KR20210085655A - 에지 링 및 이를 갖는 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

에지 링은 환형의 바닥면 및 상부면을 갖는 환형 형상의 몸체부, 상기 몸체부의 내측 둘레에 연장하며 상기 바닥면보다 제1 높이(H1)만큼 상부에 위치하는 환형의 제1 하부면을 갖는 제1 단차부, 상기 제1 단차부의 내측 둘레에 연장하며 상기 제1 하부면에 대하여 제1 각도로 연장하는 경사진 하부면을 갖는 경사부, 상기 경사부의 내측 둘레에 연장하며 상기 바닥면보다 상기 제1 높이(H1)보다 큰 제2 높이(H2)만큼 상부에 위치하는 환형의 제2 하부면을 갖는 제2 단차부, 및 상기 제1 단차부의 상기 제1 하부면으로부터 제2 각도로 외측 방향으로 연장 형성된 복수 개의 통로들을 포함한다.

Description

에지 링 및 이를 갖는 기판 처리 장치{EDGE RING AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명은 에지 링 및 이를 갖는 기판 처리 장치에 관한 것이다. 보다 자세하게, 본 발명은 기판 처리 장치에서 웨이퍼의 에지 영역에서의 증착 산포를 위해 사용되는 에지 링 및 이를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
웨이퍼 상에 텅스텐과 같은 금속막을 증착하기 위한 기판 처리 장치의 기판 스테이지 상에는 웨이퍼의 에지 영역에서의 증착 산포를 위해 에지 링이 사용될 수 있다. 또한, 상기 기판 스테이지에는 후면 가스를 공급하기 위한 후면 가스 공급 채널이 형성되어 상기 웨이퍼의 에지 산포 조절 및 베벨(bevel) 부위에서의 증착을 방지할 수 있다. 그러나, 기존의 에지 링에 있어서, 상기 베벨 부위에서의 증착 방지가 우수할 경우 상기 에지 영역에서의 증착 산포가 열하되거나 이와 반대로, 상기 에지 영역에서의 증착 산포가 우수할 경우 상기 베벨 부위에서의 증착을 충분히 방지할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명의 일 과제는 웨이퍼의 베벨 부위 및 에지 부분에서의 개선된 증착 특성을 제공할 수 있는 에지 링을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 과제는 상술한 에지 링을 갖는 기판 처리 장치를 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 에지 링은 환형의 바닥면 및 상부면을 갖는 환형 형상의 몸체부, 상기 몸체부의 내측 둘레에 연장하며 상기 바닥면보다 제1 높이(H1)만큼 상부에 위치하는 환형의 제1 하부면을 갖는 제1 단차부, 상기 제1 단차부의 내측 둘레에 연장하며 상기 제1 하부면에 대하여 제1 각도로 연장하는 경사진 하부면을 갖는 경사부, 상기 경사부의 내측 둘레에 연장하며 상기 바닥면보다 상기 제1 높이(H1)보다 큰 제2 높이(H2)만큼 상부에 위치하는 환형의 제2 하부면을 갖는 제2 단차부, 및 상기 제1 단차부의 상기 제1 하부면으로부터 제2 각도로 외측 방향으로 연장 형성된 복수 개의 통로들을 포함한다. 상기 통로의 상기 제1 하부면에서의 위치로부터 상기 경사부까지의 제1 반경 거리(L4)는 상기 제2 단차부의 반경 거리(L3)보다 크다.
상기 본 발명의 다른 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 기판 처리 장치는 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 안착면을 갖는 기판 스테이지, 및 상기 기판 스테이지 상에 지지되는 에지 링을 포함한다. 상기 에지 링은 상기 기판 스테이지 상에 장착되며 환형의 바닥면 및 상부면을 갖는 환형 형상의 몸체부, 상기 몸체부의 내측 둘레에 연장하며 상기 바닥면보다 제1 높이(H1)만큼 상부에 위치하는 환형의 제1 하부면을 갖는 제1 단차부, 상기 제1 단차부의 내측 둘레에 연장하며 상기 제1 하부면에 대하여 제1 각도로 연장하는 경사진 하부면을 갖는 경사부, 상기 경사부의 내측 둘레에 상기 웨이퍼 상부로 연장하며 상기 바닥면보다 상기 제1 높이(H1)보다 큰 제2 높이(H2)만큼 상부에 위치하는 환형의 제2 하부면을 갖는 제2 단차부, 및 상기 제1 단차부의 상기 제1 하부면으로부터 제2 각도로 외측 방향으로 연장 형성된 복수 개의 통로들을 포함한다. 상기 경사부의 상기 경사진 하부면은 상기 웨이퍼 안착면 상의 상기 웨이퍼 단부를 향하도록 인접하게 위치한다.
예시적인 실시예들에 따르면, 에지 링은 몸체부의 내측 둘레에 내측 방향으로 순차적으로 구비된 제1 단차부, 경사부 및 제2 단차부를 포함할 수 있다. 상기 제1 단차부의 제1 하부면과 상기 제2 단차부의 제2 하부면 사이에 상기 경사부의 경사진 하부면이 배치될 수 있다.
기판 스테이지 내의 후면 가스 채널을 통해 웨이퍼 단부와 상기 에지 링 사이로 공급된 후면 가스는 상기 경사부의 상기 경사진 하부면을 향하여 진행한 후, 상기 후면 가스의 제1 부분은 상기 제1 하부면을 거쳐 관통홀을 통과하여 챔버 내부로 토출되고 상기 후면 가스의 나머지 제2 부분은 상기 제2 하부면을 거쳐 웨이퍼 단부를 지나 상기 챔버 내부로 토출될 수 있다.
이에 따라, 상기 에지 링은 상기 후면 가스의 상기 제1 부분과 제2 부분의 농도 분포를 조절함으로써 상기 웨이퍼의 베벨 부위 및 에지 부분에서의 개선된 증착 특성을 제공할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 기판 처리 장치의 챔버를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2의 기판 처리 장치의 기판 스테이지 상에 장착되는 에지 링을 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 3의 에지 링의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 3의 에지 링의 일부를 나타내는 평면도이다.
도 6 및 도 7은 기판 스테이지 상에 장착된 에지 링을 나타내는 단면도들이다.
도 8은 제1 및 제2 비교예들 및 실시예에 따른 에지 링에 따른 웨이퍼의 단부에서의 가스 농도를 나타내는 그래프이다.
도 9는 예시적인 실시예들에 따른 에지 링의 일부를 나타내는 평면도이다.
도 10은 예시적인 실시예들에 따른 에지 링의 일부를 나타내는 평면도이다.
도 11은 도 10의 B-B' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 12는 도 10의 C-C' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 13은 기판 스테이지 상에 장착된 도 10의 에지 링을 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 평면도이다. 도 2는 도 1의 기판 처리 장치의 챔버를 나타내는 단면도이다. 도 3은 도 2의 기판 처리 장치의 기판 스테이지 상에 장착되는 에지 링을 나타내는 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 기판 처리 장치(100)는 순차적으로 서로 다른 공정들을 수행할 수 있는 복수 개의 챔버들(110-A, 110-B, 110-C, 110-D)을 포함할 수 있다. 기판 처리 장치(100)는 처리 공간을 분리된 상기 챔버들로 분할하는 측벽 파티션들을 포함할 수 있다. 상기 챔버들은 기상 증착을 사용하는 선택적 막 증착 공정을 웨이퍼(W) 상에 수행할 수 있다.
예를 들면, 상기 챔버들 내에서의 프로세싱은 1회 이상 반복될 수 있고, 각 반복은 1회의 ALD 사이클에 대응할 수 있다. 기판 처리 장치(100)는 웨이퍼(W)를 로딩 및 언로딩하기 위한 게이트 밸브(104)를 더 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 기판 처리 장치(100)는 챔버(110), 기판 스테이지(120), 가스 분배 어셈블리, 에지 링(200)을 포함할 수 있다. 또한, 기판 처리 장치(100)는 챔버(110) 내에 플라즈마를 형성하기 위한 플라즈마 생성부를 더 포함할 수 있다. 기판 처리 장치(100)는 배기부(116)를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 기판 처리 장치(100)는 반도체 웨이퍼(W)와 같은 기판 상에 막을 형성하기 위한 증착 장치일 수 있다. 예를 들면, 기판 처리 장치(100)는 상기 기판 상에 텅스텐(W)과 같은 금속막을 형성하기 위한 화학 기상 증착(CVD) 장치 또는 원자층 증착 장치(ALD)일 수 있다. 하지만, 이에 제한되지 않으며, 예를 들면, 식각 장치일 수 있다. 여기서, 상기 기판은 반도체 기판, 유리 기판 등을 포함할 수 있다.
챔버(110)는 실린더 형상의 처리 용기를 포함할 수 있다. 챔버(110)는 알루미늄, 스테인레스 등을 포함할 수 있다. 배기부(116)는 진공 펌프를 포함하여 챔버(110) 내부의 처리 공간을 원하는 진공도의 압력으로 조절할 수 있다. 또한, 챔버(110) 내에 발생된 공정 부산물들을 배기 포트(114)를 통하여 배출될 수 있다.
기판 스테이지(120)는 챔버(110) 내부에 배치되어 상기 기판을 지지할 수 있다. 기판 스테이지(120)는 내부에 기판 히터(150)를 포함할 수 있다. 기판 히터(150)는 상기 기판을 원하는 온도로 유지하기 위한 가열 엘리먼트를 포함할 수 있다. 히터 전원 공급부(152)로부터의 전력이 기판 히터(150)에 공급될 수 있다. 예를 들면, 상기 가열 엘리먼트는 저항성 코일을 포함할 수 있다. 기판 히터(150)는 알루미나 또는 질화알루미나 등의 절연 재료를 포함할 수 있다. 상기 가열 엘리먼트는 약 100℃ 내지 700℃의 온도 범위로 가열될 수 있다. 상기 코일은 동심원으로 배열될 수 있다.
또한, 기판 스테이지(120)는 상부에 웨이퍼(W)를 정전 흡착력으로 유지하기 위한 정전 전극(도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다. 상기 플라즈마 생성부는 기판 스테이지(120) 내에 구비되어 플라즈마를 유도하기 위하여 고주파가 인가되는 RF 전극(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
상기 가스 분배 어셈블리는 기판 스테이지(120) 상의 처리 영역에 증착 및 플라즈마 가스들을 제공하기 위한 샤워 헤드(130)를 포함할 수 있다. 샤워 헤드(130)는 챔버 커버(112)에 구비될 수 있다. 가스 공급원(140)은 제1 가스 공급 라인(142)에 의해 샤워 헤드(130)에 연결될 수 있다. 샤워 헤드(130)는 전처리 공정을 위한 제1 공정 가스를 공급할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 공정 가스는 수소(H2)를 포함할 수 있다. 샤워 헤드(130)는 증착 공정을 위한 제2 공정 가스를 공급할 수 있다. 상기 공정 가스는 WF6를 포함할 수 있다. 또한, 샤워 헤드(130)는 아르곤(Ar), 헬륨(He) 등과 같은 가스를 공급할 수 있다.
또한, 기판 스테이지(120)에는 후면(backside) 가스를 공급하기 위한 후면 가스 채널(124)이 형성될 수 있다. 가스 공급원(140)은 제2 가스 공급 라인(144)를 통해 후면 가스 채널(124)과 연결될 수 있다. 예를 들면, 상기 후면 가스는 수소(H2), 아르곤(Ar) 등을 포함할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 후면 가스 채널(124)을 통해 웨이퍼(W) 단부와 에지 링(200) 사이로 후면 가스를 공급함으로써 웨이퍼(W) 후면 및 웨이퍼(W)의 베벨(bevel) 부위에 박막이 형성되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다(exclusion).
예시적인 실시예들에 있어서, 기판 처리 장치(100)는 기판 스테이지(120)를 승하강시키기 위한 리프트 메커니즘을 포함할 수 있다. 상기 리프트 메커니즘은 기판 스테이지(120)에 부착된 지지 샤프트를 승하강 시키기 위한 구동 모터를 포함할 수 있다. 상기 구동 모터는 적절한 기어 드라이브를 통해 상기 지지 샤프트를 승하강 시킬 수 있다.
상기 리프트 메커니즘은 상기 지지 샤프트의 일단부와 챔버(110)의 바닥부 사이에 부착되는 벨로우즈(bellows)(126)를 포함할 수 있다. 벨로우즈(126)는 상기 지지 샤프트의 자유로운 상하 운동을 허용하면서, 챔버(110) 내부를 외부로부터 밀봉시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 에지 링(200)은 웨이퍼(W) 둘레에 웨이퍼(W)의 에지 영역 상부로 연장하도록 기판 스테이지(120) 상에 장착될 수 있다. 웨이퍼(W)가 기판 스테이지(120) 상에 안착된 후에, 에지 링(200)이 기판 스테이지(120) 상에 장착되고 그 이후에 웨이퍼(W) 상에 증착 공정이 수행될 수 있다. 상기 증착 공정이 완료된 후에, 에지 링(200)은 기판 스테이지(120)로부터 분리되고 웨이퍼(W)가 기판 스테이지(120)로부터 언로딩될 수 있다.
기판 스테이지(120)이 챔버(110) 내에서 하강된 위치에서, 에지 링(200)은 챔버(110)의 내벽 상에 배치된 링 지지부(118) 상에 지지될 수 있다. 웨이퍼(W)가 기판 스테이지(120) 상에 배치된 후에, 도 3에 도시된 바와 같이, 기판 스테이지(120)는 상승하여 에지 링(200)을 링 지지부(118)로부터 들어올림으로써 에지 링(200)은 기판 스테이지(120) 상에 장착될 수 있다. 이 때, 에지 링(200)에는 기판 스테이지(120)와 정렬을 위한 정렬 위치 결정 홈이나 슬롯 등이 형성될 수 있다.
이와 다르게, 기판 처리 장치(100)는 링 지지부(118)와 같은 에지 링 지지부 대신에 기판 스테이지(120) 상에서 승하강 가능하도록 구비되며 에지 링(200)을 기판 스테이지(120) 상에 이동시키기 위한 플레이트 리프트와 같은 구성을 포함할 수 있다. 이 경우에 있어서, 에지 링(200)이 장착된 상기 플레이트 리프트가 상승된 위치에서, 웨이퍼(W)가 기판 스테이지(120) 상에 배치될 수 있다. 그 이후에, 상기 플레이트 리프트가 하강하여 에지 링(200)을 기판 스테이지(120) 상에 장착시킬 수 있다.
이하에서는, 도 3의 에지 링에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 도 3의 에지 링의 일부를 나타내는 단면도이다. 도 5는 도 3의 에지 링의 일부를 나타내는 평면도이다. 도 6 및 도 7은 기판 스테이지 상에 장착된 에지 링을 나타내는 단면도들이다. 도 4는 도 5의 A-A' 라인을 따라 절단한 단면도이다. 도 6은 상기 기판 스테이지의 웨이퍼 안착면이 에지 링 안착면과 동일 평면에 있는 경우를 나타내고, 도 7은 상기 기판 스테이지의 웨이퍼 안착면이 상기 에지 링 안착면보다 낮은 경우를 나타낸다.
도 4 내지 도 5를 참조하면, 에지 링(200)은 환형 형상의 몸체부(210), 및 몸체부(210)의 내측 둘레에 순차적으로 구비된 제1 단차부(220), 경사부(230) 및 제2 단차부(240)를 포함할 수 있다. 또한, 에지 링(200)은 복수 개의 통로들을 포함할 수 있다.
몸체부(210)는 환형의 바닥면(212) 및 상부면(214)을 가질 수 있다. 몸체부(210)의 바닥면(212)은 기판 스테이지(120)의 에지 링 안착면(122) 상에 지지될 수 있다. 바닥면(212)은 실질적으로 평탄할 수 있다. 퍼지 링과 같은 제2 링이 기판 스테이지(120) 상에 배치될 경우, 몸체부(210)의 바닥면(212)은 상기 퍼지 링 상에 지지될 수 있다.
제1 단차부(220)는 몸체부(210)의 내측 둘레 주위에 연장하는 환형 형상을 가질 수 있다. 제1 단차부(220)의 제1 하부면(222)은 환형의 평탄한 면일 수 있다. 제1 하부면(222)은 바닥면(212)보다 제1 높이(H1)만큼 상부에 위치할 수 있다. 제1 단차부(220)의 제1 상부면(224) 역시 환형의 평탄한 면을 가질 수 있다.
경사부(230)는 제1 단차부(220)의 내측 둘레에 연장하는 환형 형상을 가질 수 있다. 경사부(230)는 제1 하부면(222)에 대하여 몸체부(210)의 중심을 향하여 제1 각도(θ1)로 연장하는 경사진 하부면(232)을 가질 수 있다. 예를 들면, 제1 각도(θ1)는 30도 내지 60도의 범위를 가질 수 있다. 경사부(230)은 상부면(214)에 대하여 아래로 경사진 상부면을 가질 수 있다. 경사부(230)의 경사진 하부면(232)은 제2 반경 거리(L2)만큼 내측 방향으로 연장할 수 있다.
제2 단차부(240)는 경사부(230)의 내측 둘레에 연장하는 환형 형상을 가질 수 있다. 제2 단차부(240)의 제2 하부면(242)은 환형의 평탄한 면일 수 있다. 제2 하부면(242)는 바닥면(212)보다 제1 높이(H1)보다 큰 제2 높이(H2)만큼 상부에 위치할 수 있다. 제2 단차부(240)은 상부면(214)에 대하여 아래로 경사진 상부면(244)을 가질 수 있다. 제2 단차부(240)의 제2 하부면(242)은 제3 반경 거리(L3)만큼 내측 방향으로 연장할 수 있다.
복수 개의 상기 통로들은 에지 링(200)의 원주 방향으로 이격 배치될 수 있다. 복수 개의 상기 통로들은 제1 단차부(220)의 제1 하부면(222)으로부터 제2 각도(θ2)로 외측 방향으로 연장하는 관통홀(250)일 수 있다. 예를 들면, 제2 각도(θ2)는 0도 내지 90도의 범위를 가질 수 있다. 관통홀(250)의 직경(D)은 1mm 내지 1.5mm의 범위를 가질 수 있다. 인접한 관통홀들(250) 사이의 중심각(α)은 1도 내지 5도의 범위를 가질 수 있다. 제1 단차부(220)의 제1 하부면(222)은 관통홀(250)의 하부로부터 제1 반경 거리(L1)만큼 내측 방향으로 연장할 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 에지 링(200)의 경사부(230)의 경사진 하부면(232)은 웨이퍼(W) 단부를 향하도록 인접하게 위치할 수 있다. 웨이퍼(W) 단부는 후면 가스 채널(124) 내부로 연장하도록 기판 스테이지(120)의 웨이퍼 안착면(121) 상에 배치될 수 있다. 제1 단차부(220)의 제1 하부면(222)과 기판 스테이지(120)의 에지 링 안착면(122) 사이에는 제1 배출 통로(P1)가 형성되고, 제2 단차부(240)의 제2 하부면(242)과 웨이퍼(W)의 상부면 사이에는 제2 배출 통로(P2)가 형성될 수 있다.
후면 가스 채널(124)을 통해 웨이퍼(W) 단부와 에지 링(200) 사이로 공급된 후면 가스는 경사부(230)의 경사진 하부면(232)을 향하여 진행한 후, 상기 후면 가스의 제1 부분은 제1 배출 통로(P1)를 거쳐 관통홀(250)를 통과하여 챔버(110) 내부로 토출되고 상기 후면 가스의 나머지 제2 부분은 제2 배출 통로(P2)를 거쳐 웨이퍼(W) 단부를 지나 챔버(110) 내부로 토출될 수 있다.
후술하는 바와 같이, 에지 링(200)은 상기 후면 가스의 상기 제1 부분과 제2 부분의 농도 분포를 조절함으로써 웨이퍼(W)의 베벨 부위 및 에지 부분에서의 개선된 증착 특성을 제공할 수 있다. 예를 들면, 경사부(230)의 경사진 하부면(232)의 제1 각도(θ1) 범위는 웨이퍼(W)에 베벨 부위에서의 가스의 흐름 특성을 결정할 수 있다. 관통홀(250)의 제2 각도(θ2) 범위는 웨이퍼(W) 단부를 지나는 가스의 흐름에 영향을 주지 않도록 결정될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 관통홀(250)의 제1 하부면(222)에서의 위치로부터 경사부(230)까지의 제4 반경 거리(L4)는 제2 단차부(240)의 제2 하부면(242)의 제3 반경 거리(L3)보다 클 수 있다(L4 > L3). 이로 인해, 웨이퍼(W) 단부를 지나는 가스 흐름의 변화를 완화시킬 수 있다.
제2 단차부(240)는 기판 스테이지(120) 상에 지지된 웨이퍼(W) 상부로 연장할 수 있다. 제2 단차부(240)의 제2 하부면(242)은 웨이퍼(W)의 상부면보다 제3 높이(H3)만큼 상부에 위치할 수 있다. 제3 높이(H3)에 대한 제1 높이(H1)의 비(H1/H3)는 1 내지 3의 범위 이내일 수 있다. 이 때, 제1 높이(H1)에 대한 관통홀(250)의 직경(D)의 비(D/H1)는 5 내지 10의 범위 이내일 수 있다. 이로 인해, 상기 후면 가스의 제1 부분과 제2 부분의 단위 면적당 유량비들을 조절할 수 있다.
경사부(230)의 내측 둘레로부터 웨이퍼(W) 사이의 이격 거리(L0)는 1.2mm보다 작고, 제2 단차부(240)의 제2 하부면(242)의 제3 반경 거리(L3)에서 이격 거리(L0)의 차이값(L3-L0)은 1.0mm 내지 2.5mm의 범위 이내일 수 있다. 상기 차이값(L3-L0)은 웨이퍼(W) 단부를 지나는 가스의 흐름에 영향을 주지 않도록 결정될 수 있다.
도 8은 제1 및 제2 비교예들 및 실시예에 따른 에지 링에 따른 웨이퍼의 단부에서의 가스 농도를 나타내는 그래프이다.
도 8을 참조하면, 그래프(G1)은 제1 비교예에 따른 에지 링(관통홀이 없는 경우, Classic Ring)을 사용한 경우에서의 웨이퍼(W) 단부에서의 가스 농도를 나타내고, 그래프(G2)는 제2 비교예에 따른 에지 링(관통홀이 있는 경우, MOER(Minimum Overlapped Exclusion Ring)을 사용한 경우에서의 웨이퍼(W) 단부에서의 가스 농도를 나타내고, 그래프(G3)은 실시예에 따른 에지 링(MPR, Multi-Purpose Ring)을 사용한 경우에서의 웨이퍼(W) 단부에서의 가스 농도를 나타내고 있다.
그래프(G1)에서 알 수 있듯이, 제1 비교예에 따른 에지 링의 경우 웨이퍼(W)의 베벨 부위(끝단에서 약 1.0mm)에서의 증착을 방지할 수 있으나 에지 산포는 열화되는 것을 확인할 수 있다. 그래프(G2)에서 알 수 있듯이, 제2 비교예에 따른 에지 링의 경우 에지 산포는 제어될 수 있으나, 웨이퍼(W)의 베벨 부위에서의 증착을 방지할 수 없음을 확인할 수 있다. 이에 반해, 실시예에 따른 에지 링의 경우 웨이퍼(W)의 베벨 부위(끝단에서 약 1.0mm)에서의 증착을 방지할 뿐만 아니라 우수한 에지 산포를 획득할 수 있음을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이, 에지 링(200)은 몸체부(210)의 내측 둘레에 내측 방향으로 순차적으로 구비된 제1 단차부(220), 경사부(230) 및 제2 단차부(240)를 포함할 수 있다. 제1 단차부(220)의 제1 하부면(222)과 제2 단차부(240)의 제2 하부면(242) 사이에 경사부(230)의 경사진 하부면(232)이 배치될 수 있다.
후면 가스 채널(124)을 통해 웨이퍼(W) 단부와 에지 링(200) 사이로 공급된 후면 가스는 경사부(230)의 경사진 하부면(232)을 향하여 진행한 후, 상기 후면 가스의 제1 부분은 제1 하부면(222)을 거쳐 관통홀(250)를 통과하여 챔버(110) 내부로 토출되고 상기 후면 가스의 나머지 제2 부분은 제2 하부면(242)을 거쳐 웨이퍼(W) 단부를 지나 챔버(110) 내부로 토출될 수 있다.
이에 따라, 에지 링(200)은 상기 후면 가스의 상기 제1 부분과 제2 부분의 농도 분포를 조절함으로써 웨이퍼(W)의 베벨 부위 및 에지 부분에서의 개선된 증착 특성을 제공할 수 있다.
도 9는 예시적인 실시예들에 따른 에지 링의 일부를 나타내는 평면도이다. 상기 에지 링은 도 4 내지 도 7을 참조로 설명한 에지 링과 실질적으로 동일하거나 유사하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 9를 참조하면, 에지 링(200)은 복수 개의 통로들을 포함할 수 있다. 복수 개의 상기 통로들은 에지 링(220)의 제1 단차부(220)에 형성될 수 있다. 상기 통로들은 몸체부(210)의 중심으로부터 제1 원주 방향으로 이격 배치되는 제1 관통홀들(250) 및 몸체부(210)의 중심으로부터 제2 원주 방향으로 이격 배치되는 제2 관통홀들(250)을 포함할 수 있다.
제1 관통홀들(250)은 몸체부(210)의 중심으로부터 제1 반경(R1)만큼 이격되고, 제2 관통홀들(252)은 몸체부(210)의 중심으로부터 제1 반경(R1)보다 큰 제2 반경(R2)만큼 이격될 수 있다. 제1 및 제2 관통홀들은(250, 252)은 제1 단차부(220)의 연장 방향으로 따라 서로 교대로 배치될 수 있다.
도 10은 예시적인 실시예들에 따른 에지 링의 일부를 나타내는 평면도이다. 도 11은 도 10의 B-B' 라인을 따라 절단한 단면도이다. 도 12는 도 10의 C-C' 라인을 따라 절단한 단면도이다. 도 13은 기판 스테이지 상에 장착된 도 10의 에지 링을 나타내는 단면도이다. 상기 에지 링은 도 4 내지 도 7을 참조로 설명한 에지 링과 실질적으로 동일하거나 유사하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 10 내지 도 13을 참조하면, 에지 링(200)은 복수 개의 통로들을 포함할 수 있다. 상기 통로는 제1 단차부(220)의 제1 하부면(222)으로부터 몸체부(210)의 바닥면(212)을 따라 반경 방향으로 연장하는 트렌치(260)일 수 있다. 트렌치(260)은 폭(W)과 깊이(T)를 가질 수 있다.
트렌치(260)는 제1 단차부(220)의 제1 하부면(222)과 기판 스테이지(120)의 에지 링 안착면(122) 사이에 형성된 제1 배출 통로(P1)와 연통될 수 있다. 따라서, 후면 가스의 제1 부분은 제1 배출 통로(P1)를 거쳐 트렌치(260)를 통과하여 챔버(110) 내부로 토출될 수 있다.
제1 하부면(222)의 제1 높이(H1)에 대한 트렌치(260)의 깊이(T)의 비(T/H1)은 적어도 1일 수 있다(1≤(T/H1)). 트렌치(260)의 깊이(T)에 대한 폭(W)의 비(W/T)는 10 이하일 수 있다(W/T≤10). 이로 인해, 상기 후면 가스의 상기 제1 부분의 단위 면적당 유량비를 조절할 수 있다.
전술한 기판 처리 장치를 이용하여 형성된 반도체 소자는 컴퓨팅 시스템과 같은 다양한 형태의 시스템들에 사용될 수 있다. 상기 반도체 소자는 fin FET, DRAM, VNAND 등을 포함할 수 있다. 상기 시스템은 컴퓨터, 휴대용 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 개인휴대단말기, 태블릿, 휴대폰, 디지털 음악 재생기 등에 적용될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 기판 처리 장치 102: 챔버 본체
104: 게이트 밸브 110: 챔버
112: 챔버 커버 114: 배기 포트
116: 배기부 118: 링 지지부
120: 기판 스테이지 121: 웨이퍼 안착면
122: 에지 링 안착면 124: 후면 가스 채널
126: 벨로우즈 130: 샤워 헤드
140: 가스 공급원 142: 제1 가스 공급 라인
144: 제2 가스 공급 라인 150: 기판 히터
200: 에지 링 210: 몸체부
220: 제1 단차부 230: 경사부
240: 제2 단차부 250: 관통홀
260: 트렌치

Claims (10)

  1. 환형의 바닥면 및 상부면을 갖는 환형 형상의 몸체부;
    상기 몸체부의 내측 둘레에 연장하며 상기 바닥면보다 제1 높이(H1)만큼 상부에 위치하는 환형의 제1 하부면을 갖는 제1 단차부;
    상기 제1 단차부의 내측 둘레에 연장하며 상기 제1 하부면에 대하여 제1 각도로 연장하는 경사진 하부면을 갖는 경사부;
    상기 경사부의 내측 둘레에 연장하며 상기 바닥면보다 상기 제1 높이(H1)보다 큰 제2 높이(H2)만큼 상부에 위치하는 환형의 제2 하부면을 갖는 제2 단차부; 및
    상기 제1 단차부의 상기 제1 하부면으로부터 제2 각도로 외측 방향으로 연장 형성된 복수 개의 통로들을 포함하고,
    상기 통로의 상기 제1 하부면에서의 위치로부터 상기 경사부까지의 제1 반경 거리(L4)는 상기 제2 단차부의 반경 거리(L3)보다 큰 에지 링.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 각도는 30도 내지 60도의 범위를 가지고, 상기 제2 각도는 0도 내지 90도의 범위를 갖는 에지 링.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 반경 거리(L4)는 상기 제1 하부면의 반경 거리(L1) 및 상기 경사부의 반경 거리(L2)의 합인 에지 링.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 몸체부가 기판 스테이지 상에 장착되고, 웨이퍼가 상기 기판 스테이지 상에 지지될 때, 상기 웨이퍼 상부로 연장하는 상기 제2 단차부의 상기 제2 하부면은 상기 웨이퍼의 상부면보다 제3 높이(H3)만큼 상부에 위치하고,
    상기 제3 높이에 대한 상기 제1 높이의 비(H1/H3)는 1 내지 3의 범위 이내인 에지 링.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 통로는 직경(D)을 갖는 관통홀이고, 상기 제1 높이에 대한 상기 직경의 비(D/H1)는 5 내지 10의 범위 이내인 에지 링.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 경사부의 내측 둘레로부터 상기 웨이퍼 사이의 이격 거리(L0)는 1.2mm보다 작고, 상기 제2 하부면의 반경 거리(L3)에서 상기 이격 거리의 차이값(L3-L0)은 1.0mm 내지 2.5mm의 범위 이내인 에지 링.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 통로는 폭(W)과 깊이(T)를 갖는 트렌치이고, 상기 제1 높이에 대한 상기 깊이의 비(T/H1)은 적어도 1이고, 상기 깊이에 대한 폭의 비(W/T)는 10 이하인 에지 링.
  8. 제 1 항에 있어서, 복수 개의 상기 통로들은 원주 방향으로 이격 배치되는 에지 링.
  9. 제 1 항에 있어서, 복수 개의 상기 통로들은 상기 몸체부의 중심으로부터 제1 원주 방향으로 이격 배치되는 제1 관통홀들 및 상기 몸체부의 중심으로부터 제2 원주 방향으로 이격 배치되는 제2 관통홀들을 포함하는 에지 링.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 단차부는 경사진 상부면을 갖는 에지 링.
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