KR100966369B1 - 화학기상증착용 서셉터 - Google Patents

화학기상증착용 서셉터 Download PDF

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Abstract

화학기상증착용 서셉터를 제공한다.
본 발명은 상부면에 웨이퍼가 올려지는 포켓을 일정깊이 함몰형성하여 구비하고, 하부면에는 일정깊이 함몰형성되어 하부로 개방된 결합부를 구비하는 상부몸체; 및 상기 상부몸체의 하부면에 함몰형성된 상기 결합부로 삽입되어 일체로 결합되고, 상기 상부몸체의 열팽창계수보다 상대적으로 높은 열팽창계수를 갖는 소재로 이루어지는 하부몸체; 를 포함한다.
본 발명에 의하면, 웨이퍼의 휨변형에 관계없이 웨이퍼측으로 열을 균일하게 전달하여 웨이퍼를 균일하게 가열할 수 있다.
화학기상장치, 서셉터, 열팽창율, 휨변형, 몰리브덴, 그라파이트

Description

화학기상증착용 서셉터{Susceptor for Chemical Vapor Deposition}
본 발명은 화학기상증착설비에 구비되어 증착대상물이 웨이퍼가 올려지는 서셉터에 관한 것이다.
일반적으로 웨이퍼(wafer)상에 박막을 형성하는 기술 중에 화학적 방식을 이용하는 화학 기상 증착 방법(Chemical Vapor Deposition; CVD)은 소스 물질의 화학 반응을 이용하여 웨이퍼 표면상에 반도체 박막이나 절연막 등을 형성한다. 이러한 화학 기상 증착 방법은, 현재 웨이퍼 상에 실리콘 막, 산화물 막, 실리콘 질화물 막, 또는 실리콘 산질화물 막, 텅스텐 막 등과 같은 다양한 박막들을 증착하기 위해 이용되고 있다. 이들 화학 기상 증착에 사용되는 웨이퍼 로딩 장치로는 진공방식의 서셉터(susceptor)가 많이 사용되고 있다.
도 1은 일반적인 화학기상증착설비를 도시한 개략도로서, 이러한 장치(30)는 일정크기의 내부공간을 갖는 챔버(31)와, 상기 챔버(31)내에 회전가능하게 배치되어 증착대상물인 웨이퍼(2)가 올려지는 포켓(32a)을 구비하는 서셉터(suscepter)(32)와, 상기 서셉터(32)의 하부에 배치되어 열을 제공하는 히터(33), 상기 챔버(31)내부로 반응가스를 공급하는 가스유입구(34) 및 반응이 종료 된 폐가스를 외부배출하는 가스배기구(미도시)를 포함하여 구성한다.
이러한 장치(30)는 상기 가스유입구(34)를 통하여 반응가스인 소스 가스(source gas)와 캐리어 가스(carrier gas)가 서셉터(32)의 상부면과 접촉함과 동시에 상기 히터(33)에 의해서 가열되는 서셉터(32)를 통해 웨이퍼(2)가 고온으로 가열됨으로서, 유입되는 반응가스가 높은 온도의 웨이퍼(2)의 증착면인 상부면에서 화학적 증착반응으로 인해 웨이퍼(2)의 표면에 질화물 박막을 형성하고, 반응이 종료된 가스는 분산물과 더불어 배기구를 통하여 외부배출되는 것이다.
여기서, 소스가스인 3족가스로는 트리메틸갈륨(TMGa), 트리에틸갈륨(TEGa), 트리메틸인듐(TMIn) 및 트리메틸알루미늄(TMAl)등이 사용될 수 있고, 캐리어가스로는 암모니아등이 사용될 수 있다.
한편, 상기 서셉터(32)의 포켓(32a)에 올려진 웨이퍼(2)를 증착하는 과정에서, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 웨이퍼(2)의 상부면(2a)인 증착면은 반응가스와 접하도록 외부노출되는 반면에 웨이퍼(2)의 하부면(2b)은 서셉터(32)에 접하기 때문에 상기 웨이퍼의 하부면(2b)은 상부면(2a)에 비하여 상대적으로 높은 온도로 가열되고, 이로 인하여 상기 웨이퍼(2)는 외주측이 상부로 휘어지는 휨변형이 발생된다.
이러한 웨이퍼(2)의 휨변형은 증착중 격자상수 및 열팽창율 차이에 의해서 발생되고, 웨이퍼의 증착면에 대한 온도 균일도에 악영향을 미치게 되어 파장균일도에 악영향을 미치게 될 뿐만 아니라 응력집중에 의하여 웨이퍼가 파손되는 문제점이 있었다.
즉, 웨이퍼(2) 증착면에 막이 증착되는 동안, 상기 서셉터(32)상에 놓인 웨이퍼(2)에 열이 균일하게 전달되지 않을 경우, 가열된 열이 서셉터의 내주 및 외주 방향에 동일하게 전달되지 않게 되므로, 포켓에 안착된 웨이퍼에서의 물질막 증착 효율이 저하된다.
그리고, 상기 웨이퍼가 발광다이오드 제조용 사파이어 기판인 경우, 웨이퍼상에서도 영역에 따라 서로 다른 발광 파장영역을 갖는 발광 다이오드가 생산된다.
이는 상기 서셉터(32)상에 올려진 웨이퍼(2)의 가열상태가 전체 웨이퍼에 걸쳐 다르기 때문에 하나의 웨이퍼에 형성되는 물질막인 질화막의 두께도 영역에 따라 심한 편차를 나타내고 이러한 편차에 따라 발광 다이오드 반도체 소자의 발광 파장 특성이 다르게 나타나게 된 것이다.
이와 같이, 하나의 서셉터 상에서 장착된 웨이퍼로부터 생산되는 발광 다이오드의 발광 파장영역이 균일하지 않고, 다양하게 나타나므로 이를 균일화시킬 수 있는 서셉터가 요구된다.
또한, 이러한 문제점을 야기시키는 웨이퍼의 휨변형은 웨이퍼의 직경이 대형화되는 추세에 따라 점차 커지게 되고 웨이퍼의 대형화에 가장 큰 장해로 대두되고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 그 목적은 웨이퍼의 휨변형에 관계없이 웨이퍼측으로 열을 균일하게 전달하여 웨이퍼를 균일하게 가열할 수 있는 화학기상증착용 서셉터를 제공하고자 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 기술적인 수단으로서, 본 발명은 상부면에 웨이퍼가 올려지는 포켓을 일정깊이 함몰형성하여 구비하고, 하부면에는 일정깊이 함몰형성되어 하부로 개방된 결합부를 구비하는 상부몸체; 및 상기 상부몸체의 하부면에 함몰형성된 상기 결합부로 삽입되어 일체로 결합되고, 상기 상부몸체의 열팽창계수보다 상대적으로 높은 열팽창계수를 갖는 소재로 이루어지는 하부몸체; 를 포함하는 화학기상증착용 서셉터를 제공한다.
바람직하게, 상기 결합부는 상기 하부몸체의 외측에 형성된 복수개의 조립돌기가 걸리는 링형 걸림턱을 구비하고, 상기 링형 걸림턱에는 상기 조립돌기가 삽입되는 조립홈을 구비한다.
바람직하게, 상기 결합부는 상기 하부몸체의 외경과 동일한 크기의 내경크기를 갖는 원형홈으로 구비된다.
바람직하게, 상기 상부몸체와 하부몸체는 상기 결합부에 도포되는 접착제를 매개로 하여 일체로 접착된다.
바람직하게, 상기 상부몸체는 그라파이트로 이루어지고, 상기 하부몸체는 몰리브덴으로 이루어진다.
상기한 구성의 본 발명에 의하면, 웨이퍼가 올려지는 서셉터를 열팽창계수가 낮은 상부몸체와 열팽창계수가 높은 하부몸체로 이루어짐으로서 웨이퍼의 휨변형과 동일한 형태로 휨변형이 이루어져 웨이퍼측으로 열전달을 안정적으로 유지하여 웨이퍼를 균일하게 가열할 수 있기 때문에, 웨이퍼의 표면온도를 균일하게 하여 응력집중에 의한 파손을 방지하고, 증착을 균일한 두께로 형성하여 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 얻어진다.
이하 본 발명에 대해서 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 화학기상증착용 서셉터의 제1실시예를 도시한 단면 사시도이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 서셉터(100)는 증착대상물인 웨이퍼(2)가 올려지고, 반응챔버(30)의 내부에 회전가능하게 배치되어 히터에서 제공되는 웨이퍼(2)측으로 전달하는 웨이퍼 지지 구조물이다.
이러한 서셉터(100)는 상부몸체(110)와 하부몸체(120)로 이루어지며, 상기 상부몸체(110)는 상부면에 상기 웨이퍼(2)가 올려져 배치되는 포켓(112)을 일정깊이 함몰형성하고, 웨이퍼와 마찬가지로 원반형태로 구비된다. .
이러한 포켓(112)의 내경은 증착하고자 하는 웨이퍼(2)의 외경크기와 동일하거나 다소 크게 형성되어야 한다.
그리고, 상기 상부몸체(120)의 하부면에는 상기 하부몸체(120)가 하부로부터 삽입되어 일체로 결합되도록 일정깊이 함몰형성되어 하부로 개방된 결합부(111)를 구비한다.
상기 하부몸체(120)는 상기 상부몸체(110)의 열팽창계수보다 상대적으로 높은 열팽창계수를 갖는 소재로 이루어진다.
그리고, 상기 결합부(111)는 상기 하부몸체(120)의 외측에 형성된 복수개의 조립돌기(122)가 걸리는 링형 걸림턱(114)을 일체로 구비하고, 상기 링형 걸림턱(114)에는 상기 조립돌기(122)에 맞추어 상기 조립돌기(122)가 걸림없이 삽입되는 조립홈(116)을 구비한다.
이에 따라, 상기 하부몸체(120)는 상기 조립홈(116)에 맞추어 조립돌기(122)를 삽입함으로서 상기 상부몸체(110)의 결합부(112)에 배치한 다음, 상기 하부몸체(120)를 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시킴으로서 상기 조립돌기(122)가 링형 걸림턱(114)에 걸리어 하부로 이탈되지 않도록 함으로서, 상기 상부몸체(110)와 하부몸체(120)는 일체로 결합될 수 있는 것이다.
이때, 상기 결합부(111)는 상기 하부몸체(120)의 외경(OD)과 동일한 크기의 내경(ID)을 갖는 원형홈으로 구비되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 상기 하부몸체의 외주면은 상기 결합부의 내주면에 밀착될 수 있는 것이다.
그리고, 상기 상부몸체(110)는 그라파이트로 이루어지고, 상기 하부몸체(120)는 몰리브덴으로 이루어질 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니며 서로 다른 열팽창계수를 갖는 소재로 이루어질 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 화학기상증착용 서섭터의 제2실시예를 도시한 단면 사시도로서, 이러한 서셉터(100a)는 열팽창계수가 상대적으로 높은 하부몸체(120)가 상대적으로 낮은 열팽창계수를 갖는 상부몸체(110)의 하부면에 형성된 결합부(111)에 접착제를 매개로 하여 일체로 접착될 수도 있다.
상기와 같이 상부몸체(110)의 결합부(111)에 하부몸체(120)를 일체로 결합한 서셉터(100,100a)를 반응챔버(30)에 배치한 상태에서, 반응챔버(30)내로 반응가스를 공급하면서 히터(33)에서 제공되는 열을 서셉터(100,100a)에 제공함으로서 서셉터(100,100a)의 포켓(112)에 올려진 웨이퍼의 상부면인 증착면에 대한 금속물 증착이 이루어지게 된다.
이러한 경우, 도 4(a)(b)와 도 6(a)(b)에 도시한 바와 같이, 상기 포켓(112)에 올려진 웨이퍼(2)는 증착초기에 수평상태를 유지하게 되지만, 상기 서셉터를 통하여 웨이퍼측으로 열을 전달하여 가열하는 시간이 점차 경과하게 되면, 상기 웨이퍼(2)는 반응가스와 접하여 증착이 이루어지는 상부면과 상기 서셉터(100,100a)의 상부몸체(110)와 접하는 하부면간의 온도차이에 의해서 중심부에 비하여 외주부가 위로 휘어지는 휨변형이 발생된다.
이때, 상기 상부몸체(110)와 일체로 결합되는 하부몸체(120)는 상기 상부몸체의 열팽창계수보다 상대적으로 높은 열팽창계수를 갖는 소재로 이루어져 있기 때문에, 상기 웨이퍼(2)가 올려지는 상부몸체의 열평창율은 상기 하부몸체(120)의 열팽창율보다 낮아 상기 상부몸체와 하부몸체는 상기 웨이퍼와 마찬가지로 아래로 볼록하도록 외측이 위로 휘어지게 된다.
이에 따라, 상기 상부몸체의 포켓에 올려진 웨이퍼의 하부면과 포켓의 바닥면과의 접촉상태를 그대로 유지함으로서, 상기 서셉터를 통하여 상기 웨이퍼의 표면으로 열을 일정하게 전달할 수 있고, 이로 인하여 웨이퍼(2) 증착면에 금속막이 증착되는 동안 웨이퍼(2)를 전체 면적에 걸쳐서 고르게 가열할 수 있는 것이다.
이러한 경우, 상기 웨이퍼(2)에 열이 균일하게 전달되면서 웨이퍼의 증착효율을 증가시킬 수 있고, 웨이퍼에 형성되는 물질막인 질화막의 두께도 영역에 관계없이 발광 파장 특성이 균일하게 나타나게 된다.
본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 밝혀두고자 한다.
도 1은 일반적인 화학기상증착설비를 도시한 개략도이다.
도 2는 종래기술에 따른 서셉터를 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 화학기상증착용 서셉터의 제1실시예를 도시한 단면 사시도이다.
도 4(a)(b)는 본 발명에 따른 화학기상증착용 서셉터의 제1실시예에서의 휨변형을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 화학기상증착용 서셉터의 제2실시예를 도시한 단면 사시도이다.
도 6(a)(b)는 본 발명에 따른 화학기상증착용 서셉터의 제2실시예에서의 휨변형을 도시한 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
2 : 웨이퍼 31 : 반응챔버
33 : 히터 110 : 상부몸체
111 : 결합부 112 ; 포켓
114 : 링형 걸림턱 116 : 조립홈
120 : 하부몸체 122 : 조립돌기

Claims (5)

  1. 상부면에 웨이퍼가 올려지는 포켓을 일정깊이 함몰형성하여 구비하고, 하부면에는 일정깊이 함몰형성되어 하부로 개방된 결합부를 구비하는 상부몸체; 및
    상기 상부몸체의 하부면에 함몰형성된 상기 결합부로 삽입되어 일체로 결합되고, 상기 상부몸체의 열팽창계수보다 상대적으로 높은 열팽창계수를 갖는 소재로 이루어지는 하부몸체; 를 포함하는 화학기상증착용 서셉터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 결합부는 상기 하부몸체의 외측에 형성된 복수개의 조립돌기가 걸리는 링형 걸림턱을 구비하고, 상기 링형 걸림턱에는 상기 조립돌기가 삽입되는 조립홈을 구비함을 특징으로 하는 화학기상증착용 서셉터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 결합부는 상기 하부몸체의 외경과 동일한 크기의 내경크기를 갖는 원형홈으로 구비됨을 특징으로 하는 화학기상증착용 서셉터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 상부몸체와 하부몸체는 상기 결합부에 도포되는 접착제를 매개로 하여 일체로 접착됨을 특징으로 하는 화학기상증착용 서셉터.
  5. 제1항에 있어서, 상기 상부몸체는 그라파이트로 이루어지고, 상기 하부몸체는 몰리브덴으로 이루어짐을 특징으로 하는 화학기상증착용 서셉터.
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