KR102033200B1 - 급속 열 처리를 위한 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예들은 급속 열 처리를 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예는 기판을 처리하기 위한 장치를 제공한다. 이 장치는, 챔버 바디 외부에 배치되고 처리 용적을 향해 열 에너지를 제공하도록 구성된 가열 소스를 포함한다. 기판 지지체는 기판 지지 평면을 정의하고, 기판 지지체는 기판 지지 평면에서 기판을 지지하도록 구성된다. 가열 소스는 기판의 표면 영역을 포위하기에 충분히 큰 영역을 둘러싸는 내측 벽을 갖는 프레임 부재; 및 프레임 부재의 내측 벽 상에 탑재된 복수의 다이오드 레이저 타일을 포함한다. 복수의 다이오드 레이저 타일 각각은 처리 용적 내의 대응 영역으로 지향된다.
Description
본 발명의 실시예들은 일반적으로 반도체 기판들을 처리하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명의 실시예들은 급속 열 처리를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
급속 열 처리(RTP: rapid thermal processing)는 반도체 처리 동안 기판을 어닐링하기 위한 프로세스이다. RTP 동안, 기판은 지지 디바이스에 의해 일반적으로 지지되는데, 이 지지 디바이스는 에지 영역 부근에 있으며 하나 이상의 가열 소스에 의해 기판이 가열될 때 회전된다. RTP 동안, 제어된 환경 내에서 약 1350℃에 이르는 최대 온도까지 기판을 급속 가열하기 위해, 열 복사(thermal radiation)가 일반적으로 이용된다. RTP 동안 백열 할로겐 램프가 열 복사 소스로서 종종 이용된다. 백열 할로겐 램프들은 통상적으로 고밀도의 비교적 균일한 복사 전력을 생성하기 위해 어레이 내에 나란히 패킹된다.
그러나, RTP를 위한 복사 소스로서 백열 램프를 사용하는 데에는 한계가 있다. 첫번째로, 백열 할로겐 램프들에 의해 생성되는 복사 에너지의 밀도는 할로겐 램프들의 크기에 의해 본질적으로 제한되는 패킹 밀도에 의해 제한된다. 두번째로, 백열 할로겐 램프들의 최대 온도 또한 각각의 백열 램프 내의 필라멘트의 최대 온도에 의해 제한된다. 예를 들어, 백열 램프의 필라멘트에 의해 방출될 수 있는 최대 온도는 약 3000 켈빈(섭씨 2730도) 미만이다. 다음으로, 백열 램프들 내의 필라멘트들의 열적 관성(thermal inertia)은 또한 온도가 상승 및 하강하는 속도를 제한하고, 그에 따라 스루풋을 제한한다. 또한, 백열 램프들은 모든 방향으로 복사하기 때문에, 처리 중인 기판으로 지향되는 에너지의 양을 제어하기가 어렵다. 추가로, 백열 램프들의 어레이는 처리 동안 일반적으로 기판의 표면 전체를 커버하고, 그에 의해, 모니터링을 위해, 예컨대 고온계(pyrometer)로 기판 온도를 측정하기 위해 기판의 선명한 목시선(clear line of sight)을 갖기가 어렵게 된다.
따라서, 개선된 복사 소스를 갖는 급속 열 처리를 위한 장치 및 방법이 필요하다.
본 발명의 실시예들은 급속 열 처리를 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는 기판을 처리하기 위한 장치를 제공한다. 이 장치는 처리 용적(processing volume)을 정의하는 챔버 바디(chamber body); 처리 용적 내에 배치된 기판 지지체; 및 챔버 바디 외부에 배치되고, 처리 용적을 향해 열 에너지를 제공하도록 구성된 가열 소스를 포함한다. 기판 지지체는 기판 지지 평면을 정의하고, 기판 지지체는 기판 지지 평면에서 기판을 지지하도록 구성된다. 가열 소스는 기판의 표면 영역을 포위하기에 충분히 큰 영역을 둘러싸는 내측 벽을 갖는 프레임 부재; 및 프레임 부재의 내측 벽 상에 탑재된 복수의 다이오드 레이저 타일을 포함한다. 복수의 다이오드 레이저 타일 각각은 처리 용적 내의 대응 영역으로 지향된다.
본 발명의 다른 실시예는 기판을 처리하기 위한 방법을 제공한다. 이 방법은 처리 챔버 내에 배치된 기판 지지체 상에 기판을 배치하는 단계; 및 가열 소스로부터의 복사 에너지를 처리 챔버 내의 윈도우를 통해 기판으로 지향시키는 단계를 포함한다. 가열 소스는 처리 챔버 바디 외부에 배치된다. 가열 소스는 기판의 표면 영역을 포위하기에 충분히 큰 영역을 둘러싸는 내측 벽을 갖는 프레임 부재; 및 프레임 부재의 내측 벽 상에 탑재된 복수의 다이오드 레이저 타일을 포함한다. 복수의 다이오드 레이저 타일 각각은 기판의 표면 영역 내의 대응 영역으로 지향된다.
위에서 언급된 본 발명의 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록, 위에 간략하게 요약된 본 발명의 더 구체적인 설명은 실시예들을 참조할 수 있으며, 그들 중 일부는 첨부 도면들에 도시되어 있다. 그러나, 본 발명은 동등한 효과의 다른 실시예들을 허용할 수 있으므로, 첨부 도면들은 본 발명의 전형적인 실시예들만을 도시하며, 따라서 그것의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 점에 주목해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 처리 챔버의 개략적인 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열 소스의 개략적인 상부도이다.
도 2b는 도 2a의 가열 소스의 개략적 단면 사시도이다.
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 다이오드 타일의 개략적인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복사 소스의 단면 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복사 소스의 단면 사시도이다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복사 소스의 개략적인 상부도이다.
도 5b는 도 5a의 복사 소스의 개략적 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복사 소스의 개략적 단면도이다.
이해를 쉽게 하기 위해, 가능한 경우에는 도면들에 공통인 동일한 구성요소를 지칭하는 데에 동일한 참조 번호들이 이용되었다. 일 실시예에 개시된 구성요소들은 구체적인 언급 없이도 다른 실시예들에서 유리하게 이용될 수 있을 것으로 생각된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 처리 챔버의 개략적인 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열 소스의 개략적인 상부도이다.
도 2b는 도 2a의 가열 소스의 개략적 단면 사시도이다.
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 다이오드 타일의 개략적인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복사 소스의 단면 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복사 소스의 단면 사시도이다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복사 소스의 개략적인 상부도이다.
도 5b는 도 5a의 복사 소스의 개략적 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복사 소스의 개략적 단면도이다.
이해를 쉽게 하기 위해, 가능한 경우에는 도면들에 공통인 동일한 구성요소를 지칭하는 데에 동일한 참조 번호들이 이용되었다. 일 실시예에 개시된 구성요소들은 구체적인 언급 없이도 다른 실시예들에서 유리하게 이용될 수 있을 것으로 생각된다.
본 발명의 실시예들은 급속 열 처리를 위한 장치 및 방법을 제공한다. 구체적으로, 본 발명의 실시예들은 레이저 다이오드 타일들을 갖는 복사 에너지 소스를 이용하는 급속 열 처리를 위한 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 열 처리 동안 열 에너지를 제공하기 위해, 복수의 레이저 다이오드 타일을 포함하는 가열 소스가 이용된다. 복수의 레이저 다이오드 타일은 프레임 부재의 내측 벽 상에 탑재된다. 각각의 레이저 다이오드 타일은 에너지를 처리 챔버 내의 소정 영역으로 지향시키도록 조절될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 급속 열 처리 시스템(100)의 단면도를 개략적으로 도시한다. 급속 열 처리 시스템(100)은, 내부에서 기판(112)을 처리하도록 구성된 처리 용적(114)을 정의하는 챔버 하우징 어셈블리(101)를 포함한다. 기판(112)은 디스크 형상의 기판일 수 있다. 챔버 하우징 어셈블리(101)는 챔버 벽들(135), 내부에 열 에너지를 허용하도록 구성된 윈도우(118), 및 윈도우(118)에 대향하는 반사기 플레이트(122)를 포함할 수 있다. 가열 소스(116)는 윈도우(118) 외부에 배치된다. 가열 소스(116)는 윈도우(118)를 통해 복사 에너지로 처리 용적(114)을 가열하도록 구성된다.
슬릿 밸브(130)가 챔버 벽들(135)의 측면 상에 형성되어, 기판(112)을 위한 처리 용적(114)으로의 통로를 제공할 수 있다. 가스 유입구(144)는, 처리 가스들, 퍼지 가스들 및/또는 세정 가스들을 처리 용적(114)에 제공하기 위해 가스 소스(145)에 접속될 수 있다. 진공 펌프(113)는 처리 용적(114)을 배기(pumping out)하기 위해 유출구(111)를 통해 처리 용적(114)에 유동적으로 접속(fluidly connect)될 수 있다.
일 실시예에서, 주변 에지에 의해 기판(112)을 지지하기 위해, 에지 링(120)이 처리 용적(114) 내에 배치될 수 있다. 에지 링(120)은 기판(112)이 위치되는 기판 지지 평면(126)을 갖는다. 에지 링(120)은 튜브형 라이저(tubular riser)(139) 상에 배치될 수 있다. 튜브형 라이저(139)는 챔버 벽들(135) 내에서 원형 채널(127) 내에 배치된 자기 로터(magnetic rotor; 121) 상에 놓이거나 그러한 자기 로터에 다른 방식으로 연결된다. 챔버 벽들(135) 외부에 배치된 자기 스테이터(magnetic stator)(123)는 챔버 벽들(135)을 통해 자기 로터(121)에 자기 연결(magnetically couple)된다. 자기 스테이터(123)는 자기 로터(121)의 회전을 유도하고, 그에 따라, 에지 링(120) 및 그 위에 지지되어 있는 기판(112)의 회전을 유도할 수 있다. 자기 스테이터(123)는 또한 자기 로터(121)의 상승을 조절하도록 구성될 수 있고, 그에 의해 에지 링(120) 및 처리 중인 기판(112)을 들어올린다. 기판을 지지하고 회전시키기 위해 에지 링(120) 및 튜브형 라이저(139)를 대신하여 다른 적절한 기판 지지체가 이용될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
일 실시예에서, 외측 링(119)은 처리 용적(114)으로부터 반사 공동(115)을 분리시키기 위해 챔버 벽(135)과 에지 링(120) 사이에 연결될 수 있다. 반사 공동(115) 및 처리 용적(114)은 상이한 환경들을 가질 수 있다.
반사기 플레이트(122) 및 윈도우(118)는 기판(112)의 반대 측들(opposite sides of the substrate)에 배치될 수 있다. 기판(112)의 정면측(112a)은 윈도우(118) 및 가열 소스(116)를 향한다. 기판(112)의 후면측(112b)은 반사기 플레이트(122)를 향한다. 반사기 플레이트(122)는, 기판(112)으로부터의 복사 에너지를 기판으로 다시 반사시킴으로써 기판(112)의 방사율을 증대시키기 위해, 기판(112)의 후면측(112b)을 향하는 광학 반사성 표면(128)을 갖는다. 일 실시예에서, 반사기 플레이트(122)는 수냉식(water cooled)일 수 있다. 일 실시예에서, 반사기 플레이트(122)는 처리 중인 기판(112)의 직경보다 약간 더 큰 직경을 갖는다. 반사기 플레이트(122)를 통해 복수의 개구(aperture)(125)가 형성될 수 있다. 복수의 개구(125)를 통해 기판(112)의 온도를 측정하기 위해, 복수의 온도 센서(124)가 이용될 수 있다.
퍼지 가스가 퍼지 가스 유입구(148)를 통해 반사기 플레이트(122)와 기판(112) 사이의 반사 공동(115)에 제공될 수 있다. 퍼지 가스 소스(146)는 퍼지 가스 유입구(148)에 접속될 수 있다. 냉각 속도(cool down rates)를 증가시키도록 기판(112)과 반사기 플레이트(122)의 전도 결합을 돕기 위해, 퍼지 가스가 이용될 수 있다. 퍼지 가스는 또한 온도 센서들(124) 상의 퇴적물 형성을 방지하거나 감소시키기 위해 온도 센서들(124)의 퍼지 팁들(purge tips)을 돕도록 분산(distribute)될 수 있다.
가열 소스(116)는 윈도우(118) 외부에 위치되고, 복사 에너지를 윈도우(118)를 통해 처리 용적(114) 내의 기판(112)으로 지향시키도록 구성된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 윈도우(118)는 챔버 벽들(135) 위에 배치되고, 가열 소스(116)는 정면측(112a)에서 기판(112)을 가열하기 위해 윈도우(118) 위에 위치된다. 그러나, 윈도우(118)가 챔버 벽들(135) 아래에 위치될 수 있고, 가열 소스(116)는 후면측(112b)에서 기판(112)을 가열하기 위해 윈도우(118) 아래에 위치된다. 기판(112)은 정면측(112a)을 디바이스측으로 하여 겉을 위로 하여(facing up) 처리될 수 있다. 대안적으로, 기판은 후면측(112b)을 디바이스측으로 하여 겉을 아래로 하여(facing down) 처리될 수 있다.
가열 소스(116)는 윈도우(118) 위에 배치된 프레임 부재(160)를 포함한다. 프레임 부재(160)는 내측 벽(162)을 갖는다. 내측 벽(162)은 내측 영역(165)을 둘러싼다. 내측 영역(165)은 기판(112)의 표면 영역을 포위하기에 충분히 크다. 일 실시예에서, 내측 벽(162)은 기판 지지 평면(126)에 실질적으로 수직이다. 일 실시예에서, 프레임 부재(160)는 짧은 파이프이고, 내측 벽(162)은 원통형이며, 내측 벽(162)의 내측 직경은 적어도 처리 중인 기판(112)의 직경만큼 크다.
복수의 레이저 다이오드 타일(164)은 프레임 부재(160)의 내측 벽(162) 상에 탑재된다. 복수의 레이저 다이오드 타일(164)의 각각은 복사 에너지를 윈도우(118)를 통해 기판(112) 상의 대응 영역으로 지향시키도록 구성된다. 복수의 레이저 다이오드 타일(164)은 내측 벽(162) 상의 상이한 위치들에 탑재되고, 상이한 영역들을 커버하기 위해 상이한 각도들로 기울어질 수 있다. 각각의 레이저 다이오드 타일(164)은 수취되는 기판 상의 대응하는 가열 영역이 더 비스듬한 각도로 조사되도록(irradiated) 탑재된다. 일 실시예에서, 복수의 레이저 다이오드 타일(164)의 가열 영역들의 조합은 처리 중인 기판(112)의 전체 표면 영역을 커버한다. 그러므로, 기판(112)의 전체 표면은 스캐닝 없이 복수의 레이저 다이오드 타일(164)에 의해 가열될 수 있다. 일 실시예에서, 기판(112)은 가열 균일성을 개선하기 위해 열 처리 동안 급속하게 회전될 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 레이저 다이오드 타일(164)은 원하는 양의 복사를 생성하도록 개별적으로 제어될 수 있다. 기판(112)은, 복수의 레이저 다이오드 타일(164)의 전력 레벨을 개별적으로 및/또는 그룹별로 조절함으로써, 균일하게 또는 임의의 원하는 패턴으로 가열될 수 있다.
윈도우(118)는 레이저 다이오드 타일들(164)에 의해 방출되는 복사의 파장들의 범위 내의 파장에 실질적으로 투명한 재료로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 윈도우(118)는 석영, 예컨대 비정질 실리카로 제조된다. 일 실시예에서, 윈도우(118)는 코팅(102)을 포함할 수 있다. 코팅(102)은 레이저 다이오드 타일들(164)로부터의 복사를 투과시키고, 레이저 다이오드 타일들(164)로부터의 반사 손실을 감소시키도록 구성된다. 추가로, 코팅(102)은 기판(112)으로부터의 모든 회색체 방사(gray-body emanation)를 반사하여, 그에 의해 가열 효율을 개선하도록 설계될 수 있다. 일 실시예에서, 코팅(102)은 복수의 레이저 다이오드 타일(164)로부터 기판 표면(112a)으로의 입사 각도들의 범위 및 복수의 레이저 다이오드 타일(164)의 파장들의 범위에 맞춰진 일체형 반사방지 코팅(integral anti-reflective coating)을 갖는 광대역 반사 코팅일 수 있다.
일 실시예에서, 프레임 부재(160)가 냉각될 수 있다. 프레임 부재(160)는 냉각 채널들(166)을 가질 수 있고, 냉각 유체 소스(167)로부터의 냉각 유체에 의해 냉각될 수 있다. 일 실시예에서, 윈도우(118)도 냉각될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 윈도우(118) 및/또는 급속 열 처리 시스템(100) 내부에서 기판(112)을 향하는 다른 컴포넌트들은 기판(112)으로부터의 복사를 흡수하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 회색체 복사를 흡수하도록 구성된 코팅이 급속 열 처리 시스템(100)의 내측 표면에 도포될 수 있다. 급속 가열 후에, 기판(112)은 급속한 온도 하강을 달성하기 위해 복사 흡수 챔버 컴포넌트들에 노출되거나 그러한 컴포넌트들에 대해 위치될 수 있다.
도 2a는 가열 소스(116)의 개략적인 상부도이고, 도 2b는 가열 소스(116)의 개략적 단면 사시도이다. 일 실시예에서, 복수의 레이저 다이오드 타일(164)은 균일성 및 제어를 개선하기 위해 복수의 가열 구역을 형성하도록 배열된다. 도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이, 복수의 레이저 다이오드 타일(164)은 복수의 수직 레벨(212, 214, 216, 218)로 배열될 수 있다. 동일한 수직 레벨 내의 레이저 다이오드 타일들(164)은 동일한 가열 구역으로 지향된다. 일 실시예에서, 복수의 레이저 다이오드 타일(164)은 복수의 동심 가열 구역(202, 204, 206, 208)을 형성한다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 최저 수직 레벨(212) 내의 복수의 레이저 다이오드 타일(164)은 복사 에너지를 최외측 가열 구역(202)으로 지향시키고, 최저 레벨(212) 바로 위의 레벨(214) 내의 복수의 레이저 다이오드 타일(164)은 최외측 가열 구역(202) 바로 안쪽의 가열 구역(204)으로 지향된다. 최상위 레벨(218) 내의 레이저 다이오드 타일들(164)은 중심 가열 구역(208)을 커버한다. 기판(112)의 전체 표면이 커버될 것을 확실하게 하기 위해, 이웃하는 가열 구역들은 약간 중첩될 수 있다. 도 2a 및 2b에는 4개의 레벨 및 4개의 컬럼이 도시되어 있지만, 가열 요건을 만족시키기 위해, 더 많거나 더 적은 레벨 및/또는 컬럼의 레이저 다이오드 타일들(164)이 가열 소스(116)에 배열될 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 레이저 다이오드 타일(164)은 내측 벽(162)의 둘레를 따르는 복수의 수직 컬럼으로 배열될 수 있다. 복수의 수직 컬럼은 내측 벽(162)의 둘레를 따라 균일하게 분산될 수 있다.
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 다이오드 타일(164)의 개략적인 사시도이다. 레이저 다이오드 타일(164)은 기판(220), 및 기판(220) 상에 탑재되고 복사 에너지를 방출하도록 구성된 레이저 다이오드들(222)의 어레이를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 레이저 다이오드들(222)은 복수의 레이저 다이오드 바(224)의 형태일 수 있다. 각각의 레이저 다이오드 바(224)는 그것의 길이를 따라 복수의 개별 레이저 다이오드(222)를 가질 수 있다. 복수의 레이저 다이오드 바(224)는 기판(220) 상에 평행하게 탑재될 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 기울어진 단차부(angled step)(226)는, 레이저 다이오드들(222)이 기판(220)의 주 평면에 대해 기울어지게 탑재되도록 기판(220) 상에 형성될 수 있다. 도 2c는 5개의 레이저 다이오드 바(224)를 개략적으로 도시하고 있고, 각각의 레이저 다이오드 바(224)가 4개의 레이저 다이오드(222)를 포함하지만, 본 발명의 레이저 다이오드 타일(164)은 더 많거나 더 적은 레이저 다이오드 바(224)를 포함할 수 있고, 각각의 레이저 다이오드 바(224)는 더 많거나 더 적은 개별 레이저 다이오드(222)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 레이저 다이오드 타일(164)은 약 10 내지 15개의 레이저 다이오드 바(224)를 포함할 수 있다. 레이저 다이오드 바(224)는 약 1 mm x 10 mm 치수일 수 있다. 각각의 레이저 다이오드 바(224)는 약 30 내지 50개의 개별 레이저 다이오드(222)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 레이저 다이오드 바(224)는 레이저 다이오드 바(224)의 복사 패턴을 조절하기 위해, 마이크로렌즈들, 예컨대 원통형 마이크로렌즈를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 레이저 다이오드들(222)은 갈륨 비소(GaAs: Gallium Arsenide)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 레이저 다이오드(222)는 갈륨 비소(GaAs) 기판 상에 성장된 InGaAlAsP(indium-Gallium-Aluminum-Arsenide-phosphide)의 에피택셜 층들을 포함하는 레이저 다이오드일 수 있다. 갈륨-비소를 함유하는 레이저 다이오드(222)는 약 800nm 내지 약 900nm의 파장 범위 내에서 열을 방출할 수 있다. 레이저 다이오드 타일(164)은 1kW만큼의 전력을 복사할 수 있다.
일 실시예에서, 레이저 다이오드(222)로부터의 복사 에너지는 취급 중인 기판(112)에 의한 흡수율을 더 증가시키도록 편광되고 배향될 수 있다. 전형적으로, 레이저 다이오드로부터 나오는 복사는 편광된다. 인덱스 가이드 다이오드들(index guided diodes)은 전형적으로 50:1 내지 100:1의 편광 비(polarization ratio)를 갖는다. 와이드 스트라이프 다이오드들(wide stripe diodes)에 대하여, 편광 비는 전형적으로 30:1 이상이다. 레이저 다이오드의 편광은 레이저 다이오드의 느린 축(slow axis)에 평행하게 배향된 E 필드를 갖는다. 느린 축이 복사되는 표면에 수직으로 배열될 때, 레이저 다이오드는 (표면에 대하여) "p" 편광에 있다. 일 실시예에서, 흡수를 최대화하고 반사를 최소화하기 위해, 레이저 다이오드(222)의 느린 축과 방사되는 표면, 예컨대 윈도우(118)의 표면 또는 기판(112)의 정면측(112a) 간의 각도는 브루스터 각도(Brewster's angle)와 거의 동일하게 설정된다. 브루스터 각도 또는 편광 각도는 특정 편광을 갖는 광이 투명 유전체 표면을 통해 반사 없이 완벽하게 투과되는 입사 각도를 지칭한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열 소스(316)의 단면 사시도이다. 가열 소스(316)는, 가열 소스(316)가 복수의 레이저 다이오드 타일(164)과 처리 중인 기판(112) 사이에 위치되는 복사 균질화 엘리먼트(radiation homogenizing element)(310)를 포함한다는 점을 제외하고는, 도 2a의 가열 소스(116)와 유사하다. 복사 균질화 엘리먼트(310)는 레이저 다이오드 타일들(164)에 의해 생성되는 복사의 균일성을 증가시키도록 구성된다. 복사 균질화 엘리먼트(310)는 스티플링들(stipplings), 딤플들(dimples), 믹서들(mixers), 다중 렌즈렛들(multiple lens-lets)(플라이 아이(fly eyes)), 홀로그램 또는 통상의 확산기, 또는 임의의 적절한 광학 디바이스들 중 하나일 수 있다. 일 실시예에서, 복사 균질화 엘리먼트(310)는 도 3에 도시된 것과 같은 개별 엘리먼트이다. 대안적으로, 복사 균질화 엘리먼트는 윈도우(118)에 통합될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가열 소스(426)의 단면 사시도이다. 가열 소스(426)는, 각각의 가열 구역 내의 레이저 다이오드 타일들(164)의 개수가 다양하다는 점을 제외하고는, 도 2a-2b의 가열 소스(116)와 유사하다. 도 4에 도시된 바와 같이, 레이저 다이오드 타일(164)의 개수는 레벨(412)로부터 레벨들(414, 416)을 통해 레벨(418)로 가면서 감소한다. 내측 가열 구역(208)은 외측 가열 구역(202)보다 작기 때문에, 가열 구역(202)을 가열하기 위해 이용되는 것들에 비해, 가열 구역(208)을 가열하는 데에 더 적은 레이저 다이오드 타일(164)이 이용된다.
대안적인 실시예에서, 레이저 다이오드 타일들은 다면 중공 프리즘(hollow multi-sided prism) 내부에 탑재될 수 있다. 도 5a는 다면 중공 프리즘(560) 상에 탑재된 복수의 레이저 다이오드 타일(164)을 갖는 복사 소스(516)의 개략적인 상부도이다. 도 5b는 복사 소스(516)의 개략적 단면도이다. 위에 설명된 복사 소스들(116, 316 및 426)과 마찬가지로, 복사 소스(516)는 처리 챔버 내부의 윈도우(118) 아래에 배치된 기판(112)을 향해 복사 에너지를 공급하기 위해 윈도우(118) 위에 배치된다. 다면 중공 프리즘(560)은 윈도우(118)를 향하는 큰 단부(562) 및 윈도우(118)에서 먼 작은 단부(564)를 갖는 형상으로 테이퍼링될(tapered) 수 있다. 복수의 레이저 다이오드 타일(164)은 다면 프리즘(560)의 내측 벽들(566) 상에 탑재될 수 있다. 복수의 레이저 다이오드 타일(164)은 원하는 처리 효과를 달성하기 위해 위에서 설명된 것과 같은 다양한 패턴들로 배열될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복사 소스(616)의 개략적 단면도이다. 복사 소스(516)와 마찬가지로, 복사 소스(616)는 다면 중공 프리즘(660) 상에 탑재된 복수의 레이저 다이오드 타일(164)을 갖는다. 복사 소스(616)는 처리 챔버 내부에서 윈도우(118) 아래에 배치된 기판(112)을 향해 복사 에너지를 공급하기 위해 윈도우(118) 위에 배치된다. 다면 중공 프리즘(660)은 윈도우(118)를 향하는 큰 단부(662) 및 윈도우(118)에서 먼 작은 단부(664)를 갖는 형상으로 테이퍼링될 수 있다. 다면 중공 프리즘(660)은 복수의 레이저 다이오드 타일(164)을 수용하기 위해 테라스식 내측 벽들(terraced inner walls)(666)을 갖는다. 일 실시예에서, 내측 벽들(666)은 복수의 레이저 다이오드 타일(164)을 수용하기 위한 수평 부분들(666a)을 포함할 수 있다. 수평 부분들(666a)은 레이저 다이오드 타일들(164)로부터의 복사가 최대의 효율을 위해 기판(112)에 수직으로 지향되는 것을 허용한다.
도 5a-5b 및 도 6에는 6면 프리즘이 도시되어 있지만, 복수의 레이저 다이오드 타일(164)을 지지하기 위해 상이한 형상 및 설계의 프리즘들이 이용될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 전통적인 가열 소스들을 이용하는 급속 열 처리를 위한 장치 및 방법에 비해 다양한 이점을 제공한다. 첫번째로, 전통적인 가열 소스의 기하학적 한계 없이 레이저 다이오드 타일의 개수가 쉽게 증가될 수 있으므로, 더 급속한 가열이 달성될 수 있다. 두번째로, 개별 레이저 다이오드 타일 및/또는 레이저 다이오드 타일들의 그룹이 따로따로 제어될 수 있고, 개별 레이저 다이오드 타일 또는 레이저 다이오드 타일들의 그룹으로부터의 중첩하는 복사가 이격(spacing), 렌즈설치(lensing)를 통해, 또는 확산에 의해 제어될 수 있으므로, 처리 중인 기판의 열적 프로파일이 더 쉽게 제어될 수 있다. 세번째로, 레이저 다이오드들은 전통적인 복사 소스들에 비해 실리콘 기판들에 의해 더 잘 흡수될 수 있는 파장 범위 내에서 복사를 방출하기 때문에, 가열 효율이 크게 증가될 수 있다. 네번째로, 본 발명의 실시예들은 가열되는 기판으로부터의 회색체 복사를 트랩하기 위한 피쳐(feature)들을 포함하기 때문에, 복사 손실이 최소로 유지된다. 다섯번째로, 전통적인 가열 소스들은 가열 및 냉각에 수십 초를 필요로 하는 데에 반하여, 레이저 다이오드들은 거의 순간적으로 턴 온 및 오프될 수 있기 때문에, 본 발명의 실시예들은 디바이스 응답 시간을 증가시킨다. 여섯번째로, 복사 소스들, 즉 레이저 다이오드를 위한 입사 각도들 및 파장들의 좁은 범위로 인해, 윈도우 상에 강건한 고효율의 반사방지 필름을 달성하는 것이 더 쉬워진다.
더욱이, 가열 소스의 개방 최상부 설계(open top design)는 또한 복수의 새로운 기능 또는 편의성을 가능하게 한다. 예를 들어, 처리 중인 기판은 윈도우(118)를 통해 반사기측 및 가열기측 둘 다로부터 측정/모니터링될 수 있다. 제2 레이저는 기판 상의 패턴 기입을 위해 윈도우(118) 바로 위에 배치될 수 있다. 가스 주입 노즐은 RTP 동안의 화학적 기상 증착과 같은 다른 프로세스들을 위해 기판 위에 위치될 수 있다. 프로세스를 모니터링하거나 기판의 검사를 수행하기 위해 윈도우(118)를 통해 기판을 조명하는 데에 백색광이 이용될 수 있다.
위에서 설명된 예들에서는 가열 소스들이 처리 중인 기판 위에 배치되지만, 본 발명의 실시예들에 따른 가열 소스는 아래로부터 기판을 가열하기 위해 처리 챔버 아래에 쉽게 위치될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 급속 열 처리와 관련하여 논의되지만, 본 발명의 실시예들은 어닐링, 열 퇴적, 화학적 기상 증착, 산화, 질화, 에칭, 도펀트 활성화, 제어된 표면 반응과 같은 임의의 적절한 프로세스들을 위한 장치 및 방법들에서 사용될 수 있다.
상술한 것은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 실시예들 및 추가의 실시예들은 그것의 기본 범위로부터 벗어나지 않고서 만들어질 수 있으며, 그것의 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.
Claims (15)
- 기판을 처리하기 위한 장치로서,
처리 용적(processing volume)을 정의하는 챔버 바디(chamber body);
상기 처리 용적 내에 배치된 기판 지지체 - 상기 기판 지지체는 기판 지지 평면을 정의하고, 상기 기판 지지체는 상기 기판 지지 평면에서 상기 기판을 지지하도록 구성됨 - ; 및
상기 챔버 바디 외부에 배치되고, 상기 처리 용적을 향해 열 에너지를 제공하도록 구성된 가열 소스
를 포함하고, 상기 가열 소스는,
상기 기판의 표면 영역을 포위하기에 충분히 큰 영역을 둘러싸는 내측 벽을 갖는 프레임 부재; 및
상기 프레임 부재의 상기 내측 벽 상에 탑재된 복수의 다이오드 레이저 타일
을 포함하고, 상기 복수의 다이오드 레이저 타일 각각은 상기 처리 용적 내의 대응 영역으로 지향되며,
상기 내측 벽은 상기 기판 지지 평면에 실질적으로 수직인, 장치. - 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 내측 벽은 실질적으로 원통형이고, 상기 복수의 다이오드 레이저 타일은 상기 내측 벽의 둘레를 따라 분산되고, 상기 복수의 다이오드 레이저 타일은 복수의 레벨로 배열되는, 장치.
- 제3항에 있어서, 상기 복수의 다이오드 레이저 타일은 상기 처리 용적 내의 상기 대응 영역을 향해 기울어지는, 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 챔버 바디는 상기 복수의 다이오드 레이저 타일의 방출 복사의 파장들(wavelengths of emitting radiation)을 포함하는 스펙트럼에서의 복사 에너지에 실질적으로 투명한 재료들로 제조된 윈도우를 포함하고, 상기 가열 소스는 상기 복수의 다이오드 레이저 타일로부터의 복사 에너지가 상기 기판 지지체 상에 배치된 기판에 도달하도록 상기 윈도우 외부에 배치되는, 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 윈도우는 상기 복수의 다이오드 레이저 타일로부터 상기 기판 표면에의 입사 각도들의 범위 및 상기 복수의 다이오드 레이저 타일의 파장들의 범위에 맞춰진 일체형 반사방지 코팅(integral anti-reflective coating)을 갖는 광대역 반사 코팅(broad band reflective coating)을 포함하는, 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 윈도우 위에 배치된 복사 균질화 엘리먼트(radiation homogenizing element)를 더 포함하고, 상기 복사 균질화 엘리먼트는 스티플링들(stipplings), 딤플들(dimples), 믹서들(mixers), 다중 렌즈렛들(multiple lens-lets), 홀로그램 확산기(holographic diffuser), 또는 통상의 확산기(conventional diffuser) 중 하나를 포함하는, 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 프레임 부재는 다면 중공 프리즘(multiple-sided hollow prism)이고, 상기 복수의 다이오드 레이저 타일은 상기 다면 중공 프리즘의 내측 벽들 상에 탑재되는, 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 다면 중공 프리즘의 상기 내측 벽은 상기 복수의 다이오드 레이저 타일을 지지하도록 테이퍼링되거나(tapered) 테라스식으로 되는(terraced), 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 복수의 다이오드 레이저 타일은 내부에 배치된 기판에 의한 최대 흡수를 달성하도록 배향되는, 장치.
- 제5항에 있어서, 반사기를 더 포함하고, 상기 반사기 및 상기 윈도우는 상기 기판 지지 평면의 반대 측들에 배치되는, 장치.
- 제4항에 있어서, 복수의 레벨로 된 상기 다이오드 레이저 타일들은 복수의 동심 가열 구역을 형성하는, 장치.
- 제12항에 있어서, 상기 복수의 동심 가열 구역 내의 다이오드 레이저 타일들의 개수는 내측 구역으로부터 외측 구역으로 가면서 증가하는, 장치.
- 기판을 처리하기 위한 방법으로서,
처리 챔버 내에 배치된 기판 지지체 상에 기판을 배치하는 단계 - 상기 기판 지지체는 기판 지지 평면을 정의함 -; 및
가열 소스로부터의 복사 에너지를 상기 처리 챔버 내의 윈도우를 통해 상기 기판으로 지향시키는 단계
를 포함하고, 상기 가열 소스는 처리 챔버 외부에 배치되고, 상기 가열 소스는,
상기 기판의 표면 영역을 포위하기에 충분히 큰 영역을 둘러싸는 내측 벽을 갖는 프레임 부재; 및
상기 프레임 부재의 상기 내측 벽 상에 탑재된 복수의 다이오드 레이저 타일
을 포함하고, 상기 복수의 다이오드 레이저 타일 각각은 상기 기판의 표면 영역 내의 대응 영역으로 지향되며,
상기 내측 벽은 상기 기판 지지 평면에 실질적으로 수직인, 방법. - 제14항에 있어서,
상기 복수의 다이오드 레이저 타일로부터의 복사 에너지를 균질화하는 단계
를 더 포함하는 방법.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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