KR20100129566A - 기판지지유닛 및 이를 포함하는 기판처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의하면, 기판지지유닛은 상부에 기판이 놓여지는 재치대; 그리고 상기 재치대 내에 설치되어 상기 재치대 상에 놓여진 상기 기판을 가열할 수 있는 발열체를 포함하되, 상기 재치대는 상기 기판의 센터부와 대향되도록 배치되어 상기 기판의 센터부로부터 이격되는 비접촉면; 그리고 상기 비접촉면으로부터 외측으로 연장되며, 상기 재치대 상에 놓여진 상기 기판의 에지부를 따라 배치되어 상기 기판의 에지부를 지지하는 접촉부재를 구비한다.
비접촉면, 접촉부재, 센터부, 에지부

Description

기판지지유닛 및 이를 포함하는 기판처리장치{SUBSTRATE SUPPORTING UNIT AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS INCLUDING THE SAME}
본 발명은 기판지지유닛 및 기판처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비접촉면을 구비하는 기판지지유닛 및 이를 포함하는 기판처리장치에 관한 것이다.
발열체를 이용한 반도체 제조 방법은 매엽식(single wafer)으로 진행하는 열 화학기상증착에서 일반적인 방법으로 사용되고 있으며, 이밖에도 플라즈마 방식을 이용한 화학기상증착에서도 사용되고 있다.
종래의 기판지지방식은 기판이 재치대의 상부면에 놓여진 상태에서 재치대의 상부면과 전면접촉 또는 부분접촉이 이루어진다. 기판은 상온상태에서 재치대에 놓여지며, 고온의 반응챔버 내에 설치된 재치대는 상온 이상의 고온을 유지하게 된다. 따라서, 기판이 재치대 상에 놓여지면, 기판은 재치대와 열교환을 통해 가열되며, 이로 인해 기판 내에서는 열팽창이 일어난다.
이처럼, 기판이 열팽창할 경우, 기판과 전면접촉 또는 부분접촉을 유지하고 있는 재치대로 인해 기판 이동 현상(sliding)이 발생한다. 기판이 열팽창할 때, 열팽창되는 부분이 재치대로 인해 제한을 받을 경우, 기판은 팽창공간을 확보하기 위 해 이동하게 된다. 이와 같은 기판 이동 현상은 공정균일도(uniformity)에 관한 문제를 야기시킨다.
본 발명의 목적은 기판의 이동현상을 방지할 수 있는 기판지지유닛 및 이를 포함하는 기판처리장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 기판에 대한 공정균일도를 확보할 수 있는 기판지지유닛 및 이를 포함하는 기판처리장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 의하면, 기판지지유닛은 상부에 기판이 놓여지는 재치대; 그리고 상기 재치대 내에 설치되어 상기 재치대 상에 놓여진 상기 기판을 가열할 수 있는 발열체를 포함하되, 상기 재치대는 상기 기판의 센터부와 대향되도록 배치되어 상기 기판의 센터부로부터 이격되는 비접촉면; 그리고 상기 비접촉면으로부터 외측으로 연장되며, 상기 재치대 상에 놓여진 상기 기판의 에지부를 따라 배치되어 상기 기판의 에지부를 지지하는 접촉부재를 구비한다.
상기 접촉부재는 상기 비접촉면으로부터 돌출배치될 수 있다.
상기 접촉부재는 상기 기판의 에지부를 따라 배치된 복수의 지지부재들을 구비할 수 있다.
상기 접촉부재는 상기 기판의 에지부를 따라 배치된 링 형상일 수 있다.
상기 재치대는 상기 접촉부재의 외측에 배치되어 상기 기판을 가이드하는 가이드링을 더 포함하는 것을 더 포함하며, 상기 가이드링은 상기 재치대의 내측을 향해 경사진 안내면을 구비할 수 있다.
상기 재치대는 상기 비접촉면으로부터 돌출되도록 설치되고 상기 기판으로부터 이격되어 상기 기판과의 이격거리를 조절하는 돌출부재를 더 구비할 수 있다.
본 발명에 의하면, 기판처리장치는 기판에 대한 공정공간을 제공하는 챔버; 상기 공정공간 내에 설치되며, 상기 기판이 상부에 놓여지는 재치대; 그리고 상기 재치대 내에 설치되어 상기 재치대 상에 놓여진 상기 기판을 가열할 수 있는 발열체를 포함하되, 상기 재치대는 상기 기판의 센터부와 대향되도록 배치되어 상기 기판의 센터부로부터 이격되는 비접촉면; 그리고 상기 비접촉면으로부터 외측으로 연장되며, 상기 재치대 상에 놓여진 상기 기판의 에지부를 따라 배치되어 상기 기판의 에지부를 지지하는 접촉부재를 구비한다.
본 발명에 의하면 기판의 이동현상을 방지할 수 있다. 또한, 기판의 공정균일도를 확보할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도 1 내지 도 5를 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 2는 도 1에 도시한 기판지지유닛을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 기판처리장치는 챔버(10) 및 챔버(10)의 내부에 설치된 기판지지유닛(20)을 포함한다. 챔버(10)는 외부로부터 차단된 내부공간을 제공하며, 기판(W)에 대한 공정은 내부공간 내에서 이루어진다. 챔버 내에서는 증착 및 에칭이 이루어질 수 있으며, 이밖에도 기판(W)에 대한 다양한 반도체 제조공정이 이루어질 수 있다.
챔버(10)는 일측에 형성된 출입구(12)를 가지며, 기판(W)은 출입구(12)를 통해 챔버(10)의 내부 및 외부로 출입한다. 출입구(12)의 외측에는 게이트 밸브(14)가 설치되며, 게이트 밸브(14)는 출입구(12)를 개폐한다.
한편, 기판지지유닛(20)은 챔버(10)의 내부에 설치되며, 출입구(12)를 통해 로딩된 기판(W)을 지지한다. 기판지지유닛(20)은 재치대와 지지축(29)을 포함하며, 지지축(29)은 공정진행에 따라 재치대를 승강할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 재치대는 접촉부재(22) 및 비접촉면(24), 그리고 가이드링(26)을 포함한다. 비접촉면(24)은 접촉부재(22)의 상부면보다 함몰되어 접촉부재(22)의 상부면보다 낮으며, 접촉부재(22)는 비접촉면(24)으로부터 돌출되어 접촉부재(22)의 상부면은 비접촉면(24)보다 높다. 접촉부재(22)의 상부면과 비접촉면(24)의 높이 차이는 대략 1㎛내지 100㎛ 일 수 있다.
비접촉면(24)은 기판(W)의 형상(예를 들어, 원형 또는 사각형)과 대체로 일 치하는 형상(예를 들어, 원형 또는 사각형)을 가지나, 기판(W)의 형상과 다른 형상을 가질 수 있다. 비접촉면(24)은 재치대 상에 놓여진 기판(W)의 센터부(center portion) 하부에 위치한다.
접촉부재(22)는 비접촉면(24)의 외측에 배치되며, 기판(W)은 접촉부재(22)의 상부면에 놓여진다. 접촉부재(22)는 상부에 놓여진 기판(W)의 에지부(edge portion)를 지지하며, 기판(W)의 에지부를 따라 배치된다. 에지부는 반경방향을 따라 측정한 길이가 대략 1㎜ 내지 30㎜ 일 수 있다.
접촉부재(22)는 링 형상이거나, 원호(arc) 형상을 가진 복수의 지지부재들을 포함할 수 있다.
기판(W)이 접촉부재(22) 상에 놓여진 경우, 비접촉면(24)은 접촉부재(22)로부터 함몰형성되므로, 비접촉면(24)은 기판(W)으로부터 이격(d=이격거리)되어 배치되며, 비접촉면(24)과 기판(W) 사이에는 유동공간(24a)이 형성된다.
또한, 재치대는 발열체(H)를 더 포함하며, 발열체(H)는 접촉부재(22) 상에 놓여진 기판(W)을 가열한다. 한편, 재치대는 발열체(H)를 포함하는 히터 타입일 수 있으며, 히터에 별도의 형상을 가진 구조물이 결합된 서셉터(susceptor) 타입일 수 있다. 즉, 본 실시예에서 설명하고 있는 재치대는 기판(예를 들어, 웨이퍼 또는 디스플레이용 평판)을 올려놓을 수 있는 구조물을 의미하며, 히터 타입과 서셉터 타입을 포괄하는 명칭으로 사용된다.
기판(W)이 발열체(H)에 의해 가열될 경우, 기판(W)은 열팽창으로 인해 열변 형되며, 기판(W)의 중심에서는 처짐이 발생한다. 이때, 유동공간(24a)은 기판(W)의 중심이 이동할 수 있는 공간을 제공한다. 즉, 기판(W)은 접촉부재(22)에 의해 지지된 상태를 유지하며, 기판(W)의 중심은 유동공간(24a) 내에서 비접촉면(24)을 향해 처진다.
유동공간(24a)이 제공되지 않을 경우, 즉, 기판(W)이 재치대와 전면접촉할 경우, 기판(W)의 열변형(또는 처짐)이 재치대에 의해 제한되므로, 기판(W)은 재치대의 상부에서 이동하여 재치대의 중심으로부터 편심된다. 특히, 기판(W)의 열변형량은 기판(W)의 크기에 비례하므로, 기판(W)이 대형화할수록 기판(W)의 편심량은 증가한다. 그러나, 유동공간(24a)을 제공할 경우, 기판(W)의 열변형(또는 처짐)이 제한되지 않으므로, 열변형으로 인한 기판(W)의 이동을 방지할 수 있다.
한편, 비접촉면(24)과 기판(W) 사이의 이격거리(d)는 기판(W)의 열변형이 비접촉면(24)에 의해 제한되지 않도록 조절되어야 하며, 이격거리(d)는 기판(W)의 열변형량에 비례할 수 있다.
재치대는 접촉부재(22)의 외측에 배치되는 가이드링(26)을 더 포함하며, 가이드링(26)은 기판(W)의 형상과 대체로 일치하는 형상을 가진다. 가이드링(26)은 재치대의 중심을 향해 내향경사진 안내면(26a)을 가지며, 재치대의 상부에 놓여진 기판(W)은 가이드링(26)의 안내면(26a)을 따라 재치대의 상부의 기설정된 위치에 안착될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판지지유닛을 나타내는 도면이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 기판지지유닛(20)은 비접촉면(24) 상에 설치된 돌출부재(28)를 더 포함한다. 돌출부재(28)는 기판(W)으로부터 이격(d'=이격거리)되어 배치되며, 돌출부재(28)와 기판(W) 사이에는 유동공간(24a)이 형성된다.
발열체(H)에서 발생한 열은 비접촉면(24) 및 돌출부재(28)에 전달되며, 비접촉면(24) 및 돌출부재(28)로부터 대류 등을 통해 기판(W)에 전달된다. 이때, 비접촉면(24)과 기판(W)이 이루는 거리(d)는 돌출부재(28)와 기판(W)이 이루는 거리(d')보다 크므로, 돌출부재(28)의 단위면적당 열전달량은 비접촉면(24)의 단위면적당 열전달량보다 크다.
위와 같은 원리를 이용하면 발열체(H)에 의해 가열되는 기판(W) 상에서 발생하는 온도 구배(temperature gradient)를 보상할 수 있다. 즉, 발열체(H)에 의해 가열된 기판(W)의 전체 영역에서 온도가 낮은 영역에 돌출부재(28)를 형성할 경우, 해당 영역의 온도 구배를 제거할 수 있으며, 온도균일성 및 공정균일성을 확보할 수 있다.
이때, 앞서 살펴본 바와 같이, 기판(W)이 발열체(H)에 의해 가열될 경우, 기판(W)은 접촉부재(22)에 의해 지지된 상태를 유지하며, 기판(W)의 중심은 유동공간(24a) 내에서 비접촉면(24)을 향해 처진다. 돌출부재(28)와 기판(W) 사이의 이격거리(d')는 기판(W)의 열변형이 돌출부재(28)에 의해 제한되지 않도록 조절되어야 하며, 이격거리(d)는 기판(W)의 열변형량에 비례할 수 있다.
도 4는 종래의 기판지지유닛을 이용한 공정결과를 나타내는 도면이며, 도 5는 본 발명의 기판지지유닛을 이용한 공정결과를 나타내는 도면이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 전면접촉방식을 채택한 종래의 기판지지유닛을 사용할 경우, 기판(W)의 편심량은 대략 0.05㎜ 내지 1.80㎜로 나타났으며, 기판(W)의 공정균일도는 대략 2.4% 내지 6.8%로 나타났다.
반면에, 도 5에 도시한 바와 같이, 부분접촉방식을 채택한 도 3의 기판지지유닛을 사용할 경우, 기판(W)의 편심량은 대략 0.05㎜ 내지 0.6㎜로 나타났으며, 기판(W)의 공정균일도는 대략 1.72% 내지 2.75%로 나타났다. 즉, 에지부 접촉방식을 채택할 경우, 편심량 및 공정균일도가 크게 개선된 것을 알 수 있다.
본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 기판지지유닛을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판지지유닛을 나타내는 도면이다.
도 4는 종래의 기판지지유닛을 이용한 공정결과를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 기판지지유닛을 이용한 공정결과를 나타내는 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 챔버 12 : 출입구
14 : 게이트밸브 20 : 기판지지유닛
22 : 접촉부재 24 : 비접촉면
24a,28a : 유동공간 26 : 가이드링
26a : 안내면 28 : 돌출부재
29 : 지지축

Claims (9)

  1. 상부에 기판이 놓여지는 재치대; 및
    상기 재치대 내에 설치되어 상기 재치대 상에 놓여진 상기 기판을 가열할 수 있는 발열체를 포함하되,
    상기 재치대는,
    상기 기판의 센터부와 대향되도록 배치되어 상기 기판의 센터부로부터 이격되는 비접촉면; 및
    상기 비접촉면으로부터 외측으로 연장되며, 상기 재치대 상에 놓여진 상기 기판의 에지부를 따라 배치되어 상기 기판의 에지부를 지지하는 접촉부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접촉부재는 상기 비접촉면으로부터 돌출배치되는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 접촉부재는 상기 기판의 에지부를 따라 배치된 복수의 지지부재들을 구비하는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 접촉부재는 상기 기판의 에지부를 따라 배치된 링 형상인 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 재치대는 상기 접촉부재의 외측에 배치되어 상기 기판을 가이드하는 가이드링을 더 포함하는 것을 더 포함하며,
    상기 가이드링은 상기 재치대의 내측을 향해 경사진 안내면을 구비하는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 재치대는 상기 비접촉면으로부터 돌출되도록 설치되고 상기 기판으로부터 이격되어 상기 기판과의 이격거리를 조절하는 돌출부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 접촉부재의 상부면과 상기 비접촉면의 높이 차이는 1㎛ 내지 100㎛인 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 반경방향을 따라 측정한 상기 에지부의 길이는 1㎜ 내지 30㎜인 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
  9. 기판에 대한 공정공간을 제공하는 챔버;
    상기 공정공간 내에 설치되며, 상기 기판이 상부에 놓여지는 재치대; 및
    상기 재치대 내에 설치되어 상기 재치대 상에 놓여진 상기 기판을 가열할 수 있는 발열체를 포함하되,
    상기 재치대는,
    상기 기판의 센터부와 대향되도록 배치되어 상기 기판의 센터부로부터 이격되는 비접촉면; 및
    상기 비접촉면으로부터 외측으로 연장되며, 상기 재치대 상에 놓여진 상기 기판의 에지부를 따라 배치되어 상기 기판의 에지부를 지지하는 접촉부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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