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KR102417931B1 - 기판 지지 장치 및 이를 포함하는 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR102417931B1
KR102417931B1 KR1020170066979A KR20170066979A KR102417931B1 KR 102417931 B1 KR102417931 B1 KR 102417931B1 KR 1020170066979 A KR1020170066979 A KR 1020170066979A KR 20170066979 A KR20170066979 A KR 20170066979A KR 102417931 B1 KR102417931 B1 KR 102417931B1
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rim
gas
susceptor
deformed
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한정훈
최영석
박주혁
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에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이.
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Abstract

고온 공정시 공정 기체가 기판 후면으로 침투하는 것을 방지할 수 있는 기판 지지 장치를 개시한다. 기판 지지 장치는 특정 온도에서 변형된 기판의 에지 제외 영역과 선 접촉(line contact)하도록 구성된 지지부를 포함한다.

Description

기판 지지 장치 및 이를 포함하는 기판 처리 장치 {Substrate supporting device and substrate processing apparatus including the same}
본 발명은 기판 지지 장치(예를 들어, 서셉터) 및 이를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 피처리 기판의 후면 증착을 방지할 수 있는 기판 지지 장치 및 이를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 증착 장치의 경우 일반적으로 탑재된 기판에 열을 공급하기 위하여 반응기 내에 히터(heater)가 장착된다. 히터는 히터 블록이라고도 하며, 그 내부에 열선 및 열전대(thermocouple; TC)가 포함된다. 히터 블록의 상단에는 서셉터(susceptor)가 추가 장착되며, 반응 공간 내에서 기판은 실질적으로 상기 서셉터에 탑재된다.
그러나 고온에서 공정을 진행할 때 고온으로 인해 서셉터 또는 기판이 변형되는 경우가 발생하며, 변형된 서셉터와 기판 또는 변형된 기판과 서셉터 사이로 공정기체가 침투하여 기판의 뒷면에 증착하게 된다. 기판의 뒷면에 증착된 막은 반응기 내의 오염원이 될 뿐만 아니라 이후 후속 공정에서도 장치를 오염시키는 오염원이 되며, 반도체 소자 수율과 소자 특성을 저하시키게 된다.
본 발명은, 위 언급된 문제들을 해결하기 위해, 박막 증착 공정 시 사용되는 가스가 기판의 후면에 침투하여 박막이 증착되는 것을 방지할 수 있는 기판 지지 장치 및 이를 포함하는 기판 처리 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예들의 일 측면에 따르면, 기판 지지 장치는 내면부(inner portion); 주변부(periphery portion); 상기 내면부와 상기 주변부 사이에 형성된 오목부(concave portion);를 포함하며, 상기 내면부와 상기 오목부 사이에 제1 단차부가 형성되고, 상기 주변부와 상기 오목부 사이에 제2 단차부가 형성될 수 있다.
상기 기판 지지 장치의 일 예에 따르면, 기판 지지 장치는 상기 오목부에 배치된 림(rim)을 더 포함하고, 상기 림은 상기 제1 단차부와 제2 단차부 사이에 배치될 수 있다.
상기 기판 지지 장치의 다른 예에 따르면, 상기 림(rim)은 그 상부면에 상기 내면부를 향해 제 3 단차부를 더 포함할 수 있다.
상기 기판 지지 장치의 다른 예에 따르면, 상기 제 3 단차부는 패드(pad)를 더 포함하며, 상기 패드 상으로 기판이 안착될 수 있다.
상기 기판 지지 장치의 다른 예에 따르면, 상기 제 1 단차부의 높이는 상기 패드의 높이보다 낮고, 그에 의해 상기 기판의 하면은 상기 내면부와 이격될 수 있다.
상기 기판 지지 장치의 다른 예에 따르면, 상기 제 3 단차부의 높이는 상기 기판의 상부면 보다 낮을 수 있다.
상기 기판 지지 장치의 다른 예에 따르면, 상기 제 1 단차부와 상기 림은 서로 이격될 수 있다.
상기 기판 지지 장치의 다른 예에 따르면, 상기 제 2 단차의 높이는 상기 림의 높이보다 낮을 수 있다.
상기 기판 지지 장치의 다른 예에 따르면, 상기 림은 절연체를 포함할 수 있다.
상기 기판 지지 장치의 다른 예에 따르면, 상기 림 상으로 기판이 안착되고, 상기 기판은 특정 온도에서 상기 내면부를 향하여 소정 곡률을 갖도록 변형되며, 변형된 기판은 상기 림과 선 접촉(line contact)을 할 수 있다.
상기 기판 지지 장치의 다른 예에 따르면, 상기 림 중 상기 선 접촉을 이루는 부분은 비 직각(non-right angle) 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예들의 일 측면에 따르면, 기판 지지 장치는, 에지 제외 영역을 포함하는 기판을 수용하는 장치로서, 특정 온도에서 변형된 기판의 에지 제외 영역과 선 접촉(line contact)하도록 구성된 지지부를 포함할 수 있다.
상기 기판 지지 장치의 일 예에 따르면, 제1 온도에서 상기 기판이 상기 지지부에 안착되는 경우, 상기 에지 제외 영역은 상기 지지부와 제1 접촉할 수 있다.
상기 기판 지지 장치의 다른 예에 따르면, 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도에서, 상기 기판은 변형되고 상기 에지 제외 영역과 상기 기판의 측면 사이의 영역이 상기 지지부와 제2 접촉할 수 있다. 상기 제2 접촉에 의해 상기 기판과 상기 지지부가 접촉하는 면적은 상기 제1 접촉에 의해 상기 기판과 상기 지지부가 접촉하는 면적보다 작을 수 있다.
상기 기판 지지 장치의 다른 예에 따르면, 상기 기판 지지 장치 중 상기 선 접촉을 이루는 부분의 표면 거칠기는 나머지 부분의 표면 거칠기보다 작을 수 있다.
상기 기판 지지 장치의 다른 예에 따르면, 기판 지지 장치는 상기 기판과 이격되는 가열부를 더 포함하고, 상기 기판과 상기 가열부 사이의 거리에 따라 상기 기판 상에 형성된 박막의 특징이 제어될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예들의 또 다른 측면에 따르면, 기판 처리 장치는, 반응기 벽(reactor wall); 기판 지지 장치; 히터 블록(heater block); 기체 유입부(gas inlet unit); 기체 공급부(gas supply unit); 배기부(exhaust unit);로 이루어지며 상기 반응기 벽과 상기 기판 지지 장치는 면 접촉(face contact)으로 반응 공간을 형성하며, 상기 기판 지지 장치는 서셉터 본체와 림을 포함할 수 있다.
상기 기판 처리 장치의 일 예에 따르면, 상기 서셉터 본체는 내면부, 주변부 및 그 사이에 형성된 오목부를 포함하며, 상기 림은 상기 오목부에 배치될 수 있다.
상기 기판 처리 장치의 다른 예에 따르면, 상기 기판과 상기 내면부 사이에 제1 공간이 형성되며, 상기 내면부와 상기 림 사이에 제2 공간이 형성될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예들의 추가적인 측면에 따르면, 기판 처리 방법은, a) 소스 기체 공급 단계; b) 반응 기체 공급 단계; c) 반응 기체 활성화 단계;를 순차적으로 반복 진행하여 박막을 증착하되, 기판과 서셉터가 서로 이격되고, 상기 서셉터 본체와 상기 기판의 이격 거리에 따라 박막의 특성이 제어될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지 장치 및 이를 포함하는 기판 처리 장치는 고온 공정에서도 기판 후면에 공정기체가 침투하여 발생되는 기판 후면 증착을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 서셉터 본체의 내면부와 기판이 일정 거리만큼 서로 이격되어 있음으로써, 그리고 서셉터 본체의 내면부와 림이 일정 거리만큼 서로 이격되어 있음으로써, 고온 공정에서 발생할 수 있는 기판 및 서셉터의 변형과 관계없이 기판 상에서 안정적인 공정 진행이 가능하다. 또한, 본 발명에 따르면, 서셉터 본체의 내면부와 기판 간의 거리를 적절히 조정함으로써 박막의 특징, 예를 들어 후속 식각에서의 WER(Wet Etch Ratio)를 선택적으로 구현할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 기판 지지 장치(예를 들어, 서셉터 본체)를 개략적으로 나타낸다.
도 1b는 도 1a의 라인 A-A'를 따라 취해진 기판 지지 장치의 횡단면도이다.
도 1c는 둥근 오목면을 가진 서셉터 본체의 오목부를 개략적으로 나타낸다.
도 2a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 서셉터 본체와 림이 분리되어 있는 모습을 개략적으로 나타낸다.
도 2b는 도 2a의 서셉터 본체와 림이 결합된 모습을 나타낸다.
도 2c는 도 2b의 라인 B-B'를 따라 취해진 기판 지지 장치의 횡단면도이다.
도 2d는 도 1c에 도시된 오목부에 림이 결합된 모습을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따라 서셉터 본체의 오목부에 림이 안착된 모습의 확대도이다.
도 4는 도 3의 S1 영역을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 3의 S2 영역을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 6은 에지 제외 영역(edge exclusion zone)을 포함하는 기판을 개략적으로 나타낸다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 도 6의 기판이 패드에 안착된 모습을 나타낸다.
도 8은 도 7의 어셈블리를 이용하여 고온 공정을 진행하였을 때의 모습을 개략적으로 나타낸다.
도 9는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 기판 지지 장치를 포함하는 기판 처리 장치의 개략적인 단면도이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시예들에 따른 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법을 개략적으로 나타낸다.
도 11a 내지 도 11c는 도 9의 기판 처리 장치를 이용하여 공정을 수행할 때 기판 후면에 증착된 SiO2 막의 두께를 도시한다.
도 12은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 서셉터를 사용하여 PEALD 방법으로 기판에 SiO2 막을 증착할 때, 서셉터의 내면부와 기판 간의 거리에 따른 습식 식각 속도(Wet Etch Ratio; WER)의 변화를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역 및/또는 부위들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부위들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열의 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역 또는 부위를 다른 부재, 영역 또는 부위와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역 또는 부위는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역 또는 부위를 지칭할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 기판 지지 장치를 개략적으로 나타낸다. 도 1b는 도 1a의 라인 A-A'를 따라 취해진 기판 지지 장치의 횡단면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 기판 지지 장치는 서셉터 본체(B)를 포함할 수 있다. 서셉터 본체(B)는 그 일면에 내면부(1), 주변부(3), 그리고 상기 내면부(1)와 주변부(3) 사이에 형성된 오목부(concave portion)(2)를 포함할 수 있다. 후술되는 바와 같이, 상기 오목부(2)에는 림이 배치될 수 있다.
상기 내면부(1)와 상기 오목부(2)는 제1 단차부(10)를 형성한다. 제1 단차부(10)는 내면부(1)와 오목부(2) 사이에 형성될 수 있다. 상기 주변부(3)와 상기 오목부(2)는 제2 단차부(20)를 형성한다. 제2 단차부(20)는 주변부(3)와 오목부(2) 사이에 형성될 수 있다. 상기 림은 제1 단차부(10)와 제2 단차부(20) 사이에 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 서셉터 본체(B)는 연속된 하나의 부품으로 제조되며, 일반적으로 원형 및 디스크 형태이다. 그러나 서셉터 본체(B)의 형태는 이에 제한되지 않으며 피처리 기판의 형태에 상응하는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어 피처리 기판이 사각형의 디스플레이 기판인 경우, 서셉터 본체(B)는 이러한 사각형의 기판을 수용할 수 있도록 사각형의 형상을 가질 수 있다.
상기 서셉터 본체(B)는 예를 들어, 150 mm, 200 mm 및 300 mm 의 기판을 포함하는 임의 직경의 반도체 기판을 수용할 수 있는 크기로 조정되고 구성될 수 있다. 또한, 서셉터 본체(B)는 서셉터 본체(B)를 지지하는 히터 블록(미도시)으로부터 기판으로 열을 원활히 전달하기 위해 알루미늄 또는 합금과 같은 금속재질 혹은 열전도율이 높은 재질로 이루어질 수 있다.
상기 내면부(1)는 기판을 로딩하고 지지하기 위해 적어도 한 개의 기판 지지핀 홀(22)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 내면부(1)는 서셉터 본체(B)를 히터 블록(미도시) 상에 고정하기 위해 적어도 하나의 서셉터 본체 고정 지지핀 홀(23)을 포함할 수 있다.
상기 주변부(3)는 반응기의 반응기 벽과 면접촉(face-contact) 및 면실링(face-sealing)하여 반응 공간을 형성하기 위해 평평한 표면을 가질 수 있다. 상기 내면부(1)는 히터 블록(미도시)으로부터 기판으로 열을 균일하게 전달하기 위해 평평한 표면을 가질 수 있다.
한편, 서셉터 본체(B)의 구조는 도 1a 및 도 1b에 도시한 것에 한정되지 않는다. 예컨대, 상기 오목부(2)는 평평한 것으로 도시되어 있지만, 대안적으로 도 1c에 도시된 바와 같이 오목부(2)는 둥근 표면을 가질 수도 있다. 또한, 내면부(1) 역시 오목면을 가질 수 있다. 고온 공정에서 피처리 기판이 변형되는 경우 소정의 곡률을 가질 수 있는데, 내면부(1)의 오목면의 곡률은 이러한 고온 공정에서의 변형된 기판의 곡률과 상응할 수 있고, 그에 따라 기판으로의 균일한 열전달이 달성될 수 있다.
도 2a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 서셉터 본체와 림이 분리되어 있는 모습을 개략적으로 나타낸다. 도 2b는 도 2a의 서셉터 본체와 림이 결합된 모습을 나타낸다. 도 2c는 도 2b의 라인 B-B'를 따라 취해진 기판 지지 장치의 횡단면도이다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 본 발명에 따른 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 기판 지지 장치는 서셉터 본체(B) 그리고 기판을 지지하기 위한 림(4)을 포함할 수 있다. 도 2b 및 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 림(4)은 오목부(2)에 안착될 수 있다. 상기 림(4) 상에는 피처리 기판이 안착될 수 있다.
상기 림(4)은 상기 서셉터 본체(B)의 내면부(1)와 주변부(3) 사이에 배치될 수 있다. 바람직하게는, 상기 림(4)은 상기 내면부로부터 이격되어 배치되어, 고온에서 상기 내면부(1) 또는 림(4)이 수평방향으로 열팽창을 해도 서셉터 본체(B)가 그 형상을 유지할 수 있게 한다. 예를 들어 도 2c에 도시된 바와 같이 상기 제1 단차부(10)와 상기 림(4)은 W 거리만큼 서로 이격되어 위치할 수 있다.
상기 서셉터 본체(B)와 상기 림(4)은 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 서셉터 본체(B)는 기판으로 열을 원활히 전달하기 위해 알루미늄 또는 합금과 같은 금속재질 혹은 열전도율이 높은 재질로 이루어질 수 있다. 상기 림(4)은 절연체를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 림(4)은 예를 들어 고온에서도 기판을 안정적으로 지지하기 위해 열팽창율이 낮은 물질(예를 들어 세라믹)으로 이루어질 수 있다.　
상기 림(4)은 직사각형 단면을 갖는 도넛형일 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 예를 들어, 오목부(2)가 도 1c에 도시된 바와 같이 둥근 오목면을 가진 경우, 상기 림(4)은 도 2d에 도시된 바와 같이 아랫면이 볼록한 형상을 가질 수 있다.
상기 서셉터 본체(B) 및/또는 상기 림(4)은 예를 들어, 150 mm, 200 mm 및 300 mm 의 기판을 포함하는 임의 직경의 반도체 기판을 수용할 수 있는 크기로 조정되고 구성될 수 있다.
상기 림(4)은 상기 서셉터 본체(B)로부터 탈착 가능할 수 있다. 보다 구체적으로, 림(4)의 외주면과 서셉터 본체(B)의 오목부의 내주면이 기계적으로 결합됨으로써(예를 들어, 상기 외부면과 상기 내주면 사이의 마찰력에 의해) 림(4)이 서셉터 본체(B)에 장착될 수 있다. 추가 실시예에서, 상기 림(4)은 상이한 너비 및/또는 높이의 림으로 교체될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 서셉터 본체(B)의 오목부(2)에 림(4)이 안착된 모습의 확대도이다. 도 3은 기판 지지 장치에 기판(5)을 배치한 상태를 도시하고 있다.
도 3을 참조하면, 상술된 바와 같이, 상기 오목부(1)와 상기 내면부(2)는 상기 제1 단차부(10)를 형성하며, 상기 주변부(3)와 상기 오목부(2)는 제2 단차부(20)를 형성한다. 또한, 상기 림(4)은 상기 제1 단차부(10)와 상기 제2 단차부(20) 사이의 상기 오목부(2) 상에 배치되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 상기 림(4)과 상기 내면부(1)는 특정 거리(W)만큼 서로 이격되어 고온에서도 서셉터 본체(B)가 그 형상을 유지할 수 있게 한다. 증착 공정을 수행하기 위하여, 상기 주변부(3)는 반응기의 반응기 벽과 면접촉(face-contact) 및 면실링(face-sealing)하여 반응 공간을 형성할 수 있다. 이에 관하여는 도 9을 참조하여 후술한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 림(4)은 그것의 상부면 안쪽에 상기 내면부를 향한 제3 단차부(30)를 포함할 수 있다. 이 경우, 기판(5)은 상기 제3 단차부(30)의 안쪽으로 안착될 수 있다. 추가 실시예에서, 상기 제3 단차부(30)는 패드(31)를 더 포함할 수 있으며, 상기 기판(5)은 상기 패드(31) 상에 안착될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 6 및 도 7을 참조하여 후술되는 바와 같이, 상기 패드(31)에는 상기 기판(5)의 에지 부분(예를 들어, 에지 제외 영역(edge exclusion zone))이 안착된다.
도 4는 도 3의 S1 영역을 확대하여 나타낸 단면도로, 상기 서셉터 본체(B), 상기 림(4), 그리고 상기 기판(5)의 상호 배치 관계를 보여주는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 내면부(1)의 높이(즉, 제1 단차부(10)의 높이(a))는 상기 림(4)의 하부면에서 상기 제3 단차부(30)까지의 높이(b)(즉 상기 패드(31)의 높이(b)) 보다 낮게 구성될 수 있다. 이러한 구성은, 기판(5)이 상기 패드(31)에 안착되었을 때 상기 기판(5)의 하부면과 상기 내면부(1)가 서로 이격되게 한다. 기판(5)의 하부면과 내면부(1)가 서로 이격됨으로써, 고온 공정 시 서셉터와 기판 사이로 공정기체가 침투하는 것을 방지할 수 있다. 그 이유는 다음과 같다.
고온 공정에서 실리콘 기판은 일반적으로 열원(heating source)(예를 들어, 히터 블록)이 있는 아래 방향, 즉 서셉터 본체 방향으로 휘어지게 된다. 기판의 하부면과 기판 지지 장치가 이격되지 않은 경우, 고온 공정에 따라 기판이 변형되면, 기판과 기판 지지 장치 사이에 갭(gap)이 발생한다. 이러한 갭 사이로 공정기체가 침투할 수 있고, 침투한 공정기체는 기판(5)의 후면에 증착된다.
그러나 기판(5)의 하부면과 내면부(1)가 이격되어 있다면, 도 8에 도시된 바와 같이, 고온 공정으로 인해 기판(5)이 아래 방향으로 휘어지면서 패드(31)와 기판(5) 간에 접점들이 생긴다. 본 실시예의 경우, 이러한 접점들은 림(4)의 상면을 따라 동그란 원모양의 접촉선을 형성할 것이다. 이러한 접촉선은 반응기 내의 공정기체가 기판(5)의 하부(또는 기판(5)과 내면부(1) 사이)로 침투하는 것을 막는 방어벽 역할을 할 것이다.
이하에서는, 이와 같이 두 면들이 접촉하여 접촉선이 형성된 경우, 두 면들이"선 접촉(line contact)"하였다고 할 것이다. 이러한 선 접촉에 의한 접촉선은 얇은 두께의 폭을 갖는 피처리 기판의 형태(예를 들어, 고리 형태)를 가질 수 있다. 선택적으로, 상기 선 접촉은 기판 지지 장치(예를 들어, 림)의 모서리(코너) 부분에서 발생할 수 있다.
히팅 블록(도 9의 참조번호 72)으로부터 기판(5)으로의 열복사가 잘 이루어질 수 있도록, 상기 기판(5)과 내면부(1) 사이의 거리(b-a)는 예를 들어 0.1 mm 내지 0.5mm 일 수 있다. 예시적인 실시예에서 상기 거리(b-a)는 약 0.3 mm 일 수 있다.
상술된 바와 같이, 상기 서셉터 본체(B)는 기판으로 열을 원활히 전달하기 위해 알루미늄 또는 합금과 같은 금속재질 혹은 열전도율이 높은 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 림(4)은 고온에서도 기판을 안정적으로 지지하기 위해 열변형이 적은 물질, 예를 들어 세라믹으로 이루어질 수 있다. 이와 같이 서셉터 본체(B)가 기판(5) 보다 고온에서의 변형 정도가 큰 경우에도, 기판(5)과 내면부(1) 사이, 그리고 내면부(1)와 림(4) 사이가 이격되어 있고 기판이 안착된 림(2)이 열변형이 적은 물질로 이루어져 있으므로, 기판에 영향을 주지 않으면서 안정적으로 고온 공정을 진행할 수 있다.
바람직하게는, 상기 림(4)은 고온에서 상기 기판(5)과의 선접촉을 유지하기 위하여 열변형이 적은 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 림(4)은 300 ℃ 이상의 고온에서 상기 기판(5)과의 선 접촉을 유지하기에 적합한 열팽창율을 갖는다.
제3 단차부(30)의 끝 부분(G)이 각진 경우, 기판(5)이 아래로 휘어질 때, 상기 기판(5)은 각진 끝 부분(G)과만 선 접촉할 수 있다. 이러한 좁은 폭을 갖는 선 접촉은 공정기체의 침투를 방지하기에 부적합할 수 있다. 나아가 각진 끝 부분(G)에 의해 기판에 인가되는 압력이 강해 기판(5)이 손상될 수도 있다.
이러한 문제점들을 방지하기 위해, 본 발명의 다른 실시예에서, 제3 단차부(30)의 끝부분(G)은 라운드된 형태를 가질 수 있다. 이러한 라운드 형태는 고온 공정에 의해 변형된 기판(5)과 상대적으로 넓은 폭의 선 접촉을 형성하도록 구성될 수 있다. 제3 단차부(30)의 끝부분(G)이 라운드된 형태라면, 휘어진 기판(5)과 끝부분(G) 간의 접촉부가 더 넓어지면서 기판에 가해지는 압력이 분산되어 더 안정적일 것이다. 일 실시예에서, 라운드된 형태의 곡률은 R=1.0일 수 있다.
선택적인 실시예에서, 선 접촉을 이루는 부분은 낮은 표면 거칠기를 갖도록 연마 처리될 수 있다. 이로 인해, 기판 지지 장치 중 상기 선 접촉을 이루는 부분의 표면 거칠기는 기판 지지 장치의 나머지 부분의 표면 거칠기보다 작을 수 있다. 이를 통해 기판과 기판 지지 장치 사이의 접촉면 사이의 밀착이 개선될 수 있고, 따라서 기판과 기판 지지 장치 사이로 침투하는 공정 기체의 차폐가 달성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 제3 단차부(30)는 상기 림(4)의 상부면을 향하여 경사진 구조(H)를 가질 수 있다. 이는 기판이 상기 림(4)에 안착될 때 제 위치에 정확하게 안착되게 하는 자체 정렬(self-aligning) 기능을 부여할 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제3 단차부의 높이(c)는 상기 기판(5)의 상부면 보다 높지 않을 수 있다. 즉, 상기 제3 단차부의 높이(c)는 상기 기판(5)의 두께(d)와 같거나 그보다 낮도록 구성될 수 있다. 이는 상기 기판(5) 상에 공급되는 공정기체가 상기 림(4)의 상부면을 거쳐 배기채널(도 9의 참조번호 71)로 원활히 배기되도록 유도함으로써 공정 중 반응 공간이 오염되는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 도 3의 S2 영역을 확대하여 나타낸 단면도로, 상기 림(4)과 상기 주변부(3)의 상호 배치 관계를 보여주는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 서셉터 본체(B)의 주변부(3)의 높이, 즉 제2 단차부(20)의 높이(e)는 상기 림(4)의 높이(f) 보다 낮게 구성될 수 있다. 이로써, 반응기 벽(도 9의 참조번호 79)과 주변부(3)의 접촉면에 공정 기체가 침투하여 생기는 오염원(예를 들어, 오염 입자) 또는 접촉면에 잔류하는 파티클 등이 반응 공간(도 9의 참조번호 70)으로 역류하는 것을 방지할 수 있다.
도 6은 에지 제외 영역(edge exclusion zone)을 포함하는 기판을 개략적으로 나타낸다.
기판은 가장자리에 에지 제외 영역(Z)을 포함할 수 있고, 에지 제외 영역(Z)은 다이(die; 소자 형성 부위)로 이용되지 않기 때문에 증착의 균일성이 요구되지 않는다는 점에서 기판의 나머지 영역과 구별된다. 통상적으로, 에지 제외 영역(Z)은 기판의 가장자리 부분의 2 mm 내지 3 mm 영역에서 형성된다. 본원에서, 기판(5)의 에지 제외 영역(Z)은 간격 M을 갖는다고 가정한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 6의 기판이 패드에 안착된 모습을 나타낸다.
본 실시예에서, 서셉터 본체와 림(4)은 열전도율이 상이한 물질로 이루어져 있으며 기판(S)과 내면부(1)는 서로 이격되어 있다. 이로써, 기판(S)은 림(4)과 접촉한 부분과 접촉하지 않은 부분에서 온도가 상이할 수 있다. 증착 공정은 일반적으로 기판(S)의 온도에 민감하기 때문에, 이러한 온도 불균일성은 증착 공정에 영향을 미칠 수 있다. 이에 따라, 도 7에 도시된 바와 같이, 기판(5)이 상기 림(4)에 안착할 때 상기 림(4)은 상기 에지 제외 영역(Z) 내에서만 상기 기판(5)과 접촉하는 것이 바람직하다. 이로써, 기판(5) 중 에지 제외 영역(Z)을 제외한 영역에서는 온도 균일성이 보장될 수 있기 때문이다.
또한, 고온에서 상기 기판(5)이 아래로 휘어질 때, 상기 림(4)과 상기 기판(5)은 상기 에지 제외 영역(Z) 내에서, 즉 상기 기판(5)의 가장자리로부터 간격 M 내에서 선 접촉을 이룰 수 있다. 이로써, 도 8에 도시된 바와 같이 고온(예를 들어, 300 ℃ 이상)에서 기판(5)이 변형될 때에도, 상기 에지 제외 영역(Z)을 제외한 나머지 기판 후면에서 불필요한 증착이 이루어지지 않을 수 있다.
이러한 도 7 및 도 8의 구성을 요약하면 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 기판 지지 장치는 다음과 같이 설명될 수 있다.
- 기판 지지 장치는 에지 제외 영역(Z)을 포함하는 기판을 수용할 수 있다.
- 기판 지지 장치는 지지부를 포함하며, 상기 지지부는 특정 온도(예를 들어 섭씨 300도)에서 변형된 기판과 선 접촉을 하도록 구성될 수 있다.
- (도 7) 제1 온도(저온)에서, 기판이 지지부에 안착되는 경우, 기판의 에지 제외 영역은 지지부와 제1 접촉(즉, 면 접촉)한다. 상기 제1 접촉에 의해, 에지 제외 영역의 일 부분과 지지부 사이의 제1 거리와 에지 제외 영역의 다른 부분과 지지부 사이의 제2 거리는 실질적으로 동일할 수 있다.
- (도 8) 제1 온도보다 높은 제2 온도(고온)에서, 상기 기판은 변형되고 기판의 에지 제외 영역과 측면(에지) 사이의 영역이 지지부(예를 들어, 지지부의 각진 부분 또는 라운드된 부분)와 제2 접촉(즉, 선 접촉)을 이룬다. 상기 제2 접촉에 의해 기판과 지지부가 접촉하는 면적은 상기 제1 접촉에 의해 기판과 지지부가 접촉하는 면적보다 작을 것이다.
상기 제2 접촉에 의해, 에지 제외 영역의 일 부분과 지지부 사이의 제1 거리는 에지 제외 영역의 다른 부분과 지지부 사이의 제2 거리와 실질적으로 다를 수 있다. 예를 들어, 에지 제외 영역의 제2 접촉이 이루어지는 부분과 지지부 사이의 제1 거리는 에지 제외 영역의 제2 접촉이 이루어지지 않는 부분과 지지부 사이의 제2 거리보다 작을 수 있다. 선택적인 실시예에서, 상기 제1 거리를 감소시켜 기판과 지지부 사이의 밀착을 개선하기 위해, 지지부 중 에지 제외 영역과 제2 접촉을 이루는 부분은 연마 처리될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 패드(31)의 끝 부분은 비직각 형태를 갖도록 처리될 수 있다. 예를 들어, 상기 끝 부분은 모따기(chamfered)될 수 있다. 다른 예로서, 상기 끝 부분은 라운드 처리될 수 있다. 그에 의해 패드(31)의 끝 부분은 에지 제외 영역(Z)과 선 접촉할 수 있다. 이로써, 상기 기판(5)의 후면 중 에지 제외 영역(Z)을 제외한 나머지 영역에서 불필요한 증착이 이루어지지 않을 수 있다. 고온 공정에서 상기 패드(31)의 비직각 부분과 기판(5) 간의 선 접촉이 공정기체의 침투에 대한 방어벽 역할을 하기 때문이다.
선택적인 실시예에서, 패드(31)의 길이 및 라운드된 부분의 곡률은 피처리 기판의 후면으로의 공정기체의 침투를 방지하도록 조절될 수 있다. 예를 들어, 패드(31)의 길이는 에지 제외 영역(Z)의 길이(M)와 같거나 상기 길이(M)보다 작을 수 있다. 다른 실시예에서, 라운드된 부분은 피처리 기판의 움직임 내지 기울어짐을 방지할 수 있는 곡률을 갖도록 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 라운드된 부분이 너무 작은 곡률값(즉, 너무 큰 곡률 반경)을 가질 경우, 라운드된 부분과 피처리 기판의 선 접촉이 이루어지는 면적이 너무 작아 방어벽 역할을 제대로 수행할 수 없다. 반면에 라운드된 부분이 너무 큰 곡률값(즉, 작은 곡률 반경)을 갖는 경우, 피처리 기판의 변형이 이루어지면서 피처리 기판의 위치가 변화할 수 있다. 따라서, 라운드된 부분은 피처리 기판과의 충분한 접촉 면적을 달성하면서도, 피처리 기판의 움직임 또는 기울어짐을 최소화할 수 있는 곡률값을 가질 수 있다.
전술한 개시는 기판 지지 장치(예를 들어, 서셉터)의 다수의 예시적인 실시예와 다수의 대표적인 이점을 제공한다. 간결성을 위해, 관련된 특징들의 제한된 개수의 조합들만 설명하였다. 그러나, 임의의 예의 특징이 임의의 다른 예의 특징과 조합될 수 있다는 것이 이해된다. 더욱이, 이들 이점이 비제한적이고 특별한 이점이 임의의 특별한 실시예의 특징이 되지 않거나, 또는 요구되지 않는다는 점이 이해된다.
도 9는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 기판 지지 장치를 포함하는 기판 처리 장치의 개략적인 단면도이다. 본 명세서에서 설명된 기판 처리 장치의 예로서 반도체 또는 디스플레이 기판의 증착 장치를 들 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않음에 유의한다. 기판 처리 장치는 박막 형성을 위한 물질의 퇴적을 수행하는데 필요한 여하의 장치일 수도 있고, 물질의 식각 내지 연마를 위한 원료가 균일하게 공급되는 장치를 지칭할 수도 있다. 이하에서는 편의상 기판 처리 장치가 반도체 증착 장치임을 전제로 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는 반응기(78), 반응기 벽(79), 서셉터 본체(B,13 in Fig.9) 및 림(4)을 포함하는 기판 지지 장치(서셉터 부), 히터 블록(72), 기체 유입부(73), 기체 공급부(75) 및 배기부(71)를 포함한다.
도 9를 참조하면, 서셉터 부가 반응기(78) 내에 설치되어 있다. 예시된 실시예에서, 서셉터 부는 예를 들어 도 3 내지 도 6에 도시된 기판 지지 장치일 수 있다. 상기 서셉터 부의 본체(B)는 내면부(1), 주변부(3), 그리고 그 사이에 형성된 오목부(2)로 형성되며, 림(4)은 상기 오목부(2)에 배치되어 있다.
상기 반응기(78)는 ALD(Atomic Layer Deposition) 또는 CVD(Chemical Vapor Deposition) 공정이 진행되는 반응기이다. 반응기 벽(79)과 서셉터 본체(B, 13)의 주변부(3)는 면접촉(face-contact) 및 면실링(face-sealing)을 하여 반응 공간(70)을 형성한다. 반응기 벽(79)과 주변부(3)의 접촉면에 공정 기체가 침투하여 생기는 오염원 등이 반응 공간(70)으로 역류하는 것을 방지하기 위해, 상기 림(4)의 높이는 상기 주변부(3) 보다 높은 것이 바람직하다.
기판(5)의 탑재/탈착(loading/unloading)을 위해 서셉터 본체(B)는 상기 서셉터 본체(B)의 일측으로 제공된 장치(미도시)와 연결되어 이동 가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 서셉터 본체(B)는 상기 서셉터 본체(B)를 상승/하강시킬 수 있는 장치와 연결되어, 상기 반응기 벽(79)과 상기 서셉터 본체(B, 13) 사이에 기판이 투입될 수 있는 투입구를 형성할 수 있다. 도 9의 경우, 상기 림(4)에는 기판(5)이 탑재되어 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 반응기(78)는 상단 배기(upward exhaust) 구조를 가질 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
히터 블록(72)은 열선을 포함하며, 상기 서셉터 본체(B) 및 상기 기판(5)에 열을 공급할 수 있다. 상기 기체 공급부(gas supply unit)는 기체 채널(74), 기체 공급 플레이트(75), 기체 흐름 채널(76) 포함할 수 있다. 상기 기체 흐름 채널(76)은 기체 채널(74)과 기체 공급 플레이트(75) 사이에 형성될 수 있다. 기체 유입부(gas inlet unit)(73)를 통해 유입된 공정 기체는 상기 기체 흐름 채널(76)과 기체 공급 플레이트(75)를 통해 반응 공간(70)과 기판(5)으로 공급될 수 있다. 상기 기체 공급 플레이트(75)는 샤워헤드일 수 있으며, 샤워헤드의 베이스는 공정 기체를 분출하도록 형성된 복수개의 기체 공급 홀을 포함할 수 있다. 상기 기판(5) 상에 공급된 공정 기체는 기판과의 화학반응 또는 기체 상호간의 화학반응을 한 후, 상기 기판(5) 상에 증착될 수 있다.
배기부는 배기 채널(71), 배기 포트(77)를 포함할 수 있다. 상기 반응 공간(70)에서, 기판과의 화학반응 이후 잔존하는 잔류 기체 또는 미반응 기체는 반응기 벽(79) 내에 형성된 배기 채널부(71), 배기 포트(77)와 배기펌프(미도시)를 통해 외부로 배기될 수 있다. 상기 배기 채널(71)은 상기 반응기 벽(79) 내부에서 상기 반응기 벽(79)을 따라 연속으로 형성될 수 있다. 상기 배기 채널(71) 상부의 일부는 배기 포트(77)와 연결될 수 있다.
상기 기체 채널(74)과 상기 기체 공급 플레이트(75)는 금속재질이며, 스크류 등의 결합수단으로 기계적으로 연결되어 있어 플라즈마 공정시 전극(electrode)의 역할을 할 수 있다. 플라즈마 공정시에는 고주파(RF) 전원은 일측 전극으로서 기능하는 샤워헤드와 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, RF 전원과 연결된 RF 로드(80)가 상기 반응기 벽(79)을 관통하여 상기 기체 채널(74)과 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 서셉터(B)는 타측 전극으로서 기능할 수 있다. 일부 실시예들에서, 예를 들어 플라즈마 공정 동안 인가된 플라즈마 파워가 주변으로 방전되는 것을 방지하기 위하여, RF 로드(80)와 반응기 벽(79) 사이, 그리고/또는 상기 기체 채널(74)과 상기 반응기 벽(79) 사이에는 절연체(미도시)가 삽입되어 적층구조를 이룰 수 있다. 플라즈마 파워의 누설을 방지함으로써 플라즈마 공정의 효율을 높일 수 있다.
상기 반응기의 기체 유입부와 기체 유출부의 구체적인 일 실시예는 한국 특허출원 제10-2016-0152239호에 상세히 기술되어 있다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시예들에 따른 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법을 개략적으로 나타낸다. 이 실시예들에 따른 기판 처리 방법은 전술한 실시예들에 따른 기판 지지 장치 및 기판 처리 장치를 이용하여 수행될 수 있다. 특히, 상기 기판 처리 방법은 기판과 서셉터의 내면부가 서로 이격된 상태로 진행된다. 이하 실시예들간 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 10a를 참조하면, 기판 처리 방법은 소스 기체 공급 단계(S1), 반응 기체 공급 단계(S3), 반응 기체 활성화 단계(S4)를 포함할 수 있다. 상기 단계들은 순차적으로 반복 진행되어 박막을 증착할 수 있다.
기판 처리 방법은 상기 소스 기체 공급 단계(S1) 및 상기 반응 기체 공급 단계(S3) 사이에 퍼지 단계(S2)를 더 포함하여 소스 기체를 퍼지할 수 있다. 또한, 상기 기판 처리 방법은 상기 반응 기체 활성화 단계(S4) 이후에 퍼지 단계 (S5)를 더 포함하여, 잔여 기체를 퍼지할 수 있다. 이는 원료들(소스 기체, 반응 기체)이 기체 상태에서 만나지 않게 하기 위해 하나의 원료를 반응기에 공급한 후 여분의 원료를 반응기에서 완전히 제거한 후에 다른 원료를 반응기에 공급하기 위함이다.
퍼지 기체는 S2 단계 그리고/또는 S5 단계 동안 반응공간으로 일시적으로 공급될 수 있다. 다른 실시예에서, 퍼지 기체는 상기 소스 기체 공급 단계(S1), 상기 반응 기체 공급 단계(S3), 상기 반응 기체 활성화 단계(S4) 동안 반응 공간으로 지속적으로 공급될 수도 있다.
상기 반응 기체 활성화 단계(S4)에서 플라즈마가 공급될 수 있다. 플라즈마를 공급함으로써, 높은 밀도의 박막을 얻을 수 있으며, 소스 간의 반응성을 좋게 하여 소스의 선택의 폭이 넓어지고, 그리고 박막의 성질을 좋게 하여 저온에서도 증착할 수 있다.
플라즈마가 공급될 경우에만 활성화되어 기판 상의 소스분자와 반응하는 반응기체(예를 들어, 산소)를 사용할 경우에는, 기본 사이클 기간 내내 반응기 내로 반응기체를 일정하게 공급할 수 있다. 이러한 반응 기체는 플라즈마가 공급되지 않을 때에는 퍼지 기체의 역할을 수행하기 때문이다. 따라서, 이러한 반응 기체는 도 10b에 도시된 바와 같이 소스 기체 공급 단계(S1), 소스 기체 퍼지 단계(S2), 반응 기체 활성화 단계(S4) 및 잔여 기체 퍼지 단계(S5) 내내 공급될 수 있다.
본 실시예들에 따른 기판 지지 장치는 고온 공정에서도 기판 후면에 공정기체가 침투하여 발생되는 기판 후면 증착을 방지할 수 있기 때문에, 상기 기판 처리 방법은 예를 들어 300 도 이상의 고온에서 진행될 수 있다.
추가 실시예들에서, 상기 기판 처리 방법시, 기판과 서셉터 내면부 간의 이격 거리를 조정함으로써 박막의 습식 식각 저항성을 제어할 수 있다. 이는 도 12를 참조하여 후술할 것이다.
도 11a 내지 도 11c는 도 9의 기판 처리 장치를 이용하여 PEALD 방법으로 공정하였을 때, 기판 후면에 침투된 공정기체에 의해 기판 후면에 증착된 SiO2 막의 두께를 도시한다. 본 실시예에서, 기판(5)의 하부와 서셉터 내면부(1)의 이격 거리는 0.3 mm이다.
도 11a에서, 에지 제외 영역(Z)은 기판(5)과 림(4)이 접하는 영역을 나타낸다. 에지 제외 영역(Z)의 폭(M)은 2mm 이다. 본 실시예에서, 에지 제외 영역(Z)을 따라 점선으로 표시된 부분(100)에서 상기 기판(5)과 상기 림(4) 간의 선 접촉이 이루어진다.
온도 (℃) 서셉터 300℃
반응기 벽 150 ℃ 내지 180℃
단계당 처리 시간(초) 소스 공급 0.1 내지 0.5, 예를 들어 0.2 내지 0.3
퍼지 0.1 내지 0.5, 예를 들어 0.2 내지 0.3
플라즈마 0.1 내지 0.5, 예를 들어 0.2 내지 0.3
퍼지 0.1 내지 0.5, 예를 들어 0.2 내지 0.3
기체 유량
(sccm)		 캐리어 Ar 500 내지 1,500, 예를 들어 900 내지 1,100 sccm
퍼지 Ar 2,500 내지 4,500, 예를 들어 3,000 내지 4,000 sccm
반응물 400 내지 1,000, 예를 들어 600 내지 800 sccm
공정 압력(Torr) 2 Torr 내지 4Torr, 예를 들어 3 Torr
Si 전구체 실란(silane) 기를 포함하는 전구체
반응물 산소를 포함하는 기체
위 표 1(PEALD에 의한 SiO2 막의 증착 조건을 나타내는 표)에 나타난 바와 같이, 일 실시예에 따르면 공정 시 반응 공간의 압력은 3 Torr를 유지하였으며, 히터 블록(72)과 접하는 서셉터 본체(B)는 300 ℃, 반응기 벽(79)은 150 ℃ 내지 180 ℃의 온도를 유지하였다. 박막을 증착하기 위해, a) Si 소스 기체 공급 단계, b) Si 소스 퍼지 단계, c) 반응 기체 활성화 단계, d) 퍼지 단계의 기본 사이클을 순차적으로 반복 진행하였다. 특히, c) 반응 기체 활성화 단계에서 플라즈마가 공급되었다.
본 실시예에서, Si 소스는 실레인(silane) 기를 포함한다. 예를 들어, Si 소스는 TSA, (SiH3)3N; DSO, (SiH3)2; DSMA, (SiH3)2NMe; DSEA, (SiH3)2NEt; DSIPA, (SiH3)2N(iPr); DSTBA, (SiH3)2N(tBu); DEAS, SiH3NEt2; DIPAS, SiH3N(iPr)2; DTBAS, SiH3N(tBu)2; BDEAS, SiH2(NEt2)2; BDMAS, SiH2(NMe2)2; BTBAS, SiH2(NHtBu)2; BITS, SiH2(NHSiMe3)2; BEMAS, SiH2[N(Et)(Me)]2; 중 적어도 하나일 수 있다. 반응기체로는 산소를 포함하는 기체가 사용될 수 있으며, O2, N2O 또는 NO2 중 적어도 하나 혹은 그 혼합물일 수 있다.
a) 단계에서, 상기 Si 소스 기체는 소스 기체를 수용하는 소스 컨테이너에 공급되는 캐리어 기체 Ar에 의해 반응기 내로 공급된다.
산소를 포함하는 반응 기체를 사용하는 본 실시예의 경우, 반응 기체는 상기 기본 사이클 기간 내내 공급되었다. 산소는 플라즈마가 공급될 경우에만 활성화되어 기판 상에서 Si 소스 분자와 반응할 수 있다. 산소는 플라즈마가 공급되지 않을 때에는 퍼지 기체의 역할을 수행하게 된다. 따라서, 산소를 포함하는 반응 기체는 플라즈마가 공급되는 c)단계에서 여기하여 기판 상의 실리콘 소스와 반응하며, 플라즈마가 공급되지 않는 a), b), d)단계에는 퍼지 기체 Ar과 함께 반응기를 지속적으로 퍼지한다.
상기 기체의 유량은 기판 주변에 원하는 박막 균일도에 맞추어 적절히 조절될 수 있다.
도 11b는 도 11a의 기판 후면의 하단으로부터 내부로 10 mm 까지의 부분(Y)을 스캔했을 때 “Y” 부분에 증착된 SiO2 막의 증착 두께의 변화를 나타낸다. 도 11c는 도 11a의 기판 후면의 상단으로부터 내부로 10 mm 까지의 부분(X)을 스캔했을 때 “X” 부분에 증착된 SiO2 막의 증착 두께의 변화를 나타낸다.
도 11b 및 도 11c의 그래프들의 가로축은 각각 기판 후면의 중심으로부터의 거리를 나타낸다(기판의 지름은 300 mm). 즉, 도 11b의 가로축에서, -150 mm 내지 -148 mm 부분은 기판 중심으로부터 하부 쪽으로 148 mm 내지 150 mm 떨어진 부분, 즉 노치 영역(Y 영역 중 에지 제외 영역)을 나타낸다. 마찬가지로, 도 11c의 가로축에서, 148 mm 내지 150 mm 부분은 기판 중심으로부터 상부 쪽으로 148 mm 내지 150 mm 떨어진 부분, 즉 X 영역 중 에지 제외 영역을 나타낸다. 그래프의 세로축은 증착된 박막의 두께를 나타낸다.
도 11a 및 도 11c를 비교해 보면, 기판(5)의 가장자리부터 기판(5)과 림(4)의 선접촉이 이루어지는 부분(100)까지의 영역(길이 2 mm), 즉 에지 제외 영역(Z)에서는 박막이 증착되나, 선접촉 부분(100)에서부터 기판 내부까지의 영역에서는 증착 두께가 대폭 감소함을 알 수 있다. 이는 후면 증착될 공정기체들이 기판(5)의 에지 제외 영역(Z) 내에서만 증착되도록 기판(5)이 배치되었기 때문이다.
도 11b에서, 가로축 -150 mm 내지 -148 mm 부분에서는 증착 두께가 측정되지 않았는데, 이는 가로축 -150 mm 내지 -148 mm 부분이 상기 기판의 비증착 영역인 노치(notch) 부분에 해당되기 때문이다. 기판(5)이 노치를 포함함에도 불구하고, 노치의 안쪽 끝 부분이 상기 림(4)과 선접촉하므로 공정 기체가 노치를 통해 기판 하부로 침투할 수 없다. 이는 도 11b의 가로축 -148 mm 내지 -140 mm 부분에서 증착이 거의 이루어지지 않았음을 통해 확인할 수 있다.
도 12는 도 9의 기판 처리 장치를 사용하여 300 ℃ 의 반응기 온도에서 기판에 PEALD 방법으로 SiO2 막을 증착할 때, 서셉터의 내면부와 기판 간의 거리에 따른 습식 식각 속도(Wet Etch Ratio; WER)의 변화를 나타낸다. 증착 공정의 다른 조건들은 도 11a 내지 도 11c의 실시예의 공정 조건과 동일하다. 습식 식각은 dHF 용액(diluted hydrofluoric acid solution)을 이용하여 진행하였다.
도 12의 그래프의 가로축은 서셉터의 내면부(1)와 기판(5) 간의 거리(도 4에서 b-a)를 나타낸다. 세로축은 기판의 중심부와 가장 자리부에 증착된 SiO2 막의 습식 식각 속도(nm/min)의 평균값을 나타낸다.
도 12의 그래프를 참조하면, 서셉터의 내면부(1)와 기판(5) 간의 거리가 증가할수록, WER이 증가함을 알 수 있다.
식각 속도가 너무 빠르면 식각 후 제거되어야할 물질의 이동이 제대로 이루어지지 않게 되고 이로 인해 식각 표면이 거칠게 될 수 있으므로 식각은 알맞은 속도로 제어되어야 한다. 본원 발명의 실시예들에 따른 서셉터의 내면부(1)와 기판(5) 간의 이격 거리를 적절히 조정함으로써 원하는 WER를 구현할 수 있다.
뿐만 아니라, 서셉터와 기판 사이의 이격 거리를 조절함으로써, WER이외의 박막의 특성도 제어될 수 있다. 예를 들어, 서셉터와 기판의 이격 거리는 증착 공정 동안 인가되는 플라즈마 밀도에도 영향을 미칠 수 있다.
본 명세서에서 표준 실리콘 웨이퍼를 기준으로 예시되었지만 본 명세서에 개시된 기판 지지 장치는 CVD, 물리적 증기 증착(PVD), 에칭, 어닐링, 불순물 확산, 포토리소그래피 등과 같은 처리를 겪게 되는 유리와 같은 다른 종류의 기판들을 지지하는데 사용될 수 있다.
본 발명을 명확하게 이해시키기 위해 첨부한 도면의 각 부위의 형상은 예시적인 것으로 이해하여야 한다. 도시된 형상 외의 다양한 형상으로 변형될 수 있음에 주의하여야 할 것이다.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (20)

  1. 기판 지지 장치로서,
    (a) 내면부(inner portion);
    (b) 주변부(periphery portion);
    (c) 상기 내면부와 상기 주변부 사이에 형성된 오목부(concave portion); 및
    상기 오목부에 배치된 림을 포함하며,
    상기 내면부와 상기 오목부 사이에 제1 단차부가 형성되고,
    상기 주변부와 상기 오목부 사이에 제2 단차부가 형성되는 것을 특징으로 하고,
    상기 림의 외주면과 상기 오목부의 내주면이 기계적으로 결합되며,
    상기 제 1 단차부와 상기 림은 서로 이격되어 상기 내면부 또는 상기 림의 열팽창에도 불구하고 상기 기판 지지 장치의 형상이 유지되며,
    상기 기판 지지 장치는, 특정 온도에서 변형된 기판의 에지 제외 영역과 선 접촉(line contact)하도록 구성되는, 기판 지지 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 림은 상기 제1 단차부와 제2 단차부 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 기판 지지 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 림(rim)은 그 상부면에 상기 내면부를 향해 제 3 단차부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 림은 상기 림의 상면과 측면 사이에 라운드된 부분을 포함하며,
    상기 제 3 단차부는 패드(pad)를 더 포함하며, 상기 패드 상으로 기판이 안착되고,
    상기 패드의 길이 및 상기 라운드된 부분의 곡률은 피처리 기판의 후면으로의 공정기체의 침투를 방지하도록 조절되는 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제 1 단차부의 높이는 상기 패드의 높이보다 낮고, 그에 의해 상기 기판의 하면은 상기 내면부와 이격된 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제 3 단차부의 높이는 상기 기판의 상부면 보다 낮은 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 내면부는 특정 온도에서 변형된 기판의 곡률과 상응하는 곡률을 갖는 오목면을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치,
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 제 2 단차의 높이는 상기 림의 높이보다 낮은 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 림은 절연체를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치.
  10. 청구항 2에 있어서,
    상기 림 상으로 기판이 안착되고,
    상기 기판은 특정 온도에서 상기 내면부를 향하여 소정 곡률을 갖도록 변형되며,
    변형된 기판은 상기 림과 선 접촉(line contact)을 하는 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 림 중 상기 선 접촉을 이루는 부분은 비 직각(non-right angle) 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 지지 장치
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. (a) 반응기 벽(reactor wall);
    (b) 기판 지지 장치;
    (c) 히터 블록(heater block);
    (d) 기체 유입부(gas inlet unit);
    (e) 기체 공급부(gas supply unit)
    (f) 배기부(exhaust unit);로 이루어지며 상기 반응기 벽과 상기 기판 지지 장치는 면 접촉(face contact)으로 반응 공간을 형성하며,
    상기 기판 지지 장치는 오목부를 갖는 서셉터 본체와 림을 포함하고,
    상기 림의 외주면과 상기 오목부의 내주면이 기계적으로 결합되며,
    상기 기판 지지 장치의 상기 림은 특정 온도에서 변형된 기판의 에지 제외 영역과 선 접촉(line contact)하도록 구성되고,
    상기 서셉터 본체는 내면부, 주변부 및 그 사이에 형성된 오목부를 포함하며, 상기 림은 상기 오목부에 배치되고,
    상기 기판과 상기 내면부 사이에 제1 공간이 형성되며,
    상기 내면부와 상기 림 사이에 제2 공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  20. 삭제
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