KR20010058712A - 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템 - Google Patents

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강웅식
이경환
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Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템에 관한 것으로, 그 목적은 반도체 웨이퍼의 어닐링 공정시 웨이퍼의 어닐링 공정을 자동으로 실시함은 물론 웨이퍼 표면의 온도 균일성을 개선하고, 웨이퍼 지지대로 열이 전달되어 슬립현상이 발생되는 것을 방지할 수 있는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템을 제공하는 것이며, 그 구성은 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템에 있어서, 상기 시스템은 내부에 배기덕트부 및 히터안치부를 갖는 통형상으로서 상면 소정위치에 상기 배기덕트부와 연통되어 배기덕트부내의 배기가스를 외부로 배출하는 가스배출구와, 하면 중앙부에 소정직경을 갖고 상기 히터안치부와 연통되게 관통형성되는 웨이퍼이송공과, 상기 웨이퍼이송공의 내주면을 따라 상기 배기덕트부와 연통되게 형성되는 배기가스흡입구와, 상기 웨이퍼이송공의 상부 내주면을 따라 형성되어 웨이퍼이송공을 통과하는 웨이퍼를 예열시키기 위한 예열부를 일체로 갖는 히터챔버본체와, 하면부에 소정직경과 깊이를 갖고 형성되는 웨이퍼수납부와, 상기 웨이퍼수납부의 상면에 설치되어 발열하는 히터와, 상기 웨이퍼수납부의 상면에 연통되게 연결되어 웨이퍼수납부에 가스를 주입하는 가스주입구와, 상기 웨이퍼수납부의 내주면에 설치되어 웨이퍼수납부내의 온도를 측정하는 다수개의 온도감지수단을 갖고 상기 히터챔버본체의 히터안치부내에 내장되는 세라믹보드를 구비하는 히터챔버와; 소정크기를 갖는 평판으로서 상기 히터챔버를 지지하는 지지플레이트와; 상기 지지플레이트의 상면과 히터챔버의 하면 사이에 수직으로 고정설치되어 상기 히터챔버를 지지하는 복수개의 가이드봉과; 상기 복수개의 가이드봉을 따라 상하작동되어 웨이퍼를 이송하는 웨이퍼리프팅유닛과; 하면 중앙부에 내주면에 스크류가 형성된 스크류조립공을 갖고 상기 웨이퍼리프팅유닛의 하면부에 장착되는 리프팅프레임과; 회전축에 상기 리프팅프레임의 스크류조립공과 조립되어 상기 웨이퍼리프팅유닛을 상하작동시키기 위한 스크류을 구비하고, 상기 지지프레이트의 상면 중앙부에 설치되는 구동모터와; 상기 히터, 다수개의 온도감지수단, 구동모터 및 웨이퍼리프팅유닛에 각각 전기적으로 연결되어 웨이퍼수납부 및 웨이퍼의 하측 공간의 온도에 따라 상기 히터 및 구동모터의 작동을 제어하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템{A rapid thermal process system for wafer}
본 발명은 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 웨이퍼의 어닐링 공정시 웨이퍼의 어닐링 공정을 자동으로 실시함은 물론 웨이퍼 표면의 온도 균일성을 개선하고, 웨이퍼 지지대로 열이 전달되어 슬립현상에 의해 웨이퍼 표면이 불균일하게 되는 것을 방지할 수 있는 구조를 갖도록 한 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 열처리, 즉 어닐링 공정은 물질의 구조나 물성을 안정화시키기 위한 것으로, 반도체 웨이퍼에 대하여도 어닐링 공정이 실시되는데 이는 알루미늄(Al)의 소결이나 Si-SiO2계면의 특성향상 및 흠의 제거 등을 위한 것이다.
상기와 같은 반도체 웨이퍼에 대한 어닐링 공정을 위한 종래의 반도체 웨이퍼의 열처리 시스템은 RTP 시스템이라고 하는데 고속 열처리 시스템(Rapid Thermal System)을 약칭한 것이며, 그 구성은 개략적으로 가스주입구와 연통된 웨이퍼수납부를 갖는 세라믹보드가 내장된 히터챔버와, 상기 히터챔버의 하측에 수직으로 작동가능하게 설치되어 웨이퍼를 상기 웨이퍼수납부내로 수납시켜 열처리를 실시하기 위한 웨이퍼이송유닛과, 상기 웨이퍼이송유닛상에 설치되어 웨이퍼를 지지하는 수정핀지지대와, 상기 웨이퍼수납부의 상면부에 설치되어 발열하기 위한 텅스텐 할로겐램프와, 상기 웨이퍼이송유닛, 텅스텐 할로겐램프와 각기 전기적으로 연결되어 각각의 작동을 제어하는 제어수단으로 구성되어 있다.
상기와 같은 종래의 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템은 열처리를 위한 발열히터로서 텅스텐 할로겐램프를 사용하기 때문에 할로겐램프에서 방출되는 복사광선과 웨이퍼가 방출하는 복사광선 사이에 간섭이 발생하여 온도감지의 심한 오차가 발생되고, 온도 균일성(Thermal Uniformity)이 매우 불안하여 할로겐램프의 복사광선의 세기와 분광분포(Spectral Distribution)는 웨이퍼의 두께, 광학특성, 불순물의 밀도 혹은 패턴에 따라 복사광선의 특성이 변하기 때문에 웨이퍼에 대한 정밀한 열처리 온도제어 및 1250℃ 이상의 공정진행이 어렵고, 열처리시 수정핀에 의해 지지되는 웨이퍼가 수정핀으로 열이 전도되어 수정핀과 맞닿은 부위에 온도가 저하되는 슬립(Slip) 현상이 발생되어 웨이퍼 표면에 핀마크가 생성된다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 고려하여 안출한 것으로서, 그 목적은 반도체 웨이퍼의 어닐링 공정시 웨이퍼의 어닐링 공정을 자동으로 실시함은 물론 웨이퍼 표면의 온도 균일성을 개선하고, 웨이퍼 지지대로 열이 전달되어 슬립현상이 발생되는 것을 방지할 수 있는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템을 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템에 있어서, 상기 시스템은 내부에 배기덕트부 및 히터안치부를 갖는 통형상으로서 상면 소정위치에 상기 배기덕트부와 연통되어 배기덕트부내의 배기가스를 외부로 배출하는 가스배출구와, 하면 중앙부에 소정직경을 갖고 상기 히터안치부와 연통되게 관통형성되는 웨이퍼이송공과, 상기 웨이퍼이송공의 내주면을 따라 상기 배기덕트부와 연통되게 형성되는 배기가스흡입구와, 상기 웨이퍼이송공의 상부 내주면을 따라 형성되어 웨이퍼이송공을 통과하는 웨이퍼를 예열시키기 위한 예열부를 일체로 갖는 히터챔버본체와, 하면부에 소정직경과 깊이를 갖고 형성되는 웨이퍼수납부와, 상기 웨이퍼수납부의 상면에 설치되어 발열하는 히터와, 상기 웨이퍼수납부의 상면에 연통되게 연결되어 웨이퍼수납부에 가스를 주입하는 가스주입구와, 상기 웨이퍼수납부의 내주면에 설치되어 웨이퍼수납부내의 온도를 측정하는 다수개의 온도감지수단을 갖고 상기 히터챔버본체의 히터안치부내에 내장되는 세라믹보드를 구비하는 히터챔버와; 소정크기를 갖는 평판으로서 상기 히터챔버를 지지하는 지지플레이트와; 상기 지지플레이트의 상면과 히터챔버의 하면 사이에 수직으로 고정설치되어 상기 히터챔버를 지지하는 복수개의 가이드봉과; 상기 복수개의 가이드봉을 따라 상하작동되어 웨이퍼를 이송하는 웨이퍼리프팅유닛과; 하면 중앙부에 내주면에 스크류가 형성된 스크류조립공을 갖고 상기 웨이퍼리프팅유닛의 하면부에 장착되는 리프팅프레임과; 회전축에 상기 리프팅프레임의 스크류조립공과 조립되어 상기 웨이퍼리프팅유닛을 상하작동시키기 위한 스크류을 구비하고, 상기 지지프레이트의 상면 중앙부에 설치되는 구동모터와; 상기 히터, 다수개의 온도감지수단, 구동모터 및 웨이퍼리프팅유닛에 각각 전기적으로 연결되어 웨이퍼수납부 및 웨이퍼의 하측 공간의 온도에 따라 상기 히터 및 구동모터의 작동을 제어하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템에 의해 달성될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템의 구성 및 작동상태를 도시하는 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템을 도시하는 평면도.
도 3은 도 1의 A-A선을 따라 단면하여 도시한 도면.
도 4는 도 1의 B-B선을 따라 단면하여 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템중 웨이퍼리프팅유닛의 구성 및 작동상태를 도시하는 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템중 웨이퍼리프팅유닛의 지지대의 다른 실시예를 도시하는 단면도.
도 7은 도 6에 도시한 웨이퍼리프팅유닛의 지지대를 도시하는 평면도.
도 8은 도 6에 도시한 웨이퍼리프팅유닛의 지지대상에 웨이퍼를 안착시킨 상태에서 열처리시 웨이퍼가 팽창될 때의 작동상태도.
도 9는 본 발명에 따른 히터챔버의 다른 실시예를 도시하는 단면도.
도 10은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템의 제어구조를도시하는 블록도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10: 웨이퍼 열처리 시스템 11: 히터챔버
12: 배기덕트부 13: 히터안치부
14: 히터챔버본체 15: 가스배출구
16: 웨이퍼이송공 17: 배기가스흡입구
18: 세라믹 보드 19: 웨이퍼수납부
20: 히터 21: 가스주입구
22, 37: 온도감지수단 23: 지지플레이트
24: 바퀴부재 25: 가이드봉
27, 36: 구동모터 28: 스크류
29: 리프팅프레임 30: 스크류조립공
31: 웨이퍼리프팅유닛 32: 이송플레이트
33: 회전반 34: 웨이퍼지지대
35: 관형축 38: 제어수단
50: 웨이퍼
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 웨이퍼의 열처리 시스템에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 열처리 시스템의 구성 및 작동상태를 도시하는 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 열처리 시스템을도시하는 평면도이고, 도 3은 도 1의 A-A선을 따라 단면하여 도시한 도면이고, 도 4는 도 1의 B-B선을 따라 단면하여 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 열처리 시스템중 웨이퍼리프팅유닛의 구성 및 작동상태를 도시하는 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 열처리 시스템중 웨이퍼리프팅유닛의 지지대의 다른 실시예를 도시하는 단면도이고, 도 7은 도 6에 도시한 웨이퍼리프팅유닛의 지지대를 도시하는 평면도이고, 도 8은 도 6에 도시한 웨이퍼리프팅유닛의 지지대상에 웨이퍼를 안착시킨 상태에서 열처리시 웨이퍼가 팽창될 때의 작동상태도이고, 도 9는 본 발명에 따른 히터챔버의 다른 실시예를 도시하는 단면도이며, 도 10은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 열처리 시스템의 제어구조를 도시하는 블록도이다.
도 1 내지 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 열처리 시스템(10)은 히터챔버(11)와 지지플레이트(23)와 복수개의 가이드봉(25)과 웨이퍼리프팅유닛(31)과 리프팅프레임(29)과 구동모터(27)과 제어수단(38)으로 구성된다.
상기 히터챔버(11)는 반도체 웨이퍼를 열처리하기 위한 것으로서 히터챔버본체(14)와 세라믹보드(18)로 구성된다.
상기 히터챔버본체(14)는 내부에 배기덕트부(12) 및 히터안치부(13)를 갖는 통형상으로서 가스배출구(15)와, 웨이퍼이송공(16)과, 배기가스흡입구(17)와, 예열부(14a)를 구비한다.
상기 가스배출구(15)는 상기 배기덕트부(12)내의 배기가스를 외부로 배출하기 위하여 상기 히터챔버본체(14)의 상면 소정위치에 상기 배기덕트부(12)와 연통되게 형성된다.
상기 웨이퍼이송공(16)은 상기 히터챔버본체(14)의 하면 중앙부에 소정직경을 갖고 상기 히터안치부(13)와 연통되게 관통형성되며, 상기 배기가스흡입구(17)는 웨이퍼이송공(16)쪽으로 내려오는 배기가스를 흡입하여 배기덕트부(12)내로 유입시키기 위하여 상기 웨이퍼이송공(16)의 내주면을 따라 상기 배기덕트부(12)와 연통되게 형성된다.
상기 예열부(14a)는 상기 웨이퍼이송공(16)을 통과하는 웨이퍼(50)를 예열하도록 웨이퍼이송공(16)의 상부 내주면을 따라 형성된다.
상기 세라믹 보드(18)는 세라믹제의 원통형상으로서 웨이퍼수납부(19)와, 히터(20)와, 가스주입구(21)와, 다수개의 온도감지수단(22)을 구비하고, 상기 히터챔버본체(14)의 히터안치부(13)내에 내장된다.
상기 웨이퍼수납부(19)는 세라믹 보드(18)의 하면 중앙부에 소정직경과 깊이를 갖고 요부지게 형성되고, 상기 히터(20)는 상기 웨이퍼수납부(19)의 내측 상면에 지그재그로 절곡되어 설치되고, 상기 히터(20)로는 자연발열체(Natural Thermal Source)인 몰리브텐 히터를 사용하는 것이 바람직하며, 이는 몰리브텐 히터로부터 발생되는 열은 복사광선과 같은 간섭현상을 일으키지 않아 온도제어 및 균일한 온도분포가 용이하기 때문이다.
또한, 상기 웨이퍼수납부(19)의 내표면에는 웨이퍼의 열처리시 웨이퍼상에 불순물이 떨어지는 것을 방지하기 위하여 폴리 실리콘 튜브(19a)가 피복된다.
상기 가스주입구(21)는 상기 웨이퍼수납부(19)내에 웨이퍼의 열처리시 웨이퍼 표면과 반응하는 산소가스를 웨이퍼수납부(19)내에 공급하기 위하여 웨이퍼수납부(19)의 상면에 연통되게 연결되어 히터챔버(11)의 외부로 연결된다.
상기 다수개의 온도감지수단(22)는 열전대(T/C, Thermoelectric Couple)로서 상기 웨이퍼수납부(19)의 내부 온도를 감지하여 상기 히터(20)를 제어할 수 있도록 하기 위하여 웨이퍼수납부(19)의 내주면 상부를 따라 상호 소정간격져서 설치된다.
상기 히터챔버(11)의 다른 실시예로서, 상기 세라믹 보드(18)의 히터(20)를 웨이퍼수납부(19)의 상면부가 하닌 세락믹 보드(18)의 상면에 설치하여 웨이퍼(50)를 히터(20)에 의해 발생되는 직접열로 웨이퍼(50)을 직접가열하여 열처리하지 않고 세라믹 보드(18)를 가열시켜 세라믹 보드(18)로부터 발산되는 간접열로 웨이퍼(50)를 열처리하도록 한 것으로서, 히터(20)의 직접열에 의한 열처리에 비하여 보다 균일한 열분포도를 얻을 수 있어 웨이퍼(50)의 품질을 보다 향상시킬 수 있는 것이다.
상기 지지플레이트(23)는 상기 히터챔버(11)를 지지하기 위한 소정크기를 갖는 평판으로서 상면부에 상기 복수개의 가이드봉(25) 및 구동모터(27)가 설치되며, 하면부에는 이동을 용이하게 할 수 있도록 바퀴부재(24)가 설치되어도 좋다.
상기 복수개의 가이드봉(25)은 소정길이를 갖는 강봉으로서 상기 지지플레이트(23)의 상면과 히터챔버(11)의 하면 사이에 수직으로 고정설치되어 상기 히터챔버(11)가 지지플레이트(23)의 상측 소정높이에 위치되도록 지지하는 동시에 상기 웨이퍼리프팅유닛(31)의 가이드조립공(32c)와 베어링조립되어 웨이퍼리프팅유닛 (31)의 상하이동경로를 안내한다.
상기 웨이퍼리프팅유닛(31)은 열처리될 웨이퍼(50)를 탑재하고 상기 가이드봉(25)을 따라 상하방으로 작동되며 웨이퍼(50)를 이송하는 것으로, 이송플레이트 (32)와, 회전반(33)과, 관형축(35)과, 웨이퍼지지대(34)와 구동모터(36)와 온도감지수단(37)으로 구성된다.
상기 이송플레이트(32)는 소정크기를 갖는 평판으로서, 복수개의 가이드조립공(32c)과 중앙부에 소정직경의 설치공(32b)을 갖는다.
상기 복수개의 가이드조립공(32c)은 상기 이송플레이트(32)의 연부 소정위치에 관통형성되어 상기 가이드봉(25)을 따라 상하작동가능하도록 복수개의 가이드봉 (25)과 베어링결합된다.
상기 설치공(32b)은 상기 이송플레이트(32)의 중앙부에 소정직경을 갖고 관통형성된다.
상기 관형축(35)은 소정직경과 길이를 갖는 파이프로서 상기 이송플레이트 (32)의 설치공(32b)에 결합되어 수직으로 고정설치된다.
상기 회전반(33)은 소정직경을 갖는 원판으로서 중앙부에 소정직경으로 관통형성되어 상기 관형축(35)과 조립되는 축결합공(33a)과, 하면의 상기 축결합공 (33a) 연부를 따라 형성되는 기어부(33b)와 외주면 하부를 따라 외향으로 돌출형성되어 회전반(33)의 상승작동시 종단위치에서 상기 히터챔버(11)의 웨이퍼이송공 (16)의 하단 연부에 걸리도록 하여 회전반(33)의 상승을 방지하고 웨이퍼이송공 (16)의 하단부를 차단하는 걸림턱부(33c)를 갖고 상기 관형축(35)에 회전가능하게베어링결합 된다.
상기 웨이퍼지지대(34)는 소정직경을 갖고 상면부의 내측 연부가 하방으로 소정폭 단층지게 형성된 링형상의 지지대본체(34a)와, 상기 지지대본체(34a)의 상면 단턱부에 장착되는 열전도율이 매우 낮은 사파이어링(34b)와, 상기 지지대본체 (34a)의 하면부에 형성되어 상기 회전반(33)상에 고정설치되는 다수개의 레그(34d)로 구성되고, 상기 회전반(33)상에 설치되어 웨이퍼를 탑재하는 동시에 회전반(33)과 함께 회전되면서 열처리시 탑재된 웨이퍼에 대한 온도분포를 균일하게 한다.
상기 웨이퍼지지대(34)의 다른 실시예로서 상기 지지대본체(34a)의 상면에 내향으로 소정각도 경사지게 형성된 다수개의 안내홈(34e)을 방사상으로 요부지게 형성하고 상기 각각의 안내홈(34e)에 소정직경의 세라믹볼(34f)을 안내홈(34e)을 따라 이동가능하게 안착시킨 구조로서 웨이퍼(50)를 상기 세라믹볼(34f)상에 안착시켜 열처리함으로서 웨이퍼가 팽창되더라도 웨이퍼가 팽창되는 만큼 상기 세라믹볼(34f)이 안내홈(34e)을 따라 굴러 가 면서 웨이퍼를 지지하기 때문에 웨이퍼의 팽창으로 인해 웨이퍼 표면에 흠집이 발생되는 것을 확실히 방지한다.
상기 구동모터(36)는 회전축에 상기 회전반(33)의 기어부(33b)와 치합되는 기어부(36a)를 갖고 상기 이송플레이트(32)상에 고정설치되어 상기 회전반(33)을 회전시킨다.
상기 온도감지수단(37)은 파이로메타(pyrometer)로서 상기 이송플레이트(32)의 하면에 고정설치되고, 상기 관형축(35)을 통하여 웨이퍼지지대(34)의 지지대본체(34a) 하측에 배치되는 웨이퍼(50) 하측의 온도를 감지하기 위한 파이로메타 프로브를 구비한다.
상기 리프팅프레임(29)은 하면부에 소정직경을 갖고 관통형성되고, 내주면에 스크류가 형성된 스크류조립공(30)을 갖고 상기 웨이퍼리프팅유닛(31)의 하면에 장착된다.
상기 구동모터(27)는 회전축에 상기 리프팅프레임(29)의 스크류조립공(30)과 조립되어 상기 웨이퍼리프팅유닛(31)을 상하작동시키기 위한 스크류(28)을 구비하고, 상기 지지프레이트(23)의 상면 중앙부에 설치된다.
상기 제어수단(38)은 상기 히터챔버(11)의 히터(20) 및 다수개의 온도감지수단(22)과, 상기 구동(27)와, 웨이퍼리프팅유닛(31)의 구동모터(36) 및 온도감지수단(37)에 각각 전기적으로 연결되어 상기 온도감지수단(22)으로부터의 감지신호에 따라 상기 히터(20)를 발열을 제어하고, 상기 온도감지수단(37)으로부터의 감지신호에 따라 상기 구동모터(27)의 회전수를 조정하여 웨이퍼리프팅유닛(31)의 상승(리프팅)속도를 제어한다.
즉, 상기 예열부(14a)의 온도는 대략 700℃이고, 웨이퍼(50)가 예열부(14a)를 통과할 때 1초에 대략 50℃씩 온도가 상승됨으로 상기 온도감지수단(37)으로부터 수신되는 온도신호에 따라 웨이퍼(50)의 하측 온도가 예정치를 유지하도록 감지온도가 예정치 이상을 때에는 구동모터(27)의 회전속도를 증가시켜 웨이퍼리프팅유닛(31)의 상승속도를 빠르게 하고, 감지온도가 예정치 이하일 때에는 구동모터(27)의 회전속도를 감소시켜 웨이퍼리프팅유닛(31)의 상승속도를 느리게 제어한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 열처리 시스템(10)은 ON되면 상기 히터(20)가 가동되어 상기 웨이퍼수납부(19)내의 온도가 예정된 온도에 도달할 때까지 웨이퍼수납부(19)를 예열하고, 웨이퍼수납부(19)의 예열이 완료되면 상기 웨이퍼리프팅유닛(31)의 지지대본체(34a)상에 웨이퍼(50)를 안착시킨 후 상기 구동모터(27)가 정회전된다.
상기 구동모터(27)가 정회전되면 상기 리프팅프레임(29)의 스크류조립공(30)과 조립되어 있는 스크류(28)가 정회전되고, 상기 스크류(28)의 회전에 따라 상기 스크류조립공(30)은 스크류(28)를 따라 상방으로 이동됨으로 상기 웨이퍼리프팅유닛(31)은 상기 가이드봉(25)을 따라 상방으로 리프팅된다. 이때 상기 웨이퍼리프팅유닛(31)의 구동모터(36)도 동시에 가동되어 상기 회전반(33)을 일정속도로 회전시켜 우수한 열분포도를 갖도록 한다.
상기와 같은 작동에 의해 웨이퍼리프팅유닛(31)이 소정높이에 도달되면 상기 웨이퍼(50)는 웨이퍼이송공(16)의 상부 내주면에 형성되어 있는 예열부(14a)를 통과하면서 소정온도로 예열되고, 계속 상승하고 종단위치에 도달되면 상기 회전반(33)의 걸림턱부(33c)의 상면은 상기 웨이퍼이송공(16)의 하단 연부와 맞닿으면서 회전반(33)의 상승을 방지하고 웨이퍼이송공(16)의 하단을 차단하는 동시에 상기 구동모터(27)가 정지됨으로서 상기 웨이퍼리프팅유닛(31)도 정지된다.
상기와 같은 높이까지 리프팅된 웨이퍼리프팅유닛(31)은 상기 웨이퍼지지대 (34)가 상기 히터챔버본체(14)의 웨이퍼이송공(16)을 통하여 웨이퍼수납부(19)내로 완전히 수납된 상태가 된다. 즉, 상기 지지대본체(34a)상에 탑재된 웨이퍼(50)는 상기 웨이퍼수납부(19)내로 완전히 수납된 상태가 되는 것이다.
상기와 같이 웨이퍼(50)가 웨이퍼수납부(19)내에 수납되면 상기 가스주입구 (21)로부터 반응가스가 주입되어 상기 웨이퍼(50)의 표면과 반응함으로서 상기 웨이퍼(50)에 대한 열처리 공정이 실시되는데 이때 상기 히터(20)는 자연발열체인 몰리브덴 히터임으로 간섭현상이 발생되지 않아 상기 온도감지수단(22)에 의해 웨이퍼수납부(19)내의 온도가 정확히 측정됨으로 정밀한 온도제어는 물론 1250℃ 이상의 공정진행이 용이할 뿐만 아니라 회전반(33)이 일정속도로 회전되기 때문에 웨이퍼(50)에 대한 균일한 열분포를 얻을 수 있고, 예열부(14a)에 의한 웨이퍼(50)의 예열시 상기 온도감지수단(37)에 의해 웨이퍼(50)의 하측온도가 감지되어 그 감지신호에 따라 상기 웨이퍼리프팅유닛(31)의 리프팅 속도를 조절함으로서 웨이퍼(50)에 대한 예열온도를 정밀하게 제어할 수 있는 것이다.
즉, 웨이퍼(50)의 하측 온도가 예정치 이상일 때에는 리프팅 속도를 빠르게 하여 예열부(14a)에 의한 예열을 감소시키고, 하측 온도가 예정치 이하일 때에는 리프팅 속도를 느리게 하여 예열부(14a)에 의한 예열을 증가시킴으로서 웨이퍼(50)는 적정한 예정온도를 유지할 수 있는 것이며, 상기와 같이 예열된 웨이퍼(50)는 상기 웨이퍼수납부(19)내로 완전히 수납되어 열처리가 실시된다.
웨이퍼(50)에 대한 열처리 공정은 웨이퍼수납부(19)내로 수납된 웨이퍼(50)상에 상기 가스주입구(21)를 통하여 반응가스가 주입되어 웨이퍼(50)의 표면과 반응하고, 상기와 같이 반응 후 남은 반응가스는 웨이퍼수납부(19)의 하부로 하강하고, 상기 웨이퍼이송공(16)에 도달하게되면 웨이퍼이송공(16)의 내주면에 형성된 배기가스흡입구(17)를 통하여 배기덕트부(12)로 유입되어 가스배출구(15)를 통해외부로 배출된다.
또한, 상기 지지대본체(34a)상에 열전도율이 매우 낮은 사파이어링(34b)을 장착하여 웨이퍼(50)을 지지하도록 함으로서 열전도에 의한 슬립현상의 발생을 방지함은 물론 지지대본체(34a)의 상면에 다수개의 안내홈(34e)을 형성하고 상기 안내홈(34e)을 따라 구름작동되는 세라믹볼(34f)을 각각 안내홈(34e)내에 배치시키고 상기 세라믹볼(34f)상에 웨이퍼(50)을 안착시킴으로서 고열에 의해 웨이퍼(50)가 팽창되더라도 웨이퍼(50)가 팽창되는 만큼 상기 세라믹볼(34f)이 구름작동하며 웨이퍼(50)를 지지함으로 웨이퍼(50)의 표면에 흠집이 발생되는 것을 확실히 방지할 수 있는 것이다.
상기와 같은 열처리 공정이 완료되면 상기 구동모터(36)가 OFF되어 회전반(33)의 회전은 정지되고, 상기 구동모터(27)가 역회전으로 가동되어 상기 스크류(28)를 역방향으로 회전시킴으로서 상기 웨이퍼리프팅유닛(31)은 가이드봉(25)을 따라 예정된 위치까지 하강하고 웨이퍼지지대(34)상의 열처리가 완료된 웨이퍼(50)를 제거한 후 열처리가 요구되는 다른 웨이퍼를 웨이퍼지지대(34)상에 탑재시켜 상기와 같은 공정을 반복적으로 행함으로서 웨이퍼의 열처리 공정을 실시할 수 있는 것이다.
상기 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼의 열처리 시스템(10)은 약간의 구조변경에 의해 상기 웨이퍼리프팅유닛(31)이 고정되고 상기 히터챔버(11)가 상하작동되는 구조로도 구성될 수 있다.
즉, 상기 웨이퍼리프팅유닛(31)을 고정시키고 상기 히터챔버(11)을구동모터에 의해 정역회전되는 리프팅스크류 등으로 상하작동가능하게 지지되도록 함으로서 히터챔버(11)가 상하작동되며 웨이퍼지지대(34)상에 탑재된 웨이퍼(50)에 대한 열처리를 실시하도록 할 수 있는 것이다.
이상으로 설명한 본 발명에 의하면, 반도체 웨이퍼의 어닐링 공정시 웨이퍼의 어닐링 공정을 자동으로 실시함은 물론 웨이퍼 표면의 온도 균일성을 개선하고, 웨이퍼지지대로 열이 전달되어 슬립현상이 발생되는 것을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (9)

  1. 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템에 있어서, 상기 시스템은 내부에 배기덕트부(12) 및 히터안치부(13)를 갖는 통형상으로서 상면 소정위치에 상기 배기덕트부(12)와 연통되어 배기덕트부(12)내의 배기가스를 외부로 배출하는 가스배출구 (15)와, 하면 중앙부에 소정직경을 갖고 상기 히터안치부(13)와 연통되게 관통형성되는 웨이퍼이송공(16)과, 상기 웨이퍼이송공(16)의 내주면을 따라 상기 배기덕트부(12)와 연통되게 형성되는 배기가스흡입구(17)와, 상기 웨이퍼이송공(16)의 상부 내주면을 따라 형성되어 웨이퍼이송공(16)을 통과하는 웨이퍼(50)를 예열시키기 위한 예열부(14a)를 일체로 갖는 히터챔버본체(14)와, 하면부에 소정직경과 깊이를 갖고 형성되는 웨이퍼수납부(19)와, 상기 웨이퍼수납부(19)의 상면에 설치되어 발열하는 히터(20)와, 상기 웨이퍼수납부(19)의 상면에 연통되게 연결되어 웨이퍼수납부(19)에 가스를 주입하는 가스주입구(21)와, 상기 웨이퍼수납부(19)의 내주면에 설치되어 웨이퍼수납부(19)내의 온도를 측정하는 다수개의 온도감지수단(22)을 갖고 상기 히터챔버본체(14)의 히터안치부(13)내에 내장되는 세라믹보드(18)를 구비하는 히터챔버(11)와; 소정크기를 갖는 평판으로서 상기 히터챔버(11)를 지지하는 지지플레이트(23)와; 상기 지지플레이트(23)의 상면과 히터챔버(11)의 하면 사이에 수직으로 고정설치되어 상기 히터챔버(11)를 지지하는 복수개의 가이드봉(25)과; 상기 복수개의 가이드봉(25)을 따라 상하작동되어 웨이퍼(50)를 이송하는 웨이퍼리프팅유닛(31)과; 하면 중앙부에 내주면에 스크류가 형성된 스크류조립공(30)을 갖고 상기 웨이퍼리프팅유닛(31)의 하면부에 장착되는 리프팅프레임(29)과; 회전축에 상기 리프팅프레임(29)의 스크류조립공(30)과 조립되어 상기 웨이퍼리프팅유닛(31)을 상하작동시키기 위한 스크류(28)을 구비하고, 상기 지지프레이트(23)의 상면 중앙부에 설치되는 구동모터(27)와; 상기 히터(20), 다수개의 온도감지수단(22)(37), 구동모터(27) 및 웨이퍼리프팅유닛(31)에 각각 전기적으로 연결되어 웨이퍼수납부 및 웨이퍼(50)의 하측 공간의 온도에 따라 상기 히터(20) 및 구동모터(27)의 작동을 제어하는 제어수단(38)을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 히터(20)는 몰리브덴 히터인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 히터(20)는 균일한 간접열로 웨이퍼(50)를 열처리하기 위하여 상기 세라믹 보드(18)의 상면에 설치되어 세락믹 보드(18)를 가열하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 웨이퍼리프팅유닛(31)은 소정크기를 갖는 평판으로서, 연부 소정위치에 관통형성되고 상기 가이드봉(25)과 각각 베어링결합되어 가이드봉(25)을 따라 작동되는 복수개의 가이드조립공(32c)과, 중앙부에 소정직경의 설치공(32b)을 갖는 이송플레이트(32)와; 소정직경과 길이를 갖는 파이프로서 상기이송플레이트(32)의 설치공(32b)에 결합되어 수직으로 고정설치되는 관형축(35)과; 소정직경을 갖는 원판으로서 중앙부에 소정직경으로 관통형성되어 상기 관형축(35)과 조립되는 축결합공(33a)과, 하면의 상기 축결합공(33a) 연부를 따라 형성되는 기어부(33b)와, 외주면 하부를 따라 외향으로 돌출형성되어 상기 웨이퍼이송공(16)의 하단을 차단하는 걸림턱부(33c)를 갖고 상기 관형축(35)에 회전가능하게 베어링결합되는 회전반(33)과; 소정직경을 갖고 상면부의 내측 연부가 하방으로 소정폭 단층지게 형성된 링형상의 지지대본체(34a)와, 상기 지지대본체(34a)의 상면 단턱부에 장착되는 열전도율이 매우 낮은 사파이어링(34b)과, 상기 지지대본체(34a)의 하면부에 형성되어 상기 회전반(33)상에 고정설치되는 다수개의 레그(34d)를 구비하는 웨이퍼지지대(34)와; 회전축에 상기 회전반(33)의 기어부(33b)와 치합되는 기어부(36a)를 갖고 상기 이송플레이트(32)상에 고정설치되어 상기 회전반(33)을 회전시키는 구동모터(36)와; 이송플레이트(32)의 하부에 설치되어 웨이퍼(50)의 하측 온도를 감지하기 위한 온도감지수단(37)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템.
  5. 제 1항 또는 제 4항에 있어서, 상기 웨이퍼지지대(34)는 상기 지지대본체 (34a)의 상면에 내향으로 소정각도 경사지고 방사상으로 요부지게 형성되는 다수개의 안내홈(34e)과, 소정직경을 갖는 구형상으로서 상기 각각의 안내홈(34e)에 구름작동가능하게 배치되어 웨이퍼(50)를 지지하는 다수개의 세라믹볼(34f)을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 온도감지수단(37)은 파이로메타(pyrometer)로서 상기 이송플레이트(32)의 하면에 고정설치되고, 상기 관형축(35)을 통하여 웨이퍼지지대 (34)의 지지대본체(34a) 하측에 배치되는 웨이퍼 하측의 온도를 감지하기 위한 파이로메타 프로브를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 제어수단(38)은 상기 온도감지수단(22)의 신호에 따라 상기 히터(20)의 발열을 제어하고, 상기 온도감지수단(37)의 신호에 따라 웨이퍼리프팅유닛(31)의 상승속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 웨이퍼수납부(19)는 웨이퍼(50)에 대한 열처리시 불순물이 웨이퍼(50)상에 떨어지는 것을 방지하기 위하여 내표면상에 폴리 실리콘 튜브가 피복되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 시스템은 상기 웨이퍼리프팅유닛(31)이 고정되고, 상기 히터챔버(11)가 상하작동되어 상기 웨이퍼지지대(34)상에 탑재된 웨이퍼(50)에 대한 열처리를 실시할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템.
KR1019990066070A 1999-12-30 1999-12-30 반도체 웨이퍼의 고속 열처리 시스템 KR20010058712A (ko)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100425451B1 (ko) * 2001-06-29 2004-03-30 삼성전자주식회사 열처리 챔버 및 이를 이용한 웨이퍼의 열처리 방법
KR100524390B1 (ko) * 2001-07-26 2005-10-28 에프.티.엘.주식회사 가열로와 반도체기판홀딩 지그의 조립체, 및 반도체장치의제조방법

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