KR100497602B1 - 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 장치, 시스템과 방법 - Google Patents

반도체 웨이퍼의 고속 열처리 장치, 시스템과 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 처리하는 동안 반도체 웨이퍼의 활성표면을 균일하고 제어가능하게 가열하기 위한 장치, 시스템 및 방법에 관한 것으로, 본 발명은 단일 반도체 웨이퍼상에서 스캔하도록 동작하는 스캐너 어셈블리를 포함하고, 복사에너지원은 상기 스캐너 어셈블리의 주 몸체내에 밀폐되어 제공되며, 상기 복사에너지원은 방출된 복사열을 반사하고 흡수하는 반사/흡수면에 의해 둘러싸일 수 있어서, 결과적인 에너지 출력이 실질적으로 균일하도록 하고, 반사된 에너지는 스캐너 어셈블리내 슬릿을 통해 웨이퍼로 향하며, 스캐너 어셈블리에서 새어나오게 되는 협대역 파장의 에너지는 웨이퍼 표면의 활성층만을 가열하기 위해 웨이퍼상에 균일하게 스캔되는 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 웨이퍼의 고속 열처리 장치, 시스템과 방법{LAMP BASED SCANNING RAPID THERMAL PROCESSING}
본 발명은 반도체 제조장비에 관한 것으로, 특히 반도체 웨이퍼의 고속 열처리용 장비에 관한 것이다.
크기가 축소된 반도체장치를 제조하기 위해서, 새로운 처리 및 제조기술이 개발되어 왔다. 새로운 기술을 위한 한 가지 중요한 필요조건은 반도체 웨이퍼가 처리되는 동안 고온에 노출되는 시간량을 감소시키는 것이다. 이러한 필요조건을 언급하기 위해 설계된 한가지 처리기술이 고속 열처리법(RTP; Rapid Thermal Processing)이다. 고속 열처리법은 일반적으로 웨이퍼의 온도를 신속하게 상승시키는 단계 및 제조공정을 성공적으로 수행하기에 충분히 긴 시간동안 웨이퍼를 상기 온도로 유지하는 단계를 포함하고, 이 때 높은 처리온도에서 발생할 수 있는 원치않는 불순물 확산과 같은 문제점을 피할 수 있다.
일반적으로, 종래의 RTP 시스템은 반도체 웨이퍼의 벌크(bulk)를 가열하기 위해 광원 및 반사기를 이용한다. 광원은 대개 반사기에 의해 웨이퍼상에 집속되는 복사에너지를 방출하는 할로겐 램프의 뱅크이다.
종래의 할로겐 램프 기반 RTP시스템은 웨이퍼 표면의 활성층 전반에 균일한 온도 분포를 실현하고 유지하는 점에 있어서 상당한 결점을 가지고 있다. 예를 들어, 할로겐 램프는 필라멘트를 갖고, 이는 광대역 복사열을 생성한다. 필라멘트에 전력을 좀더 인가함으로써 램프의 강도가 증가될 수 있다. 그러나, 실리콘 웨이퍼는 짧은 파장의 사용가능한 대역을 이용하여 가열되고, 그렇지 않으면 이 대역 밖의 파장에 대해 트랜스패런트(transparent)하게 된다. 상기 램프의 피크 강도는 사용가능한 파장 대역의 외부 파장을 증가시키는 경향이 있다. 따라서, 인가된 전력의 상당량이 낭비된다.
필라멘트 타입 램프의 다른 결점은 대개 비균일하고 독립적으로 제어할 수 없는 파장 분포를 형성한다는 것이다. 따라서, 웨이퍼 표면상에서 온도 변동이 발생하여 고온(예를 들어 ~1000℃)에서 웨이퍼에 결정 결함 및 기울어진 단층(slip dislocation)을 발생시킬 수도 있다.
미국특허 제5,893,952호에 할로겐 램프 기반 시스템의 결점에 대한 한가지 특별한 해결방안이 개시되어 있다. 상기 특허에서, 높은 와트수 레이저에 의해 생성된 전자기 복사열의 협대역 빔을 이용한 웨이퍼의 고속 열처리용 장치에 대해 설명하고 있다. 상기 빔을 얇은 흡수막을 통해 웨이퍼로 보내고, 상기 흡수막은 상기 빔으로부터의 에너지의 거의 전부를 흡수하며, 차례로 상기 웨이퍼로 열을 복사한다. 좋지 못하게도, 상기한 장치는 몇가지 제한과 결점을 갖는다. 예를 들어, 상기 박막의 두께가 정확하게 결정되어야 한다. 만일 박막이 너무 얇으면, 빔으로부터의 에너지가 웨이퍼로 직접 전달될 수도 있고, 또는 만일 박막이 너무 두꺼우면 상기 막은 고속 열처리를 위해 충분히 신속하게 가열되지 않을 수도 있다. 막은 시간 경과에 따라 저하되지 않도록 사용되어야 하고, 가열될 때 튀거나 거품이 나거나 가스가 새지 않아야 한다. 그렇지 않으면 비균일하게 흡수될 것이다. 상기 얇은 흡수막에 대한 필요조건 때문에, 이러한 막을 위한 재료가 제한된다. 결과적으로, 동일한 RTP 장치는 웨이퍼를 서로 다르고 예측불가능하게 가열할 수 있기 때문에 시간과 재료 모두를 낭비한다.
상기한 이유때문에, 고속 열처리동안 반도체 웨이퍼의 표면을 균일하고 제어가능하게 가열하기 위한 장치, 시스템 및 방법이 필요하다.
도 1A-1B는 본 발명의 대표적인 환경을 설치한 반도체 웨이퍼 처리시스템의 한 실시예의 측면도 및 평면도를 각각 개략적으로 나타내는 도면,
도 2A는 본 발명의 원리에 따른 RTP 반응기 시스템의 간략화된 도면,
도 2B는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 RTP 반응기 시스템의 간략화된 도면,
도 2C는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 RTP 반응기 시스템의 간략화된 도면,
도 2D는 본 발명의 원리에 따른 반도체 웨이퍼의 활성층의 간략화된 도면,
도 3은 본 발명에 따른 복사챔버의 한 실시예의 간략화된 도면, 및
도 4는 본 발명의 다른 실시예의 간략화된 도면이다.
본 발명은 처리동안 반도체 웨이퍼의 활성표면을 균일하고 제어가능하게 가열하는 장치, 시스템 및 방법을 제공한다. 본 발명은 단일 반도체 웨이퍼상에서 스캔하도록 동작하는 스캐너 어셈블리를 포함한다. 상세하게 후술하는 바와 같이, 복사에너지원은 상기 스캐너 어셈블리의 주 몸체내에 밀폐되어 제공된다. 복사에너지원은 반사/흡수면에 의해 둘러싸일 수도 있고, 보이는 바와 같이 양쪽 모두 웨이퍼에 의해 출력된 결과적인 에너지가 실질적으로 비균일하지 않도록 하기 위해 상기 에너지원으로부터 방출된 복사열을 반사 및 흡수한다. 반사된 에너지는 스캐너 어셈블리내 슬릿을 통과한다. 유리하게, 스캐너 어셈블리를 벗어나게 된 협대역의 에너지는 웨이퍼 표면의 활성층만을 가열하도록 웨이퍼상에 균일하게 스캔된다. 상기 빔이 웨이퍼의 직경상에서 균일하기 때문에 가열 오버랩이 없다.
본 발명의 한 측면에서, 웨이퍼의 고속 열처리용 장치가 제공된다. 상기 장치는 복사에너지원, 적절하게는 필라멘트없는 램프를 포함한다. 상기 장치는 또한 웨이퍼의 표면상에 복사에너지의 빔을 스캔하도록 동작하는 스캐닝 어셈블리를 포함한다. 상기 복사에너지는 웨이퍼의 활성층을 가열하기 위해 사용된다.
본 발명의 다른 측면에서, 반도체 웨이퍼의 고속 열처리용 장치가 제공된다. 상기 장치는 반사챔버를 한정하는 하우징을 포함한다. 상기 반사챔버내에는 복사에너지원이 배치된다. 상기 복사에너지의 적어도 일부가 상기 반사챔버에서 벗어나도록 하기 위해서, 복사 배출구 채널도 제공된다. 웨이퍼의 활성층을 가열하기 위해 웨이퍼의 표면상에 반사챔버로부터 새어나온 복사에너지를 스캔하는 동작을 하는 스캐너도 제공된다.
본 발명의 다른 측면에서, 반도체 웨이퍼의 고속 열처리를 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 복사에너지원을 제공하는 단계 및 반도체 웨이퍼의 활성층의 온도를 상승시키기 위해 협대역의 복사에너지를 이용하여 반도체 웨이퍼를 스캔하는 단계를 포함한다.
본 발명의 스캐닝 RTP 시스템이 웨이퍼 표면의 활성영역만을 가열하도록 설계되기 때문에, 얕은 접합점, 매우 얕은 접합점, 및 소스 드레인 어닐링과 같은 임플랜트 어닐링 응용에서 상기 프로세스가 유리하다. 상기 스캐닝 RTP 시스템은 또한 열 도너 소멸(thermal donor annihilation), 결정화, 및 H2 어닐링을 위해 효과적으로 사용될 수 있다. 또한, 반도체 웨이퍼의 벌크가 가열 프로세스동안 가열될 필요가 없기 때문에, RTP 시스템에 의해 사용된 전력양은 50㎾이하, 적절하게 약 10㎾ 이하로 감소될 수 있다. 유사하게, 웨이퍼의 활성면만이 가열되기 때문에 스캐닝 시간이 감소되고 따라서 처리 시간이 감소될 수 있다.
본 발명의 상기 및 다른 특징 및 이점은 첨부 도면과 관련하여 후술되는 적절한 실시예의 상세한 설명으로부터 좀더 용이하게 명확해질 것이다.
도 1A-1B는 본 발명의 대표적인 환경을 설치한 반도체 웨이퍼 처리시스템(10)의 한 실시예의 측면도 및 평면도를 각각 개략적으로 나타내는 도면이다. 본 명세서에서 모든 목적으로 참조에 의해 구체화된 공동 계류중인 미국특허출원 제09/451,677호에 대표적인 시스템이 완전히 개시되어 있다. 처리시스템(10)은 웨이퍼 카세트(16)를 지지하고 위로 움직여 로드로크(18)로 이동하기 위한 다중 플랫폼(14)을 갖는 적재소(12)를 포함한다. 웨이퍼 카세트(16)는 수동으로 또는 ACV(automated guided vehicle)로 플랫폼(14)으로 적재되는 이동가능한 카세트이다. 웨이퍼 카세트(16)는 또한 고정된 카세트일 수도 있고, 이러한 경우 웨이퍼는 종래의 대기로봇 또는 로더(도시되지 않음)를 이용하여 카세트(16)로 적재된다. 일단 웨이퍼 카세트(16)가 로드로크(18)내에 있게 되면, 로드로크(18) 및 운송챔버(20)는 대기압하에서 유지되거나, 또는 펌프(50)를 이용하여 진공압까지 압력이 낮아진다. 운송챔버(20)내 로봇(22)은 로드로크(18)를 향해 회전하고, 카세트(16)로부터 웨이퍼(24)를 집어든다. 대기압 또는 진공하에 있을 수 있는 반응기 또는 열처리챔버(26)는 게이트 밸브(30)를 통해 로봇(22)으로부터 웨이퍼(24)를 받아들인다. 선택적으로, 추가적인 반응기가 시스템, 예를 들어 반응기(28)에 추가될 수도 있다. 그 후, 로봇(22)이 들어가고, 이어서 웨이퍼(24) 처리를 시작하기 위해 게이트 밸브(30)가 폐쇄된다. 웨이퍼(24)가 처리된 후, 로봇(22)이 웨이퍼(24)를 들어 냉각스테이션(60)으로 배치하도록 하기 위해 게이트 밸브(30)가 개방된다. 냉각스테이션(60)은 100℃ 이상의 온도를 가질 수도 있는 새로 프로세스된 웨이퍼가 로드로크(18)내 웨이퍼 카세트에 다시 배치되기전에 냉각되도록 한다.
본 발명에 따르면, 반응기(26,28)는 열 어닐링, 불순물 확산, 열산화, 질화, CVD, 및 유사 프로세스에서 사용되는 것과 같은 RTP 반응기이다. 반응기(26,28)는 대개 수평으로 배치되지만, 적절한 실시예에서 반응기(26,28)는 시스템(10)에 의해 점유되는 평면 공간을 최소화하기 위해 수직으로 배치된다(즉, 스택된다). 반응기(26,28)는 운송챔버(20)에 볼트로 조여지고, 또한 지지프레임(32)에 의해 지지된다. 인터페이스(34)를 이용하여 반응기의 후면을 통해 프로세스 가스, 냉매, 및 전기연결부가 제공될 수 있다.
도 2A는 본 발명의 원리에 따른 RTP 반응기 시스템(40)의 한 실시예를 나타낸다. 이 실시예에서, 반응기 시스템(40)은 처리챔버(102) 및 스캐너 어셈블리(200)를 포함한다. 스캐너 어셈블리(200)는 처리챔버(102) 근방에 위치하여, 작동중에 스캐너 어셈블리가 상기 챔버내에 배치된 웨이퍼를 적절하게 스캔하도록 할 수 있게 한다.
적절한 실시예에서, 처리챔버(102)는 내부 공동(104)을 한정하는 종단-밀폐 튜브(103)를 포함할 수도 있다. 상기 튜브(103)내에는 단일 웨이퍼(108)를 지지하기 위해 대개 3개인(2개만 도시되어 있음) 웨이퍼 지지기둥(106)이 있다. 튜브(103)의 한쪽 종단에 있는 개구부 또는 애퍼처(도시되지 않음)는 처리전후에 웨이퍼(108)의 적재 및 적하를 위한 접근을 제공한다. 상기 애퍼처는 비교적 작지만 약 0.5~0.8㎜ 두께, 최대 300㎜(~12인치) 직경의 웨이퍼, 및 로봇(22)의 아암 및 종단, 이펙터를 수용하기에 충분히 큰 개구일 수 있다. 대개, 상기 애퍼처는 약 18~22㎜, 적절하게 20㎜ 이하이다. 비교적 작은 애퍼처 크기는 튜브(103)로부터의 복사열 손실을 감소시키도록 한다.
웨이퍼(108)는 로봇(22)을 사용하여 적재되고 적하되기 때문에, 튜브(103)는 리프트 핀(lift pin), 액츄에이터(actuator) 등과 같은 웨이퍼(108)를 배치하는 이동부를 필요로 하지 않는다. 결과적으로 튜브(103)는 웨이퍼(108)를 둘러싸는 최소한의 내부 부피로 구축된다. 실시예에서, 내부 공동(cavity)(104)의 부피는 대개 약 5000㎤보다 크지 않고, 적절하게 3000㎤보다 크지 않다. 따라서, 상기 작은 튜브의 부피는 반응기 시스템(40)이 보다 작게 만들어지도록 하고, 그 결과로써 시스템(10)은 보다 작아지고 보다 작은 바닥 공간(floor space)을 차지하도록 만들어진다. 대략 튜브(103)는 투명한 석영(transparent quartz)이나 그와 유사한 물질로 만들어진다.
도 2A는 또한 스캐너 어셈블리(200)를 도시하고, 그것은 반도체 웨이퍼(108)의 고속 열처리를 제공하기 위해 복사에너지원(202)과 결합하여 사용되기도 한다. 스캐너 어셈블리(200)는 액츄에이터를 지원하는 하우징(216)과 반사챔버(212), 그리고 복사 배출구 채널(214)을 포함한다. 하우징(216)의 외부 크기는 상기 응용에 의해 결정된다. 예를 들면, 하우징(216)의 길이는 적어도 웨이퍼(108)의 직경 이상이다.
액츄에이터(204)는 스캐너 어셈블리(200)가 웨이퍼(108)를 스캔하도록 작용할 수 있게 하는 종래 수단을 제공한다. 액츄에이터(204)는 도 2A에 화살표(206, 208)로 도시된 것처럼 튜브(103)의 스캐닝 길이를 따라서 앞뒤로 스캐닝 모션을 하도록 구성된다. 액츄에이터(204)는 선형모터나 스테퍼 모터, 수력 드라이브 등과 같은 종래 드라이버, 및 기어, 풀리, 체인 등과 같은 이동 병진기기를 포함하지만 그에 제한되지는 않는다. 도 2A에 도시된 실시예에서, 스캐너 어셈블리(200)는 처리챔버(102)와 튜브(103)의 외부에 장착될 수 있다. 스캐너 어셈블리(200)는 광학창(210) 바로 위에 위치하여, 그것은 챔버(102)의 주사길이를 따라서 하우징(216)에서 방출된 복사에너지가 튜브(103)으로 들어가도록 하고 웨이퍼(108)에 닿도록 한다. 도 2B에 도시된 대안적인 실시예에서, 스캐너 어셈블리(220a)의 스캐닝 모션은 프로세스 챔버(102x)에 대해 내부이지만 튜브(103a)에 대해 외부에서 발생한다. 하우징(216a)으로부터 방출된 복사에너지가 튜브(103a)으로 들어가 웨이퍼(108)에 닿을 수 있도록 하기 위해 스캐너 어셈블리(200a)는 주사길이(즉, 적어도 웨이퍼(108)의 직경정도)를 따라 광학창(210a)위에 위치한다.
도 2C에 도시된 또 다른 실시예에서 스캐너 어셈블리(200b)는 프로세스튜브 없이 프로세스 챔버(102b)에 대해 외부에 장치될 수 있다. 상기 실시예에서, 하우징(216b)으로부터 방출된 복사에너지가 웨이퍼(108)에 닿도록 하기 위해 스캐너 어셈블리(200b)는 챔버(102b)의 스캐닝 길이(적어도 웨이퍼(108)의 지름정도)를 따라 제공되는 광학창(210b) 위에 위치한다.
광학창(210 또는 210a)은 석영(quartz)과 같은 복사에너지를 통과시키는 물질로 만들어진다. 창은 약 1-5mm의 두께이고 적어도 웨이퍼(108) 이상의 직경을 갖는다.
스캐너 어셈블리가 튜브의 안쪽에 위치하건 바깥쪽에 위치하건 간에, 도 2A에 간극(213)으로 도시된 웨이퍼와 스캐너 어셈블리 사이의 거리는 50mm보다 크면 안되고, 10-25mm여야 한다. 상대적으로 작은 간극(213)은 웨이퍼(108)상의 온도분포의 적절한 제어를 유지할 수 있도록 한다. 보다 큰 간극(213)은 복사에너지의 일부가 웨이퍼(108)에 닿기 전에 새어나가게 할 수 있다.
앞에 도시된 도 2A에서, 반사챔버(212)와 복사 배출구 채널(214)은 하우징(216)내에 배치된다. 복사열원(202)은 반사 챔버(212)내에 배치되고, 일반적으로 광대역 복사열 모두가 상기 챔버의 내부면(218)에 닿도록 허용된다. 한 실시예에서, 복사에너지원(202)은 가열 동작을 하는 램프에서 일반적으로 사용되는 타입의 고휘도 램프이다. 앞선 실시예에서, 복사에너지원(202)은 크세논 아크 램프와 같은 필라멘트가 없는 램프이다. 본 발명의 적절한 램프(202)를 위해 필요한 전력은 약 500와트 내지 50킬로와트이다.
램프(202)로부터 방출된 에너지는 챔버(212)의 내부면(218)에 닿고, 그것은 일정 파장에서는 고도로 반사 및 흡수가 되고 또는 다른 파장에서는 반사되지 않는다. 한 실시예에서, 표면(218)은 반사/흡수되는 특성을 가진 물질로 코팅되어 있다. 예를 들면, 표면(218)은 금이나 은으로 코팅될 수 있고, 여기서 은은 SiN이나 다른 투명한 코팅과 같은 보호 코팅으로 더 코팅되며, 이것은 은의 산화를 막아준다. 대략, 상기 코팅은 900nm 미만의 파장을 효과적으로 반사하여, 약 900nm 내지 약 200nm 사이의 평균파장을 만들어낸다.
챔버(212)는 적당한 기하학적인 형태로 형성된다. 예를 들면, 도 2A에 도시된 바와 같이 챔버(212)는 원형 챔버이다. 원형 챔버(212)에서, 빛에너지는 챔버(212)의 중심에 초점이 맞추어지고, 후술된 바와 같이 복사 배출구 채널 방향을 향한다. 상기 예에서, 복사에너지원(202)은 초점이 맞추어진 빛에너지가 에너지원(202)을 과열시키지 않도록 챔버(212)의 중심에서 벗어날 수도 있다. 도 3은 챔버(212)의 대안을 도시하는데, 그것은 타원형의 챔버로 형성된다. 타원형 챔버(212)는 두 개의 초점을 가진다. 에너지원(202)은 첫번째 초점(203)에 위치가 맞춰지고, 빛에너지는 두번째 초점(205)에 맞춰져 복사 배출구 채널(214) 방향을 향한다.
다시 도 2A를 참조하면, 협대역 에너지는 복사 배출구 채널을 통해 챔버(212)로부터 빠져나간다. 복사 배출구 채널(214)은 복사에너지를 원하는 경로를 따라서 적절하게 향하게 하기 위해 약 5mm에서 20mm의 길이, 적절하게 약 10mm 길이가 될 수 있다. 복사 배출구 채널(214)은 복사에너지 빔(220)이 하우징(216)을 벗어나도록 하는 상기 채널의 끝에 형성된 구멍 또는 슬릿(222)을 가진다. 슬릿(222)은 원하는 대로 빔을 형상화하도록 고안되어, 최적량의 에너지가 웨이퍼(108) 위에 집속되도록 한다. 적절한 실시예에서, 슬릿(222)은 스캐너 어셈블리(200)의 길이를 연장한 사각형의 구멍일 수도 있고, 웨이퍼(108)의 직경 이상이 된다. 상기 구멍의 크기는 에너지의 양을 최소화 시킬 정도로 충분히 작아야하며, 그것은 자연히 슬릿 구멍에서 분산된다. 결과적으로, 슬릿(222)은 약 1mm-10mm 사이의 폭을 가지며 대략 2mm이다. 빔(222)이 웨이퍼(108) 위에 주사될 때, 균일한 온도분포가 웨이퍼(108)상에 형성되며, 그것은 상기 웨이퍼의 활성층(224)을 가열시킨다.
도 2A와 2D를 다시 참조하면, 활성층 또는 디바이스층(224)은 웨이퍼(108)의 일부분이고, 그것은 웨이퍼(108)의 표면(223)에서부터 표면(223) 아래 깊이 α까지 밑으로 연장된다. 상기 깊이 α는 일반적으로 약 0.05mm에서 1mm이지만, 상기 프로세스와 디바이스 크기에 있어서는 다양하다. 활성층(24)은 트랜지스터, 다이오드, 레지스터, 축전기 등과 같은 반도체 디바이스가 형성되는 웨이퍼의 일부분으로서 반도체 제조 작업에서 잘 알려져 있다.
활성층이 가열되는 온도는 스캐너 어셈블리(200)가 웨이퍼(108)상에서 움직이는 속도와 램프(202)에 공급되는 전력사이의 관계함수라는 점에 유의해야 한다. 예시적인 실시예에서, 활성층(224)의 온도는 약 500℃에서 1200℃까지에 이른다. 이 온도를 실현하기 위해 스캔 속도는 500와트 내지 50킬로와트에서 약 1mm/sec 에서 약 10mm/sec까지 가변될 수 있다. 스캔 속도가 느리면 느릴 수록 전력이 더 적게 든다. 한 실시예에서, 예를 들면 웨이퍼(108)가 약 300℃까지 예열되어서 활성층(224)의 프로세스가 보다 높은 온도에서 시작될 수 있는데, 그것은 프로세스 시간을 줄이고 에너지를 절약한다.
반응기 시스템(40)을 사용하여 활성층(224)을 가열하면 활성층(224)의 확산속도 및 용해도를 증가시킨다. 결과적으로, 얕게 도핑된 영역이 활성층(224)에 생성될 수 있다. 활성층을 도핑하는 단계는 예를 들면 붕소, 인, 질소, 비소, B2I16, PH3, N20, NO, ASH3, NH3등과 같은 도핑 화합물의 환경에서 약 500℃ 내지 1200℃ 사이의 처리 온도까지 활성층(224)을 주사하는 단계를 포함한다. 상기 화합물의 농도는 H2, N2, Oz와 같은 운반기체(carrier gas) 또는 아르곤 또는 헬륨과 같은 비활성 가스에 비례하여 약 0.1% 내지 약 100% 범위에 있게 된다. 화합물의 농도가 높을 수록 도핑 프로세스의 속도가 빨라지고 활성층내에서의 불순물 농도가 증대된다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예를 간단히 도시한 것이다. 상기 실시예에서, 스캐너 어셈블리(300)는 반도체 웨이퍼(304)의 고속 열처리를 제공하기 위해 고강도의 펄스 또는 연속파(continuous wave) 레이저(302)를 포함한다. 스캐너 어셈블리(300)는 또한 레이저 에너지 집속 어셈블리(306)와 액츄에이터(308)를 포함한다. 스캐너 어셈블리(300)의 구성요소는 단일 하우징에 밀봉될 수도 있고, 그것은 도 2A에서 상기한 실시예와 유사한 방법으로 처리챔버(320)에 장착될 수 있다.
레이저 집속 어셈블리(306)는 제 1 집속렌즈(310), 제 2 집속렌즈(312), 그리고 거울(314)을 포함한다. 집속 어셈블리는 레이저(302)로부터의 레이저 에너지(301)를 웨이퍼(304)까지 집속하기 위한 종래의 공지된 방법으로 작동한다. 레이저(302)로부터 나온 레이저 에너지(301)는 1㎛ 미만의 파장을 가질 수 있다.
액츄에이터(308)는 스캐너 어셈블리(300)가 웨이퍼(304)를 스캔하도록 작동할 수 있도록 하는 종래 수단을 제공한다. 액츄에이터(308)는 도 4에서 화살표(316)로 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(304)상에서 앞뒤로 스캔 이동을 제공하기 위해 레이저(302)와 집속 어셈블리(306)를 움직이도록 구성될 수도 있다. 대안적으로, 거울(314)만이 웨이퍼(304)에서의 레이저 주사를 발생시키기 위해 이동될 수도 있다. 또다른 실시예에서, 웨이퍼(304)가 이동되어 고정빔(stationary beam)(301)이 웨이퍼 표면을 스캔하도록 할 수 있다. 액츄에이터(308)는 선형모터, 스테퍼 모터, 수력 드라이브 등과 같은 종래의 드라이버, 및 기어, 풀리, 체인등과 같은 이동 병진 기기를 포함하지만 그에 제한되지 않는다. 한 실시예에서, 레이저 에너지가 처리챔버(320)에 들어가 웨이퍼(304)에 닿도록 하기 위해 스캐너 어셈블리(300)는 처리챔버(320)의 스캐닝 길이를 따라서 제공되는 광학창 위에 위치한다. 창(318)은 레이저 에너지(301)가 통과하도록 하는 임의의 물질로 만들어지는데, 대개 투명한 석영이다. 창(318)은 약 1-5mm의 두께를 갖고 적어도 웨이퍼(304) 이상의 지름을 갖는다.
본 발명은 할로겐 램프를 사용하는 RTP시스템의 많은 결점을 극복한다. 예를 들면, 필라멘트 타입 할로겐 램프는 광대역에너지(broadband energy)를 발생시키는데, 그 중 많은 양이 웨이퍼의 활성층을 가열하는데 사용될 수 없다. 필라멘트형의 램프에 있어서 사용할 수 있는 파장의 양을 증가시키기 위해, 램프에 대한 전력이 증가된다. 불행히도, 이것은 전력 이동시 피크 강도를 증가시킨다. 본 발명에 사용되는 아크 램프는 전력 증가와 함께 피크 강도를 이동시키지 않고, 결과적으로 사용가능한 파장의 영역안에 있는 피크 강도에서 수행될 수 있도록 한다. 결과적으로, 한층 가해진 전원은 활성층에서 보다 효과적으로 소비된다.
본 발명의 실시예를 설명하여, 당업자는 본 발명의 정신과 범주에서 벗어나지 않고서 형태나 세부사항에 있어서 변형이 있을 수 있다는 것을 인지할 것이다. 따라서, 본 발명은 후술되는 청구의 범위에 의해서만 제한된다.

Claims (25)

  1. 반도체 웨이퍼를 고속으로 열처리하는 시스템에 있어서,
    반사챔버를 한정하는 하우징과,
    상기 반사챔버 내에 배치된 복사에너지원과,
    그 내부에 복사에너지를 집중시키도록 구성되며, 상기 집중된 복사에너지를 방출하는 슬릿을 한정하는 복사 배출구 채널과,
    상기 슬릿으로부터 방출된 상기 복사에너지의 빔(beam)을 웨이퍼의 표면을 가로질러 스캔하여, 상기 집중된 복사에너지가 웨이퍼의 활성층을 가열하도록 하는 스캐닝 어셈블리를
    포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복사에너지원은 고휘도 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 고휘도 램프는 크세논 아크(Xe arc) 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복사에너지는 약 500W~50㎾의 평균 전력을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성층은 상기 웨이퍼 표면 아래 0.05㎛ ~ 약 1㎜의 상기 웨이퍼의 일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성층의 온도는 약 500℃~1200℃인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 열처리를 위한 반응시간은 약 1㎳ ~ 약 1초인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 스캐너 어셈블리는 상기 복사에너지를 집속하기 위한 반사기를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 표면과 상기 스캐닝 어셈블리의 일부 사이의 거리는 10㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템.
  12. 반도체 웨이퍼를 고속으로 열처리하는 장치에 있어서,
    반사챔버를 한정하는 하우징과,
    상기 반사챔버 내에 배치된 복사에너지원과,
    상기 복사에너지원으로부터의 복사에너지를 집중시키고, 상기 집중된 복사에너지의 적어도 일부가 상기 반사챔버에서 방출되도록 하는 복사 배출구 채널과,
    상기 반사챔버로부터 방출된 상기 복사에너지의 빔을 웨이퍼 표면상에 스캔하는 스캐너기구를
    포함하고,
    상기 복사에너지는 상기 웨이퍼의 활성층을 가열하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 복사에너지원은 고휘도 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 고휘도 램프는 크세논 아크 램프인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 복사에너지 빔은 약 500W~50㎾의 평균 전력을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 장치.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 복사에너지 빔은 약 900㎚~200㎚의 평균 파장을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 장치.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 활성층은 상기 웨이퍼 표면 아래 0.05㎛ ~ 약 1㎜의 상기 웨이퍼의 일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 장치.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 반사챔버의 내부면은 은과 금으로 구성된 그룹에서 선택된 재료로 코팅된 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 장치.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 채널은 상기 복사에너지를 상기 빔으로 집속하기 위한 슬릿(slit)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 장치.
  20. 반도체 웨이퍼를 고속으로 열처리하는 방법에 있어서,
    복사에너지원을 제공하는 단계와,
    상기 복사에너지를 협소한 배출구 채널을 통해 집중시키는 단계와,
    상기 반도체 웨이퍼의 활성층의 온도를 상승시키기 위해 상기 집중된 복사에너지로 반도체 웨이퍼를 스캔하는 단계를
    포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 복사에너지원은 고휘도의 필라멘트없는 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 복사에너지원은 크세논 아크 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 방법.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 활성층은 상기 웨이퍼의 표면으로부터 상기 표면 아래 약 0.05㎛ ~ 약 1㎜ 거리까지 연장되는 상기 웨이퍼의 일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 방법.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 활성층의 온도는 약 500℃~1200℃인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 방법.
  25. 제 20 항에 있어서,
    약 900㎚~200㎚의 평균 파장을 갖는 협대역 에너지가 생성되도록 상기 복사에너지를 집속하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 방법.
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