KR20230063862A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20230063862A
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KR
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cooling
vertical furnace
lamps
vertical
space
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KR1020220138917A
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테오도뤼스 지.엠. 오스테를라컨
Original Assignee
에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이.
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Publication date
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Abstract

수직형 퍼니스, 및 막을 포함한 반도체 구조를 형성하기 위한 방법이 제공된다. 바람직한 구현예에서, 이러한 수직형 퍼니스는, 공정 공간과 개구를 정의한 내부 인클로저를 포함한다. 이러한 공정 공간은 수직 방향으로 연장되고, 개구는 복수의 웨이퍼를 수용하기 위한 것이다. 이러한 수직형 퍼니스는 내부 인클로저를 둘러싸는 외부 인클로저를 포함한다. 또한, 이는 공정 가스를 공정 공간 내로 주입하기 위한 가스 인젝터를 포함한다. 이는 또한, 공정 공간을 배기하기 위한 배기 가스 유출구를 포함한다. 이러한 수직형 퍼니스는 복수의 웨이퍼를 가열하기 위한 램프가 제공된다. 이러한 램프는 내부 인클로저와 외부 인클로저 사이의 내부 공간에 원주 방향으로 배열된다. 이러한 수직형 퍼니스는, 내부 공간을 냉각하기 위해 내부 공간에 냉각 유체를 제공하기 위한 냉각 유입구를 추가로 포함한다.

Description

기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 개시는 반도체 소자 제작 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 이는 기판 처리 장치에 관한 것이다. 이는 또한 이로부터 반도체 구조를 형성하는 방법에 관한 것이다.
반도체 산업은 소자 스케일링이 계속됨에 따라 제조 관점에서 더 많은 요구 조건에 직면하고 있다. 웨이퍼 당 제조되는 칩의 수를 증가시키기 위해 웨이퍼 크기가 증가함에 따라, 클린룸 공간의 경제적 사용을 위해 비용 절감의 필요성 또한 더 나아간다.
배치식 처리 툴의 이용은 이에 관해 전진하기 위한 방법일 수 있다. 이는, 배치식 처리 툴이 복수의 웨이퍼를 동시에 처리할 수 있다는 사실 때문이다. 그러나, 이들은 그 사용과 연관된 다른 도전 과제를 제시할 수 있으며, 이는 내부에서 처리된 웨이퍼의 신뢰성, 공정 자체의 수율 및 훨씬 더 큰 규모로 획득된 처리량에 영향을 미칠 수 있다. 배치식 툴에서 대규모 비용 효율적인 웨이퍼 처리를 가능하게 하기 위해, 설계를 변경하려는 시도가 있었다.
배치식 툴로 처리하는 데 상당한 진전이 있었지만, 공정 공간의 내벽 상에서 발생하는 증착이 감소되는 배치식 처리 툴, 특히 수직형 툴을 제공하는 것은 여전히 어려울 수 있다.
따라서, 웨이퍼 처리용 수직형 퍼니스 개선을 제공할 필요가 당업계에 있다.
본 개시의 목적은 증착 특성이 개선된 배치식 처리 장치를 제공하는 것이다. 보다 구체적으로, 기판 상에 증착할 수 있는 수직형 퍼니스를 제공하는 것이 목적일 수 있고, 이에 의해 내부 인클로저의 벽 상에, 특히 웨이퍼 보트를 대면한 내부 인클로저의 벽 상에 증착이 감소될 수 있다. 이러한 목적을 적어도 부분적으로 달성하기 위해, 본 개시는 독립항에 정의된 바와 같이, 반도체 구조를 형성하기 위한 방법 및 수직형 퍼니스를 제공할 수 있다. 수직형 퍼니스 및 방법의 추가 구현예는 종속항에서 제공된다.
제1 양태에서, 본 개시는 수직형 퍼니스에 관한 것이다. 이러한 수직형 퍼니스는 공정 공간 및 개구를 정의한 내부 인클로저를 포함할 수 있다. 이러한 공정 공간은 수직 방향으로 연장될 수 있고, 개구는 복수의 웨이퍼를 수용하기 위한 것일 수 있다. 이러한 수직형 퍼니스는, 내부 인클로저를 둘러쌀 수 있는 외부 인클로저를 포함할 수 있다. 또한, 공정 가스를 공정 공간 내로 주입하기 위한 가스 인젝터를 포함할 수 있다. 이는 또한, 공정 공간을 배기하기 위한 배기 가스 유출구를 포함할 수 있다. 이러한 수직형 퍼니스는 복수의 웨이퍼를 가열하기 위한 램프가 제공될 수 있다. 이러한 램프는 내부 인클로저와 외부 인클로저 사이의 내부 공간에 원주 방향으로 배열될 수 있다. 이러한 수직형 퍼니스는, 내부 공간을 냉각하기 위해 내부 공간에 냉각 유체를 제공하기 위한 냉각 유입구를 추가로 포함할 수 있다.
제1 양태에 따른 본 발명의 수직형 퍼니스는, 내부 공간에 제공된 냉각 유체로 인해 내부 인클로저의 벽을 공정 공간의 벽보다 낮은 온도에서 유지할 수 있게 한다. 이는, 예를 들어 증착과 같은 바람직하지 않은 공정이 내부 인클로저의 벽 상에서, 특히 웨이퍼 보트와 대면하는 내부 인클로저의 벽 상에서 발생하는 것을 감소시키는 장점을 가질 수 있다. 따라서, 감소된 증착은 유지보수 사이클의 수가 감소될 수 있기 때문에, 이러한 수직형 퍼니스의 다운타임을 감소시킬 수 있다.
내부 공간의 온도는 그 안에 제공된 냉각 유체로 인해 더 낮은 온도에서 유지될 수 있다는 것이 제1 양태의 구현예의 장점일 수 있다.
복수의 웨이퍼에 대한 하나의 가열 시스템을 제공할 수 있는 것이 제1 양태의 구현예의 장점일 수 있다. 이는, 제조 비용의 최적화를 허용할 수 있고, 또한 공정의 열적 부담을 경제적인 방식으로 설정할 수 있다.
더 낮은 온도에서 또한 처리할 수 있게 하는 것이 제1 양태의 구현예의 장점일 수 있다. 이는, 증착된 막에서 응력 완화에 관한 문제를 감소시키는 장점을 가질 수 있다. 응력 완화는, 웨이퍼의 뒤틀림 증가, 막의 박리 또는 층 분리를 초래하여 수직형 퍼니스에서 입자 오염을 초래할 수 있다.
보다 경제적인 웨이퍼 처리가 달성될 수 있는 것이 제1 양태의 구현예의 장점일 수 있다. 이는, 막이 이러한 수직형 퍼니스에서 복수의 기판 상에 증착될 수 있고, 이에 따라 웨이퍼 처리 비용을 감소시킬 수 있는 사실에 기인할 수 있다.
공정 가스가 한 번에 복수의 웨이퍼를 처리하기 위해 제공될 수 있고, 이에 따라 공정의 처리량을 증가시키는 것이 제1 양태의 구현예의 장점일 수 있다.
이러한 수직형 퍼니스에서 웨이퍼 처리의 처리량이 증가될 수 있는 것이 제1 양태의 구현예의 또 다른 장점일 수 있다. 이는 또한, 이러한 수직형 퍼니스에서 복수의 기판 상에서 수행되는 처리가 주어진 양의 처리 시간으로 더 많은 웨이퍼를 처리하게 한다는 사실에 기인할 수 있다.
이러한 수직형 퍼니스에서 웨이퍼 처리의 수율이, 예를 들어 응력 완화, 웨이퍼에 걸쳐 또는 복수의 웨이퍼에 걸쳐 증착된 막의 두께의 변동 등의 문제가 감소되는 것으로 인해, 증가될 수 있는 것이 제1 양태의 구현예의 장점일 수 있다.
제2 양태에서, 본 개시는 막을 포함한 반도체 구조를 형성하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은, 웨이퍼 보트에 배열될 수 있는 복수의 웨이퍼를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 웨이퍼 보트는 제1 양태의 구현예에 따라 수직형 퍼니스의 공정 챔버 내에 로딩될 수 있다. 상기 방법은 공정 공간을 가열하는 단계를 추가로 포함할 수 있고, 이에 따라 막을 형성하기에 적합한 소정의 온도까지 온도를 증가시킬 수 있다. 공정 가스가 공정 공간 내에 제공될 수 있다. 이러한 공정 가스는 소정의 온도에서 복수의 웨이퍼 상에 막을 형성하기에 적합할 수 있다. 그 후, 내부 공간을 냉각하기 위해 냉각 유체가 내부 공간에 제공될 수 있다.
내부 공간에 제공된 냉각 유체의 제공으로 인해, 내부 인클로저의 벽이 공정 공간의 벽보다 낮은 온도에서 유지될 수 있는 것이 제2 양태의 구현예의 장점일 수 있다. 이는, 예를 들어 증착과 같은 바람직하지 않은 공정이 수직형 퍼니스의 내부 인클로저의 벽 상에서, 특히 웨이퍼 보트와 대면하는 벽 상에서 발생하는 것을 피할 수 있다.
더 낮은 온도에서 또한 복수의 기판을 처리할 수 있게 하는 것이 제2 양태의 구현예의 장점일 수 있다. 이는, 복수의 기판 상에 제공된 막의 감소된 응력 완화를 제공하는 데 유리할 수 있다. 이는 결국 이러한 수직형 퍼니스에서의 처리 수율을 증가시킬 수 있다.
이 분야에서 지속적인 개발이 있었지만, 본 개념은 실질적인 신규 개발을 나타낸다고 여겨진다. 개선된 수직형 퍼니스를 초래하고 종래 기술의 관행으로부터 출발한 것이 본 개념에 포함된다.
본 개시의 상기 및 다른 특징, 특징부 및 이점은 포함된 도면과 함께 고려될 다음의 상세 설명으로부터 명백해질 것이다. 도면은 예로서 본 개시의 원리를 예시한다. 본 설명은 본 개시의 범주를 제한하지 않고 단지 예시를 위해 제공된다. 아래 참조 도면은 포함된 도면에 관한 것이다.
본 개시의 특정 및 바람직한 양태는 첨부된 독립항 및 종속항에 명시되어 있다. 종속항으로부터의 특징부는 독립 청구항의 특징부와 조합될 수 있다. 종속항으로부터의 특징부는, 적절한 경우 그리고 청구범위에 단지 기재된 바와 같은 것이 아닌 다른 종속항의 특징부와 조합될 수 있다.
본 발명 개념의 추가적인 목적, 특징 및 이점뿐만 아니라 상기 내용은, 다음의 예시적이고 비제한적인 상세 설명을 통해 보다 잘 이해할 것이다. 또한, 포함된 도면을 참조한다. 달리 언급되지 않는 한, 도면에서 유사한 요소에 대해 유사한 참조 번호가 사용될 것이다.
도 1은 본 개시의 제1 양태의 구현예에 따른 수직형 퍼니스의 개략적인 상부도이다.
도 2는 본 개시의 제1 양태의 구현예에 따라 램프가 구비된 수직형 퍼니스의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 개시의 제1 양태의 구현예에 따라 복수의 램프를 포함하는 수직형 퍼니스의 개략적인 단면도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 개시의 제1 양태의 구현예에 따른 반사기 어셈블리의 경사도를 개략적으로 나타낸다.
도 5a 및 도 5b는 본 개시의 제1 양태의 구현예에 따라 최적의 열을 수직형 퍼니스 내로 결합하는 시뮬레이션 결과의 두 세트(A, B)를 나타낸다 - 5a 램프 온도(℃)의 함수로서 내부 인클로저의 온도(℃) 및 웨이퍼의 온도(℃)(폐쇄형 원 - 웨이퍼 스택의 온도, 및 폐쇄형 삼각형 - 내부 인클로저의 온도), 및 5b 상이한 수직형 퍼니스 구성(1,2)에 대한 램프의 시뮬레이션 결과로서 획득된 웨이퍼 온도의 함수로서 전력 사용(kW).
도 6은 본 개시의 제2 양태의 구현예에 따라 예시적인 방법의 흐름도를 나타낸다.
본 개시는 특정 구현예 및 특정 도면을 참조하여 설명될 것이다. 그러나, 본 개시는 이에 제되지 않고 청구범위에 의해서만 제한된다. 설명된 도면은 단지 개략도이며 비제한적이다. 치수는 본 개시를 실시하기 위해 실제 감소하는 경우에 대응하지 않는다. 일부 요소의 크기는 예시적인 목적을 위해 도면에서 축척에 맞게 도시되지 않을 수 있다.
청구범위에 사용된 용어 "포함하는"은 그 후에 열거된 수단으로 제한되는 것으로 해석되어서는 안됨을 주목해야 한다. 이는 다른 요소나 단계를 배제하지 않는다. 따라서, 참조된 바와 같이 언급된 특징부, 단계 또는 구성 요소의 존재를 지정하는 것으로 해석된다. 그러나, 이는 하나 이상의 다른 단계, 구성 요소, 또는 특징부, 또는 이의 그룹이 존재하거나 추가되는 것을 방해하지 않는다.
본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 위치에서 본 명세서 전반에 걸친 "구현예"에 대한 참조는 반드시 동일한 구현예를 지칭하는 것은 아니지만, 이를 지칭할 수 있다. 또한, 특정 특징부, 구조 또는 특성은, 하나 이상의 구현예에서, 본 개시로부터 당업자에게 명백해지는 바와 같이, 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.
본 개시의 예시적인 구현예의 설명에서, 본 개시의 다양한 특징분는 때때로 본 발명의 양태 중 하나 이상을 이해하는 데 도움을 주기 위해 단일 구현예, 도면 또는 설명으로 함께 그룹화된다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 상세한 설명 다음의 청구범위는 상세한 설명에 통합되며, 각각의 청구범위는 그 자체로서 본 개시의 별도의 구현예로서 유지된다.
본원에 설명된 일부 구현예는 일부를 포함하나 다른 구현예에 포함된 다른 특징부는 포함하지 않는다. 그러나, 상이한 구현예의 특징부의 조합은 본 개시의 범주 내에 있고, 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 상이한 구현예를 형성하는 것을 의미한다. 포함된 청구범위에서, 청구된 구현예 중 어느 하나가, 예를 들어 임의의 조합으로 사용될 수 있다.
다음의 용어는 본 개시의 이해를 돕기 위한 목적으로만 제공된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 그리고 달리 제공되지 않는 한, 용어 "램프의 피치 값"은 램프 중 하나의 직경과 램프와 인접한 램프 간격의 합을 지칭한다.
본원에서 사용되는 바와 같이 그리고 달리 제공되지 않는 한, 용어 "포켓의 베이스 폭"은, 포켓의 두 지점 사이의 거리를 지칭하며, 반사기 어셈블리의 부분적인 비반사성 부분을 반사성 부분과 연결한다.
본원에서 사용되는 바와 같이 그리고 달리 제공되지 않는 한, 용어 "포켓의 높이"는, 포켓의 최고 지점으로부터 반사기 어셈블리의 부분적인 비반사성 부분을 정의하는 축과 교차하는 지점까지 연장된 측정 거리를 지칭한다.
본원에서 사용되는 바와 같이 그리고 달리 제공되지 않는 한, 용어 "내부 공간"은 수직형 퍼니스에 포함된 외부 인클로저와 내부 인클로저 사이의 공간 부피를 지칭한다.
본원에서 사용되는 바와 같이 그리고 달리 제공되지 않는 한, 용어 "시스템 구성"은 제공된 냉각 구성과 함께 램프 구성을 지칭한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 특정 요소의 "각각" (예, "냉각 가스 유입구의각각", "복수의 램프의 각각", "포켓의 각각")을 언급하는 것은 두 가지 이상의 요소를 지칭할 수 있고, 요소 중 모든 하나를 지칭하지 않을 수 있다. 예를 들어, "각각의 냉각 가스 유입구"는 복수의 냉각 가스 유입구에 포함된 개별 냉각 가스 유입구를 지칭할 수 있으며, 반드시 모든 냉각 가스 유입구를 지칭할 필요는 없다.
본원에서 사용되는 바와 같이, " 수직 방향"에 대한 참조는 수직 축을 따르는 방향을 나타낸다.
이제 본 개시는 본 개시의 여러 구현예의 상세한 설명에 의해 설명될 것이다. 본 개시의 다른 구현예는 본 개시의 기술 교시를 벗어나지 않고 당업자의 지식에 따라 구성될 수 있으며, 본 개시는 포함된 청구범위의 용어에 의해서만 제한된다는 것이 명백하다.
본 개시의 제1 양태의 구현예에 따른 수직형 퍼니스의 개략적인 상부도가 도 1에 나타나 있다.
도 2는 본 개시의 제1 양태의 구현예에 따른 수직형 퍼니스의 개략적인 단면도를 나타낸다.
이러한 수직형 퍼니스는 공정 공간(190) 및 개구(도면에 나타내지 않음)를 정의한 내부 인클로저(130)를 포함할 수 있다. 이러한 공정 공간(190)은 수직 방향으로 연장될 수 있고, 개구는 복수의 웨이퍼를 수용하기 위한 것일 수 있다. 구현예에서, 복수의 웨이퍼는 웨이퍼 보트(120)에 배열될 수 있다. 구현예에서, 내부 인클로저(190)의 내부 벽은 웨이퍼 보트와 대면할 수 있다. 구현예에서, 내부 인클로저의 벽 두께는 3 mm 내지 10 mm의 범위일 수 있다. 바람직한 구현예에서, 이는 5 mm 내지 6 mm의 범위일 수 있다. 구현예에서, 내부 인클로저(130)는 350 mm 내지 430 mm의 범위의 직경을 가질 수 있다. 이러한 수직형 퍼니스는 또한 외부 인클로저(180)를 포함할 수 있다. 이러한 외부 인클로저(180)는 내부 인클로저(130)를 둘러쌀 수 있다. 구현예에서, 외부 인클로저(180)는 480 mm 내지 630 mm 범위의 직경을 가질 수 있다.
가스 인젝터(도면에 나타내지 않음)는 공정 공간(190) 내로 공정 가스를 주입하기 위해 이러한 수직형 퍼니스에 포함될 수도 있다. 구현예에서, 가스 인젝터는 공정 공간(190)에 배치될 수 있다. 가스 인젝터에 공정 가스를 제공하기 위해, 구현예에서 가스 유입구(140)가 존재할 수 있다. 가스 인젝터에 도달할 때, 공정 가스는 그 다음 이러한 가스 인젝터에 의해 공정 공간(190) 내에 제공될 수 있다.
이러한 수직형 퍼니스는 공정 공간을 배기하기 위한 배기 가스 유출구(150)를 추가로 포함할 수 있다. 구현예에서, 배기 가스는, 처리 가스가 복수의 웨이퍼와 접촉한 결과로서 생성된 미반응 처리 가스(들)를 포함할 수 있다. 이러한 수직형 퍼니스는 복수의 웨이퍼를 가열하기 위한 램프(110)가 제공될 수 있다(도 2). 구현예에서, 이러한 램프는, 예를 들어 할로겐 램프일 수 있다. 이러한 램프(110)는 내부 공간에 원주 방향으로 배열될 수 있다. 이러한 내부 공간은 내부 인클로저(130)와 외부 인클로저(180) 사이에 위치할 수 있다. 이러한 수직형 퍼니스는, 내부 공간을 냉각하기 위해 내부 공간에 냉각 유체를 제공하기 위한 냉각 유입구(도면에 나타내지 않음)를 추가로 포함할 수 있다. 구현예에서, 냉각 유체는, 냉각 채널(160)을 통해 흐름 방향이 유도될 수 있도록 내부 공간 내에 제공될 수 있고, 이에 따라 내부 공간을 냉각시킨다. 내부 공간의 냉각은, 내부 인클로저(130)의 내부 벽이 공정 공간(190)의 내부 벽보다 낮은 온도에서 유지될 수 있는 장점을 제공할 수 있다. 이는, 냉각 채널(160) 내의 냉각 유체의 흐름으로 인해 외부 벽에 제공된 냉각 효과에 기인하여 내부 인클로저(130)의 외부 벽에서 발생하는 열 전달의 결과일 수 있다. 이는, 공정 공간(190)의 것과 비교하면 내부 벽의 온도가 더 낮기 때문에, 예를 들어 증착물 또는 입자 오염과 같은 바람직하지 않은 공정이 이러한 수직형 퍼니스의 내부 벽(130)에서 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이러한 수직형 퍼니스는, 구현예에서, 예를 들어 산화, 막 증착 또는 확산과 같은 공정을 수행하기 위한 퍼니스일 수 있다. 이러한 수직형 퍼니스는, 구현예에서, 에피택셜 층을 증착하기 위한 에피택셜 증착 툴일 수 있다. 따라서, 이러한 수직형 퍼니스는, 보다 낮은 제조 비용으로 보다 빠른 공정을 제공하기 위한 에피택셜 증착용으로 유리하게 사용될 수 있다.
구현예에서, 냉각 유체는 액체 또는 가스일 수 있다. 구현예에서, 이러한 액체는 냉각에 적합한 액체 혼합물을 포함할 수 있다. 바람직한 구현예에서, 이러한 냉각 유체는 가스일 수 있다. 따라서, 이러한 냉각 가스는, 예를 들어 공기, 질소 가스 또는 이산화탄소 가스일 수 있다. 또 다른 바람직한 구현예에서, 이러한 가스는 공기일 수 있다. 구현예에서, 이러한 냉각 가스는 10℃ 내지 150℃ 범위의 온도에서 제공될 수 있다. 바람직한 구현예에서, 이는 20℃ 내지 50℃ 범위의 온도에서 제공될 수 있다. 이러한 냉각 가스의 유량은 내부 인클로저와 부분적인 비반사성 부분 사이에서 더 빠른 열 전달이 발생할 수 있도록 구성될 수 있어서, 최소 시간 동안 내부 인클로저(130)의 더 빠른 냉각이 가능해질 수 있도록 한다. 따라서, 냉각은 내부 인클로저(130)의 외부 벽 상에서 발생할 수 있다. 유량은, 구현예에서, 예를 들어 200 m3/시간 내지 2000 m3/시간의 범위일 수 있다. 구현예에서, 냉각 가스의 유량은 500 m3/시간일 수 있다.
대안적인 구현예에서, 이러한 냉각 가스는 냉각에 적합한 가스 혼합물을 포함할 수도 있음을 이해해야 한다.
구현예에서, 수직형 퍼니스는 냉각 유체를 제공하기 위한 복수의 냉각 유입구(도면에 나타내지 않음)를 포함할 수 있다. 이는, 냉각 가스를 내부 공간 내에 균일하게 분포시킬 수 있다. 이는 내부 인클로저(130) 주위에 원주 방향으로 균형 잡힌 냉각 효과를 제공할 수 있다. 냉각 유체에 의해 제공되는 냉각 효과로 인해, 열 전도가 향상되어, 내부 인클로저(130)의 내부 벽 상의 온도를 감소시킨다. 복수의 냉각 유입구는, 구현예에서, 냉각 유체의 흐름이 냉각 채널(160) 내에서 수직 축을 따라 수직형 퍼니스의 상단부에서 하단부로 균일하게 유도될 수 있도록, 수직형 퍼니스의 상부에 위치할 수 있다. 냉각 가스는 주 냉각 가스 유입구를 통해 수직형 퍼니스에 제공될 수 있다. 또한, 이러한 주 냉각 가스 유입구를 통해, 냉각 가스는 냉각 가스 유입구 각각에 추가로 분포될 수 있다.
대안적인 구현예에서, 복수의 냉각 유입구는, 이들이 수직형 퍼니스의 수직 방향을 따라 동일선 상에 위치할 수 있도록 구성될 수 있어, 이들 냉각 유입구 각각을 통해 냉각 채널(160)에 냉각 유체가 진입할 시 냉각 유체가 냉각 채널(160) 내에서 원주 방향으로 이동한 후 냉각 유출구를 통해 냉각 채널을 떠나도록 할 수 있다. 냉각 유출구는, 이들 구현예에서, 냉각 유입구에 인접하게 정렬될 수 있다. 이들 구현예에서, 냉각 유체는 우선적으로 냉각 가스일 수 있다. 이들 구현예에서, 냉각 가스는, 냉각 유출구를 통해 냉각 채널(160)을 빠져나가기 전에, 궤적을 통해 원주 주위로 회전하도록 소정의 압력 값을 구비할 수 있다. 이들 구현예는, 복수의 램프의 냉각과 관련될 수 있는 문제점에 대응하는 장점을 제공할 수 있다. 이들 구현예는 복수의 램프의 전기적 및/또는 기계적 연결 지점을 보호하는 장점을 추가로 제공할 수 있다.
대안적인 추가 구현예에서, 복수의 냉각 유입구는, 이들이 수직형 퍼니스의 수직 방향을 따라 서로 대각선 상에 위치할 수 있도록 구성될 수 있어, 냉각 유입구 각각을 통해 냉각 채널에 냉각 유체가 진입할 시 냉각 유체가 냉각 채널(160) 내에서 원주 방향으로 이동한 후 복수의 냉각 유출구를 통해 냉각 채널을 떠나도록 할 수 있다. 이들 구현예에서, 냉각 유출구는 또한 냉각 유입구에 인접하게 정렬될 수 있다. 이들 구현예는, 복수의 램프의 냉각과 관련될 수 있는 문제점에 대응하는 장점을 제공할 수 있다. 이들 구현예는 복수의 램프의 전기적 및/또는 기계적 연결 지점을 보호하는 장점을 추가로 제공할 수 있다.
냉각 유입구가 수직 방향을 따라 동일선 상 또는 대각선 상에 위치할 수 있는 구현예에서, 이들 냉각 유입구를 통해 제공된 냉각 가스의 유량과 냉각 유입구의 간격은, 원하는 냉각 효과가 달성될 수 있도록 구성될 수 있어서, 내부 인클로저(130)의 내부 벽 상의 증착물이 감소될 수 있도록 하는 것을 이해해야 한다.
구현예에서, 수직형 퍼니스는, 내부 공간(190)에 원주 방향으로 배열될 수 있는 복수의 웨이퍼를 가열하기 위한 복수의 램프(110)를 포함할 수 있다. 이는, 내부 공간에서 원주 방향으로 열의 균형 분포를 제공할 수 있다. 열의 균형 분포는, 예를 들어 증착된 막의 두께 변화, 증착된 막에서의 도펀트 분포 또는 갭 충진 특성과 같이, 웨이퍼에 걸친 공정 특성의 변동을 극복할 수 있다. 이는, 공정 특성이 일반적으로 온도로 구동되고 웨이퍼 표면에 걸친 온도 변동이 이러한 차이를 초래할 수 있기 때문이다.
구현예에서, 복수의 램프(110)는 수직 방향을 따라 10 cm 내지 25 cm 범위의 피치 값을 가질 수 있다. 이는, 수직 방향을 따라 복수의 램프(110)의 균형 분포를 초래할 수 있다. 램프(110)의 크기 및 얼마나 뜨거운 램프가 될 수 있는지에 따라, 공정 공간(190)에 가능한 한 많은 열을 제공하기 위해 피치 값이 추가로 조절될 수 있고, 이에 따라 웨이퍼 보트 내의 웨이퍼를 충분히 가열할 수 있음을 이해해야 한다. 더 큰 크기의 램프가 사용될 경우, 이들은 특정 피치 값으로 이격될 수 있다. 웨이퍼 보트가 회전할 수 있기 때문에, 온도는 균일하게 될 수 있고, 이에 따라 이들 램프에 의해 제공되는 열로부터 이익을 얻을 수 있다. 이 범위보다 작은 피치 값은 램프의 크기가 더 작아야 할 수 있다. 따라서, 이는 램프가 취약해질 수 있는 사실로 이어질 수 있다. 이 범위보다 큰 피치 값은, 웨이퍼 보트 내의 웨이퍼 전체에 걸친 균일성에 영향을 미칠 수 있다. 도 3은 복수의 램프(110)를 포함한 수직형 퍼니스의 개략적인 단면을 나타낸다. 구현예에서, 복수의 램프(110)는 원주 방향으로 서로 규칙적인 간격으로 위치할 수 있고, 이들은 수직 방향을 따라 연장될 수 있다. 서로 원주 방향으로 규칙적인 간격으로 위치하는 것은, 웨이퍼가 균일한 열 노출을 받을 수 있는 장점을 가질 수 있다. 구현예에서, 복수의 램프는 수직 방향을 따라 서로 규칙적인 간격(X)으로 연장될 수 있다. 이는, 수직 방향을 따라 열 균형 분포를 제공하는 데 기여할 수 있다. 이러한 방식으로, 복수의 램프(110)는 열을 제공하는 관점에서 한 번에 복수의 웨이퍼에 역할을 할 수 있다. 이는, 이러한 수직형 퍼니스의 수직 방향을 따라 열 균형 분포를 제공할 수 있기 때문에 유리할 수 있다. 수직 방향을 따른 열 균형 분포는, 웨이퍼 보트 내에서 웨이퍼-대-웨이퍼 공정 변동을 극복할 수 있게 한다. 이들 웨이퍼 대 웨이퍼의 변동은, 예를 들어 증착된 막의 두께 변동, 증착된 막에서의 도펀트 분포 또는 갭 충진 특성일 수 있다. 이는, 웨이퍼 보트 내의 웨이퍼-대-웨이퍼 변동이 이러한 수직형 퍼니스에서 실행되는 공정의 수율을 감소시킬 수 있기 때문에 유리할 수 있다. 또한, 일부 웨이퍼가 공정 사양을 충족시키지 못하기 때문에 제조 비용이 증가할 수 있다.
구현예에서, 이러한 수직형 퍼니스는 내부 공간에 수직 방향으로 배열된 반사기 어셈블리를 추가로 포함할 수 있고, 공정 공간(190)을 둘러싸는 원통형 형상으로 형성될 수 있다. 반사기 어셈블리는 부분적인 비반사성 부분(111)과 교대로 배열된 반사성 부분(113)(도 2)을 포함할 수 있다. 구현예에서, 이러한 반사기 어셈블리는 공정 공간(190)의 높이에 대응하는 높이를 따라 위치할 수 있다. 복수의 웨이퍼는 웨이퍼 보트 내에 배열될 수 있으며, 이는 공정 공간에 끼워맞춤될 수 있다. 따라서, 처리 공간(190)의 높이에 대응하는 높이를 갖는 반사기 어셈블리는, 내부 인클로저(130)의 내부 벽을 그 위에 증착물을 최소화하기에 충분하게 냉각시키고 처리하는 데 필요한 요구 열을 복수의 웨이퍼에 제공할 수 있다.
이러한 반사성 부분(113)은 부분적인 비반사성 부분(111)으로부터 돌출한 포켓(112)으로서 형성될 수 있고 내부 인클로저(130)로부터 멀리 연장될 수 있다. 복수의 램프(110) 각각은 포켓(112)의 각각의 내부에 개별적으로 위치할 수 있다. 이들 포켓(112)은, 구현예에서, 부분적인 비반사성 부분(111)으로부터 오목하게 되는 것으로도 지칭될 수 있고, 내부 인클로저(130)로부터 멀리 연장될 수 있다. 이러한 방식으로 램프에 의한 원하는 가열 효율이 제공될 수 있기 때문에 부분적인 비반사성 부분(111)을 갖는 것이 유리할 수 있다.
구현예에서, 돌출 포켓(112)은 사각형, 반원형, 포물선형, 삼각형, 또는 사다리꼴 형상을 가질 수 있다. 이들 형상을 갖는 돌출 포켓(112)은, 충분한 광선을 얻을 수 있는 방식으로 그들 내부에 위치한 램프를 둘러쌀 수 있다. 또한, 이들 형상은 웨이퍼 보트(120)를 향해 열을 채널링하는 것을 도울 수 있다. 복수의 이들 포켓(112)의 존재로 인해, 균형 잡힌 열 노출이 웨이퍼 보트(120)를 향해 제공될 수 있다. 구현예에서, 이들 돌출 포켓(112)은 50 mm 내지 70 mm 범위의 베이스 폭을 가질 수 있다. 구현예에서, 이들 돌출 포켓(112)은 30 mm 내지 60 mm 범위의 높이를 가질 수 있다. 가열용 램프의 크기가 14 nm 내지 15 nm의 범위에 있을 수 있는 점을 고려하면, 주어진 범위 내에 제공된 돌출 포켓(112)의 높이 및 베이스 폭은 필요한 열을 제공하기에 충분할 수 있다. 사용될 램프의 크기에 따라, 돌출 포켓(112)의 베이스 폭 및 높이는 추가로 구성될 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 구현예에서, 이들 돌출 포켓(112)의 베이스 폭 및 높이는, 이들 포켓 내에 배치될 경우에 램프가 견고하도록 충분히 작게 구성될 수 있고, 웨이퍼 전체에 걸친 균일성이 문제가 되지 않도록 충분히 크게 구성될 수 있다.
구현예에서, 반사성 부분(113)은 램프(110)와 대면하는 반사기를 포함할 수 있다. 이는, 포켓(112) 내부의 완전한 반사를 허용함으로써 내부 인클로저(130) 상에 효율적인 열 전달을 제공하는 장점을 가질 수 있다. 포켓(112) 내부의 완전한 반사는, 내부 인클로저(130)의 외부 벽에서 얻을 더 낮은 온도를 얻을 수 있다. 이러한 반사기는, 구현예에서, 은 합금 또는 알루미늄 합금을 포함할 수 있다. 이러한 은 합금은, 구현예에서, 방사 에너지를 반사하는 능력을 보존할 수 있도록 한다. 이는, 시간이 지남에 따라 반사기의 효율이 감소하지 않게 할 수 있다. 이러한 은 합금은, 구현예에서, 그의 수명이 단축되지 않게 제조에 민감할 수 있도록 성분을 포함할 수 있다. 이러한 알루미늄 합금은, 구현예에서, 연관된 반사율이 변하지 않도록 산화에 내성을 가질 수 있고, 이에 따라 그의 기능성을 위태롭게 하지 않을 수 있도록 한다. 구현예에서, 이러한 은 합금 또는 알루미늄 합금은 반사기 상에 제공될 수 있는 코팅의 형태로 제공될 수 있다. 이는, 예를 들어 이와 연관된 마모 문제가 있는 경우에 용이한 교체를 제공할 수 있거나 재코팅의 가능성을 초래할 수 있다. 이는 경제적인 공정을 제공하고 수직형 퍼니스의 다운타임을 감소시키는 장점을 가질 수 있다.
구현예에서, 반사기 어셈블리의 부분적인 비반사성 부분(111)은 10 mm 내지 40 mm 범위의 거리(d)만큼 내부 인클로저(130)로부터 떨어져 위치할 수 있고, 이에 따라 냉각 유체를 흐르게 함으로써 내부 인클로저(130)를 냉각시키기 위한 통로(160)를 형성할 수 있다. 이러한 범위 내의 이러한 거리(d)는, 내부 인클로저(130)의 벽에 요구되는 냉각 효과를 제공하기 위해 유리할 수 있는데, 그 이유는 이러한 거리(d)의 값이 증가함에 따라 내부 인클로저의 벽이 더 뜨거워질 수 있기 때문이다. 따라서, 이러한 거리(d)는 이러한 종류의 냉각 효과를 제공하는 데 필요한 최소 거리일 수 있다. 이러한 냉각 효과가 제공되는 경우, 내부 인클로저(130)의 벽 상에 바람직하지 않은 막 증착 또는 입자 오염을 가질 확률이 감소될 수 있다. 반면, 이 거리(d)에 대한 더 작은 값은 전력 사용량을 더 높게 만들 수 있다. 따라서, 냉각 채널(160) 내로 제공된 냉각 가스의 유량 및 거리(d)는 함께, 경제적 에너지 소비를 제공하면서 내부 인클로저(130)의 벽의 효율적인 냉각을 유도하는 장점을 제공할 수 있다. 거리(d)는 임의의 두 개의 이웃하는 돌출 포켓(112) 사이의 지점으로부터 측정될 수 있고, 따라서 제2 축을 따라 연장된 부분적인 비반사성 부분(111) 상의 임의의 지점으로부터 내부 인클로저(130) 상의 지점까지 측정될 수 있고, 상기 제2 축은 수직 방향에 수직이다. 반사기 어셈블리의 부분적인 비반사성 부분(111)의 표면적은, 예를 들어 600℃의 웨이퍼 온도에 대한 5 kW/m2와 같이 이 부분에 대한 열 손실이 최소로 유지되도록 구성될 수 있어서, 복수의 램프(110)에 의해 제공되는 열이, 원하는 기판 처리를 수행하도록 공정 공간(190)에 균일한 온도를 유지하기에 여전히 충분할 수 있도록 한다. 따라서, 복수의 램프(110)가 가능한 한 뜨거워지기 시작하고, 이에 따라 가능한 한 많이 열을 제공하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 방식으로, 냉각 효과가 냉각 채널(160) 내에서 흐르는 냉각 유체에 의해 제공되면서, 램프는, 웨이퍼 보트(120) 내에 배열된 복수의 웨이퍼 상에서 공정 공간(190)에서 필요한 처리를 수행하기 위해 필요한 온도를 여전히 제공할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 개시의 제1 양태의 구현예에 따른 반사기 어셈블리의 경사도를 개략적으로 나타낸다. 이들 도면에 개략적으로 나타낸 복수의 램프(110)는, 구현예에서, 이들을 켜기 위해 단일 전력 공급부에 연결될 수 있다. 대안적인 구현예에서, 이들 도면에 표시된 복수의 램프(110) 각각은 별도로 켜지거나 꺼질 수 있다. 이는, 웨이퍼 보트에서의 웨이퍼 로딩 또는 공정 공간(190)에서의 처리에 필요한 공정 온도에 따라, 필요한 대로 개별 램프가 켜지거나 꺼질 수 있는 장점을 가질 수 있다. 구현예에서, 도 4a에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 복수의 램프(110)는 수직 방향을 따라 서로 동일선 상에 위치할 수 있다. 수직 방향으로 동일선 상에 위치하는 것 외에, 복수의 램프는, 이들 구현예에서, 원주 방향으로 동일선 상에 있을 수도 있다. 이는, 수직 방향에 직교하는 복수의 평행한 원주 축을 따라 정렬될 수 있음을 의미할 수 있다. 이는, 다시 말해, 복수의 램프가 수직 방향으로 900에 위치하는 것을 추론할 수 있다. 수직 방향으로 복수의 램프(110) 사이의 간격은 복수의 평행한 원주 축을 따라 복수의 램프(110) 사이의 간격과 동일하거나 상이할 수 있음을 이해해야 한다. 복수의 램프(110)의 이러한 종류의 구성은, 웨이퍼 보트(120)에 배열된 웨이퍼를 처리하기 위한 공정 공간(190)에 복수의 램프(110) 각각에 의해 제공된 동일한 열 플럭스 균형의 장점을 제공할 수 있다. 열의 동일한 균형 분포는, 예를 들어 증착된 막의 두께 변화, 증착된 막에서의 도펀트 분포 또는 갭 충진 특성과 같이, 웨이퍼에 걸친 공정 특성의 변동을 극복할 수 있다. 이는, 공정 특성이 일반적으로 온도로 구동되고 웨이퍼 표면에 걸친 온도 변동이 이러한 차이를 초래할 수 있기 때문이다.
대안적인 구현예에서, 복수의 램프(110)의 기능은 서로 원주 방향으로 위치한 기능적 램프의 수가 수직 축을 따라 상이할 수 있도록 구성될 수 있어서, 균형 잡힌 열 플럭스를 얻을 수 있도록 하는 것을 이해해야 한다.
구현예에서, 도 4a에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 이는 복수의 평행한 원주 축을 따라 정렬된 각각의 행에서 상이한 수의 램프를 켜는 것을 나타내는 동안에, 다른 것은 꺼진 상태로 유지할 수 있다. 이는, 웨이퍼 보트에서의 웨이퍼 로딩 및/또는 원하는 웨이퍼 처리를 수행하는 데 필요한 열 플럭스에 따라, 기능적 램프의 수를 튜닝하는 장점을 추가로 제공할 수 있다. 이는, 상이한 웨이퍼 처리의 함수로서 전력 소비를 조절하는 장점을 추가로 제공할 수 있다.
구현예에서, 복수의 램프(110)는 도 4b에 개략적으로 나타낸 바와 같이 수직 방향을 따라 차이를 두는 순서로 위치할 수 있다. 이는, 수직 방향을 따라 동일선 상에 정렬된 복수의 램프(110)가 복수의 평행한 원주 축을 따라 정렬하는 관점에서 서로에 대해 이동하는 방식으로 위치할 수 있음을 나타낼 수 있다. 차이를 두는 순서로의 위치 설정은, 웨이퍼에 걸쳐 균일성 효과를 최소화하는 장점을 제공할 수 있다. 이는, 램프의 복사 플럭스의 교차로 기인한 것일 수 있으며, 이는 램프의 길이 및 폭을 따라 가우시안 분포를 따른다.
구현예에서, 도 4c에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 복수의 램프(110)는 수직 방향을 따라 서로 대각선 상에 위치할 수도 있다. 이는, 복수의 램프가 수직 방향 아래로 나선형으로 보이는 것으로 나타나도록 위치할 수 있음을 의미할 수 있다.
구현예에서, 복수의 램프는 수직 방향에 대해 15° 내지 90°의 각도로 대각선 상에 위치할 수 있다. 대안적인 구현예에서, 복수의 램프는 수직 방향에 대해 30° 내지 60°의 각도로 대각선 상에 위치할 수 있다. 이는, 사용자 친화적인 전기적 연결을 제공하여, 램프의 보다 용이한 기능화를 용이하게 할 수 있다. 또한, 이러한 종류의 램프 위치 설정은 웨이퍼 전체에 걸친 균일성 효과를 최소화하는 관점에서 유리할 수 있다.
도 4b 및 도 4c에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 복수의 램프의 구성은 또한, 도 4a에 개략적으로 나타낸 구성을 제공한 다음, 차이를 둔 순서(도 4b) 또는 대각선 위치 설정(도 4c)이 궁극적으로 달성될 수 있도록 램프의 일부를 기능 해제함으로써 달성될 수 있음을 이해해야 한다. 복수의 램프(110) 각각이 전력 공급부에 별도로 연결될 수 있는 구현예에서, 필요에 따라, 이러한 기능 해제는 도 4a에 개략적으로 제시된 구성에서 용이하게 수행될 수 있고, 이에 따라 도 4b 또는 도 4c에 개략적으로 제시된 구성을 얻을 수 있다.
구현예에서, 수직형 퍼니스는, 공정 공간의 높이에 대응하는 높이를 따라 수직 방향으로 위치하는 내부 공간(190)의 온도를 측정하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 이러한 구성은, 복수의 웨이퍼가 배열될 수 있는 공정 공간(190)에 제공된 웨이퍼 보트(120)의 높이를 따라서 또한 정확한 온도 측정의 장점을 제공할 수 있다.
구현예에서, 온도를 측정하기 위한 수단은, 써멀 이미저로도 알려진 열전대, 적외선 센서, 상태 변화 센서, 저항 온도 측정 장치 또는 고온계를 포함할 수 있다. 구현예에서, 온도를 측정하기 위한 수단은, 복수의 고온계를 포함할 수 있다. 복수의 고온계의 존재는, 공정 공간(190)의 높이를 따라 수직 방향으로 정확한 온도 모니터링을 제공하는 장점을 갖는다. 퍼니스에서 일어나는 공정이 일반적으로 온도 구동식이므로, 정확한 온도 제어 및 모니터링은 공정의 수율을 증가시킬 수 있다. 수율 증가는 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
도 5a는, 본 개시의 제1 양태의 구현예에 따라 두 세트의 시뮬레이션 결과(A, B)에 의해 얻은, 수직 퍼니스 내로 최적의 열을 결합하는 예시를 나타낸다. 시뮬레이션은, 반복 경계 조건을 갖는 단일 웨이퍼에 기초하여 수행됨으로써, 웨이퍼 보트에 배열된 웨이퍼의 스택을 나타낸다. B에서 시뮬레이션된 경우에, 반사기 어셈블리는 내부 인클로저의 외벽에 더 가깝게 되고, 이에 따라 거리(d)를 조절하였다. 또한, 부분적인 비반사성 부분으로부터 돌출한 포켓은 램프를 수용하기 위해 미리 보여진다. 두 개의 상이한 시뮬레이션 세트가 수행되며, 각각은 상이한 파라미터 세트를 갖는다. 내부 인클로저(130)의 온도 및 웨이퍼 보트(120)에 배열된 웨이퍼 스택의 온도는, 램프(110) 온도의 함수로서 제시된다.
웨이퍼 스택(120)과 내부 인클로저(130) 모두의 온도는, 시뮬레이션된 두(A, B) 경우에서 램프 온도의 증가의 함수로서 증가하는 것으로 관찰된다. 또한, A 경우에서 B 경우로 가면서 상이한 세트의 설계 파라미터는, 내부 인클로저(130)와 웨이퍼 스택(120) 사이의 더 큰 온도 차이를 얻도록 추가 제공하는 것으로 관찰된다. 내부 인클로저(130)와 웨이퍼 스택(120) 사이에서 관찰된 더 큰 온도 차이는, 향상된 열 전달로 인해 보다 효율적인 냉각 효과를 제공하는 데 더 유리할 수 있다. 이는, 내부 인클로저(130)의 온도가 웨이퍼 스택(120) 상에서 얻는 것보다 더 낮기 때문에, 냉각 유체에 의해 제공된 유리한 냉각 효과를 추가로 나타낼 수 있다. 내부 인클로저(130)의 온도와 웨이퍼 스택(120) 간의 관찰된 온도 차이(전자의 것이 후자보다 더 작음)는, 원하는 공정이 공정 공간(190)에서 일어날 수 있도록 웨이퍼 스택(120)이 충분히 뜨거워질 수 있는 반면, 냉각 효과로 인해 내부 인클로저(130)의 벽이 충분히 낮은 온도에 있을 수 있다는 표시일 수 있다. 이는, 내부 인클로저(130)의 내부 벽 상의 증착물 또는 입자 오염을 감소시키는 유리한 효과를 제공할 수 있다. 내부 인클로저(130)와 웨이퍼 스택(120) 간의 이러한 온도 차이는, 구현예에서, 이러한 유리한 효과를 달성하기 위해 200℃ 내지 550℃의 범위에 있을 수 있다. 구현예에서, 내부 인클로저(130)와 웨이퍼 스택(120) 간의 온도 차이는 200℃ 내지 300℃의 범위일 수 있다. 이는, 효율적인 전력 사용을 얻을 수 있는 추가적인 장점을 제공할 수 있다. 그 다음, 이는 제조 비용을 개선하는 역할을 할 수 있다.
도 5b는, 상이한 수직형 퍼니스 구성(1,2)을 갖는 램프를 사용한 시뮬레이션의 결과로서 얻은, 웨이퍼 온도의 함수로서의 전력 사용(kW)의 예를 나타낸다. 구성 1에서, 램프는 반사기 어셈블리의 부재 시에 존재하는 반면, 구성 2는 도 1에 개략적으로 나타낸 것과 유사하다. 이는, 램프에 의해 제공되는 전력을 웨이퍼 온도의 함수로서 나타낸다. 요구되는 웨이퍼 온도가 증가함에 따라, 램프에 의해 제공되는 전력도 또한 증가되는 것으로 관찰된다. 이러한 결과는 램프 선택의 중요성을 추가로 나타낼 수 있다. 램프로부터 얻을 수 있는 전력은 웨이퍼 온도가 증가함에 따라 증가하지만, 웨이퍼 처리의 에너지 효율은 램프의 올바른 선택에 의해 및/또는 시스템에 따라 여전히 조절될 수 있음을 이해해야 한다. 램프 및/또는 시스템 구성의 선택은, 결국 웨이퍼 처리의 처리량에 영향을 미칠 수 있음을 이해해야 한다. 이는, 주어진 웨이퍼 온도에서 더 높은 전력 값을 제공하는 것이 처리량 증가에 영향을 미칠 수 있다는 사실에 기인할 수 있다. 램프 구성에 의해, 램프가 수직형 퍼니스에 구성되는 방법을 이해할 수 있다. 이는, 반사기 어셈블리에 대해 이들의 존재 및 위치를 나타낼 수 있다. 냉각 구성에 의해, 냉각 채널이 설계되는 방법, 냉각 유체가 무엇인지, 및 냉각 채널을 통한 냉각 유체의 유량이 얼마인지 이해될 수 있다.
도 6은, 본 개시의 제1 양태의 구현예에 따른 수직형 퍼니스에서 수행될 수 있는, 본 개시의 제2 양태의 구현예에 따른 예시적인 방법의 흐름도를 나타낸다.
막을 포함한 반도체 구조를 형성하는 방법(500)은 웨이퍼 보트에 배열된 복수의 웨이퍼를 제공하는 단계(510)를 포함할 수 있다. 이러한 웨이퍼 보트는 제1 양태의 구현예에 따라 수직형 퍼니스의 공정 챔버에 포함된 공정 공간(190)에 로딩(520)될 수 있다. 공정 공간(190)은 가열(530)될 수 있고, 이에 의해 막을 형성하기에 적합한 소정의 온도까지 온도를 증가시킬 수 있다. 소정의 온도는, 수직형 퍼니스에서 수행될 처리의 필요성 및/또는 형성될 막의 유형에 따라 증가되도록 설정될 수 있음을 이해해야 한다. 구현예에서, 이러한 막은 산화물, 질화물일 수 있거나, 반도체 재료를 포함할 수 있다. 구현예에서, 이러한 산화물은 절연 산화물 또는 금속성 산화물일 수 있다. 구현예에서, 이러한 질화물은 실리콘 질화물 또는 금속 질화물일 수 있다. 구현예에서, 반도체 재료는 IV족 반도체 재료 또는 III-V족 반도체 재료일 수 있다. 구현예에서, 막은 에피택셜 층일 수 있다. 공정 가스는, 소정의 온도에서 복수의 웨이퍼 상에 막을 형성하기 위해 공정 공간(190)에 제공(540)될 수 있다. 그 후, 내부 공간을 냉각하기 위해 냉각 유체가 내부 공간에 제공(550)될 수 있다. 구현예에서, 공정 가스는, 이러한 수직형 퍼니스에 포함될 수 있는 가스 인젝터에 의해 공정 공간(190)에 제공될 수 있다. 가스 인젝터는 공정 공간(190) 내에서 수직 방향으로 연장될 수 있다.
내부 인클로저(130)의 내부 벽은, 구현예에서 웨이퍼 보트(120)와 대면할 수 있는 반면, 내부 인클로저(130)의 외부 벽은 반사기 어셈블리와 대면할 수 있다.
내부 공간에 제공된 냉각 유체에 의해 달성된 냉각 효과로 인해, 웨이퍼 보트를 대면하는 내부 인클로저(130)의 내부 벽이, 공정 공간(190)의 것보다 더 낮은 온도로 유지될 수 있는 것이 장점일 수 있다. 이는, 예를 들어 증착물 또는 입자 오염과 같은 바람직하지 않은 공정이 내부 인클로저(130)의 내부 벽 상에서 발생하는 것을 피할 수 있게 한다. 이렇게 바람직하지 않은 공정을 피하면, 수직형 퍼니스의 유지보수 사이클의 수가 감소될 수 있고, 이에 따라 수직형 퍼니스의 다운타임도 감소될 수 있다. 유지보수 사이클의 수의 감소는 또한, 연속적인 유지보수 사이클 사이의 시간 증가의 표시일 수 있다. 내부 공간은, 수직형 퍼니스에 포함된 외부 인클로저(180)와 내부 인클로저(130) 사이의 공간 부피이다. 내부 인클로저(130)는 공정 공간(190)을 정의할 수 있다.
구현예에서, 냉각 유체는 액체 또는 가스일 수 있다. 구현예에서, 이러한 액체는 냉각에 적합한 액체 혼합물을 포함할 수 있다. 바람직한 구현예에서, 이러한 냉각 유체는 가스일 수 있다. 따라서, 이러한 냉각 가스는, 예를 들어 공기, 질소 가스 또는 이산화탄소 가스일 수 있다. 또 다른 바람직한 구현예에서, 이러한 냉각 가스는 공기일 수 있다. 이러한 냉각 가스의 유량은 최소 시간 동안 공정 공간(190)에서 가장 빠른 냉각을 가능하게 하도록 구성될 수 있다. 유량은, 구현예에서, 예를 들어 400 m3/시간 내지 600 m3/시간의 범위일 수 있다. 구현예에서, 냉각 가스의 유량은 500 m3/시간일 수 있다.
대안적인 구현예에서, 이러한 냉각 가스는 냉각에 적합한 가스 혼합물을 포함할 수도 있음을 이해해야 한다.

Claims (18)

  1. 수직형 퍼니스로서,
    수직 방향으로 연장된 공정 공간 및 복수의 웨이퍼를 수용하기 위한 개구를 정의하는 내부 인클로저,
    상기 내부 인클로저를 둘러싸는 외부 인클로저,
    또한, 공정 가스를 상기 공정 공간 내로 주입하기 위한 가스 인젝터,
    상기 공정 공간을 배기하기 위한 배기 가스 유출구를 포함하되,
    여기서,
    상기 수직형 퍼니스는 상기 복수의 웨이퍼를 가열하기 위한 램프를 구비하고, 상기 램프는 상기 내부 인클로저와 상기 외부 인클로저 사이의 내부 공간에 원주 방향으로 배열되고, 상기 수직형 퍼니스는 상기 내부 공간을 냉각하기 위해 상기 내부 공간에 냉각 유체를 제공하기 위한 냉각 유입구를 추가로 포함하는, 퍼니스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수직형 퍼니스는 상기 내부 공간에 원주 방향으로 배열된 상기 복수의 웨이퍼를 가열하기 위한 복수의 램프를 포함하는, 수직형 퍼니스.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수직형 퍼니스는 상기 냉각 유체를 제공하기 위한 복수의 냉각 유입구를 포함하는, 수직형 퍼니스.
  4. 제3항에 있어서, 상기 복수의 냉각 유입구는, 이들이 상기 수직형 퍼니스의 수직 방향을 따라 동일선 상에 위치하도록 구성되어, 상기 냉각 유입구 각각을 통해 상기 냉각 채널에 상기 냉각 유체가 진입할 시 상기 냉각 유체가 상기 냉각 채널(160) 내에서 원주 방향으로 이동한 후 복수의 냉각 유출구를 통해 상기 냉각 채널을 떠나도록 하는, 수직형 퍼니스.
  5. 제3항에 있어서, 상기 복수의 냉각 유입구는, 이들이 상기 수직형 퍼니스의 수직 방향을 따라 서로 대각선 상에 위치하도록 구성되어, 상기 냉각 유입구 각각을 통해 상기 냉각 채널에 상기 냉각 유체가 진입할 시 상기 냉각 유체가 상기 냉각 채널(160) 내에서 원주 방향으로 이동한 후 복수의 냉각 유출구를 통해 상기 냉각 채널을 떠나도록 하는, 수직형 퍼니스.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 복수의 냉각 유출구는 상기 복수의 냉각 유입구에 인접하게 정렬되는, 수직형 퍼니스.
  7. 제1항에 있어서, 수직 방향으로 상기 내부 공간에 배열되고 상기 공정 공간을 둘러싸는 원통형 형상으로 형성되는 반사기 어셈블리를 추가로 포함하되, 상기 반사기 어셈블리는 부분적인 비반사성 부분과 교대로 배열된 반사성 부분을 포함하며, 상기 반사성 부분은, 상기 부분적인 비반사성 부분으로부터 돌출하고 상기 내부 인클로저로부터 멀리 연장된 포켓으로서 형성되고, 상기 램프 각각은 상기 포켓 각각의 내측에 개별적으로 위치하는, 수직형 퍼니스.
  8. 제7항에 있어서, 상기 반사기 어셈블리의 상기 부분적인 비반사성 부분은 10 mm 내지 40 mm 범위의 거리만큼 상기 내부 인클로저로부터 멀리 위치하고, 이에 따라 상기 냉각 유체(부수적으로 상기 유체는 가스임)를 흐르게 함으로써 상기 내부 인클로저를 냉각하기 위한 통로를 형성하는, 수직형 퍼니스.
  9. 제2항에 있어서, 상기 복수의 램프는 서로 원주 방향으로 규칙적인 간격으로 위치하고 상기 수직 방향을 따라 연장되는, 수직형 퍼니스.
  10. 제9항에 있어서, 상기 복수의 램프는 상기 수직 방향을 따라 서로에 대해 동일선 상에 위치하는, 수직형 퍼니스.
  11. 제10항에 있어서, 상기 복수의 램프의 기능은, 서로 원주 방향으로 위치한 기능성 램프의 수가 상기 수직 방향을 따라 상이하게 구성되어 균형 잡힌 열 플럭스가 제공되도록 하는, 수직형 퍼니스.
  12. 제9항에 있어서, 상기 복수의 램프는 상기 수직 방향을 따라 차이를 두는 순서로 위치하는, 수직형 퍼니스.
  13. 제9항에 있어서, 상기 복수의 램프는 상기 수직 방향을 따라 서로에 대해 대각선 상에 위치하는, 수직형 퍼니스.
  14. 제13항에 있어서, 상기 복수의 램프는 상기 수직 방향에 대해 15° 내지 90°의 각도로 대각선 상에 위치하는, 수직형 퍼니스.
  15. 제7항에 있어서, 상기 반사성 부분은 상기 램프와 대면하는 반사기를 포함하는, 수직형 퍼니스.
  16. 제15항에 있어서, 상기 반사기는 은 합금 또는 알루미늄 합금을 포함하는, 수직형 퍼니스.
  17. 제1항에 있어서, 상기 반사기 어셈블리는 상기 공정 공간의 높이에 대응하는 높이를 따라 위치하는, 수직형 퍼니스.
  18. 막을 포함한 반도체 구조를 형성하는 방법으로서, 상기 방법은,
    웨이퍼 보트에 배열된 복수의 웨이퍼를 제공하는 단계,
    제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 수직형 퍼니스의 공정 챔버에 포함된 공정 공간에 상기 웨이퍼 보트를 로딩하는 단계,
    상기 공정 공간을 가열하고, 이에 따라 막을 형성하기에 적합한 소정의 온도까지 온도를 증가시키는 단계,
    상기 공정 공간 내에, 상기 복수의 웨이퍼 상에 소정의 온도에서 상기 막을 형성하기 위한 공정 가스를 제공하는 단계, 및 그 후에,
    상기 내부 공간을 냉각하기 위해 냉각 유체를 상기 내부 공간에 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
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