KR100686403B1 - 소형 배치 노 - Google Patents

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KR100686403B1
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Abstract

본 발명은 처리중에 반도체 장치 전체에 걸쳐 온도를 등온적으로 분배시키는 가열 장치, 시스템 및 방법을 제공하는 것이다. 본 발명은 처리 챔버를 포함하는 노 조립체를 제공한다. 처리 챔버는 내부 공동부을 형성하는데, 상기 공동부는 반도체 웨이퍼를 구비하는 웨이퍼 캐리어 또는 웨이퍼 보트를 탈착 가능하게 수용하도록 형상된다. 본 발명에서는 제 1 가열 회로 및 제 2 가열 회로를 포함한다. 제 1 가열 회로는 복수의 저항 가열 소자를 포함하여 가변가능한 온도를 제공하고 처리 챔버 둘레에 배열된다. 제 2 가열 회로는 복수의 저항 가열 소자를 포함하여 처리중에 유지될 수 있는 일정한 온도 분배를 제공하고 제 1 복수의 가열 소자에 인접한다. 처리 챔버 온도의 변동이 감지되면, 제 1 가열 회로의 온도는 처리 챔버의 온도가 제 2 가열 회로에 의해 제공되는 일정하고 균등한 가열 온도로 복귀되도록 조절된다. 웨이퍼 캐리어는 작동 기구를 이용하는 처리 챔버 내에서 수직적으로 위치된다. 웨이퍼가 처리된 후, 작동 기구는 처리 챔버에서 웨이퍼 캐리어를 제거하도록 이용된다. 웨이퍼 캐리어는 냉각 챔버로 수송되고, 거기에서 웨이퍼 냉각 처리가 시작된다. 웨이퍼 캐리어가 처리 챔버에서 제거되지만, 내부의 공동부는 절연체를 이용해 실질적으로 둘러싸여져 있어서, 그 결과 공동부 내의 처리온도는 등온으로 유지될 수 있다.

Description

소형 배치 노{MINI BATCH FURNACE}
본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로, 특히 반도체 웨이퍼의 열처리 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 처리중에, 노출되는 장치의 열처리를 매우 정교하게 제어하는 것이 상당히 바람직하다. 예를 들면, 주로 웨이퍼(wafer)인 장치의 배치(batch)는 반도체 처리 노(processing furnace)에서 처리되는데, 상기 처리 노는 요구되는 처리(process)를 달성할 수 있게 가공 환경을 신중하게 제어한다.
본 발명은 처리 노에 관한 것으로서, 상기 처리 노는 수직으로 배열된 웨이퍼 어레이(array)와 가공 챔버를 포함한다. 수직으로 배열된 노는 온도 및 다른 처리 파라미터를 좀 더 효과적으로 제어할 수 있게 설계된다. 예를 들면, 미국특허 제 4,738,618호에서는 수직으로 조정가능한 노 조립체와 처리 튜브를 구비하는 수직으로 배열된 열처리기가 개시되어 있다. 석영(quartz)으로 된 벨(bell)형 자(jar)로 구성되는 상기 처리 튜브는 상하로 이동가능한 노 조립체와 함께 지지 프레임 내에서 상하방향으로 수직이동이 가능하다. 또한, 상기 노 조립체와 처리 튜브는 서로 독립적일뿐 아니라 함께 상하 위치 사이로 이동할 수 있다. 노 조립체 내에서 가열 소자의 작동을 제어함으로써 상기 노 조립체와 처리 튜브가 함께 하강할 때 열이 열처리기에 공급된다. 상기 열처리기 내에서 상기 처리 튜브를 냉각시키기 위해, 상기 가열 소자의 작동이 조절되어 내부 열이 대류에 의해 상기 처리기의 외부로 분산된다.
수직으로 배열된 노에 있어서 웨이퍼 또는 다른 반도체 장치가 균일한 비율로 균일한 온도까지 가열되도록 상기 처리 챔버 내에서 바라는 온도 환경을 조성하는 것이 일반적으로 바람직하다. 균일한 환경이 좀 더 빠르게 조성될수록 웨이퍼 사이 및 웨이퍼 배치 사이에 있어서 처리 변동 위험(risk of processing variation)이 감소 된다. 그러나, 처리되는 웨이퍼 어레이와 관련된 모든 방향에 있어서 요구되는 온도가 처리 챔버 전체에서 균일하지 않다. 상기 온도의 비균일성은 일반적으로 처리 챔버의 다른 영역사이에서 온도가 변동되기 때문이다. 처리 챔버에서 목표치에 열을 급상승(ramp-up)시키고 급하강(ramp-down)시키기 때문에 온도 변경에 대한 제어 능력을 갖추는 것이 더 어려워진다. 일반적으로, 처리 챔버의 내부 및/또는 둘레에서 사용되는 종래 가열 소자의 배열은 처리 챔버 온도의 열응답을 지연시키는데, 상기 열응답의 지연은 온도 비율 조건이 급상승, 급하강 및 변경되는 동안에 온도의 정교한 동적 제어를 특히 어렵게 만든다.
본 발명의 배경기술로는 미국특허 제 3,811,829 호, 제 4,886,594 호 및 제 5,603,772 호와 1987년 4월 21일자 일본 특허 제 62 087500 A호(도시바 코퍼레이션)의 1987년 9월 25일자 일본 특허요약 vol. 011, no.297(C-448)가 있다.
미국특허 제 3,811,829 호에는 노에서 사용되는 등온의 보트 컨테이너가 개시된다. 등온의 보트 컨테이너는 일정한 온도 환경 상태에서 노로부터 빠르게 제거되어 주변 온도에 다다른다. 미국특허 제 4,886,954 호에서는 내화 튜브(refractory tube) 내의 노 튜브에서 복수의 웨이퍼를 가열하기 위한 노가 개시된다. 복수의 가열 소자는 노 튜브에 인접하게 위치되고, 그 결과 열 소자에서의 열 출력은 복수의 웨이퍼 둘레에 균등한 온도를 분배시킬 수 있다. 미국특허 제 5,603,772 호에서는 노 튜브에 인접하게 위치한 복수의 히터 그룹을 갖춘 노 튜브에서 복수의 웨이퍼를 가열하기 위한 노가 개시된다. 히터 그룹에서의 열 출력은 웨이퍼 둘레에 균일한 온도를 분배시킬 수 있다.
일본특허 제 62 087500 A의 요약서에는 복수의 웨이퍼를 가열하기 위한 노가 개시된다. 상기 노는 저항 가열 코일과 인덕턴스 가열 코일에 가까이 인접한 튜브를 포함한다. 열 에너지 출력은 웨이퍼 그룹의 단부까지 변화되는 온도를 수정하도록 제어된다.
상술한 이유 때문에, 처리되는 웨이퍼의 균일성을 손상시키지 않으면서, 처리 온도의 정교한 동적 제어를 제공하고 반도체 장치의 표면에 온도를 등온적으로 분배하기 위한 장치 및 방법이 필요하다.
삭제
본 발명은 처리중에 반도체 장치 전체에 걸쳐 온도를 등온적으로 분배시키는 가열 장치, 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 처리 챔버를 포함하는 노 조립체를 제공한다. 처리 챔버는 내부 공동부(cavity)을 형성하는데, 상기 공동부는 반도체 웨이퍼를 구비하는 웨이퍼 캐리어 또는 웨이퍼 보트를 탈착 가능하게 수용하도록 형성된다. 좀 더 상세하게 후술되는 바와 같이, 복수의 저항 가열 소자를 포함하는 제 1 가열 회로가 처리 챔버 둘레에 배치된다. 제 2 가열 회로가 제 1 복수의 가열 소자에 인접하게 배치되는데, 상기 제 2 가열 회로는 복수의 저항 가열 소자를 또한 포함할 수 있다. 바람직하게는, 본 발명에 따르면, 제 1 가열 회로는 가변 온도(variable temperature)를 제공하는데, 상기 가변 온도는 처리중에 처리 챔버 내의 온도 변동에 응답하여 각 저항 가열 소자에서 방출되는 에너지 양을 변경시킴으로써 제어될 수 있다. 제 2 가열 회로는 처리중에 유지될 수 있는 일정한 온도 분배를 제공한다. 이러한 방법으로, 처리 챔버 온도의 변동이 감지되면, 처리 챔버의 온도가 제 2 가열 회로에 의해 제공되는 일정하고 균등한 가열 온도로 복귀되게 제 1 가열 회로의 온도가 조절된다. 제 2 가열 회로에 의해 챔버가 요구되는 처리 온도로 유지되기 때문에, 제 1 가열 회로의 온도를 조절하기 위한 에너지가 덜 필요해진다.
웨이퍼 캐리어는 작동 기구를 이용하여 처리 챔버 내에서 수직으로 위치된다. 웨이퍼가 처리된 후, 작동 기구는 처리 챔버에서 웨이퍼 캐리어를 제거하는데 이용된다. 웨이퍼 캐리어는 냉각 챔버로 수송되고, 거기에서 웨이퍼 냉각 처리가 시작된다. 웨이퍼 캐리어가 처리 챔버에서 제거되지만, 내부의 공동부는 절연체로 둘러싸여 있어서, 공동부 내의 처리 온도는 등온으로 유지될 수 있다. 따라서, 웨이퍼 사이 및 다른 웨이퍼 배치 사이에서 발생하는 처리 변경의 위험이 차후의 처리 작동에 있어서 실질적으로 감소한다.
본 발명의 한 관점에 따르면, 노 조립체는 복수의 기판을 가열하도록 제공된다. 상기 노 조립체는 노 챔버를 포함하는데, 상기 노 챔버는 노 챔버와 이격되어 장착된 처리 챔버를 구비한다. 처리 챔버는 복수의 기판을 수용하도록 형상된다. 또한 노 조립체 내에는 처리 챔버와 인접하게 위치되는 제 1 가열 회로와 제 1 가열 회로에 인접하게 위치되는 제 2 가열 회로가 수용된다. 제 1 가열 회로 및 제 2 가열 회로에서 나오는 열 에너지 출력은 각각의 기판을 가열시키기 위해 처리 챔버 전체에 실질적인 등온 환경을 만들 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 복수의 기판을 가열하기 위한 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 노 조립체를 포함하는데, 상기 노 조립체는 처리중에 복수의 기판을 수용하도록 형상된다. 또한 상기 시스템은 냉각 챔버를 포함하는데, 상기 냉각 챔버는 처리후에 복수의 기판을 수용하도록 형상된다. 노 챔버 내의 제 1 위치와 냉각 챔버 내의 제 2 위치로 복수의 기판이 수송될 때 노 챔버는 요구되는 온도를 실질적으로 유지시킨다.
본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 복수의 기판을 가열하기 위한 방법이 제공되는데, 상기 방법은 처리 챔버 내의 제 1 위치로 상기 복수의 기판을 수송시키는 단계; 상기 처리 챔버 내에서 실질적인 등온 환경을 만들기 위해 열원으로부터 열 에너지 출력을 공급하는 단계; 및 상기 제 1 위치에서 제 2 위치로 복수의 기판을 수송하는 단계를 포함한다. 처리 챔버는 제 1 위치에서 제 2 위치로 복수의 기판을 수송하는 동안에 실질적으로 등온 상태를 유지한다.
본 발명의 노 조립체, 시스템 및 방법은 많은 장점을 제공한다. 예를 들면, 연속 처리 사이클 동안에 처리 챔버의 온도가 실질적으로 변경되지 않으므로, 처리 온도를 유지시키기 위한 에너지가 덜 요구된다. 가열 소자의 사용 수명은 증가되는데, 이것은 가열 회로가 온도를 상승시키기 위한 급상승(ramping-up) 및 온도를 하강시키기 위한 급하강(ramping-down)을 반복하지 않기 때문이다. 또한, 본 발명은 다수의 웨이퍼 배치를 동시에 처리할 수 있게 하는데, 이것은 하나의 배치가 냉각 단계에 있는 동안에, 처리 챔버는 또 다른 웨이퍼 배치를 수용하고 가열처리할 수 있기 때문이다.
이러한 본 발명의 특징 및 다른 장점들은 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 실시예의 상세한 설명을 통해 더욱 쉽게 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 도시하는 개략 단면도;
도 2A는 제 1 가열 회로와 제 2 가열 회로가 동심의 원형 가열 소자의 세로 어레이를 형성하는 도 1의 실시예의 일부분을 도시하는 단면도;
도 2B는 도 2A의 실시예의 다른 부분을 도시하는 단면도;
도 3은 제 1 가열 회로와 제 2 가열 회로가 삽입된 원형 가열 소자의 세로 어레이를 형성하는 본 발명의 대안적 실시예를 도시하는 도면;
도 4A 및 도 4B는 본 발명의 시스템의 작동 실시예를 설명하는 도면; 및
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 적재 스테이션 내로 웨이퍼 캐리어를 적재시키는데 사용되는 장착 테이블을 도시하는 도면이다.
도 1은 본 발명의 노 조립체(10)의 한 실시예를 도시하는 개략 단면도이다. 노 조립체(10)는 밀폐된 공간(20)을 형성하는 하우징(12)을 포함한다. 공간(20)에는 처리 챔버(14), 제 1 가열 회로(16), 제 2 가열 회로(18) 및 후술되는 다른 구조 및 절연 요소가 수용된다.
외부적으로, 하우징(12)은 금속일 수 있는데, 알루미늄, 스테인레스강 또는 유사한 금속으로 제조되는 것이 바람직하다. 하우징(12)은 하우징(12)의 면, 바람직하게는 바닥면에 설치되는 개구부(28)를 구비하는데, 상기 하우징의 바닥면은 웨이퍼 캐리어 또는 웨이퍼 보트를 수용할 수 있는 형상이고 상기 웨이퍼 캐리어 또는 웨이퍼 보트는 처리되는 웨이퍼를 포함한다. 개구부 또는 구멍(28)은 처리 전후에 챔버(14)에서 웨이퍼를 싣거나 내릴 수 있다. 구멍(28)은 비교적 작은 개구부일 수 있으나, 웨이퍼 캐리어를 수용할 수 있게 큰 폭을 가질 수 있다. 비교적 작은 구멍 사이즈는 챔버(14)에서의 방열 손실을 감소시킨다. 또한, 작은 구멍 사이즈는 챔버(14)로 유입되는 입자 수를 줄일 수 있고 등온의 온도 환경을 쉽게 유지하도록 한다.
선택적으로, 사용자 및/또는 하우징(12) 근처의 장치를 보호하기 위해, 공간(20)은 내부 열절연층을 포함할 수 있다. 바람직하게, 절연층은 세라믹 섬유 물질과 같은 적당한 절연 재료로 제조될 수 있다. 대안적으로, 탈착 가능한 수냉 자켓 또는 유사한 장치가 하우징(12)의 외부 부분을 둘러쌀 수 있다. 근처의 장치나 사람을 보호하기 위해 상기 수냉 자켓은 노 조립체(10)가 과도하게 가열되지 않게 한다.
처리 챔버(14)는 하우징(12)의 내부 공간(20) 안에 배치되는 것이 바람직하다. 또한 처리 튜브 또는 자(jar)로 언급되는 처리 챔버(14)는 벨(bell)형 자(jar)와 유사하게 형성되는 것이 바람직하다. 자(jar) 형상의 챔버는 외부면(17)과 내부면(19)을 갖는 쉘(15)을 구비한다.
내부면(19)은 처리 챔버의 경계 및 내부 공동부(21)를 형성한다. 내부 공동부(21)는 웨이퍼 배치를 유지하는 웨이퍼 캐리어를 둘러싼 내부 체적이 최소가 되도록 구성된다. 일반적으로, 챔버(14)는 약 0.001 Torr에서 1000 Torr 사이의 내부 압력, 바람직하게는 약 0.1 Torr에서 760 Torr 사이의 내부 압력을 견딜 수 있다. 종래 기술에서 잘 알려진 바와 같이 열처리는 챔버(14) 내에서 단독으로 또는 반도체 웨이퍼를 다양한 화학물질, 특히 가스에 노출시키는 단계가 포함된 다른 처리 방법과 함께 행해질 수 있다. 처리중에, 처리 챔버(14)는 튜브(112)를 통해 요구되는 처리 가스를 공급받을 수 있다. 유출 가스는 유출 튜브(114)를 통해 방출된다. 챔버(14) 외측의 내부 공간(20)의 나머지 부분은 가스, 예를 들어 공기, 바람직하게는 N2 또는 O2 가스로 채워질 수 있다. 공간(20)을 채우는데 순수 가스를 사용하면 가열 소자처럼, 공간(20) 내에 수용된 구성요소의 사용 수명을 연장시키는데 도움이 된다. 예를 들면, 가스는 튜브(116)에서 공간(20)으로 들어가서 튜브(118)로 방출될 수 있다. 처리 자(jar)(14)는 석영 또는 다른 유사한 물질로 제조되는 것이 바람직하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 캐리어 내지 웨이퍼 보트(22)가 제공되는데, 이것은 처리를 위해 수직 어레이 상태로 복수의 웨이퍼를 유지할 수 있다. 웨이퍼 캐리어(22)는 석영 또는 다른 적합한 물질로 형성된다. 상세하게 후술되는 바와 같이, 웨이퍼 캐리어(22)가 처리 챔버(14) 내에 탈착 가능하게 수용될 수 있도록 처리 챔버(14)와 웨이퍼 캐리어(22)는 동축 배열을 형성하게 구성된다. 웨이퍼 캐리어(22)는 일련의 웨이퍼 리시버(receiver)를 구비하는데, 노치(notch)에 의해 형성되는 것이 이롭다. 각각의 노치는 처리중에 웨이퍼를 적소(適所)에 유지시킨다. 원하는 개수의 웨이퍼를 유지할 수 있게 웨이퍼 캐리어를 설계할 수 있지만, 웨이퍼 캐리어는 약 25 내지 50개의 웨이퍼를 유지하는 것이 바람직하다. 웨이퍼 캐리어(22)는 수동으로 또는 자동 안내 차량(AGV)에 의해서 처리 챔버(14) 내로 적재되는 탈착 가능한 카세트일 수 있다. 또한 웨이퍼 캐리어(22)는 고정 카세트일 수 있는데, 그 속에서 케이스 웨이퍼는 종래의 기압 로봇(atmospheric robot) 또는 로더(loader)를 이용하여 캐리어(22)상에 적재된다. 일 실시예에서, 웨이퍼 캐리어(22)는 웨이퍼 어레이가 처리 챔버(14)에 설치 및/또는 제거되도록 수직이동이 가능한 형상일 수 있다.
처리 챔버(14)의 상부 부분과 하부 부분은 각각 제 1 공동 절연체(24)와 제 2 공동 절연체(26)이다. 도 4A 및 도 4B에 도시된 작동 시스템을 참조하면, 절연체(24 및 26)는 처리 챔버(14) 내에서 슬라이드 가능하고 웨이퍼 캐리어(22)의 제거 및 설치중에 실질적으로 밀폐된 처리 챔버를 생성하도록 형성된다. 예를 들면, 캐리어(22)가 처리 챔버(14) 내의 상부에 위치되면(도 4A), 제 2 절연체(26)는 챔버 개구부(28)를 덮어 실질적으로 밀폐된 처리 챔버(14)를 형성하도록 챔버의 하부 주변을 밀봉한다. 이러한 방법으로, 환경 처리 온도가 유지될 수 있다. 반대로, 캐리어(22)가 챔버(14) 하부에 배치되면(도 4B), 제 1 절연체(24)는 처리 챔버(14)에서의 열 누출을 방지하기 위해 챔버의 하부 주변을 밀봉한다. 따라서 처리중의 상기 환경 온도는 다음 처리 작동 동안에 처리 챔버(14)를 재가열해야 하는 필요성을 감소시킬 수 있다. 절연체(24 및 26)는 고도의 절연 재료로 제조될 수 있는데, 이를테면 불투명한 석영, 섬유 세라믹 물질 또는 양호한 단열성을 가지면서 비교적 저밀도 층을 형성하는 다른 유형의 세라믹 섬유 등이다.
다시 도 1과 도 2A에서의 단면도를 참조하면, 하우징(12)은 제 1 가열 회로(16) 및 제 2 가열 회로(18)를 더 포함한다. 각각의 가열 회로(16 및 18)는 전기 저항 가열 소자, 절연 재료 및 구조 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 제 1 가열 회로(16)는 인접한 가열 소자들이 세로로 병렬을 이루면서 전기적으로 결합된 원형 가열 소자의 세로 어레이이다. 도 2A에 도시되는 바와 같이, 제 1 가열 회로(16)는 제 2 가열 회로(18)의 내측에 그리고 동심원상에 위치된다. 또한 제 2 가열 회로(18)는 인접한 가열 소자들이 세로로 병렬을 이루면서 전기적으로 결합된 원형 가열 소자의 세로 어레이이다. 전기저항 가열 소자는 처리 챔버(14)의 외부면(17) 둘레에 위치된다. 일 실시예에서, 제 1 가열 회로(16)는 제어가능한 가열 회로이고, 이것은 제 1 회로(16) 각 소자에서의 에너지 출력 또는 열유속이 처리중에 소정의 출력 레벨까지 다양화될 수 있음을 의미한다. 제 1 가열 회로는 실효 가열 표면의 평방센티미터 당 약 0에서 6.25 와트(watt) 사이의 열유속 밀도를 제공하는 것이 바람직하다. 열 유속 밀도가 평방센티미터 당 약 0에서 3.12 와트(watt) 사이이면 더욱 바람직하다. 바람직한 가열 소자는 약 1에서 5mm 사이의 지름을 가지는 전도 소자를 구비할 수 있다. 전기저항 가열 소자는 비교적 일정한 열유속을 제공할 수 있는 패턴으로 바람직하게 조정된다. 이 실시예에서, 제 2 가열 회로(18)는 일정한 에너지 출력을 방출한다. 제 2 가열 회로(18)는 실효 가열 표면의 평방센티미터 당 약 0에서 6.25 와트(watt) 사이의 일정한 열유속 밀도를 제공하는 바람직하고, 실효 가열 표면의 평방센티미터 당 약 0에서 3.12 와트(watt) 사이의 열유속 밀도를 제공하는 것이 더욱 바람직하다. 바람직한 가열 소자는 약 1에서 5mm 사이의 지름을 가지는 전도 소자를 구비할 수 있다. 가변 열유속 가열 회로(16)와 고정 열유속 가열 회로(18)를 결합시킴으로써, 시스템에 에너지를 부가하지 않고 온도의 변동을 극복할 수 있다. 또한, 처리 챔버(14) 내의 온도는 처리중이나 웨이퍼 수송중에도 실질적으로 등온을 유지할 수 있다.
도 2A 및 도 2B를 참조하면, 제 1 및 제 2 가열 회로(16 및 18)의 각 가열 소자는 회로에서 서로 다른 소자와 밀접하게 근접해 있다. 예를 들면, 각 세로 저항 가열 소자는 가장 가까이 인접한 가열 소자로부터 거리 β만큼 이격될 수 있는데, 이것은 약 5mm에서 50mm 사이, 바람직하게는 약 10mm에서 20mm 사이이다. 각각 동심원상에 위치되는 가열 회로는 거리 α만큼 이격될 수 있는데, 이것은 약 1mm에서 50mm 사이, 바람직하게는 약 5mm에서 20mm 사이이다. 따라서, 소자의 좁은 간격은 웨이퍼 전체에 걸쳐 균등한 가열 온도 분배를 제공한다.
저항 가열 소자는 고온의 열처리 적용에 적합한 종래의 가열 소자일 수 있다. 일 실시예에서, 저항 가열 소자는 필라멘트 와이어(34)가 감겨진 저항 가열 소자 코어(32)를 포함할 수 있다. 일반적으로 코어(32)는 세라믹 물질로 만들어지지만, 높은 정격온도를 가지는 비전도 물질로 제조될 수 있다. 상기 필라멘트 와이어(34)는 최적의 방사 열 에너지를 소자에서 방출시키도록 전통적으로 코어(32)둘레에 감겨진다. 필라멘트 와이어는 임의의 적합한 저항 전열선일 수 있는데, 이것은 SiC, SiC로 코팅된 흑연, 흑연 및 AlNi와 같이 열응답을 증가시키고 온도 안정성을 높이는 고(高)질량의 물질로 제조되어 진다. 다른 실시예에서는, 가열 회로(16 및 18)의 가열 소자는 바라는 전기 저항성을 갖는 분말 야금 재료로 형성될 수 있다. 전기 가열 소자는 크롬, 알루미늄, 철 및 이트륨이 포함된 분말 야금 혼합물을 포함한다. 분말 야금 전기저항 가열 소자의 제조분야에서 알려진 바와 같이 이러한 재료들의 비율은 다양할 수 있다. 저항 가열 소자는 Al-Ni-Fe 결합으로 만들어진 필라멘트 와이어를 포함하는 것이 바람직한데, 상기 필라멘트 와이어는 일반적으로 코네티컷주, 스탬포드의 오메가 주식회사로부터 입수가능한 Kantal A-1 또는 AF로 알려진 세라믹 코어를 둘러싼다. 각 실시예에서, 가열 소자는 가열 소자 연결 터미널과 결합 배선(도시되지 않음)을 통해 동력원 시스템과 전기적으로 연결된다.
도 3은 본 발명의 대안적인 실시예를 도시하는데, 상기 실시예에서 제 1 가열 회로(16) 및 제 2 가열 회로(18)는 삽입된 원형 가열 소자의 세로 어레이를 형성한다. 대안적으로 제 1 가열 회로(16)의 소자는 세로 병렬 상태로 제 2 가열 회로(18)의 소자 사이에 삽입된다. 제 1 및 제 2 가열 회로(16 및 18)는 다른 방법으로 구조상 동일하고 상기에서 언급된 기능을 갖는다. 이 실시예에서, 가열 소자의 하나의 링(ring)만이 노 조립체에 사용되기 때문에 노 조립체(10)의 지름이 작아진다는 이점이 있다.
다시 도 1 및 도 2B를 참조하면, 제 2 절연층(30)은 상기 제 1 가열 회로(16)와 처리 챔버(14)의 외부면(17) 사이에, 그리고 챔버(14)의 상부 및 하부 부분 주위에서 동심원상에 형성된다. 제 2 절연층(30)은 섬유 세라믹 재료 또는 또 다른 유형의 세라믹 섬유와 같은 고(高)절연 재료로 만들어지는데, 상기 절연 재료는 양호한 단열성을 가지면서 비교적 저밀도 층을 형성하기 위해 혼합된다. 제 2 절연층(30)은 연속층인 것이 바람직하다. 선택적으로, 가열 회로(16 및 18)의 링은 부분적으로 내부 절연층 내에 매설될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 또 다른 실시예에서, 노 조립체(10)는 제 2 절연층(30) 사이에, 그리고 처리 챔버(14)의 중심부 주위에서 동심원상에 형성되는 열확산 부재(36)를 포함한다. 처리 챔버의 중심부는 처리중에 웨이퍼 캐리어가 놓여지는 챔버의 섹션이다. 열확산 부재(36)는 제 1 및 제 2 가열 회로(16 및 18)와 처리 챔버(14)에 인접하게, 그리고 전형적으로 그 사이에 위치될 수 있다. 열확산 부재(36)는 제 1 및 제 2 가열 회로(16 및 18)에서 열 에너지 출력을 흡수하고 열에너지를 챔버(14)의 중심부에 균등하게 분배한다. 오직 챔버(14)의 중심부 전체에 열확산 부재를 이용함으로써, 챔버(14) 내의 온도 변화는 좀더 쉽게 상기 부분 전체에 등온 상태를 유지할 수 있다. 열확산 부재(36)는 충분히 높은 열 전도도를 가지는 적합한 열확산 재료일 수 있는데, 바람직하게는 실리콘 카바이드, Al2O3, 또는 흑연 등이다.
바람직한 실시예에서, 열확산 부재(36)의 온도 상태에 관하여 피드백을 제공하고 가열 회로(16 및 18)안에 포함된 가열 소자에 의해 발생되는 온도를 나타내기 위해 바람직하게는 열전대인 온도센서(38)가 노 조립체(10) 전체에 전략적으로 위치될뿐 아니라 열확산 부재(36) 내에 매설된다. 열전대(38)는 코네티켓주 스탬포드의 오메가 주식회사로부터 입수가능한 종래의 R-타입 또는 K-타입일 수 있다.
도 4A 및 도 4B에 도시되는 바와 같이, 노 조립체(10)는 후술되는 방법으로 열처리 시스템(100)에서 작동되는 것이 바람직하다. 노 조립체에 더하여, 처리 시스템(100)은 적재 스테이션(loading station)(102), 웨이퍼 수송 챔버(104), 로드로크(loadlock)(106) 및 냉각 챔버(110)를 포함한다.
적재 스테이션(102)은 웨이퍼 캐리어(22)를 수용한다. 웨이퍼 캐리어는 적재 스테이션(102)내에 수동으로 그렇지 않으면 자동으로 싣거나 내려질 수 있다. 일 실시예에서, 도 5에 도시되는 바와 같이, 원형 장착 테이블(120)은 고정된 시간 간격에 따라 적재 스테이션(102) 안에 웨이퍼 캐리어(22)를 규칙적으로 적재할 수 있다. 상기 시간 간격은 최초 웨이퍼 캐리어의 적재 후에, 예를 들면, 최초 웨이퍼 캐리어가 상기 냉각 챔버 또는 처리 시스템의 다른 상태에 있는 동안에, 다음 웨이퍼 캐리어가 적재되도록 결정될 수 있다. 냉각된 웨이퍼 캐리어가 처리 후에 귀환되는 상기의 적합한 시간 간격에 따라 장착 테이블(120) 상에 오픈 장소가 제공될 수 있다. 처리되거나 비처리된 웨이퍼를 싣거나 내리는 것은 자동으로 가능하다.
일단 웨이퍼 캐리어(22)가 적재 스테이션(102) 안에 있으면, 적재 스테이션(102), 수송 챔버(104) 및 로드로크(106)는 대기압으로 유지되거나 그렇지 않으면 펌프(도시되지 않음)를 이용하여 진공 압력까지 압력이 하강된다. 웨이퍼 수송 챔버(104)는 적재 스테이션(102)에서부터 로드로크(106)로 웨이퍼 캐리어(22)를 이동시키고 지지하기 위한 복수의 플랫폼(platform)을 가진다. 일 실시예에서, 수송 챔버(104) 내에서의 로봇 아암 또는 유사한 장치는 적재 스테이션(102)으로 이동하여 웨이퍼 캐리어(22)를 집는다. 그리고나서 로봇 아암은 로드로크(106)를 향해 뒤돌아 이동하고 게이트 밸브를 통해 웨이퍼 캐리어 지지 플레이트(42) 상에 웨이퍼 캐리어를 놓는다. 그리고나서 상기 로봇 아암은 후퇴하고, 그 후에, 상기 게이트 밸브는 웨이퍼 배치의 열처리가 개시되도록 폐쇄된다. 다음에 후술되는 바와 같이, 지지 플레이트(42)는 위아래 사이로 수직운동할 수 있도록 부착된 리프트 조립체(108)의 일부분을 형성한다.
리프트 조립체(108)는 리프트 액추에이터(40)에 연결되고 지지된다. 리프트 엑추에이터(40)의 상부 단부는 지지 플레이트(42)에 고정된다. 또한 리프트 액추에이터(40)는 신축(伸縮)가능한 리프트 작동 로드(46)를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 작동 로드(46)는 엑추에이터(40)의 주요부(44)에 비례하여 제어가능하게 신장된다. 리프트 엑추에이터(40)는 종래의 엑추에이터형이다. 바람직한 실시예에서, 엑추에이터(40)는 공압 구동 램을 사용한다. 대안적인 엑추에이터는 전기 구동형 및 기계 스크류형 엑추에이터가 포함된다.
웨이퍼 캐리어(22) 내의 웨이퍼가 챔버(14)에서 처리된 후, 리프트 조립체(108)는 냉각 채버(110)안으로 웨이퍼 캐리어(22)를 하강시키기 위해 수축한다. 냉각 챔버(110)는 100℃ 이상의 온도를 가질 수 있는 새롭게 처리된 웨이퍼를 냉각한다. 냉각 챔버(110)는 산업상 잘 알려진 반도체 웨이퍼 냉각 기술을 이용하여 설계될 수 있다. 일 실시예에서, 냉각 단계는 냉각 챔버(110) 부근에 제 1 냉각 유체의 흐름을 제공하거나 또는 흘려보냄으로써 실행된다. 상기 제 1 냉각 유체의 흐름은 냉각 챔버(110)의 외면을 따라 상부 방향으로 냉각 유체를 유동시키는 것에 의해 이롭게 달성된다.
마이크로프로세서 또는 처리 제어 컴퓨터는 노 조립체(10)에 위치된 반도체 웨이퍼의 처리를 제어하고 원인분석 목적을 위해 시스템의 상태를 감시할 수 있다. 일 실시예에서, 처리 컴퓨터는 노 조립체(10) 내의 온도센서(38)로부터 수신된 온도 데이터에 응답하여 제어기로 제어 신호를 송신한다. 상기 처리 컴퓨터는 가스 네트워크에서 가스 및 플라즈마 입구 흐름 신호를 질량 흐름 제어기로 송신할 수 있을 뿐만 아니라 펌프 조립체에 압력 설정치를 송신할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 상기 제어기는 오메가 주식회사로부터 입수가능한 실시간 PID, 멀티-존(multi-zone) 제어기이다. 상기 제어기는 가열 회로에 동력을 공급하는 SCR-기초 상 제어 동력원에 제어 신호를 송신한다.
바람직한 실시예를 상술하였지만 본 기술분야에서 통상의 지식과 경험을 가진자라면 본 발명의 정신 및 범위에 벗어남이 없이 다양한 변경을 할 수 있다. 따라서 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해서만 제한된다.

Claims (21)

  1. 복수의 기판을 가열하기 위한 노 조립체(10)에 있어서,
    노 챔버(12);
    상기 복수의 기판을 수용하도록 형상되고, 상기 노 챔버와 이격되어 상기 노 챔버(12) 내에 장착되는 처리 챔버(14);
    상기 처리 챔버(14)에 인접하게 위치되는 제 1 가열 회로(16);
    상기 제 1 가열 회로(16)에 인접하게 위치되는 제 2 가열 회로(18);
    상기 처리 챔버(14) 내에 슬라이드 가능하게 수용되는 제 1 절연체(24); 및
    상기 처리 챔버(14) 내에 슬라이드 가능하게 수용되는 제 2 절연체(26)를 포함하고,
    제 1 절연체(24) 및 제 2 절연체(26)는 상기 복수의 기판이 제 1 위치에서 제 2 위치로 이동될 때 적어도 처리 챔버(14)의 일부분을 분리시키고, 상기 제 1 가열 회로(16) 및 상기 제 2 가열 회로(18)로부터의 열 에너지 출력은 상기 각각의 기판을 가열하기 위해서 상기 처리 챔버(14) 전체에 실질적으로 등온 환경을 형성하는 것을 특징으로 하는 노 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 가열 회로(16) 및 상기 제 2 가열 회로(18) 각각은 복수의 저항 가열 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 노 조립체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 각각의 저항 가열 소자가 Al-Ni-Fe를 포함하는 와이어(34)로 감겨진 세라믹 코어(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 노 조립체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 가열 회로(16)가 상기 제 2 가열 회로(18)의 내측 및 동심원상에 위치되는 것을 특징으로 하는 노 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 가열 회로(16) 및 상기 제 2 가열 회로(18)에 인접하고, 상기 열 에너지 출력을 상기 처리 챔버(14) 부분에 균등하게 방사시킬 수 있는 열확산 재료(36)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 노 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리 챔버 내의 제 1 위치와 상기 처리 챔버(14) 외부의 제 2 위치 사이에서 상기 복수의 기판을 이동시키기 위한 수송 기구(108)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 노 조립체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 가열 회로(16)의 열 에너지 출력은 PID 제어기를 이용하여 제어되는 것을 특징으로 하는 노 조립체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 기판은 기판 수용 장치(22) 안에 각각 수용되고, 각각의 기판은 서로 약 5mm에서 50mm 사이의 간격으로 분리되는 것을 특징으로 하는 노 조립체.
  9. 복수의 기판을 가열하기 위한 시스템에 있어서,
    상기 시스템은 처리되는 복수의 기판을 수용하도록 형성된 노 조립체(10)를 포함하고,
    상기 노 조립체는 노 챔버와 이격되어 상기 노 챔버에 수용되는 처리 챔버(14);
    상기 처리 챔버(14)에 인접하여 위치되는 제 1 가열 회로(16); 및
    상기 제 1 가열 회로(16)에 인접하여 위치되는 제 2 가열 회로(18);
    처리 후에 상기 복수의 기판을 수용하는 냉각 챔버(110); 및
    상기 처리 챔버(14) 내에 슬라이드 가능하게 수용되는 제 1 절연체와 제 2 절연체를 구비하고,
    상기 제 1 절연체는 상기 복수의 기판이 상기 제 1 위치에 있을 때 상기 처리 챔버를 분리시키고 상기 제 2 절연체(24)는 상기 복수의 기판이 제 2 위치에 있을 때 상기 처리 챔버를 분리시키며, 상기 제 1 가열 회로 및 상기 제 2 가열 회로(18)로부터의 열 에너지 출력은 상기 각각의 기판을 가열하기 위해서 상기 처리 챔버(14) 전체에 실질적으로 등온 환경을 형성하고, 상기 처리 챔버(14)는 상기 복수의 기판이 상기 처리 챔버 내의 제 1 위치와 상기 냉각 챔버 내의 제 2 위치 사이로 수송되어질 때 주어진 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 위치에서 상기 제 2 위치로 상기 복수의 기판을 이동시키기 위한 수송 기구(108)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    적재 스테이션(102)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 적재 스테이션(102)에서부터 소정의 시간 간격으로 상기 복수의 기판을 싣고 내리기 위한 적재 테이블을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
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