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KR102465538B1 - 기판 지지 유닛 및 이를 포함하는 증착 장치 - Google Patents

기판 지지 유닛 및 이를 포함하는 증착 장치 Download PDF

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KR102465538B1
KR102465538B1 KR1020180001159A KR20180001159A KR102465538B1 KR 102465538 B1 KR102465538 B1 KR 102465538B1 KR 1020180001159 A KR1020180001159 A KR 1020180001159A KR 20180001159 A KR20180001159 A KR 20180001159A KR 102465538 B1 KR102465538 B1 KR 102465538B1
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seated
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이제학
이준성
임지운
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 기판 지지 유닛은, 기판이 안착되는 상면을 갖는 지지부, 지지부의 가장자리에 환형으로 설치되며, 기판의 가장자리가 안착되는 결합 링, 및 결합 링의 일부 영역에서 결합 링의 하부에 배치되어, 결합 링 및 기판을 승강시키는 암부를 포함하고, 결합 링은, 환형으로 분할되어 배치되며, 암부 상에 배치되는 영역을 포함하는 제1 영역 및 제1 영역 주변의 제2 영역을 갖고, 제1 영역은 제2 영역보다 두꺼운 두께를 갖는다.

Description

기판 지지 유닛 및 이를 포함하는 증착 장치{SUBSTRATE SUPPORTING UNIT AND DEPOSITION APPARATUS INCLUDING THE SAME}
본 발명은 기판 지지 유닛 및 이를 포함하는 증착 장치에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조하기 위해서는, 증착 공정, 리소그래피 공정, 식각 공정, 세정 공정 등과 같은 다수의 공정들이 요구되며 다수의 장치들이 사용된다. 특히, 반도체 웨이퍼는 대형화 추세에 있으며, 이에 따라 기판의 처리 시, 균일한 처리가 가능한 장치의 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 기판 지지 유닛 및 이를 포함하는 증착 장치를 제공하는 것이다.
예시적인 실시예들에 따른 기판 지지 유닛은, 기판이 안착되는 상면을 갖는 지지부, 상기 지지부의 가장자리에 환형(annular shape)으로 설치되며, 상기 기판의 가장자리가 안착되는 결합 링(coupling ring), 및 상기 결합 링의 일부 영역에서 상기 결합 링의 하부에 배치되어, 상기 결합 링 및 상기 기판을 승강시키는 암부를 포함하고, 상기 결합 링은, 환형으로 분할되어 배치되며, 상기 암부 상에 배치되는 영역을 포함하는 제1 영역 및 상기 제1 영역 주변의 제2 영역을 갖고, 상기 제1 영역은 상기 제2 영역보다 두꺼운 두께를 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 따른 기판 지지 유닛은, 기판이 안착되는 상면을 갖는 지지부, 상기 지지부의 가장자리에 환형으로 설치되어 상기 기판의 가장자리가 안착되며, 중심을 기준으로 비대칭적인 형상을 갖는 결합 링, 및 상기 결합 링의 일부 영역에서 상기 결합 링의 하부에 배치되어, 상기 결합 링 및 상기 기판을 승강시키는 암부를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따른 증착 장치는, 챔버, 상기 챔버 내에 위치하며, 증착 공정이 수행되는 기판을 지지하는 기판 지지 유닛, 및 상기 기판 지지 유닛의 상부에 배치되며, 상기 기판으로 공정 가스를 분사하는 가스 분사 유닛을 포함하고, 상기 기판 지지 유닛은, 기판이 안착되는 상면을 갖는 지지부, 상기 지지부의 가장자리에 환형으로 설치되어 상기 기판의 가장자리가 안착되며, 중심을 기준으로 비대칭적인 형상을 갖는 결합 링, 및 상기 결합 링의 일부 영역에서 상기 결합 링의 하부에 배치되어, 상기 결합 링 및 상기 기판을 승강시키는 암부를 포함할 수 있다.
중심을 기준으로 비대칭적인 형상을 갖도록 결합 링을 구성함으로써, 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 기판 지지 유닛 및 이를 포함하는 증착 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2는 예시적인 실시예들에 따른 증착 장치의 개략적인 평면도 및 단면도이다.
도 3 및 도 4는 예시적인 실시예들에 따른 기판 지지 유닛의 개략적인 사시도 및 평면도이다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 기판 지지 유닛의 개략적인 부분 단면도이다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 기판 지지 유닛의 개략적인 사시도이다.
도 7 내지 도 10은 예시적인 실시예들에 따른 기판 지지 유닛의 개략적인 부분 단면도들이다.
도 11은 예시적인 실시예들에 증착 장치를 이용한 박막 형성 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 12a 및 도 12b는 예시적인 실시예들에 따른 증착 장치에서의 전기장의 분포에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면들이다.
도 13은 예시적인 실시예들에 따른 증착 장치를 이용하여 형성한 박막의 두께 측정 결과를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 다음과 같이 설명한다.
도 1 및 도 2는 예시적인 실시예들에 따른 증착 장치의 개략적인 평면도 및 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 증착 장치(1)는, 챔버(10), 챔버(10) 내에 배치되는 기판 지지 유닛(100), 챔버(10) 내에 배치되는 가스 분사 유닛(20), 가스 분사 유닛(20)과 연결되는 가스 공급 유닛(30), 기판 지지 유닛(100)과 연결되는 전력 공급 유닛(40), 및 챔버(10) 내부와 연결되는 배기 유닛(60)을 포함할 수 있다. 증착 장치(1)는 챔버(10) 내에 증착 공정이 수행되는 네 개의 스테이션들(ST1, ST2, ST3, ST4)을 가질 수 있으며, 네 개의 스테이션들(ST1, ST2, ST3, ST4)의 중심에 배치되는 회전 구동부(70)를 더 포함할 수 있다. 스테이션들(ST1, ST2, ST3, ST4)은 각각 가스 분사 유닛(20), 기판 지지 유닛(100), 가스 공급 유닛(30), 전력 공급 유닛(40), 및 배기 유닛(60)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 일부 유닛을 공유할 수도 있다.
증착 장치(1)는 기판(SUB)에 박막을 형성하기 위한 장치일 수 있으며, 예를 들어, 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 장치 또는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 장치일 수 있다.
증착 장치(1)에 의해 처리되는 기판(SUB)은 기판 지지 유닛(100) 상에 제공될 수 있다. 기판(SUB)은 예를 들어, 반도체 집적 회로(IC)의 제조에 사용되는 실리콘 웨이퍼일 수 있다.
챔버(10)는 증착 공정이 진행되는 공간을 제공할 수 있다. 챔버(10)는 상부벽, 측벽, 및 하부벽으로 이루어질 수 있으며, 스테이션들(ST1, ST2, ST3, ST4)을 하나로 둘러싸도록 구성될 수 있다. 도시하지는 않았으나, 챔버(10)의 일 측에는 기판(SUB)이 반입 및 반출되는 통로가 제공될 수 있다.
기판 지지 유닛(100)은 챔버(10) 내에서 하부 영역에 배치될 수 있다. 기판 지지 유닛(100)은 기판(SUB)이 안착되는 상면을 갖는 지지부(110), 지지부(110)의 가장자리에 환형으로 설치되며, 기판(SUB)의 가장자리가 안착되는 결합 링(coupling ring)(120), 및 결합 링(120)의 일부 영역에서 결합 링(120)의 하부에 배치되며 결합 링(120)을 승강시키고 이에 따라 기판(SUB)을 승강시키는 암(arm)부(130)를 포함할 수 있다.
지지부(110)는 내부에 전극(105)을 포함할 수 있으며, 전극(105)에는 전력 공급 유닛(40)으로부터 RF 전력이 공급될 수 있다. 결합 링(120)은 수직 방향의 중심축 또는 지지부(110)의 중심을 기준으로 비대칭적인 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 결합 링(120)은 도 2에 도시된 것과 같이 서로 다른 두께(T1, T2)를 갖는 영역들을 가질 수 있다. 결합 링(120)을 포함하는 기판 지지 유닛(100)의 구조에 대해서는 하기에 도 3 및 도 4를 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
가스 분사 유닛(20)은 챔버(10) 내에서 기판 지지 유닛(100)과 마주보도록 기판 지지 유닛(100)의 상부에 배치될 수 있다. 가스 분사 유닛(20)은 가스 공급 유닛(30)과 연결되어, 가스 공급 유닛(30)으로부터 공급된 공정 가스를 분배하여 기판(SUB)의 상면에 제공하기 위한 구성일 수 있다. 가스 분사 유닛(20)은 예를 들어, 샤워 헤드일 수 있으며, 공정 가스를 분사하는 복수의 분사 홀들(PH)을 갖는 플레이트(22)를 포함할 수 있다. 분사 홀들(PH)은 가스 분사 유닛(20)의 중심 영역을 기준으로 방사상으로 배치될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 가스 공급 유닛(30) 내에는 공정 가스를 분산시키기 위한 확산 플레이트가 더 배치될 수 있다.
가스 공급 유닛(30)은 가스 공급원, 공급 유량을 조절하는 질량유량계(Mass Flow Controller, MFC), 및 공급되는 가스를 챔버(10) 내로 공급 또는 차단하는 밸브를 포함할 수 있다.
전력 공급 유닛(40)은 RF 전력을 공급할 수 있으며, 기판(SUB)의 하부와 상부에 전압차에 의한 전기장을 발생시키고, 이에 의해 기판(SUB)에 증착 공정이 수행되는 공정 영역 내에 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 도시되지는 않았으나, 전력 공급 유닛(40)에 의해, 상부의 가스 분사 유닛(20)은 접지 전압과 연결될 수 있다. 상기 공정 영역은 기판 지지 유닛(100)과 가스 분사 유닛(20) 사이의 영역에 해당할 수 있다. 실시예들에서, 공정 가스의 적어도 일부가 플라즈마화되므로, 공정 가스가 활성화되어 기판(SUB) 상에서의 반응이 촉진될 수 있다. 따라서, 상기 공정 영역 내에서 기판(SUB) 주위의 전기장의 분포가 균일하여야 기판(SUB) 전체에 대하여 균일하게 증착 공정이 수행될 수 있다.
배기 유닛(60)은 챔버(10) 내의 반응 부산물 및 잔류 가스를 외부로 배출시킬 수 있다. 배기 유닛(60)은 진공 펌프를 포함할 수 있으며, 상기 진공 펌프에 의해 발생하는 진공 흡입력에 의하여 챔버(10) 내의 상기 물질들이 외부로 배출될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 배기 유닛(60)의 배치 위치, 배치 개수 등은 다양하게 변경될 수 있다.
회전 구동부(70)는 챔버(10)의 중앙에서 스테이션들(ST1, ST2, ST3, ST4)의 사이에 위치할 수 있다. 회전 구동부(70)는 암부(130)를 구동하여 결합 링(120) 및 기판(SUB)을 승강시키고, 암부(130)를 회전시켜 스테이션들(ST1, ST2, ST3, ST4) 사이에서 기판(SUB)을 이동시킬 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 증착 장치(1)의 챔버(10), 가스 분사 유닛(20), 기판 지지 유닛(100), 가스 공급 유닛(30), 전력 공급 유닛(40), 및 배기 유닛(60)의 구성, 구조 및 배치는 예시적인 것으로, 실시예들에서 다양하게 변경될 수 있다.
도 3 및 도 4는 예시적인 실시예들에 따른 기판 지지 유닛의 개략적인 사시도 및 평면도이다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 기판 지지 유닛의 개략적인 부분 단면도이다. 도 5에서는 도 3의 V-V'를 따른 단면을 도시한다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 기판 지지 유닛(100)은 지지부(110), 결합 링(120), 및 암부(130)를 포함할 수 있다. 기판 지지 유닛(100)은 도 1 및 도 2를 참조하여 상술한 증착 장치뿐 아니라, 식각 장치 등과 같은 다양한 반도체 제조 장치 내에 설치될 수 있다. 특히, 기판 지지 유닛(100)은 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치 내에 설치될 수 있다.
지지부(110)는 기둥 형상으로 중앙에 배치된 기둥부를 포함하며, 기판(SUB)이 안착되는 원형의 상면(110F)을 가질 수 있다. 실시예들에 따라, 상기 기둥부는 상단부에 리프팅 핀을 포함할 수 있으며, 이에 의해 기판(SUB)이 승강되어 도 2의 챔버(10) 외부로부터 반입 및 반출될 수 있다. 또한, 실시예들에 따라, 지지부(110)는 내부에 열선과 같은 열 전도체를 포함할 수 있으며, 이에 의해 공정 온도가 조절될 수 있다.
지지부(110)는 도 4에 도시된 것과 같이, 암부(130)가 배치되는 영역에서 암부(130)의 내측으로 설치될 수 있다. 이에 따라, 지지부(110)는 암부(130)의 측면에서 축소된 직경을 가질 수 있으며, 암부(130)의 일단과 마주하는 영역에서 내측으로 절곡된 절곡부를 가질 수 있다. 이와 같이, 지지부(110)는 중심을 기준으로 비대칭적인 형상을 가질 수 있다. 또한, 지지부(110)는 도 5에 도시된 것과 같이, 기판(SUB)이 안착되는 상면(110F)이 상부로 돌출된 구조를 가질 수 있으며, 이에 의해 기판(SUB)이 안착되는 상면(110F)은 결합 링(120)이 안착되는 영역과 단차를 이룰 수 있다. 지지부(110)는 예를 들어, 알루미늄 질화물(AlN)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
결합 링(120)은 기판(SUB)의 가장자리가 안착되도록 지지부(110)의 가장자리 영역에 배치될 수 있다. 결합 링(120)은 지지부(110)의 돌출된 상면(110F) 둘레에서 지지부(110)의 단차 영역에 위치할 수 있으며, 평면 상에서 환형의 형상을 가질 수 있다. 결합 링(120)은 전기장을 균일하게 전달하기 위하여 유전 물질로 이루어질 수 있다. 결합 링(120)은 예를 들어, 알루미늄 산화물(Al2O3), 알루미늄 질화물(AlN), 실리콘 탄화물(SiC), 및 이트륨 산화물(Y2O3) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
결합 링(120)은 제1 및 제2 영역(R1, R2)을 가질 수 있으며, 제1 및 제2 영역(R1, R2)은 서로 다른 두께를 갖는 영역을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 영역(R1, R2)은 환형으로 분할되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 것과 같이, 제1 및 제2 영역(R1, R2)은 결합 링(120)의 중심(CA) 또는 중심축을 기준으로 특정 각도로 분할된 영역일 수 있다. 제1 영역(R1)은 암부(130) 상에 배치되는 영역을 포함하는 영역일 수 있으며, 제2 영역(R2)은 제1 영역(R1) 이외의 영역일 수 있다.
제1 및 제2 영역(R1, R2)은 서로 다른 두께를 가질 수 있으며, 여기서 두께는 최대 두께를 의미할 수 있다. 제1 영역(R1)은 기판(SUB)이 안착되는 영역의 외측에서 제2 영역(R2)의 제1 두께(T1)보다 두꺼운 제2 두께(T2)를 가질 수 있다. 즉, 제1 및 제2 영역(R1, R2)은 기판(SUB)을 지지하는 영역에서는 동일한 두께를 가질 수 있으나, 기판(SUB)이 안착되는 영역의 외측에서 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 도 2를 참조하여 상술한 전극(105)에 의해 유도되는 전기장은 지지부(110)의 비대칭적인 형상으로 인해 암부(130) 상에서 강하게 형성될 수 있다. 이 경우에도, 결합 링(120)은 암부(130) 상의 제1 영역(R1)이 상대적으로 두껍게 설치됨에 따라, 전기장을 국부적으로 상쇄시켜 기판(SUB) 전체에 균일하게 분포되게 할 수 있다. 이에 따라, 기판(SUB) 상에 증착되는 박막의 두께도 균일해질 수 있다. 이에 대해서는 하기에 도 12a 내지 도 13을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
제2 두께(T2)는 제1 두께(T1)의 1.2 배 내지 1.8 배의 범위일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 제2 두께(T2)가 상기 범위보다 커지는 경우 기판(SUB) 주위에서의 공정 가스의 플로우에 영향을 미칠 수 있으며, 제2 두께(T2)가 상기 범위보다 작아지는 경우 전기장의 세기를 감소시키는 효과가 크지 않을 수 있다. 제1 및 제2 영역(R1, R2)의 상대적인 두께는 결합 링(120)의 크기, 결합 링(120)을 이루는 물질, 암부(130)의 배치 형태, 기판(SUB)의 안착 위치 등에 따라 선택될 수 있다.
이와 같은 제1 및 제2 영역(R1, R2)의 구조에 따라, 제1 영역(R1)은 제2 영역(R2)에 비하여 상면이 돌출되어 형성될 수 있으며, 제1 영역(R1)에서, 상면이 제2 영역(R2)의 상면보다 돌출되도록 돌출부(125)를 가질 수 있다. 제1 및 제2 영역(R1, R2)의 하면은 평탄한 하나의 면을 이룰 수 있다. 본 실시예에서, 결합 링(120)은 두 개의 제1 영역들(R1), 즉 두 개의 돌출부들(125)을 가질 수 있다. 돌출부들(125)은 도 4에 도시된 것과 같이, 결합 링(120)의 중심(CA)을 기준으로 비대칭적으로 위치할 수 있다. 돌출부들(125)은 도 1의 회전 구동부(70)가 설치된 방향으로 서로 인접하게 배치될 수 있다. 따라서, 돌출부들(125)의 양단이 이루는 각도(θ1)는 서로 동일할 수 있으며, 제1 영역들(R1) 사이의 제2 영역들(R2)의 양단이 이루는 각(θ2a, θ2b)은 서로 다를 수 있다. 회전 구동부(70)에 인접하게 배치되는 제2 영역(R2)의 양단이 이루는 각(θ2a)은 예를 들어 예각일 수 있으며, 다른 제2 영역(R2)의 양단이 이루는 각(θ2b)보다 작을 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 제1 및 제2 영역(R1, R2)의 개수는 다양하게 변경될 수 있다.
돌출부들(125)은 기판(SUB)이 안착되는 영역의 외측에서의 결합 링(120)의 전체 폭(W1)에 걸쳐 설치되며, 환형의 띠 형상을 가질 수 있다. 돌출부들(125)은 도 4에 도시된 것과 같이, 하부의 암부(130)의 단부로부터 외주면을 따라 소정 길이(L1)만큼 확장되어 배치될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 예시적인 실시예들에서, 돌출부들(125)의 단부는 암부(130)의 단부와 수직선 상에서 나란히 위치하거나, 내측으로 축소되어 암부(130) 상에 위치할 수도 있다.
도 5에 도시된 것과 같이, 결합 링(120)의 내측면(120IW)은 돌출부(125)가 형성된 영역에서 경사면을 이룰 수 있다. 상기 경사면은 기판(SUB)이 안착되는 지지부(110)의 영역을 향하여 두께가 감소하도록 형성될 수 있다. 상기 경사면에 의해, 기판(SUB)의 안착을 용이하게 하고, 기판(SUB) 상에서 공정 가스의 플로우에 미치는 영향을 최소화할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 상기 경사면의 각도 및 위치 등은 다양하게 변경될 수 있으며, 예를 들어, 상기 경사면은 지지부(110)의 상면 또는 기판(SUB)의 하면과 동일 레벨에서 시작될 수도 있다. 결합 링(120)의 외측면(120OW)은 하부의 암부(130)로부터 외측으로 돌출될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 예시적인 실시예들에서, 결합 링(120)의 외측면(120OW)은 암부(130)의 외측면과 연결되어 하나의 면을 이룰 수도 있다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 기판 지지 유닛의 개략적인 사시도이다.
도 6을 참조하면, 기판 지지 유닛(100a)은 도 3의 실시예에서와 달리, 제1 영역(R1)에 위치하며 서로 다른 두께를 갖는 제1 및 제2 돌출부들(125a, 125b)을 갖는 결합 링(120a)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 결합 링(120a)은 제1 돌출부(125a)가 배치된 영역에서 제2 영역(R2)의 제1 두께(T1)보다 두꺼운 제2 두께(T2)를 갖고, 제2 돌출부(125b)가 배치된 영역에서 제2 두께(T2)보다 얇은 제3 두께(T3)를 가질 수 있다.
제2 두께(T2)는 제1 두께(T1)의 1.2 배 내지 1.8 배일 수 있으며, 제3 두께(T3)는 제1 두께(T1)와 제2 두께(T2)의 사이의 두께일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 예시적인 실시예들에서, 제3 두께(T3)는 제1 두께(T1)와 동일할 수도 있다. 이와 같은 제1 및 제2 돌출부들(125a, 125b)의 배치 순서, 개수, 상대적인 크기 등은 기판 지지 유닛(100a) 상에서의 전기장의 분포를 고려하여 조절될 수 있다.
도 7 내지 도 10은 예시적인 실시예들에 따른 기판 지지 유닛의 개략적인 부분 단면도들이다. 도 7 내지 도 10은 도 5에 대응되는 영역을 도시한다.
도 7을 참조하면, 기판 지지 유닛(100b)은 도 5의 실시예에서와 달리, 돌출부(125b)가 형성된 영역에서 수직한 면을 이루는 내측면(120IW)을 갖는 결합 링(120b)을 포함할 수 있다. 이 경우, 상대적으로 기판(SUB)에 인접한 영역에서 돌출부(125b)의 부피를 더욱 증가시킬 수 있어 전기장의 감소 효과가 더욱 클 수 있다. 또한, 돌출부(125b)는 수직한 내측면(120IW)에 의해 기판(SUB)의 슬라이딩을 방지하는 역할을 수행할 수도 있다.
도 8을 참조하면, 기판 지지 유닛(100c)은 도 5의 실시예에서와 달리, 돌출부(125c)가 기판(SUB)이 안착되는 영역의 외측에서의 전체 폭(W1)보다 작은 폭(W2)을 갖도록 설치된 결합 링(120c)을 포함할 수 있다. 상기 폭(W2)은 실시예들에서 다양하게 변경될 수 있다. 돌출부(125c)는 기판(SUB)에 인접한 영역, 즉 결합 링(120c)의 내측에 치우치게 위치할 수 있다. 따라서, 돌출부(125c)가 형성된 영역에서 결합 링(120c)의 외측면(120OW)은 지지부(110) 상에 위치할 수 있다.
도 9를 참조하면, 기판 지지 유닛(100d)은 도 5의 실시예에서와 달리, 돌출부(125d)가 기판(SUB)이 안착되는 영역의 외측에서의 전체 폭(W1)보다 작은 폭(W3)을 갖도록 설치된 결합 링(120d)을 포함할 수 있다. 상기 폭(W3)은 실시예들에서 다양하게 변경될 수 있다. 돌출부(125d)는 기판(SUB)에 인접한 영역, 즉 결합 링(120d)의 내측에 치우치게 위치할 수 있다. 다만, 도 8의 실시예에서와 달리, 돌출부(125d)가 형성된 영역에서 결합 링(120d)의 내측면(120IW)은 수직한 면을 이루고, 외측면(120OW)은 경사면을 이룰 수 있다. 상기 경사면은 기판(SUB)의 외측을 향하는 방향에서 결합 링(120d)의 두께가 감소하도록 형성될 수 있다.
도 10을 참조하면, 기판 지지 유닛(100e)은 도 5의 실시예에서와 달리, 돌출부(125e)가 기판(SUB)이 안착되는 영역의 외측에서의 전체 폭(W1)보다 작은 폭(W4)을 갖도록 설치된 결합 링(120e)을 포함할 수 있다. 돌출부(125e)는 도 8 및 도 9의 실시예들에서와 달리, 기판(SUB)에 인접하지 않은 영역, 즉 결합 링(120e)의 외측에 치우치게 위치할 수 있다. 돌출부(125e)가 형성된 영역에서 결합 링(120e)의 내측면(120IW)은 기판(SUB)이 안착되는 영역을 향하는 방향에서 결합 링(120e)의 두께가 감소되도록 경사면을 이룰 수 있다. 돌출부(125e)가 형성된 영역에서 결합 링(120e)의 외측면(120OW)은 수직한 면을 이룰 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
도 11은 예시적인 실시예들에 증착 장치를 이용한 박막 형성 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 도 1 및 도 2와 같은 증착 장치(1)를 이용하여 기판(SUB) 상에 박막을 형성하는 방법을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법을 설명한다. 도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 박막 형성 방법은, 기판(SUB)을 기판 지지 유닛(100) 상에 로딩하는 단계(S110), 증착을 위한 공정 가스를 챔버(10) 내로 공급하는 단계(S120), 지지부(110) 내의 전극(105)에 전압을 인가하여 챔버(10) 내의 공정 영역에 플라즈마를 형성하는 단계(S130), 기판(SUB) 상에 박막을 증착하는 단계(S140), 및 기판(SUB)을 암부(130)를 이용하여 이동하는 단계(S150)를 포함할 수 있다.
기판(SUB)을 기판 지지 유닛(100) 상에 로딩하는 단계(S110)는, 암부(130) 또는 지지부(110) 내의 리프트 핀을 이용하여 기판(SUB)을 지지부(110)의 상면 상에 위치시키는 단계일 수 있다. 기판(SUB)은 다른 스테이션(ST1, ST2, ST3, ST4) 또는 외부로부터 이동되어 로딩될 수 있다. 기판 지지 유닛(100)은 도 3 내지 도 10을 참조하여 상술한 실시예들에 따른 기판 지지 유닛(100, 100a, 100b, 100c, 100d, 100e)일 수 있다. 따라서, 기판 지지 유닛(100)은 중심축 또는 지지부(110)를 중심으로 비대칭적인 형상을 갖는 결합 링(120)을 포함할 수 있다. 기판(SUB)은 지지부(110) 및 결합 링(120) 상에 안착될 수 있다.
증착을 위한 공정 가스를 챔버(10) 내로 공급하는 단계(S120)는, 가스 공급 유닛(30)으로부터 챔버(10) 내에 소스 가스 및 반응 가스를 공급하는 단계일 수 있다. 상기 공정 가스는 가스 분사 유닛(20)의 분사 홀들(PH)을 통해 기판(SUB)의 상부로부터 공급될 수 있다. 다만, 실시예들에 따라 가스 분사 유닛(20)의 배치 위치 및 공정 가스의 공급 방식은 변경될 수 있으며, 예를 들어, 공정 가스는 기판(SUB)의 일측으로부터 공급될 수도 있을 것이다.
지지부(110) 내의 전극(105)에 전압을 인가하여 챔버(10) 내의 공정 영역에 플라즈마를 형성하는 단계(S130)는, 전력 공급 유닛(40)으로부터 가스 분사 유닛(20) 및 지지부(110) 내의 전극(105)으로 전기적 신호를 인가하는 단계일 수 있다. 이에 의해, 기판 지지 유닛(100)과 가스 분사 유닛(20) 사이에 전기장이 형성되어, 상기 공정 영역에서 플라즈마가 발생할 수 있다.
기판(SUB) 상에 박막을 증착하는 단계(S140)는, 플라즈마에 의해 공정 가스가 활성화되어 박막의 증착이 이루어지는 단계일 수 있다. 특히, 비대칭적인 형상을 갖는 지지부(110) 및 이에 대응하여 비대칭적인 형상을 갖는 결합 링(120)을 포함하는 기판 지지 유닛(100)을 이용함으로써, 상기 공정 영역에서 전기장이 균일하게 형성될 수 있어, 기판(SUB) 상에서 박막의 증착도 균일하게 이루어질 수 있다.
기판(SUB)을 암부(130)를 이용하여 이동하는 단계(S150)는, 암부(130)를 회전 구동부(70)에 의해 승강시킴으로써, 기판(SUB)을 다른 스테이션(ST1, ST2, ST3, ST4)으로 이동하는 단계일 수 있다. 이동된 기판(SUB)은 지지부(110) 내의 리프트 핀에 의해 승강된 상태에서 로봇 암 등에 의해 챔버(10) 외부로 반출될 수 있다. 이후, 반도체 장치의 제조 공정에 따라, 다른 공정을 수행하기 위하여 다른 반도체 제조 장치로 이동될 수 있다.
도 12a 및 도 12b는 예시적인 실시예들에 따른 증착 장치에서의 전기장의 분포에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면들이다.
도 12a 및 도 12b를 참조하면, 비교예 및 실시예 각각에 따른 기판 지지 유닛 상에 위치한 기판 표면에서의 전기장의 세기가 도시된다. 시뮬레이션은 상기 기판의 직경이 300 mm이고, 실리콘으로 이루어진 경우에 대하여 수행되었다. 도 12a는, 결합 링이 일정한 두께를 갖는 비교예에 따른 기판 지지 유닛 상에 위치한 기판에 대한 해석 결과를 나타낸다. 도 12b는, 도 3과 같이 결합 링이 비대칭적인 형상을 갖는 실시예에 따른 기판 지지 유닛 상에 위치한 기판에 대한 해석 결과를 나타낸다. 구체적으로, 비교예의 경우 결합 링은 2.9 mm의 두께를 갖고, 실시예의 경우 결합 링은 제1 영역에서 3.8 mm의 상향된 두께를 갖는 조건으로 시뮬레이션이 수행되었다.
도 12a에 나타난 것과 같이, 기판에서 기판 지지 유닛의 암부 상의 영역은 상대적으로 전기장의 세기가 높게 나타난다. 이는 도 4를 참조하여 상술한 것과 같이, 암부(130)의 측면에서 지지부(110)가 내측으로 축소된 반경을 갖도록 절곡되어 배치되기 때문일 수 있다. 이에 의해, 지지부(110)의 형상도 중심을 기준으로 비대칭적이며, 내부의 전극(105)을 둘러싼 지지부(110)의 두께가 균일하지 않게 된다. 따라서, 지지부(110) 상부의 기판으로 전달되는 전기장이 암부 상에서 다르게 나타날 수 있으며, 도시된 것과 같이, 국부적으로 강하게 나타날 수 있다.
하지만, 실시예의 기판 지지 유닛 상에서는, 도 12b에 나타난 것과 같이, 기판에서 암부 상의 영역과 그 주변 영역에서의 전기장의 세기 차이가 감소하였다. 이는 실시예의 기판 지지 유닛은 암부 상에서 결합 링의 두께가 증가된 구조를 가지므로, 이에 의해 전기장을 국부적으로 감소시켜 기판 전체에서 전기장의 분포를 균일하게 할 수 있다.
도 13은 예시적인 실시예들에 따른 증착 장치를 이용하여 형성한 박막의 두께 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 13를 참조하면, 비교예 및 실시예 각각에 따른 기판 지지 유닛 상에 위치한 30 mm 직경의 실리콘 기판 상에 제1 내지 제3 막의 서로 다른 막들을 형성한 후 측정한 두께 맵(thickness map)이 도시된다. 비교예의 기판 지지 유닛은 결합 링이 일정한 두께를 갖고, 실시예의 기판 지지 유닛은 결합 링이 비대칭적인 형상을 갖는다.
상기 제1 막은 실리콘 기판 상에 형성된 실리콘 질화물(Si3N4)의 단일막이고, 상기 제2 막은 실리콘 기판 상에 형성된 실리콘 질화물(Si3N4)과 실리콘 산화물(SiO2)의 적층막이다. 상기 제2 막은 실리콘 질화물/실리콘 산화물이 24 페어(pair)로 적층되어 형성되었다. 상기 제3 막은 반도체 장치의 제조 공정이 일부 수행된 실리콘 기판 상에 실리콘 질화물/실리콘 산화물이 72 페어로 적층되어 형성된 적층막이다. 상기 반도체 장치는 예를 들어, 수직구조를 갖는 NAND 플래시 장치일 수 있으며, 상기 제3 막은 게이트 전극으로 교체하기 위한 실리콘 질화물과 층간 절연층으로 사용되는 실리콘 산화물의 적층막일 수 있다.
도 13에 나타난 것과 같이, 제1 막에 대한 비교예의 경우, 빨간색 타원으로 표시한 일부 영역에서 국부적으로 두껍게 형성되었다. 상기 영역은 중심으로부터 140 mm 이상의 외곽 영역으로, 기판 지지 유닛의 암부가 위치하는 영역에 대응된다. 이는, 도 12a를 참조하여 상술한 것과 같이, 암부 상의 영역에서 전기장이 상대적으로 세게 나타나므로, 박막의 증착율이 증가하여 두껍게 형성되는 것으로 해석될 수 있다. 제1 막에 대한 실시예의 경우, 전기장의 편차가 감소하므로, 이와 같은 두께의 편차도 감소하였다.
제2 막의 경우, 비교예에서는 암부 상에서 상대적으로 두껍게 형성되었으나, 실시예에서는 이러한 현상이 나타나지 않았다. 도면으로 도시하지는 않았으나, 실험 결과에 따르면, 실리콘 산화물에 비하여 실리콘 질화물이 특히 불균일한 두께로 증착되었다. 따라서, 제2 막의 경우도 제1 막과 같은 실리콘 질화막을 복수 층으로 포함하므로, 유사한 경향을 나타내는 것으로 볼 수 있다.
제3 막의 경우, 비교예에서는 암부 상에서 다소 두껍게 형성되었으나, 실시예에서는 이러한 현상이 나타나지 않았다. 제3 막의 경우, 제2 막에 비하여 전체적으로 두께의 편차는 감소하였으나, 실시예에서 분포가 개선되는 결과를 나타내었다.
제1 내지 제3 막의 두께 분포를 통해서, 실시예의 경우 기판의 가장자리 영역에서의 두께 불균일도가 개선될 수 있음을 확인할 수 있었다. 따라서, 실시예에 따르면, 기판의 크기가 대형화되는 경우라도 기판 전체에서의 두께 균일도를 확보할 수 있을 것이다.
본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
1: 증착 장치
10: 챔버
20: 가스 분사 유닛
22: 플레이트
30: 가스 공급 유닛
40: 전력 공급 유닛
60: 배기 유닛
70: 회전 구동부
100: 기판 지지 유닛
110: 지지부
120: 결합 링
125: 돌출부
130: 암부

Claims (10)

  1. 기판이 안착되는 상면을 갖는 지지부;
    상기 지지부의 가장자리에 환형(annular shape)으로 설치되며, 상기 기판의 가장자리가 안착되는 결합 링; 및
    상기 결합 링의 일부 영역에서 상기 결합 링의 하부에 배치되어, 상기 결합 링 및 상기 기판을 승강시키는 암부를 포함하고,
    상기 결합 링은, 환형으로 분할되어 배치되며, 상기 암부 상에 배치되는 영역을 포함하는 제1 영역 및 상기 제1 영역 주변의 제2 영역을 갖고,
    상기 제1 영역은 상기 제2 영역보다 두꺼운 두께를 갖는 기판 지지 유닛.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 결합 링은 상기 제1 영역에 위치하는 돌출부를 갖는 기판 지지 유닛.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 돌출부의 내측면은 상기 기판이 안착되는 영역을 향하여 두께가 감소하도록 경사를 갖는 기판 지지 유닛.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 기판이 안착되는 영역의 외측에서의 상기 결합 링의 폭 전체에 걸쳐 위치하는 기판 지지 유닛.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 영역은 각각 서로 이격되어 배치되는 두 개의 제1 및 제2 영역들을 포함하고,
    상기 제2 영역들은 서로 다른 크기를 갖는 기판 지지 유닛.
  6. 기판이 안착되는 상면을 갖는 지지부;
    상기 지지부의 가장자리에 환형으로 설치되어 상기 기판의 가장자리가 안착되는 결합 링; 및
    상기 결합 링의 일부 영역에서 상기 결합 링의 하부에 배치되어, 상기 결합 링 및 상기 기판을 승강시키는 암부를 포함하고,
    상기 결합 링은, 상기 암부 상에 배치되는 제1 영역 및 상기 암부 상에 배치되지 않는 제2 영역을 포함하고,
    상기 제1 영역은 상기 제2 영역보다 두꺼운 두께를 갖는 기판 지지 유닛.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 결합 링에서, 상기 제1 영역의 상면은 상기 제2 영역의 상면보다 돌출되고, 상기 제1 영역의 하면과 상기 제2 영역의 하면은 평탄한 하나의 면을 이루는 기판 지지 유닛.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 결합 링은 상기 제1 영역에 위치하는 돌출부를 갖는 기판 지지 유닛.
  9. 챔버;
    상기 챔버 내에 위치하며, 증착 공정이 수행되는 기판을 지지하는 기판 지지 유닛; 및
    상기 기판 지지 유닛의 상부에 배치되며, 상기 기판으로 공정 가스를 분사하는 가스 분사 유닛을 포함하고,
    상기 기판 지지 유닛은,
    기판이 안착되는 상면을 갖는 지지부;
    상기 지지부의 가장자리에 환형으로 설치되며, 상기 기판의 가장자리가 안착되는 결합 링; 및
    상기 결합 링의 일부 영역에서 상기 결합 링의 하부에 배치되어, 상기 결합 링 및 상기 기판을 승강시키는 암부를 포함하고,
    상기 결합 링은, 환형으로 분할되어 배치되며, 상기 암부 상에 배치되는 영역을 포함하는 제1 영역 및 상기 제1 영역 주변의 제2 영역을 갖고,
    상기 제1 영역은 상기 제2 영역보다 두꺼운 두께를 갖는 증착 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 지지부는 내부에 상기 기판에 증착 대상 물질을 증착시키기 위한 전기장을 발생시키는 전극을 포함하는 증착 장치.
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