KR20130080182A - 서셉터 및 이를 사용하는 에피텍셜 반응기 - Google Patents

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주식회사 엘지실트론
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Abstract

실시 예는 반응 용기, 반응 용기 내에 위치하고 웨이퍼가 안착되는 서셉터, 및 상기 서셉터를 지지하고 상기 반응 용기 내에 위치하는 서셉터 지지부를 포함하며, 상기 서셉터는 하부면으로부터 돌출되는 돌출 가이드부를 가지며 상기 돌출 가이드부는 상기 서셉터 지지부의 일단이 삽입되는 삽입 홈을 가질 수 있다.

Description

서셉터 및 이를 사용하는 에피텍셜 반응기{A susceptor and an epitaxial reactor using the same}
본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서셉터 및 이를 사용하는 에피텍셜 반응기에 관한 것이다.
일반적으로 소자 공정을 위한 웨이퍼를 준비하는 공정은 실리콘 잉곳(ingot)을 제조하고, 제조된 실리콘 잉곳을 개별 실리콘 웨이퍼들로 쏘잉(sawing)한다. 그리고 쏘잉된 실리콘 웨이퍼들에 대하여 래핑(lapping), 그라인딩(griding), 에칭(etching) 및 폴리싱(polishing)을 포함하는 몇 가지 처리 공정을 거친 후 전면(front face) 또는 전면 및 후면(back face)이 거울 광택을 갖는 웨이퍼를 형성한다. 그리고 소자 공정을 위한 최종 웨이퍼를 준비하기 위하여 에피텍셜 증착 공정에 의하여 웨이퍼 표면에 실리콘 박막을 성장시킨다.
일반적으로 에피텍셜 증착 공정은 두 단계로 나누어진다.
제1 단계인 프리 베이크 공정에서는 실리콘 웨이퍼를 증착 챔버에 로드(load)하여 서셉터 위로 내린다. 그리고 실리콘 웨이퍼 표면에 수소, 염화 수소, 또는 수소와 염화 수소 혼합 가스와 같은 클리닝 가스(cleaning gas)를 가한 상태에서 일정한 온도(예컨대, 1000~1150℃)에서 프리 베이크(pre-bake)하여 실리콘 웨이퍼 표면을 클리닝한다.
제2 단계인 에피텍셜 성장 공정에서는 실리콘 웨이퍼 표면에 실레인(silane)이나 트리크롤로실레인(trichlorosilane)과 같은 실리콘 기상 소스(vapor source)를 가한 상태에서 일정한 온도(예컨대, 1000℃~1130℃)에서 웨이퍼 표면에 실리콘층을 성장시킨다.
도 6는 일반적인 에피텍셜 반응기 내의 가스 흐름도를 나타낸다. 도 4를 참조하면, 서셉터 서포터(susceptor supporter, 12)는 서셉터(14)에 마련되는 그루브(groove, 20)를 지지한다. 에피텍셜 공정이 진행됨에 따라 서셉터 서포터(12)와 서셉터(14)의 그루부(20)의 접촉 부위는 마찰 및 HCL 가스에 의하여 마모될 수 있다. 이와 같이 서셉터 서포터가 마도될 경우 서셉터의 높이가 틀어지고, 서셉터의 회전이 일정하지 않게 되어 웨이퍼에 스크래치(scratch)가 발생할 수 있으며, 성장되는 실리콘층의 평탄도, 및 두께 균일도가 나빠질 수 있다. 또한 서셉터 서포터를 주기적으로 교체 및 정비해야 하므로 이로 인한 시간적 금전적 손해가 발생할 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 서셉터 지지부의 마모에 기인하는 스크래치 발생 및 실리콘층의 평탄도 및 두께 균일도가 악화되는 것을 억제하고, 식각에 기인하여 서셉터 지지부의 교체에 따른 시간적 금전적 손실을 예방할 수 있는 에피텍셜 반응기를 제공하는 것이다.
실시 예에 따른 에피텍셜 반응기는 반응 용기, 반응 용기 내에 위치하고, 웨이퍼가 안착되는 서셉터, 및 상기 서셉터를 지지하고, 상기 반응 용기 내에 위치하는 서셉터 지지부를 포함하며, 상기 서셉터는 하부면으로부터 돌출되는 돌출 가이드부를 가지며, 상기 돌출 가이드부는 상기 서셉터 지지부의 일단이 삽입되는 삽입 홈을 가질 수 있다.
상기 삽입 홈은 상기 서셉터의 상기 하부면을 노출할 수 있다. 상기 서셉터 지지부는 복수의 서셉터 지지 샤프트들을 포함하며, 상기 서셉터는 상기 복수의 서셉터 지지 샤프트들 각각에 대응하는 돌출 가이드부를 가질 수 있다.
상기 돌출 가이드부는 상기 서셉터와 동일 재질로 이루어지고, 일체형일 수 있다. 상기 삽입 홈의 직경은 6mm ~ 7mm이고, 상기 하부면으로부터 상기 돌출 가이드부의 높이는 15mm ~ 25mm일 수 있다.
상기 서셉터의 상기 하부면에는 상기 돌출 가이드부에 대응하는 그루브(groove)가 마련될 수 있다. 상기 돌출 가이드부의 상기 삽입 홈에 의하여 상기 그루브가 노출될 수 있다.
상기 삽입 홈 직경은 6mm ~ 7mm이고, 상기 하부면으로부터 상기 돌출 가이드부의 높이는 10mm ~ 15mm이고, 상기 그루브의 직경은 6mm ~ 7mm이고, 상기 하부면으로부터의 상기 그루브의 깊이는 5mm ~ 10mm일 수 있다.
실시 예는 서셉터 지지부의 마모에 기인하는 스크래치 발생 및 실리콘층의 평탄도 및 두께 균일도가 악화되는 것을 억제하고, 식각에 기인하여 서셉터 지지부의 교체에 따른 시간적 금전적 손실을 예방할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 실시 예에 따른 에피텍셜 반응기를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 서셉터의 일부 확대도를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 서셉터의 저면도를 나타낸다.
도 4는 다른 실시 예에 따른 서셉터의 일부 확대도를 나타낸다.
도 5는 도 4에 도시된 서셉터의 저면도를 나타낸다.
도 6는 일반적인 에피텍셜 반응기 내의 가스 흐름도를 나타낸다.
이하, 본 발명의 기술적 과제 및 특징들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 본 발명을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 실시 예에 따른 에피텍셜 반응기(100)를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 에피텍셜 반응기(100)는 반도체 웨이퍼를 한 장씩 처리하는 매엽식이며, 반응 용기(chamber, 105), 가스 공급 라인(110), 가스 배출 라인(115), 서셉터(120), 하부링(125), 상부링(127), 예열링(129), 및 서셉터 지지부(130)를 포함한다.
반응 용기(105)는 에피텍셜 반응이 일어나는 공간이며, 석영 유리로 구성될 수 있다. 반응 용기(105)는 일 측에 가스 공급 라인(110)과 연결되는 가스 도입구(108)가 형성되고, 타 측에 가스 배출 라인(115)과 연결되는 가스 배출구(109)가 형성될 수 있으며, 하부 돔(lower dome, 103)과 상부 돔(upper dome, 104)을 포함할 수 있다.
가스 공급 라인(110)으로부터 공급되는 원료 가스는 가스 도입구(108)를 통하여 반응 용기(105) 내로 도입되고, 반응 용기(105) 내부로 도입된 원료 가스는 반응 용기(105) 내부에 위치하는 웨이퍼(101, 예컨대, 실리콘 웨이퍼) 표면을 따라 흐른 후 가스 배출구(109)를 통하여 가스 배출 라인(115)으로 배출될 수 있다.
하부 링(125)은 서셉터(120)를 둘러싸도록 반응 용기(105) 내에 배치되고, 상부 링(127)은 반응 용기(105) 내에서 하부 링(125)과 대향하도록 하부 링(125) 상에 배치될 수 있다. 이때 하부 링(125)과 상부 링(127)의 재료는 석영(SiO2) 또는 탄화규소(SiC)일 수 있다. 예열링(129)은 서셉터(120)에 인접하는 하부 링(125)의 내면을 따라 형성되며, 서셉터(120)를 둘러싸도록 인접 배치되어 열을 균일하게 할 수 있다.
서셉터(120)는 에피텍셜 반응시 웨이퍼(101)가 장착되는 부분이다. 서셉터(120)는 카본 그래파이트(carbon graphite), 탄화규소, 또는 카본그래파이트에 탄화규소를 코팅한 형태로 이루어질 수 있다. 서셉터(120)는 반응 용기(105)의 내부에 배치되고, 그 상부 면에 웨이퍼(101)를 안착시킬 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 서셉터(120)의 일부 확대도를 나타내고, 도 3은 도 1에 도시된 서셉터(120)의 저면도를 나타낸다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 서셉터(120)는 웨이퍼가 안착될 수 있는 플레이트(plate) 형상일 수 있다. 서셉터(120)는 하부면(122)으로부터 제1 방향으로 돌출되는 복수 개의 돌출 가이드부들(210-1 내지 210-n, n>1인 자연수)을 가질 수 있다. 복수 개의 돌출 가이드부들(210-1 내지 210-n, 예컨대, n=3)은 서로 이격하여 배치될 수 있다. 여기서 제1 방향은 서셉터(120)의 상부면(124)으로부터 하부면(122)으로 향하는 방향일 수 있다.
예컨대, 서셉터(120)는 서셉터(120) 하부면(122)의 중심(301)을 기준으로 120°간격으로 배치되는 3개의 돌출 가이드부들(210-1,210-2,210-3)을 가질 수 있다.
복수 개의 돌출 가이드부들(210-1 내지 210-n, 예컨대, n=3)의 형상은 원통형일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 복수 개의 돌출 가이드부들(210-1 내지 210-n, 예컨대, n=3)은 서셉터(120)와 동일한 재질로 이루어지고, 일체형일 수 있으나, 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니다.
복수 개의 돌출 가이드부들(210-1 내지 210-n, 예컨대, n=3) 각각은 서셉터 지지부(132, 134 또는 136)의 일단이 삽입될 수 있는 삽입 홈(201)을 가질 수 있다.
이때 삽입 홈(201)의 형상은 삽입되는 서셉터 지지부(예컨대, 132)의 일단의 형상과 일치할 수 있다. 예컨대, 삽입 홈(201)의 형상은 원형, 타원형, 또는 다각형 등과 같이 다양한 형태일 수 있으며, 서셉터(120)의 하부면(122)을 노출할 수 있다.
서셉터 지지부(130)는 서셉터(120) 아래에 배치되고, 서셉터(120)를 수평으로 지지하고, 반응 용기(105) 내에서 서셉터(120)를 상하로 이동시킨다. 서셉터 지지부(130)는 복수의 서셉터 지지 샤프트(132 내지 136)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 서셉터 지지 샤프트(132 내지 136)는 삼발이 형태일 수 있다.
각각의 서셉터 지지 샤프트(132, 134, 및 136)의 말단은 복수 개의 돌출 가이드부들(210-1 내지 210-n, 예컨대, n=3) 중 대응하는 어느 하나의 삽입 홈(201)에 삽입되어 고정될 수 있다.
하부면(122)을 기준으로 복수 개의 돌출 가이드부들(210-1 내지 210-n, 예컨대, n=3)의 높이(H1)는 후술하는 서셉터 지지부(132, 134 또는 136)가 안정적으로 고정될 수 있도록 15mm ~ 25mm일 수 있다. 이때 도 2에 도시된 삽입 홈(201)은 서셉터(120)의 하부면(122)을 노출하기 때문에 삽입 홈(201)의 깊이가 돌출 가이드부들의 높이(H1)와 동일할 수 있으나, 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니다.
삽입 홈(201)에 서셉터 지지 샤프트(132, 134, 및 136)의 말단이 안정적으로 고정될 수 있도록 삽입 홈(201)의 직경(D1)은 6mm ~ 7mm일 수 있다.
일반적으로 에피텍셜 공정은 반응 용기(105) 세정(cleaning)을 위한 반응 용기 식각 공정 및 프리 베이크(pre-bake) 공정을 포함한 실제 실리콘 웨이퍼 상에 에피텍셜층(epitaxial layer)를 성장시키는 에피 성장 공정으로 구분될 수 있다.
상기 세정 공정 또는 웨이퍼(101)를 식각하는 식각 공정에서 식각 가스(예컨대, HCL)는 반응 용기(105)의 하부 영역(예컨대, 하부 돔(103) 및 하부 링(125))으로 흘러 서셉터(120)의 하부면(122)으로 유입될 수 있다. 실시 예의 돌출 가이드부들(210-1 내지 210-n, 예컨대, n=3) 각각은 서셉터(120)의 하부면(120)으로 유입되는 식각 가스(예컨대, HCL)가 서셉터 지지 샤프트(132,134,136)에 닿는 것을 차단함으로써 서셉터 지지 샤프트(132,134,136)가 식각되는 것을 방지할 수 있다.
따라서 실시 예는 돌출 가이드부들(210-1 내지 210-n, 예컨대, n=3)에 의하여 서셉터 지지 샤프트(132,134,136)의 말단이 식각되는 것이 방지됨으로써 서셉터 지지부의 마모에 기인하는 스크래치 발생 및 실리콘층의 평탄도 및 두께 균일도가 악화되는 것을 억제할 수 있다. 또한 실시 예는 식각에 기인하여 서셉터 지지부의 교체에 따른 시간적 금전적 손실을 예방할 수 있다.
또한 돌출 가이드부들(210-1 내지 210-n, 예컨대, n=3)의 형상은 서셉터 지지 샤프트(132,134,136)의 형상에 일치하는 형상(예컨대, 삽입 홈(201)을 갖는 원통 형상)이므로 돌출 가이드부들(210-1 내지 210-n, 예컨대, n=3)은 서셉터 지지 샤프트(132,134,136)의 말단을 안정적으로 고정할 수 있다.
도 4는 다른 실시 예에 따른 서셉터(120-1)의 일부 확대도를 나타내고, 도 5는 도 4에 도시된 서셉터(120-1)의 저면도를 나타낸다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 서셉터(120-1)는 웨이퍼가 안착될 수 있는 플레이트(plate) 형상일 수 있다.
서셉터(120-1)의 하부면(122)에는 서셉터 지지 샤프트(132,134,136)가 삽입될 수 있는 그루브들(groove, 예컨대, 401-1 내지 401-3)이 마련될 수 있다. 예컨대, 서셉터(120-1)의 하부면(122)에는 서셉터 지지 샤프트(132,134,136)에 대응하여 서로 이격하여 위치하는 그루브들(401-1 내지 401-3)이 형성될 수 있다.
서셉터(120-1)는 하부면(122)으로부터 제1 방향으로 돌출되는 복수의 돌출 가이드부들(210-1' 내지 210-n', n>1인 자연수)을 가질 수 있다. 복수 개의 돌출 가이드부들(210-1' 내지 210-n', 예컨대, n=3) 각각은 복수의 그루브들(401) 각각에 대응하여 위치하며, 대응하는 그루브(401-1, 401-2, 또는 401-3)를 노출하는 삽입 홈(201)을 가질 수 있다.
서셉터 지지부(132, 134 또는 136)의 일단은 삽입 홈(201)을 통하여 서셉터(120-1) 하부면(122)에 마련되는 그루브(401-1 내지 401-3)에 고정될 수 있다.
삽입 홈(201) 및 그루브(401-1 내지 401-3)의 형상은 서셉터 지지부(예컨대, 132)의 일단의 형상과 일치할 수 있다. 예컨대, 삽입 홈(201) 및 그루브(401-1 내지 401-3)의 형상은 원형, 타원형, 또는 다각형 등과 같이 다양한 형태일 수 있다.
돌출 가이드부들(210-1' 내지 210-n', 예컨대, n=3) 중 어느 하나(예컨대, 210-1')는 그루브들(401-1 내지 401-3) 중 대응하는 어느 하나(401-1)를 노출하도록 하부면(122)으로부터 제1 방향으로 돌출될 수 있다.
예컨대, 서셉터(120-1)는 하부면(122)의 중심(301)을 기준으로 120°간격으로 배치되는 3개의 돌출 가이드부들(210-1',210-2',210-3')을 가질 수 있다.
돌출 가이드부들(210-1',210-2',210-3')의 형상은 원통형일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 돌출 가이드부들(210-1',210-2',210-3')은 서셉터(120-1)와 동일한 재질로 이루어지고, 일체형일 수 있으나, 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니다.
돌출 가이드부들(210-1', 210-2, 210-3')의 높이(H2)는 서셉터 지지 샤프트(132,134,136)의 말단이 삽입될 수 있기에 적합하도록 10mm ~ 15mm일 수 있다. 삽입 홈(201)의 직경(D1)은 도 2에서 설명한 바와 동일할 수 있다.
그루브들(401-1 내지 401-3)의 직경(D2)은 삽입 홈(201)의 직경(D1)과 동일하거나 작을 수 있다(D2≤D1). 예컨대, 그루브들(401-1 내지 401-3)의 직경(D2)은 서셉터 지지 샤프트(132, 134, 및 136)의 말단이 삽입될 수 있도록 6mm ~ 7mm일 수 있다.
그루브들(401-1 내지 401-3)의 깊이(D3)는 서셉터 지지 샤프트(132, 134, 및 136)의 말단이 안정적으로 고정될 수 있도록 5mm ~ 10mm일 수 있다.
도 2에 도시된 실시 예와 비교할 때, 도 4에 도시된 실시 예는 서셉터(120-1)의 하부면(122)에 형성되는 그루브(401-1 내지 401-3)에 의하여 서셉터 지지 샤프트(132, 134, 및 136)가 서셉터(120-1)를 더 안정적으로 지지할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
105: 반응기, 110: 가스 공급 라인,
115: 가스 배출 라인, 120,120-1: 서셉터,
125:하부링, 127: 상부링,
129: 예열링, 130: 서셉터 지지 샤프트,
201: 삽입 홈, 210-1 내지 210-3: 돌출가이드부들,
401-1 내지 401-3: 그루브들.

Claims (9)

  1. 반응 용기;
    반응 용기 내에 위치하고, 웨이퍼가 안착되는 서셉터; 및
    상기 서셉터를 지지하고, 상기 반응 용기 내에 위치하는 서셉터 지지부를 포함하며,
    상기 서셉터는,
    하부면으로부터 돌출되는 돌출 가이드부를 가지며, 상기 돌출 가이드부는 상기 서셉터 지지부의 일단이 삽입되는 삽입 홈을 갖는 에피텍셜 반응기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 삽입 홈은 상기 서셉터의 상기 하부면을 노출하는 에피텍셜 반응기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 서셉터 지지부는 복수의 서셉터 지지 샤프트들을 포함하며,
    상기 서셉터는 상기 복수의 서셉터 지지 샤프트들 각각에 대응하는 돌출 가이드부를 갖는 에피텍셜 반응기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 돌출 가이드부는 상기 서셉터와 동일 재질로 이루어지고, 일체형인 에피텍셜 반응기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 삽입 홈의 직경은 6mm ~ 7mm이고, 상기 하부면으로부터 상기 돌출 가이드부의 높이는 15mm ~ 25mm인 에피텍셜 반응기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 서셉터의 상기 하부면에는 상기 돌출 가이드부에 대응하는 그루브(groove)가 마련되는 에피텍셜 반응기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 돌출 가이드부의 상기 삽입 홈에 의하여 상기 그루브가 노출되는 에피텍셜 반응기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 그루브의 직경은 상기 삽입 홈의 직경보다 작거나 동일한 에피텍셜 반응기.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 삽입 홈 직경은 6mm ~ 7mm이고, 상기 하부면으로부터 상기 돌출 가이드부의 높이는 10mm ~ 15mm이고, 상기 그루브의 직경은 6mm ~ 7mm이고, 상기 하부면으로부터의 상기 그루브의 깊이는 5mm~10mm인 에피텍셜 반응기.
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