KR102381677B1 - 에피 웨이퍼 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 실시예의 에피 웨이퍼 제조장치는, 웨이퍼가 안착되는 공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버의 일측에 연통되고, 소스 가스를 상기 챔버 내부로 안내하는 복수개의 내부 유로가 구비된 인서트(insert); 상기 인서트의 입구에 조립되고, 소스 가스를 상기 인서트로 분사하는 한 쌍의 양측 유로가 구비된 인젝터(injector); 상기 인서트와 인젝터 사이에 설치되고, 상기 인젝터에서 분사된 소스 가스를 상기 인서트로 분산시키는 복수개의 홀이 구비된 베플(baffle); 및 상기 인젝터의 양측 유로들에 소스 가스를 주입하는 하나의 주입 유로;를 포함할 수 있다.

Description

에피 웨이퍼 제조장치 {Epi wafer manufacturing apparatus}

본 발명은 소스 가스를 균일하게 분배하여 공급할 수 있는 에피 웨이퍼 제조장치에 관한 것이다.

반도체 소자 제조의 재료로서 사용되는 웨이퍼는, 단결정 실리콘 잉곳을 웨이퍼 형태로 얇게 절단하는 슬라이싱 공정(slicing), 원하는 웨이퍼의 두께로 연마하면서 평탄도를 개선하는 래핑 공정(lapping), 웨이퍼의 손상(damage) 제거를 위한 에칭 공정(etching), 표면 경면화 및 평탄도를 향상시키기 위한 연마 공정(polishing), 웨이퍼 표면의 오염 물질을 제거하기 위한 세정 공정(cleaning) 등의 단계를 거쳐 웨이퍼로 생산된다.

에피택셜 웨이퍼는 1000℃ 이상의 고온의 챔버 내에서 화학 기상 증착법에 의해 얇은 에피택셜 막을 폴리시드 웨이퍼(Polished Wafer) 위에 형성한 웨이퍼이다. 이러한 에피택셜 막의 두께는 챔버 내에 유입되는 반응 가스의 유량에 영향을 받는다.

도 1은 종래 기술에 따른 에피 웨이퍼 제조장치가 도시된 평면도이고, 도 2는 종래 기술에 적용된 인젝터가 도시된 정면도이며, 도 3은 종래 기술에 적용된 베플이 도시된 모식도이다.

종래의 에피 웨이퍼 제조장치는 챔버(C) 내부로 유량을 균일하게 공급하기 위한 유로 구성을 가지는데, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 양측으로 구획된 복수개의 내부 유로(1a)가 구비된 인서트(insert, 1)와, 인서트(1)의 입구에 조립되는 인젝터(injector, 2)와, 인서트(1)와 인젝터(2) 사이에 유량을 분산시키는 베플(baffle, 3)과, 인서트(1) 내부로 소스 가스를 주입하는 제1,2 주입 유로(I1,I2)를 포함한다.

하나의 중심 유로(2a)가 인젝터(2)의 중심부에 연결되고, 한 쌍의 양측 유로(2b,2c)가 인젝터(2)의 양측에 연결되며, 제1 주입 유로(I1)를 통하여 중심 유로(2a)에 공급되는 소스 가스의 유량을 제어하고, 제2 주입 유로(I2)를 통하여 양측 유로(2b,2c)에 공급되는 소스 가스의 유량을 별도로 제어할 수 있다.

베플(3)은 중심을 기준으로 양측에 각각 11개씩 총 22개의 홀(3h)을 포함하는데, 중심으로 갈수록 홀들(3h) 사이의 간격이 좁아지게 형성된다. 한편, 인서트(1)는 10개의 내부 유로(1a)를 포함하며, 챔버(C)는 9개의 주입구를 포함한다.

소스 가스는 상기와 같은 유로를 통하여 챔버(C)의 중심을 기준으로 양측으로 주입되고, 챔버(C) 내부에 위치한 서셉터(S)의 회전을 이용하여 서셉터(S) 위에 안착된 웨이퍼(W)에 균일하게 전달되도록 한다.

그러나, 종래 기술에 따르면, 두 개의 주입 유로에 의해 인젝터의 중심 유로와 양측 유로에 주입되는 소스 가스의 유량을 제어함으로서, 두 개의 주입 유로를 통해 주입된 소스 가스들이 인젝터를 통과하더라도 소스 가스들의 유속 차이 및 소스 가스들의 분리로 인하여 에피택셜 막의 성장 속도의 차이를 발생시키는 문제점이 있다.

또한, 인젝터를 통과한 소스 가스는 베플의 22개 홀과 인서트의 10개 내부 유로 및 챔버의 9개 주입구를 통하여 주입됨으로서, 소스 가스들이 병합 또는 분리되는 구조에 의해 소스 가스들의 경계를 형성하고, 경계면에서 소스 가스의 분리 및 결핍으로 마찬가지로 에피택셜 막의 성장 속도의 차이를 발생시키는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 소스 가스를 균일하게 분배하여 공급할 수 있는 에피 웨이퍼 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 실시예의 에피 웨이퍼 제조장치는, 웨이퍼가 안착되는 공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버의 일측에 연통되고, 소스 가스를 상기 챔버 내부로 안내하는 복수개의 내부 유로가 구비된 인서트(insert); 상기 인서트의 입구에 조립되고, 소스 가스를 상기 인서트로 분사하는 한 쌍의 양측 유로가 구비된 인젝터(injector); 상기 인서트와 인젝터 사이에 설치되고, 상기 인젝터에서 분사된 소스 가스를 상기 인서트로 분산시키는 복수개의 홀이 구비된 베플(baffle); 및 상기 인젝터의 양측 유로들에 소스 가스를 주입하는 하나의 주입 유로;를 포함할 수 있다.

상기 인젝터의 양측 유로들을 구획하고, 상기 인젝터의 출구까지 연장되는 격벽;을 더 포함할 수 있다.

상기 인젝터는, 상기 양측 유로들의 상기 격벽과 인접한 위치에 상기 주입 유로와 연통되는 한 쌍의 주입구가 구비될 수 있다.

상기 인젝터는, 상기 양측 유로들의 상기 격벽과 대향되는 위치에 상기 주입 유로와 연통되는 한 쌍의 주입구가 구비될 수 있다.

상기 인서트와 상기 베플은, 상기 격벽을 기준으로 양측이 대칭되게 구성될 수 있다.

상기 내부 유로들은, 동일한 유로 단면적을 가지고, 상기 인서트의 양측 방향으로 일정 간격을 두고 배치될 수 있다.

상기 홀들은, 동일한 직경을 가지고, 상기 베플의 양측 방향으로 일정 간격을 두고 배치될 수 있다.

상기 내부 유로들과 홀들은, 각각 일직선의 유로를 형성할 수 있다.

본 실시예는, 상기 챔버의 입구에 내장되고, 상기 인서트를 통과한 소스 가스를 상기 챔버 내부에 웨이퍼가 안착된 서셉터의 상/하측으로 안내하는 라이너;를 더 포함하고, 상기 라이너는, 상기 내부 유로들과 홀들과 같은 간격으로 양측 방향으로 구획될 수 있다.

본 실시예의 에피 웨이퍼 제조장치는 하나의 주입 유로를 통하여 인젝터의 양측 유로들로 소스 가스의 유량을 제어함으로서, 소스 가스의 유량을 손쉽게 균일하게 제어할 수 있다.

또한, 인젝터의 양측 유로들을 나누는 격벽이 베플과 인서트까지 연장되고, 격벽에 의해 인젝터와 베플 및 인서트를 양측으로 대칭되도록 구획함으로서, 소스 가스가 격벽을 기준으로 양측에서 분할 또는 병합되는 것을 방지하고, 소스 가스의 유동을 균일하게 형성시킬 수 있다.

따라서, 챔버 내부로 유입되는 소스 가스의 유동을 더욱 촘촘하게 유입시킬 수 있고, 챔버 내부에 소스 가스를 균일하게 분배하도록 공급할 수 있으므로, 웨이퍼 전체에 걸쳐 에피택셜 막을 균일하게 형성시킬 수 있고, 에피 웨이퍼의 품질을 개선시킬 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 에피 웨이퍼 제조장치가 도시된 평면도.
도 2는 종래 기술에 적용된 인젝터가 도시된 정면도.
도 3은 종래 기술에 적용된 베플이 도시된 모식도.
도 4는 본 실시예에 따른 에피 웨이퍼 제조장치가 도시된 평면도.
도 5 및 도 6은 본 실시예에 적용된 인젝터의 제1실시예가 도시된 정면도 및 평면도.
도 7 및 도 8은 본 실시예에 적용된 인젝터의 제2실시예가 도시된 정면도 및 평면도.
도 9는 본 실시예에 적용된 베플이 도시된 모식도.
도 10은 종래 기술와 본 실시예의 소스 가스 흐름이 도시된 그래프.

이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다.

도 4는 본 실시예에 따른 에피 웨이퍼 제조장치가 도시된 평면도이고, 도 5 내지 도 8은 본 실시예에 적용된 인젝터의 제1,2실시예가 도시된 정면도 및 평면도이며, 도 9는 본 실시예에 적용된 베플이 도시된 모식도이다.

본 실시예의 에피 웨이퍼 제조장치는 웨이퍼(W)가 안착되는 공간을 제공하는 챔버(C)와, 챔버(C) 내부로 소스 가스를 안내하는 인서트(11)와, 인서트(11)로 소스 가스를 분사하는 인젝터(12)와, 인서트(11)와 인젝터(12) 사이에 소스 가스를 분산시키는 베플(13)과, 인젝터(12)의 양측 중심으로부터 인서트(11)까지 연장된 격벽(14)과, 인젝터(12) 내부로 소스 가스를 주입하는 하나의 주입 유로(I)를 포함한다.

챔버(C)는 원형 돔 형태로서, 일측에 소스 가스가 유입되는 입구가 구비되고, 타측에 소스 가스가 유출되는 출구가 구비될 수 있다. 챔버(C)의 입구와 출구는 서로 대향되게 구비될 수 있다. 챔버(C)의 입구는 원주 방향으로 소정 구간에 해당될 수 있다.

챔버(C) 내부에는 원판 형상의 서셉터(S)가 회전 가능하게 구비되고, 웨이퍼(W)가 서섭터(S) 위에 안착될 수 있다. 서셉터(S)는 챔버(C)의 입구와 동일한 높이에 위치될 수 있으나, 한정되지 아니한다. 서셉터(S)가 회전됨에 따라 원심력이 발생되고, 챔버(C) 내부로 유입된 소스 가스는 원심력에 의해 더욱 멀리까지 이동될 수 있다.

인서트(11)는 챔버(C)의 입구에 장착되고, 소스 가스를 안내하는 복수개의 내부 유로(11a)가 구비될 수 있다.

인서트(11)는 격벽(14)에 의해 양측으로 나뉘어지는데, 내부 유로들(11a)은 동일한 유로 단면적을 가지도록 구성되며, 격벽(14)을 기준으로 양측에 대칭되게 배열될 수 있다.

인젝터(12)는 인서트(11)의 입구에 조립되고, 소스 가스를 인서트(11)로 분사시키는 한 쌍의 양측 유로(12a,12b)가 구비될 수 있다.

인젝터(12) 역시 격벽(14)에 의해 양측으로 나뉘어지고, 양측 유로들(12a,12b)은 격벽(14)을 기준으로 양측에 대칭된 형상으로 구성되며, 양측 유로들(12a,12b)에는 각각 소스 가스가 주입되는 주입구들(h1,h2)이 구비될 수 있다.

도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이 한 쌍의 주입구(h1,h2)가 격벽(14)에 의해 나뉘어지도록 양측 유로들(12a,12b) 상에 격벽(14)과 근접한 위치에 구비될 수 있다. 따라서, 격벽(14)과 인접한 주입구들(h1,h2)을 통하여 주입된 소스 가스를 양측 유로들(12a,12b)의 양측 방향으로 균일하게 확산시킬 수 있다.

도 7 내지 도 8에 도시된 바와 같이 한 쌍의 주입구(h1,h2)가 격벽(14)에 의해 나뉘어지도록 양측 유로들(12a,12b) 상에 격벽(14)과 대향되는 위치에 구비될 수 있다. 따라서, 격벽(14)과 대향된 주입구들(h1,h2)을 통하여 주입된 소스 가스를 양측 유로들(12a,12b)의 중심 방향으로 균일하게 확산시킬 수 있다.

베플(13)은 인서트(11)와 인젝터(12) 사이에 장착되는데, 인젝터(12)에서 분사된 소스 가스를 인서트(11)로 분산시키는 복수개의 홀(13h)이 구비될 수 있다.

베플(13) 역시 격벽(14)에 의해 양측으로 나뉘어지는데, 홀들(13h)은 동일한 직경을 가지도록 구성되며, 격벽(14)을 기준으로 양측에 일정 간격을 두고 대칭되게 배열될 수 있다. 소스 가스의 유동 저항을 줄이기 위하여, 베플(13)의 홀들(13h)은 인서트(11)의 내부 유로들(11a)과 일직선의 유로를 형성하도록 배치되는 것이 바람직하다.

격벽(14)은 인서트(11)와 베플(13) 및 인젝터(12)의 양측 중심을 가로지르도록 설치되는 하나의 부재로 구성되고, 격벽(14)을 기준으로 인서트(11)와 베플(13) 및 인젝터(12)의 양측을 대칭되게 구성할 수 있다. 즉, 격벽(14)은 인젝터의 양측 유로들(12a,12b)을 구획할 뿐 아니라 인서트의 내부 유로들(11a)과 베플의 홀들(13h)을 양측으로 대칭되게 나눌 수 있다.

한편, 챔버(C)의 입구는 서셉터(S)의 상/하측으로 유동을 안내하는 라이너(15)가 구비되는데, 소스 가스의 유동 저항을 줄이기 위하여, 라이너(15)도 인서트의 내부 유로들(11a)과 베플의 홀들(13h)과 일련의 유로를 형성할 수 있다. 즉, 라이어(15)는 인서트의 내부 유로들(11a)과 베플의 홀들(13h)과 같은 간격으로 양측 방향으로 구획될 수 있다.

따라서, 인젝터(12)를 통하여 분사되는 소스 가스의 유입을 더욱 촘촘하게 구성할 수 있고, 소스 가스의 흐름이 베플(13)과 인서트(11) 및 라이너(15)를 통과할 때마다 따로 분배하지 않아 소스 가스의 경계면을 제거할 수 있다.

이와 같이, 소스 가스의 경계면이 제거됨에 따라 경계면에서 소스 가스의 결핍을 줄일 수 있으므로, 웨이퍼 전체에 걸쳐 에피택셜 막의 두께를 균일하게 형성시킬 수 있다.

도 10은 종래 기술와 본 실시예의 소스 가스 흐름이 도시된 그래프이다.

종래 기술의 에피 웨이퍼 제조장치는 인젝터와 베플과 인서트를 통과하면서 양측 중심을 기준으로 소스 가스들이 분배 또는 병합되는 것을 확인할 수 있다.

반면, 본 실시예의 에지 웨이퍼 제조장치는 인젝터와 베플과 인서트를 통과하더라도 격벽을 중심으로 소스 가스들이 분배 또는 병합되지 않고, 일직선의 유로를 따라 균일한 흐름을 형성하는 것을 확인할 수 있다.

따라서, 종래 기술에 비해 본 실시예에서는 인서트에서 난류 흐름을 개선시킬 수 있고, 챔버 내부의 유동을 균일하게 형성시킬 수 있으므로, 웨이퍼 전체에 걸쳐 에피택셜 막의 두께를 균일하게 형성시킬 수 있고, 에피 웨이퍼의 품질을 개선시킬 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

11 : 인서트 11a : 내부 유로
12 : 인젝터 12a,12b : 양측 유로
13 : 베플 13h : 홀
14 : 격벽 15 : 라이너
C : 챔버 S : 서셉터
W : 웨이퍼 I : 주입 유로
i1,i2 : 제1,2 분배관

Claims (9)

1. 웨이퍼가 안착되는 공간을 제공하는 챔버;
   상기 챔버의 일측에 연통되고, 소스 가스를 상기 챔버 내부로 안내하는 복수개의 내부 유로가 구비된 인서트(insert);
   상기 인서트의 입구에 조립되고, 소스 가스를 상기 인서트로 분사하는 한 쌍의 양측 유로가 구비된 인젝터(injector);
   상기 인서트와 인젝터 사이에 설치되고, 상기 인젝터에서 분사된 소스 가스를 상기 인서트로 분산시키는 복수개의 홀이 구비된 베플(baffle);
   상기 인젝터의 양측 유로들에 소스 가스를 주입하는 하나의 주입 유로; 및
   상기 인젝터의 양측 유로들을 구획하고, 상기 베플과 인서트까지 연장되는 격벽;을 포함하고,
   상기 인젝터는,
   상기 양측 유로들의 상기 격벽과 대향되는 위치에 상기 주입 유로와 연통되는 한 쌍의 주입구가 구비되는 에지 웨이퍼 제조장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 인서트와 상기 베플은,
   상기 격벽을 기준으로 양측이 대칭되게 구성되는 에지 웨이퍼 제조장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 내부 유로들은,
   동일한 유로 단면적을 가지고, 상기 인서트의 양측 방향으로 일정 간격을 두고 배치되는 에지 웨이퍼 제조장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 홀들은,
   동일한 직경을 가지고, 상기 베플의 양측 방향으로 일정 간격을 두고 배치되는 에지 웨이퍼 제조장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 내부 유로들과 홀들은,
   각각 일직선의 유로를 형성하는 에지 웨이퍼 제조장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 챔버의 입구에 내장되고, 상기 인서트를 통과한 소스 가스를 상기 챔버 내부에 웨이퍼가 안착된 서셉터의 상/하측으로 안내하는 라이너;를 더 포함하고,
   상기 라이너는,
   상기 내부 유로들과 홀들과 같은 간격으로 양측 방향으로 구획되는 에지 웨이퍼 제조장치.

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