DE112004002277T5

DE112004002277T5 - Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung

Info

Publication number: DE112004002277T5
Application number: DE112004002277T
Authority: DE
Inventors: Won Sik Hwaseong Nam
Original assignee: Kornic Systems Corp
Current assignee: Kornic Systems Corp
Priority date: 2003-11-24
Filing date: 2004-08-26
Publication date: 2006-11-09
Also published as: CN100517613C; KR100439276B1; WO2005050729A9; TW200518231A; WO2005050729A1; US20070141846A1; CN1886825A; TWI251881B; JP2007515059A

Abstract

Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung, mit:
einer Kammer, die an einer Seitenwand mit einer oder mehreren Einstrahlöffnungen für ein Behandlungsgas und an einer gegenüberliegenden Seitenwand mit einer oder mehreren Auslassöffnungen für das Behandlungsgas versehen ist;
einer in der Kammer installierten Wärmequelle zum Erwärmen eines Wafers;
einem Quarzfenster, welches an der Kammer in der Weise angebracht ist, dass es unterhalb der Wärmequelle angeordnet werden kann;
einem Kantenringträger, welcher in der Kammer in der Weise eingesetzt ist, dass er unterhalb des Quarzfensters angeordnet werden kann; und
einem auf den Kantenringträger aufgesetzten Kantenring zum Aufnehmen eines Wafers;
wobei die Kammer eine Innenfläche mit einem mehrlinienförmigen Querschnitt aufweist, welcher aus mehreren voneinander getrennten, den gleichen Radius und die gleiche Kreismitte aufweisenden Kreisbögen und mehreren geraden Linien besteht, welche die Kreisbögen miteinander verbinden.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung und insbesondere eine Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung bei welcher die jeweiligen Baugruppen einen verbesserten Aufbau aufweisen und mit voneinander unabhängigen Kühlsystemen versehen sind.

Ein repräsentatives Beispiel einer Anlage zur Wärmebehandlung eines Wafers ist eine Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung, welche zur Durchführung von Verfahren wie rasches thermisches Glühen, rasches thermisches Reinigen, rasches thermisches CVD-Verfahren, rasches thermisches Oxidieren und rasches thermisches Nitrieren eingesetzt wird. Da bei den Anlagen zur raschen thermischen Bearbeitung ein Erwärmen und Abkühlen eines Wafers innerhalb eines breiten Temperaturbereiches und innerhalb einer sehr kurzen Zeitdauer erfolgt, besteht ein Bedürfnis nach einer genauen Wärmesteuerung. Da, des weiteren, bei der Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung die Verfahren bei einer beträchtlich hohen Temperatur durchgeführt werden, sind nicht nur eine rasche und gleichmäßige Wärmeübertragung, sondern auch ein rasches und gleichmäßiges Abkühlen sehr wichtig. Da hierbei die Ergebnisse der Verfahren entsprechend der Auslegung einer Wärmequelle, der Form einer Kammer und den Peripheriegeräten der gesamten Anlage variieren können, ist es erforderlich, die Anordnung der Wärmequelle, die Form der Kammer und die Peripheriegeräte des gesamten Systems zu untersuchen. Insbesondere ist die Form der Kammer ein wichtiger Faktor bei einer wirksamen Verteilung der von der Wärmequelle abgegebenen Ultraviolettstrahlen und einer Aufrechterhaltung der Verteilung der Ultraviolettstrahlen. Demgemäss ist als wichtigster Faktor für eine Aufrechterhaltung von optimalen Verfahrensbedingungen zu erwägen, ob die Kammer in Verbindung mit der Wärmequelle eine stabile Konfiguration aufweist. Diesbezüglich ist eine ideale Form der Kammer von gleicher Bedeutung wie die Anordnung der Wärmequelle.

Da jedoch mehrere Peripheriegeräte für das Verfahren benötigt werden, ist es schwierig, die Kammer in der gleichen Form wie die Anordnung der Wärmequelle auszubilden. Als nächstes ist zu bestimmen, ob ein rasches Abkühlen sowie auch ein rasches Erwärmen in der Anlage durchführbar ist. Des weiteren ist eine geeignete Anordnung der die Kammer bildenden Baugruppen in Erwägung zu ziehen. Im allgemeinen wird eine Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung hergestellt, nachdem eine experimentelle oder theoretische Basis unter Verwendung von Simulation oder skalierten Versionen der Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung erzielt worden ist.

Im allgemeinen wird die Kammer in der gleichen Form wie die Anordnung der Wärmequellen ausgebildet, welche als eine quadratische Form und eine kreisförmige Form klassifiziert werden kann.

1 ist ein schematisches Diagramm, welches eine quadratische Kammer darstellt die allgemein verwendet wird, wenn eine stabförmige Wolfram-Halogen-Lampe als Wärmequelle eingesetzt wird, und 2 ist ein schematisches Diagramm, welches eine kreisförmige Kammer darstellt, die allgemein verwendet wird, wenn eine senkrechte, birnenförmige Wolfram-Halogen-Lampe als Wärmequelle eingesetzt wird.

In 1 und 2 ist eine Kammer 10 an ihrem Boden 11 mit einem Temperaturmesssensor 40, einem Kantenring 40 zum Einsetzen eines Wafers und einem Quarzstift 60, und an Seitenwänden der Kammer 10 mit einer Gaseinstrahlöffnung 12 und einer Gasauslassöffnung 13 versehen. Des weiteren ist die Kammer 10 innen mit einer Wärmequelle 21 oder 22 und einem Quarzfenster 30 zum wirksamen Durchlassen von Ultraviolettstrahlen, die von der Wärmequelle abgegeben werden, versehen.

Wie in 1 gezeigt, weist die Kammer 10, welche die stabförmige Wolfram-Halogen-Lampe verwendet, den Vorteil einer vereinfachten Bauweise der Kammer 10 und der Halterung des Temperaturmesssensors 40 auf. Dies wird darauf zurückgeführt, dass die Lampe die Wärme innerhalb eines breiten Raumes zur Einwirkung bringt, so dass die Anzahl der Temperaturmesssensoren verringert werden kann. Die Kammer, welche die stabförmige Wolfram-Halogen-Lampe 21 verwendet, weist jedoch den Nachteil auf, dass eine genaue Steuerung der Temperatur nicht erzielbar ist.

Von den Kammern, die entsprechend der Kammerform klassifiziert werden, weist die quadratische Kammer den Nachteil einer ungleichmäßigen Temperatur an den Ecken der Kammer auf. Dies wird darauf zurückgeführt, dass ein in der Kammer 10 zu behandelnder Gegenstand aus einem kreisförmigen, plattenförmigen Wafer besteht und es deshalb schwierig ist, die Temperatur an den Ecken der quadratischen Kammer zu steuern. Des weiteren weist die quadratische Kammer den Nachteil auf, dass es schwierig ist, eine gleichmäßige Gasströmung aufrecht zu erhalten.

Dies wird darauf zurückgeführt, dass zur Aufrechterhaltung eines gleichmäßigen Gasstromes in der quadratischen Kammer, Gaszuführdüsen entlang einer Wand der quadratischen Kammer in einer Reihe ausgerichtet werden müssen, und das Gas gleichmäßig durch alle Düsen eingestrahlt werden muss.

Zu diesem Zweck muss jede Gaszuführdüse an ihrem Einstrahlende einen vergrößerten Durchmesser aufweisen. Da die Gaszuführdüsen einer beträchtlich hohen Temperatur ausgesetzt werden, sind die Gaszuführdüsen aus Quarz oder einem Material gefertigt, dessen Warmfestigkeit nahe der des Quarzes liegt, so dass die Wirksamkeit thermischer Abstrahlung in dem Bereich verringert ist, in dem die Gaszuführdüsen ausgebildet sind. Demgemäss wird das Einstrahlende jeder Gaszuführdüse in der gleichen Ebene wie die der Innenoberfläche der Kammer positioniert, wodurch ein Freiliegen der Gaszuführdüsen minimiert wird.

Da, des weiteren, zur Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Strömung des Gases an der Gasauslassöffnung, die Gasauslassöffnung entlang einer anderen Seitenwand der quadratischen Kammer als die Gaszuführdüsen in waagrechter Richtung angeordnet sein muss, wird die Wirksamkeit der thermischen Strahlung in dem Bereich verringert, in dem die Gasauslassöffnung ausgebildet ist, wodurch die Gleichmäßigkeit der Temperatur verringert wird.

Von den Hauptverfahren der raschen thermischen Bearbeitung werden ein rasches thermisches Glühen und ein rasches thermisches Nitrieren zur Steuerung der Sauerstoffkonzentration benötigt. Da höhere Sauerstoffkonzentrationen sich nachteilig auf die Ergebnisse der Verfahren auswirken, wird die Sauerstoffkonzentration mittels Stickstoffgas, Ammoniakgas oder Argongas gesenkt. Da diesbezüglich die Strömung des Gases an den Ecken der quadratischen Kammer stehend oder zu einer Wirbelströmung werden kann, ist die Produktivität direkt abhängig von der Steuerung der Gasströmung. Somit ist die Bauweise der Kammer besonders wichtig.

Des weiteren muss die Dicke des Quarzfensters gering sein, damit der thermische Wirkungsgrad hoch ist, während zur Erhöhung der Durchlässigkeit die Bestrahlungsstärke auf der Oberfläche beträchtlich sein muss. Da jedoch das Quarzfenster einer quadratischen Kammer auch eine quadratische Form aufweist, befindet sich das Zentrum von Brüchen, die durch Belastungen verursacht werden, ebenfalls am Zentrum des Quarzfensters, und bei einer Verringerung der Dicke des Quarzfensters erleidet das Quarzfenster leichter einen Bruch infolge einer kleinen Druckänderung. Demgemäß muss der Ausbildung eines Tragelementes für das Quarzfenster oder einer Berechnung von deren Dicke erhebliche Aufmerksamkeit zukommen.

Wenn in der Kammer 10, wie in 2 gezeigt, die senkrechten, birnenförmigen Wolfram-Halogen-Lampen verwendet werden, ergibt sich eine Schwierigkeit dadurch, dass die Konfiguration der Kammer komplizierter ist, als die der in 1 gezeigten Kammer. Dies ist darauf zurückzuführen, dass eine Anzahl an Lampen 22 und Temperaturmesssensoren 40 benötigt werden, weil die senkrechte, birnenförmige Wolfram-Halogen-Lampe 22 lokale Abschnitte erwärmt und eine negative Wärmeeffizienz aufweist. Dagegen hat dies den Vorteil, dass die Temperatur genau steuerbar ist. Eine Kammer, in welcher eine Wärmequelle wie die senkrechte, birnenförmige Wolfram-Halogen-Lampe verwendet wird, ist allgemein kreisförmig.

Die kreisförmige Kammer hat im Vergleich mit der quadratischen Kammer viele Vorteile. Erstens kann die Gleichmäßigkeit der Temperatur erhöht werden, weil die kreisförmige Kammer die gleiche Form wie ein Wafer aufweist. Dies wird darauf zurückgeführt, dass die von der Oberfläche der Kammer abgegebene sekundäre Wärmestrahlung gleichmäßig auf die Oberfläche des Wafers auftrifft. Zweitens, was die Gasströmung betrifft, entsteht weniger Stillstand des Gases und Wirbelströmung in der kreisförmigen Kammer als in der quadratischen Kammer. Drittens, da das Quarzfenster der kreisförmigen Kammer ebenfalls eine kreisförmige Form aufweist, hat das Quarzfenster der kreisförmigen Kammer eine geringere Dicke als das der quadratischen Kammer und ist gegenüber Druckänderungen weniger empfindlich als das der quadratischen Kammer.

Demgemäß bietet eine kreisförmige Kammer mehr Freiheiten bei der Ausgestaltung.

Wenn, des weiteren, eine Innenoberfläche der kreisförmigen Kammer maschinell bearbeitet wird, ist die durch die maschinelle Bearbeitung erzeugte Variation bemerkenswert, wodurch eine bedeutende Auswirkung auf die Verfahren entsteht. Die Konfiguration einer kreisförmigen, an die kreisförmige Kammer angepasste Gasdüse wird jedoch sehr kompliziert. D.h., wie in 2 gezeigt, weist die kreisförmige Kammer 10 an einer oberen Schicht, einer mittleren Schicht und einer unteren Schicht jeweils eine andere Querschnittsfläche auf und muss deshalb in der Weise hergestellt werden, dass das Gas wellenförmig strömen kann. Dies erfordert erhebliche Herstellungskosten und -zeit. Folglich wird zur Erzielung einer wellenförmigen Gasströmung eine Verfahrensweise zum Drehen des Wafers angewendet. Durch Drehen des Wafers werden einige Vorteile erzielt. Zum Beispiel wird die Gleichmäßigkeit der Temperatur erhöht, und es wird an der Oberfläche des Wafers eine gleichmäßige Gasströmung mit nur einer einzigen Gasdüse erzielt.

Da jedoch in den mit einem Waferzuführdurchlass und mit der Gasauslassöffnung versehenen Bereiche Durchlässe ausgebildet sind, kann in diesen Bereichen die Strahlungswärme nicht erzielt werden, und es wird somit die Gleichmäßigkeit der Temperatur verringert.

Da, wie vorstehend beschrieben, die herkömmlichen Kammern und Wärmequellen einander entgegenstehende Vorteile und Nachteile aufweisen, ist eine optimale Ausgestaltung der Kammer und der Wärmequelle erforderlich, um eine optimale rasche thermische Bearbeitung zu ermöglichen.

[Offenbarung]

[Technisches Problem]

Die Erfindung ist deshalb in Anbetracht der vorstehenden technischen Probleme entstanden, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung mit einer Kammer vorzusehen, welche zur Überwindung der Probleme der herkömmlichen Kammer ausgebildet ist.

Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, eine Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung vorzusehen, welche zur Verhinderung einer thermischen Deformation einzelner Bauteile ausgebildet ist und eine wirksame Temperatursteuerung zulässt.

[Technische Lösung]

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung können die vorstehenden und andere Aufgaben gelöst werden durch das Vorsehen einer Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung mit: einer Kammer, die an einer Seitenwand mit einer oder mehreren Einstrahlöffnungen für ein Behandlungsgas und an einer gegenüberliegenden Seitenwand mit einer oder mehreren Auslassöffnungen für das Behandlungsgas versehen ist; einer in der Kammer installierten Wärmequelle zum Erwärmen eines Wafers; einem Quarzfenster, welches an der Kammer in der Weise angebracht ist, dass es unterhalb der Wärmequelle angeordnet werden kann; einem Kantenringträger, welcher in der Kammer in der Weise eingesetzt ist, dass er unterhalb des Quarzfensters angeordnet werden kann; und einem auf den Kantenringträger aufgesetzten Kantenringring zum Aufnehmen eines Wafers; wobei die Kammer eine Innenoberfläche mit einem mehrlinienförmigen Querschnitt aufweist, welcher aus mehreren, voneinander getrennten, den gleichen Radius und die gleiche Kreismitte aufweisenden Kreisbögen und mehreren geraden Linien, welche die Kreisbögen miteinander verbinden, besteht.

Jeder der Kreisbögen kann an der Kreismitte einen Winkel von 15° bis 50° bilden.

Das Quarzfenster kann eine Außenumfangsfläche aufweisen, die aus einer Kombination einer schrägen Fläche, einer senkrechten Fläche und einer runden Fläche besteht. Das Quarzfenster kann eine Fläche, die größer als die der Innenfläche der Kammer ist, sowie eine quadratische Form aufweisen, deren Ecken jeweils den geradlinigen Teilen der Innenfläche der Kammer gegenüber liegen, während sie außerhalb der geradlinigen Teile liegen; und die Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung kann des weiteren einen oder mehrere Kühlwassermäntel umfassen, die jeweils in der Weise in der Kammer installiert sind, dass ein Kühlwassermantel an einem unteren Teil eines Bereiches angeordnet werden kann, der zwischen der Ecke des Quarzfensters und dem geraden Teil der Innenfläche der Kammer liegt.

Der Kantenringträger kann ein in der Kammer installiertes Drehelement mit einem Drehflügel, der eine an seiner oberen Fläche ausgebildete Nut aufweist; einen mit dem Drehflügel verbundenen Zylinder, auf dessen oberer Fläche der Kantenring aufgesetzt ist; eine mit dem Zylinder in Eingriff stehende Zylinderführung; und einen Befestigungsstift für die Zylinderführung zum Befestigen der Zylinderführung an den Drehflügel umfassen.

Die Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung kann des weiteren einen Kanal eines Kühl-/Warmwasserkreislaufs umfassen, der in einer Innenwand der Kammer in der Weise vorgesehen ist, dass der Kreislaufkanal eine Außenumfangsfläche des Kantenrings und eine vorbestimmte Fläche des Kantenringträgers umgibt. Des weiteren kann die Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung weiterhin einen ersten Einstrahlteil für Kühlgas zum Einstrahlen eines Kühlgases in die Kammer, und einen ersten Austragteil für Kühlgas zum Austragen des aus dem ersten Einstrahlteil für Kühlgas ausgetragenen Kühlgases zur Außenseite der Kammer umfassen, wobei der erste Einstrahlteil für Kühlgas und der erste Austragteil für Kühlgas an der Bodenfläche der Kammer installiert sind. Des weitern kann die Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung einen zweiten Einstrahlteil für Kühlgas umfassen, welcher an der Seitenwand der Kammer im Abstand von den Einstrahlöffnungen für Behandlungsgas ausgebildet ist, zum Einstrahlen des Kühlgases über den auf den Kantenring aufgesetzten Wafer, wobei der zweite Einstrahlteil für Kühlgas ein Einstrahlende aufweist, welches mit einer an einem vorbestimmten Bereich des Einstrahlendes ausgebildeten, leichten Schräge versehen ist, so dass ein Teil des eingestrahlten Kühlgases entlang der Seitenwand der Kammer strömen kann, und welches mit einer an einem restlichen Bereich des Einstrahlendes ausgebildeten starken Schräge versehen ist. Des weiteren kann der Kanal des Kühl-/Warmwasserkreislaufs mit einer Nut versehen sein, die um eine Außenoberfläche des Kanals des Kühl-/Warmwasserkreislaufs herum ausgebildet ist, welche der Innenwand der Kammer gegenüber liegt, und es kann die Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung weiterhin einen dritten Einstrahlteil für Kühlgas und einen dritten Austragteil für Kühlgas umfassen, die in der Kammer installiert sind und jeweils mit der Nut in Verbindung stehen.

[Vorteilhafte Wirkungen]

Wie aus der Beschreibung hervorgeht, weist bei der Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung eine Kammer eine Innenoberfläche mit einem mehrlinienförmigen Querschnitt auf, welcher aus mehreren voneinander getrennten, den gleichen Radius und die gleiche Kreismitte aufweisenden Kreisbögen und mehreren geraden Linien besteht, welche die Kreisbögen miteinander verbinden, wodurch die Nachteile der üblichen Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung überwunden werden und die Vorteile der üblichen Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung beibehalten werden.

Des weiteren weist ein Quarzfenster eine Außenumfangsfläche auf, die aus einer Kombination einer schrägen Fläche, einer senkrechten Fläche und einer runden Fläche besteht, so dass auch wenn das Quarzfenster umgekehrt in die Kammer eingesetzt ist, eine Abdichtung zwischen der Kammer und dem Quarzfenster mittels eines O-Ringes erhalten bleibt.

Zusätzlich sind die Bauteile eines Kantenrings mittels einer doppelten Verbindungsstruktur miteinander verbunden, wodurch eine hohe Festigkeit gegenüber einer Wärmeverformung gewährleistet wird.

Des weiteren ist die erfindungsgemäße Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung mit unabhängigen Kühlsystemen zum Kühlen jeweils eines oberen Teils der Kammer, eines unteren Teils der Kammer, des Quarzfensters, des Kantenrings und des Kantenringträgers versehen, wodurch eine wirksame Temperatursteuerung der jeweiligen Bauteile ermöglicht wird, welche die Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung bilden.

Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsform beschränkt ist, und dass die vorliegende Erfindung von einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet im Rahmen des Erfindungsgedankens abgeändert werden kann.

[Beschreibung der Zeichnungen]
Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen klarer hervor, bei denen:
1 und 2 schematische Diagramme zur Darstellung einer üblichen Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung sind;
3 ein schematisches Diagramm zur Darstellung einer Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
4 eine Querschnittsansicht der Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung entlang der Linie a-b der 3 ist;
5 eine Querschnittsansicht der Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung entlang der Linie c-d der 3 ist;
6 eine Querschnittsansicht der Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung entlang der Linie e-e der 3 ist;
7 eine vergrößerte Ansicht der Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung an einem Teil 'A' der 4 ist;
8 eine Querschnittsansicht der Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung entlang der Linie f-f der 3 ist; und
9 eine vergrößerte Ansicht der Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung an einem Teil 'B' der 4 ist.
[Bester Modus]
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen beschrieben.
3 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung einer Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 ist eine Querschnittsansicht der Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung entlang der Linie a-b der 3. 5 ist eine Querschnittsansicht der Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung entlang der Linie c-d der 3. 6 ist eine Querschnittsansicht der Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung entlang der Linie e-e der 3. 7 ist eine vergrößerte Ansicht der Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung an einem Teil 'A' der 4. 8 ist eine Querschnittsansicht der Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung entlang der Linie f-f der 3. 9 ist eine vergrößerte Ansicht der Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung an einem Teil 'B' der 4.
In 3 bis 5 umfasst eine Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Kammer 100, die mit einer oder mehreren Einstrahlöffnungen 123 für Behandlungsgas und einer oder mehreren Auslassöffnungen 130 für Behandlungsgas versehen ist; eine in der Kammer installierte (nicht gezeigte) Wärmequelle zum Erwärmen eines Wafers; ein Quarzfenster 200, das unterhalb der Wärmequelle befindlich auf die Kammer 100 aufgesetzt ist; einen Kantenringträger 300, der unterhalb des Quarzfensters 200 befindlich in der Kammer installiert ist; einen Temperaturmesssensor 500; einen Waferhebestift 600; einen Waferzuführdurchlass 700; verschiedene Kühlsysteme; und einen auf den Kantenringträger 300 installierten Kantenring 400 zum Aufnehmen des Wafers.
In der 3 weist die Kammer 100 eine Innenfläche 110 mit einem mehrlinienförmigen Querschnitt auf, welcher aus mehreren voneinander getrennten, den gleichen Radius und die gleiche Kreismitte aufweisenden Kreisbögen 111 und mehreren geraden Linien 112 besteht, welche die Kreisbögen miteinander verbinden. Hier hat jeder der Kreisbögen einen Mittelwinkel, welcher in der Weise festgelegt ist, dass ein tangentialer Winkel, gebildet von der geraden Linie 112 und dem Kreisbogen 111 an einer Kontaktstelle zwischen der geraden Linie 112 und dem Kreisbogen 111, ein stumpfer Winkel ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform liegen vier Kreisbögen 111, von denen jeder einen Mittelwinkel von 15° bis 50° aufweist, aufweist, an der rechten und der linken Seite bzw. an der vorderen und hinteren Seite der Kammer einander gegenüber, und es liegen vier gerade Linien 112 in der diagonalen Richtung einander gegenüber. Es ist ersichtlich, dass die Anzahl der Kreisbögen 111, die Anzahl der geraden Linien 112 und der Mittelwinkel des Kreisbogens 112 auf verschiedene Weise geändert werden können.
Demzufolge kann die Kammer gemäß der Ausführungsform der Erfindung die Nachteile der herkömmlichen Kammer unter Beibehaltung von deren Vorteilen überwinden.
In den 3, 4 und 6 sind die Einstrahlöffnungen 123 für Behandlungsgas an einer Seitenwand der Kammer 100 installiert, und es sind die Auslassöffnungen 130 für Behandlungsgas an der gegenüberliegenden Seitenwand installiert. Die Einstrahlöffnungen 123 für Behandlungsgas und die Auslassöffnungen 130 für Behandlungsgas sind in der Kammer 100 in der Weise installiert, dass jeweilige imaginäre Linien, welche die Mitte der Einstrahlöffnungen 123 für Behandlungsgas mit den Mitten der Auslassöffnungen 130 für Behandlungsgas verbinden, oberhalb des Wafers liegen, so dass das Behandlungsgas entlang einer Höhe strömt, in welcher der Wafer in der Kammer 100 eingesetzt ist. Des weiteren sind Detektoren 910 für die Sauerstoffkonzentration jeweils in den Auslassöffnungen 130 für Behandlungsgas installiert, um den Beginn eines Verfahrens anhand der von den Detektoren 910 für die Sauerstoffkonzentration gemessenen Sauerstoffkonzentration zu überwachen.
Hier sind die Einstrahlöffnungen 123 für Behandlungsgas in einem Einstrahlrohr 122, welches mit einer Einstrahldüse 121 für Behandlungsgas verbunden ist, in der Weise ausgebildet, dass sie in dem Einstrahlrohr 122 in waagrechter Richtung miteinander ausgerichtet sind. Demgemäß strömt das aus der Einstrahldüse 121 für Behandlungsgas eingestrahlte Behandlungsgas in dem Einstrahlrohr 122, wobei sich der Einstrahldruck verringert, und wird in diesem Zustand durch die mehrfach vorhandenen Einstrahlöffnungen 123 für Behandlungsgas eingestrahlt, so dass das Behandlungsgas gleichmäßig über die gesamte Oberfläche des Wafers verteilt wird. Zur Gewährleistung einer gleichmäßigen Verteilung des Behandlungsgases ist eine Gastrennwand 124 an einer Seitenwand der Kammer 100 ausgebildet, auf welche das aus den Einstrahlöffnungen 123 eingestrahlte Behandlungsgas auftrifft.
Zum Ermöglichen eines reibungslosen Austragens des aus den in der waagrechten Richtung ausgerichteten Einstrahlöffnungen 123 für Behandlungsgas eingestrahlten Behandlungsgases ist die Kammer 100 an der Seitenwand gegenüber der mit den Einstrahlöffnungen 123 für Behandlungsgas ausgebildeten Seitenwand mit mindestens zwei Auslassöffnungen 130 für Behandlungsgas ausgerichtet, von denen jede einen größeren Durchmesser aufweist als die Einstrahlöffnungen 123 für Behandlungsgas.
Nachdem der Waferzuführdurchlass 700 in einer Seitenwand der Kammer ausgebildet worden ist, können die Auslassöffnungen 121 für Behandlungsgas an der Seitenwand des Waferzuführdurchlasses 700 ausgebildet werden.
In den 3, 4 und 7 ist zur Abdichtung zwischen einer Außenumfangsfläche des Quarzfensters 200 und einem Einsetzteil der Kammer 100, an dem das Quarzfenster eingesetzt wird, ein O-ring 920 zwischen der Außenumfangsfläche des Quarzfensters 200 und dem Einsetzteil der Kammer 100 eingesetzt.
Die Außenumfangsfläche des Quarzfensters 200 besteht aus einer Kombination einer schrägen Fläche mit einer nach unten geneigten Außenfläche, einer senkrechten Fläche, die sich vom unteren Ende der schrägen Fläche vertikal erstreckt, und einer runden Fläche mit einer am unteren Ende der senkrechten Fläche ausgebildeten Krümmung. Demgemäß wird der O-Ring 920 aufgrund einer Belastung durch einen herausragenden Teil der schrägen Fläche einer Druckdeformation ausgesetzt und dichtet zwangsläufig den Zwischenraum zwischen dem Quarzfenster 200 und der Kammer 100 ab. Wird bei einer derartigen Bauweise einer Dichtung zwischen dem Quarzfenster 200 und der Kammer 100 ein Teil des Quarzfensters 200, welcher dem in der Kammer eingesetzten Wafer gegenüberliegt, beschädigt oder verschmutzt, dann wird das Quarzfenster 200 in die Kammer 100 neu eingesetzt, nachdem es umgedreht worden ist, d.h., es wird das Quarzfenster 200 in dem in 7(2) gezeigten Zustand in die Kammer 100 eingesetzt, bei dem das Quarzfenster 200 im ungekehrten Zustand eingesetzt ist, wodurch die Abdichtung zwischen dem Quarzfenster 200 und der Kammer 100 aufrecht erhalten wird.
In den 3, 4 und 8 hat das Quarzfenster 200 eine Fläche, die größer als die Innenfläche der Kammer 100 ist, und eine quadratische Form, deren Ecken jeweils einem geradlinigen Teil der Innenfläche der Kammer 100 gegenüber liegen und an der Außenseite der geradlinigen Teile positioniert sind. Da hierbei jeder der von den Ecken des Quarzfensters 200 und den geradlinigen Teilen 112 der Innenfläche der Kammer 100 begrenzten Bereiche 210 durch die Wand der Kammer 100 abgeschirmt ist, werden diese Bereiche nicht von der Wärmestrahlung beeinflusst, die von der Wärmequelle abgegeben wird. Demgemäß sind Kühlwassermäntel 810 in der Kammer 100 installiert und an einem unteren Teil der Bereiche 210 zum Kühlen des während eines Verfahrens erwärmten Quarzfensters 200 positioniert, wodurch ein Zerbrechen des Quarzfensters verhindert wird.
Die Ecken des Quarzfensters 200 können einer Abrundung unterzogen worden sein.
In den 3, 4, 5 und 9 umfasst jeder der Kantenringträger 300 ein in der Kammer installiertes Drehelement 310 mit einem Drehflügel 311, einen mit dem Drehflügel 311 verbundenen Zylinder 320 mit einer an der Außenseite des Zylinders ausgebildeten Vertiefung, eine Zylinderführung 330 mit einem mit der Vertiefung im Zylinder 320 in Eingriff stehenden Vorsprung, welcher den Zylinder 320 mit dem Drehflügel 311 verbindet, und einen Befestigungsstift 340 für die Zylinderführung zum Befestigen der Zylinderführung 330 an den Drehflügel 311. Der Drehflügel 311 weist mehrere, in dessen oberer Oberfläche ausgebildete, umgekehrte, dreieckförmige Nuten auf, so dass das Gas an einem Herabströmen entlang der oberen Oberfläche des Drehflügels 311 verhindert wird.
Stehendes Gas in den umgekehrten, dreieckförmigen Nuten wird durch die während der raschen Wärmebehandlung entstehende Wärme angehoben. Die umgekehrten, dreieckförmigen Nuten verteilen die auf den Drehflügel wirkenden Wärmespannungen oder die thermische Deformation des Drehflügels 311 aufgrund der Wärmespannungen. Da, des weiteren, der Zylinder 320 mittels der doppelten Verbindungsstruktur bestehend aus der Zylinderführung 330 und dem Befestigungsstift 340 mit dem Drehflügel 311 verbunden ist, weist der Gesamtaufbau der Kantenringträger 300 eine große Festigkeit gegenüber einer thermischen Deformation auf. Die Zylinderführung 330 und der Befestigungsstift 340 für die Zylinderführung bestehen aus einem Material mit einer hohen Festigkeit gegenüber einer thermischen Deformation.
Da gemäß dem Aufbau der Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung der Kantenring 400 und der Kantenringträger 300 neben der Seitenwand der Kammer 100 angeordnet sind, entsteht das Problem einer durch deren Lagen verursachten thermischen Deformation, und es ist erforderlich, diese Elemente nach dem Verfahren einer Zwangskühlung zu unterziehen.
Zur Verhinderung einer thermischen Deformation des Kantenrings 400 und des Kantenringträgers 300 und zur Zwangskühlung dieser Elemente nach einem Verfahren ist gemäß der Ausführungsform der Erfindung ein Kreislaufkanal 820 für Warm-/Kühlwasser in der Innenwand der Kammer 100 in der Weise vorgesehen, dass der Kreislaufkanal 820 eine Außenumfangsfläche des Kantenrings 400 und eine vorbestimmte Fläche des Kantenringträgers 300 umgibt. Da die Temperaturen des Kantenrings 400 und des Kantenringträgers 300 während des Verfahrens auf eine erheblich hohe Temperatur erhöht werden, liefert der Kreislaufkanal 820 Wärmewasser, um eine Temperaturänderung zu verhindern, und liefert nach dem Verfahren Kühlwasser, wodurch der Kantenring 400 und der Kantenringträger 300 rasch abgekühlt werden. Zuführöffnungen 821 für Warm- und Kühlwasser werden während der Montage in die Kreislaufkanäle 820 für Warm-/Kühlwasser eingesetzt.
Aufgrund der Charakteristiken der raschen Wärmebehandlung muss die Temperatur der Kammer während des Verfahrens innerhalb eines bestimmten Bereiches gehalten werden, und es muss die Kammer nach dem Verfahren zwangsgekühlt werden. Gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind zur wirksamen Kühlung ein unteres Kühlsystem und ein oberes Kühlsystem an der Basis der Wafereinsetzstelle verwirklicht.
In 3 und 5 umfasst ein unteres Kühlsystem 830 einen ersten Einstrahlteil 831 für Kühlgas, der an der Bodenfläche der Kammer 100 vorgesehen ist, und eine oder mehrere erste Auslassöffnungen 832 für Kühlgas. Der erste Einstrahlteil 831 für Kühlgas ist an seinem Ende mit mehreren, darin radial angeordneten Einstrahlöffnungen versehen und an einem oberen Teil der Einstrahlöffnungen mit einer Kappe versehen, um einen vorbestimmten Raum zwischen den Einstrahlöffnungen und der Kappe zu begrenzen. Demgemäß wird das aus dem ersten Einstrahlteil 831 für Kühlgas eingestrahlte Kühlgas mittels der Kappe gleichmäßig über die Bodenfläche der Kammer 100 zum Kühlen der Bodenfläche der Kammer 100 verteilt, und wird dann durch die ersten Einstrahlteile 831 für Kühlgas ausgetragen.
Wenn der Wafer in die Kammer 100 eingeführt wird, fließt auch Sauerstoff in die Kammer 100 und wird dann nach dem Aufsetzen des Wafers auf den Kantenring 400 unter Verwendung eines Spülgases entfernt. Unterhalb des Wafers fließt das Gas jedoch nicht reibungslos, z.B. entlang der Bodenfläche der Kammer 100, und somit verbleibt dort eine gewisse Sauerstoffmenge, welche eine negative Auswirkung auf die Verfahrensergebnisse hat.
Demgemäß werden bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die ersten Einstrahlteile 831 für Kühlgas an der dem Waferzuführdurchlass 700 gegenüberliegenden Seite angeordnet, und es wird das Spülgas durch den ersten Einstrahlteil 831 für Kühlgas in die Kammer 100 eingeführt, wodurch der unter dem Wafer verbleibende Sauerstoff entfernt wird.
Zur Erhöhung der Kühlwirksamkeit während die Bauteile der Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung maximal genutzt werden, umfasst das obere Kühlsystem ein primäres Kühlsystem zur direkten Kühlung der Seitenwand der Kammer und zum Vorsehen einer Kühlgasatmosphäre innerhalb der Kammer, und ein sekundäres Kühlsystem zur direkten weiteren Kühlung der Seitenwand.
In 3 und 6 sind eine oder mehrere Einstrahlteile für Kühlgas (welche als zweites Einstrahlteil 841 für Kühlgas bezeichnet werden) des oberen primären Kühlsystems in der Kammer 100 ausgebildet und in einem vorbestimmten Abstand von den Einstrahlöffnungen 123 für Behandlungsgas angeordnet, so dass das Kühlgas oberhalb der Wafereinsetzstelle eingestrahlt wird. Die zweiten Einstrahlteile 841 für Kühlgas sind von den Einstrahlöffnungen 123 für Behandlungsgas getrennt, so dass ein Strom des Kühlgases und ein Strom des Behandlungsgases einander nicht beeinflussen. Obwohl das Kühlgas, nachdem es über den zweiten Einstrahlteil 841 für Kühlgas in die Kammer 100 geströmt ist, die Temperatur innerhalb der Kammer 100 allgemein absenkt, ist es hierbei erstrebenswert, dass einige Teile des Kühlgases entlang der Seitenwand der Kammer 100 strömen, um die Kühlwirksamkeit zu maximieren. Zu diesem Zweck weist jedes der zweiten Einstrahlteile 841 für Kühlgas ein Einstrahlende auf, welches mit einer in einem bestimmten Bereich ausgebildeten leichten Schräge versehen ist, so dass einige Teile des in die Kammer 100 eingestrahlten Kühlgases entlang der Seitenwand der Kammer 100 strömen können, und welches mit einer im restlichen Bereich des Einstrahlendes ausgebildeten starken Schräge versehen ist, so dass das eingestrahlte Kühlgas in die Kammer 100 fließen kann. Das Kühlgas, welches durch die zweiten Einstrahlteile 841 für Kühlgas in die Kammer 100 hinein geströmt ist, wird durch die Auslassteile 130 für Behandlungsgas ausgetragen.
In 3, 8 und 9 verwendet das obere, sekundäre Kühlsystem 850 den vorstehend beschriebenen Kreislaufkanal 820 für Warm-/Kühlwasser. Das sekundäre Kühlsystem 850 umfasst einen oder mehrere Einstrahlteile 851 für Kühlgas und einen oder mehrere Auslassteile 852 für Kühlgas (welche als ein dritter Einstrahlteil für Kühlgas und ein dritter Auslassteil für Kühlgas bezeichnet werden). Diesbezüglich ist eine um eine Außenoberfläche des Kreislaufkanals 820 für Kühl-/Warmwasser herum geformte Nut 822 dazu ausgebildet, einen Kühlgaskanal zwischen der Außenoberfläche der Kreislaufkanäle 820 für Warm-/Kühlwasser und der Innenwand der Kammer 100 zu bilden. Der dritte Einstrahlteil 851 für Kühlgas und der Auslasssteil 852 für Kühlgas stehen jeweils mit der Nut 822 in Verbindung. Demgemäß kühlt das aus dem dritten Einstrahlteil 851 für Kühlgas eingestrahlte Kühlgas direkt die Seitenwand der Kammer 100, während es entlang des Kreislaufkanals 820 für Warm-/Kühlwasser strömt, wonach es durch den dritten Auslassteil 852 für Kühlgas ausgetragen wird.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu Darstellungszwecken offenbart worden sind, ist es für Fachleute auf dem Gebiet ersichtlich, dass verschiedene Abänderungen, Zusätze und Austausche möglich sind, ohne dass der Rahmen und Gedanken der Erfindung, wie in den beiliegenden Ansprüchen offenbart, verlassen wird.
[Zusammenfassung]
Offenbart ist eine Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung. Die Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung umfasst eine Kammer mit einer Innenfläche, die einen mehrlinienförmigen Querschnitt aufweist, welcher aus mehreren voneinander getrennten, den gleichen Radius und die gleiche Kreismitte aufweisenden Kreisbögen und mehreren geraden Linien besteht, welche die Kreisbögen miteinander verbinden. Die Kammer überwindet die Nachteile einer herkömmlichen kreisförmigen oder quadratischen Kammer. Des weiteren weist ein Quarzfenster eine Außenumfangsfläche auf, die aus einer Kombination einer schrägen Fläche, einer senkrechten Fläche und einer runden Fläche besteht, so dass auch wenn das Quarzfenster in einem umgedrehten Zustand in die Kammer eingesetzt wird, eine Abdichtung zwischen der Kammer und dem Quarzfenster aufrechterhalten werden kann. Bauteile eines Kantenrings sind mittels einer doppelten Verbindungsstruktur miteinander verbunden, wodurch im Vergleich mit dem Stand der Technik eine hohe Festigkeit gegen eine thermische Verformung gewährleistet wird. Zusätzlich ist die Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung mit voneinander unabhängigen Kühlsystemen für jeweilige Bauteile versehen, wodurch eine wirksame Temperatursteuerung für die jeweiligen Bauteile ermöglicht wird.

Claims

Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung, mit: einer Kammer, die an einer Seitenwand mit einer oder mehreren Einstrahlöffnungen für ein Behandlungsgas und an einer gegenüberliegenden Seitenwand mit einer oder mehreren Auslassöffnungen für das Behandlungsgas versehen ist; einer in der Kammer installierten Wärmequelle zum Erwärmen eines Wafers; einem Quarzfenster, welches an der Kammer in der Weise angebracht ist, dass es unterhalb der Wärmequelle angeordnet werden kann; einem Kantenringträger, welcher in der Kammer in der Weise eingesetzt ist, dass er unterhalb des Quarzfensters angeordnet werden kann; und einem auf den Kantenringträger aufgesetzten Kantenring zum Aufnehmen eines Wafers; wobei die Kammer eine Innenfläche mit einem mehrlinienförmigen Querschnitt aufweist, welcher aus mehreren voneinander getrennten, den gleichen Radius und die gleiche Kreismitte aufweisenden Kreisbögen und mehreren geraden Linien besteht, welche die Kreisbögen miteinander verbinden.
Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung nach Anspruch 1, bei welcher jeder der Kreisbögen an der Kreismitte einen Winkel von 15° bis 50° bildet.
Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung nach Anspruch 1, bei welcher ein O-Ring zwischen einer Außenumfangsfläche des Quarzfensters und einem Einsetzteil der Kammer eingesetzt ist, an dem das Quarzfenster eingesetzt wird.
Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung nach Anspruch 3, bei welcher die Außenumfangsfläche des Quarzfensters aus einer Kombination einer schrägen Fläche, einer senkrechten Fläche und einer runden Fläche besteht.
Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung nach Anspruch 1, bei welcher das Quarzfenster eine Fläche, die größer als diejenige der Innenfläche der Kammer ist, und eine quadratische Form aufweist, deren Ecken jeweils einem geradlinigen Teil der Innenfläche der Kammer gegenüber liegen, während sie außerhalb der geradlinigen Teile liegen, und bei dem die Anlage zur raschen Wärmebehandlung des weiteren einen oder mehrere Kühlwassermäntel umfasst, wobei jeder in der Weise in der Kammer installiert ist, dass der Kühlwassermantel an einem unteren Teil eines Bereiches positionierbar ist, welcher durch eine Ecke des Quarzfensters und einem geradlinigen Teil der Innenfläche der Kammer begrenzt ist.
Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung nach Anspruch 1, bei welcher an einer Seitenwand der Kammer ein Einstrahlrohr ausgebildet ist, das mit einer Einstrahldüse für Behandlungsgas verbunden ist und an dem die Einstrahlöffnungen für Behandlungsgas mit dem Einstrahlrohr ausgerichtet sind, wobei jede der Auslassöffnungen für Behandlungsgas mit mindestens zwei Auslassöffnungen ausgebildet ist, die in der Auslassöffnung für Behandlungsgas ausgerichtet sind und einen Durchmesser aufweisen, der größer als derjenige der Einstrahlöffnung für Behandlungsgas ist.
Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung nach Anspruch 1, bei welcher jede der Auslassöffnungen für Behandlungsgas mit einem Detektor für die Sauerstoffkonzentration versehen ist.
Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung nach Anspruch 1, bei welcher die Kammer mit einem Waferzuführdurchlass in der Seitenwand der Kammer ausgebildet ist, und die mit den Einstrahlöffnungen für Behandlungsgas verbundenen Einstrahldüsen für Behandlungsgas an einer Seitenwand des Waferzuführdurchlasses ausgebildet sind.
Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung nach Anspruch 1, bei welcher der Kantenringträger ein in der Kammer installiertes Drehelement mit einem Drehflügel, der eine an seiner oberen Oberfläche ausgebildete Nut aufweist; einen mit dem Drehflügel verbundenen Zylinder, auf dessen oberer Oberfläche der Kantenring aufgesetzt ist; eine mit dem Zylinder in Eingriff stehende Zylinderführung; und einen Zylinderbefestigungsstift zum Befestigen der Zylinderführung an den Drehflügel umfasst.
Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung nach Anspruch 1, welche des weiteren einen Kreislaufkanal für Kühl-/Warmwasser aufweist, der in einer Innenwand der Kammer in der Weise vorgesehenen ist, dass der Kreislaufkanal eine Außenumfangsfläche des Kantenrings und eine vorbestimmte Fläche des Kantenringträgers umgibt.
Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung nach Anspruch 1, welche des weiteren einen ersten Einstrahlteil für Kühlgas zum Einstrahlen eines Kühlgases in die Kammer und einen ersten Auslassteil für Kühlgas zum Austragen des aus dem ersten Einstrahlteil für Kühlgas ausgetragenen Kühlgases zur Außenseite der Kammer, wobei der erste Einstrahlteil für Kühlgas und der erste Auslassteil für Kühlgas an der Bodenfläche der Kammer installiert sind.
Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung nach Anspruch 1, bei welcher der erste Einstrahlteil für Kühlgas mehrere, darin radial angeordnete Einstrahlöffnungen und eine an einem oberen Teil der Einstrahlöffnungen installierte Kappe zum Begrenzen eines vorbestimmten Raumes, der zwischen den Einstrahlöffnungen und der Kappe geöffnet ist, umfasst.
Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung nach Anspruch 1, welche des weiteren einen zweiten Einstrahlteil für Kühlgas umfasst, welcher an der Seitenwand der Kammer im Abstand von den Einstrahlöffnungen für Behandlungsgas zum Einstrahlen des Kühlgases über den auf den Kantenring aufgesetzten Wafer ausgebildet ist, und welcher ein Einstrahlende aufweist, das mit einer in einem vorbestimmten Bereich des Einstrahlendes ausgebildeten leichten Schräge versehen ist, so dass ein Teil eines eingestrahlten Kühlgases entlang der Seitenwand der Kammer strömen kann, und das mit einer im restlichen Bereich des Einstrahlendes ausgebildeten steilen Schräge versehen ist.
Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung nach Anspruch 10, bei welcher eine Nut um eine gegenüber der Innenwand der Kammer liegende Außenoberfläche des Kreislaufkanals für Kühl-/Warmwasser herum ausgebildet ist, und die Anlage zur raschen thermischen Bearbeitung des weiteren einen dritten Einstrahlteil für Kühlgas und einen dritten Auslassteil für Kühlgas umfassen kann, die in der Kammer installiert und jeweils mit der Nut verbunden sind.