KR20230167433A - 퇴적 챔버 내에서 기상으로부터 에피택셜층이 퇴적되는 반도체 웨이퍼를 제조하는 공정 - Google Patents
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Abstract
퇴적 챔버 내에서 기상으로부터 에피택셜층이 퇴적되는 반도체 웨이퍼를 제조하는 공정으로서, 이 공정은
기판 웨이퍼를 로봇에 의해 원형 둘레를 갖는 서셉터 상에 배치시키는 단계 - 로봇은 기판 웨이퍼를 배치 위치로 이동시키고 이를 서셉터 상에 위치시키며, 교정 지침에 의해 배치 위치에서 기판 웨이퍼의 중심이 서셉터의 중심 위에 놓이지 않게 됨 - ; 및
기판 웨이퍼 상에 에피택셜층을 퇴적시키는 단계 - 제1 범위 내에 속하는 고유 저항을 갖는 제1 개수의 기판 웨이퍼가 제1 교정 지침에 따라 로봇에 의해 배치 위치로 이동되고, 제2 범위 내에 속하는 고유 저항을 갖는 제2 개수의 기판 웨이퍼가 제2 교정 지침에 따라 로봇에 의해 배치 위치로 이동되며, 제1 및 제2 교정 지침은 서로 상이함 - ;
를 포함한다.
기판 웨이퍼를 로봇에 의해 원형 둘레를 갖는 서셉터 상에 배치시키는 단계 - 로봇은 기판 웨이퍼를 배치 위치로 이동시키고 이를 서셉터 상에 위치시키며, 교정 지침에 의해 배치 위치에서 기판 웨이퍼의 중심이 서셉터의 중심 위에 놓이지 않게 됨 - ; 및
기판 웨이퍼 상에 에피택셜층을 퇴적시키는 단계 - 제1 범위 내에 속하는 고유 저항을 갖는 제1 개수의 기판 웨이퍼가 제1 교정 지침에 따라 로봇에 의해 배치 위치로 이동되고, 제2 범위 내에 속하는 고유 저항을 갖는 제2 개수의 기판 웨이퍼가 제2 교정 지침에 따라 로봇에 의해 배치 위치로 이동되며, 제1 및 제2 교정 지침은 서로 상이함 - ;
를 포함한다.
Description
본 발명은 퇴적 챔버 내에서 기상으로부터 에피택셜층이 퇴적되는 반도체 웨이퍼를 제조하는 공정에 관련된다.
전자 부품의 제작을 위해서는 에피택셜층을 갖는 반도체 웨이퍼가 필요하다. 에피택셜층은, 일반적으로 단일 웨이퍼 리액터(single-wafer reactor)의 형태를 취하는 퇴적 챔버 내에서 퇴적된다. 코팅될 기판 웨이퍼가 서셉터(susceptor) 상에 배치되고, 퇴적 가스가 퇴적 챔버를 통하여 기판 웨이퍼 위로 퇴적 온도로 흐르며, 기판 웨이퍼는 서셉터와 함께 회전한다.
에피택셜층을 갖는 반도체 웨이퍼의 하나의 품질 기준은 에지 기하형상(edge geometry)이고, 특히 반도체 웨이퍼의 에지 영역에서의 에피택셜층의 두께의 균일성이다.
JP 2016 213 218 A에서는, 단결정 실리콘으로 에피택셜층을 갖는 단결정 실리콘의 반도체 웨이퍼를 제작하는 방법을 설명한다. 기판 웨이퍼를 퇴적 리액터의 서셉터 상으로 배치시키는 로봇은, 교정 지침(corrective precept)에 의해 기판 웨이퍼의 중심이 서셉터의 중심 위에 놓이지 않는 배치 위치(placement position)로 이동하는 것이 권고된다. 그렇지 않으면, 기판 웨이퍼는 에피택셜층의 퇴적 중에, 평균적으로 서셉터의 중심 상에 놓여 있지 않는 것으로 확인되었다. 에피택셜층의 퇴적 중에 기판 웨이퍼가 서셉터의 포켓(pocket)에 동심으로(concentrically) 위치되지 않으면, 에피택셜층의 두께의 균일성에 악영향이 있다. 또한, 이러한 임의의 위치 편차는, 특히 기판 웨이퍼의 에지와 서셉터의 접촉이 수반될 때, 원하지 않는 입자의 형성을 야기할 수 있다. 교정 지침은 선행하는 코팅 동작 중에, 서셉터의 중심으로부터 기판 웨이퍼의 중심의 위치의 평균 편차를 나타내는 평균으로부터 유도된다. 교정 지침과 연계하면, 코팅 동작 중에, 교정 지침이 없는 경우보다 기판 웨이퍼의 중심의 위치가 서셉터의 중심에 평균 편차의 크기만큼 더 가까이 있도록 하는 것을 달성하는 것이 기대된다.
본 발명의 발명자들은 선행의 코팅 동작 중에, 위치 편차에 의해서만 유도되는 교정 지침의 사양에 개선이 필요한 것으로 판단하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 개선을 나타내기 위한 것이다.
본 발명의 목적은, 퇴적 챔버 내에서 기상으로부터 에피택셜층이 퇴적되는 반도체 웨이퍼를 제조하기 위한 공정에 의해 달성되고, 이 공정은
기판 웨이퍼를 로봇에 의해 원형 둘레를 갖는 서셉터 상에 배치시키는 단계 - 로봇은 기판 웨이퍼를 배치 위치로 이동시키고 이를 서셉터 상에 위치시키며, 교정 지침에 의해 배치 위치에서 기판 웨이퍼의 중심이 서셉터의 중심 위에 놓이지 않게 됨 - ; 및
기판 웨이퍼 상에 에피택셜층을 퇴적시키는 단계 - 제1 범위 내에 속하는 고유 저항을 갖는 제1 개수의 기판 웨이퍼가 제1 교정 지침에 따라 로봇에 의해 배치 위치로 이동되고, 제2 범위 내에 속하는 고유 저항을 갖는 제2 개수의 기판 웨이퍼가 제2 교정 지침에 따라 로봇에 의해 배치 위치로 이동되며, 제1 및 제2 교정 지침은 서로 상이함 - ;
를 포함한다.
본 발명의 구현은, 에피택셜층의 퇴적 중에, 기판 웨이퍼의 임의의 가능한 위치 어긋남(mispositioning)의 범위가 기판의 특성을 포함하는 요인, 특히 기판 내의 도펀트의 비율 및 기판의 결과적인 비전기저항(이하에는 간결하게 저항으로서 지칭됨)에 종속된다는 결과를 고려한다. 따라서, 본 발명에 따르면, 교정 지침이 기판 웨이퍼의 저항에 대한 함수로서 고려되고, 제1 범위 내에 속하는 저항을 갖는 기판 웨이퍼에 대하여 제1 교정 지침이 제공되고, 이는 제2 범위에 속하는 고유 저항을 갖는 기판 웨이퍼에 대한 제2 교정 지침으로부터 벗어나는 것이 제안된다. 제1 및 제2 범위는 공통 부분을 갖지 않고(disjoint), 이는 고유 저항이 제1 범위 및 제2 범위 내에 동시에 위치하지 않는다는 것을 의미한다.
제1 교정 지침은, 선행의 코팅 동작 중에 서셉터의 중심으로부터 기판 웨이퍼의 중심의 위치의 평균 편차를 나타내는 평균값으로서 계산되고, 저항이 제1 범위 내에 속하는 기판 웨이퍼만을 고려한다. 이에 상응하여, 제2 교정 지침은, 선행의 코팅 동작 중에 서셉터의 중심으로부터 기판 웨이퍼의 중심의 위치의 평균 편차를 나타내는 평균값으로서 계산되고, 저항이 제2 범위 내에 속하는 기판 웨이퍼만을 고려한다. 제1 및 제2 범위와 공통 부분을 갖지 않는 상이한 범위의 저항을 갖는 기판 웨이퍼에 대해서는, 이에 상응하여 제1 및 제2 교정 지침과는 상이한, 다른 교정 지침이 계산된다.
평균값(산술 평균)의 계산을 위하여, 바람직하게는 코팅될 기판 웨이퍼 직전에 코팅되고, 코팅될 기판 웨이퍼의 저항의 범위 내의 저항을 갖는 바람직하게는 적어도 10개, 더욱 바람직하게는 적어도 20개의 기판 웨이퍼의 위치 편차가 포함되었다.
본 발명에 따라 에피택셜층이 퇴적된 기판 웨이퍼는, 도펀트를 포함하는 반도체 웨이퍼, 바람직하게는 단결정 실리콘으로 만들어진 기판 웨이퍼이다.
본 발명을 도면을 참조하여, 이하에서 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 일반적인 피처를 갖는 에피택셜층을 기상으로부터 기판 웨이퍼 상으로 퇴적시키기 위한 장치를 도시하는 단면도이다.
도 2는 서셉터의 중심에 대한, 2개의 상이한 저항 범위의 기판 웨이퍼의 위치 편차의 제1 및 제2 평균값의 위치를 도시한다.
도 3은, 서셉터의 중심에 대한, 서셉터 상에 배치된 이후에 제1 범위 내의 저항을 갖는 기판 웨이퍼의 중심의 분포를 극좌표 격자로 도시한다.
도 4는, 서셉터의 중심에 대한, 서셉터 상에 배치된 이후에 제2 범위 내의 저항을 갖는 기판 웨이퍼의 중심의 분포를 극좌표 격자로 도시한다.
도 1은 일반적인 피처를 갖는 에피택셜층을 기상으로부터 기판 웨이퍼 상으로 퇴적시키기 위한 장치를 도시하는 단면도이다.
도 2는 서셉터의 중심에 대한, 2개의 상이한 저항 범위의 기판 웨이퍼의 위치 편차의 제1 및 제2 평균값의 위치를 도시한다.
도 3은, 서셉터의 중심에 대한, 서셉터 상에 배치된 이후에 제1 범위 내의 저항을 갖는 기판 웨이퍼의 중심의 분포를 극좌표 격자로 도시한다.
도 4는, 서셉터의 중심에 대한, 서셉터 상에 배치된 이후에 제2 범위 내의 저항을 갖는 기판 웨이퍼의 중심의 분포를 극좌표 격자로 도시한다.
기판 웨이퍼 상에 에피택셜층을 퇴적시키기 위한 도 1에 도시된 장치는, 반응 공간을 에워싸는 상부 덮개(1) 및 하부 덮개(2), 및 상부 라이닝(7) 및 하부 라이닝(8)을 갖는 퇴적 챔버(3)를 포함한다. 퇴적 챔버(3) 외부에 있는 상부 및 하부 램프 어레이는 도시되지 않는다. 램프의 복사 에너지는 퇴적 챔버를 기상(증기) 퇴적에 필요한 온도에 이르게 한다.
코팅 동작을 위하여, 캐리어의 암(arm)에 의해 아래로부터 회전가능하게 유지되는 서셉터(5) 상에 기판 웨이퍼(4)가 배치된다. 사전에, 기판 웨이퍼는 로봇의 엔드 이펙터(end effector) 상으로 배치되고, 로봇에 의해 배치 위치로 이동된다. 서셉터 둘레에 예열 링(6)이 배치된다. 기판 웨이퍼(4)는 서셉터(5) 상에 배치될 수 있고, 코팅 이후에, 서셉터(5)를 관통하는 승강 핀에 의해 서셉터(5)로부터 승강(lifted off)된다.
기판 웨이퍼(4)의 코팅 시에, 퇴적 가스는 상부 라이닝(7)에 제공되는 상부 가스 유입 개구(9)를 통해 퇴적 챔버(3) 내로, 기판 웨이퍼 위의 유동 방향을 따라 상부 가스 배출구(11)로 흐른다. 또한, 선택적으로, 퍼지 가스가 서셉터(5)의 아래를 통과하여 하부 가스 배출구(13)를 통해 흐르도록, 하부 가스 유입 개구(12) 및 하부 가스 배출구(13)가 제공될 수 있다.
로봇을 위한 배치 위치가 기판 웨이퍼의 중심이 서셉터의 중심 위에 수직으로 놓이도록 확립되면, 기판 웨이퍼가 배치된 이후에는 그 중심이 서셉터의 중심에 놓여 있지 않을 확률이 비교적 높다. 이에 대한 특정한 이유는, 열응력이며, 이 열응력이 해소됨으로 인하여, 기판 웨이퍼의 중심이 의도된 위치로부터 시프트되게 한다.
기판 웨이퍼 내에 함유된 도펀트의 양이 많을수록 서셉터의 중심으로부터의 시프트량이 크고, 따라서 이러한 양은 기판 웨이퍼의 저항이 감소함에 따라 증가하는 것이 발견되었다. 본 발명에 따르면, 이러한 발견은, 기판 웨이퍼가 서셉터 상에 배치되기 이전에 로봇이 기판 웨이퍼를 이동시키는 배치 위치를 공동 결정(codetermine)하는 교정 지침을 계산할 때 고려된다. 교정 지침은 이전에 코팅된 기판 웨이퍼의 위치 편차를 평균화(averaging)하여 계산되고, 평균화에 사용되는 데이터는, 저항이 대략적으로 동일하여, 미리 결정된 동일한 범위 내에 놓이는 기판 웨이퍼로부터의 데이터만을 사용한다. 위치 편차의 개념은, 서셉터의 중심에 대한, 배치된 기판 웨이퍼의 중심의 위치의 편차를 설명한다. 코팅될 기판 웨이퍼에 대해, 로봇에 의해 사용되는 교정 지침은, 이러한 기판 웨이퍼의 저항에 대하여 계산된 것이다. 비교적 고저항을 갖는 제1 범위는, 예를 들어 11 내지 12 ohmcm를 포함할 수 있는 한편, 비교적 낮은 고유 저항을 갖는 제2 범위는, 예를 들어 9 내지 10 ohmcm를 포함할 수 있다.
제안된 저항 종속적인 평균화(resistance-dependent averaging) 없이는, 저항의 영향이 평균화되어 버리기 때문에(be averaged out), 위치 편차의 평균화는 보다 덜 정확한 교정 지침을 야기한다. 그러나, 교정 지침은 매우 정밀해야 하는데, 그 이유는 서셉터 상의 기판 웨이퍼의 중심 위치가, 에피택셜층을 갖는 결과적인 반도체 웨이퍼의 에지 기하형상에 대하여 이로운 결과를 갖고, 에피택셜층의 퇴적 중에 입자가 생성될 위험이 또한 감소하기 때문이다.
도 2는 서셉터(5)의 중심(10)이 기판 웨이퍼(4)의 중심과 일치하도록 서셉터(5) 상에 위치된 기판 웨이퍼(4)를 도시한다. 이러한 타겟 위치에서, 기판 웨이퍼(4)는 서셉터(5) 및 예열 링(6)에 대하여 동심을 이룬다(concentric). 교정 지침 없이는, 기판 웨이퍼의 중심은 그 고유 저항에 따라, 그 저항 범위에 대해 계산된 평균 위치에 또는 그 근처에, 예를 들어 비교적 높은 고유 저항의 경우, 제1 평균 위치(14)에 또는 그 부근에, 고유 저항이 비교적 낮은 경우에는 제2 평균 위치(15)에 또는 그 부근에 놓여 있을 것이다. 도면에서, 위치(14 및 15)는, 본 발명을 예시할 수 있도록, 서셉터의 중심(10)으로부터 비현실적인 거리만큼 떨어져서 놓여 있다. 현실적으로는, 일반적인 위치 편차는 서셉터의 중심(10)으로부터 1000㎛ 이하로 떨어져 있다.
제1 평균 위치(14)와 서셉터(5)의 중심(10) 사이의 거리는 벡터(16)의 길이에 상응한다. 제2 평균 위치(15)와 서셉터(5)의 중심(10) 사이의 거리는 벡터(17)의 길이에 상응한다. 시점(start)이 서셉터의 중심(10)과 일치하도록 벡터(16) 또는 벡터(17)를 시프트시키면, 벡터의 점은 예상되는 위치 편차를 보상하기 위하여, 로봇이 기판 웨이퍼를 그 중심으로 이동시키도록 요구되는 배치 위치를 가리킨다. 따라서, 벡터(16 및 17)는 로봇의 가능한 교정 지침을 나타낸다.
도 3 및 도 4는 각각 11 내지 12 ohmcm의 저항 범위, 및 9 내지 10 ohmcm의 저항 범위에 대해, 300 mm의 직경을 갖고 단결정 실리콘으로 만들어진, 붕소로 도핑된 기판 웨이퍼의 측정된 위치 편차를 극 좌표 격자에 도시한다. 설명된 위치 편차의 분포에 대한 비교는, 위치 편차의 크기가 도펀트 비율에 종속된다는 점을 명확하게 한다.
1. 상부 덮개
2. 하부 덮개
3. 퇴적 챔버 4. 기판 웨이퍼
5. 서셉터 6. 예열 링
7. 상부 라이닝(lining) 8. 하부 라이닝
9. 상부 가스 유입 개구 10. 서셉터의 중심
11. 상부 가스 배출구 12. 하부 가스 유입 개구
13. 하부 가스 배출구
14. 배치된 기판 웨이퍼의 중심의 제1 평균 위치
15. 배치된 기판 웨이퍼의 중심의 제2 평균 위치
16. 벡터
17. 벡터
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5. 서셉터 6. 예열 링
7. 상부 라이닝(lining) 8. 하부 라이닝
9. 상부 가스 유입 개구 10. 서셉터의 중심
11. 상부 가스 배출구 12. 하부 가스 유입 개구
13. 하부 가스 배출구
14. 배치된 기판 웨이퍼의 중심의 제1 평균 위치
15. 배치된 기판 웨이퍼의 중심의 제2 평균 위치
16. 벡터
17. 벡터
Claims (2)
- 퇴적 챔버 내에서, 기상으로부터 에피택셜층이 퇴적되는 반도체 웨이퍼를 제조하는 공정으로서,
기판 웨이퍼를 로봇에 의해 원형 둘레를 갖는 서셉터 상에 배치시키는 단계 - 상기 로봇은 상기 기판 웨이퍼를 배치 위치로 이동시키고 이를 상기 서셉터 상에 위치시키며, 교정 지침에 의해 상기 배치 위치에서 상기 기판 웨이퍼의 중심이 상기 서셉터의 중심 위에 놓이지 않게 됨 - ; 및
상기 기판 웨이퍼 상에 에피택셜층을 퇴적시키는 단계 - 제1 범위 내에 속하는 고유 저항을 갖는 제1 개수의 기판 웨이퍼가 제1 교정 지침에 따라 상기 로봇에 의해 상기 배치 위치로 이동되고, 제2 범위 내에 속하는 고유 저항을 갖는 제2 개수의 기판 웨이퍼가 제2 교정 지침에 따라 상기 로봇에 의해 상기 배치 위치로 이동되며, 상기 제1 및 상기 제2 교정 지침은 서로 상이함 - ;
를 포함하는, 반도체 웨이퍼를 제조하는 공정. - 제 1항에 있어서, 상기 제1 교정 지침의 양(amount)은, 상기 제1 범위가 상기 제2 범위에 의해 커버되는 상기 고유 저항보다 작거나 큰 고유 저항을 커버하는지에 따라, 상기 제2 교정 지침의 양보다 크거나 작은 것인, 반도체 웨이퍼를 제조하는 공정.
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