KR20020013266A - 확산공정 챔버에서의 조합형 열 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조공정중 확산(diffusion)공정에서 사용되는 가열장치에 관한 것으로 특히, 반도체 확산 공정을 수행하는 챔버와, 상기 챔버내의 열환경을 형성시키는 히터와, 상기 히터에 의해 형성되는 챔버 내부의 열환경을 검출하는 제 1온도센서와, 상기 챔버 외부의 열환경을 검출하는 제 2온도센서와, 챔버 내부의 열환경을 설정하는 신호와 상기 제 1온도센서를 통해 챔버 내부 열환경에 따른 검출신호를 입력받아 상기 히터의 발열량을 조정하는 제 1온도조정부, 및 상기 제 2온도센서를 통해 챔버 외부 열환경에 따른 검출신호를 입력받아 이를 기준으로 상기 제 1온도조정부를 통해 조정된 상기 히터의 발열량을 재조정하는 제 2온도조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 확산공정 챔버에서의 조합형 열 제어 장치를 제공하여 일률적으로 열환경내의 온도 변화에만 관신이 모여있는 종래의 기술에서 외부 온도의 변화가 내부 온도에 악영향을 미지는 것을 방지하기 위하여 폐루프 제어시 외부온도의 변화와 내부온도의 변화를 모두 검출 제어함으로써 확산 공정의 열환경을 일정하게 유지시켜주도록 한다.

Description

확산공정 챔버에서의 조합형 열 제어 장치{combination type thermal control apparatus at a diffusion processing chamber}

본 발명은 반도체 제조공정중 확산(diffusion)공정에서 사용되는 가열장치에관한 것으로 특히, 일률적으로 열환경내의 온도 변화에만 관신이 모여있는 종래의 기술에서 외부 온도의 변화가 내부 온도에 악영향을 미지는 것을 방지하기 위하여 폐루프 제어시 외부온도의 변화와 내부온도의 변화를 모두 검출 제어함으로써 확산 공정의 열환경을 일정하게 유지시켜주도록 하는 확산공정 챔버에서의 조합형 열 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 실리콘웨이퍼에 대한 선택적인 불순물의 확산기술은 이미 완성되었다. 선택확산에서는 n형 영역을 형성하는 불순물로서 인(P)을, p형영역을 형성하는 불순물로서는 붕소(B)를 사용한다. 도핑되어서는 안되는 영역은 기판상에서 마스크의 역할을 하는 SiO2의 절연막으로 피복된다.

그 다음에 불순물을 함유한 기체가 마스크된 기판상에 도입된다. 불순물원자는 표면의 피복되지 않은 부분과 접촉하여 피복되지 않은 표면속으로 확산한다. 불순물확산은 장치의 관점에서 볼 때 2가지의 범주로 분류되는데, 하나는 폐관법이고 다른 하나는 개관법이다.

개관법은 양단을 개방한 관내에 반도체기판(웨이퍼)을 설치하고, 기판을 가열하여 한쪽 개구단으로는 원료기체를 도입하고 다른쪽 개구단으로는 기체를 배출하는 방법이다. 개관법은 원료기체의 유량과 불순물의 비율을 제어할 수 있다. 폐관법은 단부가 있는 석영관 혹은 유리관내에 반도체웨이퍼(기판)를 설치하고 관을 진공으로 만든 다음, 불순물을 함유한 원료기체로 관을 채우고 가스버너의 불꽃으로 단부를 녹임으로써 단부를 폐쇄하는 방법이다.

폐관법은 폐관내에 기체가 봉입되므로 기체의 불순물의 비율을 변화할 수 없다. 불순물의 원료공급장치는 불순물의 상태, 즉, 고체원료, 액체원료 또는 기체원료에 따라 다르다. 통상, 개관법은 실리콘반도체디바이스의 불순물확산에 적합한 방법이다.

상술한 확산 공정을 수행하기 위해서는 필수적으로 열환경이 중요하기 때문에 히터를 사용하고 있으며, 열환경 챔버 내부의 온도 변화를 검출하여 최적 온도로 유지하는 폐루프 방식을 첨부한 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 사용하고 있다.

그러나, 실제적으로 열환경을 만드는 요건은 불순물의 확산을 위한 것이나, 공정 챔버의 외부온도를 감지하지 않기 때문에 외부온도가 변동이 심한 경우 챔버가 내외부의 온도차이에 의해 열손실 혹은 열에너지 유입현상이 발생되고 이는 실제 일정한 온도를 유지해야하는 챔버 내부의 열환경에 악영향을 미치는 결과를 만들게 된다.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 반도체 제조공정중 확산(diffusion)공정에서 사용되는 가열장치에 관한 것으로 특히, 일률적으로 열환경내의 온도 변화에만 관신이 모여있는 종래의 기술에서 외부 온도의 변화가 내부 온도에 악영향을 미지는 것을 방지하기 위하여 폐루프 제어시 외부온도의 변화와 내부온도의 변화를 모두 검출 제어함으로써 확산 공정의 열환경을 일정하게 유지시켜주도록 하는 확산공정 챔버에서의 조합형 열 제어 장치를 제공하는 데 있다.

도 1은 종래 확산공정 챔버에서의 조합형 열 제어 방식을 설명하기 위한 예시도

도 2는 본 발명에 따른 확산공정 챔버에서의 조합형 열 제어 방식을 설명하기 위한 예시도

도 3은 본 발명에 따른 다른 실시예

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 히터 20 : 외부온도센서

30 : 내부온도센서 40 : 외벽온도 검출센서

50 : 제 1온도조정부 60 : 제 2온도조정부

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 확산공정 챔버에서의 조합형 열 제어 장치의 특징은, 반도체 확산 공정을 수행하는 챔버와; 상기 챔버내의 열환경을 형성시키는 히터와; 상기 히터에 의해 형성되는 챔버 내부의 열환경을 검출하는 제 1온도센서와; 상기 챔버 외부의 열환경을 검출하는 제 2온도센서와; 챔버 내부의 열환경을 설정하는 신호와 상기 제 1온도센서를 통해 챔버 내부 열환경에 따른 검출신호를 입력받아 상기 히터의 발열량을 조정하는 제 1온도조정부; 및 상기 제 2온도센서를 통해 챔버 외부 열환경에 따른 검출신호를 입력받아 이를 기준으로 상기 제 1온도조정부를 통해 조정된 상기 히터의 발열량을 재조정하는 제 2온도조정부를 포함하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 확산공정 챔버에서의 조합형 열 제어 장치의 부가적인 특징은, 상기 챔버 외벽의 온도를 검출하여 상기 제 2온도조정부측으로 궤한시키는 외벽온도 검출센서를 더 포함하는 데 있다.

본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

우선, 본 발명에 적용되는 기술적 사상에 대하여 간략히 살펴보면, 본 발명은 첨부한 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 통상적으로 내부 온도를 검출하여 피드백시키는 종래의 폐루프 제어방식에 외부온도를 검출하여 이 검출 데이터를 피드백시키는 이중 폐루프 제어방식을 적용함으로써, 외부온도의 변동분이 내부 히터에 걸리는 전력의 %를 변경하도록 하는 것이다.

따라서, 본 발명은 첨부한 도 3에서와 같이 외부환경에 대한 다양한 환경을 검출할 수도 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시 예를 설명한다.

본 발명에 대한 설명은 첨부한 도 3을 기준으로 설명하기로 한다.

도 3에 도시되어 있는 본 발명에 따른 확산공정 챔버에서의 조합형 열 제어 장치는, 챔버(도시하지 않았음)내의 열환경을 형성시키는 히터(furnace)(10)와, 상기 히터(10)에 의해 형성되는 챔버 내부의 열환경을 검출하는 내부온도센서(30)와, 상기 챔버 외부의 열환경을 검출하는 외부온도센서(20)와, 챔버 내부의 열환경을 설정하는 신호와 상기 내부온도센서(30)를 통해 챔버 내부 열환경에 따른 검출신호를 입력받아 상기 히터의 발열량을 조정하는 제 1온도조정부(50)와, 상기 외부온도센서(20)를 통해 챔버 외부 열환경에 따른 검출신호를 입력받아 이를 기준으로 상기 제 1온도조정부(50)를 통해 조정된 상기 히터의 발열량을 재조정하는 제 2온도조정부(60), 및 상기 챔버 외벽의 온도를 검출하여 상기 제 2온도조정부(60)측으로 궤한시키는 외벽온도 검출센서(40)로 구성된다.

상술한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 확산공정 챔버에서의 조합형 열 제어 장치의 동작을 살펴보면, 사용자 혹은 작업자는 생상 반도체의 공정 성격에 따라 확산정도를 달리하기 위해 열환경을 생성시키는 챔버내부의 온도를 세팅하게된다. 이때, 챔버(도시하지 않았음)내의 열환경은 히터(10)의 발열정도에 따라 가변되어지는데, 상기 히터(10)에 의해 형성되는 챔버 내부의 열환경은 내부온도센서(30)를 통해 검출된다.

만약, 초기 가열상태가 아니라고 가정하면 제 1온도조정부(50)에서는 챔버 내부의 열환경을 설정하는 신호와 상기 내부온도센서(30)를 통해 챔버 내부 열환경에 따른 검출신호를 입력받아 상기 히터(10)의 발열량을 조정하게 된다.

이때, 본 발명에서는 상기 챔버 외부의 열환경을 검출하는 외부온도센서(20)를 구비하여, 챔버 내부의 열환경이 외부의 열환경에 따라 열손실 혹은 열유입현상이 발생되는 가를 판단하기 위해 상기 외부온도센서(20)를 통해 챔버 외부 열환경에 따른 검출신호를 입력받아 이를 기준으로 상기 제 1온도조정부(50)를 통해 조정된 상기 히터의 발열량을 제 2온도조정부(60)에서 재조정하게 된다.

마찬가지로, 챔버 내외부의 온도차(열손실 유발)는 챔버의 하우징 외벽에서 정확하게 검출될 수 있으므로 상기 챔버 외벽의 온도를 검출하여 상기 제 2온도조정부(60)측으로 궤한시키는 외벽온도 검출센서(40)를 더 구비하는 것이다.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이 동작하는 본 발명에 따른 확산공정 챔버에서의 조합형 열 제어 장치를 제공하면, 공정 챔버의 외부온도를 감지하지 않기 때문에 외부온도가 변동이 심한 경우 챔버가 내외부의 온도차이에 의해 열손실 혹은 열에너지 유입현상이 발생되고 이는 실제 일정한 온도를 유지해야하는 챔버 내부의 열환경에 악영향을 미치는 결과를 만들게 된다는 종래 기술의 문제점을 해소할 수 있다.

또한, 보온성의 보장을 위해 챔버의 하우징 두께가 불필요하게 두꺼워지는 것을 방지할 수 있다.

Claims (2)

1. 반도체 확산 공정을 수행하는 챔버와;

   상기 챔버내의 열환경을 형성시키는 히터와;

   상기 히터에 의해 형성되는 챔버 내부의 열환경을 검출하는 제 1온도센서와;

   상기 챔버 외부의 열환경을 검출하는 제 2온도센서와;

   챔버 내부의 열환경을 설정하는 신호와 상기 제 1온도센서를 통해 챔버 내부 열환경에 따른 검출신호를 입력받아 상기 히터의 발열량을 조정하는 제 1온도조정부; 및

   상기 제 2온도센서를 통해 챔버 외부 열환경에 따른 검출신호를 입력받아 이를 기준으로 상기 제 1온도조정부를 통해 조정된 상기 히터의 발열량을 재조정하는 제 2온도조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 확산공정 챔버에서의 조합형 열 제어 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 챔버 외벽의 온도를 검출하여 상기 제 2온도조정부측으로 궤한시키는 외벽온도 검출센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 확산공정 챔버에서의 조합형 열 제어 장치.