KR20030039247A - 서셉터 - Google Patents

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KR20030039247A
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lift
chamber
heater
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김용진
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주성엔지니어링(주)
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Abstract

본 발명은 챔버의 내부에 장착되어 그 상면에 안착되는 웨이퍼를 가열하는 히터가 내장되고, 상기 웨이퍼를 승강시킬 수 있도록, 몸체에 관통 설치된 다수의 리프트 핀을 포함하는 서셉터에 관한 것으로, 서로 대응되도록 관통된 제 1 리프트 핀 홀과 제 2 리프트 핀 홀을 각각 동수(同數)로 다수 개 가지고, 상하로 결합되는 상부 서셉터 및 하부 서셉터 베이스와; 상기 상부 서셉터 및 하부 서셉터 베이스의 사이에 위치하며, 상기 다수의 제 1 및 제 2 리프트 핀 홀에 대응되도록 관통된 다수의 제 3 리프트 핀 홀을 가지는 히터와; 상기 서로 대응하는 제 1, 제 2, 제 3 리프트 핀 홀을 각각 연결하도록 끼워지는 원통 형상의 다수의 리프트 핀 튜브와; 상기 각각의 리프트 핀 튜브의 내부에 삽입되어 상하로 수직 운동하는 다수의 리프트 핀을 포함하는 서셉터를 제공한다.

Description

서셉터{susceptor}
본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 챔버(chamber)의 내부에 설치되어 그 상면에 안착되는 웨이퍼(wafer)를 가열하는 히터(heater)가 실장되고, 상기 웨이퍼를 승강(昇降)시킬 수 있도록, 몸체에 관통 설치된 다수의 리프트 핀(lift pin)을 포함하는 서셉터(susceptor)에 관한 것이다.
근래에 들어 과학이 발달함에 따라 새로운 물질의 개발 및 처리를 가능하게 하는 신소재 분야가 급속도로 발전하였고, 이러한 신소재 분야의 개발 성과물은 반도체 산업의 비약적인 발전 원동력이 되고 있다.
반도체 소자란 기판인 웨이퍼(wafer)의 상면에 수 차례에 걸친 박막(箔膜)의 증착 및 이의 패터닝(patterning) 등의 처리를 통해 구현되는 고밀도 집적회로(LSI: Large Scale Integration)로서, 이러한 박막의 증착 및 패터닝 등의 공정은 통상 챔버(chamber)형 프로세스 모듈(process module) 내에서 이루어진다.
도 1을 참조하면, 일반적인 챔버형 프로세스 모듈(10)은 그 내부에 웨이퍼(1)가 안착되어 이의 상면에 박막을 증착하거나 패터닝하는 등의 직접적인 처리가 이루어지는 밀폐된 반응용기인 챔버(20)와, 상기 챔버(20) 내에서 목적하는 공정의 진행을 위한 소스(source) 및 반응기체를 저장하고, 이를 챔버(20) 내로 공급하는 소스 및 반응물질 공급부(50)를 포함하고 있다.
이때 챔버(20)는 전술한 소스 및 반응기체가 유입될 수 있도록 상기 소스 및 반응물질 공급부(50)에 일단이 연결된 공급관(42)과, 그 내부의 기체를 배출함으로써 챔버(20) 내부의 압력을 제어하는 배출관(24) 및 그 말단에 부설된 펌프(P)를 포함하고, 또한 챔버(20)의 내부에는 통상 그래파이트(Graphite) 또는 탄화규소(SiC) 등의 재질로 이루어지는 원판 형태의 서셉터(susceptor)(30)가 설치되어 이의 상면에 웨이퍼(1)가 안착되는 바, 상기 서셉터(30)의 상면에 웨이퍼(1)가 안착되어 챔버(20)가 밀폐되면, 배출관(24)의 말단에 부설된 펌프(P)를 통해 챔버(20)의 내부 압력을 제어한 후, 소스 및 반응물질 공급부(50)에 연결된 공급관(42)을 통해 챔버(20) 내로 유입된 소스 및 반응물질의 화학반응으로 웨이퍼(1)를 가공, 처리하는 것이다.
이에 챔버(20)의 내부에 공급관(42)의 타단과 연결된 인젝터(22)를 내장하여, 소스 및 반응기체를 챔버(20)의 내부 전(全) 면적으로 고르게 확산시키고, 서셉터(30)의 내부에 히터(heater)(34)를 실장하여 소스 및 반응기체 간의 화학반응을 가속하는 것이 일반적이다.
또한 이러한 서셉터(30)에는 그 상면에 안착되는 웨이퍼(1)를 승강하는 다수의 리프트 핀(42)이 관통 설치되는데, 이를 전술한 도 1 과, 도 1에 도시한 챔버(20)의 내부에 설치되는 서셉터(30) 및 이를 관통하는 다수의 리프트 핀(42)을 한정하여 도시한 사시도인 도 2를 참조하여 설명한다.
이러한 서셉터(30)는 웨이퍼(1)로의 박막의 증착 및 상기 박막의 처리속도 향상과 안정된 공정구현을 위해서 그 내부에 히터(haeter)(34)가 실장됨은 전술한 바 있는데, 이러한 서셉터(30)의 하단에는 다수의 리프트 핀(42)이 수직 설치된 리프트 핀 베이스(40)가 위치하여, 상기 다수의 리프트 핀(42)이 서셉터(30)를 관통하는 구성을 가지고 있다.
한편, 전술한 서셉터(30) 및 리프트 핀 베이스(40)는 각각 챔버(20)의 외부에 설치되는 공기 실린더(air cylinder) 또는 모터(motor) 등의 구동수단(52, 54)을 통해 독립적으로 승강 가능하도록 이루어지는 것이 일반적이다.
따라서 외부로부터 웨이퍼(1)를 챔버(20) 내로 인입하여 서셉터(30)의 상면에 안착하는 로딩(loding) 단계와, 처리가 완료된 웨이퍼(1)를 챔버(20)의 외부로 인출하는 언로딩(unloading) 단계에 있어서, 리프트 핀 베이스(40)가 상승하여 서셉터(30)의 상면으로 다수의 리프트 핀(42)을 돌출시켜 웨이퍼(1)를 승강시킴으로써 보다 원활하게 공정을 진행할 수 있는 것이다.
이때 전술한 도 2 및 도 2의 II-II 선을 따라 절단한 단면을 도시한 도 3을 참조하면, 서셉터(30)는 각각 상부 서셉터(30a)와 하부 서셉터 베이스(30b) 및 그 사이에 개재되는 히터(34)가 결합된 구성을 가지는 바, 이러한 상부 서셉터(30a)와 하부 서셉터 베이스(30b) 및 히터(34)에는 각각 다수의 리프트 핀(42)이 관통될 수있도록 대응된 위치에 형성된 제 1, 제 2, 제 3 리프트 핀 홀(32a, 32b, 34a)이 다수개 설치되어 있다.
따라서 하나의 리프트 핀(42)은 이들 각각의 리프트 핀 홀(32a, 32b, 34a)을 모두 관통하여 삽입된 상태로 서셉터(30)의 상면으로 돌출 또는 인입됨으로써 웨이퍼(1)를 승강시키게 되는데, 특히 리프트 핀(42)의 상단에는 걸림단(42a)이 형성되고, 제 1 리프트 핀 홀(32a)의 상단에는 이러한 걸림단(42a)에 대응되도록 우묵하게 설치되어, 상기 걸림단(42a)이 그 내부로 완전히 인입될 수 있을 정도의 크기를 가지는 걸림턱(32a-1)이 설치되는 것이 일반적이다.
따라서 도 3의 점선으로 표시된 바와 같이 리프트 핀(34)이 최대한 하강하였을 경우에, 즉 웨이퍼(1)의 처리 공정이 진행되는 중에는 웨이퍼(1)가 서셉터(30)의 상면에 완전히 밀착된 상태에서 서셉터(30) 내부의 히터(34)의 구동에 의하여 가열된 상태로 공정이 진행되고, 로딩 또는 언로딩 시에는 리프트 핀(42a)이 상승하여 웨이퍼(1)를 상부로 들어올린다.
그러나 이상에서 설명한 구성을 가지는 일반적인 서셉터(30)는 그 사용에 있어서 몇 가지 단점을 나타내는데 이 중 하나로 서셉터(30)의 내부에 실장되는 히터(34)의 산화 형상이 그것이다.
즉, 챔버(20) 내에서 이루어지는 박막의 증착 및 이의 패터닝 등의 공정을 위해서 챔버(20)의 내부로 인입되는 소스 및 반응 기체 물질의 일부는 O2또는 O3등의 산소화합물을 포함하고 있는데, 이러한 산소화합물은 도면에 화살표로 표시한바와 같이 하부 서셉터 베이스(30b)에 형성된 제 2 리프트 핀 홀(32b)을 통해 서셉터(30) 내부로 침투하여 히터(34)를 산화시키게 되는 바, 특히 이러한 히터(34)의 산화 현상은 제 2 리프트 핀 홀(32b)에 근접한, 히터(34)의 제 3 리프트 핀 홀(34a) 근처에서 가장 심하게 발생되어 히터(34)의 발열온도를 국부적으로 차이나게 하고, 이로 인하여 웨이퍼(1)의 균일한 가열이 불가능하게 되는 경우가 흔히 발생된다.
또한 이러한 산화 현상이 심할 경우에 히터(34)는 정상적으로 구동되지 못하여 결국 공정진행이 불가능하게 되는 현상이 발생하게 되기도 하는데, 이상에서 설명한 히터(34)의 산화 현상은 결국, 반도체 소자의 제조 수율을 저하시키고, 완성된 반도체 소자의 균일도(Uniformity), 선폭(critical), 프로파일(profile) 및 재현성(repeatability) 등에 중요한 영향을 미쳐 소자의 품질을 저하시킴과 동시에, 정상적인 공정진행을 방해하는 심각한 위협이 되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 히터의 산화 현상을 효과적으로 제어하여 원활한 공정 진행을 가능하게 하는, 보다 개선된 서셉터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 반도체 제조를 위한 일반적인 챔버형 프로세스 모듈의 구조를 도시한 개략구조도
도 2는 일반적인 서셉터 및 여기에 관통 설치되는 다수의 리프트 핀을 도시한 사시도
도 3은 도 2의 II-II 선을 따라 절단한 단면을 도시한 단면도
도 4는 본 발명에 따른 서셉터가 장착된 챔버형 프로세스 모듈의 구조를 도시한 개략구조도
도 5는 본 발명에 따른 서셉터 및 여기에 관통 설치되는 다수의 리프트 핀을 도시한 사시도
도 6은 도 5의 VI-VI 선을 따라 절단한 단면을 도시한 단면도
도 7은 본 발명에 따른 하나의 리프트 핀 튜브 및 여기에 삽입되는 리프트 핀을 도시한 사시도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
130 : 서셉터130a : 상부 서셉터
130b : 하부 서셉터 베이스132a : 제 1 리프트 핀 홀
132a-1 : 걸림턱132b : 제 2 리프트 핀 홀
134 : 히터134a : 제 3 리프트 핀 홀
136 : 리프트 핀 튜브138a : 튜브 홀
142 : 리프트 핀 142a : 걸림단
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 서로 대응되도록 관통된 제1 리프트 핀 홀과, 제 2 리프트 핀 홀을 각각 동수(同數)로 다수 개 가지고, 상하로 결합되는 상부 서셉터 및 하부 서셉터 베이스와; 상기 상부 서셉터 및 하부 서셉터 베이스의 사이에 위치하며, 상기 다수의 제 1 및 제 2 리프트 핀 홀에 대응되도록 관통된 다수의 제 3 리프트 핀 홀을 가지는 히터와; 상기 각각 대응하는 제 1, 제 2, 제 3 리프트 핀 홀을 연결하도록, 서셉터의 상하를 관통하여 끼워지는 원통 형상의 다수의 리프트 핀 튜브와; 상기 각각의 리프트 핀 튜브를 관통하여 상하로 수직 운동하는 다수의 리프트 핀을 포함하는 서셉터를 제공한다.
이때 상기 리프트 핀 튜브는 Al2O3를 포함하는 재질로 이루어지고, 상기 리프트 핀 튜브의 외면과, 상기 1 및 제 2 리프트 핀 홀의 내면에는 서로 대응하는 나사산을 더욱 포함하여, 상기 리프트 핀 튜브는 상기 제 1 및 제 2 리프트 핀 홀에 나사 결합되는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명에 대한 올바른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명은 다수의 리프트 핀 튜브를 구비하여, 이를 서셉터의 내부에 설치함으로써 본 발명의 목적을 실현시키는 것을 특징으로 하는 바, 도 4는 이러한 본 발명에 따른 서셉터(130)를 채용한 챔버형 프로세스 모듈(110)의 개략적인 구조를 도시한 도면이다.
이는 그 내부에 웨이퍼(1)가 안착되어 이의 직접적인 처리 공정이 진행되는 밀폐된 반응용기인 챔버(120)와, 상기 챔버(120) 내로 공급되는 소스 및 반응 기체를 저장하는 소스 및 반응물질 공급부(150)로 구분된다.
이때 챔버(120)에는 전술한 소스 및 반응물질 공급부(150)에 일단이 연결되고, 타단의 일부가 챔버(120)의 내부로 인입되는 공급관(142)과, 이러한 공급관(142)의 타단에 연결되어 상기 소스 및 반응물질을 챔버(120)의 내부 전(全)면적으로 고르게 확산시키는 인젝터(122)와, 상기 챔버(120) 내부의 기체를 배출하는 배출관(124) 및 그 말단에 부설된 펌프(P)를 포함하고 있음은 일반적인 경우와 동양(同樣)이다.
또한 상기 챔버(120)의 내부에는 다수의 리프트 핀(134)이 관통 설치된 상태에서, 그 상면에 웨이퍼(1)가 안착되는 본 발명에 따른 서셉터(130)가 설치되는데 바람직하게는 상기 서셉터(130)의 내부에 발열 가능한 히터(134)가 실장되어 웨이퍼(1)를 가열하게 된다.
즉, 도 4와, 도 4에 도시한 챔버(120)의 내부에 설치되는 서셉터(130) 및 이를 관통하는 다수의 리프트 핀(134)을 한정하여 도시한 사시도인 도 5를 통하여 보다 상세히 설명하면, 상기 서셉터(130)의 내부에는 웨이퍼(1)의 처리속도 향상과 보다 안정된 공정구현을 위한 히터(134)가 실장되고, 이러한 서셉터(130)의 하단에는 다수의 리프트 핀(142)이 수직 설치된 리프트 핀 베이스(140)가 위치하여, 상기 다수의 리프트 핀(142)이 서셉터(130)를 관통하게 된다.
이때 바람직하게는 상기 서셉터(130) 및 리프트 핀 베이스(140)는 각각 챔버(120)의 외부에 장치되는 공기 실린더(air cylinder) 또는 모터 등의 구동수단(152, 154)을 통해 독립적으로 승강 가능하도록 이루어지는 것이 유리하다.
따라서, 다수의 리프트 핀(142)이 상승하여 서셉터(130)의 상면으로 돌출된 상태에서 리프트 핀(142)의 상부에 웨이퍼(1)가 안착된 후, 다시 다수의 리프트 핀(142)이 하강함으로써 서셉터(130)의 상면에 웨이퍼(1)를 로딩(loading)하면, 챔버(120)가 밀폐되어 배출관(124)의 말단에 부설된 펌프(P)를 통해 챔버(120)의 내부 압력을 제어하고, 이어서 소스 및 반응물질 공급부(150)에 연결된 공급관(142)을 통해 챔버(120) 내로 유입된 소스 및 반응물질의 화학반응으로 웨이퍼(1)를 가공, 처리하게 된다.
이러한 웨이퍼(1)의 처리 및 가공이 완료되면, 다시 리프트 핀(142)이 상승하여 웨이퍼(1)를 서셉터(130)의 상부로 들어올려 외부로 반출시키는 언로딩(unloading)을 통해 웨이퍼의 해당 처리 공정을 완료하는 것이다.
이때 도 5 및 도 5의 VI-VI 선을 따라 절단한 단면을 도시한 도 6을 참조하면, 바람직하게는 상기 서셉터(130)는 서로 대응되도록 관통된 제 1 리프트 핀 홀(132a)과 제 2 리프트 핀 홀(132b)을 각각 동수(同數)로 다수 개 가지고 상하로 결합되는 상부 서셉터(130a) 및 하부 서셉터 베이스(130b)와, 이러한 상부 서셉터(130a) 및 하부 서셉터 베이스(130b)의 사이에 위치한 상태에서 전술한 다수의 제 1 및 제 2 리프트 핀 홀(132a, 132b)에 각각 대응되도록 관통된 다수의 제 3 리프트 핀 홀(134a)을 가지는 히터가 결합되어 구성된다.
이때 바람직하게는 각각의 리프트 핀(142)의 상단에는 걸림단(142a)이 형성되고, 제 1 리프트 핀 홀(132a)의 상단에는 이러한 걸림단(142a)에 대응되도록 우묵하게 설치되어, 상기 걸림단(142a)이 그 내부로 완전히 인입될 수 있을 정도의 크기를 가지는 걸림턱(132a-1)이 설치되는 것이 유리하다.
특히 본 발명은 전술한 서로 대응하는 제 1, 제 2, 제 3 리프트 핀 홀(132a, 132b, 134a)을 각각 연결하도록 끼워지는 원통 형상의 다수의 리프트 핀 튜브(136)를 제공하여, 이러한 리프트 핀 튜브(136)가 가지는 튜브홀(138a)에 각각 리프트 핀이 삽입되어 상하로 승강하는 것을 특징으로 한다.
다시 말해서 본 발명은 그 내부에 길이방향으로 관통된 튜브 홀(138a)을 각각 가지는 원통형상의 리프트 핀 튜브(136)를 다수 개 구비하여, 이들을 각각 서로 대응되는 제 1, 제 2, 제 3 리프트 핀 홀(132a, 132b, 134a) 즉, 서로 위치 맞춤된 상부 서셉터(130a)의 제 1 리프트 핀 홀(132a)과, 그 하단의 히터(134)의 제 3 리프트 핀 홀(134a) 및 하부 서셉터 베이스(130b)의 제 2 리프트 핀 홀(132b)을 순서대로 관통하도록 삽입하고, 상기 리프트 핀 튜브(136)가 각각 가지는 튜브 홀(138a)에 리프트 핀(142)이 끼워지는 구성을 가지고 있다.
따라서 챔버의 내부에서 이루어지는 웨이퍼의 처리공정에 있어서, 하부 서셉터 베이스(130b)에 형성된 제 2 리프트 핀 홀(132b)을 통하여 인입된 O2, O3등의 산소화합물은 화살표로 도시한 바와 같이 서셉터(130)의 내부로 침투하지 못하고, 튜브 홀(138a)을 경유하여 상부 서셉터(130a)의 제 1 리프트 핀 홀(132a)을 통해 챔버 내부로 빠져나가게 되는데, 이에 상기 각각의 리프트 핀 튜브(136)의 외면을 제 3 리프트 홀(132b) 내면에 유격없이 밀착시키기 위하여, 리프트 핀 튜브(136)의외면과 제 1 및 2 리프트 핀 홀(132a, 132b)의 내면에 각각 대응되는 나사산을 형성하여 결합하거나 또는 억지 끼움하여 실링(sealing)하는 방식 등이 사용될 수 있을 것이다.
또한 이러한 각각의 리프트 핀 튜브(136)의 재질로는 Al2O3등의 재질을 사용하는 것이 바람직한 데, 이는 히터의 고온에도 안정된 상태를 유지하기 위함이다.
도 7은 이러한 본 발명에 따른 서셉터에 실장되는 다수의 리프트 핀 튜브 및 여기에 삽입된 리프트 핀 중 선택된 하나만을 한정하여 도시한 도면으로 도시한 바와 같이 리프트 핀(142)을 감싸고 있는 원통형상의 리프트 핀 튜브(136)는 서셉터(도 6의 130)의 상하 방향으로 제 1, 제 2, 제 3 리프트 핀 홀(도 6의 132a, 132b, 134a)에 관통 삽입되어, 긴밀하게 고정되는 것이다.
본 발명은 그 내부에 길이방향으로 관통된 튜브 홀을 가지고 서셉터를 상하 방향으로 관통하는 다수의 원통 형상의 리프트 핀 튜브를 구비하여, 상기 튜브 홀에 리프트 핀이 끼워진 상태에서 승강 운동하게 함으로써 일반적인 서셉터에서 흔히 발생되는 공정가스의 서셉터 내부로 침투하는 현상을 효과적으로 제어할 수 있는 잇점을 가지고 있다.
즉, 챔버의 내부로 웨이퍼의 처리를 위해 유입된 산소화합물이 서셉터에 형성된 리프트 핀 홀을 통하여 유입되어도, 리프트 핀 튜브에 의하여 가로막혀 서셉터의 내부로 침투하지 못하므로, 히터의 산화 현상을 억제할 수 있어 웨이퍼의 균일한 가열을 가능하게 하며, 완성된 소자의 신뢰성을 향상시키게 된다.
특히 이러한 리프트 핀 튜브가 서셉터를 관통함에 있어서, 리프트 핀 튜브와 서셉터 간의 유격없는 긴밀한 결합을 위해 나사 결합방식이나 또는 씰링 등의 방법을 사용하고, 상기 리프트 핀 튜브의 재질로는 Al2O3등의 내열성이 강한 재질을 사용함으로써 보다 개선된 잔도체 소자의 제조를 가능하게 한다.

Claims (3)

  1. 서로 대응되도록 관통된 제 1 리프트 핀 홀과, 제 2 리프트 핀 홀을 각각 동수(同數)로 다수 개 가지고, 상하로 결합되는 상부 서셉터 및 하부 서셉터 베이스와;
    상기 상부 서셉터 및 하부 서셉터 베이스의 사이에 위치하며, 상기 다수의 제 1 및 제 2 리프트 핀 홀에 대응되도록 관통된 다수의 제 3 리프트 핀 홀을 가지는 히터와;
    상기 각각 대응하는 제 1, 제 2, 제 3 리프트 핀 홀을 연결하도록, 서셉터의 상하를 관통하여 끼워지는 원통 형상의 다수의 리프트 핀 튜브와;
    상기 각각의 리프트 핀 튜브를 관통하여 상하로 수직 운동하는 다수의 리프트 핀
    을 포함하는 서셉터
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 리프트 핀 튜브는 Al2O3를 포함하는 재질로 이루어지는 서셉터
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 리프트 핀 튜브의 외면과, 상기 1 및 제 2 리프트 핀 홀의 내면에는 서로 대응하는 나사산을 더욱 포함하여,
    상기 리프트 핀 튜브는 상기 제 1 및 제 2 리프트 핀 홀에 나사결합되는 서셉터
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