KR100730425B1 - 제어된 온도에서 재료를 처리하기 위한 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 웨이퍼가 그 처리를 위해 도입되는 챔버 및, 챔버 내의 웨이퍼를 가열하는 히터를 포함하는 반도체 처리 장치에 관한 것이다.
방사선 가이드는 웨이퍼의 선택된 영역으로부터 열적 방사선을 수집한다. 웨이퍼 지지 어셈블리는 웨이퍼를 지지하고, 상기 영역으로부터의 방사선 이외의 방사선으로부터 방사선 가이드를 차폐한다. 상기 가이드로부터 방사선을 수신하도록 결합된 고온계는 처리 제어에 이용하기 위한 상기 영역의 온도를 검출하기 위해 상기 방사선을 분석한다.
Description
본 발명은 일반적으로 재료를 열처리하기 위한 장치에 관한 것으로서, 특히 가변 온도들에서 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 장치에 관한 것이다.
반도체 장치를 제조하기 위해, 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 웨이퍼의 열처리는 당해 기술분야에서 잘 알려져 있다. 상기 처리(processing)는 전형적으로 공지된 상이한 온도들에서 예정된 시간 동안 웨이퍼를 유지하는 단계를 포함한다. 상기 처리 동안, 반복 생산되는 제품을 얻기 위해서는 고도의 정확성으로 웨이퍼의 온도를 감지하는 것이 필수적이다. 웨이퍼로부터 적외선 방출 또는 반사에 기초하여 온도를 측정하는 고온계는 온도를 측정하기 위해 일반적으로 사용된다. 그러나 고온계의 정확한 온도 측정은 이전의 처리과정, 온도 및 측정이 행해지는 동안 수행된 처리과정에 따라 변화하는, 웨이퍼의 방사선을 감지하는데 달려있다.
신속한 열처리(RTP)는, 웨이퍼, 또는 웨이퍼의 일부 영역이 일련의 예정된 온도들을 거쳐 신속하게 순환되는 반도체 장치를 제조하는데 사용된 당해 기술분야에 있어서 일반적인 프로세스이다. 때로는 급속한 열처리가 화학 증착과 결합된다(RTCVD). 이들 프로세스들은 처리될 영역의 온도의 정확한, 실시간 검출에 의존한다. "급속 열처리 과학 및 기술"(아카데믹 프레스, 캘리포니아(1993))이라는 제목으로 RTP에 대한 리뷰가 참조로 첨부된다. 처리 효율은 처리 동안의 웨이퍼의 정확한 온도측정에 상당히 의존한다는 것을 제9장의 리뷰가 시사하고 있다.
참조로 첨부된 "RTP에 대한 온도측정과 제어에 있어서의 발전"(Peuse et al., 5th International Conference On Advanced Thermal Processing of semiconductors - RTP 1997)에 있어서, 저자는 캘리포니아, 산타클라라의 (주) 어플라이드 머티리얼스에 의해 제조된, 센츄라 시스템으로 알려진 RTP 시스템을 사용하는 반도체 웨이퍼의 처리에 대하여 설명하고 있다. 상기 시스템은 웨이퍼의 방사선 변화에 따른 효과를 가능한 한 거의 제거하기 위해, 고도의 반사성 엔클로저 내에 웨이퍼를 배치함으로써, 전체 엘클로저가 거의 흑체에 가깝게 된다. (물체로부터의 방사선의 분석에 의한 고온계의 온도검출 이론은 물체의 방사선 또는 효율적인 방사선을 아는 것이 필요하다; 흑체는 단일 방사선을 가진다).
참조로 첨부된 미국 특허 제5,490,728호(Schietinger et al.)는 기판의 온도를 포함하는 특성을 측정하는 비접촉 고온계의 기술을 설명하고 있다. 상기 기술은 웨이퍼로부터 반사된 방사선에 있어서 리플 플럭스의 진폭을 AC 전력의 가열램프로 인한 유입되는 리플 플럭스(ripple flux) 진폭과 비교함으로써 웨이퍼의 방사선을 추정한다.
참조로 첨부된 미국특허 제5,255,286호(Moslehi et al.)는 대략 5㎛의 파장의 단일 간섭성의 방사선으로 반도체 웨이퍼를 조사(irradiate)하는 것에 기초한 광학 고온계의 방법을 설명하고 있다. 웨이퍼로부터 반사된 간섭성의 방사선과 방출된 비간섭성 방사선의 강도는 웨이퍼의 온도 값과 방사선값을 검출하는데 사용된다.
참조로 첨부된 "RTP/RTCVD 시스템에 있어서 광학 고온계: 새로운 접근(Glazman et al., 6th International Conference on Advanced Thermal Processing of Semiconductors- RTP'98")에서는, 광학 고온계를 사용하는 반도체 웨이퍼의 온도 측정을 위한 기술을 설명하고 있다. 상기 기술은 웨이퍼의 실제 방사선을 동적으로 측정하기 위해 능동형 멀티-스펙트럼 시스템(multi-spectral system)을 이용한다. 측정된 방사선은 웨이퍼의 온도를 평가하기 위해, 웨이퍼에 의해 방출되는 방사선 측정과 함께 이용된다.
본 출원의 선행기술인 AG Associates 사(社)(이스라엘)에 대한 특허 공개 WO 99/02952 는, 웨이퍼가 엔클로저에 놓이고, 헤드 어셈블리를 통과하는 광섬유 열전도 부재가 상기 엔클로저 내의 상기 웨이퍼로부터 방출되는 열적 방사선을 수신하도록 엔클로저에 노출된 하나의 단부를 가지며, 처리 동안 반도체 웨이퍼의 온도를 측정하기 위한 장치를 개시하고 있다. 상기 헤드 어셈블리는 냉각수의 순환을 위한 채널을 포함하지 않으며, 냉각되지도 않는다. 따라서, 상기 헤드 어셈블리를 가열하는 열적 방사선은 광섬유에 강한 영향을 주어, 온도 측정을 왜곡시킬 수도 있고, 광섬유 열전도 부재의 유용한 수명을 단축시킬 수도 있다.
미합중국 특허 제5, 830, 277호 공보는, 반도체 기판을 처리하는데 사용된 차폐된 광학 고온계를 가진 열처리 시스템을 개시하고 있다. 상기 반도체 기판의 표면은 반도체 기판의 표면과 차폐물 사이에 캐비티를 형성하여, 불필요한 방사선으로부터의 간섭을 방지하도록 차폐된다. 광센서는 고온계로 방사선을 전달한다. 광센서는 웨이퍼 지지부에 배치된다. 상기 웨이퍼 지지부는 냉각수의 순환을 위한 채널을 포함하지 않으며, 냉각되지도 않는다. 따라서, 웨이퍼 지지부로부터의 열 적 방사선은 광학 섬유에 강한 영향을 미칠 수도 있다. 게다가, 중심 지지부와 드라이브 기구는 웨이퍼를 이동시키는 수단을 제공하지만, 동시에 광센서의 위치를 변화시키지 않는다. 상기 센서는 고정되어 유지되고, 따라서 웨이퍼에 대한 상기 센서의 위치는 웨이퍼마다 다를 수 있다.
본 출원의 선행기술인 AG Associates 사(社)(이스라엘)에 대한 특허 공개 WO 99/02952 는, 웨이퍼가 엔클로저에 놓이고, 헤드 어셈블리를 통과하는 광섬유 열전도 부재가 상기 엔클로저 내의 상기 웨이퍼로부터 방출되는 열적 방사선을 수신하도록 엔클로저에 노출된 하나의 단부를 가지며, 처리 동안 반도체 웨이퍼의 온도를 측정하기 위한 장치를 개시하고 있다. 상기 헤드 어셈블리는 냉각수의 순환을 위한 채널을 포함하지 않으며, 냉각되지도 않는다. 따라서, 상기 헤드 어셈블리를 가열하는 열적 방사선은 광섬유에 강한 영향을 주어, 온도 측정을 왜곡시킬 수도 있고, 광섬유 열전도 부재의 유용한 수명을 단축시킬 수도 있다.
미합중국 특허 제5, 830, 277호 공보는, 반도체 기판을 처리하는데 사용된 차폐된 광학 고온계를 가진 열처리 시스템을 개시하고 있다. 상기 반도체 기판의 표면은 반도체 기판의 표면과 차폐물 사이에 캐비티를 형성하여, 불필요한 방사선으로부터의 간섭을 방지하도록 차폐된다. 광센서는 고온계로 방사선을 전달한다. 광센서는 웨이퍼 지지부에 배치된다. 상기 웨이퍼 지지부는 냉각수의 순환을 위한 채널을 포함하지 않으며, 냉각되지도 않는다. 따라서, 웨이퍼 지지부로부터의 열 적 방사선은 광학 섬유에 강한 영향을 미칠 수도 있다. 게다가, 중심 지지부와 드라이브 기구는 웨이퍼를 이동시키는 수단을 제공하지만, 동시에 광센서의 위치를 변화시키지 않는다. 상기 센서는 고정되어 유지되고, 따라서 웨이퍼에 대한 상기 센서의 위치는 웨이퍼마다 다를 수 있다.
본 발명의 여러 가지 실시예들의 목적은 재료의 개선된 열처리 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 여러 가지 실시예들의 또 하나의 목적은 재료의 개선된 온도측정 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 여러 가지 실시예들의 또 다른 하나의 목적은 재료의 이동 영역에 대한 개선된 열처리 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 열적으로 처리될 물체, 전형적으로 반도체 웨이퍼는 주변 온도 이상의 온도로 열처리되는 챔버 내에 놓이게 된다. 웨이퍼는 웨이퍼 지지 어셈블리에 의해 챔버 내에 유지되며, 일반적으로 웨이퍼와 대향하는 상기 어셈블리 부분은 바람직하게는 실질적으로 웨이퍼의 온도 이하로 냉각된다. 웨이퍼 지지 어셈블리는 어셈블리와 웨이퍼의 표면이 모두 실질적으로 폐쇄된 캐비티를 형성하도록 구성되어, 웨이퍼 표면 이외의 소스로부터 나오는 방사선을 배제시킨다.
웨이퍼의 표면 영역의 온도는 바람직하게는 광섬유를 구비하는, 방사선 가이드의 말단 내의 영역으로부터 방사선을 수집함으로써 측정된다. 방사선 가이드는 바람직하게는 어셈블리의 냉각부와 통하여 열적으로 결합된다. 가이드는 폐쇄된 캐비티 구조에 의해, 상기 영역으로부터의 방사선 이외의 방사선으로부터 차폐된다. 방사선 가이드는 수집된 열 방사선에 응답하는 영역의 온도를 검출하는 고온계와 가장 근접한 단부에서 방사적으로 결합된다.
지지구조의 냉각에 의해 가이드로 유입하는 열적 방사선의 감소와 불필요한 방사선으로부터의 방사선 가이드의 차폐는 실질적으로 광섬유가 지나가는 웨이퍼의 특정 영역에 대한 온도 측정의 정확도를 개선시킨다. 정확하게 주지된 온도로 웨이퍼를 처리하는 능력은 당해 기술분야에서 현재 알려진 방법 및 시스템과 비교하여 열처리 속도 및 효율을 상당히 개선시킨다. 게다가, 어셈블리의 냉각부에 방사선 가이드를 열적으로 결합하는 것은 가이드의 말단부를 냉각함으로써 가이드의 수명을 연장시킨다.
바람직하게는, 고온계는 주지된 영역의 방사선에 기초하여 웨이퍼 영역의 온도를 측정한다. 선택적으로 고온계는 예컨대, 상술한 참조 특허 공보와 간행물에 기재되거나, 그렇지 않으면 당해 기술 분야에서 주지된 바와 같은 영역의 방사선에 대한 사전 지식과는 무관하게 온도를 측정할 수 있다. 반드시 상기 영역이 챔버와 열적 평형을 이루어야 하는 것은 아니다.
본 발명의 몇 가지 바람직한 실시예에 있어서, 열처리되는 웨이퍼는 진공밀폐 챔버 내에 실질적으로 수평으로 장착된다. 챔버는, 챔버를 배기시키고 처리에 사용된 가스의 유입을 가능하게 하기 위해 사용되는 인입구 및 인출구를 구비한다. 바람직하게는, 웨이퍼가 장착되는 웨이퍼 지지 어셈블리는 대략 수직축을 중심으로 회전 가능하며, 웨이퍼에 대해 처리 균일성을 개선시키기 위해 챔버 내의 웨이퍼를 회전시킨다. 또한, 챔버는 히터, 가장 바람직하게는 웨이퍼 상향에 위치된 백열등을 구비하며, 상기 램프는 웨이퍼를 가열하는데 사용된다. 가열된 웨이퍼로부터 방출된 방사선에 실질적으로 투과하는 방사선 가이드는, 어셈블리와 웨이퍼를 회전시키도록 일반적으로 웨이퍼 지지 어셈블리의 축을 따라 고정 장착된다. 회전 가이드의 상단부(말단부)는 온도가 측정될 웨이퍼의 영역에 접촉하지는 않으면서 그 가까이에 위치되어, 영역으로부터 열적 방사선을 수집한다.
회전 가이드의 하부부(근접부)는 바람직하게 상기 회전 가이드와 축 정렬된 고정된 방사선 가이드의 말단과 광학적으로 결합된다. 가장 바람직하게는, 고정된 가이드의 직경은 회전 가이드의 직경과 실질적으로 동일하게 되어, 상기 가이드들 사이에서 방사선이 전달될 때 최소의 손실이 있게 된다. 따라서, 회전 가이드의 상단부에 의해 수집된 방사선은 고정 가이드에 전달되고, 또한 상기 고정 가이드에 의해 방사 고온계로 전달되며, 영역의 온도는 당해 기술 분야에서 공지된 방법에 의해, 방사선 상에서 행해진 측정에 따라 분석된다.
그러므로 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 이하의 요소를 포함하는 반도체 처리 장치가 제공된다;
처리를 위해 반도체 웨이퍼가 도입되는 챔버,
챔버 내의 웨이퍼를 가열하는 히터,
웨이퍼의 선택된 영역으로부터 열 방사선을 수집하는 방사선 가이드,
상기 영역으로부터의 방사선 이외의 방사선으로부터 방사선 가이드를 차폐하고, 상기 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 지지 어셈블리, 및
가이드로부터 방사선을 수신하도록 결합되고, 처리 제어에 이용하기 위해 상기 영역의 온도를 검출하도록 상기 방사선을 분석하는 고온계.
바람직하게는, 웨이퍼 지지 어셈블리의 적어도 일부가 실질적으로 상기 영역의 온도 이하의 온도로 냉각된다.
바람직하게는, 웨이퍼 근접부에 있는 방사선 가이드의 일부는 웨이퍼 지지 어셈블리의 냉각부와 열적 연통 상태에 있다.
바람직하게는, 웨이퍼와 웨이퍼 지지 어셈블리는 불필요한 방사선의 유입에 대하여 실질적으로 폐쇄되는 캐비티를 형성할 수 있다.
선택적으로, 웨이퍼 지지 어셈블리는 웨이퍼 위치를 변화시키고, 그것과 협력하여 방사선 가이드의 위치도 변화시킨다.
바람직하게는, 상기 장치는 가이드와 고온계 사이에서 방사선을 전달하도록, 가변적으로 위치된 방사선 가이드에 결합된 고정된 방사선 가이드를 포함한다.
선택적으로, 상기 장치는 상기 고정 가이드를 그 사이의 방사선 전달이 가능하도록 상호 축 정렬로 변화가능하게 위치된 가이드에 결합시키는 커넥터를 포함한다.
바람직하게는, 방사선은 실질적으로 가이드들 사이에 존재하는 광소자 없이, 상기 고정 가이드 및 가변적으로 위치된 가이드 사이에서 전달된다.
바람직하게는, 가변적으로 위치된 가이드는 상기 고정된 가이드 및 상기 가변적으로 위치된 가이드와의 공통 세로축을 중심으로 회전한다.
바람직하게는, 고온계는 상기 영역의 방사선에 대한 실질적인 사전 지식 없이 상기 영역의 온도를 검출한다.
선택적으로, 고온계는 가이드에 방사선을 전달하고, 전달된 방사선에 응답하여 웨이퍼의 반사율을 측정하여, 웨이퍼의 방사율을 추정한다.
바람직하게는, 어셈블리는 웨이퍼의 가장 근접하는 위치까지 방사선 가이드를 이동시키는 수직형 드라이브 장치를 포함한다.
바람직하게는, 상기 어셈블리는 웨이퍼와 함께 방사선 가이드를 회전시키는 축형 드라이브 장치를 포함한다.
바람직하게는, 상기 방사선 가이드는 웨이퍼 지지 어셈블리와 함께 회전하도록 웨이퍼 지지 어셈블리에 고정 장착된다.
선택적으로, 상기 열적 방사선은 실질적으로 비간섭성(non-coherent)이다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 물체의 열처리를 위한 이하의 단계를 포함하는 방법이 제공된다;
물체를 가열하는 단계,
상기 물체의 선택된 영역의 근접부로 열적 방사선 수집기를 유도하는 단계,
상기 영역으로부터의 방사선 이외의 방사선으로부터 상기 방사선 수집기를 차폐시키는 단계,
상기 방사선 수집기를 사용하여 상기 영역으로부터 열적 방사선을 수집하는 단계,
상기 수집된 열적 방사선에 응답하여 상기 영역의 온도를 검출함으로써, 상기 처리는 검출된 온도에 응답하여 제어되는 단계.
바람직하게는, 상기 방사선 수집기를 차폐시키는 단계는, 상기 물체와 수집기 근처의 구조를 실질적으로 상기 물체의 상기 영역의 온도 이하의 온도로 냉각시키는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 구조의 냉각 단계는 상기 구조와 열적 연통 상태에 있는 방사선 수집기의 일부를 냉각시키는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 방사선 수집기를 차폐시키는 단계는 방사선 수집기로의 유입을 차단하는 방식으로 상기 물체를 지지하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 영역의 근접부로 방사선 수집기를 가져가는 단계는, 상기 물체에 인접하고 실질적으로 폐쇄된 캐비티를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 방사선을 수집하는 단계는 캐비티 내로부터 방사선을 수집하는 단계를 포함한다.
선택적으로, 상기 방법은 상기 영역의 위치를 변화시키고, 동시에 상기 방사선 수집기 위치를 변화시키는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 영역의 위치를 변화시키는 단계는 물체를 회전시키는 단계를 포함하고, 상기 방사선 수집기의 위치를 변화시키는 단계는 웨이퍼와 함께 상기 수집기를 회전시키는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 방사선을 수집하는 단계는 상기 고정된 방사선 수집기를 상기 상호 축 정렬된 회전 수집기와 결합하는 단계를 포함하여, 온도가 검출되는 것에 따라서 그 사이에서 방사선 전달을 가능하게 한다.
바람직하게는, 상기 방사선은 고정 수집기와 회전 수집기 사이에서 실질적으로 광소자 없이 전달된다.
바람직하게는, 상기 온도를 검출하는 단계는 이전의 방사선에 대한 사전 지식 없이 상기 영역의 온도를 검출하는 단계를 포함한다.
선택적으로, 상기 온도를 검출하는 단계는 상기 영역에 방사선을 전달하고, 전달된 방사선에 따라서 상기 영역의 반사율을 측정하여, 상기 영역의 방사선을 추정한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 이하의 요소를 포함하는 반도체 처리 장치가 제공된다;
처리를 위해 반도체 웨이퍼가 도입되는 챔버,
챔버 내의 웨이퍼를 가열하는 히터,
웨이퍼의 예정된 영역으로부터 열적 방사선을 수집하는 방사선 가이드,
웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 지지 어셈블리 - 상기 방사선 가이드, 및 상기 영역에 근접한 어셈블리의 적어도 일부가 상기 영역의 온도 이하의 온도로 실질적으로 냉각됨 -, 및
상기 가이드로부터 방사선을 수신하도록 결합되고, 처리 제어에 이용하기 위해 상기 영역의 온도를 검출하도록 방사선을 분석하는 고온계.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 물체의 일부를 열처리하기 위한 이하의 단계를 포함하는 방법이 제공된다;
상기 영역을 가열하는 단계,
상기 영역의 근접부로 열적 방사선 수집기를 가져가는 단계,
상기 물체의 상기 영역과 상기 방사선 수집기의 근접부의 구조를 실질적으로 상기 물체의 상기 영역의 온도 이하의 온도로 냉각하는 단계,
상기 방사선 수집기를 이용하여 상기 물체의 상기 영역으로부터 열적 방사선을 수집하는 단계, 및
상기 수집된 열적 방사선에 따라서 물체의 상기 영역의 온도를 검출하는 단계.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여, 이하의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 보다 완벽하게 이해될 것이다:
도 1a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 열처리 장치를 설명하는 개략적인 단면도.
도 1b는 도 1a의 장치의 상부의 상세를 나타내는 확대도.
도 2a와 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 도 1a의 장치의 상부를 좀더 상세하게 나타내고, 로딩 위치와 처리 위치에서의 웨이퍼를 각각 나타내는, 개략적인 단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 도 1a의 장치의 하부를 상세하게 나타내는 개략적인 단면도.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 열처리 장치(10)를 설명하는 개략적인 단면도인 도 1a와, 도 1a의 상부(81)의 확대도인 도 1b를 참조하여 설명하기로 한다. 장치(10)는 처리될 웨이퍼(14)가 로봇 아암(18)에 의해 위치되는 배기 가능한 처리챔버(12)를 구비한다. 예를 들면, 처리챔버(12)는 이스라엘, 미그달 하에멕의 AG Associates 사(社)에 의해 제조된 열처리 장치 "인테그라프로(IntegraPro)" 내에 마련된 것과 일반적으로 유사할 수도 있다. 웨이퍼(14)는 하나 이상의 선택된 기체의 존재 하에 하나 이상의 예정된 온도까지 하나 이상의 예정된 시간 동안 챔버(12) 내에서 가열됨으로써 처리된다. 예컨대, 웨이퍼(14)는 10 torr에서 실란(silane)의 존재하에 60s 동안 625℃로 가열된 폴리실리콘 웨이퍼를 구비할 수 있다. 웨이퍼(14)는 가장 바람직하게는 방사선-투과 창(16)을 통하여 웨이퍼를 조사하는 방사선 히터(미도시됨)에 의해 가열된다. 전형적으로, 챔버(12)로 인입된 하나 이상의 기체는 화학 기상 증착(CVD)에 의해 웨이퍼(14) 표면의 화학적 변형을 초래한다.
고온계(90)는 이하에 상세하게 설명하는 바와 같이, 챔버(12)에 방사적으로 결합되고, 웨이퍼(14)의 온도를 측정하는데 사용된다. 바람직하게는, 웨이퍼(14)가 챔버 내에 배치되기 이전 또는 이후에, 공지된 서로 다른 반사율을 가지는 복수의 테스트 웨이퍼가 챔버를 개방하지 않고 챔버(12) 내에서 로봇 아암(18)에 의해 순차적으로 배치된다. 가장 바람직하게는, 공지된 반사율을 가지는 웨이퍼는 챔버(12) 내에서 실온으로 유지된다. 웨이퍼는 고온계(90)를 조정할 목적으로 사용되고, 이에 의해 고온계는 웨이퍼 방사선을 미리 알지 않고서도 웨이퍼(14)의 온도를 측정할 수 있게 된다.
수직축(26)을 중심으로 실질적으로 축 대칭인 웨이퍼 지지 어셈블리(24)는 웨이퍼(14)를 받아서 보유하도록 챔버(12) 내에 배치된다. 웨이퍼 지지 어셈블리(24)는 수직 샤프트(32)의 상단부에서 운반되고, 상기 수직 샤프트(32)는 수직 드라이브(23)에 의해 수직 방향으로, 회전 드라이브(36)에 의해 회전 방향으로 이동된다. 샤프트(32)가 결합된 장치(10)의 하부(80)의 수직 이동과, 샤프트(32)의 수직 이동은 벨로즈(82)에 의해 수용된다. 따라서, 샤프트(32)는 장치(10)의 외부 하우징(84)이 고정된 채로 장치(10) 내에서 회전 가능하다. 그러나 수직 드라이브(34)는 샤프트(32)와 외부 하우징(84) 모두에서 작용하여, 양자는 동시에 상승되거나 하강된다.
어셈블리(24)의 베이스(25)는 그것을 통과하는 복수의 통로(27)를 가지며, 상기 통로는 샤프트(32)내의 튜브(29)에 결합된다. 웨이퍼가 가열될 때 실질적으로 웨이퍼(14)의 온도 이하로 베이스(25)를 유지하도록, 튜브(29)를 통하여 냉각수가 통로(27)로 전달된다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 로딩 위치와 처리 위치 내의 웨이퍼(14)를 각각 나타내는, 처리챔버(12) 일부의 개략적인 단면도이다. 웨이퍼 지지 어셈블리(24)는, 축(26)에 대해 대칭 배치되고 어셈블리(24) 내에 포함된 각 슬리브(22)에서 수직으로 이동 가능한, 복수의 지지부(20), 바람직하게는 3개의 지지부를 구비한다. 챔버(12) 내로의 웨이퍼(14)의 로딩 동안, 웨이퍼 지지 어셈블리(24)는 드라이브(34)에 의해 더 낮은 위치(도 2a)에 배치되어, 지지부(20)는 로봇 아암(18)으로부터 웨이퍼(14)를 받도록 어셈블리(24)의 상향으로 수직 연장된다. 지지부(20)는 바람직하게는 링 형태로 된 지지 정지부(84)에 의해, 연장된 로딩 위치에 유지된다.
일단 웨이퍼(14)가 배치되면, 웨이퍼 지지 어셈블리(24)는 드라이브(34)에 의해 상승되어, 지지부(20)와 웨이퍼(14)는 그들의 하중으로 인하여 어셈블리(24)에 대하여 수직으로 하향 이동한다. 웨이퍼 지지 어셈블리(24)는 환형의 슬립이 없는 링(28)과, 베이스(25)에 대하여 제자리에 링(28)을 고정하여 대칭 유지하는 링 리테이너(30)를 구비한다. 어셈블리(24)는 웨이퍼(14)가 링(28)에 접촉할 때까지 상승된다. 또한, 헤드 어셈블리의 상승으로 인하여 지지부(20)가 어셈블리(24) 쪽으로 물러서게 된다(도 2b). 바람직하게는, 슬립이 없고 내열성인 지지부를 웨이퍼(14)에 공급하도록, 링(28)은 질화 알루미늄으로 코팅된 그래파이트 또는 폴리실리콘으로 형성된다. 바람직하게는, 베이스(25), 지지부(20) 및 리테이너(30)는 질화알루미늄으로 코팅된 인코넬 또는 스테인레스 스틸로 만들어진다. 당업자들에게 명백한 바와 같이, 다른 물질 또한 사용될 수 있다.
어셈블리가 일단 상승된 위치에 있으면, 당해 기술분야에서 주지된 바와 같이, 챔버(12) 내의 포트(31)(도 1b)를 통하여 웨이퍼와의 열접촉부에 기체를 유도하고, 기체를 정화함으로써 웨이퍼(14)가 처리된다. 처리 동안, 어셈블리(24) 및 웨이퍼(14)는 가장 바람직하게는 드라이브(36)에 의해 축(26)을 중심으로 회전되며, 따라서 웨이퍼(14)의 온도의 균일성을 강화시키고, 그 위의 화학적 증착의 균일성을 강화시키도록, 시간 내내 웨이퍼의 영역에서 각 배향(angular orientation)을 포함하여 위치를 변화시킨다.
실질적으로 축(26) 상에 중심인 웨이퍼(14)의 하부 표면(38)의 온도는 이하에 설명되는 바와 같이, 표면으로부터의 열적 방사선에 의해 행해진 측정으로 추정된다. 영역(38)으로부터 열적 방사선에 실질적으로 투과하는 방사선 가이드(40)는 샤프트(32) 내에서 축상으로 배치된다. 가이드(40)는 가장 바람직하게는 수정 또는 사파이어로 만들어지고, 샤프트(32)에 고정적으로 연결되어, 상기 가이드(40)는 베이스(25)와 열적, 기계적으로 접촉이 양호하게 되며, 상기 가이드는 샤프트가 회전함에 따라서 회전하게 된다. 가이드(40)는 바람직하게는 3mm 정도의 직경을 가지고, 그 상단부(42)가 하부 표면(38)으로부터 약 7-10mm이 되도록 위치되며, 이에 의해 표면(38)으로부터 열적 방사선이 가이드(40)에 의해 수집된다. 가이드(40)는 가이드(40)의 상단부(32)로부터 하단부(44)까지 열적 방사선을 전달한다.
가이드(40)의 상단부(42)는 웨이퍼(14), 베이스(25), 링(28) 및 리테이너(30)에 의해 형성된 실질적으로 밀폐된 캐비티(33)의 일부가 됨으로써 하부 표면(38)에 의해 생성된 방사선 이외의 방사선으로부터 차폐된다. 게다가, 베이스(25)는 표면(38)의 온도 이하의 온도까지 실질적으로 냉각되므로, 베이스(25)와 베이스와 열접촉하는 물체로부터의 고유 열적 방사선은 상당히 감소될 것이다. 따라서, 표면(38)으로부터의 방사선 이외에 가이드(40)에 의해 수신된 방사선 부분은, 차폐 및/또는 냉각이 이용되지 않은 시스템에 비해 감소되어, 가이드(40)의 하단부(44)에서 수신된 열적 방사선에 기초한 표면(38)의 온도 측정의 정확도는 상당히 강화된다. 게다가, 당해 기술분야에서 알려진 시스템과는 다르게, 캐비티(33)는 흑체 캐비티로서 작용할 필요가 없으므로, 캐비티가 열적 평형에 도달할 필요가 없고, 베이스(25)의 표면이 특정한 공지된 반사율을 가질 필요가 없게 된다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 고온계(90)와 가이드(40)의 결합에 대한 상세한 설명을 나타내는 장치(10) 하부의 개략적인 단면도이다. 가이드(40)는 샤프트(32)의 하단부(46) 아래쪽으로 돌출하고, 가이드(40)의 하부 영역(48)은 가이드 홀딩 어셈블리(50)에 의해 클램핑된다. 어셈블리(50)는 가이드 어댑터(52), 오링(O-ring)(54) 및 가이드 하우징(56)을 구비하고, 이것들 모두는 축상으로 대칭이며, 이들 모두를 통해 상기 가이드(40)는 실질적으로 축 상으로 통과한다. 홀딩 어셈블리(50)는 오링(54)을 압착하는 방식으로, 어댑터(52)와 하우징(56) 사이에서 복수의 스크류(60)를 조임으로써 가이드에 고정적으로 부착되게 되어, 가이드(40)의 하단부(44)가 실질적으로 하우징(56)의 베이스(64)와 일렬로 배열된다.
또한, 어셈블리(50)는 내부 링(66)에 의해 하우징(56)의 외부 표면에 고정적으로 결합된 베어링(62)을 구비하고, 가장 바람직하게는 테이퍼형 롤러 베어링, 예컨대 스웨덴의 고텐부르그의 SKF 사에 의해 제조된 32004X 베어링을 구비한다. 베어링(62)의 외부 링(68)은, 고온계 가이드 홀더(70)에 고정적으로 결합되고 상기 고온계 방사선 가이드(72)는 이하에 보다 상세하게 설명하는 바와 같이 위치되며, 그 내부는 영역(38)으로부터 열적 방사선에 대하여 실질적으로 투과한다. 홀더(70)는 가이드(40)와 가이드(72) 사이의 흔들림을 제거하기 위해, 플로팅 기구(71)와 커플링 브라켓(76)에 의해 하우징(74)에 결합된다.
따라서, 드라이브(36)의 작용하에 샤프트(32)가 회전함에 따라, 가이드(40)와 가이드 홀딩 어셈블리(50) 또한 같은 속도로 회전하는 한편, 가이드 홀더(70) 및 가이드(72)는 고정 유지된다. 샤프트(32)가 드라이브(34)에 의해 수직으로 이동함에 따라서, 가이드 홀더(70)와 가이드(72)를 포함하는 하단부(80)는 수직으로 이동한다.
가이드(72)는 스플릿 허브 클램프(split hub clamp)(86)와 스프링(88) 및 베어링(62)을 포함하는 플로팅 기구(71)에 의해 홀더(70) 내에서 조정할 수 있게 고정되어 있어, 가이드(72)와 가이드(40)의 축들이 실질적으로 정렬되고, 이에 의해 가이드(72)의 상단부(92)는 가이드(40)의 하단부(44)로부터 약 0.5mm가 된다. 가장 바람직하게는, 가이드(72)의 내부는 가이드(40)의 직경과 실질적으로 동일한 직경을 가지고, 따라서, 가이드(40)와 가이드(72) 사이에서 방사선이 전달되어 열적 방사선의 손실이 없게 된다. 가이드(72)는 가장 바람직하게는 플렉서블하고, 따라서 가이드(72)의 하단부에 연결된 고온계(90)는 가이드 홀더(70)의 임의의 수직 동작 동안에도 고정적으로 유지될 수 있다. 예컨대, 가이드(72)는 메사추세츠주, 로렌스의 돌란-제너 산업 사(社)에 의해 제조된 EX524 광학 도관을 구비하며, 상기 도관은 대략 5mm의 외부 직경을 갖는다.
가이드(72)는 가이드(40)로부터 수신된 열적 방사선을 고온계(90)에 전달하고, 상기 고온계는 영역(38)의 온도 값을 검출하기 위해 상기 방사선을 분석한다. 또한, 상기 가이드들은 열방출 뿐만 아니라 웨이퍼로부터의 방사선의 반사를 측정하기 위해, 고온계로부터 웨이퍼(14)로 방사선을 전달하는 데 사용된다. 바람직하게는, 고온계(90)는 상기 영역의 방사선을 사전에 알지 못하고서도 영역(38)의 온도를 추정할 수 있다. 따라서, 당해 기술분야에서 공지된 반도체 처리 챔버와는 다르게, 장치(10)는 웨이퍼를 엔클로징하거나 온도를 평형으로 할 필요 없이 웨이퍼의 특정한, 예정된 영역에서 측정된 온도에 기초하여 웨이퍼(14)가 처리될 수 있게 하여, 1에 가까운 효율적인 값으로 방사선을 가져오게 한다. 따라서, 현재 유용한 시스템에서 보다 더 빠른 속도와 보다 정확한 처리 파라미터들의 제어로 장치(10) 내에서 웨이퍼 처리, 특히 RTCVD형 처리가 진행된다.
바람직하게는, 고온계(90)는 공지된 파장과 에너지의 방사선을 발생시키는 방사원으로 영역(38)을 조사하고, 영역으로부터 반사된 고유 방사선에 따라서 영역의 온도를 추정한다. 이러한 고온계는 예를 들면, 본 발명의 배경 기술에서 인용한 Moslehi et al.에 의한 특허와 Glazman, et al.에 의한 논문에서 설명되어 있다. 고온계는 가이드(72)로부터 가이드(40)로, 상기 가이드(40)에서 영역(38)으로 조사 방사선을 전달하고, 가이드(40)와 가이드(72)를 통하여 반사하여 되돌아오는 고유 방사선을 수신한다. 대안으로써, 영역의 효과적인 방사선이 예컨대 당해 기술분야에서 공지된 측정 방법에 의해 공지되는 경우, 고온계(90)는 영역(38)의 온도를 추정할 수 있다. 바람직하게는 고온계(90)에 의해 추정된 온도는 당해 기술분야에서 주지된 방법에 의해, 예정된 값으로 웨이퍼(14)의 온도를 유지하는데 사용된 폐루프 제어 시스템 내에서 파라미터로서 이용된다.
이상 설명한 바람직한 실시예는 처리 장치(10)의 특정 구성을 나타내었지만, 당해 기술분야의 당업자는 본 발명의 원리가 광범위한 처리 시스템에서 응용될 수 있다는 사실을 이해할 것이다. 이러한 시스템은 본 발명의 몇 가지 요소나 모든 요소를 다른 조합과 구성하여 채용할 수 있다. 예컨대, 웨이퍼의 온도 측정을 위해 방사선을 전달할 때 외부 방사선으로부터 방사선 가이드를 차폐시키는 방법, 및/또는 상기 웨이퍼의 인접 영역을 실질적으로 상기 웨이퍼의 온도 이하의 온도로 냉각시켜 온도 측정의 정확도를 증가시키는 방법은, 다양한 많은 처리환경 내에서 유용할 것이다. 이러한 모든 선택적인 조합, 구성 및 응용은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 가능할 것이다.
따라서, 상술한 바람직한 실시예는 예를 들어 인용한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위는 청구범위에 의해서만 제한된다.
Claims (28)
- 처리를 위해 반도체 웨이퍼(14)가 도입되는 챔버(12), 상기 챔버(12)에서 상기 웨이퍼를 가열하기 위한 가열 수단, 상기 웨이퍼(14)의 선택된 영역으로부터 열적 방사선을 수집하기 위한 제 1 방사선 가이드(40), 상기 웨이퍼를 지지하고 상기 웨이퍼의 선택된 영역으로부터의 방사선 이외의 방사선으로부터 상기 제 1 방사선 가이드(40)를 차폐시키며 베이스(25)를 갖는 웨이퍼 지지 어셈블리(24), 및 상기 제 1 방사선 가이드(40)에 의해 수집되는 방사선을 수신하기 위해 결합된 고온계(90)를 구비하는 반도체 처리 장치(10)로서,상기 웨이퍼 지지 어셈블리(24)의 베이스(25)를 상기 웨이퍼의 선택된 영역의 온도 이하의 온도로 냉각시키기 위해, 냉각수를 순환시키도록 상기 웨이퍼 지지 어셈블리(24)에 형성된 적어도 하나의 통로(27) - 상기 제 1 방사선 가이드(40)의 상단부(42)는 상기 웨이퍼 지지 어셈블리(24)의 냉각된 베이스(25)와 열적으로 연통됨 -를 포함하는 반도체 처리 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 웨이퍼(14)는 상기 웨이퍼 지지 어셈블리(24)와 함께 캐비티(33)를 형성하는 하부 표면(38)을 가지며, 상기 캐비티(33)는 산란(stray) 방사선의 유입에 대항하여 폐쇄되며, 상기 제 1 방사선 가이드(40)는 상기 캐비티(33) 내로부터 방사선을 수신하는 상단부(42)를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 처리 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 방사선 가이드(40)는 축(26)을 중심으로 회전하고, 상기 제 1 방사선 가이드(40)에 의해 수신되는 방사선을 고정 가이드(72)에 전달한 후 고온계(90)로 전달하도록, 상기 고정된 방사선 가이드(72)가 상기 제 1 방사선 가이드(40)의 하단부(48)에 인접하여 위치되는 것을 특징으로 하는 반도체 처리 장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 제 1 방사선 가이드(40)의 하단부(48)를 상기 고정된 방사선 가이드(72)에 결합시키는 커넥터(50)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 처리 장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 고정된 방사선 가이드(72)는 상기 제 1 방사선 가이드(40)와 상호 축 정렬 되는 것을 특징으로 하는 반도체 처리 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 방사선 가이드(40)는 상기 웨이퍼 지지 어셈블리(24)에 고정 장착되어 상기 웨이퍼 지지 어셈블리(24)와 함께 회전되는 것을 특징으로 하는 반도체 처리 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 냉각수는 물인 것을 특징으로 하는 반도체 처리 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 방사선 가이드(40)는 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 처리 장치.
- 반도체 웨이퍼(14)를 열처리하기 위한 방법으로서,챔버(12) 내에서 베이스(25)를 가진 웨이퍼 지지 어셈블리(24) 상에 지지된 웨이퍼를 가열하는 단계;웨이퍼의 영역으로부터 방출되는 방사선을 상기 웨이퍼 영역에 근접하여 위치된 제 1 방사선 가이드(40)에 의해 수집하는 단계 - 상기 제 1 방사선 가이드(40)는 상기 방사선을 수신하도록 결합된 고온계(90)로 상기 수집된 방사선을 전달하고, 상기 제 1 방사선 가이드(40)의 상단부(42)는 상기 베이스(25)와 상기 상단부(42) 사이에서 열적으로 연통되도록 베이스(25) 내에 설치됨 -;및웨이퍼 지지 어셈블리(24)의 베이스(25)를 상기 웨이퍼의 선택된 영역의 온도 이하의 온도로 냉각하는 단계를 포함하며, 상기 웨이퍼 지지 어셈블리(24)의 상기 베이스(25)는 상기 베이스(25)에 형성되는 하나 이상의 채널들(27)을 통하여 냉각수를 순환시킴으로써 냉각되는, 반도체 웨이퍼의 열처리 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 웨이퍼(14)의 하부 표면(38)과 상기 웨이퍼 지지 어셈블리(24) 사이에 캐비티(33)를 형성함으로써 상기 웨이퍼의 영역 이외의 소스들에서 방출되는 방사선으로부터 상기 제 1 방사선 가이드(40)를 차폐시키는 단계를 더 포함하고,상기 캐비티는 산란 방사선의 유입에 대항하여 폐쇄됨으로써 상기 상단부(42)를 가지는 상기 제 1 방사선 가이드(40)는 상기 캐비티(33) 내로부터 방사선을 수신하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 열처리 방법.
- 제 9 항에 있어서,제 1 방사선 가이드(40)를 축(26)을 중심으로 회전시키는 단계, 및상기 제 1 방사선 가이드(40)에 의해 수신되는 방사선을 상기 고정 가이드(72)에 전달한 후 고온계(90)에 전달하기 위해, 고정된 방사선 가이드(72)를 상기 제 1 방사선 가이드(40)의 하단부(48)에 인접하여 위치시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 열처리 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 제 1 방사선 가이드(40)는 상기 웨이퍼 지지 어셈블리(24)에 고정 장착되어 상기 웨이퍼 지지 어셈블리(24)와 함께 회전되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 열처리 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 고정된 방사선 가이드(72)가 상기 제 1 방사선 가이드(40)와 상호 축 정렬 되도록, 상기 제 1 방사선 가이드(40)의 하단부(48)를 커넥터(50)에 의해 상기 고정된 방사선 가이드(72)에 결합시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 열처리 방법.
- 삭제
- 제 9 항에 있어서,상기 냉각수는 물인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 열처리 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 제 1 방사선 가이드(40)는 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 열처리 방법.
- 처리를 위해 반도체 웨이퍼(14)가 도입되는 챔버(12), 상기 챔버(12)에서 상기 웨이퍼를 가열하기 위한 가열 수단, 상기 웨이퍼(14)의 선택된 영역으로부터 열적 방사선을 수집하기 위한 제 1 방사선 가이드(40), 상기 웨이퍼를 지지하고 상기 웨이퍼의 선택된 영역으로부터의 방사선 이외의 방사선으로부터 상기 제 1 방사선 가이드(40)를 차폐시키며 베이스(25)를 갖는 웨이퍼 지지 어셈블리(24), 및 상기 제 1 방사선 가이드(40)에 의해 수집되는 방사선을 수신하도록 결합된 고온계(90)를 구비하는 반도체 처리 장치(10)로서,상기 웨이퍼 지지 어셈블리(24)의 위치를 변화시키는 운동에 의해 상기 방사선 가이드(40) 및 상기 웨이퍼(14)의 위치가 상호 변화되도록, 상기 웨이퍼 지지 어셈블리(24)를 상기 웨이퍼(14)의 하측 표면과 접촉하게 위치시키고,상기 웨이퍼의 선택된 영역의 온도 이하의 온도로 상기 웨이퍼 지지 어셈블리(24)의 베이스(25)를 냉각시키기 위해 냉각수가 순환되도록 상기 웨이퍼 지지 어셈블리(24)에 형성된 적어도 하나의 통로(27) - 상기 제 1 방사선 가이드(40)의 상단부(42)는 상기 웨이퍼 지지 어셈블리(24)의 냉각된 베이스(25)와 열적으로 연통됨 -를 포함하는, 반도체 처리 장치.
- 제 17 항에 있어서,상기 제 1 방사선 가이드(40)와 상기 고온계(90) 사이에서 방사선이 전달되도록, 상기 제 1 방사선 가이드(40)에 결합되는 고정된 방사선 가이드(72)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 처리 장치.
- 제 18 항에 있어서,상기 고정된 가이드(72)를 상호 축 정렬되어 있는 상기 제 1 방사선 가이드(40)와 결합시켜서 그 사이에서 방사선 전달을 가능하게 하는 커넥터(50)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 처리 장치.
- 제 18 항에 있어서,가변적으로 위치되는 상기 가이드(72)는 상기 제 1 방사선 가이드(40) 및 상기 가변적으로 위치되는 가이드(72)와의 공통 세로축(26)을 중심으로 회전하는 것을 특징으로 하는 반도체 처리 장치.
- 제 17 항에 있어서,상기 제 1 방사선 가이드는 상기 웨이퍼 지지 어셈블리(24)에 고정 장착되어 상기 웨이퍼 지지 어셈블리(24)와 함께 회전되는 것을 특징으로 하는 반도체 처리 장치.
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