KR20230167333A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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KR20230167333A
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chamber
angle
transfer
rotation
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KR1020230165596A
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김종식
정구현
정원우
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주성엔지니어링(주)
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Abstract

일 실시 예에 의한 기판 처리 장치는, 적어도 하나의 기판이 안치된 반응공간을 포함하는 공정 챔버; 상기 공정 챔버와 상기 적어도 하나의 기판의 이송을 중개하는 트랜스퍼 챔버; 및 상기 기판을 기 설정된 각도로 회전시키는 회전 장치가 구비된 버퍼 챔버를 포함하고, 상기 회전 장치는, 회전판; 상기 회전판을 상기 기 설정된 각도로 회전시키는 회전축; 상기 회전축을 구동하기 위한 구동부; 상기 구동부를 제어하기 위한 제어부; 및 상기 회전판 위에 배치되어 상기 적어도 하나의 기판을 안착시키는 복수의 기판 거치부를 포함할 수 있다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{APPRATUS AND METHOD FOR PROCESSING SUBSTRATE}
본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 실시 예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
일반적으로 반도체 메모리 소자, 액정표시장치, 유기발광장치 등은 기판상에 복수회의 반도체 공정을 실시하여 원하는 형상의 구조물을 증착 및 적층하는 기판 처리 공정을 거쳐 제조된다.
기판 처리 공정은 기판상에 소정의 박막을 증착하는 공정, 박막의 선택된 영역을 노출시키는 포토리소그래피(photolithography) 공정, 선택된 영역의 박막을 제거하는 식각 공정 등을 포함한다. 이러한 기판 처리 공정은 해당 공정을 위해 최적의 환경이 조성된 공정 챔버 내부에서 진행된다.
일반적으로, 웨이퍼 등의 기판을 처리하는 장치는 공정 챔버 내부에 배치되고, 디스크 위에 상기 디스크보다 작은 서셉터를 복수개 장착한 구조를 가진다.
기판 처리 장치에서는, 상기 서셉터에 기판을 안착한 후, 상기 기판에 소스물질을 포함하는 공정가스를 분사하여 원하는 형상의 구조물을 상기 기판에 증착 및 적층하는 방식 또는 식각하는 방식으로 기판 처리를 수행한다.
한편, 기판에 증착공정 또는 식각공정을 수행하는 경우, 기판의 각 부분에 걸쳐 증착두께 또는 식각정도가 불균일해 질 수 있다. 따라서, 이에 대한 조치가 필요하다.
실시 예는, 기판에 증착 공정 또는 식각 공정을 수행하는 경우, 기판의 각 부분에 걸쳐 증착 두께 또는 식각 정도의 균일도를 높일 수 있는 기판 처리장치 및 기판 처리방법에 관한 것이다.
실시 예에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
실시 예는, 적어도 하나의 기판이 안치된 반응공간을 포함하는 공정 챔버; 상기 공정 챔버와 상기 적어도 하나의 기판의 이송을 중개하는 트랜스퍼 챔버; 및 상기 기판을 기 설정된 각도로 회전시키는 회전 장치가 구비된 버퍼 챔버를 포함하고, 상기 회전 장치는, 회전판; 상기 회전판을 상기 기 설정된 각도로 회전시키는 회전축; 상기 회전축을 구동하기 위한 구동부; 상기 구동부를 제어하기 위한 제어부; 및 상기 회전판 위에 배치되어 상기 적어도 하나의 기판을 안착시키는 복수의 기판 거치부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치를 제공한다.
여기서, 상기 회전 장치는 상기 기판을 진공 상태에서 회전시킬 수 있다.
그리고 상기 트랜스퍼 챔버는 상기 적어도 하나의 기판을 이송하는 기판 이송 장치를 포함하고, 상기 복수의 기판 거치부는, 상기 기 설정된 각도의 회전 범위 내에서 상기 기판 이송 장치와 간섭을 일으키지 않도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 복수의 기판 거치부 각각은 복수 개의 기판이 안착될 수 있는 서로 다른 높이의 복수 개의 슬롯을 포함할 수 있고, 상기 복수의 기판 거치부는 상기 복수 개의 슬롯에 상기 복수 개의 기판이 안착되면 상기 회전판과 연동하여 상기 기 설정된 각도로 회전될 수 있다.
또한, 상기 회전 장치는, 상기 버퍼 챔버 내부에 복수 개로 구비될 수 있다.
또는, 상기 버퍼 챔버는, 제1 회전 장치가 구비된 제1 버퍼 챔버; 및 제2 회전 장치가 구비된 제2 버퍼 챔버를 포함할 수 있고, 상기 제어부는, 상기 제1 회전 장치와 상기 제2 회전 장치를 각각 독립적으로 제어할 수 있다.
다른 실시 예는, 공정 챔버 내부에 안치된 제1 기판 및 제2 기판에 박막을 증착하는 제1 박막 증착 단계; 트랜스퍼 챔버를 통하여 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 버퍼 챔버로 이송하는 단계; 상기 버퍼 챔버에 구비된 회전 장치를 구동하여 상기 제1 기판을 기 설정된 제1 각도로 회전시키는 단계; 상기 버퍼 챔버에 구비된 회전 장치를 구동하여 상기 제2 기판을 기 설정된 제2 각도로 회전시키는 단계; 상기 트랜스퍼 챔버를 통하여 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 상기 공정 챔버로 이송하는 단계; 및 상기 공정 챔버 내부에서 상기 제1 기판과 상기 제2 기판에 박막을 증착하는 제2 박막 증착 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 방법을 제공한다.
여기서, 상기 제1 각도와 상기 제2 각도는 서로 다를 수 있다.
또는, 상기 제1 각도와 상기 제2 각도는 서로 동일할 수도 있다.
그리고, 상기 제1 각도로 회전시키는 단계는, 상기 제1 기판을 진공 상태에서 회전시키고, 상기 제2 각도로 회전시키는 단계는, 상기 제2 기판을 진공 상태에서 회전시킬 수 있다.
본 발명의 적어도 일 실시 예에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.
실시 예에서, 기 설정된 각도로 기판을 회전시키는 간단하고 견고한 구조의 회전장치를 사용하여 증착막의 두께 또는 기판 식각정도의 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 고온의 분위기에서도 기판을 설정된 각도로 회전시켜 기판제조공정을 수행할 수 있는 효과가 있다.
본 실시 예에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며 언급하지 않은 또 다른 효과는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2(a) 내지 도 2(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 비교 예를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 버퍼 챔버의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 버퍼 챔버의 평면도이다.
도 5(a) 내지 도 5(c)는 도 4에 도시된 회전판을 기 설정된 각도로 회전시킨 평면도이다.
도 6은 도 3의 1-1' 또는 도 4의 2-2'을 절취하여 바라본 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 복수 개로 구비된 회전 장치를 포함하는 버퍼 챔버의 평면도이다.
도 8은 도 7의 3-3'를 절취하여 바라본 단면도이다.
도 9(a) 내지 도 9(b)는 본 발명의 일 시시 예에 따른 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다.
"제1", "제2" 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 또한, 이하에서 이용되는 "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서 이용될 수도 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
이하, 실시 예에 의한 기판 처리 장치를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 기판 처리 장치(100)는, EFEM(Equipment Front End Module, 110), 로드락 챔버(Load lock Chamber, 120), 트랜스퍼 챔버(Transfer Chamber, 130), 공정 챔버(Process Chamber, 140) 및 버퍼 챔버(Buffer Chamber, 150)를 포함하여 이루어지고, 각각의 챔버(또는 모듈) 사이에는 출입구가 구비될 수 있다. 여기서, 출입구는 기판(S)이 반입 및/또는 반출될 수 있는 정도의 크기로 구비될 수 있다.
EFEM(110)은 대기압(atm) 상태를 유지하며, 외부로부터 로드락 챔버(120)로 기판(S)을 이송할 수 있도록 내부에 로봇 암(112)이 구비될 수 있다.
로드락 챔버(120)는 트랜스퍼 챔버(130)의 일 측에 연결되는 반입용 로드락 챔버(120a)와 트랜스퍼 챔버(130)의 타 측에 연결되는 반출용 로드락 챔버(120b)를 포함할 수 있으며, 대기압 공정과 진공 공정 간의 인터페이스 역할을 수행할 수 있다.
반입용 로드락 챔버(120a)는 제1-1 출입구(122a)를 사이에 두고 공정 챔버(140)와 연결될 수 있다.
반출용 로드락 챔버(120b)는 제2-1 출입구(122b)를 사이에 두고 공정 챔버(140)와 연결될 수 있다.
트랜스퍼 챔버(130)는 반입용 로드락 챔버(120a)로부터 반입된 기판(S)을 적어도 하나의 공정 챔버(140) 및/또는 버퍼 챔버(150)로 이송하거나 적어도 하나의 공정 챔버(140) 및/또는 버퍼 챔버(150)로부터 이송된 기판(S)을 반출용 로드락 챔버(120b)로 반출할 수 있도록 내부에 기판 이송 장치(132)가 구비될 수 있다.
여기서, 기판 이송 장치(132)의 일 예로 로봇 암(Robot arm)이 사용될 수 있으며, 로봇 암은 기판(S)의 이송 단계에서 기판(S)을 파지(把指)할 수 있는 구조의 형상으로 구비될 수 있다. 또한, 상기 로봇 암은 직선 운동, 상하 운동 및 회전 운동을 통하여 로드락 챔버(120), 공정 챔버(140) 및 버퍼 챔버(150) 상호 간에 기판(S)의 이송을 중개하는 역할을 수행할 수 있다.
적어도 하나의 공정 챔버(140a, 140b)는 제3 출입구(134a, 134b)를 사이에 두고 트랜스퍼 챔버(130)와 연결될 수 있고, 트랜스퍼 챔버(130)를 통하여 이송 받은 기판(S)의 증착 또는 식각 공정을 위하여 내부에 반응 공간이 구비될 수 있다.
버퍼 챔버(150)는 제4 출입구(136)를 사이에 두고 트랜스퍼 챔버(130)와 연결되고, 기판(S)에 증착되는 증착막의 두께 또는 기판(S)이 식각되는 정도의 균일성을 향상시키기 위하여 내부에 적어도 일부가 증착된 기판(S)을 기 설정된 각도로 회전시키는 회전 장치(200)를 구비할 수 있다. 여기서, 버퍼 챔버(150)의 내부 압력은 공정 압력-즉, 진공 또는 대기압과 진공 사이의 압력-상태로 유지될 수 있다. 회전 장치(200)의 구성을 설명하기에 앞서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 버퍼 챔버(150)를 도 2(a) 내지 도 2(b)와 비교하여 설명하기로 한다.
도 2(a) 내지 도 2(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 비교 예를 나타낸다.
도 2(a) 내지 2(b)에 도시된 EFEM(10-1, 10-2), 반입용 로드락 챔버(20a-1, 20a-2), 반출용 로드락 챔버(20b-1, 20b-2), 트랜스퍼 챔버(30-1, 30-2)는 도 1에서 설명한 EFEM(110), 반입용 로드락 챔버(120a), 반출용 로드락 챔버(120b), 트랜스퍼 챔버(130)와 동일한 기능을 수행하므로, 이에 대한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서는 상술한 실시 예와 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으며, 차이점을 중심으로 설명한다.
도 2(a)에 도시된 일 비교 예에 의하면, 회전 장치(A)가 구비된 버퍼 챔버(50-1)는 EFEM(10-1)과 출입구를 사이에 두고 연결되며, 버퍼 챔버(50-1)의 내부 압력은 대기압 상태로 유지된다.
예를 들어, 공정 압력(또는 진공)에서 대기압까지의 벤팅 시간을 T라 하고, 대기압에서 공정 압력(또는 진공)까지의 펌핑 시간을 T라고 가정한다.
도 2(a)에 도시된 바와 같이, 버퍼 챔버(50-1)의 내부 압력이 대기압 상태로 유지될 경우, 반출용 로드락 챔버(20b-1) 내부를 벤팅하여 적어도 일부가 증착된 기판(S)을 EFEM(10-1)으로 이송하고 나서, 버퍼 챔버(50-1)에서 적어도 일부가 증착된 기판(S)을 기 설정된 각도로 회전시킨 다음, 다시 반입용 로드락 챔버(20a-1) 내부를 펌핑하여 기 설정된 각도로 회전된 기판(S)을 공정 챔버(40a-1, 40b-1)로 이송함으로써, 나머지 증착 공정이 진행된다. 이러한 경우, 반출용 로드락 챔버(20b-1)의 내부를 벤팅하고, 반입용 로드락 챔버(20a-1)의 내부를 펌핑하는데 총 2T의 시간이 더 소요된다.
반면에, 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 버퍼 챔버(150)의 내부 압력이 공정 압력 상태로 유지되므로, 반출용 로드락 챔버(120b) 내부의 벤팅 및 반입용 로드락 챔버(120a) 내부의 펌핑 공정이 생략될 수 있으며 대략 2T의 시간이 단축될 수 있다. 따라서 박막 증착 장치에서의 전체 공정 시간을 줄일 수 있어, 반도체 장비 가동율이 개선되고 높은 양산성을 확보할 수 있다.
도 2(b)에 도시된 다른 비교 예에 의하면, 회전 장치(B)는 공정 챔버(40a-2, 40b-2) 내부에 구비된다.
도 2(b)에 도시된 바와 같이, 공정 챔버(40a-2, 40b-2) 내부에 회전 장치(B)가 구비될 경우, 회전 장치(B)를 구성하는 각 부품들이 고온의 공정 온도-대략 400℃- 하에서 열팽창 되거나, 내열성이 약한 부품들이 변형되는 등으로 인하여 회전 장치(B)에 작동 불량 또는 파손이 발생될 가능성이 높다. 또한, 증착 또는 식각 공정이 진행되는 도중에 미리 설정된 특정 각도로 기판(S)을 회전시키는데 어려움이 있으며, 이로 인하여 증착막의 품질이 저하될 수 있다.
반면에, 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 회전 장치(200)는 공정 챔버(140a, 140b) 내부가 아닌, 제4 출입구(136)를 사이에 두고 트랜스퍼 챔버(130)와 연결된 버퍼 챔버(150)에 구비되며, 상기 버퍼 챔버(150)는 별도의 가열 수단을 포함하지 아니하므로 공정 챔버(140a, 140b) 내부에 비하여 상대적으로 저온의 분위기를 형성할 수 있다. 따라서 회전 장치(200)의 파손 내지 불량율이 저감될 수 있고, 증착 또는 식각 공정과 별도의 공간에서 기판(S)을 회전시키므로 특정 각도로의 회전이 용이하며, 증착막의 두께 또는 기판(S) 식각 정도의 균일성을 향상시킬 수 있다.
비록 도시되지는 아니하였지만, 본 발명의 다른 실시 예에 의하면 상기 버퍼 챔버(150)는 로드락 챔버(120)일 수 있다. 또는, 회전 장치(200)가 로드락 챔버(120) 내에 구비될 수 있다. 이와 같이, 회전 장치(200)를 구비하기 위한 별도의 공간-예컨대, 버퍼 챔버(150)-이 생략될 경우, 공간 효율이 증대될 수 있다.
이하에서는 도 3 내지 도 6을 참조하여 일 실시 예에 따른 버퍼 챔버를 보다 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 버퍼 챔버의 평면도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 버퍼 챔버의 평면도이다. 또한, 도 5는 도 4에 도시된 회전판을 기 설정된 각도로 회전시킨 평면도이고, 도 6은 도 3의 1-1' 또는 도 4의 2-2'을 절취하여 바라본 단면도이다.
이하에서는 설명의 편의를 위해, 도 6을 먼저 참조하여 회전 장치의 구성을 개략적으로 설명하기로 한다.
도 3, 도 4 및 도 6을 함께 살펴보면, 버퍼 챔버(150)는 챔버 바디(152), 챔버 바디(152)의 상부에 구비되는 상부판(154), 챔버 바디(152)와 상부판(154)에 의하여 형성된 내부 공간에 구비된 회전 장치(200), 챔버 바디(152)와 상부판(154) 사이에 기밀을 유지하기 위한 밀폐링(156), 및 기판(S)이 반입 및 반출될 수 있도록 챔버 바디(152)의 일 측면에 적어도 일부가 관통되어 형성된 출입구(158)를 포함할 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 회전 장치(200)는, 회전판(210), 회전판(210) 위에 배치되어 적어도 하나의 기판(S)을 안착시키는 복수의 기판 거치부(220), 회전판(210)을 기 설정된 각도로 회전시키는 회전축(230), 회전축(230)이 구동됨에 따라 회전판(210)이 함께 회전될 수 있도록 회전축(230)과 회전판(210)을 밀착 고정시키는 적어도 하나의 고정핀(240), 회전축(230)에 동력을 전달하는 구동부(250), 및 구동부(250)를 제어하기 위한 제어부(260)를 포함할 수 있다.
비록, 도 3 내지 도 6에 의하면 상기 회전 장치(200)는 버퍼 챔버(150) 내부에 단수 개로 구비되어 도시되어 있지만, 공정 효율을 향상시키기 위하여 복수 개의 회전 장치가 구비될 수도 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 7 내지 도 8을 참조하여 후술하기로 한다.
회전판(210)은 챔버 바디(152)의 하부와 결합되며, 회전축(230)이 작동함에 따라 함께 회전할 수 있다. 실시 예에서는 원판형의 회전판(210)이 구비되었으나, 이에 한정되지 아니하고 회전판(210)의 크기, 형상은 기판(S)의 크기, 형상 등에 따라 다양한 크기, 형상으로 구비될 수 있다.
복수의 기판 거치부(220) 각각은, 적어도 하나의 기판(S)이 수평으로 안착될 수 있는 서로 다른 높이의 복수 개의 슬롯(222) 및 복수 개의 슬롯(222)을 측면에서 지지하는 측면 지지부(224)를 포함할 수 있다. 복수 개의 슬롯(222)에 적어도 하나의 기판(S)이 안착되면, 적어도 하나의 기판(S)이 적층된 채로 복수 개의 슬롯(222) 및 회전판(210)과 연동하여 기 설정된 각도로 회전할 수 있다. 여기서, 복수 개의 슬롯(222)의 개수는 트랜스퍼 챔버(130)와 연결된 공정 챔버(140)의 개수 및 각각의 공정 챔버(140) 내에 안착될 수 있는 기판(S)의 개수와 대응되도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 각각의 공정 챔버(140) 내에서의 일부 증착 공정이 수행되고 나면, 버퍼 챔버(150) 내에 기판(S)을 적재시켜 일괄적으로 회전시킬 수 있으므로 전체 공정 시간이 단축될 수 있다.
회전축(230)은 회전판(210)의 하부와 적어도 하나의 고정핀(240)에 의하여 결합되며, 회전판(210)을 기 설정된 각도로 회전시킬 수 있다.
구동부(250)는 회전축(230)의 하부에 구비되어, 회전축(230)이 회전할 수 있도록 동력을 전달할 수 있으며, 회전축(230)을 회전시킬 수 있는 것이라면 어떠한 방식을 적용해도 무방하다. 예를 들어, 구동부(250)는 공압식 (pneumatic), 기계식 등의 구동장치를 사용할 수 있다. 또한, 구동부(814)는 공정챔버(100) 외부에 구비될 수도 있다.
제어부(260)는 상기 회전축(230)이 기 설정된 회전각도 내지 회전방향으로 회전될 수 있도록 상기 구동부(250)를 제어할 수 있다.
비록 도시하지는 아니하였지만, 일 실시 예에 따른 회전 장치(200)는 적어도 하나의 기판(S)이 복수의 기판 거치부(220)의 기 설정된 위치에 정확히 안착되어 있는지 여부를 감지하는 적어도 하나의 센서(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
다시, 도 3 내지 도 4로 돌아와서 복수의 기판 거치부(220)가 평면상에서 배치되는 구조를 설명한다.
도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 기판 거치부(220a, 220b)에 안착된 기판(S)에는 노치(notch, 15)가 형성될 수 있다. 노치(15)는 기판(S)의 상하면을 구별하고, 노치(15)가 회전판(210)에 대하여 회전하였는지 여부, 그 회전각도 및 회전방향 등을 파악하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 3 내지 도 4에서는 노치(15)가 형성된 면이 기판(S)의 상면이 되고, 노치(15)가 형성된 기판(S)의 상면에 공정가스가 분사되어 기판(S)의 상면에 증착, 식각 등의 공정이 진행될 수 있다.
복수의 기판 거치부(220a, 220b)는 기 설정된 각도의 회전 범위 내에서 트랜스퍼 챔버(130) 내부에 구비된 기판 이송 장치(132)와 간섭을 일으키지 않도록 배치될 수 있다.
도 3에 도시된 일 실시 예에 따른 회전 장치(200a)를 살펴보면, 동일 평면 상에서 서로 대향하여 배치된 4개의 기판 거치부(220a)가 구비될 수 있고, 회전축(230)을 구동하여 회전판(210) 및 기판 거치부(220a)를 시계 방향 또는 반시계 방향으로 약 180° 회전시킬 수 있다. 다만, 회전판(210)의 기 설정된 회전각도는 180°에 한정되지 아니하고, 회전 장치(200a)를 사용하여 사용자가 원하는 각도로 회전시킬 수 있음은 통상의 기술자에게 자명하다.
도 3의 참조부호 220a'은 4개의 기판 거치부(220a)에 안착된 적어도 하나의 기판(S)이 시계 방향 또는 반시계 방향으로 약 180° 회전한 상태를 나타낸 평면도이다. 여기서, 기판(S)의 회전각도, 회전방향 등은 기판(S)에 형성된 노치(15)를 통해 파악할 수 있다.
도 1에서 상술한 바와 같이, 기판(S)이 회전하지 않은 상태에서 증착 공정을 수행하는 경우, 기판(S)에 분사되는 공정가스가 기판(S) 전체에 걸쳐 균일하게 분사되지 아니하는 등의 이유로 증착막의 두께가 불균일해 질 수 있다. 예를 들어, 기판(S)의 일 면 상에만 일부 박막의 증착이 집중될 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치(100)에 의하면, 상기 기판(S)을 트랜스퍼 챔버(130)를 통하여 회전 장치(200a)가 구비된 버퍼 챔버(150a)로 이송하고, 버퍼 챔버(150a) 내부에서 상기 기판(S)을 시계 방향 또는 반시계 방향으로 약 180° 회전시킨 후, 약 180° 회전된 기판(S)을 다시 공정 챔버(140)로 이송시켜 나머지 박막을 기판(S)의 타 면에 증착하여 증착 공정을 완료할 수 있다.
상술한 바와 같이, 버퍼 챔버(150a)에 구비된 회전 장치(200a)를 이용하여 기판(S)을 기 설정된 각도로 회전시킬 경우, 기판(S)의 상면 전체에 걸쳐 균일한 두께의 증착막을 얻을 수 있다.
다른 실시 예로 도 4에 도시된 회전 장치(200b)를 살펴보면, 동일 평면 상에서 트랜스퍼 챔버(130)에 구비된 기판 이송 장치(132)와 간섭을 일으키지 않도록 배치된 3개의 기판 거치부(220b)가 구비될 수 있다. 여기서, 기판 이송 장치(132)와 간섭을 일으키지 않도록 배치된다는 것은, 기판 이송 장치(132)가 직선 운동, 상하 운동 및 회전 운동을 통하여 기판(S)을 버퍼 챔버(150b) 내의 회전 장치(200b)로 안착(또는 로딩)시키는데 장애가 되지 아니하는 범위 내에서 배치되는 것으로 정의할 수 있다.
도 5(a) 내지 도 5(c)는 도 4에 도시된 다른 실시 예의 회전 장치(200b)를 이용하여 기판(S)을 기 설정된 각도로 회전한 상태가 도시된 평면도이다. 여기서, 기판(S)의 회전각도, 회전방향 등은 기판(S)에 형성된 노치(15)를 통해 파악할 수 있다.
도 5(a)는 기판(S)이 원래의 위치에서 시계 방향으로 약 45° 회전한 상태, 도 5(b)는 기판(S)이 원래의 위치에서 반시계 방향으로 약 90° 회전한 상태, 도 5(c)는 기판(S)이 원래의 위치에서 시계 방향 또는 반시계 방향으로 약 180° 회전한 상태가 도시되었다.
다만, 상기 기판(S)의 회전각도는 45°, 90°, 180°에 한정되지 아니하고, 회전 장치(200b)를 사용하여 사용자가 원하는 각도로 회전시킬 수 있으며, 회전방향도 원하는 방향-예컨대, 시계 방향 또는 반시계 방향-으로 회전시킬 수 있다.
이에 따라, 사용자는 버퍼 챔버(150b)에 구비된 회전 장치(200b)를 이용하여 기판(S)을 특정 각도로 회전시킴으로써, 증착막의 형상 또는 두께 등을 다양하게 제어할 수 있다.
이하에서는 도 7 내지 도 8을 참조하여 복수 개로 구비된 회전 장치를 포함하는 버퍼 챔버를 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 복수 개로 구비된 회전 장치를 포함하는 버퍼 챔버의 평면도이고, 도 8은 도 7의 3-3'를 절취하여 바라본 단면도이다.
도 7 내지 도 8에 도시된 버퍼 챔버는, 도 3 내지 도 6에 도시된 버퍼 챔버와 달리 내부에 복수 개의 회전 장치를 포함하는 점에서 차이가 있다.
도 7 내지 도 8을 함께 참조하면, 또 다른 실시 예에 따른 버퍼 챔버(700)는 챔버 바디(710), 챔버 바디(710)의 상부에 구비되는 상부판(720), 챔버 바디(710)와 상부판(720)에 의하여 형성된 복수의 내부 공간(C1, C2) 각각에 구비된 제1 회전 장치(730) 및 제2 회전 장치(740), 챔버 바디(710)와 상부판(720) 사이에 기밀을 유지하기 위한 밀폐링(750), 기판(S1, S2)이 반입 및 반출될 수 있도록 챔버 바디(710)의 일측면에 적어도 일부가 관통되어 형성된 복수의 출입구(760-1, 760-2), 및 상기 제1 내지 제2 회전 장치(730, 740) 각각의 구동을 제어하기 위한 제어부(770)를 포함할 수 있다.
여기서, 제1 회전 장치(730) 및 제2 회전 장치(740) 각각의 구성 요소는, 도 3 내지 도 6에 도시된 회전 장치의 구성 요소와 구조 및 기능이 실질적으로 동일하므로 참조부호 및 중복되는 설명은 생략하기로 하고, 이하에서는 차이점을 위주로 설명한다.
챔버 바디(710)는 제1 회전 장치(730) 및 제2 회전 장치(740)가 각각 안치될 수 있도록 E자 형상으로 구비되며, 복수의 내부 공간(C1, C2)을 형성할 수 있다. 여기서, 복수의 내부 공간(C1, C2) 각각의 압력은 공정 압력-즉, 진공 또는 대기압과 진공 사이의 압력-상태로 유지될 수 있다. 이와 같이, 버퍼 챔버(700)의 내부를 하나의 공간이 아닌 복수 개의 공간으로 분할할 경우, 진공 상태를 유지하기 위한 면적이 감소되므로 챔버 내부를 공정 압력 상태로 유지 또는 제어하는 것이 용이할 수 있다.
제어부(770)는 제1 회전 장치(730)에 안착되는 적어도 하나의 제1 기판(S1)과 제2 회전 장치(740)에 안착되는 적어도 하나의 제2 기판(S2)이 서로 다른 회전각도 및/또는 회전방향으로 회전될 수 있도록 제1 구동부(734) 및 제2 구동부(744) 각각을 독립적으로 제어할 수 있다.
또한, 다른 실시 예에 의하면, 제어부(770)는 제1 회전 장치(730) 내지 제2 회전 장치(740)가 서로 독립적으로 구동될 수 있도록 제어하되, 제1 내지 제2 회전 장치(730, 740)에 안착된 기판(S1, S2)이 서로 동일한 회전각도 및/또는 회전 방향으로 회전될 수 있도록 제1 내지 제2 구동부(734, 744)를 제어할 수도 있다.
또는, 비록 도시되지는 아니하였지만 또 다른 실시 예에 의하면, 제1 회전 장치(730) 및 제2 회전 장치(740) 각각에 포함된 제1 회전축(732) 및 제2 회전축(734)은 하나의 구동부(미도시)와 연결되어 이들 회전축(732, 734)이 동시에 구동될 수 있고, 제어부(770)는 제1 내지 제2 회전 장치(730, 740)에 안착된 기판(S1, S2)의 회전각도 및/또는 회전방향을 서로 동일하게 설정 내지 제어할 수 있다.
비록 실시 예에서는 2개의 회전 장치(730, 740)가 도시되어 있지만, 이에 한정되지 아니하고 버퍼 챔버(700) 내에 다양한 개수로 구비될 수 있음은 통상의 기술자에게 자명하다.
또한, 도 7 내지 도 8을 하나의 버퍼 챔버(700) 내부에 구비된 복수 개의 회전 장치(730, 740)가 도시되어 있지만, 이에 한정되지 아니하고 복수 개의 버퍼 챔버 각각에 구비되는 적어도 하나의 회전 장치도 본 발명의 범주에 포함될 수 있음은 통상의 기술자에게 자명하다.
한편, 트랜스퍼 챔버(미도시)의 내부에 구비되는 기판 이송 장치(800)는 복수 개의 암(arm; 810, 820)을 포함하는 듀얼 로봇 암(dual robot arm)일 수 있다. 여기서, 제1 암(810) 및 제2 암(810, 820) 각각은 제1 회전 장치(730) 및 제2 회전 장치(740) 각각에 기판(S1, S2)을 안착(또는 로딩)시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 버퍼 챔버(700) 내부에 N(여기서, N은 2 이상의 정수임) 개의 회전 장치가 구비될 경우 기판(S1, S2)을 회전시키는데 소요되는 시간을 1/N 만큼 단축할 수 있으므로, 높은 양산성을 확보할 수 있다.
이하에서는, 도 9(a) 내지 도 9(b)를 참조하여 기판 처리 방법을 설명한다.
도 9(a) 내지 도 9(b)는 본 발명의 일 시시 예에 따른 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법은 도 9(a)에 도시된 바와 같이, 대기압 상태에서 EFEM(110)으로부터 로드락 챔버(120)로 기판(S)을 이송하는 단계(S100), 진공 상태에서 로드락 챔버(120)로부터 트랜스퍼 챔버(130)로 기판(S)을 반입하는 단계(S200), 반입된 기판(S) 상에 박막을 증착하는 단계(S300), 진공 상태에서 트랜스퍼 챔버(130)로부터 로드락 챔버(120)로 증착된 기판(S)을 반출하는 단계(S400), 및 대기압 상태에서 로드락 챔버(120)로부터 EFEM(110)으로 증착된 기판(S)을 이송하는 단계(S500)를 포함할 수 있다.
이하에서는, 도 9(b)를 참조하여 반입된 기판(S) 상에 박막을 증착하는 단계(S300)를 보다 상세히 설명한다.
S200 단계 이후, 트랜스퍼 챔버(130)가 공정 챔버(140) 내부로 기판(S)을 이송하면(S310), 공정 챔버(140)는 기판 안착 단계(320), 제1 박막 증착 단계(S322), 및 기판 반출 단계(S324)를 순차적으로 진행할 수 있다.
기판 안착 단계(S320)에서는, 트랜스퍼 챔버(130)로부터 반입된 적어도 하나의 기판(S)을 복수 개의 서셉터 위에 안착시킬 수 있다.
제1 박막 증착 단계(S322)에서는, 대략 400℃ 이상의 고온의 분위기에서 공정 챔버(140)의 내부에 안치된 기판(S)의 상면에 공정가스를 분사함으로써 증착 공정이 진행될 수 있다. 이때, 증착 공정을 수행할 때의 공정 챔버(140) 내부는, 유지보수할 때의 대기압 상태를 제외하고는 공정 압력(진공 또는 대기압과 진공 사이의 압력, 이하 동일함) 상태로 유지될 수 있다.
이때, 제1 박막 증착 단계(S322)에서는, 기판(S)에 분사되는 공정가스가 기판(S) 전체에 걸쳐 균일하게 분사되지 아니하는 등의 이유로 증착막의 두께가 불균일해 질 수 있다. 예를 들어, 기판(S)의 일 면 상에만 일부 박막의 증착이 집중될 수 있다.
기판 반출 단계(S324)에서는 S322 단계에서 증착된 기판(S)을 트랜스퍼 챔버(130)로 반출할 수 있고, 이후 트랜스퍼 챔버(130)는 버퍼 챔버(150) 내부로 상기 기판(S)을 이송할 수 있다(S312).
한편, S312 단계 이전에 버퍼 챔버(150)에서는, 내부 압력이 공정 압력-즉, 진공 또는 대기압과 진공 사이의 압력-상태로 유지되고, 공정 챔버(140a, 140b) 내부에 비하여 상대적으로 저온의 분위기를 형성할 수 있도록 압력 및 온도를 조절하는 단계(S330)가 선행될 수 있다.
버퍼 챔버(150)의 내부 압력이 공정 압력 상태로 조절될 경우, 로드락 챔버(120) 내부에서의 벤팅 및 펌핑 공정이 생략될 수 있으므로 박막 증착 장치에서의 전체 공정 시간을 줄일 수 있어, 반도체 장비 가동율이 개선되고 높은 양산성을 확보할 수 있다. 또한, 공정 챔버(140) 내부에 비하여 상대적으로 저온의 분위기를 형성할 경우, 회전 장치(200)의 파손 내지 불량율이 저감될 수 있다.
S312 단계 이후, 버퍼 챔버(150)는 기판 회전 단계(S332) 및 기판 반출 단계(S334)를 순차적으로 진행할 수 있다.
기판 회전 단계(S332)는 버퍼 챔버(150) 내부에 구비된 회전 장치(200)를 구동하여 증착된 기판(S)을 기 설정된 각도로 회전시킬 수 있다. 여기서, 기판 회전 단계(S332)는 버퍼 챔버(150) 내부에 복수 개의 회전 장치(200)가 구비되는 경우, 상기 복수 개의 회전 장치(200) 각각에 안착되는 복수 개의 기판을 서로 다른 회전각도 및/또는 회전방향으로 회전시킬 수 있다.
예를 들어, 기판 회전 단계(S332)는 제1 회전 장치에 안착된 제1 기판을 기 설정된 제1 각도로 회전시키는 단계 및 제2 회전 장치에 안착된 제2 기판을 기 설정된 제2 각도로 회전시키는 단계를 포함할 수 있고, 여기서 제1 각도와 제2 각도는 서로 다를 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고 다른 실시 예에 의하면 제1 각도와 제2 각도는 서로 동일하게 설정될 수도 있다.
기판 반출 단계(S334)에서는 S332 단계에서 기 설정된 각도로 회전된 기판(S)을 트랜스퍼 챔버(130)로 반출할 수 있고, 이후 트랜스퍼 챔버(130)는 공정 챔버(140) 내부로 상기 기판(S)을 이송할 수 있다(S314).
S314 단계 이후, 공정 챔버(140)는 제2 박막 증착 단계(S326) 및 기판 반출 단계(S328)가 순차적으로 진행될 수 있다.
제2 박막 증착 단계(S326)에서는, S322 단계에서 기 설정된 각도로 회전된 기판(S)의 상면에 공정가스를 분사함으로써 증착 공정이 진행될 수 있고, 기판(S)의 타 면에 나머지 박막이 증착될 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 박막 증착 단계(S322)와 제2 박막 증착 단계(S326) 사이에서, 기판(S)을 기 설정된 각도로 회전시키는 단계(S312)가 수행됨으로 인하여 기판(S)의 상면 전체에 걸쳐 균일한 두께의 증착막을 얻을 수 있다. 또한 사용자가 원하는 특정 각도를 제어함으로써 다양한 박막 형상을 제조할 수 있다.
이후, 기판 반출 단계(S328)에서는 균일한 두께의 증착막이 형성된 기판(S)을 트랜스퍼 챔버(130)로 반출함으로써, 기판(S) 상에 박막을 증착하는 단계(S300)가 종료될 수 있다.
실시 예와 관련하여 전술한 바와 같이 몇 가지만을 기술하였지만, 이외에도 다양한 형태의 실시가 가능하다. 앞서 설명한 실시 예들의 기술적 내용들은 서로 양립할 수 없는 기술이 아닌 이상은 다양한 형태로 조합될 수 있으며, 이를 통해 새로운 실시 형태로 구현될 수도 있다.
한편, 전술한 실시 예에 의한 기판 처리 장치 및 이 장치를 이용한 기판 처리 방법은 반도체 소자의 기판 상에 박막을 증착하는 공정 외에, 평면 표시 장치 및 태양전지 등을 제조하는 공정 등에서 사용할 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 통상의 기술자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100: 기판 처리 장치 200: 회전 장치
110: EFEM 210: 회전판
120: 로드락 챔버 220: 기판 거치부
130: 트랜스퍼 챔버 230: 회전축
140: 공정 챔버 240: 고정핀
150: 버퍼 챔버 250: 구동부
260: 제어부

Claims (12)

  1. 적어도 하나의 기판이 안치된 반응공간을 포함하는 공정 챔버;
    상기 공정 챔버와 상기 적어도 하나의 기판의 이송을 중개하는 트랜스퍼 챔버; 및
    상기 트랜스퍼 챔버에 연결되어 상기 공정 챔버에서 적어도 일부가 증착된 기판을 기 설정된 각도로 회전시키는 회전 장치가 구비된 버퍼 챔버를 포함하고,
    상기 회전 장치는,
    회전판;
    상기 회전판을 상기 기 설정된 각도로 회전시키는 회전축;
    상기 회전축을 구동하기 위한 구동부;
    상기 구동부를 제어하기 위한 제어부; 및
    상기 회전판 위에 배치되어 상기 적어도 하나의 기판을 안착시키는 복수의 기판 거치부를 포함하고,
    상기 트랜스퍼 챔버는 상기 버퍼 챔버에서 회전된 기판을 반출하여 상기 공정 챔버로 재이송하고,
    상기 공정 챔버는 재이송된 기판 위에 박막을 증착하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 회전 장치는, 상기 기판을 진공 상태에서 회전시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 트랜스퍼 챔버는 상기 적어도 하나의 기판을 이송하는 기판 이송 장치를 포함하고,
    상기 복수의 기판 거치부는, 상기 기 설정된 각도의 회전 범위 내에서 상기 기판 이송 장치와 간섭을 일으키지 않도록 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 기판 거치부 각각은, 복수 개의 기판이 안착될 수 있는 서로 다른 높이의 복수 개의 슬롯을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 복수의 기판 거치부는, 상기 복수 개의 슬롯에 상기 복수 개의 기판이 안착되면 상기 회전판과 연동하여 상기 기 설정된 각도로 회전하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 회전 장치는, 상기 버퍼 챔버 내부에 복수 개로 구비되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 버퍼 챔버는,
    제1 회전 장치가 구비된 제1 버퍼 챔버; 및
    제2 회전 장치가 구비된 제2 버퍼 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제1 회전 장치와 상기 제2 회전 장치를 각각 독립적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  9. 공정 챔버 내부에 안치된 제1 기판 및 제2 기판에 박막을 증착하는 제1 박막 증착 단계;
    트랜스퍼 챔버를 통하여 상기 공정 챔버에서 적어도 일부가 증착된 제1 기판과 상기 공정 챔버에서 적어도 일부가 증착된 제2 기판을 상기 트랜스퍼 챔버에 연결된 버퍼 챔버로 이송하는 단계;
    상기 버퍼 챔버에 구비된 회전 장치를 구동하여 상기 제1 기판을 기 설정된 제1 각도로 회전시키는 단계;
    상기 버퍼 챔버에 구비된 회전 장치를 구동하여 상기 제2 기판을 기 설정된 제2 각도로 회전시키는 단계;
    상기 트랜스퍼 챔버를 통하여 상기 제1 각도로 회전된 제1 기판과 상기 제2 각도로 회전된 제2 기판을 상기 공정 챔버로 이송하는 단계; 및
    상기 공정 챔버 내부에서 상기 제1 기판과 상기 제2 기판에 박막을 증착하는 제2 박막 증착 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 각도와 상기 제2 각도는 서로 다른 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 각도와 상기 제2 각도는 서로 동일한 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 각도로 회전시키는 단계는 상기 제1 기판을 진공 상태에서 회전시키고,
    상기 제2 각도로 회전시키는 단계는 상기 제2 기판을 진공 상태에서 회전시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
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