KR100483834B1 - 회전식 가열부를 구비한 급속 열처리 장치 - Google Patents

회전식 가열부를 구비한 급속 열처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 제조 공정 중 웨이퍼(wafer)의 열처리 공정에 사용되는 급속 열처리 장치(rapid thermal processing apparatus)에 관한 것으로서, 상세하게는 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 지지 수단(wafer supporting means) 및 웨이퍼 지지 수단의 상방에 위치하며 그 하부면에는 복수 개의 히팅 램프(heating lamp)가 구성되어 있는 가열부(heating unit)를 포함하는 급속 열처리 장치에 있어서, 가열부는 중앙부에 형성된 회전 축을 중심으로 수평 회전이 이루어지는 회전식 가열부인 것을 특징으로 하는 회전식 가열부를 구비한 급속 열처리 장치에 관한 것인데, 이러한 본 발명의 구조에 의하면, 웨이퍼가 고정된 상태에서 열처리가 수행되므로 웨이퍼의 움직임으로 인한 크랙(crack) 등의 웨이퍼 손상을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 가열부가 회전하며 웨이퍼 전면에 걸친 고른 열처리를 수행하므로 웨이퍼에 대한 열처리 특성을 균일하게 확보할 수 있게 되어 웨이퍼의 열처리 품질을 높이는 효과를 얻을 수 있다.

Description

회전식 가열부를 구비한 급속 열처리 장치{Rapid thermal processing apparatus including a revolution typed heating unit}
본 발명은 반도체 제조 공정 중 웨이퍼(wafer)의 열처리 공정에 사용되는 급속 열처리 장치(rapid thermal processing apparatus)에 관한 것으로서, 상세하게는 가열부(heating unit)가 회전하도록 구성하여 웨이퍼에 대한 열처리를 보다 균일하게 수행할 수 있는 회전식 가열부를 구비한 급속 열처리 장치에 관한 것이다.
반도체 소자를 제작하기 위한 여러 공정 중 웨이퍼 열처리 공정은 웨이퍼 상에 금속막이나 다결정 실리콘막(polysilicon layer) 등과 같은 임의의 막질을 형성하기 위해 필요한 필수 공정으로서, 웨이퍼를 반응로 내에서 서서히 가열하는 열저항 반응로 방식이나 적외선 램프와 같은 히팅 램프(heating lamp)를 통해 웨이퍼를 급속히 가열하는 급속 열처리 방식이 일반적으로 많이 사용되고 있다. 특히, 급속 열처리 방식은 열저항 반응로 방식에 비해 목표 온도에 도달하는 시간이 빠르고, 온도 조절이 용이하며, 웨이퍼가 받는 열다발(thermal budget)을 줄일 수 있는 장점을 가지고 있기 때문에 더욱 많이 사용되고 있다.
급속 열처리 방식에서 사용되는 급속 열처리 장치는 일반적으로 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 지지 수단 및 그 상방에 구성되며 복수 개의 히팅 램프가 구성되어 있는 가열부를 포함하는 구조를 하고 있는데, 그 세부적인 구조에 대해서는 여러 가지 방식이 개발되어 사용되고 있다.
이하 도면을 참조하여 종래의 급속 열처리 장치에 대해 계속 설명한다.
도 1은 종래의 급속 열처리 장치의 일 예를 개략적으로 보여주는 사시도이고, 도 2는 종래의 급속 열처리 장치의 다른 예를 개략적으로 보여주는 사시도이다.
도 1에 나타낸 종래의 급속 열처리 장치는 웨이퍼 지지수단(wafer supporting means; 101)에 안착되어 있는 웨이퍼(10)의 상방과 하방에 복수 개의 막대형 적외선 램프(109)를 구비한 가열부(105)가 형성되어 열처리를 수행하는 방식의 구조인데, 이러한 종래의 구조에서는 막대형 적외선 램프(stick typed infrared lamp; 109)의 고유 특성과 그 배치 특성상 웨이퍼(10)의 각 부분에 대한 균일한 열처리 효과를 확보하기가 어렵다는 단점이 존재하였다.
도 2에 나타낸 종래의 급속 열처리 장치는 하부면에 복수 개의 전구형 적외선 램프(111)가 조밀하게 구비된 가열부(106)의 하방에 웨이퍼(10)를 위치시켜 공정을 진행하되, 웨이퍼(10)가 안착되는 웨이퍼 지지수단(103)은 그 중앙의 회전 축을 중심으로 수평 회전하는 방식의 회전식 웨이퍼 지지수단(103)인 것을 특징으로 한다. 이러한 구조에서는 웨이퍼(10)의 회전을 통해 웨이퍼(10)의 각 부분에 대한 열처리 특성을 균일하게 확보할 수 있는 반면, 그로 인해 웨이퍼(10)의 가장자리에 크랙(crack) 등의 손상이 발생할 우려와 함께 웨이퍼(10)가 휘는 워페이지 (warpage) 현상이 발생할 수 있는 문제가 존재하였다.
따라서, 본 발명은 웨이퍼의 각 부분에 대한 열처리 특성을 균일하게 확보하면서도 웨이퍼의 움직임으로 인한 웨이퍼 가장자리의 손상 발생 및 웨이퍼가 휘는 워페이지 현상 등의 웨이퍼 손상 문제를 방지할 수 있는 급속 열처리 장치의 제공을 그 목적으로 한다.
이러한 목적을 이루기 위하여, 본 발명은 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼 지지 수단 및 웨이퍼 지지 수단의 상방에 위치하며 그 하부면에는 복수 개의 히팅 램프가 구성되어 있는 가열부를 포함하는 급속 열처리 장치에 있어서, 가열부는 중앙부에 형성된 회전 축을 중심으로 수평 회전이 이루어지는 회전식 가열부인 것을 특징으로 하는 회전식 가열부를 구비한 급속 열처리 장치를 제공한다.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 회전식 가열부를 구비한 급속 열처리 장치에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 회전식 가열부를 구비한 급속 열처리 장치의 일 예를 보여주는 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 예에 따른 회전식 가열부를 구비한 급속 열처리 장치에서의 히팅 램프 배치를 개략적으로 보여주는 도이다.
도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 예에 따른 회전식 가열부를 구비한 급속 열처리 장치는 웨이퍼(10)의 상방에 위치한 가열부(207)가 회전 구동부(213)에 의해 중앙의 회전 축(205)을 중심으로 수평 회전이 이루어지도록 구성되며, 가열부(207)의 하부면에 구성된 히팅 램프들은 소형의 막대형 적외선 램프(203)들로서, 가열부(207)의 하부면 상에 횡으로 평행하게 배치 구성하되, 각각의 평면 상 영역이 상호 겹쳐지는 형태가 될 수 있도록 교차 배치되어 있다. 히팅 램프로는 소형의 막대형 적외선 램프(203)를 사용하는 것이 본 발명의 의도에 비추어 바람직하지만, 다른 종류의 것을 사용할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 예에 따른 회전식 가열부를 구비한 급속 열처리 장치에서의 히팅 램프와 외부 전원선과의 전기적 접속 원리를 보여주는 도이고, 도 6은 본 발명의 일 예에 따른 회전식 가열부를 구비한 급속 열처리 장치에서의 웨이퍼 지지수단을 보여주는 도이다.
앞서의 도 3 내지 도 4에서 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 회전식 가열부를 구비한 급속 열처리 장치에서는 가열부(207)가 회전을 하는 구성상의 특징 때문에 통상의 전기적 접속을 통해서는 그 전원의 공급이 불가능하다. 따라서, 필요한 전원의 공급은 전동기, 발전기 등의 회전기에서 많이 사용하는 브러쉬 집전 방식(brush colleting method)을 통해 외부 전원선(208)과 전기적으로 접속하여 이루어지는데, 그 원리는 도 5에 나타낸 바와 같다. 즉, 외부 전원선(208)과 전기적으로 연결된 브러쉬(209)를 가열부의 회전 축(205) 상에 형성된 슬립 링(slip ring; 211)에 접촉시켜 전원을 공급하는 것인데, 슬립 링(211)은 공급되는 전원의 극수에 대응하는 갯수의 조각편이 간극(212)을 두고 서로 분리 형성되어 회전에 의해 각각 다른 극의 브러쉬(209)와 번갈아 접촉하게 되어 있다.
브러쉬(209)나 슬립 링(211)의 모양이나 구체적인 구조 등은 다양하게 개발되어 있으며 어떠한 구조의 것을 사용한다 하더라도 무방하다.
웨이퍼 지지수단으로는 도 6에 나타낸 바와 같이, 중앙부가 뚫려 있는 고리 형상으로서 그 가장자리 부분을 통해 웨이퍼(10)를 지지하며 중앙부에는 웨이퍼(10)의 온도를 측정할 수 있는 파이로미터(pyrometer; 215)를 설치할 수 있는 엣지 링(edge ring; 201)을 사용한다. 웨이퍼 지지수단으로는 엣지 링(201)을 사용하는 것이 바람직하지만, 웨이퍼 테이블(wafer table)과 같은 기타의 웨이퍼 지지수단을 사용하는 것도 가능하다.
본 발명은 소정의 일례를 통하여 설명되었으나, 그것에만 한정되는 것은 아니며, 그 이외에도 본 발명의 의도에 부합하는 구성의 예가 다수 존재할 수 있음은 자명한 일일 것이다.
이렇듯, 본 발명에 따른 회전식 가열부를 구비한 급속 열처리 장치의 구조에 의하면, 웨이퍼가 고정된 상태에서 열처리가 수행되므로 웨이퍼의 움직임으로 인한 크랙 등의 웨이퍼 손상을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 가열부가 회전하며 웨이퍼 전면에 걸친 고른 열처리를 수행하므로 웨이퍼에 대한 열처리 특성을 균일하게 확보할 수 있게 되어 웨이퍼의 열처리 품질을 높이는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 급속 열처리 장치(rapid thermal processing apparatus)의 일 예를 개략적으로 보여주는 사시도,
도 2는 종래의 급속 열처리 장치의 다른 예를 개략적으로 보여주는 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 회전식 가열부(revolution typed heating unit)를 구비한 급속 열처리 장치의 일 예를 보여주는 사시도,
도 4는 본 발명의 일 예에 따른 회전식 가열부를 구비한 급속 열처리 장치에서의 히팅 램프(heating lamp) 배치를 개략적으로 보여주는 도,
도 5는 본 발명의 일 예에 따른 회전식 가열부를 구비한 급속 열처리 장치에서의 히팅 램프와 외부 전원선과의 전기적 접속 원리를 보여주는 도, 및
도 6은 본 발명의 일 예에 따른 회전식 가열부를 구비한 급속 열처리 장치에서의 웨이퍼 지지수단(wafer supporting means)을 보여주는 도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101 : 웨이퍼 지지수단
103 : 회전식 웨이퍼 지지수단
201 : 엣지 링(edge ring)
105, 106 : 가열부
207 : 회전식 가열부
109 : 막대형 적외선 램프(stick typed infrared lamp)
111 : 전구형 적외선 램프
203 : 소형의 막대형 적외선 램프
205 : 회전 축
208 : 외부 전원선
209 : 브러쉬(brush)
211 : 슬립 링(slip ring)
212 : 간극(gap)
213 : 회전 구동부
10 : 웨이퍼
215 : 파이로미터(pyrometer)

Claims (5)

  1. 웨이퍼(wafer)가 안착되는 웨이퍼 지지 수단(wafer supporting means); 및
    상기 웨이퍼 지지 수단의 상방에 위치하며 그 하부면에는 복수 개의 히팅 램프(heating lamp)가 구성되어 있는 가열부(heating unit);를 포함하는 급속 열처리 장치(rapid thermal processing apparatus)에 있어서,
    상기 가열부는 중앙부에 형성된 회전 축을 중심으로 수평 회전이 이루어지는 회전식 가열부로서, 브러쉬 집전 방식(brush collecting method)을 통해 외부 전원선과 전기적으로 접속되어 있고, 상기 히팅 램프들은 소형의 막대형 적외선 램프(stick typed infrared lamp)로서 상기 가열부의 하부면 상에 횡으로 평행하게 배치 구성되되 각각의 평면 상 영역이 상호 겹쳐지는 형태가 되도록 교차 배치되어 있으며, 상기 웨이퍼 지지 수단은 중앙부가 뚫려 있는 고리 형상으로서 그 가장자리 부분을 통해 상기 웨이퍼를 지지하는 엣지 링(edge ring)인 것을 특징으로 하는 회전식 가열부를 구비한 급속 열처리 장치.
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