KR20160091769A - 기판 처리장치 - Google Patents

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KR20160091769A
KR20160091769A KR1020150012303A KR20150012303A KR20160091769A KR 20160091769 A KR20160091769 A KR 20160091769A KR 1020150012303 A KR1020150012303 A KR 1020150012303A KR 20150012303 A KR20150012303 A KR 20150012303A KR 20160091769 A KR20160091769 A KR 20160091769A
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김도형
김상보
배진모
이현호
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주성엔지니어링(주)
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Abstract

본 발명은 공정챔버; 상기 공정챔버 내부에서 회전 가능하도록 마련되어 상부에 웨이퍼가 올려지는 서셉터 및 상기 서셉터의 하부에 연결되어 회전력을 전달하는 회전축을 포함하고, 상기 서셉터의 회전중심과 상기 웨이퍼의 회전중심이 서로 다른 것을 특징으로 하는 기판 처리장치를 제공한다.
또한 본 발명은 공정챔버; 상기 공정챔버 내부에서 회전 가능하도록 마련되어 상부에 웨이퍼가 올려지는 서셉터; 상기 서셉터의 하부에 연결되어 회전력을 전달하는 회전축; 상기 서셉터의 하측에 배치되어 상기 서셉터를 가열하는 히팅유닛 및 상기 서셉터와 히팅유닛 사이에 개재되어 상기 히팅유닛으로부터 발산된 열을 상기 서셉터의 하부면에 고르게 전달시키는 반사 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치를 제공한다.

Description

기판 처리장치{Substrate Processing Apparatus}
본 발명은 기판 처리장치에 관한 것으로서, 회전하는 서셉터 상에 올려진 웨이퍼를 가공하는 기판 처리장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
일반적으로 반도체 메모리 소자, 액정표시장치, 유기발광장치 등은 기판상에 복수회의 반도체 공정을 실시하여 원하는 형상의 구조물을 적층하여 제조한다.
반도체 제조공정은 기판상에 소정의 박막을 증착하는 공정, 박막의 선택된 영역을 노출시키는 포토리소그래피(photolithography) 공정, 선택된 영역의 박막을 제거하는 식각 공정 등을 포함한다. 이러한 반도체 공정은 해당 공정을 위해 최적의 환경이 조성된 반응챔버를 구비하는 기판 처리장치 내부에서 진행된다.
공정가스에 포함되어 기판 처리장치 내부로 유입되어 증착막에 증착되는 소스물질은 그 일부만이 증착막에 증착 및 적층되어 반도체 기판, 소자 등을 형성하고 나머지 부분은 기판 처리장치 내부에 부유하거나 기판 처리장치 내부의 다른 설비에 흡착될 수 있다.
특히, 소스물질이 기판 처리장치 내부의 다른 설비에 흡착되는 경우, 계속적인 흡착으로 인해 흡착된 소스물질의 두께와 질량은 증가하게 되고, 이러한 소스물질이 흡착된 덩어리는 중력의 영향으로 어느 순간 흡착된 설비로부터 떨어져 나가서 아래로 낙하하여 상기 설비의 하부에 위치하는 증착막과 상기 증착막에 증착 및 적층되는 소스물질과 부딪힐 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 기판 처리장치(10)를 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래의 기판 처리장치(10)는 회전하는 회전축(15) 상에 스포크(16)가 마련되고, 스포크(16) 상에 서셉터(12)가 회전 가능하도록 배치된다. 이때 서셉터(12) 상에는 가공될 웨이퍼(13)가 올려지는데 이러한 경우 공정챔버 내부의 웨이퍼(13)는 회전하는 서셉터(12) 상에 안착되어 동시에 회전하면서 서셉터(12)의 회전축(15)과 웨이퍼의 회전축이 동일한 연장선상에 배치되고, 공정가스의 소스물질들은 웨이퍼(12) 상에서 회전축을 중심으로 대칭되는 맵(map)의 형상으로 형성되어 균일하지 않은 두께를 가지는 웨이퍼의 가공이 이루어지는 문제점이 발생하고 있다.
또한 웨이퍼 주변의 온도분포를 보다 균일하게 하기 위하여 열처리를 실시하고 있는데, 이러한 열처리는 예컨대 서셉터 주위에 배치되는 예열링에 의해서 서셉터에 배치되는 웨이퍼 주변부의 온도 또는 열처리 챔버 내부에 공급되는 공정 가스가 적절한 온도로 따뜻하게 가열되거나 또는 이 온도를 유지하는 공정이다.
그러나 이러한 열처리 공정에서 예열링에 의해 가열된 서셉터 주변부의 온도가 일 부분에 편중되도록 가열되거나, 또는 열전달이 고르게 이루어지지 않아 증착공정 시 균일한 두께로 웨이퍼가 가공되지 못하는 문제점이 지적되고 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 웨이퍼 상면에 균일한 두께를 가지는 공정처리를 위하여 회전하는 서셉터와 이 서셉터 상에 올려진 웨이퍼의 회전 중심이 서로 다른 연장선 상에 위치하도록 편심 회전이 이루어지는 기판 처리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 회전하는 서셉터의 하측에서 히팅유닛으로부터 발산된 열이 서셉터의 주변 또는 공정챔버 내부의 공정가스를 설정온도 또는 균일한 온도로 가열할 수 있는 기판 처리장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
이와 같은 목적을 수행하기 위한 본 발명은 공정챔버; 상기 공정챔버 내부에서 회전 가능하도록 마련되어 상부에 웨이퍼가 올려지는 서셉터 및 상기 서셉터의 하부에 연결되어 회전력을 전달하는 회전축을 포함하고, 상기 서셉터의 회전중심과 상기 웨이퍼의 회전중심이 서로 다른 것을 특징으로 하는 기판 처리장치를 제공한다.
상기 웨이퍼는 상기 서셉터에 형성된 제 1 회전중심으로부터 상기 웨이퍼의 회전중심이 이격되도록 배치될 수 있다.
상기 서셉터는 상부에 상기 웨이퍼가 수납되는 포켓부를 포함할 수 있다.
상기 포켓부는 내부에 제2회전중심이 형성되고, 상기 서셉터에 형성된 제 1 회전중심으로부터 회전중심이 상기 제2회전중심이 이격되도록 배치될 수 있다.
상기 서셉터는 상기 회전축에 형성된 제3회전중심으로부터 상기 서셉터에 형성된 제 1 회전중심이 이격되도록 배치될 수 있다.
상기 기판 처리장치는 상기 서셉터의 하측에 배치되어 상기 서셉터를 가열하는 히팅유닛과, 상기 서셉터와 히팅유닛 사이에 개재되어 상기 히팅유닛으로부터 발산된 열을 상기 서셉터의 하부면에 고르게 전달시키는 반사 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 반사 플레이트는 상기 서셉터의 하측에 접착되거나, 또는 간격을 갖도록 이격되어 배치될 수 있다.
또한 본 발명은 공정챔버; 상기 공정챔버 내부에서 회전 가능하도록 마련되어 상부에 웨이퍼가 올려지는 서셉터; 상기 서셉터의 하부에 연결되어 회전력을 전달하는 회전축; 상기 서셉터의 하측에 배치되어 상기 서셉터를 가열하는 히팅유닛 및 상기 서셉터와 히팅유닛 사이에 개재되어 상기 히팅유닛으로부터 발산된 열을 상기 서셉터의 하부면에 고르게 전달시키는 반사 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치를 제공한다.
상기 반사 플레이트는 난반사를 유도할 수 있도록 상기 서셉터와 서로 다른 투명 재질로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 기판 처리장치에 의하면,
첫째, 회전하는 서셉터의 회전중심과 서셉터 상에 올려진 웨이퍼의 회전중심을 서로 다른 연장선 상에 위치하여 웨이퍼 상에 공정가스의 소스물질이 회전축을 중심으로 대칭을 이루지 않도록 분사할 수 있고,
둘째, 웨이퍼의 회전축을 중심으로 증착률이 대칭되지 않도록 분사되어 보다 균일하고 일정한 두께로 가공이 이루어지며,
셋째, 히팅유닛으로부터 전달되는 열을 난반사 시켜 서셉터 주변에 골고루 전달함으로써 열처리 효율이 증가되고,
넷째, 결과적으로 웨이퍼의 가공품질이 현저히 향상되고, 또한 불량률을 대폭 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 기판 처리장치에 대한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 기판 처리장치를 도시하는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 기판 처리장치를 도시하는 평면투시도이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 기판 처리장치를 도시하는 평면투시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 도면번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 기판 처리장치(100)를 도시하는 측면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 기판 처리장치(100)는 공정챔버(110)와, 상기 공정챔버(110) 내부에서 회전 가능하도록 마련되어 상부에 웨이퍼(130)가 올려지는 서셉터(120)와, 상기 서셉터(120)의 하부에 연결되어 회전력을 전달하는 회전축(150)과, 상기 서셉터(120)의 하측에 배치되어 상기 서셉터(120)를 가열하는 히팅유닛(170) 및 상기 서셉터(120)와 히팅유닛(170) 사이에 개재되어 상기 히팅유닛(170)으로부터 발산된 열을 상기 서셉터(120)의 하부면에 고르게 전달시키는 반사 플레이트(180)를 포함한다.
상기 히팅유닛(170)은 예컨대 예열링 형상으로 상기 서셉터(120) 하측에 구비될 수 있다. 따라서 상기 히팅유닛(170)은 상기 서셉터(120)가 회전하는 상태 또는 편심으로 회전하는 상태에서도 상기 서셉터(120)의 하측에서 상기 서셉터(120) 주변의 온도가 균일하게 유지되도록 가열할 수 있다.
또한 상기 히팅유닛(170)은 상기 서셉터(120)가 회전하는데 간섭되지 않도록 소정의 간격을 두고 이격되도록 배치된다. 따라서 열처리 중에 상기 서셉터(120)와 히팅유닛(170)이 접촉함으로써 미립자가 발생하는 것을 방지할 수 있고, 또한 마찰에 의해 발생된 미립자가 웨이퍼(130) 상에 부착되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 미립자가 웨이퍼(130) 상에 부착되는 경우 당연히 수율(收率])이 감소하기 때문에 반드시 소정의 간격이 필요하도록 구성되어야만 한다.
상기 서셉터(120)와 히팅유닛(170) 사이에 배치된 상기 반사 플레이트(180)는 상기 히팅유닛(170)으로부터 발산된 열을 상기 서셉터(120) 방향으로 난반사시켜 균일한 온도분포가 유지되도록 하는 기능을 제공한다.
상기 반사 플레이트(180)는 서셉터(120)와 서로 다른 재질로 이루어지도록 구성되는 것이 바람직하며, 이는 이종재질을 이용하여 다양한 조도값을 이용하기 위함이다. 이와 같이, 상기 반사 플레이트(180)는 다양한 조도값을 이용하여 발산된 열 또는 빛을 난반사 시킴으로써 상기 서셉터(120)의 하부 전체 면적에 균일한 온도를 전달할 수 있게 된다. 물론 상기 반사 플레이트(180)는 투명 또는 반투명의 석영 재질로도 형성될 수 있으며, 상기 서셉터(120)와는 다른 재질의 투명재질로 형성되는 것이 바람직하다.
이때 상기 반사 플레이트(180)는 상기 서셉터(120)의 하측에서 설정된 간격으로 이격되도록 배치되고, 상기 히팅유닛(170)으로부터 전달된 열 또는 빛의 최적 난반사를 위해서 설정된 간격을 선택적으로 조절할 수 있도록 구성될 수 있다.
또한 상기 반사 플레이트(180)는 상기 서셉터(120)의 하부면에 접촉한 상태로 결합될 수 있으며, 설정된 범위 안에서 소정의 간격을 유지하도록 간격을 조절하도록 구비될 수도 있다. 따라서 원하는 방향으로 난반사가 이루어지도록 이종재질을 선택적으로 사용하거나, 또는 난반사된 열 또는 빛의 전달할 수 있도록 상기 반사 플레이트(180)와 서셉터(120) 사이의 간격을 조절하여 적용면적 또는 난반사 효과 등을 선택적으로 조절할 수 있는 효과가 있다.
도면에서 설명하지 않은 포켓부(240)는 별도로 후기하기로 한다. 또한 스포크(160)는 상기 회전축(150)과 서셉터(120)를 연결하는 부분이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 기판 처리장치(200)를 도시하는 평면투시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 기판 처리장치(200)는 공정챔버 내부에서 회전 가능하도록 마련되어 상부에 웨이퍼(130)가 올려지는 서셉터(120) 및 상기 서셉터(120)의 하부에 연결되어 회전력을 전달하는 회전축(150)을 포함하고, 상기 서셉터(120)의 회전중심(C1)과 상기 웨이퍼(130)의 회전중심(C2)이 서로 다르도록 형성된 기판 처리장치를 제공한다.
상기 서셉터(120) 상에는 가공될 웨이퍼(130)이 올려지는데, 이때 웨이퍼(130)는 상기 서셉터(120) 상에서 단순히 올려져 위치하거나, 부착되거나, 별도의 구성에 의해 위치가 고정된다. 별도의 구성에는 도 3에 도시된 바와 같이, 포켓부(도 2 및 도 3 참조, 240)가 마련될 수 있다.
상기 포켓부(240)는 내부에 웨이퍼(130)가 고정되는 홈이 형성되기 때문에 웨이퍼(130)를 부착하거나 별도의 위치를 고정하는 구성을 추가할 필요 없이 웨이퍼(130)의 장착이 용이하고, 또한 가공성이 증대되는 효과가 있다.
여기서 상기 포켓부(240)는 상기 서셉터(120) 상에서 각각의 회전중심이 서로 다른 위치에 배치되기 때문에, 상기 포켓부(240)에 올려진 웨이퍼(130)는 상기 포켓부(240)와 동일한 회전중심(C2)에 배치되어 상기 서셉터(120)의 회전중심에서 벗어난 위치에 배치된다.
따라서 상기 서셉터(120)의 회전중심(C1)과 웨이퍼(130)의 회전중심(C2)이 각각 달라 웨이퍼(130)는 편심 회전이 이루어지기 때문에 웨이퍼(130)의 상면에 증착되는 공정가스의 소스물질이 상기 회전중심(C2)을 중심으로 대칭되도록 증착되는 것이 방지된다. 또한 웨이퍼(130)의 상면에 비대칭으로 증착이 이루어지면서 보다 균일한 두께의 증착막이 형성될 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 제2실시예에서는 상기 포켓부(240)가 형성된 것을 일 예로 설명하였으나, 상기 포켓부(240)가 형성되지 않은 상태에서 웨이퍼(130)의 회전중심이 상기 포켓부(240)의 회전중심(C2)처럼 편심된 위치에 배치되도록 구성할 수 있음은 물론이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 기판 처리장치(300)를 도시하는 평면투시도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 기판 처리장치(300)는 공정챔버 내부에서 회전 가능하도록 마련되어 상부에 웨이퍼(130)가 올려지는 서셉터(120) 및 상기 서셉터(120)의 하부에 연결되어 회전력을 전달하는 회전축(350)을 포함하고, 상기 서셉터(120)의 회전중심(C1)과 상기 웨이퍼(130)의 회전중심(C1)이 서로 같은 위치에 배치되되, 상기 회전축(350)의 회전중심(C3)은 웨이퍼(130)의 회전중심(C1)과 그 위치가 다르도록 형성된 기판 처리장치를 제공한다.
상기 회전축(350)은 상부에 복수개의 스포크(360)가 마련되어 상기 서셉터(120)를 하부에서 지지한다. 이때 상기 회전축(350)이 회전하게 되면, 상기 스포크(360)는 상기 서셉터(120)에 회전력을 전달하게 되고, 상기 서셉터가 동시에 회전하게 되는데, 여기서 상기 회전축(350)의 회전중심(C3)에서 상기 서셉터(120)의 회전중심(C1)이 편심 회전하기 때문에 상기 회전축9350)의 회전중심(C3)과 서셉터(120)의 회전중심(C1)이 동일할 때 보다 상기 서셉터(120)의 회전반경이 더 커지게 된다.
따라서 상기 회전축(350) 상에서 상기 서셉터(120)가 편심 회전하는 경우에는 상기 서셉터(120)의 회전반경에 대응하여 공정챔버 내주면과 간섭되지 않도록 구조적인 설계변경이 이루어져야 한다.
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
100 : 기판 처리장치
110 : 공정챔버 120 : 서셉터
130 : 웨이퍼 140 : 포켓부
150 : 회전축 160 : 스포크
170 : 히팅유닛 180 : 반사 플레이트

Claims (10)

  1. 공정챔버;
    상기 공정챔버 내부에서 회전 가능하도록 마련되어 상부에 웨이퍼가 올려지는 서셉터 및
    상기 서셉터의 하부에 연결되어 회전력을 전달하는 회전축을 포함하고,
    상기 서셉터의 회전중심과 상기 웨이퍼의 회전중심이 서로 다른 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 웨이퍼는,
    상기 서셉터에 형성된 제 1 회전중심으로부터 상기 웨이퍼의 회전중심이 이격되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 서셉터는,
    상부에 상기 웨이퍼가 수납되는 포켓부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 포켓부는,
    내부에 제2회전중심이 형성되고, 상기 서셉터에 형성된 제 1 회전중심으로부터 회전중심이 상기 제2회전중심이 이격되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 서셉터는,
    상기 회전축에 형성된 제3회전중심으로부터 상기 서셉터에 형성된 제 1 회전중심이 이격되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 서셉터의 하측에 배치되어 상기 서셉터를 가열하는 히팅유닛과,
    상기 서셉터와 히팅유닛 사이에 개재되어 상기 히팅유닛으로부터 발산된 열을 상기 서셉터의 하부면에 고르게 전달시키는 반사 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 반사 플레이트는,
    난반사를 유도할 수 있도록 상기 서셉터와 서로 다른 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 반사 플레이트는,
    상기 서셉터의 하측에 접착되거나, 또는 간격을 갖도록 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  9. 공정챔버;
    상기 공정챔버 내부에서 회전 가능하도록 마련되어 상부에 웨이퍼가 올려지는 서셉터;
    상기 서셉터의 하부에 연결되어 회전력을 전달하는 회전축;
    상기 서셉터의 하측에 배치되어 상기 서셉터를 가열하는 히팅유닛 및
    상기 서셉터와 히팅유닛 사이에 개재되어 상기 히팅유닛으로부터 발산된 열을 상기 서셉터의 하부면에 고르게 전달시키는 반사 플레이트;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 반사 플레이트는,
    난반사를 유도할 수 있도록 상기 서셉터와 서로 다른 투명재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
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