KR20170058626A - 서셉터 및 이를 구비한 기판처리장치 - Google Patents

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김정래
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Abstract

본 발명은 서셉터 및 이를 구비한 기판처리장치에 관한 것으로, 챔버 공간 내에 플라즈마가 형성되어 기판을 처리하기 위한 기판처리장치용 서셉터는, 상면에 기판이 안착되는 안착 플레이트와; 안착 플레이트를 지지하는 지지부와; 안착 플레이트의 축열(thermal storage) 특성을 영역별로 서로 다르게 형성하는 제1축열부와 제2축열부를 구비하는 차등축열부를; 포함하여, 차등축열부를 통해 안착 플레이트의 축열 특성을 부분적으로 차등시켜 안착 플레이트의 온도 편차를 최소화할 수 있다.

Description

서셉터 및 이를 구비한 기판처리장치{SUSCEPTOR AND APPARATUS FOR PROCESSING SUBSTRATE HAVING THE SAME}
본 발명은 서셉터 및 이를 구비한 기판처리장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 기판처리공정 중 서셉터의 온도 편차를 최소화할 수 있으며, 박막 균일도를 향상시킬 수 있는 서셉터 및 이를 구비한 기판처리장치에 관한 것이다.
일반적으로 플라즈마 화학 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD) 장비는, 디스플레이 제조 공정 또는 반도체 제조 공정 중에 진공 상태에서 가스의 화학적 반응을 이용하여 절연막, 보호막, 산화막, 금속막 등을 기판에 증착시키기 위해 사용된다.
도 1은 기존 기판처리장치를 도시한 도면이고, 도 2는 기존 기판처리장치로서, 서셉터의 방열 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 1을 참조하면, 기존 기판처리장치는 진공챔버(10), 상기 진공챔버(10)의 내부에 승강 가능하게 제공되며 기판(2)이 안착되는 서셉터(20)를 포함하며, 서셉터(20)의 상부에는 전극 및 공정가스가 분출되는 샤워헤드(30)가 구비된다.
상기 샤워헤드(30)를 통해 진공챔버(10)의 내부에 공정가스가 공급됨과 동시에 전극에 RF 전원이 인가됨에 따라, 진공챔버(10)의 내부에 공급된 공정가스는 플라즈마화 되어 서셉터(20)의 상면에 안착된 기판(2) 상에 증착될 수 있다.
한편, 증착 공정 중, 서셉터의 영역별 온도 편차가 발생하게 되면, 기판에 증착되는 박막의 균일도가 저하되는 문제점이 있기 때문에, 증착 공정 중에는 서셉터의 영역별 온도 편차가 최소화될 수 있어야 한다.
그러나, 기존에는 서셉터의 저면이 플랫(flat)하게 형성됨에 따라, 증착 공정 중에 서셉터의 영역 별로(특히, 반경 방향을 따른 영역 별로) 온도 편차가 발생하는 문제점이 있다. 또한, 서셉터의 온도 편차가 발생하면, 서셉터에 안착되는 기판에도 온도 편차가 발생되기 때문에 기판에 증착되는 박막의 균일도가 저하되는 문제점이 있다.
특히, 기판의 처리 공정 중에 서셉터의 히터 작동이 중단되는 화학 기상 증착법인 경우에는, 기판의 온도는 챔버 내에서 발생되는 플라즈마로부터 전달받는 열전달양과 서셉터를 통해 방출되는 열전달양에 의해 정해지므로, 서셉터로부터 방출되는 열량 편차로 인하여, 서셉터에 안착된 기판의 표면에 증착되는 성막 두께 차이가 발생되고 균일도가 저하되는 심각한 문제가 야기된다.
보다 구체적으로는, 도 2에 도시된 바와 같이, 서셉터의 샤프트에 인접한 중심부(center zone)는 샤프트를 통해 열전달이 이루어지고, 서셉터의 바깥쪽 가장자리부(edge zone)는 가장자리 끝단을 포함하여 열방출되는 표면적이 넓기 때문에, 서셉터에서는 중간부(middle zone)에서 빠져나가는 열의 양보다, 서셉터의 샤프트에 인접한 중심부(center zone) 및 가장자리부(edge zone)에서 빠져나가는 열의 양이 상대적으로 크다.
그러나, 기존과 같이 서셉터의 저면이 플랫한 경우에는, 서셉터가 전체적인 영역에 걸쳐 동일한 축열 특성(열이 빠져나가지 않고 축적되는 특성)을 갖는데 반해, 중심부와 가장자리부에서의 방열량이 중간부에서의 방열량보다 크기 때문에, 서셉터의 영역 별로 다른 방열량에 의해 온도 편차가 발생하는 문제점이 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 서셉터의 중간부는 온도가 높고, 서셉터의 가장자리부는 온도가 낮은 온도 편차가 발생하게 된다.
이에 따라, 최근에는 서셉터의 온도 편차를 최소화하고, 박막 균일도를 향상시키기 위한 다양한 검토가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 기판 처리 공정중에 서셉터의 히터가 작동하지 않으면서 플라즈마 증착 공정을 행하는 처리 공정에서, 서셉터에 안착된 기판의 온도 편차를 최소화하여, 박막 균일도를 향상시킬 수 있는 서셉터 및 이를 구비한 기판처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 서셉터가 영역 별로 서로 다른 축열 특성을 가지게 하여 기판 처리 공정 중에 기판의 온도 편차를 최소화하는 것을 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 챔버 공간 내에 플라즈마가 형성되어 기판을 처리하기 위한 기판처리장치용 서셉터는, 상면에 기판이 안착되는 안착 플레이트와; 안착 플레이트를 지지하는 지지부와; 안착 플레이트의 축열(thermal storage) 특성을 영역별로 서로 다르게 형성하는 제1축열부와 제2축열부를 구비하는 차등축열부를; 포함하여, 차등축열부를 통해 안착 플레이트의 축열 특성을 부분적으로 차등시켜 안착 플레이트의 온도 편차를 최소화할 수 있다.
차등축열부는 진공챔버의 내부에서 플라즈마가 발생되고 안착 플레이트의 발열이 중단된 동안, 안착 플레이트의 축열 특성이 부분적으로 차등될 수 있게 한다. 참고로, 본 발명에서 안착 플레이트의 축열 특성을 부분적으로 차등시킨다 함은, 안착 플레이트에서 기설정된 특정 구간 또는 영역에서 열이 축적되는 특성(축열량)을 다르게 하여, 기설정된 특정 구간 또는 영역에서 잔류하는 열을 제어(다시 말해서, 온도를 제어)할 수 있는 것으로 이해될 수 있다.
참고로, 진공챔버의 내부에 플라즈마가 발생되면, 플레이트의 발열이 중단될 수 있고, 플라즈마가 발생되는 동안에는 플라즈마 발생에 의한 열에 의해 안착 플레이트의 온도가 일정 조건으로 유지될 수 있다.
차등축열부는 요구되는 조건 및 처리 환경에 따라 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 제1축열부는 안착 플레이트에서 제1축열특성 영역을 형성할 수 있고, 제2축열부는 안착 플레이트에서 제1축열부와 다른 축열 특성을 갖는 제2축열특성 영역을 형성할 수 있다. 경우에 따라서는 차등축열부가 서로 다른 축열 특성을 갖는 3개 이상의 축열부를 포함하는 것도 가능하다.
제1축열부 및 제2축열부의 배치 구조는 요구되는 조건에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 제1축열부 및 제2축열부는 지지부로부터 외측 방향을 따라 배치될 수 있다. 경우에 따라서는 제1축열부 및 제2축열부가 여타 다른 방향을 따라 배치되는 것도 가능하다.
제1축열부 및 제2축열부의 축열 특성은 다양한 방식으로 차등될 수 있다. 일 예로, 제1축열부 및 제2축열부 중 어느 하나는 안착 플레이트의 두께를 부분적으로 다르게 형성함으로써, 서로 다른 축열 특성을 가질 수 있다. 가령, 제2축열부에 대응하는 안착 플레이트의 두께가 다른 부위(예를 들어, 제1축열부에 대응하는 안착 플레이트)에 비해 두꺼워지면, 제2축열부에는 다른 부위보다 상대적으로 많은 열이 축열될 수 있다. 바람직하게, 서셉터의 중간부와 가장자리부 간의 방열량 차이에 따른 편차를 해결할 수 있도록, 제2축열부는 안착 플레이트의 중심부로부터 제1축열부의 외측에 배치되어 안착 플레이트의 가장자리부(edge zone)에 형성되되, 안착 플레이트에서 제2축열부가 형성된 부위의 두께는 제1축열부가 형성된 부위의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다. 경우에 따라서는 제1축열부가 지지부를 중심으로 외측 방향으로 이격된 영역으로 형성되는 것도 가능하다. 다르게는, 안착 플레이트의 가장자리부에 형성되는 제2축열부가 제1축열부보다 상대적으로 얇은 두께를 갖는 것도 가능하다.
참고로, 본 발명에서 안착 플레이트의 가장자리부(edge zone)라 함은, 원판 형태를 갖는 안착 플레이트의 가장자리(edge)에서부터 안착 플레이트의 반경의 3~30% 대응하는 길이를 갖는 영역으로 이해될 수 있다.
제1축열부 및 제2축열부 간의 두께 조절은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 제2축열부가 제1축열부보다 두꺼운 두께를 가지기 위해서, 평평한 안착 플레이트의 저면을 기준으로, 제1축열부에 대응하는 안착 플레이트의 저면 부위를 함몰된 홈 형태로 부분적으로 제거함으로써, 제2축열부가 제1축열부보다 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 다르게는, 평평한 안착 플레이트의 저면을 기준으로 제2축열부에 해당하는 안착 플레이트의 저면 부위에 열전달이 이루어질 수 있는 별도의 열전달부재를 부착 또는 결합함으로써, 제2축열부가 제1축열부보다 두꺼운 두께를 가질 수 있도록 구성하는 것도 가능하다.
또한, 전술한 차등축열부는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있다. 일 예로, 제1축열부와 제2축열부 중 적어도 어느 하나는 차등축열부는 안착 플레이트의 반경 방향을 따라 링 형태로 형성될 수 있다. 다른 일 예로, 제1축열부와 제2축열부 중 적어도 어느 하나는 안착 플레이트의 반경 방향을 지나는 동심원의 원주 상에 복수개의 함몰 또는 돌출된 패턴으로 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 기판처리장치는, 내부에 플라즈마를 형성하며 기판을 처리하기 위한 내부 공간이 형성된 진공챔버와; 상기 진공챔버로 가스를 분사하기 위한 샤워헤드와; 상기 진공챔버의 내부에 제공되며 상면에 기판이 안착되는 안착 플레이트, 및 상기 안착 플레이트를 지지하는 지지부를 포함하는 서셉터를; 포함하며, 상기 서셉터는 상기 안착 플레이트의 축열(thermal storage) 특성을 영역별로 서로 다르게 형성하기 위한 제1축열부와 제2축열부를 구비하는 차등축열부를 포함하여, 플라즈마가 발생되는 동안, 차등축열부를 통해 안착 플레이트의 축열 특성을 부분적으로 차등시켜 안착 플레이트의 온도 편차를 최소화할 수 있다.
차등축열부는 요구되는 조건 및 처리 환경에 따라 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 제1축열부는 안착 플레이트에서 제1축열특성 영역을 형성할 수 있고, 제2축열부는 안착 플레이트에서 제1축열부와 다른 축열 특성을 갖는 제2축열특성 영역을 형성할 수 있다. 경우에 따라서는 차등축열부가 서로 다른 축열 특성을 갖는 3개 이상의 축열부를 포함하는 것도 가능하다. 아울러, 제1축열부 및 제2축열부 중 적어도 어느 하나는 안착 플레이트의 두께를 부분적으로 다르게 형성하여 제공될 수 있다.
바람직하게, 제2축열부는 제1축열부의 외측에 배치되고, 제2축열부에 대응되는 안착 플레이트의 두께는 제1축열부에 대응하는 안착 플레이트의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다. 여기서, 제2축열부는 원판 형태를 갖는 안착 플레이트의 반경의 3~30% 대응하는 길이를 갖는 영역일 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 기판처리공정 중 서셉터의 온도 편차를 최소화할 수 있으며, 박막 균일도를 향상시킬 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면 차등축열부를 이용하여 안착 플레이트의 축열 특성이 부분적으로 차등될 수 있게 함으로써, 안착 플레이트의 발열이 중단된 동안 안착 플레이트의 온도 편차를 최소화할 수 있으며, 기판처리공정 중 안착 플레이트에 안착된 기판의 온도 편차를 최소화할 수 있다. 즉, 본 발명은 챔버 내에서 플라즈마가 발생되는 동안 안착 플레이트의 축열 특성을 의도된 영역에 따라 다르게 함으로써, 영역별 방열량의 차이에 따른 안착 플레이트의 온도 편차를 최소화할 수 있으며, 온도 편차에 의한 박막 균일도 저하를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 서로 다른 축열 특성을 갖는 제1축열부 및 제2축열부를 이용하되, 안착 플레이트의 가장자리부(edge zone)에 배치되는 제2축열부가 형성된 부위가 제1축열부가 형성된 부위에 비해 상대적으로 두꺼운 두께로 형성되어, 상대적으로 큰 축열 특성을 가질 수 있게 함으로써, 기판처리공정 중 서셉터의 중간부(middle zone)와 서셉터의 가장자리부(edge zone) 간의 온도 편차를 최소화하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면 단순히 안착 플레이트의 저면 일부를 부분적으로 함몰 또는 돌출시키는 방식으로 차등축열부를 형성할 수 있기 때문에, 구조를 간소화할 수 있으며, 제조 원가를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 서셉터의 온도 편차에 의한 수율 저하를 방지할 수 있으며, 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 기존 기판처리장치를 도시한 도면,
도 2는 기존 기판처리장치로서, 히터의 방열 특성을 설명하기 위한 그래프,
도 3은 본 발명에 따른 기판처리장치를 설명하기 위한 도면,
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 서셉터를 설명하기 위한 도면,
도 6 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 서셉터를 설명하기 위한 도면,
도 9는 본 발명에 따른 서셉터의 축열 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 기판처리장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 서셉터를 설명하기 위한 도면,
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 기판처리장치는 진공챔버(110), 서셉터(101)를 포함한다.
상기 진공챔버(110)는 내부에 소정 처리 공간을 갖도록 제공되며, 측벽 적어도 일측에는 기판(12) 및 이송유닛이 출입하기 위한 출입부가 제공된다.
상기 진공챔버(110)의 사이즈 및 구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 적절히 변경될 수 있으며, 진공챔버(110)의 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
상기 진공챔버의 상부에는 진공챔버(110)의 내부에 공정가스 및 RF 에너지를 공급하기 위한 상기 샤워헤드(210)가 제공된다.
상기 샤워헤드(210)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 샤워헤드(210)의 구조 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 상기 샤워헤드(210)는 상부에서 하부 방향으로 배치되는 탑 플레이트(212), 미드 플레이트(214), 및 엔드 플레이트(216)를 포함하여 구성될 수 있으며, 탑 플레이트(212)와 미드 플레이트(214)의 사이 공간으로 공급된 공정가스는 미드 플레이트(214)의 관통공(214a)을 거쳐 미드 플레이트(214)와 엔드 플레이트(216)의 사이 확산된 후, 엔드 플레이트(216)의 배출공(216a)을 통해 진공챔버(110)의 내부 공간으로 분사될 수 있다.
아울러, 상기 샤워헤드(210)와 진공챔버(110)의 사이에는 전기적 절연을 위한 인슐레이터링이 개재될 수 있으며, 상기 샤워헤드(210)로 공급되는 공정가스는 통상의 기화기에 의해 액체상태에서 기체로 기화된 상태로 샤워헤드(210)에 공급될 수 있다.
상기 서셉터(101)는 진공챔버(110)의 내부에 상하 방향을 따라 승강 가능하게 제공되며, 서셉터(101)의 상면에는 기판(12)이 안착될 수 있다. 상기 서셉터(101)는 모터와 같은 통상의 구동수단에 의해 상하 방향을 따라 이동될 수 있다.
상기 서섭터(101)는 상면에 기판이 안착되는 안착 플레이트(120), 상기 안착 플레이트(120)를 지지하는 지지부(121), 및 상기 안착 플레이트(120)의 저면에 제공되며 안착 플레이트(120)의 축열(thermal storage) 특성을 부분적으로 차등시키는 차등축열부(130)를 포함한다.
상기 안착 플레이트(120)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 안착 플레이트(120)는 원판 형태로 형성될 수 있다. 상기 안착 플레이트(120)의 저면 중심에는 지지부(121)가 연결될 수 있으며, 지지부(121)가 상하 방향으로 이동함에 따라 안착 플레이트(120)가 함께 상하 방향으로 이동할 수 있다.
또한, 상기 안착 플레이트(120)의 상면에는 기판이 안착되기 위한 함몰된 안착홈(미도시)이 형성될 수 있다. 경우에 따라서는 별도의 안착홈을 배제하고 안착 플레이트의 상면이 평평한 형태로 형성되는 것도 가능하다.
상기 안착 플레이트(120)의 내부에는 안착 플레이트(120)를 선택적으로 가열하기 위한 가열 엘리먼트(heating element)(또는 히터)(122)가 제공된다. 상기 가열 엘리먼트(122)는 단위 시간당(또는 단위 질량당) 보다 많은 열을 안착 플레이트(120)에 전달하는 방식으로 안착 플레이트(120)의 온도를 조절할 수 있다.
상기 가열 엘리먼트(122)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 상기 가열 엘리먼트의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 아울러, 상기 가열 엘리먼트(122)는 열선과 같은 열원만으로 구성되거나, 열원의 주변에 열전도율이 높은 별도의 열전달 매개체가 조립된 구조로 제공될 수 있다. 이하에서는 열전도율이 높은 가열블록 내부에 열원이 배치되어 가열 엘리먼트를 구성하는 예를 들어 설명하기로 한다.
상기 가열 엘리먼트(122)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 안착 플레이트(120)를 선택적으로 가열할 수 있는 다양한 위치에 장착될 수 있다. 일 예로, 상기 가열 엘리먼트(122)는 안착 플레이트(120)의 내부에 수용될 수 있다. 경우에 따라서는 가열 엘리먼트가 안착 플레이트의 외면에 부착 또는 결합되는 것도 가능하다.
참고로, 상기 가열 엘리먼트(122)는 안착 플레이트(120)의 온도가 일정 범위로 유지될 수 있게 한다. 즉, 증착 공정을 수행하기 위한 기판이 안착 플레이트(120)의 상면에 안착되면, 기판과의 온도차에 의해 일시적으로 안착 플레이트(120)의 온도가 내려가기 때문에, 상기 가열 엘리먼트(122)는 안착 플레이트(120)의 온도를 다시 높여줄 수 있어야 한다. 구체적으로, 기판이 안착 플레이트(120)의 상면에 안착되면, 가열 엘리먼트(122)의 전원을 인가하거나 가열 엘리먼트(122)로부터 안착 플레이트(120)에 전달되는 단위 시간당 열량을 높이는 방식으로, 기판에 의해 낮아진 안착 플레이트(120)의 온도를 다시 높일 수 있다.
그 후, 증착 공정을 위해 진공챔버의 내부에 플라즈마가 발생되면, 가열 엘리먼트(122)에 인가되는 전원이 거의 제로(zero) 가까이 떨어져 안착 플레이트(120)의 발열이 중단될 수 있고, 플라즈마가 발생되는 동안에는 플라즈마 발생에 의한 열(도 4의 Q3 참조)에 의해 안착 플레이트(120)의 온도가 일정 조건(예를 들어, 350℃)으로 유지될 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 차등축열부(130)는 안착 플레이트(120)의 저면에 제공되며, 안착 플레이트(120)의 축열(thermal storage) 특성을 부분적으로 차등시킬 수 있게 한다. 특히, 상기 차등축열부(130)는 진공챔버의 내부에서 플라즈마가 발생되는 동안 안착 플레이트(120)의 축열 특성이 부분적으로 차등될 수 있게 함으로써, 안착 플레이트(120)의 온도 편차를 최소화할 수 있게 한다.
참고로, 본 발명에서 안착 플레이트(120)의 축열 특성을 부분적으로 차등시킨다 함은, 안착 플레이트(120)에서 기설정된 특정 구간 또는 영역에서 열이 축적되는 특성(축열량)을 다르게(QS1 ≠ QS2) 하여, 기설정된 특정 구간 또는 영역에서 잔류하는 열을 제어(다시 말해서, 온도를 제어)할 수 있는 것으로 이해될 수 있다.
상기 차등축열부(130)는 요구되는 조건 및 처리 환경에 따라 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 상기 차등축열부(130)는 안착 플레이트(120)에서 제1축열특성 영역을 형성하는 제1축열부(132)와, 안착 플레이트(120)에서 제1축열부(132)와 다른 축열 특성을 갖는 제2축열특성 영역을 형성하는 제2축열부(134)를 포함할 수 있다. 경우에 따라서는 차등축열부가 서로 다른 축열 특성을 갖는 3개 이상의 축열부를 포함하는 것도 가능하다.
상기 제1축열부(132) 및 제2축열부(134)의 배치 구조는 요구되는 조건에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 이하에서는 상기 제1축열부(132) 및 제2축열부(134)가 지지부로부터 외측 방향(안착 플레이트의 반경 방향을 따라 안착 플레이트의 중심부로부터 외측으로 향하는 방향)을 따라 배치된 예를 들어 설명하기로 한다. 경우에 따라서는 제1축열부 및 제2축열부가 여타 다른 방향을 따라 배치되는 것도 가능하다.
상기 제1축열부(132) 및 제2축열부(134)는 서로 다른 축열 특성을 갖는 바, 제1축열부(132) 및 제2축열부(134)의 축열 특성은 다양한 방식으로 차등될 수 있다. 일 예로, 상기 제1축열부(132) 및 제2축열부(134) 중 어느 하나는 안착 플레이트(120)의 두께를 부분적으로 조절함으로써, 서로 다른 축열 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2축열부(134)의 두께(T2)가 다른 부위(예를 들어, 제1축열부)의 두께(T1)에 비해 두꺼워지면, 제2축열부(134)에는 다른 부위보다 상대적으로 많은 열이 축열(QS2 〉QS1)될 수 있다.
전술한 바와 같이, 서셉터의 바깥쪽 가장자리부(edge zone)는 열이 방출되는 표면적이 넓기 때문에, 서셉터에서는 중간부(middle zone)에서 빠져나가는 열(Q1)의 양보다, 서셉터의 가장자리부(edge zone)에서 빠져나가는 열(Q2)의 양이 상대적으로 크다.
상기 서셉터의 중간부와 가장자리부 간의 방열량 차이에 따른 편차를 해결하기 위해, 상기 제2축열부(134)는 안착 플레이트(120)의 반경 방향을 따라 제1축열부(132)의 외측에 배치되도록 안착 플레이트(120)의 가장자리부(edge zone)에 형성되되, 제2축열부(134)는 제1축열부(132)보다 상대적으로 두꺼운 두께(T2 〉T1)로 형성될 수 있다.
따라서, 상기 중간부에 배치된 제1축열부(132)보다 가장자리부에 배치된 제2축열부(134)에서 상대적으로 많은 양의 열(Q2 〉Q1)이 방출되어도, 상기 제2축열부(134)에는 제1축열부(132)보다 상대적으로 많은 열이 축열(QS2 〉QS1)되어 있기 때문에, 상기 제2축열부(134)와 제1축열부(132) 간의 온도 편차를 줄이는 것이 가능하다. 이는, 안착 플레이트(120)의 중간부와 가장자리부의 온도가 거의 일정하게 유지될 수 있는 것으로 이해될 수 있다.(도 9의 ΔT(Heat-sink)(본발명) 및 Map profile(본발명) 참조)
참고로, 본 발명에서 안착 플레이트(120)의 가장자리부(edge zone)라 함은, 원판 형태를 갖는 안착 플레이트(120)의 가장자리(edge)에서부터 안착 플레이트(120)의 반경의 3~30% 대응하는 길이(도 5의 L1 참조)를 갖는 영역으로 이해될 수 있다. 아울러, 안착 플레이트(120)의 가장자리부는 안착 플레이트(120)의 사이즈에 따라 적절히 변경될 수 있다.
상기 제1축열부(132) 및 제2축열부(134) 간의 두께 조절은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
예를 들어, 상기 제2축열부(134)가 제1축열부(132)보다 두꺼운 두께를 가지기 위해서는, 평평한 안착 플레이트(120)의 저면을 기준으로, 제1축열부(132)에 대응하는 안착 플레이트(120)의 저면 부위를 함몰된 홈 형태로 부분적으로 제거함으로써, 제2축열부(134)가 제1축열부(132)보다 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 다르게는, 평평한 안착 플레이트의 저면을 기준으로 제2축열부에 해당하는 안착 플레이트의 저면 부위에 열전달이 이루어질 수 있는 별도의 열전달부재를 부착 또는 결합함으로써, 제2축열부가 제1축열부보다 두꺼운 두께를 가지도록 구성하는 것도 가능하다.
또한, 전술한 차등축열부(130)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있다. 일 예로, 도 5를 참조하면, 상기 차등축열부(130)를 구성하는 제1축열부(132) 및 제2축열부(134)는 안착 플레이트(120)의 반경 방향을 따라 링 형태로 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 제1축열부(132) 및 제2축열부(134)가 모두 링 형태로 형성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 제1축열부 및 제2축열부 중 어느 하나만이 링 형태로 형성되는 것도 가능하다.
한편, 도 6 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 서셉터를 설명하기 위한 도면이다. 아울러, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당 부분에 대해서는 동일 또는 동일 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는, 차등축열부가 제1축열부 및 제2축열부를 포함하고, 제2축열부보다 얇은 두께를 갖는 제1축열부가 지지부와 제2축열부의 사이에 전체적으로 형성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 제1축열부가 지지부와 제2축열부의 사이에 부분적으로 형성될 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 차등축열부(130')가 제1축열부(132') 및 제2축열부(134')를 포함하고, 안착 플레이트(120)의 가장자리부에 배치되는 제2축열부(134')가 제1축열부(132')보다 상대적으로 두꺼운 두께를 갖되, 상기 제1축열부(132')는 지지부(121)로부터 소정 간격을 두고 이격된 영역으로 형성될 수 있다.
아울러, 상기 지지부(121)와 제1축열부(132')의 사이 이격 공간에 대응되는 안착 플레이트(120)의 저면 부위(안착 플레이트의 중심부)(133)는, 제2축열부(134')와 동일한 두께를 가지도록 구성될 수 있다. 이와 같은 구조는, 비교적 많은 열이 방출되는 안착 플레이트(120)의 가장자리부(edge zone)(제2축열부 부위)처럼, 지지부(121)에 인접한 안착 플레이트(120)의 중심부(center zone)(133)가 제1축열부(132')보다 두꺼운 두께를 가지게 함으로써 보다 높은 축열 특성을 가질 수 있게 한다.
전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는, 차등축열부가 제1축열부 및 제2축열부를 포함하고, 안착 플레이트의 가장자리부에 배치되는 제2축열부가 제1축열부보다 상대적으로 두꺼운 두께를 갖도록 구성된 예를 들어 설명하고 있지만, 제1축열부의 두께를 제2축열부보다 두껍게 형성하는 것이 가능하다.
즉, 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 차등축열부(130")는 서로 다른 두께를 갖는 제1축열부(132") 및 제2축열부(134")를 포함하되, 안착 플레이트(120)의 가장자리부에 배치되는 제2축열부(134")는 그 내측에 형성되는 제1축열부(132")보다 상대적으로 얇은 두께로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 차등축열부는 안착 플레이트(120)의 반경 방향을 따라 이격되게 복수개가 배치될 수 있다.
도 8을 참조하면, 차등축열부(130)는 안착 플레이트(120)의 반경 방향을 따라 배치되는 제1축열부(132) 및 제2축열부(134)를 포함하되, 함몰된 홈 형태를 갖는 제1축열부(132)는 안착 플레이트(120)의 원주 방향을 따라 이격되게 복수개가 배치될 수 있다. 다르게는, 제2축열부가 안착 플레이트의 원주 방향을 따라 이격되게 복수개가 배치될 수도 있다.
참고로, 도 8에서는 7개의 제1축열부(132)가 형성된 예를 들어 설명하고 있지만, 제1축열부(132)의 갯수 및 이격 간격은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 도 8에서는 제1축열부(132)가 원형 형태로 형성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 제1축열부가 타원형, 삼각형 및 사각형 등과 같은 다각형 형태로 형성되는 것도 가능하다.
한편, 도 9는 본 발명에 따른 서셉터의 축열 특성을 설명하기 위한 그래프이다. 아울러, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당 부분에 대해서는 동일 또는 동일 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 9를 참조하면, 본 발명에서는 제2축열부(도 5의 134 참조)가 제1축열부(도 5의 132 및 L2 참조)의 외측에 배치되도록 안착 플레이트(120)의 가장자리부(edge zone)(도 5의 L1 참조)에 형성되되, 제2축열부(134)가 제1축열부(132)보다 상대적으로 두꺼운 두께로 형성된 구조는, 서셉터의 저면이 평평한 구조를 갖는 종래 서셉터(도 1의 20 참조)의 온도 편차(도 9의 ΔT(Heat-sink)(종래) 및 Map profile(종래) 참조)보다, 안착 플레이트(120)의 영역별 온도 편차(도 9의 ΔT(Heat-sink)(본발명) 및 Map profile(본발명) 참조)가 현저하게 작은 것을 확인할 수 있다. 특히, 도 9의 그래프 좌측의 제2축열부(134)가 형성된 가장자리부(도 9의 그래프 좌측의 edge 부위)와, 제1축열부(132)가 형성된 중간부(도 9의 그래프의 edge와 center의 중간 부위) 간의 온도 편차가 종래보다 현저하게 작아진 것을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110 : 진공챔버 120 : 안착 플레이트
130 : 차등축열부 132 : 제1축열부
134 : 제2축열부 210 : 샤워헤드

Claims (13)

  1. 챔버 공간 내에 플라즈마가 형성되어 기판을 처리하기 위한 기판처리장치용 서셉터에 있어서,
    상면에 기판이 안착되는 안착 플레이트와;
    상기 안착 플레이트를 지지하는 지지부와;
    상기 안착 플레이트의 축열(thermal storage) 특성을 영역별로 서로 다르게 형성하는 제1축열부와 제2축열부를 구비하는 차등축열부를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차등축열부에 있어서,
    상기 제1축열부 및 상기 제2축열부는 상기 지지부로부터 외측 방향을 따라 배치된 것을 특징으로 하는 서셉터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 차등축열부에 있어서,
    상기 제1축열부에 대응되는 상기 안착 플레이트의 두께와 상기 제2축열부에 대응되는 상기 안착 플레이트의 두께를 서로 다르게 형성하여 제공되는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2축열부는 상기 제1축열부의 외측에 배치되며,
    상기 제2축열부에 대응되는 상기 안착 플레이트의 두께는 상기 제1축열부에 대응되는 상기 안착 플레이트의 두께보다 두껍게 형성된 것을 특징으로 하는 서셉터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1축열부 및 상기 제2축열부 중 적어도 어느 하나는 상기 안착 플레이트의 저면을 부분적으로 함몰 또는 돌출되게 하여 제공되는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1축열부는 상기 지지부를 중심으로 외측 방향으로 이격된 영역으로 형성된 것을 특징으로 하는 서셉터.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안착 플레이트는 원판 형태로 형성되고, 상기 제1축열부와 상기 제2축열부 중 적어도 어느 하나는 상기 거치 플레이트의 반경 방향을 따라 링 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 서셉터.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안착 플레이트는 원판 형태로 형성되고, 상기 제1축열부와 상기 제2축열부 중 적어도 어느 하나는 상기 안착 플레이트의 반경 방향을 지나는 동심원의 원주 상에 복수개의 함몰 또는 돌출된 패턴으로 제공된 것을 특징으로 하는 서셉터.
  9. 기판처리장치에 있어서,
    내부에 플라즈마를 형성하며 기판을 처리하기 위한 내부 공간이 형성된 진공챔버와;
    상기 진공챔버로 가스를 분사하기 위한 샤워헤드와;
    상기 진공챔버의 내부에 제공되며 상면에 상기 기판이 안착되는 안착 플레이트, 및 상기 안착 플레이트를 지지하는 지지부를 포함하는 서셉터를; 포함하고,
    상기 서셉터는 상기 안착 플레이트의 축열(thermal storage) 특성을 영역별로 서로 다르게 형성하기 위한 제1축열부와 제2축열부를 구비하는 차등축열부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 차등축열부에 있어서,
    상기 제1축열부 및 상기 제2축열부는 상기 지지부로부터 외측 방향을 따라 배치된 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 차등축열부에 있어서,
    상기 제1축열부에 대응되는 상기 안착 플레이트의 두께와 상기 제2축열부에 대응되는 상기 안착 플레이트의 두께를 서로 다르게 형성하여 제공되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제2축열부는 상기 제1축열부의 외측에 배치되며,
    상기 제2축열부에 대응되는 상기 안착 플레이트의 두께는 상기 제1축열부에 대응되는 상기 안착 플레이트의 두께보다 두껍게 형성된 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 안착 플레이트는 원판 형태로 형성되고,
    상기 제2축열부는 상기 안착 플레이트의 반경의 3~30% 대응하는 길이를 갖는 영역인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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