KR100781540B1 - 챔버 벽으로부터 이격된 온도 측정부를 포함하는 반도체소자 제조 장치 - Google Patents

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Abstract

이격된 온도 측정부를 포함하는 반도체 소자 제조 장치가 설명된다. 본발명의 일 실시예에 의한 반도체 소자 제조 장치는, 웨이퍼가 가공되는 공간인 챔버, 챔버 내외부를 이동할 수 있으며 웨이퍼가 탑재되는 웨이퍼 탑재부, 챔버의 벽 일면에 위치한 가열부, 및 챔버의 벽과 웨이퍼 탑재부 사이에 위치하며 챔버의 벽과 이격된 온도 측정부를 포함한다.
챔버, 온도 측정부, 열전대

Description

챔버 벽으로부터 이격된 온도 측정부를 포함하는 반도체 소자 제조 장치{Appratus for fabricating semiconductor devices including a thermal sensor separated from chamber wall}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조 장치의 절개 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 소자 제조 장치에 사용되는 반도체 소자 제조용 챔버를 개략적으로 도시한 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 반도체 소자 제조용 챔버를 개략적으로 도시한 횡단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 반도체 제조용 챔버를 도시한 구조 사시도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 반도체 소자 제조용 챔버를 개략적으로 도시한 절개 사시도이다.
도 6은 본 발명에 의한 반도체 제조 장치에서 이용한 온도 측정부를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 의한 반도에 제조 장치를 이용하여 반도체 제조 공정을 수행하면서 측정한 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명에 의한 반도체 제조 장치를 이용하여 반도체 제조 공정을 수행하면서 측정한 챔버 내부의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
100 : 반도체 소자 제조 장치
110 : 웨이퍼 카셋트 로딩/언로딩부 111 : 웨이퍼 카셋트
120 : 웨이퍼 카셋트 이송부 130 : 적재부
140 : 작업대 150 : 웨이퍼 이송부
160 : 웨이퍼 반출입실 170 : 가스관
200 : 챔버
210 : 챔버 벽 220 : 온도 측정부
221 : 보상 도선 222 : 절연체
223 : 보호관 224 : 커넥터
230 : 가열부 240 : 가스 주입구
241 : 가스 분산부 250 : 가스 배출구
260 : 웨이퍼 탑재부 270 : 블로킹 패널
290: 챔버 쿨링 시스템
본 발명은 반도체 소자 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 진공 챔버 내의 온도 측정부를 진공 챔버의 내벽으로부터 이격시켜 보다 효과적으로 웨이퍼 및 챔버 내의 온도를 모니터링할 수 있는 반도체 소자 제조 장치에 관한 것이다.
반도체 소자 제조 장치들은 다양한 반도체 소자 제조 공정에 따라 온도, 압력, 전계 및 주입되는 가스들의 종류 및 유량 등이 각기 공정에 따라 다르게 설정되고 제어된다. 따라서 반도체 소자 제조 장치는 이러한 다양한 공정 조건들을 실시간으로 매우 정밀한 모니터링을 할 수 있어야 한다. 만약 어느 한 공정 변수라도 바르게 제어되지 못할 경우, 그 오차가 고집적 반도체 소자를 제조하기 위한 정밀한 공정에 큰 영향을 미치게 되어 정상적인 반도체 소자를 제조할 수 없다.
반도체 소자 제조 공정에서는 높은 온도를 필요로 하는 공정이 매우 빈번하게 수행된다. 특히, 챔버 내에서 수행되는 식각 또는 증착 공정은 상온에서 수행되는 공정이 거의 없으며 대부분 수 백도 이상의 높은 온도에서 수행되는 고온 공정이다. 반도체 소자에 사용되는 다양한 물질들은 제각기 다른 전이 온도들을 가지고 있기 때문에 매우 정밀한 온도 제어가 요구된다. 만약 온도가 정밀하게 제어되지 못하면 반응 가스 및 반응 물질의 반응성이 통제되지 않기 때문에 정확한 패턴을 형성할 수 없다.
종래의 반도체 소자 제조 장치는 일반적으로 웨이퍼 및 챔버 내부를 가열하기 위한 히터가 챔버의 측벽 내부에 설치된다. 히터가 챔버 벽을 가열함으로써 챔버 내부가 가열되고, 따라서 챔버 내부에 위치하는 웨이퍼가 가열된다. 그리고 온도 측정부도 챔버 측벽에 설치된다. 온도 측정부는 챔버 측벽의 온도를 측정하여 웨이퍼 및 챔버 내부의 온도를 모니터링한다. 이 방법은 큰 오차없이 웨이퍼 또는 챔버 내부의 온도를 측정할 수 있다. 그러나 공정 시간을 단축하고 다양한 공정을 수행하기 위한 반도체 소자 제조 장치에서는 이러한 온도 측정 방식으로는 한계가 있다. 특히, 챔버 내부의 냉각 속도 및 효율을 높이기 위하여 챔버 측벽을 냉각시키기 위한 쿨링 시스템을 도입할 경우, 온도 측정부는 챔버 측벽의 온도를 감지하기 때문에 웨이퍼의 온도와 챔버 측벽의 온도 차이에 따른 큰 오차를 가지게 된다. 또, 챔버 측벽에 위치할 경우, 챔버 측벽에 반응 부산물 등이 쌓이기 때문에 정확한 챔버의 온도를 측정할 수 없다.
예를 들어, 산화막을 제거하는 공정의 경우, 챔버 내에 웨이퍼를 도입한 다음 가스를 주입하고 가열하여 플라즈마 상태로 만든 다음 웨이퍼 표면을 가공한다. 이때 챔버 내부의 온도는 약 200℃ 이상으로 상승된다. 그런데, 온도 측정부가 챔버 벽에 위치하는 경우, 챔버 벽이 30℃로 냉각되기 때문에 정확한 챔버의 온도를 측정하지 못하고 50~60℃의 온도를 나타내게 되며, 정확한 온도를 측정하기 위해서는 수 분이상 장시간 기다려야 한다. 이렇게 지연된 시간에 온도를 측정하게 되면 챔버 내부의 온도가 정확하지 않으므로 반도체 소자 제조 공정이 안정적으로 제어될 수 없으며, 반응 부산물이 온도 측정부에 증착되면 더욱 온도 측정 오차가 커지게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 실시간으로 정확하게 웨이퍼 및 챔버의 온도를 측정할 수 있는 반도체 소자 제조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 내부의 온도를 정밀하게 측정할 수 있는 반도체 소자 제조용 진공 챔버를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조 장치는, 웨이퍼가 가공되는 공간인 챔버, 챔버 내외부를 이동할 수 있으며 웨이퍼가 탑재되는 웨이퍼 탑재부, 챔버의 벽 일면에 위치한 가열부, 및 상기 챔버의 벽과 웨이퍼 탑재부 사이에 위치하며 챔버의 벽과 이격된 온도 측정부를 포함한다.
챔버는 내부에 가스를 주입하기 위한 가스 주입구 및 가스 주입구와 대향되게 위치하고 외부로 가스를 배출하기 위한 가스 배출구를 더 포함하며, 온도 측정부는 가스 주입구보다 가스 배출구에 더 가깝게 위치할 수 있다.
온도 측정부는 보호관으로 외부를 형성한 실린더형일 수 있으며, 보호관은 두께가 2mm 이하일 수 있고, 석영, 애노다이징된 알루미늄 또는 두 물질의 화합물중 어느 하나일 수 있다.
온도 측정부는 니켈-크롬 합금의 전극을 가지며, (+) 전극과 (-) 전극이 접촉하여 온도를 측정할 수 있는 온도 측정 접점을 적어도 3곳 이상 포함하는 열전대 방식일 수 있다.
웨이퍼 탑재부는 적어도 3개 이상의 지주를 가지며 다수개의 웨이퍼를 탑재 하고 회전 및 상하 이동을할 수 있다.
가열부는 필라멘트를 가진 램프이고 챔버의 벽 내에 노출되어 위치할 수 있다.
챔버는 벽 내부에 챔버 벽을 냉각시키기 위한 수로관 또는 워터 재킷을 포함한 냉각 시스템을 더 포함할 수 있다.
가스 배출구 주변에 가스의 흐름을 안내하기 위한 블로킹 패널을 더 포함할 수 있고, 블로킹 패널은 챔버 벽으로부터 오목하게 위치할 수 있다.
온도 측정부는 블로킹 패널의 중간에 수직으로 이격되어 위치할 수 있다.
온도 측정부는 블로킹 패널 및 챔버 벽과 이격되어 위치하며, 챔버의 중심축으로부터 챔버 벽과 동일한 동심원 상에 위치할 수 있다.
웨이퍼 탑재부가 상기 챔버 내부로부터 외부로 이동하여 웨이퍼를 로딩/언로딩할 수 있는 웨이퍼 반출입실을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 소자 제조용 챔버는, 외부로부터 내부를 격리시키는 챔버 벽, 챔버 벽의 일면에 위치하며 가스를 주입하기 위한 가스 주입구, 가스 주입구와 인접하며 가스 주입구로부터 주입되는 가스를 분산시키기 위한 가스 분산부, 웨이퍼를 탑재하기 위한 웨이퍼 탑재부, 챔버 내부를 가열하기 위한 가열부, 챔버 벽과 웨이퍼 탑재부 사이에 이격되어 위치하며 챔버 내부의 온도를 측정하기 위한 온도 측정부, 챔버 벽의 일면에 위치하며 가스를 배출하기 위한 가스 배출구를 포함한다.
가스 주입구와 가스 배출구는 서로 대향되게 위치하며, 온도 측정부는 가스 주입구보다 가스 배출구에 더 가깝게 위치할 수 있다.
가열부는 할로겐 램프이고 챔버의 벽 내에 노출되어 위치할 수 있다.
가스 배출구 주변에 챔버 벽으로부터 오목하게 위치하며 가스 흐름을 안내하기 위한 블로킹 패널을 더 포함할 수 있다.
챔버 벽 내부에 챔버 벽을 냉각시키기 위한 수로관 또는 워터 재킷을 포함하는 냉각 시스템을 더 포함할 수 있다.
온도 측정부는 니켈-크롬 합금의 전극을 가지며, (+) 전극과 (-) 전극이 접촉하여 온도를 측정할 수 있는 온도 측정 접점을 적어도 3곳 이상 포함할 수 있다.
온도 측정부는 챔버의 중심축으로부터 챔버 벽보다 가까이 위치할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조 장치의 절개 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조 장치(100)는 웨이퍼 카셋트 로딩/언로딩부(110), 웨이퍼 카셋트 이송부(120), 웨이퍼 카셋트 적재부(130), 작업대(140), 웨이퍼 이송부(150), 웨이퍼 반출입실(160), 챔버 벽으로부터 이격된 온도 측정부를 포함하는 챔버(200) 및 가스관(170)을 포함한다.
웨이퍼 카셋트 로딩/언로딩부(110)는 웨이퍼 카셋트(111)가 반도체 소자 제조 장치(100)에 로딩되거나, 언로딩되기 위하여 대기하는 부분이다. 웨이퍼 카셋트(111)는 챔버(200) 내에서 가공되거나 가공될 웨이퍼를 탑재할 수 있다.
웨이퍼 카셋트 이송부(120)는 웨이퍼 카셋트 로딩/언로딩부(110)에 로딩된 웨이퍼 카셋트(111)를 웨이퍼 카셋트 적재부(130)로 이송하거나 반대로 적재부(130)로부터 웨이퍼 카셋트(111)를 웨이퍼 카셋트 로딩/언로딩부(110)로 이송할 수 있다. 또, 웨이퍼 카셋트(111)를 작업대(140)로 이송할 수 있어서 웨이퍼 이송부(150)가 웨이퍼를 웨이퍼 반출입실(160)로 이송하도록 할 수 있다.
웨이퍼 반출입실(160)에는 웨이퍼 탑재부(미도시)가 위치할 수 있다. 웨이퍼 이송부(150)에 의해 웨이퍼 카셋트(111)에 탑재되어 있는 웨이퍼가 웨이퍼 탑재부에 적재될 수 있다. 웨이퍼 탑재부는 다수개의 웨이퍼를 탑재할 수 있다.
웨이퍼가 탑재된 웨이퍼 탑재부는 챔버(200) 내부로 이동되어, 반도체 소자 제조를 위한 웨이퍼 가공 공정이 수행될 수 있다. 웨이퍼 탑재부는 상승/하강이 가능하며 회전할 수 있다.
가스관(170)을 통하여 챔버(200) 내에 가스가 공급될 수 있다. 가스는 다양한 공정에 따라 다양한 가스들이 주입될 수 있다. 또 가스 배출관을 통하여 반응이 끝난 가스를 외부로 배출할 수 있다. 반도체 소자 제조를 위한 웨이퍼 가공 공정이 진행될 때는 챔버(200)에 전기장 및 자기장이 인가될 수 있다. 또 챔버(200)는 수 백℃의 고온으로 가열될 수 있다. 챔버를 가열하기 위한 가열부(미도시)는 챔버 내벽에 위치할 수 있으며 구체적으로 예를 들어 텅스텐 필라멘트 같은 발광, 발열체를 가진 램프가 사용될 수 있다. 또 챔버(200)를 쿨링하기 위한 쿨링 시스템이 적용될 수 있다. 챔버(200)에 대한 더 상세한 설명은 도면을 참조하여 후술된다.
챔버(200) 내에서 반도체 소자 제조를 위한 웨이퍼 가공 공정이 종료된 후에 웨이퍼 탑재부는 챔버(200) 내부로부터 웨이퍼 반출입실(160)로 이동될 수 있다.
웨이퍼 이송부(150)는 웨이퍼 탑재부에 탑재되어 있는 웨이퍼를 작업대(140)의 웨이퍼 카셋트(111)로 이송할 수 있다.
웨이퍼 카셋트 이송부(120)는 작업대(140)의 웨이퍼 카셋트(111)를 웨이퍼 카셋트 적재부(130)로 이동시킨다. 또한, 웨이퍼 카셋트 이송부 (120)는 웨이퍼 카셋트 적재부(130)의 웨이퍼 카셋트(111)를 웨이퍼 카셋트 로딩/언로딩부(110)에 위치시켜, 다음 반도체 소자 제조 공정을 진행할 수 있도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 소자 제조 장치(100)에 사용되는 반도체 소자 제조용 챔버(200)를 더욱 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 소자 제조 장치에 사용되는 반도체 소자 제조용 챔버를 개략적으로 도시한 종단면도이다. 구체적으로 도 1의 챔버(200)를 A-A' 방향으로 절개한 종단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 소자 제조 장치의 챔 버(200)는, 챔버 벽(210), 챔버 벽(210)으로부터 이격된 온도 측정부(220), 가스 주입구(240), 가스 배출구(250) 및 웨이퍼 탑재부(260)를 포함한다.
챔버(200)는 수직 원통형 또는 수직 다각형 모양일 수 있다.
챔버(200)는 일 방향에 가스 주입구(240)를 포함할 수 있고, 대향되는 방향에 가스 배출구(250)를 포함할 수 있다. 가스 주입구(240) 및 가스 배출구(240)는 다양한 높이에 형성될 수 있다. 도면에서는 본 발명의 기술적 사상을 이해하기 쉽도록 하기 위하여 중간에 위치하는 것으로 도시하였다. 그러나 이에 한정되지 않고 상부 또는 하부에 위치할 수도 있으며, 각기 하나가 아닌 다수개로 형성될 수 있다.
가스 주입구(240)는 다양한 반응 가스를 챔버(200) 내부에 주입할 수 있다. 챔버(200) 내에서 수행될 웨이퍼 가공 공정에 따라 다양한 가스들을 각기 또는 조합된 가스를 주입할 수 있다. 또한 외부에서 플라즈마 상태로 여기된 가스들을 주입할 수도 있다. 웨이퍼 가공 공정이 아닌 챔버(200) 내부를 세정하기 위한 공정을 수행하고자 할 경우에도 세정을 위한 가스를 주입할 수 있다.
가스 배출구(250)는 반응이 끝난 반응 가스 및 반응 부산물을 챔버 외부로 배출할 수 있다. 가스 배출구(250)는 외부에 펌프(미도시)와 연결되어 챔버(200) 내부의 가스를 배출할 수 있고, 챔버(200) 내부를 진공 상태로 만들 수 있다.
가스를 배출할 때 가스 흐름을 일정하게 유지시켜주는 블로킹 패널(270)을 더 포함할 수 있다. 블로킹 패널(270)은 챔버 벽(210)으로부터 오목한 형태로 형성될 수 있다. 블로킹 패널(270)은 온도 측정부(220)와 인접할 수 있으며, 오목한 형 태로 형성되어 챔버(200) 중심 방향으로 이격된 온도 측정부(220)가 챔버 중심축으로부터 챔버 벽(210)과 유사한 거리에 위치하도록 할 수 있다.
온도 측정부(220)의 위치는 챔버 벽(210)으로부터 이격되어 형성되고, 챔버 중심축으로부터 챔버 벽(210)과 동일한 거리에 위치할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것이 아니고 유사한 거리에 위치할 수 있으며, 더 구체적으로는 챔버 벽(210)보다 챔버 중심축과 가까운 거리에 위치할 수 있다. 챔버 벽(210)보다 챔버 중심축으로부터 먼 거리에 있어도 본 발명의 기술적 사상을 달성할 수 있으나 챔버 중심축에 가까울수록 챔버 중심부에 위치하는 웨이퍼의 온도를 좀 더 작은 오차로 측정할 수 있을 것이다. 본 실시예에서는 종래 기술에 의한 온도 측정부와 기능 및 효과를 비교하기 위하여 챔버 중심축으로부터 챔버 벽(210)과 유사한 거리에 위치하도록 구성하였다.
챔버(200)는 내부를 가열하기 위한 가열부(미도시)를 포함할 수 있다. 가열부에 대한 상세한 설명은 도면을 참조하여 후술된다.
챔버 벽(210)은 챔버 내부를 외부와 단절시켜 진공 상태로 만들고 고온으로 가열될 경우 챔버 내부의 온도를 보존할 수 있다. 챔버 벽(210)은 석영 또는 애노다이징된 알루미늄 등으로 코팅될 수 있다. 챔버 벽(210)의 외부에는 챔버 내부에 자기장을 인가하기 위한 코일 또는 전자석이 추가될 수 있다.
챔버(200)는 가스 주입구(240)와 웨이퍼 탑재부(260) 사이에 가스 분산부(241)를 더 포함할 수 있다. 가스 분산부(241)는 다수의 구멍을 가진 패널형태일 수 있다. 가스 분산부(241)는 도면에서와 같이 챔버 내부에 넓게 형성될 수 있으 나, 이에 한정되지 않고 가스 주입구(240)와 인접하여 형성되거나 가스 주입구(240)의 끝단에 형성될 수 있다.
웨이퍼 탑재부(260)는 다수개의 웨이퍼(W)를 탑재할 수 있다. 웨이퍼 탑재부(260)는 웨이퍼(W)가 수평 방향으로 적층될 수 있도록 3개 혹은 4개의 지주로 구성되고, 각각의 지주에는 웨이퍼(W)가 적층될 수 있도록 홈이 형성되어 다수개의 웨이퍼(W)를 수평 상태로 수십개 이상을 적층하는 방식으로 탑재할 수 있다. 예를 들면, 웨이퍼 카셋트(111)가 탑재할 수 있는 웨이퍼의 배수에 해당하도록 웨이퍼를 탑재할 수 있다. 통상 웨이퍼 캐리어 1대가 탑재하는 웨이퍼의 수는 25개이므로 웨이퍼 탑재부(260)가 탑재할 수 있는 웨이퍼의 수는 25, 50, 75, 100, 125 등 25의 배수일 수 있다. 웨이퍼 탑재부(260)는 상하 이동을 할 수 있다. 상하 이동을 하여 도 1의 웨이퍼 반출입실(160)과 챔버(200) 내부로 이동할 수 있다. 웨이퍼 탑재부(260)는 회전 운동을 할 수 있다. 특히 웨이퍼를 가공하는 동안 회전을 하여 웨이퍼에 전달되는 열 및 반응 가스를 균일하게 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 반도체 소자 제조용 챔버를 개략적으로 도시한 횡단면도이다. 참고적으로 도 2에 도시한 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 소자 제조용 챔버(200)를 B-B' 방향으로 절개하여 개략적으로 도시한 횡단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 반도체 소자 제조용 챔버(200a)는, 챔버 벽(210a), 챔버 벽(210a)으로부터 이격되어 있는 온도 측정부(220a), 가열부(230a), 가스 주입구(240a), 가스 배출구(250a), 웨이퍼 탑재 부(260a) 및 챔버 쿨링 시스템(280)을 포함한다.
가열부(230a)는 챔버 벽(210a) 내부에 삽입될 수 있다. 또는 챔버 벽(210a) 내부에 삽입되되, 챔버 내부에 노출될 수도 있다. 가열부(230a)는 열저항 방식, 코일 방식 등을 사용할 수 있으나 본 실시예에서는 특히 램프 방식을 사용할 수 있다. 구체적으로 텅스텐 필라멘트와 같은 발광, 발열체를 가진 할로겐 램프일 수 있다. 보다 상세하게 텅스텐 필라멘트를 둘러싸는 석영관 및 석영관내부를 채우는 가스로 형성될 수 있다. 가열부(230a)는 챔버 벽(210a)을 가열하여 챔버 내부의 온도를 높일 수 있다. 그러나 본 실시예에서는 램프 방식의 가열부(230a)를 사용하므로 챔버 내부에 노출되어 챔버 내부 및 웨이퍼 탑재부(260a)에 탑재된 웨이퍼(W)를 직접 가열할 수 있다. 가열부(230a)는 챔버(200a)의 종방향으로 길게 형성되어 가열 효율을 높이도록 형성될 수 있다.
또한, 챔버 벽(210a) 내부에 수로관 또는 워터 재킷을 이용한 챔버 쿨링 시스템(280)이 적용될 수 있다. 챔버 쿨링 시스템(280)은 챔버(200a)가 필요이상으로 가열되는 현상을 막고, 챔버 냉각 효율을 높이며, 챔버 냉각에 걸리는 시간을 절약하여 생산성을 높일 수 있다. 챔버 쿨링 시스템(280)은 챔버 벽(210a) 내부에 냉각을 위한 수로관 또는 워터 재킷과 같은 물이 지나는 통로 또는 공간을 가질 수 있으며 외부에 별도의 워터 펌프를 포함하여 물 또는 냉각 용매를 순환시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 반도체 제조용 챔버를 도시한 구조 사시도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 반도체 제조용 챔 버(200b)는, 챔버 벽(210b), 챔버 벽(210b)과 이격된 온도 측정부(220b), 가열부(230b), 가스 주입구(240b), 가스 배출구(250b) 및 블로킹 패널(270b)을 포함한다.
챔버(200b)를 원통형으로 도시하였으나 이에 한정되지 않으며 다각형 모양일 수 있다.
챔버 벽(210b)은 다양한 두께를 가질 수 있으며, 표면이 석영 또는 애노다이징된 알루미늄으로 코팅될 수 있다.
온도 측정부(220b)는 챔버 벽(210b)으로부터 이격되어 위치할 수 있으며, 블로킹 패널(270b)의 상단 높이보다 낮게 형성될 수 있다. 두께는 2mm 미만일 수 있으며, 석영, 애노다이징된 알루미늄, 또는 두 물질의 화합물로 형성된 보호관에 싸인 실린더형일 수 있다. 온도 측정부(220b)에 대한 더 상세한 설명은 도면을 참조하여 후술된다.
가열부(230b)는 램프 일 수 있으며, 챔버 벽(210b) 내에 적어도 2개 이상 포함될 수 있다. 가열부(230b)는 종방향으로 길게 형성될 수 있으며, 챔버(200b) 내부에 노출되도록 형성될 수 있다. 도면에는 본 발명의 기술적 사상을 이해하기 쉽도록 하기 위하여 가열부(230b)가 위치할 수 있는 영역을 도시하였다.
가스 주입구(240b)는 챔버 벽(210b)의 일면에 위치할 수 있다. 본 도면에서 챔버(200b)의 본 발명의 기술적 사상을 이해하기 쉽도록 하기 위하여 가스 주입구(240b) 및 가스 분산부가 위치하는 영역만을 도시하였다. 즉, 도 4의 가스 주입구(240b)로 도시된 부분에는 가스 주입구(240b) 및 가스 분산부가 위치할 수 있다.
가스 배출구(250b) 및 블로킹 패널(270b)도 본 발명의 기술적 사상을 이해하기 쉽도록 하기 위하여 위치할 수 있는 영역만을 도시하였다. 가스 배출구(250b) 및 블로킹 패널(270b)에 대한 더 상세한 설명은 도면을 참조하여 후술된다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 반도체 소자 제조용 챔버를 개략적으로 도시한 절개 사시도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 반도체 소자용 챔버(200c)는, 챔버 벽(210c), 챔버 벽(210c)의 일면에서 오목하게 형성된 블로킹 패널(270c), 블로킹 패널(270c)의 일부분에 형성된 가스 배출구(250c) 및 챔버 벽(210c)과 이격된 온도 측정부(220c)를 포함한다.
챔버(200c)를 원통형으로 도시하였으나 이에 한정되지 않으며 다각형 모양일 수 있다.
챔버 벽(210c)을 선으로 도시하였으나 이는 간략화 한 것이며 적절한 두께를 가질 수 있다.
블로킹 패널(270c)은 챔버 벽(210c)으로부터 오목하게 형성될 수 있다. 블로킹 패널(270c)은 챔버(200c)의 모양을 따라 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 수직 길이가 수평 길이보다 긴 직사각형 모양으로 예시한다.
블로킹 패널(270c)의 일부에 가스 배출구(250c)가 형성될 수 있다. 도면에는 중앙부에 형성되어 있으나 이에 한정되지 않고 보다 다양한 위치에 형성될 수 있다.
온도 측정부(220c)는 챔버 벽(210c)으로부터 이격되어 형성될 수 있으며, 블 로킹 패널(270c)과 인접할 수 있다. 온도 측정부(220c)의 일단부가 연장되어 블로킹 패널(270c)의 일부분과 접촉되도록 형성될 수 있다. 온도 측정부(220c)는 챔버(200c)의 중심축으로부터 챔버 벽(210c)과 유사 거리에 위치할 수 있다. 구체적으로는 챔버(200c)의 중심축으로부터 챔버 벽(210c)보다 가깝도록 위치할 수 있다. 온도 측정부(220c)는 긴 막대 모양일 수 있으며 수직 방향으로 위치할 수 있다. 온도 측정부(220c)에 대한 더 상세한 설명은 도면을 참조하여 후술된다.
도 6은 본 발명에 의한 반도체 제조 장치에서 이용한 온도 측정부를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 제조 장치에 사용되는 온도 측정부(220)는, 보상 도선(221), 절연체(222) 및 보호관(223)을 포함한다. 보상 도선(221)은 니켈에 크롬이 주로 포함되어 이루어지는 (+) 도선과 니켈이 주로 포함되어 이루어지는 (-) 도선으로 이루어지는 K-type일 수 있다. (+) 도선과 (-) 도선은 서로 만나서 온도가 측정되는 측정 접점을 형성할 수 있다. (+) 도선과 (-) 도선이 만나서 형성되는 측정 접점은 챔버 벽(210)으로부터 소정 간격 이격될 수 있다. 따라서, 온도 측정부(220)는 챔버 벽(210)에 의한 영향이 배제되고 웨이퍼의 온도를 보다 정확하고, 효과적으로 측정할 수 있다. 이때, 온도 측정부(220)의 측정 접점은 노출형, 접지형 또는 비접지형 등으로 구성될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서는 비접지형이 사용될 수 있다.
열전대(220)의 보상 도선(221)은 보호관의 내부에 다수개가 존재할 수 있다. 각각의 보상 도선의 말단은 (+) 도선과 (-) 도선이 만나서 형성되는 측정 접점이 위치하며, 각 보상 도선의 측정 접점은 독립적으로 해당 위치의 온도를 측정할 수 있다. 구체적으로, 도 6의 각 측정 접점들(221a, 221b, 221c, 221d, 221e)은 각기 다른 길이 또는 높이에 구성될 수 있다. 따라서 각 측정 접점들은 각기 다른 위치의 온도를 측정할 수 있다. 본 실시예에서는 5곳의 온도를 측정할 수 있도록 구성되었으나 이에 한정되지 않고 더 많은 측정 점점으로 구성될 수 있다.
온도 측정부는 상술한 것과 같은 열전대(thermo-couple) 방식일 수 있고, 온도에 따라 측정 소자의 저항이 바뀌는 저항 온도계(thermo-resister) 방식일 수도 있다.
온도 측정부는 가스 배출구의 방향에 위치될 수 있다. 구체적으로 가스 배출구 주위에 형성된 블로킹 패널에 인접하여 형성될 수 있다. 보다 상세하게 블로킹 패널과 이격되어 블로킹 패널의 중심축과 평행하게 형성될 수 있다. 또는 가스 배출구의 중심축과 직교하거나 가스 배출구 이등분선과 평행하게 형성될 수 있다.
온도 측정부는 다음과 같은 점들을 고려하여 선정될 수 있다.
우선, 온도 측정부의 모양이다. 온도 측정부는 크게 실린더형과 평판형으로 나눌 수 있다. 다음으로 온도 측정부의 보호관과 내부 도선들의 결합 상태이다. 일체형 또는 용접형으로 제작될 수 있다. 다음으로, 온도 측정부의 두께를 고려할 수 있다. 본 실시예에서는 상대적으로 얇은 온도 측정부와 두꺼운 온도 측정부를 비교 실험하였다. 최적의 두께를 제시할 순 없으나 두 가지 온도 측정부를 비교하여 실험한 결과 얇은 온도 측정부가 더 좋은 특성을 나타내었다. 실험결과로서는 파손의 위험을 고려하지 않아도 된다면 되도록 얇게 제작하는 것이 더 좋은 특성을 가질 수 있을 것이라 예상할 수 있다. 다음으로 온도 측정부의 재질을 고려할 수 있다. 챔버 벽과 되도록 같은 재질을 사용하는 것이 좋다고 할 수 있으나, 재질이 크게 다르지 않다면 적용하는데 큰 어려움이 없다. 그래서 대표적인 세가지 재질로 석영, 애노다지이징된 알루미늄 및 두 물질의 화합물을 적용하여 실험하였다.
상술한 네가지 평가 팩터를 고려하여 몇가지 특성 별로 실험하여 평가하였다. 평가 팩터는 온도 근접성, 시간 응답성, 영역간 분리 특성, 가스 흐름 방지 정도, 소형화 정도, 제작 용이성 및 유지 용이성 등이다. 온도 근접성이란 실제 온도와 측정 온도가 얼마나 근접하는가를 의미하며 실제 온도와 측정 온도가 되도록 근접할수록 좋은 특성이라 할 수 있다. 시간 응답성은 측정 온도를 빠른 시간에 제어장치에 전달, 디스플레이 할 수 있는가를 의미한다. 시간 응답성이 좋다는 의미는 실시간으로 측정된 온도가 디스플레이 되는데 걸리는 시간이 짧고 정확하다는 의미이다. 영역간 분리 특성은 온도를 측정하는 각 영역별로 되도록 독립되어 온도를 측정할 수 있다는 의미이다. 보다 상세하게, 챔버 내부에는 제어해야 하는 온도 영역이 여러곳일 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 수평 방향으로 중앙에 위치하는 웨이퍼 탑재부의 중심축 위치의 온도와 주변 외곽부의 온도, 챔버 내부의 온도 및 챔버 벽의 온도 영역을 고려할 수 있고, 수직 방향으로는 웨이퍼 탑재부의 상부에 위치한 웨이퍼의 온도와 하부에 위치한 웨이퍼의 온도를 고려할 수 있다. 즉, 영역간 분리 특성이란 이러한 각 영역별 온도를 각기 독립적으로 측정할 수 있는가 하는 팩터이다. 다음으로 가스 흐름 방지 정도는 온도 측정부가 원래의 가스 흐름을 방해하지 않아야 한다는 의미이다. 가스 흐름은 가공하는 웨이퍼와의 반응성을 고려 하여 정밀하게 설계된 것이므로 가스 흐름이 바뀌는 것은 기존의 안정화된 가스 흐름 특성을 악화시킬 수 있다. 소형화 정도는 되도록 점유하는 체적이 작아야 한다는 의미이다. 또 제작이 쉽고 유지하기가 쉬워야 한다. 상술한 특성 팩터로 평가하여 다양한 온도 측정부를 제작하여 비교 실험하였다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.
표 1은 스코어 카드이다. 다양한 온도 측정부들을 여러가지 평가 팩터로 실험하여 스코어화하여 나타내었다.
항목 스코어 카드
온도 근접성 시간 응답성 영역간 분리 특성 가스 흐름 방지 정도 소형화 정도 제작 용이성 유지 용이성 총점
7 6 5 4 3 2 1
모양 실린더형 4 0 0 5 5 3 5 74
평판형 5 0 0 3 3 4 2 66
보호관 일체형 4 5 0 5 5 1 0 95
용접형 3 4 0 3 3 5 0 76
두께 Thin 0 5 5 0 0 0 0 55
Thick 0 1 1 0 0 0 0 11
재질 Anodized-Al 5 3 2 0 0 3 3 72
석영 4 3 3 0 0 5 5 76
석영+Anodized Al 3 4 3 0 0 4 4 72
표 1을 참조하여 설명한다. 각 평가 팩터들의 숫자는 가중치이고 평가 점수가 0인 항목은 크게 고려하지 않아도 되는 항목들이거나 실험에 고려되지 않은 평가 팩터일 수 있다.
먼저 온도 측정부의 보호관이 실린더형 모양인 경우와 평판형 모양인 경우를 비교한다. 온도 측정부의 보호관의 모양이 실린더형인 온도 측정부보다 보호관의 모양이 평판형인 온도 측정부가 온도 근접성이 좋고 제작하기가 용이하였으나, 가스 흐름 방지 정도가 좋지 않았으며 소형화가 어렵고 유지하기가 어려웠다. 구체적 평가 점수는 실린더형의 경우 7×4 + 4×5 + 3×5 + 2×3+ 1×5 = 74점이고, 평탄형의 경우 7×5 + 4×3 + 3×3 + 2×4 + 1×2 = 66점이다.
다음으로, 일체형 온도 측정부와 용접형 온도 측정부를 비교하였다. 같은 스코어링 방법으로 평가한 결과 일체형 온도 측정부의 경우 95점이었으며, 용접형 온도 측정부의 경우 76점이었다.
두께가 얇은 온도 측정부가 두께가 두꺼운 온도 측정부보다 특성이 우수하였다. 구체적으로 2mm를 경계로 하여 두 가지의 온도 측정부를 비교한 것이다. 상대적인 두께 차이에 따라 평가 결과가 달라질 것이므로 평가점수는 큰 의미를 가지지 않는다고 볼 수 있다. 그러나 다른 평가 팩터에 따라 실험한 결과보다 두께에 따라 실험 결과가 큰 폭으로 차이가 나는 것을 알 수 있다. 즉, 두께는 다른 평가 팩터보다 더욱 중요하게 고려되어야 한다고 볼 수 있다. 결론적으로는 두께가 얇은 온도 측정부가 두꺼운 온도 측정부보다 좋은 특성을 나타내었으므로 되도록 얇은 온도 측정부를 적용하는 것이 좋다고 할 수 있다.
다음으로 온도 측정부의 재질에 따른 평가이다. 온도 측정부의 재질로 석영, 애노다이징된 알루미늄, 및 두 물질의 화합물을 적용하여 평가하였다. 결론적으로 석영 재질의 온도 측정부가 근소하게 좋은 특성을 나타내었다.
종합하면, 실린더형, 일체형, 석영 재질로 두께가 얇은 온도 측정부가 좋은 특성을 나타낸다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에서는 실린더형, 일체형, 석영 재질의 얇은, 즉 두께가 2mm 이하인 온도 측정부를 적용한다.
그러나 본 발명의 실시예는 실험 결과에 따라 더 좋은 결과를 나타낸 온도 측정부를 대표적으로 적용한 것이며, 본 발명을 한정하려는 것이 아니다. 만약 본 실시예에서 사용한 챔버가 아니라 다른 모양의 챔버 또는 다른 공정, 다른 가스 등을 사용하는 반도체 제조 공정에서는 본 실험 결과가 달라질 수도 있을 것이다. 그때에는 온도 측정부를 개량하여 적용할 수 있다. 이상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다.
부가하여, 각 평가 팩터의 스코어링 방법은 각 평가 팩터 별로 최하치와 최상치를 정하여 구간 별로 스플릿하여 배점한 것이다.
도 7은 본 발명에 의한 반도에 제조 장치를 이용하여 반도체 제조 공정을 수행하면서 측정한 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7을 참조하면, 종래 기술에 의한 온도 측정부를 사용하는 반도체 소자 제조 장치는 A의 온도 측정 결과를 나타내었고, 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 소자 제조 장치는 B의 온도 측정 결과를 나타내었다. X축은 온도이고, Y축은 챔버내의 위치이다. 이때 실제 웨이퍼의 온도는 W이다. 결론적으로 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 소자 제조 장치의 경우 종래 기술에 의한 반도체 제조 장치보다 훨씬 실제 웨이퍼의 온도에 가까운 온도 측정 결과를 나타낸다. 웨이퍼의 실제 온도와 오차가 크게 낮아졌으므로 반도체 소자 제조 공정이 훨씬 안정될 수 있어서 수율 및 생산성을 크게 높일 수 있다.
도 8은 본 발명에 의한 반도체 제조 장치를 이용하여 반도체 제조 공정을 수행하면서 측정한 챔버 내부의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8을 참조하면, 웨이퍼의 온도 W1 내지 W4의 온도와 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 소자 제조 장치에서 측정된 온도 T1 내지 T5가 종래 기술에 의한 반도체 소자 제조 장치에서 빠른 시간에 측정된 온도보다 근접한 온도 측정 결과를 나타낸다. X축은 시간이고 Y축은 온도이다.
참고로, W1은 웨이퍼 탑재부(260)의 중간-중앙부의 온도를, W2는 웨이퍼 탑재부(260)의 중간-외곽부의 온도를, W3는 웨이퍼 탑재부(260)의 하부-외곽부의 온도를, 및 W4는 웨이퍼 탑재부(260)의 상부-외곽부의 온도를 나타낸다.
T1 내지 T5의 온도는 본 발명의 일실시예에 의한 반도체 소자 제조 장치에서 온도 측정부를 5개 구간으로 나누어 측정한 온도이다. 종래 기술에 의한 반도체 소자 제조 장치에서 측정한 온도 측정 결과보다 빠른 시간에 실제 온도에 근접함을 알 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자 제조용 진공 챔버는 종형로의 형태뿐만 아니라, 수평로의 형태일 수 있다. 또한, 반도체 소자 제조용 진공 챔버는 증착 공정, 확산 공정, 열처리 공정, 에칭 공정, 세정 공정 등에 사용될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따르면 온도 측정부는 챔버 벽과 웨이퍼 또는 웨이퍼 탑재부의 사이에 챔버 벽으로부터 이격되어 위치함에 따라서, 온도 측정에 대한 챔버 벽의 영향을 배제할 수 있고, 반응 부산물이 적게 퇴적되므로 챔버 내부 각 부분의 온도를 빠른 시간에 정확하게 측정할 수 있다.

Claims (20)

  1. 웨이퍼가 가공되는 공간인 챔버,
    상기 챔버 내외부를 이동할 수 있으며 웨이퍼가 탑재되는 웨이퍼 탑재부,
    상기 챔버의 벽 일면에 위치한 가열부,
    상기 챔버의 벽과 웨이퍼 탑재부 사이에 위치하며 챔버의 벽과 이격된 온도 측정부를 포함하며,
    상기 챔버는 내부에 가스를 주입하기 위한 가스 주입구 및 상기 가스 주입구와 대향되게 위치하고 외부로 가스를 배출하기 위한 가스 배출구를 더 포함하고,
    상기 온도 측정부는 상기 가스 주입구보다 상기 가스 배출구에 더 가깝게 위치하는 반도체 제조 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 온도 측정부는 보호관으로 외부를 형성한 실린더형인 반도체 소자 제조 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 보호관은 두께가 2mm 이하인 반도체 소자 제조 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 보호관은 석영, 애노다이징된 알루미늄 또는 두 물질의 화합물중 어느 하나인 반도체 소자 제조 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 온도 측정부는 니켈-크롬 합금의 전극을 가지며, (+) 전극과 (-) 전극이 접촉하여 온도를 측정할 수 있는 온도 측정 접점을 3곳 이상 포함하는 열전대 방식인 반도체 소자 제조 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 웨이퍼 탑재부는 3개 이상의 지주를 가지며 다수개의 웨이퍼를 탑재하고 회전 및 상하 이동을 하는 반도체 소자 제조 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 가열부는 필라멘트를 가진 램프이고 챔버의 벽 내에 노출되어 위치하는 반도체 소자 제조 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 챔버는 벽 내부에 챔버 벽을 냉각시키기 위한 냉각 시스템을 더 포함하 는 반도체 소자 제조 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    가스 배출구 주변에 가스의 흐름을 안내하기 위한 블로킹 패널을 더 포함하는 반도체 소자 제조 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 블로킹 패널은 챔버 벽으로부터 오목하게 위치하는 반도체 소자 제조 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 온도 측정부는 상기 블로킹 패널의 중간에 수직으로 이격되어 위치하는 반도체 소자 제조 장치.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 온도 측정부는 상기 블로킹 패널 및 챔버 벽과 이격되어 위치하며, 상기 챔버의 중심축으로부터 상기 챔버 벽과 동일한 동심원 상에 위치하는 반도체 소자 제조 장치.
  14. 외부로부터 내부를 격리시키는 챔버 벽,
    상기 챔버 벽의 일면에 위치하며 가스를 주입하기 위한 가스 주입구,
    상기 가스 주입구와 인접하며 상기 가스 주입구로부터 주입되는 가스를 분산시키기 위한 가스 분산부,
    웨이퍼를 탑재하기 위한 웨이퍼 탑재부,
    챔버 내부를 가열하기 위한 가열부,
    상기 챔버 벽과 상기 웨이퍼 탑재부 사이에 이격되어 위치하며 챔버 내부의 온도를 측정하기 위한 온도 측정부,
    상기 챔버 벽의 일면에 위치하며 가스를 배출하기 위한 가스 배출구를 포함하는 반도체 소자 제조용 챔버.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 가스 주입구와 가스 배출구는 서로 대향되게 위치하며,
    상기 온도 측정부는 가스 주입구보다 가스 배출구에 더 가깝게 위치하는 반도체 소자 제조용 챔버.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 가열부는 할로겐 램프이고 챔버의 벽 내에 노출되어 위치하는 반도체 소자 제조용 챔버.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 가스 배출구 주변에 챔버 벽으로부터 오목하게 위치하며 가스 흐름을 안내하기 위한 블로킹 패널을 더 포함하는 반도체 소자 제조용 챔버.
  18. 제 14항에 있어서,
    상기 챔버 벽 내부에 챔버 벽을 냉각시키기 위한 냉각 시스템을 더 포함하는 반도체 소자 제조용 챔버.
  19. 제 14항에 있어서,
    상기 온도 측정부는 니켈-크롬 합금의 전극을 가지며, (+) 전극과 (-) 전극이 접촉하여 온도를 측정할 수 있는 온도 측정 접점을 적어도 3곳 이상 포함하는 반도체 소자 제조용 챔버.
  20. 제 14항에 있어서,
    상기 온도 측정부는 상기 챔버의 중심축으로부터 상기 챔버 벽보다 가까이 위치하는 반도체 소자 제조 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20060008491A (ko) * 2004-07-21 2006-01-27 삼성전자주식회사 반도체 제조 장치

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