KR101855091B1 - 급속 열처리 챔버용 투명 반사기 플레이트 - Google Patents

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블레이크 알. 코엘멜
아론 엠. 헌터
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Abstract

본원 발명은 일반적으로 기판들을 처리하기 위한 방법들 및 장치들에 관한 것이다. 본원 발명의 실시예들은 광학적으로 투명할 수 있는 반사기 플레이트를 포함하는 기판을 처리하기 위한 장치를 포함한다. 반사기 플레이트는 반사 코팅을 포함할 수 있고 그리고 반사기 플레이트 조립체의 일부일 수 있으며, 상기 반사기 플레이트 조립체에서 반사기 플레이트가 베이스플레이트에 조립된다.

Description

급속 열처리 챔버용 투명 반사기 플레이트{TRANSPARENT REFLECTOR PLATE FOR RAPID THERMAL PROCESSING CHAMBER}
본원 발명은 일반적으로 반도체 처리 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본원 발명은 급속 열처리 챔버와 같은 반도체 열처리 챔버에서 이용되는 반사기 플레이트에 관한 것이다.
급속 열처리(RTP)는 반도체 제조중에 기판들을 어닐링하기 위한 프로세스이다. 이러한 프로세스 중에, 열 복사선을 이용하여 기판을 제어된 분위기에서 상온 보다 높은 900 도 초과의 최대 온도까지 급속하게 가열한다. 이러한 최대 온도는, 프로세스에 따라서, 1초 미만으로부터 내지 몇분까지 유지된다. 이어서, 추가적인 처리를 위해서 기판을 상온까지 냉각시킨다. 반도체 제조 프로세스는 몇 가지 RTP의 적용예들을 가진다. 그러한 적용예들은 열적 산화(기판이 산소 내에서 또는 산소와 수소의 조합 내에서 가열되며, 그러한 가열은 실리콘 기판을 산화시켜 실리콘 이산화물이 형성되게 한다); 고온 소크(soak) 어닐링(질소, 암모니아, 또는 산소와 같은 다른 가스 혼합물들이 이용된다); 저온 소크 어닐링(전형적으로, 금속들이 증착(deposit; 이하, 편의상 '증착'이라 함)된 웨이퍼들을 어닐링하기 위한 것이다); 그리고 스파이크(spike) 어닐링(매우 짧은 시간 동안 높은 온도들에 대해서 기판을 노출시킬 필요가 있는 프로세스들에서 주로 이용된다)을 포함한다. 스파이크 어닐링 동안에, 기판은 도펀트를 활성화시키기에 충분한 최대 온도까지 급속 가열되고 그리고 도펀트의 실질적인 확산 이전에 활성화 프로세스를 종료시키기 위해서 급속히 냉각된다.
큰 세기(intensity)의 텅스텐 또는 할로겐 램프들을 열 복사선 공급원으로서 이용한다. 반사기 플레이트가 웨이퍼의 후방부(back)로부터 방출된 열 복사선을 웨이퍼를 향해서 다시 반사하기 때문에, 반사기 플레이트(도 2에서 도시되고 이하에서 추가로 설명되는 바와 같다)는 온도 균일성을 유지하는데 있어서 도움이 된다.
도 1은 기존 반사기 플레이트(27)의 측단면도를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 복사선 고온계(pyrometer) 도파관들(light pipes)(42)이 반사기 플레이트(27) 내의 개구부를 통해서 돌출하고, 그에 따라, 도 2에 가장 잘 도시된 바와 같이, 그 도파관들이 웨이퍼를 장애물 없이 볼 수 있게 된다(clear view). 기존의 반사기 플레이트들은 알루미늄으로 이루어진다. 고온계 도파관들(42)은 알루미늄 반사기 플레이트(27) 면과 동일한 높이가 되고(flush), 상기 면 상에는 반사 코팅(미도시)이 존재하고 그리고 그러한 면은 웨이퍼와 대면한다(faces). 도파관들 및 반사 코팅이 챔버 분위기에 노출되기 때문에, 웨이퍼 부산물 재료가 도파관들 및/또는 반사 코팅 모두에 증착될 수 있고, 그러한 부산물 증착은 온도 측정에 있어서의 변동(drift)을 유발한다. 이러한 변동은 신속하고 심하게 발생될 수 있고 또는 오랜 시간에 걸쳐 작은 증분(increments)들로 발생될 수 있다. 또한, 알루미늄 반사기 플레이트로 도포되는 반사 코팅은 복잡하고(complex) 그리고 제조가 어려우며(고비용), 150 ℃의 최대 동작 온도 한계를 가지고, 그리고 특정 프로세스 조건들 하에서 박리(peeling)되기 쉽다. 석영 플레이트(60)가 웨이퍼와 반사기 플레이트(27) 사이에 배치되고, 그리고 석영 플레이트(60)는 반사기 플레이트(27)에 부착된 격리부들(standoffs)(64) 상에 놓여서, 갭(62)이 유지된다. 석영 플레이트(60)는 전술한 문제들의 일부를 완화시키는데 도움이 된다. 그러나, 기존 반사기 플레이트들과 관련하여 전술한 문제점들을 최소화할 필요성이 여전히 존재한다.
따라서, 본원 발명의 하나 또는 둘 이상의 실시예들은 전방 면(side) 및 후방 면을 가지는 기판을 처리하기 위한 장치에 관한 것이다. 장치는 프로세스 영역 외부에 위치된 복사 열 공급원에 인접한 윈도우에 의해서 일면이 형성된 챔버 내의 프로세스 지역 및 열 공급원 반대편에 배치된 반사기 플레이트를 포함하고, 상기 반사기 플레이트는 세라믹 재료로 제조된 본체 및 상기 반사기 플레이트 면 상의 반사 코팅, 그리고 적어도 상기 반사 코팅을 통해서 연장하는 복수의 개구들을 포함한다. 일 실시예에서, 세라믹 재료는 광학적으로 투명한 세라믹을 포함한다. 일 실시예에서, 광학적으로 투명한 재료가 알루미나, 실리콘 탄화물, 석영 및 사파이어로부터 선택된다. 실시예에 따라서, 반사기 플레이트 면은 상기 복사 열 공급원에 가장 근접한 제 1 표면 및 상기 복사 열 공급원으로부터 가장 먼 제 2 표면을 가지며, 상기 제 2 표면이 상부에 코팅을 구비한다.
하나 또는 둘 이상의 실시예들에서, 고온계 프로브들을 수용하기 위해서 개구들이 이격된다. 하나 또는 둘 이상의 실시예들에서, 개구들이 반사 코팅을 통해서만 연장한다. 하나 또는 둘 이상의 실시예들에서, 반사기 플레이트가 베이스플레이트에 장착되어 반사기 플레이트 조립체를 제공한다. 일 실시예에서, 반사기 플레이트 및 베이스플레이트가 약 5 mm 미만 만큼 이격된다. 다른 실시예들에서, 반사기 플레이트 및 베이스플레이트가 직접적으로 접촉하고 그리고 이격되지 않는다. 하나 또는 둘 이상의 실시예들에서, 반사기 플레이트 조립체는 반사기 플레이트와 베이스플레이트를 이격된 관계로 분리시키기 위해서 격리부들을 포함한다.
일 실시예에서, 반사 코팅은 복수의 유전체 층들을 포함한다. 일 실시예에서, 세라믹 재료는 반사기 플레이트에 의해서 흡수되는 열의 양을 증대시키기 위해서 도펀트를 포함한다. 하나 또는 둘 이상의 실시예들에서, 도펀트는 희토류 재료들, OH 및 이들의 조합들로부터 선택된다. 하나 또는 둘 이상의 실시예들에서, 베이스플레이트는 반사기 플레이트 내의 개구들과 정렬된 복수의 개구부들을 포함한다.
제 2 양태에서, 본원 발명의 실시예들은 급속 열처리 챔버용 반사기 플레이트 조립체 장치에 관한 것으로서, 상기 급속 열처리 챔버용 반사기 플레이트 조립체 장치는 고온계 프로브를 수용하기 위한 복수의 관통 개구부들을 가지는 베이스플레이트; 및 반사기 플레이트를 포함하고, 상기 반사기 플레이트는 세라믹 재료로 제조된 본체와 상기 반사기 플레이트 면 상의 반사 코팅, 그리고 상기 베이스플레이트를 통한 개구부들과 정렬된 적어도 반사 코팅을 통해서 연장하는 복수의 개구들을 포함하고, 상기 베이스플레이트 내의 개구부들이 상기 반사기 플레이트 내의 개구들과 정렬되도록 상기 반사기 플레이트가 상기 베이스플레이트에 조립된다. 일 실시예에서, 상기 베이스플레이트는 상기 반사기 플레이트와 베이스플레이트를 이격된 관계로 유지하기 위한 복수의 격리부들을 포함한다. 일 실시예에서, 코팅을 가지는 면이 베이스플레이트와 대면한다. 하나 또는 둘 이상의 실시예들에서, 세라믹 재료가 광학적으로 투명하다. 하나 또는 둘 이상의 실시예들에서, 세라믹 재료가 알루미나, 실리콘 탄화물, 석영 및 사파이어로부터 선택된다. 하나 또는 둘 이상의 실시예들에서, 세라믹 재료는 반사기 플레이트에 의해서 흡수되는 열의 양을 증대시키기 위해서 도펀트를 포함하고, 상기 도펀트는 희토류 재료들, OH 및 이들의 조합들로부터 선택된다.
앞서서 간략하게 요약한 본원 발명의 보다 특별한 설명은 첨부된 도면들에서 설명된 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있다. 그러나, 본원 발명이 다른 동일한 효과의 실시예들에 대해서도 인정될 수 있기 때문에, 첨부 도면들이 본원 발명의 전형적인 실시예들만을 도시한 것이고 그에 따라 본원 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것을 주지하여야 할 것이다.
도 1은 통상적인 급속 열처리 챔버 반사기 플레이트 조립체의 측단면도이다.
도 2는 급속 열처리 챔버를 도시한 도면이다.
도 3은 본원 발명의 실시예에 따른 반사기 플레이트의 사시도이다.
도 4는 본원 발명의 실시예에 따른 반사기 플레이트 조립체의 측단면도이다.
도 5는 본원 발명의 실시예에 따른 반사기 플레이트 조립체의 측단면도이다.
도 6은 본원 발명의 실시예에 따른 반사기 플레이트 조립체의 측단면도이다.
이해를 돕기 위해서, 가능한 경우에, 도면들에서 공통되는 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하여 표시하였다.
본원 발명의 몇 가지 예시적인 실시예들을 설명하기에 앞서서, 본원 발명은 이하의 설명에서 기술되는 구조 또는 프로세스 단계들의 상세 사항들로 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 할 것이다. 본원 발명은 다른 실시예들이 될 수 있고 그리고 여러 가지 방식들로 실행 또는 실시될 수 있을 것이다.
도 2는 본원 발명의 실시예들에 따른 반사기 플레이트 장치를 포함할 수 있는 급속 열처리 챔버(10)를 개략적으로 도시한다. Peuse 등은 미국 특허 제 5,848,842 호 및 제 6,179,466 호에서 상기 타입의 반응기 및 그 기구들에 대한 추가적인 상세사항들을 기술한다. 기판 또는 웨이퍼(12)는, 예를 들어, 열처리하고자 하는 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 웨이퍼가 밸브 또는 접근 포트(13)를 통해서 챔버(10)의 프로세스 지역(area)(18) 내로 전달된다. 웨이퍼(12)는 그 둘레가 기판 지지부에 의해서 지지되고, 상기 기판 지지부는 이러한 실시예에서 환형 엣지 링(14)으로서 도시되어 있고, 상기 기판 지지부는 웨이퍼(12)의 모서리와 접촉하는 환형 경사 선반(shelf)(15)을 구비할 수 있을 것이다. Ballance 등은 미국 특허 제 6,395,363 호에서 엣지 링 및 그 지지 기능을 보다 완전하게 설명한다. 웨이퍼(12)의 전방 표면 내에 이미 형성된, 프로세스된 피쳐들(16)이 (하향 중력장을 기준으로) 위쪽으로, 즉 투명한 석영 윈도우(20)에 의해서 그 상부 면상에 형성되는 프로세스 지역(18)을 향해서 대면하도록 웨이퍼가 배향된다. 투명한 석영 윈도우(20)는 웨이퍼(12)로부터 상당한 거리에 위치되고, 그에 따라 윈도우는 처리 동안에 기판의 냉각에 최소의 영향을 미친다. 전형적으로, 웨이퍼(12)와 윈도우(20) 사이의 거리는 약(on the order of) 20 mm 이다. 개략적인 도시 내용과 대조적으로, 피쳐들(16)의 대부분은 웨이퍼(12)의 표면을 지나서 상당한 거리들로 돌출하지 않고, 표면의 평면 내에서 그리고 그 근처에서 패터닝을 구성한다. 웨이퍼가 패들(paddle) 또는 로봇 블레이드(미도시) 사이에서 취급될 때, 승강 핀들(22)이 상승 및 하강되어 웨이퍼(12)의 후방 면을 지지할 수 있을 것이며, 그에 따라 웨이퍼를 챔버 내로 이동시키고 그리고 엣지 링(14) 상으로 위치시킬 수 있을 것이다. 복사 가열 장치(24)가 윈도우(20) 위에 배치되어 복사 에너지를 웨이퍼(12)를 향해서 지향시키고 그에 따라 웨이퍼를 가열한다. 반응기 또는 처리 챔버(10) 내에서, 복사 가열 장치는 윈도우(20) 위에서 육방밀집(hexagonal close-packed) 어레이로 배열된 각각의 반사 튜브들(27) 내에 위치된 많은 수의, 예를 들어 409개의, 높은-세기의 텅스텐-할로겐 램프들(26)을 포함한다.
웨이퍼(12)에 걸친 온도를, 웨이퍼(12)에 걸쳐 균일한 엄격하게(closely) 규정된 온도로 제어하는 것이 바람직하다. 이와 관련하여, 반사기 플레이트(28)는 웨이퍼(12)에 평행하게 그리고 웨이퍼(12) 보다 큰 지역에 걸쳐 연장하고 웨이퍼(12)의 후방 면과 대면한다. 반사기 플레이트(28)는 웨이퍼(12)로부터 방출되는 열 복사선을 웨이퍼(12)를 향해서 다시 효과적으로 반사시킨다. 웨이퍼(12)와 반사기 플레이트(28) 사이의 간격은 3 내지 9 mm 범위 이내일 수 있고, 그리고 공동의 폭 대 두께의 종횡비는 바람직하게 20 보다 크다. 전술한 바와 같이, 알루미늄으로 제조되고 그리고 금 코팅 또는 다중-층 유전체 간섭(interference) 거울을 포함하는 반사기 플레이트(28)는 웨이퍼(12)의 후방부에서 흑체 공동을 효과적으로 형성하고, 상기 흑체 공동은 웨이퍼(12)의 보다 고온인 부분들로부터 보다 저온인 부분들로 열을 분배하는 경향을 가진다. 예를 들어, 미국 특허 제 6,839,507 호 및 제 7,041,931 호에 개시된 바와 같은 다른 실시예들에서, 반사기 플레이트(28)는 보다 불규칙적인 표면을 가질 수 있고 또는 흑색 또는 다른 채색된 표면을 가질 수 있을 것이다. 반사기 플레이트(28)는, 특히 냉각 동안에, 웨이퍼로부터 과다한 복사선을 히트 싱크(heat sink)하기 위해서 금속으로 제조된 수냉형 베이스(53) 상에서 지지될 수 있다. 따라서, 처리 챔버의 프로세스 지역(18)은 2개 이상의 실질적으로 평행한 벽들을 가지고, 그러한 벽들 중 제 1 벽은 석영과 같이 복사선에 대해서 투명한 재료로 제조된 윈도우(20)이고, 그리고 제 2 벽/베이스(53)는 금속으로 제조되고 상기 제 1 벽에 대해서 실질적으로 평행하며 그리고 실질적으로 투명하지 않다.
램프들(26)은 중심 축(34)을 중심으로 전체적으로 링-과 같이 배열된 구역들(zones)로 분할된다. 제어 회로망은 다른 구역들 내의 램프들(26)로 전달되는 전압을 변화시키고, 그에 따라 복사 에너지의 방사상 분배를 재단(tailor)한다. 구역화된 가열의 동적(dynamic) 제어는, 회전하는 웨이퍼(12)의 반경에 걸쳐 온도를 측정하기 위해서 반사기(28) 내의 개구들을 통해서 웨이퍼(12)의 후방 면과 대면하도록 위치된 하나 또는 둘 이상의 광학적 도파관들(42)을 통해서 커플링된 하나의 또는 복수의 고온계들(40)에 의해서 영향을 받는다. 도파관들(42)은 사파이어, 금속, 및 실리카 섬유를 포함하는 여러 가지 구조들로 형성될 수 있을 것이다. 컴퓨터화된 제어기(44)는 고온계들(40)의 출력들을 수신하고 그에 따라 램프들(26)의 다른 링들로 공급되는 전압들을 제어하며, 그에 따라 처리 동안에 복사 가열 세기 및 패턴을 동적으로 제어한다. 고온계들은 일반적으로 약 700 내지 1000 nm 범위 내에서, 예를 들어, 40 nm의 좁은 파장 대역폭에서 광 세기를 측정한다. 제어기(44) 또는 다른 기구들은, 해당 온도로 유지되는 흑체로부터 복사되는 광 세기의 스펙트럼 분배의 주지의 프랭크(Planck) 분배를 통해서 광 세기를 온도로 변환한다.
도 2에 도시된 챔버는, 기판의 열적 노출의 제어를 허용하기 위해서, 웨이퍼(12)가 챔버 내부의 여러 수직 위치들에서 용이하게 부양(levitate)되어 지지될 수 있게 허용한다. 도 2에 도시된 구성이 제한적인 것으로 간주되지 않아야 한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 특히, 본원 발명은, 열 공급원 또는 램프들이 기판의 일 면 또는 표면으로 지향되고 그리고 고온계들이 웨이퍼의 반대 면을 지향하는 구성들로 제한되지 않는다.
전술한 바와 같이, 처리 챔버의 프로세스 지역 내의 웨이퍼 온도는 복사선 고온계에 의해서 일반적으로 측정된다. 복사선 고온계가 매우 정확할 수 있지만, 복사선 고온계 대역폭 내에 있고 그리고 가열 공급원으로부터 기원하는 복사선은, 이러한 복사선이 고온계에 의해서 검출되는 경우에, 고온계 신호의 해석(interpretation)을 방해할 수 있을 것이다. Applied Materials의 RTP 시스템들에서, 그러한 간섭은 프로세스 키트에 의해서 그리고 웨이퍼 자체에 의해서 최소화된다. 프로세스 키트는 웨이퍼를 회전 시스템과 커플링시킨다. 프로세스 키트는 도 2에서 '30'으로 도시된 지지 실린더를 포함할 수 있을 것이다. 또한, 프로세스 키트는 도면들에는 도시되지 않았지만 특정 처리 챔버(구성들)에서 이용될 수 있는 지지 링을 포함할 수 있을 것이다. 그러한 지지 링은 기본적으로 도 2에서 '14'로서 도시된 엣지 링을 지지하는 보조 엣지 링이다.
램프들(26)의 어레이는 램프헤드로서 종종 지칭된다. 그러나, 다른 복사 가열 장치로 대체될 수 있을 것이다. 일반적으로, 복사 가열 장치는 복사 공급원의 온도를 급속하게 상승시키기 위한 저항식 가열과 관련된다. 적합한 램프들의 예들은 필라멘트를 둘러싸는 유리 또는 실리카의 엔벨로프(envelope)를 가지는 수은 증기 램프들 및 제논과 같은 가스를 둘러싸는 유리 또는 실리카의 엔벨로프를 포함하는 플래시(flash) 램프들을 포함하고, 상기 플래시 램프는 가스에 에너지가 공급되었을 때(energized) 열 공급원을 제공한다. 본원에서 사용된 바와 같이, 램프라는 용어는 열 공급원을 둘러싸는 엔벨로프를 포함하는 램프들을 포함하기 위한 의도를 갖는다. 램프의 "열 공급원"은 기판의, 예를 들어, 에너지가 공급될 수 있는 가스 또는 필라멘트의 온도를 높일 수 있는 재료 또는 요소를 지칭한다.
본원에서 사용된 바와 같이, 급속 열처리 또는 RTP는 약 50 ℃/초 및 그 초과의 레이트(rates)로, 예를 들어, 100 내지 150 ℃/초의 레이트로, 그리고 200 내지 400 ℃/초의 레이트로 웨이퍼를 균일하게 가열할 수 있는 장치 또는 프로세스를 지칭한다. RTP 챔버들 내의 전형적인 램프-다운(ramp-down)(냉각) 레이트들은 80-150 ℃/초의 범위이다. RTP 챔버들 내에서 실시되는 일부 프로세스들은 몇 도씨 미만의 기판에 걸친 온도 변동들(variations)을 요구한다. 그에 따라, RTP 챔버는 램프 또는 다른 적합한 가열 시스템 그리고 100 내지 150 ℃/초, 그리고 200 내지 400 ℃/초 까지의 레이트로 가열할 수 있는 가열 제어 시스템을 반드시 포함하여야 할 것이며, 상기 레이트에 의해서, 급속 열처리 챔버들이, 상기 레이트들로 급속하게 가열할 수 있는 가열 시스템 및 가열 제어 시스템을 가지지 않는 다른 타입의 열적 챔버들로부터 구분된다. 본원 발명의 추가적인 양태에 따라서, 본원 발명의 실시예들은 플래시 어닐링에도 또한 적용될 수 있을 것이다. 본원에서 사용된 바와 같이, 플래시 어닐링은 5초 미만으로, 구체적으로, 1초 미만의, 그리고 일부 실시예들에서, 밀리초들로 샘플을 어닐링하는 것을 지칭한다.
온도 균일성을 개선하기 위한 하나의 방식은 챔버 외부에 배치된 회전가능한 플랜지(32)에 자기적으로 커플링된 회전가능한 실린더(30) 상에서 엣지 링(14)을 지지하는 것을 포함한다. 로터(미도시)는 플랜지(32)를 회전시키고 그에 따라 웨이퍼(12)를 그 중심(34) 주위로 회전시키며, 상기 중심은 또한 전체적으로 대칭인 챔버의 중심선이 된다.
균일성을 개선하기 위한 다른 방식은, 램프들(26)을 중심 축(34)을 중심으로 전체적으로 링-과 유사하게 배열된 구역들로 분할하는 것이다. 제어 회로망은 다른 구역들 내의 램프들(26)로 전달되는 전압을 다르게 하고, 그에 따라 복사 에너지의 방사상 분배를 재단한다. 구역화된 가열의 동적인 제어는, 회전하는 웨이퍼(12)의 반경에 걸쳐 온도를 측정하기 위해서 반사기(28) 내의 개구들을 통해서 웨이퍼(12)의 후방 면과 대면하도록 위치된 하나 또는 둘 이상의 광학적 도파관들(42)을 통해서 커플링된 하나의 또는 복수의 고온계들(40)에 의해서 영향을 받는다. 도파관들(42)은 사파이어, 금속, 및 실리카 섬유를 포함하는 여러 가지 구조들로 형성될 수 있을 것이다. 컴퓨터화된 제어기(44)는 고온계들(40)의 출력들을 수신하고 그에 따라 램프들(26)의 다른 링들로 공급되는 전압을 제어하며, 그에 따라 처리 동안에 복사 가열 세기 및 패턴을 동적으로 제어한다. 고온계들은 일반적으로 약 700 내지 1000 nm 범위 내에서, 예를 들어, 40 nm의 좁은 파장 대역폭에서 광 세기를 측정한다. 제어기(44) 또는 다른 기구들은, 해당 온도로 유지되는 흑체로부터 복사되는 광 세기의 스펙트럼 분배의 주지의 프랭크 분배를 통해서 광 세기를 온도로 변환한다.
도 2에 도시된 챔버는, 기판의 열적 노출의 제어를 허용하기 위해서, 웨이퍼(12)가 챔버 내부의 여러 수직 위치들에서 용이하게 부양되어 지지될 수 있게 허용한다. 도 2에 도시된 구성이 제한적인 것으로 간주되지 않아야 한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 특히, 본원 발명은, 열 공급원 또는 램프들이 기판의 일 면 또는 표면으로 지향되고 그리고 고온계들이 웨이퍼의 반대 면을 지향하는 구성들로 제한되지 않는다.
전술한 바와 같이, 처리 챔버의 프로세스 지역 내의 웨이퍼 온도는 복사선 고온계에 의해서 일반적으로 측정된다. 복사선 고온계가 매우 정확할 수 있지만, 복사선 고온계 대역폭 내에 있고 그리고 가열 공급원으로부터 기원하는 복사선은, 이러한 복사선이 고온계에 의해서 검출되는 경우에, 고온계 신호의 해석을 방해할 수 있을 것이다. Applied Materials의 RTP 시스템들에서, 그러한 간섭은 프로세스 키트에 의해서 그리고 웨이퍼 자체에 의해서 최소화된다. 프로세스 키트는 웨이퍼를 회전 시스템과 커플링시킨다. 프로세스 키트는 도 2에서 '30'으로 도시된 지지 실린더를 포함할 수 있을 것이다. 또한, 프로세스 키트는 도면들에는 도시되지 않았지만 특정 처리 챔버(구성들)에서 이용될 수 있는 지지 링을 포함할 수 있을 것이다. 그러한 지지 링은 기본적으로 도 2에서 '14'로서 도시된 엣지 링을 지지하는 보조 엣지 링이다.
본원 발명의 제 1 양태에 따라서, 개선된 반사기 플레이트(28) 및 반사기 플레이트 조립체가 제공된다. 도 3은, 승강 핀들(22)이 반사기 플레이트(28)를 통해서 상단 면(29)으로 돌출할 수 있게 허용하는 개구부를 포함하는 것으로서, 도 2에 도시된 장치에서 사용된 타입의 반사기 플레이트(28)의 사시도를 도시한다.
하나 또는 둘 이상의 실시예들에서, 반사기 플레이트(28) 본체는 석영, 사파이어 또는 투명한 YAG와 같은 광학적으로 투명한 재료로 제조된다. 반사기 플레이트는 또한 도 1에 도시된 고온계 도파관들(42)을 수용하기 위한 복수의 도파관 개구들(31)을 포함한다.
반사기 플레이트 조립체(25)는 본원 발명의 실시예에 따른 도 4에 도시되어 있다. 도 3에 도시된 승강 핀들을 수용하기 위한 개구부들이 도 4에 도시되어 있지 않다는 것을 주지하여야 한다. 반사기 플레이트 조립체는, 일 실시예에서, 스테인리스 스틸과 같은 적절한 금속으로 제조되는 베이스플레이트(19)를 포함한다. 베이스플레이트(19)가 챔버 하단(bottom)에 부착될 수 있고, 예를 들어, 볼트들, 스크류들 또는 다른 적합한 체결구들에 의해서 도 2에 도시된 챔버 베이스(53)에 부착될 수 있다. 베이스플레이트(19)는 고온계 도파관들(42)이 통과할 수 있는 개구부들을 가진다. 베이스플레이트 내의 개구부들은 고온계 도파관들을 수용하기 위한 반사기 플레이트 내의 개구들과 정렬된다. 반사기 플레이트 조립체(25)는 반사기 플레이트(28)를 더 포함하고, 그러한 반사기 플레이트의 본체는 세라믹으로 제조되고, 그러한 세라믹은 알루미나, 실리콘 탄화물, 석영, 사파이어를 포함하나 이러한 것으로 제한되는 것은 아니다. 이러한 세라믹은 선택된 실시예에 따라서 광학적으로 투명할 수 있고 또는 투명하지 않을 수 있을 것이다. 고온계 도파관들이 세라믹을 통과할 수 있게 허용하는 관통-홀들을 구비한 경우에, 코팅이 제 1 표면 상에 증착될 수 있고 그리고 세라믹이 광학적으로 반드시 투명할 필요는 없다. 일 실시예에 따라서, 코팅이 제 2 표면 상에 증착된다면, 세라믹은 광학적으로 투명하여야 한다. 제 1 표면 반사기는 냉각기 반사기 플레이트를 초래할 것이고, 그러한 냉각기 반사기 플레이트는 바람직할 수도 있고 바람직하지 않을 수도 있을 것이다. 제 2 표면 반사기는 보다 더 높은 온도의 반사기 플레이트를 초래할 것이고, 그리고 코팅은 또한 그 코팅의 상단에 증착 또는 매립되기 시작하는 생성물들에 의해서 임의 프로세스로부터 보다 양호하게 차폐된다.
반사기 플레이트(28)는 베이스플레이트(19) 지름과 유사한 지름을 가진다. 반사기 플레이트(28)는 베이스플레이트(19) 위에 장착된다. 반사기 플레이트(28)를 장착하는 하나의 적합한 방식은, 반사기 플레이트(28)와 베이스플레이트(19)가 이격되어 약 5 mm 미만의 갭(44)을 제공하도록, 반사기 플레이트(28)를 격리부들(33) 상에 위치시키는 것이다. 하나 또는 둘 이상의 실시예들에서, 반사기 플레이트(28) 및 베이스플레이트(19)는 약 1 mm 미만만큼 이격되고, 그리고 다른 실시예들에서, 반사기 플레이트(28)와 베이스플레이트(19) 사이에는 간격이 존재하지 않는다. 도시된 구성에서, 격리부들(33)은 베이스플레이트에 의해서 배치되고 수용되나 반사기 플레이트(28)를 위치시키고 지지한다. 반사기 플레이트(28)는 반사기(28)의 어느 일면 또는 양면들에 도포된 반사 코팅(35)을 더 포함할 수 있을 것이다. 따라서, 반사기 플레이트 조립체(25)는, 챔버 하단(53)에 볼트체결되고, 고온계 도파관들(42)이 통과하는, 베이스플레이트(19)에 의해서 구속된, 격리부들(33) 상에 놓이는 반사기 플레이트(28)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 승강 핀들(46)이 격리부들(33)을 통과한다. 석영 또는 사파이어와 같이 광학적으로 투명한 세라믹으로 반사기 플레이트(28)의 본체를 제조함으로써, 반사 코팅이 반사기 플레이트의 후방 면(37)(웨이퍼(12)로부터 먼 쪽) 상에 위치될 수 있다. 이러한 배향에서, 코팅된 후방 면(37)은 웨이퍼 처리 부산물들에 직접적으로 노출되지 않고, 그에 따라 코팅에서 박리가 발생할 가능성이 적어진다. 또한, 코팅 내로 연장하는 것으로 도시되어 있으나 코팅(35)과 동일 높이일 수 있는(flush) 고온계 프로브들(probes) 또는 도파관들(42)이 또한 부산물들에 직접적으로 노출되지 않는다. 따라서, 광학적으로 투명한 반사기 플레이트가 복사 에너지를 보다 많이 흡수할 것이고 그리고 보다 더 높은 온도가 될 것이다.
도시된 실시예에서, 코팅이 도포되지 않는 반사기 플레이트(28)의 후방 면(37) 상의 영역들이 존재하고, 그에 따라 고온계들은 광학적으로 투명한 반사기 플레이트(28)를 통해서 웨이퍼까지 막힘이 없는(clear) 시야를 여전히 가지게 된다. 이러한 코팅되지 않은 영역들은 코팅된 표면과 동일 높이이거나 또는 1 mm 이내가 될 수 있을 것이다. 도시된 실시예에서, 코팅되지 않은 영역들은 막힌(blind) 홀들 또는 막힌 개구부들을 형성한다. 대안적인 실시예들에서, 고온계 개구부들은 도 5에 도시된 바와 같은 개구들(41) 또는 관통 홀들(148)의 형태일 수 있을 것이다. 도 6에 도시된 하나 또는 둘 이상의 실시예들에서, 고온계 도파관들(42)이 반사 코팅과 공칭적으로 동일 높이가 되게, 그러나 조립체 내에서 공차 누적(tolerance stack-ups)으로 인한 수직 편차를 허용하게 디자인될 수 있도록, 막힌 홀들(248)이 제공된다. 또한, 막힌 홀들은 마스크들을 정확하게 위치시키기 위한 편리한 방식을 제공하고, 그러한 마스크들은 해당 영역들이 코팅되지 않고 유지되도록 보장하기 위해서 코팅 프로세스 동안에 이용될 수 있다. 하나 또는 둘 이상의 실시예들에서, 고온계들이 처리 분위기 내로의 시야를 필요로 하는 지역들에서만 선택적으로 코팅을 제거하는 레이저 절삭(ablation)과 같은 코팅 제거 프로세스 또는 코팅 증착 전의 마스킹에 의해서 코팅 내의 보이드(voide)들이 생성될 수 있다. 하나 또는 둘 이상의 실시예들에서, 코팅이 상단 면(29) 또는 제 1 표면에 도포될 수 있고, 그리고 개구부들 또는 개구들이 상단 면(29) 상의 코팅을 통해서 부분적으로 또는 전체적으로(fully) 연장될 수 있을 것이다.
반사기 플레이트(28)의 후방 면(37) 상의 코팅(35)과 함께 도시된 반사기 플레이트 조립체(25)의 구성에서, 반사기 플레이트(28) 상의 웨이퍼 부산물 증착의 레이트가 감소되고, 그에 따라 MWBC(Mean Wafer Between Clean)로서 지칭될 수 있는 것이 연장된다. MWBC는 반사기 플레이트(28) 상의 부산물 증착물을 감소 또는 제거하기 위해서 세정이 반사기 플레이트(28) 상에서 실시되어야 하기 전까지 처리되는 웨이퍼의 평균 개수를 지칭한다. 광학적으로 투명한 반사기 플레이트(28)는 베이스플레이트 표면(즉, 후방 면(37) 또는 제 2 표면)과 대면하는 반사 코팅으로 보다 고온으로 유지되는데, 이는 광이 광학적으로 투명한 반사기 플레이트 본체를 통과하여 반사 코팅까지 도달하여야 하고 그리고 광학적으로 투명한 반사기 플레이트 본체를 통해서 역으로 빠져나가야 하기 때문이다. 이러한 동작 중에 보유되는 열의 양은 (희토류 원소들과 같은) 도펀트들로 또는 반사 코팅(35) 내의 보다 높은 OH 농도들로 조절(tune)될 수 있다. 만약 광학적으로 투명한 반사기 플레이트(28)가 보다 높은 OH 함량을 가진다면, 그 반사기 플레이트는 보다 많은 복사 에너지를 흡수할 것이다.
대안적인 실시예에서, 반사기 플레이트(28)의 본체는 불(non)-투명 세라믹으로 제조된다. 이러한 실시예에서, 반사 코팅(35)이 반사기 플레이트(28)의 상단 면(29) 상에 위치된다면, 광은 코팅으로부터 반사될 것이다. 이는, 가열 프로세스에서 초기에(early) 웨이퍼를 불균질하게 가열하는 것을 방지함으로써, 반사기 플레이트(28)가 보다 더 저온으로 유지될 수 있게 하는데 도움이 될 수 있을 것이다. 석영 또는 사파이어와 같은 세라믹은 큰 온도 범위(예를 들어, 약 22 ℃ 내지 약 800 ℃ 범위)에 걸쳐 작은 열팽창 계수를 가진다. 따라서, 알루미늄 반사기 플레이트들에 대비하여, 반사 코팅들이 보다 더 용이하게 도포될 수 있다. 코팅들은 알루미늄이나 스테인리스 스틸 보다 석영과 같은 세라믹 재료들에 대해서 보다 용이하게 부착되는 경향이 있다. 하나 또는 둘 이상의 실시예들에 따라서, 반사 코팅은 (알루미늄 반사기 플레이트 상의 반사 코팅 경우의 약 200 ℃에 대비하여) 약 400 ℃의 최대 동작 온도들을 가진다. 다시, 보다 더 높은 동작 온도 능력으로 인해서, 웨이퍼 부산물 증착이 감소되거나 거의 방지될 수 있다.
반사 코팅(35)은 임의의 다양한 재료들이 될 수 있다. 특정 파장 범위들 내에서의 반사를 위한 반사 층으로 이루어진 얇은 층들을 구비하는 윈도우들을 제공하기 위한 프로세스들 및 서비스들의 제공자들이 공지되어 있다. 그러한 코팅 서비스들의 하나의 제공자는 예를 들면, JDS Uniphase이다. 반사 코팅(35)에서 이용될 수 있는 재료는, 일반적으로, 티타니아-실리카 또는 탄탈라-실리카와 같이, 가열 공급원으로부터 방출되는 복사선의 대부분에 대해서 실질적으로 투명한 낮은 지수(low index) 유전체 재료 또는 높은 지수 유전체 재료의 임의 조합으로 이루어진 교번적인(alternating) 층들일 수 있다. 하나의 실시예에서, 반사 층은 SiO2 및 Ta2O5 층들로 제조된다. 다른 실시예에서, 반사 층은 SiO2 및 TiO2 로 제조된다. 특정 실시예에서, 최외측 층은 SiO2 를 포함한다.
하나의 실시예에서, 층들은, 종종 유전체 거울들로서 지칭되는, 상이한 굴절률들을 가지는 광학적으로 투명한 재료들의 다중의 (얇은) 층들을 포함할 수 있을 것이다. 다중 층 유전체 거울은 반사 필터로서 작용할 수 있을 것이고, 여기서 복사선이 반사된다. 복사선은, 다른 요소들 중에서도, 복사선의 파장, 복사선의 입사 각도, 도포된 유전체 재료의 굴절률을 포함하는 도포된 유전체 재료의 성질들, 각 층의 두께, 층들의 수, 다른 두께, 및 층들의 배열에 따라서 선택적으로 반사될 수 있을 것이다.
본원 명세서를 통한 "일 실시예", "하나 또는 둘 이상의 실시예들" 또는 "실시예"라는 언급은, 실시예와 관련하여 설명된 특별한 피쳐, 구조, 재료 또는 특성이 본원 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 그에 따라, 본원 명세서를 통한 여러 위치들에서 "하나 또는 둘 이상의 실시예들에서", "특정 실시예들에서", "일 실시예에서", 또는 "실시예에서"와 같은 문구는 본원 발명의 동일한 실시예를 반드시 지칭하는 것이 아니다. 또한, 특별한 피쳐들, 구조들, 재료들, 또는 특성들이 임의의 적합한 방식으로 하나 또는 둘 이상의 실시예들에서 조합될 수 있을 것이다.
본원에 기재된 발명이 특별한 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 이들 실시예들은 본원 발명의 원리들 및 적용예들을 단지 설명하기 위한 것임을 이해하여야 할 것이다. 본원 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고도 본원 발명의 방법 및 장치에 대해서 여러 가지 변경들 및 변화들이 이루어질 수 있다는 것을 당업자는 분명히 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 본원 발명이 특정 타입의 가열 램프에 대해서 설명되었지만, 다른 변형예들도 가능하다. 따라서, 본원 발명은 첨부된 청구항들 및 그 균등물들의 범위 내에 있는 변형들 및 변경들을 포함할 것이 의도된다.

Claims (15)

  1. 전방 면 및 후방 면을 가지는 기판 처리용 장치로서:
    프로세스 지역 외부에 위치된 복사 열 공급원 근처의 윈도우에 의해서 일 면상에 형성된 프로세스 지역을 가지는 프로세스 챔버;
    베이스플레이트 및 반사기 플레이트를 포함하는 반사기 플레이트 조립체 - 상기 베이스플레이트는 상기 복사 열 공급원의 반대편에 배치되고, 상기 반사기 플레이트는, 상기 베이스 플레이트와 상기 복사 열 공급원의 사이에 배치되며 상기 베이스플레이트로부터 일정 거리 이격되고, 상기 반사기 플레이트는 상기 복사 열 공급원에 가장 가까운 제 1 표면 및 상기 베이스플레이트에 더 가까운 제 2 표면을 가지는 본체를 포함하고, 상기 본체는, 광학적으로 투명한 세라믹 재료로부터 제조되며 상기 제 2 표면 상의 복수의 유전체 층들을 포함하는 반사 코팅을 가지고, 상기 반사 코팅은 상기 반사 코팅을 통해 연장하는 복수의 고온계 개구들을 포함하고, 상기 반사 코팅 내의 복수의 상기 고온계 개구들은 상기 본체의 상기 제 1 표면을 통해 연장하지 않음 - ;
    상기 반사기 플레이트에 의해 흡수되는 열의 양을 증가시키도록 도펀트를 포함하는 광학적으로 투명한 세라믹 재료; 및
    상기 반사 코팅 내의 상기 고온계 개구들 중 하나 이상의 근처에 위치되는 하나 이상의 고온계 프로브;를 포함하는,
    기판 처리용 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학적으로 투명한 세라믹 재료는 알루미나, 실리콘 탄화물, 석영 및 사파이어로부터 선택되는,
    기판 처리용 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 개구들은 반사 코팅을 통해서만 연장하는,
    기판 처리용 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사기 플레이트 및 상기 베이스플레이트가 5 mm 미만 만큼 이격되는,
    기판 처리용 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사기 플레이트 조립체는 상기 반사기 플레이트와 상기 베이스플레이트를 이격된 관계로 분리시키기 위한 격리부(standoff)들을 포함하는,
    기판 처리용 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 도펀트는 희토류 재료들, OH 및 이들의 조합들로부터 선택되는,
    기판 처리용 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스플레이트는 상기 반사기 플레이트 내의 개구들과 정렬된 복수의 개구들을 포함하는,
    기판 처리용 장치.
  8. 급속 열처리 챔버에서 사용하기 위한 반사기 플레이트 조립체 장치로서:
    고온계 프로브를 수용하도록 베이스플레이트를 관통하는 복수의 개구들을 가지는 베이스플레이트; 및
    광학적으로 투명한 세라믹 재료로 제조되는 본체를 포함하는 반사기 플레이트 - 상기 광학적으로 투명한 세라믹 재료는 상기 반사기 플레이트에 의해 흡수되는 열의 양을 증가시키기 위한 도펀트를 포함하고, 상기 본체는 제 1 표면 및 상기 베이스플레이트에 대면하는 제 2 표면을 포함하고, 상기 제 2 표면은 상기 제 2 표면 상에 복수의 유전체 층들을 포함하는 반사 코팅을 가지고, 복수의 고온계 개구들은 적어도 반사 코팅을 통해 연장하고, 고온계 개구 각각은 상기 베이스플레이트 내의 개구들과 정렬됨 - ;를 포함하며,
    상기 고온계 개구들은 상기 본체의 상기 제 1 표면을 통해 연장하지 않고 상기 반사 코팅은 400 ℃까지의 동작 온도를 가지고 50 ℃/초 이상의 레이트(rate)로 가열되는 급속 열처리 챔버에서 박리(peeling)에 저항하는,
    급속 열처리 챔버용 반사기 플레이트 조립체 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 베이스플레이트는 상기 반사기 플레이트와 상기 베이스플레이트를 이격된 관계로 유지하기 위한 복수의 격리부들을 포함하는,
    급속 열처리 챔버용 반사기 플레이트 조립체 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 세라믹 재료는 알루미나, 실리콘 탄화물, 석영 및 사파이어로부터 선택되는,
    급속 열처리 챔버용 반사기 플레이트 조립체 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 도펀트는 희토류 재료들, OH 및 이들의 조합들로부터 선택되는,
    급속 열처리 챔버용 반사기 플레이트 조립체 장치.
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