KR200319008Y1 - 세라믹 용사 핫플레이트 - Google Patents

Abstract

본 고안은 반도체 웨이퍼와 TFT-LCD용 유리기판에 열원을 공급하는 핫플레이트(Hot Plate Heater)의 표면에 세라믹을 용사하여 세라믹 표면을 갖는 핫 플레이트의 제조 방법에 관한 것이다.

본 고안의 목적은, 반도체 제조 공정상 핫플레이트를 내장하는 챔버(Chamber) 내부를 세정하여야 하며 이때 세정가스에 의해 핫플레이트의 금속 표면층과 반응을 일으키지 않도록 하기 위하여 금속 표면에 세라믹 표면층을 만들어서 내구성과 세정가스에 대한 저항성을 갖도록 하는 것이다.

Description

세라믹 용사 핫플레이트{HOT PLATE OF CERAMIC SURFACE}

본 고안은 반도체 제조장비에 사용되어지는 핫플레이트에 관한 것으로, 특히 비교적 저렴한 비용으로 제작이 가능하며 세정가스에 의해 식각되지 않도록 세라믹용사층이 형성된 핫플레이트에 관한 것이다.

반도체 제조공정에는 여러 종류의 챔버들이 사용되고 있으며, 도 1에 도시한 바와 같이, 이러한 챔버(1)의 내부에는 공정 진행시 웨이퍼에 열원을 공급할 수 있도록 열선이 구비된 핫플레이트(2)가 안착되어 있는 것이 일반적이다.

따라서, 소정의 반도체 제조공정을 진행하기 위해 공정가스공급부(3)로부터 가스라인(3a)을 통해 챔버(1) 내부에 공정가스를 주입하여 핫플레이트(2) 상면에 안착된 웨이퍼에 소정의 물리, 화학적인 압력을 가하여 공정을 진행하게 된다.

한편, 근래에 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능면에 있어서, 상기 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이러한 요구에 부응하여 반도체 장치는 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 제조 기술이 발전되고 있다. 이에 따라 상기 반도체장치의 집적도 향상을 위한 주요한 기술로서 소정의 반도체 제조공정 후 챔버 내부를 세정하게 되는 세정기술과 같은 미세 가공기술에 대한 요구도 엄격해지고 있다.

따라서, 소정의 공정을 진행한 뒤의 챔버(1)에는 가스라인(4a)으로 연결된 세정가스공급부(4)로부터 세정가스를 투입시켜 챔버(1) 내부 및 핫플레이트(2)를 세정하게 되는데, 그중 NF₃, ClF₃등의 세정가스는 대부분 독성을 가지고 있기 때문에 챔버(1)는 알루미늄으로 제작하고 공정이 이루어지는 진공 내부에는 세라믹 등으로 오링 실링 후 그 안에서 공정을 진행하지만, 상기 세정가스들이 웨이퍼가 안착되는 핫플레이트(2)와 반응을 일으켜 핫플레이트(2)에 불균일 식각을 일으키게 됨으로써 공정을 진행하게 되는 다음 웨이퍼에 불량을 유발하게 된다.

이에 따라, 종래 대부분의 반도체 회사에서는 내식성이 뛰어난 AlN이라는 소재를 금속 표면위에 갖는 핫플레이트를 사용하고 있는 실정인데, 상기 AlN 제품은 비용이 고가이면서 전량 수입에 의존하는 관계로 납기에도 문제점이 있다.

본 고안은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 소정의 반도체 제조공정을 진행한 뒤 챔버를 공정 진행 전의 상태로 복원하기 위해 공급되는 세정가스에 반응하는 것을 방지하는 세라믹 소재를 핫플레이트 표면에 용사 부착시켜 항상 일률적인 평탄도를 지닐 수 있도록 한 핫플레이트를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 반도체 제조장비에 사용되는 챔버 내부에 설치되어 상면에 안착되는 웨이퍼에 열원을 공급하는 핫플레이트는 금속모재의 표면에 소정의 두께로 세라믹층이 형성되어 이루어진 것을 특징으로 한다.

도 1은 반도체 제조장비용 핫플레이트와 핫플레이트를 사용하고자 하는 챔버를 도시한 개략도.

도 2는 본 고안에 의한 세라믹층 표면을 갖는 핫플레이트를 도시한 사시도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 〉

1 ; 챔버

2 ; 핫플레이트

3 ; 공정가스 주입부

3a ; 공정가스 공급 배관

4 ; 세정가스 공급부

4a ; 세정가스 공급배관

5 ; 웨이퍼 또는 유리기판

이하, 본 고안에 의한 반도체 식각장비용 핫플레이트를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본고안에 의한 반도체 제조장비용 핫플레이트를 도시한 사시도이며 핫플레이트 표면에 세라믹층이 형성된 것을 도시하고있다.

상기 핫플레이트는 그 상면에 웨이퍼가 안착되는 것으로, 인코넬(inconel) 또는 티타늄(titanium)으로 제작된다.

한편, 공업제품들은 이를 구성하고 있는 재료의 내부성질보다 표면성질이 더욱 중요한 경우가 많으며, 재료의 표면성질을 개선시키기 위하여 페인트, 전기도금, 화학증착(chemical vapor deposition), 물리증착(physical vapor deposition), 이온주입(ionimplantation) 등의 여러 가지 표면처리기술이 개발되어 이용되고 있다.

본 고안에서는 상기 핫플레이트의 표면에 내마모성, 내부식성, 내산화성, 단열성이 우수한 세라믹층을 소정 두께로 용사하여 핫플레이트의 재료인 금속재의 표면성질을 개선하여 금속모재의 내구성과 신뢰성을 향상시키고 있다.

한편, 상기 핫플레이트를 인코넬 또는 티타늄으로 제작하는 것은, 용사과정중에 금속모재가 심한 열영향을 받을 경우 또는 소정의 반도체 제조공정의 진행 중에 핫플레이트에 열원이 공급될 경우 열팽창계수가 상이한 금속모재와 세라믹 용사층 사이의 열팽창계수 차이에 의한 응력이 발생하여 용사층의 파괴가 일어나는 것을 방지하기 위함이다.

이와 같은 세라믹제품은 일반적으로 분말형태의 출발원료를 원하는 형태로 성형하고, 이를 높은 온도에서 소결한 후, 최종 치수로 연삭 가공하여 세라믹제품을 제조한다.

즉, 세라믹 용사기술은 세라믹재료를 고온의 화염으로 용융시키고, 용융된 입자를 빠른 속도로 가속시켜, 금속 또는 세라믹 모재 위에 0.1∼1.0mm두께의 후막층(thick film)을 형성시키는 표면처리기술이다. 따라서 세라믹 용사기술은 종래의 AlN 보다는 현저히 저렴한 인코넬 또는 티타늄의 금속모재위에 다양한 특성을 갖는세라믹재료의 후막층을 형성시켜 내부식성, 내마모성, 내산화성, 절연성, 단열성 등의 표면성질을 개선시킬 수 있게 된다.

상기와 같은 핫플레이트에 세라믹을 용사하는 제조공정을 설명하면 다음과 같다.

우선, 핫플레이트의 주재료가 될 금속모재를 선택하게 되는데, 금속모재의 종류에는 제한이 없으며, 철강 금속재료 및 비철 금속재료 모두를 광범위하게 사용할 수 있지만, 본 발명에서는 후공정에 의한 세라믹 용사에 따라 세라믹과 열팽창계수가 비슷한 물질인 인코넬 또는 티타늄으로 제작하는 것이 바람직하다.

선택된 금속모재 표면에 산화물층이나 기름 등의 오염물이 존재할 경우에는 금속모재와 세라믹 용사층간의 접합력을 감소시키는 원인이 되므로 산세 및 탈지작업에 의하여 청정한 표면을 만들어 준다.

그후, 분말형태의 세라믹 용사재료를 산소-아세틸렌 또는 플라즈마(plasma)등의 열원으로 용융, 가속시킨 다음, 모재에 균일하게 분사(spray)하여 세라믹 용사층을 형성시킨다. 이때, 세라믹 용사에 사용되는 세라믹재료는 일반적으로 44∼88㎛의 입도분포를 갖는 분말이 사용된다.

즉, 세라믹 용사재료를 분말 수송가스(carrier gas)를 사용하여 고온의 화염속에 혼입시키면, 미세한 세라믹 용사재료 분말은 고온의 화염속을 비행하면서 용융된다. 또한 용융된 세라믹 입자는 소정의 속도로 가속되어 금속모재에 충돌하면서 넓게 퍼지고 냉각되면서 금속모재에 부착된다. 이와 같은 현상에 의해 세라믹 용사재료 분말이 계속적으로 금속모재 표면 위에 부착되어 소정 두께의 용사층을형성하게 된다.

한편, 용사상태에서의 세라믹 용사층은 요철이 많으므로 매끄러운 표면조도를 얻기 위해 연삭가공의 진행이 필요하다. 일반적으로 세라믹 용사층은 경도가 높기 때문에 탄화규소 또는 다이아몬드 연마지석을 사용하여 연마한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 의하면 인코넬 또는 티타늄으로 된 금속모재의 표면에 세라믹을 용사하여 세정시 챔버에 주입되는 세정가스들과 반응을 일으키지 않도록 한 핫플레이트를 제작함으로써, 기존의 AlN 제품으로 된 핫플레이트보다 현저히 저렴한 가격으로 수명 또한 AlN 제품 못지 않은 핫플레이트의 제작이 가능하게 된다.

Claims (3)

1. 통상의 반도체 제조장비에 사용되는 챔버 내부에 설치되어 상면에 안착되는 웨이퍼에 열원을 공급하는 핫플레이트에 있어서, 상기 핫플레이트는 금속모재의 표면에 소정의 두께로 세라믹 용사층이 형성되어 제조된 핫플레이트.
2. 제1항에 있어서, 상기 금속모재는 인코넬인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비용 핫플레이트.
3. 제1항에 있어서, 상기 금속모재는 티타늄인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비용 핫플레이트.