KR20160109128A - 에피 웨이퍼 제조용 흡입유로 - Google Patents

에피 웨이퍼 제조용 흡입유로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소스 가스의 흡입 유동을 개선하여 웨이퍼 전면에 걸쳐 에피층의 두께를 균일하게 형성시킬 수 있는 에피 웨이퍼 제조용 흡입유로에 관한 것이다.
본 발명은 밀폐된 챔버 내측에 위치한 웨이퍼로 소스 가스를 주입하는 에피 웨이퍼 제조용 흡입유로에 있어서, 복수개의 격벽에 의해 수평 방향으로 구획되고, 중심에서 양측 방향으로 갈수록 길이가 길어지는 복수개의 내부유로를 포함하는 인서트; 상기 인서트의 입구에 구비되고, 소스 가스의 흡입 유동을 분배하기 위하여 수평 방향으로 구획된 중심유로와 양측유로를 포함하는 인젝터; 상기 내부유로들과 수직한 방향에서 소스 가스를 상기 중심유로에 주입되도록 하는 중심 흡입구; 및 상기 내부유로들과 수직한 방향에서 소스 가스를 상기 양측유로에 주입되도록 하는 양측 흡입구;를 포함하고, 상기 양측 흡입구의 직경은, 상기 중심 흡입구 직경의 100% ~ 137% 범위로 한정되는 에피 웨이퍼 제조용 흡입유로를 제공한다.

Description

에피 웨이퍼 제조용 흡입유로 {Suction passage for producing epitaxial wafers}
본 발명은 소스 가스의 흡입 유동을 개선하여 웨이퍼 전면에 걸쳐 에피층의 두께를 균일하게 형성시킬 수 있는 에피 웨이퍼 제조용 흡입유로에 관한 것이다.
일반적으로 경면 가공된 반도체 웨이퍼에 단결정의 얇은 에피택셜 막을 성장시킨 것을 에피 웨이퍼라고 하며, 기존의 실리콘 웨이퍼보다 표면 결함이 적고, 불순물의 농도나 종류의 제어가 가능한 특성을 갖는 웨이퍼이다. 상기 에피택셜층은 순도가 높고 결정 특성이 우수하여 고집적화되고 있는 반도체 장치의 수율 및소자 특성 향상에 유리한 장점을 갖는다.
에피 웨이퍼는 기본적으로 화학 기상 증착(chemical vapor deposition, CVD)을 이용하는데, 고온에서 실리콘 웨이퍼의 표면으로 실리콘을 포함하는 소스가스를 제공함으로써 실리콘 에피층을 성장시키며, 프로세스 챔버라는 소정의 밀폐된 챔버를 이용한다.
보다 상세하게, 에피 웨이퍼가 만들어지는 과정을 살펴보면, 웨이퍼를 500℃이상 고온으로 가열된 반응기 내에 반입한 다음, 서셉터 위에 놓인 웨이퍼를 고온으로 가열하고, 소스 가스를 웨이퍼 상하측으로 흘리며, 웨이퍼에 단결정의 에피층을 성장시킨다.
한편, 최근 웨이퍼의 직경이 대형화됨에 따라 웨이퍼의 에지 부분까지 균일하게 에피택셜층을 형성하는 것이 어려워지면서, 이를 해결하기 위한 많은 노력들이 시도되고 있다. 특히, 300㎜ 이상의 대구경 웨이퍼에서 상기 웨이퍼의 에지 끝까지 에피택셜층을 균일하게 형성하기 위해서는 상기 프로세스 챔버 내의 유체 유동이 중요한 변수가 된다.
일본공개특허 제2003-86524호에는 웨이퍼의 표면의 폭 방향으로 소스 가스를 균일하게 분산시키기 위하여 흡입 측에 격벽들이 구비된 유로가 형성되고, 이러한 격벽들에 의해 가스의 유동을 제어함으로써, 에피층의 두께를 비롯하여 평탄도를 제어한다.
도 1은 종래 기술에 따른 에피 웨이퍼 제조용 흡입유로의 유속이 도시된 그래프이다.
종래의 에피 웨이퍼 제조용 흡입유로는 도 1에 도시된 바와 같이 양측으로 구획된 복수개의 내부유로(1a)가 구비된 인서트(1)와, 상기 인서트(1)의 입구에 조립되는 인젝터(2)로 구성되며, 상기 인젝터(2) 내측의 중심유로(2a) 및 한 쌍의 양측유로(2b,2c)를 통하여 소스 가스가 상기 인서트(2)로 공급된다.
이때, 상기 내부유로(1a)의 길이가 중심보다 양측으로 갈수록 길어지도록 구성되고, 상기 내부유로들(1a)을 통과하여 웨이퍼에 도달하는 소스 가스의 유속을 균일하게 유지하기 위하여 상기 양측유로(2b,2c)에서 공급되는 흡입 유동 속도를 높이는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 양측유로(2b,2c)에서 흡입 유동 속도를 높이기 위하여 상기 양측유로(2b,2c)의 내부 부피를 상기 중심유로(2a)보다 작게 형성하고, 상기 양측유로(2b,2c) 측의 흡입구(2h) 직경을 상기 중심유로(2a) 측의 흡입구(2H) 직경보다 작게 형성한다.
그런데, 종래 기술에 따르면, 양측유로를 통과하여 내부유로로 유입되는 유동을 살펴보면, 내부유로의 특정 지점(A)에 와류 현상이 나타나고, 와류 현상으로 인하여 웨이퍼에 형성되는 에피층의 두께가 불균일해지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 소스 가스의 흡입 유동을 개선하여 웨이퍼 전면에 걸쳐 에피층의 두께를 균일하게 형성시킬 수 있는 에피 웨이퍼 제조용 흡입유로를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 밀폐된 챔버 내측에 위치한 웨이퍼로 소스 가스를 주입하는 에피 웨이퍼 제조용 흡입유로에 있어서, 복수개의 격벽에 의해 수평 방향으로 구획되고, 중심에서 양측 방향으로 갈수록 길이가 길어지는 복수개의 내부유로를 포함하는 인서트; 상기 인서트의 입구에 구비되고, 소스 가스의 흡입 유동을 분배하기 위하여 수평 방향으로 구획된 중심유로와 양측유로를 포함하는 인젝터; 상기 내부유로들과 수직한 방향에서 소스 가스를 상기 중심유로에 주입되도록 하는 중심 흡입구; 및 상기 내부유로들과 수직한 방향에서 소스 가스를 상기 양측유로에 주입되도록 하는 양측 흡입구;를 포함하고, 상기 중앙 흡입구 직경의 100% ~ 137% 범위로 한정되거나, 상기 양측 흡입구의 직경은, 8mm ~ 11mm 범위로 한정되는 에피 웨이퍼 제조용 흡입유로를 제공한다. 따라서, 양측유로에서 내부유로로 유입되는 흡입 유동의 와류를 개선시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 양측유로의 내부 높이는, 상기 중심유로 높이의 81% ~ 113% 범위로 한정되거나, 상기 내부유로들의 길이 방향과 일렬을 이루는 방향으로 25mm ~ 35mm 범위로 한정되는 것이 바람직하다. 따라서, 양측유로에서 내부유로로 유입되는 흡입 유동의 와류를 개선시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 인젝터의 구획된 부분은, 상기 인서트의 격벽들 중 적어도 하나 이상과 일렬로 겹치도록 설치되는 것이 바람직하다. 따라서, 양측유로에서 내부유로로 유입되는 흡입 유동의 와류를 개선시킬 수 있다.
본 발명에 따른 에피 웨이퍼 제조용 흡입유로는 인젝터 내부의 양측유로에 흡입구 크기를 비롯하여 높이 및 내부유로와 배열을 한정함으로써, 양측유로에서 내부유로로 흡입되는 흡입 유동의 와류 현상을 개선할 수 있다.
따라서, 웨이퍼 전면에 걸쳐 에피층의 두께를 균일하게 형성시킬 수 있고, 에피 웨이퍼의 품질을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 에피 웨이퍼 제조용 흡입유로의 유속이 도시된 그래프.
도 2는 본 발명에 따른 에피 웨이퍼 제조장치 일예가 도시된 측단면도.
도 3은 도 2의 흡입유로를 구성하는 인젝터와 인서트가 도시된 평면도.
도 4는 본 발명의 에피 웨이퍼 제조용 흡입유로 중 양측 흡입구의 직경 변화에 따른 유속이 도시된 그래프.
도 5는 본 발명의 에피 웨이퍼 제조용 흡입유로 중 양측유로의 내부 높이 변화에 따른 유속이 도시된 그래프.
도 6은 본 발명의 에피 웨이퍼 제조용 흡입유로 중 양측유로의 내부 폭 변화에 따른 유속이 도시된 그래프.
이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 에피 웨이퍼 제조장치 일예가 도시된 측단면도이고, 도 3은 도 2의 흡입유로를 구성하는 인젝터와 인서트가 도시된 평면도이다.
본 발명의 에피 웨이퍼 제조장치는 도 2에 도시된 바와 같이 서셉터(110)와, 가스안내부재(120)와, 흡입유로(130)를 포함하도록 구성된다.
상기 서셉터(110)는 웨이퍼(W)가 올려지며, 회전 가능하도록 설치된다. 이때, 상기 서셉터(110)는 웨이퍼(W)와 접촉 면적을 줄일 수 있도록 구성된다.
상기 가스안내부재(120)는 상기 서셉터(110)를 수용하도록 구성되는데, 웨이퍼(W)의 상면에 에피층을 형성하기 위하여 가스가 수평방향으로 유동될 수 있는 공간을 제공한다. 물론, 상기 가스안내부재(120) 상/하측에는 가열하는 복수개의 히터(미도시)가 구비되며, 에피층을 기상 증착시키기 위한 제어 조건에 맞추어 상기 히터들이 제어될 수 있다.
일예로, 상기 가스안내부재(120)는 돔(Dome) 형상의 상부 커버(121)와 콘(Cone) 형상의 하부 커버(122)가 서로 맞물리도록 구성되며, 수평방향 양측에 흡입유로(130)와 토출유로(150)가 구비될 수 있다.
이때, 상기 흡입유로(130)와 토출유로(150)는 웨이퍼(W)의 상면보다 낮게 위치되며, 상기 흡입유로(130)에서 웨이퍼(W)의 상면으로 또는 상기 웨이퍼(W)의 상면에서 상기 토출유로(150)로 가스 유동을 안내하기 위하여 제방부재(123)가 구비될 수 있다. 또한, 상기 제방부재(123)의 내측에 웨이퍼(W)의 상면으로 안내되는 가스 유동을 가열하기 위한 보조 히터(124)가 구비될 수 있다.
상기 흡입유로(130)는 상기 상부 커버(121)와 하부 커버(122)가 서로 맞물리는 일방향 측에 구비되는데, 수평하게 가스 유동을 안내하도록 구성된다.
보다 상세하게, 상기 흡입유로(130)는 도 3에 도시된 바와 같이 인서트(131)와, 인젝터(132)와, 배플(133)을 포함하도록 구성된다.
상기 인서트(131)는 주입 가스를 외부로부터 상기 가스안내부재(120) 내부로 안내하도록 구성되는데, 상기 인서트(131)는 내부에 복수개의 격벽(131b)에 의해 수평 방향으로 구획된 복수개의 내부유로(131a)가 구비되며, 상기 내부유로(131a)는 상기 인서트(131)의 중심에서 양측 방향으로 갈수록 그 길이가 길어지도록 구성된다.
이때, 상기 인젝터(132)가 상기 인서트(131)의 입구 측에 장착되고, 상기 하부 커버(122)의 원주를 따라 상기 인서트(131)의 출구가 맞물리도록 설치된다.
따라서, 상기 인서트(131)가 상기 제방부재(123)와 맞물리면, 주입 가스가 상기 인서트(131)를 통하여 수평방향으로 유입된 다음, 상기 제방부재(123)에 부딪혀 상향 이동되어 다시 수평방향 유동을 하도록 안내된다.
상기 인젝터(132)는 소스 가스의 흡입 유동을 분배하여 상기 인서트(131)로 공급하도록 구성되는데, 상기 인젝터(132)는 내부에 수평 방향으로 구획된 중심유로(132a)와 양측유로(132b,132c)가 구비된다.
실시예에서, 소스 가스의 와류 형성을 억제하는 동시에 유동 속도를 유지하기 위하여 상기 양측유로(132b,132c)의 내부 높이(h)는 상기 내부유로들(131a)의 길이 방향과 일렬을 이루는 방향으로 25mm ~ 35mm 로 한정되거나, 상기 중심유로(132a) 내부 높이의 81% ~ 113% 범위로 한정되는 것이 바람직하고, 상기 중심유로(132a)와 양측유로(132b,132c)가 구획된 부분은 상기 인서트(131)의 격벽들(131b) 중 적어도 하나 이상과 일렬로 겹치도록 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 인젝터(132)에는 소스 가스를 주입하는 제1,2주입관(132d,132e)이 연결되는데, 상기 제1주입관(132d)의 단부는 상기 중심유로(132a)에 구비된 중심 흡입구(132H)가 연결되고, 상기 제2주입관(132e)으로부터 두 개로 분지된 단부는 상기 양측유로(132b,132c)에 구비된 양측 흡입구(132h)에 연결된다.
이때, 상기 중심유로(132a)와 양측유로(132b,132c)로 주입된 소스 가스가 완충된 다음, 상기 내부유로(131a)로 주입될 수 있도록 상기 중심 흡입구(132H)와 양측 흡입구(132h)는 상기 내부유로(131a)와 수직한 방향에 위치하는 것이 바람직하다.
실시예에서, 소스 가스의 와류 형성을 억제하는 동시에 유동 속도를 유지하기 위하여 상기 양측 흡입구(132h)의 직경은 8mm ~ 11mm 로 한정되거나, 상기 중심 흡입구(132H) 직경의 100% ~ 137% 범위로 한정되는 것이 바람직하다.
물론, 상기 제1,2주입관(132d,132e)을 통하여 주입되는 소스 가스의 종류 또는 유량 등을 제어할 수 있다.
상기 배플(133)은 상기 인젝터(132)로부터 흡입된 가스를 분배하여 상기 인서트(131)로 공급하도록 구성되는데, 수평 방향으로 일정간격을 두고 구비된 복수개의 분배홀(133h)이 구비된다.
또한, 상기 배플(133)은 상기 인서트(131)와 인젝터(132) 사이에 장착되는데, 상기 중심유로(132a)와 양측유로(132b,132c)로 주입된 소스 가스가 상기 배플에(133) 의해 분배된 다음, 상기 내부유로(131)로 주입될 수 있도록 상기 배플(133)은 주입 가스의 유동 방향과 수직하게 설치된다.
상기와 같이 구성된 에피 웨이퍼 제조용 흡입유로를 따라 소스 가스가 유동되는 과정을 도 2 및 도 3을 참조하여 살펴보면, 다음과 같다.
소스 가스가 상기 제1,2주입관(132d,132e)으로 공급되면, 상기 중심 흡입구(132H)와 양측 흡입구(132h)를 통하여 상기 중심유로(132a)와 양측유로(132b,132c)로 나뉘어서 유입되어 완충된 다음, 상기 배플(133)을 통하여 분산되고, 상기 내부유로들(131a)로 주입된다.
그런데, 상기 양측유로(132b,132c)의 내부 부피를 상기 중심유로(132a)보다 작게 형성하면, 상기 내부유로들(131a)의 양측 부분에서 소스 가스의 유동 속도를 확보할 수 있는 반면, 와류 형성으로 에피층이 불균일하게 형성되기 때문에 이를 보완하기 위하여 본 발명의 실시예에서 양측 흡입구(132h)의 크기와, 양측유로(132b,132c)의 내부 높이(h)를 비롯하여 양측유로(132b,132c)와 내부유로들(131a)의 배열을 한정하여 제시한다.
하기에서 설명될 시뮬레이션 데이터는 TCS 8slm, H2 70slm, Accuset 107/193 조건을 기준으로 제시된 값으로써, 도 4 내지 도 6은 본 발명의 에피 웨이퍼 제조용 흡입유로 중 양측 흡입구의 직경, 양측유로의 내부 높이 및 내부 폭 변화에 따른 유속이 도시된 그래프이다.
도 4에 도시된 바와 같이 양측 흡입구(132h)의 직경이 커질수록 소스 가스의 와류 현상이 소멸되는 것을 볼 수 있지만, 양측 흡입구(132h)의 직경이 과도하게 커질 경우 소스 가스의 유동 속도를 확보하기 어렵기 때문에 양측 흡입구(132h)의 직경은 8mm ~ 11mm 범위로 한정되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 중심 흡입구(132H)의 직경이 8mm 인 것을 고려하면, 상기 양측 흡입구(132h)의 직경은 상기 중심 흡입구(132H) 직경의 100% ~ 137% 범위로 한정될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이 양측유로(132b,132c)의 내부 높이(h)가 커질수록 유속이 느려짐에 따라 소스 가스의 와류 현상이 소멸되는 것을 볼 수 있지만, 양측유로(132b,132c)의 내부 높이(h)가 과도하게 커질 경우 소스 가스의 유동 속도를 확보하기 어렵기 때문에 양측유로(132b,132c)의 내부 높이(h)는 25mm ~ 35mm 범위로 한정되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 중심유로의 높이가 31mm 인 것을 고려하면, 상기 양측유로(132b,132c)의 내부 높이(h)는 상기 중심유로 높이의 81% ~ 113% 범위로 한정될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이 양측유로(132b,132c)의 내부 폭(W)이 커질수록 소스 가스의 와류 현상이 소멸되어야 하지만, 양측유로(132b,132c)의 내부 폭(W)이 64.5mm, 99.5mm, 129.5mm인 경우에 와류 현상이 발생하지 않는 반면, 양측유로(132b,132c)의 내부 폭(W)이 79.5mm, 114.5mm인 경우에 와류 현상이 발생되는 것을 볼 수 있다.
따라서, 내부유로(131b)에서 와류 현상을 저감시키기 위하여 양측유로(132b,132c)가 구획된 부분이 내부유로(131a)를 구획하는 격벽(131b)과 일렬로 배열되는 것이 바람직하다.
110 : 서셉터 120 : 가스안내부재
130 : 흡입유로 131 : 인서트
131a : 격벽 131b : 내부유로
132 : 인젝터 132a : 중심유로
132b,132c : 양측유로 133 : 배플

Claims (5)

  1. 밀폐된 챔버 내측에 위치한 웨이퍼로 소스 가스를 주입하는 에피 웨이퍼 제조용 흡입유로에 있어서,
    복수개의 격벽에 의해 수평 방향으로 구획되고, 중심에서 양측 방향으로 갈수록 길이가 길어지는 복수개의 내부유로를 포함하는 인서트;
    상기 인서트의 입구에 구비되고, 소스 가스의 흡입 유동을 분배하기 위하여 수평 방향으로 구획된 중심유로와 양측유로를 포함하는 인젝터;
    상기 내부유로들과 수직한 방향에서 소스 가스를 상기 중심유로에 주입되도록 하는 중심 흡입구; 및
    상기 내부유로들과 수직한 방향에서 소스 가스를 상기 양측유로에 주입되도록 하는 양측 흡입구;를 포함하고,
    상기 양측 흡입구의 직경은,
    상기 중심 흡입구 직경의 100% ~ 137% 범위로 한정되는 에피 웨이퍼 제조용 흡입유로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양측 흡입구의 직경은,
    8mm ~ 11mm 범위로 한정되는 에피 웨이퍼 제조용 흡입유로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 양측유로의 내부 높이는,
    상기 중심유로의 내부 높이의 81% ~ 113% 범위로 한정되는 에피 웨이퍼 제조용 흡입유로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 양측유로의 내부 높이는,
    상기 내부유로들의 길이 방향과 일렬을 이루는 방향으로 25mm ~ 35mm 범위로 한정되는 에피 웨이퍼 제조용 흡입유로.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인젝터의 구획된 부분은,
    상기 인서트의 격벽들 중 적어도 하나 이상과 일렬로 겹치도록 설치되는 에피 웨이퍼 제조용 흡입유로.
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KR1020150032987A KR20160109128A (ko) 2015-03-10 2015-03-10 에피 웨이퍼 제조용 흡입유로

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210122988A (ko) * 2020-04-02 2021-10-13 에스케이실트론 주식회사 에피 웨이퍼 제조장치
KR20220046805A (ko) * 2020-10-08 2022-04-15 에스케이실트론 주식회사 에피택셜 성장 장치
KR102572438B1 (ko) * 2022-11-17 2023-08-30 주식회사 피제이피테크 에피택셜 성장장치 및 그에 사용되는 가스공급조절 모듈

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