KR100429132B1

KR100429132B1 - 반도체 확산 노 시스템에서의 웨이퍼 온도 조절 장치

Info

Publication number: KR100429132B1
Application number: KR10-2001-0007754A
Authority: KR
Inventors: 문재연
Original assignee: 동부전자 주식회사
Priority date: 2001-02-16
Filing date: 2001-02-16
Publication date: 2004-04-29
Also published as: KR20020067261A

Abstract

본 발명은 반도체 확산 노(furnace) 시스템에서의 웨이퍼 온도 조절 장치에 관한 것으로, 반도체 확산 노 시스템 내에 구비되며, 가스 라인 및 히터 라인이 측면 내부 에지(edge)에 각각 삽입되는 다수 개의 링 보트(ring boat)와, 링 보트 내에 삽입되는 가스 라인을 통해 일정 량의 가스를 공급하는 가스 공급 수단과, 링 보트 내에 삽입되는 히터 라인을 통해 일정 온도의 히터 전원을 공급하는 히팅 수단과, 시스템 내의 온도를 감지하여 해당 온도 데이터를 발생하는 온도 감지 수단과, 온도 감지 수단으로부터 제공되는 온도 데이터가 기설정 온도 데이터 이상이면 가스 라인을 통해 일정 량의 가스가 공급되도록 가스 공급 수단을 제어하며, 온도 감지 수단으로부터 제공되는 온도 데이터가 기설정 온도 데이터 이하이면 히터 라인을 통해 일정 온도의 히터 전원이 공급되도록 상기 히팅 수단을 제어하는 제어 수단을 포함한다. 본 발명에 의하면, 웨이퍼내 열적 안정성을 극대화시켜 열적 스트레스에 의한 슬립(slip)을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 웨이퍼내 막 균일성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

반도체 확산 노 시스템에서의 웨이퍼 온도 조절 장치{APPARATUS FOR CONTROLLING A TEMPERATURE OF A WAFER IN A SEMICONDUCTOR DIFFUSION FURNACE SYSTEM}

본 발명은 반도체 확산 노 시스템에 관한 것으로, 특히, 링 보트에 안착되는 웨이퍼의 온도 조절이 가능한 반도체 확산 노 시스템에서의 웨이퍼 온도 조절 장치에 관한 것이다.

반도체 제조 장치 중 확산/LPCVD(저압 화학 기상 증착) 공정을 수행하는 반도체 확산 노(furnace) 시스템에서는, 빠른 온도 상승이나 하강시 웨이퍼 에지(edge) 부분의 열적 안정성을 높이기 위해 웨이퍼 에지 부분을 둘러싸는 링 보트(ring boat)가 상용화되어 있다.

이러한 열처리용 보트인 링 보트를 구비하는 반도체 확산 노 시스템은 도 1에 도시되어 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 확산 노 내에는 복수개의 링 보트(102)가 상하로 각각 대향되게 배치되며, 각각의 링 보트(102)내에는 웨이퍼(100)가 안착된다. 또한, 웨이퍼(100)가 안착되는 링 보트(102)의 양쪽 측면에는 튜브 벽(104)과 히터(106)가 구비되어 확산 노 내의 온도를 조절한다.

이러한 히터(106)의 구동에 의해 링 보트(102)의 온도가 상승 또는 하강됨으로써 웨이퍼(100)의 온도를 조절한다.

이때, 이러한 웨이퍼(100)의 온도 변화 결과 데이터, 특히, 온도 상승시의 웨이퍼(100) 온도 변화는 다음 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.

또한, 온도 하강시의 웨이퍼(100) 온도 변화는 다음 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.

여기서, T₁은 웨이퍼(100) 중심부의 온도이며, T₂는 웨이퍼(100) 에지부의 온도, T_q는 웨이퍼(100) 에지부 온도와 링 보트(102) 에지부 온도의 차 값이다.

그런데, 이러한 종래의 반도체 확산 노 시스템에서는, 히터(106)가 링 보트(102) 측면에 형성되어 있는 바, 웨이퍼(100)의 온도를 상승시킬 때에 웨이퍼(100)의 중심부와 에지부 사이에 온도차가 발생할 소지가 있었다. 즉, 히터(106)에 가까운 웨이퍼(100)의 에지부에서는 온도가 급격히 상승하지만, 웨이퍼(100)의 중심부에서는 상대적으로 온도 상승이 둔화될 소지가 있었다. 마찬가지로, 웨이퍼(100)의 온도를 하강시킬 때에도 이러한 가능성이 여전히 존재하였다.

따라서, 예를 들면, 1050℃ 이상의 고온으로 웨이퍼를 열처리하는 경우, 웨이퍼에 슬립(slip)이라 불리는 결정 결함이 발생할 수 있는 문제가 제기되었다. 특히, 근래 웨이퍼 크기의 대구경화로 인한 슬립 발생률 증가는 한층 심각한 문제로 대두되었다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해 안출한 것으로, 링 보트내에 N₂가스 공급관과 히터 공급관을 각각 형성하고, 감지되는 확산 노 시스템내의 온도 데이터에 따라 N₂가스 또는 히터 전원을 선택적으로 제공하여 링 보트에 안착되는 웨이퍼의 중심부 및 에지부의 온도를 직접적으로 제어함으로써, 열적 안정성을 극대화하여 웨이퍼내 슬립 발생률을 줄이고 막 균일성을 향상시키도록 한 반도체 확산 노 시스템에서의 웨이퍼 온도 조절 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체 확산 노 시스템 내에 구비되며, 가스 라인 및 히터 라인이 측면 내부 에지에 각각 삽입되는 다수 개의 링 보트와, 링 보트 내에 삽입되는 가스 라인을 통해 일정 량의 가스를 공급하는 가스 공급 수단과, 링 보트 내에 삽입되는 히터 라인을 통해 일정 온도의 히터 전원을 공급하는 히팅 수단과, 시스템 내의 온도를 감지하여 해당 온도 데이터를 발생하는 온도 감지 수단과, 온도 감지 수단으로부터 제공되는 온도 데이터가 기설정 온도 데이터 이상이면 가스 라인을 통해 일정 량의 가스가 공급되도록 가스 공급 수단을 제어하며, 온도 감지 수단으로부터 제공되는 온도 데이터가 기설정 온도 데이터 이하이면 히터 라인을 통해 일정 온도의 히터 전원이 공급되도록 히팅 수단을 제어하는 제어 수단을 포함하는 반도체 확산 노 시스템에서의 웨이퍼 온도 조절 장치를 제공한다.

도 1은 종래의 반도체 확산 노 시스템내의 링 보트의 단면 구조를 도시한 도면,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 확산 노 시스템내의 링 보트의 단면 구조를 도시한 도면,

도 3은 도 2의 링 보트 구조에 연결된 웨이퍼 온도 조절 장치의 구성 블록도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 웨이퍼

102, 200 : 링 보트

104 : 튜브 벽

106 : 히터

202 : N₂가스 공급관

204 : 히터 공급관

300 : 온도센서

302 : 제어부

304 : N₂가스 공급부

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 확산 노 시스템내의 링 보트의 단면 구조를 도시한 도면이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 링 보트(200)의 측면 내부 에지(edge)에는 가스 공급관, 예컨대, N₂가스 공급관(202)과, 히터 공급관(204)이 각각 삽입된다. 이러한 N₂가스 공급관(202)과 히터 공급관(204)은 후술하는 N₂가스 공급부(304)와 히터(106)에 각각 연결되어 N₂가스 또는 히터 전원이 형성됨으로써, 전체 링 보트(200)의 온도를 조절하도록 한다.즉, 링 보트(200) 내부에 균일하게 삽입되는 가스 공급관(202) 및 히터 공급관(204)에 의해 링 보트(200)내에 안착되는 웨이퍼(100)의 온도가 조절되는 것이다.

도 3은 도 2의 링 보트(200) 구조에 연결된 웨이퍼 온도 조절 장치의 구성 블록도로서, 온도 센서(300), N₂가스 공급부(304), 히터(106), 제어부(302)를 포함한다.

온도 센서(300)는 반도체 확산 노 시스템 내 소정 위치에 장착되어, 반도체 확산 노 시스템 내의 온도를 감지하고 그에 대응하는 온도 데이터를 제어부(302)로 제공하는 역할을 수행한다.

N₂가스 공급부(304)는 상술한 N₂가스 공급관(202)을 통해 링 보트(200)로 N₂가스를 공급하는 기능을 수행한다.

히터(106)는 상술한 히터 공급관(204)을 통해 일정 온도의 히터 전원을 공급하는 기능을 수행한다.

본 발명에 따른 제어부(302)는 상술한 온도 센서(300)로부터 제공되는 온도 데이터에 따라 N₂가스 공급부(304), 히터(106)의 구동을 선택적으로 제어한다.

즉, 온도 센서(300)로부터 제공되는 온도 데이터가 기설정 온도 데이터 이상이면, 제어부(302)는 N₂가스 공급관(202)을 통해 일정 량의 N₂가스를 공급하도록 N₂가스 공급부(304)를 제어하여 링 보트(200) 에지부의 온도를 줄이도록 한다. 이러한 동작에 의해 링 보트(200)에 안착되는 웨이퍼(100)의 에지부가 웨이퍼(100)의 중심부보다 온도가 빨리 상승되는 현상을 막을 수 있다.

이때, 링 보트(200) 온도 상승시의 웨이퍼(100) 온도 변화 결과 데이터 ΔT'는 다음 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.

여기서, T₁은 웨이퍼(100) 중심부의 온도이며, T₂는 웨이퍼(100) 에지부의 온도, T_q'는 웨이퍼(100) 에지부 온도와 N₂가스 공급시의 링 보트(200) 에지부 온도의 차 값이다.

수학식 3에서 알 수 있는 바와 같이, 온도 변화율 ΔT'는 상술한 수학식 1의 온도 변화율 ΔT에 비해 더디게 진행(즉, ΔT'〈 ΔT)됨을 알 수 있다.

한편, 온도 센서(300)로부터 제공되는 온도 데이터가 기설정 온도 데이터 이하이면, 제어부(302)는 히터 공급관(204)을 통해 일정 온도의 히터 전원이 공급되도록 히터(106)를 제어한다. 이러한 작용에 의해 링 보트(200)의 에지부가 가열되면서, 링 보트(200) 내부에 안착되는 웨이퍼(100)의 에지부의 온도가 웨이퍼(100)의 중심부 온도에 비해 급격히 하락하는 것을 방지하도록 한다.

이때, 링 보트(200) 온도 하강시의 웨이퍼(100) 온도 변화 결과 데이터 ΔT'는 다음 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.

여기서, T₁은 웨이퍼(100) 중심부의 온도이며, T₂는 웨이퍼(100) 에지부의 온도, T_q'는 웨이퍼(100) 에지부 온도와 히터 전원 공급시의 링 보트(200) 에지부 온도의 차 값이다.

수학식 4에서 알 수 있는 바와 같이, 온도 변화율 ΔT'는 상술한 수학식 2의 온도 변화율 ΔT에 비해 더디게 진행됨을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 링 보트(200)내에 N₂가스 공급관(202)과 히터 공급관(204)을 각각 형성하고, 감지되는 확산 노 시스템내의 온도 데이터에 따라 N₂가스 또는 히터 전원을 선택적으로 제공하여 링 보트(200)에 안착되는 웨이퍼(100)의 중심부 및 에지부의 온도를 직접적으로 제어하도록 구현한 것이다.

본 발명에 의하면, 웨이퍼내 열적 안정성을 극대화시켜 열적 스트레스에 의한 슬립을 방지하고 웨이퍼내 막 균일성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

반도체 확산 노 시스템 내에 구비되며, 가스 라인 및 히터 라인이 측면 내부 에지(edge)에 각각 삽입되는 다수 개의 링 보트와,

상기 링 보트 내에 삽입되는 가스 라인을 통해 일정 량의 가스를 공급하는 가스 공급 수단과,

상기 링 보트 내에 삽입되는 히터 라인을 통해 일정 온도의 히터 전원을 공급하는 히팅 수단과,

상기 시스템 내의 온도를 감지하여 해당 온도 데이터를 발생하는 온도 감지 수단과,

상기 온도 감지 수단으로부터 제공되는 온도 데이터가 기설정 온도 데이터 이상이면 상기 가스 라인을 통해 일정 량의 가스가 공급되도록 상기 가스 공급 수단을 제어하며, 상기 온도 감지 수단으로부터 제공되는 온도 데이터가 기설정 온도 데이터 이하이면 상기 히터 라인을 통해 일정 온도의 히터 전원이 공급되도록 상기 히팅 수단을 제어하는 제어 수단

을 포함하는 반도체 확산 노 시스템에서의 웨이퍼 온도 조절 장치.