KR102200292B1 - 반도체 웨이퍼들을 위한 어닐링 모듈 - Google Patents

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빈센트 스테판 프란치스체티
그레고리 제이. 윌슨
카일 엠. 핸슨
폴 워스
로버트 비. 무어
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Abstract

반도체 소재 웨이퍼들 및 유사한 기판들을 어닐링하기 위한 어닐링 모듈은 500℃ 프로세스들을 포함하는 균일한 가열을 제공하면서 입자 오염과 산소 유입을 저감한다. 어닐링 모듈은 내부 냉각 라인들을 갖는 금속 본체 내에 형성된 프로세스 챔버를 포함할 수 있다. 핫 플레이트는 본체 상의 열 쵸크 상에 지지된 페데스탈을 갖는다. 핫 플레이트 위에 있는 덮개 내의 가스 분배기는 웨이퍼 위로 가스를 균일하게 유동시킨다. 이송 기구는 후프를 움직여서 핫 플레이트와 콜드 플레이트 사이로 웨이퍼를 이동시킨다.

Description

반도체 웨이퍼들을 위한 어닐링 모듈{ANNEAL MODULE FOR SEMICONDUCTOR WAFERS}
본 발명은 반도체 웨이퍼들을 위한 어닐링 모듈에 관한 것이다.
마이크로-전자 회로들 및 다른 마이크로-스케일 디바이스들은 일반적으로, 실리콘 또는 다른 반도체 소재 웨이퍼와 같은 기판 또는 웨이퍼로부터 제조된다. 마이크로-전자 또는 다른 마이크로-스케일의 컴포넌트들을 형성하거나 전기적 상호접속부들(interconnects)을 제공하기 위해, 다중 금속층들이 기판 상에 도포된다. 통상적으로 구리인 이러한 금속층들은 기판 상에 도금되며, 포토리소그래피, 도금, 에칭, 폴리싱 또는 다른 단계들의 순서로 컴포넌트들과 상호접속부들을 형성한다.
원하는 소재 특성들을 달성하기 위해, 기판은 통상적으로 어닐링 프로세스를 거치게 되며, 어닐링 프로세스에서, 기판은 일반적으로 약 200 내지 500℃로, 더 통상적으로는 약 300 내지 400℃로 급속 가열된다. 기판은 이러한 온도들에서 비교적 단시간 동안, 예컨대, 60 내지 300초 동안 유지될 수 있다. 그 다음, 기판은 급속 냉각되는데, 전체 프로세스는 일반적으로 단지 수 분이 소요된다. 기판 상의 층들의 소재 특성들을 변화시키기 위해 어닐링이 사용될 수 있다. 또한 어닐링은 도펀트들을 활성화시키거나, 도펀트들을 기판 상의 필름들 사이에 투입(drive)하거나, 필름-대-필름 또는 필름-대-기판 계면들을 변화시키거나, 증착된 필름들을 치밀화(densify)하거나, 또는 이온 주입으로 인한 손상을 복구하기 위해 사용될 수 있다.
마이크로전자 디바이스들 및 상호접속부들에 대한 피처 크기들이 소형화됨에 따라, 허용 결함률이 상당히 감소한다. 오염 입자들로 인해 결함들이 발생하므로, 어닐링 챔버 내에서 입자를 발생시키는 요소들을 줄이면 결함들이 줄어들 것이다. 웨이퍼의 온도 균일성은, 웨이퍼 상의 구리 또는 다른 소재들의 결정 구조에 영향을 미치기 때문에, 다른 중요한 설계 인자이다. 또 다른 고려 사항은 서비스 가용성(serviceability)이다. 가능한 한 빠르고 효율적으로 챔버를 복구하거나 서비싱할 수 있는 것이 중요하다.
다양한 어닐링 챔버가 과거에 사용되었다. 단일 웨이퍼 프로세싱 장비에서, 이러한 어닐링 챔버들은 통상적으로, 가열 및 냉각 요소들 사이에 또는 요소들 위에 기판을 위치시켜서 기판의 온도 프로파일을 제어한다. 그러나, 정확하고 반복가능한 온도 프로파일들을 달성하는 것은 공학적 과제들을 제시할 수 있다.
또한, 구리와 같은 특정 소재들은 약 70℃ 초과의 온도들에서 산소에 노출될 경우 급속하게 산화될 것이다. 구리 또는 다른 소재가 산화하는 경우, 기판은 더 이상 사용가능하지 않을 수 있거나, 또는 추가적인 프로세싱 전에 산화물 층이 먼저 제거되어야 한다. 이들은 모두 효율적인 제조에서 수용할 수 없는 선택 사항들이다. 따라서, 기판 온도가 약 70℃ 초과인 경우, 다른 설계 인자는 기판을 산소로부터 격리시키는 것이다. 산소는 주위 공기에 당연히 존재하기 때문에, 어닐링 중에 구리의 산화를 방지하는 것은 또한 공학적 과제들을 제시할 수 있다. 개선된 어닐링 방법들 및 장치가 필요하다.
본 발명은 반도체 웨이퍼들을 위한 개선된 어닐링 장치를 제공한다.
도 1은 어닐링 모듈의 사시도이다.
도 2a는 도 1에 도시된 어닐링 모듈의 평면도이다.
도 2b는 도 2a의 2B-2B 선을 따라 취한 단면도이다.
도 2c는 도 2b에 도시된 열 쵸크(thermal choke)의 확대된 상세도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 어닐링 모듈의 분해도이다.
도 4는 도 3에 도시된 이송 기구의 상부 분해 사시도이다.
도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 이송 기구의 하부 분해 사시도이다.
도 6은 도 3 내지 도 5에 도시된 이송 기구의 단면도이다.
도 7 및 도 8은 이송 기구의 대안적인 단면도들이다.
도 9는 다수의 어닐링 모듈들을 수용하는 어닐링 스택 조립체의 정면 및 상부 사시도들이다.
도 10은 도 9에 도시된 어닐링 스택 조립체의 평면도이다.
도 11은 도 9 및 도 10에 도시된 어닐링 스택 조립체의 측면도이다.
도 12는 어닐링 스택 조립체의 확대된 정면 사시도이고 부가적인 피처들을 도시한다.
도 13은 도 9 및 도 12에 도시된 데이텀 플레이트(datum plate)의 사시도이다.
도 14는 도 1에 도시된 모듈의 정면도이다.
도 15는 도 13에 도시된 데이텀 플레이트의 정면도이다.
도 16은 도 15의 16-16 선을 따라 취한 도면이다.
도 17은 도 16에 도시된 슬롯들 중 하나의 확대도이다.
도 18은 도 17의 18-18 선을 따라 취한 도면이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 어닐링 모듈(30)은 웨이퍼 또는 기판 챔버(34)를 형성하는 덮개(40) 및 본체(32)를 갖는다. 본체는 열전도율을 개선시키기 위해 주조 또는 다른 방식으로 제작된 단일의 금속편으로서 제공될 수 있다. 본체(32)의 플로어(42) 상에 핫 플레이트(36)와 콜드 플레이트(38)가 부착된다. 도 1에 점선들로 도시된 바와 같이, 본체(32)는 액체 냉매 유입구(60)와 액체 냉매 배출구(62)에 연결된 냉각 튜브들(90)을 포함할 수 있다. 냉각 튜브들(90)은 본체(32) 내의 제자리에 주조된(cast in place within the body(32)) 튜브들일 수 있다. 대안적으로, 본체(32)는 둘 또는 그 초과의 부착된 섹션들로 형성될 수 있고, 냉각 튜브들(90)은 섹션들 사이에 배치된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 냉매 유입구(60)와 배출구(62)는 본체(32)의 후방 단부에 있는 피팅 홈(fitting recess; 64)에 배치될 수 있다. 사용시, 냉각 튜브들을 통해 펌핑된 액체 냉매는 모듈(30)의 표면 온도를 주변과 가깝게 유지한다. 냉각 튜브들은 부식에 더 잘 견디도록 스테인리스 스틸일 수 있다.
핫 플레이트(36)의 상부 표면은 콜드 플레이트(38)의 상부 표면과 동일 평면 상에 놓일 수 있다. 도 2b 및 도 3에 도시된 바와 같이, 웨이퍼에 균일한 지지를 더 잘 제공하기 위해, 범프들(bumps) 또는 라이저들(risers)(76)의 패턴이 플레이트들의 각각의 상부 표면에 제공될 수 있는데, 이는 결과적으로(in turn) 더 균일하고 일관된 웨이퍼 온도 제어를 제공한다. 라이저들(76)은 플레이트로부터 0.2 내지 1㎜ 위에 웨이퍼를 이격하여 유지하기 위해 플레이트의 상부 표면에 부착된 구체들(spheres)일 수 있다. 콜드 플레이트(38)는 플로어(42)에 열적으로 접합될(bonded) 수 있다. 핫 플레이트(36)의 하부 측(side) 상에 또는 핫 플레이트(36)의 내에 전기 저항 히터(58)가 제공된다.
도 2b 및 도 2c에 도시된 바와 같이, 핫 플레이트(36)는, 열 쵸크(68)를 통해 플로어(42)에 부착된 페데스탈(66) 상에 지지될 수 있으며, 열 쵸크는 핫 플레이트(36)와 냉매로 냉각된 본체(32) 사이에 (예컨대, 폭이 1 내지 2㎜인) 얇은 환형 접촉 링만을 제공한다. 이 설계에서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 핫 플레이트(36)는 공기 또는 가스 갭(88)을 통해 플로어로부터 이격되어 있으며, 쵸크(68)를 통해서만 본체(32)에 접촉하고 있다. 이는 핫 플레이트(36)가 모듈(30)의 나머지 부분을 과도하게 가열하지 않고 500℃의 웨이퍼 프로세스 온도를 위해 충분한 열을 제공할 수 있도록 허용한다. 모듈의, 시일들과 같이 상대적으로 열에 더 민감한 컴포넌트들은 고열에 노출되지 않는다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본체(32)는 핫 플레이트와 콜드 플레이트를 수용하기 위해 원형 홈들(78)을 가질 수 있으며, 원형 홈들(78)은 서로 인접하거나 접촉하거나, 또는 부분적으로 중첩되거나 상호교차한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전자 서보 제어 유닛(44)과 가열 제어 유닛(46)은 모두 어닐링 모듈(30) 내에 포함되어 본체(32)에 부착될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 어닐링 모듈(30)은 전자 유닛들(44 및 46) 위에 별도의 커버(50)를 가질 수 있으며, 후술하는 바와 같이 더 높은 레벨 조립체의 제자리에 모듈(30)을 고정하기 위한 장착 브라켓들(48 및 52)을 가질 수 있다. 본체(32) 상에 전자 유닛들(44 및 46)을 제공하는 것은 모듈들(30)의 모듈형 구조 및 테스팅을 가능하게 한다. 또한, 본체가 전자 컴포넌트들의 전도성 냉각을 제공하므로, 팬이나 대류성 히트 싱크들이 필요하지 않다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 어닐링 모듈(30)의 전방 단부(72)에 로드/언로드 슬롯(74)이 제공된다. 또한, 어닐링 모듈(30)의 전방 단부 상에 정렬 부싱들(54) 및 가스 유입/배출 포트들(56)이 배치될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 덮개(40)는 핫 플레이트(36) 위에 퍼지 가스를 분배하기 위한 샤워헤드(80)를 포함한다. 질소와 같은 불활성 가스일 수 있는 퍼지 가스, 또는 형성 가스가 가스 공급원에 연결된 덮개 가스 포트(82)를 통해 샤워헤드에 공급된다.
이제, 도 3 내지 도 5를 참조하면, 로드/언로드 슬롯(74)에 인접한 콜드 플레이트(38)로부터 핫 플레이트(36)로 웨이퍼 또는 기판을 이동시키고, 그 다음 콜드 플레이트(38)로 다시 이동시키기 위해, 어닐링 모듈(30)에 이송 기구(70)가 제공된다. 이송 기구(70)는 콜드 플레이트(38)로부터 핫 플레이트(36)로 그리고 그 역으로 웨이퍼를 이송하기 위해 리프팅, 회전(예컨대, 약 1/8 턴(turn)) 및 하향 운동을 실시한다. 또한 이송 기구(70)는 이송 로봇으로 웨이퍼의 핸드오프(handoff)를 허용하도록 웨이퍼를 리프팅한다. 이 목적을 위해 다양한 설계들이 사용될 수 있다. 도시된 예에서, 이송 기구는 베이스(100) 상의 커플러 프레임(104)에 커플러(106)를 포함할 수 있다. 회전 모터(114)에 의해, 예컨대, 리드 스크류(lead screw; 108)의 하단부에 있는 스프로켓(sprocket; 132)을 회전시키는 벨트(130)를 통해, 리드 스크류(108)가 구동된다.
후프(142)의 아암(150)이 리드 스크류(108)에 부착되고, 이에 따라 회전 모터(114)의 작동은 후프(142)가 회전하게 하며, 후프(142)는 콜드 플레이트(38) 또는 핫 플레이트(36) 중 어느 하나의 위에 위치한다. 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 제 2 벨트(134)와 스프로켓들(138 및 140)을 통해 리프트 모터(120)에 볼 스프라인(ball spline; 110)이 연결된다. 리프트 모터(120)가 작동하면, 스플라인 너트(116)를 상승 또는 하강시키는 볼 스플라인(110)이 회전하고, 결과적으로 후프(142)가 상승 또는 하강하게 된다. 커플러(106)에 부착되는 슈라우드(shroud; 112)는 용적 교환 채널(158)을 포함할 수 있다. 벨트들과 풀리들을 사용하면, 이송 기구(70)의 높이를 최소화하는 180°기어 박스가 제공된다. 모터들(114 및 120)은 모두 베이스(100)에 장착될 수 있으며, 이에 따라, 이송 기구(70)는 모듈(30)에 설치되기 전에 조립되어 사전에 테스트될 수 있다.
도 4를 잠시 재참조하면, 후프(142)는 3개 또는 그 초과의 내측으로 돌출된 핑거들(144)을 가지며, 각각의 핑거(144)는 평탄 표면(148)을 구비한 렛지(146)를 갖고 있다. 사용시, 후프(142)가 핫 플레이트(36) 또는 콜드 플레이트(38)로부터 웨이퍼를 리프팅하기 위해 상승되기 때문에, 평탄 표면(148)이 웨이퍼의 하향 측에 접촉한다. 후프 핑거들(148)이 플레이트(36 또는 38)의 상부 표면이나 그 아래로 이동하여 수직 정렬될 수 있도록 핫 플레이트와 콜드 플레이트에 클리어런스 노치들(84)이 제공될 수 있다.
이송 기구(70)는 모듈(30)의 이동 컴포넌트들 또는 윤활 컴포넌트들의 개수를 최소화한다. 이러한 컴포넌트들은 외부 하우징(160)에 의해 프로세스 챔버(34)로부터 격리된다. 하우징(160) 내의 능동 배기 시스템은 프로세스 가스를 이송 기구(70)로 흡인한다(draw). 이는, 입자들이 결함들을 유발할 수 있는 프로세스 챔버(34)에 입자들이 유입되는 것을 방지하는데 도움이 된다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 이는 베이스(100)의 배기 트렌치(156)를 통해, 그리고 외부 하우징(160)과 베이스(100) 사이에 배치된 용적 교환 채널(158)을 통해 달성된다. 상부 챔버(162)는 상부 쉴드(172)와 외부 하우징(160)의 상부 사이에 형성된다. 상부 갭(164)은 상부 챔버(162)와 하부 갭(168) 사이의 유동을 허용한다. 하부 챔버(166)는 베이스(100)와 하부 쉴드(172) 사이에 형성된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 하부 갭(168)은 하부 챔버(166)에 연결되어 있다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 베이스(100)의 배기 포트(170)가 하부 챔버(166)에 연결되어 있다.
용적 교환 채널(158)은, 이송 기구 하우징(160) 내의 컴포넌트들의 운동으로 인해 발생되는, 이송 기구 하우징의 가스의 임의의 압축을 최소화한다. 이는, 하우징(160) 내의 가스 압력이 프로세스 챔버(34)의 가스 압력 위로 상승할 수 있게 하는 것을 방지하는데, 하우징(160) 내의 가스 압력이 프로세스 챔버(34)의 가스 압력 위로 상승하는 것은 입자들이 이송 기구(70)로부터 프로세스 챔버(34)로 유입되어 웨이퍼를 오염시킬 수 있게 할 수 있다.
도 2a를 참조하면, 플레이트(36 또는 38)의 반경 또는 홈들(78)의 반경이 치수(RR)로 표시되어 있다. BB로 도시된 후프 피벗 축은 RR보다 작은 치수만큼 플레이트들 또는 홈들의 중심선(CC)으로부터 이격되어 있다. 이는 가스 공급 요건들을 감소시키는 저감된 용적의 프로세스 챔버(34)를 제공하고, 또한, 후프의 이동 거리를 저감함으로써, 더 빠른 웨이퍼의 운동들과 저감된 입자 발생 가능성을 가능하게 한다.
이제, 도 9 내지 도 12를 참조하면, 콤팩트한 공간 내에서 다수의 웨이퍼들이 동시에 어닐링될 수 있도록, 다수의 어닐링 모듈들(30)이 스택 조립체(200) 속에 배치될 수 있다. 도 9 및 도 11에 도시된 바와 같이, 스택 조립체(200)는 수직으로 적층된 별도의 모듈 슬롯들 또는 공간들(216)로 분할되어 있는 랙(202)을 포함할 수 있다. 로드/언로드 로봇(206)이 랙(202)의 전방 단부(204)에 제공될 수 있다. 도시된 예에서, 로봇(206)은 랙(202)에 부착된 트랙 또는 레일(208)을 포함한다. 엔드 이펙터(212)를 갖는 로봇 하우징(210)은 레일(208)을 따라 수직으로 이동가능하며, 이에 따라, 엔드 이펙터는 모듈 슬롯들(216)의 각각에 있는 챔버 도어(214)와 수직으로 정렬되도록 이동될 수 있다.
도 9 및 도 12에 도시된 바와 같이, 어닐링 모듈(30)은 모듈 슬롯들(216)의 각각 내에 배치될 수 있으며, 도시된 예에서는, 8개의 어닐링 모듈들(30)이 스택 조립체(200) 내에 수직으로 적층되어 있다. 어닐링 모듈(30)의 각각의 본체(32)는 데이텀 플레이트(222) 상에 볼트 결합될(bolted) 수 있다. 가스 유입 라인들(218)과 가스 유출 또는 배기 라인들(220)이 데이텀 플레이트(222) 상의 피팅들에 연결될 수 있다. 데이텀 플레이트(222)를 통해 공급되는 가스는 프로세스 챔버(34)를 챔버의 환경으로부터 격리하여 오염을 더 잘 방지하기 위해 사용될 수 있다. 데이텀 플레이트(222)와 챔버 본체(32) 사이의 밀봉된 계면들은 프로세스 챔버(34)를 통한 가스 유동을 유지한다.
도 12 내지 도 16에 도시된 바와 같이, 모듈들(30)은, 데이텀 플레이트 상에 모듈들(30)을 더 정확하게 위치시키기 위해 사용되는 데이텀 플레이트의 후방 측 상의 핀들을 이용하여, 데이텀 플레이트의 장착 홀들(225)을 관통하는 볼트들을 통해 데이텀 플레이트(222)에 부착될 수 있다. 모듈(30) 전방의 가스 포트들(56) 상의 가스 시일들은 데이텀 플레이트의 후방 표면에 대해 밀봉된다. 데이텀 플레이트는 모듈들을 확실하게 지지하고 위치시킬 수 있을 정도로 충분하게 강성이다(예컨대, 3 내지 12 또는 4 내지 10㎜ 두께의 금속 플레이트). 스택 조립체(200)로부터 어닐링 모듈들(30)의 신속한 제거와 서비싱이 가능하도록, 어닐링 모듈(30)과 스택 조립체(200) 간의 연결부의 개수가 감소된다. 서비싱 중에, 어닐링 모듈(30)을 유지하기 위해, 서비스 랙(250)이 랙(202)의 후방 단부에 부착될 수 있다.
도 13 내지 도 16에 도시된 바와 같이, 각각의 모듈 슬롯 또는 위치(216)에서, 데이텀 플레이트(222)의 플레이트 슬롯(240)은 모듈(30)의 전방 단부의 로드 슬롯(74)과 정렬된다. 배기 플레넘(224)은 각각의 모듈 위치(216)에서 데이텀 플레이트(222)에 제공될 수 있다. 배기 플레넘이 각각의 플레이트 슬롯(240)의 상부 또는 하부 에지에 대해 인접 및 평행한 상태에서, 배기 플레넘(224)이 플레이트의 일 측으로부터 데이텀 플레이트(222) 속으로 드릴링될(drilled) 수 있다. 배기 플레넘은 배기 라인들(220)을 통해 프로세스 챔버(34)로부터 가스를 배기하기 위해 플레이트 슬롯(240)과 정렬된다.
도 15 내지 도 18에 도시된 바와 같이, 이는 각각의 모듈 위치(216)에서 배기 플레넘(224)으로부터 플레이트 슬롯(240)까지 연장하는 배기 슬롯 세그먼트들(242)을 통해 달성될 수 있다. 예컨대, 도 15의 슬롯 높이(HH)보다 명목상 더 작은 직경을 갖는 원형 블레이드 절삭 공구 또는 밀을 배치시킴으로써, 그리고 그 다음, 도 17 및 도 18에 도시된 바와 같이 배기 플레넘 내로 이어지는 아치형(arcuate) 개구를 생성하도록 커터를 상방으로 이동시킴으로써, 각각의 플레이트 슬롯(240)의 하향 표면(244)을 통해 배기 슬롯 세그먼트들이 절삭될 수 있다.
사용시, 배기 슬롯 세그먼트들(242)은 진공원에 연결될 수 있는 배기 플레넘(224)내로 이어진다. 프로세싱 중에 모듈 도어(214)가 폐쇄되면, 도어(214) 주위에 갭들이 존재할 수 있고, 이에 따라 모듈(30)은 밀봉되지 않는다. 배기 슬롯 세그먼트들(242)을 통해 각각의 플레이트 슬롯(240)에 흡입된 진공은 주변 공기가 모듈(30) 속으로 유입되는 것을 주로 방지한다. 로딩 및 언로딩 중에 도어가 개방되면, 모듈 내부가 주변보다 높은 가스 압력으로 유지될 경우, 모듈 슬롯(74)과 플레이트 슬롯(240)을 통해 모듈(30)로부터 가스가 유출된다. 플레이트 슬롯(240)의 길이를 가로질러 실질적으로 균일한 흡인 또는 가스 흡입(intake)을 제공하기 위해, 진공원으로부터 더 상류 측에 있는 슬롯 세그먼트들(242)이 진공원에 더 가까운 슬롯 세그먼트들(242)보다 더 크도록, 배기 슬롯 세그먼트들(242)의 크기가 플레이트 슬롯(240)의 길이를 따라 변할 수 있다. 예컨대, 진공원에 더 가까운, 즉, 도 15의 상부에 더 가까운 슬롯 세그먼트들은 1㎜의 폭과 20 내지 40㎜의 길이를 가질 수 있으며, 도 15의 하부에 더 가까운 슬롯 세그먼트들은 더 넓거나 더 길 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 제공되는 가스 포트들(56)의 개수는 모듈(30)에 의해 실시되는 특정 어닐링 프로세스에 따라 변할 수 있다. 예컨대, 핫 플레이트(36)와 콜드 플레이트(38)에 헬륨을 개별적으로 제공하기 위해, 2개의 헬륨 가스 포트들(56)이 사용될 수 있다. 모듈에 질소를 공급하기 위해 하나 또는 그 초과의 다른 불활성 가스 포트들(56)이 사용될 수 있다. 추가적인 가스 포트(56)가 모듈 내에서 형성 가스가 사용될 수 있는 곳에 수소를 공급할 수 있다. 또한, 오염 가능성을 더 잘 저감하기 위해, 별도의 가스 공급 및 배기 포트들이 이송 기구에 직접 연결될 수 있다.
어닐링 모듈(30)은 스택 조립체(200)와 함께 또는 스택 조립체 없이 사용될 수 있다. 스택 조립체(200) 내에서 사용되는 경우, 로봇(206)은 엔드 이펙터(212) 상의 웨이퍼(300)를 운반하여 스택 조립체(200) 내의 어닐링 모듈들(30) 중 하나와 정렬되도록 작동하게 된다. 챔버 도어(214)가 개방된다. 로봇(206)은 엔드 이펙터(212)와 웨이퍼(300)를 프로세스 챔버(34) 속으로 전진시키고, 이송 기구(70)의 후프(142) 상에 웨이퍼를 내려놓는다(set down). 통상적으로 이 단계에서, 후프(142)가 콜드 플레이트(38) 위로 상승되어 있고, 이에 따라 엔드 이펙터(212)가 하강하여 웨이퍼(300)를 후프(142)의 렛지들(146) 상에 내려놓는다. 대안적으로, 후프가 하강 위치에 있으면, 웨이퍼(300)가 콜드 플레이트(38) 상에 직접 내려놓아질 수 있다.
이제, 웨이퍼(300)가 후프(142)에 의해 유지된 상태에서, 이송 기구가 작동하여 후프를 약 1/8 턴만큼 회전시키고, 웨이퍼(300)를 핫 플레이트(36) 위로 이동시킨다. 일부 방법들에서, 히터(58)는 계속 핫 플레이트(36)와 동작할 수 있고 이에 상응하여 핫 플레이트는 원하는 정상 상태 온도로 유지된다. 다른 방법들에서, 웨이퍼의 전달이 임박할 때만, 히터(58)가 사이클링되거나 턴 온될 수 있다. 웨이퍼의 하부 표면이 핫 플레이트(36)의 상부 표면의 라이저들(76) 상에 안착되도록, 이송 기구(70)가 후프(142)를 하강시킨다. 챔버(34)를 통해 가스가 사이클링되고 챔버 내부의 가스 압력은 주변에 비해 양압(positive)으로 유지된다. 이는 챔버(34)로부터 산소 및 오염 입자들을 배출하는데 도움이 된다.
웨이퍼(300)는 특정 체류 시간 동안 핫 플레이트(36) 상에 유지될 수 있다. 그 다음, 이송 기구(70)가 다시 작동하여, 핫 플레이트로부터 웨이퍼(300)를 리프팅하고, 후프(142)를 콜드 플레이트(38) 위의 최초 위치로 다시 회전시킨다. 그 다음, 이송 기구(70)가 웨이퍼를 콜드 플레이트(38) 상으로 하강시키고, 웨이퍼는 콜드 플레이트(38)의 상부 표면의 라이저들(76) 상에 지지된다. 냉각된 액체는 냉각 튜브들(90)을 통해 펌핑되어 콜드 플레이트와 베이스(32)를 냉각시킨다. 웨이퍼가 충분히 냉각된 후, 다시 로봇(206)으로의 핸드오프를 위해 웨이퍼는 후프(142)를 통해 콜드 플레이트로부터 리프팅될 수 있다. 챔버 도어(214)가 개방되고, 엔드 이펙터(212)가 챔버(34) 속으로, 후프(142) 아래로 연장된다. 그 다음, 핸드오프를 완료하기 위해, 엔드 이펙터(212)가 리프팅되거나, 후프(142)가 하강할 수 있다. 그 다음, 로봇(206)은, 어닐링된 웨이퍼(300)를 후속 스테이션으로 이동시키고, 프로세싱을 위해 계속해서 어닐링 모듈(30)에 다른 웨이퍼를 전달할 수 있다.
모듈(30)은 프로세싱 중에 도어(214)가 폐쇄되었을 때 100ppm 미만의 산소 레벨들을 제공하도록 설계될 수 있다. 챔버(34)의 가스 유동은 챔버 전체를 가로질러 스위핑하도록(sweep) 최적화될 수 있다. 샤워헤드(80)는 웨이퍼 온도 균일성을 강화하기 위해 간격과 오리피스 크기면에서 최적화된 가스 포트들을 가질 수 있다. 배기 플레넘(224)은 핫 플레이트(36)로부터 가장 먼 지점에 있는 도어(214) 바로 뒤에 배치될 수 있으며, 가스는 챔버 입구를 가로지르는 일련의 슬롯들을 통해 배기된다. 슬롯 크기는 챔버를 가로질러 균일한 가스 유동을 보장하도록 최적화될 수 있다. 유동과 내부 챔버 형태는 시동시 또는 이송 로봇의 핸드오프 후에 챔버 내의 모든 산소를 진공배기하기 위해 필요한 시간을 최소화하도록 설계될 수 있다. 예컨대, 챔버 용적이 최소화되고, 퍼징하는데 더 긴 시간이 소요될 수 있는 깊은 코너들이나 포켓들이 제거된다. 도어가 개방되든지 폐쇄되든지 챔버로 산소가 침투하는 것을 방지하기 위해 챔버를 대기압 위로 살짝 가압하도록 유동 출구 경로들이 제한된다.

Claims (15)

  1. 어닐링 장치로서,
    금속 본체;
    상기 금속 본체 상의 덮개로서, 상기 금속 본체와 상기 덮개 사이에 프로세스 챔버가 형성되는, 덮개;
    상기 금속 본체 내부 또는 상부의 하나 또는 그 초과의 냉각 라인들;
    상기 금속 본체 상의 열 쵸크 상에 지지된 페데스탈을 갖는 핫 플레이트;
    상기 핫 플레이트 위에 있는 상기 덮개 내의 가스 분배기;
    상기 금속 본체 상의 콜드 플레이트;
    상기 콜드 플레이트에 인접한 상기 금속 본체 내의 로드 슬롯;
    상기 콜드 플레이트 위의 제 1 위치와 상기 핫 플레이트 위의 제 2 위치로 이동가능한 후프를 갖고, 상기 후프를 상승 및 하강시키기 위한 리프터를 또한 갖는 이송 기구; 및
    상기 금속 본체에 부착된 적어도 하나의 전자 조립체를 포함하고,
    상기 핫 플레이트는 상기 금속 본체의 제 1 원형 홈 내에 배치되고, 상기 콜드 플레이트는 상기 금속 본체의 제 2 원형 홈 내에 배치되며, 상기 제 1 원형 홈은 상기 제 2 원형 홈과 상호교차(intersecting)하는,
    어닐링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 쵸크는 폭이 2㎜ 미만인 융기된 링을 포함하는,
    어닐링 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 핫 플레이트의 상부 표면과 상기 콜드 플레이트의 상부 표면은 동일 평면에 놓인,
    어닐링 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 본체 상의 제 1 및 제 2 전자 조립체들을 포함하며, 상기 제 1 전자 조립체는 상기 이송 기구를 제어하고, 상기 제 2 전자 조립체는 상기 핫 플레이트 내의 히터를 제어하는,
    어닐링 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 이송 기구는 상기 후프에 부착된 스플라인 너트와 볼 스플라인을 둘러싸는 하우징, 및 상기 하우징 내의 상부 및 하부 챔버들을 연결하는 용적 교환 채널을 갖는,
    어닐링 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 이송 기구는 상기 핫 플레이트와 상기 콜드 플레이트 위에 끼워맞춤(fit)되도록 이루어진 상기 후프에 연결되는 회전 모터와 리프트 모터를 갖는,
    어닐링 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 이송 기구는 상기 리프트 모터를 상기 후프에 연결하는 리프트 벨트와, 상기 회전 모터를 상기 후프에 연결하는 회전 벨트를 더 포함하는,
    어닐링 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 회전 모터에 연결된 상기 하우징 내의 리드 스크류를 더 포함하는,
    어닐링 장치.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 전자 조립체들은 상기 핫 플레이트의 제 1 측에 배치되고, 상기 콜드 플레이트는 상기 제 1 측과 반대인, 상기 핫 플레이트의 제 2 측에 배치되는,
    어닐링 장치.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 하우징은 베이스에 부착되며, 상기 하부 챔버에 연결된 상기 베이스 내의 배기 포트를 더 포함하는,
    어닐링 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 후프는 어느 하나의 플레이트의 반경보다 작은 치수만큼 플레이트들의 중심선으로부터 이격된 회전축을 갖는,
    어닐링 장치.
  12. 어닐링 장치로서,
    금속 본체;
    상기 금속 본체 내부 또는 상부의 하나 또는 그 초과의 냉각 라인들;
    상기 금속 본체 내의 제 1 및 제 2 원형 홈들;
    상기 제 1 원형 홈 내의 핫 플레이트와, 상기 금속 본체 내의 제 2 원형 홈 내의 콜드 플레이트 － 상기 제 1 원형 홈과 상기 제 2 원형 홈은 상호교차하고, 상기 핫 플레이트는 상기 금속 본체 상의 열 쵸크 상에 지지된 페데스탈을 가짐 －;
    상기 핫 플레이트 내의 히터와 이송 기구에 전기적으로 연결된 상기 금속 본체 상의 하나 또는 그 초과의 전자 조립체들;
    상기 금속 본체 상의 덮개로서, 상기 금속 본체와 상기 덮개 사이에 프로세스 챔버가 형성되는, 덮개;
    상기 핫 플레이트 위에 있는 상기 덮개 내의 가스 분배기;
    상기 콜드 플레이트에 인접한 상기 금속 본체 내의 로드 슬롯; 및
    상기 콜드 플레이트 위의 제 1 위치와 상기 핫 플레이트 위의 제 2 위치로 이동가능한 후프를 갖고, 상기 후프를 상승 및 하강시키기 위한 리프터를 또한 갖는 이송 기구를 포함하는,
    어닐링 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 이송 기구는 상기 후프에 부착된 스플라인 너트와 볼 스플라인을 둘러싸는 하우징과, 상기 후프에 연결되는 회전 모터와 리프트 모터를 갖는,
    어닐링 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 전자 조립체들은 상기 핫 플레이트의 제 1 측에 배치되고, 상기 콜드 플레이트는 상기 제 1 측과 반대인, 상기 핫 플레이트의 제 2 측에 배치되는,
    어닐링 장치.
  15. 삭제
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