KR100949115B1 - 히터 플레이트를 구비한 베이크 장치 및 히터 플레이트의제조방법 - Google Patents

히터 플레이트를 구비한 베이크 장치 및 히터 플레이트의제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 제조공정 중 웨이퍼의 베이크 공정에서 반도체 웨이퍼의 온도를 균일하게 유지시키는 히터 플레이트와 이를 구비한 베이크 장치 및 히터 플레이트의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 베이크 공정 중 웨이퍼를 가열함에 있어 온도균일성을 개선시킬 수 있고 온도센서의 설치상태가 유지될 수 있는 베이크 장치 및 히터 플레이트의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 베이크 장치는 밀폐공간을 형성하는 챔버, 상기 챔버내에 설치되는 히터 플레이트를 포함하며, 상기 히터 플레이트는 세라믹으로 형성되며 베이크 가공될 웨이퍼가 안착되는 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트의 저면에 금속 도금층으로 형성된 히터를 포함한다.

Description

히터 플레이트를 구비한 베이크 장치 및 히터 플레이트의 제조방법{Bake apparatus having a heater plate and method for manufacturing the heater plate}
본 발명은 반도체 웨이퍼용 베이크 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 제조공정 중 웨이퍼를 베이크하는 과정에서 반도체 웨이퍼의 온도를 균일하게 유지시키는 베이크 장치에 관한 것이다.
최근, 반도체 소자의 고집적화가 진행되면서 하나의 칩의 단위면적이 협소해지고, 이에 따라 회로 선폭의 임계치수(Critical Dimension, CD)가 축소되면서 반도체 웨이퍼 상에 회로형성을 위한 패턴(pattern)을 구현하는 포토리소그라피 공정의 중요성이 대두되고 있다. 포토리소그라피 공정은 웨이퍼상에 포토레지스트(photo resist)를 도포하는 공정, 상기 포토레지스트에 광을 조사하는 노광 공정, 포토레지스트를 노광된 패턴에 따라 부분적으로 제거하는 현상공정을 포함하고, 이러한 도포 공정, 노광공정 및 현상공정은 반도체 웨이퍼를 가열하는 베이크 공정을 포함하게 된다.
베이크 공정의 예로는 포토레지스트를 도포할 때 발생하는 응력을 완화시키 기 위한 소프트 베이크 공정과, 노광공정을 수행한 후 노광이 이루어진 부위를 화학적으로 안정시키기 위한 하드 베이크 공정 등을 들 수 있다.
웨이퍼 상에 형성된 패턴이 점차 미세화되고 있는 최근의 추세에 따라 웨이퍼를 소정의 온도로 가열하는 공정인 베이크 공정상에서 웨이퍼를 균일하게 가열하고 온도를 유지하는 것은 임계치수를 제어하는데 있어 중요한 요소로 작용한다.
이러한 베이크 공정을 수행하기 위한 장치의 한 예가 대한민국 특허공개공보 2004-31691호에 개시되어 있는데, 이에 따르면 베이크 공정을 수행하기 위한 히터 플레이트는 열선을 형성하는 도전체가 세라믹 기판에 마련된다. 이때 도전체는 도전체 형성을 위한 페이스트를 실크 스크린등과 같은 인쇄매체를 통해 세라믹 기판상에 도포한 후 소결과정을 거쳐 세라믹 기판의 표면에 안착된다.
또한, 열선에 공급되는 전류를 열선의 온도에 따라 제어할 수 있도록 히터 플레이트에는 온도센서가 설치되고 이 온도센서는 세라믹 본딩제 등과 같은 내열성 접착제를 통해 접착된다.
그러나, 세라믹 기판상에 형성되는 도전체가 상기한 바와 같이 소결과정을 거쳐 형성되면 소결과정에서 가해지는 열에 의해 그 베이스를 이루는 세라믹 기판에 뒤틀림과 같은 열변형이 발생될 수 있는데, 이러한 열변형에 의해 히터 플레이트에 의해 웨이퍼가 가열될 때 온도균일성이 저하되는 문제점이 있었다
또한, 인쇄 및 소결에 의한 도전체의 패턴형성방법으로는 정밀하고 균일한 패턴형성에 한계가 있어 점차 높은 정밀도가 요구되는 최근의 반도체 생산공정에 그대로 적용될 수 없다는 문제점이 있었다. 이러한 한계를 극복하기 위하여 소결에 의한 패턴형성한 후에 레이저 트리밍(laser trimming) 등을 통해 도전체의 패턴을 재차 가공하는 과정을 통해 도전체의 저항오차를 감소시키는 기술이 이용되기도 한다. 그러나 이러한 방법은 추가적인 가공과정에 의해 제작시간이 증가할 뿐만 아니라 제작비용도 상승하게 되는 문제점이 있다.
또한, 베이스 플레이트에 접착제를 통해 온도센서를 부착하게 되면 온도센서와 베이스 플레이트간의 열팽창율 차이에 의해 냉각과 가열이 반복됨에 따라 온도센서가 베이스 플레이트로부터 떨어져 나가게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 베이크 공정 중 웨이퍼를 가열함에 있어 온도균일성을 개선시킬 수 있는 베이크 장치 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 온도센서의 설치상태가 유지될 수 있는 베이크 장치 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 반도체 웨이퍼용 베이크 장치는 밀폐공간을 형성하는 챔버, 상기 챔버내에 설치되는 히터 플레이트를 포함하며, 상기 히터 플레이트는 세라믹으로 형성되며 베이크 가공될 웨이퍼가 안착되는 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트의 저면에 금속 도금층으로 형성된 히터를 포함한다.
상기 히터는 무전해 도금에 의해 형성된다.
상기 히터는 포토리소그라피(photolithography) 공정에 의해 소정의 패턴으로 형성된다.
상기 히터는 니켈(Ni)로 형성된다.
상기 베이스 플레이트에는 금속 도금층으로 형성되는 센서패드가 마련되며, 상기 센서패드에는 온도센서가 솔더링에 의해 접합된다.
상기 히터는 그 표면에 금, 백금, 티타늄 중 어느 하나의 금속에 의한 산화방지층을 구비한다.
상기 온도센서는 솔더링을 위한 금속 코팅층을 구비한다.
본 발명에 따른 히트 플레이트는 세라믹으로 형성되며 베이크 가공될 웨이퍼가 안착되는 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트의 저면에 금속 도금층으로 형성된 히터를 포함한다.
상기 히터는 무전해 도금에 의해 형성되고, 상기 히터는 포토리소그라피(photolithography) 공정에 의해 소정의 패턴으로 형성된다.
상기 베이스 플레이트에는 금속 도금층으로 형성되는 센서패드가 마련되며, 상기 센서패드에는 온도센서가 솔더링에 의해 접합된다.
상기 온도센서는 솔더링을 위한 금속 코팅층을 구비하며, 상기 히터는 그 표면에 금, 백금, 티타늄 중 어느 하나의 금속에 의한 산화방지층이 구비한다.
본 발명에 따른 히터 플레이트의 제조방법은 상기 히터 플레이트의 제조를 위하여, 세라믹으로 형성된 베이스 플레이트의 저면에 금속 도금층을 형성하는 단계; 상기 금속 도금층을 포토리소그라피(photolithography) 공정에 의해 소정의 패턴으로 가공하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
상기 금속 도금층은 무전해 도금에 의해 형성되며, 상기 포토리소그라피(photolithography) 공정에 의한 패턴 가공 후에 상기 금속 도금층 위에 산화방지층을 형성하는 단계를 더 포함한다.
상기 산화방지층 위에 온도센서를 솔더링하는 단계를 더 포함한다.
상가 솔더링의 전단계로 상기 온도센서에서 상기 솔더링에 의한 상기 산화방지층과의 접합부위에 금속코팅층이 형성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따르면 히터 플레이트에 형성되는 히터는 도금에 의해 형성되는 금속 도금층을 포토리소그라피(photolithography) 공정에 의해 정밀하게 패턴 가공하여 형성된다. 따라서, 본 발명에 따른 베이크 장치는 웨이퍼의 베이크 공정에서 높은 온도균일도로 웨이퍼를 가열할 수 있어 회로 선폭의 임계치수가 매우 낮아 높은 정밀도가 요구되는 반도체 공정에 적용될 수 있는 장점이 있다.
또한, 히터의 온도를 측정하기 위한 온도센서는 솔더링을 통해 센서패드에 견고하게 접합되어 접합상태가 반영구적으로 유지될 수 있고, 히터의 열이 온도센서로 신속하게 전달되어 히터 플레이트의 온도 균일성을 위한 정확한 제어가 가능하게 되는 효과가 있다.
이하에는 본 발명의 일 실시예에 따른 베이크 장치에 대하여 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼용 베이크 장치를 나타낸 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 베이크 장치는 밀폐공간(11)을 형성하는 챔버(10)와, 이 챔버(10)내에 설치되는 히터 플레이트(30)를 포함하여 이루어진다.
챔버(10)는 베이크 공정을 위한 웨이퍼(20)가 입출될 수 있도록 개폐가능하게 마련되며, 베이크 공정중에는 웨이퍼(20)가 외기에 접촉되지 않도록 내부공간을 밀폐한다.
히터 플레이트(30)는 베이크 공정 중 웨이퍼(20)를 공정온도로 가열하는 장치로, 웨이퍼(20)가 안착되는 베이스 플레이트(31)와, 이 베이스 플레이트(31)를 가열하는 히터(32)(33)를 포함한다.
베이스 플레이트(31)는 웨이퍼(20)의 형상대로 원형으로 이루어져 있으며, 세라믹으로 이루어져 있다. 베이스 플레이트(31)를 형성하는 세라믹은 질화알루미늄(AlN)을 주성분으로 구성될 수 있다. 베이스 플레이트(31)를 세라믹으로 형성하 는 이유는 고온에서의 화학적 안정성이 높을 뿐만 아니라 열변형이 적기 때문이다.
베이스 플레이트(31)를 가열하기 위한 히터(32)(33)는 베이스 플레이트(31)의 저면에 마련되며, 베이스 플레이트(31)의 상면에 웨이퍼(20)가 안착된다. 이와 같이 웨이퍼(20)가 직접 접촉되지 않도록 히터(32)(33)와 웨이퍼(20)사이에 일정한 거리를 둔 것은 히터(32)(33)에서 발생된 열이 베이스 플레이트(31)를 통해 전도되는 과정에서 분산되어 베이스 플레이트(31)의 상면의 온도분포가 고르게 유지되도록 하기 위함이다.
히터(32)(33)에는 온도측정을 위한 온도센서(37)가 설치되며, 히터(32)(33)와 온도센서(37)는 챔버(10) 외부에 마련되는 제어부(40)와 연결된다. 제어부(40)는 온도센서(37)로부터 검출된 히터(32)(33)의 온도에 따라 히터(32)(33)에 공급되는 전원을 제어함으로써 히터(32)(33)의 발열량을 제어하고 이에 따라 히터 플레이트(30)가 공정온도를 유지할 수 있도록 한다.
웨이퍼(20)는 공정온도로 제어되는 히터 플레이트(30)에 의해 베이크 공정이 수행되는데, 이때 공정 전후과정에서 웨이퍼(20)의 이송은 로보트암(robot arm)과 같은 이송유닛(미도시)에 의해 이루어진다.
도 2는 히터가 마련된 히터 플레이트의 저면을 나타낸 도면이다.
도 2에 의하면, 베이스 플레이트(31)의 저면에는 소정의 패턴으로 히터(32)(33)가 마련된다. 히터(32)(33)는 베이스 플레이트(31)의 중심을 기준으로 동심원형태로 배열된 제1히터(32)와, 제1히터(32)의 외곽에 배열된 제2히터(33)를 포함한다. 제1히터(32)는 베이스 플레이트(32)의 중심구역을 가열하고 제2히터(33) 는 베이스 플레이트(31)의 외곽을 가열하여 전체적으로 히터 플레이트(30)는 다수의 히터에 의해 다중 구역이 가열되는 방식으로 이루어진다. 도면에 의하면, 히터(32)(33)는 두 개의 영역을 커버하도록 제1히터(32)와 제2히터(33)로 이루어져 있으나 이는 설명의 편의를 위하여 간략화한 것일 뿐 실제 히터 플레이트에 적용된 단위히터의 개수는 더 증가될 수 있으며 그 패턴도 더 복잡하게 형성될 수 있다.
제1히터(32)와 제2히터(33)는 각각 한 쌍의 단자부(32a)(33a)를 구비하고 있어 전원이 연결된 상태에서 폐회로를 형성한다.
또한, 제1히터(32)와 제2히터(33)가 형성된 영역에는 전원이 인가된 상태에서 각각의 온도를 측정할 수 있도록 적어도 하나의 온도센서(37)가 설치되어 있다.
각각의 히터(32)(33)에 대응되도록 온도센서(37)를 설치하는 이유는 제1히터(32)와 제2히터(33)가 독립적으로 폐회로를 형성하여 독립적으로 가열될 수 있으므로 각 히터(32)(33)의 정확한 온도측정을 통해 히터 플레이트(30)의 전체 영역에 대하여 정밀하게 온도제어할 수 있도록 하기 위함이다.
온도센서(37)의 설치를 위하여 베이스 플레이트(31)에는 센서패드(38)가 형성되어 있다. 이 센서패드(38)은 제1,2히터(32)(33)과 동일한 금속 도금층으로 형성되며 다만 히터(32)(33)와 분리된 구조로 이루어져 있으며, 후술할 히터형성을 위한 금속도금공정 및 포토리소그라피(photolithography) 공정시 히터(32)(33)와 함께 형성된다.
온도센서(37)는 온도에 따른 저항변화에 의해 온도를 측정하는 RTD(Resistence Temperature Device) 센서로 구성될 수 있으며, 따라서 이러한 온 도센서(37)에는 전원연결을 위한 단자부(37a)가 구비되어 있다.
히터(32)(33)는 전열체인 니켈(Ni)에 의한 금속 도금층으로 구성되며, 이러한 도금층은 무전해 도금에 의해 베이스 플레이트(31)의 표면에 일정한 두께로 코팅된다. 이와 같이 도금에 의해 히터를 구성하는 금속층을 형성하게 되면 기존에 소결에 의한 방법에 의한 경우보다 금속층의 두께 공차를 최소화할 수 있다.
무전해 도금과정은 크게 세라믹 소재인 베이스 플레이트(31)에 무전해 도금을 위한 전처리과정과, 전처리과정 후 니켈 금속층을 형성하는 도금과정으로 이루어진다.
전처리과정은 a) 질화알루미늄(AlN) 기판 표면을 플라즈마 처리하는 단계; b) 플라즈마 처리 후 질화알루미늄 기판을 탈지 및 에칭하는 단계; c) 탈지 및 에칭된 질화알루미늄 기판에 활성화된 Pd핵을 형성하는 단계;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 a) 단계의 AlN 기판의 플라즈마 처리 단계는 AlN 기판 표면을 산소 가스를 함유하는 가스의 플라즈마로 표면을 처리함으로써 표면에 존재하는 유기물질을 제거함과 동시에 표면 상태를 개질하여 무전해 도금 니켈막과의 결합력을 향상시키는 역할을 한다.
상기 a) 단계의 플라즈마 처리 전에 그리트(grit) 또는 비드(bead) 블라스팅(blasting) 공정을 진행하여 질화알루미늄 기판의 표면 조도(roughness)를 증가시킬 경우 표면적이 증가하여 니켈 무전해 도금막의 밀착성이 보다 향상될 수 있다.
또한, 상기 a) 단계의 플라즈마 처리 후에 브러쉬로 질화알루미늄 표면에 존재하는 이물질을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이는 플라즈마 처리 또는 블라스팅 공정에서 발생하는 이물질을 제거하기에 적합하다. 이물질을 제거하지 않는 경우 국부적으로 니켈 무전해 도금막이 기판과 밀착되지 못하는 불량이 발생하게 된다.
상기 b) 단계는 유기산 또는 무기산을 이용하여 AlN 기판 표면의 오염을 제거하는 탈지단계; 및 0.5 내지 10중량%의 불화염 용액으로 AlN 기판 표면을 식각하는 에칭단계;로 이루어지며, 상기 c)단계는 AlN 기판 표면을 컨디셔닝액으로 처리하는 단계, Sn-Pd 씨드 층을 형성하는 단계, 및 Sn을 제거하여 활성화된 팔라듐(Pd) 핵을 형성하는 단계를 포함한다. 또한 상기 활성화된 Pd 핵을 형성하는 단계는 HF 및 HBF4가 혼합된 불소화합물을 0.5 내지 10중량%로 함유하는 악세레이터용액으로 처리하는 것을 특징으로 한다. 불소화합물이 함유된 악세레에터용액으로 처리하는 경우 종래의 염산 또는 황산 베이스의 용액으로 처리하는 경우에 비해 무전해 니켈 도금막의 성장속도가 우수하였다.
비전도성인 세라믹 소재인 질화알루미늄(AlN) 기판에 무전해 니켈 도금을 하기 위한 전처리 공정은 플라즈마 표면 처리 ⇒ 정면기 ⇒ 탈지 ⇒ 에칭(etching) ⇒ 콘디셔닝(conditioning) ⇒ 프리딥(Pre-Dip) ⇒ 카탈라이징(catalyzing) ⇒ 악세레이팅(accelerating)의 단계를 거치며, 각 단계와 단계 사이에서 수세 공정을 진행한다.
상기 플라즈마 표면 처리는 상술한 바와 같이 산소 함유 가스 플라즈마로 AlN 기판 표면의 유기물 제거 및 표면 상태를 개질하여 니켈 무전해 도금 막과의 밀착성을 향상시키는 공정이다.
상기 탈지는 세라믹 표면상의 지문, 기름, 변색등의 유기계, 무기계 오염을 제거하고 세라믹 잔사를 제거하기 위한 목적으로 실시하며 중성 또는 산성 베이스의 약품을 사용하는 것이 좋으며, 알카리 베이스는 세라믹 소재에 도포된 페이스트(Paste)의 침식을 주기 때문에 피하는 것이 좋다. 세라믹 소재의 혼합물 조성 및 오염의 정도에 따라 온도 및 처리시간을 조절하는 것이 바람직하며, 수세가 용이한 탈지제를 사용하는 것이 좋다.
상기 에칭은 유기산, 무기산으로 이루어진 에칭제를 사용하여 실시할 수 있으나, 불화나트륨(NaF), 불화암모늄(NH4F) 등이 함유된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 에칭액에 함유되는 불화염의 함량은 0.5 내지 10중량%인 것이 바람직한데 이는 상기 불화염이 함량이 0.5중량% 보다 적은 경우에는 에칭에 의한 표면적 증가효과가 미미하여 니켈의 밀착성이 향상되지 않으며, 상기 함량이 10중량%를 초과할 경우에는 과에칭이 발생하여 부분적인 패임 현상이 발생하여 후공정의 촉매제가 잘 흡착되지 않아 국부적으로 밀착력이 매우 나빠지게 된다. 본 발명에 따른 에칭액은 불화나트륨(NaF) 및 불화암모늄(NH4F)이 1: 1 내지 100 중량비로 혼합된 불화염 용액인 것이 바람직한데, 상기 중량비가 100이 넘을 경우에는 국부적으로 에칭되는 현상이 많이 나타나고, 상기 중량비가 1 미만일 경우에는 표면 거칠기가 별로 증가하지 않아 니켈과의 밀착성이 다소 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 콘디셔닝은 비전도성 재료인 세라믹에 하기의 카탈라이징(catalyzing) 공정에서 카탈리스트가 잘 흡착될 수 있도록 친수성을 부여하는 공정으로서 양이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제 및 아미노알콜을 함유한 컨디셔닝액을 사용한다.
계면활성제 성분은 공기 교반, 제품의 요동, 기계 교반을 실시하면 기포의 발생으로 약품이 분해되기 때문에 교반 없이 침적하여 처리하는 것이 바람직하여, 콘디셔닝 처리 후에는 50∼70℃의 열수로 침적세정을 하고 3단 수세를 행하는 것이 바람직하다.
상기 프리딥(Pre-Dip)은 카탈리스트 약품조에 수세수가 들어가지 않도록 함으로써 카탈리스트 약품조의 오염 및 농도의 희석을 방지하고자 실시하는 공정이다,
프리딥 공정은 반드시 있어야 하는 공정은 아니지만 가급적 사용하는 것이 바람직하다. 약품은 카탈리스트 약품에서 금속(Pd-Sn)을 제외한 황산 및 염화암모늄 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 카탈라이징(catalyzing)은 Sn-Pd 씨드층을 세라믹 기판에 형성하기 위한 것으로 염화제일석(SnCl2.2H2O)과 염화파라듐(PdCl2)을 주성분으로 하는 콜로이드 입자를 세라믹 표면 및 비아 홀에 충진된 금속 페이스트(Paste)에 균일하게 전착시키는 공정이다. 고염산욕 카탈리스트에 비해 비염산계 카탈리스트는 와일드한 콜로이드 용액이므로 미세한 카탈리스트를 형성하여 무전해 동도금이 균일하게 석출되도록 비염산계 첨가제를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 카탈리스트는 촉매제 의 농도가 매우 낮고 불안정하므로 과황산 암모늄, 과산화수소, 염화제이동, 염화제이철, 계면활성제, 직사광선, 물 등의 불순물이 혼입되거나 활성탄 처리를 하면 약품의 분해를 촉진하기 때문에 반드시 피해야 하며, 가급적 공기가 들어가지 않도록 하는 것이 바람직하다.
상기 악세레이팅(Accelerating)은 Sn을 제거하여 활성화된 팔라듐(Pd) 핵을 형성하는 단계이다. 카탈라이징 공정에서 Sn+2- Pd+2 착염을 흡착하고, 다음 수세 공정에서 흡착된 착염은 가수분해하여 Sn(OH)Cl인 2가 주석이온과 4가 주석, 파라듐염이 공존하게 된다. 이 침전된 제 1 및 제 2 주석염을 악세레이팅 공정에서 용해제거 함으로써 활성화된 순수한 팔라듐(Pd) 핵을 생성시킬 수 있다. 악세레이터 처리가 불충분하면 무전해 도금시 미도금이 발생하거나 석출속도가 저하되거나 밀착력이 저하되기 때문에 충분히 처리하는 것이 바람직하다. 악세레이터는 무기산 또는 염기가 함유된 용액을 사용하며 무기산으로는 염산, 황산, 불산 등이 있으며, 염기로는 수산화나트륨 등이 사용될 수 있으나, 불산 계열의 무기산이 함유된 악세레이터를 사용할 경우 무전해 도금 공정의의 도막 속도가 향상되는 것을 발견하였다. 불산 계열의 무기산의 함량은 악세레이터 용액에 0.5 내지 10중량%로 함유하는 바람직하다. 상기 농도가 0.5중량% 미만이면 무전해 니켈막의 미도금이 발생할 수 있으며, 상기 농도가 10중량%를 초과할 경우 니켈 표면의 거칠기가 증가하는 문제점이 있다.
이와 같은 단계들을 거쳐 무전해도금을 위한 전처리된 베이스 플레이트(31)에는 니켈 무전해 도금이 이루어진다.
니켈 무전해 도금 공정은 상기 팔라듐(Pd)핵이 형성된 질화알루미늄 기판을 니켈염, 환원제, 착화제 등을 포함한 무전해 도금액에 침지하여 이루어지는데, 팔라듐(Pd)가 촉매로서 도금액 중의 니켈 이온의 환원을 촉진시켜 니켈을 석출하게 되고 일단 니켈이 석출하면 니켈 자신이 촉매 역할을 하는 자기 촉매작용에 의해 석출반응이 계속된다. 상기 니켈염으로는 염화 니켈, 황산 니켈, 아세트산 니켈 등이 사용되고, 환원제로서는, 차아인산나트륨, 디메틸아민보란, 수소화붕소나트륨, 수소화붕소칼륨, 히드라진 등이 사용되며 착화제로서는니켈 이온에 대하여 착화작용이 있는 화합물이 사용되나 본 발명에서는 니트릴로트리스(메틸렌)트리포스폰산(NTPA)을 착화제로 사용함으로써 보다 균일한 니켈 무전해 도금 막을 형성할 수 있었다. 상기 착화제의 함량은 도금액 중에 1∼100g/L, 바람직하게는 5∼50g/L의 범위이다.
니켈 패턴 형성 방법은 상술한 바와 같은 전처리 방법에 의해 전처리된 AlN 기판 상에 0.1~10um의 니켈 박막을 상기 니켈 도금액을 사용하여 무전해 도금 방식으로 형성한다. 니켈 도금은 니켈만을 단독으로 도금하거나 니켈과 다른 성분을 같이 도금하는 니켈 합금 도금을 모두 포함할 수 있다. 상기 니켈 합금으로서는 니켈-인, 니켈-붕소 합금 등이 있다
이와 같이 베이스 플레이트(31)에 니켈을 도금하는 과정에서 히터(32)(33)의 구성을 위하여 미리 설계된 패턴대로 바로 도금이 이루어지는 것은 아니며 도시된 바와 같은 히터(32)(33)의 패턴은 도금층 형성후 패턴형성공정에 의한다.
히터(32)(33)와 센서패드(38)를 위한 패턴 형성은 반도체 공정에 적용되는 포토리소그라피(photolithography) 공정에 의한다.
따라서, 베이스 플레이트(31)는 포토리소그라피(photolithography) 공정에 따라 히터(32)(33)의 형성을 위한 금속 도금층이 형성된 상태에서 금속 도금층상에 포토 레지스트(photo resist)를 도포하는 공정, 상기 포토레지스트에 패턴대로 광을 조사하는 노광공정, 노광에 의한 패턴에 따라 포토레지스트를 부분적으로 제거하는 현상공정및, 현상후 포토레지스트가 제거된 부분에 대한 에칭공정을 거쳐 저면에 히터가 일정한 패턴에 따라 형성될 수 있으며, 이러한 포토리소그라피공정 중에는 베이스 플레이트를 가열하는 베이크 공정이 포함될 수 있다.
이러한 포토리소그라피(photolithography) 공정에 의해 히터(32)(33)를 형성하게 되면 매우 정밀한 패턴 형성이 가능하여 히터(32)(33)의 제작공차를 최소화할 수 있고 히터의 폭을 줄이고 복잡한 형상의 패턴형성도 가능하게 되어 높은 온도 균일도가 확보되는 히터 플레이트(30)를 제작할 수 있다. 따라서, 이러한 히터 플레이트(31)를 이용하여 웨이퍼(20)에 대한 베이크 공정을 수행하게 되면 회로 선폭의 임계치수(Critical Dimension, CD)를 더욱 낮출 수 있게 된다.
도 3은 히터플레이트에서 히터가 형성된 부분에 대한 단면도이다. 히터(32)는 일정한 폭과 두께로 형성되며, 히터(32)의 표면에는 니켈로 구성되는 히터(32)가 가열되는 과정에서 발생되는 고열에 의해 산화되는 것을 방지하기 위한 산화방지층(34)이 코팅되어 있다.
산화방지층(34)은 금(Au)을 히터 표면에 도금함으로써 형성되며, 금 이외에 백금(Pt), 티타늄(Ti) 등의 금속이 산화방지층을 형성하는 소재로 사용될 수 있다.
도 4는 히터 플레이트에서 온도센서가 설치된 부분에 대한 단면도이다.
센서패드(38)은 히터(32, 도 3참조)와 동일한 구조로 이루어져 표면에는 산화방지층(34)이 적층된 상태이며 이러한 상태에서 온도센서(37)가 솔더링(soldering)에 의해 접합된다. 이때 온도센서(37)에는 솔더링이 이루어지는 부위에 금속코팅층(36)이 형성되어 있다. 온도센서(37)에 금속코팅층(36)을 형성하는 이유는 온도센서(37)를 센서패드(38)위에 솔더링하는 과정에서 솔더링 후 온도센서(37)와 센서패드(38)사이의 접합을 매개하는 솔더(solder)(35)와 친화성이 높은 금속을 미리 온도센서(37)에 코팅하여 온도센서(37)의 접합성을 높이기 위함이다.
온도센서(37)에 코팅되는 금속으로는 솔더(35)와의 친화성 뿐만 아니라 화학적 안정성 등을 고려하여 백금(Pt)이 사용될 수 있다.
온도센서(37)의 설치를 위한 솔더링은 금속코팅층(36)이 형성된 온도센서(37)의 접합부위에 솔더링 페이스트를 적당량 바른 후 센서패드(38)위에 온도센서를 올려놓은 상태에서 약 300℃ 정도의 고온에서 리플로우(reflow) 공정을 통해 수행된다.
이와 같이 온도센서(37)에 금속코팅층(36)을 형성하고 솔더링을 통해 온도센서(37)를 센서패드(38)에 접합하면 금속코팅층(36)과 산화방지층(34)을 구성하는 두 금속사이에 솔더(35)가 접합되므로 접합력이 매우 우수할 뿐만 아니라, 금속으로 이루어지는 솔더(35)의 특성상 반복적인 온도변화에도 접합부위가 파손되지 않고 반영구적으로 접합상태가 유지될 수 있다.
또한, 베이스 플레이트(31)의 열은 금속인 센서패드(38)과 솔더(35)를 매개 로 하여 접촉저항이 최소화된 상태에서 온도센서(37)에 전도되므로 온도센서(37)에 신속하게 전달될 수 있고 이에 따라 온도센서(37)에서 빠르게 반영되는 베이스 플레이트(31)의 온도정보를 통해 히터(32)(33)의 빠른 온도제어가 가능하게 되어 히터 플레이트(30)의 온도 균일성이 향상될 수 있다.본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것이 불과하므로 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 청구범위에 의하여 정하여져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼용 베이크 장치를 나타낸 개략적인 구성도이다.
도 2는 히터가 마련된 히터 플레이트의 저면을 나타낸 도면이다.
도 3은 히터플레이트에서 히터가 형성된 부분에 대한 단면도이다.
도 4는 히터 플레이트에서 온도센서가 설치된 부분에 대한 단면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 챔버, 20 : 웨이퍼,
30 : 히터 플레이트, 31 : 베이스 플레이트,
32,32: 히터, 34 : 산화방지층,
35 : 솔더, 36 : 금속코팅층,
37 : 온도센서, 40 : 제어부,

Claims (19)

  1. 밀폐공간을 형성하는 챔버,
    상기 챔버내에 설치되는 히터 플레이트를 포함하며,
    상기 히터 플레이트는 세라믹으로 형성되며 베이크 가공될 웨이퍼가 안착되는 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트의 저면에 금속 도금층으로 형성된 히터를 포함하고,
    상기 베이스 플레이트에는 금속 도금층으로 형성되는 센서패드가 마련되며, 상기 센서패드에는 온도센서가 솔더링에 의해 접합되는 베이크 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 히터는 무전해 도금에 의해 형성되는 베이크 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 히터는 포토리소그라피(photolithography) 공정에 의해 패턴으로 형성되는 베이크 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 히터는 니켈(Ni)을 포함하여 형성되는 베이크 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 히터는 그 표면에 금, 백금, 티타늄 중 어느 하나의 금속에 의한 산화방지층을 구비한 베이크 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 온도센서는 솔더링을 위한 금속 코팅층을 구비한 베이크 장치.
  8. 세라믹으로 형성되며 베이크 가공될 웨이퍼가 안착되는 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트의 저면에 금속 도금층으로 형성된 히터를 포함하고,
    상기 베이스 플레이트에는 금속 도금층으로 형성되는 센서패드가 마련되며, 상기 센서패드에는 온도센서가 솔더링에 의해 접합되는 히터 플레이트.
  9. 제8항에 있어서, 상기 히터는 무전해 도금에 의해 형성되는 히터 플레이트.
  10. 제9항에 있어서, 상기 히터는 포토리소그라피(photolithography) 공정에 의해 패턴으로 형성되는 히터 플레이트.
  11. 삭제
  12. 제8항에 있어서, 상기 온도센서는 솔더링을 위한 금속 코팅층을 구비한 히터 플레이트.
  13. 제8항에 있어서, 상기 히터는 그 표면에 금, 백금, 티타늄 중 어느 하나의 금속에 의한 산화방지층이 구비된 히터 플레이트.
  14. 웨이퍼의 가열을 위한 히터 플레이트의 제조방법에 있어서,
    상기 히터 플레이트의 제조를 위하여,
    세라믹으로 형성된 베이스 플레이트의 저면에 금속 도금층을 형성하는 단계;
    상기 금속 도금층을 포토리소그라피(photolithography) 공정에 의해 패턴으로 가공하는 단계;
    상기 포토리소그라피(photolithography) 공정에 의한 패턴 가공 후에 상기 금속 도금층 위에 산화방지층을 형성하는 단계;
    상기 산화방지층 위에 온도센서를 솔더링하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 금속 도금층은 무전해 도금에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 히터 플레이트의 제조방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제14항에 있어서, 상기 솔더링의 전단계로 상기 온도센서에서 상기 솔더링에 의한 상기 산화방지층과의 접합부위에 금속코팅층이 형성하는 단계를 더 포함하는 히터 플레이트의 제조방법.
  19. 삭제
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