KR102007994B1 - 기판을 지지 및 제어하기 위한 장치 및 방법들 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예들은 열 프로세싱 동안 기판을 지지 및 제어하기 위한 장치 및 방법들을 제공한다. 본 발명의 일 실시예는 기판을 프로세싱하기 위한 장치를 제공한다. 그러한 장치는 내부 용적을 정의하는 챔버 본체, 상기 내부 용적 내에 배치된 기판 지지부, 및 상기 기판에 보조력을 인가하도록 구성된 보조력 조립체를 포함한다. 다른 실시예는 기판을 위치시키고, 제어하고 및/또는 회전시키기 위해, 전달되는 유체 유동의 열 질량을 조정하도록 구성된 가스 전달 조립체를 제공한다.
Description
본 발명의 실시예들은 일반적으로 기판을 프로세싱하기 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다. 보다 특정하게는, 본 발명의 실시예들은 열 프로세싱(thermal processing) 동안 기판을 지지하기 위한 장치 및 방법들을 제공한다.
반도체 프로세싱 동안, 특히 열 프로세싱 동안, 통상적인 기판 지지부에 의해 지지되는 기판은, 급속 열 가열(rapid thermal heating)에 의해 유발되는 열 구배(thermal gradient)로 인해, 휘어지고(warp), 구부러지고(bow), 그리고 심지어 깨질 수 있다. 일부 경우들에서, 기판의 변형은 기판에 걸쳐서 열적 불-균일성을 이끌 수 있는데, 왜냐하면, 변형으로 인해서, 기판의 상이한 구역들이 열 소스(heat source)들에 대해 상이하게 노출되기 때문이다.
그에 따라, 열 프로세싱 동안 기판을 지지 및 제어하기 위한 개선된 장치 및 방법들이 필요하다.
본 발명의 실시예들은 일반적으로 기판을 프로세싱하기 위한 장치 및 방법들을 제공한다. 보다 특정하게는, 본 발명의 실시예들은 열 프로세싱 동안 기판을 핸들링하기 위한 장치 및 방법들을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 기판을 프로세싱하기 위한 장치를 제공한다. 그러한 장치는 내부 용적(inner volume)을 정의하는 챔버 본체(chamber body), 상기 내부 용적 내에 배치된 기판 지지부, 및 상기 기판에 보조력(auxiliary force)을 인가하도록 구성된 보조력 조립체(auxiliary force assembly)를 포함한다. 기판 지지부는 상부 표면을 갖는 기판 지지 본체를 포함한다. 복수의 포트들이 상기 상부 표면 상에 형성된다. 상기 포트들은 상기 상부 표면 위에서 상기 기판을 지지하고, 위치시키고, 및/또는 회전시키기 위해 복수의 유체 유동(fluid flow)들을 전달하도록 구성된다. 상기 보조력은 상기 기판의 수직 위치를 조정하도록 또는 상기 기판의 프로파일을 조정하도록 구성된다.
본 발명의 다른 실시예는 기판을 핸들링하기 위한 방법을 제공한다. 그러한 방법은 프로세싱 챔버 내의 기판 지지부의 상부 표면 상에 형성된 복수의 포트들에 복수의 유체 유동들을 전달하는 단계, 기판이 상기 기판 지지부의 상부 표면 위에서 부유(float)하도록, 상기 복수의 유체 유동들 위로 기판을 수용하는(receiving) 단계, 및 상기 기판을 직접적으로 접촉하지 않으면서, 상기 기판의 변형을 감소시키기 위해 상기 기판에 보조력을 인가하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 열 프로세싱 동안 기판을 핸들링하기 위한 방법을 제공한다. 그러한 방법은 프로세싱 챔버 내의 기판 지지부의 상부 표면 상에 형성된 복수의 포트들에 복수의 유체 유동들을 전달하는 단계, 기판이 상기 기판 지지부의 상부 표면 위에서 부유하도록 상기 복수의 유체 유동들 위로 기판을 수용하는 단계, 상기 기판의 온도 프로파일을 모니터링하는 단계, 및 상기 기판의 온도 프로파일을 조정하기 위해, 상기 복수의 유체 유동들 중 하나 또는 둘 이상의 유체 유동들의 열 질량(thermal mass)을 조정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로 앞서 간략히 요약된 본 발명의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 발명의 단지 전형적인 실시예들을 도시하는 것이므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 발명이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 열 프로세싱 챔버의 개략적인 측단면도이다.
도 1b는, 램프 조립체(lamp assembly)가 제거된 상태의, 도 1a의 열 프로세싱 챔버의 개략적인 상부도이다.
도 2a-2d는 본 발명의 실시예들에 따른, 대항력(counter force) 하에서 개선된 편평도(flatness)를 갖는 기판을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 기판을 지지하기 위한 복수의 포트들 및 대항력을 인가하기 위한 정전 척을 갖는 기판 지지부를 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 개선된 열 균일성(thermal uniformity)을 가지면서 기판을 지지하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 기판의 편평도를 유지하기 위한 방법의 흐름도이다.
이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에서 공통되는 동일한 요소들을 표시하기 위해 가능한 한 동일한 참조번호들이 사용되었다. 일 실시예에 개시된 요소들이 구체적인 언급없이 다른 실시예들에 유리하게 이용될 수 있음이 고려된다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 열 프로세싱 챔버의 개략적인 측단면도이다.
도 1b는, 램프 조립체(lamp assembly)가 제거된 상태의, 도 1a의 열 프로세싱 챔버의 개략적인 상부도이다.
도 2a-2d는 본 발명의 실시예들에 따른, 대항력(counter force) 하에서 개선된 편평도(flatness)를 갖는 기판을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 기판을 지지하기 위한 복수의 포트들 및 대항력을 인가하기 위한 정전 척을 갖는 기판 지지부를 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 개선된 열 균일성(thermal uniformity)을 가지면서 기판을 지지하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 기판의 편평도를 유지하기 위한 방법의 흐름도이다.
이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에서 공통되는 동일한 요소들을 표시하기 위해 가능한 한 동일한 참조번호들이 사용되었다. 일 실시예에 개시된 요소들이 구체적인 언급없이 다른 실시예들에 유리하게 이용될 수 있음이 고려된다.
본 발명의 실시예들은 일반적으로 기판을 프로세싱하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 실시예들은 열 프로세싱 동안 기판을 지지하기 위한 장치 및 방법들을 제공한다. 본 발명의 실시예들은, 기판을 핸들링하기 위해 유체 유동들을 이용하고, 기판 온도를 조정하기 위해 조정가능한 유체 조성(composition)을 이용하고, 및/또는 기판의 편평도를 유지하도록, 유체 유동들에 대항(counter)하기 위해 보조력을 이용함으로써, 프로세싱 동안 개선된 기판 제어를 갖는 프로세싱 챔버를 제공한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 열 프로세싱 챔버(100)의 개략적인 측단면도이다. 열 프로세싱 챔버(100)는 기판의 급속 열 프로세싱을 수행하도록 구성된다.
열 프로세싱 챔버(100)는 측벽들(102), 상기 측벽들(102)에 커플링된 챔버 바닥(104), 및 상기 측벽들(102) 위에 배치된 석영 윈도우(106)를 포함한다. 상기 측벽들(102), 챔버 바닥(104) 및 석영 윈도우(106)는, 그 내에서 기판(110)을 프로세싱하기 위한 내부 용적(108)을 정의한다. 가열 조립체(112)가 상기 석영 윈도우(106) 위에 배치되고 그리고 상기 석영 윈도우(106)를 통해서 상기 내부 용적(108) 쪽으로 열 에너지를 지향시키도록 구성된다. 상기 가열 조립체(112)는 복수의 가열 요소들(114)을 포함한다. 일 실시예에서, 상기 복수의 가열 요소들(114)은 복수의 램프들이다. 상기 복수의 가열 요소들(114)은 시스템 제어기(152)에 의해 제어될 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 가열 요소들(114)은 개별적으로 또는 그룹 단위(by group)로 제어될 수 있다.
슬릿 밸브 도어(116)가 측벽들(102)을 통해서 형성되어, 그 슬릿 밸브 도어를 통해 기판을 이송할 수 있다. 열 프로세싱 챔버(100)는, 프로세싱 동안 내부 용적(108)에 하나 또는 둘 이상의 프로세싱 가스들을 제공하도록 구성된 가스 소스(gas source)(118)에 커플링된다. 진공 펌프(120)가 내부 용적(108)을 펌핑 아웃(pumping out)하기 위해 열 프로세싱 챔버(100)에 커플링될 수 있다.
도 1b는, 가열 조립체(112)가 제거된 상태의, 도 1a의 열 프로세싱 챔버(100)의 개략적인 상부도이다.
기판 지지부(122)가 내부 용적(108) 내에 배치되고 그리고 프로세싱 동안 기판(110)을 지지하고, 위치시키고, 및/또는 회전시키도록 구성된다. 특히, 기판 지지부(122)는 기판(110)을 지지하고, 위치시키고, 및/또는 회전시키기 위해 유체의 유동들을 이용하는 비-접촉식(non-contact) 기판 지지 디바이스이다.
일 실시예에서, 기판 지지부(122)는 챔버 바닥(104) 위에 배치된 기판 지지 본체(124)를 포함한다. 복수의 포트들(126)이 기판 지지 본체(124)의 상부 표면(128) 상에 형성된다. 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 포트들(126)의 예시적인 배열을 도시한다.
복수의 포트들(126)은, 기판 지지 본체(124) 내에 형성된 복수의 채널들(130)을 통해서 유체 전달 시스템(132)에 연결된다. 일 실시예에서, 유체 전달 시스템(132)은 질소, 헬륨, 아르곤, 크립톤, 네온, 수소, 또는 이들의 조합들과 같은 하나 또는 둘 이상의 가스들을 전달하도록 구성된다. 대안적으로, 유체 전달 시스템(132)은 물과 같은 액체의 유동들을 복수의 포트들(126)에 전달하도록 구성될 수 있다.
복수의 포트들(126)은, 유체 유동들이 기판(110)의 하부 표면(134)을 타격(strike)할 때 발생되는 마찰 및 전달되는 모멘텀을 이용하여 기판(110)을 지지하고 이동시키기 위해, 기판(110)의 하부 표면(134)을 향해서 상부 표면(128) 근처의 기판 영역에 복수의 유체 유동들을 지향시키도록 구성된다. 기판(110)은, 복수의 유체 유동들의 레이트(rate)들 및 방향들과 같은, 복수의 포트들(126)로부터 전달되는 유체 유동들의 특성들을 제어함으로써 기판 영역 내에서 지지되고, 위치되고, 및/또는 회전된다. 각각의 유체 유동에 의해 전해지는(imparted) 힘을 조합하여, 기판(110)을 필요에 따라서 이동시키고 그리고 위치시킬 수 있다.
유체 유동을 이용하는 예시적인 기판 포지셔닝 조립체(positioning assembly)에 관한 상세한 설명은, "Apparatus and Method for Supporting, Positioning and Rotating a Substrate in a Processing Chamber"라는 명칭의 미국 특허 공개 번호 2008/0280453에서 찾아볼 수 있다.
열 프로세싱 챔버(100)는, 다양한 위치들에서 기판(110)의 온도들을 측정하도록 구성된 복수의 열 센서(thermal sensor)들(136)을 포함할 수 있다. 복수의 열 센서들(136)은 챔버 바닥(104)을 통해 형성된 개구(opening)들 내에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 열 센서들(136)은 고온계들이다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 복수의 열 센서들(136)이 상이한 방사상 위치들에 배치되어, 프로세싱 동안 기판(110)의 온도 프로파일을 발생시키기 위해 상이한 방사상 위치들에서 기판(110)의 온도를 측정할 수 있다. 복수의 열 센서들(136)은 시스템 제어기(152)에 커플링된다. 일 실시예에서, 시스템 제어기(152)는, 복수의 열 센서들(136)로부터 수신되는 신호들을 이용하여 기판(110)의 열 프로파일(thermal profile)을 발생시키도록 구성될 수 있다.
열 프로세싱 챔버(100)는 또한, 열 프로세싱 챔버(100) 내에서 기판(110)의 위치를 검출하도록 구성된 둘 또는 셋 이상의 위치 센서들(138)을 포함한다. 일 실시예에서, 위치 센서들(138)은 기판(110)의 퍼스펙티브 부분(perspective portion)의 상대적인 위치를 검출하도록 구성된 용량성 센서들이다. 복수의 위치 센서들(138)은 시스템 제어기(152)에 커플링된다. 위치 센서들(138)이 함께 또는 단독으로 사용되어, 수직 위치, 수평 위치, 수평도(levelness), 편평도, 회전 속도, 회전 방향과 같은, 기판(110)의 다양한 특성들을 결정할 수 있다. 기판의 특성들을 검출하기 위해 용량성 센서들을 이용하는 것에 대한 상세한 설명은, "Apparatus and Methods for Positioning a Substrate Using Capacitive Sensors"라는 명칭의 미국 특허 출원 일련 번호 12/611,958에서 찾아볼 수 있다.
대안적으로, 위치 센서들(138)은 광학 센서(optical sensor)들, 또는 기판(110)의 위치를 검출하기 위한 다른 적합한 센서들일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판(110)의 후면측(backside)에 열 에너지를 제공하기 위해 기판 지지부(122)가 가열된다. 일 실시예에서, 기판 지지부(122)는 기판 지지 본체(124) 내에 매립된 히터(140)를 포함한다. 일 실시예에서, 히터(140)는 저항성 히터(resistive heater)일 수 있다. 히터 전원(142)이 히터(140)에 커플링될 수 있다. 기판 지지 본체(124)가 히터(140)에 의해 직접적으로 가열되어, 기판(110)과 기판 지지 본체(124)의 상부 표면(128) 사이의 유체 유동들에 의한 대류 및 열 방사(thermal radiation)에 의해, 기판(110)에 열 에너지를 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 히터(140)는 프로세싱 동안 약 450 ℃ 내지 약 720 ℃의 온도로 유지될 수 있다. 히터 전원(142)은 시스템 제어기(152)에 커플링될 수 있고 그리고 시스템 제어기(152)에 의해 제어될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 유체 전달 시스템(132)은, 기판(110)의 온도들을 조정하기 위해 복수의 포트들(126)에 조정가능한 열 질량을 갖는 유체 유동들을 전달하도록 구성된다.
일 실시예에서, 유체 전달 시스템(132)은, 유체 유동들의 조성을 조정함으로써, 조정가능한 열 질량을 갖는 유체 유동들을 전달할 수 있다. 유체 전달 시스템(132)은 둘 또는 셋 이상의 유체 소스(fluid source)들(144A, 144B)을 포함할 수 있다. 유체 전달 시스템(132)은 또한 복수의 유체 제어 디바이스들(146)을 포함한다. 각각의 유체 제어 디바이스(146)는 복수의 포트들(126) 중 하나와 둘 또는 셋 이상의 유체 소스들(144A, 144B) 사이에 연결된다. 각각의 유체 제어 디바이스(146)는 상응하는 포트(126)에 전달되는 유량을 조정하도록 구성된다.
일 실시예에서, 각각의 유체 제어 디바이스(146)는 또한, 상응하는 포트(126)에 전달되는 유체 유동의 조성을 조정하기 위해 유체 소스들(144A, 144B)로부터의 유체의 비율을 조정할 수 있다. 유체 소스(144A)는 유체 소스(144B)에 의해 제공되는 유체와 상이한 열 질량을 갖는 유체를 제공하도록 구성된다. 각각의 포트(126)에 제공되는 유체 유동의 조성을 조정함으로써, 유체 전달 시스템(132)은 각각의 포트(126)에 전달되는 유체 유동의 열 질량을 조정할 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 유체 제어 디바이스(146)는 시스템 제어기(152)에 의해 개별적으로 제어될 수 있다.
기판 지지부(122)는, 기판 영역 내의 기판(110) 상에서 복수의 포트들(126)로부터의 유체 유동들을 밸런싱(balance) 또는 카운터 이펙팅(counter effect)하기 위해 기판 영역에 보조력을 인가하도록 구성된 보조력 조립체를 더 포함한다.
일 실시예에서, 보조력 조립체는 진공에 의해 수직 하향력(vertically downwards force)을 인가하도록 구성될 수 있다. 보조력 조립체는 진공 소스(150)에 연결된 복수의 진공 포트들(148)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 복수의 진공 포트들(148)은 기판 지지 본체(124)의 상부 표면(128)에 대해 개방형(open)이다. 복수의 진공 포트들(148)은 진공 소스(150)에 연결된다. 복수의 진공 포트들(148)은, 복수의 포트들(126)로부터 전달되는 유체 유동들로부터의 힘들을 밸런싱 또는 카운터 이펙팅하기 위해 다양한 위치들에 분포될 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 진공 포트들(148) 각각은 시스템 제어기(152)에 의해 개별적으로 제어될 수 있다.
프로세싱 동안, 열 센서들(136), 위치 센서들(138), 유체 전달 시스템(132), 진공 포트들(148), 및 시스템 제어기(152)는, 요구되는 프로세싱 결과를 얻기 위해 기판(110)의 특성들을 제어하기 위한 폐쇄 루프 제어 시스템을 형성한다.
전술한 바와 같이, 기판 지지 본체(124)가 가열될 수 있는 동안, 기판 지지부(122)는 복수의 포트들(126)로부터의 유체 유동들에 의해 기판(110)을 지지하고, 위치시키고, 및/또는 회전시키도록 구성된다. 기판(110)은, 기판 지지 본체(124)와 어떠한 솔리드 접촉(solid contact)도 없이, 기판 지지부(122) 위에서 부유한다.
복수의 포트들(126)을 통한 유체 유동들을 변경함으로써 및/또는 기판과 기판 지지 본체(124)의 상부 표면(128) 사이의 거리(154)를 조정함으로써, 기판(110)과 기판 지지 본체(124) 사이의 열 플럭스(heat flux)가 제어될 수 있다.
유체 유동들을 변경하는 것은, 복수의 포트들(126)로부터의 유량들을 조정하는 것, 및/또는 복수의 포트들(126)로부터의 유체 유동들의 조성을 조정하는 것을 포함할 수 있다.
히터(140)의 온도, 유체 유동의 조성 및 거리(154)와 같은, 다른 조건들이 동일하게 유지될 때, 유량들이 증가함에 따라, 기판(110)의 온도는 감소된다. 따라서, 복수의 포트들(126)로부터의 유량들을 증가시키는 것은 기판(110)에서의 온도 강하를 초래할 수 있으며, 그리고 복수의 포트들(126)로부터의 유량들을 감소시키는 것은 기판(110)에서의 온도 증가를 초래할 수 있다.
전술한 바와 같이, 유체 소스(144A)는 유체 소스(144B)에 의해 제공되는 유체와 상이한 열 질량을 갖는 유체를 제공하도록 구성된다. 일 실시예에서, 유체 소스(144A)는 헬륨 소스이며 그리고 유체 소스(144B)는 질소 소스이다. 일반적으로, 질소 가스는 헬륨 가스 보다 더 큰 열 질량을 갖는다. 히터(140)의 온도, 복수의 포트들(126)로부터의 유량들 및 거리(154)와 같은, 다른 조건들이 동일하게 유지될 때, 기판(110)은, 기판(110)을 지지하기 위해 동일한 유량의 질소 가스가 이용되는 경우 보다, 기판(110)을 지지하기 위해 헬륨 가스가 이용되는 경우에, 더 높은 온도를 갖는다.
예를 들어, 히터(140)가 약 720 ℃의 온도로 유지되고 그리고 내부 용적(108)이 대기압으로 유지될 때, 약 500 sccm 내지 2500 sccm의 유량들이 기판(110)을 지지하기 위해 이용되며, 그리고 기판(110)의 온도는, 동일한 유량의 질소 가스가 이용될 때 보다, 헬륨 가스가 이용될 때에 약 60 ℃ 더 높다. 따라서, 질소와 헬륨의 혼합물(mixture)이 기판(110)을 지지하기 위해 이용될 때, 기판(110)의 온도는 약 60 ℃의 범위 내에서 달라질 수 있다. 다른 프로세싱 조건들이 동일하게 유지될 때, 기판(110)을 지지하기 위해 이용되는 질소/헬륨 혼합물 내의 질소의 비율을 증가시키는 것은 기판(110)의 온도를 감소시킬 수 있고, 그리고 질소의 비율을 감소시키는 것은 기판(110)의 온도를 증가시킬 수 있다.
따라서, 복수의 포트들(126)로부터의 보다 큰 열 질량을 갖는 유체의 비율을 증가시키는 것은 기판(110)에서의 온도 강하를 초래할 수 있으며, 그리고 복수의 포트들(126)로부터의 보다 큰 열 질량을 갖는 유체의 비율을 감소시키는 것은 기판(110)에서의 온도 증가를 초래할 수 있다.
거리(154)를 증가시키게 되면, 기판(110)을 가열 조립체(112)에 더 가까워지게 하고 그리고 기판 지지 본체(124)로부터 멀어지게 한다. 따라서, 거리(154)를 조정하게 되면, 기판(110)의 온도를 변화시킬 수 있다. 거리(154)는, 복수의 포트들(126)로부터의 유체 유동들을 변경함으로써 또는 복수의 포트들(126)로부터의 상승력(lifting force)을 카운터 밸런싱(counter balance)하기 위해 보조력을 인가함으로써 제어될 수 있다. 기판(110)을 수직으로 상승시키도록 구성된 포트들(126)로부터의 유량들을 증가시키는 것은 거리(154)를 증가시킬 수 있으며, 그리고 기판(110)을 수직으로 상승시키도록 구성된 포트들(126)로부터의 유량들을 감소시키는 것은 거리(154)를 감소시킬 수 있다.
보조력은, 거리(154)를 조정하기 위해 인가 및/또는 조정될 수 있다. 보조력은, 유량들이 변화되지 않도록 그대로 두는 것이 유익할 때, 거리(154)를 변화시키기 위해 인가될 수 있다. 일 실시예에서, 보조력은 복수의 포트들(126)로부터의 유체 유동들과 함께 프리로딩될(preloaded) 수 있으며, 그리고 거리(154)를 변화시키기 위해 프로세싱 동안 감소되거나 증가될 수 있다. 일 실시예에서, 보조력은 복수의 진공 포트들(148)을 통하여 진공 로드(vacuum load)에 의해 인가될 수 있다.
일 실시예에서, 프로세싱 동안 기판의 편평도를 유지하기 위해, 진공 포트들(148)로부터의 진공력과 같은 보조력이 프리로딩되거나 지속적으로 인가된다. 기판(110)이 부유하는 동안 기판(110)의 편평도를 유지하게 되면, 가열 조립체(112), 히터(140), 또는 다른 가열장치(heating)의 가열에 의해 유발되는 기판(110) 내에서의 열 구배에도 불구하고, 열 프로세싱 동안 기판(110)이 방사상 방향들로 자유롭게 팽창(expand)할 수 있게 허용한다. 결과적으로, 급속 열 프로세싱 동안 기판(110)의 구부러짐(bowing), 휘어짐(warping), 및/또는 깨짐(breakage)이 감소된다. 부가적으로, 기판(110)의 편평도를 유지하게 되면, 기판(110) 내에서의 온도 균일성을 또한 보장하는데, 이는 편평한 기판의 상이한 영역들이 가열 소스들에 대해 동일한 거리로 떨어져 위치되기 때문이다.
도 2a-2d는 본 발명의 실시예들에 따른, 대항력 하에서 개선된 편평도를 갖는 기판을 개략적으로 도시한다.
도 2a는 기판(110)의 외측 영역에 가해지는 지지 유체 유동들(202) 및 중력(G)의 힘 하에서 기판(110)이 중심 근처에서 아래쪽으로 구부러지는 것을 개략적으로 도시한다. 도 2b에서, 보조력(204)이 유체 유동들(202)의 방사상 외측의 위치들에서 기판(110)에 인가된다. 보조력(204), 유체 유동(202)으로부터의 상승력, 및 중력(G)의 조합의 결과로서, 기판(110)이 편평해진다.
도 2c는, 기판(110)의 상부 측면(206)이 기판의 하부 측면(208) 보다 더 높은 온도로 가열될 때에 초래되는 열 구배 때문에, 기판(110)이 위쪽으로 구부러지는 것을 개략적으로 도시한다. 도 2d에서, 보조력(204)이 유체 유동들(202)의 방사상 내측의 위치들에서 기판(110)에 인가된다. 보조력(204), 유체 유동(202)으로부터의 상승력, 및 중력(G)의 조합의 결과로서, 기판(110)이 편평해진다.
보조력 조립체는, 임의의 적합한 비-접촉식 수단에 의해, 예를 들어 진공력, 정전기력, 전자기력에 의해, 기판(110)에 힘을 인가하도록 구성될 수 있다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 유체 유동들을 이용하여 기판(110)을 지지하기 위한 복수의 포트들(126)을 가지며 그리고 정전기력에 의해 보조력을 인가하는 기판 지지부(300)를 개략적으로 도시한다. 기판 지지부(300)가, 기판 지지 본체(124) 내에 매립된 전극(302)을 포함하고 그리고 진공 포트들(148)을 갖지 않는 것을 제외하고, 기판 지지부(300)는 기판 지지부(122)와 유사하다. 전극(302)은 전력 소스(304)에 연결된다. 전력 소스(304)는 시스템 제어기(152)에 연결될 수 있고, 그에 따라 기판(110)이 기판 지지 본체(124) 위에서 부유하는 동안, 시스템 제어기(152)는 전극(302)으로부터 기판(110)에 인가되는 정전기력의 양을 제어할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 개선된 열 균일성을 가지면서 기판을 지지하기 위한 방법(400)의 흐름도이다. 이 방법(400)은 전술한 프로세싱 챔버(100)와 유사한 프로세싱 챔버에서 수행될 수 있다.
박스(410)에서, 프로세싱 챔버 내의 기판 지지부의 상부 표면 상에 형성된 복수의 포트들에 복수의 유체 유동들이 전달된다. 일 실시예에서, 기판 지지부는 가열될 수 있다.
박스(420)에서, 프로세싱될 기판이 복수의 유체 유동들에 의해 수용되며 그리고 기판이 부유하도록 복수의 유체 유동들이 기판 지지부의 상부 표면 위에서 기판을 지지한다. 기판은 기판 지지부의 상부 표면과 접촉하지 않는다. 일 실시예에서, 복수의 포트들로부터의 유체 유동들은 또한 기판 지지부 위에서 기판을 회전시킬 수 있다.
일 실시예에서, 기판이 기판 지지부 위에서 부유할 때, 열 프로세싱이 수행될 수 있다. 기판은 기판 지지부 내의 히터 및/또는 기판 위에 배치된 열 소스에 의해 가열될 수 있다. 일 실시예에서, 열 프로세싱은 급속 열 프로세싱일 수 있고, 기판은 높은 램프 레이트(ramp rate)로 가열된다.
박스(430)에서, 기판에 보조력을 인가함으로써, 기판의 편평도가 유지될 수 있다. 기판의 편평도를 유지하는 것은 선택적일 수 있다. 도 2a-2d에 도시된 바와 같이, 보조력은 중력, 유체 유동들, 또는 열 구배에 의해 유발되는 변형을 극복하기 위해 인가될 수 있다. 일 실시예에서, 보조력은, 기판이 수용되기 전에 프리로드되고 그리고 프로세싱 동안 조정될 수 있다. 도 5는 기판의 편평도를 유지하기 위한 방법을 상세히 설명한다.
박스(440)에서, 하나 또는 둘 이상의 열 센서들을 이용하여, 기판의 온도 프로파일이 발생될 수 있다.
박스(450)에서는, 박스(440)에서 얻어진 기판의 온도 프로파일에 따라 하나 또는 둘 이상의 프로세싱 파라미터들이 조정되어, 기판에 걸친 균일한 온도 프로파일과 같은, 요구되는 온도 프로파일을 조정할 수 있다. 조정되는 프로세싱 파라미터는, 기판과 기판 지지부 사이의 거리, 기판을 지지하기 위한 유체 유동들의 유량, 유체 유동들 중 하나 또는 둘 이상의 유체 유동들의 열 질량, 또는 이들의 조합들 중에서 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 기판과 기판 지지부 사이의 거리를 조정하는 것은 보조력을 부가하거나 조정하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 유체 유동에서 상이한 열 질량을 갖는 2개의 유체들의 비율을 조정함으로써, 유체 유동의 열 질량이 조정될 수 있다.
일 실시예에서, 박스(440) 및 박스(450)는 프로세싱 동안 반복적으로 수행될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 유체 유동들에 의해 기판을 지지하는 동안 기판의 편평도를 유지하기 위한 방법(500)의 흐름도이다. 이 방법(500)은 방법(400)의 박스(430)에서 이용될 수 있다.
박스(510)에서, 프로세싱되는 동안 유체 유동들에 의해 지지되는 기판의 프로파일은 하나 또는 둘 이상의 위치 센서들을 이용하여 모니터링될 수 있다. 일 실시예에서, 위치 센서들은 기판 쪽으로 지향되는 용량성 센서들일 수 있다.
박스(520)에서, 기판의 편평도를 유지하기 위해, 기판에 인가되는 보조력이 부가되거나 조정될 수 있다. 일 실시예에서, 보조력은 기판 지지부의 상부 표면 상에 형성된 복수의 진공 포트들을 통해서 인가되는 진공력일 수 있다. 다른 실시예에서, 보조력은 정전기력일 수 있다.
일 실시예에서, 프로세싱의 과정 동안 기판의 편평도를 유지하기 위해, 박스(510) 및 박스(520)가 반복적으로 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 열 프로세싱을 위한 통상의 기판 지지부들에 비해 몇 개의 장점들을 갖는다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은, 기판 온도 램프 레이트(ramp rate)들의 제어를 갖는 비-접촉식 기판 지지부를 제공하며, 그리고 유체 유동들의 조성 및/또는 유량과 같은, 유체 유동들의 파라미터들을 조정함으로써, 프로세스 균일성을 개선한다. 본 발명의 실시예들은 또한, 프로세싱 동안 기판에 보조력을 인가함으로써 및/또는 보조력을 조정함으로써, 열 프로세싱 동안 기판 구부러짐, 휘어짐 및 깨짐을 완화한다.
비록 RTP 챔버들을 이용하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명의 실시예들은 열 균일성이 요구되는 임의의 적합한 챔버들에서 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 화학 기상 증착 챔버, 원자 층 증착 챔버, 플래시 램프(flash lamp)들을 이용하는 열 프로세싱 챔버, 레이저 어닐링 챔버, 물리 기상 증착 챔버, 이온 주입 챔버, 플라즈마 산화 챔버, 또는 로드락(load lock) 챔버에서 이용될 수 있다.
상술한 것은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 및 추가 실시예들이 본 발명의 기본 범위를 벗어나지 않으면서 안출될 수 있고, 본 발명의 범위는 하기의 청구항들에 의해 결정된다.
Claims (16)
- 기판을 프로세싱하기 위한 장치로서,
내부 용적을 정의하는 챔버 본체;
상기 내부 용적 내에 배치된 기판 지지부 ― 상기 기판 지지부는 상부 표면을 갖는 기판 지지 본체, 및 상기 상부 표면 근처의(adjacent) 기판 영역에 복수의 유체 유동들을 전달하기 위한 복수의 유체 채널들을 포함함 ―;
상기 복수의 유체 채널들 중 하나 이상에 제 1 유체 및 제 2 유체를 전달하는 복수의 유체 제어 디바이스들을 포함하는 유체 전달 시스템;
상기 기판 지지 본체의 상기 상부 표면 상에 형성된 진공 포트들 및 상기 진공 포트들에 연결된 진공 소스를 갖는 보조력 조립체; 및
제어기;를 포함하고,
상기 제어기는:
상기 기판 지지부의 외측 에지에 고정적으로 위치된 하나 또는 둘 이상의 기판 위치 센서들 및 상기 기판 지지부의 중심으로부터 이격되고 상기 기판 지지부의 중심으로부터 상이한 방사상 간격들로 고정적으로 위치된 복수의 기판 위치 센서들을 이용하여 상기 기판의 위치를 모니터링하고 - 상기 상이한 방사상 간격들은 상기 기판 지지부의 중심과 상기 기판 지지부의 외측 에지 사이에 위치됨 -;
상기 복수의 기판 위치 센서들을 이용하여, 상기 보조력 조립체로부터의 보조력, 유체 유동들로부터의 상승력, 및 중력(G)의 조합에 의한 기판의 편평도(flatness) 프로파일을 모니터링하며;
하나 또는 둘 이상의 열 센서를 이용하여 기판의 온도 프로파일을 모니터링하고;
상기 온도 프로파일의 변동(variations)이 감소되도록 상기 기판 지지 본체의 복수의 유체 채널들을 통해 상기 복수의 유체 유동들을 조정하기 위하여 상기 하나 또는 둘 이상의 열 센서들로부터의 온도 프로파일을 이용하여, 그리고
상기 편평도 프로파일의 변동이 감소되도록 상기 기판 지지 본체의 상부 표면 상의 상기 진공 포트들을 통해 상기 진공 소스로부터의 유동을 조정하기 위하여 상기 복수의 위치 센서들로부터의 상기 기판의 위치 및 상기 기판의 편평도 프로파일을 이용하여,
상기 복수의 유체 채널들에 전달되는 상기 제 1 유체 및 상기 제 2 유체를 제어함으로써,
기판의 위치를 유지하도록 그리고 기판의 온도 프로파일 및 편평도 프로파일을 유지하도록 프로그램되는 것인,
기판을 프로세싱하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 기판 위치 센서들은 용량성 센서들인,
기판을 프로세싱하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 기판 지지 본체 내에 매립된 히터를 더 포함하는,
기판을 프로세싱하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 유체 및 상기 제 2 유체는 상이한 열 질량(thermal mass)들을 갖는,
기판을 프로세싱하기 위한 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 유체 제어 디바이스들 각각은 제 1 유체 소스 및 제 2 유체 소스로부터의 유체들의 비율(ratio)을 조정하는,
기판을 프로세싱하기 위한 장치. - 기판을 프로세싱하기 위한 장치로서,
내부 용적을 정의하는 챔버 본체;
상기 내부 용적 내에 배치된 기판 지지부 ― 상기 기판 지지부는 상부 표면을 갖는 기판 지지 본체, 및 상기 상부 표면 근처의 기판 영역에 복수의 유체 유동들을 전달하기 위해 상기 기판 아래에 위치된 복수의 유체 채널들을 포함함 ―;
상기 기판을 부유(float)시키도록 상기 기판 아래에 위치된 복수의 유체 채널들 각각에 제 1 유체 및 제 2 유체를 전달하는 복수의 유체 제어 디바이스들을 포함하는 유체 전달 시스템 ― 각각의 유체 채널은 하나의 유체 제어 디바이스로부터의 유체만을 수용하며, 상기 제 1 유체와 상기 제 2 유체는 상이함 ―;
상기 기판 영역에 보조력을 전달하기 위한 보조력 조립체; 및
제어기;를 포함하고,
상기 제어기는,
상기 기판 아래에 위치된 복수의 유체 채널들로 상기 제 1 유체 및 상기 제 2 유체를 전달하도록, 그리고,
상기 기판 지지부의 중심으로부터 이격되고 상기 기판 지지부의 중심으로부터 상이한 방사상 간격들로 고정적으로 위치된 복수의 기판 위치 센서들을 사용하여 상기 기판의 위치를 모니터링함으로써, 상기 복수의 기판 위치 센서들을 사용하여, 상기 보조력 조립체로부터의 보조력, 유체 유동들로부터의 상승력, 및 중력(G)의 조합에 의한 기판의 편평도 프로파일을 모니터링함으로써, 그리고 하나 또는 둘 이상의 열 센서들을 사용하여 상기 기판의 온도 프로파일을 모니터링함으로써, 그리고, 상기 복수의 기판 위치 센서들과 상기 하나 또는 둘 이상의 열 센서들로부터 수신된 신호들을 기초로 하여 상기 보조력 조립체와 상기 유체 전달 시스템을 제어함으로써, 기판의 위치, 편평도 프로파일, 및 온도 프로파일을 유지하도록,
프로그램되는 것인,
기판을 프로세싱하기 위한 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 보조력 조립체는, 상기 기판 지지 본체의 상기 상부 표면 상에 형성된 복수의 진공 포트들에 연결된 진공 소스를 포함하는,
기판을 프로세싱하기 위한 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 복수의 기판 위치 센서들은 용량성 센서들인,
기판을 프로세싱하기 위한 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 기판 지지 본체 내에 매립된 히터를 더 포함하는,
기판을 프로세싱하기 위한 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 유체 및 상기 제 2 유체는 상이한 열 질량들을 갖는,
기판을 프로세싱하기 위한 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 복수의 유체 제어 디바이스들 각각은 제 1 유체 소스 및 제 2 유체 소스로부터의 유체들의 비율을 조정하는,
기판을 프로세싱하기 위한 장치. - 기판을 프로세싱하기 위한 장치로서,
내부 용적을 정의하는 챔버 본체;
상기 내부 용적 내에 배치된 기판 지지부 ― 상기 기판 지지부는 상부 표면을 갖는 기판 지지 본체, 및 상기 상부 표면 근처의 기판 영역에 복수의 유체 유동들을 전달하도록 상기 기판 아래에 위치된 복수의 유체 채널들을 포함함 ―;
상기 기판을 부유시키도록 상기 기판 아래에 위치된 복수의 유체 채널들 각각에 제 1 유체 및 제 2 유체를 전달하는 복수의 유체 제어 디바이스들을 포함하는 유체 전달 시스템 - 각각의 유체 채널은 하나의 유체 제어 디바이스로부터의 유체만을 수용하며, 상기 유체 제어 디바이스들은 상기 제 1 유체와 상기 제 2 유체 사이의 유동 비율을 조정할 수 있음 -;
상기 기판 영역에 보조력을 전달하기 위한 보조력 조립체; 및
제어기;를 포함하며,
상기 제어기는,
상기 기판 아래에 위치된 복수의 유체 채널들로의 상기 제 1 유체 및 상기 제 2 유체의 전달을 제어하도록, 그리고,
상기 기판 지지부의 외측 에지에 고정적으로 위치된 하나 또는 둘 이상의 기판 위치 센서들 및 상기 기판 지지부의 중심으로부터 이격되고 상기 기판 지지부의 중심으로부터 상이한 방사상 간격들로 고정적으로 위치된 복수의 기판 위치 센서들을 사용하여 상기 기판의 위치를 모니터링함으로써, 상기 복수의 기판 위치 센서들을 사용하여, 상기 보조력 조립체로부터의 보조력, 유체 유동들로부터의 상승력, 및 중력(G)의 조합에 의한 기판의 편평도 프로파일을 모니터링함으로써, 그리고 하나 또는 둘 이상의 열 센서들을 사용하여 상기 기판의 온도 프로파일을 모니터링함으로써, 그리고 상기 복수의 기판 위치 센서들과 상기 하나 또는 둘 이상의 열 센서들로부터 수신된 신호들을 기초로 하여 상기 보조력 조립체와 상기 유체 전달 시스템을 제어함으로써, 기판의 위치, 편평도 프로파일, 및 온도 프로파일을 유지하도록,
프로그램되는 것이며,
상기 상이한 방사상 간격들은 상기 기판 지지부의 중심과 상기 기판 지지부의 외측 에지 사이에 위치되는,
기판을 프로세싱하기 위한 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 보조력 조립체는, 상기 기판 지지 본체의 상부 표면 상에 형성된 복수의 진공 포트들에 연결된 진공 소스를 포함하는,
기판을 프로세싱하기 위한 장치. - 열 프로세싱 동안 기판을 제어하기 위한 방법으로서,
프로세싱 챔버 내의 기판 지지부의 상부 표면 상에 형성된 복수의 유체 채널들에 복수의 유체 유동들을 전달하는 단계;
상기 기판이 상기 기판 지지부의 상기 상부 표면 위에서 부유하도록, 상기 복수의 유체 유동들 위에 상기 기판을 수용하는 단계;
상기 기판 지지부의 외측 에지에 고정적으로 위치된 하나 또는 둘 이상의 기판 위치 센서들 및 상기 기판 지지부의 중심으로부터 이격되고 상기 기판 지지부의 중심으로부터 상이한 방사상 간격들로 고정적으로 위치된 복수의 기판 위치 센서들을 이용하여 상기 기판의 위치를 모니터링하는 단계 - 상기 상이한 방사상 간격들은 상기 기판 지지부의 중심과 상기 기판 지지부의 외측 에지 사이에 위치됨 -;
상기 복수의 기판 위치 센서들을 이용하여, 보조력 조립체로부터의 보조력, 유체 유동들로부터의 상승력, 및 중력(G)의 조합에 의한 기판의 편평도 프로파일을 모니터링하는 단계;
하나 또는 둘 이상의 열 센서들을 이용하여 상기 기판의 온도 프로파일을 모니터링하는 단계;
상기 하나 또는 둘 이상의 열 센서들로부터의 상기 온도 프로파일을 이용하여 상기 기판의 상기 온도 프로파일을 조정하기 위해, 상기 복수의 유체 유동들 중 하나 또는 둘 이상의 유체 유동들의 열 질량을 조정하는 단계; 및
상기 복수의 기판 위치 센서들로부터의 상기 기판의 위치 및 상기 기판의 편평도 프로파일을 이용하여 상기 편평도 프로파일의 변동을 감소시키도록, 상기 기판 지지부의 기판 지지 본체의 상부 표면 상의 진공 포트들을 통해 진공 소스로부터 유동을 조정하는 단계;를 포함하는,
열 프로세싱 동안 기판을 제어하기 위한 방법. - 삭제
- 삭제
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