KR20210029567A - 웨이퍼 캐리어 - Google Patents

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KR20210029567A
KR20210029567A KR1020190110959A KR20190110959A KR20210029567A KR 20210029567 A KR20210029567 A KR 20210029567A KR 1020190110959 A KR1020190110959 A KR 1020190110959A KR 20190110959 A KR20190110959 A KR 20190110959A KR 20210029567 A KR20210029567 A KR 20210029567A
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wafer
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wafer carrier
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박지훈
이희섭
최효식
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서울바이오시스 주식회사
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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 상부면으로 둘러싸인 복수의 포켓들을 포함하되, 이웃하는 포켓들은 서로 연통된다.

Description

웨이퍼 캐리어{WAFER CARRIER}
본 발명은 화학 기상 증착 장치의 웨이퍼 캐리어에 관한 것으로, 특히 웨이퍼 내 발광 다이오드들의 피크 파장의 편차를 감소시키기 위한 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-A'를 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(15)는 포켓(17) 내에 배치된다. 바닥면의 끝단에는 림(10r)이 형성되고, 웨이퍼(15)는 림(10r) 상에 놓여 바닥면(13)으로부터 이격될 수도 있다. 림(10r)의 상부면은 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 스핀들 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. 포켓들(17)은 히터에 의해 웨이퍼들(15)이 균일하게 가열될 수 있도록 배치된다. 도 1의 캐리어(10)는 9개의 포켓을 가지고 있다. 캐리어(10)는 2인치, 4인치, 6인치 또는 8인치 웨이퍼에 상응하는 포켓을 가질 수 있다.
포켓들(17)은 스핀들 수용홈(19)을 중심으로 균일한 간격으로 방사상으로 배치되어 있다. 스핀들의 회전에 의해 캐리어(10)가 회전하므로 포켓들(17) 내의 웨이퍼들(15)은 동일한 조건에서 히터에 의해 가열될 것이다.
한편, 웨이퍼(15)는 포켓(17) 내에 배치되며, 웨이퍼(15)의 상부면은 캐리어(10)의 상부면(10u)에 비해 아래에 위치한다. 따라서, 웨이퍼들(15)은 캐리어(10)의 상부면(10u)에 의해 서로 이격된다.
종래 기술에 따른 캐리어(10)를 사용할 경우, 캐리어(10)가 회전함에 따라 챔버 내에 유입된 가스들에 난류(tubulent flow)가 발생된다. 특히, 캐리어(10)가 회전하므로, 웨이퍼들(15) 사이에 위치하는 캐리어 상부면(10u)이 소스 가스들의 흐름을 방해하여 난류를 심하게 발생시킨다.
가스들의 난류는 웨이퍼 상의 위치에 따른 공정 조건의 차이를 유발하며, 이에 따라, 하나의 웨이퍼에서 제작된 발광 다이오드들 간의 성능 편차가 유발된다. 특히, 발광 다이오드들은 서로 다른 피크 파장의 광을 방출할 수 있다. 웨이퍼 내 발광 다이오드들 사이의 성능 편차는 발광 다이오드들을 선별하여 사용할 것을 요구한다. 그러나 최근 개발되고 있는 마이크로 LED는 그 크기가 너무 작아 LED들을 선별하여 사용하는 것이 곤란하며, 하나의 웨이퍼에서 제작된 발광 다이오드들이 집단으로 전사되어 사용될 필요가 있다. 따라서, 특히, 마이크로 LED들을 제작하기 위해서는, 웨이퍼 내 발광 다이오드들 간의 성능 편차를 더욱 감소시킬 것이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 웨이퍼 내 발광 다이오드들 간의 성능 편차를 감소시킬 수 있는 웨이퍼 캐리어를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 생산성을 증가시킬 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; 캐리어 상부면으로 둘러싸인 복수의 포켓들을 포함하며, 이웃하는 포켓들은 서로 연통된다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 포켓들을 서로 연통시킴으로써 화학기상 증착 동안 가스의 난류를 방지하여 웨이퍼 내 발광 다이오드들의 성능 편차를 감소시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 웨이퍼 캐리어를 설명하기 위한 개략적인 부분 단면도이다.
도 2는 도 1의 절취선 A-A'를 따라 취해진 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 캐리어를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 3b는 도 3a의 웨이퍼 캐리어 내 포켓을 확대 도시한 평면도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3a의 절취선 B-B' 및 C-C'를 따라 취해진 개략적인 단면도들이고, 도 4c는 도 3b의 절취선 D-D'를 따라 취해진 단면도이다.
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; 캐리어 상부면으로 둘러싸인 복수의 포켓들을 포함하며, 이웃하는 포켓들은 서로 연통된다.
포켓들을 서로 연통시킴으로써 포켓들을 둘러싸는 캐리어 상부면에 의해 발생되는 가스들의 난류를 방지할 수 있으며, 이에 따라 웨이퍼에서 제작되는 발광 다이오드들 사이의 성능 편차를 줄일 수 있다.
상기 웨이퍼 캐리어는 상기 캐리어 하부면으로 둘러싸인 스핀들 수용홈을 더 포함할 수 있으며, 상기 포켓들은 상기 스핀들 수용홈을 중심으로 동심원 상에 배치될 수 있다.
또한, 상기 포켓들의 연통부들은 상기 스핀들 수용홈을 중심으로 동심원 상에 배치될 수 있다. 연통부들을 동심원 상에 배치함으로써 캐리어가 회전할 때 가스의 난류 발생을 더욱 줄일 수 있다.
상기 연통부의 폭은 웨이퍼의 직경보다 작을 수 있으며, 나아가, 상기 연통부의 폭은 웨이퍼의 반지름보다 작을 수 있다.
한편, 상기 포켓들은 바닥면 및 상기 바닥면을 둘러싸는 림을 포함할 수 있으며, 상기 연통부의 바닥면은 이웃하는 림들의 상부면일 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 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 캐리어(20)를 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 3b는 도 3a의 웨이퍼 캐리어(20) 내 포켓(27)을 확대 도시한 평면도이며, 도 4a 및 도 4b는 도 3a의 절취선 B-B' 및 C-C'를 따라 취해진 개략적인 단면도들이고, 도 4c는 도 3b의 절취선 D-D'를 따라 취해진 단면도이다.
도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b 및 도 4c를 참조하면, 웨이퍼 캐리어(20)는 캐리어 하부면(20l), 캐리어 상부면(20u), 포켓들(27) 및 스핀들 수용홈(29)을 포함한다. 포켓(27)은 바닥면(23), 림(20r) 및 측벽(27a)으로 둘러싸일 수 있다.
캐리어 상부면(20u)은 대체로 평평한 면일 수 있다. 포켓(27)은 캐리어 상부면(20u)으로 둘러싸인다. 캐리어(20)는 복수의 포켓(27)을 포함하며, 이웃한 포켓들(27)은 서로 연통된다. 포켓들(27)을 서로 연통하기 때문에 포켓들(27) 사이의 간격을 줄일 수 있다. 이에 따라, 종래의 캐리어(10)와 동일한 크기의 캐리어에서 종래의 캐리어(10)이 포켓들(17)에 비해 더 많은 수의 포켓들(27)을 배치할 수 있으며, 따라서, 생산성을 증가시킬 수 있다.
포켓들(27) 사이의 간격을 줄임으로써, 포켓들(27) 내에 배치되는 웨이퍼들(15) 사이의 간격(D1)도 줄일 수 있다. 웨이퍼들(15)의 사이의 간격(D1)을 줄임으로써, 웨이퍼(15)의 측면에 의해 난류가 발생되는 것을 방지할 수 있다. 간격(D1)은 캐리어(20)의 회전 속도에 따라 달라질 수 있는데, 예를 들어, 간격(D1)은 5mm 이하, 나아가, 2mm 이하, 더 나아가, 1mm 이하일 수 있다.
한편, 포켓(27)은 웨이퍼 형상과 유사한 형상을 가진다. 예를 들어, 포켓(27)은 도시한 바와 같이 원형일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 포켓(27)은 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(20r)은 바닥면(23)을 둘러싸며, 바닥면(23)의 가장자리를 따라 배치된다. 림(20r)은 바닥면(23)의 가장자리에서 상향으로 이어지는 측벽과 웨이퍼(W)가 안착되는 상부면을 포함한다. 림(20r)의 상부면은 캐리어 상부면(20u)보다 아래에 위치한다. 한편, 상기 림(20r)에서 캐리어 상부면(20u)까지의 높이는 웨이퍼(W)의 두께보다 크다.
포켓들(27)이 연통되는 연통부들(27b)의 바닥면은 림(20r)의 상부면일 수 있다. 그러나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 연통부들(27b)의 바닥면은 림(20r)의 상부면보다 높거나 낮을 수 있다. 다만, 연통부들(27b)의 바닥면은 웨이퍼(15)의 상부면보다 낮게 위치한다.
한편, 연통부(27b)의 폭은 웨이퍼의 직경보다 작으며, 나아가, 웨이퍼의 반지름보다 작을 수 있다. 연통부(27b)의 폭은 가스의 난류 발생에 영향을 미치며, 폭이 증가할수록 난류 발생을 줄일 수 있다.
포켓들(27)은 스핀들 수용홈(29)을 중심으로 동심원 상에 배치될 수 있다. 포켓들(27)은 스핀들 수용홈(29)으로부터 동일 거리에 방사상으로 배치될 수 있으며, 따라서, 히터로부터 포켓들(27) 상에 배치된 웨이퍼들(15)에 동일하게 열이 전달될 수 있다.
나아가, 연통부들(27b)도 스핀들 수용홈(29)을 중심으로 동심원 상에 배치될 수 있다. 연통부들(27b)을 동심원 상에 배치함으로써 캐리어(20)가 회전할 때 난류 발생을 효율적으로 감소시킬 수 있다. 또한, 포켓들(27) 및 연통부들(27b)을 동심원 상에 배치함으로써, 스핀들의 회전에 의해 캐리어(20)가 회전할 때, 포켓들(27) 내에 배치된 웨이퍼들(15)이 서로 동일한 공정 조건하에 놓일 수 있으며, 따라서, 웨이퍼들(15) 사이의 성능 편차도 줄일 수 있다.
캐리어 하부면(20l)은 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 캐리어(20) 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.
도시한 바와 같이, 스핀들 수용홈(29)은 캐리어(20)의 중앙 영역에 위치하며, 특히, 캐리어(20)의 무게 중심에 위치할 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.
(실험예)
도 1과 같이 9개의 포켓을 갖는 비교예의 캐리어(10)를 이용하여 9개의 웨이퍼들에 동시에 질화갈륨계 반도체층들을 성장시켜 발광 다이오드들을 제작하여 웨이퍼 내 발광 다이오드들의 피크 파장을 측정하였다.
한편, 도 3과 같이 10개의 포켓을 갖는 실시예의 캐리어(20)를 이용하여 10개의 웨이퍼들에 동시에 질화갈륨계 반도체층들을 성장시켜 발광 다이오드들을 제작하여 웨이퍼 내 발광 다이오드들의 피크 파장을 측정하였다.
표 1 및 표 2는 각각 비교예 및 실시예의 캐리어를 이용하여 제작된 발광 다이오드들의 웨이퍼별 피크 파장의 평균값 표준 편차를 나타낸다.
웨이퍼 번호 Wp 평균값(nm) Wp 표준 편차
1 466.9 0.87
2 466.5 0.77
3 466.5 0.72
4 466.1 0.83
5 466.7 0.94
6 466.0 0.59
7 465.1 0.87
8 465.4 0.65
9 465.1 0.95
전체 평균 466.0 0.80
비교예의 캐리어를 사용하여 제작된 발광 다이오드들의 피크 파장의 표준 편차는 최대 0.94이고, 최소 0.59이었다. 한편, 웨이퍼들의 표준 편차의 전체 평균은 0.80이었다.
웨이퍼 번호 Wp 평균값(nm) Wp 표준 편차
1 464.4 0.59
2 465.2 0.58
3 464.9 0.50
4 465.1 0.63
5 464.1 0.62
6 465.0 0.56
7 464.6 0.71
8 465.1 0.63
9 465.9 0.46
10 465.0 0.82
전체 평균 464.9 0.61
한편, 실시예의 캐리어를 사용하여 제작된 발광 다이오드들의 피크 파장의 표준 편차는 최대 0.82이고, 최소 0.46이었다. 한편, 웨이퍼들의 표준 편차의 전체 평균은 0.61이었다.
즉, 실시예의 캐리어는 비교예의 캐리어에 비해 더 많은 웨이퍼들을 수용하면서, 웨이퍼 내 발광 다이오드들의 표준 편차 및 캐리어 상에서 함께 제작된 발광 다이오드들의 표준 편차를 줄일 수 있도록 한다.
따라서, 본 실시예의 캐리어를 사용함으로써 하나의 웨이퍼에서 제작된 발광 다이오드들이 고른 성능을 갖도록 할 수 있으며, 이에 따라, 웨이퍼 내의 발광 다이오드들을 개별적으로 선별할 필요 없이 집단으로 사용할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 캐리어는 마이크로 LED 제작에 특히 적합하게 사용될 수 있다.
이상에서 다양한 실시예들에 대해 설명하였지만, 특정 실시예에서 설명된 구성요소는 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 다른 실시예에도 적용될 수 있다.

Claims (7)

  1. 화학 기상 증착 장치에서 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 캐리어에 있어서,
    캐리어 하부면;
    캐리어 상부면;
    캐리어 상부면으로 둘러싸인 복수의 포켓들을 포함하되,
    이웃하는 포켓들은 서로 연통된 웨이퍼 캐리어.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 캐리어 하부면으로 둘러싸인 스핀들 수용홈을 더 포함하고,
    상기 포켓들은 상기 스핀들 수용홈을 중심으로 동심원 상에 배치된 웨이퍼 캐리어.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 포켓들의 연통부들은 상기 스핀들 수용홈을 중심으로 동심원 상에 배치된 웨이퍼 캐리어.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 연통부의 폭은 웨이퍼의 직경보다 작은 웨이퍼 캐리어.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 연통부의 폭은 웨이퍼의 반지름보다 작은 웨이퍼 캐리어.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 포켓들은 바닥면 및 상기 바닥면을 둘러싸는 림을 포함하고,
    상기 연통부의 바닥면은 이웃하는 림들의 상부면인 웨이퍼 캐리어.
  7. 상기 포켓은 원형 형상을 가지는 웨이퍼 캐리어.
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