KR100974502B1 - 로내부의 온도감지장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 로내부의 온도감지장치에 관한 것으로, 로내에서 가열되는 웨이퍼 또는 그와 유사한 기타 피처리물들에 대해, 순간적인 온도변화에도 즉시 응답 가능하고, 웨이퍼와 측온접점이 이격되지 않도록 고정될 수 있는 로내부의 온도감지장치를 제공한다. 이를 위한 본 발명은 웨이퍼를 열처리하는 로내부의 열전대를 이용한 온도감지장치에 있어서, 열처리하고자 하는 웨이퍼로부터 추출된 웨이퍼 세편(細片)이 상기 열전대와의 측온접점 부위에 백금이 증착되어 접합되는 것을 특징으로 한다. 상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 웨이퍼의 온도를 신속하게 감지하여 급속한 승온시 웨이퍼의 품질 저하를 사전에 방지할 수 있는 동시에 열처리공정 시간을 단축하여 공정 효율을 개선할 수 있으며, 웨이퍼 세편과 측온접점의 이격을 방지하여 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
웨이퍼, 웨이퍼세편, 프로파일, 열전대, 용접, 온도감지장치, 백금

Description

로내부의 온도감지장치{TEMPERATURE DETECTING ELEMENT IN THE FURNACE}
본 발명은 로(爐)내부의 온도감지장치에 관한 것으로, 특히, 웨이퍼를 열처리하는 로내에서 피처리물의 어닐링(Annealing), 불순물 도핑(Dopping), 증착(Deposition) 등의 열처리시 정확하고 신속하게 온도를 측정할 수 있는 로내부의 온도감지장치에 관한 것이다.
일반적으로 웨이퍼의 열처리는 웨이퍼 표면을 도핑, 어닐링, 증착 등을 위한 다양한 목적으로 이용되어 왔다. 이러한 열처리의 품질은 로내의 온도에 의해 크게 좌우되며, 특히, 열처리 동안의 온도측정의 정밀성은 웨이퍼 완제품의 품질, 즉, 웨이퍼 표면에 형성된 막의 품질에 지대한 영향을 미친다.
이와 같은 열처리 온도 측정의 일반적인 방법은 처리중인 웨이퍼의 인접에 프로파일 열전대(Profile-TC; Thermocouple)를 설치하여 로 분위기의 온도측정을 통해 처리온도를 예측하는데, 이하 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 종래의 온도감지장치가 설치된 열처리 로의 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 다수의 웨이퍼(30)가 열,화학적 처리를 위하여 관상의 대형석영튜브(10)내에 위치한 웨이퍼보트(20)에 장착된다.
온도감지장치(400)는 대형석영튜브(10)의 내부 표면에 고정되고, 측온접점으로 이루어진 온도감지부(410)와, 프로파일 열전대(420)와, 그 외부에 형성된 석영보호관(430)으로 구성된다.
감지부(410)는 근사한 값으로 웨이퍼(30)의 온도를 측정할 수 있도록, 가능한 한 웨이퍼(30)에 근접 배치된다.
이러한 감지부(410)는 백금계 열전대(420)의 측온접점으로서, 상기 측온접점은 두 개의 서로 다른 금속의 단부를 접합하여 이루어진다.
프로파일 열전대(420)는 석영보호관(430)과 그 안에 위치한 한 개 이상의 감지부(410)를 가진 열전대로 구성된다.
석영보호관(430)은 그 일단이 막혀있고, 이 일단으로부터 각각의 길이에 위치한 여러 개의 감지부(410)가 구비된다.
이러한 구성에 있어서, 대형석영튜브(10)내에서 웨이퍼(30)의 열처리시, 승온속도가 느릴 때는 열전도에 의해 열전달이 이루어지지만, 승온속도가 빨라지게 되면, 전도보다는 복사에 의한 열전달이 이루어지기 때문에, 프로파일 열전대(420)는 복사열을 흡수하기에 취약한 구조로 이루어지므로, 승온속도에 비해 측정 속도가 느려지는 문제점이 있다.
한편, 고품질 웨이퍼의 형성막 확보를 위하여 정밀성이 향상된 온도측정방법 중에는 웨이퍼와 온도감지부를 직접 접촉함으로써 웨이퍼의 온도를 측정하는 방법이 있지만, 대부분 열처리공정의 구조적 한계 때문에 이러한 웨이퍼에 대해 직접적인 온도측정은 실질적으로 곤란한 일이다.
이러한 직접접촉 방법은 측온소자와 웨이퍼의 접합을 위해 고온용 접착제를 사용함이 일반적인데, 이하 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 종래의 온도감지장치와 웨이퍼 세편(細片)의 측온접점 부위의 상세 평면도(a) 및 측단면도(b)이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 열전대(420)와 웨이퍼(412)가 고온용 접착제(414)에 의해 접착된다.
그러나, 접착된 감지부(410)는 제작 공정 시 또는 고온에서 장시간 사용함에 따라 측온점접으로부터 웨이퍼(412)가 이탈되는 문제점이 있다.
이는 온도감지장치의 열전대(420)와 웨이퍼(412) 및 고용 접착제(414)의 열창계수가 서로 다르기 때문이라 여겨진다. 또한, 접착제의 사용온도 및 특성(접착성, 열전도도, 열팽창 계수)에 따라 온도감지장치의 성능이 결정되기 때문에 그 사용범위가 극히 제한적이다.
일 예로, 실리콘 열전대로 이루어진 측온접점의 열팽장 계수는 4.0X 10-6/℃, 백금계 열전대로 이루어진 측온접점의 열팽창 계수는 9.0 X 10-6 /℃ 이며, 세라믹계열의 고온용 접착제의 열팽창 계수는 2~8 X 10-6 /℃로 그 범위가 서로 상이하다. 이는 고온의 사용환경에서 지속적으로 사용할 경우 또는 잦은 온도변화가 있는 환경에서 그 특성이 더욱 명백하게 나타날 수 있다.
더불어 고온용 접착제의 경우 불투명한 색을 띠고 있기 때문에 온도감지장치를 제작함에 있어 웨이퍼의 표면에 측온접점이 정확히 닿았는지의 확인이 모호하여 측정 성능이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 로내에서 가열되는 웨이퍼 또는 그와 유사한 기타 피처리물들에 대해, 순간적인 온도변화에도 즉시 응답 가능하고, 웨이퍼와 측온접점이 이격되지 않도록 고정될 수 있는 로내부의 온도감지장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 웨이퍼를 열처리하는 로내부의 열전대를 이용한 온도감지장치에 있어서, 열처리하고자 하는 웨이퍼로부터 추출된 웨이퍼 세편이 상기 열전대와의 측온접점 부위에 백금이 증착되어 접합되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 웨이퍼 세편이 Si인 경우, 상기 웨이퍼 세편의 측온접점 부위는 티타늄, 구리, 코발트, 텅스텐, 탄탈륨, 크롬 중 어느 하나로 이루어진 제1층과 백금으로 이루어진 제2층이 증착될 수 있다.
바람직하게는 상기 접합은 레이져 빔 용접 또는 고온용 용가재를 사용한 브레이징을 포함하는 용접에 의해 접합될 수 있다.
바람직하게는 상기 열전대는 세라믹 재질로 이루어진 보호관의 내부에 형성될 수 있다.
바람직하게는 상기 웨이퍼 세편과 상기 열전대의 측온접점이 상기 열처리 로 의 길이방향으로 다수의 위치에 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 로내부의 온도감지장치는 웨이퍼 세편에 백금 증착막을 형성하고 열전대와 측온접점을 용접에 의해 접합함으로써, 웨이퍼의 온도를 신속하게 감지하여 급속한 승온에 의한 웨이퍼의 품질 저하를 사전에 방지할 수 있는 동시에 열처리공정 시간을 단축하여 공정 효율을 개선할 수 있으며, 웨이퍼 세편과 측온접점의 이격을 방지하여 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 로내부의 온도감지장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 로내부의 온도감지장치의 측온접점 부위의 한 예를 나타낸 상세 평면도(a) 및 측단면도(b)이며, 도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 로내부의 온도감지장치의 측온접점 부위의 다른 예를 나타낸 상세 평면도(a) 및 측단면도(b)이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 온도감지장치(100)는 웨이퍼 세편(112)과 열전대(120)의 일단이 접합된 온도감지부(110)와, 열전대(120)와, 그 외부에 형성된 보호관(130)과, 외부와 연결을 위한 연결단자(140)로 구성된다.
온도감지부(110)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 열처리하고자 하는 웨이퍼로부터 추출된 웨이퍼 세편(112)이 열전대(120) 일단과의 측온접점 부위에 백금(114)이 증착되어 접합된다.
여기서, 웨이퍼 세편(112)은 예를 들면, 6인치 웨이퍼에서 약 1100개의 세편을 얻는다.
이러한 웨이퍼 세편(112)이 Si인 경우에는, 웨이퍼 세편(112)의 측온접점 부위에 형성된 증착층(114)은 티타늄, 구리, 코발트, 텅스텐, 탄탈륨, 크롬 중 어느 하나로 이루어진 제1층과 백금으로 이루어진 제2층으로 구성되는 것이 바람직하다.
즉, 웨이퍼 세편(112)을 백금계의 열전대(120)에 접착하기 위하여, 본 발명자는 실리콘 웨이퍼를 대상으로 SiO2위에, 티타늄(Ti) 및 백금(Pt)의 순서로 증착층(114)을 형성하는 것을 제안하였다.
예를 들면, 웨이퍼 세편(112)의 표면에 DC 스퍼터링(Sputtering)에 의해 500Å의 두께로 티타늄층이 증착되며, 그 위에 DC 스퍼터링에 의해 20,000Å의 두께로 백금이 증착된다.
여기서, 티타늄은 실리콘과 접착력이 우수한 물질 중에 선택되었으며, 구리, 코발트, 텅스텐, 탄탈륨, 크롬 등으로 대체가 가능하다.
이와 같이 백금이 증착된 웨이퍼 세편(112)은 열전대(120)와 측온접점을 형성하도록 접합되는데, 이 접합은 용접에 의해 이루어지며, 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이 레이져 빔 용접을 통해 용접되어 접합된다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 세편(112)과 열전대(120)의 측온접점은 고온용 용가재를 사용한 브레이징을 통해 용접되어 접합되는데, 고온 용가재 는 열전대(120)와 유사한 열팽창 계수를 갖는 것이 바람직하다.
웨이퍼 세편(112)과 열전대(120)의 측온접점으로 이루어진 온도감지부(110)는, 도 5에 도시된 바와 같이 열처리 로의 길이방향으로 다수의 위치에 배치될 수 있다.
보호관(130)은 열처리 로내에서 온도감지부(110) 및 열전대(120)를 보호하기 위하여 쿼츠 및 세라믹 재질 중 어느 하나로 이루어진다.
이와 같이, 웨이퍼 세편(112)을 열전대(120)와의 측온접점을 형성하도록 구성된 온도감지부(110)에 의해 열처리하고자 하는 웨이퍼(30)가 히터(도시하지 않음)로부터 받는 복사열과 유사한 크기의 열적 환경을 조성하게 됨으로써, 웨이퍼(30)에 직접 접촉하지 않더라도, 빠른 온도변화에도 응답지연을 단축시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 로내부의 온도감지장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 로내부의 온도감지장치의 측온접점 부위의 한 예를 나타낸 상세 평면도(a) 및 측단면도(b).
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 로내부의 온도감지장치의 측온접점 부위의 다른 예를 나타낸 상세 평면도(a) 및 측단면도(b).
도 4는 종래의 온도감지장치가 설치된 열처리 로의 구성도.
도 5는 종래의 온도감지장치와 웨이퍼 세편의 측온접점 부위의 상세 평면도(a) 및 측단면도(b)
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 온도감지장치 110 : 온도감지부
112 : 웨이퍼 세편 114 : 증착층
120 : 열전대 130 : 보호관
140 : 연결단자

Claims (5)

  1. 웨이퍼를 열처리하는 로내부의 열전대를 이용한 온도감지장치에 있어서,
    열처리하고자 하는 웨이퍼로부터 추출된 웨이퍼 세편(細片)이 상기 열전대와의 측온접점 부위에 접합되되,
    상기 웨이퍼 세편은 상기 열전대와의 측온접점 부위에 티타늄, 구리, 코발트, 텅스텐, 탄탈륨, 크롬 중 어느 하나로 이루어진 제1층과 백금으로 이루어진 제2층이 증착되어 접합되는 것을 특징으로 하는 로내부의 온도감지장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 접합은 레이져 빔 용접 또는 고온용 용가재를 사용한 브레이징을 포함하는 용접에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 로내부의 온도감지장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전대는 세라믹 재질로 이루어진 보호관의 내부에 형성된 것을 특징으로 하는 로내부의 온도감지장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 세편과 상기 열전대의 측온접점이 상기 웨이퍼를 열처리하는 로의 길이방향으로 다수의 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 로내부의 온도감지장치.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4719317A (en) 1985-04-03 1988-01-12 W. C. Heraeus Gmbh Film-type electrical element and connection wire combination and method of connection
US4787551A (en) 1987-05-04 1988-11-29 Stanford University Method of welding thermocouples to silicon wafers for temperature monitoring in rapid thermal processing
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Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4719317A (en) 1985-04-03 1988-01-12 W. C. Heraeus Gmbh Film-type electrical element and connection wire combination and method of connection
US4787551A (en) 1987-05-04 1988-11-29 Stanford University Method of welding thermocouples to silicon wafers for temperature monitoring in rapid thermal processing
JPH11163070A (ja) 1997-11-25 1999-06-18 Sony Corp 半導体装置製造の熱処理工程における温度制御方法
KR20090103247A (ko) * 2008-03-28 2009-10-01 우진 일렉트로나이트(주) 로내부의 웨이퍼형 온도감지장치

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