KR20060105089A

KR20060105089A - 웨이퍼 트레이 및 이를 갖는 급속 열처리 장치

Info

Publication number: KR20060105089A
Application number: KR1020050027472A
Authority: KR
Inventors: 김정남
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2005-04-01
Publication date: 2006-10-11

Abstract

급속 열처리 장치에 구비되는 웨이퍼 트레이는 웨이퍼를 지지하기 위한 지지부재를 갖는 프레임을 구비하고, 가이드 링이 상기 지지된 웨이퍼의 가장자리와 인접하여 상기 프레임 상에 배치되어 상기 웨이퍼 가장자리의 공정 조건을 상기 웨이퍼의 중앙 부위의 공정 조건과 실질적으로 동일하게 유지시킨다. 상기 프레임으로부터 상방으로 연장된 다수의 핀이 상기 가이드 링을 관통하여 지지한다. 다수의 고정 부재가 상기 다수의 핀과 각각 결합하여 상기 가이드 링을 고정한다. 따라서 상기 핀으로부터 상기 가이드 링이 이탈되는 것을 방지한다.

Description

웨이퍼 트레이 및 이를 갖는 급속 열처리 장치{Wafer tray and rapid thermal processing equipment having the same}

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 웨이퍼 트레이를 설명하기 위한 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 웨이퍼 트레이의 평면도이다.

도 3은 도 1에 도시된 웨이퍼트레이의 측면도이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 급속 열처리 장치를 설명하기 위한 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

110 : 프레임 112 : 제1 지지부

114 : 제1 핀 116 : 제2 지지부

118 : 제2 핀 120 : 고정 부재

130 : 가이드 링 140 : 핫 라이너

150 : 가스 플레이트 210 : 챔버

212 : 튜브 220 : 히터

230 : 열전대 W : 웨이퍼

본 발명은 본 발명은 반도체 소자의 제조에 사용되는 웨이퍼 트레이 및 이를 갖는 급속 열처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열처리 공정에서 웨이퍼를 지지할 수 있는 웨이퍼 트레이 및 이를 갖는 급속 열처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자를 제조하기 위한 공정에는 여러 가지 열처리 기술이 사용된다. 예를 들면, 실리콘 기판을 산화시켜 실리콘산화막(SiO2)으로 만들어 절연층, 에칭 마스크 또는 트랜지스터용 게이트 산화막으로 사용할 경우, 여러 가지 방법으로 형성된 박막의 어닐링(annealing) 공정 및 BPSG(borophosphosilicate glass)막과 같은 유동성 막의 평탄화를 위한 리플로우(reflow) 공정 등과 같이 여러 가지 목적으로 열처리 공정이 사용되고 있다.

열처리 공정을 실시하기 위해 사용되는 장치로는 기존의 확산로에서 수행하던 다양한 공정을 대부분 수행할 수 있으며, 가열과 냉각이 웨이퍼에서 고속으로 이루어지므로 초고집적 회로(VLSI) 공정에 적합한 불순물 재확산과 확산로 벽면으로부터 방출되는 오염 등을 방지하는 장점을 가진 매엽식 급속 열처리(Rapid Thermal Processing) 장치가 이용되고 있다.

상기 급속 열처리 장치는 퍼니스에 구비된 다수의 램프에서 발생되는 열이 석영 튜브(quartz tube)에 전달되고, 상기 열에 의해 상기 석영 튜브 내부가 고온 상태가 되면 가공 가스(질소 또는 아르곤 가스)를 주입하면서 웨이퍼를 가공하는 장치이다.

상기 웨이퍼는 웨이퍼 트레이에 의해 지지된다. 상기 웨이퍼 트레이는 사각 형상의 프레임과 상기 프레임에서 연장된 다수의 핀들로 구성된다. 상기 웨이퍼는 상기 핀들 중 일부에 의해 지지된다. 상기 웨이퍼의 가공시 상기 웨이퍼의 가장자리 부위와 중심 부위의 공정 조건, 구체적으로 온도 조건을 동일하게 하기 위한 가이드 링은 상기 핀들 중 일부에 관통되어 구비된다.

상기 웨이퍼의 가공시 상기 석영 튜브로 가공 가스가 공급되는데 상기 가공 가스가 공급되는 힘에 의해 상기 가이드 링이 들어올려지는 경우가 있다. 또한 상기 석영 튜브를 개폐하는 도어가 닫히면서 상기 가이드 링이 들어올려질 수도 있다. 따라서 상기 가이드 링이 상기 핀으로부터 이탈되고, 이탈된 가이드 링이 상기 웨이퍼와 부딪혀 손상되는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 웨이퍼의 가장 자리 부위의 공정 조건을 중심 부위의 공정 조건과 동일하게 유지시키기 위한 가이드 링이 핀으로부터 이달되는 현상을 방지하기 위한 웨이퍼 트레이를 제공하는데 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은 상기 웨이퍼 트레이를 갖는 급속 열처리 장치를 제공하는데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 웨이퍼 트레이는 웨이퍼를 지지하기 위한 지지부재를 갖는 프레임을 구비한다. 가이드 링은 상기 지지된 웨이퍼의 가장자리와 인접하여 상기 프레임 상에 배치되고 상기 웨이퍼 가장자 리의 공정 조건을 상기 웨이퍼의 중앙 부위의 공정 조건과 실질적으로 동일하게 유지시킨다. 다수의 핀은 상기 프레임으로부터 상방으로 연장되며, 상기 가이드 링을 관통하여 지지하고, 다수의 고정 부재는 상기 다수의 핀과 각각 결합하여 상기 가이드 링을 고정한다.

상기 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 급속 열처리 장치는 웨이퍼를 지지하기 위한 지지부재를 갖는 프레임과, 상기 지지된 웨이퍼의 가장자리와 인접하여 상기 프레임 상에 배치되고 상기 웨이퍼 가장자리의 공정 조건을 상기 웨이퍼의 중앙 부위의 공정 조건과 실질적으로 동일하게 유지시키기 위한 가이드 링과, 상기 프레임으로부터 상방으로 연장되며 상기 가이드 링을 관통하여 지지하기 위한 다수의 핀 및 상기 다수의 핀과 각각 결합하여 상기 가이드 링을 고정하기 위한 다수의 고정 부재를 포함하는 웨이퍼 트레이를 구비한다. 챔버는 상기 웨이퍼 트레이를 수용하고, 히터는 상기 웨이퍼의 열처리를 위해 상기 챔버의 내부를 가열한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따르면 상기 가이드 링이 상기 핀으로부터 이탈되는 것을 방지한다. 따라서 상기 가이드 링과 웨이퍼가 부딪혀 발생하는 웨이퍼의 손상을 예방할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 웨이퍼 트레이 및 이를 갖는 급속 열처리 장치에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 웨이퍼 트레이를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 웨이퍼 트레이의 평면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 웨이퍼 트레이의 측면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 웨이퍼 트레이(100)는 크게 프레임(110), 고정 부재(120), 가이드 링(130), 핫 라이너(140) 및 가스 플레이트(150)로 구성된다.

상기 프레임(110)은 내부가 개방된 사각 형상을 갖는다. 상기 프레임(110)으로부터 수평 방향으로 내부를 향해 12개의 제1 지지부(112)가 연장된다. 상기 제1 지지부(112) 각각의 단부에서 수직 상방으로 제1 핀(114)이 연장된다. 그러므로 상기 제1 핀(114)의 개수는 12 개이다. 상기 제1 핀(114)들은 제1 원의 원주상에 위치한다. 그리고 상기 제1 핀(114)은 하부가 상부보다 상대적으로 지름이 크도록 형성된다. 즉 제1 핀(114)은 단차를 가지도록 형성된다.

또한 상기 프레임(110)으로부터 수평 방향으로 내부를 향해 3 개의 제2 지지부(116)가 연장된다. 상기 제2 지지부(116)는 상기 제1 지지부(112)보다 상기 프레임(110)의 내부로 더 연장된다. 상기 제2 지지부(116) 각각의 단부에서 수직 상방으로 제2 핀(118)이 연장된다. 그러므로 상기 제2 핀(118)의 개수는 3 개이다. 상기 제2 핀(118)은 상기 제1 원과 중심이 동일한 제2 원의 원주상에 위치한다. 상기 제2 원의 지름이 상기 제1 원의 지름보다 작다. 그리고 상기 제2 핀(118)도 하부가 상부보다 상대적으로 지름이 크도록 형성된다. 즉 제2 핀(118)도 단차를 가지도록 형성된다.

상기에서 상기 프레임(110), 제1 지지부(112), 제1 핀(114), 제2 지지부(116) 및 제2 핀(118)은 고농도 도프드 실리콘(heavily doped silicon), 실리콘 카바이드(silicon carbide), 보론 나이트라이드(boron nitride), 알루미늄 나 이트라이드(aluminum nitride), 그래파이트(graphite) 등의 재질로 형성됨이 바람직하다.

상기 핫 라이너(140)는 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 것으로, 원판 형태를 가지며 3 개의 홀이 형성된다. 상기 핫 라이너(140)는 상기 홀에 상기 제2 핀(118)이 끼워져 장착된다. 상기 핫 라이너(140)는 상기 제2 핀(118)에 끼워지면서 단차 부위에 걸리게 된다. 상기 제2 핀(114)의 단차는 상기 핫 라이너(140)가 일정한 높이를 유지하도록 상기 핫 라이너(140)의 하부면을 지지하는 걸림턱 역할을 한다. 따라서 상기 핫 라이너(140)는 상기 프레임(110), 제1 지지부(112) 및 제2 지지부(116)가 형성하는 면보다 높게 위치하게 된다.

상기 제2 핀(118)은 상기 핫 라이너(140)가 끼워진 상태에서 상기 핫 라이너(140)의 상부면으로부터 일정한 높이로 돌출된다. 상기 제2 핀(118)의 돌출 부위에 상기 웨이퍼(W)가 놓여진다. 따라서 상기 웨이퍼(W)는 수평한 상태로 지지된다.

상기에서 제2 핀(118)이 3 개 구비되는 것으로 도시되었지만 상기 핫 라이너(140)와 상기 웨이퍼(W)를 보다 더 안정적으로 고정 및 지지하기 위해 4 개 이상 구비될 수도 있다.

상기 핫 라이너(140)는 고농도 도프드 실리콘(heavily doped silicon), 실리콘 카바이드(silicon carbide), 보론 나이트라이드(boron nitride), 알루미늄 나이트라이드(aluminum nitride), 그래파이트(graphite) 등의 재질로 형성됨이 바람직하다.

상기 가이드 링(130)은 상기 제2 핀(118)에 지지되는 웨이퍼(W)의 가공시 상기 웨이퍼(W)의 가장자리의 공정조건을 상기 웨이퍼(W)의 중심 부위의 공정 조건과 실질적으로 동일하게 유지시킨다. 구체적으로 상기 웨이퍼(W)의 가장자리 부위의 열을 보상하여 웨이퍼(W)의 균일성을 향상시키기 위한 것으로, 상기 웨이퍼(W)의 가장자리와 인접하도록 구비된다.

상기 웨이퍼(W)를 가열하는 경우 중심 부위보다 가장자리 부위가 더 빨리 가열되어 웨이퍼(W)의 온도 불균형이 발생할 수 있다. 상기 웨이퍼(W)의 가장자리와 인접하도록 구비된 가이드 링(130)이 가장자리 역할을 하게 된다. 그러므로 상기 웨이퍼(W)의 가장자리 부위는 실질적으로 가장자리가 아닌 중심 부위에 위치하는 효과를 갖게 된다. 따라서 상기 웨이퍼(W)의 가열 시 웨이퍼(W)의 가장자리 부위의 공정 조건은 상기 웨이퍼(W)의 중심 부위의 공정 조건과 실질적으로 동일하게 된다.

구체적으로 상기 가이드 링(130)은 6개로 구성되며, 상기 가이드 링들이 모여 일정한 폭을 갖는 링 형태를 갖는다. 상기 가이드 링(130) 각각은 2 개의 홀이 형성된다. 상기 각각의 가이드 링(130)은 상기 홀에 상기 제1 핀(114)이 끼워져 상기 프레임(110)에 장착된다. 상기 가이드 링(130)은 상기 핫 라이너(140)와 마찬가지로 상기 제1 핀(114)에 끼워지면서 단차 부위에 걸리게 된다. 상기 제1 핀(114)의 단차는 상기 가이드 링(130)이 일정한 높이를 유지하도록 상기 가이드 링(130)의 하부면을 지지하는 걸림턱 역할을 한다.

따라서 상기 가이드 링(130)은 상기 프레임(110), 제1 지지부(112) 및 제2 지지부(116)가 형성하는 면보다 높게 위치하게 된다. 구체적으로 상기 가이드 링(130)은 상기 웨이퍼(W)와 동일한 높이에 위치하는 것이 바람직하다.

상기 제1 핀(114)에 상기 가이드 링(130)이 끼워진 상태에서 상기 제1 핀(114)은 상기 가이드 링(130)이 끼워진 상태에서 상기 가이드 링(140)의 상부면으로부터 일정한 높이로 돌출된다.

상기 고정 부재(120)는 상기 돌출된 제1 핀(114)에는 구비된다. 구체적으로 상기 고정 부재(120)는 캡 형태로 상기 제1 핀(114)의 단부에 끼워진다. 상기 고정 부재(120)는 상기 웨이퍼(W)로 공급되는 가스의 압력 등의 원인에 의해 상기 가이드 링(130)이 들어올려지는 것을 방지하여 상기 제1 핀(114)으로부터 이탈되는 것을 방지한다.

상기 고정 부재(120)는 도시되지는 않았지만 너트 형태로 상기 제1 핀(114)에 끼워질 수도 있다. 이 경우에는 상기 제1 핀(114)의 외측면과 상기 고정 부재(120)의 내측면에 동일한 피치를 갖는 나사산이 형성하여 상기 너트 형태의 고정 부재(120)가 상기 제1 핀(114)과 나사 결합된다.

상기에서는 가이드 링(130)이 일체로 형성된 것으로 도시되었지만, 경우에 따라서는 여러 개의 가이드들이 모여 하나의 링 형태를 형성할 수 있다. 이 경우 각각의 가이드들은 적어도 두 개의 제1 핀(114)에 끼워진 상태에서 상기 고정 부재(120)에 의해 고정되는 것이 바람직하다.

상기 가스 플레이트(150)는 상기 프레임(110)의 후단부로부터 상방으로 연장된다. 상기 가스 플레이트(150)는 두 겹으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 가스 플레이트(150)는 상기 웨이퍼 트레이(100)가 열처리 공정이 이루어지는 챔버에 위치된 상태에서 상기 챔버로 공급되는 가스의 와류를 방지하고 상기 가스의 흐름을 균일하게 한다. 따라서 상기 가스가 웨이퍼(W)에 균일하게 흐르는 상태로 공급된다.

상기 가이드 링(130), 고정 부재(120) 및 가스 플레이트(150)도 지지대(130)의 재질로는 고농도 도프드 실리콘(heavily doped silicon), 실리콘 카바이드(silicon carbide), 보론 나이트라이드(boron nitride), 알루미늄 나이트라이드(aluminum nitride), 그래파이트(graphite) 등의 재질로 형성됨이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 웨이퍼 트레이를 갖는 급속 열처리 장치를 설명하기 위한 구성도이다.

도 4를 참조하면, 급속 열처리 장치(200)는 챔버(210), 히터(220) 및 웨이퍼 트레이(100)로 구성된다.

상기 웨이퍼 트레이(100)에 대한 구체적인 설명은 상기 제1 실시예의 설명과 동일하다. 따라서 상기 웨이퍼 트레이(100)에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 또한 상기 웨이퍼 트레이(100)는 상기 제1 실시예와 동일 명칭 및 동일 부호를 사용하였다.

상기 챔버(210)는 상기 히터(220)에서 방사된 빛이 반사되어 웨이퍼에 균일하게 집약될 수 있도록 높은 반사율을 가지는 튜브(212)와 온도상승을 방지하는 냉각수 통로(미도시)가 형성되며 공정이 진행되는 공간을 제공한다.

상기 챔버(210)의 일측에는 웨이퍼 트레이(100)가 출입하도록 출입구(214)가 형성된다. 상기 출입구(214)에는 도시되지는 않았지만, 공압에 의해 작동되어 개폐되는 도어가 설치되며, 상기 출입구(114)를 형성하는 통로에는 상측과 하측에 질소(N₂)를 분사하는 복수의 분사노즐이 각각 설치된다.

또한, 챔버(210)는 타측에는 반응가스를 공급하는 가스분사부(미도시)가 형성되고, 상기 가스 분사부의 분사는 상기 튜브(212)로 이루어진다.

상기 히터(220)는 챔버(210)의 내측 상부 및 하부에 구비되어 상기 웨이퍼 트레이(100)에 지지된 웨이퍼(W)가 고르게 가열되도록 열을 발산한다. 히터(220)로는 적외선 램프가 사용될 수 있다. 히터(220)의 주위에는 냉각수가 흐르도록 냉각 수로(미도시)가 형성된다. 한편, 빠른 온도 강하를 위하여 냉각용 에어 주입로(미도시)와, 그 공기를 강제로 배출할 수 있는 배기로(미도시)가 형성되며, 상기 배기로에는 고온 상태의 배기 가스를 냉각시키기 위한 냉각수판(미도시)이 형성된다.

열전대(230)는 상기 챔버(210) 내부의 온도를 측정하기 위해 상기 챔버(210)를 관통하여 상기 챔버(210)의 내부로 연장되도록 구비된다. 상기 열전대(230)에서 측정된 상기 챔버(210)의 온도에 따라 상기 히터(220)를 조절하여 상기 챔버(210) 내부의 온도를 일정하게 유지한다.

한편 상기 열전대(230)를 상기 챔버(210)에 삽입된 웨이퍼(W)의 하부면에 다수개 구비하고, 상기 열전대(230)를 이용하여 상기 웨이퍼(W) 각 영역의 온도를 측정할 수 있다. 상기 온도 측정 결과를 이용하여 상기 히터(220)를 영역별로 조절하 여 상기 웨이퍼(W)의 온도를 균일하게 유지할 수도 있다.

이하에서는 상기 급속 열처리 장치를 이용한 웨이퍼 열처리 공정에 대해 설명한다.

우선 상기 웨이퍼(W)를 웨이퍼 트레이(100)에 적재한다. 상기 웨이퍼(W)가 적재된 웨이퍼 트레이(110)를 출입구(214)를 통해 상기 챔버(210)로 삽입한다.

이후 상기 챔버(210)의 도어를 차단한 상태에서 상기 히터(220)를 이용하여 상기 챔버(210)의 내부를 가열한다. 상기 챔버(210) 내부를 가열하면서 상기 챔버(210) 내부로 질소 또는 아르곤 등의 가스를 공급하여 공정을 진행한다. 상기 가스는 웨이퍼 트레이(100)의 가스 플레이트(150)에 의해 균일하게 흐르면서 상기 웨이퍼(W)로 공급된다.

상기에서 챔버(210)의 도어가 개폐되거나 상기 가스가 챔버(210)로 공급되더라도 상기 고정 부재(120)에 의해 가이드 링(130)이 단단하게 고정된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 트레이 및 이를 갖는 급속 열처리 장치는 가이드 링을 고정 부재를 이용하여 단단하게 고정한다. 따라서 상기 가이드 링이 이탈되어 웨이퍼와 부딪혀 상기 웨이퍼가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있 음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

웨이퍼를 지지하기 위한 지지부재를 갖는 프레임;

상기 지지된 웨이퍼의 가장자리와 인접하여 상기 프레임 상에 배치되고, 상기 웨이퍼 가장자리의 공정 조건을 상기 웨이퍼의 중앙 부위의 공정 조건과 실질적으로 동일하게 유지시키기 위한 가이드 링;

상기 프레임으로부터 상방으로 연장되며, 상기 가이드 링을 관통하여 지지하기 위한 다수의 핀; 및

상기 다수의 핀과 각각 결합하여 상기 가이드 링을 고정하기 위한 다수의 고정 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 트레이.
제1항에 있어서, 상기 핀은 상기 가이드 링이 일정한 높이를 유지하도록 상기 가이드 링의 하부면을 지지하는 걸림턱을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 트레이.
제1 항에 있어서, 상기 프레임, 가이드 링 및 고정 부재의 재질은 고농도 도프드 실리콘(heavily doped silicon), 실리콘 카바이드(silicon carbide), 보론 나이트라이드(boron nitride), 알루미늄 나이트라이드(aluminum nitride) 또는 그래파이트(graphite)인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 트레이.
웨이퍼를 지지하기 위한 지지부재를 갖는 프레임과, 상기 지지된 웨이퍼의 가장자리와 인접하여 상기 프레임 상에 배치되고 상기 웨이퍼 가장자리의 공정 조건을 상기 웨이퍼의 중앙 부위의 공정 조건과 실질적으로 동일하게 유지시키기 위한 가이드 링과, 상기 프레임으로부터 상방으로 연장되며 상기 가이드 링을 관통하여 지지하기 위한 다수의 핀 및 상기 다수의 핀과 각각 결합하여 상기 가이드 링을 고정하기 위한 다수의 고정 부재를 포함하는 웨이퍼 트레이;

상기 웨이퍼 트레이를 수용하기 위한 챔버; 및

상기 웨이퍼의 열처리를 위해 상기 챔버의 내부를 가열하기 위한 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 급속 열처리 장치.