KR100732467B1 - 반도체 웨이퍼 실장용 서셉터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼 실장용 서셉터에 관한 것으로, AlN을 가압 소결한 단일층의 AlN 원판과, 상기 AlN 원판 상에 마련되어 웨이퍼를 실장하는 적어도 하나 또는 둘 이상의 포켓을 포함하며, 그 포켓의 저면은 평면, 경사면 또는 요철면으로 구성된다. 이와 같이 구성된 본 발명은 열전도율이 보다 높은 AlN을 사용하여, 실장되는 반도체 웨이퍼 전체의 열적 균일도를 향상시킴으로써, 그 웨이퍼 상에 증착 또는 성장되는 박막의 두께 및 막질 균일도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

반도체 웨이퍼 실장용 서셉터{Susceptor for semiconductor wafer mounting}

도 1은 종래 반도체 웨이퍼 실장용 서셉터의 평면도이다.

도 2는 도 1의 A-A'방향 단면도이다.

도 3은 본 발명 반도체 웨이퍼 실장용 서셉터의 일실시 단면도이다.

도 4는 본 발명과 종래기술의 반도체 웨이퍼 실장용 서셉터에 실장된 반도체 웨이퍼의 각 부분별 온도차를 비교도시한 그래프이다.

도 5는 본 발명에 따르는 반도체 웨이퍼 실장용 서셉터의 다른 실시 단면도이다.

도 6은 본 발명에 따르는 반도체 웨이퍼 실장용 서셉터의 다른 실시 단면도이다.

도 7a와 도 7b는 각각 평면의 저면을 가지는 포켓에 실장된 웨이퍼 각부분의 검출파장과 검출된 파장의 검출빈도를 나타낸 그래프이다.

도 8a와 도 8b는 각각 경사진 저면을 가지는 포켓에 실장된 웨이퍼 각부분의 검출파장과 검출된 파장의 검출빈도를 나타낸 그래프이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10:포켓 20:AlN 원판

본 발명은 반도체 웨이퍼 실장용 서셉터에 관한 것으로, 특히 열전도율이 높아 실장된 웨이퍼 전체에 고르게 열을 전달하여, 반도체 웨이퍼 상에 증착 또는 성장되는 박막의 균일도를 향상시킬 수 있는 반도체 웨이퍼 실장용 서셉터에 관한 것이다.

일반적으로 종래 반도체 웨이퍼 실장용 서셉터는 흑연의 상부에 SiC를 코팅한 구조를 가지고 있으며, 이와 같은 종래 반도체 웨이퍼 실장용 서셉터를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 반도체 웨이퍼 실장용 서셉터의 평면도이고, 도 2는 도 1에서 A-A'방향의 단면도이다.

이를 참조하면, 종래 반도체 웨이퍼 실장용 서셉터는 복수의 반도체 웨이퍼를 실장하기 위한 원형의 포켓(1)이 마련되어 있다.

이와 같은 종래 서셉터는 흑연(2)의 상부에 SiC코팅층(3)이 코팅된 것이다.

상기 SiC코팅층(3)은 흑연(2)의 상부에 화학적 기상증착(CVD)법으로 SiC를 증착하여 형성된다.

SiC코팅층(3)을 서셉터의 표면층으로 사용하는 이유는 열충격에 강하고, 내마모성과 내식성이 높으며, 파티클의 발생이 적기 때문이다.

그러나, 상기 SiC코팅층(3)은 가격이 고가이며, 열전도율이 67W/mㆍK로 상대적으로 낮기 때문에 상기 포켓(1)에 실장된 반도체 웨이퍼에 증착등을 할 때, 그 반도체 웨이퍼의 중앙부와 가장자리에는 온도의 차이가 발생하게 된다.

상기 SiC코팅층(3)의 열전도율에 기인한 웨이퍼의 부분적인 온도차이에 의하여 그 웨이퍼 상에 증착되는 박막은 균일도가 저하된다.

상기 박막의 균일도가 저하되면 제조되는 반도체 소자의 특성에도 차이가 발생하게 되어 공정의 신뢰성과 수율이 저하되는 문제점이 있었다.

이와 같은 열전도율에 기인한 반도체 웨이퍼의 부분적인 온도차이를 극복하기 위하여 종래 서셉터는 그 포켓(1)의 저면에 다수의 홈을 마련하는 등의 처리를 하였다.

그러나, 상기 SiC코팅층(3)은 그 경도가 2500Kg/mm²이며, 이 경도는 다이아몬드 다음으로 높은 경도를 가지는 것이기 때문에 위와 같은 후처리 가공이 대단히 어려운 문제점이 있다.

또한 상기 SiC코팅층(3)을 후처리 가공하지 않는 경우에도, 증착되는 SiC코팅층(3)의 두께가 불균일한 경우에는 반도체 웨이퍼에 부분적인 온도차를 발생시키기 때문에 그 SiC코팅층(3)을 대단히 균일하게 증착해야 하기 때문에 제조공정이 용이하지 않은 문제점이 있었다.

그리고 상기 SiC코팅층(3)을 이용한 서셉터는 공정의 진행과정에서 그 SiC코팅층(3)이 일부 박리가 될 수 있으며, 실제로 10여회 사용한 SiC코팅층(3)을 포함하는 서셉터는 SiC코팅층(3)의 일부가 박리되어, 그 박리된 SiC코팅층(3)을 사용하는 경우 실장되는 반도체 웨이퍼에 부분적인 온도의 차이가 발생된다.

이를 방지하기 위하여 10여회 사용한 SiC코팅층(3)은 SiC의 재증착 또는 리페어(repair)과정을 통해 균일한 SiC코팅층(3)이 유지되도록 해야 하기 때문에 유지보수비용이 증가하며, 반도체 제조공정이 중단되는 경우가 발생하여 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 실장 되는 웨이퍼 전체에서 열적 균형을 이루어 증착 또는 성장되는 박막의 두께 및 막질의 균일도를 향상시킬 수 있는 반도체 웨이퍼 실장용 서셉터를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 리페어하지 않고도 반영구적으로 사용할 수 있는 반도체 웨이퍼 실장용 서셉터를 제공함에 다른 목적이 있다.

아울러 본 발명의 또 다른 목적은 후처리 가공이 용이하며, 형상의 변경 등이 용이한 반도체 웨이퍼 실장용 서셉터를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 AlN을 가압 소결한 단일층의 AlN 원판과, 상기 AlN 원판 상에 마련되어 웨이퍼를 실장하는 적어도 하나 또는 둘 이상의 포켓을 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

<실시예1>

도 3은 본 발명에 따르는 반도체 웨이퍼 실장용 서셉터의 일실시 단면도이다.

이를 참조하면, 본 발명 반도체 웨이퍼 실장용 서셉터는 바닥면이 평면인 다수의 포켓(10)을 구비하는 AlN 원판(20)으로 구성된다.

상기 AlN 원판(20)은 종래와 같이 흑연의 상부에 코팅된 것이 아니며, AlN을 가압 소결하여 상면에 다수의 포켓(10)을 구비하는 단일 구조를 가진다.

상기 AlN 원판(20)은 AlN을 온도와 압력을 각각 1800 내지 2000℃, 35 내지 45MPa의 분위기에서 30분간 가압소결하여 형성한다.

상기 AlN 원판(20)은 그 열전도율이 170W/mㆍK로 종래 SiC코팅층에 비하여 2배 이상 높은 열전도율을 나타낸다.

이에 따라 그 포켓(10)에 실장되는 반도체 웨이퍼는 부분적인 열의 불균형이 거의 나타나지 않게 된다. 이에 따라 반도체 웨이퍼 상에 균일한 두께의 박막을 증착하는 것이 가능하게 된다.

도 4는 종래 서셉터와 본 발명에 따르는 서셉터의 각부분의 열적 균일도를 나타낸 그래프이다.

이를 참조하면, 종래 SiC코팅층을 사용하는 서셉터는 웨이퍼의 중앙부(center)의 온도가 플랫(flat) 및 라운드(round)에 비하여 그 온도가 매우 높은 것으로 측정되었다.

이와 같은 반도체 웨이퍼의 중앙부와 플랫 및 라운드의 온도차는 상기 SiC코팅층의 열전도율이 상대적으로 낮기 때문에 발생한다.

이에 대하여, 본 발명의 AlN 원판(20)을 사용하는 서셉터에 실장된 반도체 웨이퍼는 그 중앙부, 플랫 및 라운드의 온도가 거의 동일함을 알 수 있다.

이는 상기 AlN 원판(20)의 열전도율이 대단히 우수하기 때문이며, 반도체 웨이퍼의 각 부분의 온도를 균일하게 함으로써, 그 반도체 웨이퍼 상에 증착되는 박막의 균일도를 향상시킬 수 있게 된다.

<실시예2>

도 5는 본 발명에 따르는 반도체 웨이퍼 실장용 서셉터의 다른 실시 단면도이다.

이를 참조하면, 본 발명에 따르는 반도체 웨이퍼 실장용 서셉터는 다수의 홈이 저면에 마련된 포켓(10)이 상부에 다수로 마련된 AlN 원판(20)으로 구성된다.

상기 AlN 원판(20)은 그 경도가 1000Kg/mm²이며, 이는 경도가 2500Kg/mm²인 SiC코팅층에 비하여 매우 낮은 것으로 가공성이 향상된다.

이에 따라 상기 포켓(10)을 평평한 상태로 제작한 후에도, 후처리 가공을 통해 상기 포켓(10)의 저면에 다수의 홈을 용이하게 형성할 수 있다.

이와 같은 가공의 용이성은 원판 형태의 AlN 원판(20)을 형성한 후, 포켓(10)을 그 AlN 원판(20)의 상면에 형성하는 것도 가능하며, 오형성된 포켓(10)의 크기 등을 바로잡을 수 있는 등 사용의 편의성이 향상된다.

또한, 본 발명에 따르는 웨이퍼 실장용 서셉터는 그 구조가 단일 층의 구조 를 가지는 것이며, 이는 반도체 웨이퍼를 실장한 상태에서 공정이 진행되어도 코팅층이 박리되는 것을 원천적으로 방지할 수 있게 된다.

이에 따라 본 발명에 따르는 웨이퍼 실장용 서셉터는 표면부분의 박리에 의한 리페어 공정이 필요하지 않으며, 이는 생산성과 제조공정의 신뢰성을 향상시킨다.

또한, 그 수명이 반영구적이어서 보다 경제적이다.

<실시예3>

도 6은 본 발명에 따르는 반도체 웨이퍼 실장용 서셉터의 다른 실시 단면도이다.

이를 참조하면, AlN 원판(20)의 상부에 마련된 포켓(10)의 저면은 일측으로 기울어져 있다. 이때, 기울어진 포켓(10) 저면의 경사각도는 0°를 제외한 -2~1°이다.

이와 같이 포켓(10)의 저면을 경사지게 형성한 경우 평면상의 저면을 가지는 포켓에 비하여 열적인 균일도가 향상된다.

도 7a와 도 7b는 각각 포켓 저면의 경사도가 0°인 경우의 웨이퍼 중앙부, 라운드 및 플랫에서 검출되는 파장을 나타낸 측정결과 그래프와, 각 파장대별 카운트 수를 나타낸 그래프이다.

이를 참조하면 도 7a에 도시한 바와 같이 웨이퍼의 중앙부에서 검출되는 파장은 449nm이며, 라운드와 플랫에서는 각각 468nm와 478nm의 파장이 검출되었다.

측정된 파장의 평균값은 463.0nm, 중간값은 460.6nm이며, 평균값과 중간값의 차이 비는 2.498%이다.

또한, 그 시험의 결과로서 451.1nm의 파장이 가장 많이 검출되었다.

그러나, 이 파장은 평균값인 463.0nm와는 상대적으로 차이가 크며, 이는 좁은 범위에서 파장이 검출되지 않고 넓은 범위에서 파장이 검출됨을 나타낸다.

도 8a와 도 8b는 각각 포켓(10)의 경사각이 -1°인 경우, 반도체 웨이퍼의 각 영역에서 검출된 파장의 측정결과 그래프 및 그 검출된 파장의 카운터 값을 나타낸 그래프이다.

이를 참조하면, 웨이퍼의 센터에서 검출되는 파장은 454nm, 라운드 부분은 466nm, 플랫 부분은 476nm의 파장이 검출된다.

포켓(10)의 경사각이 -1°인 경우 그 차는 12nm로 중앙부와 라운드 부분의 균일도가 개선되었음을 확인할 수 있다.

포켓(10) 경사각이 -1°인 경우, 검출되는 파장의 평균값은 453.0nm이며, 중앙값은 458.5nm로 그 평균값과 중앙값의 차이는 위의 저면이 평면인 포켓에 비하여 현저하게 줄어들었음을 알 수 있다.

이는 검출되는 전체 파장의 범위의 중앙부분에서 검출되는 파장이 가장 많음을 나타낸다.

즉, 포켓(10) 바닥면의 경사각이 -1°일 때, 검출 카운터수가 가장 많은 파장은 평균값 및 중앙값에 가까운 455.3nm이며, 이는 전체적인 균일도가 포켓(10)의 저면이 평면인 경우에 비해 향상되었음을 뜻한다.

상기와 같이 AlN 원판(20)을 사용하는 경우 그 포켓(10)의 저면을 경사지게 가공하는 것이 SiC코팅층을 사용하는 경우에 비하여 보다 용이하게 된다.

이는 본 발명의 서셉터가 가공성이 보다 뛰어나며, 경우에 따라 포켓 디자인을 쉽게 변경하여 사용할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예들을 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예들에 한정되지 않으며 본 발명의 개념을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능하다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따르는 반도체 웨이퍼 실장용 서셉터는 열전도율이 보다 높은 AlN을 사용하여, 실장되는 반도체 웨이퍼 전체의 열적 균일도를 향상시킴으로써, 그 웨이퍼 상에 증착 또는 성장되는 박막의 두께 및 막질 균일도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

아울러 본 발명에 따르는 반도체 웨이퍼 실장용 서셉터는 상대적으로 경도가 낮은 AlN을 사용하여 가공성이 우수하며, 경우에 따라서 포켓의 형상 등을 변경하여 각 제조공정에 따라 최적화된 서셉터를 제공할 수 있어, 공정의 신뢰성을 향상시키고 수율을 높이는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르는 반도체 웨이퍼 실장용 서셉터는 AlN을 가압 소결한 단일층으로서, 사용에 따라 박리 등이 발생하지 않아 리페어하지 않고도 반영구적으로 사용할 수 있어, 편의성과 경제성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 불순물이 포함되지 않은 순수 AlN을 1800 내지 2000℃의 온도에서 35 내지 45MPa의 압력으로 30분간 소결한 단일층의 AlN 원판과,

   상기 AlN 원판 상에 기계적 가공을 통해 마련되며, 그 내측에 웨이퍼를 실장하며, 그 저면이 경사면인, 적어도 하나 또는 둘 이상의 포켓을 포함하는 반도체 웨이퍼 실장용 서셉터.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 경사면은 0°를 제외한 -2° 내지 1°의 범위내에서 경사진 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 실장용 서셉터.

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