KR100463200B1 - 웨이퍼 열처리를 위한 램프장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 제조공정에서 매엽식 열처리 공정을 진행하는 시스템에 사용하기 위한 웨이퍼 열처리를 위한 램프장치를 제공한다. 이 램프장치는 제 1 램프 어셈블리와 제 2 램프 어셈블리를 포함한다. 제 1 램프 어셈블리는 복수개의 램프가 일정한 간격을 두고 가로방향으로 평행하게 위치되되 전체 길이가 웨이퍼의 전면을 덮도록 설치되는 복수개의 램프라인으로 이루어진다. 제 2 램프 어셈블리는 복수개의 램프가 일정한 간격을 두고 세로방향으로 평행하게 위치되되 전체 길이가 웨이퍼의 전면을 덮도록 설치되는 복수개의 램프라인으로 이루어져서 제 1 램프 어셈블리와 엇갈리도록 배치된다.
Description
본 발명은 웨이퍼 열처리를 위한 램프장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 반도체 제조공정에서 매엽식 열처리 공정을 진행하는 시스템에 사용하기 위한 웨이퍼 열처리를 위한 램프장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 제조라인에서 프로세스 챔버(Process Chamber)의 열처리(RTP: Rapid Thermal Process) 공정은 고온 공정 진행시 웨이퍼의 열운영(Thermal Budget)을 최소화하기 위하여 온도를 빠르게 가열 또는 냉각하여열 소모 비용을 크게 줄일 수 있다. 프로세스 챔버의 열처리 공정에서 온도를 빠르게 가열하기 위하여 램프들, 예를 들어 할로겐 텅스텐 램프(Halogen Tungsten Lamp)를 사용해서 웨이퍼의 전면에 온도를 고르게 분포되도록 한다. 그러나 웨이퍼의 가열 냉각시 웨이퍼의 가장자리(Edge)부분으로 온도의 단차(Edge Effect)가 발생하게 되는데, 이를 슬립(Slip)현상이라 한다. 웨이퍼를 1매씩 진행하는 공정설비를 매엽식 설비라 일컫는데, 이 매엽식 설비들은 슬립 현상을 방지하기 위하여 각각 온도 보상을 위한 방법을 채택해야 한다.
도 1은 종래 매엽식 설비(KORNIC사의 KORONA SERIES 설비)에서 웨이퍼 열처리를 위한 램프장치의 한 예를 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래 웨이퍼 열처리를 위한 램프장치(100)는 상하 횡배열 램프 어셈블리(110, 120)와 좌우 종배열 램프 어셈블리(200,210)로 이루어진다. 이때 각 램프 어셈블리(110,120,200,210)는 웨이퍼(1)의 전면에 걸쳐지는 램프(102)들이 횡배열과 종배열로 엇갈리어 설치된다. 그리고 이 램프장치(100)는 각 배열에서 서로 다른 배열의 램프를 연결하여 발열량을 제어한다. 즉 종배열 램프 어셈블리(110,120)일 경우 좌측 최외곽 램프와 우측 최외곽 램프를 연결(A)하여 제어하거나 같은 방법으로 둘 이상을 연결하여 제어하게 된다. 그러나 이와 같은 램프장치는 열운영균일도(heat budget uniformity)를 미세하게 관리하기 어렵고, 일부분의 램프가 손상되었을 경우 수리가 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 웨이퍼 전면에 걸쳐서 열운영균일도를 미세하게 제어할 수 있고, 일부분의 램프가 손상되었을 때 용이하게 수리할 수 있는 새로운 형태의 웨이퍼 열처리를 위한 램프장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래 매엽식 웨이퍼 열처리를 위한 램프장치를 설명하기 위한 도면;
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 열처리를 위한 램프장치를 설명하기 위한 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 램프장치 20, 30 : 제 1 램프 어셈블리
22, 24, 26, 28 : 램프 40, 50 : 제 2 램프 어셈블리
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 반도체 제조공정에서 매엽식 열처리 공정을 진행하는 시스템에 사용하기 위한 웨이퍼 열처리를 위한 램프장치를 제공한다. 이 램프장치는 복수개의 램프가 일정한 간격을 두고 가로방향으로 평행하게 위치되되 전체 길이가 웨이퍼의 전면을 덮도록 설치되는 복수개의 램프라인으로 이루어지는 제 1 램프 어셈블리 및; 복수개의 램프가 일정한 간격을 두고 세로방향으로 평행하게 위치되되 전체 길이가 웨이퍼의 전면을 덮도록 설치되는 복수개의 램프라인으로 이루어져서 상기 제 1 램프 어셈블리와 엇갈리도록 배치되는 제 2 램프 어셈블리를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 따른 웨이퍼 열처리를 위한 램프장치는 바람직한 실시예와 같이 상기 제 1 램프 어셈블리와 제 2 램프 어셈블리를 구성하는 각 램프는 전원제어장치와 직렬로 연결되어 각각 별개로 제어될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 웨이퍼 열처리를 위한 램프장치는 상기 제 1 램프 어셈블리와 제 2 램프 어셈블리는 정방형을 이루도록 배치될 수 있다.
반도체 장치의 제조시 웨이퍼에 대하여 막형성처리나 패턴에칭처리가 반복하여 실시된다. 막형성처리는 반도체 장치가 고밀도화 및 고집적화됨에 따라 그 사양이 매년 까다롭게 되고 있다. 예를 들면, 캐패시터의 절연막이나 게이트 절연막과 같이 매우 얇은 절연막 등에 대하여도 더욱 높은 박막화와 절연성이 요구되고 있다. 이들 절연막으로서 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막 등이 종래부터 이용되었으나, 최근에는 보다 절연특성이 양호한 재료로서 산화 탄탈(Ta2O5)막과 같은 금속 산화막이 사용되고 있다. 이러한 막은 MOCVD(Metal OrganicChemical Vapor Deposition)에 의해, 즉 유기 금속화합물을 가스화하여 사용함으로써 퇴적할 수 있다. 이 금속 산화막은 퇴적 후에 표면의 개질 처리를 실시함으로써, 절연성을 더욱 향상시킬 수 있다.
산화 탄탈막의 형성 프로세스에 있어서, 우선 CVD 장치에 있어서, 비정질 상태(amorphous 상태)의 산화 탄탈막이 반도체웨이퍼상에 퇴적된다. 다음에, 웨이퍼는 개질 처리용의 열처리 장치에 반송되고, 여기서 비정질 상태의 산화 탄탈막이개질 처리를 받는다. 다음에, 웨이퍼는 결정 처리화용의 열처리 장치에 반송되고, 여기서 아닐에 의해 산화 탄탈막이 결정화된다. 개질 처리에 있어서, 산화 탄탈막이 퇴적된 웨이퍼는, 오존을 포함하는 감압 분위기중에 배치된다. 활성 산소 원자가 발생하도록, 오존에는 수은 램프로부터 자외선이 조사된다. 활성 산소 원자에 의해 산화 탄탈막중에 포함되는 C-C 결합 등의 유기 불순물이 분해 또한 탈리된다. 이에 의해, 산화 탄탈막의 절연 특성이 향상한다. 또, 개질 처리는 산화 탄탈막의 비정질 상태를 유지하도록, 결정화 온도 이하의 온도, 예를 들어 425℃ 정도에서 실행된다. 한편, 결정화 처리에 있어서, 산소 가스의 존재하에 있어서 산화 탄탈막이 결정화 온도 이상, 예를 들어 700℃에서 가열된다. 이 어닐에 의해, 산화 탄탈막은 결정화되어 분자 레벨에서 치밀화되고, 산화 탄탈막의 절연 특성이 더욱 향상된다.
전술한 개질 처리 및 결정화 처리를 실행하기 위한 각 열처리 장치는, 처리실내에서 웨이퍼를 1장씩 처리하는 매엽식으로 구성된다. 매엽식 열처리 장치에 있어서는, 처리실의 측벽이 콜드 월(cold wall) 상태로 되어 있기 때문에, 측벽에 가까운 탑재대의 주변부는 그 중심부보다도 상당히 방열량이 많아져서 중심부보다도 온도가 낮아지는 경향이 있다. 이 때문에, 열처리시에 웨이퍼면상에 있어서의 온도의 면내 균일성이 저하되고, 따라서 처리의 면내 균일성이 저하한다고하는 문제가 발생한다. 또, 샤워 헤드로부터 처리 가스를 공급하는 타입의 열처리 장치에 있어서는, 샤워 헤드로부터 하측 방향으로 분사된 처리가스가 비스듬히 하측 방향으로 흘러서 웨이퍼 주변부로 확산되는 경향이 있다. 또 웨이퍼 주변부에서는 처리 가스의유속이 빨라져서 체류 시간이 짧아지는 경향이 있다. 이 때문에 웨이퍼 중앙부 및 주변부의 처리 가스 농도가 옅어져서 웨이퍼 중앙부 및 주변부의 처리량이 웨이퍼 중간부에 비해서 적어진다고 하는 문제가 발생한다. 이와 같은 웨이퍼 사이즈가 6인치, 8인치에서 12인치로 커짐에 따라서 허용할 수 없는 정도까지 확대되어 왔다. 또 전술한 문제는 개질 처리, 결정화 처리에 한정되지 않고 성막 처리, 확산 처리 등을 포함하는 열처리 전체에 대하여공통된 문제로 되어 있다.
이에 대하여 본 발명에 따른 램프장치(10)는 열운영균일성을 용이하게 유지할 수 있고 점검이 편리한 장점이 있다.
이하, 본 발명에 웨이퍼 열처리를 위한 램프장치를 첨부된 도면 도 2에 의거하여 상세히 설명하며, 일반적인 반도체 제조장치의 램프장치의 구성으로부터 이분야의 종사자들이 기본적으로 적용할 수 있는 구성요소들의 도시는 생략하고, 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 도시하였다. 특히, 요소들 사이의 크기 비가 다소 상이 하게 표현되거나 서로 결합되는 부품들 사이의 크기가 상이하게 표현된 부분도 있으나, 이와 같은 도면의 표현 차이는 이 분야의 종사자들이 용이하게 이해할 수 있는 부분들이므로 별도의 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 열처리를 위한 램프장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에서 제 1 및 제 2 램프 어셈블리(20, 30, 40, 50)는 복수개의 램프가 일정한 간격을 두고 평행하게 놓이되 전체 길이가 웨이퍼(1)의 전면을 덮도록 하는 것을 특징으로 한다. 그리고 제 1 램프 어셈블리(20, 30)와 제 2 램프 어셈블리(40, 50)를 구성하는 각 램프는 전원제어장치와 직렬(B)로 연결되어 각각 별개로 제어되도록 한다. 이와 같은 구성을 통하여 열운영균일도를 높여 제품특성을 향상시킬 수 있으므로 수율을 높일 수 있다. 또한 고온의 열로 진행되는 열처리 공정의 특성상 램프 손실이 잦고 에지부위의 램프 발열량이 크므로 수명이 짧지만 램프의 부분적인 교환이 가능하므로 파트비용을 절감할 수 있는 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 램프장치(10)는 제 1 램프 어셈블리(20, 30)와 제 2 램프 어셈블리(40, 50)로 이루어진다. 제 1 램프 어셈블리(20, 30)와 제 2 램프 어셈블리(40, 50)는 웨이퍼(1)의 전면상에서 서로 엇갈리도록 설치된다. 즉 제 1 램프 어셈블리(20, 30)는 가로방향으로 평행하게 위치되고 제 2 램프 어셈블리(40, 50)는 세로 방향으로 평행하게 위치된다. 이때 제 1 램프 어셈블리(20, 30)와 제 2 램프 어셈블리(40, 50)의 각 램프라인 개수는 필요(예컨대 웨이퍼의 크기)에 따라서 설정하도록 한다. 각 램프라인은 복수개의 램프가 일정한 간격을 두고 평행하게 놓이어 이루어진다. 즉 제 1 램프 어셈블리(20)에서 최상측 램프라인은 연이어 일렬로 놓이는 4개의 램프(22, 24, 26, 28)로 이루어지는 것이다. 제 1 램프 어셈블리(20, 30)와 제 2 램프 어셈블리(40, 50)의 구성형태는 여러가지 있을 수 있으며, 도 2에서 보인 바와 같이 정방형으로 구성할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 열처리를 위한 램프장치를 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 의하면, 웨이퍼를 가열하기 위한 램프장치의 각 램프가 일정부분에 작용하도록 하고 각각 별개로 제어할 수 있므로써 웨이퍼 전면에 걸쳐서 열운영균일도를 미세하게 제어할 수 있다. 또한 특정부위의 램프만의 교체가 용이하므로 일부분의 램프가 손상되었을 때 신속히 수리할 수 있고 유지비용을 줄일 수 있다.
Claims (3)
- 반도체 제조공정에서 매엽식 열처리 공정을 진행하는 시스템에 사용하기 위한 웨이퍼 열처리를 위한 램프장치에 있어서,복수개의 램프가 일정한 간격을 두고 가로방향으로 평행하게 위치되되 전체 길이가 웨이퍼의 전면을 덮도록 설치되는 복수개의 램프라인으로 이루어지는 제 1 램프 어셈블리 및;복수개의 램프가 일정한 간격을 두고 세로방향으로 평행하게 위치되되 전체 길이가 웨이퍼의 전면을 덮도록 설치되는 복수개의 램프라인으로 이루어켜서 상기 제 1 램프 어셈블리와 엇갈리도록 배치되는 제 2 램프 어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열처리를 위한 램프장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 램프 어셈블리와 제 2 램프 어셈블리를 구성하는 각 램프는 전원제어장치와 직렬로 연결되어 각각 별개로 제어되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열처리를 위한 램프장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제 1 램프 어셈블리와 제 2 램프 어셈블리는 정방형을 이루도록 배치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열처리를 위한 램프장치.
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