KR20090078380A - 실리콘 웨이퍼 제조용 열처리 장비 - Google Patents
실리콘 웨이퍼 제조용 열처리 장비Info
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Abstract
도너 킬링(donor killing) 열처리시 정확한 온도 제어를 할 수 있고 냉각 시간을 단축할 수 있는 열처리 장비를 제공한다. 본 발명에 따른 열처리 장비는, 실리콘 웨이퍼가 로딩되어 도너 킬링 열처리 공정이 수행되는 공정 튜브; 상기 공정 튜브를 가열하는 히터의 스파크 감지용 스파이크 써모커플; 상기 공정 튜브 내부의 온도를 측정하기 위한 패들 써모커플; 및 상기 공정 튜브로부터 언로딩된 실리콘 웨이퍼를 냉각 공기 분사 방식으로 냉각하는 쿨링 시스템을 포함한다.
Description
본 발명은 실리콘 웨이퍼를 제조하기 위한 장비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원하는 비저항의 실리콘 웨이퍼를 얻기 위하여 도너 킬링(donor killing) 열처리를 실시하는 데에 이용하는 열처리 장비에 관한 것이다.
일반적인 실리콘 웨이퍼 제조 방법은 쵸크랄스키법을 이용한 결정 성장 단계, 결정 성장 단계에서 얻어진 실리콘 단결정 잉곳을 성장축에 대하여 수직으로 절단하는 슬라이싱(slicing) 단계, 슬라이싱된 실리콘 웨이퍼를 래핑(lapping)으로 소정의 두께로 연마하면서 웨이퍼 표면의 평탄도를 향상시키는 래핑 단계, 그리고 본 발명에 관계된 도너 킬링 단계, 후속의 폴리싱(polishing) 단계, 세정 단계 등을 포함한다.
쵸크랄스키법에서는 석영 도가니에서 폴리실리콘을 용융시킨 후 결정 실리콘으로 된 시드(seed)를 용융 실리콘 내에 넣어 소정의 속도로 회전시키면서 인상시켜 실리콘 단결정 잉곳을 성장시킨다. 그런데, 고온의 용융 실리콘이 석영 도가니 내에 수용되어 있기 때문에 용융 실리콘이 산소 등에 의해 오염될 수 있다. 이에 따라, 쵸크랄스키법에 의해 성장되는 실리콘 단결정 잉곳 내로 용융 실리콘에 용해되어 있던 산소가 침투하여 실리콘 웨이퍼에 존재하게 된다.
일반적으로 도너 킬링 단계라 함은, 실리콘 웨이퍼에 존재하는 산소 이온을 열처리를 통해 산소 석출물로 만들어주는 단계를 말한다. 이는 실리콘 웨이퍼에 존재하는 산소 원자가 이온의 형태로 존재하여 후속되는 반도체 소자 제조 공정에서 이온 주입된 불순물에 대하여 도너 역할을 하여 원하는 비저항 값을 실현시킬 수 없기 때문이다. 이러한 도너 킬링 단계를 거침으로써 실리콘 웨이퍼의 원하는 비저항을 구현할 수 있고, 이에 따라 실리콘 웨이퍼의 전기적 특성을 효과적으로 제어할 수 있다.
종래에는 벨트 퍼니스 타입(belt furnace type)의 열처리 장비를 이용하여 700℃에서 20분여 동안 도너 킬링 열처리를 실시하고 있다. 공정 온도의 관리는 실리콘 웨이퍼의 수율을 결정짓는 매우 중요한 요소이며, 이러한 온도 관리는 열전대를 통해서 이루어진다. 그런데, 종래의 열처리 장비에 장착되어 온도를 측정하는 열전대는 스파이크 써모커플(spike thermocouple)이다. 스파이크 써모커플은 히터의 측면에 장착되어 공정 튜브를 가열하는 히터의 온도를 측정하는 것이기 때문에 스파이크 써모커플이 측정한 온도가 실제 열처리 공정이 이루어지는 공정 튜브 안의 온도를 대변한다고 하기 어렵다.
한편, 종래에는 공정 튜브에서 열처리가 완료되면 룸(room) 내의 대기 상태에서 일정 시간 보관하여 자연 냉각을 시키고 있다. 이 때문에 냉각 시간이 오래 걸려 생산성이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 도너 킬링 열처리시 정확한 온도 제어를 할 수 있고 냉각 시간을 단축할 수 있는 열처리 장비를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 열처리 장비는, 실리콘 웨이퍼가 로딩되어 도너 킬링 열처리 공정이 수행되는 공정 튜브; 상기 공정 튜브를 가열하는 히터의 스파크 감지용 스파이크 써모커플; 상기 공정 튜브 내부의 온도를 측정하기 위한 패들 써모커플; 및 상기 공정 튜브로부터 언로딩된 실리콘 웨이퍼를 냉각 공기 분사 방식으로 냉각하는 쿨링 시스템을 포함한다.
본 발명에 따르면, 스파이크 써모커플과 패들 써모커플을 모두 포함하게 함으로써, 실제 실리콘 웨이퍼 최고 근접 부분의 온도를 측정할 수 있게 됨에 따라 정확한 온도 관리가 가능해져서 공정 튜브 내의 온도 제어의 정밀도를 높일 수 있다. 뿐만 아니라 냉각 공기를 이용해 강제 냉각시킬 수 있어 냉각 효과 강화로 인한 냉각 시간을 단축함으로써 생산성을 제고할 수 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 1은 본 발명에 따른 열처리 장비의 개략도이고, 도 2는 그 열처리 장비에 포함되는 공정 챔버의 상세 단면도이다.
먼저, 도 1에 도시한 바와 같이 열처리 장비(1)는 실리콘 웨이퍼 로더/언로더부(2)와 실제 열처리가 실시되는 공정 챔버(3)로 이루어져 있다. 실리콘 웨이퍼 로더/언로더부(2)에는 다음에 상세하게 설명하는 쿨링 시스템(4)이 포함되어 있다.
다음, 도 2를 참조하면, 공정 챔버(3)에는 실리콘 웨이퍼(40)가 로딩되어 도너 킬링 열처리 공정이 수행되는 공정 튜브(80)가 내설되어 있다. 실리콘 웨이퍼(40)는 보트(60 : boat)에 장착되어 실리콘 웨이퍼 로더/언로더부(2)를 통해 공정 튜브(80) 안에 로딩된다. 공정 챔버(3)의 하단부에는 공정 챔버(3), 즉 실리콘 웨이퍼(40)에 열을 공급하는 히터(50 : 예컨대 히팅 코일)가 매설되어 있다.
그리고, 공정 챔버(3)는 공정 튜브(80)를 가열하는 히터(50)의 스파크 감지용 스파이크 써모커플(30) 뿐만 아니라 공정 튜브(80) 내의 온도를 측정하는 패들 써모커플(10)을 구비하고 있다.
이와 같이 구성된 공정 챔버(3)에서 온도를 조절하는 동작은 다음과 같을 수 있다. 먼저, 변압기(미도시)로부터 공급되는 전원을 히터(50)에 공급하여 공정 튜브(80)의 내부를 가열하는 중에 패들 써모커플(10)에 의해 감지되는 온도값과 스파이크 써모커플(30)에 의해 감지되는 온도값을 온도 콘트롤러(temperature controller, 미도시)에 각각 입력시킨다. 그러면 온도 콘트롤러는 패들 써모커 플(10)에 의해 감지되는 온도값을 기준으로 전자 릴레이 콘트롤러(미도시)에 의해 전자 릴레이를 선택적으로 구동시켜 히터(50)의 가열 상태를 조절함으로써 공정 튜브(80)의 온도를 조절한다. 이어서, 온도 콘트롤러는 패들 써모커플(10)과 스파이크 써모커플(30)에 의해 감지되는 온도값의 편차만큼 공정 튜브(80)의 온도를 보상하여 준다.
이렇듯, 본 발명에 따른 열처리 장비(1)는 스파이크 써모커플(30)과 패들 써모커플(10)을 모두 포함함으로써, 실제 실리콘 웨이퍼(40) 최고 근접 부분의 온도를 측정할 수 있게 됨에 따라 정확한 온도 관리가 가능해져서 공정 튜브(80) 내의 온도 제어의 정밀도를 높일 수 있다. 공정 온도의 관리는 실리콘 웨이퍼의 수율을 결정짓는 매우 중요한 요소이다. 본 발명에서와 같은 열처리 장비(1) 이용시 공정 온도의 정확한 제어를 통해 원하는 비저항의 실리콘 웨이퍼를 매우 균질한 품질로 반복적으로 얻을 수 있게 된다.
한편, 쿨링 시스템(4)은 열처리 공정 완료 후 공정 튜브(80)로부터 언로딩된 실리콘 웨이퍼(40)에 대하여 필터링된 냉각 공기를 분사하는 형태의 냉각 공기 분사 방식을 구현함으로써 실리콘 웨이퍼(40) 냉각 시간을 종래 자연 냉각 방식에 비하여 단축할 수 있다. 예를 들어, 종래 자연 냉각 방식은 700℃ 공정 온도로부터 자연 냉각으로 슬립(slip) 없는 상태의 실리콘 웨이퍼를 최종 반출하는 데에 15분 정도가 소요되었으나, 본 발명에 따른 쿨링 시스템(4)을 이용하여 냉각하는 경우에는 그 냉각 시간을 10분 정도로 30% 이상 감소시키는 효과를 기대할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다. 본 발명의 실시예들은 예시적이고 비한정적으로 모든 관점에서 고려되었으며, 이는 그 안에 상세한 설명 보다는 첨부된 청구범위와, 그 청구범위의 균등 범위와 수단내의 모든 변형예에 의해 나타난 본 발명의 범주를 포함시키려는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 열처리 장비의 개략도이다.
도 2는 도 1의 열처리 장비에 포함되는 공정 챔버의 상세 단면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*
1...열처리 장비 2...실리콘 웨이퍼 로더/언로더부
3...공정 챔버 4...쿨링 시스템
10...패들 써모커플 30...스파이크 써모커플
40...실리콘 웨이퍼 50...히터
60...보트 80...공정 튜브
Claims (1)
- 실리콘 웨이퍼가 로딩되어 도너 킬링 열처리 공정이 수행되는 공정 튜브;상기 공정 튜브를 가열하는 히터의 스파크 감지용 스파이크 써모커플;상기 공정 튜브 내부의 온도를 측정하기 위한 패들 써모커플; 및상기 공정 튜브로부터 언로딩된 실리콘 웨이퍼를 냉각 공기 분사 방식으로 냉각하는 쿨링 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 장비.
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| KR20170010765A (ko) | 2014-05-23 | 2017-02-01 | 히타치가세이가부시끼가이샤 | 레지스트 패턴의 형성 방법, 프린트 배선판의 제조 방법, 투영 노광용 감광성 수지 조성물 및 감광성 엘리먼트 |
-
2008
- 2008-01-15 KR KR1020080004180A patent/KR20090078380A/ko not_active Application Discontinuation
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| KR20220028137A (ko) | 2014-05-23 | 2022-03-08 | 쇼와덴코머티리얼즈가부시끼가이샤 | 레지스트 패턴의 형성 방법, 프린트 배선판의 제조 방법, 투영 노광용 감광성 수지 조성물 및 감광성 엘리먼트 |
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