KR20160004541U - 화학 기상 증착을 위한 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템 - Google Patents

화학 기상 증착을 위한 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템 Download PDF

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wafer
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centering
edge
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산딥 크리스난
알렉산더 아이. 그러리
첸흥 폴 창
얼 마첼로
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비코 인스트루먼츠 인코포레이티드
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Abstract

화학 기상 증착(CVD) 반응기를 위한 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템은 에지를 포함하는 웨이퍼 캐리어를 포함한다. 웨이퍼 캐리어는 CVD 처리를 위해 웨이퍼를 적어도 부분적으로 지지한다. 회전 튜브는 처리 동안 웨이퍼 캐리어를 지지하는 에지를 포함한다. 웨이퍼 캐리어의 에지 형상부와 회전 튜브의 에지 형상부는, 원하는 공정 온도에서 공정 동안 웨이퍼 캐리어의 중심축과 회전 튜브의 회전축의 일치 정렬을 제공하도록 선택된다.

Description

화학 기상 증착을 위한 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템{SELF-CENTERING WAFER CARRIER SYSTEM FOR CHEMICAL VAPOR DEPOSITION}
본원에서 사용되는 섹션 헤딩들은, 구성을 나타내기 위한 것일 뿐이며, 본원에서 설명하는 대상을 어떠한 식으로든 한정하는 것으로서 해석해서는 안 된다.
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 "Self-centering Wafer Carrier System for Chemical Vapor Deposition"이라는 명칭으로 2016년 2월 23일에 가출원한 미국 가특허출원 제62/298,540호, "Self-centering Wafer Carrier System for Chemical Vapor Deposition"이라는 명칭으로 2015년 10월 14일에 가출원한 미국 가득허출원 제62/241,482호, 및 "Self-centering Wafer Carrier System for Chemical Vapor Deposition"이라는 명칭으로 2015년 6월 22일에 가출원한 미국 가특허출원 제62/183,166호의 가특허출원이다. 미국 가특허출원 제62/298,540호, 제62/241,482호, 및 제62/183,166호의 전문은 본 명세서에 참고로 원용된다.
많은 물질 처리 시스템들은 처리 동안 기판을 지지하기 위한 기판 캐리어를 포함한다. 기판은, 흔히, 일반적으로 웨이퍼라 칭하는 결정성 물질의 디스크이다. 이러한 한 유형의 물질 처리 시스템이 기상 에피택시(VPE) 시스템이다. 기상 에피택시는, 반응 종이 반응하여 기판의 표면 상에 막을 형성하도록 화학종을 함유하는 하나 이상의 가스를 기판의 표면 상으로 항하게 하는 화학 기상 증착(CVD)의 한 유형이다. 예를 들어, VPE는 기판 상에 화합물 반도체 물질을 성장시키는 데 사용될 수 있다.
물질들은, 통상적으로, 적어도 하나의 전구체 가스를, 많은 공정에서는 적어도 제1 및 제2 전구체 가스를 결정성 물질을 함유하는 공정 챔버 내에 주입함으로써 성장한다. III-V 반도체 등의 화합물 반도체는, 수소화물 전구체 가스 및 유기금속 전구체 가스를 사용하여 기판 상에 반도체 물질들의 다양한 층들을 성장시킴으로써 형성될 수 있다. 유기금속 기상 에피택시(MOVPE)는, 필요로 하는 화학 원소를 함유하는 수소화물과 유기금속의 표면 반응을 이용하여 화합물 반도체를 성장시키는 데 흔히 사용되는 기상 증착법이다. 예를 들어, 인화인듐은, 트리메틸인듐과 포스핀을 도입함으로써 반응기 내의 기판 상에서 성장할 수 있다.
당업계에서 사용되는 MOVPE의 대체 명으로는, 유기금속 기상 에피택시(OMVPE), 유기금속 화학 기상 증착(MOCVD), 유기금속 화학 기상 증착(OMCVD)이 있다. 이러한 공정들에서, 가스들은, 사파이어, Si, GaAs, InP, InAs 또는 GaP 기판 등의 기판의 성장면에서 서로 반응하여, 일반식 InXGaYAlZNAAsBPCSbD인 III-V 화합물을 형성하게 되며 여기서 X+Y+Z는 약 1이며, A+B+C+D는 약 1이며, X, Y, Z, A, B, C, D의 각각은 0과 1 사이일 수 있다. 다양한 공정들에서, 기판은 금속, 반도체, 또는 절연 기판일 수 있다. 일부 경우에는, 다른 III 족 금속들 중 일부 또는 전부 대신에 비스무트를 사용할 수 있다.
III-V 반도체 등의 화합물 반도체도, 수소화물 또는 할로겐화물 전구체 가스 공정을 이용하여 기판 상에 반도체 물질들의 다양한 층들을 성장시킴으로써 형성될 수 있다. 하나의 할로겐화물 기상 에피택시(HVPE) 공정에 있어서, III 족 질화물(예를 들어, GaN, AlN)은, 고온 기상 금속 염화물(예를 들어, GaCl 또는 AlCl)을 암모니아 가스(NH3)와 반응시킴으로써 형성된다. 금속 염화물은, III 족 금속 위로 고온 HCl을 통과시킴으로써 생성된다. HVPE의 한 가지 특징은, 일부 최신 공정에 대하여 시간당 100㎛까지 이르는 매우 높은 성장율을 가질 수 있다는 점이다. HVPE의 다른 특징은, 막이 탄소 없는 환경에서 성장하고 고온 HCl 가스가 자기세정 효과를 제공하기 때문에 비교적 고 품질의 막을 증착하는 데 사용될 수 있다는 점이다.
이러한 공정들에서, 기판은 반응 챔버 내에서 상승된 온도로 유지된다. 전구체 가스들은 통상적으로 불활성 캐리어 가스들과 혼합된 후 반응 챔버 내로 향한다. 통상적으로, 가스들은, 반응 챔버 내로 도입되는 경우 비교적 저온에 있다. 가스들이 고온 기판에 도달함에 따라, 가스들의 온도 및 이에 따른 가스들의 반응을 위한 가용 에너지가 증가하게 된다. 에피택시층은, 기판 표면에서의 구성 화학물들의 최종 열분해에 의해 형성된다. 결정은, 물리 증착 공정에 의해서가 아니라 기판의 표면 상에서의 화학 반응에 의해 형성된다. 결국, VPE는 열역학적 준안정 합금을 위한 바람직한 성장 기술이다. 현재, VPE는, 레이저 다이오드, 태양 전지, 발광 다이오드(LED) 및 전력 전자 부품을 제조하는 데 흔히 사용되고 있다.
CVD 증착시 전체 기판에 걸쳐 매 균일한 막을 증착할 수 있는 것이 매우 바람직하다. 증착 동안 기판에 걸쳐 비균일한 온도 프로파일이 존재하게 되면, 비균일하게 증착된 막을 야기하게 된다. 수율을 개선하도록 증착 지속 기간 동안 기판에 걸친 열적 프로파일의 균일성을 개선하는 방법과 장치가 필요하다.
화학 기상 증착(CVD) 반응기를 위한 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템은, CVD 처리를 위해 웨이퍼를 적어도 부분적으로 지지하는 에지를 포함하는 웨이퍼 캐리어를 포함한다. 웨이퍼 캐리어는, 웨이퍼의 전체 하부면을 지지할 수 있고 또는 웨이퍼의 경계만을 지지할 수 있어서, CVD 처리 동안 웨이퍼의 상부면과 하부면 모두의 일부를 노출시킨다.
또한, 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템(self-centering wafer carrier system)은, 웨이퍼 캐리어를 지지하는 에지를 포함하는 회전 튜브를 포함한다. 일부 실시예들에서, 회전 튜브는 경사진(beveled) 에지 및 평평한 림(rim)을 포함한다. 일반적으로, 웨이퍼 캐리어의 에지 형상부와 회전 튜브의 에지 형상부는, 원하는 공정 온도에서의 처리 동안 웨이퍼 캐리어의 중심축과 회전 튜브의 중심축의 일치 정렬을 제공하도록 선택된다. 일치 정렬은 웨이퍼에 걸쳐 축대칭 온도 프로파일을 확립할 수 있다. 웨이퍼 캐리어의 동작의 일부 구성과 방법에 있어서, 웨이퍼의 회전 편심은 원하는 공정 온도에서 실질적으로 제로이다.
일부 실시예들에서, 웨이퍼 캐리어는 스페이서를 포함하는 에지 형상부를 포함한다. 스페이서는 기계 가공되어 웨이퍼 캐리어 에지로 될 수 있다. 일부 실시예들에서, 웨이퍼 캐리어 에지 형상부는, 회전 튜브의 에지와의 접촉부를 형성하는 적어도 두 개의 스페이서를 포함한다. 웨이퍼 캐리어 에지 형상부의 스페이서는, 웨이퍼 캐리어의 중심축과 회전 튜브의 회전축 모두가 원하는 공정 온도에서 정렬되게 한다. 스페이서는, 웨이퍼의 회전이 원하는 편심을 갖게 하는 치수를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 해제 구조는, 웨이퍼 캐리어의 질량 중심을 시프트하는 웨이퍼 캐리어 에지로 형성된다. 구체적인 일 실시예에서, 해제 구조는 비교적 평평한 섹션이다. 해제 구조는 스페이서에 대향하여 위치할 수 있다.
일부 실시예들에서, 웨이퍼 캐리어의 에지 형상부과 회전 튜브의 에지 형상부 모두는 일치하는 경사 면들을 정의한다. 구체적인 일부 실시예들에서, 일치하는 경사 면들은 평행하다. 구체적인 일부 실시예들에서, 웨이퍼 캐리어의 에지 형상부는 내면 상에서 경사지고, 회견 튜브의 에지 형상부는 외면 상에 경사지고, 내면은 챔버의 중심을 향하는 면을 가리키며, 외면은 챔버의 중심을 향하는 면의 반대면을 가리킨다. 다른 실시예들에서, 웨이퍼 캐리어의 형상부는 외면 상에서 경사지고, 회전 튜브의 에지 형상부는 내면 상에서 경사진다. 또한, 구체적인 일부 실시예들에서, 경사 면은, tan(α)>f 이도록 각도 α로 기울어져 있으며, 여기서 f는 웨이퍼 캐리어와 회전 튜브 간의 마찰 계수이다.
일부 실시예들에서, 웨이퍼 캐리어 에지와 회전 튜브 에지는 갭을 정의하도록 위치한다. 갭의 폭은, 웨이퍼 캐리어를 형성하는 물질의 열 팽창 계수와 회전 튜브를 형성하는 물질의 열 팽창 계수 간의 차로 인해 가열 동안 변한다. 실온에서의 갭의 폭은, 처리 온도에서 회전 튜브에 대한 웨이퍼 캐리어의 팽창을 위한 여유가 있도록 선택된다. 많은 실시예들에서, 갭의 폭은 원하는 공정 온도에서 제로에 접근한다. 또한, 일부 실시예들에서, 웨이퍼 캐리어와 회전 튜브 중 적어도 하나를 형성하는 물질은, 처리 온도에서 희건 튜브에 대한 웨이퍼 캐리어의 팽창을 위한 여유를 유지하는 열 팽창 계수를 갖도록 선택된다.
가열 소자는, 웨이퍼를 공정 온도까지 가열하도록 웨이퍼 캐리어에 근접 위치한다. 일부 실시예들에서, 가열 소자는 웨이퍼 캐리어에 평행하게 웨이퍼 캐리어의 아래에 위치한다. 가열 소자는, 공간적으로 의존하는 온도 프로파일을 생성하는 멀티존(multi-zone) 가열 소자일 수 있다.
바람직하고 예시적인 실시예들과 이러한 실시예들의 추가 장점에 따른 본 교시를, 다음의 상세한 설명에서 첨부 도면과 함께 더욱 구체적으로 설명한다. 통상의 기술자는 후술하는 도면이 예시일 뿐이라는 점을 이해할 것이다. 도면은, 반드시 일정한 비율로 된 것은 아니며, 대신에 일반적으로 교시 원리를 나타내도록 강조되어 있다. 도면에서, 유사한 참조 문자들은 일반적으로 다양한 도면들 전체에 걸쳐 유사한 특징과 구조적 요소를 가리킨다. 도면은 출원인의 교시 범위를 어떠한 식으로든 한정하려는 것이 아니다.
도 1은 가열 조립체를 갖는 회전 튜브 및 웨이퍼 캐리어를 포함하는 본 교시의 단일 웨이퍼 CVD 반응기의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 2a는 자기중심조정 기술을 이용하지 않는 CVD 반응기를 도시하는 도면이다.
도 2b는 자기중심조정을 이용하는 본 교시의 CVD 반응기의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 3a는 1.33mm 유도 편심을 위해 CVD 반응기에서 회전 편심으로부터 발생하는 원형 웨이퍼에 걸긴 열적 프로파일을 도시하는 도면이다.
도 3b는 도 3a로부터의 데이터의 온도 구배를 반경 함수로서 도시하는 도면이다.
도 3c는 0.33mm 유도 편심을 위해 CVD 반응기에서 회전 편심으로부터 발생하는 원형 웨이퍼에 걸긴 열적 프로파일을 도시하는 도면이다.
도 3d는 도 3c로부터의 데이터의 온도 구배를 반경 함수로서 도시하는 도면이다.
도 3e는 온도 플롯을 캐리어 회전 편심의 함수로서 도시하는 도면이다.
도 4a는 경사건 에지와 림을 갖는 웨이퍼 캐리어를 구비하는 본 교시의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템을 도시하는 도면이다.
도 4b는 증착 공정이 시작되기 건에 웨이퍼 캐리어가 공정 반응기(도시하지 않음)에 이송되어 실온에서 회전 튜브 상에 위치하고 있는 본 교시의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템을 도시하는 도면이다.
도 4c는 도 4b에 관하여 설명한 구성으로 공정 온도에 있는 본 교시의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템을 도시하는 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는, 회전 튜브의 회전축에 대하여 웨이퍼 캐리어의 자기중심조정을 제공하는 경사진 계면을 포함하는 본 교시에 따른 웨이퍼 캐리어와 회전 튜브의 다양한 구성을 도시하는 도면이다.
도 6a는 실온에서 본 교시에 따른 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템을 도시하는 도면이다.
도 6b는 공정 온도에서 본 교시에 따른 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템을 도시하는 도면이다.
도 6c는 공정 온도보다 높은 온도에서 본 교시에 따른 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템을 도시하는 도면이다.
도 7은 스페이서와 해제 구조를 포함하는 본 교시의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어를 도시하는 도면이다.
도 8a는 개방 캐리어 설계를 포함하는 본 교시의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 8b는 개방 캐리어 설계와 경사진 에지를 포함하는 본 교시의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템의 임 실시예를 도시하는 도면이다.
도 8c는 개방 캐리어와 포지티브 퍼지 설계를 포함하는 본 교시의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 8d는 간단한 분리기와 함께 개방 캐리어를 포함하는 본 교시의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 8e는 중심에 위치하는 분리기와 함께 개방 캐리어를 포함하는 본 교시의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 8f는 정적 분리기와 함께 개방 캐리어를 포함하는 본 교시의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 8g는 탈착가능 석영 분리기와 함께 개방 캐리어를 포함하는 본 교시의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 8h는 개방 캐리어 설계와 경사긴 에지를 포함하는 본 교시의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템의 다른 임 실시예를 도시하는 도면이다.
도 8i는 개방 캐리어와 포지티브 퍼지 설계를 포함하는 본 교시의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템의 다른 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 8j는 간단한 분리기의 함께 개방 캐리어를 포함하는 본 교시의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템의 또 다른 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 8k는 중심에 위치하는 분리기와 함께 개방 캐리어를 포함하는 본 교시의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템의 다른 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 8l은 정적 분리기와 함께 개방 캐리어를 포함하는 본 교시의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템의 다른 임 실시예를 도시하는 도면이다.
도 8m은 탈착가능 석영 분리기와 함께 개방 캐리어를 포함하는 본 교시의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템의 다른 임 실시예를 도시하는 도면이다.
도 9a는 경사진 형상부가 있는 에지와 림을 갖는 포켓리스(pocketless) 웨이퍼 캐리어를 포함하는 본 교시의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템을 도시하는 도면이다.
도 9b는 실온에서 본 교시에 따른 포켓리스 웨이퍼 캐리어의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템을 도시하는 도면이다.
도 10은, 웨이퍼, 웨이퍼 캐리어, 웨이퍼 캐리어의 포스트 계면의 상세를 포함하는, 도 9a와 도 9b에 도시한 포스트 및 접촉 계면의 다양한 실시예들의 다른 상세를 도시하는 도면이다.
도 11은, 웨이퍼, 웨이퍼 캐리어, 웨이퍼 캐리어의 호스트 계면의 상세를 포함하는 도 9a와 도 9b에 도시한 바와 같은 포스트 및 접촉 계면의 다양한 실시예들의 또 다른 상세를 도시하는 도면이다.
도 12는, 웨이퍼, 웨이퍼 캐리어, 웨이퍼 캐리어의 범퍼 계면의 상세를 포함하는, 도 4a, 도 5a 내지 도 5c, 도 6a에 도시한 바와 같은 범퍼 및 접촉 계면의 다양한 실시예들의 다른 상세를 도시하는 도면이다.
도 13은, 웨이퍼, 웨이퍼 캐리어, 웨이퍼 캐리어의 범퍼 계면의 상세를 포함하는, 도 4a, 도 5a 내지 도 5c, 도 6a에 도시한 범퍼 및 접촉 계면의 다양한 실시예들의 다른 상세를 도시하는 도면이다.
도 14는 하나 이상의 범퍼를 갖는 포켓을 구비하는 웨이퍼 캐리어의 등측도이다.
도 15는 본 교시에 따른 포켓리스 웨이퍼 캐리어의 평면도이다.
도 15a는 A-A 선을 따른 도 15의 포켓리스 웨이퍼 캐리어의 단면도이다.
도 15b는 도 15의 포켓리스 웨이퍼 캐리어의 등측도이다.
도 16은 본 교시에 따른 다른 포켓리스 웨이퍼 캐리어의 평면도이다.
도 16a는 A-A 선을 따른 도 16의 포켓리스 웨이퍼 캐리어의 단면도이다.
도 16b는 도 16의 포켓리스 웨이퍼 캐리어의 등측도이다.
도 17은 본 교시에 따른 회전 드럼 상에 장착된 웨이퍼 지지 링의 단면도이다.
도 17a는 도 17의 확대 부분을 도시하는 도면이다.
도 18은 웨이퍼 지지 링의 등측도이다.
도 19는 본 교시에 따른 단일 기판 캐리어의 분해 상면도이다.
도 20은 본 교시에 따른 다른 웨이퍼 지지 링의 실시예의 등측도이다.
도 20a는 A-A 선을 따른 도 20의 웨이퍼 지지 링의 단면도이다.
도 21은 본 교시에 따른 회전 드럼 상에 장착된 도 20의 웨이퍼 지지 링의 단면도이다.
도 21a는 도 21의 확대 부분을 도시하는 도면이다.
도 22는 본 교시에 따른 도 21의 웨이퍼 지지 링과 회전 드럼의 분해도이다.
이제, 본 교시를 첨부 도면에 도시한 바와 같은 본 교시의 예시적인 실시예들을 참조하여 더욱 상세히 실명한다. 명세서에서 "일 실시예" 또는 "실시예"를 언급하는 것은, 그 실시예에 관하여 설명하는 구체적인 특징부, 구조, 또는 특성이 본 교시의 적어도 일 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 본 명세서의 다양한 곳에서 보이는 "일 실시예에서"라는 구 모두가 반드시 동일한 실시예를 가리키는 것은 아니다.
본 교시를 다양한 실시예들 및 예들과 함께 설명하지만, 본 교시를 이러한 실시예들로 한정하려는 것이 아니다. 오히려, 본 교시는, 통상의 기술자가 이해하듯이, 다양한 대체예, 수정예, 균등예를 포함한다. 본원의 교시에 접근하는 통상의 기술자는, 본원에서 실명하는 바와 같은 본 개시 내용의 범위 내에 있는, 추가 구현예, 수정예, 실시예, 및 다른 사용 분야를 인식할 것이다.
본 교시의 방법에서 사용되는 개별적인 단계들은 교시가 적용될 수 있는 한 임의의 순서로 및/또는 동시에 수행될 수 있음을 이해하도록 한다. 게다가, 본 교시의 장치와 방법은 교시가 적용될 수 있는 한 설명하는 실시예들 중 임의의 개수 또는 전부를 포함할 수 있다는 점을 이해하도록 한다.
본 교시는, 다른 유형의 처리 반응기 및 CVD를 위한 웨이퍼 캐리어를 자기중심조정하기 위한 방법과 장치에 관한 것이다. 본 교시의 양태들은 단일 웨이퍼 캐리어에 관하여 설명한다. 그러나, 통상의 기술자라면, 본 교시의 많은 양태들이 단일 웨이퍼 캐리어로 한정되지 않는다는 점을 인식할 것이다.
도 1은, 멀티존 가열 조립체(106)를 갖는 회전 튜브(104) 및 웨이퍼 캐리어(102)를 포함하는 본 교시의 단일 웨이퍼 CVD 반응기(100)의 일 실시예를 도시한다. 웨이퍼 캐리어(102)는 회견 튜브(104)에 의해 경계에서 지지된다. 멀티존 가열 조립체(106) 가열 조립체는, 회전 튜브(104) 내에서 웨이퍼 캐리어(102) 아래에 위치한다. 본 구성에서는, 웨이퍼 캐리어(102)와 회전 튜브(104) 간에 캐리어 탑재를 허용하는 직경 갭이 존재한다. 이 갭의 폭은, 웨이퍼 캐리어(102)와 회전 튜브(104)가 서로 다른 열 팽창 계수(CTE)를 가져서 서로 다른 팽창을 온도 함수로서 야기하기 때문에 가열 동안 변한다.
웨이퍼 캐리어와 회전 튜브는, 예를 들어, 질화 실리콘(SiC), 질화 보론(BN), 탄화 보론(BC), 질화 알루미늄(AlN), 알루미나(Al2O3), 사파이어, 실리콘, 질화 갈륨, 비소 갈륨, 석영, 흑연, 탄화 실리콘(SiC)이 코팅된 흑연, 기타 세라믹 물질, 및 이들의 조합 등의 다양한 물질들로 형성될 수 있다. 또한, 이러한 물질들 및 다른 물질들은, 내화 코팅, 예를 들어, 탄화물, 질화물, 또는 산화 내화 코팅을 가질 수 있다. 게다가, 웨이퍼 캐리어와 회전 튜브는, 몰리브덴, 텅스텐, 및 이들의 합금 등의 내화 금속으로부터 형성될 수 있다. 이러한 물질들의 각각은, 코팅 여부에 상관없이, 서로 다른 열 팽창 계수(CTE)를 갖는다. 예를 들어, 흔히 웨이퍼 캐리어를 위해 사용되는 SiC 코딩된 흑연의 열 팽창 계수(CTE)는 -5.6×10-6℃-1이다. 회전 튜브로서 흔히 사용되는 석영의 열 팽창 계수는 -5.5×10-7℃- 1이다. CVD SiC의 열 팽창 계수는 -4.5×10-6℃- 1이다. 이러한 열 팽창 계수들이 주어진 경우, 실온에서의 웨이퍼 캐리어와 회전 튜브 사이의 초기 갭인 약 0.5mm는 110℃에서 약 0.05mm로 감소된다. 석영 튜브의 무결성을 유지하는 데에는 고온 작동 온도에서의 작은 갭이 필요하다. 갭 폭이 변하기 때문에, 알려져 있는 웨이퍼 캐리어 설계는, 온도가 증가함에 따라 웨이퍼 캐리어의 중심 형상부 주위로 회전하지 않는다. 이에 따라 웨이퍼 캐리어 반경을 따라 선형 또는 비대칭 온도 분포가 발생한다. 비대칭 온도 비균일성은, 멀티존 가열 시스템에 의해 보상될 수 없는 증착 균일성을 야기한다. 결국, CVD 반응기를 위한 알려져 있는 웨이퍼 캐리어는, 웨이퍼 캐리어의 중심 형상부 주위로 회전하지 않는 웨이퍼 캐리어로부터 발생하는 비균일한 비대칭 온도 프로파일을 겪게 된다.
도 2a는 자기중심조정 기술을 이용하지 않는 CVD 반응기를 도시한다. 도 2a는, 웨이퍼 캐리어 중심축(202)이 회전 튜브의 회전축(204)과 일치하지 않는 구성에 대하여 CVD 반응기(200)를 위한 웨이퍼 캐리어의 상대 위치, 회전축, 히터의 측면도와 평면도를 도시한다. 본 개시 내용을 위해, 때로는 중심축이라고도 하는 웨이퍼 캐리어 중심축은, 본원에서 캐리어의 중간 지점을 중심으로 하며 웨이퍼 캐리어의 상부에 대한 법선 방향으로 연장되는 선으로서 정의된다. 이 구성에서, 웨이퍼 캐리어 중심축(202)은 회전 튜브(도시하지 않음)의 회전축(204)으로부터 오프셋되고, 웨이퍼 캐리어 중심축(202)과 회전 튜브의 회전축(204) 모두는 히터 중심(206)으로부터 오프셋된다. 결국, 웨이퍼 캐리어가 회전하는 경우, 지점 A(210)와 지점 B(212)는 서로 다른 동심 원형 경로로 이동한다. 더욱 구체적으로, 지점 A(210)는, 지점들 A'(210')과 A"(210")의 위치에 의해 도시된 바와 같이 회전 튜브의 멀리 있는 하나의 에지로부터 멀리 있는 다른 하나의 에지로 이동한다. 회전축(204)에 가까운 점 B(212)는, 지점들 B'(212')과 B"(212")의 위치에 의해 도시된 바와 같이 회전 튜브의 더욱 내측 지점으로부터 다른 하나의 내측 지점으로 이동한다. 이러한 식으로, 두 개의 지점 A(210)와 B(212)는 회전시 서로 다른 평균 온도를 겪게 되어, 비대칭 온도 프로파일(208)을 야기한다. 비대칭 온도 프로파일(208)은, 지점 A(210)와 일치하는 웨이퍼의 반대측 에지 상의 온도에 비해 높은, 지점 B(212)와 일치하는 웨이퍼의 한 에지 상의 온도를 나타낸다.
따라서, 도 2a에 도시한 구성에서, 지점 A(210)의 평균 온도 Ta는 지점 B(212)의 평균 온도 Tb보다 낮고, 이는 기울어진 비대칭 온도 프로파일(208)을 생성한다. 비대칭 온도 프로파일(208)은, 지점 A(210)에서의 웨이퍼의 반대측 에지 상의 온도에 비해 높은, 웨이퍼의 지점 B(212)에서의 에지 상의 온도를 나타낸다. 따라서, 그 결과에 따른 온도 프로파일은 회전축에 대하여 비대칭이다. 캐리어 축 이 히터 축과 일치한다는 구성에서도, 캐리어 축과 회전 축 간의 오프셋으로 인한 웨이퍼 이등 편심에 의해, 여전히 비대칭 온도 비균일성이 야기된다.
도 2b는 본 교시에 따른 자기중심조정을 이용하는 CVD 반응기의 일 실시예를 도시한다. 도 2b는, 웨이퍼 캐리어 중심축(252)이 회전축(254)과 일치하는 구성에 대하여 CVD 반응기(250)를 위한 웨이퍼 캐리어, 회전축, 및 히터의 상대 위치의 측면도와 평면도를 도시한다. 여기서 설명하는 바와 같은 웨이퍼 캐리어 중심축과 회전축의 일치 정렬은, 두 개의 축이 동일한 선 상에 속한다는 것을 의미한다. 회전 튜브(도시하지 않음)의 회전축(254)에 대한 웨이퍼 캐리어 중심축(252)의 위치는, 일치하지만, 히터 중심(256)으로부터 오프셋되어 있다. 웨이퍼 캐리어 중심축(252)과 회전축(254)이 일치하면, 이들 축이 히터 중심으로부터 오프셋되더라도, 웨이퍼 캐리어가 편심 없이 회전축을 중심으로 회전하게 된다. 이러한 구성에 의해, 대칭 온도 프로파일(258)을 얻게 된다.
더욱 구체적으로, 이 구성에서, 캐리어가 회전하면, 지점 A(260)와 지점 B(262)는 히터로부터 동일한 평균 온도를 겪게 된다. 유사하게, 지점 C(264)와 지점 D(266)도 동일한 평균 온도를 겪게 된다. 그러나, 지점 C(264)와 지점 D(266)에서의 평균 온도는 지점 A(260)와 지점 B(262)의 평균 온도와 다르다. 그 결과, 온도 프로파일(258)은 축방향으로 대칭되지만 균일하지는 않는다.
본 교시의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어로부터 발생하는 축방향으로 대칭되는 비균일한 온도 프로파일(258)로 증착되는 막의 균일성은, 웨이퍼 캐리어에 근접 위치하는 멀티존 히터를 적절히 구성하고 작동시킴으로써 개선될 수 있다. 웨이퍼 캐리어에 근접 위치하는 멀티존 히터의 적절한 사용의 대안으로 또는 이러한 사용과 조합하여, 본 교시의 축방향으로 대칭되는 비균일한 온도 프로파일(258)로부터 발생하는 막 균일성은, 웨이퍼 온도 균일성의 캐리어 포켓 프로파일링에 의해 개선될 수 있다.
예를 들어, 본 출원인에게 양도된 "Method for Improving Performance of a Substrate Carrier"라는 명칭의 미국 특허 제8,486,726호를 참조한다. 미국 특허 제8,486,726호의 전문은 본 명세서에 참고로 원용된다. 따라서, 축방향으로 대칭되는 비균일한 온도 프로파일은, 열 관리를 위한 알려져 있는 방법과 장치를 이용하여 열적 균일성과 이에 따른 막 증착 균일성을 개선할 수 있으므로, 비대칭 프로파일보다 바람직하다.
도 3a는, 1.33mm 유도 편심에 대한 CVD 반응기에서의 회전 편심으로부터 발생하는 원형 웨이퍼의 표면에 걸친 열적 프로파일(300)을 도시한다. 도 3b는 도 3a에 도시한 바와 같은 동일한 1.33mm 유도 편심에 대하여 온도 구배를 0°312와 90°314에서의 반경 함수로서 도시한다. 도 3b는 캐리어의 반경을 따른 넓은 선형 온도 분포를 도시한다. 이러한 선형 온도 분포는, 알려져 있는 멀티존 가열 시스템만으로는 선형 온도 분포를 보상하지 않기 때문에, 쉽게 보상될 수 없다. 선형 온도 분포에 의해, 저 증착 균일성이 발생한다.
도 3c는 0.33mm 유도 편심에 대하여 CVD 반응기에서 회전 편심으로부터 발생하는 원형 웨이퍼에 걸친 열적 프로파일(320)을 도시한다. 도 3d는 동일한 0.33mm 유도 편심에 대하여 온도 구배를 0°332와 90°334에서의 반경 함수로서 도시한다. 도 3e는 도 3a 내지 도 3d의 데이터에 기초하여 형성되는 온도 구배(340)의 플롯을 캐리어 회전 편심 함수로서 도시한다. 플롯은, 캐리어 회전 편심이 0.33mm 미만인 경우 구배(340)가 약 2 미만으로 감소됨을 나타낸다.
따라서, 본 교시의 일 특징은, 본 교시에 따른 웨이퍼 캐리어가 공정 온도에서 웨이퍼 캐리어 중심축과 회전 튜브 회전축의 일치를 제공할 수 있다는 점이다. 이러한 일치는, 멀티존 가열 소자들을 적절히 사용함으로써 보상될 수 있는 축방향으로 대칭되는 온도 프로파일을 생성하도록 웨이퍼의 원형 회전의 편심을 감소시킨다.
도 4a는, 경사 형상부가 있는 에지(404)와 평평한 림(406)을 갖는 웨이퍼 캐리어(402)와 함께 본 교시의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템(400)을 도시한다. 웨이퍼 캐리어(402)의 에지(404)는, 웨이퍼 캐리어의 외측 경계에서의 또는 외측 경계 근처에서의 원형 영역에 대응한다. 에지는 웨이퍼 캐리어의 하면으로부터 돌출된다. 웨이퍼(408)는 웨이퍼 캐리어(402)의 상면 상에서 중심에 위치한다. 가열 소자(410)는 웨이퍼 캐리어(402)의 아래에 위치한다. 포켓(420)에 위치하는 웨이퍼(408), 림(406), 및 가열 소자(410)는 모두 평행하게 위치한다. 웨이퍼(408)의 에지는 접촉 계면(421)에서 포켓(420)의 측벽(424)과 접촉하며, 이에 대해서는 후술한다. 웨이퍼 캐리어(402)는 회전 튜브(412) 상에 위치한다. 회전 튜브(412)는 경사진 형상부가 있는 에지(414) 및 평평한 림(416)을 갖는다. 웨이퍼 캐리어 에지(404)와 회전 튜브 에지(414)는, 웨이퍼 캐리어(402)가 회전 튜브(412) 상에 위치하는 경우 근접하며 평행하다. 일부 실시예들에서, 회전 튜브(412)의 에지(414) 상의 경사진 형상부는 회전 튜브(412)의 회전축에 대하여 각도 α(418)로 기울어져 형성된다. 유사하게, 웨이퍼 캐리어(402)의 에지(404) 상의 경사진 형상부는, 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 캐리어의 상면에 대하여 법선 방향으로 이어지는 캐리어의 중심축에 대하여 각도 α(418)로 기울어져 설정된다. 일부 실시예들에서, 각도 α(418)는, tan(α)>f 이도록 선택되며, 여기서, f는 웨이퍼 캐리어 물질과 회전 튜브 물질 간의 마찰 계수이다.
도 4b는, 증착 공정이 시작되기 전에 실온에서 웨이퍼 캐리어(432)가 공정 반응기(도시하지 않음) 내로 이송되어 회전 튜브(434) 상에 위치하고 있는 본 교시의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템(430)을 도시한다. 도 4b는 폭 L인 갭(436) 및 폭 D인 회전 튜브 직경(438)을 도시한다. 본 교시의 웨이퍼 캐리어의 한 특징은, 실온에서 회전 튜브의 에지와 웨이퍼 캐리어의 에지 간의 갭이 존재하게 하는 치수를 웨이퍼 캐리어 에지가 갖는다는 점이다. 일부 실시예들에서, 웨이퍼 캐리어(432)와 회전 튜브(434)의 치수는, 갭(436)이 다음에 따르는 식을 만족하도록 선택된다.
Figure utm00001
여기서, CTEcarrier는 캐리어(432)의 열 팽창 계수이고, CTEtube는 회전 튜브(434)의 열 팽창 계수이고, T는 공정 온도이다. 위 식에 따른 갭(436)은, 작동 온도가 증가함에 따라 감소되고, 공정 온도에 도달하기 직전, 갭은 실질적으로 제로이다.
도 4c는, 도 4b에 관하여 설명한 구성으로 공정 온도에서 본 교시의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템(450)을 도시한다. 웨이퍼 캐리어(452)와 회전 튜브(454)의 경사진 에지들 간의 밀접(near contact)에 의해, 회전 튜브 상에서 캐리어가 중심에 위치하게 된다. 결국, 웨이퍼 캐리어 중심축과 회전축이 일치하게 된다.
통상의 기술자라면, 회전 튜브와 웨이퍼 캐리어 간의 계면을 형성하는 데 다양한 경사진 형상부들을 사용할 수 있음을 인식할 것이다. 도 5a 내지 도 5c는, 웨이퍼 캐리어와 회전 튜브의 다양한 경사진 형상부 에지들 및 웨이퍼 캐리어 중심축과 회전 튜브의 회전축의 자기중심조정을 제공하는, 웨이퍼 캐리어와 회전 튜브 간에 형성되는 계면을 포함하는, 본 교시에 따른 웨이퍼 캐리어와 회전 튜브의 다양한 구성들을 도시한다.
도 5a는, 웨이퍼 캐리어(502)의 외측 경계에 근접하며 웨이퍼 캐리어(502) 상에 위치하는 제1 에지(506)를 포함하는 웨이퍼 캐리어(502)의 제1 구성(500)을 도시한다. 웨이퍼 캐리어(502)의 에지(506)는, 경사진 형상부와 함께 형성되며, 웨이퍼 캐리어(502)의 중심 주위로 원형으로 이어진다. 에지(508)는, 회전 튜브(504)의 외측 에지에 근접하여 회전 튜브(504) 상에 위치한다. 회전 튜브(504)의 에지(508)는, 경사진 형상부와 함께 형성되며, 회전 튜브(504)의 경계 주위로 원형으로 이어진다. 웨이퍼 캐리어(502)의 에지(506)의 경사진 형상부 및 회전 튜브(504)의 에지(508)의 경사진 형상부는, 웨이퍼 캐리어(502)가 회전 튜브(504) 상에 위치하는 경우 근접하며 평행하다. 도 5a에 도시한 실시예에서, 경사진 에지는 회전 튜브(504)의 외측 경계 상에 형성된다. 다른 실시예들에서, 회전 튜브(504)의 경사진 에지는 회전 튜브(504)의 내측 경계 상에 형성된다. 도 5a에 도시한 실시예에서, 작동 동안, 웨이퍼 캐리어(502)는, 웨이퍼 캐리어(502)의 에지(506)의 경사진 형상부와 회전 튜브(504)의 에지(508)의 경사진 형상부가 밀접하도록 회전 튜브(504) 상에 위치하고, 이에 따라, 경사진 에지들(506, 508)이 회전 튜브(504)의 회전축을 웨이퍼 캐리어 중심과 일치하도록 유지하기 때문에, 처리 동안 웨이퍼(510)의 자기중심조정을 생성한다.
도 5b는, 웨이퍼 캐리어(532) 상에 위치하는 경사진 형상부가 있는 에지(536) 및 회전 튜브(534) 상에 위치하는 경사진 형상부가 있는 에지(538)를 포함하는, 웨이퍼 캐리어(532)와 회전 튜브(534)의 제2 구성(530)을 도시한다. 웨이퍼 캐리어(532) 상에 형성된 경사진 에지(536) 및 회전 튜브(534) 상에 형성된 경사진 에지(538)는, 회전 튜브(534)의 내측 경계로부터 상측으로 멀어지면서 경사진다. 두 개의 경사진 에지는 평행하다. 작동 동안, 웨이퍼 캐리어(532)는, 제1 경사진 에지(536)와 제2 경사진 에지(538)가 밀접하여 처리 동안 웨이퍼(540)가 회전축에 대하여 중심에 있도록 회전 튜브(534) 상에 위치한다. 경사진 에지들(536, 538)은, 회전 튜브(534)의 회전축을 웨이퍼 캐리어 중심축과 일치하도록 유지한다.
도 5c는, 웨이퍼 캐리어(552) 상에 위치하는 제1 경사진 에지(556)와 회전 튜브(554) 상에 위치하는 제2 경사진 에지(558)를 포함하는, 웨이퍼 캐리어(552)와 회전 튜브(554)의 제3 구성(550)을 도시한다. 제1 경사진 에지(556)와 제2 경사진 에지(558)는, 회전 튜브의 내측 경계로부터 멀어지면서 하측으로 경사진다. 두 개의 경사진 에지는 평행하다. 작동 동안, 웨이퍼 캐리어(552)는, 제1 경사진 에지(556)와 제2 경사진 에지(558)가 밀접하도록 회전 튜브(554) 상에 위치하고, 이에 따라 처리 동안 웨이퍼(560)의 자기중심조정을 생성한다. 경사진 에지들(556, 558)은 회전 튜브(554)의 회전축을 웨이퍼 캐리어(552) 중심축과 일치하도록 유지한다.
본 교시의 한 가지 특징은, 웨이퍼 캐리어의 에지의 형상부와 회전 튜브의 에지의 형상부가 공정 온도에서 처리 동안 웨이퍼의 편심 회전 또는 거의 편심 회전의 특정량을 생성한다는 점이다. 처리 동안 웨이퍼의 편심 회전 또는 거의 편심 회전의 특정량은, 매우 균일한 막 두께 프로파일을 얻게 되는 원하는 공정 온도 프로파일을 달성하도록 선택된다.
도 6a는, 실온에서 포켓(624)에 위치하는 웨이퍼(620)를 도시하는, 본 교시에 따른 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템(600)을 도시한다. 웨이퍼(620)의 에지는, 후술하는 접촉 계면(621)에서 포켓(624)의 측벽(626)과 접촉한다. 본 실시예에서 웨이퍼 캐리어(604)의 에지(602)는, 웨이퍼 캐리어(604)의 중심축(606)과 평행하며, 회전 튜브(610)의 에지(608)와도 평행하다. 웨이퍼 캐리어 에지(602)의 형상부는, 웨이퍼 캐리어(604)의 에지(602)와 회전 튜브(610)의 에지(608) 사이에 갭(612)이 있도록 존재한다. 갭(612)은, 웨이퍼 캐리어 에지(602)와 회전 튜브 에지(608) 사이에 접촉이 발생하지 않도록 회전 튜브(610)에 대한 웨이퍼 캐리어(604)의 팽창을 위한 충분한 여유를 허용한다. 웨이퍼 캐리어(604)는, 전체 공정 온도 사이클에 걸쳐, 특히 최고 공정 온도에서 회전 튜브(610)보다 작게 유지된다. 일부 실시예들에서, 히터(612)는 회전 튜브(610)의 회전축(616)을 따라 중심에 위치한다.
도 6a는 웨이퍼 캐리어(604)의 중심축(606)이 회전축(616)과 일치하지 않음을 도시한다. 스페이서(618)는, 공정 온도에서, 웨이퍼 캐리어 중심축과 회전 튜브(610)의 회전축이 일치하는 치수를 갖는다. 일부 실시예들에서, 스페이서(618)는, 기계 가공에 의해 웨이퍼 캐리어 에지(602)로 되어 그 구조와 일체형으로 된다. 일부 실시예들에서, 웨이퍼 캐리어(604)는 흑연이고, 스페이서(618)는 기계 가공에 의해 흑연으로 직접 되며, 이어서 전체 웨이퍼 캐리어(604)가 탄화 실리콘(SiC) 등의 다른 물질로 코팅된다. 일부 실시예들에서는, 두 개 이상의 스페이서를 사용하여 회전 튜브(610)의 에지(608)와의 안정적인 접촉부를 형성한다.
도 6b는, 공정 온도에서 포켓(624)에 위치하는 웨이퍼(620)를 도시하는, 본 교시에 따른 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템(630)을 도시한다. 웨이퍼(620)의 에지는 후술하는 접촉 계면(621)에서 포켓(624)의 측벽(626)과 접촉한다. 도 6b는, 웨이퍼 캐리어(632)가 작동 상태에 있는 경우 웨이퍼 캐리어(632)의 중심이 회전 튜브(636)의 중심축(634)과 직접 정렬되는 것을 도시한다. 따라서, 공정 온도에서 처리 동안 웨이퍼의 편심 회전이 없다.
도 6c는, 공정 온도보다 높은 온도에서 포켓(624)에 위치하는 웨이퍼(620)를 도시하는, 본 교시에 따른 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템(670)을 도시한다. 웨이퍼(620)의 에지는 후술하는 접촉 계면(621)에서 포켓(624)의 측벽과 접촉한다. 도 6c는, 공정 온도보다 높은 온도에서, 웨이퍼 캐리어(674)의 중심축(672)이 회전축(676)과 더 이상 정렬되지 않음을 도시한다. 일부 실시예들에서, 스페이서(678)는, 이러한 더욱 높은 공정 온도에서의 대칭 온도 프로파일을 제공하도록 웨이퍼 캐리어(672)의 중심과 회전축(676) 간의 오프셋에 의해 야기되는 편심을 오프셋하는 데 사용된다.
도 7은, 웨이퍼 캐리어의 에지에 대응하는 원형 영역 상에 위치하는 하나 이상의 스페이서(702) 및 그 하나 이상의 스페이서(702)에 대향 위치하는 해제 구조(704)를 포함하는 에지 형상부를 갖는 본 교시의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어(700)를 도시한다. 도 7에 도시한 실시예에서, 해제 구조(704)는 스페이서(702)에 대각선 방향으로 대향하는 하나 이상의 평평한 섹션을 포함한다. 해제 구조(704)는 웨이퍼 캐리어(700)의 질량 중심을 시프트한다.
회전 동안, 회전하는 질량의 원심력은, 웨이퍼 캐리어(700)의 에지와 회전 튜브(도 7에 도시하지 않음)의 에지 간의 마찰을 극복하는 데 일조한다. 원심력은, 하나 이상의 스페이서(702)가 회전 튜브의 에지와 접촉을 유지하는 방향으로 웨이퍼 캐리어(700)를 이동시킨다.
본 교시의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어의 한 가지 특징은, 웨이퍼의 양면이 개방될 수 있고 웨이퍼 캐리어 표면의 상당량과 접촉할 수 있다는 점이다. 도 8a 내지 도 8c는, 개방 캐리어 설계를 이용하는 본 교시의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템(800)의 실시예들을 도시한다. "개방 캐리어 설계"라는 것은, 웨이퍼(802)의 일부들이 개방되거나 지지되지 않음을 의미한다. 웨이퍼의 경계 주위의 작은 영역만이 웨이퍼 캐리어와 물리적으로 접촉한다. 일부 실시예들에서, 분리기 판은, 웨이퍼의 후면이 노출되는 회전 튜브 내의 영역을 정의하는 데 사용된다.
도 8a는 분리기 판(806)과 함께 개방 캐리어 설계를 도시한다. 도 8a에 도시한 개방 캐리어 설계의 실시예에서, 웨이퍼(802)는, 웨이퍼(802)의 경계에서 웨이퍼 캐리어(804)에 의해 지지되며, 웨이퍼(802)의 상부와 하부 모두는 웨이퍼의 위와 아래에 있는 챔버 분위기에 노출된다.
도 8b는 개방 캐리어 설계 및 경사진 에지(834)가 있는 형상부를 포함하는 웨이퍼 캐리어(832)와 함께 본 교시의 자기중심조정 캐리어 CVD 시스템(830)의 일 실시예를 도시한다. 웨이퍼 캐리어의 경사진 에지(834)는, 웨이퍼 캐리어(832)가 회전 튜브(838) 상에 위치하는 경우 회전 튜브(838)의 경사진 에지(836) 상에 안착한다. 두 개의 경사진 에지(834, 836) 간의 계면은, 웨이퍼 캐리어(832)를 회전 튜브(838)의 회전축에 대하여 중심에 둔다.
도 8c는, 분리기 판(874)을 위한 수직 탄젠트 잠금부(872)와 함께 본 교시의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템(870)의 일 실시예를 도시한다. 도 8c에 도시한 실시예는 분리기 판 위의 캐비티의 포지티브 퍼지(876)를 위해 설계된 것이다. 퍼지 가스는, 분리기 판(874)을 통과하는 튜브(880)에 의해 분리기 판(874)과 웨이퍼(878) 사이의 영역에 제공된다. 웨이퍼(878)의 하부면은 퍼지 가스에 노출된다. 따라서, 다양한 실시예들에서, 개방 캐리어 설계 웨이퍼 캐리어는, 회전 튜브의 회전축에 대한 웨이퍼 캐리어의 자기중심조정을 제공하는, 웨이퍼 캐리어 에지와 회전 튜브 에지의 다양한 형상부와 치수를 이용한다.
도 8d는, 간단한 분리기(822)를 갖는 개방 캐리어를 포함하는 본 교시의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템(820)의 일 실시예를 도시한다. 분리기(822)는 텅스텐 등의 내화 금속이 웨이퍼(824)의 후면 상에 증착되는 것을 방지한다. 분리기(822)는 웨이퍼(824)에 방사 가열을 제공한다. 다양한 실시예들에서, 분리기(822)는 탄화 실리콘, 석영, 또는 기타 물질로 제조된다. 탄화 실리콘을 사용함으로써, 탄화 실리콘이 고 열 전도성을 갖기 때문에 비교적 저온 램프율(ramp rate)을 제공한다. 분리기(822)는 세칙 요건을 최소화하도록 비투명 물질로 형성될 수 있다. 또한, 분리기(822)는 자기중심조정을 제공하도록 경사진 에지(826)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 웨이퍼 캐리어(821)와 분리기(822) 모두는, 증착 동안 비균일한 온도 프로파일을 방지하도록 각 에지의 자기중심조정 형상부와 치수를 이용한다. 퍼지 튜브(828)는 양압 퍼지 가스(829)를 캐비티에 제공하는 데 사용된다.
도 8e는, 중심에 위치하는 분리기(842)와 함께 개방 캐리어(841)를 포함하는 본 교시의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템의 일 실시예를 도시한다. 분리기(842)는, 퍼지 튜브로서 또한 기능하는 브레이스(844)를 사용하여 석영 버퍼(843) 상에 중심에 있다. 브레이스(844)는, 회전 튜브(846)의 회전축에 대한 분리기(842)의 자기중심조정을 제공한다. 웨이퍼 캐리어(841)의 에지 치수와 형상부는 회전 튜브(846)의 회전축에 대한 웨이퍼 캐리어(841)의 자기중심조정을 제공한다. 분리기(842)는 세칙 요건을 최소화하도록 비투명 물질로 형성될 수 있다.
도 8f는, 정적 분리기(852)와 함께 개방 캐리어(851)를 포함하는 본 교시의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템(850)의 일 실시예를 도시한다. 우산 형상의 정적 분리기(852)는, 회전 동안 분리기(852)가 회전 튜브(854)에 대하여 정적으로 유지되게 하는 두 개의 에지(853, 853')를 갖는다. 다시 말하면, 정적 분리기(852)는 작동 동안 회전 튜브(852)와 함께 회전하지 않는다. 다양한 실시예들에서, 정적 분리기(852)의 치수와 형상은, 정적 분리기(852)에 대한 상부와 하부 간의 온도 차 때문에 발생하는 응력을 최소화하도록 선택된다. 다양한 실시예들에서, 정적 분리기(852)는 탄화 실리콘, 석영, 또는 기타 물질로 제조된다. 탄화 실리콘을 사용함으로써, 탄화 실리콘이 높은 열 전도성을 갖기 때문에 낮은 램프율을 제공한다. 정적 분리기(852)는 세척 요건을 최소화하도록 비투명 물질로 형성될 수 있다. 정적 분리기(852)는, 텅스텐 등의 내화 금속이 웨이퍼(855)의 후면 상에 증착되는 것을 방지한다.
도 8g는, 개방 캐리어(861)와 석영 분리기(862)를 포함하는 본 교시의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템(860)의 일 실시예를 도시한다. 석영 분리기(862)는 영구적이거나 탈착가능할 수 있다. 석영 분리기(862)는 텅스텐 등의 내화 금속이 웨이퍼(863)의 후면 상에 증착되는 것을 방지한다. 영구적 석영 분리기의 경우, 석영 분리기(862)는 회전 튜브(864)와 함께 연속되는 석영 단편일 수 있다. 이러한 연속적 단편 설계는, 분리기가 회전 구조의 일부이므로, 분리기를 중심에 두는 사항을 제거한다. 비투명 탄화 실리콘 캐리어(861)는 미광을 차단한다. 많은 실시예들에서, 분리기(862)의 치수와 형상은 열적 구배로 인한 응력을 피하도록 선택된다.
도 8h는, 경사진 에지(934)가 있는 형상부와 개방 캐리어 설계를 포함하는 웨이퍼 캐리어(932)와 함께 본 교시의 자기중심조정 캐리어 CVD 시스템(930)의 일 실시예를 도시한다. 웨이퍼 캐리어의 경사진 에지(934)는, 웨이퍼 캐리어(932)가 회전 튜브(938) 상에 위치하는 경우 회전 튜브(938)의 경사진 에지(936) 상에 안착한다. 두 개의 경사진 에지(934, 936) 간의 계면은 회전 튜브(938)의 회전축에 대하여 웨이퍼 캐리어(922)를 중심에 둔다.
도 8i는 분리기 판(944)에 대하여 텅스텐(934) 등의 수직 텅스텐 및 수직 탄젠트 잠금부(942)와 함께 본 교시의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템(940)의 일 실시예를 도시한다. 도 8i에 도시한 실시예는, 분리기 판 위의 캐비티의 포지티브 퍼지(946)를 위한 것이도록 설계된다. 퍼지 가스는, 분리기 판(944)을 통과하는 튜브(945)에 의해 분리기 판(944)과 웨이퍼(948) 간의 영역에 제공된다. 웨이퍼(948)의 하부면은 퍼지 가스에 노출된다. 따라서, 다양한 실시예들에서, 개방 캐리어 설계 웨이퍼 캐리어는, 회전 튜브의 회전축에 웨이퍼 캐리어의 자기중심조정을 제공하는 웨이퍼 캐리어 에지의 다양한 형상과 치수를 이용한다.
도 8j는, 간단한 응답기(982)와 함께 개방 캐리어(981)를 포함하는, 본 교시의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템(980)의 일 실시예를 도시한다. 분리기(982)는, 텅스텐 등의 내화 금속이 웨이퍼(984)의 후면 상에 증착되는 것을 방지한다. 분리기(982)는 웨이퍼(984)에 대하여 방사 가열을 제공한다. 다양한 실시예들에서, 분리기(982)는, 탄화 실리콘, 석영 또는 기타 물질 등으로 제조된다. 탄화 실리콘을 사용함으로써, 탄화 실리콘이 낮은 열 전도성을 갖기 때문에 비교적 고온 램프율을 제공한다. 분리기(982)는 세칙 요건을 최소화하도록 비투명 물질로 제조될 수 있다. 또한, 분리기(982)는, 자기중심조정을 제공하도록 경사진 에지(986)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 웨이퍼 캐리어(981)와 센서(982) 모두는, 증착 동안 불균일 온도 프로파일을 방지하도록 자기중심조정 형상과 각 에지의 치수를 이용한다. 퍼지 가스(988)는 양압 퍼지 가스(989)를 캐비티에 제공하는 데 사용된다.
도 8k는 중심에 위치하는 분리기(992)와 함께 개방 캐리어(991)를 포함하는 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템(900)의 일 실시예를 도시한다. 분리기(992)는, 퍼지 튜브로서 또한 기능하는 브레이스(994)를 사용하여 석영 버퍼(993) 상에서 중심에 위치한다. 브레이스(994)는 회전 튜브(996)의 회전축에 대하여 분리기(992)의 자기중심조정을 제공한다. 웨이퍼 캐리어(991)의 에지 치수와 형상은, 회전 튜브(996)의 회전축에 대하여 웨이퍼 캐리어(991)의 자기중심조정을 제공한다. 분리기(992)는 세척 요건을 최소화하도록 비투명 물질로 형성될 수 있다.
도 8l은, 정적 분리기(1302)와 함께 개방 캐리어(1301)를 포함하는 본 교시의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템(1300)의 일 실시예를 도시한다. 우산 형상의 정적 분리기(1302)는, 회전 동안 분리기(1302)가 회전 튜브(1304)에 대하여 정적으로 유지되게 하는 두 개의 에지(1303, 1303')를 갖는다. 다시 말하면, 정적 분리기(1302)는 작동 동안 회전 튜브(1304)와 함께 회전하지 않는다. 다양한 실시예들에서, 정적 분리기(1302)의 치수와 형상은, 정적 분리기(1302)의 상부와 하부 간의 온도 차 때문에 발생하는 응력을 최소화하도록 선택된다. 다양한 실시예들에서, 정적 분리기(1302)는 탄화 실리콘, 석영, 또는 기타 물질로 제조된다. 탄화 실리콘을 이용함으로써, 탄화 실리콘이 낮은 열 전도성을 갖기 때문에, 비교적 높은 램프율을 제공한다. 정적 분리기(1302)는 세칙 요건을 최소화하도록 비투명 물질로 형성될 수 있다. 정적 분리기(1302)는 텅스텐 등의 내화 금속이 웨이퍼(1305)의 후면 상에 증착되는 것을 방지한다.
도 8m은, 개방 캐리어(1311)와 석영 분리기(1312)를 포함하는 본 교시의 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템(1310)의 일 실시예를 도시한다. 석영 분리기(1312)는 영구적이거나 탈착될 수 있다. 석영 분리기(1312)는 텅스텐 등의 내화 금속이 웨이퍼(1313)의 후면 상에 증착되는 것을 방지한다. 영구적 석영 분석기의 경우, 분리기(1312)는 회전 튜브(1314)와의 함께 연속되는 석영 단편일 수 있다. 이러한 연속적 단편 설계는, 분리기가 회전 구조의 일부이므로, 분리기를 중심에 두는 문제를 제거한다. 비투명 탄화 실리콘 캐리어(1311)는 미광을 차단한다. 많은 실시예들에서, 분리기(1312)의 치수와 형상은 열적 구배로 인한 응력을 피하도록 선택된다.
도 9a는, 경사진 형상부가 있는 에지(904) 및 평평한 림(906)을 갖는 웨이퍼 캐리어(902)와 함께 본 교시의 자기중심조정 포켓리스 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템(900)을 도시한다. 웨이퍼 캐리어(902)의 에지(904)는, 웨이퍼 캐리어의 외측 경계에서 또는 웨이퍼 캐리어의 외측 경계의 근처에서 원형 영역에 대응한다. 에지는 웨이퍼 캐리어의 하면으로부터 돌출된다. 웨이퍼(908)는 포스트(920)에 의해 웨이퍼 캐리어(902)의 상면 상에서 중심에 있다. 웨이퍼(08)와 포스트(920)의 에지는 후술하는 접촉 계면(921)에서 접촉한다. 가열 소자(910)는 웨이퍼 캐리어(902)의 아래에 위치한다. 웨이퍼(908), 림(906), 및 가열 소자(910) 모두는 평행하게 위치한다. 웨이퍼 캐리어(902)는 회전 튜브(912) 상에 위치한다. 회전 튜브(912)는 경사진 형상부가 있는 에지(914) 및 평평한 림(916)을 갖는다. 웨이퍼 캐리어 에지(904)와 회전 튜브 에지(914)는, 웨이퍼 캐리어(902)가 회전 튜브(912) 상에 위치하는 경우 근접하며 평행하다. 일부 실시예들에서, 회전 튜브(912)의 에지(914) 상의 경사진 형상부는, 회전 튜브(912)의 회전축에 대하여 각도 α(918)로 형성된다. 유사하게, 웨이퍼 캐리어(902)의 에지(904) 상의 경사진 형상부는, 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 캐리어의 상면에 대하여 법선 방향으로 이어지는 캐리어의 중심축에 대하여 각도 α(918)로 설정된다. 일부 실시예들에서, 각도 α(918)는, tan(α)>f 이도록 선택되며, 여기서, f는 웨이퍼 캐리어 물질과 회전 튜브 물질 간의 마찰 계수이다. 웨이퍼 캐리어(902)는, 포켓을 갖지 않으며, 작동 동안 포스트들(920)이 웨이퍼 캐리어(904) 상의 웨이퍼(908)를 보유 지지하는 포켓리스 캐리어로 간주할 수 있다.
도 9b는, 실온에서 본 교시에 따른 자기중심조정 포켓리스 웨이퍼 캐리어 CVD 시스템(950)을 도시한다. 본 실시예에서 웨이퍼 캐리어(954)의 에지(952)는, 웨이퍼 캐리어(954)의 중심축(956)과 평행하며, 회전 튜브(960)의 에지(958)와도 평행하다. 웨이퍼 캐리어 에지(952)의 형상부는, 웨이퍼 캐리어(954)의 에지(952)와 회전 튜브(960)의 에지(958) 간에 갭(968)이 존재하게 하는 것이다. 갭(968)은, 웨이퍼 캐리어 에지(952)와 회전 튜브 에지(958) 간에 접촉이 발생하지 않도록 회전 튜브(960)에 대한 웨이퍼 캐리어(954)의 팽창을 위한 충분한 여유를 허용한다. 웨이퍼 캐리어(954)는, 전체 공정 온도 사이클에 걸쳐, 특히, 최고 공정 온도에서 회전 튜브(960)보다 작게 유지된다. 일부 실시예들에서, 히터(964)는 회전 튜브(960)의 회전축(966)을 따라 중심에 위치한다.
도 9b는 웨이퍼 캐리어(954)의 중심축(956)이 회전축(966)과 일치하지 않는 것을 도시한다. 스페이서(962)는, 웨이퍼 캐리어(954)의 회전을 편심시키는 치수를 갖고, 이때, 웨이퍼(970)는 회전 튜브(960)를 나타내는 원 내에 있다. 웨이퍼(970)는 포스트(972)에 의해 웨이퍼 캐리어(954) 상에서 중심에 있다. 웨이퍼(970)와 포스트(972)의 에지는 후술하는 접촉 계면(971)에서 접촉한다. 일부 실시예들에서, 스페이서(962)는, 기계 가공되어 웨이퍼 캐리어 에지(952)로 되어, 그 구조와 일체형으로 된다. 일부 실시예들에서, 웨이퍼 캐리어(954)는 흑연이며, 스페이서(62)는 기계 가공되어 직접 흑연으로 되며, 이어서, 전체 웨이퍼 캐리어(954)가 탄화 실리콘(SiC) 등의 다른 물질로 코팅된다. 일부 실시예들에서는, 두 개 이상의 스페이서를 사용하여 회전 튜브(960)의 에지(958)와의 안정적인 접촉부를 형성한다. 도 9b에 도시한 시스템은, 전술한 도 6a에 도시한 시스템과 유사하며, 도 9b의 시스템이 회전하는 경우, 본질적으로 도 6b와 도 6에 대하여 설명한 바를 따른다. 웨이퍼 캐리어(954)는, 포켓을 갖지 않으며, 따라서, 작동 동안 포스트들(972)이 웨이퍼 캐리어(954) 상의 웨이퍼(970)를 보유 지지하는 포켓리스 캐리어로 간주할 수 있다.
도 10과 도 11은, 전술한 도 9a와 도 9b에 도시한 바와 같은 포스트(920 또는 972) 및 접촉 계면(921 또는 971)의 상세를 도시한다. 점선 원 F와 G를 각각 참조한다. 도 10에서, 항목(1100)은, 웨이퍼, 웨이퍼 캐리어, 및 전술한 웨이퍼 캐리어(902 또는 943)의 포스트 계면의 상세를 도시하는 것이다. 항목(1102)은 전술한 포스트(920 또는 972)이다. 항목(1106)은, 웨이퍼(908 또는 970)가 각각 안착되는 웨이퍼 캐리어(902 또는 954)의 일부이다. 항목(1104)은, (항목(1102)과 유사하게) 웨이퍼(908 또는 970)가 포스트(920 또는 972)와 각각 접촉하는 접촉 계면(921 또는 971)을 형성하는 포스트(920 또는 972)의 벽이다. 웨이퍼 에지와 상호 접촉하는 항목(1104)의 면은 평평하거나 곡선형(예를 들어, 볼록형)일 수 있다.
도 11에서, 표면(1200)은, 웨이퍼, 웨이퍼 캐리어, 및 도 9a와 도 9b에 관하여 각각 전술한 웨이퍼 캐리어(902 또는 954)의 포스트 인터페이스의 상세를 도시한다. 표면(1202)은 포스트(920 또는 972)이다. 본 실시예에서, 표면(1204)은, 도 9a와 도 9b에 관한 접촉 계면(921 또는 971)을 각각 형성하는 포스트(920 또는 972)의 언더컷 벽이다. 표면(1206)은, 웨이퍼(908 또는 970)가 각각 안착되는 웨이퍼 캐리어(902 또는 954)의 일부이다. 표면(1204)과 표면(1206)은, 약 80°내지 95°범위일 수 있는 각도 θ를 형성한다.
도 12와 도 13은, 도 4a와 도 6a에 관하여 전술한 바와 같이 측벽과 접촉 계면(421 또는 621)의 다양한 실시예들의 상세를 도시한다. 도 12에서, 표면(1100)은, 도 4a와 도 6a에 관하여 전술한 웨이퍼 캐리어(402 또는 604)의 측벽과 웨이퍼 캐리어의 상세를 도시한다. 표면(1902)은 도 4a와 도 6에 도시한 바와 같이 웨이퍼 캐리어(402 또는 604)의 상부면이다. 표면(1906)은, 웨이퍼(408 또는 620)가 각각 안착되는 웨이퍼 캐리어(902 또는 954)의 포켓(420 또는 624)의 일부이다. 표면(1904)은, 웨이퍼(408 또는 620)가 포켓(420 또는 624)에 각각 배치되는 경우 접촉 계면(421 또는 621)을 형성하는, 웨이퍼 캐리어(402 또는 604)의 측벽(424 또는 626)에 각각 형성되는 범퍼이다. 웨이퍼 에지와 상호 접촉하는 항목(1904)의 면은, 평평하거나 곡선형(예를 들어, 볼록형)일 수 있다.
도 13에서, 항목(1800)은, 도 4a와 도 6a에 관하여 전술한 웨이퍼 캐리어(402 또는 604)의 측벽과 웨이퍼 캐리어의 상세를 도시한다. 표면(1802)은 전술한 바와 같이 웨이퍼 캐리어(402 또는 604)의 상부면이다. 본 실시예에서, 표면(1804)은, 웨이퍼 캐리어(402 또는 604)의 측벽(424 또는 626)에 각각 형성되는 범퍼이며, 도 4a와 도 6a에 도시한 바와 같이 접촉 계면(421 또는 621)을 각각 형성하도록 언더컷된다. 항목(1806)은, 웨이퍼(408 또는 620)가 각각 안착되는 웨이퍼 캐리어(402 또는 604)의 포켓(420 또는 624)의 일부이다. 표면(1804)과 표면(1806)은, 약 80°내지 약 95°범위일 수 있는 각도 θ를 형성한다. 도 4a와 도 6a의 전체 측벽(424 또는 626)은 언더컷되지 않는다. 포켓(420 또는 624)의 언더컷 부분은, 범퍼들이 각 포켓들 내에 형성되는 경우에만 형성된다.
도 14는, 도 12와 도 13에 관하여 전술한 퍼 등의 하나 이상의 범퍼(1604)를 갖는 포켓(1602)을 구비하는 웨이퍼 캐리어(1600)의 등측도를 도시한다. 포켓(1602)의 벽(1606)에는 하나 이상의 범퍼(1604)가 형성되어 있다.
도 15는, 본 교시에 따른 다른 포켓리스 웨이퍼 캐리어(1400)의 평면도를 도시한다. 포켓리스 웨이퍼 캐리어(1400)는 림(1402)과 포스트들(1404)을 구비한다. 포스트들(1404)은 도 10과 도 11에 도시한 포스트들과 유사하다. 포켓리스 웨이퍼 캐리어(1400)는 웨이퍼(1406)가 안착되는 표면(1408)을 갖는다.
도 15a는 포켓리스 웨이퍼 캐리어(1400)의 단면도를 도시한다. 포켓리스 웨이퍼 캐리어(1400)는, 도 4a에 관하여 전술한 바와 같은 에지 및 림과 유사하게, 경사진 형상부가 있는 에지(1410) 및 림(1402)을 갖는다. 에지(1410)의 경사진 형상부는, 포켓리스 웨이퍼 캐리어(1400)가 이용되는 반응기의 회전 튜브와 함께, 도 4a에 관하여 전술한 각도 a(418)와 유사한, 유사한 각도 α를 형성한다. 회전 튜브는 도 4a에 관하여 전술한 회전 튜브(412)와 유사하다.
도 15b는 본 교시에 따른 포켓리스 웨이퍼 캐리어(1400)의 등측도를 도시한다. 포켓리스 웨이퍼 캐리어(1400)는 림(1402)과 포스트들(1404)을 갖는다. 포스트들(1404)은 도 10과 도 11에 관하여 전술한 포스트들과 유사하다. 포켓리스 웨이퍼 캐리어(1400)은 웨이퍼(도시하지 않음)가 안착되는 표면(1408)을 갖는다.
도 16은 본 교시에 따른 다른 포켓리스 웨이퍼 캐리어(1500)의 평면도를 도시한다. 포켓리스 웨이퍼 캐리어(1500)는, 도 10과 도 11에 관하여 전술한 포스트들과 유사한 포스트들(1504), 및 림(1502)을 갖는다. 포켓리스 웨이퍼 캐리어(1500)는 웨이퍼(1506)가 안착되는 표면(1508)을 갖는다.
도 16a는 포켓리스 웨이퍼 캐리어(1500)의 단면도를 도시한다. 포켓리스 웨이퍼 캐리어(1500)는, 도 4a에 관하여 전술한 바와 같은 에지 및 림과 유사한, 경사진 형상부가 있는 에지(1510) 및 림(1502)을 갖는다. 에지(1510)의 경사진 형상부는, 포켓리스 웨이퍼 캐리어(1500)가 이용되는 반응기의 회전 튜브와 함께, 전술한 바와 같은 각도 α(418)와 유사한, 유사한 각도 α를 형성한다. 회전 튜브는 회전 튜브(412) 등의 본원에서 설명하는 회전 튜브와 유사하다.
도 16b는 본 교시에 따른 포켓리스 웨이퍼 캐리어(1600)의 등측도를 도시한다. 도 16과 도 16a를 참조해 볼 때, 포켓리스 웨이퍼 캐리어(1500, 1600)는, 도 10과 도 11에 관하여 전술한 포스트들과 유사한 포스트들(1504), 및 림(1502)을 갖는다. 포켓리스 웨이퍼 캐리어(1500)는 웨이퍼(도시하지 않음)가 안착되는 표면(1508)을 갖는다.
도 17은 회전 드럼(1702) 상에 장착된 (개방 캐리어라고도 칭하는) 웨이퍼 지지 링(1700)의 단면도이다. 웨이퍼 지지 링(1700)은 에지(1710)를 갖고 회전 드럼(1702)은 에지(1708)를 갖고, 이때, 에지(1710, 1708)의 형상부는 웨이퍼 지지 링(1700)이 회전 드럼(1702) 상에 위치하는 경우 근접하며 평행하다. 형상부는, 웨이퍼 지지 링(1700)이 모든 온도에서 회전 드럼(1702)과 함께 동기 회전하게 하는 형상이다. 웨이퍼 지지 링(1700)은, 웨이퍼(도시하지 않음)의 외측 에지가 안착되는 에지(1706) 및 상부면(1709)을 갖는다. 웨이퍼 지지 링(1700)은, 또한, 범퍼들이 직선형 벽 또는 언더컷을 갖고 도 12와 도 13에 관하여 전술한 범퍼들과 유사한 하나 이상의 범퍼(1704)를 포함한다. 웨이퍼 지지 링(1700)은, 또한, 상부면(1709)과 에지(1706)가 동일 평면을 이루어 포켓리스 구성을 형성하고 1404 또는 1504와 유사한 포스트들을 사용하는 구성을 가질 수 있다. 웨이퍼 지지 링(1700)은, 또한, 도 8a 내지 도 8g에 도시한 바와 같이 자기중심조정 CVD 시스템에 사용될 수 있다. 웨이퍼 지지 링(1700)이 포켓리스 구성으로 된 경우, 웨이퍼 에지와 접촉하는 포스트들의 면은 평평하거나 곡선형(예를 들어, 볼록형)일 수 있다.
도 17a는 도 17의 원 A의 확대도이다.
도 18은 본원에서 설명하는 바와 같이 에지(1706)와 범퍼(1704)를 갖는 웨이퍼 지지 링(1700)의 등측도이다.
전술한 바와 같이, 포스트, 예를 들어, 포스트(920 또는 972)는, 전술한 바와 같이 포켓리스 캐리어 상에 형성된다. 포켓을 갖는 웨이퍼 캐리어에 대해서는, 범퍼를 사용한다.
포스트들은, 포켓리스 웨이퍼 캐리어 상에서 사용되는 경우, 또는 범퍼들은, 포켓을 갖는 웨이퍼 캐리어 상에서 사용되는 경우, 포켓리스 웨이퍼 캐리어의 표면 상에 또는 웨이퍼 캐리어의 포켓들 내에 대략 대칭 배치된다. 일반적으로, 6개의 범퍼 또는 포스트를 고려할 수 있지만, 예를 들어, 3개 또는 4개, 또는 그 이상인 9개나 10의 범퍼나 포스트를 사용할 수도 있다.
도 11과 도 13에 도시한 바와 같은 언더컷은, 포스트 또는 범퍼를 위해 사용되는 경우, 80°내지 약 95°범위에 속한다. 웨이퍼의 에지와 접촉하는 항목들(1204, 1804)의 표면들은 평평하거나 곡선형(예를 들어, 볼록형)일 수 있다. 다른 실시예들에서, 포스트는 오목형일 수 있다.
예를 들어, 웨이퍼의 에지와 접촉하는 도 10과 도 12에서의 범퍼 또는 포스트의 표면은, 평평하거나 곡선형(예를 들어, 볼록형)일 수 있다. 다른 실시예들에서, 포스트는 오목형일 수 있다.
범퍼 또는 포스트를 형성하는 데 사용되는 물질은 통상적으로 웨이퍼 캐리어를 제조하기 위한 물질과 동일하다. 다른 실시예들에서, 범퍼 또는 포스트는, 웨이퍼를 형성하는 물질과 동일한 물질로 형성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 범퍼 또는 포스트는, 웨이퍼 캐리어와 웨이퍼를 형성하기 위한 물질과는 다른 물질로 형성될 수 있다.
범퍼 또는 포스트에 더하여, 본 고안의 웨이퍼 캐리어는 탭도 가질 수 있다. 탭은, 예를 들어, 포스트 근처의 표면 원주 상의 다양한 위치에서 포켓리스 웨이퍼 캐리어의 표면(1408 또는 1508) 상에 형성될 수 있다. 탭은 포스트의 위치 근처에 또는 원주의 어느 곳에라도 배치될 수 있다. 웨이퍼 캐리어에 포켓이 있는 경우, 탭은, 범퍼들이 위치하는 표면(1806 또는 1906) 상에 또는 오목부 내에서의 포켓의 외측을 따라 다른 어느 곳에라도 위치할 수 있다.
양측 모두의 경우에, 탭의 형상은 삼각형일 수 있다. 탭은, 기판 캐리어가 기판에 대하여 팽창하는 경우 발생하는 힘의 적어도 일부를 흡수하는 물질로 형성될 수 있다. 또한, 탭은, 기판 캐리어의 온도가 상승할 때 기판에 작용하는 기계적 응력을 감소시킬 수 있다.
도 19는, 도 14에 관하여 전술한 본 교시에 따른 단일 기판 캐리어(1600)의 분해 상면도(1900)를 도시한다(도 14의 일부 특징은 도시하지 않는다). 분해 상면도(1900)는 기판을 지지하는 데 사용되는 복수의 탭(1903)을 도시한다. 기판은 처리 동안 이러한 탭들(1903) 상에 안착된다. 많은 유형의 탭을 사용할 수 있다. 예를 들어, 탭들(1903)은 도시한 바와 같이 삼각형 탭들(1903)일 수 있지만, 기판 캐리어(1600)의 에지를 따른 여러 위치에 있는 다른 형상들을 고려할 수 있다. 이는, 많은 유형의 기판의 치수가 본질적으로 동일하게 유지되면서 기판의 온도가 원하는 처리 온도로 램프될 때 기판 캐리어(1600)가 팽창하기 때문이다. 탭들(1903)은, 공정의 전체 작동 온도 범위에 걸쳐 기판을 지지하기 위한 치수를 갖는다.
본 고안은, 또한, 단일 웨이퍼 기판 캐리어가 기판(또는 웨이퍼)을 수용하도록 구성된 본체(웨이퍼 캐리어) 및 에지 형상부를 또한 갖는 회전 튜브 상의 위치설정을 위한 에지 형상부를 구비하는 화학 기상 증착 시스템을 위한 단일 웨이퍼 기판 캐리어를 제공하며, 단일 웨이퍼 기판 캐리어와 회전 튜브의 에지 형상부들은, 원하는 공정 온도에서 공정 동안 웨이퍼 캐리어의 중심축과 회전 튜브의 회전축의 일치 정렬을 제공하도록 선택된다. 웨이퍼(또는 기판)는, 포켓(예를 들어, 도 4a와 도 6b에 관하여 전술한 바와 같은 포켓(420) 또는 포켓(624))을 사용함으로써, 또는 포켓을 사용하지 않고서, 즉, 본원에서 설명한 바와 같이 두 개 이상의 범퍼나 포스트를 사용하는 포켓리스 방식으로, 본체에 수용될 수 있다.
단일 웨이퍼 기판 캐리어는 웨이퍼 캐리어라고도 알려져 있으며, 이들 용어는 본원에서 상호 교환될 수 있다.
도 20은 웨이퍼 지지 링 (2000)(개방 캐리어 또는 공정 트레이라고도 함)의 등측도를 도시한다. 웨이퍼 지지 링(2000)은 웨이퍼(도시하지 않음)의 외측 에지가 안착되는 에지(2006)를 갖는다. 웨이퍼 지지 링(2000)은, 또한, 하나 이상의 범퍼를 갖고, 범퍼들은 직선형 벽 또는 언더컷을 가지며, 도 12와 도 13에 관하여 설명한 것과 유사하다. 웨이퍼 지지 링(2000)은, 또한, 상부면(2009)과 에지(2006)가 동일한 평면을 이루어 포켓리스 구성을 형성하고 전술한 바와 같이 1404 또는 1504와 유사한 포스트를 사용하는 구성을 가질 수 있다. 웨이퍼 지지 링(2000)은, 또한, 도 8a 내지 도 8g에 도시한 바와 같이 자기중심조정 CVD 시스템에서 사용될 수 있다. 웨이퍼 지지 링(2000)이 포켓리스 구성으로 된 경우, 웨이퍼 에지와 접촉하는 포스트들의 면은 평평하거나 곡선형(예를 들어, 볼록형)일 수 있다.
도 20a는 A-A 선을 따른 도 20의 단면도이다.
도 21은 회전 드럼(2002) 상에 장착된 웨이퍼 지지 링(2000)의 단면도를 도시한다. 웨이퍼 지지 링(2000)은 에지(2010)와 에지(2012)를 갖는다. 회전 드럼(2002)은 에지(2008, 2014)를 갖는다. 웨이퍼 지지 링(2000)의 에지(2010)의 형상부와 회전 드럼(2000)의 에지(2008)의 형상부는 근접하고 평행하며, 웨이퍼 지지 링(2000)의 에지(2012)의 형상부와 회전 드럼의 에지(2014)의 형상부는, 웨이퍼 지지 링(2000)이 회전 드럼(2002) 상에 위치하는 경우 근접하며 평행하다. 이러한 형상부들은, 웨이퍼 지지 링(2000)이 모든 온도에서 회전 드럼(2002)과 동기 회전하게 하는 형상이다. 에지(2012)는 회전 드럼(2002)의 에지(2014)를 따라 약 0.5mm 내지 약 7.5mm 연장될 수 있다.
도 21a는 도 21의 원 A의 확대도이다.
도 22는 웨이퍼 지지 링(2000)과 회전 드럼(2002)의 분해도이다.
균등예
출원인의 교시를 다양한 실시예들로 설명하였지만, 출원인의 교시를 이러한 실시예들로 한정하려는 것은 아니다. 오히려, 출원인의 교시는, 통상의 기술자가 인식하듯이, 교시의 사상과 범위로부터 벗어나지 않고 교시에 대하여 행할 수 있는 다양한 대체예, 수정예, 균등예를 포함한다.

Claims (37)

  1. 화학 기상 증착(CVD) 반응기를 위한 자기중심조정(self-centering) 웨이퍼 캐리어 시스템으로서,
    에지를 포함하고, CVD 처리를 위해 웨이퍼를 적어도 부분적으로 지지하는 웨이퍼 캐리어; 및
    에지를 포함하는 회전 튜브를 포함하고,
    상기 웨이퍼 캐리어의 에지 형상부와 상기 회전 튜브의 에지 형상부는, 원하는 공정 온도에서 공정 동안 상기 웨이퍼 캐리어의 중심축과 상기 회전 튜브의 회전축의 일치 정렬을 제공하도록 선택되는, 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼 캐리어는 상기 웨이퍼의 전체 하부면을 지지하는, 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼 캐리어는, 상기 웨이퍼의 상부면과 하부면 모두의 일부를 노출 상태로 두면서 상기 웨이퍼의 경계에서 상기 웨이퍼를 지지하는, 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 웨이퍼에 방사 가열을 제공하는 분리기를 더 포함하는, 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 분리기는, 상기 회전 튜브의 중심에 대한 상기 분리기의 중심조정(centering)을 제공하도록 선택된 형상부를 포함하는, 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템.
  6. 제4항에 있어서, 상기 분리기는, 회전 동안 상기 분리기가 상기 회전 튜브에 대하여 정적으로 유지되도록 선택된 형상부를 포함하는, 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템.
  7. 제4항에 있어서, 상기 분리기는 탄화 실리콘과 석영으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 물질을 포함하는, 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템.
  8. 제4항에 있어서, 양압 퍼지 가스를 캐비티에 공급하는 튜브를 더 포함하는, 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼의 회전 편심은 상기 원하는 공정 온도에서 실질적으로 제로인, 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼 캐리어의 에지와 상기 회전 튜브의 에지는 갭을 정의하기 위한 치수를 갖는, 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 갭의 폭은 상기 원하는 공정 온도에서 제로에 접근하는, 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 상기 갭의 폭은, 상기 웨이퍼 캐리어를 형성하는 물질의 열 팽창 계수와 상기 회전 튜브를 형성하는 물질의 열 팽창 계수 간의 차 때문에 가열 동안 변하는, 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템.
  13. 제10항에 있어서, 실온에서의 상기 갭의 폭은, 처리 온도에서 상기 회전 튜브에 대한 상기 웨이퍼 캐리어의 팽창을 위한 공간이 있도록 선택되는, 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 원하는 공정 온도에서 처리 동안 상기 웨이퍼 캐리어의 중심축과 상기 회전 튜브의 회전축의 일치 정렬은, 상기 웨이퍼에 걸쳐 축방향 대칭 온도 프로파일을 확립하는, 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템.
  15. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼 캐리어와 상기 회전 튜브 중 적어도 하나를 형성하는 물질은, 처리 온도에서 상기 회전 튜브에 대한 상기 캐리어 웨이퍼의 팽창을 위한 공간을 유지하는 열 팽창 계수를 갖도록 선택되는, 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템.
  16. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼 캐리어의 에지 형상부와 상기 회전 튜브의 에지 형상부 모두는 일치하는 경사(bevel) 면들을 정의한, 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 일치하는 경사 면들은 평행한, 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 일치하는 경사 면들은, tan(α)>f 이도록 각도 α로 기울어지고, f는 상기 웨이퍼 캐리어와 상기 회전 튜브 간의 마찰 계수인, 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템.
  19. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼 캐리어의 에지 형상부는 내면 상에 경사지고, 상기 회전 튜브의 에지 형상부는 외면 상에 경사진, 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템.
  20. 제1항에 있어서, 상기 회전 튜브는 평평한 림(rim)을 포함하는, 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템.
  21. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼 캐리어의 에지 형상부는 외면 상에 경사지고, 상기 회전 튜브의 에지 형상부는 내면 상에 경사진, 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템.
  22. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼 캐리어는 웨이퍼를 유지하도록 구성된 포켓을 더 포함하는, 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템.
  23. 제22항에 있어서, 상기 포켓 내에 대칭 배치되는 하나 이상의 범퍼를 더 포함하는, 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템.
  24. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼 캐리어는, 상기 웨이퍼 캐리어의 상면 상에 대칭 배치되는 두 개 이상의 포스트를 갖는 포켓리스(pocketless) 웨이퍼 캐리어를 포함하는, 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템.
  25. 화학 기상 증착(CVD) 반응기를 위한 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템으로서,
    스페이서를 포함하는 에지 형상부를 포함하고, CVD 처리를 위해 웨이퍼를 적어도 부분적으로 지지하는 웨이퍼 캐리어; 및
    상기 웨이퍼 캐리어를 지지하는 회전 튜브를 포함하고,
    상기 웨이퍼 캐리어의 에지 형상부의 스페이서는, 상기 웨이퍼 캐리어의 중심축과 상기 회전 튜브의 회전축 모두가 원하는 공정 온도에서 정렬되게 하는, 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템.
  26. 제25항에 있어서, 상기 웨이퍼 캐리어는, 상기 스페이서에 대향 위치하고 상기 웨이퍼 캐리어의 질량 중심을 시프트하는 해제 구조를 더 포함하는, 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템.
  27. 제26항에 있어서, 상기 해제 구조는 비교적 평평한 섹션을 포함하는, 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템.
  28. 제25항에 있어서, 상기 스페이서는, 상기 웨이퍼의 회전이 원하는 편심을 갖기 위한 치수를 갖는, 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템.
  29. 제25항에 있어서, 상기 스페이서는 기계 가공되어 상기 웨이퍼 캐리어의 에지로 되는, 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템.
  30. 제25항에 있어서, 상기 웨이퍼 캐리어는, 탄화 실리콘(SiC), 질화 보론(BN), 탄화 보론(BC), 질화 알루미늄(AlN), 알루미나(Al2O3), 사파이어, 실리콘, 질화 갈륨, 비소 갈륨, 석영, 흑연, 탄화 실리콘(SiC)이 코팅된 흑연, 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 세라믹 물질로 형성되는, 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템.
  31. 제30항에 있어서, 상기 세라믹 물질은 내화 코팅을 포함하는, 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템.
  32. 제25항에 있어서, 상기 웨이퍼 캐리어는 내화 금속으로 형성된, 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템.
  33. 제30항에 있어서, 상기 웨이퍼 캐리어의 에지 형상부는 상기 회전 튜브의 에지와의 접촉부를 형성하는 적어도 두 개의 스페이서를 포함하는, 자기중심조정 웨이퍼 캐리어 시스템.
  34. 화학 기상 증착을 위한 단일 웨이퍼 기판 캐리어로서,
    웨이퍼를 수용하도록 구성되고, 회전 튜브의 상부 상에 위치설정하기 위한 에지 형상부를 갖는, 웨이퍼 캐리어를 포함하고,
    상기 회전 튜브도 에지 형상부를 갖고,
    상기 단일 웨이퍼 기판 캐리어의 에지 형상부와 상기 회전 튜브의 에지 형상부는, 원하는 공정 온도에서 공정 동안 상기 웨이퍼 캐리어의 중심축과 상기 회전 튜브의 회전축의 일치 정렬을 제공하도록 선택되는,
  35. 제34항에 있어서, 상기 웨이퍼 캐리어는, 상기 웨이퍼를 유지하도록 구성된 포켓을 사용함으로써 상기 웨이퍼를 수용하도록 구성된, 단일 웨이퍼 기판 캐리어.
  36. 제35항에 있어서, 상기 웨이퍼 캐리어는 상기 포켓 내에 대칭 배치되는 하나 이상의 범퍼를 더 포함하는, 단일 웨이퍼 기판 캐리어.
  37. 제34항에 있어서, 상기 웨이퍼 캐리어는 포켓리스 웨이퍼 캐리어를 포함하고, 상기 포켓리스 웨이퍼 캐리어는, 상기 웨이퍼 캐리어의 상면 상에 대칭 배치되는 두 개 이상의 포스트를 포함하는, 단일 웨이퍼 기판 캐리어.
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