KR100925060B1 - 화학 기상 증착 장치용 서셉터 - Google Patents

Abstract

화학 기상 증착 장치용 서셉터를 제공한다.

본 발명은 반응가스가 공급되는 챔버내에 회전가능하게 배치되고, 가열수단을 통해 포켓에 올려진 웨이퍼의 표면에 금속 화합물을 화학적으로 증착하는 서셉터에 있어서, 상기 포켓이 상부면에 복수개 구비되고, 내측으로 일정깊이를 가지며 오목한 함몰부가 하부면에 복수개 구비되는 웨이퍼 안착부; 및 상기 함몰부에 에어캐비티(air cavity)를 형성하도록 상기 웨이퍼 안착부의 하부면에 밀착되어 상기 가열수단으로부터 제공되는 열을 상기 웨이퍼 안착부에 전달하는 열전달부;로 이루어지고, 상기 함몰부는 상기 포켓의 직경보다 작은 직경을 가지며, 상기 웨이퍼 안착부의 상부면에 복수개로 구비되는 상기 포켓의 위치에 대응하여 그 반대편인 상기 웨이퍼 안착부의 하부면에 각각 구비되고, 복수개로 구비되는 상기 포켓에 대응하여 그 이면에 각각 구비될 수 있도록 상기 포켓과 동일한 갯수로 구비되는 것을 특징으로 한다.

서셉터, 화학 기상 증착, 웨이퍼, 박막, 가열온도

Description

화학 기상 증착 장치용 서셉터{Susceptor for Chemical Vapor Deposition Apparatus}

본 발명은 기판상에 고온의 화학 기상 증착을 이루는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 웨이퍼가 적재되는 서셉터의 구조를 변경함으로써 가열온도가 웨이퍼 전체에 걸쳐 균일하도록 하는 화학 기상 증착 장치용 서셉터에 관한 것이다.

최근 반도체 소자의 미세화와 고효율, 고출력 LED 개발등으로 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 기술 중 금속유기 화학적 기상 증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD)이 각광을 받고 있다.

이러한 MOCVD는 화학적 기상 성장법(CVD) 중의 한가지로 유기금속의 열분해반응을 이용해 반도체 기판상에 금속 화합물을 퇴적, 부착시키는 화합물 반도체의 기상 성장법을 말하는데, 반응가스를 웨이퍼 상에 반응물질 박막의 화학적 증기증착을 일으키면서 가열된 웨이퍼 위를 통과시키고, 연속적인 처리를 거쳐 웨이퍼 상에 다수의 층이 만들어지도록 한다.

이때, 웨이퍼 표면의 전영역에서 박막이 균일한 두께를 가지도록 하는 것이 필요한데, 이를 위해서는 웨이퍼를 가열하는 온도가 웨이퍼의 전영역에 걸쳐 균일 하도록 조절하는 것이 가장 중요하다.

도 1은 일반적인 화학 기상 증착장치를 도시한 것으로서, 이러한 장치(30)는 일정크기의 내부공간을 갖는 챔버(31), 상기 챔버(31) 내에 회전가능하게 배치되어 복수개의 웨이퍼(2)가 올려지는 서셉터(susceptor)(32), 상기 서셉터(32)의 하부에 배치되어 열을 제공하는 히터(33) 및 상기 챔버(31)의 상부면으로부터 서셉터(32)의 직상부까지 연장되는 가스유입구(34)를 포함하여 구성한다.

이러한 장치(30)는 상기 서셉터(32)의 상부면 근방까지 연장된 가스유입구(34)를 통하여 반응가스인 소스 가스(source gas)와 캐리어 가스(carrier gas)가 서셉터(32)의 상부면 중앙영역으로 유입됨으로써, 유입되는 반응가스가 높은 온도의 기판(2)상에서 화학적 증착반응으로 인해 웨이퍼(2)의 표면에 질화물 박막을 형성하고, 잔류 가스나 분산물은 챔버(31)의 벽면을 타고 하부로 배출되는 것이다.

여기서, 소스 가스인 3족 가스로는 트리메틸갈륨(TMGa), 트리에틸갈륨(TEGa), 트리메틸인듐(TMIn) 및 트리메틸알루미늄(TMAl) 등이 사용되고, 캐리어 가스로는 암모니아 등이 사용된다.

도 2에서는 일반적인 화학 기상 증착 장치용 서셉터를 도시하고 있는데, 상기 서셉터(32)는 상부면에 작업 대상물인 웨이퍼(2)가 올려져 배치되도록 일정깊이로 함몰형성되는 포켓(35)을 복수개 구비하고, 상기 서셉터(32)의 하부측에는 상기 기판을 가열하기 위한 열원을 구비한다.

그러나, 웨이퍼(2) 위에 성장되는 물질의 격자크기 차이와 온도 차이로 인하여 성장이 되면서 웨이퍼(2)가 휘게되는 현상이 발생한다(bowing effect). 이러한 웨이퍼(2)의 휨현상에 의해 웨이퍼의 안쪽은 포켓의 바닥면과 접하여 온도가 높고, 웨이퍼의 바깥쪽은 포켓으로부터 이격되어 온도가 낮아지게 된다.

결국, 웨이퍼상에서 웨이퍼의 안쪽과 바깥쪽 간의 온도 차이를 유발하게 되어 성장되는 물질의 농도를 변화시킴으로써 LED와 같은 소자의 성장시 파장 균일도를 파괴시키게 되어 생산성 및 질적향상에 큰 영향을 미치는 문제를 발생시킨다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 포켓이 구비된 웨이퍼 안착부의 이면에 상기 포켓이 배치되는 위치에 대응하여 내측으로 오목한 함몰부를 구비함으로써 휨현상이 발생한 웨이퍼를 가열하는 온도가 웨이퍼 전체에 걸쳐 균일하도록 할 수 있는 화학 기상 증착 장치용 서셉터를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서 본 발명인 화학 기상 증착 장치용 서셉터는 반응가스가 공급되는 챔버내에 회전가능하게 배치되고, 가열수단을 통해 포켓에 올려진 웨이퍼의 표면에 금속 화합물을 화학적으로 증착하는 서셉터에 있어서, 상기 포켓이 상부면에 복수개 구비되고, 내측으로 일정깊이를 가지며 오목한 함몰부가 하부면에 복수개 구비되는 웨이퍼 안착부; 및 상기 함몰부에 에어캐비티(air cavity)를 형성하도록 상기 웨이퍼 안착부의 하부면에 밀착되어 상기 가열수단으로부터 제공되는 열을 상기 웨이퍼 안착부에 전달하는 열전달부;로 이루어지고, 상기 함몰부는 상기 포켓의 직경보다 작은 직경을 가지며, 상기 웨이퍼 안착부의 상부면에 복수개로 구비되는 상기 포켓의 위치에 대응하여 그 반대편인 상기 웨이퍼 안착부의 하부면에 각각 구비되고, 복수개로 구비되는 상기 포켓에 대응하여 그 이면에 각각 구비될 수 있도록 상기 포켓과 동일한 갯수로 구비되는 것을 특징으로 한다.

삭제

삭제

삭제

바람직하게 상기 함몰부는 최심부의 깊이가 상기 웨이퍼 안착부의 두께의 1/3 이상이다.

보다 바람직하게 상기 함몰부는 최심부의 깊이가 상기 웨이퍼 안착부의 두께의 1/5 이상이다.

본 발명에 의하면, 포켓이 구비된 웨이퍼 안착부의 이면에 상기 포켓이 배치되는 위치에 대응하여 내측으로 일정깊이를 가지며 오목한 함몰부를 구비함으로써 휨현상이 발생한 웨이퍼를 가열하는 온도가 웨이퍼 전체에 걸쳐 균일하도록 온도분포를 조절하여 균일한 두께의 박막을 가지는 우수한 품질의 웨이퍼를 제조할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치용 서셉터를 나타내는 평면도 및 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치용 서셉터의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.

도 3에서 도시하는 바와 같이, 본 발명에 따른 서셉터(100)는 웨이퍼 안착 부(110) 및 열전달부(120)가 상,하로 밀착하여 결합되는 구조로 이루어진다.

상기 웨이퍼 안착부(110)는 카본(carbon) 또는 탄화 규소(SiC)가 코팅된 카본으로 이루어지는 회전체로서, 반응가스가 공급되는 챔버 내에서 용이하게 회전되도록 원반형태를 가진다.

상기 웨이퍼 안착부(110)의 상부면에는 금속 화합물을 화학적으로 증착하기 위한 웨이퍼(2)가 놓여지는 포켓(111)이 상기 웨이퍼 안착부(110)의 테두리 방향을 따라서 동일면 상에 복수개 구비된다.

그리고, 상기 웨이퍼 안착부(110)의 하부면에는 내측으로 일정깊이를 가지며 오목한 함몰부(112)가 복수개 구비되는데, 상기 함몰부(112)는 상기 웨이퍼 안착부(110)의 상부면에 상기 포켓(111)이 구비되는 위치에 대응하여 그 반대편인 상기 웨이퍼 안착부(110)의 하부면에 구비된다.

즉, 상기 웨이퍼 안착부(110)를 기준으로 포켓(111)이 상부면에 구비되고, 함몰부(112)가 그 이면인 하부면에 구비되어 서로 맞대어 배치되는 구조를 가지는 것이다. 아울러, 상기 함몰부(112)는 복수개로 구비되는 상기 포켓(111)에 대응하여 그 이면에 각각 구비될 수 있도록 상기 포켓(111)과 동일한 갯수로 구비되도록 한다.

본 발명의 일실시예에서와 같이 상기 함몰부(112)는 상기 포켓(111)의 형상과 동일한 형상을 가지되 상기 포켓(111)의 지름보다 작은 지름을 가지도록 한다.

그러나, 이에 한정하는 것은 아니며 다른 실시예를 도시하고 있는 도 4에서와 같이, 상기 함몰부(112)의 형상은 중심부를 기준으로 경사진 사다리꼴 또는 돔(dome) 형상을 가지도록 성형하는 것 또한 가능하다.

한편, 상기 함몰부(112)는 최심부의 깊이가 상기 웨이퍼 안착부(110)의 두께의 1/3 이상이 되도록 한다. 보다 바람직하게 상기 함몰부(112)는 최심부의 깊이가 상기 웨이퍼 안착부(110)의 두께의 1/5 이상이 되도록 한다.

상기 열전달부(120)는 상기 웨이퍼 안착부(110)와 동일한 재질로 이루어지며, 동일한 원반형상의 외형을 가진다.

상기 열전달부(120)의 상부면에는 상기 웨이퍼 안착부(110)의 하부면이 배치되어 서로 밀착하여 결합을 이룬다. 이때, 상기 웨이퍼 안착부(110)의 하부면의 전체영역이 상기 열전달부(120)의 상부면과 밀착되는 것이 아니라 상기 함몰부(112) 부분을 제외하고 밀착되게 됨으로써, 상기 함몰부(112)에 에어 캐비티(air cavity)(121)를 형성하게 된다.

따라서, 상기 웨이퍼 안착부(110)와 열전달부(120)를 결합하게 되면, 그 결합면을 기준으로 상기 함몰부(112)에 해당하는 형상의 빈 공간에 대기중의 공기로 채워지는 에어 캐비티(121)가 형성되게 되는 것이다.

한편, 상기 열전달부(120)는 가열수단으로부터 공급되는 열을 상기 열전달부(120)의 상부면과 밀착하는 접촉면을 통하여 상기 웨이퍼 안착부(110)로 전달한다. 여기서, 열전도율이 고체에 비하여 상대적으로 낮은 공기로 채워져있는 상기 에어 캐비티(121)에 의해 상기 웨이퍼 안착부(110)측으로 전달되는 열은 전영역에 걸쳐 균일하지 못한 분포를 나타내게 된다.

즉, 열전달부(120)와 직접 접촉하는 부분은 열전도율이 좋아 온도가 높은 반 면, 에어 캐비티(121)가 위치하는 부분은 열전도율이 나빠 온도가 상대적으로 낮게 나타난다.

따라서, 상기 웨이퍼 안착부(110)상에 구비되어 있는 상기 포켓(111)의 가장자리 부분에서의 온도가 상기 에어 캐비티(121)와 맞닿는 포켓(111)의 중심부에서의 온도보다 더 높도록 온도분포를 조정할 수 있으며, 이를 통해 휨현상이 발생한 웨이퍼(2)에 대하여 효율적인 온도분포를 가지도록 하는 것이 가능하다.

도 1은 일반적인 화학 기상 증착 장치의 개략적인 모습을 도시하는 단면도이다.

도 2는 일반적인 화학 기상 증착 장치용 서셉터를 나타내는 평면도 및 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치용 서셉터를 나타내는 평면도 및 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 화학 기상 증착 장치용 서셉터의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

2 : 기판(웨이퍼) 30 : 화학 기상 증착장치

31 : 챔버 32 : 서셉터

33 : 히터(가열수단) 34 : 가스유입구

100 : 서셉터 110 : 웨이퍼 안착부

111 : 포켓 112 : 함몰부

120 : 열전달부 121 : 에어 캐비티(air cavity)

Claims (6)

1. 반응가스가 공급되는 챔버내에 회전가능하게 배치되고, 가열수단을 통해 포켓에 올려진 웨이퍼의 표면에 금속 화합물을 화학적으로 증착하는 서셉터에 있어서,

   상기 포켓이 상부면에 복수개 구비되고, 내측으로 일정깊이를 가지며 오목한 함몰부가 하부면에 복수개 구비되는 웨이퍼 안착부; 및

   상기 함몰부에 에어캐비티(air cavity)를 형성하도록 상기 웨이퍼 안착부의 하부면에 밀착되어 상기 가열수단으로부터 제공되는 열을 상기 웨이퍼 안착부에 전달하는 열전달부;로 이루어지고,

   상기 함몰부는 상기 포켓의 직경보다 작은 직경을 가지며, 상기 웨이퍼 안착부의 상부면에 복수개로 구비되는 상기 포켓의 위치에 대응하여 그 반대편인 상기 웨이퍼 안착부의 하부면에 각각 구비되고, 복수개로 구비되는 상기 포켓에 대응하여 그 이면에 각각 구비될 수 있도록 상기 포켓과 동일한 갯수로 구비되는 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 서셉터.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 함몰부는 최심부의 깊이가 상기 웨이퍼 안착부의 두께의 1/3 이상인 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 서셉터.
6. 제5항에 있어서,

   상기 함몰부는 최심부의 깊이가 상기 웨이퍼 안착부의 두께의 1/5 이상인 것을 특징으로 하는 화학 기상 증착 장치용 서셉터.

Images