KR20020073814A - Wafer heat treating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자 제조 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 기판인 웨이퍼를 고정시키기 위한 에지링(edge ring)을 구비하는 웨이퍼 열처리 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device manufacturing apparatus, and more particularly, to a wafer heat treatment apparatus having an edge ring for fixing a wafer, which is a semiconductor substrate.
반도체 소자가 고집적화됨에 따라 반도체 소자의 제조 공정에서 사용되고 있는 웨이퍼의 구경은 점점 커지고 있다. 웨이퍼의 구경이 커짐에 따라 웨이퍼상에서 전면적으로 균일한 온도를 유지하기 위한 기술이 더욱 요구되고 있다. 웨이퍼상에서의 온도 균일성은 웨이퍼에 주입된 불순물층의 확산 공정, 산화막 성장 공정 등에 이용되는 열처리 공정시 특히 매우 중요하다.As semiconductor devices are highly integrated, the diameter of wafers used in the manufacturing process of semiconductor devices is increasing. As the diameter of a wafer increases, there is a further demand for a technique for maintaining a uniform temperature over the entire wafer. The temperature uniformity on the wafer is particularly important in the heat treatment process used for the diffusion process of the impurity layer injected into the wafer, the oxide film growth process, and the like.
반도체 소자 제조를 위한 열처리 공정의 하나로서 RTP(rapid thermal process) 기술이 널리 이용되고 있다. RTP를 행하는 열처리 장치에서는 급속한 온도 변화에 대응하기 위하여 할로겐 램프를 온도 발열체로서 이용하고 있다.Rapid thermal process (RTP) technology is widely used as one of heat treatment processes for manufacturing semiconductor devices. In the heat treatment apparatus which performs RTP, a halogen lamp is used as a temperature heating element in order to respond to a rapid temperature change.
도 1은 종래 기술에 따른 웨이퍼 열처리 장치의 요부 구성을 개략적으로 도시한 종단면도이다.1 is a longitudinal sectional view schematically showing the main part configuration of a wafer heat treatment apparatus according to the prior art.
도 1을 참조하면, 통상의 웨이퍼 열처리 장치에서는, 웨이퍼(10)에서 저항의 균일성 향상을 위하여, 웨이퍼(10)를 열처리 챔버 내에 로딩한 후, 에지링(20) (또는, 가이드링이라고도 함) 위에 안착시켜서 회전시키게 된다. 상기 에지링(20)의 웨이퍼 안착면(22)은 상기 웨이퍼(10)의 구경(200 mm 기준) 보다 약 1.5 mm 큰 외경(外徑)을 가지고 있다. 따라서, 웨이퍼(10)의 정교한 얼라인(align) 작업이 요구된다. 상기 웨이퍼 안착면(22)상에서 웨이퍼(10)가 중앙에 안착된 경우에도 상기 웨이퍼 안착면(22)상의 웨이퍼(10) 주위에는 약 1.5 mm의 여유 공간(d)이 존재하게 된다. 그러나, 상기 웨이퍼 안착면(22)상에서 웨이퍼(10)가 중앙에 정확하게 얼라인되지 않고 틀어지게 되면, 상기 웨이퍼 안착면(22)보다 높은 단차를 가지는 에지링 상면(24) 위로 웨이퍼(10)가 올라가버리는 경우가 발생된다.Referring to FIG. 1, in a conventional wafer heat treatment apparatus, in order to improve the uniformity of resistance in the wafer 10, the wafer 10 is loaded into the heat treatment chamber, and then the edge ring 20 (or also referred to as a guide ring). It is rotated by being seated on it. The wafer seating surface 22 of the edge ring 20 has an outer diameter about 1.5 mm larger than the aperture (200 mm reference) of the wafer 10. Therefore, precise alignment of the wafer 10 is required. Even when the wafer 10 is seated in the center on the wafer seating surface 22, a space d of about 1.5 mm exists around the wafer 10 on the wafer seating surface 22. However, if the wafer 10 is twisted on the wafer seating surface 22 without being accurately aligned in the center, the wafer 10 is placed over the edge ring upper surface 24 having a step higher than the wafer seating surface 22. It is a case of going up.
특히, 상기 에지링(20)에 안착된 웨이퍼(10)는 서포트 실린더(30)의 회전에의하여 회전되면서 원심력을 받게 된다. 따라서, 상기 웨이퍼 안착면(22)에서 웨이퍼(10)가 중앙에 안착되어 있지 않으면, 상기 서포트 실린더(30)가 회전됨에 따라 웨이퍼(10)는 원심력에 의하여 상기 웨이퍼 안착면(22)을 쉽게 이탈하게 되고, 그 결과 온도 센서(40)는 웨이퍼(10)의 온도를 정확하게 감지할 수 없게 된다. 또한, 웨이퍼(10)가 상기 웨이퍼 안착면(22)을 이탈하여 상기 에지링 상면(24) 위로 올라가게 되면 열처리 공정중 고온에 의하여 웨이퍼(10)의 휨 현상과 함께 웨이퍼(10) 내 온도차가 발생되어 스트레스 변화가 일어나고, 심한 경우에는 웨이퍼(10)가 파손되는 결과를 초래하기도 한다.In particular, the wafer 10 seated on the edge ring 20 is subjected to centrifugal force while being rotated by the rotation of the support cylinder 30. Accordingly, when the wafer 10 is not seated in the center on the wafer seating surface 22, the wafer 10 is easily detached from the wafer seating surface 22 by centrifugal force as the support cylinder 30 is rotated. As a result, the temperature sensor 40 may not accurately sense the temperature of the wafer 10. In addition, when the wafer 10 leaves the wafer seating surface 22 and rises over the edge ring upper surface 24, the temperature difference in the wafer 10 increases with the warpage of the wafer 10 due to the high temperature during the heat treatment process. Occurs, and a stress change occurs, and in severe cases, the wafer 10 may be damaged.
본 발명의 목적은 상기한 종래 기술에서의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 웨이퍼 안착면에서의 웨이퍼 이탈을 방지하고, 웨이퍼와의 접촉 면적을 최소화할 수 있는 에지링을 구비하는 웨이퍼 열처리 장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to solve the above problems in the prior art, to provide a wafer heat treatment apparatus having an edge ring that prevents wafer detachment from the wafer seating surface, and minimizes the contact area with the wafer. will be.
도 1은 종래 기술에 따른 웨이퍼 열처리 장치의 요부 구성을 개략적으로 도시한 종단면도이다.1 is a longitudinal sectional view schematically showing the main part configuration of a wafer heat treatment apparatus according to the prior art.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 열처리 장치의 요부 구성을 개략적으로 도시한 종단면도이다.2 is a longitudinal sectional view schematically showing the main part configuration of a wafer heat treatment apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3은 도 2의 에지링의 평면도이다.3 is a plan view of the edge ring of FIG.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100: 챔버, 102: 중심축, 110: 웨이퍼, 120: 에지링, 122: 웨이퍼 안착면, 124: 지지부, 126: 경사부, 128: 리지, 130: 서포트 실린더, 140: 온도 센서, 150: 할로겐 램프.100: chamber, 102: central axis, 110: wafer, 120: edge ring, 122: wafer seating surface, 124: support, 126: inclined portion, 128: ridge, 130: support cylinder, 140: temperature sensor, 150: halogen lamp.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 웨이퍼 열처리 장치는 열처리 공정을 행하기 위한 챔버와, 종방향 중심축을 기준으로 일정 방향으로 회전 가능하도록 상기 챔버 내에 설치된 서포트 실린더와, 상기 서포트 실린더 위에 결합되고 상기 서포트 실린더의 회전에 따라 종동적(從動的)으로 회전 가능하고 웨이퍼를 수평으로 고정시키기 위한 환형의 에지링을 구비한다. 상기 에지링은 상기 에지링의 최내측에 위치하고, 제1 높이 레벨에서 방사 방향으로 수평으로 연장되는 환형의 웨이퍼 안착면과, 상기 웨이퍼 안착면의 외경보다 큰 내경을 가지고, 상기 제1 높이 레벨보다 높은 제2 높이 레벨에서 방사 방향으로 수평으로 연장되는 환형의 지지부와, 상기 웨이퍼 안착면으로부터의 웨이퍼 이탈을 방지할 수 있도록 상기 웨이퍼 안착면의 외주로부터 방사 방향 외측으로 소정의 경사각을 가지고 연장되어 있는 환형의 경사부를 갖춘다.In order to achieve the above object, the wafer heat treatment apparatus according to the present invention is coupled to the chamber for performing the heat treatment process, a support cylinder installed in the chamber to be rotatable in a predetermined direction with respect to the longitudinal center axis, and the support cylinder It is rotatably driven as the support cylinder rotates, and has an annular edge ring for horizontally fixing the wafer. The edge ring is located at the innermost side of the edge ring, and has an annular wafer seating surface extending horizontally in a radial direction from a first height level, and having an inner diameter larger than an outer diameter of the wafer seating surface, than the first height level. An annular support that extends horizontally in the radial direction at a high second height level and extends radially outwardly from the outer periphery of the wafer seating surface with a predetermined inclination angle to prevent wafer detachment from the wafer seating surface; It has an annular slope.
상기 웨이퍼 안착면은 상기 웨이퍼의 직경과 실질적으로 같은 크기의 외경을 가진다. 상기 경사부는 수평 방향에 대하여 5 ∼ 85도의 경사각을 가지고 상기 웨이퍼 안착면의 외주(外周)로부터 상기 지지부의 내주(內周)까지 연장되어 있다.The wafer seating surface has an outer diameter of substantially the same size as the diameter of the wafer. The inclined portion has an inclination angle of 5 to 85 degrees with respect to the horizontal direction and extends from the outer circumference of the wafer seating surface to the inner circumference of the support portion.
상기 에지링은 상기 에지링이 상기 서포트 실린더에 의하여 지지될 수 있도록 상기 지지부의 저면에 돌출되어 있는 환형의 리지(ridge)를 더 포함한다.The edge ring further includes an annular ridge protruding from the bottom of the support so that the edge ring can be supported by the support cylinder.
본 발명에 따른 웨이퍼 열처리 장치에서는 웨이퍼의 열처리 공정중에 웨이퍼가 원심력을 받는 경우에도 상기 경사부에 의하여 웨이퍼가 웨이퍼 안착면으로부터 이탈되는 것이 방지되고, 웨이퍼와 에지링과의 접촉 면적을 최소화하여 웨이퍼가 손상되거나 웨이퍼 온도가 부정확하게 감지될 염려가 없다.In the wafer heat treatment apparatus according to the present invention, even when the wafer is subjected to centrifugal force during the wafer heat treatment process, the wafer is prevented from being separated from the wafer seating surface by the inclined portion and the wafer is minimized by minimizing the contact area between the wafer and the edge ring. There is no fear of damage or incorrectly detected wafer temperature.
다음에, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Next, embodiment of this invention is described in detail with reference to an accompanying drawing.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 열처리 장치의 요부 구성을 개략적으로 도시한 종단면도이다.2 is a longitudinal sectional view schematically showing the main part configuration of a wafer heat treatment apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 웨이퍼 열처리 장치는 RTP와 같은 열처리 공정을 행하기 위한 챔버(100)와, 종방향 중심축(102)을 기준으로 일정 방향으로 회전 가능하도록 상기 챔버(100) 내에 설치된 서포트 실린더(130)와, 상기 서포트 실린더(130) 위에 결합되고 상기 서포트 실린더(130)의 회전에 따라 종동적(從動的)으로 회전 가능하고 웨이퍼(110)를 수평으로 고정시키기 위한 환형의 에지링(120)을 구비한다. 상기 챔버(100)에는 발열체로서 할로겐 램프(150)가 설치되어 있다. 또한, 상기 챔버(100)에는 그 내부를 볼 수 있도록 뷰포트(view port)(160)가 형성되어 있다. 도 2에서 참조 부호 "140"은 온도 센서를 나타낸다.Referring to FIG. 2, the wafer heat treatment apparatus according to the present invention includes a chamber 100 for performing a heat treatment process such as RTP, and the chamber 100 to be rotatable in a predetermined direction with respect to the longitudinal center axis 102. A support cylinder 130 installed therein and an annular coupled to the support cylinder 130 and rotatably driven in accordance with the rotation of the support cylinder 130 and for horizontally fixing the wafer 110. Edge ring 120 is provided. The chamber 100 is provided with a halogen lamp 150 as a heating element. In addition, a viewport 160 is formed in the chamber 100 to view the inside thereof. In FIG. 2, reference numeral “140” denotes a temperature sensor.
도 3은 상기 에지링(120)의 평면도이다. 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 에지링(120)은 그 최내측에 환형(環形)의 웨이퍼 안착면(122)이 형성되어 있다. 상기 웨이퍼 안착면(122)은 제1 높이 레벨(H1)에서 방사 방향으로 수평으로 연장되어 있다. 상기 웨이퍼 안착면(122)은 그 위에 안착되는 웨이퍼(110)의 직경과 실질적으로 같은 크기의 외경(dO)을 가지고 있다. 따라서, 상기 웨이퍼(110)와 에지링(120)과의 접촉 면적을 최소화하면서 상기 웨이퍼 안착면(122) 위에 웨이퍼(110)가 안정적으로 안착될 수 있다.3 is a plan view of the edge ring 120. As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the edge ring 120 has an annular wafer seating surface 122 formed at the innermost side thereof. The wafer seating surface 122 extends horizontally in the radial direction at the first height level H1. The wafer seating surface 122 has an outer diameter d O having a size substantially the same as the diameter of the wafer 110 seated thereon. Accordingly, the wafer 110 may be stably seated on the wafer seating surface 122 while minimizing a contact area between the wafer 110 and the edge ring 120.
또한, 상기 에지링(120)은 상기 웨이퍼 안착면(122)의 외경(dO)보다 큰 내경(DI)을 가지고 상기 제1 높이 레벨(H1)보다 높은 제2 높이 레벨(H2)에서 방사 방향으로 수평으로 연장되는 환형의 지지부(124)를 포함한다. 상기 지지부(124)의 저면에는 상기 에지링(120)이 상기 서포트 실린더(130)에 의하여 지지될 수 있도록 환형의 리지(ridge)(128)가 돌출되어 있다.In addition, the edge ring 120 has an inner diameter D I greater than the outer diameter d O of the wafer seating surface 122 and radiates at a second height level H2 higher than the first height level H1. And an annular support 124 extending horizontally in the direction. An annular ridge 128 protrudes from the bottom of the support 124 so that the edge ring 120 can be supported by the support cylinder 130.
웨이퍼(110)가 원심력을 받는 경우에도 상기 웨이퍼 안착면(122)으로부터 웨이퍼(110)가 이탈되는 것을 방지할 수 있도록 하기 위하여, 상기 에지링(120)에는 상기 웨이퍼 안착면(122)의 외주(外周)로부터 방사 방향 외측으로 소정의 경사각(θ)을 가지고 연장되어 있는 환형의 경사부(126)가 포함되어 있다. 상기 경사부(126)는 수평 방향에 대하여 약 5 ∼ 85도의 경사각(θ)을 가지도록 구성된다. 상기 경사부(126)는 상기 웨이퍼 안착면(122)의 외주로부터 상기 지지부(124)의 내주(內周)까지 연장되어 있다. 따라서, 상기 웨이퍼 안착면(122)상에 안착된 웨이퍼(110)가 원심력을 받아 상기 웨이퍼 안착면(122)의 중심으로부터 약간 틀어졌다 하더라도 상기 웨이퍼 안착면(122)의 주위에 형성된 경사부(126)에 의하여 웨이퍼(110)가 상기 웨이퍼 안착면(122)으로부터 이탈되는 것이 방지된다.In order to prevent the wafer 110 from being separated from the wafer seating surface 122 even when the wafer 110 is subjected to centrifugal force, the edge ring 120 may have an outer circumference of the wafer seating surface 122. An annular inclined portion 126 extending from the outside in a radially outward direction with a predetermined inclination angle θ is included. The inclined portion 126 is configured to have an inclination angle θ of about 5 to 85 degrees with respect to the horizontal direction. The inclined portion 126 extends from the outer circumference of the wafer seating surface 122 to the inner circumference of the support portion 124. Therefore, the inclined portion 126 formed around the wafer seating surface 122 even if the wafer 110 seated on the wafer seating surface 122 is slightly displaced from the center of the wafer seating surface 122 by centrifugal force. ) Prevents the wafer 110 from being separated from the wafer seating surface 122.
본 발명에 따른 웨이퍼 열처리 장치는 웨이퍼 안착면으로부터 웨이퍼가 이탈되는 것을 방지하기 위하여 웨이퍼 안착면의 외주로부터 방사 방향 외측으로 소정의 경사각을 가지고 연장되어 있는 환형의 경사부를 포함하는 에지링을 구비하고 있다. 따라서, 웨이퍼의 열처리 공정중에 웨이퍼가 원심력을 받는 경우에도 상기 경사부에 의하여 웨이퍼가 웨이퍼 안착면으로부터 이탈되는 것이 방지되고, 웨이퍼와 에지링과의 접촉 면적을 최소화하여 웨이퍼가 손상되거나 웨이퍼 온도가 부정확하게 감지될 염려가 없다.The wafer heat treatment apparatus according to the present invention includes an edge ring including an annular inclined portion extending at a predetermined inclination angle radially outward from an outer circumference of the wafer seating surface to prevent the wafer from being separated from the wafer seating surface. . Therefore, even when the wafer is subjected to centrifugal force during the wafer heat treatment process, the wafer is prevented from being separated from the wafer seating surface by the inclined portion, and the contact area between the wafer and the edge ring is minimized to damage the wafer or the wafer temperature is inaccurate. There is no fear of detection.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.The present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. Do.
Claims (5)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |