KR100365805B1 - 반도체 웨이퍼의 고온고압 처리 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

웨이퍼형 반도체재료를 압력용기내의 처리챔버내에 장전하고 처리챔버에 아르곤과 같은 불활성가스를 압입가압하고 전기 저항식 히터의 사용에 의해서 가열시킴으로써 온도를 상승시키기 위한 반도체웨이퍼용 고온고압처리방법에 있어서, 웨이퍼는 처리챔버내에 수직으로 적층되고 히터는 DC에 의한 가열전력을 히터에 공급하여 처리하도록 처리챔버내에 배열하고 이에 따라 히터로부터의 미립자의 발생은 억제된다.

Description

반도체웨이퍼의 고온고압처리방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR HIGH-TEMPERATURE, HIGH-PRESSURE TREATMENT OF SEMICONDUCTOR WAFER}

본 발명은 고온, 고압분위기하에서 Si 웨이퍼로 대표되는 ULSI 반도체를 처리하는 방법 및 장치에 관한 것이며 보다 상세하게는 1 내지 25개의 작은 로트로 반도체웨이퍼를 처리하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명은 불활성가스 압력에 의해서 PVD, 전착물, CVD 등으로 동합금 배선막이 형성된 웨이퍼를 가압처리하는 배선막의 가압매입법(고압재유동 프로세스)과 같이 불활성가스의 압력에 의해서 주로 공기구멍을 제거처리하는 데 사용되는 장치에 관한 것이며 그리고 이 장치를 사용하는 방법에 관한 것이며 여기에서 가열은 단시간에 실행되어 반도체기판의 오염을 발생시키는 미립자의 발생을 감소시킨다.

수직보트(웨이퍼를 적층시키는 지그)의 사용에 의해서 고압가스분위기하에서 반도체웨이퍼를 처리하는 방법으로서 Si 웨이퍼의 표면상에 절연층을 형성하도록 Si 웨이퍼의 표면을 산화시키는 고압산화처리는 잘 알려져 있다. 이러한 처리를 위한 수직장치로서 일본국 특개평4-234119호에 개시된 수직장치가 알려져 있다.

이러한 장치가 구조에 있어서 유사하지만 이 발명에 의해서 의도되는 완전히 불활성가스를 사용하는 고온, 고압처리방법과 압력레벨 및 사용시에 있어서 완전하게 상이하므로 이것은 참조용으로 공지된 장치의 일예로 기술되었다.

이 장치는 “압력용기; 압력용기 및 중공의 몸체의 각각이 압력용기 아래의 위치에서 처리챔버내의 위치로 하나의 단위로서 복수의 웨이퍼가 이동시에 웨이퍼를 수용하는 하부개구부를 가지고 있고 압력용기내에 처리챔버를 가진 중공의 몸체; 개구부를 차단하기 위하여 압력용기에 대해 수직으로 이동가능한 작동수단; 고압산화제를 처리챔버내로 도입하기 위하여 중공의 몸체에 연결된 수단; 가압된 불활성가스를 처리챔버내로 도입하기 위한 수단; 산화제를 처리챔버내에서 가열하기 위한 수단; 웨이퍼를 처리챔버내에서 처리한 후 중공의 몸체를 냉각시키기 위한 수단; 및 불활성가스와 산화제의 압력이 균등하도록 압력용기와 중공의 몸체에 연결되고 불활성가스와 산화제의 압력을 균등화하여 실질적으로 불활성가스를 산화제로부터 차단하도록 몸체에 연결된 수단을 포함하고 있는 반도체웨이퍼용 처리장치”이다. 가공물로서 웨이퍼는 수십 내지 백수십개를 적재할 수 있는 수직보트내에 수용된 상태로 처리된다.

반도체기판의 가열처리가 다른재료 및 부재의 처리와 가장 다른 점은 미립자라고 불리우는 먼지가 부착되지 않는다는 점이다.

두번째 다른 점은 건설 및 유지비용이 높은 청정실내에서 처리하기 때문에 극히 높은 생산성 또는 단시간처리가 요구되는 점이다.

이러한 점은 종래기술에서 고려되었으며 예컨대 일본국 특개평4-234119호의 도 12에 도시된 고압산화장치는 웨이퍼로의 미립자의 부착을 방지는데 적합하며 웨이퍼를 수용하는 벨 자(bell jar)의 외측상에 주 히터(가열수단(114))와 상부히터(124)를 배열한 구조는 얇은 불활성재 예컨대 석영으로 이루어져 웨이퍼측으로의 주 히터부분에서 발생된 미립자의 직접유입을 차단한다.

일본국 특개평4-234119호의 도 12에 있어서, 편평한 히터(125)는 처리챔버에 노출된 것 같이 도시된 형태로 벨 자에 의해서 형성된 처리챔버공간의 하부부분에 배열되는 한편 이 히터는 동 공보의 도 21에 따라 바닥(115)에 의해서 처리챔버에 노출되지 않도록 구성된다. 히터는 전혀 처리챔버에 직접 노출되지 않도록 구성된다.

이러한 종래의 예에 있어서, 히터가 흑연으로 이루어지고 세라믹이 중금속으로 인한 웨이퍼의 오염을 방지하기 위하여 절연재로서 석영을 제외하여 사용되지 않는 것을 특징으로 한다. 하지만, 공기중의 습기 또는 산소의 함유는 이 발명에서 의도된 불활성가스 분위기하의 처리에서도 실제적으로 피할 수 없고 히터재료로서의 흑연의 사용은 통전가열시 산소 또는 물과의 흑연의 반응에 의해서 이산화탄소(CO₂) 또는 탄화수소계의 가스(C_mH_n)가 발생되어 미립자의 발생(먼지의 한 종류에 관한 것)을 야기시키는 문제가 있다.

이러한 종래기술에서의 다른 문제점은 가공물로서 웨이퍼가 벨 자에 의해서 둘러싸여 있고 그 외측상에 배열된 히터에 의해서 가열되기 때문에 고속 온도상승이 온도상승과정에서 실행되면 히터부의 신속한 온도상승에 비하여 온도 대 시간의 정밀한 프로그램제어를 하기 위하여 오히려 지연된다. 냉각과정에 있어서, 벨 자에는 열확산에 대한 배리어가 있어 냉각에 많은 시간을 필요로 하는 문제점이 있다.

상기 설명된 바와 같이 종래기술의 상황에 부가하여, 최근에 웨이퍼의 확대 또는 8 내지 12 인치로의 직경변화의 경향은 로트단위로 처리되는 반도체웨이퍼의 로트크기를 변화시킬 수 있다. 8 인치 웨이퍼로 된 현재의 제조과정에 있어서 25개가 한개의 카세트내에 수용되고 종래기술에 있어서 또한 제품의 품질관리는 25, 50 및 100개로 시행되고 이것은 하나의 로트로서 25의 배수이다.

웨이퍼가 12 인치로 대형화되면, 이러한 최소단위가 25개보다 더 작은 단위 예컨대 13개로 변화되고 소량 다품종으로 될 수 밖에 없는 로직계의 반도체에 있어서, 특히 더 작은 로트로 생산의 우수성이 제시되는 것으로 평가된다. 이러한 상황하에서 제조장치에 대해 또한 가능한 한 작은 로트로 체적에 따라 융통성 있게 작동가능한 장치는 장래에 고생산성을 가진 장치의 형태로서 될 수 있다.

따라서, 종래기술로서 나타낸 배치타입의 장치에서도, 적은 로트로 처리할 수 있는 장치가 점점 요구된다. 한편, 종래기술의 일예로서 나타낸 산화처리는 현상을 산화시킴으로써 산화막의 형성이 시간에 좌우되기 때문에 작은 로트조차도 긴 시간을 필요로 하는 점과 같은 많은 문제점을 가지고 있다. 처리시간을 제한하는 이러한 처리는 단시간에 작은 로트를 처리하는 공정으로 구성하여 생산성을 감소시키지 않는다. 이러한 시간제한이 금속배선막의 가압매입으로 대표되는 고온, 고압가스로 처리시에 줄어든다는 것은 알려져 있다.

따라서, 이러한 처리는 이것을 오프셋하는 단시간에 이러한 작은 로트를 처리하는 요건에 적합하다. 이러한 경우에 작은 로트가 가능한 한 작은 장치로 처리될 수 있다는 것은 큰 문제점이 있다. 즉 웨이퍼의 최대개수가 작은 처리용량을 가진 장치로 어떻게 처리되는가가 중요하다.

어쨌든, 배치내에서 처리가 실행되고 종래기술에 기술된 고압가스를 사용하는 하나의 배치를 포함하는 수직로내의 전기로부분으로부터 미립자의 발생을 억제하는 것은 어려우며 기밀성의 재료로 이루어진 벨 자내에 가공물과 같은 반도체웨이퍼를 수용하는 것은 통상의 실시이다.

한편 벨 자 구조에 있어서, 벨 자의 외측에 배열된 히터부분에 의한 열의 공급으로 벨 자의 내측상의 처리챔버내에서의 온도상승의 지연은 정밀한 온도제어를 어렵게 하고 히터의 직경을 증가시키고 그 결과 장치전체를 확대시킨다.

본 발명은 이러한 실제 상황에 기초하며 히터로부터 미립자의 발생을 억제하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 상기 목적을 위하여 다음과 같은 기술적 수단을 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 처리장치의 평면도,

도 2는 도 1의 정면도,

도 3은 고압용기의 내부단면도, 및

도 4는 처리챔버내의 온도제어장치의 블록도.

즉 본 발명은 반도체웨이퍼를 위해 특히 웨이퍼형 반도체재료를 압력용기내의 처리챔버내에 장전하고 처리챔버에 아르곤과 같은 불활성가스를 압입가압하고 전기 저항식 히터의 사용에 의해서 가열시킴으로써 온도를 상승시키는 고온고압처리방법에 있어서, 웨이퍼를 처리챔버내에 수직으로 적층하는 단계, 히터를 처리챔버내에 배열시키는 단계 및 DC에 의한 가열전력을 히터에 공급하여 처리를 실행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, DC는 상술된 바와 같이 가열에너지를 공급하도록 히터로 흐른다. 통상, 반도체용 전기로를 포함하는 산업적으로 사용되는 전기로는 반도체소자를 사용하는 전력제어시스템에 의해서 가열하는 AC를 대부분 적용한다. AC가 가열하기 위하여 사용되면, 히터요소는 인접한 히터요소사이의 각각의 요소에 전달된 전류에 의해서 발생된 자기력에 의해서 서로 끌어당기거나 반발되고 또는 로렌츠(LORENTZ)힘이 발생된다.

60 Hz 또는 50 Hz의 AC가 통상 가열하기 위하여 사용되므로, 로렌츠힘은 진동동기가 흄을 발생시키도록 한다. 히터요소는 진동에 의해서 접촉하는 부재와 마찰되어 요소에 부착되거나 또는 산화에 의해서 발생되는 분말 미립자를 흩트리거나 또는 미립자를 발생시킨다.

본 발명에 있어서 이러한 진동의 발생을 방지하기 위하여 DC는 가열을 실행하기 위하여 히터요소로 흐른다. 히터 및 반도체제품이 처리챔버내에 공존하더라도 미립자의 발생이 진동의 방지에 의해서 제거될 수 있으므로 반도체는 히터로부터 발생된 미립자로 오염되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 있어서, 처리챔버의 내부온도를 측정하는 온도측정수단이 온도측정수단에 의해서 측정된 온도에 따라 히터로의 공급전류를 제어하도록 처리챔버내에 제공되는 것은 바람직하다.

더욱이, 본 발명은 웨이퍼형 반도체재료를 압력용기내의 처리챔버내에 장전하고 처리챔버에 아르곤과 같은 불활성가스를 압입가압하고 전기 저항식 히터의 사용에 의해서 가열시킴으로써 온도를 상승시키기 위한 반도체웨이퍼용 고온고압처리장치에 있어서, 히터를 처리챔버내에 배열하고 및 DC에 의한 가열전류를 히터에 공급하는 전원을 제공하는 것을 특징으로 한다.

이러한 장치가 처리챔버의 내부온도를 측정하기 위하여 처리챔버내에 있는 온도측정수단 및 온도측정수단에 의해서 측정된 온도에 따라 히터로의 공급전류를 제어하는 제어수단을 구비하고 있는 것은 바람직하다.

히터의 재료로서 철계 내산화성 합금, 백금, 또는 텅스텐, 탄탈룸, 몰리브덴 등과 같은 고융점 금속이 사용되는 것은 바람직하다.

장치의 처리챔버는 반도체웨이퍼가 들어오고 나가면 반드시 대기에 노출된다. 그러므로, 처리챔버는 고압용기의 리드를 폐쇄한 후에 불활성가스에 의해서 통상 비워지고 대체되고 그 다음에 통상의 가열공정으로 이동된다. 이 때에 대기의 흔적양의 함유는 피할 수 없지만 이러한 대기의 흔적양으로 산화와 질화를 거의 발생시키지 않는 재료가 사용되며 이에 따라 발생된 산화로부터 야기된 미립자의 발생은 방지될 수 있다.

온도측정수단은 열전대로 형성되고 적어도 처리챔버내에 삽입되는 부분열전대소선은 보호튜브내에 수용되고 보호튜브의 재료가 철계 내산화성 합금, 백금, 또는 텅스텐, 탄탈룸, 몰리브덴등과 같은 고융점 금속으로 이루어지는 것은 바람직하다.

더욱이, 히터는 복수의 히터요소로 형성되어 있고 온도측정수단은 각각의 히터요소에 대응하여 각각 제공되며 제어수단은 각각의 히터요소가 독립적으로 제어될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

이러한 경우에 가열전력값은 각각의 설정된 온도측정수단의 온도가 설정된 온도분포를 가지거나 또는 소킹되도록 제어될 수 있다.

도 1과 도 2는 본 발명에 따른 반도체 고온고압처리장치(1)의 몸체부분의 일예이고 이것은 고압용기(압력용기)(2)내에 충전된 고압가스로서 고압에서의 운전상태를 특히 도시하고 있다.

몸체부분은 압력프레임(3)을 포함하는 고압용기(2), 웨이퍼전달로보트(이송수단)(4), 및 이들의 전부를 수용하는 케이싱(5)으로 형성되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 고압용기(2)는 고압실린더(6), 상부리드(7), 하부리드(8) 및 상부와 하부리드(7,8)상에서 작용하는 축방향하중을 지지하는 압력프레임(3)으로 형성되어 있다. 단열구조(10)는 상부리드(7)와 고압실린더(6)에 의해서 형성된 공간(S)내에 통합되어 있으며, 2개의 방사상 내외부구역(히터요소(13a, 13b))로 분할되는 히터(13)는 하부리드(8)상의 히터와 같이 단열판 및 전극을 포함하는 금속차폐블록(11)을 통하여 절연재(12)상에 배열되어 있다. 즉, 히터(13)는 처리챔버(S)내에 위치되고 하부리드(8)상에 놓여지는 웨이퍼(15) 아래에 위치되도록 제공된다. 히터(13)는 전기저항선 가열시스템이다.

히터(13)가 하부리드(8)상에 제공되면, 다른 부재는 상술한 바와 같이 히터와 하부리드(8) 사이에 제공되거나 또는 직접 제공된다.

가공물로서 반도체웨이퍼(15)가 고압용기(2)로부터 취출되고 또한 고압용기(2)내에 수용되면, 압력프레임(3)은 압력프레임(3)의 하부끝에 고정된 슬라이드블록(19)에 의해서 베이스프레임(17)상에 고정된 레일(18)상에서 측방향으로 이동되고 하부리드(8)는 그 다음에 하부리드 승강액추에이터(41)에 의해서 아래로 하강된다.

반도체 웨이퍼(15)는 노출된 웨이퍼(15)를 아래에서 유지하기 위하여 압력프레임(3)의 이동방향에 대향측에 설치된 웨이퍼핸드링로봇(4)의 로봇핸드(26)를 하부리드(8)의 상부표면방향으로 연장시킴으로써 유지되고 로봇(4)를 구동시킴으로써 복귀되어 웨이퍼 엘리베이터(29)상에 위치된 웨이퍼카세트(28)로 반도체웨이퍼을 전달한다. 웨이퍼(15)를 장치(1)상에 장착하는 것은 역순서로 실행된다.

도 1 및 도 2에 도시된 웨이퍼핸드링 로봇(4)에는 로봇(4)의 아암(3)이 수평적으로 회전가능하고 신장가능하며 수직으로 이동가능하다. 웨이퍼카세트(28)가 카세트엘리베이터(29)에 놓이면, 로봇아암(30)의 수직운동은 웨이퍼를 카세트로부터 퍼내거나 또는 이 웨이퍼를 하강시키는 작동이며 수 mm의 이동거리는 이러한 운동에 대해 충분하다. 카세트엘리베이터가 사용되지 않으면, 웨이퍼(15)를 카세트에서 꺼내고 넣는데 적합한 수직이동거리를 가진 로봇(4)이 사용된다.

로봇핸드(26)는 아암(30)의 선단에 제공하며 이것은 알루미나와 같은 세라믹판 또는 알루미늄과 같은 포크형 금속판으로 형성되어 있다. 이 웨이퍼는 이러한 핸드부분(26)에 의해서 퍼올리는 것과 같이 위로 상승되어 전달된다.

도 3은 장치의 몸체부분의 확대도이다. 고압용기의 온도를 실온에서 백 수십 ℃로 유지하도록 내부히터(13)로부터 공급된 열을 시스템으로부터 방출시키는 수냉식 재킷(32)은 고압용기(2)의 고압실린더(6)상에 장착된다. 동일한 이유로부터 많은 양의 열이 고압용기(2)의 상부리드(7)내에 수용되기 때문에 상부리드(7)상에 웨이퍼냉각홈을 형성하는 것도 추천된다(도시안됨). 고압용기의 상부리드(7)에는 고압가스입구포트(34)와 고압가스방출포트(35)가 독립적으로 제공된다.

여러개의 금속컵형상 부재(37)로 형성된 단열구조(10)는 공간에 겹쳐 놓여져 있다(이하에서 더 상세하게 설명됨).

반도체 웨이퍼(15)를 가열하는 히터(13) 및 선반판 형상으로 웨이퍼(15)를 지지하는 웨이퍼지지 지그 등은 상술한 바와 같이 하부리드(8)(단열재상에서)상에 배열되고 하부리드(8)로의 열전도를 억제하고 접속용 전극등을 수용하는 금속실드블록(11)은 하부리드(8)와 부재(13,39)가 배열된 공간사이에 배열된다.

반도체 웨이퍼는 3개 내지 4개의 원주지점상의 1개 내지 25개(도 3에서 5개)를 지지하는 형태의 웨이퍼지지부상에서 도 3에서의 좌측으로부터 들어오고 나가는 로봇(4)의 핸드(26)과 결코 간접하지 않는 위치에 위치된다. 도 3의 예에서, 적재될 웨이퍼(15)의 개수는 5개이고 더 많은 개수는 충분한 소킹면적(SOAKING AREA)이 고온 및 고압에 따라 결정되면 저장될 수 있으며 히터(13)는 수직으로 배열될 수 있다.

단열구조(10)로서 종래의 반도체 수직전기로의 대부분에 사용된 섬유형상의 무기질로 이루어진 블랭킷 단열재를 사용하지 않고 도 3에 도시된 바와 같이 거꾸로 된 복수의 층으로 금속바닥형 실린더(컵형상 부재)(37)를 겹쳐놓음으로써 형성된 단열구조를 사용하는 것은 추천된다.

섬유형상의 단열재는 전기로내의 가스의 자연대류을 억제하는 효과를 가지고 있고 우수한 단열효과로 복사에 의한 방열을 억제하고 이것의 사용은 고압가스분위기에서도 효과적으로 방열을 억제한다.

하지만, 섬유형상의 무기질은 반복된 온도상승 및 강하에 의해서 파단되어 미세한 분말먼지 또는 미립자를 발생시킨다. 따라서, 벨 자의 사용은 단열재가 배열된 공간을 반도체웨이퍼가 배열된 공간으로부터 차단하는데 꼭 필요하다.

본 발명에 있어서 단열구조(10)로서 금속바닥형 실린더(37)의 겹쳐진 구조는 섬유형상의 무기질을 사용하지 않고 적용되며 이에 따라 미립자의 발생은 단열기능이 약간 저하되더라도 억제될 수 있다.

많은 수직로에 있어서, 히터요소(소자)는 처리챔버측에 노출된 형태로 섬유형상의 무기질 블랭킷에 종종 고정된다.

본 발명에 있어서 자립식(SELF-STANDING) 형태 또는 세라믹 또는 석영으로 이루어진 전기절연체(12)를 통하여 고정지지부에 고정된 형태는 히터요소(13)로 추천된다. 특히, 히터요소(13)는 절연체(12)와 점접촉하도록 놓여지고 이에 따라 히터요소와 절연체의 열팽창차이에 의해서 히터요소(13)와 절연체(12)의 마찰은 감소될 수 있다.

단열구조(10)에 대해서, 아르곤가스가 압력매체가스로서 사용되면 금속바닥형 실린더(37) 사이의 공간을 약 0.5 내지 3 mm로 설정하는 것이 효과적이며 또한 복사에 의한 방열을 억제하는 관점으로 볼 때 3개층 이상의 겹칩은 효과적이다. 도 3의 예는 4개의 층구조를 취한다. 층이 많아지면 많아지는 만큼 자연대류 및 복사의 억제효과는 향상될 수 있다. 하지만, 공간이 감소되면, 먼지(미립자)발생의 문제점은 금속컵형상 부재(37)가 열팽창차이에 의해서 서로 마찰되므로 발생될 수 있다.

이러한 관점으로부터, 내부온도가 약 300 내지 500℃이면 3 내지 6층으로 0.5 내지 2 mm 두께의 컵형상부재(37)를 겹쳐 놓는 것이 실용적이다. 단열구조(10)는 예컨대 상부리드(7)상에 제공된 고압가스입구포트(34)의 용기내측 개구부에 나사결합함으로써 고정된다.

가스분산포트(43)는 3 내지 6의 원주지점내에 제공된다. 가스의 분산 및 난류온도를 방지하는 관점에서 도면에 도시된 바와 같이 가스분산판(44)을 배열하는 것도 추천된다. 두께방향의 구멍은 이 가스분산판(44)에 제공되고 이에 따라 가스유동은 또한 계획적으로 조절될 수 있다.

본 발명은 단열구조(10)와 히터(13)로 형성된 전기로 히터의 사용에 의해서 DC에 의해 가열에너지를 히터(13)에 공급하는 것을 특징으로 한다. AC가 아니고 DC가 공급되는 것은 진동발생을 방지하고 히터(13)와 반도체웨이퍼(15)가 단열구조(10)의 내부표면에 의해서 형성된 처리챔버(S)내에 공존하더라도 미립자가 발생하지 않는다. 따라서, 반도체웨이퍼(15)는 히터(13) 또는 단열재로부터 발생된미립자로부터 오염되는 것이 방지된다.

실질적으로 디스크형태로 하부리드(8)에 배열된 히터(13)를 도면에 도시된 바와 같이 복수의 내부 및 외부구역으로 분할되어 독립적으로 투입가열을 제어하는 것은 추천된다. 즉, 복수의 링형상 히터요소(13a,13b)가 동심으로 배열되는 것은 바람직하다. 이러한 이유는 하나의 히터를 사용하면 가스의 자연대류로부터 야기되는 방열에 의해서 웨이퍼의 온도가 중심부분에서 높고 외부부분에 낮은 웨이퍼(15)의 온도분포를 피할수 가 없고 이러한 온도분포량이 압력 또는 온도조건에 따라 변화되기 때문이다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 히터(13)는 복수의 구역으로 분할되고 다수의 구역에 대응하는 온도측정수단은 각각의 구역에 대응하는 측정된 온도를 가열동력제어장치(제어수단)(47)으로 연속적으로 귀환시키기 위하여 제공된다. 제어장치는 귀환양에 따라 히터(13)에 공급될 DC의 값을 제어한다. 이에 따라, 내측과 외측사이의 소킹은 보장될 수 있다.

이러한 바람직한 실시예에 따른 장치는 링형상 외부히터(13a), 히터(13)로서 외부히터(13a)의 방사상 내측상에 동심으로 배열된 링형상 내부히터(13b), 외부히터(13a) 근처에 제공된 외부온도측정수단(46a) 및 내부히터(13b) 근처에 제공된 내부온도측정수단(46b)을 구비하고 있다.

히터요소재의 재료로서 내산화성 합금, 백금 또는 텅스텐 또는 탄탈룸이 사용된다. 장치의 처리챔버는 반도체웨이퍼가 들어오고 나갈 때 반드시 대기에 노출된다. 장치의 개폐후에 처리챔버는 불활성가스에 의해서 비워지고 대체되고 일반적인 가열공정으로 이동된다. 이 때에 미량의 대기의 함유는 피할 수 없다. 그러므로 미량의 대기와의 산화 또는 질화를 일으키지 않는 재료가 사용되고 이에 따라 야기된 산화에 의해서 발생된 미립자의 발생은 방지된다. 스테인리스강 또는 고크롬합금 또는 백금과 같은 철계 내산화성 합금이 히터재료로 사용되면 내열강도가 대단히 높지 않으므로 세라믹 절연체(12)를 통하여 히터요소(13)를 고정시키는 형태를 취하는 것이 실제적이다. 이 경우에 가능한 한 많이 절연체(12)와의 히터요소재료의 접촉면적이 최소화되어 온도상승 및 하강과정에서 히터요소와 절연체의 열팽창차이에 의해서 마찰됨으로써 미립자의 발생이 최소화 되는 것은 추천된다.

텅스텐과 같은 고융점 금속이 히터요소(13)로 사용되면 자립구조는 고온에서의 고강도이기 때문에 적합할 수 있다. 이 경우에 절연체(12)와의 마찰에 의한 미립자의 발생은 전기절연체의 사용이 고온부분에 필요하지 않기 때문에 회피될 수 있다.

온도측정수단(46)으로서 열전대는 일반적으로 사용되고 ＋극의 소선과 －극의 소선 사이에서의 절연은 세라믹제의 절연튜브의 사용에 의해서 실행된다. ＋극의 소선이 －극의 소선에 용접되는 온도측정접촉부분은 노출된 상태로 놓여 있어 반응성이 향상될 수 있다.

한편, 분위기가스와 온도측정접촉의 오염에 의해서 온도측정에러의 발생은 히터요소(13)와 동일하거나 유사한 재료로 이루어진 시스형 튜브내에 수용함으로써 억제될 수 있다. 이러한 경우에 응답성은 어느 정도 떨어질 수 있다.

따라서 온도측정접촉부를 설치하여 고속온도상승이 필요하면 처리챔버공간에노출되고 온도가 비교적 서서히 상승되면 시스를 사용하는 것은 추천된다.

고온, 고압가스분위기는 고온가스가 이러한 분위기하에서 고밀도 및 고점성으로 자연대류를 발생시키지는 경향이 있고 온도에 의한 밀도차가 또한 크기 때문에 수평면내에서 거의 온도분포를 발생시키지 않는 특성을 가지고 있다. 상하 2단의 히터가 이러한 특성을 넓게 사용함으로써 배열되면, 상부부분내에 배열된 반도체웨이퍼를 주로 가열하는 상부히터의 전력을 제어하는 온도측정수단은 히터에 가깝게 배열되지 않고 상부부분에서 반도체웨이퍼의 한측에 배열되며 이에 따라 제어는 가공물의 온도에 가까운 온도에서 실행될 수 있다.

본 발명에 따라, 상기로부터 명백한 바와 같이, 반도체웨이퍼주위의 환경은 종래에 사용된 벨 자를 사용하지 않고 미립자가 없는 청정 분위기로 될 수 있고 장치의 크기는 벨 자가 사용되지 않기 때문에 최소화될 수 있다.

온도측정수단이 가공물로서의 반도체웨이퍼 바로 근처의 온도를 측정하고 동일챔버내에 히터와 함께 제공됨으로써 이것을 가열동력시스템으로 피드백시키므로 고속으로의 온도상승은 정밀하게 제어될 수 있다.

따라서, 최근의 ULSI의 가공의 미세화에 따라 유효성이 주목되는 배선막의 가압매입처리와 같은 고압불활성가스의 사용에 의한 처리에 있어서, 중대한 문제점이 되는 미립자에 의한 반도체웨이퍼의 오염의 방지, 장치의 정교한 합체, 정밀한 온도제어에 의한 고속온도상승은 실현될 수 있다. 따라서 청정실내의 설치를 어렵게 하는 큰 크기, 육중한 무게 및 긴 처리시간과 같은 고온 고압처리장치가 갖고 있는 문제점은 해결될 수 있으며 본 발명은 점점 중요하게 되는 생산성 및 비용절감의 개량에 현저하게 기여하는 것을 기대할 수 있다.

Claims (7)

1. 반도체 웨이퍼용 고온고압처리방법에 있어서,

   웨이퍼를 압력용기내의 처리챔버내에 수직으로 적층하는 단계;

   아르곤과 같은 불활성가스를 상기 처리챔버내에 압입가압하는 단계; 및

   DC 가열전력을 히터로 공급하는 동안, 처리를 수행하도록 처리챔버내에 위치된 전기 저항식 히터를 사용하여 처리챔버내의 온도를 상승시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼용 고온고압처리방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 처리챔버내에 그 처리챔버의 내부온도를 측정하는 온도측정수단이 구비되고, 그 온도측정수단에 의해 측정된 온도를 기초로 하여 히터로의 공급전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼용 고온고압처리방법.
3. 반도체 웨이퍼용 고온고압처리장치에 있어서,

   웨이퍼형 반도체재료를 압력용기내의 처리챔버내에 장전하는 장전 장치;

   아르곤과 같은 불활성가스를 상기 처리챔버내에 압입가압하는 불활성가스 공급 장치;

   상기 처리챔버내에 위치된 전기 저항식 히터를 포함하고, 상기 처리챔버내의 온도를 상승시키는 히터; 및

   DC 가열 전력을 히터로 공급하는 전력 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼용 고온고압처리장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 처리챔버내에 그 처리챔버의 내부온도를 측정하는 온도측정수단이 구비되고, 그 온도측정수단에 의해 측정된 온도를 기초로 하여 히터로의 공급전류를 제어하는 제어수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼용 고온고압처리장치.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 히터의 재료는 철계 내산화성 합금, 백금, 또는 텅스텐, 탄탈룸, 몰리브덴 등과 같은 고융점 금속인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼용 고온고압처리장치.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 온도측정수단은 열전대로 이루어지고, 적어도 처리챔버내에 삽입되는 부분열전대소선은 보호튜브내에 수용되고, 상기 보호튜브의 재료는 철계 내산화성 합금, 백금, 또는 텅스텐, 탄탈룸, 몰리브덴 등과 같은 고융점 금속인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼용 고온고압처리장치.
7. 제 3 항에 있어서, 상기 히터는 복수의 히터요소로 구성되고, 상기 온도측정수단은 각각의 히터요소에 대응하여 구비되고, 상기 제어수단은 각각의 히터요소를 독립적으로 제어 가능한 방식으로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼용 고온고압처리장치.