KR20160075138A - 기판처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 챔버 반응공간의 기하학적 구조를 기판을 중심으로 사방으로 대칭이 되도록 함으로써, 기판을 균일하게 처리할 수 있도록 구조가 개선된 기판처리장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 기판처리장치는 기판에 대한 일정한 공정이 수행되도록 내부에 반응공간이 형성되며, 일측면에 기판의 이동을 위한 이송슬릿이 관통 형성되어 있는 챔버와, 상기 챔버의 공간부에 배치되며, 상기 기판이 안착되는 서셉터와, 상기 서셉터의 상부에 배치되어 상기 기판을 향하여 공정용 가스를 분사하는 가스공급장치와, 상기 이송슬릿을 개방 또는 차단하는 셔터유닛을 포함하며, 상기 셔터유닛은, 상기 챔버의 내측면에 대응되는 고리 형상으로 형성되며, 상기 이송슬릿을 차단하는 차단위치와 상기 이송슬릿을 개방하는 개방위치 사이에서 승강 가능하게 설치되는 셔터부재와, 상기 셔터부재의 일측에 결합되며, 상기 셔터부재를 승강시키는 승강축을 포함한다.

Description

기판처리장치{Substrate processing apparatus}

본 발명은 챔버 내에서 가스를 이용한 제조 공정이 이루어지는 기판처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 식각장치 및 증착장치 등에 적용될 수 있는 기판처리장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자의 제조 공정은 기판 상에 서로 성질을 달리하는 도전막, 반도체막 및 절연막 등의 박막을 그 적층의 순서 및 패턴의 형상을 조합하여 일정한 기능을 수행하는 전자회로를 실현하는 과정이라고 말할 수 있다. 이에 따라 반도체 소자 제조 공정에서는 여러 가지 박막의 증착과 식각 단위 공정이 반복적으로 행해지며, 이러한 단위 공정을 실시하기 위해 기판은 해당 공정의 진행에 최적의 조건을 제공하는 챔버에 반입되어 처리된다.

도 1에는 기판에 대한 식각공정을 행하기 위한 종래의 기판처리장치가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 종래의 기판처리장치(9)는 내부에 반응공간이 형성되는 챔버(1)를 구비한다. 챔버(1)의 일측에는 기판이 반입 및 반출되기 위한 게이트벨브(2)가 마련된다. 챔버(1)의 내부에는 기판을 지지 및 가열하기 위한 서셉터(3)가 설치되며, 이 서셉터(3)는 승강축(4)에 연결되어 승강된다.

이와 같은 기판처리장치로 기판을 처리함에 있어서, 기판에 증착되는 박막의 두께 또는 기판의 식각 두께의 균일성은 매우 중요하다. 이는, 증착 또는 식각되는 박막의 두께가 균일하지 못할 경우에는 막질이 떨어질 뿐만 아니라, 단일 웨이퍼에서 생산되는 소자의 특성이 달라지는 문제가 발생하기 때문이다.

이때, 기판의 식각 두께(또는 박막 증착 두께)는 챔버 반응공간의 대칭성과 밀접한 관련이 있다. 즉, 챔버 반응공간이 기판을 중심으로 하여 사방으로 대칭을 이루지 못하는 경우에는, 반응공간 내부의 온도구배가 불균일해진다. 또한, 공정 가스가 기판에 대하여 균일하게 분사되지 못하거나, 공정 가스의 유동이 불안정해지 되고, 그 결과 기판의 식각 두께가 불균일하게 된다.

그런데, 앞서 설명한 바와 같이, 종래의 기판처리장치의 경우에는 챔버의 일측에만 게이트밸브(2)가 설치되어 있으므로 챔버의 반응공간이 비대칭을 이루게 된다. 이에 따라, 게이트밸브 쪽에서 공정 가스의 불안정한 기류가 발생하게 된다. 또한, 게이트밸브쪽의 챔버 온도가 다른 영역 보다 낮게 되어, 챔버 내부의 전체 온도가 불균일하게 된다. 그리고, 그 결과 기판의 품질이 저하되는 문제가 발생하였다.

대한민국 등록특허 10-0986961호

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 챔버 반응공간의 기하학적 구조를 기판을 중심으로 사방으로 대칭이 되도록 함으로써, 기판을 균일하게 처리할 수 있도록 구조가 개선된 기판처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 기판처리장치는 기판에 대한 일정한 공정이 수행되도록 내부에 반응공간이 형성되며, 일측면에 기판의 이동을 위한 이송슬릿이 관통 형성되어 있는 챔버와, 상기 챔버의 공간부에 배치되며, 상기 기판이 안착되는 서셉터와, 상기 서셉터의 상부에 배치되어 상기 기판을 향하여 공정용 가스를 분사하는 가스공급장치와, 상기 이송슬릿을 개방 또는 차단하는 셔터유닛을 포함하며, 상기 셔터유닛은, 상기 챔버의 내측면에 대응되는 고리 형상으로 형성되며, 상기 이송슬릿을 차단하는 차단위치와 상기 이송슬릿을 개방하는 개방위치 사이에서 승강 가능하게 설치되는 셔터부재와, 상기 셔터부재의 일측에 결합되며, 상기 셔터부재를 승강시키는 승강축을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 셔터부재의 자중에 의해 상기 셔터부재가 상기 승강축의 반대쪽으로 기울어지는 것이 방지되도록, 상기 셔터부재의 타측 단부를 지지하는 지지유닛을 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면 상기 지지유닛은, 바 형상으로 형성되며, 상기 셔터부재 타측 단부에 결합되어 승강 가능하게 배치되는 지지축과, 상기 지지축의 하단부가 삽입되며, 상기 지지축의 승강시 상기 지지축을 가이드하는 가이드부재와, 상기 가이드부재의 내부에 설치되며, 상기 지지축에 밀착되는 베어링을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면 상기 셔터부재에는 상기 셔터부재를 가열하기 위한 가열수단이 마련되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면 상기 셔터부재는 복수개의 영역으로 구획되며, 각 영역별로 개별적으로 가열되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 셔터부재가 대칭 구조를 가지는 원형의 고리 형상으로 형성되므로 챔버 반응공간이 대칭을 이루게 된다. 따라서, 종래와 같이 챔버 내부 전체의 열적 불균형이 일어나는 문제 및 챔버 내부에서 가스 유동이 불균일해지는 문제가 방지된다. 그리고, 그 결과 기판을 균일하게 식각할 수 있다.

도 1은 종래의 기판처리장치의 개략적인 구성도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치의 개략적인 단면도로, 도 2는 이송슬릿이 개방된 상태의 단면도이며, 도 3은 이송슬릿이 차단된 상태의 단면도이다.
도 4는 셔터부재의 개략적인 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판처리장치의 개략적인 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치를 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 종류의 기판처리장치에 적용될 수 있으며, 이하에서는 웨이퍼에 대한 식각공정을 수행하는 식각장치를 예로 들어 설명하기로 한다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치의 개략적인 단면도로, 도 2는 이송슬릿이 개방된 상태의 단면도이며, 도 3은 이송슬릿이 차단된 상태의 단면도이다. 그리고, 도 4는 셔터부재의 개략적인 사시도이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 기판처리장치(100)는 챔버(10)와, 서셉터(20)와, 가스공급장치(30)와, 셔터유닛(40)과, 지지유닛(50)을 포함한다.

챔버(10)는 기판(s)에 대한 일정한 공정이 수행되는 곳이다. 챔버(10) 상부에 결합된 탑리드가 폐쇄되면, 챔버(10)의 내부에는 반응공간이 형성된다. 이 반응공간은 챔버(10) 외부의 펌프(미도시)와 연결되어 공정 중에 진공분위기로 형성된다. 챔버(10)의 일측벽에는 기판이 반입 및 반출될 수 있도록 이송슬릿(11)이 관통 형성되며, 후술하는 바와 같이 이 이송슬릿(11)은 셔터유닛(40)에 의해 개방 또는 차단된다. 그리고, 도면에는 도시되지 않았으나, 챔버 내부에는 기판을 가열하기 가열부재(예를 들어, 할로겐 램프 등)가 배치될 수 있다.

또한, 식각공정에서는 HF 가스 등의 식각가스가 이용되기 때문에 식각가스로 인하여 챔버(10)의 내벽이 부식되는 등의 문제가 발생할 수 있는바, 내식성이 우수한 텅스텐을 챔버(10)의 내벽에 코팅함으로써 내구성을 증진시키는 것이 바람직하다.

서셉터(20)는 기판을 지지 및 가열하기 위한 것이다. 서셉터(20)는 구동축(21)에 연결되며, 챔버(10)의 반응공간 내부에 승강 가능하게 배치된다. 또한, 도면에는 미도시 되었으나, 서셉터의 내부에는 기판을 가열(또는 냉각)하기 위한 구성이 마련될 수 있다. 예를 들어, 서셉터의 내부에 유로를 형성하고, 이 유로를 따라 열교환물질을 순환시킴으로써 기판을 가열 또는 냉각할 수 있다.

또한, 챔버(10) 내부는 공정 중에 진공을 유지하여야 하므로, 챔버(10)의 외부로 연장되어 있는 구동축(21)에는 신장 및 수축가능한 벨로우즈(22)가 설치되어 있다.

가스공급장치(30)는 식각가스 등과 같은 공정용 가스를 기판에 분사하기 위한 것이다. 가스공급장치(30)는 챔버(10)의 상단부에 결합되며, 서셉터(20)의 상부에 배치된다. 본 실시예에서 가스공급장치(30)는 이른바 샤워헤드 형태로 이루어진다.

셔터유닛(40)은 챔버(10)에 형성된 이송슬릿(11)을 개방 또는 차단하기 위한 것이다. 본 실시예의 경우 셔터유닛(40)은 셔터부재(41)와, 승강축(42)을 포함한다.

셔터부재(41)는 챔버(10)의 내측면에 대응되는 고리 형상, 예를 들어 챔버가 원형인 경우 셔터부재(41)는 원형의 고리 형상으로 형성된다. 이때, 셔터부재(41)는 챔버(10)의 내측면 보다 조금 더 작은 크기로 형성되며, 챔버(10)의 내부에 승강 가능하게 배치된다.

그리고, 셔터부재(41)에는 셔터부재를 가열하기 위한 가열수단이 구비된다. 이때, 가열수단은 셔터부재(41)의 내부에 유로를 형성하고, 이 유로를 따라 열교환물질을 순환시키는 방식으로 구현될 수 있다.

또한, 가열수단은 셔터부재(41)의 내부에 매설되는 복수의 가열소자(열선)(도면 미도시)를 포함할 수 있다. 이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 셔터부재(41)는 복수의 영역, 예를 들어 4개의 영역(411~414)으로 구획되며, 각 영역 마다 가열소자가 매설된다. 이 경우, 각 가열소자를 개별적으로 구동함으로써, 셔터부재의 각 영역(411~414)을 개별적으로 가열할 수 있다. 그리고, 이와 같이 셔터부재의 각 영역을 개별적으로 가열하면, 셔터부재(41)의 온도를 더 균일하게 제어할 수 있다. 예를 들어, 셔터부재(41)에서 승강축(42)이 결합되는 영역(411)은 승강축을 통한 열손실이 발생할 수 있다. 따라서, 해당 영역(411)을 다른 영역(412~414)보다 더 가열함으로써 셔터부재(41) 전체의 온도를 균일하게 유지할 수 있다.

승강축(42)은 셔터부재(41)를 개방위치와 차단위치 사이에서 승강시키기 위한 것이다. 승강축(42)의 상단부에는 체결부재(43)가 결합되고, 이 체결부재(43)를 통해 승강축(42)이 셔터부재(41)의 일측에 결합된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 승강축(42)이 하강한 상태에서는 셔터부재(41)는 개방위치에 배치되며, 이송슬릿(11)이 개방된다. 그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 승강축(42)이 상승하면 셔터부재(41)는 차단위치에 배치되며, 이송슬릿(11)이 차단된다.

지지유닛(50)은 셔터부재(41)가 한쪽으로 기울어지는 것을 방지하기 위한 것이다. 보다 구체적으로 설명하면, 수평하게 배치된 셔터부재(41)의 일측에만 승강축(42)이 결합되어 있으면, 셔터부재(41)의 자중에 의해 셔터부재(41)가 승강축(42)의 반대쪽으로 기울어지게 된다. 이에, 본 발명에서는 지지유닛(50)을 이용하여 셔터부재(41)가 기울어지게 되는 것을 방지하고자 한다.

본 실시예에 따른 지지유닛(50)은 지지축(51)과, 가이드부재(52)와, 베어링(53)을 포함한다. 지지축(51)은 일방향으로 길게 형성된 바 형상으로 형성된다. 지지축(51)은 승강축(42)의 반대쪽에 배치되며, 지지축(51)의 상단부는 셔터부재(41)에 결합된다.

가이드부재(52)에는 상하 방향으로 길게 형성된 삽입홈이 형성된다. 가이드부재(52)는 챔버(10)의 하단부에 결합되며, 챔버 바닥에 형성된 구멍을 통해 지지축(51)의 하단부가 가이드부재(52)의 삽입홈에 삽입된다.

베어링(53)은 가이드부재의 삽입홈에 설치되며, 지지축(51)에 밀착된다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 셔터부재(41)의 승강시 지지축(51)도 함께 승강되며, 이때 지지축(51)은 베어링(53)에 의해 가이드된다.

지지유닛(50)에 의해 셔터부재(41)가 기울어지는 것이 방지되는 이유는 다음과 같다. 먼저, 승강축(42)이 승강할 때에는 승강축(42)의 구동력이 셔터부재(41)를 통해 지지축(51)에 전달되고, 이에 따라 지지축(51)이 승강축(42)과 함께 승강된다. 그리고, 승강축(42)이 정지해 있을 때에는, 베어링(53)이 지지축(51)에 밀착되어 지지축(51)이 하방으로 이동되는 것을 방지한다. 따라서, 셔터부재(41)가 승강축(42)의 반대쪽, 즉 지지축(51) 쪽으로 기울어지게 되는 것이 방지된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 셔터부재가 대칭 구조를 가지는 원형의 고리 형상으로 형성되므로, 챔버 내부 공간이 대칭을 이루게 된다. 따라서, 종래와 같이 챔버 내부의 온도 불균형이 일어나는 문제 및 챔버 내부에서 가스 유동이 불균일해지는 문제가 방지된다. 그리고, 그 결과 기판을 균일하게 식각할 수 있다.

그리고, 본 발명에 따르면 지지유닛이 구비되며, 이 지지유닛이 셔터부재가 일측으로 기울어지는 것을 방지한다.

또한, 본 발명에 따르면 셔터부재 내부에 가열수단이 마련되므로, 셔터부재를 원하는 온도로 가열할 수 있다. 특히, 셔터부재를 복수 개의 영역별로 개별적으로 가열할 수 있기 때문에, 셔터부재 전체의 온도를 보다 더 효율적으로 균일하게 유지할 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판처리장치의 개략적인 단면도이다.

도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 기판처리장치(100A)의 셔터유닛(40)은 셔터링(44)을 더 포함한다.

셔터링(44)은 챔버(10)의 내측면에 대응되는 원형의 고리 형상으로 형성되며, 챔버(10)의 내측면에 결합된다. 그리고, 셔터부재(41)가 차단위치로 상승되면, 셔터부재(41)의 상단부가 셔터링(44)에 밀착되고, 이에 따라 이송슬릿(11)이 차단(밀폐)된다.

본 실시예에 따르면, 앞서 설명한 실시예보다 이송슬릿을 보다 더 완벽하게 차단할 수 있다. 그 이유는, 앞서 설명한 실시예의 경우, 이송슬릿의 상측 영역은 챔버의 내면과 셔터부재 상단부가 서로 겹쳐지는 방식으로 차단된다. 그런데, 이때 셔터부재가 챔버의 직경 방향으로는 이동하지 못하고 상하 방향으로만 이동하기 때문에, 셔터부재가 챔버의 내측면에 완전히 밀착되기는 어렵다. 하지만, 본 실시예의 경우에는 셔터부재(41)가 상방향으로 이동하면 셔터링(44)에 밀착되는 구조이기 때문에, 이송슬릿을 보다 더 완벽하게 차단할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

100...기판처리장치 10...챔버
11...이송슬릿 20...서셉터
30...가스공급장치 40...셔터유닛
41...셔터부재 42...승강축
50...지지유닛 51...지지축
52...가이드부재

Claims (5)

1. 내부에 반응공간이 형성되며, 일측면에 기판의 이동을 위한 이송슬릿이 관통 형성되어 있는 챔버;
   상기 챔버의 공간부에 배치되며, 상기 기판이 안착되는 서셉터;
   상기 서셉터의 상부에 배치되어 상기 기판을 향하여 공정용 가스를 분사하는 가스공급장치; 및
   상기 이송슬릿을 개방 또는 차단하는 셔터유닛;을 포함하며,
   상기 셔터유닛은,
   상기 챔버의 내측면에 대응되는 고리 형상으로 형성되며, 상기 이송슬릿을 차단하는 차단위치와 상기 이송슬릿을 개방하는 개방위치 사이에서 승강 가능하게 설치되는 셔터부재와,
   상기 셔터부재의 일측에 결합되며, 상기 셔터부재를 승강시키는 승강축을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 셔터부재의 자중에 의해 상기 셔터부재가 상기 승강축의 반대쪽으로 기울어지는 것이 방지되도록, 상기 셔터부재의 타측 단부를 지지하는 지지유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 지지유닛은,
   바 형상으로 형성되며, 상기 셔터부재 타측 단부에 결합되어 승강 가능하게 배치되는 지지축과,
   상기 지지축의 하단부가 삽입되며, 상기 지지축의 승강시 상기 지지축을 가이드하는 가이드부재와,
   상기 가이드부재의 내부에 설치되며, 상기 지지축에 밀착되는 베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 셔터부재에는 상기 셔터부재를 가열하기 위한 가열수단이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 셔터부재는 복수개의 영역으로 구획되며, 각 영역별로 개별적으로 가열되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.

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