KR20130107189A - 테이퍼 영역을 갖는 웨이퍼 홀더 - Google Patents

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Abstract

장치, 시스템 및 방법이 개시된다. 예시적인 장치는 제1 부분 및 제2 부분을 포함하는 웨이퍼 홀더를 포함한다. 제1 부분 및 제2 부분은 동일한 연속적인 물질로 형성된다. 제1 부분은 제1 상부면 및 제1 하부면을 포함하고, 상기 제2 부분은 제2 상부면 및 제2 하부면을 포함한다. 장치는 제1 및 제2 부분 사이의 인터페이스를 더 포함한다. 인터페이스는 제1 부분의 제1 상부면이 제2 부분의 제2 상부면을 향하도록 천이를 제공한다. 장치는 제1 부분 내에 형성된 테이퍼 영역을 더 포함한다. 테이퍼 영역은 웨이퍼 홀더의 중심선으로부터 방사 거리에서 시작하고 인터페이스에서 종료한다. 테이퍼 영역은 최종 두께로 점차 감소하는 초기 두께를 갖는다.

Description

테이퍼 영역을 갖는 웨이퍼 홀더{WAFER HOLDER WITH TAPERED REGION}
관련 출원의 상호 참조
본 개시물은 발명의 명칭이 "WAFER HOLDER WITH VARYING SURFACE"인 발명자 Yi-Hung Lin에 의한 미국 특허 출원에 관한 것이며, 여기에 참고로 전체로서 포함된다.
기술 분야
본 발명은 테이퍼 영역을 갖는 웨이퍼 홀더에 관한 것이다.
임의의 반도체 제조 프로세스에서, 웨이퍼 처리 챔버 또는 리액터(reactor)는 집적 회로가 형성되는 웨이퍼를 처리하는데 사용된다. 제조 프로세스시, 웨이퍼는 웨이퍼 홀더(또는 서셉터(susceptor)) 상에 배치된다. 웨이퍼가 웨이퍼 홀더 상에 배치된 후에, 비정상상태 온도를 갖는 프로세스가 후면 램프를 이용하여 수행되는 처리 챔버 또는 리액터 내에 배치된다. 후면 램프는 웨이퍼 홀더 아래에 배치된 하나 이상의 램프를 포함하여 웨이퍼 홀더 및 웨이퍼를 가열한다.
예를 들어, 후면 램프를 이용하는 고속 열적 프로세스(RTP; rapid thermal process)가 수행되어 웨이퍼 상에 필름 층을 증착할 수 있다. 이것은 화학적 기상 증착(CVD)라 할 수 있다. CVD 프로세스가 수행됨에 따라, 웨이퍼 상에 증착된 필름의 양은 웨이퍼의 온도의 함수로서 변할 수 있다. 웨이퍼 온도는 여러가지 이유로 균일하지 않을 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼 에지가 하부의 웨이퍼 홀더로 열을 전달하기 때문에 웨이어 온도는 균일하지 않을 수 있고, 따라서, 웨이퍼 에지와 웨이퍼 중심 사이에 온도차를 유발한다. 이처럼, 불균일한 웨이퍼 온도는 웨이퍼로부터 만들어진 집적 회로의 성능에 궁극적으로 나쁜 영향을 주는 불균일/가변 필름 증착을 초래한다. 온도 불균일은 또한 어닐링, 도핑, 에칭 및 다른 프로세스 등의 다른 비정상 또는 RTP 온도 처리에 중요할 수 있다. 또한, 비정상 상태 조건시에 웨이퍼 온도를 더 균일하게 제어하는 웨이퍼 홀더(서셉터)를 필요로 한다.
본 발명에 따르면, 장치가 제공된다. 예시적인 실시예는 제1 부분 및 제2 부분을 포함하는 웨이퍼 홀더를 포함한다. 제1 및 제2 부분은 동일한 연속적인 물질로 형성된다. 제1 부분은 제1 상부면 및 제2 하부면을 포함하고, 제2 부분은 제2 상부면 및 제2 하부면을 포함한다. 장치는 제1 및 제2 부분 사이의 인터페이스를 더 포함한다. 인터페이스는 제1 부분의 제1 상부면이 제2 부분의 제2 상부면을 향하도록 천이를 제공한다. 장치는 제1 부분 내에 형성된 테이퍼 영역을 더 포함한다. 테이퍼 영역은 웨이퍼 홀더의 중심선으로부터 방사 거리에서 시작하여 인터페이스에서 종료한다. 테이퍼 영역은 최종 두께로 점차 감소하는 초기 두께를 갖는다.
임의의 실시예에서, 테이퍼 영역은 단일 선형 프로파일을 갖고, 방사 거리는 웨이퍼 홀더가 유지하는 웨이퍼의 반경의 약 70% 내지 약 90%의 범위 내에 있고, 웨이퍼 홀더는 석영을 포함한다. 다양한 실시예에서, 인터페이스는 웨이퍼 홀더의 중심선으로부터 또 다른 방사 거리에서 시작하고, 또 다른 방사 거리는 적어도 웨이퍼 홀더가 유지하는 웨이퍼의 반경보다 크다. 소정의 실시예에서, 제1 부분의 두께는 제2 부분의 두께보다 작다. 또 다른 실시예에서, 제1 부분의 두께는 약 0.5mm 내지 약 2mm의 범위 내에 있고, 제2 부분의 두께는 약 2mm 내지 약 3mm의 범위 내에 있다. 임의의 실시예에서, 초기 두께는 약 1mm에서 약 2mm로의 범위 내에 있고, 최종 두께는 약 1mm 미만이다. 다양한 실시예에서, 중심선으로부터 방사 거리로, 제1 상부면 및 제2 하부면은 실질적으로 서로 평행하고, 제2 상부면 및 제2 하부면은 서로 평행하고, 제1 하부면은 제2 하부면과 공통 평면에 있다. 소정의 실시예에서, 제1 부분의 두께는 약 2mm 내지 약 4mm의 범위 내에 있고, 제2 부분의 두께는 약 2mm 내지 약 3mm의 범위 내에 있다. 또 다른 실시예에서, 초기 두께는 약 2mm 내지 약 4mm의 범위 내에 있고 최종 두께는 약 2mm 미만이다. 임의의 실시예에서, 중심선으로부터 약 방사 거리로, 제1 상부면 및 제1 하부면은 실질적으로 서로 평행하고, 제2 상부면 및 제2 하부면은 서로 평행하고, 제1 부분 및 제2 부분은 공통 평면 내의 표면을 갖지 않는다.
또한, 웨이퍼 처리 시스템이 제공된다. 예시적인 웨이퍼 처리 시스템은 웨이퍼 처리 챔버, 웨이퍼 처리 챔버 내에 위치하는 웨이퍼 홀더, 복수의 방사 열 소자, 및 웨이퍼 처리 챔버에 결합되고 웨이퍼 처리 챔버 내의 웨이퍼 홀더 상에 위치하는 웨이퍼에 대하여 적어도 웨이퍼 처리 프로세스를 수행하도록 동작하는 적어도 하나의 시스템을 포함한다. 웨이퍼 홀더는 상부면 및 하부면을 포함하는 웨이퍼 접촉 부분, 상부면 및 하부면을 포함하는 외부 부분, 및 웨이퍼 접촉 부분에 형성된 테이퍼 영역을 포함하고, 테이퍼 영역은 웨이퍼 홀더의 중심선으로부터 제1 방사 거리에서 시작하고 중심선으로부터 제2 방사 거리에서 종료한다. 제1 방사 거리는 웨이퍼의 반경의 약 70% 내지 약 90%의 범위 내에 있다. 제2 방사 거리는 적어도 웨이퍼의 반경보다 크다. 테이퍼 영역은 최종 두께로 점차 감소하는 초기 두께를 갖는다.
임의의 실시예에서, 웨이퍼 접촉 부분은 웨이퍼를 지지하도록 동작하는 접촉 핀을 포함하고, 접촉 핀은 약 0.5mm 내지 약 2mm의 범위 내의 두께를 포함하고, 접촉 핀은 석영을 포함한다. 다양한 실시예에서, 테이퍼 영역은 웨이퍼 접촉 영역의 상부면 상에 형성된 단일 선형 프로파일을 갖고, 웨이퍼 접촉 부분의 하부면은 외부 부분의 하부면과 공통 평면에 있고, 웨이퍼 접촉 부분의 두께는 약 0.5mm 내지 약 2mm의 범위 내에 있고, 외부 부분의 두께는 약 1mm 내지 약 3mm의 범위 내에 있고, 웨이퍼 홀더는 석영을 포함한다. 소정의 실시예에서, 테이퍼 영역은 웨이퍼 접촉 부분의 하부면 상에 형성된 단일 선형 프로파일을 갖고, 웨이퍼 접촉 부분 및 외부 부분은 공통 평면 내에 표면을 갖지 않고, 웨이퍼 접촉 부분의 두께는 약 0.5mm 내지 약 4mm의 범위 내에 있고, 외부 부분의 두께는 약 1mm 내지 약 3mm의 범위 내에 있고, 웨이퍼 홀더는 석영을 포함한다.
방법이 또한 제공된다. 예시적인 방법은 웨이퍼 처리 챔버 및 웨이퍼 처리 챔버 아래의 복수의 방사 열 소자를 제공하는 단계, 웨이퍼 처리 챔버 내에서 사용되도록 구성되는 웨이퍼 홀더를 수용하는 단계, 및 웨이퍼 프로세스 챔버 내의 웨이퍼 홀더 상에 위치하는 웨이퍼를 처리하는 단계를 포함한다. 처리하는 단계는 방사 열 소자를 이용하여 웨이퍼를 가열하는 단계를 포함한다. 웨이퍼 홀더는 상부면 및 하부면을 포함하는 웨이퍼 접촉 부분, 상부면 및 하부면을 포함하는 외부 부분 및 웨이퍼 접촉 부분에 형성된 테이퍼 영역을 포함하고, 테이퍼 영역은 웨이퍼 홀더의 중심선으로부터 제1 방사 거리에서 시작하고 중심선으로부터 제2 방사 거리에서 종료한다. 제1 방사 거리는 웨이퍼의 반경의 약 70% 내지 약 90%의 범위 내에 있다. 제2 방사 거리는 적어도 웨이퍼의 반경보다 크다. 테이퍼 영역은 최종 두께로 점차 감소하는 초기 두께를 갖는다.
임의의 실시예에서, 웨이퍼를 처리하는 단계는 비정상 상태 가열 프로세스를 포함한다. 다양한 실시예에서, 비정상 상태 가열 프로세스는 스파이크 가열 프로세스를 포함한다. 소정의 실시예에서, 프로세스를 처리하는 단계는 화학적 기상 증착(CVD), 어닐링 및 에칭을 포함하는 그룹으로부터 선택된 프로세스를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 테이퍼 영역은 웨이퍼 접촉 부분의 상부면 상에 형성된 단일 선형 프로파일을 갖고, 웨이퍼 접촉 부분의 하부면은 및 외부 부분의 하부면과 공통 평면 내에 있고, 웨이퍼 접촉 부분의 두께는 약 0.5mm 내지 약 2mm의 범위 내에 있고, 외부 부분의 두께는 약 1mm 내지 약 3mm의 범위 내에 있고, 웨이퍼 홀더는 석영을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 테이퍼 영역은 웨이퍼 접촉 부분의 하부면 상에 형성된 단일 선형 프로파일을 갖고, 웨이퍼 접촉 부분 및 외부 부분은 공통 평면 내에 표면을 갖지 않고, 웨이퍼 접촉 부분의 두께는 약 0.5mm 내지 약 4mm의 범위 내에 있고, 외부 부분의 두께는 약 1mm 내지 약 3mm의 범위 내에 있고, 웨이퍼 홀더는 석영을 포함한다.
본 개시물은 첨부된 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해될 것이다. 산업상 표준 실행에 따라, 다양한 특징부는 일정한 비율로 그려지지 않고 단지 설명의 목적으로 사용된다는 것이 강조된다. 사실, 다양한 특징부의 치수는 설명의 명료화를 위해 임의로 증가되거나 감소될 수 있다.
도 1은 본 개시물의 다양한 형태의 웨이퍼 홀더가 이용될 수 있는 웨이퍼 처리 챔버의 일 실시예의 단면도.
도 2는 본 개시물의 다양한 형태에 따른 웨이퍼 홀더의 일 실시예의 상면도.
도 3은 본 개시물의 다양한 형태에 따른 웨이퍼 홀더의 단면측면도.
도 4는 본 개시물의 다양한 형태에 따른 웨이퍼 홀더의 단면측면도.
도 5는 본 개시물의 다양한 형태에 따른 웨이퍼 홀더의 단면측면도.
도 6은 본 개시물의 다양한 형태에 따른 도 3 내지 5의 웨이퍼 홀더를 이용하는 방법을 나타내는 도면.
다음의 개시물은 본 발명의 다양한 특징을 구현하는 많은 상이한 실시예 또는 예를 제공한다. 컴포넌트 및 배열의 특정한 예는 본 개시물을 간략화하기 위하여 기재된다. 물론, 이들은 단지 예일 뿐이며 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 예를 들어, 다음의 설명에서 제2 특징부 상의 제1 특징부의 형성은 제1 및 제2 특징부가 직접 접촉하여 형성되는 실시예를 포함하고, 또한 추가의 특징부가 제1 및 제2 특징부 사이에 형성되어 제1 및 제2 특징부가 직접 접촉하지 않는 실시예를 포함할 수 있다. 또한, 본 개시물은 다양한 예에서 참조 번호 및/또는 문자를 반복할 수 있다. 이 반복은 간략화 및 명료성을 위한 것이며 기재된 다양한 실시예 및/또는 구성 사이의 관계에 영향을 주지 않는다. 또한, 여기에 개시된 컴포넌트는 본 개시물의 범위를 벗어나지 않고 여기에 도시된 예시적인 실시예와 다른 방식으로 배열, 조합 또는 구성될 수 있다. 당업자는, 여기에 명료하게 기재되지 않지만, 본 발명의 원리를 구현하는 다양한 동등물을 고안할 수 있음을 이해할 것이다.
도 1을 참조하면, 본 개시물의 다양한 형태에 따른 웨이퍼 홀더(110)가 이용될 수 있는 웨이퍼 처리 챔버(100)의 일 실시예의 단면도가 도시된다. 웨이퍼 홀더(110)는 석영으로 이루어진다. 대안으로, 웨이퍼 홀더(110)는 임의의 다른 적절한 물질로 이루어질 수 있다. 웨이퍼 홀더(110)는 웨이퍼 처리 챔버(100) 내에서 처리되는 웨이퍼(112)를 유지한다. 웨이퍼(112)는 300 mm 직경의 웨이퍼이다. 대안으로, 웨이퍼(112)는 450mm 직경의 웨이퍼 또는 임의의 다른 적절한 직경의 웨이퍼이다. 이처럼, 웨이퍼 홀더(110)에는 상이한 사이즈의 웨이퍼(112)를 처리하기 위한 다양한 치수가 제공될 수 있다. 웨이퍼(112)는 웨이퍼 홀더(112) 위에 현수되도록 거리를 두고 웨이퍼 홀더(110) 상에 유지된다. 대안으로, 웨이퍼(112)는 웨이퍼 홀더(110)와 직접 접촉한다. 이하에서 더 상세히 설명하는 바와 같이, 본 실시예에서, 웨이퍼(112)는 콘택 핀(contact pin)에 의해 웨이퍼 홀더(110) 상에 매달리고, 각각의 핀은 약 1mm의 높이를 갖고 300mm의 웨이퍼(112)의 중심으로부터 방사상으로 약 135mm에 위치한다. 대안으로, 웨이퍼(112)는 설계 요구 사항에 따른 임의의 거리에서 임의의 적절한 수단에 의해 웨이퍼 홀더(110) 상에 현수된다. 웨이퍼(112)는 결정 구조 내의 실리콘 또는 게르마늄 등의 기본 반도체 물질; 실리콘 게르마늄, 실리콘 카바이드, 갈륨 비소, 갈륨 인, 인화 인듐, 비화 인듐 및/또는 안티몬화 인듐 등의 화합물 반도체; 또는 그 조합을 포함할 수 있다.
웨이퍼 처리 챔버(100)는 하나 이상의 중심 후면 램프(114) 및 하나 이상의 에지 후면 램프(116) 등의 방사열 소자를 더 포함한다. 중심/에지 램프(114, 116)는 중심선(CL)에 대하여 균일한 원형 형성물로 배치되어 위에 놓이는 웨이퍼 홀더(110) 및 웨이퍼(112)가 방사열에 균일하게 노출되어 가열되도록 할 수 있다. 본 도면에서는 단 2개의 중심/에지 램프(114, 116)이 도시되지만, 임의의 수의 중심/에지 램프가 제공될 수 있음을 이해할 것이다. 웨이퍼 처리 챔버(100)는 상부 램프, 가스 전달 메카니즘, 압력 제어 메카니즘, 환기구, 및 설계 요구사항에 따른 임의의 다른 적절한 구조 및 메카니즘을 더 포함할 수 있다.
도 1을 여전히 참조하면, 동작시, 예를 들어, 하나 이상의 중심 후면 램프(114) 및 하나 이상의 에지 후면 램프(116)를 이용하여 웨이퍼(112)를 석영 웨이퍼 홀더(110)를 통해 방사열에 노출하고 웨이퍼(112)를 가열하는 스파이크 가열 프로세스가 채용될 수 있다. 스파이크 가열 프로세스는 웨이퍼(112)를 약 20℃에서 약 1100℃에서 약 0.5초 내지 약 60초에서 가열하고 즉시 신속하게 냉각할 수 있다. 그러나, 가열 프로세스시, 웨이퍼(112)는 웨이퍼(112)의 에지가 웨이퍼(112)의 중심보다 더 냉각되기 때문에 웨이퍼(112)는 불균일한 온도를 가질 수 있다. 웨이퍼(112)의 불균일한 온도는 다수의 인자로부터 초래될 수 있다. 예를 들어, 챔버 설계는 웨이퍼(112)를 적절하게/균일하게 가열하기에 웨이퍼 및 후면 램프 사이의 거리가 충분히 짧지 않고 후면 램프 폭이 충분히 넓지 않아 웨이퍼(112)(중심로부터 에지)의 불균일 온도를 유발한다. 추가적으로, 가열 프로세스시, 웨이퍼 홀더(112)는 (그 질량 및 낮은 온도 때문에) 그 히트 싱크로서 동작할 수 있고, 따라서, 외부 에지에서 웨이퍼(112)로부터 열 에너지를 흡수한다. 특히, 웨이퍼 온도 불균일 문제(더 차가운 에지 및 더 뜨거운 중심)는 중심 후면 램프(114)가 오프될 때에도 관찰되었다. 본 예는 스파이크 가열 프로세스를 설명하지만, 본 개시물의 실시예는 동등하게 금속 열적 프로세스(RTP) 및 후면 램프를 이용하는 다른 비정상상태 가열 프로세스에 적용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 개시물의 다양한 형태에 따른 도 1의 웨이퍼 홀더(110) 및 웨이퍼(112)의 일 실시예의 상면도이다. 도시된 바와 같이, 웨이퍼 홀더(110)는 웨이퍼(112)에 의해 커버되는 영역을 넘어 연장한다. 따라서, 웨이퍼 홀더(110)의 표면적과 웨이퍼(112)의 표면적의 비는 약 1:1 내지 약 4:1일 수 있다. 본 실시예에서, 웨이퍼 홀더(110)의 표면적 및 웨이퍼(112)의 표면적의 비는 약 2:1일 수 있다. 본 실시예에서, 웨이퍼(112)는 웨이퍼 홀더(110) 상에 현수되어 2개의 구조물 사이에 에어갭을 형성한다. 웨이퍼(112)는 3개의 접촉 핀(118)에 의해 웨이퍼 홀더(110) 상에 현수된다. 접촉 핀(118)은 석영 또는 임의의 적절한 물질로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서, 각 접촉 핀(118)은 약 0.5mm 내지 약 2mm의 범위의 두께를 갖고, 300mm의 웨이퍼(112)의 중심으로부터 방사상으로 약 135mm의 거리(L)에 위치한다. 도시된 바와 같이, 각각의 핀(118)은 실질적으로 동일하게 서로로부터 이격된다. 거리(L)는 웨이퍼가 적절히 지지되도록 임의의 적절한 거리일 수 있고 임의의 수의 핀, 다른 지지 구조물 또는 다른 지지 메카니즘이 사용될 수 있다. 웨이퍼 홀더(110)로의 웨이퍼(112)의 근접은 2개의 구조물 사이의 열 전달에 영향을 준다는 것을 이해해야 한다. 이처럼, 웨이퍼 홀더(110) 및 웨이퍼(112) 사이의 거리는 2개의 구조물 사이의 열 전달을 조정하는데 사용될 수 있다. 따라서, 접촉 핀(118)의 두께는 설계 요구사항에 따라 임의의 적절한 두께일 수 있다. 대안의 실시예에서, 접촉 핀(118)이 사용되지 않고 웨이퍼(112)가 웨이퍼 홀더(110) 상에 직접 배치된다.
도 3 내지 5를 참조하면, 본 개시물의 다양한 형태에 따라 도 2의 선(s-s)을 따르는 웨이퍼 홀더의 다양한 실시예의 단면 측면도이다. 도 3 내지 5의 웨이퍼 홀더(310, 410 및 510)는 각각 구조물 및 성분에 있어서 도 1 내지 2의 웨이퍼 홀더(110)와 실질적으로 동일하다.
도 3을 참조하면, 본 개시물의 다양한 형태에 따른 웨이퍼 홀더(310)의 단면 측면도이다. 도시된 실시예에서, 웨이퍼 홀더(310)는 웨이퍼(112)가 놓이는 제1 부분(312)이라 불리우는 접촉 부분 및 웨이퍼(112)를 넘어 연장하는 제2 부분(314)이라 불리우는 외부 부분을 포함한다. 제1 부분(312)은 적어도 웨이퍼(112)의 반경의 방사 거리를 커버한다. 도시된 실시예에서, 제1 부분(312)은 상부면(316) 및 하부면(318)을 포함한다. 하부면(318)은 후면 램프(도 1의 114, 116)와 대면하고, 상부면(316)은 웨이퍼(112)의 하부면에 대면한다. 도시된 실시예에서, 제1 부분(312)의 상부면 및 하부면(316, 318)은 서로 실질적으로 평행하고 웨이퍼(112)의 하부면과 실질적으로 평행하다. 제1 부분(312)은 상부면(316)으로부터 하부면(318)으로 측정된 T1의 제1 두께를 갖는다. 웨이퍼 홀더(310)의 제1 두께(T1)는 웨이퍼(112)가 적절히 지지되도록 임의의 적절한 두께일 수 있다. 본 실시예에서, 예를 들어, 제1 두께(T1)는 약 2mm이다.
도 3을 여전히 참조하면, 제2 부분(314)은 서로 실질적으로 평행한 상부면(320) 및 하부면(322)을 포함한다. 제2 부분(314)은 상부면(320)으로부터 하부면(322)으로 측정된 T2의 제2 두께를 갖는다. 웨이퍼 홀더(310)의 제2 두께(T2)는 웨이퍼(112)가 적절히 지지되도록 임의의 적절한 두께일 수 있다. 본 실시예에서, 예를 들어, 제2 두께(T2)는 약 3mm이다. 제1 부분(312) 및 제2 부분(314)가 만나는 인터페이스(324)에서, 제1 부분(312)의 상부면(316)이 제2 부분(314)의 상부면(320)으로 향하도록 천이(transition)가 발생한다. 본 실시예에서는 인터페이스(324)가 단일 선형 프로파일이지만, 설계 요구사항에 따라 하나 이상의 선형 또는 비선형 또는 임의의 적절한 프로파일이 사용될 수 있다.
그러나, 도 3의 도시된 실시예에서, 웨이퍼(112)로의 웨이퍼 홀더(310)의 접근은 2개의 구조물 사이에서 상당한 열 전달을 초래하고 및/또는 후면 램프로부터의 충분한 양의 방사 에너지의 부족은 웨이퍼(112)의 외부 에지를 충분하게 가열할 수 없게 하므로 온도 균일성 문제를 가질 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 개시물의 다양한 형태에 따라 웨이퍼 홀더(410)의 단면측면도이다. 웨이퍼 홀더(410)의 도시된 실시예는 후면 비정상 상태 기열 프로세스에 대한 웨이퍼 중심 대 에지 온도 제어를 가능하게 한다. 도시된 실시예에서, 웨이퍼 홀더(410)는 웨이퍼(112)가 놓인 제1 부분(412) 및 웨이퍼(112)를 넘어 연장하는 제2 부분(414)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 제1 부분(412)은 상부면(416) 및 하부면(418)을 포함한다. 하부면(418)은 후면 램프(도 1의 114, 116)에 대면하고 상부면(416)은 웨이퍼(112)의 하부면에 대면한다. 도시된 실시예에서, 중심선(CL)으로부터 방사 거리(D)로, 제1 부분(412)의 상부면 및 하부면(416, 418)은 실질적으로 서로 평행하고 웨이퍼(112)의 하부면에 실질적으로 평행하다. 방사 거리(D)는 웨이퍼(112)의 총 반경의 약 70% 내지 약 90%의 거리일 수 있다. 예를 들어, 도시된 실시예에서, 웨이퍼(112)는 150mm의 반경을 갖는 300mm의 웨이퍼이고, 따라서, 본 실시예에서, 방사 거리(D)는 약 105mm 내지 약 135mm의 범위 내에 있다. 다른 사이즈의 웨이퍼에 대하여, 방사 거리(D)는 상기 기준에 따라 산출되고 따라서, 각각 다른 범위 값을 갖는 것을 이해해야 한다. 중심선(CL)으로부터 방사 거리(D)로의 부분에서, 제1 부분(412)은 상부면(416)으로부터 하부면(418)으로 측정된 T1의 제1 두께를 갖는다. 웨이퍼 홀더(410)의 제1 두께(T1)는 약 0.5mm 내지 약 5mm 사이의 범위 내에 있을 수 있거나 웨이퍼(112)가 적절히 지지되도록 임의의 적절한 두께일 수 있다. 본 실시예에서, 예를 들어, 제1 두께(T1)는 약 2mm이다.
제1 부분(412)은 테이퍼 영역(426)을 더 포함한다. 테이퍼 영역(426)은 방사 거리(D)로부터 적어도 웨이퍼 에지 반경의 범위 내에 있다. 테이퍼 영역(426)에서, 웨이퍼 홀더(410)의 상부면(416)은 테이퍼되어 최종 두께(Tf)로 점차 줄어든다. 본 실시예에서, 테이터 영역(426)은 일정하게 감소하는 선형의 단일 프로파일을 갖는다. 다른 실시예에서, 테이퍼 영역(426)은 예를 들어, 비선형 프로파일, 다중 선형 프로파일 및 임의의 다른 적절한 프로파일 등의 프로파일을 갖는다. 웨이퍼 홀더(410)는 웨이퍼 홀더(410)의 기계적 강도가 웨이퍼(112)를 지지하기에 충분한 한 임의의 최종 두께(Tf)로 줄어들 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에서, 최종 두께(Tf)는 제1 두께(T1)의 약 50%이다(Tf는 약 1mm이다). 다른 실시예에서, 예를 들어, 최종 두께(Tf)는 약 1mm보다 작고 약 0.5mm만큼 작을 수 있다. 또 다른 실시예에서, 최종 두께(Tf)는 임의의 적절한 두께이다.
도 4를 여전히 참조하면, 제2 부분(414)은 서로 실질적으로 평행한 상부면(420) 및 하부면(422)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 본 실시예에서, 제1 부분(412)의 하부면(418)은 제2 부분(414)의 하부면(422)과 공통 평면에 있다. 제1 부분(414)은 상부면(420)으로부터 하부면(422)으로 측정되는 T2의 제2 두께를 갖는다. 웨이퍼 홀더(410)의 제2 두께(T2)가 약 4mm 내지 약 1mm의 범위 내에 있거나 웨이퍼(112)가 적절하게 지지되도록 임의의 적절한 두께일 수 있다. 본 실시예에서, 예를 들어, 제2 두께(T2)는 약 3mm이다. 제1 부분(412) 및 제2 부분(414)가 만나는 인터페이스(424)에서, 제1 부분(412)의 상부면(416)이 제2 부분(414)의 상부면(420)으로 향하도록 천이가 발생한다. 본 실시예에서, 인터페이스(424)는 단일 선형 프로파일을 갖지만, 설계 요구사항에 따라 하나 이상의 선형 또는 비선형이거나 임의의 적절한 프로파일이 사용될 수 있다.
도 4의 웨이퍼 홀더(410)를 도 3의 웨이퍼 홀더(310)와 비교할 때, 제1 부분(412)의 테이퍼 영역(426) 상의 점선 영역에 도시된 물질 두께의 차가 나타난다. 본 실시예에서, 물질 두께는 일정한 선형 프로파일에서 제1 두께(T1)로부터 최종 두께(Tf)로 테이퍼 영역(426)에 걸쳐 감소한다. 다른 실시예에서, 물질 두께는 곡선 프로파일, 다중 선형 프로파일, 스텝 프로파일 및 다른 적절한 프로파일을 포함하는 비선형 프로파일에서 제1 두께(T1)로부터 최종 두께(Tf)로 테이퍼 영역(426)에 걸쳐 감소한다. 웨이퍼(112) 및 하부의 웨이퍼 홀더(410) 사이에 큰 거리가 있기 때문에 (점선으로 도시된) 물질 차는 열적 손실의 감소를 위해 제공된다. 추가적으로, 테이퍼 영역(426)을 따르는 감소되는 두께는 웨이퍼 홀더(410)의 질량을 감소시켜, 2개의 구조물 사이의 열 전달을 더 감소시킨다. 또한, 테이퍼 영역(426) 내의 웨이퍼 홀더(410)의 감소된 두께는 하부의 후면 램프로부터의 많은 양의 방사 에너지가 웨이퍼(112)의 에지에 도달하도록 하여, 웨이퍼(112)의 에지의 온도를 증가시킨다. 따라서, 도 4의 도시된 실시예는 웨이퍼(112)의 에지로부터 웨이퍼 홀더(410)로의 열 전달이 감소하고 추가의 방사 에너지가 웨이퍼(112)의 에지가 도달하도록 하여 웨이퍼(112) 중심 및 에지 간의 온도차가 최소화되도록 웨이퍼(112)의 온도를 균일하게 제어하는 방법을 제공한다.
도 5를 참조하면, 본 개시물의 다양한 실시예에 따른 웨이퍼 홀더(510)의 단면측면도이다. 웨이퍼 홀더(510)의 도시된 실시예는 후면 비정상 상태 가열 프로세스에 대한 웨이퍼 중심 대 에지 온도 제어를 가능하게 한다. 도시된 실시예에서, 웨이퍼 홀더(510)는 웨이퍼(112)가 놓이는 제1 부분(512) 및 웨이퍼(112)를 넘어 연장하는 제2 부분(514)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 제1 부분(512)은 상부면(516) 및 하부면(518)을 포함한다. 하부면(518)은 후면 램프(도 1의 114, 116)에 대면하고 상부면(516)은 웨이퍼(112)의 하부면에 대면한다. 도시된 실시예에서, 중심선(CL)으로부터 방사 거리(D)로, 제1 부분(512)의 상부면 및 하부면(516, 518)은 실질적으로 서로 평행하고 웨이퍼(112)의 하부면에 실질적으로 평행하다. 방사 거리(D)는 웨이퍼(112)의 총 반경의 약 70% 내지 약 90%의 거리일 수 있다. 예를 들어, 도시된 실시예에서, 웨이퍼(112)는 150mm의 반경을 갖는 300mm의 웨이퍼이고, 따라서, 본 실시예에서, 방사 거리(D)는 약 105mm 내지 약 135mm의 범위 내에 있다. 다른 사이즈의 웨이퍼에 대하여, 방사 거리(D)는 상기 기준에 따라 산출되고 따라서, 각각 다른 범위 값을 갖는 것을 이해해야 한다. 중심선(CL)으로부터 방사 거리(D)로의 영역에서, 제1 부분(512)은 상부면(516)으로부터 하부면(518)으로 측정된 T1의 제1 두께를 갖는다. 웨이퍼 홀더(510)의 제1 두께(T1)는 약 2mm 내지 약 5mm 사이의 범위 내에 있을 수 있거나 웨이퍼(112)가 적절히 지지되도록 임의의 적절한 두께일 수 있다. 본 실시예에서, 예를 들어, 제1 두께(T1)는 약 4mm이다.
제1 부분(512)은 테이퍼 영역(526)을 더 포함한다. 테이퍼 영역(526)은 방사 거리(D)로부터 적어도 웨이퍼 에지 반경의 범위 내에 있다. 테이퍼 영역(526)에서, 웨이퍼 홀더(510)의 상부면(516)은 테이퍼되어 최종 두께(Tf)로 점차 줄어든다. 본 실시예에서, 테이터 영역(526)은 일정하게 감소하는 선형의 단일 프로파일을 갖는다. 다른 실시예에서, 테이퍼 영역(526)은 예를 들어, 비선형 프로파일, 다중 선형 프로파일 및 임의의 다른 적절한 프로파일 등의 프로파일을 갖는다. 웨이퍼 홀더(510)는 웨이퍼 홀더(510)의 기계적 강도가 웨이퍼(112)를 지지하기에 충분한 한 임의의 최종 두께(Tf)로 줄어들 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에서, 최종 두께(Tf)는 제1 두께(T1)의 약 50%이다(Tf는 약 2mm이다).
도 5를 여전히 참조하면, 제2 부분(514)은 서로 실질적으로 평행한 상부면(520) 및 하부면(522)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 본 실시예에서, 제1 부분(512) 및 제2 부분(514)은 공통 평면에 있는 표면을 갖지 않는다. 본 실시예에 있어서, 하부면(518)의 테이퍼링이 종료하는 곳에서 하부면(522)이 시작된다. 제2 부분(514)은 상부면(520)으로부터 하부면(522)으로 측정되는 T2의 제2 두께를 갖는다. 웨이퍼 홀더(510)의 제2 두께(T2)가 약 1mm 내지 약 4mm의 범위 내에 있거나 웨이퍼(112)가 적절하게 지지되도록 임의의 적절한 두께일 수 있다. 본 실시예에서, 예를 들어, 제2 두께(T2)는 약 3mm이다. 제1 부분(512) 및 제2 부분(514)이 만나는 인터페이스(524)에서, 제1 부분(512)의 상부면(516)이 제2 부분(514)의 상부면(520)으로 향하도록 천이가 발생한다. 본 실시예에서, 인터페이스(524)는 단일 선형 프로파일을 갖지만, 설계 요구사항에 따라 하나 이상의 선형 또는 비선형이거나 임의의 적절한 프로파일이 사용될 수 있다. 하부면(518)의 테이퍼링은 제1 및 제2 부분(512, 514)의 상부면(516, 520) 사이의 천이 영역(524)을 넘어 연장하여 제2 부분(514)의 두께(T2)를 감소시킬 수 있음을 더 이해해야 한다.
도 5의 웨이퍼 홀더(510)를 도 3의 웨이퍼 홀더(310)와 비교할 때, 적어도 제1 부분(512)의 부분 내의 추가된 물질 두께(Ta)의 물질 두께의 차가 나타난다. 물질이 추가되는 포인트는 점선으로 표시될 수 있다. 추가된 물질 두께(Ta)는 웨이퍼 홀더(510)가 더 많은 열 에너지를 차단함에 따라 웨이퍼(112) 중심에서 열 에너지의 감소를 제공한다. 또한, 웨이퍼 홀더(510)로의 추가된 두께(Ta) 때문에 질량이 추가되기 때문에, 웨이퍼 홀더(510)는 웨이퍼(112)의 중심에서 히트 싱크로 동작하여 웨이퍼(112) 중심의 열 에너지를 감소시킨다. 따라서, 도 5에 도시된 실시예는 웨이퍼(112)의 중심으로부터 웨이퍼 홀더(510)로의 열 전달을 증가시키고 웨이퍼(112)의 중심에 더 적은 방사 에너지가 도달하도록 하여 웨이퍼(112) 중심 및 에지 간의 온도차가 최소화되도록 웨이퍼(112)의 온도를 균일하게 제어하는 방법을 제공한다.
도 6을 참조하면, 본 개시물의 다양한 형태에 따른 도 3 내지 5의 웨이퍼 홀더를 이용한 방법(600)이 제공된다. 방법(600)은 웨이퍼 처리 챔버 및 다수의 후면 방사 가열 소자가 제공되는 블록(602)에서 시작한다. 방법은 웨이퍼 처리 챔버에 사용되도록 구성되는 웨이퍼 홀더가 수용되는 블록(604)으로 이어진다. 웨이퍼 홀더는 도 3 내지 5의 웨이퍼 홀더(310, 410 및 510)와 유사한 웨이퍼 홀더이다. 방법(600)은 웨이퍼 처리 챔버 내의 웨이퍼 홀더 상에 위치하는 웨이퍼가 처리되는 블록(606)으로 이어진다. 처리는 후면 가열 소자를 이용하여 처리 챔버 내의 웨이퍼를 가열하고 화학 기상 증착, 어닐링, 에칭, 도핑 또는 임의의 다른 적절한 프로세스 등의 프로세스를 수행하는 것을 포함할 수 있다. 방법(600)은 제조가 완료된 블록(608)으로 이어진다. 방법(600)의 전후 및 그 동안 추가의 단계가 제공될 수 있고, 여기에 기재된 단계의 일부가 방법의 다른 실시예에 대하여 대체되거나 제거될 수 있다.
웨이퍼 홀더(301, 410, 510) 및 방법(600)의 상기 실시예는 스파이크 가열 프로세스, RTA 가열 프로세스 및 다른 비정상 상태 가열 프로세스 등의 후면 비정상 상태 가열 프로세스를 위한 웨이퍼 중심 대 에지 온도 제어가 가능하다. 비정상 상태 후면 가열시, 웨이퍼 홀더(301, 410, 510)는 웨이퍼의 에지로부터 웨이퍼 홀더로의 열 전달을 감소시키고 웨이퍼의 에지에 도달하는 방사 에너지의 양을 증가시켜 웨이퍼 중심 대 에지 온도 제어를 가능하게 한다. 또한, 웨이퍼 홀더는 웨이퍼의 중심으로부터 웨이퍼 홀더로의 열 전달을 증가시키고 웨이퍼의 중심에 적은 방사 에너지가 도달하도록 하여 웨이퍼 중심 대 웨이퍼 온도 제어가 가능하다. 또한, 더 균일한 웨이퍼 온도는 화학 기상 증착(CVD), 어닐링, 도핑, 에칭 및 결과적인 집적 회로의 성능을 궁극적으로 개선하고 제조 비용 및 사이클 시간을 감소시키고 종래의 프로세스와 비교하여 생산 수율을 증가시키는 다른 적절한 프로세스 등의 비정상 상태 가열 반도 제조 프로세싱시 이득을 제공한다. 또한, 여기에 기재된 웨이퍼 홀더는 현재의 프로세스 및 기술로 쉽게 구현될 수 있는 현재의 웨이퍼 홀더에 대한 낮은 위험성의 변경을 제공하여 비용을 저감시키고 복잡성을 최소화한다. 예를 들어, 여기에 기재된 웨이퍼 홀더는 웨이퍼 처리/반응 챔버의 높이 및 밑폭에 영향을 주지 않고 추가의 컴포넌트에 대한 필요성 없이 현재의 프로세스에서 구현될 수 있다. 상이한 실시예는 상이한 이점을 가질 수 있고, 특정의 이점이 임의의 실시예에서 반드시 요구되는 것은 아니다.
몇개의 실시예의 상술한 개략적인 특징은 당업자가 본 개시물의 형태를 더 잘 이해하도록 할 것이다. 당업자는 여기에 도입된 실시예의 동일한 이점을 달성 및/또는 동일한 목적을 수행하기 위한 다른 프로세스 및 구조물을 설계하거나 변경하는 기초로서 본 개시물을 용이하게 이용할 수 있음을 인식할 것이다. 당업자는 그 동등 구성이 본 개시물의 사상 및 범위를 벗어나지 않고, 본 개시물의 사상과 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형, 대체 및 변경이 가능하다.

Claims (10)

  1. 제1 부분 및 제2 부분을 포함하는 웨이퍼 홀더로서, 상기 제1 부분 및 제2 부분은 연속적인 물질로 형성되고, 상기 제1 부분은 제1 상부면 및 제1 하부면을 포함하고, 상기 제2 부분은 제2 상부면 및 제2 하부면을 포함하는 것인 상기 웨이퍼 홀더;
    상기 제1 및 제2 부분 사이에 있고, 상기 제1 부분의 제1 상부면이 상기 제2 부분의 제2 상부면을 향하도록 천이(transition)를 제공하는 인터페이스; 및
    상기 제1 부분 내에 형성되고, 상기 웨이퍼 홀더의 중심선으로부터 방사 거리에서 시작하고 상기 인터페이스에서 종료하고, 최종 두께로 점차 감소하는 초기 두께를 갖는 테이퍼 영역
    을 포함하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 테이퍼 영역은 단일 선형 프로파일을 갖고,
    상기 방사 거리는 상기 웨이퍼 홀더가 유지하는 웨이퍼의 반경의 70% 내지 90%의 범위 내에 있고,
    상기 웨이퍼 홀더는 석영을 포함하는 것인 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 인터페이스는 상기 웨이퍼 홀더의 중심선으로부터 또 다른 방사 거리에서 시작하고,
    상기 또 다른 방사 거리는 상기 웨이퍼 홀더가 유지하는 웨이퍼의 반경보다 큰 것인 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 부분의 두께는 상기 제2 부분의 두께보다 작은 것인 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 부분의 두께는 0.5mm 내지 2mm의 범위 내에 있고,
    상기 제2 부분의 두께는 2mm 내지 3mm의 범위 내에 있는 것인 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 초기 두께는 1mm 내지 2mm의 범위 내에 있고,
    상기 최종 두께는 1mm보다 작은 것인 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1 부분의 두께는 2mm 내지 4mm의 범위 내에 있고,
    상기 제2 부분의 두께는 2mm 내지 3mm의 범위 내에 있는 것인 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 초기 두께는 2mm 내지 4mm의 범위 내에 있고,
    상기 최종 두께는 2mm보다 작은 것인 장치.
  9. 웨이퍼 처리 챔버;
    상기 웨이퍼 처리 챔버 내에 위치하는 웨이퍼 홀더;
    복수의 방사 열 소자; 및
    상기 웨이퍼 처리 챔버에 결합되고, 상기 웨이퍼 처리 챔버 내의 웨이퍼 홀더 상에 위치하는 웨이퍼에 적어도 웨이퍼 처리 프로세스를 수행하도록 동작가능한 적어도 하나의 시스템
    을 포함하고,
    상기 웨이퍼 홀더는,
    상부면 및 하부면을 포함하는 웨이퍼 접촉 부분,
    상부면과 하부면을 포함하는 외부 부분, 및
    상기 웨이퍼 접촉 부분 내에 형성되고, 상기 웨이퍼 홀더의 중심선으로부터 제1 방사 거리에서 시작하고 상기 중심선으로부터 제2 방사 거리에서 종료하는 테이퍼 영역을 포함하고,
    상기 제1 방사 거리는 상기 웨이퍼의 반경의 70% 내지 90%의 범위 내에 있고,
    상기 제2 방사 거리는 상기 웨이퍼의 반경보다 크고,
    상기 테이퍼 영역은 최종 두께로 점차 감소하는 초기 두께를 갖는 것인 웨이퍼 처리 시스템.
  10. 웨이퍼 처리 챔버 및 상기 웨이퍼 처리 챔버 내의 복수의 방사 열 소자를 제공하는 단계;
    상기 웨이퍼 처리 챔버 내에 사용되도록 구성된 웨이퍼 홀더를 수용하는 단계; 및
    상기 웨이퍼 처리 챔버 내의 웨이퍼 홀더 상에 위치하는 웨이퍼를 처리하는 단계
    를 포함하고,
    상기 처리하는 단계는 상기 방사 열 소자를 이용하여 상기 웨이퍼를 가열하는 단계를 포함하고,
    상기 웨이퍼 홀더는,
    상부면 및 하부면을 포함하는 웨이퍼 접촉 부분,
    상부면과 하부면을 포함하는 외부 부분, 및
    상기 웨이퍼 접촉 부분 내에 형성되고, 상기 웨이퍼 홀더의 중심선으로부터 제1 방사 거리에서 시작하고 상기 중심선으로부터 제2 방사 거리에서 종료하는 테이퍼 영역을 포함하고,
    상기 제1 방사 거리는 상기 웨이퍼의 반경의 70% 내지 90%의 범위 내에 있고,
    상기 제2 방사 거리는 상기 웨이퍼의 반경보다 크고,
    상기 테이퍼 영역은 최종 두께로 점차 감소하는 초기 두께를 갖는 것인 방법.
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