KR0138865B1 - 선택적 열처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조장치 중에서 특히 선택적으로 열처리 공정을 수행할 수 있도록 한 열처리 장치에 관한 것이다.

종래의 열처리 장치는 시료의 부분적인 열처리가 불가능하여 전체를 열처리 함으로써 열처리가 필요치 않은 부분이 후속 열처리 단계에서 전기적, 물리적, 기하학적 변형이 발생하는 문제점들이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점들을 극복하기 위한 것으로 열처리시 시료의 특정 영역의 선택은 물론 주입되는 불순물 중 특성 특성불순물의 선택과, 시료의 증착 박막중 특정 박막만을 선택적으로 열처리 할 수 있도록 열원에서 발산되는 빛을 집속하여 필터를 통과 시킨후 소정의 마스크를 거쳐 시료에 조사 되도록 한 것이다.

Description

선택적열처리 장치

제1도는 본 발명 선택적 열처리 장치의 구성도.

제2도는 종래의 전기로 장치의 단면도.

제3도는 종래의 급속열처리 장치의 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 광원20 : 집속 거울

30, 31 : 샤터40, 41 : 필터

11 : 보조광원50 : 플링 미러

60 : 플라이즈 아이렌즈70 : 조명수단

100 : 시료

본 발명은 반도체 제조장치 중에서 특히 선택적으로 열처리 공정을 수행할 수 있도록 한 열처리 시스템에 관한 것이다.

반도체 산업의 발달에 따라 소자의 고집적화, 저전력화, 초고속화 그리고 저가격화가 요구되고 있다.

이러한 조건을 만족시키기 위해서는 새로운 재료 및 공정의 개발과 새로운 장치의 개발이 더욱 중요하다.

소자의 제조시 열처리 공정은 시료에 도핑된 불순물을 활성화 시키거나, 증착된 박막(금속 및 절연막 등)을 구체적으로 안전화시켜 전기적 특성을 향상하는데 그 목적이 있다.

현재 반도체 제조과정에서 가장 많이 사용되고 있는 열처리 방법은 크게 2가지로 나눌 수 있다.

첫째 전기로인 furnace에 의한 열처리 장치와, 둘째 순간적으로 가열하는 급속열처리 장치가 있다.

이러한 열처리 장치를 이용한 열처리공정은 목적에 따라 다르나 주로 반도체 소자 제조에 필요한 붕소(B), 인(P), 비소(As), 실리콘(Si), 안티몬(Sb), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga) 등의 불순물을 이온주입기로 시료에 주입한 후 열처리 공정에 의해 시료 내에 주입된 불순물들을 전기적을 활성화시키고, 구조적으로 안정화시키는데 사용되고 있다. 또한 이러한 열처리는 산화막이나 질화막 그리고 폴리실리콘막 등을 열처리하여 박막의 특성을 향상시키며, 알루미늄, 텅스텐, 티타늄, 탄탈늄, 구리 등의 금속박막 등을 증착하고난 후 증착된 박막과 시료의 표면과의 접착성과 전기적, 구조적 특성을 좋게 하게 된다.

이때 증착된 박막이 전기적으로 좋은 상태를 만드는 일련의 과정을 열처리 공정이라 한다.

제2도는 종래의 열처리 장비중 전기로(furnace) 장치의 구성도이고 제2도는 급속열처리 장치인 RTA(rapid thermal annealing)이다.

전자인 전기로(200)는 열처리하고자 하는 챔버(일반적으로 석영관을 사용함 : 210) 밖에 열원(220)인 필라멘트를 감고 열원에 전기를 인가하면 열원인 텅스텐이 가열되는 방법을 이용한다.

열처리를 하기 위해서는 챔버내 온도가 설정한 온도에 도달하면 웨이퍼를 넣어 특정 분위기에서 수십분간 챔버(210) 내에서 시료(230)에 열을 가하여 열처리하는 과정을 거치게 된다.

후자인 급속열처리 장치(300)는 챔버(310) 밖에 열원(320)을 붙이고 이 열원에 급속으로 전원을 인가하여 짧은 시간(10초 내외)에 설정한 온도에 도달하게 된다. 이때 챔버(310) 속에 있는 시료는 짧은 시간에 열적 효과를 얻게 된다.

상기 종래의 열처리 장치에 의한 공정순서는 다음과 같다.

먼저 열처리 하고자 하는 시료를 준비하고 전기로나 급속열처리 장치를 선택한다. 그리고 열처리하고자 하는 온도와 시간을 설정한 다음 용도에 따라 챔버 내에 분위기 가스(질소, 아르곤 등)를 흘린다. 필요한 온도에 도달하면 열원 챔버를 열고 시료를 챔버속으로 넣고 챔버의 두껑을 닫는다. 이렇게 해서 시료를 필요한 온도와 시간만큼 열처리하고 열처리가 끝나면 시료를 열원 챔버에서 대기 밖으로 끄집어 낸다. 열원 챔버 내의 분위기 가스를 잠근다. 열처리 특성을 검사하는 것으로 공정을 마치게 된다. 이러한 열처리 장비를 이용한 종래의 열처리 공정은 웨이퍼의 전면에 열처리가 되었다.

웨이퍼 열처리는 공정의 종류에 따라 열처리가 필요한 부분과 필요없는 부분이있기 마련이다. 그런데 종래의 방법으로는 웨이퍼의 부분적인 열처리를 할수 없기 때문에 반도체 재료나 공정에 따라 많은 문제점을 야기시키고 있었다. 이러한 문제점으로 말미암아 소자제조시 전 단계의 열처리 공정이 후속 열처리 공정에 의해 전기적, 물리적, 화학적, 기하학적 변형이 생기게 된다.

그래서 종래의 열처리는 전 단계의 열처리 온도를 900℃이상 높게 한 반면, 후속 열처리 온도를 900℃이하로 낮게하여 전 단계 열처리 한것이 후속 열처리 단계의 온도에 의한 영향을 최소화함으로서 이러한 문제점을 다소 극복할 수 있었다. 그러나 이러한 문제점은 향후 집적도가 높고, 온도의 영향을 민감하게 받는 재료의 소자제조에는 매우 치명적인 요인으로 작용하며, 이것을 해결하기 위해서는 후속 열처리에 대응하는 신소재의 개발이 필수적이다.

본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로 특정 패턴이나, 불순물 또는 박막만을 선택적으로 열처리 할 수 있는 반도체 제조장비의 선택적 열처리 장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 선택적 열처리 장치는 열원과, 상기 열원으로 부터 발산된 빛을 접속하는 집속수단과, 상기 집속수단을 통해 집속된 빛은 폴딩거울(folding mirror)을 거쳐 시료도 조사 되도록 하는 플라이즈 아이렌즈와, 상기 시료를 선택적으로 열처리하기 위한 선택수단을 포함한다. 이에 따른 실시예로 상기 집속수단은 집속거울이나 집속렌즈중 어느 하나를 사용한다.

이에 따른 실시예로 상기 선택수단은 시료의 특정영역을 선택하는 영역 선택부재와, 주입되는 불순물을 선택하는 불순물 선택부재와, 증착박만을 선택하는 박막선택부재로 구성한다.

이하, 본 발명의 구성 및 작용효과를 첨부된 도면에 따라 상세히 설명한다.

선택적 열처리 장치의 용어의 개념은 첫째로 선택적 의미는 반도체 소자제조시 사용되는 마스크상의 특정 패턴이나 이에 준하는 공정상 필요로하는 특정영역 등의 선택을 의미한다.

둘째로 선택적 의미는 소자제조시 주입되는 붕소(B), 인(P), 비소(As), 실리콘(Si), 안티몬(Sb), 게르마늄(Ge) 등의 불순물 종류의 선택을 의미하고, 세째는 증착된 박막인 절연막, 질화막, 풀리실리콘, 알루미늄, 텅스텐, 티타늄, 구리 등의 박막의 선택을 의미한다.

이하, 본 발명의 구성 및 작용효과를 첨부된 도면에 따라 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명의 전체적인 구성을 나타낸 것으로 선택적 열처리를 하기 위해서는 첫째 적외선램프, 할로겐램프, 수은램프, 레이저 등을 이용한 열원과 이로부터 나오는 빛을 집속거울(mirror)이나 렌즈(lens)와 같은 집속수단을 이용하여 열원을 집속한다.

그리고 특정한 빛의 파장이 필터를 통해 선택적으로 시료의 표면에 주사하므로써 특정패턴이나 특정불순물 혹은 특정 박막 등에 감응시켜 선택적으로 열처리 효과를 얻을 수 있다.

이렇게 선택적으로 열처리하기 위해서는 몇가지의 부가적인 부분이 필요하다.

제1도에서 보는바와 같이 열원(10)에서 나오는 것을 집속거울(20)을 통해 열원의 강도를 높이며, 높은 열원을 샤터(30)와 필터(30)를 통해 폴딩거울(folding mirror : 50)을 거쳐 플라이즈아이렌즈(60)를 통과한 후 중간상위치(65)를 지나고 조명수단(70)를 통과하도록 한다.

상술한 구성을 갖는 본 발명에 의한 선택적열처리 장치에 의한 공정순서는 다음과 같다.

·먼저 열처리 하고자 하는 시료(100)를 준비한다.

·특정한 종류의 불순물이나 박막의 특정부위를 열처리하고자 할때는 선택한 물질에 해당하는 열원(10)과 필터(40), 마스크 등을 용도에 맞게 선택한다.

·보조광원(11)을 통해 선택된 열원(10)과 필터(40), 마스크를 시료장착기(110)의 시료(100) 위에 촛점이 잘 맞도록 조정한다.

·촛점 조정이 끝나면 보조광의 문(샤터 : 11)을 닫고, 열처리하고자 하는 열원의 문(샤터 : 10)을 연다.

·선택한 부분의 열처리를 위해 필요한 파장의 에너지를 필터(40)나 마스크를 통해 선택된 에너지의 파장만 통과시킨다.

·선택한 부분의 크기만큼 렌즈나 거울을 통해 시료의 열원 접속시킨다.

·열처리 표면을 보호하기 위해 시료 위에 분위기 가스(질소, 아르곤)를 적정량을 흘린다.

·선택한 열원에 대한 에너지를 거울, 필터, 마스크 등을 통해 시료에 열처리한다.

·선택된 부분에 필요한 온도와 시간을 설정한다.

·선택된 부분에 열원이 자동으로 주사되고 필요한 다른 부분에도 자의 패턴을 통해 시료의 열처리가 필요한 부분에 선택적으로 열원을 주사한다.

·열처리가 끝나면 열원의 문(40)을 닫는다.

·분위기 가스의 밸브를 닫는다.

·시료(100)를 시료장착기(110)에서 제거한다.

·마지막으로 열처리한 시료의 특성을 검사하는 것으로 공정을 마친다.

미설명 부호 120은 분위기 가스를 분사하기 위한 가스분사라인이다. 상술한 공정중 조명수단에서는 패턴이나 불순물 혹은 박막에 선택적으로 열원을 선택하여 시료에 투사시킨다.

상기 조명수단(70)은 특정부분에 열처리 하기위해 시료의 패턴에 맞는 동일한 마스크의 패턴이 필요하기 때문에 이러한 열처리를 위해 소정의 패턴마스크가 필요하다.

그리고 열원의 특정한 파장을 사용하기 위해서는 열처리하고자 하는 시료의 특정한 불순물에 반응할 수 있는 파장이나 열처리 효과를 줄 수 있는 에너지가 필요하다.

이런 에너지의 공급은 열처리를 필요로하는 시료에 주입된 불순물의 종류나 박막의 종류에 따라 다르게 선택되어 열처리가 가능하다. 특히 주입된 불순물을 열처리할려고 할때는 불순물이 필요로하는 활성에너지에 맞는 열원의 파장을 공급하면 해당하는 불순물만 열을 받아 반응하고 다른 불순물이나 물질은 열원에 의한 반응을 하지않고 투과하거나 반사한다.

그리고 박막을 열처리하고자 할 때는 박막이 가지고 있는 고유의 색상이 있기 때문에 색상에 반응을 일으키는 열원을 거울이나 렌즈와 필터 등을 사용하여 특정 에너지의 파장을 주사함으로써 열처리효과를 얻을 수 있다.

이렇게 불순물벽, 박막의 종류별로 선택적으로 열처리를 할 경우 기존의 시료전체에 열처리 해오던 종래의 관행에서 벗어나 새로운 공정기술의 개발은 물론 전단계의 공정에서 고온 처리된 시료도 후속단계의 공정에서도 동일한 온도 혹은 필요한 임의의 온도에서 원하는 부분, 원하는 패턴, 원하는 박막에 선택적으로 열처리를 할 수 있다.

아울러, 열원을 접속 혹은 분산하여 시료에 주사시킴으로서 기존의 열처리때 나타나는 측면확산이나 온도에 의한 영향을 최소로 줄일 수 있다.

그리고 특정패턴에 대한 선택적 열처리는 열원에서 필터를 거쳐 나온 열에너지가 폴딩거울과 플라이즈아이렌즈를 지나 조명계에 거치는데 특정패턴에 열원을 투사함으로서 선택적 열처리 효과를 얻을 수 있다.

이때 조명계에서는 특정한 마스크를 삽입하게 된다.

이렇게 선택적열처리 장치를 사용할 경우 앞으로 많은 새로운 반도체 소자의 개발이 이루어질 것으로 생각되며, 특히 기존의 장치에 부착하여 사용할 수 있어 반도체 장비의 클러스터(cluster)화에 매우 도움이 될 것으로 생각한다.

그리고 본 발명은 주로 급속 선택적 열처리 효과에 유용하게 사용할 수 있다.

상술한 작용으로 본 발명은 시료를 열처리할 때 일정한 챔버에서 열처리는 물론 일반 대기중에서 상관없이 선택적으로 열처리하기 때문에 시료전면에 열을 받지않고 부분적으로 열처리가 가능하게 된다.

특히 열처리가 온도가 후속 열처리 온도보다 낮을때에도 시료상 동일한 부분이 아니면 먼저 열처리 온도에 상관없이 고온의 열처리가 가능하다.

Claims (6)

1. 열원과,

   상기 열원으로 부터 발산된 빛을 접속하는 접속수단과,

   상기 접속수단을 통해 접속된 빛을 폴딩거울(folding mirror)을 거쳐 시료로 조사되도록 하는 플라이즈 아이렌즈와,

   상기 시료를 선택적으로 열처리하기 위한 선택수단을 포함하는 선택적 열처리 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 접속수단은 집속거울이나 집속 렌즈중 어느하나를 사용한 선택적 열처리 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 선택수단은

   시료의 특정 영역을 선택하는 영역 선택부재와,

   주입되는 불순물을 선택하는 불순물 선택부재와 증착 박막을 선택하는 박막 선택부재로 구성된 선택적열처리 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 영역 선택부재는

   플라이즈 아이렌즈를 통과한 빛을 패턴이나 불순물 혹은 박막에 선택적으로 투사되도록 열처리할 시료의 소정부위와 동일한 패턴을 갖는 조명계를 통과시키도록 한 선택적 열처리 장치.
5. 제3항에 있어서,

   상기 불순물 선택부재는

   선택하고자 하는 불순물이 필요로하는 활성에너지에 맞는 열원만이 주사되도록 상기 집속 수단에 의해 집속된 빛이 소정의 필터를 통과하도록 한 선택적 열처리 장치.
6. 제3항에 있어서,

   상기 증착 박막 선택부재는

   선택하고자 하는 증착 박막의 고유의 색상에 반응하는 파장의 열원이 주사되도록 상기 접속 수단에 의해 집속된 빛이 소정의 필터를 통과하도록 한 선택적 열처리 장치.