KR101521469B1 - 반도체 기판 열처리 장치 - Google Patents

Abstract

반도체 기판 열처리 장치는 반도체 기판에 실질적으로 평행한 제1 벽과 제1 벽에 연결된 제2 벽에 의해 정의되는 처리 공간; 처리 공간 내에서 반도체 기판을 위한 기판 보유 영역을 정의하는 처리 공간 내에 배치된 기판 유지 장치; 및 처리 공간 내에서 적어도 하나의 제1 벽과 기판 보유 영역 사이에 배치된 가열 요소를 구비한다. 반도체 기판의 에지와 반도체 기판의 중심 사이의 열경사는 기판 보유 영역 방향으로 가열 요소에 의해 처리 공간 내에서 방출되는 복사를 제한하는 셔터를 기판 보유 영역과 가열 요소 사이에 제공함으로써 효율적으로 보상될 수 있다.

Description

반도체 기판 열처리 장치{APPARATUS FOR THERMALLY TREATING SEMICONDUCTOR SUBSTRATES}

[우선권 주장]

본 출원은, 모든 목적으로 참조로서 본 명세서에 편입되는 동일한 발명의 명칭을 갖고 발명자가 동일한 2007년 12월 31일 출원된 미국 가특허 출원 No. 61/017818의 우선권의 효력을 주장한다. 또한, 본 출원은, 모든 목적으로 참조로서 본 명세서에 편입되는 2007년 12월 3일 출원된 독일 특허 출원 No. 10 2007 058 002.0의 우선권의 효력을 주장한다. 더하여, 본 출원은, 모든 목적으로 참조로서 본 명세서에 편입되는 이전 출원된 국제 출원 PCT/IB2008/054652의 우선권의 효력을 주장한다.

[기술분야]

본 발명은 반도체 기판 열처리 장치에 관한 것이다. 본 장치는 반도체 기판과 실질적으로 평행한 제1 벽과, 제1 벽에 연결된 적어도 하나의 제2 벽에 의해 정의되는 처리 공간과, 이 처리 공간 내에 배치되고 처리 공간 내의 반도체 기판을 위한 기판 보유 영역을 정의하는 기판 유지 장치와, 처리 공간 내에서 적어도 하나의 제1 벽과 기판 보유 영역 사이에 배치된 가열 요소를 갖는다.

RTP 시스템이라 하는 반도체 웨이퍼의 열처리를 위한 급속 가열 설비(rapid heating installations)가 반도체 생산에 대하여 알려져 있다. 이러한 설비의 예는 미국 특허 No. 5,359,693 및 No. 5,580,830에 설명된다.

급속 가열 설비에서, 반도체 기판은 미리 정해진 처리 결과를 달성하기 위하여 상이한 처리 가스 분위기에서 열처리를 받는다. 처리 챔버는 바 형상의 가열 요소를 이용하면서도 챔버의 대칭에 따라 반도체 기판을 균일하게 가열하는 것을 보장하기 위하여 입방 형태(cuboidal form)를 종종 가지만, 반면 가열되는 대상은 대부분 디스크 형태의 원형이며, 대부분 바람직하게는 실리콘, 게르마늄, SiGe, SiC, GaAs 또는 InP로 이루어진 반도체 웨이퍼이다.

급속 가열 설비에서의 열처리는 대부분 일반적으로 급속 가열 및 냉각 절차를 특징으로 하는 단일 디스크 처리이다. 반도체 웨이퍼의 온도는 열처리 동안 모든 시간에서 전체 반도체 표면에 대하여 동일하여야만 한다. 원하는 처리 결과를 얻기 위하여, RTP 시스템은 사전에 특정된 온도/시간 곡선에 따라 반도체 웨이퍼를 가열하고, 이를 특정 온도에서 사전에 정해진 시간 구간 동안 유지하고(정상 상태 페이즈), 최종적으로, 역시 종종 특정된 온도/시간 곡선에 따라 다시 이를 냉각하여야 한다. 스파이크(spike) 인가(급속 어닐링 처리)는 특별히 급속한 가열 및 냉각 절차를 필요로 한다. 웨이퍼는 수초 내에 처리 온도(600 - 1200℃)로 되어야 하고, 다시 냉각되어야만 한다.

이러한 처리로, 매우 높은 강도로 방사되는 가열 페이즈 동안 웨이퍼가 균등하게 가열되지 않는 문제점이 발생한다. 이것은 웨이퍼를 둘러싸는 고반사성 챔버 벽에서 주 복사(primary radiation(대부분 할로겐 및/또는 아크 램프인 가열 요소에 의해 방출된 복사)의 단일 및 다중 반사에 의해 발생된다. 이는, 반사하는 챔버와는 다르게, 반도체 디스크의 중심은 챔버 벽보다 복사의 훨씬 더 많은 부분을 흡수하기 때문에, 웨이퍼 디스크의 에지에서 주 복사의 유효 복사 밀도가 디스크의 중심에서보다 더 높게 한다. 결과적으로, 반도체 기판의 에지는 중심보다 더 강하게 가열된다. 웨이퍼 에지와 웨이퍼의 중심 사이의 순간적인 온도 차이는 40℃ 이상이 쉽게 될 수 있다.

웨이퍼가 원하는 온도에 결국 도달하면, 그리고 어느 온도에서 유지되거나 다시 냉각된다면, 이에 따라 가열 요소는 가열된 웨이퍼의 복사가 가열 요소의 주 복사에 대하여 지배하도록 조정된다. 냉각 동안, 램프는 종종 완전히 스위치 오프된다. 이제 반대의 효과가 발생한다: 그 표면으로의 웨이퍼의 복사 때문에, 웨이퍼의 에지는 웨이퍼의 중심보다도 더 급속하게 냉각한다. 이것은 측부 챔버 경계가 디스크의 중심에 의해 방출된 복사를 웨이퍼로 다시 반사하는 반사기보다 웨이퍼의 에지로부터 더 멀어지기 때문이다. 그 결과, 웨이퍼 에지에 가까운 웨이퍼의 외부 영역으로부터 복사된 열에너지는 더 멀리 있는 반사기 벽에서의 다중 반사 및 분산 후에 통계적으로 대부분 평탄한 각도로 웨이퍼에 도달한다. 각 반사 에너지는 반사기에서의 흡수에 의해 손실된다. 대조적으로, 웨이퍼 중심의 복사는 반도체 기판 상부 및 하부에 배치된 반사기에 의해 웨이퍼의 중심으로 직접 다시 반사된다. 따라서, 웨이퍼 복사가 램프 복사에 대하여 지배적일 때, 웨이퍼의 에지 영역은 반사된 웨이퍼 복사에 의해 웨이퍼의 중심보다는 덜 가열된다. 또한, 웨이퍼의 표면은 그 측부 에지에서 역시 열 에너지를 복사하는 추가의 에지 표면을 갖는다. 이 열 에너지는 다중 반사 후에 이 에지 표면으로 다시 반사되는 가능성이 낮다. 결과적으로 웨이퍼의 에지는 웨이퍼의 중심보다 온도가 더 낮다. 따라서, 반도체 디스크의 에지에서의 온도/시간 곡선은 이러한 동적 특성 때문에 반도체 디스크의 중심의 온도/시간 곡선과 다르다.

이러한 문제는, 다른 수단에 의해 보상될 수 있다. 초기의 접근(예를 들어, 미국 등록 특허 US 5,399,523 참조)은 처리 챔버를 제공하며, 처리 챔버는 처리 챔버 주위로 연장하는 장사방형(rhomboid) 반사기 챔버 배치에 의해 정의되며, 그 정확한 각도는 웨이퍼의 중심 위아래에 놓인다. 또한, 처리 챔버는 가열 요소 및 상부와 하부 반사기가 웨이퍼로부터 매우 멀리 떨어져 배치된 입방형(cuboid) 반사기 챔버 배치에 의해 정의될 수 있다. 이러한 실시예들은 공간 및 에너지를 고려한 관점에서 실용적이지 않은 부피가 많이 나가는 반사기 챔버 배치를 가져다 준다. 또한, 복사의 웨이퍼로의 반사가 방지되도록 챔버 벽을 흡수성으로 만드는 것이 제안되었다. 그러나, 이것은 웨이퍼의 처리 온도에 따라 반사 챔버 배치에 필요한 복사력의 2배 내지 3배인 훨씬 더 높은 복사력(radiant power)이 가열 요소에 의해 방출되는 것을 필요로 한다. 결과적으로, 가열 요소의 수명은 상당히 감소된다.

많은 경우에, 웨이퍼와 동일한 반도체 재료로 이루어진 링(ring)이 웨이퍼 주위로 배치된다. 링은 웨이퍼로부터 수 밀리미터만 이격된다. 이것의 효과는 가열될 때 가열 요소에 의해 조사되는(irridiate) 전체 반도체 표면이 인공적으로 확대된다는 것이다. 링을 이용할 때, 챔버 벽에 직접 반사된 더 적은 추가 램프 복사가 웨이퍼의 에지에 도달하게 되고, 따라서, 더 작은 온도 경사가 웨이퍼의 에지와 웨이퍼의 중심 사이에서 형성된다. 한편, 이는 또한 정상 상태에서 유익한 효과를 가지며, 웨이퍼를 냉각시킬 때 램프가 스위치 오프되기 때문에, 링은 웨이퍼 재료의 에지를 향하여 효율적으로 열복사의 일부를 방출할 수 있다. 이 장치의 단점은 이것이 상대적으로 복잡한 기계적 수단을 이용하여 구현되어야만 한다는 것이다. 예를 들어, 링은 급속 가열 시스템에서 추가 지지 표면을 필요로 한다. 이 장치의 다른 단점은 대형 웨이퍼(현재 12 인치)에서 유력하게 발생한다. 이러한 웨이퍼를 열처리할 때, 필요한 크기의 모든 웨이퍼 링이 산업상 이용가능하기 않기 때문에 개별 링 세그먼트가 웨이퍼 주위로 배치되어야만 하며, 이는 시스템의 기계적 복잡성을 더 증가시킨다. 이 장치의 다른 단점은 웨이퍼와 달리 처리 후에도 노(furnace) 내에 있기 때문에, 링의 열적 및 광학적 특성이 시간의 경과에 따라 변할 수 있다. 이것은 열처리 동안에 웨이퍼의 에지와 웨이퍼의 중심 사이의 열적 균등성에서의 변동을 야기할 수 있으며, 이는 처리 결과에서의 변동을 야기할 수 있다.

다른 접근은 이 문제를 상이하게 제어되는 가열 요소에 의해 해결하려고 시도한다. 이러한 방법에서, 웨이퍼의 중심과 웨이퍼의 에지 사이의 열경사는 가열 페이즈 동안에 웨이퍼의 중심보다 덜 강하게 웨이퍼의 에지에서의 영역을 가열하고 정상 상태 페이즈 동안 웨이퍼의 중심보다 더 강하게 에지 영역을 가열함으로써 감소될 수 있다. 이는, 예를 들어, 웨이퍼의 에지에서 웨이퍼의 중심과는 상이하게 제어되는 웨이퍼의 상부 및/또는 하부에 복사 요소(예를 들어, 스팟(spot) 램프 또는 롯드(rod) 램프))를 이용함으로써 달성될 수 있다. 대칭성 때문에, 롯드 램프를 사용할 때, 웨이퍼는 처리 동안에 회전되어야만 한다. 챔버의 측벽에서 선택적인 추가 롯드 램프를 갖는 웨이퍼의 상부 및 하부에서의 롯드 램프의 배치는, 예를 들어, 여러 개의 램프 그룹으로 분할할 수 있으며, 그 일부는 웨이퍼의 중심을 조사하고, 다른 일부는 웨이퍼의 에지 영역을 조사한다. 열경사를 더 줄이기 위한 웨이퍼 링의 추가적인 사용도 역시 고려될 수 있다.

종래, 웨이퍼 에지와 웨이퍼 중심 사이에 형성되는 열경사의 문제는 웨이퍼 링, 웨이퍼의 회전 및 (롯드 형상의) 가열 요소의 그룹 제어에 의해 해결된다. 이것은 기술적으로 복잡하며, 실제 사용은 섭씨 1000도를 넘는 고온을 필요로 하는 열처리를 갖는 처리의 정상 상태 페이즈 동안에, 외부 램프는 최대 출력에서 종종 동작되어야만 하며, 반면 웨이퍼의 중심의 상부 및/또는 하부에 더 배치된 내부 라이트 뱅크는 열경사를 보상하기 위하여 최대 램프 출력의 절반 미만의 열처리에 기여한다. 이는 더욱 어려운 열 제어를 야기한다. 롯드 형상의 가열 요소와 관련하여 수 초만 지속하는 급속한 동작 처리로, 반도체 기판이 열처리의 모든 페이즈 동안에 반도체 디스크 전체에 대하여 필요한 열적 균등성을 보장하기 위하여 충분히 빠르게 회전할 수 없다는 문제점이 발생한다.

따라서, 본 발명의 목적은 간단한 기술적 수단으로 급속 가열 시스템에서 반도체 기판의 에지와 반도체 기판의 중심 사이에서 발생하는 열경사를 효율적으로 보상하는 반도체 기판, 특히 반도체 웨이퍼를 위한 열처리 챔버를 제공하는 것이다. 본 발명의 추가적인 목적 및 이점은 이어지는 설명에서 설명되거나, 또는 본 발명의 실시를 통해 습득될 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예 및 방법의 요약이 여기에 설명된다. 여기에서 제공된 설명을 이용하여, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 추가의 예시적인 실시예 및 방법이 본 발명의 범위 내에 있다는 것을 이해할 것이다.

본 발명의 예시적인 일 실시예는 기판 보유 영역 및 가열 요소 사이에 적어도 하나의 커버 요소 또는 셔터를 제공한다. 셔터는 가열 요소에 의해 처리 공간에서 방출되는 복사를 기판 유지 영역 방향으로 제한한다. 기판 유지 영역을 향하는 따라서 반도체 기판을 향하는, 특히 횡단하는 방향으로의 복사를 제한함으로써, 반도체 기판의 균일한 가열이 획득되도록 복사 강도를 용이하게 설정하는 것이 가능하다.

바람직한 실시예에서, 셔터가 처리 공간으로 돌출하여 반도체 기판으로 향하는 복사를 제한하는 셔터 개구를 형성하도록, 셔터는 제2 벽의 적어도 하나에 고정될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 셔터는 기판 보유 영역 및 이에 따른 가열되는 반도체 기판의 일측뿐만 아니라, 반도체 기판의 다른 측에 복사가 제한될 수 있도록 반대 측에도 제공된다. 이것은, 특히 반도체 기판을 가열하기 위한 가열 요소가 양측에 제공된다면 특히 유익하다. 바람직하게는, 셔트는 원형의 셔터 개구를 갖는다. 하나의 특정 실시예에 따르면, 셔터는 셔터 개구의 에지가 디스크 형상의 반도체 기판의 윤곽에 대응하거나 또는 유사하거나 그리고/또는 그와 동일한 중심축을 갖는 형상을 가질 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예 따르면, 반도체 기판의 외부 영역으로부터 방출된 복사의 일부가 그 외부 영역으로 다시 반사되도록, 셔터는 기판 보유 영역을 향하는 측에 반사 표면을 가진다. 이것은 반도체 기판의 에지 영역이 기판의 중심 영역보다 더 빨리 냉각되는 경향을 저지할 수 있기 때문에 냉각 페이즈에서 특히 유익하다. 반사 표면에 의해, 반도체 기판에 의해 방출된 복사는, 기판의 외부 영역이 기판의 중심 영역과 동일한 방법으로 덜 신속하고 이상적으로 냉각할 수 있도록, 기판의 외부 영역으로 다시 반사된다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 셔터는 가열 요소에 의해 방출되는 복사에 대하여 불투과성일 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 기판 보유 영역과 셔터 사이에서 있는 적어도 하나의 제2 벽에 하나 이상의 벽부(wall section)가 기판 보유 영역의 방향으로 셔터를 통과하는 가열 요소의 직접 복사로부터 적어도 일부 차폐되도록, 셔터는 가열 요소와 기판 보유 영역 사이의 복사 경로에 배치될 수 있다. 이러한 방법으로, 중심 영역에 비하여 너무 빨리 가열되는 기판의 외부 영역의 경향이 저지된다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 셔터와 기판 보유 영역 사이에서 제2 벽과 기판 보유 영역 사이의 원주(circumferential) 처리 영역이 형성되도록, 적어도 하나의 셔터가 배열되고 그리고/또는 설계될 수 있다. 이러한 처리 영역은 가열 요소로부터의 직접 복사에 의해 도달될 수 없다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 벽부 또는 처리 공간을 향하는 표면은 반사성 재료로 이루어지거나 그러한 재료로 코팅된다. 이러한 방법으로, 기판 특히 그 에지 영역에 의해 방출된 복사가 반사성 재료에 의해 부분적으로 다시 기판의 에지 영역으로 반사되기 때문에, 냉각 페이즈 동안에 기판의 중심 영역에서 냉각이 느려진다. 바람직하게는, 셔터 개구는 가열 요소에 의해 방출되는 후자를 통과하는 복사가 기판의 보유 영역에 배치된 반도체 기판에 부딪히고, 이에 반사된 그리고/또는 이를 통과하여 투과된 복사만이 챔버 벽에 도달하여 반사된다. 본 발명의 다른 예에 따르면, 셔터는 기판 보유 영역을 향하는 측에 원주 반사 영역을 갖는다. 그에 따라, 셔터의 반사성 에지 영역은 기판의 에지 영역으로 다시 복사를 반사하고, 따라서 에지 영역의 냉각이 느려지기 때문에, 이는 에지 영역의 냉각을 감소시킬 수 있다. 바람직하게는, 셔터의 원주 반사 영역은 500 nm와 3000 nm 사이의 파장을 갖는 광학적 복사에 대한 확산 반사를 생성한다. 본 발명의 일 실시예에서, 처리 공간의 내부 벽이 금속의 반사층을 갖는 표면의 적어도 일부에 제공되거나, 또는 금속으로 이루어지며, 그 반사 재료는 500 nm와 3000 nm 사이의 파장을 갖는 광학적 복사를 확산 반사한다. 기판을 가열하는데 필요한 에너지 및/또는 가열 절차에 필요한 시간은 이러한 방법으로 감소될 수 있다.

바람직한 또 다른 실시예에서, 셔터는 특정 파장 범위에서 양호한 반사를 제공하는 알루미늄으로 이루어진다. 본 발명의 다른 실시예는 셔터와 기판 보유 영역 사이에서 상이한 거리를 생성하기 위하여 그 원주를 따라 기판 보유 영역을 향하는 셔터의 표면에 표면 요소의 제공을 포함한다. 이러한 방법으로, 지역적으로 상이한 반사영역을 생성하고, 따라서, 상이한 가열 및 냉각 특성을 지역적으로 허용하는 것이 가능하다. 더하여, 처리 챔버가 관통하여 로딩 또는 언로딩될 수 있는 측벽에 배치된 도어 개구의 효과가 보상된다.

가열 요소는 할로겐 램프 및/또는 아크 램프일 수 있으며, 후자는 그 세로축이 적어도 하나의 제1 벽의 내부 표면에 실질적으로 평행하게 배치된, 예를 들어, 롯드 램프이다. 가열 요소는 기판 보유 영역의 상부 및/또는 하부에 배치될 수 있다. 또한, 기판 유지 장치는 균일한 가열 및 냉각을 할 수 있도록 처리 공간에서 회전가능할 수 있다.

벽부는 적어도 부분적으로 원형으로 기판 보유 영역을 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있다. 다른 실시예는 기판 보유 영역을 둘러싸고 외부 경계가 반도체 기판의 외부 한계에 대응하는 단면을 가지는 벽부를 포함한다. 이러한 방법으로, 균일한 가열 및 냉각이 기판의 에지 영역에서 획득된다. 이 이점은, 또한, 반도체 기판과 벽부 사이의 거리가 반도체 기판과 제1 벽 사이의 거리의 적어도 70% 최대 130%인 본 발명의 실시예에 위해 획득되거나 또는 더 개선될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 셔터와 기판 보유 영역 사이의 거리는 조정가능하다. 예를 들어, 이동 가능한 셔터 에지에 의한 셔터 개구의 조정은, 처리될 반도체 기판의 반지름 또는 치수가 상이하거나 기판 표면 전체에 대한 기판의 상이한 가열 및 냉각이 요구된다면 매우 유익하다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 셔터는 가열 요소에 의한 조사(irradiation) 동안 어퍼쳐(aperture)의 과도한 가열을 방지하기 위하여 냉각 시스템을 가질 수 있다. 또한, 처리 공간 내에서 기판 보유 영역과 가열 요소 사이에 수정(quartz) 플레이트를 배치하는 것이 유익할 수 있다. 또한, 바람직하게는, 처리 챔버를 마주보는 제1 벽 측은 적어도 하나의 흡수성 및/또는 적어도 하나의 추가 반사성 표면을 포함할 수 있다.

본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 대한 최선의 모드를 포함하는 본 발명의 완전하고 실시가능한 개시가 본 명세서에서 다음의 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 반도체 기판의 급속 열처리를 위한 열처리 챔버의 단면을 도시한다.
도 2a는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 상부 램프 배치를 통한 종래의 열처리 챔버에 대한 상부에서 바라본 단면을 도시한다.
도 2b는 선 A-A를 따른 도 1의 열처리 챔버에 대한 상부에서 바라본 단면을 도시한다.

[정의]

부딪히는 복사의 적어도 70%를 반사하면, 표면은 "반사(성)(reflective)"로 설명된다.

부딪히는 복사의 적어도 90%를 반사하면, 표면은 "고반사(성)(high reflective)"로 설명된다.

최대로 부딪히는 복사의 30%를 반사하면, 표면은 "흡수(성)(absorbent)"로 설명된다.

3 pm보다 작은 파장을 갖는 부딪히는 복사를 분산하는 방식으로 반사하면, 표면은 "확산 반사(성)(diffusely reflective)"로 설명된다.

축/평면/표면은 다른 축/평면/표면과 8도 미만의 사이각을 형성하면, 다른 축/평면/표면에 대하여 "실질적으로 평행한(substantially parallel)" 것으로 설명된다.

반도체 기판의 "외부 영역(outer region)"은 기판의 에지에 평행하게 지나가는 선의 외부에 배치된 반도체 기판의 부분을 의미하는 것으로 이해되며, 이 선은 기판의 에지에 균일하게 거리를 두며, 그 위치는 이 선에 의해 둘러싸이는 영역(반도체 기판의 "중심 영역(central region)")과 이 선에 의해 배제되는 반도체 기판의 영역이 대략 동일한 표면 크기를 갖도록 결정된다.

[상세한 설명]

도 1은 반도체 웨이퍼의 열처리를 위한 급속 가열 시스템의 처리 챔버(1)의 단면도이다. 상부 램프 챔버(3), 하부 램프 챔버(5) 및 반응 챔버(7)을 포함하는 처리 공간(3, 5, 7)이 처리 챔버(1) 내에 배치된다. 상부 및 하부 램프 챔버 각각은 바람직하게는 롯드 형상인 가열 요소(9, 11) 열(row)을 갖지만, 스폿 라이트 또는 표면 복사 요소의 형태일 수 있다. 가열 요소는 바람직하게는 할로겐 램프 및/또는 아크 램프이다.

반응 챔버(7)는 도어 개구(17)를 통해 삽입될 수 있는 예를 들어 실리콘 웨이퍼와 같은 디스크 형상의 반도체 기판을 수용하기 위한 기판 보유 영역(15)을 정의하는 기판 유지 장치(13)를 가진다. 가스 흡입구 및 가수 토출구(미도시)가 반응 챔버 내에 배치되어 이에 의해 처리 가스가 반도체 기판으로 운반될 수 있다. 상부 및 하부 램프 챔버는 처리 챔버(1) 내에 배열된 예를 들어 수정 유리 또는 사파이어로 이루어진 투과성 요소(19, 21)에 의해 반응 챔버(7)로부터 분리될 수 있다. 투과성 요소는 이를 통과하는 빛이 분산되도록 불투명한 영역을 가질 수 있으며, 또한, 이를 통과하는 복사가 분산하지 않는 영역을 가질 수 있다.

처리 공간의 높이는 예를 들어 상부 램프 플레이트(23) 및 하부 램프 플레이트(25)인 제1 벽(23, 25)에 의해 한정된다. 옆으로는, 처리 공간은 제2 벽(측벽)(27, 29)에 의해 한정된다. 측벽(29)은 반응 챔버를 로딩 및 언로딩하기 위한 개구(17)를 갖는다. 제1 및 제2 벽은 처리 공간(3, 5, 7)을 마주보는 흡수성인 영역과 반사성인 영역을 가지며, 반사성 영역은 고반사성인 부분을 가질 수 있다. 반사성 표면은 확산 반사 또는 비확산 반사를 나타내도록 설계될 수 있다. 벽들은, 바람직하게는, 물과 같은 액체로 냉각된다. 이들은 스테인레스 스틸, 구리, 구리 베릴륨, 알루미늄, 또는 브라스와 같은 금속으로 이루어지며, 바람직하게는, 금 또는 알루미늄의 반사성 표면을 가질 수 있다. 그러나, 이들은 세라믹 또는 비금속 코팅을 제공받을 수 있다.

여기에서 셔터(31, 32)라 하는 어퍼쳐를 갖는 복사 차단 요소는 처리 공간 내에, 바람직하게는 측벽(27, 29)에 열적으로 접촉하고 그리고/또는 후자에 기계적으로 고정되어 배치된다. 셔터(31, 32)는 바람직하게는, 가열 요소(9, 11)와, 투과성 요소 또는 영역(13, 15) 사이에 배치된다. 셔터(31, 32)는 이 대신에 반응 챔버(7) 내에서 투과성 요소(19, 21)와 기판 보유 영역(15) 사이에 배치된다. 셔터는 바람직하게는 예를 들어 알루미늄과 같은 금속으로 이루어지며, 예를 들어 수냉 시스템과 같은 냉각 시스템을 제공받을 수 있다. 셔터는 기판 보유 영역을 향하는 챔퍼(chamfer)를 가질 수 있다. 셔터의 부분, 바람직하게는, 기판 보유 영역을 향하는 셔터 표면의 원주 부분은 반사성, 특히 고반사성 및/또는 확산 반사성으로 설계될 수 있다. 셔터 개구는 바람직하게는 처리될 반도체 기판과 동일한 형상을 갖는다. 예를 들어, 디스크 형상의 원형 반도체 기판이 처리되고 있다면, 셔터 개구는 원형이다. 셔터 개구는 직사각형 반도체 기판에 대하여 직사각형이며, 정사각형 반도체 기판에 대하여는 정사각형이다. 유익하게는, 반도체 기판의 외부 경계선과 셔터 개구의 윤곽은 실질적으로 서로 평행하다. 셔터 개구는 반도체 기판의 처리 동안에 조정되도록 설계될 수 있다.

셔터와 기판 보유 영역 사이의 거리는 조정가능하며, 특히, 처리되는 반도체 기판에 개별적으로 적합한 열처리를 획득하기 위하여 열처리 동안 조정되도록 설계될 수 있다. 웨이퍼는 예를 들어 외부 에지 영역에서 중심 영역과 상이한 광학적 특징을 가질 수 있다. 예를 들어, 구조화된 반도체 웨이퍼는 종종 다른 영역 보다도, 칩 구조를 가지지 않는 에지 영역에서 광학적 복사에 대하여 더 높은 반사율을 가진다. 결과적으로, 외부 에지는 반도체 기판의 다른 영역에 비하여 균일한 복사를 이용할 때 덜 강하게 가열된다. 이것은 웨이퍼의 에지와 웨이퍼의 중심 사이에 온도 경사를 갖게 한다. 이러한 종류의 경사는 기판 보유 영역에 대한 그 거리에 대하여 이동가능한 셔터를 이용함으로써 보상될 수 있다. 반도체 기판을 향하는 셔터를 이동시킴으로써, 반도체 기판의 더욱 가파르게 정의된 에지 영역으로 반도체 기판의 에지에 의해 방사되는 에너지 반사를 집중시키는 것이 획득될 수 있다.

측벽(27, 29)의 내부로 향하는 표면은 제1 벽(23, 25)와 셔터(31, 32) 사이에 배치된 영역(35, 36)을 갖는다. 또한, 측벽(27, 29)의 내부로 향하는 표면은 셔터와 기판 보유 영역 사이에 배치된 벽부(38, 39)를 갖는다. 벽부(38, 39)는 셔터와 기판 보유 영역 사이에 측벽 영역의 전체 높이를 포함할 반드시 필요는 없다. 벽부(38, 39)는, 예를 들어, 원형의 반도체 기판이 처리된다면, 원형 또는 부분적으로 원형의 단면을 가질 수 있다.

벽부(38, 39)에서, 측벽은 원통형이거나, 단면에 대한 직각에서 그 표면을 따르는 반도체 기판 주위의 영역에서 밖으로 향하는 곡선을 가질 수 있다. 그러나, 벽부(38, 39)는 바람직하게는 디스크 형상의 반도체 기판의 표면에 유사한 반도체 기판 주위로 단면을 가진다. 유익하게는, 반도체 기판의 윤곽과 측벽(27, 28)의 표면의 벽부(38, 39)가 실질적으로 서로 평행하고 반도체 기판으로부터 제1 벽과 ½, 1½ 그리고/또는 대략 동일한 거리로 배치되도록, 반도체 기판이 반응 챔버(7)의 기판 보유 영역(15) 내에 배치된다. 바람직하게는, 제1 및 제2 벽은 반도체 기판이 직접 보이는 곳에 배치된 영역에서 유사한 반사 특성을 제공받는다.

도 2a는 기판 보유 영역의 레벨에서의 종래의 열처리 챔버의 단면을 도시한다. 이 영역 위에 놓인 가열 요소(9)는 반도체 기판 위의 그 위치를 표시하기 위하여 도해적으로 도시된다. 디스크 형상의 반도체 기판은 반응 챔버(7)의 기판 보유 영역(15) 내에 배치된다. 측벽(27, 29)은 기판 보유 영역의 주위에 배치된 측벽부(38, 39)를 내부적으로 서로 직각이 되도록 향하면서 반도체 기판 주위로 배치된다. 반도체 기판은 반응 챔버(7)로 삽입되고 측벽(29)에서 도어 개구(17)에 의해 후자로부터 제거될 수 있다.

도 2b는 도 1의 열처리 챔버에 대한 본 발명에 따라 선 A-A를 따른 상부에서 본 단면을 도시한다. 가열 요소(9)는 구획선 위에 배치되고 반도체 기판 위로의 그 위치를 표시하기 위하여 도해적으로 도시된다. 반도체 기판은 도 2a에서 도시된 실시예에서보더 더 적은 개수의 가열 요소로 가열될 수 있다.

디스크 형상의 반도체 기판은 반응 챔버(7)의 기판 보유 영역(15) 내에 배치되고, 기판 주위로 연장하는 원형 단면을 갖는 측벽(27, 29)에 의해 둘러싸이며, 그 굴곡은 도어 개구(17)에 의해서만 차단된다. 기판 보유 영역의 아래에 배치되고 도 2b에서 도해적으로 도시된 하부 셔터(32)는 측벽(27, 29)에 연결된다.

본 발명의 예시적인 실시예의 동작 모드가 아래에서 더욱 상세히 설명된다. 디스크 형상의 반도체 기판(웨이퍼)이 기판 보유 영역(15) 내에서 도어 개구(17)를 통해 배치된 후에, 도어 개구는 닫힌다. 다음으로, 웨이퍼는 가열 요소(9, 11)에 의해 가열된다. 측벽부(38, 39)의 방향으로의 가열 요소의 직접 복사는 측벽부(38, 39)로 직접 방출되는 복사가 상당하게 감소되도록 셔터(31, 32)에 의해 제한되다. 따라서, 가열 요소의 의해 방출되고 측벽(38, 39) 표면으로부터 웨이퍼의 에지를 향하여 반사되는 복사의 비율은 매우 작으며, 결과적으로 가열 페이즈 동안에 웨이퍼의 에지는 웨이퍼의 중심과 대략 동일한 복사 에너지를 받고, 이에 따라 가열 페이즈 동안 에지에서 웨이퍼의 중심과 동일한 온도를 갖는다. 따라서, 가열 절차 동안 웨이퍼 중심보다 더 고온의 웨이퍼 에지라는 원하지 않는 효과가 방지될 수 있다.

반도체 기판의 정상 상태 및 이어지는 냉각 페이즈 동안, 반도체 기판의 열 복사가 가열 요소의 복사에 대하여 지배적이도록, 가열 요소는 조절되고 완전히 스위치 오프될 수 있다. 결과적으로, 반도체 기판의 에지로부터 측벽부(39, 30)를 향하는 그리고 반도체 기판을 마주보는 셔터(31, 32)의 표면을 향하는 반도체 기판의 에지에 의해 복사된 가열된 반도체 기판의 열 복사는 반도체 기판의 에지 영역으로 다시 반사된다. 이것은 웨이퍼의 에지에 의해 방출된 복사가 반도체 기판의 중심과 대략 동일한 냉각 속도로 냉각 절차 동안 웨이터의 에지를 냉각한다는 것을 의미한다. 결과적으로, 냉각 페이즈 동안, 웨이퍼의 에지는 웨이퍼의 중심과 대략 동일한 온도를 갖는다. 따라서, 냉각 절차 동안 일반적으로 발생하는 웨이퍼 에지가 웨이퍼 중심보다 더 저온으로 되는 바람직하지 않은 효과가 가열 요소와 기판 보유 영역 사이에 배치되고 기판 보유 영역을 마주보는 반사 표면을 갖는 셔터를 이용함으로써 방지될 수 있다.

본 발명이 특정 실시예 및 그 방법에 대하여 상세히 설명되었지만, 전술한 바에 대한 이해를 얻은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 이러한 실시예에 대한 대체물, 변형물 및 균등물을 용이하게 생성할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 본 개시 내용의 범위는 한정이 아닌 예이며, 본 개시 내용은 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 수 있는 본 발명에 대한 이러한 수정물, 변형물 및/또는 부가물의 포함을 배제하지 않는다.

Claims (26)

1. 중심 영역, 외부 영역 및 외부 윤곽을 정의하는 기판의 열처리 장치에 있어서,
   상기 기판에 평행하게 배열된 마주보는 한 쌍의 제1 벽 및 상기 제1 벽에 연결된 제2 벽 - 마주보는 상기 제1 벽과, 상기 제2 벽은 처리 공간을 정의함 -;
   상기 처리 공간 내에 배치되고, 기판 보유 영역을 정의하는 기판 유지 장치;
   상기 처리 공간 내에서 상기 제1 벽 중 하나와 상기 기판 보유 영역 사이에 배치된 가열 요소; 및
   상기 기판 보유 영역과 상기 가열 요소 사이에 배치되고, 상기 기판 보유 영역 방향으로 상기 가열 요소에 의해 방출되는 복사를 제한하도록 구성되며, 상기 기판의 외부 윤곽에 대응하는 외부 윤곽을 갖는 어퍼쳐(aperture)를 포함하고, 상기 기판 보유 영역을 향하는 챔퍼(chamfer)를 갖는 셔터
   를 포함하고,
   상기 제2 벽은 상기 기판 보유 영역과 상기 셔터 사이에 배치된 벽부를 포함하며, 상기 벽부는 상기 기판 보유 영역을 향하는 표면을 가지며, 상기 표면은 상기 기판에 의해 방출된 복사를 반사하도록 구성된,
   기판 열처리 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 셔터는 상기 제2 벽에 연결되고, 상기 제2 벽으로부터 상기 처리 공간으로 돌출하는,
   기판 열처리 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 셔터에 맞은 편에 위치한 제2 셔터
   를 더 포함하는,
   기판 열처리 장치.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 셔터는 상기 기판 보유 영역을 향하는 반사 표면을 포함하고, 상기 반사 표면은 상기 기판의 외부 영역으로부터 방출된 복사를 상기 기판의 외부 영역으로 다시 반사하도록 구성된,
   기판 열처리 장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 셔터는 상기 가열 요소에 의해 방출된 복사에 대하여 불투과성인,
   기판 열처리 장치.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 처리 공간은 상기 셔터와 상기 기판 보유 영역 사이에 연장하는 원주 처리 영역을 정의하며, 상기 원주 처리 영역은 상기 가열 요소로부터 방출된 복사로부터 차폐되는,
   기판 열처리 장치.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 벽부는 상기 가열 요소에서 방출된 복사로부터 적어도 일부 차폐되는,
   기판 열처리 장치.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 셔터는 상기 기판 보유 영역을 향하는 원주 반사 표면을 갖는,
    기판 열처리 장치.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 원주 반사 표면은 500 nm 내지 3000 nm의 파장을 갖는 복사에 대한 확산 반사 특성을 포함하는,
    기판 열처리 장치.
    
12. 제1항에 있어서,
    마주보는 한 쌍의 상기 제1 벽과, 상기 제2 벽은 500 nm 내지 3000 nm의 파장을 갖는 복사를 확산 반사하는 반사층을 포함하는,
    기판 열처리 장치.
    
13. 제1항에 있어서,
    상기 셔터는 알루미늄으로 이루어진,
    기판 열처리 장치.
    
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 제1항에 있어서,
    상기 기판과 상기 벽부 사이의 거리는 상기 기판과 상기 제1 벽 중 하나 사이의 거리의 70% 내지 130%인,
    기판 열처리 장치.
    
22. 제1항에 있어서,
    상기 셔터는 상기 셔터와 상기 기판 보유 영역 사이의 거리가 조정되도록 이동가능한,
    기판 열처리 장치.
    
23. 제1항에 있어서,
    상기 셔터는 냉각 시스템을 포함하는,
    기판 열처리 장치.
    
24. 제1항에 있어서,
    상기 기판 보유 영역과 상기 가열 요소 사이에 배치된 수정 플레이트를 더 포함하는,
    기판 열처리 장치.
    
25. 제1항에 있어서,
    마주보는 한 쌍의 상기 제1 벽은 흡수성 표면을 갖는,
    기판 열처리 장치.
    
26. 제1항에 있어서,
    마주보는 한 쌍의 상기 제1 벽은 반사성 표면을 갖는,
    기판 열처리 장치.

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