KR100249391B1 - 가열장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 웨이퍼에 열공정을 진행시키기 위한 가열장치에 관한 것으로, 상면에 여러 방향으로 다 수개의 골이 형성된 웨이퍼안착부가 설치되고 열선에 감싸인 피가열체가 다 수개 내장되어 상기 각각의 피가열체로부터 발생되는 열이 상기 웨이퍼안착부로 전달되는 몸체와, 웨이퍼안착부에 연결되어 다 수개의 골을 따라 흐르도록 공정가스를 공급하기 위한 가스라인과, 각각의 열선에 연결된 전원공급부와, 다 수개의 피가열체에 각각 연결되어 각각의 온도가 조절되는 온도체크용 콘트롤러부를 구비한 것이 특징이다.
따라서, 본 발명의 장치에서는 피가열체를 다수개 설치하고 각각의 피가열체에 대응된 개수의 온도체크용 콘트롤러를 설치함으로써, 웨이퍼안착부의 각 부위별로 온도를 콘트롤할 수 있으므로 웨이퍼에 균일한 열공정을 진행시킬 수 있는 효과가 있고, 또한, 별도의 웨이퍼를 고정시키기 위한 클램프링이 필요하지 않아 접촉에 의한 파티클을 최소화할 수 있다.

Description

가열장치
본 발명은 PVD (Physical Vapor Deposition)공정을 수행시키기 위한 공정챔버(process chamber) 내에서 웨이퍼(wafer)가 적정온도로 열공정을 진행되도록 하기 위한 가열장치에 관한 것으로, 특히, 웨이퍼에 균일한 열을 공급시키기에 적당한 가열장치에 관한 것이다.
반도체장치(semiconductor device) 제조공정은 웨이퍼를 가열시키어 반응시키도록 하는 화산공정 및 증착공정 등의 다 수의 열공정이 수반된다.
그리고 이러한 열공정에 사용되는 가열장치는 PVD 등의 공정을 수행하는 공정챔버 내부에 설치되며, 열선 등의 가열수단을 이용하여 전기에너지를 열에너지로 전환함으로써 웨이퍼에 열을 전달시킨다.
도 1은 종래기술에 따른 가열장치의 평면도이고, 도 2는 도 1을 A-A'선으로 자른 단면도이다.
종래의 가열장치는 도 1 및 도 2와 같이, 몸체(100)와, 벨로우즈(bellows)와, 전원공급부(103)와, 가스라인(gas line)(108)과, 온도체크용 콘트롤러(101)와, 클램프링(clamp ring)(112)으로 구성된다.
상기에서, 몸체(100)는 상면에 웨이퍼안착부(102)가 설치되고 열선(104)에 감싸인 피가열체(106)가 내장되어 피가열체(106)로 부터 발생되는 열이 웨이퍼안착부(102)로 전달되도록 한다. 그리고 벨로우즈(116)는 몸체(100)를 상하로 구동시키기 위한 것으로, 웨이퍼안착부(102)가 적정 위치까지 상승 구동되도록 한다.
그리고 전원공급부(103)은 열선(104)에 전기적으로 연결되어 전원을 온/오프(on/off)시킴에 따라 열선(104)에 전원을 공급/차단한다.
가스라인(108)은 웨이퍼안착부(102)에 연결설치되어 웨이퍼 뒷면에 가스를 공급한다. 그리고 온도체크용 콘트롤러(101)는 웨이퍼안착부(102)에 연결설치되어 온도를 제어하기 위한 것이다. 또한, 클램프링(112)은 웨이퍼(110)를 고정시킨다.
이와같이 구성된 종래의 가열장치는 도면에 도시되어 있지 않지만, 열공정이 진행되는 공정챔버의 하부에 장착되는 데, 이 공정챔버는 상부 일측에 가스공급관이 설치되고, 하부 일측에 배기관이 설치된다.
따라서, 가스공급관으로부터 공정가스가 공정챔버 내부로 공급되면서 종래의 가열장치에 의해 가열된 웨이퍼 상에 증착 또는 확산 등의 열공정이 진행된다. 이후, 공정부산물은 배기관을 통해 외부로 배기된다. 이 때, 열공정이 진행되는 동안 공정챔버 내부는 3 ∼ 8mTorr 정도의 압력이 유지된다.
그리고 종래의 가열장치를 이용하여 웨이퍼가 가열되는 과정을 살펴보면, 우선 전원공급부(103)의 전원이 "온" 됨에 따라 전원과 연결된 열선(104)이 가열되면서 발생된 열이 피가열체(106)로 전달된다.
이 때, 피가열체(106)는 세라믹(ceramic)재질로 웨이퍼안착부(102) 하부에 일체형으로 형성되며, 그 외곽을 열선(104)이 나선형 형태로 감싸고 있다.
다음에, 피가열체(106)에서 발생되는 열은 웨이퍼안착부(102)를 예열시키며, 이 때, 웨이퍼안착부(102)는 온도체크용 콘트롤러(101)에 의해 열공정이 진행될 적정온도로 콘트롤된다.
이어서, 웨이퍼안착부(102)가 적정온도로 예열되면, 웨이퍼안착부(102) 상에 로봇암(rebot arm) 등의 운반수단을 이용하여 웨이퍼(110)가 안착된다. 그리고 몸체(100)와 연결설치된 벨로우즈(bellows)를 이용하여 웨이퍼안착부(102)가 적정 위치까지 상승 구동되도록 한다.
다음에, 가스라인(108)을 통해 가스가 웨이퍼(110)의 소자가 형성되지 않은 뒷면에 공급되도록 한다. 이 때, 가스라인(108)은 웨이퍼안착부(102)에 관통되어 형성되되, 웨이퍼안착부(102)에 형성된 홀(118)과 연결설치되어 상기 홀(118)을 통해 웨이퍼 중심 부분으로부터 가장자리 부분으로 가스가 공급되도록 한다.
도 1에서 점선은 피가열체(106)를 가시적으로 도시한 것이다.
여기에서, 가스라인(108)으로부터 공급되는 가스는 공정챔버에 형성된 가스공급관으로부터 공급되는 공정가스와 동일한 것으로, 피가열체(106)와 함께 웨이퍼(110) 뒷면을 가열시키는 역할을 하며, 또한, 공정챔버의 상방향으로 퍼져 가스공급관으로부터 공급되는 공정가스와 함께 웨이퍼(110) 상에 확산 또는 중착 등의 열공정이 진행되도록 돕는다. 이 때, 가스라인(108) 및 공정챔버에 형성된 가스공급관으로부터 공급되는 가스는 불활성가스인 아르곤이 사용된다.
그리고, 가스라인(108)으로부터 공급되는 가스는 일정 압력을 유지하면서 웨이퍼의 뒷면과 접촉된다. 따라서, 열공정이 진행되는 동안, 웨이퍼(110)가 공급되는 가스의 압력에 의해 웨이퍼안착부(102)의 상면 가장자리를 클램핑함으로써 웨이퍼(110)를 웨이퍼안착부(102)에 고정시킨다.
그러나, 종래의 가열장치는 웨이퍼안착부를 가열시키는 일체형의 피가열체에 한 개의 온도체크용 콘트롤러가 설치되었기 때문에, 이러한 피가열체에 감겨져 있는 열선이 부분적으로 기능이 약해지거나 파손될 경우, 웨이퍼안착부는 그 중심부분과 가장자리부분 등의 위치별 온도 콘트롤이 불가능하여 온도 차이가 발생된다.
따라서, 온도감자용 콘트롤러가 이러한 위치별 온도차이를 콘트롤하지 못한 상태에서 열공정을 계속 진행시킴에 따라 결과적으로 웨이퍼가 불균일한 온도분포를 갖게되는 문제점이 있었다.
또한, 웨이퍼 가장자리를 고정시키는 클램프링이 웨이퍼와의 접촉부위에서 파티클로 작용하여 장비가 오염되었다.
상기의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 열공정 진행 시 웨이퍼에 균일한 열전달이 가능하도록 한 가열장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
그리고 본 발명은 열공정 진행 시 발생되는 파티클을 최소화하는 가열장치를 제공하는데 다른목적이 있다.
따라서, 상기의 목적들을 달성하고자 본 발명의 가열장치는 상면에 여러방향으로 다 수개의 골이 형성된 웨이퍼안착부가 설치되고 열선에 감싸인 피가열체가 다 수개 내장되어 상기 각각의 피가열체로부터 발생되는 열이 상기 웨이퍼안착부로 전달되는 몸체와, 웨이퍼안착부에 연결설치되어 다 수개의 골을 따라 흐르도록 공정가스를 공급하기 위한 가스라인과, 각각의 열선에 연결된 전원공급부와, 다 수개의 피가열체에 각각 연결되어 각각의 온도가 조절되는 다 수개의 온도체크용 콘트롤러를 구비한 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하겠다.
도 1은 종래 기술에 따른 가열장치의 평면도이고,
도 2는 종래의 가열장치인 도 1을 A-A'선으로 자른 단면도이고,
도 3은 본 발명에 따른 가열장치의 평면도이고,
도 4는 본 발명의 가열장치인 도 3의 C부분의 부분확대이고,
도 5는 본 발명의 가열장치인 도 3을 B-B'선으로 자른 단면도이고,
도 6는 본 발명의 가열장치의 평면도로, 각각의 피가열체가 위치별로 고르게 분포됨을 보이기 위한 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100, 200. 몸체 102, 202. 웨이퍼안착부
104, 204. 열선 106, 206. 피가열체
108, 208. 가스라인 110, 210. 웨이퍼
112. 클램프링 116, 216. 벨로우즈
118, 218. 흘 220. 골
도 3은 본 발명에 따른 가열장치의 평면도이고, 도 4는 도 3의 c 부분의 부분확대도로, 웨이퍼안착부(202)에 형성된 다 수의 골을 보인 도면이고, 도 5는 도 3을 B-B'선으로 자른 단면도이다.
그리고 도 6은 본발명의 가열장치의 평면도로, 도면번호 206인 피가열체가 웨이퍼안착부(202)의 위치별로 고르게 분포됨을 보이기 위한 도면이다.
본 발명의 가열장치는 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명하면, 몸체(200)와 벨로우즈(216)와, 가스라인(208)와, 전원공급부(203)와, 온도체크용 콘트롤러부(201)로 구성된다.
상기에서 몸체(200)는 상면에 여러방향으로 다 수개의 골(220)이 형성된 웨이퍼안착부(202)가 설치되고 각각의 열선(204)에 감싸인 피가열체(206)가 다 수개 내장되어 피가열체(206)로부터 발생되는 열이 웨이퍼안착부(202)로 전달되도록 한다. 벨로우즈(216)는 몸체(200)를 상하로 구동시키기 위한 것으로, 웨이퍼안착부(202)가 적정 위치까지 상승 구동되도록 한다.
그리고 가스라인(208)은 웨이퍼안착부(202)에 연결설치되어 다 수개의 골(220)을 따라 흐르도록 가스를 공급한다.
또한, 전원공급부(203)는 각각의 열선(204)에 연결되어 전원을 온/오프시킴에 따라 열선(204)에 전원이 공급/차단되도록 한다.
그리고, 온도체크용 콘트롤러부(201)는 다 수개의 피가열체(206)에 전기적으로 연결되어 피가열체(206)의 각각의 온도가 조정되는 온도체크용 콘트롤러가 다 수개 설치된다.
이와같은 구성을 갖는 본 발명의 가열장치는 공정챔버 하부에 설치되며, 웨이퍼를 가열시키어 열공정이 진행되도록 돕는다. 이때, 열공정이 진행되는 동안 공정챔버 내부는 3 - 8 mTorr 정도의 압력이 유지된다.
우선, 본 발명의 가열장치를 통해 웨이퍼가 가열되는 과정을 살펴보면, 전원공급부(203)의 전원이 "온" 됨에 따라 전원과 연결된 각각의 열선(204)이 가열되면서 발생된 열이 다 수개의 피가열체(206)로 전달된다.
이 때, 피가열체(206)는 도 5 및 도 6과 같이, 웨이퍼안착부(202)의 중심부분과 가장자리 부분과 대응 되는 부분에서 균일한 분포를 갖도록 다 수개의 존(zone)을 이루어 설치되며, 각각의 피가열체(206)의 외곽을 나선형 형태로 각각의 열선(204)이 감싸고 있다.
그리고 도 5에서 보듯이, 각각의 열선(204)은 전원공급부(203)와 전기적으로 연결되어 전원의 온/오프가 제어되며, 또한, 다 수개의 피가열체(206)는 1:1로 전기적으로 연결된 온도체크용 콘트롤러에 의해 콘트롤되어 적정온도가 유지되며, 각각의 온도체크용 콘트롤러는 온도체크용 콘트롤러부(201)에서 제어된다.
다음에, 다 수개의 피가열체(206)에서 발생되는 열은 웨이퍼안착부(202)의 전부위를 균일하게 예열시킨다. 여기에서, 피가열체(206)의 재질로는 세라믹이 이용된다.
이어서, 웨이퍼안착부(202)가 적정온도로 예열되면, 웨이퍼안착부(202) 상에 로봇암 등의 운반수단을 이용하여 웨이퍼(210)가 안착된다.
다음에, 웨이퍼안착부(202)가 몸체(202)에 연결설치된 벨로우즈(216)를 이용하여 적정위치까지 상승 구동되면, 가스라인(208)을 통해 가스가 웨이퍼(210)의 소자가 형성되지 않은 뒷면에 공급된다. 이 때, 웨이퍼안착부(202)는 표면에 가스라인(208)과 연결설치된 홀(218)을 갖으며, 홀(218)의 주변에는 여러 방향의 다 수개의 골(220)이 형성된다.
여기에서, 가스라인(208) 및 공정챔버에 형성된 가스공급관으로부터 공급되는 가스는 동일한 것으로, 열공정이 진행되도록 하는 소오스원이다.
즉, 가스라인(208)으로부터 공급되는 가스는 피가열체(206)와 함께 웨이퍼(210) 뒷면을 가열시키는 역할을 하며, 또한, 공정챔버 상방향으로 퍼져 가스공급관으로부터 공급되는 공정가스와 함께 웨이퍼(210) 상에 확산 또는 증착 등의 열공정이 진행되도록 돕는다. 이 때, 가스라인(208) 및 공정챔버에 형성된 가스공급관으로부터 공급되는 가스로는 불활성가스인 아르곤이 사용된다.
가스라인(208)을 통해 공급되는 가스가 웨이퍼를 가열시키는 과저을 살펴보면, 먼저 가스라인(208)을 통해 일정압력으로 공급되는 가스는 웨이퍼안착부(202)의 홀(218)을 통해 몸체(200) 밖으로 나온다. 그런 후, 가스는 다 수개의 골(220)을 따라 사방으로 흐르면서 웨이퍼 뒷면을 가열시킨다. 이 때, 다 수개의 골(220)은 웨이퍼안착부(202)의 표면으로부터 1 mm 정도의 깊이로 오목하게 형성되며, 웨이퍼안착부(202)에 방사형 형태로 형성된다.
상기에서, 가스가 웨이퍼안착부(202)와 웨이퍼(210) 사이의 측방향으로 퍼지면서 웨이퍼에 미치는 압력이 분압되므로, 웨이퍼(210)가 웨이퍼안착부(202)로부터 이탈될 우려가 없다.
따라서, 클램프링 등의 별도의 웨이퍼(210)를 고정시키기 위한 도구가 필요하지 않으며, 또한, 가스가 몸체 밖으로 공급되면서 분압되기 때문에 가스라인(208)을 통한 다량의 가스 공급이 가능하여 공정챔버에 별도의 공정가스를 공급하기 위한 가스공급관이 필요하지 않는다.
상술한 바와같이, 본발명의 가열장치는 웨이퍼안착부에 가스라인과 연결설치된 홀을 갖으며, 이홀의 주변에는 여러 방향의 다 수개의 골이 형성되므로 가스라인을 통해 공급되는 가스에 의한 압력이 분압됨에 따라, 별도의 클램프링이 없어도 웨이퍼안착부로부터 웨이퍼가 이탈되지 않는 효과가 있다.
또한, 웨이퍼안착부의 전 표면에 대응되게 다수 개의 피가열체를 균일한 분포로 설치하고 각각의 피가열체에 대응된 개수의 온도체크용 콘트롤러를 설치함으로써 웨이퍼안착부의 각 부위별로 온도콘트롤이 가능함에 따라 웨이퍼에 균일한 열공정을 진행시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 웨이퍼에 열공정을 진행시키기 위한 가열장치에 있어서,
    상면에 여러방향으로 다 수개의 골이 형성된 웨이퍼안착부가 설치되고 열선에 감싸인 다수 개의 피가열체가 내장되어 상기 각각의 피가열체로부터 발생되는 열이 상기 웨이퍼안착부로 전달되는 몸체와,
    상기 웨이퍼안착부에 연결설치되어 상기 다 수개의 골을 따라 흐르도록 가스를 공급하기 위한 가스라인과,
    상기 각각의 열선과 연결된 전원공급부와,
    상기 다 수개의 피가열체에 각각 연결되어 각각의 온도가 콘트롤되는 온도체크용 콘트롤러부를 포함한 가열장치.
  2. 청구항 1에 있어서 상기 피가열체는 상기 웨이퍼안착부의 전 표면에 대응되도록 균일한 분포를 이루는 가열장치.
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