KR100744215B1 - 기판 열처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 기판, 특히 반도체 기판의 열 처리를 위한 디바이스 내에 스크래치의 형성을 감소하기 위한 것이며, 상기 기판은 지지 엘리먼트상에 배치된다. 본 발명에 따르면, 상기 목적은 대체가능한 지지 엘리먼트에 의해 달성된다.

Description

기판 열처리 장치 {DEVICE FOR THERMAL TREATMENT OF SUBSTRATES}
본 발명은 챔버내의 지지 엘리먼트상에 놓여지는 기판 특히, 반도체 기판의 열 처리를 위한 장치와 관련된다.
기판 처리를 위한 이러한 유형의 장치는 예를 들면, 동일 출원인의 DE-A-198 21 007에 공지되어 있다. 이러한 장치의 경우에, 반도체 웨이퍼를 운반하기 위한 상기 지지 엘리먼트는 반도체 웨이퍼의 열 처리의 균일화를 위해 회전되는 회전 플레이트에 고정되게 연결된다.
전술한 형태의 장치의 대안적인 캐리어 구조는 예를 들면, 도 1에 도시된다. 여기서, 웨이퍼(1)는 핀으로도 불리는 원뿔형 지지 스터드(2)상에 놓여진다. 상기 핀은 지지 수단(4)을 따라, 캐리어 프레임(3)에 단단히 고정된다. 지지 엘리먼트와 웨이퍼 사이의 접촉 표면을 작게 유지하여, 웨이퍼로부터 지지 엘리먼트로 열 전달을 최소화하고, 그 결과 접촉 표면의 영역내에서 웨이퍼가 냉각되도록, 핀은 원뿔형 지지 팁을 갖는다. 불행하게도, 이러한 지지 팁은 쉽게 파손되어, 바람직하지 않은 입자가 생기는 결점을 갖는다. 또한, 고온에서 웨이퍼 재료는 비교적 연화되므로, 지지 팁은 그 위에 위치한 웨이퍼 내에 기계적 임프레션을 남긴다. 200㎜ 직경을 갖는 웨이퍼의 경우 50g인 반면에, 특히, 예를 들어, 300㎜ 웨이퍼와 같이 비교적 큰 직경을 갖는 웨이퍼는 130g이며, 지지 팁과 웨이퍼 간의 압력은 증가하고, 그 결과 기계적 임프레션의 문제가 증가한다.
또한, 웨이퍼의 열 팽창 또는 왜곡 및 그 결과 생기는 웨이퍼와 지지 핀 간의 상대 운동으로 인하여 웨이퍼의 열 처리 동안에 이러한 기계적 임프레션은 증가한다. 웨이퍼가 실내온도에서 1000℃까지 가열하는 동안에, 열에 의한 직경의 증가는 예를 들면, 1㎜의 영역이다. 결과적으로, 지지 핀의 팁은 웨이퍼의 표면을 긁게 되며, 그러한 위치에 도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이, 긴 스크래치(scratch)을 남긴다. 도 2a 및 2b 웨이퍼의 열 처리 동안에 공지된 지지 핀에 의해 제조된 반도체 웨이퍼의 후면 상의 결점 위치를 도시한다. 기계적 임프레션 및 스크래치 너비들은 예를 들어 분열법(cleavage)에 의해 검사될 수 있다. 이러한 방법을 사용하면, 웨이퍼는 소정의 피이스로 파손되며, 그에 따라 검사될 위치를 통하여 단층선(fault line)이 연장된다. SIRD 프로세서(스캔 적외선 감극;scanned infrared depolarization)에 의해, 접촉 위치에 존재하는 스트레스 크기에 대한 정보를 획득한다. 이러한 방법을 사용하면, 탄력있는 변형에 의해 생성되며, 변형으로 인한 많은 투명 및 등방성 재료에 생기는 이중 파손이 측정된다.
열 처리 동안에, 웨이퍼 온도의 불균일성 뿐만 아니라 기계적 임프레션 및 스크래치(scratch)는 반도체 웨이퍼의 결정체 구조내의 전위 에러(dislocation error), 소위 슬립 라인(slip line)을 야기한다. 이러한 것들은 밑면상에서 즉, 웨이퍼의 지지면상에서 발생하지만, 만약 열 스트레스가 충분히 크다면, 상부 표면으로 퍼질 수 있으며, 상부 표면상에 배치된 구조에 피해를 입히거나 악영향을 줄 수 있다. 그러한 슬립 라인은 예를 들어, 구조적 에칭으로부터 볼 수 있다.
반도체 웨이퍼의 양호한 열 처리를 위해서는, 웨이퍼 상의 균일한 온도 분포가 필요하다. 그러나, 이미 언급한 바와 같이, 지지 핀과의 접촉으로 인하여, 웨이퍼상의 온도 분포의 불균일성을 초래하는 접촉 영역내의 웨이퍼의 국부적 냉각이 생긴다. 과거에, 이러한 문제는 지지 핀과 웨이퍼간의 접촉 표면이 작게 유지되는 것으로 해결되었으나, 전술된 스크래치의 문제가 악화되었다. 그러므로, 실제, 지지 핀은 웨이퍼 에지로부터 대략 1 내지 10㎜의 간격으로 웨이퍼의 에지 영역내에 배치되었다. 이것은 지지력에 의해 야기된 슬립 라인이 웨이퍼의 표면상에 배치된 전자 부품 또는 구조물에 피해를 입히지 않도록 보장하기 위한 것이었다. 그러나, 이러한 에지 지지부는 열 처리동안에 웨이퍼가 늘어져서, 또 다시 전위 에러나 슬립 라인의 형성을 증가시키는 문제를 초래한다.
또한, US-A-5,817,156은 가열 플레이트에 대하여 다양한 거리로 다양한 영역에 위치시키기 위하여 기판의 평면에 수직으로 이동가능한 홀딩 핀을 구비한 기판 처리 장치를 개시한다. 그러나, 이러한 홀딩 핀을 사용하면, 기판의 열 팽창의 결과로서 기판과 핀 사이의 상대적인 운동으로부터 초래하는 전술한 스크래치의 문제가 발생한다.
상기 종래 기술의 문제들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 웨이퍼 표면상의 스크래치 형성이 감소된 형태의 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은 지지 엘리먼트가 기판의 평면에 평행하게 이동가능한 것으로 실현된다. 지지 엘리먼트의 이동가능한 구성으로 인하여, 지지 엘리먼트는 열 처리 결과에 의한 팽창 동안에 웨이퍼의 이동을 따라갈 수 있다. 그러므로, 웨이퍼 표면상의 지지 엘리먼트의 스크래치가 방지된다. 연장된 스크래치 대신에, 지지 엘리먼트는 단지 점 형태의 임프레션만을 생기게 한다. 또한, 기판에 평행한 방향의 이동으로 인하여, 챔버내의 기판의 높이나 위치는 일정하게 유지된다.
이러한 접속에서, 바람직하게 지지 엘리먼트는 외부 방사상으로 향하는 웨이퍼의 팽창을 따라갈 수 있도록 기판의 중심축에 대하여 방사상으로 이동가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 지지 엘리먼트의 필수적인 이동성을 제공하기 위하여, 지지 엘리먼트는 탄력성있는 방식으로 매달린다. 이를 고려할 때, 바람직하게 지지 엘리먼트는 스프링, 특히 평면 나선형 스프링으로 각각 연결되며, 상기 평면 나선형 스프링을 통하여 수직 뿐만 아니라 수평 탄성도 획득될 수 있다. 웨이퍼의 배치 동안에, 이러한 지점에서 발생하는 힘을 흡수하기 위하여, 수직 탄성 또는 탄력은 특히 편리하다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따르면, 간단한 방식으로 지지 엘리먼트의 필요한 이동성을 제공하기 위하여, 지지 엘리먼트는 그들의 종축에 수직으로 피벗팅이 가능하다. 이를 고려할 때, 바람직하게 피벗 축은 지지 엘리먼트의 종축과 이격되어, 나머지 그들의 위치에서, 지지 엘리먼트는 소정의 위치에서 경사지게 된다. 바람직하게, 지지 엘리먼트는 기판의 중심축을 향하여 경사지며, 그 결과 지지 엘리먼트는 더 큰 거리로 웨이퍼의 외부방향 이동을 따라갈 수 있게 된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 핀 형태의 지지 엘리먼트는 슬리브형 수용 디바이스(receiving device)내에 중요한 역할(great play)을 갖고 장착된다. 그러한 중요한 역할로 인해, 지지 엘리먼트는 웨이퍼의 열 팽창을 따라갈 수 있도록, 필요한 이동의 자안내가 보장된다. 이러한 수용 디바이스의 특히 바람직한 실시예에 따르면, 슬리브는 웨이퍼의 축에 대하여 기울여지도록 배치되어, 지지 핀이 웨이퍼의 중심에 대하여 경사지게 된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 지지 엘리먼트는 이동가능한 캐리어 아암의 자유단상에 바람직하게 장착되며, 그에 따라 지지 엘리먼트의 이동성이 상기 캐리어 아암을 통하여 제공된다. 이를 고려할 때, 열 처리 동안에 웨이퍼의 방사상 팽창을 따라가고, 챔버 내의 웨이퍼의 고정된 높이 또는 위치를 제공하기 위하여, 캐리어 아암은 기판의 평면에 평행하게 이동가능하다.
바람직하게, 지지 엘리먼트는 소정의 방향으로 이동을 안내하기 위하여 가이드내에 수용된다. 이를 고려할 때, 바람직하게, 가이드 수단은 기판의 중심축에 대하여 방사상으로 연장되는 슬롯이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 지지 엘리먼트의 이동을 가능하도록 예를 들면, 가이드할 수 있는 지지 엘리먼트상에 지지 플랜지가 제공된다. 이를 고려할 때, 바람직하게, 지지 플랜지는 지지 엘리먼트의 피벗팅 가능한 장착(pivotable mounting)을 제공하는 만곡된 지지 표면을 갖는다. 이러한 형태의 피벗팅 가능한 장착을 사용하면, 대체가능한 지지 플랜지와는 달리, 더 낮은 마찰이 발생하여, 마모 피해가 덜 발생하게 된다.
지지 엘리먼트는 바람직하게 빛이 투과할 수 있으며, 광학 렌즈로서 구현될 수 있다. 그렇게 할때, 섀딩 효과(shading effect)는 기판이 복사 전자계를 통하여 가열되는 장치에 의해 방지된다. 또한, 지지 플랜지의 렌즈 효과로 인하여, 복사는 지지 엘리먼트와 웨이퍼 사이의 접촉 영역상에 집중될 수 있으며, 그에 따라 이러한 위치에서 웨이퍼의 열 손실을 보상한다. 이는 웨이퍼상의 더욱 균일한 온도 분포를 안내한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 적어도 3개의 캐리어 아암과 그 위에 고정된 지지 엘리먼트를 갖는 이동가능한, 특히 경사지게 장착된, 홀딩 엘리먼트가 제공된다. 홀딩 엘리먼트의 비스듬한 장착으로 인하여, 웨이퍼 및/또는 지지 엘리먼트의 높이에 대한 작은 편차가 보상될 수 있다. 또한, 열 처리에 의해 발생된 기판의 이동, 특히 외부 방사상으로 이동을 따라가기 위하여 캐리어 아암에 이동가능하게, 특히 피벗팅 가능하게 장착된다. 바람직하게, 많은 수의 지지 포인트를 제공하여, 상기 지지 포인트에서 압력을 감소시키기 위하여, 적어도 3개의 이러한 홀딩 엘리먼트가 제공된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 지지 엘리먼트는 기판의 이동 동안에, 트랙상에서 볼이 회전할 수 있도록 트랙 또는 홈내에 각각 안내되는 구형 또는 볼이며, 그러므로 항상 기판 표면의 한 지점만 접촉한다. 이를 고려할 때, 트랙은 기판의 중심축에 대하여 바람직하게 경사져있어서, 기판이 올라가거나 제거된 후에, 볼은 항상 소정의 정지 위치로 돌아온다.
지지 엘리먼트의 이동성을 제공하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이러한 지지 엘리먼트는 수용 수단 내에 피벗가능하게 수용된 원뿔형의 테이퍼형 베이스를 갖는다.
웨이퍼로부터 지지 엘리먼트로 열전달을 낮게 유지하기 위하여, 지지 엘리먼트는 바람직하게 기판 지지 팁이 제공되며, 그 결과 지지 엘리먼트와 기판사이의 접촉 표면이 감소된다. 이를 고려할 때, 기판 지지 팁은 바람직하게 일련의 제 2 콘(cone) 보다 더 큰 개방각을 갖는 콘에 의해 형성된다. 이러한 이중 콘의 결과로, 지지 팁은 쉽게 피해를 덜 받으며, 특히 파손이 덜 된다. 이를 고려할 때, 제 1 콘은 바람직하게 50°와 130°사이의 개방각, 더욱 바람직하게는 80°와 100°사이의 개방각을 갖는다. 제 2 콘의 개방각은 바람직하게 5°와 45°사이이며, 더욱 바람직하게는 5°와 25°사이이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 중간 또는 바깥을 향하여 기판의 늘어짐을 피하기 위하여 기판의 1/2 내지 4/5, 바람직하게는 기판의 2/3 반경을 갖는 원상에 배치된다. 상부 영역에서 늘어짐은 가장 낮으며, 그 결과 전위 오차 또는 슬립 라인의 형성은 감소된다.
섀딩 효과를 피하고, 불균일한 열 처리를 피하기 위하여, 지지 엘리먼트 및/또는 그들의 홀딩 디바이스는 적어도 부분적으로 광-투과 재료로 이루어진다. 이를 고려할 때, 열 복사의 양호한 투과를 보장하기 위하여, 지지소자 및/또는 그들의 홀딩 디바이스의 표면은 적어도 부분적으로 폴리싱, 특히 불꽃 폴리싱(fire polish)된다.
바람직한 일 실시예에 따르면, 지지 엘리먼트 및/또는 이하의 재료: 석영, 마그네슘 산화물, 지르코늄 산화물, 실리콘, 실리콘 질화물, 실리콘 카바이드, 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 붕소 질화물, 사파이어, SAPHAL 또는 세라믹과 같은 재료 중 하나 또는 그것들의 조합으로부터 생성된다. 본 발명은 특히 반도체 웨이퍼가 복사 전자계를 통하여 가열되는 급속 가열 유닛에 적당하다.
본 발명은 도면을 참조하여 바람직한 실시예의 도움으로 더욱 상세히 설명될 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 기판 캐리어의 개략적인 사시도이다.
도 2a 및 2b는 종래 기술에 따른 지지 핀에 의해, 반도체 웨이퍼의 열 처리동안에 생성된 반도체 웨이퍼의 후면상의 결점 위치를 도시한다.
도 3a 및 3b는 본 발명에 따른 진동 방식(swinging manner)으로 장착된 지지 핀에 의해, 열 처리 동안에 생성된 반도체 웨이퍼의 후면상의 결점 위치이다.
도 4는 탄력성있게 장착된 지지 핀의 개략적인 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 진동 방식으로 장착된 지지 핀의 개략적인 측면도이다.
도 6은 90°회전된 시각에서의 도 5의 지지 핀의 개략적인 측면도이다.
도 7은 지지 핀이 탄력성 있는 캐리어 아암상에 장착되는 본 발명에 따른 대안적인 캐리어 구조의 평면도이다.
도 8은 원뿔형 베이스단을 갖는 본 발명에 따른 지지 핀의 상세도이다.
도 9는 본 발명의 대안적인 지지 핀의 개략적인 측면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 지지 핀의 다른 실시예의 개략적인 측면도이다.
도 11은 도 9 또는 10에 따른 지지 핀을 수용하고, 안내하기 위한 가이드 플레이트이다.
도 12는 본 발명에 따른 지지 핀의 다른 실시예의 개략적인 횡단면도이다.
도 13은 본 발명에 따른 지지 핀의 대안적인 실시예이다.
도 14a 및 14b는 본 발명에 따른 지지 핀을 수용하기 위한 홀딩 디바이스의 개략적인 횡단면도 및 평면도이다.
도 15는 도 14의 홀딩 디바이스의 사시도이다.
도 16은 지지 핀을 위한 홀딩 디바이스의 대안적인 실시예이다.
본 발명은 도 3 내지 15의 도움으로 더욱 상세히 설명될 것이다. 본 발명은 웨이퍼가 지지 엘리먼트상에 배치되는 챔버내의 기판, 특히 반도체 웨이퍼의 열 처리를 위한 장치와 관련된다. 그러한 장치는 예를 들어, 동일 출원인의 DE-A-198 21 007로 알려져 있으며, 반복을 피하기 위하여, 본 발명의 주제는 이러한 범위로 정해진다. 반도체 웨이퍼가 지지 엘리먼트상에 배치되는 챔버는 상기 챔버 상부 및 하부에 배치된 램프 또는 램프 뱅크로 이루어진 가열 디바이스에 의해 둘러싸여진다. 본 발명에 따르면, 지지 엘리먼트는 열 처리로부터 기인하는 팽창 또는 다른 왜곡 동안에, 웨이퍼의 이동을 따라가기 위하여, 이동가능하게 또는 대체가능하게(displaceably) 장착된다.
도 4는 지지 핀의 형태의 지지 엘리먼트(8)를 위한 캐리어 구조(6)의 제 1 실시예를 도시한다. 지지 핀(8)은 반도체 웨이퍼를 수용하기 위한 지지 팁(11)을 갖는 제 1 단부(10)를 갖는다. 상기 지지 핀(8)의 반대편 단부(13)는 평면 나선형 스프링(15)에 적절한 방식으로 고정된다. 나선형 스프링(15)은 박판(17) 예를 들면, 얇은 석영판으로부터 일부(16)를 잘라냄으로써 형성된다. 석영 판(17)내의 절단부(16)로 인하여, 평면 나선형 스프링(15)은 수평방향 및 수직방향으로 탄력있게된다.
도 5 및 6은 지지 핀(8)의 이동가능한 매달림(suspension)을 위한 본 발명의 제 2 실시예를 도시한다. 지지 핀(8)은 제 1단부(10)를 가지며, 상기 제 1 단부 상에 지지 팁(11)이 형성된다. 이에 대해, 지지 핀(8)의 말단(10)은 이중 콘 형태로 구현된다. 상기 지지 팁(11)은 50도 및 130도 사이, 바람직하게는 80도 및 100도 사이의 개방각을 갖는 하나의 콘에 의해 형성된다. 이러한 콘 다음에 오는 제 2 콘은 5도 및 45도 사이, 바람직하게는 5도 및 25도 사이의 개방각 또는 발생각을 갖는다. 그렇게 형성된 지지 팁은 튼튼하며, 팁이 파손될 위험을 감소시킨다.
지지 핀(8)은 종축(A)을 갖는다. 종축(B)을 갖는 피벗 핀(20)은 지지 핀(8)의 한 측면상에 장착된다. 피벗 핀(20)의 종축(B)은 지지 핀(8)의 종축(A)에 수직으로 연장되며, 측방으로 오프셋된다.
피벗 핀(20)은 U-형상의 홀딩 디바이스와 같은, 적절한 홀딩 디바이스 내에 수용되어, 지지 핀(8)은 진동 방식(swinging manner)으로 장착된다. 피벗 핀(20)의 종축(B)이 지지 핀(8)의 중심축(A)으로부터 오프셋 되어 있다는 사실로 인하여, 피벗 핀(20)은 정지(rest) 위치 내에서 경사지게 된다. 이에 대해, 지지 핀(8)이 수용될 웨이퍼의 중심축에 대하여 경사지도록 피벗 핀(20)의 종축(B)이 배치된다.
도 3a 및 3b는 도 5에 따른 진동적으로 장착된 지지 핀에 의해, 열 처리 동안에 생성된 웨이퍼의 후면상의 결점 위치를 도시한다. 도 2a 및 2b에 도시된 결점 위치와 비교하여 명확히 확인될 수 있는 바와 같이, 진동적으로 장착된 지지 핀은 긴 스크래치가 아니라 점-형태의 임프레션만을 생성한다. 그러므로, 웨이퍼의 표면의 피해는 상당히 감소되며, 이것은 웨이퍼의 열 팽창 동안에, 그에 따라 이동하는 지지 핀에 의한 것이다.
도 16은 지지 엘리먼트의 이동가능한 홀딩 엘리먼트를 위한 다른 실시예를 도시한다. 이에 대해, 슬리브형 수용 디바이스는 지지 핀을 수용하기 위해 경사진 방식으로 배치된다. 지지 핀은 슬리브내에 중요한 역할(play)을 가지면서 수용되며, 경사각은 1°- 45°, 바람직하게는 1°- 10°사이이다.
도 7은 지지 핀(8)의 이동가능한 매달림을 위한 대안적인 실시예를 도시한다. 도 7의 실시예의 경우, 지지 핀(8)은 자유롭게 진동하는 캐리어 아암(25)을 통하여 단단한 캐리어 프레임(27) 상에 장착된다. 전체 3개의 지지 핀(8)은 캐리어 프레임(27)상에 장착되며, 등변 삼각형을 형성하고, 웨이퍼가 그 중심에 놓여진다. 지지 핀(8)상에 놓여진 웨이퍼의 열 처리 동안에, 자유롭게 진동하는 캐리어 아암(25)은 열에 의한 웨이퍼의 이동, 특히 팽창 이동을 따라간다. 자유롭게 진동하는 캐리어 아암(25)에 부가하여, 물론 지지 핀(8)은 캐리어 아암 상에 이동가능하게 장착될 수도 있다.
자유로운 진동 캐리어 아암과 결합한 지지 핀의 이동 가능한 장착을 위한 바람직한 실시예가 도 8에 도시된다. 이에 관하여, 지지 팁(11)으로부터 떨어진 단부(13)는 원뿔형 구조를 갖는다. 원뿔형 단부(13)는 슬리브와 같은, 수용 수단(28)내에 수용되며, 피벗가능하게 유지된다. 이와는 달리, 원뿔형 단부는 간단히 캐리어 아암(25)의 홀 내에 수용될 수도 있다.
도 9는 본 발명에 따른 이동가능한 지지 핀(8)의 대안적인 실시예를 도시한다. 지지 핀(8)은 지지 팁(11)을 형성하는 제 1 단부(10)를 갖는다. 단부(10)는 다시 이중 콘이 제공되며, 그에 따라 지지 팁(11)을 형성하는 콘은 90도의 개방각을 가지며, 그리고 이어지는 콘은 15도의 개방각을 갖는다.
상기 제 2콘과 인접하는 것은 지지 핀(8)의 상당한 지지부를 제공하는 지지 플랜지(30)이다. 지지 플랜지(30)는 지지 표면(31)을 형성하며, 상기 지지 표면은 도 11을 참조하여 더욱 상세히 설명될 것이다. 지지 플랜지(30) 하부에는 지지 핀(8)의 하부 단부(13)가 연결된다. 또한, 지지 플랜지(30)와 하부 단부(13) 사이의 변화 영역에 언더컷 또는 릴리프 그루브(relief groove)(33)가 제공된다. 더욱이, 단부(13)는 테이퍼형 단부(34)를 갖는다.
지지 핀(8)으로 인한 섀딩 효과를 피하기 위하여, 지지 핀(8)은 석영과 같은, 광-투과 재료로 만들어진다. 지지 핀(8)의 평탄한 표면과 양호한 투명성을 획득하기 위하여, 불꽃 폴리싱된다. 릴리프 그루브(33) 및 테이퍼형 베이스(34)는 이러한 프로세스 동안에 질량 변화의 가능성으로 인하여 제공된다. 지지 팁(11)의 영역에서, 지지 핀(8)은 불꽃 폴리싱되지 않으며, 이러한 영역은 상대적으로 불투명하다. 그 결과, 팁은 자유롭게 열 복사를 허용하지 않으며, 그러므로 열 처리 동안에 가열된다. 그 결과, 지지 팁(11)과 웨이퍼 사이의 온도 변화는 감소되며, 따라서 더욱 균일한 웨이퍼 온도를 얻게된다.
도 10은 지지 핀(8)의 대안적인 실시예의 간략화된 도면을 도시한다. 지지 핀(8)은 도 9에 도시된 지지 핀과 상응한다. 그것은 상부 단부(10), 지지 플랜지(30) 및 하부 단부(13)를 갖는다. 하부 단부(13)는 폭 넓은 베이스(36)상에 제공되며, 그것의 기능은 도 11을 참조하여 더욱 상세히 설명될 것이다.
도 11은 도 9 또는 10에 따라 지지 핀(8)을 수용하기 위한 수용판(40)을 도시한다. 상기 수용판(40)은 중심축(C)에 대하여 방사상으로 연장되는 3개의 슬롯(42)을 가지며, 슬롯의 방사상의 외부 단부에 넓은 홀(44)이 제공된다. 슬롯(42)은 서로 균일한 각으로 이격되어 있다.
슬롯(42)의 크기는 도 9와 10의 지지 핀(8)의 하부 단부(13)를 수용하고, 방사 방향으로 그러한 단부를 안내할 수 있도록 정해진다. 넓은 홀(4)은 도 10의 지지 핀의 넓은 베이스부(36)가 홀을 통과하도록 크기가 정해진다. 그러나, 홀은 도 9 및 10의 지지 핀(8)의 지지 플랜지(30)가 통과할 수 있을 정도로 크지는 않다. 오히려, 지지 플랜지(30)의 지지 표면(31)은 수용판(40)의 상부면 위에 놓이게 되며, 지지 핀(8)은 슬롯(42)을 따라 수용판(40)상에 장착된다. 도 10의 지지 핀(8)의 넓은 베이스(36)는 슬롯과 꼭 맞지는 않도록 크기가 정해진다. 이것은 웨이퍼가 올라갈 때, 지지 핀(8)이 웨이퍼를 따라 이동되어 슬롯(42) 밖으로 나오는 것을 방지한다. 이에 반하여, 도 9의 지지 핀은 이러한 목적을 위하여 적절히 긴 베이스부(13)를 갖는다.
수용판(40)은 웨이퍼 열 처리에 악영향을 주지 않기 위하여, 석영과 같은 광 투과 재료로 만들어진다.
도시되지는 않았지만, 지지 핀(8)의 광 투과가능한 지지 플랜지(30)는 광학 렌즈를 형성하기 위하여 렌즈 형태의 구성을 가질 수 있다. 이에 관하여, 가열 필드의 광 복사가 지지 팁(11)과 웨이퍼 사이의 접촉 위치에 집중되도록, 렌즈 형태가 선택된다. 이러한 방식으로, 이러한 위치에서 웨이퍼의 열 손실이 보상되며, 웨이퍼의 표면상의 온도 분포가 균일해진다.
도 12와 13은 만곡된 지지 표면(31)이 각각 제공된 지지 플랜지(30)를 갖는 지지 핀(8)의 대안적인 실시예를 도시한다.
도 12의 실시예의 경우, 지지 플랜지(30)는 지지 핀(8)의 최하위부를 형성한다. 만곡된 지지 표면(31)을 갖는 지지 플랜지(30)는 만곡된 표면에 적합하고, 지지 핀(8)과 같이, 투명 재료로 이루어진 수용 수단(50)내에 수용된다. 지지 핀(8)은 수용 수단(50) 내에 피벗 가능하게 안내된다.
도 13의 실시예의 경우, 단부(13)는 지지 플랜지(30) 하부에 연결된다. 지지 플랜지(30)의 호 형태 지지 표면(31)은 수용 링(52)상에 놓여지며, 그러므로 지지 핀(8)의 경사 이동이 가능하다. 단부(13)는 지지 핀(8)의 경사 이동을 제한하기 위하여, 수용 슬리브(54) 내에 상대적으로 중요한 역할을 가지면서 수용된다.
도 14 및 15는 지지 핀(8)의 이동가능한 장착을 위한 대안적인 실시예를 도시한다. 본 실시예의 경우, 홀더(60)가 제공되며, 상기 홀더는 3개의 캐리어 아암(62)을 가지며, 그것의 자유단에는 지지 핀(8)을 수용하기 위한 개구부(64)가 각각 제공된다. 캐리어 아암(62)은 중심의 지붕 형태의 중심부(66)로부터 연장되며, 아래방향으로 블라인드 홀(68)이 형성된다. 상기 블라인드 홀(68)은 둥근 지지 단부(71)를 갖는 핀(70)을 수용하는 기능을 한다. 핀(70)의 다른 단부(72)는 단단한 캐리어 아암(75)의 수용 수단(74)내에 밀접하게 일치되는 방식으로 수용된다.
블라인드 홀(68) 및 핀(70), 특히 둥근 지지 단부(71)는 홀더(60)가 핀(70)상에 비스듬히 배치되도록 크기가 정해진다. 그 결과, 웨이퍼가 지지 핀 상에 위치할 때, 높이의 작은 편차를 위해 지지 핀(8)의 자체 또는 자동 수정이 이루어진다. 이러한 3개의 홀더(60)가 제공되어, 웨이퍼는 종전의 3개의 지지 핀(8)에 반하여, 전체 9개의 지지 핀(8)상에 배치된다. 그 결과, 각각의 접촉 포인트에서 적은 압력이 발생하며, 그에 따라 웨이퍼 손상이 감소된다. 또한, 가열 복사에 대하여 웨이퍼의 최소 섀딩이 달성되어, 그 결과 바람직하게 모든 소자는 가열 복사에 투명한 석영과 같은 재료로 이루어진다.
도시되지 않았지만, 개별 지지 핀(8)은 열 처리 동안에, 웨이퍼의 이동을 따라갈 수 있도록, 캐리어 아암(62)의 자유 단부상에 이동가능하게 장착될 수 있다. 그런 경우, 도 12 또는 13의 예에 도시된 바와 같이, 지지 핀(8)의 경사지게 할 수 있는 장착이 특히 적절하다.
본 발명의 도시되지 않은 실시예에 따르면, 지지 핀 대신에, 구형 또는 볼이 지지 엘리먼트로서 사용될 수 있다. 그러한 볼은 바람직하게는 0.5㎜ 내지 5㎜의 직경을 갖는다. 웨이퍼의 열 팽창 동안에, 볼은 팽창의 크기에 맞게 베이스 지지부 상에서 회전하며, 그러므로 항상 웨이퍼 표면의 한 포인트에서만 접촉하게 된다.
이에 대하여, 볼의 이동은 홈과 같은, 지지 표면에 의해 정해질 수 있다. 이러한 홈은 웨이퍼가 제거된 후에, 볼이 항상 특정 초기 위치로 돌아가는 것을 보장하기 위하여, 기판의 중심 축에 대하여 기울어져 있다. 또한, 도 11의 슬롯과 동일한 방식으로, 홈은 서로에 대하여 바람직하게 배치된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 웨이퍼를 수용하기 위하여, 등변 삼각형의 단부에 배치되는 3개의 지지 엘리먼트가 각각 제공되며, 그리하여 양호한 3-포인트 지지부를 형성한다. 이에 대해, 삼각형의 중심은 웨이퍼의 중심축과 동심을 이룬다. 또한, 각각의 지지 엘리먼트는 웨이퍼 반경(R)의 0.5 내지 0.8배의 간격으로 웨이퍼의 중심으로부터 이격된다. 상기 간격은 바람직하게는 웨이퍼 반경의 2/3이다. 만약 소자들이 중심축으로부터 0.8R 보다 더 크게 이격되어 있다면, 예를 들어, 300㎜ 직경을 갖는 큰 웨이퍼는 열 처리 동안에 중간 부분이 휘게된다. 만약 축에 너무 가깝게 배치된다면, 웨이퍼의 가장자리는 열 처리 동안에, 아래로 휘게된다. 만약 지지 엘리먼트가 전술한 범위내에서, 특히 웨이퍼 반경의 2/3 지점에서 배치된다면, 웨이퍼의 휨은 최소가 되며, 그 결과 전위 오차 또는 슬립 라인의 형성은 최소화된다. 개별적인 지지 엘리먼트 대신에, 삼각형의 꼭지점에서 각각 3개의 지지 엘리먼트를 갖는 홀더(60)를 제공할 수도 있다.
본 발명은 바람직한 실시예의 도움으로 상술되었지만, 본 발명은 구체적으로 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니다. 특히, 지지 엘리먼트를 위한 지지부의 다양한 형태는 서로 조합될 수 있다. 바람직하게, 서로 관련된 지지 엘리먼트 및 상술된 모든 지지 엘리먼트는 가열 복사를 위해 투명한 재료로 만들어진다. 그러한 재료는 예를 들면, 알루미늄 질화물, 알루미늄 산화물, 지르코늄 산화물, 실리콘 카바이드, 붕소 질화물, 사파이어, (토시바 회사의 상표) SAPHAL 또는 세라믹이다. 특히, 석영, 마그네슘 산화물, 실리콘 및 일차 실리콘 질화물이 바람직하다.

Claims (27)

  1. 챔버 내에서 기판 평면에 필수적으로 평행하게 이동가능한 기판 지지 엘리먼트들(8) 상에 배치되는 기판(1)의 열 처리 장치로서,
    상기 지지 엘리먼트들(8)은 제 1콘(cone)에 의해 형성된 기판 지지 팁(11)을 구비하며, 상기 제 1콘은 인접한 제 2콘 보다 더 큰 개방각을 갖는, 기판 열 처리 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 지지 엘리먼트들(8)은 상기 기판의 중심축에 대해 방사상으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 기판 열 처리 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 지지 엘리먼트들(8)은 탄력성을 가지면서 매달려있는 것을 특징으로 하는 기판 열 처리 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 지지 엘리먼트들(8) 각각은 스프링(15)에 연결되는 것을 특징으로 하는 기판 열 처리 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 지지 엘리먼트들은 자신들의 종축(A)에 수직으로 피벗팅 가능한 것을 특징으로 하는 기판 열 처리 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 지지 엘리먼트(8)의 상기 종축(A)으로부터 이격되는 피벗 축(B)이 존재하는 것을 특징으로 하는 기판 열 처리 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 지지 엘리먼트들(8)은 이동가능한 캐리어 아암들(arms)(25)의 자유 단부들 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 기판 열 처리 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 캐리어 아암들(25)은 상기 기판 평면에 대해 평행으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 기판 열 처리 장치.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 지지 엘리먼트들(8)은 가이드 수단(42) 내에 수용되는 것을 특징으로 하는 기판 열 처리 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 가이드 수단(42)은 슬롯인 것을 특징으로 하는 기판 열 처리 장치.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 지지 엘리먼트들(8)은 지지 플랜지(support flange)(30)를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 열 처리 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 지지 플랜지(30)는 만곡된 지지 표면(31)을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 열 처리 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 지지 플랜지(30)는 광 투과성이며, 광학 렌즈로서 구현되는 것을 특징으로 하는 기판 열 처리 장치.
  14. 제 1항 또는 제 2 항에 있어서,
    적어도 3개의 상기 캐리어 아암(62)과 그 위에 고정된 상기 지지 엘리먼트들(8)을 가지면서, 이동가능하고, 경사 가능하게 장착된 홀딩 엘리먼트(60)가 제공되는 것을 특징으로 하는 기판 열 처리 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 지지 엘리먼트들(8)은 상기 캐리어 아암들(62) 상에 이동가능하고, 피벗팅 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 기판 열 처리 장치.
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 지지 엘리먼트들(8)은 수용 수단 내에 피벗팅 가능하게 수용된 원뿔형의 테이퍼링 된 베이스(tapering base)(13)를 갖는 것을 특징으로 하는 기판 열 처리 장치.
  17. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1콘은 50°내지 130°의 개방각을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 열 처리 장치.
  18. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2콘은 5°내지 45°의 개방각을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 열 처리 장치.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 지지 엘리먼트들(8) 또는 상기 홀딩 엘리먼트들, 또는 상기 지지 엘리먼트들(8)과 상기 홀딩 엘리먼트들은 상기 기판 반경의 1/2 내지 4/5의 반경을 갖는 원형 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 열 처리 장치.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 지지 엘리먼트들(8) 또는 상기 홀딩 엘리먼트들, 또는 상기 지지 엘리먼트들(8)과 상기 홀딩 엘리먼트들은 적어도 부분적으로 광-투과 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 열 처리 장치.
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 지지 엘리먼트들(8) 또는 상기 홀딩 엘리먼트들, 또는 상기 지지 엘리먼트들(8)과 상기 홀딩 엘리먼트들의 표면은 적어도 부분적으로 폴리싱되는데, 특히 불꽃 폴리싱되는 것을 특징으로 하는 기판 열 처리 장치.
  22. 제 14 항에 있어서,
    상기 지지 엘리먼트들(8) 또는 상기 홀딩 엘리먼트들, 또는 상기 지지 엘리먼트들(8)과 상기 홀딩 엘리먼트들은 석영, 마그네슘 산화물, 지르코늄 산화물, 실리콘, 실리콘 질화물, 실리콘 카바이드, 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 붕소 질화물, 사파이어, SAPHAL 또는 세라믹과 같은 재료들 중 하나 또는 그러한 것들의 조합으로 제조되는 것을 특징으로 하는 기판 열 처리 장치.
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