KR20140005081U - 화학 기상 증착 시스템의 개선된 가열 균일성을 제공하는 웨이퍼 캐리어 - Google Patents

화학 기상 증착 시스템의 개선된 가열 균일성을 제공하는 웨이퍼 캐리어 Download PDF

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샌딥 크리슈난
윌리엄 이. 퀸
제프리 에스. 몽고메리
조슈아 맨검
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비코 인스트루먼츠 인코포레이티드
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Abstract

화학 기상 증착에 의해 하나 이상의 웨이퍼 상에 에피택셜 층을 성장시키기 위한 시스템에서 이용하기 위한 웨이퍼 캐리어 및 이를 제조하기 위한 방법이 개시된다. 웨이퍼 캐리어는 그 바디 내에 리세스된 웨이퍼 보유 포켓을 포함한다. 절연 스페이서가 적어도 하나의 웨이퍼 보유 포켓 내에 적어도 부분적으로 배치되고 주연벽 표면과 웨이퍼 사이에 간극을 유지하기 위해 배열되며, 이러한 스페이서는 스페이서가 웨이퍼 캐리어 바디의 부분으로부터 웨이퍼로 열 전도를 제한하도록 웨이퍼 캐리어의 열 전도율보다 낮은 열 전도율을 갖는 재료로 구성된다. 웨이퍼 캐리서는 스페이서와 결합하는 스페이서 보유 특징부를 포함하고 중심축을 중심으로 회전하게 될 때 스페이서의 원심 이동을 방지하도록 배향된 표면을 포함한다.

Description

화학 기상 증착 시스템의 개선된 가열 균일성을 제공하는 웨이퍼 캐리어{WAFER CARRIER HAVING PROVISIONS FOR IMPROVING HEATING UNIFORMITY IN CHEMICAL VAPOR DEPOSITION SYSTEM}
본 고안은 일반적으로 반도체 제조 기술에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 화학 기상 증착(CVD) 및 반도체 웨이퍼 표면에서의 온도 불균일성을 감소시키기 위한 관련 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED) 및 레이저 다이오드, 광 검출기, 및 전계 효과 트랜지스터와 같은 다른 고성능 소자의 제조에 있어서, 사파이어 또는 실리콘 기판 위에 갈륨 질화물과 같은 재료를 이용하여 박막 스택 구조체를 성장시키기 위해, 통상적으로 화학 기상 증착(CVD) 공정이 이용된다. CVD 도구는 공정 챔버를 포함하며, 공정 챔버는 박막 층을 성장시키기 위해 (통상 웨이퍼 형태인) 주입된 기체가 기판 상에 증착될 수 있도록 하는 밀폐 환경이다. 이러한 제조 설비의 현재의 제품 라인의 예로서 뉴욕주 플레인뷰에 소재하는 Veeco Instruments Inc.에 의해 제조된 MOCVD 시스템 계통인 TurboDisc®가 있다.
원하는 결정 성장을 달성하기 위해, 온도, 압력 및 기체 유량과 같은 다수의 공정 파라미터가 제어된다. 다양한 재료 및 공정 파라미터를 이용하여 상이한 층들이 성장된다. 예를 들어, Ⅲ-V 반도체와 같은 복합 반도체로부터 형성된 소자들은 통상적으로 유기 금속 화학 기상 증착(MOCVD)을 이용하여 복합 반도체의 연속적인 층을 성장시켜 형성된다. 이 공정에서, 웨이퍼는 통상적으로 Ⅲ족 금속의 소스로서 유기 금속 화합물을 포함하고, 웨이퍼가 승온된 상태로 유지되는 동안 웨이퍼의 표면 위로 유동하는 V족 원소의 소스들을 또한 포함하는 기체 조합에 노출된다. 통상적으로, 유기 금속 화합물 및 V족 소스는 예컨대 질소와 같이 반응에 두드러지게 참여하지 않는 캐리어 기체와 합쳐진다. Ⅲ-V 반도체의 일례로 갈륨 질화물이 있으며, 이는 사파이어 웨이퍼와 같은 적절한 결정 격자간 거리를 갖는 기판에서 유기-갈륨 화합물과 암모니아의 반응에 의해 형성된다. 통상적으로, 웨이퍼는 갈륨 질화물 및 관련 화합물들이 증착되는 동안 1000 내지 1100℃ 정도의 온도에서 유지된다.
기판 표면에서의 화학 반응에 의해 결정이 성장하는 MOCVD 공정에서, 공정 파라미터는 화학 반응이 필요 조건하에서 진행되는 것을 보장하기 위해 특별한 주의를 가지고 제어되어야 한다. 공정 조건의 작은 변화 조차도 소자의 품질 및 제품 수율에 악영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 갈륨 및 인듐 질화물 층이 증착되는 경우, 웨이퍼 표면 온도의 변화는 증착된 층의 조성 및 밴드갭의 변화를 야기할 것이다. 인듐은 비교적 높은 증기 압력을 갖기 때문에, 증착된 층은 표면 온도가 더 높은 웨이퍼의 영역에서 낮은 인듐 비율 및 더 큰 밴드갭을 가질 것이다. 증착된 층이 LED 구조의 활성, 발광층인 경우, 상기 웨이퍼로부터 형성된 LED의 방출 파장도 수용 불가능한 정도로 변할 것이다.
MOCVD 공정 챔버에서, 박막 층이 그 위에서 성장하는 반도체 웨이퍼는, 웨이퍼 캐리어로 불리는, 고속-회전 카루셀(carousel) 상에 배치되어, 반도체 재료의 증착 동안 반응 챔버 내의 분위기에 웨이퍼 표면의 균일한 노출을 제공한다. 회전 속도는 약 1,000 RPM이다. 웨이퍼 캐리어는 통상적으로 그래파이트와 같은 열전도성이 높은 재료로부터 기계가공되며, 종종 실리콘 카바이드와 같은 재료의 보호층으로 코팅된다. 각 웨이퍼 캐리어는 개별 웨이퍼가 배치되는 상부 표면에 한 세트의 원형 함몰부(indentation) 또는 포켓을 갖는다. 통상적으로, 웨이퍼의 에지 주위에서 기체의 유동을 허용하기 위해, 웨이퍼는 각 포켓부의 하부 표면에 대해 이격된 관계로 지지된다. 적절한 기술의 몇몇 예가 미국 특허출원 공보 2012/0040097호, 미국 특허 8,092,599호, 미국 특허 8,021,487호, 미국 특허출원 공보 2007/0186853호, 미국 특허 6,902,623호, 미국 특허 6,506,252호, 및 미국 특허 6,492,625호에 개시되며, 상기 문헌들은 본원에 참조로 포함된다.
웨이퍼 캐리어는 웨이퍼의 노출 표면을 갖는 웨이퍼 캐리어의 상부 표면이 기체 분배 장치를 향해 상방으로 면하도록 반응 챔버 내에서 스핀들 상에 지지된다. 스핀들이 회전하는 동안, 기체는 웨이퍼 캐리어의 상부 표면으로 하향으로 지향되어 웨이퍼 캐리어의 주연부를 향해 상부 표면을 가로질러 유동한다. 사용된 기체는 웨이퍼 캐리어 아래쪽에 배치된 포트들을 통해 반응 챔버로부터 방출된다. 웨이퍼 캐리어는 가열 요소에 의해, 통상적으로는 웨이퍼 캐리어의 하부 표면 아래쪽에 배치된 전기 저항 가열 요소에 의해, 원하는 상승된 온도로 유지된다. 이러한 가열 요소들은 웨이퍼 표면의 원하는 온도를 초과하여 유지되는 반면, 기체 분배 장치는 통상적으로 기체들의 미성숙 반응을 방지하기 위해 원하는 반응 온도보다 상당히 낮게 유지된다. 따라서, 열은 가열 요소로부터 웨이퍼 캐리어의 하부 표면으로 전달되고, 웨이퍼 캐리어를 통해 개별 웨이퍼로 상방으로 유동한다. 또한, 캐리어 재료를 통해 상방으로 전달된 열은 웨이퍼 캐리어의 표면으로부터 복사된다. 웨이퍼 캐리어로부터 복사 방출되는 정도는 캐리어 및 주변 구성요소의 방사율에 의해 결정된다.
공정 중의 온도 변화를 최소화하기 위해 시스템 설계 특징부들에 대해 상당한 노력이 있었음에도, 그 문제는 계속되었고 많은 도전에 당면하고 있다. 예를 들어, 웨이퍼는 웨이퍼 캐리어보다 열 전도성이 상당히 낮다. 웨이퍼 캐리어의 포켓부에 사파이어 웨이퍼를 도입하는 것은 열-포획(heat-trapping), 또는 "담요(blanketing)" 효과를 형성한다. 이러한 현상은 열이 복사 및 대류에 의해 주위로 방출될 수 있는 포켓부 바닥에서 포켓부의 중심이 더 고온이고 외부 반경을 향해서 온도가 낮아지는 대체로 방사상 열 프로파일을 야기한다.
제조 중인 웨이퍼의 열 균일성에 영향을 주는 다른 효과는 오목한 보우(bow)를 유발하는 웨이퍼의 두께에 걸친 열 구배이며, 결과적으로 웨이퍼 하부와 포켓부 바닥 사이에 불균일한 갭 거리를 유발한다. 이는 더 고온인 웨이퍼의 하부가 더 저온인 상부 표면에 비해 더욱 팽창됨으로써, 전통적인 오목 형상을 취하기 때문이다. 오목한 보우는 열 담요 효과로 인해 웨이퍼 상에 이미 존재하는 열 불균일성을 대체로 증가시킬 것이다. 캐리어 재료와 비교하여 매우 낮은 열전도성의 기체 갭으로 인해, 웨이퍼 표면 온도는 갭 크기의 변화에 극히 민감하다. 오목 보우의 경우, 웨이퍼의 중심은 포켓부 바닥에 더 근접할 것이며, 결과적으로 외부 에지와 비교할 때 더 고온이다. 이러한 효과는 통상 실리콘으로 제조되는 대직경 웨이퍼에서 더욱 두드러진다. 또한, 특히 실리콘 웨이퍼의 경우, 보우잉(bowing)은 실리콘 기판 및 기판 상에 소자를 제조하기 위해 이용되는 증착된 층들 사이의 결정 격자 불일치로 인한 필름 응력에 의해 더욱 악화된다.
이러한 거리에 따라, 웨이퍼 캐리어 포켓부 에지로부터 웨이퍼 에지로의 측방향으로 관련 열 전도성 전달 과정도 일어난다. 고속 회전 웨이퍼 캐리어를 이용하는 CVD 도구에서, 웨이퍼는 통상적으로 높은 원심력으로 인해 포켓부의 외부 에지를 향해 힘을 받는다. 따라서, 이러한 웨이퍼들은 외부 포켓부 에지와 접촉하게 된다. 포켓부 내에서의 웨이퍼의 비동심 위치는 접촉 지점에서 영(zero)이고 접촉 지점으로부터 둘레방향으로 멀수록 증가하는 포켓 에지로부터의 불균일 갭을 형성한다. 접촉 지점에 가까운 영역에서 웨이퍼와 캐리어 사이의 작은 갭은 캐리어로부터 웨이퍼로의 전도성 열 전달을 증가시킨다. 이러한 "가까운 근접" 효과는 접촉 영역에서 훨씬 더 높은 에지 온도를 초래한다. 그 내용이 본원에 참조로 통합되어 있는, 공동계류 중인 미국 특허출원 13/450,062호는 포켓부 에지로부터 규정된 거리에서 웨이퍼의 중심으로 "범퍼"를 활용하여 근접 효과를 감소시키기 위한 접근법을 개시하고 있다. 이러한 범퍼들은 근접 효과에 의해 발생한 고온 크레센트(crescent)를 실제로 제거하는데 성공적인 것으로 밝혀졌다. 그러나, 특히 몇몇 실제적인 문제, 특히 공정동안 범퍼-웨이퍼 에지 인터페이스에서의 구심력에 기인하는 응력 집중의 증가로 인한 웨이퍼의 파손이 여전히 남아 있다.
웨이퍼에 걸쳐 온도 균일성을 유지하는데 있어서의 다른 도전은 통상적으로 원형인, 편평 디스크 형태의, 통상 "편평부(flat)"로 불리는 웨이퍼 에지의 하나 이상의 직선 부분을 갖는 웨이퍼와 관련된다. 편평부는 대체로 웨이퍼의 결정 방위 및 웨이퍼의 도핑 유형을 지시하기 위해 이용되며, 통상적으로 200 mm 미만의 웨이퍼에서 발견된다. 그러나 CVD 공정에서의 경우, 편평부는 웨이퍼로의 열 전달에 대한 불균일성을 나타낸다. 특히, 웨이퍼 캐리어와 웨이퍼 에지 사이의 분리로 인해, 편평부 부근의 웨이퍼의 부분으로의 열 전달이 감소하는 경향이 있다. 또한, 편평부는 편평부 부근의 온도에도 영향을 미치는 기체 유동을 변화시킨다.
추가적인 염려는 비동심 포켓부 위치를 갖는 다중-웨이퍼 포켓부 기하학적 형상과 관련된다. 여기서, 대류성 냉각이 웨이퍼 캐리어와 웨이퍼 영역 모두의 위를 통과하는 역사적 기체 유선 경로에 따르기 때문에, 열 프로파일은 더욱 복잡해진다. 고속 회전 디스크 반응기의 경우, 기체 유선은 대체로 접선 방향으로 내부로부터 외부 반경으로 외향으로 나선형을 그린다. 이 경우, 기체 유선이 [웨이퍼들 사이의 "웨브(web)" 영역과 같은] 웨이퍼 캐리어의 노출 부분 위를 통과할 때, 그 영역은 웨이퍼 위를 통과하는 영역에 비해 가열된다. 일반적으로, 담요 효과로 인한 열 플럭스 유선이 유선들을 이 영역으로 분기시키기 때문에, 이러한 웨브는 웨이퍼가 위치한 캐리어의 다른 영역에 비해 매우 고온이다. 따라서, 웨브 위를 통과하는 기체 경로는 후단 에지(웨이퍼 위의 유체 유선의 출구)에 비해 선단 에지(웨이퍼로의 유체 유선의 입구)에서 더 고온인 대류성 냉각에 기인한 접선(tangential) 온도 구배를 형성한다.
편평부 부근의 웨이퍼 부분으로부터 제조된 소자들이 웨이퍼의 나머지 부분에 대한 목표 값에 비해 증가된 광루미네선스(photoluminescence)를 나타내는 경향이 있기 때문에, 이러한 효과들은 제품 수율 감소에 기여한다. CVD 반응기 내의 웨이퍼 열 균일성을 개선하기 위한 하나 이상의 이러한, 그리고 관련된 도전을 해결하는 해결책이 요구된다.
본 고안의 양태는 화학 기상 증착(CVD) 시스템에 관한 것으로, 웨이퍼의 에지를 따르는 열 불균일성이 현저히 감소된다. 일 양태에서, 웨이퍼 캐리어는 중심 축을 중심으로 대칭으로 형성되는 바디를 갖고, 중심 축에 수직으로 위치되는 대체로 평면형 상부 표면을 포함한다. 적어도 하나의 웨이퍼 보유 포켓은 상부 표면으로부터 웨이퍼 캐리어 바디 내에 리세스된다. 각각 하나의 웨이퍼 보유 포켓은 바닥 표면 및, 바닥 표면을 둘러싸며 웨이퍼 보유 포켓의 주연부를 형성하는 주연 벽 표면을 포함하고, 웨이퍼 보유 포켓은 중심 축을 중심으로 회전하게 될 때 주연부 내에 웨이퍼를 보유하도록 구성된다. 열 절연 스페이서는 적어도 하나의 웨이퍼 보유 포켓에 적어도 부분적으로 위치되며 주연벽 표면과 웨이퍼 사이에 간격을 유지하도록 배열된다. 스페이서는 웨이퍼 캐리어 바디의 열 전도성보다 낮은 열 전도성을 갖는 재료로 구성되어 스페이서는 웨이퍼 캐리어 바디의 부분으로부터 웨이퍼로의 열 전도를 제한한다. 스페이서 보유 특징부는 웨이퍼 캐리어 바디 내에 형성되고, 중심 축을 중심으로 회전하게 될 때 스페이서의 원심 이동을 방지하도록 배향된 표면을 포함하며 스페이서와 결합한다.
본 고안의 다른 양태에서, 웨이퍼 캐리어를 형성하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법에서, 중심 축을 중심으로 대칭인 웨이퍼 캐리어 바디가 형성된다. 대체로 평면형 상부 표면은 중심 축에 수직으로 위치되는 바디에 형성된다. 복수의 웨이퍼 보유 포켓은 각각의 포켓이 상부 표면으로부터 바디 내에 리세스된 상태로 형성된다. 포켓에는, 바닥 표면 및 바닥 표면을 둘러싸며 웨이퍼 보유 포켓의 주연부를 형성하는 주연벽 표면이 있다. 웨이퍼 보유 포켓은 중심 축을 중심으로 회전하게 될 때 웨이퍼를 주연부 내에 보유하도록 구성된다.
상기 방법은 주연벽 표면과 웨이퍼 사이에 간격을 유지하기 위해 적어도 하나의 웨이퍼 보유 포켓 내에 적어도 부분적으로 열 절연 스페이서를 위치시키는 단계를 더 포함한다. 스페이서는 웨이퍼 캐리어 바디의 열 전도성보다 낮은 열 전도성을 갖는 재료로 구성되어 스페이서는 웨이퍼 캐리어 바디의 부분으로부터 웨이퍼로의 열 전도를 제한한다. 스페이서 보유 특징부는 웨이퍼 캐리어 바디에 형성되어 중심 축을 중심으로 회전하게 될 때 스페이서 보유 특징부는 스페이서와 결합하고 스페이서의 원심 이동을 방지하도록 배향된 표면을 제공한다.
본 고안의 관련된 양태에서, 웨이퍼 캐리어는 화학 기상 증착에 의해 하나 이상의 웨이퍼 상에 에피택셜 층을 성장시키는 장치의 일부이며, 반응 챔버와, 반응 챔버 내부에 배치된 상부 단부를 갖는 회전 가능 스핀들을 포함하고, 웨이퍼 캐리어는 스핀들의 상부 단부에 중심에 그리고 탈착 가능하게 장착되고, 적어도 CVD 공정 과정에서 함께 접촉한다.
본 고안은 첨부 도면과 관련하여 이하의 본 고안의 다양한 실시예의 상세한 설명을 고려하여 보다 명확히 이해될 수 있다.
도 1은 본 고안의 일 실시예에 따르는 화학 기상 증착 장치의 도시도이다.
도 2는 본 고안의 일 실시예에 따르는, 도 1의 장치에 이용되는 웨이퍼 캐리어을 도시하는 개략적 사시도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 웨이퍼 캐리어의 웨이퍼 보유 사이트를 설명하고자 라인 3-3을 따라 취한 개략적 단면도로서, 웨이퍼 보유 사이트는 본 명세서에서 웨이퍼 포켓으로도 지칭되고, 본 고안의 일 양태에 따르는 열 절연 스페이서를 포함한다.
도 4는 웨이퍼 보유 포켓 내부에 위치된 웨이퍼를 도시하는 개략적 평면도이며, 웨이퍼는 일 실시예에 따르는 개별 구조체인 스페이서들에 의해 추가로 보유된다.
도 5는 스페이서가 스페이서 보유 특징부에 의해 보유되는 다른 예시적인 구성을 도시하는 개략적 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 포스트 구조체 및 헤드 구조체를 포함하는 다른 예시적인 스페이서를 각각 도시한다.
도 7은 일 실시예에 따르는 보어 섹션을 포함하는 스페이서 보유 특징부 및 웨이퍼 보유 포켓을 갖는 웨이퍼 캐리어의 단면도이다.
도 8은 웨이퍼 보유 포켓 및 복수의 스페이서 보유 특징부가 도시된 실시예에 따르는 웨이퍼 캐리어의 예시적인 구성을 도시하는 평면도이다.
도 9는 일 실시예에 따르는 스페이서에 대한 다른 타입의 형상을 도시하는 평면도이다.
도 10은 일 실시예에 따라 스페이서 보유 특징부가 상향 돌출부인 섹션의 단면도이다.
도 11은 일 실시예에 따라 스페이서가 C-형상 프로파일을 갖는 도 10의 실시예의 변형예를 도시하는 개략도이다.
도 12는 일 실시예에 따라 상부 표면의 부분 위로 웨이퍼 보유 포켓의 주연부를 넘어 열 절연을 제공하기 위해 웨이퍼 캐리어의 상부 표면을 따라 연장하는 측방향 연장 부분을 갖는 스페이서를 도시하는 도면이다.
도 13a는 다른 타입의 실시예를 도시하는 분해도이며, 스페이서는 상부 링 스페이서 및 하부 링 스페이서를 포함하는 복합 구조로 실현된다.
도 13b는 일 실시예에 따르는 도 13a에 도시된 조립 부품의 일부의 단면도이다.
도 14는 일 실시예에 따르는 상부 링 스페이서 및 하부 링 스페이서로 구성된 다른 타입의 복합 스페이서를 도시하는 전개도이다.
도 15는 도 13a 및 도 13b를 참조하여 설명되는 실시예의 다른 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 16은 실시예의 일 유형에 따라 하나 이상의 편평 에지를 갖는 웨이퍼에 대해 개선된 웨이퍼 에지 대 에지 가열 균일성을 제공하는 부분을 도시하는 도면이다.
도 17a 및 도 17b는 도 16에 도시된 부분의 단면도이다.
도 18은 일 실시예에 따라 두 개의 편평부를 갖는 웨이퍼를 수용하도록 설계된 웨이퍼 보유 포켓을 도시하는 개략적 평면도이다.
도 19는 다른 실시예에 따라 편평부를 갖는 웨이퍼에 대한 가열 균일성을 개선하기 위한 다른 접근예의 도시도이다.
도 20은 스페이서가 웨이퍼 편평부를 수용하도록 이용되는 일 실시예에 따라 스페이서에 대한 다른 타입의 형상을 도시하는 개략적 평면도이다.
본 고안은 다양한 변경예 및 대체 형태로 개선가능하지만, 그 특징은 도면에 예로 도시되었으며, 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 고안을 개시된 특정 실시예로 제한하려고 의도된 것이 아님이 이해되어야 한다. 반대로, 첨부된 청구범위에 의해 한정되는 바와 같이 본 고안의 범위 및 기술 사상 내에서 모든 변경예, 등가물 및 대체예를 포함하려 의도된 것이다.
도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치를 예시한다. 반응 챔버(8)는 공정 환경 공간을 형성한다. 기체 분배 장치(12)는 챔버의 일 단부에 배열된다. 기체 분배 장치(12)를 구비하는 단부는 본 명세서에서 챔버(8)의 "상부" 단부라 지칭된다. 챔버의 이 단부는 반드시는 아니지만 통상적으로 법선 중력방향 기준 프레임으로 챔버의 상단에 위치된다. 따라서, 본 명세서에서 이용될 때, 하향 방향은 기체 분배 장치(12)로부터 멀어지는 방향을 지칭하고, 상향 방향은 챔버 내에서 기체 분배 장치(12)를 향하는 방향을 지칭하며, 이들 방향들이 중력 상향 또는 하향 방향과 배열되는지 여부에는 무관하다. 유사하게, 요소의 "상단" 및 "저부" 표면은 챔버(8) 및 기체 분배 장치(12)의 기준 프레임을 기준으로 본 명세서에서 설명된다.
기체 분배 장치(12)는 V족 금속의 소스 및 유기 금속 화합물 같은 반응 기체와 캐리어 기체 같은 웨이퍼 처리 공정에 이용되는 공정 기체를 공급하기 위한 소스(14a, 14b, 14c)에 연결된다. 기체 분배 장치(12)는 다양한 기체를 수용하고 대체로 하향 방향으로 공정 기체의 유동을 안내하도록 배열된다. 기체 분배 장치(12)는 또한 기체 분배 장치를 통해 액체를 순환시키도록 배열된 냉각 시스템(16)에 연결됨으로써 작동 동안 기체 분배 장치의 온도를 원하는 온도로 유지하는 것이 바람직하다. 유사한 냉각 배열(미도시)이 챔버(8)의 벽을 냉각시키기 위해 제공될 수 있다. 챔버(8)는 또한 챔버의 저부의 또는 그 부근의 포트(미도시)를 통해 챔버의 내부로부터 소진된 기체를 제거하여 기체 분배 장치로부터 하향 방향으로의 지속적 기체 유동을 가능하게 하도록 배열된 배기 시스템(18)을 구비한다.
스핀들(20)은, 스핀들의 중심축(22)이 상향 및 하향 방향으로 연장하도록 챔버 내에 배열된다. 스핀들은 챔버(8)의 벽과 스핀들 사이의 밀봉을 유지하면서 스핀들이 축(22)을 중심으로 회전할 수 있도록 베어링 및 밀봉부(미도시)를 포함하는 종래의 회전 통과 장치(25)에 의해 챔버에 장착된다. 스핀들은 그 상단 단부에, 즉, 기체 분배 장치(12)에 가장 근접한 스핀들의 단부에 피팅(24)을 구비한다. 추가로 후술될 바와 같이, 피팅(24)은 웨이퍼 캐리어를 해제가능하게 결합하도록 구성된 웨이퍼 캐리어 보유 기구의 일 예이다. 도시된 특정 실시예에서, 피팅(24)은 스핀들의 상단 단부를 향해 테이퍼지고 평탄한 상부 표면에서 종결되는 대체로 절두원추형의 요소이다. 절두원추형 요소는 원추의 절두체의 형상을 갖는 요소이다. 스핀들(20)은 축(22)을 중심으로 스핀들을 회전시키도록 배열된 전기 모터 구동부 같은 회전 구동 기구(26)에 연결된다.
가열 요소(70)가 챔버 내에 장착되며 피팅(24) 아래의 스핀들(20)을 둘러싼다. 또한, 챔버는 대기실(76)로 이어지는 진입 개구(72)와, 진입 개구를 개폐하기 위한 도어(74)를 구비한다. 도어(74)는 도 1에 단지 개략적으로 도시되어 있으며, 도어가 대기실(76)로부터 챔버(8)의 내부를 격리시키는 실선으로 도시된 폐쇄 위치와, 74'에서 파선으로 도시된 개방 위치 사이에서 이동할 수 있는 것으로 도시되어 있다. 도어(74)는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 도어를 이동시키기 위한 적절한 제어 및 작동 기구를 구비한다. 실제로, 도어는 예로서, 그 내용이 본 명세서에 참조로 통합되어 있는 미국 특허 제7,276,124호에 개시된 바와 같이 상향 및 하향 방향으로 이동할 수 있는 셔터를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 장치는 대기실(76)로부터 챔버 내로 웨이퍼 캐리어를 이동시키고 작동 위치에서 웨이퍼 캐리어를 스핀들과 결합시킬 수 있으며, 또한, 웨이퍼 캐리어를 스핀들로부터 대기실(76) 내로 이동시킬 수 있는 로딩 기구(미도시)를 더 포함할 수 있다.
또한, 장치는 복수의 웨이퍼 캐리어(80)를 포함한다. 도 1에 도시된 작동 위치에서, 제1 웨이퍼 캐리어(80)는 작동 위치에서 챔버(8) 내에 배치되며, 제2 웨이퍼 캐리어(80)는 대기실(76) 내에 배치된다. 각 웨이퍼 캐리어(80)는 실질적으로 중심축(84)을 갖는 원형 디스크 형태인 바디(82)를 포함한다(도 2). 바디(82)는 중심축(84)을 중심으로 대칭적으로 형성된다. 작동 위치에서, 웨이퍼 캐리어 바디의 중심축(84)은 스핀들의 축(22)과 일치한다. 바디(82)는 복수의 부재의 폭합체로서 또는 단일 부재로서 형성될 수 있다. 예로서, 그 내용이 본 명세서에 참조로 통합되어 있는 미국 특허 출원 공개 제20090155028호에 개시된 바와 같이, 웨이퍼 캐리어 바디는 중심축(84) 둘레의 바디의 작은 영역과 디스크형 바디의 잔여부를 형성하는 큰 부분을 형성하는 허브를 포함할 수 있다. 바디는 공정을 오염시키지 않으면서 공정 중에 겪게되는 온도를 견딜 수 있는 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 예로서, 디스크의 큰 부분은 대부분 또는 전적으로 흑연, 실리콘 카바이드 또는 다른 내화 재료 같은 재료로 형성될 수 있다. 바디는 대체로 평면형 상부 표면(88)과 저부 표면(90)을 구비하며, 이들은 대체로 서로 평행하게 연장하면서 디스크의 중심축(84)에 대체로 수직이다. 또한, 바디는 복수의 웨이퍼를 보유하도록 구성된 하나 또는 복수의 웨이퍼 보유 특징부를 갖는다.
작동시, 사파이어, 실리콘 카바이드 또는 다른 결정질 기판으로 형성된 디스크형 웨이퍼 같은 웨이퍼(124)가 각 웨이퍼 캐리어(80)의 각 포켓(90) 내에 배치된다. 통상적으로, 웨이퍼(124)는 그 주 표면의 치수에 비해 작은 두께를 갖는다. 예로서, 직경이 약 2인치(50 mm)인 원형 웨이퍼는 약 430 ㎛ 이하의 두께일 수 있다. 도 1에 예시된 바와 같이, 웨이퍼는 상부 표면(126)이 상향으로 면하는 상태로 배치되어 상부 표면이 웨이퍼 캐리어의 상단에서 노출된다. 다양한 실시예에서, 웨이퍼 캐리어(80)는 상이한 양의 웨이퍼를 지탱한다는 것을 인지하여야 한다. 예로서, 일 예시적 실시예에서, 웨이퍼 캐리어는 6개 웨이퍼를 보유하도록 구성된다. 도 2에 도시된 바와 같은 다른 예시적 실시예에서, 웨이퍼 캐리어(80)는 12개 웨이퍼를 보유한다.
전형적 MOCVD 처리에서, 웨이퍼가 그 위에 탑재된 웨이퍼 캐리어(80)가 대기실(76)로부터 챔버(8) 내로 로딩되고, 도 1에 도시된 작동 위치로 배치된다. 이런 상태에서, 웨이퍼 면의 상부 표면은 상향으로 기체 입구 구조체(12)를 향한다. 가열 요소(70)가 작동되고, 회전 구동 기구(26)는 스핀들(20)을 회전시키도록 작동하며, 따라서, 웨이퍼 캐리어(80)를 축(22) 둘레에서 회전시키도록 작동한다. 통상적으로, 스핀들은 분당 약 50 내지 1500 회전의 회전 속도로 회전된다. 처리 기체 공급 유닛(14a, 14b, 14c)은 기체 분배 장치(12)를 통해 기체를 공급하도록 작동된다. 기체는 웨이퍼 캐리어(80)를 향해 하향으로, 웨이퍼 캐리어의 상부 표면(88) 및 웨이퍼의 상부 표면(126) 위로, 그리고, 웨이퍼 캐리어의 주연 둘레로 하향으로 출구까지, 그리고, 배기 시스템(18)까지 통과한다. 따라서, 웨이퍼 캐리어의 상부 표면 및 웨이퍼의 상부 표면은 다양한 처리 기체 공급 유닛에 의해 공급되는 다양한 기체의 혼합물을 포함하는 처리 기체에 노출된다. 가장 일반적으로, 상부 표면에서의 처리 기체는 주로 캐리어 기체 공급 유닛(14b)에 의해 공급된 캐리어 기체로 구성된다. 통상적 화학 기상 증착 처리에서, 캐리어 기체는 질소일 수 있고, 따라서, 웨이퍼 캐리어의 상부 표면의 처리 기체는 소정량의 반응성 기체 성분과 함께 주로 질소로 구성된다.
가열 요소(70)는 원론적으로 복사 열 전달에 의해 웨이퍼 캐리어의 저부 표면(90)에 열을 전달한다. 웨이퍼 캐리어의 저부 표면에 적용된 열은 웨이퍼 캐리어의 바디(82)를 통해 상방으로 웨이퍼 캐리어의 상부 표면(88)으로 흐른다. 상방으로 바디를 통과하는 열은 또한 상방으로 간극을 통해 각 웨이퍼의 저부 표면까지 그리고, 웨이퍼를 통해 상방으로 웨이퍼의 상부 표면(126)까지 전달된다. 열은 웨이퍼 캐리어의 상부 표면(88)으로부터, 그리고, 웨이퍼의 상부 표면(126)으로부터 처리 챔버의 더 차가운 요소로, 예를 들어, 처리 챔버의 벽과 기체 분배 장치(12)로 복사된다. 또한, 열은 웨이퍼 캐리어의 상부 표면(88) 및 웨이퍼의 상부 표면(126)으로부터 이들 표면 위를 통과하는 처리 기체로 전달된다.
도시된 실시예에서, 시스템은 각 웨이퍼(124)의 표면(126)의 가열의 균일성을 결정하도록 설계된 다수의 특징부를 포함한다. 이런 실시예에서, 온도 프로파일링 시스템(130)이 온도 모니터(120)로부터의 온도 및 온도 감시 위치 정보를 포함할 수 있는 온도 정보(122)를 수신한다. 또한, 온도 프로파일링 시스템(130)은 일 실시예에서, 회전 구동 기구(26)로부터 얻어지는 웨이퍼 캐리어 위치 정보를 수신한다. 이러한 정보에 의해, 온도 프로파일링 시스템(130)은 웨이퍼 캐리어(80) 상의 웨이퍼(124)의 온도 프로파일을 구성한다. 온도 프로파일은 웨이퍼(124) 각각의 표면(126) 상의 열 분포를 나타낸다.
도 2 및 도 3은 웨이퍼 캐리어(80)를 더 상세히 예시한다. 각 웨이퍼 보유 사이트는 대체로 원형의 리세스 또는 상부 표면(88)으로부터 바디 내로 하향 연장하는 포켓(92)의 형태이다. 대체로 원형 형상은 웨이퍼의 형상에 대응하도록 형성된다. 각 포켓(92)은 상부 표면(88)의 주변 부분 아래에 배치된 바닥 표면(94)을 갖는다. 바닥 표면(94)은 평탄할 수 있거나(도시된 바와 같이) 오목, 볼록, 텍스쳐형 등일 수 있다. 또한, 각 포켓은 바닥 표면을 둘러싸고 포켓의 주연부를 형성하는 주연 벽 표면을 갖는다. 주연 벽 표면(96)은 바디의 상부 표면(88)으로부터 바닥 표면을 향해 하향으로 연장한다. 다양한 실시예에서, 주연 벽 표면(96)은 벽 경사가 내향하는, 즉, 포켓의 중심을 향하는 언더컷부를 주연부의 적어도 일부 위에 구비할 수 있다. 따라서, 이런 경사를 갖는 주연 벽 표면(96)은 바닥 표면(94)에 대해 예각을 형성한다. 일 예시적 실시예에서, 주연 벽 표면(96)과 바닥 표면(94) 사이에 형성된 각도는 80도이다.
본 고안의 일 양태는 도 3에서 100으로 부분 도시된 바와 같이, 열 절연 스페이서의 추가에 관한 것이다. 열 절연 스페이서(100)는 다양한 실시예에 따른 다양한 구조적 배열을 가질 수 있으며, 이의 몇몇은 이하에서 설명된다. 실시예의 일 유형에서, 스페이서(100)의 중요한 특징은 스페이서(100)가 포켓(92)에 안착(sit)되는 웨이퍼와 주연 벽 표면(94) 사이의 분리를 유지하도록 구성되고 위치될 수 있다는 것이다. 실시예의 관련 유형에서, 또한, 스페이서(100)는 이의 에지의 웨이퍼를 바닥 표면(94)에 대하여 상승된 높이로 지지함에 의하여 웨이퍼와 바닥 표면(94) 사이에 공간을 형성한다. 스페이서(100)의 다양한 구조는 이러한 기능을 제공하도록 고안되며, 기능 중 몇몇은 이하에서 설명된다. 관련된 실시예에서, 스페이서(100)는 공정 중에 웨이퍼를 이의 포켓 내에 보유하도록 하는 특징을 갖는다. 예를 들어, 일 실시예는 본원에서 립(lip)으로 지칭된, 웨이퍼의 상부 표면의 부분에 걸쳐 연장하는 측방향 연장부를 이용하며, 그로 인해 웨이퍼가 이의 바닥 지지부로부터 들려 떨어지지 않게 그리고 고 회전 속도에서의 매우 큰 원심력으로 인해 포켓으로부터 방출되지 않게 한다.
스페이서(100)의 다른 특징은 이의 열 절연 특성이다. 웨이퍼로의 열 전달은 주로 웨이퍼 캐리어(80)의 바디를 지나는 열 유동으로부터 발생하므로, 본원 문맥에서의 열 절연 특성은 스페이서(100)의 열 전도도가 웨이퍼 캐리어(80)의 열 전도도보다 낮음을 의미한다. 따라서, 스페이서(100)는 웨이퍼와 웨이퍼 캐리어의 주연(및, 선택적으로는, 바닥바닥 사이에 분리를 제공하는 것 뿐만 아니라, 스페이서(100)는 웨이퍼 캐리어 표면과 웨이퍼의 외부 에지 사이의 전도성 열 전달을 제한한다.
실시예의 일 유형에서, 웨이퍼 캐리어(80)가 주로 그래파이트로부터 제작될 때, 스페이서(100)는 사파이어, 석영, 알루미늄 질화물, 실리콘 질화물, 실리콘 카바이드, 실리콘, 갈륨 질화물, 갈륨 아르세나이드, 또는 적용가능한 공정 온도를 견딜 수 있고 적합한 열 팽창 계수를 가지며 그래파이트보다 작은 열 전도도를 갖는 다른 적합한 재료와 같은 세라믹 재료로부터 제작된다.
관련된 실시예에서, 웨이퍼 캐리어(80)는 각각의 스페이서(100)와 결합하도록 구성된 하나 이상의 스페이서 보유 특징부를 갖는다. 다양한 실시예에 따른 스페이서 보유 특징부는 다양한 구조를 가질 수 있으며, 그러나 중요한 측면으로서, 스페이서 보유 특징부의 임의의 실시예는 웨이퍼 캐리어(80)의 회전으로 인한 측방향 힘을 포함하는 공정 조건에 놓이면서, 스페이서(100)를 보유하도록 특별히 구성된다. 특히, 중심축(84)으로부터 외향 반경 방향으로 가압되는 웨이퍼에 의하여 상당한 원심력이 하나 이상의 스페이서(100)에 대항하여 작용된다. 이어서, 이 힘은 스페이서 및 웨이퍼 캐리어(80)의 스페이서 보유 특징부에 의하여 저지된다. 일 실시예에 따르면, 스페이서 및 스페이서 보유 특징부는 협동하여, 중심축으로부터 외향 반경 방향을 따라서 작용하는 원심력에 응답하여 스페이서를 제 자리에 잠금시키는 브레이싱 배열체(bracing arrangement)를 형성한다.
다른 관련된 실시예에서, 스페이서는 포켓의 중심으로로부터 먼 방향에서 웨이퍼 캐리어의 상부 표면을 따라 측방향으로 연장하는 상부를 갖는다. 이러한 바닥는 웨이퍼 아래에 있지 않은 웨이퍼 캐리어의 상부 표면에 열 절연 특징을 제공하여, 그 결과 웨이퍼 캐리어 바디 내의 열 플럭스 균일성 및, 궁극적으로는, 웨이퍼의 공정 중(in-process) 열 균일성을 제공하는 것이 바람직하다.
도 4는 웨이퍼 보유 포켓(92a) 내에 위치되고 일 실시예에 따른 개별 스페이서 구조체인, 스페이서(100a)에 의해 추가적으로 보유되는 웨이퍼(24)를 도시하는 개략적인 상부도이다. 이러한 예시에서, 각각의 스페이서(100a)는 웨이퍼 보유 포켓에 (특히, 각각의 포켓(92)의 외부 주연부를 따라서) 부분적으로 위치된다. 각각의 스페이서(100a)는 웨이퍼 인터페이스 표면(106a)을 포함한다. 또한, 웨이퍼 캐리어의 바디(82a)에 [바디(82a)의 둘러싸는 재료에 의해 형성된] 스페이서 보유 리세스로서 형성되는 스페이서 보유 특징부(200a)가 개략적으로 도시되었으며, 이의 각각에 적어도 일부분의 스페이서(100a)가 존재한다. 다양한 실시예에서, 스페이서 보유 리세스는 웨이퍼 캐리어의 상부 표면(88a) 내로, 웨이퍼 보유 포켓의 바닥 표면(94a) 내로, 또는 양자 모두로 리세스된다.
도 5는 스페이서(100b)가 스페이서 보유 특징부(200b)에 의하여 보유되는 다른 예시적인 배열을 도시하는 개략적인 단면도이다. 이러한 실시예에서, 스페이서 보유 특징부(200b)는 예시 웨이퍼 캐리어의 상부 표면(88b)으로부터 위로 돌출하며, 여기에서 웨이퍼 보유 포켓(92b)은 도시된 바와 같이 바닥 표면(94b)을 갖도록 형성된다. 스페이서(100b)는 바닥 표면(94b)을 통하여 아래로 연장하는 제1 부분(102b) 및 상부 표면(88b)에 걸쳐 위치된 제2 부분을 갖는다.
도 6a 및 도 6b는 포스트 구조체(102c) 및 헤드 구조체(104c)를 포함하는 다른 예시적인 스페이서(100c)를 각각 도시한다. 포스트 구조체(102c)는 스페이서 보유 특징부 내에 거의 전체가 피트(fit)되도록 설계된다. 헤드 구조체(104c)는 이의 일부가 웨이퍼 보유 포켓의 주연부 내에 있고 웨이퍼 에지 인터페이스 표면(106c) 및 웨이퍼 바닥 지지 탭(108c)을 포함하도록 설계된다. 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 웨이퍼 에지 인터페이스 표면(106c)은 웨이퍼 캐리어가 공정에 이용 중일 때 웨이퍼를 제 자리에 잠금시키기 위하여 언더컷(undercut)된다. (즉, 웨이퍼 보유 포켓 중심을 향해 내향으로 경사진다.) 웨이퍼 바닥 지지 탭(108c)은 스페이서(100c)가 설치될 때 바닥 표면(94c)보다 높게 위치되는 상부 표면을 갖는다. 이러한 배열은 웨이퍼 바닥 지지 표면(108c)이 바닥 표면(94)에 대해 이격된 관계로 웨이퍼를 보유하는 것을 허용한다. 특히, 공정 중에, 기체가 웨이퍼의 바닥부와 바닥 표면(94) 사이에서 유동할 수 있다. 헤드 구조체(104c)는 스페이서를 강화하거나 스페이서 보유 특징부로 이를 제 자리에 잠금시키도록 작용하는 스페이서 브레이싱부(110c)를 더 포함한다.
도 7은 웨이퍼 보유 포켓(92c)을 갖는 웨이퍼 캐리어의 단면도이다. 스페이서 보유 특징부(200c)는 보어 섹션(202c, 204c)들을 포함한다. 보어 섹션(202c)은 웨이퍼 보유 포켓(92c)의 바닥 표면(94c)의 상당히 아래로 웨이퍼 캐리어의 바디(82c) 내로 연장한다. 보어 섹션(202c)은 포스트 구조체(102c)와 결합하도록 설계된다. 유사하게, 더 큰 상부 보어 섹션(204c)은 헤드 구조체(104c)와 결합하도록 형성된다. 또한, 상부 보어 섹션(204c)은 바닥 표면(94c)의 아래로 연장한다. 또한, 상부 보어 섹션(204c)의 일부는 웨이퍼 보유 포켓(92c) 내로 돌출한다. 이는 웨이퍼 에지 인터페이스 표면(106c) 및 웨이퍼 바닥 지지 탭(108c)을 포함하는 부분이다. 이러한 실시예에서, 또한, 스페이서 보유 특징부(200c)는 웨이퍼 캐리어의 바디(82c)에 의해 형성되고 스페이서 보유 특징부(200c)의 말단부 상의 웨이퍼 보유 포켓(92c)의 중심으로부터 반경 축을 따라서 위치된 스페이서 브레이싱 컷아웃(210c)을 포함한다. 조립된 웨이퍼 캐리어에서, 스페이서 브레이싱 컷아웃(210c)은 스페이서 브레이싱부(110c)와 결합한다.
도 8은 웨이퍼 보유 포켓(92c) 및 복수의 스페이서 보유 특징부(200c)가 도시된 관련된 실시예에 따른 웨이퍼 캐리어의 예시적인 배열체를 도시하는 평면도 이다. 스페이서 보유 특징부(200c)는 불균일한 방식으로 포켓(92c)의 주연부에 걸쳐 위치되며, 더 높은 밀도의 스페이서 보유 특징부는 웨이퍼 캐리어의 중심축에 대하여 포켓(92c)의 말단부에 위치된다.
도 9는 일 실시예에 따른 다른 유형의 스페이서(100)의 형상을 도시하는 개략적인 평면도이다. 도시된 바와 같이, 스페이서(100d)는 웨이퍼 보유 포켓(92d)의 주연부를 따라 위치된 연속적인 링-형상 구조체이다. 도 10은 섹션 10-10의 단면도이며, 여기서 스페이서 보유 특징부(200d)는 도 5의 실시예와 유사한 상향 돌출부이다. 이러한 실시예에서 도시된 바와 같이, 스페이서(100d)의 프로파일은 대체로 Z-형상이다. 관련된 실시예에서, 스페이서(100d)와 결합하는 스페이서 보유 특징부(200d)의 내부 표면은 링-형상 스페이서(100d)를 더 잘 보유하도록 언더컷될(즉, 내향으로 경사질) 수 있다.
다른 실시예에서, 임의의 적합한 프로파일이 이용될 수 있다. 또한, 다른 실시예에서, 돌출부(200d)는 생략될 수 있다. 이러한 후자의 경우에서, 포켓(92d)의 바닥 표면을 둘러싸는 주연 벽 표면은 스페이서 보유 특징부로서 기능할 수 있다.
도 11은 도 10의 실시예의 변형예를 도시하는 개략도이다. 이러한 예시에서, 스페이서(100e)는 링-형상이며, 이전 실시예와 같이 웨이퍼 보유 포켓의 외형을 따르지만, 스페이서(100e)는 C-형상 프로파일을 갖는다는 점에서 상이하다. C-형상 스페이서 링의 제1 부분(102e)은 웨이퍼 보유 포켓 바닥 표면(94e) 내로 또는 이를 지나 아래로 (도시된 바와 같이) 연장한다. C-형상 프로파일(103e)의 제2 부분은 트렌치(200e) 내로 연장하여, 이는 이러한 실시예에서 스페이서 보유 특징부로서 작용한다.
도 12에 개략적으로 도시된 바와 같이, 본 고안의 변형예에서, 스페이서(103f)는 웨이퍼 보유 포켓(92f)의 주연부 너머 상부 표면 부분에 걸쳐 열 절연을 제공하도록 웨이퍼 캐리어의 상부 표면(88f)을 따라 연장하는 측방향 연장부(103f)를 갖는다. 상측 절연은 담요 효과(blanketing effect)로 인한 온도 불균일을 방지하는 데 이로울 수 있다. 기본적으로, 웨이퍼 캐리어의 "웨브" 영역에 걸친 열 절연의 연장은 균일한 담요를 생성하며, 그로 인해 열이 복사로 인해 더 쉽게 방사되거나 전도 또는 대류에 의해 더 쉽게 전달 될 수 있는 비-열 절연 표면을 방지하여, CVD 공정 중에 웨이퍼 상의 저온 지점 및 고온 지점을 생성한다. 도시된 바와 같이, 관련된 실시예에서, 스페이서(100f)는 포켓 바닥 표면(94f)을 따라서 포켓(92f)의 중심을 향해 반경방향으로 돌출하는 리지부(108f)를 포함한다. 이러한 예시에서, 스페이서 보유 특징부(200f)는 스페이서의 깊은 부분이 아래로 연장하는 트렌치에 의하여 구현된다.
도 13a는 다른 유형의 실시예를 예시하는 분해도로서, 이 실시예에서는 스페이서(100)가 상부 링 스페이서(100g1) 및 하부 링 스페이서(100g2)를 포함하는 복합 구조체로서 실현된다. 조립 시에, 상부 및 하부 링 스페이서는 도 13b의 조립체의 일부에 대한 횡단면도에 보다 자세히 도시되어 있는 바와 같이 적층식으로 함께 끼워맞춰진다. 이 실시예에서, 각각의 링 스페이서(100g1, 100g2)는 대체로 L자형 프로파일을 갖는다. 상부 스페이서(100g1)는 도시되어 있는 바와 같이 하부 스페이서(100g2)의 코너부 위에 끼워맞춤된다. 조립된 링은 웨이퍼 보유 포켓 바닥 표면(94g)의 깊이 보다 실질적으로 낮은 깊이를 갖는 트렌치(200g) 내로 삽입된다. 조립체에서, 하부 스페이서(100g2)는 웨이퍼 보유 포켓(92g)의 주연부 둘레에서 연장되는 리지부(ledge)(108g)를 제공한다. 상부 링 스페이서(100g1)는 웨이퍼 에지 인터페이스 표면(106g)을 제공한다. 상부 및 하부 링 스페이서의 적층된 조립체는 주변 벽(96g)의 언더컷부로 인하여 트렌치(200g) 내에 신뢰성 있게 보유된다. 마찬가지로, 웨이퍼는 웨이퍼 에지 인터페이스 표면(106g) 내의 언더컷에 의해 신뢰성 있게 보유된다.
도 13a 및 도 13b와 관련하여 기재된 실시예에 대한 변형예로서, 도 14는 상부 링 스페이서(100h1) 및 하부 링 스페이서(100h2)로 구성된 복합 스페이서를 예시하는 분해도이다. 하부 링 스페이서(100h2)는, 하부 링 스페이서(100h2)가 그 내부 벽을 따라서 배치된 복수 개의 탭(108h)를 구비하고 있다는 점을 제외하고는, 전술한 하부 링 스페이서(100g2)와 유사하다. 탭(108h)은 내측으로, 즉 포켓의 중심을 향해 돌출되어 있고, 웨이퍼를 그 저부 표면(그 에지에서)에 의해 웨이퍼 보유 포켓 바닥으로부터 상승시키는 역할을 한다. 이것은 탭 그룹이 연속적인 리지부를 구성하지 않는다는 점을 제외하고는 리지부(108g)와 유사한 기능이다. 유리하게도, 몇몇 용도에 있어서, 처리 가스가 어느 정도 웨이퍼 아래로 흐를 수 있다. 탭(108)은, 웨이퍼 캐리어의 고속 회전으로부터의 원심력으로 인해 웨이퍼의 말단 단부에 최대 응력이 걸리기 때문에, 포켓의 말단 단부(즉, 웨이퍼 캐리어가 공정 동안에 회전하기 시작하면 중심 축으로부터 가장 멀다)에서 밀도가 증가하게(즉, 함께 더 가깝게) 배열된다. 탭(108h)을 웨이퍼 캐리어의 중심 축에 대해 적절하게 정렬시키기 위해, 일 실시예에서 돌출부로서 실시되는 한 세트의 키(112h, 114h)가 웨이퍼 캐리어의 바디(도시되어 있지 않음) 내의 노치와 맞물린다. 링 스페이서(100h1, 100h2)가 서로 맞물리기 때문에, 상부 링 스페이서(100h1)는 하부 링 스페이서의 키(114h)와 끼워맞춰지고 맞물리는 키(112h)를 구비한다.
도 15는 도 13a 및 도 13b와 관련하여 전술한 실시예의 다른 변형예를 예시하는 횡단면도이다. 도 15에 도시되어 있는 실시예에 있어서, 하부 링 스페이서(100i2)는 하부 링 스페이서(100g2)와 유사하다. 이것은 마찬가지로 리지부(108i)(또는 탭)를 제공하고, 상부 링 스페이서(100i1)에 의해 적층 방식으로 적소에 로킹된다. 주요한 차이점은 상부 링 스페이서(100i1)에 있다. 특히, 웨이퍼 에지 인터페이스 표면(106i)은 (언더컷일 수도 있지만) 반드시 언더컷일 필요는 없다. 웨이퍼를 신뢰성 있게 보유하기 위해 언더컷에 의존하는 대신에, 립(115i)이 포켓의 중심을 향해 연장된다. 포켓 내에 존재하는 웨이퍼로 인해, 립(115i)은 웨이퍼의 상부 에지를 넘어서 도달하게 된다. 이 실시예에 있어서, 립(115i)은 상부 링 스페이서(1001)의 전체 주연부를 따라서 연속적이다. 관련된 실시예에 있어서, 립(115i)은 주연부 둘레의 다양한 위치에서 탭의 형태를 취한다; 즉 연속적인 립이 없다. 립(115i)은 웨이퍼 에지의 상측 이동에 저항함으로써 웨이퍼 보유 포켓으로부터 웨이퍼가 이탈하는 것을 방지한다.
본 고안의 관련된 양태에 있어서, 하나 이상의 편평 에지 또는 편평부를 구비하는 웨이퍼에 대한 개선된 웨이퍼 에지-대-에지 가열 균일성을 제공한다. 도 16은 하나의 유형의 실시예에 따른 해결방안을 예시하는 도면이다. 웨이퍼 캐리어(380)는 통상의 웨이퍼 캐리어와 같이 상부 표면으로부터 오목하게 형성된 웨이퍼 보유 포켓(392)를 구비하지만, 바닥 표면(394)은 웨이퍼의 편평 에지에의 열전달을 증가시키기 위해 특수하게 변경된다. 특히, 포켓 바닥의 편평 보상 부분(350)은 포켓의 주변으로부터 포켓의 중심을 향해 웨이퍼 캐리어(380)가 구성되어 있는 웨이퍼의 편평부의 크기에 대응하는 소정의 거리에 걸쳐 하측으로 경사져 있다.
도 17a 및 도 17b는 도 16의 17-17 부분에 대한 횡단면도이다. 도 17a에는 내부 주변 포켓 벽(396)이 예시되어 있는데, 융기된 편평 포켓 바닥 부분(652a)을 포함하는 편평 보상 부분(350a)이 상기 내부 주변 포켓 벽에 인접해 있으며, 상기 융기된 편평 포켓 바닥 부분은 소정 거리를 지나서 오목하고 하측으로 만곡된 프로파일 형태를 취한다. 일 실시예에 있어서, 평탄하고 오목한 부분 사이의 변이 지점은 웨이퍼(380)의 편평 에지 위치에 근거한다. 예를 들어, 일 실시예에 있어서, 변이부는 웨이퍼의 편평 에지 바로 아래에 위치한다.
도 17b에는 3개 섹션의 바닥 부분, 즉 편평 섹션(352b), 선형-경사 섹션(353), 오목 경사 섹션(354b)을 가진 유사한 실시예가 예시되어 있다. 각각의 섹션의 상대적인 위치는 처리 실행 및 각각의 실행에서 생성된 광루미네선스 가변성으로부터의 경험적 데이터에 기초하여 최적화될 수 있다.
도 18은 2개의 편평부를 구비하는 웨이퍼를 수용하도록 구성된 웨이퍼 보유 포켓을 예시하는 상부 개략도이다. 여기에는, 웨이퍼 상의 웨이퍼 평탄 정렬에 따라 정렬된 2개의 편평 보상 부분이 있다.
도 19에는 다른 해결방안, 즉 둥글지 않은 포켓의 사용이 예시되어 있다. 이 예에 있어서, 대체로 편평 주변 벽 부분(450)은 웨이퍼 편평부와 일치하도록 구성된다. 이러한 해결방안은 웨이퍼 에지를 따른 모든 다른 지점과 같이 포켓의 주변 벽과 웨이퍼 편평부 사이에 대체로 동일한 거리를 유지시킨다. 관련된 해결방안에 있어서, 대체로 편평 벽 부분(450)은 실제로 완벽하게 평탄하지는 않다. 대신에, 매우 큰 반경을 가진 약간 오목한 곡률부가 있다. 이것이 포켓의 중심을 향하는 주변 벽의 돌출부를 생성시킨다. 로부터의 웨이퍼의 제거를 용이하게 하는데, 그 이유는 이에 의해 주변 벽에 웨이퍼 에지가 결속되는 것이 회피될 수 있기 때문이며, 이는 만약 웨이퍼가 만곡된 주변 벽과 대체로 편평 벽 부분(450) 사이의 변이부에서 코너부로 강제된다면 발생될 수 있다.
도 20은 스페이서(100)가 웨이퍼 편평부를 수용하도록 사용되는 일 실시예에 따른 스페이서(100)를 위한 다른 유형의 기하학적 형상을 예시하는 상부 개략도이다. 도시되어 있는 바와 같이, 스페이서(100j)는 연속적인 링형상 구조체로서, 웨이퍼(124j)의 웨이퍼 편평부와 일치하여야 하는 편평 내부 부분(101j)을 구비하고 있다. 스페이서(100j)는 둥근 웨이퍼 보유 포켓(92j)의 주연부를 따라 배치된다. 링형상 스페이서(100j)의 외주부가 둥글기 때문에, 스페이서(100j)는 일 실시예에 따라 임의의 배향으로 배치될 수 있다. 관련된 실시예에 있어서, 키 및 노치 형상부가 소정 배향의 웨이퍼 편평부를 요구하도록 사용될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 스페이서(100j)의 열 절연 특성이 웨이퍼 에지와 포켓 주변 사이의 공간으로 인하여 웨이퍼(124j)의 편평 에지에서 경험되는 임의의 불균일성을 제거한다. 이러한 해결방안은 도 16 내지 도 18의 실시예에서 상호 배타적인 것은 아니다. 따라서, 이것은 몇몇 실시예에서 포켓 바닥의 편평 보상 부분(350)과 조합될 수 있다.
상기 실시예는 예시적이며 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 청구범위 내에 있는 다른 변형이 고려될 수 있다. 또한, 본 고안의 양태를 특정 실시예와 관련하여 설명하였지만, 당업자라면 특허청구범위에 의해 규정된 본 고안의 보호범위를 벗어나지 않는다면 형태 및 상세에 있어서 변경이 있을 수 있다는 것을 이해할 것이다.
관련 기술분야의 당업자라면 본 고안이 전술한 개별적인 실시예에 예시된 것보다 더 적은 특징부를 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 명세서에 기재되어 있는 실시예는, 본 고안의 다양한 특징이 조합될 수 있는 완전한 제공 방식으로 의미해서는 안된다. 따라서, 이 실시예는 상호 배타적인 특징의 조합이 아니라, 본 고안은 다양한 개별적인 실시예로부터 선택된 다양한 개별적인 특징의 조합을 포함할 수 있으며, 이는 당업자에 의해 이해될 것이다.
전술한 문헌의 참조에 의한 임의의 통합은, 명시적인 개시 내용에 반하는 어떠한 대상 내용도 통합되지 않도록 제한된다. 상기 문헌의 참조에 의한 임의의 통합은, 문헌 내에 포함되어 있는 어떠한 청구범위도 본 출원의 청구범위에 참조로서 통합되지 않도록 추가로 제한된다. 그러나, 문헌 중 임의의 청구범위는 특별히 배제되지 않는다면 본 명세서의 개시내용의 일부로서 통합될 수 있다. 상기 문헌의 참조에 의한 통합은, 본 명세서에 특별히 포함되지 않는다면 문헌 중에 제공된 임의의 정의는 본 명세서에 참고로서 통합되지 않도록 추가로 제한된다.
본 고안의 청구범위를 해석하기 위한 목적으로, 35 U.S.C의 Section 112, sixth paragraph 규정은, 특정 용어 "~를 위한 수단(means for)" 또는 "~를 위한 단계(step for)"가 청구범위에 기재되어 있지 않다면, 발동되지 않도록 명백하게 의도된다.

Claims (12)

  1. 화학 기상 증착(CVD)에 의해 하나 이상의 웨이퍼 상에 에피택셜 층을 성장시키기 위한 시스템에서 이용하기 위한 웨이퍼 캐리어 조립체이며,
    중심축을 중심으로 대칭으로 형성되고, 중심축에 수직으로 위치된 대체로 편평한 상부 표면을 포함하는 웨이퍼 캐리어 바디와,
    상부 표면으로부터 웨이퍼 캐리어 바디 내에 리세스 형성된 적어도 하나의 웨이퍼 보유 포켓으로서, 적어도 하나의 웨이퍼 보유 포켓 각각은 바닥 표면 및 바닥 표면을 둘러싸고 웨이퍼 보유 포켓의 주연부를 형성하는 주연벽 표면을 포함하고, 웨이퍼 보유 포켓은 중심축을 중심으로 회전하게 될 때 주연부 내에 웨이퍼를 보유하도록 구성되는, 적어도 하나의 웨이퍼 보유 포켓을 포함하고,
    상기 웨이퍼 보유 포켓은 적어도 하나의 편평 에지를 갖는 웨이퍼를 수용하도록 추가 구성되고, 웨이퍼의 적어도 하나의 편평 에지가 보유된 바닥 표면의 일부분은 웨이퍼의 둥근 에지 부분 아래에 위치된 바닥 표면의 부분 보다 덜 리세스형성된 융기부를 갖는 웨이퍼 캐리어 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 바닥 표면의 융기부는 편평부를 포함하는 웨이퍼 캐리어 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 웨이퍼의 적어도 하나의 편평 에지가 보유된 바닥 표면의 일부분은 웨이퍼 보유 포켓의 주연부로부터 웨이퍼 보유 포켓의 중심으로 하향 경사를 포함하는 웨이퍼 캐리어 조립체.
  4. 제3항에 있어서, 바닥 표면의 하향 경사 부분은 오목한 하향 경사 부분을 포함하는 웨이퍼 캐리어 조립체.
  5. 제3항에 있어서, 바닥 표면의 하향 경사 부분은 선형 하향 경사 부분을 포함하는 웨이퍼 캐리어 조립체.
  6. 제3항에 있어서, 웨이퍼 보유 포켓의 주연 벽 표면은 보유되어질 웨이퍼의 적어도 하나의 편평 에지와 일치하도록 구성된 적어도 하나의 대체로 편평한 부분을 포함하는 웨이퍼 캐리어 조립체.
  7. 화학 기상 증착(CVD)에 의해 하나 이상의 웨이퍼 상에 에피택셜 층을 성장시키기 위한 시스템에서 이용하기 위한 웨이퍼 캐리어 조립체이며,
    중심축을 중심으로 대칭으로 형성되고, 중심축에 수직으로 위치된 대체로 편평한 상부 표면을 포함하는 웨이퍼 캐리어 바디와,
    상부 표면으로부터 웨이퍼 캐리어 바디 내에 리세스 형성된 적어도 하나의 웨이퍼 보유 포켓으로서, 적어도 하나의 웨이퍼 보유 포켓의 각각은 바닥 표면 및 바닥 표면을 둘러싸고 웨이퍼 보유 포켓의 주연부를 형성하는 주연벽 표면을 포함하고, 웨이퍼 보유 포켓은 중심축을 중심으로 회전하게 될 때 주연부 내에 웨이퍼를 보유하도록 구성되는, 적어도 하나의 웨이퍼 보유 포켓을 포함하고,
    상기 웨이퍼 보유 포켓은 적어도 하나의 편평 에지를 갖는 웨이퍼를 수용하도록 추가 구성되고, 웨이퍼 보유 포켓은 주연벽을 따라 위치된 삽입된 스페이서를 포함하고, 보유되어질 웨이퍼의 적어도 하나의 편평 에지와 일치하는 내부 주연부를 형성하는 웨이퍼 캐리어 조립체.
  8. 제7항에 있어서, 삽입된 스페이서는 원형인 웨이퍼 보유 포켓 내에 수용되도록 구성된 원형 외주부를 갖는 링 형상의 구조체를 포함하고, 웨이퍼의 적어도 하나의 편평 에지와 일치하는 적어도 하나의 편평한 내부 부분을 포함하는 웨이퍼 캐리어 조립체.
  9. 제7항에 있어서, 삽입된 스페이서는 웨이퍼 캐리어 바디에 대해 열 절연 특성을 갖는 재료로 형성되는 웨이퍼 캐리어 조립체.
  10. 화학 기상 증착(CVD)에 의해 하나 이상의 웨이퍼 상에 에피택셜 층을 성장시키기 위한 시스템에서 이용하기 위한 웨이퍼 캐리어 조립체이며,
    중심축을 중심으로 대칭으로 형성되고, 중심축에 수직으로 위치된 대체로 편평한 상부 표면을 포함하는 웨이퍼 캐리어 바디와,
    상부 표면으로부터 웨이퍼 캐리어 바디 내에 리세스 형성된 적어도 하나의 웨이퍼 보유 포켓으로서, 적어도 하나의 웨이퍼 보유 포켓의 각각은 바닥 표면 및 바닥 표면을 둘러싸고 웨이퍼 보유 포켓의 주연부를 형성하는 주연벽 표면을 포함하고, 웨이퍼 보유 포켓은 중심축을 중심으로 회전하게 될 때 주연부 내에 웨이퍼를 보유하도록 구성되는, 적어도 하나의 웨이퍼 보유 포켓을 포함하고,
    상기 웨이퍼 보유 포켓은 적어도 하나의 편평 에지를 갖는 웨이퍼를 수용하도록 추가 구성되고, 웨이퍼 보유 포켓의 주연 벽 표면은 보유되어질 웨이퍼의 적어도 하나의 편평 에지와 일치하도록 구성된 적어도 하나의 대체로 편평한 부분을 포함하는 웨이퍼 캐리어 조립체.
  11. 제10항에 있어서, 주연 벽 표면의 적어도 하나의 대체로 편평한 부분은 웨이퍼 보유 포켓으로 돌출한 볼록한 만곡부를 갖는 웨이퍼 캐리어 조립체.
  12. 제10항에 있어서, 웨이퍼의 적어도 하나의 편평 에지가 보유된 바닥 표면의 일부분은 웨이퍼의 둥근 에지 부분 아래에 위치된 바닥 표면의 부분보다 덜 리세스된 융기부를 갖는 웨이퍼 캐리어 조립체.
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