KR20170138003A - 웨이퍼 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 예시적 실시예에 따른 웨이퍼 처리 장치는, 챔버; 상기 챔버 내에 배치되며, 웨이퍼가 놓이는 서셉터; 상기 서셉터의 중앙에서 상기 서셉터와 연결되는 중심축과, 상기 중심축에서 방사상으로 연장되어 상기 서셉터의 가장자리와 연결되는 지지대를 포함하며, 상기 서셉터를 회전시키는 지지 유닛; 및 상기 중심축 내에 배치되는 서로 다른 재질의 제1 및 제2 금속선과, 상기 제1 및 제2 금속선을 연결하는 접합부를 갖는 센서 유닛;을 포함할 수 있다. 상기 센서 유닛은 상기 중심축이 볼트 체결 방식으로 상기 서셉터와 연결 시 상기 중심축의 상단에 배치되는 상기 접합부를 통해서 상기 서셉터의 저면과 접촉할 수 있다.

Description

웨이퍼 처리 장치{WAFER PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 웨이퍼 처리 장치에 관한 것이다.
화학기상증착 장치와 같은 웨이퍼 처리 장치는 챔버 내부로 분사되는 공정가스를 사용하여 고온의 분위기에서 웨이퍼 표면에 단결정막을 성장시킨다. 균일한 단결정막의 성장을 위해서는 웨이퍼를 가열하는 온도를 정확하게 컨트롤하는 것이 중요하다.
종래에는 고온계(pyrometer)를 사용하여 챔버 내의 서셉터 온도를 측정하는 것이 일반적인 방법이었다. 이러한 비접촉식 온도 측정 방법은 챔버 내의 압력 변화, 챔버의 열과 등 웨이퍼의 주변 환경에 따라서 측정 온도 값과 실제의 온도와 차이가 발생하는 단점이 있다.
이에, 당 기술분야에서는 온도 측정값의 경시변화와 압력 변화에 따른 측정 오차를 제거하고 온도 측정 정밀도를 향상시키기 위한 방안이 요구되고 있다.
다만, 본 발명의 목적은 이에만 제한되는 것은 아니며, 명시적으로 언급하지 않더라도 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 이에 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 예시적 실시예에 따른 웨이퍼 처리 장치는, 챔버; 상기 챔버 내에 배치되며, 웨이퍼가 놓이는 서셉터; 상기 서셉터의 중앙에서 상기 서셉터와 연결되는 중심축과, 상기 중심축에서 방사상으로 연장되어 상기 서셉터의 가장자리와 연결되는 지지대를 포함하며, 상기 서셉터를 회전시키는 지지 유닛; 및 상기 중심축 내에 배치되는 서로 다른 재질의 제1 및 제2 금속선과, 상기 제1 및 제2 금속선을 연결하는 접합부를 갖는 센서 유닛;을 포함할 수 있다. 상기 센서 유닛은 상기 중심축이 볼트 체결 방식으로 상기 서셉터와 연결 시 상기 중심축의 상단에 배치되는 상기 접합부를 통해서 상기 서셉터의 저면과 접촉할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 온도 측정값의 경시변화와 압력 변화에 따른 측정 오차를 제거하고 온도 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 웨이퍼 처리 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 웨이퍼 처리 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에서 'A'부분을 확대한 단면도이다.
도 3은 도 2에서 체결부와 센서 유닛의 구조를 확대한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 본 명세서에서, '상', '상부', '상면', '하', '하부', '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 소자나 구성요소가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있을 것이다.
도 1을 참조하여 본 발명의 예시적 실시예에 따른 웨이퍼 처리 장치를 설명한다. 도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 웨이퍼 처리 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 웨이퍼 처리 장치(10)는 챔버(100), 서셉터(200), 지지 유닛(300), 센서 유닛(400)을 포함할 수 있다.
상기 챔버(100)는 웨이퍼(W) 표면에 단결정막 성장을 위한 공정이 진행되는 내부 공간(110)을 가질 수 있다. 상기 내부 공간(110)에는 상기 웨이퍼(W)가 놓여 지지되는 서셉터(200)가 배치될 수 있다.
상기 챔버(100)의 일측에는 공정 가스(G)를 상기 내부 공간(110)으로 공급하기 위한 유입구(120)가 마련되고, 이에 대향하는 타측에는 상기 공정 가스(G)를 외부로 배출하기 위한 배기구(130)가 마련될 수 있다. 상기 유입구(120)와 배출구(130)는 상기 서셉터(200)의 표면과 실질적으로 대응되는 레벨의 위치에 마련될 수 있으며, 따라서 상기 공정 가스(G)가 상기 서셉터(200)의 표면을 따라서 원활하게 흐를 수 있도록 한다.
상기 챔버(100)의 상부와 하부에는 상기 서셉터(200)와 웨이퍼(W)를 가열하는 가열 수단(140)이 배치될 수 있다. 상기 가열 수단(140)은, 예를 들어, 할로겐 램프를 포함할 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 서셉터(200)는 상기 챔버(100) 내에 배치될 수 있다. 상기 서셉터(200)의 표면에는 단결정막 성장을 위한 웨이퍼(W)가 놓일 수 있다. 상기 서셉터(200)는 저면에 체결홈(210)을 가질 수 있다.
상기 서셉터(200)는 대략 상기 웨이퍼(W)와 대응되는 형상의 원판형 구조를 가질 수 있다. 상기 서셉터(200)는, 예를 들어, 흑연(graphite), 탄화규소(bulk SiC), 몰리브덴, 텅스텐 등의 금속을 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 흑연 소재에 탄화규소가 코팅되어 이루어질 수 있다.
상기 지지 유닛(300)은 상기 서셉터(200)의 하부에 배치되어 상기 서셉터(200)를 지지하며, 상기 서셉터(200)를 회전시킬 수 있다. 상기 지지 유닛(300)은 중심축(310)과 지지대(320)를 포함할 수 있다.
상기 중심축(310)은 상기 서셉터(200)의 중앙에서 상기 서셉터(200)와 연결될 수 있다. 상기 지지대(320)는 상기 중심축(310)에서 방사상으로 연장되어 상기 서셉터(200)의 가장자리와 연결될 수 있다. 상기 지지대(320)는 적어도 3개가 상기 중심축(310)의 둘레를 따라서 일정 간격으로 마련될 수 있다.
상기 중심축(310)은 구동 수단(500)과 연결되어 회전하며, 상기 지지대(320)와 함께 상기 서셉터(200)를 회전시킬 수 있다. 상기 구동 수단(500)은, 예를 들어, 구동 모터를 포함할 수 있다.
상기 지지 유닛(300)은 석영(quartz) 및 탄화규소(SiC) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 센서 유닛(400)은 상기 서셉터(200)의 온도를 측정할 수 있다. 상기 센서 유닛(400)은 상기 중심축(310) 내에 배치되어 상기 서셉터(200)의 저면과 접촉할 수 있다. 상기 센서 유닛(400)은, 예를 들어, 열전대(thermocouple)일 수 있으며, 상기 서셉터(200)와의 직접 접촉을 통해서 상기 서셉터(200)의 실제 온도를 리얼 타임으로 측정할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하여 상기 지지 유닛의 중심축과 센서 유닛에 대해 구체적으로 설명한다. 도 2는 도 1에서 'A'부분을 확대한 단면도이고, 도 3은 도 2에서 체결부와 센서 유닛의 구조를 확대한 단면도이다.
도 2 및 도 3에서 도시하는 바와 같이, 상기 센서 유닛(400)은 상기 중심축(310)의 길이 방향을 따라서 연장되는 제1 및 제2 금속선(410, 420)과, 상기 제1 및 제2 금속선(410, 420)을 연결하는 접합부(430)를 포함할 수 있다.
상기 접합부(430)는 상기 중심축(310)의 상단에 배치되어 상기 서셉터(200)의 저면과 직접 접촉할 수 있다. 상기 제1 및 제2 금속선(410, 420)은 상기 중심축(310) 내에 배치되어 상기 중심축(310)의 길이 방향을 따라서 연장될 수 있다. 상기 제1 및 제2 금속선(410, 420)은 서로 다른 재질로 이루어질 수 있다. 상기 제1 및 제2 금속선(410, 420)의 재질로는, 예를 들어, 백금로듐-백금, 크로멜-알루멜, 철-콘스탄탄, 동-콘스탄탄 등을 포함할 수 있다.
상기 중심축(310)은 몸체부(311) 및 상기 몸체부(311)의 상부에 배치되어 상기 서셉터(200)의 저면에 마련된 체결홀(210)에 탈착 가능하게 체결되는 체결부(312)를 포함할 수 있다. 상기 중심축(310)은 상기 체결부(312)를 통해서 볼트 체결 방식으로 상기 서셉터(200)와 연결될 수 있다.
상기 몸체부(311)와 체결부(312)는 각각 내부에 수용홀(313)을 가질 수 있다. 상기 수용홀(313)은 적어도 한 쌍으로 마련되며, 상기 몸체부(311)와 체결부(312)의 길이 방향을 따라서 관통하여 연장되는 구조를 가질 수 있다.
상기 접합부(430)는 상기 체결부(312)의 상단에서 상기 수용홀(313)의 외부에 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 금속선(410, 420)은 각각 한 쌍의 수용홀(313) 내에 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 금속선(410, 420)은 상기 수용홀(313)을 따라서 연장되어 상기 챔버(100) 외부로 연장될 수 있다.
상기 몸체부(311)는 복수의 분할 부재(311a)로 이루어질 수 있다. 상기 복수의 분할 부재(311a)들은 길이 방향으로 상호 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 복수의 분할 부재(311a)들은 나사 체결 방식 또는 끼움 결합 방식으로 연결될 수 있다.
상기 몸체부(311)가 복수의 분할 부재(311a)가 결합되는 구조를 가짐으로써 길이 조절 등의 용이한 핸들링 가능하다. 또한, 교체가 필요한 부분만을 선택적으로 분리 및 교체할 수 있어서 유지보수가 용이하다는 장점이 있다. 또한, 챔버(100) 내의 고온의 분위기에서 열팽창에 따른 변화를 완화시킬 수 있는 완충 역할을 할 수 있다.
물론, 도면으로 도시하지는 않았으나 상기 몸체부(311)가 단일 구조로 이루어지는 것도 가능하다.
상기 체결부(312)는 제1 체결부(312a)와 제2 체결부(312b)를 포함할 수 있다.
상기 제1 체결부(312a)는 상기 접합부(430)가 상단에 배치된 상태로 상기 체결홈(210) 내에 삽입될 수 있다. 상기 제1 체결부(312a)는 상기 체결홈(210) 내에 삽입되어 고정됨으로써 상기 접합부(430)가 상기 서셉터(200)와의 접촉상태를 유지하도록 할 수 있다.
상기 제2 체결부(312b)는 상기 제1 체결부(312a)의 하단과 접하도록 상기 체결홈(210)에 부분적으로 삽입될 수 있다. 상기 제2 체결부(312b)는 상기 체결홈(210)의 입구에 끼워져 고정됨으로써 상기 제1 체결부(312a)의 풀림을 방지할 수 있다.
상기 제1 체결부(312a)와 제2 체결부(312b)는 상기 체결홈(210)과 접하는 표면에 나사산(314)을 가질 수 있다. 상기 체결홈(210)은 상기 제1 체결부(312a)와 제2 체결부(312b)의 나사산(314)과 맞물리는 나사산(211)을 가질 수 있다.
상기 제1 체결부(312a)와 제2 체결부(312b)는 상기 체결홈(210)에 나사 체결 방식으로 끼워지거나 분리될 수 있다.
도면으로 도시하지는 않았으나, 상기 제1 체결부(312a)와 제2 체결부(312b)는 상기 체결홈(210)과 접하는 표면에 돌출된 걸림돌기를 가질 수도 있다. 상기 체결홈(210)은 상기 걸림돌기와 맞물리는 걸림홈을 가질 수 있다.
한편, 상기 제2 체결부(312b) 내에는 상기 제1 및 제2 금속선(410, 420)이 관통하여 연장되는 제3 체결부(312c)가 배치될 수 있다. 상기 제3 체결부(312c)는 상기 제2 체결부(312b) 내에서 상기 제2 체결부(312b)가 상기 체결홈(210)에 체결 시 상기 제1 및 제2 금속선(410, 420)이 꼬이는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 체결부(312b)가 상기 체결홈(210)에 나사체결 방식으로 회전하며 끼워지더라고 상기 제3 체결부(312c)는 회전하지 않으며, 따라서 상기 제3 체결부(312c)를 관통하는 상기 제1 및 제2 금속선(410, 420)도 회전하지 않고 연장된 상태를 유지할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 서셉터(200)를 회전시키는 중심축(310) 내에 센서 유닛(예를 들어, 열전대)(400)가 배치되어 서셉터(200)와 직접 접촉하는 구조를 구현함으로써 서셉터(200)의 실제 온도를 보다 정밀하게 측정할 수 있다.
특히, 본 실시예에 따른 센서 유닛(400)은 열전대가 와이어 타입으로 마련되어 중심축(310)을 따라서 연장되고, 볼트 체결을 통해서 접합부(430)가 서셉터(200)와 접촉하도록 고정됨으로써 챔버(100) 내의 고온 분위기에 의해 서셉터(200)와 중심축(310)이 열팽창에 따른 변화를 일으키더라도 접촉을 유지할 수 있다.
지금까지의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10... 웨이퍼 처리 장치
100... 챔버
110... 내부 공간
120... 유입구
130... 배출구
200... 서셉터
210... 체결홈
300... 지지 유닛
310... 중심축
320... 지지대
400... 센서 유닛
410... 제1 금속선
420... 제2 금속선
430... 접합부

Claims (10)

  1. 챔버;
    상기 챔버 내에 배치되며, 웨이퍼가 놓이는 서셉터;
    상기 서셉터의 중앙에서 상기 서셉터와 연결되는 중심축과, 상기 중심축에서 방사상으로 연장되어 상기 서셉터의 가장자리와 연결되는 지지대를 포함하며, 상기 서셉터를 회전시키는 지지 유닛; 및
    상기 중심축 내에 배치되는 서로 다른 재질의 제1 및 제2 금속선과, 상기 제1 및 제2 금속선을 연결하는 접합부를 갖는 센서 유닛;
    을 포함하고,
    상기 센서 유닛은 상기 중심축이 볼트 체결 방식으로 상기 서셉터와 연결 시 상기 중심축의 상단에 배치되는 상기 접합부를 통해서 상기 서셉터의 저면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중심축은, 몸체부 및 상기 몸체부의 상부에 배치되어 상기 서셉터의 저면에 탈착 가능하게 체결되는 체결부를 포함하는 웨이퍼 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 몸체부와 체결부는 각각 수용홀을 가지며,
    상기 제1 및 제2 금속선은 상기 수용홀 내에서 상기 중심축의 길이 방향을 따라서 연장되고, 상기 접합부는 상기 체결부의 상단에서 상기 수용홀의 외부에 배치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수용홀은 상기 몸체부와 체결부의 길이 방향을 따라서 관통하여 연장되는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 서셉터는 저면에 상기 체결부와 체결되는 체결홈을 가지며,
    상기 체결부는 상기 접합부가 상단에 배치된 상태로 상기 체결홈 내에 삽입되는 제1 체결부, 및 상기 제1 체결부의 하단과 접하도록 상기 체결홈에 부분적으로 삽입되는 제2 체결부를 포함하는 웨이퍼 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 체결부 내에 배치되어 상기 제1 및 제2 금속선이 관통하여 연장되는 제3 체결부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 체결부는 표면에 나사산을 가지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 몸체부는 복수의 분할 부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 지지 유닛은 석영(quartz) 및 탄화규소(SiC) 중 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼를 가열하는 가열 수단을 더 포함하는 웨이퍼 처리 장치.
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