KR20190009533A - 에피택셜 웨이퍼 제조 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

실시예는 에피택셜 웨이퍼 제조 방법에 있어서, 웨이퍼의 온도를 측정단계 상기 측정 온도에 기초하여, 챔버 내의 Si coating을 판단하는 단계, 서셉터의 회전 RPM 및 높이를 제어하는 단계 및 상기 챔버를 클리닝하는 단계를 포함하는 에피택셜 웨이퍼 제조 방법을 제공한다.

Description

에피택셜 웨이퍼 제조 방법 및 장치{Method and apparatus for manufacturing epitaxial wafer}
본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼 상에 실리콘 단결정의 에피택셜 박막을 성장시키는 에피택셜 반응기에 관한 것이다.
일반적으로 경면 가공된 실리콘 웨이퍼에 에피택셜 성장(Epitaxial growth) 공정을 거쳐 실리콘 단결정의 에피택셜 박막(에피층)을 성장시킨 것을 에피택셜 실리콘 웨이퍼(Epitaxial silicon wafer) 또는 에피택셜 웨이퍼(EPI Wafer)라고 한다.
에피택셜 박막을 성장시켜 에피택셜 웨이퍼를 제조하기 위해서는 에피택셜 반응기가 사용된다. 에피택셜 반응기는 챔버와, 챔버 내에서 웨이퍼가 안착되도록 하는 서셉터와, 챔버 내로 반응 가스를 제공하는 가스 공급부와, 배기 가스를 배출하는 가스 배출부를 포함할 수 있다.
에피택셜 반응기 내의 서셉터 위에 웨이퍼를 안착시키고, 챔버의 일단에서 타단으로 반응 가스를 공급함으로써 원료 가스와 웨이퍼가 반응하여 웨이퍼 표면에 에피택셜 박막이 성장되면서 에피택셜 웨이퍼로 제조된다.
여기서 반응 가스는 실리콘 가스와 불순물 가스가 사용될 수 있다. 예를 들어 실리콘 가스로는 SiCl4, SiHCl3, SiH2Cl2, SiH3Cl 및 SiH4 중 적어도 하나 이상의 가스를 사용되고, 불순물 가스로는 B2H6, PH3 중 적어도 어느 하나 이상의 가스가 사용될 수 있다.
상기 에피택셜 반응기에 상기 지지바들의 하부에 결합되는 펀넬 플레이트가 포함되는 경우, 상기 펀넬 플레이트에 의하여 챔버에 클리닝 가스가 원활하게 흐르지 않아 챔버 내부의 코팅이 에칭되지 않는 문제점이 있다.
실시예는 에피택셜 반응기 내부에서 클리닝 가스의 흐름을 원활하게 하여 반응기 내부가 반응 가스 잔해물에 의해 코팅되는 것을 방지하고자 한다.
실시예는 에피택셜 웨이퍼 제조 장치에 있어서, 챔버, 서셉터를 지지하기 위한 다수의 지지바, 상기 지지바들의 하부에 결합되는 펀넬 플레이트(funnel plate), 상기 펀넬 플레이트를 지지하는 메인 샤프트, 상기 서셉터 상에 배치되는 웨이퍼, 상기 챔부의 상부에 배치되는 제1 파이로메터(pyrometer), 상기 챔부의 하부에 배치되는 제2 파이로메터, 상기 메인 샤프트를 제어하는 구동부 및 상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1, 2 파이로메터로부터 상기 웨이퍼의 측정 온도를 수신하고, 상기 측정 온도에 기초하여, 상기 챔버 내의 Si coating 여부를 판단하고, 상기 챔버를 클리닝하도록 제어할 수 있다.
실시예에 있어, 상기 펀넬 플레이트는 중심으로 갈수록 아래로 테이퍼진 원형의 수평 단면을 갖는 깔대기 형상일수 있다.
실시예에 있어, 상기 제어부는 상기 제1,2 파이로메터의 측정온도 차이를 계산하여 상기 챔버 내의 Si coating 여부를 판단할 수 있다.
실시예에 있어, 상기 제어부는 상기 Si coating이 존재하는 경우, 상기 서셉터의 회전 RPM(revolutions per minute)을 제어하고, 상기 서셉터의 높이를 제어할 수 있다.
실시예에 있어, 상기 제어부는 상기 메인 샤프트의 회전 RPM은 55 내지 60중 어느 하나로 설정할 수 있다.
실시예에 있어, 상기 제어부는 상기 메인 샤프트의 높이를 기 설정된 높이로부터 -4 mm 내지 0 mm 중 어느 하나로 설정할 수 있다.
실시예는 에피택셜 웨이퍼 제조 방법에 있어서, 웨이퍼의 온도를 측정 단계, 상기 측정 온도에 기초하여, 챔버 내의 Si coating을 판단하는 단계, 서셉터의 회전 RPM 및 높이를 제어하는 단계; 및 상기 챔버를 클리닝하는 단계를 포함할 수 있다.
실시예에 있어, 상기 웨이퍼의 온도를 측정 단계는 상기 챔부의 상부에 배치되는 제1 파이로메터로 웨이퍼의 상부면 온도인, 제 1온도를 측정하는 단계; 및 상기 챔부의 하부에 배치되는 제2 파이로메터로 웨이퍼의 하부면 온도인, 제 2온도를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시예에 있어, 상기 측정 온도에 기초하여, 챔버 내의 Si coating을 판단하는 단계는 상기 웨이퍼의 Top 온도 및 Bottom 온도의 차이에 기초하여, 상기 챔버 내의 Si coating 여부를 판단할 수 있다.
실시예에 있어, 상기 구동부를 제어하여 상기 챔버 내의 Si coating을 클리닝하는 단계는 상기 서셉터의 회전 RPM을 제어하는 단계; 및 상기 서셉터의 높이를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시예에 있어, 상기 서셉터의 회전 RPM을 제어하는 단계는 상기 메인 샤프트의 회전 RPM을 55 내지 60 중 어느 하나로 설정할 수 있다.
실시예에 있어, 상기 서셉터의 높이를 제어하는 단계는 상기 메인 샤프트의 높이를 기 설정된 높이로부터 -4 mm 내지 0 mm 중 어느 하나로 설정할 수 있다.
상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
본 발명에 따른 에피택셜 웨이퍼 제조 방법에 대한 효과를 설명하면 다음과 같다.
실시예의 에피택셜 반응기에 따르면, 에피택셜 반응기 내부를 클리닝 하는 과정에서 서셉터 지지대의 회전 RPM 및 상기 서셉터 지지대의 높이를 변경하여, 클리닝 가스가 하부로 유동하면서 클리닝 가스의 흐름이 활발해지며, 클리닝 효율이 높아지므로 반응 가스 잔해물에 의해 반응기 내부가 코팅되는 것을 방지할 수 있다.
그리고 챔버의 클리닝 효율이 높아지므로 챔버가 반응에 적합한 온도를 유지할 수 있고 웨이퍼의 품질 향상을 기여할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도 1은 종래 기술의 에피택셜 반응기의 단면도로서 반응기 내부의 클리닝 과정을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에피택셜 반응기의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하부 돔 코팅에 따른 제1,2 측정온도의 차이를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에피택셜 웨이퍼 제조 방법을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 서셉터의 회전 RPM과 클리닝 효과의 관계도를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 서셉터의 높이와 클리닝 효과의 관계도를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 서셉터의 회전 RPM 및 높이에 따른 공정 가능 범위를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상부" 및 "하부" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.
실시예는 에피택셜 웨이퍼 제조 방법에 있어서, 웨이퍼의 온도를 측정 단계, 상기 측정 온도에 기초하여, 챔버 내의 Si coating을 판단하는 단계, 서셉터의 회전 RPM(revolutions per minute) 및 높이를 제어하는 단계; 및 상기 챔버를 클리닝하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상술한 에피택셜 웨이퍼 제조 방법이 기록 매체에 저장되고, 저장된 방법은 컴퓨터로 판독 가능한 프로그램일 수 있다.
도 1은 종래 기술의 에피택셜 반응기의 단면도로서 반응기 내부의 클리닝 과정을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 에피택셜 반응기(1a)는 챔버(10)와, 챔버(10)의 중심부에 배치되어 웨이퍼(W)가 안착되는 서셉터(20)와, 서셉터(20)를 지지하는 서셉터 지지대(30)와, 챔버(10)의 양 측면에 각각 배치되는 가스 유입구(40) 및 가스 유출구(50)와, 챔버(10)의 외주면에 배치되는 하부 라이너(60)를 포함한다.
여기서 서셉터 지지대(30)는 서셉터(20)의 무게를 지탱하는 중심축의 역할을 하는 메인 샤프트와, 메인 샤프트에 연결된 펀넬 플레이트와, 펀넬 플레이트에 각각 결합되어 서셉터(20)의 외주 부분을 지지할 수 있는 3개의 지지바를 포함할 수 있다.
에피택셜 성장 공정은, 가스 유입구(40)에서 챔버(10) 내부로 공급된 반응 가스(Gas)가 서셉터(20)에 안착된 웨이퍼(W) 표면을 따라 흐르면서 에피택셜 박막을 성장시키고 가스 배출구(50)를 통해 배출되는 과정을 갖는다.
그리고 챔버(10) 외측에 위치한 열원(70)으로부터 열이 방출되어 에피택셜 성장 공정 동안, 챔버(10) 내부는 반응에 적합한 온도를 유지한다.
에피택셜 성장 공정을 여러 차례 수행하는 동안, 에피택셜 반응기(1a) 내부에는 실리콘 계열의 SiCl4, SiHCl3, SiH2Cl2, SiH3Cl 및 SiH4 등에 의한 반응 가스 잔해물이 축적되어 챔버(10) 내부를 오염시킬 수 있다. 따라서 에피택셜 성장 공정을 수행한 후에는 HCl 등의 클리닝 가스(또는 에칭 가스)를 주입하여 챔버(10) 내부를 세정하는 클리닝 공정을 실시한다.
클리닝 가스는, 반응 가스와 마찬가지로 가스 유입구(40)을 통해 챔버(10) 내부로 공급되면서 챔버(10) 내부에 잔류하거나 적응된 반응 가스 잔해물 들을 에칭하면서 가스 배출구(50)로 배출시키는 흐름을 갖게 된다. 가스 유입구(40)와 가스 배출구(50)는 서셉터(20)와 나란한 부위에 위치하므로 클리닝 가스는 서셉터 지지대(30)의 하부로 갈수록 점점 느린 유속을 갖게 된다.
따라서 서셉터 지지대(30)의 하부 영역에는 에칭이 활발하게 이루어지지 않게 되므로 클리닝 공정을 수행하더라도 오랜 시간이 흐르면 서셉터 지지대(30)의 아래, 즉 챔버(10)의 하부 내벽에는 Si 계열의 반응 가스 잔해물이 코팅(Si coating)되는 현상이 발생한다.
그런데 챔버(10)의 외벽은 투명한 재질로 이루어지는데, 반응 가스 잔해물이 코팅되면 챔버(10) 외측에 위치한 열원(70)으로부터 방출되는 온도에 변동이 발생하여 챔버(10) 내부에서 성장되는 에피택셜 웨이퍼(W)의 품질이 저하될 우려가 있을 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에피택셜 반응기의 단면도이다.
실시예의 에피택셜 반응기는 에피택셜 성장 장치, 에피택셜 웨이퍼 성장장치, 에피 웨이퍼 제조장치 등으로 불릴 수 있다. 에피택셜 반응기는 반도체 웨이퍼를 한 장식 처리하는 매엽식(Single Wafer Processing type)일 수 있다.
보다 상세하게는 에피택셜 반응기(1)는, 도 2에 도시된 바와 같이 챔버(100), 서셉터(200), 서셉터 지지대(300), 가스유입구(400), 가스배출구(500), 열원(600), 파이로메터(700), 구동부(800), 제어부(900)을 포함할 수 있다.
챔버(100)는 에피택셜 반응이 이루어지는 공간을 형성한다. 예를 들어 챔버(100)는 하부 돔(lower dome)과 상부 돔(upper dome)으로 이루어질 수 있다. 챔버(100)의 외벽, 특히 하부 돔은 투명 또는 반투명의 쿼츠(Quartz) 재질로 이루어질 수 있다. 챔버(100)는 챔버, 공정 챔버, 반응실 등으로 불릴 수 있다.
서셉터(200)는 에피택셜 반응 시 웨이퍼(W)가 장착되는 부분을 이룬다. 예를 들어 서셉터(200)는 카본 그래파이트, 탄화규소 등의 재질로 이루어지는 플레이트 형상일 수 있다. 서셉터(200)의 일면에는 웨이퍼(W)가 놓여지도록 안착홈이 형성될 수 있으며, 웨이퍼(W)의 안착을 쉽게 하기 위해서 웨이퍼(W)가 놓여질 안착홈의 가장자리에 경사면이 형성될 수 있다. 그리고 서셉터(200)에는 웨이퍼(W)를 승하강시켜 안착홈에 안착시킬 수 있는 리프트핀(미도시)이 삽입되는 핀홀(미도시)이 형성될 수 있다.
서셉터 지지대(300)는 챔버(100) 내부에서 서셉터(200)를 지지할 수 있다. 도 2 에 도시된 바와 같이 서셉터 지지대(300)는 서셉터(200)의 무게를 지탱하는 중심축의 역할을 하는 메인 샤프트(330)와, 메인 샤프트(330)에 연결된 펀넬 플레이트(350)와, 펀넬 플레이트(350)에 각각 결합되어 서셉터(200)의 외주부분을 지지할 수 있는 다수의 지지바(310)를 포함할 수 있다. 상기 상기 서셉터 지지대(300)는 다수의 지지바(321)를 각각 관통하는 통공(321)을 포함할 수 있다.
메인 샤프트(330)는 원기둥 형상으로 이루어져 펀넬 플레이트(350)의 중심 영역을 지지할 수 있다. 물론 메인 샤프트(330)는 펀넬 플레이트(350)를 지지할 수 있다면 다양한 형태로 변형실시 가능할 것이다.
펀넬 플레이트(350)는 중심으로 갈수록 아래로 테이퍼진 원형의 수평 단면을 갖는 깔때기(funnel) 형상으로 이루어질 수 있다. 펀넬 플레이트(350)의 표면은 상부에서 하부 중심 영역으로 갈수록 아래로 경사진 경사면을 형성한다. 예를 들어 펀넬 플레이트(350)는 경사면은 균일한 두께로 형성될 수 있으며, 투명 또는 불투명의 쿼츠(Quartz)로 이루어질 수 있다. 펀넬 플레이트(350)의 두께가 균일하면서 하나의 표면을 갖도록 형성됨으로써, 열원(600)에서 전달되는 열의 대부분은 펀넬 플레이트(350)의 표면을 통과한 후에 웨이퍼(W)의 표면으로 도달하게 된다.
또한, 펀넬 플레이트(350)는 상술한 형태에 제한되지 않고, 필요에 따라 (예컨대 중심으로 갈수록 두께가 점점 얇아지는) 다양한 형상을 가질 수도 있을 것이다.
지지바(310)는 서셉터(200)의 외주면을 지지할 수 있도록 다수개로 이루어질 수 있다. 예를 들어 지지바(310)들은 3개로 이루어져 펀넬 플레이트(350)의 외주면 상단에 각각 결합되면서 서셉터(200)의 외주면 하단을 균형적으로 지지할 수 있다.
각각의 지지바(310)는 서셉터(200)를 지지하도록 수직방향으로 배치된 수직바와, 펀넬 플레이트(350)와의 결합을 위해 수직바로부터 일정 경사로 굽어지게 연결된 수평바를 포함할 수 있다.
가스유입구(400)와 가스배출구(500)는 챔버(100)의 양 측에 각각 배치될 수 있다. 상기 가스 배출구(500)는 챔버(100)의 상부 돔 및 하부 돔의 일면에 각각 배치될 수 있다.
챔버(100) 하부 양측에는 에피택셜 반응기(1)에 열을 공급하는 열원(600)이 배치되며, 열원(600)에서 발생되는 열은 서셉터(200)를 통과하여 웨이퍼(W)에 전달되어 웨이퍼(W)에 대한 에피택셜 반응이 진행될 수 있다.
파이로미터(700)는 상기 챔버(100)의 내부온도를 측정할 수 있는 장치이다. 파이로메터(700)는 챔버(210)의 웨이퍼의 상부 및 하부의 온도를 측정하고, 측정된 결과를 제어부(900)로 출력할 수 있다. 파이로메터(700)는 챔버의 상부에 배치되는 제1 파이로메터(710)와 상기 챔버의 하부에 배치되는 제2 파이로메터(720)를 포함할 수 있다. 상기 제1 파이로메터(710)는 웨이퍼(W) 상부면의 제1 측정 온도를 측정할 수 있다. 상기 제2 파이로메터는 상기 웨이퍼(W) 하부면의 제2 측정 온도를 측정할 수 있다.
이때 상기 제2 파이로메터(720)는 상기 챔버(100) 하부면, 및 서셉터 지지대(300) 및 서셉터(200)를 통과하여 상기 웨이퍼(W)의 하부면을 측정하기 때문에, 상기 챔버(100) 하부 돔에 Si coating 발생하는 경우, 상기 제2 파이로메터(720)가 측정하는 제2 측정 온도가 낮아질 수 있다. 따라서, 상기 제1 측정 온도 및 제2 측정온도의 차이는 커질 수 있다. 상기 제1 측정 온도와 제2 측정온도의 차이를 Delta Temp라고 할 수 있다.
구동부(800)는 회전 운동을 하거나 승강 운동을 할 수 있다. 구동부(800)는 서셉터 지지대(300)와 연결되어 서셉터(200)를 승강 또는 회전시키는 역할을 한다. 구동부(800)는 제어부(900)로부터 제어신호를 수신하여 승강 및 회전 속도가 결정될 수 있다. 구동부(800)이 회전할 때, 서셉터 지지대(300)와 함께 서셉터(200)가 회전함으로써 웨이퍼(W)가 회전할 수 있다.
제어부(900)는 상기 파이로메터(700)로부터 수신한 측정 결과를 이용하여, 상기 구동부(800)를 제어하는 신호를 발생할 수 있다. 제어부(900)는 상기 챔버(100) 내에 상기 Si coating이 존재하는 경우, 상기 서셉터의 회전 RPM을 제어하는 제1 제어 신호 및 상기 서셉터의 높이를 제어하는 제2 제어 신호를 발생할 수 있다.
제어부(900)로부터 발생된 제1 및 제2 제어 신호에 응답하여 구동부(800)는 회전 속도 또는 승강 중 적어도 하나를 조절할 수 있다. 예를 들어, 구동부(800)가 승강할 때, 서셉터(200)의 높이가 올라가거나 내려갈 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버 하부 돔의 코팅에 따른 제1,2 측정온도의 차이를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 펀넬 플레이트(350)가 장착되는 경우 챔버(100)의 하부 돔에 클리닝 가스의 흐름이 원활하지 못하는 현상이 발생되고, 이로 인하여 Si coating이 발생될 수 있다.
상기 Si coating이 발생되는 경우, 제2 파이로메터(720)가 측정하는 제2 측정 온도가 낮아지게 되어 제1 측정 온도와 제2 측정 온도의 차이가 커질 수 있다. 이후, 상기 Si coating의 두께가 커지게 되어, 상기 제2 측정 온도가 더욱 낮아지게 되는 경우, 상기 제1 측정 온도와 제2 측정 온도의 차이의 값은 커질 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에피택셜 웨이퍼 제조 방법을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 에피택셜 웨이퍼 제조 방법은 웨이퍼의 온도를 측정 단계(S100), 측정 온도에 기초하여, 챔버(100) 내의 Si coating을 판단 단계(S200), 서셉터(200)의 회전 RPM 및 높이를 제어하는 단계(S300) 및 챔버 클리닝 단계(S400)를 포함할 수 있다.
웨이퍼의 온도를 측정 단계(S100)는 제1 파이로메터(710)가 웨이퍼(W) 상부면의 온도를 측정하는 단계 및 제2 파이로메터(720)가 웨이퍼(W) 하부면의 온도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
제1 파이로메터(710)는 웨이퍼의 상부면의 온도를 측정하여 제1 측정 온도를 제어부(900)로 송신하고, 제2 파이로메터(720)는 웨이퍼의 하부면의 온도를 측정하여 제2 측정 온도를 제어부(900)로 송신할 수 있다.
제어부(900)는 상기 제1 측정 온도와 제2 측정 온도에 기초하여, 제1 측정 온도와 제2 측정 온도의 차이를 판단할 수 있다. 이때, 제어부(900)는 상기 제1 측정 온도와 제2 측정 온도의 차이가 커지는 경우, 챔버(100) 내에 Si coating이 발생하였다고 판단할 수 있다(S200).
제어부(900)는 Si coating이 발생하였다고 판단하는 경우, 상기 제어부(900)는 서셉터(200)의 회전 RPM 및 높이를 제어할 수 있다. 이때, 상기 서셉터(200)의 회전 RPM 및 서셉터(200)의 높이는 상기 서셉터(200)와 연결되어 있는 구동부를 제어하여 변경할 수 있다(S300).
제어부(900)는 서셉터(200)의 회전 RPM 및 높이 제어를 수행한 후에는 HCl 등의 클리닝 가스(또는 에칭 가스)를 주입하여 챔버(100) 내부를 세정하는 클리닝 공정을 실시할 수 있다(S400).
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 서셉터의 회전 RPM과 클리닝 효과의 관계도를 도시한 도면이다.
도5(a)를 참조하면, 서셉터(200)의 회전 RPM이 30,40 및 50으로 변경하는 경우, Etch rate의 변경값을 도시하고 있다.
이를 통해, 상기 서셉터(200)의 회전 RPM이 증가할수록 Etch Rate 및 Etch unif가 감소하는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 상기 회전 RPM 상승에 따라 상기 챔버(100) 하부 돔에 클리닝 가스의 난류 발생이 증가하여 Etch 효율이 상승하는 것을 알 수 있다.
하기 표 1은 서셉터(200)의 회전 RPM에 대응하여 Si coating의 Etch rate의 평가표이다.
Figure pat00001
상기 표 1에 따르면. 챔버 클리닝 시 서셉터(200)의 회전 RPM이 30인 경우 Etch rate는 14.19um/min 이고, 서셉터(200)의 회전 RPM이 40인 경우 Etch rate는 14.22 um/min 이고, 서셉터의 회전 RPM이 50인 경우 Etch rate는 14.4 um/min가 되어 Etch rate가 변동되는 것을 알 수 있다.
도 5(b)를 참조하면, 서셉터의 회전 RPM에 대응하여, 클리닝 가스에 의해 에칭된 에피택셜 박막의 두께를 나타낸다.
웨이퍼의 웨이퍼 포인트에 기초하여 에피택셜 박막의 두께를 측정할 수 있다. 상기 웨이퍼 포인트는 웨이퍼(W)의 평면의 일 방향에서 상기 에피택셜 박막의 두께를 측정하기 위한 위치이다.
상기 서셉터(200)의 회전 RPM이 30인 경우, 상기 웨이퍼 포인트가 13 내지 19 이내일 때, 상기 에피택셜 박막의 두께는 4.7 um 내지 4.8 um 이고, 상기 에피택셜 박막의 두께의 변화가 작아지게 되는 것을 알 수 있다.
상기 서셉터(200)의 회전 RPM이 40인 경우, 상기 웨이퍼 포인트가 13 내지 19 이내일 때, 상기 에피택셜 박막의 두께는 4.8 um 내지 4.9 um 이고, 상기 에피택셜 박막의 두께의 변화가 작아지게 되는 것을 알 수 있다.
상기 서셉터(200)의 회전 RPM이 50인 경우, 상기 웨이퍼 포인트가 13 내지 19 이내일 때, 상기 에피택셜 박막의 두께는 4.8 um 내지 4.9 um 이고, 상기 에피택셜 박막의 두께의 변화가 작아지게 되는 것을 알 수 있다.
따라서, 실시 예에 의한 에피텍셜 웨이퍼 제조 장치 및 방법은 클리닝 레시피를 변화시켜, 서셉터(200)의 회전 RPM을 증가할수록 Etch rate가 증가하는 것을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 서셉터의 높이와 클리닝 효과의 관계도를 도시한 도면이다.
도6(a)는 서셉터(200)의 회전 RPM을 30,40 및 50으로 변경하는 경우, Etch rate의 변경값을 도시하고 있다.
도6(a)를 참조하면, 서셉터(200)의 높이가 상승하는 경우, 상기 서셉터(200)가 배리어 역할을 하여 에칭가스의 흐름을 하부 방향으로 내려가는 것을 방해하는 것을 알 수 있다. 따라서, 에칭 효율이 감소하는 것을 알 수 있다.
또한, 서셉터(200)의 높이가 하강하는 경우, 펀넬 플레이트(350)가 챔버(100) 내의 하부 돔의 온도를 상승시키고, 이로 인하여 Si coating의 유발되는 것을 알 수 있다.
하기 표 2는 서셉터(200)의 높이에 대응하여 Si coating의 Etch rate의 평가표이다.
Figure pat00002
상기 표 2에 따르면. 챔버 클리닝 시 서셉터(200)의 높이가 기설정된 높이로부터 -4mm인 경우 Etch rate는 14.01 um/min 이고, 서셉터(200)의 높이가 -1mm인 경우 Etch rate는 14.22 um/min 이고, 서셉터(200)의 높이가 +2.5mm인 경우 Etch rate는 14.37 um/min가 되어 Etch rate가 변동되는 것을 알 수 있다.
도 6(b)은 서셉터의 회전 RPM에 대응하여, 에피택셜 박막의 두께를 포인트별로 도시하고 있다.
도 6(b)을 참조하면, 상기 서셉터(200)의 높이가 -4mm인 경우, 상기 웨이퍼 포인트가 11 내지 19 이내일 때, 상기 에피택셜 박막의 두께는 4.8 um 내지 4.9 um 이고, 상기 에피택셜 박막의 두께의 변화가 작아지게 되는 것을 알 수 있다.
상기 서셉터(200)의 높이가 -1mm인 경우, 상기 웨이퍼 포인트가 11 내지 19 이내일 때, 상기 에피택셜 박막의 두께는 4.8 um 내지 4.9 um 이고, 상기 에피택셜 박막의 두께의 변화가 작아지게 되는 것을 알 수 있다.
상기 서셉터(200)의 높이가 +2.5mm인 경우, 상기 웨이퍼 포인트가 11 내지 19 이내일 때, 상기 에피택셜 박막의 두께는 4.6 um 내지 4.8 um 이고, 상기 에피택셜 박막의 두께의 변화가 작아지게 되는 것을 알 수 있다.
따라서, 실시 예에 의한 에피텍셜 웨이퍼 제조 장치 및 방법은 클리닝 레시피를 변화시켜, 서셉터(200)의 회전 RPM을 증가할수록 Etch rate가 증가하는 것을 알 수 있다. 이를 통해, 챔버 클리닝 시 서셉터(200)의 높이에 따라 Etch rate가 변동되고, 서셉터(200)가 기 설정된 높이에서 Etch uniformity가 양호하다는 것을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 서셉터의 회전 RPM 및 높이에 따른 공정 가능 범위를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 상기 서셉터(200)의 높이가 -9mm 이하 또는 상기 +3mm 이상인 경우 공정 제어가 불가능한 범위라고 판단할 수 있다.
상기 서셉터(200)의 높이가 -9mm 내지 -5mm 또는 0mm 내지 +3mm인 경우, 상기 서셉터(200)의 회전 RPM이 50 내지 60인 경우 Delta temp의 값은 0.04 내지 0.05 의 값을 가지게 되고, 이 경우는 Si coating이 발생하는 범위라고 판단할 수 있다.
또한, 상기 서셉터(200)의 높이가 -5mm 내지 0mm이고, 상기 서셉터(200)의 회전 RPM이 55 내지 60인 경우 공정이 가능한 범위라고 판단할 수 있다.
또한, 상기 서셉터(200)의 높이가 -5mm 내지 0mm이고, 상기 서셉터(200)의 회전 RPM이 55인 경우 Si coating이 발생하는 범위라고 판단할 수 있다.
Figure pat00003
표 3을 참조하면, 서셉터(200)의 회전 RPM이 40 또는 50일 때, 상기 서셉터(200)의 높이에 관계없이 공정 제어 불가능 범위로 판단할 수 있다.
또한, 서셉터(200)의 회전 RPM이 55인 경우, 서셉터(200)의 높이가 기설정된 높이로부터 -2mm 내지 0으로 변경되는 경우, 공정 가능 범위라고 판단할 수 있다.
또한, 서셉터(200)의 회전 RPM이 60인 경우 서셉터(200)의 높이가 기설정된 높이로부터 -4mm 내지 0mm으로 변경되는 경우, 공정 가능 범위라고 판단할 수 있다.
이와 같이 실시예의 에피택셜 반응기에 따르면, 에피택셜 반응기 내부를 클리닝 하는 과정에서 서셉터(200) 지지대의 통공을 따라 클리닝 가스가 하부로 유동하면서 클리닝 가스의 흐름이 활발해지며, 클리닝 효율이 높아지므로 반응 가스 잔해물에 의해 반응기 내부가 코팅되는 것을 방지할 수 있다.
그리고 챔버(100)의 클리닝 효율이 높아지므로 챔버(100)가 반응에 적합한 온도를 유지할 수 있고 펀넬 플레이트(350)의 통공들을 통해 웨이퍼로 열을 균일하게 전달함으로써 웨이퍼의 품질 향상에 기여할 수 있다.
이와 같이 실시예의 에피택셜 웨이퍼 제조 방법 및 장치에 따르면, 에피택셜 반응기 내부를 클리닝 하는 과정에서 서셉터(200) 회전 RPM 및 높이를 변경하면 클리닝 가스가 하부로 유동하면서 클리닝 가스의 흐름이 활발해지며, 클리닝 효율이 높아지므로 반응 가스 잔해물에 의해 반응기 내부가 코팅되는 것을 방지할 수 있다.
그리고 챔버(100)의 클리닝 효율이 높아지므로 챔버(100)가 반응에 적합한 온도를 유지할 수 있고 웨이퍼의 품질 향상에 기여할 수 있다.
이상과 같이 실시예는 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형할 수 있다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
1 : 에피택셜 반응기 100 : 챔버
200 : 서셉터 300 : 서셉터 지지대
310 : 지지바 320 : 펀넬 플레이트
321 : 통공 330 : 메인 샤프트
400 : 가스유입구 500 : 가스배출구
600 : 열원 700 : 파이로메터
800 : 구동부 900 : 제어부

Claims (12)

  1. 챔버;
    서셉터를 지지하기 위한 다수의 지지바;
    상기 지지바들의 하부에 결합되는 펀넬 플레이트(funnel plate);
    상기 펀넬 플레이트를 지지하는 메인 샤프트;
    상기 서셉터 상에 배치되는 웨이퍼;
    상기 챔부의 상부에 배치되는 제1 파이로메터(pyrometer);
    상기 챔부의 하부에 배치되는 제2 파이로메터;
    상기 메인 샤프트를 제어하는 구동부; 및
    상기 구동부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1, 2 파이로메터로부터 상기 웨이퍼의 측정 온도를 수신하고, 상기 측정 온도에 기초하여, 상기 챔버 내의 Si coating 여부를 판단하고, 상기 챔버를 클리닝하도록 제어하는 에피택셜 웨이퍼 제조 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 펀넬 플레이트는 중심으로 갈수록 아래로 테이퍼진 원형의 수평 단면을 갖는 깔대기 형상인 에피택셜 웨이퍼 제조 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1,2 파이로메터의 측정온도 차이를 계산하여 상기 챔버 내의 Si coating 여부를 판단하는 에피택셜 웨이퍼 제조 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 Si coating이 존재하는 경우, 상기 서셉터의 회전 RPM(revolutions per minute)을 제어하고, 상기 서셉터의 높이를 제어하는 에피택셜 웨이퍼 제조 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 메인 샤프트의 회전 RPM을 55 내지 60 중 어느 하나로 설정하는 에피택셜 웨이퍼 제조 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 메인 샤프트의 높이를 기 설정된 높이로부터 -4 mm내지 0 mm 중 어느 하나로 설정하는 에피택셜 웨이퍼 제조 장치.
  7. 웨이퍼의 온도를 측정 단계;
    상기 측정 온도에 기초하여, 챔버 내의 Si coating을 판단하는 단계;
    서셉터의 회전 RPM 및 높이를 제어하는 단계; 및
    상기 챔버를 클리닝하는 단계를 포함하는 에피택셜 웨이퍼 제조 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 온도를 측정 단계는
    상기 챔부의 상부에 배치되는 제1 파이로메터로 웨이퍼의 상부면 온도인 제 1온도를 측정하는 단계; 및
    상기 챔부의 하부에 배치되는 제2 파이로메터로 웨이퍼의 하부면 온도인 제 2온도를 측정하는 단계를 더 포함하는 포함하는 에피택셜 웨이퍼 제조 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 측정 온도에 기초하여, 챔버 내의 Si coating을 판단하는 단계는
    상기 웨이퍼의 Top 온도 및 Bottom 온도의 차이에 기초하여, 상기 챔버 내의 Si coating 여부를 판단하는 에피택셜 웨이퍼 제조 방법.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 구동부를 제어하여 상기 챔버 내의 Si coating을 클리닝하는 단계는
    상기 서셉터의 회전 RPM을 제어하는 단계; 및
    상기 서셉터의 높이를 제어하는 단계를 더 포함하는 에피택셜 웨이퍼 제조 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 서셉터의 회전 RPM을 제어하는 단계는
    상기 메인 샤프트의 회전 RPM을 55 내지 60 중 어느 하나로 설정하는 에피택셜 웨이퍼 제조 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 서셉터의 높이를 제어하는 단계는
    상기 메인 샤프트의 높이를 기 설정된 높이로부터 -4 mm 내지 0 mm 중 어느 하나로 설정하는 에피택셜 웨이퍼 제조 방법.
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