트(graphite), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 알루미늄 나이트라이드(AlN) 또는 불투명 석영(opaque quartz) 중 어느 하나의 재질로 제작될 수 있다. 또한, 기판 지지대(210)에는 적어도 하나의 기판 지지 영역이 마련될 수 있다. 예를 들어, 기판 지지 영역은 기판 지지대(210) 상부면에 기판(10) 형상으로 오목하게 형성될 수 있다. 따라서, 기판 지지대(210) 상부에 적어도 하나의 기판(10)이 지지될 수 있다.
온도 조절 부재(220)는 기판 지지대(210)의 적어도 일 영역에 마련될 수 있다. 즉, 온도 조절 부재(220)는 기판 지지대(210)의 상부면, 하부면 및 측면의 소정 영역에 적어도 하나 마련될 수 있다. 예를 들어, 기판 지지대(210)의 상부면, 하부면 및 측면 각각의 적어도 어느 한 영역에 온도 조절 부재(220)가 각각 마련될 수 있고, 상부면, 하부면 및 측면의 적어도 둘 이상의 영역에 온도 조절 부재(220)가 마련될 수도 있다. 예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 온도 조절 부재(220)는 기판 지지대(210)의 하부면의 소정 영역에 기판(10)의 형상을 따라 마련될 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이 온도 조절 부재(220)는 기판 지지대(210)의 측면 및 하부면의 소정 영역에 마련될 수도 있다. 이러한 온도 조절 부재(220)는 기판 지지대(210) 상부의 온도 분포에 따라 마련될 수 있는데, 온도가 다른 적어도 일 영역에 마련될 수 있다. 따라서, 온도 조절 부재(220)에 의해 기판 지지대(210) 상부로 전달되는 온도를 조절할 수 있고, 그에 따라 기판 지지대(210) 상부의 온도 분포를 균일하게 할 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이 기판 지지대(210) 상부에 제 1 온도를 가지는 영역(A)과 이보다 높은 제 2 온도를 가지는 영역(B)이 존재할 있는데, 종래에는 이러한 온도의 불균일에 의해 공정의 균일성이 저하되었다. 그런데, 본 발명은 온도 조절 부재(220)가 기판 지지대(210) 상부의 온도가 다른 영역에 비해 높은 영역에 마련될 수 있다. 즉, 본 발명은 제 2 온도를 가지는 영역(B)에 온도 조절 부재(220)가 마련될 수 있다. 이러한 영역은 예를 들어 제 1 및 제 2 가열 수단(310, 320)의 복사열이 중첩되는 영역일 수 있다. 이렇게 온도가 높은 영역에 대응되는 기판 지지대(210)의 일 영역에 온도 조절 부재(220)를 마련하여 기판 지지대(210) 상부의 해당 영역의 온도를 낮춰 온도 분포를 균일하게 할 수 있다. 이를 위해 온도 조절 부재(220)는 가열 수단(300)의 복사열을 조절할 수 있도록 광 투과도를 조절할 수 있는 물질을 이용할 수 있다. 광 투과도를 조절할 수 있는 물질은 쿼츠, 유리 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 쿼츠는 광 투과도가 90%이고, 이를 온도 조절 부재(220)로 이용하면 가열 수단(300)으로부터 방출되는 복사열이 10% 정도 감소되어 기판 지지대(210)에 인가될 수 있다. 즉, 기판 지지대(210) 상부의 온도가 다른 영역에 비해 10% 정도 높은 영역에 대응되는 영역에 쿼츠를 이용한 온도 조절 부재(220)를 마련함으로써 기판 지지대(210) 상부의 온도를 균일하게 조절할 수 있다. 그런데, 온도 조절 부재(220)는 그 두께 및 재질에 따라 광 투과도가 조절될 수 있다. 예를 들어, 두께가 두꺼울수록 광 투과도를 낮출 수 있고, 색소 등의 첨가량이 많을수록 광 투과도를 낮출 수 있다. 따라서, 기판 지지대(210) 상부의 온도가 복수로 분포될 경우 투과량이 다른 복수의 온도 조절 부재(220)를 마련하여 기판 지지대(210) 상부의 온도 분포를 균일하게 할 수 있다. 이러한 온도 조절 부재(220)는 기판 지지대(210)의 표면에 예를 들어 볼트, 접착제 등을 이용하여 체결할 수 있다. 또한, 기판 지지대(210)의 소정 영역이 제거된 후 제거된 영역에 온도 조절 부재(220)가 삽입되도록 하여 체결할 수도 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 지지 유닛(200)은 기판 지지대(210)의 적어도 일 영역에 광 투과율을 조절할 수 있는 온도 조절 부재(220)가 마련되고, 온도 조절 부재(220)를 통해 복사열이 전달되어 기판 지지대(210) 상부의 온도 분포를 균일하게 할 수 있다. 예를 들어, 기판 지지대(210) 상부의 온도가 다른 영역에 비해 높은 영역에 온도 조절 부재(220)를 마련하여 온도가 높은 영역은 온도 조절 부재(220)를 통해 투과된 복사열이 전달되고 다른 영역은 복사열이 그대로 전달된다. 따라서, 온도 조절 부재(220)를 통해 온도 조절 부재(220)의 투과율에 해당되는 만큼의 복사열이 감소되어 인가되므로 기판 지지대(210) 상부의 온도 분포를 균일하게 할 수 있고, 그에 따라 기판 지지대(210) 상부에 지지되는 기판(10)의 공정 균일도를 균일하게 할 수 있다.
한편, 상기 본 발명의 일 실시 예는 가열 수단(300)이 반응 챔버(100)의 하측 외부에 마련되어 반응 챔버(100) 내부로 복사열을 인가하고, 기판 지지대(210)의 적어도 일 영역에 접촉되어 마련된 온도 조절 부재(220)에 의해 국부적으로 복사열이 조절되어 인가되는 기판 처리 장치를 설명하였다. 그러나, 본 발명은 기판 지지대(210) 내에 가열 수단이 마련되는 경우에도 구현 가능하며, 이러한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 지지 유닛을 포함하는 기판 처리 장치를 설명하면 다음과 같다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 기판 처리 장치의 단면도이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 지지 유닛의 단면도이다. 또한, 도 9 및 도 10은 종래의 기판 지지 유닛 상의 온도 분포와 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 지지 유닛 상의 온도 분포를 각각 도시한 개략도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 소정의 반응 공간을 마련하는 반응 챔버(100)와, 반응 챔버(100) 내부에 마련된 기판 지지 유닛(200)과, 기판 지지 유닛(200) 내부에 마련된 가열 수단(305)과, 반응 챔버(100) 내부의 기판 지지 유닛(200)과 대향되는 위치에 마련된 공정 가스 분사기(400)를 포함할 수 있다.
반응 챔버(100)는 대략 원형의 평면부 및 평면부로부터 상향 연장된 측벽부를 포함하여 소정의 반응 공간을 가지는 몸체(100a)와, 대략 원형의 몸체(100a) 상에 위치하여 반응 챔버(100)를 기밀하게 유지하는 덮개(100b)를 포함할 수 있다. 이러한 반응 챔버(100)는 기판의 형상에 대응하는 다양한 형상으로 제작될 수 있다. 또한, 몸체(100a)의 소정 영역에는 기판 출입구 및 배기구 등이 마련될 수 있고, 덮개(100b)의 소정 영역에는 이를 관통하여 공정 가스 분사기(400)와 연결되는 가스 공급관이 마련될 수 있다.
기판 지지 유닛(200)은 적어도 하나의 기판(10)을 지지하는 기판 지지대(210)와, 기판 지지대(210)의 적어도 일 영역에 마련된 온도 조절 부재(220)와, 기판 지지대(210)를 승강시키는 지지대 구동부(230)와, 지지대 구동부(230)와 기판 지지대(210)를 연결하는 연결축(240)을 포함할 수 있다. 또한, 도시되지 않았지만, 기판(10)의 로딩 및 언로딩을 위한 복수의 리프트 핀을 더 포함할 수도 있다. 즉, 본 발명의 다른 실시 예는 가열 수단(305)이 기판 지지대(210) 내에 마련되는 것을 제외하고, 본 발명의 일 실시 예에서 설명된 내용과 동일한 구성을 갖는다. 가열 수단(305)은 예를 들어 동심원으로 마련된 복수의 열선으로 구성될 수 있으며, 외부로부터 전원이 인가되어 소정의 온도로 가열될 수 있다. 이러한 가열 수단(305)의 열이 기판 지지대(210)를 통해 전달되어 기판 지지대(210) 상부에 지지되는 기판(10)을 가열하게 된다. 기판 지지대(210)는 예를 들어 실리콘 카바이드(SiC), 실리콘 카바이드(SiC)가 코팅된 그래파이트(graphite), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 알루미늄 나이트라이드(AlN) 또는 불투명 석영 등의 열 전도성이 우수한 물질로 제작될 수 있다. 그런데, 기판 지지대(210) 상부는 도 9에 도시된 바와 같이 온도가 낮은 제 1 온도(A)를 유지하는 영역과 이보다 높은 제 2 온도(B)를 유지하는 영역이 존재하여 온도 분포가 다를 수 있다. 예를 들어, 동심원으로 배열된 열선 사이의 영역에 대응되는 영역은 열선에 대응되는 영역보다 온도가 낮을 수 있다. 즉, 열선의 상측 영역은 열선으로부터 열을 직접 공급받지만, 열선 사이의 영역은 열선의 상측 영역보다 열을 적게 공급받아 온도가 낮을 수 있다. 이러한 온도 불균일을 해결하기 위해 온도 조절 부재(220)를 기판 지지대(210)에 접촉하여 마련된다. 즉, 온도 조절 부재(220)가 온도가 낮은 영역에 마련됨으로써 해당 영역의 온도를 높일 수 있다. 예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이 제 1 온도(A)를 유지하는 영역에 온도 조절 부재(220)를 마련함으로써 해당 영역의 온도가 제 2 온도(B)로 상승할 수 있다. 여기서, 온도 조절 부재(220)는 기판 지지대(210)의 상부면에 마련될 수 있다. 또한, 온도 조절 부재(220)는 기판 지지대(210)보다 열 전도율이 우수한 물질을 이용할 수 있다. 예를 들어, 열 전도율이 우수한 금속을 이용하여 온도 조절 부재(220)로 이용할 수 있다. 예를 들어, 기판 지지대(210)로 그라파이트를 이용하는 경우 그라파이트의 열 전도율은 50∼200W/mㆍk이므로 이보다 높은 열 전도율을 갖는 예를 들어 구리, 알루미늄 등을 온도 조절 부재(220)로 이용할 수 있다. 구리의 열 전도율은 350∼401W/mㆍk 정도이고, 알루미늄의 열 전도율은 200∼250W/mㆍk 정도이다. 뿐만 아니라, 기판 지지대(210)의 물질에 따라 기판 지지대(210)보다 열 전도율이 높은 물질을 온도 조절 부재(220)로 이용할 수 있다. 예를 들어, 은(406∼430), 금(314∼318), 철(34∼81), 스테인레스(16∼24), 니켈(91), 다이아몬드(2200∼2300), 탄소나노튜브(3000~∼37000) 등을 이용할 수 있다. 여기서, 괄호 안은 열 전도율을 나타낸다.
공정 가스 분사기(400)는 반응 챔버(100) 외부에 마련된 공급 가스 공급부(미도시)로부터 공정 가스를 공급받아 기판(10) 상에 분사한다. 이러한 공정 가스 분사기(400)는 인젝터 형태로 마련될 수도 있고, 샤워헤드 형태로 마련될 수 있다. 또한, 공정 가스 분사기(400)는 적어도 하나의 바 형상으로 마련되어 회전 가능할 수도 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 지지 유닛(200)은 기판 지지대(210)의 적어도 일 영역에 열 전도율을 조절할 수 있는 온도 조절 부재(220)가 마련되고, 온도 조절 부재(220)를 통해 전도열이 전달되어 기판 지지대(210) 상부의 온도 분포를 균일하게 할 수 있다. 예를 들어, 기판 지지대(210) 상부의 온도가 다른 영역에 비해 낮은 영역에 온도 조절 부재(220)를 마련하여 온도가 낮은 영역은 온도 조절 부재(220)를 통해 투과된 전도열이 전달되고 다른 영역은 전도열이 그대로 전달된다. 따라서, 온도 조절 부재(220)를 통해 온도 조절 부재(220)의 열 전도율에 해당되는 만큼의 전도열이 증가되어 인가되므로 기판 지지대(210) 상부의 온도 분포를 균일하게 할 수 있고, 그에 따라 기판 지지대(210) 상부에 지지되는 기판(10)의 공정 균일도를 균일하게 할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 반응 챔버 200 : 기판 지지 유닛
300 : 가열 수단 400 : 공정 가스 분사기
210 : 기판 지지대 220 : 온도 조절 부재

Claims (13)

  1. 적어도 하나의 기판이 지지되는 기판 지지대; 및
    상기 기판 지지대의 적어도 일 영역에 접촉되어 상기 기판 지지대에 고정되며, 상기 기판 지지대와 이종의 물질로 제작되어 상기 기판 지지대 상부의 온도 분포를 조절하는 온도 조절 부재를 포함하는 기판 지지 유닛.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 온도 조절 부재는 상기 기판 지지대의 상부면, 하부면, 측면을 포함하여 적어도 일 영역에 마련되는 기판 지지 유닛.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 온도 조절 부재는 상기 기판 지지대의 표면에 결합되거나, 상기 기판 지지대가 소정 깊이로 제거된 소정 영역에 결합되는 기판 지지 유닛.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 온도 조절 부재는 상기 기판 지지대 상부의 온도가 다른 영역보다 높은 영역에 마련되는 기판 지지 유닛.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 온도 조절 부재는 복사열의 투과율을 조절하는 물질로 제작된 기판 지지 유닛.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 온도 조절 부재는 쿼츠, 유리를 포함하며, 두께 및 색소 첨가량에 따라 투과율이 조절되는 기판 지지 유닛.
  7. 청구항 3에 있어서, 상기 온도 조절 부재는 상기 기판 지지대 상부의 온도가 다른 영역보다 낮은 영역에 마련되는 기판 지지 유닛.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 온도 조절 부재는 상기 기판 지지대보다 열 전도율이 높은 물질로 제작되는 기판 지지 유닛.
  9. 반응 챔버;
    상기 반응 챔버 내부에 마련된 기판 지지 유닛; 및
    상기 반응 챔버 내부를 가열하는 가열 수단을 포함하며,
    상기 기판 지지 유닛은,
    적어도 하나의 기판이 지지되는 기판 지지대; 및
    상기 기판 지지대의 적어도 일 영역에 접촉되어 상기 기판 지지대에 고정되며, 상기 기판 지지대와 이종의 물질로 제작되어 상기 기판 지지대 상부의 온도 분포를 조절하는 온도 조절 부재를 포함하는 기판 처리 장치.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 가열 수단은 상기 반응 챔버 하측에 마련되어 복사열을 방출하는 적어도 하나의 램프 히터를 포함하는 기판 처리 장치.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 온도 조절 부재는 복사열의 투과율을 조절하는 물질로 제작되어 상기 기판 지지대 상부의 온도가 다른 영역보다 높은 영역에 마련되는 기판 처리 장치.
  12. 청구항 9에 있어서, 상기 가열 수단은 상기 기판 지지대 내부에 마련된 히터를 포함하는 기판 처리 장치.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 온도 조절 부재는 상기 기판 지지대보다 열 전도율이 높은 물질로 제작되며, 상기 기판 지지대 상부의 온도가 다른 영역보다 낮은 영역에 마련되는 기판 처리 장치.
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