JP2014527716A - 基板支持ユニット及び基板処理装置，並びに基板支持ユニットの製造方法 - Google Patents

基板支持ユニット及び基板処理装置，並びに基板支持ユニットの製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明の一実施例によると，基板支持ユニットは上部に基板が載置されるサセプタと，前記サセプタ上に設置されて前記サセプタと熱接触（thermal contact）する装着位置と前記サセプタ上から除去される解除位置間を変位され，前記装着位置で前記サセプタの熱を吸収する一つ以上の熱吸収部材と，前記熱吸収部材が選択的に挿入固定される複数の固定スロットを有するエッジリングと，を含む。【選択図】図１

Description

本発明は基板支持ユニット及び基板処理装置，並びに基板支持ユニットの製造方法に関し，より詳細には，サセプタの温度分布を均一にする基板支持ユニット及び基板処理装置，並びに基板支持ユニットの製造方法に関する。
半導体の製造プロセスはウェハに対する蒸着プロセスやエッチングプロセスを含み，このようなプロセスに際し，ウェハはセラミック製又は金属製のサセプタに搭載された状態で抵抗ヒータ又はランプヒータによって５００℃乃至７００℃まで加熱される。
この際，プロセスの均一度を確保するためにウェハ上の温度分布を均一に調節する必要があり，そのためにサセプタの温度分布を均一に調節する必要がある。
本発明の目的は，ウェハ上の温度分布を均一に調節する基板支持ユニット及び基板処理装置，並びに基板支持ユニットの製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は，サセプタ上の温度分布を均一に調節する基板支持ユニット及び基板処理装置，並びに基板支持ユニットの製造方法を提供することにある。
本発明の更に他の目的は，後述する詳細な説明と添付図面からより明確になるはずである。
本発明の一実施例によると，基板支持ユニットは，
上部に基板が載置されるサセプタと，
前記サセプタの上に設置されて前記サセプタと熱接触（thermal contact）する装着位置と前記サセプタ上から除去される解除位置間で変位され，前記装着位置で前記サセプタの熱を吸収する一つ以上の熱吸収部材と，
前記熱吸収部材が選択的に挿入固定される複数の固定スロットを有するエッジリングと，を含む。
前記サセプタは，前記基板が載置されるセンター領域と，前記基板の周りに位置するエッジ領域を有し，前記熱吸収部材は前記装着位置で前記エッジ領域に沿って設置される。
前記エッジリングは，前記サセプタのエッジ領域に沿って配置されるリング状であり，前記固定スロットは前記サセプタの半径方向に沿って貫通形成される。
前記熱吸収部材は前記サセプタと熱接触する熱接触面をそれぞれ有し，前記熱接触面の面積は互いに異なる。
前記熱吸収部材は酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のうちいずれか一つを含む材質である。
本発明の一実施例によると，
基板支持装置は，
基板に対する処理が行われる内部空間を提供するチャンバーと，
前記チャンバー内に提供されて前記基板を支持する基板支持ユニットと，
前記基板支持ユニットによって支持された前記基板上にプロセスガスを供給するシャワーヘッドと，を含み，
前記基板支持ユニットは，
上部に基板が載置されるサセプタと，
前記サセプタ上に設置されて前記サセプタと熱接触する装着位置と前記サセプタ上から除去される解除位置間で変位され，前記装着位置で前記サセプタの熱を吸収する一つ以上の熱吸収部材と，
前記チャンバーの側壁に沿って配置されるリング状であって，前記熱吸収部材が選択的に挿入固定される複数の固定スロットを有するエッジリングと，を含む。
本発明の一実施例によると，基板が載置されるサセプタを具備する基板支持ユニットの製造方法は，前記サセプタの温度分布を測定し，前記サセプタのうち基準温度より高い温度を有する一つ以上の高温領域を判断するステップと，前記サセプタ上に複数の固定スロットを有するエッジリングを設置するステップと，前記高温領域にそれぞれ対応する前記固定スロットに熱吸収部材を選択的に挿入固定して前記サセプタの温度分布を調節するステップと，を含む。
本発明によると，ウェハ上の温度分布を均一に調節することができる。また，サセプタ上の温度分布を均一に調節することができる。
本発明の一実施例による基板処理装置を概略的に示す図である。 図１のエッジリングを示す図である。 図１の熱吸収部材を示す図である。 図１のエッジリングに熱吸収部材を選択的に挿入する様子を示す図である。 本発明の他の実施例による基板処理装置を概略的に示す図である。 本発明の他の実施例による基板処理装置を概略的に示す図である。
以下，本発明の好ましい実施例を添付した図１乃至図６を参照してより詳細に説明する。本発明の実施例は様々な形態に変形することができ，本発明の範囲が後述する実施例によって限定されると解釈してはならない。本実施例は，本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に発明をより詳細に説明するために提供される。よって，図面に示した各要素の形状はより明確に説明を強調するために誇張されることがある。
一方，以下では蒸着装置を例に挙げて説明するが，本発明は基板支持ユニットを具備する多様な基板処理装置に応用することができる。また，以下ではウェハ（Ｗ）を例に挙げて説明するが，本発明は多様な被処理体に応用することができる。
図１は，本発明の一実施例による基板処理装置１００を概略的に示す図である。基板処理装置１００は膜を蒸着するためのものであって，円筒状のチャンバー１１を具備する。チャンバー１１の内部にはウェハＷを水平に支持する円板状のサセプタ１２が配置され，サセプタ１２は支持部材１３によって支持される。サセプタ１２は，例えば酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3），窒化アルミニウム（ＡＩＮ）などのセラミック製である。
サセプタ１２の内部にはヒータ１５が実装される。ヒータ１５はコイル状ヒータ又はパターンヒータを含み，ヒータ１５は外部から供給された電力を利用してサセプタを加熱する。ウェハＷはヒータ１５によって所定温度に加熱される。サセプタは熱電対（図示せず）を含み，熱電対はサセプタ１２に対する温度制御ができるようにサセプタ１２の温度を感知する。一方，本実施例では一体に形成されたヒータ１５について説明しているが，ヒータ１５は複数個の形態に分割されてサセプタ１２の領域をそれぞれ加熱するようにしても良い。
チャンバー１１内の天井にはシャワーヘッド６０が設置される。シャワーヘッド６０はガス供給ライン６２から供給されるプロセスガスをサセプタ１２に供給し，ガス供給ライン６２はバルブ６２ａによって開閉される。シャワーヘッド６０には高周波電源が接続され，必要に応じて高周波電源から所定周波数の高周波電力をシャワーヘッド６０に供給するようになっている。
チャンバー１１の底には排気口１６が形成され，排気口１６を介してプロセスガス及び反応副産物が外部に排出される。また，排気口１６を介してチャンバー１１内を所定の真空度まで減圧させる。チャンバー１１の側壁にはウェハＷが出入する通路４２及び通路４２を開閉する仕切弁（gate valve）４３が設置される。
一方，サセプタ１２上にはエッジリング２０が設置される。図２は，図１のエッジリングを示す図である。図２に示したようにエッジリング２０はリング（ring）状であり，サセプタ１２のエッジ領域に沿ってサセプタ１２の上に配置される。即ち，ウェハＷはサセプタ１２のセンター領域に載置され，エッジリング２０はウェハＷの周縁に位置するエッジ領域に設置される。エッジリング２０は複数の固定スロット２３を有し，固定スロット２３はエッジリング２０の半径方向に貫通形成される。固定スロット２３は複数の隔壁２２を介して区分され，固定スロット２３のサイズ（又は幅）は隔壁２２の位置によって調節される。
図１に示したように，熱吸収部材３０はエッジリング２０上に挿入設置される。熱吸収部材３０はエッジリング２０の固定スロットに挿入固定され，サセプタ１２の上面と熱接触（thermal contact）する（「装着位置」）。熱接触はサセプタ１２の熱が熱吸収部材３０に伝達されることを意味し，熱吸収部材３０が直接的にサセプタ１２の上面と接触するか熱吸収部材３０が別途の媒体を介して間接的にサセプタ１２の上面と接触することを含む。
熱吸収部材３０がサセプタ１２の特定領域に設置されて特定領域の熱を吸収する。よって，ヒータ１５を介して同じ方式でサセプタ１２を加熱する場合，熱吸収部材３０が設置された後で測定した特定領域の温度は，熱吸収部材３０が設置される前に測定した特定領域の温度より低い。即ち，熱吸収部材３０はサセプタ１２に対して熱損失（thermal loss）として作用し，このようにしてサセプタ１２の温度分布を均一に調節する。
図３は，図１の熱吸収部材を示す図である。図３に示したように，熱吸収部材３０は外側半径Ｒ及び内側半径ｒを有するアーチ状の熱接触面を有し，熱接触面はサセプタ１２の上面と熱接触する。熱吸収部材３０の中心角θは固定スロット２３のサイズ（又は幅）によって決定される。熱吸収部材３０の接触距離ｄは外側半径Ｒと内側半径ｒの差によって求められ，熱吸収部材３０の面積を決定する因子（factor）である。熱吸収部材３０の面積はサセプタ１２から吸収する熱の大きさを決定する因子であり，熱吸収部材３０の面積は外側半径Ｒ及び内側半径ｒ，そして中心角θから求められる。
熱吸収部材３０がサセプタ１２から吸収する熱の大きさは，熱吸収部材３０の面積に概ね比例する。よって，サセプタ１２の温度分布を調節するためには多様な形状（又は面積）を有する熱吸収部材３０が必要である。これは，サセプタ１２領域に応じて温度分布が多様に現れるためである。よって，図４に示した熱吸収部材３０は多様な形態に変形され，多様な形状の熱吸収部材３０として提供される。
前記熱吸収部材３０はサセプタ１２と同じ材質から成り，酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）又は窒化アルミニウム（ＡＩＮ）のうちいずれか一つを含む。一方，図１及び図３に示したように熱吸収部材３０は支持ガイド３２を具備し，支持ガイド３２は熱吸収部材３０がサセプタ１２の内側に過度に挿入されることを防止する。
図４は，図１のエッジリングに熱吸収部材を選択的に挿入する様子を示す図である。図４を参照し，熱吸収部材を利用してサセプタの温度分布を調節する方法を説明する。
まず，作業者はサセプタ１２上の温度分布を測定し，測定された温度分布を利用して基準温度より高い温度を有する一つ以上の高温領域を確認する。この際，基準温度は測定温度のうち最低温度に設定されるか，測定温度の平均温度に設定される。温度分布の測定は，エッジリング２０がサセプタ１２の上に設置された状態で行われる。
次に，図４に示したように作業者は確認された高温領域に対応する固定スロット２３に熱吸収部材３０を挿入する。この際，熱吸収部材３０の形状（又は面積）は高温領域の温度偏差（基準温度との差）に比例して決定され，熱吸収部材３０の面積は接触距離ｄ１，ｄ２，ｄ３によって決定される。熱吸収部材３０はエッジリング２０の外側から内側を向かう方向に固定スロット２３に挿入され，支持ガイド３２は熱吸収部材３０が過度に挿入されることを防止する。
熱吸収部材３０が固定スロット２３に挿入された状態で熱吸収部材３０はサセプタ１２の上面と熱接触し，熱吸収部材３０はサセプタ１２の熱を吸収して対応するサセプタ１２の領域の温度を下げることでサセプタ１２の全体的な温度分布を均一に調節する。図４に示したように基準温度より高くない領域に対応する固定スロット２３には熱吸収部材３０を挿入せず，熱吸収部材３０はエッジリング２０から分離される（「解除位置」）。
一方，本実施例ではエッジリング２０が８つの固定スロット２３を有する例を説明しているが，サセプタ１２の温度分布を精密に調節するために固定スロット２３の個数を増加してもよい。例えば，エッジリング２０が１６個の固定スロット２３を有する場合，１６個の固定スロット２３を介してサセプタ１２の温度分布をより精密に調節することができる。
上述した構成によると，サセプタ１２の温度分布を容易に調節することができる。上述したようにプロセスの均一度を確保するためにサセプタ１２の温度分布を均一に調節する必要があるが，サセプタ１２上の温度分布は外部条件（チャンバーの形状や通路の位置など）によって影響を受ける可能性があるため，サセプタ１２を最初に製作する際に均一な温度分布を有するサセプタ１２を製作することは不可能である。しかし，エッジリング２０と熱吸収部材３０を使用する場合，サセプタ１２上にエッジリング２０を設置してから，エッジリング２０の固定スロット２３上に様々なサイズの熱吸収部材３０を挿入固定することでサセプタ１２の温度分布を効率的に調節することができ，温度分布を調節するために必要とされる時間及びコストを最小化することができる。特に，外部条件が変更される場合でも熱吸収部材３０を介して温度の不均一を最小化することができるため多様な工程に効果的に使用することができる。
以上，好ましい実施例を介して本発明を詳細に説明したが，これとは異なる形態の実施例も可能である。よって，後述する特許請求の範囲の技術的思想と範囲は好ましい実施例に限定されない。
図５及び図６は，本発明の他の実施例による基板処理装置を概略的に示す図である。図１に示した実施例ではエッジリング２０がサセプタ１２上に設置されると説明したが，図５に示したようにエッジリング５０はチャンバー１１の側壁に沿って設置してもよく，サセプタ１２の上面から離隔されていてもよい。熱吸収部材３０はエッジリング５０上に挿入固定されてもよい。
図６に示したように，サセプタ１２はプロセス実行のために上昇してもよく，サセプタ１２が上昇した状態で熱吸収部材３０はサセプタ１２の上面に熱接触した状態を維持する。よって，上述した実施例と同じ方法で熱吸収部材３０はサセプタ１２のうち該当領域の熱を吸収し，これによりサセプタ１２の温度分布を均一に調節する。この際，上述したようにサセプタ１２から吸収しようとする熱の大きさによって熱吸収部材３０の接触距離ｄ１，ｄ２（又は面積）を互いに異なるものとする。
本発明は，多様な形態の半導体製造設備及びその製造方法に応用される。

Claims (10)

  1. 上部に基板が載置されるサセプタと，
    前記サセプタ上に設置されて前記サセプタと熱接触（thermal contact）する装着位置と前記サセプタ上から除去される解除位置間で変位され，前記装着位置で前記サセプタの熱を吸収する一つ以上の熱吸収部材と，
    前記熱吸収部材が選択的に挿入固定される複数の固定スロットを有するエッジリングと，を含むことを特徴とする基板支持ユニット。
  2. 前記サセプタは前記基板が載置されるセンター領域と，前記基板の周りに位置するエッジ領域を有し，
    前記熱吸収部材は，前記装着位置で前記エッジ領域に沿って設置されることを特徴とする請求項１記載の基板支持ユニット。
  3. 前記エッジリングは前記サセプタのエッジ領域に沿って配置されるリング状であり，前記固定スロットは前記サセプタの半径方向に沿って貫通形成されることを特徴とする請求項１記載の基板支持ユニット。
  4. 前記熱吸収部材は前記サセプタと熱接触する熱接触面をそれぞれ有し，前記熱接触面の面積は互いに異なることを特徴とする請求項１記載の基板支持ユニット。
  5. 前記熱吸収部材は，酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）又は窒化アルミニウム（ＡＩＮ）のうちいずれか一つを含む材質であることを特徴とする請求項１記載の基板支持ユニット。
  6. 基板に対する処理が行われる内部空間を提供するチャンバーと，
    前記チャンバー内に提供されて前記基板を支持する基板支持ユニットと，
    前記基板支持ユニットによって支持された前記基板上にプロセスガスを供給するシャワーヘッドと，を含み，
    前記基板支持ユニットは，
    上部に基板が載置されるサセプタと，
    前記サセプタ上に設置されて前記サセプタと熱接触（thermal contact）する装着位置と前記サセプタ上から除去される解除位置間で変位され，前記装着位置で前記サセプタの熱を吸収する一つ以上の熱吸収部材と，
    前記チャンバーの側壁に沿って配置されるリング状であって，前記熱吸収部材が選択的に挿入固定される複数の固定スロットを有するエッジリングと，を含むことを特徴とする基板処理装置。
  7. 前記サセプタは，前記基板が載置されるセンター領域と，前記基板の周りに位置するエッジ領域を有し，
    前記熱吸収部材は，前記装着位置で前記エッジ領域に沿って設置されることを特徴とする請求項６記載の基板処理装置。
  8. 前記熱吸収部材は前記サセプタと熱接触する熱接触面をそれぞれ有し，
    前記熱接触面の面積は互いに異なることを特徴とする請求項６記載の基板処理装置。
  9. 基板が載置されるサセプタを具備する基板支持ユニットの製造方法において，
    前記サセプタの温度分布を測定し，前記サセプタのうち基準温度より高い温度を有する一つ以上の高温領域を判断するステップと，
    前記サセプタ上に，複数の固定スロットを有するエッジリングを設置するステップと，
    前記高温領域にそれぞれ対応する前記固定スロットに，熱吸収部材を選択的に挿入固定して前記サセプタの温度分布を調節するステップと，を含むことを特徴とする基板支持ユニットの製造方法。
  10. 前記熱吸収部材は前記サセプタと熱接触する熱接触面をそれぞれ有し，
    前記熱接触面の面積は互いに異なることを特徴とする請求項９記載の基板支持ユニットの製造方法。
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