KR101224520B1 - 프로세스 챔버 - Google Patents

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이종화
고혁준
이장혁
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Abstract

본 발명은 기판 가열 장치를 구비한 프로세스 챔버에 관한 것으로서, 공정 진행 시에 기판을 가열하는 기판 가열 장치 및 이러한 기판 가열 장치가 적용된 프로세스 챔버이다. 본 발명의 실시 형태인 기판 가열 장치는, 복수의 기판이 이격 적층되는 보트와, 상기 보트가 내부공간에 위치하며 내부 측벽에서 이격 적층된 기판 사이로 공정가스를 흘러보내는 챔버 하우징을 구비한 프로세스 챔버의 기판 가열 장치에 있어서, 상기 보트의 하부에서 열을 발생시켜 기판을 가열하는 제1가열체를 포함한다. 또한 보트는, 상부 플레이트판과, 하부 플레이트판과, 상기 상부 플레이트판과 하부 플레이트 판을 연결하는 복수의 지지바와, 상기 지지바의 측벽에 형성된 복수의 기판 안착홈을 포함한다.

Description

프로세스 챔버{Apparatus for process chamber}
본 발명은 기판 가열 장치를 구비한 프로세스 챔버에 관한 것으로서, 공정 진행 시에 기판을 가열하는 기판 가열 장치가 적용된 프로세스 챔버이다.
반도체 소자의 스케일이 점차 축소됨에 따라 극박막에 대한 요구가 갈수록 증대되고 있으며, 콘택홀 크기가 감소되면서 단차 도포성(step coverage)에 대한 문제도 점점 더 심각해지고 있다.
일반적으로 반도체장치의 제조 공정 시에, 박막을 균일하게 증착하기 위해 스퍼터링법(sputtering), 화학기상증착법(chemical vapor deposition: CVD), 원자층증착법(atomic layer deposition: ALD)을 적용한다. 화학기상증착장치 또는 원자층증착장치의 경우 샤워헤드 방식 또는 노즐 방식으로 공정가스를 분사할 수 있다.
도 1은 샤워헤드 방식의 원자층증착장치 구성을 나타낸 개략도이다.
샤워헤드 방식의 원자층증착장치는, 반응가스와 퍼지가스가 순차적으로 공급되어 기판(3)에 원자층 증착이 이루어지는 반응 공간(1)을 갖는 프로세스 챔버(2)와, 상기 프로세스 챔버(2) 하부에 구비되어 기판(3)이 안착되는 기판지지대(4)와, 상기 기판대(4)와 대향하여 가스를 반응 공간(1)으로 분사시키는 샤워헤드(5)와 상기 샤워헤드(5)로 공급되는 공급로에 각각 구비되어 가스공급을 개폐하는 밸브(6)를 포함한다. 여기에서, 상기 프로세스 챔버(2)는 반응공간(1)에 공급된 가스를 외부로 배출시키기 위한 펌핑수단과 연결된다. 이와 같이 종래의 원자층증착장치는, 기판(3) 상에 반응가스 및 퍼지가스의 밀도를 균일하게 노출시키기 위하여 반응로(1)에서 빠른 가스공급과 제거를 위하여 작은 체적의 프로세스 챔버(2)를 구성한다.
화학기상증착장치(CVD)나 원자층증착장치(ALD)의 경우 기판 처리 양산 능력이 그리 크지 못하는 문제가 있다. 기판 지지대의 평면상에 복수의 기판이 올려져 화학기상증착 또는 원자층박막증착이 이루어진다 하더라도, 기판지지대 상에 올려질 수 있는 기판의 개수는 제한적이기 때문에 동시에 많은 수의 기판을 처리할 수 없는 한계가 있기 때문이다. 따라서 많은 수의 기판을 처리할 수 있는 프로세스 챔버가 요구되는데, 이러할 경우 기판 처리 능력을 향상시키기 위하여 기판에 열에너지를 제공하는 수단을 효과적으로 마련할 필요가 있다.
한국공개특허 10-2005-0080433호
본 발명의 기술적 과제는 화학기상증착법, 원자층증착법 등의 기판 처리하는 프로세스 챔버에서의 기판 처리 능력을 향상시키는 기판 가열 장치를 제공하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 기판에 증착되는 박막의 균일성을 향상시키는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 기판 가열 장치를 구비한 프로세스 챔버를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 형태인 기판 가열 장치는, 복수의 기판이 이격 적층되는 보트와, 상기 보트가 내부공간에 위치하며 내부 측벽에서 이격 적층된 기판 사이로 공정가스를 흘러보내는 챔버 하우징을 구비한 프로세스 챔버의 기판 가열 장치에 있어서, 상기 보트의 하부에서 열을 발생시켜 기판을 가열하는 제1가열체를 포함한다. 또한 보트는, 상부 플레이트판과, 하부 플레이트판과, 상기 상부 플레이트판과 하부 플레이트 판을 연결하는 복수의 지지바와, 상기 지지바의 측벽에 형성된 복수의 기판 안착홈을 포함한다.
또한 제1가열체가 하부 플레이트판의 상부면 또는 상부 플레이트판의 하부면에 형성되며, 제1가열체가 하부 플레이트판의 내부 또는 상부 플레이트판의 내부에 매립 형성된다.
또한 보트 승하강 수단은, 상기 하부 플레이트판을 지지하는 보트 지지대와, 상기 하층 챔버 하우징의 바닥면을 관통하여 상기 보트 지지대를 상승 및 하강시키는 승하강 회전 구동축을 포함한다.
또한 제1가열체는, 상기 하부 플레이트판과 보트 지지대를 서로 이격되도록 연결한 지지축과, 상기 지지축에 의하여 고정되며, 상기 하부 플레이트판과 보트 지지대간의 이격 공간에 수평하게 형성된 가열 플레이트판을 포함한다.
또한 프로세스 챔버는, 복수의 기판이 상하로 이격 적층되는 보트와, 상기 보트를 상승시켜 내부 공간에 위치시키며, 측벽에서 공정가스를 수평 방향으로 분사하고 이격 적층된 기판 사이로 흘러보내 외부로 배출하도록 하는 챔버 하우징과, 상기 보트를 상기 챔버 하우징의 내부로 승하강시키는 보트 승하강 수단과, 상기 챔버 하우징의 일측벽이 관통된 기판 이송 게이트와, 상기 챔버 하우징의 내부 공간의 보트에 이격 적층된 기판을 가열하는 가열 수단을 포함한다.
또한 챔버 하우징은, 내부 공간인 제1내부 공간을 가지는 하층 챔버 하우징과, 상기 하층 챔버 하우징의 상층에 위치하여 내부 공간인 제2내부 공간을 가지며, 일측 내벽에서 공정가스를 분사하여 보트에서 이격 적층된 기판 사이로 흘러보내 외부로 배출한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면 화학기상증착법, 원자층증착법 등의 기판 처리 시에 측벽에서 공정가스를 분사하는 프로세스 챔버에서 기판을 효과적으로 가열시킬 수 있다. 또한 기판을 가열하여 처리함에 있어서 프로세스 챔버 내의 전체 공간에서 균일한 열분포가 이루어지도록 할 수 있다. 따라서 프로세스 챔버에서 공정을 마친 박막에서 균일한 막질 특성을 얻을 수 있다. 또한 측벽에서 공정가스를 분사하는 프로세스 챔버에서 기판 가열 장치의 공간 차지 비중을 최소화할 수 있다.
도 1은 샤워헤드 방식의 원자층증착장치 구성을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 프로세스 챔버의 외관 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 프로세스 챔버의 분해도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 보트가 상승 또는 하강된 모습의 프로세스 챔버의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 보트에 기판이 실장됨에 따라 보트가 단계별로 상승하는 모습을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 상층 내부 하우징의 내부 측벽에 공정가스 유입 공간체 및 공정가스 배출 공간체가 구비된 모습을 도시한 그림이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 프로세스 챔버를 상측에서의 공정 가스 흐름을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 하층 챔버 내부 하우징과 보트와 서로 실링 밀폐 결합되는 모습을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 기판이 보트에 로딩되어 챔버 하우징 내에서 열처리된 후 다시 언로딩되는 과정을 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 상층 챔버 내부 하우징의 내벽에 제2가열체인 열선이 형성된 모습을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 제1가열체로서 하부 플레이트판 또는 상부 플레이트판에 열선이 매립되어 있는 모습을 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 제1가열체로서 하부 플레이트판의 밑에 가열 플레이트판을 두는 구조를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따라 가열 수단에 전원이 공급되어 열에너지가 발산되어 열에너지가 챔버에 나타나는 모습을 도시한 열에너지 분포 시물레이션 결과를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 프로세스 챔버의 외관 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 프로세스 챔버의 분해도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 보트가 상승 또는 하강된 모습의 프로세스 챔버의 단면도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 보트에 기판이 실장됨에 따라 보트가 단계별로 상승하는 모습을 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따라 상층 내부 하우징의 내부 측벽에 공정가스 유입 공간체 및 공정가스 배출 공간체가 구비된 모습을 도시한 그림이다.
프로세스 챔버는 기판 처리 능력을 향상시키기 위하여, 복수의 기판을 상하로 이격 적층시킨 후 이격 적층된 기판 사이로 공정가스를 흘러보내 기판의 표면에 증착, 식각 등의 기판 처리가 이루어지도록 한다. 이를 위하여 프로세스 챔버는, 복수의 기판이 이격 적층되는 보트(300)와, 상기 보트를 상승시켜 내부 공간에 위치시키며, 측벽에서 공정가스를 수평 방향으로 분사하고 이격 적층된 기판 사이로 흘러보내 외부로 배출하도록 하는 챔버 하우징(100,200)과, 상기 보트를 상기 챔버 하우징의 내부로 승하강시키는 보트 승하강 수단(400)과, 상기 챔버 하우징의 일측벽이 관통된 기판 이송 게이트(500)를 포함한다.
보트(300)는 복수의 기판이 상하로 이격 적층되어 있어, 적층된 기판들 사이에 이격틈이 존재하여 이러한 틈 사이로 공정가스가 유입되어 반대편으로 흘러나간다. 따라서 기판 상부면에 공정가스가 접할 수 있어 기판상에 증착 또는 식각 등의 기판 처리가 이루어질 수 있다. 기판의 이격 적층을 위하여 보트(300)는 상부 플레이트판(310), 하부 플레이트판(320), 상부 플레이트판(310)과 하부 플레이트 판(320)을 연결하는 복수의 지지바(330;330a,330b,330c), 상기 지지바의 측벽에 형성된 복수의 기판 안착홈(331)을 포함한다. 기판 안착홈(331)은 지지바(330)의 측벽에서 파여진 홈으로서, 이러한 홈에 각 기판이 안착된다. 보트는 회전을 하면서 순차적으로 소스가스, 퍼지가스, 반응가스에 기판을 반복 노출시킬 수 있다.
기판 이송 게이트(500)는 하층 챔버 하우징(200)의 일측벽에 형성되어 기판이 보트로 출입되는 게이트이다. 각각의 기판이 보트(300)에 로딩(loading) 또는 언로딩(unloading)될 때 기판 이송 게이트를 통하여 이송된다.
보트 승하강 수단(400)은 보트(300)를 상층 챔버 하우징(100)의 내부 공간과 하층 챔버 하우징(200)의 내부 공간 사이에서 보트를 상승 또는 하강시키는데, 보트 지지대(420)와 승하강 회전 구동축(410)을 구비한다. 보트 지지대(420)는 상부면에서 하부 플레이트판(320)을 지지하는데, 승하강 회전 구동축(410)이 하층 챔버 하우징(200)의 바닥면을 관통하여 보트의 하부면, 즉, 보트의 하부 플레이트판(320)을 지지한다. 보트 지지대(420)의 하부면은 승하강 회전 구동축(410)에 연결되어 모터와 같은 상하 왕복 구동원의 구동에 따라 상승 및 하강하는데, 상하 피스톤 왕복 운동을 하며 보트를 상승 또는 하강시킨다. 또한 승하강 회전 구동축(410)은 보트의 승하강(상승/하강) 동작시에 한꺼번에 보트를 승하강시키는 것이 아니라 단계별로 보트를 상승 또는 하강시킨다. 예를 들어, 도 5(a)에 도시한 바와 같이 기판 이송 게이트를 통하여 기판이 보트의 기판 안착홈에 삽입 안착된 경우, 도 5(b)에 도시한 바와 같이 보트 승하강 수단은 보트를 한 단계 더 상승시켜 다음번째의 기판 안착홈이 기판 이송 게이트에 도달하도록 한다. 이와 같이 단계별로 보트를 상승시키며 기판을 각 기판 안착홈에 안착시켜 최종적으로 도 5(c)에 도시한 바와 같이 각 기판 안착홈에 기판을 탑재하고 상층 챔버 하우징의 내부 공간으로 삽입될 수 있다. 또한 승하강 회전 구동축은 보트 지지대를 회전시킴으로써, 결과적으로 보트 지지대에 연결된 보트를 회전시킬 수 있다. 따라서 CVD 공정, ALD 공정에 상관없이 공정이 진행될 때 보트가 회전되면서, 보트 위에 놓인 기판이 소스가스, 퍼지가스, 반응가스에 순차적으로 노출될 수 있다.
챔버 하우징(100,200)은 상기 보트를 상승시켜 내부 공간에 위치시키며, 일측 내벽에서 공정가스를 수평방향으로 분사하여 이격 적층된 기판 사이로 흘러보내 외부로 배출한다. 본 발명의 실시예인 챔버 하우징은 하층 챔버 하우징(200)과 상층 챔버 하우징(100)으로 이루어진다.
하층 챔버 하우징(200)은 상측이 개방되어 내부 공간(이하, '제1내부 공간'이라 함)을 가진다. 공정이 완료되어 기판이 언로딩된 상태에서는 도 4(b)에 도시한 바와 같이 하강된 보트(300)는 하층 챔버 하우징(200)의 제1내부 공간에 위치하며, 반대로, 기판이 보트의 각 기판 안착홈에 단계별로 로딩되어 상승하게 되면 보트(300)는 상층 챔버 하우징(100)의 제1내부 공간에 존재하지 않게 된다.
상층 챔버 하우징(100)은 하측이 개방된 채 하층 챔버 하우징(200)의 상층에 위치하여 내부 공간(이하, '제2내부 공간'이라 함)을 가진다. 상층 챔버 하우징(100)의 제2내부 공간에는 하층 챔버 하우징의 제1내부 공간으로부터 상승한 보트가 위치하며, 이러한 보트에는 각 기판 안착홈에 기판이 이격 적층되어 탑재되어 있다. 상층 챔버 하우징(100)의 일측 내벽에서 공정가스가 분사되며, 보트에 이격 적층된 기판의 사이를 흘러가서 상층 챔버 하우징의 타측 내벽을 통과하여 회부로 배출된다.
상층 챔버 하우징(100)의 일측 내벽에서 타측 내벽으로 향해 공정가스가 분사되는 경우, 상층 챔버 하우징은 단일벽으로 구현될 수 있지만, 이중벽 형태로 구현될 수 있다. 즉, 상층 챔버 하우징(100)은 상층 챔버 내부 하우징(110)과 이를 이격하여 감싸는 상층 챔버 외부 하우징(120)으로 된 이중 구조의 하우징 형태로 구현될 수 있다. 내측에 위치한 상층 챔버 내부 하우징(110)은 하층 챔버 하우징(200)으로부터 상승된 보트(300)가 수납되며, 외측에 위치한 상층 챔버 외부 하우징(120)은 상층 챔버 내부 하우징(110)의 상면 및 측벽을 이격하여 감싼다.
상층 챔버 내부 하우징(110)의 일측 내벽에는 대향되는 타측 내벽을 향해 공정가스를 분사하는 공정가스 분사 수단과 하우징 내부의 공정 가스를 외부로 배출하는 공정가스 배출 수단이 구비된다. 일측 내벽에서 대향되는 타측 내벽을 향해 공정가스를 분사함으로써, 상층 챔버 하우징의 내부 공간에 존재하는 보트에 공정가스를 흘러보낼 수 있다.
공정가스 분사 수단(130)은 도 6에 도시한 바와 같이, 내부 공간을 가지는 공정가스 유입 공간체(131)와, 상기 보트에 접하는 공정가스 유입 공간체의 벽면에 형성된 다수의 가스 분사홀(132)과, 상기 공정가스 유입 공간체의 내부 공간에 공정가스를 유입시키는 공정가스 공급관(133)을 포함한다. 공정가스 유입 공간체(131)는 상하좌우 벽체로 인한 내부 공간을 가지는 공간체로서, 내부 공간에 공정가스 공급관(133)으로부터 유입된 가스가 존재한다. 공정가스 유입 공간체(131)의 내부공간으로 관통하는 다수의 가스 분사홀(132;hole)이 공정가스 유입 공간체의 벽면에 형성되어, 이러한 가스 분사홀(132)을 통하여 공정가스가 상층 챔버 내부 하우징의 내부 공간으로 유입된다. 가스 분사홀(132)은 보트에 실장된 각 기판들 이격틈 사이와 각각 매칭되는 위치에 복수개로 형성된다. 공정가스 유입 공간체의 벽면은 보트를 바라보는 벽면이다. 공정가스 공급관(133)은 공정가스 유입 공간체(131)의 내부 공간으로 공정가스를 유입시키는데, 공정가스 저장 탱크에 보관된 공정가스를 공정가스 유입 공간체(131)로 공급한다. 따라서 공정가스 공급관(133)은 공정가스 저장 탱크에 연결된 도관을 상층 챔버 내부 하우징의 벽체의 내부를 따라 형성되어, 공정가스 유입 공간체에 공정가스를 공급한다.
또한 상층 챔버 내부 하우징은 기판 처리된 공정가스를 외부로 배출하는 공정가스 배출 수단(140)을 구비한다. 공정 가스 배출 수단(140)은 도 6에 도시한 바와 같이, 공정가스 배출 공간체(141), 가스 배출홀(142), 공정가스 배출관(143), 배출펌프(미도시)를 포함한다. 공정가스 배출 공간체(141)는 상하좌우 벽체로 인한 내부 공간을 가지는 공간체로서, 상층 챔버 내부 하우징(110) 내부에서 처리되고 남은 공정가스가 유입되어 공간체 내부에 존재한다. 가스 배출홀(142)은 공정가스 배출 공간체의 면에 다수개로 형성되어, 상층 챔버 내부 하우징의 내부 공간에서 기판 처리되고 남은 공정가스가 가스 배출홀(142)을 통해 공정가스 배출 공간체(141)의 내부로 흘러들어간다. 가스 배출홀이 형성되는 공정가스 배출 공간체(141)의 벽면은 보트를 바라보는 면이다. 공정가스 배출관(143)은 고정가스 배출 공간체의 내부 공간과 배출 펌프를 연결한다. 공정가스 배출관(143)은 공정가스 배출 공간체(141)의 내부와 연결되어 상층 챔버 내부 하우징의 벽체의 내부를 따라 외부의 배출펌프(미도시)와 연결된다. 따라서 공정가스 배출 공간체(141) 내부의 공정가스는 공정가스 배출관(143)을 거쳐서 외부로 배출된다. 배출펌프(미도시)는 공정가스 배출관을 통해 공정가스를 외부로 배출하기 위한 펌핑을 수행한다.
상기와 같이 내부 공간을 가지는 공정가스 유입 공간체(131)와 공정가스 배출 공간체(141)가 상층 챔버 내부 하우징의 벽체에 형성되는데, 공정가스 유입 공간체(131)와 공정가스 배출 공간체(141)는 보트를 사이에 두고 서로 마주 보며 대향되는 위치에 형성된다. 공정가스 유입 공간체(131)에서 분사되는 공정가스는 펌핑 배출압에 의하여 보트에 실장된 기판들 사이의 이격틈을 가로질러서 공정가스 배출 공간체(141)의 내부로 흘러간 후 외부로 배출된다. 공정가스 유입 공간체(131)와 공정가스 배출 공간체(141)는 상층 챔버 내부 하우징의 측벽에 매립 형성될 수 있지만, 별도의 기구물로서 측벽의 내부면에 결합되어 형성될 수 있다.
참고로, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 프로세스 챔버를 상측에서 바라본 모습으로서, 공정가스가 상층 챔버 내부 하우징의 일측벽에서 타측벽으로 흘러가는 모습을 도시한 그림이다. 공정가스 유입 공간체(130)의 가스 분사홀에서 분사된 공정가스는 상층 챔버 내부 하우징(110)의 내부 공간을 수평으로 가로질러, 마주보며 대향된 위치의 타측벽에 위치한 공정가스 배출 공간체(140)로 흘러감을 알 수 있다. 공정가스 배출 공간체(140)에 연결되어 있는 펌프배출압에 의하여 공정가스 흐름을 유도할 수 있다.
한편, 보트(300)에 기판이 탑재되어 상층 챔버 내부 하우징(110)의 내부 공간으로 상승하게 되면, 보트와 상층 챔버 하우징은 외부와의 밀폐성을 유지하도록 서로 실링되어야 한다. 이러한 밀폐성(기밀성)을 위하여 보트 지지대(420)와 상층 챔버 내부 하우징(120)은 오링(O-ring)과 같은 실링제 결합체에 의하여 실링된다. 이를 위하여 도 8(a)에 도시한 바와 같이 보트 지지대(420)의 외주 바깥쪽 상부면에는 오링홈(421)이 형성된다. 외주 바깥쪽 상부면은 상층 챔버 내부 하부징(110)의 바닥면과 닿는 면이다. 보트 지지대(420)와 닿는 상층 챔버 내부 하우징(110)의 바닥면에는 보트 지지대의 오링 홈(421)과 대향되는 위치에 오링(111;O-ring)이 형성된다. 따라서 보트(300)가 상승하여 상층 챔버 내부 하우징(110)으로 수납되면, 도 8(b)에 도시한 바와 같이 상층 챔버 내부 하우징의 바닥면에 형성된 오링(O-ring)이 보트 지지대의 상부면에 형성된 오링 홈에 삽입되어, 밀폐성을 유지할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 기판이 보트에 로딩되어 챔버 하우징 내에서 열처리된 후 다시 언로딩되는 과정을 도시한 도면이다.
우선, 로딩하는 과정을 설명하면, 도 9(a)에 도시한 바와 같이 기판 이송 게이트를 통하여 보트의 제일 마지막단의 기판 안착홈부터 기판이 이송되어 안착된다. 기판이 안착되면 다음번째의 기판 안착홈이 기판 이송 게이트에 위치하도록 보트가 상승되고 이송되는 기판이 해당 기판 안착홈에 안착된다. 따라서 도 9(b)에 도시한 바와 같이 보트가 상승하며 각 기판 안착홈에 기판이 안착된다. 보트의 상승에 따라 기판이 안착되고 나면, 도 9(c)에 도시한 바와 같이 기판 안착홈에 기판이 안착된 보트가 상층 챔버 내부 하우징에 수납된다. 그 후 도 9(d)에 도시한 바와 같이 공정가스가 측벽에서 흘러나와 기판 상부면에 닿아서 기판 처리가 이루어진다. 기판 처리 공정이 완료되면 도 9(e)에 도시한 바와 같이 다시 기판이 기판 이송 게이트를 통하여 외부로 배출되는 언로딩 과정을 가진다. 언로딩이 완전히 완료되면 도 9(f)에 도시한 바와 같이 보트는 하층 챔버 하우징의 내부 공간에 수납된다.
한편, 기판 처리의 효율성을 위하여 프로세스 챔버에는 기판을 가열하기 위한 가열 장치가 구비된다. 상층 챔버 하우징의 제2내부 공간의 보트에 이격 적층된 기판을 가열하는 가열 수단이 필요하다. 본 발명의 실시예는 기판 가열 장치로서, 보트의 하부에서 열을 발생시켜 기판을 가열하는 제1가열체와, 챔버 하우징(상층 챔버 하우징)의 벽체에서 열을 발생시켜 기판을 가열하는 제2가열체를 구비한다. 기판 가열 장치인 제1가열체와 제2가열체는 어느 하나로 형성되거나, 두개 모두 형성될 수 있다.
우선, 보트에 형성되는 제1가열체에 대해서 설명한다. 보트에 가열 수단인 제1가열체를 구비하는 경우, 보트의 하부 플레이트판(또는 상부 플레이트판)에 가열 수단을 구비할 수 있다. 보트의 하부 플레이트판(또는 상부 플레이트판)에 제1가열체를 구비하는 방식은 다음과 같이 두 가지 방식으로 구현할 수 있다. 하나는 도 11에 도시한 바와 같이 하부 플레이트판(또는 상부 플레이트판)에 가열수단을 매립하는 경우이고, 다른 하나는 도 12에 도시한 바와 같이 하부 플레이트판의 밑에 가열 플레이트판을 두는 구조이다.
첫 번째 방식인 도 11과 같이 하부 플레이트판(320) 및 상부 플레이트판(310)에 열선과 같은 제1가열체를 매립하는 경우, 하부 플레이트판(320) 및 상부 플레이트판(310) 사이에서 이격 적층된 기판에 열 에너지를 직접 제공할 수 있다.
두 번째 방식인 도 12와 같이 가열수단으로서 가열 플레이프판을 별도로 두는 구조에서는, 하부 플레이트판을 가열시켜 간접적으로 기판에 열에너지를 제공할 수 있다. 가열 플레이프판을 두는 구조를 가질 경우, 제1가열체는, 상기 하부 플레이트판(320)과 보트 지지대(420)를 서로 이격되도록 연결한 지지축(360)과, 지지축에 의하여 고정되며 상기 하부 플레이트판과(320) 보트 지지대(420)간의 이격 공간에 수평하게 형성된 가열 플레이트판(350)으로 이루어진다. 가열 플레이트판(350)은 복수개로 수평되게 적층되어 열에너지를 발생시킬 수 있다. 이러한 가열 플레이트판(350)은 플레이트판 자체에서 열을 발생시키는 전도체로 구현하거나, 가열 플레이트판 내부에 열선 등을 매립하여 열에너지를 발생시킬 수 있다.
한편, 챔버 하우징에 가열 수단인 제2가열체를 구비는 경우, 제2가열체는 챔버 하우징에 형성된다. 즉, 상층 챔버 외부 하우징 또는 상층 챔버 내부 하우징 중 어느 하나 이상에 제2가열체가 형성될 수 있다. 이러한 제2가열체는 상층 챔버 외부 하우징의 벽체의 내벽, 상층 챔버 내부 하우징의 벽체의 외벽 중에서 어느 하나 이상에 제2가열체가 형성될 수 있다. 제2가열체는 열선 등과 같은 다양한 가열 수단으로 구현될 수 있다. 도 10은 상층 챔버 내부 하우징의 내벽에 제2가열체인 열선이 형성된 모습을 도시한 도면이다. 제2가열체의 실시예인 열선(121;heat line)은, 상층 챔버 외부 하우징(120)의 내측벽에 지그재그 등의 형태로 형성된다. 또는 상층 챔버 내부 하우징의 외측벽에 지그재그 등의 형태로 형성될 수 있다. 또한 열선(121)은 상층 챔버 외부 하우징의 내측벽(또는 상층 챔버 내부 하우징의 내측벽)에서 돌출되어 형성될 수 있다. 또는 열선(121)은 상층 챔버 외부 하우징의 벽체(또는 상층 챔버 내부 하우징의 벽체)에 매립되어 형성될 수 있다. 또한 열선(121)은 상기 열선은, 챔버 하우징의 벽체의 영역별로 서로 다른 온도 조절이 이루어지지도록 온도 조절될 수 있다. 필요 영역에 따라서 각각 온도 조절이 가능하게됨으로써, 영역별 온도 조절을 통한 공정 챔버안의 상하부 온도를 동일하게 유지할 수 있다. 예컨대 공정 가스 배출 공간체 부분의 온도가 다른 부분보다 많이 떨어지는 경우, 공정 가스 배출 공간체가 위치한 벽체의 온도가 더 올라가도록 열선 온도를 제어할 수 있다. 또한 챔버 하우징의 가열 영역을 4개의 영역(zone)으로 할 수 있으며 상황에 따라서 가열 영역의 개수를 늘리거나 줄일 수 있다.
참고로, 도 13은 가열 수단인 제1가열체 또는 제2가열체에 전원이 공급되어 열에너지가 발산될 때를 가정하여, 챔버상의 열분포가 어떻게 나타나는지를 시뮬레이션한 결과를 도시한 도면이다. 도 13(a)를 참고하면, 상층 챔버 외부 하우징 또는 상부 챔버 내부 하우징의 수직 측벽 및 상부 측벽에 가열 수단인 제2가열체가 설치되어 보트 주변의 수직 측벽 및 상부 측벽 주변에 열에너지가 분포됨을 알 수 있다. 또한 도 13(b)를 참고하면, 보트의 하부 플레이트판 하부에 가열 수단인 제1가열체가 설치되어 보트 주변의 하부에서 열에너지가 분포됨을 알 수 있다. 또한 도 13(c)를 참고하면, 상층 챔버 외부 하우징의 수직 측벽 또는 상부 챔버 내부 하우징의 수직 측벽에 제2가열체가 형성되고, 상부 측벽과 보트의 하부 플레이트판 하부에 제1가열체가 설치되어 있다고 가정할 경우, 보트 주변의 수직 측벽 및 상부 측벽 주변 및 하부에서 열에너지가 고르게 분포됨을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 프로세스 챔버 및 기판 처리 장치는, 화학기상증착장치(CVD), 원자층증착장치(ALD) 등의 다양한 공정 장치에 적용할 수 있다. 또한 본 발명의 실시예에 따라 측벽에서 가스를 분사하여 타측으로 배출하는 프로세스 챔버를 이용하여, LED 소자, 메모리 소자 등의 반도체를 제조할 수 있으며 이에 한정되지 않고 LCD, SOLAR 등의 평판패널기판 제작에도 적용될 수 있을 것이다.
또한 상기에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 프로세스 챔버는, 하층 챔버 하우징이 기판 로딩 챔버로서의 역할을 하며 상층 챔버 하우징이 공정가스 분사를 통한 프로세스 챔버로서의 역할을 한다. 본 발명은 이에 한정되지 않고 하층 챔버 하우징이 공정가스를 분사하는 프로세스 챔버, 상층 챔버 하우징이 기판 로딩 챔버로서의 역할을 하도록 하는 구성에도 적용될 수 있음은 자명할 것이다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
100:상층 챔버 하우징 110:상층 챔버 내부 하우징
120:상층 챔버 외부 하우징 130:공정가스 분사 수단
140:공정가스 배출 수단 200:하층 챔버 하우징
300:보트 340:열선
350:가열 플레이트판 360:지지축
400:보트 승하강 수단 500:기판 이송 게이트

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  12. 복수의 기판이 상하로 이격 적층되는 보트;
    내부 공간인 제1내부 공간을 가지는 하층 챔버 하우징;
    상기 하층 챔버 하우징의 상층에 위치하여 내부 공간인 제2내부 공간을 가지는 상층 챔버 하우징;
    상기 상층 챔버 하우징의 벽체의 내부에서 공간을 가지는 공정가스 유입 공간체와, 상기 상층 챔버 하우징의 벽체의 내부면 상에서 상기 공정가스 유입 공간체에 연결되어 형성된 다수의 가스 분사홀을 구비한 공정가스 분사 수단;
    상기 가스 분사홀에 마주보며 대향된 위치의 타측벽에 마련되어, 상기 가스 분사홀에서 분사되는 공정가스를 상기 제2내부 공간을 수평으로 가로질러 상기 공정가스 배출 수단을 통해 외부로 배출시키는 공정가스 배출 수단;
    상기 보트를 상기 제1내부 공간에서 상기 제2내부 공간으로 승하강시키는 보트 승하강 수단;
    상기 하층 챔버 하우징의 일측벽이 관통된 기판 이송 게이트;
    상기 보트의 하부 또는 상부 중 적어도 어느 하나에서 열을 발생시켜 기판을 가열하는 제1가열체;
    를 포함하는 프로세스 챔버.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 보트는,
    상부 플레이트판;
    하부 플레이트판;
    상기 상부 플레이트판과 하부 플레이트 판을 연결하는 복수의 지지바;
    상기 지지바의 측벽에 형성된 복수의 기판 안착홈;
    을 포함하는 프로세스 챔버.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 제1가열체가 하부 플레이트판의 상부면 또는 상부 플레이트판의 하부면에 형성되어 있는 프로세스 챔버.
  15. 청구항 13에 있어서, 상기 제1가열체가 하부 플레이트판의 내부 또는 상부 플레이트판의 내부에 매립 형성된 프로세스 챔버.
  16. 청구항 13에 있어서, 상기 보트 승하강 수단은,
    상기 하부 플레이트판을 지지하는 보트 지지대;
    상기 하층 챔버 하우징의 바닥면을 관통하여 상기 보트 지지대를 상승 및 하강시키는 승하강 회전 구동축;
    을 포함하는 프로세스 챔버.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 제1가열체는,
    상기 하부 플레이트판과 보트 지지대를 서로 이격되도록 연결한 지지축;
    상기 지지축에 의하여 고정되며, 상기 하부 플레이트판과 보트 지지대간의 이격 공간에 수평하게 형성된 가열 플레이트판;
    을 포함하는 프로세스 챔버.
  18. 청구항 12에 있어서, 상기 상층 챔버 하우징의 벽체에서 열을 발생시켜 기판을 가열하는 제2가열체를 포함하는 프로세스 챔버.
  19. 청구항 18에 있어서, 상기 제2가열체는 열선임을 특징으로 하는 프로세스 챔버.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 열선은 상층 챔버 하우징의 내측벽에서 돌출되어 형성되는 프로세스 챔버.
  21. 청구항 19에 있어서, 상기 열선은 상층 챔버 하우징의 벽체에 매립되어 형성되는 프로세스 챔버.
  22. 청구항 18 내지 청구항 21 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 제2가열체는, 챔버 하우징의 벽체의 영역별로 서로 다른 온도 조절이 이루어지는 프로세스 챔버.
  23. 청구항 12에 있어서, 상기 상층 챔버 하우징은,
    개방된 하측을 통하여 상승된 보트가 수납되는 상층 챔버 내부 하우징;
    상기 상층 챔버 내부 하우징의 상면 및 측벽을 이격하여 감싸는 상층 챔버 외부 하우징;
    상기 상층 챔버 내부 하우징의 일측 내벽에서 내부 공간을 가지는 공정가스 유입 공간체;
    상기 보트에 접하는 공정가스 유입 공간체의 벽면에 형성된 다수의 가스 분사홀;
    상기 공정가스 유입 공간체의 내부 공간에 공정가스를 유입시키는 공정가스 공급관;
    상기 상층 챔버 내부 하우징의 내부 공간에서 기판 처리된 공정가스를 외부로 배출하는 공정가스 배출 수단;
    을 포함하는 프로세스 챔버.
  24. 청구항 23에 있어서, 상기 공정가스 배출 수단은,
    내부 공간을 가지는 공정가스 배출 공간체;
    상기 보트에 접하는 공정가스 배출 공간체의 벽면에 형성된 다수의 가스 배출홀;
    상기 공정가스 배출 공간체의 내부 공간에 있는 공정가스를 외부로 펌핑하는 배출펌프;
    상기 공정가스 배출 공간체의 내부 공간과 상기 배출펌프를 연결하는 공정가스 배출관;
    을 포함하는 프로세스 챔버.
  25. 청구항 24에 있어서, 상기 공정가스 유입 공간체 및 공정가스 배출 공간체가 상기 상층 챔버 내부 하우징의 벽체에 형성되어 있는 프로세스 챔버.
  26. 청구항 24에 있어서, 상기 공정가스 유입 공간체 및 공정가스 배출 공간체는 서로 마주 보며 대향하는 위치에 형성되는 프로세스 챔버.
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