KR100686401B1 - 배치로 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 장치 전역의 온도를 등온으로 분포시키는 시스템 및 방법을 제공한다. 반도체 웨이퍼를 완전히 따르는 웨이퍼 캐리어를 제거가능하게 수용하는 프로세싱 튜브를 포함하는 노어셈블리(furnace assembly)가 제공된다. 프로세스 튜브로 들어가게 되는 공기 또는 다른 가스를 가열하기 위해 배치된 저항 가열 소자를 포함할 수 있는 가열 부재가 제공된다. 노어셈블리 및 프로세스 튜브는 프로세스 튜브 내에서 가열 부재를 밀봉하는 위치로 수직으로 상향 및 하향될 수 있다. 일단 가열 부재가 프로세스 튜브를 밀봉하면, 프로세스 튜브는 공기가 배기 및 정화된다. 그다음 가스는 프로세스 튜브로 유입되게 되고 가열 소자와 열을 교환한다. 가열된 가스는 프로세스 튜브를 통해 순환되어 웨이퍼의 온도를 대류에 의해 변화시킨다.
Description
이 출원은 2002년 8월 2일 출원된 미국 특허 출원 번호 제10/211,757호의 부분 계속 출원으로서, 모든 목적을 위해 참고문헌으로써 여기에 첨부된다.
본 발명은 일반적으로 반도체 제조 설비에 관한 것으로, 특히 반도체 웨이퍼의 처리에 사용되는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 공정 동안, 상기 장치가 그 공정 동안에 노출되는 열처리를 정확하게 제어하는 것이 매우 바람직하다. 일련의 예에서, 장치의 배치(batch), 주로 웨이퍼는 반도체 프로세싱 용해로(semiconductor processing furnace)에서 처리되고, 이것은 원하는 프로세스에 영향을 주기 위해 공정의 환경을 주의 깊게 제어한다.
불행히도, 대부분의 종래 수직으로 배치된 노에서는, 원하는 온도는 가열 소자를 가진 주변의 튜브에 의해 상기 프로세스 튜브에서 얻어진다. 이 배치에서, 열 에너지가 상기 보다 차가운 웨이퍼에 전달되기 전에 복사와 대류가 우선 상기 프로세스 튜브를 가열한다. 상기 프로세스 튜브는 일반적으로 절연체이기 때문에 열의 대류는 일반적으로 효과적이지 못하다. 저온의 웨이퍼 처리 공정동안, 이러한 유형의 가열 배치는 대개 매우 비효율적이며 시간 소모적이다. 또한, 이러한 유형의 배치에서, 전체 용해로의 빠른 냉각을 위해 개별적인 냉각 챔버나 송풍기가 일반적으로 요구되는데, 각기 다른 웨이퍼 배치상의 공정 동작 사이에 전체 용해로 어셈블리의 온도를 낮추는 것은 어렵고 비효율적이기 때문이다.
상기와 같은 이유로, 처리된 웨이퍼의 균일성의 열화없이 상기 프로세스 온도의 정확한 동적인 제어를 제공하는 반도체 디바이스의 표면을 가로질러 등온으로 열을 전달하기 위한 시스템과 방법을 필요로 한다.
본 발명은 반도체 장치 전역의 온도를 등온으로 분포시키는 시스템 및 방법을 제공한다. 반도체 웨이퍼를 완전히 따르는 웨이퍼 캐리어를 제거가능하게 수용하는 프로세싱 튜브를 포함하는 노어셈블리(furnace assembly)가 제공된다. 프로세스 튜브로 들어가게 되는 공기 또는 다른 가스를 가열하기 위해 배치된 저항 가열 소자를 포함할 수 있는 가열 부재가 제공된다. 노어셈블리 및 프로세스 튜브는 프로세스 튜브 내에서 가열 부재를 밀봉하는 위치로 수직으로 상향 및 하향될 수 있다. 일단 가열 부재가 프로세스 튜브를 밀봉하면, 프로세스 튜브는 공기가 배기 및 정화된다. 그다음 가스는 프로세스 튜브로 유입되게 되고 가열 소자와 열을 교환한다. 가열된 가스는 프로세스 튜브를 통해 순환되어 웨이퍼의 온도를 대류에 의해 변화시킨다.
가열 부재는 프로세스 튜브로 들어가게 되는 공기 또는 다른 가스를 가열하기 위해 배치되는 저항 가열 소자를 포함할 수 있다. 가열 부재는 가열 소자 주변에서 프로세스 튜브를 통해 가스 흐름을 조종할 수 있는 반사기 장치를 또한 포함 할 수 있다.
동작에서, 노어셈블리는 동작 메커니즘을 사용하여 웨이퍼 캐리어 및 가열 부재 위로 위치가 수직으로 하향된다. 일단 가열 부재가 프로세스 튜브를 밀봉하면, 프로세스 튜브는 공기가 배기 및 정화된다. 가스는 인렛을 통해 프로세스 챔버로 흐르게 된다. 가스는 가열 소자와 열을 교환한다. 가스가 프로세스 튜브를 통해 순환할 때, 반사기는 가스가 프로세스 튜브의 바닥 끝으로부터 거꾸로 프로세스 튜브의 최상 끝까지 가스를 회전하게 한다. 균일한 대류에 의한 가열은 웨이퍼의 온도를 균일하게 올린다.
상기 웨이퍼가 처리된 후, 가열 소자는 전원 공급이 중단되고 가열되지 않은 가스는 상기 프로세스 튜브를 통해 주입되는 것이 허용된다. 상기 가열되지 않은 가스는 그것들이 제거되기 전에 웨이퍼를 냉각시킨다. 냉각된 후, 상기 작동 메커니즘은 웨이퍼 캐리어와 가열 부재를 상기 프로세스 챔버로부터 이동시키기 위해 사용된다.
웨이퍼의 모든 가열과 냉각은 대류 방식의 가열을 사용하여 프로세스 챔버 내부에서 일어난다. 순환하는 가열된 가스와 웨이퍼 사이의 열전달은 복사나 전도를 사용하는 것에 비해 보다 직접적이다. 웨이퍼는 프로세스 챔버 내에서 냉각되기 때문에, 개별 냉각 챔버나 송풍기는 필요없다. 가열 소자는 작은 열 질량을 가지고 있기 때문에, 빠른 램프업(ramp-up) 및 램프다운(ramp-down) 시간이 달성가능하다.
본 발명의 전술한 그리고 기타의 특성 및 이점이 하기의 도면과 함께 후술할 상세한 설명으로부터 보다 쉽게 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 단순화된 단면도,
도 2, 도 3, 도 4, 및 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 가열 부재의 단순화된 사시도,
도 6은 본 발명의 시스템에 따른 방법을 나타내는 흐름도,
도 7은 본 발명의 프로세싱 시스템의 선택적인 실시예의 단순화된 사시도,
도 8은 본 발명의 노어셈블리의 선택적인 실시예의 단순화된 단면도,
도 9A, 도 9B, 및 도 9C는 본 발명에 따른 동작 순서의 단순화된 단면도, 및
도 10, 도 11, 및 도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 가열 부재의 단순화된 사시도이다.
도 1은 본 발명의 노어셈블리(100)의 일 실시예의 단순화된 단면도이다. 노 부재(100)는 내부 공간(106)을 한정하는 프로세스 튜브(104)를 둘러싸는 프로세스 챔버(102)를 포함한다.
일 실시예에서, 프로세스 챔버(102)는 바람직하게는 알루미늄, 스텐레스 스틸, 또는 유사한 금속으로 만들어진 금속 하우징(108)을 포함할 수 있다. 하우징(108) 내에, 하우징(108)과 프로세스 튜브(104) 사이에, 내부 단열재(112)가 존재할 수 있다. 단열재(112)는 프로세스 튜브(104)로부터 하우징(108)을 통해 외부 환경으로의 열 손실을 최소화하는 것을 돕는다. 선택적으로, 가열 소자(114)는 프 로세스 튜브(104)와 단열층(112) 사이에 배치될 수 있어, 하우징(108)을 통해 외부 환경으로의 열 손실을 더욱 최소화하고, 프로세스 튜브(104)의 주변 온도를 증가시키고 프로세스 튜브(104) 내의 온도를 안정화시키는 시간을 줄인다. 단열재(112)는 세라믹 섬유 재료와 같은 임의의 적절한 단열재로 만들어 질 수 있다.
프로세스 챔버(102)는 바닥면(112) 상에 제공된 개구(110)를 포함한다. 개구(110)는 프로세싱을 위한 웨이퍼를 포함하는 웨이퍼 캐리어 또는 웨이퍼 보트를 수용하도록 구성된다. 개구(110)는 프로세싱 이전 및 이후에 프로세스 튜브(104)로부터 웨이퍼 캐리어의 로딩 및 언로딩을 허용한다.
프로세서 튜브(104)는 프로세스 챔버(102) 내에 설치된다. 일 실시예에서, 프로세스 튜브(104)는 바람직하게는 벨 자(bell jar)와 유사한 형태로 형성된다. 벨 자 모양의 튜브는 외부 표면(118) 및 내부 표면(120)을 갖는 셸(shell)을 갖는다. 내부 표면(120)은 프로세스 튜브(104)와 내부 공동(106)의 경계를 한정한다. 프로세스 튜브(104)는 내부 공동(106)이 웨이퍼의 배치를 고정하는 웨이퍼 캐리어를 둘러싸기 위한 최소의 내부 부피를 갖게끔 형성된다. 일반적으로, 프로세스 튜브(104)는 대략 0.001 Torr에서 1000 Torr, 바람직하게는 대략 0.1 Torr와 대략 760 Torr 사이의 내부 압력을 견딜 수 있게 구성될 수 있다.
프로세스 튜브(104)는 예컨대 열 취급 및 CVD(Chemical Vapor Deposition) 처리에서 잘 알려진 것과 같이, 다양한 온도에서 반도체 웨이퍼의 배치를 다양한 화학약품, 특히 가스에 노출하는 것과 관련되는 반도체 웨이퍼의 프로세싱을 제공하는데 사용될 수 있다. 이러한 프로세스 동안에, 프로세싱 튜브(104)는 인렛 (inlet) 튜브(122)를 통해 바람직한 프로세싱 가스가 공급될 수 있다. 외부로 배출되는 가스는 방출 튜브(124)를 통해 방출된다. 방출 튜브(124)의 입구는 가스가 최상 부분에 모이지 않는 것을 확실히 하기 위해 개구(110)로부터 이격된 프로세스 튜브(104)의 일부, 최상 부분 근처에 배치된다. 프로세스 튜브(104)는 석영 또는 다른 유사한 재료로 만들어 질 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 프로세싱을 위해 구성된 어레이 내에 복수의 웨이퍼(126)를 고정할 수 있는 웨이퍼 케리어가 제공된다. 웨이퍼 캐리어(128)는 석영 또는 다른 적합한 재료로 형성된다. 프로세스 튜브(104) 및 웨이퍼 캐리어(128)는 웨이퍼 캐리어(128)가 이하에서 더욱 상세히 설명되는 프로세스 튜브(104) 내에서 제거가능하게 수용될 수 있는 동축 배열로 배열되도록 구성된다.
일 실시예에서, 웨이퍼 캐리어(128)는 노치들에 의해 유리하게 형성된 일련의 웨이퍼 수용기를 구비하고, 각 노치는 프로세싱 동안 웨이퍼를 적소에 고정할 수 있다. 웨이퍼 캐리어(128)는 임의의 바람직한 개수의 웨이퍼(126)를 고정하기 위해 설계될 수 있으나, 웨이퍼 캐리어(128)는 바람직하게는 대략 25개와 50개 사이의 웨이퍼를 고정할 수 있다. 일 실시예에서, 웨이퍼 캐리어(128)는 웨이퍼 어레이가 프로세스 튜브(104)로부터 설치되거나 및/또는 제거되게끔 하기 위해 수직 운동을 위해 구성되는 플랫폼에 결합되도록 구성될 수 있다.
도 1 및 도 2는 웨이퍼 캐리어(128)를 프로세스 튜브(104)로 이동시키는 수직 운동을 제공하는 수단으로서 구성되는 가열 부재(130)의 일실시예를 도시한다. 웨이퍼 캐리어를 이동하는 것에 부가하여, 가열 부재(130)는 프로세싱 동안 개구 (110)와 연동하고 프로세스 튜브(104)를 밀봉하도록 구성된다. 일 실시예에서, 가열 부재(130)는 또한 모두가 상승 장치(150)를 사용하여 수직으로 작동될 수 있는 베이스 또는 플랫폼(138)의 작업 표면(135) 상에 설치되는, 웨이퍼 캐리어(132), 반사기(134), 및 열원(136)을 마운팅하는 수단을 포함한다.
마운팅 수단(132)은 웨이퍼 캐리어(128)를 플랫폼(138)에 제거가능하게 설치할 수 있는 임의의 구조를 포함할 수 있다. 예컨대, 마운팅 수단(132)은 오픈 플랜지일 수 있고, 상기 오픈 플랜지는 오픈 플랜지를 플랫폼(138)에 연결하는 기부에 부착된다. 오픈 팰랜지는 웨이퍼 캐리어가 배치될 수 있는 립(lip)을 구비할 수 있다. 기술 분야의 통상의 지식인은 본 발명의 기술적 사상 내에서 복수의 마운팅 수단(132)을 식별할 수 있는 것으로 이해된다.
프로세스 튜브(104)를 통한 가스의 순환은 가스를 특정 방향으로 이동시키는 임의의 장치를 사용하여 실행될 수 있다. 일 실시예에서, 프로세스 튜브(104)를 통한 가스의 순환은 반사기(134)를 사용하여 실행될 수 있다. 반사기(134)는 플랫폼(138)의 작업 표면(135)의 대략 중앙에 설치된 깔때기 모양의 장치일 수 있다. 반사기(134)의 깔때기 모양은 열원(136)의 근처 및 주변 가스의 흐름을 조종하는데 사용될 수 있다. 반사기(134)는 또한 도 1에 도시된 부호화되지 않은 화살표에 의해 도시된 방향으로 웨이퍼 캐리어(128) 둘레로 가스가 계속해서 흐르게 한다. 반사기(134)는 알루미늄, 스텐레스 스틸, 또는 다른 실질적으로 비반응성 재료로 만들어 진다. 반사기(134)는 가스가 프로세스 튜브(104)로 향하게 하는데 사용될 수 있는 장치의 단지 일예일 뿐이다.
열원(136)은 웨이퍼 프로세스를 수행하는데 필요한 필수적인 가열 능력을 제공할 수 있는 임의의 열원일 수 있다. 예컨대, 열원(136)은 프로세스 튜브(136)의 내부 온도가 대략 100℃와 1200℃ 사이, 바람직하게는 대략 100℃와 800℃ 사이로 상승시키는데 충분한 열을 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 열원(136)은 링 모양의 가열 소자와 같은 저항 가열 소자이다. 이러한 실시예에서, 링 모양의 가열 소자는 링의 중앙에 배치된 반사기(134)와 함께 나타난다; 그러나, 열원(136)의 배치는 이하에서 나타난 것과 같은 실시예들 사이에서 변경될 수 있다.
저항 가열 소자는 열 처리 응용에서의 사용에 적합한 임의의 통상적인 가열 소자일 수 있다. 예컨대, 링 모양의 가열 소자는 필라멘트선에 의해 감겨진 저항 가열 소자 코어를 포함할 수 있다. 코어는 세라믹 재료로 만들어 질 수 있으나, 임의의 높은 온도 비율의, 비전도성 재료로 만들어 질 수 있다.
필라멘트선은 복사 열 에너지의 최적의 양이 소자로부터 방사되도록 일반적으로 코어 주위에 감겨진다. 필라멘트선은 SiC, SiC가 코팅된 흑연, 흑연, AlN 및 Al2O3 와 같이, 증가된 열 응답 및 높은 온도 안정성을 위해 큰 질량 재료로 부터 만들어지는 임의의 적절한 저항성의 가열가능한 선일 수 있다. 가열 소자는 코네티컷주 스탬포드(Stamford, Conn.)의 Omega Engineering, Inc.사로부터 얻을 수 있다.
다른 실시예에서, 열원은 전기적 절연을 위한 성형된 마그네슘 산화물(MGO) 분말을 구비한 금속 외장 카트리지 히터 및 관모양의 히터를 포함할 수 있다.
각 실시예에서, 가열소자는 가열 소자 연결 단말 및 연결 배선(도시 안됨)을 통해 전원 공급 시스템에 전기적으로 연결된다.
가열 부재(130)는 플랫폼(138) 상에 배치된다. 일 실시예에서, 플랫폼(138)은 가열 부재(130)의 구성 요소가 설치될 수 있는 작업 표면(135)을 한정하는 제 1 층을 구비한 실질적으로 비반응성 재료로 만들어질 수 있다. 제 2 층은 프로세스 튜브(104)를 밀봉하는 시일을 형성하기 위해 프로세스 챔버(102)와 인터페이스할 수 있는 립부(142)를 한정한다. 플랫폼(138)은 기계적인 구조, 몰딩된 구조 또는 유사하게 제조된 구조일 수 있다.
상승 장치(150)는 화살표(152)로 표시된 방향으로 플랫폼(138)을 상승 및 하강시키는데 사용될 수 있다. 상승 장치(150)는 가열부재(130)를 플랫폼(138)을 통해 프로세스 튜브(104)의 내부 공동(106)의 안밖으로 이동하는데 필요한 상승 동작을 실행할 수 있는 임의의 잘 알려진 장치일 수 있다. 예컨대, 상승 장치(150)는 산업분야에서 잘 알려진 공기식 또는 수압식 리프트, 역학적인 웜 구동장치 또는 임의의 다른 선형 동작 장치를 포함할 수 있다.
프로세스 튜브(104)의 밀봉은 플랫폼(138)의 립부(142)가 프로세스 챔버(102)와 가열 부재(130) 사이의 인터페이스로서 형성된 플랜지(140) 또는 유사한 장치와 접촉하는 경우에 발생한다. 일실시예에서, 인렛 튜브(122) 및 방전 튜브(124)는 프로세스 튜브(104)로의 확장을 위해 플랜지(140)를 통해 제공될 수 있다. 시일(144)은 프로세스 챔버(102) 및 플랜지(140) 접촉부와 플랜지(140) 및 립부 (142)의 접촉부 사이에 배치된다. 시일(144)은 프로세싱 동안 프로세스 튜브(104)가 밀봉되게 한다.
도 1을 다시 참조하면, 온도센서(160a, 160b)는 온도 콘트롤러(도시 안됨)와 동작상 연결되고 프로세스 튜브(104) 내의 온도 변화를 모니터링 하는데 사용된다. 일 실시예에서, 온도센서(160a, 160b)는 열원(136)에 의해 전개되는 온도 표시를 제공하기 위해 프로세스 튜브(104) 내에 전략적으로 배치된다. 예컨대, 센서(160a)는 열원(136)으로부터 이격된 프로세스 튜브(104)의 최상 끝에 전략적으로 배치될 수 있다. 유사하게, 센서(160b)는 열원의 온도를 모니터링하기 위해 열원(136) 근처에 배치될 수 있다. 동작상, 열원(136)은 전원이 켜지면서 가열을 시작하기 때문에, 프로세스 튜브(104)의 최상 끝과 및 바닥 끝 사이의 온도 차이는 짧은 시간 동안 발생할 수 있다. 온도차는 대략 10℃와 100℃ 사이의 범위일 수 있다. 온도 센서(160a, 160b)는 최상 끝이 바람직한 온도에 도달하는 지연 시간 동안 프로세스 튜브(104)의 바닥 끝을 열원이 과열하지 않는 것을 확실히 하기 위해 열원(136)에 공급되는 전원을 조정하는데 사용될 수 있다. 온도 센서(160a, 160b)는 예컨대 코네티컷주 스탬포드(Stamford, Conn.)의 Omega Engineering Inc.사를 통해 얻을 수 있는 일반적인 R-타입 또는 K-타입의 열전쌍일 수 있다.
도 3, 도 4 및 도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 가열 부재의 단순한 예이다. 도 3에서, 가열 부재(300)는 모두 플랫폼(138)의 작업 표면(135) 상에 설치되는 웨이퍼 캐리어 마운팅 수단(도시 안됨), 반사기(134), 및 열원(136)을 포함한다. 가열 부재(300) 전체는 상승 수단(150)을 사용하여 프로세스 튜브(104)로 상승될 수 있다.
일 실시예에서, 가스 인렛 튜브(302)는 플랫폼(138) 내에 형성되어 가스가 작업 표면(135)의 배출구로부터 프로세스 튜브(104)로 들어가게 한다. 유사하게, 방전 튜브(304)는 플랫폼(138) 내부로 또한 형성될 수 있다. 방전 튜브(304)의 주입구는 작업 표면(135)을 넘어서 거리를 연장하여, 일단 플랫폼(138)이 프로세스 튜브(104)를 밀봉하는 위치에 배치되면 주입구가 프로세스 튜브(104)의 최상 끝에 위치하게 된다.
이 실시예에서, 열 센서(160a, 160b)는 작업 표면(135) 상에 설치되어, 센서가 가열 부재(300)와 함께 프로세스 튜브로 들어가고 상기에서 식별된 전략적인 위치에 배치된다.
도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼 캐리어 마운팅 수단(도시 안됨), 반사기(134) 및 열원(136)을 포함하는 가열 부재(400)의 또 다른 실시예이다. 쉬운 이해를 위해, 플랫폼(138)의 제 1 층(402)이 비쳐 보이게끔 도시된다. 이 실시예에서, 제 1 층(402)은 그의 주변에 한정된 복수의 홀(404)을 갖는 속이 빈 챔버이다. 열원(136)은 속이빈 부분 내에 배치된다. 가스 인렛은 제 1 층(402)의 속이빈 부분으로의 배출구를 가지면서 플랫폼(138)을 통과하여 형성된다. 이 실시예에서, 열원(136)은 층(402)의 속이빈 챔버로 들어가는 가스를 가열한다. 그다음 가스는 홀(404)을 통해 프로세스 튜브(104)로 이동한다.
도 5는 본 발명에 따른 방사 가열을 사용하는 가열 부재(500)의 일 실시예이다. 가열 부재(500)는 웨이퍼 캐리어 마운팅 수단(도시 안됨), 반사기(134) 및 열 원(506)을 포함한다. 쉬운 이해를 위해, 플랫폼(138)은 비쳐 보이게끔 도시된다. 이 실시예에서, 제 1 층(502) 및 제 2 층(504) 양자는 속이 빈 챔버로서 형성된다. 제 1 층(502)의 작업 표면(135)은 그위에 바로 배치된 열 확산 부재(510)를 갖는 석영창(508)을 포함한다. 열 확산 부재(510)은 작업 표면(135)과 반사기(134) 사이의 창(508) 근처에 배치될 수 있다. 단열재 부재(510)는 충분히 높은 열 전도성을 갖는 임의의 적절한 열 확산 재료, 바람직하게는 실리콘 탄화물, 실리콘 탄화물이 코팅된 흑연, 또는 실리콘일 수 있다.
이 실시예에서, 열원(506)은 제 2 층(504)의 속이 빈 부분 내에 배치된다. 선택적으로, 열원(506)은 고정된 플랫폼(802)의 외부에 배치된다(도 12). 열원(506)은 광자 에너지를 제공하는 하나의 고강도 램프(506), 또는 복수의 고강도 램프를 포함할 수 있다. 고강도 램프(506)의 예들은 텅스텐 할로겐 램프, 메탈 할라이드 램프, 방전 (아크) 램프 및 임의의 필라멘트가 없는 고강도 램프를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 램프(506)는 제 2 층(504)으로부터 제 1 층(502)을 통해 방사되어 석영창(508)을 통해 방출되는 광자 에너지를 방출한다. 열 확산 부재(510)는 창(508)으로부터 방사하는 광자 에너지를 흡수하고 열 에너지로서 광자 에너지를 프로세스 튜브(104)로 방산한다. 프로세스 튜브(104)를 통해 순환하는 가스는 열 확산 부재(510) 방향으로 반사기에 의해 조종되어, 순환 가스의 온도가 본 발명에 따라서 증가된다.
도 6은 본 발명에 따른 동작(600) 방법을 도시한 흐름도이다. 동작에서, 웨이퍼 캐리어 마운팅 수단(132), 반사기(134), 및 열원(136)을 포함하는 플랫폼 (138)은 웨이퍼 캐리어(128)가 플랫폼(138) 상으로 수동으로 로딩/언로딩 될 수 있거나 또는 자동으로 로딩/언로딩 될 수 있는 제 1 위치 또는 로딩 위치와 웨이퍼 캐리어가 프로세스 튜브(104) 내에 있는 제 2 위치 또는 프로세싱 위치 사이에서 이동한다.
단계(602)에서, 웨이퍼(126)는 웨이퍼 캐리어 마운팅 수단(132)으로 웨이퍼 캐리어(128)를 통해 로딩된다. 상승 수단(150)는 플랫폼(138)을 상승시켜 플랜지(140)와 접촉 밀봉한다. 웨이퍼(126)는 현재 프로세싱을 위한 위치에 존재한다.
단계(604)에서, 프로세스 튜브(104)는 실질적으로 진공 또는 진공 근처로 공기가 배출될 수 있고, N2, Ar, 및 유사한 가스와 같은 정화 가스는 인렛 튜브(122)를 통해 프로세스 튜브(104)로 유입되게 될 수 있다. 방전 튜브(124)는 프로세스 튜브(104)로부터 가스를 배기한다. 인렛 튜브(122) 및 방전 튜브(124)로부터의 효과의 결합은 프로세스 튜브(104) 내부에서 가스를 회전 및 정화되게 한다. 펌프 및 정화 기술의 사용은 프로세스 튜브(104)의 공기가 정화되게 한다. 예컨대, 일 실시예에서, 프로세스 튜브(104) 내의 잔여 O2 레벨은 대략 1000 ppm 으로 감소될 수 있고 1 ppm 이하로 감소될 수도 있다.
일단 프로세스 튜브(104)가 정화되면, 단계(606)에서 프로세스 가스는 프로세스 튜브(104)로 유입되게 된다. 프로세스 튜브(104)를 통해 순환하는 프로세스 가스는 열원(136)으로부터 열 에너지를 흡수한다. 그다음, 순환 프로세스 가스는 열에너지를 웨이퍼(126)로 전달하기 위해 웨이퍼(126) 주위로 순환한다. 반사기 (134)는 순환 프로세스 가스의 적어도 일부가 열원(136)을 향하게 하여 열에너지의 프로세스 가스로의 전달을 실행하도록 깔때기와 같은 모양으로 형성된다.
열원(136)은 프로세스 튜브(104)에 위치한 반도체 웨이퍼의 프로세싱을 제어하기 위해 마이크로 프로세서, 프로세스 제어 컴퓨터 및 그와 유사한 것을 사용하여 제어되고, 진단상의 목적으로 시스템의 상태를 모니터링 하는데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 프로세스 컴퓨터는 프로세스 튜브(104)의 최상 끝의 온도 센서(106a) 및 프로세스 튜브(104)의 바닥 끝의 온도 센서(106b)로부터 수신된 온도 데이터에 응답하여 제어 신호를 제어기에 제공한다. 제어기는 전원을 열원(136)에 제공하는 SCR-기반 위상 제어 전원 공급기에 제어 신호를 제공한다. 제어기는 프로세스 튜브(104)에서 균형이 얻어지고 전원 공급기가 열원(136)으로 하여금 프로세스 튜브(104)의 바닥 끝을 과열하지 않는 것을 확실히 하기 위해 센서(106a, 106b) 사이의 온도를 비교한다.
프로세스 컴퓨터는 가스 네트워크에서 질량-흐름(mass-flow) 제어기(도시 안됨)에 대한 가스 및 플라즈마 인렛 흐름 신호 뿐만 아니라 펌프 부재(도시 안됨)에 대한 압력 설정점을 또한 조종한다. 바람직한 실시예에서, 제어기는 Omega Corporation으로부터 얻을 수 있는 실시간 PID이다.
단계(608)에서 일단 웨이퍼(126)가 프로세싱 온도에 있다면, 추가 프로세스 가스는 웨이퍼(126)를 추가로 프로세싱하기 위해 프로세스 튜브(104)로 유입되게 될 수 있다. 이러한 가스는 어닐링(annealing), 베이킹(baking), 가스제거(outgassing), 포토레지스트 제거(애싱(ashing)), 경화(curing), 산화, 질화, 치밀 화(densification), 건조 및 그와 유사한 것을 포함하는 필름 피착 및 열 처리를 위해 예컨대, O2, NH3, TaETO, SiCl4 및 그와 유사한 것을 포함할 수 있다.
단계(610)에서, 열원(136)은 프로세스 튜브(104)의 순환 가스로 열 에너지의 전달을 중단하기 위해 전원이 내려진다. 가열되지 않은 가스는 계속해서 프로세스 튜브(104)를 통해 순환하기 때문에, 웨이퍼(126)는 열에너지를 가열되지 않은 가스로 전달하기 시작하고, 따라서 웨이퍼(126)가 냉각된다.
단계(612)에서, 일단 바람직한 웨이퍼 온도가 얻어지고 웨이퍼 캐리어(128)가 제거되면, 플랫폼(138)은 프로세스 튜브(104)로부터 하강한다.
도 7은 노어셈블리(702), 웨이퍼 카세트(704), 웨이퍼 보트(712), 웨이퍼 운반 장치(706), 가스 공급 박스(708), 전원 제어기(710), 및 내부 가열 부재(130)를 포함하는 웨이퍼 프로세싱 시스템(700)을 구비한 본 발명의 대안적인 실시예의 단순한 예이다.
도 8을 참조하여 이해될 수 있는 것과 같이, 노어셈블리(702)는 예컨대, 내부 공간(106)을 한정하는 프로세스 튜브(104)를 밀봉하는 프로세스 챔버(102)를 포함한다. 하우징(108)과 프로세스 튜브(104) 사이의 프로세스 챔버(102) 내부는 내부 단열재(112)일 수 있다. 선택적으로, 하나의 가열 소자 또는 복수의 가열 소자(114)는 프로세스 튜브(104) 주위의 온도를 증가시키기 위해서 프로세스 튜브(104)와 단열층(112) 사이에 배치될 수 있어서, 외부 환경으로 하우징을 통한 열손실을 더욱 최소화하고 및 프로세스 튜브(104) 내의 온도가 안정화되는데 걸리는 시간을 줄인다.
도 7에 나타난 바와 같이, 프로세싱을 위해 구성된 어레이 내의 복수의 웨이퍼(126)를 고정할 수 있는 웨이퍼 보트(712)가 제공된다. 웨이퍼 보트(712)는 웨이퍼 카세트(704)로부터 운반 장치(706)를 통해 웨이퍼(126)를 로딩한다. 프로세스 튜브(104) 및 웨이퍼 보트(712)는 웨이퍼 보트(712)가 프로세스 튜브(104) 내에서 제거가능하게 수용될 수 있는 동축 배열로 배열되도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 웨이퍼 보트(712)는 가열 부재(130)와 함께 고정된 플랫폼(802)에 연결되도록 구성될 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상승 장치(720)는 화살표(722)에 의해 표시되는 방향으로 노어셈블리(702)를 상승 및 하강하는데 사용될 수 있다. 상승 장치(720)는 웨이퍼(226)의 프로세싱을 위한 웨이퍼 보트(712) 및 가열 부재(130) 위로 노어셈블리(702)를 이동하는데 필요한 상승 및 하강 동작을 실행할 수 있는 임의의 잘 알려진 장치일 수 있다. 예컨대, 상승 장치(720)는 기술분야에서 잘 알려진 공기식 또는 수압식 리프트, 역학적인 웜 구동장치 또는 임의의 다른 선형 동작 장치를 포함할 수 있다.
고정된 플랫폼(802)의 립부분(142)이 플랜지(140) 또는 프로세스 챔버(102)와 고정된 플랫폼(802) 사이에 인터페이스로서 형성된 유사한 장치와 접촉할 때 프로세스 튜브(104)의 밀봉이 발생한다. 일례에서, 인렛(inlet) 튜브(120)와 배출 튜브(122)는 플랜지(140)를 통해 프로세스 튜브(104)로 연장하도록 제공된다. 일례에서, 시일(144)은 프로세스 챔버(102)와 플랜지(140)의 접촉부와, 플랜지(140) 와 립부분(142)의 접촉부 사이에 위치한다. 시일(144)은 프로세스 튜브(104)가 처리과정동안 밀봉되도록 한다.
도 9A 내지 도 9C는 본 발명에 따른 처리시스템의 구동 시퀀스를 도시한다. 지시된 것을 제외하고는, 노어셈블리(100)에 관해 전술한 실시예의 성능, 기능, 및 그의 조합이 노어셈블리(702)에 적용가능하다는 것을 이해할 것이다.
프로세싱 시스템(700)의 부품들은 효율적인 공간사용을 위해 조직적으로 배치된다. 예를 들면, 일례로, 프로세싱 시스템(700)은 약 900mm의 폭(W)(도 7), 약 1,710mm의 길이(L), 및 약 1,925mm의 높이(H)를 갖는 공간을 차지한다.
도 9A를 참조하면, 프로세싱 시스템(700)은 로드/언로드 시퀀스의 동작으로 도시된다. 웨이퍼 보트(712)가 가열 부재(130) 위에 위치하고, 둘다 고정된 플랫폼(802) 상에 위치하는 것을 볼 수 있다. 웨이퍼 보트(712)와 가열 부재(130)는 노어셈블리(702) 내에서 동일 축상의 배치로 맞붙도록 크기 조정되고 만들어진다.
도 9A에서, 노어셈블리(702)는 플랫폼(802) 위로 올려진 제 1 위치에 놓여진다. 프로세스 튜브(104)는 웨이퍼 보트(712)와 가열 부재(130)의 스택 배치와 동축으로 만들어진다. 상기 제 1 위치에서 노어셈블리(702)의 프로세스 튜브(104)는 플랫폼(802)과 접촉을 제거한다. 노어셈블리(702)는 상기 플랫폼(802) 상의 길이(d)를 따라 위아래로 움직인다. 길이(d)는 웨이퍼 보트(712)와 가열 부재(130), 그리고 웨이퍼 보트(712)와 노어셈블리 사이에서 웨이퍼를 언로드하기 위해 필요한 간격의 합에 기초하여 결정된다. 일례에서, 길이(d)는 약 550mm 까지의 범위이다.
일단 웨이퍼 이송 메커니즘(706)이 웨이퍼 카세트(704)에서 웨이퍼 보트 (712)로 웨이퍼를 이동시키면, 노어셈블리(702)는 프로세스 튜브(104)가 웨이퍼 보트(712)와 가열 부재(130)를 실장하고 수용하고 있는 제 2 위치까지 내려진다.
도 9B에 도시된 것처럼, 프로세스 튜브(104)와 함께 노어셈블리(702)가 플랫폼(802)을 지지하기 위해 밑으로 내려지고, 밀봉이 되면, 프로세스 튜브(104)는 웨이퍼 처리를 위한 준비단계에서 제거된다. 상기 웨이퍼 처리는 노어셈블리(100)와 가열 부재(130)에 관하여 전술한 바와 같이 발생한다. 본 실시예에서 사용되는 가열 부재(130)는 상승 수단을 제외하고는, 도 2와 도 10 내지 12를 참조하여 기술된 것들을 포함하는 많은 형태를 취할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
상기 처리 시퀀스가 완료된 후에, 안전하고 미끄러지지 않는(slip-free) 온도에 도달했을 때, 온도의 램프다운(ramp-down)비율의 뚜렷한 가속은, 가열 부재(130)에서의 열에너지가 없을 때 가스를 프로세스 튜브(104)로 주입함으로써 달성된다. 추가로, 웨이퍼 보트(712)와 가열 부재(130)로부터 이탈시켜 수직으로 노어셈블리를 들어 올리는 것 또한 웨이퍼 냉각을 가속시킬 수 있다.
도 9C에 도시된 바와 같이, 노어셈블리(702)는 프로세스 튜브(104)와 가열 소자(114)와 같은 상기 부재의 모든 주요 부품들에 쉽게 접근할 수 있도록 설계된다. 상기 모듈식 디자인은 유지보수를 쉽게 한다.
따라서 전술한 바람직한 실시예를 통해, 당업자는 본 발명의 취지와 영역을 벗어나지 않고서 형태와 상세한 부분에서 변형을 하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 오직 하기의 청구범위에 의해서만 한정된다.
Claims (19)
- 웨이퍼 프로세싱 시스템에 있어서,하나 또는 복수의 반도체 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 캐리어를 수용하는 프로세스 튜브를 구비한 프로세스 챔버와,상기 웨이퍼 캐리어에 근접한 플랫폼 상에 설치된 가열 부재를포함하고,상기 프로세스 챔버는 상기 가열 부재 및 상기 웨이퍼 캐리어가 상기 프로세스 튜브의 외부에 배치되는 제 1 위치 및 상기 가열 부재 및 상기 웨이퍼 캐리어가 상기 프로세스 튜브 내에 배치되는 제 2 위치로부터 이동가능한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 프로세싱 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 가열 부재는 열원 및 반사기를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 프로세싱 시스템.
- 제 2 항에 있어서,상기 열원은 저항 가열 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 프로세싱 시스템.
- 제 2 항에 있어서,상기 열원은 할로겐 램프, 메탈 할라이드 램프 및 방전 (아크) 램프로 구성된 그룹에서 선택된 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 프로세싱 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 가열 부재는 웨이퍼 캐리어 마운팅 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 프로세싱 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 프로세스 챔버는 상기 제 1 위치 및 상기 제 2 위치 사이로부터 이동하는 상승 장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 프로세싱 시스템.
- 복수의 반도체 웨이퍼를 프로세싱하는 노어셈블리(furnace assembly)에 있어서,복수의 반도체 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 캐리어를 수용하는 프로세스 튜브를 구비한 이동가능한 프로세스 챔버와,상기 프로세스 튜브에 가스를 주입하는 인렛(inlet)과,상기 프로세스 튜브 내에 수용되는 열원을포함하고,상기 열원으로부터 방출된 열 에너지는 상기 프로세스 튜브 전체에 프로세싱 온도를 제공하기 위해서 상기 가스로 전달되는 것을 특징으로 하는 노어셈블리.
- 제 7 항에 있어서,상기 이동가능한 프로세스 챔버는 상기 열원이 상기 프로세스 튜브의 외부에 배치되는 제 1 위치 및 상기 열원이 상기 프로세스 튜브의 내부에 배치되는 제 2 위치에서 이동가능한 것을 특징으로 하는 노어셈블리.
- 제 7 항에 있어서,상기 열원은 100℃에서 대략 1200℃로 상기 가스의 온도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 노어셈블리.
- 제 7 항에 있어서,상기 열원은 저항 가열 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 노어셈블리.
- 제 7 항에 있어서,상기 열원은 할로겐 램프, 메탈 할라이드 램프 및 방전 (아크) 램프로 구성된 그룹에서 선택된 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 노어셈블리.
- 제 7 항에 있어서,상기 노어셈블리는 상기 열원이 설치되는 고정된 플랫폼을 추가로 포함하고,상기 이동가능한 프로세스 챔버는 상기 고정된 플랫폼이 상기 프로세스 챔버와 접촉하지 않는 제 1 위치와 상기 고정된 플랫폼이 상기 프로세스 챔버와 밀봉 접촉하는 상기 제 2 위치 사이에서 이동가능한 것을 특징으로 하는 노어셈블리.
- 제 7 항에 있어서,상기 노어셈블리는 고정된 플랫폼을 추가로 포함하고,상기 열원은 상기 이동가능한 프로세스 챔버가 상기 고정된 플랫폼과 접촉하는 위치로 이동하는 경우 상기 프로세스 튜브의 일부 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 노어셈블리.
- 제 7 항에 있어서,상기 노어셈블리는 석영창 및 상기 석영창 위에 및 근접하여 설치된 가열확산 부재를 포함하는 작업 표면을 구비한 고정된 플랫폼을 추가로 포함하고,열에너지는 상기 열원을 생성하기 위해 상기 열 확산 부재에 제공되고,상기 이동가능한 프로세스 챔버는 상기 고정된 플랫폼이 상기 이동가능한 프로세스 챔버와의 접촉하지 않는 제 1 위치와 상기 고정된 플랫폼이 상기 프로세스 챔버와 밀봉 접촉하는 상기 제 2 위치 사이에서 이동가능한 것을 특징으로 하는 노어셈블리.
- 제 7 항에 있어서,상기 가스가 상기 프로세스 튜브 주위를 순환하게 하는 가스 순환 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 노어셈블리.
- 웨이퍼 프로세싱 방법에 있어서,프로세스 튜브를 열원을 둘러싸는 제 1 위치로 이동시키는 단계와,상기 열원으로부터 열에너지를 제공하는 단계와,상기 프로세스 튜브 내에 제 1 가스를 순환시키는 단계와,상기 열원으로부터의 열에너지 제공 단계를 중지시키는 단계와,상기 프로세스 튜브 내에 제 2 가스를 순환시키는 단계를포함하고,상기 제 1 가스는 상기 열에너지를 흡수하고 상기 열에너지를 상기 웨이퍼에 열역학적으로 전달하고,상기 제 2 가스는 상기 웨이퍼의 온도가 감소되게끔 상기 웨이퍼로부터 열에너지를 흡수하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 프로세싱 방법.
- 제 16 항에 있어서,상기 프로세스 튜브를 상기 열원을 둘러싸는 것이 없는 제 2 위치로 이동시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 프로세싱 방법.
- 제 16 항에 있어서,상기 프로세스 튜브를 상기 제 1 위치로 이동시키는 단계는 상기 프로세스 튜브를 밀봉하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 프로세싱 방법.
- 제 16 항에 있어서,상기 열원은 저항 가열 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 프로세싱 방법.
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