WO2013048016A2 - 기판지지유닛 및 기판처리장치, 그리고 기판지지유닛을 제조하는 방법 - Google Patents

기판지지유닛 및 기판처리장치, 그리고 기판지지유닛을 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판지지유닛은 상부에 기판이 놓여지는 서셉터; 상기 서셉터의 상부에 놓여 상기 서셉터와 열접촉(thermal contact)하는 장착위치 및 상기 서셉터의 상부로부터 제거되는 해제위치로 전환되며, 상기 장착위치에서 상기 서셉터의 열을 흡수하는 하나 이상의 열흡수부재들; 그리고 상기 열흡수부재들이 선택적으로 삽입고정되는 복수의 고정슬롯들을 가지는 에지링을 포함한다.

Description

기판지지유닛 및 기판처리장치, 그리고 기판지지유닛을 제조하는 방법
본 발명은 기판지지유닛 및 기판처리장치, 그리고 기판지지유닛을 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서셉터의 온도분포를 균일하게 할 수 있는 기판지지유닛 및 기판처리장치, 그리고 기판지지유닛을 제조하는 방법에 관한 것이다.
반도체 제조공정은 웨이퍼에 대한 증착공정 또는 에칭공정을 포함하며, 이와 같은 공정시, 웨이퍼는 세라믹제 또는 금속제의 서셉터에 탑재된 상태에서 저항 히터 또는 램프 히터에 의해 500℃ 내지 700℃ 까지 가열된다.
이 경우, 공정균일도를 확보하기 위하여 웨이퍼 상의 온도분포를 균일하게 조절할 필요가 있으며, 이를 위해 서셉터의 온도 분포를 균일하게 조절할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 웨이퍼 상의 온도분포를 균일하게 조절할 수 있는 기판지지유닛 및 기판처리장치, 그리고 기판지지유닛을 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 서셉터 상의 온도분포를 균일하게 조절할 수 있는 기판지지유닛 및 기판처리장치, 그리고 기판지지유닛을 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판지지유닛은 상부에 기판이 놓여지는 서셉터; 상기 서셉터의 상부에 놓여 상기 서셉터와 열접촉(thermal contact)하는 장착위치 및 상기 서셉터의 상부로부터 제거되는 해제위치로 전환되며, 상기 장착위치에서 상기 서셉터의 열을 흡수하는 하나 이상의 열흡수부재들; 그리고 상기 열흡수부재들이 선택적으로 삽입고정되는 복수의 고정슬롯들을 가지는 에지링을 포함한다.
상기 서셉터는 상기 기판이 놓여지는 센터영역과 상기 기판의 둘레에 위치하는 에지영역을 가지며, 상기 열흡수부재들은 상기 장착위치에서 상기 에지영역을 따라 놓여질 수 있다.
상기 에지링은 상기 서셉터의 에지영역을 따라 배치되는 링 형상이며, 상기 고정슬롯은 상기 서셉터의 반경방향을 따라 관통형성될 수 있다.
상기 열흡수부재들은 상기 서셉터와 열접촉하는 열접촉면을 각각 가지며, 상기 열접촉면들의 면적은 서로 다를 수 있다.
상기 열흡수부재는 산화알루미늄(Al2O3) 및 질화알루미늄(AlN) 중 어느 하나를 포함하는 재질일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판처리장치는 기판에 대한 공정이 이루어지는 내부공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버 내에 제공되어 상기 기판을 지지하는 기판지지유닛; 그리고 상기 기판지지유닛에 의해 지지된 상기 기판의 상부로 공정가스를 공급하는 샤워헤드를 포함하되, 상기 기판지지유닛은, 상부에 기판이 놓여지는 서셉터; 상기 서셉터의 상부에 놓여 상기 서셉터와 열접촉(thermal contact)하는 장착위치 및 상기 서셉터의 상부로부터 제거되는 해제위치로 전환되며, 상기 장착위치에서 상기 서셉터의 열을 흡수하는 하나 이상의 열흡수부재들; 그리고 상기 챔버의 측벽을 따라 배치되는 링 형상이며, 상기 열흡수부재들이 선택적으로 삽입고정되는 복수의 고정슬롯들을 가지는 에지링을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판이 놓여지는 서셉터를 구비하는 기판지지유닛을 제조하는 방법은, 상기 서셉터의 온도분포를 측정하고, 상기 서셉터 중 기준온도보다 높은 온도를 가지는 하나 이상의 고온영역들을 판단하는 단계; 상기 서셉터 상에 복수의 고정슬롯들을 가지는 에지링을 설치하는 단계; 그리고 상기 고온영역들에 각각 대응되는 상기 고정슬롯들에 열흡수부재들을 선택적으로 삽입고정하여 상기 서셉터의 온도분포를 조절하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 웨이퍼 상의 온도분포를 균일하게 조절할 수 있다. 또한, 서셉터 상의 온도분포를 균일하게 조절할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 에지링을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시한 열흡수부재를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시한 에지링에 열흡수부재를 선택적으로 삽입하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도 1 내지 도 6을 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.
한편, 이하에서는 증착장치를 예로 들어 설명하나, 본 발명은 기판지지유닛을 구비하는 다양한 기판처리장치에 응용될 수 있다. 또한, 이하에서는 웨이퍼(W)을 예로 들어 설명하나, 본 발명은 다양한 피처리체에 응용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치(100)를 개략적으로 나타내는 도면이다. 기판처리장치(100)는 막을 증착하기 위한 것으로, 원통 형상의 챔버(11)를 구비한다. 챔버(11)의 내부에는 웨이퍼(W)를 수평으로 지지하는 원판 형상의 서셉터(12)가 배치되며, 서셉터(12)는 지지부재(13)에 의해 지지된다. 서셉터(12)는 예를 들어 산화알루미늄(Al2O3), 질화알루미늄(AlN) 등의 세라믹제이다.
서셉트(12)의 내부에는 히터(15)가 실장된다. 히터(15)는 코일형 히터 또는 패턴 히터를 포함하며, 히터(15)는 외부로부터 공급된 전력을 이용하여 서셉터를 가열한다. 웨이퍼(W)는 히터(15)에 의해 소정 온도로 가열된다. 서셉터는 열전대(도시안됨)를 포함할 수 있으며, 열전대는 서셉터(12)에 대한 온도 제어가 가능하도록 서셉터(12)의 온도를 감지할 수 있다. 한편, 본 실시예에서는 일체로 형성된 히터(15)를 설명하고 있으나, 히터(15)는 복수 개의 형태로 분할되어 서셉터(12)의 영역을 각각 가열할 수 있다.
챔버(11) 내의 천장에는 샤워헤드(30) 가 설치된다. 샤워헤드(30)는 가스공급라인(32)으로부터 공급되는 공정가스를 서셉터(12)를 향하여 공급하며, 가스공급라인(32)은 밸브(32a)에 의해 개폐된다. 샤워헤드(30)에는, 고주파 전원이 접속되며, 필요에 따라, 고주파전원으로부터 소정 주파수의 고주파 전력이 샤워헤드(30)에 공급되도록 되어 있다.
챔버(11)의 바닥에는 배기구(16)가 형성되며, 배기구(16)를 통해 공정가스 및 반응 부산물이 외부로 배출된다. 또한, 배기구(16)를 통해 챔버(11) 내를 소정의 진공도까지 감압시킬 수 있다. 챔버(11)의 측벽에는 웨이퍼(W)가 출입하는 통로(42) 및 통로(42)를 개폐하는 게이트 밸브(43)가 설치된다.
한편, 서셉터(12)의 상부에는 에지링(20)이 설치된다. 도 2는 도 1에 도시한 에지링을 나타내는 도면이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 에지링(20)은 링(ring) 형상이며, 서셉터(12)의 에지영역을 따라 서셉터(12)의 상부에 배치된다. 즉, 웨이퍼(W)는 서셉터(12)의 센터영역에 놓여지며, 에지링(20)은 웨이퍼(W)의 둘레에 위치하는 에지영역에 놓여진다. 에지링(20)은 복수의 고정슬롯들(23)을 가지며, 고정슬롯(23)은 에지링(20)의 반경방향으로 관통형성된다. 고정슬롯들(23)은 복수의 격벽들(22)을 통해 구분되며, 고정슬롯(23)의 크기(또는 너비)는 격벽(22)의 위치에 따라 조절될 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 열흡수부재(30)는 에지링(20) 상에 삽입설치된다. 열흡수부재(30)는 에지링(20)의 고정슬롯(23)에 삽입고정되며, 서셉터(12)의 상부면과 열접촉(thermal contact)한다('장착위치'). 열접촉은 서셉터(12)의 열이 열흡수부재(30)에 전달될 수 있음을 의미하며, 열흡수부재(30)가 직접적으로 서셉터(12)의 상부면과 접촉하거나 열흡수부재(30)가 별도의 매개체를 통해 간접적으로 서셉터(12)의 상부면과 접촉하는 것을 포함한다.
열흡수부재(30)가 서셉터(12)의 특정 영역에 설치되어 특정 영역의 열을 흡수한다. 따라서, 히터(15)를 통해 동일한 방식으로 서셉터(12)를 가열한 경우, 열흡수부재(30)가 설치된 이후에 측정한 특정 영역의 온도는 열흡수부재(30)가 설치되기 전에 측정한 특정 영역의 온도보다 낮다. 즉, 열흡수부재(30)는 서셉터(12)에 대하여 열적 손실(thermal loss)로 작용하며, 이와 같은 방법을 통해 서셉터(12)의 온도분포를 균일하게 조절할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시한 열흡수부재를 나타내는 도면이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 열흡수부재(30)는 외측반경(R) 및 내측반경(r)을 가지는 무지개 형상의 열 접촉면을 가지며, 열접촉면은 서셉터(12)의 상부면과 열접촉한다. 열흡수부재(30)의 중심각(θ)은 고정슬롯(23)의 크기(또는 너비)에 따라 결정될 수 있다. 열흡수부재(30)의 접촉거리(d)는 외측반경(R)과 내측반경(r)의 차이를 통해 구할 수 있으며, 열흡수부재(30)의 면적을 결정하는 인자(factor)이다. 열흡수부재(30)의 면적은 서셉터(12)로부터 흡수하는 열의 크기를 결정하는 인자이며, 열흡수부재(30)의 면적은 외측반경(R) 및 내측반경(r), 그리고 중심각(θ)을 통해 구할 수 있다.
열흡수부재(30)가 서셉터(12)로부터 흡수하는 열의 크기는 열흡수부재(30)의 면적에 대체로 비례한다. 따라서, 서셉터(12)의 온도분포를 조절하기 위해서는 다양한 형상(또는 면적)을 가지는 열흡수부재(30)가 필요하다. 서셉터(12)의 영역에 따라 온도분포가 다양하게 나타나기 때문이다. 그러므로, 도 4에 도시한 열흡수부재(30)는 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 다양한 형상의 열흡수부재(30)가 제공될 수 있다.
열흡수부재(30)는 서셉터(12)와 동일한 재질로 이루어질 수 있으며, 산화알루미늄(Al2O3) 및 질화알루미늄(AlN) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 한편, 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 열흡수부재(30)는 지지가이드(32)를 구비하며, 지지가이드(32)는 열흡수부재(30)가 서셉터(12)의 내측으로 과도하게 삽입되는 것을 방지한다.
도 4는 도 1에 도시한 에지링에 열흡수부재를 선택적으로 삽입하는 모습을 나타내는 도면이다. 도 4를 참고하여 열흡수부재를 이용하여 서셉터의 온도분포를 조절하는 방법을 설명한다.
먼저, 작업자는 서셉터(12) 상의 온도분포를 측정하며, 측정된 온도분포를 이용하여 기준온도보다 높은 온도를 가지는 하나 이상의 고온영역들을 확인할 수 있다. 이때, 기준온도는 측정온도 중 최저온도로 설정되거나, 측정온도의 평균온도로 설정될 수 있다. 온도분포의 측정은 에지링(20)이 서셉터(12) 상에 설치된 상태에서 이루어질 수 있다.
이후, 도 4에 도시한 바와 같이, 작업자는 확인된 고온영역과 대응되는 고정슬롯(23)에 열흡수부재(30)를 삽입할 수 있다. 이때, 열흡수부재(30)의 형상(또는 면적)은 고온영역의 온도편차(기준온도와의 차이)에 비례하여 결정될 수 있으며, 열흡수부재(30)의 면적은 접촉거리(d1,d2,d3)에 따라 결정될 수 있다. 열흡수부재(30)는 에지링(20)의 외측에서 내측을 향하는 방향으로 고정슬롯(23)에 삽입되며, 지지가이드(32)는 열흡수부재(30)가 과도하게 삽입되는 것을 방지한다.
열흡수부재(30)가 고정슬롯(23)에 삽입된 상태에서, 열흡수부재(30)는 서셉터(12)의 상부면과 열접촉하며, 열흡수부재(30)는 서셉터(12)의 열을 흡수하여 대응되는 서셉터(12)의 영역의 온도를 낮춤으로써 서셉터(12)의 전체적인 온도분포를 균일하게 조절한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 기준온도보다 높지 않은 영역과 대응되는 고정슬롯(23)에는 열흡수부재(30)를 삽입하지 않으며, 열흡수부재(30)는 에지링(20)으로부터 분리된다('해제위치').
한편, 본 실시예에서는 에지링(20)이 8개의 고정슬롯(23)을 가지는 것으로 설명하고 있으나, 서셉터(12)의 온도분포를 정밀하게 조절하기 위해 고정슬롯(23)의 개수는 증가할 수 있다. 예를 들어, 에지링(20)이 16개의 고정슬롯(23)을 가지는 경우, 16개의 고정슬롯(23)을 통해 서셉터(12)의 온도분포를 더욱 정밀하게 조절할 수 있다.
상술한 바에 의하면, 서셉터(12)의 온도분포를 용이하게 조절할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 공정균일도를 확보하기 위하여 서셉터(12)의 온도 분포를 균일하게 조절할 필요가 있으나, 서셉터(12) 상의 온도분포는 외부 조건(챔버의 형상이나 통로의 위치 등)에 의해 영향을 받을 수 있으므로, 서셉터(12)를 최초 제작할 때 균일한 온도분포를 가질 수 있는 서셉터(12)를 제작하는 것은 불가능하다. 그러나, 에지링(20)과 열흡수부재(30)를 사용할 경우, 서셉터(12) 상에 에지링(20)을 설치한 후, 에지링(20)의 고정슬롯(23) 상에 다양한 크기의 열흡수부재(30)를 삽입고정함으로써 서셉터(12)의 온도분포를 효율적으로 조절할 수 있으며, 온도분포 조절에 소요되는 시간 및 비용을 최소화할 수 있다. 특히, 외부 조건이 변경되는 경우에도 열흡수부재(30)를 통해 온도불균일을 최소화할 수 있으므로, 다양한 공정에 효과적으로 사용할 수 있다.
본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1에 도시한 실시예는 에지링(20)이 서셉터(12)의 상부에 설치되는 것으로 설명하였으나, 도 5에 도시한 바와 같이, 에지링(50)은 챔버(11)의 측벽을 따라 설치될 수 있으며, 서셉터(12)의 상부면으로부터 이격될 수 있다. 열흡수부재(30)는 에지링(50) 상에 삽입고정될 수 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 서셉터(12)는 공정진행을 위해 상승할 수 있으며, 서셉터(12)가 상승한 상태에서 열흡수부재(30)는 서셉터(12)의 상부면에 열접촉한 상태를 유지한다. 따라서, 앞서 설명한 실시예와 동일한 방법으로 열흡수부재(30)는 서셉터(12) 중 해당 영역의 열을 흡수할 수 있으며, 이를 통해 서셉터(12)의 온도분포를 조절할 수 있다. 이때, 앞서 설명한 바와 마찬가지로, 서셉터(12)로부터 흡수하고자 하는 열의 크기에 따라 열흡수부재(30)의 접촉거리(d1,d2)(또는 면적)는 서로 다를 수 있다.
본 발명은 다양한 형태의 반도체 제조설비 및 제조방법에 응용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 상부에 기판이 놓여지는 서셉터;
    상기 서셉터의 상부에 놓여 상기 서셉터와 열접촉(thermal contact)하는 장착위치 및 상기 서셉터의 상부로부터 제거되는 해제위치로 전환되며, 상기 장착위치에서 상기 서셉터의 열을 흡수하는 하나 이상의 열흡수부재들; 및
    상기 열흡수부재들이 선택적으로 삽입고정되는 복수의 고정슬롯들을 가지는 에지링을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 서셉터는 상기 기판이 놓여지는 센터영역과 상기 기판의 둘레에 위치하는 에지영역을 가지며,
    상기 열흡수부재들은 상기 장착위치에서 상기 에지영역을 따라 놓여지는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에지링은 상기 서셉터의 에지영역을 따라 배치되는 링 형상이며,
    상기 고정슬롯은 상기 서셉터의 반경방향을 따라 관통형성되는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열흡수부재들은 상기 서셉터와 열접촉하는 열접촉면을 각각 가지며,
    상기 열접촉면들의 면적은 서로 다른 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열흡수부재는 산화알루미늄(Al2O3) 및 질화알루미늄(AlN) 중 어느 하나를 포함하는 재질인 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
  6. 기판에 대한 공정이 이루어지는 내부공간을 제공하는 챔버;
    상기 챔버 내에 제공되어 상기 기판을 지지하는 기판지지유닛; 및
    상기 기판지지유닛에 의해 지지된 상기 기판의 상부로 공정가스를 공급하는 샤워헤드를 포함하되,
    상기 기판지지유닛은,
    상부에 기판이 놓여지는 서셉터;
    상기 서셉터의 상부에 놓여 상기 서셉터와 열접촉(thermal contact)하는 장착위치 및 상기 서셉터의 상부로부터 제거되는 해제위치로 전환되며, 상기 장착위치에서 상기 서셉터의 열을 흡수하는 하나 이상의 열흡수부재들; 및
    상기 챔버의 측벽을 따라 배치되는 링 형상이며, 상기 열흡수부재들이 선택적으로 삽입고정되는 복수의 고정슬롯들을 가지는 에지링을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 서셉터는 상기 기판이 놓여지는 센터영역과 상기 기판의 둘레에 위치하는 에지영역을 가지며,
    상기 열흡수부재들은 상기 장착위치에서 상기 에지영역을 따라 놓여지는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 열흡수부재들은 상기 서셉터와 열접촉하는 열접촉면을 각각 가지며,
    상기 열접촉면들의 면적은 서로 다른 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  9. 기판이 놓여지는 서셉터를 구비하는 기판지지유닛을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 서셉터의 온도분포를 측정하고, 상기 서셉터 중 기준온도보다 높은 온도를 가지는 하나 이상의 고온영역들을 판단하는 단계;
    상기 서셉터 상에 복수의 고정슬롯들을 가지는 에지링을 설치하는 단계;
    상기 고온영역들에 각각 대응되는 상기 고정슬롯들에 열흡수부재들을 선택적으로 삽입고정하여 상기 서셉터의 온도분포를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 열흡수부재들은 상기 서셉터와 열접촉하는 열접촉면을 각각 가지며,
    상기 열접촉면들의 면적은 서로 다른 것을 특징으로 하는 기판지지유닛의 제조방법.
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