KR200264226Y1 - 반도체 소자 제조용 급속 열처리장비 - Google Patents

Abstract

본 고안은 반도체 소자 제조용 급속 열처리장비에 관한 것으로서, 가스공급라인(12)상에 설치되며, 가스공급라인(12)을 통과하는 퍼지가스를 가열하는 가열부(100); 가열부(100)에 의해 가열되어 공정챔버(10)내로 공급되는 퍼지가스의 온도를 감지하는 온도감지센서(200); 및 온도감지센서(200)로부터 감지되는 신호를 수신받으며, 가열부(100)를 제어하는 제어부(300)를 포함하는 것으로서, 급속 열처리공정시 공정챔버내로 공급되는 퍼지가스를 일정한 온도로 가열시켜 공급함으로써 고온의 웨이퍼가 온도의 급변으로 인한 써멀 쇼크로 파손되는 것을 방지하는 효과를 가지고 있다.

Description

반도체 소자 제조용 급속 열처리장비{RAPID THERMAL PROCESSING SYSTEM FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 고안은 반도체 소자 제조용 급속 열처리(Rapid Thermal Processing;RTP)장비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 급속 열처리공정시 공정챔버내로 공급되는 퍼지가스를 일정한 온도로 가열시켜 공급하는 반도체 소자 제조용 급속 열처리장비에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자를 제조하기 위한 공정중, 예컨대 실리콘 기판을 산화시켜 실리콘산화막(SiO₂)으로 만들어 절연층, 에칭 마스크 또는 트랜지스터용 게이트 산화막으로 사용할 경우, 여러가지 방법으로 형성된 박막의 어닐링(annealing)공정 및 BPSG(borophosphosilicate glass)막과 같은 유동성 막의 평탄화를 위한 리플로우(reflow)공정 등에서는 열처리 공정이 사용되고 있다.

이러한 열처리 공정을 수행하는 장비로는 급속 열처리장비를 들 수 있으며, 급속 열처리장비는 기존의 확산로에서 수행하던 다양한 공정을 대부분 수행할 수 있으며, 가열과 냉각이 웨이퍼에서 고속으로 이루어지므로 초고집적 회로(VLSI) 공정에 적합한 불순물 재확산과 확산로 벽면으로부터 방출되는 오염 등을 방지할 수 있다는 점에서 널리 사용되고 있다.

반도체 소자를 제조하기 위한 급속 열처리장비를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 기술에 따른 급속 열처리장비를 도시한 단면도이다. 도시된 바와 같이, 종래의 급속 열처리장비는 도시된 바와 같이, 웨이퍼가 로딩되어 공정이 진행되는 공정챔버(10)와, 공정챔버(10)내로 로딩된 웨이퍼를 지지하는 베이스(20)와, 베이스(20)의 상측에 설치되어 웨이퍼를 가열하는 가열부재(30)를포함하고 있다.

공정챔버(10)는 일측에 가스공급구(11)가 형성되고, 가스공급구(11)에 질소(N₂)와 같은 퍼지가스를 공급하는 가스공급라인(12)이 연결되며, 가스공급구(11)의 반대측에 가스공급구(11)를 통해 공정챔버(10)내로 공급된 퍼지가스를 외측으로 배기시키는 가스배기구(13)가 구비된다.

또한, 공정챔버(10)는 일측에 웨이퍼가 출입하는 통로를 제공함과 아울러 슬릿밸브(14)에 의해 개폐되는 웨이퍼출입구(15)가 형성되며, 내측에 로딩된 웨이퍼를 지지하는 베이스(20)가 설치된다.

베이스(20)는 내부에 수직방향으로 이동하는 복수의 리프트 핀(21)이 슬라이딩 결합되며, 상면에 웨이퍼의 외주면을 가이드하는 에지링(22)이 구비된다. 따라서, 리프트 핀(21)은 핸들러(handler;미도시)에 의해 웨이퍼출입구(15)를 통해 로딩된 웨이퍼의 하면을 지지하면서 하강하여 베이스(20) 상면의 에지링(22)내에 안착시키거나, 에지링(22)내에 안착되어 공정을 마친 웨이퍼를 핸들러에 의해 언로딩되도록 상측으로 상승시킨다.

가열부재(30)는 베이스(20)의 상측에 방사상의 다수의 존(zone)으로 배열된 복수의 할로겐램프(미도시)로 이루어지고, 그 하부에 쿼츠 윈도우 어셈블리(quartz window assembly;31)가 구비되며, 베이스(20) 상면에 안착된 웨이퍼를 일정한 온도로 급속히 가열시킨다.

이와 같은 종래의 급속 열처리장비는 가스공급라인(12)을 통해 질소(N₂)와같은 퍼지가스를 공정챔버(10)내로 주입하게 되며, 주입된 퍼지가스는 공정챔버(10)내를 정화시킬뿐만 아니라 냉각시키는 역활을 수행하는데, 이 때 가열부재(30)에 의해 1000도씨 정도로 가열된 고온의 웨이퍼에 상온(常溫)의 퍼지가스가 직접적으로 주입됨으로써 웨이퍼가 써멀 쇼크(thermal shock)에 의하여 파손되는 문제점을 가지고 있었다.

또한, 웨이퍼를 공정챔버(10)로부터 로딩 및 언로딩시키는 핸들러(미도시)가 파손된 웨이퍼를 감지하지 못한 채 공정챔버(10)내로 들어가 파손된 웨이퍼와 충돌함으로써 공정챔버(10)내에 파티클을 유발시켜 공정챔버(10)내의 고가의 부품을 손상시키는 심각한 결과를 초래하였다.

본 고안은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 고안의 목적은 급속 열처리공정시 공정챔버내로 공급되는 퍼지가스를 일정한 온도로 가열시켜 공급함으로써 고온의 웨이퍼가 온도의 급변으로 인한 써멀 쇼크로 파손되는 것을 방지하는 반도체 소자 제조용 급속 열처리장비를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 고안은, 가스공급라인상에 설치되며, 가스공급라인을 통과하는 퍼지가스를 가열하는 가열부와; 가열부에 의해 가열되어 공정챔버내로 공급되는 퍼지가스의 온도를 감지하는 온도감지센서와; 온도감지센서로부터 감지되는 신호를 수신받으며, 가열부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

가열부는 하우징과; 하우징내에 위치하며, 외주면에 히트코일이 감겨지는 복수의 가열관과; 복수의 가열관 양단과 가스공급라인을 연결시키는 한 쌍의 헤더를 포함하는 것을 특징으로 한다.

가열관은 내주면에 나선형의 홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 기술에 따른 급속 열처리장비를 도시한 단면도,

도 2는 본 고안에 따른 반도체 소자 제조용 급속 열처리장비를 도시한 구성도,

도 3은 본 고안에 따른 반도체 소자 제조용 급속 열처리장비의 가열부를 도시한 평단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 ; 공정챔버 11 ; 가스공급구

12 ; 가스공급라인 100 ; 가열부

110 ; 하우징 120 ; 히트코일

130 ; 가열관 140 ; 헤더(header)

200 ; 온도센서 300 ; 제어부

이하, 본 고안의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 고안의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1과 동일한 부분에 대해서는 동일부호를 부여하고 그 설명은 생략하기로 하겠다.

도 2는 본 고안에 따른 반도체 소자 제조용 급속 열처리장비를 도시한 구성도이며, 도 3은 본 고안에 따른 반도체 소자 제조용 급속 열처리장비의 가열부를 도시한 평단면도이다. 도시된 바와 같이, 공정챔버(10) 일측의 가스공급구(11)에 연결된 가스공급라인(12)상에 설치되며 가스공급라인(12)을 통과하는 퍼지가스를 가열하는 가열부(100)와, 가열부(100)에 의해 가열되어 공정챔버(10)로 공급되는 퍼지가스의 온도를 감지하는 온도감지센서(200)와, 온도감지센서(200)로부터 감지되는 신호를 수신받으며 가열부(100)를 제어하는 제어부(300)를 포함한다.

가열부(100)는 가스공급라인(12)을 따라 공정챔버(10)의 가스공급구(11)로 흐르는 상온(常溫)의 질소(N₂)와 같은 퍼지가스를 일정한 온도로 가열한다.

가열부(100)는 도 3에서 나타낸 바와 같이, 하우징(110)과, 하우징(110)내에위치하며 외주면에 히트코일(120)이 감겨지는 복수의 가열관(130)과, 복수의 가열관(130) 양단과 가스공급라인(12)을 연결시키는 한 쌍의 헤더(header;140)를 포함한다.

하우징(110)은 일정한 육면체 형상을 가지고, 내측에 가열관(130)과 헤더(140)가 위치하며, 히트코일(120)로부터 발생되는 열을 차단하는 역할을 한다.

가열관(130)은 복수개로 이루어짐으로써 가스공급라인(12)을 따라 공정챔버(10)로 공급되는 퍼지가스가 각각의 가열관(130)내부로 분기되어 열원인 히트코일(120)에 의해 가열되어 빠른 시간내에 일정한 온도에 도달하게 된다.

헤더(140)는 내부에 퍼지가스가 통하도록 가스통로가 형성되고, 일측에 형성되는 복수의 연결구에 가열관(130)의 끝단이 결합되며, 타측에 형성되는 하나의 연결구에 가스공급라인(12)이 연결된다.

한편, 가열관(130)은 내주면에 나선형의 홈(131)이 형성될 수 있다. 따라서, 가열관(130) 내부를 통과하는 퍼지가스가 회전을 일으키면서 통과함으로써 히트코일(120)로부터 발생된 열이 퍼지가스내에 골고루 전달되도록 하여 퍼지가스가 최대한 가열되도록 한다.

온도감지센서(200)는 가열부(100)의 가열관(130)을 통과하여 가열된 퍼지가스가 공정챔버(10)내로 공급되기 위하여 이동하는 가스공급라인(12)상에 설치되며, 가스공급라인(12)을 통과하는 퍼지가스의 온도를 감지하여 일정한 신호로 제어부(300)로 출력한다.

제어부(300)는 온도감지센서(200)로부터 감지되어 출력되는 신호를 수신받으며, 가열부(100)가 퍼지가스를 일정한 온도로 가열하도록 가열부(100)를 제어한다.

제어부(300)가 가열부(100)를 제어하여 퍼지가스를 가열시키는 온도범위는 150도씨 내지 250도씨임이 바람직하다. 이는 공정챔버(10)내로 공급되는 퍼지가스의 온도가 150도씨보다 작은 경우에는 가열부재(30)에 의해 가열되어 1000도씨에 달하는 고온의 웨이퍼가 써멀 쇼크(thermal shock)에 의해 파손될 우려가 있으며, 퍼지가스의 온도가 250도씨보다 큰 경우에는 베이스(20) 상면의 에지링(22)내에 안착된 웨이퍼를 냉각시키는 속도가 느리기 때문에 공정시간이 길어지기 때문이다.

이상과 같이 본 고안의 바람직한 실시예에 따르면, 공정챔버(10)내로 공급되는 퍼지가스를 일정한 온도로 가열시켜 공급함으로써 가열부재(30)에 의해 가열된 고온의 웨이퍼가 온도의 급변으로 인한 써멀 쇼크로 파손되는 것을 방지한다.

상술한 바와 같이, 본 고안에 따른 반도체 소자 제조용 급속 열처리장비는 급속 열처리공정시 공정챔버내로 공급되는 퍼지가스를 일정한 온도로 가열시켜 공급함으로써 고온의 웨이퍼가 온도의 급변으로 인한 써멀 쇼크로 파손되는 것을 방지하는 효과를 가지고 있다.

이상에서 설명한 것은 본 고안에 따른 반도체 소자 제조용 급속 열처리장비를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 고안은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 실용신안등록청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 고안의 기술적 정신이 있다고 할것이다.

Claims (3)

1. 공정챔버내에 로딩된 웨이퍼를 고속으로 가열하여 열처리하며, 상기 공정챔버의 일측에 형성된 가스공급구에 퍼지가스를 공급하는 가스공급라인이 연결된 급속 열처리장비에 있어서,

   상기 가스공급라인상에 설치되며, 상기 가스공급라인을 통과하는 퍼지가스를 가열하는 가열부와;

   상기 가열부에 의해 가열되어 상기 공정챔버내로 공급되는 퍼지가스의 온도를 감지하는 온도감지센서와;

   상기 온도감지센서로부터 감지되는 신호를 수신받으며, 상기 가열부를 제어하는 제어부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 급속 열처리장비.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 가열부는,

   하우징과;

   상기 하우징내에 위치하며, 외주면에 히트코일이 감겨지는 복수의 가열관과;

   상기 복수의 가열관 양단과 상기 가스공급라인을 연결시키는 한 쌍의 헤더;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 급속 열처리장비.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 가열관은 내주면에 나선형의 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 급속 열처리장비.