KR101994768B1 - 기판처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용하여 기판표면에 다수의 요철을 형성하는 기판처리장치에 관한 것이다.
본 발명은 밀폐된 내부공간을 형성하며 전기적으로 접지된 공정챔버와; 상기 공정챔버와 전기적으로 절연된 상태로 설치되어 하나 이상의 RF전원이 인가되며 하나 이상의 기판이 안착된 트레이를 지지하는 기판지지부와; 상기 내부공간의 상측에 설치되어 기판처리의 수행을 위한 가스를 분사하는 가스분사부와; 상기 기판지지부로부터 간격을 두고 상기 하나 이상의 기판을 복개하도록 배치되며 상기 가스분사부에 의하여 분사되는 가스가 유입될 수 있도록 다수의 개구부들이 형성되며 접지되는 커버부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치를 개시한다.

Description

기판처리장치 {Substrate processing apparatus}
본 발명은 기판처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용하여 기판표면에 다수의 요철을 형성하는 기판처리장치에 관한 것이다.
기판처리장치란 밀폐된 내부공간을 형성하는 진공챔버와, 진공챔버 내에 설치되어 기판이 안착되는 기판지지대를 포함하여 구성되며, 내부공간에 처리가스를 주입하면서 전원을 인가하여 기판의 표면을 식각하거나 증착하는 장치를 말한다.
상기 기판처리장치에 의하여 처리되는 기판은 반도체용 웨이퍼, LCD패널용 유리기판, 태양전지용 기판 등이 있다.
상기 기판처리장치의 일례로서, 기판지지대 상에 태양전지용 기판을 안착시킨 후 기판의 상측에 다수개의 개구부들이 형성된 커버부재를 복개하여 기판의 표면에 미세한 요철을 형성하도록 진공처리를 수행하는 기판처리장치가 있다.
상기와 같이 커버부재를 이용하여 기판 표면에 다수의 요철들을 형성하는 기판처리장치로서 한국 공개특허공보 제10-2011-0029621호가 있다.
한편 커버부재를 사용하여 기판표면에 미세요철을 형성하는 종래의 기판처리장치는 커버부재의 중앙부분 및 가장자리부분 등 위치에 따라 플라즈마 형성조건이 달라져 커버부재의 평면위치를 기준으로 가장자리부분에 위치된 기판에서 미세요철이 불균일하게 형성, 즉 현저한 색차가 발생하는 문제점이 있다.
그리고, 미세요철이 불균일하게 형성됨에 따라서, 미세요철의 형성에 따른 반사율저감효과를 충분히 달성하지 못하여 태양전지소자의 효율을 충분히 높이지 못하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 커버부재를 이용하여 기판표면에 미세요철을 형성함에 있어 균일한 미세요철의 형성이 가능한 기판처리장치를 제공하는 데 있다.
본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명은, 밀폐된 내부공간을 형성하며 전기적으로 접지된 공정챔버와; 상기 공정챔버와 전기적으로 절연된 상태로 설치되어 하나 이상의 RF전원이 인가되며 하나 이상의 기판이 안착된 트레이를 지지하는 기판지지부와; 상기 내부공간의 상측에 설치되어 기판처리의 수행을 위한 가스를 분사하는 가스분사부와; 상기 기판지지부로부터 간격을 두고 상기 하나 이상의 기판을 복개하도록 배치되며 상기 가스분사부에 의하여 분사되는 가스가 유입될 수 있도록 다수의 개구부들이 형성되며 접지되는 커버부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치를 개시한다.
상기 커버부는, 상기 트레이에 지지된 상태로 상기 트레이와 함께 이송되며, 상기 트레이가 상기 기판지지부에 안착될 때 상기 공정챔버와 전기적으로 연결됨으로써 접지될 수 있다.
상기 커버부는, 상기 공정챔버의 내측벽 및 바닥면 중 적어도 어느 하나와 접촉됨으로써 접지될 수 있다.
상기 트레이 및 상기 커버부는, 평면형상이 직사각형 형상을 가지며, 상기 커버부는, 상기 공정챔버로의 도입방향을 기준으로 서로 대향되는 두변이 상기 트레이의 가장자리보다 외측으로 더 돌출되고, 더 돌출된 부분이 상기 공정챔버의 내면과 전기적으로 접촉되어 접지될 수 있다.
상기 공정챔버는, 상기 공정챔버의 내면으로부터 돌출되어 상기 트레이가 상기 기판지지부에 안착될 때 상기 커버부와 상기 공정챔버를 전기적으로 연결하는 접지부재가 설치될 수 있다.
상기 커버부는, 상기 공정챔버에 전기적으로 연결된 상태로 상기 공정챔버에 고정 또는 탈착가능하게 설치될 수 있다.
상기 커버부는, 상기 공정챔버에 설치된 지지부재에 지지되며 상기 지지부재에 의하여 상기 공정챔버와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 트레이가 상기 공정챔버 내로 도입 또는 배출시 간섭을 방지하기 위하여 상기 커버부는, 상기 공정챔버 내에서 상하로 이동가능하게 설치될 수 있다.
상기 공정챔버 및 상기 트레이 중 적어도 하나는, 상기 트레이를 접지하기 위한 하나 이상의 접지부를 구비할 수 있다.
상기 기판처리장치는, 반응성이온에칭 공정을 수행할 수 있다.
상기 기판은, 태양전지용 결정계 실리콘 기판일 수 있다.
본 발명에 따른 기판처리장치는, 트레이에 안착된 하나 이상의 기판의 상부를 복개하는 커버부를 접지시킴으로써, 플라즈마가 안정적으로 형성되어 공정의 균일도를 현저하게 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
이는 커버부가 접지되는 경우 플라즈마를 기판지지대 및 커버부에 의하여 형성되는 공간에서만 플라즈마를 형성되어 기판 부근에서의 플라즈마가 안정적으로 형성되어 공정의 균일도를 현저하게 향상되는 것으로 해석된다.
특히 본 발명에 따른 기판처리장치는, 도 1에 도시된 바와 같은 커버부의 접지구조에 의하여 기판표면에 미세요철을 형성하였을 때 접지되지 않은 커버부의 사용에 비하여 커버부의 평면 상의 가장자리에 위치된 기판에 대한 미세요철들의 균일한 형성을 확인할 수 있었다.
또한 본 발명은 본 발명에 따른 기판처리장치는, 트레이에 안착된 하나 이상의 기판의 상부를 복개하는 커버부를 접지시킴으로써, 플라즈마를 기판지지대 및 커버부에 의하여 형성되는 공간에서 대부분의 플라즈마를 형성함에 따라서 상대적으로 작은 출력의 전원인가에도 안정적이고 균일한 기판처리의 수행이 가능한 이점이 있다.
또한 본 발명은 본 발명에 따른 기판처리장치는, 동일한 효과를 얻기 위하여 상대적으로 작은 출력의 전원이 인가됨에 따라서, 상대적으로 큰 출력의 전원인가 시보다 아크방전 발생 등 공정의 안정성 측면에서 유리한 이점이 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 기판처리장치를 보여주는 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는, 각각 도 1의 기판처리장치 중 커버부 등을 보여주는 평면도 및 일부 사시도이다.
도 3은, 도 1의 기판처리장치의 변형례를 보여주는 단면도이다.
도 4 및 도 5는, 각각 도 1의 기판처리장치의 변형례들을 보여주는 단면도들이다.
이하 본 발명에 따른 기판처리장치에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 기판처리장치는, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 밀폐된 내부공간(S)을 형성하며 전기적으로 접지된 공정챔버(100)와; 공정챔버(100)와 전기적으로 절연된 상태로 설치되어 하나 이상의 RF전원이 인가되며 하나 이상의 기판(10)이 안착된 트레이(20)를 지지하는 기판지지부(130)와; 내부공간(S)의 상측에 설치되어 기판처리의 수행을 위한 가스를 분사하는 가스분사부(140)와; 기판지지부(130)로부터 간격을 두고 하나 이상의 기판(10)을 복개하도록 배치되며 가스분사부(140)에 의하여 분사되는 가스가 유입될 수 있도록 다수의 개구부(211)들이 형성된 커버부(210)를 포함한다.
여기서 기판처리의 대상인 기판(10)은, 그 표면에 다수의 미세요철들을 형성하기 위한 공정이 수행될 필요가 있는 기판이면 어떠한 기판도 가능하며, 특히 식각을 통하여 그 표면에 미세한 요철을 형성할 필요가 있는 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 등 태양전지용 기판도 가능하다.
상기 트레이(20)는, 하나 이상의 기판, 특히 다수개의 기판들을 이송하는 구성으로서 기판(10)의 종류 및 진공처리공정에 따라서 그 재질 및 형상은 다양하게 구성될 수 있다. 여기서 상기 트레이(20)는 붕규산유리(pyrex)와 같은 플라즈마에 강한 재질인 재질이 사용되며, 기판(10)들이 안착된 상태로 기판(10)들을 이송하기 위한 구성으로서 기판(10)이 기판지지대(130)에 직접 안착되는 경우에는 필요하지 않음은 물론이다.
상기 공정챔버(100)는, 기판처리를 하기 위한 밀폐된 내부공간을 형성하기 위한 구성으로서 기판처리공정에 따라 다양한 구성이 가능하며, 도 1에 도시된 바와 같이, 서로 탈착가능하게 결합되어 내부공간(S)을 형성하며 하나 이상의 게이트(111)가 형성된 챔버본체(110) 및 탑리드(120)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 본 발명에 따른 기판처리장치에 의하여 수행되는 기판처리공정은 식각공정이 대표적이며, 특히 RIE(반응성 이온 에칭)공정이 있다.
이때, 상기 공정챔버(100)의 챔버본체(110) 및 상부리드(120)중 적어도 하나는, 전기적으로 접지되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 공정챔버(100)에는, 가스공급장치(미도시)로부터 공급받아 내부공간(S)으로 처리가스를 분사하는 가스분사부(140) 및 기판(10)이 트레이(20)를 통하여 안착되는 기판지지대(130), 내부공간(S) 내의 압력조절 및 배기를 위한 배기시스템 등 진공처리공정을 수행하기 위한 장치들이 설치된다.
상기 기판지지부(130)는, 공정챔버(100)와 전기적으로 절연된 상태로 설치되어 하나 이상의 RF전원이 인가되며 하나 이상의 기판(10)이 안착된 트레이(20)를 지지하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
한편 상기 기판지지부(130)는, 기판처리의 수행을 위하여, 공정챔버(100) 및 샤워헤드(140)를 접지될 때, 하나 또는 두개의 RF전원이 인가될 수 있다.
상기 기판지지부(130)는, 챔버본체(110)와 다양한 구조로 결합될 수 있으며, 일예로서, 챔버본체(110)의 하측에서 상측으로 공정챔버(100)와 결합되어 내부공간(S)을 외부와 격리된 밀폐상태로 만든다.
이때 상기 챔버본체(110) 및 기판지지부(130)는, 서로 전기적으로 절연될 필요가 있는바, 챔버본체(110) 및 기판지지부(130)의 결합면 사이에 절연물질로 형성된 하나 이상의 절연부재(131)가 설치되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 챔버본체(110) 및 상기 기판지지부(130) 사이에서의 결합부위에는, 내부공간(S)을 외부와 격리된 밀폐상태를 유지하기 위하여 하나 이상의 밀봉부재(미도시)가 설치된다.
한편 상기 기판지지부(130)는, 반송로봇(미도시)에 의한 트레이(20)의 도입 또는 배출이 가능하도록 트레이(20)를 상하로 이동시키기 위한 하나 이상의 리프트핀(132)이 상하로 이동가능하도록 설치될 수 있다.
상기 가스분사부(140)는, 내부공간(S)의 상측에 설치되며, 기판처리의 수행을 위한 가스를 분사하는 구성으로, 분사되는 가스의 종류, 숫자 등에 따라서 다양한 구조를 가질 수 있다.
상기 커버부(210)는, 그 사용목적에 따라서 다양한 구성이 가능하며, 도 1, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 다수개의 개구부(211)들이 형성되는 플레이트부(213)와, 플레이트부(213)가 트레이(20)에 안착된 기판(10)으로부터 소정의 간격을 두고 설치되도록 플레이트부(213)의 가장자리에 설치된 지지부(212, 214)를 포함할 수 있다.
상기 플레이트부(213)는, 다수개의 개구부(211)들이 형성되어 가스가 플레이트부(213) 및 트레이(20) 사이로 유입되도록 하는 구성으로 플레이트 형상을 가질 수 있다.
상기 지지부(212, 214)는, 플레이트부(213)가 트레이(20)에 안착된 기판(10)으로부터 소정의 간격을 두고 설치되도록 플레이트부(213)의 가장자리에 설치되는 구성으로 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 벽체(212)로 구성되거나 하나 이상의 기둥(214)들로 구성되는 등 다양한 구성이 가능하다.
한편 상기 커버부(210)는, 기판(10)이 안착된 트레이(20) 사이에 복개공간 사이에서 형성되는 플라즈마에 의하여 식각된 잔사물질을 가두어 잔사물질이 기판(10)의 표면에 부착되어 미세한 요철을 형성하는 등 소정의 목적을 위해 사용된 경우를 예시한 것이다.
이때 상기 커버부(210)와 트레이(20) 사이의 거리는, 잔사를 가두는 효과 및 잔사에 의한 요철형성속도를 고려하여 5㎜-30㎜를 유지하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 커버부(210)는, 기판처리공정에 따라서 다양한 재질이 사용될 수 있으며, 플라즈마에 강한 재질이 사용되는 것이 바람직하며, 알루미늄 또는 그 합금의 재질을 가질 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 기판처리장치는, 기판(10)을 복개하는 커버부(210)가 전기적으로 접지됨을 특징으로 한다. 이를 위하여 커버부(210) 및 공정챔버(100) 중 적어도 하나에는 하나 이상의 접지부(미도시)를 구비할 수 있다.
이하 상기 커버부(210)를 전기적으로 접지함에 있어서 다양한 실시예가 가능하며, 커버부(210)의 접지방식에 따른 구체적인 실시예들을 설명한다.
제1실시예로서, 상기 커버부(210)는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 트레이(20)에 지지된 상태로 트레이(20)와 함께 이송되며, 트레이(20)가 기판지지부(130)에 안착될 때 공정챔버(100)와 전기적으로 연결됨으로써 접지될 수 있다.
구체적으로, 상기 커버부(210)는, 트레이(20)가 기판지지부(130)에 안착될 때 커버부(210) 및 기판지지부(130) 사이에서만 플라즈마가 형성되도록 공정챔버(100)의 내측벽 및 바닥면 중 적어도 어느 하나와 접촉되어 접지되는 것이 바람직하다.
더욱 구체적으로서, 상기 트레이(20) 및 커버부(210)는, 도 1, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 위에서 본 평면형상이 직사각형 형상을 가지며, 이때, 커버부(210)는, 공정챔버(100)로의 도입방향을 기준으로 서로 대향되는 두변이 트레이(20)의 가장자리보다 외측으로 더 돌출되고, 더 돌출된 부분이 공정챔버(100)의 내면과 전기적으로 접촉되어 접지된다.
제2실시예는, 제1실시예의 변형례로서, 상기 공정챔버(100)는, 공정챔버(100)의 내면으로부터 돌출되어 트레이(20)가 기판지지부(130)에 안착될 때 커버부(210)와 상기 공정챔버(100)를 전기적으로 연결하는 하나 이상의 접지부재(112)가 설치될 수 있다.
상기 접지부재(112)는, 공정챔버(100)의 내면으로부터 돌출되어 트레이(20)가 기판지지부(130)에 안착될 때 커버부(210)와 상기 공정챔버(100)를 전기적으로 연결하는 부재로서, 통전이 가능한 부재이면 어떠한 부재도 가능하다.
그리고 상기 접지부재(112)는, 커버부(210)의 접지방식에 따라서 다양한 구조를 가질 수 있으며, 커버부(210)의 안정적인 접지를 위하여 측면에서 지지부(212)로부터 돌출된 돌출부(215)가 형성될 수 있다.
한편 상기 커버부(210)는, 제1실시예 및 제2실시예와는 달리 트레이(20)와 별개로 공정챔버(100)의 내부에서 전기적으로 연결될 수 있도록 공정챔버(100)에 고정 또는 탈착가능하게 설치될 수 있다.
제3실시예로서, 상기 커버부(210)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 공정챔버(100)에 전기적으로 연결되도록, 공정챔버(100)에 전기적으로 연결된 상태로 공정챔버(100)의 내측벽에 고정되어 설치될 수 있다.
제4실시예로서, 상기 커버부(210)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 공정챔버(100)에 설치된 지지부재(216)에 지지되며 지지부재(216)에 의하여 공정챔버(100)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 지지부재(216)는, 공정챔버(100)에 설치되어 커버부(210)를 지지하기 위한 구성으로서 다양한 구성이 가능하며, 공정챔버(100)의 상측에 설치되어 커버부(210)를 지지할 수 있다.
한편 상기 지지부재(216)는, 트레이(20)의 도입시 간섭을 방지하기 위하여 커버부(210)를 상하로 이동시킬 수 있도록 구성될 수도 있다.
본 발명에 따른 기판처리장치는, 기판(10)을 복개하는 커버부(210)를 상기와 같은 다양한 방법에 의하여 접지함으로써 트레이(20) 및 커버부(210) 사이의 복개공간에서만 플라즈마가 형성되도록 유도함으로써 상대적으로 작은 출력의 전원인가에 의하여도 기판처리의 수행이 가능한 이점이 있다.
또한 인가전압의 출력이 감소됨에 따라서 아킹발생의 가능성이 낮아 기판처리의 불량가능성도 현저히 낮출 수 있는 이점이 있다.
또한 도 1의 구조에 따른 실험에 따르면 트레이(20)에 안착된 기판(10)들 중 커버부(210)의 가장자리 쪽에 가장 근접되어 위치된 기판(10)에서의 식각이 균일하게 이루어져 균일한 미세요철의 형성에 따른 색차를 현저히 감소시킬 수 있는 이점이 있다.
상기와 같이 상기 커버부(210)가 전기적으로 접지되면 실질적으로 커버부(210) 및 기판지지부(130) 사이에서만 플라즈마가 형성됨으로써 기판처리시 요구되는 전력소유의 감소로 기판처리효과를 극대화할 수 있는 것으로 추측된다.
한편 기판처리의 균일도와 관련하여, 커버부(210)를 설치함에 있어서 커버부(210)의 평면 위치에서 가장자리에 위치된 기판에 영향을 주는 지지부(212, 214)를 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 기둥형태로 변경하여 커버부(210)의 평면 위치에서 가장자리에 위치된 기판에 영향을 주는 지지부(212, 214)에 의한 영향을 최소화함으로써 기판처리의 균일도를 향상시킬 수 있다.
또한 상기 지지부(212, 214) 중 일부(212)는, 커버부(210)의 평면 위치에서 가장자리에 위치된 기판과 멀리 위치됨으로써 지지부(212, 214)에 의한 영향을 최소화함으로써 기판처리의 균일도를 향상시킬 수 있다.
또한 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 커버부(210)를 설치함에 있어서 커버부(210)를 공정챔버(100) 내에 설치함으로써 커버부(210)의 평면 위치에서 가장자리에 위치된 기판에 영향을 주는 지지부(212, 214)를 없애 기판처리의 균일도를 향상시킬 수 있다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
10: 기판 20: 트레이
100 : 공정챔버 210: 커버부

Claims (11)

  1. 밀폐된 내부공간을 형성하며 전기적으로 접지된 공정챔버와;
    상기 공정챔버와 전기적으로 절연된 상태로 설치되어 하나 이상의 RF전원이 인가되며 하나 이상의 기판이 안착된 트레이를 지지하는 기판지지부와;
    상기 내부공간의 상측에 설치되어 기판처리의 수행을 위한 가스를 분사하는 가스분사부와;
    상기 기판지지부로부터 간격을 두고 상기 하나 이상의 기판을 복개하도록 배치되며 상기 가스분사부에 의하여 분사되는 가스가 유입될 수 있도록 다수의 개구부들이 형성되며, 전기적으로 접지되는 커버부를 포함하며,
    상기 트레이가 상기 공정챔버 내로 도입 또는 배출시 간섭을 방지하기 위하여 상기 커버부는, 상기 공정챔버 내에서 상하로 이동가능하게 설치되며,
    상기 커버부는, 상기 커버부 및 상기 기판지지부 사이에서만 플라즈마가 형성되도록 접지되며, 다수개의 상기 개구부들이 형성되며 플레이트 형상을 가지는 플레이트부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 커버부는, 상기 공정챔버의 내측벽 및 바닥면 중 적어도 어느 하나와 접촉됨으로써 접지되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 트레이 및 상기 커버부는, 평면형상이 직사각형 형상을 가지며,
    상기 커버부는, 상기 공정챔버로의 도입방향을 기준으로 서로 대향되는 두변이 상기 트레이의 가장자리보다 외측으로 더 돌출되고, 더 돌출된 부분이 상기 공정챔버의 내면과 전기적으로 접촉되어 접지되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 커버부는, 상기 공정챔버에 전기적으로 연결된 상태로 상기 공정챔버에 고정 또는 탈착가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 커버부는, 상기 공정챔버에 설치된 지지부재에 지지되며 상기 지지부재에 의하여 상기 공정챔버와 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 청구항 1, 청구항 3, 청구항 4, 청구항 6, 청구항 7 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 기판처리장치는, 반응성이온에칭 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  11. 청구항 1, 청구항 3, 청구항 4, 청구항 6, 청구항 7 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 기판은, 태양전지용 결정계 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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