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KR20060066633A - 반도체 처리 챔버용 장치와, 웨이퍼 처리 장치 및 방법 - Google Patents

반도체 처리 챔버용 장치와, 웨이퍼 처리 장치 및 방법 Download PDF

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Publication number
KR20060066633A
KR20060066633A KR1020050115129A KR20050115129A KR20060066633A KR 20060066633 A KR20060066633 A KR 20060066633A KR 1020050115129 A KR1020050115129 A KR 1020050115129A KR 20050115129 A KR20050115129 A KR 20050115129A KR 20060066633 A KR20060066633 A KR 20060066633A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heating
wafer
temperature
wafer substrate
heating plate
Prior art date
Application number
KR1020050115129A
Other languages
English (en)
Inventor
존 마리너
스라이드허 알 프라새드
에릭 윈텐버거
종-하오 루
Original Assignee
제너럴 일렉트릭 캄파니
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 제너럴 일렉트릭 캄파니 filed Critical 제너럴 일렉트릭 캄파니
Publication of KR20060066633A publication Critical patent/KR20060066633A/ko

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Abstract

웨이퍼 처리용 열 제어 장치는, a) 가열될 다양한 크기의 물체를 배치하기 위한 플랫폼과, b) 상기 플랫폼에 대해 거의 횡방향으로 연장되는 적어도 하나의 샤프트, 및 c) 플랫폼 상의 다양한 크기의 물체를 독립적으로 제어하여 가열하기 위한 적어도 하나의 구역을 형성하는 복수의 회로로 패터닝된 복수의 저항 가열 요소를 포함한다.
저항 가열 요소, 샤프트, 유전체 절연 코팅층, 비접촉 갭, 지지 구조체, 웨이퍼 기판, 열 반사체, 챔버, 전도 가열, 복사 가열

Description

반도체 처리 챔버용 장치와, 웨이퍼 처리 장치 및 방법{FAST HEATING AND COOLING WAFER HANDLING ASSEMBLY AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF}
도 1은 복수의 웨이퍼를 핸들링하도록 설계된 본 발명의 웨이퍼-핸들링 챔버의 일 실시예의 단면도.
도 2는 본 발명의 웨이퍼 핸들링 챔버의 일부의 단면도.
도 3은 예 1에서 실시되는 테스트에 사용되는 장비의 도시도.
도 4는 반도체 웨이퍼를 고속으로 가열 및 냉각하기 위한 본 발명의 방법의 일 실시예의 단계들을 도시하는 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
7: 공동 10: 카세트
17: 브래킷 20: 열 반사체
25: 프레임 28: 기판
30: 연결체 36: 선반
40: 가열판 42: 지지 핀
55: 플랫폼 66: 샤프트
100: 챔버
본 발명은 반도체 제조에 사용하기 위한 웨이퍼 핸들링 조립체에 관한 것이다.
웨이퍼 핸들링 조립체는 전자 현미경에서의 분자빔 증착, 우주 실험, 및 기판 가열기와 같은 많은 시스템 용도와 초전도 박막의 성장 등에서 사용되고 있다. 웨이퍼 처리 챔버 또는 조립체는 반도체 웨이퍼와 같은 물체를 가열하는 장치이다. 반도체 웨이퍼 처리에서는, 어닐링 또는 탈기(degassing)와 같은 단계에서 고속 가열 및 냉각 사이클이 종종 요구된다. 이들 단계는 일반적으로 임의 수의 고속 가열 공정으로 구성되고, 때로는 순간 냉각을 필요로 하며, 때로는 정확한 온도 제어를 필요로 하는 등온 공정, 및 그에 후속하는 고속 냉각 공정이 이어진다.
전체 시간-온도 사이클에서 웨이퍼에 입력되는 에너지를 종종 열 부담(thermal budget)으로 지칭한다. 열 부담은 웨이퍼에 대한 역효과로 인해 제한되는 바, 너무 고온이거나, 너무 장시간이거나, 그 밖에 정해진 시간-온도 규범을 벗어나는 일체의 것들은 웨이퍼에 결함을 초래할 수 있다. 이들 단계는, 웨이퍼가 일괄 방식으로 처리되는 튜브 노에서 이루어질 수 있다. 그러나, 노 내의 조건이 균일한 결과를 위한 정상 상태(steady state)에 도달하도록 기다려야 하는 것은 긴 처리 시간을 요하며, 이는 열 부담 또는 처리 규범에 의해 부여되는 한계에 위배될 수 있다.
미국 특허 출원 제2004-0035487호는, 가열된 웨이퍼를 능동적으로 냉각하기 위한 소자에 의한 고속 가열 및 냉각 장치를 구비한 일괄 노(batch furnace)의 변형예를 개시하고 있다. 급속 가열을 위하여, 상기 능동 냉각 소자는 복사 램프 가열기와 같은 고온 소스를 채용한다. 종래 기술의 고강도 램프는 그 신속한 열 응답성으로 인하여 고속 가열이 가능하며, 순간적으로 오프될 수 있기 때문에 급속 냉각이 가능하다. 튜브 노에서의 가열에 비해, 복사 램프 공정에 필요한 열 부담은 감소한다. 그러나, 온도 균일성 요건으로 인해, 급속 열 처리는 통상 단일 웨이퍼 처리로 제한된다. 온도 균일성을 개선하는 방법은 멀티-존(multi-zone) 램프 및/또는 웨이퍼 회전 기구의 사용을 포함한다. 그러나, 이들 시스템은 복잡하고, 비용 및 유지보수 요건이 증대된다. 또한, 많은 램프는 선형 필라멘트를 사용하는 바, 이는 둥근 웨이퍼를 균일하게 가열하는데 있어서 비효율적이다. 램프 시스템은 또한 시간에 따라 열화되는 경향이 있으며 그 결과 공정 반복성이 취약해진다.
미국 특허 제6,497,734호는 저항성 판형 가열기를 이용하여 고속 가열하기 위한 다른 방법을 개시하고 있다. 미국 특허 제6,765,178호는 열 반사체와 보충 저항 가열기를 포함하는 시스템의 사용을 개시하고 있으며, 상기 시스템은 가열 챔버에 대응하고, 웨이퍼 기판을 지지하는 카세트를 둘러싼다. 저항 가열기는 안정적이고 반복 가능한 열원을 제공한다. 그러나, 대부분의 저항 가열기는 열 질량이 큰 경향이 있는 바, 이는 고속 열 사이클에는 부적합하다. 고속 응답성 저항 가열기는 소결 세라믹으로 제조될 수 있지만, 소결 세라믹은 열 충격을 받기 쉽고, 커 다란 온도 변화를 겪을 때 파괴되는 경향이 있다.
본 발명의 목적은, 단수 또는 복수의 웨이퍼를 처리하기 위한, 고속이면서 안정적이고, 반복 가능하며, 에너지 효율이 높고, 제어되는 균일한 열 순환을 제공하기 위한 개선된 웨이퍼 핸들링 조립체를 제공하는 것이다.
적어도 하나의 반도체 웨이퍼 기판을 처리하기 위한 본 발명의 웨이퍼 처리 조립체는 수직 이동가능한 샤프트에 결합되는 적어도 하나의 가열판을 갖는 카세트를 포함하며, 상기 가열판은 전기 가열 회로의 적어도 하나의 구역을 형성하는 전기 유동 경로를 위한 패턴으로 구성되는 가열 표면을 갖는 기판 보디(substrate body)를 포함하고, 상기 가열 표면은 B, Al, Si, Ga, 내화 초경합금, 천이 금속, 희토류 금속으로 이루어지는 그룹에서 선택된 원소, 또는 그 복합체 및/또는 조합체의 질화물, 탄화물, 탄질화물 또는 산질화물중 적어도 하나로 이루어지는 유전체 절연 코팅층으로 코팅되며, 상기 기판은 적어도 초당 10℃의 속도로 800℃까지 가열된다. 본 발명의 일 실시예에서, 가열 속도는 초당 20℃ 내지 50℃의 범위에 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 웨이퍼 처리 조립체는 복수의 반도체 웨이퍼 기판을 처리하기 위한 것이며, 이 조립체는 복수의 가열 판을 구비한 카세트를 포함한다.
본 발명은 또한, 적어도 하나의 반도체 웨이퍼 기판을 처리하기 위한 방법에 관한 것으로, 처리 사이클은 웨이퍼 기판을 짧은 기간 동안 소정의 처리 온도로 가열하기 위한 전도 가열, 및 이어지는 나머지 처리 사이클 동안의 복사 가열을 포함하며, 이어서 웨이퍼를 소정의 핸들링 온도로 만들기 위한 대류 냉각을 선택적으로 포함한다.
본 명세서에 사용되는 근사적인(approximating) 용어는, 그 관련한 기본 기능을 변경하지 않으면서 변화될 수 있는 임의의 정량적 용어를 한정하도록 적용될 수 있다. 따라서, "약" 및 "실질적으로"와 같은 용어(들)에 의해 한정되는 값은 일부 경우에 특정한 정확한 값으로 한정되는 것이 아니다.
본 명세서에 사용되는 "웨이퍼 기판" 또는 "기판"은 복수 형태로 기재되어 있지만, 단수 또는 복수의 기판을 나타내는데 사용될 수 있으며, "웨이퍼"는 "기판"과 상호 교환되어 사용될 수 있다. 마찬가지로, "가열 판", "선반(shelves)", "반사 요소" 또는 "반사체"는 복수 형태로 사용될 수 있지만, 이들 용어는 단수 또는 복수의 아이템이 사용될 수 있음을 나타내는 데 사용된다.
본 명세서에 사용되는 "가열 판"이라는 용어는 "가열기" 또는 "가열 요소"로 상호 교환되어 사용될 수 있고, 이 용어는 단수 또는 복수의 아이템이 존재할 수 있음을 나타내도록 단수 또는 복수 형태일 수 있다.
본 발명의 웨이퍼-핸들링 챔버 조립체는 반도체 산업에서 클러스터 툴(cluster tool)로서 알려진 시스템에 사용될 수 있다. 기판 가열 이외에, 상기 웨 이퍼-핸들링 챔버 조립체는 어닐링, 증착 및/또는 에칭을 비롯한 다른 기능을 위하여 사용될 수도 있다.
도 1에 도시된 일 실시예에서, 챔버(100)는 상부 섹션(15)과 하부 섹션(17)을 포함한다. 상부 및 하부 섹션은 로딩 창(도시되지 않음)을 포함하는 연결체(30)를 통해서 밀봉식으로 연결되어 있다. 상기 연결은, 공정에 대한 내성이 있고 오염이 없는 개스킷, 퍼티 재료(putty material) 또는 접착제 등과 같은 재료를 사용하여 이루어진다. 다른 실시예에서는, 용접, 볼트, 클램프 또는 기타 형태의 체결구와 같은 기계적 수단에 의하여 연결을 행할 수 있다.
상기 조립체는 또한, 상부 섹션(15)의 공동 보디(7; cavity body) 내에 이동 가능하게 배치되는 카세트(10)를 포함한다. 본 명세서에 사용되는 카세트 또는 카세트 홀더는, 하나의 선반이나 플레이트, 또는 복수의 선반, 플레이트의 적층체(stack)를 지지하기 위한 적어도 하나의 프레임을 구비하는 조립체를 지칭한다. 공동(7)은 단수 또는 복수의 웨이퍼 기판을 카세트(10)로 유지하는데 사용되기 때문에, 진공 상태에서 챔버(100)에 대한 외부 대기압은 상당할 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 공동(7)은 도 1에 도시하듯이 반원 형상이다. 다른 실시예에서, 공동은, 외부 대기압을 견디기에 충분한 완전성을 갖는다면, 처리되는 기판을 수용하기 위해 원형, 사각형, 또는 임의의 형상일 수 있다.
일 실시예의 카세트(10)는 수직 이동 샤프트(66)에 결합된 플랫폼(55)에 안착되어 있다. 샤프트와 플랫폼은, 처리 온도를 견뎌내고 구리와 같은 오염물이 대체로 없는, 알루미늄, 스틸, 텅스텐, 탄탈, 몰리브덴 등과 같은 처리 내성 재료로 구성된다.
웨이퍼 기판은 카세트의 별도의 선반(36)에 개별 배치되고 클램핑해제되며, 상기 선반은 프레임(25)에 의해 지지된다. 각각의 기판-가열 선반(36)은 브래킷(17)에 의해 프레임(25)에 연결된 가열판(40)을 포함한다. 브래킷(17)은 가열판(40)의 에지를 프레임(25)에 연결하며, 처리를 견딜 수 있고 구리와 같은 오염물이 없는 감압성 접착제, 세라믹 접합제, 아교 등과 같은 접착제 또는 나사, 볼트, 클립 등과 같은 체결구를 사용하여 프레임(25) 및 가열판(40)에 부착될 수 있다. 프레임(25)과 브래킷(17)은, 처리를 견딜 수 있고 구리와 같은 오염물이 없는 세라믹, 알루미늄, 스틸, 니켈 등과 같은 재료로 이루어진다. 프레임(25)과 브래킷(25)은 별개의 부품일 수도 있고, 가열된 기판을 지지하기 위한 지지 부재를 형성하도록 일체로 될 수도 있다.
일 실시예에서, 가열판(40)은 대부분의 열을 기판에 적용함으로써 가열 효율을 최대화하기 위해 기판(28)에 합치되거나 기판보다 약간 크다. 다른 실시예에서, 가열판(40)은 소정의 기판 가열을 제공하기에 적합한 임의의 형상으로 이루어질 수 있다.
기판-가열 선반(36)은 복수의 기판-가열 공간을 형성하도록 카세트(10) 내에서 수직으로 평행하게 이격되어 있다. 각각의 가열판(40)은 적어도 하나의 기판(28)을 가열하게 되어 있다. 웨이퍼 기판은 복수의 지지 핀 형태의 지지 구조체(42)에 지지되어 있다. (도시되지 않은)일 실시예에서, 기판(28)을 유지하기 위한 지지 구조체(42)는 에지 링 형태이거나, 또는 기판을 지지하기 위한 톱니형 돌기를 갖는 지지 링 형태이다. 지지 구조체는 수직으로 이동가능한 샤프트와 결합됨으로써, 리프트 핀/에지 링을 기판(28)의 이면측을 지지하도록 상승 및 하강시킬 수 있는 바, 즉 기판(28)을 가열하기 위해 가열판(40)과 접촉시키거나, 기판(28)을 목표 온도에 도달했을 때 가열판으로부터 멀어지게 이동시킬 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "결합"이라는 용어는 직접 연결과, 브래킷, 연결 바 등과 같은 중간 부재를 통해서 지지 구조체 또는 가열판을 샤프트에 연결하는 간접 연결을 둘다 지칭하는 것이다.
각 기판(28)의 상하에 있는 가열 선반(36)은 기판(28)의 상면 및 하면이 열에 노출되도록 기판-가열 공간의 상한 경계 및 하한 경계를 형성한다.
일 실시예에서, 상한 경계 및 하한 경계는 기판(28) 양면의 균일한 가열을 보장하도록 기판(28)으로부터 등거리에 존재한다. 다른 실시예에서, 간격 및 기판 위치는 어닐링, 탈 수소 등과 같은 다른 공정을 위한 상이한 가열 요건을 만족시키도록 조정될 수 있다. 상측 선반과 하측 선반 사이의 간격은 가열 속도, 및 각 기판 측면에 가해지는 열량을 증가시키거나 감소시키도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 가열 공간의 상한 경계와 하한 경계 사이의 간격은 가열판(40)으로부터의 에너지 전달을 증가시켜 온도 및 가열 속도를 높이도록 보다 좁혀질 수도 있고, 입사 에너지 전달을 감소시켜 기판 온도를 낮추고 기판(28)의 가열을 늦추도록 보다 넓어질 수도 있다.
다른 실시예에서, 기판(28)은, 기판(28)의 양면에 상이한 열량을 제공하도록 상한 경계 또는 하한 경계에 보다 인접하게 위치될 수 있다. 일 양태에서, 생산 효율을 증대시키기 위하여, 가열 공간의 상한 경계와 하한 경계 사이의 간격은 카세트(10)가 가능한 한 많은 기판-가열 선반(36)을 유지할 수 있게 하면서 기판을 소정의 속도 및 온도로 가열하도록 조정될 수 있다. 일 양태에서, 상한 경계와 하한 경계 사이의 간격은 약 30 mm이다. 다른 양태에서, 상한 경계와 하한 경계 사이의 간격은 약 60 mm이다.
그 상면에 이미 상이한 재료들의 층이 형성되어 있는 기판은 불균일한 복사율(emissivity) 프로파일을 가질 수 있으며, 그 결과 이 표면에는 위로부터 직접적으로 가열될 때 온도 프로파일이 불균일하게 된다. 본 발명의 일 실시예에서, 각 가열판(40)의 바닥에는 열-반사 요소(도시되지 않음)가 삽입된다. 열-반사 요소는 열이 기판(28)의 상면으로 복사되는 것을 방지하거나 감소시킨다. 또한, 열-반사 요소는 기판(28) 및 가열판(40)에 단열을 제공함으로써 가열판의 열 효율을 향상시킨다.
일 실시예에서, 열-반사 요소는 경면 처리된 표면(mirror-finished surface)을 갖는 반사체이다. 다른 실시예에서, 열-반사 요소는 가열판의 전체 바닥면을 덮는 필름 또는 시트이며, 처리에 대한 내성이 있고 일반적으로 구리와 같은 오염물이 없는 재료로 이루어진다. 제 3 실시예에서, 열-반사 요소는 알루미늄, 니켈, 금으로 도금된 표면이거나, 또는 열을 반사하기에 적합한 다른 금속 표면이다.
복수의 웨이퍼 기판(28)을 동시에 고속 열처리하고 웨이퍼 기판(28)을 균일하게 가열하기 위해, 본 발명은 복사 가열과 전도 가열을 둘다 제공하는 방식으로 가열판(40)을 사용하여, 종래 기술의 소결 세라믹 가열판의 열 충격 문제를 회피하 고 있다. 본 발명에서는, 전도와 복사를 둘 다 이용하여 웨이퍼를 가열할 수 있는 낮은 열 질량의 세라믹 가열기를 통해서 고속의 균일한 열처리가 이루어진다.
일 실시예에서, 가열기 또는 가열판(40)은 전기 가열 회로의 적어도 하나의 구역을 형성하는 전기 유동 경로를 위한 패턴으로 구성된 가열 표면과, 패터닝된 보디를 밀봉하는 유전체 절연 코팅층을 구비하는 기판 보디를 포함한다.
일 실시예에서, 가열판(40)의 기판 보디는 그래파이트를 포함한다. 다른 실시예에서, 기판 보디는 석영, 질화붕소, 소결 질화알루미늄, 소결 질화규소, 질화붕소 및 질화알루미늄의 소결체, 및 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈, 레늄, 니오브로 구성된 그룹에서 선택된 내화 금속중 하나로부터 선택된 재료로 이루어진다. 가열판(40)의 코팅층은 B, Al, Si, Ga, 내화 초경합금, 천이 금속, 희토류 금속으로 구성된 그룹에서 선택된 원소, 또는 그 복합체 및/또는 조합체의 질화물, 탄화물, 탄질화물 또는 산질화물 중 적어도 하나로 이루어진다.
일 실시예에서, 가열 요소는 전기 유동 경로를 위한 패턴으로 구성된 그래파이트 보디, 및 패터닝된 그래파이트 보디를 밀봉하는 적어도 하나의 코팅층을 포함하며, 상기 코팅층은 B, Al, Si, Ga, 내화 초경합금, 천이 금속, 희토류 금속으로 구성된 그룹에서 선택된 원소, 또는 그 복합체 및/또는 조합체의 질화물, 탄화물, 탄질화물 또는 산질화물 중 적어도 하나로 이루어진다.
미국 특허 제5,343,022호에 개시된 바와 같은 가열 요소의 일 예에서, 가열 요소는, 패터닝된 열분해 그래파이트 층이 그 위에 배치되어 가열 요소를 형성하는 기판으로서의 열분해 질화붕소(pBN) 플레이트와, 패터닝된 플레이트를 밀봉하는 적 어도 하나의 코팅층을 포함한다.
미국 특허 공개 US20040074899A1에 개시된 바와 같은 가열 요소의 다른 예에서, 가열 요소는, 저항 가열기의 전기 유동 경로를 위한 패턴으로 구성되고, 질화물, 탄화물, 탄질화물 또는 산질화물 화합물 또는 그 혼합물 중 하나로 이루어지는 적어도 하나의 코팅층에 밀봉되는 그래파이트 보디를 포함한다.
미국 특허 공개 US20040173161A1에 개시된 바와 같은 가열 요소의 또 다른 예에서, 가열 요소는 그래파이트 기판과, 질화물, 탄화물, 탄질화물 또는 산질화물 화합물 중 적어도 하나로 이루어지는 제1 코팅층과, 저항 가열기의 전기 유동 경로를 형성하도록 패터닝된 그래파이트의 제2 코팅층, 및 패터닝된 기판 상의 표면 코팅층을 포함하며, 상기 표면 코팅층은 또한 질화물, 탄화물, 탄질화물 또는 산질화물 화합물 중 적어도 하나를 함유한다.
본 발명의 실시예에서, 전도 모드 상태로 웨이퍼와 접촉하는 가열 요소의 표면은 유전체 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 패터닝된 저항 가열 요소는 유전체 코팅에 의해 완전히 밀봉된다. 다른 실시예에서, 패터닝된 저항 가열 요소는 노출될 수도 있다. 일 예에서, 패터닝된 저항 가열 요소는 웨이퍼가 유전체 기판의 상부에 놓이도록 기판의 바닥에 노출 배치된다. 다른 예에서, 노출되어 있는 패터닝된 저항 가열 요소는, 패터닝된 저항 가열 요소의 경계를 정하는 유전층이 패터닝된 저항 가열 요소보다 높게 하지만 저항 가열 요소를 넘지는 않게 연장되도록 가열 요소의 상면에 존재한다. 이 경우에, 웨이퍼 기판은, 패터닝된 저항 가열 요소가 아래로 노출되지만 웨이퍼와 접촉하지 않는 상태로 유전층 상에 놓인다.
본 발명의 조립체에 사용될 수 있는 가열기, 저항 가열 요소, 또는 가열판은 오하이오 스트롱빌에 소재하는 General Electric Company에서 BORALECTRIC(상표명) 히터로 시판되며, 초당 5℃ 이상의 온도상승 속도(ramp rate)를 갖는다. 가열기는 일 실시예에서는 초당 10℃ 이상의 온도상승 속도를 가질 수 있고, 다른 실시예에서는 초당 30℃ 이상의 온도상승 속도를 가질 수 있다. 극단 조건에서의 우수한 열충격 내성과 빠른 열 응답 속도, 예를 들면 초당 5℃ 이상의 가열 속도를 갖는 다른 가열기도 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 조립체는 공동(7) 내에 배치되는 열 반사체(20)를 추가로 포함한다. 열 반사체는 상부 섹션(15)의 상부 보디(5)의 표면 내측에 설치되어서, 공동(7) 내에 반사면을 형성한다. 열 반사체(20)는 공동(7)과 그 내면 사이에 복사열 절연을 제공함으로써 상부 보디(5)를 통한 열 손실을 최소화하도록 되어 있다. 열 반사체(20)는 공동(7) 내의 복사열을 공동의 내면으로부터 공동(7)의 중심 쪽으로 반사시킨다. 일 실시예에서, 열 반사체(20)는 단일 층을 포함한다. 다른 실시예에서, 열 반사체(20)는 복수 층을 포함할 수 있고, 단일화된 보디를 형성하도록 조합되는 여러 피스를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 열 반사체(20)는, 처리에 대한 내성이 있고 일반적으로 구리와 같은 오염물이 없는 알루미늄, 니켈, 스틸과 같은 열전도 재료로 이루어진다. 다른 실시예에서, 열 반사체(20)는 알루미늄, 니켈, 금, 텅스텐, 탄탈, 몰리브덴으로 도금된 내측 열 반사면, 또는 열을 반사하게 되어 있고 처리에 대한 내성이 있으며 일반적으로 구리와 같은 오염물이 없는 다른 표면을 포함한다.
공동(7)과 그 내면 사이를 추가로 단열하는 것이 바람직한 일 실시예에서, 열 반사체(20)는, 처리에 대한 내성이 있고 일반적으로 구리와 같은 오염물이 없는 세라믹, 유리 등으로 금속 도금된 절연체를 추가로 포함한다. 열 반사체(20)는 감압성 접착제, 세라믹 접합제, 아교 등을 이용한 내면(311)에의 접합과 같은 여러 방법을 사용하여 또는 처리에 대한 내성이 있고 일반적으로 구리와 같은 오염물이 없는 나사, 볼트, 클립 등과 같은 체결구를 사용하여 공동(7)의 내면에 부착될 수 있다. 또한, 열 반사체(20)는 전기도금, 스퍼터링, 양극산화처리(anodizing) 등을 사용하여 내면에 증착될 수도 있다. (도시되지 않은) 일 실시예에서, 열 반사체(20)는 단열 나사, 볼트, 클립 등과 같은 단열 체결구를 사용하여 공동(7)의 내면으로부터 이격됨으로써, 내면과 열 반사체(20) 사이에 갭을 형성한다.
가열판(40)에 의한 고속 가열에 이어서, 웨이퍼를 냉각하기 위한 대류 열전달이 가스 교차-유동에 의해 촉진된다. 본 발명에서는, 처리 가스를 송출하기 위해 가열 챔버(100)를 처리 가스 공급부에 연결하기 위한 공동으로 연장되는 적어도 하나의 가스 입구(60)에 의해 가스 교차-유동이 제공된다.
압력 콘트롤러(도시되지 않음)는 조립체로 도입될 수 있는 가스 유동을 제어한다.
본 발명의 조립체는 조립체 내에서 가열 및 냉각 공정이 둘다 일어날 수 있게 한다. 일 실시예에서, 조립체는 그 내부에 장착되는 복수의 가스 제트(도시되지 않음)를 더 포함한다. 다른 실시예에서, 조립체는 수냉식 측벽과, 수냉식 바닥벽 및 강제 공냉식 상벽을 갖는 외부 용기에 의해 추가로 경계지어진다.
본 발명의 일 양태에서, 웨이퍼는 예를 들어 100℃ 미만의 저온으로 처리 챔버 내로 도입되고, 100℃ 미만의 저온으로 챔버를 떠나며, 따라서 조립체 외측에서의 추가 냉각 단계의 필요성이 제거된다. 다른 실시예에서, 웨이퍼는 50℃ 이하의 온도로 처리 조립체를 떠난다.
일 양태에서, 나비 밸브(도시되지 않음)와 펌프(90)를 갖는 워터 트랩(water trap)이 진공 포트(92)를 통하여 공동(7)에 결합되어, 진공 펌핑 중에 조립체로부터 수증기 및 다른 오염물을 추출함으로써 진공을 유지한다. 도면에는 도시되지 않았지만, 웨이퍼 처리 챔버에 통상 사용되는, 압력 제어, 온도 제어, 및 기판 카세트의 위치 결정을 위한 장치 또한 본 발명의 조립체와 관련하여 사용된다. 일 실시예에서는, 진공 밸브가 개방되기 전에 조립체로부터 조립체를 펌핑 다운하기 위해 POU(point-of-use) 펌프를 채용할 수 있다. 챔버 조립체는 또한, 고 진공까지의 광범위한 주위 압력을 갖는 진공 게이지, 및 압력 제어용의 공정 압력계를 포함할 수 있다.
온도 콘트롤러는 웨이퍼 처리 챔버의 온도를 제어한다. 카세트(10)의 가열판(40)에는 가열기에 대한 단일 전력 입력(power input) 또는 복수의 개별 전력 입력에 의해 급전된다. 이로 인하여, 단일 열전쌍 또는 복수의 개별 열전쌍으로부터의 입력에 기초한 폐루프 제어가 가능해진다. 각각의 가열판에는 열전쌍 채널이 제공된다. 제어 패널에서는 열전쌍 채널이 모니터링 및 표시된다.
본 발명의 일 실시예에서, 각각의 가열판 또는 가열 요소는 적절한 유지보수를 위해 급속 냉각 사이클 기간이 가능하도록 냉각 라인(도시되지 않음)을 추가로 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 냉각 라인에서는 가스가 사용된다.
일 실시예에서는, 포토-레지스트 및 기타의 오염물 검출을 위한 잔류 가스 분석(RGA: Residual Gas Analysis)이 제공된다. RGA는 오염물을 함유하는 웨이퍼의 처리를 스테이션에서 방지하기 위한 실시간 안전용 모니터 및 인터로크로서 기능한다.
본 명세서에 사용되는 가열기라는 용어는 가열판 또는 가열기 판과 교체되어 사용된다. 본 발명의 조립체를 통한 웨이퍼 처리 작업의 일 실시예에서는, 먼저 웨이퍼(28)를 카세트에 로딩하고, 각각의 웨이퍼를 2개의 가열판 또는 가열기(40) 사이에 위치시킨다. 웨이퍼(28)가 바닥 가열기에 놓이도록 지지 핀(42)은 초기에 후퇴된다.
도 1에 도시된 바와 같은 웨이퍼 핸들링 조립체는 복수의 웨이퍼 기판을 핸들링하기 위한 것이다. (도시되지 않은)다른 실시예에서, 가열판, 브래킷 등을 구비하는 가열 조립체는 (도 1에서와 같은 수평 배열 대신에) 슬롯형의 수직 방식으로 배치된다.
(도시되지 않은)다른 실시예에서, 조립체는 지지 조립체 상에 놓이는 적어도 하나의 가열판으로 단일 웨이퍼를 핸들링하기 위한 것으로, 웨이퍼 핸들링 챔버용이다. 가열판은 반사성 및/또는 절연성 재료로 제조된 요소를 포함한다. 일 실시예에서, 조립체는 로딩 창을 갖는 섹션을 포함한다. 일 실시예에서, 열-반사 요소는 처리에 대한 내성이 있고 일반적으로 오염물이 없는 재료로 도금된 반사면을 갖는다. 반사면의 예로는 열을 반사하기 위한 알루미늄, 니켈, 금 또는 기타 표면이 포함된다. 일 실시예에서, 지지 조립체는 용접, 볼트, 클램프, 브래킷 또는 다른 형태의 체결구에 의해 챔버의 바닥벽에 연결되거나 챔버의 측벽에 부착된다. 웨이퍼 기판은 가열판 상에 클램핑되지 않은 상태로 위치한다. 웨이퍼 핸들링 조립체는 웨이퍼 기판 위에 위치하는 제2 가열판 또는 반사 요소를 추가로 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 선반을 대신하여 또는 선반에 추가하여, 웨이퍼를 지지하는 가열 요소는 링, 플레이트, 아암 등을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 이들 요소는 지지 요소 및 웨이퍼를 수직 이동시키는 단수 또는 복수의 승강 기구에 연결된다.
일 실시예에서, 가열기와 그 추가 부품들, 예를 들어 반사체, 배플, 연결 요소 등은 챔버에 대하여 고정된다. 다른 실시예에서는, 가열기와 상기 부품들이 수직 이동하는 동안 지지 요소는 챔버에 대하여 고정된다. 가열기 조립체는 가열기 구조체의 지지 요소를 제어하는 이동 기구를 구비한다. 챔버에 대하여 고정되어 있는 이러한 이동 기구는 가열기를 수직으로 이동시킨다. 일 실시예에서, 이동 기구는 가열기가 웨이퍼를 그 지지 요소로부터 약간 상승시키도록 설계되어 있으며, 따라서 이동 기구가 최대 상향 위치에 있을 때 완전한 접촉을 보장한다. 또 다른 실시예에서, 가열기 조립체는 가열 모드를 전도에서 복사로 전환하기 위해 웨이퍼 온도가 설계 온도에 도달할 때 하향 이동할 수 있도록 설계된다.
작동 시에, 가열기는 약 200-400℃의 온도로 예열될 수 있고, 이전의 사이클로부터 이미 200-400℃ 정도의 온도에 있을 수도 있다. 일 실시예에서는, 전력이 전혀 또는 거의 공급되지 않는다. 카세트(10)가 처리 위치로 이동함에 따라, 가열기(40)에 전력이 공급되고, 이는 (각 웨이퍼 아래에 위치하는 가열기로부터의) 전도와 (각 웨이퍼 위에 위치하는 가열기로부터의) 복사에 의해 웨이퍼(28)를 가열한다. 이들 온도에서의 가열을 위해서는 전도가 복사보다 훨씬 효율적이며, 따라서 웨이퍼는 바닥 가열기 상에 놓이도록 설정된다. 열 응답 속도가 매우 빠른 세라믹 가열기(40)를 사용하면, 웨이퍼(28)를 300-1000℃ 정도의 처리 온도로 만들기 위해, 일 실시예에서는 10℃/초를 초과하는 가열 속도로, 다른 실시예에서는 20℃/초를 초과하는 가열 속도로, 제3의 실시예에서는 50℃/초를 초과하는 가열 속도로 웨이퍼가 매우 빠르게 가열된다. 본 발명의 일 실시예에서, 웨이퍼는 실온으로부터 적어도 15℃/초의 속도("온도상승 속도")로 500℃까지 가열된다.
웨이퍼(28)가 공정 온도에 접근하면, 예를 들어 승강 핀(lift pin)과 같은 지지 구조체(42)는 웨이퍼를 가열기(40)로부터 가열기 사이의 위치(웨이퍼(28)와 상부/하부 각각의 가열기(40) 사이의 간격이 5 내지 20 mm인 위치)로 들어올린다. 일 실시예에서, 이러한 상황은 웨이퍼 온도가 200℃의 목표 웨이퍼 온도 내에 있을 때 발생한다. 다른 실시예에서, 상기 상황은 웨이퍼 온도가 100℃의 목표 웨이퍼 온도 내에 있을 때 발생한다. 제3 실시예에서, 상기 상황은 웨이퍼 온도가 50℃의 목표 웨이퍼 온도 내에 있을 때 발생한다. 이는 웨이퍼의 균일한 가열을 돕는다.
일 실시예에서, 가열기로의 전력 입력은 또한 웨이퍼 온도가 처리 온도를 오버슈트(overshoot:초과)하지 않도록 시간 함수로서 조정될 수 있다. 가열기 전력 입력은 일반적으로 온도상승 단계 중에는 크며, 이후 특정 시간 후에는 오버슈트가 방지되도록 감소되지만, 오버슈팅이 전무한 요건을 달성하는 임의의 전력-시간 함수를 사용할 수도 있다. 또한, 웨이퍼(28)의 들어올림과 더불어, 복사 가열은 웨이퍼와 가열기 사이의 불완전한 열접촉으로 인해 전도 가열에 비하여 균일한 가열을 제공한다. 접촉은 빠른 전도 가열을 가능하게 하지만, 웨이퍼 표면에서의 열 균일성은 부족할 수 있다.
가열판과의 직접 접촉을 통한 전도 가열 후에, 웨이퍼 기판(28)의 온도는 복사 가열을 통하여 제어될 수 있다. 도 2에 도시된 일 실시예에서는, 가열판(40)을 유지하는 카세트(10)가 샤프트(66)에 연결되어 있어서, 카세트와 이 카세트에 연결된 가열판의 수직 이동을 허용한다. 다른 실시예에서, 가열판은 샤프트(66)에 직접 결합되거나, 카세트에 대한 지지 브래킷을 통하여 샤프트(66)에 간접적으로 결합될 수도 있다. 가열기 온도가 목표 처리 온도에 접근하면, 가열은 전도 가열에서 복사 가열로 전환될 수 있다.
일 실시예에서, 가열판은 목표 온도 오버슈팅을 방지하도록 웨이퍼와 0.5-10 mm 범위의 비접촉 갭을 생성하도록 수직 이동가능한 샤프트를 통하여 하강될 수 있다. 일 실시예에서, 가열판은 2 mm의 갭을 얻도록 하강한다. 다른 실시예에서는, 5 mm의 비접촉 갭이 생성된다.
다른 실시예에서는, 승강 핀(42)의 이동을 통하여 가열판(40)을 웨이퍼(28)로부터 이격 상승시킴으로써, 또는 웨이퍼 온도가 목표 온도에 도달한 때에 카세트(10)의 이동을 통하여 가열판(40)을 웨이퍼(28)로부터 이격 하강시킴으로써 0.5-10 mm 범위의 비접촉 갭이 생성될 수 있다. 목표 온도의 오버슈트가 전혀 없는 높은 온도상승을 포함하는, 웨이퍼에 대한 소정의 시간-온도 프로파일은, 초기 웨이퍼 온도, 목표 웨이퍼 온도, 초기 가열기 온도, 시간 함수로서의 가열기 파워, 비접촉 갭 생성 시간, 및 비접촉 갭 폭을 포함하는(그러나 이에 제한되지 않는) 처리 변수의 함수이다.
초기 웨이퍼 및 가열기 온도가 예를 들어 25℃의 실온에 있고 목표 온도가 350℃인 일 예에서는, 웨이퍼의 위와 아래에 설치된 2개의 가열기에서의 입력 초기 전력 밀도가 30 W/㎠인 상태에서 350℃의 목표 온도까지 15℃/초의 웨이퍼 온도상승 속도가 얻어지며, 이어서 13초 후 전력 밀도가 1 W/㎠으로 감소되고, 19초 후에 웨이퍼를 상승시킨다. 웨이퍼 온도는 냉각 전에 100초 동안 5℃ 내의 오차 범위에서 350℃로 일정하게 유지된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 조립체는 고속 가열에 있어서 전도의 이점과, 균일성 및 온도 제어에 있어서 복사의 이점을 조합한다. 웨이퍼 온도는 웨이퍼 처리의 정해진 시간-온도 기준을 밀접하게 따르도록 가열판(40)을 사용하여 처리 온도까지 급속하게 상승되고 그 공정 온도에서 제어된다.
이후 웨이퍼는, 가열기(40)에 대한 급전을 차단하고, 이제 핀(42)에 의해 지지되는 웨이퍼(28)의 각 측면에 가스 교차-유동을 분사함으로써 냉각된다. 이러한 구성에서, 냉각 가스는 웨이퍼(28)의 양면을 가로질러 흐를 수 있는데, 이는 웨이퍼가 가열기 상에 놓여 있는 경우보다 냉각에 더 효율적이다. 웨이퍼(28)는 (100℃ 미만의) 저온으로 냉각될 수 있고, 가열기(40)는 그 초기 온도(200-400℃)로 냉각된다. 본질적으로 낮은 열 질량을 갖는 본 발명의 가열판 또는 가열기를 사용하 면 보다 빠른 냉각이 가능하게 되고, 챔버 조립체의 보다 긴 작동 기간이 가능해지는 바, 그 이유는 이들 가열기가 소결 세라믹 가열기와는 달리 열 충격을 겪지 않기 때문이다.
열적 시뮬레이션(thermal simulation)에서, 유전체 코팅을 포함하는 세라믹 가열기는 웨이퍼를 처리하는데 필요한 시간을 현저히 단축하기 위해 실리콘 웨이퍼에 20℃/초 정도, 일부 실시예에서는 적어도 50℃/초 정도의 극히 높은 가열 속도를 제공할 수 있다. 또한, 열 모델(thermal model)에 의하면, 가열기가 400℃ 이하에서 시작할 때는 웨이퍼를 가열하기 위해서는 전도가 복사보다 훨씬 효과적인 방법임을 보여준다. 또한, 저온에서 시작하는 가열기를 이용하여 웨이퍼를 급속히 가열하기 위한 요구 전력은 본 발명의 그래파이트 가열기를 사용하더라도 실용적 목적으로는 너무 높다. 따라서, 본 발명의 조립체를 이용하는 방법의 일 예에서, 처리는 적어도 200℃까지 가열된 가열기에 의해 시작되며, 일 실시예에서 가열기는 200℃-400℃의 온도로 예열된다.
다른 유한 요소 열 모델에서는, 본 발명의 2개의 가열판 중간에 웨이퍼가 위치하는 본 발명의 웨이퍼-처리 챔버의 구조를 입증하기 위해 종래 기술의 단일-가열기 구조를 채용한 결과가 사용된다. 2개의 가열기 사이에 현수된 웨이퍼를 급속 가열(복사 가열)하는 데 필요한 전력은 고온에서 시작하는 가열기를 사용하더라도 실제 적용하기에는 너무 크다. 열 모델은 또한 웨이퍼가 바닥 가열기에 놓이도록 위치될 때 처리 조건을 시뮬레이트하는데 사용되며, 이 경우 가열은 바닥 가열기로부터의 전도와 상부 가열기로부터 복사를 통하여 이루어진다. 상부 가열기로부터 의 복사 가열은 웨이퍼의 전체 가열에 기여도가 낮으며, 가열의 대부분은 바닥 가열기를 통한 전도로부터 발생하는 것으로 밝혀졌다. 또한, 열 모델은, 본 발명의 조립체에 의하면, 웨이퍼가 바닥 가열기로부터 상승될 때 가스 교차 유동을 이용하여 웨이퍼가 100℃ 미만의 저온으로 급속하게 냉각됨을 보여준다. 이로 인하여, 가스는 효과적인 열전달을 위하여 웨이퍼의 양면에서 유동할 수 있다.
전도를 통한 고속 가열과 복사를 통한 균일성의 조합을 위하여 가열 공정 중에 웨이퍼가 가열판으로부터 상승되는 전도/복사 혼합된 경우를 테스트하는 다른 열 모델에서는, 웨이퍼를 200℃-400℃ 미만의 온도로 냉각하기 위해 웨이퍼의 고속 냉각이 달성될 수 있는 바, 상기 온도는 본 발명의 웨이퍼 처리 조립체를 사용하는 방법의 일 실시예에서 예열된 가열판의 시작 온도이다.
본 발명을 또한 하기의 비제한적인 예에 의해 설명한다.
예 1.
General Electric Company로부터 BORALECTRIC이라는 상표명으로 판매되는 2개의 가열기 사이에 배치된 실리콘 웨이퍼에 대해 일련의 테스트를 실행한다. 그 셋업의 스케치가 도 3에 도시되어 있다. 웨이퍼는 3개의 솔레노이드 액추에이터에 의해 지지되며, 따라서 웨이퍼는 솔레노이드 아암이 완전히 후퇴될 때 바닥 가열기 상에 놓여진다. 복수의 솔레노이드 액추에이터에 동시에 급전함으로써 솔레노이드가 연장되고, 따라서 웨이퍼는 바닥 가열기로부터 상승될 수 있으며 2개의 가열기 사이 중간에 위치될 수 있다. 웨이퍼 표면의 여러 지점에서 온도를 측정하기 위해 고속-응답 와이어 열전쌍이 사용된다. 가열기로의 전력 공급은 시간 함수로서 변 경된다. 솔레노이드에 전력이 공급되는 시간(웨이퍼 들어올림 시간)도 조정될 수 있다.
각각의 테스트에서, 웨이퍼는 먼저 소정의 처리 온도를 얻기 위해 5 내지 30초("천이 시간")의 시간 동안 전도 모드에서 높은 전력으로 가열된다. 천이 시간에서, 웨이퍼는 이후 열적 균일성을 향상시키도록 가열기로부터 상승된다. 웨이퍼가 소정 처리 온도에 도달하면, 소정 처리 온도를 유지하기 위해 가열기 전력이 감소된다. 이후 웨이퍼는 예를 들어 어닐링을 위하여 약간의 유지 시간 동안 복사에 의해 소정 처리 온도로 가열되거나, 또는 급냉될 수도 있다. 복사 가열 모드에서, 웨이퍼 온도는 소정 처리 온도의 편차가 ±10%상태로 보다 일정하게 유지한다. 테스트에서는 2개의 주요 변수, 즉 전도 가열 시간(고 전력에서의)과 웨이퍼 상승 시간이 변화된다. 유지 시간이 종료되면, 가열기 전력은 냉각을 위해 오프된다. 일부 테스트에서, 냉각은 가스 교차 유동에 의한 대류 냉각을 통하여 이루어진다. 분당 적어도 200℃ 또는 그 이하의 냉각을 위한 냉각 가스의 예로는 Ar, He, N2 등이 있다. 테스트 결과에 의하면, 5℃/초 이상, 50℃/초까지의 온도상승 속도를 갖는 가열기에 의하면 30초 이내(전력 공급에 따라서 5초 내지 30초 범위)에 실온에서 300℃ 또는 그 이상으로의 고속 웨이퍼 온도상승 속도가 얻어질 수 있는 것으로 나타난다. 또한, 웨이퍼 리프트 시간을 적절하게 조정함으로써 설계 온도를 초과하는 문제는 전혀 발생하지 않는다. 또한, 시간 종속적인 가열기 전력 입력과 웨이퍼 리프트 시간을 적절하게 조합함으로써, 고속 열 사이클링 처리에서 통상적인 특정한 웨이퍼 온도 프로파일을 얻을 수 있는바, 즉 적어도 하나의 고속 가열 기간, 충분한 시간 또는 제로 시간의 하나의 일정 온도 구간, 및 하나의 고속 냉각 기간을 얻을 수 있다.
예 2.
3개의 솔레노이드 액추에이터에 의해 지지되는 웨이퍼를 구비한 셋업으로 일련의 테스트를 실행한다. 웨이퍼는 솔레노이드 아암이 완전히 후퇴될 때 가열기 상에 놓이도록 GE의 BORALECTRIC 가열기 위에 배치된다. 전력이 공급되면 솔레노이드 액추에이터는 웨이퍼가 가열기 위로 상승되도록 솔레노이드 아암을 연장시킨다.
예 3.
예 1의 셋업과 더불어 열 반사체가 사용된다. 테스트 결과에 의하면 열 반사체의 존재로 인하여 가열 속도가 효과적으로 증가하고 공정의 열 부담이 감소하는 것으로 나타났다.
예 1 및 예 2에서의 대표적인 데이터가 도 4에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 시간 종속적인 가열기 전력 입력과 웨이퍼 리프트 시간이 적절히 조합되면, 고속 열 사이클링 처리의 특정 웨이퍼 온도 프로파일, 즉 적어도 하나의 고속 가열 기간(전도 모드), 하나의 일정한 온도 구간(복사 모드), 및 선택적인 고속 냉각 기간으로 이루어지는 온도 프로파일을 얻을 수 있다. 그래프는 2가지 가열 모드, 즉 먼저 고속 가열(10℃/초 이상의 웨이퍼 가열 속도)을 위한 전도 가열 모드와, 이어지는 일정 온도 프로파일을 유지하기 위한 복사 가열 모드의 적절한 시간-의존 조 합을 도시한다. 일부 테스트에서, 웨이퍼 가열 속도는 20℃/초이다. 또한, 두 가열 모드를 적절하게 시간 종속적으로 조합하면 고속 가열 기간의 종료 시에 설계 온도 초과를 방지하는데 있어서 매우 효과적인데, 이는 이들 시스템의 본질적으로 높은 열 관성으로 인해 전도에 기초한 시스템에서는 통상 회피하기 어려운 것이다.
예 4.
300 mm의 기판을 처리하는 시스템으로 일련의 테스트를 실행한다. 이 시스템은 테스트 챔버 내에 장착된 340 mm 직경의 세라믹과, 수직 이동가능하도록 샤프트에 연결되는 리프트 핀 베이스, 및 가열기를 통하여 리프트 핀 구멍 내부로 돌출할 수 있는 세라믹 리프트 핀을 포함한다. 테스트되는 기판은 그 온도 균일성을 측정하기 위한 9개의 매립된 열전쌍을 구비한다. 이 실험에서의 일련의 테스트에 의하면, 300 mm 스케일에서 본 발명의 시스템에 의해 (목표 온도의 오버슈트가 전혀 없이) 고속 온도상승이 달성된다. 또한, 이들 테스트에 의하면, 기판이 가열기로부터 리프트된 경우 기판에서 우수한 열 균일성(통상적으로 1-2% 이내)을 얻을 수 있다는 것이 나타난다. 일 실시예에서, 웨이퍼에서 측정한 최대 온도와 최저 온도 사이의 차이는 560℃의 평균 웨이퍼 온도에서 10℃ 미만이다.
이상의 설명은 가장 바람직한 모드를 포함한 본 발명을 개시하는 예를 사용하고 있으며, 또한 당업자가 본 발명을 구현하고 사용할 수 있도록 하는 예를 사용하고 있다. 본 발명의 특허 범위는 청구범위에 의해 한정되며, 당업자가 알 수 있는 다른 예를 포함할 수도 있다. 이러한 다른 예는, 청구범위의 문자 언어(literal language)와 다르지 않은 구조적 요소를 구비하거나, 청구범위의 문자 언 어와 크게 다르지 않은 등가의 구조적 요소를 구비하는 경우, 청구범위에 포함되는 것으로 의도된다.
본 명세서에 참조되는 모든 인용문헌은 본 명세서에 원용된다.
본 발명에 의하면, 단수 또는 복수의 웨이퍼를 처리하기 위한, 고속이면서 안정적이고, 반복 가능하며, 에너지 효율이 높고, 제어되는 균일한 열적 순환을 제공하기 위한 웨이퍼 핸들링 조립체를 제공할 수 있다.

Claims (12)

  1. 반도체 처리 챔버에 사용하기 위한 장치에 있어서,
    초기 온도를 갖는 다양한 크기의 적어도 하나의 물체를 초기 온도보다 적어도 50℃ 높은 목표 온도로 가열하기 위한 적어도 하나의 저항 가열 요소를 갖는 가열기 및 홀더 조립체와,
    상기 조립체를 지지하기 위한 적어도 하나의 수직 이동가능한 샤프트를 포함하며,
    상기 가열 요소는 플랫폼 상의 다양한 크기의 상기 적어도 하나의 물체를 독립적으로 제어 가열하기 위한 적어도 하나의 구역을 형성하는 복수의 회로로 패터닝되고, 상기 가열 요소의 표면의 적어도 일부는 B, Al, Si, Ga, 내화 초경합금, 천이 금속, 희토류 금속으로 이루어지는 그룹에서 선택된 원소, 또는 그 복합체 및/또는 조합체의 질화물, 탄화물, 탄질화물 또는 산질화물중 적어도 하나로 이루어지는 유전체 절연 코팅층으로 코팅되며,
    상기 가열 요소는 물체를 초기 온도로부터 목표 온도로 가열하기 위해 적어도 초당 1℃의 온도상승 속도를 갖는 것을 특징으로 하는
    반도체 처리 챔버용 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수직 이동가능한 샤프트는, 가열 요소를 상승 또는 하강시켜 가열 요소 와 물체 사이에 약 0.5 mm 내지 10 mm의 비접촉 갭을 생성하도록 가열 요소에 결합되는 것을 특징으로 하는
    반도체 처리 챔버용 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열 요소 상에 물체를 지지하기 위한 지지 구조체를 추가로 포함하며, 상기 수직 이동가능한 샤프트는 지지 구조체를 상승 또는 하강시켜 가열 요소와 물체 사이에 약 0.5 mm 내지 10 mm의 비접촉 갭을 생성하도록 지지 구조체에 결합되는 것을 특징으로 하는
    반도체 처리 챔버용 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 유전체 절연층은 질화 알루미늄과 열분해 질화 붕소(PBN)중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는
    반도체 처리 챔버용 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 물체를 적어도 초당 10℃의 속도로 실온으로부터 350℃ 이상의 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는
    반도체 처리 챔버용 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 물체를 적어도 초당 20℃의 속도로 실온으로부터 350℃ 이상의 온도로 가열하기 위한 것이며, 상기 물체는 웨이퍼 기판인 것을 특징으로 하는
    반도체 처리 챔버용 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 가열 요소 아래에 배치되는 열 반사체를 추가로 포함하며, 상기 열 반사체는 알루미늄, 니켈, 스틸, 텅스텐, 탄탈, 몰리브덴, 및 그 조합으로 이루어지는 그룹 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는
    반도체 처리 챔버용 장치.
  8. 복수의 반도체 웨이퍼 기판을 초기 온도로부터 목표 처리 온도로 가열하기 위한 웨이퍼 처리 장치에 있어서,
    상기 챔버는,
    적어도 하나의 웨이퍼 기판을 그 위에 지지하도록 조립체 내에 이동가능하게 배치되는 복수의 저항 가열판과,
    상기 웨이퍼 기판을 가열판 상에 지지하기 위한 지지 구조체를 포함하며,
    각각의 가열판은 플랫폼 상의 다양한 크기의 상기 적어도 하나의 물체를 독립적으로 제어하여 가열하기 위한 적어도 하나의 구역을 형성하는 복수의 회로로 패터닝되고,
    각각의 가열판은 B, Al, Si, Ga, 내화 초경합금, 천이 금속, 희토류 금속으로 이루어지는 그룹에서 선택된 원소, 또는 그 복합체 및/또는 조합체의 질화물, 탄화물, 탄질화물 또는 산질화물중 적어도 하나로 이루어지는 유전체 절연 코팅층으로 코팅되며,
    각각의 가열판은 웨이퍼 기판의 온도를 적어도 초당 5℃의 속도로 상승시키도록 개별적으로 제어되는 것을 특징으로 하는
    웨이퍼 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 가열판 또는 지지 구조체는 가열판과 웨이퍼 기판 사이에 약 0.5 mm 내지 10 mm의 비접촉 갭을 생성하도록 상하로 이동하는 것을 특징으로 하는
    웨이퍼 처리 장치.
  10. 웨이퍼 기판을 처리하는 방법에 있어서,
    저항 가열판 상에 웨이퍼 기판을 위치시키는 단계로서, 상기 가열판은 플랫폼 상의 다양한 크기의 상기 적어도 하나의 물체를 독립적으로 제어하여 가열하기 위한 적어도 하나의 구역을 형성하는 복수의 회로로 패터닝되고, 상기 가열판은 B, Al, Si, Ga, 내화 초경합금, 천이 금속, 희토류 금속으로 이루어지는 그룹에서 선택된 원소, 또는 그 복합체 및/또는 조합체의 질화물, 탄화물, 탄질화물 또는 산질 화물중 적어도 하나로 이루어지는 유전체 절연 코팅층으로 코팅되는 단계와,
    전도 가열에 의하여 웨이퍼 기판을 초기 온도로부터 목표 온도로 가열하도록 적어도 초당 1℃의 속도로 가열판 온도를 증가시키는 단계와,
    웨이퍼 기판과 가열판 사이에 비접촉 갭을 생성하는 단계를 포함하고,
    선택적으로, 웨이퍼 기판 온도를 목표 온도의 15% 이내에서 유지하도록 가열판으로의 전력 공급을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    웨이퍼 기판 처리 방법.
  11. 웨이퍼 기판을 배치하기 위해 적어도 하나의 저항 가열 요소를 갖는 웨이퍼 홀더 조립체와 히터를 포함한 가열 조립체를 사용하여 적어도 하나의 웨이퍼 기판을 적어도 초당 10℃의 속도로 실온으로부터 100℃ 이상의 온도로 가열하기 위한 방법에 있어서,
    상기 웨이퍼 기판을 적어도 초당 5℃의 속도로 전도 가열에 의하여 소정 온도로 급속 가열하는 단계와,
    상기 소정 온도를 복사 가열을 통해서 15%의 편차 내에서 제어하는 단계를 포함하며,
    상기 전도 가열은 플랫폼 상의 다양한 크기의 상기 적어도 하나의 물체를 독립적으로 제어하여 가열하기 위한 적어도 하나의 구역을 형성하는 복수의 회로로 패터닝된 적어도 하나의 저항 가열 요소를 통하여 실행되며, 상기 가열 요소는 B, Al, Si, Ga, 내화 초경합금, 천이 금속, 희토류 금속으로 이루어지는 그룹에서 선 택된 원소, 또는 그 복합체 및/또는 조합체의 질화물, 탄화물, 탄질화물 또는 산질화물중 적어도 하나로 이루어지는 유전체 절연 코팅층으로 코팅되고,
    상기 복사 가열은 웨이퍼 기판과 가열판 사이에 비접촉 갭을 생성함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는
    웨이퍼 기판 처리 방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 비접촉 갭은, 웨이퍼 기판을 가열판으로부터 이격 상승시킴으로써 또는 가열판을 웨이퍼 기판으로부터 멀리 이동시킴으로써 생성되는 것을 특징으로 하는
    웨이퍼 기판 처리 방법.
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