KR100637978B1 - 급속 열처리 방법 - Google Patents

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Abstract

로드 락 챔버에서 웨이퍼를 적재하고, 프로세스 챔버로 옮겨 온도를 램프 업 시킨 후, 램프 업된 웨이퍼의 온도를 유지한다. 다음, 웨이퍼의 온도를 램프 다운하고, 다시 프로세스 챔버를 아이들시켜 웨이퍼의 온도를 램프 다운 단계보다 빠른 속도로 내린다. 이어서 웨이퍼를 쿨 다운 챔버로 옮겨 급속 냉각한다. 이렇게 하면, 웨이퍼가 받는 열적 쇼크와 스트레스를 감소시켜 웨이퍼 파손과 소자의 특성 저하를 방지할 수 있다.
RTP, 웨이퍼, 아이들시간, 열적쇼크, 열적스트레스, 냉각

Description

급속 열처리 방법{a method of rapid thermal process}
도 1은 종래의 기술에 따른 열처리 방법의 흐름도이고,
도 2는 종래의 기술에 따른 열처리에서 웨이퍼의 온도 변화 그래프이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열처리 방법의 흐름도이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 열처리에서 웨이퍼의 온도 변화 그래프이고,
본 발명은 반도체 소자의 제조 공정 중에서 급속 열처리 공정(rapid thermal process : RTP)에 관한 것이다.
급속 열처리 공정은 텅스텐-할로겐(tungsten-halogen) 램프(ramp)의 광 복사를 이용하여 웨이퍼를 직접 가열함으로써 빠른 속도로 웨이퍼의 온도를 올리는 열처리 방법이다. 이러한 급속 열처리 공정은 반도체 제조 공정에서 결함 어닐링(annealing)을 비롯하여 에피택시(epitaxy) 성장, 이온 도핑(doping) 프로파일 형성, 금속 실리사이드 형성 등 매우 다양한 용도로 사용되고 있다.
그러면 도면을 참고로 하여 종래의 급속 열처리 공정에 대하여 설명한다.
도 1은 종래의 기술에 따른 열처리 방법의 흐름도이다.
먼저, 로드 락(load lock) 챔버(chamber)에서 웨이퍼를 외부로부터 받아들여 적재하고 대기한다.
다음, 웨이퍼를 프로세스(process) 챔버로 옮기고 가열하여 웨이퍼의 온도를 상온으로부터 공정 온도까지 신속하게 램프 업(ramp up)시킨다.
다음, 500~1,200℃ 사이의 적합한 공정 온도를 수 초 내지 수십 초 동안 유지시킴으로써 열처리를 진행한다.
이어서, 텅스텐-할로겐 램프의 공급 전력을 조절하여 웨이퍼의 온도를 일정한 속도로 램프 다운(ramp down)시킨다. 램프 다운에 의하여 웨이퍼의 온도는 공정 온도에 비하여 100~300℃ 정도 낮은 온도까지 내려간다.
다음, 웨이퍼를 쿨 다운(cool down) 챔버로 옮겨 상온보다 낮은 온도로 유지되어 있는 냉각 대에 웨이퍼를 접촉시킴으로써 급속 냉각한다.
냉각된 웨이퍼는 다시 로드 락 챔버로 옮겨져 카세트에 실려서 다음 공정 진행을 위하여 이동된다.
도 2는 종래의 기술에 따른 열처리에서 웨이퍼의 온도 변화 그래프이다.
1번 구간이 램프 업 단계이고, 2번 구간이 공정 온도를 유지하는 구간이며, 3번 구간이 램프 다운 단계이다. 마지막 4번 구간이 급속 냉각 단계이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 프로세스 챔버에서 램프 다운되어 나오는 웨이퍼의 온도는 400~1,100℃이다. 이러한 뜨거운 웨이퍼를 상온보다 낮은 온도를 가지는 냉각 대에 접촉시킴으로써 급속 냉각시키는 과정에서 웨이퍼가 열적 쇼크(shock)를 받아 파손되는 경우가 종종 발생한다. 웨이퍼가 파손되는 경우에는 웨이퍼 자체의 손실뿐만 아니라 장비의 가동률이 저하되어 생산성 감소가 뒤따르게 된다. 또한 이러한 급속 냉각 과정에서 받는 열적 스트레스(stress)로 인해 소자의 특성이 저하되고 수율도 감소한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 급속 열처리 과정에서 웨이퍼가 파손되는 것을 방지하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 급속 열처리 과정에서 웨이퍼가 받는 열적 스트레스를 감소시켜 소자 특성 저하를 방지하고 수율을 향상시키는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 램프 다운 단계와 급속 냉각 단계 사이에 아이들(idle) 시간을 둔다.
구체적으로는, 로드 락 챔버에서 웨이퍼를 적재하고, 프로세스 챔버로 옮겨 온도를 램프 업시킨 후, 램프 업된 웨이퍼의 온도를 유지한다. 다음, 웨이퍼의 온도를 램프 다운하고, 다시 웨이퍼의 온도를 램프 다운 단계보다 빠른 속도로 내리는 아이들 단계를 거친다. 이어서 웨이퍼를 쿨 다운 챔버로 옮겨 아이들 단계보다 빠른 속도로 급속 냉각한다.
이 때, 아이들 단계는 프로세스 챔버에서 프로세스 챔버의 가열 장치에 공급하는 전력을 프로세스 챔버가 휴식 상태일 때 공급하는 양으로 조정함으로써 진행 할 수도 있고, 웨이퍼를 프로세스 챔버에서 쿨 다운 챔버로 옮기는 경로인 트랜스퍼 챔버 내에서 진행할 수도 있으며, 쿨 다운 챔버 내로 웨이퍼를 옮긴 후 진행할 수도 있다. 여기서 아이들 단계는 10초 내지 30초 동안 진행하는 것이 바람직하고, 아이들 단계를 거친 후의 웨이퍼의 온도는 300℃에서 500℃ 사이로 되는 것이 좋다.
그러면 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 급속 열처리 공정에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열처리 방법의 흐름도이다.
먼저, 로드 락(load lock) 챔버(chamber)에서 로봇 팔이 웨이퍼를 외부에 위치한 카세트(cassette)로부터 받아들여 적재하고 대기한다.
다음, 웨이퍼를 프로세스(process) 챔버로 옮기고 가열하여 웨이퍼의 온도를 상온으로부터 공정 온도까지 신속하게 램프 업(ramp up)시킨다. 이 단계에서는 수 내지 수십 초 이내에 온도를 상온으로부터 500~1,200℃까지 끌어올린다.
다음, 500~1,200℃ 사이의 적합한 공정 온도를 수 초 내지 수십 초 동안 유지시킴으로써 열처리를 진행한다.
이어서, 텅스텐-할로겐 램프의 공급 전력을 조절하여 웨이퍼의 온도를 일정한 속도로 램프 다운(ramp down)시킨다. 램프 다운에 의하여 웨이퍼의 온도는 공정 온도에 비하여 100~300℃ 정도 낮은 온도까지 내려간다.
다음, 텅스텐-할로겐 램프의 공급 전력을 프로세스 챔버를 쉬는 동안에 공급하는 양으로 조정한 상태에서 웨이퍼를 수 내지 수십 초 동안 유지시킴으로써 아이 들(idle)시킨다. 아이들 단계에서는 램프 다운 단계에서보다 좀 더 빠른 속도로 웨이퍼의 온도가 하강한다. 아이들 단계를 지속하는 시간은 열처리 공정 온도에 따라 다르지만 실험 결과 10~30초 정도이면 웨이퍼 온도를 원하는 만큼 낮출 수 있고, 아이들 단계의 추가로 인해 급속 열처리 공정 전체의 공정 시간이 지나치게 증가하는 것도 방지할 수 있다. 아이들 단계를 거친 웨이퍼의 온도는 300~500℃ 정도가 된다.
다음, 웨이퍼를 쿨 다운(cool down) 챔버로 옮겨 상온보다 낮은 온도로 유지되어 있는 냉각 대에 웨이퍼를 접촉시킴으로써 급속 냉각한다.
아이들 단계는 프로세스 챔버에서만 진행할 수 있는 것은 아니다. 웨이퍼를 프로세스 챔버로부터 쿨 다운 챔버로 옮기는 동안 거치는 트랜스퍼(transfer) 챔버에서 일정 시간 지체시킴으로써 아이들 단계를 진행할 수도 있고, 웨이퍼를 쿨 다운 챔버로 옮겨 온 후 냉각 대에 웨이퍼를 접촉시키기 이전에 일정 시간 동안 지체시킴으로써 아이들 단계를 진행할 수도 있다.
냉각된 웨이퍼는 다시 로드 락 챔버로 옮겨져 카세트에 실려서 다음 공정 진행을 위하여 이동된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 열처리에서 웨이퍼의 온도 변화 그래프이다.
1번 구간이 램프 업 단계이고, 2번 구간이 공정 온도를 유지하는 구간이며, 3번 구간이 램프 다운 단계이다. 3'번 구간이 아이들 단계로서 램프 다운 단계보다는 급하고 4번 구간의 급속 냉각 단계보다는 훨씬 완만한 기울기로 웨이퍼의 온 도가 하강한다.
이렇게 웨이퍼를 급속 냉각하기 이전에 아이들시키면 급속 냉각시의 온도 변화 폭이 감소하고, 램프 다운과 급속 냉각의 중간 빠르기의 온도 변화를 거치게 되므로 웨이퍼가 받는 쇼크와 스트레스를 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따르면 웨이퍼를 급속 냉각하기 이전에 좀더 느린 속도로 온도를 내리는 단계를 둠으로써 웨이퍼가 받는 열적 쇼크와 스트레스를 감소시켜 웨이퍼 파손과 소자의 특성 저하를 방지할 수 있다.

Claims (6)

  1. 로드 락 챔버에서 웨이퍼를 적재하는 단계,
    상기 웨이퍼를 프로세스 챔버로 옮겨 온도를 램프 업시키는 단계,
    램프 업된 상기 웨이퍼의 온도를 유지하는 단계,
    상기 웨이퍼의 온도를 400℃ 내지 1,100℃ 범위로 램프 다운하는 단계,
    상기 프로세스 챔버의 가열 장치에 공급하는 전력을 상기 프로세스 챔버가 휴식 상태일 때 공급하는 양으로 조정함으로써 상기 웨이퍼의 온도가 상기 램프다운 단계보다 빠르게 하강하는 아이들 단계,
    상기 웨이퍼를 쿨 다운 챔버로 옮겨 상기 아이들 단계보다 빠른 속도로 급속 냉각하는 단계
    를 포함하고,
    상기 아이들 단계는 상기 웨이퍼의 온도를 10초 내지 30초 동안 300℃ 내지 500℃ 사이로 내리는 급속 열처리 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 아이들 단계는 상기 웨이퍼를 상기 프로세스 챔버에서 상기 쿨 다운 챔버로 옮기는 경로인 트랜스퍼 챔버 내에서 진행하는 급속 열처리 방법.
  4. 제1항에서,
    상기 아이들 단계는 상기 쿨 다운 챔버에서 상기 급속 냉각 단계를 진행하기 이전에 진행하는 급속 열처리 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
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