KR20140033420A - 기판을 지지 및 제어하기 위한 장치 및 방법들 - Google Patents

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Abstract

본원 발명의 실시예들은 열적 프로세싱 중에 기판을 지지 및 제어하기 위한 장치 및 방법들을 제공한다. 본원 발명의 일 실시예는 기판을 프로세싱하기 위한 장치를 제공한다. 그러한 장치는 내부 부피를 형성하는 챔버 본체, 상기 내부 부피 내에 배치된 기판 지지부, 및 상기 기판으로 보조적인 힘을 인가하도록 구성된 보조력 조립체를 포함한다. 다른 실시예는 기판을 배치, 제어, 및/또는 회전시키기 위해서 전달되는 유체 유동의 열적 질량을 조정하도록 구성된 가스 전달 시스템을 제공한다.

Description

기판을 지지 및 제어하기 위한 장치 및 방법들{APPARATUS AND METHODS FOR SUPPORTING AND CONTROLLING A SUBSTRATE}
본원 발명의 실시예들은 일반적으로 기판을 프로세싱하기 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다. 보다 특히, 본원 발명의 실시예들은 열적 프로세싱 중에 기판을 지지하기 위한 장치 및 방법들을 제공한다.
반도체 프로세싱 중에, 특히 열적 프로세싱 중에, 통상적인 기판 지지부에 의해서 지지되는 기판은, 급속 열적 가열에 의해서 유발되는 열적 구배로 인해서, 왜곡(warp), 휘어짐(bow), 및 심지어 파괴될 수 있을 것이다. 일부 경우들에서, 기판의 변형은 기판에 걸친 열적 불-균일성을 초래할 수 있는데, 이는 변형으로 인해서 기판의 상이한 지역들이 열 공급원들에 대해서 상이하게 노출되기 때문이다.
그에 따라, 열적 프로세싱 중에 기판을 지지 및 제어하기 위한 개선된 장치 및 방법들에 대한 요구가 있다.
본원 발명의 실시예들은 일반적으로 기판을 프로세싱하기 위한 장치 및 방법들을 제공한다. 보다 특히, 본원 발명의 실시예들은 열적 프로세싱 중에 기판을 핸들링하기 위한 장치 및 방법들을 제공한다.
본원 발명의 일 실시예는 기판을 프로세싱하기 위한 장치를 제공한다. 그러한 장치는 내부 부피를 형성하는 챔버 본체, 상기 내부 부피 내에 배치된 기판 지지부, 및 상기 기판으로 보조적인 힘을 인가하도록 구성된 보조력 조립체를 포함한다. 기판 지지부는 상부 표면을 가지는 기판 지지 본체를 포함한다. 복수의 포트들이 상기 상부 표면 상에 형성된다. 상기 포트들은 상기 상부 표면 위에서 상기 기판을 지지, 배치, 및/또는 회전시키기 위한 복수의 유체 유동들을 전달하도록 구성된다. 상기 보조력은 상기 기판의 수직 위치를 조정하도록 또는 상기 기판의 프로파일을 조정하도록 구성된다.
본원 발명의 다른 실시예는 기판을 핸들링하기 위한 방법을 제공한다. 그러한 방법은 복수의 유체 유동들을 프로세싱 챔버 내의 기판 지지부의 상부 표면 상에 형성된 복수의 포트들로 전달하는 단계, 기판이 상기 기판 지지부의 상부 표면 위에서 부유하도록 상기 복수의 유체 유동들 위로 기판을 수용하는 단계, 및 상기 기판과 직접적으로 접촉하지 않고 상기 기판의 변형을 감소시키기 위해서 상기 기판으로 보조력을 인가하는 단계를 포함한다.
본원 발명의 또 다른 실시예는 열적 프로세싱 중에 기판을 핸들링하기 위한 방법을 포함한다. 그러한 방법은 복수의 유체 유동들을 프로세싱 챔버 내의 기판 지지부의 상부 표면 상에 형성된 복수의 포트들로 전달하는 단계, 기판이 상기 기판 지지부의 상부 표면 위에서 부유하도록 상기 복수의 유체 유동들 위로 기판을 수용하는 단계, 상기 기판의 온도 프로파일을 모니터링하는 단계, 및 상기 기판의 온도 프로파일을 조정하기 위해서 상기 복수의 유체 유동들 중 하나 또는 둘 이상의 열적 질량(thermal mass)을 조정하는 단계를 포함한다.
본원 발명의 앞서 인용한 특징들이 구체적으로 이해될 수 있는 방식으로, 첨부된 도면들에 일부가 도시된 실시예들을 참조하여, 앞서서 간략하게 요약한 본원 발명의 보다 특별한 설명이 이루어진다. 그러나, 발명이 다른 균등하게 효과적인 실시예들도 포함할 수 있기 때문에, 첨부 도면들이 단지 전형적인 실시예들을 도시한 것이고 그에 따라 본원 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것을 주지하여야 할 것이다.
도 1a는 본원 발명의 일 실시예에 따른 열적 프로세싱 챔버의 개략적인 측단면도이다.
도 1b는 램프 조립체를 제거한 상태로 도 1a의 열적 프로세싱 챔버를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 2a-2d는 본원 발명의 실시예에 따른 반대의 힘(counter force) 아래에서 개선된 편평도를 가지는 기판을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본원 발명의 일 실시예에 따른, 기판을 지지하기 위한 복수의 포트들 및 반대의 힘을 인가하기 위한 정전기 척을 가지는 기판 지지부를 개략적으로 도시한다.
도 4는 본원 발명의 일 실시예에 따른, 개선된 열적 균일성으로 기판을 지지하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 5는 본원 발명의 일 실시예에 따른, 기판의 편평도를 유지하기 위한 방법의 흐름도이다.
이해를 돕기 위해서, 가능한 경우에, 도면들에서 공통되는 동일한 요소들을 나타내기 위해서 동일한 참조 번호들을 사용하였다. 특별한 언급이 없이도, 일 실시예에 개시된 요소들 또는 특징들이 다른 실시예들에서 유리하게 이용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본원 발명의 실시예들은 일반적으로 기판을 프로세싱하기 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다. 보다 특히, 본원 발명의 실시예들은 열적 프로세싱 중에 기판을 지지하기 위한 장치 및 방법들을 제공한다. 본원 발명의 실시예들은 기판을 핸들링하기 위해서 유체 유동들을 이용하는 것에 의해서, 기판 온도를 조정하기 위해서 조정가능한 유체 조성을 이용하는 것에 의해서, 및/또는 기판의 편평도를 유지하기 위해서 유체 유동들에 반대되는 보조력을 이용하는 것에 의해서 프로세싱 중의 기판 제어를 개선한 프로세싱 챔버를 제공한다.
도 1a는 본원 발명의 일 실시예에 따른 열적 프로세싱 챔버(100)의 개략적인 측단면도이다. 열적 프로세싱 챔버(100)는 기판의 급속 열적 프로세싱을 실시하도록 구성된다.
열적 프로세싱 챔버(100)는 측벽들(102), 상기 측벽들(102)에 커플링된 챔버 하단부(104), 및 상기 측벽들(102) 위에 배치된 석영 윈도우(106)를 포함한다. 상기 측벽들(102), 챔버 하단부(104) 및 석영 윈도우(106)는 기판(110)을 내부에서 프로세싱하기 위한 내부 부피(108)를 형성한다. 가열 조립체(112)가 상기 석영 윈도우(106) 위에 배치되고 그리고 상기 석영 윈도우(106)를 통해서 상기 내부 부피(108)로 열 에너지를 지향시키도록 구성된다. 상기 가열 조립체(112)는 복수의 가열 요소들(114)을 포함한다. 하나의 실시예에서, 상기 복수의 가열 요소들(114)이 복수의 램프들이다. 상기 복수의 가열 요소들(114)이 시스템 제어기(152)에 의해서 제어될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 복수의 가열 요소들(114)이 개별적으로 또는 그룹으로(by group) 제어될 수 있을 것이다.
기판의 통과 이송을 위해서, 슬릿 밸브 도어(116)가 측벽들(102)을 통해서 형성될 수 있을 것이다. 열적 프로세싱 챔버(100)는, 프로세싱 중에 내부 부피(108)로 하나 또는 둘 이상의 프로세싱 가스들을 제공하도록 구성된 가스 공급원(118)에 커플링된다. 진공 펌프(120)가 내부 부피(108)를 펌핑 배출하기 위해서 열적 프로세싱 챔버(100)에 커플링될 수 있을 것이다.
도 1b는 가열 조립체(112)를 제거한 상태로, 도 1a의 열적 프로세싱 챔버(100)의 개략적인 평면도를 도시한다.
기판 지지부(122)가 내부 부피(108) 내에 배치되고 그리고 프로세싱 중에 기판(110)을 지지, 배치, 및/또는 회전시키도록 구성된다. 특히, 기판 지지부(122)는 기판(110)을 지지, 배치, 및/또는 회전시키기 위해서 유체의 유동들을 이용하는 비-접촉식 기판 지지 디바이스이다.
일 실시예에서, 기판 지지부(122)는 챔버 하단부(104) 위에 배치된 기판 지지 본체(124)를 포함한다. 복수의 포트들(126)이 기판 지지 본체(124)의 상부 표면(128)에 형성된다. 도 1b는 본원 발명의 일 실시예에 따른 복수의 포트들(126)의 예시적인 배열을 도시한다.
복수의 포트들(126)이 기판 지지 본체(124) 내에 형성된 복수의 채널들(130)을 통해서 유체 전달 시스템(132)에 연결된다. 일 실시예에서, 유체 전달 시스템(132)은 질소, 헬륨, 아르곤, 크립톤, 네온, 수소, 또는 이들의 조합들과 같은 하나 또는 둘 이상의 가스들을 전달하도록 구성된다. 대안적으로, 유체 전달 시스템(132)이 물과 같은 액체의 유동을 복수의 포트들(126)로 전달하도록 구성될 수 있을 것이다.
복수의 포트들(126)은, 유체 유동들이 기판(110)의 하부 표면(134)을 타격할 때 발생되는 마찰 및 전달되는 모멘텀을 이용하여 기판(110)을 지지하고 이동시키기 위해서, 기판(110)의 하부 표면(134)을 향해서 상부 표면(128) 근처의 기판 영역으로 복수의 유체 유동들을 지향시키도록 구성된다. 기판(110)은, 복수의 유체 유동들의 레이트들(rates) 및 방향들과 같은, 복수의 포트들(126)로부터 전달되는 유체 유동들의 특성들을 제어함으로써 기판 영역 내에서 지지, 배치, 및/또는 회전된다. 각각의 유체 유동에 의해서 부여되는 힘을 조합하여, 기판(110)을 필요에 따라서 이동시키고 그리고 배치할 수 있다.
유체 유동을 이용하는 예시적인 기판 배치 조립체에 관한 구체적인 설명이 "Apparatus and Method for Supporting, Positioning and Rotating a Substrate in a Processing Chamber"라는 명칭의 미국 특허 공개 2008/0280453에서 확인될 수 있을 것이다.
열적 프로세싱 챔버(100)가 여러 위치들에서 기판(110)의 온도들을 측정하도록 구성된 복수의 열적 센서들(136)을 포함할 수 있을 것이다. 복수의 열적 센서들(136)이 챔버 하단부(104)를 통해서 형성된 개구부들 내에 배치될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 복수의 열적 센서들(136)이 고온계들이다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 복수의 열적 센서들(136)이 상이한 방사상 위치들에 배치되어, 프로세싱 중에 기판(110)의 온도 프로파일을 생성하기 위해서 상이한 방사상 위치들에서 기판(110)의 온도를 측정할 수 있을 것이다. 복수의 열적 센서들(136)이 시스템 제어기(152)에 커플링된다. 일 실시예에서, 복수의 열적 센서들(136)로부터 수신된 신호들을 이용하여 기판(110)의 열적 프로파일을 생성하도록 시스템 제어기(152)가 구성될 수 있을 것이다.
열적 프로세싱 챔버(100)가 또한 열적 프로세싱 챔버(100) 내에서 기판(110)의 위치를 검출하도록 구성된 둘 또는 셋 이상의 위치 센서들(138)을 포함한다. 일 실시예에서, 위치 센서들(138)이 기판(110)의 원근적(perspective) 부분의 상대적인 위치를 검출하도록 구성된 용량형 센서들이다. 복수의 위치 센서들(138)이 시스템 제어기(152)에 커플링된다. 위치 센서들(138)이 함께 또는 단독으로 사용되어, 수직 위치, 수평 위치, 수평도(levelness), 편평도, 회전 속도, 회전 방향과 같은 기판(110)의 여러 가지 특성들을 결정할 수 있을 것이다. 용량형 센서들의 이용에 대한 상세한 설명이 "Apparatus and Methods for Positioning a Substrate Using Capacitive Sensors"라는 명칭의 미국 특허 출원 12/611,958에서 확인될 수 있다.
그 대신에, 위치 센서들(138)이 광학적 센서들, 또는 기판(110)의 위치를 검출하기 위한 다른 적합한 센서들일 수 있을 것이다.
본원 발명의 일 실시예에 따라서, 기판(110)의 후방측면(backside)으로 열적 에너지를 제공하기 위해서 기판 지지부(122)가 가열된다. 일 실시예에서, 기판 지지부(122)가 기판 지지 본체(124) 내에 매립된 히터(140)를 포함한다. 일 실시예에서, 히터(140)가 저항형 히터일 수 있을 것이다. 히터 전원(142)이 히터(140)에 커플링될 수 있을 것이다. 기판 지지 본체(124)가 히터(140)에 의해서 직접적으로 가열되어, 기판(110)과 기판 지지 본체(124)의 상부 표면(128) 사이의 유체 유동들에 의한 대류 및 열적 복사에 의해서, 기판(110)으로 열적 에너지를 제공할 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 히터(140)가 프로세싱 중에 약 450 ℃ 내지 720 ℃의 온도로 유지될 수 있을 것이다. 히터 전원(142)이 시스템 제어기(152)에 커플링될 수 있고 그리고 시스템 제어기(152)에 의해서 제어될 수 있을 것이다.
본원 발명의 실시예들에 따라서, 기판(110)의 온도들을 조정하기 위해서 복수의 포트들(126)로 조정가능한 열적 질량을 가지는 유체 유동들을 전달하도록, 유체 전달 시스템(132)이 구성된다.
일 실시예에서, 유체 전달 시스템(132)이, 유체 유동들의 조성을 조정함으로써, 조정가능한 열적 질량을 가지는 유체 유동들을 전달할 수 있을 것이다. 유체 전달 시스템(132)이 둘 또는 셋 이상의 유체 공급원들(144A, 144B)을 포함할 수 있을 것이다. 유체 전달 시스템(132)은 또한 복수의 유체 제어 디바이스들(146)을 포함한다. 각각의 유체 제어 디바이스(146)가 복수의 포트들(126) 중 하나와 둘 또는 셋 이상의 유체 공급원들(144A, 144B) 사이에 연결된다. 각각의 유체 제어 디바이스(146)가 상응하는 포트(126)로 전달되는 유동 레이트를 조정하도록 구성된다.
일 실시예에서, 각각의 유체 제어 디바이스(146)가 또한 상응하는 포트(126)로 전달되는 유체 유동의 조성을 조정하기 위해서 유체 공급원들(144A, 144B)로부터의 유체의 비율을 조정할 수 있다. 유체 공급원(144A)이 유체 공급원(144B)에 의해서 제공되는 유체와 상이한 열적 질량을 가지는 유체를 제공하도록 구성될 수 있을 것이다. 각각의 포트(126)로 제공되는 유체 유동의 조성을 조정하는 것에 의해서, 유체 전달 시스템(132)이 각각의 포트(126)로 전달되는 유체 유동의 열적 질량을 조정할 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 유체 제어 디바이스(146)가 시스템 제어기(152)에 의해서 개별적으로 제어될 수 있을 것이다.
기판 지지부(122)는, 기판 영역 내의 기판(110) 상에서 복수의 포트들(126)로부터의 유체 유동들과 균형을 이루기 위해서 또는 그에 반대의 영향을 미치기 위해서 기판 영역으로 보조력을 인가하도록 구성된 보조력 조립체를 더 포함한다.
일 실시예에서, 보조력 조립체가 진공에 의해서 수직 하향력을 인가하도록 구성될 수 있을 것이다. 보조력 조립체가 진공 공급원(150)에 연결된 복수의 진공 포트들(148)을 포함할 수 있을 것이다. 본원 발명의 일 실시예에서, 복수의 진공 포트들(148)이 기판 지지 본체(124)의 상부 표면(128)으로 개방된다. 복수의 진공 포트들(148)이 진공 공급원(150)에 연결된다. 복수의 진공 포트들(148)은, 복수의 포트들(126)로부터 전달되는 유체 유동들로부터의 힘들과 균형을 이루기 위한 또는 그에 반대의 영향을 미치기 위한 여러 위치들로 분포될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 복수의 진공 포트들(148)의 각각이 시스템 제어기(152)에 의해서 개별적으로 제어될 수 있을 것이다.
프로세싱 중에, 열적 센서들(136), 위치 센서들(138), 유체 전달 시스템(132), 진공 포트들(148), 및 시스템 제어기(152)가, 희망하는 프로세싱 결과를 얻기 위해서 기판(110)의 특성들을 제어하기 위한 폐쇄형 루프 제어 시스템을 형성한다.
전술한 바와 같이, 기판 지지부(122)가 복수의 포트들(126)로부터의 유체 유동들로 기판(110)을 지지, 배치, 및/또는 회전시키도록 구성되는 한편, 기판 지지 본체(124)가 가열될 수 있을 것이다. 기판(110)은, 기판 지지 본체(124)와 어떠한 고체적 접촉도 없이, 기판 지지부(122) 위에서 부유한다.
복수의 포트들(126)을 통한 유체 유동들을 변경하는 것 및/또는 기판과 기판 지지 본체(124)의 상부 표면(128) 사이의 거리(154)를 조정하는 것에 의해서, 기판(110)과 기판 지지 본체(124) 사이의 열 플럭스(heat flux)가 제어될 수 있다.
유체 유동들을 변경하는 것은 복수의 포트들(126)로부터의 유동 레이트들을 조정하는 것, 및/또는 복수의 포트들(126)로부터의 유체 유동들의 조성을 조정하는 것을 포함할 수 있을 것이다.
히터(140)의 온도, 유체 유동의 조성, 및 거리(154)와 같은 다른 조건들이 동일하게 유지될 때, 유동 레이트들이 증가됨에 따라 기판(110)의 온도가 감소된다. 그에 따라, 복수의 포트들(126)로부터의 유동 레이트들을 증가시키는 것은 기판(110)에서의 온도 강하를 초래할 수 있을 것이고 그리고 복수의 포트들(126)로부터의 유도 레이트들을 감소시키는 것은 기판(110)에서의 온도 증가를 초래할 수 있을 것이다.
전술한 바와 같이, 유체 공급원(144A)이 유체 공급원(144B)에 의해서 제공되는 유체와 상이한 열적 질량을 가지는 유체를 제공하도록 구성된다. 일 실시예에서, 유체 공급원(144A)이 헬륨 공급원이고 그리고 유체 공급원(144B)이 질소 공급원이다. 일반적으로, 질소 가스는 헬륨 가스 보다 더 큰 열적 질량을 가진다. 히터(140)의 온도, 복수의 포트들(126)로부터의 유동 레이트들, 및 거리(154)와 같은 다른 조건들이 동일하게 유지될 때, 기판(110)을 지지하기 위해서 헬륨 가스가 이용되는 경우에, 기판(110)을 지지하기 위해서 동일한 유동 레이트의 질소 가스가 이용되는 경우 보다, 기판(110)이 더 높은 온도를 가진다.
예를 들어, 히터(140)가 약 720 ℃의 온도에서 유지되고 내부 부피(108)가 대기압에서 유지될 때, 약 500 sccm 내지 2500 sccm의 유동 레이트들이 기판(110)의 지지를 위해서 이용되고, 기판(110)의 온도는, 동일한 유동 레이트의 질소 가스가 이용될 때 보다 헬륨 가스가 이용될 때 약 60 ℃ 더 높다. 그에 따라, 질소 및 헬륨의 혼합이 기판(110)을 지지하기 위해서 이용될 때, 기판(110)의 온도가 약 60 ℃의 범위 내에서 변경될 수 있을 것이다. 다른 프로세싱 조건들이 동일하게 유지될 때, 기판(110)을 지지하기 위해서 이용되는 질소/헬륨 혼합물 내의 질소의 비율을 높이는 것은 기판(110)의 온도를 낮출 수 있고, 그리고 질소의 비율을 낮추는 것은 기판(110)의 온도를 높일 수 있다.
그에 따라, 복수의 포트들(126)로부터의 보다 큰 열적 질량을 가지는 유체의 비율을 높이는 것은 기판(110)에서의 온도 강하를 초래할 수 있을 것이고 그리고 복수의 포트들(126)로부터의 보다 큰 열적 질량을 가지는 유체의 비율을 낮추는 것은 기판(110)에서의 온도 증가를 초래할 수 있을 것이다.
거리(154)를 증가시키는 것은 기판(110)을 가열 조립체(112)에 더 가까이 그리고 기판 지지 본체(124)로부터 더 멀리 위치시킨다. 따라서, 거리(154)를 조정하는 것은 기판(110)의 온도를 변화시킬 수 있을 것이다. 거리(154)는, 복수의 포트들(126)로부터의 유체 유동들을 변경함으로써 또는 복수의 포트들(126)로부터의 상승력에 반대 균형을 이루도록(conter balance) 보조력을 인가함으로써 제어될 수 있을 것이다. 기판(110)을 수직으로 상승시키도록 구성된 포트들(126)로부터의 유동 레이트들을 증가시키는 것이 거리(154)를 증가시킬 수 있을 것이고 그리고 기판(110)을 수직으로 상승시키도록 구성된 포트들(126)로부터의 유동 레이트들을 감소시키는 것이 거리(154)를 감소시킬 수 있을 것이다.
거리(154)를 조정하기 위해서, 보조력이 인가될 수 있고 및/또는 조정될 수 있을 것이다. 유동 레이트들이 변화되지 않도록 하는 것이 유리할 때, 거리(154)를 변화시키기 위해서 보조력이 인가될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 보조력은 복수의 포트들(126)로부터의 유체 유동들과 함께 미리 로딩될(preloaded) 수 있을 것이고 그리고 거리(154)를 변화시키기 위해서 프로세싱 중에 감소되거나 증가될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 보조력이 복수의 진공 포트들(148)을 통한 진공 로드에 의해서 인가될 수 있을 것이다.
일 실시예에서, 프로세싱 중에 기판의 편평도를 유지하기 위해서, 진공 포트들(148)로부터의 진공력과 같은 보조력이 미리 로딩되거나 지속적으로 인가된다. 기판(110)이 부유하는 동안 기판(110)의 편평도를 유지하는 것에 의해서, 가열 조립체(112), 히터(140), 또는 다른 가열에 의해서 유발되는 기판(110) 내의 열적 구배에도 불구하고, 열적 프로세싱 중에 기판(110)이 방사상 방향들로 자유롭게 팽창될 수 있다. 결과적으로, 급속 열적 프로세싱 중의 기판(110)의 휘어짐, 왜곡, 및/또는 파괴가 감소된다. 부가적으로, 기판(110)의 편평도를 유지하는 것은 또한 기판(110) 내의 온도 균일성을 보장하는데, 이는 편평한 기판의 상이한 영역들이 가열 공급원들로부터 동일한 거리에 배치되기 때문이다.
도 2a-2d는 본원 발명의 실시예들에 따른 반대의 힘 아래에서 편평도가 개선된 기판을 개략적으로 도시한다.
도 2a는 중력(G) 하에서 그리고 기판(110)의 외측 영역으로 가해지는 지지 유체 유동들(202) 하에서 기판(110)이 중심 근처에서 아래쪽으로 휘어진 것을 개략적으로 도시한다. 도 2b에서, 보조력(204)이 유체 유동들(202)의 방사상 외측 위치들에서 기판(110)으로 인가된다. 보조력(204), 유체 유동(202)으로부터의 상승력, 및 중력(G)의 조합의 결과로서, 기판(110)이 편평해진다.
도 2c는 기판(110)의 상부 측면(206)이 기판의 하부 측면(208) 보다 높은 온도로 가열될 때 초래되는 열적 구배로 인해서 기판(110)이 위쪽으로 휘어진 것을 개략적으로 도시한다. 도 2d에서, 보조력(204)이 유체 유동들(202)의 방사상 내측 위치들에서 기판(110)으로 인가된다. 보조력(204), 유체 유동(202)으로부터의 상승력, 및 중력(G)의 조합의 결과로서, 기판(110)이 편평해진다.
진공력, 정전기력, 전자기력에 의한 것과 같은, 임의의 적합한 비-접촉식 수단에 의해서 기판(110)으로 힘을 인가하도록 보조력 조립체가 구성될 수 있을 것이다.
도 3은, 본원 발명의 일 실시예에 따라서, 유체 유동들을 이용하여 기판(110)을 지지하기 위한 복수의 포트들(126)을 가지고 그리고 정전기력에 의해서 보조력을 인가하는 기판 지지부(300)를 개략적으로 도시한다. 기판 지지부(300)가 기판 지지 본체(124) 내에 매립된 전극(302)을 포함하고 그리고 진공 포트들(148)을 가지지 않는다는 것을 제외하고, 기판 지지부(300)는 기판 지지부(122)와 유사하다. 전극(302)이 전원(304)에 연결된다. 전원(304)이 시스템 제어기(152)에 연결될 수 있고, 그에 따라 기판(110)이 기판 지지 본체(124) 위에서 부유하는 동안, 시스템 제어기(152)가 전극(302)으로부터 기판(110)으로 인가되는 정전기력의 양을 제어할 수 있다.
도 4는 본원 발명의 일 실시예에 따른, 열적 균일성이 개선된 기판 지지 방법(400)의 흐름도이다. 그러한 방법(400)은 전술한 프로세싱 챔버(100)와 유사한 프로세싱 챔버(400) 내에서 실시될 수 있을 것이다.
박스(410)에서, 복수의 유체 유동들이 프로세싱 챔버 내의 기판 지지부의 상부 표면 상에 형성된 복수의 포트들로 전달된다. 일 실시예에서, 기판 지지부가 가열될 수 있을 것이다.
박스(420)에서, 프로세스하고자 하는 기판이 복수의 유체 유동들에 의해서 수용되고 그리고 복수의 유체 유동들이 기판 지지부의 상부 표면 위에서 기판을 지지하며, 그에 따라 기판이 부유한다. 기판은 기판 지지부의 상부 표면과 접촉하지 않는다. 일 실시예에서, 복수의 포트들로부터의 유체 유동들이 또한 기판 지지부 위에서 기판을 회전시킬 수 있을 것이다.
일 실시예에서, 기판이 기판 지지부 위에서 부유할 때, 열적 프로세싱이 실시될 수 있을 것이다. 기판이 기판 지지부 내의 히터 및/또는 기판 위에 배치된 열 공급원에 의해서 가열될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 열적 프로세싱이 급속 열적 프로세싱일 수 있고, 기판이 높은 램프 레이트(ramp rate)로 가열된다.
박스(430)에서, 기판으로 보조력을 인가하는 것에 의해서 기판의 편평도가 유지될 수 있을 것이다. 기판의 편평도를 유지하는 것은 선택사항일 수 있을 것이다. 도 2a-2d에 도시된 바와 같이, 중력, 유체 유동들, 또는 열적 구배에 의해서 유발된 변형을 극복하기 위해서 보조력이 인가될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 보조력은, 기판이 수용되기 전에 미리 로딩될 수 있고 그리고 프로세싱 중에 조정될 수 있을 것이다. 도 5는 기판의 편평도를 유지하기 위한 방법을 상세하게 설명한다.
박스(440)에서, 하나 또는 둘 이상의 열적 센서들을 이용하여 기판의 온도 프로파일이 생성될 수 있을 것이다.
박스(450)에서, 기판에 걸친 균일한 온도 프로파일과 같은 희망하는 온도 프로파일로 조정하기 위해서, 하나 또는 둘 이상의 프로세싱 매개변수들이 박스(440)에서 획득된 기판의 온도 프로파일에 따라서 조정될 수 있을 것이다. 조정되는 프로세싱 매개변수들에는, 기판과 기판 지지부 사이의 거리, 기판을 지지하기 위한 유체 유동들의 유동 레이트, 유체 유동들 중 하나 또는 둘 이상의 열적 질량, 또는 이들의 조합들 중 하나가 포함될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 기판과 기판 지지부 사이의 거리를 조정하는 것이 보조력을 부가하거나 조정하는 것을 포함할 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 유체 유동 내에서 상이한 열적 질량을 가지는 2개의 유체들의 비율을 조정함으로써, 유체 유동의 열적 질량이 조정될 수 있을 것이다.
일 실시예에서, 박스(440) 및 박스(450)가 프로세싱 중에 반복적으로 실시될 수 있을 것이다.
도 5는 본원 발명의 일 실시예에 따른, 유체 유동들에 의해서 지지되는 동안 기판의 편평도를 유지하기 위한 방법(500)의 흐름도이다. 그러한 방법(500)은 방법(400)의 박스(430)에서 이용될 수 있을 것이다.
박스(510)에서, 프로세스되는 동안 유체 유동들에 의해서 지지되는 기판의 프로파일이 하나 또는 둘 이상의 위치 센서들을 이용하여 모니터링될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 위치 센서들이 기판을 향해서 지향된 용량형 센서들일 수 있을 것이다.
박스(520)에서, 기판의 편평도를 유지하기 위해서, 기판으로 인가되는 보조력이 부가되거나 조정될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 보조력은 기판 지지부의 상부 표면 상에 형성된 복수의 진공 포트들을 통해서 인가되는 진공력일 수 있을 것이다. 다른 실시예에서, 보조력이 정전기력일 수 있을 것이다.
일 실시예에서, 프로세싱의 과정 중에 기판의 편평도를 유지하기 위해서, 박스(510) 및 박스(520)가 반복적으로 실시될 수 있을 것이다.
본원 발명의 실시예들은 열적 프로세싱을 위한 통상적인 기판 지지부들 보다 우수한 몇 가지 장점들을 가진다. 예를 들어, 본원 발명의 실시예들은, 유체 유동들의 조성 및/또는 유동 레이트와 같은 유체 유동들의 매개변수들을 조정하는 것에 의해서, 기판 온도 램프 레이트들의 제어 및 개선된 프로세스 균일성을 비-접촉식 기판 지지부로 제공한다. 본원 발명의 실시예들은 또한, 프로세싱 중에 기판에 대한 보조력 인가 및/또는 조정에 의해서, 열적 프로세싱 중의 기판 휘어짐, 왜곡, 및 파괴를 경감한다.
비록 RTP 챔버들을 이용하여 본원 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본원 발명의 실시예들은 열적 균일성이 요구되는 임의의 적합한 챔버들에서 이용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 본원 발명의 실시예들이 화학 기상 증착 챔버, 원자 층 증착 챔버, 플래시 램프들을 이용하는 열적 프로세싱 챔버, 레이저 어닐링 챔버, 물리 기상 증착 챔버, 이온 주입 챔버, 플라즈마 산화 챔버, 또는 로드 록(load lock) 챔버에서 이용될 수 있을 것이다.
전술한 내용들이 본원 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 발명의 다른 그리고 추가적인 실시예들이 본원 발명의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않고도 안출될 수 있을 것이고, 본원 발명의 범위는 이하의 청구항들에 의해서 결정된다.

Claims (16)

  1. 기판을 프로세싱하기 위한 장치로서,
    내부 부피를 정의하는 챔버 본체;
    상기 내부 부피 내에 배치된 기판 지지부 ― 상기 기판 지지부는 상부 표면을 가지는 기판 지지 본체, 및 상기 상부 표면 근처의 기판 영역으로 복수의 유체 유동들을 전달하기 위해서 상기 상부 표면 상에 형성된 복수의 포트들을 포함함 ―; 및
    상기 기판 영역에 보조력(auxiliary force)을 전달하기 위한 보조력 조립체
    를 포함하는,
    기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조력 조립체는 상기 기판 지지 본체의 상부 표면 상에 형성된 복수의 진공 포트들에 연결된 진공 공급원을 포함하는, 기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    둘 또는 셋 이상의 기판 위치 센서들을 더 포함하는, 기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판 지지 본체 내에 매립된 히터를 더 포함하는, 기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 포트들에 커플링된 제 1 유체 공급원; 및
    상기 복수의 포트들에 커플링된 제 2 유체 공급원을 더 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 유체 공급원들은 상이한 열적 질량들(thermal masses)을 가지는 유체들을 제공하는, 기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 복수의 포트들과 상기 제 1 및 제 2 유체 공급원들 사이에 커플링된 복수의 유체 제어 디바이스들을 더 포함하고,
    상기 복수의 유체 제어 디바이스들 각각은 상기 제 1 및 제 2 유체 공급원들로부터의 유체들의 비율을 조정하는, 기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 내부 부피 내에 배치된 복수의 열적 센서들, 및 상기 내부 부피 위에 배치되고 상기 기판 지지부 위의 기판 영역을 향해서 열적 에너지를 지향시키도록 구성된 가열 조립체를 더 포함하는, 기판을 프로세싱하기 위한 장치.
  8. 기판을 핸들링하기 위한 방법으로서,
    복수의 유체 유동들을 프로세싱 챔버 내의 기판 지지부의 상부 표면 상에 형성된 복수의 포트들로 전달하는 단계;
    기판이 상기 기판 지지부의 상부 표면 위에서 부유(float)하도록, 상기 복수의 유체 유동들 위로 기판을 수용하는 단계; 및
    상기 기판과 직접적으로 접촉하지 않으면서 상기 기판의 편평도를 유지하기 위해서 상기 기판으로 보조력을 인가하는 단계
    를 포함하는,
    기판을 핸들링하기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 보조력을 인가하는 단계는 상기 기판으로 정전기력을 인가하는 단계를 포함하는, 기판을 핸들링하기 위한 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 기판 지지부 내에 매립된 히터를 이용하여 상기 기판 지지부를 가열하는 단계를 더 포함하는, 기판을 핸들링하기 위한 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 기판과 상기 기판 지지부의 상부 표면 사이의 거리를 조정하기 위해서 상기 보조력을 조정하는 단계를 더 포함하는, 기판을 핸들링하기 위한 방법.
  12. 열적 프로세싱 중에 기판을 제어하기 위한 방법으로서,
    복수의 유체 유동들을 프로세싱 챔버 내의 기판 지지부의 상부 표면 상에 형성된 복수의 포트들로 전달하는 단계;
    기판이 상기 기판 지지부의 상부 표면 위에서 부유하도록, 상기 복수의 유체 유동들 위로 기판을 수용하는 단계;
    상기 기판의 온도 프로파일을 모니터링하는 단계; 및
    상기 기판의 온도 프로파일을 조정하기 위해서 상기 복수의 유체 유동들 중 하나 또는 둘 이상의 열적 질량을 조정하는 단계
    를 포함하는,
    열적 프로세싱 중에 기판을 제어하기 위한 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    각각의 유체 유동은 제 1 유체 및 제 2 유체를 포함하고, 상기 제 1 유체는 상기 제 2 유체의 열적 질량 보다 큰 열적 질량을 가지고, 그리고 상기 복수의 유체 유동들 중 하나 또는 둘 이상의 열적 질량을 조정하는 단계는 상기 제 1 유체 및 상기 제 2 유체의 비율을 조정하는 단계를 포함하는, 열적 프로세싱 중에 기판을 제어하기 위한 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 유체는 헬륨이고 상기 제 2 유체는 질소인, 열적 프로세싱 중에 기판을 제어하기 위한 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 기판과 직접적으로 접촉하지 않으면서 상기 기판의 편평도를 유지하기 위해서 상기 기판으로 보조력을 인가하는 단계를 더 포함하는, 열적 프로세싱 중에 기판을 제어하기 위한 방법.
  16. 제 8 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 보조력을 인가하는 단계는 상기 기판 지지부의 상부 표면 상에 형성된 하나 또는 둘 이상의 진공 포트들을 통해서 기판으로 진공력(vacuum force)을 인가하는 단계를 포함하는, 방법.
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