KR100425031B1

KR100425031B1 - 웨이퍼 피데스탈 히터

Info

Publication number: KR100425031B1
Application number: KR10-2001-0081664A
Authority: KR
Inventors: 박경웅; 최정환; 오상영
Original assignee: 주성엔지니어링(주)
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2004-03-30
Also published as: KR20030050942A

Abstract

본 발명에 따른 웨이퍼 피데스탈 히터는; 평평한 윗면을 가지며 상기 윗면에 웨이퍼가 올려 놓여지는 금속재질의 몰딩 히터본체(30); 히터본체(30) 내에 설치되는 히터선; 및 히터본체(30)의 윗면과 밀착되어 히터본체(30)의 윗면을 덮는 흑연재질의 커버(60); 를 포함하는 것을 특징으로 한다. 히터본체(30)의 윗면과 밀착되는 부분은 커버(60)의 가운데 부분이고, 커버(60)의 가장자리 부분은 히터본체(30)의 측면을 덮도록 설치되는 것이 좋다. 이때, 커버(60)의 가장자리 부분과 히터본체(30)의 측면은 소정간격 이격되는 것이 좋다. 본 발명에 의하면, 증착물질과 좋은 접착성을 갖는 흑연재질의 커버(60)로 히터본체(30)를 덮음으로써 벗겨짐 현상을 줄일 수 있게 된다. 커버(60)는 플라즈마 인시튜 클리닝 시에 히터본체(30)가 직접적으로 손상을 받는 것을 막아주는 역할도 한다. 종래와 같이 히터본체(30) 표면을 코팅하거나 양극화처리 하여 보호막을 형성하는 경우에 비하여 커버(60)를 사용하는 경우는 탈착이 용이하기 때문에 커버(60)만을 분리하여 손쉽게 습식 클리닝(wet cleaning)할 수 있다.

Description

웨이퍼 피데스탈 히터{Wafer pedestal heater}

본 발명은 웨이퍼 피데스탈 히터(wafer pedestal heater)에 관한 것으로서, 특히, 히터 표면이 손상을 입거나 또는 히터 표면에 원하지 않게 박막이 두껍게 형성되는 것을 방지할 수 있는 웨이퍼 피데스탈 히터에 관한 것이다.

반도체소자 제조과정에서 웨이퍼 온도를 올려야 하는 경우가 대부분이다. 이를 위해 웨이퍼가 올려 놓여지는 피데스탈 내부에 히터선을 내장시켜 피데스탈과 히터를 겸용하게 하고 있다.

도 1은 종래의 웨이퍼 피데스탈 히터를 설명하기 위한 개략도이다. 도 1을 참조하면, 반응챔버(10)의 내부공간에 설치되는 피데스탈 히터는 알루미늄(Al)이나 인코넬 합금(inconel alloy) 등의 금속재질로 이루어진 몰딩 히터본체(30)와 히터본체(30) 내에 내장된 히터선(미도시)을 포함하여 이루어진다.

웨이퍼(미도시)는 히터본체(30)의 평평한 윗면에 수평하게 올려 놓여진다. 히터본체(30)는 지지축(40)에 의해 지지되며 지지축(40)은 반응챔버(10)의 저면을 뚫고 외부로 나오며 상하이송이 가능하도록 설치된다. 반응챔버(10) 바깥으로 나온 지지축(40)은 벨로우즈(20)에 의해 둘러싸여지며 벨로우즈(20)의 끝단에는 다른 부재와의 연결을 위한 플랜지(25)가 설치된다. 히터본체(30)의 소정 부분은 웨이퍼 핀(50)이 수직하게 관통하도록 설치되는데, 웨이퍼 핀(50)은 상하이송이 가능하며 웨이퍼의 탈착을 돕는다.

피데스탈 히터로는 주로 몰딩히터(molding heater)가 사용되는데 이는 조립히터에 비하여 단순하고 장착이 편리하다는 장점을 가지나, 히터본체(30)의 표면 및 재질이 손상을 입을 경우 복구하기가 힘들다는 단점이 있다.

Ru과 같은 금속 계열의 물질을 웨이퍼에 성막하는 과정에서 웨이퍼에 의해 가려지지 않는 히터본체(30)의 소정 부분에 막이 두껍게 형성되기 쉬운데 이 경우박막 자체의 스트레스 등에 의해 박막이 벗겨지는 벗겨짐(peeling, lifting) 현상이 발생하게 된다. 히터본체(30)가 알루미늄으로 이루어지는 경우 대략 50매 정도의 웨이퍼가 공정을 거치게 되면 히터본체(30) 표면의 클리닝이 요구된다. 히터본체(30) 표면의 손상없이 클리닝을 하기란 그리 쉬운 일이 아니다.

상술한 바와 같이 종래의 웨이퍼 피데스탈 히터는 히터본체(30) 표면에 원하지 않게 박막이 많이 증착된다. 이렇게 증착된 박막은 두꺼워지면 나중에 벗겨져 나오기 때문에 이 부분이 파티클 발생소스로 작용하게 된다. 또한, 박막이 불균일하게 형성되기 때문에 히터본체(30)를 통한 열발산이 불균일하게 이루어지게 되어 반응챔버(10) 내부의 온도변화 원인이 된다.

따라서, 주기적인 클리닝이 요구되며 이에 따라 시스템을 자주 다운시켜야 한다. 이 때, 히터본체(30)의 재질이 연한 금속이기 때문에 클리닝 시에 물리적 손상, 예컨대 스크래치(scratch)에 의한 웨이퍼와의 접촉면 손상 등이 생길 가능성이 크다. 이러한 현상이 심하게 발생하면 약 500℃ 이상의 고온 공정 시에는 히터본체(30)와 접하는 웨이퍼 뒷면에도 직접적인 오염이 발생하게 된다.

인-시튜 클리닝(in-situ cleaning)을 할 경우에도 독성 가스(toxic gas)에 의한 히터본체(30)의 화학적 손상 및 이 때 생긴 부산물에 의한 반응챔버(10) 내부의 오염 문제가 발생한다. 인-시튜 클리닝은 Cl2와 O2가 혼합된 플라즈마를 이용하는 경우가 많은데 이 때, Cl2 성분에 의해 인코넬 합금이나 알루미늄이 화학적 손상을 잘 입는다.

또한, 히터본체(30) 표면이 노출되므로 가열 시에 히터본체(30)를 이루는 금속에 의한 오염도 상당히 나타난다.

히터본체(30) 표면을 보호하기 위하여 본체(30) 표면을 AlN로 코팅하거나 양극화(anodizing)처리 하여 보호막을 형성하는 경우가 있으나, 이는 벗겨짐 현상이 자주 나타나는 것까지 방지하는 것은 아니기 때문에 클리닝을 자주 해야하는 것은 여전하다. 몰딩히터의 경우 클리닝 과정 등에서 보호막이 손상을 입으면 몰딩히터를 전체적으로 분리해서 수리하는 번거로움이 생긴다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 벗겨짐 현상을 최소화하여 이에 따른 클리닝 주기를 단축함과 아울러 클리닝을 용이하게 할 수 있으며, 또한 히터본체 표면으로부터의 금속오염(metal contamination)을 억제할 수 있으며, 클리닝 시 히터본체 표면의 손상을 방지할 수 있는 웨이퍼 피데스탈 히터를 제공하는 데 있다.

도 1은 종래의 웨이퍼 피데스탈 히터를 설명하기 위한 개략도;

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 피데스탈 히터를 설명하기 위한 개략도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 참조번호의 설명 >

10: 반응챔버 20: 벨로우즈

25: 플랜지 30: 히터본체

40: 지지축 50: 웨이퍼 핀

60: 커버

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 피데스탈 히터는; 평평한 윗면을 가지며 상기 윗면에 웨이퍼가 올려 놓여지는 금속재질의 몰딩 히터본체; 상기 히터본체 내에 설치되는 히터선; 및 가운데 부분은 자체의 무게에 의하여 상기 히터본체의 윗면에 밀착되고 가장자리 부분은 밑방향으로 절곡되어, 상기 히터본체의 윗면과 측면을 덮되, 상기 커버의 가장자리 부분과 상기 히터본체의 측면 사이에 틈을 가지는 흑연재질의 커버; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 피데스탈 히터를 설명하기 위한 개략도이다. 도면에 있어서, 도 1과 동일한 참조번호는 동일 기능을 수행하는 구성요소를 나타내며 반복적인 설명은 생략한다.

도 2를 참조하면, 흑연재질의 커버(60)가 모자 형태로 히터본체(30)를 덮도록 설치된다. 커버(60)의 가운데 부분은 자체의 무게에 의하여 히터본체(30)의 평평한 윗면과 밀착되고 가장자리 부분은 밑방향으로 절곡되어 히터본체(30)의 측면을 덮도록 설치된다. 히터본체(30)의 열팽창을 고려하여 커버(60)의 가장자리 부분과 히터본체(30)의 측면은 소정간격 이격시킨다.

커버(60)는 히터본체(30)에서 발산되는 열을 웨이퍼 쪽으로 잘 전도시켜야 하므로 커버(60)의 재질로는 열전도가 우수한 물질을 사용해야 한다. 그리고, 증착막의 벗겨짐 현상(peeling off)이 잘 일어나지 않도록 증착물질과 좋은 접착성(adhesion)을 갖는 물질을 사용하는 것이 좋다. 또한 인시튜 플라즈마 클리닝을 고려하여 플라즈마 성분에 대한 내성이 강한 물질을 사용하는 것이 좋다. 이러한 특성들을 잘 만족시키는 것이 흑연(graphite)이다.

실제로 Ru 증착공정의 경우 흑연재질의 커버(60)를 사용하면 벗겨짐 주기가 웨이퍼 500장 정도 되며, 벗겨짐 양도 훨씬 감소하는 경향이 나타난다. 그리고, 커버(60) 표면을 클리닝하고자 할 경우에도 커버(60)만 살짝 벗겨내면 되므로 장비점검(maintenance)이 용이하다. 특히, 금속재질의 히터본체(30)에 직접 코팅하기 어려운 SiO2, SiC, AlF, 다결정 실리콘, 또는 AlN로 커버(60) 표면을 코팅하면 더 좋은 효과가 나타난다.

종래에는 클리닝 시에 히터본체(30)가 손상되는 것을 방지하기 위하여 히터본체(30) 표면을 AlN로 코팅하거나 양극화(anodizing)처리에 하여 보호막을 형성시켰다. 그러나, 이러한 방법을 사용할 경우에는 히터본체(30)와 코팅물질 사이의 열팽창계수 차이에 의하여 보호막이 열응력(thermal stress)을 직접적으로 받아 히터의 유지 보수가 자주 이루어져야 한다는 문제가 생긴다. 이는 결국 히터자체의 열화(degradation)를 가져오게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 증착물질과 좋은 접착성을 갖는 흑연재질의 커버(60)로 히터본체(30)를 덮음으로써 증착막의 벗겨짐 현상을 줄일 수 있게 된다. 커버(60)는 플라즈마 인시튜 클리닝 시에 히터본체(30)가 직접적으로 손상을 받는 것을 막아주는 역할도 한다. 종래와 같이 히터본체(30) 표면을 코팅하거나 양극화처리 하여 보호막을 형성하는 경우에 비하여 커버(60)를 사용하는 경우는 탈착이 용이하기 때문에 커버(60)만을 분리하여 손쉽게 습식 클리닝(wet cleaning)할수 있다. 또한, 커버(60)에 의해 히터본체(30) 표면이 노출되지 않으므로 히터본체(30)를 이루는 금속에 의한 오염도 상당히 방지할 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.

Claims

평평한 윗면을 가지며 상기 윗면에 웨이퍼가 올려 놓여지는 금속재질의 몰딩 히터본체;

상기 히터본체 내에 설치되는 히터선; 및

가운데 부분은 자체의 무게에 의하여 상기 히터본체의 윗면에 밀착되고 가장자리 부분은 밑방향으로 절곡되어, 상기 히터본체의 윗면과 측면을 덮되, 상기 커버의 가장자리 부분과 상기 히터본체의 측면 사이에 틈을 가지는 흑연재질의 커버; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 피데스탈 히터.
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제1항에 있어서, 상기 히터본체의 재질이 인코넬 합금 또는 알루미늄인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 피데스탈 히터.
제1항에 있어서, 상기 커버의 표면에 SiO2, SiC, AlF, 다결정 실리콘, 또는 AlN 재질의 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 피데스탈 히터.