KR100582934B1 - 광조사에 의한 열 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

챔버는 라이너가 부착된 벽 표면을 가진다. 라이너와 챔버 사이에 고정된 부착물이 없어 라이너는 챔버로부터 제거될 수 있도록 제공된다. 챔버로부터 열확산판, 열판 및 관 부재를 제거하도록 광원을 단순히 개방함으로서, 라이너는 챔버로부터 쉽게 떼어낼 수 있다. 반도체 웨이퍼가 깨져 그 파편으로 챔버가 더럽혀질때, 단순히 라이너를 떼어냄으로서 챔버는 쉽게 깨끗해질 수 있다. 라이너는 호닝에 의해 표면 러프닝되는 외부표면을 가진다. 플래시 램프가 상당히 높은 강도의 플래시광을 방출할 때, 라이너의 거칠게 된 외부표면은 이 플래시광을 차단하는 역할을 한다. 결과적으로, 챔버 내부의 금속표면은 플래시 램프로부터 방출된 플래시광에 노출되지 않게 방지된다.
열처리 장치, 광조사, 라이너, 반도체 웨이퍼

Description

광조사에 의한 열 처리 장치{Heat Treatment Apparatus By Means Of Light Irradiation}
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 열 처리 장치의 구성을 보여주는 각각의 단면도.
도 3은 도 1에서 보여준 열 처리 장치를 구성하는 덧쇄의 투시도.
도 4는 라이너의 부분 확대도.
도 5는 라이너를 떼었을때 열 처리 장치의 부분도
본 발명은 광조사에 의한 반도체웨이퍼 또는 유리기판(이후에는 간단히 '기판'으로 한다)의 열처리를 위한 열처리장치에 관한 것이다.
이온 주입 후 종전의 반도체 웨이퍼의 이온 활성 처리는 할로겐 램프를 사용하여 램프 어닐링 장치와 같은 열 처리 장치를 사용하였다. 그러한 열 처리 장치에서, 반도체 웨이퍼는 웨이퍼의 이온 활성을 실현하기 위해 약 1000에서 1100℃의 온도로 가열(어닐링됨)된다. 할로겐 램프로부터 방출된 광에너지는 약 초당 섭씨 수백도의 속도로 웨이퍼의 온도를 상승시키는 작용을 한다.
할로겐 램프를 사용한 램프 어닐링 장치의 예는 일본 특허 출원 공개공보 제2001-127001호에 소개되고 있으며, 처리 챔버내의 금속 표면은 열 처리동안 금속 표면으로부터 금속 성분 확산을 억제하기 위해 코팅 물질을 씌워지게 된다.
초당 섭씨 수백도의 속도로 웨이퍼의 온도를 상승시켜 반도체 웨이퍼의 이온 활성을 실현시키는 열 처리 장치라도, 반도체 웨이퍼에 주입된 이온들은 둥근 프로파일을 나타내고, 이것은 열에 의한 이온 확산을 의미한다. 심지어 고농도로 이온 주입이 되어야하는 반도체 웨이퍼 표면이 그로부터 주입된 이온들의 확산을 겪기 때문에, 이러한 현상의 발생은 필요한 것 보다 많은 양의 이온 주입을 필요로 하게 된다.
이에 응하여, 이온 주입되는 반도체 웨이퍼의 표면만이 수 밀리초(ms)의 극히 짧은 시간의 기간에 온도가 증가될 수 있도록, 반도체 웨이퍼의 표면은 제논 플래시 램프(xenon flash lamp)등에 의한 플래시광으로 조사된다. 이러한 기술의 예는 일본 특허출원 공개공보 No.59-169125(1984)와 No.63-166219(1988)에 소개되어 있다. 제논 플래시 램프를 사용함에 의한 극히 짧은 시간의 온도상승은 이온 확산에 충분히 긴 시간을 허용하고, 이에 의해 반도체 웨이퍼로 주입된 이온들의 파일을 둥글게 함이 없는 이온 활성화가 실현된다.
제논 플래시 램프를 사용하는 종래의 열 처리 장치에서, 반도체 웨이퍼는 스테인레스 스틸 챔버에 담겨지고, 웨이퍼 표면은 플래시광으로 조사된다. 이때 챔버의 내부 벽 역시 플래시 램프로부터 방출된 플래시광으로 조사된다.
제논 플래시 램프로부터 방출된 광은 상당히 높은 강도를 가지고 있어 챔버 내부에서 금속표면을 덮는 열처리 동안 갈색 산화막의 생성을 초래할 수 있다. 예컨대 반도체 장치에 대해 높은 정밀도를 요구하는 현재의 경향에 비추어 볼때 약간의 오염원조차 결함이 있는 처리를 초래할 수 있다. 따라서 그러한 산화막의 생성은 바람직하지 못하다.
입자 오염 또는 금속 오염을 야기하는 오염원을 최소화하기 위한 필요성은 광 방출에 의한 가열 시스템을 사용하는 기계에 한정되지 않고, 반도체 장치등에 대한 전통적인 열 처리 장치에 공통된다. 일본 특허출원 공개공보 제2002-60926호는 거기에 대응하는 클리닝 기술을 제안하며, 이는 예컨대, 열 처리 챔버내의 컴포넌트에 부착된 증착 물질을 승화시키기 위해 가열된다. 또다른 클리닝 기술은 일본 특허출원공개공보 제2002-313727호에 제시된 예와 같이 할로겐 가스와 같은 대기에서 열처리에 의해 열처리챔버에 부착된 소스 기체 분해산물의 제거를 포함한다.
증착 물질의 전술한 부착에 부가하여, 다양한 이유들로 인해 열처리 챔버의 오염이 초래된다. 예를 들면, 처리중인 반도체 웨이퍼는 깨질 수 있고 이로 인해 처리챔버가 그 파편으로 더럽혀질 수 있다. 특히 제논 플래시 램프를 사용하는 열 처리 장치에서, 반도체 웨이퍼는 상당히 고 에너지 광으로 순간적으로 조사되고, 이에 의해 순간에 반도체 웨이퍼 표면의 온도를 급격히 상승시킨다. 결과적으로 반도체 웨이퍼는 표면의 급속한 열팽창으로 인해 깨질 수 있다.
반도체 웨이퍼의 결과적인 파편들은 열 처리 등에 의해 제거될 수 없다. 처리 챔버는 내부를 기계적으로 클리닝하기 위해 열려야만 한다. 그러나 복잡한 구성을 가진 열 처리 챔버는 쉽게 클리닝될 수 없고, 반도체 웨이퍼의 파편들과 같은 오염원을 완벽하게 제거하는 데 어려움을 준다.
본 발명은 기판을 가열시키기 위해 광으로 광을 방출하는 열 처리 장치에 관한 것이다. 이 발명에 따르면, 열처리 장치는 복수개의 플래시 램프를 가지는 광원, 광원 밑에 있는 챔버, 챔버 안의 기판을 고정하는 고정 부재, 챔버 내부의 광 차폐물을 포함하고, 광 차폐물은 광원으로부터 방출된 광을 차단한다.
챔버 내부의 금속 표면은 플래시 램프가 방출한 플래시광에 노출되지 않도록 되어 있다. 결과적으로 플래시광 조사의 결과물인 금속 표면의 산화를 억제하여 챔버 내부의 금속 표면이 열처리동안 금속 산화물로 코팅되는 것을 방지한다.
본 발명의 또다른 관점에 따라서, 열처리 장치는 다수의 램프를 가지는 광원, 광원 아래 있는 챔버, 챔버 안에 기판을 실질적으로 수평의 위치로 유지하기 위한 지지 요소와, 챔버의 벽 표면을 따라 챔버에 제거가능하게 제공된 라이너(liner)를 포함한다.
기판이 깨져 그 파편으로 챔버가 더러워질 때, 챔버로부터 라이너를 제거함으로서 챔버는 쉽게 클리닝될 수 있다.
그러므로 본 발명의 목적은 열처리과정동안 챔버 내부의 금속 표면이 산화물로 코팅되는 것을 방지할 수 있는 열 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 챔버를 쉽게 청소할 수 있는 열 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 그 이외의 목적, 특징, 양상 및 장점들은 첨부된 도면과 대응하여 본 발명의 이하의 상세한 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.
본 발명의 실시예들은 도면들을 참조하여 자세히 설명된다.
도 1 및 도 2는 제논 플래시 램프로부터 방출된 플래시광으로 조사함에 의해 반도체 웨이퍼와 같은 기판의 열처리를 목적으로 하는 본 발명에 따른 열 처리 장치의 구성을 각각 보여주는 측면도이다.
본 발명의 열 처리 장치는 그 속에 저장된 반도체 웨이퍼 W 의 열처리를 위한 챔버(65)를 포함한다. 챔버(65)는 반투명판(61), 기저판(62), 한쌍의 측면판들(63,64)에 의해 형성된다. 예컨대 챔버(65)의 상부 부분인 반투명판(61)은 석영과 같은 적외선 투과 물질을 포함한다. 반투명판(61)은 광원(5)로부터 방출된 광이 반투명판을 통화하여 챔버(65)로 인도되도록 하기 위한 챔버 창으로서 기능한다. 예컨대 하부 부분인 기저판(62)과 챔버의 측벽들인 측면판들(63, 64)은 스테인레스 스틸과 같이 강도와 열저항이 뛰어난 금속물질을 포함한다.
지지핀들(70)은 반도체 웨이퍼 W의 아래 표면으로부터 반도체 웨이퍼 W를 지지하기 위해 뒤에서 언급될 반도체 웨이퍼 W의 지지 수단을 함께 구성하는 열 확산판(73) 및 열판(hot plate)(74)을 관통하여, 기저판(62)에 똑바로 세워져 제공된다. 측면판(64)은 챔버(65) 안으로/로부터 반도체 웨이퍼 W를 이송하기 위해서 개구(66)가 제공된다. 게이트 밸브(68)는 축(67) 주변의 회전에 의해 개구(66)를 개방/폐쇄할 수 있다. 개구(66)이 개방 상태일 때 도시되지 않은 이송 로봇에 의해 반도체 웨이퍼 W가 챔버(65)로 이송된다. 개구(66)는 반도체 웨이퍼 W 가 챔버(65) 안에서 열 처리되어질 때 게이트 밸브(68)에 의해 닫힌 상태가 된다.
챔버(65)는 광원(5) 아래에 위치한다. 광원(5)는 하나 보다 많은 제논 플래시 램프(69)(이하 "플래시 램프들(69)"로 간단히 표기)와 반사기(71)를 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예는 25개의 제논 플래시 램프들(69)을 포함한다. 다수의 플래시 램프들(69)은 각각 긴 원통형의 바 형태의 램프들이다. 플래시 램프들(69)은 그것들의 길이 방향이 수평 방향을 따르는, 2차원 배열로 서로 병렬이다. 반사기(71)는 모든 플래시 램프들을 덮기 위해 다수의 플래시 램프들(69) 위에 위치된다.
각각의 플래시 램프들(69) 각각은 그 내부에 제논 가스로 충진된 유리튜브를 포함하고, 유리 튜브의 바깥 주변부 둘레에 감겨 있는 트리거 전극와 캐패시터에 연결되어 있는 양 단부상에 양극과 음극을 가진다. 제논 가스는 전기적으로 절연물질이므로 보통 상태에서는 유리 튜브로 전기가 흐르지 않는다. 그러나 절연파괴를 위해 고전압이 트리거 전극에 인가되면, 캐패시터에 저장되어 있는 전기가 순간적으로 유리튜브로 흐르게 되고, 이에 의해 결과적인 줄(Joule)열이 광 방출을 야기하기 위해 제논 가스로 인가된다. 각각의 제논 플래시램프들(69)에서, 이전에 저장된 정전 에너지는 0.1ms에서 10ms의 범위의 극히 짧은 광학 펼스로 변환된다.다시 말하면 제논 플래시 램프들(69)은 연속적인 발광을 위한 광원과 비교할 때 상당히 높은 강도의 광을 방출한다.
광 확산기(72)는 광원(5)와 반투명판(61)사이에 위치된다. 광 확산기(72)는 광확산 성질이 제공되는 표면을 갖는 적외선 투과 물질인 석영 유리 부재이다.
플래시 램프들(69)로부터 방출된 광의 일부는 광확산판(72)와 반투명판(61)을 직접 통과하고 그후 챔버(65)로 들어온다. 플래시 램프들(69)로부터 방출된 광의 다른 부분은 반사기(71)에 의해 반사되고 그 후에 광확산판(72)과 반투명판(61)을 통과한 후 챔버(65)로 들어간다.
챔버(65)는 내부에 열판(74)와 열 확산판(73)을 포함한다. 열 확산판(73)은 열판(74)의 윗 표면에 접착에 의해 부착되어 있다. 반도체 웨이퍼W를 위한 이동방지 핀들(preventing pins)(75)이 열 확산판(73)의 표면상에 제공된다.
열판(74)은 반도체 웨이퍼 W의 예열(보조가열)을 수행하도록 작용한다. 열판(74)은 알루미늄 질화물 부재이고, 내부에 히터와 히터를 제어하기 위한 센서를 포함한다. 열 확산판(73)은 열판(74)으로부터 열 에너지를 확산시키고, 그에 의해 균일하게 반도체 웨이퍼 W를 예열하고 지지한다. 열 확산판(73)은 사파이어(sapphire,Al2O3) 혹은 석영과 같이 낮은 열전도성 물질을 포함한다.
챔버(65)의 표면은 라이너(20)가 조립되어 있다. 라이너(20)는 그 사이에 고정된 관계가 없이 챔버(65)에 제거가능하게 제공되어 있다. 챔버(65)의 벽 표면은 측면판들(63과 64)과 기저판(62)과 같은 내부 벽표면들로 규정된다. 예컨대 라이너(20)는 측면판들(63, 64)과 기저판(62)의 모든 내부 벽표면들을 덮는 폐쇄 단부 원통 형태(closed-end cylindrical shape)를 가지는 석영 부재이다. 다시 말해 챔버(65)내부의 금속 표면은 라이너(20)로 완전히 덮혀 있다.
도 (3)은 라이너(20)의 투시도이다. 본 발명 바람직한 실시예에서 라이너(20)는 측면판들(63과 64)을 덮는 관부분(20a)과 기저판(62)를 덮는 기저 부 분(20b)으로 구성된 폐쇄 단부 원통 형태를 가진다. 관부분(20a)과 기저부분(20b)는 따로 만들어져 결합된다. 다시 말하면 라이너(20)는 관부분(20a)과 기저부분(20b)으로 분리가능한 분리된 부재(divided member)이다. 라이너(20)의 기저부분(20b)은 관 부재(41)의 상하 운동을 가능하게 하는 홀(22)과, 지지핀들(70)이 통과할 수 있도록 하기 위한 쓰루홀(21)이 제공된다. 설명의 편리성을 위해 도 3에서 생략되었지만, 홀(22)과 쓰루홀들(21)은 위로 가볍게 돌출한 그 주변부들내에 환상 부분(annular portion)이 제공된다. 예컨대 라이너(20)가 반도체 웨이퍼 W의 파편으로 더렵혀질 때, 클리닝을 위해, 이 환상 부분들은 홀(22)과 쓰루홀들(21)로부터 그러한 파편들이 떨어지는 것을 방지하는 작용을 한다. 관 부분(20a)은 반도체 웨이퍼 W 를 챔버(65) 로부터/으로 이송하기 위한 개구(23)와, 가스를 주입통로(78)로부터 방출 통로(79)로 통과시키는 통로(도시되지 않음)가 제공된다. 라이너(20)는 분리된 부재에 한정되지 않고, 대안적으로 한 개체로 몰딩된 폐쇄 단부 원통 형태를 가질 수 있다.
도 4는 라이너(20)의 부분 확대도이다. 라이너(20)의 석영 표면의 일부인 외부 표면(2a)과, 챔버 (65)의 금속 표면을 페이싱(facing)하는 것(즉, 측면판(63과 64)과 기저판(62)의 내부 벽 표면들)은 거칠게 만들기 위해 호닝(honing)된다. 내부 표면(2b)은 호닝되지 않으므로, 그것은 외부 표면(2a)보다 큰 평활도를 갖는다.
본 발명 바람직한 실시예에서, 표면을 거칠게 하는 기술들중 하나인 호닝은 건식 호닝과 습식 호닝을 포함한다. 라이너(20)의 외부 표면(2a)을 거칠게하기 위한 습식 호닝하는데 있어, 외부표면(2a)은 현탁상태로 유지되는 가루화된 연마제를 포함하는 물과 같은 액체로 빠른 속도로 분사된다. 습식호닝에서, 표면의 거침도(roughness)는 액체의 분사 압력 및 분사 속도와, 연마제의 양, 유형, 형태, 크기, 경도, 비중, 현탁 농도과 같은 조건들을 제어함으로서 조절된다.
라이너(20)의 외부 표면(2a)의 표면을 거칠게 만들기 위한 건식호닝에서, 외부표면(2a)은 공기에 의해 연마제로 빠른 속도로 분사된다. 표면의 거침도는 역시 공기의 분사 압력과 분사속도와 연마제의 양, 유형, 형태, 크기, 경도, 비중과 같은 조건들을 제어함으로서 건식호닝에서 조절된다.
두 호닝에 있어서, 연마제는 실리콘 카바이드, 알루미나, 지르코니아, 스테인레스 물질, 철, 유리 구슬, 플라스틱 등을 포함하는 입자일 수 있다. 본 발명 바람직한 실시예에서, 라이너(20)의 외부 표면(2a)은 적어도 0.2 ㎛이상의 평균 표면 거침도(Ra)(바람직하게는, 1.6㎛이상)의 평균표면 거침도를 갖도록 호닝함으로서 거칠게 된다. 내부 표면(2b)는 외부 표면(2a)보다 더 큰 평활도(smoothness)를 가진다(바람직하게는, 6.3 ㎛이하의 평균 표면 거침도(Ra)를 가짐).
건식과 습식 호닝 모두 라이너(20)의 외부 면(2a)에 소위 새틴 피니쉬(satin finish)를 하기 위해 표면 러프닝(surface roughening)을 제공한다. 따라서 플래시 램프들(69)에서 방출된 플래시광 L은 라이너(20)에 들어가기 위해 내부 표면(2b)에 도달하고, 표면 러프닝된 후의 외부 면(2a)은 플래시광 L을 산란시키도록 작용한다. 결과적으로, 라이너(20)는 플래시 램프들(69)로부터 방출된 광이 챔버(65)내부의 금속표면에 도달하지 못하도록 차단하는 광차폐물로서 작용하도록 동작한다. 챔버(65)내부의 금속표면은 광 차폐물인 라이너(20)로 완전히 덮여지므로, 플래시 램 프들(69)로부터 방출된 광은 결코 이 금속 표면의 어느 부분에도 도달하지 못한다.
열 반사기(30)는 열 확산판의 상부표면(73)을 제외하고, 열판(74)과, 열 확산판(74)과, 판들(73과 74)를 지지하기 위한 관 부재(41)를 에워싸기 위해 제공된다. 열 반사기(30)는 또한 석영 부재이고 그 양 표면은 앞선 호닝 처리가 이루어 진다. 열 반사기(30)는 열판(74)로부터 열 확산판(73)로 방출된 열 에너지의 전도를 제한하도록 작용한다.
모터(40)의 액추에이션은 열 확산판(73)와 열판(74)이 도 1에 나타난 반도체 웨이퍼 W의 이송 위치와 도 2에 나타난 반도체 웨이퍼 W의 열 처리 위치사이에서 상하로 움직이도록 한다.
열판(74)은 관 부재(41)를 통해 이동 판(42)에 연결된다. 이동 판(42)은 챔버(65)의 기저판(62)에 매달린 가이드 부재(43)을 통해 가이드되어, 위/아래로 움직일수 있게 된다. 가이드 부재(43)의 하단에 고정된 고정판(44)은 모터(40)가 볼 스크류(45)를 회전 구동하기 위해 제공되는 중앙 부분을 가지고 있다. 볼 스크류(45)는 연결 부재들(46과 47)을 통해 이동 판(42)에 연결되는 너트(48)에 나사산을 대어 결합된다. 그에 의해 열 확산판(73)과 열판(74)은 근처에서 모터(40)의 액추에이션에 의해 도 1에 나타난 반도체 웨이퍼 W의 이송 위치와 도 2에 나타난 반도체 웨이퍼 W의 열 처리 위치사이에서 상하로 움직이도록 허용한다. 열 확산판(73)과 열판(74)의 상하운동은 이동 판(42)위에 제공된 반사기(30)가 상하로 이동하도록 한다
열 확산판(73)과 열판(74)은 도면에 나타나지 않은 이송 로봇에 의해 개구 (66)를 통하여 챔버(65)로 이송되는 지지핀들(70)상에 반도체 웨이퍼 W를 설치하거나 개구(66)를 통해 챔버(65)로부터 지지핀들(70)상에 설치된 반도체 웨이퍼 W를 이송시키기 위해 도 1에 나타난 반도체 웨이퍼 W의 이송 위치로 내려간다. 도 1의 상태에서, 지지핀들(70)의 상단들은 열 확산판(73)과 열판(74)안에 있는 홀을 통과하여, 열 확산판(73)의 표면에서 위로 돌출한다.
반도체 웨이퍼 W의 열처리를 위해 열 확산판(73)와 열판(74)은 지지핀(70)의 상단보다 높은 도 2의 반도체 웨이퍼 W의 열 처리 위치로 상승된다. 열 확산판(73)와 열판(74)을 도 1의 이동위치로부터 도 2의 열 처리위치로 상승되는 과정에서, 지지핀들(70)위에 설치된 반도체 웨이퍼 W는 열 확산판(73)에 전달된다. 전달된 반도체 웨이퍼 W는 열 확산판(73)의 표면에 의해 지지되는 하부 표면으로 상승이동되어, 챔버(65)에 수평으로 고정될 반투명판(61)에 가까운 위치로 도달한다. 역으로 열 확산판(73)과 열판(74)을 도 2의 열 처리 위치로부터 도 1의 이송 위치로 하강이동하는 과정에서, 열 확산판(73)상에 지지된 반도체 웨이퍼 W는 지지핀들(70)로 전달된다.
반도체 웨이퍼 W를 지지하는 열확산판(73)과 열판(74)이 열 처리 위치에 유지될 때, 반투명판(61)은 열 확산판(73)과 열판(74)상의 반도체 웨이퍼 W와 광원(5)사이에 위치한다. 열 확산판(73)와 광원(5)은 모터(40)의 회전수를 조절함으로서 임의거리를 갖도록 허용된다.
탄성 벨로우즈(bellows)(77)는 관 부재(41)를 둘러싸도록 챔버의 기저판(62)과 이동판 사이에 제공되고, 이에 의해 챔버(65)를 밀폐되도록 밀봉된다. 벨로우즈(77)는 열 확산판(73)과 열판(74)이 열처리 위치로 상승될 때 수축되어지고, 반면에 열 확산판(73)과 열판(73)이 챔버(65)내의 대기가 외부 대기로부터 차단되도록 하강될 때 벨로우즈들(77)이 확장된다.
개구(66) 맞은편에 챔버(65)의 측면판(63)은 개방/폐쇄 밸브(80)에 협력하여 연결된 도입 통로(78)가 제공된다. 이 도입통로(78)는 챔버(65)안으로, 비활성 질화 가스와 같은 필요한 처리 가스를 도입하도록 작용한다. 측면판(64)에 있는 개구(66)는 개방/폐쇄 밸브(81)에 협력적으로 연결된 방출 통로(79)가 제공된다. 방출 통로(79)는 챔버(65)로부터 가스를 방출하도록 작용하고, 도시되지 않은 수단을 고갈하도록 개방/폐쇄 밸브(81)를 통해 연결되어 있다. 라이너(20)는 가스가 라이너를 통과하여 도입통로(78)로부터 방출 통로(79)쪽으로 흐르도록 하는 통로가 제공된다.
다음은 전술한 구성을 가지는 열 처리 장치가 반도체 웨이퍼 W의 열처리를 수행하는 방법을 기술할 것이다. 이 장치에 의해 열 처리될 반도체 웨이퍼 W는 이온 주입된 반도체 웨이퍼이다.
열 확산판(73)과 열판(74)이 도 1의 반도체 웨이퍼 W의 이송 위치에 있을때 반도체 웨이퍼 W는 개구(66)를 통해 챔버(65)로 이송되고, 도시되지 않은 이송 로봇에 의해 지지핀들(70)상에 설치된다. 챔버(65)로 반도체 웨이퍼 W의 이송이 끝날 때, 개구(66)는 게이트 밸브(68)에 의해 닫힌다. 그 후에 모터(40)는 열 확산판(73)와 열판(74)을 도 2에 나온 반도체 웨이퍼 W의 열 처리 위치로 상승시키도록 작동하고, 그에 의해 반도체 웨이퍼 W는 거기에 수평으로 고정된다. 게다가, 개방/폐쇄 밸브들(80과 81)은 챔버(65)안에 질소 가스의 흐름을 형성하기 위해 개방된 상태가 된다.
열 확산판(73)과 열판(74)은 열판(74)에 저장된 히터에 의해 예정된 온도로 가열된 상태가 된다. 따라서 반도체 웨이퍼 W는, 반도체 웨이퍼 W의 점진적인 온도 상승을 야기시키도록, 열 확산판(73)와 열판(74)이 반도체 웨이퍼 W의 열 처리 위치로 상승할 때 가열된 상태의 열확산판(73)과 접촉함으로서 예열된다.
반도체 웨이퍼 W는 열 확산판(73)에 의해 계속 가열된다. 반도체 웨이퍼 W의 온도상승이 일어날 때, 도시되지 않은 온도 센서는 반도체 웨이퍼 W의 표면온도가 예열온도 T1에 도달했는지를 결정하기 위해 계속 모니터링 한다.
예컨대, 예열온도 T1은 대략 200에서 600℃이다. 이러한 온도 범위의 예열온도 T1으로의 반도체 웨이퍼 W의 온도상승은 반도체 웨이퍼 W로 주입된 이온을 확산시키지 못한다.
반도체 웨이퍼 W의 표면온도가 예열온도 T1에 도달할 때, 플래시 램프들(69)은 플래시 가열을 위해 약 0.1에서 10 밀리초(ms)동안 켜진다. 플래시 램프들(69) 각각에서, 예비적으로 저장된 정전 에너지들은 이렇듯 극히 짧은 기간동안 광 펄스들로 변환된다. 다시 말해, 플래시 램프들(69)은 상당히 높은 강도의 광을 방출한다.
그런 플래시 가열을 받게 된 반도체 웨이퍼 W는 순간적으로 표면온도가 반도체 웨이퍼 W의 이온 활성화에 필요한 약 1000에서 1100℃의 온도 T2로 상승한다. 반도체 웨이퍼 W의 표면온도의 상승은 이러한 범위를 가지는 처리 온도 T2로 상승 하면 반도체 웨이퍼 W로 주입된 이온의 활성화가 야기된다.
처리온도 T2로 반도체 웨이퍼 W의 표면온도 상승은 대략 0.1에서 10 밀리초(ms)의 매우 짧은 시간을 요구한다. 따라서 반도체 웨이퍼 W로 주입된 이온의 활성화는 짧은 시간에 완성된다. 결과적으로 반도체 웨이퍼 W로 주입된 이온의 확산은 일어나지 않고 따라서 반도체 웨이퍼 W에 주입된 이온의 형태가 둥글게 되는 것을 막을 수 있다.
반도체 웨이퍼 W는, 반도체 웨이퍼 W를 가열하기 위해 플래시 램프들(69)을 켜기 전에 열판(74)에 의해 그것의 표면온도를 대략 200에서 600℃의 예열 온도 T1으로 올리기 위해 예열된다. 그에 의해 반도체 웨이퍼 W는 약 1000에서 1100℃의 처리 온도 T2로 빠르게 상승될 수 있다.
상당히 높은 강도를 가진 플래시 램프들(69)로부터 방출된 플래시광은 호닝 처리에 의한 표면 러프닝을 받게된 후 라이너(20)의 외부 면(2a)에 의해 차단되고, 그에 의해 챔버(65) 내부의 금속 표면은 플래시 램프들(69)로부터 방출된 플래시광에 노출되는 것이 방지된다. 결과적으로 플래시광 조사의 결과로 생기는 금속 산화가 억제되며, 따라서 챔버(65)의 금속표면이 산화막으로 코팅되는 것을 방지한다.
특히 본 발명 바람직한 실시예에서, 챔버(65)안의 금속 표면은 완전히 라이너(20)로 덮히므로, 챔버(65)의 금속표면은 플래시광 조사의 결과인 산화막으로 코팅되는 것이 전적으로 방지된다.
플래시 가열 후, 모터(40)는 열 확산판(73)와 열판(74)을 도 1의 반도체 웨이퍼 W의 이송 위치로 하강이동하도록 액추에이트되며, 게이트 밸브(68)는 개구(66)를 닫힌 상태에서 열린 상태로 바꾼다. 뿐만 아니라, 지지핀들(70)상에 놓인 반도체 웨이퍼 W는 도시되지 않은 이송 로봇에 의해 챔버(65)로부터 이송된다. 지금까지 기술된 과정을 따라 일련의 열처리 공정이 완성된다.
언급한 것처럼, 플래시 램프들(69)을 켬으로서 반도체 웨이퍼 W를 가열하는 공정에서, 반도체 웨이퍼 W는 웨이퍼 표면의 빠른 열 팽창으로 인해 깨질 수 있다. 이러한 깨짐은 반도체 웨이퍼 W의 파편으로 챔버(65)를 더럽힐 수 있다.
본 발명 바람직한 실시예에서, 라이너(20)는 챔버 벽 표면을 따라 챔버(65)에서 제거할 수 있도록 제공된다. 반도체 웨이퍼 W가 깨져서 반도체 웨이퍼 W의 파편들로 더러워질 때조차, 챔버(65)는 챔버로부터 라이너(20)를 간단히 떼어냄으로서 쉽게 깨끗해질 수 있다. 라이너(20)의 내부 표면(2b)의 평활도는 특히 떼어낸 후에 라이너(20) 자체의 클리닝을 촉진시키기 위해 작용한다.
다음에는, 라이너(20)를 챔버(65)로부터 떼어내는 방법에 대해 논의할 것이다. 챔버(65)에 경첩이 달리도록(hingedly) 연결된 광원(5)은 상부 방향으로 열려있다. 그 후 광 확산판(72)과 반투명판(61)이 제거된다. 다음, 이동 판(42)에 관 부재(41)를 고정하는 나사는 열 확산판(73)과 열판(74)과 관 부재(41)를 챔버(65)의 최상부 개구로부터 제거하기 위해 빼진다. 열 반사기(30)는 또한 이 때에 챔버(65)의 최상부 개구로부터 제거된다. 그 결과적인 상태는 도 5에 나타난다.
도 5의 화살표(AR4)가 가리키는 것과 같이, 제거할 수 있는 라이너(20)는 그 후 챔버(65)로부터 떼어진다. 클리닝이 끝나고 라이너(20)가 그 위치로 되돌아가는 때, 이전의 떼내기 과정은 완전히 역으로 된다.
본발명은 지금까지 기술한 바람직한 실시예에 한정되지 않는다. 예컨대 광원(5)에 제공되는 제논 플래시 램프들(69)의 수는 무작위로 결정되고 이전의 바람직한 실시예에서처럼 25개로 제한되지 않는다. 게다가 플래시 램프들(69)은 제논 플래시 램프들로 제한되지 않는다. 예컨대 플래시 램프들(69)은 크립톤(Kr)플래시 램프가 될 수도 있다.
광원(5)은 램프로부터 방출된 광의 조사에 의해 반도체 웨이퍼 W를 가열하기 위해 플래시 램프들(69) 대신에 다른 종류의 램프들(할로겐 램프와 같은)을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 기술은 또한 광원(5)의 대체되는 유형을 포함하는 열 처리 장치에 적용된다. 다시 말해 챔버는 챔버 벽면을 따라 석영 라이너를 제거할 수 있도록 제공함으로서 쉽게 클리닝할 수 있다. 게다가 호닝 처리에 사용된 석영 라이너는 챔벼의 벽면을 따라 제공되므로 라이너는 램프로부터 방출된 광이 챔버 내부의 금속 벽에 도달하지 못하도록 하는 역할을 한다. 결과적으로 이 금속 부분은 산화가 방지된다.
위에서 기술한 실시예에서, 라이너(20)는 호닝에 의해 표면 러프닝을 받은 외부 표면(2a)과 큰 평활도를 가진 내부표면(2b)을 가진다. 대안적으로 라이너(2)의 양 표면 모두 호닝에 의해 표면 러프닝될 수 있다. 이러한 대안은 라이너(20)에 의한 광 차단 효과를 향상시키고, 이에 의해 플래시 램프들(69)로부터 방출된 플래시광은 높은 신뢰도로 챔버(65)의 금속 표면에 도달하는 것이 차단될 수 있다. 그러나, 이전의 실시예에서처럼 큰 평활도를 가진 라이너(20)의 내부표면(2b)은 예컨대 처리 과정동안 반도체 웨이퍼 W의 깨짐에 의해 요구되는 챔버(65)의 클리닝을 용이하게 하도록 작용한다.
위에서 기술한 바람직한 실시예에서, 반도체 웨이퍼는 광 조사에 의한 이온 활성화를 목표로 한다. 그러나 반도체 웨이퍼는 본 발명의 열처리 장치에 의한 처리를 위한 제한된 목표가 아니다. 예컨대 실리콘 질화 필름이나 다결정의 실리콘 필름과 같이 다양한 종류의 실리콘 필름이 제공되는 유리 기판은 본 발명의 열 처리 장치에 의한 처리에 사용될 수 있다. 보다 특히, 다결정 실리콘 필름은 CVD에 의해 유리 기판에 제공되고 그 후, 이 다결정 실리콘 필름은 실리콘의 이온 주입으로 비결정 상태가 된다. 실리콘 산화 필름은 또한 거기서 형성된 비결정질 실리콘 필름상의 무반사 필름으로 제공된다. 이 상태에서 본 발명의 열처리 장치는 그 자체로 비결정질 실리콘 필름에 광을 방출하도록 작용하며, 그에 의해 비결정 실리콘 필름은 다결정 실리콘 필름을 형성하도록 다결정 상태로 바뀌게 된다.
또한 대안적으로. 본 발명의 열처리 장치는 유리기판과 비결정질 혹은 붕소와 같은 불순물이 폴리실리콘 안으로 주입된 유리 기판위에 제공된 비결정질 실리콘의 결정화된 필름처럼 기본이 되는 규소산화 필름과 폴리 실리콘 필름을 포함하는 TFT 기판으로 발전될 것이다. 이 경우 본 발명의 열처리 장치는 주입된 불순물을 활성화시키기 위해 TFT기판에 광을 방출하는 역할을 한다.
발명을 상세히 보여주고 기술하였지만, 앞으로의 설명은 모든 면에서 설명적인 것이지 한정하는 것이 아니다. 그러므로 그것은 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서 많은 수정과 변형들이 이루어질 수 있는 것으로 이해된다.
본 발명은 열처리과정동안 챔버 내부의 금속 표면이 산화물로 코팅되는 것을 방지할 수 있는 열 처리 장치를 제공할 수 있으며, 또한 챔버를 쉽게 청소할 수 있는 열 처리 장치를 제공할 수 있다.

Claims (12)

  1. 플래시광으로 기판을 조사하여 상기 기판을 가열하는 열처리 장치에 있어서:
    다수의 플래시 램프들을 가지는 광원과;
    상기 광원 아래 제공된 챔버와;
    상기 챔버에서 기판을 고정하기 위한 고정 부재와;
    상기 광원에서 방출된 광이 상기 챔버안의 금속 표면에 도달하는 것을 차단하는 상기 챔버에 제공된 광차폐물(light shield)을 포함하는, 열처리장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광차폐물은 호닝(horning)에 의해 거칠게 된 석영 표면을 가진 석영 부재인, 열처리 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 챔버는 금속 측면판과 금속 기저판을 가지며;
    상기 광차폐물은 상기 측면판과 상기 기저판의 내부벽 표면들을 덮기 위한 폐쇄 단부 원통 형태를 가지는, 열처리장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 광차폐물은 관 부분과 기저 부분이 분리가능한 분리된 부재(divided member)인, 열처리장치
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 광차폐물은 상기 챔버 안의 금속 표면을 전체적으로 덮는, 열처리장치
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 석영 표면은 내부면과 외부면을 가지고, 상기 외부 표면은 상기 챔버안에서 상기 금속표면을 접하고 호닝에 의해 거칠게 되어 있으며, 상기 내부표면은 상기 외부표면보다 큰 평활도를 가지는, 열처리장치
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 외부표면의 평균표면 거침도(roughness)가 0.2 ㎛이상인, 열처리장치
  8. 광으로 기판을 조사하여 상기 기판을 가열하는 열처리 장치에 있어서:
    다수의 플래시 램프들을 가지는 광원과;
    상기 광원 아래에 제공된 챔버와;
    상기 챔버에서 기판을 실질적으로 수평으로 고정하기 위한 고정 부재와;
    상기 챔버의 벽면을 따라 상기 챔버에서 제거할 수 있도록 제공된 라이너를
    포함하는, 열처리장치
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 라이너가 폐쇄 단부 원통 형태를 갖는, 열처리장치
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 라이너는 관 부분과 기저부분이 분리가능한 분리된 부재인, 열처리장치
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 라이너는 석영 부재인, 열처리장치
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 다수의 램프들은 플래시 램프들이고
    상기 고정 부재들은 그 위에 고정된 기판을 예열하기 위한 보조예열 요소를 포함하는, 열처리장치.
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