KR20160024165A - 웨이퍼 제조 장치 - Google Patents

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오현정
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Abstract

실시예는 웨이퍼가 안착되는 서셉터(susceptor); 상기 서셉터의 하부에 배치되고, 기둥형태로 형성된 바디(body)와 상기 서셉터를 지지하는 복수 개의 암(arm)으로 구성되는 샤프트(shaft); 및 상기 웨이퍼를 가열하기 위해 상기 서셉터의 상부와 상기 샤프트의 하부에 설치되는 램프를 포함하고, 상기 각각의 암은 상기 바디로부터 연장된 제1 부분과, 상기 제1 부분으로부터 연장된 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 기설정된 각도를 이루는 웨이퍼 제조 장치를 제공한다.

Description

웨이퍼 제조 장치{Apparatus for Manufacturing Wafer}
실시예는 웨이퍼 제조 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에피택셜층 성장 공정에서 웨이퍼의 평탄도(flatness)를 개선하고자 하는 것이다.
연마 웨이퍼(polished wafer) 표면에 실리콘 단결정의 에피택셜 박막을 성장시킨 것을 에피택셜 실리콘 웨이퍼(epitaxial silicon wafer)(이하, '에피 웨이퍼'라 한다.)라고 한다.
이러한 에피 웨이퍼는 저저항률의 실리콘 웨이퍼 위에 고정항률의 실리콘 에피택셜층을 기상 성장시킨 것으로 게터링 능력과 낮은 래치업(latch-up) 특성, 그리고 고온에서 슬립(slip)에 강한 특징을 가지고 있어, 최근 MOS 디바이스 뿐만 아니라 LSI 디바이스용 웨이퍼로서 널리 이용되고 있다.
에피 웨이퍼는 챔버 내에서 서셉터(susceptor) 위에 연마 웨이퍼를 안착시키고 1050℃ 이상의 고온으로 가열시킨 뒤 챔버에 원료 가스를 공급하고, 공급되는 원료 가스와 연마 웨이퍼를 반응시켜 웨이퍼 표면에 에피택셜 박막을 성장시키는 공정을 거쳐 제조된다.
웨이퍼 제조 장치는, 챔버 내에 웨이퍼가 안착될 서셉터가 구비되고, 기둥형태로 형성되어 회전하는 바디와 바디의 상단 외주면을 따라 동일한 간격을 두고 복수 개가 형성되는 암을 포함하는 샤프트(shaft)가 서셉터를 지지하며 배치된다.
서셉터의 상부와 하부에는 각각 램프가 배치되어 서셉터의 상부 영역과 하부 영역에 빛을 방출하는데, 램프의 빛이 샤프트를 투과하면서 복사열이 웨이퍼로 전달된다.
이때, 웨이퍼의 상부 영역과 하부 영역 내에서 중앙 영역과 가장 자리 영역에 각각 복사열을 공급하는 램프가 따로 구분되고, 각각의 램프에서 방출되는 빛의 세기는 서로 다르게 설정된다.
그러나, 종래의 웨이퍼의 제조 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
램프, 특히 서셉터의 하부에 배치된 램프에서 서셉터 방향으로 복사열을 방출하더라도, 서셉터를 지지하는 샤프트 특히 암(arm)에 의하여 굴절되거나 차단되는 등의 영향으로 서셉터의 전영역에 고루 복사열이 전달되지 않을 수 있다.
특히 서셉터의 중앙 영역에 전달되는 복사열이 증가하는 경우가 많은데, 온도가 높을 수록 박막이 두껍게 증착되는데 종래에는 웨이퍼의 중앙부에 전달되는 복사열의 양이 많기 때문에 웨이퍼의 중앙부로 갈수록 박막이 두껍게 형성되어 웨이퍼에 에피택셜층이 균일하게 형성되지 못하는 문제점이 있다.
실시예는 웨이퍼 상에 에피택셜층을 고른 두께로 성장시켜서, 웨이퍼의 평탄도를 개선하고자 한다.
실시예는 웨이퍼가 안착되는 서셉터(susceptor); 상기 서셉터의 하부에 배치되고, 기둥형태로 형성된 바디(body)와 상기 서셉터를 지지하는 복수 개의 암(arm)으로 구성되는 샤프트(shaft); 및 상기 웨이퍼를 가열하기 위해 상기 서셉터의 상부와 상기 샤프트의 하부에 설치되는 램프를 포함하고, 상기 각각의 암은 상기 바디로부터 연장된 제1 부분과, 상기 제1 부분으로부터 연장된 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 기설정된 각도를 이루는 웨이퍼 제조 장치를 제공한다.
제1 부분과 제2 부분은, 기설정된 각도를 이룰 수 있다.
제1 부분은 상기 바디로부터 하방으로 기울어지며 연장될 수 있다.
제2 부분은 상기 제1 부분의 끝단으로부터 상방으로 기울어지며 연장될 수 있다.
제2 부분이 상기 서셉터와 접촉하는 영역의 높이는, 상기 제1 부분이 상기 바디와 접촉하는 영역의 높이보다 높을 수 있다.
제1 부분은 상기 바디와 나란한 가상의 축과 48도 내지 64도를 이룰 수 있다.
제2 부분은 상기 바디와 나란한 가상의 축과 26도 내지 42도를 이룰 수 있다.
암은 3개가 구비되고, 상기 3개의 암은 상기 서셉터와 나란한 방향에서 서로 120도를 이룰 수 있다.
실시예는 웨이퍼 제조 장치는, 샤프트의 각각의 암의 제1 부분과 제2 부분의 경사로 인하여 서셉터로 전달되는 열 분포가 변경되어, 서셉터의 중앙부에 고르게 복사열이 전달될 수 있다.
도 1은 본 발명의 웨이퍼 제조 장치의 일실시예를 나타내는 단면도이고,
도 2는 종래의 샤프트의 구조를 나타낸 도면이고,
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 샤프트의 제1 실시예 내지 제3 실시예를 나타낸 도면이고,
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 샤프트의 제1 실시예 내지 제3 실시예를 구비한 웨이퍼 제조 장치 내의 온도 프로파일을 나타낸 도면이고,
도 5는 비교예와 실시예 1 내지 실시예 3의 샤프트를 구비한 웨이퍼 제조 장치 내의 온도 프로파일을 비교한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 웨이퍼 제조 장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 웨이퍼 제조 장치의 일실시예를 나타내는 단면도이다.
실시예에 따른 웨이퍼 제조 장치는 서셉터(susceptor, 100), 샤프트(shaft, 200) 및 램프(300a~300d)를 포함하여 이루어진다.
챔버에는 웨이퍼(W)의 표면에 에피텍셜(epitaxial)층과 같은 막을 형성하기 위해 가스 유입구(IN) 및 가스 배출구(OUT)가 형성될 수 있다.
웨이퍼(W) 위에 에피택셜층을 성장시키기 위해 필요한 수소 같은 캐리어(carrier) 가스 및/또는 SiHCl3 또는 SiH2Cl2 같은 실란 등의 원료 가스(또는, 반응 가스)가 가스 유입구(IN)를 통해 유입되어 웨이퍼(W)에 에피택셜층이 형성될 수 있고, 에피택셜층의 형성 후에 잔존 가스는 가스 배출구(OUT)를 통해 배출될 수 있다. 도시된 바와 같이, 가스 유입구(IN)와 가스 배출구(OUT)는 서로 대향하여 형성될 수 있다.
그리고, 가스 유입구(IN)와 가스 배출구(OUT) 사이에는 서셉터(100)가 구비되며, 서셉터(100)의 윗면과 거의 동일한 높이에 가스 유입구(IN)와 가스 배출구(OUT)가 위치하므로 가스 유입구(IN)를 통해 유입된 원료 가스가 웨이퍼(W)의 표면을 따라 상태로 흐를 수 있다.
서셉터(100)에는 외부로부터 반입되는 웨이퍼(W)가 안착된다. 서셉터(100)는 탄화 실리콘으로 커버되는 그래파이트(graphite) 재료로 이루어질 수 있으며, 원반 평면 형상을 가질 수 있다. 또한, 서셉터(100)는 다양한 단면 형상을 가질 수 있다.
웨이퍼(W)는 서셉터(100)에 안착된 후, 급속 열처리될 수도 있고 에피텍셜층이 웨이퍼(W)의 주면 위에 성장될 수도 있다. 여기서, 웨이퍼(W)는 실리콘 웨이퍼일 수 있고, 실시예에 따른 웨이퍼(W)의 구경이 300mm일 수 있으나 반드시 이에 한정되지는 않는다.
그리고, 서셉터(100)의 하부에는 서셉터(100)를 지지하는 샤프트(200)가 배치된다. 샤프트(200)는 기둥형태로 구비되는 바디(220)와 바디(220)와 연결되어 서셉터(100)를 지지하는 복수 개의 암(240)으로 구성된다. 웨이퍼(W)에 에피텍셜층을 형성할 때 웨이퍼(W)를 회전시켜야 하는데 웨이퍼(W)가 안착된 서셉터(100)를 샤프트(200)가 지지하면서 샤프트(200)가 회전함으로써 웨이퍼(W)가 회전된다. 여기서, 샤프트(200)의 바디(220) 하단에 회전 구동부(미도시)가 구동하여 샤프트(200)를 회전시킨다.
샤프트(200)는 서셉터(100)를 받치는 역할을 하는 부분으로서, 재질은 석영, 실리콘, 또는 탄화 규소일 수 있으며, 석영에 실리콘이나 탄화 규소의 피막을 입혀 구현될 수 있다.
그리고, 샤프트(200)의 암(240) 끝단에는 서셉터(100)를 지지하는 받침부(262)가 형성될 수 있다.
그리고, 서셉터(100)를 지지하는 리프트 핀(250)이 별도로 배치될 수도 있다.
서셉터(100)의 상부와 샤프트(200)의 하부에는 각각 제1 램프(300a, 300b)와 제2 램프(300c, 300d)가 설치될 수 있다. 그리고, 웨이퍼(W)에 에피텍셜층을 형성하는 공정에서 웨이퍼를 가열해 주어야 하는데 제1 램프(300a, 300b)와 제2 램프(300c. 300d)의 빛에너지가 열에너지로 전환되어 복사열로 웨이퍼를 가열해 주게 된다.
제1 램프(300a, 300b)와 제2 램프(300c. 300d)는 할로겐 램프(Halogen lamp)(적외선 램프 또는 원적외선 램프)로 구현될 수 있고 투명한 석영을 몸체로 할 수 있으나, 실시예는 이러한 램프의 형태에 국한되지 않는다.
제1 램프(300a, 300b)와 제2 램프(300c. 300d)는 서셉터의 상부와 하부의 온도를 균일하게 가열하는 것이 이상적이며, 램프 하나의 파워는 최대 2 킬로와트일 수 있다.
도 2는 종래의 샤프트의 구조를 나타낸 도면이다.
종래의 샤프트(200)는 기둥 형태의 바디(220)로부터 연결된 암(241, 242)을 포함하는데, 암(241, 242)은 적어도 3개가 구비되어 서셉터를 지지할 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 샤프트의 제1 실시예 내지 제3 실시예를 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 샤프트(300)들은 기둥 형태의 바디(320)로부터 연결된 제1 암(341)과 제2 암(342)을 포함하는데, 암이 2개가 도시되고 있으나 서셉터(susceptor)의 안정적인 지지를 위하여 적어도 3개가 구비될 수 있다.
제1 암(341)은 바디(320)로부터 연장된 제1 부분(341a)와, 상기 제1 부분(341a)으로부터 연장된 제2 부분(341b)을 포함하여 이루어질 수 있다.
제1 부분(341a)은 바디(320)로부터 하방으로 기울어지며 연장되고, 제2 부분(341b)은 제1 부분(341a)의 끝단으로부터 상방으로 기울어지며 연장되고 있다. 제2 부분(341b)이 서셉터와 접촉하는 영역의 높이는, 제1 부분(341a)이 바디(320)와 접촉하는 영역의 높이보다 높을 수 있다.
그리고, 도 3내지 도 3c에서 바디(320)의 나란한 가상의 축 I-I'가 도시되고 있으데, 도 3a에서 상기 축 I-I'과 제1 부분(341a)이 이루는 제1 각도(θ1)와 상기 축 I-I'과 제2 부분(341b)이 이루는 제1 각도(θ2)는 각각 64도와 26도이고, 도 3b에서 상기 축 I-I'과 제1 부분(341a)이 이루는 제1 각도(θ1)와 상기 축 I-I'과 제2 부분(341b)이 이루는 제1 각도(θ2)는 각각 56도와 34도이고, 도 3c에서 상기 축 I-I'과 제1 부분(341a)이 이루는 제1 각도(θ1)와 상기 축 I-I'과 제2 부분(341b)이 이루는 제1 각도(θ2)는 각각 48도와 42도일 수 있다.
도 3a 내지 도 3c에서, 제2 암(342)은 바디(320)로부터 연장된 제1 부분(342a)와, 상기 제1 부분(342a)으로부터 연장된 제2 부분(342b)을 포함하여 이루어질 수있다. 제1 부분(342a)과 제2 부분(342b)의 구성은 제1 암(341)을 이루는 제1 암(341a) 및 제2 암(341b)의 구성과 동일하며, 도시되지 않았으나 제1 부분(341) 및 제2 부분(342)와 동일한 형상의 제3 암이 제1 암(341) 및 제2 암(342)과 수평 방향에서 각각 120도의 각도를 이룰 수 있는데, 여기서 수평 방향은 서셉터와 나란한 방향일 수 있다.
그리고, 제1 함(341)과 제2 암(342) 및 제3 암의 끝단에는 서셉터를 지지하는 받침부(362)가 형성되는데, 받침부(362)는 SiC(Silicon carbide)을 포함한다. 이는 웨이퍼 제작 공정 중에 샤프트(200)가 석영 등의 재질로 구비되었을 때 에칭(etching)이 많이 되기 때문에 내구성을 향상시키기 위함이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 샤프트의 제1 실시예 내지 제3 실시예를 구비한 웨이퍼 제조 장치 내의 온도 프로파일을 나타낸 도면이고, 도 5는 비교예와 실시예 1 내지 실시예 3의 샤프트를 구비한 웨이퍼 제조 장치 내의 온도 프로파일을 비교한 도면이다.
이때, 도 5에서 비교예는 도 2에 도시된 종래의 서셉터 샤프트를 구비한 웨이퍼 제조 장치 내의 온도 프로파일을 나타낸다.
도 4a 내지 도 4c에서 웨이퍼의 중앙 영역의 온도 분포 편차가 비교적 적다.
도 5에서 비교예(REF. shaft)에 따른 웨이퍼의 온도 분포의 편차에 비하여 실시예 1 내지 실시예 3(CASE 1 내지 CASE 3)에 따른 웨이퍼의 온도 분포의 편차가 개선되고 있다.
상술한 결과는 샤프트의 각각의 암의 제1 부분과 제2 부분의 경사로 인하여 수소 등의 캐리어 가스의 흐름을 변경하여 열 분포가 변경되어, 서셉터의 중앙부에 고르게 복사열이 전달될 수 있기 때문인 것으로 추정된다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 서셉터 200 : 샤프트
220, 320 : 바디 240, 241, 241 : 암
262, 362: 받침부 341: 제1 암
341a, 342a: 제1 부분 341b, 342b: 제2 부분
300a, 300b, 300c, 300d : 램프 W : 웨이퍼

Claims (7)

  1. 웨이퍼가 안착되는 서셉터(susceptor);
    상기 서셉터의 하부에 배치되고, 기둥형태로 형성된 바디(body)와 상기 서셉터를 지지하는 복수 개의 암(arm)으로 구성되는 샤프트(shaft); 및
    상기 웨이퍼를 가열하기 위해 상기 서셉터의 상부와 상기 샤프트의 하부에 설치되는 램프를 포함하고,
    상기 각각의 암은 상기 바디로부터 연장된 제1 부분과, 상기 제1 부분으로부터 연장된 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 부분과 제2 부분은 기설정된 각도를 이루는 웨이퍼 제조 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 부분은 상기 바디로부터 하방으로 기울어지며 연장되는 웨이퍼 제조 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 부분은 상기 제1 부분의 끝단으로부터 상방으로 기울어지며 연장되는 웨이퍼 제조 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 부분이 상기 서셉터와 접촉하는 영역의 높이는, 상기 제1 부분이 상기 바디와 접촉하는 영역의 높이보다 높은 웨이퍼 제조 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 부분은 상기 바디와 나란한 가상의 축과 48도 내지 64도를 이루는 웨이퍼 제조 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 부분은 상기 바디와 나란한 가상의 축과 26도 내지 42도를 이루는 웨이퍼 제조 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 암은 3개가 구비되고, 상기 3개의 암은 상기 서셉터와 나란한 방향에서 서로 120도를 이루는 웨이퍼 제조 장치.
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