KR20130081551A - 반도체 제조 장치 - Google Patents

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Abstract

실시예는 반도체 제조 장치에 관한 것으로서, 반도체 제조 장치는, 상부 면에 웨이퍼를 안착시키는 서셉터; 서셉터를 둘러싸는 하부 라이너; 및 하부 라이너의 제1 외주부와 대향하도록 배치되는 제2 외주부를 갖는 상부 라이너를 포함하고, 서셉터 상의 웨이퍼의 표면을 따라 흐를 가스가 도입되는 적어도 하나의 가스 도입 통로는 서로 대향하는 상기 제1 및 제2 외주부의 일측에 형성되고, 제1 외주부 일측은 경사지게 형성되어, 가스는 가스 도입 통로를 따라 경사지게 흐른다.

Description

반도체 제조 장치{Semiconductor Manufacturing Apparatus}
실시예는 반도체 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼 상에 실리콘 단결정의 에피텍셜 박막을 성장시키는 에피텍셜 반응기에 관한 것이다.
경면 가공된 실리콘 웨이퍼에 실리콘 단결정의 에피텍셜 박막을 성장시킨 것을 에피텍셜 실리콘 웨이퍼(epitaxial silicon wafer)(이하, '에피 웨이퍼'라 한다)라고 한다. 즉 에피텍셜 반응기 내에서 서셉터(susceptor) 위에 웨이퍼를 안착시키고, 반응기의 일단에서 타단으로 원료 가스를 공급하고, 공급되는 원료 가스와 웨이퍼를 반응시켜 웨이퍼 표면에 에피택셜 박막을 성장시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 에피텍셜 반응기(100) 내의 원료 가스(G)의 흐름을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 반응 용기 즉, 하부 돔(dome)(101A)과 상부 돔(101B)의 일단에 위치하는 가스 도입구(112)를 통하여 공급되는 원료 가스(G)는 서셉터 지지대(susceptor support sharft)(129)에 의하여 지지되는 서셉터(120) 상에 안착된 웨이퍼(125) 표면을 따라 흐르고 배출구(114)를 통하여 배출된다.
리프트 샤프트(lift shaft)(128)에 의하여 리프트 핀(미도시)은 리프트 핀 홀 내부에서 상하로 움직이며, 상하로 움직이는 리프트 핀에 의하여 웨이퍼(125)는 서셉터(120)에 안착된다.
도 2a는 도 1에 도시된 서셉터(120)의 평면도이고, 도 2b는 화살표 방향(150)에서 하부 라이너(130)를 바라본 정면도를 나타낸다.
이때, 하부 라이너(130)와 상부 라이너(132)가 서로 대향하여 가스 도입 통로(140)를 형성한다. 도시된 바와 같이, 가스 도입 통로(140)는 굴곡져 형성되기 때문에, 가스(G)는 가스 도입 통로(140)에서 굴곡지면서 이동한다. 이와 같이, 가스(G)가 굴곡지면서 이동할 경우, 가스(G)는 가스 도입 통로(140)에서 정체될 수 밖에 없다. 이로 인하여 도 2a에 도시된 바와 같이 가스(G)는 웨이퍼(125)의 각 영역으로 일정하지 않게 공급되어, 에피 웨이퍼의 두께 산포가 열위되는 현상이 발생할 수 있다. 즉, 에피 웨이퍼의 중앙(center) 부위의 두께가 제어되지 않는다.
실시예는 에피 웨이퍼의 두께 산포를 개선시킬 수 있는 반도체 제조 장치를 제공한다.
실시예의 반도체 제조 장치는, 상부 면에 웨이퍼를 안착시키는 서셉터; 상기 서셉터를 둘러싸는 하부 라이너; 및 상기 하부 라이너의 제1 외주부와 대향하도록 배치되는 제2 외주부를 갖는 상부 라이너를 포함하고, 상기 서셉터 상의 상기 웨이퍼의 표면을 따라 흐를 가스가 도입되는 적어도 하나의 가스 도입 통로는 서로 대향하는 상기 제1 및 제2 외주부의 일측에 형성되고, 상기 제1 외주부 일측은 경사지게 형성되어, 상기 가스는 상기 가스 도입 통로를 따라 경사지게 흐른다.
또한, 상기 제2 외주부 일측은 경사지게 형성되어, 상기 가스는 상기 가스 도입 통로를 따라 경사지게 흐르도록 할 수 있다.
또한, 상기 가스가 배출되는 가스 배출 통로는 서로 대향하는 상기 제1 및 제2 외주부의 타측에 형성된다. 상기 가스 배출 통로는 굴곡지게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 외주부 일측은 적어도 하나의 요철부를 가질 수 있다. 상기 적어도 하나의 요철부는 복수이고, 상기 복수의 요철부는 서로 일정한 간격으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 요철부에서 요부의 개수는 10개일 수 있다.
상기 요철부에서 요부와 상기 제2 외주부 타측이 서로 대향하여 상기 가스 도입 통로를 형성한다.
실시예에 따른 반도체 제조 장치는 적은 비용으로 에피 웨이퍼의 두께 산포를 개선하고 즉, 에피 웨이퍼의 가장 자리와 중심 등 어느 부분에서나 일정한 두께로 실리콘 단결정의 에피텍셜 박막이 형성되도록 하고, 비저항을 용이하게 제어할 수 있도록 하여 품질을 개선시키는 효과를 갖는다.
도 1은 일반적인 에피텍셜 반응기의 단면도를 나타낸다.
도 2a는 도 1에 도시된 서셉터의 평면도이고, 도 2b는 하부 라이너의 정면도를 나타낸다.
도 3은 실시예에 의한 에피텍셜 반응기의 단면도를 나타낸다.
도 4는 도 3에 도시된 참조부호 '450' 부분을 확대 도시한 단면도이다.
도 5는 다른 실시예에 의한 도 3에 도시된 참조부호 '450'을 확대 도시한 단면도이다.
도 6a는 도 3에 도시된 서셉터의 평면도이고, 도 6b는 하부 라이너의 정면도이다.
도 7은 도 3에 도시된 하부 라이너의 이해를 돕기 위한 부분 사시도를 나타낸다.
도 8은 기존과 본 실시예에 의한 반도체 제조 장치에 의해 제조된 에피 웨이퍼의 두께를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
도 3은 실시예에 의한 에피텍셜 반응기(400)의 단면도를 나타내고, 도 4는 도 3에 도시된 참조부호 '450' 부분을 확대 도시한 단면도를 나타낸다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 에피텍셜 반응기(400)는 반도체 웨이퍼(422)를 한 장씩 처리하는 매엽식이며, 반응 용기인 하부 돔(401A) 및 상부 돔(401B), 가스 공급 라인(410), 가스 배출 라인(415), 서셉터(420), 리프트 핀(461, 463 및 465), 하부 라이너(liner)(425), 상부 라이너(427), 예열 링(pre-heating ring)(429), 및 서셉터 샤프트(susceptor support sharft)(430)를 포함한다.
반응 용기(401A 및 401B)는 석영 유리로 구성되며, 일측면에 가스 공급 라인(410)과 연결되는 가스 도입구(408)가 형성되고, 타측면에 가스 배출 라인(415)과 연결되는 가스 배출구(412)가 형성된다.
가스 공급 라인(410)으로부터 공급되는 원료 가스(G)는 가스 도입구(408)를 통하여 반응 용기(401A 및 401B) 내로 도입되고, 반응 용기(401A 및 401B) 내부로 도입된 원료 가스(G)는 반응 용기(401A 및 401B) 내부에 위치하는 웨이퍼(422) 표면을 따라 흐른 후 가스 배출구(412)를 통하여 가스 배출 라인(415)으로 배출된다.
서셉터(420)는 평탄한 원판 형상의 지지판으로 카본 그래파이트(carbon graphite), 탄화 규소 또는 카본 그래파이트에 탄화 규소가 코팅된 형태로 이루어지며 반응 용기(401A 및 401B)의 내부 공간에 배치되고, 그 상부 면에 박막 형성을 위한 웨이퍼(422)가 안착하도록 지지한다.
서셉터(420)는 리프트 핀 홀들을 포함한다. 리프트 핀 홀들은 서셉터(420)를 관통하여 다수 개 형성된다. 예컨대, 3개의 리프트 핀 홀들이 원판 형상의 서셉터(420)에 120°간격으로 이격되어 형성될 수 있다.
리프트 핀들(461, 463 및 465) 각각은 리프트 핀 홀들 중 대응하는 어느 하나의 내부에 배치되며, 리프트 핀 홀 내부를 상하 이동함으로써 웨이퍼(422)를 들어올려 서셉터(420)에 안착시킨다.
하부 라이너(425)는 서셉터(420)를 둘러싸도록 배치되며, 하부 라이너(425)의 상면은 서셉터(420)의 상면(또는, 웨이퍼(422)의 상면)과 일치(또는, 수평)하도록 배치될 수 있다. 상부 라이너(427)는 하부 라이너(425)과 대향하도록 하부 라이너(425) 상에 배치된다. 상부 라이너(427)는 하부 라이너(425)의 제1 외주부와 대향하도록 배치되는 제2 외주부를 갖는다. 이때, 하부 라이너(425)와 상부 라이너(427)의 재료는 석영(SiO2) 또는 탄화규소(SiC)일 수 있다.
가스 도입구(408)로 도입되는 원료 가스(G)는 가스 도입 통로(409)를 통과하여 서셉터(420) 상의 웨이퍼(422) 표면을 따라 흐른다. 여기서, 가스 도입 통로(409)는 서로 대향하는 하부 라이너(425)의 제1 외주부와 상부 라이너(427)의 제2 외주부의 일측에 형성된다.
또한, 웨이퍼(422)의 표면을 따른 흐른 가스(G)는 가스 배출 통로(480)를 통해 배출된다. 가스가 배출되는 가스 배출 통로(480)는 서로 대향하는 하부 라이너(425)의 제1 외주부와 상부 라이너(427)의 제2 외주부의 타측에 형성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 가스 배출 통로(480)는 굴곡지게 형성될 수 있다.
실시예에 의하면, 하부 라이너(425)의 제1 외주부의 일측(425A)은 경사지게 형성된다. 여기서, 제1 외주부의 일측(425A)은 하부 라이너(425)의 상부면에 해당한다. 그러므로, 도 4에 도시된 바와 같이, 가스(G)는 가스 도입 통로(409)를 따라 화살표 방향으로 굴곡지지 않고 경사지게 흐를 수 있다.
도 5는 다른 실시예에 의한 도 3에 도시된 참조부호 '450'을 확대 도시한 단면도를 나타낸다.
도 4에 도시된 상부 라이너(427)의 제2 외주부의 일측(427A)이 굴곡져 형성되어 있다. 여기서, 제2 외주부의 일측(427A)은 상부 라이너(427)의 하부면에 해당한다. 반면에, 다른 실시예에 의하면, 도 5에 도시된 바와 같이 상부 라이너(427)의 제2 외주부 일측(427B)은 경사지게 형성될 수 있다. 이와 같이, 하부 라이너(425)의 제1 외주부의 일측(425A) 뿐만 아니라 상부 라이너(427)의 제2 외주부의 일측(427B)도 경사지게 형성될 경우, 가스(G)는 가스 도입 통로(409)를 따라 굴곡지지 않고 더욱 경사지게 화살표 방향으로 흐를 수 있다.
도 1에 도시된 가스 도입 통로(140)는 굴곡져 형성되는 반면, 도 3 내지 도 5에 도시된 가스 도입 통로(409)는 경사지게 형성된다. 따라서, 가스(G)가 가스 도입 통로(409)에서 정체되는 현상이 방지되기 때문에, 웨이퍼(422)에 실리콘 단결정의 에피텍셜 박막이 균일한 두께로 형성될 수 있다.
도 6a는 도 3에 도시된 서셉터(420)의 평면도이고, 도 6b는 화살표 방향(500)에서 하부 라이너(425)를 바라본 정면도를 나타낸다. 또한, 도 7은 도 3에 도시된 하부 라이너(425)의 이해를 돕기 위한 부분 사시도를 나타낸다.
도 2b를 참조하면, 하부 라이너(130)의 가장 자리(B)는 요부(① 내지 ⑧) 및 철부를 갖는다. 여기서, 철부는 ①과 ② 사이, ②와 ③ 사이, ③과 ④ 사이, ④와 ⑤ 사이, ⑤와 ⑥ 사이, ⑥과 ⑦ 사이 및 ⑦과 ⑧ 사이에 돌출된 부분이다. 즉, 일반적인 반도체 제조 장치의 경우, 하부 라이너(130)의 가장 자리(B)에만 요부와 철부가 형성되어 있는 반면, 중앙 영역(A)에는 요부만이 형성되어 있다.
이와 달리, 실시예에 의하면, 하부 라이너(425)는 제1 외주부의 일측에 적어도 하나의 요철부를 가질 뿐만 아니라, 중앙 영역(A)에서도 적어도 하나의 요철부를 갖는다. 예를 들어, 도 6b에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 요철부는 복수이고, 복수의 요철부는 서로 일정한 간격으로 배치될 수 있다.
기존의 경우, ⑨와 ⑩ 사이에 철부는 존재하지 않는다. 그러나, 실시예에 의하면, 도 6b에 도시된 바와 같이, 중앙 영역(A)에서 하부 라이너(425)는 요부(⑨ 및 ⑩) 뿐만 아니라 철부(⑨와 ⑩ 사이)도 갖는다. 그러므로, 가스(G)가 중앙 영역(A)과 가장 자리(B)에서 웨이퍼(125)의 표면을 따라 일정하지 않게 흐르는 도 2a에 도시된 바와 달리, 도 6a에 도시된 바와 같이 가스(G)가 중앙 영역(A)과 가장 자리(B)에서 웨이퍼(422)의 표면을 따라 일정하게 흐를 수 있다.
도 6b에 도시된 하부 라이너(425)는 10개의 요부를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 본 실시예는 이에 국한되지 않고 10개보다 더 많거나 더 적은 요부를 가질 수도 있다.
여기서, 도 6b에 도시된 요부(① 내지 ⑧)와 상부 라이너(427)의 제2 외주부 타측(427A 또는 427B)은 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 서로 대향하여 가스 도입 통로(409)를 형성한다.
도 8은 기존과 본 실시예에 의한 반도체 제조 장치에 의해 제조된 에피 웨이퍼의 두께를 나타내는 그래프로서, 횡축은 에피 웨이퍼의 반지름을 나타내고, 종축은 에피 웨이퍼의 두께를 각각 나타낸다.
도 8을 참조하면, 기존의 반도체 제조 장치에 의해 제조된 에피 웨이퍼의 두께보다 본 실시예에 의해 제조된 에피 웨이퍼의 두께의 산포가 더 균일함을 알 수 있다.
한편, 예열 링(429)은 서셉터(420)의 상면과 수평이 되도록 서셉터(420)에 인접하는 하부 라이너(425)의 외주면을 따라 판상으로 형성되며, 열을 균일하게 한다.
서셉터 샤프트(430)는 서셉터(420)를 수평으로 지지한다. 서셉터 샤프트(430)는 메인 샤프트(432), 사프트 아맘들(shaft arms, 435-1 내지 435-3), 및 돌출부들(451,453,455)을 포함한다.
메인 샤프트(432)는 서셉터(420)와 수직 방향이 되도록 서셉터(420) 하부의 하부 돔(401A) 내에 배치된다.
샤프트 아암(435-1 내지 435-3)은 방사 방향의 바깥쪽으로 뻗도록 메인 사프트(432)의 상단 부분에 일체형으로 형성된다. 샤프트 아암들(435-1 내지 435-3) 각각은 동일한 형상이며, 서셉터(420) 하부에 등간격으로 배치된다. 예컨대, 샤프트 아암들(435-1 내지 435-3) 각각은 서셉터(420)에 형성되는 리프트 핀 홀들에 대향하도록 서셉터(420) 하부에 등간격으로 배치될 수 있다. 이때 샤프트 아암들(435-1 내지 435-3) 각각은 바깥쪽으로 갈수록 상방으로 기울어지도록 형성될 수 있다.
돌출부(451, 453, 455) 각각은 해당하는 샤프트 아암(435-1 내지 435-3) 말단으로부터 수직 상방으로 뻗도록 일체적으로 형성된다. 돌출부(451, 453, 455)은 원주 형상일 수 있다. 메인 샤프트(432), 샤프트 아암(435-1 내지 435-3) 및 돌출부(451, 453, 455)은 석영으로 이루어지고, 전체가 일체적으로 형성될 수 있다.
샤프트 아암(435-1 내지 435-3) 각각은 리프트 핀 홀들에 대응하도록 서셉터(420) 하부에 등간격으로 배치되기 때문에, 샤프트 아암(435-1 내지 435-3) 말단에 형성되는 돌출부(451, 453, 455)는 리프트 핀 홀에 대향한다.
서셉터 샤프트(430)가 상승 또는 하강함에 따라 돌출부(451, 453, 455)는 대향하는 리프트 핀 홀들 내부에 위치하는 리프트 핀(461 내지 463)과 착탈된다.
예컨대, 서셉터 샤프트(430)가 서셉터(420) 방향으로 상승 이동함에 따라 돌출부(451, 453, 455)는 대향하는 리프트 핀 홀 내부에 위치하는 리프트 핀(461 내지 463)과 밀착 결합되고, 리프트 핀(461 내지 463)을 밀어 올린다. 그리고 밀어 올려진 리프트 핀(461 내지 463)에 의하여 웨이퍼(422)가 올려진다.
서셉터 샤프트(430) 내부에는 가스(예컨대, H2 또는 비활성 기체)가 이동하는 통로인 샤프트 홀(sharft hole)(434)이 형성된다. 예컨대, 일체형으로 형성되는 메인 샤프트(432), 샤프트 아암들(435-1 내지 435-3) 및 돌출부(451, 453, 455) 내부에는 가스 이동 통로인 샤프트 홀(434)이 형성될 수 있다.
예컨대, 메인 샤프트(432), 샤프트 아암(435-1 내지 435-3) 및 돌출부(451, 453, 455) 각각의 내부에 형성되는 샤프트 홀(434)은 서로 연결되며, 메인 샤프트(432) 하부의 가스 유입구(436)로부터 유입되는 H2 가스는 샤프트 홀(434)을 따라 메인 샤프트(432), 및 샤프트 아암(435-1 내지 435-3)을 거쳐 돌출부(451, 453, 455)로 흐른다.
전술한 실시예에 의한 에피텍셜 반응기(400)는 반도체 제조 장치에서 가스 주입 배플(inject baffle)(미도시)의 뒷 단에 마련된다.
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.
100, 400: 에피텍셜 반응기 101A, 101B, 401A, 401B: 반응용기
112, 408: 가스 도입구 114, 412: 가스 배출구
120, 420: 서셉터 125, 422: 웨이퍼
130, 425: 하부 라이너 132, 427: 상부 라이너
410: 가스 공급 라인 415: 가스 배출 라인
429: 예열 링 435-1, 435-2, 435-3:샤프트 아암
430: 서셉터 샤프트 432: 메인 샤프트
434: 샤프트 홀 436: 가스 유입구
451, 453, 455: 돌출부 461, 463, 465: 리프트 핀

Claims (4)

  1. 상부 면에 웨이퍼를 안착시키는 서셉터;
    상기 서셉터를 둘러싸는 하부 라이너; 및
    상기 하부 라이너의 제1 외주부와 대향하도록 배치되는 제2 외주부를 갖는 상부 라이너를 포함하고,
    상기 서셉터 상의 상기 웨이퍼의 표면을 따라 흐를 가스가 도입되는 적어도 하나의 가스 도입 통로는 서로 대향하는 상기 제1 및 제2 외주부의 일측에 형성되고,
    상기 제1 외주부 일측은 경사지게 형성되어, 상기 가스는 상기 가스 도입 통로를 따라 경사지게 흐르는 반도체 제조 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 제2 외주부 일측은 경사지게 형성되어, 상기 가스는 상기 가스 도입 통로를 따라 경사지게 흐르는 반도체 제조 장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 제1 외주부의 일측은 복수의 요철부를 갖고, 상기 복수의 요철부는 서로 일정한 간격으로 배치되는 반도체 제조 장치.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 제1 외주부의 일측은 적어도 하나의 요철부를 갖고, 상기 요철부에서 요부와 상기 제2 외주부 타측이 서로 대향하여 상기 가스 도입 통로를 형성하는 반도체 제조 장치.
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