KR20050025522A - 반도체 제조용 히터블럭 - Google Patents

Abstract

반도체 제조용 히터블럭은 웨이퍼가 상부에 안착되는 상측바디와, 상측바디의 하부에 형성되며 내면이 굴곡지게 형성된 다수개의 상측 설치홈과, 상측 설치홈의 내부에 삽입 설치되며 상측 설치홈의 내면과 접하도록 된 다수의 열선과, 상측바디의 하측에 결합되며 상측 설치홈에 설치된 열선의 저면과 접하도록 상기 열선과의 접촉면이 굴곡지게 형성된 하측 설치홈을 가진 하측바디를 구비한 것이다.

Description

반도체 제조용 히터블럭{HEAT BLOCK FOR SEMICONDUCTOR PROCESSING}

본 발명은 반도체 제조용 히터블럭에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 블럭의 몸체를 개선하여 열 전도성과 열 균일성을 보다 향상시키도록 한 반도체 제조용 히터블럭에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 칩은 웨이퍼 기판에 대하여 증착, 포토리소그래피, 식각, 이온 주입, 연마, 세정 등의 단위 공정들을 반복적으로 수행함으로써 제조가 이루어진다.

이러한 단위 공정들 중에서 웨이퍼 기판 상에 막을 증착하는 공정과, 포토레지스트 조성물을 경화시키는 공정 그리고 식각 공정을 수행할 때 마스크로 포토레지스트 막이 사용된다. 그리고 이들 공정이 수행된 후에는 이 포토레지스트 막을 제거하여야 한다. 이때 포토레지스트 막을 제거하는 공정은 웨이퍼 기판을 고온으로 가열한 상태에서 이루어진다. 그리고 웨이퍼의 막질을 증착하는 공정에서도 증착의 효율성을 향상시키기 위하여 웨이퍼 기판을 가열하여 수행한다.

따라서 이들 공정을 수행하기 위하여 내부에 열선이 내장된 히터블럭이 웨이퍼 기판의 가열을 위하여 사용되며, 이때 사용되는 히터블럭의 사용온도는 대략 100℃ - 600℃의 영역에서 이루어진다.

이러한 반도체 제조용 히터블럭은 크게 저온용과 고온용으로 구분된다. 저온용은 450℃ 이하에서 주로 사용되는 것으로 바디의 재질이 열전도도가 우수한 알루미늄으로 되어 있다. 그리고 고온용의 경우는 바디의 재질이 티타늄, 인코넬(INCONELL).0스테인레스 등으로 이루어지며 대략 450℃ 이상에서 주로 사용되는데, 이들은 알루미늄에 비하여 열전도 균일성이 상대적으로 떨어진다.

한편, 0.15㎛ 이하의 미세 패턴을 요구하는 최근의 반도체 제조 공정에서 웨이퍼 기판의 온도가 불균일한 경우 일정한 크기의 패턴 형성이 어려워 불균일한 패턴의 형성으로 반도체 칩의 동작 신뢰성이 떨어진다. 따라서 근래와 같은 미세패턴이 요구되는 반도체 칩을 제조하기 위해서는 히터블럭의 온도가 보다 균일하게 유지되어야 한다.

종래의 반도체 제조용 히터블럭은 도 1에 도시된 바와 같이 금속재질의 상측바디(10)와, 이 상측바디(10)의 내부에 균일한 간격으로 배치된 다수개의 열선(30)으로 구성되어 열선(30)이 발열하면 상측바디(10)를 가열하여 상측바디(10)에 안착된 웨이퍼를 가열하게 되어 있다.

여기서 열선(30)의 설치는 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 바디를 웨이퍼가 안착되는 상측바디(10)와 전원인가선(40)이 매설된 하측바디(20) 두 부분으로 별도 제작한 후 상측바디(10)의 하측으로 사각의 설치홈(11)을 형성하고, 이 설치홈(11)의 내부로 열선(30)을 삽입하여 설치한다. 그리고 설치홈(11)의 하측으로 하측바디(20)를 밀착시켜 설치홈(11)의 개구부분을 막고, 상측바디(10)와 하측바디(20)의 계면을 용접(W)으로 결합함으로써 열선(30)의 설치가 최종 완료되게 되어 있다.

그런데, 열선(30)의 외주와 상측바디(10)의 설치홈(11) 내면 사이에는 설치홈(11)이 사각형태로 되어 있기 때문에 열선(30)의 외주를 따라 균일하지 않은 공극(G)이 생성된다. 따라서 이 공극(G)으로 인해 열선(30)으로부터 발산하는 열의 균일도가 떨어지게 되는 문제점이 있다.

또한 고온용 히터블럭에 사용되는 바디의 재질은 이미 언급한 바와 같이 그 재질의 특성상 열전도 분포가 균일하게 이루어지지 않아 웨이퍼에 가해지는 열전도 균일성이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 첫 번째 목적은 히터블럭의 바디 내부에 설치된 열선의 외주와 열선이 설치되는 바디의 설치홈 내면과의 사이에 공극을 최소화하여 열전도가 보다 균일하게 이루어지도록 한 반도체 제조용 히터블럭을 제공하기 위한 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 두 번째 목적은 히터블럭의 바디 표면중 웨이퍼가 안착되는 안착면과 열선 사이에 설치되어 웨이퍼로 전달되는 열의 열전도를 균일하게 유지시켜주는 열전도체를 구비한 반도체 제조용 히터블럭을 제공하기 위한 것이다.

전술한 첫 번째 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조용 히터블럭은 웨이퍼가 상부에 안착되는 상측바디; 상기 상측바디의 하부에 형성되며 내면이 굴곡지게 형성된 상측 설치홈; 상기 상측 설치홈의 내부에 삽입 설치되며 상기 상측 설치홈의 내면과 접하도록 된 열선; 상기 상측바디의 하측에 결합되며 상기 상측 설치홈에 설치된 상기 열선의 저면과 접하도록 상기 열선과의 접촉면이 굴곡지게 형성된 하측 설치홈을 가진 하측바디를 구비한 것을 특징으로 한다.

그리고 바람직하게 상기 상측바디와 상기 하측바디 그리고 상기 열선은 브레이징 결합으로 결합된 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게 상기 바디 내부중 상기 웨이퍼가 안착되는 안착면과 상기 열선과의 사이에는 열전도체가 마련된 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게 상기 열전도체의 상기 열선과 마주하는 면은 상기 열전도체의 가장자리부분으로 갈수록 상기 열선과의 간격이 좁아져 상기 열전도체의 중앙부분보다 두껍게 된 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게 상기 열전도체는 상기 열선의 가장자리 부분에 설치되고, 상기 열전도체는 구리로 구현되며, 상기 바디는 알루미늄, 인코넬, 티타늄, 스테인레스 중의 어느 하나로 된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 두 번째 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조용 히터블럭은 웨이퍼가 상부에 안착되는 바디; 상기 바디의 내부에 설치된 열선; 상기 바디 내부 중 상기 웨이퍼가 안착되는 안착면과 상기 열선과의 사이에 설치된 열전도체를 구비한 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 반도체 제조용 히터블럭은 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 금속재질로 이루어지며 상부에 공정 수행을 위한 웨이퍼가 안착되는 상측바디(100)와 이 상측바디(100)의 하부로 결합되며 전원인가선(400)이 매설된 하측바디(200)로 이루어진다.

그리고 상측바디(100)의 하부에는 내면이 굴곡지게 형성된 다수개의 상측 설치홈(110)이 형성되고, 이 상측 설치홈(110)의 내부 각각에는 열선(300)이 내장된다. 그리고 하측바디(200)의 상측에는 전술한 상측 설치홈(110)에 대응하며 열선(300)의 하측 굴곡부분이 접하도록 된 하측 설치홈(210)이 형성된다.

따라서 상측 설치홈(110)과 하측 설치홈(210) 사이로 열선(300)을 내설하여 상측바디(100)와 하측바디(200)를 서로 밀착시킨 후 상측바디(100)와 하측바디(200) 그리고 열선(300)을 서로 브레이징으로 결합하면 히터블럭의 바디 전체가 구성된다.

여기서 바디의 재질은 알루미늄, 인코넬, 티타늄, 스테인레스 중의 어느 하나로 제조되는데, 저온용인 경우에는 알루미늄으로 제조되는 것이 바람직하고, 고온용인 경우에는 인코넬, 티타늄 또는 스테인레스로 제조되는 것이 바람직하다.

한편, 바디의 내부 중 웨이퍼가 안착되는 안착면과 열선(300)과의 사이에는 열전도체(500)가 내장 설치된다. 이 열전도체(500)는 바디의 제조시 바디 내부에 삽입하여 바디와 일체로 제작될 수 있고, 다르게는 본 실시예에 나타난 바와 같이 바디를 상하로 별도로 구분하여 제조한 후 그 사이에 열전도체(500)를 내설하여 상측바디(100)와 하측바디(200)를 상호 결합하여 제작할 수 있다.

그리고 열전도체(500)는 바디가 알루미늄으로 제작된 저온용 히터블럭인 경우에는 별도로 삽입하여 사용하지 않을 수 있다. 그러나 고온용 히터블럭 즉 인코넬, 티타늄 그리고 스테인레스로 된 바디를 사용할 경우에는 열전도체(500)를 장착하는 것이 바람직하다.

그 이유는 고온용으로 사용되는 히터블럭의 재질인 인코넬, 티타늄 그리고 스테인레스가 열전도성이 알루미늄에 비하여 나쁠 뿐만 아니라, 히터블럭의 바디에서의 열전도 균일성을 균일하게 유지시키기 못한다.

다시 말해서, 고온용 바디 재질의 경우 동일하게 열선으로부터 열이 상부로 발열이 되어도 바디의 가장자리부분은 중앙부위에 비하여 열발산이 빠르기 때문에 열분포도가 중앙부분이 상향 굴곡진 형태로 이루어지게 된다.

따라서 가장자리의 경우는 열발산을 억제하거나 또는 중앙부위에 비하여 발산하는 열량을 증가시켜 바디 전체에서의 열전도 균일성을 균일하게 유지시켜주기 위하여 본 발명에서 제시한 열전도체(500)를 사용한다. 그리고 이 열전도체(500)의 재질은 열전도도가 우수한 동을 사용하는 것이 바람직하다.

그리고 가장자리 부분에서의 열분포도를 보다 효과적으로 균일하게 유지시켜 주기 위하여 열전도체의 형상을 개량할 수 있는데, 이를 위한 한 실시예로서 도 5에 도시된 바와 같이 열전도체(510)의 표면 중 열선(300)과 마주하는 면을 가장자리부분으로 갈수록 열선(300)과의 간격이 좁아지도록 굴곡지게 형성하여 가장자리 부분이 보다 두꺼워지도록 할 수 있다.

이렇게 가장자리부분을 굴곡지게 형성하면 가장자리부분에서의 열전도량이 더욱 높아지기 때문에 가장자리 부분에서 보다 많은 열이 방열되더라도 전체적으로는 웨이퍼에 전달되는 열의 균일도는 보다 균일하게 유지된다. 그리고 열선과 마주하는 면을 굴곡지게 한 것은 열전도 분포도가 이미 언급한 바와 같이 바디 전체어서 등고선 형태로 나타나기 때문이다. 따라서 열전도체(510)에 형성되는 굴곡면의 곡률은 열전도 분포도와 가장 근접하는 형태로 형성하는 것이 바람직할 것이다.

이러한 원리와 마찬가지로 또 다른 실시예를 도 6에 도시된 바와 같이 적용할 수 있는데, 여기서는 열전도체(520)를 바디의 가장자리 부분에만 설치하여 열전도 균일성을 향상시킬 수 있다.

이하에서는 전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 반도체 제조용 히터블럭의 작용상태에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 반도체 제조용 히터블럭은 반도체 제조공정의 단위공정 중 웨이퍼 기판 상에 막을 증착하는 공정과, 포토레지스트 조성물을 경화시키는 공정 그리고 포토레지스트 막을 제거하는 공정에 사용되거나, 웨이퍼의 막질을 증착하는 공정에서도 증착의 효율성을 향상시키기 위하여 사용된다.

이때의 동작은 웨이퍼 이송장치에 의하여 챔버 내부에 마련된 히터블럭의 바디 상측 안착면으로 웨이퍼가 안착되면 바디의 중심부분으로 연장된 전원인가선(400)에 의하여 전원이 공급되고, 공급된 전원에 의하여 열선(300)은 발열을 시작한다. 그리고 소정시간과 소정조건 하에서 웨이퍼를 소정온도로 가열함으로써 필요한 웨이퍼 가공 공정이 수행된다.

이때의 가열 공정 수행시 본 발명의 반도체 제조용 히터블럭에서는 열선(300)에서 발열하는 열이 종래와 달리 설치홈(110)(210) 내부에서 공극을 거치지 않고, 직접 바디로 전달되어 바디를 가열하게 된다. 따라서 종래와 같이 공극을 거치면서 발생한 열분포도의 불균일성이 1차적으로 해소된다.

그리고 바디를 거쳐 웨이퍼 안착면으로 전달되는 열은 열전도체(500)(510)(520)를 거치면서 바디 전체를 균일한 열분포로 가열하게 되므로 종래와 같이 바디의 재질에 의한 열분포도의 불균일성이 2차적으로 해소되어 최종적으로 웨이퍼에 전달되는 열이 보다 균일하게 제공되어 웨이퍼 가공공정이 보다 효과적으로 수행되도록 한다.

한편, 열전도체(500)(510)(520)는 열선(300)의 구조, 챔버의 구조 그리고 공정가스 등에 따라 히터블럭에서의 열분포 편차를 파악하여 그 설치위치를 최적조건에 맞추어 설치할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예와 달리 열전도체의 구성 일부가 변형되어 적용될 수 있지만, 기본적으로 변형된 실시예가 본 발명의 필수구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

이상과 같은 본 발명에 따른 반도체 제조용 히터블럭은 바디 내부에 설치된 열선의 외주와 열선에 상대하는 바디의 표면 사이에 공극을 최소화하여 열전도가 보다 균일하게 이루어지도록 하고, 또한 바디 표면 중 웨이퍼가 안착되는 안착면과 열선 사이에 열전도를 균일하게 유지시켜주는 열전도체를 설치하여 열전도 균일성을 보다 향상시키도록 하여 웨이퍼 가공효율을 보다 향상시키도록 하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 반도체 제조용 히터블럭을 도시한 측단면도이다.

도 2는 도 1의 A부를 확대 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 반도체 제조용 히터블럭의 측단면도이다.

도 4는 도 3의 B부를 확대 도시한 단면도이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 제조용 히터블럭의 측단면도이다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 제조용 히터블럭의 측단면도이다.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

100...상측바디

200...하측바디

300...열선

500, 510, 520...열전도체

Claims (12)

1. 웨이퍼가 상부에 안착되는 상측바디;

   기 상측바디의 하부에 형성되며 내면이 굴곡지게 형성된 상측 설치홈;

   기 상측 설치홈의 내부에 삽입 설치되며 상기 상측 설치홈의 내면과 접하도록 된 열선;

   기 상측바디의 하측에 결합되며 상기 상측 설치홈에 설치된 상기 열선의 저면과 접하도록 상기 열선과의 접촉면이 굴곡지게 형성된 하측 설치홈을 가진 하측바디를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 히터블럭.
2. 제 1항에 있어서, 상기 상측바디와 상기 하측바디 그리고 상기 열선은 브레이징 결합으로 결합된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 히터블럭.
3. 제 1항에 있어서, 상기 바디 내부중 상기 웨이퍼가 안착되는 안착면과 상기 열선과의 사이에는 열전도체가 마련된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 히터블럭.
4. 제 3항에 있어서, 상기 열전도체의 상기 열선과 마주하는 면은 상기 열전도체의 가장자리부분으로 갈수록 상기 열선과의 간격이 좁아져 두껍게 된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 히터블럭.
5. 제 3항에 있어서, 상기 열전도체는 상기 열선의 가장자리 부분에 설치된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 히터블럭.
6. 제 3항 내지는 제 5항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 열전도체는 구리로 된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 히터블럭.
7. 제 3항 내지는 제 5항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 바디는 알루미늄, 인코넬, 티타늄, 스테인레스 중의 어느 하나로 된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 히터블럭.
8. 웨이퍼가 상부에 안착되는 바디;

   상기 바디의 내부에 설치된 열선;

   상기 바디 내부중 상기 웨이퍼가 안착되는 안착면과 상기 열선과의 사이에 설치된 열전도체를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 히터블럭.
9. 제 8항에 있어서, 상기 열전도체의 상기 열선과 마주하는 면은 상기 열전도체의 가장자리부분으로 갈수록 상기 열선과의 간격이 좁아져 상기 열전도체의 중앙부분보다 두껍게 된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 히터블럭.
10. 제 8항에 있어서, 상기 열전도체는 상기 열선의 가장자리 부분에 설치된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 히터블럭.
11. 제 8항 내지는 제 10항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 열전도체는 구리로 된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 히터블럭.
12. 제 8항 내지는 제 10항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 바디는 알루미늄, 인코넬, 티타늄, 스테인레스 중의 어느 하나로 된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 히터블럭.