KR100839928B1 - 알루미나 코팅층이 형성된 히터 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조공정에 있어서 웨이퍼에 대한 열 공급에 사용되는 금속히터의 불소로 인한 부식 방지를 위해 니켈 모재의 히터 표면에 팩 시멘테이션(Pack Cementation) 및 VPD(Vapor Phase Deposition)등의 코팅방식을 이용하여 알루미늄(Al)을 확산 코팅한 후, 열처리를 통하여 알루미나층(NiAl₂O₃)을 형성함으로써 고온에서 in-situ CLN이 가능하도록 한 알루미나 코팅층이 형성된 히터 및 제조방법에 관한 것이다.

반도체, 금속모재, 부식, 알루미나, 확산코팅

Description

알루미나 코팅층이 형성된 히터 및 그 제조방법{Heater formed with aluminum coating layer thereon and manufacturing method thereof}

도 1은 본 발명의 알루미늄 확산 코팅이 이루어지는 장치로에 대한 도면.

도 2는 도 1의 확산 코팅 후 산화 열처리가 이루어지는 장치로에 대한 도면.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 코팅 진행 순서를 나타낸 히터의 단면도.

도 4는 본 발명의 알루미나 코팅층이 형성된 히터에 적용된 코팅층을 나타낸 부분 확대 단면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 장치로 2 : 혼합분말

3 : 니켈금속히터 4 : 산화 열처리장치

5 : 대기(산소분위기)공간 6 : 알루미늄층(NiAl)

7 : 산화알루미늄층(NiAl₂O₃)

본 발명은 반도체 제조장치를 구성하는 금속히터의 표면에 알루미늄 확산코팅을 적용하여 고온에서의 in-situ CLN이 가능하도록 함으로써 보다 폭넓은 공정 대역에 안정적으로 사용 가능하도록 한 알루미나 코팅층이 형성된 히터 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래의 반도체 공정에 사용되는 금속히터는 고온에서 in-situ CLN(일정기간 제품생산에 사용된 장비를 세정하는 것으로써 장비의 전원을 오프시키지 않고 세정시간을 줄이는 방법)시 사용되는 가스의 불소이온들에 의해 그 표면이 부식되는 문제점이 발생되었다.

상기와 같은 문제점으로 인해 고온에서의 반도체 공정시 in-situ CLN 방식을 적용하지 못해 공정에 따른 분비물이 발생할 뿐만 아니라, 직접적인 챔버 및 히터의 in-situ CLN 진행으로 인해 양산을 위한 시간적 손실로 제품생산의 효율성을 저하시킨다는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하고자 상기와 같은 금속히터 대신 ALN(Aluminum Nitride) 히터를 사용하는 기술이 제안되어 있으나 ALN은 고가의 제품이라는 비용측면에서 메리트가 없을 뿐만 아니라, 수명이 짧다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 반도체 제조장치의 금속히터에 관련한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 금속히터 표면을 알루미늄 확 산 코팅방식을 이용하여 코팅 후 2차 열처리를 통하여 알루미나막을 형성함으로써 반도체 제조공정시 챔버에서의 in-situ CLN 진행이 가능하도록 하여 기존 금속히터 보다 폭넓은 공정 대역을 안정적으로 사용하도록 한 알루미나 코팅층이 형성된 히터 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 금속(알루미늄)분말, 활성제 및 소결방지제로 혼합된 혼합분말을 장치로에 채우는 제1단계; 상기 혼합분말로 채워진 장치로 내부에 코팅하고자 하는 니켈금속히터를 위치시키는 제2단계;상기 니켈금속히터를 아르곤 또는 수소 분위기에서 금속의 확산 현상을 이용하여 열처리하는 제3단계; 상기 확산 열처리 중 금속분말과 활성제가 반응하여 형성되는 가스가 코팅분말과 니켈금속히터 표면 사이에서 가스 분압의 구배에 의해 니켈금속히터 표면으로 이동하는 제4단계; 상기 니켈금속히터 표면으로 이동된 가스가 니켈금속히터 표면에서 분해와 교환반응에 의해 확산 코팅막인 알루미늄층(NiAl)을 형성하는 제5단계; 상기 알루미늄층(NiAl)이 표면에 형성된 니켈금속히터를 산화 열처리장치 내에 위치시키는 제6단계; 및 상기 산화 열처리장치 내에 위치한 니켈금속히터를 대기와 같은 산소 분위기의 공간에서 800℃ ~ 1200℃로 5 ~ 12시간동안 열처리하여 확산침투층이 형성된 산화막인 산화알루미늄층(NiAl₂O₃)을 형성하는 제7단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 알루미나 코팅층이 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 확산 코팅으로 형성된 알루미늄층(NiAl)은 2차 열처리과정을 거쳐 산화알루미늄층(NiAl₂O₃)이 10 ~ 80㎛의 두께로 형성되는 것을 특징으로 한다.

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본 발명의 히터는 제1단계 내지 제7단계의 제조방법을 통해 제조되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 니켈금속히터 모재는 크롬(Cr)의 합금강인 인코넬(Inconel) 또는 니켈을 주 재료로 하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 알루미늄 확산 코팅이 이루어지는 장치로에 대한 도면, 도 2는 도 1의 확산 코팅 후 산화 열처리가 이루어지는 장치로에 대한 도면, 도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 코팅 진행 순서를 나타낸 히터의 단면도, 도 4는 본 발명의 알루미나 코팅층이 형성된 히터에 적용된 코팅층을 나타낸 부분 확대 단면도이다.

도 1 내지 도 3b에 도시한 바와 같이 본 발명의 알루미나 코팅층이 형성된 히터의 제조방법은 금속(알루미늄)분말, 활성제 및 소결방지제로 혼합된 혼합분말(2)을 장치로(1)에 충전하는(채우는) 제1단계와, 상기 혼합분말(2)로 충전된 장치로(1) 내부에 코팅하고자 하는 니켈금속히터(3)를 위치시키는 제2단계와, 아르곤 또는 수소 분위기에서 확산 열처리하는 제3단계와, 상기 확산 열처리 중 금속분말과 활성제의 반응에 따라 형성되는 가스가 코팅 분말과 니켈금속히터(3) 표면 사이에서 가스 분압의 구배에 의해 니켈금속히터(3) 표면으로 이동하는 제4단계와, 상기 니켈금속히터(3) 표면으로 이동된 가스가 니켈금속히터(3) 표면에서 분해와 교환반응에 의해 확산 코팅막인 알루미늄층(NiAl)(6)을 형성하는 제5단계와, 상기 표면에 알루미늄층(6)이 형성된 니켈금속히터(3)를 산화 열처리장치(4)내에 위치시키는 제6단계 및 상기 산화 열처리장치(4) 내에 위치한 니켈금속히터(3)를 대기와 같은 산소 분위기의 공간(5)에서 800℃ ~ 1200℃로 약 5 ~ 12 시간 동안 열처리하여 확산침투층(8)이 형성된 산화막인 산화알루미늄층(NiAl₂O₃)(7)을 형성하는 제7단계로 이루어진다.

상술한 바와 같이 니켈금속히터(3) 표면에 막이 형성되는 과정을 도 3a 내지 도 3c를 통해 보면, 니켈금속히터(3) 표면에 혼합분말(2)과 아르곤 또는 수소를 통해 확산 열처리 과정을 거처 1차적으로 알루미늄층(NiAl)(6)이 형성되면, 산화 열처리 장치(4) 내에서 열처리 과정을 거쳐 상기 니켈금속히터(3) 표면에 형성된 알루미늄층(6)에 산화알루미늄층(NiAl₂O₃)(7)이 증착되는 것이다.

상기 산화 열처리 장치(4) 내에서의 열처리 과정을 통해 형성되는 산화알루미늄(NiAl₂O₃)(7) 코팅막의 두께는 10 ~ 80㎛ 이다.

상기와 같은 과정을 거친 본 발명의 알루미나 코팅층이 형성된 히터는 도 4에 도시한 바와 같이 니켈금속히터(3) 표면에 산화알루미늄층(NiAl₂O₃)(7)이 형성되 며, 상기 니켈금속히터(3) 표면부근에 형성된 산화알루미늄층(7)에 확산 침투층(8)이 각각 형성된다.

또한, 본 발명의 니켈 모재를 이용한 히터는 상기와 같은 동일한 증착 방법을 통해 니켈(Ni), 크롬(Cr)의 합금강인 인코넬(inconel) 금속히터에도 산화알루미늄층(NiAl₂O₃) 형성이 가능하다.

상기 니켈금속히터(3) 표면에 대한 알루미늄(Al) 확산 코팅은 종래에 흔히 쓰이고 있는 시멘테이션(Cementation)(고결작용: 압축작용을 받은 퇴적물들이 접착되는 작용) 및 VPD(Vapor Phase Deposition)방식을 이용한다.

상기 니켈금속히터(3) 표면에 대한 알루미늄(Al) 코팅방법인 확산코팅은 금속의 확산 현상을 이용하여 코팅층을 형성하는 공정을 총칭하는 것으로써, 여기서는 금속의 내산화성 및 내식성 향상을 목적으로 하는 내열코팅을 말한다. 철 또는 니켈, 코발트가 합금 표면에 알루미늄 또는 크롬, 실리콘 등의 원소를 확산시켜 금속간 화합물 피막층을 형성시키는 공정이다. 고온에서 이 원소들이 선택적으로 산화되어 표면에 안정한 산화피막을 형성함으로써 모재의 내산화성과 내식성을 향상시키는 코팅 방법이다.

본 발명은 특정한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술적사상의 범주내에서는 수정 및 변형 실기가 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 알루미나 코팅층이 형성된 히터 및 그 제조방법은 니켈금속히터 표면에 알루미나(NiAl₂O₃) 막을 형성함으로써 종래의 반도체 공정 장비의 구성요소인 금속히터의 부식방지 및 고온에서의 플라즈마 손상 등의 문제점을 해소할 수 있는 뛰어난 잇점이 있다.

또한, 본 발명의 방법에 따르면 금속히터의 사용 범위를 극대화시킬 수 있는 뛰어난 잇점이 있다.

Claims (6)

1. 금속(알루미늄)분말, 활성제 및 소결방지제로 혼합된 혼합분말(2)을 장치로(1)에 채우는 제1단계;

   상기 혼합분말(2)로 채워진 장치로(1) 내부에 코팅하고자 하는 니켈금속히터(3)를 위치시키는 제2단계;

   상기 니켈금속히터(3)를 아르곤 또는 수소 분위기에서 금속의 확산 현상을 이용하여 열처리하는 제3단계;

   상기 확산 열처리 중 금속분말과 활성제가 반응하여 형성되는 가스가 코팅분말과 니켈금속히터(3) 표면 사이에서 가스 분압의 구배에 의해 니켈금속히터(3) 표면으로 이동하는 제4단계;

   상기 니켈금속히터(3) 표면으로 이동된 가스가 니켈금속히터(3) 표면에서 분해와 교환반응에 의해 확산된 코팅막인 알루미늄층(NiAl)(6)을 형성하는 제5단계;

   상기 알루미늄층(NiAl)(6)이 표면에 형성된 니켈금속히터(3)를 산화 열처리장치(4) 내에 위치시키는 제6단계; 및

   상기 산화 열처리장치(4) 내에 위치한 니켈금속히터(3)를 대기와 같은 산소 분위기의 공간(5)에서 800℃ ~ 1200℃로 5 ~ 12시간 동안 열처리하여 확산침투층(8)이 형성된 산화막인 산화알루미늄층(NiAl₂O₃)(7)을 형성하는 제7단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 알루미나 코팅층이 형성된 히터 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 확산 코팅으로 형성된 알루미늄층(NiAl)(6)은 2차 열처리과정을 거쳐 산화알루미늄층(NiAl₂O₃)(7)이 10 ~ 80㎛의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 알루미나 코팅층이 형성되는 히터 제조방법.
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5. 제1항의 제1단계 내지 제7단계를 통해 제조되는 것을 특징으로 하는 알루미나 코팅층이 형성된 히터.
6. 제1항에 있어서, 상기 니켈금속히터(3) 모재를 크롬(Cr)의 합금강인 인코넬(Inconel) 또는 니켈을 주 재료로 하는 것을 특징으로 하는 알루미나 코팅층이 형성된 히터.

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