KR20010042416A - 열처리 챔버용 기판 지지부 - Google Patents
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Abstract
에지링(134)과 같은 기판 지지부는 내부 부분(150)과, 이러한 내부 부분(150)에 인접하고 내부 부분(150)으로부터 외측 반경방향으로 연장하는 외부 부분(152)을 포함한다. 내부 부분(150)은 기판을 지지하기 위한 리지를 형성하는 상승된 환형 연장부(164)를 갖추고 있다.
Description
많은 반도체 소자 제조 공정에서 요구되는 소자의 고성능, 고수율, 및 공정 반복성은 단지 기판(반도체 웨이퍼)의 온도가 기판 처리 동안 엄격하게 감시되고 제어되는 경우에만 달성될 수 있다.
예컨대, 급열 처리(Rapid thermal processing, RTP)가 여러 상이한 제조 공정에서 사용되는데, 이는 급열 어닐링(RTA), 급열 세척(RTC), 급열 화학 기상 증착(RTCVD), 급열 열산화(RTO), 급열 질화(RTN), 및 급열 규화(RTS)를 포함한다. RTP 챔버 내의 온도는 1100℃를 초과할 수 있고 또한 급격하게 변화하므로, 기판의 온도의 정확한 제어는 보다 복잡하고 난해하게 된다.
추가로, 여러 제조 공정 동안 기판에 걸쳐 실질적으로 균일한 온도를 제공하는 것이 바람직하지만, 기판이 놓여지는 지지부는 이러한 균일성을 달성하기 위한 제조 시스템 능력에 영향을 미칠 수 있다. 예컨대 서셉터가 없는 시스템에서, 기판은 통상적으로 에지링을 갖는 기판 둘레만이 지지된다. 그렇지만, 소정의 상황에서, 에지링은 기판의 에지로부터 열을 제거하는 열부하로서 작용하는데, 이에 의해 기판을 가로질러 균일한 온도를 제공하기가 난해하며 온도 측정이 방해된다.
본 발명은 열처리 챔버용 기판 지지부에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 RTP 시스템의 부분 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 RTP 시스템의 측단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 예시적인 에지링의 평면도이다.
도 4는 선 4-4를 따라 취한 도 3의 에지링의 측단면도이다.
도 5는 에지링의 여러 치수를 나타낸 도 3의 에지링의 측단면도이다.
일반적으로, 일실시예에서, 기판 지지부는 내부 부분 및 이러한 내부 부분에 인접하고 이들로부터 외측 반경방향으로 연장한 외부 부분를 포함한다. 내부 부분은 기판을 지지하기 위한 상승된 환형 연장부를 포함한다. 일실시예에서, 기판 지지부는 에지링이다.
다른 실시예에서, 열처리 챔버에서의 기판 처리 방법은 챔버 내에서 에지링 상에 기판을 지지시키는 단계를 포함한다. 에지링은 내부 부분 및 이러한 내부 부분에 인접하고 이들로부터 외측 반경방향으로 연장한 외부 부분를 포함한다. 내부 부분은 기판을 지지하기 위한 환형 리지(ridge)를 포함한다.
여러 실시예는 하나 이상의 다름과 같은 특징을 포함한다. 내부 부분은 제 1평면에 형성된 실질적으로 편평한 표면을 포함하며, 외부 부분은 제 2평면에 형성된 실질적으로 편평한 표면을 포함할 수 있다. 환형 연장부는 제 1평면으로부터 제 2평면으로 연장할 수 있다.
내부 부분은 내경 및 내경 보다 더 큰 외경을 갖는 환형일 수 있다. 상승된 연장부는 내경을 따라 리지를 형성할 수 있다.
직립형 구조물은 리지 상에 기판을 유지시키도록 내부 부분과 외부 부분을 연결시킬 수 있다. 리지는 직립형 구조물의 높이 보다 낮은 높이를 가지며, 직립형 구조물의 높이는 적어도 리지의 높이와 기판의 명목 두께를 합한 높이일 수 있다.
리지는 직립형 구조물과 실질적으로 평행하며, 기판의 직경 보다 작은 내경에 위치될 수 있다. 소정의 실시예에서, 리지는 대략 0.015인치 이하의 반경방향 폭을 가지며, 내부 부분의 상부면 위로 적어도 대략 0.020인치의 높이를 가진다. 상기한 치수들은 "어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드"로부터 생산되는 "RTP 센츄라(RTP Centura)" 또는 "RTP 센츄라 엑스이(RTP Centura XE)"와 같은 소정의 처리 챔버 내에서 8인치(200mm) 기판에 사용하기에 적합하다. 다른 치수들이 예컨대 6인치(150mm) 또는 12인치(300mm) 반도체 웨이퍼와 같은 여러 크기의 웨이퍼 및 상이한 웨이퍼 처리 시스템에 적합할 수도 있다.
기판 지지부는 규소 또는 탄화규소를 포함할 수 있으며, 열처리 챔버 내에 배치될 수 있다. 공정 가스가 챔버 내에 제공될 수 있다. 추가로, 챔버는 가열될 수 있으며, 기판 지지부 및 기판은 가열하는 동안 중앙 축선을 중심으로 회전될 수 있다.
여러 실시예는 다음과 같은 하나 이상의 장점을 포함한다. 상승된 연장부 또는 리지를 갖춘 기판 지지부는 지지부 상의 기판의 정확한 위치에 무관하게 반도체 기판과 실질적으로 균일한 접촉 영역을 제공한다. 더욱이, 접촉 영역이 실질적으로 기판의 전체 둘레 부근에 형성될 수 있기 때문에, 기판의 반경방향 일부분으로부터 다른 부분으로의 온도차가 감소된다. 따라서, 보다 균일한 온도가 기판 표면에 걸쳐서 수득될 수 있다. 결과적으로, 기판의 열처리에 대한 보다 정교한 제어가 제공될 수 있으며, 기판을 가로지르는 열구배에 기인한 기판 파괴 성향이 감소될 수 있다.
기판 지지부는 또한 반복가능한 방식으로 전체 기판으로 그리고 전체 기판으로부터 열을 전달할 수 있는 능력을 제공할 수 있으며, 이에 의해 일기판 및 다음 기판의 처리시에 변화를 감소시킬 수 있다.
기판 지지부가 기판 처리 동안 회전될 때, 기판 지지부는 기판이 기판 지지부의 내부 부분 내에 체류할 수 있는 형상을 갖는다.
기판과 기판 아래의 반사기 사이의 거리는 기판을 유지하기 위한 비교적 깊은 포켓을 갖춘 새로운 에지링을 제공함으로써 존재하는 시스템에서 에지링에 대해 일정하게 유지될 수 있다. 이러한 방식에서, 에지링은 새로운 상승 에지의 존재를 보상하도록 다른 시스템 구성요소의 상당한 조절을 요구하지 않으면서 존재하는 시스템 내에서 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 장점들은 첨부된 도면을 참조한 상세한 설명에 의해 명백해질 것이다.
도 1 및 도 2는 디스크형 실리콘 기판(106)을 처리하기 위한 처리 챔버(100)를 포함하는 급열 처리(RTP) 시스템을 도시하고 있다. RTP 시스템의 여러 특징은 1996년 5월 1일자로 출원된 발명의 명칭이 "기판 온도 측정 방법 및 장치(Method and Apparatus for Measuring Substrate Temperatures)"인 미국 특허 출원 제 08/641,477호에 상세하게 개시되어 있다.
기판(106)은 챔버 내에서 기판 지지구조물(108) 상에 장착되고, 기판 바로 위에 위치된 가열 요소(110)에 의해 가열된다. 텅스텐(W) 할로겐 램프(111)를 포함하는 가열 요소(110)는 기판 위에 배치된 수냉식 석영창 조립체(114)를 통해 처리 챔버(100) 내로 도입되는 방사열(112)을 발생시킨다. 램프(111)는 여러 제어 그룹으로 함께 그룹을 이룬 다중 영역에 배열될 수 있다. 온도 제어 알고리즘은 램프를 제어하고 이에 의해 온도가 제어되도록 사용된다. 기판(106) 아래에는 수냉식 스테인레스강 베이스(116) 상에 반사기(102)가 장착되어 있다. 이러한 반사기(102)는 알루미늄으로 제조되고, 고반사율 코팅면을 갖추고 있다. 기판(106)의 하부 및 반사기(102)의 상부는 기판의 유효 방사율을 강화시키기 위한 반사 캐비티(118)를 형성하는데, 이에 의해 온도 측정의 정확성이 개선된다.
기판(106)의 국부화된 영역(109)의 온도는 다수의 온도 탐침(126) 및 고온계(128)에 의해 측정된다. 광섬유 탐침을 포함하는 온도 탐침(126)는 기판(106)의 중앙으로부터 상이한 거리에 배치된다.
열처리 동안, 지지구조물(108)은 예컨대 분당 약 90회 정도 회전된다. 따라서, 각각의 탐침은 기판 상의 대응하는 환형 링 영역의 온도 프로파일의 표본을 형성한다. 기판을 회전시키는 지지구조물은 기판 외부 둘레에서 기판과 접촉하는 에지링(134)을 포함하는데, 이에 의해 기판 에지 부근의 작은 환형 영역을 제외한 기판의 모든 하부가 노출된다. 기판을 처리하는 동안 기판(106)의 에지에서 발생할 수도 있는 열적 불연속성을 최소화시키기 위해, 에지링(134)은 기판과 동일하거나 유사한 재료, 예컨대 규소 또는 규소가 코팅된 탄화규소 또는 산화규소로 제조될 수 있다.
에지링(134)은 회전가능한 관형 석영 실린더(136) 상에 위치되는데, 이러한 실린더는 규소로 코팅됨으로써 고온계(128)의 주파수 범위에서 불투명하게 된다. 석영 실린더 상에 코팅된 규소는 온도 측정을 방해할 수도 있는 외부 소오스로부터의 방사를 차단하는 차폐물로써 작용한다. 석영 실린더의 바닥은 다수의 볼 베어링(138) 상에 위치된 환형의 상부 베어링 레이스(142)에 의해 유지되는데, 이러한 볼 베어링(138)은 고정식 환형의 하부 베어링 레이스(140) 내에 유지된다.
기판을 처리하는 동안, 공정 가스는 유입 포트(101)를 통해 기판(106)과 수냉식 석영창 조립체(114) 사이의 공간으로 도입된다. 가스는 진공 펌프(도시되지 않음)에 연결된 배출 포트(105)를 통해 배출된다.
선택적인 퍼지링(107)이 챔버 몸체로 끼워맞춤되어서 석영 실린더(136)를 둘러 싸고 있다. 퍼지링(107)은 상부 베어링 레이스(142) 위이의 영역으로 개방된 내부 환형 캐비티를 갖추고 있다. 내부 캐비티는 통로(103)를 통해 조절된 퍼지 가스 공급기에 연결된다. 챔버(100)의 상부로 공정 가스를 공급하는 단계를 포함하는 공정 단계 동안, 퍼지 가스의 흐름은 퍼지링(107)을 통해 챔버로 유입된다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 석영 실린더(136)에 의해 지지된 에지링(134)은 기판(106)을 지지하도록 적용된 상부 표면 상에 상승된 연장부(164)를 갖춘 실질적으로 편평한 선반(ledge)을 형성하는 내부 부분(150)을 갖추고 있다. 상승된 연장부(164)는 내부 부분(150)의 내경을 따라 리지를 형성한다. 리지(164)는 내부 부분(150)의 상부면 위를 향해 높이(h1)로 연장한다. 200mm 기판에서 사용하기에 적합한 도시된 실시예에서, 높이(h1)는 대략 0.020인치(0.508mm)이다. 그렇지만, 다른 처리 시스템에서 사용될 때에는 더 높은 높이가 유용할 수도 있다. 유사하게, 전술된 치수는 300mm 기판과 같은 보다 크거나 작은 기판에서 유용하게 사용될 수 있다.
에지링(134)의 외부 부분(152)은 실린더(136)에 의해 하부로부터 지지된다. 내부 부분(150)과 외부 부분(152) 사이의 변이는 내부를 향한 직립면(154)을 형성하는데, 이러한 직립면(154)은 기판을 처리하는 동안 기판(106)을 에지링(134)의 포켓 내에 수용된 상태로 유지시킨다. 200mm 기판(106)은 대략 7.874인치(200mm)±0.040인치(1.0mm)의 직경 및 대략 0.03인치(0.775mm)±0.001인치(0.025mm)의 두께를 갖는다. 이러한 기판은 때론 8인치 기판으로써 언급된다. 지지구조물(106)과 기판이 회전될 때 기판(106)이 에지링(134)에서 미끄러지지 않도록 직립면(154)은 적어도 리지(164)의 높이와 기판(106)의 두께의 합 만큼의 높이로 설계된다. 상이한 표면의 두께의 제조 공차 및 변형을 허용하도록, 도시된 실시예는 리지(164)와 기판(106)의 높이의 합 보다 약 0.005인치(0.127mm) 더 높은 직립면(154)을 갖추고 있다. 도시된 실시예의 에지링(134)의 외부 부분(152)은 공정 가스가 기판 표면을 가로질러 유연하게 유동하도록 직립면(154)의 상부와 동일한 높이에 실질적으로 편평한 상부면(156)을 갖추고 있다. 도시된 실시예에서, 외부 부분(152)의 외경(d2)은 대략 9.257인치(235mm)이다.
내부 부분(150)의 두께 뿐만 아니라 리지(164)와 직립면(154)의 상대 높이는 기판(106)의 바닥으로부터 기판 아래의 반사기(102)로의 거리가 RTP 시스템에 대해 실질적으로 일정하게 유지되도록 선택될 수 있다. 이러한 치수를 갖는 에지링(134)의 성형은 시스템의 다른 기구에 대한 많은 조절기구를 요구하지 않으면서 에지링이 시스템에서 사용될 수 있도록 한다. 도시된 실시예에서, 예컨대 내부 부분(150)의 두께(h2)는 대략 0.015인치(0.381mm)이며, 외부 부분의 두께(h3)는 대략 0.017인치(0.432mm)이다. 직립면(154)은 리지(164)의 상부 위로 높이(h4) 만큼 연장한다. 도시된 실시예에서, 높이(h4)는 대략 0.035인치(0.9mm)이다.
상승된 연장부(164)가 그의 전체 둘레부에서 또는 그의 둘레부 부근에서 기판(106)을 지지하여 가벼운 밀봉을 제공하도록 내부 부분(150)은 충분히 넓어야 한다. 도시된 실시예에서, 내부 부분(150)의 외경(d1)은 대략 7.987인치(203mm)이다. 리지(164)의 반경방향 폭을 배제한 내부 부분(150)의 반경방향 폭(w1)은 대략 0.162인치(4.115mm)이다. 리지(164)는 대략 0.015인치(0.381mm)의 반경방향 폭(w2)을 가지며, 리지는 기판(106)의 직경 보다 작은 내경에 위치된다. 0.015인치(0.381mm) 보다 크거나 작은 반경방향 폭이 또한 리지에 대해 사용될 수 있다. 그렇지만, 이러한 치수는 기판(106)이 리지(164) 상에서 중심을 벗어나 위치될 때 리지(164)와 기판의 일측부 사이에 갭이 형성되지 않도록 선택되어야 한다. 이러한 갭은 캐비티(118) 내로 빛을 누출시킬 수 있다.
지지 구조물(108)은 또한 에지링(134)과 석영 실린더(136) 사이에 가벼운 밀봉을 형성하도록 구성된다. 에지링(134)의 바닥은 그의 외부 에지(160) 부근에서 석영 실린더(136)의 외경 보다 약간 큰 내경을 갖는 환형 어깨부(162)를 형성하는데, 이는 실린더에 끼워맞춤되어서 가벼운 밀봉을 형성한다. 도시된 실시예에서, 어깨부(162)의 높이(hs)는 대략 0.087인치(2.21mm)이다.
도 3 내지 도 5에 도시된 실시예는 다이아몬드 연마 헤드로 탄화규소가 화학 기상 증착된 디스크를 연마함으로써 형성된다. 외부 코너부는 완전한 원형이며, 내부 코너부는 에지링(134)에서의 기계적 응력을 감소시키기 위해 적어도 대략 0.01인치(0.25mm)의 반경을 갖는 원형이다. 전체 에지링(134)는 각각의 측부 상에 규소로 대략 0.004인치(0.1mm) 정도 코팅될 수 있다. 여러 실시예에서, 상이하거나 부가적인 재료층이 에지링에 부가될 수 있다.
다른 실시예는 이하에 기술될 청구범위의 범위 내에서 구현된다. 따라서, 본 발명은 예컨대 에지링 지지부의 개념에 대해 기술되었지만, 다른 웨이퍼 지지부 또는 플랫포옴 구성에 대해 사용될 수도 있다. 유사하게, 상기한 치수는 "어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드"로부터 생산되는 "RTP 센츄라(RTP Centura)" 또는 "RTP 센츄라 엑스이(RTP Centura XE)"와 같은 소정의 처리 챔버 내의 에지링(134)에 사용하기에 적합하다. 다른 치수들이 예컨대 6인치(150mm) 또는 12인치(300mm) 반도체 웨이퍼와 같은 여러 크기의 웨이퍼 및 전술한 rtp 시스템과 상이한 웨이퍼 처리 시스템에 적합할 수도 있다.
Claims (18)
- 기판 지지부에 있어서,내부 부분과,상기 내부 부분에 인접하고 상기 내부 부분으로부터 외측 반경방향으로 연장하는 외부 부분을 포함하며,상기 내부 부분이 기판을 지지하기 위한 상승된 환형 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 지지부.
- 제 1항에 있어서, 상기 내부 부분은 제 1평면에 형성된 실질적으로 편평한 표면을 포함하고, 상기 외부 부분은 제 2평면에 형성된 실질적으로 편평한 표면을 포함하며, 상기 환형 연장부는 상기 제 1평면으로부터 상기 제 2평면을 향해 연장하는 것을 특징으로 하는 기판 지지부.
- 제 1항에 있어서, 상기 내부 부분은 환형이며, 내경 및 상기 내경 보다 더 큰 외경을 가지며, 상기 상승된 연장부는 상기 내경을 따라 리지를 형성하는 것을 특징으로 하는 기판 지지부.
- 제 3항에 있어서, 상기 리지 상에 기판을 유지시키기 위해 상기 내부 부분 및 상기 외부 부분을 연결하는 직립 구조물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 지지부.
- 제 4항에 있어서, 상기 리지는 상기 직립 구조물의 높이 보다 낮은 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 기판 지지부.
- 제 5항에 있어서, 상기 직립 구조물의 높이는 적어도 상기 리지의 높이와 상기 기판의 명목 두께를 합한 높이인 것을 특징으로 하는 기판 지지부.
- 제 4항에 있어서, 상기 리지는 상기 직립 구조물에 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 기판 지지부.
- 제 3항에 있어서, 상기 리지는 대략 0.015인치 이하의 반경방향 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 지지부.
- 제 3항에 있어서, 상기 리지는 상기 내부 부분의 상부면 위로 적어도 대략 0.020인치의 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 기판 지지부.
- 제 3항에 있어서, 상기 기판 지지부는 탄화규소로 제조된 것을 특징으로 하는 기판 지지부.
- 제 3항에 있어서, 상기 기판 지지부는 규소로 제조된 것을 특징으로 하는 기판 지지부.
- 제 3항에 있어서, 상기 기판 지지부는 열공정 챔버 내에 배치된 것을 특징으로 하는 기판 지지부.
- 제 3항에 있어서, 상기 기판은 직경을 가지며, 상기 리지는 상기 기판의 직경 보다 작은 내경에 위치되는 것을 특징으로 하는 기판 지지부.
- 제 1항에 있어서, 상기 기판 지지부는 에지링인 것을 특징으로 하는 기판 지지부.
- 기판 지지부에 있어서,제 1평면에 형성된 실질적으로 편평한 표면을 갖는 환형의 내부 부분과,상기 내부 부분에 인접하고 제 2평면에 형성된 실질적으로 편평한 표면을 갖는 환형의 외부 부분을 포함하며,상기 내부 부분은 상기 제 1평면으로부터 상기 제 2평면으로 연장하는 기판을 지지하기 위한 상승된 환형 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 지지부.
- 열처리 챔버에서 기판을 처리하는 방법에 있어서,상기 챔버 내의 에지링 상에 기판을 지지하는 단계를 포함하며,상기 에지링이 내부 부분 및 상기 내부 부분에 인접하고 상기 내부 부분으로부터 외측 반경방향으로 연장하는 외부 부분을 포함하며,상기 내부 부분은 상기 기판을 지지하기 위한 환형 리지를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 16항에 있어서, 상기 챔버 내로 공정 가스를 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제 16항에 있어서, 상기 챔버를 가열하는 단계와, 가열하는 동안 상기 에지링 및 상기 기판을 중심 축선을 중심으로 회전시키는 단계를 더 포함하는 방법.
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