KR100901918B1 - Ｃｖｄ 장비의 온도보정 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

웨이퍼의 정확한 온도를 측정하여 장치의 작업 효율 및 제품의 품질을 개선할 수 있는 CVD 장비의 온도 보정장치 및 그 방법이 개시된다. 웨이퍼 주위에 온도를 복수곳에서 측정하는 복수의 온도 측정센서가 설치되고, 온도 측정센서와 쌍을 이루어 온도 보정센서가 설치된다. 측정된 온도 데이터를 이용하여 온도 보상치를 계산하게 되며, 이러한 온도 보상치로 인하여 온도 오프셋 값이 결정되어 정확한 웨이퍼의 온도를 측정할 수 있다. 이와 같은 장치는 디지털화되어 작업의 신속화 및 정확성을 기할 수 있다.

CVD, 온도 측정, 온도 보정

Description

ＣＶＤ 장비의 온도보정 장치 및 방법{TEMPERATURE CORRECTION DEVICE FOR CVD APPARATUS AND METHOD OF CORRECTION THEREOF}

도 1은 본 발명에 따른 CVD 장치 및 그 온도보정 장치를 도시한 배면도이다.

도 2는 측정된 온도 정보가 처리되는 과정을 도시한 블록도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: CVD 장비 110: 플렌지

120: 서셉터 130: 서셉터 링

140: 서셉터 지지대 210: 온도 측정장치

220: 온도 보정장치

본 발명은 CVD 장비의 온도보정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 웨이퍼에 형성된 온도를 정확히 측정하여 장비 셋업시에 작업 시간을 단축시킬 수 있으며, 장비의 가동률을 향상시킬 수 있는 CVD 장비의 온도보정 장치 및 방법에 관한 것이다.

화학기상성장법(化學氣相成長法, chemical vapor deposition, 이하 CVD)은 IC(집적회로) 등의 제조공정에서 기판 위에 실리콘(규소) 등의 박막(薄膜)을 만드는 공업적 수법이다. 실리콘 산화막, 실리콘 질소막, 아모르퍼스 실리콘(Amorphous Silicon) 박막 등을 만드는데 쓰인다. 제작과정에서 화학반응을 이용하므로 화학기상성장법이라고 불리며, 증착하고자 하는 물질을 함유하는 반응가스를 반응조에 도입하여 가열된 기판 표면에서 열분해를 일으키도록 함으로써, 원하는 물질을 증착하는 방법이 사용되기도 한다.

에픽텍셜 반응기(Epitaxial Reactor)의 경우에는 일반적으로 SiCl₄(사염화규소)를 반응 가스로 사용한다. 반응 가스의 원활한 이송을 위해서 H₂ 등을 이송 매개로 이용하는데, 이를 캐리어 가스(Carrier gas)라고 한다. CVD 장비에서는 필연적으로 반응 가스가 분해되어 증착막이 형성되는 화학 반응이 수반되며, 반응 환경에 따라서 지배적으로 일어나는 화학 반응이 달라질 수 있으나, 이때 가장 중요한 반응 환경은 웨이퍼의 가열 온도라고 할 수 있다.

즉, 반도체 산업에서는, 재료가 웨이퍼 상에서 균일한 특성 및 균일한 두께로 증착되는 것이 중요하며, CVD 공정 중에 어느 단계에서 불균일한 증착막이 생성되면 칩 상의 다른 영역에 있는 소자들이 불균일한 동작 특성을 보이거나, 모든 소자가 작동되지 않을 수도 있다.

균일한 두께와 고품질의 박막을 얻을 수 있는 가장 중요한 인자 중의 하나는 반응실 내 온도의 균일 여부이고, 특히 반도체 웨이퍼(또는 다른 증착 기판)에 서 의 온도의 균일 여부이다. 저항 가열(resistance heating), 유도 가열(induction heating) 또는 복사 가열(radiant heating)을 이용하여 기판을 가열시킬 수 있다. 이 중에서, 복사 가열이 가장 효율적인 기술이며, 현재는 CVD 반응실에 에너지를 공급하는데 있어서 가장 유리한 방법이다.

중요한 것은 복사 가열시 처리 시간이 짧아지고 처리량이 더 많아진다는 것이다. 복사 가열은 CVD 공정 중에 웨이퍼를 직접 가열한다. 다른 가열 기술보다 더 빠르게, 웨이퍼의 온도를 원하는 처리 온도로 올렸다가, 만족스러운 처리 온도로 내릴 수 있다. 이 외에도, 처리 단계를 완수하기에 충분한 시간 동안 원하는 온도에서 웨이퍼를 유지하기 위해 복사 가열을 제어할 수 있다. 복사 가열 에너지는, 예를 들면 반응실의 위, 아래에 줄지어 늘어선 석영 할로겐 램프에 의해서 공급될 수 있다.

CVD 장비의 경우, 웨이퍼에 실제로 형성된 온도를 측정함에 있어서, 온도 센서의 위치 변화 및 웨이퍼와 서셉터(susceptor)의 간섭 등에 의하여 온도 차이가 발생하게 된다. 또한, 가장자리의 온도 센서의 경우도 장착할 때마다 위치의 변화가 존재하게 된다.

특히, 온도 센서를 웨이퍼의 중심부 또는 가장자리에서 측정할 경우에는 실제로 웨이퍼에 전달되는 온도를 정확하게 대변하지 못하는 문제가 발생하게 된다. 이러한 이유로 인해, 웨이퍼에 슬립(slip)의 불량이 발생하며, 비저항 산포가 커지는 품질 문제를 야기시키게 된다.

또한, 챔버(chamber)를 재조립할 경우 웨이퍼 내의 온도를 일정하게 유지하 기 위한 조건 작업을 수작업으로 진행하게 되어 있어서, 만약 정확한 온도 분포를 파악하지 못한다면, 조건 작업시간의 증가로 인하여 장비의 가동률이 저하되는 문제가 발생하게 된다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 목적은 웨이퍼에 형성된 온도를 정확히 측정할 수 있는 CVD 장비의 온도보정 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 정확한 온도 측정이 가능하여 장비 셋업시에 작업 시간을 단축시킬 수 있으며, 장비의 가동률을 향상시킬 수 있는 CVD 장비의 온도보정 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 비교적 단순하면서도 온도 보정의 일련의 행위가 자동으로 수행되는 장치를 구축하여 정확한 온도 측정으로 인하여 능률 및 제품의 품질 향상이 가능할 뿐만 아니라, 웨이퍼의 온도를 일정하게 유지함으로서 슬립 및 에픽텍셜 비저항 산포를 개선할 수 있는 CVD 장비의 온도보정 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 CVD 장비의 온도보정 장치는 웨이퍼에 CVD(chemical vapor deposition)을 이용하여 박막을 형성하는 CVD 장비와, 상기 웨이퍼 주위의 온도를 복수곳에서 측정하는 복수의 온도 측정장치와, 상기 복수의 온도 측정장치와 짝을 이루어 설치되며, 온도를 측정하는 복 수의 온도 보정장치와, 상기 온도 측정장치 및 상기 온도 보정장치에서 측정된 온도 데이터를 이용하여 온도 보상치를 계산하는 제어 유닛을 포함한다.

상기 온도 측정장치는 상기 웨이퍼의 제1 측면의 온도를 측정하는 제1 측면 온도센서와, 상기 제1 측면과 대향되는 제2 측면의 온도를 측정하는 제2 측면 온도센서와, 상기 웨이퍼의 배면의 온도를 측정하는 배면 온도센서와, 상기 웨이퍼의 중심부의 온도를 측정하는 중심 온도센서, 및 상기 웨이퍼의 전면의 온도를 측정하는 전면 온도센서를 포함한다.

이때, 상기 제1 측면 온도센서와 상기 전면 온도센서는 일체화되어 형성되며, 상기 일체화된 온도 센서는 갈고리 모양으로 형성되되, 상기 웨이퍼의 제1 측면 및 전면을 경유하도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 온도 측정장치 및 상기 온도 보정장치를 지지하는 플랜지를 더 포함하며, 상기 온도 보정장치가 관통하는 관통공이 형성된다.

상기 제어 유닛은 상기 온도 측정장치 및 상기 온도 보정장치와 연결되어 온도 수치를 디지털 신호로 입력 받아 전달하는 온도 측정용 멀티메타, 및 상기 온도 측정용 멀티메타와 연결되어 웨이퍼 중심부와 가장자리간의 온도 편차를 측정하고, 온도센서와 보정센서간의 상관분석을 실시하여 온도 센서의 온도 오프셋을 결정하는 제어 모듈을 포함한다.

삭제

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 CVD 장치 및 그 온도보정 장치를 도시한 배면도이다.

이에 도시된 바와 같이, CVD 장치(100)는 플렌지(110) 위에 웨이퍼를 올려놓을 수 있는 서셉터(susceptor, 120)가 배치되며, 미도시된 웨이퍼는 서셉터(120)에 의하여 지지된다. 서셉터(120)는 서셉터 링(130)에 의하여 지지되게 된다. 서셉터(120) 하부에는 서셉터 지지대(140)가 삼발이 모양으로 서셉터(120)를 지지하게 된다.

상기 서셉터(120)는 적절한 방식으로 가열이 가능한데, 일예로 하우징 형태로 폐쇄된 가열실이 구비되고, 상기 가열실 내부에 웨이퍼를 지지한 서셉터가 구비 되어 웨이퍼가 가열될 수 있다. 가열되는 방식은 램프와 같은 복수의 복수 가열 요소를 사용할 수 있으며, 램프 등은 웨이퍼와 일정 거리 이격되어 상기 웨이퍼를 소정 온도로 가열할 수 있다. 상기 서셉터(120)의 지름은 150mm, 200mm, 또는 300mm 일 수 있다.

본 CVD 장비(100)는 싱글 방식(single type) 중에서, 대기압 방식(atmospheric pressure type)과 감압 방식(reduction pressure type)에 모두 적용될 수 있다.

가열 요소나 웨이퍼 상에 반응가스와 캐리어 가스를 공급 및 배기하는 가스 순환 유닛 등은 공지의 기술이므로, 설명의 간략화를 위해 생략하기로 한다.

상기 웨이퍼의 주위에는 온도를 측정하기 위한 온도 측정장치(210)와, 상기 온도 측정장치(210)와 짝을 이루도록 배치되며, 온도 보정에 사용되는 온도 보정장치(220)가 구비되어 있다.

상기 온도 측정장치(210)는 제1 측면 및 전면 온도센서(211), 제2 측면 온도센서(212), 배면 온도센서(213), 중심 온도센서(214)로 이루어진다. 제1 측면 및 전면 온도센서(211)는 웨이퍼의 제1 측면에 형성된 온도 및 웨이퍼의 전면에 형성된 온도를 측정한다. 구체적으로, 제1 측면 및 전면 온도센서(211)는 서셉터 링(130)과 접촉하여, 서셉터 링(130)의 제1 측면 및 전면의 온도를 측정한다. 여기서, 제1 측면이란 도 1에서 서셉터(120)의 위쪽 부분을 지칭하며, 전면이란 도 1에서 서셉터(120)의 왼쪽 부분을 지칭한다. 상기 제1 측면 및 전면 온도센서(211)는 제1 측면과 전면의 온도를 각각 측정하는 분리된 2개의 온도 센서로 이루어질 수 있으나, 본 실시예에서는 결합하여 하나의 온도 센서로 구현되어 있다. 제1 측면 및 전면 온도 센서(211)는 서셉터(120)의 제1 측면과 전면을 경유하도록 굴곡 형성되어 있으며, 전체적으로 갈고리 모양을 구비하고 있다.

제2 측면 온도센서(212)는 상기 제2 측면의 온도를 감지하게 되는데, 여기서, 제2 측면이란 상기 제1 측면 및 전면 온도센서(211)가 측정하는 제1 측면의 반대쪽 측면을 말한다. 즉, 제2 측면은 도 1에서 서셉터(120)의 아랫쪽 측면을 일컫는다. 상기 제2 측면 온도센서(212)의 끝단은 상기 제2 측면의 온도를 측정할 수 있도록 연장 형성된다. 구체적으로, 제2 측면 온도 센서(212)는 서셉터 링(130)과 접촉하여, 서셉터 링(130)의 제2 측면의 온도를 측정한다.

배면 온도센서(213)는 상기 웨이퍼의 배면의 온도를 감지하기 위하여 설치되며, 웨이퍼의 배면으로 직선 형태로 연장 형성된다. 구체적으로, 배면 온도센서(213)는 서셉터(120)와 접촉하여, 서셉터(120)의 배면의 온도를 측정한다. 상기 배면 온도센서(213)는 웨이퍼의 중심을 지나도록 배면 위로 연장 형성되게 된다.

중심 온도센서(214)는 상기 웨이퍼의 중심 온도를 감지하기 위하여 웨이퍼와 수직한 방향으로 삽입되며, 그 끝단이 웨이퍼의 중심의 배면 바로 위에 놓일 수 있도록 배치된다. 구체적으로, 중심 온도센서(214)는 서셉터(120)와 접촉하여, 서셉터(120)의 중심 온도를 측정한다.

상기 온도 보정장치(220)는 제1 측면 보정센서(221), 제2 측면 보정센서(222), 배면 보정센서(223), 중심 보정센서로 이루어진다. 온도 보정장치(220)의 각 센서들은 온도 측정장치(210)의 각 센서들과 짝을 이루고 있는데, 구체적으로 제1 측면 보정센서(221)는 제1 측면 및 전면 온도센서(211)와, 제2 측면 보정센서(222)는 제2 측면 온도센서(212)와, 배면 보정센서(223)는 배면 온도센서(213)와, 중심 보정센서는 중심 온도센서와 각각 짝을 이루고 있다.

먼저, 제1 측면 보정센서(221)는 웨이퍼의 제1 측면에 형성된 온도를 측정하여 보정하기 위하여 설치된다. 구체적으로, 제1 측면 보정센서(221)는 웨이퍼와 접촉하여, 웨이퍼의 제1 측면의 온도를 측정한다. 여기서, 제1 측면이란 도 1에서 서셉터(120)의 윗쪽 부분을 지칭한다. 제1 측면 보정 센서(221)의 위치는 제1 측면 및 전면 온도센서(211)와 상응된다고 할 수 있다. 제1 측면 보정 센서(221)는 제1 측면 및 전면 보정센서(211)보다 서셉터(120)의 제1 측면에 인접하도록 보다 안쪽에 설치되어 있으며, 이를 위하여 휘어지도록 구성되는 것이 바람직하다.

제2 측면 보정센서(222)는 상기 제2 측면의 온도를 감지하게 되는데, 여기서, 제2 측면이란 상기 제1 측면 및 전면 온도센서(211)가 측정하는 제1 측면의 반대쪽 측면을 말한다. 즉, 제2 측면은 도 1에서 서셉터(120)의 아랫쪽 측면을 일컫는다. 구체적으로, 제2 측면 보정센서(222)는 웨이퍼와 접촉하여, 웨이퍼의 제2 측면의 온도를 측정한다. 상기 제2 측면 보정센서(222)의 끝단은 상기 제2 측면의 온도를 측정할 수 있도록 연장 형성된다. 제2 측면 보정센서(222)는 제2 측면 온도센서(212)보다 서셉터(120)의 제2 측면에 인접하도록 보다 안쪽에 설치되어 있으며, 이를 위하여 휘어지도록 구성할 수도 있다.

배면 보정센서(223)는 상기 웨이퍼의 배면의 온도를 감지하기 위하여 설치되며, 웨이퍼의 배면으로 직선 형태로 연장 형성된다. 구체적으로, 배면 보정센서(223)는 웨이퍼와 접촉하여, 웨이퍼의 배면의 온도를 측정한다. 상기 배면 온도센서(223)는 웨이퍼의 중심을 지나도록 배면 위로 연장 형성되게 된다. 배면 보정센서(223)는 배면 온도센서(213)와 도 1의 수직 방향으로 일정 거리 이격되어 배치된다. 이 경우, 배면 보정센서(223)가 웨이퍼에 더 밀착되도록 위치되는 것이 바람직하다.

중심 보정센서는 상기 웨이퍼의 중심 온도를 감지하기 위하여 웨이퍼와 수직한 방향으로 삽입되며, 그 끝단이 웨이퍼의 중심의 배면 바로 위에 놓일 수 있도록 배치된다. 구체적으로, 중심 보정센서는 웨이퍼와 접촉하여, 웨이퍼의 중심의 온도를 측정한다.

상술한 복수의 온도센서와 보정센서는 써머커플(thermo-couple)일 수 있다.

이러한 복수개의 보정센서(221, 222, 223, 중심 보정센서) 등을 장착하기 위하여 플랜지(110)에는 관통공이 형성될 수 있다. 복수의 보정센서는 복수의 온도센서와 유사한 지점에서 동일한 시점에 각각 온도를 측정하게 되며, 이렇게 측정된 온도들은 서로 비교, 분석하여 정확한 온도 보상을 수행하게 된다.

보다 구체적으로 온도 보상이 이루어지는 과정을 설명하면 다음과 같다.

도 2는 측정된 온도 정보가 처리되는 과정을 도시한 블록도이다. 이에 도시된 바와 같이, 복수의 온도센서를 구비한 온도 측정장치(210)와 복수의 보정센서를 구비한 온도 보정장치(220)에서 각각 측정된 온도 데이터는 온도 측정용 멀티메타로 전송(230)되어 제어 모듈(240)로 입력된다. 측정된 온도센서는 디지털 신호로 입력되어 웨이퍼 중심부와 가장자리간의 온도 편차를 측정하고, 온도센서와 보정센서간의 상관분석을 실시하게 된다. 이에 따라 온도센서의 온도 오프셋(off-set)을 결정하게 되고, 결정된 오프셋이 타당한지를 검토하는 과정을 거치게 된다.

온도 보상을 수행하는 절차를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 중심부와 가장자리 각각의 온도 편차를 측정하게 되며, 이 때 보정센서를 이용하게 된다. 그 후, 보정센서와 온도센서간의 상관분석을 실시한 후에 온도센서의 온도 오프셋을 결정하고, 결정된 오프셋의 타당성을 검토하게 된다. 예를 들어, 웨이퍼의 제2 측면의 온도를 1150℃로 설정되도록 CVD장비를 세팅하려는 경우, 제2 측면 온도센서(212)는 서셉터 링(130)의 제2 측면의 온도를 측정하므로, 서셉터 링(130)의 두께로 인한 열전달 차이로 인해 웨이퍼 실제 온도와 차이가 발생한다. 따라서, 제2 측면 보정센서(222)에 의한 온도 보정이 필요하다. 먼저, 제2 측면 온도센서(212)의 제어온도를 1150℃로 설정한다. 이어서, 제2 측면 보정센서(222)의 온도를 판독한다(예, 1160℃). 그리고, 제2 측면 온도센서(212)와 제2 측면 보정센서의 온도 차이인 온도 오프셋(-10℃)을 장비에 반영하여, 제2 측면 온도센서(212)의 제어온도를 1140℃로 설정한다. 이 때, 제2 측면 보정센서(222)의 온도가 1150℃인지 확인하여 결정된 온도 오프셋의 타당성을 검토하게 된다. 이에 의해, 제2 측면 보정센서(222)에 의한 제2 측면의 온도 보정에 이루어지며, 제2 측면 외의 다른 부분들에 대해서도 동일한 방식으로 온도 보정이 이루어진다.

삭제

삭제

이와 같은 온도 보정 방법은 디지털화 되어 자동으로 수행되게 되며, 정확한 온도 측정으로 인하여 CVD 장비의 셋업시에 정확한 데이터 입력이 가능하게 된다. 또한, 온도를 보정할 수 있는 자동 시스템으로 인하여 웨이퍼의 온도를 일정하게 유지함으로서 슬립 및 에픽텍셜 비저항 산포를 개선하여 제품의 품질을 향상시킬 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에 따르면 웨이퍼에 형성된 온도를 정확히 측정할 수 있는 효과가 있다.

또한, 정확한 온도 측정이 가능하여 장비 셋업시에 작업 시간을 단축시킬 수 있으며, 장비의 가동률을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

비교적 단순하면서도 온도 보정의 일련의 행위가 자동으로 수행되는 장치를 구축하여 정확한 온도 측정으로 인하여 능률 및 제품의 품질 향상이 가능할 뿐만 아니라, 웨이퍼의 온도를 일정하게 유지함으로서 슬립 및 에픽텍셜 비저항 산포를 개선할 수 있는 효과가 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

1. 웨이퍼에 CVD(chemical vapor deposition)을 이용하여 박막을 형성하는 CVD 장비;

   상기 웨이퍼 주위의 온도를 복수곳에서 측정하는 복수의 온도 측정장치;

   상기 복수의 온도 측정장치와 짝을 이루어 설치되며, 온도를 측정하는 복수의 온도 보정장치;

   상기 온도 측정장치 및 상기 온도 보정장치에서 측정된 온도 데이터를 이용하여 온도 보상치를 계산하는 제어 유닛;

   를 포함하는 CVD 장비의 온도보정 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 온도 측정장치는 상기 웨이퍼의 제1 측면의 온도를 측정하는 제1 측면 온도센서;

   상기 제1 측면과 대향되는 제2 측면의 온도를 측정하는 제2 측면 온도센서;

   상기 웨이퍼의 배면의 온도를 측정하는 배면 온도센서;

   상기 웨이퍼의 중심부의 온도를 측정하는 중심 온도센서; 및

   상기 웨이퍼의 전면의 온도를 측정하는 전면 온도센서;

   를 포함하는 CVD 장비의 온도보정 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제1 측면 온도센서와 상기 전면 온도센서는 일체화되어 형성되며, 상기 일체화된 온도 센서는 갈고리 모양으로 형성되되, 상기 웨이퍼의 제1 측면 및 전면을 경유하도록 형성된 것을 특징으로 하는 CVD 장비의 온도보정 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 온도 측정장치 및 상기 온도 보정장치를 지지하는 플렌지를 더 포함하며, 상기 온도 보정장치가 관통하는 관통공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 CVD 장비의 온도보정 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 제어 유닛은

   상기 온도 측정장치 및 상기 온도 보정장치와 연결되어 온도 수치를 디지털 신호로 입력 받아 전달하는 온도 측정용 멀티메타; 및

   상기 온도 측정용 멀티메타와 연결되어 웨이퍼 중심부와 가장자리간의 온도 편차를 측정하고, 온도센서와 보정센서간의 상관분석을 실시하여 온도 센서의 온도 오프셋을 결정하는 제어 모듈;

   를 포함하는 CVD장비의 온도보정 장치.
6. 삭제
7. 삭제

Images