KR20120107205A - 웨이퍼 제조장치 - Google Patents

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KR20120107205A
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구영수
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 제조장치는 챔버에 배치된 가스 공급 개구 및 가스 배출 개구와, 챔버 내에 배치된 서셉터 및 웨이퍼를 지지하며, 리프트 업/다운시켜 서셉터에 웨이퍼를 로딩/언로딩하는 웨이퍼 리프트 어셈블리를 포함함을 특징으로 한다.

Description

웨이퍼 제조장치{Device for manufacturing the wafer}
본 발명은 웨이퍼 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 리프트 핀(lift pin)에 의한 할로(halo)를 방지하는 웨이퍼 제조장치에 관한 것이다.
저저항률의 실리콘 웨이퍼 위에 고저항률의 실리콘 에피택셜층을 기상 성장시킨 실리콘 에피택셜 웨이퍼는 높은 게터링 능력과 낮은 래치업(latch-up) 특성, 그리고 고온에서 슬립(slip)에 강한 특징을 가지고 있어, 최근에 MOS 디바이스뿐만 아니라 LSI 디바이스용 웨이퍼로서 널리 이용되고 있다.
경면 가공된 반도체 웨이퍼에 단결정의 얇은 에피택셜 막을 성장시킨 것을 에피택셜 웨이퍼라 한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 에피택셜 웨이퍼 제조를 위해 챔버 장치 내의 서셉터(Susceptor, 10) 위에 웨이퍼(20)를 배치하고 1150℃로 가열한 뒤 소스 가스를 흘려주어 웨이퍼 위에 단결정 막이 성장되게 하는 CVD(CVD:Chemical Vapor Deposition) 공정을 수행한다.
도 2는 도 1의 관통 구멍 부위(H)를 확대한 도면으로서, 도시된 바와 같이 서셉터(10)의 외측 둘레에 총 3개의 관통구멍(30)이 120°의 간격으로 형성되어 있다. 각각의 관통구멍(30)에는 상하 운동을 통하여 웨이퍼를 로딩/언로딩(loading/unloading)시키는 리프트 핀(lift pin, 40)이 삽입되어 있다.
리프트 핀(40)의 상하 운동에 의한 영향을 피하기 위해 유격을 가질 수밖에 없는데, 이 유격을 통하여 미세한 가스의 흐름이 발생하고, 이러한 구조로 인하여 리프트 핀(40) 위치 주변에서 핀 할로(pin halo)가 발생하는 문제점이 있다.
할로가 발생하면 웨이퍼의 거칠기 및 두께 차이가 발생함에 따라 디바이스 공정에서 고온계 시스템(Pyrometer system)이나 얼라인(Align) 공정을 진행할 때 문제가 발생되므로 웨이퍼의 나노 품질이 악화될 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 리프트 핀 주변의 웨이퍼에서 발생하는 핀 할로 현상을 방지하는 웨이퍼 제조장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 웨이퍼 제조장치는 챔버에 배치된 가스 공급 개구 및 가스 배출 개구와, 챔버 내에 배치된 서셉터 및 웨이퍼를 지지하며, 리프트 업/다운시켜 서셉터에 웨이퍼를 로딩/언로딩하는 웨이퍼 리프트 어셈블리를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 서셉터에 관통구멍을 형성하지 않고도, 웨이퍼의 가장자리 부분을 웨이퍼 리프트 어셈블리에 안착시키고 상하 이동하여 웨이퍼를 서셉터에 로딩/언로딩함으로써, 종래의 리프트 핀 주변 웨이퍼에서 발생하는 할로 현상을 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 웨이퍼 제조를 위한 챔버의 일부 단면도.
도 2는 종래 챔버 내의 서셉터 및 리프트 핀 부분을 확대한 단면도.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼 리프트 어셈블리를 포함한 챔버의 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 실시예에 의한 웨이퍼 지지대의 상세 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 제조장치(100)의 개략적 단면도이다.
웨이퍼 제조장치(100)의 내부는 에피택셜막 형성을 위한 공간이라 할 수 있다. 챔버 장치(100)는 상부 돔(50), 하부 돔(55)을 포함한다. 상부 돔(50)과 하부돔(55)은 웨이퍼(120)의 복사 가열을 위해 광을 통과시킬 수 있는 고순도 석영과 같은 투과성 물질로 구성된다. 또한, 석영은 비교적 높은 구조적 강도를 나타내며 챔버 장치의 프로세스 환경에 대해 화학적으로 비활성이다.
챔버 장치(100)의 위아래에 배치된 서셉터(130) 및 웨이퍼(120)는 복수의 가열 장치(110)에 의해 가열된다. 사용되는 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼로서, 예를 들면, 직경이 200㎜, 두께가 740㎛이고, 표면 평면 배향(surface planar orientation)이고, 저항률이 15mΩ㎝(mili-ohm-㎝)이며, 한쪽면이 경면 다듬질(mirrired finish)된 P형 실리콘 단결정 웨이퍼이다. 실리콘 웨이퍼의 배면상에는 실리콘 산화막(보호막)이 형성되어 있지 않고, 웨이퍼의 양면은 단결정 실리콘면이다.
가스 공급 개구(60)와 가스 배출 개구(65)가 챔버 장치(100)의 서로 반대 방향에 형성되어 있다. 가스 배출 개구(65)는 가스 공급 개구(60)를 통해 공급된 수소 가스 및 에피택셜 성장을 위한 운반 가스 등을 배출할 수 있다.
서셉터(130)는 서셉터(130)의 하부면의 외측 부분이 서셉터 회전축(미도시)과 연동하여 회전된다. 서셉터(130)는 SiC막이 표면에 부착된 탄소계 재료로 만들어진다. 서셉터(130)의 크기는 웨이퍼(120)의 직경과 웨이퍼 리프트 어셈블리(140)가 웨이퍼(120)와 접촉하는 면적에 따라 적절하게 변경될 수 있다.
서셉터(130)의 가장자리 부분은 웨이퍼 리프트 어셈블리(140)가 인접하는 부분에서 테이퍼진(tapered) 구조로 형성될 수 있다.
웨이퍼 리프트 어셈블리(140)는 서셉터(130)의 중심을 기준으로 동일한 각도(120도)로 이격되어 배치된 세 개 이상의 웨이퍼 리프트 어셈블리(140)로 구성되고, 각각의 웨이퍼 리프트 어셈블리(140)는 상하 이동축(150)에 접속된다.
웨이퍼 리프트 어셈블리(140)는 웨이퍼(120)의 하부면 가장자리에 접촉되어 웨이퍼(120)를 지지하는 웨이퍼 지지대(140a) 및 웨이퍼 리프트 어셈블리(140)를 상하 이동축(150)에 접속시키는 리프트 암(140b)으로 구성된다.
여기서, 웨이퍼(120)의 가장자리 영역은 웨이퍼(120) 몸체의 원주로부터 수㎜ 이내 혹은 웨이퍼의 반지름의 1/10 수준에 해당하는 영역으로 정할 수 있다.
웨이퍼 리프트 어셈블리(140)는 리프트 암(140b)에 의해 상하 이동축(150)의 상향 또는 하향 이동에 연계되어 웨이퍼(120)를 리프트 업/다운시킴으로써, 웨이퍼(120)가 서셉터(130)에 로딩/언로딩되게 한다.
도 3은 상하 이동축(150)이 하향함에 따라 웨이퍼 리프트 어셈블리(140)가 하향하여 웨이퍼(120)를 리프트 다운시킴으로써, 서셉터(130)에 웨이퍼(120)를 로딩(loading)시킨 단면도이다. 도 4는 상하 이동축(150)이 상향함에 따라 웨이퍼 리프트 어셈블리(140)가 상향하여 웨이퍼(120)를 리프트 업시킴으로써, 서셉터(130)에 웨이퍼(120)를 언로딩시킨 단면도이다.
웨이퍼 지지대(140a)는 웨이퍼(120) 및 서셉터(130)에 평행하게 형성되고, 웨이퍼(120)의 가장자리 하부면에 접촉되어 웨이퍼(120)를 지지하는 역할을 한다. 웨이퍼 지지대(140a)는 미립자 생성을 방지하도록 불꽃(flame) 연마될 수 있다.
리프트 암(140b)은 웨이퍼 지지대(140a)와 수직 하향으로 연결되는 부위와, 상하 이동축(150)과 접속되는 연결 부위를 포함한다.
이격된 세 개의 웨이퍼 리프트 어셈블리(140)를 상하 이동축(150)에 접속시키기 위해 리프트 암(140b)은 일자형이 아닌 다각의 리프트 암(140a)으로 형성됨이 바람직하다. 본 발명에서는 리프트 암(140b)이 한번 꺾어진 형태를 예시하였지만, 경우에 따라 한 번 이상 꺾어진 형태의 리프트 암(140b)으로 형성될 수도 있다.
챔버 장치(100)는 웨이퍼(120)의 표면 위로 가스가 균일하게 분포되도록, 프로세스 가스를 챔버에 주입하는 수단을 제공하도록 구성된다. 본 예에서, 프로세스 가스는 챔버 장치(100)에 위치되는 웨이퍼(120) 상에서 막을 제거, 처리 또는 증착하는 역할을 하는 가스 또는 가스 혼합물로 정의된다. 프로세스 가스는 수소 또는 질소 또는 소정의 다른 불활성 가스와 같은 캐리어 가스를 포함할 수 있다. 세정 또는 에칭의 경우 염화 수소(HCL)가 프로세스 가스에 포함될 수 있다.
가열 장치(110)는 일 실시예에서 텅스텐-할로겐 램프들을 사용하며, 각각의 램프는 약 2㎾의 레이팅(rating)을 갖는다.
도 5는 본 발명에 따라 도 3에 도시된 웨이퍼 지지대(140a)의 또 다른 실시예에 대한 상세도이다. 웨이퍼 지지대(140a')는 테이퍼진 단부를 가지며, 각각의 테이퍼진 단부는 웨이퍼(120)를 안착시킬 수 있는 표면을 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 서셉터에 관통구멍을 형성하지 않고도 웨이퍼의 가장자리 부분을 웨이퍼 리프트 어셈블리에 얹고 이를 상하 이동시켜 웨이퍼를 서셉터에 로딩/언로딩함으로써, 종래의 리프트 핀 주변 웨이퍼에서 발생하는 할로 현상을 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의해 경면 처리된 웨이퍼의 후면에 발생하는 할로가 제어된 에피택셜 웨이퍼의 제조가 가능하다.
챔버 장치 100
가열 장치 110
서셉터 130
웨이퍼 리프트 어셈블리 140
웨이퍼 지지대 140a
리프트 암 140b
상하 이동축 150

Claims (9)

  1. 챔버에 배치된 가스 공급 개구 및 가스 배출 개구;
    상기 챔버 내에 배치된 서셉터; 및
    상기 서셉터에 웨이퍼를 로딩/언로딩하기 위한 동일 각도로 이격되어 있는 세 개 이상의 웨이퍼 리프트 어셈블리를 포함함을 특징으로 하는 웨이퍼 제조장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼 리프트 어셈블리는
    상기 웨이퍼가 평평하게 안착되는 웨이퍼 지지대; 및
    상기 웨이퍼 지지대와 연결되고, 상하 이동하여 상기 웨이퍼를 상기 서셉터에 로딩/언로딩시키는 리프트 암을 포함함을 특징으로 하는 웨이퍼 제조장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 웨이퍼 리프트 어셈블리는
    SiC로 코팅된 그래파이트(graphite)를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 제조장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 지지대는 상기 웨이퍼의 하부면 가장자리에 접촉되어 상기 웨이퍼를 지지하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 제조장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 지지대는 테이퍼진 단부를 가지며, 상기 테이퍼진 단부는 상기 웨이퍼의 하부면 가장자리를 지지할 수 있는 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 제조장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 가장자리는 상기 웨이퍼 몸체의 원주로부터 반지름의 1/10 이내 영역에 해당하는 영역인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 제조장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 리프트 암은 상기 서셉터의 중심의 하부에 형성된 상하 이동축의 상향 또는 하향 이동에 연계되어 상하이동하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 제조장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 리프트 암은 상기 상하 이동축에 접속되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 제조장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 리프트 암은 다각의 꺾어진 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 제조장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107910250A (zh) * 2017-11-16 2018-04-13 德淮半导体有限公司 晶片处理设备及方法

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