KR20040018689A - 웨이퍼 공정용 히터블록 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 히터블록에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 표면 처리된 웨이퍼 공정용 히터블록에 관한 것이다.
일반적으로 웨이퍼 공정용 챔버 내에서는 여러 가지 가스와 열이 이용되고 있으며, 이러한 열과 가스는 히터블록의 외표면에 스트레스를 유발하고 이로 인해 상기 히터블록의 표면은 균열과 식각, 부식 등의 문제점이 발생하고 있다.
이러한 문제점은 반도체 제조에 있어서 효율성을 떨어뜨릴 뿐 아니라 유지/보수에 별도의 시간과 비용을 발생시키고 있으며, 아울러 반도체 소자의 신뢰성을 감소시키는 원인이 되기도 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안으로서, 상기 히터블록의 외표면에 코팅을 통한 표면처리를 수행하는데, 이처럼 외표면이 코팅처리된 히터블록을 사용할 경우 챔버내에서 이루어지는 화학반응에 영향을 받지 않기 때문에 반도체 제조공정에 있어서 효율성을 극대화할 수 있음은 물론이고, 그 제조물인 반도체의 신뢰성을 더욱 높일 수 있는 장점을 동반하고 있다.

Description

웨이퍼 공정용 히터블록{Heater block for Wafer-process}
본 발명은 반도체 제조에 있어 웨이퍼 공정에서 사용되는 히터블록에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표면 처리된 상기 히터블록에 관한 것이다.
최근 과학기술이 발전함에 따라 새로운 물질의 개발 및 처리를 가능하게 하는 신소재 분야도 급속도로 발전하고 있는 추세이며, 이러한 신소재 분야의 개발 성과물은 반도체산업의 비약적인 발전 원동력이 되고 있다.
반도체 소자란, 통상 기판인 웨이퍼(Wafer)의 상면에 수 차례에 걸친 박막의 증착 및 이의 패터닝(Patterning) 등의 처리공정을 통해 구현되는 고밀도 집적회로(LSI:Large Scale Integration)로서, 이러한 박막 증착 및 패터닝 등의 공정은 챔버(Chamber)형 프로세스 모듈(Process Module) 내에서 이루어지는 것이 일반적이다.
이에 챔버형 프로세스 모듈은 목적하는 공정에 따라 다양한 형태를 가질 수 있지만, 그 구성에 있어서 다수의 공통요소를 가지고 있는 바, 일례로 상단이 돔(Dome) 형상을 가지는 챔버를 포함하는 반도체 제조용 프로세스 모듈에 대하여 설명한다.
도 1은 일반적인 챔버형 프로세스 모듈의 개략 단면도로서, 크게 내부에 밀폐된 반응영역을 정의하고, 상기 반응영역 내로 인입되는 웨이퍼(1)의 상면에 박막을 증착하거나 또는 기(旣) 증착된 박막을 패터닝하는 등 직접적인 웨이퍼 처리공정이 진행되는 챔버(chamber)(20)와, 이러한 챔버(20)에서 진행되는 처리공정에 필요한 소스(source) 및 반응물질을 저장하며, 이를 챔버(20)로 공급하는 소스 및 반응물질저장장치(40)로 구분될 수 있다.
이에 챔버(20)는 소스 및 반응물질저장장치(40)에 연결되는 유입관(22)과, 내부의 기체물질을 배출하는 배출관(24) 및 이의 말단에 설치되는 펌프(P) 등의 감압수단을 포함하고 있으며, 특히 챔버(20)의 내부에는 상부에 웨이퍼(1)의 지지를 위해 히터(32)를 포함하는 히터블록(30)이 실장되어 있다.
따라서 외부로부터 웨이퍼(1)가 로딩(loading)되어 서셉터 상면에 안착된 후 챔버(20)가 밀폐되면, 배출관(24)의 말단에 부설된 펌프(P) 등의 감압수단을 통해 챔버(20) 내부를 고유 환경으로 조성하고, 이어 유입관(22)을 통해 챔버(20) 내로 공급되는 소스 및 반응물질의 화학반응을 통해 웨이퍼(1)를 처리한다.
이때 전술한 소스 및 반응물질저장장치(40)로부터 유입관(22)을 통해 챔버(20)로 공급되는 기체물질은, 통상 챔버(20) 내부에 설치되는 인젝터(26)에 의하여 반응영역 전(全) 면적으로 고르게 확산되는 바, 비록 도면에는 웨이퍼(1)의 직상부에서 그 하단으로 기체물질을 분사하는 탑 플로우(top flow) 방식의 인젝터가 도시되어 있지만, 목적에 따라 샤워헤드(shower head) 또는 사이드 플로우(side flow) 방식의 인젝터 등이 사용될 수도 있다.
한편 전술한 구성을 가지는 챔버(20)에 설치되어 웨이퍼(1)를 지지 및 가열하는 히터블록(30)에 대해 좀 더 상세히 설명하면, 이는 챔버(20) 내부에서 진행되는 반도체 제조공정 중 웨이퍼(1)를 안정적으로 지지하는 테이블(table) 역할을 함과 동시에, 보다 균일하고 신뢰성 있는 공정 진행을 위해 그 내부에는 고온으로 발열하는 히터(heater)(32)를 포함하고 있다.
이에 상기 히터블록(30)은 도 2의 도시와 같이, 발열체인 히터(32)의 외부를 감싸는 절연체(34)와, 상기 절연체(34)를 감싸는 외도체(36)로 구성되는 바, 상기 외도체(36)의 재질로는 내열성이 큰 물질이 사용될 필요가 있는데, 통상 타(他) 금속에 비해 비교적 저렴한 가격을 가지고 있어 구성비용을 절감할 수 있는 니켈, 크롬, 티타늄, 철(nickel, iron, chromium, iron) 등과, 상기 재질의 합금물질인 인코넬(inconnel)과 같은 금속 재질이 사용되어 왔다.
그러나 상기 니켈, 크롬, 티타늄, 철 또는 인코넬 등으로 이루어진 보통의 히터블록은, 공정에 따라 상기 히터(32)에서 전달되는 수백 ℃의 고온 환경과, 플루오르(Fluorine), 염소(Chlorine), 산소(oxygen) 등의 가스를 이용한 화학반응 공정에 의해 표면이 식각 또는 부식되는 현상이 발생하고 있는 실정이다.
이에 AlN (Aluminum Nitride) 재질이 사용되기도 하나, 이는 비싼 가격에 의해 반도체 제조비용을 증가시키는 단점을 가지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 챔버 내의 다양한 환경에서 히터블록의 손상을 최소화할 수 있는 방법을 제시한다.
또한 상기 히터블록 손상의 최소화를 통해 빈번한 교체와 유지 보수에 드는 비용의 절감 효과를 도출하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
도 1은 일반적인 챔버형 프로세스 모듈의 개략 단면도
도 2는 상기 도 1에서 도시된 히터블록에 대한 개략 단면도
도 3은 본 발명에 따른 히터블록을 도시한 개략 단면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 웨이퍼20 : 챔버
22 : 유입관24 : 배출관
26 : 인젝터30 : 히터블록
32 : 히터34 : 절연체
36 : 외도체40 : 반응물질저장장치
50 : 코팅층P : 펌프
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 반도체 제조공정 중 웨이퍼공정을 수행하는 챔버내의 히터를 내장하고 있는 금속재질의 히터블록에 있어서, 상기 히터블록의 외표면을 별도의 재료를 이용하여 코팅을 수행하여 사용하는 방법을 제안한다.
상기한 제안을 실현하기 위해, 본 발명에서 상기 코팅은 산화알루미늄(Al2O3) 또는 산화이트륨(Y2O3), 알루미늄나이트라이드(AlN : Aluminum Nitride) 중 적어도 하나 이상의 재료를 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하며, 상기 코팅된 박막층의 두께는 바람직하게는 200 마이크로미터(㎛) 이하인 것을 또 다른 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 웨이퍼 공정용 히터블록에 대해 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 히터블록을 채용한 웨이퍼 공정용 챔버의 개략 단면도로서, 상기 외도체(36)의 외표면에 코팅층(50)이 형성되어 있는 바, 상기 코팅의 재질은 산화알루미늄(Al2O3) 또는 산화이트륨(Y2O3), 알루미늄나이트라이드(AlN) 등을 이용하며, 상기한 재료들을 조합하여 다중 코팅하거나 또는 하나의 재질로 구성된 코팅막을 형성할 수 있다.
상기한 히터블록(30)의 코팅방법으로는 여러 가지가 사용될 수 있는데, 예를 들어 플라즈마 스프레이 코팅법(Plasma Spray Coating), 화학증착방법인CVD(chemical Vaper Deposition) 등이 사용될 수 있다.
여기서 상기한 플라즈마 스프레이 코팅방법에 대해 간략하게 설명하면, 일례로 불활성가스(예, Ar)로부터 생성되는 플라즈마에 분말형태의 피막재료를 투입하여 순간적으로 용융시키고, 이와 동시에 플라즈마의 흐름을 고속으로 하여 피 코팅체를 향하도록 한다. 따라서 완전 용융된 분말용사재를 고속으로 피 코팅체에 밀착시켜 표면으로 피막을 형성시키는 코팅 방법이다.
이때 상기 용사재로써는 금속, 비금속, 세라믹(주로 금속화합물 탄화물) 도성(陶性)합금(cermet) 등으로 광범위하고, 탁월한 내마모성, 내열성, 내식성, 전기전도차폐성, 전파복사성, 육성 및 초경 등의 우수한 코팅 피막을 얻을 수 있으며, 용사시 가공물의 표면온도가 150℃ 이내로 제어되기 때문에 거의 모든 모재에 코팅이 가능한 방법이다.
또 다른 방법인 화학기상증착(CVD) 방법은 통상의 반도체 제조공정에 있어서 널리 사용되는 방법이므로 상기 기술에 대해서는 설명하지 않는다.
상기한 방법 등을 이용하여 상기 히터블록(30)에 코팅을 수행하게 되는바, 상기 코팅의 두께는 약 200㎛ 이하가 적당하며, 필요에 의해 상기한 두께는 조절이 가능함은 당연하다.
상기와 같이 설명한 본 발명에 따른 히터블록은 여러 가지 화학 반응이 수행되는 웨이퍼 공정용 챔버내 에서 열 또는 화학가스 등에 의해 히터블록이 식각, 부식되거나 또는 스트레스에 의해 균열이 생기는 등의 현상을 방지하여 주기 때문에 유지/보수비용의 절감과 아울러 반도체 생산성을 증대시키는 장점이 있다.
또한 상기한 효과에 의해 반도체 소자의 신뢰성을 더욱 증대시킬 수 있음은 당연하다 하겠다.

Claims (4)

  1. 내부에 히터가 실장된 웨이퍼 공정용 히터블록으로서,
    상기 히터블록은 외표면에 보호막이 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 공정용 히터블록
  2. 청구항 제 1 항에 있어서,
    상기 보호막은 산화알루미늄(Al2O3), 산화이트륨(Y2O3), AlN(Aluminum Nitride) 중 적어도 하나 이상을 이용하여 코팅되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 공정용 히터블록
  3. 청구항 제 1 항에 있어서,
    상기 보호막의 두께는 200 마이크로미터(㎛) 이하인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 공정용 히터블록
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 보호막은 플라즈마 코팅 스프레이 방법 또는 화학기상증착방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 공정용 히터블록
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