KR20170003356U - 기판처리장치 - Google Patents

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substrate processing
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김기덕
권순범
김종인
진법종
황철주
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주성엔지니어링(주)
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Abstract

기판처리장치가 개시된다. 본 고안에 따른 기판처리장치는, 서셉터가 승강가능하게 설치되고, 서셉터의 테두리면은 요철(凹凸) 형태로 형성된다. 그리하여, 서셉터의 테두리면 중, 기판을 지지하는 지지모듈과 간섭하지 않는 서셉터의 테두리면 부위는 외측으로 연장된 철(凸) 형태로 형성된다. 그러면, 서셉터의 테두리면이 챔버의 내면측까지 연장되어 최대한 넓은 면적을 가지므로, 챔버의 전 영역에 걸쳐서 균일한 밀도의 플라즈마가 발생될 수 있다. 이로 인해, 기판에 전면(全面)에 균일한 박막을 형성할 수 있는 효과가 있을 수 있다.

Description

기판처리장치 {SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 고안은 기판의 전면(全面)에 균일한 박막을 형성할 수 있는 기판처리장치에 관한 것이다.
반도체 소자, 평판 디스플레이 또는 박막형 태양전지(Solar Cell) 등을 제조하기 위해서는 기판의 표면에 특정물질을 증착하여 박막을 형성하는 증착공정, 감광성 물질을 이용하여 형성된 박막 중 선택된 영역을 노출시키거나 은폐시키는 포토공정, 선택된 박막을 제거하여 패턴을 형성하는 식각공정 등을 수행한다.
상기 제조공정들은 각 공정에 적합하도록 최적으로 설계된 기판처리장치에서 수행되며, 플라즈마를 이용하여 증착공정 또는 식각공정을 수행하는 기판처리장치가 많이 사용되고 있다.
그리고, 생산성을 향상시키기 위하여, 기판처리장치를 연속적으로 배치하고, 기판을 각 기판처리장치로 순차적으로 이송시켜서 가면서 처리하는 인라인 타입 기판처리장치가 개발되어 사용되고 있다.
플라즈마를 이용하여 기판에 박막을 증착하는 종래의 기판처리장치에 대하여, 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 기판처리장치의 정단면도 및 평단면도이다.
도시된 바와 같이, 종래의 기판처리장치는 내부에 기판(S)이 투입되어 처리되는 공간이 형성된 챔버(11)를 포함하고, 챔버(11)는 상면이 개방된 본체(12)와 본체(12)의 개방된 상면에 결합된 리드(13)를 포함한다.
챔버(11)의 내부 상측 부위에는 플라즈마를 발생하기 위한 전극의 기능을 하며 가스를 하측으로 분사하는 샤워헤드(15)가 설치된다. 샤워헤드(15)는 리드(13)측에 지지되며, 샤워헤드(15)와 리드(13) 사이에는 버퍼공간이 형성된다.
챔버(11)의 내부 하측 부위에는 기판(S)이 탑재 지지되는 서셉터(17)가 승강가능하게 설치된다. 서셉터(17)는 샤워헤드(15)의 상대 전극 기능을 하므로, 서셉터(17)와 샤워헤드(15)는 상호 대향하는 것이 바람직하고, 서셉터(17)는 전기적으로 접지되는 것이 바람직하다.
리드(13)의 상면에는 기판(S)에 박막을 형성하기 위한 가스를 상기 버퍼공간으로 공급하기 위한 가스공급관(19)이 관통 설치되고, 샤워헤드(15)에는 상기 버퍼공간으로 유입된 가스를 기판(S)측으로 균일하게 분사하기 위한 복수의 분사공(15a)이 형성된다.
챔버(11)가 연속적으로 복수개 설치된 인라인 타입(Inline Type)일 경우, 상호 인접하는 어느 하나의 챔버(11)에서 다른 하나의 챔버(11)로 기판(S)이 이송된다. 이때, 챔버(11)로 반입되거나, 챔버(11)에서 반출되는 기판(S)을 이송하거나 지지하기 위하여, 챔버(11)의 양측면에는 상호 대향되게 복수의 지지축(21)이 각각 회전가능하게 설치되며, 각 지지축(21)의 단부에는 롤러(23)가 설치된다. 롤러(23)는 지지축(21)과 함께 회전하며, 기판(S)이 탑재 지지된다.
그리하여, 기판(S)이 챔버(11)의 내부로 반입되어 롤러(23)에 지지되면, 서셉터(17)가 상승하여 기판(S)과 접촉한다. 그 후, 가스를 기판(S)측으로 분사하면서 샤워헤드(15)에 전원을 인가하면, 샤워헤드(15)와 서셉터(17) 사이에서 플라즈마 방전이 발생하고, 플라즈마 방전에 의해 이온화되는 가스의 분자들이 기판(S)에 증착되므로, 기판(S) 상에 박막이 형성된다.
상기와 같은 종래의 기판처리장치는 기판(S)의 테두리부측이 서셉터(17)와 접촉하지 못하므로, 기판(S)의 전면(全面)에 균일한 박막을 형성하기 어려운 단점이 있다.
상세히 설명하면, 서셉터(17)는 상승하여, 롤러(23)에 지지된 기판(S)과 접촉하므로, 서셉터(17)가 상승하여 기판(S)과 접촉할 수 있기 위해서는 서셉터(17)의 테두리면이 롤러(23)의 내측에 위치(도 1a 및 도 1b 점선 참조)되어야 한다.
그러면, 롤러(23)에 지지된 기판(S)의 테두리부측에는 서셉터(17)가 존재하지 않으므로, 기판(S)의 테두리부측에 발생되는 플라즈마의 밀도는 중앙부측에 발생되는 플라즈마의 밀도 보다 낮다. 이로 인해, 기판(S)의 테두리부측에 형성되는 박막과 중앙부측에 형성되는 박막은 불균일하므로, 기판(S)의 전면(全面)에 균일한 박막을 형성하기 어려운 단점이 있다.
지지축(21)과 롤러(23)는 챔버(11)의 전면 및 후면 중앙부에도 설치될 수 있다.
본 고안의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 모든 문제점들을 해결할 수 있는 기판처리장치를 제공하는 것일 수 있다.
본 고안의 다른 목적은 기판의 테두리부측도 서셉터에 접촉 지지될 수 있도록 구성하여 기판의 전면(全面)에 균일한 박막을 형성할 수 있는 기판처리장치를 제공하는 것일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 기판처리장치는, 기판이 투입되어 처리되는 공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버의 내부 하측에 승강가능하게 설치되고, 상승하여 기판을 탑재 지지하는 서셉터를 포함하며, 상기 서셉터의 테두리면은 요철(凹凸) 형상으로 형성될 수 있다.
본 고안의 실시예에 따른 기판처리장치는, 서셉터가 승강가능하게 설치되고, 서셉터의 테두리면은 요철(凹凸) 형태로 형성된다. 그리하여, 서셉터의 테두리면 중, 기판을 지지하는 지지모듈과 간섭하지 않는 서셉터의 테두리면 부위는 외측으로 연장된 철(凸) 형태로 형성된다. 그러면, 서셉터의 테두리면이 챔버의 내면측까지 연장되어 최대한 넓은 면적을 가지므로, 챔버의 전 영역에 걸쳐서 균일한 밀도의 플라즈마가 발생될 수 있다. 이로 인해, 기판에 전면(全面)에 균일한 박막을 형성할 수 있는 효과가 있을 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 기판처리장치의 정단면도 및 평단면도.
도 2는 본 고안의 일 실시예에 따른 기판처리장치의 정단면도.
도 3은 본 고안의 일 실시예에 따른 기판처리장치의 평단면도.
도 4는 도 3의 "A"부 확대도.
도 5는 본 고안의 일 실시예에 따른 기판처리장치가 인라인 타입으로 배치된 것을 보인 도.
본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 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, "제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1항목, 제2항목 또는 제3항목 각각 뿐만 아니라 제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
"및/또는"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1항목, 제2항목 및/또는 제3항목"의 의미는 제1항목, 제2항목 또는 제3항목뿐만 아니라 제1항목, 제2항목 또는 제3항목들 중 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결된다 또는 설치된다"고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 설치될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결된다 또는 설치된다"라고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "∼사이에"와 "바로 ∼사이에" 또는 "∼에 이웃하는"과 "∼에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
이하에서는, 본 고안의 실시예에 따른 기판처리장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 고안의 일 실시예에 따른 기판처리장치의 정단면도이고, 도 3은 도 2의 평단면도이며, 도 4는 도 3의 "A"부 확대도이고, 도 5는 본 고안의 일 실시예에 따른 기판처리장치가 인라인 타입으로 배치된 것을 보인 도이다.
도시된 바와 같이, 본 고안의 일 실시예에 따른 기판처리장치는 기판(S)이 투입되어 처리되는 공간을 제공하는 챔버(110)를 포함할 수 있고, 챔버(110)는 상면이 개방된 본체(111)와 본체(111)의 개방된 상면에 결합된 리드(Lid)(115)를 포함할 수 있다.
챔버(110)의 내부 상측인 리드(115)측에는 플라즈마를 발생하기 위한 샤워헤드(121)가 설치될 수 있다. 이때, 샤워헤드(121)는 플라즈마 전극의 기능을 할 수 있고, 리드(115)와 샤워헤드(121) 사이에는 버퍼공간이 형성될 수 있다.
챔버(110)의 외부 상면인 리드(115)의 상면에는 기판(S)에 박막을 형성하기 위한 가스를 상기 버퍼공간으로 공급하기 위한 가스공급관(125)이 관통 설치될 수 있다. 가스공급관(125)을 통하여 상기 버퍼공간으로 유입된 가스는 샤워헤드(121)에 형성된 분사공(121a)을 통하여, 챔버(110)의 내부 하측으로 균일하게 분사될 수 있다. 즉, 가스는 샤워헤드(121)에 형성된 분사공(121a)을 통하여 후술할 서셉터(131)에 탑재 지지된 기판(S)측으로 균일하게 분사될 수 있다.
챔버(110)의 내부 하측인 본체(111)의 내부 하면측에는 기판(S)이 탑재 지지되는 서셉터(131)가 설치될 수 있고, 서셉터(131)는 모터 또는 실린더 등과 같은 구동모듈에 의하여 승강 및 회전가능하게 설치될 수 있다. 서셉터(131)는 플라즈마 전극인 샤워헤드(121)의 상대 전극의 기능을 하므로 서셉터(131)와 샤워헤드(121)는 상호 대향하는 것이 바람직하고, 서셉터(131)는 전기적으로 접지되는 것이 바람직하다.
챔버(110)의 본체(111)의 전면 및 후면에는 기판(S)을 챔버(110)에 반입하기 위한 투입구(111a) 및 기판(S)을 챔버(110)로부터 반출하기 배출구(111b)가 각각 형성될 수 있다. 그리고, 챔버(110)의 본체(111)의 하면측에는 가스 등을 배출시키기 위한 배출구(111c)가 형성될 수 있다.
챔버(110)의 외측에는 샤워헤드(121)와 접속되어 샤워헤드(121)에 RF(Radio Frequency) 전원 등을 인가하기 위한 전원장치가 설치될 수 있다.
제품의 제조에 필요한 각 공정을 수행하기 위한 챔버(110)가 연속적으로 복수개 설치되고, 기판(S)을 각 챔버(110a, 110b, ...... 110n)(도 5 참조)로 순차적으로 이송하면서 기판(S)에 필요한 공정을 수행하는 타입을 인라인 타입(Inline Type) 기판처리장치라 한다.
인라인 타입 기판처리장치의 경우, 챔버(110)로 반입되거나, 챔버(110)에서 반출되는 기판(S)을 이송하거나 지지하기 위한 지지모듈(140)이 챔버(110)에 설치될 수 있다. 이때, 지지모듈(140)은 챔버(110)의 본체(110)의 내부 좌측면 및 우측면에 상호 대향되게 복수개 설치될 수 있고, 챔버(110)의 본체(110)의 내부 전면 중앙부 및 내부 후면 중앙부에 상호 대향되게 설치될 수 있다.
상세히 설명하면, 본체(110)의 좌측면 및 우측면에 설치된 지지모듈(140)은 지지축(141), 롤러(143), 기어(145), 체인 및 모터를 포함할 수 있다.
지지축(141)은 본체(110)의 측면을 관통하는 형태로 회전가능하게 설치될 수 있고, 롤러(143)는 본체(110)의 내부에 위치된 지지축(141)의 단부에 설치되어 지지축(141)과 함께 회전할 수 있다. 롤러(143)에는 기판(S)의 테두리부측이 탑재 지지될 수 있다.
기어(145)는 본체(110)의 외부에 위치된 지지축(141)의 단부에 설치될 수 있고, 상기 체인은 각 기어(145)에 맞물릴 수 있다. 그리고, 상기 모터는 어느 하나의 기어(145)와 맞물려 기어(145)를 회전시킬 수 있다. 그리하여, 상기 모터의 구동에 의하여 상기 모터와 맞물린 기어(145)가 회전하면, 상기 체인에 의하여 각 기어(145)가 회전하고, 이로 인해 각 지지축(141)이 회전한다. 그러면, 각 지지축(141)에 설치된 롤러(143)로 회전하므로, 롤러(143)에 의하여 롤러(143)에 탑재 지지된 기판(S)이 이송된다.
그리하여, 기판(S)이 챔버(110)의 내부로 반입되어 롤러(143)에 탑재 지지되면, 서셉터(131)가 상승하여 기판(S)과 접촉한다. 그 후, 가스를 기판(S)측으로 분사하면서 샤워헤드(121)에 전원을 인가하면, 샤워헤드(121)와 서셉터(131) 사이에서 플라즈마 방전이 발생하고, 플라즈마 방전에 의해 이온화되는 가스의 분자들이 기판(S)에 증착되므로, 기판(S) 상에 박막이 형성된다.
본체(110)의 전면 및 후면에 설치된 지지모듈(140)은 기판(S)의 중심측을 받쳐서 지지할 수 있으며, 본체(110)에 고정된 지지축(141)과 지지축(141)에 회전가능하게 설치되며 기판(S)이 탑재 지지되는 롤러(143)를 포함할 수 있다.
챔버(110)의 내부 모든 영역에 걸쳐서 균일한 밀도의 플라즈마가 발생되어야, 기판(S)의 전면(全面)에 균일한 박막을 형성할 수 있다. 샤워헤드(121)의 면적을 최대한 넓게 형성하였고, 샤워헤드(121)에서 분사되는 가스가 챔버(110)의 모든 영역으로 균일하게 분사된다고 가정할 때, 챔버(110)의 내부 모든 영역에 걸쳐서 균일한 밀도의 플라즈마가 생성되게 하기 위해서는, 서셉터(131)의 면적이 최대한 넓어야 한다.
그런데, 서셉터(131)는 승강하면서 기판(S)과 접촉하므로, 서셉터(131)가 상승하여 기판(S) 접촉할 수 있기 위해서는 서셉터(131)의 테두리면이 지지모듈(140)의 내측에 위치되어야 한다. 그러면, 롤러(143)에 지지된 기판(S)의 테두리부측에는 서셉터(131)가 존재하지 않으므로, 기판(S)의 테두리부측에 발생되는 플라즈마의 밀도는 다른 부위에 발생되는 플라즈마의 밀도 보다 낮을 수 있다.
본 고안의 일 실시예에 따른 기판처리장치는 기판(S)의 테두리부측에도 서셉터(131)가 존재하도록 구성하여, 챔버(110)의 모든 영역에 걸쳐서 균일한 밀도의 플라즈마가 발생되게 할 수 있다.
상세히 설명하면, 서셉터(131)의 테두리면은 요철(凹凸) 형태로 형성될 수 있다. 이때, 서셉터(131)가 상승하였을 때, 지지모듈(140)과 간섭하지 않는 서셉터(131)의 테두리면 부위가 챔버(110)의 내면측으로 연장된 철(凸)(131a) 형태로 형성될 수 있다. 그러면, 지지모듈(140)과 간섭하는 서셉터(131)의 테두리면을 제외한 나머지 서셉터(131)의 테두리면은 챔버(110)의 내면측까지 연장 형성되므로, 챔버(110)의 전체 공간이 서셉터(131)에 의하여 덮히는 형태가 된다. 즉, 서셉터(131)의 면적을 넓게 형성할 수 있다. 이로 인해, 챔버(110)의 모든 영역에 걸쳐서 균일한 밀도의 플라즈마가 발생될 수 있으므로, 기판(S)에 균일한 박막을 형성할 수 있다.
서셉터(131)의 테두리면에서 연장된 철(131a) 부위는 적어도 기판(S)의 테두리면 까지 연장되거나, 기판(S)의 테두리면 외측까지 연장되는 것이 바람직하다.
서셉터(131)의 철(131a) 부위로 인하여, 서셉터(131)의 외면은, 전술한 바와 같이, 요철(凹凸) 형태를 이룰 수 있다. 그러면, 서셉터(131)의 테두리면의 모서리 및 서셉터(131)의 철(131a) 부위의 모서리에 아킹(Arcing)이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 서셉터(131)의 모서리는 라운딩지게 형성되거나, 절연재로 코팅될 수 있다.
본 고안의 일 실시예에 따른 기판처리장치는, 서셉터(131)가 승강가능하게 설치되고, 서셉터(131)의 테두리면은 요철(凹凸) 형태로 형성된다. 그리하여, 서셉터의 테두리면 중, 기판(S)을 지지하는 지지모듈(140)과 간섭하지 않는 서셉터(131)의 테두리면 부위는 외측으로 연장될 철(凸) 부위로 형성된다. 그러면, 서셉터(131)가 챔버(110)의 내면측까지 연장되어 최대한 넓은 면적을 가지므로, 챔버(110)의 전 영역에 걸쳐서 균일한 밀도의 플라즈마가 발생될 수 있다. 이로 인해, 기판(S)에 전면(全面)에 균일한 박막을 형성할 수 있다.
이상에서 설명한 본 고안은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 그러므로, 본 고안의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 고안의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 챔버
121: 샤워헤드
131: 서셉터
140: 지지모듈

Claims (5)

  1. 기판이 투입되어 처리되는 공간을 제공하는 챔버;
    상기 챔버의 내부 하측에 승강가능하게 설치되고, 상승하여 기판을 탑재 지지하는 서셉터를 포함하며,
    상기 서셉터의 테두리면은 요철(凹凸) 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 챔버의 내부 상측에는 가스를 상기 챔버의 내부 하측으로 분사하는 샤워헤드가 설치되고,
    상기 챔버의 내부 좌측면, 우측면, 전면 및 후면에는 기판의 테두리부를 지지하는 지지모듈이 각각 설치되며,
    상기 서셉터가 상승하였을 때, 상기 지지모듈과 간섭하지 않는 상기 서셉터의 테두리면 부위가 상기 철(凸) 부위인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 서셉터의 상기 철(凸) 부위는 기판의 테두리면 까지 연장되거나, 기판의 테두리면 외측까지 연장된 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 서셉터의 모서리는 라운딩진 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 서셉터의 모서리는 코팅된 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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