KR100673663B1 - 기판의 열 처리 방법 및 장치 - Google Patents

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맷슨 써멀 프로덕츠 게엠베하
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Abstract

본 발명의 목적은 고온계를 이용하여 낮은 온도에 대해서도 정확한 온도를 측정할 수 있는 간단하고 경제적인 방식으로 온도를 측정하는 것이다. 본 발명은 기판의 열 처리 장치 및 방법을 나타내며, 기판은 적어도 제1 및 적어도 제2 방사선에 노출되고; 제1 방사선의 규정된 파장이 제1 방사 소스와 기판 사이에 흡수되며, 기판으로부터의 방사선이 제2 방사 소스와 동일 측면에 배치된 방사 검출기를 사용하여 규정된 파장으로 측정되고, 제2 방사 소스로부터의 제2 방사선이 변조 및 결정된다.

Description

기판의 열 처리 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR THE THERMAL TREATMENT OF SUBSTRATES}
본 발명은 기판, 특히 반도체 웨이퍼의 열 처리 방법 및 장치에 관한 것이다.
컴퓨터 칩은 물론 그 밖의 전자부품들은 제조 시퀀스에서 열 처리가 가해지는 반도체 디스크, 소위 웨이퍼 상에 제조된다. 이러한 열 처리들은 규정된 기압에서, 진공 또는 규정된 압력 미만 또는 이상에서 웨이퍼의 규정된 온도 프로파일을 필요로 한다.
웨이퍼의 온도 처리를 위해 RTP부(급속 열 처리부)로도 알려진 급속 가열부가 점점 더 강조되고 있다. 이러한 처리부로 규정된 처리 조건하에서 웨이퍼의 급속 및 뚜렷한 열 처리가 가능하다. RTP부는 처리되어야 하는 웨이퍼를 웨이퍼 재료에 상관하여 몇 초 내에 1700℃ 이상까지 가열할 수 있게 한다. 300℃/s까지의 가열 속도로 규정된 온도-시간 곡선에 따라 제어된 또는 조절된 웨이퍼의 가열은 300 ㎜의 지름을 갖는 실리콘 웨이퍼를 위한 오늘날의 처리부에 의해 달성될 수 있다. 500℃/s까지의 보다 높은 가열 속도가 개방 루프 동작에서 또는 지름이 보다 작은 웨이퍼로 달성될 수 있다. RTP부는 특히 유전층(예를 들어 실리콘 웨이퍼의 산화에 의해 제조된 SiO2 층, 실리콘 질화물 층, 실리콘 산질화물 층)의 제조, 주입-어닐링 처리(반도체 웨이퍼에서 다른 원자의 활성화를 위한), 유전층의 어닐링을 위한 처리, 저항 접촉의 형성을 위한 처리, 플래시-어닐링 처리(예를 들어, 평탄 도핑 영역의 활성화를 위한), 규화 처리(예를 들어 Ti-Co-Ni 규화물), BPSG-리플로우 처리 또는 몇 가지 처리로 지정된 금속층 아래 배치된 게이트-유전체의 선택적인 산화와 같이 웨이퍼의 표면 영역에서 선택적인 반응이 이루어지는 처리에 사용된다. 더욱이, 새로운 RTP부에 의해 산소 및 산소 침전물의 틈의 다른 원자의 공간적인 분포가 정확한 방식으로 영향을 받을 수 있다. RTP부의 현저한 이점은 일반적으로 웨이퍼 처리의 단축된 처리 시간으로 인해 웨이퍼가 개별적으로 처리됨으로써 각각의 웨이퍼가 매우 높은 재생율로 동일한 처리를 받는다는 점이다. 이는 웨이퍼의 열 응력을 유리하게 감소시킨다. 더욱이, 급속 가열 및 급속 냉각 가능성으로 인해, RTP부는 종래의 퍼니스(furnace) 처리에 의해 달성될 수 없었던 새로운 웨이퍼 또는 성분 특성의 제조를 제공한다.
반도체 실리콘 웨이퍼 등의 기판에 초당 수 백도까지의 온도 변화를 겪게 할 수 있도록, 웨이퍼는 출원인에게서 비롯된 DE-A199 05 524로부터 공지된 것과 같은 급속 가열부에서 램프, 바람직하게는 할로겐 램프로부터의 방사에 의해 가열된다. 공지된 급속 가열부는 램프 방사를 위해 본래 투명하며 기판을 수용하기 위한 처리 챔버(바람직하게는 석영 유리)를 갖고 있다. 처리 챔버 상부 및 하부에는 기판의 열 처리를 위해 전자기 방사선을 생성하는 가열 램프가 배치된다. 가열 램프 및 처리 챔버는 가열 램프에 의해 발생된 전자기 방사선을 반사하도록 반사 내벽을 가질 수 있는 추가 챔버(반사기 챔버)로 둘러싸일 수 있다.
석영 유리로 만들어진 처리 챔버는 가열 램프에 의해 형성된 전자기 방사선의 스펙트럼을 위해 본래 투명하다. 처리 챔버는 기판의 열 처리시 처리 챔버 내에 적합한 가스 분위기가 형성될 수 있도록 하는 처리 가스용 입출구를 갖는다. 처리 챔버의 적당한 치수화에 의해 챔버 내에 불충분한 압력 또는 과도한 압력을 생성할 수 있다.
웨이퍼 온도를 측정하기 위해, 웨이퍼의 열 방사를 측정하는 고온계 등의 방사 검출기가 제공되는 것이 바람직하다. 측정된 웨이퍼의 열 방사로부터 온도에 관한 결론을 도출할 수 있다. 웨이퍼로부터 방사된 방사선은 물론, 웨이퍼 상에 반사된 방사선 및 웨이퍼를 통과하는 방사선을 구별하기 위해, 가열 램프의 방사선이 변조된다. 이 변조 결과, 기판으로부터 방사되는 방사선은 기판에 반사된 방사선 및 기판을 통과하는 가열 램프의 방사선과 구별될 수 있다. 더욱이, 변조에 의해 웨이퍼의 반사성 및 투과율, 웨이퍼로부터의 방사율이 결정될 수 있으며, 이는 웨이퍼로부터 방사되는 방사선으로 인해 웨이퍼의 온도 측정에 필요하다. 변조 및 온도 결정 처리의 상세는 상술한 DE-A-199 05 524 또는 US-A-5,154,512로부터 얻을 수 있다.
그러나 고온계에 근거한 온도 측정은 처리 및 반사기 챔버에 웨이퍼로부터 방사된 방사선과 가열 램프로부터 방사된 후면 방사선과의 구별을 어렵게 하는 강한 방사 필드가 존재한다는 문제점을 갖는다. 웨이퍼로부터 방사되며 방사 검출기에 의해 측정되는 온도 방사선은 가열 램프의 후면 방사선에 의해 겹쳐지거나 과도할 수 있다. 그 때문에, 매우 바람직하지 못한 신호(웨이퍼로부터 방사된 방사선) 대 후면(가열 램프로부터 방사된 후면 방사선) 비가 유도된다. 이 문제점은 특히 웨이퍼로부터 방사된 방사선이 온도 감소에 따라 급속도로 감소하기 때문에 낮은 웨이퍼 온도에 의해 증가한다. 따라서, 낮은 웨이퍼 온도에서 신호-대-후면-비 또한 감소한다. 약 400℃ 내지 500℃ 미만에서 웨이퍼는 매우 낮은 방사선만을 방사하고, 또한 이 온도 미만에서는 실리콘 웨이퍼의 경우 웨이퍼는 열 방사에 대해 투명하므로, 신호-대-후면-비가 더 나빠지게 된다. 따라서 400℃ 미만의 온도에 대해서는 일반적으로 종래의 처리에 의해 고온계로 웨이퍼 온도를 결정하는 것이 불가능하다.
RTP부에서 고온계 기반 온도 측정의 신호-대-후면-비를 개선하기 위해, OH-함유 석영 물질로 처리 챔버를 구성하는 DE-A-40 12 614에 제안되어 있다. 이러한 석영 물질은 2.7㎛ 내지 2.8㎛의 파장 범위에서 적외선 광을 흡수하는 특징을 갖는다. 따라서, 처리 챔버 내에 배치된 웨이퍼는 방사에 의해 가열되고, 그 스펙트럼은 2.7㎛ 내지 2.8㎛의 갭을 갖는다. 석영 챔버에 상술한 파장 범위에서 투명한 시야창이 제공되며, 이를 통해 고온계가 웨이퍼에 지시된다. 고온계는 웨이퍼로부터 나오는 2.7㎛ 파장의 적외선을 측정한다. 가열 램프로부터 방사되는 2.7㎛ 파장의 방사선은 처리 챔버를 투과할 수 없기 때문에, 고온계는 웨이퍼로부터 방사되는 온도 방사선만을 측정한다. 이 방법으로, 웨이퍼의 방사 밀도가 만족스럽게 결정될 수 있어, 방사 온도가 결정될 수 있다. 그러나 웨이퍼의 방사율이 종래의 경우에는 1로부터 상당히 편향되면, 웨이퍼 온도의 결정을 위한 방사율 보정이 필요하고, 또는 흡수 웨이퍼 온도에 대한 측정이 착수되어야 한다.
따라서, 공지된 방법으로 웨이퍼의 온도 방사선이 만족스럽게 결정될 수 있다. 그러나 실제로 웨이퍼의 온도 결정을 위해 2.7㎛의 파장에서의 반사성 및 투과율을 알 필요가 있다. 이는 측정 처리의 노력 및 비용을 줄인다.
반사율, 투과율 및 방사율의 결정을 위해, 또한 웨이퍼에 반사된 방사선 및 웨이퍼를 통과하는 방사를 측정하기 위해 특성 변조를 이용하는 DE-A-199 05 524로부터 공지된 방법은 400℃ 내지 500℃ 이하의 온도에서 매우 고가의 장치로만 실현될 수 있는데, 이러한 온도에서 신호-대-후면 비율이 매우 작기 때문이다.
따라서, 본 발명의 목적은 간단하고 경제적인 방식으로 낮은 온도에서도 정확한 온도 측정이 가능한 기판의 고온 기반 온도 측정을 제공하는 것이다.
본 발명에 따라, 상기 목적은 기판, 특히 반도체 웨이퍼의 열 처리 장치로서, 적어도 하나의 기판을 가열하기 위한 적어도 하나의 제1 및 적어도 하나의 제2 방사 소스, 상기 제1 방사 소스와 상기 기판 사이에 배치되며, 상기 적어도 하나의 제1 방사 소스의 방사 파장 범위를 감소시키는 적어도 하나의 투명 차폐부, 상기 제2 방사 소스 측에 배치되고, 상기 기판을 향하며 상기 적어도 일부 상기 규정된 파장 범위 내의 방사선을 측정하는 적어도 하나의 방사 검출기, 적어도 상기 제2 방사 소스로부터 나오는 방사선의 변조 장치, 및 상기 제2 방사 소스로부터 방사되는 방사선의 결정 장치를 구비하는 장치에 의해 실현된다. 따라서 본 발명은 제1 방사 소스로부터 유도되며 웨이퍼를 향하는 방사 검출기의 측정 범위 또는 웨이퍼를 향하는 방사 검출기의 측정 범위 내에 있는 특정 파장 범위의 필터링을 제공한다. 그 결과, 기판 방사 대 램프의 후면 방사의 신호-대-후면 비율이 현저하게 향상될 수 있다. 더욱이, 방사 검출기 측에 배치된 적어도 필터링 되지 않은 램프가 변조되고, 그 램프로부터 유도되는 방사선이 결정되어, 그 결과로서 웨이퍼의 반사율이 결정되고, (측정 파장에 대한 웨이퍼의 투과율 또는 측정 파장 범위가 무시할 만한 것이면) 고온계의 측정 파장의 범위로 웨이퍼의 방사율에 관한 결론을 유도할 수 있다. 방사율, 및 웨이퍼로부터 방사되는 방사선에 따라, 웨이퍼의 온도가 결정될 수 있다. 반구상의 반사율 및 방사율이 결정되는 온도 결정이 중요하며, 이는 예를 들어 고온계의 적절히 선택된 시야에 의해 달성된다. 종래의 반도체 웨이퍼에 대해, 한 평면에서 고온계의 개구 각도는 적어도 15°내지 180°이어야 하지만, 시야는 더 클 수도 있다. 이는 예를 들어 적절한 광학 장치에 의해 실현될 수 있다. 적어도 하나의 시야 평면 내의 시야가 클수록, 반구상의 값, 즉 방사 및/또는 반사에 의한 2π의 공간각에 조사된 방사 기여에 대응하는 측정이 보다 정확하다. 그 결과, 웨이퍼의 표면 거칠기 또는 고온계에 관련된 처리 챔버에서 웨이퍼의 부정확한 배치 등의 분열을 일으키는 영향이 최소화 또는 제거될 수 있다. Si 웨이퍼에 대해 개구 각도는 약 30°이어야 한다. 그러나 이 개구 각도는 표면 거칠기에 좌우된다.
투명 차폐부에 의한 제1 방사 소스의 필터링의 발명 해법에 기인하여, 웨이퍼의 가열 및 웨이퍼로부터 방사되는 방사선의 측정은 제1 방사 소스에 의해 우세하게 영향을 준다면 제2 방사 소스 측에 배치된 방사 검출기에 의해 서로 크게 떨어지고, 신호-대-후면 비율이 현저히 상승하여, 웨이퍼가 보다 적게 방사되는, 예를 들어 300℃ 내지 400℃의 범위로 웨이퍼의 낮은 온도가 확실히 측정될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 방사 소스는 기판의 마주하는 면들에 배치되어 필터링 된 방사 및 필터링 되지 않은 방사선의 구별을 달성한다. 이렇게 하면, 특히 방사 검출기가 향하고 있는 기판 측에만 제2 방사 소스가 배치되어 웨이퍼로부터 방사되고 웨이퍼에서 반사되는 방사선만을 본래 고온계(방사 검출기)에서 측정한다.
본 발명의 또 바람직한 실시예에 따라, 제1 방사 소스를 조절하기 위한 장치가 제공되며, 제1 방사 소스는 웨이퍼에 특정 온도 프로파일을 제시하도록 웨이퍼의 고온계 기반 온도 결정에 상관하여 조절된다. 또한, 제2 방사 소스를 제어하는 장치가 유리하게 제공되어, 제2 방사 소스는 특정 설정 시간(원하는 시간 포인트 또는 규정된 곡선) 후에도 일정하게 또는 가능한 한 동작한다. 따라서, 바람직하게는 제1 필터링된 방사 소스만이 웨이퍼의 온도 조절에 사용된다. 이와 같이, 고온계의 측정 파장 범위에 있는 반사된 램프 방사 강도의 피크 또는 급속한 변동이 방지되며, 이는 동적 온도계에 대해, 특히 방사율의 결정에 관해 낮은 필요 조건이 설정되므로 온도 결정을 용이하게 한다.
상기 방사 소스는 가열 램프, 특히 할로겐 램프 및/또는 아크(arc) 램프인 것이 유리하다. 그러나 방사 소스는 플래시 벌브 및/또는 레이저를 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에 따라, 램프 방사 또는 방사 소스의 방사선의 규정된 파장을 흡수하는 투명 차폐부가 방사 소스의 가열 램프 또는 하우징의 벌브에 의해 형성된다. 이와 같이, 간단하고 경제적인 방식으로 원하는 필터 기능이 달성될 수 있다. 특히, 구형 장치의 갱신이 기존 램프 기반 RTP 시스템의 가열 램프의 간단한 배치에 영향을 받을 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 투명 차폐부는 제1 방사 소스와 기판 사이에 배치되어 규정된 파장 범위를 흡수하는 처리 챔버이다. 흡수 처리 챔버 벽이 고온계와 떨어져 있는 기판 쪽에 배치되어, 규정된 파장 범위 밖의 방사선이 방사 검출기와 떨어져 있는 기판 쪽에 떨어진다.
투명 차폐부는 규정된 파장의 흡수를 위한 적어도 하나의 필터 층을 갖는 것이 유리하며, 일 실시예에 따라 추가 처리 물질, 예를 들어 석영 유리의 처리 챔버 벽과 공간적으로 분리될 수 있다. 투명 차폐부는 OH-강화 석영 유리를 갖는 것이 바람직하며, 이는 2.7㎛ 내지 2.8㎛의 파장을 흡수하는 것이 바람직하다. 규정된 파장을 흡수하는 투명 차폐부의 과열을 막기 위해, 투명 차폐부를 냉각하는 장치가 제공된다. 냉각 장치는 냉각 가스 또는 냉각 액체를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에서, 투명 차폐부는 유동체로 채워진 또는 유동체가 흐르는 장치를 포함함으로써, 유동체에 의해 스크린 또는 필터 효과가 본질적으로 영향을 받거나, 유동체가 추가적으로 스크린 또는 필터 효과를 달성한다. 그러나 유동체는 단지 차폐부를 냉각하는 역할을 할 수 있다. 유동체는 가스 또는 액체가 될 수 있고, 이것에 의해 액체의 경우 순수한 액체, 액체 혼합물 또는 용해제가 될 수 있다. 이 경우, 스크린은 석영 및/또는 OH-강화 석영으로 만들어질 수 있고, 액체가 흐르는 이중 벽 투과 플레이트에 의해 형성되는 것이 유리하다. 액체에 의해, 차폐부의 온도를 제어 또는 조절하는 것이 또한 가능하므로, 차폐부는 가능한 한 낮은 온도로 유지되어 차폐부 고유의 방사를 최소화할 수 있다. 유동체로서 섞일 수 없는 액체의 액체 혼합물, 예를 들어 오일의 규정된 온도의 용해도 한계까지 오일에 물이 용해되는 유상액이 선택되면, 온도에 의해 차폐부의 투과도를 제어하는 것이 추가로 가능하며, 온도가 규정된 온도 아래로 하강하면 용해도 한계로 인해 물이 방울 또는 안개 형태로 떨어지고 액체 혼합물이 불투명해진다. 이는 특히 물이 급속도로 냉각되어야 하는 경우에 유리하다. 이러한 스크린에 의해, 스크린의 온도 외에도 스크린의 투과도가 다양한 마이크로미터의 넓은 파장 범위에 걸쳐 제어될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 방사 검출기는 고온계이다. 기판은 코팅된, 특히 CO- 및/또는 Ti-코팅 및/또는 Ni-코팅된 반도체 웨이퍼가 바람직하다. 방사율의 결정을 위한 개별적인 투과율을 남기기 위해, 웨이퍼는 낮은 투과율을 갖는 것이 바람직하다. 기판의 투과율은 0.15 미만이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 기판을 향하는 제2 방사 검출기가 제공되며, 이는 기판의 방사율을 보다 정확하게 측정할 수 있도록 투과율 측정을 가능하게 하는 방식으로 배치되는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에서, 제2 방사 검출기는 방사 소스의 흡수되지 않고 변조된 방사선을 측정하기 위해 규정된 파장의 범위를 넘는 방사선을 측정한다. 이 점에 대하여, 제2 방사 검출기는 규정된 파장 이하 또는 이상의 방사선을 측정하여 외삽법, 바람직하게는 선형 외삽법에 의해 규정된 흡수 파장의 범위로 기판의 투과율을 결정할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
가열 램프의 벌브가 필터 기능을 포함하는 경우 특히 이용되는 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제2 방사 검출기는 제2 방사 소스와 떨어져 마주 보고 있는 기판 측을 향하고 규정된 파장을 갖는 방사선을 측정한다. 이와 같이, 제2 가열 램프로부터 유도되며 웨이퍼를 관통하는 방사선이 투과율 결정에 직접 사용될 수 있다.
상술한 실시예에서, 기판(일반적으로 층층이 적층되는 것이 바람직하거나 처리 챔버 내에서 가열을 위해 평면에 옆으로 배치되는 다수의 기판이 있을 수 있다)은 본래 제1 방사 소스에 의해 낮은 온도로 가열된다. 제2 방사 소스는 본래 방사율, 반사율 및 가능하다면 투과율 등 기판의 광 특성의 결정을 위해 작용하고, 웨이퍼의 가열에 대한 기여도는 낮은 온도에서 50% 미만으로, 상기에 나타낸 바와 같이 방사 검출기를 구비한 측정 장치의 개선된 신호-대-후면 비율을 달성한다. 낮은 온도에서, 제2 방사 소스의 기여는 제1 방사 소스의 방사 용량의 25% 미만인 것이 바람직하다. 낮은 온도란 기판 자체가 거의 고유의 방사선을 방사하지 않는 온도, 또는 열 방사에 대해 부분적으로 투명한 온도를 의미한다. 순수한 실리콘 웨이퍼에 대해, 낮은 온도로서 600℃ 이하의 온도가 지정되고, 이는 이 온도 아래에서 기판이 열 방사에 대해 투명해지고(이것이 할로겐 램프에 의해 생성된다면) 고유의 웨이퍼 방사가 온도를 현저히 떨어뜨리는 방사율로 인해 크게 감소되기 때문이다. 600℃ 이상의 온도에서 실리콘은 불투명하고 방사율은 할로겐 램프의 파장 스펙트럼에 걸쳐 거의 일정한 약 0.7의 값을 달성하여, 그 결과 웨이퍼로부터의 방사선이 본래 온도에 의해서만 결정된다.
따라서, 웨이퍼 온도와 상관하여, 본 발명은 제1 및 제2 방사 소스의 방사 비율이 방사 검출기를 통해 측정 장치의 규정된 신호-대-후면 비율 아래로 떨어지지 않도록 제어 또는 조절될 수 있게 하므로, 예를 들어 실리콘 웨이퍼에 대해서는 약 250℃ 내지 600℃의 전체 온도 범위에 걸쳐 웨이퍼의 최대 가열 속도로 확실한 온도 측정이 가능하다. 이 점에 대하여, 제2 방사 소스의 전체 방사 기여에 대한 방사 기여는 웨이퍼 온도에 상관할 수 있으며, 이는 약 200℃의 웨이퍼에서의 약 1% 내지 약 600℃의 웨이퍼에서의 약 50%의 범위이다. 또한, 제어 또는 조절은 제2 방사 소스의 기여가 50%를 초과하고 웨이퍼가 제2 방사 소스에 의해서만 가열될 수 있게 한다. 이는 특히 예를 들어 웨이퍼의 뒷면으로부터 구조화된 웨이퍼의 철저한 급속 가열을 가능하게 할 수 있도록 구조화된 웨이퍼에서 600℃ 이상의 온도에서 특히 유리하므로, 300℃/s의 가열 속도에서도 웨이퍼 상의 구조물이 파괴되지 않는다.
제1 및 제2 방사 소스가 각각 기판의 다른 쪽에 배치되면, 기판은 그 온도 및 광 특성에 상관하여 양쪽 면이 유리하게 가열될 수 있어, 기판 온도의 결정을 위한 측정 장치의 규정된 신호-대-후면 비율 아래로 떨어지지 않는다. 따라서, 낮은 온도에서도 최대 가열 속도로 기판의 확실한 가열이 확보됨으로써, 만족스러운 신호-대-후면 비율에 따라 가열 속도를 조절할 수 있다. 이는 특히 낮은 온도 범위에서 방사 검출기에 의한 측정 장치 자체가 기판의 높은 가열 속도로 확실히 동작하고, 온도가 상승함에 따라 기판 양쪽이 점점 더 가열되게 한다. 본 발명의 상술한 이점 및 가능성은 특히 기판의 가열을 위한 제2 방사 소스의 변조에 의해 달성된다. 또한, 제1 방사 소스의 변조를 위한 제2 장치를 제공하는 것도 가능하다. 이는 이미 설명한 바와 같이 투과율이 결정되어야 하는 경우에 유리할 수 있다. 상술한 투과율 측정에 대해 선택적으로 혹은 추가적으로, 제1 방사 소스는 제2 방사 소스와 변조 방식, 변조 주파수 또는 변조 위상이 다른 변조에 의해 변조될 수 있다. 제2 방사 소스와 다른 이러한 변조는 제1 방사 소스 반대쪽 기판 측에 적어도 일부 투명한 기판을 갖는 추가 방사 검출기에 의해 측정될 수 있다. 제1 방사 소스의 변조를 알면, 기판의 투과율이 결정될 수 있다. 제1 방사 소스의 변조는 제2 방사 소스와 유사하게, 즉 직접 방사 소스로부터 방사된 방사선의 측정을 통해, 또는 방사 소스의 전류 또는 전압 등의 전기적 파라미터 및 이들 파라미터를 방출된 방사선과 관련시키는 방사 소스 모델을 통해 결정될 수 있다.
본 발명의 목적은 기판, 특히 반도체 웨이퍼의 열 처리 방법으로서, 기판을 가열하기 위한 적어도 하나의 제1 및 적어도 하나의 제2 방사선을 상기 기판에 조사하고, 상기 제1 방사 소스와 상기 기판 사이에 상기 제1 방사선의 규정된 파장을 흡수하는 단계, 제2 방사 소스와 같은 쪽에 배치된 방사 검출기에 의해 상기 규정된 파장으로 상기 기판으로부터 나오는 방사선을 측정하는 단계, 상기 제2 방사 소스로부터 방사된 상기 제2 방사선을 변조하는 단계, 상기 제2 방사 소스로부터 방사된 상기 제2 방사선을 결정하는 단계를 구비하는 방법에 의해 실현된다. 이 방법에 의하면, 장치에 대해 이미 언급한 이점, 즉 제1 방사선의 규정된 파장의 흡수에 의해 신호-대-후면 비율의 향상은 물론, 제2 방사선의 변조에 의한 웨이퍼의 방사율 결정이 가능해진다.
본 발명은 도면을 참조로 발명의 바람직한 실시예에 따라 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 급속 가열부의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 급속 가열부의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 3은 특정 웨이퍼의 투과율과 반사율간의 관계의 도표를 나타낸다.
도 4는 코발트 코팅되어 열 처리된 웨이퍼의 온도 측정 곡선을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 투과율 측정에 대한 측정 범위의 결정을 나타내는 도표이다.
본 발명은 본 발명의 바람직한 실시예들에 의해 차례로 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체 웨이퍼의 급속 가열을 위한 급속 가열 시스템(1)의 횡단면도를 나타낸다. 반도체 웨이퍼(3)를 수용하는 처리 챔버(2)는 바람직하게는 석영 플레이트들인 상부 투명판(4)과 하부 투명판(5)으로 형성된다. 처리 챔버(2)에서, 처리되는 웨이퍼(3)는 지지 장치(6)상에 배치된다. 공정에 적합한 가스 분위기가 생성될 수 있는 처리 가스를 위한 입출구는 지시되지 않았다.
램프 뱅크(7, 8) 형태의 가열 장치들은 처리 챔버(2)의 상부 및/또는 하부에 장착된다. 플레이트(4, 5)들은 웨이퍼(3)와 램프 뱅크(7, 8)들 사이에 배치되어서, 밀폐된 처리 챔버의 형성을 위한 투명 차폐 효과를 갖는다. 상기 전체 장치는 처리 챔버(2)의 측벽과 적어도 부분적으로 반사적일 수 있는 벽들을 형성하는 외부 챔버(9)에 의해 둘러싸인다. 램프 뱅크(7, 8)는 각각 서로 평행하게 배치된 다수의 막대형 텅스텐 할로겐 램프(10, 11)를 갖는다. 그러나 선택적으로 "포인트형 램프"와 같은 다른 램프들이 사용될 수 있고, 여기서 "포인트형 램프"란 용어는 램프 벌브의 직경보다 작은 필라멘트 길이를 갖는 램프를 의미하며, 급속 가열 시스템 내에서 이러한 램프는 필수적으로 수직 및/또는 수평 필라멘트로 동작할 수 있다. 또한, 램프(막대 램프 및/또는 "포인트형 램프")는 반사기에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸일 수 있다. 램프(막대 램프 및/또는 "포인트형 램프")는 상기 필라멘트의 위치를 기준으로 반도체 웨이퍼(3)에 대해 원하는 각도로 배치될 수 있다. 웨이퍼(3)는 램프에서 방사되는 전자기 방사선으로 가열된다. 도 1의 실시예에서, 상부 램프 뱅크(7)의 가열 램프(10)의 램프 벌브는 램프 방사선의 규정된 파장을 흡수한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 램프 벌브는 OH-강화 석영 유리로 이루어지고, 2.7㎛ 내지 2.8㎛ 범위의 파장을 흡수한다. 이러한 방법에서, 상부 램프 뱅크에서 발생하는 방사선은 2.7 내지 2.8㎛ 범위의 갭을 갖는다. 하부 램프 뱅크(8)의 램프(11)의 램프 벌브는 램프의 전자기 방사선의 전체 스펙트럼에 대해 필수적으로 투명하므로, 전체 스펙트럼은 처리 챔버(2)에서 웨이퍼(3)에 가해진다. 2.95㎛의 영역에서 필터 효과를 갖는 Pyrex
Figure 112006068740375-pct00006
과 같은 다른 유리들이 선택될 수 있다.
하부 램프 뱅크의 램프(11) 방사선은 알려진 바와 같이, 예를 들어 DE-A-199 05 524에서 이미 언급된 바와 같이, 특정 파라미터를 갖는 도시되지 않은 변조부에 의해 변조되고, 이는 반복을 피하기 위해 본 발명의 대상에 어느 정도 포함된다.
웨이퍼 온도를 측정하기 위하여, 고온계(13)는 하부 램프 뱅크의 측면 상에 배치되고 하부 램프 뱅크(8)와 인접하는 웨이퍼 측으로 향하는 온도 측정 장치로서 제공된다. 고온계(13)의 측정 범위는 상부 뱅크의 램프 방사선의 갭에 놓이는 파장 범위이다. 예를 들어, 고온계(13)는 2.7㎛의 파장을 갖는 방사선을 측정한다. 따라서, 고온계(13)는 웨이퍼(3)로부터 방출되는 방사선, 또는 하부 램프 뱅크(8)의 제2 필터링되지 않은 램프(11)에서 처리되고 상기 웨이퍼 상에서 반사되는 방사선을 필수적으로 측정한다. 제2 램프(11)의 방사선은 변조를 갖기 때문에, 이러한 변조를 갖지 않는 웨이퍼로부터 방출되는 방사선은 반사된 램프 방사선과 구별될 수 있다. 웨이퍼 방사선과 더불어, 하부 램프 뱅크(8)의 필터링되지 않은 램프(11)의 방사선만이 상기 고온계의 측정 범위로 구분되어, 통상의 시스템에 대한 개선된 신호-대-후면 비율을 이룰 수 있고, 여기서 상기 고온계의 측정 범위로 구분되는 파장을 갖는 상부 뱅크의 램프 방사선이 지나가고, 특히 상기 하부 뱅크의 램프가 상부 뱅크의 램프보다 더 약하게 활성화된다면, 램프의 상부 뱅크는 상기 웨이퍼를 가열하도록 작용하고 램프의 하부 뱅크는 반사적으로 상기 웨이퍼의 인-시츄를 측정하도록 작용한다.
상기 웨이퍼를 향하는 고온계(13)와 함께, 그 방사 강도를 결정하기 위하여 하부 램프 뱅크(8)의 적어도 하나의 필터링되지 않는 변조된 램프(11)로 향하는 소위 램프 고온계가 제공된다. 웨이퍼(3)에서 반사되는 제2 램프(11)에서 발생하는 방사선의 고온계(13)에서 측정되는 강도뿐만 아니라 램프(11)의 방사 강도로 인해, 그리고 웨이퍼 방사선의 변조로 인해, 결정되는 웨이퍼의 반사율이 구별될 수 있다. 반대로, 방사율을 알지 못하는 상기 측정된 웨이퍼 방사선 그 자체로 웨이퍼 온도를 유도해낼 수 없기 때문에, 상기 반사율은 웨이퍼의 온도 결정을 위해 필요한 웨이퍼의 방사율에 대해 유도할 수 있도록 한다.
방사율의 결정을 위한 추가적인 요소는 투과율, 즉 측정된 파장의 범위에서 웨이퍼의 투과성이다. 금속층을 갖는 고도핑된 웨이퍼와 같이, 극히 낮은 고유한 투과율을 갖는 반도체 웨이퍼에서, 상기 투과율을 무시할 수 있기 때문에, 투과율을 별도로 결정할 필요는 없다. 방사율 결정을 위한 상수(방사율=1-투과율-반사율)를 이용하여, 반사율의 결정만으로 정확한 방사율 결정이 가능하다.
그러나 선택적으로, 상기 웨이퍼의 투과율이 측정될 수 있다. 이를 위해, 도시되지 않은 제2 고온계가 제공되어 예를 들어, 램프의 하부 뱅크에서 멀리 떨어진 웨이퍼 측으로 향하고, 2.7㎛ 범위에서 방사선을 측정한다. 상기 램프 벌브의 필터 기능으로 인해 상기 램프의 상부 뱅크들이 이러한 파장 범위에서 어떠한 방사선을 방출하지 않기 때문에, 실제 웨이퍼 방사선과 더불어, 웨이퍼를 통과하는 하부 램프 뱅크의 필터링되지 않은 램프(11)의 방사선만이 상기 고온계로 향한다. 이러한 방사선은 웨이퍼 방사선과 구별할 수 있는 변조를 갖는다. 램프(8)의 하부 뱅크의 필터링되지 않은 램프(11)의 방사 강도는 알려져 있기 때문에, 웨이퍼의 투과율을 결정할 수 있다.
물론, 하부 램프 뱅크(8)의 필터링되지 않은 램프(11)에서 발생하는 방사선의 일부분이 반사성 챔버로 벽 및 웨이퍼의 상면에서의 다중 반사로 인해 상기 고온계로 떨어질 수 있다. 그러나 이러한 방사선은 무시할 수 있고, 시스템의 초기 보정을 통해 고려될 수 있다.
반사율과 투과율이 결정된 후, 웨이퍼(3)의 방사율이 정확히 결정될 수 있다. 고온계(13) 또는 도시되지 않은 상부 고온계에 의해 결정될 수 있는 상기 웨이퍼에서 방출되는 방사선으로 인해, 웨이퍼의 온도는 매우 정확하게 결정될 수 있다. 이것은 특히 낮은 웨이퍼 온도(실리콘 웨이퍼인 경우, 450℃ 이하의 온도)에서 적용할 수 있으며, 특히 웨이퍼 방사선 및 램프 방사선간의 개선된 신호-대-후면 비율로 인해 웨이퍼(3)의 고유한 방사선은 작다.
기지의 온도에 의해, 상기 가열 장치가 조절될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 조절을 위하여 상부 램프 뱅크(11)의 전체적으로 필터링된 램프(10), 및 하부 램프 뱅크(8)의 필터링 가능한 램프들이 이용될 수 있다. 하부 램프 뱅크(8)의 필터링되지 않은 램프(11)는 일정하게 동작하거나 특정 설정 포인트에서 동작하도록 제어된다. 이것은 웨이퍼의 반사율 및 가능하게는 투과율 측정에 사용되는 램프 방사선의 강도의 점프 또는 차이를 방지한다. 따라서, 반사율 및 투과율 측정을 위하여, 웨이퍼를 위한 개선된 온도 결정을 가능하게 하는 알려진 일정한 램프 방사선을 항상 이용할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 급속 가열부 도 2에 도시된다. 상기 급속 가열부는 어떤 원하는 형상의 횡단면을 갖는 금속 챔버 또는 스틸 챔버일 수 있는 외부 챔버(20)를 포함한다. 사각형 및 라운드형 챔버들이 가능하다. 상기 챔버의 내벽은 고반사 코팅에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 반사되는 것이 바람직하다. 상기 챔버 벽에는 측정되는 방사선이 챔버의 내부로부터 나올 수 있도록 하는 작은 개구(21)가 제공된다. 상기 개구를 통해, 측정되는 방사선은 방사 측정부, 바람직하게는 그 뒤에 배치되며 도시하지 않은 고온계로 직접 향하거나, 광섬유와 같은 전도 장치를 통해 유도된다.
상부 램프 뱅크(27) 및 하부 램프 뱅크(28)의 각각의 가열 장치들은 챔버 베이스뿐만 아니라 챔버 커버에도 제공된다. 램프 뱅크(27, 28)들은 가시광선 범위에서 방사할 수 있는 램프(29 또는 30)를 갖는 것이 바람직하다. 특히, 램프 뱅크들은 각각 가열 램프로서 다수의 할로겐 램프(29, 30)를 갖는다. 제 1 실시예와 대조적으로, 램프(29, 30)의 모든 램프 벌브들은 램프의 전체 방사선 스펙트럼에 대해 투명한 물질로 이루어진다. 이 점에 대하여, 상기 램프들은 원하는 형태로 배열된 막대형 램프 또는 포인트형 램프일 수 있다. 막대형 램프로 하부 램프 뱅크(28)를 설치하고, 포인트형 램프로 상부 램프 뱅크(27)를 설치하거나, 그 반대로 설치할 수도 있다. 램프 뱅크(27, 28) 내에 2가지 형태의 램프들을 설치할 수도 있다. 2개의 램프 뱅크(27, 28)들이 막대형 램프로 이루어지는 경우, 장치들은 상부 램프 뱅크(27)의 막대 램프가 하부 램프 뱅크(28)의 막대 램프와 평행하게 배치되거나, 상부 램프 뱅크(27)의 막대 램프가 하부 램프 뱅크의 막대 램프에 대해 일정 각도로, 바람직하게는 직각으로 배치될 수 있다.
예를 들어 디스크형 반도체 웨이퍼, 바람직하게는 실리콘으로 이루어진 처리 기판(33)은 램프 뱅크(27, 28) 사이에 배치된다. 웨이퍼(33)는 비코팅, 코팅 및/또는 주입될 수 있다. 코팅된 웨이퍼들을 사용하는 것이 바람직하다. 이 점에 대하여, 350℃ 온도에서 전송 계수(투과율)는 0.15보다 작기 때문에, Co, Ti 층, 또 는 이들의 조합을 갖는 웨이퍼가 바람직하다. 디스크형 웨이퍼(33)의 상부 측면(35)과 하부 측면(36)은 램프(27, 28)의 뱅크들과 평행하게 배치된다.
상부 램프 뱅크(27)와 웨이퍼(33)의 상부 측면(35) 사이에는 플레이트형 투명 차폐부(38)가 배치된다. 동일한 방식으로, 기판(33)의 하부 측면(36)과 램프 뱅크(28) 사이에는 투명 차폐부(39)가 제공된다. 차폐부(38, 39)는 전체 챔버(20)를 회전시켜서, 챔버(20)의 내부 부피를 3개의 부분들로 분할한다. 특히, 차폐부(38, 39)로 인해, 기판(33)이 배치된 처리 챔버(42)가 챔버(20)의 내부에 형성된다. 내부 처리 챔버(42)에서, 원하는 처리 공정에 전도성이고 램프 뱅크(27)의 램프(29, 30) 또는 챔버(20)의 반사성 내벽에 악영향을 끼치거나 오염 없이 고온 또는 저온에서 부분적으로 활동적인 가스를 갖는 처리 분위기를 형성할 수 있다. 이를 위해, 도 2에서는 도시되지 않았지만 적절한 가스 입출구가 제공된다.
상부 램프 뱅크(27)에서 방출되는 열 방사선의 스펙트럼에서 규정된 파장들 또는 파장 범위의 흡수를 위해 상부 차폐부(38)가 내장되므로, 기판(33)의 상부측은 적어도 하나의 갭을 갖는 파장 스펙트럼을 갖는 열 방사선에 의해 가열될 수 있다. 투명 베이스 물질, 즉 투명 베이스 플레이트에 적용되는 하나 이상의 차폐부(38) 코팅 또는 하나 이상의 필터막 형태의 적절한 필터들에 의해 이러한 흡수 효과를 이룰 수 있다. 상기 투명 베이스 물질로 석영 유리를 사용하는 것이 바람직하다.
필터막이 사용된 경우, 이러한 막들이 상기 투명 베이스 플레이트 또는 콘택에 직접 적용될 필요가 없다. 오히려, 상기 필터막들은 상기 투명 베이스 플레이 트와 공간적으로 분리되고, 상기 투명 베이스 플레이트보다 상부 램프 뱅크(28)에 인접 배치될 수 있다. 이러한 공간적으로 분리된 필터막 및 투명 베이스 플레이트의 배치는 이하의 차폐부(38)로서 지정될 수도 있다.
상기한 코팅 및 막들에 의해, 열 방사선의 스펙트럼에서 규정된 파장 범위를 제거할 수 있다. 이들은 하나 이상의 파장 간격 및/또는 이산적인 개별 파장들일 수 있다.
도 2에 나타낸 본 발명의 바람직한 실시예에서, 플레이트형 투명 차폐부(38)는 OH-강화 석영 유리로 형성될 수 있다. 상기 석영 유리는 갭이 열 방사선의 파장 스펙트럼에서 상기한 간격을 형성하기 때문에, 2.7㎛ 내지 2.8㎛의 파장 범위에서 적외선을 흡수하는 특성을 갖는다. OH-강화 석영 플레이트를 사용함으로써, 상기 석영 플레이트의 코팅과 필터막 지지의 어려움을 해결할 수 있다.
열 방사선 일부의 흡수로 인해 차폐부(38)가 가열되기 때문에, 예열 차폐부(38) 자체가 열 방사선을 방사하므로 냉각이 필요하며, 이는 기판(33)의 바람직한 온도 프로파일에 악영향을 줄 수 있다.
차폐부(38), 그리고 가능하면 차폐부(39)의 냉각을 위해, 처리 챔버(42)의 외부적으로 차폐부에 흐르는 냉각 가스가 제공될 수 있다. 그러나 차폐부(38, 39)의 내부에 배치된 적절한 냉각 라인에 냉각 가스가 흐르게 할 수도 있다. 이러한 경우, 오일 등의 냉각 액체를 사용하는 것도 가능하다. 차폐부(38)가 예를 들어 공간적으로 분리되는 하나 이상의 필터 막을 갖는 투명 베이스 플레이트로 이루어지면, 냉각 매체가 막과 투명 베이스 플레이트 사이에 흐를 수 있다.
차폐부(38)에 의해 램프(27)의 뱅크에 의해 생성된 열 방사선으로부터 규정된 파장을 갖는 부분이 제거되는 한편, 하부 차폐부(39)는 이들 파장에 대해 투명하다. 이러한 차폐는 종래의 석영 유리 플레이트를 포함하는 것이 바람직하다.
처리부의 동작시 열 방사선은 주로 상부 램프 뱅크(27)로부터 방사되고, 열 방사선에 의해 웨이퍼(33)가 규정된 온도로 가열된다. 이 열 방사선은 다양한 파장의 스펙트럼을 포함한다. 도 2에 이 열 방사선의 2개의 다른 파장에 대한 2개의 빔 특성을 나타내고, 특히 빔(44)은 파장이 2.7㎛인 광 빔을 나타내고, 빔(45)은 파장이 2.3㎛인 광 빔을 나타낸다.
파장이 2.7㎛인 광은 차폐부(30)에 의해 흡수되며, 이는 OH-강화 석영 플레이트를 포함하며, 즉 빔(44)은 차폐부(38)를 통과할 수 없고 차폐부에 의해 흡수된다. 이에 반해, 빔(45)의 파장은 차폐부(38)의 흡수 범위를 넘어 이를 통과한다. 도면에 의하면, 빔(45)은 하부 차폐부(38)를 통과하며 외부 챔버(20)의 반사성 내벽에 반사되고, 다시 차폐부(39)를 통과하여 웨이퍼(33)에 충돌한다. 웨이퍼(33) 자체는 반사성이 높기 때문에, 빔(45)의 일부만 웨이퍼(33)에 흡수되고 나머지는 반사된다. 이는 덧붙여 말하자면 열 방사선이 그만큼 강해야 하는 이유 중 하나이다. 도면으로부터 알 수 있듯이, 반사가 여러 번 반복될 수 있고, 이것에 의해 빔 일부가 웨이퍼에 흡수된다. 결국, 빔(45)은 챔버(20)의 개구(21)로 떨어지고 방사 검출기로 넘어간다.
하부 램프 뱅크(28)의 램프(30)는 상부 램프 뱅크(27)의 램프(29)보다 약하게 방사하는 식으로 제어된다. 더욱이, 램프(30)의 방사선은 약간 변조된다. 램프 뱅크(28)의 방사선 스펙트럼은 램프 뱅크(27)와 동일한 방사선 스펙트럼을 갖는 것이 유리하다. 램프 뱅크(28)의 변조된 방사선은 비차단 방식으로 차폐부(39)를 통과할 수 있게 된다. 여기서 파장이 2.7㎛인 빔(49)과 파장이 2.3㎛인 빔(48)이 나타난다. 두 빔 모두 비차단 방식으로 차폐부(39)를 통과하고, 기판(33)에 의해 일부 반사되며, 웨이퍼와 챔버 벽 사이의 다중 반사 후 개구(21) 및 외부 챔버(20)에 부딪힌다.
방사선은 예열 웨이퍼(33)로부터도 방사된다. 도 2에서 웨이퍼 복사를 점선으로 나타내며, 그것에 의해 빔(51)은 파장 2.7㎛의 빔을 상징하고, 빔(52)은 파장 2.3㎛의 빔을 상징한다.
도 2에서 대응하는 신호-대-후면 비율은 2.3㎛ 및 2.7㎛에서 고온계의 측정에 대해 나타낸다. 예상한 바와 같이, 파장 2.7㎛의 방사선에 대한 신호-대-후면 비율은 파장 2.3㎛의 방사선에 대한 신호-대-후면 비율에서 상당 부분이 상부 램프 뱅크의 열 복사에 기인하고 웨이퍼로부터 방사된 방사선이 이 파장에서 차단되기 때문에 이에 비해 막대하게 향상된다.
웨이퍼의 온도 결정을 위해, 파장이 2.7㎛인 방사선을 측정하는 고온계가 사용된다. 이 파장에서 하부 램프 뱅크(28)로부터의 독점적인 방사선이 고온계에 나타나기 때문에 웨이퍼 방사선 및 웨이퍼에서 반사된 방사선간의 우수한 신호-대-후면 비율이 나타난다. 하부 램프 뱅크의 램프 방사선의 변조로 인해, 웨이퍼 방사선은 상술한 방식으로 웨이퍼에 반사된 복사로부터 쉽게 분리될 수 있다. 하부 램프 뱅크의 램프의 복사 강도는 상술한 바와 같이 고온계에 의해 또는 램프에 의해 소비되는 전력의 측정 등의 그 밖의 방법으로 결정된다. 따라서, 웨이퍼의 반사성 및 웨이퍼로부터의 방사율이 상술한 방식으로 다시 결정될 수 있다. 방사성 및 웨이퍼 방사선의 도움으로 웨이퍼의 온도가 결정될 수 있다.
본 발명의 사용은 Co 또는 Ti 층이 형성된 웨이퍼의 제조 및 처리시 특히 유리하다. CoSi2는 우수한 전기전도재료이므로, 실리콘 웨이퍼는 Co로 코팅되고 가열되어 CoSi2의 전기적 콘택을 형성한다. CoSi2의 형성은 400℃ 내지 500℃ 사이의 온도 범위로 일어나며, 즉 웨이퍼의 규정된 온도 제어에 대해 400℃ 이하의 온도 제어도 필요하다.
설명한 발명에서 코발트 특유의 특징이 이용된다. 이는 높은 표면 반사성을 포함한다. 도 3으로부터 알 수 있듯이, 코발트로 코팅된 웨이퍼는 낮은 투과율을 가지며, 개별적인 결정이 필요 없이 본래 일정하다. 도 3에 반사율에 대한 웨이퍼의 투과율을 나타낸다. 또한, 도표에서 일정한 방사율 라인은 점선으로 나타낸다. 이는 투과율, 방사율 및 방사율이 더해질 때 매시간 포인트에서 1이 되기 때문에 왼쪽에서 오른쪽으로 떨어진다. 이 도표에서, 투과율 값은 코팅되지 않은 실리콘 웨이퍼 또는 보정 웨이퍼, 코팅된 웨이퍼, 코발트로 코팅된 웨이퍼 등 각각의 웨이퍼에 대해 다른 반사율로 나타난다. 코팅되지 않은 웨이퍼의 투과율 값은 0.15보다 훨씬 더 큰데 반해, 코팅된 웨이퍼 및 코발트 코팅된 웨이퍼의 투과율 값은 0.15보다 항상 작다. 코발트로 코팅된 웨이퍼는 개별적인 투과율 결정이 필요하지 않기 때문에 특히 상기 발명의 온도 제어에 적합하다.
일반적으로 웨이퍼는 금속으로 코팅된다.
도 4에 코발트 코팅된 웨이퍼의 온도 프로파일을 임의의 시간 단위로 나타내며, 여기서 웨이퍼는 도 2에 따라 급속 가열부에서 열 처리되었다. 450℃로의 온도 상승은 특정 기간 동안 이 값을 유지하고, 그 후에 다시 감소한다. 온도 프로파일은 웨이퍼에 직접 접촉된 온도 센서로(곡선 A) 한번, 고온계로(곡선 B) 한번 감시되었고, 이것에 의해 상기 방법이 이용되었다. 온도 센서에 의해 측정된 온도 프로파일로 고온계에 의해 검출된 온도 프로파일의 두드러진 일치에 주목할 만하다. 300℃ 이하의 온도에 대해서도 두 곡선은 서로 거의 일치한다. 도입부에서 고온계는 약간의 불안정을 나타내지만, 이는 가열 처리 후에 소멸하고, 고온계 곡선은 온도 센서 곡선과 일치한다. 냉각 처리시 고온계 곡선의 짧은 스파이크는 램프 시험에 기인한다.
그러나 실제로 웨이퍼는 0.15보다 큰 투과율을 갖는 것으로 나타난다. 도 3에서 코팅되지 않은 측정 웨이퍼가 이러한 경우가 된다. 투과율, 방사율 및 반사율의 합은 항상 정확히 1이기 때문에, 상기 방법 외에도 방사율 및 웨이퍼 온도를 결정하기 위해 측정된 반사율과 함께 이용하는 병렬 전송 측정의 실행에 의지할 수 있다.
이를 위해, 제1 실시예에서와 같이, 램프(27)의 상부 뱅크 위의 챔버(20) 내 적절한 개구를 통해 웨이퍼(33) 쪽으로 지향되는 추가 고온계가 필요하다.
도 5에서, OH-강화 상부 석영 플레이트(4)의 투과율은 라인(C)으로 나타낸다. 명확히 알 수 있듯이, 이 석영 플레이트의 투과율은 2.7㎛ 내지 2.8㎛의 파장에 대해 정확히 0이며, 즉 플레이트는 이러한 파장에 대해 투명하지 않다. 그러나 이 파장 범위에서 하부 방사 검출기가 측정하는 파장은 방사율 결정을 위한 웨이퍼 반사율이다. 온도 결정이 방사율 및 투과율을 연결하도록, 엄밀히 말하자면 웨이퍼의 투과율은 바로 이 파장에서 결정되어야 한다. 그러나 이는 이 파장의 광에 대한 상부 석영 플레이트(38)의 불투과성으로 인해 불가능하다.
이러한 이유로, 다른 파장의 광의 투과율이 측정되고 이 데이터로부터 목표된 투과율이 외삽법에 의해 추정된다. 이를 위해, 상부 고온계 앞에 필터가 배치되고 필터는 도 5의 곡선(D)으로 나타낸 바와 같이 전송의 파장 의존 프로파일을 갖는다. 석영 플레이트(4)의 광 불투과성의 영역에서 필터는 가장 큰 투과성을 갖는다. 필터의 투과성은 보다 큰 광 파장은 물론 보다 작은 광 파장에 대해 감소한다.
이와 같이, 파장 스펙트럼으로부터 석영 플레이트(38)의 흡수 범위의 좌측 및 우측으로, OH-강화 석영 플레이트(38) 및 필터에도 불구하고 램프(27)의 뱅크의 상부의 고온계가 이를 수 있는 파장을 갖는 두 범위가 이루어진다. 실용적인 관점에서, 필터 곡선 및 석영 곡선 내에 있는 석영의 흡수 범위의 에지의 면적이 거의 동일하도록 필터의 투과율 곡선의 프로파일을 선택한다.
파장이 약간만 또는 예를 들어 도 5에 나타낸 라인(E)과 같이 거의 선형적으로 변하는 투과율 값을 갖는 웨이퍼를 처리하는 경우, 석영의 흡수 범위의 왼쪽으로 파장에 대한 웨이퍼의 투과율을 측정할 수 있고, 또한 석영의 흡수 범위의 오른쪽으로 파장에 대한 웨이퍼 투과율을 측정할 수 있다. 웨이퍼의 투과율은 파장이 약간만 또는 거의 선형적으로 변하기 때문에, 석영의 흡수 범위로부터 바람직한 파장의 투과율이 평균값 형태 또는 근사값에 의해 결정될 수 있다. 이 투과율 측정을 웨이퍼의 반사율의 상술한 측정에 연결함으로써, 방사율, 특히 0.15보다 큰 투과 레벨을 갖는 웨이퍼에 대한 방사율을 결정할 수 있다. 이는 400℃ 이하에서 약 300℃의 범위로 확실한 온도 제어를 가능하게 한다.
상기 투과율 측정을 위해 각각 상부 및 하부 램프 뱅크의 램프의 방사선이 구별될 수 있도록 하부 램프 뱅크의 램프가 변조될 필요가 있다. 적절한 변조에 의해 이러한 구별이 제공되면, 투과율 측정을 위해 방사 검출기, 예를 들어 하부 램프 뱅크(28) 아래에 배치된 고온계를 사용할 수 있다. 이는 상부 램프 뱅크로부터 방사되고 다시 변조되어 웨이퍼 방사선 및 하부 램프 뱅크의 방사선과 구별되는 방사선을 상기 방식으로 측정할 수 있다. 여러 번의 반사로 인해 고온계에 도달한 방사선은 시스템의 보정에 의해 고려될 수도 있고, 혹은 투과율 결정시 무시될 수도 있다.
그러나 제 1 실시예에서처럼 상부 램프 뱅크가 웨이퍼의 측정치 조정에 사용되기 때문에 투과율 측정의 제 1 실시예가 바람직한 반면, 하부 램프 뱅크는 일정하게 유지되거나 특정 설정 시간(혹은 원하는 값이나 원하는 곡선)에 동작하도록 제어된다. 이와 같이, 반사율 및 투과율 측정을 위해 램프 방사선의 본래 일정한 강도의 결과가 되거나, 공지된 방식으로 변한다. 이와 반대로, 온도 조정에 사용되는 램프에 의해, 램프 방사선의 강도가 고속으로 변하여, 강도 피크가 고온계에 의해 검출되는 경우에도 강도 피크는 반사율 및 투과율 측정에 악영향을 줄 수 있으며, 이 상황은 본 발명에 의해 크게 피할 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예를 참고로 설명하였지만, 구체적인 실시예로 한정되지 않는다. 예를 들어, 램프의 방사 강도 결정을 위해 램프 고온계 대신 다른 적합한 측정 장치, 예를 들어 소비되는 전력의 보조로 강도를 산출하는 장치를 사용할 수 있다. 더욱이, 상술한 실시예의 각각의 특징은 호환 가능한 방식으로 서로 교환될 수 있으며, 또는 임의의 원하는 방식으로 서로 결합될 수 있다.

Claims (38)

  1. 반도체 웨이퍼를 포함하는 기판의 열 처리 장치로서,
    기판을 가열하기 위한 적어도 하나의 제 1 방사 소스;
    상기 제 1 방사 소스의 규정된 파장 범위들의 광선을 감소시키는, 상기 제 1 방사 소스와 상기 기판 사이의 적어도 하나의 투명 차폐부;
    상기 규정된 파장 범위들에 있는 방사선을 적어도 상기 기판에 조사하는, 상기 기판을 가열하기 위한 적어도 하나의 제 2 방사 소스;
    상기 제 2 방사 소스 측에 배치되며, 상기 기판을 향하고 상기 규정된 파장 범위들 내에서 적어도 부분적으로 상기 기판으로부터 유도되는 방사 세기를 측정하는 적어도 하나의 방사 검출기;
    적어도 상기 제 2 방사 소스로부터 방출되는 상기 방사선의 변조 장치; 및
    상기 제 2 방사 소스로부터 유도되는 방사 세기의 결정 장치
    를 포함하는 기판의 열 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 방사 소스는 상기 기판의 대향면들에 배치되는 것을 특징으로 하는 기판의 열 처리 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 방사 소스를 조절하기 위한 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 열 처리 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 방사 소스를 제어하기 위한 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 열 처리 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 방사 소스 및 상기 제 2 방사 소스는 가열 램프들인 것을 특징으로 하는 기판의 열 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 투명 차폐부는 상기 가열 램프의 벌브들(bulbs)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 기판의 열 처리 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 투명 차폐부는 상기 제 1 방사 소스와 상기 기판 사이에 배치된 처리 챔버 벽인 것을 특징으로 하는 기판의 열 처리 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 투명 차폐부는 상기 규정된 파장의 흡수를 위한 적어도 하나의 필터 층을 갖는 것을 특징으로 하는 기판의 열 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 필터 층은 추가적인 투명 물질로부터 공간적으로 분리되는 것을 특징으로 하는 기판의 열 처리 장치.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 투명 차폐부는 OH-강화 석영 유리를 갖는 것을 특징으로 하는 기판의 열 처리 장치.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 투명 차폐부는 2.7㎛ 내지 2.8㎛의 파장들을 흡수하는 것을 특징으로 하는 기판의 열 처리 장치.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 투명 차폐부를 냉각시키기 위한 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 열 처리 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 냉각 장치는 냉각 가스 또는 냉각 액체를 갖는 것을 특징으로 하는 기판의 열 처리 장치.
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 방사 검출기는 고온계인 것을 특징으로 하는 기판의 열 처리 장치.
  15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 기판은 코팅된 반도체 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 기판의 열 처리 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 코팅은 CO-코팅 및 Ti-코팅 중 적어도 하나를 갖는 것을 특징으로 하는 기판의 열 처리 장치.
  17. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 기판은 0.15 미만의 투과율을 갖는 것을 특징으로 하는 기판의 열 처리 장치.
  18. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 기판을 향해 유도되는 제 2 방사 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 열 처리 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 제 2 방사 검출기는 상기 규정된 파장 이상의 방사선을 측정하는 것을 특징으로 하는 기판의 열 처리 장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 제 2 방사 검출기는 상기 규정된 파장 이하 및 이상의 방사선을 측정하는 것을 특징으로 하는 기판의 열 처리 장치.
  21. 제 18 항에 있어서, 상기 제 2 방사 검출기는 상기 제 2 방사 소스로부터 떨어진 상기 기판의 면을 향해 유도되고 상기 규정된 파장을 갖는 방사선을 측정하는 것을 특징으로 하는 기판의 열 처리 장치.
  22. 반도체 웨이퍼를 포함하는 기판의 열 처리 방법으로서,
    상기 기판을 가열하기 위한 적어도 하나의 제 1 방사선을 상기 기판에 조사하는 단계 - 상기 제 1 방사선은 적어도 하나의 제 1 방사 소스로부터 방출됨 -;
    상기 제 1 방사 소스와 상기 기판 사이에 규정된 파장 범위들의 상기 제 1 방사선을 흡수하는 단계;
    상기 기판을 가열하기 위한 적어도 하나의 제 2 방사선을 상기 기판에 조사하는 단계 - 상기 제 2 방사선은 적어도 하나의 제 2 방사 소스로부터 방출되고 상기 규정된 파장 범위들 내에 있으며 상기 기판에 부딪히는 방사선을 포함함 -;
    상기 제 2 방사 소스와 동일한 면에 배치된 방사 검출기에 의해 상기 규정된 파장들에서 상기 기판으로부터 유도되는 방사선을 측정하는 단계;
    상기 제 2 방사 소스로부터 유도되는 상기 제 2 방사선을 변조하는 단계; 및
    상기 제 2 방사 소스로부터 유도되는 상기 제 2 방사선을 결정하는 단계
    를 포함하는 기판의 열 처리 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 방사선은 대향면들로부터 상기 기판을 향해 유도되는 것을 특징으로 하는 기판의 열 처리 방법.
  24. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서, 상기 제 1 방사 소스는 조절되는 것을 특징으로 하는 기판의 열 처리 방법.
  25. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서, 상기 제 2 방사 소스는 제어되는 것을 특징으로 하는 기판의 열 처리 방법.
  26. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서, 상기 방사선은 가열 램프들에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 기판의 열 처리 방법.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 규정된 파장의 상기 제 1 방사선은 상기 제 1 가열 램프의 벌브들에 의해 흡수되는 것을 특징으로 하는 기판의 열 처리 방법.
  28. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서, 상기 규정된 파장의 상기 제 1 방사선은 상기 제 1 방사 소스와 상기 기판 사이에 배치된 처리 챔버 벽에 의해 흡수되는 것을 특징으로 하는 기판의 열 처리 방법.
  29. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서, 상기 제 1 방사선의 2.7㎛ 내지 2.8㎛의 파장들이 흡수되는 것을 특징으로 하는 기판의 열 처리 방법.
  30. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서, 상기 규정된 파장을 흡수하는 엘리먼트가 냉각되는 것을 특징으로 하는 기판의 열 처리 방법.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 엘리먼트는 냉각 가스 또는 냉각 액체에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는 기판의 열 처리 방법.
  32. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서, 상기 기판으로부터 유도되는 방사선은 고온계에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는 기판의 열 처리 방법.
  33. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서, 상기 기판으로부터 유도되는 방사선은 추가적인 방사 검출기에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는 기판의 열 처리 방법.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 추가적인 방사 검출기는 상기 규정된 파장 이상의 방사선을 측정하는 것을 특징으로 하는 기판의 열 처리 방법.
  35. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서, 추가적인 방사 검출기가 상기 규정된 파장 이하 및 이상의 방사선을 측정하는 것을 특징으로 하는 기판의 열 처리 방법.
  36. 제 33 항에 있어서, 상기 추가적인 방사 검출기는 상기 제 2 방사 소스로부터 떨어진 상기 기판의 면을 향해 유도되고 상기 규정된 파장을 갖는 방사선을 측정하는 것을 특징으로 하는 기판의 열 처리 방법.
  37. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서, 상기 제 1 방사 소스로부터 유도되는 방사선은 300℃ 내지 400℃ 범위내에서 상기 기판의 가열에 50% 미만 기여하는 기판의 열 처리 방법.
  38. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서, 상기 제 1 방사 소스로부터 유도되는 방사선은 300℃ 내지 400℃ 범위내에서 상기 기판의 가열에 25% 미만 기여하는 기판의 열 처리 방법.
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