KR100784471B1 - 반도체 기판 열처리용 장치 및 방법 - Google Patents

반도체 기판 열처리용 장치 및 방법 Download PDF

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장-프랑소와 다비에
제임스 에이. 기븐스
스테판 이. 사바스
브래드 에스. 맛선
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맛선 테크놀러지, 인코포레이티드
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    • C30B31/12—Heating of the reaction chamber

Abstract

이중 저항 가열 시스템은 주변(peripheral) 또는 가장자리 가열기(120B)에 둘러싸인 베이스 또는 주 가열기(primary heater)(120A)를 포함한다. 상기 두개의 저항 가열기는 가열 블록으로 열을 전달하고, 상기 가열기 및 가열 블록은 실질적으로 절연 공동(130A~130H) 내부에 수용된다. 상기 절연 공동 벽은 절연의 다층을 포함하고, 세 개의 층이 실질적으로 동심적으로 배열되어 있다. 가장 내부 층 (130A~130D)은 실리콘 카바이드로 코팅된 그라파이트이고, 외부 층(130G~130H)은 불투명한 석영이다. 진공 스풀(143)은 저항 가열기를 포함한 체임버의 영역으로부터 가스를 배출하기 위한 큰 도관 통로(1010), 및 체임버의 다른 영역으로부터 가스를 제거하기 위한 작은 도관 통로(1020)를 구비한다. 온도 측정 센서는 열전대(610) 및 광학 고온계(630)를 포함하고, 상기 열전대는 처리 공정 중에 광학 고온계를 교정하기 위해 사용된다.

Description

반도체 기판 열처리용 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR THERMAL PROCESSING OF SEMICONDUCTOR SUBSTRATES}
본 출원서는 1998년 11월 13에 미국 특허청에 출원된 제60/108,313호의 우선권 주장을 수반하며, 상기 우선권 제60/108,313호는 그 전체가 본 출원서에 인용되어 포함되어 있다.
본 발명의 분야는 일반적으로 반도체 처리에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 분야는 전열판(hot plate)을 바탕으로 한 시스템을 사용하여 반도체 기판을 열처리하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
확산로(diffusion furnace)는 반도체 소자 재료(반도체 웨이퍼 또는 다른 반도체 기판 등)의 열처리용으로 폭 넓게 사용되어 왔다. 일반적으로 상기 노는 처리를 위해 비교적으로 균일하고 안정한 온도를 제공하는 큰 열 용량(thermal mass)을 갖는다. 그러나, 균일한 결과를 성취하기 위해서, 1회분의 웨이퍼가 노 내부로 삽입된 후 열 평형에 도달하기 위한 노 내부 조건이 필요하다. 따라서, 확산로에서 웨이퍼를 위한 가열 시간은 비교적 길고, 일반적으로 10분을 초과한다.
집적 회로의 크기 감소에 따라, 불순물(dopant)의 측방향 확산 및 관계된 특성 크기의 증대를 감소시키기 위하여, 빠른 가열 소둔과 같은 열처리를 위한 짧은 열처리 단계가 바람직할 수 있다. 또한 열처리 지속 기간은 MOS 트랜지스터의 임계 전압이 변화하지 않도록 하기 위해서 확산 진행을 감소시키기 위하여 제한될 수 있다. 결과적으로, 종래 확산로에서 고유한 긴 처리 시간은, 많은 처리에 있어서 바람직하지 않게 되었다. 또한, 공정 제어 및 재현성에 대한 엄격한 요건 증가로 인하여, 많은 적용에 있어서 일괄 처리가 바람직하게 되었다. 확산로 대신에, 웨이퍼를 빠르게 냉각 및 가열하기 위해 단일 웨이퍼 급속 열처리(rapid thermal processing, RTP) 시스템이 개발되었다. 대부분의 RTP 시스템은 냉각 벽 투명 석영로 내의 웨이퍼를 선택적으로 가열하기 위해 고강도 램프(lamp)(보통 텅스텐-할로겐 램프 또는 아크 램프)를 사용한다. 상기 램프는 열량이 매우 낮기 때문에, 상기 웨이퍼는 빠르게 가열될 수 있다. 또한 열원은 온도 구배를 서서히 내릴 필요 없이 곧 바로 끌 수 있기 때문에, 빠른 웨이퍼 냉각이 용이하게 이루어질 수 있다. 웨이퍼를 가열하는 램프는 처리 체임버의 열 용량 효과를 최소화하고 웨이퍼 온도에 대한 신속한 실시간 조절을 가능하게 한다. 램프를 바탕으로 한 단일 웨이퍼 RTP 리액터가 향상된 처리 제어를 제공하는 반면, 그들의 처리량은 실질적으로 배치로(batch furnace) 시스템보다 작다.
램프를 바탕으로 한 RTP 시스템에 의하여 빠른 가열 및 냉각이 가능한 반면, 특히 큰 웨이퍼(200mm 이상)에 대해서는 그러한 시스템을 사용하여 재현성 있고 균일한 웨이퍼 처리 온도를 달성하기가 어렵다. 온도 균일성은, 웨이퍼의 방사 및 대류 열 손실뿐만 아니라 광학 에너지 흡수의 균일성에 민감하다. 방사열 손실이 가장자리에서 가장 크기 때문에, 보통 웨이퍼 온도 불균일성은 웨이퍼 가장자리 부근에서 나타난다. 종종, 가열 중에 웨이퍼 가장자리는 웨이퍼의 중심보다 몇℃ 낮은 온도(심지어 10℃ 정도)가 된다. 일반적으로 900℃보다 높은 고온에서, 상기 불균일성이 웨이퍼상(특히 가장자리 부근)의 결정 슬립 라인을 생성할 수 있다. 슬립 라인 형성을 최소화하기 위해, 종종 절연 링을 웨이퍼 주변에 배치하여 냉각 체임버 벽으로부터 웨이퍼를 보호한다. 그렇지만, 웨이퍼 온도 불균일성은 합금 함량, 입경, 및 불순물 농도와 같은 불균일한 재료 특성을 초래할 수 있다. 이러한 불균일한 재료 특성들은 회로 소자를 저하시키고 낮은 온도(일반적으로 900℃ 이하)에서 조차도 생산량을 감소시킨다. 예를 들면, 온도 균일성은 포스트 침전 어닐링에 의한 티타늄 규화물의 형성에 중요하다. 적당한 합금은 몇 도의 온도의 범위에서만 형성된다. 사실, 얻어진 티타늄 규화물의 시트 저항의 균일성은, 규화물이 형성되는 정확한 온도에 너무 민감하기 때문에 RTP 시스템내 온도 균일성을 평가하기 위한 표준 측정으로서 간주된다.
따라서 웨이퍼 온도 레벨 및 균일성은 램프를 바탕으로 한 RTP 시스템내에서 주의깊게 감시되고 제어되어야 한다. 일반적으로 광학 고온계는 RTP 내 빠른 가열과 냉각을 제어하는데 있어 중요한 비침입 특성 및 비교적 빠른 측정 속도 때문에 사용되었다. 그러나, 광학 고온계를 사용한 웨이퍼 온도의 정확한 온도 측정은 웨이퍼로부터 발산된 방사 강도의 정확한 측정 및 웨이퍼 방사 발산 특징 또는 방사율에 의존한다. 일반적으로 방사율은 웨이퍼에 의존하고 온도, 체임버 반사도, 웨이퍼 재료(불순물 농도 포함), 표면 조도 및 표층(서브 층의 형태 및 두께를 포함)을 포함한 매개 변수의 범위에 의존하고, 층이 웨이퍼의 표면상에 성장할 때 처리동안 동적으로 변한다. 또한, 열원, 특히 램프로부터 방사는 웨이퍼 표면에서 반사되어 광학 고온계와 간섭된다. 상기 반사된 방사는 웨이퍼 표면으로부터 반사된 방사 측정 강도를 증가시켜 부정확하게 하므로, 웨이퍼 온도 측정이 부정확해진다. 따라서 RTP 시스템에서의 시스템의 복잡성 및 처리 비용 감소와 관련하여, 램프를 바탕으로 한 시스템에서 요구되는 것과 같이, 정확하게 측정될 필요가 있는 것 외에 웨이퍼 온도를 제어하기 위한 수단을 구비하는 것이 바람직하다. 처리된 웨이퍼당 비용의 관점(고가의 웨이퍼 방사율 측정 장치의 사용을 피함)에서, 웨이퍼 온도를 직접 측정하지 않고 바람직한 처리 범위내에서 웨이퍼 온도를 유지함으로써 공정을 제어하는 것이 바람직하다.
램프 가열된 RTP 시스템의 단점을 극복하기 위해서, 저항성 있는 가열판을 사용하는 몇 개의 시스템이 제안되었다. 그러한 가열판은 안정한 온도로 비교적 큰 열량을 제공한다. 판(측방향 열 전도가 웨이퍼에 비하여 높은 것)에 의해 가열하는 웨이퍼의 고유의 온도 균일성은 보통 램프를 바탕으로 한 RTP의 특징과 같은 웨이퍼 그 자체의 온도 균일성보다 우수하다. 따라서, 웨이퍼 가열을 위한 판 또는 서스셉터(susceptor)를 사용함으로써, 블록상의 웨이퍼의 온도 균일성이 측정되고 소자 웨이퍼 처리를 위한 사용 전에 규격 내에 양호하게 형성되는 경우에, 상기 웨이퍼 온도는 처리동안 아주 균일하게 이루어질 수 있다.
가열판 급속 가열 프로세서는 열전대를 사용하여 측정될 수 있는 가열판 상의 안정한 온도를 제공하는 반면, 웨이퍼 온도 불균일성과 관련된 문제를 초래할 수 있다. 웨이퍼는 가열판 위보다는 가열판 부근에 배치되어 가열될 수 있다. 그러한 시스템에서, 웨이퍼의 가장자리는 램프 가열된 RTP 시스템에서와 같이 불균일성을 초래하는 큰 열 손실을 가진다. 웨이퍼가 가열판에 접촉하여 놓일 때 조차도, 불균일하게 될 수 있다. 가열판 그 자체는 1) 판의 코너 및 가장자리가 체임버 내에서 넓은 각도 범위에 걸쳐서 방사할 수 있고, 2) 수직 노변(chimney) 효과가 가열판의 가장자리에서 큰 대류 열 손실을 일으킬 수 있고, 3) 가열판의 가장자리가 냉각 체임버 벽에 접근할 수 있기 때문에 큰 가장자리 손실을 가질 수 있다. 판위의 이러한 가장자리 손실은 판상에 놓인 웨이퍼내 온도 불균일성을 초래한다.
또한, 웨이퍼 표면에 걸쳐서의 열 손실 및 온도 불균일성은 온도와 압력과 함께 변한다. (웨이퍼 및 냉각 체임버 벽과 같은) 두 물체들 사이의 전도 열 전달은 상기 물체들 사이의 온도차에 비례하고 방사 열 전달은 4제곱으로 상승된 온도 차이(T1 4-T2 4)에 비례한다. 따라서, 상기 웨이퍼 표면에 걸쳐서의 열 손실에서의 차이(웨이퍼 온도 차이를 초래)는 더 높은 처리 온도를 증가시킬 것이다. 또한, 체임버내 압력은 저압에서 열 전달이 방사로 우세한 반면, 고압에서 열 전달이 방사, 전도 및 대류의 결합을 포함하기 때문에 웨이퍼 온도 프로파일에 영향을 미친다.
열처리 시스템의 다른 중요한 실시 태양은 웨이퍼 후측상의 층의 형태 및 두께와 무관하게 웨이퍼의 카세트에 동일한 웨이퍼 온도를 제공하는 능력이다. 처리 동안 동일한 공정을 위한 웨이퍼는, 가장 일반적으로는 실리콘, 실리콘 디옥사이드 또는 실리콘 질화물의 다양한 후방측 코팅을 구비할 수 있다. 상기 코팅은 방사가 상기 시스템내 열 흐름의 중요 부분일 때 웨이퍼의 가열 속도 및 평형 온도에 영향을 미치는 웨이퍼 후측의 방사율에 변화를 일으키기 쉽다. 전방 측상에 동일 공정을 필요로 하는 웨이퍼의 경우에, 다른 후방측 코팅을 구비하거나 후방측 코팅을 구비하지 않을 수도 있다. 따라서, 상업적으로 이용될 수 있도록 하기 위해서 후방측 코팅에 상관없이 동일한 웨이퍼 온도를 효과적으로 생성하도록 그러한 웨이퍼를 처리해야 한다. 상기 웨이퍼의 전방이 가열판 시스템내 실질적인 냉각 상부 및 벽에 노출될 때, 방사 열 전달이 가열기로부터 웨이퍼로 흐르는 열의 상당 부분이면 웨이퍼 온도는 후방측 방사율과 함께 상당히 변할 수 있다. 벽의 온도를 웨이퍼의 온도에 근접시킬 수 있다면, 웨이퍼 후방측의 방사율에 대한 웨이퍼 온도의 의존성이 감소한다.
또한 종래 가열판 처리 시스템은 에너지가 비효율적인 경향이 있다. 상기 가열판은 냉각 체임버 벽에 대하여 일정한 전도, 대류 및 방사 손실로 고온에서 유지된다. 전도 및 대류 손실이 저압하에서 감소되는 반면, 웨이퍼로의 열 전달을 방해한다. 가열이 주요 방사인 저압에서, 상기 웨이퍼는 근접 가열이 사용될 때 특히 가열판보다 상당히 냉각될 수 있다. 이는 웨이퍼 온도에 대하여 제어의 어려움을 만든다. 또한, 방사가 열전달의 주요 기구인 저온에서, 온도 범위에 걸쳐서 웨이퍼 온도 균일성에서 변화는, 방사에 의한 열 전달이 4제곱으로 상승된 표면 온도들 사이의 차이(T1 4-T2 4)에 비례하기 때문에 크다. 따라서, 에너지 효율성 증가에 대한 압력의 감소는 웨이퍼 온도 및 균일성의 제어를 더욱 어렵게 만들 수 있다.
본 발명 한 가지 실시 태양은 반도체 기판 처리 시스템 및 열처리 방법을 제공한다. 상기 처리 시스템은, 큰 열 용량을 가진 하나 이상의 블록을 가열하기 위한 베이스(base)(또는 주(primary)) 저항 가열기 및 가장자리(또는 주변(peripheral)) 저항 가열기, 및 열 처리 영역을 절연하기 위하여 가열기와 블록을 에워싸는 절연 벽을 포함한다. 상기 시스템 크기 및 처리 변수는, 특히 가열 블록 및 기판의 가장자리로부터 주변 환경으로의 열 손실의 가능성(potential)을 감소시키는 한편 기판에 대하여 실질적인 가열 플럭스를 제공하도록 선택되는 것이 바람직하다. 열원(저항 가열기 및 가열 블록을 포함)은 실질적으로 낮은 체임버 압력에서 큰 온도 범위에 걸쳐 일정한 웨이퍼 온도 균일성 프로파일을 제공한다.
본 발명 하나의 실시 태양에서, 하나 이상의 반도체 기판은, 저장 카세트로부터 로드 락(load lock)으로 전달 가능하고, 처리 체임버의 벽내 포트를 통하여 기판을 통과시킴으로써 상기 로드 락에서 처리 체임버로 전달 가능하고, 그 후 가열 블록에 대하여 기판을 승강시킬 수 있는 지지 핀 위로 동시에 전달 가능하다. 상기 가열 블록은 가열 블록 아래에 설치된 주 또는 베이스 저항 가열기, 및 실질적으로 베이스 가열기의 가장자리 둘레 설치된 주변 또는 가장자리 가열기를 포함하는 이중 저항 가열기로부터 열을 수용한다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 가열기는 실리콘 카바이드로 코팅된 그라파이트로부터 제조될 수 있다. 열전대 및 광학 고온계와 같은 온도 측정 센서는 가열 블록 부근에 놓이거나 내부로 삽입될 수 있고, 본 발명의 하나의 실시 태양에서, 열전대는 팁이 광학 고온계와 마주하도록 배열된다. 상기 열전대는 광학 고온계를 교정하기 위해 사용된다.
바람직하게, 상기 가열 블록 및 저항 가열기는 실질적으로 열적으로 절연된 공동(空洞)을 형성하는 절연 벽 내부에 수용된다. 상기 절연 공동은 절연 벽의 여러 층들에 의해 형성되는 것과, 이 층들은 실질적으로 동심으로 배열될 수 있는 것이 본 발명의 한 가지 실시 태양의 장점이다. 절연 공동의 상부, 하부 및 측부상의 가장 내측의 절연 벽은 실리콘 카바이드로 코팅된 그라파이트로 구성되고, 외부 벽은 불투명한 석영으로 구성된다. 본 발명 하나의 실시 태양에서, 공동의 상부 및 하부에 세 개의 절연 층이 있고, 측부 둘레에 두 개의 절연 층이 있고, 따라서 소형 구조를 형성한다. 절연 공동의 하부를 형성하는 절연 층은, 하부 절연 벽을 하부 체임버 벽 및 가열기 블록으로부터 분리시키기 위해 사용하는 기둥(post)에 의해 지지된다. 기판이 체임버의 안과 밖으로 전달되지 않을 때 열적으로 절연된 공동으로부터 열 손실을 감소하기 위해 절연 셔터가 입구 포트의 부근으로 이동된다.
이중 가열 시스템 및 여러 절연층들은 체임버 내부에 고도의 열 균일성을 제공하고, 상기 균일성은 넓은 온도 범위를 걸쳐 유지된다.
본 발명의 또 다른 실시 태양은, 가열 블록에 대하여 기판을 승강시키는 승강 핀을 에워싸는 슬리브를 포함한다. 상기 슬리브는, 기판이 처리되는 열 공동으로부터 저항 가열기를 포함한 체임버의 영역을 고립시키기 위해 조력하고, 기상(vapor phase)(저항 가열기로부터 발생)내에서 미량의 금속(trace metal)을 함유한 가스가 기판을 오염시키는 것을 실질적으로 방지하기 위해 사용한다. 상기 슬리브는 투명한 석영, 불투명한 석영, 실리콘 카바이드, 또는 어떠한 다른 세라믹으로 구성된다.
본 발명의 추가 실시 태양은 배기 시스템의 전방 라인(foreline) 내에 삽입된 진공 스풀(spool) 또는 배플(baffle)을 포함한다. 상기 스풀은 가열기를 포함한 처리 체임버의 영역을 배기하기 위한 큰 전도 통로, 및 가열기를 포함하지 않은 체임버의 다른 영역을 배기하기 위한 작은 전도 통로를 구비한다. 추가로, 상기 스풀은 진공 펌프로 들어오기 전의 배기 가스 온도를 낮춤으로써 밀봉 O-링과 같은 배기 시스템의 예민한 구성 요소를 보호하는 데 기여한다. 또한 상기 스풀은 체임버로부터 열 손실을 감소하기 위해 작용한다.
본 발명의 실시 태양은 열처리 시스템을 사용하는 방법을 포함한다. 상기 방법의 중요한 특징들 중의 하나는 시스템이 작동되는 압력에 있는데, 상기 압력은 온도 구배의 비율를 결정하는 것을 돕는다. 단일 처리 단계는 만약 로드 락 압력이 처리 압력과 같이 동일할 경우 사용될 수 있고, 세 단계의 처리는 만약 로드 락 압력이 처리 압력과 다를 경우 사용될 수 있다. 단계 1 및 단계 3을 위한 일반적인 로드 락 압력은 약 2 토르 내지 3 토르이지만, 100 토르 정도로 높을 수 있고, 일례로 2 단계에서의 처리 압력은 10 토르 내지 50 토르 범위 및 그 안에 포함된 소정 범위일 수 있다.
본 발명의 상기 특징과 기타 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련하여 다음의 상세한 기술로부터 당업자에게 더욱 명백하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열처리 체임버의 측부 단면도이고,
도 2는 도 1의 단면에 대하여 수직 방향으로 얻어진 열처리 체임버의 측부 단면도이고,
도 3은 승강 핀 둘레의 슬리브를 나타내는 일례의 열처리 체임버의 일부에 대한 측부 단면도이고,
도 4는 전형적인 베이스 가열기 또는 주 가열기를 나타내는 도면이고,
도 5는 전형적인 가장자리 가열기 또는 주변 가열기를 나타내는 도면이고,
도 6은 지지 포스트 내의 열전대 및 열전대 팁과 마주하는 광학 고온계를 나타내는 전형적인 열처리 체임버의 일부의 측부 단면도이고,
도 7은 지지 포스트의 단면도이고,
도 8은 열 절연 셔터의 3차원도이고,
도 9는 광학 고온계를 위한 포트를 가진 가스 분사기의 단면도이고,
도 10은 배기 시스템의 전방 라인내 진공 스풀을 나타내는 전형적인 열처리 체임버의 일부에 대한 측부 단면도이고,
도 11은 진공 스풀의 3차원도이며,
도 12는 전형적인 세 단계 공정을 나타내는 도면이다.
종래 가열판 급속 열처리 장치들과 관련해서는 문제점들이 있는 결과로 인해, 그 장치들은 램프 가열된 RTP 시스템에 대한 사용 가능한 대안으로서 폭 넓게 산업체에서 적용되지 못했다. 현재 상기 RTP 시장은 램프를 바탕으로 한 시스템으로 주류를 이루고 그러한 시스템과 관계된 많은 문제에도 불구하고, 그러한 시스템은 제안된 가열판 방식의 해결책보다도 폭 넓게 채택되어졌다. 가열판 방식의 해결책이 안정되고 반복 가능한 열원을 제공하는 가능성에도 불구하고, 에너지 효율성, 균일성, 온도 및 가열 속도 제어, 및 취성의 무오염 저항 가열기의 배치와 관련된 문제로 인하여 그러한 시스템들이 시장에서 성공하지 못한 것으로 생각된다.
넓은 온도 범위(400℃ 내지 1200℃)를 걸쳐 웨이퍼 온도 균일성을 높은 수준으로 제공하는 안정적이고 반복가능한 웨이퍼 가열 표면을 가진 빠른 열처리 시스템 및 방법이 필요하다. 바람직하게, 상기 가열 표면은 웨이퍼 가열기를 위한 열원의 빠른 가열 및 냉각을 필요로 하지 않으면서 고온에서 유지된다. 바람직하게, 그러한 열원은 처리 온도와 상관없이 확실한 온도 균일성에 대한 제어의 그러한 유연성을 제공할 수 있다. 또한, 그러한 시스템은, 실질적으로 웨이퍼 후방측 방사율의 변화와 무관하게 정확한 웨이퍼 온도 제어를 제공하는 한편 바람직하게 에너지 효율성이 있고, 냉각 벽 체임버를 사용 가능하게 한다. 또한 바람직하게 그러한 시스템은 처리 온도 제어 및 웨이퍼 온도 균일성의 높은 수준을 유지하는 한편 종래 단일 웨이퍼 RTP 시스템보다 실질적으로 생산량이 개선되었다. 또한 바람직하게 그러한 시스템은 가열되는 웨이퍼보다 그다지 크지 않은 소형 열원을 제공한다.
바람직한 안정적인 판 온도를 성취하기 위해 웨이퍼로 판에 의한 열 손실을 다시 채우도록, 열적으로 안정한 양 또는 급속-구배의 고출력 가열기(가열 속도를 빠르게 조절 가능)를 가진 가열판(상부 표면이 웨이퍼에 대한 가열을 제공)을 사용하여 웨이퍼를 열처리하기 위한 시스템이 또한 필요하다. 바람직하게, 그러한 시스템은 바람직한 온도가 성취될 때까지 빠른 속도로 웨이퍼가 가열될 수 있도록 하고 그 후 비교적 일정한 수준으로 온도를 유지하기 위해 웨이퍼 가열 속도가 빠르게 조절될 수 있도록 한다. 또한, 바람직하게 그러한 시스템은 종래 램프 RTP 시스템과 비교하여 바람직한 온도 프로파일, 균일성 및 생산성을 가진 웨이퍼의 열처리가 가능하다.
장래의 웨이퍼 처리를 위한 요건은, 모든 웨이퍼를 대한 수 ℃의 온도 범위에서의 온도 균일성을 포함할 것이다. 또한 상기 공정들은 카세트 내의 웨이퍼 또는 하나의 카세트에서 약 1℃의 온도의 후속 카세트로의 웨이퍼를 위한 온도 안정성을 필요로 한다. 이는, 처리 시스템이 후방측 방사율에 무관한 웨이퍼 온도를 몇 도 내에서 가져야 하는 것을 의미한다. 웨이퍼 처리를 위한 비용 감소는 에너지 소모 및 과도한 냉각 시스템 비용을 피하기 위해 우수한 열 효율성을 요구한다.
몇몇 시스템들에 있어서, 소정 온도(약 900℃) 이상에서 그의 후방측 방사율에 대한 웨이퍼의 온도의 민감도가 증가한다. 이는, 부분적으로는 가열판 또는 (처리 온도에서의) 웨이퍼 온도보다 충분히 낮은 온도에서 방사 평형 상태인 웨이퍼 위의 열 차폐/후드 때문일 수 있다. 따라서, 상기 웨이퍼는 훨씬 더 냉각되는 큰 표면 영역을 보이고 결과적으로 웨이퍼의 온도는 후방측의 방사율에 의존한다. 이러한 점은, 장래 공장에서 RTP 기계의 사용의 효율성 때문에 수용 불가능하다는 것이 점점 밝혀질 것이고, 다른 처리 이력을 가진 웨이퍼를 위한 다른 방법은 그러한 RTP 시스템을 사용하는 공장의 작업을 복잡화한다.
고온에서의 처리를 포함할 때의 처리 범위에 있어서, 가열판의 온도 불균일성으로 인하여 웨이퍼 온도 균일성에 상당히 어려움이 있다. 상기 불균일성은 판 가장자리의 방사 및 전도 냉각에 대하여 변하는 상대적인 중요함 때문이다. 상기 효과는, 단일 가열 부재를 사용할 때에는, 웨이퍼 처리의 충분한 세트에 필요한 큰 온도 범위에 걸쳐 용이하게 개선될 수 없다.
고온에서 빠르게 웨이퍼를 처리할 때 웨이퍼는 전열판으로부터 제거되면 웨이퍼 가열판으로부터 상당한 열 이동을 일으킨다. 이러한 현상은, 판이 웨이퍼의 용적 및 열 용량의 수 배를 가질 때에도 실질적으로 발생한다. 이 경우에, 온도 변화를 빠르고 정확하게 감지하고 적당한 수준으로 온도를 유지하기 위해 출력을 증가시키도록 전력을 공급하여 판을 가열하는 제어 시스템이 필요하다. 비록 그렇다하더라도, 상기 웨이퍼 온도는 웨이퍼 상의 열을 차단하는 후드의 온도에 의해 영향을 받는다. 냉각 웨이퍼가 전열기 및 후드/열차폐물(heat shield)에 의해 형성된 가열 공동 내부로 도입될 때에, 판으로부터 나오는 방사가 차단/흡수됨으로써, 후드로 방사되는 출력의 양이 감소된다. 이는 실질적으로 그의 방사 평형 온도에 이를 때까지 후드의 온도를 떨어뜨린다. 그 후 상기 냉각 후드는, 상기 가열판 온도가 적당하게 일정하게 유지되는 사실에도 불구하고, 후속하는 웨이퍼의 온도를 감소시킨다. 웨이퍼가 높은 효율 사이클로 처리될 때(기계 사용의 효율성을 증가시키기 위해서) 처리 온도(및 판 온도)가 증가하여 배치의 첫 번째 웨이퍼로부터 나중의 웨이퍼로 웨이퍼 온도에 있어서 수용 불가능한 감소를 일으키므로 상기 문제는 악화된다.
그러한 전열기 시스템을 사용할 경우, 냉각 웨이퍼 적재 시에 판의 온도 변화가 빠르기 때문에, 온도 변화에 대하여 빠르게 응답 및 보상하기 위해서 매우 빠른 시간 응답으로 판 온도를 측정할 필요가 있다. 그러한 시스템에서 열전대를 사용할 때(일반적으로 사용되었던 것과 같이), 열전대로부터 빠져나오는 금속에 의한 오염으로부터 웨이퍼 환경을 보호함과 동시에 시간 응답을 빠르게 하는 것이 어렵다. 반도체 웨이퍼는 위와 같은 금속에 매우 민감하고, 웨이퍼 표면 위에 10-5 만큼 작은 분자막(monolayer)에 의해 손상될 수도 있다. 위와 같은 금속의 원소는 증기 압력이 0(영)이 아닌 그러한 열간 시스템 내에서 빠르게 이동하고 따라서 웨이퍼 환경으로부터 진공 고립되어야 한다. 상기 진공 고립은 판 온도 변화에 대한 열전대의 빠른 응답을 불가피하게 감소시키는 세라믹 보호 층과 같은 소정 재료에 의해 성취되어야 한다. 그러한 빠른 온도 감지는 고온계에 의해 행해질 수 있지만, 그러나 그러한 고온계는 표면 코팅, 오염 또는 다른 재료 변화로 인하여 그들의 측정값에 드리프트(drift)가 발생하는 경향이 있다. 온도 측정값에서의 상기 드리프트는, 웨이퍼 온도가 시간 경과에 따라 또는 배치에 따라 변하지 않아야 하는 반도체 제조에 있어서는 수용 불가능하다.
본 발명의 실시 태양은 종래 전열기를 바탕으로 한 RTP 시스템과 관련된 많은 문제들을 처리하는 열처리 시스템 및 방법을 제공한다. 다음 적용례들은 그 발표 내용이 본 발명에 보충되어지길 의도된 것으로, 본 발명의 실시 태양과 관련하여 사용될 수 있는 형상, 특징 및 처리에 관계된 열처리를 기술한다. Kristian E. Johnsgard, Brad S. Mattson, James McDiarmid 및 Vladimir J. Zeitlin등에 의해 1995년 7월 10일에 출원된 "반도에 기판의 열처리 시스템 및 방법"으로 명명된 미국 특허 제 08/499,986호, Kristian E. Johnsgard, Brad S. Mattson, James McDiarmid 및 Vladimir J. Zeitlin등에 의해 1997년 6월 16일에 출원된 "반도에 기판의 열처리 시스템 및 방법"으로 명명된 미국 특허 제 08/876,788호, Stephen E. Savas에 의해 1997년 9월 4일에 출원된 " 급속 열처리 시스템 및 방법"으로 명명된 미국 특허 제 08/923,661 , Fred Tabrizi, Barry Kitazumi, David A. Baker, David A. Setton, Leszek Niewmierzycki 및 Michael J. Kulman에 의해 1997년 11월 28일에 출원된 " 생산품의 낮은 오염, 높은 생산량 취급을 위한 진공 처리용 시스템 및 방법"으로 명명된 미국 특허 제60/067,299, Stephen E. Savas, Martin L. Hammond, Robert Mueller 및 Jean-Francois Daviet에 의해 1998년 7월 13일에 출원된 "반도체 제조용 열처리 시스템내에서 웨이퍼 온도 제어를 위한 모델을 바탕으로 한 방법"으로 명명된 미국 특허 제60/092,563호, Stephen E. Savas, Martin L. Hammond 및 Jean-Francois Daviet에 의해 1998년 7월 13일에 출원된 "급속 열처리 시스템용 세정 공정"으로 명명된 미국 특허 제60/092/759호 및 Stewart K. Griffiths, Robert H. Nilson, Brad S. Mattson 및 Stephen E. Savas에 의해 1998년 8월 26일에 출원된 "반도체 기판 열처리용 방법 및 장치"로 명명된 미국 특허 제09/140,614호등의 각각은 그의 전체에 있어서 참고로 본 발명에 결합되었다.
본 발명 하나의 실시 태양은 전열판을 바탕으로 한 웨이퍼 가열 시스템을 갖춘 안정한 열원을 사용한 반도체 기판 처리 시스템 및 방법을 제공한다. 상기 시스템의 면적 및 처리 변수는 바람직하게 주변 분위기에 대하여 열 손실(특히 가열판의 가장자리, 열원 및 웨이퍼로부터)을 최소화하는 동안 웨이퍼로 실질적인 가열 플럭스를 제공한다. 상기 전열판은 대부분이 제어 시스템에 의해 제어된 외부 파워 공급부로부터 전류가 제공된 저항성 있게 가열된 부재에 의해 방사적으로 가열된다. 상기 전열판은 적당한 압력으로 낮추는 온도 범위에 걸쳐 낮은 변화를 가지는 웨이퍼 온도 균일성 프로파일을 제공한다. 이는 그의/그들의 가장자리 및 모서리를 포함한 반도체 웨이퍼를 수용하기 위해 형상지어진 개구를 제외하고, 전열기를 덮는 절연체를 제공함으로써 본 발명의 하나의 실시예에 의해 성취될 수 있다. 상기 절연체는 판으로부터 적어도 약간의 작은 거리로 일정한 간격을 이룬 오염되지 않은 부분적으로 전달 절연 재료이다. 따라서 전체 판은 실질적으로 웨이퍼가 판에 의해 가열되는 절연 공동 내부에 수용된다. 열 절연 영역은 절연 재료와 체임버 벽 사이뿐만 아니라 바람직하게 전열판과 절연 재료사이에 제공된다. 상기 절연 영역을 가로지른 열 이동은 우선적으로 방사에 의해 및 전도 및 대류에 의해 다소 감소하는 수준으로 되는 반면, 절연 재료를 통한 열 이동은 전도 및 약간의 방사 확산에 의한다. 상기 웨이퍼는 전도 및 방사에 의한 가열을 위해 진공 공동내부 전열판 상 또는 근처에 놓인다.
본 발명의 이와 같은 실시 태양에서의 장점은, 넓은 온도 범위에 걸쳐 웨이퍼의 처리 균일성이 높은 수준으로 제공될 수 있도록 리액터 가열 프로파일이 조절될 수 있다는 것이다. 이를 성취하기 위해 매우 고르고 일정한 웨이퍼의 온도 균일성 프로파일이 넓은 온도 범위에 대해서 성취될 수 있어야 한다. 이는, 판으로부터의 열 손실에 공간적으로 의존하는 온도의 변화를 상쇄시키는 데에 요구되는 판 내의 열 침전의 공간 분포에 있어서의 유연성을 제공하는, 판을 위한 두 개(또는 그 이상의) 영역 가열기로 행해질 수 있다. 그 후 상기 가열판의 적당한 온도 프로파일(처리를 위한 범위에서 임의의 온도로 성취될 수 있다)은 임의의 처리 온도를 위한 수용 가능한 수준으로 감소될 웨이퍼를 걸쳐 온도의 변화를 일으킨다. 일반적으로, 처리 온도가 변할 때 전열판을 위한 두 개 이상의 가열기의 상대적인 출력 레벨은, 최적의 온도 균일성이 웨이퍼 상에서 성취되기 위해서는, 변화되어야 할 것이다. 그 이유는, 소망하는 전열판의 온도 변화에 따라 상대적인 값이 변하는 전열기의 다양한 부분으로부터 생기는 열 손실에 대해서 두 개 이상의 가열기가 평형을 이루어야 하기 때문이다.
하나의 가능한 실시예에서 두 개(또는 그 이상의) 영역 가열기는 판의 가장자리를 에워싸는 하나 이상의 보충 가열기 및 웨이퍼로부터 판의 반대 측상에 소위 주 가열기라고도 칭하는 방사 베이스 가열기를 포함한다. 상기 베이스 가열기는 판의 가장자리에서 판으로부터 나오는 많은 열 손실 중 어느 정도를 상쇄시키기 위해서 공간적으로 불균일한 방사 출력을 가질 수 있다. 그러나, 가장자리 가열기는 가장자리를 따라 변할 수 있는 판에 의한 가장자리 열 손실에 있어서의 변화를 보상하기 위해 요구된다. 상대적으로 중요한 방사 및 전도 손실이 온도에 따라 변하기 때문에 가장자리를 따른 변화는 일반적으로 온도의 함수가 될 것이다. 또한 상기 가장자리를 따른 변화는 한 번에 하나 이상의 웨이퍼를 수용할 수 있는 가열판의 형상의 함수가 되기도 한다. 디스크형 판과 같은 단일 웨이퍼를 위한 간단한 형상의 전열판의 경우에, 단일 가장자리 가열기를 사용하는 것이 가능하다. 또한 판 가장자리를 따른 각기 다른 장소에서의 각기 다른 가장자리 손실률을 보상할 수 있도록, 길이를 따라 열 출력이 변화하는 가장자리 가열기를 사용하는 것도 가능하다. 이 경우, 단일 가장자리 가열기의 사용은 한 번에 하나 이상의 웨이퍼를 수용할 수 있는 가열기 판을 위해 충분할 수 있다. 그러한 베이스 및 가장자리 가열기는, 고온으로 가열될 때 위치에 대해서 안정된 그라파이트 또는 실리콘 카바이드, 또는 다른 청정 저항 재료로 만들어진다.
전열기의 다양한 영역을 위한 그러한 보충 가열기는 바람직하게 그들이 전열판의 중앙 온도에 미치는 최소 효과로 조절될 수 있도록 주 가열기의 독립적인 제어를 가능하게 한다. 이는 전열판을 통한 열의 전도에 의해 조절된 가열 제어 시스템의 상호 작용의 복잡성을 감소시키기 때문에 온도 제어가 간단하다. 그러한 보충 가열기가 가장자리 온도를 대략 전열판의 중심의 온도까지 상승시키기 위한 목적으로 웨이퍼 가장자리 근처 영역내에 배치되는 경우에, 주 가열기가 자신의 가열 패턴 내에서 어느 정도 적당한 수준으로 상기 전열판의 가장자리에서의 높은 열 손실을 보상할 때, 보충 가열기로부터 나오는 출력이 입력되면서 중심 온도에 미치게 되는 영향은 비교적 덜할 것이다. 부분적으로나마, 그 이유는 보충 가열기에서 사용되는 출력 수준이 주 가열기에 비하여 낮기 때문이다.
전열판 중심 온도에 대한 보충 가열기의 효과가 그다지 실질적이지 않을 경우에, 전열판 온도를 위해 사용된 제어 시스템을 단순화시키는 것이 가능하다. 이 경우, 전열기의 중심 및 가장자리 근처에 배치된 온도 측정 센서를 구비시키고 룩-업 테이블(look-up-table) 기반의 제어 알고리즘을 구비시키는 것이 가능하다. 이에 의해, 각기 다른 센서 위치에서 미리 규정된 설정 온도를 유지하기에 충분한 열을 제공하는 베이스 및 가장자리 가열기를 단순히 구비하기만 해도 소망하는 전열 판 온도 프로파일이 산출될 수 있다. 여러 영역을 위한 상기 미리 규정된 온도는, 상기 각기 다른 센서에서의 온도 측정값의 어떤 조합이 최적의 웨이퍼 온도 균일성을 생성하는지를 결정함으로써, 소정의 특정 처리 온도용으로 미리 찾아낼 수 있다. 만약 중심 온도와 가장자리 가열기 출력 사이에 실질적으로 상호 작용이 있다면 상기 제어 시스템은 바람직한 안정된 온도에 대해서보다는 전열판의 온도에 대해서 변동을 발생시키기 쉽다. 소정 웨이퍼 처리 온도용으로 규정된 소망하는 전열판 온도 프로파일이 달성되면, 처리 중에 웨이퍼 온도가 최적의 상태로 균일해진다.
만약 반도체 장비에 대한 장래의 매우 엄한 요건에 부합되게 수용 가능한 균일한 온도를 보다 용이하게 성취하면서도 웨이퍼의 열처리에 사용된 전력의 양을 더 감소시키는 것이 필요하면, 웨이퍼를 덮는 구조물 내에 다층 열 차폐 층을 이용할 수 있다. 그러한 커버 및 후드는 벽에 도달하는 웨이퍼로부터 방사의 양을 감소시키도록 불투명한 재료로 만들어진다. 다층 재료를 사용하게 되면 벽 쪽으로의 방사 열 손실이 감소되고 그에 따라 웨이퍼의 처리를 위해 필요한 전력의 양이 감소된다. 가열기 부품의 수명은 그들의 평균 작동의 온도와는 상반된 관계를 가지며 높은 파워 출력은 높은 가열 표면 온도를 필요로 하기 때문에, 위와 같은 점으로 인해 작동의 비용 및 대체 부품의 비용을 낮출 수 있다. 또한 다층을 사용하게 되면, 그 다층의 사용에 의해 웨이퍼용의 분위기가 그 웨이퍼 자체의 온도에 근접하게 마련되고 이에 따라 웨이퍼의 전방 측으로부터는 보다 적은 순 출력(net power)이 흡수되기 때문에, 바람직한 웨이퍼 온도 균일성을 성취하는 데 도움이 된다. 상기 웨이퍼의 전방 측으로부터 보다 적은 순 출력이 흡수된다고 하는 의미는, 대체적으로는, 웨이퍼의 다른 부품으로부터의 출력 손실의 변화가 적고 그 결과 웨이퍼 온도가 보다 더 균일해진다는 것을 의미한다. 다층 열 차폐체의 또 다른 장점은 가장 내측의 차폐체의 높은 표면 온도가 웨이퍼의 전방 표면으로부터 순 열 손실의 전체 비율을 감소시키고 그것에 의해 웨이퍼의 후방측 방사율의 변화에 의해 발생된 웨이퍼 온도의 변화를 감소시킨다는 것이다.
가열판을 가열하는 상기 방법은, 독립적으로 제어되는 다수의 가열 영역을 가짐에도 불구하고 일반적인 램프 시스템보다 상당히 개선된 피막 저항성에 불균일성을 실질적으로 더함이 없이 티타늄 규화물 어닐링 처리가 수행될 수 있게 한다.
추가 장점은 판을 위한 조밀한 방사 열원을 실질적인 온도 불균일성 없이 냉각 체임버 벽에 비교적 근접하게 위치시킬 수 있다. 이 목적을 위해, 가열기 판으로부터 멀어지는 방향으로 가열기의 방사 열 손실을 줄일 수 있도록 열 차폐물을 고립 체임버의 냉각 벽과 가열기 사이에 배치될 수 있다. 상기 열 차폐물은 상승된 온도에서 높은 안정성을 가지며 매우 낮은 금속 함량을 가지는 청정 재료로 만들어진다. 상기와 같은 열 차폐물에 의해 가열기의 방사 열 손실이 감소되기 때문에, 가열기로부터 냉각벽까지의 거리는, 벽에 흡수된 열의 일부 제한적인 출력 밀도를 초과시키지 않으면서 감소시킬 수 있다. 이는 균일성을 감소시키지 않으면서도 더 작은 크기[비용 및 설치 공간(footprint)]의 리액터(reactor)를 제공할 수 있게 하며 압력을 제어하기 위해 체임버를 용이하게 정화(purging)시킬 수 있게 한다. 본 발명 양상의 추가적인 장점은 에너지 효율성이 온도 범위에 걸쳐 웨이퍼 온도 균일성에 있어서의 변화를 실질적으로 증가시키지 않으면서도 가열된 영역의 작은 사이즈로 인하여 실질적으로 개선되는 것이다. 또 다른 장점으로는, 크기가 증가하는 만큼 파괴되기 쉬우며 또한 제조 비용도 체증적으로 증가하는 열 차폐물 및 가열판을 포함한 더 작은 크기의 부품들의 비용의 감소로 인하여, 시스템의 비용이 감소된다는 것이다.
본 발명의 추가 양상은 실질적으로 열원의 온도 변화없이 열원에 의해 제공된 가열 속도를 빠르게 조절하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 이는, 본 발명의 일 실시예에서, 가열 속도를 조절하기 위해 처리 압력을 조절함으로써 성취될 수 있다. 바람직하게, 웨이퍼는 전도 및 방사 열 이동을 허용하는 압력에서 처음으로 가열된다. 소망하는 처리 온도에 근접함에 따라, 압력은 전도 열 이동의 양을 감소시키고 그것에 의해 가열 속도를 감소시키기 위해 낮추어질 수 있다. 특히, 낮은 압력의 범위에 걸쳐 상기 방법을 통해 압력을 변화시키는 것이 바람직할 수 있는 반면, 압력에 있어서 작은 변화는 가열 속도에 큰 영향을 미친다. 바람직하게, 다수 압력은 비교적으로 일정한 수준으로 유지되는 처리 온도까지 빠른 가열 구배(ramp)를 제공하기 위해 사용된다.
본 발명의 하나의 실시예에서 상기 전열판은 웨이퍼와 비교하여 큰 열 용량을 가지고 우수한 열 전도 재료로 만들어진다. 상기 경우에서 웨이퍼의 온도 균일성은 전열기에 적용된 열을 빠르게 재분배하기 위해 허용하기 때문에 열 전도가 더욱 용이하게 성취될 수 있다. 또한 본 발명은 전열기의 높은 열 수용은 효율적인 반도체 처리를 위해 요구되어진 것과 같이 일정한 온도에서 더욱 용이하고 안정하게 유지하는 것을 허용할 수 있는 장점이 있다. 본 발명의 상기 양상의 추가 장점은 급속 열처리가 전열판을 위한 요청된 가열 속도의 작용이 열 안정시키려는 효과로 인하여 감소될 수 있기 때문에 안정한 열원을 사용하여 실행될 수 있다. 그러한 전열판을 사용하지 않은 램프를 바탕으로 한 RTP 시스템의 경우에는 전술한 장점들이 결코 얻어지지 않는다.
전열판의 온도 변화는 처리된 웨이퍼의 더 작은 열 수용과 비교하여 전열판(또는 가열 블록)의 큰 열 수용으로 인하여 완화된다. 그럼에도 불구하고, 종래의 온도 제어 방법에서는, 체임버로 연속하여 도입되는 웨이퍼들에 얼마나 많은 열이 전달되는가와, 이들 웨이퍼들이 결과적으로 온도에 있어 수용 불가능한 큰 변화를 겪는 가를 규정하기 위해, 가열된 블록 온도만을 사용한다. 시스템 내부로 삽입된 냉간 웨이퍼는 많은 양의 열을 흡수하고, 따라서 기판 위에 설치된 후드 및 열 차폐물로의 열 플럭스가 감소되는데, 만일에 이렇지 않게 되면 웨이퍼는 고온으로 가열되게 된다. 그 후 열처리 공동(특히 공동의 상부에서)을 둘러싸는 상기 후드, 열 차폐물 및 절연 벽은, 대부분의 웨이퍼 열이 가열된 블록으로부터 발생하기 때문에 연속적인 웨이퍼가 처리됨에 따라 큰 온도 저하를 겪는다. 상기 효과는 축적되고, 웨이퍼상의 열 차폐물의 온도는 첫 번째 10개 내지 15개의 웨이퍼가 처리됨(처음 가열된 블록 온도에 따라 달라짐)에 따라 15℃ 내지 90℃ 이상으로 떨어진다. 웨이퍼상의 절연 차폐물이 온도에 있어 낮게 되는 사실은 다음 라인내에 있는 웨이퍼로 다시 방사할 수 있는 열의 양이 감소될 수 있음을 의미한다. 따라서, 연속적으로 웨이퍼가 상기 시스템내에서 처리될 때, 웨이퍼 온도는 일정하게 가열된 블록 온도에도 불구하고 떨어지는 경향이 있다. 전형적인 결과가 아래 표에 제공되었다.
따라서 정확한 처리 온도 제어는 후드 및 상부 절연 차폐물로부터 손실된 열의 보상을 요구한다. 본 발명의 실시예는 측정된 온도에 부가될 온도 상쇄를 계산하고, 그 후 상기 보상된 서스셉터(가열된 블록) 온도는 제어 시스템으로 보내어진다. 상기 보상된 온도는 동일한 시리즈에서 웨이퍼로부터 웨이퍼까지 변하고, 단지 가장 깊은 절연 차폐물의 온도 변화를 바탕으로 한다. 상기 상쇄는 전열판을 고온으로(이전보다 높은 온도로) 점차 상승시키기 위한 것이고, 따라서 차폐물로부터 다시 방사될 감소된 열을 위한 보상으로 웨이퍼에 많은 열을 제공한다. 상기 온도 상쇄의 크기는 그의 평형 값, 즉 순환 웨이퍼의 부재에서 그의 값으로부터 가장 깊은 후드 온도의 편차를 바탕으로 될 수 있다. 그의 평형 값으로부터 후드 온도의 편차는 시간, t에 따라 변할 수 있고 상기 편차는 ΔThood(t)에 로 인용될 수 있다. 상기 편차의 최대값, ΔThood,max(t)은 특별하게 설치된 시스템 또는 특정 웨이퍼를 가진 시스템 내에서 장비를 처리하기 전에 측정될 수 있다. 발견된 상기 보상된 서스셉터 온도 및 상쇄는 그 후 다음 식을 사용하여 계산되어진다.
Tsusceptor, compensated(t) = ΔTsusceptor, offset(t) + Tsusceptor(t)
여기에서, ΔTsusceptor,offset(t) = (ΔTwafer,max/ΔThood,max)ΔThood(t) 이고,
Tsusceptor(t)는 시간의 함수로서 측정된 서스셉터 온도이다. 상기 보상된 서스셉터 온도는 후드 및 웨이퍼 편차(동시 최대 편차도)가 보통 음이기 때문에 일반적으로 실질적인 서스셉터 온도보다 적다. 결과적으로, 상기 제어 시스템에 의하여, 보상된 온도를 얻게 되고 보상 온도를 설정 온도와 비교함으로써, 서스셉터 온도에만 기초하였을 경우보다 낮다는 것을 알 수 있게 된다. 심지어 상기 서스셉터가 설정 온도에 있을지라도, 상기 상쇄의 효과는 일반적으로 서스셉터 가열기로 파워를 상승시키기 위해 제어 시스템을 일으켜 낮게 나타내어지도록 만들고 그것에 의해 서스셉터 온도는 상승한다. 그 후 서스셉터의 증가된 온도는 냉각 후드를 위해 보상하고 후드 온도내 변화에도 불구하고 안정하게 제어된 웨이퍼 온도를 만든다. 상기 상쇄는, 후드의 편차로 인하여 웨이퍼의 최대 온도 편차의 일부로서 나타난다. 상기 후드 온도 편차가 그의 최대값에 도달할 때 상쇄는 최대 웨이퍼 온도 편차와 동등한 최대값에 도달한다.
웨이퍼와 후드 온도의 최대 편차는 특별한 처리가 행해질 수 있는 온도 및 처리된 그러한 웨이퍼의 다른 방사율에 의존한다. 일반적인 일례가 아래 표에 나타내어졌다. 일반적으로 계산에서 사용되는 후드 온도 편차로 나눈 웨이퍼 온도 편차의 비로 표현되는 값이 상당히 작고, 전열기로부터 웨이퍼로 방사 및 전도 열 전달의 상대적인 중요함에 의존한다. 서스셉터에서 웨이퍼로의 전도 열 전달은 종종 중요하며, 따라서 웨이퍼에 미치는 후드의 영향보다도 서스셉터의 영향이 증가한다.
사실 상기 식은 후드 및 서스셉터 온도의 직선 작용으로써 보상된 서스셉터 온도를 효과적으로 제공한다. 상기 직선 작용에서 서스셉터 온도의 중요성은 웨이퍼에 대한 후드보다 서스셉터의 강한 연결로 인하여 후드보다 훨씬 크다. 효과적으로, 보상된 서스셉터 온도는, 사실 웨이퍼 온도가 후드 온도에 의한 것보다 서스셉터에 의해 더욱 영향을 받기 때문에, 웨이퍼 온도를 대신하여 작용한다. 후드 온도내 비교적 작은 변화로 인한 웨이퍼 온도의 변화는 후드 온도의 변화에 대한 선형함수가 되어야 하는 것이 수학적으로 가능하다.
[표]
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상기 전열판를 위한 온도 제어 시스템은 전열기의 다른 각 부분(중심 및 가장자리)을 위한 후드 온도 상승으로부터 계산된 상쇄를 포함한 임의의 제공된 처리를 위한 미리 결정된 설정 온도를 이용하고 온도 입력을 제어하는 것과 같이 얻어진 각 가열기를 위한 PID형 제어기를 사용할 수 있다. 중심 전열판 온도상의 가장자리 가열기로부터 작은 증가 열의 최소 상쇄는 그러한 제어 시스템이 허용될 수 있게 하는데, 그 제어 시스템에서 전열판의 온도 프로파일을 정확하게 제어하기 위해 중심과 가장자리 각각용의 별도의 PID 제어기가 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는 안정한 전열판을 사용하여 한 번에 다수 웨이퍼를 균일하게 가열하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 일 실시예에서 상기 수용력은 레이스 트랙(race-track)형 전열기 및 저항 가열기를 사용함으로써 제공된다. 상기 가열기의 저항은 두 개 이상의 웨이퍼가 동시에 놓일 수 있는 부근에 전열판의 상부 표면의 대략적으로 균일하고 반복 가능한 온도를 제공하기 위해 상기 전열판과 상응한 영역을 걸쳐 변한다. 본 발명의 상기 양상의 장점은 웨이퍼 처리량이 실질적으로 부차적인 공정제어 및 균일성 감소 없이 증가된다.
본 시스템의 실시예는, 전열판 아래에 실질적으로 평행하고 근접하게 일정한 간격으로 배치된 평판형의 그라파이트 저항 가열기(CVD 처리에 의해 하나 이상의 실리콘 카바이드로 코팅될 수 있다)를 포함한다. 상기 그라파이트 가열기는 전열판 부근 표면 영역을 효과적으로 덮는 전류 전도를 위한 긴 통로를 구비할 수 있고 바람직한 공간 프로파일로 열 출력을 적당하게 형성하기 위해서 전류 통로를 따라 변하는 단면을 구비한다. 상기는 처리 온도가 변할 때 전열판의 불균일성을 위한 보상을 위해 요구될 수 있는 보충 가열기로부터 필요한 파워 출력을 감소시키는 장점을 가진다.
본 발명의 일 실시예에서 전열판의 다양한 위치의 온도를 측정하기 위해 사용된 센서는 광학 고온계일 수 있다. 그러한 고온계는 각 고온계의 시야가 전열판의 표면상의 작은 영역에 제한을 받도록 가열된 공동내부로 삽입된 섬유 광학 막대를 사용할 수 있다. 따라서 두 개 이상의 그러한 센서는 어떠한 바람직한 처리를 위해 적당하고 정확하게 조절될 그의 온도 프로파일을 인가하기 위해 제어 시스템으로 전열판를 위한 얻어진 온도 프로파일 정보를 제공한다. 상기 섬유 광학 센서는 가스가 센서에 의해 관찰된 전열판의 영역을 정화하기 위해 낮은 속도로 흐를 수 있도록 석영 또는 다른 청정 재료로부터 만들어진 덮개와 함께 사용될 수 있다. 그러한 정화는 압축 가능한 재료 또는 반응 가스에 의해 발생된 전열판의 표면 방사율의 변화를 감소하고 또는 제거할 수 있다. 따라서, 고온계의 온도 판독은 체임버의 분위기로 인하여 변동이 작은 경향이 된다. 다른 요인에 의하여 고온계의 온도 기록이 시간에 따라 또는 과도한 사용으로 인하여 변동될 수도 있는데, 이러한 변동이 발생되지 않도록 확실하게 할 필요가 있다. 이를 방지하기 위해, 본 발명의 일실시예에서는, 평형 계산 작동시 전열기의 중심 온도를 감지하는 열전대가 사용될 수 있다. 상기 작동에서 웨이퍼는 처리되지 않지만 상기 전열판은 처리 온도 범위로 가열되고 기록은 전열기 중심 온도를 감지하는 고온계와 열전대로 얻어진다. 상기 두 개의 기록은 서로가 비교되고 불일치에 대한 작은 허용 한계 내에 있어야 하거나, 새로운 고온계 및/또는 열전대가 이전에 사용된 것을 교체하기 위하여 제공되는 동안 처리를 중단하여야 한다. 이는, 연장된 기간 동안에, 소정의 설정 온도에서의 처리가 반복 가능함을 보장한다. 상기는 고온계 편차의 문제를 상당히 감소시킨다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열처리 체임버의 측부 단면도로서, 전체가 도면부호 100으로 표시되어 있다. 본 발명의 상기 실시예는 바람직하게 본 발명의 기록의 양수인 맛선 테크놀러지 인코퍼레이티드로부터 이용할 수 있는 아스펜(Aspen) 웨이퍼 취급 시스템과 관련하여 사용하기 위해 설계되었다. 상기 아스펜 시스템은 한 번에 취급될 두 개의 웨이퍼를 허용한다. 상기 실시예에 따라서, 체임버는 도 2에서 보인 바와 같이 두 개의 웨이퍼 처리부를 가지고, 여기에서 상기 웨이퍼 처리부는 도 1의 평면에 수직한 그들의 중심의 라인과 서로 인접하게 배치된다. 본 발명의 양상은 동시에 두 개의 웨이퍼를 균일하게 처리하기 위해 사용될 두 개의 안정한 열원을 허용한다. 안정한 열원중의 하나는 주 또는 베이스 가열기(120A)이고, 두 번째는 주변 또는 가장자리 가열기(120B)이다. 물론, 다양한 처리가 실행될 수도 있고 다른 실시예가 한 번에 단일 웨이퍼를 처리하기 위해 최적화될 수 있다. 아래에 기술된 기술은 한 번에 두 개 이상의 웨이퍼의 균일한 처리를 허용하기 위해 적용될 수 있다.
도 1을 참고로, 제 1 실시예에서 체임버 벽(102)은 웨이퍼(106)와 같은 반도체 기판이 체임버(100) 내부로 도입되도록 외부 포트(104)를 형성한다. 종래 로드 락 (load lock) 기구(아스펜 시스템에서 제공된 것과 같이)는 외부 포트(104)를 통하여 웨이퍼(106)를 삽입하고 제거하기 위해 사용된다. 체임버 벽(102)은 비교적 냉각되어 있고, 바람직하게 100℃ 이하의 평균 온도로 유지된다. 첫 번째 실시예에서, 체임버 벽(102)은 알루미늄이고 냉각 채널(108)에 의해 냉각된다. 상기 벽은 열간 가스상 종류에 의한 표면의 화학 반응을 방지하기 위해서 플라티늄 또는 니켈과 같은 많은 불활성 종류의 금속으로 도금된다. 물(또는 다른 냉각 매체)은 알루미늄 체임버 벽(102)을 냉각하기 위해 냉각 채널(108)을 통하여 주입된다.
웨이퍼가 체임버 내부로 도입된 후, 하나의 실시예에서 실리콘 카바이드, 석영 또는 세라믹로 구성된 협소한 핀(110)상에 놓인다. 상기 핀은 아래에 진공 밀봉된 벨로우즈(bellows)를 갖춘 공기 작용 리프트 또는 전기 기기 리프트와 같은 승강 기구(114)에 의해 상승 및 하강될 수 있는 핀 지지 판(112)상에 장착된다. 상기 웨이퍼가 체임버 내에 적재되고 핀(110)상에 놓인 후 승강 기구(114)는 열처리를 위한 가열판(또는 가열 블록)(116) 근방 또는 위에 근접한 기판(106)을 놓기 위해 낮추어진다. 다른 한편으로, 하나의 실시예에서, 상기 핀은 판의 상부 표면 아래로 철회되고 웨이퍼는 스탠드오프(standoff)에 의해 전열기로부터 약간 이격된 위치에 지지된다. 상기 스탠드오프는 바람직하게 석영 또는 사파이어와 같은 매우 투명한 재료로 만들어지고, 날카로운 가장자리 또는 첨단부 상에 웨이퍼를 지지하는 것을 방지하기 위해 부드럽게 반원을 이룬 팁을 가진다. 도 3을 참조하면, 핀(110)은 슬리브(310)에 의해 둘러싸여짐으로써, 공동(320)(저항 가열기(120A)가 설치된 공동)에서 방향 330으로 흐르는 기체 상내에서 미량 오염 금속을 함유하는 가스가 웨이퍼(106) 하부 표면상에 침전하는 것을 방지한다. 상기 슬리브는 투명한 석영, 불투명한 석영, 실리콘 카바이드 또는 그외 세라믹으로 구성되고, 본 발명의 일실시예에서는 투명한 석영이다.
상기 가열판은 웨이퍼(106)를 가열하기 위해 안정하고 반복가능한 열원을 제공하는 큰 열 용량을 구비한다. 바람직하게, 가열 블록(116)은 웨이퍼의 전체 후방측 표면을 가로질러 열 이동을 허용하기 위해 실질적으로 웨이퍼에 평행한 체임버 내부에 가열 표면(118)을 제공한다. 가열 블록(116)은, 웨이퍼가 고온(500℃ 이상) 및 중간 정도의 압력 내지 낮은 압력(100토르 이하)에서 가열 블록과 접촉 상태에 놓일 때에도 수용 가능한 수준으로 웨이퍼(106)를 오염시키지 않는 재료로 구성된다. 첫 번째 실시예에서, 가열판(116)은, 실리콘 카바이드 또는 석영과 같이 처리 온도에서 웨이퍼와 반응하지 않은 다른 재료가 또한 사용될 수도 있지만, 실리콘 카바이드로 코팅된 그라파이트로 구성된다. 블록을 통하여 균일하게 열은 분산시키기 위해 높은 열전도를 가진 재료가 바람직하다. 아래에 기술된 절연 기술은, 블록의 가장자리에서 열 손실로 인하여 가열 블록 내에서 급격한 온도 경사도가 형성되는 것을 방지하기 위해 사용된다.
상기 가열판은 상기 실시예에서 대략적으로 2.54cm(1 인치) 두께를 가지고, 대략적으로 0.089cm(0.035 인치)의 두께를 가진 웨이퍼보다 실질적으로 큰 열 용량을 제공한다. 상기 실시예에서, 가열판(116)은 처리되는 웨이퍼보다 10배 이상 두꺼운 것이 바람직하다. 이는 웨이퍼(106)를 열처리하기 위한 안정한 온도 가열 저장기를 제공한다.
일실시예에서, 단일 가열판(116)은 대 부분의 체임버를 가로질러 연장되고 대략적으로 웨이퍼 반경 정도인 웨이퍼 사이의 소정 공간에서 한 번에 두 개의 웨이퍼를 나란히 처리하기 위해 충분히 큰 일반적으로 직사각형 가열 표면을 제공한다. 웨이퍼가 처리되는 영역에 근접한 노출 영역은 동일한 가열판의 일부이다. 단일 가열판의 사용은 단순화 및 비용 효과의 설계를 제공한다. 첫 번째 실시예의 열처리 체임버는 비회전 디자인을 갖췄음에도 불구하고 예외적인 처리 균일성을 제공한다. 다른 실시예에서, 균일성을 추가로 향상시키기 위해 각 웨이퍼에 개별 회전 가열판이 제공된다. 또한 상기 웨이퍼는 가열판 위에 가볍게 지지되고 핀 위에서 회전된다. 그러나, 제 1 실시예에 따른 체임버는 회전 없이 우수한 균일성을 제공하고, 따라서 단순하고 비용 효과 디자인이 바람직하게 된다.
상기 가열 블록은 각각 그의 가장자리 둘레 및 가열 블록 아래에 설치된 두 개의 저항 가열기(120A 및 120B)에 의해 가열된다. 가장자리 가열기(120B)에 의해 에워싸인 전형적인 가열 부재(120A)의 평면도는 도 4에 나타내어져 있다. 전형적인 가장자리 가열기(120B)의 3차원 개략도는 도 5에 나타내어져 있다. 상기 가열 부재(120B)는 영역 420에서보다 영역 410에서 더 두껍고, 가열기 두께는 위치 430의 천이 영역을 거치면서 변화한다. 영역 410 및 영역 420에서 전형적인 두께는 각각 약 0.64cm(0.25 인치) 및 0.41cm(0.16 인치)이다. 도 5에서 보인 반복하는 S-형 패턴을 가진 전형적인 가장자리 가열기(120B)의 디자인은 가열기(120A)에 대하여 가열기(120B)의 임피던스를 맞추기 위해 가열기의 저항을 조작한 결과로, 이는 공통의 전력 공급의 사용을 허용한다(동일한 전력 공급은 두 개의 가열기를 위해 사용될 수 있음을 의미). 비록 고형 스트립이 사용될 수 있을지라도, 유사한 재료로 구성되는 그러한 스트립의 저항은 낮게 되고, 따라서 고형 스트립은 많은 전류를 흐르게 하고 전용적인 전력 공급을 필요로 한다. 가장자리 가열기의 높이(도 5에서 도면부호 510으로 나타낸 크기)는 약 0.5cm(0.2 인치)와 5cm(2.0 인치) 사이의 범위 및 그 안에 포함된 범위일 수 있으며, 본 발명의 일실시예에서 약 3.66cm(1.44인치)이다. 바람직하게 상기 저항 가열기는 다른 재료가 사용될 수 있을지라도 실리콘 카바이드로 코팅된 그라파이트로 구성된다. 인용되어 포함된 미국 특허 제 08/499,986호는 본 발명의 실시와 관련하여 사용될 수 있는 저항 가열기 시스템의 부가적인 양상에 대하여 개시하고 있다.
가열기 지지 포스트(도 2 및 도 6에서 나타내어짐)는 가열 블록(116)으로부터 저항 가열기를 짧은 거리[대략적으로 0.315cm(0.125 인치)]만큼 이격시킨다. 전력원(미도시)은 개별 가열기 장착 체임버(142)내의 가열기 장착 기구에 의해 가열기에 연결된다. 전류는 가열 블록(116)을 가열하기 위해 저항 가열기(120A 및 120B)를 통하여 흐르고, 차례로 웨이퍼(106)를 위한 안정한 열원으로 작용한다. 저항 가열기에 공급된 전력은 가열기 블록의 온도를 제어하기 위해 조절된다. 이는 각각의 상기 가열기를 위해 개별적으로 응답 가능한 PID 제어기를 사용하여 행해진다.
열전대 또는 다른 온도 센서는 가열 블록의 온도를 측정하기 위해 사용될 수 있고, 광학 고온계를 위한 온도 참조 또는 기준을 제공하기 위해 사용된다. 전형적인 형상이 도 6에 나타나 있으며, 열전대(610)는 광학 고온계(630)에 대향하여 포스트(620)을 통하여 삽입되어 가열 블록(116) 내에서 종결된다. 열전대의 팁은, 체임버의 내측과 외측 사이의 압력 차이에 의해 발생된 실질적으로 일정한 힘을 가진 가열 블록 내측 표면에 접촉하고 압력 차이를 부분적으로 저지하기 위해 설계된 일정한 스프링 상수를 가진 벨로우즈(640)에 접촉하여 장착된다. 일실시예에서, 접촉력은 약 31N(7 파운드)이다. 광학 고온계(630)는 흑체 노로 작용하는 그라파이트의 중공 볼 내부로 삽입된다. 공지된 온도 기울기는 열전대의 팁부와 고온계의 단부 사이의 가열 블록을 통하여 존재하고, 상기 온도 기울기는 고온계를 교정하기 위해 사용된다.
상기 고온계는 동시에 그의 중심 및 가장자리 근처 전열판의 순간적인 온도를 측정하고 PID 제어기에 대하여 적당한 상쇄 값을 제공하기 위해 사용된 주요 데이터를 제공하기 위해 사용된다. 그러한 교정은 처리 체임버 내에 웨이퍼가 없고 상기 전열판이 미리 결정된 설정 온도로 제어될 때 종종 합리적으로 행해진다. 광학 고온계 또는 열전대는 웨이퍼 방사율을 결정하는 것과 같이 어려움을 가질지라도, 직접적으로 웨이퍼 온도를 측정하기 위해 사용된다. 상기 온도 센서는, 후드의 온도 변화를 바탕으로, 계산된 상쇄를 포함한 온도의 신호를 각 제어기로 보낸다. 그 후 상기 온도 제어 시스템은, 변압기 또는 다른 전력원이 저항 가열기에 적정량의 전력을 적용하도록 하여 바람직한 처리 온도를 성취한다. 일반적으로 400℃와 1150℃ 사이의 온도가 실시예에 따른 체임버 내에서 열처리를 위해 사용된다.
물론 다른 기구는 안정한 열원을 제공하기 위해 사용될 수도 있다. 예를 들면, 체임버 내부 전도 판내에 전류를 유도하기 위해 RF 코일이 사용될 수 있거나, 전도 블록의 후방 측을 가열하기 위해 램프가 사용될 수도 있다. 그러나, 상기 실시예의 저항 가열기 및 가열 핀은 예외적으로 안정하고 지속적인 열원을 제공한다.
열 손실 감소 및 균일성 강화를 위하여, 가열 블록(116) 및 웨이퍼(106)는 절연된 가열 체임버(128) 내부에 수용된다. 가열 체임버(128)는 가열기(120), 가열 블록(116) 및 웨이퍼(106)로부터 떨어져 일정한 간격을 이룬 절연 벽(130A ~ 130H)에 의해 형성된다. 바람직하게 상기 외부 절연 벽(130B 및 130E ~ 130H)은 불투명한 석영일 수 있는 낮은 열 전도성을 가진 재료로 구성된다. 또한, 그러한 벽(130B 및 130E ~ 130H)은 매우 반사적이고 실질적으로 열 방사에 대해 비전달(특히 가시 영역 및 적외선 영역)될 수 있다. 따라서, 절연 벽(130B 및 E-H)은 실질적으로 체임버 벽(102)을 냉각하기 위해 가열 체임버(128)내부에 직접 방사 형태로 열 이동을 방해한다. 첫 번째 실시예에서, 절연 벽(130B 및 130E ~ 130H)은 대략적으로 3.5W/cmK의 열 전도성을 가진 불투명 석영으로 구성된다. 불투명 석영은 모든 처리에 있어 실질적으로 불활성이고 견고하기 때문에 바람직할 수 있고, 높은 반사성 및 낮은 전도성을 가지며, 본질적으로 단일편의 소재(single intrinsic piece of material)를 사용하여 절연 벽을 형성하기 위해 사용된다. 니혼 실리카 글래스 미국 주식회사산인 불투명한 실리카 글래스 OP-1형은 첫 번째 실시예에서 사용될 수 있는 전형적인 불투명 석영이다. 투명한 석영과 대조적으로, 불투명한 석영은 거의 이상적인 불투명한 외관을 가진 백색이다. 이는 매우 효과적이고 균질한 방법을 통해 빛 및 열 방사를 분산시키는, 다른 농후한 매트릭스 내에 미공성의 잘 조절된 분포를 가진 재료의 특수한 구조 때문이다. 따라서, 방사의 직접 전송은 다소 억제된다(3mm 통과 길이에 대해 200nm 내지 5000nm 파장에 걸쳐서 30% 이하 전송). 불투명한 석영의 표면은 바람직하게 플래킹을 억제 및 미립자의 방출을 억제하기 위해 처리된다. 이는 표면을 적열시키는 고온에 불투명한 석영의 표면을 노출함으로써 첫 번째 실시를 통해 성취된다. 이는 보호 코팅으로서 작용하는 절연 벽의 외부 표면상의 투명한 내구성 석영의 얕은 층(대략적으로 1mm 깊이)을 형성한다.
물론, 알루미나 및 실리콘 카바이드와 같은 다른 열 저항 절연 재료들은 절연 벽용으로 사용될 수 있다. 또한, 상기 절연 벽은 알루미나, 카바이드 또는 실리콘 질화물과 같은 반사 재료로 코팅된 투명한 석영과 같은 전도 재료로 형성될 수 있다. 그러나, 이러한 대체물들은 적열 불투명 석영보다 덜 견고하고 종종 조각 조각 떨어지고 부스러지는 경향이 있고, 몇몇 처리의 화학 반응을 간섭할 수도 있다. 또한 그러한 벽은 투명한 석영 또는 반사 금속 거울이 내부에 수용된 우수한 투명 열 절연체로 만들어질 수 있다. 또한 추가 절연 벽은 절연을 개선하기 위해 가열 체임버와 체임버 벽 사이에 설치될 수도 있다. 특히, 상기 가열 체임버는 다수의 절연 하우징 내부에 수용될 수 있고, 추가로 실리콘 카바이드로 코팅된 그라파이트와 같은 재료 또는 불투명한 석영과 같은 재료로 만들어질 수도 있으며, 하우징 사이에 진공 영역이 형성된다.
도 1에서 보인 바와 같이, 세개의 실리콘 카바이드로 코팅된 그라파이트 부분, 즉 상부(130A), 측부(130C), 및 베이스(130D)는 첫 번째 실시에서 가열 체임버 (128)를 형성하기 위해 사용되었다. 상기 베이스(130D) 절연 벽은 가열 블록(116) 및 저항 가열기(120)에 근접하게 일정한 간격을 이룬다. 일실시예에서, 상기 베이스 (130D) 및 측부(130C) 절연 벽은 실질적으로 웨이퍼를 수용하기 위해 형상지어진 가열 표면의 노출된 원형 영역을 제외하고 열원을 싼다. 이는 열원으로부터 원통형 영역을 통해 웨이퍼 표면까지의 열 플러스 채널을 돕고 측방향 열 기울기를 감소시킨다. 또한, 상기 가열 표면은 측부 절연 벽(130C) 바로 아래 원형 영역으로부터 방사상으로 연장된다. 이는 가열 블록의 가장자리에서의 온도 저하로부터 웨이퍼를 절연시키는 것을 돕는다.
다시 도 1을 참고로, 상기 가열 블록은 얕은 포켓, 블록내 홈이 이루어진 영역, 또는 베이스 절연 벽(330D)에 의해 노출된 원통형 영역내 웨이퍼를 수용하기 위한 공동을 형성한다. 상기 포켓은 첫 번째 실시예에서 0.159cm(0.0625 인치)와 0.318cm(0.125 인치) 사이의 깊이이고, 평평할 수 있거나 포켓의 중앙이 주변보다 약간 낮은[대략적으로 0.159cm(0.003인치)] 상태로 약간 오목할 수 있으며, 또는 중앙이 포켓의 외부 반경으로 형성된 가장자리에 대하여 오목한 상태로 계단형일 수 있다. 오목한 포켓은 웨이퍼의 가장자리에서 열 보유를 돕고 상기 포켓 형상은 웨이퍼 표면을 가로질러 온도 균일성에 영향을 미친다. 두드러진 처리 균일성은 평평하고 홈으로 이루어진 포켓 디자인을 사용하여 600℃와 800℃에서 이루어질 수 있다.
저압, 절연 벽, 및 다른 열 특성은 균일성의 높은 수준으로 사용될 매우 소형의 체임버 디자인을 허용한다. 첫 번째 실시예에서, 상기 가열 블록(316)은 단지 웨이퍼보다 약간 넓은 대략적으로 25.4cm(10 인치) 폭을 이루고 그의 가장자리는 냉각 체임버 벽의 2.54cm(1 인치) 내이다. 상기 베이스 절연 벽(330D)은 가열 블록(316)의 가장자리로부터 대략적으로 0.953cm(0.375 인치)이고, 사이에 원주 가열기를 가지며 베이스 절연 벽에서 체임버 벽까지의 거리(절연 체임버(534)를 가로질러)는 1.27cm(0.5 인치)보다 작다. 따라서, 가열 블록의 폭은 처리 체임버 내부 폭의 80%이다. 또한, 상기 가열 블록은 처리 체임버 내부 부피의 약 10%를 차지한다. 가열 블록이 1000℃ 이상에서 가열되고 상기 체임버 벽이 물 또는 다른 냉매로 100℃ 이하의 평균 온도로 냉각될 수 있음에도, 처리 온도 균일성은 상기 소형 디자인을 사용하여 이루어질 수 있다. 그러나, 수용 가능한 균일성의 수준을 유지하기 위해서, 첫 번째 실시예에서 상기 체임버 면적과 재료 및 처리 변수는, 가열 체임버(328)를 가로질러 절연 벽(330A 및 330C)을 통하고 절연 체임버(334)를 가로지르는 열 이동을 제어하기 위해 주의깊게 선택된다.
바람직하게, 절연 벽은 두께가 재료의 열 전도 및 전달에 의존하여 변하는 것에도 불구하고 0.64cm(0.25 인치) 내지 2.54cm(1 인치)의 범위 내 두께를 가진다. 첫 번째 실시예에서, 상부, 측부 및 베이스 절연 벽은 대략적으로 두께가 0.953cm(0.375 인치)이고 하부 절연 벽(그라파이트 가열기에 가까움)은 대략적으로 두께가 1.59cm(0.625 인치)이다.
상기 하부 절연 벽(130D)은 지지 다리 또는 기둥(132)에 의해 체임버 벽(102)으로부터 일정한 간격을 이루고, 또한 상기 기둥은 가열 블록(116)으로부터 절연 벽(130D)을 일정한 간격으로 형성하기 위해 사용된다. 전형적인 지지 기둥은 도 2 및 도 7에 더욱 상세히 도시되어 있다. 도 2 및 도 7을 참조하면, 절연 벽(130D)은 기둥의 어깨부(710)에 장착되고, 가열 블록(116)은 상부 영역(720) 위에 장착될 수 있다. 상기 기둥의 협소한 부분(730)은 체임버(102)의 홈 내부에 맞추어지고, 따라서 위치 740에서 단단히 죌 필요성을 제거한다(및 오염의 잠재 원인을 제거할 수 있다). 기둥(132)은 하부 절연 벽(130D)으로부터 체임버 벽(102)까지 전도 열 이동을 최소화하기 위해 불투명 석영과 같은 절연 재료로 구성된다. 몇 개의 지지 기둥이 사용될 수 있지만, 지지 기둥에 의해 하부 절연 벽(130D)과 하부 체임버 벽 사이에 형성된 열 전도 통로의 단면을 최소화하는 것이 바람직할 수 있다. 일실시예에서, 지지 기둥(132)은 절연 벽과 체임버 벽 사이에 형성된 큰 전도 통로 형상을 방지하기 위해 비교적 작은 단면(실질적으로 하부 절연 벽의 표면 영역의 10% 이하)을 가진다.
상기 절연 벽(130A 및 130C)은 가열 블록(116)과 함께 실질적으로 가열 체임버(128)를 둘러싸고, 절연 벽과 냉각 체임버 벽 사이에 외부 절연 체임버(134)가 형성된다. 상기 절연 벽은 가열 체임버 내부로 삽입될 웨이퍼를 허용하기 위해 가열 체임버(128)와 절연 체임버(134) 사이에 내부 기둥(136)을 형성한다. 셔터(141)는 부가적인 절연을 제공하기 위해 처리동안 내부 포트(136)를 덮기 위해 사용된다. 상기 셔터는 도 1에서 위치 141A에서 포트를 덮는 것으로 도시되어 있다. 상기 셔터는 웨이퍼가 가열 체임버로부터 제거되고 삽입될 수 있도록 상승 위치 141B(도 1에서 점선)에 도시되어 있다. 셔터는 불투명한 석영, 투명한 석영, 실리콘 카바이드 및 다른 세라믹으로 구성된다. 셔터(141)의 3차원 도면이 도 8에 도시되어 있다. 상기 셔터는 지지 막대(810)에 의해 지지되고, 포트를 덮으며, 열 절연을 제공하는 셔터의 일부의 영역(820A 및 820B)은 웨이퍼 형상에 적합하도록 형상지어진다.
일반적으로, 열은 일시실예에서 가열판(116)으로부터, 절연 벽(130A 및 130C)으로 가열 체임버(128)를 가로질러, 절연 벽(130B 및 130F)을 관통하고, 냉각 체임버 벽(102)으로 절연 체임버(134)를 가로질러 이동된다. 물론, 약간의 열은 전도에 의해 지지 다리(132)를 통하여 이동하고 직접 방사(불투명 덮개가 사용되지 않은 한)에 의해 내부 포트(136)를 통하여 이동된다. 그러나, 실질적으로 가열 블록(116)으로부터 대부분의 방사(60% 이상)는 절연 벽(130A 및 130C)에 의해 차단되고 단지 하부 절연 벽의 적은 부분(10% 이하)이 지지 기둥과 접촉하게 된다. 따라서, 일실시예에서 열 이동 속도는 실질적으로 가열 체임버를 가로질러, 절연 벽(130A 및 130C) 및 절연 체임버(134)를 가로지른 열 저항성에 의존한다.
일실시예에서 열 이동을 제어하기 위해서, 상기 세 개의 영역에서 열 이동의 기구를 이해하는 것이 중요하다. 열은 전도, 방사에 의해, 그리고 더 작은 수준의 대류에 의해 가열 체임버 및 절연 체임버를 가로질러 이동된다. 절연 벽을 통한 열 이동은 주로 전도에 의해 일어난다. 절연 벽이 불투명하므로 방사 열전도가 적고, 절연 벽이 고체이므로 대류는 없다.
가열 체임버 및 절연 체임버를 가로지른 열 저항은 처리 압력을 조절함으로써 조절될 수 있다. 도 2를 참고로, 가스 유입구(138A 및 138B)는 웨이퍼 처리 공동으로 처리 가스 흐름(C2)을 제공하고, 가스 유입구 139는 잔여 리액터로, 특히 열 절연 공간(134)으로 정화 가스 흐름(C1)을 제공한다. 가스 유입구(138 및 139)는 가스의 흐름을 공급하고 조절하기 위해 종래 가스원 및 대량 흐름 제어기(미도시)에 연결된다. 가스 흐름(C2)은 실제 처리 가스이다. 정화 가스(C1)는, 반응 부산물 및 유해 방출물이 고온계, 체임버 측벽, 및 체임버 내측의 다른 민감한 표면에 퇴적하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 광학 고온계에 의해 온도 측정이 바람직한 영역상에 가스 인젝터(138A, 138B 또는 139)가 설치되는 경우에, 포트(910)(도 9를 참조)는 상기 목적을 위해 가스 인젝터의 중심을 통하여 제공된다.
다시 도 1을 참고로, 가스 배기 포트(340)는 체임버 내에 압력을 제어할 수 있는 종래 진공 펌프(미도시)에 연결된다. 일실시예에서, 760 토르(대기압)에서 0.1 토르 이하로 떨어지는 압력이 성취될 수 있다. 추가적으로 아래에 기술된 것처럼, 100 토르 이하의 압력, 및 특히 2 토르와 50 토르사이의 압력은 본 발명의 실시예에서 바람직하다.
펌핑 스풀, 또는 가스 흐름 조절기(143)는 도 1 및 도 10에서 나타낸 것 처럼 배기 포트 내부로 삽입된다. 상기 펌핑 스풀은 배기 펌프의 전방에 설치된 배플 또는 열 교환기이고, 목적은 예를 들면 진공 시스템의 0-링 밀봉이 손상되지 않도록 전방(체임버와 펌프사이의 배기 시스템의 부분) 냉각을 유지하기 위한 것이다. 또한 상기 스풀은 반응 체임버에서 빠져나오는 방사 열을 실질적으로 방지하기 위해 사용된다. 도 10을 참고로, 배플(143)은 기판의 오염의 가능성, 특히 저항 가열기에서 발생하는 증기상 내 미량 금속으로부터 오염을 감소시키기 위해 사용된다. 본 발명의 상기 실시예는 가열기를 포함한 체임버의 영역(도 10에서 영역 320)을 배기하기 위한 큰 전도 통로 (1010), 및 가열기를 포함하지 않은 처리 체임버의 다른 영역을 배기하기 위해 작은 전도 통로(1020), 또는 절연 공간(134)과 같은 체임버 공간의 나머지 부분을 구비하는 스풀의 디자인에 의해 이루어진다. 배플(143)의 3차원 도면은 도 11에 나타내어졌고, 배기(1020)에 의해 제공된 작은 전도 통로에 특히 주목할 필요가 있다.
본 발명의 양상은 열처리 시스템을 사용하는 방법을 포함한다. 상기 방법에 대하여 확실하게 중요한 두 개의 변수는 처리가 실행되는 온도와 압력이다. 상기 방법은 산화, 질화, 실리콘화, BPSG 및 PSG의 소둔, 글래스의 재유동과 압밀화, 임플란트 소둔, 및 낮고 높은 유전율을 가진 재료의 소둔을 포함하는(그러나 제한되지 않음) 집적 회로 장비의 제조에 포함된 다양한 단계에 적용된다. 실리콘화 단계는 금속 실리콘 화합물 MSix 생성을 포함하고, 여기에서 금속 M은, Ti, Mo, Ta 및 Co를 포함한다.
웨이퍼 이동은 바람직하게 약 2.0 토르와 같은 저압에서 수행되고, 따라서 특별한 오염으로부터 얻어진 결함 농도는 최소화될 수 있다. 입자 오염은, 여러 근원 중, 처리 체임버 내부로 웨이퍼를 이송하기 위해 사용된 하드웨어로부터 발생한다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 처리가 진행되는 압력은 처리가 일단계 또는 다수 단계 방법을 사용할 것인가를 결정한다. 일반적으로, 만약 처리 압력이 실질적으로 로드 락 압력과 동등하다면 처리는 일단계일 것이다. 만약 처리 압력이 로드 락 압력과 동등하지 않다면 다수 단계 방법이 필요하다. 저압에서 일어나는 열처리는, 접촉 및 배리어(barrier) 금속 규화물을 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 처리는 일단계이고, 처리 압력은 약 2 토르 내지 3 토르이고, 처리 시간은 약 25초 내지 1분이다. 약 500sccm의 질소 흐름은 정화 흐름으로 체임버 C1로 주입될 수 있고, 약 1500sccm의 처리 가스 흐름 C2(실질적으로 두 처리 공동사이에서 동등하게 분리됨)은 처리 가스로 공급될 수 있다. 상기 처리 가스는 바람직하게 질소이다.
극히 얕은 접합의 불순물 어닐링과 같은 열에 민감한 적용 분야에 있어서, 더 높은 처리 압력은 처리 온도에 대한 온도 구배의 비율을 증가시키기 위해서 바람직할 수 있다. 전형적인 세 단계 공정이 도 12에 도시되어 있다. 상기 일례에서, 단계 1 및 3의 압력(약 2.5토르)은 기판이 체임버의 안과 밖으로 이동할 때 로드 락내 압력과 일치하고, 단계 2는 처리 단계이다. 도 12에서 전형적인 단계 2의 압력은 35sccm이지만, 10 토르 및 50토르의 압력이 보통이다. 일반적으로, 저압 처리는 실리시데이션 반응을 위해서 보통이고, 고압 처리는 근원/배수 접합 불순물 어닐링을 위해 적당하다(여기에서 균일성이 중요). 로드 락 압력은 약 2 토르 내지 100 토르 범위이고, 이 범위에 포함된 소정 범위일 수도 있다. 처리 압력은 약 10 토르 내지 760 토르 범위이거나, 이 범위에 포함된 소정 범위일 수도 있다.
상기한 바와 같이, 당업자라면 본 발명의 필수적인 특징을 쉽게 확인할 수 있다. 상기 기술은 본 발명을 설명하도록 의도되어졌고 그에 대하여 제한 또는 제약되는 것으로서 해석되어서는 아니되며, 본 발명은 이하의 특허청구범위에 기재되어 있다.

Claims (27)

  1. 처리 체임버와,
    상기 처리 체임버 내에 배치되고 서로 일정한 간격으로 떨어져 있는 주 가열기(primary heater) 및 주변 가열기(peripheral heater)와,
    상기 처리 체임버 내에 배치되고 상기 주 가열기 및 주변 가열기로부터 열을 수용하는 가열 블록과,
    상기 처리 체임버 내부에 배치되고 주 가열기, 주변 가열기, 및 가열 블록을 둘러싸는 절연 벽 세트를 포함하고,
    하나 이상의 반도체 기판이 처리동안 가열 블록으로부터 열을 수용하기 위해 가열 블록에 인접하게 놓이는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리를 위한 열처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    추가로, 전력 공급부를 포함하고,
    상기 주변 가열기는, 주 가열기와 주변 가열기에 전력을 공급하는 데 단일의 전력 공급부를 사용해도 되도록, 주 가열기의 임피던스와 일치하는 임피던스를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리를 위한 열처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 주 가열기 및 주변 가열기는 실리콘 카바이드로 코팅된 그라파이트를 포함하는 저항 가열기인 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리를 위한 열처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 주 가열기는 제 1 영역, 제 2 영역, 및 상기 제 1 영역과 제 2 영역사이의 천이 영역을 구비하고,
    상기 제 1 영역이 제 2 영역보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리를 위한 열처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 주변 가열기는 반복 S 형 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리를 위한 열처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열 블록은 기판보다 큰 열 용량(thermal mass)을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리를 위한 열처리 장치.
  7. 처리 체임버,
    상기 처리 체임버 내에 배치되고 처리 온도로 반도체 기판을 가열하기 위한 가열기,
    상기 처리 체임버 내에 배치되고 상기 가열기로부터 열을 수용하는 가열 블록,
    상기 처리 체임버 내에 배치되고 가열기 및 반도체 기판을 둘러싸며 가열기 블록으로부터 떨어져 일정한 간격을 이루는 내부 절연 벽, 및
    상기 처리 체임버 내에 배치되고 내부 절연 벽을 둘러싸는 외부 절연 벽을 포함하며,
    반도체 기판이 처리동안 가열 블록으로부터 열을 수용하기 위해 가열 블록에 인접하여 놓이는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리를 위한 열처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    내부 절연 벽은, 내부 절연 벽이 가열 블록 및 반도체 기판으로부터 외부 절연 벽으로 직접 방사에 의한 열 전달을 방지할 수 있도록, 비전도체인 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리를 위한 열처리 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    외부 절연 벽은, 외부 절연 벽이 내부 절연 벽으로부터 체임버 벽으로 직접 방사에 의한 열 전달을 방지할 수 있도록, 비전도체인 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리를 위한 열처리 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    외부 절연 벽은 약 3.5W/cmK의 열 전도성을 가진 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리를 위한 열처리 장치.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 외부 절연 벽은 불투명한 석영을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리를 위한 열처리 장치.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 내부 절연 벽은 실리콘 카바이드로 코팅된 그라파이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리를 위한 열처리 장치.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 내부 절연 벽은 처리동안 가열 블록의 평균 온도보다 낮은 평균 온도를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리를 위한 열처리 장치.
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 외부 절연 벽은 처리동안 내부 절연 벽의 평균 온도보다 낮은 평균 온도를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리를 위한 열처리 장치.
  15. 제 7 항에 있어서,
    상기 체임버 벽은 처리동안 외부 절연 벽의 평균 온도보다 낮은 평균 온도를 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리를 위한 열처리 장치.
  16. 제 7 항에 있어서,
    처리 동안 내부 절연 벽은 평균 온도 Tiw 를 가지고, 처리 동안 상기 가열 블록은 평균 온도 Thb를 가지며,
    상기 가열 블록의 평균 온도와 내부 절연 벽의 평균 온도차인 Thb-Tiw는 가열 블록 평균 온도 Thb의 절반 미만인 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리를 위한 열처리 장치.
  17. 제 7 항에 있어서,
    상기 내부 및 외부 절연벽 및 가열 블록을 지지하고 체임버 벽 및 가열 블록으로부터 상기 내부 및 외부 절연벽을 일정한 간격으로 유지하기 위한 하나 이상의 지지 기둥을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리를 위한 열처리 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 지지 기둥은 열전대 및 광학 고온계와 같은 온도 센서를 위한 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리를 위한 열처리 장치.
  19. 제 7 항에 있어서,
    하나 이상의 가스 인젝터(injector)를 또한 포함하며,
    상기 가스 인젝터는 열전대 및 광학 고온계와 같은 온도 센서를 위한 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리를 위한 열처리 장치.
  20. 처리 체임버,
    상기 처리 체임버 내에 배치되고 처리 온도로 반도체 기판을 가열하기 위한 가열기,
    상기 처리 체임버 내에 배치되고 상기 가열기로부터 열을 수용하는 가열 블록,
    처리 체임버 내부에 배치되고 가열 블록으로부터 떨어져 일정한 간격을 이루는 절연 벽,
    가스 공급부 및 배기 포트, 및
    상기 처리 체임버와 상기 배기 시스템 사이에 배치된 가스 흐름 제어기를 포함하며,
    절연 벽 및 가열 블록은 반도체 기판으로부터 가열기를 분리시키기 위한 가열기 공동을 형성하고,
    가스 흐름 제어기는 첫 번째 배기 통로와 두 번째 배기 통로를 형성하며, 상기 첫 번째 배기 통로는 주로 가열기 공동으로부터 가스를 배출하고, 상기 두 번째 배기 통로는 주로 가열기 공동의 외측으로부터 가스를 배출하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판을 처리하기 위한 열처리 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 가스 흐름 제어기는 배기 가스의 온도를 감소시키는 것을 특징으로 하는 반도체 기판을 처리하기 위한 열처리 장치.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 가스 흐름 제어기는 상기 처리 체임버로부터 열이 손실될 가능성(potential)을 감소시키는 것을 특징으로 하는 반도체 기판을 처리하기 위한 열처리 장치.
  23. 처리 체임버,
    상기 처리 체임버 내에 배치된 가열기,
    상기 처리 체임버 내에 배치되고 가열기로부터 열을 수용하는 가열 블록,
    가스 공급부 및 배기 포트,
    가열 블록 내부에 매립된 팁을 구비한 열전대, 및
    가열 블록 내부에 매립되고 열전대의 팁에 마주하도록 설치된 광학 고온계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판을 처리하기 위한 열처리 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 열전대는 상기 광학 고온계를 교정하기 위해 사용된 것을 특징으로 하는 반도체 기판을 처리하기 위한 열처리 장치.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 따른, 로드 락이 마련되어 있는 열처리 장치에서 반도체 기판을 열처리하는 반도체 기판 열처리 방법으로서,
    처리 압력이 로드 락 압력과 동등할 때에는 일 단계 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 방법.
  26. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 따른, 로드 락이 마련되어 있는 열처리 장치에서 반도체 기판을 열처리하는 반도체 기판 열처리 방법으로서,
    처리 압력이 로드 락 압력과 동등하지 않을 때에는 다수 단계 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 기판 열처리 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 처리 압력은 로드 락 압력보다 큰 것을 특징으로 하는 기판 열처리 방법.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6962732B2 (en) 2001-08-23 2005-11-08 Applied Materials, Inc. Process for controlling thin film uniformity and products produced thereby
KR100613343B1 (ko) * 2004-12-22 2006-08-21 동부일렉트로닉스 주식회사 반도체 소자의 제조 장치
JP2006229040A (ja) 2005-02-18 2006-08-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd 熱処理方法および熱処理装置
KR100839990B1 (ko) * 2006-11-09 2008-06-19 주식회사 시스넥스 이중가열방식의 수소화물기상증착 반응기
US8083162B2 (en) 2007-08-23 2011-12-27 Liquajet L.L.C. Method for micro-sizing organic, inorganic and engineered compounds
DE102007059218A1 (de) * 2007-12-07 2009-06-10 Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh Verfahren zur Temperaturführung in einem Diffusionsofen
DE102012106325A1 (de) 2012-05-25 2013-11-28 Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Aufheizen und Abkühlen einer Substratbehandlungsanlage
CN108091588B (zh) * 2016-11-21 2019-05-31 北京北方华创微电子装备有限公司 一种退火工艺方法、工艺腔室及退火设备
WO2021216520A1 (en) * 2020-04-20 2021-10-28 Momentive Performance Materials Quartz, Inc. Thermal interface for thermal leveler

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4672915A (en) * 1984-11-30 1987-06-16 Jenkins George M Gas supply device, particularly for manufacturing semiconductor elements
US5558510A (en) * 1995-04-17 1996-09-24 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Scroll compressor having wrap elements with rigidified inner ends
US5695564A (en) * 1994-08-19 1997-12-09 Tokyo Electron Limited Semiconductor processing system

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63153388A (ja) * 1986-08-23 1988-06-25 東レ株式会社 熱処理炉
US5060354A (en) * 1990-07-02 1991-10-29 George Chizinsky Heated plate rapid thermal processor
JPH05299428A (ja) * 1992-04-17 1993-11-12 Sony Corp 半導体ウェーハの熱処理方法及び熱処理装置
JP3165938B2 (ja) * 1993-06-24 2001-05-14 東京エレクトロン株式会社 ガス処理装置
JP3781787B2 (ja) * 1993-10-26 2006-05-31 株式会社半導体エネルギー研究所 多目的基板処理装置およびその動作方法および薄膜集積回路の作製方法
JP3165324B2 (ja) * 1994-04-13 2001-05-14 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置の作製方法
JP3453223B2 (ja) * 1994-08-19 2003-10-06 東京エレクトロン株式会社 処理装置
JPH08260158A (ja) * 1995-01-27 1996-10-08 Kokusai Electric Co Ltd 基板処理装置
US5772770A (en) * 1995-01-27 1998-06-30 Kokusai Electric Co, Ltd. Substrate processing apparatus
JPH08316222A (ja) * 1995-05-19 1996-11-29 Tokyo Electron Ltd 熱処理方法及びその装置
US6002109A (en) * 1995-07-10 1999-12-14 Mattson Technology, Inc. System and method for thermal processing of a semiconductor substrate
JPH0945624A (ja) * 1995-07-27 1997-02-14 Tokyo Electron Ltd 枚葉式の熱処理装置
US5958510A (en) * 1996-01-08 1999-09-28 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for forming a thin polymer layer on an integrated circuit structure

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4672915A (en) * 1984-11-30 1987-06-16 Jenkins George M Gas supply device, particularly for manufacturing semiconductor elements
US5695564A (en) * 1994-08-19 1997-12-09 Tokyo Electron Limited Semiconductor processing system
US5558510A (en) * 1995-04-17 1996-09-24 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Scroll compressor having wrap elements with rigidified inner ends

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Publication number Publication date
WO2000029799A1 (en) 2000-05-25
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DE69931278D1 (de) 2006-06-14
DE69931278T2 (de) 2007-03-29
EP1135659B1 (en) 2006-05-10
KR20010101007A (ko) 2001-11-14
JP2002530847A (ja) 2002-09-17

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