KR20010071661A - 배럴 반응기용 서스셉터 - Google Patents

배럴 반응기용 서스셉터 Download PDF

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KR20010071661A
KR20010071661A KR1020007014898A KR20007014898A KR20010071661A KR 20010071661 A KR20010071661 A KR 20010071661A KR 1020007014898 A KR1020007014898 A KR 1020007014898A KR 20007014898 A KR20007014898 A KR 20007014898A KR 20010071661 A KR20010071661 A KR 20010071661A
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설리반스티븐엠
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헨넬리 헬렌 에프
엠이엠씨 일렉트로닉 머티리얼즈 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 화학기상증착 처리 동안 배럴 반응기의 반응 챔버내에서 웨이퍼 (W) 를 지지하기 위한 서스셉터 (40) 에 관한 것이다. 이 서스셉터는 배럴 반응기의 반응 챔버내의 수용을 위한 크기 및 형상으로 된 본체를 포함한다. 이 본체는 웨이퍼를 수용하기 위한 복수의 원형 오목부를 가지는 대략 횡방향으로 면하는 경사진 면 (44) 을 포함하여서, 화학기상증착 처리동안 배럴 반응기의 반응 챔버 내부의 반응 가스에의 노출을 위해 대략 횡방향 외측으로 향해진 일 면을 가지는 웨이퍼를 지지하며, 복수의 오목부 각각은 실질적으로 편평한 바닥부 (50) 와, 이 편평한 바닥부의 양 측상에서 대향하는 아치형 벽부분 (52a, 52b) 을 가진다. 각각의 벽부분은 교차부 (56) 에서 복수의 오목부의 하나 이상의 인접하는 오목부의 대응하는 벽부분과 교차하여 병합된다. 교차부에서의 벽부분은 하나 이상의 인접하는 벽부분에 대해 연속하명 차단되지 않는 매끄러운 형상을 가져서, 교차부에서 웨이퍼와 서스셉터 사이의 에피텍셜 증착을 방지하며 화학기상증착 처리에 이어 웨이퍼가 오목부로부터 제거될 때 웨이퍼 칩핑을 감소시킨다.

Description

배럴 반응기용 서스셉터 {SUSCEPTOR FOR BARREL REACTOR}
화학기상증착은 반도체 웨이퍼상의 얇은 층의 물질을 성장시키는 처리이어서, 그 격자구조는 웨이퍼의 격자구조와 동일하다. 이러한 처리를 사용하여, 상이한 전도성을 갖는 층이 반도체 웨이퍼에 적용되어 희망하는 전기 특성을 성취하게 된다. 통상적으로, 화학기상증착은 증착 물질 (예컨대, 실리콘) 과 캐리어 가스를 포함하는 반응 가스를 배럴 반응기가 포함된 웨이퍼의 반응 챔버내로 도입함으로써 성취된다.
웨이퍼는 서스셉터상의 반응 챔버내에 수용되어 웨이터의 일 면이 반응가스에 노출된다. 서스셉터는 반응 챔버내측에 현수되어, 반응가스를 웨이퍼상에 균일하게 분포시키도록 천천히 회전한다. 다른 형상이 사용되더라도, 서스셉터는 통상적으로 다면적이어서, 여러 개 (예컨대, 5 개) 의 평면을 갖는다. 종래의 서스셉터의 면은 도 1 에 도시되고 있으며, 참조 번호 10 으로서 설명된다. 원형 오목부 (12) 는 웨이퍼 (W) 를 대략 수직 방향으로 유지하기 위해 면 (10) 내에 형성된다 (다시 말해, 이 오목부들은 통상 횡방향 외측에 있다). 종래의 서스셉터는 약간 테이퍼져서, 그 정상부는 바닥부보다 작다. 이 테이퍼진 형상은 웨이퍼가 오목부의 내측으로 기울어져서, 중력이 서스셉터에 대항하여 대략 수직으로 웨이퍼를 유지한다. 오목부는 웨이퍼의 직경보다 약간 커서, 오목부로부터 웨이퍼를 제거할 때 이 웨이퍼를 파지하기 위한 간극을 구비한다. 예컨대, 150 mm 직경의 웨이퍼를 처리하기 위한 서스셉터는 대략 160 mm 직경의 오목부를 가질 수 있다. 각각의 오목부 (12) 의 정상부 근처의 2 개의 직사각형의 함몰부 (16) 가 웨이퍼를 파지하기 위한 부가적인 간극을 제공한다. 서스셉터의 높이를 감소시키기 위해, 오목부는 도 1 에 도시된 바와 같이 겹쳐 있는다.
반응 가스는 웨이퍼상에 증착될 뿐만 아니라, 반응 챔버의 다수의 내부 형상부상에 증착되며, 바람직하게는 이 반응 가스는 입자와 같은 핵 사이트와 챔버내의 날카로운 에지들 상에 증착된다. 오목부들의 겹침 형상으로 인하여, 날카로운 코너부 (14) 는 도 1 에 도시되는 바와 같이 오목부 (12) 들의 교차선에서 서스셉터상에 형성된다. 반응 가스는 이들 날카로운 코너부 (14) 상에 증착하는 경향이 있다. 웨이퍼 (W) 가 이들 코너부 (14) 에 놓여 있기 때문에, 이 증착물들은 웨이퍼와 서스셉터의 코너부 사이의 갭을 브리지한다. 화학기상증착 처리가 완료된 후 웨이퍼가 서스셉터로부터 제거될 때, 이들 메움부는 서스셉터에 대해 웨이퍼를 유지하며, 때로는 웨이퍼가 서스셉터로부터 제거될 때 웨이퍼를 크랙하거나 칩핑한다. 이들 크랙 또는 칩핑은 자주 후처리동안 웨이퍼가 손상됨을 야기한다. 또한, 브리지부는 종종 서스셉터상의 코너부가 파손됨을 야기한다. 따라서, 파손된 코너부는 더욱 자주 생산가동 휴지시간을 야기하는 서스셉터의 조기 교체를 필요로 한다.
본 발명은 통상적으로 반도체 웨이퍼상의 물질의 화학기상증착에 관한 것이며, 보다 상세하게는 화학기상증착 처리동안 배럴 반응기의 반응 챔버내에서 웨이퍼를 지지하기 위한 향상된 서스셉터에 관한 것이다.
도 1 은 종래기술의 서스셉터 면의 측면도;
도 2 는 배럴 반응기의 부분 사시도;
도 3 은 본 발명의 서스셉터의 측면도.
본 발명의 여러가지 목적 및 특징들 중에서, 웨이퍼와 서스셉터 사이의 브리징을 감소시키는 서스셉터; 웨이퍼 손상을 감소시키는 서스셉터; 및 증가된 수명을 갖는 서스셉터의 제공이 설명되고 있다.
본 발명은 통상적으로 배럴 반응기의 반응 챔버내의 수용을 위한 크기 및 형상으로 된 본체를 포함한다. 본체는 웨이퍼를 수용하기 위한 복수의 원형 오목부를 가진 대략 횡방향으로 면하는 경사진 면을 포함하여서, 화학기상증착 처리동안 배럴의 반응 챔버 내부의 반응 가스에의 노출을 위해 대략 횡방향 외측으로 향해진 일 면을 가진 웨이퍼를 지지한다. 복수의 오목부 각각은 실질적으로 편평한 바닥부와 이 편평한 바닥부의 대향하는 측들상에 대향하는 아치형 벽부분들을 포함한다. 각각의 벽 부분은 교차부에서 복수의 오목부의 하나 이상의 인접하는 오목부의 대응하는 벽 부분과 교차하여 병합된다. 교차부에서의 벽 부분은 하나 이상의 인접한 벽 부분에 대해 연속하며 차단되지 않는 매끄러운 형상을 가져서, 이에 의해 교차부에서 웨이퍼와 서스셉터 사이의 에피텍셜 (epitaxial) 증착을 방지하며, 화학기상증착 처리에 이어 웨이퍼가 오목부로부터 제거될 때 웨이퍼 칩핑을 감소시킨다.
다른 목적들 및 특징들은 부분적으로는 명백하며, 부분적으로는 하기에 나타내진다.
대응하는 참조부호는 여러 도면들을 통해 대응하는 부분을 지시하고 있다.
도면, 특히 제 2 도를 참조하면, 반도체 웨이퍼 (W) 상의 물질 (예컨대, 실리콘) 을 증착하기 위한 배럴 반응기는 통상 20 으로 나타내고 있다. 반응기 (20) 는 뒤집어진 벨 단지부 (bell jar) (24) 로 형성되는 용기 (22), 이 벨 단지부의 상단부상에 장착되는 가스 링 (26) 및, 용기의 내측의 반응 챔버 (30) 를 격리시키기 위해 상기 가스 링을 선택적으로 커버하기 위한 시일 판 (28) 을 포함한다. 반응 가스는 가스 링 (26) 을 통해 반응 챔버 (30) 내로 주입되어, 용기 (22) 의 바닥부에서 통기부 (32) 를 통해 배출된다. 시일 판 (28) 으로부터 현수되는 행거 (34) 는 화학기상증착 처리동안 웨이퍼 (W) 를 지지하기 위해 반응 챔버 (30) 내에서 서스셉터 (40) 를 유지한다. 이 처리가 완료된 후, 리프트 조립체 (42) 는 시일 판 (28), 행거 (34) 및 서스셉터 (40) 를 상승시켜, 챔버 (30) 를 개방시키고, 이 서스셉터를 챔버로부터 철수시켜서, 웨이퍼 (W) 가 제거될 수 있다. 시일 판 (28) 내에 수용되는 모터 (도시 생략) 는 화학기상증착 처리동안 행거 (34) 와 서스셉터 (40) 를 회전시킨다. 모터의 작동은 시일 판 (28) 상에 장착된 콘트롤러 (44) 에 의해 제어된다. 반응기 (20) 의 이전에 기술된 관점들은 종래 기술이며 당해 업계에 잘 공지되어 있다. 따라서, 이들은 더 상세히 기재하지 않는다.
도 3 에 도시된 바와 같이, 서스셉터 (40) 는 배럴 반응기 (20) (도 2) 의 반응 챔버 (30) (도 2) 내의 수용을 위한 크기 및 형상으로 된 통상적으로 다면체 (42) 를 가진다. 서스셉터가 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 다른 재료로 만들어질 수 있지만, 바람직한 실시예의 서스셉터 (30) 는 실리콘 코팅 그래파이트로 만들어진다. 본체 (42) 는 5 개의 대략 횡방향으로 면하는 경사진 면 (44) ( 도 3 에서는 단지 3 개의 면만 보인다) 을 가진다. 각각의 면 (44) 은 수직 칼럼으로 정렬된, 3 개의 원형 오목부 (46a ~ 46c) 를 가진다. 본체 (42) 는 약간 테이퍼져서, 그 정상부가 바닥부보다 작으며, 상기 면 (44) 은 경사져 있다. 이러한 형상은 웨이퍼 (W) 가 오목부 (46c ~ 46c) 내로 내측으로 기울어서, 중력이 웨이퍼를 서스셉터 (40) 에 대해 대략 수직으로 유지가능하게 한다. 바람직한 실시예의 서스셉터 (40) 가 5 개의 면 (44) 을 가지지만, 서스셉터는 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 그 이상 또는 이하의 면을 가질 수 있다. 마찬가지로, 바람직한 실시예의 서스셉터 (40) 의 각각의 면 (44) 이 3 개의 원형 오목부 (46a ~ 46c) 를 가지더라도, 각각의 면은 그 이상 또는 이하의 오목부를 가질 수 있으며, 이 오목부는 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다른 형상을 가질 수 있다. 더욱이, 바람직한 실시예의 오목부 (46a ~ 46c) 가 칼럼으로 수직 정렬되어 있지만, 이들은 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다른 형상으로 놓일 수 있다.
오목부 (46a ~ 46c) 는 웨이퍼 (W) 의 직경보다 약간 커서, 웨이퍼를 오목부로부터 제거할 때 웨이퍼를 파지하기 위한 간극을 제공한다. 예컨대, 150 mm 직경의 웨이퍼를 처리하고자 하는 바람직한 실시예의 서스셉터 (40) 는 대략 160 mm 직경인 오목부 (46a ~ 46c) 를 가진다. 각각의 오목부 (46a ~ 46c) 의 정상부 근처의 2 개의 직사각형 함몰부 (48) 는 웨이퍼를 상기 오목부로부터 제거할 때 이 웨이퍼의 파지를 용이하게 한다. 각각의 오목부 (46a ~ 46c) 는 실질적으로 편평한 바닥부 950) 와 이 편평한 바닥부의 양 측상에 대향하는 아치형 벽부분 (52a, 52b) 을 가진다. 홈 (54) 은 이 편평한 바닥부 (50) 를 둘러싸아서, 바닥부와 벽부분 (52a, 52b) 사이의 필렛을 제거하여, 웨이퍼 (W) 가 바닥부에 대하여 편평하게 놓이게 된다. 홈 (54) 이 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다른 치수를 가질 수 있지만, 바람직한 실시예의 홈은 대략 0.010 인치의 깊이와 대략 0.045 인치의 폭을 가진다. 서스셉터 (40) 의 수직 높이를 감소시키기 위해, 오목부 (46a ~ 46c) 는 도 3 에 도시되는 바와 같이 겹쳐진다. 각각의 벽부분 (52a, 52b) 은 하나 이상의 인접하는 오목부 (46a ~ 46c) 의 교차부 (56) 에서 대응하는 벽부분과 교차하여 병합된다. 각각의 오목부 (46a ~ 46c) 의 바닥부 (50) 는 연속하며, 인접하는 오목부의 바닥부와 동일 평면에 있다. 또한, 상부 및 중간 오목부 (46a, 46b) 와 각각 대응하는 벽부분 (52a, 52b) 은 이 오목부의 중심부 (62) 아래에 위치된 개구부 (60) 에 의해 분리되는 하단부 (58a, 58b) 를 각각 가진다.
도 3 에 도시되는 바와 같이, 벽부분 (52a, 52b) 은 교차부 (56) 에서 매끄러운 형상을 가진다. 더욱 상세하게는, 상부 및 중간 오목부 (46a, 46b) 의 벽부분 (52a, 52b) 의 하단부 (58a, 58b) 는 대응하는 오목부의 중심부 (62) 로부터연장되는 매끄러운 형상을 가진다. 여기서, "매끄러운 형상" 이라는 용어는 벽부분 (52a, 52b) 이 하나 이상의 인접하는 벽부분에 대해 연속하며 차단되지 않음을 의미하는데 사용된다. 바람직하게는, 이 형상은 곡선으로 되며, 바람직하게는 이 형상은 교차부 (56) 에서 원형이다. 이 형상은 교차부 (56) 에서 웨이퍼 (W) 와 서스셉터 (40) 사이의 에피텍셜 증착을 방지하며, 화학기상증착 처리에 이어 웨이퍼가 오목부 (46a ~ 46c) 로부터 제거될 때 웨이퍼 칩핑을 감소시킨다. 가장 바람직한 실시예의 교차부 (56) 에서 벽부분 (52a, 52b) 은 약 0.15 인치와 약 0.5 인치 사이의 반경을 가지며, 더욱 바람직하게는 약 0.25 인치의 반경을 가진다.
상기로부터, 본 발명의 여러 목적들이 성취되며 다른 유익한 결과들이 달성될 수 있음을 알 수 있다.
다양한 변경들이 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 상기 구성내에서 이루어질 수 있기 때문에, 상기 기재에 포함되거나 또는 첨부한 도면에 도시된 모든 내용들은 참고예로서 해석되어지며 제한하는 예로서 사용되는 것은 아니다.

Claims (10)

  1. 화학기상증착 처리동안 배럴 반응기의 반응 챔버내에서 웨이퍼를 지지하기 위한 서스셉터에 있어서, 상기 서스셉터는 배럴 반응기의 반응 챔버내의 수용을 위한 크기 및 형상으로 된 본체를 포함하며, 상기 본체는 웨이퍼를 수용하기 위한 복수의 원형 오목부를 가지는 대략 횡방향으로 면하는 경사진 면을 포함하여 화학기상증착 처리동안 배럴 반응기의 반응 챔버내부의 반응 가스에의 노출을 위해 대략 횡방향 외측으로 향해진 일 면을 가진 웨이퍼를 지지하며, 상기 복수의 오목부 각각은 실질적으로 편평한 바닥부와, 이 편평한 바닥부의 양 측상에 대향하는 아치형의 벽부분을 가지며, 각각의 벽부분은 교차부에서 상기 복수의 오목부의 하나 이상의 인접하는 오목부의 대응하는 벽부분과 교차하여 병합되며, 상기 교차부에서의 이 벽부분은, 하나 이상의 인접하는 벽부분에 대해 연속하며 차단되지 않는 매끄러운 형상을 가져서 교차부에서 웨이퍼와 서스셉터 사이의 에피택셜 증착을 방지하며, 화학기상증착 처리에 이어서 웨이퍼가 오목부로부터 제거될 때 웨이퍼 칩핑을 감소시키는 서스셉터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 교차부에서의 벽부분은 곡선 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 서스셉터.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 교차부에서의 벽부분은 약 0.15 인치 내지 0.5 인치사이의 반경을 가지는 것을 특징으로 하는 서스셉터.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 교차부에서의 벽부분은 약 0.25 인치의 반경을 가지는 것을 특징으로 하는 서스셉터.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 교차부에서의 벽부분은 원형인 것을 특징으로 하는 서스셉터.
  6. 화학기상증착 처리동안 배럴 반응기의 반응 챔버내에서 웨이퍼를 지지하기 위한 서스셉터에 있어서, 상기 서스셉터는 배럴 반응기의 반응 챔버내의 수용을 위한 크기 및 형상으로 된 본체를 포함하며, 상기 본체는 웨이퍼를 수용하기 위한 상부 및 하부 원형 오목부를 가지는 대략 횡방향으로 면하는 경사진 면을 포함하여 화학기상증착 처리동안 배럴 반응기의 반응 챔버 내부의 반응 가스에의 노출을 위해 대략 횡방향 외측으로 향해진 일 면을 가진 웨이퍼를 지지하며, 상기 상부 및 하부 오목부 각각은 실질적으로 편평한 바닥부와, 이 편평한 바닥부의 양 측상에 대향하는 아치형의 벽부분을 가지며, 상기 상부 오목부의 바닥부는 상기 하부 오목부의 바닥부와 연속하며 동일 평면상에 있으며, 상기 상부 오목부의 대향하는 벽부분들은 교차부에서 상기 하부 오목부의 대응하는 벽부분들과 교차하여 병합되어 상기 상부 오목부가 상기 하부 오목부내로 개방하며, 상기 교차부에서의 벽부분은 인접하는 벽부분에 대해 연속하며 차단되지 않는 매끄러운 형상을 가져서 오목한 벽부분을 교차하는 교차부에서 웨이퍼와 서스셉터 사이의 에피택셜 증착을 방지하며, 화학기상증착 처리에 이어서 웨이퍼가 오목부로부터 제거될 때 웨이퍼 칩핑을 감소시키는 서스셉터.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 상부 오목부는 정상 오목부를 구성하며, 상기 하부 오목부는 중간 오목부를 구성하고, 그리고 상기 본체의 면은 웨이퍼를 지지하기 위해 웨이퍼를 수용하는 바닥 오목부를 가져서, 화학기상증착 처리동안 배럴 반응기의 반응 챔버 내부의 반응 가스에의 노출을 위해 대략 횡방향 외측으로 향해진 일 면을 가진 웨이퍼를 지지하며, 상기 바닥 오목부는 실질적으로 편평한 바닥부와, 이 편평한 바닥부의 양 측상에서 대향하는 아치형 벽부분을 가지며, 상기 바닥 오목부의 바닥부는 상기 중간 오목부의 바닥부와 연속하며 동일한 평면상에 있으며, 상기 바닥 오목부의 대향하는 벽부분 각각은 교차부에서 상기 중간 오목부의 대응하는 벽부분과 교차하여 병합되며, 상기 바닥 및 중간 오목부의 벽부분들의 교차부에서의 벽부분은 연속하며, 매끄럽고 곡선 형상을 가져서, 바닥 및 중간 오목 벽부분을 교차하는 교차부에서 웨이퍼와 서스셉터 사이의 에피텍셜 증착을 방지하며, 화학기상증착 처리에 이어 웨이퍼가 오목부로부터 제거될 때 웨이퍼 칩핑을 감소시키는 것을 특징으로 하는 서스셉터.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 본체는 대략 횡방향으로 면하는 경사진 면들을 가지며, 상기 복수의 면의 각각의 면은 웨이퍼를 수용하기 위한 정상, 중간 및 바닥의원형 오목부를 가져서, 화학기상증착 처리동안 배럴 반응기의 반응 챔버 내부의 반응 가스에의 노출을 위해 대략 횡방향 외측으로 향해진 일 면을 가진 웨이퍼를 지지하는 것을 특징으로 하는 서스셉터.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 본체는 5 개의 대략 횡방향으로 면하는 경사진 면을 가지며, 상기 복수의 면의 각각의 면은 웨이퍼를 수용하기 위한 정상, 중간 및 바닥의 원형 오목부를 가져서, 화학기상증착 처리동안 배럴 반응기의 반응 챔버 내부의 반응 가스에의 노출을 위해 대략 횡방향 외측으로 향해진 일 면을 가지는 웨이퍼를 지지하는 것을 특징으로 하는 서스셉터.
  10. 화학기상증착 처리동안 배럴 반응기의 반응 챔버내에서 웨이퍼를 지지하기 위한 서스셉터에 있어서, 상기 서스셉터는 배럴 반응기의 반응 챔버내의 수용을 위한 크기 및 형상으로 된 본체를 포함하며, 상기 본체는 웨이퍼를 수용하기 위한 원형 오목부를 가진 대략 횡방향으로 면하는 경사진 면을 포함하여서, 화학기상증착 처리동안 배럴 반응기의 반응 챔버내부의 반응 가스에의 노출을 위해 대략 횡방향 외측으로 향해진 일 면을 가진 웨이퍼를 지지하며, 상기 오목부는 실질적으로 편평한 바닥부와, 이 편평한 바닥부의 양 측상에서 대향하는 아치형 벽부분을 가지며, 상기 벽부분은 이 오목부의 중심부 아래에 위치되는 개구부에 의해 분리되는 하단부를 가지며, 각각의 벽부분의 이 하단부는 각각의 벽부분에 대해 연속하며 차단되지 않고 오목부의 중심부로부터 연장되는 매끄러운 형상을 가져서, 상기 벽부분의하단부에서 웨이퍼와 서스셉터 사이의 에피텍셜 증착을 방지하며, 화학기상증착 처리에 이어 웨이퍼가 오목부로부터 제거될 때 웨이퍼 칩핑을 감소시키는 서스셉터.
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