KR100709536B1

KR100709536B1 - 가열 장치

Info

Publication number: KR100709536B1
Application number: KR1020050003836A
Authority: KR
Inventors: 곤도우노부유키; 고토요시노부
Original assignee: 니뽄 가이시 가부시키가이샤
Priority date: 2004-01-14
Filing date: 2005-01-14
Publication date: 2007-04-20
Also published as: TW200527580A; JP2005203456A; JP4376070B2; US20050173412A1; KR20050074930A; TWI251895B

Abstract

웨이퍼 가열 장치(1)는 웨이퍼(W)를 지지 및 가열하기 위한 지지면(2c)을 구비하고 있는 기판부(2a)와, 웨이퍼(W)의 측둘레면을 포위하도록 설치되어 있는 측벽부(2b)를 구비하고 있다. 측벽부(2b)의 지지면(2c)으로부터의 높이(D)가 웨이퍼(W)의 두께(C) 이상이다.

Description

가열 장치{SYSTEMS FOR HEATING WAFERS}

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 가열 장치(1)를 모식적으로 도시한 단면도.

도 2는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 가열 장치(11)를 모식적으로 도시한 단면도.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 가열 장치(15)를 모식적으로 도시한 단면도.

도 4a는 설정 온도 600℃일 때, 본 발명의 가열 장치 상의 웨이퍼(W)의 온도 분포를 도시한 도면이고, 도 4b는 설정 온도 600℃일 때, 비교예의 가열 장치 상의 웨이퍼(W)의 온도 분포를 도시한 도면.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1, 11, 15 : 가열 장치

2 : 기체(基體)

2a : 기판부

2b : 측벽부

2c : 지지면

2d : 기판부의 배면

2e : 측벽부(2b)의 내벽면

2f : 측벽부(2b)의 상면

4A, 4B : 발열체

5A, 5B : 단자

8 : 챔버내 공간

A : 웨이퍼(W)의 폭

B : 지지면(2c)의 폭

C : 웨이퍼(W)의 두께

D : 측벽부(2b)의 지지면(2c)으로부터의 높이

W : 웨이퍼

Wa : 웨이퍼(W)의 측둘레면

본 발명은 웨이퍼 가열 장치에 관한 것이다.

반도체 제조 장치에서는, 열 CVD 등에 의해 실란 가스 등의 원료 가스로부터 반도체 박막을 제조함에 있어서, 웨이퍼를 가열하기 위한 세라믹 히터가 채용되고 있다. 이러한 히터에서는, 가열면을 고온으로 유지하면서, 가열면의 온도 균일성을 확보함으로써, 반도체 불량을 방지할 필요가 있다. 그러나, 세라믹 히터는 세라믹 기체(基體)의 내부에 발열체를 매설한 것으로, 가열면에 어느 정도의 온도 변동이 발생한다.

세라믹 히터로서는, 소위 멀티 존(다수 존)이라 불리는 것이 알려져 있다. 멀티 존 히터에서는, 세라믹스 기체 중에, 고융점 금속으로 이루어진 내주측 저항 발열체와 외주측 저항 발열체를 매설하고, 이들 저항 발열체에 각각 별개의 전류 도입 단자를 접속하며, 각 저항 발열체에 각각 독립적으로 전압을 인가함으로써, 내주측 저항 발열체 및 외주측 저항 발열체를 독립적으로 제어한다.

특허 문헌 1에 있어서는, 세라믹 히터의 저항 발열체를 고융점 금속 등으로 이루어진 복수의 회로 패턴에 의해 구성하고 있다. 그리고, 하나의 회로 패턴의 절곡 부분이나 접힌 부분 등에 다른 회로 패턴을 중첩시키고 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 평5-326112호 공보

특히, 반도체 웨이퍼를 가열하는 용도에 있어서는, 가열면의 온도를 전체적으로 균일하게 제어하는 것이 필요하고, 사용 조건 하에서, 예컨대 가열면의 전체에 걸쳐 ±5℃ 이하라는 엄격한 사양을 만족시키는 것이 요구되고 있다.

예컨대, 세라믹 히터를 제조한 후에, 내부의 저항 발열체에 대하여 전력을 공급하고, 목표 온도까지 승온했을 때에, 목표로 하는 열 균일성을 얻을 수 있었다. 그러나, 이 세라믹 히터를 실제의 챔버에 부착하면, 반도체 웨이퍼에 있어서 원하는 온도 균일성을 얻을 수 없는 경우가 많았다. 이러한 경향은 반도체 웨이퍼의 온도가 높아질수록 현저해지는 것을 알 수 있었다.

본 발명의 과제는 웨이퍼를 지지 및 가열하기 위한 지지면을 갖는 웨이퍼 가 열 장치에 있어서, 웨이퍼의 온도 균일성을 향상시킬 수 있는 가열 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 웨이퍼를 지지 및 가열하기 위한 지지면을 구비하고 있는 기판부와, 웨이퍼의 측둘레면을 포위하도록 설치되어 있는 측벽부를 구비하고 있고, 상기 기판부와 측벽부는 기판부 또는 측벽부에 설치된 발열체에 의해 가열되며, 또한 측벽부의 지지면으로부터의 높이(D)가 웨이퍼의 두께(C) 이상인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가열 장치에 관한 것이다.

본 발명자는 고온이 될수록 웨이퍼에 있어서 원하는 온도 균일성을 얻기 어려워지는 원인을 검토하였다. 이 결과, 웨이퍼의 측둘레면에서 챔버 내의 분위기로의 열복사 외에, 챔버내 부품으로의 복사전열(輻射傳熱)의 영향이 큰 것을 알 수 있었다. 이 영향은 웨이퍼의 설정 온도가 상승할수록 커진다. 그래서, 웨이퍼의 측둘레면을 포위하도록 측벽부를 설치하고, 측벽부의 지지면으로부터의 높이(D)를 웨이퍼의 두께(C) 이상으로 하며, 추가로 측벽부가 가열됨으로써, 웨이퍼 측둘레면으로부터의 복사전열에 따른 웨이퍼의 가장자리 부분의 온도 저하를 억제할 수 있는 것을 확인하여, 본 발명에 도달하였다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 가열 장치(1)를 모식적으로 도시한 단면도이다. 본 예의 가열 장치(1)는 원판 형상의 기판부(2a) 및 기판부(2a)의 가장자리부로부터 돌출하는 측벽부(2b)를 구비하고 있다. 본 예에서는, 기판부(2a) 내에 발열체(4A)가 매설되어 있고, 발열체(4A)가 기판부(2a)의 배면(2d)측의 단자 (5A), 케이블(6A)을 통해 전원(7A)에 접속되어 있다. 기판부(2a)의 웨이퍼 지지면(2c)상에는 직접, 혹은 다른 부재를 통해 웨이퍼(W)가 지지되어 있고, 가열 가능하게 되어 있다. 기판부(2a)의 가장자리 부분에는 웨이퍼(W)를 포위하도록 측벽부(2b)가 형성되어 있다. 측벽부(2b)의 내벽면(2e)이 웨이퍼(W)의 측둘레부(Wa)와 대향하고 있다. 측벽부(2b)의 지지면(2c)으로부터의 높이(D)가 웨이퍼(W)의 두께(C) 이상이다. 도면 부호 8은 챔버내 공간이다.

이것에 의해, 웨이퍼(W)의 설정 온도가 높아진 경우에도, 측벽부(2b)의 외측에 존재하는 각종 부품으로의 복사전열은 억제되고, 웨이퍼(W)의 측둘레부로부터의 열은 측벽부(2b)에 의해 반사된다. 더욱이, 발열체(4A)의 열량의 일부가 측벽부(2b)로 전달되기 때문에, 웨이퍼(W)의 측둘레부에서의 온도 저하가 한층 더 효과적으로 억제될 수 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 가열 장치(11)를 모식적으로 도시한 단면도이다. 도 1에 도시한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙여, 그 설명을 생략하는 경우가 있다.

도 2의 가열 장치(11)에서는 측벽부(2b) 내에도 발열체(4B)가 매설되어 있다. 발열체(4B)는 단자(5B)에 대해 접속되어 있고, 단자(5B)는 케이블(6B)을 통해 전원(7B)에 접속되어 있다. 따라서, 발열체(4B)를 발열시킴으로써, 측벽부(2b)의 내벽면(2e)으로부터 발열하고, 웨이퍼(W)의 측둘레부(Wa)를 가열하여, 웨이퍼(W)의 온도 분포를 조정할 수 있다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 가열 장치(15)를 모식적으로 도 시한 단면도이다. 도 1에 도시한 구성 부분에는 동일한 부호를 붙여, 그 설명을 생략하는 경우가 있다.

도 3의 가열 장치(15)에서는, 도 2의 가열 장치에 있어서, 측벽부(2b)의 상면(2f)에 덮개(10)가 설치되어 있다. 덮개(10)의 아래쪽에 지지면(2c) 및 내벽면(2e)에 의해 포위된 공간(3)이 형성되고, 공간(3) 내에 웨이퍼(W)가 수용된다. 이 예에 따르면, 웨이퍼(W)로부터 외측으로의 복사전열에 기인하는 웨이퍼의 온도 균일성의 저하가 더욱 효과적으로 억제된다.

본 발명에 있어서는, 측벽부(2b)의 지지면(2c)으로부터의 높이(D)가 웨이퍼(W)의 두께(C) 이상이다. 웨이퍼의 온도 균일성을 향상시킨다고 하는 관점에서, D는 1.1C 이상인 것이 바람직하고, 1.5C 이상인 것이 더욱 바람직하다. 단, D가 커지면, 웨이퍼의 지지면(2c)상으로의 실장이 어려워지기 때문에, 이 관점에서, D는 50C 이하인 것이 바람직하고, 20C 이하인 것이 더욱 바람직하다.

웨이퍼를 공간(3) 내에 수용 가능하게 하기 위해서는 측벽부(2b) 사이의 지지면(2c)의 폭(B)을 웨이퍼의 폭(A) 이상으로 할 필요가 있다. 이 관점에서, B는 A보다 큰 것이 바람직하고, 1.001A 이상인 것이 바람직하다. 한편, 웨이퍼(W)에 있어서의 온도 균일성의 향상이라는 관점에서, B는 1.2A 이하인 것이 바람직하고, 1.05A 이하인 것이 더욱 바람직하다.

측벽부(2b)의 내벽면(2e)의 지지면(2c)에 대한 상승 각도(θ)는 웨이퍼(W)의 온도 균일성을 향상시킨다고 하는 관점에서, 30℃ 이상이 바람직하고, 75℃ 이상이 더욱 바람직하다. 또한, 공간(3)으로 웨이퍼(W)를 수용하기 쉽게 하고, 웨이퍼(W) 를 취출하기 쉽게 한다고 하는 관점에서, θ는 135℃ 이하인 것이 바람직하며, 115℃ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

본 발명에 있어서, 가열 장치의 기판부의 형태는 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 기판부는 절연체로 이루어진 반상체(盤狀體)내에 저항 발열체를 매설한 것이어도 좋고, 혹은 기판부의 배면측에 발열체를 설치한 것이어도 좋다. 절연체로서는 세라믹스가 특히 바람직하다. 세라믹스로서는, 바람직하게는, 질화알루미늄, 탄화규소, 질화규소, 질화붕소 및 사이알론 등의 질화물 세라믹스, 알루미나-탄화규소 복합 재료 등의 공지의 세라믹스 재료라도 좋다. 할로겐계 가스 등의 부식성 가스에 대하여 높은 내부식성을 부여하기 위해서는 질화알루미늄이나 알루미나가 특히 바람직하다. 또한, 소위 시스 히터라도 좋다.

기판부, 측벽부의 재질은 방사율이 작은(ε＜0.8) 것이 바람직하다. 구체적으로는, 흰 빛을 띤 재료, 광택이 있는 재료가 바람직하다.

기판부(2a)의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 원판 형상이 바람직하다. 지지면(2c)의 표면 형상은 포켓 형상, 엠보스 형상 또는 홈 형상으로 처리되는 경우도 있다. 기판부(2a)의 제법은 한정되지 않지만, 핫 프레스 제법, 핫 아이소스태틱 프레스 제법이 바람직하다.

본 발명의 가열 장치는 일반적으로 반도체 제조 장치에 적합하게 적용할 수 있다. 여기서 반도체 제조 장치란, 광범위한 반도체 제조 프로세스에 있어서 사용되는 장치인 것을 의미하고 있다. 이것에는 성막 장치 외에, 에칭 장치, 베이킹 장치, 큐어링 장치, 클리닝 장치, 검사 장치가 포함된다.

측벽부 상에 설치하는 덮개에는 프로세스 가스나 클리닝 가스를 공급하기 위한 관통 구멍이 형성되어 있다. 이 덮개의 재질은 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 질화알루미늄, 탄화규소, 질화규소, 질화붕소 및 사이알론 등의 질화물 세라믹스, 알루미나-탄화규소 복합 재료 등의 세라믹스 재료라도 좋다.

기판부(2a)의 배면(2d)측에는 기판부를 지지하기 위한 샤프트를 설치할 수 있다. 또, 기판부나 측벽부 중에는 고주파 전극이나 정전 척 전극을 매설할 수 있다. 추가로, 기판부, 측벽부에 설치된 각 발열체는 싱글 존 제어라도 좋고, 멀티 존(예컨대, 듀얼 존) 제어라도 좋다.

기판부와 측벽부는 일체물이어도 좋고, 이 경우에는 일체의 소결체라도 좋다. 또한, 기판부와 측벽부는 서로 별체라도 좋다. 이 경우에는 기판부와 측벽부를 접합할 수 있고, 혹은 기판부와 측벽부를 나사 등의 체결구에 의해 물리적으로 체결하여 고정할 수도 있다.

발열체(4A, 4B)의 형상은 코일 형상, 리본 형상, 메시 형상, 판형, 막형이어도 좋다. 또한, 발열체의 재질은 텅스텐, 몰리브덴 등의 고융점 금속이나, SUS, 인코로이, 하스텔로이 등의 Ni기 합금이어도 좋다.

지지면(2c), 내벽면(2e)의 각 중심선 평균 표면 거칠기(Ra)는 5.0 ㎛ 이하 인 것이 바람직하고, 1.0 ㎛ 이하인 것이 한층 더 바람직하다. 이것에 의해 지지면(2c), 내벽면(2e)에 있어서의 방사율을 작게 할 수 있기 때문이다.

[실시예]

도 2에 도시하는 가열 장치(11)를 제조하였다. 여기서 실리콘 웨이퍼(W)의 직경(A)은 300 ㎜로 하고, 두께(C)는 1.7 ㎜로 하였다. 기판부(2a) 및 측벽부(2b)의 재질은 질화알루미늄 소결체로 하였다. 지지면(2c)의 폭(B)은 301 ㎜로 하였다. 본 발명예에서는 측벽부(2b)의 높이(D)를 8.0 ㎜로 하고, 비교예에서는 측벽부(2b)의 높이(D)를 0.5 ㎜로 하였다. θ=85℃로 하였다. 기판부(2a)의 두께는 10 ㎜로 하였다. 기판부(2a) 및 측벽부(2b)의 내부에는 몰리브덴제의 코일 스프링 형상의 발열체(4A, 4B)를 매설하였다. 단자(5A, 5B)는 몰리브덴제이다.

이 가열 장치(11)를 승온하고, 웨이퍼(W)의 설정 온도를 표 1에 나타낸 바와 같이 변경하였다. 이 설정 온도는 열전대에 의해 확인하였다. 그리고, 웨이퍼(W)의 온도 분포를 서모 뷰어(thermoviewer)에 의해 관측하였다. 그리고, 웨이퍼의 면내의 최고 온도와 최저 온도의 차를 표 1에 나타낸다.

설정 온도	D = 8 mm	D = 0.5 mm
200℃	4.4℃	5.2℃
300℃	3.6℃	4.1℃
400℃	2.6℃	2.6℃
500℃	3.8℃	4.6℃
600℃	5.2℃	7.4℃
범위	2.6℃~5.2℃	2.6℃~7.4℃

이 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따르면, 광범위한 설정 온도에 대하여, 웨이퍼(W)의 온도 균일성이 양호하다. 특히, 설정 온도가 500℃ 이상의 고온 영역이 되어도, 열 균일성의 변화가 작다.

또한, 도 4a는 설정 온도 600℃일 때에, 상기 본 발명예의 가열 장치 상의 웨이퍼(W)의 온도 분포를 도시한 도면이고, 도 4b는 설정 온도 600℃일 때에, 상기 비교예의 가열 장치 상의 웨이퍼(W)의 온도 분포를 도시한 도면이다. 본 발명예에 서는, 분명히 직경 방향의 온도 분포가 저감되어 있는 것을 알 수 있다.

또한, 상기한 본 발명예에 있어서, 측벽부(2b)의 높이(D)를 1.7 ㎜, 2.0 ㎜, 5.0 ㎜로 변경하였지만, 상기한 본 발명예와 거의 같은 결과를 얻었다.

본 발명에 따르면, 웨이퍼의 온도 균일성을 향상시킬 수 있는 가열 장치를 제공할 수 있다.

Claims

웨이퍼를 지지 및 가열하기 위한 지지면을 구비하고 있는 기판부와, 상기 웨이퍼의 측둘레면을 포위하도록 설치되는 측벽부를 구비하고 있고, 상기 기판부와 측벽부는 상기 기판부 및 측벽부에 각각 설치된 발열체에 의해 가열되며, 상기 측벽부의 상기 지지면으로부터의 높이(D)가 상기 웨이퍼의 두께(C) 이상이고, 상기 측벽부 내에 상기 발열체가 매설되어 있으며,

상기 기판부와 측벽부는 일체로 되어 있거나, 또는, 각각 다른 기체(基體)로 이루어지며,

상기 기판부 또는 측벽부는 고주파 전극이나 정전 척 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가열 장치.
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서, 상기 웨이퍼의 상면을 피복하고, 관통 구멍을 가지는 덮개를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가열 장치.
삭제
삭제
삭제
제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 기판부 또는 측벽부에 2개 이상의 발열체가 설치되어 있어, 멀티 존 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가열 장치.