WO2013022128A1

WO2013022128A1 - 기상증착장치

Info

Publication number: WO2013022128A1
Application number: PCT/KR2011/005773
Authority: WO
Inventors: 방상규; 전진욱; 한경돈; 석종욱; 한성일
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2011-08-09
Filing date: 2011-08-09
Publication date: 2013-02-14
Also published as: US20140174350A1; CN103765557A

Abstract

기상증착장치가 제공된다. 본 발명에 따른 기상증착장치는 웨이퍼를 실장하여 회전하는 서셉터를 내부에 구비하며, 상기 웨이퍼상에 에피택셜 박막을 증착성장시키는 반응 챔버; 상기 반응 챔버가 내부에 배치되며, 상기 웨이퍼를 상기 반응 챔버 내에 장착 및 제거할 수 있도록 개폐가능한 윈도우를 구비하는 하우징; 및 상기 하우징 내의 가스를 외부로 방출하여 내압을 조절하는 배기수단;을 포함할 수 있다.

Description

기상증착장치

본 발명은 기상성장장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피증착물인 웨이퍼의 정밀한 핸들링이 용이하여 작업 효율을 향상시킬 수 있는 기상증착장치에 관한 것이다.

최근 다양한 산업분야에서 반도체 소자의 미세화와 고효율, 고출력 LED 개발등의 요구가 점차 증가함에 따라서 품질이나 성능의 저하 없이 대량으로 생산이 가능한 기상 증착(CVD, MOCVD) 장치가 요구되고 있다.

일반적으로 기상 증착은 밀폐된 반응 챔버 내부로 공급된 반응가스가 가열된 웨이퍼의 상부표면에서 화학반응을 일으켜 웨이퍼의 표면에 에피택셜 박막을 증착하여 성장시키는 것이다.

글러브 박스(Glove Box)와 같이 외부와 차단된 공간 내에 배치되는 반응 챔버 내에 웨이퍼를 장착하거나 증착 후 교체하기 위해서는 글러브 박스에 구비되는 두꺼운 글러브를 착용한 상태에서 작업을 진행해야 하기때문에 웨이퍼를 정밀하게 핸들링하기가 어렵고, 따라서 불량발생등 품질의 신뢰성이 저하되는 문제가 있다.

또한, 글러브 박스의 내부는 통상 대기압보다 높은 압력 상태를 유지하므로 웨이퍼를 정밀하게 제어하는데 과도한 힘이 들어가 작업이 어렵고, 부품 교체와 내부 클리닝 등을 위해서는 작동을 멈춘 상태에서 글러브 박스를 분해해야 하므로 장치의 유지보수가 용이하지 않아 생산성이 저하되는 문제가 있다.

또한, 외부와 차단된 글러브 박스 내부로 웨이퍼를 공급하기 위해서는 별도의 패스 박스(Pass Box)를 구비하여 글러브 박스와 연결하여 내압을 유지시켜야 하므로 비용이 증가한다는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 증착을 위한 웨이퍼의 장착 및 증착 후 웨이퍼의 제거와 같이 웨이퍼의 핸들링을 보다 정밀하게 제어할 수 있으며, 부품의 교체와 클리닝 등의 정비가 용이하여 유지보수에 효율적인 기상증착장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 실시예에 따른 기상증착장치는 웨이퍼를 실장하여 회전하는 서셉터를 내부에 구비하며, 상기 웨이퍼상에 에피택셜 박막을 증착성장시키는 반응 챔버; 상기 반응 챔버가 내부에 배치되며, 상기 웨이퍼를 상기 반응 챔버 내에 장착 및 제거할 수 있도록 개폐가능한 윈도우를 구비하는 하우징; 및 상기 하우징 내의 가스를 외부로 방출하여 내압을 조절하는 배기수단;을 포함할 수 있다.

또한, 상기 윈도우는 적어도 하나 이상이 상기 반응 챔버와 인접하여 구비되며, 상기 반응 챔버와 마주하도록 배치될 수 있다.

또한, 상기 윈도우는 상기 하우징의 상부면을 향해 일정 기울기를 가지며 경사진 구조로 구비될 수 있다.

또한, 상기 윈도우를 상기 하우징의 하부면에 대해 수직 이동 혹은 수평 이동시켜 개폐시키는 구동부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 배기수단은, 상기 하우징 내부로 연장된 벤트 관(vent pipe)과 연결되어 위치조정이 가능하도록 구비되는 벤트 후드(vent hood)와, 상기 벤트 관과 연결되어 상기 하우징 내부를 배기시키는 게이트 밸브(gate valve)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 하우징의 내부 상태 및 외부 상태를 감지하는 센서를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 서셉터의 회전, 상기 반응 챔버와 하우징의 개폐 및 상기 배기수단을 조정하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면 두꺼운 글러브를 착용할 필요가 없이 작업자가 하우징 외부에서 직접 웨이퍼를 핸들링할 수 있어 정밀한 제어가 가능하고, 따라서 제품의 신뢰성이 향상되는 효과를 갖는다.

또한, 하우징의 윈도우를 열어 작업을 진행하므로 부품의 교체 및 클리닝 작업을 용이하게 수행할 수 있어 장치의 유지보수가 용이하며, 따라서 생산성이 향상되는 효과를 갖는다.

또한, 패스 박스와 같은 부가요소가 불필요하여 비용이 절감되는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 기상증착장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

도 2는 도 1의 기상증착장치를 나타내는 정면도이다.

도 3은 도 1의 기상증착장치를 나타내는 평면도이다.

도 4는 도 1의 기상증착장치에서 윈도우를 나타내는 정면 사시도이다.

도 5는 도 4의 윈도우를 나타내는 후면 사시도이다.

도 6은 도 1의 기상증착장치에서 윈도우의 다른 실시형태를 나타내는 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 기상증착장치에 관한 사항을 도면을 참조하여 설명한다.

그러나, 본 발명의 실시예는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.

따라서, 도면에 도시된 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 도면 상에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 참조부호를 사용할 것이다.

도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일실시형태에 따른 기상증착장치를 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 기상증착장치를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 기상증착장치를 나타내는 정면도이고, 도 3은 도 1의 기상증착장치를 나타내는 평면도이다. 도 4는 도 1의 기상증착장치에서 윈도우를 나타내는 정면 사시도이고, 도 5는 도 4의 윈도우를 나타내는 후면 사시도이며, 도 6은 도 1의 기상증착장치에서 윈도우의 다른 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시형태에 따른 기상증착장치(1)는 반응 챔버(10), 하우징(20), 배기수단(30)을 포함할 수 있다.

반응 챔버(10)는 상부덮개(11)와 하부덮개(12)를 갖추어 상하 합형시 밀폐된 일정크기의 내부공간을 형성하는 수직 원통형 구조물이다. 상부덮개(11)는 하부로 개방되고, 하부덮개(12)는 상부로 개방되어 내마모성 및 내부식성이 우수한 메탈재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 각각 내부에 단열재(미도시)를 구비할 수 있다. 또한, 상기 반응 챔버(10)의 일측에는 상기 상부덮개(11) 또는 하부덮개(12)중 어느 하나를 회동시켜 이들을 서로 분리하거나 합형하는 덮개회동부(13)를 구비할 수 있다.

상기 반응 챔버(10)의 내부에는 웨이퍼(W)가 탑재되는 포켓(15)이 상면에 적어도 하나 이상 함몰형성된 서셉터(14)가 회전가능하게 구비된다. 이러한 서셉터(14)는 웨이퍼 지지구조물로서 그라파이트(graphite)를 소재로 하여 원반형태로 형성되며, 하부면 정중앙에는 미도시된 구동모터와 연결되는 회전축(16)을 구비함으로써 상기 웨이퍼(W)가 탑재된 서셉터(14)는 상기 구동모터의 회전동력에 의해 일방향으로 균일속도록 일정하게 회전할 수 있다.

이와 같이, 반응 챔버(10)는 상부덮개(11)와 하부덮개(12)가 밀폐된 상태에서 미도시된 가스공급부를 통해 내부로 유입된 반응가스와 증착 대상물인 웨이퍼(W) 간의 화학적 기상반응이 이루어져 에피텍셜층의 박막을 상기 웨이퍼(W)의 상면에 증착 및 성장시킨다.

한편, 하우징(20)은 상기 반응 챔버(10)가 내부에 배치되도록 소정 크기의 내부공간을 제공하며, 증착공정 진행시 상기 반응 챔버(10)를 외부환경으로부터 보호하는 한편 외부환경과의 접촉을 차단하는 박스형 구조물이다.

특히, 상기 하우징(20)은 개폐가 가능한 윈도우(21)를 구비하여 웨이퍼(W)를 반응 챔버(10) 내의 서셉터(14) 상에 장착하거나 제거하는 작업을 하우징(20)의 외부에서 용이하게 수행할 수 있도록 한다. 즉, 종래의 글러브 박스에서와 같이 외부와 차단되어 밀폐된 상태에서 두꺼운 고무 글러브를 착용하고 웨이퍼(W)를 외부에서 힘들게 핸들링하는 대신에, 고무 글러브를 제거하고 그 위치에 개폐가능한 윈도우(21)를 구비함으로써 윈도우(21)를 열고 하우징(20)의 내부를 개방한 상태에서 직접 웨이퍼(W)의 장착 및 제거를 수행한다. 따라서, 반응 챔버(10) 내에서의 웨이퍼(W)의 핸들링을 하우징(20)의 외부에서 정밀하게 그리고 용이하게 수행하는 것이 가능하다. 또한, 반응 챔버(10) 내부와 하우징(20) 내부에 대한 클리닝과 부품의 교체 등 장치의 유지 보수가 용이하다는 장점을 갖는다.

이러한 윈도우(21)는 압축 플라스틱 혹은 강화 유리와 같이 견고하며, 내부를 조망할 수 있는 투명 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 그리고, 적어도 하나 이상이 상기 반응 챔버(10)와 인접하여 구비되며, 상기 반응 챔버(10)와 마주하도록 배치될 수 있다. 도 2 및 도 3에서와 같이, 윈도우(21)는 반응 챔버(10)를 사이에 두고 하우징(20)의 전면과 후면에 구비될 수 있으나, 전면에만 구비될 수도 있으며, 측면에도 구비될 수 있다.

상기 윈도우(21)는 상기 하우징(20)의 일면과 나란히 수직한 구조로 구비될 수 있으나, 도 4 및 도 5에서와 같이 상기 하우징(20)의 상부면을 향해 일정 기울기를 가지며 내측으로 경사진 구조로 구비될 수 있다. 이 경우, 구조적으로 하우징(20)의 외부에서 내부에 있는 반응 챔버(10), 구제척으로는 반응 챔버(10)의 내부와 그 내부에 있는 서셉터(14)를 보다 자세히 주시할 수 있어 웨이퍼(W)를 보다 정확한 위치에 안착시키는 것이 가능하다.

도 1에서처럼 상기 윈도우(21)는 상기 하우징(20)의 하부면에 대해 상하 방향으로 수직 이동하는 구조로 개폐될 수 있으며, 혹은 도 6에서처럼 좌우 방향으로 수평 이동하는 구조로 개폐될 수 있다. 그리고, 이를 위해 상기 윈도우(21)를 상기 하우징(20)의 하부면에 대해 수직 이동 혹은 수평 이동시켜 개폐시키는 구동부(22)를 구비할 수 있다. 구동부(22)로는 왕복 이동하는 피스톤(22-2)을 구비하는 실린더부재(22-1)가 채용될 수 있다. 따라서, 상기 실린더부재(22-1)를 구동시켜 피스톤(22-2)을 왕복 이동시킴으로써 상기 피스톤(22-2)과 연결되는 상기 윈도우(21)를 이동시켜 개폐시키는 것이다.

이와 같이 구동부(22)를 통해 윈도우(21)를 자동적으로 개폐하는 것이 가능하며, 또한 특정 조건을 만족하는 경우에만 윈도우(21)가 개폐될 수 있도록 하여 임의적으로 윈도우(21)가 개폐되는 것을 방지함으로써 작업의 안정성을 도모할 수도 있다. 또한, 위도우를 통해 웨이퍼를 직접 하우징 내부로 반입하거나 반출할 수 있어 패스 박스(Pass Box)와 같은 설비가 생략될 수 있다는 장점을 갖는다.

상기 배기수단(30)은 상기 하우징(20) 내의 가스를 외부로 방출하여 하우징(20)의 내압을 조절하며, 상기 하우징(20)의 상부면에 구비될 수 있으나 이에 한정하지 않는다.

도면에서와 같이 상기 배기수단(30)은 상기 하우징(20) 내부로 연장된 벤트 관(vent pipe)(32)과 연결되어 위치조정이 가능하도록 구비되는 벤트 후드(vent hood)(31)와, 상기 벤트 관(32)과 연결되어 상기 하우징(20) 내부를 배기시키는 게이트 밸브(gate valve)(33)를 포함할 수 있다.

따라서, 웨이퍼(W)의 장착 및 교체를 위해 상기 윈도우(21)를 여는 경우, 상기 게이트 밸브(33)를 열어 상기 하우징(200 내의 가스를 상기 벤트 후드(31)와 벤트 관(32)을 통해 외부로 방출하여 하우징(20)의 내압을 대기압과 같거나 대기압보다 낮은 압력(-2mBar)을 갖도록 조정한다. 이 때, 하우징(20) 내의 유해 가스들도 상기 배기수단(30)을 통해 배출되므로 환경안전을 도모할 수 있다.

한편, 상기 하우징(20)은 센서부(40, 41)를 구비하여 내부 온도, 내부 압력, 수소(H₂)가스의 누출여부, 기타 유해 가스 유무 등과 같은 내부 상태를 감지하는 한편, 윈도우(21)의 개방여부와 개방된 윈도우(21)에서 작업자가 작업중인지의 여부와 같이 외부 상태를 감지한다. 이러한 센서부(40, 41)를 통해 하우징(20)의 내부 상태를 감지하여 특정 조건을 만족시키는 경우에 윈도우(21)가 개방될 수 있도록 하며, 윈도우(21)가 열린 상태에서 작업자가 작업을 진행중인 경우에는 임의적으로 윈도우(21)가 닫히는 것을 방지한다.

예를 들어, 센서부(40,41)를 통해 폭발 위험성이 있는 H₂ 가스의 누출여부를 감지하고, 공정이 완료된 반응 챔버(10)의 상부덮개(11)가 개방된 상태를 확인한 다음, 게이트 밸브(33)를 열어 하우징(20) 내부의 가스를 배출시키면서 내압이 대기압보다 낮은 압력(-2mBar)으로 유지됨을 확인한 이후에 윈도우(21)가 자동으로 열리도록 한다. 그리고, 윈도우(21)가 열린 상태에서 H₂ 가스의 누출을 감지하거나, 내부 온도가 설정온도(예를 들어 50℃)를 넘게 되는 경우 윈도우(21)에 설치된 라이트 커튼과 같은 센서부(41)를 통해 작업자 유무를 확인한 다음 자동으로 윈도우(21)가 닫히도록 하여 안전을 도모할 수 있도록 한다.

또한, 상기 하우징(20)은 상기 센서부(40,41)와 연결되는 제어부(50)를 통해 상기 윈도우(21)의 개폐를 자동적으로 제어하는 것은 물론, 상기 서셉터(14)의 회전, 상기 반응 챔버(10)의 개폐 및 상기 배기수단(30)의 작동을 제어한다.

Claims

웨이퍼를 실장하여 회전하는 서셉터를 내부에 구비하며, 상기 웨이퍼상에 에피택셜 박막을 증착성장시키는 반응 챔버;

상기 반응 챔버가 내부에 배치되며, 상기 웨이퍼를 상기 반응 챔버 내에 장착 및 제거할 수 있도록 개폐가능한 윈도우를 구비하는 하우징; 및

상기 하우징 내의 가스를 외부로 방출하여 내압을 조절하는 배기수단;

을 포함하는 기상증착장치.
제1항에 있어서,

상기 윈도우는 적어도 하나 이상이 상기 반응 챔버와 인접하여 구비되며, 상기 반응 챔버와 마주하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 기상증착장치.
제1항에 있어서,

상기 윈도우는 상기 하우징의 상부면을 향해 일정 기울기를 가지며 경사진 구조로 구비되는 것을 특징으로 하는 기상증착장치.
제1항에 있어서,

상기 윈도우를 상기 하우징의 하부면에 대해 수직 이동 혹은 수평 이동시켜 개폐시키는 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기상증착장치.
제1항에 있어서, 상기 배기수단은,

상기 하우징 내부로 연장된 벤트 관(vent pipe)과 연결되어 위치조정이 가능하도록 구비되는 벤트 후드(vent hood)와, 상기 벤트 관과 연결되어 상기 하우징 내부를 배기시키는 게이트 밸브(gate valve)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기상증착장치.
제1항에 있어서,

상기 하우징의 내부 상태 및 외부 상태를 감지하는 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기상증착장치.
제1항에 있어서,

상기 서셉터의 회전, 상기 반응 챔버와 하우징의 개폐 및 상기 배기수단을 조정하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기상증착장치.