KR20100072867A - 서셉터 및 이를 구비한 박막증착장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공정조건을 변화시키지 않으면서도 웨이퍼의 후면에 데미지가 발생하는 것이 방지되도록 구조가 개선된 서셉터 및 이를 구비한 박막증착장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 서셉터는 박막증착장치의 반응기 내부에 설치되며, 기판이 안착되는 서셉터에 있어서, 서셉터에는 기판의 가장자리부가 접촉되는 지지면과, 지지면에 대하여 하방향으로 오목하도록 형성되며 기판에 대하여 하방으로 이격되게 배치되는 홈부가 마련되어 있다.

서셉터, 지지면, 홈부, 박막증착

Description

서셉터 및 이를 구비한 박막증착장치{Susceptor and apparatus for depositing thin film having the same}

본 발명은 기판이 안착되는 서셉터 및 이를 구비한 박막증착장치에 관한 것이다.

에피텍셜(Epitaxial) 공정은 웨어퍼와 같은 기판 상에 얇은 막을 균일하게 증착시키는 공정이다. 이때, 웨이퍼의 직경이 증가할수록 웨이퍼 상에 균일하게 막을 증착시키는 것이 중요시되며, 이를 위해 한번에 한장의 웨이퍼에 대해 증착공정을 진행하는 매엽식 박막증착장치가 이용된다. 도 1은 종래의 매엽식 박막증착장치의 단면도이며, 도 2는 웨이퍼 상에 결함이 발생되는 것을 설명하기 위한 개념도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 매엽식 박막증착장치(9)는 반응기(1)와, 반응기의 내부에 설치되는 서셉터(2)와, 가스공급기(3)와, 히터(미도시)를 구비한다. 그리고, 서셉터의 상면에는 웨이퍼가 안착되는 안착홈부(2a)가 형성되어 있다.

상기와 같이 구성된 매엽식 박막증착장치(9)에 있어서, 반응기(1) 내부의 온도를 공정온도인 약 900도 정도로 상승시킨 상태에서, 웨이퍼 이송장치(미도시)를 이용하여 웨이퍼(w)를 서셉터(2)에 로딩시킨다. 이후, 가스공급기(3)에서 공정가스를 분사하면, 웨이퍼 상에 에피텍셜 막이 증착되게 된다.

하지만, 종래의 경우 웨이퍼(w)를 서셉터(2)에 로딩하는 순간 웨이퍼(w)와 서셉터(2)의 온도 차이에 의해, 도 2에 도시된 바와 같이 웨이퍼(w)가 순간적으로 휘어지게 되고, 이에 따라 웨이퍼 하면의 중심부(A)와 서셉터(2)가 순간적으로 접촉하게 되므로, 웨이퍼의 하면에 결함(backside damage)이 발생하게 되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로, (1) 웨이퍼가 서셉터에 로딩되기 전까지 반응기 내에서 머무는 시간, 즉 로딩시간을 증가시킴으로써 웨이퍼와 서셉터 사이의 온도 차이를 줄이이는 방안과, (2) 반응기 내의 온도를 약 600도 정도까지만 상승시킨 상태에서 웨이퍼를 로딩하는 방안 등이 시도되었다.

하지만, (1) 방안의 경우 로딩시간이 길어지게 되므로 공정시간 역시 길어지게 되며 이에 따라 생산성이 저하되는 문제점 및 석영(Quartz)으로 이루어진 웨이퍼 이송장치에 열적 데미지가 발생하게 되는 문제점이 있다. 그리고, (2) 방안의 경우에는 저온에서 웨이퍼가 로딩되므로 공정시간이 길어지게 되며, 이에 따라 생산성이 저하되는 문제점이 있다. 따라서, 로딩시간 및 로딩시 반응기의 온도 등과 같은 공정조건을 변화시키지 않으면서도, 웨이퍼의 하면에 결함이 발생되는 것을 방지할 수 있는 장치의 개발이 요구된다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 공정조건을 변화시키지 않으면서도 웨이퍼의 후면에 데미지가 발생하는 것이 방지되도록 구조가 개선된 서셉터 및 이를 구비한 박막증착장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 박막증착장치는 반응기와, 상기 반응기의 내부에 설치되며 기판이 안착되는 서셉터와, 상기 기판을 향하여 공정가스를 분사하는 가스공급기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 서셉터는 상기 기판의 가장자리부가 접촉되는 지지면과, 상기 지지면에 대하여 하방향으로 오목하도록 형성되며 상기 기판에 대하여 하방으로 이격되게 배치되는 홈부가 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 로딩시간 및 로딩시 반응기의 온도 등과 같은 공정조건을 변화시키지 않더라도 웨이퍼의 로딩시 웨이퍼 하면의 중심부가 서셉터에 접촉되지 않는다. 따라서, 높은 생산성을 유지하면서도 웨이퍼의 하면에 결함이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막증착장치의 개략적인 단면도이며, 도 4는 도 3에 도시된 서셉터의 단면도이며, 도 5는 웨이퍼의 후면을 촬영한 사진으로, 도 5의 (a)는 홈부의 깊이가 0.05mm 미만인 경우의 사진이며, 도 5의 (b)는 홈부의 깊이가 0.05mm 이상 0.1mm 이하인 경우의 사진이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 박막증착장치(100)는 웨이퍼 등과 같은 기판 상에 박막을 증착하기 위한 것으로, 반응기(10)와, 가스공급기(20)와, 가열수단과, 서셉터(30)를 포함한다.

반응기(10)의 내부는 외부와 밀폐되게 형성된다. 반응기(10)에는 가스가 배기되는 배기관(11)이 결합되어 있으며, 웨이퍼(w)가 출입되는 게이트(12)가 형성되어 있다. 가스공급기(20)는 후술할 서셉터(30)에 안착된 웨이퍼(w)를 향하여 공정가스를 분사하기 위한 것이다. 가스공급기(20)는 반응기(10)의 내부와 연통되도록 설치되며, 웨이퍼(w)를 향하여 공정가스를 분사한다. 가열수단은 반응기(10) 내부의 온도를 공정온도로 높이기 위한 것으로, 니크롬선 등과 같은 발열부재가 가열수단으로 채용될 수 있다. 상기한 반응기(10), 가스공급기(20) 및 가열수단은 널리 알려진 공지의 구성인 바, 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.

서셉터(30)는 웨이퍼(w)와 같은 기판이 안착되는 곳으로, 반응기(10) 내부에 설치된다. 서셉터(30)에는 안착홈부(31)와, 지지면(32)과, 홈부(33)가 형성되어 있다.

안착홈부(31)는 웨이퍼(w)가 삽입되는 곳으로, 서셉터(30)의 상면에 대하여 하방으로 오목하게 형성된다. 본 실시예의 경우, 안착홈부(31)는 직경 300mm인 웨이퍼가 삽입될 수 있을 정도의 크기로 형성된다.

지지면(32)은 웨이퍼(w)의 가장자리부가 접촉되어 지지되는 곳으로, 도 4에 도시된 바와 같이 안착홈부(31) 가장자리의 바닥면이 지지면(32)이 되며, 이 지지면(32)은 수평하게 형성된다.

홈부(33)는 웨이퍼(w)의 하면에 결함이 발생되는 것을 방지하기 위한 예비적 공간이다. 홈부(33)는 지지면(32)에 대하여 하방으로 오목하게 형성되며, 웨이퍼(w)의 하방에 배치된다. 본 실시예의 경우 도 4에 도시된 바와 같이, 홈부(33)는 가장자리에서부터 중앙부 쪽으로 갈수록 지지면(32)과의 수직 방향으로의 간격, 즉 홈부(33)의 깊이가 증가하도록 형성된다. 즉, 홈부(33)는 가장자리로부터 중앙부로 갈수록 오목하게 형성된다. 그리고, 이때 홈부(33)의 중앙부와 지지면(32) 사이의 수직방향으로의 간격, 즉 홈부 중앙부의 깊이는 0.05mm 이상 0.1mm 이하인 것이 바람직하다. 이하, 상기한 형상으로 홈부(33)를 형성하는 이유에 대하여 설명한다.

웨이퍼(w) 상에 박막이 균일하게 증착되기 위해서는 웨이퍼(w)의 온도가 균일하여야 하며, 이를 위해서는 웨이퍼(w)와 서셉터(30) 사이에서 열전달이 균일하게 일어나여야 한다. 그런데, 서셉터(30)와 웨이퍼(w)가 서로 접촉된 경우에 비하여 서셉터(30)와 웨이퍼(w)가 서로 이격된 경우에는 열전달이 더 작게 발생되며, 서셉터(30)와 웨이퍼(w) 사이의 간격이 커질수록 열전달의 차이는 더 커지게 된다. 그러므로, 균일한 열전달 만을 위해서는 종래와 같이 웨이퍼(w)의 하면 전체가 서셉터에 접촉되는 것이 가장 바람직할 수 있으나, 이 경우에는 앞서 언급한 바와 같이 웨이퍼(w)의 하면에 결함이 발생되게 된다. 따라서, 균일한 열전달 및 웨이퍼 의 하면에 결함이 발생되는 것을 방지하기 위해서는, 웨이퍼(w)와 서셉터(30) 사이의 간격을 가능한 한 좁게 하면서도, 웨이퍼(w)가 순간적으로 휘어지더라도 웨이퍼(w)의 중심부가 서셉터(30)에 접촉되지 않도록 하여야 한다.

도 4에 가상선으로 도시된 바와 같이, 웨이퍼(w)가 휘어지는 경우 웨이퍼(w)의 중심부가 웨이퍼의 가장자리에 비하여 더 아래로 내려오게 된다. 따라서, 휘어진 웨이퍼에 대응되는 형상, 즉 가장자리에서부터 중앙부로 갈수록 오목하도록 홈부(33)를 형성하면, 웨이퍼(w)가 순간적으로 휘어지게 되더라도 웨이퍼(w)의 하면이 서셉터(30)에 접촉되지 않으면서도, 웨이퍼(w)의 하면이 서셉터(30)에 접촉되지 않는 범위 내에서 웨이퍼(w)와 서셉터(30) 사이의 간격이 최대한으로 작아지게 된다.(예를 들어, 도 4에 일점쇄선(b)으로 도시된 바와 같이 홈부를 동일한 깊이로 형성하는 경우에 비하여, 웨이퍼와 서셉터 사이의 간격이 훨씬 더 작아지게 된다.) 따라서, 웨이퍼(w)의 하면에 결함이 발생되는 것이 방지되며, 웨이퍼(w)와 서셉터(30) 사이에서 열전달이 최대한으로 균일하게 발생되므로 웨이퍼(w)의 온도가 균일해져 웨이퍼(w) 상에 박막이 균일하게 증착되게 된다.

한편, 홈부(33)의 중앙부의 깊이 또한 중요한 요소이다. 즉, 홈부(33)의 중앙부의 깊이가 너무 얕은 경우에는, 웨이퍼(w)가 휘어질 때 웨이퍼(w)의 하면의 중심부가 홈부(33)의 바닥면에 접촉되게 되어 웨이퍼(w)의 하면에 결함이 발생하게 된다. 반대로, 홈부(33)의 중앙부의 깊이가 너무 깊은 경우에는 웨이퍼(w)의 휨 현상이 과도하게 발생하게 되며, 이에 따라 웨이퍼(w)에 데미지가 발생하게 된다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 웨이퍼(w)의 가장자리만 지지면(32)에 지지되는 경 우, 웨이퍼(w)의 자중에 의해 웨이퍼(w)의 중심부가 아래로 쳐지게 되면서 웨이퍼(w)가 휘어지게 되는데, 이때 홈부(33)의 중앙부의 깊이가 깊어질수록 휨 현상이 많이 발생하게 되어 웨이퍼(w)에 데미지가 발생하게 된다.

본 실시예에서와 같이 직경이 300mm인 웨이퍼가 안착되는 서셉터의 경우, 홈부 중앙부의 깊이는 0.05mm 이상 0.1mm 이하인 것이 바람직하다. 이와 같은 깊이로 홈부를 형성하게 되면, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 웨이퍼 하면의 중심부에 결함이 발생되지 않을 뿐 아니라, 웨이퍼의 휨 현상에 따른 데미지도 발생하지 않는다. 하지만, 홈부 중앙부의 깊이가 0.05mm 미만인 경우에는 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 웨이퍼 하면의 중앙부에 결함(X)이 발생하게 된다. 반대로, 홈부 중앙부의 깊이가 0.1mm를 초과하는 경우에는, 웨이퍼 하면의 중앙부에 결함은 발생되지 않으나, 웨이퍼의 휨 현상이 과도하게 발생되어 웨이퍼에 데미지가 발생하게 된다.

상기한 바와 같이, 본 실시예에 따르면 서셉터(30)에 홈부(33)가 형성되어 있으므로, 종래와 같이 웨이퍼의 로딩시간이나 웨이퍼의 로딩시 반응기 내의 온도 등과 같은 공정조건을 변화시키지 않더라도 웨이퍼(w)의 로딩시 웨이퍼(w) 하면의 중심부가 서셉터(30)에 접촉되지 않는다. 따라서, 높은 생산성을 유지하면서도 웨이퍼(w)의 하면에 결함이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 웨이퍼(w)와 서셉터(30) 사이에 열전달이 균일하게 발생되어 웨이퍼(w)의 온도가 균일해지므로, 웨이퍼(w) 상에 박막을 균일하게 증착할 수 있으며, 웨이퍼(w)에 휨 현상이 과도하게 발생되어 웨이퍼에 데미지가 발생되는 것도 방지 된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

도 1은 종래의 매엽식 박막증착장치의 단면도이다.

도 2는 웨이퍼 상에 결함이 발생되는 것을 설명하기 위한 개념도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막증착장치의 개략적인 단면도이다.

도 4는 도 3에 도시된 서셉터의 단면도이다.

도 5는 웨이퍼의 후면을 촬영한 사진으로, 도 5의 (a)는 홈부의 깊이가 0.05mm 미만인 경우의 사진이며, 도 5의 (b)는 홈부의 깊이가 0.05mm 이상 0.1mm 이하인 경우의 사진이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100...박막증착장치 10...반응기

20...가스공급기 30...서셉터

31...안착홈부 32...지지면

33...홈부 w...웨이퍼

Claims (4)

1. 박막증착장치의 반응기 내부에 설치되며, 기판이 안착되는 서셉터에 있어서,

   상기 기판의 가장자리부가 접촉되는 지지면과, 상기 지지면에 대하여 하방향으로 오목하도록 형성되며 상기 기판에 대하여 하방으로 이격되게 배치되는 홈부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 서셉터.
2. 제1항에 있어서,

   상기 홈부는 가장자리에서 중앙부쪽으로 갈수록 상기 지지면과의 수직 방향으로의 간격이 증가하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 서셉터.
3. 제2항에 있어서,

   상기 지지면과 상기 홈부의 중앙부 사이의 수직방향으로의 간격은 0.05mm 이상 0.1mm 이하인 것을 특징으로 하는 서셉터.
4. 반응기와, 상기 반응기의 내부에 설치되며 기판이 안착되는 서셉터와, 상기 기판을 향하여 공정가스를 분사하는 가스공급기를 포함하는 박막증착장치에 있어서,

   상기 서셉터는 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 서셉터인 것을 특징으로 하는 박막증착장치.

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