KR102148834B1 - 밀리세컨드 어닐 시스템을 위한 가스 흐름 제어 - Google Patents

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베이징 이타운 세미컨덕터 테크놀로지 컴퍼니 리미티드
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Abstract

열처리 시스템 내의 가스 흐름을 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 일부 예시적인 실시예에서, 밀리세컨드 어닐 시스템의 처리 챔버 내의 가스 흐름 패턴은 하기의 것, 즉 (1) 가스 주입 입구 노즐의 방향, 사이즈, 위치, 형상 및 배치, 혹은 그 조합을 변경; (2) 밀리세컨드 어닐 시스템의 상부 챔버와 하부 챔버를 연결하는 웨이퍼 평면 플레이트 내의 가스 채널의 사용; 및/또는 (3) 반도체 기판 위에 배치된 라이너 플레이트를 이용하여 처리 챔버의 유효 용적에 대한 감소, 중 하나 이상을 실시함으로써 개선될 수 있다.

Description

밀리세컨드 어닐 시스템을 위한 가스 흐름 제어
본 출원은 2015년 12월 30일자로 "밀리세컨드 어닐 시스템을 위한 가스 흐름 제어"의 명칭으로 출원된 미국 가출원 62/272,804호를 우선권으로 하며, 그 내용은 본원에 참고로 편입된다.
본 개시내용은 일반적으로 열처리 챔버와, 더 구체적으로 반도체 기판 등의 기판을 처리하는데 이용되는 밀리세컨드 어닐 열처리 챔버에 관한 것이다.
밀리세컨드 어닐 시스템은 실리콘 웨이퍼 등의 기판에 대한 초고속 열처리를 위한 반도체 처리에 이용될 수 있다. 반도체 처리에서, 신속한 열처리는 임플란트 손상을 보수하고, 증착된 층의 품질을 개선하고, 층 계면부의 품질을 개선하여 도펀트를 활성화하고, 다른 목적을 성취하는 동시에, 도펀트 종(dopant species)의 확산을 제어하도록 어닐 단계로서 이용될 수 있다.
반도체 기판의 밀리세컨드 또는 초고속 온도처리는 104℃/초를 초과할 수 있는 속도로 기판의 전체 상부면을 가열하도록 강렬하고 짧은 광 노출을 이용하여 성취될 수 있다. 기판의 일 표면만에 대한 신속한 가열은 기판의 두께를 통해 높은 온도 구배를 생성하는 한편, 대부분의 기판은 광 노출 전의 온도를 유지할 수 있다. 따라서, 대부분의 기판은 상부면의 신속한 냉각 속도를 일으키는 히트 싱크(heat sink)로서 작용한다.
본 개시내용의 실시예에 대한 관점 및 이점은 하기의 설명에서 부분적으로 기술되거나, 또는 그 설명으로부터 알 수 있거나, 혹은 그 실시예에 대한 실시를 통해 알 수 있다.
본 개시내용의 일례의 관점은 열처리 시스템에 관한 것이다. 상기 열처리 시스템은 웨이퍼 평면 플레이트(wafer plane plate)에 의해 하부 챔버로부터 분리된 상부 챔버를 구비한다. 상기 시스템은 기판의 열처리를 위해 열을 제공하도록 구성된 복수의 열원을 구비한다. 상기 시스템은 상기 처리 챔버 내에 가스를 주입하도록 구성된 복수의 가스 입구를 구비한다. 상기 가스 입구의 방향, 사이즈, 위치, 형상 또는 배치 중 하나 이상은 상기 웨이퍼 평면 플레이트를 가로질러 층류(laminar flow)를 증가시키도록 구성된다.
본 개시내용의 또 다른 일례의 관점은 밀리세컨드 어닐 시스템에 관한 것이다. 상기 밀리세컨드 어닐 시스템은 웨이퍼 평면 플레이트에 의해 하부 챔버로부터 분리된 상부 챔버를 포함하는 처리 챔버를 구비한다. 상기 시스템은 기판의 열처리를 위해 플래시(flash)를 제공하도록 구성된 하나 이상의 아크 램프를 구비한다. 상기 시스템은 상기 처리 챔버 내에 가스를 주입하도록 구성된 하나 이상의 가스 입구를 구비한다. 상기 웨이퍼 평면 플레이트는 적어도 하나의 가스 채널을 갖는다. 상기 가스 채널의 길이는 상기 처리 챔버의 폭과 대략 동일하다.
본 개시내용의 또 다른 일례의 관점은 밀리세컨드 어닐 시스템에 관한 것이다. 상기 밀리세컨드 어닐 시스템은 웨이퍼 평면 플레이트에 의해 하부 챔버로부터 분리된 상부 챔버를 포함하는 처리 챔버를 구비한다. 상기 시스템은 기판의 열처리를 위해 플래시를 제공하도록 구성된 하나 이상의 아크 램프를 구비한다. 상기 시스템은 상기 처리 챔버 내에 가스를 주입하도록 구성된 하나 이상의 가스 입구를 구비한다. 상기 시스템은 상기 웨이퍼 평면 플레이트 상에 평행 관계로 배치된 라이너 플레이트(liner plate)를 구비할 수 있다.
본 개시내용의 다른 예의 관점은 기판을 열처리하기 위한 시스템, 방법, 장치 및 공정에 관한 것이다.
각종 실시예에 대한 특징, 관점 및 이점은 하기의 설명 및 첨부한 청구범위를 참조하면 더욱 잘 이해될 것이다. 본 명세서의 포함되고 그 일부를 구성하는 첨부한 도면은 본 개시내용의 실시예를 기술하고, 그 설명과 함께 관련된 원리를 설명하게 된다.
당업자에게 관한 실시예에 대한 상세한 설명이 첨부한 도면을 참조하여 본 명세서에 기술된다.
도 1은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 밀리세컨드 어닐 가열 프로파일에 대한 도면,
도 2는 본 개시내용의 실시예에 따른 예시적인 밀리세컨드 어닐 시스템의 일부에 대한 예시적인 사시도,
도 3은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 밀리세컨드 어닐 시스템에 대한 분해도,
도 4는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 밀리세컨드 어닐 시스템에 대한 단면도,
도 5는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템에 이용되는 예시적인 램프에 대한 사시도,
도 6은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템의 웨이퍼 평면 플레이트에 이용되는 예시적인 에지 반사기에 대한 도면,
도 7은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템에 이용될 수 있는 예시적인 반사기에 대한 도면,
도 8은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템에 이용될 수 있는 예시적인 아크 램프에 대한 도면,
도 9-10은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 아크 램프에 대한 작동을 도시한 도면,
도 11은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 전극에 대한 단면도,
도 12는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템에 이용되는 예시적인 아크 램프에 물과 가스(예컨대, 아르곤 가스)를 공급하기 위한 예시적인 폐쇄 루프 시스템에 대한 도면,
도 13은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템을 위한 예시적인 온도 측정 시스템에 대한 도면,
도 14는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템을 위한 가스 흐름 시스템에 대한 도면,
도 15는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템을 위한 가스 흐름 시스템에 대한 도면,
도 16은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템을 위한 가스 흐름 시스템에 대한 도면,
도 17은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템을 위한 가스 흐름 시스템에 대한 도면,
도 18(a)-18(c)은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 가스 입구에 대한 도면,
도 19는 가스 채널을 갖는 예시적인 웨이퍼 평면 플레이트에 대한 도면,
도 20은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 웨이퍼 평면 플레이트 내의 가스 채널을 통한 가스 흐름을 도시한 도면,
도 21은 밀리세컨드 어닐 시스템을 통한 시뮬레이션된 가스 흐름을 도시한 도면,
도 22는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 웨이퍼 평면 플레이트 내의 가스 채널을 갖는 밀리세컨드 어닐 시스템을 통한 시뮬레이션된 가스 흐름을 도시한 도면,
도 23은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템을 위한 가스 흐름 시스템을 도시한 도면,
도 24는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 라이너 플레이트를 갖는 예시적인 밀리세컨드 어닐 시스템을 도시한 도면.
실시예에 대해 상세하게 참조될 것이고, 그 실시예의 하나 이상의 예는 도면에 도시된다. 각각의 예는 실시예에 대한 설명으로서 제공되며, 본 개시내용을 제한하지 않는다. 실제로, 본 개시내용의 범위 또는 사상으로부터 벗어나지 않고서 각종 변경 및 수정이 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백할 것이다. 예컨대, 일 실시예의 일부로서 도시 또는 기술된 특징이 또 다른 실시예를 산출하도록 다른 실시예와 함께 이용될 수 있다. 이에 따라, 본 개시내용의 관점은 이러한 변경 및 수정을 포함하도록 의도된다.
개요
본 개시내용의 예시적인 관점은 밀리세컨드 어닐 시스템에 대한 가스 흐름 개선에 관한 것이다. 본 개시내용의 관점은 도시 및 설명을 위해 "웨이퍼" 또는 반도체 웨이퍼를 참조하여 기술된다. 본원에 제공된 개시내용을 이용하여 당업자는 본 개시내용의 예시적인 관점이 임의의 워크피스, 반도체 기판 또는 다른 적절한 기판과 관련하여 이용될 수 있음을 이해할 것이다. 수치와 관련된 용어 "약"에 대한 사용은 기술된 수치의 10% 이내를 지칭하도록 의도된다.
밀리세컨드 어닐 처리 챔버 내의 반도체 기판에 대한 열처리는 대기압 주위에서 제어된 가스로 수행될 수 있다. 주요한 가스는 질소(N2)일 수 있지만, 다른 가스(예컨대, Ar, O2, NH3 또는 다른 가스)가 챔버와 호환될 수도 있다. 기판 교환 동안에, 처리 챔버는 웨이퍼 취급 모듈의 둘러싸는 공기에 개방될 수 있다. 이러한 이유로, 챔버는 열처리 개시 전에 퍼지되어야 한다.
다수의 예에서, 밀리세컨드 어닐 시스템 내의 가스 흐름 패턴은 반도체 기판의 열전달과, 그에 따른 반도체 기판을 가로지르는 온도 균일성에 영향을 줄 수 있다. 국부적으로, 가스 흐름은 강제된 대류에 의해 반도체 기판의 특정 영역에서 냉각 속도에 영향을 준다. 반도체 기판을 둘레에서 가로지르는 균일한 층류 패턴은 웨이퍼 온도 균일성에 감소된 영향을 줄 수 있다.
더욱이, 가스 흐름 패턴은 입자가 챔버를 통해 어떻게 이동하고 있는지와, 입자가 어떻게 재분포되는지에 영향을 줄 수 있다. 일반적인 입자 공급원은 웨이퍼 취급 메커니즘(예컨대, 반도체 기판의 위치를 이동시키기 위한 웨이퍼 리프트 메커니즘 및 로봇 엔드 이펙터)이다. 고온 반도체 기판은 열확산 효과(thermophoresis effect)로 인해 입자를 밀어낼 수 있다. 그러나, 난류(turbulentflow) 및 정체류(stagnant flow) 영역들은 반도체 웨이퍼 상에 입자가 증착되도록 입자의 재분포 및 축적을 초래할 수 있다.
게다가, 가스 흐름 패턴은 웨이퍼로부터의 가스상 오염물이 챔버를 통해 어떻게 이동하고 있는지에 영향을 줄 수 있다. 이러한 오염물은 통상적으로 웨이퍼의 열처리 동안에 해제되어 표면층에서 생기거나, 또는 열처리 단계 전의 다른 처리 단계의 결과물이다. 밀리세컨드 어닐 시스템이 냉각벽 시스템(예컨대, 유체 냉각식 반사 미러를 구비함)인 실시예에서, 이러한 오염물은 반사 미러에 증착되어, 반사도를 감소시키므로 웨이퍼 온도 균일성에 악영향을 줄 수 있다.
본 개시내용의 예시적인 관점에 의하면, 밀리세컨드 어닐 시스템의 처리 챔버 내의 가스 흐름 패턴은 하기의 것, 즉 (1) 가스 주입 입구 노즐의 방향, 사이즈, 위치, 형상 및 배치, 혹은 그 조합을 변경; (2) 밀리세컨드 어닐 시스템의 상부 챔버와 하부 챔버를 연결하는 웨이퍼 평면 플레이트 내의 가스 채널의 치수 변경; 그리고/또는 (3) 반도체 기판 위에 배치된 라이너 플레이트를 이용하여 처리 챔버의 유효 용적에 대한 감소 중 하나 이상을 실시함으로써 개선될 수 있다.
예컨대, 일부 실시예에서, 열처리 시스템은 웨이퍼 평면 플레이트에 의해 하부 챔버로부터 분리된 상부 챔버를 구비할 수 있다. 상기 시스템은 기판의 열처리를 위해 열을 제공하도록 구성된 복수의 열원을 구비할 수 있다. 상기 시스템은 상기 처리 챔버 내에 가스를 주입하도록 구성된 복수의 가스 입구를 구비할 수 있다. 상기 가스 입구의 방향, 사이즈, 위치, 형상 또는 배치 중 하나 이상은 상기 웨이퍼 평면 플레이트를 가로질러 층류를 증가시키도록 웨이퍼 평면 플레이트에 대해 배치된다.
일부 실시예에서, 상기 복수의 가스 입구는 상기 상부 챔버의 별개의 상부 코너 내에 배치될 수 있다. 상기 가스 입구는 기판으로의 지점으로 배향될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 복수의 가스 입구 중 적어도 하나는 웨이퍼 평면 플레이트에 근접하게 위치설정된다. 예컨대, 상기 복수의 가스 입구 중 적어도 하나는 상부 챔버의 천장으로부터의 제1 거리와, 웨이퍼 평면 플레이트로부터의 제2 거리에 위치설정될 수 있다. 상기 제1 거리는 상기 제2 거리보다 길다. 이들 실시예에서, 상기 시스템은, 일부 예에서, 상기 상부 챔버의 별개의 상부 코너 내에 위치된 복수의 가스 입구를 추가로 구비할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 복수의 가스 입구 중 적어도 하나는 상기 웨이퍼 평면 플레이트에 근접한 게이드 밸브(gate valve)에 대향되게 위치설정된다. 상기 가스 흐름 시스템은 상기 게이트 밸브에 근접하게 위치설정된 하나 이상의 벤트를 더 구비할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 복수의 가스 입구 중 하나 이상은 반사 미러(reflective mirror)를 통해 상기 처리 챔버 내로 관통하는 파이프를 구비한다. 일부 실시예에서, 상기 파이프는 직선형 개방 단부를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 파이프는 파이프 축에 수직하는 개구를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 파이프는 파이프 축에 대해 수직이 아닌 각도로 개구를 가질 수 있다.
본 개시내용의 또 다른 예시적인 실시예는 밀리세컨드 어닐 시스템에 관한 것이다. 상기 밀리세컨드 어닐 시스템은 웨이퍼 평면 플레이트에 의해 하부 챔버로부터 분리된 상부 챔버를 포함하는 처리 챔버를 구비한다. 상기 시스템은 기판의 열처리를 위해 플래시를 제공하도록 구성된 하나 이상의 아크 램프를 구비한다. 상기 시스템은 상기 처리 챔버 내에 가스를 주입하도록 구성된 하나 이상의 가스 입구를 구비한다. 상기 웨이퍼 평면 플레이트는 적어도 하나의 가스 채널을 갖는다. 상기 가스 채널의 길이는 상기 처리 챔버의 폭과 대략 동일하다.
일부 실시예에서, 상기 웨이퍼 평면 플레이트는, 상기 웨이퍼 평면 플레이트의 별개의 측부 상에 배치된 복수의 가스 채널을 구비한다. 예컨대, 일부 실시예에서, 상기 웨이퍼 평면 플레이트는, 상기 웨이퍼 평면 플레이트의 대향 측부 상에 배치된 제1 세트의 가스 채널과, 상기 웨이퍼 평면 플레이트의 다른 대향 측부 상에 배치된 제2 세트의 가스 채널을 구비한다. 상기 제1 세트의 가스 채널 각각은 제1 길이를 갖고, 상기 제2 세트의 가스 채널 각각은 제2 길이를 갖는다. 상기 제1 길이는 상기 제2 길이보다 길 수 있다. 예컨대, 상기 제1 길이는 상기 처리 챔버의 폭과 대략 동일할 수 있고, 상기 제2 길이는 상기 처리 챔버의 폭보다 짧을 수 있다.
본 개시내용의 또 다른 예시적인 실시예는 밀리세컨드 어닐 시스템에 관한 것이다. 상기 밀리세컨드 어닐 시스템은 웨이퍼 평면 플레이트에 의해 하부 챔버로부터 분리된 상부 챔버를 포함하는 처리 챔버를 구비한다. 상기 시스템은 기판의 열처리를 위해 플래시를 제공하도록 구성된 하나 이상의 아크 램프를 구비한다. 상기 시스템은 상기 처리 챔버 내에 가스를 주입하도록 구성된 하나 이상의 가스 입구를 구비한다. 상기 시스템은 상기 웨이퍼 평면 플레이트 상에 평행 관계로 배치된 라이너 플레이트를 구비한다.
일부 실시예에서, 상기 라이너 플레이트는 석영일 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 웨이퍼 평면 플레이트와 상기 라이너 플레이트 사이의 거리는 약 30 mm 내지 약 60 mm 범위이다.
예시적인 밀리세컨드 어닐 시스템
예시적인 밀리세컨드 어닐 시스템은, 예컨대 약 104℃/초를 초과할 수 있는 속도로 기판의 전체 상부면을 가열하도록 강렬하고 짧은 광 노출을 제공하도록 구성될 수 있다. 도 1은 밀리세컨드 어닐 시스템을 이용하여 성취된 반도체 기판의 예시적인 온도 프로파일(100)을 도시한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 대부분의 반도체 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼)은 램프 상(ramp phase)(102) 동안에 중간 온도(Ti)로 가열된다. 중간 온도는 약 450℃ 내지 약 900℃ 범위일 수 있다. 중간 온도(Ti)에 도달하면, 반도체 기판의 상측부는 최대 약 104℃/초의 가열 속도를 초래하는 매우 짧고 강렬한 광 플래시에 노출될 수 있다. 원도우(110)는 짧고 강렬한 광 플래시 동안의 반도체 기판의 온도 프로파일을 나타낸다. 곡선(112)은 플래시 노출 동안의 반도체 기판의 상부면에 대한 급속한 가열을 나타낸다. 곡선(116)은 플래시 노출 동안의 반도체 기판의 대부분 또는 나머지 부분의 온도를 도시한다. 곡선(114)은 히트 싱크로서 작용하는 대부분의 반도체 기판에 의한 반도체 기판의 상부면의 냉각에 대한 전도에 의해 급속한 냉각을 나타낸다. 대부분의 반도체 기판은 기판을 위한 높은 상측부 냉각 속도를 발생시키는 히트 싱크로서 작용한다. 곡선(104)은 냉각제로서 처리 가스에 의해 열방사 및 대류에 의한 대부분의 반도체 기판의 느린 냉각을 나타낸다. 본원에 사용된 바와 같이, 수치의 참조를 위해 사용된 용어 "약"은 기술된 수치의 30% 이내를 지칭한다.
예시적인 밀리세컨드 어닐 시스템은 반도체 기판의 상부면에 대한 강렬한 밀리세컨드의 긴 노출, 소위 "플래시"를 위한 광원으로서 복수의 아크 램프(예컨대, 4개의 아르곤 아크 램프)를 구비할 수 있다. 상기 플래시는 기판이 중간 온도(예컨대, 약 450℃ 내지 약 900℃)로 가열되었을 때에 반도체 기판에 가해질 수 있다. 복수의 연속적인 모드 아크 램프(예컨대, 2개의 아르곤 아크 램프)가 반도체 기판을 중간 온도로 가열하는데 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, 반도체 기판을 중간 온도로 가열하는 것은 웨이퍼의 전체 부피를 가열하는 램프 속도로 반도체 기판의 하부면을 통해 성취된다.
도 2 내지 5는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 밀리세컨드 어닐 시스템(80)에 대한 각종 관점을 도시한다. 도 2-4에 도시한 바와 같이, 밀리세컨드 어닐 시스템(80)은 처리 챔버(200)를 구비할 수 있다. 처리 챔버(200)는 웨이퍼 평면 플레이트(210)에 의해 상부 챔버(202)와 하부 챔버(204)로 나뉠 수 있다. 반도체 기판(60)(예컨대, 실리콘 웨이퍼)은 웨이퍼 지지 플레이트(214)(예컨대, 웨이퍼 평면 플레이트(210) 내에 삽입된 석영유리 플레이트)에 장착된 지지 핀(212)(예컨대, 석영 지지핀)에 의해 지지될 수 있다.
도 2 및 4에 도시한 바와 같이, 밀리세컨드 어닐 시스템(80)은 반도체 기판(60)의 상부면에 대한 강렬한 밀리세컨드의 긴 노출, 소위 "플래시"를 위한 광원으로서, 상부 챔버(202)에 근접하게 배치된 복수의 아크 램프(220)(예컨대, 4개의 아르곤 아크 램프)를 구비할 수 있다. 상기 플래시는 기판이 중간 온도(예컨대, 약 450℃ 내지 약 900℃)로 가열되었을 때에 반도체 기판에 가해질 수 있다.
하부 챔버(204)에 근접하게 위치된 복수의 연속적인 모드 아크 램프(240)(예컨대, 2개의 아르곤 아크 램프)가 반도체 기판(60)을 중간 온도로 가열하는데 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, 반도체 기판(60)을 중간 온도로 가열하는 것은 반도체 기판(60)의 전체 부피를 가열하는 램프 속도로 반도체 기판의 하부면을 통해 하부 챔버(204)로부터 성취된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 하부 아크 램프(240)(예컨대, 반도체 기판을 중간 온도로 가열할 때 사용)로부터 그리고 상부 아크 램프(220)(예컨대, 플래시에 의해 밀리세컨드 가열을 제공할 때 사용)로부터 반도체 기판(60)을 가열하는 광은 워터 윈도우(260)(예컨대, 수냉식 석영유리 윈도우)를 통해 처리 챔버(200)에 도입될 수 있다. 일부 실시예에서, 워터 윈도우(260)는 4 mm 두께의 워터층이 석영 판(panes)을 냉각하도록 순환되고 있는 것과 예컨대 약 1400 nm 이상의 파장에 광 필터를 제공하는 것 사이에 2개의 석영유리 판의 샌드위치를 구비할 수 있다.
도 3에 또 도시한 바와 같이, 처리 챔버 벽(250)은 가열 광을 반사시키기 위한 반사 미러(270)를 구비할 수 있다. 반사 미러(270)는, 예컨대 수냉식 광택 알루미늄 패널일 수 있다. 일부 실시예에서, 밀리세컨드 어닐 시스템에 이용되는 아크 램프의 메인 바디는 램프 방사를 위한 반사기를 구비할 수 있다. 예컨대, 도 5는 밀리세컨드 어닐 시스템(80)에 이용될 수 있는 상부 램프 어레이(220)와 하부 램프 어레이(240) 양자에 대한 사시도를 도시한다. 도시한 바와 같이, 각 램프 어레이(220, 240)의 메인 바디는 가열 광을 반사시키기 위한 반사기(262)를 구비할 수 있다. 이들 반사기(262)는 밀리세컨드 어닐 시스템(80)의 처리 챔버(200)의 반사 표면의 일부를 형성할 수 있다.
반도체 기판의 온도 균일성은 반도체 기판의 상이한 영역 상에 낙하하는 광 밀도를 조작함으로써 제어될 수 있다. 일부 실시예에서, 균일성 조율(uniformity tuning)은 작은 사이즈의 반사기의 반사 등급을 메인 반사기로 변경함으로써 그리고/또는 웨이퍼를 둘러싸는 웨이퍼 지지 평면 상에 장착된 에지 반사기의 사용에 의해 성취될 수 있다.
예컨대, 에지 반사기는 하부 램프(240)로부터 반도체 기판(60)의 에지로 광을 재지향시키는데 이용될 수 있다. 일례로서, 도 6은 하부 램프(240)로부터 반도체 기판(60)의 에지로 광을 지향시키는데 이용될 수 있는 웨이퍼 평면 플레이트(210)의 일부를 형성하는 예시적인 에지 반사기(264)를 도시한다. 에지 반사기(264)는 웨이퍼 평면 플레이트(210)에 장착될 수 있고, 반도체 기판(60)을 둘러싸거나 또는 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있다.
일부 실시예에서, 웨이퍼 평면 플레이트(210) 근방의 챔버 벽 상에 추가적인 반사기가 장착될 수도 있다. 예컨대, 도 7은 가열 광을 위한 반사기 미러로서 작용할 수 있는 처리 챔버 벽에 장착될 수 있는 예시적인 반사기를 도시한다. 더 구체적으로, 도 7은 하부 챔버 벽(254)에 장착된 예시적인 웨지 반사기(272)를 도시한다. 또한, 도 7은 상부 챔버 벽(252)의 반사기(270)에 장착된 반사 요소(274)를 도시한다. 반도체 기판(60)의 처리에 대한 균일성은 처리 챔버(200) 내의 웨지 반사기(272) 및/또는 다른 반사 요소(예컨대, 반사 요소(274))의 반사 등급을 변경시킴으로써 조율될 수 있다.
도 8-11은 반도체 기판(60)의 상부면의 강렬한 밀리세컨드의 긴 노출(예컨대, "플래시")을 위한 광원으로서 이용될 수 있는 예시적인 상부 아크 램프(220)에 대한 관점을 도시한다. 예컨대, 도 8은 예시적인 아크 램프(220)의 단면도를 도시한다. 아크 램프(220)는, 예컨대 개방 흐름 아크 램프일 수 있으며, 여기서 아크 방전 동안에 가압된 아르곤 가스(또는 다른 적절한 가스)가 고압 플라즈마로 변환된다. 아크 방전은 음전하 캐소드(222)와 이격된 양전하 애노드(230)(예컨대, 약 300 mm 이격됨) 사이의 석영 튜브(225)에서 일어난다. 캐소드(222)와 애노드(230) 사이의 전압이 아르곤 또는 다른 적절한 가스의 파괴 전압(예컨대, 약 30 kV)에 도달하자마자, 전자기 스펙트럼의 가시적 및 UV 범위에서 광을 방출하는 안정된 낮은 유도 플라즈마가 형성된다. 도 9에 도시한 바와 같이, 램프는 반도체 기판(60)의 처리를 위해 램프에 의해 제공된 광을 반사시키는데 이용될 수 있는 램프 반사기(262)를 구비할 수 있다.
도 10 및 11은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템(80) 내의 아크 램프(220)에 대한 예시적인 작동의 관점을 도시한다. 더 구체적으로, 워터 벽(228)에 의해 내부로부터 수냉된 석영 튜브(225) 내에는 플라즈마(226)가 수용된다. 워터 벽(228)은 램프(220)의 캐소드 단부 상에서 높은 유속으로 주입되어 애노드 단부에서 배출된다. 캐소드 단부에서 램프(220)에 도입되어 애노드 단부로부터 배출되는 아르곤 가스(229)에 대해서도 마찬가지이다. 워터 벽(228)을 형성하는 물은 원심 작용이 물 소용돌이를 발생시키도록 램프 축에 수직하게 주입된다. 이런 이유로, 램프의 중심선을 따라, 아르곤 가스(229)를 위한 채널이 형성된다. 아르곤 가스 칼럼(229)은 워터 벽(228)과 동일한 방향으로 회전하고 있다. 플라즈마(226)가 형성되기만 하면, 워터 벽(228)은 석영 튜브(225)를 보호하고 있고 플라즈마(226)를 중심축에 구속하고 있다. 워터 벽(228)과 전극(캐소드(230)와 애노드(222))만이 고 에너지 플라즈마(226)와 직접 접촉한다.
도 11은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 아크 램프와 함께 이용되는 예시적인 전극(예컨대, 캐소드(230))에 대한 단면도를 도시한다. 도 11은 캐소드(230)를 도시한다. 그러나, 애노드(222)를 위해 유사한 구성이 이용될 수 있다.
일부 실시예에서, 전극이 높은 열부하를 받음에 따라, 전극 중 하나 이상은 각각 팁(232)을 구비할 수 있다. 팁은 텅스텐으로 제조될 수 있다. 팁은 수냉식 구리 히트 싱크(234)에 결합 및/또는 융합될 수 있다. 구리 히트 싱크(234)는 전극의 내부 냉각 시스템(예컨대, 하나 이상의 워터 냉각 채널(236))의 적어도 일부를 구비할 수 있다. 전극은 워터 냉각 채널(236)을 갖는 황동 베이스(235)를 더 구비하여, 물 또는 다른 유체의 순환과, 전극의 냉각을 제공할 수 있다.
본 개시내용의 관점에 따른 예시적인 밀리세컨드 어닐 시스템에 이용되는 아크 램프는 물과 아르곤 가스를 위한 개방 흐름일 수 있다. 그러나, 관리를 이유로, 일부 실시예에서는 양자의 매체가 폐쇄 루프 시스템에서 순환될 수 있다.
도 12는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템에 이용되는 개방 흐름 아르곤 아크 램프를 작동시키는데 요구되는 물과 아르곤 가스를 공급하기 위한 예시적인 폐쇄 루프 시스템(300)을 도시한다.
더 구체적으로, 램프(220)에는 고순도 물(302)과 아르곤(304)이 공급된다. 고순도 물(302)은 워터 벽과, 전극의 냉각을 위해 이용된다. 램프에서 나오는 것은 가스/물 혼합물(306)이다. 이러한 가스/물 혼합물(306)은 램프(220)의 입구로 재공급될 수 있기 전에 분리기(310)에 의해 무가스 물(302) 및 건조 아르곤(304)으로 분리된다. 램프(220)를 가로질러 요구되는 압력 강하를 발생시키기 위해, 가스/물 혼합물(306)은 워터 구동식 제트 펌프(320)에 의해 펌핑된다.
고전력 전기 펌프(330)는 램프(220) 내의 워터 벽을 구동하는 수압, 램프 전극을 위한 냉각수, 및 제트 펌프(320)를 위한 모티브 흐름(motive flow)을 공급한다. 제트 펌프(320)의 하류에 있는 분리기(310)는 혼합물로부터 액상 및 기상(아르곤)을 추출하는데 이용될 수 있다. 아르곤은 램프(220)에 재도입하기 전에 복합 필터(340) 내에서 더욱 건조된다. 필요하다면, 추가적인 아르곤이 아르곤 공급원(350)으로부터 공급될 수 있다.
물은 아크에 의해 물 내에 스퍼터링되는 입자를 제거하도록 하나 이상의 입자 필터(350)를 통과하고 있다. 이온성 오염물은 이온교환 수지에 의해 제거된다. 물의 일부는 혼합층 이온교환 필터(370)를 통해 흐르게 된다. 이온교환 바이패스(370)로의 입구 밸브(372)는 물 저항률에 의해 제어될 수 있다. 물 저항률이 하한값으로 떨어지면, 밸브(372)가 개방되고, 상한값에 도달할 때, 밸브(372)가 폐쇄된다. 상기 시스템은 물의 일부가 유기 오염물을 제거하도록 추가적으로 여과될 수 있는 활성탄 필터 바이패스 루프(380)를 수용할 수 있다. 수온을 유지하기 위해, 물은 열교환기(390)를 통과할 수 있다.
본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템은 반도체 기판의 양자의 표면(예컨대, 상부면과 하부면)의 온도를 독립적으로 측정하는 능력을 구비할 수 있다. 도 13은 밀리세컨드 어닐 시스템(200)을 위한 예시적인 온도 측정 시스템(150)을 도시한다.
도 13에서는 밀리세컨드 어닐 시스템(200)의 단순화된 도시를 나타낸다. 반도체 기판(60)의 양측부의 온도는 온도 센서(152)와 온도 센서(154) 등의 온도 센서에 의해 독립적으로 측정될 수 있다. 온도 센서(152)는 반도체 기판(60)의 상부면의 온도를 측정할 수 있다. 온도 센서(154)는 반도체 기판(60)의 하부면의 온도를 측정할 수 있다. 일부 실시예에서, 약 1400 nm의 측정 파장을 갖는 좁은 밴드 고온측정 센서는 온도 센서(152 및/또는 154)로서 이용되어, 예컨대 반도체 기판(60)의 중앙 영역의 온도를 측정할 수 있다. 일부 실시예에서, 온도 센서(152, 154)는 플래시 가열에 의해 야기되는 밀리세컨드 온도 스파이크를 해결하기에 충분히 높은 샘플링 레이트(sampling rate)를 갖는 초고속 라디오미터(ultra-fast radiometers: UFR)일 수 있다.
온도 센서(152, 154)의 판독은 방사율 보상형(emissivity compensated)일 수 있다. 도 13에 도시한 바와 같이, 방사율 보상 스킴(emissivity compensation scheme)은 진단 플래시(156), 참조 온도 센서(158) 및 반도체 웨이퍼의 상하부면을 측정하도록 구성된 온도 센서(152, 154)를 구비할 수 있다. 진단 가열 및 측정은 진단 플래시(156)(예컨대, 테스트 플래시)와 함께 이용될 수 있다. 참조 온도 센서(158)로부터의 측정은 온도 센서(152, 154)의 방사율 보상을 위해 이용될 수 있다.
일부 실시예에서, 밀리세컨드 어닐 시스템(200)은 워터 윈도우를 구비할 수 있다. 워터 윈도우는 온도 센서(152, 154)의 측정 밴드에서 램프 방사를 억제하는 광 필터를 제공하여, 온도 센서(152, 154)만이 반도체 기판으로부터의 방사를 측정할 수 있다.
온도 센서(152, 154)의 판독은 프로세서 회로(160)에 제공될 수 있다. 프로세서 회로(160)는 밀리세컨드 어닐 시스템(200)의 하우징 내에 위치될 수 있지만, 변형적으로, 프로세서 회로(160)는 밀리세컨드 어닐 시스템(200)으로부터 이격되게 위치될 수 있다. 본원에 기술된 각종 기능은 소망한다면 단일의 프로세서 회로에 의해, 또는 국부 및/또는 원격 프로세서 회로의 다른 조합에 의해 수행될 수 있다.
온도 센서(152, 154)의 판독은 기판을 가로지르는 온도 프로파일을 결정하도록 프로세서 회로(160)에 의해 이용될 수 있다. 온도 프로파일은 기판의 표면을 가로지르는 각종 위치에서 기판의 온도에 대한 측정을 제공할 수 있다. 온도 프로파일은 처리 동안에 기판의 열적 균일성에 대한 측정을 제공할 수 있다.
밀리세컨드 어닐 시스템을 위한 예시적인 가스 흐름 시스템
도 14는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템을 위한 예시적인 가스 흐름 시스템을 도시한다. 밀리세컨드 어닐 처리 챔버 내의 반도체 기판의 열처리는 대기압 주위에서 제어된 가스로 수행될 수 있다. 주요 가스는 질소(N2)일 수 있지만, 다른 가스(예컨대, Ar, O2, NH3 또는 다른 가스)가 챔버와 호환될 수도 있다. 기판 교환 동안에, 처리 챔버는 웨이퍼 취급 모듈의 둘러싸는 공기에 개방될 수 있다. 이러한 이유로, 챔버는 열처리 개시 전에 퍼지되어야 한다.
도 14는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 가스 흐름 시스템(300)에 대한 단순화를 도시한다. 가스 흐름 시스템(300)은 밀리세컨드 어닐 시스템의 상부 챔버(202)의 4개의 상부 코너에 위치된 가스 입구(302)를 구비할 수 있다. 가스는 가스 입구(302) 내에 주입될 수 있다. 가스 흐름 시스템(300)은 하부 챔버(204)의 4개의 하부 코너에 위치된 가스 출구(304)를 구비할 수 있다. 가스 출구(304)는 처리 챔버로부터의 가스를 퍼징하는데 이용될 수 있다. 웨이퍼 평면 플레이트(210)는 처리 챔버를 상부 챔버(202)와 하부 챔버(204)로 나눌 수 있다. 가스는 웨이퍼 평면 플레이트(210) 내에 형성된 가스 채널(310)을 통해 상부 챔버(202)로부터 하부 챔버(204)로 흐를 수 있다.
퍼징(purging)은 챔버를 통해 고속(100l/분)으로 고순도 처리 질소 가스를 흘림으로써 성취될 수 있다. 나머지의 오염 레벨은 O2-센서(320)에 의해 측정될 수 있다. O2 센서(320)는 처리 챔버 내의 O2 레벨을 표시하는 하나 이상의 제어 장치(350)에 신호를 송신할 수 있다. 제어 장치(350)는 컴퓨터 판독가능한 지시 등을 실행하도록 구성된 제어기, 마이크로제어기, 주문형 집적회로, 프로세서 등의 임의의 적절한 제어 장치일 수 있다. 퍼지 단계의 말기는 소정의 O2 레벨(예컨대, 20 ppm)이 도달될 때, 도달될 수 있다. 이때, 제어 장치(350)는 N2의 유량을 감소시킬 수 있다. O2 센서(320)는 도 14에 도시한 바와 같은 처리 챔버의 웨이퍼 평면 플레이트(210) 레벨에 위치될 수 있다.
가스 주입을 변경함으로써의 예시적인 가스 흐름 패턴 개선
본 개시내용의 예시적인 실시예에 의하면, 밀리세컨드 어닐 시스템의 처리 챔버 내의 가스 흐름 패턴은 처리 챔버 내에 가스를 주입하는데 이용되는 가스 입구와 관련된 입구 노즐의 방향, 사이즈, 위치, 형상 및/또는 배치(혹은 그 조합) 중 하나 이상을 변경함으로써 개선될 수 있다.
일부 실시예에서, 가스 입구가 배향되는 각도가 변경된다. 배향 각도를 변경함으로써, 챔버의 중앙 내의 가스 흐름 분포가 영향을 받을 수 있다. 도 15는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 가스 흐름 시스템(300)에 대한 일 예시적인 실시예를 도시한다. 도 15의 예에서, 상부 챔버(202)의 상부 코너에 위치된 4개의 모든 가스 입구(302)와 관련된 주입 노즐은 챔버의 수직 중앙선(315)으로의 지점으로 배향될 수 있고, 반도체 기판(60)의 하류에 있는 지점일 수 있다. 이러한 예시적인 실시예에서, 챔버의 중앙에서 흐르는 가스량은 챔버의 에지 및 코어 영역에 대해 증가될 수 있다.
일부 실시예에서, 가스 입구 노즐의 직경이 변경된다. 이는 입구 노즐로부터 가스 제트의 출구 속도를 조절하도록 수행될 수 있다. 더 작은 직경이 속도를 증가시킬 수 있고, 가스 제트의 도달을 연장시킬 수 있다. 더욱이, 더 작은 직경은 높은 용적의 흐름에서 더 많은 가스 난류를 초래할 수 있어, 불순물 가스에 대한 퍼징 및 희석을 위해 유익할 수 있다. 동일한 용적 흐름에서 더 큰 직경은 가스 제트를 늦출 수 있다. 이는 열처리 동안에 반도체 기판 주위에 층류 계획을 유지하는데 도움을 줄 수 있다. 이는 온도 균일성에 유익할 수 있다. 일부 실시예에서, 가스 입구의 형상은 원형 이외에 직사각형 또는 타원형이 되도록 변경될 수 있다. 일부 실시예에서, 입구 개수는 빗형의 가스 입구 배치를 제공하도록 증가될 수 있다.
일부 실시예에서, 웨이퍼 평면 플레이트에 또는 그에 근접하게 하나 이상의 가스 입구(예컨대, 추가적인 가스 입구)가 위치설정된다. 예컨대, 도 16에 도시한 바와 같이, 가스 흐름 시스템은 웨이퍼 평면 플레이트(210)에 근접하게 위치된 가스 입구(302)를 구비할 수 있다. 더 구체적으로, 가스 입구(302)는 상부 챔버(202)의 천장을 형성하는 워터 윈도우(260)로부터의 거리(d1)와, 웨이퍼 평면 플레이트로부터의 거리(d2)에 위치설정된다. 거리(d1)는 d2보다 더 큰, 예컨대 d2보다 적어도 5배 크다. 일부 실시예에서, 도 16에 도시한 가스 입구(302)는 상부 챔버(202)의 상부 코너에 위치된 가스 입구에 추가될 수 있다. 이는 가장 문제가 되는 위치에서 주위 가스 조건 이상으로 직접적인 제어를 제공할 수 있다.
도 17은 본 개시내용의 또 다른 예시적인 실시에에 따른 가스 흐름 시스템(300)을 도시한다. 가스 흐름 시스템은 상부 챔버(202)의 상부 코너에 위치된 가스 입구(302)를 구비할 수 있다. 추가적으로 그리고/또는 변형적으로, 가스 흐름 시스템(300)은 웨이퍼 평면 플레이트에 근접한 반도체 기판(60)의 레벨 상의 게이트 밸브(350)(즉, 챔버 도어)의 반대편에 가스를 도입하게 하도록 위치설정된 하나 이상의 가스 입구(340)를 구비하여, 가스가 기판(60)을 가로질러 게이트 밸브(350)를 향해 흘러서 게이트 밸브에 근접한 벤트(352)(예컨대, 게이트 밸브 플랜지 상에)를 통해 또는 하부 챔버 내의 가스 출구(304)를 통해 챔버에서 나올 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 흐름 패턴은 밸브를 전환함으로써 처리법의 상이한 스테이지를 위해 조절될 수 있다. 예컨대, 퍼지 동안에, 모든 가스 입구, 즉 상부 가스 입구(302)는 신속하고 효율적인 세정을 위해 개방된다. 열처리 동안에, 상부 가스 입구(302)가 폐쇄되어, 웨이퍼 평면(210) 근방의 입구(340)만이 작동하여, 기판(60)을 가로질러 층류 계획을 발생시킨다. 일부 실시예에서, 처리 챔버는 게이트 밸브의 반대 측부를 따라 그리고 게이트 밸브를 갖는 측부를 따라 주행하는 가스 입구의 선형 어레이를 구비할 수 있다.
또 다른 실시예는 챔버 벽 미러를 관통하는 파이프에 의해 챔버 내로 복수의 가스 입구를 연장시키는 것이다. 파이프 단부는 직선형 개방 단부, 파이프 축에 수직하는 개구, 또는 다른 적절한 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 도 18은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 챔버 벽 미러(270)를 관통하는 파이프 단부를 갖는 예시적인 가스 입구(302)를 도시한다. 도 18(a)은 직선형 개방 단부를 갖는 파이프를 갖는 가스 입구(302)를 도시한다. 도 18(b)은 파이프 축에 수직하는 개구를 갖는 파이프를 갖는 가스 입구(302)를 도시한다. 도 18(c)은 파이프 축에 대해 수직이 아닌 각도인 개구를 갖는 파이프를 갖는 가스 입구(302)를 도시한다.
웨이퍼 평면 플레이트 내의 가스 흐름을 변경함으로써의 예시적인 가스 흐름 패턴 개선
본 개시내용의 예시적인 실시예에 의하면, 밀리세컨드 어닐 시스템의 처리 챔버 내의 가스 흐름 패턴은 밀리세컨드 어닐 시스템 내의 상부 챔버와 하부 챔버를 연결하는 웨이퍼 평면 플레이트 내에 형성된 가스 흐름 채널을 변경함으로써 개선될 수 있다. 밀리세컨드 어닐 시스템 내의 처리 챔버는 웨이퍼 평면 플레이트에 의해 상부 챔버와 하부 챔버로 나뉠 수 있다. (가스가 챔버에 도입하고 있는) 상부 챔버 및 (가스가 챔버로부터 벤팅되는) 하부 챔버로부터의 가스 흐름을 촉진시키기 위해, 웨이퍼 평면 플레이트의 각 측부는 가스 흐름 채널(예컨대, 슬롯)을 구비할 수 있다.
도 19는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템의 상부 챔버와 하부 챔버 사이의 가스 흐름을 촉진시키도록 가스 채널(310)을 갖는 예시적인 웨이퍼 평면 플레이트(210)를 도시한다. 가스 채널(310) 각각은 길이(L)를 갖는다. 본 개시내용의 예시적인 실시예에 의하면, 가스 채널(310)의 길이는 도 14에 도시한 바와 같이 처리 챔버의 전체 폭(W)을 가로질러 연장된다.
도 20은 웨이퍼 평면 플레이트(210) 내의 가스 채널(310)을 나타내는 챔버의 일부에 대한 단면도를 도시한다. 화살표는 가스 채널(310)을 통한 가스 흐름(315)의 방향을 나타낸다. 도시한 바와 같이, 처리 챔버 내의 반사기 미러(270) 뒤의 공간(205) 내에도 가스 흐름(315)이 있다.
본 개시내용의 예시적인 실시예에 의하면, 밀리세컨드 어닐 시스템 내의 가스 흐름 패턴은 가스 채널의 사이즈 및 기하학적 형상을 조작함으로써 개선될 수 있다. 예컨대, 그 길이를 변경함으로써, 챔버의 코너 내의 흐름 패턴이 영향을 받을 수 있다. 더 짧은 채널의 경우, 챔버의 코너 내에 상측방향 흐름이 있음을 시뮬레이션에서 보여준다. 상측방향 흐름은 챔버 내의 입자에 대한 열악한 퍼징 및 재분포에 원인이 있는 것으로 고려된다. 그러나, 본 개시내용의 예시적인 관점에 따른 챔버의 대략 전체 폭에 대해 채널 길이를 연장하는 것은 코너 내의 하측방향 흐름을 증가시킨다.
예컨대, 도 21은 표준 채널 길이를 갖는 웨이퍼 평면 플레이트를 갖는 처리 챔버 내의 게이트 밸브의 반대편의 반사기 미러 위의 공기 흐름에 대한 시뮬레이션을 도시한다. 채널 위에서, 가스는 패널의 중심을 향해, 그 다음 화살표(1)로 도시한 바와 같이 채널을 통해 하부 챔버 내로 아래로 이동한다. 채널 외부에서, 가스는 챔버의 코너로 이동하여 화살표(2)로 도시한 바와 같이 상측방향으로 연장된다.
도 22는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 챔버의 폭으로 증대된 채널 길이를 갖는 웨이퍼 평면 플레이트를 갖는 처리 챔버 내의 게이트 밸브의 반대편의 반사기 미러 위의 공기흐름을 도시한다. 도시한 바와 같이, 채널 영역 내의 공기흐름은 화살표(1)로 나타낸 바와 같이 대체로 하측방향이다. 더욱이, 코너 내의 공기흐름은 주로 상측방향으로부터 화살표(2)로 나타낸 바와 같이 하측방향으로 변경되어 있다.
일부 실시예에서, 게이트 밸브의 반대편의 웨이퍼 평면 플레이트 내의 채널의 길이는 챔버의 대략 전체 폭으로 연장된다. 챔버의 게이트 밸브측 상의 채널 길이는 전체 폭일 수도 있다. 챔버의 다른 측부 상의 채널은 챔버 폭보다 더 짧게 유지되어, 챔버 프레임에 플레이트를 장착하게 할 수 있다. 채널의 흐름 저항성을 좌측과 우측뿐만 아니라, 전방과 후방으로 쌍을 지어 매칭함으로써, 흐름 패턴은 대칭으로 이루어지는 동시에, 모든 코너에서 하측방향 흐름을 제공할 수 있다.
예컨대, 도 23은 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 가스 흐름 시스템(300)을 도시한다. 가스 흐름 시스템(300)은 웨이퍼 평면 플레이트(210) 내에 형성된 채널(310.2, 310.4, 310.6, 310.8)을 구비한다. 서로 대향되게 배치된 채널(310.2, 310.4)은 길이(L1)를 갖는다. 서로 대향되게 배치된 채널(310.6, 310.8)은 길이(L2)를 갖는다. 길이(L1)는 길이(L2)보다 더 길 수 있다. 예컨대, 일부 실시예에서, 길이(L1)는 대략 처리 챔버의 폭일 수 있고, 길이(L2)는 처리 챔버의 폭보다 짧을 수 있다.
라이너 플레이트의 추가에 의한 예시적인 가스 흐름 패턴 개선
본 개시내용의 예시적인 실시예에 의하면, 밀리세컨드 어닐 시스템의 처리 챔버 내의 가스 흐름 패턴은 반도체 기판 위의 라이너 플레이트의 사용을 통해 챔버의 유효 용적을 감소시킴으로써 개선될 수 있다. 예컨대, 일 실시예에서, 라이너 플레이트는 반도체 기판을 이격된 평행 관계로 보유하기 위해 웨이퍼 평면 플레이트 위에 위치될 수 있다.
도 24는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 밀리세컨드 어닐 시스템과 함께 이용되는 예시적인 라이너 플레이트(380)를 도시한다. 라이너 플레이트(380)는 웨이퍼 평면 플레이트(210) 위에서 이격된 평행 관계로 배치된다. 일부 실시예에서, 라이너 플레이트(380)는 석영 라이너 플레이트일 수 있다.
일부 실시예에서, 웨이퍼 평면 플레이트(210)와 라이너 플레이트(380) 사이의 거리는 약 30 mm 내지 약 60 mm 범위일 수 있다. 일부 실시예에서, 라이너 플레이트는 챔버 벽에 대해 밀봉하지 않으므로, 플레이트 아래, 기판(60) 위의 용적 내로 처리 가스가 흐르게 한다. 라이너 플레이트(380)는 대류 롤(convection rolls)을 억제하고 기판(60)의 표면에 주로 평행하도록 흐름 벡터를 변경함으로써 기판(60) 둘레에 층류 계획을 발생시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 기판(60)과 라이너 플레이트(380) 사이의 영역 내의 챔버 벽 상에는 추가적인 가스 입구(385)가 위치될 수 있다.
라이너 플레이트(380)의 추가적인 효과는 기판(60)에 의해 해제되는 오염물로부터 챔버 벽을 차폐할 수 있다는 점이다. 라이너 플레이트(380)는 반도체 기판 및 램프 방사에 의해 수동적으로 가열되어, 저온 챔버 벽에 비해 증착 가능성을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
라이너 플레이트(380)의 또 다른 효과는 효과적인 퍼지 용적을 감소시킬 수 있다는 점이다. 기판(60)과 라이너 플레이트(380)에 의해 형성된 차폐된 용적 외부의 불순물 가스가 차폐될 수 있다. 차폐된 용적 외부의 가스에 대한 리크인 비율(leak-in rate)은 라이너 플레이트 주변부와 챔버 벽 사이의 갭에 의해 설정될 수 있다.
본 요지가 특정의 예시적인 실시예에 대해 상세하게 기술되었지만, 전술한 바에 대한 이해를 달성할 때 당업자는 이러한 실시예에 대한 변경물, 변형물 및 동등물이 쉽게 만들어질 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시내용의 범위는 제한이라기보다는 예시로서이고, 본 개시내용은 당업자에게 명백한 바와 같이 본 요지에 대한 변경물, 변형물 및 동등물에 대한 포함을 배제하지 않는다.

Claims (20)

  1. 열처리 시스템(thermal processing system)에 있어서,
    웨이퍼 평면 플레이트에 의해 하부 챔버로부터 분리된 상부 챔버를 포함하는 처리 챔버;
    기판의 열처리를 위해 열을 제공하도록 구성된 복수의 열원;
    상기 처리 챔버 내에 가스를 주입하도록 구성된 복수의 가스 입구
    를 포함하며,
    상기 가스 입구의 방향, 사이즈, 위치, 형상 또는 배치 중 하나 이상은 상기 웨이퍼 평면 플레이트를 가로질러 층류(laminar flow)를 증가시키도록 구성되고,
    상기 웨이퍼 평면 플레이트는 상기 상부 챔버와 상기 하부 챔버 사이의 가스 흐름을 촉진시키도록 가스 채널을 포함하고,
    상기 복수의 가스 입구는 상기 웨이퍼 평면 플레이트에 근접한 상기 기판의 레벨 상의 게이트 밸브의 반대편에 가스를 도입하게 하도록 위치설정되어, 가스가 상기 기판을 가로질러 상기 게이트 밸브를 향해 흘러서 상기 게이트 밸브에 근접한 벤트를 통해 또는 상기 하부 챔버 내의 가스 출구를 통해 상기 처리 챔버에서 나오는,
    열처리 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 가스 입구 중 적어도 하나는 상기 웨이퍼 평면 플레이트에 근접하게 위치설정되는,
    열처리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 가스 입구 중 적어도 하나는 상기 상부 챔버의 천장으로부터의 제1 거리와, 상기 웨이퍼 평면 플레이트로부터의 제2 거리에 위치설정되며, 상기 제1 거리는 상기 제2 거리보다 긴,
    열처리 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 상부 챔버의 별개의 상부 코너 내에 위치된 복수의 가스 입구를 더 포함하는,
    열처리 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 가스 입구 중 적어도 하나는 상기 웨이퍼 평면 플레이트에 근접한 게이트 밸브에 대향되게 위치설정되는,
    열처리 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 열처리 시스템은 상기 게이트 밸브에 근접하게 위치설정된 하나 이상의 벤트를 포함하는,
    열처리 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 가스 입구 중 하나 이상은 반사 미러(reflective mirror)를 통해 상기 처리 챔버 내로 관통하는 파이프를 포함하는,
    열처리 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 파이프는 직선형 개방 단부를 갖는,
    열처리 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 파이프는 파이프 축에 수직하는 개구를 갖는,
    열처리 시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 파이프는 파이프 축에 대해 수직이 아닌 각도로 개구를 갖는,
    열처리 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 열처리 시스템은 밀리세컨드 어닐 시스템(millisecond anneal system)인,
    열처리 시스템.
  13. 밀리세컨드 어닐 시스템(millisecond anneal system)에 있어서,
    웨이퍼 평면 플레이트에 의해 하부 챔버로부터 분리된 상부 챔버를 포함하는 처리 챔버;
    기판의 열처리를 위해 플래시(flash)를 제공하도록 구성된 하나 이상의 아크 램프;
    상기 처리 챔버 내에 가스를 주입하도록 구성된 하나 이상의 가스 입구
    를 포함하며,
    상기 웨이퍼 평면 플레이트는 적어도 하나의 가스 채널을 포함하며, 상기 가스 채널의 길이는 상기 처리 챔버의 폭과 동일하고,
    상기 웨이퍼 평면 플레이트는 상기 상부 챔버와 상기 하부 챔버 사이의 가스 흐름을 촉진시키도록 가스 채널을 포함하고,
    상기 하나 이상의 가스 입구는 상기 웨이퍼 평면 플레이트에 근접한 상기 기판의 레벨 상의 게이트 밸브의 반대편에 가스를 도입하게 하도록 위치설정되어, 가스가 상기 기판을 가로질러 상기 게이트 밸브를 향해 흘러서 상기 게이트 밸브에 근접한 벤트를 통해 또는 상기 하부 챔버 내의 가스 출구를 통해 상기 처리 챔버에서 나오는,
    밀리세컨드 어닐 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 웨이퍼 평면 플레이트는, 상기 웨이퍼 평면 플레이트의 별개의 측부 상에 배치된 복수의 가스 채널을 포함하는,
    밀리세컨드 어닐 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 웨이퍼 평면 플레이트는, 상기 웨이퍼 평면 플레이트의 대향 측부 상에 배치된 제1 세트의 가스 채널과, 상기 웨이퍼 평면 플레이트의 다른 대향 측부 상에 배치된 제2 세트의 가스 채널을 포함하는,
    밀리세컨드 어닐 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 세트의 가스 채널 각각은 제1 길이를 갖고, 상기 제2 세트의 가스 채널 각각은 제2 길이를 갖고, 상기 제1 길이는 상기 제2 길이보다 긴,
    밀리세컨드 어닐 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 길이는 상기 처리 챔버의 폭과 동일하고, 상기 제2 길이는 상기 처리 챔버의 폭보다 짧은,
    밀리세컨드 어닐 시스템.
  18. 밀리세컨드 어닐 시스템(millisecond anneal system)에 있어서,
    웨이퍼 평면 플레이트에 의해 하부 챔버로부터 분리된 상부 챔버를 포함하는 처리 챔버;
    기판의 열처리를 위해 플래시를 제공하도록 구성된 하나 이상의 아크 램프;
    상기 처리 챔버 내에 가스를 주입하도록 구성된 하나 이상의 가스 입구; 및
    상기 웨이퍼 평면 플레이트 상에 평행 관계로 배치된 라이너 플레이트(liner plate)
    를 포함하고,
    상기 웨이퍼 평면 플레이트는 상기 상부 챔버와 상기 하부 챔버 사이의 가스 흐름을 촉진시키도록 가스 채널을 포함하고,
    상기 하나 이상의 가스 입구는 상기 웨이퍼 평면 플레이트에 근접한 상기 기판의 레벨 상의 게이트 밸브의 반대편에 가스를 도입하게 하도록 위치설정되어, 가스가 상기 기판을 가로질러 상기 게이트 밸브를 향해 흘러서 상기 게이트 밸브에 근접한 벤트를 통해 또는 상기 하부 챔버 내의 가스 출구를 통해 상기 처리 챔버에서 나오는,
    밀리세컨드 어닐 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 라이너 플레이트는 석영을 포함하는,
    밀리세컨드 어닐 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 웨이퍼 평면 플레이트와 상기 라이너 플레이트 사이의 거리는 30 mm 내지 60 mm 범위인,
    밀리세컨드 어닐 시스템.
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