WO2012096466A2 - 박막 증착 장치 및 이를 포함한 기판 처리 시스템 - Google Patents

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Abstract

박막 증착 장치는 증착 챔버와, 서셉터와, 회전기구와, 승강 부재, 및 승강 구동유닛을 포함한다. 증착 챔버는 증착 공정이 행해지는 내부 공간을 갖는다. 서셉터는 증착 챔버 내에 설치되며, 상면에 복수의 기판들이 안착된다. 회전기구는 서셉터를 회전 동작시킨다. 승강 부재는 서셉터 상부에 구비되어 서셉터 상에 안착된 기판들의 각 변부를 일부 지지하며, 승강 구동시 서셉터로부터 기판들을 분리시키거나 서셉터로 기판들을 안착시킨다. 승강 구동유닛은 승강 부재를 승강시킨다.

Description

박막 증착 장치 및 이를 포함한 기판 처리 시스템
발명은 반도체 등의 제조에 있어 기판 상에 박막을 증착하기 위해 사용되는 박막 증착 장치 및 이를 포함한 기판 처리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체에서 사용하는 박막 제조 방법으로는 CVD(Chemical Vapor Deposition)법, PVD(Physical Vapor Deposition)법이 있다. CVD법은 기체상태의 혼합물을 가열된 기판 표면에서 화학 반응시켜 생성물을 기판 표면에 증착시키는 기술이다. CVD법은 전구체(precursor)로 사용되는 물질의 종류, 공정 중의 압력, 반응에 필요한 에너지 전달 방식 등에 의해, APCVD(Atmospheric CVD), LPCVD(Low Pressure CVD), PECVD(Plasma Enhanced CVD), MOCVD(Metal Organic CVD)법 등으로 구분된다.
이 중에서, MOCVD법은 발광다이오드용 질화물 반도체 등의 단결정 성장을 위해 많이 사용되고 있다. MOCVD법은 액체 상태의 원료인 유기금속 화합물을 기체 상태로 기화시킨 다음, 기화된 소스가스를 증착 대상인 기판으로 공급해서 고온의 기판에 접촉시킴으로써, 기판 상에 금속 박막을 증착시키는 방법이다.
MOCVD법을 이용한 박막 증착 장치는 생산성을 높이기 위해 복수의 기판들을 챔버 내에 한꺼번에 공급하여 공정 처리하도록 제안되고 있다. 이 경우, 챔버 내의 서셉터는 중심 둘레를 따라 기판들을 안착시키도록 구성된다. 그리고, 기판들의 각 상면에 균일한 박막이 증착되도록 새틀라이트(satellite)의 회전에 의해 기판들이 각각 회전함과 아울러 서셉터가 회전한다. 즉, 기판들은 공전과 자전 운동을 하면서 각 상면에 박막이 균일하게 증착된다.
한편, 처리될 기판들은 서셉터로 로딩되고, 처리 완료된 기판들은 서셉터로부터 언로딩된다. 기판의 로딩 및 언로딩을 반송 로봇에 의해 자동화하려면 기판을 로딩 및 언로딩시킬 때 기판을 승강시킬 필요가 있다. 그런데, 전술한 바와 같이 서셉터와 새틀라이트가 회전하기 때문에, 기판을 승강시키기 위한 승강 핀 등의 기구를 기판들이 안착되는 각 부분에 설치하기가 용이하지 않다. 따라서, 작업자가 수작업으로 기판들을 로딩 및 언로딩시키는 것이 일반적이었다. 이로 인해, 숙련된 작업자가 요구되며, 수작업으로 인한 작업 효율이 낮은 문제점이 있었다.
본 발명의 과제는 서셉터 상에 안착된 기판들을 승강 동작시키도록 구성되어, 기판의 로딩 및 언로딩 작업을 자동화 가능하게 함으로써, 작업 효율을 높일 수 있는 박막 증착 장치 및 이를 포함한 기판 처리 시스템을 제공함에 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 박막 증착 장치는, 증착 공정이 행해지는 내부 공간을 갖는 증착 챔버; 상기 증착 챔버 내에 설치되며, 상면에 복수의 기판들이 안착되는 서셉터; 상기 서셉터를 회전 동작시키는 회전기구; 상기 서셉터 상부에 구비되어 상기 서셉터 상에 안착된 기판들의 각 변부를 일부 지지하며, 승강 구동시 상기 서셉터로부터 기판들을 분리시키거나 상기 서셉터로 기판들을 안착시키는 승강 부재; 및 상기 승강 부재를 승강시키는 승강 구동유닛을 포함한다.
본 발명에 따른 기판 처리 시스템은, 기판 상에 박막을 증착하는 박막 증착 장치와, 상기 박막 증착 장치로 증착될 기판을 공급하거나 상기 박막 증착 장치로부터 증착 완료된 기판을 배출하는 것으로 기판을 지지한 상태에서 수평 이동시키도록 구동하는 반송 로봇을 포함하며; 상기 박막 증착 장치는, 증착 공정이 행해지는 내부 공간을 갖는 증착 챔버와, 상기 증착 챔버 내에 설치되며 상면에 복수의 기판들을 안착시키는 서셉터와, 상기 서셉터를 회전 동작시키는 회전기구와, 상기 서셉터 상에서 승강 동작하고 상기 서셉터 상에 안착된 기판들의 각 변부를 일부 지지하며 지지된 기판들을 승강 동작시 함께 승강시키는 승강 부재, 및 상기 승강 부재를 승강시키는 승강 구동유닛을 포함한다.
본 발명에 따르면, 서셉터 상에 안착된 기판들을 승강 동작시키도록 구성됨으로써, 반송 로봇을 이용하여 서셉터에 기판들을 로딩 및 언로딩시키는 과정을 자동화할 수 있다. 따라서, 숙련된 작업자 없이도 서셉터에 기판들을 로딩 및 언로딩시킬 수 있고, 작업 효율이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치에 대한 측단면도.
도 2는 도 1에 있어서, 증착 챔버를 제외한 부분에 대한 사시도.
도 3은 도 2에 대한 분해 사시도.
도 4 및 도 5는 도 1의 승강 부재에 의한 기판 승강 과정을 설명하기 위한 측단면도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 시스템에 대한 사시도.
도 7 내지 도 9는 도 6에 있어서, 일 예에 따른 교환부에 의해 기판 카트에 기판을 교환하는 과정을 설명하기 위한 측단면도.
도 10 및 도 11은 도 6에 있어서, 다른 예에 따른 교환부에 의해 기판 카트에 기판을 교환하는 과정을 설명하기 위한 측단면도.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증착 장치에 대한 측단면도이다. 도 2는 도 1에 있어서, 증착 챔버를 제외한 부분에 대한 사시도이다. 도 3은 도 2에 대한 분해 사시도이다. 그리고, 도 4 및 도 5는 도 1의 승강 부재에 의한 기판 승강 과정을 설명하기 위한 측단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 박막 증착 장치(100)는 기판(10) 상에 박막을 증착하는 장치로서, 증착 챔버(110)와, 서셉터(120)와, 회전기구(125)와, 승강 부재(130), 및 승강 구동유닛(140)을 포함한다. 여기서, 박막 증착 장치(100)는 일 예로서 MOCVD법을 이용한 박막 증착 장치일 수 있다. 그리고, 기판(10)은 웨이퍼 또는 글라스 기판일 수 있다.
증착 챔버(110)는 증착 공정이 행해지는 내부 공간을 갖는다. 증착 챔버(110)는 상부가 개구된 챔버 본체(111)와, 챔버 본체(111)의 상부 개구를 개폐하는 탑 리드(112)를 포함할 수 있다. 챔버 본체(111)의 일 측면에는 기판(10)의 로딩 및 언로딩을 위해 반송 로봇(1100, 도 6 참조)의 엔드 이펙터(end effector, 1130)가 출입할 수 있는 게이트(gate, 113)가 형성될 수 있다. 증착 챔버(110) 내에는 소스가스 공급부(미도시)가 설치될 수 있다. 소스가스 공급부는 제1,2 소스가스를 도입한 후 서셉터(120) 상의 기판(10)들로 공급한다.
증착 공정이 Ⅲ-Ⅴ족 MOCVD법에 의해 행해지는 경우, 제1 소스가스는 Ⅴ족 원소를 함유한 소스가스며, 제2 소스가스는 Ⅲ족 원소를 함유한 소스가스일 수 있다. 제1 소스가스는 Ⅴ족 원소를 포함하는 수소화물로서, NH3 또는 PH3 또는 AsH3 등일 수 있다. 제2 소스가스는 Ⅲ족 원소를 포함하는 유기 금속으로서, TMG(Trimethylgallium) 또는 TEG(Triethylgallium) 또는 TMI(Trimethylindium) 등일 수 있다. 제1,2 소스가스에는 캐리어 가스가 각각 포함될 수도 있다.
서셉터(120)는 증착 챔버(110) 내에 설치되며, 상면에 중심 둘레를 따라 복수의 기판(10)들이 안착된다. 이는 대량 생산을 위해 보다 많은 기판(10)들에 대해 한꺼번에 박막 증착하기 위함이다. 서셉터(120)의 상면에는 서셉터(120)의 중심 둘레를 따라 기판(10)들이 균일하게 분포될 수 있는 안착 공간들이 마련될 수 있다. 서셉터(120)는 서셉터 지지대(150)에 의해 지지될 수 있다. 서셉터 지지대(150)는 서셉터(120)의 하측에서 서셉터(120)의 중앙을 받치도록 설치된다.
회전기구(125)는 서셉터(120)를 회전 동작시키기 위한 것이다. 서셉터 지지대(150)의 하측 부위가 증착 챔버(110) 외부로 인출되는 경우, 서셉터 지지대(150)의 인출 부위에 회전기구(125)가 설치될 수 있다. 회전기구(125)에 의해 서셉터 지지대(150)가 회전함에 따라 서셉터(120)가 함께 회전할 수 있다.
승강 부재(130)는 서셉터(120) 상부에 구비된다. 승강 부재(130)는 서셉터(120) 상에 안착된 기판(10)들의 각 변부를 일부 지지하며, 승강 구동시 서셉터(120)로부터 기판(10)들을 분리시키거나 서셉터(120)로 기판(10)들을 안착시킨다. 즉, 승강 부재(130)가 승강 동작하는 과정에서, 승강 부재(130)에 의해 지지된 기판(10)들이 함께 승강할 수 있다.
승강 부재(130)는 서셉터(120)의 상면을 일부 덮도록 형성되어, 증착 공정 과정에서 서셉터(120)의 상면으로 가해지는 열을 차단할 수 있다. 승강 부재(130)는 석영, 그라파이트(graphite), 및 탄화규소(SiC) 중 선택된 어느 하나 이상의 재질로 형성될 수 있다. 승강 구동유닛(140)은 승강 부재(130)를 승강시키기 위한 것이다.
승강 부재(130)와 승강 구동유닛(140)은 증착 챔버(110) 내로 기판(10)들을 로딩 및 언로딩하는 과정에서 반송 로봇을 이용하여 자동화할 수 있게 한다. 예를 들면, 기판(10)들을 증착 챔버(110) 내부로 공급하고자 할 때, 승강 부재(130)는 도 5에 도시된 바와 같이, 승강 구동유닛(140)에 의해 서셉터(120)의 상면으로부터 상승해 위치될 수 있다.
이 상태에서, 반송 로봇(1100)의 아암(1120) 단부에 구성된 엔드 이펙터(1130)는 기판(10)을 증착 챔버(110)의 외부에서 얹은 후, 승강 부재(130)의 상부로 수평 이동한다. 이어서, 엔드 이펙터(1130)가 하강하면서 승강 부재(130)에 기판(10)을 전달한다. 이후, 엔드 이펙터(1130)는 후속 기판(10)을 가져오기 위해 되돌아가며, 승강 부재(130)는 후속 기판(10)을 전달받을 수 있는 위치로 서셉터(120)의 회전에 의해 회전 이동해서 대기한다. 그러면, 엔드 이펙터(1130)는 전술한 동작에 의해 승강 부재(130)에 후속 기판(10)을 전달한다. 전술한 과정을 통해, 승강 부재(130)에 기판(10)들이 모두 전달되면, 도 4에 도시된 바와 같이, 승강 부재(130)는 기판(10)들의 각 변부를 일부 지지한 상태로 승강 구동유닛(140)에 의해 서셉터(120)의 상면에 접하도록 하강한다. 따라서, 기판(10)들은 서셉터(120)에 안착될 수 있는 것이다.
다른 예로, 기판(10)들은 다음과 같이 서셉터(120)에 안착될 수도 있다. 엔드 이펙터(1130)가 기판(10)을 얹어서 승강 부재(130)의 상부로 수평 이동한 상태에서 승강 부재(130)가 상승함에 따라 승강 부재(130)에 기판(10)이 전달될 수 있다. 이후, 엔드 이펙터(1130)는 후속 기판(10)을 가져오기 위해 되돌아간다. 그리고, 승강 부재(130)는 하강 동작하는 한편, 후속 기판(10)을 전달받을 수 있는 위치로 서셉터(120)의 회전에 의해 회전 이동해서 대기한다. 이후, 승강 부재(130)는 전술한 동작을 반복하면서 기판(10)들을 전달받게 된다. 승강 부재(130)에 기판(10)들이 모두 전달되면, 서셉터(120)의 상면에 접하도록 하강함으로써, 기판(10)들은 서셉터(120)에 안착시킬 수 있다.
한편, 기판(10)들을 증착 챔버(110) 외부로 배출하고자 할 때, 승강 부재(130)는 도 4에 도시된 바와 같이 기판(10)들의 각 변부를 일부 지지한 상태에서, 승강 구동유닛(140)에 의해 도 5에 도시된 바와 같이 서셉터(120)의 상면으로부터 상승해 위치됨에 따라, 기판(10)들을 상승시킨다.
이 상태에서, 엔드 이펙터(1130)는 서셉터(120)와 승강 부재(130) 사이로 수평 이동한다. 이어서, 엔드 이펙터(1130)가 상승하면서 승강 부재(130)로부터 기판(10)을 전달받는다. 다른 예로, 엔드 이펙터(1130)가 서셉터(120)와 승강 부재(130) 사이로 수평 이동한 상태에서, 승강 부재(130)가 하강하면서 엔드 이펙터(1130)로 기판(10)이 전달될 수도 있다. 그 다음, 엔드 이펙터(1130)는 기판(10)을 증착 챔버(110)의 외부로 배출한 후 서셉터(120)와 승강 부재(130) 사이로 되돌아온다. 엔드 이펙터(1130)와 승강 부재(130)는 전술한 동작을 반복함에 따라, 기판(10)들은 서셉터(120)로부터 모두 분리될 수 있다.
전술한 바와 같이, 기판(10)들이 안착되는 각 부분에 승강 핀 등의 기구를 설치하지 않고도, 승강 부재(130)와 승강 구동유닛(140)에 의해 기판(10)들을 승강시킬 수 있다. 이에 따라, 박막 증착 장치(100)는 기판(10)들의 균일한 박막 증착을 위해, 기판(10)들이 안착되는 각 부분에 기판 회전을 위한 새틀라이트(satellite, 121)를 구비하고, 서셉터(120)를 회전시키도록 구성되더라도, 서셉터(120)에 기판(10)들을 로딩 및 언로딩시키는 과정을 자동화할 수 있다. 따라서, 숙련된 작업자 없이도 서셉터(120)에 기판(10)들을 로딩 및 언로딩시킬 수 있고, 작업 효율이 향상될 수 있다.
한편, 승강 부재(130)는 승강 몸체부(131)와 기판 지지부(132)들을 포함할 수 있다. 승강 몸체부(131)는 서셉터(120)의 상면 중앙영역에 대응되게 배치된다. 따라서, 승강 몸체부(131)는 서셉터(120)의 상면 중앙영역을 덮어서 보호할 수 있다.
기판 지지부(132)들은 승강 몸체부(131)의 둘레에 기판(10)들의 각 일부분을 감싸도록 각각 절개되어 형성된다. 예컨대, 기판(10)이 원판 형상인 경우, 각각의 기판 지지부(132)는 바깥 부위가 트인 원호 형상으로 절개되어 형성될 수 있다. 기판 지지부(132)의 트인 부위를 통해 엔드 이펙터(1130)가 상하로 출입하면서 기판(10)을 승강 부재(130)에 전달하거나 전달받을 수 있다. 여기서, 기판 지지부(132)는 기판(10) 둘레를 절반 넘게 감쌀 수 있도록 원호의 중심 각이 180도 보다 크게 형성될 수 있다. 원호의 중심 각은 기판(10)을 안정적으로 지지할 수 있는 범주에서 다양하게 설정될 수 있다.
그리고, 기판 지지부(132)는 절개된 안쪽 면에 기판(10)의 변부를 받치는 단턱(133)을 갖는다. 기판(10)은 기판 지지부(132) 내에서 단턱(133) 위에 놓여 지지될 수 있다. 기판 지지부(132)들은 승강 몸체부(131)의 둘레를 따라 일정 간격으로 배열됨과 아울러, 승강 몸체부(131)의 중심으로부터 일정한 위치에 배열된다.
서셉터(120)의 상면 영역 중 승강 부재(130)에 의해 덮인 영역 이외의 주변 영역은 보호 부재(126)에 의해 덮일 수 있다. 보호 부재(126)는 서셉터(120)의 상면에 고정된다. 보호 부재(126)는 안쪽 둘레에 절개 홈(127)들을 갖는다. 각각의 절개 홈(127)은 기판(10)의 전체 둘레 중 승강 부재(130)에 의해 감싸진 부분 이외의 나머지 부분을 감싸도록 형성된다. 즉, 절개 홈(127)은 기판 지지부(132)와 함께 기판(10)의 안착 공간을 한정한다. 그리고, 절개 홈(127)의 안쪽 면에는 기판(10)을 지지하기 위한 턱(128)이 형성된다.
한편, 기판(10)들은 기판 지지부(132)에 직접적으로 지지될 수 있지만, 기판 카트(160)들에 각각 얹혀져 기판 지지부(132)에 간접적으로 지지될 수 있다. 기판 카트(160)의 외경(10)이 기판(10)의 직경보다 크다면, 기판 지지부(132)의 절개 부위는 기판 카트(160)의 변부를 일부 지지하도록 확장된 형태로 형성된다. 절개 홈(127)도 기판 카트(160)의 나머지 변부를 지지하도록 확장된 형태로 형성된다.
기판 카트(160)는 중앙이 개구되고, 개구된 안쪽 둘레 면에 기판(10)의 변부를 받치는 지지 턱(161)이 형성된 구조로 이루어질 수 있다. 기판(10)은 기판 카트(160) 내에서 지지 턱(161)에 의해 지지된 상태에서 하면이 노출된다. 따라서, 기판(10)이 기판 카트(160)에 의해 지지되어 서셉터(120) 상에 안착되어 있을 때, 노출된 하면에 새틀라이트(121)의 회전 작용에 의해 회전할 수 있다.
승강 구동유닛(140)은 승강 액추에이터(141) 및 동력 전달부(146)를 포함할 수 있다. 승강 액추에이터(141)로는 예컨대 승강 실린더가 이용될 수 있다. 승강 실린더는 증착 챔버(110) 외부에서 서셉터 지지대(150)의 하단에 장착될 수 있다.
동력 전달부(146)는 서셉터 지지대(150)를 거쳐 승강 액추에이터(141)의 동력을 제공받아서 승강 부재(130)로 전달할 수 있다. 따라서, 승강 부재(130)는 동력 전달부(146)로부터 중앙 부위, 즉 승강 몸체부(131)로 동력을 전달받아서 안정적으로 승강 동작할 수 있다. 동력 전달부(146)는 다양하게 구성될 수 있다.
일 예로, 동력 전달부(146)는 승강 샤프트(147)와, 승강 디스크(148), 및 승강 핀(149)들을 포함한다. 승강 샤프트(147)는 승강 액추에이터(141)의 동력을 제공받는다. 승강 샤프트(147)는 서셉터 지지대(150) 내에 승강 가능하도록 설치된다. 승강 액추에이터(141)가 승강 실린더이며, 승강 실린더가 서셉터 지지대(150)의 하단에 장착된 경우, 승강 실린더의 로드(142)가 승강 샤프트(147)의 하단에 결합된다. 따라서, 승강 샤프트(147)는 승강 실린더의 로드(142)가 승강 동작함에 따라 승강 동작할 수 있다.
승강 디스크(148)는 승강 샤프트(147)의 상단에 결합된다. 승강 디스크(148)는 수평으로 배치되며 중심에 승강 샤프트(147)가 결합될 수 있다. 승강 디스크(148)는 승강 샤프트(147)의 승강 동작에 따라 함께 승강 동작한다. 승강 디스크(148)는 서셉터 지지대(150)의 상단에 구비된 하우징(151) 내에 수용될 수 있다.
승강 핀(149)들은 각 하단이 승강 디스크(148)의 상면에 고정되거나 마주하도록 배치되고, 각 상단이 승강 부재(130)의 하면, 즉 승강 몸체부(131)에 마주하도록 형성된다. 승강 핀(149)들은 승강 디스크(148)의 중심 둘레를 따라 일정 간격으로 배열되어 승강 부재(130)를 안정적으로 승강시킬 수 있다. 승강 핀(149)들의 각 상단은 승강 부재(130)의 하면에 고정되지 않을 수 있다. 이 경우, 승강 핀(149)들은 승강 부재(130)에 접촉된 상태 또는 승강 부재(130)로부터 하방으로 이격된 상태에서 상승하면서 승강 부재(130)를 밀어 올릴 수 있다. 물론, 승강 핀(149)들의 각 상단은 승강 부재(130)의 하면에 고정될 수도 있다.
한편, 서셉터(120)에서 기판(10)들이 안착되는 각 부분에 새틀라이트(121)가 구비될 수 있다. 새틀라이트(121)들은 서셉터(120) 상에 안착되는 기판(10)들의 각 하면에 대응되게 설치되어, 기판(10)들을 각각 회전시킨다. 서셉터(120)의 회전에 의해 기판(10)들 모두가 공전 운동함과 아울러, 새틀라이트(121)들의 각 회전에 의해 각각의 기판(10)이 자전 운동을 하게 된다. 따라서, 기판(10)들의 각 상면에 박막이 균일하게 증착될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 시스템을 도시한 사시도이다. 여기서, 각 챔버의 상부를 개방시킨 것은 설명의 이해를 돕기 위한 것이다.
도 6을 참조하면, 기판 처리 시스템(1000)은 박막 증착 장치(100)와, 반송 로봇(1100)을 포함한다. 여기서, 박막 증착 장치(100)는 기판(10) 상에 박막을 증착하는 것으로, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다. 반송 로봇(1100)은 박막 증착 장치(100)로 증착될 기판(10)을 공급하거나 박막 증착 장치(100)로부터 증착 완료된 기판(10)을 배출하는 것으로 기판(10)을 지지한 상태에서 수평 이동시키도록 구동한다.
반송 로봇(1100)은 반송 챔버(1200)의 내부에 설치될 수 있다. 반송 챔버(1200)는 게이트들을 통해 증착 챔버(110)와 연결될 수 있다. 또한, 반송 챔버(1200)는 기판(10)들이 적재될 수 있는 카세트 챔버(1300)와도 게이트들을 통해 연결될 수 있다.
반송 로봇(1100)은 로봇 본체(1110)와, 로봇 본체(1110)에 회전 가능하게 설치된 아암(1120), 및 아암(1120)의 단부에 구성된 엔드 이펙터(1130)를 포함할 수 있다. 아암(1120)은 수평 방향으로 펼쳐지고 접히도록 동작함에 따라, 엔드 이펙터(1130)를 수평 이동시킬 수 있다. 따라서, 엔드 이펙터(1130)는 반송 챔버(1200)와 증착 챔버(110) 사이 또는 반송 챔버(1200)와 카세트 챔버(1300) 사이를 오가면서 기판(10)을 이송시킬 수 있다.
한편, 박막 증착 장치(100)로 공급되는 기판(10)이 기판 카트(160)에 얹어져 지지되는 경우, 기판 처리 시스템(1000)은 교환부(1400)를 더 포함할 수 있다. 교환부(1400)는 증착 챔버(110)의 외부에서 반송 로봇(1100)에 의해 기판 카트(160)에 기판(10)을 교환할 수 있게 한다. 즉, 교환부(1400)는 증착 완료된 기판(10)을 안착시킨 기판 카트(160)를 반송 로봇(1100)에 의해 공급받으면, 증착 완료된 기판(10)을 기판 카트(160)로부터 분리한 후, 증착될 새로운 기판(10)을 기판 카트(160)에 안착시킬 수 있게 한다.
일 예로, 교환부(1400)는 도 6과 함께 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 교환 챔버(1410)와, 복수의 제1 수직 핀(1420)들과, 복수의 제2 수직 핀(1430)들, 및 핀 승강 구동부(1440)를 포함할 수 있다. 여기서, 기판 카트(160)는 중앙이 개구되고, 개구된 안쪽 둘레 면에 기판(10)의 변부를 받치는 지지 턱(161)이 형성된 구조를 갖는다.
교환 챔버(1410)는 기판 카트(160)가 수용될 수 있는 공간을 갖고, 반송 로봇(1100)의 엔드 이펙터(1130)가 출입될 수 있는 출입부(1411)가 형성된 구조로 이루어진다. 출입부(1411)는 반송 챔버(1200)의 게이트와 연결되어, 엔드 이펙터(1130)가 교환 챔버(1410)와 반송 챔버(1200) 간에 오갈 수 있게 한다.
제1 수직 핀(1420)들은 교환 챔버(1410)의 내부에서 기판 카트(160)의 중앙 개구에 대응되도록 배치된다. 즉, 기판 카트(160)에 기판(10)이 안착된 상태에서 제1 수직 핀(1420)들은 기판(10)의 하면에 마주하도록 배치된다. 그리고, 제1 수직 핀(1420)들은 승강 구동한다.
제2 수직 핀(1430)들은 교환 챔버(1410)의 내부에서 기판 카트(160)를 지지할 수 있게 배치되며 승강 구동한다. 제2 수직 핀(1430)들은 제1 수직 핀(1420)들보다 바깥 쪽에서 기판 카트(160)의 하면에 대응되도록 배치된다. 핀 승강 구동부(1440)는 제1 수직 핀(1420)과 제2 수직 핀(1430)을 서로 독립되게 승강시킨다. 핀 승강 구동부(1440)는 제1 수직 핀(1420)들의 하단에 연결된 제1 승강 브래킷(1441)과, 제2 수직 핀(1430)들의 하단에 연결된 제2 승강 브래킷(1442)과, 제1 승강 브래킷(1441)과 제2 승강 브래킷(1442)을 서로 독립되게 승강시키는 승강시키는 액추에이터(1443)를 포함할 수 있다.
본 예에서, 기판 카트(160)에 기판(10)을 교환하는 과정은 다음과 같이 이루어질 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 기판(10)을 안착시킨 기판 카트(160)가 엔드 이펙터(1130)에 얹혀진 상태에서 엔드 이펙터(1130)가 제1,2 수직 핀들(1420)(1430)의 상부로 수평 이동한다. 이때, 엔드 이펙트(1130)는 기판(10)의 하면이 제1 수직 핀(1420)들의 각 상단으로부터 이격되고, 기판 카트(160)의 하면이 제2 수직 핀(1430)들의 각 상단으로부터 이격되도록 위치한다.
이 상태에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 수직 핀(1430)들이 핀 승강 구동부(1440)에 의해 상승하면서 기판 카트(160)를 상방으로 밀어 올려, 엔드 이펙트(1130)로부터 기판 카트(160)를 상방으로 분리시킨다. 이후, 엔드 이펙터(1130)는 기판 카트(160)로부터 벗어나도록 수평 이동한다.
그 다음, 제2 수직 핀(1430)들이 하강하면, 도 9에 도시된 바와 같이, 기판 카트(160)는 제2 수직 핀(1430)들의 각 상단에 지지된 상태로 제2 수직 핀(1430)들과 함께 하강하게 된다. 이때, 기판(10)은 제1 수직 핀(1420)들의 각 상단에 접하게 되면, 더 이상 하강하지 않고 멈추게 된다. 이 상태에서, 기판 카트(160)와 기판(10)이 분리될 수 있는 높이까지 제2 수직 핀(1430)들이 더 하강하게 되면, 기판 카트(160)는 기판(10)으로부터 분리된다.
분리된 기판(10)은 다음과 같이 교환 챔버(1410)로부터 배출될 수 있다. 제1 수직 핀(1420)들이 상승하여 기판(10)을 들어올린 상태에서 엔드 이펙터(1130)가 기판(10)의 하면보다 낮은 위치로 수평 이동한다. 그러면, 제1 수직 핀(1420)들이 하강하면서 기판(10)을 엔드 이펙터(1130)에 올려놓게 된다. 이후, 엔드 이펙터(1130)가 기판(10)을 교환 챔버(1410)로부터 배출할 수 있다.
교환 챔버(1410)로부터 기판(10)이 배출된 후, 엔드 이펙터(1130)는 새로운 기판(10)을 얹은 상태에서 수평 이동하여 새로운 기판(10)을 제1 수직 핀(1420)들의 각 상단으로부터 이격되도록 위치시킨다. 그러면, 제1 수직 핀(1420)들이 상승하여 새로운 기판(10)을 들어올려 엔드 이펙터(1130)로부터 분리시킨다. 이후, 엔드 이펙터(1130)는 새로운 기판(10)으로부터 벗어나도록 수평 이동한다.
이 상태에서, 제2 수직 핀(1430)들이 상승하면, 기판 카트(160)가 밀려 올라가게 된다. 이때, 기판 카트(160)는 새로운 기판(10)을 안착시키는 높이에 도달함에 따라 새로운 기판(10)을 안착시킨다. 그리고, 제2 수직 핀(1430)들은 기판 카트(160)의 하면이 엔드 이펙터(1130)의 상면보다 높게 위치할 수 있도록 상승해서 위치한다. 이후, 엔드 이펙터(1130)는 기판 카트(160)의 하면보다 낮은 위치로 수평 이동해서 위치한다. 이 상태에서, 제2 수직 핀(1430)들이 하강하면서 기판 카트(160)를 엔드 이펙터(1130)에 올려 놓은 후 기판 카트(160)로부터 하방으로 분리된다. 이때, 제1 수직 핀(1420)들은 기판의 하면으로부터 하방으로 분리되도록 위치한다. 이후, 엔드 이펙터(1130)는 새로운 기판(10)이 안착되어 있는 기판 카트(160)를 교환 챔버(1410)로부터 배출하게 된다.
한편, 교환부(1400)는 다른 예로, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다. 복수의 제2 수직 핀(2430)들은 제1 수직 핀(1420)들보다 낮은 높이에 배치된다. 여기서, 반송 로봇(1100)은 기판(10)을 지지한 상태에서 수평 이동뿐 아니라 승강 이동시키도록 구성된다.
본 예에서, 기판 카트(160)에 기판(10)을 교환하는 과정은 다음과 같이 이루어질 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 기판(10)을 안착시킨 기판 카트(160)가 엔드 이펙터(1130)에 얹혀진 상태에서 엔드 이펙터(1130)가 제1,2 수직 핀들(1420)(2430)의 상부로 수평 이동한다. 이때, 기판(10)의 하면이 제1 수직 핀(1420)들의 각 상단으로부터 이격되고, 기판 카트(160)의 하면이 제2 수직 핀(2430)들의 각 상단에 이격된 상태로 마주하도록 엔드 이펙트(1130)가 위치된다.
이후, 엔드 이펙터(1130)가 기판 카트(160)의 하면을 지지한 상태에서 하강하면, 도 11에 도시된 바와 같이, 기판 카트(160)와 기판(10)도 하강하게 된다. 이때, 기판(10)은 제1 수직 핀(1420)들의 각 상단에 접하게 되면, 더 이상 하강하지 않고 멈추게 된다. 이 상태에서, 엔드 이펙터(1130)는 기판 카트(160)가 제2 수직 핀(2430)들의 각 상단에 접할 수 있는 높이까지 더 하강하게 되면, 기판 카트(160)는 기판(10)으로부터 분리된다. 이후, 엔드 이펙터(1130)는 기판 카트(160)로부터 하방으로 분리되도록 더 하강한 후, 기판 카트(160)로부터 벗어나도록 수평 이동한다. 분리된 기판(10)은 엔드 이펙터(1130)에 의해 들어올려진 후, 교환 챔버(1410)로부터 배출된다.
이후, 엔드 이펙터(1130)는 새로운 기판(10)을 얹어서 제1 수직 핀(1420)들의 각 상단에 접하도록 위치시킨다. 이어서, 엔드 이펙터(1130)는 제2 수직 핀(2430)들의 각 상단에 놓인 기판 카트(160)을 받쳐 들어올리기 위해 하강한 후, 기판 카트(160)를 받친 상태에서 상승 동작한다. 이 과정에서, 기판 카트(160)가 상승하면서 새로운 기판(10)을 안착시키게 된다. 이후, 엔드 이펙터(1130)는 새로운 기판(10)이 제1 수직 핀(1420)들의 각 상단으로부터 이격될 수 있는 높이까지 기판 카트(160)를 들어올린 후, 교환 챔버(1410)로부터 배출하게 된다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 증착 공정이 행해지는 내부 공간을 갖는 증착 챔버;
    상기 증착 챔버 내에 설치되며, 상면에 복수의 기판들이 안착되는 서셉터;
    상기 서셉터를 회전 동작시키는 회전기구;
    상기 서셉터 상부에 구비되어 상기 서셉터 상에 안착된 기판들의 각 변부를 일부 지지하며, 승강 구동시 상기 서셉터로부터 기판들을 분리시키거나 상기 서셉터로 기판들을 안착시키는 승강 부재; 및
    상기 승강 부재를 승강시키는 승강 구동유닛;
    을 포함하는 박막 증착 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 승강 부재는,
    상기 서셉터의 상면 중앙영역에 대응되게 배치되는 승강 몸체부; 및
    상기 승강 몸체부의 둘레에 기판들의 각 일부분을 감싸도록 각각 절개되어 형성되며, 절개된 안쪽 면에 각 기판의 변부를 받치는 단턱을 갖는 기판 지지부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 승강 부재는 석영, 그라파이트(graphite), 및 탄화규소(SiC) 중 선택된 어느 하나 이상의 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    기판들을 각각 얹어서 지지하는 기판 카트들을 더 포함하며;
    상기 승강 부재는 상기 기판 카트들의 각 변부를 일부 지지하도록 형성된 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기판 카트들은 중앙이 각각 개구되고, 개구된 안쪽 둘레 면에 기판의 변부를 받치는 지지 턱이 형성된 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 승강 구동유닛은, 승강 액추에이터, 및 상기 승강 액추에이터의 동력을 제공받아서 상기 승강 부재로 전달하는 동력 전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서셉터 상에 안착된 기판들을 각각 회전시키는 새틀라이트(satellite)을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 증착 장치.
  8. 기판 상에 박막을 증착하는 박막 증착 장치와, 상기 박막 증착 장치로 증착될 기판을 공급하거나 상기 박막 증착 장치로부터 증착 완료된 기판을 배출하는 것으로 기판을 지지한 상태에서 수평 이동시키도록 구동하는 반송 로봇을 포함하며;
    상기 박막 증착 장치는,
    증착 공정이 행해지는 내부 공간을 갖는 증착 챔버와,
    상기 증착 챔버 내에 설치되며 상면에 복수의 기판들을 안착시키는 서셉터와,
    상기 서셉터를 회전 동작시키는 회전기구와,
    상기 서셉터 상에서 승강 동작하고 상기 서셉터 상에 안착된 기판들의 각 변부를 일부 지지하며 지지된 기판들을 승강 동작시 함께 승강시키는 승강 부재, 및
    상기 승강 부재를 승강시키는 승강 구동유닛을 포함하는 기판 처리 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    각각의 기판을 얹어서 지지하는 기판 카트를 더 포함하며;
    상기 증착 챔버 외부에서 상기 반송 로봇에 의해 상기 기판 카트에 기판을 교환하는 교환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기판 카트는 중앙이 개구되고, 개구된 안쪽 둘레 면에 기판의 변부를 받치는 지지 턱이 형성되며;
    상기 교환부는,
    상기 기판 카트가 수용될 수 있는 공간을 갖고 상기 반송 로봇의 아암 단부가 출입될 수 있는 출입부가 형성된 교환 챔버와,
    상기 교환 챔버의 내부에서 상기 기판 카트의 중앙 개구에 대응되도록 배치되며 승강 구동하는 복수의 제1 수직 핀들과,
    상기 교환 챔버의 내부에서 상기 기판 카트를 지지할 수 있게 배치되며 승강 구동하는 복수의 제2 수직 핀들, 및
    상기 제1 수직 핀과 상기 제2 수직 핀을 서로 독립되게 승강시키는 핀 승강 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 기판 카트는 중앙이 개구되고, 개구된 안쪽 둘레 면에 기판의 변부를 받치는 지지 턱이 형성되며;
    상기 교환부는,
    상기 기판 카트가 수용될 수 있는 공간을 갖고 상기 반송 로봇의 아암 단부가 출입될 수 있는 출입부가 형성된 교환 챔버와,
    상기 교환 챔버의 내부에서 상기 기판 카트의 중앙 개구에 대응되도록 배치된 복수의 제1 수직 핀들, 및
    상기 교환 챔버의 내부에서 상기 기판 카트를 지지할 수 있게 배치되며 상기 제1 수직 핀들보다 낮은 높이에 배치된 복수의 제2 수직 핀들을 포함하며;
    상기 반송 로봇은 기판을 지지한 상태에서 승강 이동시키도록 구동하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 승강 부재는,
    상기 서셉터의 상면 중앙영역에 대응되게 배치되는 승강 몸체부; 및
    상기 승강 몸체부의 둘레에 기판들의 각 일부분을 감싸도록 각각 절개되어 형성되며, 절개된 안쪽 면에 각 기판의 변부를 받치는 단턱을 갖는 기판 지지부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
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