KR20190032719A - High efficiency heater block for semiconductor wafer and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 웨이퍼용 히터블럭에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 균일한 알루미늄 플루오라이드 막을 형성하여 히터블록의 표면 물성을 향상시키고 챔버의 불소 플라즈마 세정시 알루미늄 히터블럭에 의한 파티클 발생을 최소화할 수 있는 반도체 웨이퍼용 고효율 히터블럭 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a heater block for a semiconductor wafer, and more particularly, to a heater block for a semiconductor wafer, which can form a uniform aluminum fluoride film to improve the surface properties of a heater block and minimize particles generated by aluminum heater blocks during fluorine plasma cleaning of the chamber The present invention relates to a high-efficiency heater block for a semiconductor wafer and a manufacturing method thereof.
알루미늄 히터블럭은 반도체 웨이퍼 발열체(susceptor)로 많이 사용되고 있다. 종래의 알루미늄 히터블럭의 경우, 알루미늄 소재의 제조공법에 따라 소재 내 결정립의 크기와 형태가 달라지게 되고, 그러한 이유로 챔버를 불소 플라즈마 세정할 때 알루미늄 히터블럭에서 파티클이 많이 발생하는 문제가 있다.The aluminum heater block is widely used as a semiconductor wafer susceptor. In the case of a conventional aluminum heater block, the size and shape of the crystal grains in the material are different according to the manufacturing method of the aluminum material. For this reason, when the chamber is subjected to fluorine plasma cleaning, many particles are generated in the aluminum heater block.
이러한 파티클 발생을 최소화하기 위해 알루미늄 히터블럭의 표면층에 알루미늄 플루오라이드(aluminum fluoride) 막을 형성하는 시즈닝(seasoning) 공정을 수행하여 표면에 막을 형성하게 된다.In order to minimize the generation of such particles, a seasoning process is performed to form an aluminum fluoride film on the surface layer of the aluminum heater block to form a film on the surface.
하지만 알루미늄 소재의 제조공법을 통일하더라도 소재내 결정립의 크기, 형태 및 분포 차이 등이 커서 시즈닝 공정을 수행하더라도 균일한 두께의 알루미늄 플루오라이드 막을 형성하기 어렵고, 이러한 불균일한 알루미늄 플루오라이드 막은 결정립의 계면을 위주로 비정상적으로 빠르게 성장하여 표면 거칠기를 높일 뿐 아니라, 알루미늄 플루오라이드막의 박리 등을 일으키기 때문에 챔버내 파티클 발생을 충분히 억제하지 못하는 문제가 있다.However, it is difficult to form an aluminum fluoride film having a uniform thickness even if the seasoning process is performed because the size, shape, and distribution difference of the crystal grains in the material are large even if the manufacturing method of the aluminum material is unified. In such an uneven aluminum fluoride film, The surface roughness is increased and the aluminum fluoride film is peeled off, so that the generation of particles in the chamber can not be sufficiently suppressed.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 알루미늄 히터블럭의 표면층에 알루미늄을 용사코팅(Thermal Spray)하는 반도체 웨이퍼용 히터블럭의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a heater block for a semiconductor wafer in which aluminum is sprayed onto a surface layer of an aluminum heater block.
본 발명의 다른 목적은, 용사코팅된 알루미늄 코팅층을 선반가공, 밀링 등의 기계 가공 혹은 폴리싱 작업을 통해 표면을 평탄화시킨 후 평탄화된 알루미늄 표면을 불소플라즈마 시즈닝 공정을 통해 균일하고, 이러한 상태에서 치밀한 알루미늄 플루오라이드 막이 형성하는 반도체 웨이퍼용 히터블럭의 제조방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to flatten the surface of the sprayed aluminum coating layer through machining or polishing such as turning, milling and the like, and then planarizing the aluminum surface uniformly through the fluorine plasma seasoning process, And a method for manufacturing a heater block for a semiconductor wafer formed by a fluoride film.
본 발명의 또 다른 목적은, 전술한 반도체 웨이퍼용 히터블럭의 제조방법에 의해 제조된 반도체 웨이퍼용 히터블럭을 제공하는데 있다.Still another object of the present invention is to provide a heater block for a semiconductor wafer manufactured by the above-described method of manufacturing a heater block for a semiconductor wafer.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 반도체 웨이퍼용 고효율 히터블럭은, 단조소재 또는 압연소재로 이루어지고 소재 내에 서로 다른 결정립 크기 및 형태를 구비하는 히터블럭 몸체; 상기 히터블럭 몸체의 상부, 측면부 및 하부에 용사코팅되고 평탄화된 알루미늄 코팅층; 및 상기 알루미늄 코팅층 상부의 알루미늄 플루오라이드 막을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a high-efficiency heater block for a semiconductor wafer, comprising: a heater block body made of a forging material or a rolling material and having different grain sizes and shapes in the material; An aluminum coating layer sprayed and planarized on the upper, side and lower portions of the heater block body; And an aluminum fluoride film on the aluminum coating layer.
여기서 용사코팅은 플라즈마 스프레이 공정, 아크 스프레이 공정, 고속 화염용사(high velocity oxygen fuel, HVOF) 등을 포함한다.Here, the spray coating includes a plasma spray process, an arc spray process, high velocity oxygen fuel (HVOF), and the like.
상기 알루미늄 코팅층 및 상기 알루미늄 플루오라이드 막의 두께 합은 50 ~ 1,000㎛ 범위인 것이 바람직하다.The sum of the thicknesses of the aluminum coating layer and the aluminum fluoride film is preferably in the range of 50 to 1,000 mu m.
상기 코팅층은 산화이트륨 0~95 중량% 및 알루미늄을 함유하는 것이 바람직하다.The coating layer preferably contains 0 to 95% by weight of yttrium oxide and aluminum.
또한, 일실시예에서, 상기 코팅층은, 이트륨 알루미늄 가넷(yttrium aluminium garnet, YAG) 0~95 중량% 및 알루미늄을 함유하는 것이 바람직하다.Further, in one embodiment, it is preferred that the coating layer contains 0-95 wt% of yttrium aluminum garnet (YAG) and aluminum.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 반도체 웨이퍼용 고효율 히터블럭의 제조방법은, 알루미늄 히터블럭의 표면에 알루미늄을 용사코팅 방식으로 코팅하여 알루미늄 코팅층을 형성하는 코팅 단계와, 상기 코팅 단계에서 형성된 알루미늄 코팅층을 기계가공 혹은 폴리싱 공정으로 표면을 평탄화하는 평탄화 단계와, 상기 평탄화 단계에 의해 평탄화된 알루미늄 코팅층에 불소 플라즈마 시즈닝 공정을 수행하여 균일한 알루미늄 플루오라이드 막을 형성하는 알루미늄 플루오라이드 막 형성 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a high-efficiency heater block for a semiconductor wafer, comprising: coating a surface of an aluminum heater block with aluminum by spray coating to form an aluminum coating layer; A flattening step of flattening the surface of the aluminum coating layer formed by the flattening step by a machining or polishing process and a step of forming an aluminum fluoride film to form a uniform aluminum fluoride film by performing a fluorine plasma seasoning process on the flattened aluminum coating layer And a control unit.
상기 코팅 단계에서 알루미늄 코팅층을 50 ~ 1,000㎛ 범위의 두께로 코팅하는 것이 바람직하다.In the coating step, it is preferable to coat the aluminum coating layer with a thickness ranging from 50 to 1,000 mu m.
상기 코팅 단계에서 코팅 재료로서 알루미늄에 산화이트륨(yttrium oxide; yttria)을 포함하여 코팅하는 것이 바람직하다.In the coating step, aluminum is preferably coated with yttrium oxide (yttria) as a coating material.
상기 코팅 단계에서 알루미늄에 산화이트륨을 포함함에 있어서, 산화이트륨을 알루미늄 대비 0초과 95중량% 이하를 함유하는 것이 바람직하다.When yttrium oxide is contained in aluminum in the coating step, yttrium oxide is preferably contained in an amount of 0 to 95% by weight relative to aluminum.
상기 코팅 단계에서 코팅 재료로서 알루미늄에 이트륨 알루미늄 가넷(yttrium aluminum garnet, YAG)을 포함하여 코팅하는 것이 바람직하다.In the coating step, aluminum is preferably coated with yttrium aluminum garnet (YAG) as a coating material.
상기 코팅 단계에서 알루미늄에 이트륨 알루미늄 가넷을 포함함에 있어서, 이트륨 알루미늄 가넷을 알루미늄 대비 0초과 95중량% 이하로 함유하는 것이 바람직하다.When yttrium aluminum garnet is contained in aluminum in the coating step, it is preferable that yttrium aluminum garnet is contained in an amount of 0 to 95% by weight relative to aluminum.
상술한 바와 같은 반도체 웨이퍼용 히터블럭의 제조방법을 사용하면, 알루미늄 히터블럭의 표면층에 알루미늄을 용사 코팅함으로써 벌크 알루미늄 재료의 입자(grain) 분포 등에 영향을 받지 않고 불소 플라즈마 시즈닝 공정을 통해 알루미늄코팅층의 표면에 균일한 알루미늄 플루오라이드 막을 형성하고, 그에 의해 알루미늄 히터블럭의 표면 물성을 향상시키고, 챔버의 불소 플라즈마 세정시 챔버내 알루미늄 히터블럭에 의한 파티클 발생을 최소화할 수 있다.When the above-described method for producing a heater block for a semiconductor wafer is used, aluminum is spray-coated on the surface layer of an aluminum heater block to prevent the aluminum coating layer from being affected by the grain distribution of the bulk aluminum material, It is possible to form a uniform aluminum fluoride film on the surface, thereby improving the surface physical properties of the aluminum heater block and minimizing the generation of particles due to the aluminum heater block in the chamber during the fluorine plasma cleaning of the chamber.
즉, 알루미늄 용사코팅층의 경우 마이크로결정질의 구조를 갖고 있어 근본적으로 알루미늄 히터블럭 원소재의 불균일한 결정립 크기에 따른 불소 플라즈마 시즈닝을 통해 얻어지는 알루미늄 플루오라이드 막의 불균일 성장을 근복적으로 차단할 수 있게 된다.That is, since the aluminum spray coating layer has a microcrystalline structure, the non-uniform growth of the aluminum fluoride film obtained through the fluorine plasma seasoning according to the uneven grain size of the aluminum heater block raw material can be cut off.
또한, 본 발명에 의하면, 용사코팅된 알루미늄 코팅층을 선반가공, 밀링 등의 기계 가공 혹은 폴리싱 작업을 통해 표면을 평탄화시킨 후 평탄화된 알루미늄 표면을 불소플라즈마 시즈닝 공정을 통해 균일하고, 이러한 균일 상태에서 치밀한 알루미늄 플루오라이드 막이 형성되도록 하여 알루미늄 히터블럭의 표면 물성을 향상시킬 수 있고, 그에 의해 플라즈마 화학기상 챔버 및 원자층 증착 챔버의 불소 플라즈마 세정시 챔버 내 알루미늄 히터블럭에 의한 파티클 발생을 최소화할 수 있다.Further, according to the present invention, the surface of the aluminum coating layer is flattened by machining or polishing such as turning, milling, etc., and then the flattened aluminum surface is uniform through the fluorine plasma seasoning process, The aluminum fluoride film is formed to improve the surface properties of the aluminum heater block, thereby minimizing the generation of particles by the aluminum heater block in the chamber during the fluorine plasma cleaning of the plasma chemical vapor deposition chamber and the atomic layer deposition chamber.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼용 히터블럭에 대한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼용 히터블럭의 제조방법을 나타낸 흐름도.
도 3은 비교예에 따른 알루미늄 히터블록에서 결정립 분포가 불균일한 부분의 표면 상태를 나타낸 현미경 사진.
도 4는 비교예에 따른 알루미늄 히터블록에서 결정립 분포가 불균일한 부분에 대해 불소 플라즈마 시즈닝 공정을 수행한 후 표면 상태를 나타낸 현미경 사진.
도 5는 비교예에 따른 불소 플라즈마 시즈닝 공정을 수행한 알루미늄 히터블럭의 표면에 불균일한 알루미늄 플루오라이드 막이 형성된 예를 나타낸 사진.
도 6은 비교예에 따라 제조된 알루미늄 히터블럭에 형성된 알루미늄 플루오라이드 막에 대한 XRD 분석 결과 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼용 히터블럭의 제조방법에 따라 용사 코팅으로 일정 두께의 알루미늄 코팅층을 형성하고 평탄화한 후 알루미늄 플루오라이드 막을 형성한 경우에 있어서, 알루미늄 플루오라이드 막에 대한 XRD 분석 결과 그래프.
도 8은 비교예에 따라 제조된 알루미늄 히터블럭으로서 1년 사용된 상태의 알루미늄 플루오라이드 막에 대한 광학 현미경 사진.
도 9는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼용 히터블럭을 1년 수명 평가에 해당하는 불소 플라즈마 가속 실험을 한 후 촬영한 알루미늄 플루오라이드 막에 대한 광학 현미경 사진.1 is a schematic cross-sectional view of a heater block for a semiconductor wafer according to the present invention.
2 is a flowchart showing a method of manufacturing a heater block for a semiconductor wafer according to the present invention.
3 is a photomicrograph showing the surface state of a portion where the grain distribution is uneven in the aluminum heater block according to the comparative example.
FIG. 4 is a microphotograph showing the surface state of the aluminum heater block according to the comparative example after the fluorine plasma seasoning process is performed on a portion where the crystal grain distribution is uneven.
5 is a photograph showing an example in which a non-uniform aluminum fluoride film is formed on the surface of an aluminum heater block subjected to a fluorine plasma seasoning process according to a comparative example.
6 is a graph showing XRD analysis results of an aluminum fluoride film formed on an aluminum heater block manufactured according to a comparative example.
FIG. 7 is a graph showing the results of XRD analysis of an aluminum fluoride film in the case where an aluminum coating layer of a certain thickness is formed by thermal spray coating according to the method of manufacturing a heater block for a semiconductor wafer according to the present invention, and then an aluminum fluoride film is formed after planarization graph.
FIG. 8 is an optical microscope photograph of an aluminum fluoride film in an aluminum heater block manufactured according to a comparative example and used for one year. FIG.
9 is an optical microscope photograph of an aluminum fluoride film taken after a fluorine plasma acceleration experiment corresponding to a one-year life evaluation of a heater block for a semiconductor wafer according to the present invention.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 도면부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the relevant art and are to be interpreted in an ideal or overly formal sense unless explicitly defined in the present application Do not.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼용 히터블럭에 대한 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a heater block for a semiconductor wafer according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 반도체 웨이퍼용 히터블럭(100)은, 단조소재 또는 압연소재로 이루어지고 소재 내에 서로 다른 결정립 크기 및 형태를 구비하는 히터블럭 몸체(110), 히터블럭 몸체의 상부 및 측면부에 코팅되고 평탄화된 알루미늄 코팅층(120), 및 알루미늄 코팅층 상부의 알루미늄 플루오라이드 막(130)을 포함한다.Referring to FIG. 1, a
히터블럭 몸체(110)는 소정의 두께를 가진 대략 원통형의 알루미늄 블록을 포함할 수 있다.The
또한, 반도체 웨이퍼용 히터블럭(100)은, 알루미늄 블럭의 하부측에 설치되는 히터(140)와, 알루미늄 히터블럭의 대략 중심부에 삽입되는 온도센서(150)와, 히터(140) 및 온도센서(150)를 지지하는 하부 구조(160)를 구비할 수 있다. 온도센서(150)는 열전대(thermocouple, T/C) 또는 열전쌍을 포함할 수 있다.The
알루미늄 코팅층(120) 및 알루미늄 플루오라이드 막(130)의 두께 합은 50 ~ 1,000㎛ 범위인 것이 바람직하다.The sum of the thicknesses of the
본 실시예의 알루미늄 히터블럭(100)은 히터블럭 몸체(110)의 상부 및 측면부에 두께 약 50 ~ 1,000㎛로 코팅된 알루미늄 코팅층(120)을 두께 약 50 ~ 150㎛만큼 폴리싱 하여 평탄화한 후 알루미늄 코팅층의 상부에 시즈닝 공정으로 알루미늄 플루오라이드 막을 형성함으로써 제조될 수 있다.The
도 2는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼용 히터블럭의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a heater block for a semiconductor wafer according to the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼용 고효율 히터블럭의 제조방법은 알루미늄 히터블럭(100)의 표면에 알루미늄을 용사코팅 방식으로 코팅하여 알루미늄 코팅층(110)을 형성하는 코팅 단계(S10)와, 상기 코팅 단계(S10)에서 형성된 알루미늄 코팅층(110)을 평탄화하는 평탄화 단계(S20)와, 상기 평탄화 단계(S20)에 의해 평탄화된 알루미늄 코팅층에 불소 플라즈마 시즈닝 공정을 수행하여 균일한 알루미늄 플루오라이드 막을 형성하는 알루미늄 플루오라이드 막 형성 단계(S30)를 포함한다.2, a method of fabricating a high-efficiency heater block for a semiconductor wafer according to the present invention includes a coating step S10 of forming an
한편, 상기 코팅 단계(S10)에서 알루미늄 코팅층은 50 ~ 1,000㎛ 범위의 두께로 코팅하는 것이 바람직하다.Meanwhile, in the coating step (S10), it is preferable that the aluminum coating layer is coated to a thickness ranging from 50 to 1,000 mu m.
알루미늄 코팅층이 50㎛ 미만인 경우, 불소 플라즈마 시즈닝된 알루미늄 플루오라이드 막이 챔버 플라즈마세정공정에 있어서 장기신뢰성을 유지하기 어려운 문제가 있고, 알루미늄 코팅층이 1,000㎛를 초과하는 경우, 코팅막의 밀도가 낮아져 히터블럭의 기능이 떨어질 수 있기 때문이다.When the aluminum coating layer is less than 50 mu m, there is a problem that the fluorine plasma seasoned aluminum fluoride film is difficult to maintain long-term reliability in the chamber plasma cleaning process. When the aluminum coating layer exceeds 1,000 mu m, the density of the coating film becomes low, This is because the function may be degraded.
한편, 상기 코팅 단계(S10)에서 알루미늄에 산화이트륨(yttrium oxide; yttria)을 포함하여 코팅할 수 있다. 산화이트륨을 포함하여 코팅함으로써, 부식성 가스 및 플라즈마에 의한 화학적 또는 물리적 작용에 대한 알루미늄 코팅층의 내구성을 높일 수 있다.Meanwhile, aluminum may be coated with yttrium oxide (yttria) in the coating step (S10). By coating with yttrium oxide, the durability of the aluminum coating layer against chemical or physical action by corrosive gas and plasma can be increased.
한편, 상기 코팅 단계(S10)에서 코팅 재료로서 알루미늄에 산화이트륨을 포함함에 있어서, 산화이트륨을 알루미늄 중량% 대비 0 ~ 95중량%를 포함하는 것이 바람직하다.On the other hand, it is preferable that yttrium oxide is contained in aluminum as a coating material in the coating step (S10), and yttrium oxide is contained in an amount of 0 to 95% by weight based on aluminum weight%.
산화이트륨이 알루미늄 중량% 대비 95 중량%를 초과하는 경우, 알루미늄 플루오라이드 막 형성 단계(S30)에서 알루미늄 플루오라이드 막과 알루미늄 히터블럭간의 결합력이 약화될 수 있기 때문이다.If yttrium oxide exceeds 95 wt% based on the aluminum weight percentage, the bonding strength between the aluminum fluoride film and the aluminum heater block in the aluminum fluoride film forming step (S30) may be weakened.
한편, 상기 코팅 단계(S10)에서 알루미늄에 이트륨 알루미늄 가넷(yttrium aluminum garnet)을 포함하여 코팅할 수 있다. 이트륨 알루미늄 가넷을 포함하여 코팅함으로써, 부식성 가스 분위기하에서 플라즈마에 노출되는 경우에 요구되는 내플라즈마성을 높일 수 있다.On the other hand, in the coating step S10, aluminum may be coated with yttrium aluminum garnet. By coating with yttrium aluminum garnet, it is possible to increase the plasma resistance required when exposed to a plasma under a corrosive gas atmosphere.
한편, 상기 코팅 단계(S10)에서 코팅 재료로서 알루미늄에 이트륨 알루미늄 가넷을 포함함에 있어서, 이트륨 알루미늄 가넷을 알루미늄 중량% 대비 0 ~ 95중량%를 포함하는 것이 바람직하다.On the other hand, in the coating step S10, when yttrium aluminum garnet is contained in aluminum as a coating material, it is preferable that yttrium aluminum garnet comprises 0 to 95 wt% based on aluminum weight%.
이트륨 알루미늄 가넷이 알루미늄 중량% 대비 95중량%를 초과하는 경우, 알루미늄 플루오라이드 막 형성 단계(S30)에서 알루미늄 플루오라이드 막과 알루미늄 히터블럭 간의 결합력이 약화될 수 있기 때문이다.If the yttrium aluminum garnet exceeds 95 wt% based on the aluminum weight percent, the bonding strength between the aluminum fluoride film and the aluminum heater block in the aluminum fluoride film forming step (S30) may be weakened.
상술한 상기 코팅 단계(S10)를 거쳐 형성된 알루미늄 코팅층은 도 3에 도시된 것처럼, 균일한 알루미늄 결정립으로 분포된 조직구조를 갖게 되고, 이러한 조직구조는 알루미늄 플루오라이드 막 형성 단계(S30)에서 형성되는 알루미늄 플루오르 막의 결정립이 균일하고 치밀하게 성장될 수 있도록 해준다.The aluminum coating layer formed through the coating step S10 described above has a textured structure distributed in a uniform aluminum grain as shown in FIG. 3, and the textured structure is formed in the aluminum fluoride film forming step S30 So that the crystal grains of the aluminum fluoride film can be uniformly and densely grown.
상기 평탄화 단계(S20)는 상기 코팅 단계(S10)에서 형성된 알루미늄 코팅층(110)을 평탄화하는 단계로서, 기계가공 및 폴리싱 공정을 통해 평탄화 작업이 이루어지게 되며, 평탄화 작업이 잘 이루어질수록 알루미늄 코팅층(110)과 알루미늄 플루오라이드 막의 결합력이 강화될 수 있다.The planarization step S20 is a step of planarizing the
상기 알루미늄 플루오라이드 막 형성 단계(S30)는 평탄화된 알루미늄 코팅층에 불소 플라즈마 시즈닝 공정을 수행하여 균일한 알루미늄 플루오라이드 막을 형성하는 단계로서, 불소 플라즈마 시즈닝 공정을 통해 균일하고 치밀한 알루미늄 플루오라이드 막을 성장시킬 수 있다.The aluminum fluoride film forming step (S30) is a step of forming a uniform aluminum fluoride film by performing a fluorine plasma seasoning process on the planarized aluminum coating layer, wherein a uniform and dense aluminum fluoride film can be grown through a fluorine plasma seasoning process have.
도 3은 비교예에 따른 알루미늄 히터블록에서 결정립 분포가 불균일한 부분의 표면 상태를 나타낸 현미경 사진이다. 도 4는 비교예에 따른 알루미늄 히터블록에서 결정립 분포가 불균일한 부분에 대해 불소 플라즈마 시즈닝 공정을 수행한 후 표면 상태를 나타낸 현미경 사진이다. 도 5는 비교예에 따른 불소 플라즈마 시즈닝 공정을 수행한 알루미늄 히터블럭의 표면에 불균일한 알루미늄 플루오라이드 막이 형성된 예를 나타낸 사진이다.3 is a photomicrograph showing the surface state of a portion where the grain distribution is uneven in the aluminum heater block according to the comparative example. FIG. 4 is a microphotograph showing the surface state of the aluminum heater block according to the comparative example after the fluorine plasma seasoning process is performed on a portion where the crystal grain distribution is uneven. 5 is a photograph showing an example in which an uneven aluminum fluoride film is formed on the surface of an aluminum heater block subjected to the fluorine plasma seasoning process according to the comparative example.
비교예의 알루미늄 히터블럭은, 도 3에 도시한 바와 같이, 실질적으로 그 제조공법에 상관없이 알루미늄 히터블럭의 영역들(A1, A2)에 따라 소재 내 결정립의 크기, 형태, 분포 차이 등이 크다.As shown in Fig. 3, the aluminum heater block of the comparative example largely differs in size, shape and distribution of the crystal grains in the material according to the regions A1 and A2 of the aluminum heater block regardless of the manufacturing method thereof.
또한, 비교예의 알루미늄 히터블럭은 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이 그 알루미늄 표면층에 알루미늄 플루오라이드 막을 형성하더라도 알루미늄 히터블럭의 영역들(A3, A4)에 따라 막 밀도에서 큰 차이가 있다. 즉, 비교예(200)에서는 균일한 알루미늄 플루오라이드 막을 형성하기가 어렵다. 이러한 이유로, 비교예(200)의 알루미늄 히터블럭에 형성된 알루미늄 플루오라이드 막을 엑스선 회절분석법으로 측정하면 알파상과 베타상의 비율은 상대적으로 낮다.In the aluminum heater block of the comparative example, even when the aluminum fluoride film is formed on the aluminum surface layer as shown in Figs. 4 and 5, there is a large difference in the film density depending on the areas A3 and A4 of the aluminum heater block. That is, in Comparative Example 200, it is difficult to form a uniform aluminum fluoride film. For this reason, when the aluminum fluoride film formed on the aluminum heater block of Comparative Example 200 is measured by x-ray diffraction analysis, the ratio of the alpha phase to the beta phase is relatively low.
도 6은 비교예에 따라 제조된 알루미늄 히터블럭에 형성된 알루미늄 플루오라이드 막의 엑스레이 회절분석법(XRD) 분석 결과에 대한 그래프이다. 도 7은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼용 히터블럭의 제조방법으로 제조된 알루미늄 플루오라이드 막의 XRD 분석 결과에 대한 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing an X-ray diffraction (XRD) analysis result of an aluminum fluoride film formed on an aluminum heater block manufactured according to a comparative example. FIG. 7 is a graph showing the XRD analysis results of the aluminum fluoride film produced by the method for manufacturing a heater block for a semiconductor wafer according to the present invention.
도 6 및 도 7에서 세로축은 초당 회수(counts per second, CPS)로 측정된 강도(intensity)를 나타내고, 가로축은 시간(분)을 나타낸다.In Figs. 6 and 7, the vertical axis represents the intensity measured in counts per second (CPS), and the horizontal axis represents time (minute).
도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 비교예의 알루미늄 플루오라이드 막의 알파상과 베타상의 비가 3.21이고, 본 실시예에 따른 알루미늄 플루오라이드 막의 알파상과 베타상의 비는 7.53이다. 비교예의 알루미늄 플루오라이드 막은 히터블럭 몸체에 직접 형성된다.As shown in Figs. 6 and 7, the ratio of the alpha phase to the beta phase of the aluminum fluoride film of the comparative example is 3.21, and the ratio of the alpha phase to the beta phase of the aluminum fluoride film according to the present embodiment is 7.53. The aluminum fluoride film of the comparative example is formed directly on the heater block body.
이와 같이, 본 실시예에 따른 알루미늄 플루오라이드 막의 알파상과 베타상의 비가 비교예에 비해 2배 이상 월등히 높음을 알 수 있다. 알파상과 베타상의 비가 클수록 알루미늄 플루오라이드 막의 밀도가 높고, 막 조직 내 결합력이 강한 양질의 알루미늄 플루오라이드 막이 된다.As described above, it can be seen that the ratio of the alpha phase to the beta phase of the aluminum fluoride film according to the present embodiment is twice as high as that of the comparative example. The larger the ratio of the alpha phase to the beta phase, the higher the density of the aluminum fluoride film and the higher quality aluminum fluoride film with the stronger bonding force in the film structure.
도 8은 비교예의 알루미늄 히터블럭으로서 1년 사용된 상태의 알루미늄 플루오라이드 막에 대한 광학 현미경 사진이다. 도 9는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼용 히터블럭을 1년 수명 평가에 해당하는 불소 플라즈마 가속 실험을 한 후 촬영한 알루미늄 플루오라이드 막에 대한 광학 현미경 사진이다.8 is an optical microscope photograph of an aluminum fluoride film in a state of being used as an aluminum heater block of a comparative example for one year. 9 is an optical microscope photograph of an aluminum fluoride film taken after a fluorine plasma acceleration experiment corresponding to a one-year lifetime evaluation of a heater block for a semiconductor wafer according to the present invention.
도 8과 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 알루미늄 히터블럭(100)의 알루미늄 플루오라이드 막은 비교예(200)의 알루미늄 플루오라이드 막보다 조직이 더 치밀함을 알 수 있다. 이러한 조직의 치밀함은 알루미늄 플루오라드 막의 균일성을 높여줄 뿐 아니라, 불소 플라즈마 에칭에 대한 내구성을 향상시켜 결과적으로 챔버의 불소 플라즈마 세정시 챔버 내 알루미늄 히터블럭에 의한 파티클 발생이 최소화될 수 있도록 기능한다.Referring to FIGS. 8 and 9, it can be seen that the aluminum fluoride film of the
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 웨이퍼용 히터블럭 및 그 제조방법에 따르면, 알루미늄 히터블럭의 표면층에 알루미늄을 플라즈마 스프레이 방식으로 코팅하고 평탄화 작업을 거친 뒤 불소 플라즈마 시즈닝 공정을 수행함으로써, 알루미늄 히터블럭의 표면층에 균일한 알루미늄 플루오라이드 막이 형성되도록 하여 표면 물성을 향상시키고, 이를 통해 챔버의 불소 플라즈마 세정시 챔버내 알루미늄 히터블럭에 의한 파티클 발생을 최소화할 수 있다.According to the heater block for a semiconductor wafer and the method for fabricating the same according to the embodiment of the present invention, aluminum is coated on the surface layer of the aluminum heater block by a plasma spray method, and the fluorine plasma seasoning process is performed after planarization, It is possible to form a uniform aluminum fluoride film on the surface layer of the aluminum heater block, thereby improving surface physical properties, thereby minimizing the generation of particles by the aluminum heater block in the chamber during the fluorine plasma cleaning of the chamber.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음이 이해될 필요가 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It is to be understood that the invention may be variously modified and changed.
100: 알루미늄 히터블럭
110: 히터블럭 몸체
120: 알루미늄 코팅층
130: 알루미늄 플루오라이드 막
140: 히터
150: 온도센서
160: 하부 구조100: Aluminum heater block
110: Heater block body
120: Aluminum coating layer
130: Aluminum fluoride film
140: heater
150: Temperature sensor
160: Infrastructure
Claims (7)
상기 알루미늄 코팅층을 평탄화하는 평탄화 단계; 및
상기 평탄화 단계에 의해 평탄화된 알루미늄 코팅층에 불소 플라즈마 시즈닝을 수행하여 알루미늄 플루오라이드 막을 형성하는 막 형성 단계;
를 포함하는 반도체 웨이퍼용 히터블럭의 제조방법.A coating step of coating aluminum on the surface of the aluminum heater block by a plasma spray method to form an aluminum coating layer;
A planarizing step of planarizing the aluminum coating layer; And
A film forming step of performing fluorine plasma seasoning on the planarized aluminum coating layer by the planarizing step to form an aluminum fluoride film;
Wherein the heater block is formed of a metal.
상기 코팅 단계에서 알루미늄 코팅층을 50~1,000㎛ 범위의 두께로 코팅하는 반도체 웨이퍼용 히터블럭의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the aluminum coating layer is coated in a thickness ranging from 50 to 1,000 占 퐉 in the coating step.
상기 코팅 단계는 알루미늄에 산화이트륨을 0~95 중량% 포함한 재료를 사용하는 반도체 웨이퍼용 히터블럭의 제조방법.The method of claim 2,
Wherein the coating step uses a material containing 0 to 95 wt% of yttrium oxide in aluminum.
상기 코팅 단계는 알루미늄에 이트륨 알루미늄 가넷(yttrium aluminium garnet, YAG)을 0~95 중량% 포함한 재료를 사용하는 반도체 웨이퍼용 히터블럭의 제조방법.The method of claim 2,
Wherein the coating step uses a material containing 0 to 95 wt% of yttrium aluminum garnet (YAG) in aluminum.
상기 히터블럭 몸체의 상부 및 측면부에 코팅되고 평탄화된 알루미늄 코팅층; 및
상기 알루미늄 코팅층 상부의 알루미늄 플루오라이드 막을 포함하며,
상기 알루미늄 코팅층 및 상기 알루미늄 플루오라이드 막의 두께 합은 50~1,000㎛ 범위인 반도체 웨이퍼용 히터블럭.A heater block body made of a forging material or a rolling material and having different crystal grain sizes and shapes in the material;
An aluminum coating layer coated and planarized on the upper and side portions of the heater block body; And
And an aluminum fluoride film on the aluminum coating layer,
Wherein the sum of the thicknesses of the aluminum coating layer and the aluminum fluoride film ranges from 50 to 1,000 占 퐉.
상기 코팅층은 산화이트륨 0~95 중량% 및 알루미늄을 함유하는 반도체 웨이퍼용 히터블럭.The method of claim 5,
Wherein the coating layer contains 0 to 95% by weight of yttrium oxide and aluminum.
상기 코팅층은, 이트륨 알루미늄 가넷(yttrium aluminium garnet, YAG) 0~95 중량% 및 알루미늄을 함유하는 반도체 웨이퍼용 히터블럭.The method of claim 5,
Wherein the coating layer comprises 0 to 95% by weight of yttrium aluminum garnet (YAG) and aluminum.
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| CN114360998A (en) * | 2021-12-27 | 2022-04-15 | 拓荆科技股份有限公司 | Aluminum alloy part manufacturing method and semiconductor reaction chamber |
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