KR20030042615A - 반도체 웨이퍼를 가열하기 위한 몰딩히터 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 몰딩히터는; 일면에 오목부가 형성되어 있고, 상기 오목부 저면에는 긴 홈이 파여있는 제1금속판(110a); 상기 홈에 삽입된 열선(120a); 열선(120a)과 상기 홈 사이의 틈에 채워진 세라믹(120b); 및 상기 오목부의 저면 및 측면과 밀착되면서 상기 오목부를 채우도록 제1금속판(110a)과 접합되는 제2금속판(110b); 을 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 열선(120a)이 세라믹(120b)의 단일층으로만 둘러싸여져 있기 때문에 열전도의 저항이 최소화된다. 따라서, 작은 전력으로도 금속판(110a, 110b)을 통하여 충분한 발열량을 얻을 수 있으며, 과부하에 따른 열선(120a)의 단선을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 종래와 같은 금속관(20c)을 사용하지 않으므로 탈가스 공정을 행할 필요가 없어 제작과정도 단순화된다. 그리고, 본 발명의 경우는 옆면에서 용접 또는 블레이징 하는 종래의 경우 달리 제2금속판(110b)이 제1금속판(110a)의 오목부에 들어가서 오목부의 입구에서 용접되므로 열 스트레스에 의해 금속판(110a, 110b)이 서로 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 몰딩히터(molding heater) 및 그 제조방법에 관한 것으로 특히,반도체 웨이퍼를 가열하기 위한 몰딩히터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
화학기상증착, 스퍼터링, 및 플라즈마 식각 등의 반도체소자 제조공정에서 웨이퍼를 가열해야 하는 것이 거의 필수적이다. 이러한 웨이퍼의 가열은 웨이퍼가 안착되어지는 지지대 내부에 열선을 설치함으로써 구현된다.
도 1 및 도 2는 종래의 히터를 설명하기 위한 개략도들이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 히터는 제1금속판(10a), 제2금속판(10b), 및 히터선(20)을 포함하여 이루어진다. 히터선(20)은 열선(20a)과, 열선(20a) 둘레를 감싸는 MgO(20b)와, MgO(20b) 둘레를 감싸는 금속관(20c)으로 이루어진다. 히터선(20)은 금속판(10a, 10b)의 접합면에 길게 형성된 홈 내에 설치된다. 히터선(20)과 금속판(10a, 10b) 사이에는 압착에 의한 밀착효율을 높이기 위하여 필러(filler, 30)가 개재되어 있다.
열선(20a)이 직접 금속판(10a, 10b)과 접하면 전기적으로 서로 단락되므로, 이를 방지하기 위하여 금속관(20c) 내부 공간 가운데에 열선(20a)을 위치시키고 금속관(20c)과 열선(20a) 사이의 공간을 절연체인 MgO(20b)로 충진시킨다.MgO(20b)는 분말형태를 하기 때문에 금속관(20c)이 없다면 MgO(20b)가 쉽게 부서져 나가게 된다. 제1금속판(10a)과 제2금속판(10b)은 용접(welding)이나 블레이징(blazing) 법에 의해 서로 접합된다.
상술한 종래의 히터는, 열선(20a)이 MgO(20b)와 금속관(20c)의 이중층으로 감싸져 있어서 열선(20a)에서 발생한 열을 금속판(10a, 10b)으로 전달시키기 위해서 많은 전력(power)이 소비되며, 따라서, 열선(20a)의 과열에 의한 단락이 발생하기 쉽다. 열전달의 방해는 MgO(20b) 자체와, 금속관(20c)과 금속판(10a, 10b) 사이의 접촉면에서 이루어진다.
또한, MgO(20b)는 수분을 포함하여 충진되므로 열선(20a)에서 열이 발생할 경우에 이 부분이 팽창하여 금속관(20c)이 터질 우려가 있는 바, 금속관(20c) 내부에서 발생한 수분과 가스를 금속관(20c) 밖으로 빼내기 위하여 장시간에 걸친 탈가스(outgasing) 공정을 거쳐야만 한다.
그리고, 금속판(10a, 10b)의 접합방식으로 블레이징법을 사용할 경우, CVD 장비에서는 블레이징에 사용된 물질의 반응으로 인해 공정 중에 오염(contamination)의 원인이 되며 인-시튜 세정(in-situ cleaning) 중에는 블레이징 물질이 식각되는 문제가 발생한다. 또한, 용접법을 사용할 경우에도 용접면이 금속판(10a, 10b)의 옆면에서 이루어지므로 온도의 상승/하강 시에 금속판(10a, 10b)의 열스트레스로 인한 변형이 발생한다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 열전도에 방해가 되는 열저항층을 최소화하여 발열효율을 증가시킬 뿐만 아니라 과부하에 의한 열선의 단선을 방지할 수 있으며 상술한 탈가스공정도 필요없는 몰딩히터를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 기술적 과제를 달성하는 데 적합한 몰딩히터 제조방법을 제공하는 데 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 히터를 설명하기 위한 개략도들;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 몰딩히터 및 그 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 참조번호의 설명 >
10a, 110a: 제1금속판 10b, 110b: 제2금속판
20: 히터선 20a, 120a: 열선
20b: MgO 120b: 세라믹
20c: 금속관 30: 필러(filler)
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 몰딩히터는; 일면에 오목부가 형성되어 있고, 상기 오목부 저면에는 긴 홈이 파여있는 제1금속판; 상기 홈에 삽입된 열선; 상기 열선과 상기 홈 사이의 틈에 채워진 세라믹; 및 상기 오목부의 저면 및 측면과 밀착되면서 상기 오목부를 채우도록 상기 제1금속판과 접합되는 제2금속판; 을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 몰딩히터 제조방법은; 일면에 오목부가 형성되어 있고, 상기 오목부 저면에는 긴 홈이 파여있는 제1 금속판을 마련하는 제1단계; 상기 홈에 열선을 삽입하는 제2단계; 상기 열선과 상기 홈 사이의 틈에 세라믹을 층진시키는 제3단계; 및 상기 오목부의 저면 및 측면과 밀착되면서 상기 오목부를 채우도록 제2 금속판을 상기 제1금속판에 접합시키는 제4단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 몰딩히터 및 그 제조방법을 설명하기 위한 도면이다. 먼저, 일면에 오목부가 형성되어 있고 상기 오목부 저면에는 긴 홈이 파여있는 제1 금속판(110a)을 마련하고, 상기 홈에 열선(120a), 예컨대 칸탈선(Kanthal wire)을 삽입한 다음에, 열선(120a)과 상기 홈 사이의 틈에 세라믹(120b)을 충진한다. 세라믹(120b)의 충진은 Al2O3 분말과 바인더용액을 혼합하여 상기 홈에 부은 후에 열선(120a)에 전류를 흘려보내 이로 인한 저항열로 상기 바인더를 증발시키는 방법으로 이루어질 수 있다.
다음에, 상기 오목부의 저면 및 측면과 밀착되면서 상기 오목부를 채우도록 제2 금속판(110b)을 제1금속판(110a)에 용접하여 접합시킨다. 이 때의 용접은 상기 오목부의 입구부에서 주로 이루어진다. 바람직하게는, 용접 단계 이후에 금속판(110a, 110b)의 외표면을 산화시키는 단계를 더 행하는 것이 좋다.
금속판(110a, 110b) 표면에서의 열방출은 열전도와 복사의 두가지 물리적 현상을 통하여 진행되는데 상술한 바와 같이 표면을 산화시키면 표면의 색이 거무스름해져서 방사율(emissivity)이 더 증가하게 되므로 열방출효율이 증대된다. 또한, 표면 산화막은 부동태막(passivation film) 역할을 하기 때문에 CVD 장비 등에서 장기 사용하더라도 표면변화가 방지된다.
금속판(110a, 110b)이 인코넬 합금(Inconel alloy)으로 이루어진 경우에는 산소분위기에서 550~800℃로 가열함으로써 상기 산화단계를 진행하는 것이 좋다. 통상, 인코넬 합금이란 니켈에 크롬이나 철 등이 첨가된 합금을 말한다.
본 발명에 따른 몰딩히터는 제1금속판(110a)이 제2금속판(110b) 위에 오도록 하여 사용되어진다. 따라서, 웨이퍼는 오목부가 형성되지 않은 제1 금속판(110a)의 다른 일면 상에 올려놓여 진다. 이렇게 되면, 용접부위가 웨이퍼하고는 반대되는 위치에 존재하기 때문에 용접부위에서의 불균일한 열전달에 의해 웨이퍼가 불균일하게 가열되는 것도 방지할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 열선(120a)이 세라믹(120b)의 단일층으로만 둘러싸여져 있기 때문에 열전도의 저항이 최소화된다. 따라서, 작은 전력으로도 금속판(110a, 110b)을 통하여 충분한 발열량을 얻을 수 있으며, 과부하에 따른 열선(120a)의 단선을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 종래와 같은 금속관(20c)을 사용하지 않으므로 탈가스 공정을 행할 필요가 없어 제작과정도 단순화된다. 그리고, 금속판(110a, 110b)의 외표면을 산화시킬 경우에는 열방출효율이 더 증대되고 화학기체에 대한 내식성이 커지게 되어 CVD 공정에서 장기간 사용할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 경우는 옆면에서 용접 또는 블레이징 하는 종래의 경우 달리 제2금속판(110b)이 제1금속판(110a)의 오목부에 들어가서 오목부의 입구에서 용접되므로 열 스트레스에 의해 금속판(110a, 110b)이 서로 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.
Claims (9)
- 일면에 오목부가 형성되어 있고, 상기 오목부 저면에는 긴 홈이 파여있는 제1금속판;상기 홈에 삽입된 열선;상기 열선과 상기 홈 사이의 틈에 채워진 세라믹; 및상기 오목부의 저면 및 측면과 밀착되면서 상기 오목부를 채우도록 상기 제1금속판과 접합되는 제2금속판;을 구비하는 것을 특징으로 하는 몰딩히터.
- 제1항에 있어서, 상기 세라믹이 Al2O3으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 몰딩히터.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 금속판 및 제2 금속판의 외표면이 산화처리된 것을 특징으로 하는 몰딩히터.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 금속판 및 제2 금속판이 인코넬 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 몰딩히터.
- 일면에 오목부가 형성되어 있고, 상기 오목부 저면에는 긴 홈이 파여있는제1 금속판을 마련하는 제1단계;상기 홈에 열선을 삽입하는 제2단계;상기 열선과 상기 홈 사이의 틈에 세라믹을 층진시키는 제3단계; 및상기 오목부의 저면 및 측면과 밀착되면서 상기 오목부를 채우도록 제2 금속판을 상기 제1금속판에 접합시키는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 몰딩히터 제조방법.
- 제5항에 있어서, 상기 제4단계 이후에 상기 제1 금속판 및 제2 금속판의 외표면을 산화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 몰딩히터 제조방법.
- 제6항에 있어서, 상기 제1 금속판 및 제2 금속판이 인코넬 합금으로 이루어지고 상기 산화시키는 단계는 산소분위기에서 550~800℃로 가열함으로써 행해지는 것을 특징으로 하는 몰딩히터 제조방법.
- 제5항에 있어서, 상기 제3단계에서의 세라믹의 충진은 상기 홈에 Al2O3분말과 바인더가 혼합된 용액을 부은 후에 상기 열선의 저항열을 이용하여 상기 바인더를 증발시킴으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 몰딩히터 제조방법.
- 제5항에 있어서, 상기 제4단계에서의 제2금속판 접합이 상기 오목부 입구에서의 용접에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 몰딩히터 제조방법.
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