KR20190026898A - 에피택시 반응기에서의 반도체 웨이퍼를 취급하는 장치 및 에피택셜 층을 갖는 반도체 웨이퍼를 제조하는 방법 - Google Patents
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Abstract
에피택시 반응기에서의 반도체 웨이퍼를 취급하는 장치 및 에피택셜 층을 갖는 반도체 웨이퍼를 제조하는 방법이 제공된다. 상기 장치는 서셉터, 서셉터를 관통하여 연장되는 종 방향 구멍; 웨이퍼 리프팅 샤프트; 종 방향 구멍을 통해 안내되는 웨이퍼 리프팅 핀; 서셉터 반송 샤프트; 서셉터 반송 아암; 서셉터 지지 핀; 서셉터 반송 아암에 앵커링된 가이드 슬리브; 가이드 슬리브로부터 돌출하고, 상단부에 웨이퍼 리프팅 핀이 삽입되는 보어를 가지며, 웨이퍼 리프팅 샤프트에 의해 웨이퍼 리프팅 핀과 함께 상승 및 하강될 수 있는 가이드 요소를 포함한다.
Description
본 발명은 에피택시 반응기에서 반도체 웨이퍼를 취급하는 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 장치가 사용되는 에피택셜 층을 갖는 반도체 웨이퍼를 제조하는 방법에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 상의 에피택셜 층의 증착은 일반적으로, 에피택시 반응기에서, 종종 단일 웨이퍼 반응기에서 CVD(chemical vapor deposition)에 의해 수행된다.
US 2014/0 251 208 A1 및 US 2010/0 086 784 A1은 이러한 에피택시 반응기의 세부 사항에 대한 설명을 포함한다. 반도체 웨이퍼의 취급의 한가지 필수적인 부분은 에피택셜 층의 증착 전에 서셉터 상에 반도체 웨이퍼를 배치하는 단계, 및 에피택셜 층의 증착 후에 서셉터로부터 에피택셜 층을 갖는 반도체 웨이퍼를 상승시키는 단계를 포함한다. 이를 위해 사용되는 장치는, 서셉터 외에, 웨이퍼 리프팅 샤프트 및 웨이퍼 리프팅 핀, 서셉터 반송 샤프트, 서셉터 반송 아암 및 서셉터 지지 핀을 포함한다.
웨이퍼 리프팅 샤프트는 상단부에, 측면으로 상향하여 연장되어 웨이퍼 리프팅 핀 아래에서 끝나는 교차 부재(cross-member)를 가진다. 웨이퍼 리프팅 샤프트의 하강 및 상승 동안에, 웨이퍼 리프팅 핀 및 반도체 웨이퍼, 또는 핀 상에 아마도 배치된 에피택셜 층을 갖는 각각의 반도체 웨이퍼가 또한 하강 및 상승된다. 웨이퍼 리프팅 핀은 이 경우, 서셉터 반송 사프트의 서셉터 반송 아암 내에 놓인 구멍을 관통할 뿐만 아니라 서셉터 내의 관통-보어(through-bore)를 관통하여 끼워진다(fitted). 기술된 장치의 단점은 그 사용이 입자를 생성하기 쉽고, 입자가 서셉터를 향하는 반도체 웨이퍼의 후방 측면을 오염시킨다는 것이다. 입자는 웨이퍼 리프팅 핀과 서셉터 반송 아암 내의 구멍의 내부 표면 및 서셉터 내의 관통-보어 사이의 마찰의 결과로서 마모된 재료로 형성된다. 마찰은 또한 특히, 장치가 넓은 온도 범위에서 기능을 가능하게 유지해야 하고 고온에서의 열 팽창이 고려되어야 한다는 사실 때문에 발생한다. 웨이퍼 리프팅 핀은 또한 수직 위치에서 기울어지기 쉽다. 이러한 상황에서, 추가의 입자가 형성된다.
이 문제점은 본 발명의 목적을 야기하였다.
본 발명의 목적은 에피택시 반응기에서 반도체 웨이퍼를 취급하는 장치에 의해 달성되며,
서셉터(susceptor);
상기 서셉터를 관통하여 연장되는 종 방향 구멍;
웨이퍼 리프팅 샤프트;
상기 종 방향 구멍을 통해 안내되는 웨이퍼 리프팅 핀;
서셉터 반송 샤프트;
서셉터 반송 아암(arm);
서셉터 지지 핀;
서셉터 반송 아암에 앵커링된 가이드 슬리브;
상기 가이드 슬리브로부터 돌출하고, 상단부에 상기 웨이퍼 리프팅 핀이 삽입되는 보어(bore)를 가지며, 상기 웨이퍼 리프팅 샤프트에 의해 상기 웨이퍼 리프팅 핀과 함께 상승 및 하강될 수 있는 가이드 요소
를 포함한다.
상기 목적은 또한 에피택셜 층을 갖는 반도체 웨이퍼를 제조하는 방법에 의해 달성되며,
에피택시 반응기에서 본 발명에 따른 장치를 제공하는 단계;
상기 웨이퍼 리프팅 핀 상에 반도체 웨이퍼를 배치하는 단계;
상기 웨이퍼 리프팅 핀을 하강시킴으로써 상기 서셉터 상에 상기 반도체 웨이퍼를 배치하는 단계;
상기 반도체 웨이퍼 상에 상기 에피택셜 층을 증착하는 단계;
상기 웨이퍼 리프팅 핀을 상승시킴으로써 상기 서셉터로부터 상기 에피택셜 층을 갖는 결과의(resulting) 반도체 웨이퍼를 상승시키는 단계; 및
상기 에피택시 반응기로부터 상기 에피택셜 층을 갖는 상기 반도체 웨이퍼를 제거하는 단계
를 포함한다.
제안된 장치의 사용은 서셉터 상의 반도체 웨이퍼의 하강 및 서셉터로부터의 에피택셜 층을 갖는 반도체 웨이퍼의 상승의 과정에서 입자의 형성을 억제하고, 특히 반도체 웨이퍼의 후방 측면, 또는 에피택셜 층을 갖는 반도체 웨이퍼의 후방 측면이 입자에 의해 오염되는 것을 회피한다. 또한, 그 설계로 인해, 장치의 편심, 방사형 플레이 및 수직 플레이와 같은 특성은 최소화된다.
장치는 특히, 웨이퍼 리프팅 핀이 서셉터 내의 종 방향 구멍을 통해 선형으로 안내되면서 이동되는 방식으로 구성된다. 우세한(prevailing) 작동 온도와 관계없이 마찰로 인한 입자 형성이 억제된다.
적어도 3개의 서셉터 반송 아암은 바람직하게는, 서셉터 반송 샤프트의 상단부에 고정된 일체형 요소에 의해 형성된다. 서셉터 반송 샤프트 상에 나사 조임되는(screwed) 석영으로 제조된 별 형상의 요소가 특히 바람직하다. 그러나, 별 형상의 요소는 또한 다수의 부품으로 이루어질 수 있고, 서셉터 반송 샤프트 상에 장착된, 예를 들어 나사 조임된 석영으로 제조된 스트럿(strut)을 포함할 수 있다.
가이드 슬리브는 서셉터 반송 아암에 앵커링, 예를 들어 나사 조임되어, 필요할 때 쉽게 교체될 수 있다. 가이드 슬리브는 바람직하게는 연마된 내부면을 가지며, 바람직하게는 석영으로 구성된다. 내부면의 평균 조도 Ra는 0.4 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 가이드 슬리브 및 가이드 슬리브 내의 가이드 요소 - 가이드 슬리브의 양단부에서 돌출됨 - 는 선형으로 안내되는 웨이퍼 리프트 핀의 이동을 보장하는 선형 슬라이딩 베어링을 각각 형성한다. 로드 형상의 가이드 요소는 가이드 슬리브와 동일한 재료로 구성되고, 평균 조도 Ra가 마찬가지로 바람직하게는 0.4㎛ 이하인 외부면을 가진다. 따라서, 가이드 슬리브와 가이드 요소 사이에 어떠한 마찰도 거의 발생하지 않아, 마찬가지로 어떠한 입자도 거의 형성되지 않으며, 적어도 서셉터 및 그 위에 놓인 반도체 웨이퍼로부터 충분한 거리에 있는 위치에만 전혀 없다면, 입자에 의한 반도체 웨이퍼의 후방 측면의 오염이 배제된다. 특히, 가이드 슬리브 및 가이드 요소 및 종 방향 구멍의 배열은 웨이퍼 리프팅 핀의 상승 및 하강 동안 반도체 웨이퍼의 바로 근처에 입자가 생성되는 것을 방지한다. 또한, 웨이퍼 리프팅 핀이 수직 위치로부터 의도하지 않은 기울여지는 것이 마찬가지로 불가능하다.
바람직하게 T 형상의 단면을 갖는 상단부를 갖는 웨이퍼 리프팅 핀은 상단부에 가이드 요소를 갖는 가이드 요소의 보어 내로 삽입된다. 웨이퍼 리프팅 핀 및 가이드 요소의 보어는 웨이퍼 리프팅 핀이 상온에서 가이드 요소의 보어 내로 삽입될 때 센터링되는 방식으로 치수가 정해지는 것이 바람직하다. 바람직한 구성에 따르면, 웨이퍼 리프팅 핀은 가이드 요소와는 상이한 열 팽창을 갖는 상이한 재료, 바람직하게는 실리콘 카바이드로 제조된다. 이 경우에, 웨이퍼 리프팅 핀 및 가이드 요소의 제조 공차(tolerance)는 또한, 에피택셜 층의 증착 동안에 설정되는 온도에서 웨이퍼 리프팅 핀이 가이드 요소에 클램핑 방식으로 연결되는 방식으로 치수가 정해진다. 바람직하게는, 클램핑 연결은 900 ℃보다 높은 온도에서 얻어진다. 클램핑 연결로 인해 웨이퍼 리프팅 핀은 방사형 플레이가 없고, 이는 입자 형성을 억제하는 것에 기여한다.
또한, 이러한 구성은 웨이퍼 리프팅 핀 및 서셉터 내의 종 방향 구멍이 적어도 실온으로부터 증착 온도까지 연장되는 온도 범위 내에서 정렬된 플러시(flush)를 항상 유지하도록 보장한다. 또한, 웨이퍼 리프팅 핀의 T 형상의 단부가 서셉터 상에 동시에 배치되고 서셉터로부터 상승될 수 있음을 보장한다.
웨이퍼 리프팅 핀을 이동시키기 위해, 웨이퍼 리프팅 샤프트 및 웨이퍼 리프팅 샤프트의 교차 부재의 외측 단부 상에 베어링되는 가이드 요소가 상승 또는 하강된다.
또한, 업라이트(upright) 요소는 서셉터 반송 아암의 외측 단부에 높이 조정가능하게 고정, 바람직하게는 나사 조임된다. 업라이트 요소의 상단부는 축 방향 보어를 가지며, 이 축 방향 보어 내로 서셉터 지지 핀이 삽입되고, 서셉터 지지 핀의 헤드는 바람직하게는 구형으로 라운딩된다. 서셉터의 후방 측면 상에, 서셉터 지지 핀의 구형으로 라운딩된 헤드를 수용하기위한 길게 늘어난(elongate) 베이스 표면을 갖는 블라이드 구멍이 있다. 블라인드 구멍의 길이 및 폭은 블라인드 구멍의 개방 방향으로 증가한다. 바람직하게는, 블라인드 구멍은 서셉터 지지 핀에 대한 각기둥형 윤곽(prismatic contour)을 갖는 베이스를 형성한다. 이러한 구성은 서셉터의 저 마찰 방사형 이동, 특히 서셉터 재료의 열 팽창에 의해 개시되는 셀프-센터링 이동을 가능하게 한다.
서셉터는 바람직하게는 플레이트 형상의 단면을 가지고, 서셉터의 저면 뿐만아니라 레지(ledge)로서 구성된 환형의 베어링 표면을 포함한다. 반도체 웨이퍼는 환형의 베어링 표면 상에 후방 측면을 가지는 에지 영역 내에 베어링되고, 서셉터 저면으로부터 짧은 거리에 있다. 서셉터는 일체로 구성되거나, 링 및 평평한 서셉터 저면에 의해 형성될 수 있고, 이 경우 링은 평편한 서셉터 저면 상에 베어링된다. 종 방향 구멍 및 블라이드 구멍은 서셉터 저면 내에 배치된다.
본 발명에 따른 방법의 상술된 실시예와 관련하여 나타낸 피처는 본 발명에 따른 장치에 대응하여 적용될 수 있다. 반대로, 본 발명에 따른 장치의 상술된 실시예와 관련하여 나타낸 피처는 본 발명에 따른 방법에 대응하여 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 실시예의 이들 및 다른 피처들은 도면 및 청구항의 설명에서 설명될 것이다. 개별 피처는 본 발명의 실시예로서 개별적으로 또는 조합하여 구현될 수 있다. 또한, 이들은 독립적으로 보호가능한 유리한 실시예를 기술할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 피처를 갖는 장치를 통한 단면도이다.
도 2, 도 3 및 도 4는 도 1에 따른 장치의 개별적인 피처를 확대도로 도시한다.
도 2, 도 3 및 도 4는 도 1에 따른 장치의 개별적인 피처를 확대도로 도시한다.
도 1에 따른 장치는 서셉터 반송 샤프트(4) 및 웨이퍼 리프팅 샤프트(2)를 포함한다. 서로 동일한 거리를 갖는 서셉터 반송 아암(5)이, 서셉터 반송 샤프트(4)의 상단부에 나사 조임되는, 일체형 별 형상의 요소를 형성하도록 결합된다. 웨이퍼 리프팅 샤프트(2)는 반경 반향으로 상향하여 돌출된 교차 부재를 포함하고, 그 단부 상에 가이드 요소(8)를 지지하기 위한 플랫폼을 제공한다. 가이드 요소(8)는 서셉터 반송 아암(5)에 앵커링된 가이드 슬리브(7)를 관통하여 끼워진다. 가이드 요소(8)의 상단부는 보어를 가지고, 보어 내로 웨이퍼 리프팅 핀(3)이 삽입된다. 웨이퍼 리프팅 핀(3)은 서셉터(1) 내의 종 방향 구멍(11)을 관통하여 연장된다. 후방 측면 상에, 서셉터(1)는 길게 늘어난 베이스 표면을 갖는 블라인드 구멍(12)을 가지고, 서셉터 지지 핀(6)의 구형으로 라운딩된 헤드(10) 상에서 베어링된다. 서셉터 지지 핀(6)은 업라이트 요소(9)의 상단부에서 축 방향 보어 내로 삽입된다. 업라이트 요소(9)는 서셉터 반송 아암(5)의 외측 단부에서 서셉터 반송 아암(5) 상에 높이 조정가능하게 고정된다.
도 2는 보어가 제공되는 가이드 요소(8)의 상단부의 확대도를 도시하고, 웨이퍼 리프팅 핀(3)의 하단부는 보어 내로 삽입된다. 이 영역은 서클 및 문자 A를 이용하여 도 1에 표시된다.
도 3은 서셉터 반송 아암(5)에 앵커링된 가이드 슬리브(7), 및 가이드 슬리브(7)를 관통하여 끼워지고 웨이퍼 리프팅 샤프트(2)의 교차 부재의 플랫폼 상의 하단부에서 지지되는 가이드 요소(8)의 일부의 확대도를 도시한다. 이 영역은 서클 및 문자 B를 이용하여 도 1에 표시된다.
도 4는 서셉터 지지 핀(6)의 상단부, 및 서셉터(1)의 후방 측면에 블라인드 구멍(12)으로 돌출하는 서셉터 지지 핀의 원형으로 라운딩된 헤드(10)의 확대도를 도시한다. 이 영역은 서클 및 문자 C를 이용하여 도 1에 표시된다.
예시적인 실시예의 상기 설명은 예시의 방식으로 이해되어야 한다. 따라서, 이 개시는 한편으로 당업자가 본 발명 및 그와 관련된 이점을 이해할 수 있게 하고, 다른 한편으로는 기술된 구조 및 방법에 대한 변경 및 수정을 포함하고, 이러한 변경 및 수정은 또한 당업자의 이해 내에서 명백하다. 따라서, 그러한 모든 변경 및 수정뿐아니라 동등물은 청구 범위의 보호 범위에 의해 포함되도록 의도된다.
1 서셉터
2 웨이퍼 리프팅 샤프트
3 웨이퍼 리프팅 핀
4 서셉터 반송 샤프트
5 서셉터 반송 아암
6 서셉터 지지 핀
7 가이드 슬리브
8 가이드 요소
9 업라이트 요소
10 구형으로 라운딩된 헤드
11 종 방향 구멍
12 블라인드 구멍
2 웨이퍼 리프팅 샤프트
3 웨이퍼 리프팅 핀
4 서셉터 반송 샤프트
5 서셉터 반송 아암
6 서셉터 지지 핀
7 가이드 슬리브
8 가이드 요소
9 업라이트 요소
10 구형으로 라운딩된 헤드
11 종 방향 구멍
12 블라인드 구멍
Claims (7)
- 에피택시 반응기에서 반도체 웨이퍼를 취급하는 장치에 있어서,
서셉터(susceptor);
상기 서셉터를 관통하여 연장되는 종 방향(longitudinal) 구멍;
웨이퍼 리프팅 샤프트;
상기 종 방향 구멍을 통해 안내되는 웨이퍼 리프팅 핀;
서셉터 반송 샤프트;
서셉터 반송 아암(arm);
서셉터 지지 핀;
서셉터 반송 아암에 앵커링된 가이드 슬리브; 및
상기 가이드 슬리브로부터 돌출하고, 상단부에 상기 웨이퍼 리프팅 핀이 삽입되는 보어(bore)를 가지며, 상기 웨이퍼 리프팅 샤프트에 의해 상기 웨이퍼 리프팅 핀과 함께 상승 및 하강될 수 있는 가이드 요소
를 포함하는, 반도체 웨이퍼 취급 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 서셉터 반송 아암은 상기 서셉터 반송 샤프트의 상단부에 나사 조임되는(screwed), 일체형 별 형상의 요소를 형성하는 것인, 반도체 웨이퍼 취급 장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 가이드 요소 및 상기 웨이퍼 리프팅 핀은 상이한 열 팽창을 가지며, 900°C보다 높은 온도에서 상기 가이드 요소와 상기 웨이퍼 리프팅 핀 사이에 클램핑 연결이 형성되는 방식으로 치수가 정해지는 공차(tolerance)를 가지고 제조되는 것인, 반도체 웨이퍼 취급 장치. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 서셉터 반송 아암의 외측 단부에서 상기 서셉터 반송 아암에 높이 조절가능하게 연결되고, 상기 서셉터 지지 핀이 삽입되는 축 방향 보어를 갖는 업라이트(upright) 요소
를 포함하고,
상기 서셉터 지지 핀은 구형으로 라운딩된 헤드를 갖는 것인, 반도체 웨이퍼 취급 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 서셉터 지지 핀의 상기 구형으로 라운딩된 헤드를 수용하기 위해 상기 서셉터의 후방 측에 길게 늘어난(elongate) 블라인드 구멍
을 포함하고,
상기 블라인드 구멍의 길이 및 폭은 상기 블라인드 구멍의 개구 방향으로 증가하는 것인, 반도체 웨이퍼 취급 장치. - 에피택셜 층을 갖는 반도체 웨이퍼를 제조하는 방법에 있어서,
에피택시 반응기에서 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 장치를 제공하는 단계;
상기 웨이퍼 리프팅 핀 상에 반도체 웨이퍼를 배치하는 단계;
상기 웨이퍼 리프팅 핀을 하강시킴으로써 상기 서셉터 상에 상기 반도체 웨이퍼를 배치하는 단계;
상기 반도체 웨이퍼 상에 상기 에피택셜 층을 증착하는 단계;
상기 웨이퍼 리프팅 핀을 상승시킴으로써 상기 서셉터로부터 상기 에피택셜 층을 가지는 결과의(resulting) 반도체 웨이퍼를 상승시키는 단계; 및
상기 에피택시 반응기로부터 상기 에피택셜 층을 가지는 반도체 웨이퍼를 제거하는 단계
를 포함하는, 반도체 웨이퍼 제조 방법. - 제 6 항에 있어서,
단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼 상에 실리콘 에피택셜 층을 증착하는 단계
를 포함하는, 반도체 웨이퍼 제조 방법.
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