KR20050040591A - 반도체 급속열처리 장치 및 급속열처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 급속열처리 장치 및 급속열처리 방법에 관한 것으로, 종래 반도체 급속열처리 장치에 있어서는 웨이퍼의 산화막 두께가 일정치 않고 웨이퍼가 열적쇼크를 받게되는 등의 문제가 있었던 바, 상기와 같은 문제 발생의 원인이었던 종래 공정가스 공급수단을 개선하여, 공정가스가 다수개의 분사노즐로 이루어진 분사부를 통하여 공급되고 또한 공급되기 전에 미리 가열되도록 함으로써, 웨이퍼의 산화막 두께의 균일성을 향상시키고, 공정실 내부의 압력 균일화에 따른 공정상의 퀄리티(quality)를 증가시키며, 공정실 내부의 온도를 안정화 시킬 수 있는 등의 특징이 있다.
Description
본 발명은 반도체 급속열처리 장치 및 급속열처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 램프의 복사열에 의해 웨이퍼의 열처리를 수행하는 반도체 급속열처리(Rapid Thermal Processing; 이하 'RTP')공정에 있어서, 웨이퍼의 표면에 균일한 두께의 산화막을 형성하며, 공정가스가 공급되기 전에 미리 가열해줌으로써 상온의 공정가스에 의해서 웨이퍼가 열적쇼크(thermal shock)를 받는 것을 방지할 수 있는 반도체 급속열처리 장치 및 급속열처리 방법에 관한 것이다.
라디오, 텔레비젼, 컴퓨터등에 사용되는 다이오우드, 트랜지스터, 사이리스터등의 반도체 소자는 실리콘등의 단결정을 성장시킨 기둥 모양의 봉을 얇게 잘라서 원판 모양으로 만든 웨이퍼로부터 만들어진다. 즉, 상기 웨이퍼가 사진공정, 식각공정, 박막형성공정등 일련의 단위 공정들을 순차적으로 거쳐서 반도체 소자로 제조되는 것이다.
상기와 같은 단위 공정들에서는 여러가지 열처리 기술이 사용되고 있다. 예를들면, 열처리 기술은 웨이퍼를 산화시켜 SiO2로 만들어 절연층을 구성하는데 사용되기도 하고, 에칭마스크(Etching Mask) 및 트랜지스터용 게이트 산화막을 만드는데 사용되기도 한다. 또한 열처리 기술은 웨이퍼에 주입되는 불순물 이온(붕소와 같은 3가 이온 또는 비소, 인, 안티몬과 같은 5가 이온)이 웨이퍼를 구성하는 실리콘 결정속에서 침입형에서 치환형으로 재배열되어 전기 전도에 기여할 수 있는 여분의 홀 또는 전자를 생성시키기 위한 수단으로써 사용되기도 하며, 여러가지 방법으로 형성된 박막의 열처리 및 BPSG(Boro-phosphor-silicate Glass)막의 리플로우(Reflow)에 사용되는 등 기타 다양한 목적으로 반도체 소자의 제조공정에 사용되고 있는 것이다.
이러한 열처리 기술에 의한 공정에는, 종래 주로 전기로(Furnace)를 사용하였으나, 최근에는 반도체 소자가 점점 고집적화되고 그 크기가 감소됨에 따라 제조공정에 있어서 전체 열이력(Thermal Budget)을 감소시키기 위하여 급속열처리 장치를 사용하여 열처리 공정을 수행하는 경향이 두드러지고 있다. 즉, 상기 급속열처리 공정은 고온을 사용해서 원하는 효과를 얻을 수 있는 것과 동시에 짧은 시간(보통 수십초에서 수분정도)동안에 공정이 진행되므로 불순물이 확산되는 부작용도 최소한으로 줄일 수 있는 장점이 있다. 상기 급속열처리 공정에 있어서, 열을 발산하는 에너지원으로 여러가지 소스들을 사용할 수 있지만, 최근에는 주로 램프를 많이 이용한다. 상기 램프로 가열하는 경우에는 국부적으로 가열하는 방식이 아니라 전체적으로 가열하는 방식을 취하게 되므로, 대구경의 웨이퍼라도 휘어짐이 발생하거나 슬립(slip)이 발생하지 않게되는 장점이 있다.
급속열처리 공정을 수행하는 장치로는 상용화된 AMAT사의 램프 가열식 열처리 장치등이 있으며, 도 1은 이와 같이 종래 사용되고 있는 급속열처리 장치의 개략적인 단면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 급속열처리 공정은 일정한 공간이 형성된 공정실(1) 내부에서 수행되며, 상기 공정실(1) 내부 하단에는 타켓 웨이퍼(100)가 안착되는 지지대(10)가 설치되고, 상기 타켓 웨이퍼(100)의 상부에는 다수개의 램프(20)가 균일하게 배치되어 있어 웨이퍼(100)를 일정한 온도로 빠르게 가열할 수 있다. 특히 상기 다수개의 램프(20)는 방사상의 존(zone)을 형성하는데 이는 온도영역을 설정하여 각각의 램프(20)마다 파워를 다르게 인가함으로써 온도를 균일하게 유지시킬 수 있는 장점이 있다. 한편, 상기 복수의 램프(20) 하측에는 램프의 빛을 투과시키는 석영윈도우(quartz window)(30)가 구비되며, 공정실(1)의 일측으로는 공급관(80)을 따라 이동한 공정가스가 유입되는 공정가스유입구(40)가, 반대측으로는 공정가스가 배출되는 공정가스배출구(50)가 형성되어 있다.
그런데 상기와 같은 종래 급속열처리 장치에 의하면, 하나의 공정가스유입구(40)를 통하여 상온의 공정가스가 직접 공정실(1) 내부로 유입되고 반대쪽으로 배출되므로, 공정가스가 지지대(10)에 안착된 웨이퍼(100)에 균일한 농도로 노출되지 않고 공정진행시 한쪽 방향으로만 흐르게 되어 공정실(1) 내부의 웨이퍼(100) 온도에 영향을 주게된다. 따라서, 가령 웨이퍼(100)에 산화막을 형성하기 위한 공정과 관련하여 급속열처리가 이루어지는 경우에는, 산화막 성장시 막의 두께의 균일성에 영향을 미치게 된다. 또한 상온의 공정가스가 고온의 공정실(1) 내부로 유입되기 때문에, 고온으로 가열되고 있는 웨이퍼(100)가 상온의 공정가스에 노출되면서 열적쇼크를 받게된다. 그러므로, 종래 급속열처리 장치에 의하는 경우에는, 웨이퍼(100)의 산화막 두께가 일정치 않고 웨이퍼(100)가 열적쇼크를 받게되는 등 웨이퍼(100)의 품질이 저하되고 공정상 불량률이 증대되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하고자 발명된 것으로, 종래 급속열처리 장치의 공정가스가 공급되는 수단을 개선함으로써, 웨이퍼상에 균일한 산화막을 형성하며 급속열처리 공정 중 웨이퍼에 열적쇼크가 발생되는 것을 방지하여 웨이퍼의 품질 및 공정상의 수율을 향상시킬 수 있는 반도체 급속열처리 장치 및 급속열처리 방법을 제공하고자 함을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명 반도체 급속열처리 장치는, 반도체 급속열처리공정이 수행되는 공정실, 상기 공정실 내부 하측에 설치되며 타켓 웨이퍼가 안착되는 지지대, 상기 지지대의 연직상방향에 설치되며 공정가스가 분사되는 분사부, 상기 분사부에 연결되어 공정가스가 공급되는 공급관, 상기 공정실 내부 상측에 설치되는 램프를 포함하여 이루어지는 반도체 급속열처리 장치에 있어서, 상기 분사부는 원형의 샤워플레이트와 상기 샤워플레이트의 중심에서 테두리까지 균일하게 형성된 다수의 분사노즐로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 분사부의 외부면을 둘러싸는 히터가 추가로 설치된 것을 특징으로 한다.
본 발명 반도체 급속열처리 방법은, 반도체 급속열처리공정이 수행되는 공정실에 웨이퍼가 반입되어 지지대에 안착되는 단계, 상기 안착된 웨이퍼를 일정한 온도로 가열하는 단계, 상기 공정실 내부로 공정가스가 공급되는 단계를 포함하여 이루어지는 반도체 급속열처리 방법에 있어서, 상기 공정가스가 공급되는 단계는 상기 안착된 웨이퍼의 전영역에 걸쳐서 균일한 농도로 공정가스가 공급될 수 있도록, 웨이퍼 상부면에서 원형의 샤워플레이트의 중심에서 테두리까지 균일하게 형성된 다수개의 분사노즐를 통하여 공급되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 공정가스를 공급하는 단계는 공정가스가 공급되기 전에, 공정가스가 미리 가열되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 반도체 급속열처리 장치의 단면도이다.
먼저 종래의 급속열처리 장치와 비교하여, 공정이 수행되는 공정실(1) 내부에 웨이퍼(100)가 안착되는 지지대(10)가 설치되며, 상기 웨이퍼(100)를 가열하는 램프(20) 및 램프(20)의 빛을 투과시키는 석영윈도우(30)가 공정실(1)의 상부에 설치되고, 상기 공정실(1)의 일측 하단에는 공정가스가 배출되는 공정가스배출구(50)가 형성되는 것은 종래 급속열처리 장치와 동일하다.
한편 종래 급속열처리 장치와 다른 본 발명의 특징은 공정가스를 공급하는 수단이 개선되었다는 점이다. 이하에서는 이를 구체적으로 살펴보도록 한다.
첫째로 종래에는 단순히 공정실의 일측에 형성된 하나의 공정가스유입구로 공급되었던 공정가스가 다수의 분사노즐이 형성된 분사부(60)를 통하여 공급된다는 점이다. 상기 분사부(60)는, 외부에서 공급되는 공정가스의 이동통로인 공급관(80)에 연결되며, 상기 공정실(1)에 안착된 웨이퍼(100)의 연직상방향에 설치되는 샤워플레이트(62)와 상기 샤워플레이트에 형성되는 다수개의 분사노즐(61)로 이루어진다. 도 3은 상기 분사부의 저면도로, 상기 분사노즐(61)은 원형의 샤워플레이트(62)의 중심으로부터 동일한 반경을 가진 동심원에 있어서, 각 동심원의 원주상에 일정한 간격으로 형성되어 있다. 따라서 상기 분사노즐(61)을 통하여 공급되는 공정가스는 웨이퍼(100)의 전면에 균일한 농도로 노출되므로, 특히 웨이퍼(100)에 산화막을 형성하기 위한 공정과 관련하여 급속열처리가 이루어지는 경우에는, 산화막 두께의 균일성을 향상시킬 수 있게되는 것이다.
둘째로 종래의 급속열처리 장치와 달리 상기 분사부(60)를 둘러싸는 히터(70)가 추가로 설치되었다는 점이다. 반도체 급속열처리 공정에 있어서, 공정실(1) 내부의 온도는 약 850℃ 에서 1150℃에 이르게 되나, 통상적으로 공정가스는 상온에서 공급되기 때문에, 고온의 공정실(1)에서 가열된 웨이퍼(100)가 상온의 공정가스에 노출되면 온도차에 의한 열적쇼크를 받게된다. 따라서 본 발명에서는 웨이퍼(100)가 받게되는 열적쇼크를 최소화하기 위해서, 공정가스가 공급되기 전에 미리 가열되도록 하였다. 즉, 분사부(60)를 둘러싸는 히터(70)에 의해서, 공급관을 따라 이동하는 공정가스가 분사부(60)에서 히터(70)로부터 열을 공급받아 가열되도록 함으로써, 공정가스는 상온의 상태가 아닌 약 300℃ 에서 400℃로 가열된 상태로 공정실(1)에 공급되는 것이다. 따라서 공정가스에 노출되는 웨이퍼(100)는 온도차에 의한 열적쇼크를 받지 않게된다.
도 2 및 도 3에 도시된 것은 주로 급속열처리 장치에 관한 것이지만, 본 발명은 특정한 장치에 한정되지 않으며, 급속열처리 공정을 비롯한 일반적인 반도체 공정에 있어서 필요한 공정가스를 공급하는 수단에 사용될 수 있는 일반적인 방법으로 해당장치에 구현되어, 공정실 내부의 압력을 균일하게 형성하고 공정실과 공정가스와의 온도차에 따르는 문제를 최소화할 수 있는 효과를 가질 수 있음은 해당분야의 통상의 지식을 가진 당업자에게는 자명한 것이다.
이상에서 살펴 본 바와 같이 본 발명 반도체 급속열처리 장치 및 급속열처리 방법에 의하면, 종래 급속열처리 장치의 공정가스가 공급되는 수단을 개선함으로써, 웨이퍼에 균일하게 공정가스를 공급하여 웨이퍼의 산화막 두께의 균일성을 향상시키고, 공정실 내부의 압력 균일화에 따른 공정상의 퀄리티(quality)를 증가시키며, 공정실 내부의 온도를 안정화 시킬 수 있는 등, 전체적으로 웨이퍼의 품질 및 공정상의 수율을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 종래 반도체 급속열처리 장치의 개략적인 단면도,
도 2는 본 발명에 의한 반도체 급속열처리 장치의 단면도,
도 3은 본 발명에 사용되는 공정가스 분사부의 저면도이다.
〈 도면의 주요부분에 대한 설명 〉
1 : 공정실 10 : 지지대
20 : 램프 30 : 석영윈도우
40 : 공정가스유입구 50 : 공정가스배출구
60 : 분사부 61 : 분사노즐
62 : 샤워플레이트 70 : 히터
80 : 공급관 100: 웨이퍼
Claims (4)
- 반도체 급속열처리공정이 수행되는 공정실, 상기 공정실 내부 하측에 설치되며 타켓 웨이퍼가 안착되는 지지대, 상기 지지대의 연직상방향에 설치되며 공정가스가 분사되는 분사부, 상기 분사부에 연결되어 공정가스가 공급되는 공급관, 상기 공정실 내부 상측에 설치되는 램프를 포함하여 이루어지는 반도체 급속열처리 장치에 있어서, 상기 분사부는 원형의 샤워플레이트와 상기 샤워플레이트의 중심에서 테두리까지 균일하게 형성된 다수의 분사노즐로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 급속열처리 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 분사부의 외부면을 둘러싸는 히터가 추가로 설치된 것을 특징으로 하는 반도체 급속열처리 장치.
- 반도체 급속열처리공정이 수행되는 공정실에 웨이퍼가 반입되어 지지대에 안착되는 단계, 상기 안착된 웨이퍼를 일정한 온도로 가열하는 단계, 상기 공정실 내부로 공정가스가 공급되는 단계를 포함하여 이루어지는 반도체 급속열처리 방법에 있어서, 상기 공정가스가 공급되는 단계는 상기 안착된 웨이퍼의 전영역에 걸쳐서 균일한 농도로 공정가스가 공급될 수 있도록, 웨이퍼 상부면에서 원형의 샤워플레이트의 중심에서 테두리까지 균일하게 형성된 다수개의 분사노즐를 통하여 공급되는 것을 특징으로 하는 반도체 급속열처리 방법.
- 제 3항에 있어서, 상기 공정가스를 공급하는 단계는 공정가스가 공급되기 전에, 공정가스가 미리 가열되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 급속열처리 방법.
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