KR101487407B1 - 서셉터 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

실시예는 서셉터를 하우징 내부에 배치하는 단계; 상기 하우징 내부를 800℃ 내지 1200℃의 온도로 가열하는 단계; 상기 하우징 내부를 감압하는 단계; 상기 하우징 내부에 불활성 기체를 공급하는 단계; 및 상기 하우징 내에서 상기 서셉터를 베이킹하여 상기 서셉터로부터 불순물을 확산시키는 단계를 포함하는 서셉터의 처리 방법을 제공한다.

Description

서셉터 처리 장치 및 방법{Processing apparatus and method of susceptor}
실시예는 서셉터의 처리 장치 및 처리 방법에 관한 것이다.
실리콘 에피택셜층을 기상 성장시킨 실리콘 에피택셜 웨이퍼는 높은 게터링 능력과 낮은 래치업(latch-up) 특성, 그리고 고온에서 슬립(slip)에 강하며, 폴리시드 웨이퍼에 비해 폴리싱 (polishing) 또는 결정성 기인한 결함(defect)이 매우 적은 장점을 가지고 있다.
경면 가공된 반도체 웨이퍼에 단결정의 얇은 에피택셜 막을 성장시킨 것을 에피택셜 웨이퍼라 한다. 에피택셜 웨이퍼 제조를 위해 서셉터(Susceptor) 위에 웨이퍼를 배치하고 1150℃로 가열한 뒤 소스 가스를 흘려주어 웨이퍼 위에 단결정 막이 성장되게 하는 CVD(CVD:Chemical Vapor Deposition) 공정을 수행한다.
현재, 서셉터는 그라파이트(graphite)를 가공하여 고순화하고, SiC를 코팅한 후 세정하여 사용한다. 상술한 공정으로 제조된 서셉터를 별도의 처리 공정 없이 에피 반응기(Ept Reactor)에 장착하므로, 서셉터의 표면이나 내부에 메탈(metal)이나 수분 등이 존재할 수 있다.
도 1은 에피 반응기의 MCLT 리커버리(recoverly)를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이 에피 반응기의 메탈 수준(MCLT)이 가동 범위를 만족할 때까지 장기간 재가동을 하게 되므로 장비의 가동률이 현저히 감소될 수 있다. 여기서 MCLT(Minority Carrier Lifetime)는 웨이퍼에서 메탈 오염(P형의 웨이퍼에서는 특히 Fe오염)을 확인하는 방법이고, 웨이퍼에 P형의 마이너 캐리어(Minor carrier)인 전자(electron)를 여기시켜 전자가 홀(hole)과 결합하는 시간을 계산하고 이때 메탈 오염 등이 있으면 결합 시간이 짧아져서 메탈 오염 여부를 알 수 있다.
에피 반응기의 MCLT 리커버리 문제를 해결하고자 서셉터를 에피 반응기에 장착 이전에 200℃ 미만의 오픈에 보관하여 수분을 제거하기도 하지만, 이 경우에도 서셉터에 잔류하는 메탈을 제거하기 위하여는 상술한 바와 같은 장시간의 재가동의 필요하다. 재가동 절차는 다양한 방법으로 진행될 수 있으며, 실가스(TCS)없이 고온에서 베이킹(Baking)을 반복적으로 하는 방법, 실가스를 넣고 고온에서 증착/에칭을 반복하는 방법, 그리고 실제 공정 조건에서 더미 웨이퍼를 이용하여 리커버리(Recovery)하는 방법이 있다.
실시예는 서셉터의 표면이나 내부에 존재하는 메탈이나 수분을 제거하여, MCLT 리커버리의 효율을 증대하고자 한다.
실시예는 하우징; 상기 하우징 내에 배치되고, 복수 개의 서셉터를 지지하는 지지 유닛 어레이; 상기 하우징 내에 배치되고, 상기 하우징의 내부 온도를 800℃ 내지 1200℃로 가열하는 히터; 및 상기 하우징 내부를 감압하는 펌프를 포함하는 서셉터 처리 장치를 제공한다.
서셉터의 처리 장치는 하우징 내부로 불활성 기체를 공급하는 가스 공급 유닛을 더 포함할 수 있고, 서셉터를 질소 분위기에서 수납하는 수납 유닛을 더 포함할 수 있다.
하우징은 내부가 밀폐될 수 있고, 지지 유닛 어레이는 가로 방향으로 나란하게 배치되어 상기 하우징 내부에 배치된 서셉터를 가로 방향으로 지지할 수 있다.
펌프는 100 torr 내지 100 mtorr의 압력으로 상기 하우징 내부를 감압할 수 있다.
다른 실시예는 서셉터를 하우징 내부에 배치하는 단계; 상기 하우징 내부를 800℃ 내지 1200℃의 온도로 가열하는 단계; 상기 하우징 내부를 감압하는 단계; 상기 하우징 내부에 불활성 기체를 공급하는 단계; 및 상기 하우징 내에서 상기 서셉터를 베이킹하여 상기 서셉터로부터 불순물을 확산시키는 단계를 포함하는 서셉터의 처리 방법을 제공한다.
감압하는 단계는 상기 하우징 내부를 10-3torr 미만으로 감압할 수 있다.
베이킹하는 단계는, 상기 하우징 내부를 100torr 내지 100mtorr의 압력에서 12시간 내지 24시간 지속될 수 있다.
서셉터의 처리 방법은 불순물이 확산된 서셉터를 질소 분위기 내에서 수납하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 서셉터의 처리 방법은 서셉터 내부나 표면의 메탈이나 수분 등의 불순물의 제거를 에피층의 형성을 위한 반응기가 아닌 별도의 저압 내지 진공의 하우징 내부에서 처리하여, MCLT 리커버리 효율을 증가시키고 서셉터의 사용기간을 연장시킬 수 있다.
도 1은 에피 반응기의 MCLT 리커버리(recoverly)를 나타낸 도면이고,
도 2는 서셉터 처리 장치의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 3은 도 2에서 서셉터의 처리 공정 후 질소 분위기 하에서 보관하는 수납 유닛을 나타낸 도면이고,
도 4는 서셉터 처리 방법의 일실시예의 흐름도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다.
본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 2는 서셉터 처리 장치의 일실시예를 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2에서 서셉터의 처리 공정 후 질소 분위기 하에서 보관하는 수납 유닛을 나타낸 도면이다. 이하에서 도 2 및 도 3을 참조하여 실시예에 따른 서셉터 처리 장치를 설명한다.
실시예에 따른 서셉터 처리 장치(100)는 하우징(110)과 하우징(110) 내부에는 복수 개의 서셉터(150)가 배치될 수 있고, 각각의 서셉트(150)는 지지 유닛 어레이(140)에 의하여 지지될 수 있다. 지지 유닛 어레이(140)는 가로 방향으로 나란하게 배치되어 서셉터(150)를 가로 방향으로 지지할 수 있다.
지지 유닛 어레이(140) 위에는 공정 수행 시에 각각의 서셉터(150)가 하나씩 안착될 수 있도록 지지 핀(145)가 배치되는데, 지지 핀(145)은 서셉터(150)가 지지 유닛 어레이(140) 위에 면접하지 않고 포인트 컨택할 수 있도록 하며, 서셉터(150)의 안정적인 배치를 위하여 지지 핀(145)은 3개 이상일 수 있다.
복수 개의 지지 유닛 어레이(140)는 지지 바(130) 내부에서 고정될 수 있는데, 원형 내지 사각형의 내부 공간을 이루는 지지 바(130)에 복수 개 지지 유닛 어레이(140)가 끼워지는 등의 방법으로 고정될 수 있다. 지지 바(130)의 상부에는 커버(135)가 배치될 수 있다.
하우징(110) 내부에서 히터(120)가 배치되어 하우징(110) 내부의 온도를 조절할 수 있는데, 도 2에서 히터(120)가 하우징(110)의 측벽에 배치되고 있으나 바닥면이나 기타 다른 영역에 배치될 수도 있으며, 하우징(110)의 측벽에서 내부 공간을 둘러싸고 원통 타입으로 배치될 수 있다. 히터(120)는 하우징(110)의 내부 온도를 800℃ 내지 1200℃로 가열할 수 있다.
하우징(110)의 일측면에는 불활성 기체 등을 공급하는 가스 공급 유닛(160)이 배치되는데, 가스 공급 유닛(160)과 하우징(110)의 내부는 제1 밸브(165)를 통하여 연결될 수 있다.
하우징(110)의 다른 측면에는 하우징 내부를 감압하는 펌프(170)가 배치되는데, 펌프(170)는 제2 밸브(175)를 통하여 하우징(110)의 내부와 연결될 수 있다. 펌프(170)는 100 torr 내지 100 mtorr의 압력으로 하우징(110) 내부를 감압할 수 있다.
상술한 가스 공급 유닛(160)과 펌프(170)의 작용을 위하여, 하우징(110)의 내부는 밀폐될 수 있고 제1 밸브(165)와 제2 밸브(175)를 통하여 외부로부터의 기체의 공급 및 배기 등이 이루어질 수 있다.
도 3에서 수납 유닛(200)은 도 2의 서셉터 처리 장치(100)에서 불순물이 제거된 서셉터(150)를 질소(N2) 분위기에서 보관할 수 있다.
도 4는 서셉터 처리 방법의 일실시예의 흐름도이다.
본 실시예에 따른 서셉터 처리 방법은 먼저, 서셉터를 하우징 내부로 로딩한다(S110). 이때, 서셉터를 상술한 지지 유닛 어레이 위에 배치시킬 수 있다.상술한 로딩은 하우징 외부의 로딩 암(loading arm)을 사용하여 진행할 수 있다.
그리고, 하우징 내부를 800℃ 내지 1200℃의 온도로 가열(S120)하는데, 하우징 내부의 히터를 사용하여 가열할 수 있다. 하우징 내부의 가열 온도가 높을수록 유리하나 온도가 너무 높으면 서셉터의 변형이 일어날 수 있으므로 1200℃를 넘지 않도록 하고, 적어도 800℃ 이상의 온도로 가열할 수 있다.
그리고, 하우징 내부를 감압(S130)하는데 상술한 펌프를 사용하여 감압할 수 있고, 하우징 내부를 10-3torr 미만으로 감압할 수 있다.
그리고, 하우징 내부에 상술한 가스 공급 유닛을 사용하여 불활성 기체를 공급(S140)하는데,헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논 및 라돈기체를 공급할 수 있는데 하우징 내의 온도 균일성 확보와 압력 조절을 용이하게 할 수 있으며, 또한 질소 기체를 공급할 수도 있다.
불활성 기체 등을 공급하여 하우징 내부가 안정화(S150)된 후, 서셉터의 베이킹(baking, S160)을 진행할 수 있다. 베이킹 공정에서는 고온의 환경에서 서셉터로부터 메탈이나 수분 등의 불순물이 외부로 확산되어 제거될 수 있다. 서셉터의 베이킹은, 하우징 내부를 100torr 내지 100 밀리torr의 압력에서 12시간 내지 24시간 지속될 수 있다. 하우징 내부의 압력을 낮추는 것은 서셉터로부터 불순물의 확산을 촉진하기 위함이며, 상술한 범위보다 더 진공으로 형성하면 공정비용이 증가하거나 장비가 복잡해질 수 있다.
그리고, 하우징 내부를 냉각하고 감압(S170)할 수 있다.
그리고, 서셉터를 하우징으로부터 언로딩(unloading, S180)할 수 있다. 언로딩된 서셉터는 도 3의 수납 장치 등에 보관될 수 있고, 불순물의 추가 오염 없이 안정적인 보관을 위하여 질소 분위기에서 보관될 수 있다.
상술한 서셉터의 처리 방법은 서셉터 내부나 표면의 메탈이나 수분 등의 불순물의 제거를 에피층의 형성을 위한 반응기가 아닌 별도의 저압 내지 진공의 하우징 내부에서 처리하여, MCLT 리커버리 효율을 증가시키고 서셉터의 사용기간을 연장시킬 수 있다.
이상과 같이 실시예는 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 서셉터 처리 장치 110: 하우징
120: 히터 130: 지지 바
140 :지지 유닛 어레이 145: 지지 핀
150: 서셉터 160: 가스 공급 유닛
165, 175: 제1,2 밸브 170: 펌프
200: 수납 유닛

Claims (9)

  1. 서셉터를 하우징 내부에 배치하는 단계;
    상기 하우징 내부를 800℃ 내지 1200℃의 온도로 가열하는 단계;
    상기 하우징 내부를 1차 감압하는 단계;
    상기 하우징 내부에 불활성 기체를 공급하는 단계;
    상기 하우징 내에서 상기 서셉터를 베이킹하여 상기 서셉터로부터 불순물을 확산시키는 단계;
    상기 하우징 내부를 2차 감압하는 단계; 및
    상기 불순물이 확산된 서셉터를, 불순물의 추가 오염이 없도록 질소 분위기 내에서 보관하는 단계를 포함하는 서셉터의 처리 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 감압하는 단계는 상기 하우징 내부를 10-3torr 미만으로 감압하는 서셉터의 처리 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 베이킹하는 단계는, 상기 하우징 내부를 100torr 내지 100mtorr의 압력에서 12시간 내지 24시간 지속되는 서셉터의 처리 방법.
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