KR100387726B1 - Edge Ring for Rapid Thermal Process Apparatus - Google Patents
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Abstract
웨이퍼가 안착되는 급속열처리 장치용 에지링에 관하여 개시한다. 본 발명은, 웨이퍼와 에지링이 선접촉 또는 좁은 띠 형태로 면접촉하여 접촉 면적을 최소화시킴으로써 웨이퍼 전면에 걸쳐서 균일한 온도 분포를 이룰 수 있고 나아가, 웨이퍼 회전시에 웨이퍼의 이탈을 방지하며 최적의 온도측정 환경을 제공 할 수 있으며, 지지대 또는 챔버에 용이하게 취부시킬 수 있는 급속열처리 장치용 에지링에 관한 것이다.Disclosed is an edge ring for a rapid heat treatment apparatus in which a wafer is placed. The present invention can achieve a uniform temperature distribution over the entire surface of the wafer by minimizing the contact area by the surface contact of the wafer and the edge ring in the form of line contact or narrow band, and further, it prevents the wafer from falling off during the rotation of the wafer. The present invention relates to an edge ring for a rapid heat treatment apparatus capable of providing a temperature measuring environment and which can be easily mounted on a support or a chamber.
Description
본 발명은 웨이퍼가 안착되는 급속열처리 장치용 에지링(edge ring)에 관한 것으로서 특히, 웨이퍼와 에지링의 접촉 면적 최소화 및 최적의 온도측정 환경을 제공 할 수 있는 급속열처리 장치용 에지링에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an edge ring for a rapid heat treatment apparatus on which a wafer is seated, and more particularly, to an edge ring for a rapid heat treatment apparatus capable of minimizing the contact area between the wafer and the edge ring and providing an optimal temperature measurement environment. .
고성능 반도체 소자의 제작과 단위시간당 확보할 수 있는 소자의 수율 향상, 그리고 공정의 지속적인 재연성은 반도체 공정이 이루어지는 모든 장비에서 공통적으로 요구되어지는 사항으로 웨이퍼(wafer)의 가열이 필요한 공정에서는 웨이퍼의 균일한 열처리가 요구된다.The fabrication of high-performance semiconductor devices, the yield improvement of devices that can be secured per unit time, and the continuous reproducibility of the processes are common to all equipments in which semiconductor processing is performed. The uniformity of wafers in processes requiring wafer heating One heat treatment is required.
웨이퍼를 열처리하는 장비의 대표적인 예로 급속열처리(Rapid Thermal Process, RTP)장치를 들 수 있으며 급속열처리 장치는 고속열처리(Rapid Thermal Annealing), 고속열세정(Rapid Thermal Cleaning), 고속열화학증착(Rapid Thermal Chemical Vapor Deposition), 고속열산화(Rapid Thermal Oxidation), 고속열질화(Rapid Thermal Nitridation) 공정을 수행하는데 사용된다.Representative examples of equipment for heat treatment of wafers include Rapid Thermal Process (RTP) equipment, and Rapid Thermal Treatment (Rapid Thermal Annealing), Rapid Thermal Cleaning, Rapid Thermal Chemical Deposition (Rapid Thermal Chemical). Vapor Deposition, Rapid Thermal Oxidation, and Rapid Thermal Nitridation.
급속열처리 장치에서는 웨이퍼의 승온 및 감온이 매우 짧은 시간에 넓은 온도범위에서 이루어지므로 정밀한 온도제어가 필수적으로 요구된다. 그리고, 웨이퍼의 온도분포를 균일하게 유지한 상태로 열처리공정을 수행하기 위해서는 웨이퍼의 모든 지점에서 열적 특성이 동일하도록 유지하는 것이 매우 중요하다. 특히 웨이퍼와 웨이퍼의 고정장치가 접촉한 지점은 열적 특성이 달라져서 균일한 온도분포를 유지하는데 방해가 되므로 이러한 현상을 최소화하기 위하여 가장자리만을 지지하는 웨이퍼 고정장치 즉, 에지링을 사용한다.In the rapid heat treatment apparatus, since the temperature rise and temperature decrease of the wafer are performed in a wide temperature range in a very short time, precise temperature control is essential. In order to perform the heat treatment process while maintaining the temperature distribution of the wafer uniformly, it is very important to maintain the same thermal characteristics at all points of the wafer. In particular, the contact point between the wafer and the fixing device of the wafer is different from the thermal properties, which interferes with maintaining a uniform temperature distribution. Therefore, the wafer holding device that supports only the edge, that is, the edge ring, is used to minimize the phenomenon.
에지링의 기능은 첫째, 웨이퍼의 가장자리를 지지하여 내부를 지지할 경우에 지지부분의 온도차이로 인하여 발생하는 결함을 방지하고 둘째, 웨이퍼의 가장자리가 노출되어 발생할 수 있는 온도구배 및 이로 인하여 야기될 수 있는 선결함을 방지하며 셋째, 웨이퍼의 방사에너지로부터 웨이퍼의 온도를 측정할 경우 웨이퍼로부터 방출되는 방사에너지 이외의 에너지가 측정부로 유입되는 방지하고 넷째, 웨이퍼의 온도를 더욱 균일하게 유지하기 위하여 회전시킬 경우에 웨이퍼의 위치를 고정하여 안정적인 공정이 수행될 수 있도록 한다.The function of the edge ring is to firstly prevent defects caused by the temperature difference between the supporting portions when supporting the inside of the wafer by supporting the edge of the wafer. Third, when measuring the temperature of the wafer from the radiant energy of the wafer, and to prevent energy other than the radiant energy emitted from the wafer into the measuring unit, and fourth, rotate to maintain a more uniform temperature of the wafer In this case, the position of the wafer is fixed so that a stable process can be performed.
도 1a는 종래 급속열처리 장치를 설명하기 위한 개략도이고, 도 1b는 도 1a에 따른 급속열처리 장치에 있어서 종래 에지링에 웨이퍼가 안착된 형상을 나타낸 개략도이다.FIG. 1A is a schematic view for explaining a conventional rapid heat treatment apparatus, and FIG. 1B is a schematic view showing a shape in which a wafer is seated on a conventional edge ring in the rapid heat treatment apparatus according to FIG. 1A.
도 1a를 참조하면, 급속열처리 장치는 석영창(10), 열원장치(20), 에지링 지지대(30), 에지링(40), 파이로미터(50) 등으로 이루어진다.Referring to FIG. 1A, the rapid heat treatment apparatus includes a quartz window 10, a heat source device 20, an edge ring support 30, an edge ring 40, a pyrometer 50, and the like.
열원장치(20)로는 주로 텅스텐-할로겐 램프가 주로 사용되며, 텅스텐-할로겐 램프로부터 방사되는 적외선에 의하여 웨이퍼를 가열하게 된다. 석영창(10)은 대기로부터 웨이퍼를 분리시켜 급속열처리 공정을 진행하는 동안 일정한 분위기를 유지시켜 주고 대기 중의 먼지 등의 오염물질로부터 웨이퍼를 보호하는 한편, 열원장치(20)로부터 방사되는 적외선을 투과시키는 역할을 한다. 파이로미터(50)는 비접촉 방식으로 웨이퍼의 온도를 빠르게 측정하기 위해, 웨이퍼의 후면에서 사용되는데, 웨이퍼의 상태 즉, 온도에 따른 방사율(Emissivity), 챔버의 기하학적 특성, 파이로미터(50)의 스펙트럼 파장, 웨이퍼 상에 형성된 박막의 종류 및 두께에 의해 매우 민감하게 동작한다.The tungsten-halogen lamp is mainly used as the heat source device 20, and the wafer is heated by infrared rays emitted from the tungsten-halogen lamp. The quartz window 10 separates the wafer from the atmosphere to maintain a constant atmosphere during the rapid heat treatment process, protects the wafer from contaminants such as dust in the atmosphere, and transmits infrared rays emitted from the heat source device 20. It plays a role. The pyrometer 50 is used at the back side of the wafer to quickly measure the temperature of the wafer in a non-contact manner. The state of the wafer, that is, the emissivity according to the temperature, the geometrical characteristics of the chamber, and the pyrometer 50 It works very sensitively by its spectral wavelength, the type and thickness of the thin film formed on the wafer.
에지링(40)은 웨이퍼가 안착되는 곳으로서, 에지링 지지대(30) 상단에 설치되고, Si웨이퍼와 열적 특성이 비슷한 Si, SiC 등으로 이루어진다. 이때, 에지링(40)은 웨이퍼 에지 부분에서 생기는 열적 불균일성을 방지하고 열원장치(20)로부터 방사되는 적외선이 직접 파이로미터(50)에 도달되지 않도록 설치되어야 한다.The edge ring 40 is a place where the wafer is seated, and is installed on the edge ring support 30, and is made of Si, SiC, and the like, which are similar in thermal properties to the Si wafer. At this time, the edge ring 40 should be installed so as to prevent thermal non-uniformity generated at the wafer edge portion and the infrared radiation emitted from the heat source device 20 does not directly reach the pyrometer 50.
도 1b를 참조하면, 도 1b의 (1) 및 (2)와 같은 평판 에지링(40) 또는 도 1b의 (3), (4), (5)와 같이 단차가 있는 에지링(40) 상에 웨이퍼가 안착되어 있다. 이 때, 도 1b의 (1)의 경우에는 에지링(40)이 웨이퍼의 내부를 지지하므로 지지부분의 온도차이로 인하여 웨이퍼 내부에 결함이 발생하며, 도 1b의 (2)의 경우에는 웨이퍼 회전시 웨이퍼의 위치를 고정할 수 없는 구조이다. 그리고, 도 1b의 (3) 내지 (5)와 같이 단차가 있는 구조는 도 1b의 (2)와 같은 구조에 의한 미끄럼은 방지하지만, 도 1b의 (3)의 경우에는 웨이퍼의 가장자리와 에지링(40)이 선으로 접촉하여 웨이퍼 회전시 마찰적이 작아지므로 미끄럼 현상이 발생되며, 도 1b의 (4) 및 (5)의 경우에는 웨이퍼와 에지링(40)의 접촉면적이 넓어 온도 균일도가 떨어지는 문제점이 있다.Referring to FIG. 1B, a flat edge ring 40 such as (1) and (2) of FIG. 1B or a stepped edge ring 40 such as (3), (4) and (5) of FIG. The wafer is seated on the surface. At this time, in the case of (1) of FIG. 1B, since the edge ring 40 supports the inside of the wafer, defects occur in the wafer due to the temperature difference of the supporting portion, and in the case of (2) of FIG. 1B, the wafer rotates. The position of the wafer can not be fixed. In addition, while the stepped structure as shown in (3) to (5) of FIG. 1B prevents sliding due to the structure as shown in (2) of FIG. 1B, in the case of (3) of FIG. Since the 40 contacts in a line and the frictional area becomes smaller when the wafer is rotated, slippage occurs. In the case of FIGS. 1B and 4, the contact area between the wafer and the edge ring 40 is wide, resulting in poor temperature uniformity. There is a problem.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 과제는 웨이퍼의 급속열처리 공정을 진행하는 동안 웨이퍼와 에지링의 접촉 면적을 최소화하여, 웨이퍼의 온도의 균일성을 유지할 수 있고, 공정시 웨이퍼의 이탈을 방지할 수 있는 급속열처리 장치용 에지링을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to minimize the contact area between the wafer and the edge ring during the rapid heat treatment process of the wafer, to maintain the uniformity of the temperature of the wafer, and to prevent the wafer from leaving during the process. An edge ring for rapid heat treatment apparatus is provided.
도 1a는 종래 급속 열처리 장치를 설명하기 위한 개략도;1A is a schematic view for explaining a conventional rapid heat treatment apparatus;
도 1b는 종래 에지링에 웨이퍼가 안착된 형상을 나타낸 개략도; 및1B is a schematic view showing a shape in which a wafer is seated on a conventional edge ring; And
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 급속열처리 장치용 에지링을 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining an edge ring for a rapid heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른, 열원장치 하부에 위치되며 자신의 상면에는 웨이퍼가 안착되는 급속열처리 장치용 에지링은: 상기 웨이퍼가 안착되는 상단(110)은 상기 웨이퍼와 선접촉을 이루게 되는 선형 또는 상기 웨이퍼와 띠형의 면접촉을 이루게 되는 띠형의 평평한 면으로 이루어지고, 상기 상단(110)에서부터 소정 길이만큼은 아래쪽으로 내려갈수록 폭이 넓어지도록 상기 상단(110)으로부터 내측 및 외측으로 각각 경사지는 경사부(120)를 이루며, 하부(130)는 상기 경사부의 하면으로부터 하측으로 돌출되도록 실린더 형태의 리브로 이루어지는 것을 특징으로 한다.According to the present invention for achieving the above technical problem, the edge ring for a rapid heat treatment apparatus is located in the lower portion of the heat source device and the wafer is mounted on its top surface: the upper end 110 on which the wafer is seated is in line contact with the wafer Consisting of a linear or a flat surface of the belt-shaped to make a surface contact of the wafer and the band-shaped, and from the upper end 110 to the inner side and the outer side from the upper end 110 so that the width becomes wider downward as a predetermined length The inclined portion forms an inclined portion 120, and the lower portion 130 is formed of a rib of a cylindrical shape so as to protrude downward from the lower surface of the inclined portion.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 급속열처리 장치용 에지링 상에 웨이퍼가 안착된 형상을 단면도로 도시한 도면이다.2 is a cross-sectional view illustrating a shape in which a wafer is seated on an edge ring for a rapid heat treatment apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 급속열처리 장치용 에지링(100)의 상단(110)은 웨이퍼가 안착되는 영역으로 웨이퍼와 선접촉을 이루게 되는 선형(線形)으로 이루어진다. 또는 웨이퍼가 안착되는 에지링(100)의 상단(110)은 웨이퍼와 띠형의 면접촉을 이루도록 소정의 폭이 있는 띠형의 평평한 면으로 이루어진다.Referring to FIG. 2, the upper end 110 of the edge ring 100 for a rapid heat treatment apparatus according to the present exemplary embodiment has a linear shape in which the wafer is in line contact with the wafer. Alternatively, the upper end 110 of the edge ring 100 on which the wafer is seated is formed of a band-shaped flat surface having a predetermined width so as to form a band-shaped surface contact with the wafer.
상단(110)에서부터 소정 길이만큼은, 아래쪽으로 내려갈수록 폭이 넓어지도록 상단으로부터 내측 및 외측으로 각각 경사지는 경사부(120)가 있다. 이것은 열처리되는 웨이퍼로부터 에지링(100)에로의 열이동으로 인하여 에지링이 파손되는 것을 방지하기 위하여, 에지링에 있어서 웨이퍼와 근접해 있는 영역의 폭을 넓힘으로써 단면적과 질량을 증가시킨 것이다.There is an inclined portion 120 inclined from the upper end to the inner side and the outer side so that the width becomes wider from the upper end 110 by a predetermined length. This is to increase the cross-sectional area and mass by widening the area of the edge ring in close proximity to the wafer in order to prevent the edge ring from being broken due to heat transfer from the wafer to the edge ring 100 from the heat treatment.
한편, 종래의 에지링(40)의 하면은 평면의 형상이고, 에지링 지지대(30)에 대한 에지링(40)의 취부는 핀 등을 이용하여 행해지고 있다. 따라서, 에지링 취부시의 불편함, 열처리 공정 비용의 상승 및 핀 등에 의하여 고정되어 있으므로 승온으로 에지링이 팽창하는 경우에 발생하는 에지링의 파손 또는 영구 변형 등이 문제되고 있다.On the other hand, the lower surface of the conventional edge ring 40 has a planar shape, and the mounting of the edge ring 40 with respect to the edge ring support 30 is performed using a pin or the like. Therefore, since it is fixed by the inconvenience of the edge ring mounting, the increase in the cost of the heat treatment process and the fin, etc., there is a problem of breakage or permanent deformation of the edge ring generated when the edge ring expands at elevated temperatures.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 실시예에 따른 에지링(100)의 하부(130)는, 종래의 핀 등을 꽂기 위하여 에지링 지지대(30)에 마련된 홈에 꽂을 수 있도록, 경사부(120)의 하면으로부터 하측으로 돌출되도록 실린더 형태의 리브(130)로 이루어진다. 이 때, 에지링 지지대(30)와의 취부시의 용이성과 우수한 접촉성을 확보하기 위하여, 에지링 지지대(30)와 접하게 되는 리브(130)의 하면은 곡면인 것이 바람직하다. 이와 같이, 에지링 지지대(30)에 꽂을 수 있는 리브(130)를 에지링의(100) 하면에 형성함으로써 에지링의 취부가 용이하다. 그리고, 에지링 지지대(30)에 고정되어 있는 리브(130)에 의하여 승온으로 인한 에지링(100)의 팽창이 억제될 뿐 만 아니라 팽창된 경우에도 리브(130)의 탄성력에 의하여 원상회복되게 된다. 이 경우에는 파이로미터(50)를 리브(130) 내측에 위치되도록 설치함으로써 온도측정장치(50)가 설치된 공간으로 열원장치(20)로부터 방사되는 적외선 등이 유입되는 것이 방지되어 정확한 온도측정이 더욱 가능하다.In order to solve such a problem, the lower portion 130 of the edge ring 100 according to the present embodiment may be inserted into a groove provided in the edge ring support 30 in order to insert a conventional pin or the like. A cylindrical rib 130 is formed to protrude downward from the lower surface. At this time, in order to ensure the ease of contact with the edge ring support 30 and excellent contactability, the lower surface of the rib 130 in contact with the edge ring support 30 is preferably curved. In this way, the rib ring 130 that can be inserted into the edge ring support 30 is formed on the bottom surface of the edge ring 100 so that the attachment of the edge ring is easy. In addition, not only the expansion of the edge ring 100 due to the elevated temperature is suppressed by the rib 130 fixed to the edge ring support 30, but the original ring is restored by the elastic force of the rib 130 even when inflated. . In this case, by installing the pyrometer 50 to be located inside the rib 130, the infrared rays emitted from the heat source device 20 are prevented from entering the space where the temperature measuring device 50 is installed, so that accurate temperature measurement is achieved. Even more possible.
따라서, 종래의 에지링들과는 달리, 웨이퍼와 접촉되는 영역을 작게하더라도 열충격에 강한 에지링을 구현할 수 있다.Therefore, unlike conventional edge rings, an edge ring resistant to thermal shock can be realized even with a small area in contact with the wafer.
본 실시예에 의한 에지링(100)을 채용하는 경우에는 웨이퍼의 측면을 감싸도록 챔버 내에 핀들을 설치하여 웨이퍼의 회전시 이탈을 방지하면 된다.In the case of employing the edge ring 100 according to the present exemplary embodiment, pins may be installed in the chamber to surround the side surface of the wafer to prevent the wafer from being separated.
한편, 본 발명의 실시예에 의한 에지링에는 리브가 마련됨으로써, 에지링을 지지대없이 챔버에 직접 취부시킬 수도 있다.On the other hand, since the rib is provided in the edge ring according to an embodiment of the present invention, the edge ring may be directly attached to the chamber without a support.
상술한 바와 같이 본 발명의 급속열처리 장치용 에지링에 의하면, 급속열처리 공정시 웨이퍼와 에지링이 선접촉 또는 좁은 띠 형태로 면접촉을 하므로 접촉면적이 최소화됨에 따라 웨이퍼 전면(全面)에 걸쳐서 균일한 온도 분포를 이룰 수 있다.As described above, according to the edge ring for the rapid heat treatment apparatus of the present invention, since the wafer and the edge ring make a surface contact in the form of a line contact or a narrow band during the rapid heat treatment process, the contact area is minimized and thus is uniform over the entire surface of the wafer. One temperature distribution can be achieved.
나아가, 하부에 리브를 마련함으로써 지지대없이 챔버에 직접 취부시킬 수 있고, 지지대에 대한 에지링의 취부도 용이하며, 정확한 온도측정이 더욱 가능하다.Further, by providing a rib at the bottom, it can be directly mounted to the chamber without the support, the edge ring to the support is also easy to mount, and accurate temperature measurement is more possible.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention.
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| Date | Code | Title | Description |
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| A107 | Divisional application of patent | ||
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| A302 | Request for accelerated examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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Payment date: 20080603 Year of fee payment: 6 |
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