KR100523643B1

KR100523643B1 - 로딩된 웨이퍼에 균일하게 열전달할 수 있는 급속 열처리장치의 공정 챔버

Info

Publication number: KR100523643B1
Application number: KR10-2003-0006809A
Authority: KR
Inventors: 박재일; 김태훈
Original assignee: 동부아남반도체 주식회사
Priority date: 2003-02-04
Filing date: 2003-02-04
Publication date: 2005-10-25
Also published as: KR20040070635A

Abstract

본 발명은 웨이퍼가 로딩/언로딩되는 본체와, 로딩된 웨이퍼를 가열하는 램프 어레이와, 본체와 램프 어레이를 결합하는 어댑퍼 플레이트로 구성된 급속 열처리 장치의 공정 챔버에 있어서, 하부에 분사 노즐이 부착된 N₂ 가스 공급관을 램프 어레이의 중앙에 설치하므로서, 분사 노즐이 본체내에 로딩된 웨이퍼의 상면에 위치되고, 분사된 N₂ 가스는 본체의 상부 양측에 설치된 배출구를 통해 배출된다.

이에 따라 종래에 수평으로 흐르는 N₂ 가스의 흐름을 개선하여, N₂ 가스가 본체내에 로딩된 웨이퍼의 상면에서 분사되어 종래보다 균일하게 웨이퍼에 열을 전달하므로서, 웨이퍼의 열손상에 의한 파손을 방지할 수 있어 웨이퍼의 균일성(uniformity)와 양호한 수율(yield)을 얻을 수 있고, N₂ 가스가 램프의 열에 맞추어져서 분사된다면, 장비의 셋업초기에 설정된 30-40초로 램프 다운 시간을 줄일 수 있으므로, 웨이퍼의 생산량이 좋아진다. 웨이퍼의 균일성이 상승되므로, 지금처럼 실린더를 90RPM 정도로 회전하여도 300mm 웨이퍼도 처리할 수 있는 효과를 가진다.

Description

로딩된 웨이퍼에 균일하게 열전달할 수 있는 급속 열처리 장치의 공정 챔버{PROCESS CHAMBER OF A RAPID THERMAL PROCESSING APPARATUS CAPABLE OF UNIFORMLY HEAT TRANSFERRING TO A WAFER LOADED THEREIN}

본 발명은 급속 열처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 급속 열처리 장치의 공정 챔버내의 N₂ 가스의 흐름을 분사방식으로 개선하여 공정 챔버에 로딩된 웨이퍼에 균일하게 열전달할 수 있는 급속 열처리 장치의 공정챔버에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 반도체 소자를 제조하기 위한 공정은 열처리의 반복으로 이루어져 있으며, 열처리가 필요한 공정으로 열산화, 열확산, 각종의 어닐링(annealing)등을 들수 있다.

열처리 공정을 실시하는 장치로는 퍼니스(furnace)외에 급속 열처리(Rapid Thermal Processing : 이하 "RTP"라 함) 장치가 이용되고 있으며, RTP 장치는 고온을 사용해서 원하는 효과를 얻을 수 있는 동시에 수십초정도의 짧은 시간동안에 열처리 공정이 진행되므로 불순물이 확산되는 부작용을 최소화할 수 있는 장점이 있으므로 열처리 공정에 많이 이용되고 있다.

RTP 장치는 웨이퍼의 RTP 공정을 실시하는 공정 챔버(Process chamber)와, 공정 챔버로부터 RTP 공정이 완료된 웨이퍼를 냉각시키기 위한 쿨다운 챔버(Cooldowm chamber)와, 각각의 챔버로 웨이퍼를 이송시키는 웨이퍼 이송 로봇이 설치된 로드락 챔버(Loadlock chamber)를 포함하고 있다.

종래의 RTP 장치의 공정 챔버를 첨부한 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 RTP 장치의 공정 챔버의 구성을 도시하는 개략 단면도로서, 도시된 바와 같이, 공정 챔버는 웨이퍼(W)가 로딩/언로딩되는 본체(10)와, 로딩된 웨이퍼를 가열하는 램프 어레이(20)와, 본체(10)와 램프 어레이(20)를 결합하는 어댑퍼 플레이트(30)로 구성된다.

본체(10)에는 실린더(12)가 회전가능하게 설치되어 있고, 이 실린더(12)의 상단에는 웨이퍼를 지지하도록 SiC로 구성된 지지링(14)이 결합되어 이 곳에 웨이퍼가 로딩된다. 본체(10)는 또한 그 하부에 웨이퍼의 각 부분의 온도를 감지하는 다수의 광파이버 검침기(16)가 연장되어, 감지한 온도값을 감지부(도시하지 않음)에 제공하며, 상부의 양측에 가스 유입구(18) 및 가스 유출구(18')가 설치되어 있다.

램프 어레이(20)는 방사상의 다수의 존(zone)으로 배열된 복수의 램프(22)로 이루어지고, 멀티존 램프드라이버(도시하지 않음)으로부터 각각이 존마다 분리하여 각각의 램프(22)에 전압을 공급한다. 각각의 램프(22)는 경량의 파이프내에 수납된 할로겐 램프이다.

어댑터 플레이트(30)의 상하에는 박막형 쿼츠 윈도우 어셈블리(thin quartz window assembly)(32)가 장착되고, 그 일측에는 펌프(도시하지 안음)와의 배관(34)이 설치된다.

이와 같이 구성된 RTP 장치의 프로세스는 장치의 안정화(stabilization)과 웨이퍼의 온도를 올리기 위해, 급속, 중간, 서행 운전등의 단계를 거쳐 웨이퍼의 온도를 약 1000℃까지 올리고, 다시 램프 다운 단계(Lamp down step)를 거쳐 웨이퍼의 온도를 50℃로 내리고 있다. 이와 같이 급속 열처리 공정시에 웨이퍼의 급속한 온도 상승과 하강이 일어나므로, 웨이퍼의 열손상(Thermal damage)에 의한 웨이퍼가 파손(Wafer broken)되는 문제가 있다. 이를 방지하기 위해, 웨이퍼의 생산량(throughput)이 나쁘더라도 장비의 셋업(set-up)시에 30-40초 였던 램프 다운 시간을 60초로 하고 있다. 더구나, 공정 챔버의 내부는 외부로 부터의 공기가 유입되면 프로세스에 영향을 주기 때문에 그 내부를 상압보다 20Torr 높게 항상 780Torr로 설정하며, 이 상압을 맞추기 위하여 약 5-10℃의 N₂ 가스 흐름이 본체(10)의 가스 유입구(18)로 유입되어 가스 유출구(18')를 통해 유출되고 있지만, N₂ 가스가 화살표의 방향으로 수평으로 흐르므로 램프(22)의 열이 웨이퍼에 균일하게 전달되지 않는 문제가 있다.

또한, 300mm 웨이퍼를 사용하는 경우, 균일한 열전달을 위해 실린더(12)의 회전 속도를 증가해야 하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 이에 따라 안출된 것으로, 그 목적은 N₂ 가스의 흐름을 분사식으로 개선하여 웨이퍼에 균일하게 열을 전달할 수 있는 급속 열처리 장치의 공정 챔버를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명은 웨이퍼가 로딩/언로딩되는 본체와, 로딩된 웨이퍼를 가열하는 램프 어레이와, 본체와 램프 어레이를 결합하는 어댑퍼 플레이트로 구성된 급속 열처리 장치의 공정 챔버에 있어서, 상기 본체내에 로딩된 웨이퍼의 상면에 N₂ 가스가 분사되고, 본체의 상부 양측에 설치된 배출구를 통해 배출되도록 하부에 분사 노즐이 부착된 N₂ 가스 공급관이 상기 램프 어레이의 중앙에 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, N₂ 가스가 웨이퍼의 상부에서 분사되므로, 웨이퍼에 균일한 열전달이 가능하므로, 실린더의 회전을 증가할 필요가 없이 300mm 웨이퍼에도 적용할 수 있는 효과를 가진다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 급속 열처리 장치의 공정 챔버를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명이 바람직한 일실시예에 따른 급속 열처리 장치의 공정 챔버를 나타내는 것으로, N₂ 가스의 흐름을 수직으로 분사하는 식으로 개선한 것이외에는 도 1과 동일하므로, 동일한 부분에 대해서는 동일부호를 부여하였고 그 상세한 설명은 생략하였다.

도 2에 도시된 바와 같이 램프 어레이(20)의 중앙에 N₂ 가스 공급관(100)이 설치된다. N₂ 가스 공급관(100)의 하부에는 분사 노즐(120)이 부착되어, RTP의 공정 챔버의 본체(10)내에 로딩된 웨이퍼의 상면에 N₂ 가스가 분사되므로서, 램프(22)의 열을 균일하게 웨이퍼에 전달하고, 본체(10)의 상부의 양측에 설치된 배출구(126)를 통해 화살표의 방향으로 배출된다.

N₂ 가스 공급관(100)의 분사 노즐(120)은 도 3에 도시된 바와 같이, 중앙에 하나의 분사공(122)과, 이 분사공(122)을 중심으로 3개의 분사공(124)들이 정삼각형을 이루는 것이 바람직하다.

분사되는 N₂ 가스는 5slm의 속도로 분사되는 것이 바람직하고, 또한 램프에서 발생하는 열에 맞추어서 분사되는 것이 바람직하다.

물론, N₂ 가스가 램프의 열을 전달하는 매개체로서의 열전도체이므로, 웨이퍼에 균일하게 열을 전달한다면, 분사 노즐의 분사공의 배열을 도 2와 다르게 해도 상관없음은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 급속 열처리 장치의 공정 챔버는 종래에 수평으로 흐르는 N₂ 가스의 흐름을 개선하여, N₂ 가스가 본체내에 로딩된 웨이퍼의 상면에서 분사되어 종래보다 균일하게 웨이퍼에 열을 전달하므로서, 웨이퍼의 열손상에 의한 파손을 방지할 수 있어 웨이퍼의 균일성(uniformity)와 양호한 수율(yield)을 얻을 수 있고, N₂ 가스가 램프의 열에 맞추어져서 분사되므로, 장비의 셋업초기에 설정된 30-40초로 램프 다운 시간을 줄일 수 있으므로, 웨이퍼의 생산량이 좋아진다.

더구나, 본 발명에 따라 웨이퍼의 균일성이 상승되므로, 지금처럼 실린더를 90RPM 정도로 회전하여도 300mm 웨이퍼도 처리할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 종래의 급속 열처리 장치의 공정 챔버의 구성을 나타내는 개략도이고,

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 급속 열처리 장치를 나타내는 개략 단면도이고,

도 3은 도 2의 분사 노즐의 노즐공을 상세히 나타내는 저면 확대도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 본체 12 : 실린더

14 : 지지링 16 : 온도 검침기

18,18' : 가스 유입구 및 유출구 20 : 램프 어레이

22 : 램프 30 : 어댑퍼 플레이트

32 : 쿼츠 윈도우 34 : 배관

100 : N₂ 가스 공급관 120 : 분사 노즐

122, 124 : 노즐공 126 : 가스 배출구

Claims

웨이퍼가 로딩/언로딩되는 본체와, 로딩된 웨이퍼를 가열하는 램프 어레이와, 본체와 램프 어레이를 결합하는 어댑퍼 플레이트로 구성되어, N₂ 가스가 상기 본체 일측의 가스 유입구로 유입되어, 타측의 가스 배출구로 배출되는 급속 열처리 장치의 공정 챔버에 있어서,

상기 램프 어레이의 중앙에 N₂ 가스 공급관이 설치되고, 상기 공급관의 하부에 부착된 분사노즐을 통해 상기 본체내에 로딩된 웨이퍼의 상면에 상기 N₂ 가스가 분사되고, 분사된 N₂ 가스는 상기 본체의 양측에 설치된 배출구를 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 급속 열처리 장치의 공정 챔버.
제 1 항에 있어서, 상기 분사 노즐은 중앙에 하나의 분사공과, 이 분사공을 중심으로 3개의 분사공들이 정삼각형을 이루는 것을 특징으로 하는 급속 열처리 장치의 공정 챔버.
제 1 항에 있어서, 상기 N₂ 가스의 속도는 5 slm인 것을 특징으로 하는 급속 열처리 장치의 공정 챔버.