KR102531865B1 - 회전하는 기판의 레이저 어닐링 - Google Patents
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Abstract
본 개시내용의 실시예들은 기판들의 열 처리에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 명세서에 설명된 실시예들은 플래시 온 스파이크 어닐링 프로세스들, 및 그러한 프로세스들을 수행하기에 적합한 장치에 관한 것이다. 일 실시예에서, 열 처리 장치는 램프 복사 소스, 레이저 소스, 및 램프 복사 소스와 레이저 소스 사이에 배치된 반사기 플레이트를 포함할 수 있다. 하나 이상의 애퍼쳐가 반사기 플레이트 내에 형성될 수 있고, 레이저 소스는 레이저 소스로부터 방출되는 레이저 빔이 하나 이상의 애퍼쳐를 통해 전파하도록 반사기 플레이트에 인접하여 위치될 수 있다. 일 실시예에서, 반사기 플레이트는 실질적으로 원형일 수 있고, 하나 이상의 애퍼쳐는 반사기 플레이트의 섹터에 근접할 수 있다.
Description
본 개시내용의 실시예들은 일반적으로 기판을 열 처리하기 위한 장치에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 명세서에 설명된 실시예들은 회전하는 기판의 레이저 어닐링(rotating substrate laser anneal)을 위한 장치에 관한 것이다.
집적 회로들은 단일 칩 상에 수백만 개의 트랜지스터, 커패시터 및 저항기를 포함할 수 있는 복잡한 디바이스들로 진화했다. 칩 설계의 진화는 점점 더 정밀한 제조 프로세스들을 요구하는 더 빠른 회로망 및 더 큰 회로 밀도를 지속적으로 요구한다. 빈번하게 이용되는 그러한 제조 프로세스 중 하나는 이온 주입 프로세스들(ion implantation processes)이다.
다양한 다른 집적 회로 제조 프로세스들이 빈번하게 이용되지만, 이온 주입은 반도체 기판 상에 트랜지스터 구조물들을 형성하는 데에 특히 중요하며, 칩 제조 동안 여러 차례 반복될 수 있다. 이온 주입 동안, 반도체 기판에는 도펀트들이라고 통상적으로 지칭되는 전기 하전 이온들의 빔에 의해 충격이 가해진다. 이온 주입은 특정한 레벨의 디바이스 성능을 달성하기 위해 도펀트들이 주입되는 재료들의 속성들을 변화시킨다.
이온 주입 동안, 주입된 필름들은 높은 수준의 내부 응력을 전개할 수 있다. 주입된 필름의 결정 매트릭스(crystal matrix)를 복구함으로써 응력을 완화하고, 주입된 필름의 결과적인 속성들을 더 제어하기 위해, 필름은 전형적으로 어닐링과 같은 열 프로세스에 종속된다. 전형적으로, 어닐링은 주입된 필름의 결정 매트릭스 내의 도펀트들을 정렬하기 위해, 매우 단순하면서도 고도로 제어되는 열 사이클에 기판을 종속시키는 급속 열 처리(RTP) 챔버 내에서 수행된다. 그러나, 지나치게 많은 열이 인가되는 경우, 또는 열이 지나치게 긴 시간 동안 인가되는 경우, 주입된 필름 내의 도펀트 원자들의 이동은 도펀트들에 대한 요구되는 점유 구역(desired zone of occupation)을 초과할 수 있다.
디바이스들이 점점 더 작아짐에 따라, 목표 도펀트 구역도 더 작아지고, 그에 의해 목표 구역을 넘어서는 바람직하지 않은 확산을 방지하면서 결정 매트릭스 내의 도펀트들을 정렬하는 작업은 점점 더 어려워진다. 메가와트 레이저들을 이용하는 나노초 어닐링들(nanosecond anneals utilizing megawatt lasers)은 특정한 경우들에서는 적절할 수 있지만, 그러한 툴들은 종종 매우 크고, 비용 효과적으로 구현하기에는 지나치게 고가이다.
도 1은 종래 기술의 RTP 챔버의 단순화된 등축도를 도시한다. 처리 챔버(100)는 비접촉식 또는 자기 부상식(magnetically levitated) 기판 지지체(104), 및 내부 용적(120)을 정의하는 최상부(112), 최하부(110) 및 벽들(108)을 갖는 챔버 바디(102)를 포함한다. 벽들(108)은 기판(140)(도 1에 일부가 도시되어 있음)의 진입 및 진출을 용이하게 하기 위해, 적어도 하나의 기판 액세스 포트(148)를 전형적으로 포함한다. 액세스 포트는 이송 챔버(도시되지 않음) 또는 로드 락 챔버(도시되지 않음)에 결합될 수 있고, 슬릿 밸브(도시되지 않음)와 같은 밸브로 선택적으로 밀봉될 수 있다. 기판 지지체(104)는 고리형(annular)일 수 있다. 챔버(100)는 기판 지지체(104)의 내측 직경 내에 배치된 복사 열 소스(106)를 포함한다.
기판 지지체(104)는 내부 용적(120) 내에서 자기 부상하고 회전하도록 적응되고, 그에 의해 기판 지지체(104)는 처리 동안 수직으로 상승 및 하강하면서 회전할 수 있다. 다양한 파장들의 광 및 열에 투명한 재료로 이루어진 윈도우(114)는 복사 열 소스(106)가 기판(140)을 가열하는 것을 허용하면서 처리 환경으로부터 복사 열 소스(106)를 차폐하기 위해 이용될 수 있다. 윈도우(114)는 윈도우(114)의 상부 표면을 관통하여 결합되는 복수의 리프트 핀(144)을 포함할 수 있다.
복사 열 소스(106)는 냉각제 소스(183)에 결합된 복수의 벌집형 튜브(160)를 포함하는 하우징으로 형성된 램프 어셈블리일 수 있다. 하우징은 냉각제 소스(183)로부터의 냉각제의 유동을 위해 그 내부에 형성된 적절한 냉각제 채널들을 갖는 구리 재료 또는 다른 적절한 재료로 만들어질 수 있다.
챔버(100)는 챔버 바디(102)의 내부 용적(120) 내에서 기판 지지체(104)[또는 기판(140)]의 높이를 검출하도록 일반적으로 적응되는 하나 이상의 센서(116)를 또한 포함할 수 있다. 센서들(116)은 챔버 바디(102) 및/또는 처리 챔버(100)의 다른 부분들에 결합될 수 있고, 기판 지지체(104)와 챔버 바디(102)의 최상부(112) 및/또는 최하부(110) 사이의 거리를 나타내는 출력을 제공하도록 적응되며, 또한 기판 지지체(104) 및/또는 기판(140)의 오정렬을 검출할 수 있다.
RTP 챔버(100)는 또한 최상부(112)에 인접하거나 거기에 결합되거나 그 안에 형성된 냉각 블록(180)을 포함할 수 있다. 일반적으로, 냉각 블록(180)은 복사 열 소스(106)와 이격되어 복사 열 소스(106)에 대향한다. 냉각 블록(180)은 유입부(181A)와 유출부(181B)에 결합된 하나 이상의 냉각제 채널(184)을 포함한다. 냉각 블록(180)은 기판 지지체(104)를 향하는 냉각 블록(180)의 표면에 결합된 반사기를 포함할 수 있다.
램프 열 소스들을 이용하는 RTP 챔버(100)는 일부 응용들에 대해서는 지나치게 큰 시간 상수를 가질 수 있다. 램프 열 소스들, 및 램프 열 소스들을 둘러싸는 하우징은 일부 경우들에서는 상당한 도펀트 확산 없이 효과적인 어닐링을 수행하기에는 지나치게 느리게 가열 또는 냉각할 수 있다.
따라서, 본 기술분야에서는 급속 열 처리를 위한 개선된 장치가 필요하다.
일 실시예에서, 기판을 처리하기 위한 장치가 제공된다. 장치는 내부 용적을 정의하는 챔버를 포함하고, 복사 열 소스는 내부 용적 내에 배치될 수 있다. 회전가능한 지지체는 내부 용적 내에서 복사 열 소스에 인접하여 배치될 수 있다. 레이저 소스는 내부 용적 내에서 기판 지지체에 인접하여 배치될 수 있고, 윈도우는 내부 용적 내에서 복사 열 소스와 레이저 소스 사이에 배치될 수 있다.
다른 실시예에서, 기판을 처리하기 위한 장치가 제공된다. 장치는 내부 용적을 정의하는 챔버를 포함하고, 복사 소스는 내부 용적 내에 배치될 수 있다. 회전가능한 기판 지지체는 내부 용적 내에서 복사 소스에 인접하여 배치될 수 있고, 레이저 소스는 내부 용적 내에서 기판 지지체에 인접하여 배치될 수 있다. 반사기 플레이트는 내부 용적 내에서 레이저 소스와 기판 지지체 사이에 배치될 수 있고, 반사기 플레이트는 내부에 형성된 하나 이상의 애퍼쳐를 가질 수 있다.
또 다른 실시예에서, 기판을 처리하기 위한 장치가 제공된다. 장치는 내부 용적을 정의하는 챔버, 및 내부 용적 내에 배치된 램프 복사 소스를 포함한다. 회전가능한 기판 지지체는 내부 용적 내에서 램프 복사 소스에 인접하여 배치될 수 있고, 레이저 소스는 내부 용적 내에서 기판 지지체에 인접하여 배치될 수 있다. 윈도우는 내부 용적 내에서 램프 복사 소스와 레이저 소스 사이에 배치될 수 있고, 원형 반사기 플레이트는 내부 용적 내에서 레이저 소스와 윈도우 사이에 배치될 수 있다. 원형 반사기 플레이트는 내부에 형성된 하나 이상의 섹터 형상 애퍼쳐(sector shaped apertures)를 가질 수 있다.
위에서 언급된 본 개시내용의 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록, 위에 간략하게 요약된 본 개시내용의 더 구체적인 설명은 실시예들을 참조할 수 있으며, 그들 중 일부는 첨부 도면들에 도시되어 있다. 그러나, 첨부 도면들은 전형적인 실시예들만을 도시하며, 따라서 그것의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 되며, 동등한 효과의 다른 실시예들을 허용할 수 있다는 점에 주목해야 한다.
도 1은 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 종래 기술의 RTP 챔버의 단순화된 등축도를 도시한다.
도 2는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 레이저 소스의 개략도를 도시한다.
도 3은 본 명세서에 설명되는 실시예들에 따른 복수의 복사 모듈을 포함하는 RTP 챔버의 개략도를 도시한다.
도 4a는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 레이저 소스를 갖는 RTP 챔버의 부분 단면도를 도시한다.
도 4b는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 레이저 소스 및 반사기 플레이트의 부분 평면도를 도시한다.
도 5a - 도 5e는 본 명세서에 설명된 다양한 실시예들에 따른 다양한 반사기 플레이트들의 개략적 평면도들을 도시한다.
도 6a는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 배치 기판 지지체의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 6b는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 도 6a의 배치 기판 지지체의 개략적 평면도를 도시한다.
이해를 용이하게 하기 위해서, 가능한 경우에, 도면들에 공통인 동일한 요소들을 지시하는 데에 동일한 참조 번호들이 이용되었다. 일 실시예의 요소들 및 특징들은 추가 언급 없이도 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있을 것으로 예상된다.
도 1은 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 종래 기술의 RTP 챔버의 단순화된 등축도를 도시한다.
도 2는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 레이저 소스의 개략도를 도시한다.
도 3은 본 명세서에 설명되는 실시예들에 따른 복수의 복사 모듈을 포함하는 RTP 챔버의 개략도를 도시한다.
도 4a는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 레이저 소스를 갖는 RTP 챔버의 부분 단면도를 도시한다.
도 4b는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 레이저 소스 및 반사기 플레이트의 부분 평면도를 도시한다.
도 5a - 도 5e는 본 명세서에 설명된 다양한 실시예들에 따른 다양한 반사기 플레이트들의 개략적 평면도들을 도시한다.
도 6a는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 배치 기판 지지체의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 6b는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 도 6a의 배치 기판 지지체의 개략적 평면도를 도시한다.
이해를 용이하게 하기 위해서, 가능한 경우에, 도면들에 공통인 동일한 요소들을 지시하는 데에 동일한 참조 번호들이 이용되었다. 일 실시예의 요소들 및 특징들은 추가 언급 없이도 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있을 것으로 예상된다.
본 개시내용의 실시예들은 기판들의 열 처리에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 명세서에 설명된 실시예들은 플래시 온 스파이크 어닐링 프로세스들(flash on spike annealing processes), 및 그러한 프로세스들을 수행하기에 적합한 장치에 관한 것이다. 일 실시예에서, 열 처리 장치는 램프 복사 소스, 레이저 소스, 및 램프 복사 소스와 레이저 소스 사이에 배치된 반사기 플레이트를 포함할 수 있다. 하나 이상의 애퍼쳐가 반사기 플레이트 내에 형성될 수 있고, 레이저 소스는 레이저 소스로부터 방출되는 레이저 빔이 하나 이상의 애퍼쳐를 통해 전파하도록 반사기 플레이트에 인접하여 위치될 수 있다. 일 실시예에서, 반사기 플레이트는 실질적으로 원형일 수 있고, 하나 이상의 애퍼쳐는 반사기 플레이트의 섹터와 유사(approximate)할 수 있다.
도 2는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른, 추가의 복사 모듈(201)이 추가된 처리 챔버(100)의 개략도를 도시한다. 도 2에 도시된 처리 챔버(100)는 또한 기판 지지체(104) 및 병진 메커니즘(218)을 포함할 수 있다. 기판 지지체(104)는 복사 소스(202)에 독립하여 기판을 가열하기 위해, 저항성 가열기 또는 그와 유사한 것과 같은 열 소스를 포함할 수 있다. 복사 모듈은 복사 소스(202), 및 복사 소스(202)와 기판 지지체(104) 사이에 배치된 포커싱 광학부(focusing optics)(220)를 일반적으로 포함한다.
복사 소스(202)는 전자기 복사의 연속파들(continuous waves) 또는 전자기 복사의 펄스화된 방출들을 방출할 수 있는 레이저 소스일 수 있다. 특정 실시예들에서, 레이저 빔을 발생시키기 위해, 단일의 복사 소스(202)가 이용된다. 다른 실시예들에서, 레이저 빔을 발생시키기 위해 복수의 복사 소스(202)가 이용된다. 일 실시예에서, 복사 소스(202)는 복수의 파이버 레이저(fiber lasers)를 포함한다. 대안적으로, 복사 소스(202)는 비-레이저 복사 소스, 예컨대 플래시 램프, 할로겐 램프, 발광 다이오드 소스, 또는 그와 유사한 것일 수 있다. 예를 들어, 비-레이저 저 입사 플럭스 소스(non-laser low incidence flux source)는 복사 소스(202)의 적절한 예일 수 있다. 일반적으로, 복사 소스(202)는 어닐링 또는 표면 수정(surface modification) 프로세스 동안 기판을 가열하기 위해 이용된다. 더 구체적으로, 복사 소스(202)는 기판의 표면에서의 온도 증가를 기판의 전체 두께 전반에 더 깊게 유도하기 위해 이용된다. 복사 소스(202)에 대한 기판의 노출 후에, 기판은 기판의 벌크(bulk)에 의해 횡방향으로 전도 냉각될 수 있다(laterally conductively cooled). 대안적으로, 또는 조합하여, 약 3 W/m/L 미만과 같은 낮은 열전도율을 갖는 기판이 표면 열 처리에 적합할 수 있다. 그러나, 기판들을 여러 상이한 방식들로 처리하기 위해, 처리 기술들 및 온도들의 임의의 조합이 이용될 수 있음이 예상된다.
복사 소스(202)로부터 방출된 복사는 기판(140)의 표면에서, 또는 기판의 표면 부근에서 흡수될 수 있다. 따라서, 복사는 기판(140)이 복사를 흡수하는 범위 내의 파장에서 복사 소스(202)로부터 방출될 수 있다. 일반적으로, 실리콘 함유 기판에 대해, 복사 파장은 약 190nm 내지 약 950nm, 예를 들어 약 810nm일 수 있다. 대안적으로, 고출력 UV 레이저가 복사 소스(202)로서 이용될 수 있다.
복사 소스(202)는 약 1초 초과, 예컨대 약 10초 초과, 예를 들어 약 15초 초과의 시간 양 동안 연속하여 복사를 방출할 수 있을 수 있다. 대안적으로, 복사 소스(202)는 약 1초 초과, 예컨대 약 10초 초과, 예를 들어 약 15초 초과의 시간 양 동안 복사의 펄스들을 방출할 수 있을 수 있다. 복사 소스(202)는 복수의 레이저 다이오드를 포함할 수 있고, 각각의 레이저 다이오드는 실질적으로 동일한 파장에서 균일하고 공간적으로 간섭성인(spatially coherent) 광을 생성한다. 레이저 다이오드(들)의 출력은 약 0.5kW 내지 약 50kW 범위 내에 있을 수 있고, 예를 들어 약 5kW일 수 있다.
포커싱 광학부(220)는 복사 소스(202)로부터의 복사(204)를 실질적으로 평행한 빔으로 시준하기 위한 하나 이상의 시준기(206)를 포함할 수 있다. 다음으로, 시준된 복사(208)는 적어도 하나의 렌즈(210)에 의해, 기판(140)의 상부 표면(222)에서 복사(212)의 라인으로 포커싱될 수 있다. 본 명세서에서 이용될 때의 "복사의 라인(line of radiation)"이라는 용어는 기판(140)의 상부 표면(222)에서의 복사(212)의 공간적 분포를 표현하도록 의도된 것이다. 복사(212)의 공간적 분포는 라인 또는 리본, 섹터, 스폿 또는 복수의 스폿, 및 그와 유사한 것과 같은 형상일 수 있다는 것이 예상된다. 일반적으로, 기판(140)은 약 200mm, 약 300mm, 또는 약 450mm의 직경을 갖는 원형 기판일 수 있다. 복사(212)의 라인은 약 3㎛ 내지 약 500㎛의 폭(228)을 갖고서 기판(140)을 가로질러 연장될 수 있다. 복사(212)의 라인의 길이는 일 실시예에서는 기판(140)의 반경과 유사할 수 있고, 다른 실시예에서는 기판(140)의 직경과 유사할 수 있다. 예를 들어, 복사(212)의 라인의 길이는 300mm 직경의 기판에 대해 약 150mm일 수 있다. 대안적으로, 복사(212)의 라인의 길이는 300mm 직경의 기판에 대해 약 300mm일 수 있다.
일반적으로, 복사(212)의 라인의 길이는 폭(228)보다 클 수 있다. 일 실시예에서, 복사(212)의 라인은, 복사(212)의 라인이 기판(140)의 이동 방향에 실질적으로 수직하도록, 즉 복사(212)의 라인이 기판 이동의 방향에 수직한 기판(140)의 고정된 라인 또는 코드(chord)에 평행하게 유지되도록, 기판(140)을 선형으로 횡단할 수 있다.
일 실시예에서, 복사(212)의 라인은 "파이 조각(pie slice)"과 같은 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 복사(212)의 라인은 원형 기판(140)의 원점으로부터, 섹터 측정 각도(sector angle of measure)에 의해 정의되는 기판(140)의 둘레에서의 호(arc)까지 연장되는 기판(140)의 섹터와 유사할 수 있다. 일 실시예에서, 섹터 측정 각도는 약 0.005° 내지 약 140°, 예를 들어 약 0.01° 내지 약 20°일 수 있다. 다른 실시예에서, 복사(212)의 라인은 기판(140)의 직경과 유사한 파이 조각과 유사한 형상을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 복사(212)의 라인은 가우스 레이저 스폿일 수 있다. 이러한 실시예에서, 하나 이상의 가우스 레이저 스폿은 리본(라인) 형상 또는 파이 조각 형상으로 발생될 수 있다(즉, 파이버 레이저들과 같은 복수의 복사 소스에 의해).
렌즈(210)는 복사(212)의 라인의 요구되는 형상을 형성하는 데에 적합한 임의의 적합한 렌즈, 또는 일련의 렌즈들일 수 있다. 일 실시예에서, 렌즈(210)는 원통형 렌즈일 수 있다. 대안적으로, 렌즈(210)는 하나 이상의 오목 렌즈, 볼록 렌즈, 평면 거울, 오목 거울, 볼록 거울, 굴절 렌즈, 회절 렌즈, 프레넬 렌즈(Frensel lenses), 굴절률 분포형 렌즈(gradient index lenses), 또는 그와 유사한 것일 수 있다. 일반적으로, 렌즈(210)는 기판(140)의 원점으로부터 둘레까지의, 복사(212)의 라인의 반경방향 또는 직경방향 전력 분포에 영향을 주도록 구성될 수 있다.
복사(212)의 라인의 전력 분포는 약 10 kW/㎠ 내지 약 200 kW/㎠일 수 있다. 기판(140)의 반경과 유사한 복사(212)의 라인에 대해, 기판(140)의 원점 또는 그 부근에서의 복사(212)의 라인의 전력 분포는 약 0kW/㎠일 수 있다. 복사(212)의 라인의 전력 분포는 기판(140)의 원점으로부터 둘레 또는 가장자리까지 증가할 수 있다. 특정 실시예들에서, 전력 분포는 원점으로부터 가장자리까지 선형으로 또는 지수적으로 증가할 수 있다. 대안적으로, 복사(212)의 라인을 따른 동등한 전력 분포는 실질적으로 일정할 수 있다. 본 실시예에서, 복사(212)에 대한 기판의 노출은 기판(140)의 상부 표면(222)에서의 복사(212)의 형상 또는 공간적 분포에 의해 변조될 수 있다. 기판(140)은 복사 열 소스(106)에 의해 약 1000℃까지의 온도로 가열될 수 있고, 복사 모듈(201)은 기판(140)을 20℃ 내지 약 250℃ 추가 가열하도록 구성될 수 있다. 복사 모듈 가열의 램프-업(ramp-up) 및 램프-다운(ramp-down) 속도들은 약 4,000,000℃/sec를 초과할 수 있다.
프로세스 조건들의 다양한 예들은 표 1 및 표 2를 참조하여 제공된다. 표 1은 300mm 직경의 기판들에 대한 다양한 프로세스 조건들을 예시하고, 표 2는 200mm 및 450mm 직경의 기판 둘 다에 대한 다양한 프로세스 조건들을 예시한다.
고정자 어셈블리(118)는 챔버(100) 내에서 기판(140)을 회전시키도록 구성될 수 있다. 일반적으로, 고정자 어셈블리(118)는 기판 지지체(104)를 회전시켜, 거기에 배치된 기판(140)에 회전 속도를 부여한다. 특정 실시예들에서, 고정자 어셈블리(118)는 분당 약 10 회전 내지 분당 약 500 회전, 예컨대 분당 약 200 회전 내지 분당 약 300 회전, 예를 들어 분당 약 230 회전 내지 분당 약 250 회전으로 기판(140)을 회전시키도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 스텝퍼 모터와 같은 병진 메커니즘(218)이 복사 모듈(201)에 결합될 수 있다. 이러한 실시예에서, 병진 메커니즘(218)은 복사 모듈(201) 또는 복사 모듈(201)의 다양한 컴포넌트들을 기판(140)의 상부 표면(222)에 대해 이동시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 병진 메커니즘(218)은 복사(212)의 라인을 기판(140)의 중심으로부터 기판(140)의 가장자리를 향해 이동시킬 수 있다. 대안적으로, 병진 메커니즘(218)은 복사(212)의 라인을 기판(140)의 가장자리로부터 기판(140)의 중심을 향해 이동시킬 수 있다. 일 실시예에서, 병진 메커니즘(218)은 복사(212)의 라인을 래스터(raster)하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 레스터 사이클은 약 1Hz 초과, 예컨대 약 1kHz 초과에서 수행될 수 있다. 추가로, 병진 메커니즘(218) 및 고정자 어셈블리(118)는 서로 전기 통신할 수 있고, 병진 메커니즘(218) 및/또는 고정자 어셈블리(118)에 의해 수행되는 액션들은 제어기(124)에 의해 제어될 수 있다.
도 3은 본 명세서에 설명되는 실시예들에 따른 적어도 2개의 복사 모듈을 포함하는 RTP 챔버(300)의 개략도를 도시한다. 챔버(300)는 복사 모듈(201), 및 기판 지지체(104)와 복사 모듈(201) 사이에 배치된 반사기 플레이트(302)를 포함하는 챔버(100)일 수 있다. 일반적으로, 복사 열 소스(106)(도시되지 않음)는 기판(140)을 목표 온도, 예컨대 약 800℃ 초과, 예를 들어 약 1000℃로 가열하고, 후속하여, 가열된 기판 상에 복사 모듈(201)을 이용하여 플래시 어닐링(flash anneal)을 수행하도록 구성된다. 일 실시예에서, 복사 모듈(201)은 레이저 소스이다.
가열된 기판(140)의 열 전도율은 (예를 들어, 실온 기판에 비교하여) 비교적 낮은 것으로 여겨진다. 결과적으로, 기판(140)의 표면 내로의 플래시 어닐링 복사의 침투는 얕고, 기판의 나머지 부분으로의 전도를 통한 냉각으로 인해 신속하게 소산된다(dissipates). 일반적으로, 열 확산의 감소는 높은 온도들(즉, 약 1000℃ 이상)에서 실현되고, 이것은 플래시 어닐링들을 수행하기 위해 더 낮은 전력의 복사 소스들을 이용하는 것을 가능하게 할 수 있다.
도 4a는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 복사 모듈(201)을 갖는 RTP 챔버(300)의 부분 단면도를 도시한다. 챔버(300)는 윈도우(114)에 결합된 복사 열 소스(106)를 포함한다. 기판(140)은 고리형 확장부(annular extension)(115) 상에 배치된 고리형 링(111)에 의해 지지된다. 기판은 내부 용적(120) 내에서 윈도우(114)와 반사기 플레이트(302) 사이에 위치될 수 있다. 기판(140)이 처리를 위해 위치될 때, 반사기 플레이트(302)는 기판(140)으로부터 약 1mm 내지 약 10mm, 예를 들어 약 3mm 내지 약 5mm의 거리에 배치될 수 있다. 고리형 확장부(115) 및 고리형 링(111)을 일반적으로 포함하는 기판 지지체(104)는 고정자 어셈블리(118)에 연결되고, 회전의 축에 대해, 일반적으로 원형 기판의 중심 또는 원점에 대해 회전하도록 구성될 수 있다.
챔버(300)는 또한 하나 이상의 광 투과 요소에 결합되는 하나 이상의 온도 센서(117), 예컨대 고온계들(pyrometers)을 포함한다. 광 파이프들 또는 그와 유사한 것과 같은 광 투과 요소들(402)은 반사기 플레이트(302)에 광학 결합될 수 있거나, 반사기 플레이트(302)를 관통하여 물리적으로 연장될 수 있다. 온도 센서들(117)에 의해 감지되는 전자기 복사는 온도 측정치로 변환될 수 있고, 제어기(124)와 통신할 수 있는 제어기(404)는 실시간 온도 피드백을 제공하도록 구성될 수 있다. 온도 피드백은 열 처리 동안의 온도 불균일들을 정정하기 위해 이용될 수 있다.
반사기 플레이트(302)는 챔버 최상부(112) 또는 다른 챔버 컴포넌트들에 결합될 수 있고, 반사기 플레이트(302)의 형상 및 크기는 기판(140)의 형상 및 크기와 유사할 수 있다. 예를 들어, 반사기 플레이트(302)는 기판(140)의 직경과 유사한 직경을 갖는 실질적으로 원형인 형상일 수 있다. 그러나, 반사기 플레이트(302)의 크기 및 형상은 특정한 급속 열 처리 변수들에 따라 기판(140)의 크기 및 형상과 다를 수 있음이 예상된다. 반사기 플레이트는 급속 열 어닐링 프로세스들에서 흔한 온도들을 견디기에 적합한 재료들로 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사기 플레이트는 석영 재료 또는 다른 유사한 재료일 수 있다. 온도 센서들(117)에 의한 온도 측정을 개선하기 위해, 반사기 플레이트(302)는 또한 내장된 필터 요소를 가질 수 있거나, 반사기 플레이트(302)의 표면 상에 코팅된 필터를 가질 수 있다.
반사기 플레이트(302)는 내부에 형성된 애퍼쳐(401)를 또한 가질 수 있다. 애퍼쳐(401)는 요구되는 실시예에 따라 다양한 형상들일 수 있고, 복수의 애퍼쳐는 또한 반사기 플레이트(302)에 의해 형성되거나 정의될 수 있다. 도시된 실시예에서, 애퍼쳐(401)는 반사기 플레이트(302)의 대략 중심(406)으로부터 반경방향으로 바깥을 향해 연장될 수 있다. 도시된 실시예는 애퍼쳐(401)가 반사기 플레이트(302)의 둘레 가장자리까지 연장되지 않고, 오히려 애퍼쳐(401)가 반사기 플레이트(302)에 의해 완전하게 둘러싸이고 정의되는 것을 도시한다.
도 4a의 복사 모듈(201)은 애퍼쳐(401)에 정합된(in registration with) 반사기 플레이트(302)에 결합된다. 복사 모듈(201) 및 반사기 플레이트(302)의 개략적인 부분 평면도를 도시하는 도 4b에 도시된 다른 실시예에서, 애퍼쳐(401)는 반사기 플레이트의 중심(406)으로부터 가장자리까지 반사기 플레이트(302)의 실질적으로 전체 반경을 따라 연장될 수 있다. 본 실시예에서, 애퍼쳐(401)는 섹터를 표현할 수 있으므로, 반사기 플레이트(302)의 둘레는 비연속적일 수 있다.
도 5a - 도 5e는 본 명세서에 설명된 다양한 실시예들에 따른 다양한 반사기 플레이트들의 개략적 평면도들을 도시한다. 일반적으로, 아래에 설명되는 반사기 플레이트들은 기판 회전 능력과 함께 복사 열 소스 및 레이저 소스를 이용하는 급속 열 처리 시스템 내에서 이용될 수 있다. 반사기 플레이트의 애퍼쳐들은 애퍼쳐들을 통해 기판에 노출되는 레이저 복사의 체류 시간(dwell time) 및 전력을 보상하도록 구성될 수 있다. 특정 실시예들에서, 복사 체류 또는 상주(residency) 시간을 보상하기 위해, 중심으로부터 가장자리까지의 점진적인 애퍼쳐 폭(progressive aperture width center to edge)이 이용될 수 있다. 섹터와 유사한 애퍼쳐들을 갖는 실시예들에서, 섹터의 각도 측정치는 약 0.01° 내지 약 20°일 수 있다. 일반적으로, 중심으로부터 가장자리까지의 레이저 복사의 전력 밀도는 일정하거나, 선형적으로 증가하거나, 지수적으로 증가하거나, 이들의 조합일 수 있다.
도 5a는 애퍼쳐(401)를 정의하는 바디(502)를 갖는 반사기 플레이트(302)를 도시한다. 본 실시예에서, 애퍼쳐(401)는 섹터와 유사하지만, 섹터의 원점은 반사기 플레이트(302)의 중심(406)으로부터 오프셋된다. 기판의 중심에서, 회전 기판에 대한 복사 모듈(201)로부터의 레이저 복사의 체류 시간은 무한히 높은 것으로 예상된다. 기판의 중심을 과열하는 것에 대한 잠재적인 문제를 처리하기 위해, 애퍼쳐(401)는 반사기 플레이트(302)의 중심(406)으로부터 오프셋될 수 있다. 기판의 중심이 레이저 복사에 직접 노출되는 것을 피하도록, 애퍼쳐가 반사기 플레이트(302)의 반경보다 약간 작은 거리만큼 연장된다고 가정하면, 기판의 중심은 횡방향 열 확산을 통해 레이저 복사에의 적절한 노출을 수용할 수 있을 것으로 여겨진다. 추가로, 애퍼쳐(401)를 통과하는, 기판의 반경을 따르는 레이저의 전력 밀도들은, 기판 중심으로부터 가장자리까지의 균일한 어닐링 프로파일을 발생시키기 위해, 기판에 도달하기 전에 레이저 복사를 수정하기 위해 이용되는 광학부, 애퍼쳐 형상, 및/또는 레이저 전력에 의해 변조될 수 있다.
도 5b는 애퍼쳐(401)를 정의하는 바디(504)를 갖는 반사기 플레이트(302)를 도시한다. 본 실시예에서, 애퍼쳐(401)는 중심 오프셋과 함께 도 5a에 관련하여 설명된 애퍼쳐(401)와 비슷한 섹터와 유사하지만, 애퍼쳐(401)는 애퍼쳐(401)에 인접하여 실질적으로 원형인 애퍼쳐(506)를 형성하기 위해 반사기 플레이트(302)의 중심(406) 주위에 연장된다. 본 실시예에서, 중심으로부터 기판을 따르는 가장자리까지의 레이저 복사의 전력 밀도는, 원형 애퍼쳐(506)에 의해 노출되는 기판의 중심 영역이 연속적인 노출을 수용하되 반경을 따라 반사기 플레이트(302)의 가장자리를 향하는 다른 영역들에 비교하여 더 적은 밀도로 수용하도록 변조된다. 본 실시예에서, 전력 밀도는 기판의 중심으로부터 기판의 둘레까지 증가하도록 컨투어링될(contoured) 수 있다.
도 5c는 애퍼쳐(401)를 정의하는 바디(508)를 갖는 반사기 플레이트(302)를 도시한다. 이러한 실시예에서, 애퍼쳐(401)는 실질적으로 리본형 또는 직사각형 형상이다. 애퍼쳐(401)는 반사기 플레이트(302)의 중심으로부터 반사기 플레이트의 둘레로 연장될 수 있다. 본 실시예에서, 레이저 복사의 전력 밀도는 기판의 중심으로부터 기판의 가장자리까지 실질적으로 선형적으로 증가하는 컨투어링된 전력 밀도일 수 있다. 여기서는, 체류 시간 차이들을 보상하기 위해 애퍼쳐의 노출 면적을 이용하는 것을 대신하여, 전력 컨투어링이 중심과 가장자리 부근에서의 기판의 영역들 사이의 체류 시간 차이들을 처리할 수 있다.
도 5d는 애퍼쳐(401)를 정의하는 바디(510)를 갖는 반사기 플레이트(302)를 도시한다. 바디(510)는 단일 원반형 구조물(single discoid structure)일 수 있거나, 2개의 개별 플레이트일 수 있는데, 그러한 개별 플레이트들은 그 2개의 플레이트에 의해 정의되는 둘레 상의 하나의 지점에서 결합된다. 다른 실시예에서, 바디(510)는 반사기 플레이트의 직경을 따라 연장될 수 있는 애퍼쳐(401)를 정의하는 2개의 반원형 플레이트일 수 있다. 본 실시예에서, 기판의 반경 또는 직경에 걸친 레이저 복사의 일정한 전력 밀도를 가정하면, 기판의 회전 동안 체류 시간은 최대 및 최소에서 대략 180도 이격될 수 있다. 대안적으로, 기판의 중심은 레이저 복사에 대한 일정한 노출을 경험할 가능성이 있으므로, 전력 밀도는 기판의 중심으로부터 기판의 가장자리까지 증가하도록 컨투어링될 수 있다.
도 5e는 애퍼쳐(401)를 정의하는 바디(512)를 갖는 반사기 플레이트(302)를 도시한다. 이러한 실시예에서, 애퍼쳐(401)는 이중 애퍼쳐이다. 섹터와 유사한 제1 애퍼쳐는 반사기 플레이트(302)의 중심으로부터 연장될 수 있고, 섹터와 유사한 제2 애퍼쳐는 제1 애퍼쳐에 대향하여 반사기 플레이트(302)의 중심으로부터 연장될 수 있다. 바디(512)는 단일 원반형 구조물일 수 있다. 대안적으로, 2개의 플레이트형 구조물은 애퍼쳐들(401)을 정의하도록 구성된 치수들을 갖고서 반사기 플레이트(302)의 중심(406)에서 결합될 수 있다. 반사기 플레이트의 중심(406)으로부터 둘레까지의 애퍼쳐들(401)의 점진적 증가(progressive increase)가 주어지면, 애퍼쳐를 통해 전파되는 레이저 복사의 전력 밀도는 중심으로부터 가장자리까지 실질적으로 일정할 수 있다.
위에서 설명된 실시예들에서, 기판의 영역은 기판의 1회의 완전한 회전에 걸쳐서 레이저 복사에 대한 2회의 노출을 수용할 것이다. 따라서, 기판 회전마다 복수 회의 플래시 어닐링이 달성될 수 있다. 또한, 단일 기판 회전 동안의 복사 노출의 빈도를 증가시키기 위해, 3개의 애퍼쳐, 4개의 애퍼쳐, 또는 5개 이상의 애퍼쳐가 사용될 수 있음이 예상된다. 플래시 온 스파이크 급속 열 프로세스(flash on spike rapid thermal process) 동안의 플래시 어닐링들의 빈도를 증가시키는 것은 그러한 상황들에서의 복사의 낮은 열 확산, 얕은 침투, 및 급속한 소산의 결과로서 기판 변형을 야기하지 않고서 균일성의 목적을 위해 이로울 수 있다.
도 6a는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 배치 기판 지지체(batch substrate support)(600)의 개략적인 단면도를 도시한다. 배치 기판 지지체(600)는 회전 급속 열 프로세스 동안 2개 이상의 기판(140)을 운반하도록 적응된 고리형 링(111)을 포함할 수 있다. 배치 기판 지지체(600)는 복수의 기판(140)을 동시에 열 처리하기 위해, 본 명세서에 설명된 챔버들(100, 300) 내에서 이용될 수 있다. 기판들(140)은 200mm 기판, 300mm 기판, 또는 더 작은 기판들, 예컨대 4인치 기판들일 수 있다.
도 6b는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 도 6a의 배치 기판 지지체(600)의 개략적 평면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 고리형 링(111)은 복수의 기판(140)을 지지하도록 구성된다. 기판들은 챔버(300)와 같은 처리 챔버 내에서 레이저 복사에 노출될 수 있고, 반사기 플레이트(302)는 플래시 어닐링 프로세스들 동안의 복사 노출 균일성을 개선하기 위해 하나 이상의 애퍼쳐(401)를 갖고서 구성될 수 있다.
요약하면, 본 명세서에 설명된 실시예들은 플래시 온 스파이크 어닐링 프로세스들을 위한 장치에 관한 것이다. 레이저 복사 전력 및 체류 시간 변수들은 어닐링 동안 불균일한 가열 프로파일들을 야기할 수 있는 중심 대 가장자리 노출 체류 시간 차이들을 보상하도록 구성된 다양한 애퍼쳐 설계들을 갖는 반사기 플레이트들에 의해 변조될 수 있다. 더욱이, 하나 이상의 애퍼쳐를 갖는 반사기 플레이트와 복사 가열 및 레이저 가열의 조합을 이용하면, 열 소산 시간들이 개선되고 온도들이 증가되는 개선된 플래시 어닐링 프로세스들을 제공할 수 있다. 본 명세서에 설명된 실시예들은 또한 2 이상의 프로세스 동작 사이에 온도 차이가 존재하는 경우에서의 기판 처리 동작들에서 이용될 수 있다. 예를 들어, 퇴적 프로세스들, 퇴적 및 트리트먼트(즉, 도핑) 프로세스들, 및 퇴적 및 에치백 프로세스들은 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 프로세스의 각각의 동작 동안 기판의 온도를 변조하는 데에 있어서의 유용함을 발견할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 설명된 실시예들은 플래시 온 스파이크 어닐링 프로세스들, 및 어닐링 응용들을 넘어서는 다른 기판 처리 동작들에서 유용함을 제공할 것으로 예상된다.
상술한 것은 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 추가의 실시예들은 그것의 기본 범위로부터 벗어나지 않고서 만들어질 수 있으며, 그것의 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.
Claims (15)
- 기판을 처리하기 위한 장치로서,
내부 용적(interior volume)을 정의하는 챔버;
상기 내부 용적 내에 배치된 복사 소스;
상기 내부 용적 내에서 상기 복사 소스에 인접하여 배치된 회전가능한 기판 지지체;
상기 내부 용적 내에서 상기 기판 지지체에 인접하여 배치된 레이저 소스;
상기 내부 용적 내에서 상기 복사 소스와 상기 레이저 소스 사이에 배치된 윈도우; 및
상기 내부 용적 내에서 상기 레이저 소스와 상기 기판 지지체 사이에 배치된 원형 반사기 플레이트
를 포함하고, 상기 원형 반사기 플레이트는 내부에 형성되고 상기 원형 반사기 플레이트의 중심 영역으로부터 상기 원형 반사기 플레이트의 둘레까지 연장되는 하나 이상의 섹터 형상의 애퍼쳐를 갖는, 장치. - 제1항에 있어서, 상기 레이저 소스는 연속파 레이저 소스(continuous wave laser source), 펄스화된 레이저 소스(pulsed laser source), 파이버 레이저 소스(fiber laser source), 및 이들의 조합들 중 하나 이상을 포함하고, 상기 레이저 소스는 병진 메커니즘(translation mechanism)에 결합되는, 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 레이저 소스로부터 방출되는 복사는 상기 챔버 내에서 처리되고 있는 기판의 반경과 유사한(approximate), 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 레이저 소스로부터 방출되는 복사는 기판의 섹터와 유사한, 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 레이저 소스로부터 방출되는 복사는 기판의 중심 영역으로부터 상기 기판의 둘레까지 증가하는 컨투어링된 전력 밀도(contoured power density)를 갖는, 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 레이저 소스로부터 방출되는 복사는 상기 섹터의 원점(origin)으로부터 상기 섹터에 의해 정의되는 호(arc)까지 증가하는 컨투어링된 전력 밀도를 갖는, 장치.
- 기판을 처리하기 위한 장치로서,
내부 용적을 정의하는 챔버;
상기 내부 용적 내에 배치된 복사 소스;
상기 내부 용적 내에서 상기 복사 소스에 인접하여 배치된 회전가능한 기판 지지체;
상기 내부 용적 내에서 상기 기판 지지체에 인접하여 배치된 레이저 소스; 및
상기 내부 용적 내에서 상기 레이저 소스와 상기 기판 지지체 사이에 배치된 반사기 플레이트
를 포함하고, 상기 반사기 플레이트는 내부에 형성된 하나 이상의 애퍼쳐를 갖는, 장치. - 제7항에 있어서, 상기 반사기 플레이트는 실질적으로 원형인, 장치.
- 제8항에 있어서, 상기 하나 이상의 애퍼쳐는 상기 반사기 플레이트의 섹터와 유사한, 장치.
- 제9항에 있어서, 상기 섹터의 각도 측정치(angle measure)는 0.01° 내지 20°인, 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 레이저 소스는 상기 레이저 소스로부터 방출되는 빔이 상기 하나 이상의 애퍼쳐를 통해 전파되도록 상기 하나 이상의 애퍼쳐에 인접하여 위치된, 장치.
- 제11항에 있어서, 상기 레이저 소스로부터 방출되는 레이저 빔은 상기 반사기 플레이트의 반경과 유사한, 장치.
- 제11항에 있어서, 상기 레이저 빔은 상기 반사기 플레이트의 중심 영역으로부터 상기 반사기 플레이트의 둘레까지 증가하는 컨투어링된 전력 밀도를 갖는, 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 반사기 플레이트는 상기 레이저 소스로부터 방출되는 복사의 파장에 불투명한 재료로 형성되는, 장치.
- 기판을 처리하기 위한 장치로서,
내부 용적을 정의하는 챔버;
상기 내부 용적 내에 배치된 램프 복사 소스;
상기 내부 용적 내에서 상기 램프 복사 소스에 인접하여 배치된 회전가능한 기판 지지체 - 상기 회전가능한 기판 지지체는 복수의 기판을 지지하는 크기를 가짐 - ;
상기 내부 용적 내에서 상기 기판 지지체에 인접하여 배치된 레이저 소스;
상기 내부 용적 내에서 상기 램프 복사 소스와 상기 레이저 소스 사이에 배치된 윈도우; 및
상기 내부 용적 내에서 상기 레이저 소스와 상기 윈도우 사이에 배치된 원형 반사기 플레이트
를 포함하고, 상기 원형 반사기 플레이트는 내부에 형성된 하나 이상의 섹터 형상의 애퍼쳐를 갖는, 장치.
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