KR20030003780A - Apparatus of rapid thermal processing - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 램프를 이용한 가열 장치에 관한 것으로, 특히 변형된 램프 윈도우(window)를 구비하는 급속 열처리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a heating apparatus using a lamp, and more particularly to a rapid heat treatment apparatus having a modified lamp window.
일반적으로, 증착 공정에서는 진공으로 유지되는 챔버 내부에 웨이퍼을 배치시키고, 열원에 의해 챔버 내부를 고온으로 유지시킨 상태에서, 반응 가스를 챔버 내부로 주입하여, 웨이퍼에 소정의 막을 증착한다.Generally, in a deposition process, a wafer is placed inside a chamber maintained in a vacuum, a reaction gas is injected into the chamber while the inside of the chamber is maintained at a high temperature by a heat source, and a predetermined film is deposited on the wafer.
웨이퍼을 가열하는 방법에는 직접 가열 방법 및 간접 가열 방법이 있다. 간접 가열 방법은 웨이퍼을 가열하기 위해 저항 와이어를 사용한다. 저항 와이어는 통상 웨이퍼을 지지하는 플랫폼에 접착되거나 또는 플랫폼 내로 삽입된다. 저항 와이어가 전원에 접속되어 전류가 공급될 때, 저항 와이어는 플랫폼을 가열하고, 이에 의해 웨이퍼이 가열된다.Methods of heating a wafer include a direct heating method and an indirect heating method. Indirect heating methods use a resistance wire to heat the wafer. The resistance wire is typically bonded to or inserted into the platform supporting the wafer. When the resistance wire is connected to a power source and a current is supplied, the resistance wire heats the platform, thereby heating the wafer.
그런데, 플랫폼이 웨이퍼에 전달할 수 있는 열량은 플랫폼 재질의 열 확산성(diffusivity)에 의해 제한된다. 특히, 웨이퍼의 가열율(heat- up rate)은 플랫폼 재질에 저항 요소의 부착의 일체성을 보존하는 온도로 제한된다. 이러한 온도 제한 때문에 전체 웨이퍼 처리 가열 비용을 최소화하기 위해 급속한 가열율이 선호되는 반도체 제조에서 요구되는 가열율을 얻을수 없다.However, the amount of heat the platform can transfer to the wafer is limited by the heat diffusivity of the platform material. In particular, the heat-up rate of the wafer is limited to a temperature that preserves the integrity of the attachment of the resistive element to the platform material. Because of this temperature limitation, it is not possible to achieve the heating rate required in semiconductor manufacturing where rapid heating rate is preferred to minimize the overall wafer processing heating cost.
직접 가열 방법은 적외선 램프를 사용할 수 있다. 적외선 램프는 일반적으로 급속 가열율을 제공하며 웨이퍼에 어떠한 직접 접촉도 없이 높은 웨이퍼 온도를 달성한다. 이러한 적외선 램프는 램프의 저항 요소가 텅스텐으로 제조되며, 램프를 충전하는 가스가 복합 할로겐 가스 혼합물을 포함하기 때문에 업계에서 텅스텐 할로겐 램프로 알려져 있다.The direct heating method may use an infrared lamp. Infrared lamps generally provide rapid heating rates and achieve high wafer temperatures without any direct contact with the wafer. Such infrared lamps are known in the art as tungsten halogen lamps because the resistive element of the lamp is made of tungsten and the gas filling the lamp comprises a complex halogen gas mixture.
적외선 램프에 의해 웨이퍼의 열처리를 행하는 급속 열처리(Rapid Thermal Processing; 이하 'RTP') 장치는 온도 조절시간이 짧을 뿐 아니라, 높은 온도에서 열처리를 하여도 웨이퍼이 받는 열적 부담(thermal budget)을 줄일 수 있다는 장점을 가지기 때문에, 반도체 소자의 제조 공정에 널리 이용되고 있다.Rapid Thermal Processing (RTP), which heat-treats the wafer by infrared lamps, not only has a short temperature control time but also reduces the thermal budget of the wafer even when heat-treated at high temperatures. Since it has an advantage, it is widely used in the manufacturing process of a semiconductor element.
그런데, 상기의 적외선 램프는 진공으로 유지되는 증착 챔버 내에 배치시킬 수는 없기 때문에 증착 챔버의 하부에 배치되는데, 적외선 램프의 복사열을 증착 챔버 내로 전달하기 위해서, 증착 챔버와 적외선 램프 사이에는 램프윈도우가 배치된다.However, since the infrared lamp cannot be disposed in the deposition chamber maintained in a vacuum, the infrared lamp is disposed under the deposition chamber. In order to transfer the radiant heat of the infrared lamp into the deposition chamber, a lamp window is provided between the deposition chamber and the infrared lamp. Is placed.
도 1은 종래 기술에 의한 급속 열처리 장치를 구비한 반도체 제조 설비를 나타낸 것이다.1 shows a semiconductor manufacturing equipment having a rapid heat treatment apparatus according to the prior art.
반응 챔버(100) 내부에는 웨이퍼(130)가 로딩되는 서셉터(140)가 위치하며, 그 상부에는 가스 주입구(120)로부터 주입되는 가스를 고주파로 만들어주는 고주파 전력 공급 장치(110)가 구비되어 있다. 챔버(100) 하부에는 웨이퍼(130)를 가열시키는 적외선 램프(160)가 위치하고, 이 적외선 램프(160)와 대응되는 챔버(100) 본체 하부면에는 적외선 램프(160)에서 발광된 빛을 투과시키는 램프윈도우(150)가 형성되어 있다.The susceptor 140 in which the wafer 130 is loaded is positioned in the reaction chamber 100, and a high frequency power supply device 110 is provided on the upper portion thereof to make the gas injected from the gas inlet 120 high frequency. have. An infrared lamp 160 is disposed below the chamber 100 to heat the wafer 130. The lower surface of the main body of the chamber 100 corresponding to the infrared lamp 160 transmits light emitted from the infrared lamp 160. The lamp window 150 is formed.
램프윈도우(150)는 빛을 투과시키기 위하여 석영으로 이루어져 있고, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 원형의 평행판이다. 도 2a 및 도 2b는 종래 기술에 의한 램프윈도우의 평면도 및 측면도이다. 도면의 수치는 각각 램프윈도우(150)의 직경 및 두께를 나타낸다. 적외선 램프의 열은 램프윈도우(150)를 투과하여웨이퍼(130)에 가해진다.The lamp window 150 is made of quartz to transmit light, and is a parallel parallel plate as shown in FIGS. 2A and 2B. 2A and 2B are a plan view and a side view of a lamp window according to the prior art. Figures in the figure represent the diameter and thickness of the lamp window 150, respectively. The heat of the infrared lamp passes through the lamp window 150 and is applied to the wafer 130.
상기의 적외선 램프에서 발해지는 복사열은 막 증착을 위해 대략 550℃ 이상이 되고, 석영 윈도우의 온도는 400℃ 정도로 증가된다. 따라서, 반응 가스의 생성물이 석영 윈도우에 증착될 소지가 많다.The radiant heat emitted from the infrared lamp is about 550 ° C. or more for film deposition, and the temperature of the quartz window is increased to about 400 ° C. Therefore, the product of the reaction gas is likely to be deposited on the quartz window.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 적외선 램프의 웨이퍼로의 열전도율을 더 향상시키고, 반응 가스의 생성물이 램프윈도우에 축적되는 것을 방지할 수 있는 급속 열처리 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, the technical problem to be achieved by the present invention is to provide a rapid heat treatment apparatus which can further improve the thermal conductivity of the infrared lamp to the wafer and prevent the product of the reaction gas from accumulating in the lamp window.
도 1은 종래 기술에 의한 급속 열처리 장치를 구비한 반도체 제조 설비를 나타낸 것이다.1 shows a semiconductor manufacturing equipment having a rapid heat treatment apparatus according to the prior art.
도 2a는 종래 기술에 의한 램프윈도우의 평면도이다.Figure 2a is a plan view of a lamp window according to the prior art.
도 2b는 종래 기술에 의한 램프윈도우의 측면도이다.Figure 2b is a side view of the lamp window according to the prior art.
도 3은 본 발명에 의한 급속 열처리 장치를 구비한 반도체 제조 설비를 나타낸 것이다.Figure 3 shows a semiconductor manufacturing equipment having a rapid heat treatment apparatus according to the present invention.
도 4a는 본 발명에 의한 램프윈도우의 평면도이다.4A is a plan view of a lamp window according to the present invention.
도 4b는 본 발명에 의한 램프윈도우의 측면도이다.Figure 4b is a side view of the lamp window according to the present invention.
* 도면의 주요 부분의 부호에 대한 설명 *Explanation of the symbols of the main parts of the drawings
100,200 - 반응 챔버 110,210 - 고주파 전력 공급 장치100,200-Reaction Chamber 110,210-High Frequency Power Supplies
120,220 - 가스 주입구 130,230 - 웨이퍼120220-Gas injection port 130230-Wafer
140,240 - 서셉터 150,250 - 램프윈도우140,240-Susceptors 150,250-Lamp Windows
160,260 - 적외선 램프160260-Infrared Lamp
본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 적외선 램프에 의해 반도체 기판을 가열하는 급속 열처리 장치는 중앙부가 볼록 렌즈처럼 볼록한 램프 윈도우를 포함한다. 적외선 램프 및 램프 윈도우는 반도체 기판 하부에 위치한다.In order to achieve the technical problem of the present invention, a rapid heat treatment apparatus for heating a semiconductor substrate by the infrared lamp of the present invention includes a lamp window, the center portion of which is convex like a convex lens. The infrared lamp and the lamp window are located under the semiconductor substrate.
상기 적외선 램프는 할로겐 램프이고, 상기 램프 윈도우는 석영으로 이루어져 있다.The infrared lamp is a halogen lamp and the lamp window is made of quartz.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 본 발명의 개시가 완전해지도록 하며, 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 도면 상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 구성 요소를 의미한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are intended to complete the present disclosure and to provide a more complete description of the present invention to those skilled in the art. Elements denoted by the same reference numerals in the drawings means the same components.
이하, 도 3, 도 4a 및 도 4b를 참고로 본 발명의 실시예를 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 3, 4A, and 4B.
도 3은 본 발명에 의한 급속 열처리 장치를 구비한 반도체 제조 설비를 나타낸 것이다.Figure 3 shows a semiconductor manufacturing equipment having a rapid heat treatment apparatus according to the present invention.
도 3에서, 반응 챔버(200) 내부에는 웨이퍼(230)가 로딩되는 서셉터(240)가 위치하며, 그 상부에는 가스 주입구(220)로부터 주입되는 가스를 고주파로 만들어주는 고주파 전력 공급 장치(210)가 구비되어 있다. 챔버(200) 하부에는 웨이퍼(230)를 가열시키는 적외선 램프(260)가 위치하고, 이 적외선 램프(260)와 대응되는 챔버(200) 본체 하부면에는 적외선 램프(260)에서 발광된 빛을 투과시키는 램프윈도우(250)가 형성되어 있다. 적외선 램프(260)는 램프의 저항 요소가 텅스텐으로 제조되며, 램프를 충전하는 가스가 복합 할로겐 가스 혼합물을 포함하는 할로겐 램프를 사용한다.In FIG. 3, the susceptor 240 in which the wafer 230 is loaded is positioned inside the reaction chamber 200, and a high frequency power supply device 210 that makes the gas injected from the gas inlet 220 high frequency. ) Is provided. An infrared lamp 260 is disposed below the chamber 200 to heat the wafer 230. The lower surface of the main body of the chamber 200 corresponding to the infrared lamp 260 transmits light emitted from the infrared lamp 260. The lamp window 250 is formed. The infrared lamp 260 uses a halogen lamp in which the resistive element of the lamp is made of tungsten and the gas filling the lamp comprises a complex halogen gas mixture.
램프윈도우(250)는 빛을 투과시키기 위하여 석영으로 이루어져 있고, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 중앙부가 볼록렌즈처럼 볼록한 원형판이다. 램프 윈도우(250)가 볼록 렌즈의 역할을 하여, 적외선 램프(260)에서 발광되는 빛이 모아져서 웨이퍼(230)에 도달하므로, 웨이퍼(230)에 더 많은 빛이 도달된다. 따라서, 웨이퍼(230)가 종래의 평행판 램프 윈도우(도 1의 150)를 사용할 때보다 더 빨리 가열된다.The lamp window 250 is made of quartz to transmit light, and as shown in FIGS. 4A and 4B, the center portion of the lamp window 250 is a circular plate with a convex lens. The lamp window 250 acts as a convex lens, so that light emitted from the infrared lamp 260 collects and reaches the wafer 230, so that more light reaches the wafer 230. Thus, the wafer 230 heats up faster than using a conventional parallel plate lamp window (150 in FIG. 1).
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 의한 램프윈도우의 평면도 및 측면도를 나타낸다. 도면의 수치는 각각 램프윈도우(250)의 직경 및 두께를 나타낸다.4A and 4B show a plan view and a side view of a lamp window according to the present invention. Figures in the figure represent the diameter and thickness of the lamp window 250, respectively.
또한, 중앙부의 볼록한 모양으로 인해 램프 윈도우(250) 표면에 반응 가스의생성물이 축적되는 것을 감소시킬 수 있다.In addition, the convex shape of the central portion may reduce the accumulation of the product of the reaction gas on the surface of the lamp window 250.
상술한 바와 같이, 본 발명의 급속 열처리 장치는 램프 윈도우의 중앙부를 볼록렌즈와 같은 모양으로 만들어 줌으로써, 웨이퍼의 가열시간을 감소시킬 수 있고, 웨이퍼가 받는 열적 부담을 더 줄일 수 있다.As described above, the rapid heat treatment apparatus of the present invention can reduce the heating time of the wafer and further reduce the thermal burden on the wafer by making the central portion of the lamp window look like a convex lens.
또한, 중앙부의 볼록한 모양으로 인해 램프 윈도우 표면에 반응 가스의 생성물이 축적되는 것을 감소시킬 수 있다.In addition, the convex shape of the center portion can reduce the accumulation of the product of the reaction gas on the lamp window surface.
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2001
- 2001-07-02 KR KR1020010039332A patent/KR20030003780A/en not_active Application Discontinuation
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