KR101659217B1 - 에피텍셜 성장 장치의 크린 방법 - Google Patents

에피텍셜 성장 장치의 크린 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에피 웨이퍼를 제작하는 에피텍셜 성장 공정이 장시간 중단되더라도 유로 상에 남은 이물질을 신속하게 제거함으로써, 재가동 시간을 단축할 뿐 아니라 에피 웨이퍼의 오염도를 낮출 수 있는 에피텍셜 성장 장치의 크린 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 에피텍셜 성장 장치의 크린 방법은 에피 웨이퍼를 제작하는 에피텍셜 성장 공정이 장시간 중단되더라도 공급유로 상에 남은 이물질을 배기관을 통하여 신속하게 제거함으로써, 재가동 시간을 단축할 뿐 아니라 에피 웨이퍼의 오염도를 낮출 수 있는 이점이 있다.

Description

에피텍셜 성장 장치의 크린 방법 {Clean method for epitaxial growth apparatus}
본 발명은 에피 웨이퍼를 제작하는 에피텍셜 성장 공정이 장시간 중단되더라도 유로 상에 남은 이물질을 신속하게 제거함으로써, 재가동 시간을 단축할 뿐 아니라 에피 웨이퍼의 오염도를 낮출 수 있는 에피텍셜 성장 장치의 크린 방법에 관한 것이다.
일반적으로 경면 가공된 반도체 웨이퍼에 단결정의 얇은 에피택셜 막을 성장시킨 것을 에피 웨이퍼라고 하며, 기존의 실리콘 웨이퍼보다 표면 결함이 적고, 불순물의 농도나 종류의 제어가 가능한 특성을 갖는 웨이퍼이다. 상기 에피택셜층은 순도가 높고 결정 특성이 우수하여 고집적화되고 있는 반도체 장치의 수율 및소자 특성 향상에 유리한 장점을 갖는다.
에피 웨이퍼는 기본적으로 화학 기상 증착(chemical vapor deposition, CVD)을 이용하는데, 고온에서 실리콘 웨이퍼의 표면으로 실리콘을 포함하는 소스가스를 제공함으로써 실리콘 에피층을 성장시키며, 프로세스 챔버라는 소정의 밀폐된 반응 챔버를 이용한다.
보다 상세하게, 에피 웨이퍼가 만들어지는 과정을 살펴보면, 웨이퍼를 500℃이상 고온으로 가열된 반응 챔버 내에 반입한 다음, 서셉터 위에 놓인 웨이퍼를 고온으로 가열하고, 소스 가스와 캐리어 가스를 웨이퍼 상측으로 흘리면, 소스 가스가 웨이퍼의 표면에 증착됨에 따라 단결정의 에피층을 성장시킨다.
도 1 내지 도 2는 종래의 에피텍셜 성장 공정 완료된 시점부터 시간이 경과할수록 반응 챔버 측의 더미 웨이퍼의 MCLT가 도시된 그래프이다.
상기와 같은 에피 웨이퍼를 제작하는 에피텍셜 성장 공정이 완료되면, 반응 챔버 내에 메탈과 불순물을 포함한 수분 등이 많이 잔류하기 때문에 다시 기상 증착 공정이 이뤄지기 전까지 상온과 고온에서 각각 캐리어 가스만 반응 챔버로 유입되는 공정을 거치면서 불순물을 환기시키는 동시에 수분을 제거한다.
그런데, 캐리어 가스만 공급 유로를 통하여 반응 챔버로 유입시키는 공정이 진행되더라도 기존에 공급 유로 상에 잔류하는 소스 가스 또는 불순물이 같이 반응 챔버로 유입되어 확산되기 때문에 일시적으로 반응 챔버가 더욱 오염된다.
도 1에 도시된 바와 같이 에피텍셜 성장 공정이 완료된 시점부터 캐리어 가스만 공급하는 공정을 24hr 이상 진행한 다음, 더미 웨이퍼에 에피텍셜 성장 공정을 진행하면, 더미 웨이퍼의 MCLT 가 급격하게 낮게 나타나며, 오염도가 확연히 높아지는 것을 볼 수 있다.
따라서, 공급 유로 상에 잔류하는 불순물을 제거하기 위하여 소스 가스와 캐리어 가스를 공급 유로를 통하여 반응 챔버로 유입시키는 더미 런을 추가적으로 진행한다.
도 2에 도시된 바와 같이 더미 런을 추가적으로 4일 이상 진행한 다음, 더미 웨이퍼에 에피텍셜 성장 공정을 진행하면, 더미 웨이퍼의 MCLT 가 만족할만한 수준으로 높게 나타나며, 오염도가 낮아지는 것을 볼 수 있다.
그런데, 종래 기술에 따르면, 에피텍셜 성장 공정이 완료된 다음, 24hr 이상 경과한 후에 다시 에피텍셜 성장 공정을 진행하려면, 오염도를 낮추기 위하여 적어도 4일 이상의 더미 런이 진행되기 때문에 가동률이 떨어짐에 따라 생산 효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 에피텍셜 성장 공정이 24시간 이상 중단되더라도 공급유로에 잔류하는 이물질을 신속하게 제거하여 다시 에피텍셜 성장 공정을 진행할 수 있는 에피텍셜 성장 장치의 크린 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 공급유로와 주입관을 통하여 가스가 반응 챔버 내부로 주입되면, 상기 반응 챔버 내부에 안착된 웨이퍼 표면에 에피층이 형성되는 에피텍셜 성장 공정이 진행되는 제1단계; 상기 제1단계의 에피텍셜 성장 공정이 중단되면, 에피텍셜 성장 공정이 중단된 시점부터 경과 시간을 카운트하는 제2단계; 및 상기 제2단계의 경과 시간이 24시간 이상이면, 기상 성장 공정을 다시 진행하기 전에 상기 공급유로에 잔류하는 이물질을 제거하기 위하여 상기 공급유로와 주입관 사이에서 분지된 배기관으로 가스의 배기가 적어도 2시간 이상 이뤄지는 퍼지 공정이 진행되는 제3단계;를 포함하는 에피텍셜 성장 장치의 크린 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 에피텍셜 성장 장치의 크린 방법은 에피 웨이퍼를 제작하는 에피텍셜 성장 공정이 장시간 중단되더라도 공급유로 상에 남은 이물질을 배기관을 통하여 신속하게 제거함으로써, 재가동 시간을 단축할 뿐 아니라 에피 웨이퍼의 오염도를 낮출 수 있는 이점이 있다.
도 1 내지 도 2는 종래의 에피텍셜 성장 공정 완료된 시점부터 시간이 경과할수록 반응 챔버 측의 더미 웨이퍼의 MCLT가 도시된 그래프.
도 3은 본 발명에 따른 에피텍셜 성장 장치가 도시된 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 에피텍셜 성장 장치의 퍼지 공정을 진행하는 시간이 경과할수록 반응 챔버 측의 더미 웨이퍼의 MCLT가 도시된 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 에피텍셜 성장 장치의 퍼지 공정을 진행하는 시간이 경과할수록 소스 가스의 유량 별로 반응 챔버 측의 더미 웨이퍼의 MCLT가 도시된 그래프.
도 6은 본 발명에 따른 에피텍셜 성장 장치의 퍼지 공정을 진행하는 시간이 경과할수록 캐리어 가스의 유량 별로 반응 챔버 측의 더미 웨이퍼의 MCLT가 도시된 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 에피텍셜 성장 장치의 크린 방법이 도시된 순서도.
이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 에피텍셜 성장 장치가 도시된 구성도이다.
본 발명의 에피텍셜 성장 장치는 도 3에 도시된 바와 같이 에피텍셜 성장 공정이 이루어지는 반응 챔버(110)와, 상기 반응 챔버(110) 내부로 공급될 가스를 안내하는 공급유로(120)와, 상기 공급유로(120)에서 공급되는 가스를 상기 반응 챔버(110)로 공급하는 주입관(130)과, 상기 공급유로(120)와 주입관(130)의 연결 부분에서 분지되어 가스를 배기시키는 배기관(140)과, 상기 공급유로(120)와 주입관(130) 및 배기관(140)의 연결 부분에 설치된 밸브(V1,V2)를 포함하도록 구성된다.
상기 반응 챔버(110)는 소정의 내부 공간을 구비하고, 웨이퍼가 올려지는 서셉터가 회전 가능하게 구비된다. 따라서, 상기 반응 챔버(110) 내부로 가스가 공급되면, 상기 반응 챔버(110) 내부에서 웨이퍼의 표면에 에피층을 형성시킨 다음, 상기 반응 챔버(110) 외부로 빠져나간다.
상기 공급유로(120)는 소스 가스를 공급하는 제1공급유로(121)와, 캐리어 가스를 공급하는 제2공급유로(122)로 구성되며, 상기 제1,2공급유로(121,122)는 서로 별도로 구성되고, 각각의 유량도 별도로 제어 가능하다.
물론, 상기 제1,2공급유로(121,122)를 통과한 소스 가스와 캐리어 가스는 상기 반응 챔버(110)로 가스가 공급되기 전 합쳐진 다음, 상기 반응 챔버(110)로 유입되도록 구성된다.
상기 주입관(130)은 상기 제1,2공급유로(121,122)의 단부에 연결되는데, 상기 반응 챔버(110)의 일측으로 가스를 공급하는 메인 주입관(131)과, 상기 반응 챔버(110)의 하측으로 가스를 공급하는 보조 주입관(132)으로 구성된다.
상기 배기관(140)은 상기 제1,2공급유로(121,122)의 단부에 연결되는데, 상기 주입관(130)과 별도로 소스 가스와 캐리어 가스를 동시에 배기시킬 수 있도록 구성된다.
상기 밸브(V1,V2)는 상기 제1,2공급유로(121,122)로부터 상기 메인 주입관(131)과 보조 주입관(132) 및 배기관(140)으로 소스 가스 또는 캐리어 가스의 유동을 안내하며, 실시예에서 상기 밸브(V1,V2)는 3-way 밸브로 구성될 수 있다.
또한, 상기 밸브는 에피 웨이퍼를 제작하기 위한 에피텍셜 성장 공정과, 에피텍셜 성장 공정을 재가동하기 전에 유로 상에 이물질을 제거하기 위한 퍼지 공정에서 각각 가스의 유로 및 유량을 다르게 제어한다.
상기 에피텍셜 성장 공정이 진행되는 동안, 소스 가스와 캐리어 가스가 혼합된 가스가 상기 메인 주입관(131)을 통하여 상기 반응 챔버(110) 일측으로 공급되고, 캐리어 가스만 상기 보조 주입관(132)을 통하여 상기 반응 챔버(110) 하측으로 공급되도록 상기 밸브(V1,V2)의 작동을 조절한다.
상기 퍼지 공정이 진행되는 동안, 소스 가스와 캐리어 가스가 혼합된 가스가 상기 배기관(140)을 통하여 배기되고, 캐리어 가스가 상기 메인 주입관(131)과 보조 주입관(132)을 통하여 상기 반응 챔버(110)의 일측과 하측으로 공급되도록 상기 밸브(V1,V2)의 작동을 조절한다.
이때, 상기 퍼지 공정은 에피텍셜 성장 공정이 적어도 24시간 이상 중단되면, 적어도 2시간 이상 진행되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 퍼지 공정 중에 상기 밸브(V1,V2)는 가스의 유량을 제어하게 되는데, 상기 배기관(140)으로 배기되는 소스 가스와 캐리어 가스의 유량을 각각 5 ~ 30slm와 5 ~ 80slm 로 제어하고, 상기 메인 주입관(131)과 보조 주입관(132)으로 주입되는 캐리어 가스의 유량을 각각 5 ~ 80slm와 5 ~ 30slm 로 제어하는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명에 따른 에피텍셜 성장 장치의 퍼지 공정을 진행하는 시간이 경과할수록 반응 챔버 측의 더미 웨이퍼의 MCLT가 도시된 그래프이다.
본 발명에 따른 에피텍셜 성장 장치의 퍼지 공정은 배기관으로 배기되는 소스 가스(TCS)의 유량을 10slm 로 제어하는 동시에 메인 주입관과 보조 주입관으로 주입되는 캐리어 가스(H2)의 유량을 60slm/20slm 로 제어하도록 진행된다.
상기와 같은 조건의 퍼지 공정을 소정 시간에 걸쳐 진행한 다음, 반응 챔버 측의 더미 웨이퍼에 에피텍셜 성장 공정을 진행시키고, 더미 웨이퍼의 MCLT를 측정하면, 도 4에 도시된 바와 같이 퍼지 공정을 적어도 2시간 이상 진행한 경우에 더미 웨이퍼의 MCLT가 4000us로 나타남에 따라 비교적 품질이 만족할만한 수준에 도달한다.
따라서, 퍼지 공정을 적어도 2시간 이상 진행한 다음, 에피텍셜 성장 공정을 진행하는 것이 에피 웨이퍼의 품질을 만족시킬 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 에피텍셜 성장 장치의 퍼지 공정을 진행하는 시간이 경과할수록 소스 가스의 유량 별로 반응 챔버 측의 더미 웨이퍼의 MCLT가 도시된 그래프이다.
본 발명에 따른 에피텍셜 성장 장치의 퍼지 공정은 배기관으로 배기되는 소스 가스(TCS)의 유량을 5,10,20,30slm 로 제어하는 동시에 메인 주입관과 보조 주입관으로 주입되는 캐리어 가스(H2)의 유량을 60slm/20slm 로 제어하도록 진행된다.
상기와 같은 조건의 퍼지 공정을 소정 시간에 걸쳐 진행한 다음, 반응 챔버 측의 더미 웨이퍼에 에피텍셜 성장 공정을 진행시키고, 더미 웨이퍼의 MCLT를 측정하면, 도 5에 도시된 바와 같이 퍼지 공정을 적어도 2시간 이상 진행할 때 배기관으로 배기되는 소스 가스(TCS)의 유량이 5slm 이상인 경우에 더미 웨이퍼의 MCLT가 3520us 이상으로 나타남에 따라 비교적 품질이 만족할만한 수준에 도달한다.
그러나, 퍼지 공정이 진행될 때에 배기관으로 배기되는 소스 가스(TCS)의 낭비를 막기 위하여 20slm 이하로 제어되는 것이 바람직하다.
따라서, 퍼지 공정을 적어도 2시간 이상 진행할 때 배기관으로 배기되는 소스 가스의 유량을 5 ~ 20slm 으로 진행한 다음, 에피텍셜 성장 공정을 진행하는 것이 에피 웨이퍼의 품질을 만족시킬 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 에피텍셜 성장 장치의 퍼지 공정을 진행하는 시간이 경과할수록 캐리어 가스의 유량 별로 반응 챔버 측의 더미 웨이퍼의 MCLT가 도시된 그래프이다.
본 발명에 따른 에피텍셜 성장 장치의 퍼지 공정은 배기관으로 배기되는 소스 가스(TCS)의 유량을 10slm 로 제어하는 동시에 메인 주입관으로 주입되는 캐리어 가스(H2)의 유량을 5,20,40,60,80,100slm 로 제어하도록 진행된다.
상기와 같은 조건의 퍼지 공정을 소정 시간에 걸쳐 진행한 다음, 반응 챔버 측의 더미 웨이퍼에 에피텍셜 성장 공정을 진행시키고, 더미 웨이퍼의 MCLT를 측정하면, 도 4에 도시된 바와 같이 퍼지 공정을 적어도 2시간 이상 진행할 때 메인 주입관으로 주입되는 캐리어 가스(H2)의 유량이 100slm 인 경우를 제외하고 5 ~ 80slm 인 경우에 더미 웨이퍼의 MCLT가 3500us 이상으로 나타남에 따라 비교적 품질이 만족할만한 수준에 도달한다.
따라서, 퍼지 공정을 적어도 2시간 이상 진행할 때 메인 주입관으로 주입되는 캐리어 가스의 유량을 5 ~ 80slm 으로 진행한 다음, 에피텍셜 성장 공정을 진행하는 것이 에피 웨이퍼의 품질을 만족시킬 수 있다.
또한, 퍼지 공정을 진행하는 동안, 보조 주입관으로 주입되는 캐리어 가스의 유량도 큰 차이가 없을 것으로 추정됨에 따라 5~30slm 으로 진행하는 것이 바람직다.
도 7은 본 발명에 따른 에피텍셜 성장 장치의 크린 방법이 도시된 순서도이다.
본 발명에 따른 에피텍셜 성장 장치의 크린 방법을 살펴보면, 도 7에 도시된 바와 같이 에피 웨이퍼를 제작하기 위하여 에피텍셜 성장 공정을 진행한다.(S1 참조)
에피텍셜 성장 공정 중에 소스 가스와 캐리어 가스가 혼합된 가스가 메인 공급관을 통하여 반응 챔버의 일측으로 유입되고, 반응 챔버 내부에 역압이 걸리는 것을 방지하기 위하여 소정 유량의 캐리어 가스가 보조 공급관을 통하여 반응 챔버의 하측으로 유입된다.
소스 가스가 반응 챔버 내부에 안착된 웨이퍼의 표면에 기상 증착하면, 웨이퍼의 표면으로부터 에피층이 성장함에 따라 에피 웨이퍼가 제작된다.
다음, 에피텍셜 성장 공정이 완료되면, 경과 시간(T)을 카운트한다.(S2,S3 참조)
다음, 경과 시간이 24시간 이상이면, 2시간 이상의 퍼지 공정을 수행한다.(S4,S5 참조)
퍼지 공정 중에 20 ~ 30slm 유량의 소스 가스와 5 ~ 80slm 유량의 캐리어 가스가 배기관을 통하여 외부로 배기되고, 5 ~ 80slm 유량과 5 ~ 30slm 유량의 캐리어 가스가 메인 주입관과 보조 주입관을 통하여 반응 챔버의 일측과 하측으로 유입된다.
이때, 소스 가스와 캐리어 가스가 혼합된 가스를 배기관으로 배기함으로써, 유로 상에 잔류하던 이물질을 완전히 외부로 배출시킬 수 있으며, 캐리어 가스를 반응 챔버 안으로 주입하여 환기시키는 효과를 얻을 수 있다.
물론, 2시간 이상의 퍼지 공정만 수행하더라도 기존에 비해 유로 상에 이물질을 신속하게 배출함으로써, 재가동 시간을 단축시킬 수 있다.
다음, 더미 웨이퍼의 MCLT 측정 결과 만족하면, 에피 웨이퍼 생산을 위한 에피텍셜 성장 공정을 재가동한다.(S6,S7 참조)
퍼지 공정이 완료되면, 반응 챔버에 더미 웨이퍼를 안착시킨 다음, 에피텍셜 성장 공정을 진행하고, 더미 웨이퍼의 MCLT를 측정하여 제품에 따라 만족할만한 수준의 값이 도달하는지 검증한다.
이러한 검증 과정을 만족하면, 실제 에피 웨이퍼를 제작하기 위하여 에피텍셜 성장 공정을 재가동함으로써, 실제 에피 웨이퍼의 품질을 높일 수 있다.
110 : 반응 챔버 120 : 공급유로
130 : 주입관 140 : 배기관
V1,V2 : 밸브

Claims (5)

  1. 각각의 공급유로를 따라 공급된 소스가스와 캐리어 가스가 주입관에서 혼합된 상태로 반응 챔버 내부로 주입되면, 상기 반응 챔버 내부에 안착된 웨이퍼 표면에 에피층이 형성되는 에피텍셜 성장 공정이 진행되는 제1단계;
    상기 제1단계의 에피텍셜 성장 공정이 중단되면, 에피텍셜 성장 공정이 중단된 시점부터 경과 시간을 카운트하는 제2단계; 및
    상기 제2단계의 경과 시간이 24시간 이상이면, 기상 성장 공정을 다시 진행하기 전에 상기 공급유로에 잔류하는 이물질을 제거하기 위하여 상기 공급유로와 주입관 사이에서 분지된 배기관으로 상기 소스 가스와 캐리어 가스의 배기가 적어도 2시간 이상 이뤄지는 퍼지 공정이 진행되는 제3단계;를 포함하는 에피텍셜 성장 장치의 크린 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3단계는,
    퍼지 공정 중에 상기 배기관으로 배기되는 소스 가스의 유량을 5 ~ 30slm 범위로 제어하는 과정을 포함하는 에피텍셜 성장 장치의 크린 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제3단계는,
    퍼지 공정 중에 상기 배기관으로 배기되는 캐리어 가스의 유량을 5 ~ 80slm 범위로 제어하는 과정을 포함하는 에피텍셜 성장 장치의 크린 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3단계는,
    퍼지 공정 중에 상기 배기관으로 소스 가스와 캐리어 가스의 배기와 상기 주입관으로 캐리어 가스의 주입이 동시에 이뤄지는 에피텍셜 성장 장치의 크린 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제3단계는,
    퍼지 공정 중에 상기 반응 챔버의 일측에 위치한 메인 주입관으로 주입되는 캐리어 가스의 유량을 5 ~80slm 으로 제어하는 동시에 상기 반응 챔버의 하측에 위치한 보조 주입관으로 주입되는 캐리어 가스의 유량을 5 ~ 30slm 범위로 제어하는 과정을 포함하는 에피텍셜 성장 장치의 크린 방법.
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KR1020150035791A KR101659217B1 (ko) 2015-03-16 2015-03-16 에피텍셜 성장 장치의 크린 방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115747756A (zh) * 2022-12-07 2023-03-07 西安奕斯伟材料科技有限公司 外延生长设备重启方法

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KR20050029364A (ko) * 2003-09-22 2005-03-28 동부아남반도체 주식회사 반도체 소자의 층간 절연막 형성 방법
JP3958698B2 (ja) * 2003-02-27 2007-08-15 シャープ株式会社 分子線エピタキシャル成長装置のクリーニング方法、分子線エピタキシャル成長装置およびその装置を用いる基板の製造方法

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