KR20010008844A - 반도체 제조 공정에 사용되는 가열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조 공정에 사용되는 가열장치에 관한 것으로, 반도체 제조 공정에 사용되는 가열장치는 피가열체에 근접하게 설치되는 코일 및 상기 코일에 AC전류를 공급하기 위한 전원공급부를 구비한다.

Description

반도체 제조 공정에 사용되는 가열장치{A HEATING APPARATUS FOR A SEMICONDUCTOR DEVICE FABRICATION INSTALLATION}

본 발명은 반도체 제조 공정에 사용되는 가열장치에 관한 것이다.

반도체 제조에는 수많은 공정에서 플라즈마를 사용한다. 미세화가 진행됨에 따라 플라즈마의 변수 중 압력, 고주파 전력과 바이어스전력, 가스등의 통상적인 입력변수만으로는 요구되는 공정을 달성할 수 없는 경우가 많다. 특히, 산화막 식각공정에서는 미세화와 함께 여러 막질에 대한 고 선택비가 요구된다. 마스크 레니스터와 기존의 하부 막질인 실리콘에 대한 선택비는 물론이고, self-aligned contact 등의 공정에 따른 실리콘 질화막 등에 대한 고선택비가 요구된다. 이를 달성하기 위한 방법으로서 카본(carbon)의 함유비가 높은 C4F8 등의 새로운 가스가 공정에 도입되고 있지만, 이보다 더욱 중요한 설비의 요인으로서 챔버벽면의 온도가 대두되고 있다. 챔버 벽면의 온도가 낮을 때는 플라즈마내에 존재하는 카본 또는 카본 결합체의 라디칼이 챔버 벽면에서 소멸되어, 플라즈마 공정시 원하는 선택비를 얻을 수 없을 뿐만 아니라 벽면에 부착된 카본을 함유한 폴리머는 플라즈마 공정시 오히려 오염원으로서 작용한다. 따라서, 이들 라디칼의 챔버벽면과의 부착반응을 제어할 필요가 있으며, 이를 위하여 챔버 벽면의 온도를 상승시키는 시도가 되어 왔으며, 현재의 여러 플라즈마 설비가 이러한 방법을 이용하고 있다. 챔버 벽면의 온도 상승에 의해 이들 라디칼의 챔버 벽면과의 소멸반응이 억제되어 결과적으로 플라즈마내에 존재하는 카본 또는 카본 결합체의 라디칼의 양이 증가하여 원하는 선택비를 얻을 수 있도록 하여주는 것이다.

기존의 플라즈마 설비에서 챔버 벽면의 온도를 상승시키는 방법으로는, 도 1에 도시된 바와 같이 챔버(100)의 상부 벽면주위에 저항 히팅 플레이트(resistive heating plate;110)를 밀착시켜서 이 저항 히팅 플레이트(110)에서 생기는 열을 상기 챔버(100)의 상부 벽면에 전해주는 방법이 널리 사용되고 있다. 그리고 최근에는 도 2에서 보여주는 바와 같이, 챔버(200)의 상부 벽면(202)과 바텀면(204)을 고용량의 히팅 램프(210)를 사용하여 가열하는 방법이 시도되고 있다.

이들 기존 가열장치들을 이용한 가열방법은 일차적으로 저항 히팅 플레이트(110) 또는 히팅 램프(210) 등의 일차적인 발열체로부터 발생되는 열을 직접 밀착 또는 열 또는 광복사 등의 방법으로 챔버의 벽면에 열을 전해주기 때문에 그 효율이 매우 낮으며 온도 상승에 필요한 시간이 상대적으로 길다. 뿐만 아니라 히팅 플레이트 또는 램프 등의 일차 발열체의 재질자체의 문제로서 달성할 수 있는 온도가 제한되는 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 필요한 온도 상승 시간의 감소와 고효율을 달성할 수 있는 새로운 형태의 반도체 제조 공정에 사용되는 가열 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 기존의 저항 히팅 플레이트가 설치된 플라즈마 설비의 개략도;

도 2는 기존의 히팅 램프가 설치된 플라즈마 설비의 개략도;

도 3은 유도 전류가 생기는 원리를 설명하기 위한 도면;

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유도 가열에 사용되는 코일을 보여주는 도면;

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가열 장치의 사용상태를 보여주는 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

12 : 코일 14 : 전원공급장치

30 : 공정 챔버 32 : 벽면

34 : 유도 전류

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 반도체 제조 공정에 사용되는 가열장치는 피가열체에 근접하게 설치되는 코일 및 상기 코일에 AC전류를 공급하기 위한 전원공급부를 포함한다.

이와 같은 장치에서 상기 코일은 동일선상에 나선형으로 감겨져 형성될 수 있다. 이와 같은 장치에서 상기 피가열체는 공정 챔버의 벽면 또는 반도체 웨이퍼의 서셉터일 수 있다.

이와 같은 본 가열장치에 의하면, AC전류가 코일에 가해지면 코일 주변에 자계가 형성되고 그 자계에 의해 피가열체에는 자유전자의 이동에 의한 유도 전류가 발생되어 피가열체의 내부 저항에 의해 열이 발생되는 것이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 3 내지 도 5에 의거하여 상세히 설명한다. 또, 상기 도면들에서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다.

도 3은 유도 전류가 생기는 원리를 보여주는 도면이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유도 가열에 사용되는 코일을 보여주는 도면이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가열 장치가 설치된 공정 챔버를 보여주는 도면이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 가열장치(10)는 코일(12)과 상기 코일에 AC전류를 공급하기 위한 전원공급부(14)로 이루어진다. 상기 코일(12)은 피가열체에 근접하게 설치된다. 한편, 상기 코일(12)은 도 4에서 보여주는 바와 같이 동일선상에 나선형으로 감겨진 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같이 본 발명의 가열 장치는 그 구성이 매우 간단하고 비용이 저렴하다.

이와 같은 구성으로 이루어진 상기 가열 장치(10)는 기본적으로 도 1에 도시된 바와 같은 유도(induction)에 의한 2차 전류를 이용하여 피가열체를 가열하게 된다. 즉, 도 1에서처럼 1차 코일(20)에 AC전류를 가하면 다음 [수학식 1]의 암페어의 법칙에 의해 시간에 따라 변하는 자계(magnetic field;22)가 발생한다.

여기서 B는 자속 밀도, μ0는 투자율(상수, 자기장이 투과할 수 있는 힘), ε0는 유전계수(상수),E는 전계,t는 시간을 나타낸다.

한편, 시간에 따라 변하는 자계는 다음 [수학식 2]의 패러디 법칙에 의해 2차 코일(22)에 유도 전류(induction current)를 발생시킨다.

본 발명의 가열 장치(10)는 상기 원리를 유도 가열(inductive heating) 방식에 이용하여 피가열체를 가열하는 것이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가열 장치가 공정 챔버의 벽면에 설치된 상태를 보여주고 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 공정 챔버(30) 벽면(32)에 근접하게 설치된 코일(12)에 전원공급부(14)로부터 AC전류가 가해지면, 앞에서 설명한 바와 같이 코일(12) 주변에 시간에 따라 변하는 자계가 형성된다. 이 자계에 의해 도체로 이루어진 상기 챔버 벽면(32)에는 자유전자의 이동에 의한 유도 전류(34)가 유도된다. 이 유도 전류는 챔버 벽면(32)의 전기도와 코일에 흐르는 AC전류의 주파수에 의해 결정되는 벽면의 스킨 뎁스(skin depth)내에서 흐르는 소용돌이 전류이다. 이와 같이, 상기 챔버 벽면(32)에 소용돌이 전류(유도 전류;34)가 유도되면 챔버 벽면(32)의 내부 저항에 의해 열이 발생되는 것이다.

여기서 본 발명의 구조적인 특징은 AC 전류가 흐르는 코일에서 발생되는 자계에 의한 유도전류에 의해서 피가열체가 직접 가열되는데 있다.

이와 같은 가열 장치에 의하면, 기존 히팅에서 문제가 되었던 열 접촉 또는 열/광 복사에 의한 챔버 벽면의 가열이 아니라, 직접 챔버 벽면을 가열하기 때문에 온도 상승에 따른 리싱 타임(rising time)을 줄일 수 있으며, 따라서 전력전달 효율이 좋아진다. 뿐만 아니라 기존의 문제가 되었던 발열체의 온도 한계가 없기 때문에 챔버 벽면이 허용할 수 있는 온도까지 용이하게 가열할 수 있는 것이다. 또한 코일에 가해주는 전류 또는 주파수 등을 조절함으로서 챔버 벽면의 정밀한 온도제어가 가능하며, 온도 상승의 한계를 높여 필요한 공정 윈도우를 넓히는 것이 가능하다.

이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 가열 장치는 반도체 제조를 위한 플라즈마 설비의 챔버 벽면 그리고 웨이퍼가 로딩되는 서셉터뿐만 아니라 반도체 제조 설비에서 높은 온도를 필요로 하는 유도전류를 유도할 수 있는 도체성분의 피가열체에 유용하게 적용할 수 있는 것이다. 또한, 실리콘등의 반도체 웨이퍼등에도 유도전류를 유도할 수 있으면 적용 가능한 가열 장치이다.

이상에서, 본 발명에 따른 가열 장치의 구성 및 작용을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 그 구성이 간단하고 비용이 저렴하며, 유도 가열 방식에 의해 가열하고자 하는 피가열체를 직접 가열함으로서, 반도체 제조 공정에서 필요한 온도 상승시간의 감소와 고효율을 달성할 수 있는 이점이 있다. 특히, 달성하고자하는 온도도 최종 피가열체가 허용할 수 있는 온도까지 용이하게 가열할 수 있는 이점이 있다. 뿐만 아니라, 코일에 가해주는 전류를 조절하여 피가열체에 흐르는 소용돌이 전류를 쉽게 제어할 수 있기 때문에 정밀한 온도제어가 가능하다. 따라서, 이러한 가열 장치는 반도체 제조 공정에서 높은 온도를 필요로 하는 피가열체를 쉽게 그리고 빨리 가열시킬 수 있어 결과적으로 공정효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 반도체 제조 공정에 사용되는 가열장치에 있어서:

   피가열체에 근접하게 설치되는 코일 및;

   상기 코일에 AC전류를 공급하기 위한 전원공급부를 포함하여;

   AC전류가 코일에 가해지면 코일 주변에 자계가 형성되고 그 자계에 의해 피가열체에는 자유전자의 이동에 의한 유도 전류가 발생되어 피가열체의 내부 저항에 의해 열이 발생되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정에 사용되는 가열장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 코일은 동일선상에 나선형으로 감겨져 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정에 사용되는 가열장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 피가열체는 공정 챔버의 벽면 또는 반도체 웨이퍼의 서셉터인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정에 사용되는 가열장치.