KR20020086378A - 급속열처리 장치용 에지링 - Google Patents

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Abstract

웨이퍼가 안착되는 급속열처리 장치용 에지링에 관하여 개시한다. 본 발명은, 웨이퍼와 에지링이 선접촉 또는 좁은 띠 형태로 면접촉하여 접촉 면적을 최소화시킴으로써 웨이퍼 전면에 걸쳐서 균일한 온도 분포를 이룰 수 있고 나아가, 웨이퍼 회전시에 웨이퍼의 이탈을 방지하며 최적의 온도측정 환경을 제공 할 수 있고, 지지대 또는 챔버에 용이하게 취부시킬 수 있는 급속열처리 장치용 에지링에 관한 것이다.

Description

급속열처리 장치용 에지링 {Edge Ring for Rapid Thermal Process Apparatus}
본 발명은 웨이퍼가 안착되는 급속열처리 장치용 에지링(edge ring)에 관한 것으로서 특히, 웨이퍼와 에지링의 접촉 면적 최소화 및 최적의 온도측정 환경을 제공 할 수 있는 급속열처리 장치용 에지링에 관한 것이다.
고성능 반도체 소자의 제작과 단위시간당 확보할 수 있는 소자의 수율 향상, 그리고 공정의 지속적인 재연성은 반도체 공정이 이루어지는 모든 장비에서 공통적으로 요구되어지는 사항으로 웨이퍼(wafer)의 가열이 필요한 공정에서는 웨이퍼의 균일한 열처리가 요구된다.
웨이퍼를 열처리하는 장비의 대표적인 예로 급속열처리(Rapid Thermal Process, RTP)장치를 들 수 있으며 급속열처리 장치는 고속열처리(Rapid Thermal Annealing), 고속열세정(Rapid Thermal Cleaning), 고속열화학증착(Rapid Thermal Chemical Vapor Deposition), 고속열산화(Rapid Thermal Oxidation), 고속열질화(Rapid Thermal Nitridation) 공정을 수행하는데 사용된다.
급속열처리 장치에서는 웨이퍼의 승온 및 감온이 매우 짧은 시간에 넓은 온도범위에서 이루어지므로 정밀한 온도제어가 필수적으로 요구된다. 그리고, 웨이퍼의 온도분포를 균일하게 유지한 상태로 열처리공정을 수행하기 위해서는 웨이퍼의 모든 지점에서 열적 특성이 동일하도록 유지하는 것이 매우 중요하다. 특히 웨이퍼와 웨이퍼의 고정장치가 접촉한 지점은 열적 특성이 달라져서 균일한 온도분포를 유지하는데 방해가 되므로 이러한 현상을 최소화하기 위하여 가장자리만을 지지하는 웨이퍼 고정장치 즉, 에지링을 사용한다.
에지링의 기능은 첫째, 웨이퍼의 가장자리를 지지하여 내부를 지지할 경우에 지지부분의 온도차이로 인하여 발생하는 결함을 방지하고 둘째, 웨이퍼의 가장자리가 노출되어 발생할 수 있는 온도구배 및 이로 인하여 야기될 수 있는 선결함을 방지하며 셋째, 웨이퍼의 방사에너지로부터 웨이퍼의 온도를 측정할 경우 웨이퍼로부터 방출되는 방사에너지 이외의 에너지가 측정부로 유입되는 방지하고 넷째, 웨이퍼의 온도를 더욱 균일하게 유지하기 위하여 회전시킬 경우에 웨이퍼의 위치를 고정하여 안정적인 공정이 수행될 수 있도록 한다.
도 1a는 종래 급속열처리 장치를 설명하기 위한 개략도이고, 도 1b는 도 1a에 따른 급속열처리 장치에 있어서 종래 에지링에 웨이퍼가 안착된 형상을 나타낸 개략도이다.
도 1a를 참조하면, 급속열처리 장치는 석영창(10), 열원장치(20), 에지링 지지대(30), 에지링(40), 파이로미터(50) 등으로 이루어진다.
열원장치(20)로는 주로 텅스텐-할로겐 램프가 주로 사용되며, 텅스텐-할로겐 램프로부터 방사되는 적외선에 의하여 웨이퍼를 가열하게 된다. 석영창(10)은 대기로부터 웨이퍼를 분리시켜 급속열처리 공정을 진행하는 동안 일정한 분위기를 유지시켜 주고 대기 중의 먼지 등의 오염물질로부터 웨이퍼를 보호하는 한편, 열원장치(20)로부터 방사되는 적외선을 투과시키는 역할을 한다. 파이로미터(50)는 비접촉 방식으로 웨이퍼의 온도를 빠르게 측정하기 위해, 웨이퍼의 후면에서 사용되는데, 웨이퍼의 상태 즉, 온도에 따른 방사율(Emissivity), 챔버의 기하학적 특성, 파이로미터(50)의 스펙트럼 파장, 웨이퍼 상에 형성된 박막의 종류 및 두께에 의해 매우 민감하게 동작한다.
에지링(40)은 웨이퍼가 안착되는 곳으로서, 에지링 지지대(30) 상단에 설치되고, Si웨이퍼와 열적 특성이 비슷한 Si, SiC 등으로 이루어진다. 이때, 에지링(40)은 웨이퍼 에지 부분에서 생기는 열적 불균일성을 방지하고 열원장치(20)로부터 방사되는 적외선이 직접 파이로미터(50)에 도달되지 않도록 설치되어야 한다.
도 1b를 참조하면, 도 1b의 (1) 및 (2)와 같은 평판 에지링(40) 또는 도 1b의 (3), (4), (5)와 같이 단차가 있는 에지링(40) 상에 웨이퍼가 안착되어 있다. 이 때, 도 1b의 (1)의 경우에는 에지링(40)이 웨이퍼의 내부를 지지하므로 지지부분의 온도차이로 인하여 웨이퍼 내부에 결함이 발생하며, 도 1b의 (2)의 경우에는 웨이퍼 회전시 웨이퍼의 위치를 고정할 수 없는 구조이다. 그리고, 도 1b의 (3) 내지 (5)와 같이 단차가 있는 구조는 도 1b의 (2)와 같은 구조에 의한 미끄럼은 방지하지만, 도 1b의 (3)의 경우에는 웨이퍼의 가장자리와 에지링(40)이 선으로 접촉하여 웨이퍼 회전시 마찰적이 작아지므로 미끄럼 현상이 발생되며, 도 1b의 (4) 및 (5)의 경우에는 웨이퍼와 에지링(40)의 접촉면적이 넓어 온도 균일도가 떨어지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 과제는 웨이퍼의 급속열처리 공정을 진행하는 동안 웨이퍼와 에지링의 접촉 면적을 최소화하여, 웨이퍼의 온도의 균일성을 유지할 수 있고, 공정시 웨이퍼의 이탈을 방지할 수 있는 급속열처리 장치용 에지링을 제공하는데 있다.
도 1a는 종래 급속 열처리 장치를 설명하기 위한 개략도;
도 1b는 종래 에지링에 웨이퍼가 안착된 형상을 나타낸 개략도; 및
도 2a 내지 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 급속열처리 장치용 에지링들을 설명하기 위한 도면들이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른, 열원장치 하부에 위치되며 자신의 상면에는 웨이퍼가 안착되는 급속열처리 장치용 에지링은: 내측의 제1 상면(110)이 외측의 제2 상면(120)보다 낮게 위치되도록 단차가 있는 두 개의 상면을 가지되, 상기 제1 상면(110)은 상기 웨이퍼가 안착되면 띠형의 면접촉을 이루도록 띠형의 평평한 면으로 된 제1 수평부(111)와, 상기 제1 수평부(111)로부터 외측으로 하향 경사지는 경사면으로 된 경사부(112)와, 상기 경사부(112)의 하측으로부터 외측으로 연결되는 제2 수평부(113)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 예에 따른, 열원장치 하부에 위치되며 자신의 상면에는 웨이퍼가 안착되는 급속열처리 장치용 에지링은: 내측의 제1 상면(210)이 외측의 제2 상면(220)보다 낮게 위치되도록 단차가 있는 두 개의 상면을 가지되, 상기 제1 상면(210)은 상기 웨이퍼가 안착되면 상기 웨이퍼와 선접촉을 이루도록 내측으로부터 외측으로 상향 경사지는 경사면인 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 예에 따른, 열원장치 하부에 위치되며 자신의 상면에는 웨이퍼가 안착되는 급속열처리 장치용 에지링은: 상기 웨이퍼가 안착되는 상단(310)은 상기 웨이퍼와 선접촉을 이루게 되는 선형 또는 상기 웨이퍼와 띠형의 면접촉을 이루게 되는 띠형의 평평한 면으로 이루어지고, 상기 상단(310)에서부터 소정 길이만큼은 아래쪽으로 내려갈수록 폭이 넓어지도록 상기 상단(310)으로부터 내측 및 외측으로 각각 경사지는 경사부(320)를 이루며, 하부(330)는 상기 경사부의 하면으로부터 하측으로 돌출되도록 실린더 형태의 리브로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 설명한다.
[실시예 1]
도 2a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 급속열처리 장치용 에지링를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2b는 도 2a에 따른 에지링 상에 웨이퍼가 안착된 형상을 A-A'선에 따른 단면도로 도시한 도면이며, 도 2c는 도 2a에 따른 에지링이 설치된 급속열처리 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 본 실시예에 따른 급속열처리 장치용 에지링(100)에는, 내측의 제1 상면(110)이 외측의 제2 상면(120)보다 낮게 위치되도록 단차가 있는 두 개의 상면이 있다.
제1 상면(110)은 내측에서부터 순차적으로 연결되는 제1 수평부(111), 경사부(112) 및 제2 수평부(113)로 이루어진다. 제1 수평부(111)는 웨이퍼가 안착되는 영역으로, 웨이퍼의 가장자리와 면형태로 접촉되도록 소정의 폭을 가지는 둥근 띠형의 평평한 면이다. 이와 같이, 웨이퍼와 에지링(100)이 면접촉을 함으로써 웨이퍼가 안정되며, 열원장치(20)로부터 방사되는 적외선 등이 웨이퍼와 에지링(100) 상면 사이의 틈으로 침투하여 온도측정장치 예컨대, 파이로미터(50)가 설치된 공간으로 유입되는 것이 방지되어 정확한 온도측정이 가능하다. 경사부(112)는 제1 수평부(111)의 외측으로부터 하향되게 경사지는 경사면으로 그 경사각은 5∼30°이다. 웨이퍼와 본 실시예에 의한 에지링(100)이 비록 면접촉을 하지만, 그 접촉되는면적이 넓으면 접촉부분과 접촉되지 않는 부분의 온도차이로 인하여 결함이 발생될 수 있다. 또한, 웨이퍼의 최외측 부분과 에지링(100)이 접촉하게 되면, 웨이퍼의 회전시 매우 불안정할 수 있다. 따라서, 제1 상면(110)의 제1 수평부(111) 및 경사부(112)는 웨이퍼의 최외측보다는 약간의 내측에서 웨이퍼와 에지링(100)이 최소한의 면적으로 접촉되도록 해준다. 제2 수평부(113)는 경사부(112)의 하측으로부터 외측으로 연결되는 평평한 면이다.
제2 상면(120)은 제1 상면(110)의 제2 수평부(113)의 외측과 연결된다. 따라서, 열처리를 위하여 웨이퍼를 회전시키는 경우에도 제1 상면(110)의 제2 수평부(113)와 제2 상면(120)을 연결하는 측벽에 의하여 웨이퍼의 이탈이 방지된다.
한편, 종래의 에지링(40)의 하면은 평면의 형상이고, 에지링 지지대(30)에 대한 에지링(40)의 취부는 핀 등을 이용하여 행해지고 있다. 따라서, 에지링 취부시의 불편함, 열처리 공정 비용의 상승 및 핀 등에 의하여 고정되어 있으므로 승온으로 에지링이 팽창하는 경우에 발생하는 에지링의 파손 또는 영구 변형 등이 문제되고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 실시예에 따른 에지링(100)의 하면에는, 종래의 핀 등을 꽂기 위하여 에지링 지지대(30)에 마련된 홈에 꽂을 수 있도록, 하측으로 돌출된 실린더 형태의 리브(130)가 형성되어 있다. 이 때, 에지링 지지대(30)와의 취부시의 용이성과 우수한 접촉성을 확보하기 위하여, 에지링 지지대(30)와 접하게 되는 리브(130)의 하면은 곡면인 것이 바람직하다. 이와 같이, 에지링 지지대(30)에 꽂을 수 있는 리브(130)를 에지링의(100) 하면에 형성함으로써 에지링의 취부가 용이하다. 그리고, 에지링 지지대(30)에 고정되어 있는 리브(130)에 의하여 승온으로 인한 에지링(100)의 팽창이 억제될 뿐 만 아니라 팽창된 경우에도 리브(130)의 탄성력에 의하여 원상회복되게 된다. 이 경우에는 파이로미터(50)를 리브(130) 내측에 위치되도록 설치함으로써 온도측정장치(50)가 설치된 공간으로 열원장치(20)로부터 방사되는 적외선 등이 유입되는 것이 방지되어 정확한 온도측정이 더욱 가능하다.
따라서, 본 실시예에 의한 에지링은 종래의 웨이퍼와 면접촉되는 에지링들과는 달리, 웨이퍼와의 접촉면적이 최소로 되면서 웨이퍼 회전시에도 안정감을 줄 수 있고, 종래보다 정확한 온도측정이 가능하다.
[실시예 2]
도 3a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 급속열처리 장치용 에지링를 설명하기 위한 사시도이고, 도 3b는 도 3a에 따른 에지링 상에 웨이퍼가 안착된 형상을 B-B'선에 따른 단면도로 도시한 도면이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 실시예에 따른 급속열처리 장치용 에지링(200)에는, 내측의 제1 상면(210)이 외측의 제2 상면(220)보다 낮게 위치되도록 단차가 있는 두 개의 상면이 있다.
제1 상면(210)은 웨이퍼가 안착되면 웨이퍼와 선접촉을 이루도록 내측으로부터 외측으로 상향 경사지는 경사면으로 이루어진다. 이와 같이, 웨이퍼와의 접촉부를 경사면으로 함으로써 웨이퍼의 최외측 에지와 에지링(200)은 선접촉을 하게 된다. 따라서, 에지링(200)과 웨이퍼의 접촉으로 인한 온도차이로 발생되는 결함을 최대한으로 방지할 수 있다.
그리고, 제2 상면(220)은 제1 상면(210)의 외측과 연결된다. 따라서, 열처리를 위하여 웨이퍼를 회전시키는 경우에도 제1 상면(210)과 제2 상면(220)을 연결하는 측벽에 의하여 웨이퍼의 이탈이 방지된다.
한편, 실시예 1에서와 같이, 본 실시예에 따른 에지링(200)의 하면에는 실린더 형태의 리브(230)가 형성되어 있다.
따라서, 종래의 웨이퍼와 선접촉되는 에지링들과는 달리, 웨이퍼의 최외측 에지에서 선접촉이 이루어지며, 웨이퍼의 이탈이 방지되고 나아가, 정확한 온도측정이 가능하다.
[실시예 3]
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 급속열처리 장치용 에지링 상에 웨이퍼가 안착된 형상을 단면도로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 급속열처리 장치용 에지링(300)의 상단(310)은 웨이퍼가 안착되는 영역으로 웨이퍼와 선접촉을 이루게 되는 선형(線形) 또는 웨이퍼와 띠형의 면접촉을 이루도록 띠형의 평평한 면으로 이루어진다.
상단(310)에서부터 소정 길이만큼은, 아래쪽으로 내려갈수록 폭이 넓어지도록 상단으로부터 내측 및 외측으로 각각 경사지는 경사부(320)가 있다. 이것은 열처리되는 웨이퍼로부터 에지링(300)에로의 열이동으로 인하여 에지링이 파손되는 것을 방지하기 위하여, 에지링에 있어서 웨이퍼와 근접해 있는 영역의 폭을 넓힘으로써 단면적과 질량을 증가시킨 것이다.
실시예 1에서와 같이, 본 실시예에 따른 에지링(300)의 하부(330)는, 경사부의 하면으로부터 하측으로 돌출되도록 실린더 형태의 리브로 이루어진다.
따라서, 종래의 에지링들과는 달리, 웨이퍼와 접촉되는 영역을 작게하더라도 열충격에 강한 에지링을 구현할 수 있다.
본 실시예에 의한 에지링(300)을 채용하는 경우에는 웨이퍼의 측면을 감싸도록 챔버 내에 핀들을 설치하여 웨이퍼의 회전시 이탈을 방지하면 된다.
한편, 실시예 1 내지 실시예 3에 의한 에지링에는 리브가 마련됨으로써, 에지링을 지지대없이 챔버에 직접 취부시킬 수도 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 급속열처리 장치용 에지링에 의하면, 급속열처리 공정시 웨이퍼와 에지링이 선접촉 또는 좁은 띠 형태로 면접촉을 하므로 접촉면적이 최소화됨에 따라 웨이퍼 전면(全面)에 걸쳐서 균일한 온도 분포를 이룰 수 있다.
나아가, 에지링의 상부에 단차가 있는 경우에는 웨이퍼 회전시에도 안정감을 줄 수 있다.
더 나아가, 하부에 리브를 마련함으로써 지지대없이 챔버에 직접 취부시킬 수 있고, 지지대에 대한 에지링의 취부도 용이하며, 정확한 온도측정이 더욱 가능하다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.

Claims (6)

  1. 열원장치(20) 하부에 위치되며 자신의 상면에는 웨이퍼가 안착되는 급속열처리 장치용 에지링에 있어서,
    내측의 제1 상면(110)이 외측의 제2 상면(120)보다 낮게 위치되도록 단차가 있는 두 개의 상면을 가지되, 상기 제1 상면(110)은 상기 웨이퍼가 안착되면 띠형의 면접촉을 이루도록 띠형의 평평한 면으로 된 제1 수평부(111)와, 상기 제1 수평부(111)로부터 외측으로 하향 경사지는 경사면으로 된 경사부(112)와, 상기 경사부(112)의 하측으로부터 외측으로 연결되는 제2 수평부(113)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 급속열처리 장치용 에지링.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제1 수평부(111)와 상기 경사부(112)가 이루는 각도는 5∼30°인 것을 특징으로 하는 급속열처리 장치용 에지링.
  3. 열원장치(20) 하부에 위치되며 자신의 상면에는 웨이퍼가 안착되는 급속열처리 장치용 에지링에 있어서,
    내측의 제1 상면(210)이 외측의 제2 상면(220)보다 낮게 위치되도록 단차가 있는 두 개의 상면을 가지되, 상기 제1 상면(210)은 상기 웨이퍼가 안착되면 상기 웨이퍼와 선접촉을 이루도록 내측으로부터 외측으로 상향 경사지는 경사면인 것을 특징으로 하는 급속열처리 장치용 에지링.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 실린더 형태의 리브(130 또는 230)가 상기 에지링의 하면으로부터 하측으로 돌출되도록 더 형성되는 것을 급속열처리 장치용 에지링.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 에지링은 별도로 마련된 지지대(30)와 상기 리브(130 또는 230)의 결합으로 설치되며, 상기 지지대와 접하게 되는 상기 리브의 하단은 곡면인 것을 특징으로 하는 급속열처리 장치용 에지링.
  6. 열원장치(20) 하부에 위치되며 자신의 상면에는 웨이퍼가 안착되는 급속열처리 장치용 에지링에 있어서,
    상기 웨이퍼가 안착되는 상단(310)은 상기 웨이퍼와 선접촉을 이루게 되는 선형 또는 상기 웨이퍼와 띠형의 면접촉을 이루게 되는 띠형의 평평한 면으로 이루어지고, 상기 상단(310)에서부터 소정 길이만큼은 아래쪽으로 내려갈수록 폭이 넓어지도록 상기 상단(310)으로부터 내측 및 외측으로 각각 경사지는 경사부(320)를 이루며, 하부(330)는 상기 경사부의 하면으로부터 하측으로 돌출되도록 실린더 형태의 리브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 급속열처리 장치용 에지링.
KR10-2002-0060392A 2002-10-04 2002-10-04 급속 열처리 장치용 에지링 KR100387727B1 (ko)

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KR102335630B1 (ko) * 2021-04-20 2021-12-08 (주)앤피에스 열원 장치, 기판 지지 장치 및 기판 처리 설비

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