KR100790765B1 - 프로세스 챔버에서 반도체 웨이퍼를 가열하기 위한 방법,및 프로세스 챔버 - Google Patents

프로세스 챔버에서 반도체 웨이퍼를 가열하기 위한 방법,및 프로세스 챔버 Download PDF

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Abstract

프로세스 챔버(100)에서 반도체 웨이퍼(150)를 가열하는 단계(200)는 웨이퍼(150)를 척(110)으로부터 연장되는 복수의 지지요소(112)들 상에 후면으로 배치하는 단계(210)와; 프로세스 챔버(100) 내에 위치한 샤워 헤드(120)에서 웨이퍼(150)의 전면(151)으로 가열 가스(122;He)를 배출시키는 단계(220)와; 웨이퍼 후면(152)이 척(110)과 접촉하는 척(110) 내의 리세스(111) 안으로 상기 지지요소(112)들을 이동시키는 단계(230)의 순서로 실행된다.
챔버, 반도체 웨이퍼, 가열 단계, 배치 단계, 배출 단계, 이동 단계

Description

프로세스 챔버에서 반도체 웨이퍼를 가열하기 위한 방법, 및 프로세스 챔버 {Method for heating a semiconductor wafer in a process chamber, and process chamber}
본 발명은 반도체 회로들을 제조하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이며, 특히 반도체 웨이퍼들을 처리하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 회로들을 제조하기 위하여, 많은 이송 및 처리 단계들이 반도체 웨이퍼들(직경 즉, 300mm)에 연속적으로 적용된다. 웨이퍼가 일반적으로 실온(즉, 20 내지 30℃)의 클린룸(clean room)에서 이송된다 할지라도 예를 들어, 널리 공지된 기술[즉, 화학 증기 증착(CVD)]에 의해서 막을 증착하기 위하여, 웨이퍼는 종종 실질적으로 높은 프로세스 온도[즉, 프로세스에 따른 300 내지 500℃]에서 처리된다. 처리를 위하여, 웨이퍼는 일반적으로 프로세스 온도에서 척(chuck)에 배치된다.
그러나, 웨이퍼의 주위 온도를 실온에서 프로세스 온도로 빠르게 변화시키면, 웨이퍼가 즉시 팽창하도록 유발하고, 이것은 일반적으로 열 쇼크(thermal shock)로 불리운다. 실리콘에서 본질적인 불순물 및 오염물로 인하여, 열이 웨이퍼에 불균일하게 전파되어서 웨이퍼 굽힘현상, 척에서의 오배치 또는 파손 등과 같이, 원하지 않는 영향들을 미치게 된다. 다시 말해서, 냉각 웨이퍼를 뜨거운 척 표면 상에 배치하는 것을 피해야 한다.
클린룸과 프로세싱 챔버를 결합하는 로드-록 시스템(load-lock system)들은 웨이퍼의 주위 온도를 단계적으로 증가시킬 수 있다. 그러나, 예열하기 위하여 로드-록 시스템을 사용하는 것은 가끔 바람직하지 않아서 대신에 하기 방안(scheme)이 사용된다.
제 1 단계에서, 웨이퍼는 프로세싱 챔버 안으로 이송되어서 척 부근에 배치되고; 제 2 단계에서[가열, 흡착(soaking up)], 웨이퍼 부근의 주위 온도는 웨이퍼가 프로세스 온도로 예열(즉, 90초 동안)되도록 히터 블록(heater block)에 의해서 증가하고; 제 3 단계에서, 웨이퍼는 척 상에 배치되어 처리된다.
이 방안은 웨이퍼의 기계적 응력과 열 쇼크를 감소시키지만, 가열 단계에서 히터 블록이 실질적으로 단지 복사에 의해서만 열전달될 수 있도록 챔버가 진공상태가 된다. 또한, 챔버는 일시적으로 처리가 중단되므로 생산량이 감소한다. 다시 말해서, 값비싼 챔버는 저렴한 가격으로 기재(book)되어서 바람직하지 않게 장시간 동안의 가열단계를 부가한다.
본 발명은 상기 및 다른 종래기술의 단점 및 한계점을 완화하거나 또는 극복하는 장치 및 방법을 제공한다.
프로세스 챔버(100)에서 반도체 웨이퍼(150)를 가열하는 단계(200)는 웨이퍼(150)를 척(110)으로부터 연장되는 복수의 지지요소(112)들 상에 후면으로 배치하는 단계(210)와; 프로세스 챔버(100) 내에 위치한 샤워 헤드(120)에서 웨이퍼(150)의 전면(151)으로 가열 가스(122;He)를 배출시키는 단계(220)와; 웨이퍼 후면(152)이 척(110)과 접촉하는 척(110) 내의 리세스(111) 안으로 상기 지지요소(112)들을 이동시키는 단계(230)의 순서로 실행된다.
도 1과 도 2는 제 1 형태 및 제 2 형태의 본 발명의 프로세싱 챔버의 단순한 측면도로써 본 발명의 방법을 도시한 도면.
도 3은 본 방법의 단순한 방법 플로 차트 다이어그램을 도시한 도면.
본 발명은 웨이퍼 전면을 짧은 시간에 뜨거운 헬륨으로 샤워(shower)시킴으로써 시간 소모형 가열 단계를 대체한다. 열은 실질적으로 강제 대류(forced convection)에 의해서 전달된다. 그에 의해서, 기계 응력, 열 쇼크 및 웨이퍼 굽힘현상이 회피된다.
도 1과 도 2는 제 1 형태(도 1)와 제 2 형태(도 2)의 본 발명의 프로세싱 챔버(100)의 단순한 측면도로써 본 발명의 방법을 도시한다.
도 3과 연관하여, 배치 단계(210)를 갖는 방법(200)을 상세하게 설명할 때, 배출 단계(220)와 이동 단계(230)는 도 3을 참고하여 설명한다. 배치 단계(210)와 배출 단계(220)는 챔버(100)가 제 1 형태에 있을 때 실행되고 이동 단계(230)는 챔버(100)가 제 2 형태에 있을 때 실행된다.
반도체 웨이퍼(150)는 전면(151) 및 후면(152)을 가진다. 챔버(100)는 상면(115)을 구비한 웨이퍼 척(110) 및 복수의 지지요소(112)들을 포함한다. 양호하게는, 요소(112)들은 바늘이다. 요소(112)들은 표면(115)(z 방향)으로 수직으로 연장되거나 또는 척(110) 안의 리세스(111) 내로 후퇴한다. 웨이퍼(150)가 x 또는 y 방향으로 이동하는 것을 방지하는 링형 요소들은 널리 공지되어 있으므로 도시하지 않았다.
또한, 챔버(100)는 가열 가스(122) 즉, 양호하게는, 헬륨을 일시적으로 배출하기 위하여 복수의 노즐(121)["샤워 구멍들(shower holes)"]을 갖는 샤워 헤드(120)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 노즐(121)은, 예를 들어, 질량 유동 제어기(MFC;130)를 통해서 가스(122)를 수용할 수 있다. 질량 유동 제어기(MFC;130)는 공급 라인(131)으로부터 (약 25 내지 50psi의 압력에서) 가스를 수용하여 전체 가스 유동을 약 8 내지 10sccm(초당 표준 입방 미터)의 노즐(121)로 제공한다. 선택적으로, 질량 유동 제어기(MFC)들은 각 노즐에서 개별적으로 작용할 수 있다. 샤워 헤드(120)는 양호하게는, 가스(122)가 공급 라인(131)으로부터 노즐(121)로 가는 도중에 가열하도록, 예를 들어, 챔버(100)에 있는 플라즈마 또는 프로세스 가스에 의하여 프로세스 온도로 연속적으로 가열된다.
제 1 형태(도 1)에서, 요소(112)들은 표면(115)으로부터 연장되고 척(110)이 미리 결정된 거리(D1)에서 웨이퍼(150)를 표면(115)에 고정하도록, 웨이퍼(150)를 후면(152)에 고정한다. 양호하게는, [웨이퍼 후면(152)과 표면(115) 사이의] 거리(D1)는 모든 x 및 y 좌표들에 대해서 거의 동일하다. 노즐(121)은 웨이퍼(150)를 미리 결정된 프로세스 온도로 가열하기 위하여 가열 가스(122)를 웨이퍼(150)의 전면(151)으로 배출시킨다.
제 2 형태(도 2)에서, 요소(112)들은 웨이퍼(150)가 표면(115)(즉, D1 = 0) 상에 직접 놓여지도록 척(110)의 리세스(111) 안으로 후퇴한다. 노즐(121)은 거의 가스를 배출하지 않는다. 웨이퍼(150)는 그 프로세스 온도에 도달하고 처리가 시작될 수 있다.
편리하게는, 제 1 형태에서, 척(110)의 표면(115)과 헤드(120)의 표면(125) 사이의 거리(D2)는 제 2 형태 보다 짧다. 이것은 척(110) 또는 헤드(120)를 z 방향으로 이동시킴으로써 달성될 수 있다.
양호하게는, 챔버(100)의 압력은 양 형태에서 낮은 진공(약 2 토르)에서 유지된다.
도 3은 프로세스 챔버(100)에서 반도체 웨이퍼(150)를 가열하기 위한 방법(200)의 단순화된 방법 플로 차트 다이어그램을 도시한다. 단계들은 다음과 같이 실행된다: 배치 단계(210)에서, 웨이퍼(150)는 척(110)(도 1)으로부터 연장되는 복수의 지지요소(112)의 후면(152)과 함께 배치된다. 이것은, 예를 들어, 당기술에 널리 공지된 로봇에 의하여 달성될 수 있다.
배출 단계(220)에서, 가열 가스(220)는 샤워 헤드(120)[노즐(121)을 통하여 챔버(100) 내에 배치됨]에서 전면(151)으로 배출된다. 웨이퍼(150)의 온도는 미리 결정된 프로세스 온도까지 증가된다. 배출 단계(220)는, 예를 들어, 미리 결정된 시간 간격으로 계속된다. 또는, 배출 단계(220)는 웨이퍼(150)가 프로세스 온도 부근의 미리 결정된미리 결정된 온도에 도달할 때까지 계속된다. 웨이퍼 온도를 모니터링하는 것은 당기술에서 널리 공지되어 있으므로 본원에서 추가 설명의 필요성이 없이 행해질 수 있다.
이동 단계(230)에서, 지지요소(112)들은 척(110) 내의 리세스(111) 안으로 들어가고 상기 리세스에서 웨이퍼 후면(152)이 표면(115)에서의 척(110)과 접촉한다[거리(D1) = 0].
종래 기술에 따른 상기 방법과 비교할 때, 웨이퍼를 프로세스 온도로 가열하는 단계는 대류에 의해서 달성되고 시간이 작게 소요된다(즉, 7 내지 10 초).
당기술에 숙련된 기술자는, 예를 들어, 가열 가스가 CVD에 대해서 사용되는 프로세스 가스를 방해하지 않도록, [배치 단계(210)이후에] 가열 가스를 펌프시키기 위한 추가 단계를 부가할 수 있다.
본 발명은 특정 구조, 장치 및 방법들의 관점에서 기술되었지만, 당기술에 숙련된 기술자들은 본원 설명에 기초해서 본 발명이 특정 보기에 한정되지 않고 본 발명의 범주는 첨부된 청구범위에 의해서 적절하게 한정된다는 것을 이해할 것이다.

Claims (7)

  1. 전면과 후면을 가진 반도체 웨이퍼를 프로세스 챔버에서 가열하기 위한 방법에 있어서,
    상기 웨이퍼의 후면을 척으로부터 연장되는 복수의 지지요소들상에 배치하는 단계(210)와;
    가열 가스를 상기 프로세스 챔버 내에 위치한 샤워 헤드로부터 상기 전면으로 배출시키는 단계(220)와;
    상기 웨이퍼의 후면이 척과 접촉하도록, 상기 지지요소들을 상기 척 내의 리세스 안으로 이동시키는 단계(230)와;
    상기 웨이퍼를 프로세스 가스로 처리하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 배출 단계는 미리 결정된 시간 간격동안 지속되는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 배출 단계는 상기 웨이퍼가 미리 결정된 임계 온도에 도달할 때까지 지속되는 방법.
  4. 전면과 후면을 구비한 반도체 웨이퍼(150)를 처리하기 위한 챔버에 있어서,
    표면(115)과 복수의 지지요소(112)을 구비하는 웨이퍼 척(110)과;
    가스를 상기 웨이퍼의 전면으로 배출하기 위하여 복수의 노즐을 구비한 샤워 헤드(120)와;
    상기 웨이퍼를 가열하기 위하여 상기 챔버가 제 1 형태에 있을 때, 가열 가스를 상기 샤워 헤드에 제공하고, 상기 챔버가 제 2 형태에 있을 때 프로세스 가스를 상기 샤워 헤드에 제공하기 위한 수단을 포함하며,
    상기 복수의 지지요소(112)들은 상기 제 1 형태에서 상기 표면에 대하여 미리 결정된 간격으로 상기 웨이퍼를 후면에서 고정하기 위하여 임시적으로 상기 표면으로부터 연장되고 상기 제 2 형태에서 상기 웨이퍼의 후면을 상기 표면에 직접 배치하기 위하여 상기 척 안으로 후퇴하는, 챔버.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 지지요소들은 바늘인, 챔버.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 형태에서, 상기 웨이퍼 후면과 상기 표면 사이의 거리는 실질적으로 동일한, 챔버.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 가열 가스는 헬륨인, 챔버.
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