KR20130080150A - 분사 유량 조절 유닛 및 이를 포함한 기상 성장 장치 - Google Patents

분사 유량 조절 유닛 및 이를 포함한 기상 성장 장치 Download PDF

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Abstract

실시예에 따른 분사 유량 조절 유닛은 복수 개의 제1 관통홀을 갖는 바디; 및 상기 제1 관통홀 내에 삽입되어 상하좌우로 위치 조절이 가능하며 제2 관통홀을 갖는 가스 흐름 조절 부재;를 포함한다.

Description

분사 유량 조절 유닛 및 이를 포함한 기상 성장 장치{ADJUST UNIT OF GAS FLOW AND VAPOR DEPOSITION APPARATUS INCLUDING THE SAME}
실시예는 가스의 흐름을 조절하여 웨이퍼 상의 원하는 영역으로 분사되는 가스의 유량을 조절할 수 있는 분사 유량 조절 유닛 및 이를 포함한 기상 성장 장치에 관한 것이다.
반도체 소자 제조의 재료로서 사용되는 웨이퍼는, 단결정 실리콘 잉곳을 웨이퍼 형태로 얇게 절단하는 슬라이싱 공정(slicing), 원하는 웨이퍼의 두께로 연마하면서 평탄도를 개선하는 래핑 공정(lapping), 웨이퍼의 손상(damage) 제거를 위한 에칭 공정(etching), 표면 경면화 및 평탄도를 향상시키기 위한 연마 공정(polishing), 웨이퍼 표면의 오염 물질을 제거하기 위한 세정 공정(cleaning) 등의 단계를 거쳐 웨이퍼로 생산된다.
에피택셜 웨이퍼란 위와 같은 과정에 의해 생산된 폴리시드 웨이퍼(Polished Wafer)에 1000℃ 이상의 고온으로 가열된 반응기 내에서 화학 기상 증착법에 의해 얇은 에피택셜 막을 형성한 웨이퍼이다. 이러한 에피택셜 막의 두께는 챔버 내에 유입되는 소스 가스의 유량에 영향을 받는다.
도 1은 일반적인 기상 성장 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
기상 성장 장치는 웨이퍼가 안착되는 공간을 갖는 챔버(10), 상기 챔버 내에 소스 가스를 공급하는 가스 공금부(20), 상기 가스 공급부(20)와 연결되며 소스 가스를 분사하는 인젝터(30), 상기 인젝터(30)와 연결되며 복수 개의 홀을 가져서 웨이퍼(W)의 내측과 외측에 반응 가스를 분사하는 분사 유량 조절 유닛(40), 및 상기 분사 유량 조절 유닛(40)과 웨이퍼(W) 사이에서 반응 가스가 통과하는 경로를 제공하는 인서트(50)를 포함한다.
상기 인젝터(30)는 웨이퍼(W)의 중심 측에 위치하는 내측 인젝터(30b)와 웨이퍼(W)의 외측에 위치하는 외측 인젝터(30a)로 나누어져, 내측과 외측에서 반응 가스의 분사량이 각각 조절될 수 있다.
반응 가스는 웨이퍼 표면에 에피택셜 층(이하, 에피층)을 성장시키기 위한 소스 가스와, 상기 소스 가스의 이송력 향상을 위한 캐리어 가스를 포함한다.
그러나 이러한 종래의 기상 성장 장치에는 다음과 같은 문제점이 있다.
도 2는 종래의 기상 성장 장치를 사용하여 증착된 에피택셜 층의 웨이퍼의 직경 방향으로의 두께를 나타낸 그래프이고, 도 3은 소스 가스와 캐리어 가스의 유량 조절에 따른 웨이퍼의 직경 방향으로의 에피층 두께를 나타낸 그래프이다.
우수한 품질의 에피택셜 웨이퍼를 얻기 위해서는 웨이퍼의 표면에 증착되는 에피택셜 층(이하, 에피층)의 두께를 균일하게 제어하는 것이 중요한데, 이러한 에피층의 두께 제어에서 반응 가스의 흐름과 유량은 중요한 변수이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 웨이퍼(W)의 내측과 외측 영역 내에서도 에피층의 두께에 편차가 존재하는 것을 알 수 있는데, 소스 가스(TCS)나 캐리어 가스(H2)의 유량을 조절하더라도 웨이퍼의 내측 영역 내, 외측 영역 내, 그리고 내측 영역과 외측 영역의 경계에서 개별적으로 에피층의 두께를 제어하는 것이 어려워, 웨이퍼의 직경 방향으로 두께가 균일한 에피층을 성장시키는 것이 어려웠다.
실시예는 가스의 흐름을 조절하여 웨이퍼 상의 원하는 영역으로 분사되는 가스의 유량을 조절할 수 있는 분사 유량 조절 유닛 및 이를 포함한 기상 성장 장치를 제공하고자 한다.
실시예에 따른 분사 유량 조절 유닛은 복수 개의 제1 관통홀을 갖는 바디; 및 상기 제1 관통홀 내에 삽입되어 상하좌우로 위치 조절이 가능하며 제2 관통홀을 갖는 가스 흐름 조절 부재;를 포함한다.
상기 가스 흐름 조절 부재의 외주면의 직경은 상기 제1 관통홀의 직경보다 작을 수 있다.
상기 가스 흐름 조절 부재는 체결 부재를 이용하여 상기 바디에 고정될 수 있다.
상기 바디의 제1면 상에 위치하고 상기 제1 관통홀과 대응하는 영역에 개구부를 갖는 고정 플레이트를 더 포함하고, 상기 고정 플레이트, 상기 바디 및 상기 가스 흐름 조절 부재가 체결 부재를 이용하여 서로 고정될 수 있다.
상기 바디는 제1면에서부터 제1 관통홀까지 관통하여 형성되고 서로 소정 간격 이격되어 배열된 복수 개의 제1 체결부를 갖고, 상기 가스 흐름 조절 부재는 서로 소정 간격 이격되어 배열된 복수 개의 체2 체결부를 가지며, 상기 체결 부재가 상기 제1 체결부 및 상기 제2 체결부에 삽입되어 고정될 수 있다.
상기 바디는 제1면에서부터 제1 관통홀까지 관통하여 형성되고 서로 소정 간격 이격되어 배열된 복수 개의 제1 체결부를 갖고, 상기 가스 흐름 조절 부재는 서로 소정 간격 이격되어 배열된 복수 개의 제2 체결부를 갖고, 상기 고정 플레이트는 서로 소정 간격 이격되어 배열된 복수 개의 제3 체결부를 가지며, 상기 체결 부재가 상기 제1 체결부, 상기 제2 체결부 및 상기 제3 체결부에 삽입되어 고정될 수 있다.
실시예에 따른 기상 성장 장치는 챔버; 상기 챔버 내에 반응 가스를 공급하는 가스 공급부; 상기 가스 공급부와 연결되며 반응 가스를 분사하는 인젝터; 및 상기 인젝터와 연결되어 웨이퍼에 분사되는 반응 가스의 흐름을 조절하는 분사 유량 조절 유닛;을 포함한다.
실시예에 따르면 에피층의 두께 프로파일에 따라 웨이퍼 상의 원하는 영역으로 가스가 분사되도록 가스의 흐름을 개별적으로 조절할 수 있으므로, 에피층의 두께가 균일한 에피택셜 웨이퍼를 제조할 수 있다.
도 1은 일반적인 기상 성장 장치를 개략적으로 도시한 도면이고,
도 2는 종래의 기상 성장 장치를 사용하여 증착된 에피택셜 층의 웨이퍼의 직경 방향으로의 두께를 나타낸 그래프이고,
도 3은 소스 가스와 캐리어 가스의 유량 조절에 따른 웨이퍼의 직경 방향으로의 에피층 두께를 나타낸 그래프이고,
도 4는 실시예에 따른 분사 유량 조절 유닛의 사시도와 측단면도이고,
도 5 및 도 6은 실시예에 따른 분사 유량 조절 유닛의 제1면과 측단면을 확대하여 도시한 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 종래와 동일한 구성 요소는 설명의 편의상 동일 명칭 및 동일 부호를 부여하며 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 4는 실시예에 따른 분사 유량 조절 유닛의 사시도와 측단면도이다.
도 4를 참조하면, 실시예에 따른 분사 유량 조절 유닛(100)은 복수 개의 제1 관통홀(120)을 갖는 바디(110)와, 상기 제1 관통홀(120) 내에 삽입되어 상하좌우로 위치 조절이 가능하며 제2 관통홀을 갖는 가스 흐름 조절 부재(130)를 포함한다.
분사 유량 조절 유닛(100)은 기상 성장 장치에서 가스 공급부와 웨이퍼 사이에 위치하여 복수 개의 관통홀을 통해 웨이퍼에 반응 가스를 분사하는 역할을 하며, 분사 유량 조절 유닛(100)의 바디(110)는 석영 재질로 이루어질 수 있다.
웨이퍼에 분사되는 반응 가스는 TCS 가스와 같은 소스 가스와, 소스 가스의 이송력 향상을 위하여 H2와 같은 캐리어 가스의 혼합 가스로 이루어질 수 있다.
상기 바디(110)에는 복수 개의 제1 관통홀(120)이 형성된다.
도 4에 도시된 제1 관통홀(120)의 개수와 배열은 일 예시에 불과하며, 실시예에 따라 달라질 수 있다.
복수 개의 제1 관통홀(120) 각각에 가스 흐름 조절 부재(130)가 삽입되어 배치된다.
가스 흐름 조절 부재(130)는 제2 관통홀을 가지며, 가스 흐름 조절 부재(130)에 형성된 제2 관통홀을 통해 웨이퍼에 반응 가스가 분사될 수 있다.
가스 흐름 조절 부재(130)는 상기 바디(110)와 같은 석영 재질로 이루어질 수 있다.
가스 흐름 조절 부재(130)의 외주면의 직경은 상기 제1 관통홀(120)의 직경보다 작게 형성된다. 따라서, 제1 관통홀(120) 내에서 상하좌우로 위치가 조절되어 배치될 수 있다.
종래의 분사 유량 조절 유닛은, 가스 흐름 조절 부재(130) 없이 바디에 제1 관통홀만 존재하였기 때문에, 웨이퍼에 분사되는 반응 가스의 흐름을 개별적으로 조절하는 것이 어려웠다.
실시예에 따르면, 제1 관통홀(120) 내에 삽입되는 가스 흐름 조절 부재(130)가 제1 관통홀(120)마다 그 위치가 조절될 수 있으므로, 웨이퍼 상의 원하는 영역으로 반응 가스가 분사되도록 가스 흐름 조절 부재(130)의 위치를 조절하여 제2 관통홀을 통해 반응 가스를 분사함으로써 웨이퍼 상의 원하는 영역을 분사되는 반응 가스의 유량을 개별적으로 조절할 수 있다.
즉, 웨이퍼 상에 증착된 에피층의 두께 프로파일을 확인하여, 에피층이 두껍게 증착되는 영역으로는 분사되는 반응 가스의 유량을 감소시키고 에피층이 얇게 증착되는 영역으로는 분사되는 반응 가스의 유량을 증가시켜서, 에피층의 두께가 균일한 에피택셜 웨이퍼를 제조할 수 있다.
도 5 및 도 6은 실시예에 따른 분사 유량 조절 유닛의 제1면과 측단면을 확대하여 도시한 것이다. 이하에서, 도 5 및 도 6을 참조하여 분사 유량 조절 유닛(100)의 바디(110)와 가스 흐름 조절 부재(130)의 결합 구조를 설명한다.
가스 흐름 조절 부재(130)는 체결 부재(124)를 이용하여 상기 바디(110)에 고정될 수 있다.
상기 바디(110)는, 바디(110)의 제1면에서부터 제1 관통홀까지 관통하여 형성되고 서로 소정 간격 이격되어 배열된 복수 개의 제1 체결부(122)를 가질 수 있다.
상기 제1 체결부(122)는 상기 바디(110)의 제1면과 소정 각도(θ) 기울어질 수 있다.
도 5를 참조하면, 제1 관통홀(120)의 상하좌우에 각각 두 개씩 8 개의 제1 체결부(122)가 구비된 것으로 도시하였으나, 이는 일 예시에 불과하며, 제1 체결부(122)의 위치와 개수는, 제1 관통홀(120) 내에 배치되는 가스 흐름 조절 유닛(130)을 상기 바디(110)에 고정시키기에 충분하도록 실시예에 따라 달라질 수 있다.
가스 흐름 조절 부재(130)도 상기 제1 체결부(122)와 대응하는 위치에 제2 체결부(132)를 가져서, 상기 제1 체결부(122)와 제2 체결부(132)에 체결 부재(124)가 삽입되어 가스 흐름 조절 부재(130)와 바디(110)가 서로 고정될 수 있다.
즉, 바디(110)의 제1 관통홀(120) 내에 가스 흐름 조절 부재(130)를 삽입한 후 원하는 방향으로 반응 가스가 흐르도록 가스 흐름 조절 부재(130)의 위치를 조절하고, 체결 부재(120)를 이용하여 가스 흐름 조절 부재(130)와 바디(110)를 고정시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 바디(110)의 제1면은 웨이퍼에 분사된 반응 가스가 주입되는 면이고, 제2면은 상기 제1면과 반대편에 위치하며 상기 제1면으로부터 주입된 반응 가스를 웨이퍼를 향해 분사하는 면일 수 있다.
또는, 도 6을 참조하면, 상기 제1 관통홀(120)과 대응하는 영역에 개구부를 갖는 고정 플레이트(140)가 상기 바디(110)의 제1면 상에 위치할 수 있고, 고정 플레이트(140)와 바디(110) 및 가스 흐름 조절 부재(130)가 체결 부재(124)를 이용하여 서로 고정될 수 있다.
도 5의 경우와 달리, 바디(110)의 제1면에 고정 플레이트(140)를 더 구비하여 바디(110)와 가스 흐름 조절 부재(130)가 보다 견고하게 고정될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 바디(110)는, 바디(110)의 제1면에서부터 제1 관통홀까지 관통하여 형성되고 서로 소정 간격 이격되어 배열된 복수 개의 제1 체결부(122)를 가질 수 있고, 가스 흐름 조절 부재(130)도 상기 제1 체결부(122)와 대응하는 위치에 제2 체결부(132)를 가질 수 있다.
또한, 고정 플레이트(140)는 상기 제1 체결부(122)와 대응하는 위치에 서로 소정 간격 이격되어 배열된 복수 개의 제3 체결부(142)를 가질 수 있다.
도 6을 참조하면, 제1 관통홀(120)의 상하좌우에 각각 두 개씩 8 개의 제3 체결부(142)가 구비된 것으로 도시하였으나, 이는 일 예시에 불과하며, 제3 체결부(142)의 위치와 개수는, 제1 관통홀(120) 내에 배치되는 가스 흐름 조절 유닛(130)을 상기 바디(110)에 고정시키기에 충분하도록 실시예에 따라 달라질 수 있다.
상기 제3 체결부(142)와 제1 체결부(122) 및 제2 체결부(132)에 상기 체결 부재(124)가 삽입되어 고정 플레이트(140)와 바디(110) 및 가스 흐름 조절 부재(130)가 서로 고정될 수 있다.
즉, 바디(110)의 제1 관통홀(120) 내에 가스 흐름 조절 부재(130)를 삽입한 후 원하는 방향으로 반응 가스가 흐르도록 가스 흐름 조절 부재(130)의 위치를 조절하고, 체결 부재(120)를 이용하여 고정 플레이트(140)와 바디(110) 및 가스 흐름 조절 부재(130)를 고정시킬 수 있다.
실시예에 따르면, 복수 개의 제1 관통홀(120) 내에 각각 삽입되는 가스 흐름 조절 부재(130)의 위치를 조절하여 웨이퍼 상의 원하는 영역으로 분사되는 반응 가스의 유량을 개별적으로 조절할 수 있으므로, 에피층의 두께가 균일한 고품질의 에피택셜 웨이퍼를 제조할 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 챔버 20: 가스 공급부
30: 인젝터 40: 분사 유량 조절 유닛
50: 가스 주입용 인서트 100: 분사 유량 조절 유닛
110: 바디 120: 제1 관통홀
130: 가스 흐름 조절 부재 140: 고정 플레이트

Claims (7)

  1. 복수 개의 제1 관통홀을 갖는 바디; 및
    상기 제1 관통홀 내에 삽입되어 상하좌우로 위치 조절이 가능하며 제2 관통홀을 갖는 가스 흐름 조절 부재;를 포함하는 분사 유량 조절 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 흐름 조절 부재의 외주면의 직경은 상기 제1 관통홀의 직경보다 작은 분사 유량 조절 유닛.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 흐름 조절 부재는 체결 부재를 이용하여 상기 바디에 고정되는 분사 유량 조절 유닛.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 바디의 제1면 상에 위치하고 상기 제1 관통홀과 대응하는 영역에 개구부를 갖는 고정 플레이트를 더 포함하고,
    상기 고정 플레이트, 상기 바디 및 상기 가스 흐름 조절 부재가 체결 부재를 이용하여 서로 고정되는 분사 유량 조절 유닛.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 바디는 제1면에서부터 제1 관통홀까지 관통하여 형성되고 서로 소정 간격 이격되어 배열된 복수 개의 제1 체결부를 갖고,
    상기 가스 흐름 조절 부재는 서로 소정 간격 이격되어 배열된 복수 개의 체2 체결부를 가지며,
    상기 체결 부재가 상기 제1 체결부 및 상기 제2 체결부에 삽입되어 고정되는 분사 유량 조절 유닛.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 바디는 제1면에서부터 제1 관통홀까지 관통하여 형성되고 서로 소정 간격 이격되어 배열된 복수 개의 제1 체결부를 갖고,
    상기 가스 흐름 조절 부재는 서로 소정 간격 이격되어 배열된 복수 개의 제2 체결부를 갖고,
    상기 고정 플레이트는 서로 소정 간격 이격되어 배열된 복수 개의 제3 체결부를 가지며,
    상기 체결 부재가 상기 제1 체결부, 상기 제2 체결부 및 상기 제3 체결부에 삽입되어 고정되는 분사 유량 조절 유닛.
  7. 챔버;
    상기 챔버 내에 반응 가스를 공급하는 가스 공급부;
    상기 가스 공급부와 연결되며 반응 가스를 분사하는 인젝터; 및
    상기 인젝터와 연결되어 웨이퍼에 분사되는 반응 가스의 흐름을 조절하는 분사 유량 조절 유닛;을 포함하고,
    상기 분사 유량 조절 유닛은 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 분사 유량 조절 유닛인 기상 성장 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150018218A (ko) * 2013-08-09 2015-02-23 주식회사 엘지실트론 에피텍셜 반응기
KR102076594B1 (ko) * 2018-08-06 2020-02-12 세메스 주식회사 가스 공급 장치 및 그를 포함하는 기판 처리 장치

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