KR102535623B1 - 고온계 배경 제거 - Google Patents

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KR102535623B1
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Abstract

본 명세서에 개시된 실시예들은 기판을 처리하기 위한 RTP 시스템을 제공한다. RTP 챔버는 처리 용적 내에 배치된 기판에 복사를 전달하도록 구성된 복사 소스를 갖는다. 하나 이상의 고온계가 복사 소스에 대향하여 챔버 바디에 연결된다. 일례에서, 복사 소스는 기판 아래에 배치되고, 고온계들은 기판 위에 배치된다. 다른 예에서, 복사 소스는 기판 위에 배치되고, 고온계들은 기판 아래에 배치된다. 기판은 기판 지지체와 기판 사이의 물리적 접촉을 감소시키도록 구성된 다양한 방식으로 지지될 수 있다. 에지 링 및 쉴드가 처리 용적 내에 배치되고, 배경 복사가 고온계들과 간섭하는 것을 감소시키거나 제거하도록 구성된다. 부가적으로, 배경 복사 간섭을 추가로 감소시키기 위해 흡수성 표면이 챔버 바디에 연결될 수 있다.

Description

고온계 배경 제거{PYROMETER BACKGROUND ELIMINATION}
본 명세서에 설명된 실시예들은 일반적으로 기판들의 열 처리에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 명세서에 제공된 실시예들은 고온계 배경 제거를 위한 장치에 관한 것이다.
다수의 응용은 반도체 및 다른 재료들의 열 처리를 수반하며, 이는 열 처리되고 있는 재료들의 온도의 정밀한 측정 및 제어를 요구한다. 예를 들어, 반도체 기판의 처리는 넓은 온도 범위에 걸친 온도의 정밀한 측정 및 제어를 요구한다. 그러한 처리의 일례는 급속 열 처리(rapid thermal processing)(RTP)이며, 이는 급속 열 어닐링(rapid thermal annealing)(RTA), 급속 열 세정(rapid thermal cleaning)(RTC), 급속 열 화학 기상 증착(rapid thermal chemical vapor deposition)(RTCVD), 급속 열 산화(rapid thermal oxidation)(RTO), 및 급속 열 질화(rapid thermal nitridation)(RTN)를 포함하는, 다수의 제조 프로세스를 위해 이용된다.
기판의 표면에 걸친 온도 균일성은 열 처리에 있어서 중요하다. 예를 들어, 열 처리 결과를 개선하기 위해서는 기판의 표면에 걸쳐 약 3℃ 미만의 온도 편차를 갖는 것이 바람직하다. RTP 프로세스들에서 기판을 지지하는 종래의 기판 지지체들은 일반적으로 기판의 둘레 주위에서 기판에 접촉한다. 기판 지지체와 기판 사이의 접촉은 기판 에지 부근의 온도 불균일성을 생성할 수 있다. 기판 지지체와 기판 사이의 물리적 접촉과 연관된 온도 불균일성을 극복하기 위해, 지지체와 기판 사이의 접촉을 최소화하는 다양한 다른 방법들이 이용될 수 있다. 그러나, 이러한 방법들은 과잉 배경 복사가 기판을 넘어 전파되는 것을 허용한다. 과잉 복사는 온도 계측 디바이스들과 간섭할 수 있고, 기판의 온도 측정을 왜곡할 수 있다.
따라서, 본 기술분야에서는, 최소한의 물리적 접촉으로 기판을 지지하고, RTP 시스템의 온도 측정을 개선하기 위해 배경 복사를 감소시키거나 제거하기 위한 장치가 필요하다.
일 실시예에서, 배경 복사를 감소시키기 위한 장치가 제공된다. 이 장치는 처리 용적(processing volume)을 정의하는 챔버 바디를 포함하고, 복사 소스가 챔버 바디에 연결될 수 있다. 하나 이상의 고온계가 복사 소스에 대향하여 챔버 바디에 연결될 수 있다. 지지 링이 처리 용적 내에 배치될 수 있고, 에지 링이 지지 링 상에 배치될 수 있다. 복사 쉴드가 에지 링 위에 배치될 수 있고, 복사 쉴드의 내측 직경은 에지 링의 기판 지지 부재 위에서 방사상 내측으로 연장될 수 있다.
다른 실시예에서, 배경 복사를 감소시키기 위한 장치가 제공된다. 이 장치는 처리 용적을 정의하는 챔버 바디를 포함하고, 복사 소스가 챔버 바디에 연결될 수 있다. 윈도우가 처리 용적을 복사 소스로부터 분리시킬 수 있고, 복사 소스는 윈도우 아래에서 챔버 바디에 연결될 수 있다. 하나 이상의 고온계가 복사 소스에 대향하여 챔버 바디에 연결될 수 있다. 지지 링이 처리 용적 내에 배치될 수 있고, 에지 링이 지지 링 상에 배치될 수 있다. 복사 쉴드가 에지 링 위에 배치될 수 있고, 복사 쉴드의 내측 직경은 에지 링의 기판 지지 부재 위에서 방사상 내측으로 연장될 수 있다. 고온계들이 챔버 바디에 연결되는 영역에 인접하여 챔버 바디 상에 흡수성 코팅이 배치될 수 있고, 흡수성 코팅은 원하는 파장 내의 복사를 흡수 또는 반사하도록 선택된 유전체 재료를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 배경 복사를 감소시키기 위한 장치가 제공된다. 이 장치는 처리 용적을 정의하는 챔버 바디, 및 챔버 바디에 연결된 복사 소스를 포함한다. 윈도우가 처리 용적을 복사 소스로부터 분리시킬 수 있고, 복사 소스는 윈도우 위에서 챔버 바디에 연결될 수 있다. 하나 이상의 고온계가 복사 소스에 대향하여 챔버 바디에 연결될 수 있다. 지지 링이 처리 용적 내에 배치될 수 있고, 에지 링이 지지 링 상에 배치될 수 있다. 고온계들이 챔버 바디에 연결되는 영역에 인접하여 챔버 바디의 하부 상에 흡수성 코팅이 배치될 수 있다.
위에서 언급된 본 개시물의 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록, 위에 간략하게 요약된 본 개시물의 더 구체적인 설명은 실시예들을 참조할 수 있으며, 그들 중 일부는 첨부 도면들에 도시되어 있다. 그러나, 본 개시물은 동등한 효과의 다른 실시예들을 허용할 수 있으므로, 첨부 도면들은 본 개시물의 전형적인 실시예들만을 도시하며, 따라서 그것의 범위를 제한하는 것으로 고려되어서는 안 된다는 점에 유의해야 한다.
도 1은 열 처리 챔버를 개략적으로 도시한다.
도 2는 내부에 배치된 복사 쉴드 및 흡수성 표면을 갖는 열 처리 챔버의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 3은 복사 쉴드가 제거된 기판 및 리프트 핀들을 도시하는 도 2의 개략적인 평면도이다.
도 4a는 배경 복사 전파 경로들을 도시하는 열 처리 챔버의 개략적인 부분 단면도이다.
도 4b는 도 2의 열 처리 챔버의 개략적인 부분 단면도를 도시한다.
도 5는 내부에 배치된 복사 쉴드 및 흡수성 표면을 갖는 열 처리 챔버의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 6은 도 5의 열 처리 챔버의 개략적인 부분 단면도를 도시한다.
도 7은 복사 쉴드가 제거된, 에지 링에 의해 지지되는 기판 및 리프트 핀들을 도시하는 도 5의 개략적인 평면도이다.
도 8은 열 처리 챔버의 개략적인 부분 단면도를 도시한다.
도 9는 복사 쉴드가 제거된 기판 및 기판 지지체들을 도시하는 도 8의 개략적인 하부도이다.
도 10은 열 처리 챔버를 개략적으로 도시한다.
도 11은 내부에 배치된 에지 링 및 흡수성 표면을 갖는 열 처리 챔버의 개략적인 단면도를 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 유리하게 포함될 수 있다고 고려된다.
본 명세서에 개시된 실시예들은 기판을 처리하기 위한 RTP 시스템을 제공한다. RTP 챔버는 처리 용적 내에 배치된 기판에 복사를 전달하도록 구성된 복사 소스를 갖는다. 하나 이상의 고온계가 복사 소스에 대향하여 챔버 바디에 연결된다. 일례에서, 복사 소스는 기판 아래에 배치되고, 고온계들은 기판 위에 배치된다. 다른 예에서, 복사 소스는 기판 위에 배치되고, 고온계들은 기판 아래에 배치된다. 기판은 기판 지지체와 기판 사이의 물리적 접촉을 감소시키도록 구성된 다양한 방식으로 지지될 수 있다. 에지 링 및 쉴드가 처리 용적 내에 배치되고, 배경 복사가 고온계들과 간섭하는 것을 감소시키거나 제거하도록 구성된다. 부가적으로, 배경 복사 간섭을 추가로 감소시키기 위해 흡수성 표면이 챔버 바디에 연결될 수 있다.
도 1은 캘리포니아주 산타 클라라에 있는 Applied Materials, Inc.로부터 입수가능한 VULCAN RTP 챔버와 같은 처리 챔버를 개략적으로 도시한다. 가열 장치(124)가 윈도우(120) 아래에서 챔버(100)에 연결되고, 열 처리 동안 기판(112)을 가열하도록 구성된다. 가열 장치는 반사기들(127)에 의해 분리될 수 있는 복수의 램프(126)를 포함한다. 램프들(126)은 약 800℃ 내지 약 1200℃ 이상의 온도로 기판(112)을 급속 가열하도록 구성된다. 반사기들(127)은 기판(112)을 향하여 복사를 집중시키도록 구성된 장치를 포함한다. 예를 들어, 반사기들(127)은 내부에 램프(126)가 배치된 공동을 형성할 수 있다.
석영과 같은 투명 재료를 포함하는 윈도우(120)는 가열 장치(124)를 챔버(100)의 처리 영역(118)으로부터 분리한다. 열 처리될 기판(112)은 기판의 주변부에서 에지 링(164)에 의해 지지된다. 에지 링(164)은 지지 링(130)에 의해 지지되고, 지지 링(130)에 연결된다. 에지 링(164)은 열 처리와 연관되는 상승된 온도들을 견딜 수 있는, 실리콘 탄화물 등과 같은 재료로 형성된다. 도시되지는 않았지만, 리프트 핀들이 가열 장치(124) 및 윈도우(120)를 통하여 연장되어, 챔버(100) 안팎으로의 기판(112)의 이송 동안 기판(112)을 에지 링(164)으로부터 들어올린다. 처리 동안, 리프트 핀들은 에지 링(164) 아래로 물러나서 기판(112)과 접촉하지 않게 된다.
자기 부상 시스템(105)이 또한 제공된다. 자기 부상 시스템은 처리 동안 지지 링(130), 에지 링(164), 및 기판(112)을 회전시키도록 구성된다. 예를 들어, 자기 부상 시스템은 기판(112)을 지지하고 있는 에지 링(164)과 지지 링(130)을 윈도우(120) 위로 상승시키고, 상승된 컴포넌트들이 중심 축(134) 주위에서 회전하게 한다. 특정 실시예들에서, 지지 링(130)은 윈도우(120)의 방사상 외부에 배치될 수 있다.
하나 이상의 고온계(140)가 챔버 천장(128)을 통해 챔버(100)에 연결된다. 광 파이프들과 같은 하나 이상의 복사 수집 장치(142)가 천장(128)을 통해 연장되고, 기판(112)의 온도를 측정하기 위해 기판(112)을 향하여 지향된다. 복사 수집 장치들(142)은 고온계들(140)에 연결되고, 그러한 고온계들은 제어기(144)에 또한 연결된다. 제어기(144)는 고온계들(140)의 출력들을 수신하고, 그에 따라 가열 장치(124)에 공급되는 전압들을 제어한다. 고온계들(140)은 일반적으로 약 700nm 내지 약 1000nm의 범위에서 약 30 또는 40nm의 좁은 파장 대역폭의 광 강도를 측정한다. 제어기(144)는 해당 온도로 유지되는 흑체로부터 복사되는 광 강도의 스펙트럼 분포의 플랑크 분포를 통해 광 강도를 온도로 변환한다. 이러한 방식으로, 열 처리 동안 기판(112)의 온도가 모니터링될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따라 내부에 배치된 복사 쉴드(202) 및 흡수성 표면(250)을 갖는 열 처리 챔버(200)의 개략적인 단면도를 도시한다. 에지 링(264)은 도 1과 관련하여 위에서 설명된 바와 같이 지지 링(230) 상에 놓이고, 에지 링(264)은 기판(112)을 지지하도록 구성된다. 기판(112) 아래에 배치되는 에지 링(264)의 부분(265)으로부터 복수의 돌출부(208)가 연장된다. 예를 들어, 3개 또는 4개의 돌출부(208), 예컨대 핀들 또는 기둥들이 기판(112)의 하부 표면 상의 이산 위치들에서 기판(112)에 접촉하여 기판을 지지한다. 기판(112)과 돌출부들(208) 사이의 최소한의 물리적 접촉은, 기판(112)의 전체 둘레 주위에서 기판(112)을 지지하는 전통적인 에지 링들과 비교할 때, 기판(112)의 표면에 걸친 열 불연속성을 감소시키는 것으로 생각된다. 돌출부들(208)은, 에지 링(264)이 열 처리 동안 기판(112)의 온도 균일성에 부정적으로 영향을 미치는 히트 싱크의 역할을 하는 것을 실질적으로 방지한다.
에지 링(264)은 실질적으로 불투명한 재료로 이루어지고, 따라서 에지 링(264)을 통한 광의 투과를 방지한다. 그러나, 돌출부들(208)은 기판(112)을 에지 링(264)으로부터 분리시키므로, 광은 기판(112)과 에지 링(264) 사이의 공간을 통해 하나 이상의 고온계(240)를 향하여 전파될 수 있다. 이러한 스트레이 복사(stray radiation) 또는 배경 복사는 기판(112)의 온도를 측정하도록 구성되는 고온계들(240)의 온도 측정에 악영향을 미친다.
배경 복사를 방지하거나 감소시키기 위해, 복사 쉴드(202)가 챔버(200) 내에 배치된다. 복사 쉴드(202)는 실질적으로 링형이고, 실리콘 탄화물 등과 같은 열적으로 안정적인 불투명한 재료로 이루어진다. 열 처리 동안, 복사 쉴드(202)는 에지 링(264)에 의해 지지되고, 복사 쉴드(202)의 적어도 일부는 기판(112)의 상부 표면 위에 배치된다. 복사 쉴드(202)는 기판(112)의 직경보다 작은 내측 직경(203)을 갖는다. 따라서, 복사 쉴드(202)는 기판(112)의 외측 부분에 걸쳐 그리고 외측 부분 위에서 연장된다.
제1의 복수의 리프트 핀(204)이 복사 쉴드(202)에 접촉하고 복사 쉴드(202)를 에지 링(264)으로부터 상승시키도록 구성된다. 리프트 핀들(204)은 리프트 핀들(204)을 수용하는 크기의 에지 링(264)의 하나 이상의 보이드(210)를 통해 연장된다. 도시되지는 않았지만, 리프트 핀들(204)은 윈도우(120) 및 가열 장치(124)를 통해 연장되고, 리프트 핀들(204)을 수직 경로를 따라 위아래로 이동시키도록 구성되는 액츄에이터에 연결된다. 제2의 복수의 리프트 핀(206)이 또한 챔버(200) 내에 제공된다. 리프트 핀들(206)은 처리 동안 기판(112)에 맞물려서 기판(112)을 지지하도록 구성된다. 리프트 핀들(206)은 또한 처리 용적(118)으로부터의 기판의 출입을 수용하기 위해 기판(112)을 상승 및 하강시키도록 구성된다.
동작 시에, 제1의 복수의 리프트 핀(204)은, 기판(112)이 챔버(200) 내로 이송되고 있는 동안, 복사 쉴드(202)에 맞물리고, 복사 쉴드를 기판(112)에 의해 점유되는 평면 위로 상승시키고 그러한 평면으로부터 떨어뜨린다. 제2의 복수의 리프트 핀(206)은 로봇 블레이드(도시되지 않음)로부터 기판(112)을 받아들이기 위해 상승된 배향으로 위치된다. 기판(112)이 리프트 핀들(206)에 의해 맞물려진 후, 로봇 블레이드는 챔버(200)로부터 제거되고, 리프트 핀들(206)은 물러나서 기판(112)을 돌출부들(208)과 접촉하는 처리 위치로 하강시킨다. 후속하여, 리프트 핀들(204)은 복사 쉴드(202)를 에지 링(264)과 접촉하도록 하강시키고, 그에 의해 복사 쉴드(202)는 에지 링(264) 상에 놓인다. 다음으로, 리프트 핀들(204)은, 지지 링(230), 에지 링(264) 및 복사 쉴드(202)가 자기 부상 시스템(도시되지 않음)에 의해 회전되는 것을 가능하게 하기 위해 보이드들(210)을 통해 에지 링(264) 아래의 위치까지 계속하여 물러난다.
챔버(200)의 천장(228)은 천장 상에 배치된 흡수성 표면(250)을 갖는다. 흡수성 표면(250)은 배경 복사를 흡수하고, 스트레이 배경 복사가 고온계들(240)에 도달하는 것을 방지하거나 감소시키도록 구성된다. 일 실시예에서, 고온계들(240) 및 복사 수집 장치들(242)은 챔버(200)의 중심 영역 부근에 배치된다. 다른 실시예에서, 고온계들(240) 및 복사 수집 장치들(242)은 기판(112)의 중심 영역 위에 있는 영역에서 챔버(200) 내에 배치된다. 흡수성 표면(250)은 원하는 파장 내의 복사를 흡수하도록 구성된 다양한 재료들을 포함하는 유전체 코팅일 수 있다. 일 실시예에서, 흡수성 표면(250)은 텍스쳐링 또는 엠보싱된다. 스트레이 배경 복사를 흡수하는 것에 더하여, 흡수성 표면(250)의 토포그래피는 배경 복사를 고온계들(240)로부터 멀리 지향시키도록 구성된다. 예를 들어, 흡수성 표면(250)의 피쳐는 흡수되지 않은 스트레이 배경 복사를 고온계들(240)로부터 멀리 챔버(200)의 벽들을 향하여 방사상 외측으로 반사시킬 수 있다.
고온계들(240) 및 복사 수집 장치들(242)의 방사상 외측에 있는 천장(228)의 내부 표면(229)은 흡수성 표면(250)으로 코팅될 수 있다. 그러나, 복사 수집 장치들(242)이 천장(228)을 통해 연장되는 위치들 사이에 있는 챔버 천장(228)의 부분들(227)은, 고온계들(240)에 의한 기판(112) 온도의 측정 오류를 방지하기 위해 흡수성 표면(250)으로 코팅되지 않는다. 흡수성 표면(250)은 부분들(227)의 방사상 외부에서 전체 내부 표면(229)에 걸쳐 배치될 수 있거나, 또는 내부 표면(229)의 일부 상에만 배치될 수 있다. 예를 들어, 흡수성 표면(250)은 스트레이 배경 복사의 대부분이 천장(228)에 접촉하는 위치들에서 내부 표면(229) 상에 배치될 수 있다.
흡수성 표면(250)과 함께 복사 쉴드(202)를 이용하면, 스트레이 배경 복사가 고온계들에 도달하는 것이 실질적으로 감소되거나 제거될 수 있다고 생각된다. 결과적으로, 고온계들(240)에 의한 기판(112)의 온도 측정은 강화될 수 있고, 더 정확한 온도 측정이 달성될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른, 복사 쉴드(202)가 제거된 기판(112) 및 리프트 핀들(204)을 도시하는 도 2의 개략적인 평면도이다. 복사 쉴드(202)(도시되지 않음)에 맞물리도록 구성되는 리프트 핀들(204)은, 기판(112)이 챔버(200) 안팎으로의 방해없는 경로(unobstructed path)를 갖도록 하는 구성으로 배치된다. 예를 들어, 리프트 핀들(204)은 기판(112)의 외측 직경을 넘어 그리고 기판(112)의 이동 경로(파선 및 화살표에 의해 표시됨) 외부에 배치된다. 이러한 방식으로, 복사 쉴드(202)는 기판(112)의 이동의 평면 위로 상승되고, 기판(112)은 로봇 블레이드(도시되지 않음)에 의해 기판(112)이 리프트 핀들(206)(도시되지 않음)에 의해 맞물리는 곳에 위치될 수 있다.
도 4a는 일 실시예에 따른 도 2의 열 처리 챔버(200)의 개략적인 부분 단면도이다. 기판(112)의 에지 주위에 그리고 고온계들(240)을 향하여 전파되는 가열 장치(124)로부터의 스트레이 배경 복사는 다양한 전파 경로들(475)을 따라 전파될 수 있다. 도시된 바와 같이, 전파 경로들(475)은 기판(112)의 후면, 에지 링(264), 복사 쉴드(202), 및 흡수성 표면(250)으로부터 반사될 수 있다. 따라서, 배경 복사 전파 경로들(475)은 복사 쉴드(202)와 흡수성 표면(250)의 존재 및 위치에 의해 변경된다.
예를 들어, 전파 경로 A를 따라 이동하는 복사는 흡수성 표면(250)에 의해 흡수되거나 고온계들(240)로부터 멀리 반사될 수 있다. 흡수성 표면(250)에 의해 고온계들(240)로부터 멀리 반사되거나 흡수되지 않은 임의의 복사는 전파 경로 B를 따라 이동한다. 이러한 경로를 따라, 복사는 기판(112)의 상부 표면을 향하여 다시 지향되고, 다음으로 고온계들(240)로 상향 반사될 수 있다. 고온계들(240)이 시야를 감소시키기 위한 광학 시스템을 포함하고, 기판(112)에 대한 고온계들(240)의 최소 시야각(490)이 약 25° 내지 약 50°, 예컨대 약 30° 미만이라고 가정하면, 고온계들(240)에 의해 측정되는 스트레이 배경 복사는 실질적으로 감소될 수 있다.
도 4b는 일 실시예에 따른 도 2의 열 처리 챔버(200)의 개략적인 부분 단면도이다. 앞에서 논의된 바와 같이, 배경 복사 전파 경로들은 배경 복사의 입사가 고온계들(240)에 의해 검출되는 것을 감소시키도록 복사 쉴드(202) 및 흡수성 표면(250)에 의해 변경된다. 챔버(200)의 다양한 컴포넌트들 간의 관계들은 일반적으로 배경 복사의 전파 경로들을 결정하는 것에 대해 책임이 있다.
일 실시예에서, 복사 쉴드(202)는 기판(112)의 에지 위에서 측방향으로 내측으로 제1 거리(406)만큼 연장된다. 복사 쉴드(202)의 내측 표면(201)으로부터, 복사 수집 장치들(242)이 배치되는 천장(228) 상의 위치까지 측정되는 제2 거리(404)는 제1 거리(406)보다 크다. 흡수성 표면(250)은 천장(228)의 내부 표면(229) 상에서 전체 거리(404)에 걸쳐 또는 그 일부에 걸쳐 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 복사 쉴드(202)는 기판(112) 위에서 제3 거리(402)에 배치된다. 천장(228)의 내부 표면(229)으로부터 처리 위치에 있는 기판(112)까지 측정되는 제4 거리(408)는 제3 거리(402)보다 크다. 복사 쉴드(202), 천장(228), 복사 수집 장치들(242) 및 고온계들(240)과 기판(112) 사이의 공간 관계들은 고온계들(240)에 의해 측정되는 스트레이 배경 복사의 감소 또는 제거를 제공한다.
도 5는 일 실시예에 따른, 내부에 배치된 복사 쉴드(504) 및 흡수성 표면(250)을 갖는 열 처리 챔버(200)의 개략적인 단면도이다. 챔버(200) 및 챔버 내부에 배치된 컴포넌트들은 도 2와 관련하여 설명된 챔버(200) 및 컴포넌트들과 실질적으로 유사하다. 그러나, 복사 쉴드(504)는 제3의 복수의 리프트 핀(502)에 연결되어 그러한 리프트 핀들에 의해 지지된다. 리프트 핀들(502)은 도 2 및 도 3과 관련하여 설명된 리프트 핀들(204)과 유사하게 구성되고 기능하지만, 본 실시예에서, 리프트 핀들(502)은 지지 링(230) 및 에지 링(564)의 방사상 외측에 배치된다. 복사 쉴드(504)의 내측 직경(203)이 도 2와 관련하여 설명된 내측 직경(203)과 동일하도록, 복사 쉴드(504)는 리프트 핀들(502)로부터 기판(112) 위에서 방사상 내측으로 연장된다.
도 6은 일 실시예에 따른 도 5의 열 처리 챔버(200)의 개략적인 부분 단면도이다. 거리들(402, 404, 406 및 408)은 도 4b와 유사하고 그와 관련하여 더 상세하게 설명되어 있다. 여기서, 리프트 핀들(502)은 에지 링(564)을 통해 배치되지 않고, 이는 에지 링(564)의 제조 복잡성, 및 리프트 핀들(204)이 에지 링(564)을 통해 연장될 필요성을 감소시킨다. 예를 들어, 에지 링(564)은 리프트 핀들의 통과를 허용하기 위해 에지 링을 관통하여 형성된 보이드들을 갖지 않고, 이는 배경 복사의 전파가 기판(112)에 도달하는 것을 에지 링(564)이 더 효과적으로 방지하는 것을 허용한다.
도 7은 일 실시예에 따른, 복사 쉴드(504)가 제거된, 리프트 핀들(502) 및 에지 링(564)에 의해 지지되는 기판(112)을 도시하는 도 5의 개략적인 평면도이다. 예시된 바와 같이, 기판(112)은 에지 링(564)의 돌출부들(208)(도시되지 않음)에 의해 지지된다. 복사 쉴드(504)(도시되지 않음)에 맞물리도록 구성되는 리프트 핀들(502)은, 기판(112)이 챔버(200) 안팎으로의 방해없는 경로를 갖도록 하는 구성으로 배치된다. 예를 들어, 리프트 핀들(502)은 에지 링(564)의 외측 직경을 넘어 그리고 기판(112)의 이동 경로(파선 및 화살표에 의해 표시됨) 외부에 배치된다. 이러한 방식으로, 복사 쉴드(504)는 기판(112)의 이동의 평면 위로 상승되고, 기판(112)은 로봇 블레이드(도시되지 않음)에 의해 기판(112)이 리프트 핀들(206)(도시되지 않음)에 의해 맞물리는 곳에 위치될 수 있다. 본 실시예에서, 리프트 핀들(502)은 에지 링(564)의 방사상 외측에 배치된다.
도 8은 일 실시예에 따른 열 처리 챔버(200)의 개략적인 부분 단면도이다. 본 실시예에서, 복사 쉴드(202)의 지지체들(802)은 에지 링(864)을 대신하여 기판(112)을 지지한다. 지지 링(230)에 의해 지지되는 에지 링(864)은 복사 쉴드(202)를 지지한다. 지지체들(802)은 복사 쉴드(202)에 연결되고, 복사 쉴드(202) 아래로 연장된다. 지지체들(802)은 복사 쉴드(202)로부터 하향 연장되는 제1 부재(804), 제1 부재(804)로부터 실질적으로 수평으로 연장되는 제2 부재(806), 및 하나 이상의 돌출부(808)를 포함한다. 지지체들(802)은 복사 쉴드(202)에 연결된 별개의 장치일 수 있거나, 또는 복사 쉴드(202)를 갖는 단일 바디의 일체형 부분일 수 있다. 지지체들(802)은 복사 쉴드(202)와 동일한 재료를 포함할 수 있고, 이 재료는 실리콘 탄화물과 같이 열 처리 조건들을 견딜 수 있는 재료이다. 일 실시예에서, 지지체들(802)은 석영과 같은 투명 재료일 수 있고, 이것은 가열 장치(124)로부터의 복사의 쉐도잉을 방지하여, 처리 동안 기판(112) 상에 냉점들(cold spots)이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
일 실시예에서, 기판(112)을 지지하기 위해 3개의 지지체(802)가 이용될 수 있다. 제1 부재(804)는 복사 쉴드(202)로부터, 기판이 처리 위치에 있을 때 기판(112)의 둘레로부터 방사상 외측에 있는 위치에서부터 연장된다. 제2 부재(806)는, 기판(112)이 처리 위치에 있을 때 제2 부재(806)의 적어도 일부가 기판(112) 아래에 배치되도록 제1 부재(804)로부터 연장된다. 돌출부들(808)은 제2 부재(806)로부터 연장되고 기판(112)에 접촉한다. 본 예에서, 기판(112)과 지지체들(802) 사이의 물리적 접촉을 최소화하기 위해 돌출부들(808)만이 기판(112)에 접촉한다.
제1의 복수의 리프트 핀(204)은 도 2와 관련하여 설명된 바와 같이 기능한다. 지지체들(802)을 이용함으로써, 지지체들(802)이 복사 쉴드(202)에 연결되므로, 기판(112)을 지지하기 위한 리프트 핀들은 필요하지 않다. 제1 부재(804), 제2 부재(806) 및 돌출부들(808) 간의 간격 및 관계는 기판(112)을 돌출부들(808)로부터 분리시키기 위한 어떠한 부가적인 장치들도 이용하지 않고서 로봇 블레이드가 기판(112)을 배치 및 회수하는 것을 허용하도록 구성된다고 고려된다. 따라서, 기판(112)을 위한 리프트 핀들은 필요하지 않고, 이는 챔버(200)의 복잡성을 감소시킨다. 또한, 기판(112)을 지지하는 방식은 상이하지만, 거리들(402, 404, 406 및 408)은 도 4b 및 도 6과 관련하여 설명된 것들과 유사하다.
도 9는 일 실시예에 따른, 복사 쉴드(202)가 제거된 기판(112) 및 지지체들(802)을 도시하는 도 8에 도시된 실시예들의 개략적인 하부도이다. 도시된 바와 같이, 기판(112)은 지지체들(802)에 의해 지지된다. 제1 부재(804)는 (페이지 내로) 수직으로 연장되고, 제2 부재(806)는 제1 부재(804)로부터 수평으로 연장된다. 각각의 지지체(802)의 제1 부재는 기판(112)의 이동 경로(파선 및 화살표에 의해 표시됨)를 넘어 배치된다. 지지체들(802) 각각의 제2 부재(806)는 제2 부재(806)로부터 연장되는 돌출부들(808)(도시되지 않음) 상에 기판(112)이 놓이는 것을 허용하기 위해 기판(112)의 직경 내부의 위치까지 연장된다. 기판(112)은 제2 부재(806) 위에서 이동하고 로봇 블레이드에 의해 제2 부재(806)의 돌출부들(808) 상으로 하강되며, 다음으로 로봇 블레이드는 기판(112) 이동 경로를 따라 물러난다. 도시되지는 않았지만, 복사 쉴드(202)는, 기판(112)을 위치시키고 이동시키는 동안 로봇 블레이드 및 기판(112)이 방해받지 않도록 구성되는 거리만큼 제2 부재(806)로부터 이격된다.
도 10은 캘리포니아주 산타 클라라에 있는 Applied Materials, Inc.로부터 입수가능한 RADIANCE® RTP 챔버와 같은 처리 챔버(1100)를 개략적으로 도시한다. 가열 장치(124)가 윈도우(120) 위에서 챔버(1100)에 연결되고, 열 처리 동안 기판(112)을 가열하도록 구성된다. 가열 장치(124)는 반사기들(127)에 의해 분리될 수 있는 복수의 램프(126)를 포함한다. 램프들(126)은 약 800℃ 내지 약 1200℃ 이상의 온도로 기판(112)을 급속 가열하도록 구성된다. 반사기들(127)은 기판(112)을 향하여 복사를 집중시키도록 구성된 장치를 포함한다. 예를 들어, 반사기들(127)은 내부에 램프(126)가 배치되는 공동을 형성할 수 있다.
석영과 같은 투명 재료를 포함하는 윈도우(120)는 가열 장치(124)를 챔버(1100)의 처리 영역(118)으로부터 분리한다. 열 처리될 기판(112)은 기판의 주변부에서 에지 링(1064)에 의해 지지된다. 에지 링(1064)은 지지 링(1030)에 의해 지지되고, 지지 링(1030)에 연결된다. 에지 링(1064)은 열 처리와 연관되는 상승된 온도들을 견딜 수 있는 실리콘 탄화물 등과 같은 재료로 형성된다. 도시되지는 않았지만, 리프트 핀들은 챔버(1100)의 하부(1017)를 통하여 연장되어, 기판(112)을 챔버(1100) 안팎으로 이송하는 동안 기판(112)을 에지 링(1064)으로부터 들어올린다. 처리 동안, 리프트 핀들은 에지 링(1064) 아래로 물러나서 기판(112)과 접촉하지 않게 된다.
자기 부상 시스템(105)이 또한 제공된다. 자기 부상 시스템(105)은 처리 동안 지지 링(1030), 에지 링(1064), 및 기판(112)을 회전시키도록 구성된다. 예를 들어, 자기 부상 시스템(105)은 기판(112)을 지지하고 있는 에지 링(1064)과 지지 링(1030)을 처리 용적(118) 내에서 상승시키고, 상승된 컴포넌트들이 중심 축(134) 주위에서 회전하게 한다. 특정 실시예들에서, 지지 링(1030)은 윈도우(120)의 방사상 외부에 배치될 수 있다.
하나 이상의 고온계(1040)가 챔버 하부(1017)를 통해 챔버(1100)에 연결된다. 광 파이프들과 같은 하나 이상의 복사 수집 장치(1042)가 챔버 하부(1017)를 통해 연장되고, 기판(112)의 온도를 측정하기 위해 기판(112)을 향하여 지향된다. 복사 수집 장치들(1042)은 고온계들(1040)에 연결되고, 그러한 고온계들은 제어기(1044)에 또한 연결된다. 제어기(1044)는 고온계들(1040)의 출력들을 수신하고, 그에 따라 가열 장치(124)에 공급되는 전압들을 제어한다. 고온계들(1040)은 일반적으로 약 700nm 내지 약 1000nm의 범위에서 약 30 또는 40nm의 좁은 파장 대역폭의 광 강도를 측정한다. 제어기(1044)는 해당 온도로 유지되는 흑체로부터 복사되는 광 강도의 스펙트럼 분포의 플랑크 분포를 통해 광 강도를 온도로 변환한다. 이러한 방식으로, 열 처리 동안 기판(112)의 온도가 모니터링될 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른, 내부에 배치된 에지 링(1164) 및 흡수성 표면(250)을 갖는 열 처리 챔버(1110)의 개략적인 단면도이다. 에지 링(1164)은 위에서 설명된 바와 같이 지지 링(1130) 상에 놓이고, 에지 링(1164)은 기판(112)을 지지하도록 구성된다. 기판(112) 아래에 배치되는 에지 링(1164)의 부분(1165)으로부터 복수의 돌출부(208)가 연장된다. 예를 들어, 3개 또는 4개의 돌출부(208), 예컨대 핀들 또는 기둥들이 기판(112)의 하부 표면 상의 이산 위치들에서 기판(112)에 접촉하여 기판을 지지한다. 기판(112)과 돌출부들(208) 사이의 최소한의 물리적 접촉은, 기판(112)의 전체 둘레 주위에서 기판(112)을 지지하는 전통적인 에지 링들과 비교할 때 기판(112)의 표면에 걸친 열 불연속성을 감소시키는 것으로 생각된다. 돌출부들(208)은 에지 링(1164)이 열 처리 동안 기판(112)의 온도 균일성에 부정적으로 영향을 미치는 히트 싱크의 역할을 하는 것을 실질적으로 방지한다.
에지 링(1164)은 실질적으로 불투명한 재료로 이루어지고, 따라서 에지 링(1164)을 통한 광의 투과를 방지한다. 그러나, 돌출부들(208)은 기판(112)을 에지 링(1164)으로부터 분리시키므로, 광은 기판(112)과 에지 링(1164) 사이의 공간을 통해 고온계들(1140)을 향하여 전파될 수 있다. 이러한 스트레이 복사 또는 배경 복사는 기판(112)의 온도를 측정하도록 구성되는 고온계들의 온도 측정에 악영향을 미친다.
복수의 리프트 핀(206)이 챔버(1110) 내에 제공된다. 리프트 핀들(206)은 처리 동안 기판(112)에 맞물려서 기판(112)을 지지하도록 구성된다. 리프트 핀들(206)은 또한 처리 위치로부터의 기판(112)의 출입을 수용하기 위해 기판(112)을 상승 및 하강시키도록 구성된다. 동작 시에, 복수의 리프트 핀(206)은 로봇 블레이드(도시되지 않음)로부터 기판(112)을 받아들이기 위해 상승된 배향으로 위치된다. 기판(112)이 리프트 핀들(206)에 의해 맞물려진 후, 로봇 블레이드는 챔버(1110)로부터 제거되고, 리프트 핀들(206)은 물러나서 기판(112)을 돌출부들(208)과 접촉하는 처리 위치로 하강시킨다. 리프트 핀들(206)은 지지 링(1130) 및 에지 링(1164)이 자기 부상 시스템(도시되지 않음)에 의해 회전되는 것을 가능하게 하기 위해 기판(112)과 접촉하지 않는 위치까지 추가로 물러난다.
챔버(1110)의 하부(1117)는 하부 상에 배치된 흡수성 표면(250)을 갖는다. 흡수성 표면(250)은 배경 복사를 흡수하고, 스트레이 배경 복사가 고온계들(1140)에 도달하는 것을 방지하거나 감소시키도록 구성된다. 흡수성 표면(250)은 원하는 파장 내의 복사를 흡수하도록 구성된 다양한 재료들을 포함하는 유전체 코팅일 수 있다. 일 실시예에서, 흡수성 표면(250)은 텍스쳐링 또는 엠보싱된다. 스트레이 배경 복사를 흡수하는 것에 더하여, 흡수성 표면(250)의 토포그래피는 배경 복사를 고온계들(1140)로부터 멀리 지향시키도록 구성된다. 예를 들어, 흡수성 표면(250)을 조면화 또는 엠보싱함으로써 형성되는 피쳐는 흡수되지 않은 스트레이 배경 복사를 고온계들(1140)로부터 멀리 지지 링(1130)을 향하여 방사상 외측으로 반사시킬 수 있다.
고온계들(1140) 및 복사 수집 장치들(1142)의 방사상 외측에 배치된 하부(1117)의 내부 표면(1151)은 흡수성 표면(250)으로 코팅될 수 있다. 그러나, 복사 수집 장치들(1142)이 챔버 하부(1117)를 통해 연장되는 위치들 사이에 있는 챔버 하부(1117)의 부분들(1153)은, 고온계들(1140)에 의한 기판(112) 온도의 측정 오류를 방지하기 위해 흡수성 표면(250)으로 코팅되지 않는다. 흡수성 표면(250)은 부분들(1153)의 방사상 외부에서 전체 내부 표면(1151)에 걸쳐 배치될 수 있거나, 또는 내부 표면(1151)의 일부 상에만 배치될 수 있다. 예를 들어, 흡수성 표면(250)은 스트레이 배경 복사의 대부분이 하부(1117)에 접촉하는 위치들에서 내부 표면(1151) 상에 배치될 수 있다.
흡수성 표면(250)을 이용하면, 스트레이 배경 복사가 고온계들(1140)에 도달하는 것이 실질적으로 감소되거나 제거될 수 있다고 생각된다. 결과적으로, 고온계들(1140)에 의한 기판(112)의 온도 측정은 강화될 수 있고, 더 정확한 온도 측정이 달성될 수 있다.
본 명세서에 설명된 실시예들은 고온계 온도 측정에 대한 스트레이 배경 복사의 부정적인 영향을 감소시키기 위해 복사 쉴드 및 흡수성 표면을 단독으로 또는 조합하여 이용한다. 기판의 표면에 걸친 열 불연속성을 감소시키도록 기판을 지지하는 방법들은 복사 쉴드 및 흡수성 표면과 협력하여 이용된다. 결과적으로, 간섭하는 배경 복사를 제거함으로써 고온계들에 의한 기판 온도 측정의 정확도가 개선될 수 있다. 본 명세서에 설명된 실시예들은 기판 위에 또는 아래에 가열 장치들을 포함하는 챔버들 상에서 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 실시예들은 캘리포니아주 산타 클라라에 있는 Applied Materials, Inc.로부터 입수가능한 RADIANCE® 및 VULCAN 처리 챔버들에서 특히 유용할 수 있다. 그러나, 본 명세서에 설명된 실시예들은 다른 제조자들로부터의 처리 챔버들 상에 또한 유리하게 포함될 수 있다고 고려된다.
전술한 것은 본 개시물의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시물의 다른 실시예들 및 추가 실시예들은 그것의 기본 범위로부터 벗어나지 않고서 고안될 수 있으며, 그것의 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (20)

  1. 기판을 처리하기 위한 장치로서,
    처리 용적(processing volume)을 적어도 부분적으로 정의하는 윈도우 및 천장을 갖는 챔버;
    상기 윈도우에 인접하여 배치된 복사 소스;
    상기 복사 소스에 대향하여 상기 천장에 연결된 하나 이상의 고온계들;
    상기 처리 용적 내에 배치된 지지 링;
    기판 지지 부재를 갖고, 상기 지지 링에 연결된 에지 링; 및
    상기 에지 링에 제거가능하게 연결된 복사 쉴드를 포함하고,
    상기 복사 쉴드의 내측 직경은 상기 에지 링의 상기 기판 지지 부재 위에서 그리고 상기 에지 링의 최상부 표면 위에서 방사상 내측으로 연장되고, 상기 복사 쉴드의 내측 직경은 상기 에지 링의 상기 기판 지지 부재의 내측 직경보다 작은, 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 고온계들이 상기 천장에 연결되는 영역에 인접하여 상기 천장 상에 배치되는 흡수성 표면을 더 포함하는, 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 윈도우는 상기 처리 용적을 상기 복사 소스로부터 분리하는, 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    윈도우는 석영 재료인, 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 에지 링 및 상기 복사 쉴드는 세라믹 재료를 포함하는, 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 에지 링은 상기 에지 링의 상기 기판 지지 부재의 상부 표면으로부터 연장되는 복수의 이산 돌출부(discrete protrusions)를 더 포함하는, 기판 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 에지 링은 상기 에지 링 내에 형성되고 리프트 핀들의 통과를 허용하는 크기를 갖는 복수의 보이드들을 더 포함하는, 기판 처리 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 하나 이상의 고온계들은 하나 이상의 복사 수집 장치들을 통해 상기 천장에 연결되는, 기판 처리 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 흡수성 표면은 유전체 재료인, 기판 처리 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 흡수성 표면은 텍스쳐링되는, 기판 처리 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 복사 수집 장치들은 상기 천장의 중심 영역에 연결되는, 기판 처리 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 복사 쉴드는 그로부터 연장되는 복수의 지지체들을 더 포함하는, 기판 처리 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 지지체들은 상기 복사 쉴드의 하부 표면에 연결되고, 상기 지지체들은 제1 부재, 제2 부재 및 지지 부재를 포함하는, 기판 처리 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 부재는 상기 복사 쉴드로부터 수직으로 연장되고, 상기 제2 부재는 상기 제1 부재로부터 수평으로 연장되고, 상기 지지 부재는 상기 제2 부재로부터 수직으로 연장되는, 기판 처리 장치.
  15. 기판을 처리하기 위한 장치로서,
    처리 용적을 적어도 부분적으로 정의하는 윈도우 및 천장을 갖는 챔버;
    상기 윈도우에 인접하여 배치된 복사 소스;
    상기 복사 소스에 대향하여 상기 천장에 연결된 하나 이상의 고온계들;
    상기 처리 용적 내에 배치된 지지 링;
    기판 지지 부재를 갖고, 상기 지지 링에 연결된 에지 링;
    상기 처리 용적 내에 상기 지지 링으로부터 방사상 외측으로 이동 가능하게 배치된 복수의 리프트 핀들; 및
    상기 복수의 리프트 핀들에 연결된 복사 쉴드를 포함하고,
    상기 복사 쉴드의 내측 직경은 상기 에지 링의 상기 기판 지지 부재 위에서 그리고 상기 에지 링의 최상부 표면 위에서 방사상 내측으로 연장되고, 상기 복사 쉴드의 내측 직경은 상기 에지 링의 상기 기판 지지 부재의 내측 직경보다 작은, 기판 처리 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 하나 이상의 고온계들이 상기 천장에 연결되는 영역에 인접하여 상기 천장 상에 배치되는 흡수성 표면을 더 포함하는, 기판 처리 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 흡수성 표면은 복사를 상기 하나 이상의 고온계들로부터 멀리 지향하는 토폴로지를 갖는, 기판 처리 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 흡수성 표면은 텍스쳐링된 표면을 갖는 유전체 재료인, 기판 처리 장치.
  19. 기판을 처리하기 위한 장치로서,
    처리 용적을 적어도 부분적으로 정의하는 윈도우 및 천장을 갖는 챔버;
    상기 윈도우에 인접하여 배치된 복사 소스;
    상기 복사 소스에 대향하여 상기 천장에 연결된 하나 이상의 고온계들;
    상기 처리 용적 내에 배치된 지지 링;
    상기 지지 링에 연결된 에지 링;
    상기 처리 용적 내에 상기 지지 링 및 상기 에지 링으로부터 방사상 내측으로 이동 가능하게 배치된 복수의 리프트 핀들;
    상기 복수의 리프트 핀들 및 상기 에지 링에 제거가능하게 연결된 복사 쉴드; 및
    상기 복사 쉴드의 하부 표면으로부터 연장되는 복수의 지지체들을 포함하고,
    상기 복수의 리프트 핀들은 상기 에지 링과 상기 복수의 지지체들 사이의 상기 복사 쉴드를 접촉하도록 위치되는, 기판 처리 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    유전체 재료 흡수성 표면을 더 포함하고,
    상기 유전체 재료 흡수성 표면은 복사를 상기 하나 이상의 고온계들로부터 멀리 지향하는 토폴로지를 갖고, 상기 하나 이상의 고온계들이 상기 천장에 연결되는 영역에 인접하여 상기 천장 상에 배치되는, 기판 처리 장치.
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