KR100886177B1

KR100886177B1 - 기판들의 열처리방법 및 장치

Info

Publication number: KR100886177B1
Application number: KR1020020027163A
Authority: KR
Inventors: 슈토름아리옌; 바스트로날드; 쿠즈네트소프블라디미르이바노비치; 징어얀
Original assignee: 에이에스엠 인터내쇼날 엔.브이.
Priority date: 2001-05-16
Filing date: 2002-05-16
Publication date: 2009-02-27
Also published as: EP1258909A2; DE60227877D1; EP1258909B1; US6746237B2; JP2003045881A; KR20020087894A; US20030027094A1; US6964751B2; NL1018086C2; US20040195737A1; EP1258909A3

Abstract

평평한 기판들의 열처리 방법 및 장치로서, 가열되며 실질적으로 평평하고 기판의 표면 위로 연장된 노체의 부근에 기판들이 위치된다. 다수의 기판들을 연속적으로 처리할 때, 재현할 수 있는 처리를 제공하기 위하여, 노체의 온도가 기판에 근접한 표면 가까이 에서 측정되어 기판에 의해 노체의 열방출이 검출될 수 있다. 이렇게 측정된 온도가 일정 범위내이거나 소망의 초기 처리온도(T_trig)일 때, 각 기판의 도입이 일어난다.

연속열처리장치, 외삽, 부동웨이퍼리액터

Description

기판들의 열처리방법 및 장치{Method and device for the heat treatment of substrates}

도 1a 및 1b는 가열수단의 전력공급의 개루프 제어방법의 변형들을 개략적으로 보여주고,

도 2a 및 2b는 가열수단의 전력공급의 폐루프 제어방법의 변형들을 개략적으로 보여주고,

도 3은 그 안에 온도감지기가 배열된 노체의 단면도를 개략적으로 보여주고,

도 4는 기판들의 연속적인 처리를 위한 리액터의 평면도를 보여주고,

도 5는 부동웨이퍼리액터에 사용된 운반기구의 사시도를 보여주고,

도 6은 탑재된 상태의 부동웨이퍼리액터의 노체들 및 동작기구의 측면도를 보여주고,

도 7a는 리액터가 열린 상태에서 부동웨이퍼리액터에서의 기판처리를 개략적으로 보여주고,

도 7b는 리액터가 닫힌 상태에서 부동웨이퍼리액터에서의 기판처리를 개략적으로 보여주고,

도 8은 운반수단을 제어하기 위한 제어기를 보여주고,

도 9는 다수의 기판들이 연속적으로 투입 및 제거되는 동안에 노체에서의 온 도변화의 그래프를 보여주고,

도 10은 다수의 기판들이 연속적으로 투입 및 제거되는 동안에 노체에서의 온도변화의 그래프로서, 제1기판효과를 확실하게 볼 수 있는 그래프를 보여주고, 및

도 11은 측정되고 외삽된 온도에 기초하여 결정된 도입시간에 다수의 기판들이 연속적으로 투입 및 제거되는 동안에 노체에서의 온도변화의 그래프를 보여준다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 기판처리시스템 2 : 리액터챔버

3 : 반입/반출부 4 : 운반기구

5 : 가열로 6 : 냉각부

7 : 고정부 8 : 로터리샤프트

9 : 팔 10 : 지지대

11 : 고리 13 : 상단

14 : 하단 21 : 기판

22 : 플랩 23 : 하우징

24, 25, 26 : 개구 27, 28 : 로드

40 : 로우레벨제어 41, 42, 43, 44 : 구동기

50 : 하이레벨제어 51, 52, 53, 54 : 입력

60 : 제2제어기 70 : 제1제어기

130, 140 : 노체 131, 141 : 단열자켓

132, 142 : 열선 133, 143 : 외부자쳇

134, 135, 144, 145 : 온도감지기

본 발명은, 청구항 1의 전제부에 따른 반도체 웨이퍼들과 같은 평평한 일련의 기판들의 연속열처리 방법에 관한 것이다.

이 형태의 방법은 일반적으로 종래기술로 알려져 있다. 가열수단의 에너지공급은 노체의 측정온도가 실질적으로 일정하고 소망의 값을 갖도록 제어되는 것이 공지방법으로 알려져 있다. 다수의 기판들이 차례로 열처리 될 때, 열은 기판에 인접한 노체의 측부에서 노체로부터 방출된다. 이 때, 노체의 온도하강은 온도감지기에 의해 검출된다. 이에 응하여, 가열수단의 에너지공급은, 노체가 다시 소망의 온도에 도달할 때까지 증가된다. 상대적인 높은 노체의 열용량을 고려하면, 가열수단의 에너지공급은 천천히 진행되는 공정이며, 특히 노체의 열용량은 너무 높고 처리시간은 너무 짧아서 노체의 온도가 기판의 마지막처리에서 아직 복구되지 않는 경우에는, 이것은 안정한 상태가 되기 전일 수도 있다. 후속 기판이 반입될 때, 열은 다시 노체로부터 방출되고, 이렇게 하여 제어공정의 늦은 진행의 결과로서 온도편차가 최종적으로 복구되기 전에, 온도편차는 피처리 기판들의 최초의 수만큼 더욱 커질 수 있다. 이 기간동안 처리된 기판들은 불균일한 열처리를 받게 된다. 현실적 으로 이러한 열처리의 차이들은 온도감지기에 의해 산출된 측정값들보다 더욱 증가되어 나타날 수 있다. 이 온도감지기는 일반적으로 기판에 인접한 노체의 표면으로부터 일정 거리 떨어지게 노체내에 위치된다. 한편, 열은 기판에 인접한 노체의 이 표면을 통하여 빠져나간다. 표면 또는 표면부근에서는 10℃이상의 노체온도하강이 가능하다. 이것은 물론 바람직한 것은 아니다.

종래기술에 따른 일부 열처리들의 경우에, 기판이 노체의 부근에 위치된 후, 안정한 소망의 온도가 될 때까지 대기시간이 있고, 그 후에 실제처리, 예를 들면 CVD(chemical vapour deposition)를 보강한 플라즈마의 도움으로 층의 증착이 시작된다. 여기에서는 처리초기에 온도안정화시간은 더 짧거나 더 긴 것은 문제가 아니다. 그러나, 일부 열처리들에서, 특히 열처리가 대략 500℃이상일 때 전체 온도-시간-프로파일(열예산; thermal budget)은 중요한 규칙으로 작용한다. 기판들의 이상적인 열예산은 처리 중에 기판에 층의 형성 없는 단일 목적의 열처리일 것이다. 이러한 경우에, 제어되어 반복할 수 있는 기판들의 가열은 재현할 수 있는 처리온도가 중요하다. 즉, 기판들이 열처리될 때 모든 기판들에 대한 동일한 열예산을 이루는 것이 중요하다. 원칙적으로, 앞서 설명된 불이익들을 피할 수만 있다면, 상대적으로 대규모의 가열된 노체의 부근에 위치된 기판들은 이 목적에 대하여 극히 안정하다.

본 발명의 목적은, 앞서 설명한 불이익을 피하고 연속한 기판들에 대하여 동일한 열처리를 달성하는, 평평한 기판들의 열처리방법 및 장치를 제공하는 것이다.

이 목적은, 청구항 1의 특징부들에 의해 상기 설명한 방법으로 달성된다.

각 피처리 기판에 대하여 동일한 시작상황이 이루어짐으로써 처리의 재현성을 상당히 증가시킨다. 본 발명의 다른 발전된 실시예에서, 열처리가 완료된 때, 기판이 가열된 노체로부터 일정한 거리 멀어지게 움직여진 후에 실질적으로 평평한 냉각체의 부근으로 이동되어 빠르고 제어될 수 있는 방식으로 냉각된다.

앞서 설명된 방법은, 특히 가열수단의 전력공급의 제어에 대하여 다양한 방식들로 수행될 수 있다. 예를 들면, 소위 "개루프제어(open loop control)"에서는, 가열수단에 일정한 전력을 공급하고, 기판들의 처리가 시작되는 바로 그 때 기판들에 의해 노체로부터 빠져나간 열을 전력공급의 증가로 보정하도록 전력공급을 증가시키는 것이 가능하다. 또한 "폐루프제어(close loop control)"에서는, 온도감지기에 의해 측정된 온도가 일정하도록 전력공급을 제어할 수 있다.

개루프제어의 경우와 폐루프제어의 경우 모두에서, 상기 제어는 기판들의 처리 중에 수회 측정된 평균온도는 나머지 상태의 평균온도보다 다소 높게 조정될 수 있다. 그 결과 처리 및 기판의 제거 후에, 온도감지기는 짧은 시간 내에 다시 소망의 온도를 가리키고 후속 기판의 도입이 적절한 때 보다 더 일찍 시작될 수 있게 된다.

본 출원인의 이름으로 출원된 미국 특허 6 183 656 B1에서 개시된 바와 같이, 앞서 설명한 방법은, 소위 "부동웨이퍼리액터(floating wafer reactor)"에서 기판들을 열처리하는 데 특히 적당하다. 이 부동웨이퍼리액터에서, 평평한 기판들 은 실질적으로 평평한 두개의 노체들 사이에 기판이 평행하게 하나씩 연속적으로 반입된 후에, 노체들이 다른 하나 쪽으로 이동되어 웨이퍼로부터 짧은 거리 떨어지게 위치되고, 이 노체들로부터 발생하고 반대 방향들까지 연결되는 가스분출에 의해, 웨이퍼는 기계적인 접촉없이 제자리에 지지되어 유지된다. 이런 형태의 부동웨이퍼리액터에 의해, 웨이퍼들에 손상을 입히지 않고 웨이퍼들의 매우 빠른 가열 및 냉각이 제공될 수 있다는 것이 입증되었다. 매우 빠른 가열의 결과로서, 웨이퍼들은 연속적으로 매우 빠르게 처리될 수 있다. 본 발명의 변형예에 따르면, 기판들은, 열처리챔버뿐만 아니라 냉각부와 기판의 수송시스템이 있는 처리챔버에서 처리된다. 기판의 온도는 제어조건들 하의 냉각부에서 매우 빠르게 낮춰진다.

본 발명은 일련의 기판들의 열처리용 장치에 관한 것으로, 평평한 표면을 갖고 상기 표면에 인접하는 상기 기판을 수납하는 열체, 상기 열체를 가열하는 제어성 가열수단, 상기 평평한 표면으로부터 소정 거리 떨어지고, 상기 열체의 온도를 측정하며, 상기 가열수단에 전력공급을 제어하는 제1제어수단에 연결되는 적어도 하나의 온도감지기, 상기 열체에 인접한 부근에 기판들을 위치시키고, 이 위치에 기판들을 유지시키며 이로부터 제거하는 운반수단, 및 상기 운반수단을 제어하는 제2제어수단을 포함하고, 온도감지기는, 기판에 의해 열체로부터의 열방출이 검출되도록 열체의 상기 평평한 표면 가까이에 배열되고, 제1 및 제2제어기들은, 시간함수로서 상기 열체의 상기 온도감지기에 의해 측정된 온도에 의해 결정되는 소망의 상태에 도달된 후에만 상기 각 기판들을 열체로 움직이는 것을 수행하고, 상기 기판들의 제거는 다시 소망의 상태에 도달하기 전에 수행되도록 구성된다. 바람직 한 실시예에 따르면, 이 제2제어기는 운반수단의 모터들을 제어하기 위한 로우레벨제어 및 제어신호들을 로우레벨제어에 전달하고 제거신호들을 받는 하이레벨제어를 포함한다. 이 제거신호들은 감지기들로부터 또는 다른 제어수단으로부터 기원되고 장치가 다음 처리작용에 대해 준비가 되었는지 와 이 처리작용에 대한 안전한 조건인지를 알려준다. 제거신호들 중 하나는, 직접 또는 간접적으로 가열수단의 전력공급을 제어하는 제1제어기로부터 기원되어, 소망의 상태가 상기 온도감지기에 의해 전달되는 신호를 기초로 하여 결정된 일정한 한계들 내에 도달했을 때, 전달된다. 장치에는, 소망의 상태에 도달했는지를 알기 위하여 온도감지기에 의해 전달된 신호를 계산하는 소프트웨어가 마련될 수 있다. 이 소프트웨어는 제1제어기 또는 이것에 연결된 제어기내에서 작동될 수 있다. 이 제거신호가 도달했을 때 및 다른 필요한 제거신호들이 존재할 때, 제2제어수단의 하이레벨제어는 로우레벨제어에 시작신호를 보내면, 로우레벨제어는 운반수단이 소망의 동작을 실행하도록 한다. 장치의 불안전한 조건은, 기판 또는 운반수단의 위치 또는 존재를 검출하는 감지기들과 같은 다양한 감지기들에 의해 결정된다. 동작이 운반수단에 의해 수행되는 동안에 불안한 조건이 발견된다면, 하이레벨제어는 인터럽트(interrupt)를 로우레벨제어에 전달한다. 이 구성의 결과로서, 상기 제어에 의해 수행된 일련의 체크들 때문에 기판운반수단에서의 부정 시간지연들을 피할 수 있고 기판들의 운반이 가능한 한 재현될 수 있을 것이다.

가열수단은 노체내에 또는 위에 또는 노체에 직접 인접하게 배열될 수 있다. 또한, 가열수단이 노체로부터 일정 거리 떨어지게 배열될 수도 있고 가열수단이 램 프들 또는 유도코일을 포함할 수도 있다.

본 발명은 도면을 참조하여 이하에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.

본 발명에 의한 방법에 있어서는 가열수단에 공급된 전력을 제어하기 위한 제어기가 있다. 이 제어기는 온도감지기들로부터 들어오는 신호들을 입력으로, 가열수단에 공급되는 전력을 결정하는 신호를 전달하기 위한 출력으로 이루어질 것이다. 이 제어기는 본 기술분야에서 통상적으로 알려진 제어기이다.

도 1a 및 1b에는, 횡좌표에는 시간을 나타내고 종좌표에는 가열수단에 공급된 전력과 노체의 온도를 나타낸 가열수단의 전력공급을 제어하기 위한 개루프방법을 나타낸다. 처음에 열처리장치는, 정전력(P₀)이 가열수단에 공급되고 노체가 그 정전력에 대응하는 실질적으로 일정한 온도(T₀)인 정지상태에 있다. 본 발명에 따르는 제어의 두 가지 변형예들이 보여진다. 도 1a의 변형의 경우에, 전력은 기판처리가 시작되기 전에 증가된다. 이 결과에 따라 노체의 온도가 증가할 것이다. 소망의 온도(T_trig)에 도달될 때, 제1기판은 가열된 노체의 부근에 위치되고 일정 주기동안 가열된 노체의 부근에 유지되고, 그 후에 기판은 가열된 노체로부터 일정 거리 떨어지게 이동되어 냉각된다. 그 다음, 온도감지기에 의해서 측정된 온도가 다시 한번 소망의 값(T_trig)에 도달될 때까지, 즉 다음 기판이 노체의 부근에 위치되는 바로 시점까지 대기시간이 존재한다. 같은 과정이 모든 피처리 기판들이 열처리에 놓여지게 될 때까지 반복된다. 도 1b에 의해서 지적된 변형은, 제1기판이 노체의 부근에 위치하게 되는 때와 동시에 가열수단에 공급된 전력이 증가되는 도 1a의 변형과 는 다르다. 변형예(도 1b)에서 T_trig 는 T₀ 와 동일하지만 반면에 변형예(도 1a)에서 T_trig는 T₀보다 높다.

도 2에서는, 가열수단들의 전력공급을 제어하기 위한 폐루프를 보여준다. 이 도면에서, 다시 한번 횡좌표는 시간을 나타내고, 종좌표는 노체의 온도와 가열수단의 전력공급을 나타내고 있다. 처음에, 열처리장치는, 전력(P)이 가열수단들에 공급되어 노체가 일정 온도(T₀)가 되도록 제어되는 정지상태에 있다. 본 발명에 따르는 제어의 변형예가 두 가지 더 보여진다. 도 2a의 변형예에서, 노체의 온도 기점은 기판처리가 시작되기 전에 T₁로 상승한다. 이 결과로 노체의 온도는 증가한다. 소망의 온도(T_trig)에 도달했을 때, 제 1기판은 가열된 노체의 부근에 위치하고 특정한 주기동안에 가열된 노체의 부근에 유지되고, 그 후에 기판이 가열된 노체로부터 일정 거리 떨어지게 이동되어 냉각된다. 그 다음, 온도감지기에 의해서 측정된 온도가 다시 한번 소망의 값(T_trig)에 도달될 때까지, 즉 다음 기판이 노체의 부근에 위치되는 바로 시점까지 대기시간이 존재한다. 같은 과정이 모든 피처리 기판들이 열처리에 놓여지게 될 때까지 반복된다. 도 2b의 변형에서, 기점온도는 T₀=T₁=T_trig로서 동일하게 남는다. 보통 PID형에서는 온도조절기의 좋은 조절이 있어도 변형예(도 2b)는 변형예(도 2a)보다 현저하게 느릴 것이다.

도 1a 및 1b의 변형예 및 도 2a의 변형예에서, 시간으로 평균된 온도변화는 노체들 위에서 성립되고, 기판으로부터 떨어져서 향하고 있는 노체의 측면의 온도 가, 기판들과 인접한 면의 온도보다 더 높다. 결과적으로, 시간으로 평균화되고 기판에 의해서 상승된 열을 보상하는 열류(heat flow)는, 기판의 방향으로 이루어진다. 기판에 의해서 열방출이 측정되는 그 시점에서만 추가적인 열을 공급하는 대신에, 노체 위의 변화를 형성하는 결과로서, 필요한 량의 열은 이미 그 위에 있다. 결과적으로, 기판을 향하는 측면 위에서 노체의 온도의 복구는, 종래의 온도 제어의 경우보다 더욱 빠르다.

도 3에서는 몇 개의 온도감지기(134)가 지시되고, 기판(21)에 인접한 노체(130)의 표면 가까이 정렬된다. 온도감지기들이 기판(21)에 인접한 노체(130)의 표면 가까이 정렬되는 것, 즉 5mm이하, 바람직하게는 대략 2mm이하의 거리만큼 떨어져 있는 것이 본 발명에서는 필수적이다. 그 결과, 노체로부터 열방출의 결과로서의 온도하강은 적당하게 검출될 것이다. 위에서, 참조는 항상 하나의 감지기로 만들어 졌으나 , 실제는 보통 노체가 전 표면위에 소망의 온도를 가지게 되는 것을 가능하게 하기 위해서 가열된 노체 위에 정렬되고 분배된 몇 개의 온도감지기가 필요할 것이다. 기판운반을 시작하기 위해 사용되는 온도신호는 노체의 표면의 근접한 것에 정렬된 감지기들로부터 기인하는 모든 온도신호들의 평균일 수 있다. 또한, 다양한 감지기들 사이의 온도차이들이 너무 높다면, 제어는 기판을 반입을 취소하는 방식으로 실행될 수 있다. 다르게는, 모든 감지기들이 결정된 값 이하만큼 소망의 온도(T_trig)로부터 벗어나는 온도에 도달하게 하는 것을 그 조건으로 할 수 있다. 실제로 이것은 동일한 것으로 취급될 것이다. 유사한 측정은, 가열된 노체가 기판의 어느 한 면에 정렬될 때 적용될 것이며, 두 노체들은 하나 이상의 온도센서들이 부착된다.

가열수단들 개별적으로 제어되는 몇 개의 그룹의 가열수단들을 포함하여 구성될 수 있고 노체의 다른 부분이나 영역으로 분산될 수 있다. 적어도 하나의 온도감지기는 각 그룹에 사용될 것이다. 폐루프원칙에 따라 제어하는 경우에 있어, 각 온도감지기는 기판에 인접한 노체의 표면의 부근에 정렬되어야만 할 것이다. 폐루프제어의 이점은, 소망의 온도가 분리된 그룹의 가열수단들이 마련된 노체의 각 부분으로 이루어진다는 것이다. 개루프제어의 경우에, 이것은 이 경우를 필요로 하지 않고 전력은 소망의 온도를 이루기 위해 각 그룹에 맞게 조절되어야 할 것이다. 개루프제어의 경우에, 본 발명에 따라 정렬된 온도감지기가 가진 노체의 모든 영역에 마련될 필요는 없지만, 기판에 인접한 표면 가까이에 정렬된 적어도 하나의 온도감지기로 충분히 가능하다. 그러나 다른 감지기들은, 균일한 온도가 얻어지도록 각 그룹의 정전력의 정확한 조절을 이루는 것이 필요하다.

도 4에서는, 기판처리를 위한 시스템을 "1"로 나타낸다. 이 시스템은 리액터챔버(2)의 벽들에 의해서 한계가 정해진다. 이 방식에서, 더욱 상세하게 보여지지 않지만, 벽으로 닫혀져 "3"이 가리키는 반입/반출부로부터 기판이 도입되거나 제거될 수 있다. 기판들은 회전운반기구(4)에 의해서 운반되며, 도 5에서 상세하게 볼 수 있고, "5"는 본 발명에 따르는 가열로(heating furnace)를 가리키는 반면에 "6"은 냉각부를 가리킨다.

피처리 기판들은 반입/반출부에서 운반기구(4)에 운반되고 가열로(5)에 처음 으로 도입되고, 그것들은 빠른 온도상승 후 열처리를 겪게 되며 다음으로 냉각부(6)에서 제어된 방법으로 냉각이 된다.

도 5에서, 운반기구를 보여준다. 이 기구는, 하우징에 단단하게 고정하는 고정부(7) 및, 각각 기판들의 지지대들(10)이 배열된 세 개의 팔(9)이 마련된 로터리샤프트(8)로 구성된다. 고리(11)는 지지대들(10)의 각 둘레에 고정된다. 이 고리는, 기판이 그 안에 놓이고 기판에의 열 손실/공급이 냉각체, 또는 가열된 노체에 노출된 전체 표면에 실질적으로 균일하게 되도록, 즉 기판의 끝 부분에 가까운 곳에는 온도편차가 없도록 구성된다. 도 4 및 도 5에서 세 개의 지지대(10)와 고리(11)로 이루어진 수송팔들(9)을 보여주지만, 전송기구는 또한 더 적은 팔들로 설치될 수 있다. 본 발명에 따르면, 이전의 기판을 제거한 후 다음 기판이 노체의 부근에 위치하기 전에, 노체가 다시 소망의 초기처리온도에 도달할 때까지 기다릴 필요가 있기 때문에, 실제로는 하나의 수송팔로 충분할 수 있다.

도 7에서, 도 6에서 보인 노체의 단면도를 개략적으로 보여준다. 기판(21)을 반입하고 연이어 제거하기 위하여 열릴 수 있는 플랩(22)이 마련된 하우징(23)에는 상단(13) 및 하단(14)이 있다. 하단(14)과 상단(13)은 로드들(rods, 27 및 28)을 움직임으로써 서로를 향하여 움직일 수 있다. 상단(13)은 노체(130), 단열자켓(131), 단열자켓 내부에 정렬된 열선(132) 및 외부자켓(133)으로 구성된다. 비슷하게, 하단(14)은 노체(140), 단열자켓(141), 단열자켓의 내부에 정렬된 열선(142), 및 외부자켓(143)으로 구성된다. 노체(130)는 적어도 하나의 온도감지기(134)가 마련되고 노체(140)는 적어도 하나의 온도감지기(144)가 마련된다. 본 발명에 따르면, 이 온도감지기들은 기판에 인접한 노체들의 표면 가까이에 정렬된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 노체(130)는 기판으로부터 떨어져 면하는 노체의 측면에 가깝게 정렬된 온도감지기(135)도 제공된다. 유사하게, 노체(140)는 기판으로부터 떨어져 면하는 노체의 측면에 가깝게 정렬된 온도감지기(145)도 제공된다. 가스는, 개구들(24)을 통하여 하부 노체(140)로부터 개구들(25)을 통하는 상부 노체(130)로부터 공급된다. 가스는 개구들(26)을 통하여 방출된다. 기판이 도입될 때, 상단(13)과 하단(14)은 그것들이 분리해서 움직인 위치에 있다. 기판들이 도입된 후에, 상단 및 하단은 기판표면과 노체의 인접한 표면들 사이의 거리가 1mm이하가 되도록 로드들(27 및 28)을 옮김으로써 서로를 향하여 움직여진다. 기판은, 기계적인 지지가 요구되지 않고, 개구들(24 및 25)로부터의 가스 증기분출에 의해 안정된 위치에 유지된다.

한편으로 기판에 가까운 온도감지기(134 및 144)와, 다른 한편으로 가열수단들에 가까운 온도감지기(135 및 145)의 존재는 종속온도제어기의 사용을 가능하게 만든다. 이것은 두 위치에서 온도감지기들을 사용하는 제어이다. 이런 제어의 이점은, 온도감지기들이 기판에 가까이 있기 때문에 이 위치에서 정확한 온도가 감지될 수 있고 열방출도 빠르게 측정되는 한편, 기판의 반대편에 위치된 노체의 면에 가까운 온도감지기들 때문에, 예를 들면, 노체의 외부가 너무 높은 온도에 도달하는 것을 피할 수 있게 되며, 그 다음에 소정 시간 후에, 노체내부가 상당히 높은 온도에 도달하게 함으로써 온도는 쉽게 제어될 수 있게 된다. 이 형태의 종속제어에서, 온도감지기들(135 및 145)이, 이 가열수단들에 접하고 있는 노체의 그 측면에 가깝 게 정렬될 필요는 없다. 예를 들면, 노체의 내부에 더 정렬될 수 있으나, 이 때 온도감지기들에서 기판에 인접한 노체의 표면까지의 거리가, 가열수단들에 접하고 있는 노체의 측면까지의 거리보다 커야할 것이다.

도 8에서, 이 장치의 제어부를 보여준다. 이 도면에서, 온도감지기들(134 및 144)에 연결된 제1제어기가 "70"으로 표시된다. 제2제어기(60)는 제1제어기에 연결되고 운반수단들을 제어하는 역할을 한다. 제2제어기는 하이레벨제어(50)와 로우레벨제어(40)를 포함한다.

하이레벨제어(50)에는 제거 신호들을 받기 위한 입력들(51, 52, 53 및 54)이 마련된다. 이러한 제거신호들 중의 적어도 하나는 제1제어기(70)로부터 직간접적으로 발생하고 노체가 기판에 인접한 표면 가까이에서 특정 범위내의 소망의 온도를 가지게 지시한다. 운반수단들을 구동하는 구동기들(41, 42, 43 및 44)은 로우레벨제어(40)와 연결된다. 운반수단들은 기판운반수단과 노체운반수단을 포함한다. 하이레벨제어(50)는 의해 실행되는 동작들의 데이터를 로우레벨제어(40)에 전송한다. 이 동작들은 제어(50)로부터 발생한 시작신호를 받은 후에만 실행된다. 이 시작신호는, 모든 적용 가능한 제거신호들이 하이레벨제어(50)에 의해 수신될 때 전송된다. 동작들은 로우레벨제어로의 시작신호의 전송 후에 실행된다. 가능한 불안정한 상황이 제어(40)가 아니라 제어(50)에 의한 것이 증명되었다. 어떤 불안정한 상황이, 동작 중에 외부로 떨어지는 제거신호들 중의 하나에 의해 검출된다면, 그 때 동작의 불연속을 수신에, 제어(50)는 제어(40)에 인터럽트를 전송한다. 제어(40)에, 작지만, 정해지지 않는 지연들을 야기하는 폭넓은 검출들을 부과하지 않은 결 과, 동작들은 가능한 한 재생할 수 있게 실행되고 또한 열처리의 재생에 도움이 된다.

제어의 정확한 실시예를 위한 몇 개의 가능성이 존재한다는 것이 명확해 질 것이다. 예를 들면, 제1제어기(70)에 의해서 가열수단들의 전력공급을 제어하는 것은 가능하다. 또한 분리된 제어기는 그 끝까지 사용될 수 있다. 제1 및 제2제어기는 메인 제어기를 통하여 직접 연결될 수 있다. 모든 제어기들은 신호제어기에 통합될 수도 있다.

마지막으로, 도 9는 시간의 함수로서 실재의 온도변화를 보여준다. 실선은 온도를 가리키고 점선은 인가된 전력을 가리킨다. 소위 "개루프제어"로 사용되는 이 경우에는, 정전력이 가열수단들에 공급된다. 이 공급된 전력은 기판이 도입되기 전에 다소 증가된다. 이 결과 측정된 온도가 상승한다. 일단 특정 값에 도달하면(이 경우 975℃), 기판이 노체의 부근에 위치하게 되고 온도의 감소가 발생한다. 기판이 제거된 후에는 다음 기판이, 온도감지기가 다시 975℃가 될 때까지 도입되지 않는다. 연속적인 처리의 시작에 설정된 전력증가량은, 기판들에 의해 노체로부터 취해진 전력과 일치되어야 한다는 것은 명확할 것이다. 전력에서 증가량이 너무 작게 설정되면, 온도가 다시 복구되기 전에 너무 오래 걸릴 것이다. 전력에서 증가량이 너무 크게 설정되면, 그때 온도는 높은 값에 도달할 수 있다. 도 9에서, 10개의 기판들의 연속도입 후에 더 이상 도입되지 않는 지는, 전력이 높은 값에 설정되어 있는 동안 온도가 소망의 값보다 높은 값에 도달하는 것으로 알 수 있을 것이다. 열처리의 최적의 재생이 이루어질 수 있으므로, 10개의 기판들 각각은 가능한 한 균일한 열예산을 겪는 다는 것을 도 9로부터 알 수 있다.

소망의 온도(T_trig)에 도달했을 때, 피처리 기판들의 도입이 실질적으로 재생 가능한 온도처리에 기판들을 처리하더라도, 그럼에도 불구하고, 세밀한 연구에서 문제가 발생함을 알 수 있다. 이 문제는 도 10에서 개설된다. 이 도면에서, 웨이퍼들(제1, 제2, 제3 및 제4)들이 반입된 시간은 화살표로 지시된다. 웨이퍼가 반출된 시간은 수직선으로 지시된다. 보여진 예에서, 노체의 온도는 1000℃로 설정되었고 웨이퍼들은, 1000℃의 초기처리온도에 다시 도달했을 때 각각 반입된다. 제1웨이퍼가 노체의 인접한 곳에 위치할 때, 열은 노체로부터 방출된다. 이 열방출은 온도감지기들에 의해 검출되고 노체에 전력공급을 제어하기 위한 제어기에 전송된다. 그러나 가열수단은 웨이퍼와 맞닿고 있는 노체의 경계면으로부터 약간의 거리를 두고 위치하고 있다. 온도변화율은, 웨이퍼에 맞닿고 있는 노체의 경계면과 가열수단 사이에 형성되어, 시간으로 평균된 열류는 웨이퍼에 의해서 노체로부터의 열방출을 보상하도록 설정될 것이다. 온도가 다시 1000℃가 될 때 제2웨이퍼는 반입된다. 어떤 기판도 반입되지 않았다면, 온도는 시스템의 관성 때문에 1000℃이상 오른다. 도 10에서는, 일정한 패턴이 형성되기까지는 일정한 시간을 걸린다는 것을 알 수 있다. 그래서 온도는 웨이퍼가 반입될 때의 시점에서 일정하지 않다. 재생 가능한 패턴은 몇 개의 웨이퍼 후에만 형성됨을 알 수 있다. 물론 웨이퍼가 겪게 되는 열예산은, 측정된 초기처리온도에 의해서 뿐만 아니라, 열처리가 시작될 때 노체에서 존재하는 온도 변화율에 의해서도 결정된다. 그것은, 노체에서의 온도변화율이 일 정하지 않아, 도 10의 온도프로파일이 재현될 수 없다는 사실로 추정될 수 있다. 본 발명의 특정한 실시예에 따르면, 이것을 보충할 수 있다. 이 목적을 위해서, 도 11에 도시된 방법이 제안된다.

도 11에서, 웨이퍼들(제1, 제2, 제3 및 제4)이 반입되는 시점이 다시 화살표로 지시된다. 또한 각 웨이퍼가 반출되는 시점이 수직선으로 지시된다. 본 발명의 더욱 상세한 변형예에 따르면, 웨이퍼에 맞닿는 경계면의 가까이에서 측정된 노체의 온도가 나중에는 외삽된다(extrapolate). 도 11의 예에서, 외삽이 수행된 기간은 처리시간(t_process)과 같다. 이 경우, 웨이퍼가 투입되기 전에 도달 해야하는 소망의 상태는, 측정된 온도가 소망의 일정 값이 갖는 것이 아니라, 처리가 수행될 시간동안 평균된 외삽온도가 소망의 일정한 값을 가지는 온도이다. 도 11의 예에서, 이 소망의 값이 1000℃이고 선형외삽이 만들어진다. 그래서 웨이퍼(제2, 제3 및 제4)들은, 그 처리가 수행되는 시간(t_process)으로 평균된 외삽온도의 값이 1000℃일 때에 반입된다. 선형외삽에 대하여, 이 온도는 지시된 기간을 통하여 정확하게 중간지점에 도착할 것이다. 이것은, 제1웨이퍼와 비교해서, 제2웨이퍼는 다소 낮게 측정된 온도에서 반입되고 다소 높은 외삽온도에서 반출된다는 것을 의미한다. 또한, 제2웨이퍼가 반출될 때의 실측정온도는 제1웨이퍼보다 높다는 것을 도 11로부터 알 수 있다. 제3 및 제4웨이퍼에 대하여, 반입되는 시간에 측정된 온도들은 제2웨이퍼보다는 다시 약간 낮고 반출되는 시간에 측정된 온도들은 제2웨이퍼보다 다소 높다. 보다 상세한 발전된 실시예에 따라 수행된 처리는, 초기처리온도로 일정 한 값이 취해질 때보다 더욱 재현 가능한 결과를 산출해낸다는 것을 발견할 수 있다. 또한 웨이퍼를 반입하는데 필요한 시간이 발전된 실시예에서 고려될 수 있다. 웨이퍼를 반입하는데 필요한 시간이 "t_load"이라면, 외삽은, 웨이퍼가 열체의 부근에, 열체 가까이에 놓일 시점에 소망의 온도가 되도록 주기(t_load)내에 완성될 수 있다. 이것은, 반입시간이 처리시간 동일한 정도이거나 더 길 때에 특별히 중요하다. 외삽들은 그 장치에 의해서 실현된다.

마지막으로, 두개의 발전된 실시예이 결합되어, 외삽이 시간(t_load+t_process)동안 수행되고, 시간(t_load 및 t_load+t_process)으로 평균낸 외삽온도가 소망의 값을 가질 때의 시점에서 웨이퍼는 반입된다. 이 외삽에 대하여, 좋은 결과들은, 최소사각법에 따른 선형외삽에 의해 얻어지며, 여기서, 외삽의 시점으로서 사용된 시간은, 연속하는 웨이퍼들의 반입과 반입 사이 시간의 대략 1/5 이였다. 물론, 계산의 불안정성의 위험도를 증가시키기는 하지만, 외삽을 위하여 고차방정식을 사용할 수 있다.

비록 본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 위에서 서술되었지만, 이러한 바람직한 실시예는 단지 일례로서 제공된다는 것을 알아야 한다. 예를 들면, 가열수단들의 전력공급의 제어는 설명된 것 이외의 다른 방법으로 실행될 수 있다. 또한 기판은, 처리하는 동안에 기계적 및 비기계적으로 다양한 방법으로 지지될 수 있다. 또한 기판은 노체 부근에서 다른 거리들을 두고 위치될 수도 있다. 기판이 노체와 접촉되게 반입되고 선택적으로 열접촉을 촉진시키기 위하여 노체에 대하여 가압되는 다른 변형예가 있다. 이러한 변형예들은 본 분야의 기술을 가진 사람에게는 분명할 것이며 첨부된 청구범위내에 해당할 것이다.

제1웨이퍼와 비교해서, 제2웨이퍼는 다소 낮게 측정된 온도에서 반입되고 다소 높은 외삽온도에서 반출된다. 또한, 제2웨이퍼가 반출될 때의 실측정온도는 제1웨이퍼보다 높다. 제3 및 제4웨이퍼에 대하여, 반입되는 시간에 측정된 온도들은 제2웨이퍼보다는 다시 약간 낮고 반출되는 시간에 측정된 온도들은 제2웨이퍼보다 다소 높다. 이렇게 처리됨으로써, 초기처리온도로 일정한 값이 취해질 때보다 더욱 재현 가능한 결과를 산출해낸다. 또한, 웨이퍼를 반입하는데 필요한 시간이 "t_load"이라면, 외삽은, 웨이퍼가 열체의 부근에, 열체 가까이에 놓일 시점에 소망의 온도가 되도록 주기(t_load)내에 완성될 수 있다.

Claims

반도체웨이퍼들과 같은, 평평한 일련의 기판들의 연속한 열처리방법에 있어서,

기판에 면하는 평평한 경계면을 갖는 열체는 인접하고 실질적으로 평행하게 위치되고,

상기 열체에서의 온도는, 경계면과 가까운 위치에서 측정되어, 기판이 소정의 위치에 위치된 후에 기판에 의한 열체의 열방출은 상기 위치에서 측정되고,

상기 각 기판들은, 상기 위치에서 측정된 온도가 소망의 온도에 도달한 후에만 상기 열체의 부근에, 열체에 인접하게 배치되고; 및

다량의 열이 상기 열체에 공급되어 일련의 기판들의 연속한 열처리 중에 상기 위치에서 측정된 온도는 실질적으로 일정한 평균값을 가지며,

상기 각 기판들은 상기 위치에서 측정된 온도가 다시 소망의 온도에 도달하기 전에 상기 열체로부터 제거되는 연속열처리방법.
제1항에 있어서, 상기 소망의 온도는, 초기처리온도(T_trig)가 정해짐으로써 일정한 값을 갖는 연속열처리방법.
제1항에 있어서, 상기 소망의 온도는, 상기 열체의 부근에 또는 열체에 인접 하게 상기 기판을 위치시키는 데 필요한 시간(t_load)동안 상기 위치에서 측정된 온도, 상기 기판이 상기 열체의 부근 또는 열체에 인접하게 남아있는 중에 열처리가 수행되는 시간(t_process)동안 상기 위치에서 측정된 온도, 또는 상기 두 시간을 합한 시간동안 상기 위치에서 측정된 온도로 외삽하여 결정되는 연속열처리방법.
제3항에 있어서, 상기 측정된 온도는, 상기 시간(t_load)으로 외삽 후 소망의 일정한 값을 갖는 연속열처리방법.
제3항에 있어서, 상기 측정된 온도는, 수행될 열처리의 상기 시간(t_process)으로 외삽 및 평균낸 후 소망의 일정한 값을 갖는 연속열처리방법.
제3항에 있어서, 상기 측정된 온도는, 상기 시간(t_load+t_process)으로 외삽 및 시간(t_load, t_load+t_process)으로 평균낸 후 소망의 일정한 값을 갖는 연속열처리방법.
제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외삽은 선형외삽인 연속열처리방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 외삽의 시작점으로서 취해진 시간은 외삽이 완성된 시간과 같은 크기인 연속열처리방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열체의 온도가 측정되는 특정 위치는 상기 평평한 표면으로부터 5㎜ 이하의 거리 떨어진 곳인 연속열처리방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열체의 온도가 측정되는 특정 위치는 상기 평평한 표면으로부터 2㎜ 이하의 거리 떨어진 곳인 연속열처리방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 일정 양의 열이 상기 열체에 공급되고, 기판들의 처리 중에 공급된 열은 정지 중 보다 높은 값으로 설정되는 연속열처리방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 기판들의 처리 중에 열체에 공급되는 열은 열체의 온도의 일정값(T₁)에 따라 제어되는 연속열처리방법.
제12항에 있어서, 초기처리온도(T_trig)는 기판처리 중에 상기 열체의 온도값(T₁)과 같은 연속열처리방법.
제12항에 있어서, 기판처리 시작 전에 초기처리온도(T_trig)는 열체의 온도값(T₀)보다는 높으나, 기판처리 중에는 열체의 소망의 온도(T₁)보다 낮은 연속열처리방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열체의 온도는 상기 평평한 표면으로부터 소정의 거리 떨어진 두 위치들에서 측정되고, 열은 종속원칙에 따른 제어를 사용하여 공급되고,

상기 위치들 중 하나에서의 온도측정은 초기처리온도의 측정과 동시에 일어나는 연속열처리방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판이 열체의 부근으로부터 제거된 후에, 기판은 냉각체 부근에 위치되는 연속열처리방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은, 서로 마주보고 위치되며, 각각이 개별가열수단이 마련된 제1 및 제2열체의 평평한 표면들 사이에 배열되고,

상기 제2열체의 온도는, 기판에 의한 열체로부터의 열방출이 검출되도록 상기 제2열체의 상기 평평한 표면으로부터 이격된 위치에서 측정되고,

상기 제2열체의 부근에 각 기판을 위치시키는 것은 제1열체의 부근에 각 기판을 위치시키는 때와 동일한 때에 일어나고,

이 때에 이런 방식으로 측정된 제2열체의 온도는 일정한 범위내이고, 소망의 초기처리온도(T_trig)와 동일한 연속열처리방법.
일련의 기판들의 열처리용 장치에 있어서,

평평한 표면을 갖고 상기 표면에 인접한 상기 기판을 수납하는 열체,

상기 열체를 가열하는 제어성 가열수단,

제어수단,

기판에 의해 열체로부터의 열방출이 검출되도록 상기 열체내의 상기 평평한 표면 가까이에 배열되는 적어도 하나의 온도감지기, 및

상기 열체에 인접한 부근에 상기 평평한 표면에 가까이 기판들을 위치시키고, 이 위치로부터 기판들을 제거하는 운반수단을 포함하고,

상기 가열수단들은 상기 제어수단에 연결되고, 상기 온도감지기는 제어수단에 연결되고, 상기 운반수단은 상기 제어수단에 연결되고,

제어수단들은, 상기 온도감지기에 의해 측정된 온도를 시간간격으로 외삽하는 외삽소프트웨어가 마련된 디지털제어수단을 포함하고,

상기 제어수단은, 상기 열체의 부근에 상기 각 기판들을 위치시키는 것이, 상기 시간간격으로 외삽된 온도가 소망의 온도값에 도달하기만 하면 발생할 수 있 는 기판들의 열처리장치.
제18항에 있어서, 상기 적어도 하나의 온도감지기는 상기 평평한 표면으로부터 5㎜ 이하의 거리 떨어진 열체내에 배치되는 기판들의 열처리장치.
제19항에 있어서, 상기 적어도 하나의 온도감지기는 상기 평평한 표면으로부터 2㎜ 이하의 거리 떨어진 열체내에 배치되는 기판들의 열처리장치.
제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어수단들은, 상기 운반수단을 제어하는 로우레벨제어수단 및 하이레벨제어수단을 포함하고,

상기 하이레벨 및 상기 로우레벨제어수단은 하이레벨제어수단에 의한 상기 로우레벨제어수단으로 시작신호의 발생 후에, 상기 로우레벨제어수단은 운송사단을 소정의 패턴에 따른 복수의 동작들을 수행하게 하도록 배열되고,

상기 하이레벨제어수단은 상기 복수의 동작들 중 하나의 수행 중에 입력신호들에 기초하여 불안한 상황들을 모니터링 하도록 배열되고, 불안한 상황들이 발생하면 인터럽트신호를 상기 로우레벨제어수단에 보내도록 배열되는 기판들의 열처리장치.
제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 표면에 가까이 기판을 수납하기 위한 제2평평한 표면을 갖는 제2열체를 포함하고,

상기 열체 및 상기 제2열체는, 상기 평평한 표면과 상기 제2평평한 표면이 서로 평행하도록 서로에 대하여 상대적으로 움직일 수 있게, 그리고 상기 열체 및 상기 제2열체 사이에 상기 기판의 받아들이고 떼어놓기 위하여 서로로부터 서로를 향하여 상대적으로 움직일 수 있게 배열되고,

상기 제2열체는, 상기 제2열체를 가열하기 위한 제어성 제2가열수단 및,

기판에 의해 열체로부터의 열방출이 검출되도록 상기 열체내의 상기 평평한 표면 가까이에 배열되는 적어도 하나의 온도감지기가 마련되고,

상기 제2가열수단은 상기 제어수단에 연결되고,

상기 제어수단은, 상기 열체 및 제2열체의 부근에 상기 각 기판들을 위치시키는 것이, 상기 온도감지기에 의해 측정되고 상기 시간간격으로 외삽된 온도가 소망의 온도값에 도달하기만 하면 발생할 수 있는 기판들의 열처리장치.
제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판을 수납하는 냉각챔버를 갖는 냉각체가 마련되고,

상기 냉각체는, 열체의 부근에 기판을 위치시키는 운반수단의 운반방향에 연장되게 배열되는 기판들의 열처리장치.