KR20190001371U - 33-포켓 구성을 갖는 웨이퍼 캐리어 - Google Patents

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라스코브스키 율리
데쉬판드 만다
그레리 알렉산더
크리스낭 산딥
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비코 인스트루먼츠 인코포레이티드
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Abstract

33개의 포켓들이 상부 표면에 배열된 웨이퍼 캐리어가 개시된다.

Description

33-포켓 구성을 갖는 웨이퍼 캐리어{WAFER CARRIER WITH A 33-POCKET CONFIGURATION}
본 고안은 일반적으로 반도체 제고 기술에 에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 공정 및 공정 중 반도체 웨이퍼를 유지할 수 있는 관련 장치이다.
발광 다이오드(LED) 및 레이저 다이오드, 광학 검출기 및 전계 효과 트랜지스터와 같은 고성능 소자의 제조에 있어서, 화학 기상 증착(CVD) 공정이, 사파이어 또는 실리콘 기판 상에 갈륨 질화물과 같은 물질을 이용하여 박막 적층 구조를 성장시키기 위하여 일반적으로 이용된다. CVD 장비는, 공급된 가스가 기판(웨이퍼 형태를 일반적으로 가짐) 상에서 반응하여 박막을 형성하기 위한 밀폐된 환경을 제공하는 공정 챔버를 포함한다. 현재 생산 라인에서 상기 제조 장비는, 뉴욕 플레인뷰에 소재하는 비코 인스트루먼트社 (Veeco Instruments Inc.)사가 제조하는 금속 유기 CVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD) 시스템의 TurboDisc?? 및 EPIK?? 계열이다.
온도, 압력, 가스 유속과 같은 복수의 공정 변수들이 조절되어, 원하는 결정 성장을 확보한다. 서로 다른 층들이, 물질 및 공정 변수들을 변경함으로써 성장될 수 있다. 예를 들면, Ⅲ-Ⅴ족 반도체들과 같은 화합물 반도체로부터 형성된 소자들은 MOCVD를 이용하는 화합물 반도체의 연속적인 층들을 성장시킴으로써 제조될 수 있다. 이러한 공정에 있어서, 웨이퍼들은, 웨이퍼가 상승된온도에서 유지되는 동안 웨이퍼의 표면 상으로 흐르는 Ⅲ족 금속 소스로서 금속 유기 화합물과 V족 금속의 소스를 포함하는 가스들의 조합에 노출된다. 일반적으로, 금속 유기 화합물 및 V족 소스는 질소와 같이, 반응에 참가하지 않는 캐리어 가스와 혼합된다. 예를 들면, Ⅲ-Ⅴ족 반도체는 갈륨 질화물일 수 있으며, 이는 사파이어 웨이퍼와 같이 적절한 결정 격자 상수를 갖는 기판 상에 유기 갈륨 화합물 및 암모니아 간의 반응에 의하여 형성될 수 있다. 상기 웨이퍼는, 갈륨 질화물 및 관련 화합물의 증착 동안 1,000 내지 1,100˚C 범위의 온도로 흔히 유지된다.
MOCVD 공정에서, 기판 표면 상의 화학 반응에 의하여 결정 성장이 이루어지며, 공정 변수들이 특별하게 제어됨으로써 화학 반응이 요구되는 조건 하에서 확실히 수행될 수 있다. 상기 공정 조건들에서의 작은 변화가 소자 특성 및 생산율에 나쁜 영향을 끼칠 수 있다. 예를 들면, 갈륨 및 인듐 질화층이 증착될 경우, 웨이퍼 표면 온도에서의 변화가, 증착층의 조성 및 밴드갭에서의 변화를 야기할 수 있다. 인듐이 상대적으로 높은 기상 압력을 가지기 때문에, 증착층은 낮은 비율의 인듐을 가지며, 표면 온도가 더 큰 웨이퍼 영역에서 더 큰 밴드갭을 가진다. 증착층이 액티브일 경우, 발광 다이오드 구조의 발광층 및 웨이퍼로부터 형성된 발광 다이오드의 발광 파장이 허용될 수 없을 정도로 변할 수 있다.
MOCVD 공정 챔버에 있어서, 박막층들이 형성될 반도체 웨이퍼들은 웨이퍼 캐리어로서 급속 회전 캐로젤(carousel) 상에 위치하여, 반도체 물질의 증착을 위한 반응 챔버 내에서 이들 표면들이 해당 분위기에 노출될 수 있도록 한다. 회전 속도는 1,000 rpm 의 속도에 해당한다. 웨이퍼 캐리어들은, 그라파이트와 같은 높은 열 전도도성 물질로 이루어지도록 가공되며, 실리콘 카바이드와 같은 보호층으로 종종 코팅된다. 각 웨이퍼 캐리어는 상부 표면에 원형 오목부 또는 포켓을 가짐으로써, 개별 웨이퍼들이 그 안에 안착될 수 있도록 한다. 일반적으로, 웨이퍼들은, 각 포켓의 바닥 표면 내에 이격된 관례로 지지됨으로써, 상기 가스가 웨이퍼의 가장자리를 둘러싸도록 흐를 수 있다. 관련 기술에 관하여, 미국특허출원공개번호 제 2012/0040097호, 미국특허 제8,092,599호, 미국특허 제8,021,487호, 미국특허출원공개번호 2007/0186853호, 미국특허 제6,902,623호, 미국특허 제6,506,252호 및 미국특허 제6,492,625호에 개시되어 있으며, 여기서 개시된 내용은 참조될 수 있다.
웨이퍼 캐리어는, 반응 챔버 내에서 스핀들 상에 지지됨으로써, 웨이퍼의 노출면을 갖는 웨이퍼 캐리어의 상부 표면이 가스 분배 장치를 향하도록 한다. 상기 스핀들이 회전하는 동안, 가스는 웨이퍼 캐리어의 상부 표면으로 하방으로 유도된다. 사용된 가스는 웨이퍼 캐리어의 하방에 배치된 포트를 통하여 반응 챔버로부터 배기된다. 상기 웨이퍼 캐리어는, 상기 웨이퍼 캐리어의 바닥 표면 아래에 배치된 가열 소자, 예를 들면 전기 저항성 가열 소자에 의하여 소정의 상승된 온도로 유지된다. 상기 가열 소자들은, 웨이퍼 표면의 소정 온도 이상의 온도로 유지되는 반면에, 가스 분배 장치는, 상기 소정의 반응 온도 이하의 온도로 유지됨으로써, 가스의 지나치게 이른 반응을 억제한다. 따라서, 열은, 상기 가열 소자로부터 상기 웨이퍼 캐리어의 바닥 표면으로 전달되어, 상기 웨이퍼 캐리어를 통하여 개별 웨이퍼를 향하여 상방으로 흐른다.
각 웨이퍼의 방사 위치에 따라, 상기 웨이퍼 상의 가스 유속은 변화되어, 최외각 위치의 웨이퍼들이, 회전에 의한 더 빠른 속도에 의하여 더 큰 유속에 노출된다. 심지어 각 웨이퍼 상에 온도 분균일도, 즉, 차가운 위치 및 뜨거운 위치가 존재할 수 있다. 온도 분균일도의 형성에 영향을 미치는 변수들 중 하나는, 웨이퍼 캐리어 내의 포켓의 형상일 수 있다. 일반적으로 포켓 형상은, 웨이퍼 캐리어의 표면 내에 원주형을 이룰 수 있다. 웨이퍼 캐리어가 회전함으로써, 상기 웨이퍼들은 최외각 에지에서 원심력을 실질적으로 받을 수 있음으로써, 상기 웨이퍼가 웨이퍼 캐리어 내에 각 포켓의 내벽에 대하여 압력을 받을 수 있다. 이런 상태에서, 상기 웨이퍼들의 최외각 에지 및 포켓 에지 간의 본질적인 컨택(intimate contact)이 있다. 상기 웨이퍼의 최최각부에서의 증대된 열 전도는, 더 큰 온도 불균일도를 야기함으로써, 상술한 문제들을 더욱 악화시킬 수 있다. 상기 웨이퍼 에지 및 상기 포켓의 내벽 사이의 갭을 더욱 크게 함으로써 온도 분균일도을 최소화하려는 노력으로서, 에지부를 평탄하게 한 웨이퍼(즉, 플랫 웨이퍼)를 설계하는 것이 제안되고 있다. 상기 웨이퍼의 평탄부는, 갭을 형성함으로써 포켓의 내벽과 컨택하는 부분을 감소시킴으로써, 온도 불균일도를 완화할 수 있다. 웨이퍼 캐리어에 유지되는 웨이퍼에 걸쳐 온도 분균일도에 영향을 미치는 다른 요인으로서, 웨이퍼 포켓의 레이아웃과 결합되어, 웨이퍼 캐리어의 열 전달 및 열 방출 특성이 있다.
온도 균일도와 더불어, 웨이퍼 캐리어의 다른 주요 특성은 CVD 공정의 효율을 개선하는 것이다. 상기 공정 효율을 개선하는 데에 있어서 웨이퍼 캐리어의 역할은 더 많은 수의 개별 웨이퍼를 유지하는 것이다. 더 많은 웨이퍼를 유지할 수 있는 웨이퍼 캐리어는 열 모델에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들면, 상기 에지에 인접한 웨이퍼 캐리어의 부분들은, 상기 웨이퍼 캐리어의 에지로부터 열 손실에 의하여 다른 부분들보다 낮은 온도일 수 있다.
따라서, 고밀도 레이아웃에서 온도 균일도 및 기계적인 강도를 갖는 웨이퍼 캐리어가 실질적인 해결책으로 요구되고 있다.
본 고안의 일 실시예에 따른 화학적 기상 증착 장치에 이용되도록 구성된 웨이퍼 캐리어로서, 상기 웨이퍼 캐리어는, 서로 대향하도록 구비된 상부 표면 및 하부 표면을 갖는 몸체; 및 상기 웨이퍼 캐리어의 상기 상부 표면에 정의되는 복수의 포켓들을 포함하고, 상기 복수의 포켓들은 전체적으로 33개의 포켓들로 구성되며, 상기 포켓들 각각은 중심 원, 중간 원 또는 외각 원 중 하나를 따라 배열되며, 상기 중심 원은 상기 중간 원 및 상기 외각 원에 대하여 비대칭적으로 배열된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 캐리어.
본 고안의 일 실시예에 있어서, 상기 복수의 포켓들 중 5개는 상기 3개의 원들 중 제1 원을 따라 배열되고, 상기 복수의 포켓들 중 11개는 상기 3개의 원들 중 제2 원을 따라 배열되고, 상기 복수의 포켓들 중 17개는 상기 3개의 원들 중 제3 원을 따라 배열될 수 있다. 여기서, 상기 제1 원은 상기 제2 원에 의하여 둘러싸여지고, 상기 제2 원은 상기 제3원에 의하여 둘러싸여질 수 있다.
본 고안의 일 실시예에 있어서, 상기 상부 표면은 675 mm의 직경을 가질 수 있다.
본 고안의 일 실시예에 있어서, 상기 상부 표면은 695 mm의 직경을 가질 수 있다.
본 고안의 일 실시예에 있어서, 상기 상부 표면은 705 mm의 직경을 가질 수 있다.
본 고안의 일 실시예에 있어서, 상기 상부 표면은 716 mm의 직경을 가질 수 있다.
본 고안의 일 실시예에 있어서, 상기 상부 표면은 720 mm의 직경을 가질 수 있다.
본 고안의 일 실시예에 있어서, 상기 복수의 포켓들 각각은 100 mm의 포켓 직경을 가질 수 있다.
본 고안의 일 실시예에 있어서, 상기 복수의 포켓들 각각은 760 mm의 깊이를 갖는 방사형 벽을 포함할 수 있다.
본 고안의 일 실시예에 따른 웨이퍼 캐리어는 상기 하부 표면에 배열된 잠금 구조를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 잠금 구조는 상기 하부 표면의 기하학적 중심에 배열될 수 있다. 또한, 상기 잠금 구조는 스플라인, 척 또는 절삭된 피팅(keyed fitting)로부터 선택될 수 있다.
본 고안의 일 실시예에 있어서, 상기 상부 표면 및 상기 하부 표면 각각은 직경을 가지며, 상기 상부 표면의 직경이 상기 하부 표면의 직경보다 클 수 있다.
웨이퍼 캐리어는, 포켓의 새로운 배열을 포함한다. 여기서 개시된 배열은, 원형 웨이퍼의 성장을 위한 포켓의 더 큰 패킹 밀도 및 열전달을 가능하게 한다.
본 고안은 후술하는 도면을 참고로 본 고안의 여러 실시예들을 상술한 명세서에서 설명하기로 한다.
도 1은, 본 고안의 실시예에 따른 MOCVD 공정 챔버의 개략적인 구성도이다.
도 2는, 본 고안의 일 실시예에 따른 33-포켓 구성을 갖는 웨이퍼 캐리어의 사시도이다.
도 3은, 본 고안의 일 실시예에 따른 33-포켓 구성을 갖는 웨이퍼 캐리어의 평면도이다.
도 4는, 본 고안의 일 실시예에 따른 33-포켓 구성을 갖는 웨이퍼 캐리어의 측면도이다.
도 5는, 본 고안의 일 실시예에 따른 33-포켓 구성을 갖는 웨이퍼 캐리어의 저면도이다.
도 6은, 보 고안의 일 실시예에 따른 사시도로부터 하나의 포켓을 나타내도록 33-포켓 구성을 갖는 웨이퍼 캐리어의 일부를 도시한 상세도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 고안의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 고안은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 고안을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 고안의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 고안의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 실용신안의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 고안을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은, 본 고안의 실시예에 따른 화학 기상 증착 장치를 나타낸다. 반응 챔버(10)는 공정 공간을 정의한다. 가스 분배 소자(12)는 상기 챔버의 일 단에 배열된다. 가스 분배 소자(12)를 갖는 일 단은 상기 반응 챔버(10)의 상단으로 정의된다. 상기 챔버의 일 단은, 중력계에서의 챔버 상부에 배치된다. 따라서, 여기서 이들 방향이 중력의 상방 및 하방으로 정렬되는지 불문하고, 하방은 상기 가스 분배 소자(12)로부터 이격된 방향으로 정의되는 반면에, 상방은 챔버 내에서 상기 가스 분배 소자(12)를 향하는 방향으로 정의된다. 유사하게, 구성 요소들의 탑(top) 및 바텀(bottom) 표면은 반응 챔버(10) 및 가스 분배 소자(12) 간의 상대적인 위치를 기준으로 기술된다.
상기 가스 분배 소자(12)는, 금속 유기 화합물 및 V족 금속의 소스로서 웨이퍼 처리 공정에 이용되는 반응 가스 및 캐리어 가스와 같은 공정 가스를 공급하기 위한 소스들(14, 16 및 18)에 연결된다. 가스 분배 소자(12)는 여러 가스들을 전달받아 하방으로 공정 가스의 흐름을 유도하도록 배열된다. 상기 가스 분배 소자(12)는, 동작 중 가스 분배 소자(12)의 온도를 특정 온도로 유지하기 위하여 가스 분배 소자(12)에 흐르도록 액체를 순환시키도록 배열된 냉각 시스템(20)에 또한 연결된다. 유사한 냉각 유닛(미도시)이 상기 반응 챔버(10)의 벽을 냉각시키기 위하여 제공될 수 있다. 반응 챔버(10)는, 챔버의 바닥 또는 그 근처의 포트(미도시)를 통하여 챔버(10) 내부를 통하여 반응후 가스를 제거하기 위하여 구비된 배기 시스템(22)을 구비함으로써, 가스 분배 소자(12)로부터 하방으로 가스 흐름을 연속적으로 이룰 수 있다.
스핀들(24)은 챔버(10) 내에 배열되어 스핀들(24)의 중심축(26)이 상방 및 하방으로 [0034] 연장된다. 스핀들(24)은 베어링 및 밀봉재(미도시)를 이용하는 종래의 회전식 관통 장치(rotary pass-through device)에 의하여 챔버에 장착되어 스핀들(24)이 중심축(26)을 중심으로 회전하면서, 스핀들(24) 및 반응 챔버(10)의 벽 사이의 밀봉이 유지된다. 상기 스핀들(24)은 탑, 즉 가스 분배 장치(12)에 인접하는 스핀들의 단부에 피팅(fitting; 30)을 포함한다. 아래와 설명한 것과 같이, 피팅(30)은 상기 웨이퍼 캐리어에 이탈가능하게 개재되도록 적용된 웨이퍼 캐리어 유지 구조의 일 예이다. 기술된 특정 실시예에 있어서, 피팅(30)은 스핀들의 상단부(top end)를 향하여 테이퍼링되고 평탄한 탑 상부 표면에서 종단되는 절단된 원뿔 형상 소자에 해당한다. 상기 절단된 원뿔 소자는 원뿔의 절두체(frustum) 형상을 갖는 소자이다. 스핀들(24)은 전기 모터 드라이버와 같은 회전 드라이브 구조(32)에 연결되어 상기 중심축(26)에 대하여 스핀들(24)을 회전시키도록 구비된다.
피팅(30)은, 다른 수많은 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 정사각형 또는 둥근 정사각형, 일련의 기둥, 1 : 1 이외의 종횡비를 갖는 타원형 또는 다른 둥근 형상, 삼각형과 같은 단부를 갖는 스핀들(24)이 매칭 피팅(30)에 삽입될 수 있다. 스핀들(24)과 피팅 (30) 사이에 다양한 다른 키잉(keyed), 스플라인(splined) 또는 인터로킹(interlocking) 장치가 사용될 수 있으며, 이들은 구성 요소들 간의 회전 결합을 유지하고 바람직하지 않은 미끄러짐을 방지한다. 실시예에 있어서, 어느 구성 요소의 예상되는 열팽창 또는 수축량에도 불구하고 피팅(30)과 스핀들(24) 사이의 원하는 수준의 회전 결합을 유지하는 키잉 (keyed), 스플라인 (splined) 또는 인터 로킹 장치가 사용될 수 있다.
히팅 소자(34)는 챔버 내에 장착되어 피팅(30) 아래의 스핀들(24)을 감싸도록 구비된다. 반응 챔버(10)는 또한 곁방(antechamber; 38)으로 이르는 출입구(36) 및 상기 출입구를 개폐하는 도어(40)를 포함한다. 도어(40)는 도 1에서 단지 개략적으로 도시되어 있으며, 도어가 곁방(38)로부터 상기 반응 챔버(10)의 내부를 격리시키도록 실선으로 도시된 폐쇄 위치 및 파선(40')으로 도시된 개방 위치 사이에 이동 가능하게 구비된다. 도어(40)는 적당한 컨트롤 및 액츄에이션 구조를 구비함으로써 상기 개방 위치 및 폐쇄 위치 사이에서 이동 가능하다. 실제로, 도어는 상방 및 하방으로 이동가능하게 구비된 셔터를 포함할 수 있으며, 이는, 예를 들면, 미국특허 제7,276,124호에서 참고적으로 개시되어 있다. 도1에 도시된 장치는 곁방(38)에서부터 챔버로 웨이퍼 캐리어를 이동시키고 구동 조건에서 웨이퍼 캐리어를 스핀들(24)에 장착시킬 수 있으며 나아가 스핀들(24)로부터 해제된 웨이퍼 캐리어를 곁방(38)으로 이동시킬 수 있는 로딩 구조(미도시)를 더 포함할 수 있다.
또한, 장치는 복수의 웨이퍼 캐리어를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 구동 조건에서, 제1 웨이퍼 캐리어(42)는 구동 조건에서 반응 챔버(10) 내부에 배치되는 반면에, 제2 웨이퍼 캐리어(44)는 곁방(38) 내에 위치한다. 각각의 웨이퍼 캐리어는 중심축을 갖는 원형 디스크의 형태인 바디(46)를 포함한다(도 2 참조). 바디(46)는 축에 대하여 대칭으로 형성된다. 구동 조건에서, 상기 웨이퍼 캐리어 바디의 축은 스핀들(24)의 중심축(26)과 일치한다. 바디(46)는 단일 조각 또는 복수의 조각이 결합된 형태로 형성될 수 있다. 예를 들면, 본원의 참조 문헌으로서 미국특허공개번호 제20090155028호에 개시된 것과 같이, 웨이퍼 캐리어 바디는 중심축을 둘러싸는 바디의 작은 영역(small region) 및 디스크 형상의 바디의 나머지로 정의되는 넓은 영역(large region)을 구비하는 허브를 포함한다. 바디(46)는 공정을 오염시키지 않으면서 공정에서 적용되는 온도를 견딜 수 있는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 디스크의 넓은 영역은 그라파이트, 실리콘 카바이드 또는 다른 내화성 물질과 같은 물질로 대략적으로 도는 전체적으로 형성될 수 있다. 바디(46)는 상호 평행하게 연장되며, 디스크의 중심축에 대하여 전체적으로 수직한 평탄한 상부면(48) 및 하부면(52)을 포함한다. 바디(46)는, 복수의 웨이퍼들을 유지하도록 채택된 단수 또는 복수의 웨이퍼-홀딩 기능을 가진다.
구동 중에, 사파이어, 실리콘 카바이드 또는 다른 결정성 기판으로부터 형성된 디스크 형상의 웨이퍼(54)는 각 웨이퍼 캐리어의 각 포켓(56) 내에 배치된다. 일반적으로, 웨이퍼(54)는 주 표면(major surfaces)의 크기에 비교하여 작은 두께를 가진다. 예를 들면, 직경이 약 2인치(50 mm)의 원형 웨이퍼 또는 직경이 약 4인치(100 mm)의 원형 웨이퍼는 770㎛ 이하의 두께를 가진다. 도 1에 도시된 바와 같이 웨이퍼(54)는 상방으로 향하는 상부 표면과 함께 배치되어 상부 표면은 웨이퍼 캐리어의 상부에서 노출된다.
일반적인 MOCVD 공정에 있어서, 웨이퍼가 로딩된 웨이퍼 캐리어는 곁방(38)에서부터 반응 챔버(10)로 로딩되어 도1에 도시된 바와 같이 구동 위치에 위치하게 된다. 상기 상태에서, 웨이퍼의 상부 표면은 상방으로, 가스 분배 소자(12)를 향하고 있다. 히팅 소자(34)가 구동하고 회전 드라이버 구조(32)가 구동하여 스핀들(24) 및 웨이퍼 캐리어(42)를 축(26) 주위를 따라 회전시킨다. 일반적으로 스핀들(24)은 분당 50 내지 1,500 회전수(rpm)를 갖는 회전 속도로 회전한다. 공정 가스 공급 유닛들(14, 16 및 18)이 구동하여 가스 분배 장치(12)를 통하여 가스를 공급한다. 가스는 웨이퍼 캐리어(42)를 향하고, 웨이퍼 캐리어(42) 및 웨이퍼(54)의 상부 표면의 위 및 웨이퍼 캐리어의 주변을 지나서 출구 및 배기 시스템(22)에 이르기 까지 하방으로 흐른다. 따라서, 웨이퍼 캐리어의 상부 표면 및 웨이퍼(54)의 상부 표면은 복수의 공정 가스 공급 유닛들에 의하여 공급되는 여러 가스들의 혼합물을 포함하는 공정 가스에 노출된다. 특히, 상부 표면에서 공정 가스는 캐리어 가스 공급 유닛(16)에 의하여 공급되는 캐리어 가스로 대부분 이루어진다. 특정한 화학 기상 증착 공정에서, 캐리어 가스는 질소로 이루어져서, 웨이퍼 캐리어의 상부 표면에서의 공정 가스는 일정량의 반응 가스 성분과 함께 질소로 대부분 이루어진다.
히팅 소자(34)는 열을 웨이퍼 캐리어(42)의 하부 표면(52)에 복사 열전달에 [0039] 의하여 전달한다. 웨이퍼 캐리어(42)의 하부 표면(52)에 인가되는 열은 웨이퍼 캐리어의 바디(46)를 통하여 웨이퍼 캐리어의 상부 표면(48)에 이르기까지 전달된다. 바디를 지나 상방으로 전달되는 열은 갭을 지나서 각 웨이퍼(54)의 하부 표면을 상방으로 지나게 된다. 열은 웨이퍼 캐리어(42)의 상부 표면(48)으로부터 또한 웨이퍼(54)의 상부 표면으로부터 공정 챔버의 차가운 소자들, 예를 들면 공정 챔버의 벽 및 가스 분배 장치(12)로 방출된다. 열은 웨이퍼 캐리어(42)의 상부 표면(48) 및 웨이퍼의 상부 표면으로부터 상기 표면들 상에 흐르는 공정 가스에 전달될 수 있다.
기술된 실시예에 있어서, 시스템은 각 웨이퍼(54)의 표면의 히팅 균일도를 결정할 수 있는 여러 가지 구성들을 포함한다. 본 실시예에 있어서, 온도 프로파일링 시스템(58)은 온도 모니터(60)로부터 온도 및 온도 모니텅링 위치 정보를 포함하는 온도 관련 정보를 수집한다. 또한, 온도 프로파일링 시스셈(58)은 회전 드라이버 구조(32)로부터 전달되는 웨이퍼 캐리어 위치 정보를 수집한다. 본 정보와 함께 온도 프로파일링 시스템(58)은 웨이퍼 캐리어(42)상의 포켓(56)의 온도 프로파일을 구성한다. 온도 프로파일은 각 포켓(56) 또는 포켓에 유지되는 웨이퍼(54)의 표면상의 온도 분포를 나타낸다.
도 2는, 본 고안의 일 실시예에 따른 33-포켓 구성을 갖는 웨이퍼 캐리어의 사시도이다. 도 3은, 본 고안의 일 실시예에 따른 33-포켓 구성을 갖는 웨이퍼 캐리어의 평면도이다. 웨이퍼 캐리어(142)는 상부 표면(148)을 갖는 바디(146) 및 그 내부에 33개의 포켓들(162)을 포함한다. 도 2 및 도 3에 도시된 실시예에서, 포켓들(162)은 3개의 원을 따라 배열된다. 최외각 원(outermost circle)은 중간 원(middle circle)과 동심원으로 배열된다. 5개의 포켓이 배열된 중심 원(center circle)은 상기 최외각 원 및 상기 중간 원에 대하여 비대칭적으로 배열된다. 이와 같은 비대칭적 배열로 인하여, 33개의 모든 포켓들(162)이 보다 가깝게 패킹될 수 있다.
방사 방향으로 가장 내부에 구비된 원에는, 5개의 포켓들(162)이 방사각으로 균일하게 이격되어 있다. 이와 유사하게, 방사 방향으로 중간원을 따라, 11개의 포켓들(162)이 방사각으로 균일하게 이격되어 있다. 방사 방향으로 최외각원을 따라, 17개의 포켓들(162)이 방사각으로 균일하게 이격되어 있다. 각 포켓들은 상부 표면(148)이 배열된 평면에 실질적으로 수직하게 연장되도록 바디(146)에 형성된 개구(aperture)에 해당한다.
도 2 및 도3에서 도시된 포켓들은 배열은 상부 표면(148) 상에 상대적으로 높은 포켓(162)의 밀도를 유지한 상태에서, 원하는 정도의 열 균일도를 제공하는 데 이점이 있다. 실시예에 있어서, 상부 표면(148)은 약 695 mm, 705 mm, 716 mm 및 약 720 mm 뿐만 아니라 675 mm의 직경을 가질 수 있다. 포켓들(162)은 이 크기에 적합하게 크기가 조절된다. 예를 들면, 포켓(162)은 약 50mm 의 직경 또는 약 100 mm의 직경을 가질 수 있다.
도 3은, 포켓들(162)이 배열된 대표적인 원들을 나타낸다. 도 3에 도시된 실시예에 있어서, 3개의 원들(R1, R2 및 R3)이 도시되어 있으며, 이들은 상호 동심원으로 상부 표면(148)의 원형 프로파일을 갖도록 서로 다른 반지름을 가질 수 있다.
도 4는, 도 2 및 도 3의 33-포켓 구성을 갖는 웨이퍼 캐리어의 측면도이다. 도 4에 도시된 도면에 따르면, 상부 표면(148) 및 하부 표면(152)의 상대적인 크기 차이가 있다. 특히, 상부 표면(148)은 도4에 도시된 바와 같이 페이지의 상부 및 하부를 향하거나, 도 2 및 도3에 도시된 도면에서 방사 방향으로 추가적으로 연장된다. 이전에 도 2 및 도 3에서 도시된 각 포켓들(162)은 상부 표면(148)로부터 하부 표면(152)을 향하여 연장된다. 하부 표면(152)은 웨이퍼 캐리어(142)에서 웨이퍼가 성장할 수 있도록 단단한 베이스를 제공한다.
도 5는 도 2 내지 도 4를 참고로 전술한 웨이퍼 캐리어(142)의 저면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이 웨이퍼 캐리어(142)는 바닥면(152)의 중심에서 잠금 구조(164)를 포함한다. 잠금 구조(164)는 도1에 전술한 스핀들(24)의 피팅(30)과 같은 또 다른 구성과 결합하도록 구비된다. 여러 실시예에 있어서, 잠금 구조(164)는 예를 들면, 스플라인, 척 또는 절삭된 피팅(keyed fitting)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 본 고안이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 여러 가지 구조들이 인접하는 구성으로부터 웨이퍼 캐리어(142)에 회전 모멘텀을 부가할 수 있음을 알 수 있을 것이다.
하부 표면(152)은 열전달이 가능하게 고안된 모든 물질일 수 있다. 전술한 바와 같이 실시예에 있어서 인접하는 열 소자(도1에 도시된 히팅 소자(34)와 같이)로부터 하부 표면(152)에 열을 전달하도록 구비된다. 여기서, 하부 표면(152)은 상대적으로 낮은 반사도를 갖는 물질일 수 있으며, 이러한 물질로 코팅될 수 있다.
웨이퍼 캐리어(142)는 그라파이트 또는 그라파이트-코팅 물질과 같이 에피택셜 [0047] 성장에 적합한 물질로 이루어질 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 웨이퍼 캐리어(142)를 이루는 물질은 원하는 결정격자 배열 또는 크기에 부합하도록 선택될 수 있다. 이와 유사하게 성장시키고자 하는 웨이퍼에 따라, 포켓들(162)이 서로 다른 크기를 가질 수 있다.
도 6은, 하나의 포켓(162)을 나타내도록 33-포켓 구성을 갖는 웨이퍼 캐리어의 일부를 도시한 상세도이다. 포켓(162)은 실질적으로 원통형인 측벽(166)을 각각 포함한다. 측벽(166)에 의해 형성된 실린더의 바닥은 기판(168)이다. 실시예에 있어서, 측벽(166)은 약 430 ㎛의 깊이를 가질 수 있다.
지금까지는 본 고안의 바람직한 실시예를 기준으로 본 고안의 기술적 사상을 설명하였으나, 본 고안의 기술적 사상은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 실용신안등록청구범위에 구체화된 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있다.

Claims (15)

  1. 화학적 기상 증착 장치에 이용되도록 구성된 웨이퍼 캐리어로서, 상기 웨이퍼 캐리어는,
    서로 대향하도록 구비된 상부 표면 및 하부 표면을 갖는 몸체; 및
    상기 웨이퍼 캐리어의 상기 상부 표면에 정의되는 복수의 포켓들을 포함하고,
    상기 복수의 포켓들은 전체적으로 33개의 포켓들로 구성되며, 상기 포켓들 각각은 중심 원, 중간 원 또는 외각 원 중 하나를 따라 배열되며, 상기 중심 원은 상기 중간 원 및 상기 외각 원에 대하여 비대칭적으로 배열된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 캐리어.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 포켓들 중 5개는 상기 3개의 원들 중 제1 원을 따라 배열되고,
    상기 복수의 포켓들 중 11개는 상기 3개의 원들 중 제2 원을 따라 배열되고,
    상기 복수의 포켓들 중 17개는 상기 3개의 원들 중 제3 원을 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 캐리어.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 원은 상기 제2 원에 의하여 둘러싸여지고, 상기 제2 원은 상기 제3원에 의하여 둘러싸여지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 캐리어.
  4. 제1항에 있어서, 상기 상부 표면은 675 mm의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 캐리어.
  5. 제1항에 있어서, 상기 상부 표면은 695 mm의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 캐리어.
  6. 제1항에 있어서, 상기 상부 표면은 705 mm의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 캐리어.
  7. 제1항에 있어서, 상기 상부 표면은 716 mm의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 캐리어.
  8. 제1항에 있어서, 상기 상부 표면은 720 mm의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 캐리어.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 복수의 포켓들 각각은 100 mm의 포켓 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 캐리어.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 복수의 포켓들 각각은 760 mm의 깊이를 갖는 방사형 벽(radial wall)을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 캐리어.
  11. 제1항에 있어서, 상기 하부 표면에 배열된 잠금 구조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 캐리어.
  12. 제11항에 있어서, 상기 잠금 구조는 상기 하부 표면의 기하학적 중심에 배열된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 캐리어.
  13. 제12항에 있어서, 상기 잠금 구조는 스플라인, 척 또는 절삭된 피팅(keyed fitting)로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 캐리어.
  14. 제1항에 있어서, 상기 상부 표면 및 상기 하부 표면 각각은 직경을 가지며, 상기 상부 표면의 직경이 상기 하부 표면의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 웨이퍼 캐리어.
  15. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼 캐리어는, 금속 산화물 기상 증착 시스템에 적용되도록 구비된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 캐리어.
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