KR101874184B1 - 에피택셜 웨이퍼 제조 장치 - Google Patents

에피택셜 웨이퍼 제조 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공정 챔버 내에서 웨이퍼를 서셉터 상에 배치하고, 웨이퍼 상면에 소스 가스를 반응시켜 에피택셜층을 성장시키는 장치로서, 공정 챔버의 외주면을 둘러싸며 서셉터를 지지하는 베이스 플레이트, 상기 베이스 플레이트의 상측에 배치되는 상부 플레이트 및 상기 베이스 플레이트와 상부 플레이트 사이에 배치되어 소스 가스를 주입 하는 가스 도입부 및 반응이 끝난 가스를 배출시키는 배기부를 포함하고, 상기 배기부는 공정 챔버의 내부로 연결된 배기 캡과 상기 배기 캡에 삽입되어 소스 가스의 배출을 유도하는 한쌍의 배기 인서트로 이루어지며, 상기 배기 인서트의 측면에는 관통홀이 마련되고, 상기 베이스 플레이트의 측면에는 내부로 통로를 형성하는 배출홀이 마련되며, 상기 배출홀을 통해 상기 배기 인서트에 마련된 관통홀로 퍼지 가스를 흘려주는 특징으로 한다.

Description

에피택셜 웨이퍼 제조 장치{Apparatus for Fabricating Epitaxial Wafer}
본 발명은 에피택셜 웨이퍼 제조 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 에피택셜 반응기 내부를 흐르는 가스가 배기부의 특정 부위에 침착되는 것을 방지하기 위한 에피택셜 웨이퍼 제조 장치에 관한 것이다.
경면 가공된 실리콘 웨이퍼에 실리콘 단결정의 에피택셜 박막을 성장시킨 것을 에피택셜 실리콘 웨이퍼(epitaxial silicon wafer)라고 한다. 에피택셜 반응기 내부에 배치된 서셉터 위에 웨이퍼를 안착시키고, 에피택셜 반응기의 일단에서 타단으로 원료 가스가 흐르도록 하고, 공급되는 원료 가스가 웨이퍼 상면을 흐르면서 웨이퍼와 반응하여 웨이퍼 표면에 에피택셜막이 성장되는 것이다.
도 1은 일반적인 에피택셜 제조 장치(100)를 나타낸 단면도이다. 도 1을 참조하면, 반응 챔버(101)의 외주면에는 하부 라이너(102)가 형성되고, 상기 하부 라이너(102) 안쪽으로 반응 챔버(101)의 중심부에 웨이퍼(W)가 안착되는 서셉터(105)가 마련된다. 그리고, 반응 챔버(101) 일단에 배치되는 가스 도입부(104)를 통하여 공급되는 원료 가스는 서셉터 지지대(106, 107)에 의해 지지되는 서셉터(105) 상에 안착된 웨이퍼(W) 표면을 따라 흐르면서 에피택셜 막을 성장시키고, 배기부(103)를 통해 배출된다.
도 2의 에피택셜 성장 장치에 마련된 배기부를 나타낸 도면으로 (a)는 배기 인서트를 위에서 바라본 평면도이며, (b)는 배기 캡을 측면에서 바라본 도면이다. 배기 인서트(103a)는 배기 캡(103b)에 끼워져 배기부로 가스의 유동을 안내하는 가이드 역할을 한다.
도 3은 종래 에피택셜 웨이퍼 제조 장치에서 가스의 흐름을 나타낸 도면이다. 반도체 공정에서 사용되는 실리콘 소스 가스는 공정 중 반응률이 낮아 상당량의 가스가 배기부로 배출되는데, 고온의 Process zone에서 배기 인서트로 빠져나가는 과정에서 급격한 온도차로 인해 기상에서 고상으로 상변화가 나타나고 이는 미반응 부산물로 배기부에 잔존하게 된다. 도시된 바와 같이, 이러한 형상의 배기 인서트에서는 빗금친 부분에서 공정 가스의 배기가 취약하여, 주로 유동이 가능한 파티클 형태의 부산물이 퇴적되는데 이는 에피택셜 웨이퍼의 제조 공정 중 챔버 내로 일부가 역류하여 웨이퍼 또는 챔버 내부를 오염시키는 원인이 되는 문제점이 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 챔버 내부를 흐르는 소스 가스가 배기부를 통해 배기되는 동안 특정 부위에 오염원이 생성되지 않도록 하는 공정 챔버를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 공정 챔버를 포함하는 에피택셜 웨이퍼 제조 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예는 공정 챔버 내에서 웨이퍼를 서셉터 상에 배치하고, 웨이퍼 상면에 소스 가스를 반응시켜 에피택셜층을 성장시키는 장치로서, 공정 챔버의 외주면을 둘러싸며 서셉터를 지지하는 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트의 상측에 배치되는 상부 플레이트; 및 상기 베이스 플레이트와 상부 플레이트 사이에 배치되어 소스 가스를 주입 하는 가스 도입부 및 반응이 끝난 가스를 배출시키는 배기부를 포함하고, 상기 배기부는 공정 챔버의 내부로 연결된 배기 캡과 상기 배기 캡에 삽입되어 소스 가스의 배출을 유도하는 한쌍의 배기 인서트로 이루어지며, 상기 배기 인서트의 측면에는 관통홀이 마련되고, 상기 베이스 플레이트의 측면에는 배출홀이 형성되며, 상기 배출홀을 통해 상기 배기 인서트에 마련된 관통홀로 퍼지 가스를 흘려주는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 배출홀은 상기 배기 캡의 중심부를 향하도록 상기 베이스 플레이트 측면을 관통하여 형성될 수 있다.
그리고, 상기 배출홀과 연결되며 공정 챔버의 외부에 마련되는 가스 밸브를 포함하고, 상기 가스 밸브는 공정 중에 퍼지 가스의 유입을 위해 오픈될 수 있다.
그리고, 상기 가스 밸브와 연결되며 상기 가스 밸브의 개폐 동작에 따라 퍼지 가스를 제공하는 가스 라인이 마련될 수 있다. 상기 퍼지 가스는 200℃ 이상의 질소 또는 수소 가스가 사용될 수 있다.
실시예에서 상기 퍼지 가스는 상기 배기 인서트의 측면부로 유도되는 소스 가스의 경로를 상기 배기 캡의 중심부쪽으로 변경시키는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 배기 캡은 공정 챔버 내부로 삽입되는 흡입홈과, 상기 흡입홈에서 공정 챔버 외부로 연장 형성되는 흡입라인으로 구성될 수 있으며, 상기 배기 인서트에 마련된 관통홀의 직경은 상기 베이스 플레이트에 마련된 배출홀의 직경보다 크도록 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 에피택셜 웨이퍼 제조 장치는 배기부로 흘러들어가는 소스 가스의 흐름을 변경하여 배기부에 마련된 배기 인서트의 특정 부분에 배기 부산물이 침착되는 것을 최소화함으로써 부산물들이 공정 챔버로 역류하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 에피택셜 웨이퍼 제조 장치는 배기 부산물의 생성을 최소화하고 챔버 내부로 오염원이 유입되는 것을 방지함으로써, 공정 챔버의 가동율 향상 및 품질, 수율 향상에 기여할 수 있다.
도 1은 일반적인 에피택셜 웨이퍼 제조 장치를 나타낸 단면도
도 2는 에피택셜 웨이퍼 제조 장치에 마련되는 배기 캡과 배기 인서트를 나타낸 도면
도 3은 종래 에피택셜 웨이퍼 제조 장치에서 가스의 흐름을 나타낸 도면
도 4는 실시예에 따른 에피택셜 웨이퍼 제조 장치를 나타낸 도면
도 5는 실시예에 따른 웨이퍼 제조 장치에서 가스의 흐름을 나타낸 도면
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위해 생략될 수 있다.
도 4는 실시예에 따른 에피택셜 웨이퍼 제조 장치를 위에서 바라본 평면도이다. 실시예의 에피택셜 웨이퍼 제조 장치(200)는 공정 챔버 내에서 웨이퍼를 서셉터 상에 배치하고, 웨이퍼 상면에 소스 가스를 반응시켜 에피택셜층을 성장시키는 장치로, 공정 챔버의 외주면을 둘러싸며 서셉터를 지지하는 베이스 플레이트(205), 상기 베이스 플레이트(205)의 상측에 배치되어 공정 챔버를 개폐하는 상부 덮개를 지지하는 상부 플레이트(미도시), 상기 베이스 플레이트와 상부 플레이트 사이에 배치되면서 공정 챔버의 일측에 마련되어 소스 가스를 주입하는 가스 도입부, 웨이퍼와 반응한 후에 이동되는 소스 가스를 배출시키기 위해 가스 도입부의 타단에 배치되는 배기부(203)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예는 에피택셜 제조 장치에서 특히 공정 챔버 내부에 배치된 배기부에 그 특징이 있는 것으로, 공정 챔버 내부의 다른 구성들은 기존에 공지된 장치와 동일할 수 있으며 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
상기 배기부(203)는 가스 도입부의 반대편에 배치되면서, 서셉터 상에 배치된 웨이퍼 상면을 흐르는 소스 가스가 배출되는 통로이다. 상기 배기부는 공정 챔버의 내부로 연결된 배기 캡(203b), 상기 배기 캡의 중심에서 공정 챔버의 외부로 연장 형성되어 배출되는 가스를 흡입하는 흡입 라인(203c) 및 상기 배기 캡에 삽입되는 한쌍의 배기 인서트(203a)를 포함할 수 있다.
배기 캡(203b)은 공정 챔버 내부에서 반응 가스가 이동하는 면에 삽입되는 일정한 폭을 가진 흡입홈을 구비하며, 상기 흡입홈에 한쌍의 배기 인서트(203a)가 결합될 수 있다.
배기 인서트(203a)는 가스 도입부를 통해 유입된 가스가 웨이퍼의 상면을 지나면서 반응한 후 배기부 방향으로 흐르는 가스를 가이드하여 공정 챔버 외부로 배출이 용이하도록 하는 역할을 하는 구성으로서, 가스가 흐르는 방향이 오픈된 직육면체 형상이며, 웨이퍼 방향에 대향되는 면은 웨이퍼의 곡률에 대응되도록 형성되며 배기 캡(203b)의 중앙을 기준으로 대칭의 형상을 가지면서 한 쌍으로 형성되는 부재이다.
본 발명은 이러한 구조의 배기 인서트(203a)가 배기 캡(203b)의 중심과 먼 쪽의 측면부에서 가스의 유동이 취약한 사실에 초점을 두었으며, 이 부분에 미반응 부산물이 파티클 형태로 침착되는 문제를 해결하고자 한다.
실시예에서 각각의 배기 인서트(203a)에는 배기 캡의 중앙과 먼 쪽의 측면부에 관통홀이 형성될 수 있으며, 베이스 플레이트(205)의 측면에는 상기 배기 인서트에 형성된 관통홀과 연결되도록 배출홀 (206)이 마련될 수 있다. 상기 배출홀(206)은 베이스 플레이트(205)와 배기 인서트(203a) 사이에 기체가 이동할 수 있는 통로를 제공하는 것으로, 본 발명의 에피택셜 웨이퍼 제조 장치에서는 상기 배출홀(206)를 통해 퍼지 가스가 주입될 수 있다.
실시예는 상기 배출홀과 연결되며 공정 챔버의 외부에 마련되는 가스 밸브를 포함할 수 있으며, 상기 가스 밸브는 에피택셜 공정 중에 퍼지 가스의 유입을 위해 오픈될 수 있다. 상기 가스 밸브는 웨이퍼의 에피택셜 공정이 진행되는 동안 오픈되는 것이 바람직하나, 공정 챔버를 승온시키는 과정에서 오픈되어도 무방하다.
그리고, 상기 가스 밸브와 연결되며 상기 가스 밸브의 개폐 동작에 따라 퍼지 가스를 제공하는 가스 라인이 마련될 수 있다.
가스 라인은 퍼지 가스를 공급 및 이동시키는 부재로서 기설정된 유량의 퍼지 가스를 배기 인서트 내부로 공급하여 퍼지 가스가 계속적으로 배기 인서트를 통해 흐르면서 배출되도록 한다. 실시예에서 상기 퍼지 가스는 200℃ 이상의 질소 가스 또는 수소 가스가 사용되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지는 않는다.
또한, 베이스 플레이트와 배기 인서트 사이에는 조립 상태에 따라 이격이 발생할 수 있는데 이로 인해 배출홀을 따라 흐르는 퍼지 가스의 유량이 변동될 수 있다. 따라서, 퍼지 가스가 배기 인서트 내부로 용이하게 유입된 후에 배출될 수 있도록 상기 배기 인서트에 마련된 관통홀의 직경은 상기 베이스 플레이트에 마련된 배출홀의 직경보다 크도록 형성되는 것이 바람직하다.
실시예에서 상기 배출홀(206)은 배기 캡의 중심부를 향하도록 베이스 플레이트 내부를 관통하여 형성되는 것이 바람직하다. 배기 캡의 중심부에는 흡입 라인이 연결되어 있어 기체의 유동이 활발하지만 배기 캡의 중심부와 먼쪽에 위치하는 배기 캡의 측면부는 기체의 유동이 정체되는 현상이 발생하기 때문이다.
실시예는 상기와 같이 배출홀의 방향을 형성하였고, 이를 통해 주입되는 퍼지 가스의 경로를 배기 캡의 중심쪽으로 바꾸어 주었기 때문에 배기 인서트의 전면으로 가이드되는 소스 가스의 이동 방향의 경로가 변경될 수 있다. 즉, 배출홀을 통해 배기 인서트(203a) 내부로 유도되는 가스 중에서도 특히 배기 인서트의 측면부로 들어오는 가스의 유동 방향을 배기 캡의 중심부 방향으로 더욱 크게 변경하는 수행하게 된다.
도 5는 실시예에 따른 웨이퍼 제조 장치에서 소스 가스의 흐름을 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하면, 소스 가스는 가스 공정 챔버의 일측에 마련된 가스 도입구(GAS INLET)에서 주입되어 웨이퍼가 배치되어 있는 공정존(Process zone)을 따라 흐른 뒤에 가스 도입구의 반대측에 마련된 가스 배출구(GAS OULET)를 통해 빠져나가게 된다. 가스 배출구에는 공정 챔버 내부의 가스를 빨아들이면서, 공정존을 벗어난 가스가 잘 배출될 수 있도록 하는 배기 인서트가 마련되는데, 실시예는 배기 인서트의 측면에 홀을 생성하여 공정 챔버 외부에서 퍼지 가스를 추가적으로 공급한다.
배기 인서트 쪽으로 유도되는 반응이 끝난 소스 가스들은 퍼지 가스가 흐르는 압력으로 인해 배기 캡의 중심 방향으로 이동 경로가 변경될 수 있다. 상기와 같은 구조로 인하여 배기 인서트의 측면부에는 정체되는 가스의 양이 현저히 감소하게 되며 이로 인해 배기 부산물이 침착되는 현상이 방지될 수 있다. 배기 부산물이 침착이 최소화되기 때문에 파티클의 형태를 갖는 공정 부산물들이 공정 챔버로 역류하는 현상 또한 감소하게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 에피택셜 웨이퍼 제조 장치는 배기 부산물의 생성을 최소화하고 챔버 내부로 오염원이 유입되는 것을 방지함으로써, 공정 챔버의 가동율 향상 및 품질, 수율 향상에 기여할 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
203: 배기부
203a: 배기 인서트
203b: 배기 캡
203c: 흡입 라인
205: 베이스 플레이트
206: 배출홀
207: 가스 밸브

Claims (8)

  1. 공정 챔버 내에서 웨이퍼를 서셉터 상에 배치하고, 웨이퍼 상면에 소스 가스를 반응시켜 에피택셜층을 성장시키는 장치로서,
    공정 챔버의 외주면을 둘러싸며 서셉터를 지지하는 베이스 플레이트;
    상기 베이스 플레이트의 상측에 배치되는 상부 플레이트; 및
    상기 베이스 플레이트와 상부 플레이트 사이에 배치되어 소스 가스를 주입 하는 가스 도입부 및 반응이 끝난 가스를 배출시키는 배기부를 포함하고,
    상기 배기부는
    공정 챔버의 내부로 연결된 배기 캡과,
    상기 배기 캡에 삽입되어 상기 공정 챔버 내 소스 가스의 배출을 유도하는 배기 인서트를 포함하고,
    상기 배기 인서트는 상기 배기 캡의 중앙을 기준으로 대칭의 형상을 가지면서 한 쌍 배치되며,
    상기 한 쌍의 배기 인서트 각각은 상기 웨이퍼 방향에 대향되는 면이 상기 웨이퍼의 곡률에 대응되도록 형성되고,
    상기 한 쌍의 배기 인서트 각각의 측면에는 관통홀이 마련되고,
    상기 베이스 플레이트의 측면에는 내부로 통로를 형성하는 배출홀이 마련되며, 상기 배출홀을 통해 상기 배기 인서트에 형성된 관통홀로 퍼지 가스를 흘려주고,
    상기 배출홀은 상기 배기 캡의 중심부를 향하도록 상기 베이스 플레이트 측면의 내부를 관통하여 형성되는 에피택셜 웨이퍼 제조 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 배출홀과 연결되며 공정 챔버의 외부에 마련되는 가스 밸브를 포함하고, 상기 가스 밸브는 공정 중에 퍼지 가스의 유입을 위해 오픈되는 에피택셜 웨이퍼 제조 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 가스 밸브와 연결되며 상기 가스 밸브의 개폐 동작에 따라 퍼지 가스를 제공하는 가스 라인이 마련되는 에피택셜 웨이퍼 제조 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 퍼지 가스는 200℃ 이상의 질소 가스 또는 수소 가스인 에피택셜 웨이퍼 제조 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 퍼지 가스는 상기 배기 인서트의 측면부로 유도되는 소스 가스의 경로를 상기 배기 캡의 중심부쪽으로 변경시키는 에피택셜 웨이퍼 제조 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 배기 캡은 공정 챔버 내부로 삽입되는 흡입홈과, 상기 흡입홈에서 공정 챔버 외부로 연장 형성되는 흡입라인으로 구성되는 에피택셜 웨이퍼 제조 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 배기 인서트에 마련된 관통홀의 직경은 상기 베이스 플레이트에 마련된 배출홀의 직경보다 크도록 형성되는 에피택셜 웨이퍼 제조 장치.
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