KR20060108794A - 급속 열처리 장치 - Google Patents

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Abstract

반응 가스의 누설 문제를 개선하기 위한 급속 열처리 장치가 개시된다. 반도체 웨이퍼를 열처리하기 위한 공정 챔버를 구비한 개선된 급속 열처리 장치는 상기 공정 챔버의 일단에 연결되며 상기 공정 챔버 내의 반응 가스를 펌핑하여 펌핑된 가스의 압력을 체크함으로써 상기 공정 챔버 내부의 반응 가스 누설 여부를 확인하기 위한 가스누설 확인부를 구비한다. 그에 따라, 본 발명은 개선된 급속 열처리 장치를 제공하여, 반응 가스의 누설을 확인할 수 있으며, 반응 가스의 누설을 줄임으로써 열처리 공정이 원하는 조건하에서 진행될 수 있도록 하는 효과를 갖는다. 그리하여 본 발명은 반응 가스의 변동량을 계측함으로써 웨이퍼의 균일성(uniformity)이 향상된다.
급속 열처리, 튜브, 펌프, 밸브, MFC, 균일성

Description

급속 열처리 장치{Apparatus for rapid thermal process}
도 1은 종래의 급속 열처리 장치의 일부를 보인 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 급속 열처리 장치의 일부를 보인 개략도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 가스라인 101 : 피팅
102 : 튜브 103 : 오링
104 : 프레스 플레이트 105 : 도어 개폐 센서
106 : 벤트라인 107 : 산소 센서
V102 : 제1 밸브부 V101 : 제2 밸브부
108 : 퍼지 가스라인 109 : 반응 가스라인
120 : 가스누설 확인부 PrS : 반응 가스 압력센서부
본 발명은 반도체 소자 제조용 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 급속 열처리 장치에 관한 것이다.
반도체 소자가 제조되기 위해서는 다수의 열처리가 수반되어져야 한다. 열처리가 요구되는 공정은 예를 들면, 열산화, 열확산 및 각종 어닐링(annealing) 등이다. 어닐링은 불순물 이온을 넣은 후의 결정성 회복의 어닐링, Al과 Si의 콘택 특성 및 Si와 SiO2의 계면 특성 향상을 위한 어닐링, 실리사이드(silicide) 형성을 위한 신터링(sintering) 등이 있으며, 그 용도는 매우 광범위하다.
열처리 공정을 수행하는 장치에는 퍼니스(furnace)외에 급속 열처리 장치(Rapid Thermal Processor; RTP)가 많이 이용되고 있다. 급속 열처리 장치는 고온의 조건에서 원하는 효과를 얻을 수 있으며, 단 시간(보통 수십초에서 수분 정도) 동안에 열처리 공정이 진행되므로 불순물이 확산되는 부작용도 최소화할 수 있는 이점이 있어 열처리 공정에 많이 사용된다.
급속 열처리 장치는 웨이퍼(wafer)의 급속 열처리 공정을 실시하는 공정 챔버(process chamber)와, 공정 챔버로부터 급속 열처리 공정이 완료된 웨이퍼를 냉각시키기 위한 냉각 챔버(cooling chamber)와, 각각의 챔버로 웨이퍼를 이송시키기 위한 웨이퍼 이송 로봇이 설치된 로드락 챔버(loadlock chamber)를 포함하고 있다. 이하에서는 종래의 급속 열처리 장치가 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 종래의 급속 열처리 장치의 일부를 보인 개략도이다.
도 1을 참조하면, 웨이퍼의 급속 열처리 공정을 실시하는 공정 챔버, 반응 가스의 공급량을 제어하는 반응가스 MFC(M2) 및 퍼지가스 MFC(M1)이 도시되어 있 다. 상기 공정 챔버는 튜브(12) 및 프레스 플레이트(14)를 포함한다.
상기 공정 챔버의 일측에는 반응 가스를 공급하기 위한 가스라인(10)이 연결된다. 상기 가스라인(10)은 피팅(fitting)(11)에 의해 튜브(12)와 연결되어져 있다. 상기 튜브(12)는 프레스 플레이트(14)의 상부에 연결되어 상기 가스라인(10)으로 유입되는 반응 가스가 상기 프레스 플레이트(14)로 투입되어 밀폐되도록 한다. 상기 튜브(12)와 상기 프레스 플레이트(14)의 사이에는 밀폐를 보다 확실하게 하기 위해 오링(13)이 더 장착된다.
상기 공정챔버의 다른 일측에는 벤트(vent)라인(16), 퍼지가스라인(18) 및 반응가스라인(19)이 구비된다.
상기 벤트라인(16)은 유해가스 성분들을 공정 챔버의 외부로 빼내기 위한 라인이다.
상기 퍼지 가스라인(18) 및 반응 가스라인(19)은 퍼지가스 및 반응가스를 각각 공급하기 위한 라인으로서, 상기 프레스 플레이트(14)에 연결된 부분에서 두 갈래로 분기되어 형성되어져 있다. 분기된 가스라인 중 상기 퍼지 가스라인(18)에는 퍼지 가스가 공급되며, 공급되는 퍼지 가스는 상기 퍼지가스 MFC(M1)에 의해 그 공급량이 제어된다. 그리고, 분기된 가스라인 중 상기 반응 가스라인(19)에는 반응 가스가 공급되며, 공급되는 반응 가스는 상기 반응가스 MFC(M2)에 의해 그 공급량이 제어된다. 상기 반응가스로는 산소(O2)가 주로 사용되며, 공정 챔버 내부를 정화시킴과 아울러 냉각시키는 역할을 수행하는 퍼지가스로는 질소(N2)가 주로 사용된다. 그리고, 상기 반응가스 즉 산소의 량을 체크하기 위한 산소 센서(17)가 구비 된다.
그리고, 분기된 각각의 가스라인에는 반응가스와 퍼지가스의 흐름을 각각 개폐하는 반응가스 개폐밸브(V1) 및 퍼지가스 개폐밸브(V2)가 각각 설치된다. 상기 반응가스 개폐밸브(V1)은 분기된 반응 가스라인(19)에 설치될 수도 있고, 반응 가스라인(19)와 퍼지 가스라인(18)로 분기되기 전의 라인에 설치될 수도 있다.
상기한 종래의 급속 열처리 장치에 있어서, 공정 챔버 등의 부위에서 반응 가스가 누설되는 경우가 빈번하다. 그러나, 종래의 급속 열처리 장치에는 반응 가스의 누설(leak)을 확인할 수 있는 장치가 마련되어 있지 않음으로 인한 문제점들이 발생한다. 즉, 반응 가스의 누설로 인해, 열처리 공정이 원하는 조건하에서 정확하게 진행되었는지를 체크하기가 어렵다.
또한, 반응 가스의 변동량을 계측할 수 있는 장치가 마련되어 있지 않아 외부 공기의 침입으로 인해 웨이퍼의 불량이 초래되는 경우가 발생하고 균일성(uniformity)가 저하되는 현상이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 반응 가스의 누설을 확인할 수 있는 급속 열처리 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 열처리 공정의 정확성을 도모할 수 있는 급속 열처리 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 급속 열처리 공정에 있어서 반응 가스의 변동량을 계측이 어려워 외부 공기의 칩입으로 인한 웨이퍼의 불량을 감소 또는 최소화할 수 있는 급속 열처리 장치를 제공함에 있다.
상기의 목적들을 달성하기 위해 본 발명의 일 양상에 따라 반도체 웨이퍼를 열처리하기 위한 공정 챔버를 구비한 급속 열처리 장치는, 상기 공정 챔버의 일단에 연결되며, 상기 공정 챔버 내의 반응 가스를 펌핑하여 펌핑된 가스의 압력을 체크함으로써 상기 공정 챔버 내부의 반응 가스 누설 여부를 확인하기 위한 가스누설 확인부를 구비함을 특징으로 한다.
여기서, 상기 급속 열처리 장치는 상기 공정 챔버 내부의 유해 가스들을 배출시키기 위한 벤트라인을 더 구비하며, 상기 가스누설 확인부는 상기 벤트라인 상에 장착될 수 있다.
또한, 상기 가스누설 확인부는 상기 공정 챔버 내의 반응 가스를 펌핑하는 펌프부, 상기 펌프부의 펌핑 동작을 위해 개방되는 밸브부, 그리고 상기 펌핑된 반응 가스의 압력을 체크하여 상기 공정 챔버 내부의 반응 가스의 누설 여부를 확인하기 위한 반응 가스 압력센서부를 구비할 수 있다.
또한, 상기 펌프부는 정상적인 열처리 공정 진행시에는 작동되지 않으며, 상기 밸브부는 상기 펌프부가 장착된 라인의 전단에 장착될 수 있으며, 상기 압력센서부는 상기 밸브부의 후단에 장착될 수 있다.
또한, 상기 밸브부는 상기 펌프부의 전단에 장착된 제1 밸브부 및 상기 압력센서부의 전단에 장착되는 제2 밸브부를 구비할 수 있으며, 상기 제2 밸브부는 상기 펌핑시 개방되는 것이 바람직하다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이하의 실시예에서의 설명들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게 본 발명에 대한 보다 철저한 이해를 돕기 위한 의도 이외에는 다른 의도없이 예를 들어 도시되고 한정된 것에 불과하므로, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 사용되어서는 아니 될 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 급속 열처리 장치의 일부를 보인 개략도이다.
도 2를 참조하면, 웨이퍼에 대해 급속 열처리 공정을 진행하기 위한 공정 챔버, 반응 가스의 공급량을 제어하는 반응가스 MFC(M12) 및 퍼지가스 MFC(M10), 그리고 가스 누설 확인부(120)가 도시되어 있다.
상기 공정 챔버는 도 2에 보여지는 튜브(102) 및 프레스 플레이트(104)를 포함하여 구성된다.
상기 공정 챔버의 일측에는 반응 가스를 공급하기 위한 가스라인(100)이 연결된다. 상기 가스라인(100)은 피팅(101)에 의해 상기 튜브(102)와 연결되어져 있다. 즉, 상기 피팅(101)은 상기 튜브(102)와 상기 가스라인(100)을 연결하는 역할을 한다. 여기서, 상기 가스라인(100)으로 투입되는 가스는 암모니아, 산소, 질소 등이 될 수 있다.
상기 튜브(102)는 상기 프레스 플레이트(104)의 상부에 연결되어 상기 가스라인(100)으로 유입되는 반응 가스가 상기 프레스 플레이트(104)로 투입되어 밀폐 되도록 한다. 상기 튜브(102)와 상기 프레스 플레이트(104)의 사이에는 밀폐를 보다 확실하게 하기 위해 오링(103)이 더 장착된다. 상기 프레스 플레이트(104)의 측면에는 도어(door) 개폐 센서(105)가 구비된다. 예를 들면, 상기 프레스 플레이트(104)의 도어(미도시)가 닫혀져 있지 않은 경우에는 상기 도어 개폐 센서(105)가 동작하여 상기 프레스 플레이트(104)의 도어가 닫혀져 있지 않음을 알리는 등의 방법으로 상기 프레스 플레이트(104)의 도어가 닫힌 상태에서 상기 열처리 공정이 진행되도록 한다.
상기 공정챔버의 다른 일측에는 벤트(vent)라인(106), 퍼지가스라인(108) 및 반응가스라인(109)이 구비된다.
상기 벤트라인(106)은 유해가스 성분들을 공정 챔버의 외부로 빼내기 위한 라인이다.
상기 퍼지 가스라인(108) 및 반응 가스라인(109)은 퍼지가스 및 반응가스를 각각 공급하기 위한 라인으로서, 상기 프레스 플레이트(104)에 연결된 부분에서 두 갈래로 분기되어 형성되어져 있다. 분기된 가스라인 중 상기 퍼지 가스라인(108)에는 퍼지 가스가 공급되며, 공급되는 퍼지 가스는 상기 퍼지가스 MFC(M10)에 의해 그 공급량이 제어된다. 그리고, 분기된 가스라인 중 상기 반응 가스라인(109)에는 반응 가스가 공급되며, 공급되는 반응 가스는 상기 반응가스 MFC(M12)에 의해 그 공급량이 제어된다. 상기 반응가스로는 산소(O2)가 주로 사용되며, 공정 챔버 내부를 정화시킴과 아울러 냉각시키는 역할을 수행하는 퍼지가스로는 질소(N2)가 주로 사용된다. 그리고, 상기 반응가스 즉 산소의 량을 체크하기 위한 산소 센서(107)가 구비된다.
그리고, 분기된 각각의 가스라인에는 반응가스와 퍼지가스의 흐름을 각각 개폐하는 반응가스 개폐밸브(V11) 및 퍼지가스 개폐밸브(V12)가 각각 설치된다. 상기 반응가스 개폐밸브(V11)은 분기된 반응 가스라인(109)에 설치될 수도 있고, 반응 가스라인(109)와 퍼지 가스라인(108)로 분기되기 전의 라인에 설치될 수도 있다.
상기 가스누설 확인부(120)는 상기 공정 챔버의 일단에 연결되며, 상기 공정 챔버 내의 반응 가스를 펌핑하여 펌핑된 가스의 압력을 체크함으로써 상기 공정 챔버 내부의 반응 가스 누설 여부를 확인하기 위한 부분이다. 여기서, 상기 가스누설 확인부(120)는 상기 벤트라인(106) 상에 장착될 수 있다. 도 2에서는 상기 가스누설 확인부(120)가 상기 벤트라인(106) 상에 장착된 경우를 예로 나타내었다.
상기 가스누설 확인부(120)는 펌프부(PUMP), 밸브부(V101, V102) 및 반응 가스 압력센서부(PrS)를 구비한다.
상기 펌프부(PUMP)는 상기 공정 챔버 내의 반응 가스를 펌핑하기 위한 부분이다.
상기 밸브부(V101, V102)는 상기 펌프부(PUMP)의 펌핑 동작을 위해 개방되는 부분, 즉 상기 펌프부(PUMP)가 펌핑 동작을 시작하는 시점에 대응되게 수동 또는 자동으로 개방되어 상기 펌프부(PUMP)가 펌핑 동작을 수행하게 한다.
상기 반응 가스 압력센서부(PrS)는 상기 펌핑된 반응 가스의 압력을 체크하여 상기 공정 챔버 내부의 반응 가스의 누설 여부를 확인하기 위한 부분이다.
그리고, 상기 펌프부(PUMP)는 상기 공정 챔버 내의 웨이퍼에 대한 정상적인 공정 진행시에는 작동되지 않는 것이 바람직하다. 즉, 상기 펌프부(PUMP)는 정상적인 열처리 공정의 시작 전 또는 공정 진행 중 공정의 중단 후에 펌핑 동작을 실시하도록 한다.
상기 밸브부(V101, V102)는 상기 펌프부(PUMP)가 장착된 라인의 전단에 장착되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 라인은 상기한 바와 같이 벤트라인일 수 있다. 상기 밸브부(V101, V102)는 상기 펌프부(PUMP)가 장착된 라인의 전단에 장착되어 상기 펌프부(PUMP)가 펌핑 동작을 수행하는 시점에 대응되게 수동 또는 자동으로 개방되어 상기 펌프부(PUMP)가 펌핑 동작을 수행하게 한다.
그리고, 상기 압력센서부(PrS)는 상기 밸브부(V101, V102)의 후단에 장착되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 밸브부(V101, V102)의 후단에 장착되어 상기 펌프부(PUMP)의 펌핑 동작에 맞추어 펌핑되는 반응 가스의 압력을 체크한다. 상기 밸브부(V101, V102)는 하나의 밸브로 형성될 수도 있다.
도 2에서 보여지는 바와 같이 상기 밸브부(V101, V102)가 제1 밸브부(V102) 및 제2 밸브부(101)로 나뉘어져 있는 경우에는 상기 제1, 2 밸브부(V102, V101)는 각각 상기 펌프부(PUMP) 및 상기 압력센서부(PrS)의 전단에 장착되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 제1, 2밸브부(V102, V101)는 연동되어서 동작하는 것이 바람직하다. 즉 개방과 폐쇄 동작이 대체적으로 동시에 이뤄지도록 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 급속 열처리 장치는 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기본 원리를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 설계되고, 응용될 수 있 음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게는 자명한 사실이라 할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명은 개선된 급속 열처리 장치를 제공함으로써, 반응 가스의 누설을 확인할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 반응 가스의 누설을 줄임으로써, 열처리 공정이 보다 정확한 조건하에서 진행되도록 하는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 반응 가스의 변동량을 계측함으로써 웨이퍼의 균일성을 향상시키는 효과를 갖는다.

Claims (7)

  1. 반도체 웨이퍼를 열처리하기 위한 공정 챔버를 구비한 급속 열처리 장치에 있어서:
    상기 공정 챔버의 일단에 연결되며, 상기 공정 챔버 내의 반응 가스를 펌핑하여 펌핑된 가스의 압력을 체크함으로써 상기 공정 챔버 내부의 반응 가스 누설 여부를 확인하기 위한 가스누설 확인부를 구비함을 특징으로 하는 급속 열처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 급속 열처리 장치는 상기 공정 챔버 내부의 유해 가스들을 배출시키기 위한 벤트라인을 더 구비하며, 상기 가스누설 확인부는 상기 벤트라인 상에 장착됨을 특징으로 하는 급속 열처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가스누설 확인부는 상기 공정 챔버 내의 반응 가스를 펌핑하는 펌프부, 상기 펌프부의 펌핑 동작을 위해 개방되는 밸브부, 그리고 상기 펌핑된 반응 가스의 압력을 체크하여 상기 공정 챔버 내부의 반응 가스의 누설 여부를 확인하기 위 한 반응 가스 압력센서부를 구비함을 특징으로 하는 급속 열처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 펌프부는 정상적인 열처리 공정 진행시에는 작동되지 않는 것을 특징으로 하는 급속 열처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 밸브부는 상기 펌프부가 장착된 라인의 전단에 장착되는 것을 특징으로 하는 급속 열처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 압력센서부는 상기 밸브부의 후단에 장착되는 것을 특징으로 하는 급속 열처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 밸브부는 상기 펌프부의 전단에 장착된 제1 밸브부 및 상기 압력센서부 의 전단에 장착되는 제2 밸브부를 구비함을 특징으로 하는 급속 열처리 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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