KR100481113B1 - 웨이퍼 가열장치 및 그의 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 웨이퍼 가열장치 및 그의 제어방법에 관한 것으로서, 웨이퍼는 링형상 서셉터상에 지지되며, 디스크 형상의 제 1 히터가 웨이퍼 아래에 배치되며, 링형상 제 2 히터가 제 1 히터를 둘러싸도록 배치되며, 방사온도계가 반응실의 천정부에 배치되어 있으며, 제 1 방사온도계는 웨이퍼 중앙부의 온도를 측정하며, 제 2 방사온도계는 웨이퍼 주변부의 온도를 측정하며, 제 3 방사온도계는 서셉터의 온도를 측정하며, 제 1 및 제 2 히터는 개별의 폐루프에 의해 제어되며, 웨이퍼가 서셉터상에 세트되어 있을 때에는, 제 2 히터의 출력은 제 2 방사온도계에 의해 측정된 값을 피드백 신호로서 이용하여 제어하며, 웨이퍼가 서셉터상에 세트되어 있지 않을 때에는, 제 2 히터의 출력은 제 3 방사온도계에 의해 측정된 값을 피드백 신호로서 이용하여 제어하는, 비교적 간단한 구성으로 웨이퍼의 표면영역내에서의 온도분포의 균일성을 개선하는 것을 특징으로 한다.

Description

웨이퍼 가열장치 및 그의 제어방법{WAFER HEATING DEVICE AND METHOD OF CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 반도체제조장치에 사용되는 웨이퍼가열장치 및 그의 제어방법에 관한 것이다.
도 1은 종래의 에피택셜 성장장치의 개요를 도시한다. 이 장치는 웨이퍼의 표면에 실리콘박막을 침적할 때 사용된다.
반응실(11)의 내부에는 링형상의 서셉터(12)가 배치되어 있다. 웨이퍼(10)는 그의 가장자리에서 서셉터(12)상에(on the susceptor 12) 지지되어 있다. 서셉터(12)는 그의 가장자리에서 원통형의 드럼(13)에 의해 지지되며, 드럼(13)을 통해 회전구동기구(도시되지 않음)에 부착되어 있다. 서셉터(12)의 회전에 따라 서셉터상에 지지되어 있는 웨이퍼(10)가 회전한다.
드럼(13)의 내부에는 웨이퍼(10)의 하면에 대향하는 위치에 제 1 히터(21)가 베치되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 히터(21)는 히터를 와권형상(또는 지그재그형상, 복수의 스트라이프형상)으로 배치하고, 전체적인 형상이 디스크 형상으로 되어 있다. 또한, 제 1 히터(21)의 주위를 둘러싸는 링형상의 제 2 히터(22)가 배치되어 있다. 제 1 히터(21)는 웨이퍼(10) 가열용으로 사용되며, 제 2 히터(22)는 주로 서셉터(12) 가열용으로 사용된다. 제 1 히터(21) 및 제 2 히터(22)는 회전되지 않는다.
반응실(11)의 천정부에는 반응가스 취출구(15)가 설치되어 있다. 이 취출구(15)로부터 실리콘화합물을 포함한 반응가스를 취출하는 것에 의해 가열된 웨이퍼(10) 상에서 실리콘층의 집적이 행해진다. 웨이퍼(10)가 회전하는 것에 의해 실리콘층의 성장이 촉진되어, 형성되는 실리콘 박막의 두께의 균일성이 개선된다.
반응실(11)의 천정부에는 방사온도계(31, 33)가 부착되어 있다. 이들 방사온도계(31, 33)로 웨이퍼(10) 및 서셉터(12)의 표면온도를 측정하는 것에 의해 제 1 히터(21) 및 제 2 히터(22)의 출력의 피드백제어가 실행된다.
도 2는 제 1 히터(21) 및 제 2 히터(22)의 평면도를 도시한다. 도 2에 있어서, 참조부호 "21"은 웨이퍼(10) 가열용 제 1 히터, 참조부호 "22"는 주로 서셉터(12)를 가열하기 위한 제 2 히터이다. 파선(23)은 웨이퍼의 외주부를 나타낸다.
전술한 바와 같은 제어방법의 경우, 웨어퍼 온도는 웨이퍼(10) 표면의 온도 측정점 근방에서 제어된다. 그러나, 웨이퍼의 온도는 다른 위치에서는 정확하게 제어될 수 없다. 따라서, 불균일한 온도분포가 웨이퍼(10)의 표면영역내에서 발생한다. 실리콘층의 균일한 두께를 얻기 위해서는, 웨이퍼(10)의 표면영역내에서 온도차가 발생하지 않도록 웨이퍼(10)를 가열할 필요가 있다. 형성된 실리콘층의 두께의 불균일성이 큰 경우에는, 웨이퍼(10)를 사용하여 제조되는 반도체장치의 품질 및 수율에 악영향을 일으킨다.
최근, 반도체소자의 수율(웨이퍼의 단위면적당 수율)을 개선하기 위해 웨이퍼의 직경이 200mm, 300mm등으로 점차 증가하고 있다. 대구경의 웨이퍼에서는 웨이퍼를 균일하게 가열하는 것이 매우 어려워진다.
웨이퍼의 균일한 가열을 방해하는 요인중의 하나는 웨이퍼의 가장자리를 지지하는 서셉터를 통해 열류가 웨이퍼로부터 빼앗겨 웨이퍼 가장자리의 온도가 저하하는 현상이 생긴다. 서셉터는 이들 웨이퍼보다 두께가 두껍고 비교적 큰 열용량을 가지기 때문에 웨이퍼로부터 서셉터로 빼앗기는 열량이 크며, 웨이퍼 주변부의 온도가 저하한다. 이러한 웨이퍼 주변부의 온도저하를 방지하기 위해 전술한 서셉터 가열용 제 2 히터(22)가 설치되어 있다.
도 3은 상기 종래의 반도체제조장치에 있어서의 제 1 히터(21) 및 제 2 히터(22)의 출력에 대한 제어블록도의 예를 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 히터(21) 및 제 2 히터(22)의 출력은 개별의 PID방식 폐루프에 의해 독립적으로 제어된다. 제 1 히터(21)의 출력은 웨이퍼(10)의 온도를 피드백 신호로 하여 제어되며, 제 2 히터(22)의 출력은 서셉터(12)의 온도를 피드백 신호로 하여제어된다. 또한, 웨이퍼(10)가 서셉터상에 세트되어 있지 않으면 제 1 히터(21)의 출력은 소정값으로 고정된다.
도 1 내지 도 3에 도시된 반도체제조장치의 운전방법에 대해 설명한다.
도 1에 도시된 에피택셜 성장 장치는 단일 웨이퍼 공정형식이다. 웨이퍼(10)는 하기에 따라 하나씩 처리된다. 웨이퍼(10)는 반송 로봇(도시되지 않음)에 의해 반응실(11)내로 반입된다. 다음에, 반응실(11)내에서 웨이퍼(10)의 표면으로의 실리콘층의 집적이 행해진다. 실리콘층의 집적이 종료한 후, 웨이퍼(10)는 반송 로봇에 의해 반응실(11)내로부터 반출된다. 그 후, 새로운 웨이퍼가 반응실(11)내로 반입되어 다시 새로운 웨이퍼상에 실리콘층이 집적된다.
하나의 웨이퍼를 처리하는 공정 중에서, 웨이퍼의 설정온도는 예를 들면 도 4에 도시된 바와 같은 패턴에 따라서 프로그램-제어된다. 이 예에서는 최초 웨이퍼의 설정온도는 800℃로 설정되며, 1분간 이 온도에서 유지된다. 그러나, 웨이퍼의 교환시에는 웨이퍼의 표면온도가 얻어지지 않기 때문에 히터(31)의 출력은 소정값(예를 들면, 약 800℃에서 안정되는 것이 기대되는 웨이퍼의 온도값)으로 고정된다. 이 시간동안, 웨이퍼(10)가 반응실(11)의 주변 벽에 설치된 게이트(도시되지 않음)를 통하여 반송 로봇(도시되지 않음)에 의해 반응실(11)내로 반입된다.
도 5는 서셉터(12)상에 웨이퍼(10)를 반입할 때의 장치의 동작을 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 웨이퍼의 아래쪽으로부터 돌출하는 핀(17)이 상승하여 반송 로봇으로부터 웨이퍼(10)를 수취한다. 그 후, 반송 로봇은 반응실(11)의 외측으로 후퇴하고 게이트는 닫힌다. 웨이퍼(10)는 핀(17)상에 세트된 상태로 800℃ 근방까지의 온도로 가열된다.
웨이퍼(10)의 온도가 800℃ 근방까지 상승하였을 때 핀(17)이 하강하여 웨이퍼를 서셉터(12)상으로 이동시킨다. 다음에, 서셉터(12)의 회전을 개시한다. 웨이퍼(10)의 온도는 도 4에 도시된 바와 같이 피드백 제어에 의해 1분간, 800℃에서 유지된다. 그 후, 온도설정값을 3분간 1000℃까지 직선적으로 상승시킨다. 웨이퍼(10)가 급속하게 가열되면, 열응력이 증대하여 집적되는 실리콘층의 품질의 저하를 초래한다. 따라서, 웨이퍼는 전술한 바와 같이 점진적으로 가열된다.
온도설정값이 1000℃까지 도달한 후, 이 온도를 4분간 유지하고 그 사이에 실리콘화합물을 포함한 반응가스를 웨이퍼(10)의 표면에 분사한다. 이에 의해 실리콘층이 웨이퍼(10)상에 집적된다.
다음에, 반응가스의 공급을 정지하고, 온도설정값을 1분간 800℃까지 직선적으로 하강시킨다. 설정온도가 800℃까지 하강한 후, 반응실(11)의 게이트를 열고 핀(17)을 상승시키고, 반송 로봇을 전진시켜 웨이퍼(10)를 반송 로봇에 이동시킨다.
(종래의 히터제어방법의 문제점)
도 1 내지 도 4에 도시된 종래의 가열장치 및 그의 온도제어방법에 있어서, 웨이퍼의 설정온도는 제조되는 반도체소자의 사양에 따라 설정된다. 이때, 서셉터의 온도를 최적값으로 설정하는 것은 항상 쉬운 것은 아니다. 통상, 서셉터의 설정온도를 웨이퍼의 설정온도와 동일하게 설정한다. 그러나, 이 경우 서셉터의 열용량이 웨이퍼에 비해 크기 때문에 서셉터의 온도상승을 피할 수 없다. 이에 의해, 웨이퍼로부터 서셉터측으로 열을 빼앗겨 웨이퍼의 주변부의 온도가 저하한다. 웨이퍼 주변부의 온도저하를 방지하기 위해, 서셉터의 설정온도를 웨이퍼 보다도 수10℃ 높게 설정한다. 이와 같은 방법을 이용하는 경우에는 서셉터의 최적온도설정은 다수의 시행오차공정에 의해 결정되는 것이 필요하다.
또한, 반응실의 온도분포도 장치의 가동시간의 경과에 따라 변화한다. 즉, 장치의 가동개시의 직후에서는 장치전체가 아직 가열되지 않은 상태로, 서셉터를 통하여 웨이퍼로부터 빼앗긴 열류가 크게된다. 따라서, 웨이퍼의 주변부에서의 온도저하가 크다. 가동개시부터 수시간 경과한 후에는 서셉터가 충분히 가열되어 서셉터측으로 흐르는 열류가 감소된다. 이 때문에, 서셉터의 설정온도가 가동개시시점의 온도로 고정되어 있으면, 웨이퍼의 주변부의 온도가 역으로 웨이퍼의 중앙부의 온도(따라서 설정온도)보다도 높아지게 된다.
이상과 같은 배경으로부터, 웨이퍼상에 형성되는 실리콘층의 품질을 장시간에 걸쳐 안정한 상태로 유지하는 것은 용이하지 않다.
도 6은 온도측정결과의 일례를 도시한다. 이 그래프는 웨이퍼(직경:300mm)의 온도를 800℃에서 1000℃까지 상승시키고, 1000℃에서 180초간 유지하였을 때 웨이퍼의 각 부분 및 서셉터의 온도(좌측 스케일로 표시)의 변화 형태를 도시한다. 이 예에 있어서, 서셉터의 설정온도는 웨이퍼 온도보다 30℃ 높게 설정되어 있다.
도 6에 있어서, a는 웨이퍼의 중심으로부터의 50mm 부분, b는 웨이퍼의 중심으로부터의 120mm 부분, c는 웨이퍼의 중심으로부터의 130mm 부분, d는 웨이퍼의 중심으로부터의 145mm 부분(주변부)의 각 온도를 나타낸다. 또한, e는 서셉터의 온도를 나타낸다. 도 6에 있어서, f는 웨이퍼내의 온도차, 구체적으로는 a∼d 부분의 온도의 최대값과 최소값의 차(우측 스케일로 표시)이다. 중앙부의 제 1 히터(21)(도 1)의 출력은 c부분의 온도의 측정값을 이용하여 피드백 제어된다. 한편, 주변부의 제 2 히터(22)(도 1)의 출력은 e부분의 온도의 측정값을 이용하여 피드백 제어된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 피드백 제어되는 부분 (c)의 온도는 일정하다. 그러나, 웨이퍼 중앙부(a)와 주변부(d)사이의 온도차는 시간이 경과함에 따라 크게 되어 10℃ 이상의 온도차가 발생한다.
웨이퍼 1장당의 처리시간을 단축하고 단위시간당의 처리매수를 증가시키기 위해, 웨이퍼를 교환할 때 반응실내의 온도는 어느 정도의 높은 온도로 유지되어 있다. 웨이퍼를 반응실로 반입하여 서셉터상에 세트할 때 웨이퍼와 서셉터 사이의 온도차가 크면, 웨이퍼가 변형된다. 이러한 변형은 결정결함을 증가시키는 요인이 된다. 결과적으로, 이 변형은 웨이퍼를 이용하여 제조되는 반도체소자의 품질을 저하시키고 수율을 저하시킨다. 따라서, 서셉터의 온도를 적절한 상태로 관리하는 것이 필요하다.
전술한 바와 같은 온도제어방법 대신에, 웨이퍼 주변부의 온도를 피드백 신호로서 이용하여 외측에 배치된 링형상의 제 2 히터(22)(도 1)를 제어할 수 있다. 그러나, 웨이퍼가 서셉터상에 세트되어 있지 않을 때에는 이 방법으로는 제어를 할 수 없다.
또한, 웨이퍼의 중앙부, 주변부 및 서셉터에 대응하여 설치된 히터를 각각 개별적으로 제어하는 방법도 있다. 그러나, 이 방법은 장치구성을 복잡하게 하여 제작비용의 증대를 초래한다. 또한, 주변부와 서셉터가 서로 인접하고 있기 때문에 2개의 제어 루프사이에 간섭을 일으킨다. 따라서, 주변부와 서셉터에 대응하는 히터를 독립적으로 제어하는 것은 항상 용이한 것은 아니다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 웨이퍼 가열장치를 제어하는 방법의 문제점을 감안하여 이루어진 것이다. 본 발명의 목적은 비교적 간단한 구성으로 장치의 생산성을 희생시키지 않으면서 웨이퍼의 내면에서의 온도분포의 균일성을 높일 수 있는 웨이퍼 가열장치 및 그의 제어방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 웨이퍼 가열장치는
웨이퍼를 그의 가장자리에서 지지하는 링형상의 서셉터;
웨이퍼의 하면에 대향하여 배치된 제 1 히터;
제 1 히터의 외주부를 따라 배치된 링형상 제 2 히터;
이들 히터의 출력을 제어하는 온도제어장치;
웨이퍼 중앙부의 온도를 측정하는 제 1 방사온도계;
웨이퍼 주변부의 온도를 측정하는 제 2 방사온도계; 및
서셉터의 온도를 측정하는 제 3 방사온도계를 구비하며,
상기 웨이퍼가 상기 서셉터상 또는 위쪽에(on or above the susceptor) 세트되어 있지 않을 때에는, 온도제어장치는 소정값으로 제 1 히터의 출력을 고정하고, 상기 제 3 방사온도계의 출력을 피드백 신호로서 이용하여 상기 제 2 히터를 제어하며;
상기 웨이퍼가 상기 서셉터 위쪽에 유지되어 있을 때에는, 온도제어장치는 제 1 방사온도계의 출력을 피드백 신호로서 이용하여 제 1 히터를 제어하고, 상기 제 3 방사온도계의 출력을 피드백 신호로서 이용하여 상기 제 2 히터를 제어하며;
상기 웨이퍼가 상기 서셉터상에 세트되어 있을 때에는, 상기 온도제어장치는 상기 제 1 방사온도계의 출력을 피드백 신호로서 이용하여 상기 제 1 히터를 제어하고, 상기 제 2 방사온도계의 출력을 피드백 신호로서 이용하여 상기 제 2 히터를 제어하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 웨이퍼가 서셉터상에 세트되기 전에 웨이퍼가 서셉터 위쪽에 유지되며, 웨이퍼는 서셉터의 온도(제 3 방사온도계에 의해 측정)와 웨이퍼의 중앙부의 온도(제 1 방사온도계에 의해 측정)의 온도차가 50℃ 이내로 떨어진 후에 서셉터상에 세트된다.
단일 방사온도계가 제 2 방사온도계 및 제 3 방사온도계로서 사용될 수 있다. 이 경우에 있어서는 단일 방사온도계는 측정되는 영역의 온도를 검출하도록 터닝 장치에 의해 지지되어 있다.
본 발명의 웨이퍼 가열장치에 따르면, 웨이퍼가 서셉터상 또는 위쪽에 있을 때에는 제 1 히터의 출력은 중앙부의 온도를 피드백 신호로서 이용하여 제어된다. 웨이퍼가 서셉터상 또는 위쪽에 있지 않을 때에는 제 1 히터의 출력은 0 또는 소정값으로 고정된다.
또한, 웨이퍼가 서셉터상에 세트되어 있을 때에는 제 2 히터의 출력은 웨이퍼의 주변부 온도를 피드백 신호로서 이용하여 제어된다. 따라서, 웨이퍼 표면영역내에서의 온도 균일성이 개선될 수 있다.
웨이퍼가 서셉터상에 세트되어 있지 않을 때에는 제 2 히터의 출력은 서셉터의 온도를 피드백 신호로서 이용하여 제어된다.
따라서, 웨이퍼를 서셉터상에 하강시킬 때에, 미리 서셉터의 온도를 웨이퍼의 설정온도에 가깝게 하면, 웨이퍼와 서셉터 사이의 온도차에 기인하는 웨이퍼의 변형을 방지할 수 있다.
전술한 바와 같이, 웨이퍼의 표면영역내에서의 온도분포의 균일성은 웨이퍼가 서셉터상에 세트되어 있든 안되어 있든, 웨이퍼 주변부와 서셉터를 가열하기 위해 설치된 제 2 히터의 폐루프 제어에 사용된 피드백 신호를 변환하는 것에 의해 생산성의 희생없이 비교적 간단한 구조로 개선될 수 있다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 이하의 기술로 명확하게 설명될 것이다. 본 발명의 목적 및 이점은 하기 수단 및 조합으로 실현되고 얻어질 것이다.
첨부한 도면은 명세서의 일부분을 구성하며, 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하며, 바람직한 실시예의 상세한 설명 및 일반적인 설명은 본 발명의 주안점을 설명한다.
도 7은 본 발명에 따른 웨이퍼 가열장치에 조합된 에피택셜 성장장치의 일례를 도시한다. 도 7에 있어서, 참조부호 "10"은 웨이퍼, "12"는 서셉터, "21"은 제 1 히터, "22"는 제 2 히터, "31"은 제 1 방사온도계, "32"는 제 2 방사온도계 및 "33"은 제 3 방사온도계를 나타낸다.
반응실(11)의 내부에는 링형상의 서셉터(12)가 배치되어 있다. 웨이퍼(10)는 그의 가장자리에서 서셉터(12)상에 지지되어 있다. 서셉터(12)는 그의 가장자리에서 원통형의 드럼(13)에 의해 지지되며, 드럼(13)을 통하여 회전구동기구(도시되지 않음)에 부착되어 있다.
드럼(13)의 내부에는 웨이퍼(10)의 하면에 대향하는 위치에 대략 디스크형상의 제 1 히터(21)가 배치되어 있다. 링형상의 제 2 히터(22)가 제 1 히터(21)를 둘러싸도록 배치되어 있다. 제 1 히터(21)는 웨이퍼(10) 가열용이며, 제 2 히터(22)는 웨이퍼(10)의 주변부 및 서셉터(12) 가열용으로 사용된다. 제 1 히터(21) 및 제 2 히터(22)는 회전되지 않는다.
반응실(11)의 천정부에는 반응가스 취출구(15)가 설치되어 있다. 또한, 반응실(11)의 천정부에는 제 1 방사온도계(31), 제 2 방사온도계(32) 및 제 3 방사온도계(33)가 설치되어 있다. 이들 온도계 가운데, 제 1 방사온도계(31)는 웨이퍼(10)의 중앙부의 온도를 측정하며, 제 2 방사온도계는 웨이퍼(10)의 주변부의 온도를 측정하며, 제 3 방사온도계는 서셉터(12)의 표면 온도를 측정한다.
도 8은 상기 웨이퍼 가열장치에 있어서의 제 1 히터(21) 및 제 2 히터(22) 출력의 제어블록도를 도시한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제 1 히터(21) 및 제 2 히터(22)는 개별의 PID방식 폐루프에 의해 제어된다. 제 1 히터(21)의 출력은 반응실(11)내에서 수행되는 단계에 따라 웨이퍼의 중앙부의 온도를 피드백 신호로 하여 제어되거나 또는 소정 값으로 고정된다. 제 2 히터(22)의 출력은 반응실(11)내에서 수행되는 단계에 따라 웨이퍼(10)의 주변부의 온도와 서셉터(12)의 온도 사이의 피드백 신호를 변환하는 것에 의해 제어된다.
다음에, 도 7 및 도 8에 도시된 웨이퍼 가열장치의 운전방법에 대해 설명한다. 이하의 설명중 온도 및 시간등의 수치는 단순히 예로서 열거하는 것으로 본 발명의 기술사상을 한정하는 것은 아니다.
최초, 반응실(11)내에 웨이퍼(10)가 반입되기 전의 단계에서는 제 1 히터(21)의 출력은 개루프에 의해 제어되며, 반응실(11)은 소정 온도로 가열된다. 제 2 히터(22)의 출력은 제 3 방사온도계(33)의 출력(서셉터(12)의 온도)을 피드백 신호로서 이용하여 목표온도 800℃로 설정하여 피드백 제어한다.
다음에, 반응실(11)의 게이트(도시되지 않음)를 열고, 반송 로봇(도시되지 않음)을 이용하여 웨이퍼(10)를 반응실(11)내로 반입한다. 반송 로봇은 돌출 핀(17)(도 5 참조) 위에 웨이퍼(10)를 이동시킨 후, 반응실(11)의 외부로 후퇴한다. 그 후, 게이트는 닫힌다.
다음에, 제 1 히터(21)의 제어계통을 변환하고, 제 1 히터(21)의 출력을 제 1 방사온도계(31)의 출력(웨이퍼(10)의 중앙부의 온도)을 피드백 신호로서 이용하여 그의 설정온도를 800℃로 제어한다. 이에 의해, 웨이퍼(10)는 돌출 핀(17)(도 5 참조) 상에 세트되는 상태로 800℃까지 가열된다.
제 1 방사온도계(31)의 출력(웨이퍼(10)의 중앙부의 온도)이 800℃에 도달하면,, 돌출 핀(17)을 하강시켜 웨이퍼(10)를 서셉터(12) 상에 이동시킨다. 이 때, 웨이퍼(10)의 온도가 미리 서셉터(12)의 온도와 동일하게 되어 있기 때문에 웨이퍼(10)가 열왜곡되어 변형되는 일은 없다.
다음에, 제 2 히터(22)의 제어계통을 변환하고, 제 2 히터(22)의 출력을 제 2 방사온도계(32)의 출력(웨이퍼(10)의 주변부 온도)을 피드백 신호로서 이용하여 제어한다. 이와 동시에, 서셉터(12)를 회전시킨다. 그 후, 웨이퍼(10)의 중앙부와 웨이퍼(10)의 주변부의 온도 값을 1000℃까지 직선적으로 상승시킨다.
제 1 방사온도계(31)의 출력과 제 2 방사온도계(32)의 출력이 1000℃에 도달한 후, 이 온도는 유지된다. 이 온도를 유지하는 동안, 실리콘화합물을 포함한 반응가스를 웨이퍼(10)의 표면에 분사하는 것에 의해 웨이퍼(10) 상에 실리콘층을 집적한다.
그 후, 반응가스의 공급을 정지하고, 온도설정값을 800℃까지 직선적으로 하강시킨다. 설정온도가 800℃까지 낮아진 후, 반응실(11)의 게이트를 열고, 돌출 핀(17)을 상승시키고 반송 로봇을 전진시켜 웨이퍼를 반송 로봇에 이동시킨다.
전술한 바와 같이, 웨이퍼(10)의 중앙부 및 주변부에 각각 온도의 제어 포인트를 설치하고, 제 1 히터(21)는 중앙부의 온도(제 1 방사온도계(31)의 출력)를 피드백 신호로서 이용하여 제어되며, 제 2 히터(22)는 주변부 온도(제 2 방사온도계(32)의 출력)를 피드백 신호로서 이용하여 제어된다. 이에 의해, 종래의 경우와 비교하여 웨이퍼(10) 내면의 온도분포의 균일성을 개선할 수 있다.
도 9는 상기 웨이퍼 가열장치를 이용하여 웨이퍼(직경 : 300mm)의 처리를 실행할 때, 웨이퍼의 각 부분의 온도측정의 결과(좌측의 스케일로 표시됨)를 도시한다. 이 경우에 있어서는, 웨이퍼의 설정온도를 800℃에서 1100℃까지 직선적으로 상승시켜, 1100℃에서 180초간 유지된다. 도 9에 있어서, a는 웨이퍼의 중심으로부터의 50mm 부분(중앙부), b는 웨이퍼의 중심으로부터의 120mm 부분, c는 웨이퍼의 중심으로부터의 130mm 부분, d는 웨이퍼의 중심으로부터의 145mm 부분(주변부)의 각 온도를 나타낸다. 또한, e는 서셉터의 온도를 나타낸다. f는 웨이퍼내의 온도차, 구체적으로는 a∼d 부분의 온도의 최대값과 최소값의 차(우측 스케일로 표시)이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 웨이퍼의 표면내의 온도차 f는 종래의 경우(도 6)에 비해 더 작다.
상기 예에 있어서, 웨이퍼의 주변부의 온도를 측정하는 제 2 방사온도계(32)와 서셉터의 온도를 측정하는 제 3 방사온도계(33)가 별개로 설치되어 있으며, 그들의 출력은 선택적으로 변환되어 제 2 히터의 피드백 신호로서 사용되어진다. 그러나, 이들 방사온도계를 단일 방사온도계로 채용하는 것도 가능하다. 이 경우에는, 이 방사온도계를 터닝 기구를 통하여 반응실(11)의 천정부에 부착하고, 반응실내에서 실행되는 처리의 단계에 따라서 이 방사온도계 방향을 자동적으로 변환하는 구성이다.
본 발명의 웨이퍼 가열장치에 따르면, 웨이퍼는 서셉터상에 세트되어 제 1 및 제 2 히터는 웨이퍼의 중앙부 및 주변부의 온도를 피드백 신호로서 이용하여 제어된다. 따라서, 종래의 경우와 비교하여 웨이퍼내의 온도분포의 균일성이 개선될 수 있다.
웨이퍼가 서셉터상에 세트되어 있지 않을 때에는 제 2 히터의 출력은 서셉터의 온도를 피드백 신호로서 이용하여 제어되며, 이에 의해 서셉터의 온도는 일정한 값으로 유지될 수 있다.
또한, 웨이퍼가 서셉터상에 하강될 때, 웨이퍼는의 온도는 웨이퍼의 하강에 앞서 제 1 히터로 서셉터의 온도에 가깝게 가열된다. 따라서, 웨이퍼와 서셉터 사이의 온도차에 기인하는 웨이퍼의 변형을 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 이점 및 변형이 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 의해 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 특정한 예와 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명은 본 발명의 청구범위의 기술사상을 일탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형이 가능하다.
도 1은 종래의 웨이퍼 가열장치가 조합된 에피택셜 성장장치의 개요를 도시하는 도면;
도 2는 도 1에 도시된 웨이퍼 가열장치의 히터부분의 평면도;
도 3은 종래의 웨이퍼 가열장치의 제어 블록도;
도 4는 단일 웨이퍼공정의 반도체 제조장치를 이용하여 웨이퍼를 처리할 때의 웨이퍼의 설정온도를 설명하는 도면;
도 5는 도 1에 도시된 웨이퍼 가열장치에 웨이퍼를 세트할 때의 장치의 동작을 설명하는 도면;
도 6은 종래의 웨이퍼 가열장치를 이용하여 웨이퍼 처리를 행할 때의 웨이퍼 각 부분의 온도측정결과의 일례를 도시하는 도면;
도 7은 본 발명에 따른 웨이퍼 가열장치가 조합된 에피텍셜 성장장치의 개요를 도시하는 도면;
도 8은 본 발명에 따른 웨이퍼 가열장치의 제어 블록도; 및
도 9는 본 발명에 따른 웨이퍼 가열장치를 이용하여 웨이퍼 처리를 행할 때의 웨이퍼 각 부분의 온도측정결과의 일례를 도시하는 도면이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 웨이퍼 11 : 반응실
12 : 서셉터 13 : 드럼
15 : 반응가스 취출구 17 : 돌출 핀
21 : 제 1 히터 22 : 제 2 히터
23 : 웨이퍼의 외주부 31 : 제 1 방사온도계
32 : 제 2 방사온도계 33 : 제 3 방사온도계

Claims (4)

  1. 웨이퍼를 그의 가장자리에서 지지하는 링형상의 서셉터;
    웨이퍼의 하면에 대향하여 배치된 제 1 히터;
    제 1 히터의 외주부를 따라 배치된 링형상 제 2 히터;
    이들 히터의 출력을 제어하는 온도제어장치;
    웨이퍼 중앙부의 온도를 측정하는 제 1 방사온도계;
    웨이퍼 주변부의 온도를 측정하는 제 2 방사온도계; 및
    서셉터의 온도를 측정하는 제 3 방사온도계를 구비하며,
    상기 웨이퍼가 상기 서셉터상 또는 위쪽에(on or above the susceptor) 세트되어 있지 않을 때에는, 온도제어장치는 소정값으로 제 1 히터의 출력을 고정하고, 상기 제 3 방사온도계의 출력을 피드백 신호로서 이용하여 상기 제 2 히터를 제어하며;
    상기 웨이퍼가 상기 서셉터 위쪽에 유지되어 있을 때에는, 온도제어장치는 제 1 방사온도계의 출력을 피드백 신호로서 이용하여 제 1 히터를 제어하고, 상기 제 3 방사온도계의 출력을 피드백 신호로서 이용하여 상기 제 2 히터를 제어하며;
    상기 웨이퍼가 상기 서셉터상에 세트되어 있을 때에는, 상기 온도제어장치는 상기 제 1 방사온도계의 출력을 피드백 신호로서 이용하여 상기 제 1 히터를 제어하고, 상기 제 2 방사온도계의 출력을 피드백 신호로서 이용하여 상기 제 2 히터를 제어하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가열장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    단일 방사온도계가 제 2 방사온도계 및 제 3 방사온도계로서 이용되며,
    상기 단일 방사온도계는 측정되어지는 영역의 온도를 검출하도록 터닝 기구에 의해 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가열장치.
  3. 그의 가장자리에서 웨이퍼를 지지하기 위한 링형상의 서셉터, 웨이퍼의 하면에 대향하여 배치된 제 1 히터, 및 제 1 히터의 외주부를 따라 배치된 링형상의 제 2 히터를 구비하는 웨이퍼 가열장치의 제어방법에 있어서,
    웨이퍼가 서셉터상에 있지 않을 때에는 제 1 히터의 출력은 소정값으로 고정하여, 서셉터의 온도를 피드백 신호로서 이용하여 제 2 히터를 제어하는 단계;
    웨이퍼가 서셉터 위쪽에 유지되어 있을 때에는 제 1 히터를 웨이퍼의 중앙부의 온도를 피드백 신호로서 이용하여 제어하며, 제 2 히터를 서셉터의 온도를 피드백 신호로서 이용하여 제어하는 단계; 및
    웨이퍼가 서셉터상에 세트되어 있을 때에는 제 1 히터를 웨이퍼의 중앙부의 온도를 피드백 신호로서 이용하여 제어하며, 제 2 히터를 웨이퍼의 주변부의 온도를 피드백 신호로서 이용하여 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가열장치 제어방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    웨이퍼가 서셉터상에 세트되기 전에 웨이퍼를 서셉터 위쪽에 유지되며, 웨이퍼는 웨이퍼의 중앙부 온도와 서셉터의 온도차가 50℃ 이내로 떨어진 후 서섭터상에(on the susceptor) 세트되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가열장치 제어방법.
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