KR102167554B1 - 개선된 에지 링 립 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예들은 일반적으로 프로세스 챔버 내에서 기판을 지지하기 위한 지지 링에 관한 것이다. 일 실시예에서, 지지 링은 내측 링; 평탄부를 통해 내측 링의 외주부에 접속하는 외측 링; 내측 링의 내주부로부터 내측으로 방사상 연장되어, 기판을 지지하기 위한 지지 선반을 형성하는 에지 립; 및 에지 립의 상부 표면에 형성된 기판 지지체를 포함한다. 기판 지지체는 에지 립의 상부 표면으로부터 수직으로 상향 연장되는 복수의 돌출부, 또는 에지 립의 에지 부분에 고정가능한 복수의 U 형상의 클립을 포함할 수 있다. 기판 지지체는 기판을 에지 립으로부터 열적으로 분리하여 에지 립을 통한 열 손실을 방지하고, 그에 의해 기판에 걸쳐 최소한의 에지 온도 기울기를 갖는 개선된 온도 프로파일이 초래된다.

Description

개선된 에지 링 립{IMPROVED EDGE RING LIP}
본 발명의 실시예들은 일반적으로 프로세스 챔버 내에서 기판을 지지하기 위한 지지 링(support ring)에 관한 것이다.
반도체 기판들과 같은 기판들의 처리에서, 기판은 프로세스 챔버 내에서 지지체 상에 배치되고, 프로세스 챔버에서는 적합한 처리 조건들이 유지된다. 예를 들어, 기판은 기판의 열 처리를 위해 제어된 가열 사이클로 가열될 수 있다. 기판은 예를 들어 챔버에서 기판 위에 그리고/또는 아래에 배치된 가열 램프들의 어레이에 의해 가열될 수 있다. 열 처리는, 예를 들어 기판 상에 이온 주입된 층을 어닐링하거나, 열 산화 또는 질화 프로세스를 수행하거나, 기판 상에 열 화학적 기상 증착 프로세스(thermal chemical vapor deposition processes)를 수행하기 위해 이용될 수 있다.
기판에 걸친 온도 기울기(temperature gradients)의 변동은 기판의 불균일한 처리를 초래할 수 있는 것으로 관측되어 왔다. 지지체(또는 다른 챔버 컴포넌트들)와 접촉하는 기판의 영역들 및 지지체와 접촉하지 않는 기판 영역들로부터의 불균일한 대류 또는 전도 열 손실 때문에, 상이한 기판 영역들에서 불균일한 온도가 발생한다. 기판에서의 온도 기울기는, 챔버 벽으로부터 내측으로 연장되며 기판의 주변부를 둘러싸는 기판 지지 링을 이용하여 감소되어 왔다. 구체적으로, 열 처리될 기판은 기판의 에지에 접촉하는 고리형 립(annular lip)을 갖는 지지 링의 에지에 의해 기판의 주변부에서 지지된다. 지지 링은 기판에서의 온도 기울기를 기판 주변부로부터 지지 링의 외측 에지들로 효과적으로 확장시키거나 밀어낸다. 또한, 기판과 지지 링의 중첩은 지지 링의 내측 또는 외측의 에지 주위에서 (기판 위에 배치된) 복사 열원으로부터의 고온 복사 에너지가 누설되는 것을 방지하거나 최소화한다.
고리형 에지를 갖는 지지 링들은 급속 가열 속도 프로세스들(rapid heating rate processes), 예를 들어 적어도 약 200℃/초의 가열 속도를 갖는 프로세스들에서 기판에 걸쳐 적절한 온도 균일성을 제공하지 못할 수 있다. 이들 프로세스에서, 지지 링과 기판 사이의 가열 속도의 차이는 가열 프로세스 단계 동안 기판의 주변부를 따른 온도 기울기가 허용될 수 없을 정도로 높아지게 한다. 또한, 기판은, 주로 기판과 지지 링 사이의 가변적인 표면 마감 및 평평도/평탄도에 의한 고체-고체 열 접촉의 방위각 변동(azimuthal variations in solid-solid thermal contact)에 의해 야기되는 방위각 온도 변동을 경험할 수 있다. 일부 상황들에서, 지지 링의 고리형 립과 기판이 기판의 에지 부근에서 중첩하므로, 기판만의 온도를 측정 및 조절하는 것에 의해서는 에지 부근에서 균일한 온도 프로파일을 달성하기가 어렵다. 기판의 열적 및 광학적 특성들에 대한 지지 링의 열적 특성들에 따라, 기판의 온도 프로파일은 일반적으로 에지에서 높거나(edge high) 또는 에지에서 낮다(edge low). 특히 기판이 급속 열 처리(RTP: rapid thermal processing) 시스템들에서와 같이 급속 가열 속도로 가열될 때, 기판에 걸쳐 온도 균일성을 달성하기가 특히 어렵다.
따라서, 열 처리 동안 지지 링이 기판에서의 과도한 온도 기울기를 발생시키지 않도록, 기판과 지지 링 사이의 중첩 영역에서의 임의의 방위각 변동을 방지하거나 최소화하는 개선된 지지 링을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예들은 일반적으로 프로세스 챔버 내에서 열 처리 동안 기판을 지지하기 위한 지지 링에 관한 것이다. 일 실시예에서, 기판 지지 링이 제공된다. 기판 지지 링은 링 바디; 링 바디의 내측으로 방사상 연장되는 에지 립; 및 에지 립의 둘레 주위에 균등하게 이격된 3개 이상의 기판 지지체를 포함한다. 기판 지지체들은 에지 립의 상부 표면으로부터 에지 립의 종축에 수직으로 상향 연장되는 돌출부들일 수 있거나, 또는 에지 립의 에지 부분에 고정가능한 U 형상의 클립들일 수 있다. 어느 경우에서든, 기판 지지체들의 높이는, 기판의 후면 표면과 에지 립의 상부 표면 사이의 갭이 상당한 광 통과를 방지할 만큼 최소화되면서 기판으로부터 에지 립을 열적으로 분리할 만큼 크도록 구성된다.
다른 실시예에서, 지지 링은 내측 링; 평탄부를 통해 내측 링의 외주부(outer perimeter)에 접속하는 외측 링; 내측 링의 내주부(inner perimeter)로부터 내측으로 방사상 연장되어, 기판을 지지하기 위한 지지 선반(supporting ledge)을 형성하는 에지 립; 및 에지 립의 둘레 주위에 균등하게 이격된 3개 이상의 기판 지지체를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 열 처리 챔버 내에서 기판을 처리하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 링 바디와, 링 바디의 내측으로 방사상 연장되는 에지 립을 갖는 기판 지지 링을 제공하는 단계; 에지 립의 둘레 주위에 균등하게 이격된 3개 이상의 기판 지지체에 의해 기판의 주변 에지 부근에서 기판의 후면 표면을 지지하는 단계; 및 기판을 향하여 복사 에너지를 지향시킴으로써 기판을 가열하는 단계를 포함하고, 복사 에너지는, 프로세스 동안 3개 이상의 기판 지지체가 기판의 후면 표면과 점 접촉(point contacts)을 하도록 적어도 에지 립이 상향 굴곡되게 하기에 충분하다.
위에서 언급된 본 발명의 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록, 위에 간략하게 요약된 본 발명의 더 구체적인 설명은 실시예들을 참조할 수 있으며, 그들 중 일부는 첨부 도면들에 도시되어 있다. 그러나, 본 발명이 동등한 효과의 다른 실시예들을 허용할 수 있으므로, 첨부 도면들은 본 발명의 전형적인 실시예들만을 도시하며, 따라서 그것의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 점에 주목해야 한다.
도 1은 기판 지지 링을 갖는 예시적인 급속 열 처리 챔버를 개략적으로 도시한다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 기판 지지 링을 대신하여 이용될 수 있는 지지 링의 측단면도를 개략적으로 도시한다.
도 2b는 지지 링의 에지 립에서의 종방향 굴곡 변형(longitudinal bending distortion)으로 인해 기판과 불연속적인 점 접촉(discrete point contacts)을 하도록 상향으로 약간 굴곡되는 도 2a의 기판 지지체의 측단면도를 개략적으로 도시한다.
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 반구형 형상의 범프들을 이용하는 기판 지지체의 측단면도를 개략적으로 도시한다.
도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 핀을 이용하는 기판 지지체의 측단면도를 개략적으로 도시한다.
도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 3개의 범프 또는 돌출부를 갖는 에지 립의 부분 상면도를 개략적으로 도시한다.
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 1의 지지 링을 대신하여 이용될 수 있는 지지 링의 측단면도를 개략적으로 도시한다.
도 3b는 지지 링의 에지 립에서의 종방향 굴곡 변형으로 인해 기판과 불연속적인 점 접촉을 하도록 상향으로 약간 굴곡되는 도 3a의 기판 지지체의 측단면도를 개략적으로 도시한다.
본 발명의 실시예들은 일반적으로 프로세스 챔버 내에서 열 처리 동안 기판을 지지하기 위한 지지 링에 관한 것이다. 열 처리될 기판은 지지 링의 에지 립에 의해 기판의 주변부에서 지지된다. 지지 링은 프로세스 챔버의 내측 둘레 표면들을 따라 내측으로 방사상 연장되며, 기판의 주변부를 둘러싼다. 지지 링은 지지 링의 표면으로부터 내측으로 방사상 연장되는 에지 립을 갖는다. 에지 립의 일부는, 후면으로부터 기판의 주변부를 지지하면서 기판을 에지 립으로부터 열적으로 분리하도록 구성된다. 기판을 그 전체 주변부 주위에서 지지하는 종래의 접근법과는 대조적으로, 에지 립은 기판과 불연속적인 선 접촉 또는 점 접촉을 하는 복수의 기판 지지체를 구비하며, 그에 의해 지지 링의 립 부분과 기판 사이의 전도성 열 전달에 이용가능한 접촉 면적을 감소시켜, 기판에 걸쳐 최소한의 에지 온도 기울기를 갖는 개선된 온도 프로파일이 초래된다. 아래에 더 상세하게 논의되는 바와 같이, 기판 지지체는 에지 립의 상부 표면에 형성된 3개 이상의 돌출부 또는 범프이거나, 또는 기판의 에지 부분에 체결하기 위한 U 형상의 클립들일 수 있다. 상부 가열 구성이 적응되는 다양한 실시예들에서, 기판의 후면 표면과 에지 립의 상부 표면 사이의 갭이, 광 누설 없이 기판과 에지 링 지지체 사이의 고체-고체 전도 또는 열 결합을 감소시키거나 제거하기 위해(즉, 프로세스 챔버에서 소스 복사의 광이 고온계에 도달하는 것을 방지하기 위해) 고체-고체 접촉이 감소될 만큼 크도록, 기판 지지체들의 높이가 최적화된다. 광 누설의 감소는 고온계의 정확도를 증가시키면서, 중첩 영역에서의 기체 전도는 감소시킨다.
하부 가열 구성이 적응되는 일부 실시예들에서, 기판의 후면 표면과 에지 립의 상부 표면 사이의 갭은, 고체-고체 접촉이 감소되어 그러한 유형의 접촉의 방위각 불균일도(azimuthal vagarities) 또는 고체-고체 전도를 제거할 만큼만 커야 하고, 그보다 더 커서는 안 되는데, 그 이유는 에지 립이 기판의 가려진(shaded) 외주부에 열을 전도해야 하기 때문이다.
예시적인 급속 열 처리 챔버
도 1은 급속 열 처리 챔버(10)를 개략적으로 나타낸다. 기판(12), 예를 들어 열 처리될 실리콘 기판과 같은 반도체 기판은 밸브 또는 액세스 포트(13)를 통하여 처리 챔버(10)의 프로세스 영역(18)으로 전달된다. 기판(12)은 고리형 지지 링(14)에 의해 기판의 주변부에서 지지된다. 에지 립(15)은 고리형 지지 링(14)의 내측으로 연장되며, 기판(12)의 주변 에지와 접촉한다. 기판은, 기판(12)의 정면 표면에 이미 형성되어 있는 가공된 피쳐들(processed features; 16)이 기판의 상부측에서 투명 석영 윈도우(20)에 의해 정의되는 프로세스 영역(18)을 향하여 위를 향하도록 배향될 수 있다. 즉, 기판(12)의 정면 표면은 램프들(26)의 어레이를 향하고 있다. 일부 실시예들에서, 가공된 피쳐들이 위에 형성되어 있는 기판(12)의 정면 표면은 램프들(26)의 어레이의 반대, 즉 고온계들(40)을 향할 수 있다. 이 개략도와 달리, 피쳐들(16)은 대부분 기판(12)의 정면 표면을 넘어 상당 거리만큼 돌출하지는 않고, 정면 표면의 평면 내에서 또는 그 부근에서 패터닝을 구성한다.
3개의 리프트 핀과 같은 복수의 리프트 핀(22)은, 기판을 처리 챔버로 그리고 지지 링(14) 상에 옮기는 패들 또는 로봇 블레이드(도시되지 않음) 사이에서 기판이 건네질 때, 기판(12)의 후면을 지지하도록 상승 및 하강될 수 있다. 복사 가열 장치(24)는 윈도우(20) 위에 위치되고, 복사 에너지를 윈도우(20)를 통해 기판(12)을 향하여 지향시키도록 구성된다. 처리 챔버(10)에서, 복사 가열 장치는, 윈도우(20) 위에 육각형의 조밀 어레이(hexagonal close-packed array)로 배열된 개별 반사 튜브들(27)에 위치된 많은 수의, 예를 들어 409개의 고강도 텅스텐 할로겐 램프(26)를 포함할 수 있다. 램프들(26)의 어레이는 때로는 램프헤드라고 지칭된다. 그러나, 다른 복사 가열 장치가 대체될 수 있을 것으로 생각된다. 일반적으로, 이들은 복사 소스의 온도를 신속하게 상승시키기 위한 저항성 가열(resistive heating)을 수반한다. 적합한 램프들의 예는, 필라멘트를 둘러싸는 유리 또는 실리카의 엔벨로프를 갖는 수은 증기 램프, 및 가스가 활성화될(energized) 때 열원을 제공하는, 제논과 같은 가스를 둘러싸는 유리 또는 실리카의 엔벨로프를 포함하는 플래시 램프를 포함한다. 여기에서 사용될 때, 램프라는 용어는 열원을 둘러싸는 엔벨로프를 포함하는 램프들을 포괄하는 것으로 의도된다. 램프의 "열원"은 기판의 온도를 증가시킬 수 있는 재료 또는 요소, 예를 들어 활성화될 수 있는 가스 또는 필라멘트, 또는 LED 또는 고체 상태 레이저 및 레이저 다이오드와 같이 복사를 방출하는 재료의 고체 영역을 지칭한다.
여기에서 이용될 때, 급속 열 처리 또는 RTP는 기판을 약 50℃/초 이상의 속도, 예를 들어 약 100℃/초 내지 150℃/초, 및 약 200℃/초 내지 400℃/초의 속도로 균일하게 가열할 수 있는 장치 또는 프로세스를 지칭한다. RTP 챔버들에서의 전형적인 하강(냉각) 속도는 약 80℃/초 내지 150℃/초의 범위에 있다. RTP 챔버들에서 수행되는 일부 프로세스들은 기판에 걸친 온도의 변동이 섭씨 몇 도보다 작을 것을 요구한다. 따라서, RTP 챔버는 약 100℃/초 내지 150℃/초, 및 약 200℃/초 내지 400℃/초까지의 속도로 가열할 수 있는 램프 또는 다른 적합한 가열 시스템 및 가열 시스템 제어부를 포함해야 하며, 이는 급속 열 처리 챔버들을, 이들 속도로 급속하게 가열할 수 있는 가열 시스템 및 가열 제어 시스템을 갖지 않는 다른 유형의 열 챔버들과 구별한다. 그러한 가열 제어 시스템을 갖는 RTP 챔버는 5초 미만, 예를 들어 1초 미만, 그리고 일부 실시예들에서는 수 밀리초 내에 샘플을 어닐링할 수 있다.
기판(12)에 걸쳐 균일한 엄밀하게 정의된(closely defined) 온도로 기판(12)에 걸친 온도를 제어하는 것이 중요하다. 균일성을 개선하는 하나의 수동적인 수단은 기판(12) 아래에 배치된 반사기(28)를 포함할 수 있다. 반사기(28)는 기판(12)보다 큰 영역에 걸쳐서 이 기판에 평행하게 연장된다. 반사기(28)는, 기판(12)의 겉보기 복사율(apparent emissivity)을 증대시키기 위해서 기판(12)으로부터 방출된 열 복사를 다시 기판(12)을 향하여 효율적으로 반사한다. 기판(12)과 반사기(28) 사이의 간격은 약 3mm 내지 9mm일 수 있고, 공동의 두께에 대한 폭의 종횡비는 유리하게는 20보다 크다. 알루미늄으로 이루어질 수 있으며 고반사성 표면 코팅 또는 다층 유전체 간섭 미러(multi-layer dielectric interference mirror)를 갖는 반사기(28)의 상부와, 기판(12)의 후면은 기판의 유효 복사율을 증대시키기 위한 반사 공동을 형성하며, 그에 의해 온도 측정의 정확도를 개선한다. 일부 실시예들에서, 반사기(28)는 흑체 벽과 더 많이 닮도록 흑색 또는 다른 컬러의 표면을 가질 수 있거나, 또는 더 불규칙한 표면을 가질 수 있다. 반사기(28)는, 특히 냉각 동안 기판으로부터의 과잉 복사를 열 제거(heat sink)하기 위해 금속으로 이루어진 수냉식 베이스(53)인 제2 벽(53) 상에 놓여질 수 있다. 따라서, 처리 챔버(10)의 프로세스 영역은 적어도 2개의 실질적으로 평행한 벽을 갖는데, 그 중 제1 벽은 석영과 같이 복사에 투명한 재료로 이루어진 윈도우(20)이고, 제2 벽(53)은 상당히 투명하지 않은 금속으로 이루어지며 제1 벽에 실질적으로 평행하다.
균일성을 개선하는 하나의 방식은 처리 챔버(10)의 외부에 위치된 회전가능한 플랜지(32)에 자기적으로 결합되는 회전가능한 실린더(30) 상에서 지지 링(14)을 지지하는 것을 포함한다. 모터(도시되지 않음)가 플랜지(32)를 회전시키고, 그에 따라 기판을 기판의 중심(34)에 대하여 회전시키는데, 이 중심은 또한 일반적으로 대칭인 챔버의 중심선이다. 대안적으로, 회전가능한 실린더(30)의 하부는, 회전가능한 플랜지(32)에서의 코일들로부터의 회전가능한 플랜지(32)에서의 자기장을 회전시킴으로써 회전되며 회전가능한 플랜지(32)에 배치된 자석들에 의해 제위치에 유지되는 자기 부상(magnetically levitated) 실린더일 수 있다.
균일성을 개선하는 다른 방식은 램프들(26)을 중심 축(34) 주위에 일반적으로 링형으로 배열된 구역들로 분할한다. 제어 회로는 상이한 구역들에서의 램프들(26)에 전달되는 전압을 변화시킴으로써, 복사 에너지의 방사상 분포를 조정(tailor)한다. 구역화된 가열의 동적 제어는, 회전하는 기판(12)의 반경에 걸쳐 온도를 측정하기 위해서 반사기(28)의 어퍼쳐들을 통하여 기판(12)의 후면을 향하도록 위치된 하나 이상의 광학적 광 파이프(42)를 통해 연결되는 하나의 또는 복수의 고온계(40)에 의해 영향을 받는다. 광 파이프들(42)은 사파이어, 금속 및 실리카 섬유를 포함하는 다양한 구조물들로 형성될 수 있다. 컴퓨터화된 제어기(44)는 고온계들(40)의 출력을 수신하고, 그에 따라 램프들(26)의 상이한 링들에 공급되는 전압들을 제어함으로써, 처리 동안 복사 가열 강도 및 패턴을 동적으로 제어한다. 일반적으로, 고온계들은, 약 700nm 내지 1000nm의 범위에서, 예를 들어 40nm의 좁은 파장 대역폭의 광 강도를 측정한다. 제어기(44) 또는 다른 기기는, 해당 온도로 유지되는 흑체로부터 복사되는 광 강도의 스펙트럼 분포의 잘 알려진 플랑크 분포를 통해 광 강도를 온도로 변환한다. 그러나, 고온계는 스캐닝되고 있는 기판(12)의 부분의 복사율에 의해 영향을 받는다. 복사율 ε는 흑체에 대한 1 내지 완전 반사체에 대한 0 사이에서 변할 수 있으므로, 기판 후면의 반사율 R=1-ε의 역 척도(inverse measure)이다. 기판의 후면 표면은 균일한 복사율이 예상되도록 전형적으로 균일하지만, 후면 조성은 이전의 처리에 따라 변할 수 있다. 고온계는, 관련 파장 범위에서 그것이 대면하고 있는 기판의 부분의 복사율 또는 반사율을 측정하기 위해 기판을 광학적으로 탐지(probe)하는 복사계(emissometer)를 더 포함함으로써, 그리고 측정된 복사율을 포함하도록 제어기(44) 내에 제어 알고리즘을 더 포함함으로써 개선될 수 있다.
예시적인 지지 링
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 지지 링(14)을 대신하여 이용될 수 있는 지지 링(200)의 개략적인 측단면도이다. 도 2a에 도시된 지지 링(200)은 처리 챔버, 예를 들어 도 1에 도시된 급속 열 처리 챔버(10) 내에 배치될 수 있고, 처리 챔버(10)의 내측 둘레 표면들(60)을 따라 내측으로 방사상 연장된다. 이하의 다양한 실시예들에서 논의되는 바와 같이, 지지 링은 기판의 주변부를 실질적으로 둘러싸는 연속적인 링 바디(또는 일부 실시예들에서는 불연속적인 링형 바디)일 수 있다. 지지 링은, 기판의 후면 표면과 불연속적인 점 접촉을 만드는 소정의 지지 피쳐들을 갖는 에지 립을 둘러싼다. 일부 실시예들에서, 에지 립은 가열 프로세스 동안 에지 립의 굴곡을 제어하기 위해 지지 링의 둘레를 따라 변하는 반경방향 폭(radial width)을 가질 수 있다. 에지 립의 반경방향 폭은 광 누설 문제를 최소화하기 위해 가열 램프들의 구성에 따라 변할 수 있다. 기판(212)이 둥근 에지를 가질 수 있으므로, 예시의 목적으로만 기판(212)이 정사각형 에지를 갖는 것으로 도시되어 있다는 점에 유의해야 한다.
도 2a에 도시된 일 실시예에서, 지지 링(200)은 일반적으로 외측 링(202) 및 내측 링(204)을 포함한다. 외측 링(202)은, 외측 링(202)의 내주부(203)로부터 내측 링(204)의 외주부(205)까지 내측으로 방사상 연장되는 평탄부(206)를 통해 내측 링(204)에 접속한다. 외측 링(202)은 도 1에 도시된 회전가능한 실린더(30)와 같은 실린더(230)에 의해 지지된다. 상부 가열형 구성에 있어서, 회전가능한 실린더(230)는 외측 링(202)으로부터 바로 내측으로 지지 링(200)과 접촉할 수 있다. 즉, 외측 링(202)의 하부 표면은, 광 누설을 방지하며 요구되는 기계적 안정성을 제공하기 위해서 평탄부(206)의 상부 표면(206a)에 대향한다. 지지 링(200)은 에지 립(208)을 더 포함하고, 이 에지 립은 내측 링(204)의 내주부(207)로부터 내측으로 방사상 연장되어, 기판(212)의 주변 에지 부근에서 기판(212)의 후면 표면(212b)을 지지하기 위한 지지 선반을 형성한다. 에지 립(208)은 기판(212)의 직경에 따른 크기를 갖는다. 예를 들어, 에지 립(208)은 기판(212) 아래에서 충분한 거리만큼 연장되어, 공칭의 12인치(300mm) 기판에 대해 약 0.5mm 내지 약 5.0mm의 범위, 예컨대 약 1.5mm 내지 약 2.8mm의 범위, 예를 들어 0.8mm의 반경방향 중첩 영역 "D1"을 생성할 수 있다. 본 명세서에서 이용되는 "중첩"이라는 용어는 도 2a에서 D1로 도시된 바와 같이 측정된다는 점에 주목한다. 에지 립(208)은 일관된 반경방향 폭을 갖는 연속적인 링 형상일 수 있다. 대안적으로, 에지 립(208)은, 가열 프로세스 동안 에지 립의 굴곡을 최소화하거나 제거하면서 에지 립을 제조하는데 이용되는 재료의 양을 감소시키기 위해서 지지 링의 둘레를 따라 변하는 반경방향 폭을 가질 수 있다. 에지 립(208)의 반경방향 폭은 광 누설 문제를 최소화하기 위해(즉, 프로세스 챔버에서 소스 복사의 광이 고온계에 도달하는 것을 방지하기 위해) 가열 램프들의 구성에 따라 변할 수 있다.
에지 립(208)의 상부 표면(208a)은, 내측 링(204)의 내주부(207) 내에 기판(212)을 유지할 수 있는 리세스(214)를 형성하기 위해서 평탄부(206)의 상부 표면(206a)보다 상대적으로 아래에 있을 수 있다. 상세하게는, 기판은 에지 립(208)의 상부 표면(208a) 상에 형성되는 기판 지지체(210)를 통해 에지 립(208)에 의해 지지된다. 기판 지지체(210)는 기판(212)과 에지 립(208) 사이의 중첩 영역 "D1" 내에 위치될 수 있다. 기판 지지체(210)는 상부 표면(208a)으로부터 에지 립(208)의 종축에 수직으로 상향 연장된다. 일 양태에서, 내측 링(204)의 상부 표면은 기판(212)의 상부 표면(212a)과 대략 동일한 높이에 있다.
도 2a에 도시된 실시예에서, 기판 지지체(210)는, 도 2e(3개의 범프 또는 돌출부(250)를 갖는 에지 립(208)의 부분 상면도를 도시함)에 도시된 바와 같이 대략 균등하게 이격되거나 에지 립(208)의 둘레 주위에 랜덤하게 분포된 3개 이상의 범프 또는 돌출부를 포함할 수 있다. 지지 링(200)의 급속 가열 시에, 평탄부(206) 및/또는 에지 립(208)은 도 2b에 도시된 바와 같이 약간 상향 굴곡된다. 그러면, 에지 립(208)의 종방향 굴곡 변형으로 인해, 기판 지지체들(210)(즉, 범프들 또는 돌출부들)은, 에지 립(208)의 둘레 주위에서 면 접촉(surface contact)이었을 수 있는 것을 기판(212)의 후면 표면(212b)과의 실질적인 선 접촉으로 변화시킨다. 그러므로, 기판이 그 전체 주변부 주위에서 에지 립에 의해 지지되는 종래의 접근법과는 달리, 본 발명의 범프들 또는 돌출부들은 기판(212)에 대한 불연속적인 선 접촉들을 제공하며, 이는 지지 링(200)의 에지 립(208)과 기판(212) 사이의 전도성 열 전달에 이용가능한 접촉 면적을 실질적으로 감소시킨다. 범프들 또는 돌출부들은 기판(212)을 에지 립(208)으로부터 열적으로 분리하여, 에지 립(208)을 통한 열 손실을 방지한다. 기판(212)과 지지 링(200) 사이의 표면 접촉 면적의 감소는 또한 기판(212)과 에지 립(208)의 중첩에 의해 야기되는 열 용량 불연속(thermal mass discontinuity)의 더 양호한 관리를 허용할 것이다. 그러므로, 기판의 에지 주위에서 열 손실에 의해 발생되는 열 기울기(thermal gradient)의 변형이 감소되고, 기판(212)과 에지 립(208) 사이의 중첩 영역에서의 방위각 온도 변동이 최소화되어, 기판에 걸쳐 최소한의 에지 온도 기울기를 갖는 개선된 온도 프로파일이 초래된다. 에지 립(208)과 기판(212) 사이의 감소된 접촉 면적은 처리 챔버에서의 가능한 입자 오염을 더 감소시킨다.
도 1에 도시된 바와 같은 상부 복사 가열 배열에 있어서, 기판이 기판 지지체들(210)을 통해 에지 립(208)으로부터 열적으로 분리되므로, 복사 열원으로부터의 복사는, 중첩 영역에서의 열 용량 불연속에 대하여 너무 많이 걱정하지 않고서 기판을 가열하도록만 조정될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 기판 지지체들은 더 빠른 달성가능한 가열 경사율(heating ramp rate) 또는 감소된 첨두 출력(spike power) 상황으로 바꿀 수 있다. 하부 복사 가열 배열(즉, 집적 회로들과 같은 피쳐들이 있는 기판의 상부 표면(212a)이 복사 열원의 반대를 향하면서 후면 표면(212b)이 복사 열원에 대향하도록 기판이 유지됨)에 있어서, 에지 립(208)이 기판(212)의 에지를 차폐하고 있으므로, 차폐되고 있는 기판의 부분에 열이 전도되도록 하기 위해서 에지 립(208)이 과열될 필요가 있을 수 있다. 그러나, 지지 링(200)의 과열은 에지 립(208)이 너무 많이 상향 변형되게 하거나, 심지어 지지 링에 대해 원하지 않는 열 응력 또는 손상을 야기할 것이다. 그러한 경우에, 높이 방향에서의 에지 립(208)의 변위를 약 한자릿수만큼, 예를 들어 약 1mm 내지 약 10mm 감소시키기 위해서 에지 립(208)의 상부 표면(208a) 상에 스티핑 립(stiffing rib)(도시되지 않음)이 배치될 수 있다. 그러므로, 에지 립과 기판 사이의 중첩 영역에서의 방위각 온도 변동이 감소된다.
범프들 또는 돌출부들은 레이저 머시닝 기법 또는 임의의 적합한 기법을 이용하여 에지 립(208)의 상부 표면(208a) 상에 형성될 수 있다. 범프들 또는 돌출부들은, 직사각형, 마름모형, 정사각형, 반구형, 육각형, 삼각형 돌기들, 또는 상이한 형상의 돌기들의 혼합물들과 같은 임의의 적합한 형상일 수 있다. 일례에서, 기판 지지체(210)는 정사각형 형상의 범프들 또는 돌출부들이다. 다른 예에서, 기판 지지체(210)는 반구형 형상의 범프들 또는 돌출부들이다. 도 2c는 반구형 형상의 범프들(216)이 기판 지지체로서 사용되는 예를 도시한다. 반구형 형상의 범프들 또는 돌출부들이 면 접촉 또는 선 접촉을 점 접촉으로 변화시킴으로써 에지 립과 기판 사이의 표면 접촉 면적을 더 감소시킬 수 있으므로, 반구형 형상의 범프들 또는 돌출부들은 유효 열 용량 감소에 있어서 더 유리할 수 있다. 그러한 예에서, 반구형 형상의 범프들(216)을 수용하기 위해서 에지 립(208)의 상부 표면(208a)에 리세스(218)가 형성될 수 있다. 범프들 또는 돌출부들은 완벽한 반구형, 정사각형 등일 필요는 없을 것으로 생각된다. 기판(212)이 기판 지지체(210)와 기판(212)의 후면 표면(212b) 사이의 접촉 면적을 최소화하면서 견고하게 지지되는 한, 기판 지지체(210)의 형상 및/또는 치수는 변할 수 있다. 정사각형 돌기가 이용되는 경우들에서, 기판 지지체(210)의 치수들은 약 0.1mm 내지 약 10mm, 예컨대 약 0.2mm 내지 약 2mm, 예를 들어 약 1mm 폭의 넓은 한계에 걸쳐 변할 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 처리 챔버의 프로세스 영역에서의 기판 온도는 도 1의 고온계들(40)과 같은 복사 고온계에 의해 통상적으로 측정된다. 복사 고온계가 고도로 정밀할 수 있지만, 복사 고온계 대역폭 내에 있으며 가열 소스로부터 나오는 복사가 고온계에 의해 검출되는 경우, 그러한 복사는 기판으로부터의 고온계 신호의 해석을 방해할 수 있다. 그러므로, 기판(212)의 후면 표면(212b)과 에지 립(208)의 상부 표면(208a) 사이의 갭 "H"가, 서스펜딩된(suspended) 기판(212) 주위에서 소스 복사(도시되지 않음)로부터 아래의 고온계들로의 상당한 광 누설을 방지할 만큼 최소화되면서, 기판(212)을 에지 립(208)으로부터 열적으로 분리할 만큼 크도록, 기판 지지체(210), 예를 들어 본 실시예에서 범프들 또는 돌출부들의 높이가 구성될 필요가 있다. 상부 가열 구성이 이용되는 다양한 실시예들에서, 기판 지지체(210)(또는 갭 "H")는 최대 높이가 약 50 마이크로미터 내지 약 300 마이크로미터, 예를 들어 약 100 마이크로미터일 수 있다. 기판 지지체(210)의 존재만이 소스 복사로부터 오는 대부분의 광을 차단하는 것은 아니고, 고온계들에 도달하는 광의 양은, 광이 고온계들에 도달하기 위해서는 내측에서 방사상으로 멀리 진행해야 하도록 기판(212)과 에지 립(208) 사이의 반경방향 중첩 영역 "D1"의 거리를 증가시킴으로써 더 제한될 수 있다. 그러므로, 광 누설 문제가 최소화된다.
지지 링(200)의 치수들은 적합한 열 용량(Tm)을 제공하도록 선택된다. 예를 들어, 치수들은, 300mm의 직경 및 약 0.95의 기판 흡수율을 갖는 기판을 처리하기 위해서, 약 4g 내지 약 40g, 예를 들어 약 20g의 질량과 등가의 질량을 제공하도록 선택되어, 그에 의해 약 2J/K 내지 약 750J/K의 열 용량(Tm)을 제공할 수 있다. 예를 들어, 열 용량은, 약 300mm의 직경 및 약 1.0의 흡수율을 갖는 기판을 처리하기 위해서, 약 2x10-3㎡ 내지 약 3x10-2㎡의 피조사(irradiated) 링 표면적에 대하여, 약 3J/K 내지 약 45J/K의 열 용량과 등가일 수 있다. 다른 예로서, 열 용량은, 약 300mm의 직경 및 약 0.1의 흡수율을 갖는 기판을 처리하기 위해서, 약 3x10-3㎡ 내지 약 3x10-2㎡의 피조사 링 표면적에 대하여, 약 30J/K 내지 약 450J/K의 열 용량과 등가일 수 있다. 일 양태에서, 지지 링(200)의 열 용량은 약 4J/K 내지 약 44J/K, 예를 들어 약 23J/K이다. 치수들은 예를 들어 평탄부(206) 및 에지 립(208) 중 하나 이상의 두께를 증가시키거나 감소시킴으로써 선택될 수 있다. 예를 들어, 약 300mm의 직경을 갖는 기판을 처리하기 위해서, 평탄부(206)의 적합한 두께(W1)는 약 2.3x10-4m 내지 약 8.2x10-4m, 예를 들어 약 3.3x10-4m 내지 약 5.1x10-4m의 두께와 등가의 두께일 수 있고; 에지 립(208)의 적합한 두께(W2)는 약 1.8x10-4m 내지 약 4.5x10-4m, 예를 들어 약 1.3x10-4m 내지 약 2.5x10-4m의 두께와 등가의 두께일 수 있다. 평탄부(206) 또는 에지 립(208)의 직경뿐만 아니라, 외측 링(202) 및 내측 링(204)의 치수들도 또한 원하는 열 용량을 제공하도록 조정될 수 있다. 또한, 에지 립 두께(W2)에 대한 평탄부 두께(W1)의 비율을 약 1.14 내지 약 1.3으로 유지하는 것은, 지지 링(200)에서의 열 용량의 양호한 분포를 제공하고, 기판(212)에서의 온도 기울기를 감소시키는데 바람직할 수 있는 것으로 밝혀졌다.
기판 지지체(210)는 기판의 온도 측정을 위해 이용되는 주파수 범위에서의 복사에 투명한 재료로 이루어질 수 있다. 일례에서, 기판 지지체(210)는 실리콘 카바이드로 이루어진다. 실리콘 카바이드 합금, 세라믹, 또는 비정질 실리카, Al2O2, ZrO2, Si3N4 또는 유사한 재료와 같은 고온 재료 등의 다른 재료들도 고려된다. 지지 링(200)은 기판과 지지 링 사이의 흡수율/반사율 부정합을 최소화하기 위해서 기판과 유사한 재료로 이루어질 수 있다. 일례에서, 지지 링(200)은 실리콘 카바이드로 이루어진다. 일부 실시예들에서, 지지 링(200)은, 열 처리 챔버에서의 기판의 온도 측정을 위해 이용되는 주파수 범위에서의 복사에 불투명하게 되도록 하기 위해서, 다결정질 실리콘(폴리실리콘)의 층으로 선택적으로 코팅될 수 있다. 그러한 경우에, 폴리실리콘 층의 두께는, 지지 링(200)의 두께에 따라 또는 예를 들어 지지 링(200)에서 이용되는 SiC의 불투명도에 따라, 약 20㎛ 내지 약 50㎛의 범위에서 변할 수 있다.
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도 1의 지지 링(14)을 대신하여 이용될 수 있는 지지 링(300)의 개략적인 측단면도이다. 지지 링(300)은 일반적으로 외측 링(302) 및 내측 링(304)을 포함한다. 일반적으로, 지지 링(300)은, 에지 립(308)의 에지 부분(320)에 고정가능한 복수의 기판 지지체(310)로 기판 지지체(210)가 대체된다는 점을 제외하고는, 도 2a의 지지 링(200)과 동일하다. 기판 지지체들(310)은, 랜덤하게 분포되거나 또는 예를 들어 도 2e에 도시된 방식으로 에지 립(308)의 둘레 주위에 실질적으로 균등하게 이격된 3개 이상의 U 형상의 클립을 포함할 수 있다. 기판 지지체들(310)은 에지 립(308)의 둘레 주위에서 에지 립(308)의 후면 표면(308b)과 상부 표면(308a)의 적어도 일부분들에 고정되도록 되어 있다.
기판 지지체(210)와 마찬가지로, 평탄부(306) 및/또는 에지 립(308)은 지지 링(300)의 급속 가열 시에 약간 상향 굴곡된다. 에지 립(308)에서의 종방향 굴곡 변형으로 인해, U 형상의 클립들은, 기판 지지체(210)와 기판(312) 사이에 면 접촉이었을 수 있는 것을 도 3b에 도시된 바와 같이 기판(312)의 후면 표면(312b)과의 실질적인 선 접촉 또는 심지어 점 접촉으로 변화시킨다. 즉, 기판 지지체들(310)은, 기판(312)을 에지 립(308)으로부터 열적으로 분리하면서 최소화된 접촉 면적으로 기판(312)의 후면 표면(312b)을 지지함으로써 도 2a의 기판 지지체(210)와 유사한 역할을 하고, 그에 의해 에지 립(308)을 통한 열 손실을 감소시킨다. U 형상의 클립들은 횡방향 장력(lateral tension)을 갖고서 에지 립(308)의 에지 부분(320)에 클립핑될 수 있다. 지지 링의 회전은 U 형상의 클립들을 에지 립(308) 상에 유지시킬 것이다. 프로세스 동안 U 형상의 클립들이 떨어지는 것을 방지하거나 잠재적인 입자 생성 문제를 방지하기 위해서, 임의의 적합한 접착제(도시되지 않음) 또는 예측가능한 고정 메커니즘, 예를 들어 볼트가 에지 립(308)에 추가될 수 있다.
U 형상의 클립들의 치수는 에지 립(308)의 두께에 따라 변할 수 있다. 일 실시예에서, U 형상의 클립들은 약 0.5mm 내지 약 5.0mm의 길이 "D2", 약 0.05mm 내지 약 5mm의 폭, 및 약 0.05mm 내지 약 0.3mm일 수 있는 에지 립 두께에 약 0.1mm 내지 약 0.6mm를 더한 높이 "D3"을 가질 수 있다. 일례에서, U 형상의 클립의 하부는 에지 립(308)을 넘어 연장되고 상향 굴곡되어, 그것을 제위치에 유지하는 것을 도울 수 있다. 그러한 경우에, U 형상의 클립의 하부 부분의 길이는 에지 립(308)의 길이보다 약간 클 수 있다. U 형상의 클립들은 약 0.05mm 내지 약 0.15mm, 예를 들어 약 0.1mm의 두께를 가질 수 있다. 마찬가지로, 기판 지지체(310)는 도 2a의 기판 지지체(210)와 동일한 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 기판 지지체(310)는 실리콘 카바이드, 세라믹, 또는 비정질 실리카, Al2O2, ZrO2 및 Si3N4와 같은 고온 재료로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 기술분야의 통상의 기술자라면, 본 발명을 포함하며 본 발명의 범위 내에 또한 있는 다른 실시예들을 고안할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 범프들 또는 돌출부들은, 범프들 또는 돌출부들이 횡방향으로 움직이는 것을 방지하기 위해서, 에지 립(208)을 통하여 형성된 홀(도시되지 않음)로 드롭될 핀(222)의 일체부로서 형성되거나 그러한 핀에 부착될 수 있다. 셀프 센터링(self-centering)을 목적으로 기판(212)의 에지가 범프들 또는 돌출부들 위의 상부 리프트 핀 부분(224)에 대하여 확실하게 제위치에 유지되도록 상부 리프트 핀 부분(224)을 형성하기 위해서, 핀(222)은 에지 립(208)과 접촉하는 측에 대향하는 범프들 또는 돌출부들의 측으로부터 연장될 수 있다. 또한, 기판 지지체는, 에지 립과 기판 사이의 접촉 면적을 최소화하면서 주변 에지 부근에서 기판의 후면 표면을 지지하기 위해 지지 링의 에지 립 상에 고정될 수 있는 접착된 섬유(glued fibers), 내장된 개체(embedded objects), 돌출 핀(protruding pins), 경사진 핀(slanted pins) 등과 같이, 논의된 돌출부들 또는 U 형상의 클립들 외의 임의의 변형물일 수 있을 것으로 생각된다.
상술한 것은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 실시예들 및 추가의 실시예들은 그것의 기본 범위로부터 벗어나지 않고서 고안될 수 있으며, 그것의 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 기판 지지 링으로서,
    링 바디;
    상기 링 바디의 표면으로부터 내측으로 방사상 연장되는 에지 립(edge lip); 및
    상기 에지 립의 둘레 주위에 균등하게 이격된 3개 이상의 기판 지지체 - 상기 기판 지지체들은 U 형상의 클립들임 -
    를 포함하는 기판 지지 링.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 U 형상의 클립들은 상기 에지 립의 에지 부분에 고정가능한(securable), 기판 지지 링.
  4. 제3항에 있어서, 상기 U 형상의 클립들은 0.05mm 내지 0.3mm의 두께를 갖는, 기판 지지 링.
  5. 기판 지지 링으로서,
    내측 링;
    평탄부를 통해 상기 내측 링의 외주부(outer perimeter)에 접속하는 외측 링 - 상기 평탄부는 상기 외측 링의 내주부(inner perimeter)로부터 상기 내측 링의 외주부까지 방사상 연장됨 -;
    상기 내측 링의 내주부로부터 방사상 연장되어, 지지 선반(supporting ledge)을 형성하는 에지 립; 및
    상기 에지 립의 둘레 주위에 균등하게 이격된 3개 이상의 기판 지지체 - 상기 기판 지지체는 U 형상의 클립들임 -
    를 포함하는 기판 지지 링.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서, 상기 U 형상의 클립들은 상기 에지 립의 에지 부분에 고정가능한, 기판 지지 링.
  8. 제5항에 있어서, 상기 U 형상의 클립들은 0.05mm 내지 0.15mm의 두께를 갖는, 기판 지지 링.
  9. 열 처리 챔버 내에서 기판을 처리하는 방법으로서,
    링 바디와, 상기 링 바디의 표면으로부터 내측으로 방사상 연장되는 에지 립을 갖는 기판 지지 링을 제공하는 단계;
    상기 에지 립의 둘레 주위에 균등하게 이격된 3개 이상의 기판 지지체에 의해 기판의 주변 에지 부근에서 상기 기판의 후면 표면을 지지하는 단계 - 상기 3개 이상의 기판 지지체는 U 형상의 클립들이며 상기 에지 립과 접촉함 -; 및
    상기 기판을 향하여 복사 에너지를 지향시킴으로써 상기 기판을 가열하는 단계 - 상기 복사 에너지는, 프로세스 동안 상기 3개 이상의 기판 지지체가 상기 기판의 상기 후면 표면과 점 접촉(point contact)을 하도록 적어도 상기 에지 립이 상향 굴곡되게 하기에 충분함 -
    를 포함하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 에지 립은 상기 기판의 상기 후면 표면 아래에서 상기 링 바디의 표면으로부터 측정된 0.5mm 내지 5.0mm 거리만큼 연장되는, 방법.
  11. 삭제
  12. 제9항에 있어서, 상기 U 형상의 클립들은 상기 에지 립의 에지 부분에 고정가능한, 방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 기판 지지체들의 높이는, 상기 기판의 상기 후면 표면과 상기 에지 립의 상부 표면 사이의 갭이 상당한 광 통과를 방지할 만큼 최소화되면서 상기 기판으로부터 상기 에지 립을 열적으로 분리할 만큼 크도록 구성되는, 방법.
  14. 제9항에 있어서, 상기 복사 에너지는 상기 기판의 상부 표면 위에 배치된 복사 열원으로부터 지향되는, 방법.
  15. 제9항에 있어서, 상기 복사 에너지는 상기 기판의 후면 표면 아래에 배치된 복사 열원으로부터 지향되는, 방법.
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