KR20070011308A - 자동 도핑 및 후면 증착의 감소를 위한 기판 지지 시스템 - Google Patents

Abstract

기판 지지 시스템(140, 200, 300)은 그의 상부 및 하부면 사이에서 연장하는 복수의 통로들(116, 118, 120, 240, 340)을 가지는 상대적으로 얇은 원형의 기판 홀더(100)를 포함한다. 상기 기판 홀더(100)는 기판(16) 및 기판 홀더(100) 사이에 얇은 갭(gap)이 형성되도록 기판 후면(154)의 말단 부위를 지지하도록 고안된 단일 기판 지지 돌출부 또는 복수의 기판 지지 스페이서 베인(vane)을 포함한다. 상기 베인(124)은 기판 홀더(100)가 회전될 때, 반응물 가스들이 후면에 증착되는 것을 억제하기 위하여 비스듬히 기울어질 수 있다. 공동의(hollow) 지지 부재(22, 204, 304)는 기판 홀더(100)의 하부면(106)을 지지한다. 상기 공동의 지지 부재(22, 204, 304)는 가스(예를 들어, 불활성 가스 또는 세정 가스)를 상방으로 기판 홀더(100)의 하나 이상의 통로들(116, 240)로 운반하도록 구성된다. 상기 상방으로 운반된 가스는 기판(16) 및 기판 홀더(100) 사이의 갭(152) 내로 흐른다. 그 후, 본 발명의 실시예에 따라, 갭(152) 내의 가스는 상기 공동의 지지 부재(22, 204, 304) 내로 돌아가지 않으면, 기판 에지(17) 주위로 바깥 방향 또는 상방으로 흐르거나 기판 홀더(100)의 통로들(118, 120, 340)을 통하여 하방으로 흐를 수 있다. 상기 기판 에지(17) 주위로 바깥 방향 또는 상방으로 흐르는 가스는 상기 기판(16) 위의 반응물 가스들이 후면에 증착되는 것을 억제한다. 상기 지지 부재(22, 204, 304)로 돌아가지 않는, 통로들(118, 120, 340)을 통하여 하방으로 흐르는 가스는 기판 전면(155)으로부터 확산된 도펀트 원자들을 제거함으로써 자동 도 핑이 되는 것을 억제하기에 유리하다. 일 실시예에서, 상기 지지 부재는 통로들(116) 중 선택된 하나로 가스를 운반하는 공동의 다중 팔 지지 스파이더(22)를 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 지지 부재는 모든 통로들(240)로 상방으로 가스를 운반하는 사발 모양 또는 컵 모양의 구조(204)를 포함한다. 아울러 다른 실시예에서, 상기 지지 부재는 모든 또는 하나 이상의 통로들(240)로 가스를 상방으로 운반하는 사발 모양 또는 컵 모양의 구조를 포함한다.

기판 지지 시스템, 자동 도핑, 후면 증착, 지지 부재, 지지 스파이더

Description

자동 도핑 및 후면 증착의 감소를 위한 기판 지지 시스템 {Substrate Support System for Reduced Autodoping and Backside Deposition}

우선권 주장

본 출원은 35 U.S.C. 119조에 의거하여 2004년 2월 13일에 출원된 Goodman 등 출원인의 미국 가특허 출원 제 60/545,181호 및 2004년 7월 26일에 출원된 Stoutyesdijk 등 출원인의 미국 가특허 출원 제 60/591,258호를 우선권으로 주장한다.

참조에 의한 포함

본 출원은 미국 특허 제 6,093,252호; 2003년 10월 29일에 출원된 Keeton 등 출원인의 미국 특허 출원 제 10/697,401호; 2004년 2월 13일에 출원된 Goodman 등 출원인의 미국 가특허 출원 제 60/545,181호; 및 2004년 7월 26일에 출원된 Stoutyesdijk 등 출원인의 미국 가특허 출원 제 60/591,258호의 모든 명세서를 본 명세서 내에 참조로 포함한다.

본 발명은 일반적으로 반도체 처리 장치에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 물질이 증착하는 동안 기판을 지지하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

다양한 이유로 인해, 고온의 오븐이나 반응기가 기판을 처리하는데 사용된다. 전자 산업에서 반도체 웨이퍼와 같은 기판들은 처리되어 집적 회로를 형성한다. 기판, 일반적으로 원형의 실리콘 웨이퍼가 기판 홀더(substrate holder)위에 위치한다. 만일 기판 홀더가 방사열을 끌어당기는데 도움을 준다면 이는 서셉터(susceptor)라 불린다. 상기 기판 및 기판 홀더는 일반적으로 수정으로 제조된 반응 챔버 내에 넣어져 수정 챔버 주위에 위치한 복수의 방사열 램프에 의하여 고온으로 가열된다. 전형적인 고온 처리에서, 반응물 가스는 가열된 기판 상을 지나서 기판 면 상에 반응물질의 박막의 화학 증기 증착(CVD)을 일으킨다. 본 명세서에 사용될 때, 용어 '처리용 가스(processing gas)', '처리 가스(process gas)' 및 '반응물 가스(reactant gas)'는 일반적으로 기판상에 증착될 물질을 포함하는 가스들을 언급한다(예를 들어, 실리콘을 포함하는 가스). 본 명세서에 사용될 때, 이들 용어들은 세정 가스(cleaning gas)를 포함하지 않는다. 후속의 처리들을 통하여 기판상에 증착된 반응물질의 층들은 제조되어 집적 회로가 된다. 상기 기판 위로 흐르는 처리 가스는 때로 조절되어 기판의 상부 또는 전면부를 지나 증착의 균일성을 촉진시킨다. 증착 균일성은 증착 동안 수직 중심 축에 대하여 기판 홀더 및 웨이퍼를 회전시킴으로써 또한 촉진될 수 있다. 본 명세서에 사용될 때, 기판의 '전면부(front side)'는 기판의 상부 표면을 언급하며, 기판의 '후면부(backside)'는 기판의 하부 면을 언급한다.

상술한 바와 같이, 처리될 일반적인 기판은 실리콘 박막을 포함한다. 집적 회로의 제작에서, 때때로 기판 표면(들)상에 추가적인 실리콘을 증착(예를 들어, CVD를 통하여)하는 것이 바람직하다. 만일 새로운 실리콘이 기판의 실리콘 표면 상에 직접 증착된다면 새롭게 증착된 실리콘은 상기 기판의 결정 구조를 유지한다. 이는 에피택셜 증착(epitaxial deposition)으로 알려져 있다. 그러나, 상기 처리될 원 기판의 표면은 일반적으로 연마되고 자연적인 산화층(예를 들어 SiO₂)으로 저절로 피복된다. 상기 자연적인 산화층 상의 새로운 실리콘 증착은 폴리실리콘 증착으로 알려져 있다. 에피택셜 증착을 수행하기 위하여 새로운 실리콘이 증착될 각 표면(즉, 기판의 상부 및/또는 하부면)으로부터 자연적인 산화층을 제거하는 것이 일반적으로 필요하다. 상기 자연적인 산화층은 새로운 실리콘의 증착 전에 수소 가스(H₂)와 같은 세정 가스에 상기 산화층을 노출시킴으로써 일반적으로 제거된다. 본 명세서에 사용될 때, '세정 가스(cleaning gas)'란 용어는 반응물 가스와는 다르며 반응물 가스를 포함하지 않는 것이다.

처리 공정 동안 기판을 지지하기 위한 기판 홀더들의 다양한 다른 종류들이 많이 있다. 전형적인 기판 홀더는 지지된 기판 아래에 놓이는, 일반적으로 수평의 상부면을 갖는 몸체를 포함한다. 스페이서(spacer) 수단은 지지된 기판과 수평의 상부 표면 사이의 작은 갭(gap)을 유지하기 위해 때로 제공된다. 상기 갭은 처리 가스가 기판을 기판 홀더에 달라붙도록 하지 않게 한다. 상기 기판 홀더는 때로 지지된 기판을 빈틈없이 둘러싸는 환상 견부(annular shoulder)를 포함한다. 스페 이서 수단의 한 종류는 환상 립(annular lip), 복수의 작은 스페이서 립(spacer lip), 스페이서 핀(spacer pin) 또는 마디(nub) 등과 같은 기판 홀더 몸체에 대하여 고정된 스페이서 요소를 포함한다. 스페이서 요소의 다른 대체적인 종류는 기판 홀더 몸체를 통해 연장하고 상기 기판 홀더의 상부 표면 위의 기판을 지지하도록 조절된 복수의 수직으로 가동하는 리프트 핀(lift pin)을 포함한다. 때로, 상기 스페이서 요소는 증착이 균일하게 유지되기가 어려운 기판의 방사상의 최외각 부분인 '배타 구역(exclusion zone)' 내에서만 기판과 접촉하도록 위치한다. 상기 배타 구역은 상업적 용도의 집적 회로의 개발에는 통상적으로 사용되지 않는다. 처리된 기판은 예를 들어 가장 자리로부터 5mm의 배타 구역을 가지는 것으로 특징지어질 수 있다.

CVD와 관련한 하나의 문제점은 '후면 증착(backside deposition)' 현상이다. 많은 기판 홀더들은 기판 경계면에 씰링(sealing)이 되지 않아, 처리 가스들이 기판의 말단 주위 및, 기판과 기판 홀더 사이의 갭 내로 흘러들어갈 수 있다. 이들 가스들은 기판의 후면에, 기판 에지(edge) 또는 기판 에지 부근에서 노듈(nodule) 및 환상 고리로서 증착되는 경향이 있다. 이는 기판 두께의 불균일함을 가져오며 일반적으로 나노위상(nanotopology) 도구로 검출된다. 이러한 기판 두께의 불균일은 불리하게 영향을 줄 수 있으며, 많은 경우에서 포토리소그래피(photolithography)와 같은 후속의 처리 단계들을 불가능하게 한다.

에피택셜 증착 전에, 상기 기판의 전면은 일반적으로 세정 가스에 노출되어 자연적으로 형성된 산화 층이 제거된다. 그러나, 씰링되지 않은 기판 경계면은 세 정 가스가 기판의 후면에 접촉되도록 하여 후면의 산화층이 제거되는 결과를 가져온다. 기판 후면에 접촉하는 세정 가스의 양은 대개 전체의 산화층을 제거하기에 충분하지 않다. 그러나, 세정 가스는 기판 후면 상의 산화층 내의 핀홀 개구부(pinhole opening)를 형성하는 경향이 있어 실리콘 표면을 노출시킨다. 특히, 상기 핀홀 개구부는 환상 고리 또는 '할로(halo)'의 형태로 형성되는 경향이 있다. 물론, 세정 가스의 노출이 길어질수록 세정 가스가 기판 중심쪽의 내부로 확산하여 산화층 내에 더 많은 핀홀 개구부를 형성한다. 제거된 산화물의 일부는 기판 후면의 산화층 위에 재 증착하여 고농도의 SiO₂ 돌기(bump)를 형성할 수 있다. 일단 증착이 시작되면 상기 처리 가스들은 상기 기판 위로부터 기판 에지 주위로 유사하게 확산할 수 있다. 부분적인 고유의 산화물 제거는 기판 후면상의 처리 가스 물질들의 혼합된 증착-노출된 실리콘 표면상의 에피택셜 증착과 산화물 층 상의 폴리실리콘 증착을 가져올 수 있다. 상기 할로의 크기는 때로 고농도의 SiO₂가, 사용되지 않은 처리 가스들을 받아들이기 때문에 증가한다. 이는 작은 폴리실리콘 성장이나 돌기를 초래할 수 있다. 이들 폴리실리콘의 돌기들은 빛을 분산시켜 짙은 탁함(haziness)을 가져온다. 이와 같이, 후면 증착이 검출될 수 있는 한 방법은 에픽택셜 성장을 수행한 후 기판 후면에 할로 또는 탁도가 있는지를 살펴보는 것이다.

후면 증착을 감소시키는 한 방법은 세정 또는 처리 가스들이 하방으로 흐르는 것을 감소하기 위하여 웨이퍼 말단 주위로 상방으로 흐르는 퍼지 가스를 사용하는 것을 포함한다. 예를 들어, Halpin 등에 허여된 미국 특허 제 6,113,702호는 공동의(hollow) 가스 운반 스파이더(spider)에 의해 지지되는 2개의 서셉터를 개시한다. 상기 2개의 서셉터는 그들 사이에 가스 흐름 통로를 형성한다. 증착 동안, 불활성 퍼지 가스가 스파이더를 통하여 서셉터 내에 형성된 통로로 상방으로 운반되며, 상기 퍼지 가스는 기판 말단 주위로 상방으로 흘러 세정 가스들이 기판 후면에 흐르는 것을 방지한다.

반도체 제조의 다른 문제점은 '자동 도핑(autodoping)'으로 알려져 있다. 집적 회로들의 형성은 기판의 전면 상에 도펀트(dopant) 물질(도핑된 실리콘과 같은)을 증착하는 것을 포함한다. 자동 도핑은 도펀트 원자들이 기판을 통하여 하방으로 확산하여 기판 후면으로 나타나고, 그 후 기판 및 기판 홀더 사이를 기판 에지 주위로 위로 이동하여 기판 전면, 대개 기판 에지 부근에 재 증착하는 경향을 말한다. 이들 재 증착된 도펀트 원자들은 집적 회로의 성능에 불리한 영향을 끼칠 수 있는데 특히 기판 에지 부근에서 반도체가 기능을 하지 못한다. 자동 도핑은 고도로 도핑되는 기판에 있어서 보다 만연되어 있고 다루기 어려운 경향이 있다.

자동 도핑을 감소하는 하나의 방법은 서셉터의 위 아래 구역 사이에서 가스의 흐름을 가능하게 하는 복수의 홀을 가진 서셉터를 포함한다. 서셉터의 아래쪽에 수평으로 가스가 흐르도록 함으로써 자동 도핑이 감소된다. 가스의 일부는 서셉터의 홀을 통하여 상방으로 서셉터와 그 위에 지지된 기판 사이의 갭 구역 내로 흐른다. 확산된 도펀트 원자들이 기판 후면에 나타날 때, 그들은 서셉터 내의 홀을 통하여 하방으로 가스에 의하여 제거된다. 이런 방법으로, 상기 도펀트 원자들은 서셉터 아래의 구역으로 벤츄리 효과(venturi effect)에 의하여 제거될 수 있 다. 이러한 방법을 이용한 통상적인 기판 홀더를 개시하는 대표적인 참고문헌들은 Yang 등에 허여된 미국 특허 제 6,444,027호 및 Ries 등에 허여된 미국 특허 제 6,596,095호를 들 수 있다.

발명의 요약

후면 증착 및 자동 도핑을 방지하는 통상적인 기판 지지 방법 및 시스템은 다소 제한되어 있다. 통상적인 퍼지 가스 시스템은 일반적으로 기판 홀더를 통하여 퍼지 가스의 흐름을 위한 가스 흐름 채널을 포함한다. 때로 이들 채널들은 기판 후면에, 상대적으로 집중된 고속도의 퍼지 가스 흐름의 직접적인 충돌을 가져온다. 이는 기판에 기판 상의 증착 물질의 균일성에 나쁜 영향을 끼치는 국부적인 냉각 또는 '냉점(cold spot)'을 가져올 수 있다. 또한, 통상적인 퍼지 가스 시스템은 일반적으로 자동 도핑을 방지하도록 고안되어 있지 않다.

역으로, 자동 도핑을 방지하기 위한 통상적인 시스템은 일반적으로 반응 가스들의 후면 증착을 방지하도록 고안되어 있지 않다. 예를 들어, Yang 등에 허여된 미국 특허 제 6,444,027호나 Ries 등에 허여된 미국 특허 제 6,596,095호에 개시된 시스템은 기판 홀더 내의 통로들을 통하여, 지지된 기판의 후면으로부터 확산된 도펀트 원자들을 제거하기 위하여 기판 홀더 아래쪽에 상대적으로 큰 양의 가스 흐름을 필요로 한다. 또한, 반응 가스들이 기판 홀더 아래쪽으로 흐른 후 기판 홀더 통로들을 통하여 상방으로 기판 후면쪽으로 흐르지 못하게 하기 위하여, 이들 시스템은 일반적으로 기판 홀더의 상부 및 하부의 구역 사이에서 완전히 또는 거의 유체가 흐를 틈이 없는 분리를 요구한다. 불행하게도 기판 홀더의 상부 및 하부 구역 사이에서 완전히 유체가 흐를 틈이 없는 분리를 가져오는 것은 때로 매우 어렵다. 일반적으로 분할 플레이트가 제공되지만 약간의 틈은 계속 남아있으며, 특히 기판 홀더가 처리 단계 동안 회전하도록 고안되어 있다면 더욱 그러하다. 이와 같이, 기판 후면에 반응물 가스들이 증착될 심각한 위험성이 있다.

따라서, 본 발명의 주요 목적 및 장점은 이러한 한계점들의 일부 또는 전부를 극복하고 기판 지지 시스템에 대한 개량된 고안을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적 및 장점은 후면 증착 및 자동 도핑의 감소를 용이하게 하는 간단하며 다용도의 기판 홀더를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적 및 장점은 기판 홀더의 하부면을 지지하고 기판 홀더의 통로쪽으로 상방으로 통제된 가스의 흐름을 운반하기 위한 공동의 지지 부재(hollow substrate member)를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적 및 장점은 상방으로 운반된 가스가 기판 후면에 다소 천천히 간접적으로 이동하여 기판 내에 국부적인 냉각의 위험성을 감소시키도록 이러한 공동의 지지 부재를 구성하는 것이다. 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 기술로부터 이해될 것이다.

한 관점에서, 본 발명은 기판을 지지하는 기판 홀더를 포함하는 기판 지지 시스템을 제공한다. 상기 기판 홀더는 중심부, 상기 중심부로부터 상방으로 연장되는 적어도 하나의 스페이서 및 공동의 지지 부재를 포함한다. 상기 중심부는 상부면, 하부면 및 상기 상부면으로부터 하부면으로 연장되는 복수의 개방 통로를 가진다. 상기 적어도 하나의 스페이서는 중심부의 상부면보다 높이 올려진 상부 지지면을 가진다. 상기 적어도 하나의 스페이서의 상부 지지면은 중심부의 상부면과 기판의 하부면 사이에 갭 구역이 존재하도록 기판의 말단 부위를 지지하도록 구성되어 있다. 상기 공동의 지지 부재는 가스 컨베이어로부터 공동의 지지 부재로 가스의 흐름을 용이하게 하기 위하여 가스 컨베이어의 출구와 연결되도록 조정된 입구를 가진다. 또한 상기 공동의 지지 부재는 기판 홀더 중심부의 하부면을 지지하도록 조정된 하나 이상의 상부 개방 말단을 가진다. 상기 하나 이상의 상부 개방 말단은 기판 홀더의 중심부 내의 하나 이상의 통로의 하부 말단 내로 가스를 상방으로 운반하도록 구성된다. 적어도 하나의 통로는 공동의 지지 부재 내부가 아닌 구역에 하부 말단 개구를 가진다.

다른 관점에서, 본 발명은 기판을 지지하기 위한 기판 홀더 및 공동의 지지 스파이더를 포함하는 기판 지지 시스템을 제공한다. 상기 기판 홀더는 중심부 및 그로부터 상방으로 연장되는 복수의 스페이서들을 포함한다. 상기 중심부는 상부면, 하부면 및 상기 상부면으로부터 하부면으로 연장되는 복수의 통로들을 가진다. 상기 스페이서들은 중심부의 상부면보다 높이 올려진 상부 지지면을 가진다. 상기 스페이서들의 상부 지지면은 중심부의 상부면과 기판의 하부면 사이에 갭 구역이 존재하도록 기판의 말단 부위를 지지하도록 구성된다. 상기 지지 스파이더는 공동의 집합관(manifold) 및 그로부터 대체로 방사상 외부 및 상방으로 연장하는 복수의 공동 팔(hollow arm)을 포함한다. 상기 집합관은 가스 컨베이어로부터 집합관으로 가스의 흐름을 용이하게 하기 위하여 가스 컨베이어의 출구와 연결되도록 조정된 입구를 가진다. 상기 공동의 팔은 집합관으로부터 가스 흐름을 받도록 구성된다. 상기 공동의 팔은 기판 홀더의 중심부의 하부면을 지지하도록 조정된 개방 상부 말단을 가진다. 상기 공동 팔의 개방 상부 말단은 기판 홀더의 중심부의 통로의 하부 세트(subset) 내로 가스를 상방으로 운반하도록 구성된다.

또 다른 관점에서, 본 발명은 기판을 지지하기 위한 기판 홀더 및 공동의 지지 부재를 포함하는 기판 지지 시스템을 제공한다. 상기 기판 홀더는 대체로 평면의 중심부를 포함하며, 그로부터 상방으로 연장되는 복수의 스페이서들을 포함한다. 상기 스페이서들은 상기 중심부의 상부면보다 높이 올려진 상부 지지면을 가진다. 상기 스페이서들의 상부 지지면은 중심부의 상부면과 기판의 하부면 사이에 갭 구역이 존재하도록 기판의 말단 부위를 지지하도록 구성된다. 상기 공동의 지지 부재는 하부 기저 부재를 포함하며 그로부터 상방으로 연장하는 환상 벽(annular wall)을 포함한다. 상기 기저 부재는 가스 컨베이어로부터 공동의 지지 부재로 가스 흐름을 용이하게 하는 가스 컨베이어의 출구와 연결되도록 조정된 입구를 가진다. 상기 환상 벽은 환상 벽 내 및, 기저 부재와 기판 홀더의 하부면 사이에서 가스가 환상 벽의 상부 에지 및 기판 홀더의 하부면 사이에서 실질적으로 흐르지 않도록 기판 홀더의 하부면을 지지하도록 구성된 상부 에지를 가진다. 상기 환상 벽의 상부 에지는 상기 공동의 지지 부재의 상부 개구부를 규정한다. 이 상부 개구부는 기판 홀더의 중심부의 통로들 중 적어도 10개의 하부 말단 내로 가스를 상방으로 운반하도록 구성된다.

다른 관점에서, 본 발명은 중심부 및 그로부터 상방으로 연장되는 복수의 스페이서들을 포함하는, 기판을 지지하기 위한 기판 홀더를 제공한다. 상기 중심부는 상부면, 하부면, 상기 상부면으로부터 하부면으로 연장하는 제 1 개방 통로 세트 및 상기 상부면으로부터 하부면 내의 복수의 리세스(recess)들 중 하나로 각각 연장하는 제 2 개방 통로 세트를 가진다. 리세스 각각은 중심부를 지지하고 제 2 통로 세트로 가스를 상방으로 운반하도록 구성된 공동의 지지 부재의 튜브형태의 팔의 대응하는 복수의 상부 말단 중 하나를 수용하도록 조정된다. 상기 스페이서들은 중심부의 상부면보다 높이 올려진 상부 지지면을 가진다. 상기 스페이서들의 상부 지지면은 중심부의 상부면과 기판의 하부면 사이에 갭 구역이 존재하도록 기판의 말단 부위를 지지하도록 구성된다.

또 다른 관점에서, 본 발명은 기판 처리 단계 동안 기판을 교대로 지지하도록 구성된 기판 홀더를 지지하기 위한 공동의 지지 부재를 제공한다. 상기 공동의 지지 부재는 기저 부재 및 그로부터 상방으로 연장하는 환상 벽을 포함한다. 상기 기저 부재는 튜브로부터 상기 공동의 지지 부재로 상방으로의 가스의 흐름을 용이하게 하기 위하여 공동의 튜브의 상부 말단을 연결하도록 조정된 하부 입구를 가진다. 상기 환상 벽은 환상 벽 내 및, 기저 부재와 기판 홀더의 하부면 사이의 가스가 환상 벽의 상부 에지 및 기판 홀더의 하부면 사이에서 실질적으로 흐르지 않도록 기판 홀더의 하부면을 지지하도록 구성된 상부 에지를 가진다. 상기 상부 에지는 공동의 지지 부재의 상부 개구부를 규정한다. 상기 상부 개구부는 기판 홀더가 특별히 지지하도록 고안된 기판 크기의 적어도 70%의 면적을 규정한다.

다른 관점에서, 본 발명은 기판을 처리하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 대체로 평면의 중심부 및 그로부터 상방으로 연장하는 복수의 스페이서들을 포함하는 기판 홀더를 포함한다. 상기 중심부는 상부면, 하부면 및 상기 상부면으로부터 하부면으로 연장하는 복수의 통로들을 가진다. 상기 스페이서들은 중심부의 상부면보다 높이 올려진 상부 지지면을 가진다. 상기 스페이서들의 상부 지지면은 중심부의 상부면 및 기판의 하부면 사이에 갭 구역이 존재하도록 기판의 말단 부위를 지지하도록 구성된다. 상기 방법에 따르면, 기판 홀더가 제공되고 그 후 기판이, 스페이서들의 상부 지지면이 상기 기판의 말단 부위를 지지하도록 기판 홀더 위에 놓여진다. 가스가 갭 구역 내로 흐르도록 가스의 상방으로의 흐름이 하나 이상의 선택된 통로들의 하부 말단으로 직접 유도된다. 기판 홀더의 잔존하는 하나 이상의 통로들 중 하부 말단은 개방된 채로 있다.

또 다른 관점에서, 본 발명은 기판을 처리하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 대체로 평면의 중심부 및 그로부터 상방으로 연장하는 복수의 스페이서들을 포함하는 기판 홀더를 포함한다. 상기 중심부는 상부면, 하부면 및 상기 상부면으로부터 하부면으로 연장하는 복수의 개방 통로들을 가진다. 상기 스페이서들은 중심부의 상부면보다 높이 올려진 상부 지지면을 가진다. 상기 스페이서들의 상부 지지면은 중심부의 상부면 및 기판의 하부면 사이에 갭 구역이 존재하도록 기판의 말단 부위를 지지하도록 구성된다. 상기 방법에 따르면, 기판 홀더가 제공되고, 그 후 기판은, 스페이서들의 상부 지지면이 기판의 말단 부위를 지지하도록 기판 홀더 위에 놓여진다. 그 후 공동의 지지 부재가 제공되며, 공동의 지지 부재는 기저부 및 기저부로부터 상방으로 연장하는 환상 벽을 가진다. 상기 환상 벽은 기판 홀더의 하부면과 연결되도록 구성된 상부 에지를 가진다. 상기 환상 벽은, 통로들의 일부가 공동의 지지 부재 내부로 가스를 하방으로 방출하도록 위치된 하부 말단을 가지고, 통로들 중 적어도 하나가 상기 공동의 지지 부재의 외부 구역으로 가스를 하방으로 방출하도록 위치된 하부 말단을 가지도록 기판 홀더의 하부면과 연결된다. 그 후 가스의 흐름이 공동의 지지 부재의 입구 내로 직접 유도된다.

본 발명 및 선행 기술에 대하여 달성된 장점들을 요약하기 위하여, 본 발명의 어떤 목적 및 장점들이 상기에 기술되었다. 물론, 모든 목적 및 장점들이 반드시 본 발명의 어떤 특정한 실시예에 따라 달성될 수 있는 것은 아님을 이해하여야 한다. 따라서, 예를 들어, 당업자는 본 발명이 본 명세서에 제시되었거나 암시되었을지 모를 다른 목적이나 장점들을 반드시 달성할 필요없이 본 명세서에 제시된 바와 같은 하나의 장점 또는 장점들의 그룹을 달성하거나 최적화하는 방법으로 구체화되거나 수행될 수 있음을 인지할 수 있을 것이다.

이들 모든 실시예들은 본 명세서에 개시된 본 발명의 범주 내에 있도록 의도되었다. 본 발명의 이들 및 다른 실시예들은 첨부하는 도면들을 참고하여 하기의 바람직한 실시예들의 자세한 설명으로부터 당업자에게 있어 쉽게 자명해질 것이며, 본 발명은 개시된 어떤 특정한 바람직한 실시예로 제한되는 것은 아니다.

도 1은 반응 챔버 내부의 기판 홀더 상에 지지된 기판을 갖는 대표적인 반응 챔버의 개략적인 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 홀더의 상부 사시도이다.

도 3은 도 2의 기판 홀더의 하부 사시도이다.

도 4는 도 2의 4-4 라인을 따라 절취된 도 2의 기판 홀더의 부분 단면도이다.

도 5는 도 2의 화살표 5에 의해 표시된 도 2의 기판 홀더 부분의 확대도이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 홀더 부분의 평면도이다.

도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판 지지 시스템의 평면도이다.

도 8은 도 7의 8-8 라인을 따라 절취된 도 7의 기판 지지 시스템의 단면도이다.

도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 기판 지지 시스템의 측단면도이다.

도 10은 도 9의 기판 지지 시스템의 기판 홀더 지지체의 평면도이다.

도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 기판 지지 시스템의 측단면도이다.

도면들은 실측을 기준으로 그려진 것은 아니다.

바람직한 실시예들의 자세한 설명

본 발명의 기판 홀더를 설명하기에 앞서, 대표적인 CVD 반응기가 개시된다. 도 1은 수정 반응 챔버(12)를 포함하는 대표적인 CVD 반응기(10)를 나타낸다. 방사 가열 요소(14)는 투명한 챔버(12)의 외부에서 지지되며, 열 에너지를 챔버 벽에 의한 상당한 흡수 없이 챔버(12)로 공급한다. 비록 바람직한 실시예가 '냉각벽(cold wall)' CVD 반응기의 배경에서 설명되었지만 본 명세서에 개시된 기판 지지 시스템은 다른 타입의 반응기 및 반도체 제조 장치에 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 특히, 당업자라면 본 명세서에 개시되는 기판 지지 시스템을, 균일하게 가열되거나 냉가되는 동안 기판이 지지되는 다른 반도체 제조 장치에 적용할 수 있음을 발견할 수 있을 것이다. 또한, 표준 실리콘 웨이퍼를 기준으로 예시되었지만 본 명세서에 개시된 지지체는 CVD, 물리적 증기 증착(PVD), 에칭, 어닐링, 불순물 확산, 포토리소그래피 등과 같은 처리를 겪게 되는 유리와 같은 다른 종류의 기판들을 지지하는데 사용될 수 있다. 상승된 온도에서 처리 공정이 진행되는 동안 상기 지지체는 기판들을 지지하는 특별한 용도를 가진다. 또한, 당업자들은 본 발명이 서셉터가 아닌 기판 홀더뿐만 아니라 서셉터인 기판 홀더를 포함함을 이해할 것이다. 본 발명의 기판 지지 시스템에 적합한 대체적이며 대표적인 반응 챔버가 미국 특허 제 6,093,252호에 개시되어 있다.

방사 가열 요소(14)는 일반적으로 반도체 기판을 지지하는 기판 홀더의 위 및 아래에 직각 또는 교차 방향으로 배열된 2개 열의 연장된 튜브형의 가열 램프를 포함한다. 기판의 상부 및 하부면 각각은 가열 램프(14)의 2개 열 중 하나와 마주 본다. 열 반응기 내의 컨트롤러는 상대적 전력을 각 램프(14)에 조정하여 웨이퍼 처리 동안 원하는 온도를 유지하도록 한다. 또한 하부 지지 구조의 열감소 효과에 대한 보상으로 사용되는 스폿 램프(spot lamp)도 있다.

상기 예시된 기판은 기판 지지 시스템(140) 상의 반응 챔버(12) 내에 지지되 는 도 1에 도시된 바와 같은 일반적으로 원형의 에지(17)를 가진 반도체 웨이퍼(16)를 포함한다. 상기 예시된 지지 시스템(140)은 웨이퍼(16)가 놓이는 기판 홀더(100) 및 상기 홀더(100)를 지지하는 공동의 지지 스파이더(22)를 포함한다. 기판 홀더(100)의 실시예는 도 2 내지 도 6(후술됨)에 보다 자세하게 도시되어 있다. 기판 지지 시스템(140)은 도 7 및 도 8에 보다 자세하게 도시되어 있다. 상기 스파이더(22)는 투명하고 비금속성(오염을 줄이기 위하여)인 물질로 제조되는 것이 바람직하다. 상기 스파이더(22)는 챔버(12)의 하부 벽에 붙어있는 튜브(26)를 통하여 하방으로 연장하는 가스 컨베이어(144)(예를 들어, 튜브 또는 샤프트)에 장착된다. 상기 스파이더(22)는 샤프트(24)로부터 외부 및 상방으로 방사상으로 연장하는 적어도 3개의 공동의 기판 홀더 지지체 또는 팔(148)을 가진다. 상기 팔(25)은 샤프트(24)의 수직 중심 축에 대하여 동일한 각으로 분리되는 것이 바람직하며, 기판 홀더(100) 및 웨이퍼(16)의 수직 중심 축과 나란히 배열되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 3개의 팔(148)이 있다면, 그들은 서로 120°의 각으로 서로 분리되는 것이 바람직하다. 상기 팔(148)은 하기와 같이 기판 홀더(100)의 하부면을 지지하도록 구성된다. 바람직한 실시예에서, 상기 기판 홀더(100)는 가열 요소(14)로부터 방사 에너지를 흡수하고 이러한 에너지를 재방사할 수 있는 서셉터를 포함한다. 기판 홀더(100)는 연속된 하나의 부품으로 제조되는 것이 바람직하다. 가스 컨베이어(144), 스파이더(22) 및 홀더(100)는 기판 처리 동안 수직 중심 축 주위로 함께 회전하도록 구성된다.

중심 온도 센서 또는 열전지(thermocouple, 28)는 기판 홀더(100)의 중심에 서 온도를 감지하기 위하여 제공된다. 예시된 실시예에서, 온도 센서(28)는 기판 홀더(100)의 인접부 내의 가스 컨베이어(144)와 스파이더(22)를 통하여 연장한다. 또한, 추가적인 말단의 온도 센서 또는 열전지(30)는 기판 홀더(100) 및 웨이퍼(16)를 둘러싸는 슬립 링 또는 온도 보상 링(32) 내에 저장된 것을 볼 수 있다. 상기 열전지(28, 30)는 열전지(28, 30)의 계기판의 숫자에 반응하여, 다양한 방사 가열 요소(14)의 전력을 조절하고 설정하는 온도 컨트롤러(미도시)에 연결된다.

열전지(30)를 저장하는 것 외에 상기 슬립 링(32)은 또한 고온 처리 동안 방사 열을 흡수한다. 상기 가열된 슬립 링(32)은 웨이퍼 에지(17)에서의 열 손실을 감소시키도록 한다. 상기 슬립 링(32)은 어떠한 적절한 수단으로 붙어있을 수 있다. 예를 들어, 예시된 슬립 링(32)은 수정 챔버 분할자(divider)(36)에 붙어있는 굴곡부(elbow)(34) 위에 위치한다. 상기 분할자(36)는 반응기(10)를 반응물 또는 처리 가스의 흐름(예를 들어, 기판 표면의 CVD)을 위해 고안된 상부 챔버(2)와 하부 챔버(4)로 나눈다. 바람직하게, 상기 분할자(36) 및 반응기(10)의 다른 요소들은 챔버(2) 및 챔버(4) 사이에 유체의 연통(communication)을 실질적으로 방지한다. 그러나, 기판 홀더(100)가 수직 중심 축 주위로 바람직하게 회전 가능하여야 하기 때문에 대체로 작은 틈이 홀더(100) 및 슬립 링(32)(또는 다른 요소들) 사이에 존재한다. 이와 같이, 챔버(2) 및 챔버(4) 사이에 유체의 연통을 완전히 방지하는 것은 때로 어렵다.

도 2 및 도 3은 각각 기판 홀더(100)의 일 실시예의 상부 및 하부 사시도이다. 예시된 홀더(100)는 하나의 부품으로 형성되고 일반적으로 원형 및 디스크 형 태이다. 이는 상부면(104) 및 하부면(106)을 가지는 중심부(102)를 포함한다. 상부면(104)은 대체로 평평하거나 평면일 수 있으며 또는 대안적으로 오목한 형태일 수 있다. 홀더(100)의 상부면은 반도체 기판(16)을 지지하도록 구성된 상부면을 가진 복수의 스페이서들을 포함한다(도 1). 예시된 실시예에서, 이러한 스페이서들은 중심부(102)의 상부면(104)을 집합적으로 둘러싸거나 에워싸는 스페이서 베인(vane)(124)(도 5, 6)의 링(110)을 포함한다. 하기의 설명에서와 같이, 스페이서 베인(124)은 반도체 기판(16)의 후면의 말단 부위를 지지하도록 구성된 상부면을 가진다(도 1). 바람직하게, 스페이서 베인(124)은 연마되어 기판(16)의 후면의 스크래칭을 방지하거나 최소화한다. 바람직하게, 상기 베인(124)은 그의 배타 구역 내에서만 기판(16)과 접촉한다. 고체 기판 지지 돌출부에 비하여 상기 베인의 사용은 기판 홀더로부터 기판(16)의 후면(기판 에지(17)에서)으로 열 전달을 최소화한다. 이는 기판(16)에서 온도의 불균일성을 감소시키며(기판 및 기판 홀더(100) 사이의 온도 차에 기인한), 따라서 슬립 성능을 향상시킨다. 그러나, 베인(124)의 링(110)은 고체 지지 돌출부로 교체될 수 있다. 융기된 환상 견부(108)는 베인(124)의 링(110)을 둘러싼다. 상기 견부(108)는 스페이서 베인(124) 위에 지지된 기판(16)을 수용하는 기판 포켓(112)을 규정한다. 일 실시예에서, 기판 홀더(100)는 방사 에너지를 흡수하고 재방사할 수 있는 서셉터이다. 이러한 서셉터는 비록 당업자가 다른 물질이 적당하다고 생각할지라도 탄화규소(silicon carbide)로 코팅된 흑연으로 구성될 수 있다.

도 3을 참고하여 설명하면, 기판 홀더(100)의 중심부(102)의 하부면(106)은 공동의 다중 팔 지지 스파이더(22)의 지지 팔(148)의 상부 말단(150)을 수용하도록 각각 크기가 조절되어 구성된 복수의 리세스(114)를 포함하는 것이 바람직하다. 바람직하게, 리세스(114)의 수는 스파이더(22)의 팔(148)의 수와 동일하다. 각 리세스(114)는 크기가 조절되어 해당되는 지지 팔(148)을 꼭 맞게 수용하여, 후술하는 바와 같이 가스의 탈출을 최소화한다. 그러나, 원한다면 느슨하게 연결될 수 있다. 바람직하게, 상기 리세스(114)는 기판 홀더(100)의 중심에 대하여 동일한 각 간격으로 분리된다. 예시된 실시예에서, 3개의 리세스(114)는 120°의 각 간격으로 분리된다. 바람직하게, 상기 리세스(114)는 기판 홀더(100)의 중심으로부터 충분히 떨어져 방사상으로 위치하여 스파이더(22)가 홀더(100)를 안정하게 지지하도록 하는데, 그러나 스파이더 팔(148)이 과도한 모멘트힘에 기인하여 축 늘어지게 될 위험(일부 시스템에서 발생한다고 알려진)을 초래할 만큼 멀리 떨어져서는 안된다.

기판 홀더(100)의 중심부(102)는 상부면(104)으로부터 하부면(106)으로 연장하는 복수의 통로 또는 홀을 포함한다. 예시된 실시에에서, 상기 통로들은 12개의 제 1 통로 세트(116), 상기 제 1 통로 세트(116)의 내부에 방사상으로 위치한 8개의 제 2 통로 세트(118) 및 상기 제 1 통로 세트(116)의 바깥쪽으로 방사상으로 위치한 39개의 제 3 통로 세트(120)를 포함한다. 도 3에서 보는 바와 같이, 통로(116)의 하부 말단은 리세스(114) 내에 있다. 예시된 실시예에서, 각 리세스(114)는 4개의 통로(116)의 하부 말단을 포함한다. 상기 통로(118)는 대체로 기판 홀더(100)의 중심 부근 및 주위에 원형으로 배열되어 있다. 상기 통로(120)는 대체로 베인의 링(110) 및 세 그룹의 통로(116) 사이에 방사상으로 3개의 동심원으로 배열된다. 중심부(102) 내의 통로의 매우 다양한 가능한 배열이 있으며, 상기 예시된 배열은 극히 일부 가능성일 뿐이라는 것을 이해해야 할 것이다. 통로(116, 118 및 120)의 수는 약 9 내지 250개 범위 내인 것이 바람직하나, 또한 약 6 내지 225개 범위 내일 수 있으며, 약 20 내지 250개, 약 50 내지 200개, 약 100 내지 200개 또는 약 100 내지 250개일 수 있다. 중심부(102)의 하부면(106)은 통로(116, 118 및 120)의 밀도가 0.01 내지 3.0 통로/cm²인 것이 바람직하며, 또한 0.05 내지 2.5 통로/cm², 0.10 내지 2.5 통로/cm², 0.20 내지 2.5 통로/cm² 또는 0.50 내지 2.0 통로/cm²일 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 홀더(100)는 중앙 온도 센서 또는 열전지(28)를 수용하기에 적합한 중앙 리세스(122)를 포함한다.

바람직하게, 제 1 통로 세트(116)는 한 리세스(114)의 통로(116)를 통하여 상방으로 흐르는 가스가 리세스(114)의 중심으로부터 떨어져 유도되도록 기울어지거나 수직에 대하여 각을 이룬다. 바람직하게, 제 2 통로 세트(118)의 일부 또는 전부는 그들의 상부 말단(중심부(102)의 상부면(104)에서)이 그들의 하부 말단(중심부(102)의 하부면(106)에서)의 방사상 외부로 향하도록 기울어진다. 바람직하게, 제 3 통로 세트(120)의 일부 또는 전부는 그들의 상부 말단(상부면(104)에서)이 그들의 하부 말단(중심부(102)의 하부면(106)에서)의 방사상 내부로 향하도록 기울어진다. 통로(116, 118 및 120)는 수직에 대하여 30° 내지 60°의 범위의 각으로 기울어지는 것이 바람직하고, 수직에 대하여 약 45°의 각으로 기울어지는 것 이 보다 바람직하다. 통로(116)의 직경은 0.04 내지 0.25인치의 범위 내인 것이 바람직하고, 약 0.080인치인 것이 보다 바람직하다. 통로(118, 120)의 직경은 0.04 내지 0.25인치인 것이 바람직하고, 약 0.100인치인 것이 보다 바람직하다. 다른 통로의 직경들은 통로를 통하여 가스를 흐를 수 있게 하는 목적에 적당하다고 사료되는 범위에서 가능하다.

통로(116, 118 및 120)는 대체로 중심부(102)에 걸쳐 고르게 분포될 수 있다. 다른 실시예에서, 통로들은 중심부(102)에 걸쳐 고르지 않게 분포될 수도 있다. 통로들은 중심부(102)를 통하여 유체를 전달하기 위하여 어떤 적절한 패턴을 형성할 수 있다. 통로들은 기판 홀더(100)를 통하여 원하는 유체 흐름을 달성하도록 어떠한 적절한 크기 및 구성을 가질 수 있으리라 사료된다. 통로의 직경 및 방향은 예를 들어, 중심부(102)를 통하여 흐르는 가스의 원하는 유속 및 통로들에 의해 운반된 가스가 기판(16)의 후면(154)에 부딪히는 원하는 각도에 기초하여 결정될 수 있다. 추가로, 통로들은 원하는 바에 따라 서로 유사하거나 다를 수 있다.

도 2 및 도 3의 기판 홀더(100)의 말단 부위의 부분도 및 확대 평면도인 도 4 및 도 5는 홀더의 에지 구성을 보다 자세하게 보여준다. 상술한 바와 같이, 홀더(100)는 스페이서 베인(124)의 링(110) 밖에 외부 환상 견부(108)를 포함한다. 바람직하게, 견부(108)의 상부면(132)은 베인(124)의 위로 융기되어, 견부(108)가 베인(124) 위에 지지된 기판(16)의 말단 에지(17)(도 1, 7 및 8)를 둘러싼다. 바람직한 실시예에서, 스페이서 베인(124)은 간격을 두고 배치되며 전체적으로 서로 평행하고 베인(124)의 각각은 베인의 링(110)의 중심에 대하여 각을 이루고 있다. 상기 문장에서 '전체적으로 평행한'의 의미는 베인(124)의 전체가 동일한 방향으로 위치하며, 만약 휘어졌다면 나란히 곡률을 일치시키는 것을 의미한다. 도 5에 도시된 베인(124)은 그들의 방사상 내부로 향하는 말단이 방사상 외부로 향하는 말단보다 방사상 방향에 대하여 더 근접하게 위치되도록 다소 휘어져 있다. 채널(126)은 베인(124)들의 사이를 말한다. 도 5를 참고하여 설명하면, 홀더(100)가 시계방향으로 회전될 때, 각을 이룬 베인(124)이 채널(126)을 통한 방사상 내부로 향하는 가스의 흐름을 실질적으로 제지하거나 억제하고, 채널(126)을 통한 방사상 외부로 향하는 가스의 흐름을 실질적으로 용이하게 한다. 홀더(100)가 반시계 방향으로 회전될 때, 역의 효과가 관찰된다. 당업자들은 스페이서 베인(124)이 대안적으로 직선형(도 5에 도시된 바와 같은 곡선형에 반대되는)일 수 있음을 이해할 것이다. 도 6은 베인(124)이 직선형인 대안적인 구성을 보여준다.

도 4 및 도 5에 도시된 실시예에서, 스페이서 베인(124)의 링(110)은 얕은 환상 홈(128)으로 둘러싸이며, 이는 기판(16)(도 1)으로부터 기판 홀더(100)로의 방사 손실을 최소화하는데 도움을 준다. 상기 홀더(100)는 또한 베인 링(110)으로부터 방사상으로 내부 쪽에 위치한 환상 단열 홈(130) 및 얕은 환상 홈(128)을 포함한다. 상기 단열 홈(130)은 베인 링(110) 구역 내에서, 홀더(100)로 지지되고 홀더와 열적 접촉 상태에 있는 기판(16)으로부터 홀더(100)로 열이 전도되는 것을 보상하는데 도움을 준다. 스페이서 베인(124), 홈(128) 및 홈(130)의 디자인 및 구성은 미국 특허 출원 제 10/697,401호에 보다 자세하게 제공되고 있다.

도 7 및 도 8은 공동의 지지 스파이더(22)에 의하여 지지되는 도 2 및 도 3 의 기판 홀더(100)를 포함하는 기판 지지 시스템(140)을 나타낸다. 도 7은 홀더(100) 상에 지지되는 기판(16)을 나타내는 평면도이다. 도 7에서, 리세스(114)의 외곽선은 점선으로 도시되었다. 도 8은 도 7의 7-7 라인을 따라 절취된 기판 지지 시스템(140)의 단면도이다. 지지 스파이더(22)는 가스 컨베이어(144)로부터 집합관(146)으로 가스의 흐름을 용이하게 하기 위하여 가스 컨베이어(144)의 상부 말단 또는 출구(143)에 연결된 하부 입구(142)를 가지는 공동의 몸체 또는 집합관(146)을 포함한다. 상기 스파이더(22)는 유체가 새지 않도록 가스 컨베이어(144)와 연결되는 것이 바람직하다. 이 실시예에서, 가스 컨베이어(144)는 단단한 수직 튜브를 포함한다. 바람직하게, 상기 가스 컨베이어(144)는 스파이더(22)를 지지한다. 예를 들어, 스파이더(22)의 입구(142)는 가스 컨베이어(144)의 출구(143) 위에 단단히 고정되도록 구성될 수 있다(예를 들어, 나사산 연결). 대안적으로, 집합관(146)은 가스 컨베이어(144)의 상부 말단 상에 위치하는 내부 플랜지(flange)(미도시)를 가질 수 있다. 또한, 상기 집합관(146)은 가스 컨베이어(144)의 출구(143) 내로 삽입되도록 크기가 조정될 수 있다. 당업자들은 스파이더(22)를 지지하는 가스 컨베이어(144)의 다양한 구성이 있을 수 있으며, 이들 중 어떤 것도 본 발명의 실시예들 중 어느 것에 적용될 수 있음을 이해할 것이다.

스파이더(22)는 집합관(146)으로부터 대체로 방사상으로 외부 및 상방으로 연장하는 복수의 공동 튜브 또는 팔(148)을 포함하며, 상기 팔(148)은 집합관(146)으로부터 가스 흐름을 수용하도록 구성되어 있다. 튜브 또는 팔(148)이 원통형일 필요는 없음을 이해할 것이며; 그들은 다양한 다른 단면 모양 및 크기를 가질 수 있다. 또한, 그들의 단면 모양 및 크기는 그들의 길이를 따라 바뀔 수 있다. 상기 팔(148)은 기판 홀더(100)의 중심부(102)의 하부면(106)을 지지하는 개방 상부 말단(150)을 가진다. 예시된 실시예에서, 상부 말단(150)은 홀더(100)의 리세스(114) 내에 수용된다. 상기 팔(148)의 상부 말단(150)은 가스를 리세스(114) 내의 통로(116) 쪽으로 상방으로 바람직하게는 유체가 새지 않는 방법으로 운반하도록 구성된다. 스파이더(22)가 가스를 운반하는 통로(116)의 수는 원하는 대로 바뀔 수 있음을 이해할 것이다. 일부 고안에서, 스파이더(22)로부터 가스를 수용하는 하나의 통로(116)를 가지고, 그 경우 스파이더는 하나의 공동 팔(148)만 포함하는 경우가 단지 필요할 수도 있다. 리세스(114) 내의 팔(148)의 상부 말단(150)의 수용은 또한 스파이더(22)의 회전을 홀더(100)의 회전 쪽으로 전송하는데 도움을 준다.

도 8에 도시된 바와 같이, 기판(16)의 말단 부위는 스페이서 베인(124)의 링(110)의 상부 지지면에 지지된다(도 5, 6). 상기 스페이서 베인(124)은 중심부(102)의 상부면(104) 및 기판(16)의 후면(154) 사이에 얇은 갭 구역(152)이 존재하도록 크기가 조정된다. 상기 갭 구역(152)의 높이는 스페이서 베인(124)의 높이에 의하여 조절된다. 바람직하게, 상기 갭 구역(152)은 실질적으로 균일한 높이를 가진다. 도시를 단순화하기 위하여, 도 8 내의 통로(116, 118 및 120)의 배열 및 수는 도 2 및 도 3에 도시된 것과는 다소 다르다. 당업자들은 매우 다양한 다른 배열 및 개수의 통로가 가능하다는 것을 이해할 것이다.

기판 홀더(100) 및 지지 스파이더(22)는 열 팽창 계수가 유사하거나 다른 물 질로 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 홀더(100) 및 스파이더(22)는 홀더(100)의 하부면(106)과 스파이더(22)의 지지 팔(48)의 상부 말단(150) 사이의 상대적인 움직임을 감소시키기 위하여 유사한 열 팽창 계수를 가진다.

상기 기판(16)을 처리하기 위한 기판 지지 시스템(140)의 사용이 이제 설명된다. 기판(16)은 스페이서 베인(124)의 상부 지지면이 기판의 말단 부위를 지지하도록 기판 홀더(100) 위에 위치한다. 가스 공급원이 제공되어 불활성 가스(또한 '퍼지 가스' 또는 '청소 가스'로 불림)를 가스 컨베이어(144)를 통하여 상방으로 주입한다. 도 8에서, 상기 불활성 가스의 흐름이 화살표로 표시되었다. 상기 불활성 가스는 지지 스파이더(22)의 집합관(146) 내로 흘러 들어가고 그 후 공동 팔(148)로 들어간다. 상기 불활성 가스는 통로(116)를 통하여 갭 구역(152)으로 상방으로 진행한다. 도시된 바와 같이, 통로(116)는 불활성 가스의 흐름이 90°각으로 기판(116) 상에 부딪히지 않도록 기울어져 있다. 이는 불활성 가스 흐름이 기판(16)의 내부에서 바람직하지 않게 냉각시키거나 냉각 점을 형성하는 정도를 감소시키는 데 도움을 준다. 통로(116)로부터 불활성 가스가 나온 후, 불활성 가스는 갭 구역(152) 전반에 걸쳐 흐른다. 상기 불활성 가스의 일부는 스페이서 베인(124)들 사이의 채널(126)을 통하여 방사상 외부로 흐르고, 기판(16)의 말단 에지(17) 주위에서 상부 반응 챔버(2) 쪽으로 상방으로 흐른다. 불활성 가스의 나머지는 홀더(100)의 통로(118, 120)를 통하여 하부 반응 챔버(4) 쪽으로 하방으로 흐름으로써 갭 구역(152)을 빠져나간다. 선택적으로, 가스(바람직하게는 불활성 가스)의 제 2 흐름은 일반적으로 기판 홀더(100)의 중심부(102)의 하부면(106) 아래에 평행한 하부 챔버(4) 내로 유도되어 통로(118, 120)의 하부 말단으로부터 나오는 불활성 가스를 제거한다. 분리된 하류의 반응기 출구 또는 배출구는 이들 혼합된 가스 흐름의 제거를 위하여 수정 챔버 분할자(36)(도 1) 아래의 챔버(4) 내에 제공될 수 있다.

상술한 바와 같이, 제 2 통로 세트(118) 및 제 3 통로 세트(120)는 또한 수직에 대하여 기울어지거나 각을 이룰 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제 2 통로 세트(118)는 그들의 하부 말단이 그들의 상부 말단의 내부로 방사상으로 향하도록 기울어진다. 이는 불활성 가스가 통로(118)쪽으로 통로(116)로부터 안쪽 방향으로 방사상으로 흐르는 경향이 있으므로 통로(118)를 통하여 불활성 가스의 하방으로의 흐름을 용이하게 한다. 제 3 통로 세트(120)는 그들의 하부 말단이 그들의 상부 말단의 바깥쪽으로 방사상으로 향하도록 기울어진다. 이는 또한 불활성 가스가 통로(120)를 향하여 통로(116)로부터 방사상으로 바깥 방향으로 흐르는 경향이 있으므로 통로(120)를 통하여 불활성 가스의 하방으로의 흐름을 용이하게 한다. 따라서, 통로(118, 120)의 묘사된 기울기는 갭 구역(152)으로부터 불활성 가스가 하부 반응 챔버(4)로의 하방 흐름을 용이하게 한다. 또한 통로(118, 120)의 기울기는 홀더(100) 아래의 가열 요소(14)로부터 나오는 방사 에너지에 기판 후면(154)이 직접 노출되는 위험성을 줄인다(도 1). 이러한 위험성을 한층 줄이기 위하여, 기판 홀더(100) 내의 통로는 방사열이 기판 후면(154)에 직접 통로들을 통하여 조사하는 것이 불가능하도록 비선형 모양을 가질 수 있다. 예를 들어, 통로들은 각각 수직 부위 및 각을 이룬 부위를 가질 수 있다.

상술한 불활성 가스의 흐름과 동시에, 반응 처리 가스들은 일반적으로 상부 반응 챔버(2) 내의 기판(16) 위에 일반적으로 수평으로 유도된다. 상기 반응 가스들의 흐름은 기판(16)의 전면(155) 위에 처리 물질들의 증착을 가져온다. 상기 기판(16)의 에지(17) 주위의 불활성 가스의 상부 방향으로의 흐름은 기판 에지(17) 및 갭 구역(152)으로 반응물 가스들의 하방 흐름을 실질적으로 감소시키고, 저지하고 또한 예방한다. 또한, 지지 스파이더(22), 홀더(100) 및 기판(16)은 처리 동안 중심 수직 축 주위로 회전하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 가스 공급 튜브(144)는 회전 가능하며 그의 회전을 스파이더(22), 홀더(100) 및 기판(16)에 전달한다. 상기 홀더(100)는, 기울어진 스페이서 베인(124)이 상술한 바와 같이 그 베인들 사이의 채널(126) 내에 반응물 가스의 방사상 내부로 향하는 흐름을 저지하는 방향으로 회전하는 것이 바람직하다. 상기 기울어진 스페이서 베인(124)은 또한 채널(126)을 통하여 불활성 가스의 방사상 외부로 향하는 흐름을 도와주며, 이는 또한 처리 가스의 내부로의 흐름을 감소하고, 저지하거나 예방한다. 이와 같이, 상기 기울어진 스페이서 베인(124)은 후면 증착, 기판 에지(17) 부근에서의 증착까지도 감소하거나 저지한다. 이러한 점에서, 상기 베인(124)의 기울기는 종래 기판 홀더에 비하여 10배의 향상 결과를 가져온다.

상기 기판 지지 시스템(140)이 자동 도핑을 줄이거나 저지하는 것을 이해할 것이다. 확산된 도펀트 원자들이 기판(16)의 후면(154)으로부터 방출될 때, 갭 구역(152) 내의 불활성 가스의 강제적인 흐름은 대부분의 도펀트 원자들을 하방으로 통로(118, 120)를 통하여 하부 반응 챔버(4) 내로 제거한다. 따라서, 확산된 도펀 트 원자들은 기판 에지(17) 부근에서 상방으로 상부 반응 챔버(2)로 흘러 기판(16)의 전면(155)에 재 증착되는 것이 실질적으로 방지된다. 또한, 일부 확산된 도펀트 원자들이 스페이서의 링(110)을 통하여 방사상 외부로 흐르고 기판 에지(17) 주위로 상방으로 흐른다면, 상기 에지(17) 주위로 상방으로 흐르는 불활성 가스의 모멘텀은 이러한 도펀트 원자들을 기판 전면(155)으로부터 불어내어 반응물 가스의 일반적인 흐름 및 상부 반응 챔버(2) 내의 증착 부산물에 의하여 제거되도록 할 수 있다. 구역(152) 내로 상방으로 주입된 불활성 가스의 압력 및 유속은 이러한 도펀트 원자들이 기판 전면(155)에 재 증착할 가능성을 줄이거나 최소화하도록 조정될 수 있다.

상기 지지 시스템(140)은 종래 시스템에 비하여 현저한 개량을 보여주는데 예를 들어, 공동의 지지 스파이더(22)는 갭 구역(152) 내로 불활성 가스의 조절 가능하고, 직접적이며 강제적인 흐름을 가능하게 하기 때문이다. 기판 홀더(100) 및 스파이더(22)의 특정 디자인에 기초하여, 불활성 가스는 홀더(100)의 중심부(102) 내에 원하는 위치에 특정 수의 선택된 통로(116)로 직접 운반될 수 있다. 이러한 시스템은 보다 효과적으로 후면 증착 및 자동 도핑을 감소하거나 방지한다.

도 1을 참고하면, 상술한 바와 같이, 반응기(10)의 분할자(36)가 때로 상부 반응 챔버(2)로부터 반응물 가스들의 흐름을 하부 챔버(4)로 완전히 방지하지 못하는 경우가 있다. 일부 종래 시스템에서, 기판 홀더 아래의 이러한 반응물 가스들은 기판 후면으로 흘러 그 위에 증착할 수 있다. 그러나, 도 7 및 도 8에 도시된 상기 기판 지지 시스템(140)은 이러한 문제점을 해결한다. 지지 스파이더(22) 내 로의 불활성 가스의 강제적인 흐름은 홀더(100)의 통로(118, 120)를 통하여 불활성 가스의 하방 흐름을 유리하게 가져와, 기판 후면(154)에 대한 반응물 가스들의 상방 흐름을 실질적으로 저지한다. 이러한 후면 증착 형태의 위험성은 또한 상부 및 하부 챔버(2, 4) 사이에 차별적인 압력, 하부 챔버의 압력이 상부 챔버의 압력보다 높은 상태를 유지함으로써 감소될 수 있다. 이러한 압력의 차는 불활성 가스의 일부를 직접 하부 챔버(4)로 도입하고, 챔버(4)로부터의 출구의 크기를 줄이거나 출구를 제거함으로써 얻을 수 있다. 이 여분의 활성화 가스는 가스 컨베이어(144)로부터 챔버(4)로 대안적인 유로를 제공하거나(즉, 갭 구역(152)을 통하여 흐르지 않고 불활성 가스가 챔버(4) 내로 흐를 수 있는 유로), 전체적으로 분리된 가스 입구를 제공함으로써 챔버(4) 내로 도입될 수 있다.

또한, 기판 지지 시스템(140)은 기판(16)의 후면(154)으로부터 고유의 산화층을 제거하는데 사용될 수도 있다. 세정 가스(예를 들어, 수소 가스)가 가스 컨베이어(144), 스파이더(22) 및 통로(116)를 통하여 갭 구역(152)으로 상방으로 운반될 수 있다. 상기 세정 가스는 후면(154)의 산화층을 제거한다. 과잉의 세정 가스 및 산화물 제거 부산물이 그 후 갭 구역(152)으로부터 흘러 통로(118, 120)를 거쳐 기판(16)의 말단 부위 주위에서 상방으로 어느 정도 흐른다(베인들(124) 사이의 채널(126)을 통하여; 도 1). 산화층 제거는 기판(16)의 후면(154)과 전면(155)에 대하여 동시에 수행될 수 있다. 따라서, 상술한 기판 후면 세정 작업은 상부 반응 챔버(2) 내의 기판(16) 위에 세정 가스의 대체로 수평적인 흐름의 동시 도입을 포함한다. 바람직하게, 스파이더(22), 홀더(100) 및 기판(16)은 세정 작업 동 안 중심 수직 축에 대하여 회전하는데, 이는 산화층 제거의 균일성과 완전성을 향상시킨다. 또한, 기울어진 스페이서 베인(124)은 산화물 제거 부산물의 흐름이 방사상으로 바깥으로 향하도록 하는데 도움을 준다. 일부 실시예에서, 기판 후면(154)의 산화층의 거의 완전한 제거는 2분 이하, 때에 따라서는 40-60초 이하의 '베이크(bake)'(다시 말해, 후면(154)을 세정 가스에 노출시키는 단계)와 함께 달성될 수 있다.

당업자들은 다른 기판 홀더들이 상기 홀더(100), 특히 기판(16)의 후면 및 홀더의 상부면 사이의 갭 구간(152)을 제공하는 홀더들에 대신하여 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 다른 종류의 스페이서 요소(예를 들어, 홀더 면에 부착된 립 부위, 스페이서 마디 또는 핀, 약간의 가스 흐름 홈을 가진 환상 립 등)가 사용될 수 있다.

도 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 기판 지지 시스템(200)을 나타낸다. 상기 시스템(200)은 일반적으로 지지 스파이더(22) 대신에 사발 또는 컵 모양의 기판 홀더 지지체(204)를 포함한다. 도 9는 전체 시스템(200)의 측 단면도이며, 반면에 도 10은 홀더 지지체(204) 만의 평면도이다. 상기 시스템(200)은 기판 처리(예를 들어, 에피택셜 증착과 같은 CVD) 또는 산화물 층 제거 동안 기판(16)을 지지할 수 있다. 상술한 시스템(140)과 같이, 시스템(200)은 처리 가스들이 지지된 기판(16)의 후면에 접촉하는 정도를 방지하거나 감소한다. 또한, 상기 시스템(200)은 자동 도핑을 감소하거나 방지한다. 지지 스파이더(22)와 유사하게, 기판 홀더 지지체(204)는 가스 컨베이어(144)(예를 들어, 회전 가능한 수직 튜브) 에 장착될 수 있고 또한 기판 홀더(100)와 연결되어 지지할 수 있다. 상기 기판 홀더 지지체(204)는 튜브, 지지체(204) 및 홀더(100)가 함께 회전하도록 기판 홀더(100)를 회전 가능하게 튜브(144)에 연결할 수 있다.

예시된 실시예에서, 상기 기판 홀더 지지체(204)는 가스 공급 튜브(144)의 상부 말단으로부터 대체로 수직이며 바람직하게 환상인 구조물(252)까지 연장하는 평탄 기저부(251)를 대체로 포함한다. 바람직하게, 상기 구조물(252)은 벽을 포함한다. 기판 홀더(100)는 되도록이면 안정하게 상기 수직 벽(252)의 상부 에지(262) 위에 위치할 수 있다. 상기 상부 에지(262)는 상부 에지(262) 및 홀더(100)의 하부면(106) 사이의 경계면에 걸쳐 유체 흐름이 제한되도록 구성되는 것이 바람직하다. 상기 벽(252)은 홀더 지지체(204)의 상대적으로 큰 상부 개구부를 규정하며, 상부 개구부는 상기 홀더(100)의 하부 면(106)의 적어도 대부분의 부위를 받쳐주는 것이 바람직하다. 이 상부 개구부는 기판 홀더(100)가 특별히 지지하도록 고안된 기판(16)의 크기에 대하여 어떠한 비율의 크기를 갖는 면적을 규정한다. 상기 비율은 바람직하게는 50 내지 120%이며, 또한, 70 내지 120%, 95 내지 120%, 50 내지 100% 또는 70 내지 100%일 수 있다. 챔버(260)는 기저부(251)의 상부면(265) 및 홀더(100)의 중심부(102)의 하부면(106) 사이로 규정된다. 기판 홀더(100)의 통로(240)는 갭 구역(252) 및, 홀더(100)와 홀더 지지체(204) 사이에 규정된 챔버(260) 사이에서 유체 연통을 제공한다. 상기 홀더 지지체(204)는 수정, 탄화규소로 코팅된 흑연 또는 다른 물질과 같은 적절한 특징을 가진 물질로부터 제조될 수 있다. 당업자에 공지된 기술 중 하나로 본 명세서에 기술된 바와 같이 본 발명의 어떠한 바람직한 목표를 달성하기 위하여 물질 종류의 적절한 조합, 두께 및 모양을 결정할 수 있다.

예시된 실시예에서, 기판 홀더(100)는 실질적으로 도 2 내지 도 8에 도시된 기판 홀더(100)와 실질적으로 동일하다. 그러나, 당업자들은 다른 기판 홀더들이 사용될 수 있으며, 특히 기판(16)의 후면과 홀더의 상부면 사이의 갭 구역(252)을 제공하는 기판 홀더들이 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 다른 종류의 스페이서 요소(예를 들어, 스페이서 립 부위, 홀더 표면에 고정된 스페이서 마디 또는 핀, 약간의 가스 흐름 홈을 갖는 환상 립)를 갖는 기판 홀더가 사용될 수 있다. 또한 당업자들은 이러한 실시예의 목적으로, 연결될 스파이더 팔이 없기 때문에 홀더(100)의 리세스(114)가 수정되거나 생략될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 이 실시예에서, 상술한 통로(116, 118 및 120) 사이에 타당한 구별점이 없다. 그러므로, 이 실시예에서 홀더(100) 내의 통로는 상부 말단(242) 및 하부 말단(244)을 갖는 통로(240)로 통칭된다. 상술한 이전 실시예에서와 같이, 상기 통로(240)는 비스듬한 각을 이루거나 그렇지 않으면 기판 후면(154)에 가스의 직접적인 부딪힘을 최소화하도록 구성된다.

기판 홀더(100)는 기판 홀더 지지체(204)에 탈착 가능하게 또는 영구적으로 연결될 수 있으며, 또한 가스 컨베이어(144)에 연결된다. 바람직하게, 상기 기판 홀더(100)는 기판 홀더 지지체(204)에 의해 안정하게 지지되는데, 실질적으로 그들 사이에서 미끄러짐이 없이 일체로 회전하도록 하기 위함이다. 예를 들어, 기판 홀더(100)는 기판 홀더 지지체(204) 상에 위치할 수 있는데 기판 홀더(100)는 기판 홀더 지지체(204) 상에서 편의상 위로 들어 올려질 수 있다. 다른 실시예에서, 기판 홀더(100)의 하부면은, 홀더(100)와 홀더 지지체(204)를 회전적으로 잠금 상태가 되도록 홀더 지지체(204)의 상부 에지와 서로 맞물리도록 구성된다(예를 들어, 스냅 연결, 핀/홀 상호 연결 또는 다른 적당한 수단).

도시된 기판 홀더 지지체(204)는 기저부(251)와 환상의 수직 벽(252)을 포함한다. 상기 기저부(251)는 벽(252)으로부터 가스 컨베이어(144)와 연결된 플랜지(253)까지 연장된다. 예시된 실시예에서, 상기 기저부(251)는 플랜지(253)로부터 수평으로 연장되어 대체로 홀더(100)의 모양과 유사한 모양을 갖는다. 그러나, 상기 기저부(251)는 홀더 지지체(204)(예를 들어, 벽(252))의 일부가 상기 기판 홀더(100)의 하부면(106)과 연결되도록 어떠한 적절한 모양을 취할 수 있다. 기판 홀더 지지체(204)의 벽(252)은 기저부(251)의 말단으로부터 상방으로 연장된다. 상기 벽(252)은 크기가 조절되어, 그 위에 기판(16)을 지지하는 기판 홀더(100)를 유지하고 지지할 수 있도록 구성된다. 예시된 실시예에서, 벽(252)은 대체로 수직으로 위치하며 기저부(251)에 수직이다. 비록, 도시되진 않았지만 상기 벽(252)은 기저부(251)와 기판 홀더(100)의 하부면(106) 사이의 바람직한 거리 등에 따라 기저부(251) 및 기판 홀더(100)에 대하여 어떠한 각을 이루어 위치할 수 있다. 또한, 상기 벽(252)은 상기 기저부(251)와 상기 기판 홀더 지지체(204) 사이의 원하는 거리를 달성하기 위하여 어떠한 높이를 가질 수 있다.

예시된 기판 홀더 지지체(204)는 홀더(100) 아래에 위치한 방사 가열 요소(14)(도 1)로부터 기판(16)의 후면(154)의 어떤 직접적인 노출을 유리하게 방지한 다. 특히, 상기 홀더 지지체(204)는 홀더(100)의 통로(240)를 통하여 직접적인 열 에너지를 차단한다. 이것은 기판(16) 내의 열점이 생기는 것을 방지하는데 도움을 주며, 역으로 상기 기판 위에 증착될 물질 층의 균일성에 영향을 줄 수 있다.

예시된 실시예에서, 챔버(260)는 대체로 원통형이다. 일 실시예에서, 상기 챔버(260)는 대체로 일정한 높이를 가진다. 다른 실시예에서, 챔버(260)의 높이는 방사상 방향으로 변한다. 예를 들어, 챔버(260)의 높이는 방사상으로 바깥 방향으로 감소할 수 있다. 그러나, 상기 챔버(260)는 어떠한 원하는 적절한 높이 프로파일을 가질 수 있다. 예시된 실시예에서, 기저부(251) 및 벽(252)은 대체로 U-자형의 단면 프로파일을 가질 수 있다. 이러한 프로파일은 대안적으로 V-자형, W-자형, 반원형, 이들의 조합 또는 어떤 다른 적절한 형태의 프로파일을 가질 수 있다.

기저부(251) 및 벽(252)의 크기 및 구성은 챔버(260)의 원하는 크기 및 구성을 얻기 위하여 바뀔 수 있다. 예시된 실시예에서, 예를 들어 기판 홀더 지지체(204)는 챔버(260)가 벽(252)의 높이와 동일한 실질적으로 균일한 높이를 가진 원통형이 되도록 대체로 사발형 또는 컵형의 모양을 가질 수 있다. 기저부(251)의 직경은 원하는 에지의 위치 또는 벽(252)의 상부 부분(262)에 따라 선택될 수 있다. 예시된 실시예에서(도 9), 기저부(251)는 벽(252)이 모든 통로(240)의 바깥 방향으로 방사상으로 위치되도록 크기가 조정된다.

기판 홀더 지지체(204)는 가스 컨베이어(144)의 상부 말단 또는 입구(143)에 장착될 수 있다. 일 실시예에서, 가스 컨베이어(144)는 유체(예를 들어, 세정 가스 및/또는 불활성 가스)를 기판 홀더 지지체(204)에 공급하는 공동의 튜브 부재이 다. 상기 튜브(144)는 튜브(144)를 통하여 챔버(260)로 연장되는 튜브 통로(210)를 포함한다. 가스 컨베이어(144)는 바람직하게 홀더 지지체(204), 홀더(100) 및 기판(16)을 동시에 회전시키도록 회전될 수 있다. 선택적으로, 상기 가스 컨베이어(144)는 홀더(100), 홀더 지지체(204) 및 기판(16)을 상방 및/또는 하방으로 움직이도록 수직 방향으로 이동될 수 있다. 상기 기판(16)이 기판 지지 시스템(200)상에 적재되지 않은 경우, 가스 컨베이어(144)가 홀더(100) 및 홀더 지지체(204)를 이동시킬 수 있다.

예시된 실시예에서, 상대적으로 작은 통로(240)는 갭 구역(152) 및 챔버(260) 사이에서 유체 연통이 가능하도록 한다. 다시 말해, 가스는 통로(240)를 통하여 갭 구역(152) 및 챔버(260) 사이에서 이동할 수 있다. 다른 실시예에서, 이러한 유체 연통은 홀더(100)의 중심부(102) 내의 슬롯 링 또는 단일 대형 홀과 같은 다른 종류의 통로에 의하여 수행될 수 있다.

기판 홀더(100) 및 기판 홀더 지지체(204)는 열팽창 계수가 유사하거나 다른 물질로부터 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 홀더(100) 및 홀더 지지체(204)는 홀더(100)의 하부면(106) 및 벽(252)의 상부 부분(262) 사이의 상대적인 이동을 감소시키기 위하여 유사한 열팽창 계수를 가진다.

일 실시예에서, 홀더 지지체(204)의 벽(252)의 상부 부분(262)과 홀더(100)의 하부면(106) 사이의 마찰에 의한 연결은 홀더 지지체(204)에 대한 홀더(100)의 위치를 유지시킨다. 바람직하게, 상기 홀더(100)는 가스 컨베이어(144)의 회전 축에 대하여 중앙에 있도록 한다. 선택적으로, 상기 홀더(100)는 홀더 지지체(204) 에 대하여 자신을 센터링하기 위한 수단을 가질 수 있다. 예를 들어, 하부면(106)은 홀더(100)가 홀더 지지체(204)에 대하여 원하는 위치에 머무르거나 이동되는지 확실하게 하기 위하여 상부 부분(262)과 연결되도록 구성된 돌출부 또는 홈을 가질 수 있다. 적어도 하나의 상부 부분(262)과 하부면(106)은, 특히 홀더(100)와 홀더 지지체(204)가 회전하는 동안, 홀더(100)와 홀더 지지체(204) 사이의 미끄럼을 방지하기 위하여 융기부(protuberance), 스플라인(spline), 홈, 거친 표면 또는 다른 표면 특성을 가질 수 있다. 선택적으로, 씰링은 상부 부분(262)과 하부면(106) 사이에 형성되어 챔버(260)의 통일성을 유지할 수 있다. 예를 들어, 씰링은 하부 반응 챔버(4) 내의 처리 가스들이 챔버(260) 내로 들어가는 것을 저지하거나 방지할 수 있다.

예시된 실시예에서, 기판 홀더(100), 기판 홀더 지지체(204) 및 가스 컨베이어(144)는 후술하는 바와 같이 후면 증착을 방지하도록 구성된다. 기판 처리 동안, 불활성 가스가 가스 컨베이어(144)를 통하여 챔버(260) 내로 상방으로 유도된다. 상기 불활성 가스는 챔버(260) 전체에 걸쳐 채워진다. 불활성 가스의 일부는 통로(240)를 통하여 갭 구역(152)으로 흘러 들어간다. 상기 갭 구역(152) 내의 불활성 가스는 기판(16) 위의 상부 반응 챔버(2) 내의 처리 가스들이 기판 에지(17) 부근의 갭 구역(152)으로 확산되는 것을 저지하거나 방지하는 '가스 커튼(gas curtain)'을 형성한다. 구체적으로, 갭 구역(152) 내의 불활성 가스는 기판(16) 위의 챔버(2) 내의 처리 가스 압력과 비교하여 다소 약간 상승된 압력으로 인하여 기판 홀더(100)와 기판 에지(17) 부근의 기판(16) 사이에서 상방으로 흐르는 경향 이 있다. 예시된 실시예에서, 상기 불활성 가스는 도 2 내지 도 8의 실시예와 관련하여 상술한 바와 같이, 스페이서 베인들(124)(도 5, 6) 사이의 채널(126)을 통하여 방사상 외부로 흘러 갭 구역(152)에서 빠져나간 후, 기판 에지(17) 주위에서 상방으로 흐른다. 또한, 상술한 바와 같이, 비스듬한 스페이서 베인들(124)은 채널들(126) 내의 불활성 가스가 방사상 외부로 흐를 수 있도록 도와주며, 가스들(반응물 가스 또는 불활성 가스)이 그들 사이로 방사상 내부로의 흐름을 실질적으로 저지하거나 방지한다.

만일 갭 구역(152) 내의 압력이 너무 높다면, 기판(16)은 기판 홀더(100)에 대하여 바람직하지 못하게 들어 올려지고/지거나 미끄러질 수 있다. 만일 갭 구역(152) 내의 압력이 너무 낮다면 기판(16) 상의 반응물 가스들은 기판 에지(17) 주위에서 갭 구역(152) 내로 확산할 수 있다. 갭 구역(152) 내의 불활성 가스의 압력은 상부 반응 챔버(2) 내의 반응물 가스들의 압력보다 다소 또는 실질적으로 더 큰 것이 바람직하나, 기판(16)이 기판 홀더(100)에 대하여 들어 올려지고/지거나 미끄러질 정도로 커서는 안된다. 갭 구역(152) 내의 가스 압력을 선택함에 있어서 목표는 기판 냉각(국부적 또는 다른 경우)의 실질적인 위험성 또는 기판의 들어올려짐이나 미끄러짐을 일으키지 않고, 반응물 가스가 기판 에지(17) 주위의 챔버(2)로부터 갭 구역(152) 내로 흘러들어가는 것을 실질적으로 저지하거나 감소시키는 것이다. 당업자들은 이러한 고려사항들을 기초하여 갭 구역(152) 내의 적절한 가스 압력을 결정할 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 챔버(260) 내로 흐르는 불활성 가스는 상대적으로 낮은 0.4 내지 2.0slm의 유속으로 제공되는 것이 일반적인 것으 로 사료된다. 바람직한 장치예에서, 기판 처리 동안 챔버(2) 내의 미량 또는 조금의 반응물 가스도 갭 구역(152) 내로 흐르지 않는다.

상술한, 불활성 가스를 직접 통로(116)(도 2, 3 및 8)를 통하여 기판 홀더(100)로 유도하는 가스 컨베이어 스파이더(22)와 비교하여, 상기 기판 홀더 지지체(204)는 기판(16)의 국부적인 냉각을 감소시키기에 유리하다. 이는 가스 컨베이어 스파이더(22)가 불활성 가스의 분출을 직접 기판 후면(154)의 특정 위치에 유도하기 때문이며, 홀더 지지체(204)는 그렇지 않기 때문이다. 홀더 지지체(204)는 불활성 가스가 통로(240)를 통하여 좀 더 천천히 이동하도록 하는 경향이 있어, 가스는 기판 후면(154)을 그렇게 큰 모멘텀으로 부딪히지 않는다.

도 1을 참고하면, 상술한 바와 같이, 반응기(10)의 분할자(36)는 반응물 가스들의 흐름을 상부 챔버(2)로부터 하부 챔버(4)로 완전히 흐르지 못하도록 하는 것은 아니다. 일부 종래 시스템에서, 기판 홀더 아래의 이러한 반응물 가스들은 기판 후면으로 흘러 그 위에 증착될 수 있다. 그러나, 도 9 및 도 10에 도시된 기판 지지 시스템(200)은 이러한 문제를 해결한다. 유리하게, 기판 홀더 지지체(204)는 챔버(4) 내의 이러한 반응물 가스들이 통로(240)를 통하여 갭 구역(152) 내로 흐르는 것을 실질적으로 저지하거나 방지한다. 특히, 기저부(251) 및 환상 벽(252)은 이들 반응물 가스들이 챔버(260) 내로 흐르는 것을 저지한다. 선택적으로, 챔버(260) 내의 불활성 가스는 하부 챔버(4) 내의 반응물 가스들이 벽(252)의 상부 부분(262) 및 기판 홀더의 하부면(106) 사이로부터 챔버(260) 내로 확산되는 것을 저지하거나 방지하도록 충분한 압력을 가질 수 있다. 예를 들어, 챔버(260) 내의 상기 불활성 가스의 압력은 하부 챔버(4) 내의 가스 압력과 적어도 같거나 다소 높게 유지될 수 있다. 또한, 시스템(200)은 상부 및 하부 챔버(2, 4)를 분리하는 분할자(36)를 가지지 않는 반응기(10) 내에서도 대안적으로 사용될 수 있다. 분할자(36)를 생략한 것은 비용과 복잡성을 줄일 수 있고 유리질 제거 및 수정 분할자(36) 상의 원치 않는 코팅과 같은 일부 처리 문제들을 피할 수 있다.

기판 지지 시스템(200)은 또한 기판 후면(154)으로부터의 고유 산화층의 제거를 용이하게 한다. 산화층은 가스 컨베이어(144)를 통하여 상방으로 세정 가스(H₂와 같은)를 주입함으로써 기판 후면(154)으로부터 제거될 수 있다. 과도한 세정 가스 및 산화물 제거 부산물은 기판 에지(17) 부근에서 상부 반응 챔버(2)로 상방으로 흘림으로써 시스템(200) 밖으로 배출될 수 있다. 기판 홀더(100)의 회전은 세정 가스 및 산화물 제거 부산물의 이러한 흐름을 도와줄 수 있다. 일반적으로, 추가적인 세정 가스가 기판(16)의 전면(155)에서의 산화물 층을 동시에 제거하기 위하여 상부 챔버(2) 내의 기판(16) 위에 동시에 공급된다.

기판 지지 시스템(200)을 통하여 흐르는 불활성 가스는 수소 가스와 같은 실리콘이 없는 불활성 가스인 것이 바람직하다. 상기 수소 가스는 세정 가스뿐만 아니라 불활성 퍼지 또는 청소 가스로도 기능할 수 있음을 이해할 것이다. 실리콘 웨이퍼(16) 상에 산화물 층이 없는 경우 및 어떠한 온도 조건 아래인 경우, 수소 가스는 불활성이다. 실리콘 웨이퍼(16) 상에 산화물 층(SiO₂)이 있는 경우, 수소 가스는 산화물 층을 화학적으로 감소시켜 산소를 제거하여 웨이퍼 표면에 실리콘을 남긴다. 일 실시예에서, 상기 불활성 가스는 거의 전체가 수소이다. 그러나, 다른 가스 또는 가스들이 기판 지지 시스템(200)을 통하여 흐를 수 있다.

가스 컨베이어(144)를 통하여 챔버(260) 및 갭 구역(152)으로 흐르는 가스의 압력 및 유속은 기판(16), 기판 홀더(100) 및 홀더 지지체(204)의 크기 및 구성에 기초하여 조정될 수 있다. 또한 가스의 압력 및 유속은 하부 반응 챔버(4) 내의 가스의 흐름 변수 및 특성에 기초하여 조정될 수 있다. 물론 이것은 통로(240)의 어느 것이 홀더 지지체(204)의 환상 벽(252)(예를 들어, 후술되는 도 11)의 방사상 외부에 위치하는 하부 말단(244)을 가지는 지에 따라 좌우될 것이다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 지지 시스템(300)을 예시한다. 시스템(300)의 요소들 중 많은 부분은 상술한 기판 지지 시스템(200)과 유사하므로 자세하게 설명되지 않는다. 하기에 논의되는 바와 같이, 기판 지지 시스템(300)은 기판 후면 증착의 범위를 현저하게 저지하거나 줄이면서 보다 효과적으로 자동 도핑을 감소시킨다.

기판 지지 시스템(300)은 기판 홀더(100)를 지지하도록 크기와 구성이 조절된 기판 홀더 지지체(304)를 포함한다. 상술한 바와 같이, 상기 홀더 지지체(304)는 가스 컨베이어(예를 들어, 회전 가능한 수직 튜브)의 상부 말단 또는 입구에 부착되도록 구성된 플랜지(253)를 포함한다. 상기 홀더 지지체(304)는 적어도 하나의 통로(340)의 하부 개구부(344)가 개구부(344)로부터 하방으로 방출되는 가스가 챔버(260) 내로 흐르지 않도록 위치하게끔 크기가 조절된다. 예시된 실시예에서, 개구부(344)는 환상 벽(252)의 방사상 외부로 위치되고, 대체로 원형인 것이 바람 직하다. 바람직하게, 통로(240)의 하부 개구부(344)의 적어도 하나의 완전 세트 또는 링이 개구부(344)로부터 방출되는 가스가 챔버(260)(예를 들어, 개구부(344)는 모두 환상 벽(252)의 방사상 외부로 향함) 내로 흐르지 않도록 위치한다. 선택적으로, 통로(340)의 다중 링의 하부 개구부(344)는 환상 벽(252)의 방사상 외부로 향하도록 위치한다. 바람직하게, 통로(340)의 적어도 하나의 최외곽 세트 또는 링은 기판 홀더(100)의 말단 구역 전체에 걸쳐 실질적으로 고르게 위치한다. 후술하는 바와 같이, 기판 처리 동안, 통로(340)의 적어도 한 세트 또는 링을 통하여 하방으로 흐르는 불활성 가스는 확산된 도펀트 원자들 대부분 또는 실질적으로 모두를 갭 구역(152)으로부터 기판 홀더(100) 아래의 반응기 하부 챔버(4)로 제거한다. 기판 홀더 지지체(304)의 방사상 외부 방향에 위치한 통로(340)는 대안적으로 기저 플레이트(251)의 말단 부분에 대하여 고르지 않은 간격으로 위치할 수 있다. 하기의 설명에서, 참조 번호 240번은 통로의 하부 말단 또는 개구부(244)가 가스를 홀더 지지체(304) 내로 방출하도록 위치함을 의미하고, 참조 번호 340번은 통로의 하부 말단 또는 개구부(344)가 가스를 홀더 지지체(304)의 외부의 챔버(4)로 방출하도록 위치함을 의미한다.

작동에서, 불활성 가스는 플랜지 입구(253)로부터 가스 컨베이어를 통하여 공급될 수 있다. 상기 불활성 가스는 기판 홀더 지지체(304) 및 기판 홀더(100)의 사이에 규정된 챔버(260) 내로 상방으로 흐른다. 그 후, 상기 불활성 가스는 기판 홀더(100) 위의 갭 구역(152)으로 통로(240)를 통하여 흐른다. 상기 불활성 가스는 갭 구역(152) 전체에 걸쳐 흘러 실질적으로 채워진다. 갭 구역(152) 내의 불활 성 가스의 실질적인 부분은 하부 반응 챔버(4) 내로 통로(340)를 통하여 하방으로 흐른다. 따라서, 갭 구역(152)은 챔버(4) 및 챔버(260) 모두와 유체 연통되어 있다. 상기 통로(340)의 수 및 위치는 갭 구역(152) 및/또는 챔버(4) 내의 불활성 가스의 원하는 흐름 변수에 따라 결정될 수 있다. 유리하게, 기판(16)을 통하여 확산하고 기판 후면(154)으로부터 방출되는 도펀트 원자들은 불활성 가스를 챔버(4) 내로 통로(340)를 통하여 하방으로 흘림으로써 갭 구역(152)으로부터 실질적으로 제거된다. 이는 기판(16)의 상부 표면 위의 자동 도핑 양을 실질적으로 제한하거나 감소시킨다. 상기 갭 구역(152) 내의 불활성 가스 압력은 불활성 가스를 통로(340)를 통하여 챔버(4) 내로 강제적인 흐름을 만들기 위하여 챔버(4) 내의 압력보다 다소 또는 실질적으로 높은 것이 바람직하다. 바람직한 장치예에서, 챔버(4) 내의 미량 또는 어떠한 가스도 통로(340)를 통하여 갭 구역(152)으로 흘러가지 않는다.

도 11을 계속 참조하면, 갭 구역(152)의 일부 불활성 가스는 스페이서 베인(124)(도 5, 6)의 링(110)을 통하여 방사상 외부 및 기판 에지(17) 주위의 상방으로 흐를 수 있다. 이러한 불활성 가스의 부분은 자동 도핑의 위험성을 가져오는 확산된 도펀트 원자들의 일부를 상부 반응 챔버(2) 내로 상방으로 제거할 수 있다. 이러한 자동 도핑 위험성은 베인(124) 내의 채널들(126)(도 5, 6)의 크기에 대한 통로(340)의 크기를 조절함으로써 감소될 수 있다. 만일, 통로(340) 각각의 최소 단면적의 합이 채널(126) 각각의 최소 단면적의 합보다 크다면, 불활성 가스는 채널(126)을 통하는 것보다 통로(340)를 통하여 갭 구역(152)을 빠져나가는 것이 '선 호'될 것이다. 즉, 통로(340)가 채널(126)보다 집합적으로 더 넓은 유로(즉, 더 큰 단면적의 흐름 면적)을 보인다면 자동 도핑의 위험성은 줄어든다. 당업자들은 통로(340)와 채널(126)의 유로 폭 사이의 격차가 증가할수록 자동 도핑의 위험성은 한층 줄어들게 됨을 이해할 것이다.

상술한 바와 같이, 스페이서 베인(124)의 링(110)은 선택적으로 단단한 기판 지지 돌출부로 교체될 수 있다. 이들 두 옵션에서의 선택에 있어서, 당업자들은 웨이퍼의 온도 균일성에 대한 필요성과 자동 도핑 감소의 필요성의 균형을 맞출 수 있다. 단단한 지지 돌출부는 기판 에지(17) 부근에서 확산하는 불순물 전자들의 흐름을 막기 때문에 자동 도핑에 대한 강한 버팀목을 제공한다. 스페이서 베인(124)은 기판 홀더 및 기판(16) 사이의 열 전도를 최소화함으로써 온도 균일성을 향상시킨다. 베인(124)이 사용되는 경우에서도 시스템을 통하여 불활성 가스의 강제적인 흐름을 증가시킴으로써 자동 도핑이 적절히 감소될 수 있다. 또한 어떠한 장치예에서, 단단한 기판 지지 돌출부는 후면 증착을 보다 잘 저지할 수 있다.

도 11을 계속하여 참조하면, 구역(152, 2 및 4)의 압력을 적절히 조절함으로써 자동 도핑의 위험성은 또한 감소될 수 있다. 바람직하게, 갭 구역(152) 내의 불활성 가스 압력은 상부 반응 챔버(2) 및 하부 반응 챔버(4)의 압력보다 더 크다. 그렇지 않다면 불활성 가스는 챔버(2, 4)로 흐르지 않는다. 선택적으로, 상부 챔버(2)의 압력은 하부 챔버(4)의 압력보다 다소 또는 실질적으로 더 크게 유지될 수 있는데, 갭 구역(152) 내의 불활성 가스가 스페이서 베인(124)의 링(110)(도 5, 6)을 통하는 것보다 통로(340)를 통하여 흐르게 된다.

물론, 대부분의 불활성 가스를 통로(340)를 통하여 갭 구역에서 빠져나가도록 하는 목표는, 상부 챔버(2)로부터 반응물 가스의 후면 증착을 방지하기 위하여 스페이서 베인(124)의 링(110)을 통하여 불활성 가스의 일부를 흘리게 하는 가능한 목표와 적절히 균형을 이루도록 하는 것이 바람직하다. 통로(140) 및 채널(126)의 크기 및 구역들(152, 2 및 4)의 압력을 조정하는데 있어서, 당업자들은 기판 지지 시스템(300)을 장치하는데 이들 목표가 적절히 균형을 이루도록 할 수 있을 것이다.

도 11의 기판 지지 시스템(300)은 또한 통로(340)를 통하여 하방으로 반응물 가스들을 제거함으로써 후면 증착을 실질적으로 방지할 수 있다. 상부 반응 챔버(2)로부터의 반응물 가스들은, 특히 갭 구역(152) 내의 불활성 가스가 베인(124)의 링(110)(도 5, 6)을 통하여 방사상 외부 방향으로 흐르지 않는다면 기판 에지(17) 및 기판 홀더(100)의 견부(108) 사이로 하방으로 확산할 수 있다. 이러한 반응물 가스들이 베인(124)들 사이의 채널(126)을 통하여 방사상 내부 방향으로 흐른다면 불활성 가스의 강제적인 흐름은 실질적으로 모든 반응물 가스들을 통로(340)를 통하여 하부 반응 챔버(4) 내로 하방으로 바람직하게 제거한다. 이러한 방법으로, 시스템(300)은 확산된 반응물 가스들이 기판(16)의 후면(154)에 증착되는 범위를 실질적으로 방지하거나 감소시킨다. 바람직하게, 통로(340)의 적어도 하나의 링 또는 세트는 열 격리 홈(130)에 매우 근접하게 위치하여, 반응물 가스들이 증착될 수도 있는 기판 후면(154)의 말단 면적을 최소화한다. 바람직하게, 통로(340)의 최외각 링 또는 세트는 후면 증착될 반응물 가스들이 기판(16)의 배타 구역 내에서 만 증착되도록 위치한다.

일 실시예에서, 기판 지지 시스템(300)은 개구부(344)로부터 하방으로 분출되는 가스가 기판 홀더 지지체(304) 바깥의 하부 반응 챔버(4)로 흐르도록 위치된 하부 개구부(344)를 가지는 하나의 통로(340)만이 있도록 구성된다. 도 11을 참조하면, 환상 벽(252)의 방사상 외부에 있는 하부 말단(344)을 갖는 하나의 통로(340)만이 있는 것이 바람직하다. 바람직한 장치예에서, 단일의 통로(340)를 통하여 하방으로 흐르는 불활성 가스는 갭 구역(152)으로부터 하부 챔버(4)로 확산된 도펀트 원자들의 대부분 또는 실질적으로 모두를 제거한다. 시스템(300) 내에 하나의 통로(340)만이 있기 때문에, 좀 더 효과적으로 도펀트 원자 및/또는 하방으로 확산된 반응물 가스들을 단일 통로(340)로 제거하기 위하여 보다 상승된 압력(도 9 및 도 10에 도시된 시스템(200)의 불활성 가스 압력과 비교하여)으로 홀더 지지체(304) 내로 불활성 가스를 주입하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 어느 정도 단일 통로(340)의 크기를 증가시키는 것이 바람직할 수 있다. 유리하게, 하나의 통로(340)만을 가진 실시예는 기판 에지(17) 부근에서 더 많은 불활성 가스를 상방으로 흐르도록 하여, 반응물 가스들의 후면 증착을 보다 효과적으로 방지하거나 감소시킨다.

또한, 기판 지지 시스템(300)은 세정 가스를 기판 홀더 지지체(204)의 플랜지 입구(253) 내로 상방으로 주입함으로써 기판 후면(154)으로부터 산화물 층을 제거하는데 사용될 수 있다. 세정 가스는 후면(154)으로부터 산화물 층을 제거하기 위하여 챔버(260) 및 통로(240)를 통하여 상방으로 흐른다. 잉여의 세정 가스 및 산화물 제거 부산물은 하부 챔버(4) 내로 통로(340)를 통하여 하방으로 흐르고/흐르거나 상부 챔버(2) 내로 스페이서 베인(124)의 링(110)을 통하여 방사상 외부로 흐르게 함으로써 시스템(300)을 빠져나간다. 또한, 세정 가스는 기판(16)의 전면(155)으로부터 산화물 층을 제거하기 위하여 챔버(2) 내로 동시에 도입될 수도 있다.

상술한 실시예 200(도 9 및 10) 및 300(도 11)에 대하여, 기판 홀더 지지체(204, 304)는 가스를 기판 홀더(100) 내의 일정 수의 통로의 하부 말단으로 상방으로 운반하도록 구성될 수 있다. 바람직하게, 이러한 통로의 수는 적어도 9개이나, 또한 9 내지 250개, 6 내지 225개, 20 내지 250개, 50 내지 200개, 100 내지 200개 또는 100 내지 250개일 수 있다.

상술한 것은 기판 지지 시스템의 3가지 다른 일반적인 실시예이다: (1) 공동 지지 스파이더(22)를 포함하는 시스템(140)(도 7 및 8); (2) 기판 홀더(100)의 모든 통로(240)가 홀더(100) 및 홀더 지지체(204) 사이에 규정되는 챔버(260)와 유체 연통하는 기판 홀더 지지체(204)를 포함하는 시스템(200)(도 9 및 10); 및 (3) 홀더(100)의 하나 이상의 통로(340)가 가스를 챔버(260) 외부의 하부 반응 챔버(4)로 하방으로 방출하도록 위치되는 기판 홀더 지지체(304)를 포함하는 시스템(300)(도 11). 당업자들은 본 명세서의 제시로부터 이들 실시예들은 서로에 대해 다소 다른 장점들을 제공한다는 것을 이해할 것이다. 상기 시스템(140)은 확산된 원자들이 하부 챔버(4) 내로 하방으로 제거될 수 있는 상대적으로 보다 많은 통로(118, 120)들이 있기 때문에 자동 도핑에 대하여 보다 효과적일 것으로 기대된다. 상기 시스 템(200)은 홀더 지지체(204) 내로 주입되는 불활성 가스의 유일한 탈출 유로가 스페이서 베인(124)의 링(110)을 통하여 방사상 외부로 향해 있기 때문에, 기판 에지(17) 주위에서 반응물 가스가 하방으로 흐르는 것을 보다 잘 저지할 수 있도록 하여 후면 증착에 가장 효과적일 것으로 기대된다. 또한, 홀더 지지체(204)의 기저부(251)는 홀더(100)의 모든 통로(240)의 하부 말단(244)을 수용함으로써 하부 반응 챔버(4)의 반응물 가스들이 상기 통로들을 통하여 기판 후면(154)으로 상방으로 흐르는 것을 방지한다.

기판 지지 시스템(140 및 200)과 비교하여, 기판 지지 시스템(300)은 일부 장치예에서, 후면 증착과 자동 도핑을 방지하는 2가지 목적에 대해 보다 효과적으로 균형을 이루게 할 수 있다. 시스템(140)과 비교하여, 시스템(300)은 (1) 갭 구역(152) 내의 불활성 가스가 하부 반응 챔버(4) 내로 하방으로 흐를 수 있는 홀더(100) 내의 통로 수가 더 적기 때문에, 불활성 가스가 기판 에지(17) 주위에서 상방으로 흐르게 되기 쉬워 반응물 가스들이 기판 에지(17) 주위에서 하방으로 흐르는 것을 방지하고; (2) 홀더 지지체(304)의 기저부(251)가 챔버(4)의 반응물 가스의 홀더(100)의 통로를 통한 기판 후면(154)으로의 상방 흐름을 실질적으로 방지하기 때문에 후면 증착을 보다 효과적으로 억제할 것으로 기대된다. 시스템(200)과 비교하여, 시스템(300)은 챔버(4) 내로 도펀트 원자들이 하방으로 제거될 수 있는 적어도 하나의 통로(340)가 있기 때문에 보다 효과적으로 자동 도핑을 억제할 것으로 기대된다.

본 명세서에 기술되고 예시된 방법들은 기술된 단계들의 정확한 순서들로 한 정되지 않는다. 또한 반드시 설명된 모든 단계들을 실행할 필요도 없다. 단계들 또는 작동들의 다른 순서, 모든 단계들 미만의 단계 또는 단계들의 동시 발생이 본 발명의 실시예 및 방법을 실행하는데 있어서 사용될 수 있다.

또한, 당업자들은 다른 실시예로부터 다양한 특질들이 상호 교환될 수 있음을 인지할 것이다. 유사하게, 상기 논의된 다양한 특질 및 단계들 및 이러한 특질 또는 단계 각각에 대한 다른 공지의 등가물이, 알려진 기술 중 하나에 의해 혼합되고 어울려, 본 명세서에 기술된 이론에 따른 방법을 수행할 수 있다.

비록 본 발명이 어떤 실시예 및 실례를 들어 개시되었지만, 당업자들은 본 발명이 특정적으로 개시된 실시예를 벗어나 다른 대안적인 실시예 및/또는 용도와 자명한 수정 및 이들의 등가물로 연장된다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은 본 명세서의 바람직한 실시예들의 특정 개시에 의하여 제한받지 않아야 한다.

Claims (50)

1. 하기를 포함하는 기판 지지 시스템:

   (ⅰ) 하기를 포함하는, 기판을 지지하기 위한 기판 홀더:

   상부면, 하부면 및 상기 상부면으로부터 하부면으로 연장되는 복수의 개방 통로들을 갖는 중심부; 및

   상기 중심부로부터 상방으로 연장되고 상기 중심부의 상부면보다 높이 올려진 상부 지지면을 갖는 적어도 하나의 스페이서로서, 상기 적어도 하나의 스페이서의 상부 지지면은 중심부의 상부면과 기판의 하부면 사이에 갭 구역이 존재하도록 기판의 말단 부위를 지지하게 구성된 스페이서; 및

   (ⅱ) 가스 컨베이어로부터 공동의 지지 부재(hollow support member)로 가스의 흐름을 용이하게 하는, 가스 컨베이어의 출구와 연결되기에 적합한 입구를 갖는 공동의 지지 부재로서, 상기 공동의 지지 부재는 기판 홀더의 중심부의 하부면을 지지하기에 적합한 하나 이상의 상부 개방 말단을 가지고, 상기 하나 이상의 상부 개방 말단은 기판 홀더 중심부의 하나 이상의 통로들의 하부 말단들로 가스를 상방으로 운반하도록 구성되며, 상기 통로들 중 적어도 하나는 공동의 지지 부재의 내부가 아닌 구역으로 하부 개방 말단을 가지는 것을 특징으로 하는 공동의 지지 부재.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 기판 홀더의 중심부의 상부면은 오목한(concave) 기판 지지 시스템.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 기판 홀더의 중심부의 상부면은 대체로 평평한 기판 지지 시스템.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 적어도 하나의 스페이서는 기판 홀더의 중심부를 집합적으로 에워싸는 복수의 스페이서들을 포함하는 기판 지지 시스템.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 기판 홀더는 서셉터(susceptor)를 포함하는 기판 지지 시스템.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 가스 컨베이어는 실질적으로 수직의 공동(hollow) 튜브를 포함하며, 상 기 가스 컨베이어의 출구는 튜브의 개방된 상부 말단을 포함하는 기판 지지 시스템.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 갭 구역은 실질적으로 균일한 높이를 갖는 기판 지지 시스템.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 공동의 지지 부재의 입구는 가스 컨베이어의 출구와 연결되도록 구성되어, 가스 컨베이어의 수직 축에 대한 회전으로 공동의 지지 부재와 기판 홀더가 가스 컨베이어와 함께 회전하게 되는 기판 지지 시스템.
9. 제 1항에 있어서,

   기판 홀더가 상기 공동의 지지 부재 위에 위치할 때, 상기 공동의 지지 부재는 기판 홀더의 하나 이상의 통로들로 가스를 유도하도록 구성된 기판 지지 시스템.
10. 제 1항에 있어서,

    적어도 하나의 스페이서는, 서로에 대해 간격을 두고 위치하며 대체로 평행한 베인(vane) 링을 포함하고, 각 베인은 베인 링의 중심에 대하여 각을 이루는 기판 지지 시스템.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 베인은 직선인 기판 지지 시스템.
12. 제 10항에 있어서,

    상기 베인은 곡선인 기판 지지 시스템.
13. 제 1항에 있어서,

    상기 적어도 하나의 스페이서는 복수의 스페이서들을 포함하고, 상기 스페이서의 상부 지지면이 기판의 말단 부위를 지지할 때, 상기 공동의 지지 부재 및 기판 홀더의 수직 중심 축에 대한 제 1 회전 방향으로의 회전은 스페이서들로 하여금 스페이서들 사이로 방사상 내부 방향으로의 가스 흐름을 실질적으로 막아내고, 상기 공동의 지지 부재 및 기판 홀더의 수직 중심 축에 대한 제 2 회전 방향으로의 회전은 스페이서들로 하여금 스페이서들 사이로 방사상 외부 방향으로의 가스 흐름을 실질적으로 막아내며, 상기 제 2 회전 방향은 상기 제 1 회전 방향과 반대인 기판 지지 시스템.
14. 제 1항에 있어서,

    상기 공동의 지지 부재는 공동의 몸체 및 상기 공동의 몸체로부터 대체로 방사상 외부 및 상방으로 연장되는 복수의 튜브들을 포함하며, 상기 공동의 지지 부재의 입구는 대체로 상기 공동의 몸체의 하부면 또는 말단 상에 위치하고, 상기 공동의 지지 부재의 하나 이상의 상부 개방 말단은 튜브의 상부 말단을 포함하는 기판 지지 시스템.
15. 제 14항에 있어서,

    상기 통로들은 제 1, 제 2 및 제 3 통로 세트로 이루어지고, 상기 제 1 통로 세트는 튜브들의 상부 말단으로부터의 가스를 수용하도록 구성되며, 상기 제 2 통로 세트는 상기 제 1 통로 세트의 방사상 내부 방향에 위치하고, 상기 제 3 통로 세트는 상기 제 1 통로 세트의 방사상 외부 방향에 위치하며, 제 2 통로 세트 각각은 통로의 하부 말단의 방사상 외부 방향에 위치하는 상부 말단을 가지며, 제 3 통로 세트 각각은 통로의 하부 말단의 방사상 내부 방향에 위치하는 상부 말단을 가 지는 기판 지지 시스템.
16. 제 14항에 있어서,

    상기 복수의 튜브들은 3개의 튜브로 구성되는 기판 지지 시스템.
17. 제 14항에 있어서,

    상기 튜브의 상부 말단 각각은 기판 홀더 중심부의 하부면 내에서 대응하는 리세스 내에 수용되도록 구성되고, 상기 대응하는 리세스는 기판 홀더의 중심부의 통로들 중 적어도 하나의 하부 말단을 포함하는 기판 지지 시스템.
18. 제 1항에 있어서,

    상기 공동의 지지 부재 중 하나 이상의 상부 개방 말단은, 기판 홀더를 안정하게 지지하도록 구성된 상부 에지를 가진 환상 벽(annular wall)에 의해 규정되는 하나의 개방 말단으로 이루어진 기판 지지 시스템.
19. 제 18항에 있어서,

    상기 공동의 지지 부재는 대체로 수평 기저 부재와 환상 벽을 포함하며, 상기 환상 벽은 기저 부재로부터 상방으로 연장되는 기판 지지 시스템.
20. 제 18항에 있어서,

    상기 하나의 개방 말단은 적어도 9개의 통로들의 하부 말단에 가스를 공급하는 기판 지지 시스템.
21. 제 18항에 있어서,

    상기 통로들의 적어도 하나의 하부 말단은 상기 환상 벽의 방사상 외부 방향에 위치하는 기판 지지 시스템.
22. 제 1항에 있어서,

    상기 기판 홀더는 적어도 하나의 스페이서를 에워싸는 환상 견부(annular shoulder)를 추가로 포함하는 기판 지지 시스템.
23. 제 1항에 있어서,

    상기 복수의 통로들은 9 내지 250개의 통로들로 이루어진 기판 지지 시스템.
24. 제 1항에 있어서,

    상기 기판 홀더의 중심부의 하부면은 0.01 내지 3.0 통로/cm²의 통로 밀도를 갖는 기판 지지 시스템.
25. 제 1항에 있어서,

    가스 컨베이어를 추가로 포함하는 기판 지지 시스템.
26. 제 1항에 있어서,

    상기 공동의 지지 부재의 입구는 실질적으로 유체가 새지 않는 방법으로 가스 컨베이어의 출구와 연결되기에 적합화되고, 상기 공동의 지지 부재의 하나 이상의 상부 개방 말단은 실질적으로 유체가 새지 않는 방법으로 기판 홀더의 중심부의 하나 이상의 통로들로 가스를 상방으로 운반하기에 적합화되는 기판 지지 시스템.
27. 제 1항에 있어서,

    상기 하나 이상의 통로들은 수직에 대하여 각을 이루며 위치하는 기판 지지 시스템.
28. 하기를 포함하는 기판 지지 시스템:

    (ⅰ) 하기를 포함하는, 기판을 지지하기 위한 기판 홀더:

    상부면, 하부면 및 상기 상부면으로부터 하부면으로 연장되는 복수의 개방 통로들을 갖는 중심부; 및

    상기 중심부로부터 상방으로 연장되고 상기 중심부의 상부면보다 높이 올려진 상부 지지면을 갖는 복수의 스페이서로서, 상기 스페이서 들의 상부 지지면은 중심부의 상부면과 기판의 하부면 사이에 갭 구역 이 존재하도록 기판의 말단 부위를 지지하도록 구성된 복수의 스페이 서; 및

    (ⅱ) 하기를 포함하는 공동의 지지 스파이더:

    가스 컨베이어로부터 집합관으로 가스의 흐름을 용이하게 하는, 가스 컨베이어의 출구와 연결되기에 적합한 입구를 갖는 공동의 집합관; 및

    상기 집합관으로부터 대체로 방사상 외부 및 상방으로 연장되는 복수의 공동 팔(hollow arm)로서, 상기 공동 팔은 기판 홀더의 중심부의 하부면을 지지하기에 적합한 개방 상부 말단을 가지며, 상기 공동 팔의 개방 상부 말단은 기판 홀더 중심부의 통로들의 하부 세트 (subset)내로 가스를 상방으로 운반하도록 구성된 복수의 공동 팔.
29. 제 28항에 있어서,

    상기 중심부의 하부면은, 각각 크기가 조절되고 상기 팔의 상부 말단 중 하나를 수용하도록 구성된 복수의 리세스들을 포함하며, 상기 리세스 각각은 적어도 하나의 통로들의 하부 말단을 포함하는 기판 지지 시스템.
30. 하기를 포함하는 기판 지지 시스템:

    (ⅰ) 하기를 포함하는, 기판을 지지하기 위한 기판 홀더:

    상부면, 하부면 및 상기 상부면으로부터 하부면으로 연장되는 복수의 개방 통로들을 갖는 대체로 평면의 중심부; 및

    상기 중심부로부터 상방으로 연장되고 상기 중심부의 상부면보다 높이 올려진 상부 지지면을 갖는 복수의 스페이서로서, 상기 스페이서 들의 상부 지지면은 중심부의 상부면과 기판의 하부면 사이에 갭 구역 이 존재하도록 기판의 말단 부위를 지지하도록 구성된 복수의 스페이 서; 및

    (ⅱ) 하기를 포함하는 공동의 지지 부재:

    가스 컨베이어로부터 공동의 지지 부재로 가스의 흐름을 용이하게 하 는, 가스 컨베이어의 출구와 연결되기에 적합한 입구를 갖는 하부 기 저 부재; 및

    상기 기저 부재로부터 상방으로 연장되는 환상 벽으로서, 환상 벽 내부 및 기저 부재와 기판 홀더의 하부면 사이에서의 가스가 상기 환 상 벽의 상부 에지 및 상기 기판 홀더의 하부면 사이로 흐르는 것을 실질적으로 방지하기 위하여 상기 기판 홀더의 하부면을 지지하도록 구성된 상부 에지를 가지고, 상기 상부 에지는 공동의 지지 부재의 상 부 개구부를 규정하며, 상기 상부 개구부는 기판 홀더의 중심부의 통 로들 중 적어도 9개의 하부 말단으로 가스를 상방으로 운반하도록 구 성된 것을 특징으로 하는 환상 벽.
31. 제 30항에 있어서,

    상기 공동의 지지 부재의 상부 개구부는 기판 홀더의 하부면의 적어도 대부분의 부위에 놓여지는 기판 지지 시스템.
32. 제 30항에 있어서,

    상기 기판 홀더 중심부의 적어도 하나의 통로는 공동의 지지 부재 내부가 아 닌 구역으로 개방된 하부 말단을 갖는 기판 지지 시스템.
33. 제 30항에 있어서,

    상기 기판 홀더 중심부의 모든 통로들은 공동의 지지 부재의 내부로 개방된 하부 말단을 갖는 기판 지지 시스템.
34. 하기를 포함하는, 기판을 지지하기 위한 기판 홀더:

    상부면, 하부면, 상기 상부면으로부터 하부면으로 연장되는 제 1 개방 통로 세트 및 통로들 각각이 상기 상부면으로부터 하부면 내의 복수의 리세스들 중 하나로 연장되는 제 2 개방 통로 세트를 포함하는 중심부로서, 상기 리세스들 각각은, 중심부를 지지하고 제 2 통로 세트로 가스를 상방으로 운반하도록 구성된 공동의 지지 부재의 튜브형 팔 중 복수의 대응하는 상부 말단들 중 하나를 수용하기에 적합한 것을 특징으로 하는 중심부; 및

    상기 중심부로부터 상방으로 연장되고 상기 중심부의 상부면보다 높이 올려진 상부 지지면을 갖는 복수의 스페이서로서, 상기 스페이서들의 상부 지지면은 중심부의 상부면과 기판의 하부면 사이에 갭 구역이 존재하도록 기판의 말단 부위를 지지하도록 구성된 복수의 스페이서.
35. 기판을 처리하는 동안 기판을 지지하도록 구성된 기판 홀더를 지지하기 위한 공동의 지지 부재에 있어서,

    튜브로부터 공동의 지지 부재로 가스의 흐름을 용이하게 하는, 공동 튜브의 상부 말단과 연결되기에 적합한 하부 입구를 갖는 기저 부재; 및

    상기 기저 부재로부터 상방으로 연장되는 환상 벽으로서, 환상 벽 내부 및 기저 부재와 기판 홀더의 하부면 사이에서의 가스가 상기 환상 벽의 상부 에지 및 상기 기판 홀더의 하부면 사이로 흐르는 것을 실질적으로 방지하기 위하여 상기 기판 홀더의 하부면을 지지하도록 구성된 상부 에지를 가지고, 상기 상부 에지는 공동의 지지 부재의 상부 개구부를 규정하며, 상기 상부 개구부는 기판 크기의 적어도 70%의 면적을 규정하는 것을 특징으로 하는 환상 벽

    을 포함하는 공동의 지지 부재.
36. 대체로 평면의 중심부 및 복수의 스페이서들을 포함하는 기판 홀더로서, 상기 중심부는 상부면, 하부면 및 상기 상부면으로부터 하부면으로 연장하는 복수의 통로들을 가지며, 상기 스페이서들은 상기 중심부로부터 상방으로 연장되고 상기 중심부의 상부면보다 높이 올려진 상부 지지면을 가지고, 상기 스페이서들의 상부 지지면은 중심부의 상부면과 기판의 하부면 사이에 갭 구역이 존재하도록 기판의 말단 부위를 지지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 기판 홀더를 제공하는 단계;

    상기 스페이서들의 상부 지지면이 기판의 말단 부위를 지지하도록 상기 기판 홀더 위에 기판을 위치시키는 단계;

    가스가 갭 구역 내로 흐르도록, 선택된 통로들 중 하나 이상의 하부 말단으로 상방의 가스 흐름을 직접 유도하는 단계; 및

    상기 기판 홀더의 남아있는 하나 이상의 통로들의 하부 말단을 개방해 놓는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
37. 제 36항에 있어서,

    기판 위로 반응물 가스의 대체로 수평인 흐름을 유도하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 상방의 가스 흐름을 유도하는 단계는, 반응물 가스가 상기 기판 위로 흐르는 동안, 하나 이상의 선택된 통로들의 하부 말단으로 불활성 가스의 상부 흐름을 직접 유도하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
38. 제 36항에 있어서,

    하나 이상의 튜브형 팔을 제공하는 단계;

    각 팔의 상부 말단을 상기 선택된 통로들 중 하나의 아래로 직접 위치시키는 단계; 및

    상기 튜브형 팔의 각각으로 가스를 상방으로 유도하는 단계를 추가로 포함하 는 기판 처리 방법.
39. 제 36항에 있어서,

    기저 부재 및 상기 기저 부재로부터 상방으로 연장되는 환상 구조물을 포함하는 공동의 지지 부재로서, 상기 환상 구조물은 상부 에지 및 기판 홀더의 하부면 사이의 경계면을 통한 유체의 흐름을 제한하도록 구성된 상부 에지를 가지는 것을 특징으로 하는 공동의 지지 부재를 제공하는 단계; 및

    상기 공동의 지지 부재를 상기 기판 홀더 아래에 위치시키는 단계를 추가로 포함하는 기판 처리 방법.
40. 제 39항에 있어서,

    상기 중심부의 통로들 중 적어도 하나가 상기 공동의 지지 부재의 외부 구역으로 가스의 흐름을 하방으로 유도하도록 위치하는 하부 개구부를 갖도록 환상 구조물을 위치시키는 단계를 추가로 포함하는 기판 처리 방법.
41. 제 39항에 있어서,

    상기 공동의 지지 부재를 위치시키는 단계는 상기 상부 에지를 상기 기판 홀 더의 중심부의 하부면과 연결하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
42. 제 36항에 있어서,

    대체로 기판 홀더 중심부의 하부면 아래에 하부면과 평행으로 제 2 가스 흐름을 유도하는 단계를 추가로 포함하는 기판 처리 방법.
43. 제 36항에 있어서,

    상기 스페이서들은, 대체로 서로에 대하여 평행이고 기판의 방사상 방향에 대하여 각을 이루는, 간격을 두어 떨어져 위치하는 베인들의 환상 링을 포함하며, 상기 방법은 중심 수직 축에 대하여 기판 홀더를 회전시키는 단계를 추가로 포함하는 기판 처리 방법.
44. 제 43항에 있어서,

    상기 기판 홀더를 회전시키는 단계는, 상기 베인들이 베인들 사이로 가스의 내부 방향의 흐름을 막는 방향으로 기판 홀더를 회전시키는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
45. 대체로 평면의 중심부 및 복수의 스페이서들을 포함하는 기판 홀더로서, 상기 중심부는 상부면, 하부면 및 상기 상부면으로부터 하부면으로 연장하는 복수의 통로들을 가지며, 상기 스페이서들은 상기 중심부로부터 상방으로 연장되고 상기 중심부의 상부면보다 높이 올려진 상부 지지면을 가지고, 상기 스페이서들의 상부 지지면은 중심부의 상부면과 기판의 하부면 사이에 갭 구역이 존재하도록 기판의 말단 부위를 지지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 기판 홀더를 제공하는 단계;

    상기 스페이서들의 상부 지지면이 기판의 말단 부위를 지지하도록 상기 기판 홀더 위에 기판을 위치시키는 단계;

    기저부 및 상기 기저부로부터 상방으로 연장되는 환상 벽을 갖는 공동의 지지 부재로서, 상기 환상 벽은 기판 홀더의 하부면을 연결하도록 구성된 상부 에지를 갖는 것을 특징으로 하는 공동의 지지 부재를 제공하는 단계;

    통로들의 일부가 상기 공동의 지지 부재로 가스를 하방으로 유도하도록 위치된 하부 말단을 가지고, 상기 통로들 중 적어도 하나는 상기 공동의 지지 부재의 외부 구역으로 가스를 하방으로 유도하도록 위치된 하부 말단을 가지도록 상기 환상 벽을 기판 홀더의 하부면과 연결하는 단계; 및

    가스의 흐름을 상기 공동의 지지 부재의 입구로 직접 유도하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
46. 제 45항에 있어서,

    처리 가스를 기판의 표면 위로 유도하는 단계;

    가스를 공동의 지지 부재의 입구 내로 유도하기에 적합한 가스 공급원을 제공하는 단계;

    상기 가스 공급원으로부터의 가스로 인해 기판 홀더로부터 기판이 들어올려질 정도의 압력을 넘어서지 않도록 상기 가스 공급원으로부터의 가스의 압력을 설정하는 단계; 및

    웨이퍼의 하부면으로부터 확산하는 도펀트 원자들이 실질적으로 갭 구역으로부터 제거될 정도로 상기 가스 공급원으로부터의 가스의 압력을 설정하는 단계를 추가로 포함하는 기판 처리 방법.
47. 제 46항에 있어서,

    상기 가스 압력의 설정은 웨이퍼의 하부면으로부터 확산하는 도펀트 원자들이 기판 홀더의 통로들을 통하여 갭 구역 밖으로 실질적으로 제거될 정도로 압력을 설정하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
48. 제 46항에 있어서,

    상기 가스 압력의 설정은 웨이퍼의 하부면으로부터 확산하는 도펀트 원자들 이 기판의 에지 및 기판 홀더의 환상 견부 사이의 얇은 개구부를 통하여 갭 구역 밖으로 실질적으로 제거될 정도로 압력을 설정하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
49. 제 46항에 있어서,

    상기 가스 압력의 설정은 웨이퍼의 하부면으로부터 확산하는 도펀트 원자들이 기판 홀더의 통로들 및, 기판 에지와 기판 홀더의 환상 견부 사이의 개구부를 통하여 갭 구역 밖으로 실질적으로 제거될 정도로 압력을 설정하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
50. 제 45항에 있어서,

    기판 상부 표면 위로 처리 가스를 유도하는 단계;

    가스를 공동의 지지 부재의 입구쪽으로 유도하기에 적합한 가스 공급원을 제공하는 단계;

    상기 가스 공급원으로부터의 가스로 인해 기판 홀더로부터 기판이 들어올려질 정도의 압력을 넘어서지 않도록 상기 가스 공급원으로부터의 가스의 압력을 설정하는 단계; 및

    갭 구역 내의 가스가 기판 에지 및 기판 홀더의 환상 견부 사이로 상방으로 흐르게 하여 웨이퍼의 하부면 상에 처리 가스의 증착이 일어나지 않도록 하는 정도로 가스 공급원으로부터 가스의 압력을 설정하는 단계를 추가로 포함하는 기판 처리 방법.

Images