KR20050006373A - 급속 열처리 장치의 장비 점검 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 급속 열처리 장치의 장비 점검 방법은 종래의 급속 열처리 공정 진행 중 웨이퍼 상에서 발생하는 온도 불균일의 주요 원인 중의 하나가 석영 윈도우의 오염에 있다는 판단 하에 제안한 것이다.
급속 열처리 장치는 반복적인 공정 수행에 따라 석영 윈도우의 오염이 유발된다. 즉, 급속 열처리 장치 내의 공정 가스, 웨이퍼 상의 패턴의 고온 영향으로 인한 파티클 유발, 램프의 열에 의한 석영 윈도우의 재질상의 변화 등으로 인해 일정 기간 급속 열처리 장치를 가동한 후의 석영 윈도우 상에는 안개가 끼인 것 같이 뿌옇게 되어 최초의 투명한 형상을 갖지 못하게 된다.
본 발명의 급속 열처리 장치의 장비 점검 방법은 소정의 램프에서 발생된 열이 소정의 석영 윈도우를 통해 웨이퍼 상으로 방열되는 급속 열처리 장치의 장비 점검 방법에 있어서, 석영 윈도우를 소정의 세정 용액으로 주기적으로 세정하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 급속 열처리 장치의 장비 점검 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼 상에 균일한 열 전달을 수행할 수 있는 급속 열처리 장치의 장비 점검 방법에 관한 것이다.
반도체 소자는 통상적으로 이온 주입, 박막의 증착, 열처리 등의 단위 공정을 수차례 반복함으로써 이루어진다. 이 중에서 상기 열처리 공정은 기판의 열산화, 주입된 이온의 열확산 및 각종 어닐링(annealing) 공정에서 적용된다. 구체적으로, 상기 열처리 공정의 예로는 불순물 이온을 주입한 후의 결정성 회복의 어닐링, 알루미늄(Al)·실리콘(Si)의 접촉 특성과 실리콘(Si)·실리콘 산화막(SiO2)의 계면 특성 향상을 위한 어닐링, 실리사이드(Silicide) 형성을 위한 소결(sintering) 등이 있다.
이러한 열처리 공정을 수행하는 장치로는 퍼니스(furnace) 및 급속 열처리(Rapid Thermal Process, RTP) 장치가 있다. 상기 급속 열처리 장치는 고온을 사용해서 원하는 효과를 얻음과 동시에 짧은 시간(보통 수십 초에서 수 분 정도) 동안에 열처리 공정이 진행되므로 불순물이 발생되는 부작용도 최소한으로 줄일 수 있는 장점이 있어 열처리 공정에 널리 사용되고 있다.
이와 같은 급속 열처리 장치는 웨이퍼의 급속 열처리 공정을 실시하는 공정 챔버(Process Chamber)와, 공정 챔버로부터 급속 열처리 공정이 완료된 웨이퍼를 냉각시키기 위한 쿨다운 챔버(Cool down chamber)와, 각각의 챔버로 웨이퍼를 이송시키는 웨이퍼 이송 로봇이 설치된 로드락 챔버(Load lock chamber)를 포함하여 구성되며, 이러한 급속 열처리 장치에 있어서 상기 공정 챔버를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 급속 열처리 장치의 공정 챔버를 도시한 구성도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 급속 열처리 장치의 공정 챔버는 내측에 웨이퍼를 지지하는 같은 웨이퍼 회전장치(20)를 구비하고, 상기 웨이퍼 회전장치(20) 상부에는 급속 열처리 공정시 웨이퍼가 안착되는 프로세스 키트(process kit)(30)가 구비하며, 상기 프로세스 키트(30)의 상측에는 웨이퍼를 가열시키는 가열부재(40)가 설치되어 있다.
여기서, 상기 웨이퍼 회전장치(20)는 내부에 수직방향으로 이동하는 복수개의 리프트 핀(21)이 슬라이딩 결합되며, 상측에 프로세스 키트(30)가 설치된다. 이에 따라, 급속 열처리 공정 수행시 프로세스 키트(30)에 안착된 웨이퍼를 일정 속도로 회전시킨다.
상기 프로세스 키트(30)는 웨이퍼 회전장치의 상측에 끼워지는 석영 실린더(quartz cylinder)(31)와, 상기 석영 실린더(31)의 상측에 위치함과 아울러 공정시 웨이퍼가 안착되는 에지 링(edge ring)(32)으로 이루어진다.
상기 가열부재(40)는 방사상의 다수의 존으로 배열된 복수의 램프(41)로 이루어지며, 하측에 석영 윈도우(Quartz window)(42)가 구비된다. 여기서, 상기 램프(41)는 통상적으로 할로겐 램프가 사용되며, 상기 램프로부터 발생된 열은 투명한 석영 윈도우를 통해 방열되어 웨이퍼(W)로 전달된다.
한편, 상기 웨이퍼 회전장치(20)의 내측에는 웨이퍼의 온도를 측정하는 복수개의 온도 프로브(50)가 구비되어 있다. 상기 복수개의 온도 프로브(50)가 설치되는 위치는 상기 방사상의 다수의 존으로 배열된 복수의 램프 형태에 상응하도록 되어 있어 웨이퍼 전면에 대한 온도 측정이 가능하다. 이에 따라, 웨이퍼 상의 국부적인 온도 차이를 감지할 수 있게 된다.
상기와 같은 구성을 갖는 종래의 일반적인 급속 열처리 장치의 공정 챔버를 이용한 급속 열처리 공정은 상기 가열부재의 복수개의 램프가 가열되고 램프로부터 발생된 열이 상기 석영 윈도우를 통해 방열되어 웨이퍼 상으로 전달되는 방식으로 진행된다.
급속 열처리 장치가 기본적으로 갖추어야 할 요건 중의 하나는 웨이퍼 전면에 대한 균일한 열 전달이다. 웨이퍼 전면에 대해 동일한 온도의 열이 전달되어야만 급속 열처리의 목적을 달성할 수 있다.
웨이퍼 전면에 대한 균일한 열 전달에 있어서, 상기 석영 윈도우의 역할이 주요 역할을 수행한다. 이외에도 웨이퍼 전면에 대한 균일한 열 전달을 위해서 상기 방사상의 다수의 존에 구비되어 있는 복수개의 램프 및 온도 프로브에 대한 적절한 교체 및 각각의 램프에 대한 온도 제어가 요구된다.
한편, 급속 열처리 공정의 반복적인 수행에 따라 장치의 노후화가 이루어지고 이에 따라 급속 열처리 장치의 기본적인 목적인 웨이퍼 전면에 대한 균일한 열전달에 좋지 않은 영향을 끼치게 된다.
물론, 상기와 같은 복수개의 램프 및 온도 프로브에 대한 주기적인 교체 또는 각각의 램프에 대한 온도 제어를 통해 균일한 열 전달의 목적을 어느 정도 달성할 수 있으나, 소모품 교체에 따른 비용 증가 및 각각의 램프에 대한 온도 제어의 어려움이 뒤따른다.
참고로, 실제 급속 열처리 공정 수행시 램프로부터 웨이퍼로 전달되는 열의 온도가 웨이퍼 상의 각각의 부위에 따라 차이가 있음을 나타내는 실험 데이터로 예시하면 도 2 및 도 3과 같다. 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 급속 열처리 공정 진행시 시간의 경과에 따라 웨이퍼 상의 특정 부위에서 설정된 온도(750℃)보다 갑작스럽게 온도가 상승되는 이른바 오버 슈팅(over shooting) 현상이 발생됨을 알 수 있다.
상기와 같은 오버 슈팅 현상 및 웨이퍼 상의 온도 불균일을 방지하기 위해 종래에는, 램프의 주기적인 교체를 바탕으로 각각의 램프에 대한 개별적인 온도 제어 방식을 이용하였으나 전술한 바와 같이 램프에 대한 개별적인 제어에 있어 상당한 기술적 어려움이 뒤따른다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 웨이퍼 상에 균일한 열 전달을 수행할 수 있는 급속 열처리 장치의 장비 점검 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 일반적인 급속 열처리 장치의 공정 챔버를 도시한 구성 단면도.
도 2 및 도 3은 종래의 급속 열처리 공정 수행시 웨이퍼 상에 발생하는 오버 슈팅 등의 온도 불균일 예시한 그래프.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 급속 열처리 장치의 장비 점검 방법을 적용한 후의 급속 열처리 공정에서의 웨이퍼 전면에 대한 온도 그래프.
<도면 주요 부분에 대한 설명>
21 : 리프트 핀 30 : 프로세스 키트
31 : 석영 실린더 32 : 에지 링
40 : 가열 부재 41 : 램프
42 : 석영 윈도우 50 : 온도 프로브
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 급속 열처리 장치의 장비 점검 방법은 종래의 급속 열처리 공정 진행 중 웨이퍼 상에서 발생하는 온도 불균일의 주요 원인 중의 하나가 상기 석영 윈도우의 오염에 있다는 판단 하에 제안한 것이다.
급속 열처리 장치는 반복적인 공정 수행에 따라 전술한 바와 같은 장비 노후화가 필연적으로 발생하는데 이와 같은 장비의 노후화 중 하나는 상기 석영 윈도우의 오염이다. 즉, 급속 열처리 장치 내의 공정 가스, 웨이퍼 상의 패턴의 고온 영향으로 인한 파티클 유발, 상기 램프의 열에 의한 석영 윈도우의 재질상의 변화 등으로 인해 일정 기간 급속 열처리 장치를 가동한 후의 상기 석영 윈도우 상에는 안개가 끼인 것 같이 뿌옇게 되어 최초의 투명한 형상을 갖지 못하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 석영 윈도우 상의 오염을 소정의 세정 공정을 통해 제거하여 급속 열처리 공정시 웨이퍼 상에 균일한 온도 전달이 가능하도록 한다.
구체적으로, 본 발명은 상기 석영 윈도우에 대한 주기적인 세정을 실시한다.
상기 세정 주기는 장치의 사용 환경에 따라 유동적으로 적용시킬 수 있음은 물론이다. 상기 석영 윈도우의 세정은 소정의 세정액을 사용하여 실시하는데 일 예로, 이소프로필알코올(Iso propyl alcohol, IPA)을 소정의 세척용 천에 적셔 석영 윈도우의 표면을 닦아내는 방식으로 진행할 수 있다. 상기와 같은 세정 방식이외에도 본 발명의 석영 윈도우의 오염 제거라는 기술적 사상을 구현함에 있어 다양한 종류의 세정 용액의 사용 등의 변형 실시가 가능함은 물론이다.
본 발명의 급속 열처리 장치의 장비 점검 방법을 적용한 후의 급속 열처리 공정에서의 웨이퍼 전면에 대한 온도 그래프를 살펴보면 다음과 같다. 도 4 및 도5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 급속 열처리 장치의 장비 점검 방법 즉, 석영 윈도우에 대한 세정 공정을 실시한 후, 웨이퍼 상의 서로 다른 6개의 영역에 대한 온도를 상기 온도 프로브를 통하여 측정한 결과, 종래의 경우보다 오버 슈팅 현상의 현저한 감소 및 기 설정된 온도(750℃)와 비교하여 볼 때 웨이퍼 전면의 비교적 균일한 온도 분포를 나타냄을 알 수 있다.
본 발명에 따른 급속 열처리 장치의 장비 점검 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
급속 열처리 공정 수행 중 웨이퍼 전면에 대해 균일한 온도의 열전달이 가능하게 되고, 이에 더불어 램프, 온도 프로브와 같은 고가의 소모품 교체 시기를 늘릴 수 있을 뿐만 아니라 용이한 세정 공정을 통해 장비의 효율 및 수명을 연장시킬 수 있는 장점이 있다.
Claims (2)
- 소정의 램프에서 발생된 열이 소정의 석영 윈도우를 통해 웨이퍼 상으로 방열되는 급속 열처리 장치에 대한 장비 점검 방법에 있어서,상기 석영 윈도우를 소정의 세정 용액으로 주기적으로 세정하는 것을 특징으로 하는 급속 열처리 장치의 장비 점검 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 세정 용액은 이소프로필알코올(Iso propyl alcohol)인 것을 특징으로 하는 급속 열처리 장치의 장비 점검 방법.
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