KR100423184B1 - 급속열처리 장치 - Google Patents

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KR100423184B1
KR100423184B1 KR10-2001-0029637A KR20010029637A KR100423184B1 KR 100423184 B1 KR100423184 B1 KR 100423184B1 KR 20010029637 A KR20010029637 A KR 20010029637A KR 100423184 B1 KR100423184 B1 KR 100423184B1
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Abstract

챔버 내에서 웨이퍼를 급속열처리하는 급속열처리 장치에 관하여 개시한다. 본 발명의 급속열처리 장치는, 웨이퍼의 외경보다 작은 내경과, 웨이퍼의 외경보다 큰 외경과, 웨이퍼가 안착되며 외측으로부터 내측으로 하향되게 경사진 상면과, 내측면과, 외측면과, 하면과, 웨이퍼의 외측면을 둘러싸도록 상면 상에 형성된 측벽으로 이루어진 에지링과; 에지링을 지지하는 에지링 지지수단을 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 경사진 상면과, 웨이퍼 회전시 이탈을 방지하는 측벽과, 부가적으로 열처리 공정시 열응력이 에지링의 특정 영역에 집중되는 것을 방지하는 경사면을 갖도록 에지링을 형성함으로써 웨이퍼와 에지링의 접촉면적을 최소화하고 에지링의 파손을 방지하여 급속열처리 공정을 효율적으로 실시할 수 있으며, 에지링 지지수단을 챔버의 측벽으로부터 이격시켜 설치함으로써 열처리 공정시 웨이퍼의 열이 챔버의 측벽으로 전달되는 것을 방지하고, 에지링 지지수단을 경사지게 설치함으로써 열처리 공정에 사용되는 가스의 공급 및 배출을 효율적으로 할 수 있다.

Description

급속열처리 장치{Rapid Thermal Process Apparatus}
본 발명은 급속열처리 장치에 관한 것으로서, 특히 안정적으로 열처리 공정을 실시할 수 있는 웨이퍼 고정수단이 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. 특히 웨이퍼와 웨이퍼 고정수단이 접촉한 영역에서는 그 이외의 영역과 열적 특성이 달라져서 균일한 온도분포를 유지하는데 방해가 되므로 이러한 현상을 최소화하기 위하여 웨이퍼의 가장자리만을 지지하는 웨이퍼 고정수단, 즉 에지링(edge ring)을 사용한다.
에지링의 기능은 웨이퍼의 가장자리만을 지지함으로써 내부를 지지할 경우에 지지부분의 온도차이로 인하여 발생하는 결함을 방지하고, 웨이퍼의 가장자리가 노출되어 발생할 수 있는 온도구배 및 이로 인하여 야기될 수 있는 선결함을 제거하고, 웨이퍼의 방사에너지를 이용하여 온도를 측정할 경우 웨이퍼의 방사에너지 이외에 복사에너지가 온도 측정부로 유입되는 것을 차단하여 안정적인 측정이 가능하도록 하는 역할을 수행한다. 그리고, 웨이퍼의 온도가 더욱 균일하게 유지되도록 웨이퍼를 회전시킬 경우에 웨이퍼의 위치를 고정하여 안정적인 공정이 수행될 수있도록 한다.
도 1은 종래의 에지링을 나타낸 개략도들이다.
도 1을 참조하면, 종래의 에지링(70)은 도 1의 (1) 및 (2)와 같이 웨이퍼(10) 중심 영역을 중심으로 하여 웨이퍼(10)와 접촉되는 복수 개의 핀(71)이 마련되어 있는 타입과, 도 1의 (3) 및 (4)와 같이 웨이퍼(10)의 가장자리만이 에지링(70)과 접촉되도록 형상화된 타입으로 나눌 수 있다. 일반적으로 에지링(70)은 고온에서 견딜 수 있는 Si, SiC 혹은 이러한 모재의 표면에 코팅을 한 재질을 사용한다.
도 1의 (1) 및 (2)의 경우는 핀(71)과 웨이퍼(70)가 접촉된 영역과 핀(71)과 웨이퍼(10)가 접촉되지 않는 영역에서의 온도 차이가 발생하여 웨이퍼(10)의 중심 영역에서 결함이 발생한다. 그리고, 도 1의 (3) 및 (4)의 경우는 웨이퍼(10)의 가장자리와 에지링(70)이 면으로 접촉하여 면적이 커지므로 웨이퍼(10)로부터 에지링(70)으로의 열전달이 크고 웨이퍼(10)의 가장자리에서 온도가 불균일하게 된다.
한편, 도 1의 (1) 및 (4)의 경우에는 웨이퍼(10)가 회전하는 경우에 웨이퍼(10)의 위치가 고정되도록 웨이퍼(10)의 측면과 대응되는 에지링(70)의 영역에 측벽이 형성되거나 측면이 위치하고 있지만, 도 1의 (2) 및 (3)의 경우에는 그러하지 못하므로 웨이퍼(10)가 회전하는 경우에 웨이퍼(10)의 위치가 변하게 되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 과제는 웨이퍼의 급속열처리 공정을 진행하는 동안 웨이퍼와 에지링의 접촉 면적을 최소화하여 웨이퍼의 온도의 균일성을 유지하고, 안정적으로 열처리 공정을 실시할 수 있는 급속열처리 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 에지링을 나타낸 개략도들;
도 2는 본 발명에 따른 급속열처리 장치를 설명하기 위한 개략도; 및
도 3a 내지 3c는 도 2에 따른 급속열처리 장치에 있어서 웨이퍼 고정수단을 설명하기 위한 개략도들이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 챔버 내에서 웨이퍼를 급속열처리하는 급속열처리 장치는: 상기 웨이퍼의 외경보다 작은 내경과, 상기 웨이퍼의 외경보다 큰 외경과, 상기 웨이퍼가 안착되며 외측으로부터 내측으로 하향되게 경사진 상면과, 내측면과, 외측면과, 하면과, 상기 외측면의 하단과 상기 하면의 외측을 연결하며 하단이 내향되게 경사진 경사면과, 상기 웨이퍼의 외측면을 둘러싸도록 상기 상면 상에 형성된 측벽으로 이루어진 에지링과; 소정영역이 상기 에지링의 상기 하면의 소정영역 및 상기 경사면과 접촉되어 상기 에지링을 지지하는 에지링 지지수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 수평면과 상기 에지링의 상면이 이루는 각도가 1∼20°되도록 상기 상면이 경사진 것이 바람직하며, 상기 에지링 지지수단은 상기 챔버의 측벽으로부터 이격되어 설치되는 것이 바람직하다.
더 나아가, 상기 에지링 지지수단의 하단과 상기 측벽의 이격거리보다 상기 에지링 지지수단의 상단과 상기 측벽의 이격거리가 크도록 상기 에지링 지지수단이 경사지게 설치되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 에지링 지지수단은 상기 에지링이 안착되는 받침대와, 상기 받침대를 지지하는 지지대로 이루어져도 좋다. 이 때에는 상기 받침대와 상기 지지대의 접촉면은 곡면인 것이 바람직하며, 상기 지지대의 하단과 상기 측벽의 이격거리보다 상기 받침대의 상단과 상기 측벽의 이격거리가 크도록 상기 지지대가 경사지게 설치되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 급속열처리 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
도 2를 참조하면, 급속열처리 장치는 열원장치(20), 석영창(30), 자신의 내부에서 웨이퍼(10)의 열처리 공정이 진행되는 챔버(40), 온도측정장치(50)가 설치된 온도측정부, 가스공급부(61) 및 가스배출부(62)와 웨이퍼(10)가 안착되는 고정수단(100)으로 이루어진다.
여기서, 열원장치(20), 석영창(30), 챔버(40), 온도측정장치(50), 가스공급부(61) 및 가스배출부(62)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.
온도측정장치(50)는 비접촉 방식으로 웨이퍼(10)의 온도를 빠르게 측정하기 위하여 주로 파이로미터(Pyrometer)가 사용된다. 파이로미터는 웨이퍼(10)가 가열되어 방출하는 특정 파장의 세기 검출하게 된다.
웨이퍼 고정수단(100)은 에지링(110)과 에지링 지지수단(120)으로 이루어진다.
도 3a는 도 2에 따른 급속열처리 장치에 있어서 웨이퍼 고정수단의 일 예를 설명하기 위한 개략도이다. 도 3a에서 참조부호 A는 에지링의 확대된 개략도이다.
도 3a를 참조하면, 웨이퍼 고정수단은, 웨이퍼(10)가 안착되는 에지링(110)과 에지링(110)을 지지하는 에지링 지지수단(120)으로 이루어진다. 에지링(110)의 하면의 소정영역이 에지링 지지수단(120)의 상면 소정영역에 위치되게 된다.
에지링(110)은 도면에서 점선으로 표시된 가운데 부분이 구멍으로 형성되어 있는 형상으로, 그 내경(d)은 웨이퍼(10)의 외경(D')보다 작으며, 그 외경(D)은 웨이퍼(10)의 외경(D')보다 크다. 그리고, 웨이퍼(10)가 안착되는 상면(111)은 외측으로부터 내측으로 하향되게 경사가 있으며, 상면(111) 상에는 측벽(112)이 형성되어 있다. 이 때, 상면(111)의 경사각(θ)은 가상의 수평면에 대하여 1∼20°인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 5∼10°이다. 측벽(112)은 웨이퍼(10)의 외측면을둘러싸되 웨이퍼(10) 외측면으로부터 이격되도록 형성된다. 이 때, 이격거리는 0.5∼5mm인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 1∼2mm이다. 그리고, 측벽(112)의 외측이 에지링(110) 측면의 연장선 상에 위치되도록 하여도 좋다.
이와 같이, 에지링(110)의 상면(111)을 경사지게 형성함으로써 에지링(110)의 상면(111)에 웨이퍼(10)가 안착되면 웨이퍼(10)와 에지링(110)은 선접촉을 하게 된다. 따라서, 웨이퍼(10)로부터 에지링(110)으로의 열전달을 최소화하게 된다. 그리고, 웨이퍼(10)의 하면 테두리 전체에 걸쳐서 웨이퍼(10)와 에지링(110)의 상면이 선접촉하게 되므로 도 2와 같이 웨이퍼(10)의 하부에 위치된 온도측정장치(50)가 웨이퍼(10)로부터 방사되는 에너지를 이용하여 온도를 측정하는 경우에도 다른 복사에너지가 온도측정장치(50)가 설치된 온도측정부로 유입되지 않으므로 안정적인 온도 측정이 가능하다.
또한, 에지링(110)의 상면(111)에 측벽(112)을 형성함으로써 열처리하기 위하여 웨이퍼(10)를 회전시키는 경우에 웨이퍼(10)가 에지링(110)으로부터 이탈되는 것을 방지한다. 따라서, 웨이퍼(10)가 에지링(110) 상면(111)에 안착된 상태에서의 웨이퍼(10) 상면보다 측벽(112)의 상단이 높은 위치에 위치되도록 측벽(112)을 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 에지링(110)을 설명함에 있어서, 측벽(112)이 에지링(110)의 상면(111)에 별개로 형성되는 것처럼 기술되었지만, 이것은 설명을 보다 용이하게 하기 위해서이고 실제로 에지링(110)을 제조하는 경우에는 측벽(112)이 나머지 부분과 하나로 일체화되어 제조되어진다.
에지링 지지수단(120)은 챔버의 측벽(41)으로부터 이격되어 설치된다. 급속열처리가 진행되는 동안 웨이퍼(10)에 가해지는 열은 에지링(110) 및 에지링 지지수단(120)을 통하여 챔버 측벽(41)으로 전달되게 되므로 일반적으로 급속열처리가 진행되는 동안 챔버의 측벽(41)에 냉각수 등을 공급하여 측벽을 냉각시키게 된다. 본 발명에서는 에지링 지지수단(120)을 챔버의 측벽(41)으로부터 이격시켜 설치함으로써 웨이퍼(10)에 가해지는 열이 챔버의 측벽(41)으로 전달되는 것을 방지하게 된다.
이 때, 에지링 지지수단(120)의 하단 외측과 챔버의 측벽(41) 사이의 이격거리보다 에지링 지지수단(120)의 상단, 즉 에지링(110)이 안착되는 영역의 외측과 챔버의 측벽(41) 사이의 이격거리가 크도록 에지링 지지수단(120)의 소정영역을 경사지게 형성하는 것이 바람직하다. 이것은 도 2를 참조하면, 가스공급부(61) 및 가스배출부(62)는 웨이퍼(10)가 안착된 위치와 비슷한 위치에 마련되게 되므로 가스의 공급 및 배출이 효율적으로 이루어지도록 하기 위해서 이다.
도 3b는 도 2에 따른 급속열처리 장치에 있어서 웨이퍼 고정수단의 다른 예를 설명하기 위한 개략도이다. 도 3b에서 참조부호 B는 에지링의 확대된 개략도이다.
도 3b를 참조하면, 웨이퍼 고정수단은, 도 3a와 같이 웨이퍼(10)가 안착되는 에지링(110')과 에지링(110')을 지지하는 에지링 지지수단(120')으로 이루어진다.
본 실시예에 따른 에지링(110')은 도 3a에 따른 에지링(110)과 같은 상면(111), 내경(d), 외경(D), 및 측벽(112)을 가진다. 그리고, 에지링(110')에는에지링(110') 외측면의 하단과 에지링 하면의 외측을 연결하는 경사면(113)이 더 형성된다. 즉, 에지링(110')의 외측면과 하면이 맞닿는 영역을 경사면(113)으로 형성한다. 이 때, 경사면(113)은 하단이 내측을 향하도록 한다. 이와 같이 경사면(113)을 더 형성하는 것은, 열처리 공정이 진행되는 동안에 상면(111)과 측벽(112)이 맞닿은 영역에서 열응력이 집중되어 에지링(110)이 파손되는 문제점이 발생하므로 이를 방지하기 위해서이다.
본 실시예에 따른 에지링 지지수단(120')은 도 3a에 따른 에지링 지지수단(120)과 같은 형상으로 설치된다. 하지만, 도 3a에서는 에지링(110) 하면의 소정영역이 에지링 지지수단(120)의 상면 소정영역에 위치되지만, 본 실시예에서는 에지링(110') 하면의 소정영역과 경사면(113)이 에지링 지지수단(120')에 위치되도록 에지링 지지수단(120') 상면의 소정영역에는 에지링(110')에 형성된 경사면(113)과 같은 형상의 경사면이 마련된다.
한편, 에지링 지지수단(120, 120')은 일체화된 하나로 마련되어도 좋지만, 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.
도 3c는 도 3a 및 도 3b에 따른 에지링 지지수단이 두 개로 분리된 일 예를 설명하기 위한 개략도이다.
도 3c를 참조하면, 본 실시예에 따른 에지링 지지수단(120")은, 에지링이 위치되는 받침대(121)와, 받침대(121)를 지지하는 지지대(122)로 이루어진다. 이 때, 받침대(121)와 지지대(122)의 접촉영역이 곡면으로 되도록 받침대(121)의 일단이 오목면인 경우에는 그와 맞닿는 지지대(122)의 일단을 볼록면으로 형성하거나, 또는 받침대(121)의 일단을 볼목면으로 하고 지지대(122)의 일단을 오목면으로 형성하여도 좋다.
이와 같이, 받침대(121)와 지지대(122)가 곡면 접촉되므로 받침대(121)와 지지대(122)가 열팽창하는 경우에도 받침대(121)와 지지대(122)가 자유로이 움직이면서 접촉을 유지하게 된다.
한편, 도 3a 및 도 3b에 따른 에지링 지지수단을 경사진 영역과 경사지지 않은 영역을 분리하여도 좋다. 이 때에도, 경사진 영역과 경사지지 않은 영역의 접촉 부위는 도 3c와 같이 곡면으로 형성된다.
상술한 바와 같이 본 발명의 급속열처리 장치에 의하면, 경사진 상면과, 웨이퍼 회전시 이탈을 방지하는 측벽과, 열처리 공정시 열응력이 에지링의 특정 영역에 집중되는 것을 방지하는 경사면을 갖도록 에지링을 형성함으로써 웨이퍼와 에지링의 접촉면적을 최소화하고 에지링의 파손을 방지하여 급속열처리 공정을 효율적으로 실시할 수 있다.
나아가, 에지링 지지수단을 챔버의 측벽으로부터 이격시켜 설치함으로써 열처리 공정시 웨이퍼의 열이 챔버의 측벽으로 전달되는 것을 방지하며, 에지링 지지수단을 경사지게 설치함으로써 열처리 공정에 사용되는 가스의 공급 및 배출을 효율적으로 할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.

Claims (8)

  1. 챔버 내에서 웨이퍼를 급속열처리하는 급속열처리 장치 있어서;
    상기 웨이퍼의 외경보다 작은 내경과, 상기 웨이퍼의 외경보다 큰 외경과, 상기 웨이퍼가 안착되며 외측으로부터 내측으로 하향되게 경사진 상면과, 내측면과, 외측면과, 하면과, 상기 외측면의 하단과 상기 하면의 외측을 연결하며 하단이 내향되게 경사진 경사면과, 상기 웨이퍼의 외측면을 둘러싸도록 상기 상면 상에 형성된 측벽으로 이루어진 에지링과;
    소정영역이 상기 에지링의 상기 하면의 소정영역 및 상기 경사면과 접촉되어 상기 에지링을 지지하는 에지링 지지수단을 구비하는 급속열처리 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 수평면과 상기 에지링의 상면이 이루는 각도가 1∼20°되도록 상기 상면이 경사진 것을 특징으로 하는 급속열처리 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 상기 에지링 지지수단은 상기 챔버의 측벽으로부터 이격되어 설치되는 것을 특징으로 하는 급속열처리 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 에지링 지지수단의 하단과 상기 측벽의 이격거리보다 상기 에지링 지지수단의 상단과 상기 측벽의 이격거리가 크도록 상기 에지링 지지수단이 경사지게 설치되는 것을 특징으로 하는 급속열처리 장치.
  6. 제 1항, 3항 또는 4항에 있어서, 상기 에지링 지지수단은 상기 에지링이 안착되는 받침대와, 상기 받침대를 지지하는 지지대로 이루어지는 것을 특징으로 하는 급속열처리 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 받침대와 상기 지지대의 접촉면은 곡면인 것을 특징으로 하는 급속열처리 장치.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 지지대의 하단과 상기 측벽의 이격거리보다 상기 받침대의 상단과 상기 측벽의 이격거리가 크도록 상기 지지대가 경사지게 설치되는 것을 특징으로 하는 급속열처리 장치.
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