KR20010090375A - 웨이퍼 로딩장치 - Google Patents

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KR20010090375A
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임정수
박준식
문강욱
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Abstract

본 발명은 웨이퍼의 로딩장치에 관한 것으로써, 히터에서 올라온 열을 웨이퍼로 전달시켜주는 서셉터와, 서셉터 주변부를 덮는 실리콘 커버 및 실리콘 커버로 덮이지 않은 서셉터 상에 위치하며 웨이퍼 상면이 실리콘 커버의 상면보다 높게 하고 웨이퍼와 서셉터 간에 공간을 형성하도록 하는 웨이퍼 지지대를 구비한다. 따라서, 웨이퍼를 실리콘 커버의 평면보다 높은 위치에 로딩한 후 공정을 진행함으로서, 웨이퍼 표면에서의 파티클 발생을 감소시키고, 또한 웨이퍼와 서셉터 표면 사이를 이격시킴으로써 공간을 확보하여 히터 및 서셉터의 온도 분포 불량이 웨이퍼의 뒷면에 직접 전달되지 않고 복사열로서 웨이퍼에 전달되기 때문에 웨이퍼의 두께 산포 불량을 감소시키게 된다. 그리고 고정된 웨이퍼 지지대를 사용하여 공정챔버 내에서 웨이퍼의 이동을 최소화하기 때문에 웨이퍼 상의 파티클 발생을 최소화하는 효과가 있다.

Description

웨이퍼 로딩장치{LODING APPARATUS OF WAFER}
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 공정챔버 내의 웨이퍼 로딩장치에 관한 것이다.
현재 반도체 공정에서 중요한 공정으로는 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition), 건식식각(Dry Etching), 스퍼터(Sputterring) 등이 있다. 그러나 이러한 공정에서 큰 문제점은 첫째, 공정을 수행할 때 공정챔버 내에서 발생하는 파티클(particle)이다. 이러한 파티클은 공정 챔버 내의 웨이퍼에 부착되어 후속 공정시 소자에 치명적인 결함을 발생시키게 된다. 파티클의 생성 원인은 제한적이며 좁은 공간의 공정챔버 내에서 공정 진행시 웨이퍼의 인접 부위에서 파티클 소스(particle source)가 될 수 있는 증착막(deposition film)이나 또는 부산물(by-product)이 존재하기 때문이다. 그리고 둘째로, 반도체 장비에서 열에너지(thermal energy)를 이용하는 공정 챔버 중에 웨이퍼 하부에 있는 히터(heater)로부터 상부에 있는 웨이퍼의 뒷면에 인가되는 열에너지의 분포 불량에 의한 웨이퍼의 두께 산포 불량이 문제점이 되고 있다. 이는 웨이퍼의 뒷면에 인가되는 히터의 열에너지가 웨이퍼에 직접 인가되고, 또한 히터 상부에 위치하며 웨이퍼의 로딩장치인 서셉터의 온도 분포가 일정하지 못하기 때문에 발생한다.
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 의한 증착장비의 공정 챔버와 웨이퍼 로딩장치를 나타내는 단면도이다.
도 1a를 참조하면, 반도체 소자 제조시 사용되는 증착장비의 공정챔버는 서스(sus) 재질로 이루어진 챔버 월(wall:10) 과 알루미늄 재질로 된 챔버헤드(head:12) 부분으로 크게 구분되어 있다. 또한 상기 공정 챔버 외부의 옆과 하부에 두 개의 터보 펌프(turbo pump:14)가 장착되어 있다. 상기 챔버 헤드(12) 부분과 공정챔버 하단에 각각 이온 게이지(16)가 장착되어 있다. 상기 공정챔버 내에는 12 인치 대구경 웨이퍼(20)가 장착되어 있고 상기 대구경 웨이퍼(20)는 온도 측정을 위한 파이로미터(pyrometer:18)와 연결되어 있다. 상기 대구경 웨이퍼(20)는 하부의 히터에서 올라온 열을 다시 반사시켜 챔버 내의 온도를 일정하게 유지시켜주는 역할을 한다. 그리고 소자용 웨이퍼(22)가 게이트(19)를 통해서 업(up) 상태의 웨이퍼 리프트 핀(30)에 로딩되고 상기 웨이퍼 리프트핀(30)이 다운(down)되어 서셉터(24) 상에 장착된다. 상기 서셉터(24)에는 이너링(inner ring:36)과 아우터링(outer ring:34)이 주변을 감싸고 있다. 상기 이너링(36)과 아우터링(34)은 그 재질이 석영으로 되어 있다. 또한 상기 아우터링(34) 상에는 단결정 실리콘으로 되어 있는 실리콘 커버(26)가 장착되어 있다. 결과적으로, 상기 소자용 웨이퍼(22)가 상기 서셉터(24) 상에 로딩되면 상기 실리콘 커버(26)와 상기 웨이퍼(22)와는 동일 평면 상에 놓이도록 형성되어 있다. 그리고 상기 서셉터(24)의 하부에 상기 웨이퍼(22)의 온도를 측정하기 위한 써머커플(thermocouple:32)과, 상기 공정챔버의 월(wall:10)에는 공정챔버 내의 온도를 측정하기 위한 써머커플(thermo couple:32)이 장착되어 있다. 또한 상기 서셉터(24) 하부에 이격되어 히터부(heater:28)가 형성되어 있다. 상기 히터부에는 메인(main28a), 서브(sub:28b)의 두 개의 히터가 있고 상기 두 개의 히터 사이에는 쇼트 현상을 방지하기 위해서 상, 중, 하부에 석영으로 되어 있는 제 1(28c) ,제 2(28d), 제 3 분리기(isolator:28f)가 장착되어 있다.
도 1b를 참조하면, 재질이 실리콘 카바이드(SiC)로 되어 있는 상기 서셉터(susceptor:24) 상에 소자용 웨이퍼(22)가 장착되어 있다. 상기 서셉터(24)에는 세 개의 홀(38)이 형성되어 있고 상기 홀(38)을 통과할 수 있는 웨이퍼 리프트핀 (wafer lift pin:30)이 장착되어 있다. 상기 웨이퍼 리프트핀(30)는 상기 웨이퍼(22)를 서셉터 표면에 로드/언로드(load/unload)할 때 상기 소자용 웨이퍼(22)를 업/다운(up/down)하는 역할을 한다. 그리고 상술한 바와 같이 상기 서셉터(24) 상의 주변에는 상기 실리콘 커버(26)가 형성되어 있다. 그러나 증착공정을 수행할 때 상기 소자용 웨이퍼(22) 상에 증착막이 형성될 뿐만 아니라 또한 상기 실리콘 커버(26)의 표면에도 증착막이 형성되어 파티클 소스(particle source:40)를 형성하게 된다. 대부분의 반도체 증착장비는 고온, 고진공 상태에서 공정이 진행되기 때문에 높은 온도에서 활성화(activation)된 상기 파티클 소스(40)는 고진공 상태에서 쉽게 이동하게 되고 에너지 레벨(energy level)이 동일한 평면에서는 그 이동이 더욱 쉽게 일어나게 된다. 따라서 활성화된 상기 파티클 소스(40)는 동일 평면에 위치한 상기 소자용 웨이퍼(22)로 쉽게 이동(40a)하며 상기 소자용 웨이퍼(22) 표면에서 파티클로 존재하게 되어 후속 공정시 소자에 치명적인 결함을 유발시키는 문제점이 있다. 또한, 공정챔버 중에서 웨이퍼의 뒷면 방향에서 열을 인가하는 히터형 공정챔버는 히터의 열에너지가 웨이퍼에 직접 인가되기 때문에 히터의 온도분포나 혹은 히터의 상부에 위치하며 웨이퍼를 직접 로딩하고 있는 서셉터 상의 온도 분포가 일정하지 못할 경우 상기 웨이퍼의 공정 산포를 불량하게 만드는 문제점이있다.
본 발명은 상술한 제반 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로서, 공정챔버 내의 서셉터 상에서 웨이퍼의 상면을 실리콘 커버의 상면보다 높게 하여 실리콘 커버 상의 파티클 소스가 웨이퍼 상으로 이동하는 것을 방지하고 웨이퍼를 서셉터의 표면으로부터 이격시켜 웨이퍼와 서셉터 사이에 공간을 유지함으로서 웨이퍼의 공정 산포를 향상시키는 웨이퍼 로딩장치를 제공하는데 목적이 있다.
도 1a는 종래 기술에 의한 공정 챔버를 나타내는 단면도;
도 1b는 종래 기술에 의한 웨이퍼 로딩장치를 나타내는 단면도;
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 공정 챔버를 나타내는 단면도;
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 로딩장치를 나타내는 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10,100 : 챔버 월 12,120 : 챔버 헤드
14,140 : 터보 펌프 16,160 : 이온 게이지
18,180 : 파이로 미터 19,190 : 게이트
20,200 : 대구경 웨이퍼 22,220 : 소자용 웨이퍼
24,240 : 서셉터 26,260 : 실리콘 커버
28,280 : 히터부 30,300 : 웨이퍼 리프트 핀
32,320 : 써머커플 34,340 : 아우터 링
36,360 : 이너링 38 : 서셉터 홀
40,400 : 파티클 소스 420 : 웨이퍼 핀
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 웨이퍼 로딩장치는, 히터에서 올라온 열을 웨이퍼로 전달시켜주는 서셉터와, 서셉터 주변부를 덮는 실리콘 커버 및 실리콘 커버로 덮이지 않은 서셉터 상에 위치하며 웨이퍼 상면이 실리콘 커버의 상면보다 높게 하고 웨이퍼와 서셉터 간에 공간을 형성하도록 하는 웨이퍼 지지대를 구비하는 것을 특징으로 한다.
(실시예)
이하 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도 2a 및 도 2b를 참조하여 상세히 설명한다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 공정 챔버를 나타내는 단면도이다.
도 2a를 참조하면, 반도체 소자 제조시 사용되는 공정챔버는 챔버 월(wall:100)과 챔버 헤드(head:120) 부분으로 크게 구분되어있다. 상기 챔버월(100)과 상기 챔버헤드(120)는 그 재질이 서스(sus)와 알루미늄으로 되어 있다. 상기 공정챔버에는 두 개의 터보펌프(turbo pump:140)가 장착된다. 상기 공정챔버의 외측면에 장착되어 있는 터보펌프(140)는 상기 공정챔버 내를 진공으로 유지시켜 주고, 상기 공정챔버의 외하부에 장착된 터보펌프(140)는 부산물이나 잔류반응가스 등을 제거하는 역할을 한다. 그리고 상기 챔버헤드(120) 부분과 공정챔버 하단에 두 개의 이온 게이지(160)가 장착되어 있다. 상기 공정챔버 내에는 12 인치 대구경 웨이퍼(20)가 장착되어 있고 상기 대구경 웨이퍼(20)는 온도 측정을 위한 파이로미터(pyrometer:18)와 연결되어 있다. 상기 대구경 웨이퍼(200)는 하부의 히터부에서 올라온 열을 다시 반사시켜 상기 공정챔버 내의 온도를 일정하게 유지시켜주는 역할을 한다. 상기 공정챔버 내에는 서셉터(240)가 형성되어 있고 상기 서셉터(240) 주변으로는 이너링(inner ring:360)과 아우터링(outer ring:340)이 둘러싸여 있다. 상기 이너링(360)과 아우터링(340)은 하부의 히터에서 발생하는 열에너지가 상기 서셉터(240) 외곽주위로 흘러나와 소자용 웨이퍼(220)에 전달됨으로써 발생하는 온도 불균일성을 방지하기 위한 역할을 한다. 상기 이너링(360)과 아우터링(340)은 효과적인 열차단을 위해 석영(quartz)로 제작하여 장착하는 것이 바람직하다. 상기 아우터링(340) 상에는 실리콘 커버(260)가 장착되어 있다. 상기 실리콘 커버(260)는 상기 이너링(360)과 아우터링(340)이 차단하지 못한 잔여 열에너지를 보다 효과적으로 차단하고, 또한 상기 공정챔버 내의 파티클들을 효과적으로 부착시키기 위해서 단결정 실리콘으로 제작하여 장착하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 서셉터(240)에는 홀이 형성되어 있고 상기 홀을 통하여 웨이퍼 지지대(이하 웨이퍼핀:420)을 고정시킨다. 상기 웨이퍼핀(420)은 상기 서셉터(240)의 평면에서 일정한높이를 유지함으로써, 상기 소자용 웨이퍼(220)의 상면을 상기 실리콘 커버(260)의 상면보다 높은 위치에 형성되어 진다. 그리고 상기 서셉터(240) 하부에 이격되어 히터부(heater:280)가 형성되어 있으며 상기 히터부(280)에는 메인(main:280a), 서브(sub:280b)의 두 개의 히터가 있고 상기 두 개의 히터 사이에는 쇼트 현상을 방지하기 위해서 상, 중, 하부에 제 1(280c) ,제 2(280d), 제 3 분리기(isolator:280f)가 장착되어 있다. 상기 분리기는 절연성을 가지고 있는 석영으로 제작하는 것이 바람직하다. 그리고 상기 히터부(280)에는 상기 웨이퍼(220)의 온도를 측정하기 위한 써머커플(thermo couple:320)이 있고, 상기 공정챔버의 월(wall)에는 공정챔버 내의 온도를 측정하기 위한 써머커플(thermo couple:320)이 장착되어 있다.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 로딩장치를 나타내는 단면도이다.
도 2b를 참조하면, 상술한 바와 같이 상기 공정챔버 내에는 서셉터 (susceptor:240)가 장착되어 있다. 상기 서셉터(240)는 실리콘 카바이드(SiC)로 제작하여 장착하는 것이 바람직하다. 상기 서셉터(240) 상에는 실리콘 커버(260)가 놓이게 된다. 상기 실리콘 커버(260)는 상기 이너링(360)과 아우터링(340)에서 발생되는 잔여 열에너지를 차단하여 상기 웨이퍼(220) 에지(edge) 부근에서 효과적인 공정을 수행함과 동시에 파티클 소스(400)를 효과적으로 부착시키기 위해서 단결정 실리콘으로 제작하여 장착하는 것이 바람직하다. 그리고 상기 서셉터(240)는 세 군데에 홀(도면에 미도시)이 형성되어 있으며 상기 홀에는 상기 소자용 웨이퍼(220)를 지지하는 웨이퍼핀(420)이 고정되어 있다. 상기 웨이퍼핀(420)은 상기서셉터(240)의 평면에서 일정한 높이를 가지고 장착된다. 이 때 상기 웨이퍼핀(420)들의 높이를 같게 하여 상기 웨이퍼(220)의 수평을 유지하는 것이 바람직하다. 또한 상기 웨이퍼핀(420)은 상기 웨이퍼(220)의 접촉면적을 최소화하기 위해서 세 개로 형성하는 것이 바람직하다. 결과적으로 상기 웨이퍼(220)의 상면(에너지 레벨)이 상기 실리콘 커버(260)의 상면(에너지 레벨)보다 높아지게 된다. 따라서, 상기 에너지 레벨의 차이로 인하여 고온, 고진공 상태에서 공정 진행시 상기 실리콘 커버(260)에 부착되어 있는 상기 파티클 소스(400)가 활성화(activation)되더라도 상기 파티클 소스는 상기 웨이퍼(220) 표면으로의 이동이 감소되고 상기 서셉터(240) 상의로의 자유낙하(400a)가 증가하게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명은 웨이퍼를 실리콘 커버의 상면보다 높은 위치에 로딩한 후 공정을 진행함으로서, 파티클 소스가 열에너지를 받아 활성화되어 이동할 때 높은 위치에 있는 웨이퍼까지 이동 할 수 있을 정도로 충분히 활성화되지 않으면 파티클은 상기 웨이퍼 표면에 흡착되지 못하고 서셉터 표면에 자유낙하 하기 때문에 웨이퍼 표면에서의 파티클 발생은 감소하게 된다. 또한 웨이퍼와 서셉터 표면 사이를 이격시킴으로써 공간을 확보하여 히터 및 서셉터의 온도 분포 불량이 웨이퍼의 뒷면에 직접 전달되지 않고 복사열로서 웨이퍼에 전달되기 때문에 웨이퍼의 두께 산포 불량을 감소시키게 된다. 그리고 종래에는 웨이퍼를 로드/언로드 시킬 때 웨이퍼를 업/다운 할 수 있는 웨이퍼 리프트핀이 필요했지만 본 발명은 고정된 웨이퍼 지지대을 사용하고 전달부의 암(arm)만을 이용하여 웨이퍼를 반송하기 때문에 공정챔버 내에서 웨이퍼의 이동을 최소화하여 웨이퍼 상의 파티클 발생을 최소화하는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 히터에서 올라온 열을 웨이퍼로 전달시켜주는 서셉터;
    상기 서셉터 주변부를 덮는 실리콘 커버; 및
    상기 실리콘 커버로 덮이지 않은 상기 서셉터 상에 위치하며 상기 웨이퍼 상면이 상기 실리콘 커버의 상면보다 높게 하고 상기 웨이퍼와 상기 서셉터 간에 공간을 형성하도록 하는 웨이퍼 지지대를 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 로딩장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 접촉면적을 최소화하기 위해서 웨이퍼 지지대를 세 개의 핀형태로 하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 로딩장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 지지대들의 높이를 같게 하여 상기 웨이퍼의 수평을 유지시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 로딩장치.
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