WO2016148385A1 - 리프트 핀 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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WO2016148385A1
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윤성희
정관호
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(주)코미코
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Definitions

  • the present invention relates to a lift pin and a method for manufacturing the same, and more particularly, a lift pin for supporting the wafer through a hole in a susceptor on which the wafer is placed in an epitaxial process that is performed on a wafer. And to a method of manufacturing the same.
  • a semiconductor device includes a fab process for forming a plurality of chips patterned with a circuit pattern on the wafer based on a wafer made of a thin single crystal substrate made of silicon, and each chip formed in the fab process electrically connected to the substrate. It may be manufactured by performing a bonding process for connecting and a molding process for protecting the chip connected to the substrate from the outside.
  • the wafer is prepared by slicing a cylindrical ingot thinly and then performing a polishing process to smooth the surface.
  • the epitaxial process may include a process chamber into which a silane gas is injected, a susceptor on which a wafer having the polishing process is placed in the process chamber, and a vertical drive through the hole of the susceptor.
  • a process chamber into which a silane gas is injected
  • a susceptor on which a wafer having the polishing process is placed in the process chamber and a vertical drive through the hole of the susceptor.
  • an epitaxial device comprising a lift pin for placing the wafer on the susceptor or spaced from the susceptor and a heater providing heat inside the process chamber to heat the wafer to a process temperature of about 1000 to 1400 ° C. Proceed.
  • a silane gas provided inside the process chamber reacts on the surface of the wafer through the heat of the heater to grow crystals, and the growing crystals form gaps in the wafer surface. It proceeds in the form of filling. Therefore, a thin film of a few micrometers level is formed on the surface of the wafer to lower the surface roughness of the wafer or to remove defects present on the surface of the wafer, thereby obtaining a high quality wafer.
  • the wafer is heated to a high temperature of about 1000 to 1400 °C by the heater as described above, there is bound to be a slight warpage phenomenon on the wafer.
  • the lift pin may cause scratches on the wafer where the warp phenomenon occurs.
  • vibration is generated by the friction between the lift pin and the susceptor, and the vibration, scratching, chipping, and grinding of the wafer are caused. May occur.
  • the wafer may be damaged by scratching, chipping, or grinding, and particles may be generated due to damage to the wafer, thereby degrading the quality of the wafer surface.
  • the quality of the film formed on the wafer surface may be reduced by the epitaxial process.
  • An object of the present invention is to provide a lift pin capable of stably supporting a wafer having a warpage phenomenon and maintaining the wafer quality as it is.
  • Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing the above lift pin.
  • a lift pin supports the wafer through a hole in a susceptor in which the wafer is placed in a process chamber where an epitaxial process is performed on the wafer.
  • the pin head is formed of a glassy carbon material, the pin head is formed in contact with the wafer, the shaft penetrating the hole of the susceptor and the outer peripheral surface between the pin head and the shaft is the pin head It may include a pin neck formed inclined so as to narrow toward the shaft from.
  • the lift pin according to an embodiment may have a structure in which the glassy carbon is coated on a ceramic base material.
  • the pin head may have a rounded portion in contact with the wafer.
  • the pin head may have a radius of curvature R of 11 to 17 mm in contact with the wafer.
  • Inclined angle of the pin neck may be characterized in that ⁇ 5 ° based on the inclination angle formed on the upper portion of the hole.
  • the shaft may have an outer diameter of 2 to 10% smaller based on the diameter of the hole.
  • Surface of the pin head, the shaft and the pin neck may have a roughness of 0.1 to 0.5 ⁇ m.
  • the manufacturing method of the lift pin for supporting the wafer through the hole of the susceptor in which the wafer is placed in the process chamber in which the epitaxial process is performed on the wafer has a surface Preparing a base made of glassy carbon and having a pin head which contacts and supports the wafer, a shaft penetrating the hole of the susceptor, and a pin neck formed between the pin head and the shaft; Mirror treating the surface of the base.
  • the mirror treatment step according to an embodiment may be a mirror surface treatment so that the surface of the base has a roughness of 0.1 to 0.5 ⁇ m.
  • the base may be prepared by coating the glassy carbon on a ceramic base material.
  • the lift pin for driving the up and down substantially through the hole of the susceptor in which the wafer is placed in the process chamber in which the epitaxial process is carried out to substantially support the wafer hardness It is made of a glassy carbon material which is excellent in the surface contact with the wafer and can be rounded, so that the wafer having the warpage phenomenon during the epitaxial process does not generate particles due to scratching, chipping, or grinding. I can support it stably.
  • a thin film for reducing surface roughness may be stably formed on the surface of the wafer. Therefore, not only the quality of the highly integrated semiconductor device manufactured from the wafer can be improved, but also a high production yield for the semiconductor device can be expected.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an epitaxial device having a lift pin installed according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 illustrates a state in which the lift pin supports the wafer before the epitaxial process in the epitaxial device illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a view illustrating a portion in which the lift pin and the wafer contact each other in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which a wafer is placed on a susceptor for an epitaxial process in the epitaxial device illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 5 is a view illustrating a portion in which a wafer is placed on a susceptor in FIG. 4.
  • FIG. 6 is an enlarged view of a portion A of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a view illustrating a state in which warpage occurs in a wafer when an epitaxial process is performed in the epitaxial device illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 8 is a view illustrating a state in which a lift pin supports a wafer in which a warpage phenomenon occurs after the epitaxial process is performed in the epitaxial device shown in FIG. 1.
  • FIG. 9 is a view illustrating a portion in which the lift pin and the wafer contact each other in FIG. 8.
  • FIG. 10 is an enlarged view of a portion B of FIG. 9.
  • FIG. 11 is a view illustrating whether scratches and particles are generated according to a radius of curvature of a pin head contacting a wafer in a lift pin in FIG. 10.
  • the lift pin according to the present invention supports the wafer through a hole in a susceptor in which the wafer is placed in a process chamber in which an epitaxial process is performed on a wafer, and the surface is made of glassy carbon material.
  • the element When an element is described as being disposed or connected on another element or layer, the element may be placed or connected directly on the other element, and other elements or layers may be placed therebetween. It may be. Alternatively, where one element is described as being directly disposed or connected on another element, there may be no other element between them. Terms such as first, second, third, etc. may be used to describe various items such as various elements, compositions, regions, layers and / or parts, but the items are not limited by these terms. Will not.
  • Embodiments of the invention are described with reference to schematic illustrations of ideal embodiments of the invention. Accordingly, changes from the shapes of the illustrations, such as changes in manufacturing methods and / or tolerances, are those that can be expected sufficiently. Accordingly, embodiments of the invention are not to be described as limited to the particular shapes of the areas described as the illustrations, but include variations in the shapes, and the areas described in the figures are entirely schematic and their shapes. Is not intended to describe the precise shape of the region nor is it intended to limit the scope of the invention.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an epitaxial device having a lift pin installed according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the epitaxial device 100 includes a process chamber 200, a heater 300, an upper dome 400, a lower dome 500, a susceptor 600, a lift pin 700, and a pin driver. 800.
  • the process chamber 200 provides a space for performing an epitaxial process on the wafer 10 in which the polishing process is performed.
  • the process chamber 200 may include a gas supply unit 210 and a gas discharge unit 220 at a side thereof so that a silane gas for reaction in an epitaxial process may be injected therein.
  • the heater 300 is installed inside the process chamber 200.
  • the heater 300 provides heat to the wafer 10 for reaction in the epitaxial process.
  • the heater 300 may provide heat so that the wafer 10 may be heated to a process temperature of about 1000 to 1400 ° C. for the epitaxial process. Since the heater 300 is installed in the process chamber 200, it is difficult to replace the heater 300 substantially. Therefore, the heater 300 may be a halogen lamp that can provide uniform heat through light while having a relatively long lifespan.
  • a plurality of heaters 300 may be installed on the upper side and the lower side of the process chamber 200 to provide uniform heat to the upper and lower portions of the wafer 10.
  • Each of the upper dome 400 and the lower dome 500 is disposed above the heater 300 to isolate the wafer 10 from the plurality of heaters 300 in the process chamber 200.
  • the lower and the upper portion of the heater 300 installed in the lower side are respectively installed.
  • the upper dome 400 and the lower dome 500 are made of a transparent material so that light generated from the heaters 300 can pass therethrough.
  • the upper dome 400 and the lower dome 500 may be made of quartz material.
  • both sides of the upper dome 400 and the lower dome 500 are hermetically coupled to the gas supply part 210 and the gas discharge part 220. Accordingly, other gases other than silane gas may be blocked from being introduced into the space where the epitaxial process is performed on the wafer 10.
  • the susceptor 600 is installed inside the process chamber 200, specifically, between the upper dome 400 and the lower dome 500 to allow the wafer 10 to be processed during the epitaxial process. I support it.
  • the susceptor 600 may be made of silicon carbide (SiC) material having excellent thermal conductivity so that heat from the heater 300 may be stably transferred to the wafer 10 while having excellent hardness.
  • the susceptor 600 may be formed of a structure in which the silicon carbide (SiC) is coated on a graphite base material for manufacturing efficiency. The susceptor 600 is supported and fixed at a constant height through the support mechanism 610.
  • the lift pin 700 supports the wafer 10 to be placed on the susceptor 600 or to be spaced apart from the susceptor 600 while passing through the hole 620 formed in the susceptor 600 in the vertical direction. do.
  • the lift pin 700 may be installed to penetrate the holes 620 of the susceptor 600 at at least three points in order to stably support the wafer 10.
  • the pin driver 800 is connected to the lower portion of the lift pin 700 to provide a linear driving force to drive the lift pin 700 in the vertical direction.
  • the pin driver 800 may include a cylinder structure that directly provides a linear driving force, and when the precise control is required, the rotational force of the servo motor and the servo motor in the linear direction is required. It may also include a coupling structure of the power switching mechanism for switching.
  • FIG. 2 is a view illustrating a state in which a lift pin supports a wafer before an epitaxial process in the epitaxial device illustrated in FIG. 1
  • FIG. 3 is a view illustrating a portion in which the lift pin and the wafer contact each other in FIG. 2. to be.
  • the lift pin 700 has a pin head 710 directly in contact with the wafer 10, a shaft 720 passing through the hole 620 of the susceptor 600, and the pin head 710. And a pin neck 730 connecting them between the shaft 720.
  • the outer diameter of the pin head 710 is formed larger than the outer diameter of the shaft 720, the outer circumferential surface of the pin neck 730 is inclined so as to become narrower toward the shaft 720 from the pin head 710 Can be formed.
  • the lift pin 770 When the lift pin 770 is driven upward and downward along the hole 620 of the susceptor 600 while supporting the wafer 10 at a process temperature of about 1000 to 1400 ° C. at which the epitaxial process is performed.
  • the lift pin 700 needs to have sufficient hardness so that particles are not generated due to friction with the wafer 10 and the susceptor 600.
  • the lift pins 700 when the lift pins 700 support the wafer 10, the lift pins 700 may minimize the occurrence of scratches or particles that may be generated by contact with the wafers 10. There is a need to round the lift pin 700 so that the pin head 710 can be in point contact with the wafer 10.
  • the lift pin 700 may be made of glassy carbon to satisfy both the hardness and the rounded processing.
  • the glassy carbon is a ceramic material having sufficient strength and hardness according to the strength to have a flexural strength of about 147 MPa, and is a stable material having no change in its properties even at about 2000 ° C.
  • the glassy carbon is a glassy liquid crystal state compared to silicon carbide (SiC) having a crystalline phase, so the crystal phase does not exist, and thus, the roundness processing is possible because the processability is relatively excellent.
  • the glassy carbon (glassy carbon) is characterized in that the surface roughness (roughness) is formed very low about 2 to 3 ⁇ m compared to other ceramic materials due to the glassy liquid crystal state.
  • the pin head 710, the shaft 720 and the pin neck 730 is processed in the form of a base using the glassy carbon (glassy carbon)
  • a lift pin 700 having a very smooth surface having a surface roughness of about 0.1 to 0.5 ⁇ m may be easily obtained.
  • the lift pin 700 drives the wafer 10 in the vertical direction along the hole 620 of the susceptor 600 while the epitaxial process is performed, the lift pin ( The friction between the 700 and the wafer 10 and the susceptor 600 may be further reduced to more stably prevent particle generation due to the friction.
  • the lift pin 700 itself consists of the glassy carbon, the glassy carbon (glassy carbon) as a whole on the base material of the ceramic material
  • the ceramic material may include any one of alumina (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), and graphite (C).
  • FIG. 4 is a view illustrating a state in which a wafer is placed on a susceptor for an epitaxial process in the epitaxial device illustrated in FIG. 1
  • FIG. 5 is a view illustrating a portion in which the wafer is placed on the susceptor in FIG. 4.
  • 6 is an enlarged view of a portion A of FIG. 5.
  • the lift pin 700 is then lowered using the pin driver 800 so that the wafer 10 is placed on the susceptor 600.
  • the pin neck 730 of the lift pin 700 is a silane (silane) gas supplied from the gas supply unit 210 to the wafer 10 during the epitaxial process is the susceptor 600 It is necessary to prevent leakage through the hole 620 of the).
  • heat generated from the heater 300 is uniformly transferred to the wafer 10 placed in the susceptor 600.
  • heat flow through the hole 620 is lost to the lower structure or the like.
  • the heat may not be uniformly transferred to the wafer 10. Therefore, there is a need to maintain sufficient airtightness for the hole 620 so that a defect does not occur in the film formed on the wafer 10 according to the epitaxial process.
  • the inclined angle a1 of the pin neck 730 has about ⁇ 5 ° based on the inclination angle a2 formed at the upper portion of the hole 620 coupled thereto.
  • the shaft 720 of the lift pin 700 when the shaft 720 of the lift pin 700 has an outer diameter d2 which is less than about 2% of the inner diameter d1 of the susceptor 600 hole 620, The spacing between the susceptor 600 and the shaft 720 is too narrow. Thus, the friction force between the susceptor 600 and the shaft 720 is increased to increase the possibility of particles.
  • the shaft 720 of the lift pin 700 has a smaller outer diameter d2 greater than about 10% of the inner diameter d1 of the susceptor 600 hole 620, the shaft 720 may be When driving in the vertical direction along the hole 620 may be shaken in the horizontal direction. Therefore, the lift pin 700 may not stably support the wafer 10. Therefore, the shaft 720 of the lift pin 700 preferably has an outer diameter of about 2 to 10% smaller based on the inner diameter d1 of the susceptor 600 hole 620.
  • the lift pin 700 is made of glassy carbon having a surface roughness of about 0.1 ⁇ m to about 0.5 ⁇ m, the bottom surface of the lift pin 700 coupled with the pin driver 800.
  • the horizontal level of can also be precisely maintained. Therefore, the vertical stroke of the lift pin 700 by the pin driver 800 may always proceed at a constant position.
  • FIG. 7 is a view illustrating a state in which warpage occurs in a wafer when an epitaxial process is performed in the epitaxial device illustrated in FIG. 1.
  • the epitaxial process may be performed by supplying heat from the heater 300 and silane gas from the gas supply unit 210 to the wafer 10 placed on the susceptor 600. Proceed practically. At this time, a bending phenomenon in which the wafer 10 is bent by heat from the heater 300 naturally occurs.
  • the glassy carbon constituting the lift pin 700 has a thermal conductivity of about 3 to 6 W / m ⁇ k, which is relatively lower than that of other ceramic materials. Therefore, the lift pin 700 transfers only a part of the heat transferred from the heater 300 to the wafer 10 during the epitaxial process. Therefore, it is possible to prevent deterioration of a portion of the wafer 10 that contacts the lift pin 700.
  • the lift pin 700 is very high thermal conductivity, such as alumina (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC) of about 25 to 50 W / m ⁇ k, 110 to 130 W / m ⁇ k, respectively When made of a ceramic material having a large heat loss through the lift pin 700 may occur.
  • the lift pin 700 due to the high thermal conductivity of the lift pin 700, heat transferred directly from the heater 300 is transferred to the wafer 10 through the lift pin 700 as it is. Therefore, the temperature of the portion of the wafer 10 in contact with the lift pin 700 is higher than the temperature of the other portion of the wafer 10 in the portion of the wafer 10 in contact with the lift pin 700. Deterioration marks may occur. However, when the lift pin 700 is made of glassy carbon as in the present invention, heat loss through the lift pin 700 is suppressed due to the significantly low thermal conductivity of the glassy carbon, and the wafer ( The deterioration mark can be prevented from occurring in 10).
  • FIG. 8 is a view illustrating in detail a state in which the lift pin supports the wafer on which the warpage phenomenon occurs after the epitaxial process is performed in the epitaxial device shown in FIG. 1, and FIG. 9 illustrates the lift pin and the wafer in FIG. 8.
  • FIG. 10 is an enlarged view of a portion B of FIG. 9, and FIG. 11 illustrates whether scratches and particles are generated according to a radius of curvature of a pin head contacting a wafer in a lift pin in FIG. 9. A diagram for explaining.
  • the lift pin 700 is raised through the pin driver 800 to separate the wafer 10 from which the warpage occurs from the susceptor 600.
  • the position where the pin head 710 of the lift pin 700 and the wafer 10 in which the warpage phenomenon occurs is in contact with the wafer 10 in a predetermined distance from the contact point shown in FIG. 3. are spaced apart by (g).
  • the pin head 710 in order to stably support the wafer 10 in which the warpage phenomenon occurs, the pin head 710 needs to have a radius of curvature R within a predetermined range.
  • the radius of curvature R of the pin head 710 will be described in more detail.
  • the wafer 10 when the radius of curvature R of the pin head 710 is less than about 11 mm, the wafer 10 is in a state where stress is concentrated at a contact point where the pin head 710 contacts the wafer 10. Because of the warpage of the scratches and particles appear to be generated while moving the contact point is not preferred.
  • the radius of curvature R of the pin head 710 exceeds about 17 mm, the local contact area between the pin head 710 and the wafer 10 is excessive and at the edge portion of the pin head 710. This is undesirable because it appears that the contact stress is concentrated and scratches are generated.
  • the radius of curvature R of the pin head 710 exceeds about 23 mm, since the pin head 710 is in contact with the wafer 10 while having a substantially flat shape, particles appear to be generated. More undesirable. Therefore, the radius of curvature R of the portion of the pin head 710 in contact with the wafer 10 is preferably about 11 to 17 mm.
  • the experiment was conducted on the 300 mm wafer 10 in order to confirm the range of the radius of curvature R of the pin head 710, but other wafers 10 of 200 mm or 400 mm size
  • the difference in curvature radius according to the bending phenomenon is less than about 1 mm compared to the 300 mm size wafer 10
  • the radius of curvature R of the pin head 710 described above is 200 mm or 400 above. It can be understood that the same applies to the wafer 10 having a mm size.
  • the epitaxial process is performed to carry out the wafer 10 stably supported by the lift pin 700 to the outside, thereby manufacturing a highly integrated semiconductor device having a line width of about 12 to 16 nm. Proceed.
  • the wafer 10 may be driven up and down while passing through the hole 620 of the susceptor 600 in which the wafer 10 is placed in the process chamber 200 where the epitaxial process is performed.
  • the wafer having the warpage phenomenon during the epitaxial process is manufactured by manufacturing a lift pin 700 supported by a glass with a glassy carbon material having excellent hardness and being capable of rounding the part in contact with the wafer 10. (10) can be stably supported without generating scratches and particles.
  • the line width manufactured using the aper 10 may not only improve the quality of the highly integrated semiconductor device but also high production yield of the semiconductor device.
  • the lift pin used in the epitaxial process is made of a glassy carbon material in which the contact portion with the wafer is rounded, so that the lift pin is in the process of performing the epitaxial process. It can be utilized to improve the quality of the wafer by preventing scratches and particles are generated by.

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Abstract

리프트 핀은 웨이퍼를 대상으로 에피택셜 공정이 진행되는 공정 챔버의 내부에서 상기 웨이퍼가 놓여지는 서셉터의 홀을 관통하여 상기 웨이퍼를 지지하며, 표면이 유리질 카본(glassy carbon) 재질로 이루어진다.

Description

리프트 핀 및 이의 제조 방법
본 발명은 리프트 핀 및 이의 제조 방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 웨이퍼를 대상으로 진행되는 에피택셜(epitaxial) 공정에서 상기 웨이퍼가 놓여지는 서셉터의 홀을 관통하여 상기 웨이퍼를 지지하는 리프트 핀 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자는 실리콘 재질의 얇은 단결정 기판으로 이루어진 웨이퍼를 기초로 하여 상기 웨이퍼 상에 회로 패턴이 패터닝된 다수의 칩들을 형성하는 팹 공정과, 상기 팹 공정에서 형성된 칩들 각각을 기판에 전기적으로 연결시키는 본딩 공정과, 상기 기판에 연결된 상기 칩을 외부로부터 보호하기 위한 몰딩 공정 등을 수행하여 제조될 수 있다. 여기서, 상기 웨이퍼는 원통 형상의 잉곳을 얇게 슬라이싱한 다음, 표면을 매끄럽게 하기 위한 폴리싱 공정을 수행하여 준비된다.
이에, 최근 들어서는 상기 반도체 소자가 고집적화 됨에 따라 상기 웨이퍼의 표면에 대한 상기 폴리싱 공정만으로는 상기 웨이퍼의 표면 조도를 낮추기 어렵다. 따라서, 상기 웨이퍼 상에 미세한 선폭, 구체적으로 약 12 내지 16㎚의 선폭을 갖는 상기 회로 패턴을 구현하기 어렵다. 그러므로, 상기 폴리싱 공정을 수행한 웨이퍼를 대상으로 에피택셜 공정을 추가로 진행하여 상기 웨이퍼의 표면 조도(roughness)를 약 30% 내지 많게는 50% 수준까지 낮추고 있다.
여기서, 상기 에피택셜 공정은 내부에 실란(silane) 가스가 주입되는 공정 챔버, 상기 공정 챔버의 내부에서 상기 폴리싱 공정을 수행한 웨이퍼가 놓여지는 서셉터, 상기 서셉터의 홀을 관통하면서 상하 구동하여 상기 웨이퍼를 상기 서셉터에 놓거나 상기 서셉터로부터 이격시키는 리프트 핀, 상기 공정 챔버의 내부에 상기 웨이퍼가 약 1000 내지 1400℃의 공정 온도로 가열되도록 열을 제공하는 히터로 구성된 에피택셜 장치를 이용하여 진행된다.
구체적으로, 상기 에피택셜 공정은 상기 공정 챔버의 내부에 제공되는 실란(silane) 가스가 상기 히터의 열을 통해 상기 웨이퍼의 표면에서 반응하여 결정을 성장시키고, 상기 성장하는 결정이 상기 웨이퍼 표면의 틈새를 메우는 형태로 진행된다. 그러므로, 상기 웨이퍼의 표면에 수 마이크로미터 수준의 얇은 막이 형성되어 상기 웨이퍼의 표면 조도를 낮추거나 상기 웨이퍼의 표면 상에 존재하는 결함을 제거하여 고품질의 웨이퍼를 얻을 수 있다. 이때, 상기 에피택셜 공정이 진행되는 도중, 상기 웨이퍼는 상기 히터에 의해서 상기의 설명에서와 같이 약 1000 내지 1400℃의 고온으로 가열됨으로써, 상기 웨이퍼에 약간의 휨 현상이 발생될 수밖에 없다.
상기 리프트 핀이 상기 웨이퍼를 직접 접촉하여 지지한 상태에서 상기 휨 현상이 발생하므로, 상기 리프트 핀이 상기 휨 현상이 발생된 웨이퍼에 스크래치를 발생시킬 수도 있다. 그리고, 상기 리프트 핀이 상기 서셉터의 홀을 따라 상하 방향으로 구동함에 따라 상기 리프트 핀과 상기 서셉터 사이의 마찰에 의해 진동이 발생하고 상기 진동에 의해 상기 웨이퍼에 스크래치, 찍힘, 갈려나감 등이 발생될 수도 있다. 상기 스크래치, 찍힘, 갈려나감 등에 의해 상기 웨이퍼가 손상되고, 상기 웨이퍼의 손상으로 인해 파티클이 발생하므로, 상기 웨이퍼 표면의 품질이 저하될 수 있다. 또한, 상기 에피택셜 공정에 의해 상기 웨이퍼 표면에 형성된 막의 품질도 저하될 수 있다.
본 발명의 목적은 휨 현상이 발생된 웨이퍼를 안정적으로 지지하여 상기 웨이퍼 품질을 그대로 유지할 수 있는 리프트 핀을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적으로 상기한 리프트 핀을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 일 특징에 따른 리프트 핀은 웨이퍼를 대상으로 에피택셜 공정이 진행되는 공정 챔버의 내부에서 상기 웨이퍼가 놓여지는 서셉터의 홀을 관통하여 상기 웨이퍼를 지지하고, 표면이 유리질 카본(glassy carbon) 재질로 이루어지며, 상기 웨이퍼와 접촉하는 상부에 형성되는 핀 헤드와, 상기 서셉터의 홀을 관통하는 샤프트 및 상기 핀 헤드 및 상기 샤프트 사이에서 외주면이 상기 핀 헤드로부터 상기 샤프트로 갈수록 좁아지도록 경사지게 형성된 핀 넥을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 리프트 핀은 세라믹 재질의 모재에 상기 유리질 카본이 코팅된 구조를 가질 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 핀 헤드는 상기 웨이퍼와 접촉하는 부위가 라운드진 형태를 가질 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 핀 헤드는 상기 웨이퍼와 접촉하는 부위의 곡률반경 R이 11 내지 17㎜인 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 핀 넥의 경사진 각도는 상기 홀의 상단 부위에 형성된 경사각을 기준으로 ± 5°인 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 샤프트는 상기 홀의 직경을 기준으로 2 내지 10% 작은 외경을 가질 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 핀 헤드, 상기 샤프트 및 상기 핀 넥의 표면은 0.1 내지 0.5㎛의 조도(roughness)를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 웨이퍼를 대상으로 에피택셜 공정이 진행되는 공정 챔버의 내부에서 상기 웨이퍼가 놓여지는 서셉터의 홀을 관통하여 상기 웨이퍼를 지지하는 리프트 핀의 제조 방법은 표면이 유리질 카본(glassy carbon)으로 이루어지며 상기 웨이퍼와 접촉하여 지지하는 핀 헤드, 상기 서셉터의 홀을 관통하는 샤프트 및 상기 핀 헤드와 상기 샤프트의 사이에 형성된 핀 넥으로 구성된 베이스를 준비하는 단계 및 상기 베이스의 표면을 경면 처리하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따른 상기 경면 처리하는 단계에서는 상기 베이스의 표면이 0.1 내지 0.5㎛의 조도(roughness)를 갖도록 경면 처리할 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 베이스를 준비하는 단계에서는 세라믹 재질의 모재에 상기 유리질 카본을 코팅하여 상기 베이스를 준비할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 에피택셜 공정이 진행되는 공정 챔버의 내부에서 웨이퍼가 놓여지는 서셉터의 홀을 관통하면서 상하로 구동하여 상기 웨이퍼를 실질적으로 지지하는 리프트 핀을 경도가 우수하면서 상기 웨이퍼와 접촉하는 부분에 대해 라운드 가공이 가능한 유리질 카본(glassy carbon) 재질로 제조함으로써, 상기 에피택셜 공정 중 휨 현상이 발생된 웨이퍼를 스크래치, 찍힘, 갈려나감 등에 따른 파티클의 발생 없이 안정적으로 지지할 수 있다.
이에 따라, 상기 리프트 핀을 통해 상기 에피택셜 공정을 진행하면, 상기 웨이퍼의 표면에 표면 조도 저하를 위한 얇은 막이 안정적으로 형성될 수 있다. 그러므로, 상기 웨이퍼로부터 제조되는 고집적화된 반도체 소자의 품질을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 상기 반도체 소자에 대한 높은 생산 수율도 함께 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리프트 핀이 설치된 에피택셜 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 에피택셜 장치에서 에피택셜 공정 전 리프트 핀이 웨이퍼를 지지한 상태를 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에서 리프트 핀과 웨이퍼가 접촉한 부분을 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 에피택셜 장치에서 에피택셜 공정을 위하여 웨이퍼가 서셉터에 놓여진 상태를 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4에서 웨이퍼가 서셉터에 놓여진 부분을 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 A부분을 확대한 도면이다.
도 7은 도 1에 도시된 에피택셜 장치에서 에피택셜 공정을 진행할 때 웨이퍼에 휨 현상이 발생된 상태를 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 도 1에 도시된 에피택셜 장치에서 에피택셜 공정을 진행한 후 리프트 핀이 휨 현상이 발생된 웨이퍼를 지지한 상태를 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8에서 리프트 핀과 웨이퍼가 접촉한 부분을 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9의 B부분을 확대한 도면이다.
도 11은 도 10에서 리프트 핀에서 웨이퍼와 접촉하는 핀 헤드의 곡률반경에 따른 스크래치 및 파티클의 발생 여부를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 리프트 핀은 웨이퍼를 대상으로 에피택셜 공정이 진행되는 공정 챔버의 내부에서 상기 웨이퍼가 놓여지는 서셉터의 홀을 관통하여 상기 웨이퍼를 지지하고, 표면이 유리질 카본(glassy carbon) 재질로 이루어지며, 상기 웨이퍼와 접촉하는 상부에 형성되는 핀 헤드와, 상기 서셉터의 홀을 관통하는 샤프트 및 상기 핀 헤드 및 상기 샤프트 사이에서 외주면이 상기 핀 헤드로부터 상기 샤프트로 갈수록 좁아지도록 경사지게 형성된 핀 넥을 포함할 수 있다.
이하, 본 발명은 본 발명의 실시 예들을 보여주는 첨부 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명된다. 그러나, 본 발명은 하기에서 설명되는 실시 예들에 한정된 바와 같이 구성되어야만 하는 것은 아니며 이와 다른 여러 가지 형태로 구체화될 수 있을 것이다. 하기의 실시 예들은 본 발명이 온전히 완성될 수 있도록 하기 위하여 제공된다기보다는 본 발명의 기술 분야에서 숙련된 당업자들에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위하여 제공된다.
하나의 요소가 다른 하나의 요소 또는 층 상에 배치되는 또는 연결되는 것으로서 설명되는 경우 상기 요소는 상기 다른 하나의 요소 상에 직접적으로 배치되거나 연결될 수도 있으며, 다른 요소들 또는 층들이 이들 사이에 게재될 수도 있다. 이와 다르게, 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 직접적으로 배치되거나 연결되는 것으로서 설명되는 경우, 그들 사이에는 또 다른 요소가 있을 수 없다. 다양한 요소들, 조성들, 영역들, 층들 및/또는 부분들과 같은 다양한 항목들을 설명하기 위하여 제1, 제2, 제3 등의 용어들이 사용될 수 있으나, 상기 항목들은 이들 용어들에 의하여 한정되지는 않을 것이다.
하기에서 사용된 전문 용어는 단지 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 사용되는 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 또한, 달리 한정되지 않는 이상, 기술 및 과학 용어들을 포함하는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상적인 지식을 갖는 당업자에게 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다. 통상적인 사전들에서 한정되는 것들과 같은 상기 용어들은 관련 기술과 본 발명의 설명의 문맥에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석될 것이며, 명확히 한정되지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 외형적인 직감으로 해석되지는 않을 것이다.
본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들의 개략적인 도해들을 참조하여 설명된다. 이에 따라, 상기 도해들의 형상들로부터의 변화들, 예를 들면, 제조 방법들 및/또는 허용 오차들의 변화는 충분히 예상될 수 있는 것들이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도해로서 설명된 영역들의 특정 형상들에 한정된 바대로 설명되어지는 것은 아니라 형상들에서의 편차를 포함하는 것이며, 도면들에 설명된 영역은 전적으로 개략적인 것이며 이들의 형상은 영역의 정확한 형상을 설명하기 위한 것이 아니며 또한 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것도 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리프트 핀이 설치된 에피택셜 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 에피택셜 장치(100)는 공정 챔버(200), 히터(300), 상부 돔(400), 하부 돔(500), 서셉터(600), 리프트 핀(700) 및 핀 구동부(800)를 포함한다.
상기 공정 챔버(200)는 폴리싱 공정이 진행된 웨이퍼(10)를 대상으로 에피택셜 공정을 수행하기 위한 공간을 제공한다. 상기 공정 챔버(200)는 에피택셜 공정에서의 반응을 위한 실란(silane) 가스가 내부에 주입될 수 있도록 측부에 가스 공급부(210) 및 가스 배출부(220)를 포함할 수 있다.
상기 히터(300)는 상기 공정 챔버(200)의 내부에 설치된다. 상기 히터(300)는 상기 에피택셜 공정에서의 반응을 위한 열을 상기 웨이퍼(10)에 제공한다. 구체적으로, 상기 히터(300)는 상기 에피택셜 공정을 위해서 상기 웨이퍼(10)가 약 1000 내지 1400℃의 공정 온도로 가열될 수 있도록 열을 제공할 수 있다. 이러한 히터(300)는 상기 공정 챔버(200)의 내부에 설치됨에 따라 실질적으로 교체가 어렵다. 그러므로, 상기 히터(300)는 수명이 비교적 길면서 광을 통해 균일한 열을 제공할 수 있는 할로겐 램프(halogen lamp)일 수 있다. 또한, 상기 히터(300)는 실질적으로 상기 웨이퍼(10)의 상부 및 하부에 균일한 열을 제공하기 위해 상기 공정 챔버(200)의 내부에서 상측 및 하측에 복수 개가 설치될 수 있다.
상기 상부 돔(400)과 상기 하부 돔(500) 각각은 상기 공정 챔버(200)의 내부에서 상기 복수 개의 히터(300)들로부터 상기 웨이퍼(10)를 격리시키기 위하여 상기 상측에 설치된 히터(300)의 하부 및 상기 하측에 설치된 히터(300)의 상부에 각각 설치된다. 이에, 상기 상부 돔(400)과 상기 하부 돔(500)은 상기 히터(300)들로부터의 발생된 광이 통과될 수 있도록 투명한 재질로 이루어진다. 구체적으로, 상기 상부 돔(400)과 상기 하부 돔(500)은 석영(quartz) 재질로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 상부 돔(400)과 상기 하부 돔(500)의 양 측부들은 상기 가스 공급부(210) 및 상기 가스 배출부(220)들과 기밀하게 결합된다. 따라서, 상기 웨이퍼(10)에 대한 상기 에피택셜 공정이 진행되는 공간에 실란(silane) 가스 외에 다른 기체가 유입되는 것을 차단할 수 있다.
상기 서셉터(600)는 상기 공정 챔버(200)의 내부, 구체적으로는 상기 상부 돔(400)과 상기 하부 돔(500) 사이에 설치되어 상기 에피택셜 공정이 진행되는 도중 상기 웨이퍼(10)를 지지한다. 이에, 상기 서셉터(600)는 경도가 우수하면서 상기 히터(300)로부터의 열이 상기 웨이퍼(10)에 안정적으로 전달될 수 있도록 열전도도도 우수한 실리콘 카바이드(SiC) 재질로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 서셉터(600)는 제작의 효율성을 위하여 그라파이트(graphite) 재질의 모재에 상기 실리콘 카바이드(SiC)가 코팅된 구조로 이루어질 수 있다. 이러한 서셉터(600)는 지지 기구(610)를 통하여 일정한 높이에 지지 고정되어 있다.
상기 리프트 핀(700)은 상기 서셉터(600)에 상하 방향으로 형성된 홀(620)을 관통하면서 상기 웨이퍼(10)를 상기 서셉터(600)에 놓거나 상기 서셉터(600)로부터 이격시키도록 지지한다. 이때, 상기 리프트 핀(700)은 상기 웨이퍼(10)를 안정적으로 지지하기 위하여 적어도 세 개의 지점들에서 상기 서셉터(600)의 홀(620)들에 관통하여 설치될 수 있다.
상기 핀 구동부(800)는 상기 리프트 핀(700)의 하부에 연결되어 상기 리프트 핀(700)이 상하 방향으로 구동할 수 있도록 직선 구동력을 제공한다. 이에, 상기 핀 구동부(800)는 직선 구동력을 직접적으로 제공하는 실린더(cylinder) 구조를 포함할 수도 있고, 정밀 제어가 요구될 경우에는 서보 모터(servo motor)와 상기 서보 모터의 회전력을 직선 방향으로 전환하는 동력 전환 기구의 결합 구조를 포함할 수도 있다.
이하, 상기에서 간략하게 설명한 본 발명에 따른 리프트 핀(700)의 특징에 대하여 도 2 내지 도 14를 참조하여 에피택셜 공정의 핵심적인 단계들과 같이 상세하게 설명하고자 한다.
도 2는 도 1에 도시된 에피택셜 장치에서 에피택셜 공정 전 리프트 핀이 웨이퍼를 지지한 상태를 구체적으로 나타낸 도면이며, 도 3은 도 2에서 리프트 핀과 웨이퍼가 접촉한 부분을 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3을 추가적으로 참조하면, 상기 에피택셜 공정을 진행하기 위하여 우선, 상기 리프트 핀(700)을 상기 서셉터(600)로부터 상승시킨 상태에서 외부로부터 폴리싱 공정이 진행된 웨이퍼(10)를 반입하여 상기 리프트 핀(700)에 지지시킨다.
여기서, 상기 리프트 핀(700)은 상부에 상기 웨이퍼(10)와 직접 접촉하는 핀 헤드(710), 상기 서셉터(600)의 홀(620)을 관통하는 샤프트(720) 및 상기 핀 헤드(710)와 상기 샤프트(720) 사이에서 이들을 연결하는 핀 넥(730)을 포함한다. 이때, 상기 핀 헤드(710)의 외경이 상기 샤프트(720)의 외경보다 크게 형성되어 있으므로, 상기 핀 넥(730)의외주면은 상기 핀 헤드(710)로부터 상기 샤프트(720)로 갈수록 좁아지도록 경사지게 형성될 수 있다.
상기 에피택셜 공정이 진행되는 약 1000 내지 1400℃의 공정 온도에서 상기 리프트 핀(770)이 상기 웨이퍼(10)를 지지하면서 상기 서셉터(600)의 홀(620)을 따라 상하 방향으로 구동할 때, 상기 웨이퍼(10) 및 상기 서셉터(600)와의 마찰로 인하여 기본적으로 파티클이 발생되지 않도록 상기 리프트 핀(700)은 충분한 경도를 가질 필요성이 있다. 또한, 상기 리프트 핀(700)이 상기 웨이퍼(10)를 지지할 때, 상기 리프트 핀(700)이 상기 웨이퍼(10)와의 접촉으로 발생될 수 있는 스크래치 또는 파티클의 발생을 기본적으로 최소화하기 위하여 상기 핀 헤드(710)가 웨이퍼(10)와 점접촉할 수 있도록 상기 리프트 핀(700)을 라운드지게 가공할 필요성이 있다.
이에, 상기 리프트 핀(700)은 상기의 경도와 상기의 라운드진 가공을 모두 만족할 수 있도록 유리질 카본(glassy carbon)으로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 유리질 카본은 약 147MPa 정도의 굽힘 강도(flexural strength)를 가질 정도로 충분한 강도 및 상기 강도에 따른 경도를 갖는 세라믹 물질이며, 약 2000℃ 정도에서도 그 특성에 변화가 없는 안정적인 물질이다. 또한, 상기 유리질 카본은 결정상을 가지고 있는 실리콘 카바이드(SiC)와 비교하여 유리질의 액정 상태라 결정상이 존재하지 않기 때문에 가공성이 상대적으로 우수하여 상기의 라운드진 가공이 가능하다는 것이 특징이다.
또한, 상기 유리질 카본(glassy carbon)은 유리질의 액정 상태로 인해서 그 표면 조도(roughness)가 다른 세라믹 물질에 비해서 약 2 내지 3㎛ 정도로 매우 낮게 형성되는 것이 특징이다. 이에, 상기 리프트 핀(700)을 제조함에 있어서, 상기 핀 헤드(710), 상기 샤프트(720) 및 상기 핀 넥(730)을 상기 유리질 카본(glassy carbon)을 이용하여 베이스의 형태로 가공한 다음, 상기 베이스의 표면을 폴리싱하는 경면 처리 공정을 수행함으로써 약 0.1 내지 0.5㎛의 표면 조도(roughness)를 갖는 표면이 매우 매끄러운 리프트 핀(700)을 손쉽게 얻을 수 있다. 이러면, 상기 에피택셜 공정이 진행되는 과정에서 상기 리프트 핀(700)이 상기 웨이퍼(10)를 지지하면서 상기 서셉터(600)의 홀(620)을 따라 상하 방향으로 구동할 때, 상기 리프트 핀(700)과 상기 웨이퍼(10) 및 상기 서셉터(600)의 마찰을 더욱 감소시켜 상기 마찰로 인한 파티클 발생을 더 안정적으로 방지할 수 있다.
한편, 상기에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 리프트 핀(700) 자체가 상기 유리질 카본(glassy carbon)으로 이루어진 것으로 이해될 수 있지만, 세라믹 재질의 모재에 상기 유리질 카본(glassy carbon)을 전체적으로 코팅하여도 상기와 같은 결과를 얻을 수 있음을 이해할 수 있다. 이럴 경우, 상기 세라믹 재질의 모재는 알루미나(Al2O3), 실리콘 카바이드(SiC) 및 흑연(C) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 에피택셜 장치에서 에피택셜 공정을 위하여 웨이퍼가 서셉터에 놓여진 상태를 구체적으로 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4에서 웨이퍼가 서셉터에 놓여진 부분을 구체적으로 나타낸 도면이며, 도 6은 도 5의 A부분을 확대한 도면이다.
도 4 내지 도 6을 추가적으로 참조하면, 이어서 상기 리프트 핀(700)을 상기 핀 구동부(800)를 이용하여 하강시켜 상기 웨이퍼(10)가 상기 서셉터(600)에 놓여지도록 한다.
이때, 상기 리프트 핀(700)의 핀 넥(730)은 상기 에피택셜 공정을 진행하는 과정에서 상기 가스 공급부(210)로부터 상기 웨이퍼(10)로 공급되는 실란(silane) 가스가 상기 서셉터(600)의 홀(620)을 통해 누출되지 않도록 할 필요가 있다. 상기 에피택셜 공정에서 상기 히터(300)로부터 발생된 열이 상기 서셉터(600)에 놓여진 웨이퍼(10)로 균일하게 전달된다.그러나, 상기 홀(620)을 통해 열 흐름이 하부 구조물 등으로 손실 또는 누출됨에 따라 상기의 열이 상기 웨이퍼(10)로 균일하게 전달되지 않을 수 있다. 따라서, 상기 에피택셜 공정에 따라 상기 웨이퍼(10) 상에 형성되는 막에 불량이 발생되지 않도록 상기 홀(620)에 대한 충분한 기밀성이 유지될 필요성이 있다. 이를 위하여, 상기 핀 넥(730)의 경사진 각도(a1)는 이와 결합되는 상기 홀(620)의 상단 부위에 형성된 경사각(a2)을 기준으로 약 ± 5°를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 리프트 핀(700)의 샤프트(720)가 상기 서셉터(600) 홀(620)의 내경(d1)보다 약 2% 미만으로 작은 외경(d2)을 가질 경우에는 상기 홀(620)에서 상기 서셉터(600)와 상기 샤프트(720) 사이 간격이 너무 좁다. 따라서, 상기 서셉터(600)와 상기 샤프트(720) 사이의 마찰력이 증가하여 파티클이 발생될 가능성이 증가한다. 상기 리프트 핀(700)의 샤프트(720)가 상기 서셉터(600) 홀(620)의 내경(d1)보다 약 10%를 초과하는 작은 외경(d2)을 가질 경우에는 상기 샤프트(720)가 상기 홀(620)을 따라 상하 방향으로 구동할 때 수평 방향으로 흔들릴 수 있다. 따라서, 상기 리프트 핀(700)이 상기 웨이퍼(10)를 안정적으로 지지하지 못하게 된다. 그러므로, 상기 리프트 핀(700)의 샤프트(720)는 상기 서셉터(600) 홀(620)의 내경(d1)을 기준으로 약 2 내지 10% 작은 외경을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 리프트 핀(700)이 표면 조도(roughness)가 약 0.1 내지 0.5㎛를 갖는 유리질 카본(glassy carbon)으로 이루어지므로, 상기 핀 구동부(800)와 결합되는 상기 리프트 핀(700)의 하단면의 수평도도 정밀하게 유지될 수 있다. 그러므로, 상기 핀 구동부(800)에 의한 상기 리프트 핀(700)의 상하 스트로크(stroke) 동작도 항상 일정한 위치에서 진행될 수 있다.
도 7은 도 1에 도시된 에피택셜 장치에서 에피택셜 공정을 진행할 때 웨이퍼에 휨 현상이 발생된 상태를 구체적으로 나타낸 도면이다. 도 7을 추가적으로 참조하면, 이어서 상기 서셉터(600)에 놓여진 웨이퍼(10)에 상기 히터(300)로부터의 열과 상기 가스 공급부(210)로부터의 실란(silane) 가스를 공급하여 상기 에피택셜 공정을 실질적으로 진행한다. 이때, 상기 히터(300)로부터의 열에 의해서 상기 웨이퍼(10)가 휘어지는 휨 현상이 자연스럽게 발생한다.
상기 리프트 핀(700)을 이루고 있는 유리질 카본(glassy carbon)이 다른 세라믹 물질에 비하여 상대적으로 낮은 약 3 내지 6 W/m·k의 열전도도를 갖는다. 따라서, 상기 에피택셜 공정이 진행되는 과정에서 상기 리프트 핀(700)은 상기 히터(300)로부터 전달된 열의 일부만을 상기 웨이퍼(10)로 전달한다. 그러므로, 상기 웨이퍼(10)에서 상기 리프트 핀(700)과 접촉하는 부위가 열화되는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로, 상기 리프트 핀(700)이 알루미나(Al2O3), 실리콘 카바이드(SiC)와 같이 각각 약 25 내지 50 W/m·k, 110 내지 130 W/m·k로 매우 높은 열전도도를 갖는 세라믹 물질로 이루어질 경우에는 상기 리프트 핀(700)을 통한 열손실이 크게 발생할 수 있다. 또한, 상기 리프트 핀(700)의 높은 열전도도로 인해 상기 히터(300)로부터 직접 전달된 열이 상기 리프트 핀(700)을 통해 상기 웨이퍼(10)로 그대로 전달된다. 따라서, 상기 웨이퍼(10)에서 상기 리프트 핀(700)과 접촉하는 부위의 온도가 상기 웨이퍼(10)의 다른 부위의 온도보다 높아 상기 웨이퍼(10)에서 상기 리프트 핀(700)과 접촉하는 부위에서 열화 자국이 발생될 수 있다. 하지만, 본 발명에서와 같이 상기 리프트 핀(700)이 유리질 카본(glassy carbon)으로 이루어질 경우 상기 유리질 카본의 현저하게 낮은 열전도도로 인해 상기 리프트 핀(700)을 통한 열손실이 억제되며, 상기 웨이퍼(10)에 상기의 열화 자국이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
도 8은 도 1에 도시된 에피택셜 장치에서 에피택셜 공정을 진행한 후 리프트 핀이 휨 현상이 발생된 웨이퍼를 지지한 상태를 구체적으로 나타낸 도면이고, 도 9는 도 8에서 리프트 핀과 웨이퍼가 접촉한 부분을 구체적으로 나타낸 도면이고, 도 10은 도 9의 B부분을 확대한 도면이며, 도 11은 도 9에서 리프트 핀에서 웨이퍼와 접촉하는 핀 헤드의 곡률반경에 따른 스크래치 및 파티클의 발생 여부를 설명하기 위한 도면이다.
도 8 내지 도 11을 추가적으로 참조하면, 이어서 상기 핀 구동부(800)를 통해 상기 리프트 핀(700)을 상승시켜 상기 휨 현상이 발생된 웨이퍼(10)를 상기 서셉터(600)로부터 이격시킨다.
이에, 상기 리프트 핀(700)의 핀 헤드(710)와 상기 휨 현상이 발생된 웨이퍼(10)가 접촉하는 위치는 도 3에 도시된 접촉점보다 상기 웨이퍼(10)가 휜 정도에 따라 소정의 간격(g)만큼 이격되어 형성된다. 이때, 상기 휨 현상이 발생된 웨이퍼(10)를 안정적으로 지지하기 위하여 상기 핀 헤드(710)는 일정한 범위의 곡률반경 R을 가질 필요성이 있다. 이하, 상기 핀 헤드(710)의 곡률반경 R에 대하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.
하기 표 1에서는 300㎜ 사이즈의 웨이퍼(10)를 대상으로 상기 핀 헤드(710)의 곡률반경 R의 변화에 따라 상기 에피택셜 공정을 진행하였을 때 상기 웨이퍼(10)에 스크래치가 발생되었는지 및 상기 웨이퍼(10)로부터 파티클이 발생되었는지를 확인하여 그 결과를 나타내었다. 이때, 상기 웨이퍼(10)로부터 스크래치 및 파티클이 발생되지 않았을 경우를 양호, 발생될 경우를 불량으로 표시하였다.
곡률반경(mm) 스크래치 파티클
R5 불량 불량
R8 불량 불량
R11 양호 양호
R14 양호 양호
R17 양호 양호
R20 불량 양호
R23 불량 양호
R26 불량 불량
상기 표 1을 참조하면, 상기 핀 헤드(710)의 곡률반경 R이 11㎜ 미만일 경우에는 스크래치와 파티클이 모두 발생된 것으로 확인되었고, 상기 곡률반경 R이 17㎜를 초과할 경우에는 모두 스크래치가 발생된 것으로 확인되었다. 특히, 상기 핀 헤드(710)의 곡률반경 R이 약 23㎜를 초과할 경우에는 심지어 파티클도 같이 발생된 것으로 확인되었다.
상기 결과를 참조하면, 상기 핀 헤드(710)의 곡률반경 R이 약 11㎜ 미만일 경우에는 상기 핀 헤드(710)가 상기 웨이퍼(10)와 접촉하는 접촉점에 응력이 집중된 상태에서 상기 웨이퍼(10)의 휨 현상으로 인해 상기 접촉점이 이동하면서 스크래치와 파티클이 발생된 것으로 보이므로 바람직하지 않다. 그리고, 상기 핀 헤드(710)의 곡률반경 R이 약 17㎜를 초과할 경우에는 상기 핀 헤드(710)와 상기 웨이퍼(10)의 국부 접촉 면적이 과대하고 상기 핀 헤드(710)의 에지 부위에서 접촉 응력이 집중되어 스크래치가 발생된 것으로 보이므로 바람직하지 않다. 특히, 상기 핀 헤드(710)의 곡률반경 R이 약 23㎜를 초과할 경우에는 상기 핀 헤드(710)가 거의 평탄한 형상을 가지면서 상기 웨이퍼(10)와 접촉하하므로 파티클이 발생된 것으로 보이므로 더욱 바람직하지 않다. 따라서, 상기 핀 헤드(710)의 상기 웨이퍼(10)와 접촉하는 부분은 곡률반경 R은 약 11 내지 17㎜인 것이 바람직하다.
본 실시예에서는 상기 핀 헤드(710)의 곡률반경 R의 범위를 확인하기 위해 상기 300㎜ 사이즈의 웨이퍼(10)를 대상으로 실험을 진행하였지만, 이 외의 200㎜ 또는 400㎜ 사이즈의 웨이퍼(10)에 대해서는 그 휨 현상에 따른 곡률반경의 차이가 상기 300㎜ 사이즈의 웨이퍼(10)와 비교하여 약 1㎜ 미만이므로 상기에서 설명한 핀 헤드(710)의 곡률반경 R의 범위는 상기의 200㎜ 또는 400㎜ 사이즈의 웨이퍼(10)에 대해서도 그대로 적용될 수 있음을 이해할 수 있다.
이후, 상기 에피택셜 공정이 진행되어 상기 리프트 핀(700)에 의해 안정하게 지지된 웨이퍼(10)를 외부로 반출하여 이로부터 선폭이 약 12 내지 16㎚ 수준인 고집적화된 반도체 소자를 제조하는 공정을 진행한다.
이와 같이, 상기 에피택셜 공정이 진행되는 공정 챔버(200)의 내부에서 상기 웨이퍼(10)가 놓여지는 서셉터(600)의 홀(620)을 관통하면서 상하로 구동하여 상기 웨이퍼(10)를 실질적으로 지지하는 리프트 핀(700)을 경도가 우수하면서 상기 웨이퍼(10)와 접촉하는 부분에 대해 라운드 가공이 가능한 유리질 카본(glassy carbon) 재질로 제조함으로써, 상기 에피택셜 공정 중 휨 현상이 발생된 웨이퍼(10)를 스크래치 및 파티클의 발생 없이 안정적으로 지지할 수 있다.
이에 따라, 상기 리프트 핀(700)을 통해 상기 에피택셜 공정을 진행하면, 상기 웨이퍼(10)의 표면에 표면 조도 저하를 위한 얇은 막이 안정적으로 형성될 수 있다. 그러므로, 상기 에이퍼(10)를 이용하여 제조되는 선폭이 고집적화된 반도체 소자의 품질을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 상기 반도체 소자에 대한 높은 생산 수율도 함께 기대할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 에피택셜 공정에 사용되는 리프트 핀을 웨이퍼와의 접촉 부분을 라운드지게 가공한 유리질 카본(glassy carbon) 재질로 제작함으로써, 상기 에피택셜 공정을 진행하는 과정에서 상기 리프트 핀에 의해서 스크래치 및 파티클이 발생되는 것을 방지하여 상기 웨이퍼의 품질을 향상시키는데 활용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 웨이퍼를 대상으로 에피택셜 공정이 진행되는 공정 챔버의 내부에서 상기 웨이퍼가 놓여지는 서셉터의 홀을 관통하여 상기 웨이퍼를 지지하고, 표면이 유리질 카본(glassy carbon) 재질로 이루어지며,
    상기 웨이퍼와 접촉하는 상부에 형성되는 핀 헤드;
    상기 서셉터의 홀을 관통하는 샤프트; 및
    상기 핀 헤드 및 상기 샤프트 사이에서 외주면이 상기 핀 헤드로부터 상기 샤프트로 갈수록 좁아지도록 경사지게 형성된 핀 넥을 포함하는 것을 특징으로 하는 리프트 핀.
  2. 제1항에 있어서, 세라믹 재질의 모재에 상기 유리질 카본이 코팅된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 리프트 핀.
  3. 제1항에 있어서, 상기 핀 헤드는 상기 웨이퍼와 접촉하는 부위가 라운드진 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 리프트 핀.
  4. 제3항에 있어서, 상기 핀 헤드는 상기 웨이퍼와 접촉하는 부위의 곡률반경 R이 11 내지 17㎜인 것을 특징으로 하는 리프트 핀.
  5. 제1항에 있어서, 상기 핀 넥의 경사진 각도는 상기 홀의 상단 부위에 형성된 경사각을 기준으로 ± 5°인 것을 특징으로 하는 리프트 핀.
  6. 제1항에 있어서, 상기 샤프트는 상기 홀의 직경을 기준으로 2 내지 10% 작은 외경을 갖는 것을 특징으로 하는 리프트 핀.
  7. 제1항에 있어서, 상기 핀 헤드, 상기 샤프트 및 상기 핀 넥의 표면은 0.1 내지 0.5㎛의 조도(roughness)를 갖는 것을 특징으로 하는 리프트 핀.
  8. 웨이퍼를 대상으로 에피택셜 공정이 진행되는 공정 챔버의 내부에서 상기 웨이퍼가 놓여지는 서셉터의 홀을 관통하여 상기 웨이퍼를 지지하는 리프트 핀의 제조 방법에 있어서,
    표면이 유리질 카본(glassy carbon)으로 이루어지며, 상기 웨이퍼와 접촉하여 지지하는 핀 헤드, 상기 서셉터의 홀을 관통하는 샤프트 및 상기 핀 헤드와 상기 샤프트의 사이에 형성된 핀 넥으로 구성된 베이스를 준비하는 단계; 및
    상기 베이스의 표면을 경면 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리프트 핀의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 경면 처리하는 단계에서는 상기 베이스의 표면이 0.1 내지 0.5㎛의 조도(roughness)를 갖도록 경면 처리하는 것을 특징으로 하는 리프트 핀의 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 베이스를 준비하는 단계에서는 세라믹 재질의 모재에 상기 유리질 카본을 코팅하여 상기 베이스를 준비하는 것을 특징으로 하는 리프트 핀의 제조 방법.
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