KR20060077842A - 급속 열처리 장치용 웨이퍼 지지체 - Google Patents

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Abstract

온도 균일성을 확보하기 위하여 웨이퍼를 회전 구동하는 급속 열처리 장치에서 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 지지체를 개시한다. 본 웨이퍼 지지체는, 웨이퍼 회전 구동 어셈블리에 체결되는 실린더부, 상기 실린더부의 상단에서 상기 실린더부로부터 그 내경 방향으로 소정의 길이만큼 연장되어 상기 웨이퍼를 지지하는 플랜지부; 및 상기 실린더부로부터 연장되되 상향으로 돌출되어 상기 플랜지부와 단차지게 형성된 환형 에지부;를 포함하여 구성된다. 그리하여, 회전 구동 장치의 미세 진동에 의하여 웨이퍼 가장자리 부분에 파티클이 발생하는 것을 억제할 수 있으므로, 파티클로 인한 급속 열처리 장치의 오염을 방지하고, 나아가 웨이퍼 세정 공정의 작업 효율을 향상시켜 생산 원가 절감 및 수율 향상을 꾀할 수 있다.
급속 열처리 장치, RTP, 웨이퍼

Description

급속 열처리 장치용 웨이퍼 지지체{Wafer Supportor for Rapid Thermal Process Equipment}
도 1은 종래 급속 열처리 장치의 개요도이다.
도 2는 종래 급속 열처리 장치에서 에지링 및 지지 실린더가 쳄버 내에 장착되는 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 종래 자기 부상 방식의 급속 열처리 장치에서 웨이퍼 고정 어셈블리 및 웨이퍼 회전 구동 어셈블리의 체결 상태를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4a는 종래 급속 열처리 공정 진행시 웨이퍼 및 에지링 사이에 생성된 파티클을 보여주는 사진이고, 도 4b는 급속 열처리 공정시 웨이퍼 뒷면에 흡착된 파티클이 이후 세정 공정에서 웨이퍼 앞면으로 전이된 상태를 도시한 파티클의 분포도이다.
도 5a는 본 발명에 따른 웨이퍼 지지체의 사시도이고, 도 5b는 도 5a의 II-II 절단선을 통한 부분 단면도이다.
본 발명은 자기 부상 방식 웨이퍼 회전 구동 어셈블리를 구비한 급속 열처 리(RTP) 장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 회전 구동 어셈블리로 인해 발생하는 미세 진동이 웨이퍼에 전달되는 것을 방지하고, 그리하여 웨이퍼가 마찰에 의해 연마되어 파티클이 발생하는 것을 효과적으로 방지하기 위한 웨이퍼 지지체의 구조에 관한 것이다.
종래 반도체 소자의 제조 공정에 널리 이용되고 있는 RTP 시스템은 매우 짧은 시간에 웨이퍼를 원하는 열처리 온도(예컨대, 950도 내지 1050도)까지 급속하게 가열할 수 있는 고강도 램프를 이용하여 구성된다. 일반적으로 RTP 장치는 열처리 동안의 기판의 표면에 대한 공정의 균일성이 중요하며, 예를 들어 RTO 또는 RTN에 의한 CMOS 게이트 유전체 형성에의 응용에는 두께, 증가 온도 및 게이트 유전체의 균일성이 전반적인 장치 성능 및 제조 생산율에 영향을 미치는 중요한 매개변수이다. 이러한 균일성의 수준은 고온 열처리 동안에 기판 전체의 온도 변화가 적어야 하며, 따라서 온도의 불균일성을 최소화시키는 기술이 매우 중요하다.
RTP 시스템에서의 기판의 온도 균일성을 달성시키기 위하여 여러가지 방법이 제시되어 왔으며, 그 중 한가지 방법으로서 열처리 동안에 기판을 회전시키는 방법이 개발되어 왔다. 이는 방위각 자유도에 따른 온도 의존성을 없앰으로써 기판의 중심이 회전축과 동일선상에 있도록 배치하여 웨이퍼 표면의 모든 점이 동일량의 조도로 노출되도록 하는 방법이다.
도 1에는 현재 사용되는 RTP 시스템의 개요도를 도시하였다. 이러한 유형의 시스템은 램프 가열 방식으로서, 웨이퍼가 배치되는 쳄버(10), 상기 쳄버(10)의 상부에서 개폐가 가능하게 배치된 쳄버 덮개(10a), 및 상기 쳄버 덮개(10a)에 부착 된 램프 가열 수단(20)을 포함하여 구성된다. 램프 가열 수단(20)은 쳄버(10) 내에 안치될 웨이퍼 표면으로부터 일정한 간격을 유지하면서 웨이퍼를 가열하는 복수의 램프를 포함하여 구성된다.
도 2에는 웨이퍼를 안치시키기 위한 웨이퍼 고정 어셈블리가 상기 쳄버(10) 내에 장착되는 상태를 도시하였다. 여기의 웨이퍼 고정 어셈블리는 일반적으로 웨이퍼가 안치될 수 있도록 웨이퍼의 외주부를 지지하는 에지링(30) 및 상기 에지링(30)을 지지하고 웨이퍼를 회전시키는 기계적 수단인 회전 구동 어셈블리에 체결된 지지 실린더(40)를 포함하여 구성된다.
상기 회전 구동 어셈블리는 웨이퍼를 회전시키기 위한 수단으로서 상기 쳄버(10) 내에 장착되는데, 이에 대하여 다양한 방식이 개발되어 있다. 도 3에는, 종래 사용되는 자기 부상 방식 회전 시스템에 있어서 상기 웨이퍼 고정 어셈블리 및 회전 구동 어셈블리의 체결 상태를 도시하였다. 이러한 유형의 기계적 회전 시스템에서, 웨이퍼(W)는 에지링(30) 상에 배치되고, 에지링(30)은 다시 지지 실린더(40) 상에 마찰 고정된다. 지지 실린더(40)는 자성을 띤 상부 베어링 레이스(11)의 상에 안치된다. 상부 베어링 레이스(11)는 웰(12) 내에 배치되고, 하부 베어링 레이스(13)에 대해 복수개의 볼 베어링(14)에 의해 회전하게 된다. 하부 베어링 레이스(13)는 쳄버 바닥부(15)에 배치된다. 상부 베어링 레이스(11)에 마주하는 쳄버 바닥부(15)의 일부와 인접하게 자석(16)이 배치된다. 자석(16)은 모터 구동 자석 링(17) 상에 고정된다.
상술한 방식의 회전 시스템에서, 자석(16)은 챔버 바닥부(15)를 통해 상부 베어링 레이스(11)에 자기적으로 결합된다. 챔버 바닥부(15)의 중심 축에 대하여 자석(16)을 회전시킴으로써, 자석(16)에 자기적으로 결합된 상부 베어링 레이스(11)가 회전될 수 있다. 따라서 회전 토크는 모터 구동 자석 링(17)으로부터 자석(16)을 통해 상부 베어링 레이스(11)로 전달되고, 다시 상부 베어링 레이스(11)의 회전에 따라 지지 실린더(40) 및 에지링(30)을 통해 웨이퍼(W)가 회전된다.
이러한 구성의 회전 시스템에서는, 웨이퍼 고정 어셈블리를 구성하는 에지링(30) 및 지지 실린더(40)를 별개의 부재로 제작하여 사용하고 있으며, 양 부재는 단순 마찰 고정되어 있다. 즉, 에지링(30) 및 지지 실린더(40)는 서로 견고하게 고정되어 있지 않으므로, 웨이퍼 고정 어셈블리가 회전함에 따라 에지링(30) 및 지지 실린더(40) 사이에 미세 진동이 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 미세 진동은 웨이퍼(W)에 전달되므로, 웨이퍼(W) 및 에지링(30) 사이의 마찰에 의하여 웨이퍼(W)가 에지링(30)과 접촉하고 있는 부분에서 파티클이 빈번하게 발생된다.
도 4a는 웨이퍼 가장자리 부분에 파티클이 발생한 상태를 촬영한 사진으로 'A'영역은 파티클이 발생한 영역을 가리킨다. 이러한 파티클들은 쳄버(10) 내부를 오염시키게 된다. 또한, 여기서 발생한 파티클들은 주로 웨이퍼 뒷면에 부착되어 있는데, 이후의 공정인 세정 공정에서 웨이퍼 앞면으로 전이되어 수율에 치명적인 영향을 미치게 되는 오염원으로 작용하게 된다. 도 4b에는 세정 공정 진행 후 웨이퍼 앞면으로 전이된 파티클의 분포를 보여준다.
따라서, 본 발명은 온도 균일성을 확보하기 위하여 웨이퍼를 회전 구동하는 급속 열처리 장치에 있어서, 회전 구동 장치의 미세 진동에 의하여 웨이퍼 가장자리 부분에 파티클이 발생하는 것을 억제할 수 있는 웨이퍼 지지체를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그리하여, 종래의 회전 시스템에서 웨이퍼와 에지링 사이에 발생하는 파티클로 인한 급속 열처리 장치의 오염을 방지하고, 나아가 웨이퍼 세정 공정의 작업 효율을 향상시킬 수 있으므로 생산 원가 절감 및 수율 향상을 꾀할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 지지체는, 자기 부상 방식의 웨이퍼 회전 구동 어셈블리를 포함하는 급속 열처리 장치에서 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 지지체로서, 상기 웨이퍼 회전 구동 어셈블리에 체결되는 실린더부; 상기 실린더부의 상단에서 상기 실린더부로부터 그 내경 방향으로 소정의 길이만큼 연장되어 상기 웨이퍼를 지지하는 플랜지부; 및 상기 실린더부로부터 연장되되 상향으로 돌출되어 상기 플랜지부와 단차지게 형성된 환형 에지부;를 포함하여 구성된다. 따라서, 웨이퍼 회전 구동 어셈블리에 체결되는 실린더부 및 에지링이 일체로 형성되어 있으므로, 종래 웨이퍼 고정 어셈블리를 구성하는 실린더부 및 에지링 사이에 발생하는 미세 진동이 근본적으로 방지될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 지지체는 상기 플랜지부에 의해 지지되는 상기 웨이퍼와 열적 성질이 실질적으로 동일한 재료로 제조되는 것이 바람직하고, 특히 상기 웨이퍼가 실리콘 기판인 경우에는, 상기 웨이퍼 지지체를 실리콘 또는 실 리콘 카바이드(SiC)로 제조하는 것이 바람직하다. 나아가, 상기 플랜지부와 단차지게 형성된 상기 환형 에지부의 내경은 상기 플랜지부에 안치되는 상기 웨이퍼의 외경과 실질적으로 동일한 것이 바람직하다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
도 5a에는 본 발명에 따른 웨이퍼 지지체의 사시도를 도시하였다. 도 5a에서 보듯이, 웨이퍼 지지체(50)는 실린더부(52), 환형 에지부(54) 및 플랜지부(56)로 구성된다. 여기서, 실린더부(52)는 자기 부상 방식의 회전 시스템에서 웨이퍼 회전 구동 어셈블리에 체결되어 회전된다. 보다 자세하게 설명하면, 실린더부(52)는 상부 베어링 레이스(11)에 체결된다. 실린더부(52)는 내부에 공동이 형성되고 단면이 원형인 실린더 형상을 갖는 것이 바람직하다.
실린더부(52)의 상단에는 실린더부(52)로부터 그 내경 방향으로 소정의 길이만큼 연장된 플랜지부(56)가 형성된다. 플랜지부(56)는 웨이퍼(W)가 안치되는 영역으로서, 웨이퍼(W)의 외주 영역을 따라 형성되어 웨이퍼(W)와 접촉 및 지지하게 된다. 플랜지부(56)는 실린더부(52)의 내부 둘레를 따라 형성되되 그 내경 방향으로 평평하게 형성되며, 웨이퍼(W)를 지지하는데 충분한 길이만큼 연장된다.
또한, 환형 에지부(54)가 실린더부(52)로부터 연장되어 형성된다. 환형 에지부(54)는 실린더부(52)의 상부에 형성되는데, 플랜지부(56)과 단차지게 형성된다. 도 5(A)에 도시한 웨이퍼 지지체의 단면 형상에서 알 수 있듯이, 플랜지부(56)와 환형 에지부(54) 사이에 단차진 경계 영역(54a)이 형성되어 있다. 이 는 회전 구동 어셈블리에 의한 회전력이 웨이퍼(W)에 전달될 때, 웨이퍼(W)가 원심력에 의해 이탈되지 않도록 견고히 고정하기 위함이다.
이와 같이 구성된 웨이퍼 지지체(50)에 따르면, 웨이퍼 회전 구동 어셈블리에 체결되는 실린더부(52)와 일체로 플랜지부(56) 및 환형 에지부(54)를 형성함으로써, 종래 웨이퍼를 지지하는 에지링 및 지지 실린더에 의한 미세 진동을 근본적으로 방지할 수 있다. 나아가, 상기 단차진 경계 영역(54a)에 의한 환형 에지부(54)의 내경(L2)을 웨이퍼(W)의 외경(L1)과 동일하게 형성함으로써, 미세 진동이 발생하더라도 웨이퍼(W)가 요동되지 않으므로 마찰에 의한 파티클 발생을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
한편, 급속 열처리 장치에 있어서 웨이퍼가 열처리되는 동안에 웨이퍼의 외주 부위에서 발생할 수 있는 열적 불연속을 최소화하는 것이 바람직하다. 따라서, 열처리되는 온도 영역에서 웨이퍼(W) 및 웨이퍼 지지체의 열적 성질 즉 열팽창 계수가 실질적으로 동일한 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 웨이퍼가 실리콘 기판인 경우에, 웨이퍼 지지체를 실리콘 또는 실리콘 카바이드(SiC)로 제조하는 것이 바람직하다.
본 발명은 온도 균일성을 확보하기 위하여 웨이퍼를 회전 구동하는 급속 열처리 장치에 있어서, 회전 구동 장치의 미세 진동에 의하여 웨이퍼 가장자리 부분에 파티클이 발생하는 것을 억제할 수 있는 웨이퍼 지지체를 제공한다. 그리하여, 웨이퍼와 에지링 사이에 발생하는 파티클로 인한 급속 열처리 장치의 오염을 방지 할 수 있으므로, 부품 교체 주기를 연장시킬 수 있고 나아가 생산 원가 절감을 꾀할 수 있다.
또한, 웨이퍼 및 에지링 사이에 발생하는 파티클은 이후의 세정 공정에서 웨이퍼 표면으로 전이되어 오염원으로 작용할 수 있으나, 본 발명에 따른 웨이퍼 지지체에 의하면 이를 근본적으로 방지할 수 있으므로 웨이퍼 세정 공정의 작업 효율을 향상시킬 수 있어서 수율 향상을 꾀할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 웨이퍼 지지체에 대하여 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (4)

  1. 자기 부상 방식의 웨이퍼 회전 구동 어셈블리를 포함하는 급속 열처리 장치의 웨이퍼 지지체에 있어서,
    상기 웨이퍼 회전 구동 어셈블리에 체결되는 실린더부;
    상기 실린더부의 상단에서 상기 실린더부로부터 그 내경 방향으로 소정의 길이만큼 연장되어 상기 웨이퍼를 지지하는 플랜지부; 및
    상기 실린더부로부터 연장되되 상향으로 돌출되어 상기 플랜지부와 단차지게 형성된 환형 에지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 급속 열처리 장치용 웨이퍼 지지체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 지지체는 상기 플랜지부에 의해 지지되는 상기 웨이퍼와 열적 성질이 실질적으로 동일한 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 급속 열처리 장치용 웨이퍼 지지체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 웨이퍼는 실리콘 기판이고, 상기 웨이퍼 지지체는 실리콘 또는 실리콘 카바이드(SiC)로 제조되는 것을 특징으로 하는 급속 열처리 장치용 웨이퍼 지지체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랜지부와 단차지게 형성된 상기 환형 에지부의 내경은 상기 플랜지부에 안치되는 상기 웨이퍼의 외경과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 급속 열처리 장치용 웨이퍼 지지체.
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