KR102475295B1 - 비대칭 열선 구조를 가진 페데스탈 히터 블럭 - Google Patents

Abstract

진공 흡착으로 웨이퍼를 고정하도록 진공 인가 구조가 표면에 설치되고, 웨이퍼 후면에 온도 균일화용 가스를 공급하도록 분포된 가스 공급용 홀과 웨이퍼 가열을 위한 열선을 구비하며, 열선이 웨이퍼 중심부에 해당하는 위치인 히터 블럭 중앙부에서 그 외측인 주변부보다 더 놓은 설치 밀도를 가지도록 설치되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착기용 페데스탈 히터 블럭이 개시된다. 이때, 열선의 배치는 설치의 용이성을 위해 좌우 대칭보다는 와우형과 같은 비대칭형으로 이루어질 수 있고, 비대칭형으로 이루어지는 경우, 카트리지(cartridge)형 히터로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 페데스탈 히터 블럭에 웨이퍼 혹은 기판이 놓여 화학기상증착 공정이 이루어지는 가운데 기판 백사이드에 낮은 압력, 가령 3토르 이하의 낮은 압력이 인가되고 그에 따라 진공 흡착력이 높아질 경우 낮은 온도가 되기 쉬운 웨이퍼 위치에 해당하는 히터 블럭 중앙부에 주변부보다 높은 설치밀도로 히터를 설치하여 증착 공정 중에 웨이퍼 전반에 온도 편차가 종래에 비해 줄어들 수 있고, 그에 따라 웨이퍼에 증착되는 막의 두께 균일도, 균질성을 높일 수 있게 된다.

Description

비대칭 열선 구조를 가진 페데스탈 히터 블럭{pedestal heater block having asymmetric heater line structure}

본 발명은 페데스탈 히터 블럭에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 히터 블럭 내의 높은 온도 균일도를 가지는 비대칭 열선 구조의 페데스탈 히터 블럭에 관한 것이다.

반도체장치는 대개 반도체 기판 혹은 웨이퍼(wafer)에 반도체 소자와 이를 포함하는 회로를 형성하기 위해 열이나 이온주입 등을 이용한 확산, 물질층의 적층, 포토리소그라피를 이용한 패터닝 등의 다양한 공정을 거쳐 제작하게 된다.

물질층의 적층 방법으로는 스퍼터링과 같은 물리적 적층과 화학적 증착을 사용할 수 있으며, 화학적 증착을 담당하는 반도체장치 제조장비로 화학기상증착기가 사용될 수 있다.

화학기상증착법은, 이송가스(carrier gas)나 액체 공급장치(liquid delivery

system: LDS)를 통하여 기화된 박막 원료를 공정 챔버 내로 주입시켜 가열된 기판 위에서 흡착, 분해 등의 화학적 과정을 거치게 하면서 물질 박막이 증착되도록 하는 물질층 형성 방법이다.

이러한 화학기상증착법에 사용되는 원료 화합물이 갖추어야 할 중요한 특성으로는, 높은 증기압, 액체 화합물, 기화 온도 및 보관 시 열적 안정성, 취급의 용이성, 공정시 반응물과의 용이한 반응성, 간단한 증착 메커니즘 및 부산물 제거의 용이성 등이 있다. 이러한 화학기상증착법으로 물질 박막을 증착 형성할 때 균일한 두께 및 성분으로 형성하기 위해 증착 온도 등과 같은 공정 조건이 기판 전체를 통해 고르게 유지될 필요가 있다.

도1은 종래의 화학기상증착기에서 공정 웨이퍼가 놓이는 페데스탈 히터 블럭의 구성을 나타내는 단면도이다. 도시된 바와 같이 그 표면에 기판(도면에 미도시)이 놓여지고 진공 흡착되어 증착이 수행되는 베이스 블럭(10), 베이스 블럭(10)의 후방에 결합되는 블럭 백 커버(20), 베이스 블럭(10) 및 블럭 백 커버(20)가 챔버(도면에 미도시)에 고정되는 매개체인 외부 로드(40), 베이스 블럭(10) 및 블럭 백 커버(20)를 승강시키는 내부 로드(30), 베이스 블럭(10)을 가열하는 시즈 히터(Sheath heater: 50), 기판을 진공 흡착에 의해 고정하기 위한 진공 파이프(60), 기판 후면으로 방출되어 히터 블럭의 열을 기판에 고르게 전달되도록 하기 위한 아르곤 가스를 공급하는 가스공급 파이프(70) 및 베이스 블럭(10)의 온도를 감지할 수 있도록 온도센서가 통과하는 온도센서 파이프(80)로 구성된다.

그런데, 히터 블럭은 내부에 열선이 형성되어 웨이퍼에 열을 전달하면서 균일한 온도가 되어야 하지만 열선 배열에 따라 기판 위치별로 온도의 차이가 발생하며, 이에 따라 화학기상증착을 통해 만들어지는 균질하고 균일한 두께의 증착막 형성이 어렵게 될 수 있다.

도2은 기존의 열선 배치 형태를 나타내는 평면도이다. 이런 구성에서는 원형 히터 블럭(110)의 하나의 지름선을 중심으로 열선 배치가 좌우 대칭을 이루고 있다. 또한, 히터 블럭 주변부쪽과 히터 블럭 중심부 쪽에 열선(120)이 비교적 고르게 분포하는 모습을 보여주고 있다.

일반적으로 열선의 분포가 원형 웨이퍼의 중심부 및 주변부에 고르게 이루어져 히터 블럭에서 웨이퍼로의 열전달도 고르게 이루어지고 웨이퍼의 위치별 온도 편차는 많지 않을 것으로 예상되지만 실제 구성에서는 웨이퍼의 중심부에서 웨이퍼 온도가 낮게 나타나고 온도가 높은 곳과 낮은 곳 사이의 온도 편차가 4~5도씨가 나는 경우도 있다.

이런 온도차이는 크지 않은 것으로 보일 수도 있으나, 반도체 장치의 고집적화, 미세화에 따라 이런 온도차이에 의한 증착막 두께의 작은 차이에 의해서도 공정의 최종 결과를 이루는 반도체 소자나 회로는 큰 영향을 받을 수 있으므로 이런 차이를 가능한 한 줄이는 것이 요청된다.

이런 기존의 히터 블럭에서의 문제점을 해결하기 위해 온도 편차의 현상을 세밀하게 조사한 결과, 웨이퍼를 히터 블럭에 안정적으로 장착하기 위해 히터 블럭에 적용하는 진공 흡착을 위한 진공홀과 이에 연결되는 그루브(130) 등 진공 구조를 통해 웨이퍼 후면에 인가되는 백사이드 기압이 3torr 정도로 매우 낮아 진공 흡착력이 높을 때에 특히 이런 온도차이가 많이 나는 것을 확인할 수 있었고, 주변부보다 중앙부 쪽 일부에서 낮은 온도 부위가 뚜렸하게 형성되는 것을 볼 수 있었다.

대한민국 특허출원 제10-2005-0114571호 대한민국 등록특허 제10-0935648호

본 발명은 상술한 기존의 화학기상증착기용 페데스탈 히터 블럭에 놓이는 웨이퍼의 온도 편차가 발생하는 것을 줄일 수 있는 구성의 페데스탈 히터 블럭을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 웨이퍼의 화학기상증착 공정이 진행될 때 웨이퍼 위치별 온도 편차를 줄일 수 있는 열선 구성을 가지는 페데스탈 히터 블럭을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 진공 흡착으로 웨이퍼를 고정하도록 중심부에 진공홀이 설치되고 웨이퍼 후면에 온도 균일화용 가스를 공급하도록 이루어진 화학기상증착기용 페데스탈 히터 블럭에서 열선이 가령 반경의 1/2 내지 4/5, 보다 바람직하게는 3/5 내지 2/3 이내인 위치를 기준으로 웨이퍼 중심부에 해당하는 위치인 히터 블럭 중앙부에서 그 외측인 주변부보다 더 놓은 설치 밀도를 가지도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 열선의 배치는 설치의 용이성을 위해 좌우 대칭보다는 와우형과 같은 비대칭형으로 이루어질 수 있고, 비대칭형으로 이루어지는 경우, 시스(sheath)형 히터보다 카트리지(cartridge)형 히터로 이루어질 수 있다.

본 발명에서 히터 블럭 본체는 열전도성이 우수한 알루미늄 혹은 알루미늄 합금으로 이루어지고, 표면에 열전도성을 높이는 코팅막을 형성하여 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에서 히터 블럭 표면에 형성되는 그루브는 공정중에 웨이퍼 후면에 적용되는 백사이드 압력은 3토르 이하를 유지할 때 압착 밀착력을 향상시키기 위해 종래와 비교할 때 폭은 넓히고 깊이는 얕게 하여 가령 그르부의 종래의 단면에서 폭이 1.2 내지 1.9mm, 깊이가 1.2 내지 1.9mm의 정사각형에 가까운 단면이었다면 본 발명에서는 폭은 가령 1배 내지 1.5배 정도 늘어나 가령 2.3mm 내지 3.0mm 정도로 형성할 수 있고, 깊이는 가령 0.3배 내지 0.6배로 줄어든 가령 0.5mm 내지 1.0mm 범위로 형성하여 전체적으로 폭이 깊이보다 2 ~ 6배 더 큰 형태를 이루도록 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 페데스탈 히터 블럭에 웨이퍼 혹은 기판이 놓여 화학기상증착 공정이 이루어지는 가운데 기판 백사이드에 낮은 압력, 가령 3토르 이하의 낮은 압력이 인가되고 그에 따라 진공 흡착력이 높아질 때에 기판 전면의 온도 균일화 작용을 하는 온도균일화 가스의 흐름이 불충분하게 이루어져 온도 편차가 유발되는 경우에도 낮은 온도가 되기 쉬운 웨이퍼 위치에 해당하는 히터 블럭 중앙부에 주변부보다 높은 설치밀도로 히터를 설치하여 상대적으로 중앙부에 더 많은 열이 전달될 수 있고 주변부에는 열을 적게 전달되도록 함으로써 증착 공정 중에 웨이퍼 전반에 온도 편차가 종래에 비해 줄어들 수 있고, 그에 따라 웨이퍼에 증착되는 막의 두께 균일도, 균질성을 높일 수 있게 된다.

도1은 기존의 화학기상증착기용 페데스탈 히터 블럭의 구성을 나타내기 위한 하나의 측단면도,
도2는 기존의 화학기상증착기용 페데스탈 히터 블럭에서 열선이 좌우 대칭을 이루도록 균형적으로 설치된 예를 나타내는 개략적 평면도,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 구조 카트리지 방식의 열선을 채용한 페데스탈 히터 블럭의 기본 구성을 개념적으로 간략히 나타내는 구성개념도,
도4는 본 발명의 일 실시예에 따라 카트리지 방식의 열선이 비대칭형으로 설치된 형태를 나타내는 개략적 평면도,
도5는 종래와 도4의 실시예에 의해 웨이퍼에 열을 전달할 때 온도별로 색상을 달리하여 온도분포를 비교할 수 있도록 함께 나타내는 열화상 카메라 사진,
도6은 종래의 열선 분포와 본 발명의 일 실시예의 열선 분포에서의 화학기상증착기 내의 웨이퍼 300도씨 온도 설정시의 위치별 온도 측정을 위한 테스트 웨이퍼 및 각각의 온드 측정 위치를 나타내는 평면도,
도7은 종래의 열선 분포와 본 발명의 일 실시예의 열선 분포에서의 화학기상증착기 내의 웨이퍼 300도씨 온도 설정시의 몇 가진 공정 챔버 압력 및 백사이드 압력 조합에 따른 테스트 웨이퍼 위치별 온도 분포를 보나태는 열화상 카메라 사진이다.

이하 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 구조 카트리지 방식의 열선을 채용한 페데스탈 히터 블럭의 기본적 구성을 개념적으로 간략히 나타내는 하나의 구성개념도이며, 도4는 본 발명의 일 실시예에 따라 카트리지 방식의 열선이 비대칭형으로 설치된 형태를 나타내는 개략적 평면도이다.

일반적인 구성에 있어서 본 발명의 페데스탈 히터 블럭은 도1의 구성과 큰 차이점은 없는 것이며, 도면상으로 히터 블럭(210) 혹은 베이스 블럭 중앙부 위에 내부 로드(240) 부분이 결합되어 있고, 내부 로드(240) 내측에서 연장되어 히터 블럭(210)에 카트리지형 히터의 열선(220)이 설치되어 있다. 또한, 내부 로드(240)에는 웨이퍼(기판)을 잡아주는 진공을 인가하기 위한 웨이퍼 척킹 파이프(260), 아르곤 가스 공급 파이프(250)가 외부에서 연결되는 형태로 설치되어 있고, 온도센서 파이프(270)도 설치되어 있다.

여기서는 페데스탈 히터 블럭의 일반적인 구성은 기존의 히터 블럭의 구성과 많은 부분 공통적으로 이루어지되, 히터 블럭에 설치되는 열선의 배치 형태가 기존의 도2와 같은 좌우 대칭형이면서 주변부와 중심부에 고르게 분포하도록 배치된 형태에서, 달팽이 껍질과 같은 와우형 혹은 소용돌이 형태의 비대칭형으로 변화된 것을 볼 수 있다.

또한, 여기서는 종래의 열선이 전류가 들어오는 단자와 나가는 단자가 양 측에 별도로 형성되는, 전선이 한 겹인 시스형에서 전류가 들어오는 단자와 나가는 단자가 겹치면서 열선 일측에만 형성되는, 전선이 두겹으로 겹쳐진 카트리지 형으로 바뀌어 있다. 이런 카트리지형은 열선(220)을 비대칭형으로 설치할 때 설치 형태를 디자인하기에 편리하므로 이런 경우, 더 유리하게 사용될 수 있다.

와우형은 동심원과 비슷한 형태를 이루지만 열선(220)의 모든 부분이 서로 연결되는 점에서 차이가 있고, 중심쪽에서 외측으로 벗어나면서 원주 방향과 비슷하게 돌아나가되 복수 회에 걸져 돌아나가는 한 가닥의 선으로 표시되어 있다. 이런 와우형 열선에서 내측 열선 부분과 그에 인접한 외측 열선 부분 사이의 간격이 일정하게 이루어질 수 있고, 외부 전원과의 연결은 히터 블럭의 중심부에 위치하는 열선 단부를 통해 이루어질 수 있다.

평면도상의 원형을 이루는 히터 블럭(210)에서 방사형으로 중심에서 주변으로 뻗는 직선과 이 직선의 주변부측 끝단을 원주 방향으로 연결하는 원은 웨이퍼가 놓이는 히터 블럭(210) 표면에 형성된 그루브(230)를 나타내며, 방사형으로 뻗는 직선의 중심쪽 끝단은 진공 흡착을 위한 중앙의 진공홀과 연결될 수 있다. 따라서, 웨이퍼 진공 흡착을 위한 음압은 이들 그루브(230)를 통해 웨이퍼 후면 전반에 걸쳐 작용될 수 있다.

여기서 히터 블럭 표면에 형성되는 그루브는 그 폭과 깊이가 백사이드 압력에 따라 온도 균일도 보정을 위해 위치 혹은 영역에 따라 치수가 증감될 수 있다. 공정중에 웨이퍼 후면에 적용되는 백사이드 압력은 3토르 이하를 유지할 때 압착 밀착력을 향상시키기 위해 종래와 비교할 때 폭은 넓히고 깊이는 얕게 하여 가령 그르부의 종래의 단면에서 폭이 1.2 내지 1.9mm, 깊이가 1.2 내지 1.9mm의 정사각형에 가까운 단면이었다면 본 발명에서는 폭은 가령 1배 내지 1.5배 정도 늘어나 가령 2.3mm 내지 3.0mm 정도로 형성할 수 있고, 깊이는 가령 0.3배 내지 0.6배로 줄어든 가령 0.5mm 내지 1.0mm 범위로 형성하여 전체적으로 폭이 깊이보다 큰 형태를 이루도록 할 수 있다.

히터 블럭(210) 표면에는 그루브(230)뿐 아니라 가스 공급 홀이 다수 개소에 설치되어 표면 전반에 분포하게 된다. 가스 공급홀에서 공급되는 가스는 주로 아르곤이나 헬륨 같은 불활성 기체를 사용한다.

히터 블럭에 놓이는 웨이퍼에는 직접적 전도(conduction)를 통해 많은 부분의 열이 전달되지만, 열선은 선으로 존재하고 히터 블럭 표면은 면으로 존재하며, 따라서 열선은 히터 블럭 전체면에 완전히 고르게 분포할 수는 없고, 히터 블럭이 열전도성이 우수한 알루미늄과 같은 재질로 이루어지더라도 위치별 온도 편차는 발생할 수 있다.

가스 공급 홀에서 나온 가스는 히터 블럭 표면과 웨이퍼 후면 사이 공간에서 이들과 닿으면서 이동하여 기류를 형성하고, 이런 기류는 가스 이동중에 부분적으로 높은 온도를 가진 곳에서 열을 빼앗고, 부분적으로 낮은 온도를 가진 곳에서 열을 주는 역할을 하면서 그루브와 진공홀을 거쳐 배출된다.

백사이드 압력은 전체 공정 과정을 통해 크기가 조절될 수 있으며, 공정 중에 백사이드 압력이 가령 3 토르 이하로 매우 낮아져 진공 흡착이 강하게 이루어지면 웨이퍼는 일부 변형되면서 진공홀이 있는 중심부쪽이 히터 블럭 표면과 더욱 밀착하게 되며, 이로써 중심부에서는 가스 공급 홀에서 가스가 방출되고 히터 블럭과 기판 사이를 원활히 흐를 수 없게 되고, 온도 균일화 가스로서의 역할을 하기 힘들다.

그 결과로서 중심부의 웨이퍼 온도가 다른 부분에 비해 낮게 유지되는 부분이 생기는데, 본원 발명에서는 히터 블럭의 중심부측에 주변부에 비해 열선의 설치 밀도를 높여 이런 온도 불균형을 해소하도록 한다. 즉, 가스 이동이 원활하지 못하여 가스를 통해 열 공급이 줄어들더라도 중심부에 열선을 집중 배치하여 전도를 통한 열전달이 더욱 많이 이루어지도록 하고, 이로써 전체적 온도 편차를 줄일 수 있게 된다.

본 발명에서는 원형 히터 블럭 전체에서 중심으로부터 가령 반경 2/3 내지 3/5 범위의 한 지점까지를 기준으로 그 내측인 중앙부에 와우형을 이루는 열선이 주로 분포하고, 그 외측인 주변부로는 비대칭 분포 열선의 한 끝단이 주변부로 일부 뻗어나가는 부분이 있지만 이 부분은 전체적으로 볼 때 큰 영향을 주지 않는다.

따라서 도4의 실시예에서 열선(220)은 원형 히터 블럭의 중심으로부터 반경 2/3 내지 3/5 범위의 한 지점까지를 정하여 중앙부라고 할 때 중앙부에 한정하여 와우형으로 설치되고, 그 외측으로는 거의 분포하지 않는 형태를 보인다.

조건에 따라 다소간 차이가 있을 수 있지만 히터 블럭에 놓이는 웨이퍼는 히터 블럭과 거의 같거나 10% 정도의 조금 작은 반경을 가지는 것이므로 히터 블럭 중심으로부터 반경 1/2 정도까지로 열선 밀집 영역을 축소하면 오히려 중앙부 영역에 비해 주변부 영역의 온도가 더 낮아질 수 있으므로 열선 밀집 영역을 정할 때 최소한 반경의 1/2 이상 되는 지점을 기준으로 그 내측으로 열선의 설치 밀도를 높이도록 한다. 반대로 중심으로부터 반경의 4/5 이상되는 지점을 기준으로 그 내측에 열선 밀집 영역을 정하면 중심부의 온도에 비해 주변부가 여전히 온도가 높아 온도 편차를 충분히 줄이지 못하게 될 수 있다.

물론, 상황에 따라 이 실시예와 달리 외측에도 일부 열선이 분포할 수 있지만 중앙부에 비해 낮은 설치밀도를 가지고 설치된다. 이는 도2와 같은 종래의 대칭형이며 반경 방향으로 볼 때 열선인 비교적 고르게 안분되어, 히터 블럭의 외외각 주변부에도 열선이 설치된 종래의 예와 열선 분포와 다른 것을 볼 수 있다.

이런 구성을 위해 열선은 전선이 겹치는 단순한 선형의 카트리지형으로 먼저 형성되고, 히터 블럭의 베이스 블럭에 있는 와우형의 열선 설치 홈에 단순 선형인 카트리지형 열선을 변형시키면서 삽입, 고정하여 와우형 열선으로 만들고, 열선의 단자를 히터 블럭의 후방 로드쪽으로 연결할 수 있도록 절곡하여 빼면서 베이스 블럭의 후방에 블럭 백 커버를 조립하는 방식으로 이루어질 수 있다. 이때 절곡된 열선의 단자는 블럭 백 커버의 관통홀을 통과하고 그 후방의 로드 중심을 통하여 외부 전원과 연결될 수 있다.

혹은, 히터 블럭의 베이스 블럭에 있는 와우형의 열선 설치 홈과 같은 형태로 별도의 평판형 지그에 홈을 설치하고, 단순 선형인 열선을 삽입하면서 변형시켜 와우형으로 형성하고, 이렇게 형성된 와우형 열선 전체를 그대로 베이스 블럭에 있는 와우형 열선 설치 홈에 넣어 결합시키고 앞선 예와 마찬가지로 블럭 백 커버를 베이스 블럭에 결합시키는 방법을 사용하여 이런 구성을 이룰 수도 있다.

도5는 종래의 도2의 예와 본 발명의 도4의 실시예에 의해 웨이퍼에 열을 전달할 때 온도별로 색상을 달리하여 온도분포를 비교할 수 있도록 함께 나타내는 온도분포도 비교도이다. 도면상으로 위쪽이 본 발명의 경우, 아래쪽이 종래의 경우를 나타낸다.

종래의 경우, 화면상의 웨이퍼의 중심에서 약간 하부쪽에 온도가 낮은 부분이 상하 방향이 긴 타원형으로 나타나고, 웨이퍼의 상부 좌우 주변부쪽에 온도가 높은 부분이 나타나는 것을 볼 수 있다.

도4의 실시예와 같은 히터 블럭을 사용한 경우, 여전히 웨이퍼 중심에서 약간 하부족에 온도가 낮은 부분이 나타나지만 이번에는 좌우 방향이 긴 타원형으로 나타내고, 웨이퍼 상부 좌우 주변부쪽의 온도가 높은 부분은 두드러지지 않게 된 것을 볼 수 있다.

이하 이런 결과에 대해 종래와의 비교 자료를 통해 좀 더 설명하기로 한다.

먼저 그린 피디12(Green PD12)로 명명된 화학기상증착기에서 도2와 같은 대칭형 열선 분포를 가지는 시스형 열선을 설치한 히터 블럭과 도4와 같은 와우형으로 비대칭형 열선 분포를 가지는 카트리지형 열선을 설치한 히터 블럭에 테스트 웨이퍼를 놓고, 설정 온도를 300도씨로 하고, 공정 챔버 압력은 10/40토르(torr)를 적용할 수 있고, 테스트 웨이퍼 후면에 적용되는 백사이드 압력은 3/5/20토르를 적용할 수 있도록 설치된 장비를 이용하여 효과 비교를 위한 실험을 실시하였다.

먼저 기존에 온도 편차가 심하였던 압력조건인 챔버 압력 10토르, 백사이드 압력 3토르 조건에서 도6과 같은 테스트 웨이퍼의 TC1에서 TC17까지의 각 위치에서의 온도를 측정하여 표1과 같은 로데이터(raw data)를 얻었다.

위치	종래의 경우	본 실시예의 경우	온도 차이값
TC1	295.3	294.5	-0.8
TC2	295.4	294.4	-1.0
TC3	294.4	294.0	-0.5
TC4	292.4	292.9	0.5
TC5	293.3	293.8	0.5
TC6	292.1	292.7	0.6
TC7	295.7	294.2	-1.5
TC8	292.9	293.1	0.2
TC9 (CENTER)	291.4	293.1	1.7
TC10	291.4	292.4	1.0
TC11	294.7	293.7	-1.0
TC12	293.7	293.4	-0.3
TC13	292.3	292.3	0.0
TC14	292.9	293.0	0.1
TC15	296.2	294.0	-2.2
TC16	294.5	293.2	-1.3
TC17	295.8	293.0	-2.8

그 결과를 정리하여 표2를 얻었다.

구분	최대온도	최소온도	온도편차	온도평균	불균일도(%)	비고
종래의 경우	296.2	291.4	4.8	293.8	0.81	기준자료
본 실시예의 경우	294.5	292.3	2.2	293.4	0.37	변경 결과
편차	-1.7	0.9	-2.6	-0.4	-0.44%

표2를 참조하면, 종래의 열선 분포를 가진 히터 블럭에는 같은 화학기상증착기 300도씨 설정 조건에서 웨이퍼 위치에 따라 상부 우측에서 최대온도 296.2도씨를 기록하고, 그 주위가 전반적으로 온도가 높고, 주변부는 전반적으로 온도가 높으며, 중앙부 TC9 및 중앙 하부 TC10 부분에서 최소온도 291.4를 기록하였고, 중앙부는 전반적으로 온도가 낮았다. 온도 편차는 4.8도씨에 달하였고, 온도평균은 293.8, 균일도 0.81%에 달하였다.

본 발명 실시예의 열선 분포를 가진 히터 블럭에서는 같은 화학기상증착기 300도씨 설정 조건에서 웨이퍼 위치에 따라 좌측에서 최대온도 294.5도씨를 기록하고, 그 주위가 전반적으로 온도가 높고, 주변부는 전반적으로 온도가 조금 높으며, 우하측 중앙부 TC13 부분에서 최소온도 292.3를 기록하였고, 중앙부는 전반적으로 온도가 다소 낮았다. 그러나, 종래에 비해 온도가 높은 부분은 온도 1.7도씨 정도로 많이 낳아졌고, 온도가 낮은 부분은 온도가 0.9도씨 정도로 약간 높아져 온도 편차는 2.6도씨만큼 많이 낮아졌고, 온도평균은 293.4로 큰 변화는 없으며, 균일도 0.37%로 작아졌다.

전반적으로 볼때 온도가 기존에 높은 부분이 많이 낮아지고, 온도가 낮은 부분이 조금 높아져 온도편차는 많이 줄어들게 됨을 볼 수 있다. 물론, 온도 편차가 줄어들수록 웨이퍼 위치별 증착물질 두께 편차는 줄어들고, 그에 따라 불량율은 줄고 수율은 향상될 수 있다.

아래의 표3은 표2의 결과를 확장하여, 다른 공정 챔버 압력과 백사이드 압력 하에서 웨이퍼 위치별 온도의 로데이타를 얻고 정리하여 결과를 얻어 비교가 가능하게 한 것이다. 즉, 비교를 위해 공정 챔버 압력 10토르와 백사이드 압력 3토르의 조합(CASE1)에 더하여 다른 압력 조합으로서 공정 챔버 압력 10토르와 백사이드 압력 5토르(CASE2), 공정챔버 압력 40토르와 백사이드 압력 20토르(CASE3)를 적용한 경우의 결과를 더 나타내고 있다.

구분	공정챔버압력	백사이드압력	세구분		종래의 경우		본 실시예		차이
CASE1	10토르	3토르	최대온도		296.2		294.5		-1.7
			최소온도		291.4		292.3		0.9
			온도편차		4.8		2.2		-2.6
			온도평균		293.8		293.4		-0.4
CASE2	10토르	5토르	최대온도		296.7		295.6		-1.1
			최소온도		293.4		293.5		0.1
			온도편차		3.3		2.1		-1.2
			온도평균		295.2		294.7		-0.5
CASE3	40토르	20토르	최대온도		299.2		297.6		-1.6
			최소온도		296.9		295.4		-1.5
			온도편차		2.3		2.2		-0.1
			온도평균		298.1		296.9		-1.2

이러한 표3을 참조하면, 열선 분포를 비대칭형인 와우형으로 바꾼 실시예와 비교할 때, 종래의 경우, 백사이드 압력이 높아 진공흡착도가 낮을수록 전체적으로 웨이퍼의 온도 수준은 설정온도인 300도씨에 근접하고 온도편차는 크지 않은 모습을 볼 수 있으며, 열선의 형태를 바꾼 본 발명 구성의 히터 블럭을 적용하는 경우, 온도 편차의 개선 효과는 모두 나타나지만 백사이드 압력이 낮을수록 온도편차의 해소 효과가 크게 나타나는 것을 볼 수 있다.

도7은 표3과 관련된 실험의 결과를 나타내는 웨이퍼 열분포 사진이며, 제일 위쪽이 백사이드 압력 3토르, 중간이 백사이드 압력 5토르, 아래쪽이 백사이드 압력 20도트인 경우를 나타내고, 전체적으로 좌측이 종래이며 우측이 본 발명 실시예의 경우를 나타낸다. 전체적으로 표3과 부합하는 열분포 형태를 볼 수 있다. 즉, 백사이드 압력이 낮아 웨이퍼에 대한 히터 블럭에서의 진공흡착력이 높을수록 온도편차는 두드러지고, 본 발명의 히터 블럭을 적용하였을 때의 온도 편차 개선 효과가 있음을 나타내고 있다.

이상에서는 한정된 실시예를 통해 본 발명을 설명하고 있으나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시적으로 설명된 것일 뿐 본원 발명은 이들 특정의 실시예에 한정되지 아니한다.

따라서, 당해 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명을 토대로 다양한 변경이나 응용예를 실시할 수 있을 것이며 이러한 변형례나 응용예는 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

10, 210: 베이스 블럭 20: 블럭 백 커버
30, 240: 내부 로드 40: 외부 로드
50: 시즈 히터(Sheath heater) 60: 진공 파이프
70, 250: 가스공급 파이프 80, 270: 온도센서 파이프
110, 210: 히터 블럭 120, 220: 열선
130, 230: 그루브

Claims (4)

1. 진공 흡착으로 웨이퍼를 고정하도록 진공 인가 구조가 표면에 설치되고, 웨이퍼 후면에 온도 균일화용 가스를 공급하도록 분포된 가스 공급용 홀과 웨이퍼 가열을 위한 열선을 구비하여 이루어진 화학기상증착기용 페데스탈 히터 블럭에 있어서,
   상기 진공 인가 구조 및 상기 가스 공급용 홀에 의해 웨이퍼 후면에 적용되는 백사이드 압력은 3토르 이하의 저압으로 설정되며,
   상기 히터 블럭은 알루미늄 혹은 알루미늄 합금으로 이루어지고, 상기 열선은 카트리지형으로 이루어지며,
   상기 히터 블럭의 중앙부는 상기 히터 블럭의 중심에서 반경의 3/5 내지 2/3 범위 이내인 지점을 기준으로 설정되고, 그 외측은 주변부를 이루고,
   상기 열선은 비대칭형인 와우형으로 상기 히터 블럭의 중앙부에서 상기 주변부보다 더 높은 밀도를 가지도록 설치되는 것을 특징으로 하는 비대칭 열선 구조를 가진 페데스탈 히터 블럭.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 히터 블럭 표면에 형성되는 그루브는 공정중에 웨이퍼 후면에 적용되는 백사이드 압력은 3토르 이하를 유지할 때 압착 밀착력을 향상시키기 위해 폭은 2.3mm 내지 3.0mm, 깊이는 0.5mm 내지 1.0mm 범위로 깊이보다 폭이 2~6배 더 넓게 형성하는 것을 특징으로 하는 비대칭 열선 구조를 가진 페데스탈 히터 블럭.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 열선은 비대칭형인 와우형으로 상기 중앙부 내에서만 분포하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 비대칭 열선 구조를 가진 페데스탈 히터 블럭.

Images