KR970006212B1 - 이온주입장비의 웨이퍼 가열 시스템 - Google Patents

이온주입장비의 웨이퍼 가열 시스템 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

이온주입장비의 웨이퍼 가열 시스템
제1도는 본 발명의 가열 시스템을 수직으로 절단한 단면도.
제2도는 본 발명의 가열 시스템을 수평으로 절단한 단면도.
제3도는 곡면부의 곡률을 설명하기 위해 도시한 좌표.
제4도는 라이트 시일드 부위를 나타낸 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 웨이퍼 클램핑 링 2 : 라이트 시일드
3 : 램프, 4A,4B,4C,4D,4E : 수냉식 거울벽 5 : 챔버
6 : 주입구 7 : 파이로메타
8 : 배관 9 : 곡면부
10 : 윈도우 11 : 홀
12 : 웨이퍼
본 발명은 반도체 소자의 제조에 사용되는 이온주입장비(Ion Implantor)의 웨이퍼 가열 시스템(Wafer Heating System)에 관한 것으로, 특히 에피-웨이퍼(Epi-Wafer)를 가열하면서 이온주입하기 위하여, 가열원(Heating source)으로 텅스텐 할로겐 램프(Tungstem Halogen Lamp)를 사용하고, 온도측정용으로 5μm 파장을 검출하는 파이로메타(Pyrometer)를 이용하며, 반사효율을 극대화하면서 냉각(Cooling)기능을 할 수 있도록 수냉식 거울(Water-coold Mirror)벽을 사용하여, 빠른 가열 및 냉각(Heating Cooling)이 가능하고 온도측정의 신뢰성을 증가시킬 수 있는 웨이퍼 가열시스템에 관한 것이다.
웨이퍼를 가열하면서 이온주입하는 종래의 가열 시스템은 웨이퍼를 고정시키고 가열하는 핫 척(Hot chuck)과 웨이퍼의 온도를 측정하는 열전쌍(Thermocouple)을 기본구성으로 이루어지는데, 상기 핫 척의 큰 열 물질(Large Thermal Mass) 때문에 주입되는 이온에 의한 웨이퍼의 온도변화에 재빨리 대처할 수 없어 온도제어가 부정확해진다. 또한 진공내에서는 열전쌍의 측정이 진공도에 따라 달라지므로 온도 측정을 신뢰할 수 없다. 뿐만아니라 핫 척의 큰 열 물질 때문에 쉽게 가열 및 냉각이 되지않아 실제 생산라인에서 생산(Throughput)이 크게 저하된다.
따라서, 본 발명은 웨이퍼의 온도변화에 재빨리 대처할 수 있도록 빠른 가열 및 냉각이 가능하고 온도측정의 신뢰성을 증가시킬 수 있는 웨이퍼 가열 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 웨이퍼 가열 시스템은 가열하면서 소정의 이온을 주입하기 위한 에피-웨이퍼를 고정시키는 웨이퍼 클램핑 링(1)과, 상기 웨이퍼 클랭핑링(1)의 바깥쪽에 빛을 차단하기 위해 설치된 라이트 시일드(2)와, 상기 웨이퍼 클램핑 링(1)과 라이트 시일드(2)로 된 면의 반대쪽에 일정거리 이격되어 에피-웨이퍼 가열원으로 다수개 적층배열된 긴 원통형의 램프(3)와, 상기 에피-웨이퍼를 가열하는 램프(3)의 빛이 외부로 방사되는 것을 방지하고 빛 반사효율을 극대화시키면서 냉각기능을 할 수 있도록 램프(3) 뒷면과 상·하·좌·우면에 배치된 수냉식 거울벽(4A,4B,4C,4D,4E)과, 상기 램프(3)에 의해 에피-웨이퍼를 가열하면서 이온주입시 이온 빔이 에피-웨이퍼에 주사되도록 주입구(6)가 구비된 진공챔버(5) 및 상기 램프(3)에 의해 가열되는 에피-웨이퍼의 온도를 측정하기 위하여 상기 진공챔버(5) 바깥쪽에 설치된 파이로메타(7)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
제1도 및 제2도는 본 발명의 웨이퍼 가열 시스템을 수직 및 수평으로 절단한 단면도를 각각 도시한 것이다.
본 발명의 웨이퍼 가열 시스템은 이온주입공정시 에피-웨이퍼를 가열하기 위한 것으로, 긴 원통형의 텅스텐 할로겐 램프(3)를 다수개 적층 배열하고, 상기 램프(3)가 설치된 부분의 벽면(4A)은 각각의 램프(3)에 대응되는 곡면부(9)를 갖도록 하고, 상기 곡면부(9)를 갖는 벽면(4A)의 램프(3)가 설치된 반대쪽에는 에피-웨이퍼(12)를 고정하는 웨이퍼 클램핑 링(Wafer Clamping Ring)(1)과 그 바깥쪽에 라이트 시일드(Light Shield)(2)를 설치하며, 상기 에피-웨이퍼(12)가 놓이는 면을 제외한 모든 면 즉, 램프(3)가 설치된 벽면(4A)을 포함한 상·하·좌·우면은 두랄루민을 폴리싱(Polishing)하여 만든 거울(Mirror)과 그 내부에[수냉이 되도록 배관(8)을 구비하여 이루어진 수냉식 거울벽(4B,4C,4D,4E)을 배치하고, 상기 모든 요소를 내부에 포함하면서 상기 에피-웨이퍼(120에 이온 빔이 주사되도록 주입구(6)가 구비돈 진공챔버(5)를 설치하며, 상기 진공챔버(5) 바깥쪽에는 5μm 파장을 검출하는 파이로메타(7)를 구비하며, 상기 파이로메타(7)가 에피-웨이퍼(12)의 뒷면을 직접 감지(Sensing)할 수 있도록 상기 진공챔버(5)에 윈도우(Window)(10)를 만들고 상기 파이로메타(7), 윈도우(10) 및 에피-웨이퍼(12)가 일치하는 선상에 놓이는 수냉식 거울벽에 경사진 홀(11)을 형성하여 본 발명의 웨이퍼 가열 시스템이 구성된다.
상기 에피-웨이퍼(12)에 균일한 빛 에너지가 전달되게 하기 위하여 램프(3) 뒷면 거울(4A)을 포물선(Parabolic) 형태의 곡면부(9)를 갖도록 하는데, 그 곡률은 제3도에 도시한 바와같이 y2=32X의 식에 의해 정의되며, 여기서 단위는 mm이고, 이때 램프(3)의 직경은 10mm인 것을 사용한다. 그리고 에피-웨이퍼(12)가 놓이는 면을 제외한 모든 면(4A,4B,4C,4D,4E)은 두랄루민을 폴리싱하여 만든 거울이며, 거울은 수냉이 되도록 내부에 배관(8)을 구비하고, 반사효율을 극대화시키기 위하여 금 도금(Gold Coating)을 한다.
한편, 에피-웨이퍼(12)가 배치되는 면은 에피-웨이퍼(12)의 접지(Ground Contact)을 위하여 웨이퍼 클램핑 링(1)을 만들고 그 바깥쪽으로는 라이트 시일드(2)를 설치하여 램프(3)의 빛이 이온빔이 조사되는 쪽으로 조사되어 원치않는 부분이 가열되는 것을 막는다. 제4도에 이 부분을 도식적으로 나타내었다.
본 발명에서 가열원으로 텅스텐 할로겐 램프(3)를 사용한 것은 제어하기가 쉽고 5μm 근처의 파장을 방출하지 않기 때문이며, 따라서 5μm 파장을 검출하는 파이로메타(7)로 에피-웨이퍼(12)의 온도를 검출할 때 램프 레디에이션(Lamp Radiation)의 간섭이 없다. 또한 에피-웨이퍼(12)는 5μm 파장에서의 방사율(Emissivity)이 온도에 따라 변하지 않으므로 파이로메타(7)로 온도측정시 정확도가 높다.
상술한 제1도 및 제2도에 도시된 구성을 갖는 본 발명의 웨이퍼 가열 시스템은 반도체 소자의 제조에 사용되는 이온주입장비의 일부로서, 특히 퍼미어블 베이스 트랜지스터(Permeable Base Transistor)에서 가장 중요한 공정인 버리드 싱글 크리스탈(Buried Single Crystal)CoSi2층과 같은 층이 형성되는 에피-웨이퍼를 고정 가열하면서 이온 주입하는 장치이다. 에피-웨이퍼에 주사되는 이온빔은 이온원(Ion Source)으로부터 불순물 원자의 이온을 이온 가속기(Ion Acceleration) 및 물질 분리기(Mass Separation)를 통과시켜 특정이온만을 걸러고, 이들 특정이온은 편향(Deflection)과 집속(Focusing) 조절기를 통해 이온빔이 본 발명의 웨이퍼 가열 시스템에 고정된 에피-웨이퍼에 주사된다.
상술한 바에 의거한 본 발명의 웨이퍼 가열 시스템은 램프 가열(Lamp Heating) 방식으로 웨이퍼의 온도를 빠르게 자유자재로 변화시킬 수 있으며, 텅스텐 할로겐 램프와 5μm 파장을 검출하는 파이로메타의 조합으로 이루어지므로써 유지(Maintenance)와 전력제어(Power Control)가 용이하고 온도측정이 정확할 뿐만 아니라 고온은 물론 300℃ 정도의 낮은 온도까지도 측정이 가능하며, 에피-웨이퍼에 양질의 버리드 싱글 크리스탈 CoSi2층을 얻을 수 있다.

Claims (6)

  1. 이온주입장비의 웨이퍼 가열 시스템에 있어서, 가열하면서 소정의 이온을 주입하기 위한 에피-웨이퍼를 고정시키는 웨이퍼 클램핑 링(1)과, 상기 웨이퍼 클램핑 링(1)의 바깥쪽에 빛을 차단하기 위해 설치된 라이트 시일드(2)와, 상기 웨이퍼 클램핑 링(1)과 라이트 시일드(2)로 된 면의 반대쪽에 일정거리 이격되어 에피-웨이퍼 가열원으로 다수개 적층배열된 긴 원통형의 램프(3)와, 상기 에피-웨이퍼를 가열하는 램프(3)의 빛이 외부로 방사되는 것을 방지하고 빛 반사효율을 극대화시키면서 냉각 기능을 할 수 있도록 램프(3) 뒷면과 상·하·좌·우면에 배치된 수냉식 거울벽(4A,4B,4C,4D,4E)과, 상기 램프(3)에 의해 에피-웨이퍼를 가열하면서 이온주입시 이온빔이 에피-웨이퍼에 주사되도록 주입구(6)가 구비된 진공챔버(5) 및, 상기 램프(3)에 의해 가열되는 에피-웨이퍼의 온도를 측정하기 위하여 상기 진공챔버(5) 바깥쪽에 설치된 파이로메타(7)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온주입장비의 웨이퍼 가열 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 램프(3)는 텅스텐 램프이고, 상기 파이로메타(7)는 약 5μm 파장을 사용하여 온도을 측정하는 것을 특징으로 하는 이온주입장비의 웨이퍼 가열 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 수냉식 거울(4A,4B,4C,4D,4E)은 수냉이 되도록 내부에 배관(8)을 구비한 것을 특징으로 하는 이온주입장비의 웨이퍼 가열 시스템.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 수냉식 거울벽(4A,4B,4C,4D,4E)중 다수의 램프(3) 뒷면에 배치된 수냉식 겨울벽(4A)은 각각의 램프(3)에 대응되는 곳에 곡면부(9)를 형성하는 것을 특징으로 하는 이온주입장비의 웨이퍼 가열 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 곡면부(9)는 에피-웨이퍼에 균일한 빛 에너지가 전달되도록 포물선 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 이온주입장비의 웨이퍼 가열 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 진공챔버(5) 바깥쪽에 설치된 파이로메타(7)가 에피-웨이퍼의 뒷면을 직접 감지할 수 있도록 상기 진공챔버(5)에 윈도우(10)를 만들고, 상기 파이로메타(7), 윈도우(10) 및 에피-웨이퍼가 일치하는 선상에 놓이는 수냉식 거울벽에 경사진 홀(11)을 형성하는 것을 특징으로 하는 이온주입장비의 웨이퍼 가열 시스템.
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