KR100396215B1 - 급속열처리 장치 - Google Patents

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Abstract

급속열처리 장치에 관하여 개시한다. 본 발명의 급속열처리 장치는, 세라믹과 자성체로 웨이퍼 받침대를 형성하고, 웨이퍼 받침대와 베어링의 마모로 인한 불순물 입자가 챔버 내로 유입되지 않도록 자석과 자성유체를 사용하여 밀봉하는 웨이퍼 회전수단을 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 불순물 입자에 의한 웨이퍼의 오염을 막을 수 있으며, 온도에 의한 웨이퍼 받침대의 영향을 줄일 수 있고 자성유체에 의한 밀봉성을 확보함으로써 종래 급속열처리 장치용 회전수단의 문제점을 해결하여 급속열처리 공정을 원활하게 수행할 수 있다.

Description

급속열처리 장치{Rapid Thermal Process Apparatus}
본 발명은 급속열처리 장치에 관한 것으로서, 특히 안정적으로 열처리 공정을 실시할 수 있는 웨이퍼 회전수단이 구비된 급속열처리 장치에 관한 것이다.
고성능 반도체 소자의 제작과 단위시간당 확보할 수 있는 소자의 수율향상, 그리고 공정의 지속적인 재연성은 반도체 공정이 이루어지는 모든 장비에서 공통적으로 요구되어지는 사항이다. 특히, 웨이퍼(Wafer)의 열처리 공정의 경우에는 웨이퍼의 전면에 걸쳐서 균일한 열처리가 이루어 져야 한다.
웨이퍼의 열처리 장비의 대표적인 예로 급속열처리(Rapid Thermal Process,RTP)장치를 들 수 있다. 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.
급속열처리 장치를 이용하여 열처리하는 경우에 웨이퍼의 승온 및 강온이 매우 짧은 시간동안 넓은 온도범위에서 이루어지므로 정밀한 온도제어가 필수적으로 요구된다. 그리고, 웨이퍼의 온도분포를 균일하게 유지한 상태로 열처리 공정을 수행하기 위해서는 웨이퍼의 모든 영역에 걸쳐서 열적 특성이 동일하도록 유지하는 것이 매우 중요하다.
도 1은 일반적인 급속열처리 장치의 챔버를 나타낸 개략도이다.
도 1을 참조하면, 급속 열처리장치의 챔버(40) 측벽에는 웨이퍼 출입구(43), 가스의 분사구(44) 및 배기구(45)가 각각 마련되는 데, 이 때 웨이퍼 출입구(43), 가스의 분사구(44) 및 배기구(45)는 안착된 웨이퍼(10)를 중심으로 하여 대칭적으로 마련되질 않는다. 따라서, 웨이퍼(10)를 열원장치로 가열하는 경우에 각각의 챔버(40) 측벽으로부터 반사되는 복사열이 균일하지 못하므로 웨이퍼(10)의 균일한 가열이 불가능하다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 웨이퍼 회전수단이 사용된다.
도 2는 종래 급속열처리 장치의 웨이퍼 회전수단을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2를 참조하면, 종래의 웨이퍼 회전수단(50)은 웨이퍼(10)를 지지하기 위한 웨이퍼 받침대(51), 웨이퍼 받침대(51)의 이탈을 방지하는 베어링(52), 모터로부터 웨이퍼 받침대(51)로 동력을 전달하기 위한 동력전달부(53)로 이루어진다. 이 때, 웨이퍼 받침대(51)의 소정영역, 베어링(52), 동력전달부(53)는 챔버(40)의 내측벽(41)과 외측벽(42) 사이에 위치된다. 즉, 챔버(40)의 측벽은 상부가 개방된 2중 측벽(41, 42)의 형태를 취하고 있으며, 웨이퍼 받침대(51)와 동력전달부(53)는 마모되지 않도록 내측벽(41) 및 외측벽(42)으로부터 소정거리 이격되어 설치되고, 베어링(52)은 내측벽(41) 또는 외측벽(42)에 고정된다.
웨이퍼 받침대(51)는 실린더 형태를 취하며, 그 내측 공간에는 웨이퍼의 온도를 측정하기 위한 온도 측정장치가 설치된다.
모터의 동력을 동력전달부(53)가 웨이퍼 받침대(51)로 전달하면 웨이퍼 받침대(51)와 웨이퍼(10)가 회전하게 되는 데, 이 때 베어링(52)의 마모로 인하여 불순물 입자가 발생하게 된다. 이와 같이 베어링(52)으로부터 발생된 불순물 입자는 내측벽(41)과 외측벽(42) 사이의 공간을 통하여 웨이퍼(10)가 안착된 챔버(40) 내로 유입되어 웨이퍼(10)의 상·하면을 오염시키게 된다.
그리고, 급속열처리 공정은 저온에서부터 고온까지 급격한 온도변화가 있는 환경에서 진행되므로 베어링을 부식시키는 가스가 사용되는 경우에는 상온에서와는 달리 베어링의 부식이 매우 빨리 진행되게 된다.
따라서, 이러한 문제점을 방지하기 위하여 베어링은 내마모성 및 내식성이 큰 세라믹을 주로 사용하여 제작하며, 내측벽과 외측벽 사이의 공간을 청정한 기체로 세척하고 있다. 하지만, 베어링 재료로서 최상의 재료를 사용한다 하여도 이 역시 불순물 입자의 발생가능성은 존재하며, 급속열처리 장치의 제조 비용을 상승시키게 된다. 그리고, 내측벽과 외측벽 사이의 주기적인 세척은 급속열처리 공정을 원활하게 수행할 수 없는 장애가 된다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 과제는 웨이퍼 회전수단으로부터 발생된 불순물 입자의 유입을 방지하여 웨이퍼의 오염을 막고, 급속열처리 공정을 원활하게 수행할 수 있는 웨이퍼 회전수단이 구비된 급속열처리 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 일반적인 급속열처리 장치의 챔버를 나타낸 개략도;
도 2는 종래 급속열처리 장치의 웨이퍼 회전수단을 설명하기 위한 개략도;및
도 3은 본 발명에 따른 급속열처리 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼의 열처리 공간을 제공하며 내측벽과 외측벽 사이에 횡단면이 원형 링 형상의 공간이 있는 챔버를 구비한 급속열처리 장치는: 자신의 상면에는 상기 웨이퍼가 안착되고 자신의 하단은 외부에 별도로 마련된 동력원과 연결되어 상기 동력원으로부터 동력을 인가받아 횡으로 회전하는 웨이퍼 받침대와, 상기 웨이퍼 받침대가 이탈하지 않도록 지지하는 지지체와, 상기 웨이퍼 받침대의 상면과 상기 지지체 사이에 위치하며 소정영역이 상기 외측벽쪽으로 돌출되도록 상기 내측벽의 원주방향을 따라서 상기 내측벽에 설치되는 제 1자석과, 상기 웨이퍼 받침대의 상면과 상기 지지체 사이에 위치하며 자신의 돌출 영역이 상기 제 1자석의 돌출 영역과 소정거리 이격되어 대향하도록 상기 외측벽의 원주방향을 따라서 상기 외측벽에 설치되는 제 2자석과, 상기 제 1자석 및 제 2자석과 상기 웨이퍼 받침대 사이의 간극을 밀봉하는 자성유체를 포함하는 웨이퍼 회전 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 제 1자석 및 제 2자석과 상기 웨이퍼 받침대 사이의 간극은 0.1∼1mm인 것이 바람직하다.
나아가, 상기 웨이퍼 받침대의 재질은, 상기 제 1자석 및 제 2자석 사이에 위치되는 영역은 자성체로 이루어지고, 상기 자성체로 이루어진 영역의 상부는 세라믹으로 이루어지고, 상기 세라믹으로 이루어진 상기 웨이퍼 받침대의 소정영역과 대향하는 상기 내측벽 및 외측벽의 소정영역에는 냉각수 통로가 마련되는 것이 바림직하다.
더 나아가, 상기 제 1자석과 제 2자석 사이에 위치되는 상기 웨이퍼 받침대의 소정영역에는 톱니가 형성되며, 상기 웨이퍼 받침대에 형성된 톱니의 길이는 0.1∼1mm 인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 지지체는 베어링으로 이루어져도 좋다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 급속열처리 장치를 설명하기 위한 개략도이다. 도 3에서 참조부호 A는 웨이퍼 회전수단의 일부를 나타낸 개략도이다.
도 3을 참조하면, 급속열처리 장치는 열원장치(20), 석영창(30), 자신의 내부에서 웨이퍼(10)의 열처리 공정이 진행되는 챔버(40), 웨이퍼(10)가 안착되며 자신의 회전으로 웨이퍼(10)가 회전되는 웨이퍼 회전수단(100) 등으로 이루어진다.이 때, 챔버(40)의 측벽은 이격되어있는 내측벽(41) 및 외측벽(42)으로 이루어지고, 내측벽(41)과 외측벽(42)은 서로 대향하는 면이 원형으로 마련됨으로써 내측벽(41)과 외측벽(42)의 사이에는 횡단면이 원형 링(Ring)의 형상을 하는 공간이 형성된다.
여기서, 열원장치(20), 석영창(30), 챔버(40)는 일반적인 급속열처리 장치의 구성요소로서 간략하게 설명하면 다음과 같다.
열원장치(20)로는 텅스텐-할로겐 램프가 주로 사용되며, 텅스텐-할로겐 램프로부터 방사되는 적외선에 의하여 웨이퍼(10)를 가열하게 된다. 석영창(30) 또는 챔버(40)는 대기로부터 웨이퍼(10)를 분리시켜 급속열처리 공정을 진행하는 동한 일정한 분위기를 유지시켜 주고 대기 중의 먼지 등의 오염물질로부터 웨이퍼(10)를 보호하는 한편, 열원장치(20)로부터 방사되는 적외선을 투과시켜주는 역할을 한다.
웨이퍼 회전수단(100)은, 외부의 동력원에 의하여 회전하며 웨이퍼(10)가 안착되는 웨이퍼 받침대(110)와, 웨이퍼 받침대(110)가 이탈하는 것을 방지하는 베어링(140)과, 베어링(140)과 웨이퍼 받침대(110)의 상면 사이에 위치하도록 내측벽(41) 및 외측벽(42)에 각각 설치되는 제 1자석(121) 및 제 2자석(122)과, 제 1자석(121) 및 제 2자석(122)과 웨이퍼 받침대(110) 사이의 간극을 밀봉하는 자성유체(130)를 포함한다. 웨이퍼 회전수단(100)에 있어서, 웨이퍼(10)가 안착되는 웨이퍼 받침대(110)의 상면은 챔버(40) 내에 위치되지만 웨이퍼 받침대(110)의 하단을 포함한 소정영역, 제 1자석(121), 제 2자석(122), 자성유체(130), 베어링(140)은 챔버(40)의 내측벽(41)과 외측벽(42)에 의하여 형성된 공간 내에 위치한다.
웨이퍼 받침대(110)의 상면에는 웨이퍼(10)가 안착되고, 웨이퍼 받침대(110)의 하단은 웨이퍼 받침대(110)가 횡방향, 즉 내측벽(41) 및 외측벽(42)의 원주방향으로 회전하도록 외부의 동력원, 예컨대 모터와 연결된다. 한편, 웨이퍼 받침대(110)를 직접 모터와 연결하는 경우에는 웨이퍼 받침대(110)의 하단이 복잡해지고, 웨이퍼 받침대(110)를 챔버의 측벽(41, 42)들 사이에 설치하기가 어려우므로 웨이퍼 받침대(110)의 하단과 동력원을 별도의 동력전달수단(150)을 이용하여 연결하여도 좋다.
베어링(140)은 내측벽(41) 또는 외측벽(42)에 고정되어 웨이퍼 받침대(110)가 회전하는 경우에 웨이퍼 받침대(110)가 이탈되지 않도록 잡아준다.
제 1자석(121)은 소정영역이 챔버 외측벽(42)쪽으로 돌출되도록 챔버 내측벽(41)의 원주방향을 따라서 챔버 내측벽(41)에 설치된다. 제 2자석(122)은 소정영역이 챔버 내측벽(41)쪽으로 돌출되어 제 1자석(121)의 돌출부와 대향하도록, 챔버 외측벽(42)의 원주방향을 따라서 챔버 외측벽(42)에 설치된다. 이 때 제 1자석(121) 및 제 2자석(122)은, 제 1자석(121)의 돌출부와 제 2자석(122)의 돌출부 사이에 웨이퍼 받침대(110)가 위치되었을 때 제 1자석(121) 및 제 2자석(122)과 웨이퍼 받침대(110) 사이가 0.1∼1mm 이격되도록 설치된다. 이것은 제 1 자석(121) 및 제 2자석(122)과 웨이퍼 받침대(110)가 밀착하게 되면 제 1자석(121) 및 제 2자석(122)과 웨이퍼 받침대(110) 사이에 자성유체(130)가 침투하지 못하여 그들의 마찰에 의한 마모로 불순물 입자가 발생하게 되고, 그들 사이의 간극이 크면 자성유체(130)로 그들 사이의 간극을 밀봉하기 어렵기 때문이다.
여기서, 제 1자석(121)과 제 2자석(122) 사이에 위치되는 웨이퍼 받침대(110)의 소정영역에는 톱니(113)가 형성되는 것이 바람직하다. 이것은, 제 1자석(121) 및 제 2자석(122)의 자장밀도가 톱니(113) 부분에 집중되게 함으로써 자성유체(130)가 톱니(113) 부분에 집중되므로 제 1자석(121) 및 제 2자석(122)과 웨이퍼 받침대(110) 사이를 보다 효과적으로 밀봉할 수 있기 때문이다. 이 때, 웨이퍼 받침대(110)에 형성된 톱니(113)의 길이는 0.1∼1mm 인 것이 바람직하다. 이것은, 상술한 제 1자석(121) 및 제 2자석(122)과 웨이퍼 받침대(110) 사이의 간극을 0.1∼1mm로 형성하는 이유와 같다.
웨이퍼 받침대(110)에 있어서 제 1자석(121)과 제 2자석(122) 사이에 위치되는 영역은 재질로서 자성체(112)를 사용하되, 자성체로 이루어진 영역의 상부는 재질로서 세라믹(111)을 사용하는 것이 바람직하다. 온도변화가 급변하는 환경에서는 자성유체(130)의 밀봉성이 떨어지게 된다. 그리고, 온도변화에 의하여 웨이퍼 받침대(110)가 열팽창하면 제 1자석(121) 및 제 2자석(122)과 웨이퍼 받침대(110) 사이의 간극에 변화가 생기게 된다. 따라서, 자성체(112) 상부를 열전도율이 낮은 세라믹(111)을 사용하여 형성함으로써 웨이퍼 받침대(110)가 온도에 의하여 영향받는 것을 줄일 수 있다. 이 때, 세라믹(111)으로 형성된 영역과 대향되는 챔버의 내측벽(41) 및 외측벽(42)에는 세라믹(111)으로 형성된 영역을 냉각시키기 위한 냉각수 통로(43)가 마련되는 것이 바람직하다.
자성유체(130)는 액체 속에 자성분말을 콜로이드 모양으로 안정, 분산시킨 다음 침전이나 응집이 생기지 않도록 계면활성제를 첨가한 유체이다.자성유체(130)속의 자성분말은 일반적으로 0.01∼0.02㎛의 초미립자 분말로서 초미립자 특유의 브라운 운동을 한다. 따라서, 외부에서 자기장, 중력, 원심력 등이 가해져도 자성유체 속의 자성분말 입자의 농도는 일정하게 유지되며, 본 발명과 같이 사용되는 경우에 밀봉성이 우수하다.
상술한 바와 같이 본 발명의 급속열처리 장치에 의하면, 웨이퍼 받침대와 베어링의 마모로 인한 불순물 입자가 챔버 내로 유입되지 않도록 자석과 자성유체를 사용하여 밀봉함으로써 불순물 입자로 인한 웨이퍼의 오염을 막을 수 있다. 그리고, 웨이퍼 받침대에 있어서 자석에 대응하는 영역은 자성체를 사용하지만 그 상부의 영역은 열전도율이 낮은 세라믹을 사용함으로써 온도에 의한 웨이퍼 받침대의 영향을 줄일 수 있고, 자성유체에 의한 밀봉성을 확보할 수 있다.
이와 같이, 종래의 웨이퍼 회전수단에 의한 문제점을 해결함으로써 급속열처리 공정을 원활하게 수행할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.

Claims (7)

  1. 웨이퍼의 열처리 공간을 제공하며 내측벽과 외측벽 사이에 횡단면이 원형 링 형상의 공간이 있는 챔버를 구비한 급속열처리 장치에 있어서,
    자신의 상면에는 상기 웨이퍼가 안착되고 자신의 하단은 외부에 별도로 마련된 동력원과 연결되어 상기 동력원으로부터 동력을 인가받아 횡으로 회전하는 웨이퍼 받침대와, 상기 웨이퍼 받침대가 이탈하지 않도록 지지하는 지지체와, 상기 웨이퍼 받침대의 상면과 상기 지지체 사이에 위치하며 소정영역이 상기 외측벽쪽으로 돌출되도록 상기 내측벽의 원주방향을 따라서 상기 내측벽에 설치되는 제 1자석과, 상기 웨이퍼 받침대의 상면과 상기 지지체 사이에 위치하며 자신의 돌출 영역이 상기 제 1자석의 돌출 영역과 소정거리 이격되어 대향하도록 상기 외측벽의 원주방향을 따라서 상기 외측벽에 설치되는 제 2자석과, 상기 제 1자석 및 제 2자석과 상기 웨이퍼 받침대 사이의 간극을 밀봉하는 자성유체를 포함하는 웨이퍼 회전 수단을 구비하는 급속열처리 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1자석 및 제 2자석과 상기 웨이퍼 받침대 사이의 간극은 0.1∼1mm인 것을 특징으로 하는 급속열처리 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 웨이퍼 받침대의 재질은, 상기 제 1자석 및 제 2자석 사이에 위치되는 영역은 자성체로 이루어지고, 상기 자성체로 이루어진 영역의 상부는 세라믹으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 급속열처리 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 세라믹으로 이루어진 상기 웨이퍼 받침대의 소정영역과 대향하는 상기 내측벽 및 외측벽의 소정영역에는 냉각수 통로가 마련되는 것을 특징으로 하는 급속열처리 장치.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1자석과 제 2자석 사이에 위치되는 상기 웨이퍼 받침대의 소정영역에는 톱니가 형성되는 것을 특징으로 하는 급속열처리 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 웨이퍼 받침대에 형성된 톱니의 길이는 0.1∼1mm 정도인 것을 특징으로 하는 급속열처리 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 지지체는 베어링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 급속열처리 장치.
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