KR100614327B1 - 균일한 기판 가열을 위한 챔버 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예들은 열 처리시 다수의 기판으로 균일한 열 프로파일을 제공하기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 일 실시예에서, 하나 이상의 가열 기판 지지부를 포함하는 카세트는 그 안에 균일한 열 프로파일을 갖는 가열 챔버내에 이동 가능하게 배치되어 보다 균일하게 기판을 가열한다.

Description

균일한 기판 가열을 위한 챔버{CHAMBER FOR UNIFORM SUBSTRATE HEATING}
본 출원은 2000년 12월 29일자 제출된 미국 가특허출원 시리얼 번호 60/259,035의 장점을 청구하는 것으로서, 상기 미국 출원은 본 발명에 참조로서 포함된다.
본 발명은 기판 열 처리를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
평판 패널 디스플레이(FPD)의 제조에서, 박막 트랜지스터(TFT)와 액정 셀, 금속 상호연결부 및 다른 피쳐(feature)들은 글래스 기판으로부터 도체, 반도체 및 유전체 물질의 다중 층들을 증착하고 제거함으로써 형성된다. 형성되는 다양한 피쳐들은 하나의 시스템에 집적되고, 상기 시스템은 예컨대, 디스플레이 상태가 FPD상의 각 픽셀에서 전기적으로 형성되는 활성 매트릭스 디스플레이 스크린을 형성하기 위해 총체적으로 사용된다. FPD를 형성하는데 사용되는 처리 기술은 플라즈마-강화 화학적 기상 증착(PECVD), 물리적 기상 증착(PVD), 에칭 등을 포함한다. 막(film)을 증착하는데 비교적 낮은 처리 온도가 요구되고 플라즈마 처리에 의한 막이 양호한 품질을 갖기 때문에, 상기 플라즈마 처리는 특히 평판 패널 디스플레이의 제조에 적합하다.
FPD 처리시, 기판의 전체 표면에 대한 막의 적절한 열처리는 FPD가 적절히 기능하는데 중요하다. 처리되는 막의 형태와 수행되는 처리에 따라 요구되는 가열 온도는 변한다. 예를 들어, FPD의 구성에 사용되는 평판 패널 디스플레이 막의 예시적인 한 형태로는 저온의 폴리실리콘(LTPS)이 있다. LTPS 막 처리의 일부는 상기 막에서 수소를 제거하기 위해 약 600℃로 가열되는 LTPS 막을 요구하는 반면에, 비결정 실리콘(a-Si) 막을 위한 유사한 열 처리는 450℃로 대체로 낮은 온도를 요구한다.
일반적으로, 막 가열 처리는 온도 불균일성이 원치 않은 오염물의 불충분한 제거를 초래하여 막의 벗겨짐과 제거를 가져올 수 있기 때문에, 온도에 매우 민감하다. 온도 불균일성 가열 처리를 보상하기 위해서는 시간이 연장되어야 한다. 불행히도, 열처리 시간을 연장하는 것은 제조비용을 상승시키고, 종종 공정이 끝나지 않은 경우 사용할 수 없는 막을 초래하기도 한다.
종래의 가열 챔버(heating chamber)는 가스 전도와 열 방사의 결합을 통해 하나 이상의 기판을 가열함으로써 열 처리를 제공한다. 불행히도, 상기 챔버 벽과 다른 내부 챔버 컴포넌트들은 챔버내에 열 전도 경로를 제공하여 전도성 열 손실을 초래한다. 전도성 열 손실은 끊임없이 변동하는 기판-가열 환경을 형성한다. 온도가 상승됨에 따라, 전도성 열 손실은 더 심해지고, 상기 기판-가열 환경내애 열 불균일성을 악화시킨다. 또한, 종래의 가열 챔버는 기판 주변을 수용할 정도로 매우 크고, 가열되는 면적과 부피가 증가됨으로써 가열 문제들을 더욱 악화시킨다. 예를 들어, 더 큰 컴퓨터 디스플레이, 모니터, 평면 스크린 텔레비젼 등이 요구됨에 따라 통상의 기판은 620mm ×750mm 혹은 그 이상으로 증가한다. 예컨대, 1미터 ×1미터의 기판을 예시한다. 통상, 더 큰 기판, 더 큰 챔버 부피 및 후속적인 열 손실의 증가를 보상하기 위해서는, 더 많은 가열 엘리먼트들이 사용되므로, 장치의 비용, 에너지 사용 및 온도 불균일성을 증가시킬 수 있다. 온도가 증가함에 따라, 구리 가열 엘리먼트들은 종종 에너지 비용을 상쇄시키고 효율적인 가열을 제공하기 위해 사용된다. 구리 히터들은 일반적으로 다른 형태의 가열 엘리먼트들보다 더 효율적인 에너지를 갖는다. 불행히도, 온도가 증가함에 따라, 종종 구리 히터들로부터 구리 원자들이 가열 챔버로 빠져 나가고 막을 오염시킨다. 따라서, 전통적인 가열 챔버와 가열 처리는 효율적이고 비용 절감적인 기판 가열 처리를 위한 균일하고 오염물이 없는 기판 가열을 제공하지 못한다.
따라서, 효율적인 오염물 없는 열 처리 시스템에서 다수의 기판을 균일하게 열 처리하기 위한 방법 및 장치가 필요하다.
본 발명의 실시예들은 기판 처리 시스템과 함께 사용되는 가열 챔버내의 기판들의 균일한 가열을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에서, 기판들은 몸체, 저면부 및 리드(lid)를 갖는 절연된 챔버내에서 균일하게 가열된다. 또한, 상기 챔버는 상기 챔버내에 배치된 열 반사기, 상기 열 반사기와 인접한 상기 챔버내에 배치되는 히터 및 상기 챔버내에 이동 가능하게 배치되고 상기 챔버내에서 적어도 두개의 기판들을 지지하는 다수의 가열 지지부(heated support)를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 다소 더 크고 기판 지지부의 형상과 일치하는 형상으로 챔버내의 다수의 가열 지지부상에 다수의 기판을 지지하는 단계, 약 450℃ 내지 약 600℃의 처리 온도를 제공하는 단계, 상기 챔버내에 진공을 제공하는 단계, 및 균일한 온도로 상기 기판을 균일하게 가열하는 단계를 포함하는 균일한 기판 가열 방법이 제공된다.
본 발명의 실시예들을 상세히 달성하고 이해할 수 있는 방식으로, 첨부된 도면들에 도시된 실시예들을 참조하여 상기에서 간단히 요약된 본 발명의 많은 특정한 상세한 설명을 가질 수 있다.
그러나, 첨부된 도면들은 본 발명의 전형적인 실시예들만을 도시하고 있으므로, 그 범주를 벗어남이 없이, 본 발명은 다른 동등한 효과적인 실시예들을 인정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 가열 챔버를 포함하는 처리 시스템의 평면도이다.
도 2는 도 1의 가열 챔버의 일 실시예의 사시도이다.
도 3은 상하 벨 단지 장치를 나타내는 도 1의 가열 챔버의 부분 횡단면도이다.
도 4는 도 1의 가열 챔버와 전이 챔버의 부분 횡단면도이다.
도 5는 몸체, 열 반사기 및 히터를 나타내는 도 1의 가열 챔버의 부분 횡단면도이다.
도 6은 도 5의 가열 챔버의 상면 횡단면도이다.
도 7은 도 5의 가열 챔버로 사용되는 히터의 측면도이다.
도 8은 도 5의 가열 챔버로 사용되는 히터의 부분 횡단면도이다.
도 9는 도 5의 가열 챔버로 사용되는 가열 기판 지지부의 사시도이다.
도 10은 도 5의 도 5의 가열 챔버로 사용되는 가열 기판 지지부의 상면도이 다.
도 11은 도 5의 가열 챔버내에서 수행되는 기판 열 처리의 온도 등고선이다.
본 발명의 실시예들은 통상 반도체 산업에 사용되고 여기서 언급되는 기판 가열 챔버를 지지하는데 매우 적합한 클러스터 툴(cluster tool)로 알려진 다중 챔버 처리 시스템에서 특정 장점들을 갖는다. 클러스터 툴은 기판 가열, 센터-파인딩(center-finding) 및 방향측정(orientation), 어닐링, 증착 및/또는 에칭을 포함하는 다양한 기능을 수행하는 다중 챔버들을 포함하는 모듈 시스템이다. 상기 다중 챔버들은 챔버들간에 기판을 수송하도록 적용되는 로봇을 수용하는 중앙의 전달 챔버(transfer chamber)에 장착된다. 상기 전달 챔버는 통상 진공 조건에서 유지되고 하나의 챔버에서 다른 챔버로 및/또는 상기 클러스터 툴의 전단에 위치하는 로드 락(load lock) 챔버로 기판들을 수송하기 위한 중간단계를 제공한다.
도 1은 본 발명의 장점으로 이용될 수 있는 반도체 처리를 위한 전형적인 처리 시스템(100)의 평면도이다. 일반적으로, 처리 시스템(100)은 다수의 챔버와 로봇들을 포함하고, 바람직하게는 처리 시스템(100)에서 수행되는 다양한 처리 방법들을 수행하기 위해 프로그래밍되는 프로세스 시스템 컨트롤러(102)를 구비한다. 전단 주변부(front-end environment)(104)는 한 쌍의 로드 락 챔버(106)들과 선택적으로 통신하도록 위치하는 것으로 도시된다. 전단 주변부(104)에 형성된 포드 로더(pod loader:108A-B)는 전단 주변부(104)상에 장착되는 로드 락(106)과 다수의 포드(105)간에 기판들을 수송하기 위해 선형, 회전 및 수직 운동할 수 있다.
로드 락(106)은 전단 주변부(104)와 전달 챔버(110) 사이에 제 1 진공 인터페이스를 제공한다. 두 개의 로드 락(106)은 전달 챔버(110) 및 전단 주변부(104)와 교대로 통신함으로써 처리량을 증가시키기 위해 제공된다. 따라서, 제 1 로드 락(106)이 전달 챔버(110)와 통신하는 동안, 제 2 로드 락(106)은 전단 주변부(104)와 통신한다.
로봇(113)은 로드 락(106)으로부터 다양한 프로세싱 챔버들(114) 또는 홀딩 챔버(116)들 중 하나로 기판들을 전달하는 전달 챔버(110)의 중심에 배치된다. 프로세싱 챔버(114)는 막 증착, 어닐링, 에칭 등과 같은 많은 프로세스들을 수행하는데 적용되고, 홀딩 챔버(116)는 방향이동(orientation), 냉각(cool down) 등에 적용된다. 수소 제거 및 어닐링과 같은 열 처리동안 기판을 가열하는데 사용되는 가열 챔버(140)는 프로세싱 시스템(100)내에 배치된다. 가열 챔버(140)는 통상 가장 효율적인 처리 위치에 있는 프로세싱 시스템(100)내에 배치되고 위치하지만, 프로세싱 시스템(100)내의 어떤 곳에도 위치할 수 있다. 예를 들어, 가열 처리단계는 증착 처리 단계 이후에 일어난다. 따라서, 로봇(113)의 운동을 최소화하기 위해, 가열 챔버(140)는 증착 처리단계에 사용되는 프로세싱 챔버(114)들 중 하나와 인접하여 위치할 수 있다.
도 2는 상단부(215)(예, 상부 벨 단지(bell jar))와 하단부(217)(예, 하부 벨 단지)를 포함하는 가열 챔버(140)의 사시도이고, 여기서 상단부(215)는 로딩 윈도우(235)를 갖는 커넥팅 몸체(230)에 의해 하단부(217)와 분리된다. 상단 및 하단부(215, 217)들은 커넥팅 몸체(230)에 대해 밀봉될 수 있게 부착되고 통상 대칭적이며 동축이다. 상단부(215) 및 하단부(217)는 마찰 기구, 고온을 견디도록 적용되는 가스킷(gasket) 또는 퍼티(putty)와 같은 실링 물질, 또는 프로세스 내성이고 구리와 같은 오염물이 없는 압력 반응성 접착제, 세라믹 본딩, 아교 등과 같은 접착제를 이용함으로써 커넥팅 몸체(230)에 밀봉될 수 있다. 상단부(215) 및 하단부(217)는 용접과 같은 종래의 수단이나, 볼트, 클램프 또는 통상적으로 알려진 다른 패스너들을 이용함으로써 커넥팅 몸체(230)와 연결될 수 있다.
가열 챔버(140)는 상단부(215)와 하단부(217)를 지지하기 위한 장착 프레임(255)에 장착된다. 일 실시예에서, 장착 프레임(255)은 가열 챔버(140)를 이동시키기 위해 하단상에서 회전 가능하게 장착되는 캐스터(245, 246, 247)를 포함할 수 있다. 장착 프레임(255)은 볼트, 클램프 또는 종래에 알려진 다른 패스너들과 같은 종래의 수단을 통해 가열 챔버(140)와 커넥팅 몸체(230)에 부착될 수 있다. 가열 챔버(140)는 프레임(255)상에 장착되는 것이 바람직하지만, 가열 챔버(140)는 스크류, 볼트, 클립 등과 같은 패스너들을 이용하여 전달 챔버(110)에 장착 및 지지될 수 있다.
가열 챔버(140)내의 기판 수송에 사용되는 모터(285)는 스크류, 볼트, 클립 등과 같은 패스너들을 이용하여 가열 챔버(140)에 부착될 수 있다. 모터(285)는 리드 스크류(288)와 회전 가능하게 결합된다. 리드 스크류(288)는 프레임(255)에 슬라이딩될 수 있게 결합되는 플랫폼(287)과 회전 가능하게 결합된다. 리드 스크류(288)가 모터(285)에 의해 회전되면, 플랫폼(287)은 수직으로 상승 또는 하강된다.
일 실시예에서, 단열층(미도시)이 가열 챔버(140)로부터의 열 손실을 최소화하기 위해 가열 챔버(140)를 에워싸거나 둘러싸도록 사용될 수 있다. 상기 단열층은 섬유유리, 세라믹 섬유, 석면, 또는 열 손실로부터 절연을 제공하는데 적용되는 다른 물질들과 같은 단열재들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 단열층은 약 0.035 watt/m·K 미만의 열 전도성을 갖는 연질(flexible) 절연 세라믹 섬유 브랭킷(blanket)을 포함하고, 약 30℃의 표면 온도에서 안정화된다.
도 3은 기판 열 처리를 위해 적용되는 본 발명의 가열 챔버(140)의 일 실시예의 횡단면도이다. 가열 챔버(140)는 몸체(305), 리드(335) 및 몸체(305)상에 형성되는 저면부(316)를 포함하고, 그 안에서 다수의 기판(328)들을 가열하기 위한 캐비티(307)를 형성한다. 일 실시예에서, 몸체(305)는 알루미늄, 스틸, 니켈 등과 같은 프로세스 내성 물질(process resistant material)로 형성되고, 처리 온도를 견디도록 적용되며, 일반적으로 구리와 같은 오염물들이 없다. 몸체(305)는 이를 통해 처리 가스를 전달하기 위한 처리 가스 공급기(process gas supply, 미도시)에 가열 챔버(140)를 연결하기 위해 캐비티(307)로 연장되는 가스 입구(360)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 진공 펌프(390)는 캐비티(307)내의 진공상태를 유지하기 위해 진공 포트(392)를 통해서 캐비티(307)와 결합될 수 있다.
기판 카세트(310)는 캐비티(307)내에 이동 가능하게 배치되고 이동부재(330)의 상단에 결합된다. 이동부재(330)는 알루미늄, 스틸, 니켈 등과 같은 프로세스 내성 물질로 이루어지고, 처리 온도를 견딜 수 있도록 적용되며 통상 구리와 같은 오염물이 없다. 이동부재(330)는 저면(316)을 통해 캐비티(307)로 들어간다. 이동부재(330)는 저면(316)을 통해 슬라이딩할 수 있게 밀봉 배치되고, 플랫폼(287)에 의해 상승 및 하강된다. 플랫폼(287)은 이동부재(330)의 하위 단부를 지지하므로 플랫폼(287)의 상승 또는 하강에 따라 이동부재(330)가 수직으로 상승 또는 하강될 수 있다. 이동부재(330)는 캐비티(307)내에 카세트(310)를 수직으로 상승 및 하강시키고, 윈도우(235)를 통해 연장하는 기판 전달면(332)에 대해 기판(328)을 이동시킨다. 기판 전달면(332)은 기판들이 로봇(113)에 의해 카세트(310)로 이동하고 빠져나오는 경로에 의해 정의된다.
카세트(310)는 프레임(325)에 의해 지지되는 다수의 기판 가열 선반(336)을 포함한다. 비록 일 실시예지만, 도 3은 카세트(310)내에 12개의 기판-가열 선반(336)을 도시하고 있고, 예시되는 어떤 수의 선반들도 사용될 수 있다. 각각의 기판 가열 선반(336)은 브래킷(bracket: 317)을 통해 프레임(325)에 연결되는 가열 기판 지지부(heated substrate support:340)(예, 가열판)를 포함한다. 브래킷(317)은 가열 기판 지지부(340)의 에지들을 프레임(325)에 연결시키고 프로세스 내성이고 구리와 같은 오염물이 없는 압력 반응성 접착제, 세라믹 본딩, 아교 등과 같은 접착제 또는 스크류, 볼트, 클립 등과 같은 패스너를 이용하여 프레임(325)과 가열 기판 지지부(340)에 부착될 수 있다. 프레임(325)과 브래킷(317)은 프로세스 내성이고 통상 구리와 같은 오염물이 없는 세라믹, 알루미늄, 스틸, 니켈 등과 같은 프로세스 내성 물질로 이루어진다. 프레임(325)과 브래킷(317)은 분리된 아이템일 수 있지만, 예시되는 브래킷(317)은 프레임(325)과 일체로 가열 기판 지지부(340)를 위한 지지부재를 형성한다. 일 실시예에서, 가열 기판 지지부(340)는 기판(328)에 컨포멀(conformal)하고 기판(328) 보다 다소 더 커서 많은 열을 기판(328)에 인가함으로써 열 효율을 최대화할 수 있지만, 예시되는 가열 지지부(340)는 원하는 기판 가열을 제공하도록 적용되는 어떠한 형상일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 가열 지지부(340)는 기판(328)보다 매우 더 커서 기판(328)이 지지부(340)로부터 열에 완전히 노출되도록 보장할 수 있다. 선택적으로, 가열 지지부(340)는 다양한 크기의 기판(328)을 수용하도록 형성될 수 있다.
기판 가열 선반(336)들은 카세트(310) 내에서 수직으로 이격되고 평행하며 다수의 기판 가열 공간(322)을 형성한다. 각 기판 가열 공간(322)은 그 안에서 다수의 지지핀(342)상에 지지되는 적어도 하나의 기판(328)을 가열하도록 적용된다. 각 기판(328)의 상, 하부의 기판 가열 선반(336)은 기판 가열 공간(322)의 상부 및 하부 경계를 형성하여 기판(328)의 상면과 저면이 가열되도록 노출시킨다. 일 실시예에서, 상부 및 하부 경계들은 기판(328)의 양면을 균일하게 가열하는 것을 보장하기 위해 기판(328)으로부터 같은 거리에 있다. 카세트(310)에서 상면 기판(328)의 가열을 보장하기 위해, 상면 가열 공간(322)에 대한 상부 경계가 텅빈 가열 기판 지지부(340)에 의해 형성된다. 다른 실시예에서, 상기 간격 및 기판 위치는 어닐링, 수소 제거 등과 같은 상이한 프로세스들을 위한 서로 다른 가열 요구조건들을 충족시키기 위해 조정될 수 있다. 가열 공간(322)의 상부 및 하부 경계 사이의 간격은 가열률과 각 기판면에 인가되는 열의 양을 증가시키거나 감소시키도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 가열 공간(322)의 상부 및 하부 경계 사이의 간격은 가열 기판 지지부(340)로부터의 방사 에너지를 증가시키기 위해 더 좁게 이격되어 온도 및 가열률을 증가시키거나, 입사 방사 에너지를 감소시키기 위해 더 멀리 이격되어 기판 온도를 낮추고 기판(328)의 가열을 늦출 수 있다. 또한, 기판(328)은 상부 또는 하부 경계와 더 가깝게 위치되어 기판(328)의 양 측면에 서로 다른 양의 가열이 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 제조 효율을 증가시키기 위해, 가열 공간(322)의 상부 및 하부 경계 사이의 간격은 원하는 비율과 온도로 기판(328)을 가열하도록 조정될 수 있고 카세트(310)가 가능한 한 많은 기판 가열 선반(336)들을 수용할 수 있게 한다. 일 실시예에서, 상부 및 하부 경계 사이의 간격은 약 45mm이다. 본 발명은 상부 및 하부 경계 사이의 약 45mm 간격이 기판(328)을 수용하기 위한 적절한 공간을 제공하고, 균일한 기판 가열, 및 챔버(307)내의 효율적인 공간 이용을 제공하여, 기판 가열 선반(336)의 개수를 최대화할 수 있다고 생각한다.
도 4는 가열 챔버(140)와 전달 챔버(110)의 횡단면도를 나타낸다. 가열 챔버(140)는 윈도우(235)가 전달 챔버(110)의 측벽에 형성되는 개구부(109)와 일치하도록 위치한다. 이러한 위치에서, 전달 챔버 개구부(109)와 윈도우(235)는 기판(328)이 로봇(113)에 의해 관통 전달될 수 있는 기판 전달 구멍(372)을 형성한다. 기판 전달 구멍(372)은 게이트 밸브 또는 슬릿 밸브(미도시)와 같은 실링 장치에 의해 선택적으로 밀봉된다. 동작시, 로봇(113)은 기판 전달 구멍(372)을 통한 전달 챔버(110)에 의해 프로세싱 시스템(100)으로부터 암(111)에 지지되는 블레이드(118)상에 기판(328)을 수용한다. 블레이드(118)는 기판 전달 구멍(372)을 통해 가열 챔버(140)로 기판(328)을 전달하도록 위치된다. 카세트(310)는 기판(328)을 수용하기 위해 기판 전달면(332)과 일렬인 텅빈 가열 공간(322)에 위치하도록 수직으로 상승 또는 하강 이동된다. 암(111)은 기판 전달 구멍(372)을 통해 연장되어 가열 챔버(140)내에 기판(328)을 배치하고 결과적으로 카세트(310)내에 기판(328)을 배치시킨다. 암(111)은 기판(328)을 가열 공간(322)으로 연장시키고 핀(342) 상부에 기판(328)을 위치시킨다. 일 실시예에서, 카세트(310)는 기판(328)이 블레이드(118)로부터 상승되어, 핀(342)이 기판 표면에 접촉할 때까지 수직으로 이동한다. 이후에, 암(111)과 블레이드(118)는 전달 챔버(110)로 다시 들어간다. 다른 실시예에서, 암(111)과 블레이드(118)는 기판(328)이 핀(342)과 접촉할 때까지 수직으로 하향 이동한다. 암(111)과 블레이드(118)는 기판(328)이 핀(342)에 의해 완전히 지지될 때까지 하향으로 계속 이동한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예를 나타내는 가열 챔버(140)의 상부 횡단면도이다. 캐비티(307)는 다수의 기판(328)을 수용하기 때문에, 대개 하나의 기판(328)만을 수용하는 프로세싱 챔버(114) 및 홀딩 챔버(116)와 같은 챔버들 보다 통상 부피가 더 크다. 캐비티(307)의 증가된 부피 때문에, 진공상태의 챔버(140)상에서 외부 기압이 높을 수 있다. 구조적 세기를 제공하고 캐비티 부피를 최소화하기 위하여, 캐비티(307)는 반구형이고 카세트(310)와 컨포멀하며 카세트(310) 보다 다소 더 큰 것이 바람직하다. 다른 실시예들에서, 예시되는 캐비티(307)의 형상은 원형, 사각형 또는 기판(328)을 수용하고 외부 기압을 견디기에 충분한 구조적 견고성을 갖도록 적용되는 임의의 형상일 수 있다.
도 6은 가열 챔버(140)의 부분 횡단면도이다. 열 반사기(320)는 캐비티(307)내에 배치되고 몸체(305)의 내면(311)에 인접하여 이격되며, 캐비티(307)내에 반사면을 형성한다. 열 반사기(320)는 캐비티(307)와 내면(311) 사이의 방사상 단열을 제공함으로써 몸체(305)를 통한 전도성 열 손실을 최소화하도록 적용된다. 열 반사기(320)는 내면(311)과 떨어진 캐비티(307)내에서 캐비티(307)의 중심을 향해 방사되는 열을 반사한다. 열 반사기(320)는 단일 층을 포함할 수 있다. 선택적으로, 열 반사기(320)는 통합된 몸체를 형성하기 위해 결합되는 다수의 층 또는 몇개의 조각들을 포함할 수 있다. 열 반사기(320)는 통상,프로세스 내성이고 일반적으로 구리와 같은 오염물이 없는 알루미늄, 니켈 , 스틸 등과 같은 열 전도체들을 포함한다. 캐비티(307)와 내면(311) 사이에 부가적인 단열을 원한다면, 열 반사기(320)는 프로세스 내성이고 일반적으로 구리와 같은 오염물이 없는 금속 도금된 세라믹, 글래스 등과 같은 단열재들을 포함한다. 열 반사기(320)는 프로세스 내성이고 일반적으로 구리와 같은 오염물이 없는 알루미늄, 니켈, 금, 또는 열을 반사하도록 적용되는 다른 표면들로 도금되는 내부 열 반사면(327)을 포함한다. 열 반사기(320)는 프로세스 내성이고 일반적으로 구리와 같은 오염물이 없는 압력 반응성 접착제, 세라믹 본딩, 아교 등을 이용하거나, 스크류, 볼트, 클립 등과 같은 패스너를 통해 내면(311)에 결합시키는 것과 같은 몇가지 방법들을 이용하여 내면(311)에 증착될 수 있다. 부가적으로, 열 반사기(320)는 전기도금, 스퍼터링, 양극산화(anodizing) 등과 같은 기술을 이용하여 내면(311)상에 증착될 수 있다. 일 실시예에서, 열 반사기(320)는 절연된 스크류, 볼트, 클립 등과 같은 절연된 패스너를 이용하여 내면(311)으로부터 이격되어, 내면(311)과 열 반사기(320) 사이에 갭을 형성할 수 있다.
히터(315)는 열 반사기(320)와 카세트(310) 사이의 캐비티(307)내에 형성된다. 히터(315)는 카세트(310) 주위에서 카세트(310)와 컨포멀하는 가열 부재를 형성하도록 적용된다. 히터(315)는 열을 방사하는 니켈, 스틸, 알루미늄 등과 같은 열 전도 물질층 또는 층들 내에 배치되는 저항성 히터, 가열 램프 등과 같은 하나 이상의 가열 엘리먼트를 포함한다. 비록, 히터(315)의 내면(331)은 캐비티(307)내에서 방사열의 전달을 향상시키기 위해 더 높은 열 복사율(heat emissivity)을 제공하도록 비드 분사되거나 양극산화된(anodized) 것이 바람직하지만, 더 큰 표면 복사율을 제공하도록 적응되는 다른 형태의 표면 조건이 사용될 수도 있다. 히터(315)의 외면(333)은 낮은 복사율을 제공하도록 연마되어, 챔버 몸체(305)로 방사되는 열 전달을 최소화할 수 있다. 기판 가열 처리시, 히터(315)는 전력 소스(미도시)에 의해 활성화되고 원하는 온도로 가열된다. 비록, 일 실시예에서 히터(315)와 열 반사기(320) 사이에 갭이 형성되어 전도를 통한 열 반사기(320)로의 열 전달을 최소화하지만, 히터(315)는 열 반사기(320)와 직접 접촉될 수 있다.
도 7 및 도 8은 장점으로 이용될 수 있는 히터(315)의 일 실시예를 나타낸다. 히터(315)는 캐비티(307)내에서 균일하게 열을 방사하도록 적용되고, 프로세스 내성이며 일반적으로 구리와 같은 오염물이 없는 알루미늄, 니켈, 스틸 등과 같은 열 전도 물질들을 포함하는 재킷(319)을 포함한다. 연속 가열 엘리먼트(317)는 재킷(319)내에 형성된 슬롯(314) 안에 배치된다. 연속 가열 엘리먼트(317)는 재킷(319)내에서 열을 방사하도록 적용된다. 연속 가열 엘리먼트(317)는 마찰 기구, 용접, 일반적으로 구리 및/또는 은과 같은 오염물이 없는 충진 물질(313), 또는 프로세스 내성이고 일반적으로 구리와 같은 오염물이 없는 압력 반응성 접착제, 세라믹 본딩, 아교 등과 같은 접착제, 또는 스크류, 볼트, 클립 등과 같은 패스너를 이용하여 슬롯(314)내에 고정될 수 있다. 일 실시예에서, 재킷(319)과 연속 가열 엘리먼트(317) 사이에 더 밀착된 고정을 제공하기 위하여, 연속 가열 엘리먼트(317)는 재킷(319) 보다 더 높은 팽창 계수를 갖는다. 비록, 일 실시예에서, 연속 가열 엘리먼트(317)에 대한 열 팽창계수는 약 α=17이고, 재킷(319)에 대한 열 팽창 계수는 약 α=13이지만, 다른 열 팽창 계수들이 사용될 수 있다.
한 쌍의 커플링(318)들은 외부 전력 공급기와 같은 전력 소스(미도시)에 연결되어, 연속 가열 엘리먼트(317)에 전력을 공급한다. 연속 가열 엘리먼트(317)는 재킷(319)을 통해 균일한 가열을 제공하도록 통합된 균질성(homogenous) 가열 부재로 형성되는 것이 바람직하지만, 저항성 히터, 램프 등과 같은 다수의 개별 가열 엘리먼트들이 연속 가열 엘리먼트(317)를 형성하기 위해 함께 결합될 수 있다. 부가적으로, 재킷(319)은 재킷(319)을 통해 분산되고 분리 결합되는 다수의 개별 히터들에 의해 가열될 수 있다.
히터(315)는 몇몇 방법들을 이용하여 캐비티(307)내에 고정될 수 있다. 예를 들어, 히터(315)는 프로세스 내성이고 일반적으로 구리와 같은 오염물이 없는 압력 반응성 접착제, 세라믹 본딩, 아교 등과 같은 접착제, 혹은 스크류, 볼트, 클립 등과 같은 패스너를 이용하는 본딩과 같은 부착 방법들 이용해서 내면(311)에 부착될 수 있다. 특정 실시예에서, 히터(315)는 히터(315)를 몸체(305)에 장착시키기 위한 장착 플랜지(312)를 갖는 상부를 포함한다. 장착 플랜지(312)는 히터(315)와 일체인 것이 바람직하지만, 장착 플랜지(312)는 분리된 컴포넌트일 수 있다. 장착 플랜지(312)는 프로세스 내성이고 일반적으로 구리와 같은 오염물이 없는 압력 반응성 접착제, 세라믹 본딩, 아교 등과 같은 접착제, 혹은 스크류, 볼트, 클립 등과 같은 패스너를 이용하여 몸체(305)에 부착될 수 있다.
도 9는 가열 기판 지지부(340)와 지지핀(342)들이 그 위에서 기판(328)을 이격하고 지지하여 가열 스페이스(322)의 저면부를 형성하는 본 발명의 일 실시예를 나타낸다. 일 실시예에서, 지지핀(342)들의 수는 적어도 6개이고, 상기 기판 외면부상에 대체로 균일하게 이격된 4개의 지지핀(342)을 가지며, 도 5에서 나타낸 것처럼, 에지부들과 기판(328)의 중앙에 인접한 2개의 지지핀(342)을 완전히 지지한다. 선택적으로, 임의의 수의 지지핀(342)이 기판(328)을 지지하도록 적용되는 어떤 장치에서 사용될 수 있다. 지지핀(342)들은 기판(328)과의 접촉을 최소화하고 가열 기판 지지부(340)와 기판(328) 사이에 전도를 방지하기 위해 적용되는 횡단면을 갖는 폴리머, 세라믹 등과 같은 단열재를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 부가적인 지지 세기(supporting strength)를 위하여, 지지핀(342)은 또한 전도를 최소화하기 위해 충분히 작은 표면적을 갖는, 프로세스 내성이고 일반적으로 구리와 같은 오염물이 없는 스틸, 알루미늄, 니켈 등과 같은 전도체들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서 지지핀(324)은 기판(328)과의 접촉을 최소화하기 위한 포인트형 팁(pointed tip)을 포함하지만, 지지핀(328)은 라운드형 팁, 사각형 팁, 평면 팁 등과 같이 기판(328)을 지지하고 가열 기판 지지부(340)에 열 전도를 최소화하기 위해 적용되는 임의의 팁 횡단면 및 프로파일(profile)을 가질 수 있다.
도 10은 섬유글래스, 글래스, 세라믹, 석면 등과 같은 열적, 전기적 절연 물질층 내에 배치되는 다수의 플레이트 히터(plate heater: 347)를 포함하는 가열 기판 지지부(340)의 상면도이다. 플레이트 히터(347)는 저항성 히터, 방사 램프 등일 수 있다. 플레이트 히터(347)는 커넥터(345)를 통해 결합되는 외부 전력 공급기와 같은 전원(미도시)에 의해 공급되는 전력에 의해 활성화될 수 있다. 통상적으로, 기판 표면의 온도는 가열 기판 지지부(340), 지지핀(342), 히터(315) 및 캐비티(307)내의 전체 열 프로파일과 근접하는, 챔버(140) 내의 대류(convection) 및 전도로 인한 기판 몸체 열 이동의 함수로서 변화한다. 일 실시예에서, 플레이트 히터(347)는 패턴화되어 방사 열 프로파일을 제공하고, 기판 열 손실, 즉 기판 열 손실 프로파일을 일치시키고 보상한다. 예를 들어, 도 10에 도시된 플레이트 히터(347)는 가열 기판 지지부(340)의 중앙보다 코너 근처에 더 가깝게 서로 이격되어 실질적인 양의 전도성 및/또는 방사 열 손실이 발생하는 기판(328)의 코너와 에지에 더 많이 집중되는 열을 제공한다. 비록 열은 통상 기판 에지로부터 방사되는 경향이 있지만, 예시되는 패턴화된 열 프로파일은 기판 열 손실 프로파일의 변화를 포함하도록 적용된다. 예를 들어, 플레이트 히터(347)는 그 크기, 간격, 저항성, 조명도(illumination), 입력 전력 등을 변화시킴으로써 가변하는 양의 열 출력을 제공하여 기판 열 손실 프로파일에 더 근접하게 일치시킨다. 또한, 가열 기판 지지부(340)는 도 3, 4 및 6에 도시된 것처럼, 지지핀(342)에 의해 기판(328)으로부터 이격되어 기판(328)의 저면과 가열 지지부의 상면 사이의 방사열이 혼합될 수 있게 한다. 일 실시예에서, 가열 기판 지지부(340)와 기판(328) 사이의 간격은 약 20mm이지만, 다른 간격들이 예시될 수 있다. 가열 기판 지지부(340)로부터의 방사열은 기판(328) 가열 전에 혼합되어, 플레이트 히터 장치에 의해 형성되는 핫스팟(hotspot)을 최소화할 수 있다고 생각되지만, 예시되는 기판(328)은 또한 기판 열 손실 프로파일과 대체로 일치하도록 적용되는 플레이트 히터들과 함께 가열 기판 지지부(340)상에 직접 놓일 수 있다.
동작시, 가열 챔버(140)의 가열 처리는 캐비티(307)내의 윈도우(235)를 통해 기판(328)을 가열 기판 지지부(340)상에 배치시키는 로봇(113)에 의해 개시된다. 질소와 같은 삽입처리 가스는 가스 입구(360)를 통해 캐비티(307)로 흐르고, 진공 펌프(390)에 의해 요구되는 챔버 압력으로 유지된다. 선택적으로, 처리 가스는 특정 처리를 위해 적용되는, 불소와 같은 활성 처리 가스일 수 있다. 캐비티(307)는 히터(315)와 가열 기판 지지부(340), 또는 열 반사기(320)와 연동된 히터(315)만으로 균일한 기판 가열 프로파일을 제공하기에 충분한 원하는 주변 레벨의 방사열로 가열된다. 각각의 기판(328)은 약 350℃ 내지 약 600℃의 기판 몸체 온도로 균일하게 가열된다. 기판 몸체의 온도로 언급되는 온도 변화(즉, 정규화된 온도변화)는 약 +/- 5℃ 내지 약 +/- 10℃이다.
예를 들어, 본 발명에 따른 동작 방법에서, 가열 챔버(140) 가열 처리는 캐비티(307)내의 윈도우(235)를 통해 기판(328)을 가열 기판 지지부(340)상에 배치시키는 로봇(113)에 의해 개시된다. 캐비티(307)내의 진공은 진공 펌프(390)를 통해 약 0 내지 0.5 Torr로 제공된다. 질소와 같은 처리 가스는 가스 입구(360)를 통해 캐비티(307)로 흐르고, 진공 펌프(390)에 의해 약 0.0 Torr 내지 약 0.5Torr의 챔버 압력으로 유지된다. 히터(315)와 가열 지지부(340)를 통해 열이 기판에 적용되어 각각 약 450℃ 내지 약 600℃의 온도로 각 기판을 가열한다. 각각의 기판은 약 450℃의 기판 몸체 온도에서 약 +/- 5℃의 정규화된 가열 프로파일, 약 600℃의 기판 몸체 온도에서 약 +/- 10℃의 정규화된 가열 프로파일을 유지한다. 예를 들어, 도 11은 약 500℃의 열 처리시, 정규값으로서 주변 온도를 이용하여, 기판(328)의 몸체에 대한 정규화된 온도변화를 나타내는 기판(328)의 온도 등고선 맵을 도시한 것이다. 영역 350A는 기준영역이므로 제로의 온도 변화를 갖는다. 영역 350B는 약 +/- 1℃의 정규화된 온도변화를 갖는다. 영역 350C는 약 +/- 2℃의 정규화된 온도변화를 갖는다. 영역 350D는 약 +/- 3℃의 정규화된 온도변화를 갖는다. 영역 350E는 약 +/- 5℃의 정규화된 온도변화를 갖는다. 따라서, 전체 기판(328)에 대한 정규화된 온도변화는 약 +/- 5℃이다.
전술한 설명은 바로 본 발명의 실시예들이지만, 그 기본 범주를 벗어남이 없이 다른 더 많은 본 발명의 실시예들이 가능할 수 있고, 그 범주는 이하의 청구항들에 의해 결정되는 것이다.

Claims (36)

  1. 기판을 가열하는 장치로서,
    몸체, 저면부, 및 리드를 갖는 절연된 챔버;
    상기 챔버내에 배치되는 열 반사기;
    상기 열 반사기와 인접하여 상기 챔버내에 배치되는 히터; 및
    그 상부에서 적어도 두 개의 기판을 지지하기 위해 상기 챔버내에서 이동가능하게 배치되는 다수의 가열 지지부;
    를 포함하고,
    상기 히터는 내면과 외면을 포함하고, 상기 내면의 열 복사율 값은 상기 외면의 열 복사율 값보다 더 큰, 기판 가열 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버, 열 반사기 및 가열 지지부는 니켈을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 가열 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버 벽은 상기 가열 지지부와 컨포멀하고 다소 더 큰 것을 특징으로 하는 기판 가열 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터는 대체로 상기 가열 지지부를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 기판 가열 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는 그 내부에 진공을 유지하기 위한 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 가열 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 히터내에 배치되는 다수의 히터 엘리먼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 가열 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 히터 엘리먼트는 저항성 히터, 방사 램프, 및 이들의 조합의 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 기판 가열 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 반사기는 그 위에 열 반사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 가열 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 열 반사기는 글래스, 세라믹, 및 이들의 조합의 그룹으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 가열 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 열 반사기는 알루미늄, 니켈, 스틸, 및 이들의 조합의 그룹으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 가열 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 열 반사면은 알루미늄, 니켈, 금 및 이들의 조합의 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 기판 가열 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버에 배치되는 적어도 하나의 단열층을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 가열 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 단열층은 약 0.053 watt/m·K 미만의 열 전도성을 갖는 연질 세라믹 섬유 브랭킷인 것을 특징으로 하는 기판 가열 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열 지지부는 다수의 가열 엘리먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 가열 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 가열 엘리먼트는 저항성 히터, 방사 램프, 및 이들의 조합의 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 기판 가열 장치.
  17. 기판 지지부보다 다소 더 크고 상기 기판 지지부와 일치하는 형상으로 챔버내의 다수의 가열 지지부상에 다수의 기판을 지지하는 단계;
    약 450℃ 내지 약 600℃의 처리 온도를 제공하는 단계;
    상기 챔버내에 진공을 제공하는 단계; 및
    상기 기판을 균일하게 가열하는 단계를 포함하는 균일한 기판 가열 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 가열 지지부와 챔버상에 니켈 표면을 제공하는 단계를 더 포함하는 균일한 기판 가열 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 기판을 균일하게 가열하는 단계는 상기 기판의 열 손실 프로파일과 일치하는 열 패턴으로 상기 기판을 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 균일한 기판 가열 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    약 450℃ 보다 더 높은 상기 처리 온도에서 약 +/- 5℃의 상기 챔버 내부의 온도 프로파일을 유지하는 단계를 더 포함하는 균일한 기판 가열 방법.
  21. 제 17 항에 있어서,
    약 450℃ 내지 약 600℃의 처리 온도에서 약 +/- 10℃의 상기 챔버 내부의 온도 프로파일을 유지하는 단계를 더 포함하는 균일한 기판 가열 방법.
  22. 제 17 항에 있어서,
    상기 챔버내의 방사열을 반사하기 위한 방사열 반사면을 그 내부에 제공하는 단계를 더 포함하는 균일한 기판 가열 방법.
  23. 제 17 항에 있어서,
    상기 챔버를 대체로 둘러싸는 히터를 상기 챔버에 제공하는 단계를 더 포함하는 균일한 기판 가열 방법.
  24. 제 17 항에 있어서,
    약 450℃ 보다 더 높은 기판 처리 온도로 약 +/- 5℃ 미만의 정규화된 기판 온도 등고선을 제공하는 단계를 더 포함하는 균일한 기판 가열 방법.
  25. 제 17 항에 있어서,
    약 450℃ 내지 약 600℃의 기판 처리 온도로 약 +/- 10℃ 미만의 정규화된 기판 온도 등고선을 제공하는 단계를 더 포함하는 균일한 기판 가열 방법.
  26. 제 17 항에 있어서,
    약 0 내지 0.5 torr의 압력으로 상기 챔버내에 처리 가스를 제공하는 단계를 더 포함하는 균일한 기판 가열 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 처리 가스는 질소인 것을 특징으로 하는 균일한 기판 가열 방법.
  28. 기판을 가열하는 장치로서,
    그 안에 다수의 기판을 수용하기 위한 캐비티를 갖는 챔버;
    상기 다수의 기판을 지지하기 위해 상기 캐비티내에 이동 가능하게 배치되는 다수의 가열 지지부를 갖는 적어도 하나의 카세트;
    상기 캐비티내에 배치되고 상기 적어도 하나의 카세트로 방사열을 제공하도록 위치하는 가열층; 및
    상기 캐비티내에 배치되고 상기 캐비티로 향하는 반사면을 형성하기 위해 상기 가열 지지부의 적어도 일부분을 둘러싸는 열 반사기;
    를 포함하고,
    상기 가열층은 내면과 외면을 포함하고, 상기 내면의 열 복사율 값은 상기 외면의 열 복사율 값 보다 더 큰, 기판 가열 장치.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 가열 챔버, 가열 지지부, 열 반사기 및 가열층에는 구리가 거의 없는 것을 특징으로 하는 기판 가열 장치.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 캐비티는 상기 가열 지지부와 대체로 컨포멀한 것을 특징으로 하는 기판 가열 장치.
  31. 제 28 항에 있어서,
    상기 가열층은 상기 가열 지지부를 대체로 둘러싸는 것을 특징으로 하는 기판 가열 장치.
  32. 제 28 항에 있어서,
    상기 열 반사기는 그 위에 열 반사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 가열 장치.
  33. 삭제
  34. 제 28 항에 있어서,
    상기 장치는 진공을 유지하기 위한 펌프를 더 포함하는 기판 가열 장치.
  35. 제 28 항에 있어서,
    상기 가열 지지부는 상기 기판에 대체로 균일한 가열을 제공하도록 적용되는 것을 특징으로 하는 기판 가열 장치.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 가열 지지부는 가열되는 상기 다수의 기판 중 하나 이상의 열 손실 프로파일과 대체로 일치하는 가열 프로파일을 형성하기 위해 그 상부에 배치되는 다수의 가열 엘리먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 가열 장치.
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