KR100251877B1

KR100251877B1 - 기상성장장치

Info

Publication number: KR100251877B1
Application number: KR1019960020731A
Authority: KR
Inventors: 마사히코 이치시마; 에이이치 도야; 다다시 오하시; 마사키 시마다; 신이치 미타니; 다카아키 혼다
Original assignee: 후지이 아키히로; 도시바세라믹스가부시키가이샤; 오카노 사다오; 도시바 기카이 가부시키가이샤
Priority date: 1995-06-15
Filing date: 1996-06-11
Publication date: 2000-05-01
Also published as: TW303485B; US5868850A; KR970003442A; DE19622322C2; DE19622322A1

Abstract

반응실의 내부에 웨이퍼를 웨이퍼 유지판으로 지지하고, 상기 웨이퍼 유지판으로 지지된 웨이퍼의 아래쪽에 히터를 설치하고, 웨이퍼의 표면에 기상성장시키는 기상성장장치에 있어서, 상기 히터의 적어도 하향열을 반사하는 반사판을 설치하고, 상기 히터의 측방 바깥둘레를 둘러싸도록 보온통을 설치하고, 상기 반사판을 유리상태의 카본으로 형성한 기상성장장치.

Description

기상성장장치

제1도는 본 발명의 실시예를 도시하는 개략 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 베이스 11 : 원통체

12 : 히터 지지대 13, 15 : 절연봉

14 : 반사판 16 : 히터

17 : 급전용배선 18 : 커버

20 : 회전축 22 : 풀리

23 : 벨트 25 : 반응실

26 : 키 27 : 지지원반

28 : 지지링 31, 33 : 단턱

32 : 웨이퍼 유지체

본 발명은, 반응실 내부에서 반도체 웨이퍼를 지지하기 위한 웨이퍼 유지판과, 상기 웨이퍼 유지판에 지지된 웨이퍼의 아래쪽에 히터를 설치하여, 가열상태에서 웨이퍼의 표면에 기상성장시키는 기상성장장치에 관한 것이다.

종래로부터 사용되고 있는 기상성장장치는, 예를 들면 일본국 특개평 5-152207호에 개시되어 있다. 그 기상성장장치에 있어서, 기상성장막은 웨이퍼 유지부재로 지지되고, 그 웨이퍼 유지부재의 하방에 배치되는 히터에 의한 가열에 의하여 형성된다. 예를 들면, 베이스 아래면에 위쪽을 향하여 연장된 속이빈 원통체가 장착되고, 그 원통체의 상단에 히터의 지지체가 장착되어 있다. 그 히터 지지체의 위쪽에는, 접시형상의 반사판이 배치되고, 히터가 그의 내부에 수용됨과 동시에, 그의 상단에 균열판이 장착되어 있다. 접시형상의 반사판 상단은 균열판의 상방에 위치하며, 그의 상단에는 링 형상의 웨이퍼 유지판이 끼워 붙여져 있다. 웨이퍼 유지판의 내부 둘레측에는, 백페이싱(back facing)이 형성되고, 이 속에 웨이퍼가 배치된다.

이 기상성장장치에 있어서는, 반응실내는 50 내지 400Torr의 감압분위기가 형성되고, 가스 도입구로부터 디클로로실란 등의 원료가스와 수소 등의 캐리어가스가 다량으로 도입되며, 기상성장이 행하여지며, 이 때에는, 웨이퍼는 약 1150℃ 정도로 가열되고 있다.

종래의 기상성장장치에는, 히터 아래측에 접시형상의 Mo제 반사판이 설치되어 있어서, 히터에 대하여 불순물 오염을 야기시켜, 히터의 수명을 대폭적으로 저하시켜 버리는 결점이 있었다. 히터의 수명의 감소는 종래의 기상성장장치의 결점이었다.

한편, 반사판이 SUS나 석영으로 형성되어 있을 때는, 가열처리후에 HNO₃-HF 수용액으로 세정이 불가능한데, 왜냐하면, HNO₃-HF 수용액에 대하여 반사판 표면이 내성을 가지고 있지 않기 때문이다.

본 발명의 목적은, 가열처리 후에도 반사효율이 종래의 경우 만큼 저하되지 않으며, 더우기 필요에 따라 HNO₃-HF 수용액으로 세정하여 표면을 원래의 평활한 상태로 복귀시켜 반사효율을 개선할 수 있는 반사판을 가지는 기상성장장치를 제공하는데 있다.

본 발명에 있어서는, 앞서 설명한 과제를, 특허청구의 범위 제 1항에 기재한 기상성장장치에 의해서 해결한다.

본 발명에 있어서, 반사판은 유리상태의 카본(glassy carbon)으로 형성하고, 보온통은 유리상태의 카본 또는 석영유리로 형성한다. 유리상태의 카본으로 된 반사판의 표면은 평활하며(거칠지 않으며), 반사효율이 양호하다. 특히, 반사판의 표면 거칠기를 Ra 0.001 내지 0.05㎛로 하였을 때, 반사효율이 현저하게 된다.

가열처리에 의하여 반사판의 표면이 평활한 상태가 아닌 상태로 되고 반사효율이 저하하였다해도, 반사판이 유리상태의 카본으로 형성되어 있으므로, 간단하게 HNO₃-HF 수용액으로 표면을 세정할 수 있다. 그 결과, 반사판의 표면은 다시 양호한 평활상태로 된다.

본 발명에 사용하는 유리상태의 카본은, 외관이 유리상태인 경질탄소이며, 예를 들면 열결화성수지의 고상탄소화에 의해서 생성할 수가 있다. 바람직한 유리상태의 카본은 1.50 내지 1.60g/cm³의 벌크밀도를 가지며, 벌크밀도가 1.50g/cm³미만이면 반사판으로서의 기공이 많아져 반사효율이 나빠진다. 한편, 벌크밀도가 1.60g/cm³을 초과하면 경질탄소가 아닌 것이 되어, 파티클이 발생하기 쉬워져서 웨이퍼의 수율을 악화시킨다. 유리상태 카본의 구부림 강도는 100MPa 이상이고, 100MPa 미만이 되면, 수백개의 웨이퍼 처리중에 반사판이 휘어서 파괴된다. 또한, 고유저항은 4000 내지 4400 μΩCm이고 개방된 기공의 율이 0.1% 이하이며, 쇼어(Shore) 경도가 100 이상이고 열전도율이 5 내지 10W/mㆍK가 되는 것이 반사판으로서 바람직하다.

유리상태의 카본의 반사판 제조방법의 한 예를 설명한다. 우선, 원료가 되는 수지(예를 들면 퓨란계 수지나 페놀계 수지 등)를 소정의 형상으로 성형한 다음, 비산화성 분위기에서 950℃로 수지를 소성한다. 더욱 구체적으로 설명하면, 퓨란계 수지에 중합촉진제를 0.1부 첨가하면서 중합시켜, 금형에 부어서 성형한다. 성형된 수지는 100℃ 이하의 온도에서 가열 경화시킨 후, 일시 가공된다. 그후, 비산화성 분위기에서 약 1000℃의 온도에서 1차 소성과 약 2000℃의 온도에서 2차 소성을 하고, 2차 가공후 다이어몬드 연마에 의해서 거울면으로 연마한다. 이것을 할로겐계 가스분위기에서 2000℃ 이상으로 순화 처리한다.

반사판은, 반사효율의 관점에서 최소한 히터와 대향하는 쪽의 표면을 Ra 0.001 내지 0.05㎛의 표면 걸치기로 하는 것이 바람직하다. Ra 0.001㎛ 미만이면, 반사효율에 의미있는 차이가 없어지며, 또한, 가공코스트가 수십배로 되어 버린다. Ra 0.05㎛을 초과하면, 가열처리후의 반사판 표면 거칠기가 저하하여 반사효율이 크게 저하한다.

[실시예]

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

제1도에서, 베이스(10)의 하면에는 위쪽을 향하여 연장되는 속이 빈 원통체(11)가 장착되고, 그 상단에는 히터지지대(12)가 장착되어 있다. 히터지지대(12)에는 절연봉(13), 반사판(14) 및 절연봉(15)를 통해서 히터(16)가 장착되어 있다. 반사판(14)은, 앞서 설명한 유리상태의 카본으로 형성되어 있으며, 원판형상의 저면부와, 그 원판의 외부둘레와 일체로 형성된 원통형상의 측면부로서 이루어져 있으며, 얕은 용기의 형태를 하고 있다. 속이 빈 원통체(11)의 하단은 커버(18)에 의해서 닫히고, 속이 빈 원통체(11) 내부에는 커버(18)를 관통해서 히터(16)에 접속된 급전용 배선(17)이 설치되어 있다. 히터(16)는 1000℃ 이상의 고온으로 급속 가열된다.

속이 빈 원통체(11)의 주위를 둘러싸도록 속이 빈 회전축(20)이 설치되고, 속이 빈 회전축(20)은 베어링(21)에 의하여 속이 빈 원통체(11)와는 관계없이 회전이 자유롭게 베이스(10)에 장착되어 있다. 속이 빈 회전축(20)은 풀리(22)에 장착되고, 벨트(23)를 통해서 도시하지 않은 모터에 의하여 회전구동되도록 되어 있다.

속이 빈 회전축(20)의 상단은, 일부만이 도시된 벨쟈(bell jar : 24)에 의하여 베이스(10)의 상면 상방에 형성되는 반응실(25) 내부로 연장되고, 그 상단에는 키(26)를 통해서 탄소제의 지지원반(27)이 고착되어 있다. 지지원반(27)에는, 석영유리, 탄소 또는 세라믹제의 지지링(28)이 지지원반(27)과 일체적으로 회전이 가능하게 장착되어 있다.

지지링(28)은, 히터지지대(12), 반사판(14) 및 히터(16)의 외부둘레를 둘러싸고 히터(16)로부터 위쪽으로 연장되어 있다.

지지링(28) 상단에는 단턱(31)이 형성되고, 단턱(31)에는 링 형상의 웨이퍼 유지체(32)가 끼워지며, 웨이퍼 유지체(32)의 상면 내부 둘레쪽으로 형성된 단턱(33) 내에 웨이퍼 W를 유지하도록 되어 있다. 웨이퍼 유지체(32)에 지지된 웨이퍼 W는, 히터(16)와 소정의 간격을 가지도록 놓여진다.

지지링(28)의 외부둘레에는 소정의 간극을 가지고 원통형상의 보온통(40)이 동심적으로 배치되어 있다. 보온통(40)은 석영유리 또는 유리상태의 카본으로 형성한다.

이어서, 앞서 설명한 기상성장장치의 동작을 설명한다.

히터(16)에 급전하여 가열을 함과 동시에, 속이 빈 회전축(20)을 회전시켜, 웨이퍼 유지체(32) 및 웨이퍼 W를 회전시킨다. 웨이퍼 W와 웨이퍼 유지체(32)는 히터(16)에 의해서 가열된다.

웨이퍼 유지체(32)는, 소정의 간격을 유지하도록 웨이퍼 W를 지지함과 동시에, 히터(16)에 의해서 가열되고 웨이퍼 W의 외부둘레를 가열해서, 그 외부둘레의 온도저하를 억제하여, 웨이퍼 W의 중심으로부터 외부둘레까지의 전역에 걸쳐, 균일한 온도 분포로 하는 역할을 가지고 있다.

웨이퍼 W는 소정의 기상성장온도 예를 들면 1000℃ 이상으로 급속가열한 바, 반응가스를 제1도에서 위쪽으로부터 웨이퍼 W로 향하여 흘러 내림으로써 기상성장을 실시한다. 이 경우에, 웨이퍼 W의 표면뿐이 아니고, 웨이퍼 유지체(32)의 표면에도 기상성장막이 형성된다. 반사판의 재질로서, 등방성 탄소와 유리상태의 카본을 비교한 바, 등방성 탄소의 경우는, 덕트(duct)가 발생하고, 웨이퍼 한매째에서 사용을 중지할 수 밖에 없었다. 유리상태의 카본의 반사판을 사용한 바, 웨이퍼가 적어도 천매후에도 사용 가능하였다.

특히, 800 내지 1150℃까지 90초의 고온승온이 가능한 기상성장장치에 있어서, 본 발명의 유리상태의 카본제 반사판을 사용하면, 기상성장 막 두께의 수율이 향상하였다.

Claims

반응실의 내부에서 웨이퍼를 웨이퍼 유지체로 지지하고, 상기 웨이퍼 유지체로 지지된 웨이퍼의 아래쪽에 히터를 설치하고, 가열상태로 웨이퍼의 표면에 기상성장시키는 기상성장장치에 있어서, 상기 히터로부터의 적어도 하향열을 반사하기 위한 반사판을 설치하고, 상기 반사판을 유리상태의-Carbon으로 형성하는 것을 특징으로 하는 기상성장장치.
제1항에 있어서, 상기 반사판의 표면중, 적어도 상기 히터를 향한쪽의 표면이 Ra 0.001 내지 0.05㎛의 표면거칠기를 가지는 것을 특징으로 하는 기상성장장치.
제1항에 있어서, 상기 히터가 1000℃ 이상의 고온으로 급속 가열가능한 것인 기상성장장치.
제1항에 있어서, 유리상태의 카본은 벌크밀도가 1.50 내지 1.60g/cm³이며, 구부림강도가 100MPa 이상인 기상성장장치.
제1항에 있어서, 반사판이, 원판형상의 바닥부와 원통형상의 측부로 이루어지며, 이들에 의하여 형성된 원통공간에 상기 히터가 배치되는 기상성장장치.