KR100625823B1 - 기상 성장 장치 - Google Patents

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닛코킨조쿠 가부시키가이샤
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Abstract

밀폐 가능한 반응로와, 상기 반응로 내에 설치되고 소정의 위치에 웨이퍼를 배치하기 위한 웨이퍼 수용체와, 웨이퍼를 향해서 원료가스를 공급하기 위한 가스공급 수단과, 상기 웨이퍼를 가열하기 위한 가열 수단을 최소한 포함하며, 상기 반응로 내에 있어 상기 가열 수단에 의해 상기 웨이퍼 수용체를 통하여 웨이퍼를 가열하면서, 고온 상태로 원료가스를 공급함으로써, 상기 웨이퍼 표면에 성장막을 형성하는 기상 성장 장치에 있어서, 상기 웨이퍼 수용체는, 단일의 소재 또는 부재로 이루어지고, 상기 웨이퍼 수용체 이면으로부터 상기 웨이퍼 표면을 향하는 열 전달경로의 열저항 R1와 상기 웨이퍼 수용체 이면으로부터 상기 웨이퍼 수용체 표면을 향하는 열 전달경로의 열저항 R2의 비 R2/R1가 0.4 이상 1.0 이하가 되도록 하였다.

Description

기상 성장 장치 {Vapor Phase Epitaxy Device}
본 발명은, 웨이퍼를 가열하면서 고온 상태로 원료가스를 공급함으로써 웨이퍼 표면에 화합물 반도체 등의 박막을 기상 성장시키기 위한 기상 성장 장치에 관한 것으로, 특히, 웨이퍼를 배치하기 위한 웨이퍼 수용체의 재질의 특성에 관한 것이다.
현재, 기상 성장법은 산업계의 여러 가지 분야에서 이용되고 있다. 기상 성장에 있어서 웨이퍼 상에 성장한 박막의 막 두께, 조성 및 도핑농도의 면내 전역의 고균일화는 말할 필요도 없는 필수항목이다. 그리고, 면내 전역의 균일화의 실현 수단으로서, 웨이퍼 가열의 균열화(均熱化)는 가장 중요한 요소기술로 되어 있다.
도 1은, 일반적인 기상 성장 장치의 구성예를 나타내는 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 기상 성장 장치(100)는, 반응로(1)와, 웨이퍼(2)를 배치하는 웨이퍼 홀더(3)와, 웨이퍼 홀더(3)를 탑재하는 서셉터(susceptor)(4)와, 서셉터(4)의 하측에 설치된 가열히터(5)와, 웨이퍼 홀더(3) 및 서셉터(4)를 회전 가능하게 지지하는 회전기구(6)와, 원료가스나 캐리어가스를 공급하는 가스도입관(7)과, 미반응 가스를 배기하는 가스배기관(8) 등으로 구성된다.
도 2는 웨이퍼 홀더(3)의 상세한 구성을 나타내는 확대도이며, (a)는 평면도 이고, (b)는 A-A 선에 따른 단면도이다. 웨이퍼 홀더(3)는, 그 편면에 웨이퍼(2)를 배치하기 위한 원형의 포켓구멍(3a)이 동일 원주상에 복수 개(도 2에서는 6개)형성되고, 반대면에서 서셉터(4)와 접촉하도록 구성되어 있다.
또, 서셉터(4)는 가열히터(5)로부터의 열을 균일하게 전달하기 위해서 열 전도율이 높은 재질(예를 들면, 몰리브덴 등)로 구성된다. 또, 웨이퍼 홀더(3)에도 열 전도율이 높은 그래파이트나 몰리브덴 등이 이용되는 것이 일반적이다.
전술한 구성을 가진 기상 성장 장치에서는, 가열히터(5)로 서셉터(4)의 하측으로부터 가열함으로써 서셉터(4), 웨이퍼 홀더(3)를 통하여 웨이퍼(2)에 열을 전하고, 웨이퍼(2)를 소정의 온도까지 상승시킨다. 또, 서셉터(4)를 회전기구(6)에 의해 소정의 회전수로 회전시킴으로써, 가스도입관(7)으로부터 도입된 원료가스나 캐리어가스를 웨이퍼(2) 표면에 균등하게 공급하면서 박막의 기상 성장을 행한다.
그러나, 본 발명자들의 실험에 의해, 전술한 바와 같은 기상 성장 장치(100)에서는, 웨이퍼(2)의 표면 온도가 웨이퍼 홀더(3)의 표면 온도보다 낮아지기 때문에, 웨이퍼(2)의 에지부분은 웨이퍼 홀더(3)의 온도의 영향을 받아 웨이퍼(2)의 중앙부분보다도 온도가 높아져 버리는 것이 밝혀졌다. 즉, 종래의 기상 성장 장치(100)에서는 웨이퍼(2)의 면내 온도 분포가 균일하게 되기 않기 때문에, 웨이퍼(2)의 면내 전역에서 균일성이 우수한 박막을 기상 성장시키는 것은 곤란하다는 것이 명확하게 되었다.
본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 웨이퍼의 면내 전역에서 양호한 균일성을 가지는 박막을 기상 성장시킬 수 있는 기상 성장 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 밀폐 가능한 반응로와, 상기 반응로 내에 설치되고 소정의 위치에 웨이퍼를 배치하기 위한 웨이퍼 수용체와, 웨이퍼로 향해서 원료가스를 공급하기 위한 가스공급 수단과, 상기 웨이퍼를 가열하기 위한 가열 수단을 최소한 구비하며, 상기 반응로 내에 있어 상기 가열 수단에 의해 상기 웨이퍼 수용체를 통하여 웨이퍼를 가열하면서, 고온 상태로 상기 반응로 내에 원료가스를 공급함으로써, 상기 웨이퍼 표면에 성장막을 형성하는 기상 성장 장치에 있어서, 상기 웨이퍼 수용체는, 단일의 소재 또는 부재로 이루어지고, 상기 웨이퍼 수용체 이면으로부터 상기 웨이퍼 표면으로 향하는 열 전달경로의 열저항 R1와 상기 웨이퍼 수용체 이면으로부터 상기 웨이퍼 수용체 표면으로 향하는 열 전달경로의 열저항 R2의 비 R2/R1 가 0.4 이상 1.0 이하가 되도록 한 것이다.
여기에서, 도 3에 나타내는 웨이퍼(2)와 웨이퍼 홀더(3)에서의 열저항 개념도로부터, 웨이퍼 홀더(3)의 이면에서 웨이퍼(2)의 표면을 향하는 열 전달경로에서의 열저항 R1는, 웨이퍼 홀더(3) 부분의 열저항 R1c와, 웨이퍼 홀더(3)와 웨이퍼(2)와의 접촉열저항 R1g과, 웨이퍼(2) 부분의 열저항 R1w를 합한 저항이며, 웨이퍼 홀더(3)의 이면에서 표면을 향하는 열 전달경로에서의 열저항 R2는 웨이퍼 홀더(3) 부분의 열저항 R2c이다.
이에 따라, 웨이퍼 수용체의 이면에서 웨이퍼의 표면 및 웨이퍼 수용체의 표면으로 열이 전달될 때에, 각각의 열 전달경로에서의 열저항이 대략 동일하게 되기 때문에, 동일한 열 전도가 행해져, 웨이퍼 표면 및 웨이퍼 수용체 표면의 도달 온도를 동일하게 할 수 있다. 따라서, 웨이퍼의 표면 온도와 웨이퍼 수용체의 표면 온도에 차이가 생기는 것에 의해 웨이퍼 에지부의 표면 온도가 웨이퍼 중앙부의 표면 온도보다도 상승하는 것을 회피할 수 있고, 웨이퍼의 면내 습도 분포를 균일하게 유지할 수 있다. 그 결과, 웨이퍼의 면내 전역에서 양호한 균일성을 가지는 박막을 기상 성장시킬 수 있다.
구체적으로는, 상기 웨이퍼 수용체를, 상기 웨이퍼 수용체에 배치되는 웨이퍼의 열 전도율에 가까운 열 전도율을 가지는 재질로 형성하는 것이 바람직하다. 특별히 한정되지 않지만, 박막성장이나 리액터 내의 분위기를 오염시키지 않는 특성을 가지는 재료라면, 어떠한 재료를 이용하여 웨이퍼 수용체를 제작할 수도 있다. 예를 들면, 무정형 카본(열 전도율 10W/m·K)이나 질화알루미늄(열 전도율 40∼50W/m·K) 등은, 종래의 그래파이트(600℃에서 100W/m·K)보다도 웨이퍼와 열 전도율이 가깝기 때문에 웨이퍼 수용부를 형성하는 재질로서 적합하다.
더욱 바람직하게는, 상기 웨이퍼 수용체를, 웨이퍼의 열 전도율의 0.5배 이상 2배 이하의 열 전도율을 가지는 재질로 형성한다. 이에 따라, 웨이퍼 수용체의 두께를 두껍게 하지 않고 열저항비 R2/R1를 1에 근접시킬 수 있기 때문에, 장치의 대형화를 회피할 수 있다. 예를 들면, InP 웨이퍼의 경우, 600℃에서의 열 전도 율이 14.3W/m·K 이기 때문에, 열 전도율이 7.15∼28.6W/m·K 인 재질(예를 들면, 무정형 카본)로 웨이퍼 수용체를 형성하면 된다.
이하에, 본 발명의 완성에 도달하는 경위에 대하여 설명한다.
먼저, 본 발명자들은, 웨이퍼(2)의 표면 온도가 웨이퍼 홀더(3)의 표면 온도보다 낮아지는 원인에 대해, 웨이퍼(2) 및 웨이퍼 홀더(3) 내부에서의 열 전달경로의 차이에 착안하였다. 즉, 일반적으로 웨이퍼(2)와 웨이퍼 홀더(3)의 재질은 다르고, 동일한 열 전달이 행하여지지 않기 때문에, 각각의 표면의 도달 온도에 차이가 생기는 것으로 생각하였다.
도 3은, 웨이퍼(2)와 웨이퍼 홀더(3)에서의 열저항 개념도이다. 도 3에 있어서, Tup는 웨이퍼 홀더(3)의 이면온도이고, Tsurf는 웨이퍼(2) 또는 웨이퍼 홀더(3)의 표면 온도이고, Tdown은 웨이퍼(2) 및 웨이퍼 홀더(3) 표면에서 소정의 거리만큼 떨어진 위치에 상정한 면(이하, 가상 경계면이라고 함)에서의 온도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(2)의 표면에는 웨이퍼 홀더(3) 이면으로부터 웨이퍼 홀더(3) 및 웨이퍼(2)를 통과하여 가상 경계면에 도달하는 열 전달경로(1)에 따라서 열 전달이 행해지며, 웨이퍼 홀더(3)의 표면에는 웨이퍼 홀더(3) 이면으로부터 웨이퍼 홀더(3)을 통과하여 가상 경계면에 도달하는 열 전달경로(2)에 따라서 열 전달이 행해진다. 이와 같이, 웨이퍼(2)의 표면과 웨이퍼 홀더(3)의 표면에서는 각각 열 전달경로가 다른 것을 알 수 있다.
즉, 도 3에 나타내는 웨이퍼(2)와 웨이퍼 홀더(3)에서의 열저항 개념도로부 터, 열 전달경로(1)에서의 열저항 R1은, 웨이퍼 홀더(3) 부분의 열저항 R1c와, 웨이퍼 홀더(3)와 웨이퍼(2)와의 접촉열저항 R1g과, 웨이퍼(2) 부분의 열저항 R1w를 합한 저항이 되고, 열 전달경로(2)에서의 열저항 R2는 웨이퍼 홀더(3) 부분의 열저항 R2c로 된다.
또, 열저항 R는 하기 식(1)에 의해 부여된다.
Figure 112004058615430-pct00001
R[m2K/W]: 열저항
L[m]: 열류방향의 소재의 두께
k[W/m·K]: 열 전도율
이로부터, 열저항 R1, R2는 하기 식과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112004058615430-pct00002
(단, k1c = k2c)
여기에서, 웨이퍼(2)(InP, GaAs 등)의 열 전도율 k1w는 웨이퍼 홀더(3)(그래파이트, 몰리브덴 등)의 열 전도율 k2c에 비해 현저하게 작은 것으로부터 Lw/k1w > Lw/k2c가 되고, 웨이퍼(2)와 웨이퍼 홀더(3)의 접촉면에서는 접촉열저항 R1g 이 생기기 때문에, 명확히 R1보다도 R2의 쪽이 작아진다.
Figure 112004058615430-pct00003
또, 열 전달은, 열 전달경로에서의 열류속((heat flux)에 지배된다. 일반적으로, 열류속이란 단위면적(단위: m2)을 흐르는 에너지(열류)량이며, 하기 식(5)로 부여된다.
Figure 112004058615430-pct00004
q[W/m2]: 열류속
Rtotal[m2K/W]: 총괄 열저항
Tup[K]: 상류측 온도
Tdown[K]: 하류측 온도
또, 도 3에 있어서 열 전달경로(1, 2)에서의 총괄 열저항 R1total, R2total은 하기 식으로 나타내어진다.
Figure 112004058615430-pct00005
(다만, R1a=R2a)
상기 식(4), (6), (7)로부터 R1total>R2total이 된다. 따라서, 열 전달경로(1)에서의 열류속 q1은 열 전달경로(2)에서의 열류속 q2보다 작아진다.
Figure 112004058615430-pct00006
또, 열류속 q1, q2은, 웨이퍼(2)의 표면 온도 T1surf, 웨이퍼 홀더(3)의 표면 온도 T2surf를 이용하여 하기 식과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112004058615430-pct00007
상기 식(8), (9), (10)으로부터, 웨이퍼(2)의 표면 온도 T1surf가 웨이퍼 홀더(3)의 표면 온도 T2surf보다도 낮아지는 것이 도출된다.
T2surf > T1surf ㆍㆍㆍ (11)
이와 같이, 종래의 기상 성장 장치에서는, 웨이퍼(2)와 웨이퍼 홀더(3)의 열 전도율이 크게 다르기 때문에, 전술한 바와 같이 표면 온도 T1surf, T2surf에 차이가 생기는 것을 알았다.
따라서, 본 발명자들은, 웨이퍼(2)의 표면 온도 T1surf와 웨이퍼 홀더(3)의 표면 온도 T2surf의 차이를 작게 하는 방법에 대해 검토하여, 상기 식(5)∼(10)으로부터, 각각의 열 전달경로에서의 열저항 R1와 R2를 동등하게 하면 좋은 것을 알았다(즉, 열저항비 R2/R1를 1에 근접시킨다).
본 발명은, 상기 지견을 바탕으로 완성에 도달한 것이며, 기상 성장 장치에 있어서 웨이퍼 홀더(3)를 단일의 소재 또는 부재로 구성한 경우, 웨이퍼 홀더(3) 이면으로부터 웨이퍼(2) 표면을 향하는 열 전달경로의 열저항 R1와 웨이퍼 홀더(3) 이면으로부터 웨이퍼 홀더(3) 표면을 향하는 열 전달경로의 열저항 R2의 비 R2/R1 가 O.4 이상 1.0 이하가 되도록 한 것이다.
또, 상기 식(2), (3)에 있어서 Lc의 값을 크게 하는 것에 의해도 열저항비 R2/R1를 1에 근접시킬 수 있지만, 온도제어, 장치의 유효공간, 비용의 문제로부터 실현은 곤란하기 때문에, 구체적인 방책으로서, 웨이퍼 홀더(3)의 재질을 웨이퍼(2)의 열 전도율과 가까운 열 전도율을 가지는 재질로 하였다.
도 1은, 본 실시예의 기상 성장 장치의 개략적인 구성을 나타내는 단면도이 다.
도 2는, 단일의 소재 또는 부재로 이루어지는 웨이퍼 홀더(3)의 상세한 구성을 나타내는 확대도이며, (a)는 평면도이고, (b)는 A-A 선에 따른 단면도이다.
도 3은, 단일의 소재 또는 부재로 이루어지는 웨이퍼 홀더(3)를 이용한 경우의 웨이퍼(2)와 웨이퍼 홀더(3)에서의 열저항 개념도이다.
도 4는, 실시예에 관한 기상 성장 장치(100)의 웨이퍼(2) 및 웨이퍼 홀더(3)근방의 개략 해석 모델도면이다.
도 5는, 실시예에서 a-카본제의 웨이퍼 홀더를 이용한 경우의 웨이퍼 및 웨이퍼 홀더 내부의 온도 분포를 나타낸 해석 결과이다.
도 6은, 비교예로서 그래파이트제의 웨이퍼 홀더를 이용한 경우의 웨이퍼 및 웨이퍼 홀더의 온도 분포를 나타낸 해석 결과이다.
도 7은, 실시예에서의 웨이퍼(2)와 웨이퍼 홀더(3)의 표면 온도 분포를 나타낸 해석 결과이다.
도 8은, 비교예에서의 웨이퍼(2)와 웨이퍼 홀더(3)의 표면 온도 분포를 나타낸 해석 결과이다.
이하, 본 발명에 따른 기상 성장 장치(MOCVD 장치)의 실시예에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은, 본 실시예의 기상 성장 장치의 개략적인 구성을 나타내는 단면도이다. 도 2는, 본 실시예에 관한 웨이퍼 홀더(3)의 상세한 구성을 나타내는 확대도 이며, (a)는 평면도, (b)는 A-A 선에 따른 단면도이다.
제1 실시예의 기상 성장 장치의 개략적인 구성은 종래 기술에서 나타낸 기상 성장 장치와 동일하지만, 웨이퍼 수용체로서의 웨이퍼 홀더(3)의 재질을, 종래 기술에서는 그래파이트 등의 열 전도율이 높은 재질로 하고 있었던 것을, 본 실시예에서는 무정형(amorphous) 카본(이하, a-카본이라 함)으로 하고 있는 점이 상이하다.
도 1에 도시한 바와 같이, 기상 성장 장치(100)는, 반응로(1)와, 웨이퍼(2)를 배치하는 웨이퍼 홀더(3)와, 웨이퍼 홀더(3)를 탑재하는 서셉터(4)와, 서셉터(4)의 하측에 설치된 가열히터(5)와, 웨이퍼 홀더(3) 및 서셉터(4)를 회전 가능하게 지지하는 회전기구(6)와, 원료가스나 캐리어가스를 공급하는 가스도입관(7)과, 미반응 가스를 배기하는 가스배기관(8) 등으로 구성된다.
이 기상 성장 장치(100)의 각 벽체는 예를 들면 스테인리스강으로 구성된다. 또, 가스도입관(7)은 상측 벽체 중앙부에 설치되어, 예를 들면, 트리메틸인듐(TMI), 트리메틸알루미늄(TMAI), 트리메틸갈륨(TMG) 등의 제13(3B)족 원료가스와, 아르신(AsH3), 포스핀(PH3) 등의 제15(5B)족 원료가스와, 캐리어가스로서의 수소(H2) 등의 불활성가스를 반응로 내에 도입한다.
웨이퍼 홀더(3)는, 원반형으로 성형된 a-카본으로 이루어지고, 서셉터(4) 상에 탑재된다. 또, 웨이퍼 홀더(3)는, 그 편면에 웨이퍼(2)를 배치하기 위한 원형의 포켓구멍(3a)을 동일 원주상에 복수 개(도 2에서는 6개) 형성되어 있다. 서셉 터(4)는, 가열히터(5)로부터의 열을 균등하게 전달하기 위해서 열 전도율이 높은 재질(예를 들면, 몰리브덴 등)으로 구성되고, 회전기구(6)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 또, 서셉터(4)의 하측에는 웨이퍼(2)를 가열하기 위한 가열히터(5)가 동심원상으로 설치되어 있다.
종래의 기상 성장 장치에 있어서, 웨이퍼 홀더(3)에는 열 전도율이 높은 그래파이트나 몰리브덴 등이 이용되는 것이 일반적이지만, 본 실시예에서는 a-카본제로 하고 있다. 즉, 열 전도율이 100W/m·K의 그래파이트 대신, 열 전도율이 10W/m·K의 a-카본을 이용함으로써, 웨이퍼 홀더(3)에 배치되는 웨이퍼(2)의 열 전도율과 웨이퍼 홀더(3)의 열 전도율이 가까이 되도록 하고 있다. InP 웨이퍼의 열도전율은 14.3W/m·K 이기 때문에, a-카본의 열도전율은 그것의 약 0.7배가 된다.
이와 같이, 본 실시예에서는, a-카본의 열 전도율은 배치되는 웨이퍼(2)의 열 전도율에 가깝기 때문에, 가열히터(5)로부터 서셉터(4) 및 웨이퍼 홀더(3)를 통하여 웨이퍼(2) 표면 및 웨이퍼 홀더(3) 표면을 향하는 열 전달경로에서의 열저항은 동일하게 되기 때문에, 웨이퍼(2) 표면과 웨이퍼 홀더(3) 표면은 대략 동일 온도에 도달한다. 따라서, 웨이퍼(2)와 웨이퍼 홀더(3)의 표면 온도의 차이에 의해서 웨이퍼 에지부가 웨이퍼 중앙부보다도 온도가 높아지는 것을 회피할 수 있기 때문에, 웨이퍼(2)의 면 내부 온도분포가 균일하게 되기 쉽다.
가스배기관(8)은, 반응로(1)의 바닥면에 설치된다. 가스도입관(7)을 통하여 도입구보다 반응로(1) 내에 도입된 원료가스는, 반응로의 상류측에서 분해되어 하류측으로 흘러 웨이퍼(2) 상에 박막을 형성하고, 미반응의 원료가스는 캐리어가스 와 함께 배기구를 통하여 가스배기관(8)으로부터 외부로 배출된다.
또, 도면에는 나타내지 않지만, 예를 들면 회전기구(6)의 외주 및 반응로의 하측 벽면 외벽에는 수냉재킷이 설치되고, 이들 수냉재킷 및 가열히터(5)로 반응로(1) 내의 온도를 제어하도록 되어 있다.
상술한 구성을 한 기상 성장 장치(100)에서는, 가열히터(5)에 의해 서셉터(4)의 하측으로부터 가열함으로써 서셉터(4), 웨이퍼 홀더(3)를 통하여 웨이퍼(2)에 열이 전달되어, 웨이퍼(2)를 소정의 온도까지 상승시킨다. 또, 서셉터(4)를 회전기구(6)에 의해 소정의 회전수로 회전시킴으로써, 가스도입관(7)으로부터 도입된 원료가스나 캐리어가스를 웨이퍼(2) 표면에 균등하게 공급하여 박막을 기상 성장시킨다. 이 때, 웨이퍼(2) 표면과 웨이퍼 홀더(3) 표면의 온도는 대략 동일해지기 때문에, 웨이퍼(2)의 면내부 온도 분포는 균일하게 되어, 균일성이 우수한 박막을 기상 성장시킬 수 있다.
이하에, 본실시예의 기상 성장 장치를 이용하여 열 전도에 관한 시뮬레이션을 행한 결과를 나타내고, 본 발명의 특징인 점을 명확히 한다. 또, 종래의 기상 성장 장치를 이용하여 동일한 시뮬레이션을 행하여 비교예로 하였다.
시뮬레이션은, 상술한 기상 성장 장치(100)에 있어서, 웨이퍼(2) 및 그 근방을 모델화하여, 유한체적법에 의한 3차원 열 전도 해석에 의해 행하였다. 또, 실시예에서는 a-카본제의 웨이퍼 홀더(3)로 하고, 비교예에서는 그래파이트제의 웨이퍼 홀더(3)로 하였다.
도 4는, 기상 성장 장치(100)의 웨이퍼(2) 및 웨이퍼 홀더(3)(웨이퍼의 외주 로부터 10mm)의 개략 해석모델 도면이다. 도 4에 있어서, 웨이퍼 홀더(3)의 바닥면으로부터 웨이퍼(2)까지의 거리는 2.3mm로 하였다. 또, 웨이퍼(2)는 두께 0.5mm, 내경 50mm(2인치)의 InP 웨이퍼로 하고, 반응로(1) 내는 수소분위기로 하였다. 또, 해석시의 메쉬수는 약 600만 메쉬로 하였다.
또, 웨이퍼(2)와 웨이퍼 홀더(3) 사이의 접촉열저항(R1g)을 2.0 X 10-4m2K/W로 하였다. 또, 접촉열저항 R1g은 접촉하는 부재 사이의 평면도, 표면거칠기, 물질의 열 확산계수에 의해서 영향을 받고, 접촉면 사이의 거리를 작게 조정함으로써, 보다 작게 할 수 있다.
또한, 해석 조건으로서, 웨이퍼(2)의 상방 35mm에 위치하는 가상 경계면에 45℃, 웨이퍼 홀더(3) 경계면(이면)에 650℃의 경계조건을 부여하였다. 또, 수소는 낮은 프란틀(prandtl)수 때문에 열 확산이 점성 확산보다도 우수하고, 또한 층류 영역의 비교적 낮은 레이놀즈수 영역에서는 이류(advection)의 영향을 무시하고 생각할 수 있기 때문에, 본 모델의 열 전도 해석에서는 근사적으로 고체로서 취급하였다.
또, 본 해석에서는 하기 표 1에 나타내는 물성치를 이용하였다.
표 1
Figure 112004058615430-pct00008

도 5는 실시예로서 a-카본제의 웨이퍼 홀더(3)를 이용한 경우의 웨이퍼(2) 및 웨이퍼 홀더(3) 내부의 온도 분포를 나타낸 해석 결과이며, 도 6은 비교예의 해석 결과이다. 또, 도 5, 도 6에서는, 해석 결과를 명확하게 하기 위하여 웨이퍼(2)와 웨이퍼 홀더(3)의 경계부분을 확대하고 있다.
또, 도 7은 실시예에서의 웨이퍼(2)와 웨이퍼 홀더(3)의 표면 온도 분포를 나타낸 해석 결과이며, 도 8은 비교예에서의 웨이퍼(2)와 웨이퍼 홀더(3)의 표면 온도 분포를 나타낸 해석 결과이다. 또, 도 7, 도 8에서는, 웨이퍼 중심을 0으로하여 직경방향의 위치에서의 표면 온도를 나타내고 있다.
실시예에서는, 도 5에 나타낸 바와 같이 열류의 진행방향(웨이퍼 홀더(3) 이면→표면)에 큰 온도구배를 나타내었지만, 웨이퍼(2)와 웨이퍼 홀더(3)에서의 온도구배는 대략 동일하게 되어 있다. 한편, 비교예에서는, 도 6에 나타낸 바와 같이 웨이퍼(2)에서의 온도구배가 큰 데 대하여, 웨이퍼 홀더(3)에서의 온도구배가 비교적 완만하다. 이러한 점에서, 실시예에서는 열 전달경로가 다르더라도 동일하도록 열 전도가 행하여지고 있는 것을 알 수 있다.
또, 실시예에서는 열저항비 R2/R1가 0.554이였던 점에 대하여, 비교예에서는 열저항비 R2/R1는 0.091였다.
또, 실시예에서는, 도 7에 나타낸 바와 같이 웨이퍼 표면 온도가 약 637.4℃, 웨이퍼 홀더표면 온도가 약 639.0℃이며 그 차이가 약 1.6℃인 데에 대하여, 비교예에서는 도 8에 나타낸 바와 같이 웨이퍼 표면 온도가 약 638.7℃, 웨이퍼 홀더표면 온도가 약 641.0℃이며 그 차이가 약 2.3℃이였다. 즉, 웨이퍼(2)의 에지부(22∼25mm)의 표면 온도와 중앙부(0 부근)의 표면 온도와의 차이는 실시예 쪽이 작고, 웨이퍼(2)의 면내부 온도 분포가 균일하게 개선되어 있은 것을 알 수 있었다.
이상 설명한 바와 같이, 실시예에서는 웨이퍼(2) 에지부의 표면 온도가 웨이퍼 홀더(3)의 표면 온도로부터 받는 영향은 작지 않게 되므로, 웨이퍼(2)의 면내부 온도 분포를 균일하게 유지할 수 있었다. 그 결과, 웨이퍼(2)의 면내 전역에서 양호한 균일성을 가지는 박막을 기상 성장시키는 데 적합하다고 할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 기상 성장 장치(100)에 있어서, 웨이퍼 수용체 이면에서 상기 웨이퍼 표면을 향하는 열 전달경로의 열저항 R1와 상기 웨이퍼 수용체 이면에서 상기 웨이퍼 수용체 표면을 향하는 열 전달경로의 열저항 R2의 비 R2/R1 가 O.4 이상 1.0 이하로 하였으므로, 각각의 열 전달경로에서의 열저항은 동일하게 된다. 즉, 동일한 열류속에 따라서 열 전도가 행하여지기 때문에, 웨이퍼 및 웨이퍼 수용체의 표면의 도달 온도를 동일하게 할 수 있다.
따라서, 웨이퍼 에지부의 표면 온도가 웨이퍼 홀더의 표면 온도로부터 받는 영향은 적어지기 때문에, 웨이퍼의 면내부 온도 분포를 균일하게 유지할 수 있고, 그 결과, 웨이퍼의 면내 전역에서 양호한 균일성을 가지는 박막을 기상 성장시킬 수 있다고 하는 효과가 있다.
이상의 설명에서는 주로 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 그 배경이 된 종형 고속회전식(vertical high-speed-rotating-type)의 기상 성장 장치에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 그것에 한정되는 것이 아니고, 기상 성장 장치 일반, 예를 들면, 페이스 다운 방식(face-down system), 횡형 방식(lateral type), 자공전 방식(autorotation/revolution system)의 기상 성장 장치에도 이용할 수 있다.
또, InP 웨이퍼를 이용한 경우에 한정되지 않고, Si, GaAs, GaN, 사파이어, 유리, 세라믹웨이퍼 등에 박막을 성장시키는 경우에도 유효하다. 이 경우, 이용하는 웨이퍼에 따라서 웨이퍼 홀더(3)의 재질을 변경하도록 할 수도 있다.

Claims (3)

  1. 밀폐 가능한 반응로와, 상기 반응로 내에 설치되고 소정의 위치에 웨이퍼를 배치하기 위한 웨이퍼 수용체와, 상기 웨이퍼를 향해서 원료가스를 공급하기 위한 가스공급 수단과, 상기 웨이퍼를 가열하기 위한 가열 수단을 최소한 포함하며,
    상기 반응로 내에 있어 상기 가열 수단에 의해 상기 웨이퍼 수용체를 통하여 웨이퍼를 가열하면서, 고온 상태로 원료가스를 공급함으로써, 상기 웨이퍼 표면에 성장막을 형성하는 기상 성장 장치에 있어서,
    상기 웨이퍼 수용체는, 단일의 소재 또는 부재로 이루어지고,
    상기 웨이퍼 수용체 이면으로부터 상기 웨이퍼 표면을 향하는 열 전달경로의 열저항 R1와 상기 웨이퍼 수용체 이면으로부터 상기 웨이퍼 수용체 표면을 향하는 열 전달경로의 열저항 R2의 비 R2/R1가 0.4 이상 1.0 이하인 것
    을 특징으로 하는 기상 성장 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 웨이퍼 수용체는, 배치되는 웨이퍼의 열 전도율의 0.5배 이상 2배 이하의 열 전도율을 가지는 재질로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기상 성장 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 웨이퍼 수용체는, 무정형 카본으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기상 성장 장치.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4514466B2 (ja) * 2003-02-14 2010-07-28 株式会社テクノネットワーク四国 複素多環系化合物
EP1717276B1 (en) 2004-02-13 2010-12-29 Kochi University Heteropolycyclic compound and dye
JP4647595B2 (ja) * 2004-02-25 2011-03-09 Jx日鉱日石金属株式会社 気相成長装置
KR101855217B1 (ko) * 2010-12-30 2018-05-08 비코 인스트루먼츠 인코포레이티드 캐리어 연장부를 이용한 웨이퍼 처리
EP3574127A1 (de) * 2017-01-27 2019-12-04 Aixtron SE Transportring

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5510436A (en) * 1978-07-05 1980-01-24 Nec Corp Susceptor for vapor phase crystal growth
JPH0688872B2 (ja) * 1984-11-14 1994-11-09 富士通株式会社 気相成長装置
JPH01291421A (ja) * 1988-05-19 1989-11-24 Toshiba Corp 気相成長装置
JPH0282528A (ja) * 1988-09-19 1990-03-23 Fujitsu Ltd プラズマcvd装置
JPH0686662B2 (ja) 1989-11-02 1994-11-02 イビデン株式会社 Cvd用サセプター
EP0502209B1 (en) * 1990-09-21 1997-05-14 Fujitsu Limited Method and apparatus for growing compound semiconductor crystals
JPH07176482A (ja) * 1991-05-31 1995-07-14 At & T Corp エピタキシャル成長方法および装置
JP3257741B2 (ja) * 1994-03-03 2002-02-18 東京エレクトロン株式会社 プラズマエッチング装置及び方法
KR100203780B1 (ko) * 1996-09-23 1999-06-15 윤종용 반도체 웨이퍼 열처리 장치
CN1177830A (zh) * 1996-09-23 1998-04-01 三星电子株式会社 半导体晶片热处理设备
JPH1116991A (ja) 1997-06-19 1999-01-22 Tokai Carbon Co Ltd 半導体製造装置用カーボン支持体
JPH11180796A (ja) * 1997-12-22 1999-07-06 Japan Energy Corp 気相成長方法およびその方法を適用した気相成長装置
DE19934336A1 (de) * 1998-09-03 2000-03-09 Siemens Ag Vorrichtung zum Herstellen und Bearbeiten von Halbleitersubstraten
JP2000355766A (ja) * 1999-06-15 2000-12-26 Hitachi Kokusai Electric Inc 基板処理装置及び基板処理方法
JP2001230234A (ja) 2000-02-16 2001-08-24 Hitachi Ltd プラズマ処理装置及び方法

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