KR20090113313A - 반도체 웨이퍼들의 마이크로파 하이브리드 및 플라즈마 급속 열처리 - Google Patents
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Abstract
마이크로파 에너지는 반도체 웨이퍼들의 급속 열처리를 위한 방사선 소스로서 사용된다. 일 양상에서, 웨이퍼에 대한 온도 균일성을 제공하고 열적 응력들(thermal stresses)의 확장(development)으로 인한 웨이퍼들의 균열 또는 파괴를 회피하기 위해 마이크로 변조기 물질로부터 형성된 하이브리드 물질이 사용된다. 다른 양상에서, 직간접적으로 웨이퍼를 가열하기 위해 마이크로파-생성된 대기압 플라즈마가 사용된다.
Description
본 출원은 2007년 1월 25일 출원되고 그 내용이 본원에 참조에 의해 통합되는 미국 임시 특허출원 제60/897,450호에 대하여 35 U. S. C. § 119 (e)하에서 우선권을 주장한다.
분당 대략 수백도(degree)의 가열 속도를 사용하는 급속 열처리(RTP)는 적은 열 예산(low thermal budget)이 선호되는 경우에 반도체 산업에서 사용된다. 예를 들어, 낮은 열적 예산은 불순물 재분배를 방지하기 위한 극소 IC 제조 공정들에서 바람직하다. 유사하게, 전자 산업에서, RTP는 초박막 게이트 산화물의 성장 및 이온 주입된 종들의 활성화 어닐링이 RTP에 의해 통상적으로 행해지는 초대규모 집적회로(VLSI) 공정들에서 애플리케이션을 찾는다. 태양광(photovoltaic, PV) 산업에서, RTP는 예를 들어, Si 웨이퍼들의 인(P) 도핑, 표면상의 패시베이팅 산화물의 성장, 터널 산화물, 금속화 등과 같은 많은 상이한 목적들을 위해 유용하다.
RTP는 석영 튜브 노(quartz tube furnaces)와 같은 종래의 가열 절차를 이용하여 수행될 수 없는 급속 열 사이클들을 가능하게 한다. 종래의 노를 이용하여, 대략 수백 도/분(degrees/min)의 빠른 가열 속도는 성취될 수 없다. 일반적으로, RTP 장비에서 공정 시간은 10-8 - 101 초 사이의 범위이며, 이는 가열, 유지(soaking), 및 냉각 지속기간을 포함한다. 이러한 빠른 가열 속도를 얻기 위하여, 일반적으로 RTP 장비는 레이저, 적외선, 또는 전자/이온 빔 소스들과 같은 방사선 소스 또는 텅스텐 할로겐 램프들을 사용한다. 만약 단방향 방사선 소스가 가열을 위해 사용된다면, 두께 'd'를 가진 웨이퍼의 중앙부에서의 온도는 다음의 등식에 의해 표현된다:
여기서, T0는 웨이퍼의 표면에서 측정된 온도이고, Dth는 실리콘의 열 확산도이고, t는 열 응답 시간이다.
마이크로파 에너지는 반도체 웨이퍼들 및 마이크로파들을 흡수할 수 있는 다른 기판들의 급속 열처리를 위한 방사선 소스로서 사용된다.
일 양상에서, 웨이퍼에 대한 온도 균일성을 제공하고 열적 응력들(thermal stresses)의 확장(development)으로 인한 웨이퍼들의 균열을 회피하기 위해 마이크로파 변조기 물질로부터 형성된 하이브리드 물질이 사용된다. 하이브리드 물질은 또한 에지들에 따른 마이크로파 회절로 인한 에지 과열을 회피하기 위해 사용된다.
방법의 일 실시예에서, 가열될 기판이 공동 내에 배치된다. 마이크로파 변조기 물질로 이루어진 하이브리드 물질은 마이크로파 변조기 물질이 상기 기판의 적어도 일부에 도달하기 전에 마이크로파 방사선을 감쇄시키도록 상기 기판에 관하여 위치된다. 상기 기판을 가열하기 위하여 상기 공동 내부에 마이크로파 방사선이 도입된다. 상기 마이크로파 방사선의 적어도 일부는 상기 기판에 도달하기 전에 상기 하이브리드 물질에 의해 감쇄되므로, 상기 하이브리드 물질은 열이 상기 기판에 보다 균일하게 분배되도록 한다.
다른 양상에서, 직간접적으로 웨이퍼를 가열하기 위해 마이크로파-생성된 대기압 플라즈마가 사용된다. 예를 들어, 금속 물질의 섀쓰는 웨이퍼를 플라즈마와의 접촉(특히 에지들에서)으로부터 보호한다.
방법의 일 실시예에서, 가열될 기판은 열 전도성 물질로 구성된 섀쓰 내에 적어도 부분적으로 둘러싸인다. 상기 섀쓰 내에 둘러싸인 상기 기판은 공동내에 배치된다. 상기 공동내의 가스에 마이크로파 방사선을 가하여 상기 기판을 가열하는 플라즈마를 생성하는 것에 의해 상기 기판은 상기 공동 내에 플라즈마를 형성함으로써 가열된다.
본 발명은 이하에 설명된 첨부 도면들과 결합하여 다음의 상세한 설명으로부터 보다 완전히 이해될 것이다:
도 1은 하이브리드 마이크로파 급속 열처리 설비(installation)의 개략도이고;
도 2는 마이크로파 변조의 개략도이고;
도 3은 도 1에 도시된 설비를 이용한 웨이퍼의 하이브리드 마이크로파 가열에 대한 시간-온도 사이클의 그래프이고;
도 4는 마이크로파-생성된 플라즈마 급속 열처리 설비의 개략도이고;
도 5는 가령 도 4에 도시된 설비를 이용하여 웨이퍼의 마이크로파-생성된 플라즈마 가열의 시간-온도 사이클의 그래프이고;
도 6A는 도 4의 설비와 함께 이용하기 위한, 연속된 상부 플레이트를 구비한 섀쓰(sheath)의 평면도이고;
도 6B는 도 4의 설비와 함께 이용하기 위한, 여러 개구부를 내부에 가진 상부 플레이트를 구비한 섀쓰의 평면도이고;
도 6C는 도 4의 설비와 함께 이용하기 위한, 하나의 더 큰 개구부를 내부에 가진 상부 플레이트를 구비한 섀쓰의 평면도이다.
본원 발명의 일 양상에서, 웨이퍼, 예를 들면, Si 웨이퍼의 하이브리드 마이크로파 급속 열처리(RTP) 방법이 도 1을 참조하여 일반적으로 기재된다. 가열될 웨이퍼(12)는 웨이퍼를 가열하기 위한 마이크로파 방사선 소스(예를 들어, 2.54GHz에서)가 제공되는 마이크로파 공동(14)내에 위치된다. 웨이퍼는 또한 SiC와 같은 적절한 마이크로파 변조기 물질로부터 형성된 하이브리드 물질(18)과 열 연통한다. 하이브리드 물질은 가열 및 냉각 동안 웨이퍼의 균열 또는 파괴를 발생시킬 수 있는 열 쇼크를 방지하며, 웨이퍼에 균일하게 열을 분배한다. 버퍼 또는 절연층(20)은, 하이브리드 물질이 웨이퍼 및/또는 페데스털로 확산하는 것을 방지하기 위하 여, 필요한 경우 하이브리드 물질과 웨이퍼 또는 하부의 지지 페데스털과의 사이에 배치된다. 예를 들어, 하이브리드 물질로부터의 SiC는 C 종들(species)을 Si 웨이퍼로 확신시킬 수 있다. 석영은 적절한 버퍼층을 형성하는데, 이는 석영이 마이크로파들 또는 열 에너지를 흡수하지 않고, 따라서 열 공정에 영향을 주지 않기 때문이다.
전술한 것처럼, 하이브리드 물질(18)은 웨이퍼(12)에 대해 열을 균일하게 분배하여 웨이퍼가 내부 열 응력들의 확장으로 인해 균열 또는 파괴되는 것으로부터 방지한다. 하이브리드 변조기 물질은 바람직하게는 웨이퍼와 비교하여 적당한 마이크로파 흡수 특성을 가지는 실온 2차 마이크로파 서셉터(room temperature secondary microwave susceptor)이다. 하이브리드 물질은 웨이퍼에 도달하는 마이크로파 방사선(22)을 감쇄시키고, 전도에 의해 웨이퍼에 열을 전달할 수도 있다. 또한, 웨이퍼의 에지들로부터의 마이크로파 회절 현상은 에지들의 바람직하지 않은 과열에 이르게 할 수 있다. 따라서, 변조기 물질은 또한 바람직하게는 웨이퍼의 에지 주변으로 연장하여 에지들에서의 과열을 감소시키거나 제거한다. 20% 내지 30%의 공극률(porosity)을 갖는 다공성의 부분적으로 소결된 SiC는 적절한 변조기 물질인데, 이는 균열 또는 파괴 없이 다수 회 가열되거나 냉각될 수 있기 때문이다. 소정의 자기 페라이트들도 사용될 수 있다.
보다 구체적으로, 평면의 두꺼운 샘플들에 대한 마이크로파 흡수는 투과 깊이(penetration depth, Dp)라고 하는 파라미터에 의해 특징지워질 수 있다. 동질의 세라믹 물질에서 마이크로파에 대한 투과 깊이는 다음의 등식에 의해 주어진다:
2.45 GHz의 주파수에서, 자유 공간 파장 λ0=122.4 ㎛이다. tan δ 및 εr은 각각 고려되고 있는 하이브리드 물질들에 대한 탄젠트 손실 계수 및 유전 투과율 값들이며, 이들은 기술 문헌으로부터 획득될 수 있다. 실온 서셉터가 변조기로 사용되는 장치에서, 상기 등식은 변조기 내부의 마이크로파 감쇄를 계산하기 위해 사용될 수 있다. 변조기 물질에서의 감쇄의 개념은, 샘플 워크피스(26)에 도달하기 전에 변조기 물질(24)을 통해 전송되는 마이크로파 방사선(22)을 도시하는 도 2에 개략적으로 도시된다.
예를 들어, SiC는 Si 웨이퍼 주변에 배치될 때 적절한 변조기 물질이다. 상기 등식을 이용한 Dp 계산은 실온에서 마이크로파들이 모든 측부로부터 약 10mm의 깊이로 SiC를 투과함을 보여준다. 따라서, 20mm 두께의 SiC 피스는 주어진 측부에서 웨이퍼에 도달하는 마이크로파들을 완전히 차단할 수 있다. 500℃에서, SiC에서의 투과 깊이 값은 약 5mm로 감소하며 이 온도에서, SiC 물질의 10mm 벌크 피스는 웨이퍼에 도달하는 마이크로파들을 차단할 수 있다. 만약 마이크로파들이 웨이퍼로부터 완전히 차단된다면, 웨이퍼 가열은 SiC 플레이트로부터의 단순한 열 전달 메커니즘에 의해 주로 이루어진다. 한편, 1mm 미만의 SiC 두께는 과도한 마이크로파 에너지가 웨이퍼에 도달하게 할 수 있고, 결과적으로 "회절 효과"로 인한 에지 가열에 이르게 된다. 따라서, 마이크로파 에너지의 적어도 50%는 웨이퍼에 도달할 수 있도록, 변조기 두께는 50% 미만에서 변조기 감쇄를 유지하도록 선택되는 것이 바람직하다. 유사하게, 변조기 물질은 웨이퍼를 완전히 에워싸지 않아야 하는데, 그렇지 않으면 너무 적은 마이크로파 에너지가 웨이퍼에 도달할 것이다. 예를 들어, 변조기 물질은 일반적으로 상부 표면이 마이크로파들에 노출되도록 하기 위하여 웨이퍼의 상부 표면을 덮을 필요가 없다.
대형 산업 시스템에서, 공정은 더욱 체적 현상(volumetric phenomenon)이 되고, 변조기 및 웨이퍼 장치는 다양한 구조들을 가질 수 있다. 예를 들어, 하나의 이러한 장치에서, 변조기 물질은 웨이퍼들로부터 일정 거리만큼 이격될 수 있다. 이 장치는 전도에 의한 부분적인 열 없이 방사성 전달 메커니즘들에 의해 주로 열을 제공한다. 또한, 변조기 물질은 플레이트 또는 다수의 얇은 로드들(rods)과 같은 다양한 구조들을 취할 수 있다. 원형 웨이퍼에 대한 원통형 도가니(crucible)와 같이, 도가니-형상의 변조기가 웨이퍼의 형상과 매칭하도록 구성될 수 있다. 만약 웨이퍼가 정사각형 또는 직사각형이라면, 도가니는 대응하여 성형될 수 있다. 변조기가 어떠한 배열을 취하던간에, 변조기 및 웨이퍼 사이에 상술한 전력 균형이 고려된다.
마그네트론, 클라이스트론(klystron), 또는 마이크로파 에너지의 임의의 다른 소스와 같은 임의의 적절한 마이크로파 방사 소스(16)가 마이크로파들을 생성하기 위하여 사용될 수 있다. 마이크로파 방사 소스는 마이크로파 방사선을 하나 이상의 도파로들(28)을 통해 공동(14)으로 지향할 수 있거나, 도파로를 제거하고 공 동에 직접 연결될 수 있다. 공동(14)은 단일 모드 또는 다중-모드일 수 있다. 대규모 산업 애플리케이션들에 대하여, 다중-모드 마이크로파 공동들이 크기-제한된 단일 모드 공동들보다 더욱 적절할 수 있다. 웨이퍼의 온도를 측정하기 위한 고온계(pyrometer, 32)가 공동 벽 내부의 뷰 포트(view port, 34)를 통해 제공될 수 있다. 최적의 마이크로파 흡수를 위하여, 웨이퍼는 바람직하게는 공동내에 중앙에서 지지된다. 섬유질 알루미나와 같이, 마이크로파 방사 또는 열 에너지를 흡수하지 않는 물질의 페데스털(36)이 적절하다. 적절한 제어기(비도시)는 마이크로파 방사선 소스와 연통하며 바람직하게는 다른 컴포넌트들이 공정을 제어하기 위해 사용된다.
웨이퍼는, 예를 들면, 웨이퍼의 오염을 방지하거나 도입될 수 있는 가스를 포함하기 위하여, 공동 내부의 내부 챔버(38)에 위치될 수도 있다. 챔버는 적절하게는 웨이퍼의 관찰을 방해하지 않고 마이크로파들 또는 열 에너지를 흡수하지 않는 석영으로 형성된다. 공동(14)은 높은 가열 속도(heating rates)를 성취하기 위해 절연될 수 있다. 공정은 한 번에 다수의 웨이퍼들을 위해 크기설정(sizing)될 수 있다. 또한, 공정은 일괄 공정(batch process)으로 기재되었지만, 연속 공정에 적응될 수 있다.
일 실시예에서, 가열될 웨이퍼(12)는 버퍼(20)를 구성하는 두 개의 깨끗한 석영 플레이트들 사이에 개재된다. 상부 플레이트는 속이차 있거나(solid), 두께를 관통하는 천공부들을 포함할 수 있다. 상부 플레이트는 웨이퍼와 주변 대기 사이의 직접적인 접촉을 방지하거나 최소화하여, 대류성의 열 손실들을 최소화 또는 회피하고, 이는 웨이퍼 가열 속도를 높게 유지하는 데 도움이 된다. 이러한 장치는 변조기 물질(18)로 제조된 원통형 도가니 내부에 배치된다. 도가니의 높이는 석영 및 웨이퍼 개재(sandwich) 장치와 똑같거나 약간 크다. 이러한 장치는 평탄하고 큰 웨이퍼들을 신속하게 가열하기 위해 사용될 수 있다.
SiC 변조기 물질의 도가니 및 석영 버퍼를 갖는 도 1에 도시된 장치를 이용하여 다중-모드 마이크로파 공동내의 Si 웨이퍼의 마이크로파 가열을 테스트하기 위해 실험들이 행해졌다. 1000℃ 또는 그 이상의 온도로의 급속 가열 후 웨이퍼의 파괴 없이 실온으로의 급속 냉각은 본원에 기재된 하이브리드 마이크로파 절차에 의해 성취될 수 있다. 도 3은 Si 웨이퍼가 도 1에 도시된 장치를 이용하여 가열되었던 시간-온도 사이클을 도시한다. 시간-온도 사이클은 기존 RTP 방법들과 필적하며, 낮은 열 예산(t-T 곡선 하부의 영역)이 가능함을 예증한다. 변조기를 이용한 경우와 이용하지 않은 경우의 마이크로파 환경에서 가열된 Si 웨이퍼의 비교는 변조기 물질이 존재할 때 에지 가열의 강도가 상당히 감소됨을 보여주었다.
이 공정은 전력을 절약하는 데 유리한 데, 그 이유는 가열 공정이 웨이퍼 상에서만 발생하기 때문이다. 예를 들어, 실행되었던 실험들에서, 마이크로파 입력 전력은 작은 크기의 샘플들을 가열하기 위해 800W를 초과하지 않았다.
마이크로파-기반 급속 열처리의 다른 양상에서, 마이크로파 에너지가 웨이퍼 표면 상부의 대기압 플라즈마를 생성하기 위해 먼저 사용되고, 플라즈마는 순차적으로 도 4를 참조하여 기재되는 것처럼, 웨이퍼를 급속 가열한다. 플라즈마의 마이크로파 생성은 일반적으로 공지되어 있다. 예를 들면, 미국 공개 특허출원 제 2005-0233091를 참조할 수 있고, 이는 참조에 의해 본원에 포함되는 것으로 한다.
가열될 웨이퍼(42)는 한 쌍의 나사(56)를 이용하는 것과 같이 임의의 적절한 방법으로 플레이트들 사이에 개재된 웨이퍼와 함께 고정되는 상부 플레이트(46) 및 하부 플레이트(48)로 형성된 금속 섀쓰(sheath, 44) 내에 둘러싸인다. 섀쓰 내의 웨이퍼는 웨이퍼를 가열하기 위한 플라즈마(54)를 생성하도록 마이크로파 방사선 소스(52)를 구비하는 마이크로파 공동(50) 내에 위치된다. 섀쓰(44)는 일부 경우에는 웨이퍼와 반응하거나 녹일 수 있는 플라즈마(54)와의 접촉으로부터 웨이퍼를 보호하면서 웨이퍼에 열을 전도한다.
일 실시예에서, 금속 섀쓰(44)의 상부 플레이트(46)는 전체 웨이퍼 면을 덮으면서 연속적이이서(도 6A 참조), 웨이퍼에 열을 여전히 전도하면서 웨이퍼와 플라즈마의 접촉을 방지한다. 나사들(56)을 위한 홀들(58)이 에지들 근처에 제공된다. 이 경우, 플라즈마로부터의 가열은 방사성 열 소스로서 간접적이다. 일부 경우에는, 웨이퍼와 플라즈마의 일부 접촉이 허용되어 이온종들의 침투로 인한 가열을 증가시킨다. 그러나, 너무 많은 플라즈마 볼륨은 표면과 직접 접촉하지 않아야 하는데, 이는 높은 가열 속도를 제공하지만 스퍼터링에 의해 표면 인(surface phosphorous)을 식각할 수 있기 때문이다. 이 경우, 천공된 상부 플레이트가 사용될 수 있다. 섀쓰는 그러나, 웨이퍼의 에지에서의 과도한 가열을 방지하기 위하여 웨이퍼의 주변을 덮어야 한다. 천공된 섀쓰 상부 플레이트의 두 가지 실시예들이 도 6B 및 6C에 도시된다. 도 6B는 여러 개구부들(62)을 내부에 가진 상부 플레이트(46')를 도시한다. 도 6C는 하나의 보다 큰 개구부(64)를 가진 상부 플레이 트(46")를 도시한다. 개구부들의 크기와 수는 표면 에칭을 방지하는 것과 관련된 가열 필요성에 기초하여 선택된다.
특정 물질들이 섀쓰에 대해 적절한 물질들인데, 이는 이들이 웨이퍼에 급속히 열을 전도할 수 있고 비교적 저렴하기 때문이다. 금속은 충분히 높은 녹는점(가령, 1000℃를 초과)을 가지므로, 공동내에서 녹지 않는다. 섀쓰의 표면은 바람직하게는 웨이퍼와의 양호한 접촉을 위해 연마된 마감재를 가진다. 적절한 금속들은 오스테나이트계(austenitic) 니켈-기반 초합금(가령, INCONEL®) 및 스테인리스 스틸을 포함한다.
마그네트론, 클라이스트론, 또는 마이크로파 에너지의 임의의 다른 소스와 같이, 임의의 적절한 마이크로파 방사선 소스(52)가 마이크로파들을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 마이크로파 방사선 소스는 마이크파 방사선을 하나 이상의 도파로들(66)을 통해 공동으로 지향시킬 수 있거나, 도파로를 제거하여 공동에 직접 연결될 수 있다. 공동은 단일 모드 또는 다중-모드일 수 있다. 큰 스케일의 산업적 애플리케이션에 대하여, 다중-모드 마이크로파 공동들이 크기 제한된 단일 모드 공동들보다 더욱 적합하다. 적절한 절연이 가열 속도를 증가시키기 위하여 공동에 대하여 제공될 수 있다. 웨이퍼의 온도를 측정하기 위한 고온계(pyrometer, 68)가 공동 벽내부의 뷰 포트(72)를 통해 제공될 수 있다. 최적의 가열을 위하여, 웨이퍼는 바람직하게는 공동 내에 중앙에 지지된다. 마이크로파 방사선 또는 열 에너지를 흡수하지 않는 섬유질 알루미나와 같은 물질의 페데스털(74)이 적합하다.
웨이퍼는 플라즈마(54)를 포함하는 내부 챔버 또는 용기(vessel, 76) 내에 위치되는 것이 바람직하다. 공동 또는 용기는 라인 및 제어 밸브(비도시)에 의해 (아르곤, 질소, 수소, 크세논, 크립톤 등의 소스와 같은) 하나 이상의 소스들에 연결된다. 공동 또는 용기로 진입하는 마이크로파 방사선(78)은 플라즈마를 내부에서 점화시킨다. 선택적인 수동 또는 능동 플라즈마 촉매가 플라즈마를 개시시키고, 변조하고, 유지하기 위하여 공동 또는 용기에 부가될 수 있다.
마이크로파 방사선 소스, 가스 소스, 및 다른 컴포넌트들과 통신하는 적절한 제어기(비도시)가 공정을 제어하기 위해 사용되는 것이 바람직하다. 공정은, 플라즈마가 적절하게 제한되는 한, 한 번에 다수의 웨이퍼들을 위해 크기설정(sizing)될 수 있다. 또한, 공정이 일괄 공정으로서 기재되었지만, 유사하게 플라즈마가 적절하게 제한되는 한 연속 공정에 적응될 수 있다.
웨이퍼를 둘러싸는 INCONEL® 금속 섀쓰를 갖는 도 4에 도시된 장치를 이용하여 다중-모드 마이크로파 공동내의 Si 웨이퍼의 플라즈마 마이크로파 가열을 테스트하기 위해 실험들이 행해졌다. 900℃ 또는 그 이상의 온도로의 급속 가열 후 웨이퍼들의 파괴 없이 실온으로의 급속 냉각이 본 공정에 의해 성취되었다. 본 실험에서 획득된 시간-온도 그래프가 도 5에 도시된다. 시간-온도 사이클은 기존 RTP 방법들에 필적하며, 낮은 열 예산이 플라즈마 마이크로파 가열 공정을 이용하여 가능함을 예증한다.
웨이퍼 시트 저항이 네 개의 프로브 저항률 절차(resistivity procedure)를 이용하여 측정되었다. 하이브리드 마이크로파 및 플라즈마 마이크로파 RTP 처리된 샘플들 모두에 대하여 측정된 값들은 기존 RTP 절차들을 이용하여 처리된 샘플들의 것들과 필적하며, 하이브리드 및 플라즈마 마이크로파 공정들을 이용한 얕은 p-n 접합들 내지 깊은 p-n 접합들의 형성을 나타낸다.
기재된 하이브리드 및 플라즈마 마이크로파 RTP 공정들은 현재의 RTP 장비 및 공정들과 관련하여 여러 장점들을 제공한다. 대부분의 현재 RTP 기계들은 단일 웨이퍼 반응기들로서 이용가능하다. 하이브리드 및 플라즈마 마이크로파 RTP 장비는 더 많은 처리량을 갖는 더 큰 영역들을 갖도록 개발될 수 있다.
텅스텐 할로겐 램프들을 에너지 소스로 이용하는 현재의 RTP 기계들에서, 에너지 전달 메커니즘은 2 단계 공정으로서 발생한다. 첫째, 할로겐 소스 내의 텅스텐 필라멘트는 웨이퍼들이 광 에너지를 흡수하기 시작하기 전에 2000K 내지 3000K로 전기적으로 가열되어야 한다. 비록 램프 가열이 종래의 노 처리(conventional furnace processing, CFP)와 비교하여 에너지 효율적이지만, 효율성은 여전히 전술된 마이크로파 가열 기술만큼 높지 않다.
램프 가열은 지향성이고 하부 면과 비교하여 웨이퍼의 노출면에 대해 보다 효율적이다. 따라서, 여러 램프 소스들 뿐만 아니라 금 도금된 반사기들이 효율적인 용적 가열(volumetric heating)을 위해 요구된다. 대조적으로, 마이크로파 가열은 본질적으로 용적 가열 공정이다.
광 흡수는 두께에 의존하며, 비균일 가열은 대면적 웨이퍼들에 대하여 일반적으로 문제점이다. 본 하이브리드 및 플라즈마 마이크로파 가열은 대면적 웨이퍼 들의 보다 균일한 가열을 제공한다.
공정들이 Si 웨이퍼들과 관련하여 기재되었다. GaAs(갈륨 비소), GaP(인화 갈륨), GaN(질화 갈륨), Ge(게르마늄), InP(인화 인듐), ZnO(산화 아연), SiC(탄화 규소), CdSe(카드뮴 셀레나이드), CdTe(카드뮴 텔루라이드), ZnS(황화 아연), ZnSe(아연 셀레나이드), 및 ZnTe (아연 텔루라이드) 웨이퍼들과 같은 다른 웨이퍼 재료들, 및 당업자에게 공지된 다른 재료들이 본 공정을 이용하여 가열될 수 있다.
본 발명은 첨부된 특허청구범위에 의해 지시되는 것을 제외하고, 특정적으로 도시되고 기재된 것에 의해 제한되지 않아야 한다.
Claims (35)
- 기판의 급속 열처리를 위한 하이브리드 마이크로파 프로세스(process)로서,공동(cavity) 내에 가열될 기판을 배치하는 단계;마이크로파 변조기 물질로 이루어진 하이브리드 물질을 제공하는 단계 ― 상기 하이브리드 물질은 마이크로파 방사선이 상기 기판의 적어도 일부에 도달하기 전에 상기 마이크로파 방사선을 감쇄시키도록 상기 기판에 관하여 위치됨 ―; 및상기 기판을 가열하기 위하여 상기 공동 내부에 마이크로파 방사선을 도입하는 단계 ― 상기 마이크로파 방사선의 적어도 일부는 상기 기판에 도달하기 전에 상기 하이브리드 물질에 의해 감쇄되고, 상기 하이브리드 물질은 열이 상기 기판에 보다 균일하게 분배되도록 함 ―를 포함하는 기판의 급속 열처리를 위한 하이브리드 마이크로파 프로세스.
- 제 1 항에 있어서,상기 하이브리드 물질은 마이크로파 에너지의 적어도 50%가 상기 웨이퍼에 도달하게 할 수 있는 두께를 가지는, 기판의 급속 열처리를 위한 하이브리드 마이크로파 프로세스.
- 제 1 항에 있어서,상기 하이브리드 물질은 마이크로파 에너지의 적어도 50%가 상기 웨이퍼에 도달하게 할 수 있는 구성(configuration)을 가지는, 기판의 급속 열처리를 위한 하이브리드 마이크로파 프로세스.
- 제 1 항에 있어서,상기 하이브리드 물질은 상기 기판의 에지들에 도달하는 마이크로파 방사선을 감쇄시키도록 배치되는, 기판의 급속 열처리를 위한 하이브리드 마이크로파 프로세스.
- 제 1 항에 있어서,상기 하이브리드 물질은 상기 기판의 에지들 및 하나의 표면과 열적으로 전도성 접촉하여 배치되는, 기판의 급속 열처리를 위한 하이브리드 마이크로파 프로세스.
- 제 1 항에 있어서,상기 하이브리드 물질은 플레이트를 포함하는, 기판의 급속 열처리를 위한 하이브리드 마이크로파 프로세스.
- 제 1 항에 있어서,상기 하이브리드 물질은 다수의 로드들(rods)을 포함하는, 기판의 급속 열처리를 위한 하이브리드 마이크로파 프로세스.
- 제 1 항에 있어서,상기 하이브리드 물질은 상기 기판과 매칭하도록 구성된 에지들 및 하부면을 구비하는 도가니(crucible)를 포함하는, 기판의 급속 열처리를 위한 하이브리드 마이크로파 프로세스.
- 제 1 항에 있어서,상기 하이브리드 물질은 상기 기판으로부터 이격되는, 기판의 급속 열처리를 위한 하이브리드 마이크로파 프로세스.
- 제 1 항에 있어서,상기 하이브리드 물질은 탄화 규소를 포함하는, 기판의 급속 열처리를 위한 하이브리드 마이크로파 프로세스.
- 제 1 항에 있어서,상기 하이브리드 물질은 자기 페라이트 물질을 포함하는, 기판의 급속 열처리를 위한 하이브리드 마이크로파 프로세스.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판 및 상기 하이브리드 물질 사이에 버퍼를 배치하는 단계를 더 포함 하며, 상기 버퍼는 실질적으로 마이크로파 방사선을 흡수하지 않는 물질로 구성되는, 기판의 급속 열처리를 위한 하이브리드 마이크로파 프로세스.
- 제 12 항에 있어서,상기 버퍼 물질은 석영을 포함하는, 기판의 급속 열처리를 위한 하이브리드 마이크로파 프로세스.
- 제 12 항에 있어서,상기 버퍼는 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 포함하며, 상기 기판은 상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트 사이에 개재되는, 기판의 급속 열처리를 위한 하이브리드 마이크로파 프로세스.
- 제 14 항에 있어서,상기 버퍼의 상기 상부 플레이트는 연속적으로 속이 차 있는(solid), 기판의 급속 열처리를 위한 하이브리드 마이크로파 프로세스.
- 제 14 항에 있어서,상기 버퍼의 상기 상부 플레이트는 천공되는(perforated), 기판의 급속 열처리를 위한 하이브리드 마이크로파 프로세스.
- 제 1 항에 있어서,상기 공동 내부에 있는 내부 챔버에 상기 기판을 배치하는 단계를 더 포함하는, 기판의 급속 열처리를 위한 하이브리드 마이크로파 프로세스.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판은 반도체 웨이퍼를 포함하는, 기판의 급속 열처리를 위한 하이브리드 마이크로파 프로세스.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판은 실리콘, 갈륨 비소, 인화 갈륨, 질화 갈륨, 게르마늄, 인화 인듐, 산화 아연, 탄화 규소, 카드뮴 셀레나이드, 카드뮴 텔루라이드, 황화 아연, 아연 셀레나이드, 또는 아연 텔루라이드 웨이퍼 물질들로 구성되는, 기판의 급속 열처리를 위한 하이브리드 마이크로파 프로세스.
- 제 1 항에 있어서,상기 공동은 단일 모드 또는 다중-모드 공동인, 기판의 급속 열처리를 위한 하이브리드 마이크로파 프로세스.
- 제 1 항에 있어서,상기 공동은 절연된, 기판의 급속 열처리를 위한 하이브리드 마이크로파 프 로세스.
- 기판의 급속 열처리를 위한 플라즈마 마이크로파 프로세스으로서,열 전도성 물질로 구성되는 섀쓰(sheath)내에 가열될 기판을 적어도 부분적으로 둘러싸는 단계;상기 섀쓰내에 둘러싸인 상기 기판을 공동 내에 배치하는 단계; 및상기 공동내의 가스에 마이크로파 방사선을 가하여 상기 공동내에 플라즈마를 형성하는 것에 의해 상기 플라즈마가 상기 기판을 가열함으로써, 상기 기판을 가열하는 단계를 포함하는, 기판의 급속 열처리를 위한 플라즈마 마이크로파 프로세스.
- 제 22 항에 있어서,상기 섀쓰는 상기 기판의 적어도 에지들을 둘러싸는, 기판의 급속 열처리를 위한 플라즈마 마이크로파 프로세스.
- 제 22 항에 있어서,상기 섀쓰는 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 포함하고, 상기 기판은 상기 상부 프레이트 및 상기 하부 플레이트 사이에 개재되는, 기판의 급속 열처리를 위한 플라즈마 마이크로파 프로세스.
- 제 24 항에 있어서,상기 섀쓰의 상기 상부 플레이트는 연속적으로 속이 차 있는(solid), 기판의 급속 열처리를 위한 플라즈마 마이크로파 프로세스.
- 제 24 항에 있어서,상기 섀쓰의 상기 상부 플레이트는 천공되는(perforated), 기판의 급속 열처리를 위한 플라즈마 마이크로파 프로세스.
- 제 22 항에 있어서,상기 섀쓰는 금속으로 구성되는, 기판의 급속 열처리를 위한 플라즈마 마이크로파 프로세스.
- 제 22 항에 있어서,상기 섀쓰는 오스테나이트계(austenitic) 니켈-기반 초합금 또는 스테인리스 스틸로 구성되는, 기판의 급속 열처리를 위한 플라즈마 마이크로파 프로세스.
- 제 22 항에 있어서,상기 플라즈마를 개시시키고, 변조하고, 유지하기 위하여 상기 공동 내부에 플라즈마 촉매를 제공하는 단계를 더 포함하는, 기판의 급속 열처리를 위한 플라즈마 마이크로파 프로세스.
- 제 22 항에 있어서,상기 플라즈마는 대기압에서 형성되는, 기판의 급속 열처리를 위한 플라즈마 마이크로파 프로세스.
- 제 22 항에 있어서,상기 공동 내부에 있는 내부 챔버에 상기 기판을 배치하는 단계를 더 포함하는, 기판의 급속 열처리를 위한 플라즈마 마이크로파 프로세스.
- 제 22 항에 있어서,상기 기판은 반도체 웨이퍼를 포함하는, 기판의 급속 열처리를 위한 플라즈마 마이크로파 프로세스.
- 제 22 항에 있어서,상기 기판은 실리콘, 갈륨 비소, 인화 갈륨, 질화 갈륨, 게르마늄, 인화 인듐, 산화 아연, 탄화 규소, 카드뮴 셀레나이드, 카드뮴 텔루라이드, 황화 아연, 아연 셀레나이드, 또는 아연 텔루라이드 웨이퍼 물질들로 구성되는, 기판의 급속 열처리를 위한 플라즈마 마이크로파 프로세스.
- 제 22 항에 있어서,상기 공동은 단일 모드 또는 다중-모드 공동인, 기판의 급속 열처리를 위한 플라즈마 마이크로파 프로세스.
- 제 22 항에 있어서,상기 공동은 절연되는, 기판의 급속 열처리를 위한 플라즈마 마이크로파 프로세스.
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