반도체 장비 부품용 세라믹 히터

반도체 제조의 FEOL(front-end-of-line) 공정에서 웨이퍼는 다양한 처리 단계를 거치며, 특히 엄격한 요구 사항에 따라 특정 온도로 가열됩니다. 온도 균일성은 제품 수율에 결정적인 영향을 미치기 때문입니다. 또한, 반도체 장비는 진공, 플라즈마, 화학 가스가 존재하는 환경에서 작동해야 하므로 세라믹 히터를 사용해야 합니다. 세라믹 히터 반도체 박막 증착 장비의 핵심 부품으로, 웨이퍼와 직접 접촉하는 공정 챔버에 적용되어 안정적이고 균일한 공정 온도를 제공하고, 웨이퍼 표면에서 고정밀 반응을 통해 박막을 형성할 수 있습니다.

세라믹 히터는 고온과 관련되어 일반적으로 주로 다음과 같은 세라믹 소재를 사용합니다. 질화알루미늄(AlN). 이는 질화알루미늄이 전기절연성을 갖고 있기 때문이다. 열전도율이 우수한 세라믹 소재. 또한, 열팽창계수가 실리콘에 가깝고 내플라즈마성이 뛰어나 반도체 장비 부품으로 사용하기에 매우 적합합니다.

히터의 기본 구조

세라믹 히터는 웨이퍼를 지지하는 세라믹 베이스와 지지대를 제공하는 뒷면의 원통형 지지체로 구성됩니다. 세라믹 베이스의 내부 또는 표면에는 가열을 위한 발열체(발열층)뿐만 아니라 RF 전극(RF층)도 있습니다. 급속 가열 및 냉각을 위해서는 세라믹 베이스의 두께가 얇아야 하는데, 너무 얇게 만들면 강성이 저하됩니다. 그만큼 히터의 지지체 일반적으로 지지체는 베이스와 유사한 열팽창 계수를 갖는 재료로 만들어지므로 지지체는 질화알루미늄으로 만들어지는 경우가 많습니다. 히터는 바닥을 접합하는 독특한 샤프트 구조를 채택하여 플라즈마 및 부식성 화학 가스의 영향으로부터 단자와 전선을 보호합니다. 지지체에는 열 전도를 위한 가스 입구 및 출구 채널이 장착되어 있어 히터 전체에 균일한 온도 분포가 보장됩니다. 베이스와 지지체는 결합층을 통해 화학적으로 결합됩니다.

세라믹 히터 베이스에는 저항 가열 요소가 내장되어 있습니다. 이러한 요소는 나선형 또는 동심원 원형 회로 패턴을 생성하기 위해 도체 페이스트(예: 텅스텐, 몰리브덴 또는 탄탈륨)를 사용하여 스크린 인쇄 방법을 사용하여 형성됩니다. 또는 금속 와이어, 금속 메쉬 또는 금속 호일을 사용할 수도 있습니다. 스크린 인쇄 공정에서는 동일한 모양의 세라믹 판 두 개를 준비하고 그 중 하나의 표면에 도체 페이스트를 도포합니다. 그런 다음 페이스트를 소결하여 저항 가열 요소를 형성합니다. 그런 다음 두 번째 세라믹 플레이트를 사용하여 저항 가열 요소를 샌드위치에 끼우고 베이스 내에 저항 요소를 내장하는 과정을 완료합니다.

PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장비를 이용해 박막을 제조할 때 막의 균일성과 두께에 영향을 미치는 주요 요인은 플라즈마 특성과 공정 온도이다. 첫째, 플라즈마의 밀도와 분포는 막의 균일성과 증착 속도에 직접적인 영향을 미칩니다. 균일하게 분포된 플라즈마는 반응성 가스가 기판 표면에서 완전히 반응하여 균일한 막을 형성하도록 보장합니다. 플라즈마 분포의 균일성은 히터에 내장된 RF 메시와 밀접한 관련이 있습니다. 둘째, 특정 공정 온도는 탁월한 열 균일성을 보장합니다. 세라믹 히터는 웨이퍼 표면 온도가 ±1.0% 이내에서 변동하도록 보장합니다. 예를 들어 일본 NGK Insulator의 히터는 온도 변동이 0.1% 미만으로 우수한 성능 지표로 꼽힌다.

세라믹 히터를 제조할 때 다음 요구사항도 있습니다. 고순도 질화알루미늄(AlN) 소재. 조성의 약간의 변화로 인해 특정 조건에서 히터의 색상이 변경될 수 있으며 히터의 전기적 특성도 변경될 수 있습니다. 당연히 이는 결합플라즈마의 특성에도 영향을 미친다. 또한 질화알루미늄 소재의 밀도, 열전도율, 벌크 저항률 모두 히터 성능에 영향을 미칩니다.

문헌에 따르면 500°C에서 히터의 벌크 저항은 5.0E+9 ~ 1.0E+10 Ω·cm 범위 내에 있어야 하며, 600°C ~ 700°C 사이의 온도에서는 벌크 저항이 다음과 같아야 합니다. 1.0E+8 ~ 1.0E+9 Ω·cm 범위 내입니다. 일반적인 질화알루미늄 세라믹 히터의 벌크 저항은 500°C부터 급격히 감소하는 경향이 있으며 이로 인해 누설 전류가 발생할 수 있습니다.

시장조사 보고서에 따르면, 반도체용 질화알루미늄 세라믹 히터의 세계 시장 규모는 2022년 3,300만 달러에서 2031년까지 7,853만 달러에 달할 것으로 예상되며, 예측 기간 동안 연평균 복합 성장률(CAGR)은 10%에 달할 것으로 예상됩니다. 기간. 반도체용 질화알루미늄 세라믹 히터의 주요 제조사로는 NGK Insulator, MiCo Ceramics, Boboo Hi-Tech, AMAT, Sumitomo Electric, CoorsTek, Semixicon LLC 등이 있습니다. 2023년에는 상위 5개사가 시장점유율 약 91.0%를 차지했다. 제품 종류별로는 현재 8인치 히터가 약 45.9%의 점유율로 시장을 장악하고 있다. 적용면에서는 화학기상증착(CVD) 장비가 약 73.7%의 점유율을 차지하며 주요 수요원이다.