KR101821883B1 - 에피택셜 웨이퍼의 제조장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에피택셜 웨이퍼의 제조장치에 관한 것으로서, 반응가스가 웨이퍼 표면과 반응한 후 반응챔버 내에서 재순환하지 않고 배기시켜 에피택셜 층을 최적의 상태로 성장시킬 수 있는 에피택셜 웨이퍼의 제조장치에 관한 것으로서, 반응챔버와, 상기 반응챔버 내에 배치되어 복수의 웨이퍼가 안착되는 서셉터와, 상기 서셉터의 중앙에서 상기 복수의 웨이퍼를 향해 반응가스를 방출하는 반응가스 공급부와, 상기 서셉터의 주변에 형성되어 상기 가스 공급부로부 방출되는 반응가스를 상기 반응챔버에서 배출하는 반응가스 배출구를 포함하여 구성되는 에피택셜 웨이퍼의 제조장치에 있어서, 상기 반응챔버 내의 측면에는 링형태의 배플이 구비되고, 상기 반응가스 배출구는 상기 배플에 일정한 간격으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 에피택셜 웨이퍼의 제조장치에 관한 것으로서, 반응가스가 웨이퍼 표면과 반응한 후 반응챔버 내에서 재순환하지 않고 배기시켜 에피택셜 층을 최적의 상태로 성장시킬 수 있는 에피택셜 웨이퍼의 제조장치에 관한 것이다.
반도체 소자 제조용 재료로서 광범위하게 사용되고 있는 웨이퍼는 다결정의 실리콘을 원재료로 만들어진 단결정 실리콘 박판을 말한다. 이러한 웨이퍼는, 다결정의 실리콘을 단결정 잉곳으로 성장시키는 성장 공정, 성장된 단결정 실리콘 잉곳을 웨이퍼 형태로 자르는 슬라이싱 공정, 웨이퍼의 두께를 균일화하여 평면화하는 래핑 공정, 기계적인 연마에 의하여 발생한 손상을 제거 또는 완화하는 에칭 공정, 웨이퍼 표면을 경면화하는 폴리싱 공정, 그리고 웨이퍼를 세정하는 세정 공정 등을 거쳐 제조된다.
이러한 방법으로 제조된 웨이퍼를 폴리시드 웨이퍼(polished wafer)라 한다.
한편, 에피택셜 웨이퍼는 폴리시드 웨이퍼 표면에 또 다른 에피택셜막을 성장시킨 웨이퍼를 말하며, 폴리시드 웨이퍼보다 표면 결함이 적고, 불순물의 농도나 종류의 제어가 가능한 특성을 갖는 웨이퍼이다. 상기 에피택셜막은 순도가 높고 결정 특성이 우수하여 고 집적화되고 있는 반도체 장치의 수율 및 소자 특성 향상에 유리한 장점을 갖는다.
최근, 이러한 실리콘 웨이퍼의 표면상에 에피택셜막이 형성된 에피택셜 웨이퍼는 MOS소자용의 실리콘 웨이퍼로서 널리 사용되고 있다. 이들 에피택셜 웨이퍼는 MOS소자의 게이트 산화막에 대한 수율을 향상시키고, 기생용량(parasitic capacitance)의 감소, 소프트 오류(soft error)의 방지, 향상된 게터링 성능(gettering perfomance), 및 향상된 기계적 강도 등의 우수한 특성을 가진다.
웨이퍼 표면에 에피택셜막을 증착하기 위한 에피택셜 성장장치는, 단결정막 증착이 이루어지는 공정 챔버와, 그 내부에 장착된 서셉터(susceptor)와, 상기 공정 챔버에 구비된 가열 램프와, 웨이퍼 상으로 소스가스를 분사하는 가스분사 유닛을 포함하여 구성된다.
에피택셜 성장장치의 경우, 다수의 챔버로 이루어 지며, 이들 내외 및 서셉터상으로 운반하는 방법은, 운반 지그(transportation jig)를 사용하는 승강법(elevating method) 또는 베르누이 척 법(Bernoulli chuck method)을 이용하여 웨이퍼를 운반하는 형태와, 핀(pin)들을 이용하여 웨이퍼의 저면을 지지하고 그 핀들을 상승시킴으로써 운반이 이루어지는 형태 등이 있다.
한편, 에피택셜 성장장치에는 서셉터의 중앙에서 복수의 웨이퍼를 향해 반응가스를 방출하고, 서셉터와 동일한 평면 상에 위치한 반응가스 배출구를 통해 배기시킨다. 웨이퍼와 표면반응한 반응가스가 서셉터의 동일한 평면 상에 위치한 반응가스 배출구를 통해 배출될 경우 반응가스 배출구의 주변에서 반응가스의 재순환이 이루어져 에피택셜 성장에 방해가 되는 문제가 있다.
특히 재순환 영역이 발생하면 반응 후 가스에 남아 있는 입자성 불순물이 웨이퍼 상으로 이동하여 에피택셜 층에 불순물이 함유될 수 있다. 또한 입자성 불순물이 아닌 가스상의 것이라 하더라도 반응가스의 반응에 관여하여 공정 설계자가 의도하지 않은 반응이 일어날 우려가 있다.
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 반응가스가 웨이퍼 표면과 반응한 후 반응챔버 내에서 재순환하지 않고 배기시켜 에피택셜 층을 최적의 상태로 성장시킬 수 있는 에피택셜 웨이퍼의 제조장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
반응챔버와, 상기 반응챔버 내에 배치되어 복수의 웨이퍼가 안착되는 서셉터와, 상기 서셉터의 중앙에서 상기 복수의 웨이퍼를 향해 반응가스를 방출하는 반응가스 공급부와, 상기 서셉터의 주변에 형성되어 상기 가스 공급부로부 방출되는 반응가스를 상기 반응챔버에서 배출하는 반응가스 배출구를 포함하여 구성되는 에피택셜 웨이퍼의 제조장치에 있어서,
상기 반응챔버 내의 측면에는 링형태의 배플이 구비되고,
상기 반응가스 배출구는 상기 배플에 일정한 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 에피택셜 웨이퍼의 제조장치를 제공한다.
상기 반응가스 배출구는 상기 배플에 일정한 간격으로 상하로 길쭉한 슬릿형태로 형성되고,상기 반응가스 배출구의 개방높이를 조절하는 개방높이 조절부가 구비되는 것이 바람직하다.
상기 개방높이 조절부는 상기 반응가스 배출구의 크기보다 크고 중간부에 배출공이 형성된 개방높이 조절판과, 상기 개방높이 조절판을 상하로 이동시키는 상하 이동부를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 개방높이 조절부는 상기 반응가스 배출구를 개폐시키는 개폐판과, 상기 개폐판을 상하로 이동시키는 상하 이동부를 포함하여 구성될 수 있다.
그리고, 상기 배플의 저면에 하부방향으로 개방된 배출홈이 형성되고, 상기 배출홈은 상기 반응가스 배출구와 연통되도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 반응가스 배출구는 상기 배플의 중간부에 상하로 길쭉한 슬릿형태로 형성되고, 상기 배플의 배출홈 내에 배치되고 상기 반응가스 배출구를 개폐시키는 개폐링과, 상기 개폐링을 상하로 이동시키는 상하 이동부가 구비될 수 있다.
상기 배플의 배출홈 내에 배치되고 상기 반응가스 배출구와 대응되는 간격으로 배출공이 형성되는 개방높이 조절링과, 상기 개방높이 조절링을 상하로 이동시키는 상하 이동부가 구비될 수 있다.
본 발명의 에피택셜 웨이퍼의 제조장치는 배플의 중간부에 반응가스 배출구가 형성됨으로서, 서셉터의 중앙으로부터 방출되어 웨이퍼와 표면반응한 반응가스가 재순환되지 않고 원활히 반응가스 배출구를 통해 배출되어 웨이퍼 상에 최상의 에피택셜층을 성장시킬 수 있는 효과가 있다.
그리고 상기 반응가스 유입량에 따라 상기 반응가스 배출구의 높이 또는 크기를 조절할 수 있어 웨이퍼 상에 최상의 에피택셜층을 효과적으로 성장시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 에피텍셜 웨이퍼의 제조장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 개방높이 조절부가 구비된 배플의 단면상태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3 및 도 4는 반응가스의 배출량을 조절할 수 있는 개방높이 조절부가 구비된 배플의 단면상태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 개방높이 조절링을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 6 내지 도 7은 유동해석 조건 및 결과를 나타내는 도면이다.
도 2는 개방높이 조절부가 구비된 배플의 단면상태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3 및 도 4는 반응가스의 배출량을 조절할 수 있는 개방높이 조절부가 구비된 배플의 단면상태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 개방높이 조절링을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 6 내지 도 7은 유동해석 조건 및 결과를 나타내는 도면이다.
본 발명의 에피택셜 웨이퍼의 제조장치의 실시예를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같고, 본 발명의 권리범위는 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 에피텍셜 웨이퍼의 제조장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
본 발명의 에피텍셜 웨이퍼의 제조장치는 실리콘 웨이퍼 기판에 대해 에피택셜층을 성장시키기 위한 것으로서, 도 1과 같이 반응챔버(10)와, 상기 반응챔버(10) 내에 배치되어 복수의 웨이퍼가 안착되는 서셉터(20)와, 상기 서셉터(20)의 중앙에서 상기 복수의 웨이퍼를 향해 반응가스를 방출하는 반응가스 공급부(30)와, 상기 서셉터(20)의 주변에 형성되어 상기 반응가스 공급부(30)로부 방출되는 반응가스를 상기 반응챔버(10)에서 배출하는 반응가스 배출구(410)를 포함하여 구성된다.
위 구성 중 상기 반응챔버(10), 상기 서셉터(20) 및 상기 반응가스 공급부(30)는 본 발명의 기술분야에 속하는 당업자가 용이하게 실시할 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 반응챔버(10) 내의 측면에는 도 1과 같이 링형태의 배플(40)이 구비된다. 상기 배플(40)은 상기 서셉터(20)의 외측에 구비되고, 상기 배플(40)의 중간부에 일정한 간격으로 반응가스 배출구(410)가 형성된다.
상기 반응가스 배출구(410)가 종래와 같이 서셉터의 동일한 평면 상에 위치하지 않고, 서셉터(20) 보다 높은 위치에 형성되기 때문에 상기 반응가스 배출구(410) 주변에서 웨이퍼의 표면과 반응한 반응가스가 재순환되지 않고 원활히 상기 반응가스 배출구(410)를 통하여 배출되므로, 웨이퍼의 표면에 최적의 에피택셜층을 성장시킬 수 있다.
도 2는 개방높이 조절부가 구비된 배플의 단면상태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
상기 반응가스 배출구(410)를 도 2와 같이 길이방향으로 길쭉한 슬릿형태로 형성하고, 상기 반응가스 배출구(410)의 개방높이를 조절하는 개방높이 조절부가 구비되는 것이 좋다.
상기 개방높이 조절부는 폭이 상기 반응가스 배출구(410)의 크기보다 크고 중간부에 배출공(432)이 형성된 개방높이 조절판(430)과, 상기 개방높이 조절판(430)을 상하로 이동시키는 상하 이동부(미도시)를 포함하여 구성된다.
상기 상하 이동부에 의해 상기 개방높이 조절판(430)을 상측으로 또는 하측으로 이동시킴에 따라 상기 개방높이 조절판(430)의 배출공(432)의 높이가 조절된다. 이와 같이 반응가스의 유입량에 따라 상기 배출공(432)의 높이를 적절하게 조절하여 반응가스와의 표면반응에 의해 웨이퍼에 에피택셜층이 최적의 상태로 성장시킬 수 있다.
상기 상하 이동부는 도면으로 도시하지 않았으나, 구동모터에 의해 회전되는 리드스크류로 구성할 수 있는 등 크게 한정되는 것은 아니다.
도 3 및 도 4는 반응가스의 배출량을 조절할 수 있는 개방높이 조절부가 구비된 배플의 단면상태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
또한, 상기 개방높이 조절부는 도 3과 같이 길이방향으로 길쭉한 슬릿이 형성된 상기 반응가스 배출구(410)를 개폐시키는 개폐판(440)과, 상기 개폐판(440)을 상하로 이동시키는 상하 이동부(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 개폐판(440)을 도 3과 같이 상기 상하 이동부를 이용하여 하측에서 상측으로 상승시킬 경우 상기 반응가스 배출구(410)의 개방크기가 확대되는 등 반응가스의 배출량을 조절할 수 있다.
나아가, 도 4와 같이 상기 개폐판(440)을 상기 상하 이동부를 이용하여 상측에서 하측으로 하강시킬 경우 도 3과 달리 개방높이가 높은 상태에서 상기 반응가스 배출구(410)의 개방크기를 확대할 수도 있다.
한편, 상기 개폐판(440)은 링 구조의 개폐링 형태로 형성될 수 있고, 상기 개폐링을 상기 상하 이동부를 통해 높이를 조절함으로서, 백소의 상기 반응가스 배출구(410)의 개방크기를 동시에 조절할 수 있는 이점이 있다.
도 5는 개방높이 조절링을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
한편, 상기 배플(40)의 저면에는 도 1과 같이 하부방향으로 개방된 배출홈(420)이 형성되고, 상기 배출홈(420)은 상기 반응가스 배출구(410)와 연통되도록 형성시킬 수 도 있다. 그리고 상기 반응가스 배출구(410)는 상기 배플의 중간부에 상하로 길쭉한 슬릿형태로 형성된 상태에서 도 5의 개방높이 조절링(460)을 상기 배플(40)의 배출홈(420) 내에 배치시키는 것이 좋다.
상기 개방높이 조절링(460)에는 상기 반응가스 배출구(410)와 대응되는 간격으로 배출공(462)이 형성된다. 그리고 상기 개방높이 조절링은 상하 이동부(미도시)에 의해 상하로 이동된다.
상기 상하 이동부(미도시)에 의해 상기 개방높이 조절링(460)의 높이를 상하로 이동시킴으로서, 반응가스가 배출되는 복수의 상기 배출공(462)의 높이를 동시에 조절할 수 있는 이점이 있다.
한편, 상기 반응가스 배출구(410)의 위치에 따른 반응챔버 내의 열전달 및 유동해석을 도 6과 같은 조건 하에 실시하였다. 도 6의 (a)는 종래의 에피택셜 웨이퍼의 제조장치와 같이 서셉터의 외측에 서셉터와 동일한 평면상에 반응가스 배출구가 형성된 상태의 Geometry이고, (b) 및 (c)는 배플의 하부 및 중간부에 반응가스 배출구가 형성된 상태의 Geometry이다.
도 6에서 h=3W/(m2K)는 상부 벽의 냉각조건으로서 대류열전달계수를 나타내고, 단위면적당 상부벽에서 빠져나가는 열량(q=h(T-T_air))라는 조건으로 해석했고, T_air는 상부 벽 바깥의 공기의 온도이고 T는 벽의 온도이다.
도 7의 유동해석 결과에서 확인되는 바와 같이 (a)의 경우 반응가스 배출구의 외측 상측 및 하측에서 반응가스의 재순환 현상이 발생하는 반면, (b) 및 (c)의 경우 반응가스의 재순환 현상이 발생하지 않는 등 원활히 배출되고 온도 분포도 일정하였다.
10: 반응챔버,
20: 서셉터,
30: 반응가스 공급부,
40: 배플,
410: 반응가스 배출구
20: 서셉터,
30: 반응가스 공급부,
40: 배플,
410: 반응가스 배출구
Claims (7)
- 반응챔버와, 상기 반응챔버 내에 배치되어 복수의 웨이퍼가 안착되는 서셉터와, 상기 서셉터의 중앙에서 상기 복수의 웨이퍼를 향해 반응가스를 방출하는 반응가스 공급부와, 상기 서셉터의 주변에 형성되어 상기 반응가스 공급부로부터 방출되는 반응가스를 상기 반응챔버에서 배출하는 반응가스 배출구를 포함하여 구성되는 에피택셜 웨이퍼의 제조장치에 있어서,
상기 반응챔버 내의 측면에는 링형태의 배플이 구비되고, 상기 반응가스 배출구는 상기 배플에 일정한 간격으로 상하로 길쭉한 슬릿형태로 형성되며,
상기 반응가스 배출구의 개방높이를 조절하는 개방높이 조절부가 구비되고, 상기 개방높이 조절부는 상기 반응가스 배출구의 크기보다 크고 중간부에 배출공이 형성된 개방높이 조절판과, 상기 개방높이 조절판을 상하로 이동시키는 상하 이동부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에피택셜 웨이퍼의 제조장치. - 삭제
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Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160057602A KR101821883B1 (ko) | 2016-05-11 | 2016-05-11 | 에피택셜 웨이퍼의 제조장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160057602A KR101821883B1 (ko) | 2016-05-11 | 2016-05-11 | 에피택셜 웨이퍼의 제조장치 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20170127239A KR20170127239A (ko) | 2017-11-21 |
| KR101821883B1 true KR101821883B1 (ko) | 2018-03-08 |
Family
ID=60808625
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160057602A KR101821883B1 (ko) | 2016-05-11 | 2016-05-11 | 에피택셜 웨이퍼의 제조장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101821883B1 (ko) |
-
2016
- 2016-05-11 KR KR1020160057602A patent/KR101821883B1/ko active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20170127239A (ko) | 2017-11-21 |
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