KR20020011793A - 반도체 제조용 대면적 가열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체소자의 제조시에 사용되는 웨이퍼 가열장치에 관한 것으로 대구경의 웨이퍼의 균일하고 안정적인 온도 상승, 유지 및 발열체의 수명을 증가시킬 수 있는 가열장치에 관한 것이다. 본 발명의 가열장치는, 웨이퍼가 직접적으로 접촉되는 서셉터(susceptor)로서 열용량이 큰 실리콘카바이드(SiC) 재질의 방열 전도판인 제1상판과, 발열체와 전기적으로 절연시킬 수 있는 석영재질의 제2상판과, 각각의 동심원으로 구성된 다수개의 베어 타입(bare type) 칸탈(kanthal) 가열선과, 가열선 및 서셉터의 온도를 개별적으로 측정할 수 있는 열전대와, 상기 발열체를 고정시키기 위한 하부측에 열용량이 큰 세라믹재질(ceramic material)의 열선 지지홈이 형성되어 있는 알루미나 플레이트(alumina plate)와, 열의 하부 전달 방지와 효율 증대를 위해 백금 및 금 재료로 코팅(coating)이 되어 있는 내부 하우징을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 제조용 대면적 가열장치 {wide area heating module for fabricating semiconductor device}

본 발명은 반도체 화학기상 증착 장비에 관한 것으로, 특히 대구경의 증착기판을 균일하고 안정적으로 가열하는 가열장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조공정에서 기체상태의 화합물을 분해한 후 화학적 반응에 의해 웨이퍼 상에 박막이나 에피층(epitaxial layer)을 형성하는 화학기상 증착 공정이 이루어진다.

상기 화학기상증착 공정에서는 서셉터에 웨이퍼를 안착시킨 상태에서 원료 소스가 샤워헤드(shower-head)를 통해 반응로 내부로 분사되고, 이 분사된 원료 소스는 서셉터에 안착된 웨이퍼에 뿌려지게 된다. 상기 웨이퍼에 분사된 원료 소스는 웨이퍼 상에서 서로 반응하여 특정한 막을 형성하게 되는데, 이때 상기 공정에서 원료 소스가 웨이퍼와 반응하게 되는 에너지원은 주 가열장치(main heater)에서 발생된 열에 의해 이루어진다. 따라서 분사된 기체상태의 원료소스가 발열된 웨이퍼 위에서 열에너지에 의하여 반응하여 화합물을 형성하면서 웨이퍼 위에 증착층이 형성되므로 상기 공정에서 중요한 기술중의 하나가 증착면의 온도를 균일하게 가열, 유지하는 것이다.

종래 증착 기판을 가열하는 장치로는 발열체가 공정분위기에 노출되어 있지 않은 몰딩타입(molding type)의 발열체를 사용하고 있다. 그러나 몰딩타입의 발열체를 사용하는 경우에 절연층을 거쳐 증착면에 열에너지가 도달하도록 구성되어 있기 때문에 승온속도 및 온도 보정시간이 느려서 균일한 온도를 유지하는 측면에서 불리한 단점이 있고 또한 에지효과(edge effect)에 의하여 국부적으로 접촉저항이 낮아져 불규칙한 전류의 흐름을 피하기 힘든 불리한 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 증착면의 빠른 승온속도와, 온도보정 시간 및, 균일한 온도분포를 유지할 수 있는 반도체 제조용 대면적 가열장치를 제공함에 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 가열장치의 단면을 도시한 도면이다.

도 2는 도 1에 도시된 가열장치를 발열체를 중심으로 수평으로 절단한 상태에서 위에서 본 평면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 제1상판 20 : 제2상판

30 : 제1발열체 지지대 40 : 제2발열체 지지대

50 : 제3발열체 지지대 60 : 웨이퍼 핀

70 : 열전대 80 : 내부 하우징

90 : 세라믹 지지대 100 : 외부 하우징

110 : 하우징 지지대 120: 금속 차폐막

130: 발열체

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반도체 제조용 대면적 가열장치는 반도체 제조장비의 반응로 하부에 설치되어, 도 1 및 도2에 도시한 바와 같이, 상기 반응로 내부에 안착되는 대구경 반도체 웨이퍼를 가열하기 위한 동심원 형상으로 배열이 된 다수개의 발열체(130)와, 발열체와의 전기적 절연을 위한 석영재질의 제2상판(20)과, 웨이퍼가 직접적으로 접촉되어 발생된 열을 전달하는 수단으로 평탄도가 우수하고, 열에너지의 전도도가 가장 우수한 세라믹 재질의 실리콘 카바이드로 제작된 제1상판(10)과, 고른 열 에너지의 분산을 위한 제1상판과 제2상판 사이의 에어 버퍼층(air buffer layer)과, 내부에서 발열체를 지지하고 있으며, 발열체 지지대를 전체적으로 받쳐주고 있는 제1발열체 지지대(30)와, 중간층에서 발열체를 지지하고 있는 다수개의 제2발열체 지지대(40)와, 외곽층에서 발열체를 지지하고 있는 제3발열체 지지대(50)와, 웨이퍼의 로딩(loading) 및 언로딩(unloading)을 위한 웨이퍼 핀(60)과, 제1상판(10) 및 발열체 지지대의 온도를 측정하기 위한 수단으로 장착된 열전대(70)와 온도 차폐를 위한 내부 하우징(80)과, 2차적으로 온도 차폐를 위한 외부하우징(100)과 내부하우징(80)과 외부하우징(100)의 전기적 절연을 위한 하우징 지지대(110)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 발열체(130)는 종래의 몰딩 타입(molding type)이 아닌 베어 타입(bare type)의 칸탈(kanthal) 재질의 발열체로서 승온속도 및 온도보정 속도가 빠르며, 다수개의 동심원 형태(도2의 130a, 130b, 130c)로 나누어져 있어 각각 개별적으로 온도조절이 가능하기 때문에 제1상판(10)상에 놓이는 대구경 기판의 내부면 및 외부면의 온도 조절이 용이하여 서셉터의 가열을 균일하게 할 수 있을 뿐 만 아니라, 승온시간을 단축시킬 수 있어서 생산량 증대를 가져올 수 있다는 특징을 가지고 있다.

또한, 발열체(130)를 지지하고 있는 세라믹 재질인 알루미나(alumina) 발열체 지지대(30, 40, 50)는 열전도도가 매우 우수하며, 전기적으로는 부도체이기 때문에 열선 지지홈을 만들어 발열체간의 합선을 방지할 수 있는 구조로 구성되었으며, 발열체(130)의 재질과 발열체 지지대(30,40,50)의 재질이 서로 다르기 때문에 두 재료간의 열팽창 계수 차이로 인한 고온에서의 간섭문제를 제거하기 위하여 다수개의 조각으로 구성되어 있어 고온에서도 안정적인 온도 유지가 가능할 뿐 만 아니라, 다수개의 발열체로 나뉘어져 병렬로 온도제어가 가능하기 때문에 발열체의 수명도 연장될 수 있는 특징이 있으며, 열전대(70)가 제1상판(10) 및 발열체 지지대(30, 40, 50)에 고르게 분포가 되어 있어 제1상판(10)의 온도 및 발열체 지지대(30,40,50)의 온도를 정확하게 검출할 수 있다. 상기 열전대(70)에 의하여 검출된 온도 신호는 도시하지 않은 컨트롤러에 입력되고, 상기 컨트롤러는 상기 검출온도신호를 근거로 상기 발열체(130; 130a,130b,130c)의 미세한 온도제어를 행한다.

상기 석영재질의 제2상판(20)은 열 및 빛의 투과도가 우수하여 열적인 손실이 없으며, 전기적으로 절연체이기 때문에 베어 타입의 발열체(130)와 제1상판(10)인 서셉터 및 반응로 내부와의 전기적 절연을 시키기 위하여 장착되어 있고, 또한 발열체(130)로부터 제1상판(10)에 전달되는 온도를 균일하게 유지하기 위하여 제2상판(20)과 제1상판(10)의 사이에 에어 버퍼층(air buffer layer)이 있는 구조로 구성되어 있다.

상기 제1상판(10)은 실리콘 카바이드 재질을 사용함으로써 웨이퍼가 직접적으로 안착되는 부분의 평탄도 및 열전도성이 우수하여 웨이퍼에 열 전도를 균일하고 빠르게 조절할 수 있고, 또한 파티클(particle)의 발생이 매우 적다는 것이 특징이며, 또한 웨이퍼가 안착되지 않는 제1상판(10)의 외부측에는 금속 차폐막(120)으로 밀폐되어 있어 원료 소스 증착 공정중에 원료 소오스가 제1상판(10)에 도포되는 것을 방지한다.

상기 발열체(130)와, 발열체 지지대(30, 40, 50)를 감싸고 있는 내부 하우징(80)은 금 및 백금 재질의 금속으로 코팅이 되어 있어 하부측으로 발생되는 열에너지가 재 반사되어 상부측으로 이동을 도모할 수 있도록 하였고, 또한 제1발열체 지지대(30)와의 사이에 세라믹 지지대(90)가 받쳐주고 있는 구조로 되어있어 하부측으로 열에너지 전달이 느리도록 하였으며, 외부 하우징(100)에 의하여 이차적으로 손실되는 열에너지를 막을 수 있어 하부측으로 손실되는 열에너지를 최소화 할 수 있는 구조로 되어있어 열효율을 극대화 할 수 있는 특징이 있다.

한편, 본 발명은 상기한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 안에서 여러 가지로 변형 및 수정하여 실시할 수 있는 것이다. 이러한 변형 또는 수정이 본 발명의 특징을 이용하는 한 본 발명의 범위에 포함된다는 것을 명심해야 한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 대구경 웨이퍼의 증착면에 대하여 빠른 승온속도와, 온도보정 시간 및, 균일한 온도분포를 유지할 수 있게 된다. 특히 본 발명에 의하면, 다수의 발열체를 포함하여 구성되고 각 발열체의 온도를 개별적으로 제어할 수 있도록 되어 있으므로 300mm 이상의 대구경의 서셉터의 온도를 균일하게 상승 및 유지시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 반도체 소자 제조장치에 설치된 가열장치에 있어서, 다수개의 베어타입의 칸탈 발열체를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 가열장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 다수개의 발열체의 온도는 각각 개별적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 가열장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 발열체는 다수개의 방사선 모양의 알루미나 플레이트의 홈에 고정되는 것을 특징으로 하는 가열장치.