KR20130010557A - 반도체 제조장비용 핫플레이트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 제조장비용 핫플레이트 표면을 텅스텐 코팅과 Y2O3코팅을 하고, HIP공정을 통해 완전 몰딩을 구현함으로써 반도체 제조공정 효율을 향상시킬 수 있도록 한 반도체 제조장비용 핫플레이트에 관한 것이다. 본 발명은 원형형상의 받침대 및 상기 받침대보다 직경이 작게 형성되어 받침대 하부에 결합되는 지지대가 일체형 및 분리형으로 구성된 반도체 제조장비용 핫플레이트에 있어서, 핫플레이트의 표면에 소정 두께의 W + Y2O3 코팅층을 형성하고, HIP공정을 통해 더욱 치밀한 조직의 코팅층이 되도록 한 것이다.

Description

반도체 제조장비용 핫플레이트{Hot plate of semiconductor manufacturing apparatus}
본 발명은 반도체 제조장비용 핫플레이트 표면에 대해 텅스텐 코팅과 Y2O3코팅을 하고 HIP공정을 통해 완전 몰딩을 구현함으로써 반도체 제조공정 효율을 향상시킬 수 있도록 한 반도체 제조장비용 핫플레이트에 관한 것이다.
근래에 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 장치의 성능 및 품질도 비약적으로 발전하고 있다. 특히 그 성능면에 있어서 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다.
이러한 요구에 부응하여 근래에는 더욱 더 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 반도체 장치 제조 기술이 발전되고 있다. 반도체장치의 집적도 향상을 위한 주요한 기술로서는 소정의 반도체 제조공정 후 챔버 내부를 세정하게 되는 세정기술과 같은 미세 가공기술에 대한 요구가 더욱 엄격해지고 있다.
일반적으로 반도체 제조공정에는 여러 종류의 챔버들이 사용되고 있으며, 챔버(1)의 내부에는 도 1에 도시한 바와 같이 공정시 웨이퍼에 열원을 공급할 수 있도록 열선이 구비된 핫플레이트(2)가 배치된다.
핫플레이트(2)는 그 상면에 웨이퍼가 안착되는 것으로서 핫플레이트(2)가 챔버 내부에 안착되면 소정의 반도체 제조공정을 진행하는데, 공정가스공급부(3)로부터 가스라인(3a)을 통해 공정가스를 챔버(1) 내부에 주입하여 핫플레이트(2)의 상면에 안착된 웨이퍼에 물리적, 화학적인 압력을 가하여 공정을 수행하게 된다.
소정의 공정이 수행 완료되면 가스라인(4a)으로 연결된 세정가스공급부(4)로부터 NF3, ClF3 등의 세정가스를 챔버(1)의 내부에 주입시켜 내부 및 핫플레이트(2)를 세정하게 된다.
그러나 NF3, ClF3 등의 세정가스는 대부분 독성을 가지고 있기 때문에, 비록 챔버(1)가 알루미늄으로 제작되고 공정이 이루어지는 진공 내부의 부품들은 세라믹 등으로 제작되더라도, 세정가스들이 웨이퍼가 안착되는 핫플레이트(2)와 반응을 일으켜 불균일한 식각을 일으키게 되어 다음 공정 대상인 웨이퍼에 제조 불량을 유발하게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 종래 대부분의 반도체 장비업체에서는 AlN이라는 소재로 만든 핫플레이트를 사용하고 있으나, AlN 소재를 이용하여 제조된 제품은 원가가 높을 뿐만 아니라 투입된 원가에 비해 수명이 길지 않다는 문제점이 있다. 또한 챔버 조립 및 이동시 파손이 잦고, 외국에서 수입하여야 하므로 신속한 A/S가 불가능하여 신뢰성이 떨어진다는 문제점이 있다.
또한, 웨이퍼 제조효율 향상을 위하여 핫플레이트를 이루는 금속모재 표면에 코팅층을 형성하기도 하지만, 이러한 경우 코팅층에 가스 등이 유입될 수 있는 기공이 발생하여 오히려 금속모재를 부식시키는 중요한 원인이 되기도 한다.
본 발명은 이러한 종래 반도체 제조공정상의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 반도체 제조장비용 핫플레이트를 텅스텐-구리 합금, 티타늄, 그라파이트를 본체로 하여 텅스텐 코팅 및 Y2O3코팅을 하고, HIP공정을 통해 완전 몰딩을 구현하여 AIN 소재의 핫플레이트 이상의 효과를 가지면서도 제조원가를 절감할 수 있도록 한 반도체 제조장비용 핫플레이트를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 제조장비용 핫플레이트는, 원형형상의 받침대 및 상기 받침대 하부에 결합되는 지지대가 일체형 또는 분리형으로 구성된 반도체 제조장비용 핫플레이트에 있어서, 상기 핫플레이트의 표면에 소정 두께의 W + Y2O3 코팅층을 형성하고 코팅층에 HIP 공정처리를 하여 기공이 없는 치밀한 조직이 되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 W + Y2O3 코팅분말을 진공상태로 용기에 봉합된 분말형태의 코팅재료로 산소-아세틸렌 또는 플라즈마(plasma) 등의 열원으로 용융 가속시킨 다음, 본체에 균일하게 분사(spray)하여 W + Y2O3 코팅층을 형성하고, W + Y2O3 코팅층이 형성된 핫플레이트를 고압 불활성 기체로 등방향 고온압축 성형이 되도록 1400℃~1800℃의 온도와 900기압~1500기압의 압력을 가하여 균일하고 치밀한 조직의 W + Y2O3 코팅층을 형성시키는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 제조장비용 핫플레이트는, 원형형상의 받침대 및 상기 받침대 하부에 결합되는 지지대가 일체형 또는 분리형으로 구성된 반도체 제조장비용 핫플레이트에 있어서, 상기 핫플레이트의 표면에 소정 두께의 W + Y2O3 코팅층, Y2O3 코팅층 및 W 코팅층 중 어느 하나의 코팅층을 형성하고, HIP 공정처리를 하여 기공이 없는 치밀한 조직이 되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 W + Y2O3 코팅분말, Y2O3 코팅분말 및 W 코팅분말 중 어느 하나의 분말을 진공상태로 용기에 봉합된 분말형태의 코팅재료로 산소-아세틸렌 또는 플라즈마(plasma) 등의 열원으로 용융 가속시킨 다음, 본체에 균일하게 분사(spray)하여 코팅층을 형성하고, 코팅층이 형성된 핫플레이트를 고압 불활성 기체로 등방향 고온압축 성형이 되도록 1400℃~1800℃의 온도와 900기압~1500기압의 압력을 가하여 균일하고 치밀한 조직의 코팅층을 형성시키는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 반도체 제조장비용 핫플레이트에 따르면, 다음과 같이 뛰어난 효과가 있다.
첫째, 청구항 1항 및 3항에 기재된 기술에 따라 W + Y2O3 코팅과 HIP 공정을 통해 완전 몰딩을 구현하여 기공이 없는 치밀한 조직에 의해 전기전도나 차폐, 내식성, 내마모성을 향상시킴으로써 반도체 제조효율을 향상시킬 수 있다.
둘째, AIN 히터보다 우수한 성능을 구현하여 제조원가를 절감하고 A/S가 용이하여 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 반도체 제조장비를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 반도체 제조장비용 핫플레이트의 사시도.
도 3은 도 2의 단면도.
도 4는 본 발명의 핫플레이트에 대한 코팅 장치도.
도 5는 본 발명의 코팅 후 단면도.
도 6은 본 발명의 핫 아이소스테이틱 프레싱(HIP) 공정 후 비교도.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 코팅된 부분과 코팅되지 않은 부분 및 표면에 대한 사진.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 반도체 제조장비용 핫플레이트의 사시도, 도 3은 도 2의 단면도, 도 4는 본 발명의 핫플레이트에 대한 코팅 장치도, 도 5는 본 발명의 코팅 후 단면도, 도 6은 본 발명의 핫 아이소스테이틱 프레싱 공정 후 비교도이다.
본 발명의 핫플레이트(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 통상의 반도체 제조공정시 사용되는 챔버 내부에 설치되는 것으로, 일정형상(도면상 원형형상)의 받침대(11) 및 상기 받침대(11) 하부에 결합되는 지지대(12)가 일체형 또는 분리형으로 구성된다.
상기 핫플레이트(10)는 그 상면에 웨이퍼가 안착되도록 일정면적을 갖는 것으로, 반도체 제조효율 향상을 위해 예를 들어, 인코넬(inconel), 티타늄(titanium), 니켈(Nikel), 서스(STS), 알루미늄(Aluminum)과 같은 금속모재로 제작된다.
본 발명에서는 상기 핫플레이트(10)의 표면에 내마모성, 내부식성, 내산화성이 우수한 소정 두께의 W + Y2O3 코팅층(30)을 형성하여 핫플레이트(10)의 주재료인 금속모재의 표면을 개선함으로써 금속모재의 내구성과 신뢰성을 향상시키고 있다.
상기 핫플레이트(10)의 표면에 W + Y2O3 코팅층(30)을 형성하기 위해서는 도 4에 도시된 바와 같은 서멀 스프레이 건(Thermal Spray Gun)을 구성한 장치를 이용한다.
이 장치의 동작 개념은 분말이 건(Gun)에 투입되면 일정온도의 열을 가하여 분말을 용융시키면서 기판에 흡착되도록 고압으로 분사시키는 방식이다.
즉 선 또는 분말 형태의 코팅재료를 고온의 열원으로 용융시킨 후 기판에 분사시켜 피막을 형성하는 것으로, 코팅에 사용되는 재료로는 금속, 비금속, 세라믹, 플라스틱 등 이들의 복합물이 있으며 이는 전기전도나 차폐, 내식성, 내마모성을 부여해 주기 위함이다.
상기와 같은 핫플레이트(10)의 표면에 W + Y2O3 코팅층(30)을 형성하고, HIP공정을 수행하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
진공상태로 용기에 봉합된 분말형태의 코팅재료를 산소-아세틸렌 또는 플라즈마(plasma) 등의 열원으로 용융 가속시켜 모재에 균일하게 분사(spray)하여 W + Y2O3 코팅층(30)을 형성시킨다.
즉 W, Y2O3 코팅재료를 고온의 화염속에 혼입시키면 미세한 W, Y2O3 코팅 분말은 고온의 화염속을 비행하면서 용융된다.
또한 용융된 W, Y2O3 입자는 소정의 속도로 가속되어 핫플레이트에 충돌하면서 넓게 퍼지고 냉각되면서 핫플레이트(10)에 부착된다.
이와 같은 현상에 의해 W, Y2O3 용사재료 분말이 계속적으로 핫플레이트(10)의 표면에 부착되어 소정 두께의 W + Y2O3 코팅층(30)을 형성하게 된다.
한편, 용사상태에서의 W + Y2O3 코팅층(30)은 이물질이 있으므로 매끄러운 표면조도를 얻기 위해 연삭가공할 필요가 있다.
다음에, 모재를 고압 불활성 기체로 등방향 고온압축 성형이 되도록 핫플레이트(10)에 HIP공정을 통해 1400℃~1800℃의 온도와 900기압~1500기압의 압력을 가하여 균일하고 치밀한 W + Y2O3 코팅층(30)을 형성시킨다.
이와 같이 본 발명에 따른 Y2O3 +W 코팅층(5)이 형성되면 핫플레이트(1)의 표면에 대한 내식성, 내마모성 등이 향상되어 반도체 제조효율 향상이라는 소기의 목적을 달성할 수 있으나, 코팅층 내부가 치밀하지 못하여 기공 등이 형성됨으로써 불순물 등이 이곳에 침투하여 반도체 제조효율을 저하시킬 우려가 있다.
따라서 본 발명에서는 HIP(Hot Isostatic Pressing) 공정을 수행하여 치밀한 조직이 되도록 함으로써 기공형성을 근본적으로 방지하게 된다.
W + Y2O3 코팅층(30)을 형성한 본 발명의 핫플레이트(10)는 도 5에 도시된 바와 같이 된다. 코팅층(30) 형성 후 HIP공정을 통해 코팅층(30)의 조직을 더욱 치밀하게 한 후 800℃의 온도를 가하여 테스트한 결과 도 6에 도시된 바와 같이 코팅이 매우 치밀한 조직형태로 수행되어 박리 현상이나 미세한 크랙도 발견되지 않았다. 또한 코팅 조직이 치밀함으로써 기공이 발생되지 않아 플로오린(Fluorine) 계열의 세정가스에 대해 내부식성이 우수하다는 것을 알 수 있었다.
도 7a 및 도 7b는 코팅된 단면 사진이고, 도 7c는 코팅되지 않은 단면의 한 부분 사진이며, 도 7d 및 도 7e는 상부 표면이다.
본 발명은 특정한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 권리범위는 청구항에 기재된 내용에 따른다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 핫플레이트 11 : 받침대
12 : 지지대 30: 코팅층

Claims (4)

  1. 원형형상의 받침대(11) 및 상기 받침대(11) 하부에 결합되는 지지대(12)가 일체형 또는 분리형으로 구성된 반도체 제조장비용 핫플레이트(10)에 있어서,
    상기 핫플레이트(10)의 표면에 소정 두께의 W + Y2O3 코팅층(30)을 형성한 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비용 핫플레이트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 W + Y2O3 코팅층(30)은 진공상태로 용기에 봉합된 분말형태의 코팅재료를 산소-아세틸렌 또는 플라즈마(plasma) 등의 열원으로 용융 가속시킨 다음, 모재에 균일하게 분사(spray)하여 형성되고, 코팅층(30)이 형성된 모재는 HIP공정을 통해 고압 불활성 기체로 등방향 고온압축 성형이 되도록 1400℃~1800℃의 온도와 900기압~1500기압의 압력을 가하여 기공이 없는 균일하고 치밀한 조직의 코팅층을 형성시키는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비용 핫플레이트.
  3. 원형형상의 받침대(11) 및 상기 받침대(11) 하부에 결합되는 지지대(12)가 일체형 또는 분리형으로 구성된 반도체 제조장비용 핫플레이트(10)에 있어서,
    상기 핫플레이트(10)의 표면에 소정 두께의 W + Y2O3 코팅층(30), Y2O3 코팅층 및 W 코팅층 중 어느 하나의 코팅층을 형성한 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비용 핫플레이트.
  4. 제3항에 있어서, 상기 W + Y2O3 코팅층, Y2O3 코팅층 및 W 코팅층 중 어느 하나의 코팅층은 진공상태로 용기에 봉합된 분말형태의 코팅재료를 산소-아세틸렌 또는 플라즈마(plasma) 등의 열원으로 용융 가속시킨 다음, 모재에 균일하게 분사(spray)하여 형성되고, 코팅층이 형성된 모재는 HIP공정을 통해 고압 불활성 기체로 등방향 고온압축 성형이 되도록 1400℃~1800℃의 온도와 900기압~1500기압의 압력을 가하여 기공이 없는 균일하고 치밀한 조직의 코팅층을 형성시키는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비용 핫플레이트.
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