KR19980041866A - 반도체 웨이퍼용 열 처리기 - Google Patents

Abstract

적어도 하나의 반도체 웨이퍼용 열 처리기는 약 200㎚ 내지 약 800㎚ 범위내의 파장을 포함하는 광에 실질적으로 투명한 물질을 갖고 적어도 하나의 반도체 웨이퍼를 홀딩하기 위한 반응기 챔버를 포함한다. 적외선 방사선에 실질적으로 반사하는 물질을 포함하는 코팅은 반응기 챔버의 적어도 일부상에 존재할 수 있다. 광원은 코팅 및 반응기 챔버를 통해 적어도 하나의 반도체 웨이퍼에 방사 에너지를 제공한다. 광원은 자외선 방전 램프, 할로겐 적외선 백열 램프, 또는 할로겐화 금속 가시 방전 램프를 포함할 수 있다. 코팅은 반응기 챔버의 내부 또는 외부 표면상에 위치될 수 있다. 반응기 챔버가 내부 및 외부 벽을 가지면, 코팅은 내부 벽 또는 외부 벽상에 위치될 수 있다.

Description

반도체 웨이퍼용 열 처리기

실리콘 웨이퍼는 전통적으로 예를 들어 20 내지 40개의 웨이퍼의 배치(batch)로 증착, 산화, 및 에칭과 같은 스테이지에서 전통적으로 처리되었다. 배치는 웨이퍼가 석영 웨이퍼 캐리어상에 분리하여 보유된 석영관 내부에서 처리된다. 관과 웨이퍼는 약 800℃ 내지 약 1200℃ 범위의 온도로 노(furnace)에 의해 가열된다. 전형적으로 이들 노는 전기 금속 코일로 가열되는 노와 같은 저항 가열 노 구조이고, 수 시간의 처리 시간을 갖는다.

단일 웨이퍼 처리가 최근에 개발되어 왔다. 웨이퍼 캐리어를 갖는 긴 관 대신에, 보다 작은 챔버가 사용되고, 하나의 웨이퍼를 처리하기 위한 시간은 1분 정도일 수 있다. 가장 성행하고 있는 단일 웨이퍼 처리중의 하나는 석영 챔버를 사용하는 것이고, 신속 열 처리(RTP)라고 한다. RTP 및 다른 유사한 단일 웨이퍼 처리는 여전히 웨이터를 약 1000℃ 내지 1200℃로 가열시킨다. 그러나, 텅스텐 할로겐 램프는 저항 가열 대신에 사용된다. 몇 가지 배치 처리는 마찬가지로 저항 가열 대신에 텅스텐 할로겐 램프를 사용한다. 이러한 처리는 신속 배치 처리라고 하는데 왜냐 하면 이들은 단일 웨이퍼 처리 보다 많은 시간을 필요로 하나 전통적인 배치 처리 보다는 적은 시간을 요하기 때문이다.

반도체 제조를 위한 종래의 RTP 시스템은 석영 평행판 반응기내에 수평으로 놓인 단일 실리콘 웨이퍼를 신속히 가열시키기 위해서 텅스텐 할로겐 램프를 사용한다. 이러한 시스템에서, 텅스텐 램프의 스펙트럼 방출이 (실리콘 흡수도가 낮은) 적외선 영역 쪽으로 기울어지고 뜨거운 실리콘 표면에 의해 조사된 열은 반응기 벽을 통해 전달되고 반응기 외부로 손실되기 때문에 효율이 절충된다. 상기 이유로 많은 양의 전력을 필요로 하는 것 외에, 웨이퍼를 가로지르는 가열 변화는 램프에 대한 웨이퍼의 상대적 위치에 의해 발생된다.

종래의 처리기 보다 높은 전력 효율을 갖고 (그에 따라 오랜 램프 수명과 낮은 전력 소비를 갖는) 반도체 웨이퍼용 열 처리기를 구비하는 것이 바람직하다.

또한 종래의 처리기보다 열 균일성이 개선된 반도체 웨이퍼용 열 처리기를 가지어 균일한 표면 온도를 달성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 한 실시예에서, 투명한 반응기의 벽을 파장 선택층으로 코팅하여 램프로부터의 자외선(UV) 및 가시 방사선을 반응기내로 들어 오게 하고 뜨거운 반도체 표면으로부터 방출된 자외선의 출사를 차단시킴으로써 효율이 증가된다. 광선을 반응기내에 트랩(trap)시키면, 챔버 상에 입사하는 방사선을 감소시킴으로써 처리 효율을 증가시키고 램프 위치에 민감하지 않은 간접적인 방사선의 비율을 증가시킴으로써 가열 균일성을 향상시킨다.

다른 실시예에서, 텅스텐 램프보다 적은 전력을 필요로 하는 할로겐 적외선 백열 램프 또는 짧은 파장의 수은 또는 할로겐화 금속 방전 램프가 사용되는데, 왜냐 하면 이것은 높은 실리콘 흡수 파장에서 방출하기 때문이다. 이 램프는 또한 텅스텐 필라멘트가 없기 때문에 보다 신뢰성 있다.

이들 2개의 실시예는 예를 들어 단일 웨이퍼 처리, 배치 처리, 신속 열 처리, 및 신속 배치 처리와 같은 열 처리에서 개별적으로 또는 조합하여 사용될 수 있다.

신규한 것으로 믿어지는 본 발명의 특징은 첨부된 특허 청구 범위에 특정적으로 기술되어 있다. 그러나, 본 발명의 다른 목적 및 장점과 함께 구성 및 동작 방법 뿐만 아니라 본 발명 자체는 유사 참조 번호가 유사 소자를 표시하는 첨부 도면을 참조하여 이루어진 다음의 설명을 참조하면 최상으로 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 열 처리기 실시예의 단면도.

도 2는 파장 선택 코팅이 내부 챔버상에 있고 패시베이션층에 의해 덮여진 도 1과 유사한 도면.

도 3-5는 이중 벽 챔버가 있는 도 1과 유사한 도면.

도 6은 본 발명의 수직 열 처리기 실시예의 단면도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 열 처리기

10 : 반도체 웨이퍼

12 : 반응기 챔버

14 : 핀

16 : 코팅

18 : 램프 가열 소자

20 : 램프 반사기

도 1은 본 발명의 열 처리기 실시예(1)의 단면도이다. 반도체 웨이퍼(10)은 반응기 챔버(12)내에 배치되고 작은 핀(14)에 의해 지지된다. 챔버는 파장 선택 코팅(16)을 갖고 램프 가열 소자(18) 및 램프 반사기(20)으로부터 방사 에너지를 수신한다.

웨이퍼(10)은 예를 들면, 실리콘, 탄화 실리콘, 비소화 갈륨, 질화 갈륨과 같은 여러가지 반도체 물질중 어느 하나를 포함할 수 있다. 소정의 경우에, 이들 반도체 물질은 얇은 절연체 및/또는 금속층과 조합할 수 있다. 챔버(12)는 자외선 광 및/또는 가시 광(약 200㎚ 내지 약 800㎚ 범위내의 파장을 포함하는 광)에 대한 고 투과성을 허용하도록 충분히 광학적으로 투명한 물질을 포함할 수 있다. 챔버(12)용 물질의 예는 석영, 알루미나로 도프된 석영, 알루미나, 및 합성 실리카를 포함한다.

도 1의 실시예에서, 웨이퍼(10)은 챔버 내부에 수평으로 놓이고 챔버의 반대면(핀이 없는 면)에 접하는 장치 표면과 램프 가열 소자가 있는 석영을 포함하는 핀(14)에 의해 지지된다. 챔버내의 웨이퍼의 위치는 중요하지 않다. 예를 들어, 웨이퍼는 경사진 또는 수직 위치에서 지지될 수 있고 또는 반응기 챔버의 중간에 있는 석영 페데스탈에 의해 지지된다.

코팅(16)은 예를 들어, 인듐-주석-산화물(ITO), 안티몬-주석-산화물(ATO), 불소-주석-산화물(FTO), 비도프된 주석 산화물, 이색 필터, 또는 은, 알루미늄, 또는 금과 같은 얇은 금속막과 같은 적외선 광을 반사시키는 여러가지 파장 선택 물질 중의 어느 하나로부터 선택될 수 있다. 이색 필터는 예를 들어 산화 티타늄과 이산화 실리콘의 적층 또는 산화 탄탈륨과 이산화 실리콘층의 적층으로 제조될 수 있는데, 왜냐 하면 이들은 고온에서 오랜 시간 동안 견디기 때문이다. 챔버 물질과 유사하게, 코팅 물질은 약 200㎚ 내지 약 800㎚의 범위내의 파장을 포함하는 광을 투과시킬 수 있다.

두루드(Drude) 미러 코팅이라고 하는, 도프된 반도체 산화물을 포함하는 적외선 선택 미러 코팅은 T. Gerfin와 M. Gratzel저 Optical properties of tin-doped induim oxide determined by spectroscopic ellipsometry, J. Appl. Phys., Vol. 79, pp 1722-1729, 1996년 2월 1일에서 논의된 것과 같은 전기적, 광학적 물질적 성질에 관련하여 특성화되었다. 드루드 미러 코팅은 S.D Silverstein저, Effect of Infrared Transparency on the Heat Transfer Through Windows: A Clarification of the Greenhouse Effect, Science, Vol. 193, pp. 229-31, 1976년 7월 16일에서 설명된 바와 같이 태양광을 자유롭게 통과시키면서 적외선 방사선의 방출에 의해 발생된 에너지 손실을 감소시키기 위해서 온실의 유리판상에 사용되었다. 안티몬-주석-산화물(ATO)막은 T.P. Chow, M. Ghezzo와 B.J. Baliga저, Antimony-doped tin oxide films deposited by the oxidation of tetramethytin and trimethylamtimony, J. Electrochem. Soc., pp. 1040-45, 1982년 5월에서 설명된 것과 같이 산화 실리콘층상에 화학 증착에 의해 증착되었고, 그러므로 ATO막은 석영상에 증착될 수 있다는 것이 예상된다. 이색 필터는 오하이오주 클리브랜드의 제너럴 일렉트릭 캄파니사로부터 구득할 수 있는 할로겐-IR 포물선형 알루미늄 반사기(PAR) 램프에서 사용되어, 가시 방사선을 외부로 투과시키면서 램프 엔벨로프로부터 적외선 방사열을 반사시킨다. 본 발명은 광원이 내부에 있는 이러한 할로겐-IR PAR 램프와는 다른데, 왜냐 하면, 본 발명에서 광원은 코팅된 챔버 외부에 위치하기 때문이다.

램프 가열 소자(18)은 예를 들어 수은 방전 램프, 할로겐화 금속 가시 방전 램프, 또는 할로겐 적외선 백열 램프와 같은 자외선(UV) 방전 램프를 포함할 수 있다. 가시 스펙트럼의 파장 범위는 약 200㎚내지 약 400㎚이고, UV 스펙트럼의 파장 범위는 약 400㎚ 내지 약 800㎚이다. 그러므로, 챔버(12) 및 코팅(16)은 약 200㎚ 내지 약 800㎚의 범위에 포함된 파장에서 광을 양호하게 통과시킬 수 있다.

램프 가열 소자가 원통형인 경우에, 이들은 서로 주기적 간격으로 그리고 반도체 웨이퍼로부터 동일한 간격으로 평행으로 정렬될 수 있다. 램프 반사기(20)은 램프의 후방 조명을 효율적으로 반사시키기 위해 램프 위에 배치된 일군의 오목 미러(22)를 포함할 수 있다.

예를 들어 실리콘 웨이퍼를 처리하기 위해 UV 방전 램프를 사용하면, 챔버상의 코팅이 없이도 광 사용 효율을 종래의 텅스텐 램프 설계에 비해 30%이상 만큼증가시킬 것으로 예상된다. 이러한 효율의 예상된 증가는 실리콘 흡수 스펙트럼이 방전 램프의 방출 스펙트럼에 보다 많이 중첩한다는 사실로 인한 것이다. 열 회복을 제공하기 위해 코팅을 사용하면, 전력 효율을 부가적으로 약 65%만큼 향상시킬 수 있다. 전체적으로 약 95%의 향상이 예상된다.

도 2는 파장 선택 코팅(16a)이 챔버 벽(12a)의 내측상에 위치되고 패시베이션층(24)에 의해 덮혀지는 도1의 것과 유사한 도면이다. 벽 내측상에 코팅을 배치하면 챔버 벽(12a)에 의한 IR 방사선의 흡수를 감소시키는데 도움이 된다. 이 실시예에서의 코팅은 웨이퍼 상에 어떤 입자도 흐르게 하지 않고 오염이 없는 고융점 물질이어야 한다. 패시베이션층(24)은 예를 들어 약 0.1 미크론 내지 약 0.2 미크론 범위의 두께를 갖는 산화 실리콘(SiO₂)과 같은 물질을 포함할 수 있고 코팅을 보호하기 위해서 도 2의 코팅(16a) 또는 도 1의 코팅(16)에 부가될 수 있다.

도 3-5는 단일 벽이 코팅의 열 능력을 초과하는 챔버 벽 온도를 야기시키는 경우에 유용한 가스 냉각을 위한 2중 벽 챔버가 있는 도 1과 유사한 도면이다. 예를 들어 실리콘 웨이퍼는 1000℃를 초과하는 온도에 도달할 수 있기 때문에 이것이 유용하다. 도 3 및 4에서 코팅(16b 및 16c) 각각은 각각 챔버 벽(12b와 26), 및 (12c와 26c)사이에 배치될 수 있다. 가해진 공기(28 및 28c)는 챔버 벽들 사이에서 펌프될 수 있다. 도 3에서, 코팅(16b)은 챔버 벽(12b)의 외면상에 배치되고, 도 4에서 코팅(16c)은 챔버 벽(28c)의 내면상에 배치된다. 도 5에서, 챔버 벽(12d 및 26d)은 그사이에서 펌프되어 가해진 공기(28d)를 갖고 코팅(16d)은 챔버 벽(12d)의 내면상에 존재한다. 또한 도 5는 단일 챔버(12d)내의 다수의 웨이퍼(10a 및 10b)를 도시한 것이다.

도 6은 코팅(612)이 파장 선택 코팅(616)으로 코팅되고 예를 들어 적층된 석영 핀(도시 안됨)일 수 있는 다수의 웨이퍼(610)를 둘러싸는 본 발명의 수직 열 처리기 실시예(2)의 단면도이다. 챔버는 예를 들어 석영과 같은 물질을 포함할 수 있는 캡(630)에 의해 밀봉된다. N₂, O₂, 또는 열 발생 증기와 같은 가스가 가스 입구 포트(632)를 통해 공급될 수 있고 가스 출구 포트(634)를 통해 방출될 수 있다. 방사 에너지는 램프 어셈블리(619)의 램프 가열 소자(618)에 의해 공급된다.

본 발명은 종래의 처리기 보다 높은 전력 효율을 갖고 그에 따라 오랜 램프 수명과 낮은 전력 소비를 갖는 효과를 갖는다.

본 발명의 소정의 양호한 특징만이 본 명세서에 도시되고 설명되었지만, 여러가지의 수정 및 변화가 본 기술에 숙련된 자에게는 분명하다. 그러므로, 첨부된 특허 청구 범위는 본 발명의 진정한 범위내에 드는 모든 그와 같은 수정 및 변화를 포괄하는 것이라는 것을 이해하여야 한다.

Claims (10)

1. 적어도 하나의 반도체 웨이퍼용 열 처리기에 있어서,

   적어도 하나의 반도체 웨이퍼를 홀딩하는 반응기 챔버로서, 약 200㎚ 내지 약 800㎚ 범위내의 파장을 포함하는 광에 실질적으로 투명한 물질을 포함하는 반응기 챔버;

   상기 반응기 챔버의 적어도 일부 상의 코팅으로서, 약 200㎚ 내지 약 800㎚ 범위내의 파장을 포함하고 적외선 방사선에 실질적으로 반사하는 물질을 포함하는 코팅: 및

   상기 코팅 및 상기 반응기 챔버를 통해 상기 적어도 하나의 반도체 웨이퍼에 방사 에너지를 제공하는 광원

   을 포함하는 열 처리기.
2. 제1항에 있어서, 상기 광원은 자외선 방전 램프, 할로겐 적외선 백열 램프, 또는 할로겐화 금속 가시 방전 램프인 열 처리기.
3. 제1항에 있어서, 상기 반응기 챔버는 석영, 알루미나 도핑 석영, 알루미나, 또는 합성 실리카인 열 처리기.
4. 제1항에 있어서, 상기 코팅은 인듐-주석-산화물, 안티몬-주석-산화물, 불소-주석-산화물, 비도프된 주석 산화물, 이색 필터, 또는 금속 박막인 열 처리기.
5. 적어도 하나의 반도체 웨이퍼용 열 처리기에 있어서,

   적어도 하나의 반도체 웨이퍼를 홀딩하는 반응기 챔버로서, 약 200㎚ 내지 약 800㎚ 범위내의 파장을 포함하는 광에 실질적으로 투명한 물질을 포함하는 반응기 챔버; 및

   자외선 방전 램프, 할로겐 적외선 백열 램프, 또는 할로겐화 금속 가시 방전 램프를 포함하고, 방사 에너지를 상기 반응기 챔버를 통해 상기 적어도 하나의 반도체 웨이퍼에 제공할 수 있는 램프

   를 포함하는 열 처리기.
6. 제5항에 있어서, 상기 반응기 챔버는 석영, 알루미나 도핑 석영, 알루미나, 또는 합성 실리카인 열 처리기.
7. 적어도 하나의 반도체 웨이퍼용 열 처리기에 있어서,

   적어도 하나의 반도체 웨이퍼를 홀딩하는 실질적으로 투명한 반응기 챔버;

   상기 반응기 챔버의 적어도 일부를 덮는 선택적 적외선 반사 물질을 포함하는 코팅: 및

   상기 코팅 및 상기 반응기 챔버를 통하여 상기 적어도 하나의 반도체 웨이퍼에 방사 에너지를 제공하는 자외선 방전 램프

   를 포함하는 열 처리기.
8. 제7항에 있어서, 상기 반응기 챔버는 석영, 알루미나 도핑 석영, 알루미나, 또는 합성 실리카이고, 상기 코팅은 인듐-주석-산화물, 안티몬-주석-산화물, 불소-주석-산화물, 비도프된 주석 산화물, 이색 필터, 또는 금속 박막인 열 처리기.
9. 열 처리기에 사용하기 위한 장치에 있어서,

   적어도 하나의 반도체 웨이퍼를 홀딩하는 반응기 챔버로서, 약 200㎚ 내지 약 800㎚ 범위내의 파장을 포함하는 광에 실질적으로 투명한 물질을 포함하는 반응기 챔버; 및

   상기 반응기 챔버의 적어도 일부 상의 코팅으로서, 약 200㎚ 내지 약 800㎚ 범위내의 파장을 포함하고 적외선 방사선에 실질적으로 반사하는 물질을 포함하는 코팅

   을 포함하는 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 반응기 챔버는 석영, 알루미나 도핑 석영, 알루미나, 또는 합성 실리카인 열 처리기.