KR100448294B1 - Molding heater for use at high temperature - Google Patents
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Abstract
본 발명은 몰리브덴, 텅스텐, 및 백금으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어진 히터와, 상기 히터가 내장되는 히터몸체와, 상기 히터몸체 내에 설치되며 상기 히터의 하부 및 측면을 둘러싸는 절연단열부와, 상기 히터몸체 상에 설치되고 그 위에 웨이퍼가 안착되어지는 서셉터와, 외부에 노출되는 상기 히터몸체를 둘러싸는 히터실드를 구비하는 것을 특징으로 하는 몰딩 히터를 제공한다. 본 발명에 따른 몰딩 히터는 상기 히터몸체가 몰리브덴, 텅스텐, 및 백금으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나에 의하여 용접되며, 상기 절연단열부가 질화붕소(BN)로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 상기 히터는 상기 히터몸체에 의해 둘러싸여 있기 때문에 외부에 노출되지 않아, 종래의 조립형 히터에서 발생하는 기체입자의 유입이 없게 된다. 따라서, 장비의 가동율을 저하시키는 아크의 발생이 없이, 600℃ ~1200℃ 범위의 고온까지 온도를 올릴 수 있다.The present invention comprises a heater comprising at least one selected from the group consisting of molybdenum, tungsten, and platinum, a heater body in which the heater is built, and an insulation insulation installed in the heater body and surrounding the lower and side surfaces of the heater. And a susceptor installed on the heater body and having a wafer seated thereon, and a heater shield surrounding the heater body exposed to the outside. The molding heater according to the present invention is characterized in that the heater body is welded by at least one selected from the group consisting of molybdenum, tungsten, and platinum, and the insulating insulation part is made of boron nitride (BN). According to the present invention, the heater is not exposed to the outside because it is surrounded by the heater body, there is no inflow of gas particles generated in the conventional assembled heater. Thus, it is possible to raise the temperature to a high temperature in the range of 600 ° C. to 1200 ° C. without generating an arc that lowers the operation rate of the equipment.
Description
본 발명은 몰딩 히터(molding heater)에 관한 것으로서 특히, 약 600℃ 이상으로 반도체 웨이퍼를 가열할 수 있는 고온용 몰딩 히터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to molding heaters and, more particularly, to high temperature molding heaters capable of heating semiconductor wafers to about 600 ° C. or more.
일반적으로, 반도체 소자를 제조하는 과정에서는 반도체 웨이퍼를 가열하는 공정이 수반된다. 약 600℃ 이상으로 웨이퍼를 가열시키고자 할 때에는 열에 의한 그 변형을 최소하기 위하여 조립형 히터를 사용하고 있다. 그러나, 이러한 조립형 히터는 그 내부로의 기체 입자의 유입에 의해 발생하는 아크(arc)로 인해 히터선이 자주 끊어지는 문제점을 안고 있다. 따라서, 장비의 유지비가 많이 들고 그 가동률이 떨어지게 된다. 뿐만 아니라, 히터를 조립하는 작업자에 따른 온도의 재연성이 확보되지 않는 문제점도 갖고 있다.Generally, the process of manufacturing a semiconductor device involves the process of heating a semiconductor wafer. In order to heat the wafer to about 600 ° C. or more, an assembled heater is used to minimize the deformation caused by heat. However, the assembled heater has a problem that the heater wire is frequently broken due to an arc generated by the inflow of gas particles into the inside of the assembled heater. Therefore, the maintenance cost of the equipment is high, the operation rate is lowered. In addition, there is a problem that the reproducibility of the temperature according to the worker assembling the heater is not secured.
이러한, 조립형 히터와 달리 몰딩 히터는 기체 입자의 유입을 차단할 수 있어 상기의 문제점을 해결할 수는 있지만, 현재까지는 약 600℃ 이하의 저온 공정에서 사용할 수 있는 알루미늄 몰딩 히터만이 사용되고 있을 뿐이다.Unlike the assembled heater, the molding heater can block the inflow of gas particles to solve the above problems, but until now, only aluminum molding heaters that can be used in a low temperature process of about 600 ° C. or less are used.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 약 600℃ 이상으로 반도체 웨이퍼를 가열할 수 있는 고온용 몰딩 히터를 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a high temperature molding heater capable of heating a semiconductor wafer at about 600 ° C or more.
도 1 은 본 발명에 따른 고온용 몰딩 히터가 적용된 반도체소자 제조장치를 설명하기 위한 개략도이다.1 is a schematic diagram illustrating a semiconductor device manufacturing apparatus to which a high temperature molding heater according to the present invention is applied.
< 도면의 주요 부분에 대한 참조번호의 설명 ><Description of Reference Numbers for Main Parts of Drawings>
110: 반응챔버 125: 서셉터110: reaction chamber 125: susceptor
130: 히터 140: 절연단열부130: heater 140: insulation insulation
150: 히터몸체 160: 히터실드150: heater body 160: heater shield
180: 벨로우즈 190: 외부연결단자부180: bellows 190: external connection terminal
200: 전력선 210: 온도감지수단200: power line 210: temperature sensing means
220: 로드락 연결부 240: 웨이퍼 업다운 핀220: load lock connection 240: wafer up-down pin
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 의하면, 본 발명은 몰리브덴, 텅스텐, 및 백금으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어진 히터; 상기 히터가 내장되도록 상기 히터를 둘러싸는 히터몸체; 상기 히터몸체 내에 설치되며 상기 히터의 상부, 하부 및 측면을 둘러싸는 절연단열부; 상기 히터몸체 상에 설치되고, 그 위에 웨이퍼가 안착되어지는 서셉터; 및 외부에 노출되는 상기 히터몸체를 둘러싸는 히터실드;를 구비하는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention for achieving the above technical problem, the present invention comprises a heater comprising at least one selected from the group consisting of molybdenum, tungsten, and platinum; A heater body surrounding the heater to embed the heater; An insulation insulation unit installed in the heater body and surrounding upper, lower and side surfaces of the heater; A susceptor installed on the heater body and having a wafer seated thereon; And a heater shield surrounding the heater body exposed to the outside.
본 발명에 따른 몰딩 히터는 상기 히터몸체가 몰리브덴, 텅스텐, 및 백금으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나에 의하여 용접되는 것을 특징으로 한다.Molding heater according to the invention is characterized in that the heater body is welded by at least one selected from the group consisting of molybdenum, tungsten, and platinum.
본 발명에 따른 몰딩 히터는 상기 절연단열부가 질화붕소(BN)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Molding heater according to the invention is characterized in that the insulating insulation portion is made of boron nitride (BN).
본 발명에 따른 몰딩 히터는 상기 서셉터가 상기 히터몸체와 분리가능하게 설치되는 것을 특징으로 한다.Molding heater according to the invention is characterized in that the susceptor is detachably installed with the heater body.
본 발명에 따른 몰딩 히터는 그 일단이 상기 히터몸체와 연통되는 벨로우즈와, 상기 벨로우즈의 내부를 외부와 차단시키기 위하여 상기 벨로우즈의 타단에 설치되는 외부연결단자부와, 상기 히터몸체의 온도를 감지할 수 있도록 상기 외부연결단자부 및 벨로우즈를 통하여 외부로부터 상기 히터몸체로 삽입되는 온도감지수단과, 상기 히터에 전력을 공급해주기 위해 상기 외부연결단자부 및 벨로우즈를 통하여 외부로부터 상기 히터에 연결되는 전력선을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.Molding heater according to the present invention, one end of the bellows communicated with the heater body, the external connection terminal portion which is installed on the other end of the bellows to block the inside of the bellows, and the temperature of the heater body can be detected And a temperature sensing means inserted into the heater body from the outside through the external connection terminal portion and the bellows, and a power line connected to the heater from the outside through the external connection terminal portion and the bellows to supply electric power to the heater. It is characterized by.
이 때, 상기 벨로우즈는 상기 히터몸체가 수직이동이 가능하도록 수직으로 설치되는 것을 특징으로 한다.At this time, the bellows is characterized in that the heater body is installed vertically to enable vertical movement.
본 발명에 의하면, 상기 히터는 상기 히터몸체에 의해 둘러싸여 있기 때문에 외부에 노출되지 않아, 종래의 조립형 히터에서 발생하는 기체입자의 유입이 없게된다. 따라서, 장비의 가동율을 저하시키는 아크의 발생이 없이, 600℃ ~1200℃ 범위의 고온까지 온도를 올릴 수 있다.According to the present invention, the heater is not exposed to the outside because it is surrounded by the heater body, there is no inflow of gas particles generated in the conventional assembled heater. Thus, it is possible to raise the temperature to a high temperature in the range of 600 ° C. to 1200 ° C. without generating an arc that lowers the operation rate of the equipment.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
도 1 은 본 발명에 따른 고온용 몰딩 히터가 적용된 반도체소자 제조장치를 설명하기 위한 개략도이다. 구체적으로, 반응챔버(110)는 로드락 연결부(220)를 통해 로드락부(미도시)와 연통되며, 상기 로드락 연결부(220)를 통해 상기 로드락부로부터 상기 반응챔버(110)로 반도체 웨이퍼가 이송되어 서셉터(125)상에 안착된다. 상기 반응챔버(110)내의 기체는 진공펌프(미도시)에 의해 챔버 배기관(230)을 통해 외부로 배출된다. 상기 반응챔버(110) 내에는 상기 서셉터(125) 상에 안착된 웨이퍼를 가열시키기 위한 몰딩히터(120)가 구비된다.1 is a schematic diagram illustrating a semiconductor device manufacturing apparatus to which a high temperature molding heater according to the present invention is applied. Specifically, the reaction chamber 110 communicates with a load lock unit (not shown) through the load lock connection unit 220, and the semiconductor wafer is transferred from the load lock unit to the reaction chamber 110 through the load lock connection unit 220. It is transported and seated on the susceptor 125. The gas in the reaction chamber 110 is discharged to the outside through the chamber exhaust pipe 230 by a vacuum pump (not shown). In the reaction chamber 110, a molding heater 120 for heating a wafer seated on the susceptor 125 is provided.
이하에서 본 발명의 특징부인 상기 몰딩히터(120)에 대해서 상세히 설명한다.Hereinafter, the molding heater 120 which is a feature of the present invention will be described in detail.
히터(130)는 히터몸체(150)안에 내장되며, 고온의 주울(joule)열을 발생시킬 수 있는 몰리브덴, 텅스텐, 또는 백금으로 이루어지거나, 또는 이들의 합금으로 이루어진다. 여기서, 상기 히터(130)는 웨이퍼 전면이 균일한 온도를 갖을 수 있도록 외측히터(130a)와 내측히터(130b)로 구성된다.The heater 130 is embedded in the heater body 150 and is made of molybdenum, tungsten, platinum, or an alloy thereof, which may generate high temperature joule heat. Here, the heater 130 is composed of an outer heater 130a and an inner heater 130b so that the entire surface of the wafer can have a uniform temperature.
상기 히터몸체(150)는 상기 히터(130)에서 발생하는 고온의 열에 잘 견딜 수 있도록 그 접합부위를 몰리브덴, 텅스텐, 및 백금으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나로 용접한다.The heater body 150 is welded to at least one selected from the group consisting of molybdenum, tungsten, and platinum so as to withstand the high temperature heat generated by the heater 130.
상기 히터몸체(150) 안에는 상기 히터(130)에서 발생하는 열이 외부로 빠져나가지 못하도록 상부 절연단열부(140a), 측면 절연단열부(140b), 및 하부 절연단열부(140c)로 구성되는 절연단열부(140)가 상기 히터(130)를 둘러싸도록 설치된다. 여기서, 상기 절연단열부(140)는 질화붕소(BN)로 이루어지며, 상기 하부 절연단열부(140c)는 보다 효과적으로 열을 차단할 수 있도록 이중으로 설치한다. 그리고, 상기 상부 절연단열부(140a)는 상기 히터(130)와 상기 히터몸체(150)를 단락(short)시키지 않으면서도 상기 히터(130)에서 발생하는 열이 상기 서셉터(125)로 잘 전달될 수 있도록 가능한 한 얇게 설치한다.Insulating the heater body 150 is composed of an upper insulation insulation portion 140a, a side insulation insulation portion 140b, and a lower insulation insulation portion 140c to prevent heat generated from the heater 130 from escaping to the outside. The heat insulating part 140 is installed to surround the heater 130. Here, the insulation insulation portion 140 is made of boron nitride (BN), the lower insulation insulation portion 140c is installed in a double so as to block the heat more effectively. In addition, the upper insulation insulation portion 140a transfers heat generated from the heater 130 to the susceptor 125 well without shorting the heater 130 and the heater body 150. Install it as thin as possible.
웨이퍼가 안착되어지는 서셉터(125)는 상기 히터(130)에서 발생하는 열을 수용할 수 있도록 상기 히터몸체(150) 상에 놓여진다. 여기서, 상기 히터몸체(150)의 표면세정을 용이하게 할 수 있으며, 또한 상기 서셉터(125)가 RF에 의한 손상을 입은 경우에 쉽게 교체할 수 있도록, 상기 서셉터(125)는 상기 히터몸체(150)와 분리 가능하게 설치된다.The susceptor 125 on which the wafer is seated is placed on the heater body 150 to receive heat generated by the heater 130. In this case, the surface of the heater body 150 may be easily cleaned, and the susceptor 125 may be easily replaced when the susceptor 125 is damaged by RF. 150 and detachably installed.
웨이퍼 업다운 핀(240)은 상기 히터부를 관통하여 설치되며, 실린더(미도시)에 의해 상하운동을 함으로써 웨이퍼를 상기 서셉터(125) 상에 안착시키거나 안착된 웨이퍼를 들어올린다.The wafer up-down fin 240 is installed through the heater, and moves up and down by a cylinder (not shown) to lift or lift the wafer seated on the susceptor 125.
히터실드(160)는 상기 히터몸체(150)의 외부 노출부분을 둘러싸도록 설치된다. 이는 박막증착공정 진행중에 웨이퍼가 아닌 상기 히터몸체(150)에 박막이 증착될 경우, 이들이 나중에 파티클(particle)의 발생원인으로 작용하기 때문에 이를 방지하기 위한 것이다. 여기서, 상기 히터몸체(150)의 아랫면에는 박막이 증착되지않기 때문에 상기 히터실드(160)를 설치할 필요가 없으며, 상기 서셉터(125)가 놓여진 부분도 상기 서셉터(125)가 실드(shield) 역할을 하므로 상기 히터실드(160)를 설치할 필요가 없다.The heater shield 160 is installed to surround the external exposed portion of the heater body 150. This is to prevent the thin film is deposited on the heater body 150 instead of the wafer during the thin film deposition process because they later act as a cause of the generation of particles. In this case, since the thin film is not deposited on the lower surface of the heater body 150, the heater shield 160 does not need to be installed, and the susceptor 125 is shielded even in a portion where the susceptor 125 is placed. It does not need to install the heater shield 160 because it plays a role.
상기 히터몸체(150)의 하부에는 상기 히터몸체(150)와 연통되는 히터단자(170)가 설치되며, 벨로우즈(180)의 일단이 상기 히터단자(170)에 연결된다. 외부연결단자부(190)는 상기 벨로우즈(180)의 내부를 외부와 차단시키기 위하여 상기 벨로우즈(180)의 타단에 설치된다. 상기 연결단자부(190)는 상기 벨로우즈(180)의 타단에 설치된 플랜지를 통해 그와 플랜지 결합을 한다. 이와같이, 상기 벨로우즈(180)가 밀폐되기 때문에 궁극적으로 상기 히터몸체(150)의 내부는 외부로부터 고립된다. 여기서, 상기 벨로우즈(180)는 상기 히터부(160)가 수직이동이 가능하도록 수직으로 설치된다.A heater terminal 170 communicating with the heater body 150 is installed below the heater body 150, and one end of the bellows 180 is connected to the heater terminal 170. The external connection terminal unit 190 is installed at the other end of the bellows 180 to block the inside of the bellows 180 from the outside. The connection terminal 190 is flanged to it through a flange installed on the other end of the bellows 180. As such, since the bellows 180 is sealed, the inside of the heater body 150 is isolated from the outside. Here, the bellows 180 is installed vertically so that the heater 160 can be moved vertically.
온도감지수단(210)은 상기 서셉터(125)와 접하는 상기 히터몸체(150)의 상면의 온도를 감지할 수 있도록 상기 외부연결단자부(190) 및 벨로우즈(180)를 통하여 외부로부터 상기 히터몸체(150)로 삽입된다. 상기 온도감지수단(210)은 고온을 측정해야하기 때문에 열전대(thermocouple)를 사용하며, 상기 히터몸체(150)의 가장자리 및 가운데 부분에 대한 온도를 측정할 수 있도록 외측 온도감지수단(210a)과 내측 온도감지수단(210b)으로 구성된다. 상기 서셉터(125)에 안착되는 웨이퍼의 실질적 표면온도는 상기 온도감지수단(210)에 의해 측정된 온도를 보정하여 구한다.The temperature sensing unit 210 may detect the temperature of the upper surface of the heater body 150 in contact with the susceptor 125 from the outside through the external connection terminal 190 and the bellows 180 from the outside. 150). The temperature sensing means 210 uses a thermocouple because it is required to measure the high temperature, and the outer temperature sensing means 210a and the inner side so as to measure the temperature of the edge and the center portion of the heater body 150. It consists of a temperature sensing means 210b. The actual surface temperature of the wafer seated on the susceptor 125 is obtained by correcting the temperature measured by the temperature sensing means 210.
상기 히터(130)에 전력을 공급해주기 위한 전력선(200)도 역시 상기 외부연결단자부(190) 및 벨로우즈(180)를 통하여 외부로부터 상기 히터몸체(150)로 삽입되며, 외측 전력선(200a)과 내측 전력선(200b)으로 구성되어 각각이 상기 외측히터(130a)와 내측히터(130b)에 연결된다.Power line 200 for supplying power to the heater 130 is also inserted into the heater body 150 from the outside through the external connection terminal 190 and the bellows 180, the outer power line 200a and the inside It is composed of a power line (200b) is connected to each of the outer heater (130a) and the inner heater (130b).
상기 전력선(200) 및 온도감지수단(210)이 관통되는 상기 외부연결단자부(190)는 상기 히터몸체(150)의 내부가 효과적으로 외부와 차단되도록 그 관통부를 용접한다.The external connection terminal portion 190 through which the power line 200 and the temperature sensing means 210 penetrate the through part so that the inside of the heater body 150 is effectively blocked from the outside.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 히터(130)는 상기 히터몸체(150)에 의해 둘러싸여 있기 때문에 외부에 노출되지 않아, 종래의 조립형 히터에서 발생하는 기체입자의 유입이 없게 된다. 따라서, 장비의 가동율을 저하시키는 아크의 발생이 없이, 600℃ ~1200℃ 범위의 고온까지 온도를 올릴 수 있다. 또한, 상기 서셉터(125)가 분리가능하기 때문에 상기 몰딩히터(120)의 유지비가 적게든다.According to the embodiment of the present invention as described above, because the heater 130 is surrounded by the heater body 150 is not exposed to the outside, there is no inflow of gas particles generated in the conventional assembled heater. . Thus, it is possible to raise the temperature to a high temperature in the range of 600 ° C. to 1200 ° C. without generating an arc that lowers the operation rate of the equipment. In addition, since the susceptor 125 is detachable, the maintenance cost of the molding heater 120 is reduced.
게다가, 조립형 히터와 달리 몰딩히터는 온도의 재현성이 좋기 때문에 반도체 소자의 제조수율이 향상되고, 상기 벨로우즈(240)가 설치됨으로 인해 상기 몰딩히터(120)의 상하운동이 자유롭게 된다.In addition, unlike the assembled heater, since the molding heater has a good reproducibility of temperature, the manufacturing yield of the semiconductor device is improved, and the bellows 240 is installed to freely move the molding heater 120.
본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention.
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