KR101633653B1 - 샤워 헤드를 구비한 급속 열 처리 챔버 - Google Patents

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조셉 엠. 라니쉬
볼프강 아더홀드
아아론 엠. 헌터
알렉산더 엔. 러너
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

기판을 열 처리하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 챔버는 기판의 가열 및 냉각 중에 플레이트로부터 상이한 거리에 기판을 위치시키도록 구성된 부양식 지지 조립체를 포함한다. 일 실시예에서, 플레이트 표면 상의 복수의 개구는 기판의 방사상 표면 전역에 가스를 균일하게 분배하도록 구성된다. 가스의 분배는 기판의 냉각을 개시하기 위하여 플레이트의 흡수성 영역에 의해 열 처리 과정 동안 기판으로 방사성 에너지가 복귀하지 않게 결합시킨다. 본 발명의 방법 및 장치는 기판을 신속하게 열 처리하기 위한 제어가능하고 효과적인 수단을 가능하게 한다.

Description

샤워 헤드를 구비한 급속 열 처리 챔버 {RAPID THERMAL PROCESSING CHAMBER WITH SHOWER HEAD}
본 발명의 실시예들은 전체적으로 반도체 웨이퍼 및 기타 기판의 열 처리에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 실시예들은 백열 램프의 어레이와 같은 광원(radiant source)으로부터 웨이퍼를 급속으로 열 처리하는 것에 관련된다.
실리콘 또는 기타 웨이퍼들로부터 집적회로를 제조하는 것은 증착, 상기 층들의 포토 리소그라피 패터닝, 그리고 패터닝된 층들의 에칭의 다수의 단계들을 수반한다. 반도체 실리콘 내 능동 영역을 도핑하기 위해 이온 주입이 이용된다. 이러한 제조 시퀀스는 또한 임플란트 손상의 큐어링(curing) 및 도펀트의 활성화, 결정화, 열적 산화 및 질화, 실리콘 화합물화, 화학 기상 증착, 증기 상(vapor phase) 도핑, 열 세정, 그리고 기타 이유들을 포함한 다양한 용도를 위해 웨이퍼의 열적 어닐링을 포함한다. 실리콘 기술의 초창기에는 어닐링이 통상적으로 어닐링 오븐 내에서 장시간 동안 다수의 웨이퍼를 가열하는 것을 수반했지만, 훨씬 더 소형화되는 회로 피처들에 대한 훨씬 더 엄격한 요구 조건들을 충족하기 위해 급속 열 처리(RTP)의 이용이 증가해 왔다. 단일 웨이퍼 챔버에서의 RTP는 통상적으로 집적 회로들이 형성 중인 웨이퍼의 앞면으로 지향된 고강도 램프들의 배열로부터 나온 광으로 웨이퍼를 조사함으로써 수행된다. 이러한 방사는 웨이퍼에 의해 적어도 부분적으로 흡수되어 상기 웨이퍼를 원하는 고온까지 예를 들어 600℃ 이상으로 또는 일부 적용에서는 1000℃ 이상으로 신속히 가열한다. 이러한 방사성 가열(radiant heating)은 예를 들어 1분 또는 그 미만, 혹은 심지어 몇 초인 비교적 짧은 시간에 걸쳐 웨이퍼를 제어된 방식으로 그리고 균일하게 가열하도록, 신속히 온 오프될 수 있다. RTP 챔버들은 약 50℃/초 또는 그 이상, 예를 들어 100℃ 내지 150℃/초 및 200℃ 내지 400℃/초의 속도로 웨이퍼를 균일하게 가열할 수 있다. RTP 챔버 내의 통상적 램프-다운(냉각) 속도는 80 내지 150℃/초의 범위에 있다. RTP 챔버들 내에서 수행되는 일부 공정들은 기판에 걸쳐 섭씨 몇 도(a few degrees) 미만의 온도차를 요한다.
급속 열 처리가 매번 단일 반도체 상에 이루어지므로, 최적의 RTP 성능을 위해 최적의 가열 및 냉각 수단이 필요하다. 기판의 열 처리 동안 기판 온도 균일성을 최적화하는 것이 바람직하다. 온도 균일성은 막 증착, 산화물 성장 및 에칭과 같은 온도 활성 단계들에 있어서 기판에 관한 균일한 프로세스 변수들(예를 들어 층 두께, 저항률, 에칭 깊이)을 제공한다. 또한, 기판 온도 균일성은 열 응력에 기인한 기판 손상 예컨대 휨(warpage), 결함 생성, 슬립을 방지하기 위해서 필요하다. 예를 들어, 1150℃에서, 약 5℃의 4인치 실리콘 웨이퍼상 중심 대 에지 온도차는 전위 형성(dislocation formation) 및 슬립을 유발할 수 있다. 온도 구배들은 다른 원인들에 의해서도 유발될 수 있다. 예를 들어, 기판의 표면적 또는 부피에 대한 공간적 변화로 인해 기판이 불균일한 방사율을 가질 수 있다. 이러한 변화들로는 2극 트랜지스터를 위한 매몰 층(buried layer)과 같은 국부 도핑된 영역들이나 포토리소그라피에 의해 패터닝되어진 막들을 포함할 수 있다. 또한, 기판 온도 구배는 프로세싱 챔버 디자인에 관련된 국부적 가스 냉각 또는 가열 효과는 물론 프로세싱 도중 기판 표면 상에 발생할 수 있는 불균일한 흡열 또는 발열 반응들에 의해 유발될 수 있다. 개선된 온도 균일성을 제공하는 RTP 챔버를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 하나 또는 복수의 실시예는 기판을 가열하기 위한 급속 열 처리(RTP) 장치에 관한 것이다. RTP 챔버는 챔버 및 챔버 내에 기판을 유지시키기 위한 지지부를 포함할 수 있으며, 기판은 제1 면 및 제1 면 반대편의 제2 면을 구비한다. 기판의 제1 면을 향해 방사성 에너지를 지향시키는 방사성 열원이 챔버 내부에 존재할 수 있다. 방사성 열원은, 균일한 분포를 포함하여, 요구되는 공간적 온도 분포로 기판을 제어가능하게 가열하기 위하여 신속하게 온 오프되도록 구성될 수 있다. 급속 열 처리 장치는 소정의 파장 범위에 걸쳐 방사 강도를 측정하기 위하여 하나 이상의 파이로미터(pyrometer)를 더 포함한다. 파이로미터는 기판에 의해 방출되는 방사를 수용하도록 배치될 수 있다. 급속 열 처리 장치는 또한 기판의 제2 면을 향하는 플레이트를 포함할 수 있다. 플레이트는 하나 이상의 가스 공급원에 및 플레이트 표면 상의 복수의 개구에 연결되는 하나 이상의 가스 채널을 구비한다. 개구는 기판 위로 처리 가스를 균일하게 분배하도록 구성된다. 플레이트는 소정(predetermined) 파장 범위 내에서 방사를 반사시키는 반사성 영역을 가진다.
다른 실시예에서, 플레이트는 기판에 밀접하게 위치될 수 있다. 이러한 실시예의 플레이트는 웨이퍼에 의해 방출되는 방사의 적어도 일부를 흡수할 수 있다. 다른 실시예에서는, 플레이트가 기판의 영역보다 더 큰 영역에 걸쳐 연장한다.
하나 또는 복수의 실시예에서, 가스 채널은 제1 가스 및 제2 가스를 전달하도록 구성된다. 제1 가스 및 제2 가스는 전달되기에 앞서 가스 채널 내의 하나 이상의 혼합 챔버에서 혼합될 수 있다. 추가적인 구성에서는 2개보다 많은 가스가 동시에 전달될 수 있다. 가스는 또한 반응성일 수 있으며, 기판 표면으로 전달된 이후에 또는 이전에 혼합될 수 있다.
다른 실시예에서, 플레이트는 외부의 높은 반사성 부분과 상기 외부 부분 아래에 놓이는 흡수성 층을 가지는 내부 부분을 구비한다. 플레이트의 반사성 영역은 하나 이상의 파이로미터를 향해 열을 반사시키도록 배치될 수 있다.
일부 실시예의 개구는 기판에 대한 플레이트의 열적 커플링을 향상시키기 위해 기판의 방사상 표면 전역에서 가스를 균일하게 분배하도록 구성된다. 다른 실시예에서는, 개구가 플레이트 전역에서 균일하게 분포된다.
일부 실시예는 부양식 지지 조립체인 기판 장착용 지지부를 가진다. 부양식 조립체는 챔버 내부의 상부 위치 및 하부 위치 사이에서 기판을 이동시키도록 구성될 수 있다. 부양식 지지 조립체는 또한 고정자 조립체에 자기적으로 커플링될 수 있다. 고정자 조립체는 또한 액추에이터 조립체에 기계적으로 연결될 수 있다.
하나 또는 복수의 실시예에서, 기판은 가열 및/또는 냉각 프로세스 동안 플레이트로부터 다양한 거리를 두고 배치될 수 있다. 이는 플레이트와 기판 사이의 가스 유동 장(gas flow field)을 주문 제작(custom tailoring)할 수 있게 한다. 이러한 거리는 동적으로 변경될 수 있어서, 기판 표면의 화학적 성질에 영향을 미치도록 활성 종의 체류 시간을 변경시킬 수 있다.
본 발명의 추가적인 실시예는 기판을 급속 열 처리하기 위한 방법에 관련된다. 이러한 방법은 기판의 제1 표면으로 방사성 열원을 지향시킴으로써 기판을 신속하게 가열시키고; 기판의 제2 표면 인근에 위치한 반사성 몸체로 기판의 제2 표면을 향해 방사성 열을 반사시키고; 흡수성 플레이트를 통해 열을 흡수함으로써 기판을 냉각시키고; 흡수성 플레이트를 통해 기판의 제2 표면으로 처리 가스를 지향시키는 과정을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서 기판의 가열은 약 2분 또는 그 미만의 시구간을 포함한다. 다른 실시예에서 기판의 냉각은 약 10초 또는 그 미만의 시구간 후에 실행될 수 있다. 하나 또는 복수의 실시예에서, 기판은 냉각용 흡수성 플레이트 아래 및 인근에 배치된다. 다른 실시예에서는, 기판이 플레이트 위에 배치된다.
다른 실시예들은 흡수성 플레이트의 표면 상의 복수의 개구를 통해서 처리 가스를 지향시킨다. 개구는 냉각 과정 동안에 흡수성 플레이트의 흡수성 층과 기판 사이의 열 전도를 향상시키도록 기판의 방사상 표면 전역에 걸쳐 균일하게 가스를 분배하도록 위치될 수 있다. 개구는 또한 제어식 비균일(uneven) 분배로 기판의 방사상 표면 전역에 걸쳐 가스를 분배하도록 위치될 수 있다.
여러 실시예의 급속 열 처리 기술은 기판 상에 막을 형성하기 위하여 스파이크 어닐링(spike annealing) 프로세스를 포함한다.
도 1은 급속 열 처리(RTP) 챔버의 실시예에 대한 단순화된 등축도법(isometric) 도면을 도시하고 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 흡수성 샤워헤드 인근에 배치된 기판의 단면도를 도시하고 있다.
도 3은 흡수성 샤워헤드의 저면도이다.
도 4는 도 2의 선 3-3을 따라 취한 단면도이다.
이하에서 설명되는 실시예는 전체적으로 기판의 신속하고 제어된 가열 및 냉각을 가능하게 하기 위하여 기판에 걸쳐 균일하게 가스를 분배하기 위한 가스 분배 유출부를 포함하는 플레이트를 구비하는 RTP 시스템에 관한 것이다. 플레이트는 흡수성, 반사성, 또는 이들의 조합일 수 있다. 본 명세서에서 사용될 때 급속 열 처리(rapid thermal processing) 또는 RTP는 약 50 ℃/초 및 그 이상의 속도에서, 예를 들어 100 내지 150 ℃/초, 그리고 200 내지 400℃/초의 속도에서 웨이퍼를 균일하게 가열할 수 있는 장치 또는 프로세스를 지칭한다. RTP 챔버에서 통상적인 램프-다운(ramp-down)(냉각) 속도는 80-150℃/초의 범위이다. RTP 챔버에서 실행되는 일부 프로세스는 섭씨 수 도(a few degree)보다 작은, 기판에 걸친 온도에서의 변화를 요구한다. 따라서 RTP 챔버는 100 내지 150℃/초까지, 그리고 200 내지 400℃/초의 속도로 가열할 수 있는 램프 또는 다른 적절한 가열 시스템 및 가열 시스템 제어부를 구비하여야 하며, 이로써 급속 열 처리 챔버를, 이러한 속도로 신속하게 가열할 수 있는 가열 시스템 및 가열 제어 시스템을 갖추지 않은, 다른 유형의 열 챔버와 구별할 수 있다. 도시된 실시예에서, RTP 챔버는 챔버의 내부 벽과의 어떠한 접촉 없이도 챔버 내에서 부양(levitate) 및 회전되도록 구성된 기판 지지부를 선택적으로 포함한다. 가스 분배 유출부를 포함하는 흡수성 플레이트(absorptive plate)와 연결되는, 부양식 기판 지지 시스템은 흡수성 플레이트로부터의 유동이 챔버 내에서 처리 중인 기판의 가열 및 냉각을 향상시키도록 조정될 수 있게 한다. 흡수성 플레이트와 가스 분배 유출부 사이의 거리를 조절할 수 있게 함으로써, 활성 종(active species)의 체류 시간(residence time)이 변화될 수 있으며 기판 표면의 화학적 성질이 더욱 정확하게 변경될 수 있다.
이제 도 1을 참조하면, 급속 열 처리 챔버(100)의 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 처리 챔버(100)는 기판 지지부(104)와, 내부 용적(120)을 한정하는 벽(108), 바닥(110), 및 상부(112)를 가지는 챔버 몸체(102)를 구비한다. 벽(108)은 통상적으로 기판(140)(도 1에는 그 일부가 도시되어 있다)의 입출을 용이하게 하기 위하여 하나 이상의 기판 출입 포트(148)를 포함한다. 출입 포트는 전달 챔버(도시되지 않음) 또는 로드 록 챔버(load lock chamber)(도시되지 않음)에 연결될 수 있으며, 슬릿 밸브(도시되지 않음)와 같은 밸브에 의해 선택적으로 밀봉될 수 있다. 일 실시예에서, 기판 지지부(104)는 환형이며, 챔버(100)는 기판 지지부(104)의 내부 지름에 배치되는 방사성 열원(radiant heat source)(106)을 구비한다. 방사성 열원(106)은 통상적으로 복수의 램프를 포함한다. 조정될 수 있는 RTP 챔버 및 사용될 수 있는 기판 지지부의 예는 미국 특허 6,800,833호 및 미국 특허 출원 공개 공보 2005/0191044호에 기재되어 있으며, 이들 특허 문서는 인용에 의하여 그 전체가 본 명세서에 병합된다. 본 발명의 일 실시예에서, 챔버(100)는 기판의 신속하고 제어된 가열 및 냉각을 가능하게 하기 위하여 기판에 걸쳐 균일하게 가스를 분배하기 위한 가스 분배 유출부(이하에서 더욱 상세하게 설명됨)를 포함하는 플레이트(200)를 구비한다.
플레이트는 흡수성이거나 반사성이거나 또는 흡수성 및 반사성 영역의 조합을 가질 수 있다. 상세한 실시예에서 플레이트는, 일부는 파이로미터(pyrometer)의 시야(view) 내에 있고 일부는 파이로미터의 시야 밖에 위치하는 영역을 가질 수 있다. 파이로미터의 시야 내에 위치하는 영역은, 원형이라면, 지름이 약 1인치일 수 있거나 또는 필요에 따라 다른 형태나 크기를 가질 수 있다. 프로브(probe)의 시야 내에 위치하는 영역은 파이로미터가 관측하는 파장 범위에 걸쳐 매우 높은 반사성을 가질 수 있다. 파이로미터 파장 범위 및 시야 외부에서, 플레이트는 방사성 열 손실을 최소화하기 위한 반사성으로부터, 더 짧은 열적 노출을 허용하도록 방사성 열 손실을 최대화하기 위한 흡수성으로 변화될 수 있다.
RTP 챔버(100)는 또한 상부(112)에 인접하거나 연결되거나 또는 상부 내에 형성되는 냉각 블록(180)을 구비한다. 일반적으로, 냉각 블록(180)은 방사성 열원(106) 반대편에서 이격되어 배치된다. 냉각 블록(180)은 유입부(181A) 및 유출부(181B)에 연결되는 하나 또는 복수의 냉매 채널(184)을 포함한다. 냉각 블록(180)은 스테인리스 스틸, 알루미늄, 폴리머(polymer), 또는 세라믹 물질과 같이 프로세스 내성 물질로 제조될 수 있다. 냉매 채널(184)은 나선 패턴, 직사각형 패턴, 원형 패턴, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며 또한 냉매 채널(184)은, 예를 들어 냉각 블록(180)을 2개 또는 그보다 많은 부분들로 주조 및/또는 제조하고 상기 부분들을 결합시킴으로써, 냉각 블록(180) 내에 일체로 형성될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 냉매 채널(184)은 냉각 블록(180) 내로 드릴가공될 수 있다.
유입부(181A) 및 유출부(181B)는 밸브 및 적절한 배관(plumbing)에 의해 냉매 공급원(182)에 연결될 수 있으며, 냉매 공급원(182)은 제어기(124)와 연통되어 그 내부에 배치된 유체의 압력 및/또는 유동의 제어를 용이하게 한다. 유체는 열 교환 매체로서 사용되는, 물, 에틸렌 글리콜(ethylene glycol), 질소(N2), 헬륨(He), 또는 기타 유체일 수 있다.
도시된 실시예에서, 기판 지지부(104)는 내부 용적(120) 내에서 자기적으로 부양 및 회전되도록 선택적으로 구성된다. 도시된 기판 지지부(104)는 프로세싱 동안에 수직으로 상승 및 하강되면서 회전할 수 있으며, 프로세싱 이전, 도중, 또는 이후에 회전이 없이 상승되거나 하강될 수도 있다. 이러한 자기적인 부양 및/또는 자기적인 회전은 기판 지지부를 상승/하강 및/또는 회전시키는데 통상적으로 요구되는 이동 부분을 없애거나 감소시킴으로써 입자 발생을 방지하거나 최소화시킨다.
챔버(100)는 또한, 적외선(IR) 스펙트럼의 광을 포함할 수 있는, 다양한 파장의 광(light) 및 열에 대해 투과성인 물질로 제조되는 윈도우(114)를 구비하며 이를 통해 방사성 열원(106)으로부터의 광자(photon)가 기판(140)을 가열시킬 수 있다. 일 실시예에서, 윈도우(114)는 석영 재료로 제조되나, 사파이어와 같이 광에 대해 투과성인 다른 재료도 사용될 수 있다. 윈도우(114)는 또한 윈도우(114)의 상부 표면에 연결되는 복수의 리프트 핀(144)을 포함할 수 있으며, 이러한 리프트 핀은 기판(140)과 선택적으로 접촉 및 지지하도록 구성되어 챔버(100) 내외로의 기판의 이송을 용이하게 한다. 복수의 리프트 핀(144) 각각은 방사성 열원(106)으로부터의 에너지 흡수를 최소화하도록 구성되며, 석영 재료와 같이, 윈도우(114)에 대해 사용되는 것과 동일한 재료로 제조될 수 있다. 복수의 리프트 핀(144)은 서로 방사상으로 이격되어 배치될 수 있어서 이송 로봇(도시되지 않음)에 연결되는 단부 이펙터(end effector)의 통과를 용이하게 한다. 대안적으로, 단부 이펙터 및/또는 로봇은 기판(140)의 이송을 용이하게 하기 위해 수평 및 수직 방향으로 움직일 수 있다.
일 실시예에서, 방사성 열원(106)은 제2 냉매 공급원(183)에 연결되는 냉매 조립체(도시되지 않음) 내 복수의 허니컴 튜브(honeycomb tube)(160)를 포함하는 하우징으로부터 형성된 램프 조립체를 구비한다. 제2 냉매 공급원(183)은 물, 에틸렌 글리콜, 질소(N2), 및 헬륨(He) 중 하나 또는 이들의 조합일 수 있다. 하우징 벽(108, 110)은 제2 냉매 공급원(183)으로부터의 냉매 유동을 위해 그 내부에 적절한 냉매 채널이 형성되는 구리 재료 또는 기타 적절한 재료로 제조될 수 있다. 냉매는 챔버(100)의 하우징을 냉각시키고 이로써 하우징은 기판(140)보다 차갑게 된다. 각각의 튜브(160)는 반사체(reflector) 및 고-강도(high-intensity) 램프 조립체 또는 IR 방사체(emitter)를 보유할 수 있으며, 이로부터 허니컴 형태의 파이프 배열이 형성된다. 이와 같이 밀집 패킹된(close-packed) 파이프의 6각형 배열은 방사성 에너지 공급원이 높은 전력 밀도(power density) 및 양호한 공간 분해능(spatial resolution)을 가질 수 있게 한다. 일 실시예에서, 방사성 열원(106)은 예를 들어 기판(140) 상에 배치되는 실리콘 층의 어닐링(annealing)과 같은 기판의 열적 처리에 충분한 방사성 에너지를 제공한다. 방사성 열원(106)은 환형 구역을 더 포함할 수 있으며, 제어기(124)에 의해 복수의 튜브(160)에 공급되는 전압이 튜브(160)로부터의 에너지의 방사상 분포를 향상시키도록 변화될 수 있다. 기판(140) 가열의 동적 제어(dynamic control)는 기판(140) 전역의 온도를 측정하도록 구성된 하나 또는 복수의 온도 센서(117)에 의해 이루어질 수 있다.
도시된 실시예에서, 선택적인 고정자 조립체(stator assembly)(118)는 챔버 몸체(102)의 벽(108)을 둘러싸며, 챔버 몸체(102)의 외부를 따라 고정자 조립체(118)의 승강을 제어하는 하나 또는 복수의 액추에이터 조립체(122)에 연결된다. (도시되지 않은) 일 실시예에서, 챔버(100)는, 예를 들어 챔버 몸체(102)의 주위에 약 120도의 각도들을 이루며, 챔버 몸체 주위에 방사상으로 배치되는 3개의 액추에이터 조립체(122)를 포함한다. 고정자 조립체(118)는 챔버 몸체(102)의 내부 용적(120) 내에 배치되는 기판 지지부(104)에 자기적으로 커플링된다. 기판 지지부(104)는 로터(rotor)로서 기능하기 위한 자기 부분을 포함하거나 구비하여 기판 지지부(104)를 상승 및/또는 회전시키기 위한 자기 베어링 조립체를 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 기판 지지부(104)의 적어도 일부분은, 기판 지지부를 위한 열 교환 매체로서 구성된, 물, 에틸렌 글리콜, 질소(N2), 헬륨(He), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있는 유체 공급원(186)에 연결되는 통(trough)(도시되지 않음)에 의해 부분적으로 둘러싸인다. 고정자 조립체(118)는 또한 고정자 조립체(118)의 여러 부분 및 부품을 둘러싸기 위하여 하우징(190)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 고정자 조립체(118)는 서스펜션 코일 조립체(170) 상에 적층되는 구동 코일 조립체(168)를 구비한다. 구동 코일 조립체(168)는 기판 지지부(104)를 회전 및/또는 상승/하강시키도록 구성되는 한편, 서스펜션 코일 조립체(170)는 기판 지지부(104)를 처리 챔버(100) 내에 수동적으로(passively) 센터링(centering)하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 회전 및 센터링 기능은 단일 코일 조립체를 가지는 고정자에 의해서 실행될 수 있다.
분위기(atmosphere) 제어 시스템(164)이 또한 챔버 몸체(102)의 내부 용적(120)에 연결된다. 분위기 제어 시스템(164)은 일반적으로 챔버 압력을 제어하기 위한 스로틀 밸브 및 진공 펌프를 구비한다. 분위기 제어 시스템(164)은 내부 용적(120)에 처리 가스 또는 기타 가스를 제공하기 위한 가스 공급원을 추가로 구비할 수 있다. 분위기 제어 시스템(164)은 또한 열적 증착 프로세스, 열적 에칭 프로세스, 및 챔버 부품의 인-시츄(in-situ) 세정을 위한 처리 가스를 전달하도록 구성될 수 있다. 분위기 제어 시스템은 샤워헤드 가스 전달 시스템과 함께 작동한다.
챔버(100)는 또한 제어기(124)를 구비하는데, 이는 일반적으로 중앙 처리 유닛(CPU)(130), 지원 회로(support circuit)(128) 및 메모리(126)를 구비한다. CPU(130)는 여러 작동 및 서브-프로세서(sub-processor)를 제어하기 위한 산업적 설정에서 사용될 수 있는 임의 형태의 컴퓨터 프로세서 중 하나일 수 있다. 메모리(126), 또는 컴퓨터 판독가능 매체는 로컬 또는 원격 방식의, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 리드 온리 메모리(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크, 또는 임의의 다른 형태의 디지털 저장부와 같이 용이하게 입수가능한 메모리 중 하나 또는 여러 개일 수 있으며, 통상적으로는 CPU(130)에 연결된다. 지원 회로(128)는 종래의 방식으로 제어기(124)를 지원하기 위하여 CPU(130)에 연결된다. 이러한 회로는 캐쉬(cache), 전력 공급부, 클록 회로(clock circuit), 입/출력 회로소자, 서브 시스템 등을 포함한다.
일 실시예에서, 각각의 액추에이터 조립체(122)는 일반적으로 챔버 몸체(102)의 벽(108)으로부터 연장하는 2개의 플랜지(134) 사이에 연결되는 정밀 리드 스크루(precision lead screw)(132)를 포함한다. 리드 스크루(132)는 스크루가 회전함에 따라 리드 스크루(132)를 따라 축방향으로 이동하는 너트(158)를 가진다. 고정자(118)와 너트(158) 사이에 커플링(136)이 연결되어, 리드 스크루(132)가 회전함에 따라, 커플링(136)이 리드 스크루(132)를 따라 이동하여 커플링(136)과의 접속부(interface)에서 고정자(118)의 높이를 제어한다. 이렇게 해서, 액추에이터(122) 중 하나의 리드 스크루(132)가 회전하여, 다른 액추에이터(122)의 너트(158) 사이에서 상대적인 변위를 생성함에따라, 고정자(118)의 수평 평면은 챔버 몸체(102)의 중심 축에 대해 변화한다.
일 실시예에서, 스테퍼(stepper) 또는 서보(servo) 모터와 같은 모터(138)가 리드 스크루(132)에 연결되어, 제어기(124)에 의한 신호에 응답하여 제어가능한 회전을 제공한다. 대안적으로, 고정자(118)의 선형 위치를 제어하기 위하여, 특히 공압 실린더, 유압 실린더, 볼 스크루, 솔레노이드, 선형 액추에이터 및 캠 공이(cam follower)와 같은 다른 유형의 액추에이터(122)가 사용될 수 있다.
챔버(100)는 또한 하나 또는 복수의 센서(116)를 포함하는데, 이는 일반적으로 챔버 몸체(102)의 내부 용적(120) 내의 기판 지지부(104)(또는 기판(140))의 높이를 탐지하도록 구성된다. 센서(116)는 챔버 몸체(102) 및/또는 처리 챔버(100)의 다른 부분에 결합될 수 있으며 기판 지지부(104)와 챔버 몸체(102)의 상부(112) 및/또는 바닥(110) 사이의 거리를 나타내는 출력을 제공하도록 구성되며, 또한 기판 지지부(104) 및/또는 기판(140)의 오정렬(misalignment)을 탐지할 수 있다.
하나 또는 복수의 센서(116)는 센서(116)로부터 출력 계량치(metric)를 수신하는 제어기(124)에 연결되며 기판 지지부(104)의 적어도 일부를 상승 또는 하강시키도록 하나 또는 복수의 액추에이터 조립체(122)에 신호 또는 복수의 신호를 제공한다. 제어기(124)는 각각의 액추에이터 조립체(122)에서 고정자(118)의 높이를 조절하기 위해 센서(116)로부터 얻어진 위치 계량치를 사용할 수 있고, 이로써 기판 지지부(104) 및 여기에 안착된 기판(140)의 높이 및 평면성(planarity)이 방사성 열원(106) 및/또는 RTP 챔버(100)의 중심 축에 대해 조정될 수 있다. 예를 들어, 제어기(124)가 기판 지지부(104)의 축방향 오정렬을 교정하기 위해 하나의 액추에이터(122)의 작용에 의해 기판 지지부를 상승시키기 위한 신호를 제공할 수 있거나, 또는 제어기가 기판 지지부(104)의 동시적인 수직 운동을 보조하기 위하여 모든 액추에이터(122)에 신호를 제공할 수 있다.
하나 또는 복수의 센서(116)는 챔버 몸체(102) 내부의 기판 지지부(104)의 근접성(proximity)을 탐지할 수 있는 초음파, 레이저, 유도성(inductive), 용량성(capacitive), 또는 기타 유형의 센서일 수 있다. 센서(116)는 상부(112) 근방의 챔버 몸체(102)에 연결되거나 벽(108)에 연결될 수 있으나, 챔버(100) 외부의 고정자(118)에 연결되는 것과 같이 챔버 몸체(102) 내부 및 주변의 다른 위치도 적절할 수 있다. 일 실시예에서, 하나 또는 복수의 센서(116)는 고정자(118)에 연결될 수 있으며, 벽(108)을 통해 기판 지지부(104)(또는 기판(140))의 위치 및/또는 높이를 감지하도록 구성된다. 이러한 실시예에서는, 벽(108)이 벽(108)을 통한 위치 감지를 용이하게 하기 위하여 보다 얇은 횡단면을 구비할 수 있다.
챔버(100)는 또한 하나 또는 복수의 온도 센서(117)를 구비하는데, 이는 프로세싱 이전, 도중, 및 이후에 기판(140)의 온도를 감지하도록 구성될 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 온도 센서(117)는 상부(112)를 통해 배치되나, 챔버 몸체(102) 내부 및 주변의 다른 위치도 사용될 수 있다. 온도 센서(117)는 예를 들면 광 섬유 프로브를 가지는 파이로미터와 같은 광학 파이로미터일 수 있다. 온도 센서(117)는 기판의 전체 지름 또는 기판의 일부를 감지하기 위한 구성으로 상부(112)에 연결되도록 구성될 수 있다. 온도 센서(117)는 기판의 지름과 실질적으로 동일한 감지 영역 또는 기판의 반경과 실질적으로 동일한 감지 영역을 한정하는 패턴을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판의 반경 또는 지름에 걸친 감지 영역을 가능하게 하기 위해 복수의 온도 센서(117)가 방사상 또는 선형 구성으로 상부(112)에 연결될 수 있다. (도시되지 않은) 일 실시예에서, 복수의 온도 센서(117)가 상부(112)의 대략 중심으로부터 상부(112)의 주변 부분으로 방사상으로 연장되는 라인 내에 배치될 수 있다. 이러한 방식으로, 기판의 반경은 온도 센서(117)에 의해 모니터될 수 있으며, 이는 회전 동안에 기판의 지름에 대한 감지를 가능하게 할 것이다.
본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 챔버(100)는, 기판의 증착물(deposit) 수용 측면 또는 면(face)이 플레이트(200)를 향하여 배향되고 기판의 "배면(backside)"이 방사성 열원(106)을 향하는 "상향(face-up)" 배향으로 기판을 수용하도록 구성된다. 기판의 배면은 통상적으로 기판의 면보다 반사도가 적으므로, "상향" 배향은 방사성 열원(106)으로부터의 에너지가 기판(140)에 의해 더 신속하게 흡수될 수 있게 할 수 있다.
플레이트(200) 및 방사성 열원(106)이 각각 내부 용적(120)의 상부 및 하부 부분에 배치되는 것으로 설명되었으나, 냉각 블록(180) 및 방사성 열원(106)의 위치는 뒤바뀔 수 있다. 예를 들어, 냉각 블록(180)은 기판 지지부(104)의 내부 지름 내에 배치되도록 구성되고 크기가 정해지고 구성될 수 있으며, 방사성 열원(106)은 상부(112)에 연결될 수 있다. 이러한 배열에서는, 석영 윈도우(114)가, 챔버(100)의 상부 부분 내의 방사성 열원(106)에 인접한 것과 같이, 기판 지지부(104)와 방사성 열원(106) 사이에 배치될 수 있다. 배면이 방사성 열원(106)을 향할 때 기판(140)이 용이하게 열을 흡수할 수 있으나, 기판(140)은 상향 배향 또는 하향(face down) 배향 중 어느 구성으로도 배향될 수 있다.
흡수성 플레이트(200)에 대한 더 세부적인 내용이 도 2 및 3에 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 기판의 신속하고 제어된 가열 및 냉각을 가능하게 하도록 기판에 걸쳐 균일하게 가스를 분배하기 위해 가스 분배 유출부를 포함하는 흡수성 플레이트(200)가 도시된다. 플레이트(200)는 가스 유입 시스템(202)을 가지는 상부 부분(201)을 구비하는데, 이는 2개의 가스를 혼합하기 위한 가스 혼합 챔버(208)와 연통되는 제1 가스 유입 포트(204) 및 선택적인 제2 가스 유입 포트(206)를 구비한다. 하나의 가스 유입 포트만이 제공된다면, 혼합 챔버(208)가 구성에서 제외될 수 있다. 추가 가스 유입 포트도 제공될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 가스 유입 포트(202, 204)는 물론 가스 탱크나 가스 공급 시스템(도시되지 않음)과 같은 적절한 가스 공급원에 연결될 것이다. 혼합 챔버(208)는 가스 유동 통로(212)와 연통되는데, 이는 가스 채널(214) 및 차단 플레이트(blocker plate)(213) 내에 형성되는 가스 유입 개구(216)와 연통된다. 차단 플레이트(213)는 상부 부분(201)에 고정되는 별도의 부품일 수 있거나, 또는 상부 부분과 일체로 형성될 수 있다. 물론, 샤워헤드를 나간 이후에 가스 혼합이 이루어지도록 2개 또는 그보다 많은 가스에 대해 2개 또는 그보다 많은 개구(216) 유형의 개별적인 개구 세트가 제공되는 것을 포함하여 다른 구성도 가능하다. 흡수성 플레이트는 개구(216)가 관통 형성되는 면(203)을 구비한다.
도 3은 흡수성 플레이트(200) 및 면(203)을 통한 복수의 개구(216)에 대한 평면도를 도시한다. 개구의 개수 및 패턴은 변경될 수 있으며 도 3에 도시된 구성은 단지 예일 뿐이라는 것을 알 수 있을 것이다. 설명의 편의를 위해 플레이트(200)를 통한 구멍(bore)은 온도 센서(117)가 기판의 온도를 측정할 수 있게 한다. 하나 또는 복수의 실시예에서, 흡수성 플레이트 상의 복수의 개구는 플레이트 표면의 10% 이하로 이루어진다. 일 실시예에서 복수의 개구는 파이로미터의 25 mm 이상 외부에, 그리고 흡수성 플레이트의 지름 1 인치인 높은 반사성 표면의 외부에 배치된다.
하나 또는 복수의 실시예에서, 실리콘 기판을 처리하기 위한 시스템 내에, 긴 방사 파장(예를 들어 약 3.5 내지 4 마이크론보다 큰 파장)을 탐지하는 파이로미터가 온도 센서(117)로서 사용된다. 그러나, 이러한 접근은 700℃ 보다 높은 온도에 가장 적합하다. 실온에서, 실리콘 웨이퍼는 1.0 마이크론보다 긴 광 파장에 대해 투과성을 갖는다. 기판의 온도가 증가함에 따라, 기판은, 약 700℃에서 기판이 관계있는 모든 파장에 대해 불투과성이 될 때까지, 더 긴 파장에 대해 불투과성으로 된다. 따라서, 700℃ 아래의 온도에서, 장 파장 감지성 파이로미터는 또한 열원으로부터 직접 오는 광을 탐지하는 것이 더 쉬울 것이다. 요컨대, 파이로미터에 의해 샘플링된 파장은 통상적으로 프로세스 온도에 따라 변화할 것이다. 프로세스 온도가 실질적으로 700℃ 아래이면, 파이로미터는 통상적으로 1.1 마이크론보다 짧은 파장을 샘플링할 것이다. 더 높은 프로세스 온도가 사용된다면 더 긴 파장이 샘플링될 수 있다.
특히 900℃ 내지 1350℃ 사이의 프로세스 온도에 적합한 일 구성에서는, 0.9 마이크론 내지 1.0 마이크론의 파장에서의 방사(radiation)에 민감한 고체-상태(solid-state) 파이로미터가 사용된다. 이러한 온도 범위에서는, 높은 신호 강도 및 높은 신호-대-노이즈 비를 제공하는 0.9-1.0 마이크론 범위의 파장에서 생성되는 실질적인 양의 방사가 존재한다.
도 4는 흡수성 플레이트(200)에 대해 사용될 수 있는 층 배열(layering arrangement)을 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 프로세싱 중에 기판(140)을 향하는 흡수성 플레이트(200)의 면(203)은 타깃 파장 범위에서의 방사에 높은 반사성을 가지며 타깃 파장 범위 밖의 방사에는 더 적은 반사성을 가지는 층을 구비한다. 일부 실시예에서는, 이와 같은 선택적인 반사도를 얻기 위하여, 하나 또는 복수의 코팅 또는 층이 흡수성 플레이트 표면 상에 제공된다. 일 실시예에서는, 이러한 코팅이 타깃 파장 범위에서의 방사에 대해 높은 반사도를 제공하며, 흡수성 플레이트의 표면 위에 배치되는 하나 또는 복수의 간섭 층(interference layer)을 포함한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 하나 또는 복수의 간섭 층(250)이 층 구조체 내에 포함된다. 간섭 층은 층의 쌍을 포함하며, 각각의 쌍은 낮은 굴절율(index of refraction)을 가지는 층과 높은 굴절율을 가지는 층을 포함한다. 동시에, 간섭 층은 타깃 파장 범위 내의 방사에 대해 높은 반사성을 가지며 타깃 파장 범위 밖의 방사에 대해 더 적은 반사성을 가지는 구조체를 포함한다. 간섭 층의 구체적인 재료, 두께, 및 기타 특징은 요구되는 타깃 파장 범위를 포함하여, 처리 시스템의 다수의 특징에 기초하여 선택된다. 적절한 간섭 층 구조체는 콜로라도, Boulder 의 Research Electro-Optics, Inc.로부터 얻을 수 있다.
일 실시예에서, 흡수성 플레이트(200)의 높은 반사성 부분은 1/4 파장 스택(quarter-wave stack)을 포함한다. 1/4 파장 스택은 교번하는(alternating) 유전성 층들로 이루어지는데, 상기 유전성 층들은 상이한 굴절율을 가지며 파이로미터 내로의 각각의 수용각에 걸쳐 파이로미터가 가장 민감한 파장의 1/4 에 해당하는 광학 두께(예를 들어, 950 나노미터의 1/4에 해당하는 두께)를 가진다. 전술한 바와 같이, 간섭 층(250)은 타깃 파장 내의 방사에 대해 높은 반사도를 제공한다. 흡수성 플레이트(200)의 다른 부분은 타깃 파장 밖의 방사를 흡수한다. 일 실시예에서, 흡수성 층(252)은 흡수성 플레이트의 면(203) 위에 그리고 간섭 층(250)의 아래에 배치될 수 있다. 이러한 흡수성 층(252)은 흡수성 플레이트(200)의 높은 반사성 부분 보다 더 흡수성이다. 타깃 파장 밖의 방사는 간섭 층을 통과할 때 흡수성 층에 의해 흡수된다. 결과적인 열이 흡수성 플레이트(200)를 통과하여 전술한 냉각 메커니즘을 통해 방산된다.
예를 들어 금속 산화물을 포함하여 다양한 재료가 흡수 층(252)에 대해 채택될 수 있으며, 적절한 재료는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다. 나아가, 방사 흡수를 위한 다른 메커니즘이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 흡수 층(252)을 채택하기보다는, 흡수성 플레이트 면(203)이 흡수성 플레이트의 높은 반사성 부분을 통과하는 방사를 흡수할 수 있다. 마찬가지로, 도 4에 도시된 간섭 층(250)의 구조는 단지 예일 뿐이며; 흡수성 플레이트(200)의 흡수성 부분으로부터 멀어지게 타깃 파장 범위 내의 방사를 필터링, 미러링, 또는 반사하기 위해 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 다른 메커니즘이 사용될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 간섭 층(250)의 위에 패시베이션 층(passivation layer)(254)이 채택될 수 있다. 이러한 패시베이션 층은 흡수성 플레이트 면(203) 위에 있는 층 물질이 챔버를 오염시킬 가능성을 방지한다. 패시베이션 층(254)은 이산화규소, 산화 알루미늄, 질화 규소, 또는 해당 파장 범위에서 반사체(reflector)의 반사성 성질을 허용 불가능한 정도로 손상시키지 않으면서 반사체를 부동태화(passivate)시킬 임의의 기타 적절한 물질로 이루어질 수 있다.
장치의 제조 또는 작동을 위해 공지된 기능을 수행하기 위하여 본 발명의 범위 내에서 반사체 표면 상에 다른 층(256, 258)이 채택될 수 있다. 예를 들어, 이러한 층(256, 258)은 흡수 층(252), 간섭 층(250), 및/또는 패시베이션 층(254) 사이의 전이(transition) 또는 이들의 적용(application)을 용이하게 하기 위해 채택될 수 있다.
일반적으로 타깃 파장 범위는 파이로미터의 온도 측정을 위해 사용되는 스펙트럼 영역(spectral region)에 해당한다. 일 실시예에서, 파이로미터의 온도 측정은 좁은 스펙트럼 영역 내의 기판에 의해 방출되는 방사에 대한 광학 측정이다. 이러한 스펙트럼 영역은 바람직하게 대략 700 내지 1000 나노미터이다. 유사하게, 흡수될 방사 파장이 또한 식별될 수 있다. 열 처리 과정 동안 기판으로부터 방사되는 에너지의 스펙트럼은 온도, 방사율(emissivity), 및 플랑크 흑체 법칙(Plank's blackbody law)의 복잡한 함수이다. 간단하게, 반사체의 흡수 부분의 스펙트럼 한계는 흑체 법칙과 프로세스의 최고 온도, 즉 방사성 냉각이 가장 요구되는 프로세스의 온도의 온도 범위에 의해 결정된다.
도 3에 도시된 상세한 실시예에서, 흡수성 플레이트(200)는 통상적으로는 파이로미터인 온도 센서가 소정의 파장 영역에 걸쳐 방사 강도를 측정할 수 있는 각각의 프로브 상에 약 1인치 직경의 영역(205)을 가진다. 영역(205)은 파이로미터 파장 범위에 걸쳐 매우 높은 반사도를 가지며, 이는 영역(205)의 반사 표면(specular surface)에 걸쳐 다중 층 유전성 스택(dielectric stack)의 형태일 수 있다. 이러한 영역의 주요한 중요성은 이들이 파이로미터에 의해 관측될 때 영역 내의 웨이퍼의 겉보기 방사율(apparent emissivity)의 상당한 향상이 존재하는 국부적인 영역을 제공한다는 점이다.
도 1에 도시된 실시예에서, 기판과 플레이트(200) 사이의 분리(separation)는 주어진 기판에 대해 요구되는 열적 노출에 의존한다. 일 실시예에서, 기판의 열적 노출 양을 증가시키고 플레이트로부터의 냉각을 감소시키기 위해, 기판은 플레이트(200)로부터 더 큰 거리를 두고 램프에 더 가깝게 배치될 수 있다. 기판이 플레이트(200)에 더 가깝게 그리고 램프로부터 더 먼 위치에 배치되면, 이러한 구성은 기판의 열적 노출 양을 감소시키고 플레이트로부터 받는 냉각을 증가시킨다. 특정 위치에서 보내는 체류 시간 및 기판의 가열 중의 기판의 정확한 위치는 요구되는 열적 노출 양과 냉각 양에 따른다. 대부분의 경우에, 체류 시간은 요구되는 기판 표면의 화학적 성질에 의존한다. 도 1에 도시된 실시예는 기판의 열적 노출을 제어할 수 있도록 기판 지지부가 챔버 내부의 상이한 수직 위치들로 쉽게 부양될 수 있게 한다.
대안적인 실시예에서, 흡수성 플레이트 및 광원은 도 1에 도시된 구성으로부터 반전된다. 반전된 구성에서, 기판이 흡수성 플레이트 부근에 위치하면, 기판으로부터 흡수성 플레이트(200)로의 열 전도가 증가하여 냉각 프로세스를 향상시킬 것이다. 증가된 냉각 속도는 차례로 최적의 RTP 성능을 향상시킬 수 있다. 따라서, 기판이 흡수성 플레이트에 더 가깝게 위치하면, 램프에 대한 열적 노출 양은 감소하는 한편 플레이트로부터의 냉각 양은 증가한다.
일 실시예에서, 기판이 흡수성 플레이트 인근의 위치로 이동할 때, 기판의 냉각을 최적화시키기 위하여 흡수성 플레이트의 표면 상에 있는 복수의 개구로부터 가스가 방출될 수 있다. 복수의 개구는 기판의 방사상 표면 전역에 걸쳐 가스를 균일하게 분배하도록 구성될 수 있어서 흡수성 플레이트의 흡수성 층과 기판 사이의 열 전도 및 대류(convection)를 향상시킬 수 있다. 전도성 효과를 향상시키기 위하여, 전도성이 더 높은 가스가 전도성이 더 낮은 가스를 대체할 수 있거나, 구멍(216)을 통과하는 가스의 속도가 증가될 수 있어서 기판과 샤워헤드 사이의 대류성 커플링(convective coupling)을 향상시키고 난류를 형성할 수 있다. 기판을 향해 방사상으로 가스를 분배하는 것은 기판의 냉각을 최적화시키고 RTP 챔버의 스파이크 성능(spike performance)을 최적화시킨다. 일부 실시예에서, 기판 지지부는 기판을 회전시킬 수 있어서 더 나은 균일성을 위해 프로세싱 동안에 기판에 대한 가스의 균일한 분배를 촉진시킬 수 있다.
RTP 챔버 내부에서의 기판의 열 처리 방법은 흡수성 플레이트로부터 원하는 거리에 기판을 배치하는 과정을 수반한다. 기판은 열 처리를 위한 세부사항에 의해 설정되는, 기판의 가열 및 냉각에 이상적인 위치로 용이하게 이동할 수 있다. 기판은 전술한 지지 조립체의 부양(levitating)을 이용함으로써 흡수성 플레이트로부터의 상이한 거리에서 이동한다. 일 실시예에서, 지지 조립체는 RTP 챔버에 부착되는 CPU에 의해서 제어될 수 있다.
다른 실시예에서는, 열 처리 과정 중에 상이한 가스 세트가 사용될 수 있다. 기판의 가열 과정 동안에는 하나의 가스 세트가 사용되고, 기판의 냉각 과정 동안에는 제2의 가스 세트가 사용된다. 가스의 선택은 요구되는 열 전도도에 의존한다. 예를 들어, 열 처리 과정 동안 낮은 전도도의 가스를 이용하게 되면 가열(ramp) 과정 동안에 요구되는 에너지의 양이 줄어들 것이며, 한편 처리과정 말기에 높은 열 전도도의 가스를 이용하면 냉각 속도가 증가할 것이다.
이와 같이, 본 발명의 하나 또는 복수의 실시예는 기판을 가열하기 위한 급속 열 처리(RTP) 장치에 관한 것이다. RTP 챔버는 챔버 및 챔버 내에 기판을 유지시키기 위한 지지부를 포함할 수 있으며, 기판은 제1 면 및 제1 면 반대편의 제2 면을 구비한다. 기판의 제1 면을 향해 방사성 에너지를 지향시키는 방사성 열원이 챔버 내부에 존재할 수 있다. 방사성 열원은, 균일한 분포를 포함하여, 요구되는 공간적 온도 분포로 기판을 제어가능하게 가열하기 위하여 신속하게 온 오프되도록 구성될 수 있다. 급속 열 처리 장치는 소정의 파장 범위에 걸쳐 방사 강도를 측정하기 위하여 하나 이상의 파이로미터를 더 포함한다. 파이로미터는 기판에 의해 방출되는 방사를 수용하도록 배치될 수 있다. 급속 열 처리 장치는 또한 기판의 제2 면을 향하는 플레이트를 포함할 수 있다. 플레이트는 하나 이상의 가스 공급원 및 플레이트 표면 상의 복수의 개구에 연결되는 하나 이상의 가스 채널을 구비한다. 개구는 기판 위로 처리 가스를 균일하게 분배하도록 구성된다. 플레이트는 소정 파장 범위 내에서 방사를 반사시키는 반사성 영역을 가진다.
다른 실시예에서, 플레이트는 기판에 밀접하게 위치될 수 있다. 이러한 실시예의 플레이트는 웨이퍼에 의해 방출되는 방사의 적어도 일부를 흡수할 수 있다. 다른 실시예에서는, 플레이트가 기판의 영역보다 더 큰 영역에 걸쳐 연장한다.
여러 실시예의 가스 채널은 제1 가스 및 제2 가스를 전달하도록 구성된다. 제1 가스 및 제2 가스는 전달되기에 앞서 가스 채널 내의 하나 이상의 혼합 챔버에서 혼합될 수 있다. 추가적인 구성에서는 2개보다 많은 가스가 동시에 전달 될 수 있다. 가스는 또한 반응성일 수 있으며, 기판 표면으로 전달된 이후에 또는 이전에 혼합될 수 있다. "반응성 가스(reactive gas)"는 기판 상에 물질을 형성하는데 사용되는 전구체(precursor)인 가스 또는 에칭 가스(etching gas)와 같이 기판 상의 반응에 사용될 수 있는 가스를 지칭한다.
다른 실시예에서, 플레이트는 외부의 높은 반사성 부분과 상기 외부 부분 아래에 놓이는 흡수성 층을 가지는 내부 부분을 구비한다. 플레이트의 반사성 영역은 하나 이상의 파이로미터를 향해 열을 반사시키도록 배치될 수 있다.
일부 실시예의 개구는 기판에 대한 플레이트의 열적 커플링을 향상시키기 위해 기판의 방사상 표면 전역에 걸쳐 가스를 균일하게 분배하도록 구성된다. 다른 실시예에서는, 개구가 플레이트 전역에서 균일하게 분포된다.
일부 실시예는 부양식 지지 조립체인 기판 장착용 지지부를 가진다. 부양식 조립체는 챔버 내부의 상부 위치 및 하부 위치 사이에서 기판을 이동시키도록 구성될 수 있다. 부양식 지지 조립체는 또한 고정자 조립체에 자기적으로 커플링될 수 있다. 고정자 조립체는 또한 액추에이터 조립체에 기계적으로 연결될 수 있다.
하나 또는 복수의 실시예에서, 기판은 가열 및/또는 냉각 프로세스 동안 플레이트로부터 다양한 거리를 두고 배치될 수 있다. 이는 플레이트와 기판 사이의 가스 유동 장(gas flow field)을 주문 제작(custom tailoring)할 수 있게 할 수 있다. 이러한 거리는 동적으로 변경될 수 있어서, 기판 표면의 화학적 성질에 영향을 미치도록 활성 종의 체류 시간을 변경시킬 수 있다.
본 발명의 추가적인 실시예는 기판을 급속 열 처리하기 위한 방법에 관련된다. 이러한 방법은 기판의 제1 표면으로 방사성 열원을 지향시킴으로써 기판을 신속하게 가열시키고; 기판의 제2 표면 인근에 위치한 반사성 몸체로 기판의 제2 표면을 향해 방사성 열을 반사시키고; 흡수성 플레이트를 통해 열을 흡수함으로써 기판을 냉각시키고; 흡수성 플레이트를 통해 기판의 제2 표면으로 처리 가스를 지향시키는 과정을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서 기판의 가열은 약 2분 또는 그 미만의 시구간을 포함한다. 다른 실시예에서 기판의 냉각은 약 10초 또는 그 미만의 시구간 후에 실행될 수 있다.
여러 실시예의 기판은 냉각용 흡수성 플레이트 아래 및 인근에 배치된다.
다른 실시예들은 흡수성 플레이트의 표면 상의 복수의 개구를 통해서 처리 가스를 지향시킨다. 개구는 냉각 과정 동안에 흡수성 플레이트의 흡수성 층과 기판 사이의 열 전도를 향상시키도록 기판의 방사상 표면 전역에 걸쳐 균일하게 가스를 분배하도록 위치될 수 있다. 개구는 또한 제어식 비균일(uneven) 분배로 기판의 방사상 표면 전역에 걸쳐 가스를 분배하도록 위치될 수 있다.
여러 실시예의 급속 열 처리 기술은 기판 상에 막을 형성하기 위하여 스파이크 어닐링(spike annealing) 프로세스를 포함한다.
본 명세서 전반에서 "일 실시예", "특정 실시예(certain embodiment)", "하나 또는 복수의 실시예", 또는 "실시예"는 실시예와 관련하여 설명된 특정한 피처, 구조, 재료, 또는 특성이 본 발명의 하나 이상의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸쳐 여러 곳에서 나오는 "하나 또는 복수의 실시예에서", "특정 실시예에서", "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"와 같은 표현들이 반드시 본 발명의 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 또한, 특정한 특징, 구조, 재료, 특성은 하나 또는 복수의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.
본 명세서에서 본 발명이 특정 실시예를 참조하여 설명되었으나, 이들 실시예들은 본 발명의 원리 및 적용에 대한 단지 예일 뿐임을 이해해야 한다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 사상 및 범위 내에서 본 발명의 방법 및 장치에 대한 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있다는 것은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 그 균등물의 범위 내에 있는 수정 및 변경을 포함하도록 의도된다.

Claims (15)

  1. 기판 가열용 급속 열 처리 장치로서,
    챔버;
    상기 챔버 내에 기판을 유지하기 위한 지지부로서, 상기 기판이 제1 면 및 상기 제1 면 반대편의 제2 면을 가지는, 지지부;
    상기 기판의 제1 면을 향해 방사성 에너지를 지향시키기 위한 방사성 열원으로서, 균일한 분포를 포함하여 요구되는 공간적 온도 분포로 기판을 제어가능하게 가열하기 위하여 신속하게 온 오프되도록 구성되는, 방사성 열원;
    소정 파장 범위에 걸쳐 방사 강도를 측정하기 위한 하나 이상의 파이로미터로서, 상기 기판에 의해 방출되는 방사를 수용하도록 배치되는, 파이로미터;
    상기 기판의 제2 면을 마주보는 플레이트로서, 하나 이상의 가스 공급원에 그리고 기판 위로 처리 가스를 균일하게 분배하도록 구성된 플레이트 표면 상의 복수의 개구에 연결되는 하나 이상의 가스 채널을 구비하고, 상기 소정 파장 범위 내에서 방사를 반사시키는 반사성 영역을 가지는 플레이트;를 포함하고,
    상기 플레이트는 적어도 부분적으로 상기 파이로미터의 시야 내에 있으며,
    상기 플레이트가 반사성 층을 가지는 외부 부분과 상기 외부 부분 아래에 놓이는 흡수성 층을 가지는 내부 부분을 구비하는,
    기판 가열용 급속 열 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트가 상기 기판에 인접하게 위치되며, 웨이퍼에 의해 방출되는 방사의 적어도 일부를 흡수하는,
    기판 가열용 급속 열 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트가 상기 기판의 면적보다 더 큰 면적에 걸쳐 연장하는,
    기판 가열용 급속 열 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가스 채널이 제1 가스 및 제2 가스를 전달하도록 구성되고, 상기 제1 가스 및 제2 가스는 상기 가스 채널 내의 하나 이상의 혼합 챔버에서 혼합되며, 상기 제1 가스 및 제2 가스 중 하나 이상이 반응성인,
    기판 가열용 급속 열 처리 장치.

  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 개구는 기판에 대한 플레이트의 열적 커플링을 향상시키기 위해 상기 기판의 방사상 표면 전역에 걸쳐 가스를 균일하게 분배하도록 구성되는,
    기판 가열용 급속 열 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 개구가 상기 플레이트 전역에 걸쳐 균일하게 분포되는,
    기판 가열용 급속 열 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기판을 장착하기 위한 상기 지지부가 부양식 지지 조립체이며,
    상기 부양식 지지 조립체는 상기 챔버 내부의 상부 위치와 하부 위치 사이에서 기판을 이동시키도록 구성되며, 고정자 조립체에 자기적으로 커플링되며,
    상기 고정자 조립체는 액추에이터 조립체에 기계적으로 연결되는,
    기판 가열용 급속 열 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 플레이트의 반사성 영역이 하나 이상의 파이로미터를 향해 열을 반사시키도록 배치되는,
    기판 가열용 급속 열 처리 장치.
  10. 기판을 급속 열 처리하기 위한 방법으로서,
    상기 기판의 제1 표면으로 방사성 열원을 지향시킴으로써 상기 기판을 신속하게 가열시키는 단계;
    상기 기판의 제2 표면 인근에 위치한 반사성 몸체에 의해 상기 기판의 제2 표면을 향해 방사성 열을 반사시키는 단계;
    흡수성 플레이트를 통해 열을 흡수함으로써 상기 기판을 냉각시키는 단계; 및
    상기 흡수성 플레이트를 통해 상기 기판의 제2 표면으로 처리 가스를 지향시키는 단계;를 포함하고,
    상기 플레이트가 반사성 층을 가지는 외부 부분과 상기 외부 부분 아래에 놓이는 흡수성 층을 가지는 내부 부분을 구비하는,
    기판을 급속 열 처리하기 위한 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 기판은 챔버 내에 배치되는 부양 및 회전하는 기판 지지부에 의해서 지지되고, 상기 기판이 방사성 열원 위에 및 인근에 배치되고, 상기 흡수성 플레이트가 가열 및 냉각 단계 동안 상이한 거리만큼 분리되는,
    기판을 급속 열 처리하기 위한 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 가열 단계가 2분 또는 그 미만의 시구간을 포함하고, 상기 기판이 냉각을 위한 상기 흡수성 플레이트의 아래에 및 인근에 배치되고, 상기 냉각 단계가 10초 또는 그 미만의 시구간을 포함하는,
    기판을 급속 열 처리하기 위한 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 처리 가스가 상기 흡수성 플레이트의 표면 상의 복수의 개구를 통해 지향되는,
    기판을 급속 열 처리하기 위한 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 개구는 냉각 단계 동안에 상기 흡수성 플레이트의 흡수성 층과 상기 기판 사이의 열 전도를 향상시키도록 상기 기판의 방사상 표면 전역에 걸쳐 가스를 균일하게 분배하도록 배치되는,
    기판을 급속 열 처리하기 위한 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 개구가 제어식 비균일 분배로 상기 기판의 방사상 표면 전역에 걸쳐 가스를 분배하도록 배치되는,
    기판을 급속 열 처리하기 위한 방법.
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