KR100690300B1 - 반도체제조용 챔버의 히팅블록 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조공정 중 웨이퍼를 안정적으로 지지하는 테이블 역할을 함과 동시에, 보다 균일하고 신뢰성 있는 공정 진행을 위해 그 내부에는 고온으로 발열하는 히터를 갖는 반도체 처리 챔버용 히터블록으로서, 상기 히터를 지지하는 하판과, 이 하판과 일정거리 이격되어 상기 히터가 적층 배열되도록 상기 히터의 상부를 커버하는 상판을 구비하고, 상기 상판에는 하부의 히터로부터 열기가 용이하게 상승하도록 다수의 열기구가 관통형성되며, 상기 열기구의 상부에는 열전도판이 적층되도록 구성하여, 히터의 전열 히팅 시의 열기류에 의한 상판의 가열속도를 신속화함과 동시에, 이 열기류는 열전도판을 통해 방사상으로 내부 열을 상방향으로 방열함에 따라, 상부 온도 반응영역 전(全) 면적으로 고르게 확산되게 됨으로써, 웨이퍼의 신속 가열 및 균등 가열이 실현될 수 있도록 하였다.

Description

반도체제조용 챔버의 히팅블록{Heating appatatus of processing chamber for semi-conductor production}

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 일반적인 웨이퍼 처리장치의 평면 구조도,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 로드락챔버에서의 히팅블록의 가열 메카니즘을 설명하기 위해 일부 절결하여 분해 도시한 단면 사시도,

도 3은 도 2에서 히팅블록을 상부에서 하부방향으로 바라보아 도시한 히팅블록의 평면도, 및

도 4는 도 3의 선 A-A에 따른 종단면도이며, 도 5는 도 4의 선 B-B에 따른 횡단면도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

100 : 웨이퍼 처리장치 110 : 로드락챔버

120 : 처리챔버 122 : 로봇암

200 : 매엽 반송 부분 300 : 히팅블록

301 : 단턱부 303 : 상판

303a : 열기구 305 : 하판

340 : 열전도판 340a, 340b : 제1, 제2 사면

본 발명은 다층 배선 구조의 금속 배선을 형성하는 데 사용되는 일체형 인시튜 클러스터 툴 타입의 웨이퍼 처리 공정을 위한 챔버의 가열장치에 관한 것으로서, 특히 처리 챔버의 웨이퍼 히팅블록에 관한 것이다.

일반적으로, 웨이퍼 처리 공정에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, EFEM 등으로 불리는 케이스에서 로봇 사용에 의하여 1매씩 웨이퍼 (W, 기판)를 꺼내 트랜스퍼 챔버와 같은 처리 챔버 내에 넣고 처리한 후, 웨이퍼를 1매씩 인출하여 케이스에 수납하는 매엽(枚葉) 반송 부분(200)과 연결되어, 웨이퍼(W) 즉, 반도체 기판이 로딩되어 위치되는 로드락 챔버(110)와, 진공 배기되고 웨이퍼(W)를 로딩 및 언로딩할 수 있는 로봇암(122)을 구비하는 트랜스퍼 챔버(120)와, 게이트 밸브(G)를 통하여 각각 상기 트랜스퍼 챔버(120)와 연통 가능한 복수의 진공 처리 챔버(130, 140, 150)를 구비한다. 상기 복수의 진공 처리 챔버(130, 140, 150)는 일예로, 제1 산화막을 증착하기 위한 제1 챔버(130)와, 상기 제1 산화막을 열처리하기 위한 제2 챔버(140)와, 상기 제1 산화막과는 다른 제2 산화막을 상기 제1 산화막 상에 형성하기 위한 제3 챔버(150)를 포함하는 웨이퍼 처리장치(100)가 사용되고 있다.

이와 같은 웨이퍼 처리장치(100)는 고집적 반도체 메모리 소자의 실린더(cylinder)형 커패시터를 형성하는 데 필요한 몰드(mold) 산화막 형성에 사용될 수 있으며, 반도체 소자가 고밀도화 및 고집적화됨에 따라 다층 배선 구조의 금속 배선을 가지는 회로 구성이 필수적으로 요구된다. 금속 배선은 전기적인 신호를 전 송시키는 역할을 하므로 전기적인 저항이 낮아야 하며, 경제적이고도 신뢰성이 높아야 한다.

이러한 조건들을 충족시킬 수 있는 적합한 금속 배선 물질로서 알루미늄이 널리 사용되고 있다. 이 경우, 하층의 소자와 상층의 알루미늄 배선과의 접속부인 콘택홀, 또는 하층의 알루미늄 배선과 상층의 알루미늄 배선과의 접속부인 비아홀 내부를 금속 물질로 완전히 매립하는 기술이 이들 사이의 전기적 접속을 가능하게 하기 위하여 매우 중요한 기술로 강조되고 있다.

그러나, 이 콘택홀 또는 비아홀을 매립하기 위하여, 경제적이면서 도전성이 양호한 재료인 알루미늄을 사용하여, 콘택홀 또는 비아홀을 알루미늄으로 매립함에 있어, 보다 우수한 전기적 특성 및 보다 완벽한 매립 특성을 얻기 위하여, 다양한 공정 기술이 개발되고는 있으나, CVD 공정, PVD 공정, 열처리 공정, 산화 공정, 에칭 공정 등 여러 가지 공정을 거치면서, 온도 하락되는 웨이퍼(W)를 처리해야만 함에 따라, 재-열처리를 하는 등의 추가 공정 소요로 인해, 다양한 공정에서 이루어지는 콘택홀 또는 비아홀 매립 공정 기간이 더 소요되게 되고, 그 결과, 반도체 소자의 수율이 낮아지게 되는 단점을 내포하고 있었다.

이와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은, 챔버 내의 다양한 환경에서 히터블록의 실제 가열면이 전체적으로 균일한 온도로 상승되도록 구성하여, 소자의 수율 향상에 조력하며, 추가적으로 히터블록의 가열면 손상도 최소화할 수 있도록 한 히터블록을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 로드락챔버의 히터블록은, 반도체 제조공정 중 웨이퍼를 안정적으로 지지하는 테이블 역할을 함과 동시에, 보다 균일하고 신뢰성 있는 공정 진행을 위해 그 내부에는 고온으로 발열하는 히터를 갖는 반도체 처리 챔버용 히터블록에 있어서, 상기 히터를 지지하는 하판과, 이 하판과 일정거리 이격되어 상기 히터가 적층 배열되도록 상기 히터의 상부를 커버하는 상판을 구비하고, 상기 상판에는 하부의 히터로부터 열기가 용이하게 상승하도록 다수의 열기구가 관통형성되며, 상기 열기구의 상부에는 열전도판이 적층된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 히팅블록을 채용한 웨이퍼(W) 처리장치의 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. 도면에서, 도 1은 본 발명을 설명하기 위한 일반적인 웨이퍼(W) 처리장치의 평면 구조도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 로드락챔버에서의 히팅블록의 가열 메카니즘을 설명하기 위해 일부 절결하여 분해 도시한 단면 사시도이며, 도 3은 도 2에서 히팅블록을 상부에서 하부방향으로 바라보아 도시한 히팅블록의 평면도이고, 도 4는 도 3의 선 A-A에 따른 종단면도이며, 도 5는 도 4의 선 B-B에 따른 횡단면도이다.

최근 과학기술이 발전함에 따라 새로운 물질의 개발 및 처리를 가능하게 하는 신소재 분야도 급속도로 발전하고 있는 추세이며, 이러한 신소재 분야의 개발 성과물은 반도체산업의 비약적인 발전 원동력이 되고 있다.

반도체 소자란, 통상 기판인 웨이퍼(Wafer)의 상면에 수 차례에 걸친 박막의 증착 및 이의 패터닝(Patterning) 등의 처리공정을 통해 구현되는 고밀도 집적회로(LSI:Large Scale Integration)로서, 이러한 박막 증착 및 패터닝 등의 공정은 챔버(Chamber)형 프로세스 모듈(Process Module) 내에서 이루어지는 바, 크게 내부에 밀폐된 반응영역을 정의하고, 상기 반응영역 내로 인입되는 웨이퍼(W)의 상면에 박막을 증착하거나 또는 기(旣) 증착된 박막을 패터닝하는 등 직접적인 웨이퍼(W) 처리공정이 진행되는 챔버(130, 140, 150)와, 이러한 챔버에서 진행되는 처리공정에 필요한 소스(source) 및 반응물질을 저장하며, 이를 챔버(130, 140, 150)로 공급하는 소스 및 반응물질저장장치로 구분될 수 있다.

여기에서 활용되는 챔버(130, 140, 150)에는, 각종 처리를 위해 웨이퍼(W)를 온도 상승시킨 후 처리하는 것이 처리공정의 소요기간을 단축을 도모할 수 있는 바, 소스 및 반응물질저장장치에 연결되는 유입관과, 내부의 기체물질을 배출하는 배출관 및 이의 말단에 설치되는 펌프 등의 감압수단을 기존과 같이 포함하고 있으며, 특히 본원발명에서의 로드락챔버의 내부에는 상부에 웨이퍼(W)의 지지를 위해 히터를 포함하는 히터블록(300)이 수용브라켓(320)을 매개로 실장되어 있다.

또한, 외부로부터 웨이퍼(W)가 로딩(loading)되어 서셉터 상면에 안착된 후 챔버, 특히 로드락챔버(110)가 밀폐되면, 상기 수용브라켓(320)의 상면에 부설된 지지부재(310)와, 이 지지부재(310)의 상면에 상,하판(303, 305) 사이에 개재된 히터(H)로 이루어진 히팅블록(300)을 통해 챔버(110) 내부를 예열(pre-heating) 환경으로 조성하도록 구성되어 있다.

여기에서, 상기 히팅블록(300)은 상기 반도체 제조공정 중 웨이퍼(W)를 안정 적으로 지지하는 테이블 역할을 수행한다.

상기 히팅블록(300)은, 보다 균일하고 신뢰성 있는 공정 진행을 위해 그 내부에는 고온으로 발열하는 히터(H)를 지지하는 하판(305)과, 이 하판(305)과 일정거리 이격되어 상기 히터(H)가 적층 배열되도록 상기 히터(H)의 상부를 커버하는 상판(303)을 구비하고 있다.

또, 상기 상판(303)에는 하부의 히터(H)로부터 열기가 용이하게 상승하도록 다수의 열기구(303a)가 관통형성되어 있으며, 상판(303) 외주 둘레부에는 히터(H)의 열기가 빠지는 것을 일부 규제하도록 온실 효과를 조장하기 위한 단턱부(301)가 돌출 형성되어 있다.

또한, 상기 열기구(303a)의 상부에는 열전도판(340)이 적층되며, 상기 열전도판(340)의 상부는 단면이 산형상으로 형성되도록 제1 및 제2 사면(340a, 340b)이 구비되어 있다.

또, 상기 열전도판(340)은 하면이 원판형 디스크 형상으로 되어 점-지지되도록 구성되어도 좋으며, 상기 열전도판(340)은 상기 이웃하는 열기구(303a)를 따르는 방향으로 연장하는 띠형 스트립으로 이루어져도 좋다.

이와 같은 구성으로 인해, 상기 로드락챔버에서 예열처리되어 각종의 처리챔버로 로봇에 의해 이송되어, 도시하지 않은 유입관을 통해 처리챔버 내로 공급되는 소스 및 반응물질의 화학반응을 통해 웨이퍼(W)를 처리함에 있어, 추가의 가열을 위한 소요시간의 단축을 도모할 수 있게 되는 것이다.

한편, 상술한 상판(303)과 히터(H) 사이에 공기층을 부여하고, 이 공기층과 연통하는 열기구(303a)를 마련하여, 히터(H)의 전열 히팅 시의 열기류에 의한 상판(303)의 가열속도를 신속화함과 동시에, 이 열기류는 열전도판(340)을 통해 방사상으로 내부 열을 상방향으로 방열함에 따라, 상부 온도 반응영역 전(全) 면적으로 고르게 확산되게 됨으로써, 웨이퍼(W)의 신속 가열 및 균등 가열이 실현되게 되는 것이다.

부가적으로, 상기 히터(H)블록은 도 2에 도시한 바와 같이, 발열체인 히터(H)의 외부를 감싸도록 하판(305)은 절연체로 이루어지고, 상판(303)은 외도체로 구성되는 바, 상기 외도체로서의 상판 재질로는 내열성이 큰 물질이 사용될 필요가 있는데, 통상 타(他) 금속에 비해 비교적 저렴한 가격을 가지고 있어 구성비용을 절감할 수 있는 니켈, 크롬, 티타늄, 철(nickel, iron, chromium, iron) 등과, 상기 재질의 합금물질인 인코넬(inconnel)과 같은 금속 재질이 사용된다.

또한, 상기 니켈, 크롬, 티타늄, 철 또는 인코넬 등으로 이루어진 보통의 히터(H)블록은, 공정에 따라 상기 히터(H)(32)에서 전달되는 수백 ℃의 고온 환경과, 플루오르(Fluorine), 염소(Chlorine), 산소(oxygen) 등의 가스를 이용한 화학반응 공정에 의해 표면이 식각 또는 부식되는 현상이 발생하지만, 로드락챔버의 예열처리용 재질로는 적합하다고 할 것이다.

다만, 재질상의 신뢰성 확보를 위해, AlN (Aluminum Nitride) 재질이 사용되기도 하나, 이는 비싼 가격에 의해 반도체 제조비용을 증가시키는 단점을 가지고 있다.

또한, 상기와 같은 부식을 저지하기 위해, 본 발명은 반도체 제조공정 중 웨 이퍼(W)공정을 수행하는 챔버내의 히터(H)를 내장하고 있는 금속재질의 히터(H)블록에 있어서, 상기 히터(H)블록은 외표면에 산화알루미늄(Al2O3) 또는 산화이트륨(Y2O3), 알루미늄나이트라이드(AlN : Aluminum Nitride) 중 적어도 하나 이상의 재료를 이용하여 코팅되는 보호막이 형성되도록 구성해도 좋다.

이때, 상기 코팅된 박막층의 두께는 바람직하게는 200 마이크로미터(㎛) 이하로 하여, 상기 히터(H)블록의 상판(303) 외표면에 보호막이 형성되도록 하여도 좋다. 상기 보호막은 플라즈마 코팅 스프레이 방법 또는 화학기상증착방법으로 형성되도록 하고, 외도체(36)의 외표면에 코팅층이 형성되어 있는 바, 상기 코팅의 재질은 산화알루미늄(Al2O3) 또는 산화이트륨(Y2O3), 알루미늄나이트 라이드(AlN) 등을 이용하며, 상기한 재료들을 조합하여 다중 코팅하거나 또는 하나의 재질로 구성된 코팅막을 형성할 수 있다.

따라서, 본 발명에 실시예에 의한 히팅블록(300)은, 외부의 충격이나 부식 등으로부터 보호하기 위해 별도 제작된 보호막-구비 상판(303)을 채용하는 구조로 되어 있어, 상기 히터(H)블록 손상의 최소화를 통해 신뢰성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 히팅블록(300)에 의하면, 히터(H)의 전열 히팅 시의 열기류에 의한 상판(303)의 가열속도를 신속화함과 동시에, 이 열기류는 열전도판(340)을 통해 방사상으로 내부 열을 상방향으로 방열함에 따라, 상부 온도 반응영역 전(全) 면적으로 고르게 확산되게 됨으로써, 웨이퍼(W)의 신속 가열 및 균등 가열이 실현되게 되어, 반도체 수율 향상에 일조할 수 있는 등의 매우 뛰어난 효과를 발휘할 수 있게 되는 것이다.

이상에서 본 발명의 히팅블록(300)에 대한 기술사상을 첨부도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

Claims (5)

1. 반도체 제조공정 중 웨이퍼를 안정적으로 지지하는 테이블 역할을 함과 동시에, 보다 균일하고 신뢰성 있는 공정 진행을 위해 그 내부에는 고온으로 발열하는 히터를 갖는 반도체 처리 챔버용 히터블록에 있어서,

   상기 히터를 지지하는 하판과, 이 하판과 일정거리 이격되어 상기 히터가 적층 배열되도록 상기 히터의 상부를 커버하는 상판을 구비하고,

   상기 상판에는 하부의 히터로부터 열기가 용이하게 상승하도록 다수의 열기구가 관통형성된 것을 특징으로 하는 반도체 처리 챔버용 히터블록.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 열기구의 상부에는 열전도판이 적층된 것을 특징으로 하는 반도체 처리 챔버용 히터블록.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 열전도판의 상부는 단면이 산형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 처리 챔버용 히터블록.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 열전도판은 하면이 원판형 디스크 형상으로 된 것을 특징으로 하는 반 도체 처리 챔버용 히터블록.
5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 열전도판은 상기 이웃하는 열기구를 따르는 방향으로 연장하는 띠형 스트립으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 처리 챔버용 히터블록.

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