KR20050024682A

KR20050024682A - 챔버내부에서의 온도감지가 용이한 반도체제조용 반응챔버

Info

Publication number: KR20050024682A
Application number: KR1020030060764A
Authority: KR
Inventors: 구경모; 엄현일; 정선혁; 이효범
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-09-01
Filing date: 2003-09-01
Publication date: 2005-03-11

Abstract

본 발명의 반도체제조용 반응챔버는, 한정된 반응공간내에 처리하고자 하는 반도체웨이퍼를 안착시킨 후에 고온에서 반도체웨이퍼를 처리하기 위한 반도체제조용 반응챔버에 관한 것이다. 이 반도체제조용 반응챔버는 온도감지센서 및 디스플레이소자를 포함하여 구성된다. 온도감지센서는, 예컨대 적외선열화상카메라로서, 반응공간 내의 온도를 감지하기 위하여 반응공간 내에 설치된다. 그리고 디스플레이소자는 온도감지센서에 의해 감지된 온도를 사용자에게 표시해준다. 이와 같은 반도체제조용 반응챔버에 따르면, 사용자는 디스플레이소자로 표시되는 감지온도에 의해 반응챔버 내부의 온도변화를 정확하게 인식할 수 있으며, 따라서 온도변화에 따른 공정불량이 발생하지 않도록 충분한 방지수단을 수행할 수 있다.

Description

챔버내부에서의 온도감지가 용이한 반도체제조용 반응챔버{Process chamber for manufacturing semiconductor having easy temperature sensing in inner space}

본 발명은 반도체제조설비에 관한 것으로서, 특히 챔버내부에서의 온도감지가 용이한 반도체제조용 반응챔버에 관한 것이다.

반도체소자의 집적도가 증가함에 따라 그 제조공정에 있어서도 점점 작아지는 디자인룰(design rule)의 만족을 위해 보다 많은 제한들이 가해지고 있다. 그 중 대표적인 것이 온도에 관한 제한들이다. 예컨대 금속증착을 위해 화학적기상증착(CVD; Chemical Vapor Deposition) 방식을 사용하거나 또는 물리적기상증착(CVD; Chemical Vapor Deposition) 방식을 사용하는데, 어느 경우에서도 반응챔버 내부에서 처리되는 반도체웨이퍼의 온도변화에 공정결과가 크게 좌우된다.

대략600-750℃의 고온에서 화학적 반응을 통해 금속박막을 증착하는 CVD 반응챔버의 경우, 반응챔버내부의 온도를 정확하게 확인하기가 용이하지 않으며, 따라서 실제공정에서는 설정된 온도에서 만들어진 반도체웨이퍼들을 절개하여 그 전기적특성 등을 테스트한 후에 가장 양호한 특성이 얻어지는 온도를 설정하는 등 불필요한 단계들이 수행되고 있는 실정이다. 특히 복수개의 CVD 반응챔버들을 사용하여 다량의 반도체소자들을 제조하는 경우, CVD 반응챔버들 사이에서의 온도상관성(correlation)을 정확하게 일치시키기가 용이하지 않게 된다. 또한 증착공정 및 세정공정중에 부식성이 강한 반응가스를 사용하는데, 이때 반응챔버의 히터 표면이 손상을 입거나 또는 관리소홀로 인하여 히터의 온도변화가 발생하는 경우 이 온도변화에 의해 공정불량이 발생할 수도 있다.

PVD 반응챔버를 사용하여 금속막을 증착하는 경우에도 가스배출챔버나 리플로우챔버의 내부가 매우 고온이므로 반도체웨이퍼에 대한 열적부담을 주며, 또한 반응챔버의 히팅시스템들 사이의 온도변화가 발생할 경우 공정불량이 발생할 수 있다. 이와 같이 온도변화에 따른 공정불량이 발생하는 이유는 그 온도변화를 감지하지 못하고, 그에 따라 온도변화에 따른 적절한 조치를 취하지 못하기 때문이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 반도체제조용 반응챔버 내의 반도체웨이퍼 온도를 정확하게 감지하고 그 감지된 온도에 따라 반응챔버내의 온도변화에 따른 불량을 최소화하기 위한 조처를 적절하게 취할 수 있는 반도체제조용 반응챔버를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체제조용 반응챔버는, 한정된 반응공간내에 처리하고자 하는 반도체웨이퍼를 안착시킨 후에 고온에서 상기 반도체웨이퍼를 처리하기 위한 반도체제조용 반응챔버에 있어서, 상기 반응공간 내의 온도를 감지하기 위하여 상기 반응공간 내에 설치된 온도감지센서; 및 상기 온도감지센서에 의해 감지된 온도를 사용자에게 표시해주는 디스플레이소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 온도감지센서는 적외선열화상카메라인 것이 바람직하다. 이 경우 상기 적외선열화상카메라는, 상기 반도체웨이퍼의 중심부에 대향하는 상기 반응챔버의 덮개 중심 및/또는 상기 반도체웨이퍼의 가장자리에 대향하는 상기 반응챔버의 측면상부에 배치되는 것이 바람직하다.

상기 반응챔버는, 화학적기상증착을 위한 반응챔버일 수 있으며, 또는 물리적화학기상증착을 위한 반응챔버일 수도 있다

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명의 실시예들은 여러가지 다른 형태들로 변형될 수 있으며, 따라서 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어져서는 안된다.

도 1은 본 발명에 따른 반도체제조용 반응챔버를 나타내 보인 도면이다. 그리고 도 2는 도 1의 반도체제조용 반응챔버의 단면구조를 나타내 보인 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 반도체제조용 반응챔버(100)는, 반도체웨이퍼(110)에 대한 처리가 이루어지는 한정된 내부공간(120)을 갖는다. 이 내부공간(120)에서 반도체웨이퍼(110)는 웨이퍼지지대(130)에 의해 지지되는데, 이 웨이퍼지지대(130)는 그 내부에 히터를 배치시키는 것이 일반적이다. 히터로부터 발생되는 열은 웨이퍼지지대(130)를 통해 반도체웨이퍼(110)로 전달된다. 반응챔버(100)의 내부공간(120)은 챔버측벽(140)과 상부의 덮개(150)에 의해 구체적으로 한정된다. 가 배치되는데, 이 덮개(150)의 중앙부에는 샤우어헤드(shower head)(160)가 배치된다. 샤우어헤드(160)는 그 내부를 관통하는 복수개의 홀(170)들이 배치되며, 이 홀(170)들을 통해 반응가스가 반응챔버(100)의 반응공간(120) 내부로 유입된다.

샤우어헤드(160)의 중심부에는 온도감지센서, 예컨대 제1 적외선열화상카메라(210)가 부착된다. 덮개(150)가 닫히면, 샤우어헤드(160)는 반도체웨이퍼(120)와 대향하게 되고, 따라서 샤우어헤드(160)에 부착된 제1 적외선열화상카메라(210)는 반도체웨이퍼(120)의 중심부와 대향하게 된다. 이 제1 적회선열화상카메라(210)에 의해 반도체웨이퍼(120)의 중심부에서의 온도변화를 정확하게 감지할 수 있다.

챔버측벽(140)의 상부에도 또 다른 온도감지센서, 예컨대 제2 적외선열화상카메라(220)가 부착된다. 이 제2 적외선열화상카메라(220)는 복수개가 배치될 수 있으며, 이 경우 상호 대칭이 되도록 배치되는 것이 바람직하다. 제2 적외선열화상카메라(220)는 반도체웨이퍼(120)의 측면가장자리에 근접하며, 따라서 반도체웨이퍼(120)의 측면가장자리에서의 온도변화를 정확하게 감지할 수 있다.

상기 제1 적외선열화상카메라(210) 및 제2 적외선열화상카메라(220)는, -40℃-2000℃의 온도범위까지 정확한 감지가 가능한 것으로 알려져 있다. 또한 ±1℃ 정도의 미세한 온도변화도 감지할 수 있어야 한다. 그러나 모든 온도범위에 걸쳐서 온도를 검출할 필요는 없으며, 열적부담을 주는 공정온도, 예컨대 200-400℃, 400-600℃ 및/또는 600-800℃의 온도범위에서 보다 정교한 온도변화 검출이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다. 이 외에도 제1 적외선열화상카메라(210) 및 제2 적외선열화상카메라(220)는 반응공간(120) 내에서의 반응에 방해되지 않을 정도로 충분히 작은 부피를 가져야 한다는 것은 당연하다.

상기 제1 적외선열화상카메라(210) 및 제2 적외선열화상카메라(220)는, 비록 도면에 나타내지는 않았지만, 반응챔버(100) 외부의 디스플레이소자(미도시)에 연결된다. 이 디스플레이소자는 모니터일 수도 있으며, 또는 그 밖의 다른 표시수단일 수도 있다. 모니터일 경우, 제1 적외선열화상카메라(210) 및 제2 적외선열화상카메라(220)로부터 감지된 온도를 디지털 숫자 또는 그래프 등의 다양한 표현방식으로 사용자에게 표시하며, 사용자는 표시된 데이터에 의해 반도체웨이퍼(110)의 온도, 특히 중심부에서의 온도와 측면가장자리에서의 온도를 정확하게 인지할 수 있게 된다.

상기 반응챔버(100)가 CVD 반응챔버인 경우, 내부의 히터 불량이 원인으로 작용하여 특정 위치에서의 열선 끊김이 발생할 수 있는데, 이와 같은 경우에도 사용자는 제1 적외선열화상카메라(210) 및 제2 적외선열화상카메라(220)로부터의 온도 감지와 디스플레이소자로부터의 표시에 의해 확인할 수 있으며, 또는 히터 불량이 아닌 노후화에 따른 성능저하에 의한 경우에도 정확하게 상태를 확인할 수 있다. 이 경우 인터락(interlock)을 설정하여 문제를 해결할 수 있다.

상기 반응챔버(100)가 PVD 설비에 포함되어 있는 경우, 예컨대 증착공정 전에 가스제거챔버(Degas Chamber)에서 대략 200℃-500℃의 고온에서의 반도체웨이퍼에 대한 아웃게싱(out-gassing) 처리가 수행되는데, 이 경우에도 소자의 마진이 감소하면서 챔버와 챔버 사이의 미세한 온도차이로 불량이 생길 수 있다. 본 발명에 따른 반도체제조용 반응챔버(100)에 따르면 적외선열화상카메라(210, 220)에 의해 온도를 정확하게 감지할 수 있으므로 챔버와 챔버 사이의 온도차이를 제거시킬 수 있다. 이 외에도 예컨대 증착공정 후에 리플로우(reflow)챔버에서 대략 400℃-600℃의 고온에서 컨택홀을 채우는(filling) 공정이 수행되는데, 이 경우에도 적외선열화상카메라(210, 220)에 의해 챔버와 챔버 사이의 온도차이를 제거시킬 수 있다.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 반도체제조용 반응챔버에 따르면, 반응챔버의 내부공간에 배치된 온도감지센서가 내부공간에서의 온도, 특히 반도체웨이퍼의 온도를 정확하게 감지하고 감지된 온도를 사용자에게 표시함으로써, 사용자는 디스플레이소자로 표시되는 감지온도에 의해 반응챔버 내부의 온도변화를 정확하게 인식할 수 있으며, 따라서 온도변화에 따른 공정불량이 발생하지 않도록 하는 충분한 방지수단을 수행할 수 있다.

보다 구체적으로 본 발명에 따른 반도체제조용 반응챔버의 효과를 설명하면, 종래에 대략 1주 내지 3주 정도 소요되던 확산챔버 셋업기간이 본 발명의 경우 더 이상 소요되지 않으며, 종래에 프로덕트웨이퍼 및 테스트웨이퍼가 각각 10매 및 30매 정도 소요되었지만 본 발명의 경우 프로덕트웨이퍼 및 테스트웨이퍼가 더 이상 필요하지 않게 된다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능함은 당연하다.

도 1은 본 발명에 따른 반도체제조용 반응챔버를 나타내 보인 도면이다.

도 2는 도 1의 반도체제조용 반응챔버의 단면구조를 나타내 보인 도면이다.

Claims

한정된 반응공간내에 처리하고자 하는 반도체웨이퍼를 안착시킨 후에 고온에서 상기 반도체웨이퍼를 처리하기 위한 반도체제조용 반응챔버에 있어서,

상기 반응공간 내의 온도를 감지하기 위하여 상기 반응공간 내에 설치된 온도감지센서; 및

상기 온도감지센서에 의해 감지된 온도를 사용자에게 표시해주는 디스플레이소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체제조용 반응챔버.
제1항에 있어서,

상기 온도감지센서는 적외선열화상카메라인 것을 특징으로 하는 반도체제조용 반응챔버.
제2항에 있어서,

상기 적외선열화상카메라는 상기 반도체웨이퍼의 중심부에 대향하는 상기 반응챔버의 덮개 중심 및/또는 상기 반도체웨이퍼의 가장자리에 대향하는 상기 반응챔버의 측면상부에 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체제조용 반응챔버.
제1항에 있어서,

상기 반응챔버는 화학적기상증착을 위한 반응챔버이거나 또는 물리적화학기상증착을 위한 반응챔버인 것을 특징으로 하는 반도체제조용 반응챔버.