KR20030044367A

KR20030044367A - 반도체 제조장치

Info

Publication number: KR20030044367A
Application number: KR1020010075089A
Authority: KR
Inventors: 이상곤; 방현일
Original assignee: 주성엔지니어링(주)
Priority date: 2001-11-29
Filing date: 2001-11-29
Publication date: 2003-06-09
Also published as: KR100482377B1

Abstract

본 발명은 반도체 제조용 챔버의 내부에 설치되는 서셉터를 관통하여, 상기 서셉터의 상면에 안착되는 웨이퍼를 승강시키는 리프트 핀에 관한 것으로, 챔버와; 상부에 웨이퍼가 안착되고, 상기 챔버 내에서 수직운동을 하며, 상하를 관통하는 다수의 리프트 핀 홀을 가지는 서셉터와; 상기 서셉터의 다수의 리프트 핀을 각각 관통한 상태에서 수직으로 이동 가능하도록 설치되며, 상면에 각각 돌출된 돌출단을 가지는 다수의 리프트 핀을 포함하는 반도체 제조장치를 제공하여, 보다 개선된 반도체 소자의 구현을 가능하게 한다.

Description

반도체 제조장치{manufacturing apparatus of semiconductor device}

본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 반도체 제조용 챔버(chamber)의 내부에 설치되는 서셉터(susceptor)를 관통하여, 상기 서셉터의 상면에 안착되는 웨이퍼(wafer)를 승강시키는 리프트 핀(lift pin)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 박막의 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.

이를 도시한 도 1을 참조하면, 일반적인 챔버형 프로세스 모듈(10)은 그 내부에 웨이퍼(1)가 안착되어 이의 상면에 박막을 증착하거나 패터닝하는 등의 직접적 처리 공정이 진행되는 밀폐된 반응용기인 챔버(20)와, 상기 챔버(20) 내에서 목적하는 공정의 진행을 위한 소스(source) 및 반응물질 등의 기체물질을 저장하고, 이를 챔버(20) 내로 공급하는 소스 및 반응물질 공급부(40)를 포함하고 있다.

이때 챔버(20)는 전술한 소스 및 반응물질이 유입될 수 있도록 상기 소스 및 반응물질 공급부(40)에 일단이 연결된 공급관(42)과, 그 내부의 기체를 배출함으로써 챔버 내부의 압력을 제어하는 배출관(24) 및 그 말단에 부설된 펌프(P)를 포함하고, 그 내부에는 통상 그래파이트(Graphite) 또는 탄화규소(SiC) 등의 재질로 이루어지는 원판 형태의 서셉터(susceptor)(30)가 설치되어 이의 상면에 웨이퍼(1)가 안착되는 바, 먼저 서셉터(30)의 상면에 웨이퍼(1)가 안착되어 챔버(20)가 밀폐되면, 상기 배출관(24)의 말단에 부설된 펌프(P) 등을 통해 챔버(20)의 내부 환경을 조절한 후, 소스 및 반응물질 공급부(40)에 연결된 공급관(42)을 통해 챔버(20) 내로 유입된 소스 및 반응물질의 화학반응으로 웨이퍼(1)를 가공, 처리하는 것이다.

이에 챔버(20)의 내부에는 공급관(42)의 타단에 결합되는 인젝터(22)를 통하여 소스 및 반응물질을 챔버(20)의 내부 전(全) 면적으로 고르게 확산시키고, 도시되지 않았지만 서셉터(30)의 내부에 히터(heater)를 실장하여 소스 및 반응물질의 화학반응을 가속화하는데, 이러한 서셉터(22)에는 그 상부에 안착되는 웨이퍼(1)를 승강하는 다수의 리프트 핀(34)이 관통 설치되는 바, 이를 전술한 도 1 및 도 2를 참조하여 좀 더 자세히 설명한다.

이때 도 2는 도 1에 도시한 챔버(20)의 내부에 설치되는 서셉터(30) 및 이를 관통하는 다수의 리프트 핀(34)을 한정하여 도시한 단면도로서, 먼저 서셉터(30)는 웨이퍼(1) 상의 박막 증착 및 이의 처리속도 향상과, 보다 안정된 공정 구현을 위해 그 내부에 웨이퍼(50)의 가열을 위한 히터(haeter)(미도시)를 가지며, 이러한 서셉터(30)의 하부에는 다수의 리프트 핀(34)이 수직 설치된 리프트 핀 베이스(32)가 위치하여, 상기 다수의 리프트 핀(34)이 서셉터(30)를 관통하는 구성을 가지고 있다.

참고로 이러한 서셉터(30) 및 리프트 핀 베이스(32)는 각각 챔버(1)의 외부에 장치되는 공기 실린더(air cylinder) 또는 모터 등의 구동수단(52, 54)을 통해 각각 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 내부로 인출하는 언로딩(unloading) 단계에서는 각각 리프트 핀 베이스(32)가 상승하여 서셉터(30)의 상면으로 다수의 리프트 핀(34)을 돌출되도록 하여 웨이퍼(1)를 승강 시킴으로써 보다 원활하게 공정을 진행하는 것이다.

이때 도 2 및 도 2의 II-II 선을 따라 절단한 단면을 도시한 도 3을 통하여 서셉터(30) 및 이를 관통하는 리프트 핀(34)을 보다 상세히 설명하면, 먼저 서셉터(30)에는 다수의 관통된 리프트 핀 홀(30a)이 설치되고, 상기 리프트 핀 홀(30a)에는 각각 리프트 핀(34)이 삽입된 상태로 승강하여 서셉터(30)의 상면으로 돌출 또는 인입됨으로써 웨이퍼(1)를 승강시키는 바, 특히 이 때 각각의 리프트 핀(34) 상단에는 걸림단(34a)이 형성되고, 리프트 핀 홀(30a)의 상단에는 상기 걸림단(34a)에 대응되도록 우묵하게 설치되며, 상기 걸림단(34a)이 그 내부로 완전히 인입될 수 있을 정도의 크기를 가지는 걸림턱(30b)이 설치되는 것이 일반적이다.

따라서 도 3과 같이 리프트 핀(34)이 최대한 하강하였을 경우, 즉 웨이퍼(1)의 처리공정이 진행되는 중에는 웨이퍼(1)가 서셉터(30)의 상면에 완전히 밀착된 상태에서 서셉터(30) 내부의 히터(미도시)의 구동에 의하여 가열되는데, 이때 서셉터(30) 상면의 온도는 리프트 핀 홀(30a)의 걸림턱(30b) 부분과, 다른 부분의 온도가 서로 다르게 된다.

즉, 그 내부의 히터에 의하여 직접 가열되는 서셉터(30)의 상면과, 간접적으로 가열되는 리프트 핀(34)의 걸림단(34a)이 인입된 걸림턱(30b) 부분의 온도를 비교하면 후자가 더 낮은데, 더욱이 상기 걸림단(34a)은 웨이퍼(1)와 서로 이격되는 것이 일반적이므로, 진공의 환경을 가지는 챔버의 내부에서는 이러한 이격된 부분에서 히터의 열이 충분히 전달되지 못하여 이러한 리프트 핀(34a) 부분의 온도구배는 상당히 큰 차이를 나타내게 된다.

이에 공정이 완료된 후 웨이퍼를 관찰해 보면, 도 4와 같이 상기 리프트 핀(34a)이 설치되는 걸림단(34a) 혹은 걸림턱(30b)에 대응하는 부분(A)과, 다른 부분(B) 즉, 서셉터(30)의 상면에 직접 맞닿는 부분과의 공정진행 정도가 상당히 큰 차이를 나타내는 것이 자주 관찰되고 있다.

또한 서셉터(30)의 상면에 직접 맞닿는 부분(B)에 있어서도 웨이퍼(1)가 가열됨에 따라 국부적인 휨(warping) 등의 변형이 발생하여 박막의 증착 정도 및 식각 정도가 차이나는 현상이 빈번하게 관찰된다.

이는 반도체 소자의 제조 수율을 저하시킴과 동시에 완성된 반도체 소자의 균일도(Uniformity), 선폭(critical), 프로파일(profile) 및재현성(repeatability) 등에 중요한 영향을 미치게 되어 결국 소자의 품질을 저하시키는 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 보다 균일한 웨이퍼의 처리, 가공을 가능하게 하는 리프트 핀을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 일반적인 반도체 제조를 위한 챔버형 프로세스 모듈의 구조를 도시한 개략구조도

도 2는 일반적인 반도체 제조용 챔버의 내부에 설치되는 서셉터 및 상기 서셉터를 관통하는 리프트 핀을 도시한 사시도

도 3은 도 2의 II-II 선을 따라 절단한 단면을 도시한 단면도

도 4는 일반적인 리프트 핀을 채용한 챔버를 통해 처리된 웨이퍼를 도시한 도면

도 5는 본 발명에 따른 리프트 핀을 채용한 챔버형 프로세스 모듈의 구조를 도시한 개략구조도

도 6은 본 발명은 반도체 제조용 챔버의 내부에 설치되는 서셉터 및 상기 서셉터를 관통하는 리프트 핀을 도시한 사시도

도 7은 도 6의 VI-VI 선을 따라 절단한 단면을 도시한 단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 웨이퍼130 : 서셉터

130a : 리프트 핀 홀130b : 걸림턱

134 : 리프트 핀134a : 걸림단

134b : 돌출단

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 챔버와; 상부에 웨이퍼가 안착되고, 상기 챔버 내에서 수직 운동을 하며, 상하를 관통하는 다수의 리프트 핀 홀을 가지는 서셉터와; 상기 서셉터의 다수의 리프트 핀을 각각 관통한 상태에서, 수직으로 이동 가능하도록 설치되며, 상면에 각각 돌출된 돌출단을 가지는 다수의 리프트 핀을 포함하는 반도체 제조장치를 제공한다.

또한 상기 리프트 핀의 상단에는 걸림단과; 상기 리프트 핀 홀의 상단에는 상기 걸림단이 인입되는 걸림턱을 더욱 포함하여 상기 걸림단의 상면에 상기 돌출단이 형성된 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 대한 올바른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면, 특히 본 발명은 리프트 핀의 상단에 돌출단을 부여하여 보다 균일한 웨이퍼의 처리, 가공을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 데, 이러한 본 발명에 따른리프트 핀을 채용한 챔버형 프로세스 모듈을 도 4에 도시하였다.

본 발명에 따른 리프트 핀을 채용한 챔버형 프로세스 모듈(110)은 그 내부에 웨이퍼(1)가 안착되어 직접적인 처리공정이 이루어지는 밀폐된 반응용기인 챔버(chamber)(120)와, 상기 챔버(120) 내로 공급되는 소스(source) 및 반응 기체를 저장하는 소스 및 반응물질 공급부(140)로 구분되는 바, 이때 챔버(120)에는 전술한 소스 및 반응물질이 유입될 수 있도록 상기 소스 및 반응물질 공급부(140)에 일단이 연결되고, 타단의 일부가 챔버(120)의 내로 인입된 상태에서 상기 소스 및 반응물질을 챔버(120)의 내부 전(全)면적으로 고르게 확산시키기 위한 인젝터(122)와 연결되는 공급관(142)과, 상기 챔버 내부의 기체를 배출하는 배출관(124) 및 그 말단에 부설된 펌프(P)를 포함하고 있음은 일반적인 경우와 동양(同樣)이다.

이때 챔버(120)의 내부에는 본 발명에 따른 리프트 핀(134)이 관통 설치된 상태에서, 그 상면에 웨이퍼(1)가 안착되는 서셉터(130)가 설치되는데, 이때 바람직하게는 상기 서셉터(130)의 내부에는 발열 가능한 히터(미도시)가 실장되어 웨이퍼(1)를 가열하는 구성을 가지고 있다.

즉, 도 5와, 도 5에 도시한 챔버(120)의 내부에 설치되는 서셉터(130) 및 이를 관통하는 다수의 리프트 핀(134)을 한정하여 도시한 사시도인 도 6을 통하여 보다 상세히 설명하면, 상기 서셉터(130)에는 웨이퍼(1)의 처리속도 향상과 보다 안정된 공정구현을 위한 히터(haeter)(미도시)가 실장되고, 이러한 서셉터(130)의 하부에는 다수의 리프트 핀(134)이 수직 설치된 리프트 핀 베이스(132)가 위치하여, 상기 다수의 리프트 핀(134)이 서셉터(130)를 관통하는 구성을 가지는 바, 바람직하게는 이러한 서셉터(130) 및 리프트 핀 베이스(132)는 각각 챔버(120)의 외부에 장치되는 공기 실린더(air cylinder) 또는 모터 등의 구동수단(152, 154)을 통해 각각 승강 가능하도록 이루어진다.

따라서, 상기 다수의 리프트 핀(134)이 상승하여 서셉터(130)의 상면으로 돌출된 상태에서 리프트 핀(134)의 상부에 웨이퍼(1)가 안착된 후, 상기 다수의 리프트 핀(134)이 하강하여 서셉터(130)의 상면에 웨이퍼(1)를 로딩(loading)하면, 챔버(120)가 밀폐되어 상기 배출관(124)의 말단에 부설된 펌프(P) 등을 통해 챔버(120)의 내부 환경을 조절하고, 이어서 소스 및 반응물질 공급부(140)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 가공공정이 완료되면, 다시 리프트 핀(134)이 상승하여 웨이퍼(1)를 서셉터(130)의 상부로 들어올려 외부로 반출되는 언로딩(unloading) 과정을 통해 하나의 웨이퍼의 해당 처리 공정을 완료하는 바, 이때 도 6 및 도 6의 VI-VI 선을 따라 절단한 단면을 도시한 도 7 을 참조하면, 바람직하게는 상기 서셉터(130)에는 다수의 관통된 리프트 핀 홀(130a)이 설치되고, 상기 리프트 핀 홀(130a)에는 다수의 리프트 핀(134)이 삽입되어 승강하는 것이다.

특히 바람직하게는 상기 각각의 리프트 핀(134) 상단에는 걸림단(134a)이 형성되고, 리프트 핀 홀(130a)의 상단에는 상기 걸림단(134a)에 대응되도록 우묵하게 설치되며, 상기 걸림단(134a)이 그 내부로 완전히 인입될 수 있을 정도의 크기를 가지는 걸림턱(130b)이 설치되는 것이 유리한데, 특히 본 발명에서는 상기 리프트핀(134)의 걸림단(134a)의 상면에 돌출단(134b)을 부여하는 것을 특징으로 한다.

즉, 도 7의 일부를 확대하여 도시한 원내 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 리프트 핀(134)은 걸림단(134a)의 상면에 설치된 돌출단(134b)을 포함하는 바, 이러한 돌출단(134b)은 리프트 핀(134)의 최저 하강위치, 즉 공정의 진행 중에 있어서 서셉터(130)의 상부로 소정길이 h 만큼 돌출되어 그 상면에 안착되는 웨이퍼(1)를 서셉터(130)의 상면으로부터 이격되도록 한다.

따라서 이러한 본 발명에 따른 리프트 핀(134)이 장착된 챔버(120)내에서는 웨이퍼(1)가 서셉터(130)의 상부로 소정길이 이격된 상태로 공정이 진행되므로, 웨이퍼(1) 전면에 걸쳐 균일하게 열이 전달되고, 또한 웨이퍼 자체의 열전도에 현상을 통하여 전체적으로 가열되므로 일반적인 경우와 비교하여, 리프트 핀(134) 부분 즉, 걸림턱(130b) 부분과 다른 부분의 온도구배를 효과적으로 방지할 수 있는 것이다

본 발명은 리프트 핀의 상면에 돌출된 돌출단을 부여함으로써 일반적인 반도체 제조공정에 있어서, 리프트 핀이 대응되는 부분에 발생되는 온도구배 현상을 효과적으로 제어하는 것이 가능한 잇점을 가지고 있다.

비록 본 발명은 일반적인 리프트 핀에 단순한 변형을 가하여 구현 가능하지만 그 효과는 매우 크다 할 수 있는데, 즉, 웨이퍼를 서셉터의 상면에 조금 떠 있도록 한 상태에서 이를 가열 및 공정 진행을 하므로, 히터의 열이 고르게 웨이퍼에전달되며, 또한 웨이퍼 자체의 열전도에 의하여 더욱 균일한 가열을 가능하게 하고, 특히 웨이퍼의 가열 및 처리에서 발생되는 웨이퍼의 변형에도 무관하게 균일한 가열상태를 유지할 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 리프트 핀을 채용한 챔버를 통하여 반도체 소자를 구현할 경우에 제조 수율의 증가는 물론, 완성된 소자에 우수한 균일도(Uniformity), 선폭(critical), 프로파일(profile), 재현성(repeatability) 등의 특성을 부여하는 것이 가능한 잇점을 가지고 있다.

Claims

챔버와;

상부에 웨이퍼가 안착되고, 상기 챔버 내에서 수직 운동을 하며, 상하를 관통하는 다수의 리프트 핀 홀을 가지는 서셉터와;

상기 서셉터의 다수의 리프트 핀을 각각 관통한 상태에서, 수직으로 이동 가능하도록 설치되며, 상면에 각각 돌출된 돌출단을 가지는 다수의 리프트 핀

을 포함하는 반도체 제조장치
청구항 1에 있어서,

상기 리프트 핀의 상단에는 걸림단과;

상기 리프트 핀 홀의 상단에는 상기 걸림단이 인입되는 걸림턱을 더욱 포함하여 상기 걸림단의 상면에 상기 돌출단이 형성된 반도체 제조장치