KR20130010435A - 가열형 회전 기판 지지부를 갖는 웨이퍼 처리 장치 - Google Patents

가열형 회전 기판 지지부를 갖는 웨이퍼 처리 장치 Download PDF

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KR20130010435A
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Abstract

본 발명은 외부 지지면(34)을 형성하고 그 위에 기판 또는 기판 캐리어(24)를 지지하기 위한 기판 지지부(32) 및 기판 지지부(32) 내에 배치되고, 지지면(34)과 실질적으로 평행하게 아래로 뻗어있는 방열부(54)를 구비하는 히터(50)를 포함하는 기판 지지 어셈블리(30)를 구비하는 반도체 기판 처리 장치(1)로서, 상기 기판 지지부(32)는 지지면(34)이 히터(50)의 방열부(54)에 대해 회전가능하도록 상기 지지면(34)을 통해 뻗어있는 회전축(L) 주위에 회전가능하게 설치되는 반도체 기판 처리 장치에 관한 것이다.

Description

가열형 회전 기판 지지부를 갖는 웨이퍼 처리 장치{Wafer Processing Apparatus with Heated, Rotating Substrate Support}
본 발명은 반도체 처리 분야에 관한 것으로서, 더 상세하게는 가열형 회전 기판 지지부를 포함하는 반도체 처리 장치에 관한 것이다.
종형 배치로(vertical batch furnace)에서 복수의 반도체 웨이퍼의 동시 처리는 웨이퍼 보트(wafer boat)에 적층된 모든 웨이퍼가 각각의 표면 지역에 걸쳐 실질적으로 동일한 처리 조건을 받도록 하는 방법의 문제를 제기한다. 이런 하나의 처리 조건은 공정 가스(process gases)에의 노출이다. 이런 노출의 균일성을 촉진하기 위해, 종형로(vertical furnace)가 웨이퍼에 접촉하는 공정 가스 흐름의 불균일성을 평균화하도록 처리 동안 웨이퍼 보트를 회전시키는 보트 회전 메커니즘(boat rotation mechanism)에 공통으로 설치된다. 다른 처리 조건은 웨이퍼의 온도이다. 배치(batch)의 기판에 걸쳐 균일한 처리 결과를 얻기 위해, 웨이퍼의 각각은 바람직하게는 처리 챔버의 근접한 측벽 및 처리 챔버의 근접한 상부벽에 배치된 가열 수단에 의해 공통 온도로 실질적으로 균일하게 가열될 수 있다. 특히, 웨이퍼 보트의 상부 웨이퍼에 있어서, 웨이퍼 대 웨이퍼 온도 균일성은 일반적으로 중요한 문제가 아니나, (노(furnace)의 건조에서의 비대칭에 기인한) 웨이퍼 내 온도 균일성(within-wafer temperature uniformity)은 상술한 보트 회전에 의해 강화될 수 있다. 그러나, 종형 배치로에서, 웨이퍼 보트의 하부 기판의 온도는 제어하기 어렵다고 알려진다. 이는 하부 기판이 상대적으로 차가운 노의 하부 도어(door) 지역에 가깝게 위치하는 사실에 다소 기인한다. 이들 위치의 영향을 완화시키기 위해, 아래에서 웨이퍼 보트를 지지하는 페디스털(pedestal)이 하부 웨이퍼를 가열하는 부가적인 가열 수단과 함께 구비될 수 있다. 이런 가열 수단이 배치의 웨이퍼에 걸쳐 웨이퍼 대 웨이퍼 온도 균일성을 증가시킬 수 있더라도, 가열 수단 및/또는 가열 프로파일의 임의의 불균일성이 하부 웨이퍼의 웨이퍼 내 온도 균일성에 쉽게 영향을 미칠 수 있다.
이런 문제를 해결하기 위해, WO 2004/008491(Dubois 등)은 종형로에 고정식 페디스털에 대해 웨이퍼 보트를 회전시키기 위한 자기 결합 웨이퍼 회전 시스템(magnetically coupled wafer rotation system)를 설비하는 것을 제안한다. 회전 메카니즘은 페디스털의 내부에 수직으로 뻗어있는 드라이브 샤프트(drive shaft)를 포함한다. 드라이브 샤프트의 하단은 회전 모터와 자기적으로 결합되며, 페디스털의 상부에 있는 상단은 웨이퍼 보트에 연결되고 그 자체로 페디스털에 지지되는 지지부와 자기적으로 결합된다. 따라서, 모터의 회전 운동은 자기적으로 드라이브 샤프트(하단)에 전달될 수 있으며, 드라이브 샤프트(상단)에서 웨이퍼 보트의 지지부로 전달될 수 있다. 사용 중, 보트는 하부 기판의 온도에서 가열 요소의 불균일성이 지닐 수 있는 임의의 영향을 평균화하도록 페디스털에 대해 회전된다. 주목할 만하게, WO'491에서는 페디스털과 보트 사이의 베어링(bearing) 메커니즘에 대해 언급하지 않는다. 이런 베어링 메커니즘은 웨이퍼 회전 메커니즘의 필수 구성요소로 이해된다. 또한, 이는 특히, 베어링 메커니즘이 노의 고온 처리 환경, 즉 베어링을 손상시키고 공격하여 베어링의 수명을 상당히 감소시키는 화학적 반응물이 가득한 환경에 있기 때문에 중요한 구성요소이다. 따라서, WO'491은 단지 상술한 문제에 대한 이론적이고 실행할 수 없는 해결책을 개시하고 있는 것으로 보인다.
본 발명의 목적은 기판을 지지하는 기판 지지부에 편입된 가열 요소(에 의해 유발된 가열 프로파일)의 불균일성에도 불구하고, 하나 이상의 기판의 균일한 가열을 가능하게 하는 반도체 기판 처리 장치 및 방법을 제공함에 있다.
이를 위해, 본 발명의 제 1 태양은 반도체 기판 처리 장치에 관한 것이다. 이 장치는 외부 지지면을 형성하고 그 위에 기판 또는 기판 캐리어를 지지하기 위한 기판 지지부 및 상기 기판 지지부 내에 배치되고, 지지면과 실질적으로 평행하게 아래로 뻗어있는 방열부를 구비하는 히터를 포함하는 기판 지지 어셈블리를 포함한다. 기판 지지부는 지지면이 히터의 방열부에 대해 회전가능하도록 상기 지지면을 통해 뻗어있는 회전축 주위에 회전가능하게 설치된다.
본 발명의 제 2 태양은 방법에 관한 것이다. 이 방법은 본 발명의 제 1 태양에 따른 반도체 처리 장치를 제공하는 단계를 포함한다. 이 방법은 적어도 하나의 기판을 제공하고, 상기 적어도 하나의 기판을 가능하게는 기판 캐리어를 매개로 기판 지지부의 지지면에 지지되게 하는 단계를 더 포함한다. 또한, 이 방법은 동시에 (ⅰ) 히터의 방열부가 열을 방산하도록 하기 위해 히터를 가열하는 단계 및 (ⅱ) 지지면에 지지되는 적어도 하나의 기판을 그 아래 히터의 방열부에 대해 회전시키도록 회전축을 중심으로 기판 지지부를 회전시키는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 방법 및 장치는 통합된 또는 내부의 히터를 갖는 회전가능한 기판 지지부를 포함하는 기판 지지 어셈블리를 특징으로 한다. 기판 지지부 및 (직접적으로 또는 기판 캐리어의 매개를 통해) 그에 지지받는 임의의 기판은 기판 지지부의 회전축 주위로 그리고 히터에 대해 회전될 수 있다. 이런 회전은 히터(의 가열 프로파일)에서의 불균일성의 영향을 평균화하며, 지지받는 기판의 기판 내 온도 균일성을 촉진시킨다. 본 발명에 따른 장치 및 방법은 특히, 종형 열적 배치로(vertical thermal batch furnaces)와 회전가능한 기판 지지부 또는 서셉터(susceptor)를 갖는 단일 기판 처리 장치를 포함하는, 다양한 반도체 기판 처리 디바이스에 적용될 수 있다; 이러한 타입의 디바이스의 예로 US2010/0224130 (Smith 등)을 참조하라.
상술한 WO 2004/008491(Dubois 등)의 종형 배치로와 비교하여, 본 발명에 개시된 장치는 분명한 개선을 보여준다. 언급된 바와 같이, WO'491의 문제 중 하나는 웨이퍼 보트가 고정식 히터를 포함하는 고정식 페디스털에 대해 회전된다는 점이다. 이는 베어링이 보트와 페디스털 사이에 배치되어야 함을 요구하므로, 베어링이 노의 반응 공간에 상주한다. 따라서, 이 베어링은 필수적으로 웨이퍼 보트의 (하부) 기판과 동일한 처리 조건에 있어야 하며, 이는 그 작동에 부정적인 영향을 미칠 것이다. 본 발명의 제안된 장치에서는 기판 지지부 또는 페디스털 그 자체가 회전가능하기 때문에 기판 지지부의 지지면과 그 위에 위치되는 기판 캐리어 사이에 베어링을 필요로 하지 않는다. 대신에, 이 장치는 기판 지지부와 고정계(fixed world) 사이의 회전을 가능하게 하는 베어링을 이용할 수 있으나, 이런 베어링은 반응 공간의 외부에 잘 배치될 수 있다.
본 장치의 바람직한 실시예에서는, 히터가 기판 지지부의 회전축에 대해 회전 불가능하도록 설치될 수 있다. 즉, 완전 조립되고 장치가 동작 상태에 있는 히터는 회전축을 중심으로 회전할 수 없다(하기에 더 명백히 제시되어 있듯이, 회전 불가능하도록 설치된 히터는 실제로 부분 조립된 장치의 비동작 상태에서 회전가능하도록 설치되는 것처럼 보일 수 있다). 회전 불가능한 또는 고정식 히터 구성은 장치의 구조를 간소화한다. 예컨대, 전기 히터의 경우, 히터와 전기 전원 사이의 연결을 위한 고압 슬라이딩/와이퍼(sliding/wiper) 전기적 접촉을 사용하는 필요를 극복한다. 대신에, 고정형 내마모성(wear-resistant) 연결이 사용될 수 있다. 따라서, 회전 불가능하도록 설치된 히터는 건조하기 더 쉽고 경제적이며, 신뢰성이 높고 수명기간 동안 유지하는데 덜 민감하다.
그럼에도, 회전 불가능하도록 설치된 히터 구성이 예상되는 유일한 구성인 것은 아니다. 에컨대, 이 장치의 또 다른 실시예에서, 히터는 또한 바람직하게는 기판 지지부의 회전축 주위에 회전가능하도록 설치될 수 있으나, 이 장치는 동작 중 히터와 기판 지지부가 실질적으로 동일한 0이 아닌 각속도를 가질 수 없도록 설정될 수 있다. 즉, 히터는 사용 중 기판 지지면과 히터 사이의 효율적인 상대적 운동을 의미하는 기판 지지부의 각속도보다 더 크거나 더 작은 각속도만으로 회전하도록 형성될 수 있다. 이를 위해, 예컨대 히터의 회전은 기어(gear) 메커니즘 또는 변속장치(transmission)에 의해, 또는 유체(드래그) 커플링(fluid(drag) coupling)을 통해 기판 지지부의 회전에 결합될 수 있다. 대안으로, 히터는 기판 지지부와 별도로, 즉 전력/회전 운동을 전달하는 두 개의 부분 사이의 기계적 결합이 없이, 작동될 수 있다.
본 발명의 여러 특징 및 이점은, 본 발명을 도시하나 이를 제한할 의도가 아닌 첨부도면과 함께 제공되는, 본 발명의 임의의 실시예에 대한 하기의 상세한 설명을 통해 더 충분히 이해될 것이다.
본 발명의 내용 중에 포함되어 있다.
도 1은 내부에 수용되는 히터 주위를 회전할 수 있는 기판 지지부를 갖는 기판 지지 어셈블리를 포함하는, 본 발명에 따른 종형 열적 배치로의 예시적인 제 1 실시예의 일부의 개략적인 횡단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 종형 열적 배치로의 기판 지지 어셈블리의 확대된 횡단면도이다.
도 3은 내부에 수용되는 히터 주위를 회전할 수 있는 기판 지지부를 갖는 기판 지지 어셈블리를 포함하는, 본 발명에 따른 종형 열적 배치로의 예시적인 제 2 실시예의 일부의 개략적인 횡단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 종형 열적 배치로의 개략적인 횡단면도이다.
도 5는 도 3 및 4에 도시된 종형 열적 배치로의 기판 지지 어셈블리의 확대된 횡단면도이다.
도 1 및 2는 본 발명에 따른 종형 열적 배치로(1)의 예시적인 제 1 실시예의 상부를 횡단면도로 개략적으로 도시한다. 도 3 내지 5는 본 발명에 따른 종형 열적 배치로(1)의 예시적인 대안의 제 2 실시예의 상부를 횡단면의 투시도 및 측면도로 개략적으로 도시한다. 양 실시예의 구성은 하기에서 일반적인 용어로, 각각의 도면을 참조하여 기술될 것이다.
전반적으로, 이하 기술될 기판 지지 어셈블리(30)를 제외하고, 본 발명에 따른 종형 열로(1)는 종래의 디자인일 수 있다. 예컨대, 이는 단일(또는 이중, 미도시) 튜브 타입일 수 있으며, 일반적으로 벨 단지 형태(bell jar-shaped)의 반응 튜브(10)를 포함할 수 있다. 이 반응 튜브(10)는 일반적으로 관형(tubular), 예컨대 원형 또는 다각형의 횡단면 형태를 가질 수 있으며, 중심축(L)을 따라 뻗어있다. 제조 물질에 있어서, 반응 튜브(10)는 석영, 실리콘 카바이드(silicon carbide), 실리콘 또는 다른 적합한 열저항 물질로 구성될 수 있다. 반응 튜브(10)는 기판이 처리될 수 있는, 예컨대 열적 어닐링(thermal annealing) 또는 증착 처리(deposition treatments)가 가해질 수 있는 반응 공간(14)을 형성하는 반응 챔버(12)의 경계를 정할 수 있다. 반응 튜브(10)는 반응 공간(14)에 수용되는 기판을 가열하는 가열 수단, 가령 전기 전원(미도시)에 의해 전력을 공급받는 전기 저항성 가열 코일(18)에 의해 둘러싸일 수 있다. 가열 수단(18)은 반응 튜브(10)를 둘러싸는 열적 절연 슬리브(sleeve)(16)로 고정될 수 있다. 그 하부의 개방 단부에서 반응 튜브(10)는 중심로 개구(central furnace opening)(22)를 형성하는 통상 스테인리스강 플랜지(20)에 지지받을 수 있으며, 그 개구를 통해 웨이퍼 보트(24)가 반응 챔버(12)를 출입할 수 있다.
웨이퍼 보트(24)는 기판 지지부의 지지면(34) 또는 기판 지지 어셈블리(30)의 페디스털(32)에 고정되게 설치될 수 있다. 이는 종래의 디자인일 수 있고, 많은 반도체 웨이퍼(28)를 동등하게 고정하는 복수의 수직 이격된 슬롯(26)을 포함할 수 있으며, 이들 중 단 하나만이 도면의 각각에 도시된다.
처리 중 웨이퍼 보트(24)의 회전을 가능하게 하기 위해, 웨이퍼 보트(24)가 배치되는 기판 지지부(32)는 노(1)의 중심축(L)을 중심으로 회전가능하게 설치될 수 있다. 기판 지지 어셈블리(30)는, 웨이퍼 보트(24)에서 하부 기판(28)의 가열을 용이하게 하기 위해, 적어도 부분적으로 기판 지지부(32)내에 그리고 지지면(34) 아래로 뻗어있는 히터(50)를 더 포함할 수 있다. 기판 지지부(32)가 히터(50)에 대해 회전되도록 하여 히터(의 가열 프로파일)에서 불균일성의 영향을 평균화하기 위해, 기판 지지 어셈블리(30)는 회전축(L) 주위의 기판 지지부(32)의 회전이 기판 지지면(34)과 히터(50) 사이의 상대적 운동을 포함하도록 구성될 수 있다. 이런 구성은 도 1 및 2와 도 3 내지 5의 대안적인 실시예에 의해 도시되는 것과 각각 다른 방식으로 영향을 줄 수 있으며, 이제 차례로 설명될 것이다.
먼저, 도 1 및 2의 실시예의 구성을 참조한다. 기판 지지부(32)는 회전축(L)을 중심으로 위치되는 실린더형 용기(36)를 포함할 수 있다. 이 용기(36)는 실질적으로 평평한 하부벽(26a), 실린더 자켓 형태(cylinder jacket-shaped)의 측벽(36b) 및 실질적으로 평평한 상부벽(36c)을 포함할 수 있으며, 이 벽들은 용기(36)를 형성하도록 상호연결될 수 있다. 상부벽(36c)은 외측 상향으로 대면하는 지지면(34)에 제공하며, 이를 통해 회전축(L)이 바람직하게는 그에 수직으로 뻗어있을 수 있다.
하부벽(36a)과 상부벽(36c) 사이에 뻗어있는 용기의 몸체(36)는, 가령 Kanthal의 Fibrothal?, 예컨대 Fibrothal F17과 같은 열적 절연 물질(38)로 적어도 부분적으로 채워질 수 있는 내부 공간을 형성할 수 있다. 절연 물질(38)은 도어판(door plate)(42)과 플랜지(20) 모두를 위한 열차단제(heat shield)로써의 역할 을 할 수 있으며, 노(1)의 하부를 통한 열 손실을 감소시키도록 해준다.
절연 물질(38)은 용기(36)의 하부벽(36a)에 직접 놓여지지 않고, 대신에 하부벽(36a)의 바로 위에 자유롭게 용기(36) 내에 배치되는 지지판(39)상에 지지될 수 있다. 이런 "부유 구조(floating construction)"가 가능하도록, 용기(36)의 하부벽(36a)은 회전축(L)을 중심으로 위치되는 중공(hollow)의 실질적으로 실린더 자켓 형태의 드라이브 샤프트(37)를 구비할 수 있다. 이 드라이브 샤프트(37)는 하부벽(36a)에서 하향으로 돌출하며, 이를 통하는 통로(37a)를 형성할 수 있다. 마찬가지로, 지지판(39)은 지지판(39)에서 하향으로 돌출하는 실질적으로 실린더 자켓 형태의 지지 샤프트(39a)를 구비할 수 있다. 이 지지 샤프트(39a)는 드라이브 샤프트(37)와 동축으로 뻗어 있으며, 지지판(39)에 통하는 통로를 형성할 수 있다. 베어링(44b)이 드라이브 샤프트(37)의 내주면에 결합하며(또는 적어도 드라이브 샤프트 통로(37a) 내에 배치되며) 지지 샤프트(39a)의 외주면에 결합하도록, 베어링(44b)은 드라이브 샤프트(37)와 지지 샤프트(39a) 사이에 제공될 수 있다. 베어링(44b)은 지지판(39)을 받치거나 지지할 수 있으며, 그 주위로 용기(36)의 회전을 용이하게 할 수 있다.
실린더형 용기(36)는 노(1)의 도어판 또는 밀봉캡(seal cap)(42)을 포함할 수 있는 기판 지지 어셈블리(30)의 베이스 어셈블리와 연결되고 그 위에 지지될 수 있다. 이런 실린더형 용기(36)는, 베어링(44b)와 같이, 예컨대 롤러(roller), 유체 또는 자기(magnetic) 베어링과 같은 임의의 적합한 타입일 수 있는 베어링(44a)에 의해 베이스 어셈블리(42)에 회전가능하게 설치될 수 있다. 베어링들(44a, 44b) 모두는 원형 동축 레이스를 형성하는 롤러 베어링일 수 있다. 바람직하기로, 베어링(44)이 실질적으로 기판 지지부(32) 아래에 배치되고, 지지면(34)에 지지되는 기판(28)에 가해지는 처리 분위기(process atmosphere)로부터 보호되도록, 베어링(44a)은 그 하단(즉, 기판 지지면(34)의 원위단(end distal))에서 용기(36)와 연결될 수 있다. 도시된 실시예에서, 베어링(44a)은 용기(36)의 하부벽(36a)에서 돌출하는 드라이브 샤프트(39a)의 외주면에 결합한다. 따라서, 실린더형 용기(36)는 (베어링(44a)의) 도어판(42)과 (베어링(44b)의) 지지판(39) 모두에 대해 회전될 수 있다.
언급된 바와 같이, 기판 지지부(32)는 히터 또는 가열 요소(50)를 더 수용할 수 있다. 일반적으로 히터(50)는 기판 지지부(32) 내에 소기의 열을 방산/발생시키도록 구성된 방열부/발열부(54) 및 기판 지지부(32) 외부로부터 에너지를 전달하도록 방열부(54)와 연결되는 연결부(52)를 포함할 수 있다. 히터(50)는 임의의 적합한 타입일 수 있다. 예컨대, 히터는, 가령 가열된 유체의 전도 또는 순환에 의해 열을 기판 지지부(32)로 전달하도록 구성될 수 있다. 그러나, 바람직한 실시예에서는 히터(50)가 전기 저항성 히터일 수 있다.
도 1 및 2의 실시예에서, 전기 저항성 히터(50)는 열적 절연 물질(38)과 고정된 정적 관계(fixed stationary relationship)로 배치된다. 히터의 방열부(54)는, 중심축(L)에서 보여지는 바, 용기의 상부벽(36c)에 실질적으로 평행하고 인접하게(예컨대, 상부벽의 25㎝의 거리 내, 그리고 바람직하게는 상부벽의 10㎝의 거리 내) 아래에 위치한 평면에서 외부로 방사형으로 뻗어있는 하나 이상의 전기 저항성 가열 스파이럴(spiral)을 포함할 수 있다. 바람직하기로, 방열부(54)는 전체 표면에 걸쳐 그 위에 지지받는 웨이퍼 보트(24)의 (하부) 웨이퍼(28)의 가열을 가능하게 하도록 지지면(34)의 영역과 실질적으로 동일한 영역에 걸쳐 뻗어 있을 수 있다.
하부 웨이퍼의 온도 균일성을 더 최적화하기 위해, 히터(50)는 하나 이상의 독립된 제어가능한 가열 지역을 형성할 수 있다. 각각의 가열 지역은 (서브) 방열부, 예컨대 기판 지지면(34)의 일부에만 아래로 뻗어있는 히터(50)의 하나의 전기 저항성 가열 스파이럴에 연결될 수 있다. 예컨대, 제 1 지역은 지지면(34)의 중심 영역 아래에 뻗어 있을 수 있으며, 제 2 지역은 지지면(34)의 외부 영역 아래에 뻗어 있을 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제 1 지역은 지지면(34)의 제 1 접선 연장 지역(tangentially extending region)상에 뻗어 있을 수 있으며, 제 2 지역은 지지면(34)의 제 3 접선 연장 지역상에 뻗어 있을 수 있다.
지지를 위해, 히터(50)의 방열부(52)는 용기(36)에 제공되는 열적 절연 물질(38)의 상부에 놓여 있을 수 있다. 히터(50)의 연결부(52)는 연결된 가열 지역 각각이 별도로 제어될 수 있도록 방열부(52)의 스파이럴로 그리고 스파이럴에서의 전기적 리드(leads), 바람직하게는 스파이럴당 한 쌍의 리드를 위해 제공할 수 있다. 이는 가열 스파이럴의 중심에서 방열부(54)로 연결하며, 내장될 수 있는 열적 절연 물질(38)을 통해 중심축(L)을 따라 그로부터 하향으로 그리고 지지판(39)의 지지 샤프트(39a)로 뻗어 있을 수 있다. 거기서, 연결부(52)는 지지 샤프트(39a)의 하단에 고정되게 통합될 수 있는 플러그(56)에 또는 그 단부에 설치될 수 있다. 바람직하기로, 히터(50)의 연결부(52)는 비방열/비발열형(non-heat dissipating/generating)일 수 있다고 이해된다.
상술한 대로, 베이스 어셈블리는 노(1)의 도어판(42)을 포함하는 것으로써 소개되었다. 실제로, 베이스 어셈블리는 부가적으로 이동가능한 로더(loader) 또는 지지암(support arm)(미도시)을 포함할 수 있다. 로더 암은, 도어판을 지지하고 그와 함께 기판 지지부(32)를 지지하며, 처리의 시작과 끝 각각에서 노(1)의 반응 챔버(12)에서 그리고 반응챔버로 기판 지지부(32)의 승강을 가능하게 하기 위해, 도어판(42) 아래에 배치될 수 있다. 로더 암은 내부 통합된 히터(50)의 연결부(52)의 하단의 플러그(56)를 포함하는 지지 샤프트(39a)의 하단을 수용하도록 구성된 중심 소켓을 포함할 수 있다. 바람직하기로, 이 소켓은 회전축(L)을 중심으로 수용된 플러그(56)의 회전을 방지하는 어레스트 장치(arrest device)로써의 역할을 하도록 구성될 수 있다. 따라서, 도어판(42)이 로더 암에 지지되는 경우, 도어판(42)과 지지판(39)은 고정된 정적 관계로 고정될 수 있는 반면, 기판 지지부(32)는 그들 사이에서 회전가능하도록 설치될 수 있다. 회전축(L) 주위의 기판 지지부(32)의 실린더형 용기(36)를 회전시키기 위해, 베이스 어셈블리는 추가적으로 로더 암에 통합될 수 있는 모터 드라이브를 포함할 수 있다. 이 모터 드라이브는 드라이브 샤프트와 그 위에 지지받는 웨이퍼 보트(24)를 일제히 회전시키도록 실린더형 용기(36)의 드라이브 샤프트(39a)에 결합할 수 있다. 베이스 어셈블리와, 지지판(39), 절연 물질(38) 및 히터(50)를 포함하는 노(1)의 고정식 회전 불가능하게 설치된 구조의 나머지는 기판 지지부(32)의 회전 중 고정되어 있을 것이다.
이제는 기판 지지 어셈블리(30)의 대안적인 실시예를 도시하는 도 3 내지 5를 참조한다. 이런 예시적인 제 2 실시예는 열적 절연 물질(38)이 기판 지지부(32)의 용기(36)와 정적 관계(static relation)에 있으며, 하기에 설명되는 바와 같이, 히터(50)가 자립형(self supporting)일 필요가 있다는 점에서 도 1 및 2의 실시예와 차이가 있다.
도 3 내지 5의 실시예에서, 하부벽(36a)과 상부벽(36c) 사이에 뻗어있는 용기(36)의 몸체는 2개의 몸체부를 형성할 수 있다. 상부벽(36c)에 인접한 제 1 몸체부는 히터(50)의 방열부(54)를 수용하기 위한 내부 공간을 형성할 수 있다. 하부벽에 인접한 제 2 몸체부는 적어도 부분적으로 열적 절연 물질(38)로 채워질 수 있는 회전축(L) 주위의 내부 환형 공간을 형성할 수 있다. 노(1)의 제 2 실시예는 열적 절연 물질(38)을 지지하는 지지판(39)을 포함하지 않는다는 점을 도 3 내지 5로부터 명백히 알 수 있다. 대신에, 열적 절연 물질은 용기의 하부벽과 고정된 정적 관계에 있도록 용기(36)의 하부벽(36c)에 직접 안착한다. 즉, 절연 물질(38)은 용기(36)가 회전할 때 용기(36)와 일체로 움직일 것이다.
용기(36)가 히터(50)에 대해 회전되도록 하기 위해, 용기(36)는 제 2 몸체부와 그 내부에 제공되는 열적 절연 물질(38)을 통해 제 1 몸체부로부터 뻗어 있으며, 용기(36)의 하부벽(36a)에 드라이브 샤프트(37)의 중심 통로(37a)와 일직선으로 뻗어있는 중공 샤프트(40)를 형성할 수 있다.
또한, 히터(50)는 연결부(52)와 방열부(54)를 포함할 수 있다. 연결부(52)는 제 1 하단 및 제 2 상단을 갖는 세장형(elongate) 또는 직선형일 수 있다. 연결부(52)의 하단은 드라이브 샤프트(37)의 중심 통로(37) 내부에 위치하고, 베어링(44b)을 통해 드라이브 샤프트(37)에 지지되게 연결될 수 있는 플러그(56)에 설치될 수 있다. 플러그(56)로부터 연결부(52)는 중공 샤프트(40)를 통해 자유롭게 상향으로 뻗을 수 있다. 연결부(54)의 제 2 상단이 샤프트(40)를 통과하는 곳에서, 제 2 상단은 방열부(54)와 연결될 수 있다. 또한, 방열부(54)는 실질적으로 평면일 수 있으며, 지지면(34)에 인접하고 평행하게 아래로 평면에 뻗어있고, 바람직하게는 지지면(34)의 영역과 실질적으로 동일한 영역을 커버한다. 도 3 내지 5의 실시예의 히터(50)는, 플러그(56)로의 베어링 연결을 제외하고, 히터의 위치와 구성을 유지하도록 보장하는 외부의 물리적 지지부가 없다는 점에서 자립형이다. 특히, 히터(50)는 기판 지지부(32)의 회전가능하게 설치된 용기(36) 내부에서 열적 절연 물질과 기계적으로 접촉하지 않는다.
도 1 및 2의 제 1 실시예에서와 같이, 도어판(42)은 플러그(56)를 사로잡도록 수용하게 구성된 소켓을 포함할 수 있는 로더 암(미도시)에 지지될 수 있다. 로더 암이 정위치에 있는 경우, 그 모터는, 예컨대 내부에 제공되는 드라이브 리지 리세스(drive ridge recess)(37b)를 통해 기판 지지부(32)의 드라이브 샤프트(37)에 결합할 수 있으며, 히터(50)의 가열 수단(18)과 방열부(54) 모두에 대해 기판 지지부(32)와 그 위에 지지되는 웨이퍼(28)를 회전하도록 모터를 구동함으로써, 히터(50)의 가열 수단(18)과 방열부(54)의 가열 프로파일에서의 불균일성이 웨이퍼에 미칠 수 있는 영향을 평균화할 수 있다.
본 발명의 실례가 되는 실시예가 일부 첨부도면을 참조하여 상술되었지만, 본 발명은 이들 실시예로 제한되지 않음이 이해되어야 한다. 개시된 실시예들의 변형들이 도면, 상세한 설명 및 첨부된 청구항에 관한 연구를 통해 본 발명을 실행하는 당업자에 의해 이해되고 달성될 수 있다.
이와 관련하여, 본 발명의 적용이 종형 열로로 제한되지 않음을 유의해야 한다. 예컨대, US 2010/0224130(Smith 등)은 회전형 기판 지지부를 이용하는 단일 기판을 처리하는 장치를 기술한다. 이 개시된 장치는 챔버내에 배치되는 기판 지지 어셈블리를 갖는 챔버를 포함한다. 이 기판 지지 어셈블리는 지지면을 갖는 기판 지지부와 지지면의 아래에 배치되는 히터를 포함한다. 샤프트가 기판 지지부에 결합되며, 모터는 회전자(rotor)를 통해 샤프트와 결합하여 기판 지지부로 회전 운동을 제공한다. 기판 지지부의 회전이 히터와 동일한 회전을 수반하도록 히터가 기판 지지부와(그 내에) 견고하게 통합되기 때문에, 기판의 지지면에 지지되는 기판은 회전하지 않거나, 그렇지 않으면 처리 중에 히터에 대해 움직일 것이다. 따라서, 히터에 의해 유발되는 열 필드(thermal field)의 임의의 불균일성은 기판 내의 온도 분포에서 바람직하지 못한 변형을 초래할 수 있다. 본 발명은 이런 문제를 극복하기 위해 US'130의 단일 기판 처리 장치에 적용될 수 있음이 명백하다.
본 명세서의 전체에 걸쳐 "한 실시예" 또는 "일실시예"라는 언급은 실시예와 관련하여 설명되는 특정한 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서의 전체에 걸친 다양한 부분에서 "한 실시예에서" 또는 "일실시예에서"라는 어구의 출현이 반드시 모두 동일한 실시예를 나타내는 것은 아니다. 또한, 하나 이상의 실시예의 특정한 특징, 구조 또는 특성이 새로운, 명시적으로 기술되지 않은 실시예를 형성하도록 임의의 적합한 방식으로 결합될 수 있음을 유의해야 한다.
1 종형 열처리로/반응기
10 반응 튜브
12 반응 챔버
14 반응 공간
16 열적 절연 슬리브
18 전기 저항성 코일
20 플랜지
22 중심로 개구
24 웨이퍼 보트
26 웨이퍼 수용 슬롯
28 웨이퍼
30 기판 지지 어셈블리
32 기판 지지부/페디스털
34 지지면
36 실린더형 용기
36a 용기의 하부벽
36b 용기의 측벽
36c 용기의 상부벽
37 용기의 드라이브 샤프트
37a 용기의 드라이브 샤프트로 통하는 축 방향 통로
37b 용기의 드라이브 샤프트로 통하는 반경 방향 통로
38 열적 절연 물질
39 지지판
39a 지지 샤프트
40 열적 절연 물질을 통과하는 중공 샤프트
42 도어판
44a 도어판과 용기 사이의 베어링
44b 용기와 히터 부싱(bushing) 사이의 베어링
46 탄성 오링(elastomeric O-rings)
50 히터
52 히터의 연결부
54 히터의 방열부/발열부
56 플러그
L 중심축

Claims (16)

  1. 외부 지지면(34)을 형성하고 그 위에 기판 또는 기판 캐리어(24)를 지지하기 위한 기판 지지부(32); 및
    기판 지지부(32) 내에 배치되고, 지지면(34)과 실질적으로 평행하게 아래로 뻗어있는 방열부(54)를 구비하는 히터(50)를 포함하는 기판 지지 어셈블리(30)를 구비하는 반도체 기판 처리 장치(1)로서,
    상기 기판 지지부(32)는 지지면(34)이 히터(50)의 방열부(54)에 대해 회전가능하도록 상기 지지면(34)을 통해 뻗어있는 회전축(L) 주위에 회전가능하게 설치되는 반도체 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터(50)는 회전축(L)에 대해 회전 불가능하도록 설치되는 반도체 기판 처리 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기판 지지 어셈블리(30)는 상기 장치(1)의 반응 공간을 밀봉하기 위한 도어판(42)를 포함하는 베이스 어셈블리를 더 구비하며,
    상기 기판 지지부(32)는 회전축(L)을 중심으로 베이스 어셈블리(42)에 대한 기판 지지부의 회전을 용이하게 하는 제 1 베어링(44a)을 통해 베이스 어셈블리에 연결되는 반도체 기판 처리 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히터(50)는 회전축(L)을 중심으로 히터에 대한 기판 지지부의 회전을 용이하게 하는 제 2 베어링(44b)을 통해 기판 지지부(32)에 연결되는 반도체 기판 처리 장치.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 베어링은 원형 동축 레이스(race)를 형성하는 롤러(roller) 베어링인 반도체 기판 처리 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 지지부(32)는 하부벽(36a), 자켓 형태의 측벽(36b) 및 상부벽(36c)을 포함하고, 벽들은 바람직하게는 일반 실린더형 용기(36)를 형성하도록 상호연결되며,
    상기 상부벽(36c)의 외부면은 기판 지지부의 지지면(34)을 형성하고,
    상기 용기(36)는 적어도 히터(50)의 방열부(54)를 수용하는 반도체 기판 처리 장치.
  7. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용기(36)의 하부벽(36a)은 상기 하부벽을 통해 뻗어있는 통로(37a)를 형성하는 하향 돌출형 드라이브 샤프트(37)를 구비하며,
    상기 제 1 베어링(44a)은 드라이브 샤프트(37)의 외주면에 결합하며, 상기 제 2 베어링(44b)은 드라이브 샤프트(37)의 내주면에 결합하는 반도체 기판 처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 용기(36)는 용기의 하부벽(36a)과 히터(50)의 방열부(54) 사이에 배치되는 열적 절연 물질로 적어도 부분적으로 채워지는 반도체 기판 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 열적 절연 물질(38)은 히터(50)와 고정된 정적 관계로 배치되는 반도체 기판 처리 장치.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    용기의 하부벽(36a)에 인접하나 일정한 간격을 두고 용기(36) 내에 배치되는 지지판(39)을 더 구비하며,
    상기 지지판(39)은 용기(36)의 하부벽(36a)에서 드라이브 샤프트(37)와 동축으로 그리고 드라이브 샤프트를 통해 지지판으로부터 하향 돌출하는 지지 샤프트(39a)를 구비하며,
    상기 열적 절연 물질(38)은 지지판(39)에 지지되는 반도체 기판 처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 히터(50)는 에너지를 전달하도록 방열부(54)에 연결하고, 열적 절연 물질(38)을 통해 방열부(54)로부터 지지 샤프트(39a)로 뻗어있는 연결부(52)를 포함하며, 히터의 상기 연결부(52)는 열적 절연 물질(38)에 내장되고, 히터의 방열부(54)가 열적 절연 물질(38)의 상부에 놓여 있는 반도체 기판 처리 장치.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 열적 절연 물질(38)은 용기(36)와 고정식 관계로 배치되는 반도체 기판 처리 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    용기(36)의 하부벽(36a)에서 드라이브 샤프트(37)는 회전축(L)을 따라 열적 절연 물질을 통해 뻗어있는 세장형 중공 히터 통로(40)와 함께 일렬로 놓이며,
    상기 히터(50)는 에너지를 방열부(54)에 전달하기 위한 연결부(52)를 포함하며, 연결부는 방열부(54)와 지지되게 연결되도록 히터 통로를 통해 드라이브 샤프트 내부로 자유롭게 뻗어있는 반도체 기판 처리 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    히터(50)의 방열부(54)는 적어도 두 개의 독립된 제어가능한 가열 지역을 포함하며, 상기 가열 지역은 지지면(34)의 다른 부분들 아래로 뻗어있는 반도체 기판 처리 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 처리 장치(1)는 종형 열확산로(vertical thermal furnace)이고, 반응 공간(14)과 개구(22)를 형성하는 반응 챔버(12)를 더 구비하며, 개구를 통해 기판 지지 어셈블리(30)가 상기 반응 챔버에 적어도 부분적으로 수용가능하며,
    기판 지지 어셈블리(30)의 수용된 상태에서, 그 위에 지지되는 기판(28) 또는 기판 캐리어(24)는 반응 공간에 수용되고, 기판 지지 어셈블리(20)가 실질적으로 상기 개구(22)를 밀봉하는 반도체 기판 처리 장치.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 반도체 처리 장치(1)를 제공하는 단계;
    적어도 하나의 기판(28)을 제공하고, 상기 적어도 하나의 기판을 가능하게는 기판 캐리어(24)를 매개로 기판 지지부(32)의 지지면(34)에 지지되게 하는 단계; 및
    동시에, 히터의 방열부(54)가 열을 방산하도록 하기 위해 히터(50)를 가열하고, 지지면(34)에 지지되는 적어도 하나의 기판(28)을 그 아래 히터의 방열부(54)에 대해 회전시키도록 회전축(L)을 중심으로 기판 지지부(32)를 회전시키는 단계를 포함하는 방법.
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