KR20080025080A

KR20080025080A - 회전하는 기판의 열 처리 시 미립자 감소 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20080025080A
Application number: KR1020077030107A
Authority: KR
Inventors: 헬무트 아쉬너; 패트릭 슈미트; 토마스 틸러; 오트마르 헤우도르퍼
Original assignee: 맷슨 테크놀로지, 인크.
Priority date: 2005-05-25
Filing date: 2006-05-25
Publication date: 2008-03-19
Also published as: JP2008546190A; WO2006128018A2; DE102005024118B4; DE102005024118A1; US20070098904A1; WO2006128018A3

Abstract

열 처리 동안 기판에 대한 미립자 노출을 감소시키기 위한 방법 및 장치가 개시된다. 제1 부분 챔버가 열처리될 기판을 포함하며 제2 부분 챔버가 회전 장치의 적어도 일부분을 포함하도록 2개의 부분 챔버로 분리되는 프로세스 챔버 내부의 장치 상에서 반도체 웨이퍼가 회전될 수 있다. 이들 제1 부분 챔버와 제2 부분 챔버 사이에서, 제2 부분 챔버로부터의 가스가 제1 부분 챔버로 통과되는 것이 방지되도록 가스의 유동이 설정된다. 이러한 방법으로, 제2 부분 챔버 내의 회전 마모에 의해 발생되는 미립자들이 열처리될 기판 위로 통과되는 것이 상당히 방지된다. 이러한 장치 및 방법은 특히 가스 드라이브에 의해 회전이 실현된다면 유리한데, 여기서, 회전에 대해 사용되는 가스는 제2 부분 챔버 내에 직접 인도될 수 있다.

Description

회전하는 기판의 열 처리 시 미립자 감소 장치 및 방법 {DEVICE AND METHOD FOR THE REDUCTION OF PARTICLES IN THE THERMAL TREATMENT OF ROTATING SUBSTRATES}

관련 분야

본 출원은 2005년 7월 6일자로 출원된 미국특허 가출원 제60/696,876호 및 2005년 5월 25일자로 출원된 독일특허출원 제10 2005 024 118.2호에 근거하여 이들을 우선권으로 주장한다.

본 발명은 프로세스 챔버 내에서 기판 특히 반도체 웨이퍼를 열처리하는 방법 및 장치에 관한 것이며, 처리되는 기판은 프로세스 챔버 내부에서 열처리되는 동안 회전된다.

반도체 웨이퍼와 같은 기판의 열처리를 위한 신속 가열 유닛, 소위 RTP 시스템은 반도체의 제조에 있어 널리 공지되어 있다. 이러한 유형의 신속 가열 유닛은, 예를 들어, 미국특허 제5,359,693호 및 미국특허 제5,580,830호에 개시된다. 개시된 신속 가열 유닛은 바람직하게로는 실리콘으로 이루어지지만, 게르마늄, SiC 또는 GaAs 또는 InP와 같은 다른 연결 반도체와 같은 반도체 물질로도 이루어지는 기판, 바람직하게는 웨이퍼의 열처리를 위해 사용된다. 이들 유형의 신속 가열 유 닛에서, 웨이퍼는 예를 들어 웨이퍼의 도핑(doping)과 같은 소정의 처리 결과를 달성하기 위해 상이한 프로세스 가스 환경에서 열 처리를 받게 된다.

신속 가열 유닛은 가장 높은 가능한 출력을 보장해야 하며, 부품들과 제조된 집적 회로들은 재생 특성을 가져야 한다. 따라서, 반도체 웨이퍼의 제조를 위해 사용되는 신속 가열 유닛은 이중에서 프로세스 가스 환경의 순도에 대한 엄격한 요건을 충족해야 하며, 가열에 의해 높은 수준의 균질성을 보여주어야 하고, 가능한 한 기판 상의 미립자로부터의 자유를 보장해야 한다.

웨이퍼 내의 도핑 물질의 국부 확산 속도, 및 웨이퍼 상의 층들의 전도성과 유전체의 특질은 상당히 열 프로세스의 실현에 그리고 프로세스 온도에 좌우된다. 이 프로세스는, 예를 들어, 프로세스 챔버 내에 위치되는 미립자들이 열처리하고자 하는 기판에 도달될 수 없도록 달성되어야 하고, 이것은 가스의 유동에 특수한 제약을 둔다. 예를 들어, 프로세스 챔버 벽 상에 위치되는 미립자들은 대략 프로세스 가스가 도입될 때 소용돌이 칠 수 있다. 프로세스 가스 환경의 조성 및 열처리 동안 열 균질성은 프로세스 결과에 또한 상당히 영향을 미친다.

열 처리 동안 웨이퍼에 걸쳐 균질한 온도 분포는 종종 열 프로세스 동안 기판이 회전할 수 있게 함으로써 신속 가열을 향상시킬 수 있다. 이것은 대체로 프로세스 챔버 내에 위치되는 회전 장치 상에 기판을 배치시킴으로써 달성된다. 회전 장치는 또한 투명할 수 있으며, 열 프로세스 동안 회전된다. 바람직하게, 기판은 양 측면으로부터의 광학 복사선에 의해 가열된다.

그러나, 회전은 기계적 마모를 발생시키고, 따라서 미립자를 발생시킨다. 회전 장치의 회전 요소와 회전 장치의 고정 부재 사이의 기계적 접촉을 가능한 한 작게 유지시킴으로써, 또는 요소들 사이의 마찰이 롤링 마찰(rolling friction)에 실질적으로 제한되도록 회전 장치의 회전 요소와 고정 요소 사이에 볼 베어링을 끼움으로써, 상기한 문제점을 감소시키고자 할 수 있다. 회전 장치의 회전 부재의 중량은 또한 기계적 마모를 최소화시키도록 가능한 한 낮게 유지되어야 한다. 이에 불구하고, 기계적 마모에 의해 야기되는 미립자의 발생은 완전히 방지될 수 없다.

따라서, 예를 들어, 미국특허 제6,449,428호에 개시된 바와 같이, 회전 장치의 고정 요소와 회전 요소 사이에 공기의 완충물이 형성되고, 이러한 공기의 완충물 상에서의 회전이 또한 가스에 의해 제어되도록 즉, 운동으로 설정되고, 가속되고 다시 감속되도록, 가스에 의해 회전 장치를 작동시킴으로써 마모의 결과로서 생성되는 미립자의 수를 최소화시키는 것이 종종 시도된다.

이에 불구하고, 기계적 마모에서 기인한 미립자들이 프로세스 환경 안으로 통과되는 것이 완전히 방지될 수 없다. 심지어 가스-구동식 회전의 경우에조차, 공기의 완충물이 형성되어 고정 부재와 이동 부재를 서로 분리시키는 경우의 프로세스의 시작, 및 기판이 챔버 내에서 다시 감속되고 회전 장치의 회전 부재가 회전 장치의 고정 부재 상에 다시 배치되는 경우의 프로세스의 종료 후 모두에서 미립자가 발생된다. 이들 미립자들은 프로세스 챔버의 벽 상에 또는 바닥 상에 이미 발견되는 미립자들과 함께 회전 가스의 가스 유동에 의해 또는 프로세스 가스 자체에 의해 둘레로 소용돌이 칠 수 있어서, 열처리될 기판에 도달되며, 전반적인 결과가 수율의 감소를 가져온다.

가스-구동식 배열의 다른 단점은, 회전 가스 및 프로세스 가스가 함께 혼합될 수 있어서 프로세스 실현에 불리한 영향을 준다는 점이다. 열 프로세스 실현을 위해 그리고 회전 드라이브를 위해 상이한 가스 및 가스 혼합물을 사용하는 것은 가스-구동식 회전 장치를 이용하는 경우의 제한된 정도에만 종종 가능할 수 있다. 이러한 이유는 회전 장치에 대해 사용되는 임의의 가스가 생성된 가스 혼합물이 상이한 프로세스 결과를 가져오게 될 정도로 혼합됨으로써 프로세스 가스의 조성을 변경시켜서는 안 되기 때문이다. 따라서, 회전을 위해 그리고 프로세스를 위해 동일한 가스들이 종종 사용되어야 한다. 이로 인해, 값비싼, 높은 순도의 프로세스 가스가 회전을 위해 그리고 프로세스를 위해 사용되어야 하기 때문에 높은 추가의 비용이 종종 발생한다.

더욱이, 상당히 값비싼 추가의 장치들에 의해 회전을 위해 그리고 프로세스를 위해 동일한 가스들 또는 동일한 가스 혼합물을 오로지 종종 사용할 수 있다. 이것의 실례는 습윤 산화인데, 이것은 반도체 프로세스 기술에 종종 사용된다. 이러한 프로세스에서, 질소, 산소 및 수소와 수증기가 프로세스 가스 또는 가스들과 함께 프로세스 챔버 안으로 도입된다. 수증기는 물의 끓는 온도 아래의 온도에서 응축되며, 따라서, 공급관이 가열되어야 한다. 가스-구동식 회전에 의하면, 이것은, 지나치게 높은 농도를 가지면, 수증기가 이와 달리 회전 장치의 부재들을 응축시키게 될 것이므로 상당한 비용의 증가를 의미한다. 따라서, 회전을 위해 사용되는 가스 혼합물은 종종 수증기를 전혀 함유하지 않거나 극히 소량의 수증기를 종종 함유한다. 그러나, 이 결과, 실제 프로세스 가스가 회전 가스에 의해 희석될 수 있어서, 프로세스 가스는 원하는 수증기 농도로 유지될 수 없다. 더욱이, 회전을 위한 가스의 유동이 프로세스 동안 일정하지 않기 때문에 가열되는 기판에 걸쳐 일정한 수증기 농도를 항상 보장하기가 어렵다.

심지어 프로세스와 회전을 위해 정확하게 동일한 가스들 또는 가스 혼합물을 사용하는 경우에조차, 이들 가스들 사이에서, 처리되는 기판을 포함하는 프로세스 챔버 내에 소용돌이와 다른 비-층류(non-laminar) 가스 유동이 발생될 수 있다. 이러한 가스 유동은 마모 미립자를 운반시킬 수도 있으며, 벽 표면으로부터 미립자들을 또한 분리시킬 수 있고 이들 미립자들을 기판에 전달할 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 단순하고 비용-효과적인 방법으로 열 처리 프로세스에서 미립자들이 기판에 도달되는 것을 방지하는 것이다.

상기한 목적은, 기판을 수용하기 위한 프로세스 챔버, 기판을 가열하기 위한 하나 이상의 가열원, 기판을 유지 및 회전시키기 위한 회전 장치, 프로세스 챔버 안으로 프로세스 가스를 도입하기 위한 하나 이상의 가스 유입구, 및 프로세스 챔버로부터 가스를 배출시키기 위한 하나 이상의 가스 유출구를 포함하며, 하나 이상의 분리 요소가 프로세스 챔버 내에 제공되며, 프로세스 챔버가 적어도 2개의 부분 챔버로 분리되어 제1 부분 챔버가 열처리될 기판을 완전히 둘러싸고 제2 부분 챔버가 회전 장치의 적어도 일부를 둘러싸며, 제1 및 제2 부분 챔버가 적어도 회전 장치의 하나 이상의 회전 요소와 분리 요소 사이에 형성되는 공기 간극에 의해 연결되며, 상기 하나 이상의 가스 유입구가 상기 제1 부분 챔버로 개방되며, 상기 하나 이상의 가스 유출구가 상기 제2 부분 챔버로 개방되는, 기판의 열 처리용 신속 가열 시스템에 의해 충족된다.

이러한 유형의 장치는 회전 장치에 의해 발생된 미립자들이 기판에서 떨어져서 유지될 수 있도록 처리될 기판을 수용하는 제1 부분 챔버와 프로세스 챔버 내부에 회전 장치를 적어도 부분적으로 수용하는 제2 부분 챔버를 서로로부터 실질적으로 분리되게 할 수 있다. 제2 부분 챔버 내부에 위치되는 가스에 의해 영향을 받게 되는 제1 부분 챔버 내의 기판의 처리없이 제1 부분 챔버 및 제2 부분 챔버 내에 상이한 가스 환경을 또한 제공할 수 있으며, 이것은 특히 가스-구동식 회전을 사용함으로써 유리하다.

바람직하게, 분리 요소 및 하나 이상의 회전 요소는 이들이 접촉하지 않도록 서로에 대해 배열되며, 공기 간극은 회전 요소의 회전 축선을 둘러싸고, 이로 인해, 분리 요소와 하나 이상의 회전 요소 사이의 마모에 의해 발생되는 미립자의 형성이 방지될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 분리 요소 및 하나 이상의 회전 요소는 공기 간극의 크기와 또한 제1 부분 챔버와 제2 부분 챔버 사이의 가스의 교환을 제한하도록 서로로부터 단지 5 mm 이격된다. 바람직하게, 공기 간극은 단지 5 mm 의 통과 높이, 최대 3 mm의 통과 높이를 가지며, 특히 1 mm의 통과 높이가 바람직하다. 공기 간극 이외에, 제1 부분 챔버와 제2 부분 챔버 사이에 추가의 가스 통로가 제공될 수 있으며, 이러한 추가의 가스 통로는 바람직하게 분리 요소 내에 제공된다. 공기 간극과 추가의 가스 통로를 통해, 제1 부분 챔버로부터 제2 부분 챔버 안으로 가스가 흡입될 수 있다. 이것은 특히 제1 부분 챔버가 소위 정체 체적 요소(dead volume element)를 포함하는 경우에 유리하다. 이들은, 다른 체적 요소와 비교할 때, 예를 들어, 일측으로만 개방되며 오로지 가스의 상당히 느린 유동을 허용하는 블라인드 홀(blind hole) 또는 다른 공간 만입부와 같이 상당히 느린 가스 교환을 오로지 허용하는 체적 요소로서 이해된다.

회전 장치에 의해 발생되는 미립자들에 대한 기판의 양호한 차폐를 위에, 일 실시예에서, 회전 장치는 프로세스 챔버 내부에 완전히 배치된다. 이 회전 장치는 바람직하게 하나 이상의 고정 부재 및 회전 부재를 구비하며, 하나 이상의 고정 부재는 이들 부재들 사이의 마찰에 의해 야기되는 미립자들이 기판으로부터 멀어지게 유지되도록 제2 부분 챔버 내에 배치된다.

본 발명은 고정 부재 상에 하나 이상의 가스 노즐을 더 포함하며, 상기 가스 노즐은 상기 고정 부재로부터 발산되는 가스 유동이 회전 부재를 지지하기 위한 공기의 완충물 및/또는 회전 임펄스를 형성하도록 회전 부재의 표면에 대해 정렬된다. 프로세스 챔버를 제1 부분 챔버 및 제2 부분 챔버로 분리시킴으로써, 프로세스 가스와 회전을 발생시키는 가스의 혼합이 실질적으로 제거되어, 회전을 발생시키기 위한 가스에 대한 요건이 그다지 엄격할 필요가 없다. 특히, 기판의 처리를 위해 그리고 회전을 위해 상이한 가스들이 사용될 수 있다. 가속 및 감속을 달성하기 위해, 바람직하게 적어도 2개의 가스 노즐이 제공되며, 이들 적어도 2개의 가스 노즐은 이들로부터 발산되는 가스 유동이 상반된 방향들로 회전 임펄스를 발생시키도록 회전 부재의 표면에 대해 정렬된다. 바람직하게, 가스 노즐들은 개별적으로 제어될 수 있다. 제2 부분 챔버로부터 제1 부분 챔버로의 가스 유동을 차단하기 위해, 바람직하게, 가스 노즐(들)을 통해 제2 부분 챔버로 직접 공급되는 단위 시간 당 가스의 양을 제어하기 위한 제어 유닛이 제공되며, 이러한 제2 부분 챔버로 직접 공급되는 단위 시간 당 가스의 양은 제2 부분 챔버로 개방된 하나 이상의 가스 유출구를 통해 단위 시간 당 배출되는 가스의 양 보다 적다.

회전 장치의 회전 부재의 회전을 발생시키기 위해, 회전 임펄스가 발생되도록 회전 장치의 회전 부재의 하나 이상의 경로형성된 표면(contoured surface)을 따라 가스의 유동을 발생시키기 위한 가스 유동 발생 수단이 바람직하게 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 회전 장치의 하나 이상의 회전 요소가 분리 요소 내의 개구를 덮어서, 회전 장치의 회전 요소가 추가의 분리 요소로서 기능한다. 분리 요소와 회전 장치 사이의 공기 간극이 열 처리되는 동안 기판의 열 균질성에 영향을 주는 것을 방지하기 위해, 회전 장치는 기판의 수직 평행 돌출부가 분리 요소 내의 개구 안으로 완전히 놓이도록 프로세스 챔버 내에서 열 처리될 기판을 지지한다. 바람직하게, 회전 장치는 분리 요소의 평면 상에서 열 처리될 기판의 수직 평행 돌출부와 동일한 평면 상의 기판의 돌출 방향에 평행한 공기 간극의 평행한 돌출부가 임의의 지점에서 교차하지 않도록 프로세스 챔버 내에서 열 처리될 기판을 지지한다.

본 발명의 특히 바람직한 실시예에 의하면, 하나 이상의 가열원이 광학 열 복사선을 방사하여, 기판의 신속한 비접촉 열 처리를 가능하게 한다. 바람직하게, 가열원은 하나 이상의 할로겐 램프 및/또는 하나 이상의 아크 램프를 포함한다. 이 경우, 분리 요소 및/또는 회전 장치의 하나 이상의 회전 디스크는 열 복사선에 의해 가능한 기판의 직접 가열을 위해 가열원의 광학 열 복사선을 적어도 부분적으로 투과시킨다. 이를 위해, 분리 요소 및/또는 회전 장치의 하나 이상의 회전 디스크는 적어도 부분적으로 석영 유리로 이루어질 수 있다. 그러나, 이들 부재들은 사파이어, 또는 예를 들어 칼슘 불화물과 같은 이온 광학적으로 투명한 크리스탈로 또한 이루어질 수 있다. 바람직하게, 250 nm 내지 2500 nm의 범위의 광 복사선용 부재들은 투명하다. 그러나, 이들 부재들은 또한, 적어도 부분적으로 금속으로, 흑연 또는 SiC로 이루어질 수 있거나, Si 또는 Ge와 같은 순수한 반도체로 이루어질 수 있거나, 또는 예를 들어, GaAs 또는 InP와 같은 화합물 반도체로 이루어질 수 있다. 특히, 분리 요소 및/또는 회전 장치의 부재들은 이들이 가열원과 기판 사이에서 직접 상호가시도(direct intervisibility)의 영역에 놓인다면 가열원의 열 복사선에 대해 바람직하게 광학적으로 투명하다.

제1 부분 챔버 내에 가스 유동 및/또는 가스 환경을 보다 양호하게 제어할 수 있도록, 제1 부분 챔버로 개방된 하나 이상의 추가의 가스 유출구가 제공된다.

본 발명은, 기판을 수용하기 위한 프로세스 챔버, 기판을 가열하기 위한 하나 이상의 가열원, 기판을 유지 및 회전시키기 위한 회전 장치, 및 제1 부분 챔버가 열처리될 기판을 완전히 둘러싸고 제2 부분 챔버가 회전 장치의 적어도 일부를 둘러싸도록 제1 및 제2 부분 챔버의 2개의 부분 챔버로 프로세스 챔버를 분리시키는 하나 이상의 분리 요소를 구비하는 신속 가열 시스템에서 기판을 열 처리하는 방법을 포함한다. 이러한 방법에서, 기판이 가열되고, 제1 부분 챔버 안으로 개방되는 가스 유입구를 통해 제1 부분 챔버 안으로 가스가 전달되며, 그리고 제2 부분 챔버로 개방되는 가스 유출구를 통해 제2 부분 챔버로부터 가스가 배출되고, 프로세스 챔버 내의 가스 유동은 제2 부분 챔버로부터 제1 부분 챔버로의 가스의 유동이 실질적으로 방지되도록 설정된다. 이러한 방법으로, 상기한 장점이 달성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 하나 이상의 가스 유동은 회전 장치를 회전 상태로 설정하기 위해 회전 장치의 회전 요소의 표면을 따라 또는 표면 위로 전달된다. 회전을 감속시키기 위해, 바람직하게 하나 이상의 제2 가스 유동은 회전 장치의 회전 요소의 표면 위로 또는 표면을 따라 전달된다. 제2 부분 챔버 내의 제1 및 제2 가스 유동은 제2 부분 챔버에서 발생되어 위로 소용돌이 치는 미립자들을 제한하기 위해 회전 요소의 표면 상에 바람직하게 인도된다.

특히 바람직한 본 발명의 실시예에서, 제2 부분 챔버로부터의 가스 및/또는 미립자들이 제1 부분 챔버로 통과되는 것을 방지하기 위해, 제2 부분 챔버 내의 가스 압력이 제1 부분 챔버 내의 압력 보다 낮은 압력으로 조절된다. 제2 부분 챔버로부터의 가스 및/또는 미립자들이 제1 부분 챔버 안으로 통과되는 것을 방지하기 위해, 바람직하게, 제2 부분 챔버 안으로 직접 전달되는 단위 시간 당 가스의 양은 제2 부분 챔버로부터 직접 배출되는 단위 시간 당 가스의 양 보다 작다.

제1 부분 챔버 내의 가스 환경의 향상된 제어를 위해, 제1 부분 챔버로부터 직접 가스가 배출되는 것이 또한 바람직하다. 이렇게 하면서, 제1 부분 챔버로 전달되는 단위 시간 당 가스의 양은 제1 부분 챔버로부터 직접 배출되는 단위 시간 당 가스의 양 보다 큰 것이 바람직하다. 제1 부분 챔버로부터 제2 부분 챔버 안으로 가스의 명확한 유동을 발생시키기 위해, 열 프로세스 동안, 제2 부분 챔버를 통해 외부로 주로 가스가 빨려나가는 것이 바람직하다.

제1 부분 챔버 및 제2 부분 챔버로부터의 가스의 혼합에 의해 영향을 받는 프로세스 결과를 회피하기 위해, 제1 부분 챔버 안으로 전달될 때 회전을 위해 실질적으로 동일한 가스가 바람직하게 사용된다. 회전을 위해, 바람직하게, 질소, 아르곤, 산소, 수증기 및 수소, 또는 이들 가스의 적어도 2개의 가스 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 가스가 사용된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 프로세스 챔버 내의 압력은 약 740 토르 미만의 대기 아래(sub-atmospheric) 범위로 설정된다. 바람직하게, 상기 제1 부분 챔버와 상기 제2 부분 챔버 사이의 임의의 가스 교환은 상기 회전 장치의 회전 요소와 상기 분리 요소 사이의 간극을 통해 실질적으로 오로지 발생된다.

본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따르면, 2개의 부분 챔버 사이의 가스 유동의 최대 1%가 제2 부분 챔버로부터 제1 부분 챔버로 인도된다.

본 발명의 추가의 실시예들은 특허청구범위에 개시되고 설명된다.

아래에, 도면을 참조하여 바람직한 예시적인 실시예를 이용하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 실시예 및 변경예를 당업자가 채택할 수도 있다. 본 발명에 따른 장치는 또한 특히 여기에 개시된 것들 이외의 적용 또는 방법의 영역과 관련하여 유리하게 사용될 수도 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 신속 가열 시스템의 개략적인 단면도이다.

도 2는 간략한 도시를 위해 일부 요소들이 생략된, 도 1에 따른 신속 가열 시스템의 부분적으로 단면으로 도시된 사시도이다.

도 3a 내지 도 3g는 신속 가열 챔버 내의 회전 장치의 부재들과 분리 요소에 대한 배열의 실례의 개략도이다.

도 1은 신속 가열 시스템(1)의 바람직한 실시예의 일례의 개략적인 단면도인 반면, 도 2는 신속 가열 시스템(1)의 부분적인 단면의 사시도이다. 신속 가열 시스템(1)은 반도체 웨이퍼와 같은 디스크형 기판의 열처리를 위해 제공된다.

모든 도면에서, 동일 또는 유사한 부품들은 동일한 도면 부호로 나타낸다. 아래의 상세한 설명에서, 예를 들어 상부, 하부 등과 같은 상대적인 용어들은 단순히 실례로서 도면에서의 표현과 관련되며 어떠한 방식으로든 본 발명을 제한해서는 안된다.

신속 가열 시스템(1)은 프레임형 본체(main body; 3)를 구비하며, 프레임형 본체(3)의 상단 및 하단은 신속 가열 챔버(7)를 형성하도록 플레이트 요소(5, 6)로 덮여 있다.

프레임형 본체(3)는 상부 둘레 접촉면(11) 및 하부 둘레 접촉면(12)을 형성 하는 내측으로 연장되는 돌출부(9)를 구비한다. 상부 플레이트 요소(14) 및 하부 플레이트 요소(15)는 시일(seal)을 형성하도록 상부 둘레 접촉면(11) 및 하부 둘레 접촉면(12) 상에 놓이며 프레임형 본체(3)에 적절하게 부착된다.

상부 플레이트 요소(14) 및 하부 플레이트 요소(15)는 신속 가열 챔버(7)를 상부 램프 챔버(17), 하부 램프 챔버(18), 및 상부 플레이트 요소(14)와 하부 플레이트 요소(15) 사이에 놓인 프로세스 챔버(19)로 구분시킨다. 상부 램프 챔버(17)의 영역에는, 예를 들어 할로겐 또는 아크 램프와 같은 복수의 가열 램프(22)가 제공된다. 응용 분야의 영역에 따라, 모든 가열 램프(22)는 동일한 유형일 수 있거나, 상이한 유형이 또한 제공될 수 있다.

하부 램프 챔버(18)의 영역에는 복수의 가열 램프(23)가 제공되며, 이들 가열 램프(23)는 가열 램프(22)와 동일한 유형 또는 상이한 유형일 수 있다.

상부 플레이트 요소(14) 및 하부 플레이트 요소(15)는 가열 램프(22, 23)로부터 오는 열 복사선을 실질적으로 투과시킬 수 있으며 예를 들어 석영으로 제조된다.

프레임형 본체(3)의 일측에는 프로세스 챔버(19) 안으로 그리고 프로세스 챔버(19)로부터의 기판의 로딩 및 언로딩을 위한 삽입/제거 개구(25)가 제공된다. 이 삽입/제거 개구(25)는 마개 기구(도시 안됨)에 의해 외부로부터 폐쇄될 수 있다.

프로세스 챔버(9) 내부에는, 제1 부분 챔버(32) 및 제2 부분 챔버(33)로 프로세스 챔버(19)를 분리하는 분리 요소(30)가 제공된다. 이 분리 요소(30)는 원형 개구(36)를 갖춘 상부 플레이트 요소(14) 및 하부 플레이트 요소(15)와 실질적으로 평행하게 연장되는 수평 섹션(35)을 구비한다. 또한, 분리 요소(30)는 수평 섹션(35)과 하부 플레이트 요소(15) 사이로 연장되며 하부 플레이트 요소(15)와 수직으로 연장되는 제1 부착 섹션(38)을 구비한다.

더욱이, 분리 요소(30)는 삽입/제거 개구(25)와 마주하여 놓이는 단부 상에서 실질적으로 상부 플레이트 요소(14)와 하부 플레이트 요소(15) 사이에서 수직으로 연장되는 가스 유입 섹션(40)을 구비한다. 가스 유입 섹션(40)은 실질적으로 2개의 수직으로 연장되는 벽 요소(42) 및 벽 요소(43)에 의해 형성되며, 벽 요소(42)는 제1 부분 챔버(32)와 마주한다. 벽 요소(42) 내에는 복수의 개구(44)가 형성되며, 이들 복수의 개구(44)는 프로세스 챔버(19)에 대한 가스 유입구로서 작용한다. 벽 요소(42)와 벽 요소(43) 사이에는 분배 챔버(46)가 형성되는데, 이 분배 챔버는 벽 요소(42) 내의 개구(44)를 통해 프로세스 챔버(19)의 제1 부분 챔버(32) 안으로 프로세스 가스를 도입시키기 위해 공급부(상세히 도시 안됨)를 통해 프로세스 가스를 받게 될 수 있다.

제1 부분 챔버(32)의 영역에는 보정 링(compensation ring; 50)이 제공되는데, 이 보정 링(50)은 프로세스 챔버 내부에 수용되는 기판(2)을 방사상으로 둘러싸며 홀더(holder; 51)에 의해 지지된다. 보정 링(50)은 복수의 세그먼트로 이루어지는데, 이러한 복수의 세그먼트 중 적어도 하나는 조종 기구를 사용하여 기판(2)을 입수할 수 있게 하도록 기판(2)의 평면을 벗어나 피봇운동(pivot)될 수 있다. 보정 링(50)은 기판과 동일한 물질로 이루어지며, 기판의 가장자리 상에서 기 판을 가장 균질적으로 가열하는 것을 보장하는 기능을 한다.

제2 부분 챔버(33)의 영역에는 회전 장치(55)가 제공된다. 회전 장치(55)는 하부 플레이트 요소(15)와 일체로 형성된 유지 지지 부재(retaining and bearing part; 60)와 가스 유입구(57, 58)로 이루어지는 고정 부분을 구비한다. 더욱이, 회전 장치(55)는 원형 플레이트 세그먼트(circular plate segment; 62) 및 원형 링 세그먼트(63)를 포함하는 회전 부재를 구비한다. 원형 플레이트 세그먼트(62)는 원형 링 세그먼트(63)의 내부 둘레 가장자리 상에 놓이며, 원형 링 세그먼트(63)에 적절하게 부착될 수 있다. 원형 플레이트 세그먼트(62) 및 원형 링 세그먼트(63)는 실질적으로 높이 표면을 형성한다.

원형 플레이트 세그먼트(62)의 상부측 상에는 기판 유지 핀(substrate holding pin; 66)을 수용하기 위한 복수의 리테이너(retainer; 65)가 제공된다. 이 기판 유지 핀(66)은 기판(2)을 지지하는 상방으로 돌출된 지지 포인트(support point)를 구비한다. 따라서, 기판 유지 핀(66)은 여러 지점과 단지 수 곳의 위치에서 열적으로 가열되는 기판과 오로지 접촉한다.

더욱이, 원형 플레이트 세그먼트(62)는 회전 장치(55)의 회전 샤프트(69)를 형성하는 하방으로 돌출하는 돌출부를 구비한다. 회전 샤프트(69)는 하부 플레이트 요소(15)의 유지 지지 부재(60) 내에 수용되며, 내부에 회전가능하게 장착된다.

가스 유입구(57, 58)는 원형 링 세그먼트(63) 아래에 배치되며, 가스 유입구(57, 58) 각각은 원형 링 세그먼트(63)의 하부측 상에 지향되는 적어도 하나의 가스 노즐(gas nozzle)을 구비한다. 가스 유입구(57, 58)의 노즐들은 원형 링 세 그먼트(63)의 하부측 상에 지향되어, 이로부터 발산되는 가스의 유동이 회전 샤프트(69) 둘레로 회전 임펄스(rotational impulse)를 생성한다. 가스 유입구(57)의 하나 이상의 노즐은 이로부터 발산되는 가스의 유동이 가스 유입구(58)의 하나 이상의 노즐로부터 발산되는 가스의 유동에 의해 생성되는 회전 임펄스와 반대되는 방향인 회전 임펄스를 생성하도록 여기에 배치된다.

회전 임펄스를 생성시킬 뿐만 아니라, 가스 유입구(57, 58)는 원형 링 세그먼트(63) 및 원형 플레이트 세그먼트(62)를 지지하기 위한 가스의 완충물(cushion)을 제공할 수 있다. 이 경우, 회전 샤프트(69)는 오로지 측면 지지를 제공할 것이다.

오로지 2개의 가스 유입구(57, 58)가 도 1에 도시되지만, 물론 수 개의 가스 유입구가 또한 제공될 수 있으며, 가스 유입구로부터 발산되는 가스의 유동이 각각 가스 및/또는 회전 임펄스의 완충물을 생성시킬 수 있다.

원형 플레이트 세그먼트(62) 및 원형 링 세그먼트(63)가 분리된 요소로 도시되지만, 이들 요소는 물론 한 부재의 세그먼트로서 또한 형성될 수 있다.

원형 링 세그먼트(63)는 분리 요소(30)의 수평 섹션(35)에서 원형 개구(36)의 내부 둘레 보다 큰 외부 둘레를 구비한다. 따라서, 원형 링 세그먼트(63) 및 수평 섹션(35)은 적어도 부분적으로 중첩된다. 이러한 중첩된 영역에는, 원형 링 세그먼트(63)의 상부측과 수평 섹션(35)의 하부측 사이에는 공기 간극(air gap; 71)이 형성되며, 이러한 공기 간극은 제2 부분 챔버(33)에 프로세스 챔버(19)의 제1 부분 챔버(32)를 연결시킨다. 따라서, 원형 플레이트 세그먼트(62) 및 원형 링 세그먼트(63)는 제1 및 제2 부분 챔버를 서로로부터 분리하도록 추가의 분리 요소로서 작용한다. 제2 부분 챔버(33)의 영역에는, 가스 유출 라인(gas outlet line; 73)(도 2)에 연결되는 가스 유출구(상세히 도시되지 않음)가 또한 제공된다.

삽입/제거 개구(25)의 영역에는, 프로세스 챔버(19)의 제1 부분 챔버(32)에 직접 연결되는 가스 유출구가 또한 제공된다. 이 가스 유출구는 프레임형 본체(3) 내에 형성된 가스 유출 라인(76)에 연결되는 본체(3) 내의 복수의 배출구(75)에 의해 형성된다. 가스 유출 라인(73) 및 가스 유출 라인(76)은 예를 들어 펌프와 같은 각각의 흡입 장치와 특히 진공 펌프에 연결된다. 이 흡입 장치는 제1 및 제2 부분 챔버의 외부로 흡입되는 가스의 양을 제어하기 위해 개별적으로 제어될 수 있다.

이에 따라, 가스 유입 섹션(40) 및 가스 유입구(57, 58)는 프로세스 챔버(19)의 제1 부분 챔버(32) 및 제2 부분 챔버(33) 내의 각각의 가스 유입구를 제어하도록 각각의 개별적으로 제어가능한 가스 공급부에 연결된다.

통상적으로는 프로세스 가스가 가스 유입 섹션을 통해 제1 부분 챔버(32) 안으로 도입되지만, 예를 들어 퍼지 가스(purge gas) 및/또는 불활성 가스와 같은 다른 가스들이 가스 유입 섹션을 통해 도입될 수도 있다.

동일 또는 상이한 가스들이 가스 유입구(57, 58)를 통해 제2 부분 챔버로 도입될 수 있으며, 상기 가스 유입구는 실질적으로 회전 장치(55)에 대한 회전 임펄스를 생성시키는 역할을 한다.

아래에는, 도 1 및 도 2에 의해 신속 가열 시스템의 작동을 간단히 설명한 다.

예를 들어 반도체 웨이퍼와 같은 기판(2)은 삽입/제거 개구(25)를 통해 프로세스 챔버(19)의 제1 부분 챔버(32) 안으로 로딩되어 기판 유지 핀(66) 상에 배치된다. 이후, 삽입/제거 개구(25)가 폐쇄되고, 적절하다면, 프로세스 챔버는 예를 들어 불활성 가스와 같은 퍼지 가스를 도입시킴으로써 흘러 넘치게 된다. 이때, 기판(2)의 열 처리는 소정의 온도/시간 프로파일을 이용하여 실시하며, 이로써 가열 램프(22, 23)는 기판(2)을 가열시키기 위해 공지된 방법으로 사용된다. 이러한 열 처리 동안, 가스는 회전 상태로 설정하도록 가스 유입구(57 및/또는 58)의 적어도 하나를 통해 원형 링 세그먼트(63)에 전달된다. 원형 링 세그먼트(63), 원형 플레이트 세그먼트(62) 및 이를 통한 기판(2)은 공지된 방식으로 기판(2)의 가열을 보다 양호하게 하기 위해 또한 회전 상태로 설정된다.

프로세스 가스는 가스 유입 섹션(40)을 통해 제1 부분 챔버(32) 안으로 도입되며, 가스는 제2 부분 챔버(33)에서 가스 유출구(상세히 도시 안됨)를 통해 외부로 빨려 나간다. 적어도 그 만큼의 가스는 가스 유입구(57, 58)를 통해 제2 부분 챔버 안으로 도입될 때 가스 유출구(도시 안됨)를 여기에서 외부로 빨려 나간다. 바람직하게, 추가의 가스는 가스 유입구(57, 58)를 통해 도입되기 보다 가스 유출구(도시 안됨)를 통해 제2 부분 챔버 외부로 빨려 나간다. 이러한 방법으로, 가스의 유동은 제1 부분 챔버(32)로부터 제2 부분 챔버(33)로 이어지는 방향으로 생성되며, 이것은 제2 부분 챔버로부터 제1 부분 챔버 안으로, 예를 들어 유지 지지 부재(60)의 영역 내의 마모 입자와 같이, 회전 장치에 의해 발생되는 미립자들이 통 과하는 것을 방지한다. 제2 부분 챔버로부터 제1 부분 챔버로의 미립자 유동은, 분리 요소(30)의 수평 섹션(35)과 원형 링 세그먼트(63) 사이의 협소한 공기 간극(71)에 의해 가스 유입구(57, 58)를 통해 도입될 때, 제2 부분 챔버(33)의 외부로 오로지 그만큼의 가스가 빨려 나갈 때 조차 실질적으로 방지된다. 열 처리 동안, 프로세스 챔버의 2개의 부분 챔버 내의 압력은 740 토르(torr) 내지 780 토르의 대기 영역(atmospheric region)에 또한 740 토르 미만의 하위-대기 영역에 있을 수 있다.

가스 유입구 및 가스 유출구가 가스의 공급 및 배출의 적절한 조절에 의해 제1 부분 챔버와 제2 부분 챔버 모두에서 발견된다면, 적어도 상이하게 작은 압력의 차가 제1 부분 챔버와 제2 부분 챔버 사이에 발생되어, 열 프로세스 동안, 제1 부분 챔버 내의 압력은 제2 부분 챔버 내의 압력 보다 항상 커서, 제1 부분 챔버와 제2 부분 챔버 사이의 통로를 통한 가스의 유동이 제1 부분 챔버로부터 제2 부분 챔버를 향해 실질적으로 단지 발생될 수 있다.

가스-구동식 회전의 실시예에서(상세히 도시 안됨), 회전 가스는 적어도 제1, 제2 및 제3 가스 유입구를 통해 제2 부분 챔버로 도입된다. 바람직하게, 제1 가스 유입구는 제1 가스 유입구는 공기의 완충물 또는 회전 요소에 대한 여기에서의 공기 지지물을 형성하며, 제2 가스 유입구는 회전 운동을 설정하고 회전 운동을 가속시키며, 제3 가스 유입구는 설정된 회전 운동을 다시 감속시킨다. 그러나, 이러한 시스템의 단점은, 공기의 완충물이 형성된 후, 회전 운동을 설정하고 연속적인 회전 속도를 보장하고 다시 회전을 감속시키기 위해, 회전을 가속시키고 감속시 키는 적어도 제2 가스 유입구 및 제3 가스 유입구가 추가로 계속해서 개방되고 다시 폐쇄되어야 한다는 점이다. 그러나, 가스 유입구를 개방 및 폐쇄시킴으로써, 유동에서의 갑작스러운 변화로 인해 추가의 미립자들이 발생되고, 이들 미립자는 열처리 되는 기판 상에서 소용돌이칠 수 있다.

따라서 본 발명의 바람직한 실시예는, 회전의 가속 및 감속을 발생시키는 가스 유입구들이 또한 동시에 회전 장치의 회전 부재들에 대한 공기의 완충물을 형성한다는 점에서 가스 유입구 내의 회전 속도의 능동적 조절(폐루프)을 가능하게 한다. 이러한 방법에서, 공기의 완충물을 오로지 형성하는 추가의 가스 유입구가 불필요하게 될 수 있다. 가속되면, 단위 시간 당 가스의 양이 가스 유입구에 의한 가속을 위해 증가되거나, 감속을 위해 가스 유입구를 통한 가스의 유동이 감소된다는 점에서, 회전의 가속, 회전 속도의 일정한 유지, 및 회전의 감속이 이러한 구조물에 의해 발생된다. 반대로, 감속되면, 가스 유입구를 통한 단위 시간 당 가스의 양이 감속을 위해 증가되거나, 가스 유입구를 통한 가스의 유동이 가속을 위해 감소된다. 회전 속도가 일정하다면, 충분한 양의 가스가 가스 유입구를 통해 공급되어야 하며, 이는 회전의 가속 및 감속을 초래하여, 회전 장치의 고정 부재와 회전 부재 사이의 공기의 완충물이 회전 부재들을 지지한다. 이러한 유형의 구조물에 의해, 회전 가스를 위한 가스의 공급을 돌발적으로 연결 및 차단함으로써 미립자의 발생이 방지된다.

제2 부분 챔버로부터 제1 부분 챔버를 향해 가스 및/또는 미립자가 이동하는 것을 방지하기 위해, 분리 요소(30) 및 회전 장치(55)의 상이한 배열이 가능하며, 이들 중 일부가 도 3a 내지 도 3g에 도시된다. 도 3a에 의하면, 수평 섹션(35)의 영역에서, 분리 요소(30)는 회전 장치(55)의 회전 샤프트(69)가 접촉없이 충분히 관통될 수 있게 하는 작은 통과 개구(36)를 오로지 구비한다. 회전 샤프트(69)의 상단부의 플레이트 세그먼트(plate segment; 62)는 제1 부분 챔버(32) 내에 배치되며 그 위에서 처리될 기판을 지지한다.

이 경우, 플레이트 세그먼트(62)는 제1 부분 챔버(32)와 제2 부분 챔버(33) 사이에서 추가의 분리 요소로서 작용하지 않는다. 분리 요소(30)에 의해서만 실질적으로 분리가 형성된다. 향상된 분리를 제공하기 위해, 원형 개구(36)의 영역에서, 회전 샤프트(69)와 플랜지 사이에 종축방향으로 연장되는 공기 간극(71)을 형성하도록, 회전 샤프트(69)와 평행하게 연장되는 플랜지가 제공될 수 있다.

그 외에, 신속 가열 시스템의 구조는 상기한 실례의 실시예에 의해 설명될 수 있다.

도 3b는 분리 요소(30) 및 회전 장치(55)의 배열의 다른 변경예를 도시한다. 분리 요소(30)는 원형 개구(36)를 갖는 수평 섹션(35)을 다시 한번 구비한다. 회전 장치(55)의 회전 샤프트(69)는 제2 부분 챔버(33)로부터 원형 개구(36)를 통해 제1 부분 챔버(32) 안으로 연장된다. 회전 샤프트(69)의 상단부 상에는, 원형 개구(36)의 내주 보다 큰 외주를 갖는 원형 플레이트 세그먼트(62)가 부착된다. 따라서, 수평 섹션(35) 및 원형 플레이트 세그먼트(62)가 중첩된다. 원형 플레이트 세그먼트(62)는 이들 수평 섹션(35)과 원형 플레이트 세그먼트(62) 사이에 작은 공기 간극(71)이 형성되도록 수평 섹션(35) 위로 작은 거리에 회전 샤프트(69)에 의 해 유지된다.

도 3c는 분리 요소(30)와 회전 장치(55) 사이의 배열의 다른 변경예를 도시한다. 이러한 배열 변경예는 실질적으로 도 3a에 따른 배열 변경예에 대응하지만, 회전 장치(55)는 회전 샤프트(69)의 상단부에 플레이트 세그먼트를 구비하지 않는다. 회전 샤프트(69)의 상단부에는, 기판(2)을 지지하기 위한 임의의 적합한 지지 유닛이 제공될 수 있다.

도 3d는 도 1 및 도 2에 따른 변경예에 실질적으로 대응하는 회전 장치(55)와 분리 요소(30) 사이의 배열의 변경예를 도시하는데, 하나의 부재의 원형 플레이트 세그먼트(62)가 제공된다.

도 3e는 분리 요소(30)와 회전 장치(55) 사이의 배열의 다른 변경예를 도시한다. 이러한 배열 변경예에 의하면, 분리 요소(30)는 원형 개구를 갖는 수평 섹션(35)을 다시 구비한다. 원형 개구의 영역에서, 수평 섹션(35)의 평면과 동일한 평면 상에는, 회전 샤프트(69)에 의해 이러한 위치에 지지되는 회전 장치(55)의 원형 플레이트 세그먼트(62)가 제공된다. 원형 플레이트 세그먼트(62)는 원형 개구의 내주 보다 작은 외주를 갖는다. 원형 플레이트 세그먼트(62)의 외주 상에는 외주에 실질적으로 수직으로 연장되는 플랜지가 제공된다. 원형 개구의 내주 상에는 대응하는 플랜지가 제공되어, 이들 플랜지 사이에 대응하는 공기 간극(71)이 형성되며, 이러한 대응하는 공기 간극(71)의 길이는 분리 요소(30)의 수평 섹션(35)의 두께와 원형 플레이트 세그먼트(62)의 두께 보다 크다. 원형 플레이트 세그먼트(62)의 외주 상에 그리고 분리 요소(30)의 내주 상에 플랜지들이 제공되지만, 이 들은 또한 생략될 수 있다.

도 3f 및 도 3g는 도 1 및 도 2에 따른 배열 변경예에 실질적으로 대응하는 회전 장치와 분리 요소(30) 사이의 배열의 변경예를 도시한다. 그러나, 분리 요소(30)는 제2 부분 챔버(33)의 체적을 감소시키기 위한 특수한 형태를 갖는다.

도 3a 내지 도 3g에는, 오로지 하나의 회전 샤프트와, 적절한 곳에 위치한 회전 장치(55)의 하나의 플레이트 세그먼트(62)가 각각 도시되어 있다. 다른 부품들의 구조는 도 1 및 도 2에 따른 실시예의 실례와 유사할 수 있지만, 회전 샤프트(69)에 대한 대안의 드라이브가 또한 제공될 수 있다.

도 1, 도 2, 도 3b 및 도 3d 내지 도 3g에 따른 실시예의 실례에서, 기판은 각각 원형 개구의 내주 보다 작은 외주를 구비한다. 더욱이, 열 처리를 위해, 기판은 이 기판의 평행한 돌출부가 원형 개구(36)의 영역 내부에 완전히 놓이도록 각각 배열된다. 도 3e의 경우에, 처리될 기판의 평행한 돌출부가 원형 플레이트 세그먼트(62)의 영역 내부에 완전히 놓인다. 이러한 방법으로, 평행한 돌출부와 공기 간극(71)은 임의의 평면 상에서 교차되는 것이 방지된다. 모든 실시예의 실례에서, 공기 간극은 최대 5 mm의 폭과 높이를 갖는다. 제1 챔버와 제2 챔버 사이에서 가스가 교환되는 것을 어렵게 하기 위해, 공기 간극은 바람직하게 최대 3 mm, 특히 최대 1 mm의 폭과 높이를 갖는다.

도시된 정확한 실시예의 실례에 제한되지 않고 바람직한 실시예의 실례에 의해 본 발명을 상세히 상술하였다. 특히, 회전 장치에 대해 대안의 구동 기구가 제공될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 공기 간극의 영역의 플레이트 세그먼트 상 및/ 또는 회전 샤프트 상 및/또는 분리 요소 상의 대응하는 경로 형성(contouring)에 의해 제1 부분 챔버로부터 제2 부분 챔버 안으로의 가스의 유동에 의해 회전이 발생될 수 있다. 이러한 회전은 예를 들면, 기계적으로, 전기적으로, 전자기적으로, 자기적으로 또는 정전기적으로 또한 구동될 수 있다. 분리 요소는 또한 상당히 다양한 형태를 취할 수 있다. 공기 간극 뿐만 아니라, 예를 들어 분리 요소 내에, 제1 부분 챔버와 제2 부분 챔버 사이에 추가의 가스 통로가 제공될 수 있으며, 이러한 추가의 가스 통로를 통해, 제1 부분 챔버로부터 제2 부분 챔버 안으로 가스가 흡입될 수 있다. 이것은 특히 제1 부분 챔버가 소위 정체 체적 요소(dead volume element)들을 포함하는 경우에 유리하다. 이들은, 다른 체적 요소와 비교할 때, 예를 들어, 일측으로만 개방되며 오로지 가스의 상당히 느린 유동을 허용하는 블라인드 홀(blind hole) 또는 다른 공간 만입부와 같이 상당히 느린 가스 교환을 오로지 허용하는 체적 요소로서 이해된다. 분리 요소 내에 추가의 가스 통로가 제공된다면, 이들은 공기 간극의 통과 영역 보다 작은 전체 통과 영역을 갖는다.

본 발명의 실시예들은, 개시된 실시예들의 요소들과 특성들의 결합체로부터 도출되거나, 다른 요소들과 특성들을 갖는 개시된 실시예들의 요소들과 특성들을 교환함으로써 도출되는 요소들과 특성들에 의해 보충되거나 변경될 수 있다.

본 명세서는 2005년 5월 25일자로 출원된 독일특허 우선권 번호 10 2005 024 118.2와 2005년 7월 6일자로 출원된 미국특허 가출원 번호 제60/686,878호의 개시를 그 전체로서 참조하여 병합되었다.

Claims

기판 열 처리용 신속 가열 시스템으로서:

분리 요소에 의해 제1 부분 챔버 및 제2 부분 챔버로 분리되는 프로세스 챔버와;

하나 이상의 가열원과;

기판을 지지 및 회전시키도록 구성되는 회전 장치로서, 상기 기판이 상기 제1 부분 챔버 내부에 완전히 배치되고 상기 회전 장치가 상기 제2 부분 챔버 내부에 적어도 부분적으로 둘러싸이는, 회전 장치와;

상기 제1 부분 챔버 내에 배치되는 하나 이상의 가스 유입구와; 그리고

상기 제2 부분 챔버 내에 배치되는 하나 이상의 가스 유출구를 포함하며,

상기 제1 부분 챔버 및 상기 제2 부분 챔버는 상기 분리 요소와 상기 회전 장치의 하나 이상의 회전 요소 사이에 형성되는 간극에 의해 연결되는,

기판 열 처리용 신속 가열 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 분리 요소 및 상기 하나 이상의 회전 요소는, 상기 분리 요소 및 사기 하나 이상의 회전 요소가 접촉하지 않으며 상기 간극이 상기 회전 요소의 회전 축선을 둘러싸도록 서로에 대해 배열되는,

기판 열 처리용 신속 가열 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 분리 요소 및 상기 하나 이상의 회전 요소는 서로로부터 단지 약 5 mm 이격되어 있는,

기판 열 처리용 신속 가열 시스템.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 간극은 단지 약 5 mm의 통과 높이를 갖는,

기판 열 처리용 신속 가열 시스템.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 회전 장치는 상기 프로세스 챔버 내부에 완전히 위치되는,

기판 열 처리용 신속 가열 시스템.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 회전 장치는 하나 이상의 고정 부재 및 회전 부재를 포함하며, 상기 하나 이상의 고정 부재가 상기 제2 부분 챔버 내에 배치되는,

기판 열 처리용 신속 가열 시스템.
제 6 항에 있어서,

상기 회전 장치의 상기 고정 부재 상에 하나 이상의 가스 노즐을 더 포함하며, 상기 가스 노즐은 상기 가스 노즐로부터 발산되는 가스 유동이 상기 회전 부재 상에 힘을 부여하도록 상기 회전 장치의 상기 회전 부재의 표면에 대해 정렬되는,

기판 열 처리용 신속 가열 시스템.
제 7 항에 있어서,

상기 가스 노즐로부터 발산되는 각각의 가스 유동이 상기 회전 장치의 상기 회전 부재 상에 마주하는 양 방향의 회전 임펄스를 부여하도록 상기 회전 부재의 표면 상에 지향되는 2개 이상의 가스 노즐을 포함하는,

기판 열 처리용 신속 가열 시스템.
제 8 항에 있어서,

상기 가스 노즐은 개별적으로 제어되도록 구성되는,

기판 열 처리용 신속 가열 시스템.
제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 하나 이상의 가스 노즐을 통해 상기 제2 부분 챔버에 직접 공급되는 단위 시간 당 가스의 양을 제어하도록 구성되는 제어 유닛을 더 포함하는,

기판 열 처리용 신속 가열 시스템.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 회전 장치는 하나 이상의 경로형성된 표면을 포함하며,

상기 신속 가열 시스템은 회전 임펄스가 발생되도록 상기 하나 이상의 경로형성된 표면을 따라 가스의 유동을 발생시키기 위한 가스 유동 발생 수단을 더 포함하는,

기판 열 처리용 신속 가열 시스템.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 회전 장치는 상기 분리 요소 내의 개구를 덮는 하나 이상의 회전 요소 를 포함하는,

기판 열 처리용 신속 가열 시스템.
제 12 항에 있어서,

상기 회전 장치는 상기 기판의 수직 평행 돌출부가 상기 분리 요소 내의 개구 안으로 완전히 놓이도록 상기 기판을 지지하여 구성되는,

기판 열 처리용 신속 가열 시스템.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 회전 장치는 상기 분리 요소의 평면 상의 상기 기판의 수직 평행 돌출부와 상기 분리 요소의 평면 상의 상기 공기 간극의 수직 평행 돌출부가 임의의 지점에서 교차되지 않도록 상기 기판을 지지하여 구성되는,

기판 열 처리용 신속 가열 시스템.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 하나 이상의 가열원은 광학 열 복사선을 방출하는,

기판 열 처리용 신속 가열 시스템.
제 15 항에 있어서,

상기 가열원은 하나 이상의 램프를 포함하는,

기판 열 처리용 신속 가열 시스템.
제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,

상기 분리 요소는 상기 가열원에서 방출되는 복사선을 적어도 부분적으로 투과시키는,

기판 열 처리용 신속 가열 시스템.
제 17 항에 있어서,

상기 분리 요소는 석영 유리를 포함하는,

기판 열 처리용 신속 가열 시스템.
제 15 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 가열원과 상기 기판 사이의 직접 상호가시도의 영역에 놓인 상기 분리 요소의 적어도 일부분들은 상기 가열원으로부터 방출되는 복사선을 적어도 부분적으로 광학적으로 투과시키는,

기판 열 처리용 신속 가열 시스템.
제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,

열 처리되는 상기 기판에 대한 지지 평면 위와 아래에 배치되는 복수의 가열원을 포함하는,

기판 열 처리용 신속 가열 시스템.
제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 부분 챔버로 개방되는 하나 이상의 추가의 가스 유출구를 더 포함하는,

기판 열 처리용 신속 가열 시스템.
기판의 열 처리 방법으로서:

회전 장치를 사용하여 기판을 지지하는 단계와;

상기 기판을 둘러싸는 제1 부분 챔버와 상기 회전 장치의 적어도 일부분을 둘러싸는 제2 부분 챔버로 분리되는 프로세스 챔버 내에서 상기 기판을 가열시키는 단계와;

상기 제1 부분 챔버 안으로 개방되는 가스 유입구를 통해 상기 제1 부분 챔버 안으로 가스를 도입시키는 단계와; 그리고

상기 제2 부분 챔버로 개방되는 가스 유출구를 통해 상기 제2 부분 챔버로부터 가스를 배출시키는 단계를 포함하며,

상기 프로세스 챔버 내의 상기 가스의 유동은 상기 제2 부분 챔버로부터 상기 제1 부분 챔버로의 가스의 유동이 실질적으로 방지되도록 설정되는,

기판의 열 처리 방법.
제 22 항에 있어서,

상기 제2 부분 챔버 내부에 배치되는 상기 회전 장치의 회전 요소의 표면 상에 또는 상기 표면을 따라 적어도 제1 가스 유동을 인도함으로써 제1 방향으로 상기 회전 장치를 회전시키는 단계를 더 포함하는,

기판의 열 처리 방법.
제 23 항에 있어서,

상기 제1 방향의 반대 방향으로 회전력을 적용하기 위해 상기 회전 장치의 회전 요소의 표면 위로 또는 상기 표면을 따라 하나 이상의 제2 가스 유동을 인도하는 단계를 더 포함하는,

기판의 열 처리 방법.
제 23 항 또는 제 24 항에 있어서,

상기 제2 부분 챔버 내의 상기 가스 유동은 상기 회전 요소의 표면 상에 인도되는,

기판의 열 처리 방법.
제 22 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제2 부분 챔버 내의 가스 압력은 상기 제1 부분 챔버 내의 가스 압력 보다 낮은 수준으로 유지되는,

기판의 열 처리 방법.
제 22 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제2 부분 챔버 안으로 직접 도입되는 단위 시간 당 가스의 양은 상기 제2 부분 챔버로부터 직접 배출되는 단위 시간 당 가스 양 보다 작은,

기판의 열 처리 방법.
제 22 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 부분 챔버로부터 직접 가스가 또한 배출되는,

기판의 열 처리 방법.
제 28 항에 있어서,

상기 제1 부분 챔버 안으로 도입되는 단위 시간 당 가스의 양은 상기 제1 부분 챔버로부터 직접 배출되는 단위 시간 당 가스의 양 보다 큰,

기판의 열 처리 방법.
제 22 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 기판은 위로부터 그리고 아래로부터 가열되는,

기판의 열 처리 방법.
제 22 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 챔버로부터 가스를 제거하는 단계를 더 포함하며,

상기 가스가 상기 제2 부분 챔버 내의 유출구를 통해 주로 제거되는,

기판의 열 처리 방법.
제 23 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 부분 챔버 안으로 도입되는 동일한 가스가 상기 회전 장치를 회전시키는데 사용되는,

기판의 열 처리 방법.
제 23 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 회전을 위해 사용되는 가스는 질소, 아르곤, 산소, 수증기 및 수소로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 가스를 포함하는,

기판의 열 처리 방법.
제 22 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 프로세스 챔버 내의 압력은 약 740 토르 미만의 하위-대기 범위로 설정되는,

기판의 열 처리 방법.
제 22 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 부분 챔버와 상기 제2 부분 챔버 사이의 임의의 가스 교환은 상기 회전 장치의 회전 요소와 상기 분리 요소 사이의 간극을 통해 실질적으로 발생되는,

기판의 열 처리 방법.
제 22 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제2 부분 챔버로부터 상기 제1 부분 챔버로의 가스 유동은 상기 제1 부분 챔버와 상기 제2 부분 챔버 사이의 총 가스 유동의 1%를 초과하지 않는,

기판의 열 처리 방법.