KR100501530B1 - 퍼지가스 온도 조절장치를 구비한 급속 열처리장치의 공정챔버 - Google Patents

퍼지가스 온도 조절장치를 구비한 급속 열처리장치의 공정챔버 Download PDF

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Abstract

본 발명은 급속 열처리장치의 공정 챔버에 관한 것으로, 공정 챔버의 일측에 가스공급구가 형성되고, 가스공급구에는 가스공급관이 연결되고, 가스공급관의 공급측은 두 갈래로 분기되어 분기된 가스공급관을 통해 반응가스와 퍼지가스가 각각 공급되며, 분기된 각각의 가스공급관에는 반응가스 및 퍼지가스의 공급량을 제어하는 반응가스 MFC 및 퍼지가스 MFC가 각각 설치되며, 분기된 각각의 가스공급관에는 반응가스와 퍼지가스의 흐름을 각각 개폐하는 반응가스 개폐밸브(V1)와 퍼지가스 개폐밸브(V2)가 각각 설치되는 급속 열처리 장치의 공정챔버에 있어서, 퍼지가스가 공급되는 가스 공급관의 일단에 가스 공급관을 통과하는 퍼지가스를 가열하기 위한 가스 히터와, 가열된 퍼지가스의 온도를 적정한 온도로 유지하기 위한 가스 리저버를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 공정 챔버 내측으로 공급되는 퍼지가스를 가열된 상태로 공급하여 웨이퍼의 급격한 온도변화에 의한 스트레스 발생을 최소화할 수 있다.

Description

퍼지가스 온도 조절장치를 구비한 급속 열처리장치의 공정 챔버{RTP PROCESS CHAMBER WITH A PURGE GAS TEMPERATURE CONTROLLAR}
본 발명은 급속 열처리장치의 공정 챔버에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공정 챔버 내측으로 공급되는 퍼지가스를 가열된 상태로 공급하여 웨이퍼의 급격한 온도변화에 의한 스트레스 발생을 최소화할 수 있는 퍼지가스 온도 조절장치를 구비한 급속 열처리장치의 공정 챔버에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조공정은 열처리의 반복으로 이루어져 있으며, 열처리가 필요한 공정은 열산화, 열확산, 각종의 어닐링(Annealing) 등이다. 어닐링은 불순물 이온을 넣은 후의 결정성 회복의 어닐링, Al·Si의 콘택트 특성과 Si·SiO2 계면특성 향상을 위한 어닐링, 실리사이드(Silicide) 형성을 위한 신터링(Sintering) 등 용도는 매우 광범위하다.
열처리 공정을 수행하는 장치로는 퍼니스(Furnace)외에 급속 열처리장치(Rapid Thermal Processing;RTP)가 이용되고 있으며, 급속 열처리장치는 고온을 사용해서 원하는 효과를 얻을 수 있는 것과 동시에 짧은 시간(보통 수십초에서 수분정도) 동안에 열처리 공정이 진행되므로 불순물이 확산되는 부작용도 최소한으로 줄일 수 있는 장점이 있어 열처리 공정에 많이 사용되고 있다.
급속 열처리장치는 웨이퍼의 급속 열처리 공정을 실시하는 공정 챔버(Process chamber)와, 공정 챔버로부터 급속 열처리 공정이 완료된 웨이퍼를 냉각시키기 위한 쿨다운 챔버(Cooldown chamber)와, 각각의 챔버로 웨이퍼를 이송시키는 웨이퍼 이송로봇이 설치된 로드락 챔버(Loadlock chamber)를 포함하고 있으며, 이러한 급속 열처리장치에 있어서 공정 챔버를 첨부된 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 급속 열처리장치의 공정 챔버를 도시한 구성도이다. 도시된 바와 같이, 공정 챔버(10)는 내측에 웨이퍼(W)를 지지하는 페데스탈(Pedestal;20)이 설치되며, 페데스탈(20)의 상측에 웨이퍼(W)를 일정한 온도로 급속하게 가열하는 가열부재(30)가 설치된다.
공정 챔버(10)는 일측에 슬릿(Slit;11)을 형성하고, 슬릿(11)의 외측에는 슬릿(11)을 개폐하는 슬릿 밸브(12)가 설치되며, 슬릿 밸브(12)에 의해 개방된 슬릿(11)을 통해 로드락 챔버의 웨이퍼 이송로봇(도시 안됨)에 의해 웨이퍼(W)가 페데스탈(20)로 로딩/언로딩된다.
페데스탈(20)은 스테인레스 스틸 재질로 형성되고, 상측에 웨이퍼(W)를 상하로 이동시키는 리프트핀(Lift pins;21)이 수직되게 슬라이딩 결합되며, 내측에 중심으로부터 위치를 달리하여 분포되는 복수의 온도감지센서(미도시)가 구비된다.
가열부재(30)는 복수의 램프(31)가 방사상의 다수의 존(Zone)으로 배열되어 있으며, 하측에 쿼츠 윈도우 어셈블리(32;Quartz window assembly)가 구비된다.
한편, 공정 챔버(10)는 일측에 가스공급구(13)가 형성되고, 가스공급구(13)에는 가스공급관(14)이 연결되고, 가스공급관(14)의 공급측은 두 갈래로 분기되어 분기된 가스공급관(14)을 통해 반응가스와 퍼지가스가 각각 공급되며, 분기된 각각의 가스공급관(14)에는 반응가스 및 퍼지가스의 공급량을 제어하는 반응가스 MFC(14a) 및 퍼지가스 MFC(14b)가 각각 설치된다.
또한, 분기된 각각의 가스공급관(14)에는 반응가스와 퍼지가스의 흐름을 각각 개폐하는 반응가스 개폐밸브(V1)와 퍼지가스 개폐밸브(V2)가 각각 설치된다.
한편, 공정 챔버(10)내로 공급되는 반응가스로는 산소(O2)가 사용되며, 내부를 정화시킴과 아울러 냉각시키는 역활을 수행하는 퍼지가스로는 질소(N2)가 사용된다.
공정 챔버(10)는 가스공급구(13)의 반대측에 가스공급구(13)를 통해 내측으로 공급된 반응가스와 퍼지가스를 외측으로 배기시키는 가스배기구(15)가 형성되며, 가스배기구(15)에는 가스배기관(16)이 연결된다.
가스배기관(16)에는 공정 진행시 공정 챔버(10)의 압력을 일정한 압력으로 유지시키는 PCV(Pressure Control Valve;16a)가 설치되며, PCV(16a)는 공정 챔버(10)내의 압력을 일정하게 유지시키면서 공정 챔버(10) 내부로부터 공정을 마친 반응가스와 퍼지가스를 가스배기관(16)을 통해 외기로 배기되도록 한다. 한편, 가스배기관(16) 내부의 압력을 측정하기 위하여 압력계(16b)가 설치되며, 제어부(도시 안됨)는 압력계(16b)로부터 측정된 값에 의해 PCV(16a)를 제어한다.
또한, 가스배기관(16)상에는 공정 챔버(10)내의 압력이 일정 압력 이하로 내려가면 가스배기관(16)의 가스의 흐름을 차단시키는 배기가스 개폐밸브(V3)가 설치되며, 공정 챔버(10)내의 압력이 일정 압력 이상일 때 공정 챔버(10)내의 반응가스 및 퍼지가스가 PCV(16a)를 바이패스(By-pass)하여 배기관(16)을 통해 배기되도록 벤트밸브(Vent valve;Vv)를 구비한 바이패스관(17)이 설치된다.
그러나 종래의 급속 열처리장치는 가스공급관(14)을 통해 공급되는 퍼지가스의 공급량을 증가할 경우 가스공급관(14)을 따라 흐르는 퍼지가스의 흐름이 빨라져 공정 챔버(10)내의 압력이 증가하므로 가스배기관(16)의 PCV(16a)는 공정 챔버(10)내의 압력을 일정하게 유지하기 위하여 개방되는데, 이 때 PCV(16a)는 그 밸브특성상 거의 최대한 열리게 됨으로써 공정 챔버(10) 내부의 퍼지가스가 갑자기 줄어들게 되고, PCV(16a)는 줄어든 공정 챔버(10)의 압력을 증가시키게 위해 반대로 닫히게 됨으로써 공정 챔버(10) 내부의 압력이 갑작스럽게 증가하게 되는 등 공정 챔버(10)내의 압력변화가 심하게 발생하며, 이로 인해 공정이 안정하게 실시되지 못함으로써 장치에 에러가 빈번하게 발생하여 장치의 가동률이 저하될 뿐만 아니라 웨이퍼의 균일성(Uniformity)를 저하시키는 문제점을 가지고 있었다.
또한, 종래의 급속 열처리장치는 공정 챔버에서 1000℃ 이상 고온으로 가열된 웨이퍼가 로딩되어 쿨다운 페데스탈의 상면에 접촉시 웨이퍼와 쿨다운 페데스탈과의 급속한 온도차로 인해 발생되는 써멀 쇽(Thermal shock)에 의해 파손되는 문제점을 가지고 있었다. 또한, 고온의 웨이퍼에 10℃ 이하의 차가운 퍼지가스가 닿는 경우 웨이퍼는 스트레스(stress)를 받게 되며, 특히 선행공정을 통해 데미지(damage)를 입은 웨이퍼의 경우 파괴(broken)될 가능성이 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 종래의 단점을 해소하기 위한 것으로, 공정 챔버 내측으로 공급되는 퍼지가스를 가열된 상태로 공급하여 웨이퍼의 급격한 온도변화에 의한 스트레스 발생을 최소화할 수 있는 퍼지가스 온도 조절장치를 구비한 급속 열처리장치의 공정 챔버를 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 공정 챔버의 일측에 가스공급구가 형성되고, 가스공급구에는 가스공급관이 연결되고, 가스공급관의 공급측은 두 갈래로 분기되어 분기된 가스공급관을 통해 반응가스와 퍼지가스가 각각 공급되며, 분기된 각각의 가스공급관에는 반응가스 및 퍼지가스의 공급량을 제어하는 반응가스 MFC 및 퍼지가스 MFC가 각각 설치되며, 분기된 각각의 가스공급관에는 반응가스와 퍼지가스의 흐름을 각각 개폐하는 반응가스 개폐밸브(V1)와 퍼지가스 개폐밸브(V2)가 각각 설치되는 급속 열처리 장치의 공정챔버에 있어서, 퍼지가스가 공급되는 가스 공급관의 일단에 가스 공급관을 통과하는 퍼지가스를 가열하기 위한 가스 히터와, 가열된 퍼지가스의 온도를 적정한 온도로 유지하기 위한 가스 리저버를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 급속 열처리장치의 공정 챔버를 도시한 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 가스 리저버를 도시한 단면도이다. 한편, 종래기술과 동일한 구성 부재에 대해서는 동일한 도면부호로서 설명한다.
도시된 바와 같이, 공정 챔버(10)의 일측에는 가스공급구(13)가 형성되고, 가스공급구(13)에는 가스공급관(14)이 연결되고, 가스공급관(14)의 공급측은 두 갈래로 분기되어 분기된 가스공급관(14)을 통해 반응가스와 퍼지가스가 각각 공급되며, 분기된 각각의 가스공급관(14)에는 반응가스 및 퍼지가스의 공급량을 제어하는 반응가스 MFC(14a) 및 퍼지가스 MFC(14b)가 각각 설치된다.
또한, 분기된 각각의 가스공급관(14)에는 반응가스와 퍼지가스의 흐름을 각각 개폐하는 반응가스 개폐밸브(V1)와 퍼지가스 개폐밸브(V2)가 각각 설치된다.
한편, 공정 챔버(10)내로 공급되는 반응가스로는 산소(O2)가 사용되며, 내부를 정화시킴과 아울러 냉각시키는 역할을 수행하는 퍼지가스로는 질소(N2)가 사용된다.
특히, 본 발명에 따르면 퍼지가스가 공급되는 가스 공급관(14)의 일단에 가스 공급관(14)을 통과하는 퍼지가스를 가열하기 위한 가스 히터(40)가 설치되며, 가스 히터(40) 다음에 가열된 퍼지가스의 온도를 적정한 온도로 유지하기 위한 가스 리저버(41)가 설치된다.
본 발명에 따른 가스 리저버(41)는 도 3에 도시된 바와 같이, 케이스(43)가 이중 용기로 형성되어 그 사이에 진공층(42)이 형성되어 가열된 퍼지가스의 보온을 유지한다. 케이스(43)의 내측면에는 가열된 퍼지가스에서 복사되는 복사에 의한 손실을 방지하기 위해 니켈 코팅층(44)이 코팅된다. 또한, 케이스(43) 내측에는 저장된 퍼지가스의 온도를 높여주기 위해 열선(45)이 설치되고, 이 열선(45)에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(46)가 전기적으로 연결되어 저장된 퍼지가스를 가열할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 가스 리저버(41)는 케이스(43) 내부의 온도를 감지하여 전원 공급부(46)의 동작을 제어하기 위한 온도센서(47)를 구비한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 퍼지가스 온도 조절장치를 구비한 급속 열처리 장치의 공정 챔버(10)는 급속 열처리장치의 공정 챔버(10) 내에서 1000℃ 이상의 고열로 가열된 웨이퍼에 냉각용으로 주입되는 퍼지가스를 가스 히터(40)와 가스 리저버(41)를 통해 웨이퍼에 너무 낮은 온도의 퍼지가스가 공급되어 열적 스트레스를 받는 것을 방지할 수 있도록 적정한 온도로 퍼지가스를 가열하여 공급하게 된다. 특히, 가스 리저버(41)는 가스 히터(40)에서 가열된 퍼지가스를 적정한 온도를 유지할 수 있도록 보온역할 및 열선(45)을 통한 2차적인 가열을 통해 할 수 있으며, 공정 챔버(10)로 공급되는 퍼지가스의 온도를 정확하게 유지할 있도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 공정 챔버 내측으로 공급되는 퍼지가스를 가열된 상태로 공급하여 웨이퍼의 급격한 온도변화에 의한 스트레스 발생을 최소화할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 퍼지가스 온도 조절장치를 구비한 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 급속 열처리장치의 공정 챔버를 도시한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 급속 열처리장치의 공정 챔버를 도시한 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 가스 리저버를 도시한 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 ; 공정 챔버 40 ; 가스 히터
41 ; 가스 리저버 42 ; 진공층
43 ; 케이스 44 ; 니켈 코팅층
45 ; 열선 46 ; 전원 공급부
47 ; 온도센서

Claims (2)

  1. 공정 챔버의 일측에 가스공급구가 형성되고, 가스공급구에는 가스공급관이 연결되고, 가스공급관의 공급측은 두 갈래로 분기되어 분기된 가스공급관을 통해 반응가스와 퍼지가스가 각각 공급되며, 분기된 각각의 가스공급관에는 반응가스 및 퍼지가스의 공급량을 제어하는 반응가스 MFC 및 퍼지가스 MFC가 각각 설치되며, 분기된 각각의 가스공급관에는 반응가스와 퍼지가스의 흐름을 각각 개폐하는 반응가스 개폐밸브(V1)와 퍼지가스 개폐밸브(V2)가 각각 설치되는 급속 열처리 장치의 공정챔버에 있어서,
    퍼지가스가 공급되는 상기 가스 공급관의 일단에 가스 공급관을 통과하는 퍼지가스를 가열하기 위한 가스 히터와, 가열된 퍼지가스의 온도를 적정한 온도로 유지하기 위한 가스 리저버를 구비하는 것을 특징으로 하는 퍼지가스 온도 조절장치를 구비한 급속 열처리장치의 공정 챔버.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 리저버는 이중 용기로 형성되어 진공층을 구비한 케이스와,
    상기 케이스의 내측에 복사에 의한 손실을 방지하기 위해 니켈 코팅된 코팅층과,
    상기 케이스 내측에 저장된 퍼지가스의 온도를 유지하기 위해 설치되는 열선과,
    상기 열선에 전원을 공급하기 위해 설치되는 전원 공급부와,
    상기 케이스 내부의 온도를 감지하여 상기 전원 공급부를 제어하기 위한 온도센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 퍼지가스 온도 조절장치를 구비한 급속 열처리장치의 공정 챔버.
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