KR20240050143A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20240050143A
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 기판을 처리하기 위한 반응 공간을 포함하는 공정 챔버와, 상기 반응 공간으로 공정 가스를 분사하기 위해서, 상기 공정 챔버에 설치된 가스 분사부와, 상기 가스 분사부에 대향되게 상기 공정 챔버에 설치되고 안착홈들이 형성된 서셉터 플레이트, 그 상부에 상기 기판들이 탑재되도록 상기 안착홈들에 각각 배치되며 회전 가스에 의해서 회전하여 상기 기판들을 자전시키기 위한 새틀라이트들, 및 상기 서셉터 플레이트에 결합되어 상기 기판들을 공전시키기 위해서 회전 가능하게 상기 공정 챔버에 설치된 샤프트를 포함하는 기판 지지부와, 상기 새틀라이트들 또는 상기 기판들이 공전 및 자전하는 동안 상기 새틀라이트들 중 적어도 하나의 새틀라이트 또는 상기 기판들 중 적어도 하나의 기판 상에서 비접촉식으로 상기 적어도 하나의 새틀라이트 또는 상기 적어도 하나의 기판의 온도를 측정하기 위한 온도 측정부와, 상기 온도 측정부로부터 얻어진 온도 데이터로부터 상기 적어도 하나의 새틀라이트 또는 상기 적어도 하나의 기판의 정상 자전 여부를 판단하는 제어부를 포함한다.

Description

기판 처리 장치{Substrate processing apparatus}
본 발명은 반도체 제조 설비에 관한 것으로서, 더 상세하게는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자나 디스플레이 소자 혹은 태양 전지를 제조하기 위해서는 진공 분위기의 공정 챔버를 포함하는 기판 처리 장치에서 각종 공정이 수행된다. 예컨대, 공정 챔버 내에 기판을 로딩하고 기판 상에 박막을 증착하거나 박막을 식각하는 등의 공정이 진행될 수 있다. 기판은 공정 챔버 내에 설치된 기판 지지 어셈블리에 의해서 지지되며, 기판 지지 어셈블리와 대향되도록 설치된 가스 분사부를 통해 공정 가스를 기판으로 분사할 수 있다.
최근, 생산성을 높이기 위해서 복수의 기판들을 하나의 기판 지지부에 탑재하여 처리하는 기판 처리 장치가 이용되고 있다. 이러한 기판 처리 장치에 있어서, 기판 지지부를 회전시켜 기판들을 공전시키면서 각 기판을 개별적으로 자전시킴으로써 균일한 기판 처리를 도모하고 있다 있다. 기판을 자전시키기 위하여, 새틀라이트(Satellite)를 이용하여 기판을 부유시킨 상태로서 새틀라이트를 회전 시키는 기술이 적용되고 있다.
하지만, 이러한 기판 처리 장치에서, 기판의 자전 제어가 쉽지 않고, 기판의 처리 중 기판이 정상적으로 자전하고 있는 지에 대한 확인이 불가능하다. 기판 처리 후 박막의 맵 데이터를 보면, 동심원 맵이 나오는 지 여부를 확인하여 기판의 정상 자전 여부를 후행적으로 판단할 수는 있다. 하지만, 기판 처리 전에 선제적으로 기판이 정상적으로 자전하고 있는 지 판단하거나 또는 기판 처리 중에 동적으로 기판이 정상적으로 자전하고 있는지 판단하여 즉각적인 대응을 할 필요가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 기판 처리 전 또는 기판 처리 중에 기판의 정상 자전 여부를 판단할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나, 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 기판을 처리하기 위한 반응 공간을 포함하는 공정 챔버와, 상기 반응 공간으로 공정 가스를 분사하기 위해서, 상기 공정 챔버에 설치된 가스 분사부와, 상기 가스 분사부에 대향되게 상기 공정 챔버에 설치되고 안착홈들이 형성된 서셉터 플레이트, 그 상부에 상기 기판들이 탑재되도록 상기 안착홈들에 각각 배치되며 회전 가스에 의해서 회전하여 상기 기판들을 자전시키기 위한 새틀라이트들, 및 상기 서셉터 플레이트에 결합되어 상기 기판들을 공전시키기 위해서 회전 가능하게 상기 공정 챔버에 설치된 샤프트를 포함하는 기판 지지부와, 상기 새틀라이트들 또는 상기 기판들이 공전 및 자전하는 동안 상기 새틀라이트들 중 적어도 하나의 새틀라이트 또는 상기 기판들 중 적어도 하나의 기판 상에서 비접촉식으로 상기 적어도 하나의 새틀라이트 또는 상기 적어도 하나의 기판의 적어도 두 지점의 온도를 측정하기 위한 온도 측정부와, 상기 온도 측정부로부터 얻어진 상기 적어도 두 지점에 대한 온도 데이터로부터 상기 적어도 하나의 새틀라이트 또는 상기 적어도 하나의 기판의 정상 자전 여부를 판단하는 제어부를 포함한다.
상기 기판 처리 장치에 따르면, 상기 공정 챔버는 상부가 개구된 챔버 몸체 및 상기 챔버 몸체 상에 결합된 챔버 리드를 포함하고, 상기 온도 측정부는 상기 챔버 리드에 결합될 수 있다.
상기 기판 처리 장치에 따르면, 상기 온도 측정부는 적외선을 수광하는 파이로미터를 포함할 수 있다.
상기 기판 처리 장치에 따르면, 상기 온도 측정부는 상기 적어도 하나의 기판이 공전 및 자전하는 동안 상기 적어도 하나의 기판에 대해서 상기 적어도 두 지점의 온도를 측정하고, 상기 제어부는 상기 적어도 두 지점의 온도 분포로부터 상기 적어도 하나의 기판의 정상 자전 여부를 판단할 수 있다.
상기 기판 처리 장치에 따르면, 상기 온도 측정부는 상기 적어도 하나의 기판의 공전 및 자전 시 상기 온도 측정부로부터 스캔되는 상기 적어도 하나의 기판의 측정 궤도 상에서 양단부들의 온도 분포이고, 상기 제어부는 상기 양단부들의 온도 차이가 기준값을 초과하는 경우 상기 적어도 하나의 기판이 자전되지 않거나 또는 정상적으로 자전되지 않는 것으로 판단할 수 있다.
상기 기판 처리 장치에 따르면, 상기 적어도 두 지점의 온도 분포는 상기 적어도 하나의 기판의 공전 및 자전 시 상기 온도 측정부로부터 스캔되는 상기 적어도 하나의 기판의 측정 궤도 상에서 중심부와 적어도 하나의 단부의 온도 분포이고, 상기 제어부는 상기 중심부의 온도와 상기 적어도 하나의 단부의 온도 차이가 기준값 미만인 경우 상기 적어도 하나의 기판이 자전되지 않거나 또는 정상적으로 자전되지 않는 것으로 판단할 수 있다.
상기 기판 처리 장치에 따르면, 상기 적어도 두 지점의 온도 분포는 상기 적어도 하나의 기판의 공전 및 자전 시 상기 온도 측정부로부터 스캔되는 상기 적어도 하나의 기판의 측정 궤도 상에서 중심부와 양 단부들의 온도 분포이고, 상기 제어부는 상기 양단부들의 온도차에 대한 절대값이 상기 양단부들 중 적어도 하나의 단부와 중심부의 온도차에 대한 절대값이 더 큰 경우, 상기 적어도 하나의 기판이 자전되지 않거나 또는 정상적으로 자전되지 않는 것으로 판단할 수 있다.
상기 기판 처리 장치에 따르면, 상기 온도 측정부는 상기 새틀라이트들 상에 상기 기판들이 탑재되지 않은 상태에서 상기 적어도 하나의 새틀라이트가 공전 및 자전하는 동안 상기 적어도 하나의 새틀라이트의 측정 궤도 상에서 중심부와 양 단부들의 온도를 측정하고, 상기 제어부는 상기 양단부들의 온도차에 대한 절대값이 상기 양단부들 중 적어도 하나의 단부와 상기 중심부의 온도차에 대한 절대값보다 더 큰 경우, 상기 적어도 하나의 새틀라이트가 자전되지 않거나 또는 정상적으로 자전되지 않는 것으로 판단할 수 있다.
상기 기판 처리 장치에 따르면, 상기 공정 챔버의 내부에 상기 서셉터 플레이트를 둘러싸면서 상기 반응 공간을 한정하는 내부 구조물이 형성되고, 상기 가스 분사부는 상기 내부 구조물의 천정부를 통해서 상기 반응 공간으로 공정 가스를 분사할 수 있다.
상기 기판 처리 장치에 따르면, 상기 내부 구조물의 상기 천정부에는 투광창이 형성되고, 상기 온도 측정부는 상기 투광창을 통해서 상기 기판의 온도를 감지할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치에 따르면, 기판 처리 전에 선제적으로 또는 기판 처리 중에 동적으로 기판 또는 새틀라이트의 정상 자전 여부를 판단할 수 있어서 기판 처리 장치의 관리 효율성 및 이를 이용한 공정 관리 효율성을 높일 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 기판 지지 장치의 기판 지지부를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 3은 도 1의 기판 처리 장치에서 서셉터 플레이트의 공전을 보여주는 개략적인 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5a는 기판의 자전이 정상적인 경우 기판 맵을 보여주는 그림이고, 도 5b는 기판의 자전이 정상적인 경우 기판의 온도 분포를 보여주는 그래프이다.
도 6a는 기판의 자전이 불량인 경우 기판 맵을 보여주는 그림이고, 도 5b는 기판의 자전이 불량인 경우 기판의 온도 분포를 보여주는 그래프이다.
도 7은 히터가 불량인 경우 기판의 온도 분포를 보여주는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(200)를 보여주는 개략적인 단면도이고, 도 2는 도 1의 기판 지지 장치(200)의 기판 지지부를 보여주는 개략적인 사시도이고, 도 3은 도 1의 기판 처리 장치(200)에서 서셉터 플레이트의 공전을 보여주는 개략적인 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 기판 처리 장치(200)는 공정 챔버(210), 가스 분사부(220) 및 기판 지지부(230)를 포함할 수 있다.
공정 챔버(210)는 내부에 기판들(S)을 처리하기 위한 반응 공간(212)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 공정 챔버(210)는 기밀을 유지하도록 구성되며, 반응 공간(212) 내 공정 가스를 배출하고 반응 공간 내 진공도를 조절하도록 적어도 하나의 배기 포트(216)를 통해서 진공 펌프(미도시)에 연결될 수 있다.
공정 챔버(210)는 다양한 형상으로 제공될 수 있으며, 예컨대 상부가 개구된 챔버 몸체(213)와 챔버 몸체(213) 상에 결합된 챔버 리드(214)를 포함할 수 있다. 나아가, 챔버 몸체(213)와 챔버 리드(214) 사이에는 진공 실링을 위한 실링 부재, 에컨대 오-링이 결합될 수 있다. 나아가, 공정 챔버(210)는 기판들(S)의 이동을 위하여 챔버 몸체(213)의 측벽에 개폐 가능한 게이트(미도시)가 설치될 수 있다.
가스 분사부(220)는 반응 공간(212)으로 공정 가스를 분사하기 위해서 공정 챔버(210)에 설치될 수 있다. 예를 들어, 가스 분사부(220)는 공정 챔버(210)의 외부로부터 공급된 공정 가스를 반응 공간(212)으로 분사할 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 가스 분사부(220)는 기판 지지부(230) 상에 안착된 기판(S)에 공정 가스를 분사하도록 공정 챔버(210)의 상부, 예컨대 챔버 리드(214)에 설치될 수 있다.
일부 실시예들에서, 가스 분사부(220)는 외부로부터 공정 가스를 공급받기 위해 상측 또는 측부에 형성된 적어도 하나의 유입홀과, 기판(S) 상에 공정 가스를 분사하기 위한 복수의 분사홀들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 가스 분사부(220)는 샤워 헤드(shower head) 형태, 노즐(nozzle) 형태 등 다양한 형태를 가질 수 있다.
기판 지지부(230)는 기판(S)을 지지하도록 가스 분사부(220)에 대향되게 공정 챔버(210)에 설치될 수 있고, 나아가 공정 챔버(210)에 회전 가능하게 설치될 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 기판 지지부(230)는 서셉터 플레이트(110), 새틀라이트들(130) 및 샤프트(160)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판 지지부(230)는 샤프트(160)의 승강 및/또는 회전 시 공정 챔버(210)의 기밀이 유지될 수 있도록 벨로우즈 구조(미도시)를 이용하여 공정 챔버(210)에 결합될 수 있다.
서셉터 플레이트(110)는 가스 분사부(220)에 대향되게 공정 챔버(210)에 설치될 수 있다. 나아가, 서셉터 플레이트(110)에는 기판들(S)의 안착을 위한 안착홈들(120)들이 형성될 수 있다. 예를 들어, 안착홈들(120)은 서셉터 플레이트(110)의 상면에 포켓홈 형상으로 형성될 수 있다. 안착홈들(120)은 서셉터 플레이트(110)의 크기 및 처리 속도를 고려하여 적절한 개수로 형성될 수 있고, 도 2의 도시된 개수에 제한되지 않고 적절한 개수로 변경될 수 있다.
일부 실시예들에서, 서셉터 플레이트(110)에는 안착홈들(120)로 연결되는 가스 유동 라인들(112)이 형성되고, 안착홈들(120)에는 이러한 가스 유동 라인들(112)과 연결된 가스 배출구들이 형성될 수 있다. 예를 들어, 가스 유동 라인들(112)을 통해서 안착홈들(120)의 가스 배출구들로 소정의 작동 가스, 에컨대 기판들(S)을 부유시키기 위한 부유 가스 및/또는 기판들(S)을 회전시키기 위한 회전 가스를 공급할 수 있다. 부가적으로, 안착홈들(120) 내에는 이러한 작동 가스를 분배하기 위한 가스 분배판(미도시)이 결합될 수도 있다.
샤프트(160)는 서셉터 플레이트(110)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 샤프트(160)는 서셉터 플레이트(110)의 저면 또는 중앙에 결합되어 하방으로 연장될 수 있다. 나아가, 샤프트(160)는 기판들(S)이 공전될 수 있도록 회전가능하게 공정 챔버(210)에 결합될 수 있다. 선택적으로, 샤프트(160)는 기판(S)을 상하 이동시킬 수 있도록 승강 가능할 수도 있다. 예를 들어, 샤프트(160)에는 구동 장치(미도시)가 결합될 수 있고, 이 구동 장치에 의해서 샤프트(160)는 회전되거나 또는 상하 이동될 수 있다. 샤프트(160)가 회전되거나 상하 이동됨에 따라서, 서셉터 플레이트(110)도 회전되거나 상하 이동될 수 있다.
일부 실시예들에서, 샤프트(160)에는 부유 가스가 이동되는 가스 공급 라인(162)과 회전 가스가 이동되는 가스 공급 라인들(164)이 형성될 수 있다. 가스 공급 라인들(162, 164)은 가스 공급부(미도시)에 연결되어 부유 가스 및 회전 가스를 공급받을 수 있다. 가스 공급 라인들(162, 164)과 가스 공급부는 샤프트(160)의 회전 시에도 연결을 유지할 수 있도록 별도의 실링 장치, 예컨대 자성 실링 장치 등에 의해서 연결될 수 있다. 나아가, 가스 공급 라인들(162, 164)은 서셉터 플레이트(110)에 형성된 가스 유동 라인들(112)에 연결되어 안착홈들(120)로 연결될 수 있다.
새틀라이트들(130)은 안착홈들(120)에 각각 배치될 수 있다. 새틀라이트들(130)의 수는 안착홈들(120)의 수와 동일하게 제공될 수 있고, 도 2의 개수에 제한되지 않고 다양하게 변경될 수 있다. 기판들(S)은 새틀라이트들(130)의 상면 상에 각각 탑재되어 새틀라이트(130)와 함께 부유될 수 있다.
예를 들어, 새틀라이트들(130)은 안착홈들(120)을 통해서 공급되는 회전 가스에 의해서 서셉터 플레이트(110)에 대해서 상대적으로 회전될 수 있다. 이에 따라, 새틀라이트들(130)은 서셉터 플레이트(110)에 대해서 상대적으로 회전되어 기판들(S)을 서셉터 플레이트(110)에 대해서 상대적으로 회전시킬 수 있다. 이러한 회전은 서셉터 플레이트(110)에 대한 상대적인 회전으로, 자전으로 불릴 수 있다.
일부 실시예들에서, 새틀라이트들(130)은 안착홈들(120)로부터 부유 가스를 공급받아 안착홈들(120)로부터 부유된 상태로 회전 가스에 의해서 회전될 수도 있다. 예를 들어, 부유 가스 및/또는 회전 가스는 서셉터 플레이트(110)의 가스 유동 라인(112)을 통해서 공급되고 안착홈들(120) 내 가스 배출구들을 통해서 새틀라이트들(130)로 각각 공급될 수 있다.
일부 실시예들에서, 새틀라이트들(130)은 회전 가스에 의한 회전력을 전달받기 용이하도록 하면에 톱니 형상의 회전 패턴을 포함할 수도 있다. 또한, 새틀라이트들(130)의 정지를 조절하기 위하여, 안착홈들(120)로부터 회전 반대 방향으로 정지 가스를 공급 받을 수도 있다.
일부 실시예들에서, 안착홈들(120)의 중심부에는 새틀라이트들(130)의 중심을 가이드하기 위한 가이드 핀(126)이 결합될 수 있다. 새틀라이트들(130)의 배면에는 가이드 핀(126)이 유동적으로 결합되는 가이드 홈이 형성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 카트링들(140)은 기판들(S)의 스왑을 위해서 새틀라이트들(130) 외주부를 따라서 각각 배치될 수 있다. 예를 들어, 카트링들(140)은 새틀라이트들(130) 외주부를 따라서 서셉터 플레이트(110) 상에 각각 배치될 수 있다. 카트링들(140)은 기판들(S)의 안착 시 기판들(S)의 가장자리 일부를 지지할 수 있도록 적어도 부분적인 링 형상을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 리프트 핀들(148)은 서셉터 플레이트(110)를 관통하여 카트링(140)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 리프트 핀들(148)의 하단이 지지되고 리프트 핀들(148)에 의해서 카트링(140)이 지지된 상태로, 서셉터 플레이트(110)가 상승 또는 하강함에 따라서, 서셉터 플레이트(110) 및 카트링(140)의 상대적 거리가 조절될 수 있다.
한편, 일부 실시예들에서, 카트링들(140)이 생략되고, 리프트 핀들(148)이 새틀라이트들(130) 또는 기판들(S)을 지지할 수도 있다.
일부 실시예들에서, 공정 챔버(2)10 내 서셉터 플레이트(110) 아래에는 기판(S)을 가열하기 위한 히터(255)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 히터(255)는 가열 열선, 카트리지 히터 등 다양한 가열원을 포함할 수 있고, 복수개 배치될 수 있다. 나아가, 공정 챔버(210) 내 서셉터 플레이트(110) 아래에는 히터(255)의 측부를 둘러싸는 하우징 몸체(251) 및 하우징 몸체(252) 상에 지지되는 석영판(253)이 배치될 수 있다.
한편, 일부 실시예들에서, 히터(255)는 공정 챔버(250)의 챔버 리드(214) 상에 배치되도록 변형될 수도 있다.
온도 측정부(260)는 새틀라이트들(130) 중 적어도 하나의 새틀라이트(130) 또는 기판들(S) 중 적어도 하나의 기판(S)의 온도를 측정하기 위해서 제공될 수 있다. 예를 들어, 온도 측정부(260)는 서셉터 플레이트(110)의 상부에 새틀라이트들(130) 또는 기판들(S)을 바라보도록 배치될 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 온도 측정부(260)는 공정 챔버(210)의 천정, 예컨대 챔버 리드(214)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 온도 측정부(260)는 비접촉식 적외선 센서를 포함할 수 있고, 예컨대 적외선을 수광하는 파이로미터를 포함할 수 있다. 다른 예로, 온도 측정부(260)는 적외선 카메라 형태로 제공될 수도 있다.
온도 측정부(260)는 새틀라이트들(130) 또는 기판들(S)이 공정 및 자전하는 동안 적어도 하나의 새틀라이트(130) 또는 적어도 하나의 기판(S)은 온도를 측정할 수 있다. 여기에서, 온도 측정부(260)가 온도를 측정하는 적어도 하나의 새틀라이트(130)는 새틀라이트들(130) 중 선택된 어느 하나, 복수개 또는 전체일 수도 있다. 나아가, 온도 측정부(260)가 온도를 측정하는 적어도 하나의 기판(S)은 기판들(S) 중 선택된 어느 하나, 복수개 또는 전체일 수도 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 기판들(S)이 자전하지 않고, 서셉터 플레이트(110)만 회전하여 기판들(S)이 공정하는 경우, 온도 측정부(260)는 기판들(S)의 중심부의 공전 궤도인 측정 궤도(L1) 상에 배치될 수 있다. 이 경우, 온도 측정부(260)는 이 측정 궤도(L1)를 따라서 기판들(S)의 온도를 측정할 수 있다. 만일, 기판들(S)이 없는 경우, 온도 측정부(260)는 이 측정 궤도(L1)를 따라서 새틀라이트들(130)의 온도를 측정할 수 있다.
측정 궤도(L1)는 기판들(S) 또는 새틀라이트들(130)의 중심부를 통과하는 경우, 가장 긴 경로를 따라서 측정할 수 있는 장점이 있다. 이 경우, 온도 측정부(260)는 각 기판(S) 또는 각 새틀라이트(130)의 제 1 가장자리(Edge-1)로부터 중심부(Center)를 지나서 제 2 가장자리(Edge-2)에 이른 경로 상에서 각 기판(S) 또는 각 새틀라이트(130)의 온도를 측정할 수 있다. 다만, 이 실시예의 변형된 예에서, 측정 궤도(L1)는 기판들(S) 또는 새틀라이트들(130)의 중심부에서 일부 벗어나 배치될 수도 있다.
기판들(S)이 공전하면서 자전하는 경우, 측정 궤도(L1)는 도 3과 달라지게 된다. 예를 들어, 각 기판(S) 또는 각 새틀라이트(130)가 시계 방향으로 자전하는 경우, 각 기판(S) 또는 각 새틀라이트(130)에서 제 2 가장자리(Edge-2)는 공전 속도와 자전 속도에 따라서 이동되게 되며 실질적으로 제 1 가장자리(Edge-1)에 인접한 위치로 이동되게 될 수 있다. 따라서, 공전과 자전을 같이 하는 경우, 한 회전 동안 각 기판(S) 또는 각 새틀라이트(130)에서 온도 측정부(260)가 측정하는 시작 위치, 즉 제 1 가장자리(Edge-1)에서 온도와 종료 위치, 즉 제 2 가장자리(Edge-2)에서 온도는 유사해질 수 있다.
제어부(280)는 온도 측정부(260)로부터 얻어진 온도 데이터로부터 적어도 하나의 새틀라이트(130) 또는 적어도 하나의 기판(S)의 정상 자전 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 제어부(280)는 온도 측정부(260)로부터 온도 데이터를 받고, 이를 기준 데이터와 비교하여 적어도 하나의 새틀라이트(130) 또는 적어도 하나의 기판(S)의 정상 자전 여부를 판단할 수 있다. 선택적으로, 제어부(280)는 적어도 하나의 새틀라이트(130) 또는 적어도 하나의 기판(S)의 자전이 불량하다고 판단하는 경우, 경고를 표시하거나 또는 기판 처리 장치(200)의 동작을 중단시킬 수 있다.
예를 들어, 적어도 하나의 새틀라이트(130) 또는 적어도 하나의 기판(S)이 정상 자전하는 경우에 대한 온도 분포 특성을 기준으로, 제어부(280)는 온도 측정부(260)로부터 얻은 온도 데이터가 이 기준을 만족하는 경우 정상 자전으로 판단하고, 이 기준에서 벗어난 경우 비정상적인 자전 또는 자전 불량으로 판단할 수 있다. 이러한 장상 자전 여부 판단에 대한 구체적인 예에 대해서는 후술한다.
제어부(280)는 정상 자전 여부를 판단하기 위한 별도의 유닛으로 기판 처리 장치(200) 내에 제공되거나 또는 기판 처리 장치(200)의 중앙 제어 유닛의 일부 블록으로 제공될 수도 있다. 전자의 경우, 온도 측정부(260)와 제어부(280)가 별도 유닛을 구성하여, 기판 처리 장치(200)의 중앙 제어 유닛과 통신할 수 있다. 후자의 경우, 중앙 제어 유닛이 기판 처리 장치(200)를 전체적으로 제어할 수 있고, 제어부(280)는 중앙 제어 유닛의 일부 기능 블록으로 동작할 수 있다.
일부 실시예들에서, 기판들(S)이 새틀라이트들(130) 상에 탑재되어 공전 및 자전하는 경우, 온도 측정부(260)는 적어도 하나의 기판(S)의 온도를 측정할 수 있다. 이 경우, 제어부(280)는 온도 측정부(260)로부터 얻어진 온도 데이터로부터 적어도 하나의 기판(S)의 정상 자전 여부를 판단할 수 있다. 이에 따라, 기판들(S)에 대한 박막 증착 등의 공정이 진행되기 전에 선제적으로 기판들(S)의 정상 자전 여부를 판단하거나 또는 기판들(S)에 대한 박막 증착 등의 공정 진행 중에도 동적으로 기판들(S)의 정상 자전 여부를 판단할 수 있다.
일부 실시예들에서, 기판들(S)이 새틀라이트들(130) 상에 탑재되지 않은 상태로 새틀라이트들(130) 만이 공전 및 자전하는 경우, 온도 측정부(260)는 적어도 하나의 새틀라이트(130)의 온도를 측정할 수 있다. 이 경우, 제어부(280)는 온도 측정부(260)로부터 얻어진 온도 데이터로부터 적어도 하나의 새틀라이트(130)의 정상 자전 여부를 판단할 수 있다. 이에 따라, 기판들(S)을 공정 챔버(210) 내로 로딩하지 않은 상태에서 선제적으로 새틀라이트들(130)의 정상 자전 여부를 판단할 수 있다. 새틀라이트들(130)이 비정상적으로 자전하는 경우 기판들(S)도 비정상적으로 자전할 것이기 때문에, 기판들(S)에 대한 처리 공정 전에 예비적으로 기판들(S)의 정상 자전 여부를 간접적으로 판단할 수 있다.
일부 실시예들에서, 온도 측정부(260)는 적어도 하나의 기판(S) 또는 적어도 하나의 새틀라이트(130)에 대해서 적어도 두 지점의 온도를 측정하고, 제어부(280)는 적어도 두 지점의 온도 데이터로부터 적어도 하나의 기판(S) 또는 적어도 하나의 새틀라이트(130)의 정상 자전 여부를 판단할 수 있다.
이하에서는 기판들(S)의 정상 자전 여부 판단에 대한 구체적인 예에 대해서 설명한다.
도 5a는 기판의 자전이 정상적인 경우 기판 맵을 보여주는 그림이고, 도 5b는 기판의 자전이 정상적인 경우 기판의 온도 분포를 보여주는 그래프이다.
도 5a를 참조하면, 기판(S)이 공전과 더불어 정상적으로 자전하는 경우, 동심원 형상의 두께 맵을 보이는 것을 알 수 있다. 이 경우, 도 5b에 도시된 바와 같이, 기판(S)의 양단부들(Edge-1, Edge-2)에서 온도는 중심부(Center)의 온도와 일정값 이상의 차이를 보이면서 서로 유사한 것을 알 수 있다.
도 6a는 기판의 자전이 불량인 경우 기판 맵을 보여주는 그림이고, 도 5b는 기판의 자전이 불량인 경우 기판의 온도 분포를 보여주는 그래프이다.
도 6a를 참조하면, 기판(S)의 자전이 불량한 경우, 두께 맵이 동심원 형상을 보이지 않고 한 쪽으로 치우치는 경향을 보이는 것을 알 수 있다. 이러한 치우친 맵은 기판(S)이 정상적으로 자전하지 못하고 있다는 것을 대변할 수 있다. 이 경우, 도 6b에 도시된 바와 같이, 기판(S)의 중심부(Center)와 양단부들(Edge-1, Edge-2)의 온도가 겹치고, 양단부들(Edge-1, Edge-2)의 온도 차이도 커지는 것을 알 수 있다.
전술한 실험 결과들로부터, 기판(S)의 중심부(Center)와 적어도 하나의 단부(Edge-1 또는 Edge-2)에서 온도 분포, 또는 양단부들(Edge-1, Edge-2)에서 온도 분포로부터 기판(S)의 정상 자전 여부를 판단할 수 있다는 것을 알 수 있다.
예를 들어, 온도 측정부(260)가 측정하는 적어도 두 지점의 온도 분포는 적어도 하나의 기판(S)의 공전 및 자전 시 온도 측정부(260)로부터 스캔되는 적어도 하나의 기판(S)의 측정 궤도(L1) 상에서 양단부들(Edge-1, Edge-2)의 온도 분포일 수 있다. 이 경우, 제어부(280)는 양단부들(Edge-1, Edge-2)의 온도 차이가 기준값을 초과하는 경우 적어도 하나의 기판(S)이 자전되지 않거나 또는 정상적으로 자전되지 않는 것으로 판단할 수 있다. 나아가, 제어부(280)는 양단부들(Edge-1, Edge-2)의 온도 차이가 기준값 이내인 경우 적어도 하나의 기판(S)이 정상적으로 자전하고 있는 것으로 판단할 수도 있다.
다른 예로, 온도 측정부(260)가 측정하는 적어도 두 지점의 온도 분포는 적어도 하나의 기판(S)의 공전 및 자전 시 온도 측정부(260)로부터 스캔되는 적어도 하나의 기판(S)의 측정 궤도 상에서 중심부(Center)와 적어도 하나의 단부(Edge-1 또는 Edge-2)의 온도 분포일 수 있다. 이 경우, 제어부(280)는 중심부(Center)의 온도와 적어도 하나의 단부(Edge-1 또는 Edge-2)의 온도 차이가 기준값 미만인 경우 적어도 하나의 기판(S)이 자전되지 않거나 또는 정상적으로 자전되지 않는 것으로 판단할 수 있다. 나아가, 제어부(280)는 중심부(Center)의 온도와 적어도 하나의 단부(Edge-1 또는 Edge-2)의 온도 차이가 기준값 초과인 경우 적어도 하나의 기판(S)이 정상적으로 자전하고 있는 것으로 판단할 수 있다.
전술한 설명에서, 기준값은 자전이 정상인 경우가 비정상인 경우를 구분할 수 있는 경계값으로, 오차 범위를 고려하여 실험을 통해서 설정될 수 있다. 예를 들어, 도 5b와 도 6b를 비교해 보면, 자전이 정상인 경우 양단부들(Edge-1, Edge-2)의 온도 차이는 약 1도 이내이고, 중심부(Center)와 적어도 하나의 단부(Edge-1 또는 Edge-2)의 온도 차이는 1~2도 이상이지만, 자전이 비정상인 경우 양단부들(Edge-1, Edge-2)의 온도 차이는 평균적으로 약 1도 이상이고, 중심부(Center)와 적어도 하나의 단부(Edge-1 또는 Edge-2)의 온도 차이는 약 1도 이내이다.
또 다른 예로, 제어부(280)는 중심부(Center)의 온도 및 양단들(Edge-1, Edge-2)의 온도를 모두 입력 받고, 이들로부터 적어도 하나의 기판(S)이 정상적으로 자전하고 있는 지 여부에 대해서 판단할 수도 있다.
보다 구체적으로 보면, 제어부(280)는 양단부들(Edge-1, Edge-2)의 온도차에 대한 절대값이 양단부들(Edge-1, Edge-2) 중 적어도 하나의 단부와 중심부(Center)의 온도차에 대한 절대값이 더 큰 경우, 적어도 하나의 기판(S)이 자전되지 않거나 또는 정상적으로 자전되지 않는 것으로 판단할 수 있다. 즉, 제어부(280)는 중심부(Center)의 온도 분포가 양단부들(Edge-1, Edge-2)의 온도 분포 사이에 배치된 경우, 기판(S)의 자전이 비정상적인 경우로 판단할 수 있다. 나아가, 제어부(280)는 중심부(Center)의 온도 분포가 양단부들(Edge-1, Edge-2)보다 높거나 낮게 배치된 경우, 기판(S)의 자전이 정상적인 것으로 판단할 수 있다. 이와 같이, 중심부(Center)의 온도 및 양단들(Edge-1, Edge-2)의 온도를 모두 비교하면, 별도의 기준값을 설정하지 않고 그 상대 비교만으로도 기판(S)의 자전 불량을 판단할 수 있다.
한편, 위 기판들(S)에 대한 온도 분포를 통한 기판들(S)의 정상 자전 여부에 대한 판단은 새틀라이트들(S)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 온도 측정부(260)는 적어도 하나의 새틀라이트(130)에 대해서 적어도 두 지점의 온도 분포를 측정하고, 제어부(280)는 적어도 두 지점의 온도 분포로부터 적어도 하나의 새틀라이트(130)의 정상 자전 여부를 판단할 수 있다.
예를 들어, 온도 측정부(260)가 측정하는 적어도 두 지점의 온도 분포는 적어도 하나의 새틀라이트(130)의 공전 및 자전 시 온도 측정부(260)로부터 스캔되는 적어도 하나의 새틀라이트(130)의 측정 궤도 상에서 양단부들(Edge-1, Edge-2)의 온도 분포이고, 제어부(280)는 양단부들(Edge-1, Edge-2)의 온도 차이가 기준값을 초과하는 경우 적어도 하나의 새틀라이트(130)가 자전되지 않거나 또는 정상적으로 자전되지 않는 것으로 판단할 수 있다.
다른 예로, 온도 측정부(260)가 측정하는 적어도 두 지점의 온도 분포는 적어도 하나의 새틀라이트(130)의 공전 및 자전 시 온도 측정부(260)로부터 스캔되는 적어도 하나의 새틀라이트(130)의 측정 궤도 상에서 중심부(Center)와 적어도 하나의 단부(Edge-1 또는 Edge-2)의 온도 분포일 수 있고, 제어부(280)는 중심부(Center)의 온도와 적어도 하나의 단부(Edge-1 또는 Edge-2)의 온도 차이가 기준값 미만인 경우 적어도 하나의 새틀라이트(130)가 자전되지 않거나 또는 정상적으로 자전되지 않는 것으로 판단할 수 있다.
또 다른 예로, 제어부(280)는 새틀라이트(130)에 대해서 양단부들(Edge-1, Edge-2)의 온도차에 대한 절대값이 양단부들(Edge-1, Edge-2) 중 적어도 하나의 단부와 중심부(Center)의 온도차에 대한 절대값이 더 큰 경우, 새틀라이트(130)가 자전되지 않거나 또는 정상적으로 자전되지 않는 것으로 판단할 수 있다. 나아가, 제어부(280)는 새틀라이트(130)에 대해서 중심부(Center)의 온도 분포가 양단부들(Edge-1, Edge-2)보다 높거나 낮게 배치된 경우, 새틀라이트(130)의 자전이 정상적인 것으로 판단할 수 있다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 기판(S) 또는 새틀라이트(130)의 중심부(Center)의 온도 및 양단들(Edge-1, Edge-2)의 온도가 모두 비정상적으로 하락하는 경우, 히터가 고장된 것으로 판단할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치(200a)를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 기판 처리 장치(200a)는 도 1 내지 도 3의 기판 처리 장치(200)에서 일부 구성이 변형되거나 부가된 것으로서 서로 참조될 수 있는 바 실시예들에서 중복된 설명은 생략된다.
도 4를 참조하면, 기판 처리 장치(200a)에서 공정 챔버(210)의 내부에 서셉터 플레이트(110)를 둘러싸면서 반응 공간(212)을 한정하는 내부 구조물(218)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 내부 구조물(218)은 챔버 몸체(213)의 바닥면 상에 서셉터 플레이트(110) 및 샤프트(160)를 둘러싸도록 배치될 수 있다.
가스 분사부(220)는 챔버 리드(214)와 내부 구조물(218)의 천정부를 통해서 반응 공간(212)으로 공정 가스를 분사할 수 있다. 나아가, 내부 구조물(218)의 천정부에는 투광창(219)이 형성되고, 온도 측정부(260)는 투광창(219)을 통해서 기판들(S) 또는 새틀라이트들(130)의 온도를 감지할 수 있다. 예를 들어, 온도 측정부(260)는 투광창(219)의 직상방의 챔버 리드(214)에 배치될 수 있다.
일부 실시예들에서, 배기 배관(216)은 내부 구조물(218)을 통해서 반응 공간(212)으로 더 연결될 수도 있다.
기판 처리 장치(200a)에서 온도 측정부(260)에 의한 기판(S) 또는 새틀라이트(130)의 온도 측정 및 제어부(280)에 의한 정상 자전 여부에 대한 판단 동작은 전술한 기판 처리 장치(200)에 대한 설명을 그대로 참조할 수 있다.
전술한 기판 처리 장치들(200, 200a)에 따라면, 기판(S) 또는 새틀라이트(130)의 정상 자전 여부를 선제적으로 또는 공정 진행 중 동적으로 파악하여 조치할 수 있어서, 기판 처리 장치들(200, 200a)의 관리 효율을 높일 수 있다. 나아가, 기판들(S)의 두께 맵을 확인하지 않고도 인시츄로 정상 진행 여부를 알 수 있어서 공정 처리에 대한 관리 효율성 및 신뢰성을 높일 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
110: 서셉터 플레이트
120: 안착홈
130: 새틀라이트
160: 샤프트
200, 200a: 기판 처리 장치
210: 공정 챔버
220: 가스 분사부
230: 기판 지지부
260: 온도 측정부
280: 제어부

Claims (10)

  1. 기판들을 처리하기 위한 반응 공간을 포함하는 공정 챔버;
    상기 반응 공간으로 공정 가스를 분사하기 위해서, 상기 공정 챔버에 설치된 가스 분사부;
    상기 가스 분사부에 대향되게 상기 공정 챔버에 설치되고 안착홈들이 형성된 서셉터 플레이트, 그 상부에 상기 기판들이 탑재되도록 상기 안착홈들에 각각 배치되며 회전 가스에 의해서 회전하여 상기 기판들을 자전시키기 위한 새틀라이트들, 및 상기 서셉터 플레이트에 결합되어 상기 기판들을 공전시키기 위해서 회전 가능하게 상기 공정 챔버에 설치된 샤프트를 포함하는 기판 지지부;
    상기 새틀라이트들 또는 상기 기판들이 공전 및 자전하는 동안 상기 새틀라이트들 중 적어도 하나의 새틀라이트 또는 상기 기판들 중 적어도 하나의 기판 상에서 비접촉식으로 상기 적어도 하나의 새틀라이트 또는 상기 적어도 하나의 기판의 적어도 두 지점의 온도를 측정하기 위한 온도 측정부; 및
    상기 온도 측정부로부터 얻어진 상기 적어도 두 지점에 대한 온도 데이터로부터 상기 적어도 하나의 새틀라이트 또는 상기 적어도 하나의 기판의 정상 자전 여부를 판단하는 제어부를 포함하는,
    기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공정 챔버는 상부가 개구된 챔버 몸체 및 상기 챔버 몸체 상에 결합된 챔버 리드를 포함하고,
    상기 온도 측정부는 상기 챔버 리드에 결합된,
    기판 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 측정부는 적외선을 수광하는 파이로미터를 포함하는, 기판 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 측정부는 상기 적어도 하나의 기판이 공전 및 자전하는 동안 상기 적어도 하나의 기판에 대해서 상기 적어도 두 지점의 온도를 측정하고,
    상기 제어부는 상기 적어도 두 지점의 온도 분포로부터 상기 적어도 하나의 기판의 정상 자전 여부를 판단하는,
    기판 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 적어도 두 지점의 온도 분포는 상기 적어도 하나의 기판의 공전 및 자전 시 상기 온도 측정부로부터 스캔되는 상기 적어도 하나의 기판의 측정 궤도 상에서 양단부들의 온도 분포이고,
    상기 제어부는 상기 양단부들의 온도 차이가 기준값을 초과하는 경우 상기 적어도 하나의 기판이 자전되지 않거나 또는 정상적으로 자전되지 않는 것으로 판단하는,
    기판 처리 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 적어도 두 지점의 온도 분포는 상기 적어도 하나의 기판의 공전 및 자전 시 상기 온도 측정부로부터 스캔되는 상기 적어도 하나의 기판의 측정 궤도 상에서 중심부와 적어도 하나의 단부의 온도 분포이고,
    상기 제어부는 상기 중심부의 온도와 상기 적어도 하나의 단부의 온도 차이가 기준값 미만인 경우 상기 적어도 하나의 기판이 자전되지 않거나 또는 정상적으로 자전되지 않는 것으로 판단하는,
    기판 처리 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 적어도 두 지점의 온도 분포는 상기 적어도 하나의 기판의 공전 및 자전 시 상기 온도 측정부로부터 스캔되는 상기 적어도 하나의 기판의 측정 궤도 상에서 중심부와 양 단부들의 온도 분포이고,
    상기 제어부는 상기 양단부들의 온도차에 대한 절대값이 상기 양단부들 중 적어도 하나의 단부와 중심부의 온도차에 대한 절대값이 더 큰 경우, 상기 적어도 하나의 기판이 자전되지 않거나 또는 정상적으로 자전되지 않는 것으로 판단하는,
    기판 처리 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 측정부는 상기 새틀라이트들 상에 상기 기판들이 탑재되지 않은 상태에서 상기 적어도 하나의 새틀라이트가 공전 및 자전하는 동안 상기 적어도 하나의 새틀라이트의 측정 궤도 상에서 중심부와 양 단부들의 온도를 측정하고,
    상기 제어부는 상기 양단부들의 온도차에 대한 절대값이 상기 양단부들 중 적어도 하나의 단부와 상기 중심부의 온도차에 대한 절대값보다 더 큰 경우, 상기 적어도 하나의 새틀라이트가 자전되지 않거나 또는 정상적으로 자전되지 않는 것으로 판단하는,
    기판 처리 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 공정 챔버의 내부에 상기 서셉터 플레이트를 둘러싸면서 상기 반응 공간을 한정하는 내부 구조물이 형성되고,
    상기 가스 분사부는 상기 내부 구조물의 천정부를 통해서 상기 반응 공간으로 공정 가스를 분사하는,
    기판 처리 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 내부 구조물의 상기 천정부에는 투광창이 형성되고,
    상기 온도 측정부는 상기 투광창을 통해서 상기 기판들의 온도를 감지하는,
    기판 처리 장치.
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