KR20100135776A

KR20100135776A - 디스크 형상의 기판의 열처리 장치

Info

Publication number: KR20100135776A
Application number: KR1020107022064A
Authority: KR
Inventors: 발터 디틀; 패트릭 슈미트; 에디 야게르
Original assignee: 맷슨 테크놀로지, 인크.
Priority date: 2008-03-03
Filing date: 2009-03-02
Publication date: 2010-12-27
Also published as: US20090217875A1; DE102008012333B4; US9111970B2; WO2009109896A1; DE102008012333A1; KR101598214B1

Abstract

본 발명은 디스크 형상의 기판, 특히 반도체 웨이퍼의 열처리를 위한 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 하나 이상의 방사선 공급원 및 상부 벽 요소와 하부 벽 요소를 갖는 기판을 수용하는 처리 챔버를 구비하며, 상기 하나 이상의 방사선 공급원에 인접하게 놓인 상기 벽 요소들 중 하나 이상은 상기 방사선 공급원으로부터의 방사선에 대해 실질적으로 투명하다. 또한, 상기 장치는 적어도 제 1 가스 입구 장치를 마련한다. 상기 제 1 가스 입구 장치는 상기 기판과 상기 상부 벽 요소 사이의 상기 처리 챔버 내에 배치되는 플레이트 요소; 상기 플레이트 요소와 상기 상부 벽 요소 사이에 배치된 칼라 링; 및 상기 처리 챔버 내에서 적어도 부분적으로 연장되는 제 1 가스 이송 덕트;를 갖는다. 상기 플레이트 요소는 상기 기판보다 큰 직경을 갖고, 상기 기판의 직경에 대략 상응하는 구멍 영역 내에서 복수의 관통 구멍을 갖는다. 상기 칼라 링은 상기 구멍 영역을 둘러싸며 하나 이상의 입구 개구를 갖는다. 상기 제 1 가스 이송 덕트는 상기 칼라 링의 입구 개구와 정렬되는 출구를 가지며, 상기 출구의 외부로부터 흐르는 가스 흐름은 상기 칼라 링의 중앙 지점을 지나 지향되는 주요 흐름 방향을 갖는다.

Description

디스크 형상의 기판의 열처리 장치{APPARATUS FOR THE HEAT TREATMENT OF DISC SHAPED SUBSTRATES}

본 발명은 디스크 형상의 기판, 특히 반도체 웨이퍼의 열처리를 위한 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 하나 이상의 방사선 공급원 및 상부 벽 요소와 하부 벽 요소를 갖는 기판을 수용하는 처리 챔버를 구비하는 장치에 관한 것으로서, 상기 하나 이상의 방사선 공급원에 인접하게 놓인 상기 벽 요소들 중 하나 이상은 상기 방사선 공급원으로부터의 방사선에 대해 실질적으로 투명하다.

디스크 형상의 기판의 열처리를 위한 이러한 타입의 장치는 반도체 기술에 널리 사용되고 있다. 상기한 타입의 장치는, 예컨대 EP 1034561 A에 공지되어 있다. 또한, 후자의 장치는, 상기한 특징과 더불어, 처리 가스를 처리 챔버 내로 이송하기 위한 가스 입구를 갖는다. 이러한 가스 입구는 반도체의 일측부 상에 배치되어, 챔버를 통해 실질적으로 수평방향으로 연장되는 가스 흐름을 발생시킨다. 그러나, 이러한 타입의 가스 입구 장치에서는, 반도체 웨이퍼에 대한 이질적인 처리 문제가 발생할 수 있는데, 그 이유는 반도체 웨이퍼 상에 가스가 균일하게 분포되지 않기 때문이다. 특히, 기판의 주변 영역에 가스가 도달하는 경우에, 가스가 기판과 반응할 가능성이 있으므로, 가스가 변하게 된다. 그 다음, 가스가 웨이퍼 위로 더욱 이동함에 따라, 가스에 의해 야기되는 반도체 웨이퍼에 대한 소정의 처리 결과도 변하게 된다. 이러한 문제점은 특히 점점 더 커지고 있는 웨이퍼 직경에 의해 중요하다.

또한, 상술한 타입의 장치는 EP 1155437 A에 공지되어 있다. 이러한 장치에서, 처리 챔버 내로 수직방향으로 지향된 흐름에 의해 가스를 처리 챔버 아래에 위치된 기판 상에 인가하기 위해, 기판 위에 놓인 가스 입구는 복수의 입구 개구를 갖는다. 가스 인가 장치는 처리 챔버를 형성하는 벽 요소에 의해 형성된다. 처리 챔버가 비교적 큰 열식 질량(thermal mass)을 가지고, 기판의 열처리 동안에 가열되기 때문에, 벽 요소 내에 냉각 덕트를 갖는 특정의 냉각 장치가 제공된다. 이러한 냉각 장치는, 특히 가스 입구를 거쳐 처리 챔버 내로 반응 가스가 이송되어야 하는 경우에 필요로 하는데, 그 이유는 상기 반응 가스는 처리 챔버와 접촉할 때에 가스 인가 장치의 가열된 요소와 반응할 수 있기 때문이다.

종래기술에서의 상기한 문헌에서 시작하여, 본 발명의 기초를 형성하는 목적은, 종래기술의 전술한 문제점 중 하나 이상을 해소하는 디스크 형상의 기판의 열처리를 위한 장치를 특정하는 것이다.

이러한 목적을 성취하기 위해, 본 발명은 청구항 1에 따른 장치를 제공한다. 또한, 본 발명의 실시예는 종속항에 의해 제공된다.

특히, 본원에 따른 타입의 장치는, 적어도, 상기 기판과 상기 상부 벽 요소 사이의 상기 처리 챔버 내에 배치되는 플레이트 요소를 포함하는 제 1 가스 입구 장치; 상기 플레이트 요소와 상기 상부 벽 요소 사이에 배치된 칼라 링; 및 상기 처리 챔버 내에서 적어도 부분적으로 연장되는 제 1 가스 이송 덕트;를 더 구비한다. 상기 플레이트 요소는 상기 기판보다 큰 직경을 갖고, 상기 기판의 직경에 대략 상응하는 구멍 영역 내에서 복수의 관통 구멍을 갖는다. 상기 칼라 링은 상기 구멍 영역을 둘러싸며 하나 이상의 입구 개구를 갖는다. 상기 제 1 가스 이송 덕트는 상기 칼라 링의 입구 개구와 정렬되는 출구를 가지며, 상기 출구의 외부로부터 흐르는 가스 흐름은 상기 칼라 링의 중앙 지점을 지나 지향되는 주요 흐름 방향을 갖는다.

상기한 특징을 갖는 장치는 처리될 기판 상에서 위로부터 동질성의 가스 흐름을 인가할 수 있으며, 이는, 다른 방식들 가운데, 상기 가스 흐름이 상기 칼라 링의 중앙 지점을 지나 지향되도록 상기 칼라 링, 플레이트 요소 및 상부 벽 요소 사이의 영역에 인가되는 가스 흐름에 의해 성취된다. 특히, 상기 장치가 상기 처리 챔버 내에서 기판을 수용하여 회전시키며, 상기 상부 벽 요소로부터 떨어지게 면하는 측부 상에서 상기 기판을 지지하는 회전 장치를 갖는다면 그리고 상기 가스 흐름의 주요 방향이 상기 회전 장치의 회전과 정렬된다면, 동질성이 더욱 개선될 수 있다. 상기 장치는 상기 처리 챔버의 전체 가스 용적을 변경하지 않고서 상기 웨이퍼 위에서 가스 분위기에 대한 급속하고 동질성의 변경을 가능하게 한다.

본 발명의 일 유리한 실시예에서, 상기 주요 흐름 방향은 상기 칼라 링의 중앙 지점으로부터 통과하며 상기 출구의 중앙 지점을 통해 연장되는 반경방향 라인과 5°내지 25°의 각도를 이룬다. 이로써, 상기 플레이트 요소를 통해 그리고 상기 기판 표면 상에 지향되는 가스 흐름의 특히 동질성의 분포가 성취된다. 상기 주요 흐름 방향은 상기 칼라 링의 중앙 지점으로부터 통과하며 상기 출구의 중앙 지점을 통해 연장되는 반경방향 라인과 대략 10°의 각도를 이루는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 유리한 실시예에서, 플레이트 평면 내의 상기 플레이트 요소는 상기 처리 챔버의 내주부보다 작으며, 그에 의해 상기 플레이트 요소는 상기 처리 챔버 내에 전체적으로 수용될 수 있다. 이로써, 상기 플레이트 요소의 열식 질량은 상기 챔버 전체에 걸쳐 연장되는 요소에 대해 상당히 감소될 수 있으며, 그로 인해 상기 플레이트 요소의 대응하는 냉각이 생략될 수 있다. 상기 플레이트의 냉각은 상기 가스 흐름 자체에 의해 적어도 부분적으로 성취될 수 있다.

바람직하게, 상기 플레이트 요소는 상기 처리 챔버 내에서 대응하는 보유 요소 상에 느슨하게 놓여서, 예컨대 세정 목적을 위해 상기 플레이트 요소의 제거를 가능하게 한다. 상기 관통 구멍을 통한 상기 가스 흐름의 동질성의 분포를 위해, 상기 플레이트 요소는 상기 처리 챔버 내에서 상기 상부 벽 요소에 실질적으로 평행하게 수용되는 것이 바람직하다. 상기 흐름에 의해 상기 기판의 전체적인 동질성으로 덮기 위해, 상기 플레이트 요소의 구멍 영역은 상기 기판의 직경보다 크거나 또는 그와 동일한 것이 바람직하다. 또한, 상기 관통 구멍은 상기 플레이트 요소의 평면에 실질적으로 수직방향으로 연장됨으로써, 상기 기판 상에 실질적으로 수직방향으로 지향되는 흐름을 성취한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 관통 구멍은 상기 플레이트 요소의 구멍 영역의 면적의 적어도 20%를 차지하며, 상기 영역은 스팀 적용에 특히 적합하지만, 가스 또는 혼합된 적용에도 적합하다. 특히 가스 적용에 적합하지만, 스팀 또는 혼합된 적용에 적합한 변형 실시예에서, 상기 관통 구멍은 상기 플레이트 요소의 상기 구멍 영역의 적어도 20% 또는 적어도 30%, 바람직하게 적어도 40%, 그리고 특히 적어도 50%를 차지한다. 이로 인해, 상기 플레이트 요소는, 특히 상기 기판에 반응 가스 또는 냉각 가스가 지향되어야 한다면, 외부 냉각이 생략될 수 있도록 상기 구멍 영역 내에 작은 열식 질량을 갖는다. 상기 관통 구멍은 4 mm 내지 20 mm, 특히 적어도 10 mm의 구멍 직경을 가는 것이 바람직하며, 그로 인해 높은 흐름 속도 없이 큰 흐름이 성취될 수 있다. 이로써, 상기 가스 덕트의 영역 내에서의 입자 발생 및 입자 비말동반이 회피되거나 또는 적어도 감소될 수 있다. 상기 기판 표면의 영역 내에서의 열영동 효과(thermophoretic effects)에 대한 임의의 부작용 없이 상기 기판 위에서 상기 가스 분위기의 변경이 요구된다면, 낮은 흐름 속도가 특히 유리하다. 낮은 흐름 속도로 인해, 상기 가스 흐름에 의해 상기 웨이퍼와 상기 회전 장치가 받을 수 있는 응력도 낮게 유지된다. 바람직하게, 상기 관통 구멍은 상기 플레이트 요소의 구멍 영역 위에서 실질적으로 균일하게 분포되며, 그로 인해 상기 기판 표면 위에서의 동질성의 흐름 분포가 교대로 성취될 수 있다. 바람직하게, 상기 회전 장치의 회전 중심 위에서 상기 플레이트 요소 내에 관통 구멍이 제공되지 않는다. 이는 상기 회전 중심에서 과도하게 강한 반응 또는 냉각이 발생하지 않음을 의미하는데, 그 이유는 이러한 영역이 상기 기판의 회전으로도 상기 가스를 일정하게 받는 한편, 다른 영역은 상기 가스를 일정하게 받지 않기 때문이다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 플레이트 요소 및/또는 상기 칼라 링은 상기 방사선 공급원으로부터의 방사선에 대해 실질적으로 투명하므로, 상기 방사선 공급원에 의해 상기 기판에 대한 직접적인 가열을 가능하게 한다. 변형 실시예에서, 상기 플레이트 요소 및/또는 상기 칼라 링은 상기 방사선 공급원으로부터의 방사선에 대해 실질적으로 흡수성이므로, 상기 플레이트 요소 및/또는 상기 칼라 링을 거쳐 상기 기판을 가열한다.

유리하게, 상기 칼라 링은 상기 플레이트 요소 또는 상기 상부 벽 요소와 접촉하며, 다른 요소로부터 이격된다. 이는 상기 플레이트 요소에 진동이 전달되지 않고서, 상기 상부 벽 요소로의 진동을 허용한다. 이는 요소들을 서로 가격하거나 또는 요소들을 서로 마찰함으로써 입자 형성을 방지할 수 있다. 상기 칼라 링과 다른 요소 사이의 거리는 0.1 mm 내지 1 mm, 바람직하게 대략 0.5 mm이다. 한편, 이러한 이격거리는 진동을 가능하게 해야 하지만, 이격거리로 인해 작은 흐름 손실을 보장해야 한다.

변형 실시예에서, 상기 칼라 링은 상기 처리 챔버 내에서 상기 플레이트 요소와 상기 상부 벽 요소 양자로부터 이격된 거리로 유지된다. 이로써, 다른 요소 또는 상기 칼라 링에 전달되지 않고서, 상기 상부 벽 요소와 상기 플레이트 요소 양자의 진동이 가능해질 수 있다. 상기 칼라 링과 상기 플레이트 요소 사이 및 상기 칼라 링과 상기 상부 벽 요소 사이의 거리는, 0.1 mm 내지 1 mm, 바람직하게 대략 0.5 mm이다. 다시, 진동이 허용되어야 하지만, 갭을 통한 흐름 손실이 작게 유지된다.

상기 처리 챔버로부터 떨어지게 면하는 측부 상에서 상기 상부 벽 요소에 냉각 유체를 부여하는 수단이 제공될 수 있다. 냉각 유체로서, 예컨대 공기가 사용될 수 있다. 냉각 유체의 타입은 상기 처리 챔버로부터 떨어지게 면하는 측부 상에서 문제가 되지 않는데, 그 이유는 상기 처리 챔버 내의 상기 기판과 접촉하지 않기 때문이다. 냉각으로 인해, 상기 상부 벽 요소의 과도한 가열이 회피될 수 있다. 특히, 이로써, 상기 플레이트 요소의 영역 내에서 상기 상부 벽 요소의 과도한 가열이 회피될 수 있다. 이로써, 상기 상부 벽 요소와 상기 플레이트 요소 사이의 공간 내로 이송되는 가스의 과도한 가열이 방지되 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 가스 이송 덕트는 입구에서 제 1 흐름 단면을 가지며, 상기 가스 이송 덕트의 상기 흐름 단면은 모든 지점에서 상기 입구의 단면보다 크다. 이로써, 상기 가스 이송 덕트 내의 막힘 그리고 이를 통해 이송되는 가스의 난류가 회피될 수 있다. 상기 가스 이송 덕트는 동질성의 흐름을 가능하게 하기 위해 실질적으로 일정한 흐름 단면을 갖는 것이 바람직하다. 바람직하게, 상기 가스 이송 덕트는 외부로부터 자유롭게 접근가능하도록 상기 처리 챔버의 외부에 놓이는 입구를 갖는다. 상기 가스 이송 덕트는 입구 영역에서의 실질적으로 둥근 흐름 단면과, 출구 영역에서의 실질적으로 평탄한 흐름 단면을 가질 수 있다. 상기 평탄한 흐름 단면은, 예컨대 타원형 또는 장방형 형태일 수 있다. 상기 입구 단부 상의 둥근 단면은 상기 처리 챔버의 측벽을 통해 단순한 이송을 가능하게 하는 한편, 상기 평탄한 흐름 단면은 상기 플레이트 요소와 상기 상부 벽 요소 사이에서 양호한 위치설정을 가능하게 하는 역할을 한다. 단순한 실시예를 위해, 상기 흐름 단면은 상기 출구 단부 상에서 실질적으로 장방형이다.

바람직하게, 상기 상부 벽 요소, 상기 하부 벽 요소, 상기 플레이트 요소, 상기 칼라 링 및 상기 가스 이송 덕트의 적어도 일부 중 하나 이상은, 유리, 특히 석영 유리로 이루어진다. 이로써, 대응하는 요소는 상기 방사선 공급원으로부터의 방사선에 대해 실질적으로 투명하며, 이는 상기 요소 각각에 작은 정도의 가열을 초래한다.

상기 처리 챔버 내로 이송되는 가스의 배출을 보장하기 위해, 상기 처리 챔버 내로 연장되는 하나 이상의 가스 출구가 제공된다. 상기 가스 출구는 상기 가스 이송 덕트의 흐름 단면과 실질적으로 동일하거나 또는 그보다 큰 흐름 단면을 갖는다. 이로써, 임의의 능동적인 추출 없이 상기 챔버 내의 막힘이 회피될 수도 있는데, 그 이유는 상기 가스 입구를 거쳐서보다는 상기 가스 출구를 거쳐 동일한 가스량 또는 그 이상의 가스가 배출될 수 있기 때문이다. 일 실시예에서, 상기 처리 챔버의 대향 단부에는 2개 이상의 가스 출구가 제공되며, 그로 인해 상기 챔버로부터 보다 동질성의 가스 배출이 제공될 수 있다. 이는 상기 기판 위에서 동질성의 흐름 분포를 더욱 개선할 수 있다. 상기 장치는 능동적인 가스 배출을 제공하기 위해 상기 가스 출구에 연결되는 제어가능한 가스 배출 장치를 가질 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 제 1 가스 입구 장치는 상기 칼라 링의 입구 개구와 정렬되는 출구를 갖는 상기 처리 챔버 내에서 적어도 부분적으로 연장되는 제 2 가스 이송 덕트를 갖는다. 상기 칼라 링의 입구 개구에 연결되는 2개의 가스 이송 덕트를 제공함으로써, 상기 기판에 대한 훨씬 더 동질성의 가스 적용이 성취될 수 있다. 더욱이, 상기 칼라 링의 영역 내에서만 혼합되고, 상기 기판 상에서 가스가 이송되기 바로 전에만 상기 가스 이송 덕트를 거쳐 상이한 가스를 이송하는 것이 가능하다. 이는 특히 가스가 서로 반응하는 상태에서 유리할 수 있다.

상기 제 1 및 제 2 가스 입구 장치는 상기 칼라 링의 공통의 입구 개구와 정렬되는 것이 가능하며, 그로 인해 이러한 영역에서, 2개의 가스 입구 장치를 거쳐 도입된 가스의 혼합이 가능하게 된다.

위로부터 상기 기판 상에 지향된 흐름과 더불어, 상기 기판의 평면 내에 흐름을 제공하기 위해, 바람직하게, 적어도 제 2 가스 입구 장치는 상기 처리 챔버 내에 지향된 하나 이상의 가스 출구를 구비함으로써, 상기 처리 챔버의 외부로 흐르는 가스 흐름은 상기 상부 벽 요소에 실질적으로 평행하게 지향된다. 또 다른 가스 입구 장치를 제공함으로써, 상기 기판(수직방향) 위에서 수직방향으로 지향되는 흐름, 및 상기 챔버 내에서 상기 기판 평면(수평방향)에 평행한 흐름 양자를 제공하는 것이 가능하다. 상기 제 2 가스 입구 장치를 통한 수평방향 흐름은, 특히 급속한 플러싱 공정에 대해 이점을 제공할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 처리 챔버 내로 지향되는 2개 이상의 가스 출구가 제공됨으로써, 상기 처리 챔버의 외부로 흐르는 각각의 가스 흐름이 상기 상부 벽 요소에 실질적으로 평행하게 지향되며, 상기 가스 출구는 상기한, 실질적으로 평행한 평면에서 가스 흐름을 제공한다. 이는 상기 처리 챔버의 특정한 영역에서 가스의 특정한 교환을 가능하게 한다. 상기 가스 출구는 상이한 가스를 받는 것이 가능하며, 그로 인해 상이한 가스 영역이 상기 처리 챔버 내에 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 하나 이상의 또 다른 가스 입구 장치가 제공되며, 이는 상기 제 1 회전 장치 쪽으로 면하는 제 1 측부, 상기 회전 장치로부터 떨어지게 면하는 제 2 측부 및 상기 측부들 사이에서 연장되는 복수의 통로를 갖는 상기 상부 벽 요소에 실질적으로 수직방향으로 연장되는 적어도 제 1 플레이트 요소; 및 상기 플레이트 요소의 제 2 측부에 인접하게 놓이는 영역 내로 가스를 이송하는 하나 이상의 가스 공급부;를 구비한다. 이로써, 특정한 실시예는 상기 처리 챔버를 통해 실질적으로 수평방향 흐름을 성취하기 위해 특정된다. 상기 입구 장치는 상기 제 1 플레이트 요소의 제 2 측부에 이격, 인접 및 실질적으로 평행하게 배치되는 적어도 제 2 플레이트 요소를 구비하여, 상기 제 1 플레이트 요소와 상기 제 2 플레이트 요소 사이에 하나 이상의 가스 이송 공간을 형성할 수 있다. 바람직하게, 상기 제 1 플레이트 요소 내의 통로는 상기 상부 벽 요소에 실질적으로 평행하게 흐르는 가스 흐름을 지향시키도록 배치된다.

바람직하게, 상기 처리 챔버의 상이한 영역에 상이하게 가스를 받을 수 있기 위해, 2개 이상의 제어가능한 상이한 통로 그룹이 제공된다. 바람직하게, 일 그룹의 모든 통로는 상기 상부 벽 요소에 평행하게 연장되는 평면 위에 놓이는 한편, 다른 그룹의 통로는 상기 상부 벽 요소 아래에 놓인다. 이로써, 필요하다면, 별개로 제어될 수 있는 상이한 평면 내에 수평방향의 가스 입구가 형성된다. 상기 제 2 가스 입구 장치의 단순한 실시를 위해, 통로 그룹은 각각 공통의 가스 이송 공간에 연결되며, 각각의 상기 가스 이송 공간은 서로 실질적으로 분리된다. 또한, 각각의 상기 가스 이송 공간에 상이한 가스를 인가할 수 있다. 3개 이상의 통로 그룹이 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 1 플레이트 요소는 상기 처리 챔버의 측벽에 실질적으로 평행하게 연장된다. 그러나, 변형적으로, 상기 처리 챔버의 측벽자체가 상기 플레이트 요소를 실질적으로 형성하는 것도 가능하거나, 또는 가스 출구가 상기 측벽 내에 일체 형성되는 것도 가능하다. 상기 제 1 플레이트 요소는, 상기 처리 챔버의 폭 및 높이에 걸쳐 실질적으로 동질성이고 바람직하게 층류를 발생시킬 수 있기 위해, 상기 처리 챔버의 측벽의 전체 폭 및 높이에 걸쳐 실질적으로 연장된다. 바람직하게, 상기 제 1 플레이트 요소에 대향하게 놓인 상기 처리 챔버의 측벽 내에는, 폐쇄가능한 반입 및 반출 개구가 제공된다.

본 발명은 도면을 참조하여 더욱 상세하게 기술된다.

도 1은 기판을 처리하기 위한 예시적인 장치의 개략적인 단면도,
도 2는 도 1에 따른 장치의 II-II선을 따라 취한 개략적인 단면도,
도 3은 본 발명의 변형 실시예에 따른 처리 장치의 개략적인 평면도,
도 4는 도 3에 따른 플레이트 요소의 사시도,
도 5는 도 3에 따른 칼라 링의 사시도,
도 6a 및 도 6b는 도 3에서의 장치와 함께 사용되는 가스 이송 덕트에 대한 다른 도면.

하기의 설명에 제공되는 위치 및/또는 방향의 세부사항은 도면에서의 도시, 및 서로에 대해 도시된 요소의 바람직한 구성에 관한 것이다. 이러한 세부사항은 제한적인 것으로 고려되지 않아야 한다. 본원에 사용된 용어 "실질적으로 평행한(substantially parallel)"은 대략 10°까지의 정확한 평행성에 대한 편차를 포함한다. 본원에 사용된 용어 "실질적으로 투명한(substantially transparent)"은 적어도 대략 80%의 투명성을 포함하도록 의도된다. 본원에 사용된 용어 "실질적으로 흡수성(substantially absorbent)"은 대략 80%의 흡수성을 포함하도록 의도된다.

도 1 및 도 2는 반도체 웨이퍼(2)의 열처리를 위한 급속 가열 시스템(1)의 제 1 실시예에 대한 서로 다른 도면이다. 급속 가열 시스템(1)은 상측 및 하측의 석영 벽(6, 7)에 의해 상부 램프 챔버(9), 하부 램프 챔버(10) 및 처리 챔버(11)로 구분되는 개략적으로 도시된 하우징(4)을 갖는다. 하우징(4)은 도어 요소(15)에 의해 폐쇄될 수 있는 처리 챔버(11)의 영역 내에 반입 및 반출 개구(14)를 갖는다. 개구(14)는, 필요하다면, 추가적인 요소뿐만 아니라 반도체 웨이퍼(2)를 반입 및 반출하게 한다.

상부 램프 챔버(9) 내에는, 반도체 웨이퍼(2)를 가열하기 위해 공지된 방식으로 제어될 수 있는 복수의 가열 램프(18)가 서로 평행하게 배치된다. 마찬가지로, 하부 램프 챔버(10) 내에는, 반도체 웨이퍼(2)를 가열하기 위해 공지된 방식으로 교대로 제어될 수 있는 복수의 가열 램프(19)가 서로 평행하게 배치된다.

도시한 실시예에서, 상부 및 하부 램프 챔버(9, 10) 내에 제공된 가열 램프(18, 19)는 도 1에서의 평면에 수직방향으로 연장되는 종방향 램프이다. 종방향 램프는, 예컨대 텅스텐 할로겐 또는 아크 램프 타입일 수 있다. 다른 타입의 램프 또는 램프 챔버 내의 상이한 타입의 램프의 혼합된 구성이 가능할 수도 있다. 도시한 것과는 상이한 램프의 구성이 또한 제공될 수 있다. 램프 챔버(9, 10)의 영역에서, 램프(18, 19)로부터 처리 챔버(11)로 방출되는 방사선을 반사하기 위해, 하우징(4)은 내측으로 면하는 반사면들을 갖는다.

상부 및 하부 석영 벽(6, 7)은 가열 램프(18, 19)로부터의 방사선에 대해 실질적으로 투명하다. 적어도 상부 석영 벽(6)을 냉각하기 위해 장치(상세하게 도시하지 않음)가 제공된다. 이러한 장치는, 예컨대 램프 챔버(9) 내로의 냉각 유체 입구를 가질 수 있다. 냉각 유체로서, 예컨대 공기가 사용될 수 있으며, 이는 램프 챔버(9)의 측부로부터 상부 석영 벽(6) 상으로 지향된 다음, 적절한 방식으로 램프 챔버(9)로부터 멀어지게 이송된다. 물론, 상부 석영 벽(6)을 위한 다른 냉각 수단이 제공될 수도 있다. 하부 석영 벽(7)을 위해 상응하는 냉각 장치가 제공될 수 있다.

처리 챔버(11) 내에는, 반도체 웨이퍼(2), 제 1 가스 입구 장치(24) 및 제 2 가스 입구 장치(26)를 수용하여 보유하는 보유 장치(22)가 제공된다.

도 1에 도시한 실시예에서, 보유 장치(22)는 복수의 보유 핀(30)을 지지하는 플레이트 요소(29)를 가지며, 복수의 보유 핀(30)의 자유 단부 상에 반도체 웨이퍼(2)를 수용한다. 플레이트 요소는 회전 구동부(34)에 교대로 연결되는 회전 샤프트(32)에 의해 반도체 웨이퍼(2)로부터 떨어져 면하는 그 단부 상에 지지된다. 따라서, 처리 챔버(11) 내에 놓인 보유 장치(22)의 일부는 처리 챔버(11)의 외부에 놓인 회전 구동부(34)에 의해 회전가능하게 보유된다. 물론, 도시한 보유 장치(22) 대신에, 다른 보유 장치가 처리 챔버(11) 내에 제공될 수도 있다. 특히, 보유 장치 및/또는 반도체 웨이퍼 자체가 임의의 접촉 없이 지지되어, 예컨대 가스 쿠션에 의해 회전되게 설정되는 보유 장치가 공지되어 있다. 중요한 점은, 보유 장치가 처리 챔버(11) 내에서 반도체 웨이퍼(2)를 회전가능하게 보유한다는 점이다.

제 1 가스 입구 장치(24)는 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 평탄한 플레이트 요소(36), 칼라 링(38) 및 가스 이송 덕트(40)를 실질적으로 포함한다. 플레이트 요소(36)는 상부 석영 벽(6)에 평행하게 인접한 보유 요소(도 1 및 도 2에 상세하세 도시하지 않음)에 의해 배치된다. 플레이트 요소(36)와 석영 벽(6) 사이의 거리는, 예컨대 대략 9 mm이고, 플레이트 요소(36)와 반도체 웨이퍼(6) 사이의 거치는, 예컨대 대략 12 mm이다. 플레이트 요소와 반도체 웨이퍼 사이의 거리는, 상기 거리 내지 플레이트 요소(36)와 석영 벽(6) 사이의 거리의 두 배인 것이 바람직할 수 있다.

플레이트 요소(36)는 복수의 관통 구멍(44)을 갖는 구멍 영역(42)과, 상기 구멍 영역 둘레로 연장되는 주변 영역(46)을 갖는다. 구멍 영역(42)은 도 2의 평면도에서 빗금으로 도시되며 플레이트(36)의 큰 부분을 차지한다. 구멍 영역(42)은 반도체 웨이퍼(2)에 상응하는 크기를 갖는다. 특히, 구멍 영역(42)은 반도체 웨이퍼(2)의 직경과 동일하거나 또는 그보다 큰 직경을 갖는다.

복수의 관통 구멍(44)은 플레이트 요소(36)를 통해 수직방향으로 연장되며, 구멍 영역(42) 위로 실질적으로 균일하게 분포된다. 바람직하게, 보유 장치(22)의 회전 중심 위로 놓인 구멍 영역(42)의 중앙에는 관통 구멍(44)이 제공되지 않는다. 관통 구멍(44)은 구멍 영역(42)의 적어도 40%, 바람직하게 적어도 50%를 차지한다.

플레이트 요소의 주변 영역(46)은 가능한 한 작게 유지되어야 한다. 보다 상세하게 후술하는 바와 같이, 주변 영역(46)은, 다른 것들 가운데, 칼라 링(38)을 지지하며, 처리 챔버(11) 내에서 플레이트 요소(36)를 위한 홀더로서의 역할을 한다.

상술한 바와 같이, 칼라 링(38)은 플레이트 요소(36)의 주변 영역(46) 상에 놓여서, 플레이트 요소(36)의 구멍 영역(42)을 전체적으로 둘러싼다. 구멍 영역(42) 내의 관통 구멍(44)의 분포는 칼라 링(38) 내에 전체적으로 수용되는, 즉 칼라 링(38)에 의해 부분적으로 덮인 관통 구멍(44)이 제공되지 않는다. 칼라 링(38)은 플레이트 요소(36) 상에 단순히 놓일 수 있거나, 또는 플레이트 요소(360에 적절한 방식으로 부착될 수 있다.

칼라 링(38)이 플레이트 요소(36) 상에 놓이면, 바람직하게 0.1 mm 내지 1 mm의 작은 갭이 칼라 링(38)과 상부 석영 벽(60 사이에 제공된다. 바람직한 실시예에서, 칼라 링(38)의 상측부와 상부 석영 벽(6) 사이에는 대략 0.5 mm의 갭이 제공된다.

도 2에 따른 평면도에서 알 수 있는 바와 같이, 칼라 링(38)은 그 주변부에 입구 개구(48)를 갖는다. 칼라 링(38)이 플레이트 요소(36) 상에 놓이며 상부 석영 벽(6)으로부터 거리를 유지하고 있지만, 플레이트 요소(36)와 상부 석영 벽(6)과 접촉하게 칼라 링(38)을 보유하는 것이 가능하거나, 또는 상부 석영 벽(6) 상에 보유하지만, 플레이트 요소(36)로부터 이격되게 칼라 링(38)을 보유하는 것이 가능하다. 또한, 처리 챔버(11) 내에 상부 석영 벽(6)과 플레이트 요소(36) 양자로부터 이격되게 칼라 링(38)을 보유하는 것이 가능하다.

가스 이송 덕트(40)는 실질적으로 직선으로 연장되는 입구 영역(50), 중앙 영역(52) 및 출구 영역(54)을 갖는다. 입구 영역(50)은 하우징(4)을 통해 외측으로 연장되며, 상응하는 가스 공급원에 연결될 수 있는 연결 단부(56)를 갖는다. 특히, 가스 이송 덕트(40)를 거쳐 처리 챔버(11) 내로 상이한 가스, 예컨대 냉각 가스 및/또는 처리 가스가 교대로 이송될 수 있도록, 상기한 가스 공급원을 연결 단부(56)에 연결하는 것이 가능하다. 또한, 상이한 가스를 동시에 도입한 다음, 가스 이송 덕트 내에서 혼합하는 것이 가능하다.

입구 영역(50)은 둥근 단면을 가지며, 그로 인해 하우징(4)을 통해 단순한 이송이 가능해진다. 가스 이송 덕트(40)의 중앙 영역(52)은 둥근 단면으로부터 평탄한 단면으로 흐름 단면에 대한 변경을 제공한다. 흐름 단면의 이러한 변경은, 모든 지점에서 가스 이송 덕트(40)의 입구 영역(50) 내에서보다 중앙 영역 내에서 흐름 단면이 크도록 실시된다. 흐름 단면의 변경과 아울러, 중앙 영역(52)은 출구 영역이 칼라 링의 입구 개구(48)와 특정한 방식으로 정렬되도록 출구 영역에 대해 필요한 위치설정을 위해 제공한다. 가스 이송 덕트(40)의 출구 영역(54)은 실질적으로 직선형이며, 평탄한 흐름 단면, 예컨대 타원형 또는 장방형 흐름 단면을 갖는다. 가스 이송 덕트(40)의 출구 영역(54)은 플레이트 요소(36)의 주변 영역(46)과 상부 석영 벽(6) 사이에 적어도 부분적으로 배치됨으로써, 상부 석영 벽(6)과 접촉하지 않는 것이 바람직하다. 출구 영역(54)의 출구 단부(58)가 칼라 링(38)의 입구 개구(48) 내로 연장됨으로써, 출구 단부(58) 외부로 흐르는 가스 흐름이 칼라 링(38) 내로 지향된다. 출구 영역(54)은 그 출구 단부(58) 내에 배치됨으로써, 출구 단부(58) 외부로 흐르는 가스는 도 2에서 점선으로 도시된 주요 흐름 방향(A)을 갖는다. 주요 흐름 방향(A)은 칼라 링(38)의 중앙으로 지향되지 않는다. 주요 흐름 방향(A)은 칼라 링(38)의 중앙 지점으로부터 통과하여 출구 단부(58)의 중앙 지점을 통해 연장되는 반경방향 라인(B)에 대해 5 내지 25°의 각도(α)를 이룬다. 가스 이송 덕트(40) 내의 흐름 저항은, 가능하다면, 그 입구 영역(50)에서보다 작지 않아야 한다.

주요 흐름 방향(A)은 보유 장치(22)의 회전방향(C)과 정렬하는, 즉 주요 흐름 방향(A)과 회전방향(C) 양자는 칼라 링(38)의 중앙 지점을 중심으로 하여 반시계방향으로 주행한다. 물론, 주요 흐름 방향(A)과 회전방향(C) 양자가 칼라 링(38)의 중앙 지점을 중심으로 하여 시계방향으로 주행하도록 주요 흐름 방향(A)과 회전방향(C)을 지향시키는 것이 가능하다.

제 2 가스 입구 장치(26)는 제 1 플레이트 요소(60), 제 2 플레이트 요소(61), 플레이트 요소(60, 61) 사이에서 연장되는 2개의 분리 요소(63, 64), 및 가스 이송 덕트(66, 67, 68)를 갖는다.

플레이트 요소(60)는 처리 챔버(11)의 전체 높이 및 폭에 걸쳐 연장되며, 처리 챔버(11)의 측벽에 평행하다. 특히, 제 1 플레이트 요소(60)는 개구(14)에 대향하게 놓인 처리 챔버(11)의 측벽에 평행하게 연장된다. 제 1 플레이트 요소(60)는 복수의 관통 구멍(70)을 갖는 구멍 플레이트의 형태이다. 복수의 관통 구멍(70)은 제 1 플레이트 요소(60)의 전체 높이 및 폭에 걸쳐 균일하게 분포된다.

또한, 제 2 플레이트 요소(61)는 처리 챔버(11)의 전체 폭 및 높이에 걸쳐 그리고 제 1 플레이트 요소(60)와 하우징(4)의 인접한 측벽 사이의 공간 내에서 연장된다. 이로써, 플레이트 요소(60, 61) 사이에는 가스 이송 공간이 형성된다. 이러한 가스 이송 공간은 분리 요소(63, 64)에 의해 상부 가스 이송면, 중앙 가스 이송면 및 하부 가스 이송면으로 구분된다. 상부 가스 이송면에는 상부 가스 이송 덕트(66)가 연결되는 한편, 중앙 가스 이송면에는 가스 이송 덕트(67)가 연결되고, 하부 가스 이송면에는 가스 이송 덕트(68)가 연결된다. 가스 이송 덕트(66 내지 68)는 하우징의 인접한 측벽 및 제 2 플레이트 요소(61)를 통해 각각 연장되며, 적절한 가스 공급원에 연결될 수 있는 장치(1)의 외부에 놓인 연결 단부를 각각 갖는다. 가스 이송 덕트(66 내지 68)의 연결 단부는 몇 개의 상이한 가스 공급원에 연결되어, 동일 및/또는 상이한 가스가 가스 이송 덕트(66 내지 68)에 별개로 인가되게 한다. 이로써, 제 2 가스 입구 장치에 의해, (반도체 웨이퍼의 표면에 실질적으로 평행한) 처리 챔버(11)를 통해 실질적으로 수평으로 지향되는 가스 흐름을 제공하는 것이 가능하다. 당업자는 동일 및/또는 상이한 가스 흐름이 상이한 평면에 제공될 수 있다는 것을 알 것이다.

또한, 처리 챔버(11) 내에는, 처리 챔버(11)로부터 제 1 또는 제 2 가스 입구 장치(25, 26)에 의해 도입되는 가스를 배출하기 위해, 가스 출구(도시하지 않음)가 제공된다. 가스 출구는 가스 이송 덕트(40)의 흐름 단면에 상응하는 하나 이상의 흐름 단면을 가는 것이 바람직하다. 가스 출구는 형태면에서 수동적인, 즉 처리 챔버(11)로부터 가스가 능동적으로 추출되지 않거나, 또는 예컨대 팬에 의해 능동적인 추출이 제공될 수 있다.

다음으로, 도 1 및 도 2를 참조하여, 급속 가열 시스템(1)의 예시적인 작동이 보다 상세하게 기술된다.

초기에, 개구(14)를 거쳐 처리 챔버(11) 내에 반도체 웨이퍼(2)가 도입되며, 보유 장치(22) 상에 위치된다. 다음에, 반도체 웨이퍼(2)의 열처리를 시작할 수 있기 위해, 도어 요소(15)가 차단된다. 보유 장치(22)를 거쳐 반도체 웨이퍼(2)가 그 평면 내에서 회전되며, 상부 및 하부 가열 램프(18, 19)의 상응하는 제어에 의해 가열된다.

제 1 가스 입구 장치(1)에 의해, 사전 결정된 온도에 도달하면, 반도체 웨이퍼(2)의 표면을 처리하기 위해, 반도체 웨이퍼(2)에 처리 가스가 지향된다. 웨이퍼 표면 위에 동질성의 흐름을 제공하기 위해, 반도체 웨이퍼(2)의 표면에 실질적으로 수직방향의 흐름이 인가된다. 이러한 동질성의 흐름은 반도체 웨이퍼(2)의 동질적인 처리를 초래한다. 가스 이송 덕트(40)의 출구 영역(54)에 대한 주요 흐름 방향(A)이 칼라 링(38)의 중앙 지점에 대해 오프셋되고, 보유 장치(22)의 회전방향(C)과 정렬되기 때문에, 기판 표면 상에서 특히 균일한 흐름이 발생된다.

처리 챔버(11) 내로의 사전 결정된 방안에 따라 처리 가스가 도입된다. 처리 가스의 도입이 완료되면, 소망되는 바와 같이 열처리가 계속된다. 처리 챔버(11)로부터 처리 가스를 급속하게 배출하기 위해, 예컨대 제 2 가스 입구 장치를 거쳐 처리 챔버(11)를 통해 플러싱 가스(flushing gas), 예컨대 질소가 이송될 수 있다. 제 2 가스 입구 장치에 의해 제공되는 실질적으로 수평방향의 가스 흐름방향은 전체의 처리 챔버의 급속하고 양호한 플러싱을 가능하게 한다.

반도체 웨이퍼(2)가 다시 냉각되어야 하는 경우인 열처리 사이클의 말기에, 가열 램프(18, 19)는 꺼지거나 또는 그들의 출력은 적어도 실질적으로 감소된다. 더욱이, 예컨대 제 1 가스 입구 장치(24)를 거쳐 다시 한번 반도체 웨이퍼(2) 상에 냉각 가스가 지향될 수 있다. 반도체 웨이퍼(2) 상에 실질적으로 수직방향으로 지향되는 흐름으로 인해, 반도체 웨이퍼(2)의 균일한 냉각이 제공될 수 있다. 특히, 처리 관리가 가능하므로, 램프가 꺼질 때의 지점에서, 전체의 냉각 출력이 바로 이용가능하도록 가열 램프가 꺼지기 전에도, 냉각 가스가 처리 챔버 내로 감소된 흐름 속도로 도입된다.

마지막으로, 반도체 웨이퍼(2)는 개구(14)를 통해 처리 챔버(11)로부터 다시 제거된다.

상기한 처리 순서는 단순히 예로서 제공된 것으로서, 제 1 가스 입구 장치(24)와 제 2 가스 입구 장치(26)를 제공함으로써, 처리 챔버(11) 내의 매우 상이한 흐름 계획이 확립될 수 있다는 것을 당업자는 인식할 것이다. 제 1 가스 입구 장치(24)는 반도체 웨이퍼(2)의 상측부 상에서 특히 동질적인 흐름을 가능하게 하며, 이는 처리 가스 및 냉각 가스에 특히 유리하다. 그러나, 제 2 가스 입구 장치(26)는 처리 챔버(11)를 통해 실질적으로 수평방향의 층류를 가능하게 한다. 분리 요소(63, 64), 및 가스 이송 덕트(66 내지 68)의 상이한 제어성으로 인해, 처리 챔버(11)를 통한 실질적으로 수평방향으로 지향된 흐름이 상이하게 제어되는 평면에서 가능하다. 물론, 제 1 및 제 2 가스 입구 장치(24, 26)를 거쳐 처리 챔버(11) 내로 가스를 동시에 도입하는 것도 가능하다.

상기한 실시예에서는 칼라 링(38)의 영역 내에 가스를 도입하는 하나만의 가스 이송 덕트(40)를 도시하지만, 가스 이송 덕트(40)에 상응하는 하나 이상의 또 다른 가스 이송 덕트가 제공될 수 있으며, 이는 동일한 입구 개구(48) 또는 칼라 링(38)의 또 다른 입구 개구에 연결된다. 이로써, 특히 가스 이송 덕트가 칼라 링(38)의 대향 단부에 제공되었다면, 훨씬 더 동질성의 가스 분포가 제공될 수 있다. 그러나, 변형적으로, 칼라 링(38) 내에서 혼합한 다음, 반도체 웨이퍼(2)의 표면 상에서 바로 이송되는 가스 이송 덕트를 거쳐 칼라 링(38)의 영역 내로 상이한 가스를 도입하는 것이 가능하다. 이러한 타입의 순서는 반도체 웨이퍼(2) 상에 이송되기 바로 전에 서로 혼합되는 강한 반응성의 가스 혼합물로 특히 유리할 수 있다.

상술한 실시예에서, 플레이트 요소(60, 61) 사이의 분리 요소(63, 64)에 의해 상이한 가스 이송면이 형성된다. 그러나, 상이한 평면에서 처리 챔버(11)를 통해 수평방향 흐름이 소망되지 않는다면, 이들 분리 요소를 생략가능하다. 이 경우, 가스 이송 덕트(66 내지 68) 중 2개가 생략될 수도 있다. 물론, 가스 이송면 중 2개만이 또는 보다 많은 개수가 제공될 수도 있다.

도 3은 반도체 웨이퍼의 열처리를 위한 개략적인 급속 가열 시스템(1)에 대한 평면도이다. 도 4 내지 도 6은 도 3에 따른 급속 가열 시스템(1)에 사용되는 요소들의 상이한 도면이다. 도 3 내지 도 6의 하기의 설명에서, 동일 또는 유사한 요소가 기술되는 한, 동일한 참조부호가 사용된다.

도 3에 도시한 급속 가열 시스템(1)은 도 1에 따른 급속 가열 시스템과 실질적으로 동일한 설계를 갖는다. 특히, 급속 가열 시스템(1)은 상부 및 하부 램프 챔버로 구분되는 하우징(4), 및 석영 벽(도시하지 않음)에 의해 상부 및 하부 램프 챔버 사이에 놓이는 처리 챔버를 갖는다. 도 3에 따른 평면도에서, 금속 가열 시스템(1)의 처리 챔버 내를 볼 수 있기 위해, 하우징(3)의 상부벽 및 가열 램프 구성이 생략되어 있다. 급속 가열 시스템(1)의 처리 챔버 내에는, 반도체 웨이퍼, 제 1 가스 입구 장치(24) 및 제 2 가스 입구 장치(26)를 회전가능하게 수용하기 위해 보유 장치(도 3에서는 보이지 않음)가 다시 한번 제공된다. 제 1 가스 입구 장치(24)는 평탄한 플레이트 요소(36), 칼라 링(38) 및 가스 이송 덕트(40)를 실질적으로 포함한다.

도 4는 플레이트 요소(36)의 사시도이다. 알 수 있는 바와 같이, 플레이트 요소(36)는 복수의 관통 구멍(44)을 갖는 중앙의 구멍 영역(42), 및 상기 구멍 영역(42)을 둘러싸는 주변 영역(46)을 갖는다. 관통 구멍(44)은 구멍 영역(42) 내에 균일하게 분포되며, 도 3에 따른 평면도에 도시한 바와 같이, 보유 장치(도시하지 않음)의 회전 중심 바로 위에는 관통 구멍(44)이 제공되지 않는다. 도 3에 따른 평면도에서 알 수 있는 바와 같이, 구멍 영역(42)은 칼라 링(38) 내에 전체적으로 있는 관통 구멍(44)만을 구비한다. 구멍 영역(42)은 반도체 웨이퍼(2)의 크기에 상응하는 크기를 가지며, 동일하거나 또는 보다 큰 직경을 갖는다.

플레이트 요소의 주변 영역(46)으로부터 돌출하도록 4개의 보유 탭(73)이 제공되며, 이는 처리 챔버 내에 플레이트 요소(36)를 보유하기 위해 처리 챔버 내의 위치설정 및 보유 핀과 연동한다. 특히, 위치설정 및 보유 핀을 수용하기 위해 보유 탭(73) 내에 구멍들이 형성된다. 보유 탭(73) 및 유지 구멍에 의해, 보유 장치의 회전 중심과 정렬하도록 플레이트 요소(36)의 정확한 위치설정이 가능해진다. 보유 탭(73)에 의해, 반도체 웨이퍼를 위핸 핸들링 영역 외부에 플레이트 요소를 보유하는 것이 가능하다.

도 5는 입구 개구(48)를 갖는 칼라 링(38)의 사시도이다. 칼라 링(38)은, 칼라 링(38)의 외주부 상에 2개의 보유 탭(75)을 가지며, 이는 위치설정 및 보유 핀을 적어도 부분적으로 수용하기 위한 유지 개구를 각각 갖는다. 보유 탭(75) 및 유지 개구에 의해, 플레이트 요소(36)에 대한 칼라 링(38)의 정확한 위치설정 및 보유가 당업자가 쉽게 알 수 있도록 가능해진다. 특히, 칼라 링 상의 보유 탭(75)은 플레이트 요소(36) 상의 보유 탭(73) 중 2개와 정렬될 수 있으며, 그에 의해 처리 챔버 내의 위치설정 및 보유 핀이, 상기 요소들이 서로에 대해 위치설정되기 위해, 지지 탭(73) 내의 개구를 통해 그리고 보유 탭(75) 내의 위치설정 개구를 통해 통과할 수 있다.

도 6은 입구 영역(50), 중앙 영역(52) 및 출구 영역(54)을 각각 갖는 가스 이송 덕트(40)에 대한 2가지 상이한 도면이다. 가스 이송 덕트(40)는 제 1 실시예에서와 실질적으로 동일한 설계를 갖는다. 도 6a에서 알 수 있는 바와 같이, 중앙 영역(52)은 둥근 단면으로부터 평탄한 단면으로 흐름 단면을 변경할 뿐만 아니라, 입구 영역(50)과 출구 영역(54)을 상이한 입면으로 배치하는 역할을 한다. 더욱이, 중앙 영역(52)은 입구 영역(50)과 출구 영역(54)이 서로에 대해 각을 이루게 한다.

가스 이송 덕트(40)는 흐름 단면이 입구 단부와 출구 단부 사이에서 실질적으로 일정하게 유지되며, 특히 모든 지점에서 입구 단부의 단면보다 크도록 특히 설계되어야 한다.

도 3의 평면도에서 알 수 있는 바와 같이, 출구 영역(54)은 외측으로 흐르는 가스의 주요 흐름 방향이 칼라 링의 중앙 지점으로 지향되지 않도록 칼라 링(38) 내로 지향된다. 실제로, 출구 영역(54) 외부로 흐르는 가스 흐름의 주요 가스 방향과, 칼라 링의 중앙 지점으로부터 출구 단부의 중앙 지점으로 연장되는 반경방향 라인 사이에서 10°의 각도를 이룬다. 가스 이송 덕트(40)의 외부로 흐르는 가스의 주요 흐름 방향은 보유 장치의 회전에 정렬된다.

제 2 가스 입구 장치(26)는 제 1 실시예와 실질적으로 동일할 수 있다.

도 3의 실시예에 따르면, 처리 챔버를 위한 가스 출구(도시하지 않음)가 제공된다.

도 3에 따른 장치는 전술한 실시예와 동일한 방식으로 작동될 수 있다. 특히, 상이한 수평방향 및 수직방향으로 지향된 가스 흐름은 제 1 및 제 2 가스 입구 장치(24, 26) 각각에 의해 처리 챔버 내에서 성취될 수 있다.

일 실시예에서, 가스 이송 덕트(40)는 중앙 영역 및 출구 영역 내에서 가열 램프(18, 19)로부터의 방사선에 실질적으로 투영한 재료로 형성된다. 한편, 입구 영역(50) 내에서, 가열 램프(18, 19)에 의해 발생된 열방사선이 처리 챔버(11)로부터 배출되는 것을 방지하기 위해, 가스 이송 덕트(40)는 가열 램프의 방사선에 대해 실질적으로 투명한 재료로 이루어지지 않는다. 입구 영역의 외부가 예컨대 반사성 재료로 이루어질 수 있는 반면, 열방사선이 처리 챔버로부터 다수의 반사에 의해 나오는 것을 방지하기 위해 가열 램프로부터의 방사선을 흡수하는 재료가 내부에 제공될 수 있다.

상술한 장치는 광범위한 크기의 웨이퍼에 적합하며, 각각의 요소의 크기는 웨이퍼의 크기로 조절된다. 예컨대, 450 mm 이상의 큰 웨이퍼 직경의 경우에도, 웨이퍼 표면 위에서의 동질성의 흐름이 성취될 수 있다. 상기 장치는 둥근 반도체 웨이퍼에 한정되는 것이 아니라, 임의의 주변 형태, 예컨대 정방형 기판을 갖는 원반형 기판으로 일반적으로 조절될 수도 있으며, 플레이트 요소(36)의 구멍 영역은 기판을 전체적으로 덮는 것이 바람직하다. 둥근 형태가 없는 경우, 특히 기판이 처리 챔버 내에 정적으로 유지된다면, 구멍 영역의 형태가 조절될 수 있다. 그러나, 기판의 회전의 경우, 구멍 영역에 의해 기판의 전체를 덮는 것을 보장하기 위해 구멍 영역의 둥근 형태가 유지되는 것이 바람직하다.

본 발명의 특정한 실시예에 의해 상기 장치가 기술되었지만, 본 발명은 특정하게 도시된 실시예에 제한되지 않는다. 특히, 처리 챔버 내에 배치된 기판을 위한 상이한 회전 기구가 제공될 수 있거나, 또는 회전 기구가 전체적으로 생략될 수 있다. 또한, 상부 가열 램프(18) 또는 하부 가열 램프(19)를 생략함으로써, 나머지 가열 램프(19, 18)에 의해 반도체 웨이퍼의 가열이 배타적으로 실시되는 것이 가능하다.

또한, 플레이트 요소(36)를 램프로부터 열방사선에 대해 실질적으로 투명한 재료로 제조하는 대신에, 열방사선을 실질적으로 흡수하는 재료로 제조하는 것도 가능하다. 그 다음, 플레이트 요소는 가열 램프를 제어함으로써 강하게 가열되어, 반도체 웨이퍼의 방향으로 열방사선을 방출할 것이다. 그 다음, 반도체 웨이퍼는 플레이트 요소로부터의 열방사선에 의해 그리고 통로를 통과하는 가열 램프로부터의 열방사선에 의해 가열된다. 제 2 가열 입구 장치는 처리 챔버의 측벽 내로 일체 형성된 상이한 설계일 수도 있거나, 또는 전체적으로 생략될 수도 있다.

Claims

하나 이상의 방사선 공급원(18; 19); 및
상기 기판을 수용하며, 상부 벽 요소(6)와 하부 벽 요소(7)를 갖는 처리 챔버(11)로서, 상기 하나 이상의 방사선 공급원(18; 19)에 인접하게 놓인 상기 벽 요소들 중 하나 이상은 상기 방사선 공급원(18)으로부터의 방사선에 대해 실질적으로 투명한, 상기 처리 챔버(11);를 포함하는, 디스크 형상의 기판(2), 특히 반도체 웨이퍼의 열처리를 위한 장치(1)에 있어서,
적어도, 플레이트 요소(36), 칼라 링(38) 및 제 1 가스 이송 덕트(4)를 포함하는 제 1 가스 입구 장치(24)를 더 포함하며,
상기 플레이트 요소(36)는 상기 기판(2)과 상기 상부 벽 요소(6) 사이의 상기 처리 챔버(11) 내에 배치되고,
상기 플레이트 요소(36)는 상기 기판(2)보다 큰 직경을 갖고, 상기 기판(2)의 직경에 대략 상응하는 구멍 영역(42) 내에서 복수의 관통 구멍(44)을 갖고,
상기 칼라 링(38)은 상기 플레이트 요소(36)와 상기 상부 벽 요소(6) 사이에 배치되며, 상기 구멍 영역(42)을 둘러싸며 하나 이상의 입구 개구(48)를 갖고,
상기 제 1 가스 이송 덕트(40)는 상기 칼라 링(38)의 입구 개구(48)와 정렬되는 출구(58)를 갖는 상기 처리 챔버(11) 내에서 적어도 부분적으로 연장되며,
상기 출구(58)의 외부로 흐르는 가스 흐름은 상기 칼라 링(38)의 중앙 지점을 지나 지향되는 주요 흐름 방향(A)을 갖는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 처리 챔버(11) 내에 상기 기판(2)을 수용하여 회전시키는 회전 장치(22)를 포함하여, 상기 회전 장치(22)는 상기 상부 벽 요소(6)로부터 떨어져 면하는 측부 상에 상기 기판(2)을 지지하며,
상기 주요 흐름 방향(A)은 상기 회전 장치(22)의 회전과 정렬하여 상기 칼라 링의 중앙 지점을 지나 지향되는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 주요 흐름 방향(A)은 상기 칼라 링의 중앙 지점으로부터 통과하며 상기 출구(58)의 중앙 지점을 통해 연장되는 반경방향 라인(B)과 5°내지 25°, 특히 대략 10°의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
플레이트 평면 내의 상기 플레이트 요소(36)는 상기 처리 챔버(11)의 내주부보다 작은 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
플레이트 평면 내의 상기 플레이트 요소(36)는 상기 처리 챔버(11) 내에서 대응하는 보유 요소 상에 느슨하게 놓이는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플레이트 요소(36)는 상기 처리 챔버(11) 내에서 상기 상부 벽 요소(6)에 실질적으로 평행하게 수용되는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플레이트 요소(36)의 상기 구멍 영역(42)은 상기 기판(2)의 직경보다 작거나 또는 그와 동일한 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플레이트 요소(36) 내의 상기 관통 구멍(44)은 상기 플레이트 요소(36)의 평면에 실질적으로 수직방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 관통 구멍(44)은 상기 플레이트 요소(36)의 상기 구멍 영역(42)의 적어도 20% 또는 적어도 30%, 바람직하게 적어도 40%, 그리고 특히 적어도 50%를 차지하는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 관통 구멍(44)은 4 mm 내지 20 mm, 특히 적어도 10 mm의 구멍 직경을 갖는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 관통 구멍(44)은 상기 플레이트 요소(36)의 상기 구멍 영역(42) 위에서 실질적으로 균일하게 분포되는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제2항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전 장치(22)의 회전 중심 위에서 상기 플레이트 요소(36) 내에 관통 구멍(44)이 제공되지 않는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플레이트 요소(36) 및/또는 상기 칼라 링(38)은 상기 하나 이상의 방사선 공급원(18)으로부터의 방사선에 대해 적어도 실질적으로 투명한 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플레이트 요소(36) 및/또는 상기 칼라 링(38)은 상기 방사선 공급원으로부터의 방사선에 대해 실질적으로 흡수성인 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 칼라 링(38)은 상기 플레이트 요소(36) 또는 상기 상부 벽 요소(6)와 접촉하며, 다른 요소로부터 이격되는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 칼라 링(38)과 다른 요소 사이의 거리는 0.1 mm 내지 1 mm, 바람직하게 대략 0.5 mm인 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 칼라 링(38)은 상기 처리 챔버(11) 내에서 상기 플레이트 요소(36) 및 상기 상부 벽 요소(6)로부터 이격된 거리로 유지되는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 칼라 링(38)과 상기 플레이트 요소(36) 사이 및 상기 칼라 링(38)과 상기 상부 벽 요소(6) 사이의 거리는, 0.1 mm 내지 1 mm, 바람직하게 대략 0.5 mm인 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 처리 챔버(11)로부터 떨어지게 면하는 측부 상에서 상기 상부 벽 요소(6)에 냉각 유체를 부여하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 이송 덕트(40)는 입구에서 제 1 흐름 단면을 가지며,
상기 가스 이송 덕트(40)의 상기 흐름 단면은 모든 지점에서 상기 입구의 단면보다 큰 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 이송 덕트(40)는 실질적으로 일정하게 유지되는 흐름 단면을 갖는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 이송 덕트(40)는 상기 처리 챔버(11)의 외부에 놓인 입구를 갖는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 이송 덕트(40)는 입구 영역(50) 내에 실질적으로 둥근 흐름 단면과, 출구 영역(54) 내에 실질적으로 평탄한 흐름 단면을 갖는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제23항에 있어서,
상기 흐름 단면은 상기 출구 영역(54) 내에서 실질적으로 장방형인 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 상부 벽 요소(6), 상기 하부 벽 요소(7), 상기 플레이트 요소(36), 상기 칼라 링(38) 및 상기 가스 이송 덕트(40)의 적어도 일부 중 하나 이상은, 유리, 특히 석영 유리로 이루어지는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 처리 챔버(11) 내로 하나 이상의 가스 출구가 연장되는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제26항에 있어서,
상기 하나 이상의 가스 출구는 상기 가스 이송 덕트(40)의 흐름 단면과 실질적으로 동일하거나 또는 그보다 큰 흐름 단면을 형성하는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제26항 또는 제27항에 있어서,
상기 처리 챔버(11)의 대향 단부에는 2개 이상의 가스 출구가 제공되는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제26항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 출구에는 하나 이상의 제어가능한 가스 배출 장치가 연결되는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 가스 입구 장치는 상기 처리 챔버 내에서 적어도 부분적으로 연장되며, 상기 칼라 링의 입구 개구와 정렬되는 출구를 갖는 또 다른 가스 이송 덕트를 구비하며,
상기 출구의 외부로 흐르는 가스 흐름은 상기 회전 장치(22)의 회전과 정렬하는 상기 칼라 링(38)의 중앙 지점을 지나 지향되는 주요 흐름 방향을 갖는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제30항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 가스 이송 덕트의 출구는 상기 칼라 링(38)의 공통 입구 개구(48)와 정렬되는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 처리 챔버 외부로 흐르는 가스 흐름이 상기 상부 벽 요소(6)에 실질적으로 평행하게 지향되는 주요 흐름 방향을 갖도록, 상기 처리 챔버 내로 지향되는 하나 이상의 가스 출구를 갖는 적어도 제 2 가스 입구 장치(26)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제32항에 있어서,
상기 제 2 가스 입구 장치(26)는, 외측으로 흐르는 각각의 가스가 상기 상부 벽 요소(6)에 실질적으로 평행하게 지향되는 주요 흐름 방향을 갖도록, 상기 처리 챔버 내로 지향되는 2개 이상의 가스 출구를 가지며,
상기 가스 출구는 상이한, 실질적으로 평행한 평면에서 흐르는 가스 흐름을 제공하는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제32항 또는 제33항에 있어서,
상이한 압력에 있는 상이한 가스 또는 동일한 가스가 상이한 가스 출구에 인가될 수 있는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도, 제 2 가스 입구 장치(26)는, 상기 회전 장치(22) 쪽으로 면하는 제 1 측부, 상기 회전 장치(22)로부터 떨어지게 면하는 제 2 측부 및 상기 측부들 사이에서 연장되는 복수의 통로(70)를 갖는 상기 상부 벽 요소(6)에 실질적으로 수직방향으로 연장되는 적어도 제 1 플레이트 요소(60); 및 상기 플레이트 요소(36)의 제 2 측부에 인접하게 놓이는 영역 내로 가스를 이송하는 하나 이상의 가스 공급부(66, 67, 68);를 구비하는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제35항에 있어서,
상기 제 2 가스 입구 장치(26)는, 상기 제 1 플레이트 요소(60)의 제 2 측부에 이격, 인접 및 실질적으로 평행하게 배치되는 적어도 제 2 플레이트 요소(61)를 구비하여, 상기 제 1 플레이트 요소(60)와 상기 제 2 플레이트 요소(61) 사이에 하나 이상의 가스 이송 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제35항 또는 제36항에 있어서,
상기 제 1 플레이트 요소(60) 내의 통로(70)는 상기 상부 벽 요소(6)에 실질적으로 평행하게 흐르는 가스 흐름을 지향시키는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제35항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
2개 이상의 상이하게 제어되는 통로(70) 그룹이 제공되는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제38항에 있어서,
일 그룹의 모든 통로(70)는 상기 상부 벽 요소(6)에 평행하게 연장되는 평면 위에 놓이는 한편, 다른 그룹의 통로(70)는 상기 상부 벽 요소(6) 아래에 놓이는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제38항 또는 제39항에 있어서,
일 그룹의 상기 통로(70)는 공통의 가스 이송 공간에 각각 연결되며,
상기 가스 이송 공간 각각은 실질적으로 서로 분리되며, 가스를 상이하게 받는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제35항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서,
3개 이상의 통로(70) 그룹이 제공되는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제35항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 플레이트 요소(60)는 상기 처리 챔버(11)의 측벽에 실질적으로 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제42항에 있어서,
상기 제 1 플레이트 요소(60)는 상기 처리 챔버(11)의 측벽의 전체 폭 및 높이 위에서 실질적으로 연장되는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제42항 또는 제43항에 있어서,
상기 제 1 플레이트 요소(60)에 대향하게 놓이는 상기 처리 챔버(11)의 측벽에 폐쇄가능한 반입 및 반출 개구(14)가 제공되는 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.
제1항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 상기 상부 벽 요소(6)는 방사선 공급원(18)에 인접하게 놓이며, 상기 방사선 공급원으로부터의 방사선에 대해 실질적으로 투명한 것을 특징으로 하는
디스크 형상의 기판의 열처리 장치.