KR101698811B1 - 웨이퍼회전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 웨이퍼회전장치에 관한 것으로서, 웨이퍼에 박막을 형성하는 화학기상증착장치의 내부에 구비되고, 제1 작동가스와 제2 작동가스를 토출하는 베이스; 상기 베이스의 상부에 구비되고, 상기 제1 작동가스에 의해 회전되며, 상기 제2 작동가스를 안내하는 서셉터; 및 상기 서셉터의 상부에 구비되고, 상기 웨이퍼가 안착되며, 상기 서셉터에 의해 안내된 상기 제2 작동가스에 의해 회전되는 기판안착부재;를 포함할 수 있다. 이에 의하여, 구조가 단순하고, 부품수가 감소될 수 있다.

Description

웨이퍼회전장치{WAFER ROTATING APPARATUS}
본 발명은, 웨이퍼회전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 유기금속 전구체(metal organic precursor)를 이용하여 웨이퍼(wafer)에 금속 및 금속화학물을 증착할 수 있도록 한 유기금속 화학기상증착장치에서 웨이퍼를 회전시키는 웨이퍼회전장치에 관한 것이다.
일반적으로, 박막을 증착하는 방법으로는 물리적인 충돌을 이용하는 물리기상증착법(physical vapor deposition, PVD)과 화학반응을 이용하는 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition, CVD)으로 나누어진다.
PVD는 스퍼터링(sputtering) 등이 있고, CVD는 열을 이용한 열 화학 기상 증착법(thermal CVD)과 플라즈마를 이용한 플라즈마 화학 기상 증착법(plasma enhanced CVD, PECVD) 등이 있다.
한편, 반도체 장치나 평판 표시 장치의 배선으로 사용되는 금속 박막은 주로 스퍼터링을 이용하여 증착되는데, 스퍼터링 및 PVD는 스텝 커버리지(step coverage)가 낮아서 단차 부분에서 박막이 단절되는 문제가 발생할 수 있다. 최근 디자인 룰(design rule, critical dimension)이 급격하게 미세해짐에 따라 미세 패턴의 박막이 요구되고 박막이 형성되는 영역의 단차 또한 매우 커졌기 때문에 기존의 스퍼터링 방법으로는 이러한 디자인 룰을 만족시키기가 어렵다.
이러한 이유로 최근에는 유기금속 전구체를 이용하여 CVD 방법으로 금속 및 금속화합물을 증착하는 유기금속 화학 기상 증착법(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD)이 이용되고 있다.
한편, 기존의 MOCVD 장치는 웨이퍼 표면에 가스 상태의 소스 물질을 제공하여 웨이퍼 표면에서 반응시킴에 따라 금속 및 금속화합물 박막을 증착한다. 여기서, 소스 물질인 반응가스(reactant)는 유기금속 전구체 가스와 캐리어 가스(carrier gas)로 이루어지고, 샤워헤드를 이용하여 전구체 가스와 캐리어 가스를 혼합하여 분사하는 방식이 있었다. 그리고 샤워헤드에서 분사된 전구체 가스는 소정 온도로 가열되면서 분해되고, 분해된 전구체 가스와 반응 가스의 반응 생성물이 웨이퍼 표면에 증착된다.
즉, 상기한 화학기상장치는 웨이퍼가 마련된 진공 챔버 내에 증기압이 높은 반응가스를 주입하여 상기 반응가스에 의한 박막을 웨이퍼 상에 성장시키는데 웨이퍼에 박막이 균일하게 성장되도록 하기 위해 챔버 내에서 웨이퍼회전장치로 웨이퍼를 회전시키고 있다.
그러나, 종래의 웨이퍼회전장치에 있어서는, 구조가 복잡하고 부품수가 많아 웨이퍼회전장치를 설계하고 제조하는데 어려움이 있었다. 이에 따라, 웨이퍼회전장치를 설계하고 제조하는데 상당한 시간과 비용이 소요되는 문제점이 있었다. 또한, 많은 부품에 따른 중량 증가에 의해 상기 웨이퍼가 원활히 회전되지 못하고, 상기 웨이퍼를 회전시키는데 소요되는 소비전력이 상당히 증가되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은, 구조가 단순하고 부품수가 적은 웨이퍼회전장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 목적 달성을 위해, 웨이퍼에 박막을 형성하는 화학기상증착장치의 내부에 구비되고, 제1 작동가스와 제2 작동가스를 토출하는 베이스; 상기 베이스의 상부에 구비되고, 상기 제1 작동가스에 의해 회전되며, 상기 제2 작동가스를 안내하는 서셉터; 및 상기 서셉터의 상부에 구비되고, 상기 웨이퍼가 안착되며, 상기 서셉터에 의해 안내된 상기 제2 작동가스에 의해 회전되는 기판안착부재;를 포함하는 웨이퍼회전장치를 제공한다.
상기 베이스에는 그 베이스로부터 토출되는 제1 작동가스를 방사상으로 안내하는 제1 회전가이드홈부가 형성되고, 상기 서셉터에는 그 서셉터로부터 토출되는 제2 작동가스를 방사상으로 안내하는 제2 회전가이드홈부가 형성될 수 있다.
상기 제1 회전가이드홈부는 복수로 형성되고, 각각의 상기 제1 회전가이드홈부는 상기 서셉터의 회전중심에서 이격된 부위로부터 상기 서셉터의 회전반경방향 외측으로 연장 형성되고, 상기 제2 회전가이드홈부는 복수로 형성되고, 각각의 상기 제2 회전가이드홈부는 상기 기판안착부재의 회전중심에서 이격된 부위로부터 상기 기판안착부재의 회전반경방향 외측으로 연장 형성될 수 있다.
상기 제1 회전가이드홈부는 그 제1 회전가이드홈부의 연장방향에 수직한 폭이 사전에 결정된 값 이상으로 형성되고, 상기 제2 회전가이드홈부는 그 제2 회전가이드홈부의 연장방향에 수직한 폭이 사전에 결정된 값 이상으로 형성되며, 상기 제1 회전가이드홈부의 폭은 상기 제2 회전가이드홈부의 폭보다 크게 형성될 수 있다.
상기 제1 회전가이드홈부의 면적은 상기 제2 회전가이드홈부의 면적보다 넓게 형성될 수 있다.
상기 제1 회전가이드홈부는 상기 서셉터의 회전중심측 일단부로부터 상기 서셉터의 회전반경방향 외측 타단부로 갈수록 깊이가 얕아지게 형성되고, 상기 제2 회전가이드홈부는 상기 기판안착부재의 회전중심측 일단부로부터 상기 기판안착부재의 회전반경방향 외측 타단부로 갈수록 깊이가 얕아지게 형성될 수 있다.
상기 베이스는, 상기 제1 작동가스가 유입되는 제1 유입구; 상기 제1 유입구로 유입된 상기 제1 작동가스를 토출하는 제1 토출구; 상기 제2 작동가스가 유입되는 제2 유입구; 및 상기 제2 유입구로 유입된 상기 제2 작동가스를 토출하는 제2 토출구;를 포함하고, 상기 제1 토출구는 각각의 상기 제1 회전가이드홈부에 형성되고, 상기 제2 토출구는 상기 서셉터의 회전중심 측에 형성될 수 있다.
상기 베이스는, 작동가스가 유입되는 유입구; 상기 유입구로 유입된 작동가스 중 일부를 상기 제1 작동가스로 토출하는 제1 토출구; 및 상기 유입구로 유입된 작동가스 중 일부를 상기 제2 작동가스로 토출하는 제2 토출구;를 포함하고, 상기 제1 토출구는 각각의 상기 제1 회전가이드홈부에 형성되고, 상기 제2 토출구는 상기 서셉터의 회전중심 측에 형성될 수 있다.
상기 서셉터는, 상기 제2 토출구와 연통되는 제3 유입구; 및 상기 제3 유입구로 유입된 상기 제2 작동가스를 토출하는 제3 토출구;를 포함하고, 상기 제3 토출구는, 각각의 상기 제2 회전가이드홈부에 형성되고, 상기 제1 토출구보다 개수가 많게 형성될 수 있다.
상기 서셉터는 원판형으로 형성되고, 상기 기판안착부재는 상기 서셉터에 복수로 구비되도록 상기 서셉터보다 직경이 작은 원판형으로 형성될 수 있다.
복수의 상기 기판안착부재는 각 기판안착부재의 회전중심이 상기 서셉터의 회전중심으로부터 이격되고, 상기 서셉터의 원주방향을 따라 등간격으로 배열될 수 있다.
상기 기판안착부재는, 상기 서셉터에 착탈 가능하게 형성되고, 상기 웨이퍼의 규격별로 구비되며, 상기 서셉터는, 상기 베이스에 착탈 가능하게 형성되고, 상기 기판안착부재의 규격별로 구비되며, 상기 기판안착부재와 상기 서셉터는 상기 웨이퍼의 규격에 따라 교체될 수 있다.
본 발명에 의한 웨이퍼회전장치는, 베이스에 대해 회전되는 서셉터와 그 서셉터에 대해 회전되는 기판안착부재를 구비함으로써, 구조가 단순하고, 부품수가 감소될 수 있다. 이에 의하여, 웨이퍼회전장치를 설계하고 제조하기 용이하고, 웨이퍼회전장치를 설계하고 제조하는데 소요되는 시간과 비용이 절감될 수 있고, 웨이퍼가 원활히 회전될 수 있으며, 웨이퍼를 회전시키는데 소요되는 소비전력이 감소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼회전장치를 도시한 사시도,
도 2는 도 1의 분해 사시도,
도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ선 단면도,
도 4는 도 2의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도,
도 5는 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도,
도 6은 도 2의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도,
도 7은 도 2의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도,
도 8은 도 2의 Ⅵ-Ⅵ선 단면도이다.
이하, 본 발명에 의한 웨이퍼회전장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼회전장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해 사시도이고, 도 3은 도 2의 Ⅰ-Ⅰ선 단면도이고, 도 4는 도 2의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도이고, 도 5는 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이고, 도 6은 도 2의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도이고, 도 7은 도 2의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도이고, 도 8은 도 2의 Ⅵ-Ⅵ선 단면도이다.
첨부된 도 1 내지 도 8을 참조하면, 상기 웨이퍼회전장치는, 웨이퍼에 박막을 형성하는 화학기상증착장치의 내부에 구비되는 베이스(1), 상기 베이스(1)의 상부에 구비되는 서셉터(2) 및 상기 서셉터(2)의 상부에 구비되는 기판안착부재(3)를 포함할 수 있다.
상기 베이스(1)는 상기 서셉터(2)를 회전시키기 위한 제1 작동가스와 상기 기판안착부재(3)를 회전시키기 위한 제2 작동가스를 토출하도록 형성될 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 베이스(1)는 판상으로 형성되고, 그 상면에 상기 서셉터(2)가 안착되어 회전되는 서셉터 회전부(11)가 형성될 수 있다. 즉, 상기 서셉터 회전부(11)의 중심은 상기 서셉터(2)의 회전 중심과 동심을 이루게 형성될 수 있다.
상기 서셉터 회전부(11)에는 후술할 베이스측 제1 작동가스 토출구(123)로부터 토출되는 제1 작동가스를 그 서셉터 회전부(11)의 중심을 기준으로 방사상으로 안내하는 제1 회전가이드홈부(111)가 상기 서셉터 회전부(11)의 중심을 기준으로 방사상으로 연장 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 회전가이드홈부(111)는 복수로 형성되고, 각각의 상기 제1 회전가이드홈부(111)는 상기 서셉터 회전부(11)의 중심에서 이격된 부위로부터 상기 서셉터 회전부(11)의 반경방향 외측으로 연장 형성될 수 있다. 본 실시예의 경우, 상기 제1 회전가이드홈부(111)는 세 개로 형성되고, 세 개의 상기 제1 회전가이드홈부(111)는 상기 서셉터 회전부(11)의 원주방향을 따라 등간격으로 배열될 수 있다.
상기 제1 회전가이드홈부(111)는 그 제1 회전가이드홈부(111)를 흐르는 제1 작동가스에 의해 상기 서셉터(2)가 일방향으로 회전될 수 있도록, 일방향으로 휘어지면서 연장될 수 있다.
그리고, 상기 제1 회전가이드홈부(111)는, 그 제1 회전가이드홈부(111)를 흐르는 제1 작동가스가 상기 서셉터(2), 상기 기판안착부재(3) 및 상기 웨이퍼(미도시)의 하중을 극복하며 상기 서셉터(2)를 회전시키는 힘을 발휘할 수 있도록, 사전에 결정된 폭과 사전에 결정된 면적 이상으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제1 회전가이드홈부(111)의 폭은 그 제1 회전가이드홈부(111)의 연장방향에 수직한 폭을 지칭하고, 상기 제1 회전가이드홈부(111)의 면적은 상기 서셉터(2)에 대향되는 면적(서셉터(2) 측 투영 면적)을 지칭한다. 상기 제1 회전가이드홈부(111)의 폭과 면적은 크면 클수록 상기 서셉터(2)에 가하는 힘이 증가되나, 본 실시예의 경우 상기 서셉터(2), 상기 기판안착부재(3) 및 상기 웨이퍼(미도시)의 크기 및 중량을 고려하여, 상기 제1 회전가이드홈부(111)의 폭은 10mm 이상이되 후술할 제2 회전가이드홈부(211)의 폭보다 크게 형성되고, 상기 제1 회전가이드홈부(111)의 면적은 후술할 제2 회전가이드홈부(211)의 면적보다 크게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제1 회전가이드홈부(111)는 그 제1 회전가이드홈부(111)의 일단부(상기 서셉터 회전부(11)의 중심측 단부)로부터 타단부(상기 서셉터 회전부(11)의 외주부측 단부)로 갈수록 깊이가 얕아지게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제1 회전가이드홈부(111)는 그 제1 회전가이드홈부(111)를 흐른 제1 작동가스를 회수하기 위한 제1 회수유로가 그 제1 회전가이드홈부(111)의 타단부에 형성될 수 있으나, 본 실시예와 같이 제조원가 절감을 위해 상기 제1 회수유로를 형성하지 않을 수 있다.
한편, 상기 베이스(1)의 측면에는, 상기 제1 작동가스가 유입되는 베이스측 제1 작동가스 유입구(제1 유입구)(121) 및 상기 제2 작동가스가 유입되는 베이스측 제2 작동가스 유입구(제2 유입구)(131)가 형성될 수 있다.
상기 베이스(1)의 상면에는, 상기 베이스측 제1 작동가스 유입구(121)로 유입된 제1 작동가스를 토출하는 베이스측 제1 작동가스 토출구(제1 토출구)(123) 및 상기 베이스측 제2 작동가스 유입구(131)로 유입된 제2 작동가스를 토출하는 베이스측 제2 작동가스 토출구(제2 토출구)(133)가 형성될 수 있다.
상기 베이스측 제1 작동가스 토출구(123)는 각각의 상기 제1 회전가이드홈부(111)에 형성될 수 있다. 즉, 본 실시예의 경우, 상기 베이스측 제1 작동가스 토출구(123)는 세 개로 구비되고, 각각의 베이스측 제1 작동가스 토출구(123)는 각각의 제1 회전가이드홈부(111)의 일단부에 형성될 수 있다. 이에 따라, 복수의 상기 베이스측 제1 작동가스 토출구(123)는 상기 서셉터 회전부(11)의 중심으로부터 이격되고, 상기 서셉터 회전부(11)의 원주방향을 따라 등간격으로 배열되게 형성될 수 있다.
상기 베이스측 제2 작동가스 토출구(133)는 상기 서셉터 회전부(11)의 중심측에 형성될 수 있다. 이때, 상기 베이스측 제2 작동가스 토출구(133)는 하나로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 베이스측 제2 작동가스 토출구(133)는 후술할 서셉터측 제2 작동가스 유입구(221)와 연통될 수 있다. 여기서, 상기 서셉터 회전부(11)의 중심에는 상기 서셉터(2)가 상기 베이스(1)로부터 부양되어 회전될 때 이탈되는 것을 방지하는 제1 가이드 핀(미도시)이 삽입되는 베이스측 제1 가이드 핀 홀(14)이 형성될 수 있고, 이 경우, 상기 베이스측 제2 작동가스 토출구(133)는 상기 베이스측 제1 가이드 핀 홀(14)로부터 상기 서셉터 회전부(11)의 반경방향으로 이격된 부위에 형성될 수 있다.
상기 베이스(1)의 내부에는, 상기 베이스측 제1 작동가스 유입구(121)와 상기 베이스측 제1 작동가스 토출구(123)를 연통시키는 베이스측 제1 작동가스 유로(제1 유로)(122) 및 상기 베이스측 제2 작동가스 유입구(131)와 상기 베이스측 제2 작동가스 토출구(133)를 연통시키는 베이스측 제2 작동가스 유로(제2 유로)(132)가 형성될 수 있다.
상기 베이스측 제1 작동가스 유로(122)는 복수의 상기 베이스측 제1 작동가스 유입구(121)로부터 유입된 제1 작동가스를 모아 복수의 상기 베이스측 제1 작동가스 토출구(123)로 분배하도록 형성될 수 있다.
상기 베이스측 제2 작동가스 유로(132)는 상기 베이스측 제2 작동가스 유입구(131)로부터 유입된 제2 작동가스를 상기 베이스측 제2 작동가스 토출구(133)로 안내하도록 형성될 수 있다.
상기 베이스측 제1 작동가스 유로(122)와 상기 베이스측 제2 작동가스 유로(132)는 서로 연통되지 않게 형성될 수 있다.
상기 서셉터(2)는 상기 베이스측 제1 작동가스 토출구(123)로부터 토출되어 상기 제1 회전가이드홈부(111)를 흐르는 제1 작동가스에 의해 상기 베이스(1)로부터 부양되어 회전되고, 상기 베이스측 제2 작동가스 토출구(133)로부터 토출되는 제2 작동가스를 안내하도록 형성될 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 서셉터(2)는 그 서셉터(2)의 회전 중심이 상기 베이스(1)의 중심(상기 서셉터 회전부(11)의 중심)과 동심을 이루는 원판형으로 형성될 수 있다.
상기 서셉터(2)의 상면에는 상기 기판안착부재(3)가 안착되어 회전되는 기판안착부재 회전부(21)가 형성될 수 있다.
상기 기판안착부재 회전부(21)는 복수로 형성될 수 있다.
그리고, 복수의 상기 기판안착부재 회전부(21)는 그 기판안착부재 회전부(21)의 중심이 상기 서셉터(2)의 회전 중심으로부터 이격되고, 상기 서셉터(2)의 원주방향을 따라 등간격으로 배열되도록 형성될 수 있다.
각각의 상기 기판안착부재 회전부(21)의 중심에는 상기 기판안착부재(3)가 상기 서셉터(2)로부터 부양되어 회전될 때 이탈되는 것을 방지하는 제2 가이드 핀(미도시)이 삽입되는 서셉터측 제2 가이드 핀 홀(24)이 형성될 수 있다.
그리고, 각각의 상기 기판안착부재 회전부(21)에는 후술할 서셉터측 제2 작동가스 토출구(223)로부터 토출되는 제2 작동가스를 그 기판안착부재 회전부(21)의 중심을 기준으로 방사상으로 안내하는 제2 회전가이드홈부(211)가 상기 기판안착부재 회전부(21)의 중심을 기준으로 방사상으로 연장 형성될 수 있다. 즉, 상기 제2 회전가이드홈부(211)는 복수로 형성되고, 각각의 상기 제2 회전가이드홈부(211)는 상기 기판안착부재 회전부(21)의 중심에서 이격된 부위로부터 상기 기판안착부재 회전부(21)의 반경방향 외측으로 연장 형성될 수 있다. 본 실시예의 경우, 하나의 상기 기판안착부재 회전부(21)를 기준으로, 상기 제2 회전가이드홈부(211)는 세 개로 형성되고, 세 개의 상기 제2 회전가이드홈부(211)는 상기 기판안착부재 회전부(21)의 원주방향을 따라 등간격으로 배열될 수 있다.
상기 제2 회전가이드홈부(211)는 그 제2 회전가이드홈부(211)를 흐르는 제2 작동가스에 의해 상기 기판안착부재(3)가 일방향으로 회전될 수 있도록, 일방향으로 휘어지면서 연장될 수 있다.
그리고, 상기 제2 회전가이드홈부(211)는, 그 제2 회전가이드홈부(211)를 흐르는 제2 작동가스가 상기 기판안착부재(3) 및 상기 웨이퍼(미도시)의 하중을 극복하며 상기 기판안착부재(3)를 회전시키는 힘을 발휘할 수 있도록, 사전에 결정된 폭과 사전에 결정된 면적 이상으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제2 회전가이드홈부(211)의 폭은 그 제2 회전가이드홈부(211)의 연장방향에 수직한 폭을 지칭하고, 상기 제2 회전가이드홈부(211)의 면적은 상기 기판안착부재(3)에 대향되는 면적(기판안착부재(3) 측 투영 면적)을 지칭한다. 상기 제2 회전가이드홈부(211)의 폭과 면적은 크면 클수록 상기 기판안착부재(3)에 가하는 힘이 증가되나, 본 실시예의 경우 상기 기판안착부재(3)와 상기 웨이퍼(미도시)의 크기 및 중량을 고려하여, 상기 제2 회전가이드홈부(211)의 폭은 10mm 이상이되 상기 제1 회전가이드홈부(111)의 폭보다 작게 형성되고, 상기 제2 회전가이드홈부(211)의 면적은 상기 제1 회전가이드홈부(111)의 면적보다 작게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제2 회전가이드홈부(211)는 그 제2 회전가이드홈부(211)의 일단부(상기 기판안착부재 회전부(21)의 중심측 단부)로부터 타단부(상기 기판안착부재 회전부(21)의 외주부측 단부)로 갈수록 깊이가 얕아지게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제2 회전가이드홈부(211)는 그 제2 회전가이드홈부(211)를 흐른 제2 작동가스를 회수하기 위한 제2 회수유로가 그 제2 회전가이드홈부(211)의 타단부에 형성될 수 있으나, 본 실시예와 같이 제조원가를 절감하고, 제2 회수유로 위치 및 크기 공차에 의한 서셉터(2)의 질량불균형을 억제하도록 상기 제2 회수유로를 형성하지 않을 수 있다.
한편, 상기 서셉터(2)의 저면 중심측에는, 상기 베이스측 제1 작동가스 토출구(123)와 연통되는 서셉터측 제2 작동가스 유입구(221)가 형성될 수 있다. 본 실시예의 경우, 상기 서셉터측 제2 작동가스 유입구(221)는 한 개로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 서셉터(2)의 저면 중심에는 상기 제1 가이드 핀(미도시)이 삽입되는 서셉터측 제1 가이드 핀 홀(23)이 형성될 수 있고, 이 경우, 상기 서셉터측 제2 작동가스 유입구(221)는 상기 서셉터(2)가 회전되더라도 상기 베이스측 제1 작동가스 토출구(123)와 연통되도록 환형으로 형성될 수 있다.
상기 서셉터(2)의 상면에는, 상기 서셉터측 제2 작동가스 유입구(221)로 유입된 제2 작동가스를 토출하는 서셉터측 제2 작동가스 토출구(제3 토출구)(223)가 형성될 수 있다.
상기 서셉터측 제2 작동가스 토출구(223)는 각각의 상기 제2 회전가이드홈부(211)에 형성될 수 있다. 즉, 본 실시예의 경우, 상기 서셉터측 제2 작동가스 토출구(223)는 각각의 상기 기판안착부재 회전부(21)마다 세 개로 구비되고, 각각의 서셉터측 제2 작동가스 토출구(223)는 각각의 제2 회전가이드홈부(211)의 일단부에 형성될 수 있다. 이에 따라, 복수의 상기 서셉터측 제2 작동가스 토출구(223)는 상기 기판안착부재 회전부(21)의 중심으로부터 이격되고, 상기 기판안착부재 회전부(21)의 원주방향을 따라 등간격으로 배열되게 형성될 수 있다.
한편, 각 기판안착부재 회전부(21)(각 기판안착부재(3)의 저부)에 구비되는 상기 서셉터측 제2 작동가스 토출구(223)의 개수는 상기 베이스(1) 회전부에 구비되는 상기 베이스측 제1 작동가스 토출구(123)의 개수와 동일하고, 상기 서셉터(2)에 구비되는 상기 서셉터측 제2 작동가스 토출구(223)의 총 개수는 상기 베이스(1)에 구비되는 상기 베이스측 제1 작동가스 토출구(123)의 개수보다 많게 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 서셉터(2)를 회전시키는 힘이 상기 기판안착부재(3)를 회전시키는 힘보다 세지는데, 이에 대해서는 후술한다.
상기 서셉터(2)의 내부에는, 상기 서셉터측 제2 작동가스 유입구(221)와 상기 서셉터측 제2 작동가스 토출구(223)를 연통시키는 서셉터측 제2 작동가스 유로(222)가 형성될 수 있다.
상기 서셉터측 제2 작동가스 유로(222)는 상기 서셉터측 제2 작동가스 유입구(221)로부터 유입된 제2 작동가스를 복수의 상기 서셉터측 제2 작동가스 토출구(223)로 분배하도록 형성될 수 있다.
상기 기판안착부재(3)는 그 기판안착부재(3)의 회전 중심이 상기 기판안착부재 회전부(21)의 중심과 동심을 이루는 원판형으로 형성될 수 있다.
상기 기판안착부재(3)는 상기 서셉터(2)보다 직경이 작게 형성되어, 상기 서셉터(2)마다 복수로 구비될 수 있다.
상기 기판안착부재(3)는 상기 제2 회전가이드홈부(211)를 흐르는 제2 작동가스에 의해 상기 서셉터(2)로부터 부양되어 회전될 수 있다.
그리고, 상기 기판안착부재(3)의 저면 중심에는 상기 제2 가이드 핀(미도시)이 삽입되는 기판안착부재측 제2 가이드 핀 홀(미도시)이 형성될 수 있다.
이하, 본 실시예에 따른 웨이퍼회전장치의 작용효과에 대해 설명한다.
즉, 본 실시예에 따른 웨이퍼회전장치는, 화학기상증착장치의 내부에서 상기 웨이퍼(미도시)를 회전시켜 그 웨이퍼(미도시)의 상면에 박막이 균일한 두께로 증착(성장)되도록 할 수 있다.
여기서, 상기 화학기상증착장치는, 상기 베이스(1)와 상기 베이스(1)에 대해 회전되는 상기 서셉터(2) 및 상기 서셉터(2)에 대해 회전되는 기판안착부재(3)를 구비함으로써, 구조가 단순하고, 부품수가 감소될 수 있다. 이에 의하여, 웨이퍼회전장치를 용이하게 설계하고 제조할 수 있다. 그리고, 웨이퍼회전장치를 설계하고 제조하는데 소요되는 시간과 비용이 절감될 수 있다. 그리고, 웨이퍼가 원활히 회전될 수 있으며, 웨이퍼를 회전시키는데 소요되는 소비전력이 감소될 수 있다.
그리고, 상기 웨이퍼회전장치는 상기 작동가스로 상기 웨이퍼(미도시)를 회전시키도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 웨이퍼회전장치는, 상기 서셉터(2)가 상기 제1 회전가이드홈부(111)를 흐르는 제1 작동가스에 의해 상기 베이스(1)로부터 부양되어 회전되고, 상기 기판안착부재(3)가 상기 제2 회전가이드홈부(211)를 흐르는 제2 작동가스에 의해 상기 서셉터(2)로부터 부양되어 회전됨으로써, 상기 웨이퍼(미도시)가 회전되도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 웨이퍼(미도시)(상기 서셉터(2)와 상기 기판안착부재(3))를 회전시킬 때 발생되는 마찰손실이 감소될 수 있다. 그리고, 마찰손실 감소에 따라, 상기 웨이퍼(미도시)(상기 서셉터(2)와 상기 기판안착부재(3))의 회전을 위한 작동가스량이 감소되고, 작동가스를 생성하는데 소요되는 소비전력이 감소될 수 있다.
그리고, 상기 웨이퍼회전장치는 상기 작동가스로 상기 웨이퍼(미도시)를 공전 및 자전시키도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 웨이퍼(미도시)가 상기 서셉터(2)의 회전중심을 기준으로 공전하고, 상기 기판안착부재(3)의 회전중심을 기준으로 자전하도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 하나의 웨이퍼(미도시) 상에서 박막 두께가 균일하게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 웨이퍼회전장치는 상기 서셉터(2)의 회전력이 각 기판안착부재(3)의 회전력보다 크도록 형성될 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 제1 회전가이드홈부(111)를 흐르는 제1 작동가스는 그 상부에 위치되는 서셉터(2), 그 서셉터(2)에 안착되는 복수의 상기 기판안착부재(3) 및 복수의 상기 웨이퍼(미도시)의 하중을 극복하며 그 서셉터(2)를 회전시켜야 한다. 반면, 각 제2 회전가이드홈부(211)를 흐르는 제2 작동가스는 그 상부에 위치되는 기판안착부재(3) 및 웨이퍼(미도시)의 하중만 극복하며 그 기판안착부재(3)만 회전시키면 된다. 따라서, 상기 제1 회전가이드홈부(111)를 흐르는 제1 작동가스가 그 상부에 위치되는 서셉터(2)에 가하는 제1 작용력은 각 제2 회전가이드홈부(211)를 흐르는 제2 작동가스가 그 상부에 위치되는 기판안착부재(3)에 가하는 제2 작용력보다 커야 한다.
이를 고려하여, 상기 제1 회전가이드홈부(111)로 안내되는 제1 작동가스는 상기 제2 회전가이드홈부(211)로 안내되는 제2 작동가스보다 더 좁은(적은) 경로로 토출되도록 형성될 수 있다. 본 실시예를 참조하여 더욱 구체적으로 설명하면, 상기 베이스측 제1 작동가스 유입구(121)로 유입되는 상기 제1 작동가스는 세 개의 상기 베이스측 제1 작동가스 토출구(123)로 토출되도록 형성될 수 있다. 반면, 상기 베이스측 제2 작동가스 유입구(131)로 유입되는 상기 제2 작동가스는 상기 베이스측 제2 작동가스 유로(132), 상기 베이스측 제2 작동가스 토출구(133), 상기 서셉터측 제2 작동가스 유입구(221) 및 상기 서셉터측 제2 작동가스 유로(222)를 통해 안내되어, 총 9개의 상기 서셉터측 제2 작동가스 토출구(223)로 토출되도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 회전가이드홈부(111)를 흐르는 제1 작동가스의 압력이 각 제2 회전가이드홈부(211)를 흐르는 제2 작동가스의 압력보다 커지고, 상기 제1 작용력이 상기 제2 작용력보다 커질 수 있다.
또한, 힘은 압력과 면적의 곱이고, 동일한 압력에서도 면적이 커지면 힘이 커질 수 있다. 이를 고려하여, 상기 제1 회전가이드홈부(111)의 면적(서셉터(2)에 대향되는 면적)이 각 제2 회전가이드홈부(211)의 면적(기판안착부재(3)에 대향되는 면적)보다 크게 형성되어, 상기 제1 작용력이 상기 제2 작용력보다 커질 수 있다.
한편, 상기 웨이퍼회전장치는 다양한 크기의 웨이퍼(미도시)에 박막을 성장시키도록 형성될 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 기판안착부재(3)는 상기 서셉터(2)에 탈착 가능하게 형성되고, 상기 웨이퍼(미도시)의 규격별로 구비될 수 있다.
그리고, 상기 서셉터(2)는 상기 베이스(1)에 탈착 가능하게 결합되어 상기 웨이퍼(미도시)의 규격(상기 기판안착부재(3)의 규격)별로 구비될 수 있다.
그리고, 상기 기판안착부재(3)와 상기 서셉터(2)는 상기 웨이퍼(미도시)의 규격에 따라 다양한 크기로 교체하여 사용할 수 있도록 형성될 수 있다.
본 실시예의 경우 상기 기판안착부재(3)가 각 서셉터(2)다마 세 개로 구비되나, 상기 서셉터(2)와 상기 기판안착부재(3)의 직경 비율에 따라 세 개보다 적거나 많게 구비될 수 있다. 즉, 웨이퍼(미도시) 크기별로 상기 기판안착부재(3)와 상기 서셉터(2)를 각각 다수 개 제작해 놓으면, 적용하고자 하는 웨이퍼(미도시) 크기별로 상기 기판안착부재(3)와 상기 서셉터(2)를 교체 적용함으로써 바로 사용 가능하다.
예를 들어, 웨이퍼(미도시)의 규격이 2inch, 4inch, 6inch인 경우, 이에 대응되게 상기 기판안착부재(3)가 구분되며, 6inch 규격의 웨이퍼(미도시)에 맞는 상기 기판안착부재(3)가 상기 서셉터(2)에 세 개 배치 가능한 경우 4inch 규격의 기판에 맞는 상기 기판안착부재(3)는 상기 서셉터(2)에 여섯 개까지 배치 가능하고, 2inch 규격의 웨이퍼(미도시)에 맞는 상기 기판안착부재(3)는 6inch용 기판안착부재(3)와 같은 직경을 가지며 2inch 7매가 장착되도록 제작하면, 상기 서셉터(2)에 2in 기판이 21매까지 배치 가능한 것이다.
다른 예로, 상기 서셉터(2)와 동일한 크기의 웨이퍼(미도시)를 사용하고자 할 경우, 상기 기판안착부재(3)를 상기 서셉터(2)와 동일한 크기로 제조하여 상기 베이스(1) 상에 안착시키면 상기 제1 회전가이드홈부(111)를 흐르는 제1 작동가스로 상기 기판안착부재(3)를 회전시키게 된다. 이 경우, 상기 웨이퍼회전장치는 상기 베이스(1), 상기 베이스(1)에 안착되는 기판안착부재(3)를 구비하여 구성될 수 있다.
한편, 전술한 실시예의 경우 상기 베이스(1)는 상기 제1 작동가스와 상기 제2 작동가스가 별개로 유입되어 토출되게 형성되나, 베이스에 유입되는 작동가스가 분기되어 일부는 상기 제1 작동가스로 토출되고, 나머지는 상기 제2 작동가스로 토출되게 형성될 수도 있다. 즉, 별도로 도시하지는 않았으나, 베이스는, 작동가스가 유입되는 공통 유입구, 상기 공통 유입구로 유입된 작동가스 중 일부를 상기 제1 작동가스로 토출하는 제1 토출구, 상기 공통 유입구로 유입된 작동가스 중 일부를 상기 제2 작동가스로 토출하는 제2 토출구 및 상기 공통 유입구, 상기 제1 토출구 및 상기 제2 토출구를 연통시키는 분기유로를 포함할 수 있다. 이 경우, 베이스의 구조가 더욱 단순화되어 베이스 설계 및 제조에 소요되는 시간과 비용을 더욱 절감할 수 있다.
1: 베이스 2: 서셉터
3: 기판안착부재 111: 제1 회전가이드홈부
121: 베이스측 제1 작동가스 유입구 122: 베이스측 제1 작동가스 유로
123: 베이스측 제1 작동가스 토출구 131: 베이스측 제2 작동가스 유입구
132: 베이스측 제2 작동가스 유로 133: 베이스측 제2 작동가스 토출구
211: 제2 회전가이드홈부 221: 서셉터측 제2 작동가스 유입구
222: 서셉터측 제2 작동가스 유로 223: 서셉터측 제2 작동가스 토출구

Claims (12)

  1. 웨이퍼에 박막을 형성하는 화학기상증착장치의 내부에 구비되고, 제1 작동가스와 제2 작동가스를 토출하는 베이스;
    상기 베이스의 상부에 구비되고, 상기 제1 작동가스에 의해 회전되며, 상기 제2 작동가스를 안내하는 서셉터; 및
    상기 서셉터의 상부에 구비되고, 상기 웨이퍼가 안착되며, 상기 서셉터에 의해 안내된 상기 제2 작동가스에 의해 회전되는 기판안착부재;를 포함하고,
    상기 베이스는,
    상기 제1 작동가스를 안내하는 제1 유로; 및
    상기 제2 작동가스를 안내하는 제2 유로;를 포함하고,
    상기 서셉터는 상기 제2 유로에 연통되는 제3 유로;를 포함하고,
    상기 제1 유로의 토출구인 제1 토출구는 상기 제3 유로의 토출구인 제3 토출구보다 유로 면적이 작게 형성되는 웨이퍼회전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베이스에는 그 베이스로부터 토출되는 제1 작동가스를 방사상으로 안내하는 제1 회전가이드홈부가 형성되고,
    상기 서셉터에는 그 서셉터로부터 토출되는 제2 작동가스를 방사상으로 안내하는 제2 회전가이드홈부가 형성되는 웨이퍼회전장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 회전가이드홈부는 복수로 형성되고,
    각각의 상기 제1 회전가이드홈부는 상기 서셉터의 회전중심에서 이격된 부위로부터 상기 서셉터의 회전반경방향 외측으로 연장 형성되고,
    상기 제2 회전가이드홈부는 복수로 형성되고,
    각각의 상기 제2 회전가이드홈부는 상기 기판안착부재의 회전중심에서 이격된 부위로부터 상기 기판안착부재의 회전반경방향 외측으로 연장 형성되는 웨이퍼회전장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 회전가이드홈부는 그 제1 회전가이드홈부의 연장방향에 수직한 폭이 사전에 결정된 값 이상으로 형성되고,
    상기 제2 회전가이드홈부는 그 제2 회전가이드홈부의 연장방향에 수직한 폭이 사전에 결정된 값 이상으로 형성되며,
    상기 제1 회전가이드홈부의 폭은 상기 제2 회전가이드홈부의 폭보다 크게 형성되는 웨이퍼회전장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 회전가이드홈부의 면적은 상기 제2 회전가이드홈부의 면적보다 넓게 형성되는 웨이퍼회전장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1 회전가이드홈부는 상기 서셉터의 회전중심측 일단부로부터 상기 서셉터의 회전반경방향 외측 타단부로 갈수록 깊이가 얕아지게 형성되고,
    상기 제2 회전가이드홈부는 상기 기판안착부재의 회전중심측 일단부로부터 상기 기판안착부재의 회전반경방향 외측 타단부로 갈수록 깊이가 얕아지게 형성되는 웨이퍼회전장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 베이스는,
    상기 제1 작동가스가 유입되는 제1 유입구;
    상기 제1 유입구로 유입된 상기 제1 작동가스를 토출하는 제1 토출구;
    상기 제2 작동가스가 유입되는 제2 유입구; 및
    상기 제2 유입구로 유입된 상기 제2 작동가스를 토출하는 제2 토출구;를 포함하고,
    상기 제1 토출구는 각각의 상기 제1 회전가이드홈부에 형성되고,
    상기 제2 토출구는 상기 서셉터의 회전중심 측에 형성되는 웨이퍼회전장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 베이스는,
    작동가스가 유입되는 유입구;
    상기 유입구로 유입된 작동가스 중 일부를 상기 제1 작동가스로 토출하는 제1 토출구; 및
    상기 유입구로 유입된 작동가스 중 일부를 상기 제2 작동가스로 토출하는 제2 토출구;를 포함하고,
    상기 제1 토출구는 각각의 상기 제1 회전가이드홈부에 형성되고,
    상기 제2 토출구는 상기 서셉터의 회전중심 측에 형성되는 웨이퍼회전장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 서셉터는,
    상기 제2 토출구와 연통되는 제3 유입구; 및
    상기 제3 유입구로 유입된 상기 제2 작동가스를 토출하는 제3 토출구;를 포함하고,
    상기 제3 토출구는,
    각각의 상기 제2 회전가이드홈부에 형성되고,
    상기 제1 토출구보다 개수가 많게 형성되는 웨이퍼회전장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 서셉터는 원판형으로 형성되고,
    상기 기판안착부재는 상기 서셉터에 복수로 구비되도록 상기 서셉터보다 직경이 작은 원판형으로 형성되는 웨이퍼회전장치.
  11. 제10항에 있어서,
    복수의 상기 기판안착부재는 각 기판안착부재의 회전중심이 상기 서셉터의 회전중심으로부터 이격되고, 상기 서셉터의 원주방향을 따라 등간격으로 배열되는 웨이퍼회전장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 기판안착부재는,
    상기 서셉터에 착탈 가능하게 형성되고,
    상기 웨이퍼의 규격별로 구비되며,
    상기 서셉터는,
    상기 베이스에 착탈 가능하게 형성되고,
    상기 기판안착부재의 규격별로 구비되며,
    상기 기판안착부재와 상기 서셉터는 상기 웨이퍼의 규격에 따라 교체 가능한 것을 특징으로 하는 웨이퍼회전장치.
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KR101885026B1 (ko) 2017-03-22 2018-08-02 오충석 웨이퍼 회전장치

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