KR20180092673A - 대구경 웨이퍼용 웨이퍼 캐리어 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따르면, 화학 기상 증착 장치에서 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 캐리어가 제공되는데, 이 웨이퍼 캐리어는, 캐리어 하부면; 캐리어 상부면; 캐리어 하부면에서 아래로 돌출된 돌출부; 캐리어 상부면으로 둘러싸인 포켓; 및 캐리어 하부면으로 둘러싸인 스핀들 수용홈을 포함하며, 돌출부는 스핀들 수용홈에 인접하여 캐리어의 중앙 영역에 배치된다. 캐리어 하부면에 돌출부를 형성함으로써 스핀들 수용홈을 깊게 형성할 수 있다.

Description

대구경 웨이퍼용 웨이퍼 캐리어{WAFER CARRIER FOR LARGE WAFER}
본 발명은 화학 기상 증착 장치의 웨이퍼 캐리어에 관한 것으로, 특히 상부 표면에 웨이퍼를 수용하는 포켓을 구비한 대구경 웨이퍼용 웨이퍼 캐리어에 관한 것이다.
일반적으로, 질화갈륨계 반도체층은 성장 기판 상에서 화학 기상 증착 장비를 이용하여 성장된다. 사파이어 기판과 같은 웨이퍼가 웨이퍼 캐리어에 배치되어 고온 가열이 가능한 챔버 내에 장착되며, 500~1200℃의 온도에서 소스 가스들이 챔버 내에 도입되어 질화갈륨계 에피층들이 기판 상에 성장된다. 웨이퍼 캐리어는 또한 기판을 수용하는 포켓을 갖고 있다. 통상적으로 웨이퍼 캐리어는 복수의 포켓을 가지며, 따라서 복수의 웨이퍼가 웨이퍼 캐리어에 배치되어 한 번의 증착 공정을 통해 복수의 웨이퍼 상에 동일한 에피층을 동시에 성장시킬 수 있다.
도 1은 종래의 웨이퍼 캐리어(10)를 설명하기 위한 평면도이고, 도 2는 도 1의 절취선 A-A를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 웨이퍼 캐리어(10)는 캐리어 하부면(10l), 캐리어 상부면(10u), 캐리어의 상부면(10u)으로 둘러싸인 포켓(17), 및 캐리어의 하부면(10l)으로 둘러싸인 스핀들 수용홈(19)을 구비한다. 상기 포켓(17)은 바닥면(13)을 포함하며, 웨이퍼(도시하지 않음)는 포켓(17) 내에 배치된다. 바닥면의 끝단에는 림(rim, 도시하지 않음)이 형성되고, 웨이퍼는 림 상에 놓여 바닥면(13)으로부터 이격될 수도 있다. 림의 상부면(15u)은 캐리어 본체(10)의 상부면(10u)보다 아래에 위치한다.
한편, 스핀들 수용홈(19)은 캐리어(10)의 하부면(10l)측에 형성된다. 캐리어(10)는 챔버 내에서 스핀들 상에 배치되며, 이때, 상기 캐리어 수용홈(19)이 스핀들을 수용한다. 구동 시, 스핀들의 회전에 의해 캐리어(10)가 회전된다.
한편, 상기 캐리어(10)는 히터(도시하지 않음) 상부에 배치되며, 히터에 의해 가열된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 캐리어(10)는 복수의 포켓(17)을 가질 수 있다. 현재 사용되고 있는 캐리어(10)는 2인치, 4인치, 6인치 또는 8인치 웨이퍼를 탑재하기 위한 것이다. 예를 들어, 현재 사용되고 있는 8인치 웨이퍼 캐리어는 도 1에 도시한 바와 같이, 8인치 웨이퍼 3개를 배치할 수 있도록 3개의 포켓(17)을 가지고 있다.
포켓들(17)은 스핀들 수용홈(19)을 중심으로 균일한 간격으로 방사상으로 배치되어 있다. 스핀들 수용홈(19)은 캐리어(10)가 스핀들 상에 안정하게 배치될 수 있도록 충분한 깊이 및 너비를 가져야 한다. 특히, 스핀들 수용홈(19)의 깊이가 작을 경우, 대략 1000rpm으로 회전하는 캐리어(10)가 스핀들로부터 이탈할 수도 있다.
상기 캐리어(10)는 화학 기상 증착 장비의 챔버 내에 탑재될 수 있는 크기를 가진다. 캐리어(10)의 구경은 대략 50cm 미만인 것이 사용되고 있는데, 캐리어(10)의 크기는 챔버 크기에 의해 제한된다.
현재 질화갈륨계 화합물 반도체의 에피 성장에 널리 사용되고 있는 사파이어 기판은 대구경화 추세에 있으며, 현재 12인치 웨이퍼에 대한 연구가 진행 중이다. 그러나 웨이퍼의 대구경화 추세를 뒷받침하기 위해서는 화학 기상 증착 장비의 규격에 맞는 대구경 웨이퍼용 웨이퍼 캐리어가 필수적이다.
그런데, 종래의 캐리어(10)를 이용하여 12인치 웨이퍼를 탑재하기 위한 포켓을 만들 경우, 포켓(17)이 스핀들 수용홈(19) 상부에 형성되어야 하며, 이에 따라, 포켓(17)과 스핀들 수용홈(19) 사이의 간격이 너무 작거나 이들이 연통될 수 있다. 따라서, 종래의 캐리어(10) 두께로는 12인치 웨이퍼를 배치하기 위한 포켓을 형성할 수 없다.
한편, 스핀들 수용홈(19)과 포켓을 형성하기 위해 캐리어(10)의 두께를 증가시킬 수 있으나, 캐리어(10)의 전체 두께가 증가함에 따라 캐리어의 전체 무게가 증가되어 에피 성장 공정 수행이 어려워진다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 화학 기상 증착 장치에서 사용되는 웨이퍼 캐리어의 전체 두께를 증가시키지 않고도 충분한 깊이의 스핀들 수용홈을 가지는 웨이퍼 캐리어를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 스핀들 수용홈 상부에 포켓을 가지는 대구경 웨이퍼용 웨이퍼 캐리어를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 화학 기상 증착 장치에서 12인치 이상의 대구경 웨이퍼를 지지할 수 있는 웨이퍼 캐리어를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 캐리어는, 화학 기상 증착 장치에서 웨이퍼를 지지하기 위한 것으로, 캐리어 하부면; 캐리어 상부면; 상기 캐리어 하부면에서 아래로 돌출된 돌출부; 상기 캐리어 상부면으로 둘러싸인 포켓; 및 상기 캐리어 하부면으로 둘러싸인 스핀들 수용홈을 포함하되, 상기 돌출부는 상기 캐리어 하부면으로 둘러싸이며, 상기 스핀들 수용홈에 인접하여 배치된다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 스핀들 수용홈 근처에 돌출부를 배치함으로써 웨이퍼 캐리어의 전체 두께를 증가시키지 않고도 충분한 깊이의 스핀들 수용홈을 형성할 수 있다. 이에 따라, 스핀들 수용홈 상부에 포켓을 배치한 웨이퍼 캐리어를 제공할 수 있으며, 따라서, 웨이퍼 캐리어의 전체 크기를 증가시키지 않고도 12인치 이상의 웨이퍼를 장착할 수 있는 웨이퍼 캐리어를 제공할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 웨이퍼 캐리어를 설명하기 위한 개략적인 부분 단면도이다.
도 2는 도 1의 절취선 A-A를 따라 취해진 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 캐리어를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 4는 도 3의 절취선 A-A를 따라 취해진 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 돌출부의 다양한 형상을 설명하기 위한 개략적인 평면도들이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 그리고, 도면에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따르며, 화학 기상 증착 장치에서 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 캐리어가 제공된다. 이 웨이퍼 캐리어는, 캐리어 하부면; 캐리어 상부면; 상기 캐리어 하부면에서 아래로 돌출된 돌출부; 상기 캐리어 상부면으로 둘러싸인 포켓; 및 상기 캐리어 하부면으로 둘러싸인 스핀들 수용홈을 포함하되, 상기 돌출부는 상기 캐리어 하부면으로 둘러싸이며, 상기 스핀들 수용홈에 인접하여 배치된다.
상기 스핀들 수용홈은 상기 포켓 하부에 위치할 수 있다. 즉, 상기 스핀들 수용홈은 상기 포켓에 중첩될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 스핀들 수용홈 근처에 돌출부를 형성함으로써, 스핀들 수용홈과 포켓 사이에 충분한 두께의 캐리어 부분을 남기면서 스핀들 수용홈의 깊이를 충분히 확보할 수 있다.
나아가, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 상기 포켓의 구경은 웨이퍼 캐리어 구경의 1/2을 초과할 수 있다. 이 경우, 스핀들 수용홈은 반드시 포켓과 중첩된다.
몇몇 실시예들에 있어서, 포켓의 구경은 웨이퍼 캐리어 구경의 1/2 미만일 수 있으며, 이 경우에도 포켓이 스핀들 수용홈 상부에 배치될 수 있다.
한편, 상기 스핀들 수용홈은 상기 캐리어의 중심 및 상기 포켓의 중앙에 위치할 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼 캐리어의 무게 중심에 스핀들 수용홈을 배치할 수 있다.
한편, 상기 돌출부는 상기 캐리어의 중앙 영역에 배치되며, 대칭 구조를 가질 수 있다. 상기 돌출부는 거울면 대칭일 수 있으며, 나아가 점대칭일 수도 있다.
또한, 상기 돌출부는 링 형상을 가질 수 있다. 상기 링 형상은 원형 링 형상 뿐만 아니라 사각 링 형상일 수도 있다.
나아가, 상기 스핀들 수용홈의 일측에서의 돌출부의 최대 폭은 상기 스핀들 수용홈 구경의 0.5배 내지 1배 범위 내일 수 있다. 돌출부의 폭을 이 범위 내로 제한함으로써 스핀들을 충분히 보유하면서 웨이퍼 캐리어의 무게 증가를 최소화할 수 있다.
한편, 상기 돌출부의 두께는 상기 포켓의 최대 깊이와 같거나 그보다 클 수 있다. 나아가, 상기 돌출부의 두께와 상기 포켓의 최대 깊이의 차이는 상기 포켓의 최대 깊이의 10% 이하일 수 있다.
한편, 상기 포켓은 원형일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 부채꼴 또는 다각형 형상을 가질 수도 있다.
이하, 본 발명의 실시예들에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 캐리어(20)를 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 4는 도 3의 A-A를 따라 취해진 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 웨이퍼 캐리어(20)는 캐리어 하부면(20l), 캐리어 상부면(20u), 포켓(27), 스핀들 수용홈(29) 및 돌출부(31)를 포함한다. 포켓(27)은 바닥면(23), 림(25) 및 측벽(27a)로 둘러싸일 수 있다.
캐리어 상부면(20u)은 대체로 평평한 면일 수 있다. 포켓(27)은 캐리어 상부면(20u)으로 둘러싸인다. 일반적으로, 캐리어(20)는 복수의 포켓(27)을 포함하나, 단 하나의 포켓(27)을 포함할 수 있다. 특히, 포켓(27)의 구경 혹은 폭은 캐리어(20)의 구경의 1/2을 초과할 수 있으며, 따라서 캐리어에 단 하나의 포켓(27)만이 형성될 수 있다. 예컨대, 캐리어(20)는 50cm 이하일 수 있으며, 포켓(27)은 12인치(~30cm) 웨이퍼를 장착할 수 있는 크기를 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이들 크기에 한정되는 것은 아니며, 캐리어(20)의 크기는 더 커질 수도 있다. 또한, 포켓(27)의 구경이 캐리어(20)의 구경의 1/2 이하일 수도 있다.
한편, 포켓(27)은 웨이퍼 형상과 유사한 형상을 가진다. 예를 들어, 포켓(27)은 도시한 바와 같이 원형일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 반원형일 수도 있고, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 등 다각형 형상일 수도 있다.
포켓(27)의 바닥면(23)은 오목한 형상을 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 실질적으로 평평할 수도 있다.
림(25)은 바닥면(23)을 둘러싸며, 바닥면(23)의 가장자리를 따라 배치된다. 림(25)은 바닥면(23)의 가장자리에서 상향으로 이어지는 측벽과 웨이퍼(W)가 안착되는 상부면을 포함한다. 림(25)의 상부면은 캐리어 상부면(20u)보다 아래에 위치한다. 한편, 상기 림(25)에서 캐리어 상부면(20u)까지의 높이는 웨이퍼(W)의 두께와 대체로 유사할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
캐리어 하부면(20l)은 돌출부(31) 및 스핀들 수용홈(29)을 제외한 영역에서 도시한 바와 같이 실질적으로 평평할 수 있다. 따라서, 캐리어 아래에 위치하는 히터(도시하지 않음)로부터 캐리어 하부면(20l)의 거의 전 영역에 걸쳐 균일하게 열이 도달될 수 있다.
스핀들 수용홈(29)은 캐리어 하부면(20l)으로 둘러싸인다. 스핀들 수용홈(29)은, 캐리어(20)가 화학 기상 증착 장치의 챔버 내에 장착될 때, 스핀들을 수용한다. 스핀들의 회전에 의해 웨이퍼가 회전된다. 스핀들 수용홈(29)은 입구 영역이 내부 영역보다 상대적으로 넓은 폭을 갖도록 형성된다. 또한, 스핀들 수용홈(29)의 내벽은 스핀들에 의한 마모를 방지하기 위해 특수 코팅 처리될 수 있다.
스핀들 수용홈(29)은 포켓(27)의 하부에 위치할 수 있다. 즉, 스핀들 수용홈(29)은 포켓(27)과 중첩할 수 있다. 다만, 스핀들 수용홈(29)과 포켓(27) 사이에는 캐리어(20) 부분이 잔류한다. 나아가, 스핀들 수용홈(29)은 캐리어(20)의 무게 중심에 위치할 수 있다.
한편, 상기 스핀들 수용홈(29)에 인접하여 돌출부(31)가 배치된다. 돌출부(31)는 스핀들 수용홈(29)과 캐리어 하부면(20l) 사이에 위치한다. 도 5(a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 돌출부(31)가 스핀들 수용홈(29)을 둘러쌀 수 있다. 돌출부(31)는 도 5(a)에 도시한 바와 같이 원형 링 형상일 수 있으며, 또는 도 5(b)에 도시한 바와 같이 사각 링 형상일 수 있다. 이와 달리, 돌출부(31)는 도 5(c) 및 (d)에 도시한 바와 같이 스핀들 수용홈(29) 주위에 나뉘에 배치될 수 있다. 복수의 돌출부(31) 사이에 캐리어 하부면(20l)이 배치된다. 따라서, 스핀들 수용홈(29)은 복수의 돌출부(31)와 캐리어 하부면(20l)에 접하게 된다.
돌출부(31)는 대칭 구조를 갖는다. 도 5(a)와 같이 점대칭 구조를 가질 수도 있도, 도 5(b)에 도시한 바와 같이 90도 회전 대칭 구조를 가질 수도 있다. 또한, 도 5(c) 및 (d)에 도시한 바와 같이 거울면 대칭 구조를 가질 수도 있다. 이러한 대칭 구조는 스핀들 수용홈(29)을 캐리어(20)의 무게 중심에 배치할 수 있도록 돕는다.
한편, 스핀들 수용홈(29)의 일측에서의 돌출부(31)의 최대 폭은 스핀들 수용홈(29) 구경의 0.5배 이상일 수 있다. 이에 따라, 돌출부(31)를 견고하게 형성하여 스핀들을 안정하게 보유할 수 있다. 한편, 스핀들 수용홈(29)의 일측에서의 돌출부(31)의 최대 폭은 스핀들 수용홈(29) 구경의 1배 이하일 수 있다. 이 범위 내에서 돌출부(31)에 의해 캐리어(20)가 무거워지는 것을 최소화할 수 있다.
한편, 돌출부(31)의 두께는 포켓(27)의 최대 깊이와 같거나 그보다 클 수 있다. 이에 따라, 포켓(27)의 깊이만큼 돌출부(31)가 두껍게 형성되기 때문에, 포켓(27)의 영향 없이 스핀들 수용홈(29)의 깊이를 확보할 수 있다.
나아가, 돌출부(31)의 두께와 포켓(27)의 최대 깊이의 차이는 포켓(27)의 최대 깊이의 10% 이하일 수 있다. 이에 따라, 돌출부(31)가 불필요하게 두꺼워져 캐리어(20) 무게가 증가하는 것을 억제할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 스핀들 수용홈(29) 주위에 돌출부(31)를 배치함으로써 스핀들 수용홈(29)의 깊이를 충분히 크게 할 수 있다.
본 실시예에 따른 웨이퍼 캐리어(20)는 특히, 금속 유기화학 기상 증착 장비에서 웨이퍼를 지지하기 위해 사용될 수 있다.
캐리어(20)는 동일 재료로 일체로 형성될 수 있는데, 예를 들어 그래파이트를 가공하여 형성할 수 있다. 또한, 그래파이트 몸체에 SiC 등이 코팅될 수 있다.
이상에서 다양한 실시예들에 대해 설명하였지만, 특정 실시예에서 설명된 구성요소는 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 다른 실시예에도 적용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 화학 기상 증착 장치에서 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 캐리어에 있어서,
    캐리어 하부면;
    캐리어 상부면;
    상기 캐리어 하부면에서 아래로 돌출된 돌출부;
    상기 캐리어 상부면으로 둘러싸인 포켓; 및
    상기 캐리어 하부면으로 둘러싸인 스핀들 수용홈을 포함하되,
    상기 돌출부는 상기 캐리어 하부면으로 둘러싸이며, 상기 스핀들 수용홈에 인접하여 배치된 웨이퍼 캐리어.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스핀들 수용홈은 상기 포켓 하부에 위치하는 웨이퍼 캐리어.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 포켓의 구경은 웨이퍼 캐리어 구경의 1/2을 초과하는 웨이퍼 캐리어.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 스핀들 수용홈은 상기 캐리어의 중심 및 상기 포켓의 중앙에 위치하는 웨이퍼 캐리어.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 캐리어의 중앙 영역에 배치되고, 대칭 구조를 가지는 웨이퍼 캐리어.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 돌출부는 링 형상을 가지는 웨이퍼 캐리어.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 스핀들 수용홈의 일측에서의 돌출부의 최대 폭은 상기 스핀들 수용홈 구경의 0.5배 내지 1배 범위 내인 웨이퍼 캐리어.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 돌출부의 두께는 상기 포켓의 최대 깊이와 같거나 그보다 큰 웨이퍼 캐리어.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 돌출부의 두께와 상기 포켓의 최대 깊이의 차이는 상기 포켓의 최대 깊이의 10% 이하인 웨이퍼 캐리어.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 포켓은 원형, 부채꼴 또는 다각형 형상을 가지는 웨이퍼 캐리어.
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