KR20020058152A - 웨이퍼 서셉터 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 웨이퍼 서셉터는, 웨이퍼가 수평 수납될 수 있도록 오목한 수납홈을 가지되, 웨이퍼가 상기 수납홈의 저면에서 소정간격 이격되어 수평 수납될 수 있도록, 상기 수납홈의 측벽을 따라서는 웨이퍼가 얹혀지는 돌출부가 수평연장되도록 설치되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 웨이퍼가 서셉터의 표면으로부터 미세간격 떠 있는 상태로 안착되게 함으로써, 웨이퍼와 서셉터의 접촉면적을 최소화시킬 수 있게 된다. 따라서, 웨이퍼와 서셉터의 접촉 불균일에 의한 웨이퍼의 온도 불균일 문제가 해결되어, 공정의 생산성, 재현성 및 신뢰성이 향상되게 된다.

Description

웨이퍼 서셉터 {Wafer susceptor}

본 발명은 웨이퍼 서셉터(susceptor)에 관한 것으로서, 특히 웨이퍼의 온도가 균일하게 되도록 함으로써 웨이퍼 전면적에 걸친 박막 균일도를 향상시킬 수 있도록 하는 웨이퍼 서셉터에 관한 것이다.

최근, 화합물반도체 박막이 적용된 다양한 소자들을 상용화하는 일들이 많이 이루어지고 있다. 발광다이오드(LED), 레이저다이오드(LD), 수직공진 표면발광 레이저(VCSEL), 광검출기(PD), 고속전자 전계효과 트랜지스터(HEMT) 및 이종접합 바이폴라 트랜지스터(HBT) 등이 여기에 속한다.

이러한 다양한 소자들을 구현하기 위해서는 각각의 소자에 필요한 여러 이종접합을 형성시켜야 한다. 이종접합을 만들 때 사용되어지는 결정성장방법으로는 여러 가지가 있으나, 주로 대량생산에 적합한 MOCVD(Metalorganic Chemical Vapor Deposition)법이 사용된다.

MOCVD법은 유기금속 전구체(metal-organic precursor)의 기화에 의해 형성된 반응가스들을 반응챔버 내로 유입시킨 후에, 반응챔버 내의 웨이퍼 상에서 화학반응이 일어나도록 하여 웨이퍼 상에 박막을 성장시키는 방법이다. 이 때의 웨이퍼의 온도는 통상 600℃ 이상이 된다. 웨이퍼의 온도 균일도는 박막의 특성 균일도를 좌우하므로, 웨이퍼의 온도 균일도는 생산 수율(yield)에 큰 영향을 미친다.

웨이퍼가 놓여지는 부분을 통상 서셉터라 부르는데, 사용자에 따라서는 웨이퍼 캐리어(Wafer Carrier), 디스크(Disk) 등으로 부르기도 한다. 또한 사용자에 따라 서셉터는 다양한 모양을 하기도 한다. 성장하는 박막의 균일도를 높이기 위해서 서셉터를 회전시키는 것이 보통이다.

웨이퍼가 놓여지는 부분을 디스크라고 하고, 상기 디스크가 놓여지는 부분을 서셉터라고 구분하는 경우가 있는데, 이런 경우는 웨이퍼가 놓여지는 디스크가 회전한다. 물론, 디스크 뿐만 아니라 디스크가 놓여지는 서셉터를 디스크와 독립적으로 회전시키는 경우도 있다.

이하에서는 웨이퍼가 놓여지는 부분을 모두 서셉터라고 기술하겠다.

웨이퍼는 서셉터 밑에 설치되는 히터에 의해 가열되는데, 서셉터와 웨이퍼의 접촉균일도에 따라 웨이퍼의 온도균일도가 크게 영향을 받는다. 따라서, 이러한 접촉 불균일에 의한 영향을 고려하지 않고, 단순히 서셉터를 회전시키는 것만으로는 박막의 균일도를 향상시키는데 한계가 있게 된다.

도 1a 내지 도 1c는 종래의 MOCVD용 웨이퍼 서셉터를 설명하기 위한 도면들이다, 여기서, 도 1a는 평면도이고, 도 1b는 도 1a의 a-a'선에 따른 단면도이다. 그리고, 도 1c는 도 1b에 웨이퍼가 놓여있는 경우를 나타낸 단면도이다.

도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 서셉터(10)에는 웨이퍼(100)와 동일한 형태를 갖는 오목한 수납홈(20)이 형성되어 있으며, 여기에 웨이퍼(100) 한 장이 수평 안착된다. 웨이퍼(100)를 가열하기 위한 히터(미도시)는 수납홈(20)의 아래에 위치하도록 설치된다.

웨이퍼(100)의 밑면 전체는 수납홈(20)의 저면에 접촉된다. 그런데웨이퍼(100) 뒷면 및 수납홈(20) 저면의 가공도에는 한계가 있으므로, 수납홈(20)의 저면과 웨이퍼(100)의 뒷면은 완전히 밀착되지 못한다.

박막증착 시에는 웨이퍼(100)와 서셉터(10) 사이의 틈새에 의해 노출되는 수납홈(20)의 저면에도 박막이 증착되게 되므로, 여러번 MOCVD를 수행하게 되면 웨이퍼(100) 가장자리 바로 밑에 위치하는 수납홈(20)의 저면에도 박막이 두껍게 형성되어 버린다. 따라서 MOCVD를 행하면 행할수록 웨이퍼(100)와 서셉터(10) 사이의 접촉이 나빠져서 웨이퍼(100)의 온도 불균일도가 심화되고, 이에 따라 박막특성의 균일성이 나빠지게 된다.

특히, VCSEL의 경우처럼 정확한 박막두께 조절이 필요로 하는 경우는, 웨이퍼가 서셉터에 불완전하게 접촉되어 발생되는 작은 온도불균일이 VCSEL의 특성을 크게 저하시키게 된다. 최근에 850nm 파장의 광을 방출하는 VCSEL이 산업화되면서, 경쟁력을 확보하기 위하여 VCSEL의 생산단가를 낮추고 생산수율을 높이는 방향으로 연구가 진행되고 있다. VCSEL의 2차원 배열처럼 균일도가 특별히 요구되는 경우는 웨이퍼가 서셉터 위에 제대로 장착되었었는지가 매우 중요하다.

VCSEL 뿐만 아니라 질화물반도체처럼 성장온도가 매우 높은 경우도 웨이퍼와 서셉터간의 접촉 균일도에 따라 박막특성의 균일도가 큰 영향을 받게 된다. 성장온도에 매우 민감한 카본(Carbon) 도핑의 경우도, 웨이퍼의 온도가 불균일하면 웨이퍼 전면(全面)에 걸쳐 도핑농도가 균일하지 않게 되어 웨이퍼의 부위별 저항이 달라지게 된다.

상술한 바와 같이 종래의 웨이퍼 서셉터에 따르면, 웨이퍼와 서셉터간의 접촉 불균일로 웨이퍼의 온도가 불균일해지고, 이에 따라 성장되는 박막마다 특성이 달라지게 되어 재현성 및 생산성이 나빠지게 된다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 서셉터 상의 웨이퍼가 균일한 온도분포를 갖도록 함으로써, 웨이퍼 전면적에 걸친 박막 균일도가 향상되도록 하여, 상술한 종래의 문제점을 해결할 수 있는 웨이퍼 서셉터를 제공하는 데 있다.

도 1a 내지 도 1c는 종래의 MOCVD용 웨이퍼 서셉터를 설명하기 위한 도면들;

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨이퍼 서셉터를 설명하기 위한 도면들;

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제2 실시예에 따른 웨이퍼 서셉터를 설명하기 위한 도면들;

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 웨이퍼 서셉터를 설명하기 위한 도면들;

도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 제4 실시예에 따른 웨이퍼 서셉터를 설명하기 위한 도면들이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 참조번호의 설명 >

10: 서셉터 20: 수납홈

100: 웨이퍼 16, 26, 36, 46: 돌출부

S': 환형골

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제1 예에 따른 웨이퍼 서셉터는, 웨이퍼가 수평 수납될 수 있도록 오목한 수납홈을 가지되, 웨이퍼가 상기 수납홈의 저면에서 소정간격 이격되어 수평 수납될 수 있도록, 상기 수납홈의 측벽을 따라서는 웨이퍼가 얹혀지는 돌출부가 수평연장되도록 설치되는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 돌출부의 돌출길이는 0.05 ~ 5 mm 인 것이 바람직하다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제2 예에 따른 웨이퍼 서셉터는, 웨이퍼가 수평 수납될 수 있도록 오목한 수납홈을 가지되, 웨이퍼가 상기 수납홈의 저면에서 소정간격 이격되어 수평 수납될 수 있도록, 상기 수납홈의 측벽에는 웨이퍼가 얹혀지는 돌출부가 적어도 세군데 설치되는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 돌출부는 상기 수납홈의 중심을 기준으로 방사대칭되도록 설치되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 돌출부의 돌출길이는 0.05 ~ 5 mm 인 것이 바람직하다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제3 예에 따른 웨이퍼 서셉터는, 웨이퍼가 수평 수납될 수 있도록 오목한 수납홈을 가지되, 웨이퍼가 상기 수납홈의 저면에서 소정간격 이격되어 수평 수납될 수 있도록, 상기 수납홈의 저면 가장자리에는 웨이퍼가 얹혀지는 돌출부가 환형으로 설치되어, 상기 돌출부의 외측에 환형골이 형성되는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 환형골의 폭은 0.05~5mm 인 것이 바람직하다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제4 예에 따른 웨이퍼 서셉터는, 웨이퍼가 수평 수납될 수 있도록 오목한 수납홈을 가지되, 웨이퍼가 상기 수납홈의 저면에서 소정간격 이격되어 수평 수납될 수 있도록, 상기 수납홈의 저면에는 웨이퍼가 얹혀지는 돌출부가 적어도 세군데 설치되는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 돌출부는 상기 수납홈의 중심을 기준으로 방사대칭되도록 설치되는 것이 바람직하다.

상기 각각의 실시예에서, 상기 수납홈이 저면으로부터의 상기 웨이퍼의 이격거리는 0.01 ~ 2 mm 인 것이 바람직하다. .

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 동일한 참조번호는 동일 기능을 수행하는 구성요소를 나타내며, 반복적인 설명은 생략한다.

[실시예 1]

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨이퍼 서셉터를 설명하기 위한 도면들이다, 여기서, 도 2a는 평면도이고, 도 2b는 도 2a의 a-a'선에 따른 단면도이며, 도 2c는 도 2b에 웨이퍼가 놓여있는 경우를 나타낸 단면도이다.

도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 서셉터(10)에는 웨이퍼(100)와 동일한 형태를 갖는 오목한 수납홈(20)이 형성되어 있으며, 수납홈(20)의 측벽을 따라서는 돌출부(16)가 수평연장되도록 설치된다. 수납홈(20)은 웨이퍼(100)와 동일한 형태가 아닌 원형일 수도 있다. 웨이퍼(100)를 가열하기 위한 히터(미도시)는 수납홈(20) 밑부분에 설치되며, 서셉터(10)에 내장될 수도 있고, 서셉터(10) 외부에 설치될 수도 있다.

웨이퍼(100)는 돌출부(16) 상에 얹혀져서 수납홈(20)에 수평 안착된다. 돌출부(16)는 웨이퍼(100) 표면이 수납홈(20) 밖으로 나오지 않도록 어느 정도 깊은 곳에 형성되는 것이 바람직하다.

웨이퍼(100)의 가장자리는 돌출부(16)에 의해 서셉터(10)와 접촉되지만, 그 나머지 부분은 서셉터(10)와 접촉되지 않는다. 즉, 웨이퍼(100)는 수납홈(20)의 저면으로부터 소정간격 이격되어 서셉터(10)와 웨이퍼(100) 사이에 공간(S)이 형성되게 된다.

돌출부(16)의 돌출길이는 짧을수록 좋은데, 0.05 ~ 5 mm 정도가 좋다. 돌출길이가 길면, 웨이퍼의 접촉면적이 커지게 되어 웨이퍼의 가운데 부분과 가장자리 부분의 온도 균일도가 떨어지게 되므로 본 발명의 목적에 부합되지 못한다.

서셉터(10)와 웨이퍼(100) 사이의 공간(S) 높이는 0.01 ~ 2 mm 정도가 좋다. 공간(110)의 높이가 너무 커도 웨이퍼(100)의 가장자리와 가운데 부분의 온도차가 커지게 되어 바람직하지 않기 때문이다.

서셉터(10)의 재질로는 그래파이트(graphite)나 몰리브데늄(molybdenum)을 사용할 수가 있다. 그래파이트를 사용할 경우에는 MOCVD 공정에서 사용되는 반응가스들로부터 그래파이트가 보호되도록 그래파이트 표면에 SiC나 PBN을 코팅하는 것이 바람직하다.

[실시예 2]

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제2 실시예에 따른 웨이퍼 서셉터를 설명하기 위한 도면들이다, 여기서, 도 3a는 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 a-a'선에 따른 단면도이며, 도 3d는 도 3a의 b-b'선에 따른 단면도이다. 그리고, 도 3c 및 도 3e는 도 3b 및 도 3d에 웨이퍼가 놓여있는 경우를 각각 나타낸 단면도들이다.

도 3a 내지 도 3e를 참조하면, 돌출부(26)가 실시예 1의 경우와 같이 수납홈(20)의 측벽을 따라 수평연장되도록 설치되는 것이 아니라, 적어도 측벽 세군데에 별도로 설치된다. 웨이퍼(100)가 안정적으로 수평 유지되도록 하기 위해서는 돌출부(26)가 이와 같이 적어도 세군데 설치되어야 하며, 수납홈(20)의 중심을 기준으로 방사대칭되도록 설치되는 것이 바람직하다. 웨이퍼(100)의 안정한 지지 및 접촉면적의 최소화를 고려할 때, 돌출부(26)는 세군데에 설치되는 것이 가장 바람직하다.

본 실시예의 경우는 실시예 1의 경우보다 서셉터(10)와 웨이퍼(100) 사이의 접촉면적이 더 작다. 따라서, 웨이퍼(100) 전 면적에 대한 온도균일도가 더 좋아지게 되어 더 균일한 박막특성을 얻을 수 있게 된다. 실시예 1과 같이 돌출부(26)의 돌출길이는 0.05 ~ 5 mm 정도가 좋으며, 서셉터(10)와 웨이퍼(100) 사이의 공간(S) 높이는 0.01 ~ 2 mm 정도가 좋다.

[실시예 3]

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제3 실시예에 따른 웨이퍼 서셉터를 설명하기 위한 도면들이다, 여기서, 도 4a는 평면도이고, 도 4b는 도 4a의 a-a'선에 따른 단면도이다. 그리고, 도 4c는 도 4b에 웨이퍼가 놓여있는 경우를 나타낸 단면도이다.

도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 돌출부(36)가 실시예 1의 경우와 같이 수납홈(20)의 측벽에 설치되는 것이 아니라 수납홈(20)의 저면에 환형으로 설치된다. 따라서, 돌출부(36)의 외측에 환형골(S')이 형성되게 된다. 돌출부(36)의 높이는 0.01 ~ 2 mm 정도가 좋다. 그리고, 환형골(S')의 폭은 0.05~5mm 정도가 좋다.

실시예 3의 경우는 웨이퍼(100) 가장자리 밑의 수납홈(20) 부분에 박막이 증착될지라도 이러한 박막증착은 환형골(S')에서 이루어지기 때문에, 설사 박막이 환형골(S')에 다소 증착되더라도 서셉터(10)에 대한 웨이퍼(100)의 접촉에는 영향을 미치지 않게 된다.

[실시예 4]

도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 제4 실시예에 따른 웨이퍼 서셉터를 설명하기 위한 도면들이다, 여기서, 도 5a는 평면도이고, 도 5b는 도 5a의 a-a'선에 따른 단면도이며, 도 5d는 도 3a의 b-b'선에 따른 단면도이다. 그리고, 도 5c 및 도 5e는 도 5b 및 도 5d에 웨이퍼가 놓여있는 경우를 각각 나타낸 단면도들이다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 돌출부(46)가 실시예 2의 경우와 같이 수납홈(20)의 측벽에 설치되는 것이 아니라, 수납홈(20)의 저면에 설치된다. 이 때, 돌출부(46)는 실시예 2에서 설명한 바와 같이 세군데 설치되는 것이 바람직하며, 수납홈(20)의 중심을 기준으로 방사대칭되도록 설치되는 것이 더욱 바람직하다. 돌출부(46)의 높이는 0.01 ~ 2 mm 정도가 좋으며, 돌출부(46)는 웨이퍼(100)의 크기 및 서셉터(10)의 모양 등에 따라 더 여러군데 설치되어도 무방하다.

돌출부에 의해 웨이퍼(100)의 최외각부분이 지지되는 실시예 2와 달리, 본 실시예의 경우는 돌출부(46)가 웨이퍼(100)의 최외각이 아닌 어느정도의 가장자리를 지지하도록 설치된다. 따라서, 본 실시예는 웨이퍼(100)가 클 경우에 특히 유리하다.

상기 각 실시예에서는 서셉터에 웨이퍼가 한 장만 장착되는 경우만을 예로 들었으나, 하나의 서셉터에 웨이퍼가 여러장 장착되는 경우에도 웨이퍼가 장착되는 각 부위가 본 발명에 따른 구조를 갖도록 하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 웨이퍼 서셉터에 의하면, 웨이퍼(100)가 서셉터(10)의 표면으로부터 미세간격 떠 있는 상태로 안착되게 함으로써, 웨이퍼(100)와 서셉터(10)의 접촉면적을 최소화시킬 수 있게 된다. 따라서, 웨이퍼(100)와 서셉터(10)의 접촉 불균일에 의한 웨이퍼(100)의 온도 불균일 문제가 해결되어, 공정의 생산성, 재현성 및 신뢰성이 향상되게 된다.

특히, 종래의 서셉터를 이용하여 850nm 파장의 광을 방출하는 VCSEL를 형성시킬 경우에는, 웨이퍼 가장자리 5mm를 제외한 나머지 부분에 대해서, 공진모드 파장의 균일도를 0.4% 이내로 조절하기 조차 힘들었지만, 실시예 2에 의할 경우에는, 웨이퍼 가장자리 2mm만을 제외하고는 전 면적에 걸쳐 공진모드 파장의 균일도를 0.3% 이내로도 조절이 가능하였다.

따라서, 본 발명에 의한 서셉터를 사용하여 MOCVD법으로 VCSEL 구조를 성장할 경우 종래에 사용하는 서셉터를 사용하는 경우에 비교하여 획기적인 박막특성의 균일도를 달성할 수 있게 되어 종래의 문제를 해결하게 되었다.

본 발명은 상기 실시예들에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.

Claims (8)

1. 웨이퍼가 수평 수납될 수 있도록 오목한 수납홈을 가지며, 웨이퍼가 상기 수납홈의 저면에서 소정간격 이격되어 수평 수납될 수 있도록, 상기 수납홈의 측벽을 따라서는 웨이퍼가 얹혀지는 돌출부가 수평연장되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 서셉터.
2. 웨이퍼가 수평 수납될 수 있도록 오목한 수납홈을 가지며, 웨이퍼가 상기 수납홈의 저면에서 소정간격 이격되어 수평 수납될 수 있도록, 상기 수납홈의 측벽에는 웨이퍼가 얹혀지는 돌출부가 적어도 세군데 설치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 서셉터.
3. 웨이퍼가 수평 수납될 수 있도록 오목한 수납홈을 가지며, 웨이퍼가 상기 수납홈의 저면에서 소정간격 이격되어 수평 수납될 수 있도록, 상기 수납홈의 저면 가장자리에는 웨이퍼가 얹혀지는 돌출부가 환형으로 설치되어, 상기 돌출부의 외측에 환형골이 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 서셉터.
4. 웨이퍼가 수평 수납될 수 있도록 오목한 수납홈을 가지며, 웨이퍼가 상기 수납홈의 저면에서 소정간격 이격되어 수평 수납될 수 있도록, 상기 수납홈의 저면에는 웨이퍼가 얹혀지는 돌출부가 적어도 세군데 설치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 서셉터.
5. 제2항 또는 제4항에 있어서, 상기 돌출부가 상기 수납홈의 중심을 기준으로 방사대칭되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 서셉터.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 돌출부의 돌출길이가 0.05 ~ 5 mm 인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 서셉터.
7. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 이격 거리가 0.01 ~ 2 mm 인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 서셉터.
8. 제3항에 있어서, 상기 환형골의 폭이 0.05~5mm 인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 서셉터.