KR100754459B1 - 웨이퍼 처리장치 - Google Patents

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Abstract

반도체 물질로 제작된 웨이퍼의 처리장치가 개시되며, 이 장치는 서로로부터 멀어지고 또한 서로를 향하여 이동할 수 있도록 배치된 제1 및 제2 하우징부를 포함하며, 이 두 하우징부는 처리챔버를 한정해주며, 한편으로 처리챔버 주위에 가스 방출수단에 연결된 제1 그루브가 제공되며, 한편으로 두 경계면 중의 적어도 하나에는 가스 투입수단에 연결된 제2 그루브가 제공되며, 이 제1 그루브는 제2 그루브 내에서 반경방향으로 배치되며, 사용시에는 가스 투입수단(13)에 의해 형성된 압력이 상기 제1 및 제2 경계면 사이의 갭에서 반경방향으로 내측방향 및 외측방향으로 상기 제2 그루브로부터 가스가 흐르게 하도록 구성되어 있다.

Description

웨이퍼 처리장치{Apparatus for treating a wafer}
도 1은 제1 하우징부가 도시되지 않은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1의 평면도에서 보여지는 본 발명의 바람직한 실시예에서 선 A'-C를 따라 자른 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 1의 평면도에서 보여지는 본 발명의 바람직한 실시예에서 선 B-B를 따라 자른 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 1의 평면도에서 보여지는 본 발명의 바람직한 실시예에서 Q부분의 상세도이다.
도 5는 도 1의 평면도에서 보여지는 본 발명의 바람직한 실시예의 개방위치에서 선 A-A를 따라 자른 개략적인 단면도이다.
도 6은 부분적으로 폐쇄위치에서 본 발명의 바람직한 실시예를 보여주는 도 5와 유사한 단면도이다.
도 7은 폐쇄위치에서 본 발명의 바람직한 실시예를 보여주는 도 5와 유사한 단면도이다.
도 8은 도 1의 평면도에서 보여지는 본 발명의 바람직한 실시예의 개방위치에서 선 A'-C를 따라 자른 개략적인 단면도이다.
도 9는 부분적으로 폐쇄위치에서 본 발명의 바람직한 실시예를 보여주는 도 8과 유사한 단면도이다.
도 10은 폐쇄위치에서 본 발명의 바람직한 실시예를 보여주는 도 8과 유사한 단면도이다.
도 11은 갭내의 무차원 위치에 따른 확산 성분의 몰분율을 보여주는 도면이다.
도 12는 수직축의 스케일을 대수로 한 도 11과 유사한 도면이다.
본 발명은 반도체 물질로서 제작된 웨이퍼 처리장치에 관한 것이다. 이 장치는 서로로부터 멀어지고 또한 서로를 향하여 이동할 수 있도록 배치된 제1 및 제2 하우징부를 포함하며, 상기 두 하우징부는 이동되어 함께 결합된 폐쇄위치에서 처리챔버를 정의해주며, 상기 처리챔버로 통하는 적어도 하나의 가스 투입채널이 상기 제1 및/또는 제2 하우징부에 제공되며, 상기 처리챔버를 둘러싸는 상기 제1 및 제2 하우징부는 각기 제1 및 제2 경계면을 가지며, 한편으로는 폐쇄위치에서 상기 처리챔버 내로 투입된 가스를 방사상 외측방향으로 방출시키기 위한 갭이 상기 제1 및 제2 경계면 사이에 존재한다.
이러한 장치는 본 출원인에 의해 출원된 네덜란드 특허출원 제 103538 호로부터 공지되어 있다. 상기의 설명된 장치는 반도체 물질로서 제작된 웨이퍼에 대한 온도처리를 수행하기 위한 것이다. 상기 온도처리는, 예를 들어, 단시간 내에 웨이퍼를 가열하는 단계를 포함하며, 이것은 연속하여 웨이퍼를 예를 들어, 불순물 도핑을 어닐링하기 위한 처리주기 동안에 원하는 처리온도에서 유지시키는 것이다. 이러한 처리주기 동안에는 또한 처리가스가 예를 들어, 웨이퍼 상에 물질을 증착하기 위해 또는 웨이퍼로부터 물질을 식각하기 위해 투입될 수 있다. 웨이퍼 상에 또는 웨이퍼 내에 형성된 구조물의 차원과 이들 구조물들과 반도체 물질의 벌크 사이의 경계면에서의 정밀성은 나노미터 범위의 정확성을 요구한다. 편차가 커지게 되면 상기 처리에 의해 형성된 구조물들의 원하는 동작이 이루어지지 않거나 심지어는 방해되기도 한다.
웨이퍼에 대한 이러한 온도 처리를 수행하기 위한 장치는 이미 여러 가지 다른 형태, 예를 들어 웨이퍼가 적외선 램프에 의해 조사되는 장치 또는 웨이퍼가 열판과 같은 온도 처리 표면상에 직접 놓이는 장치 등으로 공지되어있다. 이러한 장치들의 결점은 웨이퍼와 이들 장치의 온도 처리수단 사이의 열 전달이 균일하지 않다는 점이다. 이것은 원하지 않는 결과를 가져올 수 있다. 예를 들어, 불균일한 열 전달은 웨이퍼에서 응력을 일으키는 웨이퍼 내의 국부적인 과열 및/또는 비가열을 초래할 수도 있다. 이러한 응력의 이완은 웨이퍼의 결정성 반도체 물질 내에 전위 및 다른 결함들을 유발한다. 이러한 결함들은 물질의 전기적 성질을 열화시켜서, 더 이상 원하는 사양을 만족시킬 수 없을 뿐만 아니라 의도하는 응용을 위해서 사용될 수 없게 된다. 두번째 견지에서, 열 전달은 물질의 증착 또는 주입된 불순물 도핑에 대한 어닐링과 같은 온도에 민감한 웨이퍼 처리단계들에 영향을 끼친다. 불균일한 열 전달에 기인하여, 처리되어질 웨이퍼의 온도가 불균일하게 된다. 따라서, 처리 동안에 웨이퍼의 어떤 부분에서는 처리주기가 너무 짧거나 너무 길어서, 결과적으로 그 위치들에서 각기 물질이 미처리되거나 또는 과잉처리된다. 그러므로, 웨이퍼의 이들 위치에서 이러한 처리는 웨이퍼의 불균일한 온도에 기인하여 원하는 전기적 및/또는 물질적 특성을 나타내지 못하기 때문에, 이런 식으로는 웨이퍼가 장래의 사용에 부적절하게 될 수 있다.
불균일한 열 전달의 문제는 상기 네덜란드 특허 제103538호의 장치에서는 방지되어진다. 그 목적을 위해, 상기 장치는 서로로부터 떨어지거나 서로를 향하여 이동하도록 배치된 제1 및 제2 하우징부를 포함한다. 이 두 하우징부는 특정 처리 온도로 되어진다. 실제로, 이 두 하우징부의 온도는 다를 수 있다. 처리될 웨이퍼는 처리챔버 내에서 이 두 하우징부 사이에 밀봉된다. 이것은 이들 두 하우징부 사이에서 서로에 대하여 물리적 접촉이 존재하지 않는 것과 관련있다. 이들 하우징부의 두 경계면 사이의 갭은 가스를 전체 주변에 대하여 반경방향으로 외측으로 흐르며 그리고 상기 처리챔버로부터 흘러나오는 가스에 의해 실링된다. 상기 처리챔버의 용적은 웨이퍼를 매우 타이트하게 밀봉하기 때문에 웨이퍼와 상기 두 하우징부 사이에서의 열전달은 기본적으로 균일한 열 전도 및 단지 소량의 복사에 의해 수행된다.
결과적으로, 웨이퍼는 급격히 상기 두 하우징부의 온도로 되어진다. 하우징부는 웨이퍼에 비하여 매우 큰 열용량을 가지기 때문에 하우징부의 온도는 웨이퍼로의 열전달에 기인한 열손실에 의해서도 거의 변하지 않는다. 서로를 향하여 이동 된 두 하우징부의 폐쇄위치에서는, 상기 처리챔버는 이 장치의 주변으로부터 폐쇄되어야 하며, 따라서 장치의 주변 공기로부터 어떤 오염물들도 처리챔버내로 도달될 수 없게 되어야 한다. 상기 처리챔버 내에서의 처리동안에 웨이퍼 표면이 이러한 오염물들과 접촉되지 않는 것은 정말로 중요한 것이다. 처리동안에 이러한 오염물은 웨이퍼 표면에 흡착되거나 처리에 의해 증착된 층내로 결합될 수 있으며, 따라서 이러한 웨이퍼를 후속되는 처리단계 및 소기의 응용을 위해 사용할 수 없게 한다.
전술한 장치에서, 상기 처리챔버로부터 나오는 가스는 두 하우징부 사이의 갭을 실링(sealing)하기 위해 사용된다. 이러한 무접촉 실링은 두 하우징부 사이에 접촉면을 갖는 기계적 실링에 비하여 바람직하다. 무엇보다도 기계적 실링은 처리챔버의 적절한 밀봉를 달성시키기 위하여 일반적으로 복잡한 설계로 되어야 한다. 그 경우 예를 들어, 오링이 사용되어야 하며, 이는 두 하우징부가 서로를 향하여 이동될 때 그 접촉면에서 압축되어진다. 게다가, 이러한 실링은 접촉면에서 기계적인 접촉에 의해 마손이 발생될 수 있다. 이러한 마손으로 인하여 두 하우징부 사이의 실링의 품질이 악화되어 재사용할 수 없게 된다. 나아가, 이러한 마손에 의해 파티클들이 하우징부로부터 발생된다. 이러한 파티클들은 상기 처리챔버내로 들어가 웨이퍼 표면을 오염시킬 수 있다. 이러한 기계적 실링은 하우징부들이 처리를 위한 처리온도로 되면 더욱 복잡하게 된다. 뜨거워진 하우징부의 팽창은 접촉면에서의 갭을 유발할 수 있으며, 이는 실링을 파괴하는 것이다. 더구나, 오링이 사용될 때는 뜨거워진 하우징부를 위한 적절한 실링이 방해되어진다.
현실적으로, 하우징부 사이의 갭이 처리챔버로부터 나오는 가스에 의해 실링되는, 두 하우징부 사이의 무접촉 실링은 처리챔버내의 오염 수준을 원하는 낮은 수준까지 가져가는 데 충분하지 않다. 실제로, 상기 갭을 통하여 주변으로부터의 오염물이 처리챔버내로 확산될 수 있다. 두 하우징부 사이의 갭에 대한 전술한 실링의 두번째 결점은 처리 공간 내에서 사용되는 처리가스가 갭을 통하여 장치의 주변으로 흘러나간다는 것이다. 웨이퍼 처리를 수행하기 위해 사용되는 많은 가스들, 예를 들어 실란, 디실란 및 포스핀은 독성이 있거나 또는 공기와 접촉시 매무 큰 가연성을 갖는다. 그 경우 이러한 처리가스와 주변공기와의 접촉을 가능한 한 방지하는 것이 중요하다.
본 발명의 목적은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 웨이퍼 처리장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 청구항의 전제부에서 설명된 본 발명의 장치는 두개의 경계면 중의 적어도 하나에 가스 방출수단에 연결된 제1 그루브가 제공되며, 반면에 두개의 경계면 중의 적어도 하나에 가스 투입수단에 연결된 제2 그루부가 제공되며, 상기 제1 및 제2 그루부는 기본적으로 처리챔버의 주변을 따라 연장되며, 상기 제1 그루부는 상기 제2 그루부내에서 반경방향으로 배치되며, 사용시에 상기 가스 투입수단에 의해 형성된 압력이 상기 제2 그루부로부터 나온 가스가 상기 제1 및 제2 경계면 사이의 갭에서 반경방향의 내측방향 및 외측방향 모두로 흐르도록 하는 것을 특징으로 한다.
사용시에, 웨이퍼가 상기 두 하우징부 사이의 처리챔버 내로 도입된다. 상기 갭을 통하여 흐르는 가스는 상기 제1 그루부를 통하여 가스 방출수단에 의해 방출되며, 한편으로 상기 가스 투입수단에 의해 제2 그루부를 경유하여 가스가 상기 갭으로 투입된다. 상기 제1 그루브를 통하여 방출된 가스는 상기 처리챔버로 통하는 적어도 하나의 가스 투입채널을 통하여 들어오며, 제2 그루브로부터 나온 가스 일부분도 포함할 수 있다. 그러므로 가스 흐름에 의해 상기 갭이 실링되어, 주변으로부터의 오염이 상기 처리챔버내로 거의 확산되지 않는다.
가스 투입수단에 의해 상기 제2 그루브로 투입된 가스는 상기 두 하우징부 사이의 갭을 통하여 제2 그루브로부터 반경방향 외향 뿐만아니라 내향으로 흐른다. 이와 같은 방식으로, 상기 처리챔버로부터의 가스는 상기 제1 그루부에 연결된 가스 방출수단에 의해 직접 방출된다. 상기 가스 투입수단에 의해 제2 그루브로 투입된 가스는 상기 제1 그루브의 원주 외측에서 상기 갭에 대한 원하는 실링을 제공해준다. 따라서 얻어진 결과는, 처리챔버가 상기 가스 투입수단으로부터 흘러나오는 가스에 의해 주변으로부터 적절히 분리된다는 것이다. 상기 제1 및 제2 경계면은 상기 처리챔버에 반드시 평행하게 연장되어야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 두 하우징부는, 내부 원통의 외측벽과 외부 원통의 내측벽을 따라 연장되는 두 경계면을 갖는 정합하는 원통 형태를 구비할 수 있다. 또한, 예를 들어, 상기 경계면들은 원뿔면을 따라 연장될 수도 있다.
상기 장치의 사용시에는, 상기 제2 그루브 외측으로 반경방향으로 배치된 갭 에서의 페크리트수(Pe'clet number)가 10 이상이 되는 것이 바람직하며, 상기 페크리트수 Pe는 다음식 Pe = vㆍL / D 으로 정의되며, 여기서, v는 상기 갭 내에서의 가스 유속이며, L은 흐름 방향에서 본 상기 갭의 거리이며, D는 상기 가스 투입채널에 의해 투입된 가스에서의 오염물의 확산계수이다. 상기 갭 내의 이러한 페크리트수에서는 갭을 경유하여 주변으로부터 처리챔버로의 오염물의 확산이 매우 적어, 처리챔버 내에서 원하는 오염물 수준에 도달할 수 있다. 대부분의 경우에서 이러한 페크리트수는 상기 반경방향 외향으로 흐르는 상기 갭 내에서의 가스 유속이 최소한 초당 1 센티미터가 되도록 함으로써 달성될 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 사용시에는 상기 가스 방출수단에 의해 형성된 압력이, 기본적으로 상기 처리챔버 내로 투입된 모든 가스가 상기 제1 그루브를 경유하여 방출되도록 한다.
바람직하게는, 서로 이동되어 떨어진 개방위치에서 상기 두 하우징부는 웨이퍼 운송수단에 의하여 웨이퍼를 로딩 및 언로딩하기 위하여 상기 제1 및 제2 경계면 사이에 내부공간을 유지된다.
바람직한 실시예에 대한 보다 상세한 설명에서는, 상기 제1 및/또는 제2 하우징부에서 가스 투입채널이 상기 처리챔버 내에서 상기 웨이퍼를 무접촉으로 지지하기 위한 가스 베어링을 형성하기 위해 상기 처리챔버와 통하도록 제공된다. 사용시에는, 상기 가스 베어링이 상기 하우징부들 사이의 동일 거리에서 전체 웨이퍼 표면위로 웨이퍼를 유지하게 해주며, 웨이퍼의 평탄성에서의 어떠한 편차도 보상한다. 이것은 하우징부들로부터 무접촉적으로 지지된 웨이퍼로 매우 균일한 열 전달 이 일어나게해준다.
웨이퍼의 로딩 동안에는, 상기 하우징부 중의 적어도 하나에 대한 상기 웨이퍼 운송수단의 위치가, 상기 두 하우징부가 상기 개방위치로부터 서로에 대하여 이동될 때 상기 가스 베어링이 상기 처리챔버 내에서 상기 웨이퍼 운송수단으로부터 상기 웨이퍼를 취하도록 구성된다. 그러므로, 처리챔버 내에서 웨이퍼가 가스 베어링 속으로 이동될 수 있고, 웨이퍼와 하우징부 사이에 어떠한 기계적 접촉도 일어나지 않는다. 이것은 두 하우징부가 폐쇄위치에 있을 때에 비균일한 열전달의 발생을 방지해준다. 나아가, 상기 두 하우징부의 두 경계면 중의 적어도 하나에, 상기 두 하우징부가 폐쇄위치에 있을 때 상기 웨이퍼 운송수단을 결합시키는 복수개의 웨이퍼 운송수단 수용 그루브가 제공될 수 있다. 이와 같은 방식으로, 웨이퍼가 가스 베어링에 의해 처리챔버 내로 들어간 후에 웨이퍼 운송수단은 웨이퍼에 인접하여 유지될 수 있다. 이것은 처리가 완료된 후, 웨이퍼로 하여금 처리챔버로부터 예를 들어, 연속된 처리장치로 웨이퍼를 운송하기 위한 운송수단에 의해 빨리 수납되게 할 수 있다. 이것은 처리챔버 내로 처리되어야 할 다음 웨이퍼를 보다 빠르게 도입하게 할 수 있으며, 장치의 생산성을 향상시키는 것이다.
바람직한 실시예로서, 상기 웨이퍼 운송수단 수용 그루브는 반경방향으로 연장되며, 상기 제2 그루브가 상기 각 웨이퍼 운송수단 수용 그루브의 위치에서 저지되어진다. 제2 그루브가 저지된다는 사실에도 불구하고, 본 발명의 보다 상세한 설명에 따라 가스 투입수단이 바람직하게는 상기 웨이퍼 운송수단 수용 그루브와 통하며, 반경방향으로 외향하여 위치된 부분에서 상기 웨이퍼 운송수단 수용 그루브 들이 상기 제1 그루브와 유체적으로 연통된다는 점에서 여전히 웨이퍼 운송수단 수용 그루브의 위치에 가스장벽이 생성될 것이다. 따라서 웨이퍼 운송수단 수용 그루브들은 가스 투입수단으로부터 사용시 흘러나오는 가스에 의해 또한 실링된다. 이 가스는 제1 그루브를 경유하여 방출될 수 있으며, 상기 웨이퍼 운송수단 수용 그루브들 자체를 경유하여 외부로 반경방향 외향으로 흘려줌으로써 방출될 수 있다. 따라서, 장치의 사용 동안에 웨이퍼 운송수단 수용 그루브를 경유하여 어떠한 오염물도 처리챔버 내로 확산될 수 없다.
바람직한 실시예로서, 상기 웨이퍼 운송수단은 기본적으로 복수개의 지지 핑거들이 제공된 운송링을 포함하며, 상기 운송링은 두 하우징부의 외주변보다 큰 직경을 가지며, 상기 지지 핑거들은 상기 운송링과 연결되며 운송링의 중심의 방향으로 반경방향으로 연장되어, 상기 지지 핑거들의 단부가 상기 웨이퍼의 외주변을 지지하게 한다. 사용시에는 웨이퍼에 대한 처리를 시작하기 위해 운송링으로부터 얻어진 웨이퍼와 함께 두 하우징부가 운송링 내에서 서로를 향하여 이동할 수 있다. 처리가 끝난 후에는 운송링 상에 놓이는 웨이퍼와 함께 하우징부들이 연속하여 떨어질 수 있다. 그 후, 로봇 아암이 장치로부터 수평방향으로 웨이퍼가 담긴 운송링을 제거할 후 있으며, 그 것을 다음 처리장치로 운반시킬 수 있다.
사용시에는 상기 제1 및 제2 하우징부는 동작시 일정한 온도를 가지며, 반면에 상기 두 하우징부의 폐쇄위치에서 상기 처리챔버 내에 밀봉된 웨이퍼와 상기 두 하우징부 사이의 거리가 작아서 두 하우징부와 웨이퍼 사이의 열 전달이 기본적으로 열전도에 의해 영향을 받게 된다. 따라서, 웨이퍼는 하우징부의 온도 위로 급격 히 상승하여 열 전달이 균일하게 된다.
상기 가스 투입수단에는 불활성가스 소오스, 예를 들어 질소 소오스가 제공될 수 있다. 불활성가스는 제1 및 제2 경계면 사이의 갭을 경유하여 주변으로 방충되더라도 무해하다.
비슷하게, 상기 가스 베어링을 위한 가스 투입채널은 불활성가스 소오스에 연결될 수 있다. 처리 동안에 이것은 웨이퍼가 가스 베어링을 위해 투입된 가스와 원하지 않은 화학적 또는 물리적 반응을 하게되는 것을 방지해준다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부되는 도면들을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도면들에 도시된 실시예는 서로로부터 그리고 서로를 향하여 이동하도록 배치된 제1 하우징부(1) 및 제2 하우징부(2)를 포함한다. 서로를 향하여 이동하여 결합된 폐쇄위치에서는, 상기 두 하우징부(1, 2)는 처리챔버(3)를 한정해주며, 상기 제1 하우징부(1) 및 제2 하우징부(2)는 상기 처리챔버(3)를 둘러싸는 각기 제1 경계면(4) 및 제2 경계면(5)을 갖는다. 두 경계면(4,5) 사이의 연장부가 갭(14)이다. 두 하우징부(1, 2)는 각기 처리챔버(3)에 마주하는 면상에 처리면(6)을 제공한다. 두 하우징부(1, 2)를 통하여 연장되는 연장부에 상기 처리면(6)을 통하여 상기 처리챔버(3)로 통하는 가스 투입채널들(7)이 있다. 사용시에는 상기 처리면(6)과 처리챔버(3) 사이에 가스 베어링을 형성하기 위해 상기 처리챔버(3)로 가스를 투입할 수 있도록 이들 가스 투입채널들(7)이 두 하우징부(1, 2)의 외측으로 가스 소오스(도시안됨)에 결합된다. 본 실시예에서 상기 처리면(6)들 주위로 완전히 연장되는 제1 그루브(8)가 경계면들(4, 5)에 제공된다. 상기 제1 그루브(8)는 하우징부(1, 2)를 통하여 외측으로 연장되는 가스 방출채널(10)에 연결된다. 사용시에는 상기 가스 방출채널(10)들은 도시되지 않은 가스 방출수단에 결합되며, 가스 방출채널(10)들 내에 저압을 발생시켜 상기 가스 투입채널(7)을 통하여 투입된 가스가 상기 제1 그루브(8)를 통하여 방출되도록 한다. 제1 그루브(8) 주위에, 제2 그루브(12)가 두 하우징부(1, 2)에 제공된다. 상기 제2 그루브(12)는 하우징부(1, 2)를 통하여 외측으로 연장되는 가스 투입채널(13)들에 연결된다. 사용시에는 가스가 도시되지 않은 가스 소오스들에 의해 이들 가스 투입채널(13)들로 투입된다. 이들 가스는 두 경계면(4 ,5) 사이의 갭(14)을 통하여 상기 제2 그루브(12)로부터 도 2에서 보여지듯이, 상기 가스 방출 그루브(8)를 향하여 반경방향으로 내향하고 그리고 주변을 향하여 반경방향으로 외향하게 흘러간다.
상기 도면들은 웨이퍼(9)를 상기 장치로 로딩하거나 상기 장치로부터 제거하기 위해 의도된 운송링(17)을 보여준다. 그런 목적을 위하여 상기 운송링(17)은 예를 들어, 로봇 아암에 의해 대치될 수도 있다. 운송링(17)의 직경은 하우징부(1,2)의 직경에 비하여 크다. 운송링(17)은 동일한 길이를 갖는 3개의 지지 핑거(18)를 포함하며, 지지 핑거(18)의 중심선은 서로에 대하여 180°의 각도를 이룬다. 이러한 지지 핑거(18)들은 운송링(17)의 중심방향으로 연장되며, 지지 핑거(18)들의 단부가 웨이퍼(9)의 외주변을 지지하게 된다. 그러한 목적을 위해, 각 지지 핑거(18)들의 각 단부는 지지 립(21)을 포함한다.
두 하우징부(1,2)의 두 경계면(4,5)은 각기 처리챔버(3)로부터 상기 경계면(4, 5)을 통하여 반경방향으로 외향하여 연장되는 3개의 웨이퍼 운송수단 수용 그루브(22 ,23)들을 포함한다. 제1 경계면(4)에는 웨이퍼 운송수단 수용 그루브(22)가 놓이고, 대향하여 제2 경계면(5)에는 다른 웨이퍼 운송수단 수용 그루브(23)가 놓인다. 3 쌍의 웨이퍼 운송수단 수용 그루브(22, 23)의 중심선은 서로에 대하여 120°의 각을 이룬다. 처리챔버(3)의 외주변에서 상기 웨이퍼 운송수단 수용 그루브(22, 23)가 제1 그루브(8)와 연통된다. 나아가, 두 가스 투입채널(13)이, 제1 그루브(8)와 상기 웨이퍼 운송수단 수용 그루브(22)의 연결부 외측에서 반경방향으로 일정 거리에서 웨이퍼 운송수단 수용 그루브(22)와 통한다. 각 쌍의 대향하는 웨이퍼 운송수단 수용 그루브(22, 23)은 연결 높이 및 폭을 가지게 되어, 두 하우징부(1,2)가 도면들에서 보여지는 바와 같이 두 하우징부(1,2)를 둘러싸는 위치에서 운송링(17)과 폐쇄위치로 될 때 약간의 공간을 가지며 상기 3개의 지지 핑거(18) 가운데 하나를 수용할 수 있도록 한다. 사용시에는, 가스가 상기 가스 투입채널(13)을 경유하여 상기 웨이퍼 운송수단 수용 그루브(22, 23)로 투입된다. 상기 가스는 제1 그루브(8) 및 가스 방출 채널(10)을 경유하여 내부 방향으로 그리고 주변부를 향하는 외부 방향으로 상기 웨이퍼 운송수단 수용 그루브(22, 23)를 떠난다.
도 5 내지 도 10은 운송링(17)의 3개의 지지 핑거(18)들의 지지 립(21)상에 놓이는 웨이퍼(9)를 갖는 실시예를 보여준다. 상기 도면들은 두 하우징부(1, 2)가 함께 이동하는 동작 동안의 3개의 단계를 나타낸다. 도 5 내지 도 7에서 보여지는 단면은 웨이퍼 운송수단 수용 그루브(22, 23)의 쌍에서 지지 핑거(18)를 자른 것이 다. 도 8 내지 도 10에서 보여지는 단면은 동일 지지 핑거(18)를 따라 웨이퍼 운송수단 수용 그루브(22, 23) 쌍을 자른 것이다. 웨이퍼(9) 주변에 중심화 링(19)이 지지 립(21)상에 배치되어, 운송링(17)의 이동 동안 또는 처리챔버(3)내에서의 처리 동안에 웨이퍼(9)가 지지 립(21)으로부터 탈락하지 않게 한다. 나아가, 중심화 링(19)은, 만약 웨이퍼(9)가 주변과 다른 온도를 갖는다면 운송 동안에 복사 열 전달에 기인하여 웨이퍼(9) 내에 반경방향의 온도구배가 발생하는 것을 방지해야 한다.
도 5 및 도 8은 개방 초기위치에서의 실시예를 보여주며, 상기 운송링(17)이 예를 들어, 도시되지 않은 로봇 아암에 의해 처리면(6)에 평행한 하우징부(1, 2) 사이에 유지된다. 운송링(17)의 중심은 두 하우징부(1, 2)의 중앙에 센터링되어, 웨이퍼(9)가 두 처리면(6) 사이에 정확히 위치하게 한다. 운송링(17)의 위치는 지지 핑거(18)가 제1 및 제2 경계면(4, 5)의 각 웨이퍼 운송수단 수용 그루브(22, 23) 사이에 정확히 위치되도록 한다. 따라서, 두 하우징부(1, 2)가 온도 처리를 위하여 처리챔버(3) 내에서 웨이퍼를 수용하기 위해 서로를 향하여 이동될 수 있다. 그러한 목적을 위해, 두 하우징부(1, 2) 각자는 도시되지 않았지만, 열적 제어에 의해 특정 처리온도까지 도달된다. 나아가, 원하는 균일한 온도 처리를 위하여, 가스가 가스 투입채널(7, 13)로 투입되고, 가스 방출채널(10)을 경유하여 방출되어, 가스 베어링이 형성되고 처리챔버(3)의 오염이 방지될 수 있다.
도 6 및 도 9에서 제2 하우징부(2)가 제1 하우징부(1)로 이동되어, 웨이퍼(9)가 상기 제2 하우징부(2)의 가스 투입채널(7)로부터 흘러나오는 가스에 의해 형성된 가스 베어링과 접촉하게 된다. 이것은 웨이퍼(9) 하부에서 상기 가스 방출채널(10)을 경유하여 가스가 방출되는, 반경방향으로 상기 제1 그루브(8)로 외향하여 흐르는 가스와 관계된다. 상기 가스 흐름은 상기 제2 경계면(5)내에서 상기 제2 하우징부(2)상에 웨이퍼를 중심에 놓이게 한다. 상기 센터링화 링(19)은, 직경방향으로 각 웨이퍼 운송수단 수용 그루브(23)에 대향하며, 상기 처리면(6)과 제1 그루브(8) 사이에서 상기 제2 하우징부(2)상에 제공된 3개의 지지 돌출부(20)와 접촉한다.
도 7 및 도 10에서, 두 하우징부(1,2)가 상기 3개의 지지 돌출부(20)상에 놓이는 센터링화 링(19)과 함께 폐쇄위치에 있다. 상기 웨이퍼(9)는 처리챔버(3)내에서 두 처리면(6) 사이에서 접촉없이 웨이퍼(9)를 중심에 위치시키는 가스 베어링에 의해 상기 지지 립(21)으로부터 취하여질 수 있다. 이경우에 상기 가스 베어링은 두 하우징부(1, 2)의 가스 투입채널(7)로부터 처리챔버(3)로 투입되고, 웨이퍼(9)를 따라 제1 그루브(8)로 반경방향으로 흐르는 가스에 의해 형성된다. 웨이퍼(9)의 상측 및 하측과 두 처리면(6) 사이의 거리는 상대적으로 작다. 따라서, 웨이퍼(9)와 두 하우징부(1, 2) 사이의 전도에 의한 열전달은 상대적으로 커서, 웨이퍼(9)가 두 하우징부(1, 2)의 처리온도 이상으로 상대적으로 빠르게 도달하게 한다. 이 처리온도는 두 하우징부(1 ,2)의 두 처리면(6) 위에서 균일하기 때문에 반경방향으로 웨이퍼(9)에서의 온도구배가 거의 발생하지 않는다.
두 하우징부(1, 2)가 개방위치에 있을 때는, 두 하우징부(1, 2)와 웨이퍼(9) 사이의 전도에 의한 열전달은 매우 작다. 제2 하우징부(2)를 이런 위치로부터 폐쇄 위치를 위하여 제1 하우징부(1)로 매우 빠르게 이동시킴으로써, 열처리가 정밀하게 결정될 수 있는 시점에서 시작될 수 있다. 연속하여 제1 하우징부(1)로부터 제2 하우징부(2)를 다시 빠르게 이동시킴으로써, 열전달이 정밀하게 결정될 수 있는 시점에서 정지될 수 있다. 이와 같은 방식으로, 웨이퍼(9)는, 웨이퍼(9)가 반경방향으로 어떠한 온도구배도 받지 않으면서, 정확하게 결정될 수 있는 처리주기 내에서 매우 균일한 열처리를 수행할 수 있다.
전술한 방식으로 열처리를 하는 동안에, 가스가 가스 투입채널(13)로부터 제2 그루브 및 갭(14)으로 흐른다. 이러한 가스 흐름은 두 하우징부(1, 2) 외측의 주변부로부터 갭(14)을 경유하여 처리챔버(3)내로 가스가 들어올 가능성을 방해하게 한다. 가스 투입채널(13)로부터 흘러온 가스는 부분적으로는 제1 그루브(8)를 경유하여 가스 방출채널(10)을 통하여 방출되며, 부분적으로는 갭(14)을 통하여 외향하여 흐른다. 바람직하기로는, 가스 유속은 최소한으로 초당 1 센티미터이다. 바람직하기로는, 제2 그루브(12) 외측에 반경방향으로 위치하는 갭(14)에서는 10 이상의 페크리트수(Peclet number)가 효과적이다. 무차원의 페크리트수는 대류전달과 확산전달 사이의 비를 나타내며, 확산 성분의 농도 프로파일을 분석적으로 평가하는데 도움이 된다. 대류전달은 갭(14)을 통하여 제2 그루브(12)로부터 흘러나오는 가스의 전달이다. 확산전달은 반응기의 외측에서 확산에 의해 갭(14)으로 침투하려는 가스의 전달이다. 페크리트수가 작은 경우, 확산전달이 지배적이며, 반면에 페크리트수가 큰 경우에는 대류전달이 지배적이다. 이러한 일차원적인 모델에서는 속도차이가 존재하지 않는다는 것을 안다는 것은 중요하다. 환언하면, 갭(14)내에서 가스의 속도는 관심 영역에서 일정하며, 예를 들어 재순환이 존재하지 않는다.
도 11 및 도 12에서, "확산" 성분, 예를 들어 외부공기의 몰분율이 여러 위치에 있어서 무차원 위치로 도시되었다. 갭(14)의 반경방향 외측단인 무차원 위치1에서, 확산성분의 몰분율은 1이다. 갭(14)에서 제2 그루브(12)의 위치에 해당하는 무차원 위치 0에서는 흐름 성분이 부가된다. 이들 사이에서는, 농도가 대류 및 확산 사이의 비에 의해 결정된다. 낮은 페크리트수에 대하여, 확산 성분이 도메인 전체에 존재하며, 반면에 높은 페크리트수에 대하여는 확산 성분이 단지 출구(무차원 위치 1) 근처에서만 존재한다.
도 11 및 도 12 사이의 유일한 차이는 Y축의 스케일이며, 도 12에서는 대수이다. 이 도면은 확산 성분의 농도를 PPM 수준 이하로 감소시키기 위해서는 페크리트수가 10 이상이어야 한다는 것을 명확하게 보여준다.
상기 페크리트수는, Pe = vㆍL / D 로 정의되며, 여기서, v는 "흐름" 성분의의 가스 속도[ms-1]이며, D는 "흐름" 및 "확산" 성분 쌍의 확산계수 [m2 s-1]을 나타내며, L은 특성 거리, 즉 갭(14)의 반경 [m}을 나타낸다. 상기 특성 거리는 일반적으로 "흐름" 성분의 입구 및 출구 사이의 거리이다.
"흐름" 성분의 최소 요구속도를 평가하기 위하여, 다음의 변수들이 사용될 수 있다.
"확산" 성분을 1 ppm으로 감소, Pe = 14
"확산" 성분을 10 ppm으로 감소, Pe = 11.5
1000℃ 및 1 기압에서 N2/H2 에 대한 확산계수; D = 8.5 x 10-4 m2 s-1
27℃ 및 1 기압에서 N2/H2 에 대한 확산계수; D = 7.7 x 10-5 m2s -1
1000℃ 및 1 기압에서 N2/O2 에 대한 확산계수; D = 2.3 x 10-4 m2 s-1
27℃ 및 1 기압에서 N2/O2 에 대한 확산계수; D = 2.05 x 10-5 m2 s-1
특성 거리; L 은 문제에 따라 종속적이다.
예를 들어, 특성 거리가 0.02 m이고, 온도가 1000℃ 이며, 압력이 1기압이고, 질소가 확산에 의한 산소의 오염을 10 ppm이하로 방지하기 위한 "흐름" 성분으로 사용되면, 최소의 질소 속도는, v = Pe x D / L = 11.5 x 2.3 x 10-4 / 0.02 = 0.13 ms-1와 같이 계산될 수 있다.
비슷하게, 다른 상황에 대하여도 최소 속도가 계산될 수 있다.
가스 투입채널(7)을 경유하여 처리챔버(3)로 투입된 가스는, 물리적 또는 화학적 공정에 의하여, 예를 들어 증착 또는 식각을 위한 처리온도에서 웨이퍼(9)의 표면에 대한 처리를 수행하는 공정가스일 수 있다. 또한 이 가스는 하우징부(1,2)와 웨이퍼(9) 사이에 가스 베어링을 형성하기 위해 의도된 불활성가스일 수 있다.
도 1 내지 도 10은 여러가지 가스 투입 및 방출채널들이 각기 어떻게 가스 소오스 또는 배출장치에 연결되는지에 대하여는 보여주지 않는다. 명료성을 위해, 두 하우징부(1, 2)의 열적 제어와 같은 장비, 온도, 가스 유량, 하우징부(1, 2)의 위치, 상기 측정 및 통제수단의 제어에 대하여 요구되는 센서 및 제어수단들도 도시되지 않았다.
본 발명은 이상에서 설명한 전형적인 실시예들로 한정되는 것은 아니며, 여러가지 변형이 본 발명의 체계내에서 가능하다는 것은 쉽게 이해될 것이다.
예를 들어, 두 하우징부(1, 2)가 다른 형태, 예를 들어, 라운드 형태나 각 형태로 제공될 수도 있으며, 다른 물질, 예를 들어 금속 또는 합금으로 만들어질 수도 있다.
게다가, 제1 및 제2 그루브(8, 12) 각각의 형태 및 위치가 제1 및/또는 제2 경계면에서 여러 방식으로 변화될 수도 있다. 나아가, 하우징부(1, 2)는, 처리챔버(3) 주위의 제1 그루브 또는 그루브들(8) 외측으로 반경방향으로 연장되는 둘 이상의 제1 동심원 그루브(8) 및 둘 이상의 제2 동심원 그루브(12)가 제공될 수 있다.
본 발명에 의하면, 이 장치의 주변 공기로부터 어떤 오염물들도 처리챔버내로 도달될 수 없게 되며, 두 하우징부 사이에 기계적 실링없이 무접촉 실링을 달성함으로써 두 하우징부 사이의 실링의 품질이 향상된다.

Claims (15)

  1. 서로로부터 멀어지고 또한 서로를 향하여 이동할 수 있도록 배치된 제1 및 제2 하우징부(1, 2)를 포함하며, 상기 두 하우징부(1, 2)는 이동되어 함께 결합된 폐쇄위치에서 처리챔버(3)를 한정해주며, 상기 처리챔버(3)로 통하는 적어도 하나의 가스 투입채널(7)이 상기 제1 및/또는 제2 하우징부(1, 2)에 제공되며, 상기 처리챔버(3)를 둘러싸는 상기 제1 및 제2 하우징부(1, 2)는 각기 제1 및 제2 경계면(4, 5)을 가지며, 한편으로 상기 폐쇄위치에서 상기 처리챔버(3) 내로 투입된 가스를 반경방향으로 외측방향으로 방출시키기 위한 갭(14)이 상기 제1 및 제2 경계면(4, 5) 사이에 존재하는, 반도체 물질로서 제작된 웨이퍼(9)의 처리장치에 있어서,
    상기 두 경계면(4, 5)의 적어도 하나에는 가스 방출수단(10)에 연결되며 상기 갭(14)으로 통하는 제1 그루브(8)가 제공되며, 한편으로 상기 두 경계면(4, 5)의 적어도 하나에는 가스 투입수단(13)에 연결되며 상기 갭(14)으로 통하는 제2 그루브(12)가 제공되며, 상기 제1 및 제2 그루브(8, 12)는 기본적으로 상기 처리챔버(3)의 원주를 따라 연장되며, 상기 제1 그루브(8)는 상기 제2 그루브(12) 내에서 반경방향으로 배치되며, 사용시에는 상기 가스 투입수단(13)에 의해 형성된 압력이, 상기 제2 그루브(12)로부터 나온 가스가 상기 제1 및 제2 경계면(4, 5) 사이의 갭(14)에서 반경방향으로 내측방향 및 외향방향으로 흐르게 하도록 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 그루브(12) 외측에서 반경방향으로 배치된 상기 갭(14)에서의 페크리트수가 10 이상이며, 상기 페크리트수 Pe는 다음식 Pe = vㆍL / D 으로 정의되며, 여기서, v는 상기 갭(14) 내에서의 가스 유속이며, L은 흐름 방향에서 본 상기 갭(14)의 거리이며, D는 상기 갭(14)을 통하여 반경방향으로 외측방향으로 흐르는 가스에서 오염물의 확산계수인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 사용시에 상기 반경방향으로 외측방향으로 흐르는 상기 갭(14) 내에서의 가스 유속이 최소한 초당 1 센티미터인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 사용시에 상기 가스 방출수단(10)에 의해 형성된 압력이, 기본적으로 상기 처리챔버(3) 내로 투입된 모든 가스가 상기 제1 그루브(8)를 경유하여 방출되도록 하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 이동되어 떨어진 개방위치에서 상기 두 하우징부(1,2)는 웨이퍼 운송수단(17 ,18)에 의하여 웨이퍼(9)를 로딩 및 언로딩하기 위하여 상기 제1 및 제2 경계면 사이에 내부공간을 유지하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및/또는 제2 하우징부(1,2)에서 가스 투입채널(7)이 상기 처리챔버 내에서 상기 웨이퍼(9)를 무접촉으로 지지하기 위한 가스 베어링(gas bearing)을 형성하기 위해 상기 처리챔버(3)와 통하도록 제공되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 하우징부(1, 2) 중의 적어도 하나에 대한 상기 웨이퍼 운송수단(17, 18)의 위치가, 상기 두 하우징부(1, 2)가 상기 개방위치로부터 서로를 향하여 이동될 때 상기 가스 베어링이 상기 처리챔버(3) 내에서 상기 웨이퍼 운송수단(17, 18)으로부터 상기 웨이퍼(9)를 취하도록 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리장치.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 두 하우징부(1, 2)의 하나의 두 경계면(4, 5)중의 적어도 하나에, 상기 두 하우징부(1, 2)가 폐쇄위치에 있을 때 상기 웨이퍼 운송수단(17, 18)을 결합시키는 복수개의 웨이퍼 운송수단 수용 그루브(22, 23)가 제공되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 웨이퍼 운송수단 수용 그루브(22, 23)는 반경방향으로 연장되며, 상기 제2 그루브(12)가 상기 각 웨이퍼 운송수단 수용 그루브(22, 23)의 위치에서 저지되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 가스 투입수단(13)이 상기 웨이퍼 운송수단 수용 그루브(22, 23)와 통하며, 반경방향으로 외측으로 위치된 부분에서 상기 웨이퍼 운송수단 수용 그루브(22, 23)들이 상기 제1 그루브(8)와 유체적으로 연통된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리장치.
  11. 제 5 항의 어느 한 항에 있어서, 상기 웨이퍼 운송수단(17, 18)은 복수개의 지지 핑거(18)들이 제공된 운송링(17)을 포함하며, 상기 운송링(17)은 두 하우징부(1, 2)의 외주보다 큰 직경을 가지며, 상기 지지 핑거(18)들은 상기 운송링(17)과 연결되며 운송링(17)의 중심의 방향으로 반경방향으로 연장되어, 상기 지지 핑거(18)들의 단부가 상기 웨이퍼(9)의 외주변을 지지하게 하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 하우징부(1, 2)는 동작시 일정한 온도를 가지며, 한편으로 상기 두 하우징부(1, 2)의 폐쇄위치에서 상기 처리챔버(3) 내에 밀봉된 웨이퍼(9)와 상기 두 하우징부(1, 2) 사이의 거리가 작아서 두 하우징부(1, 2)와 웨이퍼(9) 사이의 열전달이 기본적으로 열 전도에 의해 영향을 받는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 투입수단(13)은 불활성가스 소오스를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 베어링을 위한 가스 투입채널(7)은 불활성가스 소오스에 연결되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리장치.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 불활성가스 소오스는 질소를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리장치.
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