KR102014279B1

KR102014279B1 - 기판 처리 장치

Info

Publication number: KR102014279B1
Application number: KR1020140023492A
Authority: KR
Inventors: 함태호; 김용진; 김영준; 김영효
Original assignee: 주식회사 원익아이피에스
Priority date: 2014-02-27
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2019-08-26
Also published as: KR20150101785A

Abstract

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 상부가 개방되고 내부 공간이 형성되며 하부에 배기구가 형성되는 본체와, 상기 본체의 상부에 구비되어, 적어도 상기 본체의 상부 일부를 커버하는 탑리드와, 상기 본체 내부에 구비되어 기판을 지지하는 기판지지대와, 상기 기판지지대에 대향되게 상기 탑리드에 장착되어 상기 기판지지부로 공정 가스를 분사하는 가스분사체를 포함하고, 상기 탑리드에는 상하방향으로 연장되어 그 내부에 기판이 처리되는 공간을 형성하는 연장부가 구비되고, 상기 기판이 처리되는 공간에서 상기 기판지지대의 가장자리와 상기 연장부의 내벽 사이에 상기 공정 가스의 배기 경로가 형성되어, 기판 처리 공간을 용이하게 형성할 수 있는 기판 처리 장치에 관한 것이다.

Description

기판 처리 장치{Substrate process apparatus}

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기판 처리 공간을 용이하게 형성할 수 있는 기판 처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자나 디스플레이 소자 혹은 태양전지를 제조하기 위해서는 진공 챔버를 포함하는 기판처리장치에서 각종 공정이 수행된다. 예컨대 챔버 내에 기판을 로딩하고 기판 상에 박막을 증착하거나 박막을 식각하는 등의 공정이 진행된다. 이때, 기판은 챔버 내에 설치된 기판지지대에 지지되며, 기판지지대 상부에 구비되는 가스분사체를 통해 공정 가스를 기판으로 분사한다.

이러한 기판처리장치는 내부에 기판 처리 공간이 형성되는 챔버와, 챔버 내부에 공정 가스를 분사하는 가스분사체와, 가스분사체와 대향하여 설치되어 상부에 기판을 지지하는 기판지지대를 포함한다. 이때, 챔버는 상부가 개방된 본체와, 본체 상부에 본체 상부를 커버하는 탑리드를 포함하여 구성되며 기판 처리 공간은 본체 내부 전체에 걸쳐 형성되게 된다.

그런데 챔버 내부에 형성되는 공간은 실질적으로 기판이 처리되는 공간인 탑리드와 기판지지대 사이의 공간보다 상당히 넓다. 따라서 기판 처리를 위해 챔버 내부로 공급되는 공정 가스의 양은 기판을 실질적으로 처리하는데 사용되는 공정 가스의 양보다 상대적으로 많이 공급해야 되기 때문에 공정 가스가 불필요하게 소모되어 공정 비용을 상승시키는 문제점이 있다. 또한, 기판 처리 후 챔버 내부를 퍼지하는 시간이 증가하여 전체 공정 시간이 증가함으로써 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 기판 처리 공간은 탑리드와 기판지지대 사이에 형성되는데, 이때 기판 처리 공간 주변에는 기판의 로딩 및 언로딩을 위한 게이트 밸브가 구비된다. 이에 기판 처리 공간이 대칭적으로 형성되지 않기 때문에 공정 균일성을 확보하기 어려운 문제점도 있다.

KR 2009-0118676A

본 발명은 기판 처리 공간을 효율적으로 형성할 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다.

본 발명은 공정 가스의 사용량을 감소시키고, 공정 시간을 단축하여 공정 효율 및 생산성을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다.

본 발명은 기판 처리 공간을 대칭적으로 형성하여 공정 균일성을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치는, 상부가 개방되고 내부 공간이 형성되며 하부에 배기구가 형성되는 본체와, 상기 본체의 상부에 구비되어, 적어도 상기 본체의 상부 일부를 커버하는 탑리드와, 상기 본체 내부에 구비되어 기판을 지지하는 기판지지대와, 상기 기판지지대에 대향되게 상기 탑리드에 장착되어 상기 기판지지부로 공정 가스를 분사하는 가스분사체를 포함하고, 상기 탑리드에는 상하방향으로 연장되어 그 내부에 기판이 처리되는 공간을 형성하는 연장부가 구비되고, 상기 기판이 처리되는 공간에서 상기 기판지지대의 가장자리와 상기 연장부의 내벽 사이에 상기 공정 가스의 배기 경로가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 탑리드에 상기 기판이 처리되는 공간이 복수 개 구비되고, 상기 가스분사체와 기판 지지대는 상기 기판이 처리되는 공간의 개수에 대응하는 개수로 구비되며, 상기 본체 내부에는 상기 복수의 기판 지지대 사이에 기판을 이동시키는 기판이동부를 구비할 수 있다.

상기 기판이동부는 상기 본체 내부에 상하방향으로 배치되어 회전, 상승 및 하강하는 회전축, 상기 회전축의 상부에 수평방향으로 연결되며, 내측에 상기 복수의 기판지지대가 관통하는 복수의 개구가 형성되는 턴테이블 및 상기 턴테이블 상부에 상기 개구에 대응하는 위치에 구비되어 기판의 가장자리를 지지하는 복수의 기판지지링을 포함하며, 상기 개구에는 상기 기판지지링을 지지하도록 상기 개구 내측으로 돌기가 구비되고, 상기 기판지지링은 상기 기판지지대와 턴테이블에 선택적으로 지지될 수 있다.

상기 탑리드에는 커튼 가스를 분사하는 커튼 가스 분사부가 구비될 수 있다.

상기 커튼 가스 분사부는, 상기 탑리드 내부에 외부의 커튼 가스 공급원과 연통되는 커튼 가스 확산 공간과, 상기 탑리드의 하부에서 상기 커튼 가스 확산 공간에 결합되고, 복수의 분사공이 형성되는 분사판을 포함할 수 있다.

상기 커튼 가스 확산 공간 내부에 상기 커튼 가스 확산 공간을 복수의 층으로 분할하고, 복수의 분사공이 형성되는 확산판이 구비될 수 있다.

상기 탑리드에는 상기 탑리드를 상하방향으로 관통하는 삽입구가 형성되고, 상기 삽입구의 내측 가장자리에는 상기 삽입구를 통해 삽입되는 상기 가스분사체를 지지하는 단턱이 형성될 수 있다.

상기 탑리드와 상기 가스분사체 사이에 절연체가 구비될 수 있다.

상기 연장부의 내측 둘레면은 연속되는 하나의 면으로 형성될 수 있다.

상기 연장부의 적어도 일부는 상기 기판이 처리되는 공간의 외측으로 파여져서 하부로 갈수록 상기 배기 경로의 폭이 증가할 수 있다.

상기 연장부의 적어도 일부에 곡면이 형성될 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치는, 챔버 내부에 기판 처리 공간을 용이하게 형성할 수 있다. 즉, 탑리드의 하부에 상하방향으로 연장되는 연장부를 형성하여 기판이 처리되는 공간을 효율적으로 형성할 수 있다. 이에 기판 처리 공간이 불필요하게 증가하여 공정 가스의 사용량을 감소시킬 수 있고, 공정 시간도 단축할 수 있다. 따라서 공정 효율 및 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 기판 처리 공간을 대칭적으로 형성할 수 있기 때문에 기판 처리 공정의 균일성을 향상시킴으로써 공정 수율을 향상시킬 수 있다.

또한, 챔버 내에서 복수의 기판을 처리하는 경우 기판 각각이 처리되는 공간을 용이하게 분리할 수 있다. 또한, 가스분사체의 탈착을 용이하게 하여 기판 처리 장치를 설치 및 유지하는데 소요되는 비용을 절감할 수 있다. 그리고 연장부에 커튼 가스 분사 노즐을 구비하여 기판이 처리되는 공간을 독립적으로 형성할 수 있으므로 기판 처리 효율도 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 보여주는 분리사시도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치 일부의 평면도.
도 3은 도 1에 도시된 기판 처리 장치를 도 2에 도시된 선X-X'에 따라 도시한 기판 처리 장치의 단면도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 요부 구성을 보여주는 단면도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 기판지지부의 구성을 개략적으로 보여주는 사시도.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 변형 예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 형태에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 형태들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 각 구성요소를 명확하게 표현하기 위하여 두께를 과장하거나 확대하여 표현하였으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 보여주는 분리사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치 일부의 평면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 기판 처리 장치를 도 2에 도시된 선X-X'에 따라 도시한 기판 처리 장치의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 요부 구성을 보여주는 단면도이며, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 기판지지부의 구성을 개략적으로 보여주는 사시도이다.

본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 반도체 혹은 각종 기판을 진공 분위기에서 처리하는 장치로서, 하기에서는 복수의 기판을 단일 챔버에서 처리할 수 있는 장치를 예시적으로 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 처리 공간을 형성하는 챔버(100), 챔버(100)의 내부에 배치되며 기판(W)이 지지되는 기판지지부(130), 기판지지부(130)와 대향하여 배치되고 기판지지부(130) 측으로 공정 가스를 분사하는 가스분사체(110), 기판지지부(130)의 외측에 위치하고 기판의 이송을 보조하는 기판이동부(140)를 포함한다.

챔버(100)는 상부가 개방된 본체(101)와, 본체(101)의 상부에 개폐 가능하게 설치되는 탑리드(102)를 구비한다.

본체(101)는 내부에 기판지지부(130)가 배치되는 기판지지대 안착홈(109)이 형성되며, 기판지지대 안착홈(109)은 후술하는 기판지지대(134)의 형상에 대응하는 형상, 예컨대 원형으로 형성되며, 소정 깊이를 갖도록 형성될 수 있다. 기판지지대 안착홈(109)은 기판지지대(134)의 상하방향 이동 범위 정도의 깊이로 형성될 수 있다. 이와 같은 구성을 통해 챔버(100) 내부에 형성되는 공간을 감소시켜 기판 처리를 위해 챔버(100) 내부로 공급되는 공정 가스의 양을 감소시킬 수 있으며, 챔버(100) 내부를 퍼지할 때 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다. 그리고 기판지지대 안착홈(109)에는 기판지지부(130)의 지지축(132)이 삽입되는 관통구가 형성될 수 있다. 그리고 챔버(100)에서 복수의 기판, 예컨대 4개의 기판을 처리하는 경우, 기판지지대 안착홈(109)도 4개가 형성될 수 있다. 이때, 4개의 기판지지대 안착홈(109)은 측면을 통해 인접한 기판지지대 안착홈(109)과 연통되도록 본체(101) 바닥면을 따라 수평하게 형성되는 배기유로(미도시)가 형성될 수 있으며, 배기유로들은 본체(101) 바닥을 상하방향으로 관통하며 형성되는 배기포트(300)에 연결되어, 외부의 진공 펌프(320)에 연결된 배기 라인(310)과 연결된다. 이때, 본체(101) 바닥에는 배기유로들을 커버하는 유로커버(108a, 108b, 108c, 108d)가 구비될 수 있다. 이와 같이 본체(101) 내부에 기판지지부(130)의 기판지지대(134)가 안착되는 기판지지대 안착홈(109)을 형성하고, 이들 기판지지대 안착홈(109)을 배기유로로 연통한 후 배기포트(300)에 연결함으로써 후술하는 기판 처리 공간을 획기적으로 축소하여 기판 처리 시 챔버 내부로 공급되는 공정 가스의 사용량을 감소시킬 수 있고, 챔버 내부를 퍼지할 때 소요되는 시간을 단축하여 공정 효율 및 생산성을 향상시킬 수 있다.

그리고 본체(101) 바닥에는 기판이동부(140)를 구성하는 회전축이 삽입되는 관통구(107)가 형성될 수 있으며, 관통구(107)는 본체(101) 중심부에 형성될 수 있다.

본체(101)의 측면에는 기판을 챔버(100) 내부로 로딩 및 언로딩하기 위한 게이트(105a, 105b)가 형성될 수 있다.

탑리드(102)는 본체(101) 상부에 결합되어 본체(101) 내부를 폐쇄한다. 이때, 탑리드(102)는 본체(101)의 상부 전체를 커버할 수 있도록 형성될 수도 있고, 도시된 바와 같이, 가스분사체(110)와 결합되어 적어도 본체(101)의 상부 일부를 커버할 수도 있도록 형성될 수도 있다. 본 발명에서는 도 1에 도시된 바와 같이 탑리드(102)를 구성함에 있어서, 가스분사체(110)의 탑재 및 분리를 용이하게 하기 위하여 탑리드(102)를 상하방향으로 관통하는 삽입구(104)를 형성하여, 가스분사체(110)를 탑리드(102)의 상부로부터 삽입구(104)를 통해 삽입 고정할 수 있다. 이때, 삽입구(104)의 내측 가장자리를 따라 단턱(103)을 형성하여, 삽입구(104)의 상부측이 하부측보다 넓은 상광하협 형태로 형성되도록 하여 가스분사체(110)를 삽입구(104)의 상부를 통해 삽입하여 단턱(103)에 지지될 수 있도록 할 수 있다. 이에 가스분사체(110)의 측벽에는 탑리드(102)의 단턱(103)에 지지되도록 탑리드(102)의 측면 형상에 대응하는 형상을 갖는 단턱(112)이 형성될 수 있다. 즉, 가스분사체(110)도 공정 가스가 유입되는 상부측이 공정 가스가 분사되는 하부측보다 넓은 상광하협 형태로 형성되어, 삽입구(104)에 맞물려져 고정될 수 있다. 이와 같은 구성을 통해 가스분사체(110)는 탑리드(102)의 측벽에 안착되어 챔버(100) 본체(101)의 상부를 커버할 수 있으며, 탑리드(102)로부터 용이하게 분리할 수 있다.

또한, 탑리드(102)는 하부에 상하방향으로 연장되는 연장부(102')를 구비할 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이 탑리드(102)는 하부가 가스분사체(110)에서 공정 가스가 분사되는 하부면보다 'Y'만큼 더 길게 연장되어 형성될 수 있다. 이와 같은 구성을 통해 챔버(100) 내에서 실질적으로 기판 처리 공간이 본체(101)의 탑리드(102) 내에, 즉 연장부(102')에 의해 형성될 수 있다. 이때, 연장부(102')는 기판 처리를 위해 기판지지대(134)가 상승하였을 때 그 끝단이 기판지지대(134)의 상부면이 위치하는 높이정도까지 배치되도록 형성되어, 기판 처리를 위해 기판지지대(134)가 상승한 경우 탑리드(102) 내에 기판 처리 공간을 형성할 수 있다. 이와 같은 기판 처리 공간은 기판지지부(130)의 개수에 대응하는 개수로 형성될 수 있다. 이에 연장부(102')는 탑리드(102)의 가장자리와 탑리드(102)의 중심과 탑리드(102)의 가장자리를 연결하도록 형성되어 연장부(102') 사이마다 기판 처리 공간이 형성될 수 있다. 이때, 연장부(102')의 내측 둘레면은 어떠한 구조물도 존재하지 않는 연속되는 하나의 면을 형성함으로써 대칭적인 구조를 갖는 기판 처리 공간을 형성할 수 있다. 다시 말해서 기판 처리를 위해 기판이 안착된 기판지지대가 상승한 경우 기판지지대(134)의 가장자리, 또는 기판의 가장자리로부터 연장부(102')의 내벽까지의 거리는 모두 동일할 수 있다. 이는 기판 처리 공간 내에서 수평방향으로는 어떠한 구조물도 존재하지 않기 때문이다. 종래의 경우에는 기판이 로딩 및 언로딩되는 게이트가 형성되는 본체(101)에 기판 처리 공간이 형성되어 게이트로 인해 기판 처리 공간이 비대칭으로 형성되는 반면, 본 발명의 실시 예에서는 기판 처리 공간이 형성되는 탑리드(102)의 하부, 즉 연장부(102')에는 게이트 또는 배기라인과 연결되는 배기포트 등과 같은 구조물이 존재하지 않기 때문에 연장부(102')의 내측 둘레면이 360도 연속되는 하나의 면을 형성함으로써 대칭적인 기판 처리 공간을 형성할 수 있다.

이와 같이 형성되는 복수의 기판 처리 공간에는 가스분사체(110)가 각각 구비될 수 있다. 가스분사체(110)는 탑리드(102)와 함께 챔버(100)의 상부를 형성할 수 있다. 가스분사체(110)는 모두 동일한 종류의 가스를 공급하는 단일 가스 공급원에 연결될 수도 있고, 서로 다른 종류의 가스를 공급하는 복수의 가스 공급원과 각각 연결될 수 있다. 가스분사체(110)는 기판지지대(134)와 대향하고 이와 유사한 소정 면적을 가지고, 복수의 분사홀을 구비하는 샤워헤드 타입으로 제조될 수 있다.

한편, 가스분사체(110)는 챔버(100) 내부에 플라즈마를 형성하는 경우 상부 전극으로 사용될 수 있으므로, 통상 도전체로 형성될 수 있다. 또한, 탑리드(102) 및 본체(101)도 도전체로 형성될 수 있다. 따라서 챔버(100) 내부에 플라즈마를 형성하기 위해 가스분사체(110)에 전원을 인가하는 경우 RF 전원이 안정적으로 인가될 수 있도록 탑리드(102)와 가스분사체(110) 간의 절연이 요구된다. 이에 가스분사체(110)와 탑리드(102) 사이에 절연체(120)를 개재하여 가스분사체(110)와 탑리드(102) 사이를 절연시킬 수 있다. 이때, 절연체(120)는 탑리드(102)와 가스분사체(110)의 측벽에 형성되는 단차에 대응하는 요철구조를 갖도록 형성될 수 있다. 여기에서 절연체(120)는 별도의 구성으로 이루어질 수도 있지만, 탑리드(102)나 가스분사체(110)의 측벽에 절연물질을 코팅하여 이루어질 수도 있다.

기판지지부(130)는 기판(W)을 지지하기 위한 구성으로서 챔버(100) 내부의 하측에 설치된다. 기판지지부(130)는 기판이 안착되는 기판지지대(134)와, 기판지지대(134) 하부에 상기 기판지지대(134)를 상승 및 하강시키는 지지축(132)이 연결될 수 있다.

도 5를 참조하면, 기판지지대(134)는 소정 두께를 가지는 플레이트형으로, 기판(W)의 형상과 유사한 형상을 가질 수 있다. 예컨대 기판이 원형 웨이퍼라면, 원판 형상으로 제작될 수 있다. 물론, 이에 한정되지 않고 다양한 형상으로 변경 가능하다. 기판지지대(134)는 챔버(100) 내부에 수평방향으로 구비되고, 지지축(132)은 기판지지대(134)의 저면에 수직으로 연결된다. 지지축(132)은 관통구를 통하여 외부의 모터 등의 구동수단(미도시)에 연결되어 기판지지대(134)를 상승 및 하강시킨다. 이때, 지지축(132)과 관통구 사이는 벨로우즈(미도시) 등을 이용하여 밀폐시킴으로써 기판을 처리하는 과정에서 챔버(100) 내부의 진공이 해제되는 것을 방지할 수 있다. 기판지지대(134)는 기판 처리 과정에서 상승하여 연장부(102')와 함께 기판 처리 공간을 형성하는데, 기판지지대(134)의 가장자리와 연장부(102')의 내벽 사이에는 소정의 이격 공간이 형성되어 공정 가스의 배기 경로로 사용될 수 있다.

기판지지대(134)는 기판을 안착시켜 지지할 수 있는 형태라면 특별히 그 형태나 구조가 한정되지 않는다. 이때, 기판(W)을 상부에 지지하여 이송하는 기판지지링(150)이 안정적으로 정확한 위치에 안착될 수 있도록, 도 5에 예시되었듯이, 기판지지대(134)의 가장자리 영역에 기판지지링(150)이 안착되는 단턱부(136)가 형성될 수 있다. 기판지지링(150)과 관련하여서는 나중에 상세히 설명한다.

기판지지대(134)는 절연체(120) 재질을 포함할 수 있다. 즉, 기판지지대(134) 전체가 절연체(120)로 제작될 수도 있고 그 일부가 절연체(120)로 제작될 수도 있으며, 절연체(120)는 박막 형태로 기판지지대(134)의 표면에 코팅되어 형성될 수도 있다. 이때, 절연체(120)로는 여러 가지 세라믹 재료가 사용될 수 있고, 예를 들면, 질화 알루미늄(AlN), 탄화 실리콘(SiC) 등이 사용될 수 있다. 또한, 기판지지대(134)의 내부에는 이를 가열시키기 위한 발열체(미도시)가 구비될 수 있고, 발열체는 도선(미도시)을 통하여 외부의 전원과 연결된다. 발열체에 전원이 인가되면 기판지지대(134)가 가열되며, 이로부터 기판지지대(134) 상부에 안착되는 기판(W)을 가열할 수 있게 된다. 발열체는 여러 가지 방식 및 구조로 설치될 수 있고, 특별히 한정되지 않는다. 이러한 발열체로는 텅스텐(W), 몰리브덴 (Mo) 등이 사용될 수 있다.

기판지지대(134)는 기판을 지지할 뿐만 아니라, 하부 전극으로 작용할 수 있다. 즉, 기판지지대(134)와 가스분사체(110) 사이에 전계가 형성되도록 하부 전극으로 작용할 수 있다. 예를 들면, 가스분사체(110)에 RF 전원을 인가하고, 기판지지대(134)에 접지 전원을 가하여 이들 사이에 전계를 형성하고 플라즈마를 생성할 수 있다. 이때, 기판지지대(134) 내부에 접지 전극(미도시)을 설치하고, 이를 통하여 기판지지대(134)를 접지시킬 수 있다.

기판지지부(130)는 챔버(100) 내에 복수 개 설치될 수 있다. 예를 들면 도 1 및 2에 나타내었듯이, 챔버(100) 내부에 4개의 기판지지부(130a, 130b, 130c, 130d)를 설치할 수 있다. 이때, 각 기판지지부(130a, 130b, 130c, 130d)를 대칭적으로 배치할 수 있다. 즉, 챔버(100) 중심을 중심으로 하여 점대칭으로 배치할 수 있다. 물론, 기판지지부(130a, 130b, 130c, 130d)는 4개뿐만 아니라 이보다 적게 설치될 수도 있고, 많이 설치될 수도 있다.

기판이동부(140)는 챔버(100) 내부에 복수 개의 기판지지부(130a, 130b, 130c, 130d)가 설치되는 경우, 챔버(100) 내에서 기판지지부와 기판지지부 간에 기판을 이동시킨다. 기판이동부(140)는 본체(101)의 바닥을 관통하는 관통구에 삽입되어 상하방향으로 배치되는 회전축(142)과, 회전축(142)의 상부에 수평방향으로 배치되는 턴테이블(144)을 포함한다. 이때, 회전축(142)은 복수의 기판지지부(130)를 구성하는 복수의 지지축(132) 중심에 배치되고, 외부의 모터 등의 구동수단이 연결되어 턴테이블(144)을 회전, 상승 및 하강시킨다. 회전축(142)과 관통구 사이는 벨로우즈(미도시) 등을 이용하여 밀폐시킴으로써 기판을 처리하는 과정에서 챔버(100) 내부의 진공이 해제되는 것을 방지한다. 턴테이블(144)은 소정 두께를 가지는 플레이트형으로, 기판지지대(134)가 삽입되는 개구(143a, 143b, 143c, 143d)를 구비한다. 예컨대 기판지지대(134)가 원판형이라면, 개구는 원형으로 형성될 수도 있으나, 도 1에 도시된 바와 같이 일측을 개방시킬 수도 있다. 이 경우 사각 형태의 턴테이블(144) 모서리가 모따기된(chamfered) 형태로 형성되어 턴테이블(144)의 회전 반경을 감소시킬 수 있어 챔버의 크기를 축소시킬 수 있는 효과가 있다. 물론, 개구의 형상은 이에 한정되지 않고 다양한 형상으로 변경 가능하다.

턴테이블(144)은 도전체 재질을 포함할 수 있다. 즉, 턴테이블(144) 전체가 도전체로 제작될 수도 있고 그 일부가 도전체로 제작될 수도 있으며, 도전체층이 턴테이블(144)의 표면에 코팅되어 형성될 수도 있다. 예를 들면, 턴테이블(144)은 알루미늄 등의 금속으로 제작될 수 있다. 또한, 턴테이블(144)은 기판지지대(134)의 외측에서 보조 접지 전극으로의 역할을 할 수 있고, 상하 방향으로 이동하여 상하 방향의 위치에 따라 기판지지대(134)와 가스분사체(110) 사이에 형성되는 플라즈마에 영향을 미칠 수 있다.

턴테이블(144)은 상술한 기판지지링(150)을 지지하도록 내측으로 돌출 형성된 돌기(146)를 구비할 수 있다. 돌기(146)는 턴테이블(144)의 내측 방향, 더 정확하게는 개구(143)의 내측벽에서 내측 방향을 향하여 돌출 연장된다. 돌기(146)는 복수의 위치에 설치되어 기판지지링(150)을 선택적으로 지지한다. 예를 들면 도 4에 나타낸 바와 같이, 개구(143)의 3 위치에서 개구(143) 중심을 향하여 돌출 형성될 수 있다. 턴테이블(144)은 기판지지링(150)을 지지하기 위하여 돌기(146) 이외에도 다양한 구조로 변경을 할 수도 있다. 예를 들면, 돌기(146)가 개구(143)의 가장자리에 불연속적으로 형성된 형태라면, 돌기(146)가 개구(143)의 가장자리를 따라 연속적으로 형성되는 단턱일 수도 있다. 이때, 단턱은 턴테이블(144)의 상부면보다 낮은 단차를 가지며 형성될 수 있으며, 단턱에 의해 형성되는 개구(143)의 내경을 기판지지링(150)의 외경보다 작게 형성함으로써 단턱에 기판지지링(150)이 지지될 수 있도록 할 수 있다.

턴테이블(144)은 챔버(100) 내에 복수의 기판지지부(130)가 설치되는 경우, 각각의 기판지지대(134)의 외측에 위치하는 하나의 플레이트로 제작될 수 있다. 예를 들면 도 1에 나타내었듯이, 챔버(100) 내부에 4개의 기판지지대(134)를 배치하는 경우, 턴테이블(144)은 4개의 개구(143)을 구비하는 하나의 플레이트로 제작되어, 개구(143) 내측에 기판지지대(134)가 배치될 수 있다.

기판지지링(150)은 기판지지대(134)와 턴테이블(144)에 선택적으로 지지되며, 기판(W)을 챔버(100) 내에서 이송할 때 사용된다. 즉, 기판지지링(150)은 기판지지대(134) 상에서는 기판지지대(134) 가장자리의 단턱에 안착되며, 턴테이블(144) 상에서는 내측으로 돌출 형성된 돌기(146) 또는 단턱에 안착된다. 기판지지링(150)은 기판의 하부에서 기판 저면의 가장자리를 지지하며, 이에 지지되는 기판(W)의 외곽 형상에 대응하는 형상으로 형성될 수 있다. 예컨대, 기판(W)이 원판형의 웨이퍼라면, 기판지지링(150)은 소정 폭을 가지는 원형 링일 형상일 수 있다. 이때 기판지지링(150)의 폭은 기판(W)의 가장자리가 안정적으로 지지될 수 있을 정도의 폭이다. 또한, 기판지지링(150)의 두께는 기판지지대(134)의 단턱의 두께와 같거나 이 보다 작을 수 있다. 그리고 기판지지링(150)에는 기판이 안착되는 안착홈이 형성될 수 있다. 이로부터 기판지지링(150)과 그 상부에 지지된 기판(W)이 기판지지대(134)에 위치하는 경우 기판(W)이 기판지지대(134)의 상부면에 안정적으로 접촉되면서 지지될 수 있다.

기판지지링(150)은 기판 처리 시 기판지지대(134)에 구비되는 발열체에 의해 기판을 가열하는 경우, 기판지지링(150)에 의해 지지되는 기판(W)의 가장자리영역에서 온도편차가 발생하는 것을 억제하기 위하여 기판지지대(134)와 유사한 재질로 형성되는 것이 좋다.

상술된 턴테이블(144), 기판지지링(150)은 복수의 기판지지대(134) 간에 기판(W)을 이송하거나, 챔버 내에서 기판을 상하방향으로 이동시킬 때 사용된다. 즉, 턴테이블(144)은 기판지지링(150)에 의해 기판을 지지한 상태로 회전하여 기판의 위치를 이동시키는 역할을 한다. 도 2를 참조하여 B 위치의 기판지지대(134)에 안착된 기판을 C 위치의 기판지지대(134)로 이동시키는 경우를 예시적으로 설명하면 다음과 같다. 기판지지부(130)의 지지축(132)이 하강하면, 기판은 기판지지링(150)의 가장자리에 안착된 상태로 턴테이블(144)에 지지된다. 이후, 턴테이블(144)을 시계방향으로 약 90°회전시키면 B 위치의 기판지지대(134)에 위치하던 기판은 C 위치로 이동하게 되고, 기판지지부(130)의 지지축(132)이 상승하면 턴테이블(144)에 의해 지지되던 기판이 C위치의 기판지지대(134) 상에 안착된다. 턴테이블(144)은 이와 같은 방법으로 기판을 이동시켜 기판 이송 로봇을 통해 챔버 내부로 로딩되는 기판을 기판지지대에 안착시키거나 처리가 완료된 기판을 언로딩시킬 수 있다. 또한, 기판 처리를 위해 기판을 각 처리 영역으로 순차적으로 이동시킬 수 있다.

가스분사체(110)는 챔버(100) 내부의 기판지지대(134)와 마주보고 이격하여 배치되며, 기판지지대(134) 측으로 기판 처리를 위한 공정 가스를 분사한다. 또한, 가스분사체(110)는 외부의 전원(미도시)과 연결되어, 플라즈마 발생을 위한 상부 전극으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 가스분사체(110)에는 RF(Radio Frequency) 전력을 인가하고 기판지지대(134)는 접지시켜, 챔버(100) 내의 증착 공간인 반응 공간에 RF를 이용하여 플라즈마를 여기시키게 된다. 이때, 기판지지대(134)는 내부의 접지 전극을 통하여 접지될 수 있다. 여기에서는 가스분사체에 RF 전원이 인가하여 기판 처리 공간에 플라즈마를 형성하는 것으로 설명하지만, 가스분사체에서 공정가스를 여기시켜 기판처리공간으로 분사할 수도 있고, 챔버 외부에서 공정가스를 여기시킨 후 기판처리공간으로 분사할 수도 있음은 물론이다.

제어기(미도시)는 지지축(132), 회전축(142), 가스분사체(110), 전원 등의 구동을 제어한다. 특히, 제어기는 지지축(132) 및 회전체를 독립적으로 구동하여 기판지지대(134) 및 턴테이블(144)의 높이를 독립적으로 조절하여 챔버(100) 내에서 기판을 원활하게 이동시킬 수 있다.

이상에서는 챔버 내에 복수 개, 예컨대 4개의 기판지지부가 구비된 경우에 대해서 설명하였으나, 챔버 내에는 1개의 기판지지부가 구비될 수 있다. 이 경우, 챔버 내부에서 기판지지대 간에 기판을 이동시킬 필요가 없으므로 기판이동부의 구성이 제외될 수 있으며, 나머지 구성은 모두 동일하다.

하기에서는 기판 처리 장치의 변형 예에 대해서 설명한다.

도 6 내지 도 8은 본 발명의 변형 예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 단면도이다.

도 6을 참조하면, 탑리드(102)의 연장부(102')에는 단차가 형성될 수 있다. 단차는 연장부(102')의 상부측보다 하부측이 챔버(100)의 외측방향으로 'Z'만큼 파여져서 연장부(102')와 기판지지대(134)에 의해 형성되는 기판 처리 공간으로 공급되는 공정 가스의 배기 경로를 증가시킬 수 있다. 즉, 탑리드(102)의 연장부(102')는 챔버(100) 본체(101)의 두께보다 두껍게 형성될 수 있는데, 이 경우 가스분사체(110)에서 분사되는 공정 가스의 배기 경로가 충분하게 형성되지 않기 때문에 연장부(102')의 일부, 구체적으로는 하부를 기판 처리 공간의 외측으로 파인 형태로 형성하여 하부로 갈수록 기판지지대(134)와 연장부(102') 사이에 형성되는 배기 경로의 폭(수평방향 길이)을 증가시킴으로써 배기 효율을 향상시킬 수 있다. 도 7을 참조하면, 탑리드(102)의 연장부(102')에 곡면이 형성될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 탑리드(102)의 연장부(102')에 단차를 형성하는 경우, 단차가 형성되는 영역에 첨부(尖部)가 형성되는데, 기판 처리 영역에 플라즈마를 형성하는 경우 첨부에 플라즈마가 집중되어 기판 처리 영역 전체에 걸쳐 플라즈마가 균일하게 형성되지 않을 수 있고, 또한 탑리드(102)를 손상시킬 수 있는 문제점이 있다. 이에 연장부(102')에 곡면(T)을 형성함으로써 기판 처리 공간 내에 플라즈마를 균일하게 형성하는 동시에, 플라즈마에 의한 탑리드(102)의 손상을 억제할 수 있다.

도 8을 참조하면, 탑리드(102)의 연장부(102')에 커튼 가스를 분사하는 커튼 가스 분사부(200)를 형성할 수도 있다. 커튼 가스 분사부(200)는 탑리드(102)의 연장부(102')에 기판지지대(134)의 가장자리를 따라 커튼 가스를 분사하도록 형성될 수 있다. 또한, 커튼 가스 분사부(200)는 기판지지대(134) 이외의 영역에 걸쳐 커튼 가스를 분사하도록 형성될 수도 있다. 커튼 가스 분사부(200)는 탑리드(102)의 연장부(102') 내부에 커튼 가스가 유입되는 가스 확산 공간(210)을 형성하고, 연장부(102')의 하부에 가스 확산 공간(210)을 커버하고 복수의 분사공이 형성되는 분사판(230)을 결합시켜 형성될 수 있다. 가스 확산 공간(210)은 탑리드(102)를 관통하는 도입관(201)을 통해 외부의 커튼 가스 공급원에 연결될 수 있다. 이때, 가스 확산 공간(210)은 전술한 바와 같이 커튼 가스 분사 영역에 따라 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 예컨대 기판지지대(134)의 가장자리를 따라 커튼 가스를 분사하도록 링형태로 형성될 수 있다. 또한, 가스 확산 공간(210) 내부에는 복수의 분사공이 형성되는 확산판(220)을 개재하여 가스 확산 공간을 복수의 층(210a, 210b)으로 분할하고, 외부에서 유입되는 커튼 가스를 각 층에서 확산시킨 다음 분사판(230)을 통해 챔버(100) 내부로 분사시킬 수 있다. 이와 같은 커튼 가스 분사부(200)는 수직방향으로 가스를 분사하도록 형성될 수도 있고, 틸팅되도록 형성될 수도 있다. 후자의 경우 탑리드(102)와 가스분사체(110) 사이에 절연체(120)가 개재되어 있기 때문에 커튼 가스 분사부(200)의 위치가 가스분사체(110)로부터 이격되어 형성되어, 커튼 가스를 기판지지대(134) 가장자리를 따라 분사하기 어려울 수 있기 때문이다. 따라서 커튼 가스 분사부(200)를 틸팅시켜 형성함으로써 기판지지대(134)의 가장자리를 따라 커튼 가스를 분사하여 각 기판 처리 공간을 보다 정확하게 분리할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 챔버 101: 본체
102: 탑리드 102': 연장부
110: 가스분사체 130: 기판지지부
140: 기판이동부 150: 기판지지링

Claims

상부가 개방되고 내부 공간이 형성되며 하부에 배기구가 형성되는 본체와,
상기 본체의 상부에 구비되어, 적어도 상기 본체의 상부 일부를 커버하는 탑리드와,
상기 본체 내부에 구비되어 기판을 지지하는 기판지지대와,
상기 기판지지대에 대향되게 상기 탑리드에 장착되어 상기 기판지지대로 공정 가스를 분사하는 가스분사체를 포함하고,
상기 탑리드에는 상하방향으로 연장되어 그 내부에 기판이 처리되는 공간을 형성하는 연장부가 구비되고, 상기 기판이 처리되는 공간에서 상기 기판지지대의 가장자리와 상기 연장부의 내벽 사이에 상기 공정 가스의 배기 경로가 형성되며,
상기 기판지지대는, 상하이동 가능하며, 상승을 통해 상기 탑리드와 함께 연장부 내에 상기 기판이 처리되는 공간을 형성하며,
상기 기판지지대에 지지되는 상기 기판은 상기 기판지지대의 상승을 통해 상기 기판이 처리되는 공간 내로 삽입되어 처리되며,
상기 탑리드에는 상하방향으로 연장되는 상기 연장부를 통해 상기 기판이 처리되는 공간이 복수 개 구비되고,
상기 가스분사체와 기판 지지대는 상기 기판이 처리되는 공간의 개수에 대응하는 개수로 구비되며,
복수의 상기 기판 지지대는, 상승 시 상기 연장부와의 간섭없이 대응되는 상기 기판이 처리되는 공간의 상기 연장부 내로 적어도 일부가 삽입 가능하도록, 평면 상 면적이 각각 대응되는 상기 기판이 처리되는 공간의 평면 상 면적보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 본체 내부에는 상기 복수의 기판 지지대 사이에 기판을 이동시키는 기판이동부를 구비하는 기판 처리 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 기판이동부는
상기 본체 내부에 상하방향으로 배치되어 회전, 상승 및 하강하는 회전축,
상기 회전축의 상부에 수평방향으로 연결되며, 내측에 상기 복수의 기판지지대가 관통하는 복수의 개구가 형성되는 턴테이블 및
상기 턴테이블 상부에 상기 개구에 대응하는 위치에 구비되어 기판의 가장자리를 지지하는 복수의 기판지지링을 포함하며,
상기 개구에는 상기 기판지지링을 지지하도록 상기 개구 내측으로 돌기가 구비되고,
상기 기판지지링은 상기 기판지지대와 턴테이블에 선택적으로 지지되는 기판 처리 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 탑리드에는 커튼 가스를 분사하는 커튼 가스 분사부가 구비되는 기판 처리 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 커튼 가스 분사부는,
상기 탑리드 내부에 외부의 커튼 가스 공급원과 연통되는 커튼 가스 확산 공간과,
상기 탑리드의 하부에서 상기 커튼 가스 확산 공간에 결합되고, 복수의 분사공이 형성되는 분사판을 포함하는 기판 처리 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 커튼 가스 확산 공간 내부에 상기 커튼 가스 확산 공간을 복수의 층으로 분할하고, 복수의 분사공이 형성되는 확산판이 구비되는 기판 처리 장치.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 탑리드에는 상기 탑리드를 상하방향으로 관통하는 삽입구가 형성되고,
상기 삽입구의 내측 가장자리에는 상기 삽입구를 통해 삽입되는 상기 가스분사체를 지지하는 단턱이 형성되는 기판 처리 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 탑리드와 상기 가스분사체 사이에 절연체가 구비되는 기판 처리 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 연장부의 내측 둘레면은 연속되는 하나의 면으로 형성되는 기판 처리 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 연장부의 적어도 일부는 상기 기판이 처리되는 공간의 외측으로 파여져서 하부로 갈수록 상기 배기 경로의 폭이 증가하는 기판 처리 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 연장부의 적어도 일부에 곡면이 형성되는 기판 처리 장치.