KR102063490B1 - 반도체 제조장치 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 반도체 제조장치는, 반응 챔버; 상기 반응 챔버 내에 배치되는 웨이퍼 캐리어; 상기 웨이퍼 캐리어 상에 배치되고, 중앙 영역, 중간 영역 및 에지 영역을 포함하는 웨이퍼; 및 상기 웨이퍼 캐리어의 상부에 위치하고, 상기 웨이퍼 방향으로 반응가스를 분사하는 제 1 공급 유닉과 제 2 공급 유닛을 포함하고, 상기 제 1 공급 유닛은 상기 반응 가스가 배기되는 복수 개의 제 1 배기부를 포함하고, 상기 제 1 배기부는, 상기 웨이퍼의 중앙 영역으로 배기되는 중앙 배기부; 상기 웨이퍼의 중간 영역으로 배기되는 중간 배기부; 및 상기 웨이퍼의 에지 영역으로 배기되는 에지 배기부를 포함한다.

Description

반도체 제조장치{EMICONDUCTOR MANUFACTURING APPARATUS}
실시예는 반도체 제조장치에 관한 것이다.
최근 다양한 산업분야에서 반도체 소자의 미세화와 고효율, 고출력 LED 개발 등의 요구가 점차 증가함에 따라서 품질이나 성능의 저하 없이 대량으로 생산이 가능한 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 장치가 요구되고 있다.
이러한 화학기상증착 장치는, 현재 기판 상에 실리콘 막, 산화물 막, 실리콘 질화물 막, 또는 실리콘 산질화물 막, 텅스텐 막 등과 같은 다양한 박막들을 증착하기 위해 이용되고 있다. 이들 화학기상증착에 사용되는 기판 로딩 장치로는 진공방식의 웨이퍼 캐리어(wafer carrier, susceptor)가 많이 사용되고 있다.
일반적으로 MOCVD(Metalorganic Chemical Vapor Deposition)는 웨이퍼 캐리어(wafer carrier) 상면에 적어도 하나의 기판을 배치하고, 히터 등의 가열 부재에 의해 가열된 고온의 기판 위에 원료 가스를 공급하여, 상기 웨이퍼 표면 상에서 화학분해반응을 일으켜 박막을 형성하는 화학증착(CVD)의 하나이며, 원료가스 중에는 트리메틸갈륨(TMG) 등의 유기 금속 착물을 포함할 수 있다.
이때, 기판 표면의 전 영역에서 에피택셜 박막층이 균일한 두께를 가지도록 하는 것이 중요한데, 이를 위해서는 기판의 전 영역에 걸쳐 균일한 가열 온도를 공급하는 것과, 원료 가스가 기판의 전 영역에 균일하게 분포시키는 것이 중요한 변수가 된다.
이와 같은 MOCVD 장치는 챔버 내측으로 반응 가스를 공급하기 위한 가스 공급 유닛을 구비한다. 상기 가스 공급 유닛은 챔버 내측 상부에 형성되는 복수 개의 분사구를 이용하여 이종의 공정 가스를 각각 공급한다. 그리고, 공정 챔버 내측에서 이종의 공정 가스 간에 반응이 일어나면서 기판 상에 증착이 이루어진다. 이때, 복수 개의 공정 가스는 공정 챔버 내측으로 공급되기 이전에 반응이 일어나는 것을 방지하기 위해, 가스 공급유닛은 각각의 공정가스가 별개의 유로를 따라 진행하도록 구성된다.
이러한 반응 가스는 기판이 배치되는 웨이퍼 캐리어에 대해 수직 방향으로 이동하고, 상기 웨이퍼 캐리어에 인접하여 웨이퍼 캐리어에 대해 수평 방향으로 이동하여, 웨이퍼 캐리어의 전 영역에 고르게 확산될 수 있다.
그러나, 종래의 경우, 상기 웨이퍼 캐리어의 중앙 부분에서 반응 가스가 과도하게 반응되어 웨이퍼 캐리어의 중앙 영역에 위치되는 기판들 상에는 박막층이 두껍게 형성될 수 있었다. 이에 따라, 특정 영역에서만 두껍게 박막측이 형성되어 개개의 기판 상에 균일한 두께로 박막층이 형성되지 못하는 문제점이 있었다.
이에 따라, 웨이퍼 캐리어 상에 배치되는 기판 상에 영역과 상관없이 균일한 두께의 박막층을 증착시킬 수 있는 공급 유닛 및 이를 포함하는 반도체 제조장치의 필요성이 요구된다.
실시예는 균일한 박막층을 증착할 수 있는 공급 유닛 및 이를 포함하는 반도체 제조장치를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 반도체 제조장치는, 반응 챔버; 상기 반응 챔버 내에 배치되는 웨이퍼 캐리어; 상기 웨이퍼 캐리어 상에 배치되고, 중앙 영역, 중간 영역 및 에지 영역을 포함하는 웨이퍼; 및 상기 웨이퍼 캐리어의 상부에 위치하고, 상기 웨이퍼 방향으로 반응가스를 분사하는 제 1 공급 유닛과 제 2 공급 유닛을 포함하고, 상기 제 1 공급 유닛은 상기 반응 가스가 배기되는 복수 개의 제 1 배기부를 포함하고, 상기 제 1 배기부는, 상기 웨이퍼의 중앙 영역으로 배기되는 중앙 배기부; 상기 웨이퍼의 중간 영역으로 배기되는 중간 배기부; 및 상기 웨이퍼의 에지 영역으로 배기되는 에지 배기부를 포함한다.
실시예에 따른 반도체 제조장치는 제 1 공급 유닛 의 경로부 및 배기부의 크기를 변경하여 상기 반응 챔버 내부로 배기되는 반응 가스 즉, Ⅲ족 가스의 유량을 제어할 수 있다. 즉, 상기 반응 챔버 내부에 배치되는 웨이퍼 캐리어의 중앙 영역으로 분사되는 Ⅲ족 가스의 유량을 제어할 수 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 반도체 제조장치는 상기 웨이퍼 캐리어의 중앙 영역으로 집중될 수 있는 반응 가스의 양을 제어함으로써, 상기 웨이퍼 캐리어에 배치되는 웨이퍼 상에 균일한 두께의 질화물 박막층을 증착할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 반도체 제조장치를 도시한 도면이다.
도 2는 실시예에 따른 웨이퍼 캐리어를 도시한 도면이다.
도 3은 실시예에 따른 공급 유닛의 단면을 도시한 도면이다.
도 4는 실시예에 따른 경로부 및 배기부를 도시한 공급 유닛의 일 단면도이다.
도 5는 실시예에 따른 웨이퍼 캐리어의 중심축으로부터 거리 함수로서 정규화된 박막층의 성장 두께를 나타낸 그래프이다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 웨이퍼, 장치, 척, 부재, 부, 영역 또는 면 등이 각 웨이퍼, 장치, 척, 부재, 부, 영역 또는 면 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 "상" 또는 "아래"에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
이하, 도 1 내지 도 8을 참조하여, 실시예에 따른 반도체 제조장치를 설명한다.
도 1은 실시예에 따른 반도체 제조장치를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 실시예에 따른 반도체 제조장치는 반응 챔버(100), 공급 유닛(200), 웨이퍼 캐리어(300), 가열 부재(400) 및 구동축(500)을 포함한다.
상기 반응 챔버(100)는 반도체 제조장치의 몸체를 형성하고, 내부에 웨이퍼(W)가 배치되어, 상기 웨이퍼(W) 상에 박막 증착 공정이 진행되는 공간을 제공한다. 상기 반응 챔버(100)는 내마모성 및 내부식성이 우수한 메탈 등의 소재를 포함할 수 있다. 또한, 상기 반응 챔버(100)의 내부면에는 고온에서 견질 수 있도록 단열재를 구비할 수 있다. 상기 반응 챔버(100)는 원통 형상 또는 사각 형상 등을 포함할 수 있다. 그러나, 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 반응 챔버(100)는 고온에서 견딜 수 있는 다양한 소재 및 다양한 형상을 포함할 수 있다.
상기 웨이퍼 캐리어(300)는 상기 반응 챔버(100)의 내부에 배치된다. 상기 웨이퍼 캐리어(300)는 원형 즉, 디스크 형상을 포함할 수 있다. 또한, 상기 웨이퍼 캐리어(300)의 상면에는 웨이퍼(W)가 수용될 수 있는 포켓부(310)가 형성된다. 상기 포켓부(310)는 상기 웨이퍼(W)의 크기에 대응되는 형상의 홈으로 형성되며, 상기 웨이퍼 캐리어(300)의 원주 방향으로 복수 개가 형성될 수 있다.
상기 웨이퍼 캐리어(300)는 고온에서 견딜 수 있도록, 탄소(carbon) 또는 탄화규소(SiC)가 코팅된 흑연(Graphite)으로 형성될 수 있다. 상기 웨이퍼 캐리어(300)는 상기 반응 챔버(100) 내부에 배치되고, 상기 웨이퍼 캐리어(300)와 연결된 구동축(500)에 의해 회전되면서, 상기 반응 챔버(100) 내부로 공급되는 반응 가스에 의해 일정한 반응 온도 이상에서 상기 웨이퍼 캐리어(300) 상에 배치되는 웨이퍼(W)와의 화학적인 기상 반응에 의해 상기 웨이퍼(W) 상에 에피택셜 박막층을 증착할 수 있다. 상기 웨이퍼(W)는 사파이어 웨이퍼 또는 탄화규소 웨이퍼를 포함할 수 있다.
상기 웨이퍼 캐리어(300)는 도 2 와 같이 중앙 영역(300a), 중간 영역(300b) 및 에지 영역(300c)을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 웨이퍼 캐리어(300)는 상기 웨이퍼 캐리어(300)의 구동축이 연결되는 부분(C)을 중심으로 중앙 영역(300a), 중간 영역(300b) 및 에지 영역(300c)으로 구분될 수 있다. 본원에서는 설명의 편의를 위해 상기 웨이퍼 캐리어(300)를 중앙 영역(300a), 중간 영역(300b) 및 에지 영역(300c)으로 분리하여 설명하였으나, 상기 중앙 영역(300a), 중간 영역(300b) 및 상기 에지 영역(300c)은 서로 분리되지 않고 일체로 형성된다.
상기 공급 유닛(200)은 상기 반응 챔버(100) 내부로 다양한 원료 가스 즉, 기판과 반응하여 원하는 에피택셜 박막층을 성장시키기 위한 반응 가스를 공급한다. 상기 공급 유닛(200)은 상기 반응 챔버(100) 외부에 위치한 원료 가스 공급부와 연결되고, 상기 원료 가스 공급부에서 공급되는 상기 원료 가스는 상기 공급 유닛(200)을 통해 챔버 내부로 수직 분사되어, 상기 웨이퍼 캐리어(300)를 거치면서 수평으로 분포되게 된다. 상기 공급 유닛(200)에 대해서는 이하에서 상세하게 설명한다.
상기 가열 부재(400)는 상기 웨이퍼 캐리어(300)의 하부에 위치하여, 상기 웨이퍼 캐리어(300)를 가열할 수 있다. 즉, 상기 가열 부재(400)는 상기 웨이퍼 캐리어 상에 배치되는 기판을 반응 온도 이상으로 가열시킬 수 있다. 상기 가열 부재는 히터 플레이트(410)와 상기 히터 플레이트(410) 상에 배치되는 히터(420)들을 포함할 수 있다. 상기 히터 플레이트(410)는 상기 웨이퍼 캐리어(300)의 전 영역을 가열할 수 있도록, 상기 웨이퍼 캐리어(300)와 동일한 형상 및 동일한 면적을 가질 수 있고, 상기 히터 플레이트 상에는 복수 개의 히터(420)들이 배치될 수 있다. 상기 히터(420)들은 전기 히터, 고주파유도, 적외선 방사 및 레이저 등 다양한 방법을 통해 열을 발산할 수 있다.
상기 반응 챔버(100) 내에는 상기 반응 챔버(100)의 내부 분위기 온도를 측정할 수 있는 온도 센서(도면에 미도시)를 포함할 수 있으며, 상기 온도 센서에 의해 상기 반응 챔버 내부(100)의 온도를 제어하여 최적의 반응 온도를 유지할 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참고하여, 실시예에 따른 공급 유닛을 상세하게 설명한다.
도 3을 참고하면, 실시예에 따른 공급 유닛(200)은 제 1 공급 유닛(210) 및 제 2 공급 유닛(220)을 포함한다.
상기 제 1 공급 유닛(210)에서는 상기 반응 챔버(100) 내부로 Ⅲ족 가스를 투입한다. 자세하게, 상기 Ⅲ족 가스는 트리메틸갈륨(TMGa), 트리메탈인듐(TMI) 및 트리메탈알루미늄(TMAl) 중 적어도 하나의 가스를 포함할 수 있으나, 실시예가 이에 제한되지는 않는다.
또한, 상기 제 2 공급 유닛(220)에서는 상기 반응 챔버(100) 내부로 Ⅴ족 가스를 투입한다. 자세하게, 상기 Ⅴ족 가스는 암모니아(NH3) 가스를 포함할 수 있으나, 실시예가 이에 제한되지는 않는다.
상기 제 1 공급 유닛(210) 및 상기 제 2 공급 유닛(220)은 상기 반응 챔버 (100) 내부로 상기 Ⅲ족 가스 및 상기 Ⅴ족 가스를 투입하고, 상기 Ⅲ족 가스 및 상기 Ⅴ족 가스와 상기 반응 챔버 내부에 배치되는 웨이퍼가 서로 반응하여, 상기 웨이퍼 상에 질화물 에피택셜 박막층이 형성된다.
상기 제 1 공급 유닛(210) 및 상기 제 2 공급 유닛(220)은 상기 반응 챔버(100)의 형상과 동일한 형상일 수 있다. 즉, 상기 제 1 공급 유닛(210) 및 상기 제 2 공급 유닛(220)은 원형 형상을 가질 수 있다, 자세하게, 상기 제 1 공급 유닛(210) 및 상기 제 2 공급 유닛(220)은 각각 디스크 형상을 가질 수 있다.
상기 제 1 공급 유닛(210) 및 상기 제 2 공급 유닛(220)은 서로 결합될 수 있다. 자세하게, 도 3에 도시되어 있듯이, 상기 제 2 공급 유닛(220)은 상기 제 1 공급 유닛(210) 상에 배치되고, 상기 제 1 공급 유닛(210) 및 상기 제 2 공급 유닛(220)은 서로 기계적으로 결합될 수 있다.
상기 제 1 공급 유닛(210)과 상기 제 2 공급 유닛(220)은 서로 결합되어 배치되고, 상기 제 1 공급 유닛(210) 및 상기 제 2 공급 유닛(220)에는 서로 다른 반응 가스가 주입 및 배기된다, 자세하게, 상기 Ⅲ족 가스는 상기 제 1 공급 유닛(210)을 통해 주입 및 배기되고, 상기 Ⅴ족 가스는 상기 제 2 공급 유닛(220)을 통해 주입 및 배기된다.
즉, 상기 Ⅲ족 가스 및 상기 Ⅴ족 가스는 서로 다른 공급 유닛들을 통해 주입 및 배기되므로, 상기 반응 챔버(1000) 내부로 투입되기 전까지는 서로 혼합되지 않은 상태로 개별적으로 주입 및 배기된다.
상기 반응 가스 즉, 상기 Ⅲ족 가스 및 상기 Ⅴ족 가스는 상기 제 1 공급 유닛(210) 및 상기 제 2 공급 유닛(220)을 통해 배기되어, 상기 웨이퍼 캐리어(300) 상에 배치되는 웨이퍼(W)와 반응한다. 그러나, 상기 반응 가스는 상기 웨이퍼 캐리어의 전 영역에 균일하게 확산되지 못하고, 상기 웨이퍼 캐리어(300)의 중앙 영역(a)을 거치면서 웨이퍼 캐리의 에지 영역(c)으로 확산되기 때문에, 상기 웨이퍼 캐리어(300)의 중앙 영역(a)에 위치하는 웨이퍼 영역(W1)은 다른 웨이퍼 영역(W2, W2)에 비해 박막층이 두껍게 형성될 수 있다.
즉, 종래에는, 상기 웨이퍼 캐리어에 형성된 복수 개의 홈들은 도 2와 같이 상기 웨이퍼 캐리어의 중앙 영역과 대응되는 영역(W1), 상기 웨이퍼 캐리어의 중간 영역과 대응되는 영역(W2) 및 상기 웨이퍼 캐리어의 에지 영역과 대응되는 영역(W3)을 모두 걸쳐서 형성되고, 상기 홈에 배치되는 웨이퍼는 상기 웨이퍼 캐리어의 중앙 영역과 대응되는 영역(W1)에 위치하는 부분이 상기 웨이퍼 캐리어의 중간 영역 및 에지 영역에 걸치는 부분에 비해 박막층의 두께가 두껍게 형성된다. 이에 따라, 웨이퍼 상에 전체적으로 균일한 두께로 박막층이 증착되지 못해, 효율이 저하되는 문제점이 발생하였다.
이에 따라, 실시예에 따른 반도체 제조장치에서는, 상기 공급 유닛의 구조적인 형상 즉, 주입부 및 배기부의 직경 및 면적을 제어하여 이와 같은 문제점을 해결할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 실시예에 따른 제 1 공급 유닛(210)은 상기 반응가스가 주입되는 복수 개의 제 1 주입부(211)들, 주입된 반응 가스가 이동하는 복수 개의 제 1 경로(path)부들(212a, 212b, 212c)들 및 상기 반응 가스가 배기되는 복수 개의 제 1 배기부들(213a, 213b, 213c)들을 포함한다.
상기 제 1 주입부(211)에서는 외부의 원료 공급부에 의해 상기 제 1 공급 유닛 내로 반응 가스 즉, Ⅲ족 가스가 주입된다. 상기 제 1 주입부(211)로 주입되는 반응 가스 즉, Ⅲ족 가스는 상기 제 1 주입부(211)와 연결되는 복수 개의 제 1 경로부(212)로 이동한다. 상기 제 1 경로부(212)는 상기 반응 가스가 흐르도록 원형의 관으로 형성될 수 있다. 상기 제 1 경로부(212)는 상기 중앙 경로부(212a), 중간 경로부(212b) 및 에지 경로부(212c)를 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시되어 있듯이, 상기 제 1 경로부들(212a, 212b, 212c)로 이동되는 반응 가스는, 상기 제 1 경로부들(212a, 212b, 212c)과 연결되는 복수 개의 제 1 배기부들(213a, 213b, 213c)로 이동한다. 상기 제 1 배기부들(213a, 213b, 213c)은 중앙 배기부(213a), 중간 배기부(213b) 및 에지 배기부(213c)를 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 배기부는 상기 웨이퍼 캐리어의 중앙 영역(300a)으로 배기되는 중앙 배기부(213a), 상기 웨이퍼 캐리어의 중간 영역(300b)으로 배기되는 중간 배기부(213b) 및 상기 웨이퍼 캐리어의 에지 영역(300c)으로 배기되는 에지 배기부(213c)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 Ⅲ족 가스는 상기 제 1 주입부(211)로 주입되어 상기 제 1 경로부들(212a, 212b, 212c)을 통해 상기 중앙 배기부(213a), 상기 중간 배기부(213b) 및 상기 에지 배기부(213c)를 통해 반응 챔버(100) 내부로 배기될 수 있다.
상기 중앙 경로부(212a)는 상기 중앙 배기부(213a)와 연결되고, 상기 중간 경로부(212b)는 상기 중간 배기부(213b)와 연결되며, 상기 에지 경로부(212c)는 상기 에지 배기부(213c)와 연결된다.
상기 제 2 공급 유닛은 상기 반응가스가 주입되는 복수 개의 제 2 주입부들, 주입된 반응 가스가 이동하는 복수 개의 제 2 경로(path)부들 및 상기 반응 가스가 배기되는 복수 개의 제 2 배기부들을 포함한다.
상기 제 1 주입부(221)에서는 외부의 원료 공급부에 의해 상기 제 2 공급 유닛 내로 반응 가스 즉, Ⅴ족 가스가 주입된다. 상기 제 2 주입부(221)로 주입되는 반응 가스 즉, Ⅴ족 가스는 상기 제 2 주입부(221)와 연결되는 복수 개의 제 2 경로부(도면에 미도시)로 이동한다.
상기 제 2 경로부로 이동되는 반응 가스는, 상기 제 2 경로부와 연결되는 복수 개의 제 2 배기부(도면에 미도시)로 이동한다. 상기 제 2 배기부는 중앙 배기부, 중간 배기부 및 에지 배기부를 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 제 2 배기부는 상기 웨이퍼 캐리어의 중앙 영역(300a)으로 배기되는 중앙 배기부, 상기 웨이퍼 캐리어의 중간 영역(300b)으로 배기되는 중간 배기부 및 상기 웨이퍼 캐리어의 에지 영역으로 배기되는 에지 배기부를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 Ⅴ족 가스는 상기 제 2 주입부(221)로 주입되어 상기 중앙 배기부, 상기 중간 배기부 및 상기 에지 배기부를 통해 반응 챔버(100) 내부로 배기될 수 있다.
이때, 상기 제 1 주입부와 상기 제 2 주입부, 상기 제 1 경로부와 상기 제 2 경로부, 상기 제 1 배기부와 상기 제 2 배기부는 서로 연결되지 않고 개별적으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 Ⅲ족 가스와 상기 Ⅴ족 가스는 각각 상기 제 1 공급 유닛(210) 및 상기 제 2 공급 유닛(220)을 통과하면서 상기 제 1 배기부 및 상기 제 2 배기부를 통과할 때까지 서로 혼합 및 반응하지 않고, 상기 반응 챔버(100) 내부로 배기된다.
실시예에 따른 반도체 제조장치는, 상기 제 1 공급 유닛의 제 1 경로부 및 상기 제 1 배기부의 직경 및 면적을 제어하여, 상기 웨이퍼 캐리어의 중앙 영역으로 이동하는 반응 가스의 유량을 제어한다.
자세하게, 도 4에 도시되어 있듯이, 상기 제 1 배기부(213)의 중앙 배기부(213a)의 배기 면적은 상기 제 1 배기부의 상기 중간 배기부(213b) 및 상기 에지 배기부(213c)에 비해 작은 배기 면적을 가질 수 있다. 즉, 상기 제 1 배기부(213)는 상기 제 1 경로부(212)에서 이동되는 반응 가스가 제 1 경로부(212)에 형성되고, 일정한 면적을 가지는 배기부들에 의해 배기되는데, 상기 중앙 배기부(213a)의 배기 면적이 다른 배기부들의 면적에 비해 작을 수 있다. 즉, 도 4에 도시되어 있듯이, 상기 제 1 경로부(212)의 중앙 경로부(212a)에는 반응 가스가 배기되는 복수 개의 중앙 배기부(213a)들이 형성되고, 이때, 상기 중앙 배기부(213a)들의 일부를 차폐함으로써, 중앙 배기부(213a)들의 전체 면적을 상기 중간 배기부(213b) 및 상기 에지 배기부(213c)의 전체 면적에 비해 작게 형성할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제 1 배기부의 중앙 배기부(213a)의 면적은 상기 제 1 배기부의 중간 배기부(213b) 및 에지 배기부(213c)에 대해 약 80% 내지 약 90%만큼의 면적을 가질 수 있다.
또한, 원형관 형상인 상기 제 1 경로부(212)의 중앙 경로부(212a)의 직경은 상기 제 1 경로부의 상기 중간 경로부(212b) 및 상기 에지 경로부(212c)에 비해 작은 직경을 가질 수 있다. 즉, 도 3에 도시되어 있듯이, 상기 중앙 경로부(212a)의 직경은 상기 중간 경로부(212b) 및 상기 에지 경로부(212c)에 비해 더 작은 직경을 가질 수 있다.
바람직하게는, 상기 제 1 경로부의 중앙 경로부(212a)의 면적은 상기 제 1 경로부의 중간 경로부(212b) 및 에지 경로부(212c)에 대해 약 75% 내지 약 85%만큼의 직경을 가질 수 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 반도체 제조장치는, 웨이퍼 캐리어의 중앙 영역으로 배기되는 반응 가스의 유량을 제어할 수 있다. 특히, 반응 가스 중 Ⅲ족 가스의 유량을 제어할 수 있다. 자세하게, 상기 웨이퍼 캐리어의 중앙 영역으로 배기되는 반응 가스의 유량을 감소시킴으로써, 상기 웨이퍼 캐리어의 중앙 영역에 위치되는 웨이퍼의 박막 두께 증가를 감소시킬 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 반도체 제조장치는 웨이퍼 상에 균일한 두께로 질화물 박막층을 형성할 수 있으므로, 고품질의 에피 웨이퍼를 제조할 수 있다.
이하, 실시예들 및 비교예들을 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명한다. 이러한 실시예는 본 발명을 좀더 상세하게 설명하기 위하여 예시로 제시한 것에 불과하다. 따라서 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
반응 챔버 내에 배치되는 공급 유닛의 주입부로 반응 가스로서 Ⅲ족 가스(트리메틸갈륨(TMGa), 트리메탈인듐(TMI) 및 트리메탈알루미늄(TMAl) 중 적어도 하나의 가스)과 Ⅴ족 가스로 암모니아(NH3) 가스를 투입하고, 캐리어 가스로 질소(N2) 가스, 수소(H2) 가스 및 아르곤(Ar) 가스 중 적어도 하나를 투입하였다.
이어서, 상기 공급 유닛의 배기부에서 상기 웨이퍼 캐리어에 대해 수직 방향으로 반응 가스가 분사되고, 각각의 반응 온도 이상으로 상기 챔버 내부를 가열하였고, 구동축에 의해 웨이퍼 캐리어를 약 500rpm 내지 1000rpm으로 회전시키면서, 투입된 반응 가스와 웨이퍼 캐리어 상에 위치하는 웨이퍼를 반응시켜 상기 웨이퍼 상에 질화물 박막층(GaN층)을 형성하였다.
이때, Ⅲ족 가스가 주입되는 상기 공급 유닛은 주입부, 경로부 및 배기부를 포함하고, 경로부는 중앙 영역 경로부, 중간 영역 경로부 및 에지 영역 경로부를 포함하며, 상기 배기부는 중앙 영역 배기부, 중간 영역 배기부 및 에지 영역 배기부를 포함한다.
또한, 상기 중앙 영역 경로부의 직경은, 상기 중간 영역 경로부 및 상기 에지 영역 경로부의 직경에 대해 약 80%의 직경이었다.
또한, 상기 중앙 영역 배기부의 면적은, 상기 중간 영역 배기부 및 상기 에지 영역 배기부의 면적에 대해 약 85%의 면적이었다.
실시예 2
상기 중앙 영역 경로부의 직경이 상기 중간 영역 경로부 및 상기 에지 영역 경로부의 직경에 대해 약 80%의 직경이고, 상기 중앙 영역 배기부의 면적, 상기 중간 영역 배기부의 면적 및 상기 에지 영역 배기부의 면적이 모두 동일한 면적 이었다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 기판 상에 질화물 박막층을 형성하였다.
실시예 3
상기 중앙 영역 경로부 직경, 상기 중간 영역 경로부의 직경 및 상기 에지 영역 경로부의 직경이 모두 동일하고, 상기 중앙 영역 배기부의 면적은, 상기 중간 영역 배기부 및 상기 에지 영역 배기부의 면적에 대해 약 85%의 면적 이었다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 기판 상에 질화물 박막층을 형성하였다.
비교예
상기 중앙 영역 경로부 직경, 상기 중간 영역 경로부의 직경 및 상기 에지 영역 경로부의 직경이 모두 동일하고, 상기 중앙 영역 배기부의 면적, 상기 중간 영역 배기부의 면적 및 상기 에지 영역 배기부의 면적이 모두 동일한 면적 이었다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 기판 상에 질화물 박막층을 형성하였다.
결과
실시예 1 내지 실시예 3, 비교예에 대한 질화물 박막층 두께의 표준 편차를 측정하였다. 그 결과, 실시예 1의 표준 편차는 약 0.0515였고, 실시예 2의 표준 편차는 0.104였으며, 실시예 3의 표준 편차는 약 0.123이었다. 또한, 비교예의 표준 편차는 약 0.156이었다.
즉, 공급 유닛의 직경 및 면적을 제어한 실시예 1 내지 실시예 3의 GaN층 두께의 표준 편차는 비교예의 GaN층 두께의 표준 편차에 비해 더 작은 것을 알 수 있다.
도 5는 실시예 1과 비교예에 따른 웨이퍼 캐리어의 중심축으로부터 거리 함수로서 정규화된 박막층의 성장 두께를 나타낸 그래프이다.
도 5를 참고하면, 실시예의 질화물 박막층은 비교예의 질화물 박막층에 비해 균일하게 형성되는 것을 알 수 있다. 즉, 실시에에 따른 질화물 박막층의 표준편차(0.0515)는 비교예에 따른 질화물 박막층의 표준편차(0.156)에 비해 작은 것을 알 수 있다.
이에 따라, 실시예의 질화물 박막층은 웨이퍼 캐리어의 중앙 영역에 배치되는 웨이퍼 영역에서 막 두께가 증가되는 것을 감소시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 반응 챔버;
    상기 반응 챔버 내에 배치되는 웨이퍼 캐리어; 및
    상기 웨이퍼 캐리어의 상부에 위치하고, 상기 웨이퍼 캐리어 방향으로 반응가스를 분사하는 제 1공급 유닛과 제 2 공급 유닛을 포함하고,
    상기 제 1 공급 유닛은,
    상기 반응가스가 주입되는 제 1 주입부;
    상기 제 1 주입부로 공급된 상기 반응가스가 이동하는 복수 개의 제 1 경로부; 및
    상기 제 1 경로부를 통해 이동한 상기 반응 가스가 배기되는 복수 개의 제 1 배기부를 포함하고,
    상기 웨이퍼 캐리어는 중앙 영역; 상기 중앙 영역 둘레를 감싸는 중간 영역; 및 상기 중간 영역 둘레를 감싸는 에지 영역을 포함하고,
    상기 제 1 배기부는,
    상기 웨이퍼 캐리어의 중앙 영역으로 배기되는 중앙 배기부;
    상기 웨이퍼 캐리어의 중간 영역으로 배기되는 중간 배기부; 및
    상기 웨이퍼 캐리어의 에지 영역으로 배기되는 에지 배기부를 포함하고,
    상기 제 1 경로부는,
    상기 중앙 배기부와 연결된 중앙 경로부;
    상기 중간 배기부와 연결된 중간 경로부; 및
    상기 에지 배기부와 연결된 에지 경로부를 포함하고,
    상기 중앙 배기부는 상기 중간 배기부 및 상기 에지 배기부보다 좁은 면적을 가지며, 상기 중간 배기부 및 상기 에지 배기부에 대해 80% 내지 90%의 면적을 가지고,
    상기 중앙 경로부는 상기 중간 경로부 및 상기 에지 경로부보다 작은 직경을 가지며, 상기 중간 경로부 및 상기 에지 경로부에 대해 75% 내지 85%의 직경을 가지고,
    상기 웨이퍼 캐리어와 마주하는 상기 중앙 배기부, 상기 중간 배기부 및 상기 에지 배기부 각각의 일 끝단은 동일 평면 상에 배치되는 반도체 제조장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 중앙 영역, 상기 중간 영역 및 상기 에지 영역은 일체로 형성되는 반도체 제조장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 웨이퍼 캐리어의 하부에 위치하는 가열 부재를 포함하고,
    상기 가열 부재는, 히터 플레이트; 및 상기 히터 플레이트 상에 배치되는 복수의 히터를 포함하고,
    상기 히터 플레이트는 상기 웨이퍼 캐리어와 동일한 형상 및 동일한 면적을 가지는 반도체 제조장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 반응 가스는 Ⅲ족 가스 및 Ⅴ족 가스를 포함하고,
    상기 Ⅲ족 가스는 상기 제 1 공급 유닛을 통해 분사되며,
    상기 Ⅴ족 가스는 상기 제 2 공급 유닛을 통해 분사되는 반도체 제조장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 Ⅲ족 가스는 트리메틸갈륨(TMGa), 트리메탈인듐(TMI) 및 트리메탈알루미늄(TMAl) 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 Ⅴ족 가스는 암모니아를 포함하는 반도체 제조장치.
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