KR20130080151A - 분사 유량 조절 유닛 및 이를 포함한 기상 성장 장치 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 분사 유량 조절 유닛은 복수 개의 제1 관통홀을 갖는 바디; 및 상기 복수 개의 제1 관통홀 중 적어도 하나에 삽입되는 유량 조절 부재;를 포함하고, 상기 제1 관통홀은 상기 바디의 제1면 측의 직경이 상기 제1면과 반대편에 위치하는 제2면 측의 직경보다 크다.
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 가스의 유량을 조절하는 분사 유량 조절 유닛;을 포함한다.

Description

분사 유량 조절 유닛 및 이를 포함한 기상 성장 장치{ADJUST UNIT OF INJECTING FLOW AND VAPOR DEPOSITION APPARATUS INCLUDING THE SAME}
실시예는 웨이퍼에 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 반응 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 반응 가스를 공급하는 가스 공급부(20), 상기 가스 공급부(20)와 연결되며 반응 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 이용하여 증착된 웨이퍼의 직경 방향으로의 에피층의 두께 프로파일을 나타낸 도면이다.
우수한 품질의 에피택셜 웨이퍼를 얻기 위해서는 웨이퍼의 표면에 증착되는 에피층의 두께를 균일하게 하는 것이 중요한데, 이러한 에피층의 두께 제어에서 소스 가스의 흐름은 중요한 변수이다.
그럼에도, 종래에는 내측 영역과 외측 영역의 두 개 영역으로만 소스 가스의 유량 조절이 가능하여, 내측 영역 내, 외측 영역 내, 그리고 내측 영역과 외측 영역의 경계에서의 두께 제어가 어려워, 도 2에 도시된 바와 같이, 웨이퍼의 직경 방향으로 에피층의 두께가 균일하지 못한 문제점이 있었다.
실시예는 웨이퍼 상의 원하는 영역에 분사되는 가스의 유량을 개별적으로 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 복수 개의 제1 관통홀 중 적어도 하나에 삽입되는 유량 조절 부재;를 포함하고, 상기 제1 관통홀은 상기 바디의 제1면 측의 직경이 상기 제1면과 반대편에 위치하는 제2면 측의 직경보다 크다.
상기 제1 관통홀은 상기 제1면에서 상기 제2면으로 갈수록 직경이 점차 작아질 수 있다.
상기 유량 조절 부재는 상기 제1면 측의 직경이 상기 제2면 측의 직경보다 클 수 있다.
상기 유량 조절 부재에 제2 관통홀이 형성될 수 있다.
상기 제2 관통홀의 직경은 상기 제1 관통홀의 상기 제2면 측의 직경보다 작을 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 가스의 유량을 조절하는 분사 유량 조절 유닛;을 포함한다.
실시예에 따르면 에피층의 두께 프로파일에 따라 웨이퍼 상의 원하는 영역으로 분사되는 가스의 유량을 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 이용하여 증착된 웨이퍼의 직경 방향으로의 에피층의 두께 프로파일을 나타낸 도면이고,
도 3은 실시예에 따른 분사 유량 조절 유닛의 사시도이고,
도 4a 내지 도 4c는 분사 유량 조절 유닛의 제1 관통홀의 상부 단면을 확대하여 도시한 단면도이다.
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 3은 실시예에 따른 분사 유량 조절 유닛의 사시도이고, 도 4a 내지 도 4c는 분사 유량 조절 유닛의 제1 관통홀의 상부 단면을 확대하여 도시한 단면도이다.
실시예에 따른 분사 유량 조절 유닛(100)은 바디(110) 및 상기 바디(110)에 형성된 복수 개의 제1 관통홀(120)을 포함하고, 상기 제1 관통홀(120)은 상기 바디(110)의 제1면(111) 측의 직경 d1이 상기 제1면(111)과 반대편에 위치하는 제2면(112) 측의 직경 d2보다 크다.
분사 유량 조절 유닛(100)은 기상 성장 장치에서 가스 공급부와 웨이퍼 사이에 위치하여 복수 개의 관통홀을 통해 웨이퍼를 향해 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 3에 도시된 제1 관통홀(120)의 개수와 배열은 일 예시에 불과하며, 실시예에 따라 달라질 수 있다.
상기 제1 관통홀(120)은 바디(110)의 제1면(111) 측의 직경 d1이 제2면(112) 측의 직경 d2보다 크다.
상기 제1면(111)은 웨이퍼에 분사될 반응 가스가 주입되는 면이고, 상기 제2면(112)은 상기 제1면(111)으로부터 주입된 반응 가스를 웨이퍼를 향해 분사하는 면일 수 있다.
상기 제1 관통홀(120)은 상기 제1면(111)에서 상기 제2면(112)으로 갈수록 직경이 점차 작아질 수 있다.
복수 개의 제1 관통홀(120) 중 적어도 하나에 유량 조절 부재(130)가 위치한다.
즉, 복수 개의 제1 관통홀(120) 중 적어도 하나의 관통홀 내에 유량 조절 부재(130)가 삽입되어 위치할 수 있다.
유량 조절 부재(130) 역시, 상기 제1면(111) 측의 직경이 상기 제2면 측의 직경보다 클 수 있다.
유량 조절 부재(130)는, 도 4b에 도시된 바와 같이 제1 관통홀(120)의 내부 공간을 모두 채우도록 형성될 수도 있고, 도 4c에 도시된 바와 같이 제1 관통홀(120)의 내부 공간의 일부분만을 채우도록 형성될 수도 있다.
도 4b를 참조하면, 웨이퍼에 증착되는 에피층의 두께 제어를 위하여 웨이퍼의 일정 영역에 분사되는 반응 가스를 차단할 필요가 있는 경우, 제1 관통홀(120)의 내부 공간을 모두 채우도록 형성된 유량 조절 부재(130)를 삽입하여 반응 가스가 상기 제1 관통홀(120)을 통과하는 것을 차단할 수 있다.
도 4c를 참조하면, 유량 조절 부재(130)에 제2 관통홀(132)이 형성될 수도 있다.
상기 제2 관통홀(132)의 직경 d3는 상기 제1 관통홀(120)의 상기 제2면(112) 측의 직경 d2보다 작을 수 있다.
따라서, 유량 조절 부재(130)가 삽입된 제1 관통홀(120)을 통과하는 반응 가스의 유량이 유량 조절 부재(130)가 삽입되지 않은 제1 관통홀(120)을 통과하는 반응 가스의 유량보다 적으므로, 반응 가스의 유량을 조절하여 웨이퍼 상에 증착되는 에피층의 두께를 제어할 수 있다.
상기 제1 관통홀(120)의 제1면(111) 측의 직경 d1이 제2면(112) 측의 직경 d2보다 크고, 반응 가스가 상기 제1면(111)에서 유입되어 상기 제2면(112)으로 분사되기 때문에, 상기 유량 조절 부재(130)는 상기 반응 가스의 흐름에 의해 제1 관통홀(120)에 고정될 수 있다.
즉, 유량 조절 부재(130)는 별도의 체결부 없이 제1 관통홀(120)에 유입되는 가스의 흐름에 의해 제1 관통홀(120)에 고정된 상태로 위치할 수 있다.
상기 유량 조절 부재(130)는 바디(110)에 형성된 복수 개의 제1 관통홀(120) 전부에 위치하는 것이 아니라, 웨이퍼의 소정 영역으로 분사되는 반응 가스의 유량을 줄여서 에피층의 두께를 제어하고자 할 때 상기 웨이퍼의 소정 영역에 대응하는 제1 관통홀(120) 내에만 개별적으로 삽입될 수 있다.
또한, 요구되는 반응 가스의 유량에 따라, 도 4b에서와 같이 제1 관통홀(120)의 내부 공간을 모두 채우도록 유량 조절 부재(130)를 삽입하여 반응 가스의 흐름을 전부 차단하거나, 도 4c에서와 같이 제1 관통홀(120)의 내부 공간 중 일부만을 채우도록 유량 조절 부재(130)를 삽입하여 반응 가스의 유량을 줄일 수도 있다.
도 2를 다시 참조하면, 내측 영역 중 특히 웨이퍼(W)의 중심부에서 에피층의 두께가 두꺼우므로 웨이퍼(W)의 중심부와 대응하여 위치하는 제1 관통홀(120) 내에 유량 조절 부재(130)를 삽입하여 반응 가스의 유량을 줄이고, 내측 영역과 외측 영역의 경계에서 에피층의 두께가 얇으므로 상기 경계 영역과 대응하여 위치하는 제1 관통홀(120)에는 유량 조절 부재(130)를 삽입하지 않아서 반응 가스의 유량을 상대적으로 증가시킬 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같은 유량 조절 부재(130)의 적용예는 일 예시에 불과하며, 이에 제한을 두지 않는다.
종래에는 웨이퍼에 제공되는 반응 가스의 유량을 웨이퍼의 내측 영역와 외측 영역의 두 개 영역으로만 조절이 가능하여 에피층의 두께를 균일하게 제어하는 것이 어려웠으나, 실시예에 따르면 복수 개의 제1 관통홀(120)을 통과하여 분사되는 반응 가스의 유량을 개별적으로 조절할 수 있으므로 웨이퍼의 에피층의 품질을 개선할 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: 인서트 100: 분사 유량 조절 유닛
110: 바디 120: 제1 관통홀
130: 유량 조절 부재 132: 제2 관통홀

Claims (6)

  1. 복수 개의 제1 관통홀을 갖는 바디; 및
    상기 복수 개의 제1 관통홀 중 적어도 하나에 삽입되는 유량 조절 부재;를 포함하고,
    상기 제1 관통홀은 상기 바디의 제1면 측의 직경이 상기 제1면과 반대편에 위치하는 제2면 측의 직경보다 큰 분사 유량 조절 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 관통홀은 상기 제1면에서 상기 제2면으로 갈수록 직경이 점차 작아지는 분사 유량 조절 유닛.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유량 조절 부재는 상기 제1면 측의 직경이 상기 제2면 측의 직경보다 큰 분사 유량 조절 유닛.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유량 조절 부재에 제2 관통홀이 형성된 분사 유량 조절 유닛.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2 관통홀의 직경은 상기 제1 관통홀의 상기 제2면 측의 직경보다 작은 분사 유량 조절 유닛.
  6. 챔버;
    상기 챔버 내에 반응 가스를 공급하는 가스 공급부;
    상기 가스 공급부와 연결되며, 반응 가스를 분사하는 인젝터; 및
    상기 인젝터와 연결되어, 웨이퍼에 분사되는 가스의 유량을 조절하는 분사 유량 조절 유닛;을 포함하고,
    상기 분사 유량 조절 유닛은 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 분사 유량 조절 유닛인 기상 성장 장치.
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