KR100424056B1 - 퍼니스측벽온도제어시스템 - Google Patents

퍼니스측벽온도제어시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR100424056B1
KR100424056B1 KR10-1998-0021093A KR19980021093A KR100424056B1 KR 100424056 B1 KR100424056 B1 KR 100424056B1 KR 19980021093 A KR19980021093 A KR 19980021093A KR 100424056 B1 KR100424056 B1 KR 100424056B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
temperature
vertical
processing chamber
heat treatment
treatment system
Prior art date
Application number
KR10-1998-0021093A
Other languages
English (en)
Other versions
KR19990006758A (ko
Inventor
토마스 레코라스 조지
폴 로디어 데니스
Original Assignee
액셀리스 테크놀로지스, 인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 액셀리스 테크놀로지스, 인크. filed Critical 액셀리스 테크놀로지스, 인크.
Publication of KR19990006758A publication Critical patent/KR19990006758A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100424056B1 publication Critical patent/KR100424056B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67115—Apparatus for thermal treatment mainly by radiation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/10—Heating of the reaction chamber or the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B31/00—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor
    • C30B31/06—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor by contacting with diffusion material in the gaseous state
    • C30B31/12—Heating of the reaction chamber

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Control Of Temperature (AREA)

Abstract

종축(縱軸)(X)을 따라서 연장되어 있는 수직형 처리 챔버(20)와, 처리 챔버내에 배치되고 또한 반도체 웨이퍼(W)등 하나 이상의 기판이 처리를 위해서 위에 장착될 수도 있는 지지대 표면을 갖춘 이동가능한 플랫폼(32)을 포함하는 수직형 급속 열처리(Rapid Thermal Processing:RTP) 시스템(10)이 제공된다. 온도 제어 서브시스템(subsystem)(56, 58, 60)은 수직형 처리 챔버내에서 종축을 따라서 연속적인 온도 경사도를 확립한다. 온도 제어 서브시스템을 종축을 따라서 상이한 수직 위치에 배치된 복수의 챔버 측벽 가열소자(24)를 포함한다. 복수의 가열소자의 각각은 다른 나머지 복수의 가열소자와 관계없이 제어된다. 복수의 종축 방향의 가열소자는, 챔버내에서의 웨이퍼의 위치 또는 처리된 웨이퍼의 수에 관계없이, 챔버내에서 일관성있고 연속적인 온도 경사도를 발생시키는 능동형 측벽 가열 메커니즘을 제공한다.

Description

퍼니스 측벽 온도 제어 시스템{FURNACE SIDEWALL TEMPERATURE CONTROL SYSTEM}
본 발명은 통상적으로 반도체 열처리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 퍼니스(furnace)내에서 필요로 하는 일정한 온도 경사도(gradient)를 유지하기 위해 다수의 연속적인 열원(熱源)을 사용하는 수직형 급속 열처리 퍼니스에 관한 것이다.
열처리 시스템은 반도체의 각종 제조 단계에서 널리 사용된다. 기본적인 열처리 대한 응용 분야는 화학 증착, 확산, 산화, 어닐링(annealing), 규화(silicification), 질화(nitrification) 및 솔더 리플로우(solder reflow) 공정을 포함한다. 수직형 급속 열처리(RTP; rapid thermal processing) 시스템은 저항식 가열소자 또는 고취도 광원 뱅크(bank) 등의 열원에 의해서 가열되는, 수직 방향으로 된 처리 챔버를 포함한다. 열원은 처리 챔버의 내부를 약 100℃/sec까지의 상승률(ramp rate)로 섭씨 450-1400 ℃ 범위의 온도로 가열할 수 있다.
단일 웨이퍼를 처리하는 수직형 RTP 시스템의 한 예는, Lee에게 부여하고, 본 발명의 양수인에게 양도된 미합중국 특허 제4,857,689호에서 기재되어 있고, 참조로서 여기에 개시된다. Lee에게 부여한 특허는 챔버의 상부에 위치된 저항 가열소자에 의해서 가열되는 처리 챔버를 개시한다. 저항 가열소자는 처리 챔버를 가열하여 챔버의 상부(가장 뜨거운)로부터 챔버의 하부(가장 적게 뜨거운)까지의 온도 경사도가 얻어진다. 챔버 측벽은 챔버의 상부로부터 측벽 아래로 전도되는 열 및 저항식 히터로부터 챔버를 통하여 대류적(對流的)으로 복사되는 열에 의해서 취득되는 측벽에 대한 상기의 온도 경사도를 나타낸다. 웨이퍼를 지지하는 엘리베이터는 처리 제어 시스템에 의해서 상기 온도 경사도 내에서 상하로 이동하여 웨이퍼에 대한 필요한 가열이 실행된다.
Lee의 특허에 의해 도시된 것 등의 단일-히터 구조는 단일 웨이퍼의 처리 및 다수 웨이퍼 시스템 처리량에 악영향을 미치는 처리 특성을 갖는다. 웨이퍼 및 웨이퍼를 지지하는 받침대(pedestal)는 처리 챔버의 전체의 수직 단면적의 상당부분을 점유하므로, 웨이퍼 및 받침대는 상부의 저항 가열소자로부터 복사하는 열을 차단하고, 차단된 열이 웨이퍼 아래쪽의 챔버 부분에 도달하여 가열시키지 못하게 한다. 따라서, 단일 웨이퍼를 처리하는 동안, 측벽 온도 경사도는 특정의 측벽 위치 및 그 위치에 대한 웨이퍼의 위치에 따른 높은 온도 불연속성이 특징일 수도 있다. 이러한 온도 불연속성은 웨이퍼의 정확한 가열을 어렵게 한다.
또한, 단일 히터 구조는 초기에는 불안정하고 몇 개의 웨이퍼가 처리된 후에만 안정되는 측벽 온도 경사도가 또한 특징이다. 이러한 표류(drift) 현상은 시동을 늦추므로 시스템의 처리량을 감소시킨다. 챔버 측벽은 대류(對流) 및 전도 가열 모두로써 가열되기 때문에, 전도 가열의 정도는 몇 개의 웨이퍼 처리후에 웨이퍼에의한 복사(대류) 열 차단의 역영향을 감소시키는 정도까지 진행하는 것이라고 생각된다. 다수의 웨이퍼의 연속 처리 후에는 상기의 문제는 없어진다. 어떤 경우에 이러한 문제는 더미(dummy) 웨이퍼의 초기 처리에 의해 해결되었고, 이것은 시스템의 처리량에 악영향을 준다. 그러나, 더미 웨이퍼를 사용하더라도, 단일 웨이퍼의 처리 중에 발생하는 측벽 온도 경사도의 불연속성을 교정할 수 없다. 즉, 각각의 개별적인 웨이퍼의 처리 중에, 웨이퍼는 여전히 복사 열을 차단하는 기능을 하므로, 특정 위치에서의 측벽 온도는 웨이퍼가 그 위치의 위에 위치하는가 또는 아래에 위치하는가에 따라서 변동한다.
따라서, 본 발명의 목적은 퍼니스의 여러 수직 위치에 위치한 복수의 연속적인 열원을 사용해서 일관성있고 연속적인 챔버내의 온도 경사도를 제공하는 단일 웨이퍼 RTP 수직형 퍼니스를 제공하는 것이다.
본 발명의 추가적인 목적은 퍼니스내의 웨이퍼의 위치에 관계없이, 또한 처리된 웨이퍼의 수에 관계없이, 측벽의 특정한 수직 위치에서 일정한 온도 판독치를 제공하는 능동형 측벽 가열 메커니즘을 구비한 퍼니스를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 원리에 따라서 구성된, 측벽이 가열되는 수직형 급속 열처리 시스템의 단면도.
도 2는 도 1의 급속 열처리 시스템의 측벽 가열 제어 시스템의 개략도.
도 3은 종래 기술의 시스템에 의한 측벽 온도 특성과, 본 발명을 이용하는 온도 특성의 균일성 향상을 나타내는 그래프.
* 도면의 주요부분의 부호 설명
10: 수직형 열처리 시스템 12: 처리장치
14: 시스템 제어기 16: 히터 제어기
18: 폐쇄된 튜브(벨 자) 20: 처리 챔버
22: 상측 히터 모듈 24: 측벽 히터 모듈
30: 엘리베이터 조립체 32: 받침대
34: 지지 튜브 36: 이송 챔버
38: 처리 제어기 40: 모터 제어기
42: 고온계(pyrometer) 44: 고온계 헤드(head)
46: 광 섬유 48: 증폭기
50: 서보 모터 52: 위치 인코더
56: 상측 히터 제어기 58: 존(zone) 제어기
60: 주 제어기 62: 서모스탯
64: 열전대
종축(縱軸)을 따라서 연장되어 있는 수직형 처리 챔버와, 처리 챔버내에 배치되고 또한 하나 이상의 반도체 웨이퍼가 처리를 위해서 위에 장착되는 지지대 표면을 갖춘 이동가능한 플랫폼을 포함하는 수직형 급속 열처리(RTP) 시스템이 제공된다. 플랫폼상에 위치된 웨이퍼 배면의 온도를 감지하기 위해서 광 고온계(高溫計) 등의 온도 센서를 사용할 수도 있다. 시스템이 폐쇄 루프 제어 방식으로 동작할 때, 위치 제어기는 광 고온계로부터 피드백 신호를 수신하고 이것에 응답해서 위치 신호를 이동 메커니즘에 제공한다. 이동 메커니즘은 수직형 처리 챔버내에서 이동가능한 플랫폼의 수직 위치를 조절한다.
온도 제어 서브시스템(subsystem)은 수직형 처리 챔버내에서 종축을 따라서 연속적인 온도 경사도를 확립한다. 온도 제어 서브시스템은 종축을 따라서 상이한 수직 위치에 배치된 복수의 챔버 측벽 가열소자를 포함한다. 복수의 가열소자의 각각은 기타의 복수의 가열소자와 관계없이 제어된다. 복수의 종축 방향의 가열소자는, 챔버내에서의 웨이퍼의 위치 또는 처리된 웨이퍼의 수에 관계없이, 챔버내에서 일정하고 연속적인 온도 경사도를 발생시키는 능동형 측벽 가열 메커니즘을 제공한다. 상측 가열소자는 웨이퍼 중앙에 더 많은 열을 가하고, 측면 가열소자(들)는 웨이퍼 모서리에 더 많은 열을 가한다. 복수의 가열소자를 독립적으로 제어함으로써 웨이퍼에 걸쳐서 반경방향의 온도 프로파일을 직접 제어할 수 있게 된다.
이어서, 도면을 참조하면, 도 1은 반도체 웨이퍼(W)등의 하나 이상의 기판을 열처리하는 수직형 급속 열처리(RTP) 시스템(10)을 나타낸다. RTP 시스템(10)은 수직의 온도 경사도 영역을 형성하는 가열 메커니즘과, 이 영역내에서 웨이퍼를 수직으로 이동시키는 이동 메커니즘을 포함하는 처리 장치(12)와; 온도 경사도내에서 웨이퍼의 수직 위치를 제어하는 시스템 제어기(14)와; 처리 장치의 가열 메커니즘을 제어하는 히터 제어기(16)를 포함한다. 또 다른 방법으로는, 히터 제어기(16)는 시스템 제어기(14)에, 예로서, 처리 제어기(38)내에 통합될 수도 있다.
처리 장치(12)는 처리 챔버(20)를 형성하는 석영 벨 자(bell jar)등의 단부(端部)가 폐쇄된 튜브(18)를 포함한다. 벨 자(18)의 내부는 벨 자의 상부를 둘러씨는 상측 히터 모듈(22), 및 벨 자의 측벽을 둘러싸는 최소한 하나의 추가적인 측벽 히터 모듈(24)에 의해서 가열된다. 개시된 실시예에는, 2개의 측벽 히터 모듈(24a-b)이 나와있다. 본 발명은 기타 방식의 히터를 사용할 수도 있다고 여겨지지만, 상측 및 측벽 히터 모듈은 벨 자(18)의 주변에 원주상으로 배치된 복수의 저항식 가열소자를 포함하는 것이 바람직하다. 가열소자는 절연물질(26)이 둘러싸고 있다.
가열소자(22 및 24a-b)에 전압을 인가하면 자의 상부(가장 뜨거운)로부터 자의 하부(가장 적게 뜨거운)로 연장되는, 벨 자의 중앙 종축선(X)을 따라서 수직 온도 경사도가 형성된다. 온도 경사도 내에서 웨이퍼(W)를 수직 이동하여 웨이퍼에 대하여 필요한 가열처리를 실행한다. 처리되는 웨이퍼의 온도 상승률 및 하강률은, 처리 챔버의 온도를 변화시키는 것보다는, 처리 챔버(20)내에서의 웨이퍼의 수직 위치에 의해서 제어된다. 웨이퍼의 수직 이동은 지지 튜브(34)에 연결된 받침대(32)를 포함하는 엘리베이터 조립체(30)에 의해서 실행된다. 처리되는 웨이퍼는 이송 챔버(36)를 통하여 받침대(32)에 장착되고 또한 받침대로부터 제거된다.
시스템 제어기(14)는 받침대(32)의 수직 위치를 제어하여, 웨이퍼(W)를 처리 챔버(20) 내에 형성된 온도 경사도 이내에서 제어한다. 마이크로 프로세서등의 처리 제어기(38)는 저장된, 필요한 열처리 방법에 따라서 모터 제어기(40)에 신호를 제공하고, 폐 루프(closed-loop) 제어 방식으로 동작될 때는, 고온계(42)에 의해서 제공되는 웨이퍼 온도 피드백에 따라 모터 제어기(40)에 신호를 제공한다. 고온계헤드(44)는 웨이퍼(W)의 하측으로 지향되어 온도 피드백을 취득하고, 광 섬유(46)로 고온계(42)에 연결된다. 모터 제어기의 출력은 증폭기(48)를 구동시키고, 이어서 증폭기는 서보모터(50)를 구동하여 지지 튜브(34)를 상승 또는 하강시킨다. 위치 인코더(52)는 모터 제어기에 위치 피드백을 제공한다. 시스템 제어기(14)로써 제공되는 이러한 폐 루프 위치 제어 시스템은 기술적으로 공지된 것이다. 또 다른 방법으로써, 시스템은 고온계(42)로부터의 피드백을 사용함이 없이, 개방 루프 방식으로 동작될 수도 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 일 실시예에서, 히터 제어기(16)는 상측 히터 모듈(22)의 동작을 제어하는 상측 히터 제어기(56)와, 측벽 히터 모듈(24a-b) 각각 제어하는 존(zone) 제어기(58a-b)를 포함한다. 주(master) 제어기(60)는 개별 제어기(56 및 58a-b)의 동작을 제어하여 RTP 시스템(10)의 동작을 효과적으로 조정하는데 사용된다. 또 다른 실시예에서, 시스템의 각각의 가열소자에 대하여 별도의 소프트웨어를 토대로 하는 P-I-D(proportional integral differential control) 제어 루프가 구성될 수도 있고, 이것에 대한 조정은 주 제어기(60)보다는 처리 제어기(38)에 의해서 이루어진다.
2개의 측벽 히터 모듈(상측 히터 제어기(56)에 의해서 제어되는 상측 히터 모듈(22)에 추가하여)을 제어하는 2개의 측벽 존 제어기가 도 1에 도시되어 있지만, 이러한 구성은 다만 예를 든 것이다. 본 발명은 처리 챔버의 종 축선(X)을 따라서 상이한 위치에 복수의 독립적으로 제어되는 히터가 배치되어서, 처리 챔버내에 단차(段差)없는(stepless) 온도 경사도를 형성하는 히터 구성이면 어떠한 것이든지 구성하고자 하는 것이다. 여기서 사용한, "단차없는"이라는 것은 중간 전이(轉移) 영역으로써 연결되는 상이한 온도의 일련의 개별적인 존이 아니고, 처리 챔버내에서 연속적인 온도 경사도의 확립을 의미한다. 히터는 공지된 저항 또는 램프에 의한 몇 가지의 구성이라도 고려할 수 있지만, 도시된 실시예에서, 각각의 히터는 벨 자(18)의 외측 주변에 위치하여 자(jar)의 측벽주위를 둘러싸는 저항 가열소자를 포함한다.
도 2는 본 발명에 따라서 구성된 측벽 가열 제어 시스템을 나타낸다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 주 제어기(60)는 처리 챔버(20)내의 복수(n)의 수직 위치에서의 필요로 하는 온도를 저장하거나 또는 기억 장치(도면에 나타내지 않음)로부터 수신함으로써, 챔버내에 바람직한 연속적인 온도 경사도를 확립한다. 복수(n)의 수직 위치는 벨 자(18)내의 처리 챔버(20)를 가열하는 데에 사용되는 복수의 히터 모듈(예로서, 상측 히터 모듈과 하나 이상의 측벽 히터 모듈, 또는 2개 이상의 측벽 히터 모듈)을 나타낸다.
시스템의 각각의 히터 모듈(24)에 대하여 폐 루프 제어 시스템이 구성된다. 도 2는 측벽 히터 모듈(24a-24n) 및 이에 대응하는 측벽 존 제어기(58a-58n)만을 나타냈으나, 시스템(10)에 포함되는 상측 히터 모듈에 대하여 유사한 제어 시스템을 사용할 수도 있다. 각각의 존 제어기(58)는 주 제어기(60)로부터의 필요한 온도 기준 입력 신호, 및 벨 자 측벽(18)에 설치된 열전대(64)로부터의 실제 온도 피드백 신호를 수신하는 가산 정션(summing junction)(예로서, 서모스탯)(62)을 포함한다. 각각의 제어기(58-n)에서, 필요로 하는 일정한 측벽 온도 경사도를 달성하기위해서, 필요로 하는 측벽 온도와 실제 측벽 온도간의 차이에 따라서 시스템의 기타의 히터 모듈에 관계없이 히터 모듈(24a-n)에 전압을 공급하고 차단하는 데에 스위치(SW)를 사용한다. 주 제어기에 의해서 제어되는 각각의 존 제어기(58)로써, 필요로 하는 일정한 단차없는 온도 경사도가 벨 자 처리 챔버(20)내에 확립된다.
도 3은 본 발명의 측벽 가열 메커니즘에 의해서 제공되는 동작 개선을 나타낸다. 도면에 나타낸 바와 같이, 측벽의 특정한 위치에서의 측벽 온도의 균일성은, 독립적인 측벽 가열을 사용하지 않는 RTP 시스템에 비해서, 본 발명을 이용함으로써 개선된다. 도 3은 본 발명의 측벽 가열 메커니즘을 사용한 것과 또한 사용하지 않은 것 모두에 대하여, 7개의 웨이퍼를 처리하는 과정에 걸쳐서, 벨 자(18)의 축선(X)을 따라서 대략 중간의 횡측 방향 위치에서의 측벽 온도의 그래프를 나타낸다. 측벽 온도는 시간에 따라서 구성한 것이다.
RTP 시스템의 하나의 통상적인 동작에서, 웨이퍼는 이동 챔버(36)를 통하여 받침대(32) 위에 장착되고, 축선(X)을 따라서 도 1에 표시된 종축 방향의 위치 아래의 위치로 이동된다. 웨이퍼는 이 위치에서 순간적으로 정지하여(예로서, 10-20초 동안) 소우킹(soaking)된다. 이 시간 프레임은 도 3에서 시간 t1-t7에 앞서서 10-20초 간격으로 표시된다. 도 3의 종축 방향의 위치(현재 웨이퍼의 위)에서의 측벽의 온도는 상측 히터(22)로부터의 열의 하향 대류로 인하여 어느 정도 상승한다.
이러한 초기 소우킹 위치에 이어서, 도 3의 종축 방향 측벽 위치로써 표시되어 있는 위치 위의 위치로 처리 챔버(20)내의 받침대(32)를 상승시킴으로써 웨이퍼는 더 높은 온도로 상승된다. 이 시간 프레임은 시간 t1-t7의 바로 직후의 20-30초 간격으로 표시된다. 이 시간 동안 웨이퍼에 대하여 필요한 가열 처리를 하도록 웨이퍼의 위치는 시스템 제어기(14)에 의해서 미세하게 조절된다.
측벽 가열을 실행하지 않는 경우에, 도 3에 표시된 종축 방향 위치와 상측 히터와의 사이의 웨이퍼의 위치가 열의 하향 대류를 차단하기 때문에, 도 3의 종축 방향의 위치(현재 웨이퍼의 아래)에서의 측벽 온도는 웨이퍼가 상기 위치를 통과하자 마자 상당히 감소한다. 따라서, 측벽 가열을 실행하지 않는 경우에, 도 3의 종축 방향 위치에서의 최대 온도는 웨이퍼가 이 위치를 통과하기 바로 이전에(즉, 7개의 웨이퍼의 순차적인 처리를 나타내는, 정확하게 시간 t1-t7에) 얻어진다. 그러므로, 측벽을 가열하지 않는 경우에, 챔버내의 특정의 종축 방향 위치에서의 온도는 처리되는 웨이퍼의 위치에 어느 정도 종속적이므로, 처리 챔버(20)내에서의 온도 경사도를 정확하기 제어하기 어려운 상태로 유지된다. 도 3은, 이러한 온도 비일관성 문제가 본 발명의 측벽 가열 메커니즘을 사용해서 처리 챔버내의 웨어퍼 위치에 관계없이 어떻게 제거되는 가를 나타낸다.
단일 웨이퍼의 처리중에 발생하는 측벽 온도 변화의 문제에 추가하여, 측벽을 가열하지 않는 경우에, 연속적인 웨이퍼 처리에 대하여 측정한 바와 같이 후속적인 웨이퍼마다의 처리에서의 측벽 온도 변화가 또한 발생된다. 이러한 현상은, 도 3에서, 제1웨이퍼(시간t1전후)로부터 제7웨이퍼(시간t7전후)까지의 측벽 온도 그래프의 통상적으로 하향의 이동 또는 추세로써 표시되어 있다. 이러한 통상적으로 하향의 온도 기울어짐은 또한, 처리되는 연속적인 웨이퍼에 의한, 상측 히터로부터의 복사 열의 차단에 의한 것이다. 이러한 효과는 처리되는 처음의 몇 개 웨이퍼에 대하여 특히 현저하고, 이어서 처리 챔버 측벽을 따라서 하향으로 열이 전도되어 이러한 효과를 상쇄함에 따라서 덜 현저하게 된다. 도 3은 또한 이러한 웨이퍼간의 온도 비균일성 문제가 본 발명의 측벽 가열 메커니즘을 사용해서 어떻게 제거되는 가를 나타낸다.
그러므로, 수직형 처리 챔버를 따라서, 대응하는 수의 종축 방향 위치에 설치된 하나 이상의 독립적으로 제어되는 가열 모듈을 사용하면, 시스템 성능이 상당히 개선된다. 가열 모듈을 사용하지 않은 경우의 단일 웨이퍼의 처리중에, 또한 연속 웨이퍼들 사이에 발생하는 측벽 온도 변화가 가열 모듈을 사용하면 현저히 감소된다. 도 3에 나타낸 적은 양의 온도 변화는 도 2의 제어 시스템을 정밀 조정함으로써 제거될 수도 있다.
따라서, 개선된 측벽 가열된 수직형 RTP 시스템의 바람직한 실시예를 설명하였다. 그러나, 상기의 설명을 염두에 두고, 이러한 설명은 예일 뿐이고, 본 발명은 여기에 기재한 특정 실시예에 한정되지 않으며, 또한, 후속의 청구범위 등에 의해서 정의된 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이, 상기 설명에 대하여 다양한 재구성, 변형, 및 대체가 실행될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
본 발명에 의해서, 퍼니스의 여러 수직 위치에 위치한 복수의 연속적인 열원을 사용해서 균일하고 연속적인 챔버내의 온도 경사도를 부여하고, 또한 퍼니스내의 웨이퍼의 위치에 관계없이, 또한 처리된 웨이퍼의 수에 관계없이, 측벽의 특정한 수직 위치에서 균일한 온도 판독치를 제공하는 능동형 측벽 가열 메커니즘을 구비한 퍼니스가 제공된다.

Claims (8)

  1. 열처리 시스템(10)에 있어서,
    종축(縱軸)(X)을 따라서 연장되어 있는 수직형 처리 챔버(20)와;
    상기 수직형 처리 챔버내에 배치되고, 하나 이상의 기판(W)이 처리를 위해서 장착되는 지지대 표면을 갖는 이동가능한 플랫폼(32)과;
    상기 수직형 처리 챔버내에서 상기 종축을 따라서 연속적인 온도 경사도를 확립하기 위한 온도제어 서브시스템(56,58,60)으로서,
    상기 종축을 따라서 상이한 수직 위치에 배치된 복수의 가열소자(24)를 포함하되, 상기 복수의 가열소자 각각은, 다른 기타의 복수의 가열소자와는 독립적으로 해당 가열소자를 가열하기 위한 해당 히터 제어기(16)와 연결되는 상기 온도제어 서스시스템(56,58,60)과;
    상기 이동가능한 플랫폼(32)의 위치에서 또는 위치 부근에서 온도를 감시하는 온도 센서(42)와;
    상기 이동가능한 플랫폼을 수직 이동시키는 이동 메커니즘(50); 및
    상기 온도 센서(42)로부터 피드백 신호를 수신하고 이 수신신호에 응답해서 위치 신호를 상기 이동 메커니즘(50)에 제공하여 상기 수직형 처리 챔버내에서 상기 이동가능한 플랫폼의 수직 위치를 조절하는 위치 제어기(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 시스템(10).
  2. 제1항에 있어서, 각각의 상기 가열소자(24)는 상기 수직형 처리 챔버(20)의 주변에 원주상으로 배치된 복수의 저항식 가열소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 시스템(10).
  3. 제2항에 있어서, 각각의 상기 히터 제어기(16)들은 특정의 수직 위치에서 상기 수직형 처리 챔버의 온도를 측정하는 열전대(64)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 시스템(10).
  4. 제3항에 있어서, 상기 열전대(64)는 상기 수직형 처리 챔버의 벽(18)에 설치되는 것을 특징으로 하는 열처리 시스템(10).
  5. 제 1항에 있어서, 상기 온도 센서는 광 고온계(42)인 것을 특징으로 하는 열처리 시스템(10).
  6. 제3항에 있어서, 상기 열전대(64)들은 각각 실제 온도 피드백 신호를 출력하고, 각각의 상기 히터 제어기(16)들은 상기 실제 온도 피드백 신호를 소망의 온도 기준 입력 신호와 비교하여, 소망 온도 신호와 실제 온도 신호와의 사이의 차이에 따라서 대응하는 가열소자(24)에 선택적으로 전압을 공급 및 차단하는 것을 특징으로 하는 열처리 시스템(10).
  7. 제3항에 있어서, 상기 이동가능한 플랫폼(32)상의 상기 지지대 표면은 상기 종축(X)에 실질적으로 수직으로 배치되는 평면에 놓여 있는 것을 특징으로 하는 열처리 시스템(10).
  8. 수직형 열처리 시스템(10)에 있어서,
    종축(X)을 따라서 연장되고, 또한 측벽 격리 구조물(18)에 의해서 형성되는 수직형 처리 챔버(20)와;
    상기 처리 챔버내에 배치되고, 하나 이상의 기판(W)이 처리를 위하여 장착되는 지지대 표면을 갖는 이동가능한 플랫폼(32)과;
    상기 수직형 처리 챔버내에서 상기 종축을 따라서 연속적인 온도 경사도를 확립하기 위한 온도제어 서브시스템(56,58,60)으로서,
    상기 측벽 격리 구조물을 둘러싸는, 상측 가열소자(22) 및 최소한 하나의 측벽 가열소자(24)를 포함하되, 상기 상측 가열소자 및 상기 최소한 하나의 측벽 가열소자는, 다른 기타의 복수의 가열소자와는 독립적으로 해당 가열소자를 개별 가열하기 위한 히터 제어기(16)와 연결되는 상기 온도 제어 서브세스템(56,58,60)과;
    상기 이동가능한 플랫폼(32)의 위치 또는 위치 부근에서 온도를 감시하는 온도 센서(42)와;
    상기 이동가능헌 플랫폼을 수직 이동시키는 이동 메커니즘(50); 및
    상기 온도 센서(42)로부터 피드백 신호를 수신하고, 이 신호에 응답해서 위치 신호를 상기 이동 메커니즘(50)에 제공하여, 상기 수직형 처리 챔버내에서 상기이동가능한 플랫폼의 수직 위치를 조절하는 위치 제어기(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 열처리 시스템(10).
KR10-1998-0021093A 1997-06-11 1998-06-08 퍼니스측벽온도제어시스템 KR100424056B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/873,351 US5900177A (en) 1997-06-11 1997-06-11 Furnace sidewall temperature control system
US08/873,351 1997-06-11
US8/873,351 1997-06-11

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR19990006758A KR19990006758A (ko) 1999-01-25
KR100424056B1 true KR100424056B1 (ko) 2004-06-23

Family

ID=25361468

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-1998-0021093A KR100424056B1 (ko) 1997-06-11 1998-06-08 퍼니스측벽온도제어시스템

Country Status (7)

Country Link
US (1) US5900177A (ko)
EP (1) EP0884406B1 (ko)
JP (1) JPH1115537A (ko)
KR (1) KR100424056B1 (ko)
CN (1) CN1135905C (ko)
DE (1) DE69816913T2 (ko)
TW (1) TW373233B (ko)

Families Citing this family (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6121579A (en) * 1996-02-28 2000-09-19 Tokyo Electron Limited Heating apparatus, and processing apparatus
EP1093664A4 (en) * 1998-05-11 2003-07-09 Semitool Inc TEMPERATURE CONTROL SYSTEM FOR THERMAL ACTUATOR
US6005230A (en) * 1998-09-28 1999-12-21 White, Jr.; R. Thomas Radiant heater for analytical laboratory use with precision energy control, non contamination exterior and uniform radiation footprint
US6242720B1 (en) * 1998-12-23 2001-06-05 Carrier Corporation Control for electric water heater
US6114671A (en) * 1999-07-22 2000-09-05 Trw Inc. System for and method of controlling the temperature of an object using temperature control elements spaced from the object
JP3450240B2 (ja) * 1999-11-25 2003-09-22 Ｎｅｃエレクトロニクス株式会社 ランプアニール装置とランプアニール装置の処理温度制御方法
US6452196B1 (en) 1999-12-20 2002-09-17 Axcelis Technologies, Inc. Power supply hardening for ion beam systems
US6610968B1 (en) * 2000-09-27 2003-08-26 Axcelis Technologies System and method for controlling movement of a workpiece in a thermal processing system
US6492625B1 (en) * 2000-09-27 2002-12-10 Emcore Corporation Apparatus and method for controlling temperature uniformity of substrates
US6435866B1 (en) * 2001-02-16 2002-08-20 Delphi Technologies, Inc. Radiation furnace with independently controlled heating elements
US6753506B2 (en) * 2001-08-23 2004-06-22 Axcelis Technologies System and method of fast ambient switching for rapid thermal processing
JP2003074468A (ja) * 2001-08-31 2003-03-12 Toshiba Corp 真空排気システム及びその監視・制御方法
CN1554015A (zh) * 2001-10-30 2004-12-08 ���µ�����ҵ��ʽ���� 温度测量方法、热处理方法及半导体器件的制造方法
EP1540258A1 (en) * 2002-07-15 2005-06-15 Aviza Technology, Inc. Variable heater element for low to high temperature ranges
US20060083495A1 (en) * 2002-07-15 2006-04-20 Qiu Taiquing Variable heater element for low to high temperature ranges
US6695886B1 (en) * 2002-08-22 2004-02-24 Axcelis Technologies, Inc. Optical path improvement, focus length change compensation, and stray light reduction for temperature measurement system of RTP tool
US6768084B2 (en) 2002-09-30 2004-07-27 Axcelis Technologies, Inc. Advanced rapid thermal processing (RTP) using a linearly-moving heating assembly with an axisymmetric and radially-tunable thermal radiation profile
US20050110292A1 (en) * 2002-11-26 2005-05-26 Axcelis Technologies, Inc. Ceramic end effector for micro circuit manufacturing
US7026581B2 (en) * 2003-08-22 2006-04-11 Axcelis Technologies, Inc. Apparatus for positioning an elevator tube
US7070661B2 (en) * 2003-08-22 2006-07-04 Axcelis Technologies, Inc. Uniform gas cushion wafer support
US6855916B1 (en) * 2003-12-10 2005-02-15 Axcelis Technologies, Inc. Wafer temperature trajectory control method for high temperature ramp rate applications using dynamic predictive thermal modeling
US7100759B2 (en) * 2004-08-09 2006-09-05 Axcelis Technologies, Inc. Magnetic support structure for an elevator tube of a vertical rapid thermal processing unit
JP2006113724A (ja) * 2004-10-13 2006-04-27 Omron Corp 制御方法、温度制御方法、温度調節器、熱処理装置、プログラムおよび記録媒体
US7205231B2 (en) * 2004-10-29 2007-04-17 Axcelis Technologies, Inc. Method for in-situ uniformity optimization in a rapid thermal processing system
CN100458631C (zh) * 2005-03-25 2009-02-04 深圳斯贝克动力电子有限公司 发热元件的温度控制方法和装置
WO2007024691A2 (en) * 2005-08-19 2007-03-01 Mrl Industries, Inc. Intermingled heating elements having a fault tolerant circuit
US7976634B2 (en) * 2006-11-21 2011-07-12 Applied Materials, Inc. Independent radiant gas preheating for precursor disassociation control and gas reaction kinetics in low temperature CVD systems
US20090197424A1 (en) * 2008-01-31 2009-08-06 Hitachi Kokusai Electric Inc. Substrate processing apparatus and method for manufacturing semiconductor device
RU2454699C1 (ru) * 2011-02-28 2012-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "Мета-хром" Термостат
JP5766647B2 (ja) * 2012-03-28 2015-08-19 東京エレクトロン株式会社 熱処理システム、熱処理方法、及び、プログラム
US10541183B2 (en) 2012-07-19 2020-01-21 Texas Instruments Incorporated Spectral reflectometry window heater
CN103851912B (zh) 2012-12-05 2017-09-08 弗卢克公司 具有可重新配置的加热器电路的高温炉
CN104419910B (zh) * 2013-09-05 2017-01-11 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 反应腔室及等离子体加工设备
EP3222332A1 (en) * 2016-03-24 2017-09-27 Hocoma AG Suspension device for balancing a weight
CN107868942B (zh) * 2016-09-27 2019-11-29 北京北方华创微电子装备有限公司 一种去气腔室及其去气方法和半导体处理设备
US10741426B2 (en) * 2017-09-27 2020-08-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method for controlling temperature of furnace in semiconductor fabrication process
JP2021515372A (ja) * 2018-03-08 2021-06-17 ワットロー・エレクトリック・マニュファクチャリング・カンパニー ヒータ制御用制御システム
US10998205B2 (en) * 2018-09-14 2021-05-04 Kokusai Electric Corporation Substrate processing apparatus and manufacturing method of semiconductor device
CN111997595A (zh) * 2020-08-06 2020-11-27 中国科学院广州能源研究所 一种天然气水合物地质分层装置和方法

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2266002A (en) * 1940-06-10 1941-12-16 Clarkiron Inc Electric furnace
US2462202A (en) * 1944-01-29 1949-02-22 Selas Corp Of America Heat treating
US2668701A (en) * 1951-02-03 1954-02-09 Selas Corp Of America Heating control system
FR1520640A (fr) * 1967-02-28 1968-04-12 Onera (Off Nat Aerospatiale) Procédé et appareil pour la fabrication de poudre de chrome
US4195820A (en) * 1978-04-10 1980-04-01 Pyreflex Corporation Precise thermal processing apparatus
US4711989A (en) * 1986-05-19 1987-12-08 Thermco Systems, Inc. Diffusion furnace multizone temperature control
DE3855871T2 (de) * 1987-09-11 1997-10-16 Hitachi Ltd Vorrichtung zur Durchführung einer Wärmebehandlung an Halbleiterplättchen
KR890008922A (ko) * 1987-11-21 1989-07-13 후세 노보루 열처리 장치
US4857689A (en) * 1988-03-23 1989-08-15 High Temperature Engineering Corporation Rapid thermal furnace for semiconductor processing
JPH01252886A (ja) * 1988-03-31 1989-10-09 Central Glass Co Ltd 熱加工炉並びにそれによる熱処理方法
JP2947604B2 (ja) * 1990-09-28 1999-09-13 東京エレクトロン株式会社 熱処理炉
JPH0690126B2 (ja) * 1990-10-30 1994-11-14 株式会社島津製作所 キャピラリレオメータおよび温度検査棒
US5436172A (en) * 1991-05-20 1995-07-25 Texas Instruments Incorporated Real-time multi-zone semiconductor wafer temperature and process uniformity control system
US5387557A (en) * 1991-10-23 1995-02-07 F. T. L. Co., Ltd. Method for manufacturing semiconductor devices using heat-treatment vertical reactor with temperature zones
JP3174379B2 (ja) * 1992-02-03 2001-06-11 東京エレクトロン株式会社 加熱装置
JP3230836B2 (ja) * 1992-04-09 2001-11-19 東京エレクトロン株式会社 熱処理装置
JP3121915B2 (ja) * 1992-06-01 2001-01-09 東京エレクトロン株式会社 封止装置
US5418885A (en) * 1992-12-29 1995-05-23 North Carolina State University Three-zone rapid thermal processing system utilizing wafer edge heating means
US5616264A (en) * 1993-06-15 1997-04-01 Tokyo Electron Limited Method and apparatus for controlling temperature in rapid heat treatment system
KR950001953A (ko) * 1993-06-30 1995-01-04 이노우에 아키라 웨이퍼의 열처리방법
US5578132A (en) * 1993-07-07 1996-11-26 Tokyo Electron Kabushiki Kaisha Apparatus for heat treating semiconductors at normal pressure and low pressure
GB2298314A (en) * 1994-08-12 1996-08-28 Samsung Electronics Co Ltd Apparatus for rapid thermal processing

Also Published As

Publication number Publication date
DE69816913T2 (de) 2004-07-15
CN1204938A (zh) 1999-01-13
JPH1115537A (ja) 1999-01-22
EP0884406B1 (en) 2003-08-06
DE69816913D1 (de) 2003-09-11
CN1135905C (zh) 2004-01-21
EP0884406A1 (en) 1998-12-16
US5900177A (en) 1999-05-04
TW373233B (en) 1999-11-01
KR19990006758A (ko) 1999-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100424056B1 (ko) 퍼니스측벽온도제어시스템
US6461438B1 (en) Heat treatment unit, cooling unit and cooling treatment method
US6402509B1 (en) Substrate processing apparatus and substrate processing method
CA2554645C (en) Method and device for thermally treating substrates
JPH0214514A (ja) 半導体処理の為の急熱炉
KR19980024481A (ko) 적응성 온도 제어기 및 그 동작 방법
JP2001143850A (ja) 基板の加熱処理装置，基板の加熱処理方法，基板処理装置及び基板処理方法
US6780795B2 (en) Heat treatment apparatus for preventing an initial temperature drop when consecutively processing a plurality of objects
JP4146558B2 (ja) 基板熱処理方法および基板熱処理装置
JP3074312B2 (ja) 気相成長方法
KR100239405B1 (ko) 반도체 제조장치
EP1547143B1 (en) A method of preparing a thin layer, the method including a step of correcting thickness by sacrificial oxidation, and an associated machine
KR20190011611A (ko) 개선된 기판 열처리 온도 제어 장치 및 방법, 및 이를 구비한 기판 열처리 챔버 및 장치
US6908774B2 (en) Method and apparatus for adjusting the thickness of a thin layer of semiconductor material
JPH05267200A (ja) 半導体熱処理装置
KR20200005356A (ko) 수동소자를 이용한 급속 열처리 장치
KR20030010824A (ko) 온도 보정 시스템을 갖는 베이크 설비
JP2744985B2 (ja) レジスト処理装置
JP2002198320A (ja) 加熱処理装置、加熱処理方法および半導体装置の製造方法
JP2002353158A (ja) 基板の熱処理装置
JPH11140651A (ja) Ｃｖｄ装置およびｃｖｄ処理方法
JP2001210585A (ja) 加熱処理装置，冷却処理装置及び冷却処理方法
KR20000018617A (ko) 확산설비의 확산로 공정온도조절장치
JPH1131662A (ja) 加熱処理装置およびそれを用いた半導体装置の製法
KR20070025305A (ko) 전력이 조절되는 스테이지 히터를 갖는 반도체 제조 장치

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20100122

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee