KR20150074073A - 급속 열 처리를 위한 최소 접촉 에지 링 - Google Patents

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Abstract

본 개시물의 실시예들은 일반적으로 처리 챔버 내에서 기판을 지지하는 지지 링에 관한 것이다. 일 실시예에서, 지지 링은 내측 링; 평탄부를 통해 내측 링의 외주부에 접속하는 외측 링; 내측 링의 내주부로부터 내측으로 방사상 연장되어, 지지 선반을 형성하는 에지 립; 및 에지 립의 상부 표면으로부터 상향 연장되는 기판 지지체를 포함한다. 기판 지지체는 에지 립의 둘레 주위에 배치된 연속적인 링 형상의 바디일 수 있다. 기판 지지체는, 기판을 에지 립으로부터 열적으로 분리하기 위해서 접촉 표면을 최소화하면서 기판을 그 전체 주변부 주위에서 후면으로부터 지지한다. 구체적으로, 기판 지지체는 기판의 후면 표면과의 실질적인 선 접촉을 제공한다.

Description

급속 열 처리를 위한 최소 접촉 에지 링{MINIMAL CONTACT EDGE RING FOR RAPID THERMAL PROCESSING}
본 개시물의 실시예들은 일반적으로 처리 챔버 내에서 기판을 지지하는 지지 링(support ring)에 관한 것이다.
반도체 기판들과 같은 기판들의 처리에서, 기판은 처리 챔버 내에서 지지체 상에 배치되고, 처리 챔버 내에서는 적합한 처리 조건들이 유지된다. 예를 들어, 기판은 기판의 열 처리를 위해 제어된 가열 사이클로 가열될 수 있다. 기판은 예를 들어 챔버 내에서 기판 위에 및/또는 아래에 배치된 가열 램프들의 어레이에 의해 가열될 수 있다. 열 처리는, 예를 들어 기판 상에 이온 주입된 층을 어닐링하거나, 열 산화 또는 질화 프로세스들을 수행하거나, 기판 상에 열 화학적 기상 증착 프로세스들(thermal chemical vapor deposition processes)을 수행하기 위해 이용될 수 있다.
기판에 걸친 온도 기울기(temperature gradients)의 변동은 기판의 불균일한 처리를 초래할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 지지체(또는 다른 챔버 컴포넌트들)와 접촉하는 기판의 영역들 및 지지체와 접촉하지 않는 기판 영역들로부터의 불균일한 대류 또는 전도 열 손실로 인해, 상이한 기판 영역들에서 불균일한 온도가 발생한다. 기판에서의 온도 기울기는, 챔버 벽으로부터 내측으로 연장되며 기판의 주변부를 둘러싸는 기판 지지 링을 이용하여 감소될 수 있다. 구체적으로, 열 처리될 기판은 기판의 에지에 접촉하는 고리형 립(annular lip)을 갖는 지지 링의 에지에 의해 기판의 주변부에서 지지된다. 지지 링은 기판에서의 온도 기울기를 기판 주변부로부터 지지 링의 외측 에지들로 효과적으로 확장시키거나 밀어낸다. 또한, 기판과 지지 링의 중첩은 지지 링의 내측 또는 외측의 에지 주위에서 (전형적으로 기판 위에 배치된) 복사 열원으로부터의 고온 복사 에너지가 누설되는 것을 방지하거나 최소화한다.
고리형 에지를 갖는 지지 링들은 급속 가열 속도 프로세스들(rapid heating rate processes), 예를 들어 급속 열 처리(RTP: rapid thermal processing) 시스템에서의 적어도 약 200℃/초의 가열 속도를 갖는 프로세스들에서 기판에 걸쳐 적절한 온도 균일성을 제공하지 못할 수 있다. 이들 프로세스들에서, 지지 링과 기판 사이의 가열 속도의 차이는 가열 프로세스 단계 동안에 허용될 수 없을 정도로 높아지는 기판의 주변부를 따른 온도 기울기를 생성한다. 또한, 기판은, 주로 기판과 지지 링 사이의 가변적인 표면 마감 및 평평도/평탄도에 의한 고체-고체 열 접촉의 방위각 변동(azimuthal variations in solid-solid thermal contact)에 의해 야기되는 온도 변동을 경험할 수 있다. 일부 상황들에서, 지지 링의 고리형 립과 기판이 기판의 에지 부근에서 중첩하므로, 기판만의 온도를 측정 및 조절하는 것에 의해서는 에지 부근에서 균일한 온도 프로파일을 달성하기가 어렵다. 기판이 감소된 압력(예를 들어, 3Torr)에서 가열될 때, 기판에 걸쳐 온도 균일성을 달성하기가 특히 어렵다. 이는, 더 낮은 압력에서는 기판과 지지 링 사이의 중첩 영역에서의 접촉 저항이 훨씬 더 커서(밀접한 접촉 지점들을 통한 유동이 우세하기 때문임), 기판의 에지에서의 온도 프로파일이 중앙 영역에서의 온도 프로파일보다 상당히 더 높아지게 하기 때문이다.
따라서, 열 처리 동안 지지 링이 기판에서의 과도한 온도 기울기를 발생시키지 않도록, 기판과 지지 링 사이의 열 결합(thermal coupling)을 방지하거나 최소화하는 개선된 지지 링을 갖는 것이 바람직하다.
본 개시물의 실시예들은 일반적으로 처리 챔버 내에서 열 처리 동안 기판을 지지하는 지지 링에 관한 것이다. 열 처리될 기판은 지지 링의 에지 립에 의해 기판의 주변부에서 지지된다. 지지 링은 처리 챔버의 내측 둘레 표면들을 따라 내측으로 방사상 연장될 수 있으며, 기판의 주변부를 둘러싼다. 지지 링은 지지 링의 표면으로부터 내측으로 방사상 연장되는 에지 립을 갖는다. 일 실시예에서, 에지 립에는, 에지 립을 따라 배치되는, 즉 에지 립의 둘레 주위에 이어지는 연속적인 링형 기판 지지체(continuous ring-like substrate support)가 제공된다. 에지 립은 에지 립의 상부 표면으로부터 연장된다. 기판 지지체는, 기판을 에지 립으로부터 열적으로 분리하기 위해서 접촉 표면을 최소화하면서 기판을 그 전체 주변부 주위에서 후면으로부터 지지한다. 기판 지지체는 기판의 후면 표면과의 실질적인 선 접촉(line contact)을 제공한다. 일례에서, 기판 지지체는 지지 링의 에지 립과 기판 사이의 전도성 열 전달에 이용가능한 접촉 면적을 감소시키기 위해서 반구형의 상부 표면을 가져, 기판에 걸쳐 최소한의 에지 온도 기울기를 갖는 개선된 온도 프로파일이 초래된다.
일 실시예에서, 기판 지지 링이 제공된다. 기판 지지 링은 링 바디; 링 바디의 표면으로부터 내측으로 방사상 연장되는 에지 립; 및 에지 립의 상부 표면으로부터 상향 연장되는 기판 지지체를 포함하며, 기판 지지체는 연속적인 링 형상의 바디이다.
다른 실시예에서, 위 지지 링은 내측 링; 평탄부를 통해 내측 링의 외주부(outer perimeter)에 접속하는 외측 링; 및 내측 링의 내주부(inner perimeter)로부터 내측으로 방사상 연장되어, 지지 선반(supporting ledge)을 형성하는 에지 립을 포함한다. 위 지지 링은 에지 립의 상부 표면으로부터 상향 연장되는 기판 지지체를 포함하며, 기판 지지체는 에지 립의 에지 부근 내에 배치된 연속적인 링 형상의 바디이다. 기판 지지체는, 기판을 에지 립으로부터 열적으로 분리하기 위해서 접촉 표면을 최소화하면서 기판을 그 전체 주변부 주위에서 후면으로부터 지지한다. 구체적으로, 기판 지지체는 기판의 후면 표면과의 실질적인 선 접촉을 제공한다.
또 다른 실시예에서, 열 처리 챔버 내에서 기판을 처리하는 방법이 제공된다. 위 방법은, 링 바디와 링 바디의 표면으로부터 내측으로 방사상 연장되는 에지 립을 갖는 기판 지지 링을 제공하는 단계; 및 에지 립의 둘레 주위에 배치된 기판 지지체에 의해 기판의 주변 에지 부근에서 기판의 후면 표면을 지지하는 단계를 포함하고, 기판 지지체는, 기판의 후면 표면과 선 접촉을 형성함으로써 기판과 지지 링 사이의 열 결합을 최소화하도록 구성된다.
위에서 언급된 본 개시물의 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록, 위에 간략하게 요약된 본 개시물의 더 구체적인 설명에 관해서는 실시예들을 참조할 수 있으며, 그들 중 일부는 첨부 도면들에 도시되어 있다. 그러나, 본 개시물이 동등하게 효과적인 다른 실시예들을 허용할 수 있으므로, 첨부 도면들은 본 개시물의 전형적인 실시예들만을 도시하며, 따라서 그것의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 점에 주의해야 한다.
도 1은 기판 지지 링을 갖는 예시적인 급속 열 처리 챔버를 개략적으로 도시한다.
도 2a는 일 실시예에 따른 도 1의 기판 지지 링을 대신하여 이용될 수 있는 연속적인 링형 기판 지지체를 갖는 지지 링의 측단면도를 개략적으로 도시한다.
도 2b는 도 2a의 에지 립의 부분 상면도를 개략적으로 도시한다.
도 2c는 다른 실시예에 따른 에지 립의 부분 상면도를 개략적으로 도시한다.
예시적인 급속 열 처리 챔버
도 1은 급속 열 처리 챔버(10)를 개략적으로 나타낸다. 기판(12), 예를 들어 열 처리될 실리콘 기판과 같은 반도체 기판은 밸브 또는 액세스 포트(13)를 통하여 처리 챔버(10)의 프로세스 영역(18)으로 전달된다. 기판(12)은 고리형 지지 링(annular support ring)(14)에 의해 기판의 주변부에서 지지된다. 에지 립(edge lip)(15)은 고리형 지지 링(14)의 내측으로 연장되며, 기판(12)의 주변 에지와 접촉한다. 기판은, 기판(12)의 정면 표면에 이미 형성되어 있는 가공된 피쳐들(processed features; 16)이 투명 석영 윈도우(20)에 의해 그것의 상부측에 정의되는 프로세스 영역(18)을 향하여 위를 향하도록 배향될 수 있다. 즉, 기판(12)의 정면 표면은 램프들(26)의 어레이를 향하고 있다. 일부 실시예들에서, 가공된 피쳐들이 위에 형성되어 있는 기판(12)의 정면 표면은 램프들(26)의 어레이의 반대 방향, 즉 고온계들(40)을 향할 수 있다. 이 개략도와 달리, 대부분의 피쳐들(16)은 기판(12)의 정면 표면을 넘어 상당 거리만큼 돌출하지는 않고, 정면 표면의 평면 내에서 또는 그 부근에서 패터닝을 구성한다.
3개의 리프트 핀(lift pin)과 같은 복수의 리프트 핀(22)은, 기판을 처리 챔버로 그리고 지지 링(14) 상으로 옮기는 패들(paddle) 또는 로봇 블레이드(robot blade)(도시되지 않음) 사이에서 기판이 건네질 때, 기판(12)의 후면을 지지하도록 상승 및 하강될 수 있다. 복사 가열 장치(24)는 윈도우(20) 위에 위치되고, 복사 에너지를 윈도우(20)를 통해 기판(12)을 향하여 지향시키도록 구성된다. 처리 챔버(10)에서, 복사 가열 장치는, 윈도우(20) 위에 육각형의 조밀 어레이(hexagonal close-packed array)로 배열된 개별 반사 튜브들(27)에 위치된 많은 수의, 예를 들어 409개의 고강도 텅스텐 할로겐 램프(26)를 포함할 수 있다. 램프들(26)의 어레이는 때로는 램프헤드라고 지칭된다. 그러나, 다른 복사 가열 장치로 대체될 수 있다는 점이 고려된다. 일반적으로, 이들은 복사 소스의 온도를 신속하게 상승시키기 위한 저항성 가열(resistive heating)을 수반한다. 적합한 램프들의 예는, 필라멘트를 둘러싸는 유리 또는 실리카의 엔벨로프(envelope)를 갖는 수은 증기 램프, 및 가스가 활성화될(energized) 때 열원을 제공하는 제논과 같은 가스를 둘러싸는 유리 또는 실리카의 엔벨로프를 포함하는 플래시 램프를 포함한다. 여기서, 램프라는 용어는 열원을 둘러싸는 엔벨로프를 포함하는 램프들을 포괄하는 것으로 의도된다. 램프의 "열원"은 기판의 온도를 증가시킬 수 있는 재료 또는 요소, 예를 들어 활성화될 수 있는 가스 또는 필라멘트, 또는 LED 또는 고체 레이저(solid state laser) 및 레이저 다이오드와 같이 복사를 방출하는 재료의 고체 영역을 지칭한다.
여기서, 급속 열 처리 또는 RTP는 기판을 약 50℃/초 이상의 속도, 예를 들어 약 100℃/초 내지 150℃/초, 및 약 200℃/초 내지 400℃/초의 속도로 균일하게 가열할 수 있는 장치 또는 프로세스를 지칭한다. RTP 챔버들에서의 전형적인 하강(냉각) 속도는 약 80℃/초 내지 150℃/초의 범위에 있다. RTP 챔버들에서 수행되는 일부 프로세스들은 기판에 걸친 온도의 변동이 섭씨 몇 도보다 작을 것을 요구한다. 따라서, RTP 챔버는 약 100℃/초 내지 150℃/초, 및 약 200℃/초 내지 400℃/초까지의 속도로 가열할 수 있는 램프 또는 다른 적합한 가열 시스템 및 가열 시스템 제어부를 포함해야 하며, 이는 급속 열 처리 챔버들을, 이들 속도로 급속하게 가열할 수 있는 가열 시스템 및 가열 제어 시스템을 갖지 않는 다른 유형의 열 챔버들과 구별한다. 그러한 가열 제어 시스템을 갖는 RTP 챔버는 5초 미만, 예를 들어 1초 미만, 그리고 일부 실시예들에서는 수 밀리초 내에 샘플을 어닐링할 수 있다.
기판(12)에 걸쳐 균일한 엄밀하게 정의된(closely defined) 온도로 기판(12)에 걸친 온도를 제어하는 것이 중요하다. 균일성을 개선하는 하나의 수동적인 수단으로 기판(12) 아래에 배치되는 반사기(28)를 포함할 수 있다. 반사기(28)는 기판(12)보다 큰 영역에 걸쳐서 해당 기판에 평행하게 연장된다. 반사기(28)는, 기판(12)의 겉보기 복사율(apparent emissivity)을 증대시키기 위해서 기판(12)으로부터 방출된 열 복사를 다시 기판(12)을 향하여 효율적으로 반사한다. 기판(12)과 반사기(28) 사이의 간격은 약 3mm 내지 9mm일 수 있고, 공동의 두께에 대한 폭의 종횡비는 유리하게는 20보다 크다. 알루미늄으로 이루어질 수 있으며 고반사성 표면 코팅 또는 다층 유전체 간섭 미러(multi-layer dielectric interference mirror)를 갖는 반사기(28)의 상부와, 기판(12)의 후면은 기판의 유효 복사율을 증대시키기 위한 반사 공동을 형성하며, 그에 의해 온도 측정의 정확도를 개선한다. 일부 실시예들에서, 반사기(28)는 흑체 벽과 더 많이 닮도록 흑색 또는 다른 컬러의 표면을 가질 수 있거나, 또는 더 불규칙한 표면을 가질 수 있다. 반사기(28)는, 특히 냉각 동안 기판으로부터의 과잉 복사를 열 제거(heat sink)하기 위해 금속으로 이루어진 수냉식 베이스(53)인 제2 벽(53) 상에 놓여질 수 있다. 따라서, 처리 챔버(10)의 프로세스 영역은 적어도 2개의 실질적으로 평행한 벽을 갖는데, 그 중 제1 벽은 석영과 같이 복사에 투명한 재료로 이루어진 윈도우(20)이고, 제2 벽(53)은 상당히 투명하지 않은 금속으로 이루어지며 제1 벽에 실질적으로 평행하다.
균일성을 개선하는 하나의 방식은 처리 챔버(10)의 외부에 위치된 회전가능한 플랜지(32)에 자기적으로 결합되는 회전가능한 실린더(30) 상에서 지지 링(14)을 지지하는 것을 포함한다. 모터(도시되지 않음)가 플랜지(32)를 회전시키고, 그에 따라 기판을 기판의 중심(34)에 대하여 회전시키는데, 이 중심은 또한 일반적으로 대칭인 챔버의 중심선이다. 대안적으로, 회전가능한 실린더(30)의 하부는, 회전가능한 플랜지(32)에 배치된 자석들에 의해 제 위치에 유지되고 회전가능한 플랜지(32)에서의 코일들로부터의 회전가능한 플랜지(32)에서의 회전 자기장에 의해 회전되는 자기 부상(magnetically levitated) 실린더일 수 있다.
균일성을 개선하는 다른 방식은 램프들(26)을 중심 축(34)에 대하여 일반적으로 링형으로 배열된 구역들로 분할한다. 제어 회로는 상이한 구역들에서의 램프들(26)에 전달되는 전압을 변화시킴으로써, 복사 에너지의 방사상 분포를 조정(tailor)한다. 구역화된 가열의 동적 제어는, 회전하는 기판(12)의 반경에 걸쳐 온도를 측정하기 위해서 반사기(28)에서의 어퍼쳐들(apertures)을 통하여 기판(12)의 후면을 향하도록 위치된 하나 이상의 광학적 광 파이프(42)를 통해 결합되는 하나의 또는 복수의 고온계(pyrometer)(40)에 의해 영향을 받는다. 광 파이프들(42)은 사파이어, 금속 및 실리카 섬유를 포함하는 다양한 구조물들로 형성될 수 있다. 컴퓨터화된 제어기(44)는 고온계들(40)의 출력을 수신하고, 그에 따라 램프들(26)의 상이한 링들에 공급되는 전압들을 제어함으로써, 처리 동안 복사 가열 강도 및 패턴을 동적으로 제어한다. 일반적으로, 고온계들은, 약 700nm 내지 1000nm의 범위에서, 예를 들어 40nm의 좁은 파장 대역폭의 광 강도를 측정한다. 제어기(44) 또는 다른 계측 장비는, 해당 온도로 유지되는 흑체로부터 복사되는 광 강도의 스펙트럼 분포의 잘 알려진 플랑크 분포를 통해 광 강도를 온도로 변환한다. 그러나, 고온계는 스캐닝되고 있는 기판(12)의 부분의 복사율에 의해 영향을 받는다. 복사율 ε는 흑체에 대한 1과 완전 반사체에 대한 0 사이에서 변할 수 있으므로, 기판 후면의 반사율 R=1-ε의 역 척도(inverse measure)이다. 기판의 후면 표면은 균일한 복사율이 예상되도록 전형적으로 균일하지만, 후면 조성은 이전의 처리에 따라 변할 수 있다. 고온계는, 관련 파장 범위에서 그것이 대면하고 있는 기판의 부분의 복사율 또는 반사율을 측정하기 위해 기판을 광학적으로 탐지(probe)하는 복사계(emissometer)를 더 포함시키고, 제어기(44) 내에 제어 알고리즘에 측정된 복사율을 포함시킴으로써 개선될 수 있다.
예시적인 지지 링
도 2a는 일 실시예에 따른 도 1의 지지 링(14)을 대신하여 이용될 수 있는 지지 링(200)의 개략적인 측단면도이다. 도 2a에 도시된 지지 링(200)은 처리 챔버, 예를 들어 도 1에 도시된 급속 열 처리 챔버(10) 내에 배치되고, 처리 챔버(10)의 내측 둘레 표면들(60)을 따라 내측으로 방사상 연장될 수 있다. 지지 링은 기판의 주변부를 실질적으로 둘러싸는 연속적인 링 바디일 수 있다(또는 일부 실시예들에서는 불연속적인(discrete) 링형 바디들(ring-like bodies)일 수 있다). 이하에 더 상세하게 논의되는 바와 같이, 지지 링은, 기판의 후면 표면과 선 접촉을 하도록 링 형상의 기판 지지체를 갖는 에지 립을 둘러싼다. 일부 실시예들에서, 에지 립은 가열 프로세스 동안 에지 립의 휨(bending)을 제어하기 위해 지지 링의 둘레를 따라 변하는 반경방향 폭(radial width)을 가질 수 있다. 기판(212)은 둥근 에지를 가질 수 있으므로, 예시의 목적으로만 기판(212)이 정사각형 에지를 갖는 것으로 도시되어 있다는 점에 유의해야 한다.
도 2a에 도시된 일 실시예에서, 지지 링(200)은 일반적으로 중앙 개구(290)(도 2b)를 갖는 고리형 바디를 포함한다. 지지 링(200)은 외측 링(202) 및 내측 링(204)을 갖는다. 외측 링(202)은, 외측 링(202)의 내주부(203)로부터 내측 링(204)의 외주부(205)까지 내측으로 방사상 연장되는 평탄부(206)를 통해 내측 링(204)에 접속한다. 외측 링(202)은 도 1에 도시된 회전가능한 실린더(30)와 같은 실린더(230)에 의해 지지될 수 있다. 상부 가열형 구성에 있어서, 회전가능한 실린더(230)는 외측 링(202)으로부터 바로 내측에서 지지 링(200)과 접촉할 수 있다. 즉, 외측 링(202)의 하부 표면은, 광 누설을 방지하며 요구되는 기계적 안정성을 제공하기 위해서 평탄부(206)의 상부 표면(206a)에 대향한다. 지지 링(200)은 에지 립(208)을 더 포함하고, 이 에지 립은 내측 링(204)의 내주부(207)로부터 내측으로 방사상 연장되어, 기판(212)의 주변 에지 부근에서 기판(212)의 후면 표면(212b)을 지지하기 위한 지지 선반을 형성한다.
에지 립(208)의 폭은 기판(212)의 직경에 따라 변할 수 있다. 에지 립(208)은 약 15mm 내지 약 40mm의 폭을 가질 수 있다. 에지 립(208)은 기판(212) 아래에서 충분한 거리만큼 연장되어, 공칭(nominal) 12인치(300mm) 기판에 대해 약 0.5mm 내지 약 5.0mm의 범위의 반경방향 중첩 영역 "D1"을 생성할 수 있다. 일부 경우에, 반경방향 중첩 영역 "D1"은 300mm 기판에 대해 약 15mm 내지 약 30mm, 예를 들어 약 20mm 내지 약 25mm까지 연장될 수 있다. 본 개시물에서 사용되는 "중첩"이라는 용어는 도 2a에서 D1로 도시된 바와 같이 측정된다는 점에 유의해야 한다. 에지 립(208)은 일관된 반경방향 폭을 갖는 연속적인 링 형상일 수 있다. 대안적으로, 에지 립(208)은, 가열 프로세스 동안 에지 립(208)의 휨을 최소화하거나 제거하기 위해서 그리고 에지 립을 제조하는데 이용되는 재료의 양을 줄이기 위해서 지지 링의 둘레를 따라 변하는 반경방향 폭을 가질 수 있다.
에지 립(208)의 상부 표면(208a)은, 내측 링(204)의 내주부(207) 내에 기판(212)을 붙들 수 있는 리세스(214)를 형성하기 위해서 평탄부(206)의 상부 표면(206a)보다 상대적으로 아래에 있을 수 있다. 상세하게는, 기판은 에지 립(208)의 상부 표면(208a) 상에 형성되는 기판 지지체(210)를 통해 에지 립(208)에 의해 지지된다. 내측 링(204)의 상부 표면은 기판(212)의 상부 표면(212a)과 대략 동일한 높이에 있을 수 있다. 일 실시예에서, 내측 링(204)은 약 0mm 내지 약 3mm, 예를 들어 약 1mm의 높이 "D2"를 가질 수 있다. 내측 링(204)은 웨이퍼 에지 온도를 감소시키기 위해 감소된 높이를 가질 수 있는데, 그 이유는 그것이 기판(212)과 지지 링(200) 사이의 열 결합을 감소시키기 때문이다. 기판 지지체(210)는 기판(212)의 후면 표면(212b)과 에지 립(208) 사이에 생성된 중첩 영역 "D1" 내에 위치될 수 있다. 즉, 기판 지지체(210)는 에지 립(208)의 에지 부근 내에 배치된다. 기판 지지체(210)는 에지 립(208)의 상부 표면(208a)으로부터 에지 립(208)의 종축 "A"에 수직으로 상향 연장된다. 기판 지지체(210)는 내측 링(204)의 높이 "D2"와 동일한 높이 "H"를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 기판 지지체(210)는 약 0.5mm 내지 약 3mm, 예를 들어 약 0.7mm의 높이 "H"를 갖는다.
기판 지지체(210)는 에지 립(208)의 둘레 주위에 배치된 연속적인 링 바디일 수 있다. 링 바디의 예는 도 2b에 도시되어 있는데, 도 2b는 도 2a의 에지 립의 부분 상면도를 개략적으로 도시한다. 기판 지지체(210)는, 기판 지지체(210)의 일부가 기판(도 2b에는 도시되지 않음)의 주변부를 둘러싸면서 부분적으로는 그러한 주변부를 덮도록 구성된다. 연속적인 링 바디를 갖는 기판 지지체(210)는 가열 램프들의 구성에 무관하게 유리할 수 있는데, 그 이유는 연속적인 링 바디가 처리 챔버에서 소스 복사의 광이 소스 복사에 대향하여 배치된 고온계에 도달하는 것을 차단함으로써 가능한 광 누설 문제를 방지하기 때문이다. 추가로, 연속적인 링 바디는 기판(212)에 대해 더 양호하고 안정적인 지지를 제공할 것으로 생각되는데, 그 이유는 기판(212)이 가열 프로세스 동안 기판 지지체(210)에 의해 회전가능하게 지지되기 때문이다. 기판 지지체는, 에지 립(208)의 상부 표면(208a) 상에서 에지 립(208)의 둘레 주위에 분포되어 도 2c에 도시된 바와 같이 링형 기판 지지체를 생성하는 불연속 또는 분리된 부분들(260)로 형성될 수 있을 것으로 고려된다. 그러한 경우에, 불연속 부분들(260)의 개수는 3개 내지 10개의 범위일 수 있으며, 예를 들어 도 2c에 도시된 바와 같이 7개의 불연속 부분(260)일 수 있다. 또한, 불연속 부분들(260)의 개수는 불연속 부분(260)의 치수뿐만 아니라 에지 립(208)의 표면적에 따라 변할 수 있을 것으로 고려된다.
불연속 부분들(260)의 이용되는 경우들에서, 반경방향 중첩 영역은 램프헤드로부터 기판 아래에 위치된 고온계로의 임의의 가능한 광 누설을 실질적으로 차단하는 크기를 가져야 한다. 예를 들어, 반경방향 중첩 영역은 300mm 기판에 대해 약 15mm 내지 약 30mm, 예를 들어 약 20mm 내지 약 25mm까지 연장될 수 있다.
기판 지지체(210)는 레이저 머시닝 기법 또는 임의의 적합한 기법을 이용하여 에지 립(208)의 상부 표면(208a) 상에 형성될 수 있다. 기판 지지체(210)는, 직사각형, 마름모형, 정사각형, 반구형, 육각형, 삼각형 돌기들, 또는 상이한 형상의 돌기들의 혼합물들과 같은 임의의 적합한 형상일 수 있다. 기판 지지체(210)는 기판과의 접촉 표면이 감소되는 임의의 형상일 수 있다. 예를 들어, 기판 지지체(210)는 반구형의 상부 표면을 가질 수 있다. 반구형의 상부 표면은 유효 열 용량(effective thermal mass) 감소에 있어서 유리할 수 있는데, 그 이유는 반구형의 상부 표면이 면 접촉(surface contact)을 연속적인 선 접촉(도 2b) 또는 불연속적인 선 접촉들(도 2c)로 변화시킴으로써 에지 립과 기판 사이의 표면 접촉 면적을 더 감소시킬 수 있기 때문이다.
본 개시물에서, "선 접촉"은 약 500㎛ 미만의 반경방향 폭, 예를 들어 약 5㎛ 내지 약 200㎛, 예컨대 50㎛의 반경방향 폭을 갖는 선을 지칭할 수 있다. 기판 지지체(210)는, 에지 립(208)과 기판(212) 사이의 접촉 면적을 최소화하고 그리고 열 전달을 최소화하면서 기판을 지지한다. 공칭 12인치(300mm) 기판에 대하여, 기판에 대한 에지 립(208)의 접촉 면적은 약 15㎠ 이하보다 작을 수 있고, 예를 들어 약 5㎠ 이하, 예컨대 약 1㎠ 내지 약 3㎠일 수 있다. 기판의 후면 표면과 물리적 접촉을 하는 선의 폭은 기판 지지체(210)의 형상에 따라 변할 수 있을 것으로 고려된다. 또한, 기판(212)이 기판 지지체(210)와 기판(212)의 후면 표면(212b) 사이의 접촉 면적을 최소화하면서 견고하게 지지되는 한, 기판 지지체(210)의 형상 및/또는 치수는 변할 수 있을 것으로 고려된다. 일례에서, 기판 지지체(210)의 치수들은 약 0.1mm 내지 약 10mm, 예컨대 약 0.2mm 내지 약 2mm, 예를 들어 약 1mm 폭의 넓은 한계치들에 걸쳐 변할 수 있다.
면 접촉을 연속적인 선 접촉으로 변환하는 것은 지지 링(200)의 에지 립(208)과 기판(212) 사이의 전도성 열 전달에 이용가능한 접촉 면적을 실질적으로 감소시키고, 그에 의해 약 3Torr의 감소된 압력에서도 열 처리 동안 기판에서의 과도한 온도 기울기를 제거하거나 최소화한다. 또한, 기판(212)과 지지 링(200) 사이의 표면 접촉 면적의 감소는 기판(212)과 에지 립(208)의 중첩에 의해 야기되는 열 용량 불연속(thermal mass discontinuity)의 더 양호한 관리를 허용할 것이다. 그러므로, 기판의 에지 주위에서 열 손실에 의해 발생되는 열 기울기(thermal gradient)의 변형(distortion)이 감소되어, 기판에 걸쳐 최소한의 에지 온도 기울기를 갖는 개선된 온도 프로파일이 초래된다. 에지 립(208)과 기판(212) 사이의 감소된 접촉 면적은 처리 챔버에서의 가능한 입자 오염을 더 감소시킨다. 도 1에 도시된 바와 같은 상부 복사 가열 배열에 있어서, 기판이 기판 지지체들(210)을 통해 에지 립(208)으로부터 열적으로 분리되므로, 복사 열원으로부터의 복사는, 중첩 영역에서의 열 용량 불연속에 대하여 너무 많이 걱정하지 않고서 기판을 가열하는데 맞게 조정될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 기판 지지체들은 더 빠른 달성가능한 가열 경사율(heating ramp rate) 또는 감소된 첨두 출력(spike power) 상황을 이끌어 낼 수 있다.
기판 지지체(210)는 기판의 온도 측정을 위해 이용되는 주파수 범위에서의 복사에 투명한 재료로 이루어질 수 있다. 일례에서, 기판 지지체(210)는 실리콘 카바이드로 이루어진다. 실리콘 카바이드 합금, 세라믹, 또는 비정질 실리카, Al2O2, ZrO2, Si3N4 또는 유사한 재료와 같은 고온 재료 등의 다른 재료들도 고려된다. 기판 지지체(210)는, 잠재적으로 기판 지지체에 대한 기판 점착(sticking)을 야기할 수 있는 고온에서의 기판(212)의 후면 표면(212b)과의 Si-Si 본딩을 방지하기 위해서 실리콘 이산화물(SiO2) 또는 임의의 다른 적합한 재료로 선택적으로 코팅될 수 있다. 지지 링(200)은 기판과 지지 링 사이의 흡수율/반사율 부정합을 최소화하기 위해서 기판과 유사한 재료로 이루어질 수 있다. 일례에서, 지지 링(200)은 실리콘 카바이드로 이루어진다. 일부 실시예들에서, 지지 링(200)은, 열 처리 챔버에서의 기판의 온도 측정을 위해 이용되는 주파수 범위에서의 복사에 불투명하게 되도록 하기 위해서, 다결정질 실리콘(폴리실리콘)의 층으로 선택적으로 코팅될 수 있다. 그러한 경우에, 폴리실리콘 층의 두께는, 지지 링(200)의 두께에 따라 또는 예를 들어 지지 링(200)에서 이용되는 SiC의 불투명도에 따라, 약 20㎛ 내지 약 50㎛의 범위에서 변할 수 있다.
상술한 것은 본 개시물의 실시예들에 관한 것이지만, 다른 실시예들 및 추가의 실시예들은 그것의 기본 범위로부터 벗어나지 않고서 고안될 수 있으며, 그것의 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 기판 지지 링으로서,
    링 바디;
    상기 링 바디의 표면으로부터 내측으로 방사상 연장되는 에지 립(edge lip); 및
    상기 에지 립의 상부 표면으로부터 상향 연장되는 기판 지지체 - 상기 기판 지지체는 상기 에지 립을 따라 배치된 연속적인 링 형상의 바디임 -
    를 포함하는 기판 지지 링.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판 지지체는 약 0.5mm 내지 약 3mm의 높이를 갖는, 기판 지지 링.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기판 지지체는, 반구형, 마름모형 및 삼각형으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 형상을 갖는 상부 표면을 포함하는, 기판 지지 링.
  4. 제3항에 있어서, 상기 기판 지지체의 상기 상부 표면은 약 500㎛ 미만의 반경방향 폭(radial width)을 갖는, 기판 지지 링.
  5. 기판 지지 링으로서,
    내측 링;
    평탄부를 통해 상기 내측 링의 외주부(outer perimeter)에 접속하는 외측 링;
    상기 내측 링의 내주부(inner perimeter)로부터 내측으로 방사상 연장되어, 지지 선반(supporting ledge)을 형성하는 에지 립; 및
    상기 에지 립의 상부 표면으로부터 상향 연장되는 기판 지지체 - 상기 기판 지지체는 상기 에지 립을 따라 배치된 연속적인 링 형상의 바디임 -
    를 포함하는 기판 지지 링.
  6. 제5항에 있어서, 상기 평탄부는 상기 외측 링의 내주부로부터 상기 내측 링의 상기 외주부까지 내측으로 방사상 연장되는, 기판 지지 링.
  7. 제5항에 있어서, 상기 기판 지지체는, 반구형, 마름모형 및 삼각형으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 형상을 갖는 상부 표면을 포함하는, 기판 지지 링.
  8. 제7항에 있어서, 상기 기판 지지체의 상기 상부 표면은 약 500㎛ 미만의 반경방향 폭을 갖는, 기판 지지 링.
  9. 제8항에 있어서, 상기 기판 지지체는 반구형의 상부 표면을 포함하는, 기판 지지 링.
  10. 제5항에 있어서, 상기 기판 지지체는 약 0.5mm 내지 약 3mm의 높이를 갖는, 기판 지지 링.
  11. 제5항에 있어서, 상기 내측 링은 약 0mm 내지 약 3mm의 높이를 갖는, 기판 지지 링.
  12. 열 처리 챔버 내에서 기판을 처리하는 방법으로서,
    링 바디와 상기 링 바디의 표면으로부터 내측으로 방사상 연장되는 에지 립을 갖는 기판 지지 링을 제공하는 단계;
    상기 에지 립의 둘레 주위에 배치된 기판 지지체에 의해 기판의 주변 에지 부근에서 상기 기판의 후면 표면을 지지하는 단계 - 상기 기판 지지체는 상기 에지 립의 상부 표면으로부터 상향 연장된 연속적인 링 형상의 바디이며, 상기 기판 지지체는 상기 기판의 상기 후면 표면과 선 접촉(line contact)을 형성함으로써 상기 기판을 지지함 -
    를 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 에지 립은 상기 기판의 상기 후면 표면 아래에서 약 0.5mm 내지 약 5.0mm 거리만큼 연장되는, 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 기판 지지체는 약 0.5mm 내지 약 3mm의 높이를 갖는, 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 기판 지지체는, 반구형, 마름모형 및 삼각형으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 형상을 갖는 상부 표면을 포함하는, 방법.
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