KR100942353B1 - 반도체 제조장치의 보수 방법, 반도체 제조장치 및 반도체제조방법 - Google Patents

반도체 제조장치의 보수 방법, 반도체 제조장치 및 반도체제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 제조장치의 보수 방법, 반도체 제조장치 및 반도체 제조방법에 관한 것으로서, 부재의 교환을 필요로 하지 않고, 부재를 재생할 수 있으며 웨이퍼의 오염을 억제하는 것이 가능한 반도체 제조장치의 보수 방법, 반도체 제조장치 및 반도체 제조방법을 제공하고, 본 발명의 반도체 제조 장치의 보수 방법은 기재에 제 1 SiC막이 피복된 부재(3, 5a, 5b)가 설치되고, 웨이퍼(1)상에 Si 에피택시얼막이 형성되기 위한 반응로(2) 내에서 프로세스가 반복되고 있는 동안에 제 1 SiC막의 적어도 일부가 승화된 부재의 표면에 제 2 SiC막이 형성되는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 제조장치의 보수 방법, 반도체 제조장치 및 반도체 제조방법{METHOD FOR REPAIRING SEMICONDUCTOR MANUFACTURING APPARATUS, SEMICONDUCTOR MANUFACTURING APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR}
본 명세서에 첨부된 도면은 이하의 상세한 설명과 함께 본 발명의 실시 형태를 도시하며, 본 발명의 원리를 설명하는데 기여한다.
도 1은 본 발명의 일 형태에 의한 반도체 제조장치의 단면도,
도 2는 본 발명의 일 형태에서, 기재에 SiC막을 피복한 히터의 초기 상태에서의 부분 단면도,
도 3은 본 발명의 일 형태에서, 기재에 SiC막을 피복한 히터의 1 개월 경과 후의 부분 단면도,
도 4는 본 발명의 일 형태에서, SiC막을 재피복한 히터의 부분 단면도,
도 5는 본 발명의 일 형태에서, 기재에 SiC막을 피복한 히터의 초기 상태에서의 부분 단면도, 및
도 6은 본 발명의 일 형태에서, SiC막을 재피복한 히터의 부분 단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
12: 반응로 12a: 공급구
12b: 배기구 14: 홀더
16: 회전기구 18a, 18b: 히터
20: 리플렉터(reflector) 22: 기재
본 발명은 예를 들면 히터, 웨이퍼 홀더 등의 기재에 SiC막이 피복된 부재를 이용한 반도체 제조장치의 보수 방법, 반도체 제조장치 및 반도체 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 에피택시얼 성장 장치에서는 반응로 내에 웨이퍼가 설치되고, 소정의 조건으로 웨이퍼상에 프로세스 가스가 공급된다. 그리고, 웨이퍼가 회전되면서 가열됨으로써 에피택시얼(epitaxial)막이 형성된다.
이 때, 반응로 내에는 웨이퍼를 재치하기 위한 홀더나 웨이퍼를 가열하기 위한 히터 등이 설치되어 있다. 이들 홀더, 히터에는 고온에서의 재료로서의 안정성이 높은 카본, SiC 등으로 이루어진 기재에 고순도의 SiC막을 피복한 부재가 이용되고 있다. 통상, 기재는 분말 소결법 등에 의해 형성되므로, Fe, Ni, Cr, Zn 등의 불순물이 포함되어 있다. 그리고, 통상 CVD(Chemical Vapor Deposition)법 등에 의해 형성되는 고순도의 SiC막에 의해 기재로부터의 불순물에 의한 반응로 내, 웨이퍼로의 오염을 억제하는 것이 가능해진다.
그러나, 프로세스를 반복하고 있는 동안에 SiC막이 승화됨으로써, 기재의 일부가 노출되는 문제가 있다. 예를 들면 고온의 히터가 더 고온이 되는 부분에서의 SiC막의 승화가 진행되고, 그 부분의 기재가 노출된다. 그리고, 기재의 일부가 노출된 경우, 기재 자체의 열화에 기인하지 않고 부재의 교환이 필요해진다.
최근, 에피택시얼막 형성에 있어서, 생산성의 향상, 막질 향상의 요구에 따라서 소스 가스로서 종래의 SiH4부터 SiHCl3이 이용되도록 되어 있다. 이에 따라 성막 온도가 1000℃에서 1120℃로 상승하고 있다. 이 성막 온도의 상승에 따라 SiC막의 승화에 의한 열화가 가속화되고 있다. 이 때문에 교환 빈도가 증대하고, 교환하는 부재의 비용이 상승하며, 교환에 필요한 시간도 증대하고 있다.
부재 비용의 삭감에 관해서는, 예를 들면 일본 공개특허공보 제2002-37684호의 청구항 1 등에 SiC막을 제거한 후, 재피복하는 수법이 제안되고 있다. 그러나, 이와 같은 수법은 부재의 교환을 요하는 것이며, 교환에 필요한 비가동 시간의 삭감은 곤란하다는 문제가 있다.
본 발명은 부재의 교환을 필요로 하지 않고 부재를 재생할 수 있고, 웨이퍼의 오염을 억제하는 것이 가능한 반도체 제조장치의 보수 방법, 반도체 제조장치 및 반도체 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 추가적인 목적과 이점은 이어지는 상세한 설명에서 일부 설명될 것이고, 일부는 설명으로부터 명백해질 것이다. 또는 본 발명의 실시를 통해서 알 수 있을 것이다. 본 발명의 목적 및 이점은 첨부된 청구항에 구체적으로 지적된 구성요소들과 조합들에 의해 실현되고 달성될 것이다.
본 발명의 일 형태에서의 반도체 제조장치의 보수 방법은 기재에 제 1 SiC막이 피복된 히터가 설치되고, 상기 히터를 가열하여 웨이퍼상에 Si 에피택시얼막을 형성하기 위한 반응로 내에서, 상기 히터가 상기 반응로내에 설치된 상태로 상기 반응로를 상온(常溫)까지 강온(降溫)시키지 않고, 상기 Si 에피택시얼막의 형성 프로세스를 반복하는 것에 의해 승화가 진행된 상기 제 1 SiC막의 영역 위가 두꺼워지도록 상기 히터를 발열시키고 SiC 소스 가스를 공급하여 제 2 SiC막을 형성함으로써 상기 히터를 재생하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 일 형태에서의 반도체 제조장치는 웨이퍼상에 Si 에피택시얼막을 형성하기 위한 반응로, 상기 반응로에 Si 소스 가스 및 SiC 소스 가스를 공급하기 위한 공급구, 상기 반응로 내에 설치되고, 웨이퍼를 유지하기 위한 지지부, 및
상기 웨이퍼를 가열하기 위한 히터를 구비하고, 상기 히터는 기재와, 상기 기재상에 형성되고 승화에 의해 얇아진 영역을 갖는제 1 SiC막과, 상기 히터를 발열시켜 상기 공급구에 의해 상기 SiC 소스 가스를 공급함으로써 상기 제 1 SiC막 상에 상기 얇아진 영역 위가 두꺼워지도록 형성된 제 2 SiC막을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 형태에서의 반도체 제조방법은 반응로내에 설치된 지지부상에 웨이퍼를 재치하는 공정과, 상기 반응로 내에 제 1 프로세스 가스를 공급하고, 기재에 제 1 SiC막이 피복되어 이루어진 히터에 의해 상기 웨이퍼를 가열하여 상기 웨이퍼상에 Si 에피택시얼막을 형성하는 공정과, 상기 반응로내에 상기 히터가 설치된 상태로 상기 반응로를 상온까지 강온시키지 않고, 적어도 상기 가열에 의해 상기 제 1 SiC막 표면의 승화가 진행된 영역 위가 두꺼워지도록 상기 반응로내에 제 2 프로세스 가스를 공급하고, 상기 히터를 발열시켜 제 2 SiC막을 형성하여 상기 히터를 재생하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 1에 본 실시형태의 반도체 제조장치의 단면도를 도시한다. 도면에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(w)상에 피막을 형성하기 위한 반응로(12), 상기 반응로(12) 내에 설치되어 웨이퍼(w)를 유지하기 위한 홀더(14), 웨이퍼를 회전시키기 위한 회전 기구(16), 웨이퍼를 가열하기 위한 히터(18a, 18b), 및 웨이퍼를 효과적으로 가열하기 위한 리플렉터(20)가 설치되어 있다. 또한, 반응로(12)에는 Si 소스 가스, 도판트 가스 및 캐리어 가스를 포함하는 프로세스 가스와, SiC 소스 가스를 공급하기 위한 공급구(12a), 및 배출하기 위한 배기구(12b)가 설치되어 있다. 그리고, 홀더(14) 및 히터(18a, 18b)는 카본 또는 SiC 소결체로 이루어진 기재에 SiC막이 피복된 부재로 구성되어 있다.
도 2에 기재에 SiC막이 피복된 히터의 초기 상태의 부분 단면도를 도시한다. 도면에 도시한 바와 같이 기재(22)에 균일하게 SiC 초기막(24a)이 형성되어 있다.
이와 같은 반도체 제조장치를 이용하여 웨이퍼(w)상에 피막이 형성된다. 이 때 프로세스 조건을 예를 들면,
설정 온도: 1100~1150℃
반응로 내압: 80~101.3KPa(600~760torr)
소스 가스, 유량: SiHCl3, 20~35slm
도판트 가스, 유량: PH3, 200~250slm→40~60slm
캐리어 가스, 유량: H2, 100~120slm
웨이퍼 회전 속도: 800~1000rpm
으로 한다. 또한, 웨이퍼 온도를 설정 온도로 하기 위해서는 히터 온도는 1500℃ 정도로 할 필요가 있다. 이와 같은 조건으로 반도체 제조 장치를 가동시키고, 복수의 웨이퍼(w)상에 피막이 형성된다.
상술한 조건으로 반도체 제조장치를 가동시킴으로써 반응로 내에 설치된 홀더(14) 및 히터(18a, 18b) 등의 부재의 표면에 형성된 SiC 초기막이 서서히 승화된 다. 도 3에 기재에 SiC 초기막이 피복된 히터의 1 개월 경과(일례) 후의 부분 단면도를 도시한다. 도면에 도시한 바와 같이, 기재(22) 표면에 형성된 SiC 초기막(24b)은 그 표면이 승화되고 있다. 부재의 기재 전체면은 SiC 초기막에 의해 피복되어 있지만, 특히 고온이 되는 영역(26)에서 부분적으로 승화가 진행되어 얇아지고 있다. 따라서, 막두께 분포는 초기 상태의 ±0.8%와 비교하여 증대되어 ±1.5~2%로 큰 편차를 갖고 있다.
이와 같이 SiC 초기막의 일부가 얇아진 상태에서 반도체 제조장치 내에 SiC막을 형성하기 위한 소스 가스를 도입한다. 이 때, 프로세스 조건은 예를 들면,
설정 온도: 1000~1500℃
반응로 내압: 상압 근방
소스 가스, 유량: CH3SiH3, 10sccm
캐리어 가스, 유량: H2, 50slm
로 한다. 이와 같은 조건으로 약 20~100㎛ 정도의 새로운 SiC막이 형성되어 재피복된다. 도 4에 도시한 바와 같이, 얇아진 SiC 초기막(24b) 상에 새롭게 SiC 재피복막(28)이 형성된다.
이와 같이 하여 반응로 내에 부재를 설치한 상태로 기재가 노출되기 전에 반복해서 SiC 재피복막이 형성된다. 그리고, 이제까지 교환이 필요해진 부재를 반복해서 재생시킬 수 있다. 본 실시형태에서는 조기 열화되는 SiC막이 아니라, 보다 장수명의 기재나 그외 접속 부분 등의 열화에 따라서 부재를 교환하면 되므로, 교 환 빈도를 예를 들면 1개월에서 6개월로 하는 것이 가능하다. 따라서, 부재 비용을 1/6으로 할 수 있다.
또한, 부재 교환에는 통상 반도체 제조장치를 상온까지 강온하고, 교환 후 재가동시키기 위해 약 48시간 필요하다. 본 실시형태에서는 강온시킬 필요는 없으며, 성막 조건을 제어하여 SiC막을 성막시키기 위한 시간은 약 8시간 이하가 된다. 따라서, 보수 비용을 1/36 이하로 하는 것이 가능해진다.
또한, SiC막이 얇아진 고온 영역에서 선택적으로 SiC막의 성막 속도가 빨라지기 때문에 SiC막 두께는 균일화되는 경향이 있다. 따라서, 히터의 SiC막 두께의 편차에 의한 발열 분포의 편차를 억제할 수 있다. 그리고, 또한 웨이퍼상에 형성되는 Si 에피택시얼막을 균일화하는 것이 가능해진다.
본 실시형태에 있어서, SiC막을 형성하기 위한 소스 가스를 CH3SiH3으로 했지만, 양호한 SiC막을 형성할 수 있는 소스 가스이면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면 프로세스 조건을,
설정 온도: 1000~1500℃
반응로 내압: 상압 근방
소스 가스, 유량: C2H2, 50~100sccm
SiH4, 5sccm
캐리어 가스, 유량: H2, 50slm
으로 해도 좋다.
또한, 본 실시형태에서 SiC 초기막을 1층으로 했지만, 도 5에 도시한 바와 같이 초기 상태에서 2층으로 이루어진 SiC 초기막(34, 36a)이 형성됨으로써 핀홀(38)이나 크랙에 의한 기재(32)로의 영향을 억제할 수 있다. 이와 같은 경우는 도 6에 도시한 바와 같이, 하층의 SiC 초기막(34)이 노출되기 전에 일부가 승화된 상층의 SiC 초기막(36b)상에 SiC 재피복막(40)이 형성되는 것이 바람직하다.
또한, SiC막이 형성된 후, 필요에 따라서 클리닝이 실시되고, 밀착성이 약한(원자비가 다른) SiC막이 제거되어도 좋다. 이 때, 클리닝 조건은 예를 들면,
히터 온도: 1000~1200℃
반응로 내압: 93.3KPa(700torr)
클리닝 가스, 유량:H2:HCl=10slm:10slm
으로 할 수도 있다.
이와 같이, 반도체 제조장치의 반응로 내의 부재에 SiC막이 재피복된 후, 반도체 웨이퍼상에 에피택시얼막이 형성되고, 소자 형성 공정을 거쳐 반도체 장치가 형성된다.
본 발명의 다른 실시 형태들은 여기서 개시된 본 발명의 설명과 실시 형태로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다. 본 명세서의 내용과 예들은 단지 설명을 위한 것이며, 본 발명의 진정한 사상과 범위는 다음의 청구항들에 의해서 한정될 것이다.
본 실시형태의 수법에 의하면 균일한 에피택시얼막을 생산성 높게 형성할 수 있고, 또한 안정적으로 금속 오염을 억제할 수 있다. 따라서, 특히 후막 형성이 요구되는 반도체 장치의 형성에 유효하다. 예를 들면, 수10㎛ 정도의 후막 에피택시얼 성장이 필요한 파워 MOS나 IGBT(절연 게이트형 바이폴라 트랜지스터)라는 고내압 반도체 장치의 형성에 적합하다.

Claims (5)

  1. 기재에 제 1 SiC막이 피복된 히터가 설치되고, 상기 히터를 가열하여 웨이퍼상에 Si 에피택시얼막을 형성하기 위한 반응로 내에서,
    상기 히터가 상기 반응로내에 설치된 상태로 상기 반응로를 상온까지 강온시키지 않고, 상기 Si 에피택시얼막의 형성 프로세스를 반복하는 것에 의해 승화가 진행된 상기 제 1 SiC막의 영역 위가 두꺼워지도록 상기 히터를 발열시키고 SiC 소스 가스를 공급하여 제 2 SiC막을 형성함으로써 상기 히터를 재생하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치의 보수 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재가 노출되지 않은 상태에서 상기 제 2 SiC막을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치의 보수 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 SiC막은 적어도 2층의 SiC막을 구비하고, 적어도 최하층의 상기 제 1 SiC막이 노출되지 않은 상태에서 상기 제 2 SiC막을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치의 보수 방법.
  4. 웨이퍼상에 Si 에피택시얼막을 형성하기 위한 반응로,
    상기 반응로에 Si 소스 가스 및 SiC 소스 가스를 공급하기 위한 공급구,
    상기 반응로 내에 설치되고, 웨이퍼를 유지하기 위한 지지부, 및
    상기 웨이퍼를 가열하기 위한 히터를 구비하고,
    상기 히터는 기재와, 상기 기재상에 형성되고 승화에 의해 얇아진 영역을 갖는제 1 SiC막과, 상기 히터를 발열시켜 상기 공급구에 의해 상기 SiC 소스 가스를 공급함으로써 상기 제 1 SiC막 상에 상기 얇아진 영역 위가 두꺼워지도록 형성된 제 2 SiC막을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  5. 반응로내에 설치된 지지부상에 웨이퍼를 재치하는 공정,
    상기 반응로 내에 제 1 프로세스 가스를 공급하고, 기재에 제 1 SiC막이 피복되어 이루어진 히터에 의해 상기 웨이퍼를 가열하여 상기 웨이퍼상에 Si 에피택시얼막을 형성하는 공정, 및
    상기 반응로내에 상기 히터가 설치된 상태로 상기 반응로를 상온까지 강온시키지 않고, 적어도 상기 가열에 의해 상기 제 1 SiC막 표면의 승화가 진행된 영역 위가 두꺼워지도록 상기 반응로내에 제 2 프로세스 가스를 공급하고, 상기 히터를 발열시켜 제 2 SiC막을 형성하여 상기 히터를 재생하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 방법.
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