KR100538365B1 - 기상화학 증착장치의 웨이퍼 캐리어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기상화학 증착장치의 웨이퍼 캐리어에 대한 것이다. 본 발명에 의한 기상화학 증착장치의 웨이퍼 캐리어는, 증착과정에서 웨이퍼가 낱장별로 지지 적층되는 웨이퍼 캐리어로, 수직으로 세워지는 복수개의 지지대와; 상단과 하단에서 상기 복수개의 지지대를 고정시키며, 증착용 기체의 출입을 위한 홀이 중앙에 형성된 지지판과; 상기 각 지지대 표면에 돌설되어 그 상면에 웨이퍼가 지지되는 지지노드를 포함하며, 상기 지지노드가 수평면에 대해 이루는 최소한의 각도는, 웨이퍼에지에서 품질관리가 필요로 되지 않는 영역 범위에 웨이퍼의 지지노드와의 접촉을 한정할 수 있는 각도인 것을 특징으로 한다.

Description

기상화학 증착장치의 웨이퍼 캐리어{A Wafer Carrier For Chemical Vapour Deposition System}

본 발명은 기상화학 증착장치의 웨이퍼 캐리어에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 기상 증착과정 전체에 걸쳐 웨이퍼가 낱장별로 적층되며, 웨이퍼의 접촉부분에서 웨이퍼 표면결함이 발생하는 것을 방지하는 기상 화학 증착장치의 웨이퍼 캐리어에 대한 것이다.

반도체 회로선폭(Design rule)의 감소에 따라, 공정에 사용하는 반도체 웨이퍼에 표면결함이 많은 경우, 이를 재료로 사용한 반도체 제품의 수율은 크게 낮아지고, 회로선폭의 극미세화에 따라 그 정도는 점점 커지고 있다.

일반적으로 반도체 웨이퍼의 표면이나 에지의 결함은 반도체 제조공정에서 금속확산소스 또는 파티클 소스로 작용하며, 웨이퍼가 열 또는 기계적인 스트레스에 반복적으로 노출될 경우 치명적인 웨이퍼 파괴인자로 작용한다.

특히 고품질을 요구하는 에픽택셜 웨이퍼의 경우, 에피층 성장공정에서는 웨이퍼 표면 또는 에지의 결함에 의해 에피층의 적층결함 슬립등의 성장결함이 발생하여 최종 제품에 큰 문제를 야기하게 된다.

도 1은 종래 웨이퍼 캐리어를 예시한 사시도이다. 도 2a는 종래 캐리어 사용시 웨이퍼 표면상태를 예시한 평면도이고, 도 2b는 지지노드의 형상과 결함의 형태를 예시한 상태도이다. 도 3은 결함 크기의 분포상태를 예시한 도표이다.

일반 웨이퍼의 경우는 웨이퍼(w) 경면을 연마하는 것으로 그 주요 공정을 마치게 되나, 에피택셜 웨이퍼 또는 파워소자 웨이퍼의 경우는 경면 연마전에 웨이퍼 전후면에 폴리실리콘 에피층을 성장시키는 공정이 추가된다.

이와 같은 에피층 성장공정에 사용되는 웨이퍼 캐리어(10)는, 수직으로 세워지는 복수개의 웨이퍼 지지대(13)의 상단과 하단이 지지판(15)에 의해 고정되며, 상하의 지지판(15)에는 증착용 기체의 출입을 위한 홀(17)이 중앙에 형성된 구조이다.

본 실시예의 각 지지대(13)에는 그라인더에 의해 그라인딩 되어 형성된 다수개의 노드(11)가 각 지지대(13) 표면에 수직방향으로 돌설된다. 캐리어(10)를 이루는 복수개의 지지대(13)의 지지노드(11)에 의해 이루어지는 수평면에는 낱장 웨이퍼가 놓여지게 된다. 웨이퍼(w)는 캐리어(10)의 전체 길이에 걸쳐 상하로 다수장이 적층되어지게 된다.

폴리실리콘층 성장공정은, 웨이퍼(w)를 웨이퍼 캐리어(vertical boat)(10)의 노드(11)에 낱장별로 놓아 상하로 적층시킨 상태에서 수행한다. 웨이퍼 캐리어(10)에 적층된 웨이퍼에는 고온상태가 유지되고 SiH₄ 등의 증착기체가 유입되는 것에 의해 폴리실리콘층 증착이 수행된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 기상증착장치에 의하는 경우에는 다음과 같은 문제가 발생되고 있었다.

폴리실리콘층 성장공정에서는 500℃ 이상의 고온에 웨이퍼(w)가 노출되며, 웨이퍼의 성장과정 중에 웨이퍼가 적층된 캐리어(10)의 표면에도 폴리실리콘층의 증착이 발생하게 된다. 그리고, 웨이퍼(w)를 캐리어(10)로부터 빼낼 때 도 2a 또는 도 2b에 도시된 바와 같이 웨이퍼(w)의 캐리어 노드(11) 접촉면에 Pit 성 결함(node bite)이 발생하게 된다.

이와 같은 노드(11) 접촉면에 발생하는 결함은 도 2b에서처럼 노드의 형상에 따라 상이하게 나타남을 알 수 있다. 또한 pit성 결함은 도 3에 도시된 바와 같은 분포를 가지는데, 폴리실리콘을 13000Å 정도 증착시키는 공정에서는 웨이퍼 표면의 pit성 결함의 크기는 평균 20㎛에 이르고, 최대 50㎛에 이르는 경우도 있다.

그리고, 화염연마된 석영재질의 캐리어(10)는 표면이 매끄럽기 때문에 캐리어에 증착된 폴리실리콘층이 스트레스를 받아 벗겨져서 떨어지기 때문에 원하지 않는 파티클로 작용하여 반도체 소자 제작에 치명적인 영향을 미칠 수 있는 문제가 있다.

본 발명의 목적은, 캐리어의 웨이퍼 표면에 접촉하는 노드부분 형상을 변형하여 pit성 결함을 제거하는 것이 가능한 기상 화학 증착기의 웨이퍼 캐리어를 구현하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 캐리어의 화염연마된 표면에 샌드 블라스트를 하여 표면거칠기를 증대시켜 캐리어에 증착된 증착물에 의한 재오염이나 결함의 발생을 방지하는 것이 가능한 기상 화학 증착기의 웨이퍼 캐리어를 구현하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 기상화학 증착장치의 웨이퍼 캐리어는, 기상화학 증착장치에 의한 증착과정에서 웨이퍼가 낱장별로 지지 적층되는 웨이퍼 캐리어로, 수직으로 세워지는 복수개의 웨이퍼 지지대와; 상단과 하단에서 상기 복수개의 지지대를 고정시키며, 증착용 기체의 출입을 위한 홀이 중앙에 형성된 지지판과; 상기 각 지지대에 돌설되어 웨이퍼 배면이 지지되고, 수평면에 대한 최소한의 각도는 웨이퍼 에지에서 품질관리가 필요로 되지 않는 영역 범위에 웨이퍼의 지지노드와의 접촉을 한정할 수 있는 각도인 것을 특징으로 한다.

상기 웨이퍼 캐리어는 웨이퍼 표면에 폴리실리콘층 형성에 사용되는 것을 특징으로 한다.

상기 지지노드와 웨이퍼가 접촉하는 부분은 웨이퍼의 에지에서 3mm보다 외측에 한정되는 것을 특징으로 한다.

상기 웨이퍼 캐리어의 각부는 석영에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 웨이퍼 캐리어는 휠그라인딩 과정을 거쳐 성형되며, 화염 연마에 의해 평평하고 매끄러운 면을 이루게 되는 것을 특징으로 한다.

상기 웨이퍼 캐리어에는 화염연마 공정을 거친후에, 샌드 블라스트에 의해 표면에 미세요철이 형성되어 표면적이 넓혀지는 것을 특징으로 한다.

상기 웨이퍼 캐리어에 미세요철의 형성하는 공정에는 SiO₂와 Al₂O₃중의 어느 하나의 입자가 사용되는 것을 특징으로 한다.

상기 웨이퍼 캐리어의 표면거칠기는 평균 1 부터 20㎛인 것을 특징으로 한다.

상기 지지노드의 각도는 수평면에 최소한 3° 이루는 것을 특징으로 한다.

상기 지지노드의 각도는 수평면에 대하여 3 내지 60° 이루는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 구성에 의해 웨이퍼에 실리콘 에피층을 형성시키는 과정에서 웨이퍼 캐리어의 노드에 지지되는 부분의 웨이퍼 표면에 발생하는 열흡착성 결함을 방지할 수 있게 된다.

이하 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 기상화학 증착장치의 웨이퍼 캐리어의 바람직한 실시예의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 4a는 본 실시예의 웨이퍼 캐리어를 예시한 단면도이고, 도 4b는 본 실시예의 웨이퍼 캐리어의 지지노드에 웨이퍼가 지지된 상태를 예시한 단면도이다. 도 5a는 지지노도와 결함의 위치를 예시한 평면도이고, 도 5b는 지지노드와 결함의 위치를 예시한 도표이다.

도시된 바에 의하면, 본 실시예의 웨이퍼 캐리어(30)는 기상화학 증착장치에 의한 증착과정에서 웨이퍼(w)가 낱장별로 지지 적층되는 웨이퍼 캐리어(30)이며, 다수장의 웨이퍼(w)가 상하로 적층된 상태에서 증착기체를 흘려 웨이퍼 표면에 기상증착이 일어나게 된다.

본 실시예의 캐리어(30)는 수직으로 세워지는 복수개의 웨이퍼 지지대(31)의 상단과 하단이 지지판(33)에 의해 고정되며, 상하의 지지판(33)에는 증착용 기체의 출입을 위한 홀(35)이 중앙에 형성된다.

본 실시예의 각 지지대(31)에는 그라인더에 의해 그라인딩 되어 형성된 다수개의 지지노드(37)가 각 지지대(31)의 표면에 수직방향으로 돌설된다. 캐리어(30)를 이루는 복수개의 지지대(31)의 대응하는 지지노드(35)의 각 지점에 의해 이루어지는 수평면에는 낱장 웨이퍼(w)가 놓여지게 된다. 웨이퍼(w)는 캐리어(30)의 전체 길이에 걸쳐 상하로 다수장이 적층되어지게 된다.

본 실시예의 웨이퍼(w)가 지지되는 지지노드(37)는 수평면에 대하여 일정한 경사면을 이루고 있어 웨이퍼(w) 표면과 접촉하는 면적이 최소한으로 제한된다. 즉, 본 실시예의 지지노드(37)는 웨이퍼(w) 검사시 품질관리를 필요로 하지 않는 영역인 웨이퍼 에지에서 3mm 이내의 영역으로 제한하고, 증착시 접촉에 의해 발생하는 pit성 결함도 이 영역에 한해서만 관찰될 수 있도록 제한하고 있다.

본 실시예에서는 지지노드(37)의 설치각도와 웨이퍼 표면에 발생하는 pit성 결함의 관계를 살펴보면, 도 5a와 도 5b에 도시된 바와 같이 0°서는 pit성 결함이 상당히 넓은 부분에 걸쳐 나타나는 반면에, 각도가 3°, 8°, 13°, 18°로 증가함에 따라 결함의 위치는 점점 웨이퍼(w)의 에지 쪽으로 이동하게 되는 것을 확인할 수 있다.

그리고, 지지노드(37)의 각도가 3° 넘게되면, pit성 결함은 웨이퍼 에지에서 3mm 이내의 범위에 있게 됨을 알 수 있다. 그리고, 지지노드(37)의 각도가 증가함에 따라 점차 외곽으로 이동하며 20° 넘어서게 되면, pit성 결함은 완전히 웨이퍼(w)의 최외곽으로 이동하게 된다.

따라서 본 실시예의 캐리어(30)에 있어서, 지지노드(37)는 수평면과 이루는 각도를 3°이상, 더욱 바람직하게는 8°이상으로 하여 pit성 결함이 웨이퍼의 품질에 영향을 주지 않도록 하고 있다. 그리고, 이는 현재의 품질기준에 의한 것이므로, 품질기준이 더 엄격해지는 경우에는 지지노드의 각도를 증가시키는 것에 의해 품질기준을 만족시킬 수 있게 된다.

그러나, 웨이퍼의 베벨이 수평면에 대해 이루는 각도가 큰 경우는 지지노드의 경사각도가 낮아도 되며, 이 경우 지지노드(37)의 경사각도는 3°보다 낮은 각도로 한정하는 것도 가능하다.

한편, 베벨의 경사각도가 작은 경우에는 역으로 지지노드(37)의 경사각도는 커져야 하는 것이며, 웨이퍼의 종류와 에지가공의 상태에 따라 경사각도는 변화할 수 있는 것이고, 상기 실시예의 3°, 8°, 20°등의 각도에 한정되는 것은 아니다.

그리고, 최근에는 품질관리가 필요로 되지 않는 영역이 외곽에서 3mm범위에서 점점 좁아지는 경향을 고려할 때 현재의 그 기준 각도는 현재의 3°증가할 것임을 용이하게 추측할 수 있다.

그리고, 현재의 외곽에서 3mm로 한정하는 품질기준에 의하는 경우, 지지노드(37)의 각도는 웨이퍼(w)를 안정되게 지지할 수 있는 범위에서 그 최대 각도가 제한되어야 하는 것이므로, 본 실시예에서는 지지노드(37)의 수평면에 대한 경사를 3 내지 60°로 한정하고 있다.

도 7은 본 발명의 실시예의 웨이퍼 캐리어와 종래의 웨이퍼 캐리어의 제작과 작용을 비교한 예시 도표이다. 도시된 바에 의하면, 본 실시예의 캐리어(30)는 지지노드(37)가 그라인더의 휠 그라인딩에 의해 형성된 후에 화염연마공정을 거쳐 표면의 거칠기가 거의 ~ 0㎛ 에 해당하는 아주 매끈하고 편평한 표면을 이루도록 하고 있다.

그러나, 캐리어(30)의 편평한 면에 폴리실리콘이 증착되게 되면, 캐리어(30)와의 결합표면적이 작아서 표면과의 접촉이 견고하지 못하고 벗겨지는 현상이 발생하게 된다. 이와 같은 필링(peeling) 현상을 방지하기 위하여 본 실시예에서는 캐리어(30)의 표면을 SiO₂나 Al₂O₃ 등으로 샌드 블라스트하여 캐리어(30)의 표면에 미세요철을 형성시키고 있다.

이와 같은 캐리어(30) 표면의 미세요철은 증착되는 폴리실리콘층과의 접촉면적을 넓혀서 접촉강도를 향상시키고, 필링현상이 발생하는 것을 방지할 수 있게 한다. 이와 같이 필링현상을 방지할 수 있어 증착중인 웨이퍼(w)의 재오염이나 결함현상을 방지할 수 있게 된다.

본 실시예에서 미세거칠기의 정도는 1 부터 20㎛로 한정하고 있는데, 이는 웨이퍼(w)의 종류와 증착되는 물질의 종류 그리고, 원하는 웨이퍼(w)의 품질의 정도에 따라 달라질 수 있는 것이며, 상기 수치에 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

다음은 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 실시예의 기상 화학 증착장치의 웨이퍼 캐리어의 작용을 설명한다.

본 실시예의 증착장치의 웨이퍼 캐리어(30)에 웨이퍼(w)를 적층시켜 도어를 닫고, SiH₄ 등의 증착가스를 흘려주며 500℃ 이상의 고온상태를 유지시켜 웨이퍼 표면에 폴리실리콘층이 증착될 수 있도록 한다.

웨이퍼(w)를 이 상태에 일정시간 동안 노출시키게 되면, 웨이퍼의 표면에는 원하는 두께의 폴리실리콘층이 형성되게 된다. 그리고, 웨이퍼 캐리어(30) 표면에도 폴리실리콘이 증착되게 된다.

증착과정이 종료되면, 증착장치의 도어를 열고 캐리어(30)의 각 지지노드(37)에 안착되어 있는 웨이퍼를 빼내어 다음공정으로 이동시키게 된다.

본 실시예에서는 웨이퍼 표면이 20°이상의 경사면을 이루도록 형성된 지지노드(37) 상측에 안착되어 있던 것이므로, 지지노드(37)와 웨이퍼(w)의 접촉면적은 최소가 되며, 품질관리가 요구되지 않는 외곽에서 3mm 영역에 한해 접촉이 이루어진다. 따라서 웨이퍼(w)를 떼어 내는 경우에도 웨이퍼 표면에 pit성 결함은 웨이퍼(w)의 최외곽으로 한정되고 웨이퍼(w)의 품질에는 영향을 미치지 않게 된다.

그리고, 본 실시예의 웨이퍼 캐리어(30)는 화염연마과정을 거친 후에 표면 샌드 블라스트가 되는 것이므로 표면적이 넓어져서 폴리실리콘의 증착층이 안정되게 캐리어표면과 결합된다. 따라서, 캐리어(30) 표면에서 필링 현상 등이 발생하기 않게 되고 웨이퍼의 재오염이나 이로 인한 결함발생을 방지할 수 있게 된다.

본 발명의 권리범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 정해지며, 특허청구범위에 기재된 사항과 동일성 범위에서 당업자가 행한 다양한 변형과 개작을 포함함은 자명하다.

본 발명은 상기와 같은 구성에 의해 웨이퍼와 웨이퍼 캐리어의 접촉면적을 최소화 하고 그 접촉부분을 웨이퍼의 최외곽으로 한정되게 하여, 증착과정에서 pit 성 결함이 웨이퍼의 품질에 영향을 미치지 않도록 하는 것이 가능하다.

또한 캐리어의 거칠기를 향상시켜서 증착층의 캐리어와의 결합력을 향상시키기 때문에 캐리어 표면에서의 필링현상을 방지할 수 있고 그에 의한 웨이퍼의 재오염이나 결함발생을 방지할 수 있게 된다.

도 1은 종래 기상증착장치에 사용되는 웨이퍼 캐리어를 예시한 사시도.

도 2a는 종래 캐리어 사용시 웨이퍼 표면상태를 예시한 평면도.

도 2b는 지지노드의 형상과 결함의 형태를 예시한 상태도.

도 3은 결함 크기의 분포상태를 예시한 도표.

도 4a는 본 발명의 실시예의 웨이퍼 캐리어를 예시한 단면도.

도 4b는 본 발명의 실시예의 웨이퍼 캐리어의 지지노드에 웨이퍼가 지지된 상태를 예시한 단면도.

도 5a는 지지노도와 결함의 위치를 예시한 평면도.

도 5b는 지지노드와 결함의 위치를 예시한 도표.

도 6a내지 도 6e는 본 발명의 실시예의 다양한 각도로 형성된 웨이퍼 캐리어를 예시한 단면도.

도 7은 본 발명의 실시예의 웨이퍼 캐리어와 종래의 웨이퍼 캐리어의 제작과 작용을 비교한 예시 도표.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

30..........웨이퍼 31.........지지대

33..........지지판 35.........홀

37..........지지노드 W..........웨이퍼

Claims (10)

1. 기상화학 증착장치에 의한 증착과정에서 웨이퍼가 낱장별로 지지 적층되는 웨이퍼 캐리어로,

   수직으로 세워지는 복수개의 웨이퍼 지지대와;

   상단과 하단에서 상기 복수개의 지지대를 고정시키며, 증착용 기체의 출입을 위한 홀이 중앙에 형성된 지지판과;

   상기 각 지지대에 돌설되어 그 상면에 웨이퍼가 지지되는 지지노드를 포함하며,

   상기 지지노드 상면은 수평면에 대해 경사면을 이루며, 그 최소한의 각도는 웨이퍼에지에서 품질관리가 필요로 되지 않는 영역 범위에 웨이퍼의 지지노드와의 접촉을 한정할 수 있는 각도인 것을 특징으로 하는 기상 화학 증착장치의 웨이퍼 캐리어.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 최소한의 각도는 수평면과 이루는 각도는 3° 것을 특징으로 하는 기상 화학 증착장치의 웨이퍼 캐리어.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 캐리어는 웨이퍼 표면에 폴리실리콘층, 실리콘나이트라이드층의 형성에 사용되는 것을 특징으로 하는 기상 화학 증착장치의 웨이퍼 캐리어.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 품질관리가 필요로 되지 않는 영역은 웨이퍼의 에지에서 3mm보다 외측에 한정되는 것을 특징으로 하는 기상 화학 증착장치의 웨이퍼 캐리어.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 웨이퍼 캐리어의 각부는 석영에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 기상 화학 증착장치의 웨이퍼 캐리어.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 웨이퍼 캐리어는 휠그라인딩 과정을 거쳐 성형되며, 화염 연마에 의해 평평하고 매끄러운 면을 이루게 되는 것을 특징으로 하는 기상화학 증착장치의 웨이퍼 캐리어.
7. 청구항 1에 있어서, 상기 웨이퍼 캐리어에는 화염연마 공정을 거친후에 샌드 블라스트에 의해 표면에 미세요철이 형성되는 것을 특징으로 하는 기상 화학 증착장치의 웨이퍼 캐리어.
8. 청구항 7에 있어서, 상기 웨이퍼 캐리어에 미세요철의 형성에는 SiO₂와 Al₂O₃중의 어느 하나가 사용되는 것을 특징으로 하는 기상 화학 증착장치의 웨이퍼 캐리어.
9. 청구항 7에 있어서, 상기 웨이퍼 캐리어의 표면거칠기는 평균 1 내지 20㎛인 것을 특징으로 하는 기상 화학 증착장치의 웨이퍼 캐리어.
10. 청구항 1 내지 9 중 어느 하나의 청구항에 있어서, 상기 지지노드의 각도는 수평면에 대하여 3°내지 60° 이루는 것을 특징으로 하는 기상 화학 증착장치의 웨이퍼 캐리어.