KR20150066309A

KR20150066309A - 기판 처리 장치

Info

Publication number: KR20150066309A
Application number: KR1020130151692A
Authority: KR
Inventors: 조국형조국형; 조국형
Original assignee: 참엔지니어링(주)
Priority date: 2013-12-06
Filing date: 2013-12-06
Publication date: 2015-06-16
Also published as: WO2015083883A1; KR101538461B1

Abstract

본 발명은 일측에서 기판이 입출 가능하고, 내부에 제1 공간을 형성하는 챔버, 상기 챔버 내부의 제1 공간에 배치되고 내부에 제2 공간을 형성하는 내부 챔버, 상기 내부 챔버의 내부에 배치되고 상기 기판을 지지하기 위한 기판 지지대, 상기 기판 지지대에 가스를 분사하기 위한 가스 분사기를 포함하고, 상기 내부 챔버는 상기 챔버 내 상측에 고정되는 제1 바디, 상기 제1 바디 하측에 배치되며 상하이동 가능한 제2 바디를 포함하고, 상기 제1 바디와 상기 제2 바디가 결합되어 상기 제2 공간을 상기 제1 공간에 대하여 고립시키는 고립 공간으로 형성하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.

Description

기판 처리 장치{Substrate process apparatus}

본 발명은 기판 지지 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 기판 처리 공간의 환경 혹은 공정변수를 균일하고 대칭적으로 조절할 수 있는 기판 처리 장치에 관한 것이다.

반도체 메모리 등 각종 전자 소자는 다양한 박막이 적층되어 제조된다. 즉, 기판상에 각종 박막을 형성하며, 이처럼 형성된 박막을 사진-식각 공정을 사용하여 패터닝하여 소자 구조를 형성하게 된다.

박막은 재료에 따라 도전막, 유전체막, 절연막 등 있으며, 박막을 제조하는 방법 또한 매우 다양하다. 박막을 제조하는 방법으로는 크게 물리적 방법 및 화학적 방법 등이 있다. 최근에는 효율적인 박막 제조를 위하여 제조 공정 중에 기판에 열을 인가하는 방식, 플라즈마를 활용하는 방식 등을 사용하고 있다. 플라즈마를 활용하여 기판에 박막을 제조하는 경우, 박막 제조 온도를 낮추고 박막 증착 속도를 증가시킬 수 있다.

일반적인 박막 제조 장치는 기판이 반입되고 공정이 수행되는 내부 공간을 형성하는 챔버, 챔버 내에 배치되고 기판이 지지되어 가열되는 기판 지지대, 기판 지지대에 공정 가스를 공급하는 가스 분사부를 포함한다. 또한, 챔버는 배기관 및 배기펌프와 연결되어, 챔버의 내부 공간에 진공 분위기를 형성할 수 있다. 기판은 기판 지지대 상부에 로딩되고, 가스 분사부로부터 분사된 공정 가스가 기판상에 흡착 및 반응하여 각종 박막으로 제조된다. 여기서 기판 지지대를 가열하고 챔버 내에 플라즈마를 형성하여 박막 증착을 촉진한다.

그러나, 이러한 박막 제조 장치는 공정이 진행되는 챔버 내에서 가스 흐름, 온도 분포, 플라즈마 상태 등의 공정 변수를 원하는 상태로 조절하기 어렵다는 문제가 야기 된다.

예를 들면, 박막 제조 장치는 내부 공간의 압력을 조절하고 주입되는 가스를 배기시키 위하여 챔버 일측 하부에 배기관이 연결되는 데, 이로부터 챔버의 상부 영역의 가스 분사부에서 기판을 향해 공급되는 가스가 배기관을 향하는 방향으로 흐르게 되므로 기판 상부에서 가스의 흐름이 균일하게 유지되지 않게 된다. 또한, 챔버의 측벽 일부에는 기판이 반입되거나 반출되는 기판 반입구가 형성되는 데, 이로부터 챔버 내부 공간의 구조에 비대칭성이 야기되고, 가스 흐름, 온도 분포 등에 비대칭성이 발생한다.

이처럼 챔버 환경 혹은 각종 공정 변수에 불균일성 또는 비대칭성이 야기되면, 기판상에 박막의 두께 및 막질 등을 균일하게 제조하기 어렵게 된다. 또한, 이러한 박막의 불균일성은 제조되는 각종 소자의 특성을 악화시키게 된다.

본 발명은 기판 처리 공간에서 공정 환경 혹은 각종 공정 변수를 균일하게 제어할 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다. 본 발명은 기판 처리 공간에서 각종 공정 변수를 대칭적으로 분포시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다.

본 발명은 기판상에 박막을 균일하게 제조할 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 기판 처리 장치는 일측에서 기판이 입출 가능하고, 내부에 제1 공간을 형성하는 챔버, 상기 챔버 내부의 제1 공간에 배치되고, 내부에 제2 공간을 형성하는 내부 챔버, 상기 내부 챔버의 내부에 배치되고, 상기 기판을 지지하기 위한 기판 지지대, 상기 기판 지지대에 가스를 분사하기 위한 가스 분사기;를 포함하고, 상기 내부 챔버는 상기 챔버 내 상측에 고정되는 제1 바디; 상기 제1 바디 하측에 배치되며 상하이동 가능한 제2 바디를 포함하고, 상기 제1 바디와 상기 제2 바디가 결합되어 상기 제2 공간을 상기 제1 공간에 대하여 고립시키는 고립 공간으로 형성한다.

이때, 상기 제1 바디 및 상기 제2 바디 중 적어도 어느 하나는 세라믹 재질을 포함할 수 있으며, 상기 챔버는 내부에 공간을 형성하고 상측이 개방된 본체 및 상기 본체에 결합되는 탑리드를 구비하고, 상기 제1 바디는 상기 본체의 상측에 고정되고, 상기 제2 바디의 상부면은 상기 제1 바디의 하부면에 결합되는 결합부를 구비할 수 있다.

상기 제2 바디는 상기 기판 지지대의 하면과 일정 간격 이격되는 바닥면 및 상기 바닥면의 가장자리에서 상부 방향으로 연장되며 상기 기판 지지대의 측면과 일정 간격 이격되는 측벽을 구비할 수 있고, 상기 제2 바디의 상기 측벽은 상방으로 갈수록 두께가 두꺼워지며 상부면에는 상측으로 돌출되는 결합부를 구비할 수 있다. 또한, 상기 제2 바디의 상기 바닥면 중앙부에는 배기홀이 형성될 수 있고, 상기 배기홀은 내부에 가스 이동 경로를 형성하는 배기 바디와 연결될 수 있다.

상기 가스 분사기는 가스를 공급하는 가스 공급부와 연결되며, 상기 가스 공급부는 외부로부터 공급되는 가스를 상기 가스 분사기에 균일하게 분배하여 공급하는 가스 분배 블록을 포함할 수 있다.

상기 가스 분배 블록은 내부를 관통하는 메인 경로가 형성된 블록 몸체, 상기 블록 몸체의 내벽에 형성되어 상기 메인 경로로 가스를 분사하는 복수개의 분사홀, 외부로부터 상기 분사홀에 가스를 공급하는 공급 경로를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 메인 경로는 상기 블록 몸체를 상하로 관통할 수 있고, 상기 공급 경로는 상기 메인 경로와 교차하는 방향으로 상기 블록 몸체를 가로질러 형성될 수 있으며, 상기 분사홀과 상기 공급 경로 사이에는 상기 분사홀들을 따라 연결 경로가 형성될 수 있다.

또한, 상기 분사홀들은 상기 공급 경로와 대향하는 위치를 제외하고 상기 블록 몸체의 내벽을 따라 이격 형성될 수 있고, 상기 분사홀들은 상기 메인 경로를 향하여 하향 경사지도록 형성될 수 있다.

상기 볼록 몸체는 중공관 구조의 외부 몸체와 상기 외부 몸체의 내측벽에 결합되며 상기 메인 통로가 형성된 내부 몸체를 구비할 수 있으며, 상기 분사홀들은 내부 몸체를 관통하여 형성될 수 있고, 상기 연결 경로는 상기 외부 몸체의 내면에 홈 형상으로 형성될 수 있으며, 상기 공급 경로가 상기 외부 몸체를 가로질러 관통할 수 있다.

또한, 상기 가스 분배 블록은 상기 가스 분사기의 중심부와 연결될 수 있고, 상하 방향으로 복수개 배치될 수 있다. 이때, 상기 가스 분배 블록들에서 외부와 연결되어 가스를 공급하는 각 공급 경로는 상하 방향으로 엇갈리게 위치할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 챔버 내부에 기판이 처리되는 고립된 공정 공간을 대칭적 구조로 형성하므로, 공정 공간의 환경을 대칭적으로 형성하고, 가스 흐름이나 온도 등 각종 공정 변수를 대칭적으로 균일하게 분포시킬 수 있다.

또한, 챔버 내부의 별도의 고립 공간은 기판 처리 공간의 부피를 감소시켜며, 이로부터 박막 증착 속도를 증가시키고, 가스 사용량을 감소시킬 수 있다. 또한, 공정 공간의 부피가 감소됨에 의해 챔버 세정을 신속하고 용이하게 수행할 수 있다.

또한, 공정 공간의 하부 중심부에 형성된 배기홀부터 배기를 수행하므로, 가스 분사기를 통해 챔버 내로 진입한 가스가 최단 경로를 거쳐서 배기홀을 통해 챔버의 외부로 배출될 수 있다. 따라서, 반응 부산물로 인해서 원하지 않는 막이 가스 이동 경로 상에 위치한 부재 상에 형성되는 것이 억제될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 가스 분사기에 가스를 균일하게 분배하여 공급하는 가스 분배 블록을 구비하므로, 공정 공간에 가스를 더욱 균일하게 공급하고 분포시킬 수 있다.

이처럼, 가스 흐름 등의 공정 변수를 균일하고 대칭적으로 제어하여, 기판에 형성되는 박막의 두께를 기판의 거의 전체 영역에 걸쳐서 균일하게 제조할 수 있고, 제조되는 박막의 특성도 영역별로 거의 동일하거나 유사하게 제어할 수 있다. 이로부터 기판에 형성되는 박막의 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 공정 공간을 감소시켜, 작은 가스량으로 박막을 제조할 수 있고, 가스 사용량을 줄여 저비용으로 생산성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 단면도
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 지지 장치의 내부를 개략적으로 보여주는 단면 사시도
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 가스 분배 블록의 구성을 개략적으로 보여주는 사시도
도 4는 도 3의 가스 분배 블록의 절단 사시도
도 5는 도 3의 가스 분배 블록의 개략 단면도
도 6은 도 3의 가스 분배 블록의 개략 평면도
도 7은 본 발명의 변형 예에 따른 가스 분배 블록의 구성을 개략적으로 보여주는 절단 사시도
도 8은 본 발명의 실시 예의 기판 처리 장치에서 기판이 로딩되는 과정을 표시하는 개념도
도 9는 본 발명의 실시 예의 기판 처리 장치 내부에서 기판이 처리되는 과정을 표시하는 개념도

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 각 구성요소를 명확하게 표현하기 위하여 두께 혹은 크기를 과장하거나 확대하여 표현하였으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 지지 장치의 내부를 개략적으로 보여주는 단면 사시도이다.

도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 일측에서 기판(S)이 입출 가능하고, 내부에 제1 공간(130)을 형성하는 챔버(100), 챔버(100) 내부의 제1 공간(130)에 배치되고, 내부에 제2 공간(240)을 형성하는 내부 챔버(200), 내부 챔버(200)의 내부에 배치되고 기판(S)을 지지하기 위한 기판 지지대(510), 기판 지지대(510)의 상부에 배치되고 기판 지지대(510)에 가스를 분사하기 위한 가스 분사기(300)를 포함한다. 여기서, 내부 챔버(200)는 챔버(100) 내 상측에 고정되는 제1 바디(220), 제1 바디(220) 하측에 배치되며 상하이동 가능한 제2 바디(210)를 포함하고, 제1 바디(220)와 제2 바디(210)가 결합되어 제2 공간을 제1 공간에 대하여 고립시키는 고립 공간으로 형성한다.

또한, 기판 처리 장치는 기판 지지대(510)를 받치고 이를 이동시키는 회전축(520) 및 챔버(100) 내의 진공 분위기를 형성하는 진공 형성부(700)를 포함한다. 또한, 가스 분사기(300)는 전원 공급기(600)와 연결되어 상부 전극으로의 역할도 수행할 수 있다. 즉, 전원이 인가되면 기판 지지대(510)와의 사이에 플라즈마를 형성시키는 상부 전극으로 기능할 수 있다.

이러한, 기판 처리 장치는 챔버(100) 내에 기판(S)을 로딩시킨 후, 기판(S)상에 각종 처리를 행하는 장치로 예컨대 챔버(100) 내에서 반도체 소자를 제조하기 위해서 웨이퍼를 로딩하고, 가스 분사기(300)로 공정 가스를 공급하여, 웨이퍼 상에 박막을 제조할 수 있다.

챔버(100: 110, 120)는 상부가 개방된 본체(110)와, 본체(110)의 상부에 개폐 가능하게 설치되는 탑리드(120)를 구비한다. 탑리드(120)가 본체(110)의 상부에 결합되어 본체(110) 내부를 폐쇄하면, 챔버(100)의 내부에는 예컨대 증착 공정 등 기판(W)에 대한 처리가 행해지는 공간이 형성된다. 공간은 일반적으로 진공 분위기로 형성되므로 챔버(100)에는 배기부가 연결된다. 예를들면, 챔버(100)의 소정 위치 예컨대 챔버(100)의 바닥면이나 측면에는 공간에 존재하는 가스의 배출을 위한 배기관이(720)이 연결되어 있고, 배기관(720)은 진공 펌프(710)에 연결된다.

또한, 본체(110)의 바닥면에는 후술할 기판 지지대(510)의 회전축(520) 및 내부 챔버(200)의 배기 바디(230)가 통과될 수 있는 관통공이 형성되어 있다. 여기서 관통공은 챔버(100), 정확하게는 챔버 본체(110)의 바닥면 중앙부를 관통하도록 형성되는 구멍으로 챔버(100) 내부의 가스를 배출하는 배기 포트(140)의 역할도 수행할 수 있다. 또한 배기 포트(140)는 본체(110)의 바닥면의 하부 방향으로 연장되는 배기 공간을 형성하며, 배기 공간은 일측에서 외부의 배기부와 연결될 수 있다. 예를들면 배기 포트(140) 하부 일측면에서 연결관(150)을 통하여 외부의 배기관(720)과 연결될 수 있다. 또한, 본체(110)의 측벽에는 기판(S)을 챔버(100) 내부로 반입하거나, 외부로 반출하기 위한 개구부(111)가 형성되며 개구부(111) 외측에는 게이트 밸브(900)가 장착될 수 있다.

상기에서는 본체(110)와 탑리드(120)를 구비하는 챔버(100)를 설명하였으나, 챔버의 구조는 이에 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들면, 본체(110)와 탑리드(120)가 일체형으로 제조될 수도 있다. 또한, 상기에서는 배기 포트(140), 연결관(150), 배기관(720)이 연결되는 배기 구조를 설명하였으나, 챔버 배기 구조는 챔버 하부 중앙부를 통하여 배기하는 구조라면 다양한 변경이 가능하다.

내부 챔버(200)는 챔버(100)와 별도의 부재로 챔버(100) 내부에 설치되어 기판(S)이 실질적으로 처리되는 고립 공간을 형성한다. 즉, 고립 공간은 외부에 대하여 챔버(100)가 형성하는 제1 공간(130) 내에서, 제1 공간(130)과 차단되는 별도의 제2 공간(240)으로 형성되며, 그 내부에서 박막 증착 등의 기판 처리 공정이 수행된다. 이러한 내부 챔버(200)는 챔버(100) 내 상측에 고정되는 고정 바디인 제1 바디(220), 제1 바디(220)의 하측에 배치되며 상하이동 가능한 이동 바디인 제2 바디(210)를 포함하고, 제1 바디(220)와 제2 바디(210)가 결합되어 제2 공간(240)을 형성한다.

여기서, 제1 바디(220)는 본체(110)의 상측에 고정될 수 있고, 본체(110) 상측의 내벽을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 예를들면 제1 바디(220)는 환형의 링 형태로 제조될 수 있다. 제2 바디(210)는 상하로 이동하면서 상부면이 제1 바디(220)의 하부면과 접촉하여 제1 바디(220)에 결합될 수 있다. 이때, 제2 바디(210)의 상부면에는 결합부가 형성될 수 있다. 또한, 제2 바디(210)는 용기 형상으로, 기판 지지대(510)의 하면과 일정 간격 이격되는 바닥면(211) 및 바닥면(211)의 가장자리에서 상부 방향으로 연장되며 기판 지지대(510)의 측면과 일정 간격으로 이격되는 측벽(212)을 구비할 수 있다. 즉, 제2 바디(210)는 기판(S)이나 기판 지지대(510)의 중심에서 대하여 점대칭 구조를 이루는 형상일 수 있다. 제2 바디(210)의 측벽(212)는 상방으로 갈수록 두께가 두꺼워지며, 상부면(213)에는 제1 바디(220)의 하부면과 결합되는 결합부(214)가 구비될 수 있다. 예를들면, 제2 바디의 상부면(213)에는 상측으로 돌출되는 돌기가 형성될 수 있고, 이경우 제1 바디(220)의 하부면에는 상기 돌기에 대응하여 돌기가 삽입될 수 있는 오목홈이 형성될 수 있다. 물론 이와 반대로 제2 바디(210)의 상부면(213)에 오목홈이 형성되고, 제1 바디(220)의 하부면에 하방으로 돌출되는 돌기가 형성될 수도 있다. 이러한 결합부는 제1 바디(220)와 제2 바디(210)의 밀착성을 향상시키며, 양 부재의 결합을 용이하게 한다. 또한, 제1 바디(220)와 제2 바디(210) 중 적어도 하나 혹은 모두는 세라믹 재질로 제조될 수 있다. 이러한 세라믹 재질은 보온성, 열적 안정성 및 내식성이 우수하여, 내부 챔버(200)가 형성하는 제2 공간에서 다양한 공정이 수행될 수 있도록 한다.

상기한 바와 같이, 챔버(100)의 일측에는 기판(S)이 반출입되는 개구부(111)가 형성되어 있어, 제1 공간(130)은 개구부(111) 부근에서 대칭성이 유지되지 않게 된다. 반면, 내부 챔버(200)의 구조에 의하여, 제2 공간(240)은 기판 혹은 지지대의 중심에 대하여 대칭적 구조로 형성된다. 또한, 제2 공간(240)은 이중 챔버 구조의 내부 공간이므로 기판 지지대(510)를 가열하는 경우 기판 지지대(510) 및 그 주변을 균일하고 고온으로 유지될 수 있도록 한다. 이처럼 제1 공간과 차단되고 대칭성이 유지되며, 보온성이 우수한 제2 공간에서 기판 처리가 수행되는 경우, 균일한 처리가 수행될 수 있다. 예를 들면, 기판상에 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있다. 또한, 제2 공간은 제1 공간보다 적은 부피를 가질 수 있다. 이처럼 제2 공간(240)을 적은 부피로 형성하면, 제2 공간에 유입되는 처리 가스가 기판(S)에 신속하게 도달할 수 있어 기판상에 증착되는 박막의 증착 속도를 향상시킬 수 있고, 작은 량의 처리 가스로 공정을 수행할 수 있다. 또한, 박막 증착 공정에 의하여 내부 챔버(200)의 내부벽에 부산물이 형성되더라도 상대적으로 챔버(100) 보다는 내부 챔버(200)가 높은 온도로 유지되고 부산물이 안정적으로 형성되어 내부 챔버(200)를 쉽고 빠르게 세정할 수 있게 되어 생산성으로 높일 수 있게 된다.

한편, 제2 바디의 바닥면(211)의 중앙부에는 배기홀(219)이 형성되며, 배기홀(219)은 내부에 가스가 이동하는 배기 경로를 형성하는 배기 바디(230)와 연결될 수 있다. 배기 바디(230)는 상하 방향으로 연장 형성되는 중공관 구조이며, 배기홀(219)와 연결되는 상부 영역(213)과 상부 영역(231) 보다 직경이 작은 하부 영역(232)을 포함할 수 있다. 이때, 배기 바디(230)를 상하로 관통하는 경로 즉, 중공관의 내부 경로가 가스가 배출되는 배기 경로가 된다. 배기 바디(230)는 상측 측벽, 즉 상부 영역(231)의 측벽에 형성되고 제1 공간(130)과 상기 배기 경로를 연통시키는 복수의 제1홀(233), 하측 측벽 즉 하부 영역(232)의 측벽에 형성되고 상기 배기 경로와 배기 포트(140)를 연통시키는 복수의 제2홀(234) 및 상부 영역의 바닥면에 형성되어 상하로 관통되는 복수의 제3홀(235)를 포함한다. 이때, 제1홀(233)과 제3홀(235)는 연결될 수도 있고, 분리되어 따로 형성될 수도 있다. 이로부터, 가스 분사기(300)로부터 도입된 가스는 제2 공간(240)에서 기판 처리 공정에 활용되며, 제2 공간(240)으로부터 상술된 배기 바디(230)을 통하여 외부로 배출된다. 즉, 가스는 기판 지지대(510)와 내부 챔버(200) 내측벽 사이의 공간을 통과하고, 기판 지지대(510)와 내부 챔버(200) 바닥면 사이의 공간을 통과하고, 배기홀(219) 및 배기 바디(230)를 통과하여 배기 포트(140) 및 외부 배기관으로 배출된다. 이때, 배기 바디(230)를 통과하는 가스는 상하로 연장되는 배기 경로를 바로 통과하고 제2홀(234)을 통과하여 배기 포트(140)로 흐를 수도 있고, 배기 바디(230)의 제3홀(233)을 통과하여 배기 포트(140)로 흐를 수도 있다. 한편, 챔버(100) 즉, 제1 공간(130)에 존재하거나 유입된 가스는 배기 바디(230) 상측을 관통하는 제1홀(233)을 통과하고 배기 경로를 통하여 배기 포트(140)로 흐를 수도 있고, 제1홀(233) 및 제3홀을 통하여 배기 포트(140)로 흐를 수도 있다.

상기에서 각 부재의 중앙부는 각 부재의 중심점을 포함하고, 외측으로 확장되는 소정 영역을 포함한다. 이때 소정 영역의 면적은 부재의 크기에 따라 변동될 수 있고 특별히 한정되지 않으며, 가스 배출 흐름을 중심 방향으로 유도할 수 있으면 된다. 또한, 배기 바디(230)는 제2 바디(210)과 일체형으로 형성될 수도 있고, 별도 부재로 제작되어 제2 바디(210)에 결합될 수도 있다. 배기 바디(230)는 챔버(100) 외부의 구동축(미도시) 및 구동 수단(미도시)과 연결되어 이들의 동작에 의하여 상하로 이동할 수 있고, 이로부터 제2 바디(210)를 상하로 이동시킬 수 있다. 또한, 배기 포트(140)는 챔버(100)의 하측에 일체로 형성될 수도 있고, 별도의 부재로 제작되어 챔버(100) 하면에 장착될 수도 있다.

상기한 바와 같이, 챔버(100) 및 내부 챔버(200)의 하부 중앙부에 배기 구조가 형성되므로, 가스의 배기를 하부 중앙부를 통하여 수행할 수 있고, 챔버(100) 및 내부 챔버(200)의 각 위치로부터 배기 구조까지의 배기 경로를 대칭적으로 균일하게 유지할 수 있다. 이로부터 배기의 편중에 의해 발생되는 가스 흐름의 불균일성 혹은 기판 처리 공정의 불균일성을 억제하거나 방지할 수 있게 된다.

기판 지지대(510)는 기판(S)을 지지하기 위한 구성으로서 내부 챔버(200) 내부의 하측에 설치된다. 기판 지지대(510)는 회전축(520) 상에 설치된다. 기판 지지대(510)는 소정 두께를 가지는 플레이트형으로, 기판(S)의 형상과 유사한 형상을 가지며, 예컨대 기판이 원형 웨이퍼라면, 원판 형상으로 제작될 수 있다. 물론, 이에 한정되지 않고 다양한 형상으로 변경 가능하다. 기판 지지대(510)는 내부 챔버(200) 내부에 수평방향으로 구비되고, 회전축(520)은 기판 지지대(510)의 저면에 수직으로 연결된다. 회전축(520)은 챔버(100) 바닥면의 관통공을 통하여 외부의 모터 등의 구동수단(미도시)에 연결되어 기판 지지대(510)를 상승, 하강 및 회전시킨다. 이때, 회전축(520)과 관통공 사이는 벨로우즈(미도시) 등을 이용하여 밀폐시킴으로써 기판을 처리하는 과정에서 챔버(100) 내부의 진공이 해제되는 것을 방지한다.

또한, 기판 지지대(510)의 내부에는 이를 가열시키기 위한 발열체(미도시)가 구비될 수 있고, 발열체는 외부의 전원과 연결되며, 발열체에 전원이 인가되면 기판 지지대(510)가 가열되며, 이로부터 기판 지지대(510) 상부에 안착되는 기판(S)을 가열할 수 있게 된다. 발열체는 여러 가지 방식 및 구조로 설치될 수 있고, 특별히 한정되지 않는다. 또한, 기판 지지대(510)는 하부 전극으로 사용될 수도 있다. 예를 들면, 기판 지지대(510)는 접지하고 가스 분사기(300)에는 전원을 인가하여 기판 지지대(510)와 가스 분사기(300) 사이에 플라즈마를 여기시킬 수 있다.

또한, 기판 지지대(510)에는 이를 상하 방향으로 관통하는 복수의 관통홀이 형성될 수 있고, 관통홀에는 기판(S)을 로딩 및 언로딩할 때 이용되는 리프트핀(530)이 삽입될 수 있다. 이때, 제2 바디(210)의 바닥면(211)에도 리프트핀(530)이 통과하는 관통홀이 형성될 수 있다. 이로부터, 제2 바디(210) 및 기판 지지대(510)의 상하 이동에 따라서, 리프트핀(530)이 기판 지지대(510) 상부로 노출되거나, 리프트핀(530)이 기판 지지대(510)의 관통홀 내부에 위치할 수 있다.

가스 분사기(300)는 챔버(100) 정확하게는 내부 챔버(200)의 내부에 가스를 공급하는 역할을 수행한다. 또한, 가스 분사기(300)는 외부 전원(600)과 연결되어 상부전극의 역할을 수행할 수도 있다. 즉, 가스 분사기(300)를 통하여 외부에서 공급되는 각종 처리 가스를 기판 지지대(510) 측으로 분사할 수 있다. 예컨대, 박막 증착을 위한 공정가스를 분사할 수 있다. 가스 분사기(300)는 챔버(100)를 형성하는 탑리드(120)에 설치될 수 있고, 서로 다른 종류의 가스를 공급하는 복수의 가스 공급원과 연결될 수도 있다. 가스 분사기(300)은 기판 지지대(510)와 대향하고 이와 유사한 소정 면적을 가지고, 복수의 분사홀을 구비하는 샤워헤드 타입으로 제조될 수 있다. 물론 챔버(100)에 가스를 공급하는 수단은 내부 챔버(200) 내에 삽입되는 노즐이나 인젝터 타입으로 제조될 수도 있다. 또한, 가스 분사기(300)와 탑리드(120) 사이에는 이를 사이를 전기적으로 절연시키는 절연부재(800)가 설치될 수도 있다.

예들들어 샤워헤드 타입의 가스 분사기의 경우, 기판 지지대(510)를 마주보며 복수의 분사홀이 형성되는 분사판(310), 분사판(310)의 상측에 형성되고 가스 공급부과 연결되는 상부판(320) 및 분사판(310)과 상부판(320) 사이에 형성되며 가스가 통과하는 복수의 분배홀이 형성되는 분배판(330)을 포함할 수 있다. 이로부터 외부의 가스 공급원과 연결된 가스 공급부(400)로부터 가스가 공급되면, 상부판(320)을 통과하여 상부판(320)과 분배판(330) 사이로 유입되고, 이후 가스는 분배판(330)의 분배홀을 통과하여 분배판(330)과 분사판(310) 사이로 유입되며, 이어서 분사판(310)의 분사홀을 통과하여 기판 지지대를 향하여 분사된다. 상부판(320)의 중앙부를 통하여 도입되는 가스는 분배판(330) 및 분사판(310)을 통과하여 기판 지지대(510)에 분사되므로, 기판 지지대(510)에 지지되는 기판(S)상으로 가스를 균일하게 공급할 수 있게 된다.

또한, 가스 분사기(300)는 가스를 공급하는 가스 공급부(400)와 연결되며, 가스 공급부(400)는 외부로부터 공급되는 가스를 가스 분사기(300)에 균일하게 분배하여 공급하는 가스 분배 블록(420)을 포함한다. 가스 공급부(400)는 상부판(320)의 중앙부과 연결되는 가스 공급관(410) 및 가스 공급관(410)의 소정 위치에 삽입 장착되는 가스 분배 블록(420)을 포함한다. 가스 공급관(410)은 중공관 구조로 내부에 가스가 유입되는 메인 유입통로(430)을 형성하며, 단일 부재 혹은 복수의 부재로 형성될 수 있다. 예를들면 일 가스 공급관의 일단을 상부판(320)에 연결하고, 타단에 가스 분배 블록(420)을 배치하며, 그 위에 다시 다른 가스 공급관을 설치할 수 있다. 이때, 각 부재의 중심부를 관통하여 메인 유입통로(430)가 형성된다. 물론, 단일 가스 공급관의 일부 영역에 가스 분배 블록(420)을 일체로 형성할 수도 있다.

또한, 가스 공급부(300)은 복수의 다양한 가스를 공급할 수 있는 데, 예를들면, 가스 도입관의 상부와 외부 관을 연결하여 메인 유입통로(430)로 세정 가스를 공급하고, 가스 분배 블록(420)을 통하여 측방향에서 박막 증착용 공정 가스를 공급할 수 있다.

하기에서는 가스 분배 블록(420)에 대해서는 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 가스 분배 블록의 구성을 개략적으로 보여주는 사시도이고, 도 4는 도 3의 가스 분배 블록의 절단 사시도이며, 도 5는 도 3의 가스 분배 블록의 개략 단면도이며, 도 6은 도 3의 가스 분배 블록의 개략 평면도이다.

도 3 내지 6을 참조하면, 가스 분배 블록(420)은 가스 분사기(300)에 가스를 균일하게 공급하기 위한 것으로, 내부를 관통하는 메인 경로(422)가 형성된 블록 몸체(421), 블록 몸체(421)의 내벽에 형성되어 메인 경로(422)로 가스를 분사하는 복수개의 분사홀(423), 외부로부터 분사홀(423)에 가스를 공급하는 공급 경로(424)는 포함한다. 또한, 분사홀(423)과 공급 경로 사이(424)에는 분사홀들(423)을 따라 연결 경로(425)가 형성된다.

블록 몸체(421)는 상하로 관통하는 메인 경로(422)를 형성하고 폭 방향 및 길이 방향으로 소정 두께를 가진다. 예를 들면 블록 몸체(421)는 중심부가 관통된 환형 링 형상으로 제조될 수 있다. 또한, 블록 몸체(421)는 별도의 부재로 제조되어 상하 방향으로 관통하는 체결홀(426)을 구비할 수 있고, 이러한 체결홀(426)에 나사 등 체결부재를 체결하여 상술된 가스 도입관(410)에 결합될 수 있다. 물론 블록 몸체(421)는 가스 도입관(410)에 직접 일체화되어 제조될 수도 있다.

블록 몸체(421)을 상하방향으로 관통하는 메인 경로(422)는 가스가 유입되어 통과하는 경로로 상술된 메인 유입통로(430)와 연결되거나 메인 유입통로(430)의 일부로 작용할 수 있다.

공급 경로(424)는 외부 가스 도입관과 연결어 블록 몸체(421)에 가스를 도입시키는 경로로, 메인 경로(422)와 교차하는 방향으로 블록 몸체(421)를 가로질러 형성될 수 있다. 물론, 공급 경로(424)는 외부에서 가스를 공급할 수 있으면 충분하고 특별히 그 구조나 형태가 한정되는 것은 아니다.

연결 경로(425)는 공급 경로(424)와 분사홀(423)을 연결하여 외부로부터 도입된 가스를 분사홀(423)로 전달하는 경로로, 복수의 분사홀(423)를 둘러싸는 구조로 형성될 수 있다. 예를 들면 블록 몸체(421)에 링 형상의 홈으로 형성될 수 있다.

분사홀(423)는 외부로부터 도입된 가스를 메인 경로(422)로 분사하는 것으로, 일측이 공급 경로(424) 및 연결 경로(425)와 연결되고 타측이 블록 몸체(421)의 내벽에서 메인 경로(422)로 노출될 수 있다. 분사홀(423)은 공급 경로(424)와 대향하는 즉 마주보는 위치를 제외하고, 블록 몸체(421)의 내벽을 따라 이격되어 복수개가 형성될 수 있다. 공급 경로(424)와 마주보는 위치에 분사홀을 형성하지 않으므로서, 공급 경로(424)에서 유입된 가스가 직접 메인 경로(422)로 유입되어 가스 흐름에 불균일이 발생하는 것을 방지하거나 억제할 수 있다. 이때, 분사홀들 사이의 간격은 동일 간격일 수도 있고, 위치에 따라 변경될 수도 있다. 또한, 분사홀(423)은 메인 경로(422)를 향하여 하향 경사지도록 형성될 수 있다. 즉, 연결 경로(425)와 연결되는 일측 보다 메인 경로(422)로 노출되는 타측의 높이가 낮도록 형성되고, 이로부터 분사되는 가스를 하부 방향으로 향하도록 할 수 있다.

한편, 볼록 몸체(421)는 중공관 구조의 외부 몸체(421a)와 외부 몸체(421a)의 내측벽에 결합되며 메인 통로(422)가 형성된 내부 몸체(421b)를 구비할 수 있다. 즉, 블록 몸체(421)는 복수개의 부재가 결합되어 제조될 수 있다. 예를 들면 2개의 환형 부재가 결합되어 제조될 수 있다. 이때, 분사홀(423)들은 내부 몸체(421b)를 측방향으로 관통하여 형성될 수 있고, 연결 경로(425)는 외부 몸체(421a)의 내면에 홈 형상으로 형성될 수 있으며, 공급 경로(424)는 외부 몸체(421a)를 폭 방향으로 가로질러 관통하도록 형성될 수 있다.

상기한 구조의 가스 분배 블록(420)은 가스 분사기(300)의 중심부과 연결되어 가스 분사기로 가스를 균일하게 공급한다. 도 5 및 6을 참조하여 설명하면, 외부로부터 도입되는 가스는 우선 공급 경로(424)를 통과하며, 이후 공급 경로(424)와 이어진 연결 경로(425)로 도입된다. 이후, 연결 경로(425)를 따라 퍼진 가스는 가스 분사홀(423)를 통하여 메인 경로(422)로 분사된다. 이후 메인 경로(422)를 통과한 가스는 가스 분사기(300)로 유입되고, 가스 분사기(300)를 통과하여 기판(S)으로 제공된다. 여기서, 가스는 연결 경로(425)를 따라 퍼지고, 블록 몸체(421)의 내벽을 따라 형성된 복수의 분사홀(423)로부터 분사되므로 균일하게 퍼진 상태로 메인 경로(422)에 주입될 수 있다. 또한, 공급 경로(424)와 마주보는 위치에 분사홀이 형성되지 않으므로, 위치별로 가스 흐름에 불균일이 발생하거나 편중되는 것을 방지하거나 억제할 수 있다. 즉, 공급 경로(424)와 마주보는 위치로 다량의 가스가 흐르는 것을 억제할 수 있다. 또한, 분사홀(423)은 메인 경로(422)를 향하여 하향 경사지도록 형성되므로, 분사되는 가스를 하부 방향 즉, 가스 분사기(300)를 향하도록 할 수 있다. 그러므로, 가스 분배 블록(420)은 주입되는 가스를 가스 분사기(300)에 균일하게 공급할 수 있다. 이로부터 기판(S)은 보다 균일한 분포의 가스를 제공받게 되고, 균일한 공정 처리가 수행될 수 있다.

한편, 상술한 가스 분배 블록은 상하 방향으로 복수개 배치될 수 있다. 도 7은 본 발명의 변형 예에 따른 가스 분배 블록의 구성을 개략적으로 보여주는 절단 사시도이다.

도 7을 참조하면, 변형 예의 가스 분배 블록은 메인 경로(420)로 가스를 분사하는 분사 구조가 상하로 복수 개 형성된다. 즉, 높이 방향으로 두께가 증가된 외부 몸체(421a)의 내벽에 상하 방향으로 2개의 내부 몸체(421b, 421b')가 결합되고, 각 내부 몸체(421b, 421b')를 관통하여 각기 복수의 분사홀(423, 423')이 형성된다. 또한, 각 분사홀(423, 423')은 연결 경로(425, 425') 및 공급 경로(424. 424')와 연결된다. 이때, 외부와 연결되는 각각의 공급 경로(424. 424')는 상하 방향으로 엇갈리게 위치할 수 있다. 각각의 공급 경로(424. 424')는 상하 방향으로 형성되는 동일 평면상에 형성되지 않고 서로 다른 평면상에 위치할 수 있다. 즉, 상하 방향으로 일렬로 배치되지 않는다. 이로부터 각각의 공급 경로(424. 424')를 외부관과 용이하게 연결시킬 수 있다.

도면에서는 하나의 외부 몸체에 두 개의 내부 몸체가 결합된 구조를 예시하였으나, 가스 분배 블록의 구조는 분사 구조가 상하로 복수 개 배치될 수 있는 것으로 충분하고, 구조나 배치, 형상이 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 두 개의 외부 몸체와 두 개의 내부 몸체를 각기 결합할 수도 있고, 하나의 외부 몸체에 세 개의 내부 몸체를 결합할 수도 있다.

하기에서는 도면을 참조하여, 기판 처리 동작을 설명한다. 도 8은 본 발명의 실시 예의 기판 처리 장치에서 기판이 로딩되는 과정을 표시하는 개념도이고, 도 9는 본 발명의 실시 예의 기판 처리 장치 내부에서 기판이 처리되는 과정을 표시하는 개념도이다.

기판 처리 장치에서 공정을 수행하기 위해서는, 챔버(100)의 개구부(111)을 통하여 기판을 반입하게 된다. 이를 위해, 기판 지지대(510) 및 제2 바디(210)를 하부 방향으로 이동한다. 이로부터 기판 지지대(510)의 관통홀에 삽입 장착되어 있는 리프트핀(530)도 같이 하부 방향으로 이동하게 된다. 그러나, 리프트핀(530)의 길이가 기판 지지대(510)의 두께, 제2 바디(210)의 높이 보다 길기 때문에, 리프트핀(530)이 어느 정도 하강한 후에는 챔버(100) 바닥면에 도달하게 되고 하강을 멈추게 된다. 반면, 기판 지지대(510) 및 제2 바디(210)는 계속 하강하게 되고, 리프트핀(530)은 기판 지지대(510)의 상면으로부터 돌출되어 상면과 이격된 높이에 상단부가 위치하게 된다. 또한, 제2 바디(210)의 하강에 의하여, 제1 바디(220)와 제2 바디(210) 사이의 결합이 해제되고, 이들 사이에 간격이 생기게 되며, 이러한 간격 중 일부는 챔버(100)의 개구부(111)와 연통하게 된다. 이때, 챔버(100)의 개구부(111)를 폐쇄하고 있는 게이트 밸브(900)가 개방되고, 개구부(111)를 통하여 기판(S)이 반입되어 리프트핀(530)의 상단부에 놓이게 된다. 즉, 복수의 리프트핀(530)에 의하여 기판(S)이 지지된다.

이후, 게이트 밸브(900)가 닫히게 되어 개구부(111)를 폐쇄하고, 기판 지지대(510) 및 제2 바디(210)는 상승하게 된다. 기판 지지대(510) 및 제2 바디(210)의 상승에 의하여, 리프트핀(530)이 기판 지지대(510)로 삽입되며, 기판(S)과 기판 지지대(510) 사이의 간격이 좁아진다. 기판 지지대(510) 및 제2 바디(210)가 계속 상승하면, 리프트핀(530)은 전체가 기판 지지대(510)로 삽입되며, 기판(S)은 기판 지지대(510)의 상부면에 안착되게 된다. 이때, 리프트핀(530)은 상단부가 그 외부보다 면적이 크게 형성되어 기판 지지대(510)의 관통홀을 통해 하방으로 탈락되지 않고 걸리게 되며, 기판 지지대(510)의 상부면에는 리프트핀(530)의 상단부가 삽입되는 오목홈이 형성될 수 있다. 또한, 제2 바디(210)의 상승에 의하여, 제1 바디(220)와 제2 바디(210)가 결합되게 되며, 이에 내부 챔버(200)의 제2 공간은 고립된 공간으로 형성된다.

내부 챔버(200) 내에 기판(S)이 로딩된 후에, 챔버(100) 및 내부 챔버(200)를 배기하여 원하는 진공 압력으로 제어하며, 각종 공정 변수를 조정하며, 가스 분배 블록(420) 및 가스 분사기(300)를 통하여 원하는 공정 가스를 도입시키고, 기판(S) 상에 각종 처리를 수행한다. 예를 들면, 박막 증착용 공정 가스를 도입시켜, 기판(S) 상에 박막을 증착할 수 있다. 또한, 공정을 진행하면서, 가스 분사기(300)에 전원을 인가하여 플라즈마를 여기시킬 수도 있다.

이처럼, 챔버(100)와 별도로 내부 챔버(200)를 형성하고 하부 중앙부로 배기를 수행하며, 가스를 균일하게 도입시킴에 의하여, 대칭적 구조 및 균일한 환경의 제2 공간을 형성하게 된다. 이러한 제2 공간에서 기판(S) 처리 공정을 수행하므로, 균일한 기판 처리 공정을 수행할 수 있게 된다.

상기에서는 마주보는 상부전극과 기판 지지대 사이에서 기판 처리 공정이 수행되는 장치를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이외에도 다양한 방식 및 구조의 장치에도 적용될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : 챔버 200 : 내부 챔버
300 : 가스 분사기 510 : 기판 지지대
210 : 제2 바디 220 : 제1 바디

Claims

일측에서 기판이 입출 가능하고, 내부에 제1 공간을 형성하는 챔버;
상기 챔버 내부의 제1 공간에 배치되고, 내부에 제2 공간을 형성하는 내부 챔버;
상기 내부 챔버의 내부에 배치되고, 상기 기판을 지지하기 위한 기판 지지대;
상기 기판 지지대에 가스를 분사하기 위한 가스 분사기;를 포함하고,
상기 내부 챔버는 상기 챔버 내 상측에 고정되는 제1 바디; 상기 제1 바디 하측에 배치되며 상하이동 가능한 제2 바디를 포함하고, 상기 제1 바디와 상기 제2 바디가 결합되어 상기 제2 공간을 상기 제1 공간에 대하여 고립시키는 고립 공간으로 형성하는 기판 처리 장치.
청구항1에 있어서,
상기 제1 바디 및 상기 제2 바디 중 적어도 어느 하나는 세라믹 재질을 포함하는 기판 처리 장치.
청구항1 또는 청구항2에 있어서,
상기 챔버는 내부에 공간을 형성하고 상측이 개방된 본체 및 상기 본체에 결합되는 탑리드를 구비하고,
상기 제1 바디는 상기 본체의 상측에 고정되고, 상기 제2 바디의 상부면은 상기 제1 바디의 하부면에 결합되는 결합부를 구비하는 기판 처리 장치.
청구항1 또는 청구항2에 있어서,
상기 제2 바디는 상기 기판 지지대의 하면과 일정 간격 이격되는 바닥면 및 상기 바닥면의 가장자리에서 상부 방향으로 연장되며 상기 기판 지지대의 측면과 일정 간격 이격되는 측벽을 구비하는 기판 처리 장치.
청구항4에 있어서,
상기 제2 바디의 상기 측벽은 상방으로 갈수록 두께가 두꺼워지며 상부면에는 상측으로 돌출되는 결합부를 구비하는 기판 처리 장치.
청구항4에 있어서,
상기 제2 바디의 상기 바닥면 중앙부에는 배기홀이 형성되며, 상기 배기홀은 내부에 가스 이동 경로를 형성하는 배기 바디와 연결되는 기판 처리 장치.
청구항1에 있어서,
상기 가스 분사기는 가스를 공급하는 가스 공급부와 연결되며, 상기 가스 공급부는 외부로부터 공급되는 가스를 상기 가스 분사기에 균일하게 분배하여 공급하는 가스 분배 블록을 포함하는 기판 처리 장치.
청구항7에 있어서,
상기 가스 분배 블록은 내부를 관통하는 메인 경로가 형성된 블록 몸체, 상기 블록 몸체의 내벽에 형성되어 상기 메인 경로로 가스를 분사하는 복수개의 분사홀, 외부로부터 상기 분사홀에 가스를 공급하는 공급 경로를 포함하는 기판 처리 장치.
청구항8에 있어서,
상기 메인 경로는 상기 블록 몸체를 상하로 관통하고, 상기 공급 경로는 상기 메인 경로와 교차하는 방향으로 상기 블록 몸체를 가로질러 형성되며, 상기 분사홀과 상기 공급 경로 사이에는 상기 분사홀들을 따라 연결 경로가 형성되는 기판 처리 장치.
청구항8 또는 청구항9에 있어서,
상기 분사홀들은 상기 공급 경로와 대향하는 위치를 제외하고, 상기 블록 몸체의 내벽을 따라 이격 형성되는 기판 처리 장치.
청구항8 또는 청구항9에 있어서,
상기 분사홀들은 상기 메인 경로를 향하여 하향 경사지도록 형성되는 기판 처리 장치.
청구항9에 있어서,
상기 볼록 몸체는 중공관 구조의 외부 몸체와 상기 외부 몸체의 내측벽에 결합되며 상기 메인 통로가 형성된 내부 몸체를 구비하며, 상기 분사홀들은 내부 몸체를 관통하여 형성되고, 상기 연결 경로는 상기 외부 몸체의 내면에 홈 형상으로 형성되며, 상기 공급 경로는 상기 외부 몸체를 가로질러 관통하는 기판 처리 장치.
청구항7 내지 청구항9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 분배 블록은 상기 가스 분사기의 중심부와 연결되는 기판 처리 장치.
청구항7 내지 청구항9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 분배 블록은 상하 방향으로 복수개 배치되는 기판 처리 장치.
청구항14에 있어서,
상기 가스 분배 블록들에서 외부와 연결되어 가스를 공급하는 각 공급 경로는 상하 방향으로 엇갈리게 위치하는 기판 처리 장치.