KR20020011793A - wide area heating module for fabricating semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An apparatus for heating a large-sized wafer is provided to uniformly increase and maintain the temperature of a susceptor having a diameter more than 300 millimeter, by including a plurality of heating elements and by separately controlling the temperature of the respective heating elements. CONSTITUTION: A plurality of kanthal heating elements(130) having a bare type are included in the heating apparatus installed in an apparatus for manufacturing a semiconductor device. The temperature of the plurality of heating elements is independently controlled. The heating element is fixed in a groove of an alumina plate having a plurality of radial shapes.

Description

반도체 제조용 대면적 가열장치 {wide area heating module for fabricating semiconductor device}Wide area heating module for fabricating semiconductor device

본 발명은 반도체 화학기상 증착 장비에 관한 것으로, 특히 대구경의 증착기판을 균일하고 안정적으로 가열하는 가열장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor chemical vapor deposition equipment, and more particularly, to a heating apparatus for uniformly and stably heating a large diameter deposition substrate.

일반적으로 반도체 제조공정에서 기체상태의 화합물을 분해한 후 화학적 반응에 의해 웨이퍼 상에 박막이나 에피층(epitaxial layer)을 형성하는 화학기상 증착 공정이 이루어진다.In general, in the semiconductor manufacturing process, a chemical vapor deposition process is performed in which a gaseous compound is decomposed and a thin film or an epitaxial layer is formed on a wafer by a chemical reaction.

상기 화학기상증착 공정에서는 서셉터에 웨이퍼를 안착시킨 상태에서 원료 소스가 샤워헤드(shower-head)를 통해 반응로 내부로 분사되고, 이 분사된 원료 소스는 서셉터에 안착된 웨이퍼에 뿌려지게 된다. 상기 웨이퍼에 분사된 원료 소스는 웨이퍼 상에서 서로 반응하여 특정한 막을 형성하게 되는데, 이때 상기 공정에서 원료 소스가 웨이퍼와 반응하게 되는 에너지원은 주 가열장치(main heater)에서 발생된 열에 의해 이루어진다. 따라서 분사된 기체상태의 원료소스가 발열된 웨이퍼 위에서 열에너지에 의하여 반응하여 화합물을 형성하면서 웨이퍼 위에 증착층이 형성되므로 상기 공정에서 중요한 기술중의 하나가 증착면의 온도를 균일하게 가열, 유지하는 것이다.In the chemical vapor deposition process, the raw material source is sprayed into the reactor through the shower head while the wafer is seated on the susceptor, and the sprayed raw material source is sprayed onto the wafer seated on the susceptor. . The source of material injected onto the wafer reacts with each other on the wafer to form a specific film. In this process, the source of energy in which the source of the material reacts with the wafer is generated by the heat generated by the main heater. Therefore, since the deposition layer is formed on the wafer while the injected gaseous source source reacts with the thermal energy on the heated wafer to form a compound, one of the important techniques in the process is to uniformly heat and maintain the temperature of the deposition surface. .

종래 증착 기판을 가열하는 장치로는 발열체가 공정분위기에 노출되어 있지 않은 몰딩타입(molding type)의 발열체를 사용하고 있다. 그러나 몰딩타입의 발열체를 사용하는 경우에 절연층을 거쳐 증착면에 열에너지가 도달하도록 구성되어 있기 때문에 승온속도 및 온도 보정시간이 느려서 균일한 온도를 유지하는 측면에서 불리한 단점이 있고 또한 에지효과(edge effect)에 의하여 국부적으로 접촉저항이 낮아져 불규칙한 전류의 흐름을 피하기 힘든 불리한 문제가 있다.Conventionally, as a device for heating a deposition substrate, a molding type heating element in which the heating element is not exposed to the process atmosphere is used. However, in the case of using a molded heating element, thermal energy reaches the deposition surface via an insulating layer, which is disadvantageous in terms of maintaining a uniform temperature due to a slow temperature rising rate and temperature correction time. effect), there is a disadvantage that it is difficult to avoid the flow of irregular current because the contact resistance is locally lowered.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 증착면의 빠른 승온속도와, 온도보정 시간 및, 균일한 온도분포를 유지할 수 있는 반도체 제조용 대면적 가열장치를 제공함에 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a large-area heating device for manufacturing a semiconductor capable of maintaining a rapid temperature increase rate of a deposition surface, a temperature correction time, and a uniform temperature distribution. Is in.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 가열장치의 단면을 도시한 도면이다.1 is a cross-sectional view of a heating apparatus according to a first embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 도시된 가열장치를 발열체를 중심으로 수평으로 절단한 상태에서 위에서 본 평면도이다.FIG. 2 is a plan view seen from above in a state in which the heating apparatus illustrated in FIG. 1 is horizontally cut about the heating element.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : 제1상판 20 : 제2상판10: first top plate 20: second top plate

30 : 제1발열체 지지대 40 : 제2발열체 지지대30: first heating element support 40: second heating element support

50 : 제3발열체 지지대 60 : 웨이퍼 핀50: third heating element support 60: wafer fin

70 : 열전대 80 : 내부 하우징70: thermocouple 80: inner housing

90 : 세라믹 지지대 100 : 외부 하우징90 ceramic support 100 outer housing

110 : 하우징 지지대 120: 금속 차폐막110: housing support 120: metal shielding film

130: 발열체130: heating element

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반도체 제조용 대면적 가열장치는 반도체 제조장비의 반응로 하부에 설치되어, 도 1 및 도2에 도시한 바와 같이, 상기 반응로 내부에 안착되는 대구경 반도체 웨이퍼를 가열하기 위한 동심원 형상으로 배열이 된 다수개의 발열체(130)와, 발열체와의 전기적 절연을 위한 석영재질의 제2상판(20)과, 웨이퍼가 직접적으로 접촉되어 발생된 열을 전달하는 수단으로 평탄도가 우수하고, 열에너지의 전도도가 가장 우수한 세라믹 재질의 실리콘 카바이드로 제작된 제1상판(10)과, 고른 열 에너지의 분산을 위한 제1상판과 제2상판 사이의 에어 버퍼층(air buffer layer)과, 내부에서 발열체를 지지하고 있으며, 발열체 지지대를 전체적으로 받쳐주고 있는 제1발열체 지지대(30)와, 중간층에서 발열체를 지지하고 있는 다수개의 제2발열체 지지대(40)와, 외곽층에서 발열체를 지지하고 있는 제3발열체 지지대(50)와, 웨이퍼의 로딩(loading) 및 언로딩(unloading)을 위한 웨이퍼 핀(60)과, 제1상판(10) 및 발열체 지지대의 온도를 측정하기 위한 수단으로 장착된 열전대(70)와 온도 차폐를 위한 내부 하우징(80)과, 2차적으로 온도 차폐를 위한 외부하우징(100)과 내부하우징(80)과 외부하우징(100)의 전기적 절연을 위한 하우징 지지대(110)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a large-area heating apparatus for manufacturing a semiconductor according to the present invention is installed under a reactor of a semiconductor manufacturing equipment, and as shown in FIGS. 1 and 2, a large-diameter semiconductor wafer seated inside the reactor. A plurality of heating elements 130 arranged in a concentric manner for heating, the second upper plate 20 of quartz material for electrical insulation with the heating element, and a flat plate as a means for transferring heat generated by direct contact with the wafer An air buffer layer between the first top plate 10 and the second top plate for dispersing even thermal energy, and the first top plate 10 made of silicon carbide of a ceramic material having excellent degree of conductivity and thermal conductivity. And a first heating element support 30 which supports the heating element therein, and supports the heating element support as a whole, and a plurality of supporting heating elements in the intermediate layer. The second heating element support 40, the third heating element support 50 supporting the heating element in the outer layer, the wafer fin 60 for loading and unloading the wafer, and the first top plate 10 and a thermocouple 70 mounted as a means for measuring the temperature of the heating element support, an inner housing 80 for temperature shielding, and an outer housing 100 and an inner housing 80 for secondary temperature shielding. And characterized in that it comprises a housing support 110 for electrical insulation of the outer housing 100.

상기 발열체(130)는 종래의 몰딩 타입(molding type)이 아닌 베어 타입(bare type)의 칸탈(kanthal) 재질의 발열체로서 승온속도 및 온도보정 속도가 빠르며, 다수개의 동심원 형태(도2의 130a, 130b, 130c)로 나누어져 있어 각각 개별적으로 온도조절이 가능하기 때문에 제1상판(10)상에 놓이는 대구경 기판의 내부면 및 외부면의 온도 조절이 용이하여 서셉터의 가열을 균일하게 할 수 있을 뿐 만 아니라, 승온시간을 단축시킬 수 있어서 생산량 증대를 가져올 수 있다는 특징을 가지고 있다.The heating element 130 is a heating element of a bare type kanthal material, not a conventional molding type, and has a high temperature rising speed and a temperature correcting speed, and has a plurality of concentric shapes (130a, FIG. 2). 130b and 130c), so that the temperature can be adjusted individually, so that the temperature of the inner and outer surfaces of the large-diameter substrate placed on the first top plate 10 can be easily adjusted to uniformly heat the susceptor. In addition, the temperature rise time can be shortened, resulting in increased production.

또한, 발열체(130)를 지지하고 있는 세라믹 재질인 알루미나(alumina) 발열체 지지대(30, 40, 50)는 열전도도가 매우 우수하며, 전기적으로는 부도체이기 때문에 열선 지지홈을 만들어 발열체간의 합선을 방지할 수 있는 구조로 구성되었으며, 발열체(130)의 재질과 발열체 지지대(30,40,50)의 재질이 서로 다르기 때문에 두 재료간의 열팽창 계수 차이로 인한 고온에서의 간섭문제를 제거하기 위하여 다수개의 조각으로 구성되어 있어 고온에서도 안정적인 온도 유지가 가능할 뿐 만 아니라, 다수개의 발열체로 나뉘어져 병렬로 온도제어가 가능하기 때문에 발열체의 수명도 연장될 수 있는 특징이 있으며, 열전대(70)가 제1상판(10) 및 발열체 지지대(30, 40, 50)에 고르게 분포가 되어 있어 제1상판(10)의 온도 및 발열체 지지대(30,40,50)의 온도를 정확하게 검출할 수 있다. 상기 열전대(70)에 의하여 검출된 온도 신호는 도시하지 않은 컨트롤러에 입력되고, 상기 컨트롤러는 상기 검출온도신호를 근거로 상기 발열체(130; 130a,130b,130c)의 미세한 온도제어를 행한다.In addition, the alumina heating element support (30, 40, 50), which is a ceramic material supporting the heating element 130, has excellent thermal conductivity and is electrically insulated, thereby making a heating wire supporting groove to prevent short circuit between the heating elements. It is composed of a structure that can be, because the material of the heating element 130 and the heating element support (30, 40, 50) is different from each other in order to eliminate the interference problem at high temperature due to the difference in thermal expansion coefficient between the two materials It is not only possible to maintain a stable temperature even at high temperature, it is divided into a plurality of heating elements, it is possible to extend the life of the heating element because it is possible to control the temperature in parallel, the thermocouple 70 is the first top plate (10) ) And the heating element support 30, 40, 50 are evenly distributed so that the temperature of the first upper plate 10 and the temperature of the heating element support 30, 40, 50 can be accurately detected. . The temperature signal detected by the thermocouple 70 is input to a controller (not shown), and the controller performs fine temperature control of the heating elements 130 (130a, 130b, 130c) based on the detected temperature signal.

상기 석영재질의 제2상판(20)은 열 및 빛의 투과도가 우수하여 열적인 손실이 없으며, 전기적으로 절연체이기 때문에 베어 타입의 발열체(130)와 제1상판(10)인 서셉터 및 반응로 내부와의 전기적 절연을 시키기 위하여 장착되어 있고, 또한 발열체(130)로부터 제1상판(10)에 전달되는 온도를 균일하게 유지하기 위하여 제2상판(20)과 제1상판(10)의 사이에 에어 버퍼층(air buffer layer)이 있는 구조로 구성되어 있다.Since the second top plate 20 made of quartz is excellent in heat and light transmission, there is no thermal loss. Since the second top plate 20 is electrically insulated, the bare type heating element 130 and the first top plate 10 are susceptors and reactors. It is mounted to electrically insulate the inside, and is also disposed between the second top plate 20 and the first top plate 10 to uniformly maintain the temperature transmitted from the heating element 130 to the first top plate 10. It is composed of a structure having an air buffer layer.

상기 제1상판(10)은 실리콘 카바이드 재질을 사용함으로써 웨이퍼가 직접적으로 안착되는 부분의 평탄도 및 열전도성이 우수하여 웨이퍼에 열 전도를 균일하고 빠르게 조절할 수 있고, 또한 파티클(particle)의 발생이 매우 적다는 것이 특징이며, 또한 웨이퍼가 안착되지 않는 제1상판(10)의 외부측에는 금속 차폐막(120)으로 밀폐되어 있어 원료 소스 증착 공정중에 원료 소오스가 제1상판(10)에 도포되는 것을 방지한다.Since the first top plate 10 is made of silicon carbide, the flatness and thermal conductivity of the portion where the wafer is directly seated is excellent, thereby enabling uniform and rapid thermal conduction to the wafer, and also generating particles. It is characterized by very little, and is also sealed on the outer side of the first top plate 10 where the wafer is not seated with a metal shielding film 120 to prevent the raw material source is applied to the first top plate 10 during the raw material source deposition process. do.

상기 발열체(130)와, 발열체 지지대(30, 40, 50)를 감싸고 있는 내부 하우징(80)은 금 및 백금 재질의 금속으로 코팅이 되어 있어 하부측으로 발생되는 열에너지가 재 반사되어 상부측으로 이동을 도모할 수 있도록 하였고, 또한 제1발열체 지지대(30)와의 사이에 세라믹 지지대(90)가 받쳐주고 있는 구조로 되어있어 하부측으로 열에너지 전달이 느리도록 하였으며, 외부 하우징(100)에 의하여 이차적으로 손실되는 열에너지를 막을 수 있어 하부측으로 손실되는 열에너지를 최소화 할 수 있는 구조로 되어있어 열효율을 극대화 할 수 있는 특징이 있다.The heating element 130 and the inner housing 80 surrounding the heating element supports 30, 40, and 50 are coated with a metal of gold and platinum, so that the heat energy generated by the lower side is re-reflected to move to the upper side. And also has a structure that is supported by the ceramic support 90 between the first heating element support 30 to slow the transfer of heat energy to the lower side, the heat energy is secondarily lost by the outer housing 100 It is designed to minimize the heat energy lost to the lower side and can maximize thermal efficiency.

한편, 본 발명은 상기한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 안에서 여러 가지로 변형 및 수정하여 실시할 수 있는 것이다. 이러한 변형 또는 수정이 본 발명의 특징을 이용하는 한 본 발명의 범위에 포함된다는 것을 명심해야 한다.On the other hand, the present invention is not limited to the above-described specific embodiments, but can be modified and modified in various ways without departing from the gist of the present invention. It should be noted that such variations or modifications are included in the scope of the present invention as long as the features of the present invention are used.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 대구경 웨이퍼의 증착면에 대하여 빠른 승온속도와, 온도보정 시간 및, 균일한 온도분포를 유지할 수 있게 된다. 특히 본 발명에 의하면, 다수의 발열체를 포함하여 구성되고 각 발열체의 온도를 개별적으로 제어할 수 있도록 되어 있으므로 300mm 이상의 대구경의 서셉터의 온도를 균일하게 상승 및 유지시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to maintain a high temperature increase rate, a temperature correction time, and a uniform temperature distribution with respect to the deposition surface of the large-diameter wafer. In particular, according to the present invention, since it comprises a plurality of heat generating elements and can control the temperature of each heat generating element individually, the temperature of the susceptor of 300 mm or more large diameter can be raised and maintained uniformly.

Claims (3)

반도체 소자 제조장치에 설치된 가열장치에 있어서, 다수개의 베어타입의 칸탈 발열체를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 가열장치.A heating apparatus installed in a semiconductor device manufacturing apparatus, characterized by comprising a plurality of bare-type kanthal heating elements. 제 1항에 있어서, 상기 다수개의 발열체의 온도는 각각 개별적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 가열장치.The heating apparatus according to claim 1, wherein the temperatures of the plurality of heating elements are individually controlled. 제1항에 있어서, 상기 발열체는 다수개의 방사선 모양의 알루미나 플레이트의 홈에 고정되는 것을 특징으로 하는 가열장치.The heating apparatus according to claim 1, wherein the heating element is fixed to a groove of a plurality of radiation-shaped alumina plates.
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