KR101651912B1 - 서셉터 및 이를 구비한 기판처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 본 발명의 목적은 파우더가 쌓이게 되는 것이 방지되도록 구조가 개선된 서셉터 및 이를 구비하는 기판처리장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 서셉터는 기판이 안착되는 안착면과, 상기 안착면에 안착된 기판이 이탈되는 것이 방지되도록 상기 안착면의 둘레를 따라 배치되는 복수의 가이드핀을 구비하는 서셉터에 있어서, 상기 각 가이드핀의 상기 안착면과 평행한 방향으로의 단면에서, 상기 서셉터의 직경 방향으로의 길이가, 상기 직경 방향과 직교하는 방향으로의 길이 보다 더 길게 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

서셉터 및 이를 구비한 기판처리장치{Susceptor and substrate processing apparatus having the same}
본 발명은 서셉터 및 이를 구비한 기판처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리콘 산화막을 식각하는 기판처리장치 내부에 설치되어 기판을 지지하는 서셉터와 이를 구비한 기판처리장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자의 제조 공정은 기판 상에 서로 성질을 달리하는 도전막, 반도체막 및 절연막 등의 박막을 그 적층의 순서 및 패턴의 형상을 조합하여 일정한 기능을 수행하는 전자회로를 실현하는 과정이라고 말할 수 있다. 이에 따라 반도체 소자 제조 공정에서는 여러 가지 박막의 증착과 식각이 반복적으로 이루어진다.
한편, 여러 가지 박막 중 특히 실리콘 산화막은 기판으로 흔히 이용되는 실리콘과 양립성(compatibility)이 우수하고 열 산화 등의 방법으로 형성하기가 쉬우며 취급이 용이하기 때문에 절연막으로 많이 이용되고 있다. 이러한 실리콘 산화막을 식각하기 위한 장치의 종류로는 건식식각장치와 습식식각장치가 있으며, 이중 건식식각장치에 관하여는 대한민국 등록특허 10-1155291호 등이 공개된 바 있다.
이와 같은 건식식각장치는 챔버와, 챔버 내부로 식각가스(HF, NH3)를 공급하는 샤워헤드와, 기판이 안착되는 서셉터를 가진다.
도 1은 종래 서셉터의 개략적인 사시도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 서셉터(9)는 열교환유로가 마련되어 있는 내부플레이트(1)와, 내부플레이트(1)를 감싸도록 설치되는 외부플레이트(2)를 가진다. 그리고, 외부플레이트(2)에는 기판의 이탈을 방지하기 위한 가이드핀(3)이 결합되어 있다. 이와 같이 구성된 서셉터(9)에 기판을 안착한 후, 기판으로 식각가스인 HF와 NH3를 공급하면, 기판 상의 실리콘 산화막이 제거된다.
한편, 이와 같은 식각공정을 진행하는 과정에서, 기판으로 분사된 HF와 NH3는 상호 결합되어 파우더(NH4F)를 형성된다. 이 파우더는 100℃ 이상에서는 기화되어 챔버 내부의 배기시 외부로 배출되지만, 챔버 내부에서 온도가 낮은 부분에는 파우더가 쌓이게 된다.
특히, 종래의 경우에는 도 1에 확대되어 도시된 바와 같이, 가이드핀(3)의 하단부와, 내부플레이트(1)와 외부플레이트(2) 사이의 틈에 파우더가 많이 쌓이게 된다. 그리고, 이와 같이 파우더가 쌓이면, 후속 공정에서의 기판 품질이 저하되는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 10-1155291호(발명의 명칭 : 건식식각장치 및 이를 구비한 기판처리시스템)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 파우더가 쌓이게 되는 것이 방지되도록 구조가 개선된 서셉터 및 이를 구비하는 기판처리장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 서셉터는 기판이 안착되는 안착면과, 상기 안착면에 안착된 기판이 이탈되는 것이 방지되도록 상기 안착면의 둘레를 따라 배치되는 복수의 가이드핀을 구비하는 서셉터에 있어서, 상기 각 가이드핀의 상기 안착면과 평행한 방향으로의 단면에서, 상기 서셉터의 직경 방향으로의 길이가, 상기 직경 방향과 직교하는 방향으로의 길이 보다 더 길게 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 가이드핀의 수평 방향으로의 단면은 유선형 또는 타원형으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면 상기 가이드핀은 엔지니어링 플라스틱 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 서셉터는 기판처리장치의 내부에 설치되며, 기판이 안착되는 서셉터에 있어서, 상기 서셉터의 상면에는 평판 형상으로 형성되며 엔지니어링 플라스틱 재질로 이루어지는 상부플레이트가 결합되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 서셉터에 파우더가 쌓이게 되는 것이 방지되며, 따라서 후속 공정에서 기판 품질이 저하되는 것이 방지된다.
도 1은 종래 서셉터의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 서셉터의 개략적인 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 서셉터의 개략적인 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 서셉터의 개략적인 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 서셉터의 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 서셉터의 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제5실시예에 따른 서셉터의 개략적인 단면도이다.
기판처리장치는 기판에 박막을 증착하는 공정 또는 기판을 식각하는 식각공정을 진행하는 장치로, 챔버와, 챔버의 내부에 배치되는 서셉터와, 기판으로 공정가스를 분사하는 샤워헤드를 가지는 장치이다. 본 발명에 따른 서셉터는 이러한 기판처리장치에 설치되며, 그 상면에 기판이 안착된다. 특히, 본 발명에 따른 서셉터는 HF 가스와 NH3 가스를 기판으로 분사하여 실리콘 산화막을 식각하는 공정과 같이, 기판을 처리하는 과정에서 파우더가 발생하는 공정을 수행하는 기판처리장치에 적용되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 서셉터에 관하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 서셉터의 개략적인 사시도이며, 도 3은 도 2에 도시된 서셉터의 개략적인 평면도이며, 도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 서셉터의 개략적인 사시도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 제1실시예에 따른 서셉터(100)에는 기판이 안착되는 안착면(110)이 형성되어 있다. 안착면(110)의 둘레에는 복수의 가이드핀(120)이 상방향으로 돌출 형성되어 있다. 그리고, 이 가이드핀(120)은 안착면(110)에 안착된 기판이 안착면의 외부로 이탈하는 것을 방지한다.
특히, 본 실시예에 따른 서셉터(100)의 특징은 가이드핀(120)의 형상에 있으며, 이하 가이드핀(120)의 형상에 관하여 구체적으로 설명한다.
각 가이드핀(120)은 서셉터(100)의 상면으로부터 상방향으로 돌출 형성된다. 그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 각 가이드핀(120)의 안착면과 평행한 방향으로의 단면에서, 서셉터의 직경 방향(R)으로의 길이(L1)는, 직경 방향과 직교하는 방향(V)으로의 길이(L2)보다 더 길게 형성된다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 가이드핀(120)의 단면이 유선형으로 형성되거나, 도 4에 도시된 바와 같이 가이드핀(120A)의 단면이 타원형으로 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 각 가이드핀은 하단부로부터 상단부로 갈수록 단면적이 작아지도록 테이퍼진 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같이 가이드핀(120)을 형성하면 가이드핀, 보다 구체적으로는 가이드핀의 전면에 파우더가 쌓이게 되는 것이 방지되는데, 이하 그 이유에 관하여 설명한다. 참고로, 가이드핀의 전면이란 가이드핀에서 서셉터의 중심을 향하고 있는 측면을 의미한다.
기판으로 공정가스가 분사되면, 이 공정가스는 서셉터 상에 안착된 기판을 따라 유동하게 되는데, 이때 기판의 중심으로부터 기판의 가장자리를 향하는 방향 즉 서셉터의 직경 방향(R)으로 유동하게 된다. 그리고, 공정가스의 유동시 파우더도 함께 유동하다가, 가이드핀에 의해 공정가스의 흐름이 차단되면 이 지점 즉 가이드핀(120)의 전면에 파우더가 쌓이게 된다.
그런데, 본 발명에서와 같이 가이드핀의 단면이 유선형 또는 타원형인 경우, 가이드핀(120,120A)에 의해 공정가스의 흐름이 차단되는 것이 최소화되고, 이에 따라 가이드핀(120,120A)의 전면에 파우더가 쌓이게 되는 것이 방지된다.
한편, 상기한 가이드핀(120,120A)은 피크(PEEK, polyaryletheretherketone)와 같은 엔지니어링 플라스틱 계열의 소재로 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같이, 가이드핀을 엔지니어링 플라스틱 계열의 소재로 형성하면, 가이드핀을 알루미늄과 같은 금속 계열의 소재로 형성하였을 때보다, 가이드핀에 파우더가 훨씬 덜 쌓이게 된다. 그 이유는, 엔지니어링 플라스틱의 경우 표면마찰계수가 매우 적고 윤활성을 가지기 때문인 것으로 예측된다. 또한, 엔지니어링 플라스틱은 내열성 및 내부식성이 우수하기 때문에, 가이드핀을 반영구적으로 사용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 서셉터의 개략적인 단면도이다.
도 5를 참조하면, 제3실시예에 따른 서셉터(200)는 내부플레이트(210)와 외부플레이트(220)와, 자켓링(230)을 포함한다. 먼저, 서셉터(200)를 복수의 파트, 즉 내부플레이트(210)와 외부플레이트(220)와 자켓링(230)으로 구성하는 이유에 관하여 설명한다.
HF 가스와 NH3 가스로 실리콘 산화막을 식각하는 과정은 식각공정과, 식각공정에서 발생된 식각부산물을 분해하는 후공정으로 진행된다. 이때, 식각공정은 대략 40℃의 온도에서 진행되는데, 이때 기판의 온도는 기판에 접촉하고 있는 서셉터에 의해 유지된다.
만약, 서셉터를 하나의 플레이트로 형성하면 서셉터 전체의 온도가 40℃로 유지되며, 이에 따라 서셉터의 측면 및 하면에 대량의 파우더(NH4F)가 형성되게 된다. 참고로, 서셉터의 상면에는 기판이 안착되기 때문에 파우더가 쌓이지 않는다. 이와 같이, 서셉터의 측면 및 하면에 파우더가 쌓이는 문제를 방지하기 위해서는, 서셉터를 복수의 파트로 구성하고, 각 파트별 온도를 다르게 유지할 필요가 있다(즉, 내부플레이트의 온도만 식각공정의 온도로 유지함).
본 실시예에 따르면, 내부플레이트(210)는 원형의 평판으로 형성되며, 내부플레이트(210) 위에 기판이 안착된다. 내부플레이트(210)의 내부에는 열교환유체가 유동하는 유로(211)가 형성되어 있으며, 이에 따라 기판이 식각공정 온도로 유지된다.
외부플레이트(220)는 내부플레이트(210)의 하방에 배치되며, 내부플레이트(210)를 지지한다. 외부플레이트(220)에는 외부플레이트(220)를 가열하기 위한 가열수단(도면 미도시)이 마련되고, 이 가열수단에 의해 외부플레이트(220)의 온도가 제어된다. 그리고, 내부플레이트(210)와 외부플레이트(220) 사이에는 단열부재(240)가 배치되며, 이에 따라 내부플레이트(210)와 외부플레이트(220)는 서로 이격된다. 이때, 단열부재(240)는 단열성이 우수한 소재로 이루어져, 내부플레이트(210)와 외부플레이트(220) 사이의 열교환을 최소화하는 것이 바람직하다.
자켓링(230)은 환형으로 형성된다. 자켓링(230)은 외부플레이트(220)의 상단부에 결합되며, 내부플레이트(210)를 감싸도록 설치된다. 특히, 본 실시예의 경우 자켓링(230)는 피크(PEEK, polyaryletheretherketone)와 같은 엔지니어링 플라스틱 계열의 소재로 이루어진다. 그리고, 자켓링(230)을 엔지니어링 플라스틱 계열의 소재로 형성하면, 자켓링(230)을 알루미늄과 같은 금속 계열의 소재로 형성하였을 때보다 파우더가 덜 쌓이게 된다. 보다 구체적으로는, 자켓링(230)과 내부플레이트(210) 사이의 틈, 자켓링(230)의 외측면에 파우더가 훨씬 덜 쌓이게 된다. 그 이유는, 앞서 설명한 바와 같이 엔지니어링 플라스틱의 경우 표면마찰계수가 매우 적고 윤활성을 가지기 때문인 것으로 예측된다.
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 서셉터의 개략적인 단면도이다.
도 6을 참조하면, 제4실시예에 따른 서셉터(300)는 내부플레이트(310)와 외부플레이트(320)와, 자켓링(330)을 포함한다.
본 실시예에 따르면, 내부플레이트(310)는 원형의 평판으로 형성되며, 이 내부플레이트 위에 기판이 안착된다. 내부플레이트(310) 상면의 가장자리는 단차지게 형성되며, 이에 따라 내부플레이트(310) 가장자리의 두께는 내부플레이트 중앙부의 두께 보다 얇게 형성된다. 내부플레이트(310)의 내부에는 열교환유체가 유동하는 유로(311)가 형성되어 있으며, 이에 따라 기판이 식각공정 온도로 유지된다.
외부플레이트(320)는 내부플레이트(310)의 하방에 배치되며, 내부플레이트(310)를 지지한다. 외부플레이트(320)에는 외부플레이트(320)를 가열하기 위한 가열수단(도면 미도시)이 마련되고, 이 가열수단에 의해 외부플레이트(320)의 온도가 제어된다. 그리고, 내부플레이트(310)와 외부플레이트(320) 사이에는 단열부재(340)가 배치되며, 이에 따라 내부플레이트(310)와 외부플레이트(320)는 서로 이격된다. 이때, 단열부재(340)는 단열성이 우수한 소재로 이루어져, 내부플레이트(310)와 외부플레이트(320) 사이의 열교환을 최소화하는 것이 바람직하다.
자켓링(330)은 측면부(331)와, 환형부(332)를 가진다. 측면부(331)는 환형으로 형성된다. 측면부(331)는 외부플레이트(320)의 상단부에 결합되며, 내부플레이트(310)의 측면을 감싸도록 배치된다. 환형부(332)는 측면부(331)의 상단부로부터 내측 방향으로 연장 형성된다. 환형부(332)는 내부플레이트(310) 상면 가장자리의 상방에 배치된다. 이때, 환형부(332)의 상면은 내측플레이트(310) 중앙부의 상면과 동일 평면상에 배치된다.
특히, 본 실시예의 경우 자켓링(330)는 피크(PEEK, polyaryletheretherketone)와 같은 엔지니어링 플라스틱 계열의 소재로 이루어진다. 그리고, 자켓링(330)을 엔지니어링 플라스틱 계열의 소재로 형성하면, 자켓링(330)을 알루미늄과 같은 금속 계열의 소재로 형성하였을 때보다 파우더가 덜 쌓이게 된다. 보다 구체적으로는, 자켓링(330)과 내부플레이트(310) 사이의 틈, 자켓링(330)의 외측면에 파우더가 훨씬 덜 쌓이게 된다.
*또한, 본 실시예의 경우에는 서셉터(300)에 기판을 안착하였을 때, 기판의 중앙부는 내측플레이트(310) 상에 놓이고, 기판의 가장자리는 환형부(332) 상에 놓인다. 따라서, 내측플레이트(310)로부터 기판의 중앙부 및 가장자리로 전달되는 열의 양이 달라지게 된다. 이에, 기판의 온도맵 및 공정조건을 고려하여 환형부(332)의 길이를 적절하게 변경하면, 기판의 식각 균일도를 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 제5실시예에 따른 서셉터의 개략적인 단면도이다.
도 7을 참조하면, 제5실시예에 따른 서셉터(400)는 내부플레이트(410)와, 외부플레이트(420)와, 자켓링(430)과, 상부플레이트(450)를 포함한다.
내부플레이트(410)는 원형의 평판으로 형성되며, 내부플레이트(410) 위에 기판이 안착된다. 내부플레이트(410)의 내부에는 열교환유체가 유동하는 유로(411)가 형성되어 있으며, 이에 따라 기판이 식각공정 온도로 유지된다.
외부플레이트(420)는 내부플레이트(410)의 하방에 배치되며, 내부플레이트(410)를 지지한다. 외부플레이트(420)에는 외부플레이트(420)를 가열하기 위한 가열수단(도면 미도시)이 마련되고, 이 가열수단에 의해 외부플레이트(420)의 온도가 제어된다. 그리고, 내부플레이트(410)와 외부플레이트(420) 사이에는 단열부재(440)가 배치되며, 이에 따라 내부플레이트(410)와 외부플레이트(420)는 서로 이격된다. 이때, 단열부재(440)는 단열성이 우수한 소재로 이루어져, 내부플레이트(410)와 외부플레이트(420) 사이의 열교환을 최소화하는 것이 바람직하다.
자켓링(430)은 환형으로 형성된다. 자켓링(430)은 외부플레이트(420)의 상단부에 결합되며, 내부플레이트(410)를 감싸도록 설치된다.
상부플레이트(450)는 평판 형상으로 형성되며, 내부플레이트(410) 및 자켓링(430)의 상면에 결합된다. 도면에는 도시되어 있지 않으나, 상부플레이트(450)에는 기판의 안착을 위한 안착핀이 삽입되는 삽입공, 기판의 후면으로 가스를 분사하기 위한 분사공 등이 형성될 수도 있다. 특히, 본 실시예의 경우 상부플레이트(450)는 피크(PEEK, polyaryletheretherketone)와 같은 엔지니어링 플라스틱 계열의 소재로 이루어진다.
본 실시예에 따르면, 자켓링(430)과 내부플레이트(410) 사이의 틈이 상부플레이트(450)에 의해 가려지므로, 이 부분에 파우더가 쌓이게 되는 것이 방지된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
100,100A...서셉터 110...안착면
120,120A...가이드핀
200,300,400...서셉터 210,310,410...내부플레이트
220,320,420...외부플레이트 230,330,430...자켓링
450...상부플레이트

Claims (5)

  1. 기판이 안착되는 안착면과, 상기 안착면에 안착된 기판이 이탈되는 것이 방지되도록 상기 안착면의 둘레를 따라 배치되는 복수의 가이드핀을 구비하는 서셉터에 있어서,
    상기 각 가이드핀의 상기 안착면과 평행한 방향으로의 단면에서, 상기 서셉터의 직경 방향으로의 길이가, 상기 직경 방향과 직교하는 방향으로의 길이 보다 더 길게 형성되고,
    상기 가이드핀의 수평 방향으로의 단면은 유선형으로 형성되되 유선형의 첨단이 상기 기판의 외주방향을 향하도록 형성되며,
    상기 가이드핀은 하단부로부터 상단부로 갈수록 단면적이 작아지도록 테이퍼진 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가이드핀은 엔지니어링 플라스틱 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  4. 제 1 항에 있어서
    상기 서셉터의 상면에는 평판 형상으로 형성되며 엔지니어링 플라스틱 재질로 이루어지는 상부플레이트가 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  5. 내부에 배치된 기판으로 HF 가스와 NH3 가스를 분사하여 기판 상의 실리콘 산화막을 식각하는 기판처리장치에 있어서,
    제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 기재된 서셉터를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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