KR101548903B1 - 리프트 핀 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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윤성희
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(주)코미코
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Abstract

리프트 핀은 웨이퍼를 대상으로 에픽텍셜 공정이 진행되는 공정 챔버의 내부에서 상기 웨이퍼가 놓여지는 서셉터의 홀을 관통하여 상기 웨이퍼를 지지하며, 표면이 유리질 카본(glassy carbon) 재질로 이루어진다.

Description

리프트 핀 및 이의 제조 방법{LIFT PIN AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 리프트 핀 및 이의 제조 방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 웨이퍼를 대상으로 진행되는 에픽텍셜(epitaxial, 이하 생략) 공정에서 상기 웨이퍼가 놓여지는 서셉터의 홀을 관통하여 상기 웨이퍼를 지지하는 리프트 핀 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자는 실리콘 재질의 얇은 단결정 기판으로 이루어진 웨이퍼를 기초로 하여 상기 웨이퍼 상에 회로 패턴이 패터닝된 다수의 칩들을 형성하는 팹 공정과, 상기 팹 공정에서 형성된 칩들 각각을 기판들 각각에 전기적으로 연결시키는 본딩 공정과, 상기 기판에 연결된 상기 칩을 외부로부터 보호하기 위한 몰딩 공정 등을 수행하여 제조될 수 있다. 여기서, 상기 웨이퍼는 원통 형상의 잉곳을 얇게 슬라이싱한 다음, 표면을 매끄럽게 하기 위한 폴리싱 공정을 수행하여 준비된다.
이에, 최근 들어서는 상기 반도체 소자가 고집적화 됨에 따라 상기 웨이퍼의 표면을 상기 폴리싱 공정만으로는 그 미세한 선폭, 구체적으로 약 12 내지 16㎚의 선폭을 구현하기 어려우므로, 상기 폴리싱 공정을 수행한 웨이퍼를 대상으로 에픽텍셜 공정을 추가로 진행하여 상기 웨이퍼의 표면 조도(roughness)를 약 30% 내지 많게는 50% 수준까지 낮추고 있다.
여기서, 상기 에픽텍셜 공정은 내부에 실란(silane) 가스가 주입되는 공정 챔버, 상기 공정 챔버의 내부에서 상기 폴리싱 공정을 수행한 웨이퍼가 놓여지는 서셉터, 상기 서셉터의 홀을 관통하면서 상하 구동하여 상기 웨이퍼를 상기 서셉터에 놓거나 상기 서셉터로부터 이격시키는 리프트 핀, 상기 공정 챔버의 내부에 상기 웨이퍼가 약 1000 내지 1400℃의 공정 온도로 가열되도록 열을 제공하는 히터로 구성된 에픽텍셜 장치를 이용하여 진행된다.
구체적으로, 상기 에픽텍셜 공정에서는 상기 공정 챔버의 내부에 제공되는 실란(silane) 가스가 상기 히터의 열을 통해 상기 웨이퍼의 표면에서 반응하여 결정 성장이 틈새를 메우는 형태로 진행됨으로써, 상기 웨이퍼의 표면에 수마이크로미터 수준의 얇은 승막이 형성되어 그 표면 조도를 낮추거나 표면상 존재하는 결함을 제거하여 고품질의 웨이퍼를 얻을 수 있게 된다. 이때, 상기 에픽텍셜 공정이 진행되는 도중, 상기 웨이퍼는 상기 히터의 열에 의해서 상기의 설명에서와 같이 약 1000 내지 1400℃의 고온의 공정 온도에서 가열됨으로써, 약간의 휨 현상이 발생될 수밖에 없다.
이에, 상기 리프트 핀은 상기 휨 현상이 발생된 웨이퍼도 지지함에 따라 이와 직접 접촉함으로써, 상기 휨 현상이 발생된 웨이퍼에 스크래치를 발생시킬 수도 있고, 상기 서셉터의 홀을 따라 상하 방향으로 구동함에 따라 이들 사이의 마찰에 의해 스크래치, 찍힘, 갈려나감 등이 발생될 수도 있다. 이러한 스크래치, 찍힘, 갈려나감 등의 발생은 상기 에픽텍셜 공정에서 제조된 웨이퍼의 품질을 저하시키는 치명적인 요인으로 작용될 수 있다.
본 발명의 목적은 휨 현상이 발생된 웨이퍼를 안정적으로 지지하여 상기 웨이퍼 품질을 그대로 유지할 수 있는 리프트 핀을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적으로 상기한 리프트 핀을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 일 특징에 따른 리프트 핀은 웨이퍼를 대상으로 에픽텍셜 공정이 진행되는 공정 챔버의 내부에서 상기 웨이퍼가 놓여지는 서셉터의 홀을 관통하여 상기 웨이퍼를 지지하며, 표면이 유리질 카본(glassy carbon) 재질로 이루어진다.
일 실시예에 따른 상기 리프트 핀은 세라믹 재질의 모재에 상기 유리질 카본이 코팅된 구조를 가질 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 리프트 핀은 상기 웨이퍼와 접촉하는 상부에 형성되며 상기 웨이퍼와 접촉하는 부위가 라운드진 형태를 갖는 핀 헤드를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 핀 헤드는 상기 웨이퍼와 접촉하는 부위의 곡률반경 R이 11 내지 17㎜인 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 리프트 핀은 상기 서셉터의 홀을 관통하는 샤프트와, 상기 핀 헤드 및 상기 샤프트 사이에서 외주면이 상기 핀 헤드로부터 상기 샤프트로 갈수록 좁아지도록 경사지게 형성된 핀 넥을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 핀 넥의 경사진 각도는 상기 홀의 상단 부위에 형성된 경사각을 기준으로 ±5°인 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 샤프트는 상기 홀의 직경을 기준으로 2 내지 10% 작은 외경을 가질 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 핀 헤드, 상기 샤프트 및 상기 핀 넥의 표면은 0.1 내지 0.5㎛의 조도(roughness)를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 웨이퍼를 대상으로 에픽텍셜 공정이 진행되는 공정 챔버의 내부에서 상기 웨이퍼가 놓여지는 서셉터의 홀을 관통하여 상기 웨이퍼를 지지하는 리프트 핀의 제조 방법은 표면이 유리질 카본(glassy carbon)으로 이루어지며 상기 웨이퍼와 접촉하여 지지하는 핀 헤드, 상기 서셉터의 홀을 관통하는 샤프트 및 상기 핀 헤드와 상기 샤프트의 사이에 형성된 핀 넥으로 구성된 베이스를 준비하는 단계 및 상기 베이스의 표면을 경면 처리하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따른 상기 경면 처리하는 단계에서는 상기 베이스의 표면이 0.1 내지 0.5㎛의 조도(roughness)를 갖도록 경면 처리할 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 베이스를 준비하는 단계에서는 세라믹 재질의 모재에 상기 유리질 카본을 코팅하여 상기 베이스를 준비할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 에픽텍셜 공정이 진행되는 공정 챔버의 내부에서 웨이퍼가 놓여지는 서셉터의 홀을 관통하면서 상하로 구동하여 상기 웨이퍼를 실질적으로 지지하는 리프트 핀을 경도가 우수하면서 상기 웨이퍼와 접촉하는 부분에 대해 라운드 가공이 가능한 유리질 카본(glassy carbon) 재질로 제조함으로써, 상기 에픽텍셜 공정 중 휨 현상이 발생된 웨이퍼를 스크래치, 찍힘, 갈려나감 등에 따른 파티클의 발생 없이 안정적으로 지지할 수 있다.
이에 따라, 상기 리프트 핀을 통해 상기 에픽텍셜 공정을 진행하면, 상기 웨이퍼의 표면에 표면 조도 저하를 위한 얇은 승막이 안정적으로 형성될 수 있으므로, 이로부터 제조되는 고집적화된 반도체 소자의 품질을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 높은 생산 수율도 함께 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리프트 핀이 설치된 에픽텍셜 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 에픽텍셜 장치에서 에픽텍셜 공정 전 리프트 핀이 웨이퍼를 지지한 상태를 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에서 리프트 핀과 웨이퍼가 접촉한 부분을 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 에픽텍셜 장치에서 에픽텍셜 공정을 위하여 웨이퍼가 서셉터에 놓여진 상태를 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4에서 웨이퍼가 서셉터에 놓여진 부분을 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 A부분을 확대한 도면이다.
도 7은 도 1에 도시된 에픽텍셜 장치에서 에픽텍셜 공정을 진행할 때 웨이퍼에 휨 현상이 발생된 상태를 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 8 내지 도 10은 도 8에서 에픽텍셜 공정을 진행하여 웨이퍼로부터 휨 현상이 발생된 상태를 실질적으로 나타낸 시뮬레이션 분석 사진들이다.
도 11은 도 1에 도시된 에픽텍셜 장치에서 에픽텍셜 공정을 진행한 후 리프트 핀이 휨 현상이 발생된 웨이퍼를 지지한 상태를 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 12는 도 11에서 리프트 핀과 웨이퍼가 접촉한 부분을 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 13은 도 12의 B부분을 확대한 도면이다.
도 14는 도 12에서 리프트 핀의 웨이퍼와 접촉하는 핀 헤드의 곡률반경에 따른 스크래치 및 파티클의 발생 여부를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명은 본 발명의 실시 예들을 보여주는 첨부 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명된다. 그러나, 본 발명은 하기에서 설명되는 실시 예들에 한정된 바와 같이 구성되어야만 하는 것은 아니며 이와 다른 여러 가지 형태로 구체화될 수 있을 것이다. 하기의 실시 예들은 본 발명이 온전히 완성될 수 있도록 하기 위하여 제공된다기보다는 본 발명의 기술 분야에서 숙련된 당업자들에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위하여 제공된다.
하나의 요소가 다른 하나의 요소 또는 층 상에 배치되는 또는 연결되는 것으로서 설명되는 경우 상기 요소는 상기 다른 하나의 요소 상에 직접적으로 배치되거나 연결될 수도 있으며, 다른 요소들 또는 층들이 이들 사이에 게재될 수도 있다. 이와 다르게, 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 직접적으로 배치되거나 연결되는 것으로서 설명되는 경우, 그들 사이에는 또 다른 요소가 있을 수 없다. 다양한 요소들, 조성들, 영역들, 층들 및/또는 부분들과 같은 다양한 항목들을 설명하기 위하여 제1, 제2, 제3 등의 용어들이 사용될 수 있으나, 상기 항목들은 이들 용어들에 의하여 한정되지는 않을 것이다.
하기에서 사용된 전문 용어는 단지 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 사용되는 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 또한, 달리 한정되지 않는 이상, 기술 및 과학 용어들을 포함하는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상적인 지식을 갖는 당업자에게 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다. 통상적인 사전들에서 한정되는 것들과 같은 상기 용어들은 관련 기술과 본 발명의 설명의 문맥에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석될 것이며, 명확히 한정되지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 외형적인 직감으로 해석되지는 않을 것이다.
본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들의 개략적인 도해들을 참조하여 설명된다. 이에 따라, 상기 도해들의 형상들로부터의 변화들, 예를 들면, 제조 방법들 및/또는 허용 오차들의 변화는 충분히 예상될 수 있는 것들이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도해로서 설명된 영역들의 특정 형상들에 한정된 바대로 설명되어지는 것은 아니라 형상들에서의 편차를 포함하는 것이며, 도면들에 설명된 영역은 전적으로 개략적인 것이며 이들의 형상은 영역의 정확한 형상을 설명하기 위한 것이 아니며 또한 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것도 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리프트 핀이 설치된 에픽텍셜 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 에픽텍셜 장치(100)는 공정 챔버(200), 히터(300), 상부 돔(400), 하부 돔(500), 서셉터(600), 리프트 핀(700) 및 핀 구동부(800)를 포함한다.
상기 공정 챔버(200)는 폴리싱 공정이 진행된 웨이퍼(10)를 대상으로 에픽텍셜 공정을 수행하기 위한 공간을 제공한다. 상기 공정 챔버(200)는 에픽텍셜 공정에서의 반응을 위한 실란(silane) 가스가 내부에 주입될 수 있도록 측부에 가스 공급부(210) 및 가스 배출부(220)를 포함할 수 있다.
상기 히터(300)는 상기 공정 챔버(200)의 내부에 설치된다. 상기 히터(300)는 상기 에픽텍셜 공정에서의 반응을 위한 열을 상기 웨이퍼(10)에 제공한다. 구체적으로, 상기 히터(300)는 상기 에픽텍셜 공정을 위해서 상기 웨이퍼(10)가 약 1000 내지 1400℃의 공정 온도로 가열될 수 있도록 열을 제공할 수 있다. 이러한 히터(300)는 상기 공정 챔버(200)의 내부에 설치됨에 따라 실질적으로 교체가 어려우므로, 수명이 비교적 길면서 광을 통해 균일한 열을 제공할 수 있는 할로겐 램프(halogen lamp)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 히터(300)는 실질적으로 상기 웨이퍼(10)의 상부 및 하부에 균일한 열을 제공하기 위해 상기 공정 챔버(200)의 내부에서 상측 및 하측에 복수 개가 설치될 수 있다.
상기 상부 돔(400)과 상기 하부 돔(500) 각각은 상기 공정 챔버(200)의 내부에서 상기 복수 개의 히터(300)들로부터 상기 웨이퍼(10)를 격리시키기 위하여 그 상부 및 하부에 각각 설치된다. 이에, 상기 상부 돔(400)과 상기 하부 돔(500)은 상기 히터(300)들로부터의 발생된 광이 통과될 수 있도록 투명한 재질로 이루어진다. 구체적으로, 상기 상부 돔(400)과 상기 하부 돔(500)은 석영(quartz) 재질로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 상부 돔(400)과 상기 하부 돔(500)의 양 측부들에서는 상기 가스 공급부(210) 및 상기 가스 배출부(220)들과 기밀하게 결합되어 상기 웨이퍼(10)로부터 상기 에픽텍셜 공정이 진행되는 공간에 실란(silane) 가스 외에 다른 기체가 유입되는 것을 차단할 수 있다.
상기 서셉터(600)는 상기 공정 챔버(200)의 내부, 구체적으로는 상기 상부 돔(400)과 상기 하부 돔(500) 사이에 설치되어 상기 에픽텍셜 공정이 진행되는 도중 상기 웨이퍼(10)를 지지한다. 이에, 상기 서셉터(600)는 경도가 우수하면서 상기 히터(300)로부터의 열이 상기 웨이퍼(10)에 안정적으로 전달될 수 있도록 열전도도도 우수한 실리콘 카바이드(SiC) 재질로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 서셉터(600)는 제작의 효율성을 위하여 그라파이트(graphite) 재질의 모재에 상기 실리콘 카바이드(SiC)가 코팅된 구조로 이루어질 수 있다. 이러한 서셉터(600)는 지지 기구(610)를 통하여 일정한 높이에 지지 고정되어 있다.
상기 리프트 핀(700)은 상기 서셉터(600)에 상하 방향으로 형성된 홀(620)을 관통하면서 상기 웨이퍼(10)를 상기 서셉터(600)에 놓거나 상기 서셉터(600)로부터 이격시키도록 지지한다. 이때, 상기 리프트 핀(700)은 상기 웨이퍼(10)를 안정적으로 지지하기 위하여 적어도 세 개의 지점들에서 상기 서셉터(600)의 홀(620)들에 관통하여 설치될 수 있다.
상기 핀 구동부(800)는 상기 리프트 핀(700)의 하부에 연결되어 상기 리프트 핀(700)이 상하 방향으로 구동할 수 있도록 직선 구동력을 제공한다. 이에, 상기 핀 구동부(800)는 직선 구동력을 직접적으로 제공하는 실린더(cylinder) 구조를 포함할 수도 있고, 정밀 제어가 요구될 경우에는 서보 모터(servo motor)와 이의 회전력을 직선 방향으로 전환하는 동력 전환 기구의 결합 구조를 포함할 수도 있다.
이하, 상기에서 간략하게 설명한 본 발명에 따른 리프트 핀(700)의 특징에 대하여 도 2 내지 도 14들을 참조하여 에픽텍셜 공정의 핵심적인 단계들과 같이 상세하게 설명하고자 한다.
도 2는 도 1에 도시된 에픽텍셜 장치에서 에픽텍셜 공정 전 리프트 핀이 웨이퍼를 지지한 상태를 구체적으로 나타낸 도면이며, 도 3은 도 2에서 리프트 핀과 웨이퍼가 접촉한 부분을 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3을 추가적으로 참조하면, 상기 에픽텍셜 공정을 진행하기 위하여 우선, 상기 리프트 핀(700)을 상기 서셉터(600)로부터 상승시킨 상태에서 외부로부터 폴리싱 공정이 진행된 웨이퍼(10)를 반입하여 상기 리프트 핀(700)에 지지시킨다.
여기서, 상기 리프트 핀(700)은 상부에 상기 웨이퍼(10)와 직접 접촉하는 핀 헤드(710), 상기 서셉터(600)의 홀(620)을 관통하는 샤프트(720) 및 상기 핀 헤드(710)와 상기 샤프트(720) 사이에서 이들을 연결하는 핀 넥(730)을 포함한다. 이때, 상기 핀 넥(730)은 실질적으로 상기 핀 헤드(710)의 외경이 상기 샤프트(720)의 외경보다 크게 형성되어 있으므로, 그 외주면은 상기 핀 헤드(710)로부터 상기 샤프트(720)로 갈수록 좁아지도록 경사지게 형성될 수 있다.
이와 같은 리프트 핀(700)은 상기 에픽텍셜 공정이 진행되는 약 1000 내지 1400℃의 공정 온도에서 상기 웨이퍼(10)를 지지하면서 상기 서셉터(600)의 홀(620)을 따라 상하 방향으로 구동할 때 상기 웨이퍼(10) 및 상기 서셉터(600)와의 마찰로 인하여 기본적으로 파티클이 발생되지 않도록 충분한 경도를 가질 필요성이 있다. 또한, 상기 리프트 핀(700)은 상기 웨이퍼(10)를 지지할 때 상기 웨이퍼(10)와의 접촉으로 발생될 수 있는 스크래치 또는 파티클의 발생을 기본적으로 최소화하기 위하여 상기 핀 헤드(710)의 웨이퍼(10)와 접촉하는 부분을 점접촉할 수 있도록 라운드지게 가공할 필요성이 있다.
이에, 상기 리프트 핀(700)은 상기의 경도와 상기의 라운드진 가공을 모두 만족할 수 있도록 유리질 카본(glassy carbon)으로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 유리질 카본은 약 147MPa 정도의 굽힘 강도(flexural strength)를 가질 정도로 충분한 강도 및 이에 따른 경도를 갖는 세라믹 물질로서, 약 2000℃ 정도에서도 그 특성에 변화가 없는 안정적인 물질이면서, 결정상을 가지고 있는 실리콘 카바이드(SiC)와 비교하여 유리질의 액정 상태라 결정상이 존재하지 않기 때문에 가공성이 상대적으로 우수하여 상기의 라운드진 가공이 가능하다는 것이 특징이다.
또한, 상기 유리질 카본(glassy carbon)은 유리질의 액정 상태로 인해서 그 표면 조도(roughness)가 다른 세라믹 물질에 비해서 약 2 내지 3㎛ 정도로 매우 낮게 형성되는 것이 특징이다. 이에, 상기 리프트 핀(700)을 제조함에 있어서, 상기 핀 헤드(710), 상기 샤프트(720) 및 상기 핀 넥(730)을 상기 유리질 카본(glassy carbon)을 이용하여 베이스의 형태로 가공한 다음, 상기 베이스의 표면을 폴리싱하는 경면 처리 공정을 수행함으로써 약 0.1 내지 0.5㎛의 표면 조도(roughness)를 갖는 매우 표면에 매끄러운 리프트 핀(700)을 손쉽게 얻을 수 있다. 이러면, 상기 에픽텍셜 공정이 진행되는 과정에서 상기 리프트 핀(700)이 상기 웨이퍼(10)를 지지하면서 상기 서셉터(600)의 홀(620)을 따라 상하 방향으로 구동할 때 상기 웨이퍼(10) 및 상기 서셉터(600)와의 마찰을 더욱 감소시켜 이로 인한 파티클 발생을 더 안정적으로 방지할 수 있다.
한편, 상기에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 리프트 핀(700) 자체가 상기 유리질 카본(glassy carbon)으로 이루어진 것으로 이해될 수 있지만, 세라믹 재질의 모재에 상기 유리질 카본(glassy carbon)을 전체적으로 코팅하여도 상기와 같은 결과를 얻을 수 있음을 이해할 수 있다. 이럴 경우, 상기 세라믹 재질의 모재는 알루미나(Al2O3), 실리콘 카바이드(SiC) 및 흑연(C) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 에픽텍셜 장치에서 에픽텍셜 공정을 위하여 웨이퍼가 서셉터에 놓여진 상태를 구체적으로 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4에서 웨이퍼가 서셉터에 놓여진 부분을 구체적으로 나타낸 도면이며, 도 6은 도 5의 A부분을 확대한 도면이다.
도 4 내지 도 6을 추가적으로 참조하면, 이어서 상기 리프트 핀(700)을 상기 핀 구동부(800)를 통해 하강하여 상기 웨이퍼(10)가 상기 서셉터(600)에 놓여지도록 한다.
이때, 상기 리프트 핀(700)의 핀 넥(730)은 상기 에픽텍셜 공정을 진행하는 과정에서 상기 가스 공급부(210)로부터 상기 웨이퍼(10)로 공급되는 실란(silane) 가스가 상기 서셉터(600)의 홀(620)로 누출되지 않도록 하면서, 상기 에픽텍셜 공정에서 상기 히터(300)로부터 발생된 열을 상기 서셉터(600)에 놓여진 웨이퍼(10)에 균일하게 전달하는 과정에서 상기의 열이 상기 홀(620)을 통해 열 흐름이 하부 구조물 등으로 손실 또는 누출됨에 따라 상기 웨이퍼(10)에 균일하게 전달되지 못함으로써 상기 에픽텍셜 공정에 따라 상기 웨이퍼(10) 상에 형성되는 승막에 불량이 발생되지 않도록 충분한 기밀성이 유지될 필요성이 있다. 이를 위하여, 상기 핀 넥(730)의 경사진 각도(a1)는 이와 결합되는 상기 홀(620)의 상단 부위에 형성된 경사각(a2)을 기준으로 약 ±5°를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 리프트 핀(700)의 샤프트(720)가 상기 서셉터(600) 홀(620)의 내경(d1)보다 약 2% 미만으로 작은 외경(d2)을 가질 경우에는 상기 홀(620)에서 상기 서셉터(600)와 사이 간격이 너무 좁아 이에 따른 마찰력이 증가하여 파티클이 발생될 가능성이 증가되므로 바람직하지 않고, 약 10%를 초과하는 작은 외경(d2)을 가질 경우에는 상기 샤프트(720)가 상기 홀(620)을 따라 상하 방향으로 구동할 때 수평 방향으로 흔들려 상기 웨이퍼(10)를 안정적으로 지지하지 못하기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 상기 리프트 핀(700)의 샤프트(720)는 상기 서셉터(600) 홀(620)의 내경(d1)을 기준으로 약 2 내지 10% 작은 외경을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 리프트 핀(700)이 표면 조도(roughness)가 약 0.1 내지 0.5㎛를 갖는 유리질 카본(glassy carbon)으로 이루어져 있음에 따라 상기 핀 구동부(800)와 결합되는 하단면의 수평도도 정밀하게 유지될 수 있으므로, 상기 핀 구동부(800)에 의한 상하 스트로크(stroke) 동작도 항상 일정한 위치에서 진행될 수 있다.
도 7은 도 1에 도시된 에픽텍셜 장치에서 에픽텍셜 공정을 진행할 때 웨이퍼에 휨 현상이 발생된 상태를 구체적으로 나타낸 도면이며, 도 8 내지 도 10은 도 8에서 에픽텍셜 공정을 진행하여 웨이퍼로부터 휨 현상이 발생된 상태를 실질적으로 나타낸 시뮬레이션 분석 사진들이다.
도 7 내지 도 10을 추가적으로 참조하면, 이어서 상기 서셉터(600)에 놓여진 웨이퍼(10)에 상기 히터(300)로부터의 열과 상기 가스 공급부(210)로부터의 실란(silane) 가스를 공급하여 상기 에픽텍셜 공정을 실질적으로 진행한다. 이때, 상기 웨이퍼(10)는 상기 히터(300)로부터의 열에 의해서 휨 현상이 자연스럽게 발생된다. 이는, 도 8 내지 도 10에 도시된 시뮬레이션 사진들을 통하여 상기 에픽텍셜 공정을 진행하는 과정에서 최대 약 2.4773㎜만큼의 위치 편차가 발생될 정도로 휨 현상이 진행되었음을 실질적으로 확인할 수 있었다.
이러한 에픽텍셜 공정이 진행되는 과정에서 상기 리프트 핀(700)을 이루고 있는 유리질 카본(glassy carbon)이 다른 세라믹 물질에 비하여 상대적으로 낮은 약 3 내지 6 W/m·k의 열전도도를 가지고 있음에 따라, 상기 리프트 핀(700)의 위치에서 열화 반응이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로, 상기 리프트 핀(700)이 알루미나(Al2O3), 실리콘 카바이드(SiC)와 같이 각각 약 25 내지 50 W/m·k, 110 내지 130 W/m·k로 매우 높은 열전도도를 갖는 세라믹 물질로 이루어질 경우에는 이의 위치에서 주위보다 열손실이 심하게 진행되어 열화 자국이 발생될 수 있는데 반하여, 본 발명에서와 같이 유리질 카본(glassy carbon)으로 이루어질 경우 현저하게 낮은 열전도도로 인해 상기 열손실이 억제되어 상기의 열화 자국이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
도 11은 도 1에 도시된 에픽텍셜 장치에서 에픽텍셜 공정을 진행한 후 리프트 핀이 휨 현상이 발생된 웨이퍼를 지지한 상태를 구체적으로 나타낸 도면이고, 도 12는 도 11에서 리프트 핀과 웨이퍼가 접촉한 부분을 구체적으로 나타낸 도면이고, 도 13은 도 12의 B부분을 확대한 도면이며, 도 14는 도 12에서 리프트 핀의 웨이퍼와 접촉하는 핀 헤드의 곡률반경에 따른 스크래치 및 파티클의 발생 여부를 설명하기 위한 도면이다.
도 11 내지 도 14를 추가적으로 참조하면, 이어서 상기 휨 현상이 발생된 웨이퍼(10)를 상기 핀 구동부(800)를 통해 상기 리프트 핀(700)을 상승시켜 상기 서셉터(600)로부터 이격시킨다.
이에, 상기 리프트 핀(700)의 핀 헤드(710)와 상기 휨 현상이 발생된 웨이퍼(10)가 접촉하는 위치는 도 3에 도시된 접촉점보다 상기 웨이퍼(10)가 휜 정도에 따라 소정의 간격(g)만큼 이격되어 형성된다. 이때, 상기 휨 현상이 발생된 웨이퍼(10)를 안정적으로 지지하기 위하여 상기 핀 헤드(710)는 일정한 범위의 곡률반경 R을 가질 필요성이 있다. 이하, 상기 핀 헤드(710)의 곡률반경 R에 대하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.
하기 표 1에서는 300㎜ 사이즈의 웨이퍼(10)를 대상으로 상기 핀 헤드(710)의 곡률반경 R의 변화에 따라 상기 에픽텍셜 공정을 진행하였을 때 상기 웨이퍼(10)에 스크래치가 발생되었는지 및 상기 웨이퍼(10)로부터 파티클이 발생되었는지를 확인하여 그 결과를 나타내었다. 이때, 상기 웨이퍼(10)로부터 스크래치 및 파티클이 발생되지 않았을 경우를 양호, 발생될 경우를 불량으로 표시하였다.
곡률반경(mm) 스크래치 파티클
R5 불량 불량
R8 불량 불량
R11 양호 양호
R14 양호 양호
R17 양호 양호
R20 불량 양호
R23 불량 양호
R26 불량 불량
상기 표 1을 참조하면, 상기 핀 헤드(710)의 곡률반경 R이 11㎜ 미만일 경우에는 스크래치와 파티클이 모두 발생된 것으로 확인되었고, 상기 곡률반경 R이 17㎜를 초과할 경우에는 모두 스크래치가 발생된 것으로 확인되었다. 특히, 상기 핀 헤드(710)의 곡률반경 R이 약 23㎜를 초과할 경우에는 심지어 파티클도 같이 발생된 것으로 확인되었다.
이러한 결과를 근거로, 상기 핀 헤드(710)의 곡률반경 R이 약 11㎜ 미만일 경우에는 상기 핀 헤드(710)의 상기 웨이퍼(10)와 접촉하는 부분에서 응력이 집중된 상태에서 상기 웨이퍼(10)의 휨 현상으로 인해 그 접촉점이 이동하면서 스크래치와 파티클이 발생된 것으로 보이므로 바람직하지 않고, 약 17㎜를 초과할 경우에는 상기 핀 헤드(710)와 상기 웨이퍼(10)의 국부 접촉 면적이 과대하고 상기 핀 헤드(710)의 에지 부위에서 접촉 응력이 집중되어 스크래치가 발생된 것으로 보이므로 바람직하지 않다. 특히, 상기 핀 헤드(710)의 곡률반경 R이 약 23㎜를 초과할 경우에는 상기 핀 헤드(710)가 거의 평탄하게 접촉하고 있음에 따라 파티클이 발생된 것으로 보이므로 더욱 바람직하지 않다. 따라서, 상기 핀 헤드(710)의 상기 웨이퍼(10)와 접촉하는 부분은 곡률반경 R은 약 11 내지 17㎜인 것이 바람직하다.
이에, 본 실시예에서는 상기 핀 헤드(710)의 곡률반경 R의 범위를 확인하기 위해 상기 300㎜ 사이즈의 웨이퍼(10)를 대상으로 실험을 진행하였지만, 이 외의 200㎜ 또는 400㎜ 사이즈의 웨이퍼(10)에 대해서는 그 휨 현상에 따른 곡률반경의 차이가 상기 300㎜ 사이즈의 웨이퍼(10)와 비교하여 약 1㎜ 미만이므로 상기에서 설명한 핀 헤드(710)의 곡률반경 R의 범위는 상기의 200㎜ 또는 400㎜ 사이즈의 웨이퍼(10)에 대해서도 그대로 적용될 수 있음을 이해할 수 있다.
이후, 상기 에픽텍셜 공정이 진행되어 상기 리프트 핀(700)에 의해 안정하게 지지된 웨이퍼(10)를 외부로 반출하여 이로부터 선폭이 약 12 내지 16㎚ 수준인 고집적화된 반도체 소자를 제조하는 공정을 진행한다.
이와 같이, 상기 에픽텍셜 공정이 진행되는 공정 챔버(200)의 내부에서 상기 웨이퍼(10)가 놓여지는 서셉터(600)의 홀(620)을 관통하면서 상하로 구동하여 상기 웨이퍼(10)를 실질적으로 지지하는 리프트 핀(700)을 경도가 우수하면서 상기 웨이퍼(10)와 접촉하는 부분에 대해 라운드 가공이 가능한 유리질 카본(glassy carbon) 재질로 제조함으로써, 상기 에픽텍셜 공정 중 휨 현상이 발생된 웨이퍼(10)를 스크래치 및 파티클의 발생 없이 안정적으로 지지할 수 있다.
이에 따라, 상기 리프트 핀(700)을 통해 상기 에픽텍셜 공정을 진행하면, 상기 웨이퍼(10)의 표면에 표면 조도 저하를 위한 얇은 승막이 안정적으로 형성될 수 있으므로, 이로부터 제조되는 선폭이 고집적화된 반도체 소자의 품질을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 높은 생산 수율도 함께 기대할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 에픽텍셜 공정에 사용되는 리프트 핀을 웨이퍼와의 접촉 부분을 라운드지게 가공한 유리질 카본(glassy carbon) 재질로 제작함으로써, 상기 에픽텍셜 공정을 진행하는 과정에서 상기 리프트 핀에 의해서 스크래치 및 파티클이 발생되는 것을 방지하여 상기 웨이퍼의 품질을 향상시키는데 활용될 수 있다.
10 : 웨이퍼 100 : 에픽텍셜 장치
200 : 공정 챔버 210 : 가스 공급부
220 : 가스 배출부 300 : 히터
400 : 상부 돔 500 : 하부 돔
600 : 서셉터 610 : 지지 기구
620 : 홀 700 : 리프트 핀
710 : 핀 헤드 720 : 샤프트
730 : 핀 넥 800 : 핀 구동부

Claims (11)

  1. 웨이퍼를 대상으로 에픽텍셜 공정이 진행되는 공정 챔버의 내부에서 상기 웨이퍼가 놓여지는 서셉터의 홀을 관통하여 상기 웨이퍼를 지지하고,
    표면이 유리질 카본(glassy carbon) 재질로 이루어지고,
    상기 웨이퍼와 접촉하는 상부에 형성되며, 상기 웨이퍼와 접촉하는 부위가 라운드진 형태를 갖는 핀 헤드를 포함하며,
    상기 핀 헤드는 상기 웨이퍼와 접촉하는 부위의 곡률반경 R이 11 내지 17㎜인 것을 특징으로 하는 리프트 핀.
  2. 제1항에 있어서, 세라믹 재질의 모재에 상기 유리질 카본이 코팅된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 리프트 핀.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 서셉터의 홀을 관통하는 샤프트; 및
    상기 핀 헤드 및 상기 샤프트 사이에서 외주면이 상기 핀 헤드로부터 상기 샤프트로 갈수록 좁아지도록 경사지게 형성된 핀 넥을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리프트 핀.
  6. 제5항에 있어서, 상기 핀 넥의 경사진 각도는 상기 홀의 상단 부위에 형성된 경사각을 기준으로 ±5°인 것을 특징으로 하는 리프트 핀.
  7. 제5항에 있어서, 상기 샤프트는 상기 홀의 직경을 기준으로 2 내지 10% 작은 외경을 갖는 것을 특징으로 하는 리프트 핀.
  8. 제5항에 있어서, 상기 핀 헤드, 상기 샤프트 및 상기 핀 넥의 표면은 0.1 내지 0.5㎛의 조도(roughness)를 갖는 것을 특징으로 하는 리프트 핀.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서, 표면이 경면 처리되어 0.1 내지 0.5㎛의 조도(roughness)를 갖는 것을 특징으로 하는 리프트 핀.
  11. 삭제
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