KR100195807B1 - 반도체 소자 제조용 열처리장치 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

반도체 소자 제조용 열처리장치

2. 발명이 해결할려고 하는 기술적 요지

본 발명은 웨이퍼와의 사이에 광학 공동이 형성되도록 미러웨이퍼를 석영반응로내에 설치한 것에 의해 웨이퍼 전면의 패턴에 의한 방사특성 또는 반사도의 불균일에 의한 공정 웨이퍼상의 온도 불균일을 제거하고, 일정한 후면 박막을 가지는 미러웨이퍼의 후면을 파이로메타로 감지하도록 하여 실제 공정웨이퍼의 후면의존도를 제거함으로써 공정웨이퍼의 열공정온도를 일정하게 유지하여 패턴형성을 균일화하며, 공정웨이퍼상의 후면 박막특성과 무관하게 재현성있는 온도측정을 할 수 있는 반도체 소자 제조용 열처리장치를 제공함에 그 목적이 있다.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은 반도체 소자 제조용 열처리장치에 있어서, 반응로의 내벽과 그에 수납된 웨이퍼의 전면 사이에 설치되며, 상기 웨이퍼로부터 방사되는 빛에너지를 연속적으로 재반사 및 재흡수시켜 공정웨이퍼 상의 온도분포가 균일하게 되도록 하기 위한 반사면을 가지는 소정크기의 광학공동형성수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 열처리 장치를 제공한다.

4.발명의 중요한 용도

웨이퍼의 산화, 확산공정 수행시의 온도를 균일하고 재현성있게 유지하기 위한 것임.

Description

반도체 소자 제조용 열처리장치

본 발명은 반도체 제조공정중 웨이퍼를 소정온도로 가열하여 산화, 확산공정을 수행하는 열처리장치에 관한 것으로, 특히 웨이퍼에 가해지는 온도를 일정하게 유지하여 박막구조를 조밀화하거나 불순물의 확산을 제고시키기 위한 반도체 소자 제조용 열처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자의 제조공정에서 절연재료로 사용되고 있는 산화막을 웨이퍼상에 형성하거나 불순물의 확산을 위하여 급속 열처리 공정을 수행하고 있다.

급속 열처리 공정장치는 소정의 반응로에 웨이퍼을 수납시키고 순간적인 열을 가하여 원하는 박막이나, 불순물의 활성화 및 BPSG(Borophospho Silicate Glass) 필름의 평탄화를 위한 점성유동의 증가(reflow), TiN필름의 열처리 등을 수행하는 공정이다.

여기서, 종래의 급속 열처리 공정장치(이하, RPT;Rapid Thermal Process System)는 웨이퍼가 놓이는 석영반응로와, 상기 석영반응로의 외벽면에 다수 장착되어 공정웨이퍼에 빛에너지를 제공하는 할로겐 램프와, 상기 할로겐램프를 둘러싸고 있는 반사로와, 할로겐 램프의 전원을 조정하는 조정부와, 전원공급부 및 상기 웨이퍼의 위치조정을 하는 핸들러를 포함하는 구조로 되어 있으며, 파이로미터(Pyro-meter)에 의한 온도조절방식으로 열처리공정을 실시하고 있다.

상기 구성을 가지는 종래의 급속 열처리장치는 순수웨이퍼나 열산화막이 형성된 웨이퍼의 후면에 증착되어 있는 물질에 따라서 웨이퍼 상에서 방출되는 에너지가 달라 같은 웨이퍼 온도에서도 파이로 미터에 감지되는 온도는 달라지게 되기 때문에 실제 반도체소자의 제조시 보다 정확한 온도제어가 이루어지지 않고 있다. 또한, 웨이퍼 전면에 산화막 또는 질화막 등의 패턴이 있을 경우, 이 패턴에 의하여 패턴이 있는 곳과 없는 곳의 반사율 및 방사특성이 달라지므로써 실제 공정웨이퍼상의 온도불균일이 발생하게 되어 생산수율에 나쁜 영향을 끼치는 문제점을 내포하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 웨이퍼와의 사이에 광학 공동이 형성되도록 미러웨이퍼를 석영반응로내에 설치한 것에 의해 웨이퍼 전면의 패턴에 의한 방사특성 또는 반사도의 불균일에 의한 공정 웨이퍼상의 온도 불균일을 제거하고, 공정웨이퍼의 열공정온도를 일정하게 유지하여 패턴형성을 균일화한 반도체 소자 제조용 열처리장치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한 본 발명은, 일정한 후면 박막을 가지는 미러웨이퍼의 후면을 파이로메타로 감지하도록 하여 실제 공정웨이퍼의 후면의존도를 제거함으로써 공정웨이퍼상의 후면 박막특성과 무관하게 재현성있는 온도측정을 할 수 있는 반도체 소자 제조용 열처리장치를 제공함에 다른 목적이 있다.

도1은 본 발명에 의한 반도체 소자 제조용 열처리장치의 일실시예를 나타낸 구성도

도2는 본 발명에 의한 반도체 소자 제조용 열처리장치의 다른 실시예를 나타낸 구성도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 반사로 2 : 공정웨이퍼

3 : 할로겐 램프 4 : 제1 미러웨이퍼

5 : 반사막 6 : 파이로메타

7 : 제2 미러웨이퍼 8 : 석영 반응로

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체 소자 제조용 열처리장치에 있어서, 반응로의 내벽과 그에 수납된 웨이퍼의 전면 사이에 설치되며, 상기 웨이퍼로부터 방사되는 빛에너지를 연속적으로 재반사 및 재흡수시켜 공정웨이퍼 상의 온도분포가 균일하게 되도록 하기 위한 반사면을 가지는 소정크기의 광학공동형성수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 의한 반도체 소자 제조용 열처리장치의 일실시예를 나타낸 구성도; 도2는 본 발명에 의한 반도체 소자 제조용 열처리장치의 다른 실시예를 나타낸 구성도이다.

도면에서 1은 반사로, 2는 공정웨이퍼, 3은 할로겐 램프, 4는 제1 미러웨이퍼, 5는 반사막, 6은 파이로메타, 7은 제2 미러웨이퍼, 8은 석영 반응로를 각각 나타낸 것이다.

본 발명에 의한 반도체 소자 제조용 열처리장치는 웨이퍼 상의 온도분포를 균일하게 유지하므로써 물성적으로 안정된 산화 또는 확산공정을 수행할 수 있도록 구현한 것으로, 본 실시예에서는 석영반응로(8)에 수납되는 공정웨이퍼(2)와 석영반응로(1)의 내벽면 사이의 소정위치에 제1 미러웨이퍼(4)가 설치된 구조로 되어 있다.

상기 제1 미러웨이퍼(4)는 실리콘웨이퍼나 고순도 SiC 재질의 웨이퍼로 이루어져 있으며, 이때의 제1 미러웨이퍼(4)는 상기 공정웨이퍼(2)의 크기보다 소정크기만큼 크게 형성되어 공정웨이퍼(2)의 가장자리부분까지 균일하게 반사가 될 수 있도록 한다.

또한, 상기 제1 미러웨이퍼(4)와 공정웨이퍼(2)간에 광학공동(optical cavity)을 형성하여 공정웨이퍼(2)에서 방출되는 열에너지가 연속적으로 재반사, 재흡수가 이루어지도록 하는데, 이때 상기 광학공동에서 반사가 보다 효과적으로 이루어지도록 하기 위하여 본 실시예에서는 상기 공정웨이퍼(2) 상면에 대향하는 제1 미러웨이퍼(4)의 표면에 텅스텐, 코발트, 탄탈륨등의 고반사 재질로 이루어진 반사막(5)이 증착되도록 한 구조로 되어 있다.

상기에서 제시한 텅스텐, 코발트 및 탄탈륨과 같은 반사막(5)은 고온에서 견딜수 있으며, 반사효율이 양호한 특성을 가진다.

상기 반사로(1)의 상부에는 어떤 일정한 파장에서 방출되는 빛의 세기를 온도로 환산하여 석영반응로(8)내의 웨이퍼 온도를 측정하는 파이로메타(PYRO-METER)(6)가 장착되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용상태를 설명하면 다음과 같다.

상기 공정웨이퍼(2)가 수납된 석영반응로(8)내에 공정가스가 주입되고, 그의 외벽면에 설치된 할로겐램프(3)가 빛에너지를 방출하면, 상측 램프배열에서 방출된 빛은 제1 미러웨이퍼(4)를 가열하게 되고, 이어서 재차 상기 제1 미러웨이퍼(4)가 방출하는 열에너지가 공정웨이퍼(2)에 입사하여 가열하게 되며, 하측 램프배열에서 방출된 빛은 공정웨이퍼(2)면에 입사하여 가열하게 된다.

이때, 제1 미러웨이퍼(4)의 표면은 반사효율이 양호한 재질의 반사막(5)으로 증착되어 있고, 상기 반사막(5)과 공정웨이퍼(2)와의 사이에 광학 공동이 형성되어 있으므로 공정웨이퍼(2)에서 방출되는 열에너지의 재반사, 재흡수가 연속적으로 일어난다. 이때는 공정웨이퍼(2) 표면의 실제 방사특성과는 상관없이 웨이퍼 표면의 방사특성이 1에 근접하게 되는 백 바디 캐버티(back body cavity) 효과가 나타나 공정웨이퍼 표면의 패턴에 의해 발생하는 패턴 불균일성을 방지하게 된다.

또한, 상기 제1 미러웨이퍼(4)가 공정웨이퍼(2)의 크기보다 크게 형성되어 있으므로 공정웨이퍼(2) 전면에 걸쳐 균일한 반사도를 제공할 수 있게 되는 것이다.

상기 파이로메타(6)는 패턴이 없는 일정한 표면 및 박막두께를 가지는 미러웨이퍼(4)의 뒷면을 측정하므로 공정웨이퍼상의 뒷면 박막상태와 무관하게 안정되고 재현성이 높은 온도측정이 가능하다.

본 발명의 다른 실시예를 도3에 도시하였다.

도면에 도시한 바와 같이 본 실시예에서는 공정웨이퍼(2)의 하면에 소정간격을 두고 제2 미러웨이퍼(7)를 설치한 구조로 되어 있으며, 이는 공정웨이퍼(2) 상에 형성된 패턴의 균일도를 보다 효과적으로 보호하기 위함이다.

즉, 상기 공정웨이퍼(2)의 하부에도 광학공동이 형성되어 있으므로 석영반응로(8) 하측의 램프(3)가 제공하는 빛을 제2 미러웨이퍼가 흡수하되, 방사 커플링(radiation coupling)에 의하여 공정웨이퍼를 가열하게 된다. 이때에는 공정웨이퍼의 아래, 윗쪽 모두 연속적인 반사가 이루어지게 되므로써 패턴에 의한 온도 불균일을 더욱 완벽하게 제거할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 공정웨이퍼로부터 방출된 방출에너지가 미러웨이퍼와 공정웨이퍼 사이에 형성된 광학공동에서 방사커플링이 연속적으로 이루어지도록 하므로써 공정웨이퍼 상의 패턴상태와 관계없이 웨이퍼 전면에 걸쳐 온도를 균일하게 유지할 수 있으므로 생산수율을 향상시킬 수 있으며, 파이로 메타는 패턴이 없는 일정한 박막두께를 가지는 미러웨이퍼의 뒷면을 감지하므로써 공정웨이퍼상의 뒷면 박막상태와는 무관하게 안정되고 재현성이 있는 온도측정이 가능한 효과를 가진다.

Claims (5)

1. 반도체 소자 제조용 열처리장치에 있어서, 반응로의 내벽과 그에 수납된 웨이퍼의 전면 사이에 설치되며, 상기 웨이퍼로부터 방사되는 빛에너지를 연속적으로 재반사 및 재흡수시켜 공정웨이퍼 상의 온도분포가 균일하게 되도록 하기 위한 반사면을 가지는 소정크기의 광학공동형성수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 열처리 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 광학공동형성수단은 SiC나 실리콘 중 어느하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 열처리장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 광학공동형성수단의 반사면은 텅스텐, 코발트, 탄탈륨중 어느 하나의 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 열처리장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼의 후면으로부터 소정간격을 두고 설치된 제2 광학공동형성수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조용 열처리장치.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 광학공동 형성수단의 반사면 반대면으로부터 방사되는 빛을 측정하여 공정웨이퍼의 온도를 측정하기 위한 파이로메타를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 열처리장치.