KR20190057740A - 기판 지지 어셈블리 및 이를 포함하는 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

기판 지지 어셈블리 및 이를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 기술이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지 어셈블리는, 내부에 에지(edge) 가스를 전달하는 에지 가스 유로를 구비하는 서셉터, 및 상기 서셉터와 소정의 간극을 가지고 상기 서셉터의 가장자리에 위치되고 상기 에지 가스를 웨이퍼의 상면 가장자리로 제공하는 에지링을 포함한다. 상기 에지링은 상기 에지 가스 유로의 분사구와 인접하는 부분에 상기 에지 가스의 일부를 외부로 배출시키기 위한 바이패스부를 포함한다.

Description

기판 지지 어셈블리 및 이를 포함하는 기판 처리 장치{Assembly for Supporting Semiconductor Substrate and Substrate Processing Apparatus Including The Same}
본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 에지링(edge ring)과 같은 기판 지지 어셈블리 및 이를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
최근의 반도체 소자로 제조하기 위한 반도체 기판의 대구경화, 평면 디스플레이 소자로 제조하기 위한 유리 기판의 대면적화 등에 따라, 웨이퍼, 즉, 반도체 기판상에 성막 또는 식각을 위한 기판 처리 장치의 수요가 증대되고 있다. 특히, 증착 특성 및 식각 특성을 개선하기 위하여, 플라즈마를 이용하는 웨이퍼 처리 장치에 대한 요구가 높아지고 있다.
일반적으로, 웨이퍼 처리 장치는 식각 또는 증착이 이루어지는 공정 챔버를 포함한다. 공정 챔버는 내부에 기판을 지지하는 서셉터 및 웨이퍼의 가장자리에 고정되는 에지링을 포함할 수 있다.
도 1은 일반적인 기판 처리 장치의 서셉터의 평면 구조를 보여주는 도면이고, 도 2는 도 1의 II-II'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 웨이퍼가 안착될 서셉터(20)를 포함한다. 서셉터(20)는 내부에 에지 가스 유로(25)를 포함할 수 있다. 가스 전달 통로는 서셉터(20)의 중심부로부터 이격된 위치에 배치될 수 있다. 서셉터(20)의 중심부(C1)에 서셉터(20)를 가열시키기 위한 제어 부재들이 설치되기 때문에, 가스 전달 통로가 서셉터(20)의 중심부로부터 소정 거리 이격된 위치에 배치될 수 있다.
한편, 서셉터(20)의 가장자리에 에지링(30)이 설치된다. 에지링(30)은 서셉터(20)과 일정 간극(g)을 두고 배치될 수 있다. 상기 에지 가스 유로(25) 및 상기 간극(g)을 통해 에지 가스가 웨이퍼(w) 상면 가장자리에 공급되도록 설계될 수 있다.
본 발명은 증착 균일도를 개선할 수 있는 기판 지지 어셈블리 및 이를 포함하는 기판 처리 장치 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지 어셈블리는, 내부에 에지(edge) 가스를 전달하는 에지 가스 유로를 구비하는 서셉터, 및 상기 서셉터와 소정의 간극을 가지고 상기 서셉터의 가장자리에 위치되고 상기 에지 가스를 웨이퍼의 상면 가장자리로 제공하는 에지링을 포함한다. 상기 에지링은 상기 에지 가스 유로와 인접하는 부분에 상기 에지 가스의 일부를 외부로 배출시키기 위한 바이패스부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 공정 영역을 구비하는 챔버; 상기 챔버 하부에 위치되고, 상면에 웨이퍼가 안착되도록 구성되며, 내부에 설치된 에지 가스 유로를 통해 측면 둘레에 증착 방지 가스를 배출하도록 구성되는 서셉터; 상기 챔버 상부에 위치되며, 상기 서셉터 상에 처리 가스를 제공하도록 구성되는 샤워헤드; 및 상기 서셉터 가장자리에 위치되어, 상기 증착 방지 가스를 상기 웨이퍼 상면 가장자리로 공급하는 에지링을 포함한다. 상기 에지 가스 유로는 서셉터의 중심부에서 소정 거리 이격된 지점으로부터 상기 서셉터의 가장자리 부분으로 방사상으로 분기되도록 구성되어, 상대적으로 짧은 길이를 갖는 제 1 유로 영역 및 상대적으로 긴 길이를 갖는 제 2 유로 영역으로 구분될 수 있다. 상기 제 1 유로 영역 주변의 상기 에지링에 상기 제 1 유로 영역으로부터 전달되는 상기 증착 방지 가스의 일부를 상기 에지링 외부로 배출시키는 바이패스부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 에지 가스 유로 주변의 에지링에 바이패스부를 설치하여, 에지 가스 유로의 공급 불균형을 줄일 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼 처리 장치의 증착 균일도를 개선할 수 있다.
도 1은 일반적인 기판 처리 장치의 서셉터의 평면 구조를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 II-II'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 단면도이다.
도 4는 도 3의 서셉터 및 에지링의 평면도이다.
도 5는 도 4의 IV-IV'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 서셉터 및 에지링의 평면도이다.
도 7은 도 6의 VII-VII'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 서셉터 및 에지링의 평면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 개략적인 단면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 서셉터를 보여주는 평면도이다. 도 5는 도 4의 IV-IV'선을 따라 절단하여 나타낸 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 기판 처리 장치(100)는 공정 영역(110a)을 정의하는 진공 챔버(110)를 포함한다. 진공 챔버(110) 내부에 반도체 기판, 즉, 웨이퍼(w)를 지지 및 가열하는 서셉터(120)가 설치된다.
공정 영역(110a)의 천정부에, 원료가스와 반응가스로 이루어진 처리 가스를 공정 영역(110a)에 공급하는 사워 헤드 구조체(130)가 설치될 수 있다. 샤워 헤드 구조체(130)는 상기 웨이퍼(w)를 향해 처리 가스를 분사하기 위한 복수의 분사공(H)을 포함할 수 있다.
서셉터(120)는 웨이퍼(w)가 안착되는 스테이지(121) 및 공정 영역(110a)의 바닥에 설치되어 상기 스테이지(121)를 지지하는 중공의 지지부(122)를 포함할 수 있다.
서셉터(120) 내부에 에지 가스 유로(140)가 구비될 수 있다. 에지 가스 유로(140)는 증착 방지 가스 소스(도시되지 않음)와 연결되는 증착 방지 가스 전달 통로(142)와 연통될 수 있다. 본 실시예에서 증착 방지 가스로는 Ar 가스가 이용될 수 있으며, 이하, 본 실시예에서 증착 방지 가스는 에지 가스로 설명될 수 있다.
상기 증착 방지 가스 전달 통로(142)는 상기 지지부(122)내에 구비될 수 있다. 종래 기술에서 언급한 바와 같이, 서셉터(120)의 중앙부(C1)에 서셉터(120)의 구동을 제어하는 제어 부재들(도시되지 않음)의 존재로 인해, 상기 증착 방지 가스 전달 통로(142)는 서셉터(120)의 중앙부로부터 소정 거리 이격된 부분에 위치할 수 있다. 이에 따라, 상기 에지 가스 유로(140)와 증착 방지 가스 전달 통로(142)의 연통 지점(C2) 역시 상기 중앙부(C1)로부터 소정 거리 이격될 수 있다. 상기와 같이 상기 에지 가스 유로(140)와 증착 방지 가스 전달 통로(142)의 연통 지점(C2) 역시 상기 중앙부(C1)로부터 편향 배치됨에 따라, 상기 에지 가스 유로(140a)는 상기 연통 지점(C2)을 중심으로 양측의 거리가 상이해질 수 있다. 여기서, 연통 지점(C2)으로부터 서셉터(120)의 가장자리까지의 거리가 상대적으로 짧은 영역을 제 1 유로 영역(140a)으로 구분하고, 상기 연통 지점(C2)으로부터 서셉터(120)의 가장자리까지의 거리가 상대적으로 긴 영역을 제 2 유로 영역(140b)이라 구분할 수 있다.
서셉터(120)의 상부 가장자리에 기판 지지 어셈블리의 일부로서, 에지링(150)이 구비될 수 있다. 에지링(150)은 상기 에지 가스가 웨이퍼(w) 상부로 전달되도록 하기 위해, 상기 스테이지(121)과 소정 간격(g) 이격되도록 설치될 수 있다.
본 실시예의 에지링(150)은 적어도 하나의 바이패스부(160)를 포함할 수 있다. 바이패스부(160)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 유로 영역(140a)의 분사구(141)와 대응되는 부분에 인접하게 위치될 수 있다. 이에 대해 보다 자세히 설명하면, 상대적으로 짧은 거리를 갖는 제 1 유로 영역(140a)은 제 2 유로 영역(140b)에 비해 상대적으로 가스 전달 속도가 빠르기 때문에, 다량의 에지 가스가 제 1 유로 영역(140a)의 대응 부분으로 전달될 수 있다. 이로 인해, 제 1 유로 영역(140a)의 대응되는 웨이퍼(w) 가장자리의 증착이 더뎌진다. 그러므로, 제 1 유로 영역(140a)에 대응되는 부분과 제 2 유로 영역(140b)에 대응되는 부분의 증착 균일도가 상이해진다. 증착 균일도를 개선하기 위하여, 상대적으로 짧은 거리를 갖는 제 1 유로 영역(140a)에 대응하여 바이패스부(160)를 형성할 수 있다.
바이패스부(160)는 제 1 유로 영역(140a)으로부터 전달되는 에지 가스의 일부를 에지링(150) 상부로 바이패스시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 바이패스부(160)는 제 1 유로 영역(140a, 또는 제 2 유로 영역)과 연통되면서 상기 제 1 유로 영역(140a)에 대해 수직으로 연장되는 측부 유입구(160a), 상기 측부 유입구(160a)과 연통되며 상기 에지 가스를 웨이퍼(w)의 외측 방향으로 유도하는 측부 유로부(160b) 및 상기 측부 유로부(160b)와 연통되며 상기 에지 가스를 상부로 배출시키는 상부 유로부(160c)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 제 1 유로 영역(140a)으로부터 분사되는 에지 가스의 일부를 에지링(150) 상부쪽으로 우회하여 배출시킬 수 있다. 바이패스부(160)의 설치에 따라, 제 1 유로 영역(140a)으로 전달되는 에지 가스의 일부가 배출됨으로써, 제 1 유로 영역(140a)과 제 2 유로 영역(140b)의 가스 전달량이 유사해질 수 있다. 이때, 바이패스부(160)의 측부 유입구(160a)는 상기 제 1 유로 영역(140a)보다 상부이면서, 에지링(150)의 상부 표면보다는 낮은 위치에 위치되어, 에지 가스의 일부가 외부로 배출될 수 있다.
또한, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 바이패스부(160-1, 160-2)는 제 1 및 제 2 유로 영역(140a,140b) 모두에 대응되어 설치될 수 있다. 즉, 상대적으로 짧은 길이를 갖는 제 1 유로 영역(140a)과 대응되도록 상대적으로 큰 직경을 갖는 제 1 바이패스부(160-1)를 형성하고, 상대적으로 긴 길이를 갖는 제 2 유로 영역(140b)과 대응되도록 상대적으로 작은 직경을 갖는 제 2 바이패스부(160-2)를 형성할 수 있다. 이에 따라, 상대적으로 빠른 유속으로 전달되는 제 1 유로 영역(140a)의 에지 가스는 제 1 바이패스부(160-1)에 의해 상대적으로 다량이 배출되고, 상대적으로 느린 유속으로 전달되는 제 2 유로 영역(140b)의 에지 가스는 제 2 바이패스부(160-2)에 의해 상대적으로 소량이 배출됨으로써, 웨이퍼(w) 표면으로의 에지 가스 전달량을 균일화할 수 있다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 제 1 유로 영역(140a)의 주변에 복수의 바이패스부(160)를 설치하고, 제 2 유로 영역(140b)의 주변에 상기 제 1 유로 영역(140a)에 설치된 바이패스부(160)의 수보다 적은 수의 바이패스부(160)를 설치하여, 에지 가스 공급량을 조절할 수 있다.
또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 각 유로 영역(140a,140b)에 바이패스부(160)를 구비한 상태에서, 제 1 유로 영역(140a)의 직경과 제 2 유로 영역(140b)의 직경을 다르게 설정할 수도 있다. 즉, 상대적으로 가스 공급 유속이 빠른 제 1 유로 영역(140a) 보다 제 2 유로 영역(140b)의 직경을 크게 설정하여, 에지 가스 공급량을 조절할 수 있다.
이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 에지 가스 유로 주변의 에지링에 바이패스부를 설치하여, 에지 가스 유로의 공급 불균형을 줄일 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼 처리 장치의 증착 균일도를 개선할 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
100 : 웨이퍼 처리 장치 120 : 서셉터
140 : 에지 가스 유로 150 : 에지링
160 : 바이패스부

Claims (16)

  1. 내부에 에지(edge) 가스를 전달하는 에지 가스 유로를 구비하는 서셉터; 및
    상기 서셉터와 소정의 간극을 가지고 상기 서셉터의 가장자리에 위치되고, 상기 에지 가스를 웨이퍼의 상면 가장자리로 제공하는 에지링을 포함하며,
    상기 에지링은 상기 에지 가스 유로의 분사구와 인접하는 부분에 상기 에지 가스의 일부를 외부로 배출시키기 위한 바이패스부를 포함하는 기판 지지 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이패스부는,
    상기 에지 가스 유로와 연통되며 상기 에지 가스 유로와 실질적으로 수직인 방향으로 연장되는 측부 유입구;
    상기 측부 유입구와 연통되며, 상기 에지 가스를 상기 웨이퍼의 외측 방향으로 유도하는 측부 유로부; 및
    상기 측부 유로부와 연통되며 상기 에지 가스를 상기 에지링의 상부 표면으로 배출시키는 상부 유로부를 포함하는 기판 지지 어셈블리.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 에지 가스 유로는 상기 서셉터의 중심을 기준으로 방사상으로 분기되도록 구성되는 기판 지지 어셈블리.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 서셉터의 중심에서 소정 거리 이격된 부분에 상기 에지 가스를 전달하는 가스 전달 통로가 위치되고,
    상기 에지 가스 유로는 상기 가스 전달 통로와 연통되어 상기 서셉터의 가장자리 부분으로 방사상으로 분기되도록 구성되며,
    상기 에지 가스 유로는 상대적으로 짧은 길이를 갖는 제 1 유로 영역 및 상대적으로 긴 길이를 갖는 제 2 유로 영역으로 구분되는 기판 지지 어셈블리.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 바이패스부는 상기 제 1 유로 영역의 분사구 주변에 적어도 하나가 구비되는 기판 지지 어셈블리.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 유로 영역 주변의 바이패스부는 상기 제 2 유로 영역 주변의 바이패스부 보다 더 많은 수로 구성되는 기판 지지 어셈블리.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 유로 영역 주변의 바이패스부의 직경은 상기 제 2 유로 영역 주변의 바이패스부의 직경보다 더 크게 구성되는 기판 지지 어셈블리.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 유로 영역의 직경은 상기 제 2 유로 영역의 직경보다 좁게 구성되는 기판 지지 어셈블리.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이패스부의 상기 측부 유입구는상기 제 1 및 제 2 유로 영역 보다는 상부에 위치되고, 상기 에지링 표면보다는 하부에 위치되는 기판 지지 어셈블리.
  10. 공정 영역을 구비하는 챔버;
    상기 챔버 하부에 위치되고, 상면에 웨이퍼가 안착되도록 구성되며, 내부에 설치된 에지 가스 유로를 통해 측면 둘레에 에지 가스를 배출하도록 구성되는 서셉터;
    상기 챔버 상부에 위치되며, 상기 서셉터 상에 처리 가스를 제공하도록 구성되는 샤워헤드;
    상기 서셉터 가장자리에 위치되어, 상기 에지 가스를 상기 웨이퍼 상면 가장자리로 안내하기 위한 에지링; 및
    상기 에지 가스 유로의 분사구와 인접하는 부분에 형성되어 상기 에지 가스의 일부를 상기 에지링을 통해 외부로 배출시키는 바이패스부를 포함하는 기판 처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 바이패스부는 상기 제 2 유로 영역의 주변에 더 형성되는 기판 처리 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 유로 영역 주변의 상기 바이패스부는 상기 제 2 유로 영역 주변의 상기 바이패스부보다 더 많은 수로 구성되는 기판 처리 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 유로 영역 주변의 바이패스부의 직경은 상기 제 2 유로 영역 주변의 바이패스부의 직경보다 더 크게 구성되는 기판 처리 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 유로 영역의 직경은 상기 제 2 유로 영역의 직경보다 좁게 구성되는 기판 처리 장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 바이패스부는 상기 제 1 및 제 2 유로 영역 보다는 상부에 위치되고, 상기 에지링 표면보다는 하부에 위치되는 기판 처리 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 바이패스부는
    상기 에지 가스 유로와 연통되며 상기 에지 가스 유로와 실질적으로 수직인 방향으로 연장되는 측부 유입구;
    상기 측부 유입구와 연통되며, 상기 에지 가스를 상기 웨이퍼의 외측 방향으로 유도하는 측부 유로부; 및
    상기 측부 유로부와 연통되며 상기 에지 가스를 상기 에지링의 상부 표면으로 배출시키는 상부 유로부를 포함하는 기판 처리 장치.
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