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KR20220140263A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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KR20220140263A
KR20220140263A KR1020210046542A KR20210046542A KR20220140263A KR 20220140263 A KR20220140263 A KR 20220140263A KR 1020210046542 A KR1020210046542 A KR 1020210046542A KR 20210046542 A KR20210046542 A KR 20210046542A KR 20220140263 A KR20220140263 A KR 20220140263A
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substrate
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unit
measuring
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KR1020210046542A
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박경란
박광수
전부경
최철영
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주성엔지니어링(주)
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는 챔버, 챔버 내부에 설치되고, 기판이 안착되는 안착영역을 포함하는 지지대, 챔버의 상부에 설치되어 지지대의 온도를 측정하는 제1측정부, 챔버의 상부에 설치되어 상기 지지대 상에 안착된 기판의 온도를 측정하는 제2측정부, 지지대의 하측에 설치된 가열부 및 제1측정부 및 제2측정부 중 적어도 하나에서 측정된 온도에 따라 상기 가열부의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 의하면, 지지대 상에 기판이 안착된 후 기판을 목표하는 공정 온도로 조절하는 시간을 단축할 수 있다. 또한, 기판 처리 공정 시에 기판의 온도를 보다 정확하게 측정할 수 있다. 이에 따라 기판을 공정 온도로 조절 또는 유지시키는 것이 용이하고, 온도에 따른 기판 처리 불량 발생을 방지할 수 있다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{APPRATUS FOR PROCESSING SUBSTRATE AND METHOD FOR PROCESSING SUBSTRATE}
본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판 처리 불량 발생을 방지할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
기판 상에 박막을 성장시키는 기판 처리 장치는 기판을 지지하는 지지대, 지지대를 가열하는 가열부 및 기판의 온도를 측정하는 파이로미터를 포함한다. 가열부는 파이로미터에서 측정된 온도에 따라 그 동작이 제어된다. 그리고 파이로미터는 설정된 기판의 방사율을 이용하여 온도를 측정한다.
한편, 지지대 상에 기판이 안착되기 전에 상기 지지대의 온도를 목표 공정 온도에 가깝게 조절할 필요가 있다. 그런데 파이로미터는 기판의 방사율을 적용하여 온도를 측정하도록 설정되어 있기 때문에, 지지대의 온도를 정확하게 측정할 수 없다. 이에, 파이로미터에서 측정된 온도와 지지대의 실제 온도 간의 차이가 크게 발생된다. 따라서, 파이로미터에서 측정된 온도에 따라 가열부를 제어하여 지지대의 온도를 조절한 상태에서, 지지대에 기판을 안착시켜 기판의 온도를 공정 온도로 조절하기 위해서는 장 시간이 소요되거나, 조절이 쉽지 않은 문제가 있다.
그리고, 기판이 공정 온도로 조절되지 않는 경우, 성장막에 불량이 발생될 수 있고, 기판을 공정 온도로 조절하기 위해 장시간이 필요하므로 전체 공정 시간이 증가하는 문제가 있다.
한국등록특허 10-1728072
본 발명은 기판의 온도에 따른 불량을 방지할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공한다.
본 발명은 기판의 온도를 공정 목표온도로 용이하게 조절할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 챔버; 상기 챔버 내부에 설치되고, 기판이 안착되는 안착영역을 포함하는 지지대; 상기 챔버의 상부에 설치되어 상기 지지대의 온도를 측정하는 제1측정부; 상기 챔버의 상부에 설치되어 상기 지지대 상에 안착된 기판의 온도를 측정하는 제2측정부; 상기 지지대의 하측에 설치된 가열부; 및 상기 제1측정부 및 제2측정부 중 적어도 하나에서 측정된 온도에 따라 상기 가열부의 동작을 제어하는 제어부; 를 포함한다.
상기 지지대는 상기 안착영역의 외측인 외측영역을 포함하고, 상기 제1측정부는 상기 외측영역과 마주보도록 상기 챔버의 상부에 설치되고, 상기 제2측정부는 상기 안착영역과 마주보도록 상기 챔버의 상부에 설치될 수 있다.
상기 제2측정부는 상기 기판이 반입 및 반출되도록 상기 챔버에 마련된 게이트의 반대쪽에서, 상기 안착영역의 가장자리와 마주보도록 설치될 수 있다.
상기 제어부는, 적어도 상기 지지대 상에 안착된 기판을 처리하는 공정을 실시하는 동안에는 상기 제2측정부로부터 측정된 온도에 따라 상기 가열부의 동작을 제어하고, 상기 기판 처리 공정 외의 시간 중 적어도 일부의 시간 동안에는 상기 제1측정부로부터 측정된 온도에 따라 상기 가열부의 동작을 제어할 수 있다.
상기 챔버 내부, 지지대 및 기판 중 적어도 하나의 온도를 측정할 수 있도록 상기 챔버의 측면에 설치된 제3측정부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 방법은 챔버의 내부에 위치하는 지지대의 하부에 설치된 가열부를 동작시키는 가열단계; 제1측정부를 이용하여 상기 지지대의 온도를 측정하는 제1측정단계; 상기 지지대가 기 설정한 제1온도가 되면, 상기 지지대 상에 기판을 안착시키는 안착단계; 제2측정부를 이용하여 상기 지지대 상에 안착된 기판의 온도를 측정하는 제2측정단계; 및 상기 제1측정부 및 제2측정부 중 적어도 하나에서 측정된 온도에 따라 상기 가열부의 동작을 제어하는 제어단계;를 포함할 수 있다.
상기 안착단계와 제2측정단계 사이에 실시되며, 상기 기판의 온도를 기 설정한 제2온도가 되도록 하는 승온단계를 더 포함할 수 있다.
상기 가열단계는 제3측정부를 이용하여 상기 챔버 내부, 지지대 및 기판 중 적어도 하나의 온도를 측정하는 제3측정단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 기판이 지지대 상에 안착되기 전에 지지대의 외측영역과 마주보게 배치된 측정부에서 측정된 온도를 통해 가열부의 동작을 제어한 후, 기판 처리 공정 시에는 지지대의 안착영역과 마주보게 배치된 측정부에서 측정된 온도를 통해 가열부의 동작을 제어한다.
이에, 지지대 상에 기판이 안착된 후 상기 기판을 목표하는 공정 온도로 조절하는 시간을 단축할 수 있다. 또한, 기판 처리 공정 시에 기판의 온도를 보다 정확하게 측정할 수 있다. 이에 따라 기판을 공정 온도로 조절 또는 유지시키는 것이 용이하고, 온도에 따른 기판 처리 불량 발생을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제1 및 제2측정부가 지지대의 상측에 설치된 상태를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 동작을 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 구성요소를 지칭한다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치에 대해 설명한다. 이때, 기판은 예컨대 웨이퍼(wafer) 일 수 있다. 또한, 기판 처리 장치는 기판 상에 에피택셜층을 형성하는 성막 장치인 것으로 예를 들어 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치를 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제1 및 제2측정부가 지지대의 상측에 설치된 상태를 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는 내부공간을 가지는 챔버(100), 기판(S)을 지지할 수 있도록 챔버(100) 내부에 설치된 지지대(200), 적어도 일부가 지지대(200)와 대향하도록 챔버(100)의 외부에 설치된 가열부(300), 지지대(200)와 마주보게 설치되어 온도를 측정하는 제1측정부(400a), 지지대(200) 중 기판(S)이 안착되는 영역과 마주보게 설치되어 온도를 측정하는 제2측정부(400b), 제1 및 제2측정부(400a, 400b)로부터 측정된 온도에 따라 가열부(300)의 동작을 제어하는 제어부(500)를 포함할 수 있다.
또한, 기판 처리 장치는 제1 및 제2측정부(400a, 400b)와 별도로 마련된 제3측정부(400c), 지지대(200) 상에 안착된 기판(S)을 향해 공정을 위한 가스를 분사하도록 챔버(100)에 설치된 분사부(600), 지지대(200)를 승하강시키거나 회전시키는 구동부(700), 챔버(100) 내부의 가스 및 불순물을 배기하는 배기부(미도시)를 포함할 수 있다.
챔버(100)는 챔버몸체(110), 챔버몸체(110)의 상부에 설치된 상부몸체(120) 및 챔버몸체(110)의 하부에 설치된 하부몸체(130)를 포함할 수 있다. 챔버몸체(110)는 상부 및 하부가 개방된 통 형상일 수 있고, 챔버몸체(110)의 상부 개구를 커버하도록 상부몸체(120)가 설치되고, 챔버몸체(110)의 하부 개구를 커버하도록 하부몸체(130)가 설치될 수 있다. 그리고, 상부몸체(120)는 그 폭 방향 중심으로 갈수록 높이가 증가하는 경사면을 가지는 돔(dome) 형상일 수 있다. 이러한 챔버(100) 즉, 챔버몸체(110), 상부몸체(120) 및 하부몸체(130) 각각은 빛이 투과할 수 있는 투명 재질로 마련될 수 있으며 예컨대 석영(quartz)으로 마련될 수 있다.
지지대(200)는 일면 예컨대 상부면에 기판(S)이 지지되는 수단으로, 챔버(100)의 내부에 설치될 수 있다. 이러한 지지대(200)는 기판(S)에 비해 큰 면적을 가지도록 마련되며, 기판(S)과 대응하는 형상 예컨대 사각형 또는 원형의 형상으로 마련될 수 있다.
상술한 바와 같이 지지대(200)는 기판(S)에 비해 큰 면적으로 마련될 수 있다. 이에 지지대(200)의 상부면에 기판(S)이 안착되는 경우 도 2와 같이, 상기 지지대(200)의 상부면 중 일부 영역은 기판(S)에 의해 커버되지 않고 노출될 수 있다. 그리고 지지대(200)의 상부면에 기판(S)이 안착되는데 있어서 미리 정해진 위치에 안착될 수 있다. 따라서, 지지대(200)의 상부면이 기판(S)이 안착되는 영역(이하, 안착영역(SA)) 및 상기 안착영역(SA)의 외측의 영역이며 기판(S)이 안착되지 않고 노출되는 영역(이하, 외측영역(OA))으로 나누어 지는 것으로 설명될 수 있다. 다른 말로 설명하면 지지대(200)는 기판(S)이 안착되는 안착영역(SA) 및 상기 안착영역(SA) 외의 영역인 외측영역(OA)을 포함할 수 있다.
가열부(300)는 챔버(100) 내부 및 지지대(200)를 가열하는 수단으로, 챔버(100)의 외부에 설치될 수 있다. 보다 구체적으로 가열부(300)는 지지대(200)의 하측에 위치하도록 챔버(100)의 외부에 설치될 수 있다. 이러한 가열부(300)는 복수의 램프를 포함하는 수단일 수 있고, 복수의 램프는 지지대(200)의 폭 방향으로 나열되게 설치될 수 있다. 그리고 복수의 램프는 복사열을 방출하는 할로겐 등과 같은 램프를 포함할 수 있다.
분사부(600)는 챔버(100) 내부에서 지지대(200) 상에 안착된 기판(S)을 향해 공정 가스를 분사할 수 있다. 분사부(600)는 가스가 분사되는 일단이 챔버(100) 내부에 위치될 수 있도록 챔버(100)에 설치될 수 있다. 이때, 분사부(600)는 도 1에 도시된 바와 같이 챔버(100)의 측부 예컨대 챔버몸체(110)에 설치될 수 있으며, 가스가 통과할 수 있는 파이프(pipe) 형태일 수 있다. 또한, 분사부(600)는 도 1에 도시된 바와 같이 가스가 분사되는 일단으로 갈수록 그 높이가 높아지도록 상향 경사지게 마련될 수 있다.
물론, 분사부(600)의 설치 위치, 배치 및 형상 등은 상술한 예에 한정되지 않고 다양하게 변형될 수 있다. 즉, 분사부(600)는 가스가 분사되는 일단이 지지대(200)와 마주볼 수 있다면 어떠한 위치에 설치되어도 무방하며, 예컨대 챔버(100)의 상부몸체(120)에 설치될 수 있다. 또한, 분사부(600)는 상향 경사지지 않고 수평한 상태로 마련될 수 있고, 파이프 형상에 한정되지 않고 기판(S)을 향해 가스를 분사할 수 있는 다양한 형태로 변형될 수 있다.
이러한 분사부(600)로부터 분사되는 공정 가스는 예컨대 기판(S) 상에 에피택셜층을 형성하기 위한 가스일 수 있다. 예를 들어 설명하면, 에피택셜층으로 SiC층을 형성하는 경우 공정 가스는 실리콘(Si)을 함유하는 소스 가스와 탄소(C)를 함유하는 반응 가스를 포함할 수 있다. 또한, 에피택셜층으로 SiGe층을 형성하는 경우 공정 가스는 실리콘(Si)을 함유하는 소스 가스와 게르마늄(Ge)을 함유하는 반응 가스를 포함할 수 있다. 여기서 실리콘(Si) 함유 가스는 예컨대 SiH4, Si2H6 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 탄소(C) 함유 가스는 SiH3CH3를 포함할 수 있으며, 게르마늄(Ge) 함유 가스는 GeH4를 포함할 수 있다.
구동부(700)는 지지대(200)를 승하강 및 회전 중 적어도 하나로 동작시키는 수단일 수 있다. 구동부(700)는 챔버(100)의 하부 외측에 설치되어 승하강 및 회전 중 적어도 하나의 동력을 제공하는 구동원(710) 및 일단이 지지대(200)에 연결되고 타단이 구동원(710)에 연결된 구동축(710)을 포함할 수 있다. 이러한 구동부(700)에 의하면, 구동원(710)의 동작에 위해 구동축(710) 및 이에 연결된 지지대(200)가 승하강 및 회전 중 적어도 하나로 동작할 수 있다.
제1측정부(400a)는 지지대(200)의 온도를 측정하는 수단일 수 있다. 이러한 제1측정부(400a)는 도 1 및 도 2와 같이 지지대(200) 상부면의 외측영역(OA)과 마주보도록 배치될 수 있다. 그리고, 제2측정부(400b)는 지지대(200) 상에 안착된 기판(S)의 온도를 측정하는 수단으로서, 지지대(200) 상부면의 안착영역(SA)과 마주보도록 배치될 수 있다.
그리고 제2측정부(400b)는 도 2와 같이 지지대(200) 안착영역(SA)의 가장자리와 마주볼 수 있도록 배치되는 것이 바람직할 수 있다. 보다 구체적으로 제2측온보(400b)는 기판(S)이 장입되는 게이트와 반대쪽에서 지지대(200) 안착영역(SA)의 가장자리와 마주볼 수 있도록 배치될 수 있다. 이는, 기판(S)의 반입 및 반출시에 상기 기판(S)과의 간섭을 최소화시키기 위함이다.
또한, 제1 및 제2측정부(400a, 400b) 각각은 지지대(200)의 상측에 위치하도록 챔버(100)의 상부에 설치될 수 있다. 즉, 제1 및 제2측정부(400a, 400b) 각각은 도 1에 도시된 바와 같이 챔버(100)의 상부인 상부몸체(120)에 설치될 수 있다. 또한, 제1 및 제2측정부(400a, 400b) 각각은 적어도 지지대(200)를 향하는 일단이 챔버(100)의 내부에 위치하도록 설치될 수 있다. 이를 위해, 제1 및 제2측정부(400a, 400b)는 상부몸체(120)를 상하방향으로 관통하도록 설치될 수 있다. 그리고 제1측정부(400a)와 제2측정부(400b)는 지지대(200)의 폭 방향으로 나열되게 배치될 수 있다.
물론, 제1 및 제2측정부(400a, 400b)에 설치 위치는 상술한 예에 한정되지 않고, 제1측정부(400a)가 지지대(200)의 외측영역(OA)과 마주보고, 제2측정부(400b)가 안착영역(SA)과 마주볼 수 있다면 어떠한 위치에 설치되어도 무방하다.
상술한 바와 같이, 제1측정부(400a)는 지지대(200)의 온도를 측정하고, 제2측정부(400b)는 기판(S)의 온도를 측정할 수 있다. 즉, 제1측정부(400a)에서 온도를 측정하는 대상체와 제2측정부(400b)에서 온도를 측정하는 대상체가 서로 상이할 수 있다. 이에, 제1 및 제2측정부(400a, 400b)에서 온도를 측정 또는 검출하기 위해 사용되는 설정값이 상이할 수 있다. 즉, 제1측정부(400a)에서 온도 측정을 위해 사용되는 설정값은 지지대(200)를 구성하는 재료, 크기, 형상 등에 의한 지지대(200)의 특성에 의해 결정될 수 있다. 또한, 제2측정부(400b)에서 온도 측정을 위해 사용되는 설정값은 기판(S)을 구성하는 재료, 크기, 형상 등에 의한 기판(S)의 특성에 의해 결정될 수 있다.
그리고, 제1 및 제2측정부(400a, 400b)는 소정 범위의 온도의 측정이 용이한 또는 소정 범위의 온도를 측정할 수 있는 수단일 수 있다. 예를 들면, 제1 및 제2측정부(400a, 400b)는 100℃ 내지 200℃의 온도를 측정할 수 있는 수단일 수 있다.
예를 들어 설명하면, 제1 및 제2측정부(400a, 400b)는 비접촉 타입의 온도계일 수 있다. 더 구체적으로 제1 및 제2측정부(400a, 400b)는 적외선 방사 온도계일 수 있고, 예를 들어 대상체로부터 발생되는 복사 에너지를 이용하여 온도를 측정하는 복사 온도계(Radiation Pyrometer)인 파이로미터(pyrometer)를 포함하는 수단일 수 있다. 그리고, 제1 및 제2측정부(400a, 400b) 각각에서 온도 측정을 위해 사용되는 설정값은 방사율(emissivity)일 수 있다. 즉, 제1측정부(400a)에서 지지대(200)의 온도를 측정하기 위해 사용되는 설정값은 예컨대 지지대(200)의 방사율(emissivity)일 수 있고, 제2측정부(400b)에서 기판(S)의 온도를 측정하기 위해 사용되는 설정값은 예컨대 기판(S)의 방사율일 수 있다.
이에, 제1측정부(400a)에는 지지대(200)의 방사율이 설정 또는 저장되고, 제1측정부(400a)는 지지대(200)로부터 방출되는 적외선과 상기 지지대(200)의 방사율을 이용하여 온도를 측정 또는 검출할 수 있다. 또한, 제2측정부(400b)에는 기판(S)의 방사율이 설정 또는 저장되고, 제2측정부(400b)는 기판(S)으로부터 방출되는 적외선과 상기 기판(S)의 방사율을 이용하여 온도를 측정 또는 검출할 수 있다.이때, 지지대(200)와 기판(S)은 서로 다른 방사율을 가질 수 있고, 이에, 제1측정부(400a)에서 온도 측정에 사용되는 방사율과 제2측정부(400b)에서 온도 측정에 사용되는 방사율이 서로 다를 수 있다.
상기에서는 제1 및 제2측정부(400a, 400b)가 방사율을 이용하여 온도를 측정하는 것으로 설명하였다. 하지만 이에 한정되지 않고, 제1 및 제2측정부(400a, 400b)는 방사율 외에 지지대(200) 및 기판(S)이 가지는 다른 특성이 반영된 설정값을 이용하여 온도를 측정할 수 있다.
그리고, 제1 및 제2측정부는 대상체로부터 발생되는 복사 에너지를 이용하여 온도를 측정하는 파이로미터에 한정되지 않고, 지지대 및 기판의 온도를 비접촉 방법으로 측정할 수 있는 다양한 수단이 적용될 수 있다. 예를 들어, 적색 필터를 이용하여 대상체로부터 나오는 가시광선을 이용하여 온도를 측정하는 광고온계(optical pyrometer)를 포함하는 수단일 수 있다.
또한, 상기에서는 제1 및 제2측정부(400a, 400b) 각각이 100℃ 내지 200℃의 온도를 측정할 수 있는 수단인 것으로 예를 들어 설명하였다. 하지만, 상술한 100℃ 내지 200℃의 온도는 단지 설명을 위한 예시일 뿐이며, 제1 및 제2측정부(400a, 400b)에서 측정 가능한 온도는 100℃ 내지 200℃에 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다. 즉, 제1 및 제2측정부(400a, 400b)는 200℃ 이상에서 소정 범위 예컨대 200℃ 내지 250℃의 온도를 측정할 수 있는 수단으로 마련될 수 있다. 다른 예로, 제1 및 제2측정부(400a, 400b)는 100℃ 이하에서 소정 범위 예컨대, 0℃ 내지 100℃의 온도를 측정할 수 있는 수단으로 마련될 수 있다.
상술한 바와 같은 제1측정부(400a)는 기판 처리 공정 예컨대 성막 공정 전에 지지대(200)의 온도를 조절하기 위해 온도를 측정하는 수단일 수 있고, 제2측정부(400b)는 성막 공정시에 지지대(200)의 온도를 공정 온도로 조절하기 위해 온도를 측정하는 수단일 수 있다.
제3측정부(400c)는 제1 및 제2측정부(400a, 400b)와 다른 방법으로 온도를 측정하거나, 제1 및 제2측정부(400a, 400b)에 비해 상대적으로 낮은 범위의 온도를 용이하게 측정할 수 있는 수단일 수 있다. 예를 들어 제3측정부(400c)는 100℃ 이하의 온도를 용이하게 측정할 수 있는 수단일 수 있으며, 예컨대 열전대(thermo couple)를 포함하는 수단일 수 있다.
제3측정부(400c)에서 측정되는 온도는 상술한 100℃ 이하로 한정되지 않고, 제1 및 제2측정부(400a, 400b)에서 측정 가능한 온도에 따라 달라질 수 있다. 즉, 제3측정부(400c)는 제1 및 제2측정부(400a, 400b)에서 측정 가능한 온도에 비해 낮은 온도를 측정할 수 있도록 마련될 수 있다.
또한, 제3측정부(400c)는 열전대에 한정되지 않으며, 제1 및 제2측정부(400a, 400b)에서 측정 가능한 온도에 비해 낮은 온도를 측정할 수 있는 수단이라면 어떠한 수단이 사용되어도 무방하다.
제3측정부(400c)는 예컨대 도 1에 도시된 바와 같이 지지대(200)의 측면과 마주보도록 챔버(100)의 측벽에 설치될 수 있다. 그리고 제3측정부(400c)는 지지대(200)에 접촉되지 않게 설치되거나, 접촉되게 설치될 수 있다.
이러한 제3측정부(400c)는 기판 처리 장치의 동작을 중지(off) 시켰다가 다시 가동(on) 시킬 때, 지지대(200)를 소정온도까지 예비적으로 가열하기 위해 온도를 측정하는 수단일 수 있다. 더 구체적으로 설명하면, 지지대(200)의 온도가 소정온도 미만 예컨대 100℃ 미만으로 떨어진 상태에서 기판 처리 장치를 다시 가동시킬 때, 제3측정부(400c)에서 측정된 온도에 따라 가열부(300)의 동작을 제어할 수 있다. 그리고 제3측정부(400c)에서 측정된 온도가 소정온도 예컨대 100℃에 도달하면, 그 이후에는 제1측정부(400a) 및 제2측정부(400b) 중 적어도 하나에서 측정된 온도에 따라 가열부(300)의 동작을 제어할 수 있다.
상기에서는 제3측정부(400c)가 지지대(200)의 측면과 마주보도록 챔버(100)에 설치되어, 상기 지지대(200)의 온도를 측정하는 것을 설명하였다. 하지만, 이에 한정되지 않고 제3측정부(400c)가 지지대(200) 상에 안착된 기판(S)과 마주볼 수 있도록 챔버(100)에 설치되어, 상기 기판(S)의 온도를 측정할 수 있다. 보다 구체적인 예로, 제3측정부(400c)는 지지대(200) 상에 안착된 기판(S)의 측면과 마주볼 수 있도록 챔버(100)의 측벽에 설치될 수 있다.
제어부(500)는 가열부(300)의 동작을 제어하는 수단으로서, 제1측정부(400a) 및 제2측정부(400b) 중 적어도 하나에서 측정된 온도에 따라 가열부(300)의 동작을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 챔버(100) 내 지지대(200) 상에 기판(S)이 안착되어 있지 않을 때, 제어부(500)는 제1측정부(400a)를 통해 가열부(300)의 동작을 제어할 수 있다. 그리고 챔버(100) 내 지지대(200) 상에 기판(S)이 안착되어 있을 때, 제어부(500)는 제2측정부(400b)를 통해 가열부(300)의 동작을 제어할 수 있다. 또한, 챔버(100) 내 지지대(200) 상에 기판(S)이 안착되어 있을 때, 제어부(500)는 제1 및 제2측정부(400a, 400b) 모두에서 측정된 온도에 따라 가열부(300)의 동작을 제어할 수도 있다. 또한, 제어부(500)는 제3측정부(400c)에서 측정된 온도에 따라 가열부(300)의 동작을 제어할 수 있다.
제어부(500)가 가열부(300)의 동작을 제어한다는 것은, 가열부(300)로부터 발생되는 열 에너지가 증가 또는 감소하도록 그 동작을 제어하는 것을 의미할 수 있다. 보다 구체적으로 제어부(500)는 가열부(300)로 가해지는 전력을 증가시키거나 감소시키는 방법으로 상기 가열부(300)로부터 발생되는 열 에너지를 증가 또는 감소시킬 수 있다.
제어부(500)는 상술한 바와 같이 제1측정부(400a) 및 제2측정부(400b) 중 적어도 하나에서 측정된 온도에 따라 가열부(300)의 동작을 제어할 수 있다. 즉, 지지대(200) 상에 기판(S)이 안착되기 이전일 때, 제어부(500)는 지지대(200)의 외측영역(OA)과 마주보게 배치된 제1측정부(400a)로부터 측정(제1측정단계)된 온도(이하, 제1측정온도)에 따라 가열부(300)의 동작을 제어할 수 있다. 그리고, 지지대(200) 상에 안착된 기판(S)을 처리할 때, 제어부(500)는 지지대(200)의 안착영역(SA)과 마주보게 배치된 제2측정부(400b)로부터 측정(제2측정단계)된 온도(이하, 제2측정온도)에 따라 가열부(300)의 동작을 제어할 수 있다. 또한, 지지대(200) 상에 안착된 기판(S)을 처리하는데 있어서, 제어부(500)는 제1측정부(400a)에서 측정된 제1측정온도와 제2측정부(400b)에서 측정된 제2측정온도 모두를 이용하여 따라 가열부(300)의 동작을 제어할 수도 있다.
그리고, 기판 처리 장치의 동작을 중지(off) 시켰다가 다시 가동(on) 시킬 때, 제어부(500)는 제3측정부(400c)로부터 측정(제3측정단계)된 온도(이하, 제3측정온도)에 따라 가열부(300)의 동작을 제어할 수 있다. 즉, 기판 처리 장치의 동작을 중지(off) 시켰다가 다시 가동(on) 시키거나, 지지대(200)의 온도가 소정온도 예컨대 100℃ 미만인 상태일 경우, 제어부(500)는 먼저 제3측정부(400c)에서 측정된 온도를 이용하여 가열부(300)의 동작을 제어하여, 상기 제3측정온도가 예컨대 100℃가 되도록 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 동작을 나타낸 순서도이다. 이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 동작에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
이때, 지지대의 온도가 소정온도 이상 예컨대 100℃ 이상인 상태인 경우를 예를 들어 설명한다.
먼저, 가열부(300)를 동작시킨다(가열단계)(S1). 이때 예를 들어 가열부(300)의 동작이 중지되어 있었던 상태인 경우 상기 가열부(300)를 다시 동작시키고, 동작중인 상태였던 경우 현 상태를 유지시킬 수 있다. 가열부(300)가 동작하면 가열부(300)로부터 발생된 열에 의해 챔버(100) 내부 및 지지대(200)가 가열될 수 있다.
그리고, 제1측정부(400a)를 통해 지지대(200)의 온도를 측정하고(제1측정단계)(S2), 제어부(500)는 제1측정부(400a)에서 측정되는 온도 즉, 제1측정온도에 따라 가열부(300)의 동작을 제어한다(S3). 이때, 제어부(500)는 기 설정되어 있는 제1온도와 제1측정온도를 비교하여 가열부(300)의 동작을 제어할 수 있다. 즉, 제1측정온도가 제1온도를 벗어나는 경우 제어부(500)는 가열부(300)로 가해지는 전력을 증가시키거나 감소시키고, 제1측정온도가 제1온도를 만족하는 경우 제어부(500)는 가열부(300)로 가해지는 전력을 유지시키는 방법으로 가열부(300)의 동작을 제어할 수 있다.
여기서 제1온도는 소정의 온도 범위일 수 있고, 기판(S) 상에 박막을 형성하는 공정 온도와 근접한 온도 또는 공정 온도일 수 있다.
다음으로, 제1측정온도가 제1온도에 도달하면, 챔버(100) 내부로 기판(S)을 장입하여 지지대(200) 상에 안착시킨다(안착단계)(S4). 이때 기판(S)은 지지대(200)의 열에 의해 가열 즉, 승온될 수 있다(승온단계).
그리고, 지지대(200) 상에 기판(S)이 안착된 시점에서부터 기 설정한 기준시간이 되면(S5), 제2측정부(400b)에서 온도를 측정하기 시작한다(제2측정단계). 다른 말로 설명하면, 지지대(200) 상에 기판(S)이 안착된 시점에서부터 기준시간이 도달되는 시점이 되면, 온도를 측정하는 수단이 제1측정부(400a)에서 제2측정부(400b)로 변경된다.
또 다른 말로 설명하면, 기판(S)이 지지대(200) 상에 안착된 시점부터 기준시간이 경과되는 시점이 되면, 제어부(500)에서 가열부(300)의 동작을 제어하는 주체가 제2측정부(400b)에서 측정되는 제2측정온도로 변경된다. 즉, 기판(S)이 지지대(200) 상에 안착된 시점부터 기준시간이 되는 시점이 되면, 가열부(300)의 동작을 제어하기 위해 제어부(500)로 온도를 제공하는 수단이 제1측정부(400a)에서 제2측정부(400b)로 변경된다. 이에, 제어부(500)는 기판(S)이 지지대(200) 상에 안착된 후 기준시간에 도달하기 전까지의 구간에서는 제1측정부(400a)에서 측정되는 제1측정온도에 따라 가열부(300)의 동작을 제어하고, 기준시간이 경과되는 시점이 되면 제2측정부(400b)에서 측정된 제2측정온도에 따라 가열부(300)의 동작을 제어한다.
이때 기준시간은 기판(S)이 지지대(200) 상에 안착된 후 상기 기판(S)이 기 설정된 소정온도(이하, 제2온도)에 도달 또는 승온되는데 까지 소요되는 시간에 의해 결정되는 시간일 수 있다. 그리고 이러한 기준시간은 실제 기판 처리 공정을 위해 기판 처리 장치를 구동시키기 전에, 복수 회의 테스트를 통해 결정되어 제1 및 제2측정부(400a, 400b), 제어부(500) 중 적어도 하나에 설정된 것일 수 있다.
또한, 제2온도는 기판(S) 상에 박막을 형성하기 위한 공정 온도일 수 있고, 상기 제2온도는 제1온도와 상이하거나, 동일할 수 있다. 제1 및 제2온도는 상술한 온도에 한정되지 않고, 기판(S)의 종류, 성막 또는 성장시키고자 하는 막의 종류, 분사부(600)로부터 분사되는 가스의 종류 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
보다 구체적인 설명을 위해 기준시간이 50초인 경우를 예를 들어 설명하면 아래와 같다. 지지대(200) 상에 기판(S)이 안착된 시점에서부터 50초가 되는 시점에 제2측정부(400b)에서 온도를 측정하기 시작한다. 따라서, 기판(S)이 지지대(200) 상에 안착된 시점부터 50초가 되는 시점이 되면 제2측정부(400b)에서 측정된 제2측정온도가 제어부(500)로 전달되고, 제어부(500)는 제2측정부(400b)에서 측정된 제2측정온도에 따라 가열부(300)의 동작을 제어한다. 즉, 제어부(500)는, 기판(S)이 지지대(200) 상에 안착된 후 기준시간 즉, 50초가 되기 전까지의 구간에서는 제1측정부(400a)에서 측정되는 제1측정온도에 따라 가열부(300)의 동작을 제어하고, 50초가 되면 제2측정부(400b)에서 측정된 제2측정온도에 따라 가열부(300)의 동작을 제어한다.
상기에서는 기준시간이 50초인 것으로 예를 들어 설명하였으나, 이는 설명을 위한 예시일 뿐이며, 기준시간은 기판 및 지지대의 종류, 재료, 형성하고자 하는 박막의 재질, 두께 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
상술한 바와 같이 기판(S)이 지지대(200) 상에 안착된 시점부터 기준시간이 되면, 제어부(500)는 제2측정부(400b)에서 측정된 온도 즉, 제2측정온도에 따라 가열부(300)의 동작을 제어할 수 있다(S7). 이때, 제어부(500)는 제2측정온도와 기 설정되어 있는 제2온도를 비교하여(S7) 가열부(300)의 동작을 제어할 수 있다. 즉, 제2측정온도가 제2온도를 벗어나는 경우 제어부(500)는 가열부(300)로 가해지는 전력을 증가시키거나 감소시키고, 제2측정온도가 제2온도를 만족하는 경우 제어부(500)는 가열부(300)로 가해지는 전력을 유지시키는 방법으로 가열부(300)를 제어할 수 있다.
다음으로, 제2측정온도가 제2온도에 도달하면, 기판 처리 공정 예컨대 성막을 시작한다(S8). 이를 위해 분사부(600)를 통해 성막을 위한 가스, 예컨대 SiC 에피택셜층 형성을 위한 가스를 분사한다. 이때 분사부(600)로부터 분사되는 가스는 SiH4, Si2H6 중 적어도 하나를 포함하는 소스 가스와, SiH3CH3를 포함하는 반응 가스일 수 있다. 이때, 소스 가스와 반응 가스가 교대로 분사부(600)를 통해 분사될 있고, 복수 회에 걸쳐 교대로 분사될 수 있다.
이후, 기판 처리 공정 즉, 성막이 종료되면(S9) 챔버(100)로부터 기판(S)을 반출시킨다(S10). 이때 기판(S)이 반출되기 전 또는 성막이 종료된 후에, 제어부(500)에서 가열부(300)의 동작을 제어하는 주체가 제1측정부(400a)에서 측정되는 제1측정온도로 변경된다. 보다 더 구체적으로, 기판(S)이 지지대(200)로부터 분리되기 전에 제어부(500)에서 가열부(300)의 동작을 제어하는 주체가 제1측정부(또는 제1측정온도)로 변경된다. 이에, 성막이 종료되고 난 후 기판(S)을 반출하기 전부터 제어부(500)는 제1측정부(400a)로부터 전달된 제1측정온도에 따라 가열부(300)의 동작을 제어한다.
한편, 기판(S)이 지지대(200)로부터 분리되어 챔버(100) 밖으로 반출된 후에 가열부(300)를 제어하기 위한 주체를 제1측정부(400a)(또는 제1측정온도)로 변경하는 경우, 제2측정부(400b)로부터 측정된 제2측정온도가 오류가 발생할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 기판(S)이 지지대(200)로부터 분리된 후 반출이 종료되기 까지 지지대(200) 상에 기판(S)이 지지되지 않은 상태가 되는데, 이 시간 동안에 제2측정부(400b)는 기판(S)이 아닌 지지대(200)의 안착영역과 마주보게 된다. 이때, 제2측정부(400b)에는 기판(S)의 온도 측정을 위한 설정값 예컨대 기판(S)의 방사율이 설정되어 있기 때문에, 제2측정부(400b)는 기판(S)의 방사율을 적용하여 측정된 온도값을 출력한다. 따라서, 제2측정부(400b)에서 출력된 또는 측정된 온도는 지지대(200)의 실제 온도와 편차가 클 수 있다. 그리고 이렇게 제2측정부(400b)에서 측정된 온도에 따라 제어부(500)에서 가열부(300)의 동작을 제어하는 경우, 지지대(200)가 과도하게 가열되거나 온도가 급격하게 하락하는 등의 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 실시예에서는 기판(S)이 지지대(200)로부터 분리되기 전에 제어부(500)에서 가열부(300)의 동작을 제어하는 주체가 제1측정부(400a)(또는 제1측정온도)로 변경한다.
다음으로, 지지대(200)로부터 기판(S)을 분리시키고, 기판(S)을 챔버(100) 밖으로 반출한다(S10). 그리고 새로운 기판(S)을 처리하는데 있어서, 상술한 단계(S1-S10)를 동일한 방법으로 반복하여 실시할 수 있다
이와 같이 실시예에서는 지지대(200) 상에 기판(S)이 안착되기 전에는 제1측정부(400a)에 의해 측정된 온도에 따라 가열부(300)의 동작을 제어하고, 적어도 기판 처리 공정 시에는 제2측정부(400b)에 의해 측정된 온도에 따라 가열부(300)의 동작을 제어한다.
이렇게 기판(S)이 지지대(200) 상에 안착되기 전에 제1측정부(400a)에 의해 측정된 온도에 따라 가열부(300)의 동작을 제어함으로써, 지지대(200) 상에 기판(S)이 안착된 후 상기 기판(S)을 공정 온도로 조절하는 시간을 단축할 수 있다. 또한, 기판(S)이 지지대(200) 상에 안착되어 공정을 실시할 때 제2측정부(400b)를 통해 온도를 측정함으로써 기판(S)의 온도를 보다 정확하게 측정할 수 있다. 그리고, 제2측정부(400b)에 의해 측정된 온도에 따라 가열부(300)의 동작을 제어함으로써, 기판(S)을 공정 온도로 조절 또는 유지시키는 것이 용이하고, 이에 따라 기판(S)의 온도에 따른 성막의 불량 발생을 방지할 수 있다.
100: 챔버 200: 지지대
SA: 안착영역 OA: 외측영역
300: 가열부 400a: 제1측정부
400b: 제2측정부 400c: 제3측정부
500: 제어부 600: 배기부

Claims (8)

  1. 챔버;
    상기 챔버 내부에 설치되고, 기판이 안착되는 안착영역을 포함하는 지지대;
    상기 챔버의 상부에 설치되어 상기 지지대의 온도를 측정하는 제1측정부;
    상기 챔버의 상부에 설치되어 상기 지지대 상에 안착된 기판의 온도를 측정하는 제2측정부;
    상기 지지대의 하측에 설치된 가열부; 및
    상기 제1측정부 및 제2측정부 중 적어도 하나에서 측정된 온도에 따라 상기 가열부의 동작을 제어하는 제어부; 를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서
    상기 지지대는 상기 안착영역의 외측인 외측영역을 포함하고,
    상기 제1측정부는 상기 외측영역과 마주보도록 상기 챔버의 상부에 설치되고,
    상기 제2측정부는 상기 안착영역과 마주보도록 상기 챔버의 상부에 설치된 기판 처리 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2측정부는 상기 기판이 반입 및 반출되도록 상기 챔버에 마련된 게이트의 반대쪽에서, 상기 안착영역의 가장자리와 마주보도록 설치된 기판 처리 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    적어도 상기 지지대 상에 안착된 기판을 처리하는 공정을 실시하는 동안에는 상기 제2측정부로부터 측정된 온도에 따라 상기 가열부의 동작을 제어하고,
    상기 기판 처리 공정 외의 시간 중 적어도 일부의 시간 동안에는 상기 제1측정부로부터 측정된 온도에 따라 상기 가열부의 동작을 제어하는 기판 처리 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 챔버 내부, 지지대 및 기판 중 적어도 하나의 온도를 측정할 수 있도록 상기 챔버의 측면에 설치된 제3측정부를 포함하는 기판 처리 장치.
  6. 챔버의 내부에 위치하는 지지대의 하부에 설치된 가열부를 동작시키는 가열단계;
    제1측정부를 이용하여 상기 지지대의 온도를 측정하는 제1측정단계;
    상기 지지대가 기 설정한 제1온도가 되면, 상기 지지대 상에 기판을 안착시키는 안착단계;
    제2측정부를 이용하여 상기 지지대 상에 안착된 기판의 온도를 측정하는 제2측정단계; 및
    상기 제1측정부 및 제2측정부 중 적어도 하나에서 측정된 온도에 따라 상기 가열부의 동작을 제어하는 제어단계;를 포함하는 기판 처리 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 안착단계와 제2측정단계 사이에 실시되며, 상기 기판의 온도를 기 설정한 제2온도가 되도록 하는 승온단계를 더 포함하는 기판 처리 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 가열단계는 제3측정부를 이용하여 상기 챔버 내부, 지지대 및 기판 중 적어도 하나의 온도를 측정하는 제3측정단계를 포함하는 기판 처리 방법.
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