KR101049730B1 - 기판 가열 처리 장치 및 기판 가열 처리에 사용되는 기판반송용 트레이 - Google Patents

기판 가열 처리 장치 및 기판 가열 처리에 사용되는 기판반송용 트레이 Download PDF

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Abstract

가열 처리되는 기판의 표면 거칠어짐의 발생을 억제할 수 있는 기판의 가열 처리 장치를 제공한다. 진공 배기 가능한 처리실 내에 배치된 기판을 가열 처리하는 가열 수단을 구비하며, 상기 처리실 중에 배치되어 있는 기판을 상기 가열 수단에 의해 가열 처리하는 기판 가열 처리 장치로서, 상기 가열 수단과 기판 사이에 서셉터가 배열 구비되어 있고, 해당 서셉터의 상기 기판이 배치되어 있는 측의 표면이 상기 기판 가열 처리 동안에 가스를 방출하지 않는 부재에 의해 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 가열 처리 장치. 상기 기판을 사이에 두고 상기 서셉터에 대향하는 측에 상기 서셉터를 통한 상기 가열 수단으로부터의 열을 받는 열받이체가 배열 구비되어 있고, 해당 열받이체의 상기 기판이 배치되어 있는 측의 표면이 상기 기판 가열 처리 동안에 가스를 방출하지 않는 부재로 피복되어 있는 기판 가열 처리 장치.
기판 가열 처리 장치, 기판 반송용 트레이, 진공 배기 가능한 처리실, 가열 수단, 서셉터

Description

기판 가열 처리 장치 및 기판 가열 처리에 사용되는 기판 반송용 트레이{SUBSTRATE HEAT TREATMENT APPARATUS AND SUBSTRATE TRANSFER TRAY USED IN SUBSTRATE HEAT TREATMENT}
본 발명은 반도체 기판의 가열 처리에 사용되는 기판 가열 처리 장치 및 기판 가열 처리에 사용되는 기판 반송용 트레이에 관한 것이다.
반도체 기판을 고온 처리하는 열처리는 종래로부터 널리 행해지고 있다. 예를 들어 이온 주입된 불순물을 활성화하는 처리나, 이온 주입에 의해 발생한 결정 결함의 회복 등을 목적으로 하여 고속 가열 처리(Rapid Thermal Process, Rapid Thermal Anneal)(이하, 단순히 "RTP"라고 표현할 수 있음)가 널리 행해지고 있다.
이러한 기판 가열 처리는, 반도체 제조 장치에 있어서, 진공실 중에 배치되어 있는 기판(반도체 기판)을 가열 수단에 의해 급속 가열하는 것이다. 예를 들어 도 9에 도시한 바와 같이, 진공 배기 가능한 처리실(도시하지 않음) 내에 배치되어 있으며 내부에 가열 수단(24)을 구비하고 있는 서셉터(25) 상에 기판(23)을 올려놓고 급속 가열한다. 혹은, 도시하지 않은 고주파 유도 가열 수단, 전자 충격 가열용 열 전자 발생 수단, 적외선 램프 가열용 적외선 램프 등에 의해 서셉터(25) 상에 올려져 있는 기판(23)을 가열한다.
이러한 종래 기술은, 예를 들어 일본 특허 공개 평 10-144618호 공보, 국제 공개 공보 WO97/13011호, 일본 특허 제2912913호 공보 등에 기재되어 있다.
반도체 기판의 가열 처리, 특히 실리콘 카바이드(SiC) 기판의 가열 처리는 1500℃∼2000℃ 정도의 고온에서 행해진다. 이러한 고온 가열에 의해 가열 처리를 받는 기판(반도체 기판)의 표면이 거칠어지게 된다는 문제가 있었다.
예를 들어 SiC 기판의 경우 그 재료 특성 상 열 확산이 낮으며, 국소 도펀트 제어는 이온 주입법을 이용하는데, 고에너지로 가속된 불순물 이온을 주입할 때 SiC 결정이 붕괴되어 버릴 수 있다. 이 거의 아모르포스화된 SiC를 재결정화할 때 고온 가열 처리가 행해진다.
그러나, SiC 기판을 고온에서 가열 처리하면 기판의 표면이 거칠어질 수 있다. 이와 같이 표면이 거칠어진 SiC 기판을 MOSFET(MOS 전계 효과 트랜지스터)에 사용하면 MOSFET에서의 전자 이동도의 저하로 이어진다는 문제가 있었다.
즉, SiC 기판으로 MOSFET 등을 제작하고자 할 때, 상기한 바와 같이 SiC 기판의 표면이 거칠어져 있으면 거칠어진 SiC 기판 표면에 게이트 절연막 등을 형성하게 되어 양질의 계면을 얻을 수 없게 된다. 그 결과, 트랜지스터로서의 성능이 저하하게 된다. 또한 단순히 금속과 컨택트를 취할 때에도 거칠어진 표면에 대하여 금속을 접촉시키는 것은 컨택트 저항을 상승시키는 요인이 될 수도 있다는 문제가 있다.
따라서 본 발명은, 반도체 기판을 고온 처리하는 기판 가열 처리에 사용되는 기판 가열 처리 장치 및 이러한 기판 가열 처리에 사용되는 기판 반송용 트레이로서, 가열 처리되는 기판(반도체 기판)의 표면 거칠어짐의 발생을 억제하고, 그 한편으로, 효율적으로 기판 가열 처리를 행할 수 있는 기판 가열 처리 장치 및 이러한 기판 가열 처리에 사용되는 기판 반송용 트레이를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 가열 수단과 기판(가열 처리를 받을 반도체 기판)과의 사이에 배열 구비되어 있는 서셉터의 기판이 배치되어 있는 측의 표면을 기판 가열 처리 동안에 가스를 방출하지 않는 부재에 의해 피복할 것을 제안한다.
또한 기판(가열 처리를 받을 반도체 기판)을 사이에 두고 상기 서셉터에 대향하는 측에 상기 서셉터를 통한 상기 가열 수단으로부터의 열을 받는 열받이체를 배열 구비하고, 해당 열받이체의 상기 기판이 배치되어 있는 측의 표면도 기판 가열 처리 동안에 가스를 방출하지 않는 부재로 피복할 것을 제안한다.
더욱이 상기 서셉터는 가열 수단을 내장하고 있어 해당 서셉터 상에 기판(가열 처리를 받을 반도체 기판)을 배치 가능하게 하고, 해당 서셉터 상에 배치 가능하고, 상측면에 상기 기판이 배치되는 기판 지지부를 가지며, 외주가 해당 서셉터의 외주보다 크고, 적어도 상기 상측면이 상기 기판 가열 처리 동안에 가스를 방출하지 않는 부재로 피복되어 있는 기판 가열 처리에 사용되는 기판 반송용 트레이를 제안한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태를 설명하는 일부를 생략한 단면도.
도 2는 도 1에 도시한 기판 가열 처리 장치의 일부를 확대하여 설명하는 단면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태의 다른 예를 설명하는 도 1에 대응하는 도면.
도 4의 (a)는 본 발명의 제2 실시 형태의 일부를 확대하여 설명하는 단면도. (b)는 본 발명의 제2 실시 형태의 다른 예의 일부를 확대하여 설명하는 단면도.
도 5의 (a)는 본 발명의 제3 실시 형태의 일부를 확대하여 설명하는 단면도. (b)는 본 발명의 제3 실시 형태의 다른 예의 일부를 확대하여 설명하는 단면도.
도 6은 본 발명의 제4 실시 형태를 설명하는 일부를 생략한 단면도.
도 7은 본 발명의 제5 실시 형태를 설명하는 일부를 생략한 단면도.
도 8의 (a)는 본 발명의 기판 가열 처리 장치에 의한 가열 공정의 일례를 나타내는 도면, (b)는 본 발명의 기판 가열 처리 장치에 의한 가열 공정의 다른 예를 나타내는 도면.
도 9는 종래의 기판 가열 처리 장치를 설명하는 일부를 생략하고 일부를 확대한 단면도.
본 발명이 제안하는 기판 가열 처리 장치는, 진공 배기 가능한 처리실 내에 배치된 기판(가열 처리를 받을 반도체 기판)을 가열 처리하는 가열 수단을 구비하며, 상기 처리실 중에 배치되어 있는 기판(가열 처리를 받을 반도체 기판)을 상기 가열 수단에 의해 가열 처리하는 것이다. 이러한 기판 가열 처리 장치에 있어서, 본 발명은 상기 가열 수단과 기판과의 사이에 서셉터가 배열 구비되어 있고, 해당 서셉터의 상기 기판이 배치되어 있는 측의 표면이 상기 기판 가열 처리 동안에 가스를 방출하지 않는 부재로 피복되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 기판 가열 처리 장치에 따르면, 가열 처리되는 기판과 가열 수단과의 사이에 배열 구비되어 있는 서셉터가 가열 수단에 의해 소정의 온도로 유지되고, 이 소정의 온도로 유지된 서셉터에서 기판으로 균일하게 열이 전달된다. 여기서, 서셉터의 기판이 배치되어 있는 측의 표면은 상기 기판 가열 처리 동안에 가스를 방출하지 않는 부재로 피복되어 있다. 따라서, 고온, 예를 들어 1500℃∼2000℃로 가열되어도 서셉터로부터 가스가 방출되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 가열 처리되는 기판의 표면 거칠어짐의 발생을 방지할 수 있다.
한편, 기판 가열 처리 동안에 서셉터로부터 방출된 가스에 의해 가열 처리되는 기판에 표면 거칠어짐 등이 발생하는 것을 방지한다는 목적을 보다 효과적으로 달성할 수 있도록, 기판이 배치되어 있는 측의 표면으로서 가열 처리 동안에 가스 방출이 발생할 가능성이 있는 서셉터의 표면은 모두 기판 가열 처리 동안에 가스를 방출하지 않는 부재로 피복되어 있도록 하는 것이 바람직하다.
전술한 본 발명의 기판 가열 처리 장치는, 또한 상기 기판(가열 처리를 받을 반도체 기판)을 사이에 두고 상기 서셉터에 대향하는 측에 상기 서셉터를 통한 상기 가열 수단으로부터의 열을 받는 열받이체가 배열 구비되어 있고, 해당 열받이체의 상기 기판이 배치되어 있는 측의 표면이 상기 기판 가열 처리 동안에 가스를 방 출하지 않는 부재로 피복되어 있는 형태로 할 수 있다.
기판(가열 처리를 받을 반도체 기판)을 사이에 두고 상기 서셉터에 대향하는 측에 상기 서셉터를 통한 상기 가열 수단으로부터의 열을 받는 열받이체가 배열 구비되어 있음으로써 해당 열받이체도 가열되고, 이 열받이체로부터의 복사열로 효율적으로 기판을 가열할 수 있다. 또한 이 열받이체의 기판이 배치되어 있는 측의 표면도 상기 기판 가열 처리 동안에 가스를 방출하지 않는 부재로 피복되어 있으므로, 열받이체가 고온, 예를 들어 1500℃∼2000℃로 가열되어도 열받이체로부터 가스가 방출되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 가열 처리되는 기판의 표면 거칠어짐의 발생을 방지할 수 있다.
이상의 본 발명의 기판 가열 처리 장치에 있어서, 서셉터는 가열 수단을 내장하고 있어 해당 서셉터의 상방에 기판(가열 처리를 받을 반도체 기판)을 배치 가능한 형태로 할 수 있다.
그리고 이 경우에, 열받이체는 서셉터의 상방으로부터 상기 기판을 덮고, 상기 기판을 상기 처리실 내의 공간과 격리시키는 캡으로 이루어지며, 해당 캡의 적어도 상기 기판 측을 향하는 측의 표면은 상기 기판 가열 처리 동안에 가스를 방출하지 않는 부재로 피복되어 있는 형태로 할 수 있다.
이와 같이 하여, 예를 들어 가열 수단을 내장하는 서셉터 상에 직접 기판(가열 처리를 받을 반도체 기판)을 놓도록 하면, 가열 처리를 받을 기판은 서셉터로부터 직접 균일한 가열을 받는다. 또한 이를 상방으로부터 캡으로 덮어 서셉터 상에 배치되어 있는 기판을 처리실 내의 공간과 격리시키는 형태로 되어 있기 때문에, 열받이체인 캡으로부터의 복사열에 의한 기판의 가열을 보다 효율적으로 행할 수 있다.
그리고 이 형태의 경우도, 예를 들어 가열 수단을 내장하는 서셉터 상에 직접 기판이 놓여져 있으면, 서셉터의 기판이 배치되어 있는 측의 표면, 즉 기판이 배치되어 있는 서셉터의 상면과 캡의 기판이 배치되어 있는 측을 향하는 표면, 즉 서셉터 상에 배치되어 있는 기판을 처리실 내의 공간과 격리시키고 있는 캡의 내측면은 각각 상기 기판 가열 처리 동안에 가스를 방출하지 않는 부재로 피복되어 있다. 따라서, 가열 처리되는 기판이 캡에 의해 처리실 내의 공간과 격리되어 있는 캡 내부의 서셉터 및 캡으로부터 가스가 방출되는 것을 방지할 수 있고, 보다 효과적으로 가열 처리되는 기판의 표면 거칠어짐의 발생을 방지할 수 있다.
이들 경우도 기판 가열 처리 동안에 열받이체, 캡으로부터 방출된 가스에 의해 가열 처리되는 기판에 표면 거칠어짐 등이 발생하는 것을 방지한다는 목적을 보다 효과적으로 달성할 수 있도록, 기판이 배치되어 있는 측의 표면으로서 가열 처리 동안에 가스 방출이 발생할 가능성이 있는 열받이체의 표면은 모두 가열 처리 동안에 가스를 방출하지 않는 부재로 피복되어 있는 것이 바람직하다. 또한 기판이 배치되어 있는 측을 향하는 표면으로서, 가열 처리 동안에 가스 방출이 발생할 가능성이 있는 캡의 표면은 모두 가열 처리 동안에 가스를 방출하지 않는 부재로 피복되어 있도록 하는 것이 바람직하다.
이상의 본 발명의 기판 가열 처리 장치에 있어서, 가열되는 기판(반도체 기판)은 예를 들어 SiC 기판으로 할 수 있다.
또한 가열 수단은 전자 충격 가열용 열 전자 발생 수단 또는 적외선 램프 가열용 적외선 램프로 할 수 있다.
RTP 등과 같이 반도체 제조 장치의 진공 배기된 처리실 중에 배치되어 있는 기판을 가열하는 처리, 혹은 반도체 제조 장치의 처리실 중(대기압 상태)에 배치되어 있는 기판을 가열하는 처리에 있어서는, 예를 들어 도 8(a)에 도시한 바와 같이, 시각(t)까지 가열을 계속한 후 즉시 가열을 정지할 경우나, 도 8(b)에 도시한 바와 같이 시각(t1)까지 가열을 계속한 후 시각(t2)까지 소정의 온도로 계속 유지하였다가 거기서 가열을 정지하는 경우 등 다양한 가열 공정이 채용되고 있다.
따라서, 상기한 기판 가열 처리 동안에 가스를 방출하지 않는 부재는 반도체 기판을 고온 처리하는 열처리에서의 이들 프로세스 조건을 고려하여, 예를 들어 10-4Pa∼대기압 상태, 800℃∼2300℃에서 1800초를 초과하지 않는 범위에 있어서 가스를 방출하지 않는 부재일 필요가 있다. 따라서, 예를 들어 열 분해 탄소(Pyrolytic Graphite, Pyrolytic Carbon)를 사용할 수 있는데, 이 이외에도 상기한 조건 하에서 가스를 방출하지 않는 부재이면 다양한 것을 사용할 수 있다.
다음, 상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명이 제안하는 기판 가열 처리에 사용되는 기판 반송용 트레이는, 전술한 본 발명의 기판 가열 처리 장치에 있어서, 서셉터가 가열 수단을 내장하고 있어 해당 서셉터의 상방에 기판(가열 처리를 받을 기판)을 배치 가능한 형태인 경우에 채용되는 것이다. 그리고, 해당 서셉터 상에 배치 가능하고, 상기 가열 수단에 의해 가열 처리되는 기판이 상측면에 배치되는 기판 지지부를 가지며, 외주가 해당 서셉터의 외주보다 크고, 적어도 상기 상측면이 상기 기판 가열 처리 동안에 가스를 방출하지 않는 부재로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
고온으로 가열된 기판을 서셉터 상에서 제거하고, 다음으로 가열 처리될 기판을 서셉터 상에 올려놓는 경우, 가열 처리 후의 기판이 고온이므로 온도가 저하되는 것을 기다릴 필요가 있다. 이와 같이 온도가 저하될 때까지 기다렸다가 가열 처리를 받은 기판을 서셉터 상에서 제거하는 경우에는 처리 시간이 길어지고, 효율적으로 가열 처리를 행할 수 없다.
따라서, 전술한 본 발명의 기판 가열 처리 장치에 있어서, 서셉터가 가열 수단을 내장하고 있어 해당 서셉터의 상방에 기판을 배치 가능한 형태인 경우에 채용되는 기판 반송용 트레이로서 전술한 본 발명의 기판 반송용 트레이를 제안하는 것이다.
본 발명의 기판 반송용 트레이는 그 외주가 서셉터의 외주보다 크므로, 상기 트레이를 서셉터 상에 배치하고, 이 트레이 상에 기판을 올려놓은 상태에서 가열 처리를 행하고, 가열 처리가 완료되었다면, 기판의 온도가 저하되는 것을 기다리지 않고 트레이째 서셉터 상에서 제거할 수 있다. 그리고, 다음으로 가열 처리가 행해질 기판이 기판 지지부의 상측면에 놓여져 있는 새로운 트레이를 서셉터 상에 배치하여 다음 기판에 대한 가열 처리를 행할 수 있다. 이에 따라, 복수 장의 기판에 대한 효율이 양호한 가열 처리를 가능하게 한 것이다.
그리고 이 경우도, 적어도 기판 지지부 측의 상측면이 상기 기판 가열 처리 동안에 가스를 방출하지 않는 부재로 피복되어 있는 형태로 함으로써, 기판 가열 처리 동안에 트레이로부터 방출된 가스에 의해 가열 처리되는 기판에 표면 거칠어짐 등이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 이 기판 가열 처리에 사용되는 기판 반송용 트레이는, 기판 지지부의 가장자리로부터 상기 서셉터의 외측을 하측 방향 쪽으로 연장되는 통 형상의 측벽부와, 해당 통 형상 측벽부의 하단측에서 지름 방향 외측 쪽으로 연장되는 환상부를 구비하고 있는 형태로 할 수 있다.
이와 같이 하면, 기판 지지부의 가장자리로부터 서셉터의 외측을 하측 방향 쪽으로 연장되는 통 형상의 측벽부를 구비하고 있으므로, 기판 지지부에 온도 분포가 발생하는 것을 방지할 수 있고, 기판 지지부에서의 기판의 보다 균일한 가열을 가능하게 할 수 있다.
어느 형태에서도, 본 발명의 기판 가열 처리에 사용되는 기판 반송용 트레이는 적어도 가열 처리가 행해질 기판이 배치되는 기판 지지부의 상측면이 기판 가열 처리 동안에 가스를 방출하지 않는 부재로 피복되어 있다. 따라서, 가열 처리 동안에 트레이로부터의 가스 발생을 억제하고, 가열 처리되는 기판의 표면 거칠어짐의 발생을 방지할 수 있다.
여기서도, 기판 가열 처리 동안에 트레이로부터 방출된 가스에 의해 가열 처리되는 기판에 표면 거칠어짐 등이 발생하는 것을 방지한다는 목적을 보다 효과적으로 달성할 수 있도록, 기판 가열 처리 동안에 가스 방출이 발생할 가능성이 있는 트레이의 표면은 모두 가열 처리 동안에 가스를 방출하지 않는 부재로 피복되어 있 도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 트레이의 표면에 피복되는 상기한 기판 가열 처리 동안에 가스를 방출하지 않는 부재는, 상기와 마찬가지로, 반도체 기판을 고온 처리하는 열처리에서의 프로세스 조건을 고려하여, 예를 들어 10-4Pa∼대기압 상태, 800℃∼2300℃에서 1800초를 초과하지 않는 범위에 있어서 가스를 방출하지 않는 부재, 예를 들어 열 분해 탄소(Pyrolytic Graphite, Pyrolytic Carbon)를 사용할 수 있다. 또한 이 이외에도, 상기한 조건 하에서 가스를 방출하지 않는 부재라면 다양한 것을 사용할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
실시예 1
도 1, 도 2는 본 발명의 제1 실시예를 설명하는 것으로서, 진공 배기 가능한 처리실(1) 내에 배치된 기판(3)을 가열하는 가열 수단(4)을 구비하고, 진공 배기된 처리실(1) 중에 배치되어 있는 기판(3)을 가열 수단(4)에 의해 가열하는 기판 가열 처리 장치이다.
도 1, 도 2에 도시한 실시 형태에서는 서셉터(5) 내에 가열 수단(4)이 내장되어 있고, 서셉터(5)의 도 1 중 상측의 기판 지지부의 상측면에 가열 처리를 받을 기판(3)이 놓인다. 이와 같이 가열 수단(4)과 가열 처리되는 기판(3)과의 사이에 배치되는 서셉터(5)는 도 2에 확대하여 나타낸 바와 같이, 기판(3)이 배치되어 있는 기판 지지부의 상측면이 열 분해 탄소의 코팅층(15)으로 피복되어 있다.
이와 같이 본 발명의 기판 가열 처리 장치에서는, 가열 수단(4)과 가열 처리되는 기판(3)과의 사이에 배열 구비되는 서셉터(5)의 기판(3)이 배치되어 있는 측의 표면이 열 분해 탄소의 코팅층(15)으로 피복되어 있다. 따라서, 가열 수단(4)이 1500℃∼2000℃ 정도의 고온으로 가열된 경우라도 서셉터(5)로부터의 가스의 발생이 억제되어 가열 처리되는 기판(3)의 표면 거칠어짐의 발생을 억제할 수 있다.
도 1, 도 2에 도시한 본 발명의 실시 형태에서는 기판(3)을 사이에 두고 서셉터(5)에 대향하는 측에 서셉터(5)를 통한 가열 수단(4)으로부터의 열을 받는 열받이체가 배열 구비되고, 해당 열받이체의 기판(3)이 배치되어 있는 측의 표면이 열 분해 탄소로 피복되어 있다.
즉, 도 2에 도시한 바와 같이, 기판(3)이 가열 수단(4)을 내장하는 서셉터(5) 상에 배치되고, 이 기판(3)을 사이에 두고 서셉터(5)에 대향하는 측에 서셉터(5)를 통한 가열 수단(4)으로부터의 열을 받는 열받이체인 캡(6)이 배열 구비되어 있다. 그리고, 이 캡(6)의 기판(3)이 배치되어 있는 측의 표면, 즉 캡(6)의 내측면은 도 2에 확대하여 나타낸 바와 같이 열 분해 탄소의 코팅층(16)으로 피복되어 있다.
이 캡(6)은 도 1, 도 2에 도시한 바와 같이 서셉터(5) 상에 배치되어 기판(3) 상에 씌워지며, 기판(3)이 배치되어 있는 캡(6)의 내부 공간(26)을 처리실(1) 내의 공간(27)과 격리시키는 역할을 하고 있다.
이 도 1, 도 2에 도시한 실시 형태에 따르면, 가열 처리를 받을 기판(3)은 가열 수단(4)을 내장하는 서셉터(5) 상에 놓여 있음으로써 서셉터(5)로부터 직접 균일한 가열을 받는다.
따라서, 캡(6)을 사용하지 않는 형태, 즉 기판(3)을 상측으로부터 캡(6)으로 덮어 서셉터(5) 상에 배치되어 있는 기판(3)을 처리실(1) 내의 공간(27)과 격리시키는 형태(도 1, 도 2에 도시)로 하지 않아도, 기판(3)을 효율적으로 균일하게 가열할 수 있다. 도 3은 이와 같이 캡(6)이 사용되지 않은 본 발명의 기판 가열 처리 장치를 나타내는 것이다. 도 1, 도 2에 도시한 실시 형태와 공통되는 부분에는 공통되는 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다. 한편, 도 3에 도시한 실시 형태에서는 기판(3)이 배치되어 있는 측의 표면으로서, 가열 처리 동안에 가스 방출이 발생할 가능성이 있는 서셉터(5)의 표면이 모두 열 분해 탄소의 코팅층(15)으로 피복되어 있다.
도 3에 도시한 실시 형태에서도 서셉터(5)의 기판(3)이 배치되어 있는 측의 표면, 즉 적어도 기판(3)이 배치되어 있는 서셉터(5)의 기판 지지부의 상측면이 부호 15로 도시한 바와 같이 열 분해 탄소의 코팅층으로 피복되어 있다. 따라서, 고온에서의 가열 처리 동안에 서셉터(5)로부터 방출된 가스에 의해 가열 처리되는 기판(3)에 표면 거칠어짐이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1, 도 2에 도시한 형태에서는 서셉터(5) 상에 캡(6)을 씌워 기판(3)이 배치되어 있는 공간(26)을 캡(6)으로 밀봉하고 있다. 따라서, 전술한 도 3에 도시한 캡(6)을 사용하지 않은 형태에 비교하면, 가열된 기판(3)으로부터의 방열을 억제하여, 보다 효율적인 가열을 실현할 수 있다.
또한 서셉터(5)의 기판(3)이 배치되어 있는 측의 표면, 즉 기판(3)이 배치되 어 있는 서셉터(5)의 기판 지지부의 상측면과, 캡(6)의 기판(3)이 배치되어 있는 측을 향하는 표면, 즉 서셉터(5) 상에 배치되어 있는 기판(3)을 처리실(1) 내의 공간(27)과 격리시키고 있는 캡(6)의 내측면은 각각 부호 15, 16로 나타낸 바와 같이 열 분해 탄소의 코팅층으로 피복되어 있다.
따라서, 고온에서의 가열 처리 동안에 가열 처리되는 기판(3)이 캡(6)에 의해 처리실(1) 내의 공간(27)과 격리되어 있는 캡(6) 내부의 공간(26)에 서셉터(5) 및 캡(6)으로부터 가스가 방출되는 것을 방지할 수 있고, 가열 처리되는 기판(3)의 표면 거칠어짐의 발생을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 표면에 열 분해 탄소의 코팅층(15, 16)이 형성되어 있는 서셉터(5)나 캡(6)은 고순도 처리된 카본으로 틀을 형성한 후에, 그 표면에 열 분해 탄소를 코팅하여 제작할 수 있다.
코팅층(15, 16)의 두께는 10∼50μm로 해 두는 것이 바람직하다.
가열 처리를 받을 기판(3)을 SiC 기판으로 하는 경우, 가열 처리는 2000℃나 되는 고온에서 행해질 수 있다. 이러한 고온에서의 SiC 기판의 가열 처리를 고려하여, 전술한 실시예에서는 고온에서의 서셉터(5), 캡(6)의 재료로부터의 가스 방출을 피하기 위하여 열 분해 탄소를 코팅하여 서셉터(5)나 캡(6)에 코팅층(15, 16)을 형성하고 있다. 이 대신, 서셉터(5)나 캡(6)의 재질을 SiC 혹은 카본(보다 바람직하게는, 고순도 처리된 카본)으로 할 수도 있다. 또는, 이들 재질로 형성한 서셉터(5), 캡(6)의 표면에 열 분해 탄소를 코팅하여 서셉터(5)나 캡(6)에 코팅층(15, 16)을 형성하여도 좋다.
또한 도시하지는 않았으나, 열 분해 탄소의 코팅층(15, 16)을 마련하는 대신, 열 분해 탄소 자체로 서셉터(5), 캡(6)을 형성할 수도 있다.
상기한 바와 같이 하여 가열 처리를 행한 후에는, 캡(6)의 온도가 저하되고나서 수동으로(수동 장치의 경우), 또는 소정의 반송 기구(자동화 장치의 경우)에 의해 캡(6)을 서셉터(5) 상에서 제거하고, 이어서, 가열 처리 후의 기판(3)을 처리실(1)로부터 반출한다. 그리고, 다음에 가열 처리를 행할 기판을 반입해 와서 서셉터(5) 상에 놓고, 필요하면 캡(6)을 씌워 처리실(1)을 진공 상태로 만든 후, 가열 처리를 행한다.
한편, 발열 수단(4)으로는 전자 충격 가열용 열 전자 발생 수단, 적외선 램프 가열용 적외선 램프 등을 채용할 수 있다.
실시예 2
도 4(a), (b), 도 5(a), (b)는 본 발명의 제2의 바람직한 실시예를 설명하는 도면으로서, 실시예 1의 도 2에 대응한 것이다.
실시예 1, 도 1∼도 3에서 설명한 구조 부분과 동일한 구조 부분에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
본 실시예는 고온에서의 가열 처리 동안에 서셉터 등으로부터 가스가 방출됨으로써 가열 처리되는 기판(3)에 표면 거칠어짐이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있음과 동시에, 복수 장의 기판을 가열 처리하는 경우에 효율적으로 처리를 행하는 것을 가능하게 하는 본 발명의 기판 가열 처리 장치와 기판 반송용 트레이를 설명하는 것이다.
본 실시 형태의 기판 가열 처리 장치는, 실시예 1, 도 1∼도 3의 실시 형태의 것에 더하여, 서셉터(5) 상에 배치되며, 가열 수단(4)에 의해 가열 처리되는 기판(3)이 상측면에 배치되는 기판 지지부(8)를 갖는 본원 발명의 트레이(7)를 더 구비하고 있다.
이 기판 가열 처리에 사용되는 기판 반송용 트레이인 트레이(7)는, 도 4(a), 4(b)에 도시한 실시 형태에서는 가열 수단(4)에 의해 가열 처리되는 기판(3)이 상측면(도 4(a), 도 4(b)에서 상측의 면)에 배치되는 기판 지지부(8)를 구비하고 있다. 그리고, 도시한 바와 같이, 외주가 서셉터(5)의 외주보다 크다. 이에 따라, 서셉터(5) 상에 배치하였을 때 도 4(a), 도 4(b)에 도시한 바와 같이 서셉터(5)의 외주보다 지름 방향 외측으로 돌출되는 가장자리부(20)를 구비하고 있다. 또한 적어도 상기 상측면이 열 분해 탄소의 코팅층(17)으로 피복되어 있다.
도 5(a), 도 5(b)에 도시한 트레이(7)는, 가열 수단(4)에 의해 가열 처리되는 기판(3)이 상측면에 배치되는 기판 지지부(8)를 가지며, 해당 기판 지지부(8)의 가장자리로부터 서셉터(5)의 외측을 하측 방향 쪽으로 연장되는 통 형상의 측벽부(9)와, 해당 통 형상 측벽부(9)의 하단측으로부터 지름 방향 외측 쪽으로 연장되는 환상부(10)를 구비하고 있다. 이에 따라, 외주가 서셉터(5)의 외주보다 크게 되어 있다. 그리고, 적어도 상기 상측면이 열 분해 탄소의 코팅층(17)으로 피복되어 있다.
한편, 도 4(a)는 도 2에 대응하여 열받이체로서의 캡(6)이 사용되는 것이고, 도 4(b)는 도 3에 대응하여 캡(6)이 사용되지 않은 것이다.
도 5(a)는 도 2에 대응하여 열받이체로서의 캡(6)이 사용되는 것이고, 도 5(b)는 도 3에 대응하여 캡(6)이 사용되지 않은 것이다.
또한 도 4(a), 도 5(a)에 도시한 실시 형태에서는 도 2에 도시한 실시 형태와 달리, 캡(6)은 처리실 내의 공간(27)에 면하는 측도 열 분해 탄소의 코팅층(16)으로 피복되어 있다.
본 실시예 2의 기판 가열 처리 장치에 따르면, 트레이(7)를 서셉터(5) 상에 올려놓고, 트레이(7) 상에 기판(3)을 올려놓은 상태에서 가열 처리를 행한다. 가열 처리가 완료되면, 기판(3) 혹은 캡(6) 및 기판(3)의 온도가 저하되는 것을 기다리지 않고, 기판(3)에 비하여 온도가 낮은 트레이(7)의 가장자리부(20)나 환상부(10)를 선단이 두 갈래로 갈라진 로봇 등의 반송 기구의 두 갈래로 갈라진 선단부로 도 4(a)∼도 5(b)에서 하측에서 지지하여, 트레이(7)째 서셉터(5) 상에서 제거한다. 그리고, 다음으로 가열 처리가 행해질 기판(3)이 기판 지지부(8)의 상측면에 놓여 있는 새로운 트레이(7)를 반송해와서 서셉터(5) 상에 올려놓고, 다음 기판(3)에 대한 가열 처리를 행할 수 있다. 이에 따라, 효율적으로 복수 장의 기판의 가열 처리를 행할 수 있다.
본 실시예 2의 경우도, 트레이(7)에서의 기판 지지부(8)의 가열 수단(4)에 의해 가열 처리되는 기판(3)이 배치되는 상측면은 열 분해 탄소의 코팅층(17)으로 피복되어 있으므로, 기판 가열 처리 동안에 트레이(7)로부터의 가스 발생을 방지하여 가열 처리되는 기판(3)의 표면 거칠어짐의 발생을 방지할 수 있다.
한편 도 4(a)∼도 5(b)에 도시한 실시 형태에서는 기판 가열 처리 동안에 트 레이(7)로부터 가스가 발생하는 것을 보다 효과적으로 방지하기 위하여, 트레이(7)의 표면 전체를 열 분해 탄소의 코팅층(17)으로 피복하고 있다.
도 5(a), (b)에 도시한 기판 가열 처리 장치에서의 트레이(7)는 기판 지지부(8)의 가장자리로부터 서셉터(5)의 외측을 따라 하측 방향 쪽으로 연장되는 통 형상의 측벽부(7)를 구비하고 있으므로, 기판 가열 처리 동안에 기판 지지부(8)에 온도 분포가 발생하는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 이에 따라, 기판 지지부(8)에서의 기판(3)의 보다 균일한 가열을 가능하게 할 수 있다. 이 점에서, 도 4(a), (b)에 도시한 평판형이고 지름이 큰 트레이(7)보다는 유리하다.
도 5(a), (b)에 도시한 실시 형태에 있어서, 트레이(7)의 환상부(10)는 전술한 바와 같이 반송 기구에 의해 트레이(7)를 반송할 때의 지지부가 되는 것인데, 전술한 가열 처리 동안의 기판 지지부(8)에서의 온도 분포 발생을 방지하고, 기판 지지부(8)에서의 기판(3)의 보다 균일한 가열을 행하려면 통 형상 측벽부(9)의 하단측에서 지름 방향 외측 쪽으로 연장되는 환상부로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
도 4(a)∼도 5(b)에 도시한 실시예 2의 실시 형태에 있어서도, 서셉터(5), 캡(6), 트레이(7)의 표면은 10∼50μm 정도의 두께의 열 분해 탄소의 코팅층(15, 16, 17)으로 피복되어 있다.
따라서, 1500℃∼2000℃ 정도의 고온에서의 기판 가열 처리 동안에 서셉터(5), 캡(6), 트레이(7)로부터 가스가 발생하는 것을 방지할 수 있고, 가열 처리되는 기판(3)의 표면 거칠어짐의 발생을 방지할 수 있다.
한편, 도 4(a)∼도 5(b)에 도시한 실시예 2의 실시 형태에서는 서셉터(5), 캡(6), 트레이(7)의 표면 전체가 열 분해 탄소의 코팅층(15, 16, 17)으로 피복되어 있다. 따라서, 기판 가열 처리 동안의 서셉터(5), 캡(6), 트레이(7)로부터의 가스 발생을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 서셉터(5), 캡(6), 트레이(7)를 형성하고 있는 재질의 비산을 억제하고, 기판(3)뿐만 아니라, 어닐링 챔버 등의 처리실(1)의 내면의 오염 방지도 도모할 수 있다.
도 1∼도 3에 도시한 실시 형태에서는 적어도 가열 처리를 받을 기판(3)이 배치되어 있는 측의 서셉터(5), 캡(6)의 표면을 열 분해 탄소의 코팅층(15, 16)으로 피복하고, 가열 처리 중인 서셉터(5), 캡(6)으로부터의 가스 발생 억제, 가열 처리되는 기판(3)의 표면 거칠어짐 방지를 도모하였다. 이 도 1∼도 3에 도시한 실시 형태에 있어서, 도 4(a)∼도 5(b)에 도시한 실시 형태와 같이 서셉터(5), 캡(6)의 표면 전체를 열 분해 탄소의 코팅층(15, 16)으로 피복하도록 하면, 또한 가열 처리 중인 서셉터(5), 캡(6)을 형성하고 있는 재질의 비산 억제, 기판(3)이나 어닐링 챔버 등의 처리실(1)의 내면의 오염 방지를 도모하는 데 유리하다.
실시예 3
도 6에 도시한 실시 형태도 도 1∼도 3에 도시한 실시 형태와 마찬가지로, 진공 배기 가능한 처리실(1) 내에 배치된 기판(3)을 가열하는 가열 수단(4)을 구비하며, 진공 배기된 처리실(1) 중에 배치되어 있는 기판(3)을 가열 수단(4)에 의해 가열하는 기판 가열 처리 장치이다.
도 6에 도시한 처리실(1)은 내벽 경면 마감에 의해 반사율을 높인 알루미늄 으로 된 것으로서, 유체 유동부(12)에 냉각용 유동체가 유동 가능하게 되어 있는 수냉 알루미늄으로 된 어닐링 챔버이다. 이 처리실(1)은 10-2Pa 정도의 진공으로 배기 가능하게 되어 있는데, 대기압 상태에 있어서 가열 처리를 행하는 것도 가능하다.
서셉터(5) 내에는 가열 수단(4)이 내장되어 있으며, 서셉터(5)의 도 6에서 상측에 해당하는 기판 지지부의 상측면에 가열 처리를 받을 기판(3)이 놓인다. 상측면에 기판(3)이 놓이는 서셉터(5)의 기판 지지부에는 도시한 바와 같이 센서(11)가 배열 구비되어 있으며, 이에 따라 가열 온도가 검지되게 되어 있다. 가열 수단(4)으로는 실시예 1, 2와 마찬가지로 전자 충격 가열용 열 전자 발생 수단, 적외선 램프 가열용 적외선 램프 등이 채용된다.
서셉터(5)의 내부는 처리실(1)과 다른 계통의 진공 펌프 등의 배기 수단에 의해 항상 10-2Pa 정도의 진공으로 배기 가능하게 되어 있다.
본 실시 형태에서도 가열 수단(4)과 가열 처리되는 기판(3)과의 사이에 배열 구비되게 되는 서셉터(5)는 기판(3)이 배치되어 있는 측의 표면, 즉 본 실시예에서는 처리실(1)의 내벽면에 대향하는 서셉터(5)의 표면이 열 분해 탄소의 코팅층(15)으로 피복되어 있다.
이와 같이 본 발명의 기판 가열 처리 장치에서는, 가열 수단(4)과 가열 처리되는 기판(3)과의 사이에 배열 구비되는 서셉터(5)의 기판(3)이 배치되어 있는 측의 표면이 열 분해 탄소의 코팅층(15)으로 피복되어 있다. 따라서, 가열 수단(4) 이 1500℃∼2000℃ 정도의 고온으로 가열된 경우라도, 서셉터(5)로부터의 가스의 발생이 억제되어 가열 처리되는 기판(3)의 표면 거칠어짐의 발생을 억제할 수 있다.
실시예 4
도 7에 도시한 실시 형태는 가열 수단이 진공 배기 가능한 처리실 벽측에 배치되고, 진공 배기된 처리실 중에 배치되어 있는 기판(3)을 해당 처리실 벽측에 배치되어 있는 가열 수단에 의해 가열하는 것이다.
진공 배기 가능한 처리실(31)에는, 기판(3)에의 박막 형성 등에 사용되는 원료 가스 등이 도입되는 가스 공급관(32)과 도시하지 않은 배기 수단에 연결되어 있는 배기관(34)이 접속되어 있다.
처리실(31) 내에는 도 7에서 상하 방향으로 이동 가능한 기판 지지부(39)가 구비되어 있으며, 이 기판 지지부(39) 상에 성막 처리나 가열 처리 등을 받을 기판(3)이 놓인다.
처리실(31)의 주위에는 가열 수단(35)이 배치되어 있다.
가열 수단(35)이 배열 구비되어 있는 위치에서의 처리실(31)의 내주벽 측에는 서셉터(36)가 단열재(41)를 통하여 배치되어 있고, 이와 같이 하여 가열 수단(35)과 기판(3)과의 사이에 서셉터(36)가 배치되어 있다.
도시한 형태의 처리실(31)은 가스 공급관(32)으로부터 도입된 가스가 깔때기모양부(33), 가스 공급로(38)를 통하여 서셉터(36)가 배열 구비되어 있는 부분에 이르는 구조로 되어 있다.
도시한 바와 같이, 서셉터(36)의 기판(3)이 배치되어 있는 측의 표면, 즉 처리실(31)의 내벽에 해당하는 부분이 열 분해 탄소의 코팅층(37)으로 피복되어 있다.
따라서, 1500℃∼2000℃ 정도의 고온에서의 가열 처리 동안에 서셉터(36)로부터 가스가 발생하는 것을 방지할 수 있고, 가열 처리되는 기판(3)의 표면 거칠어짐의 발생을 방지할 수 있다.
또한 본 실시예에서는 기판(3)을 사이에 두고 서셉터(36)에 대향하는 측에 위치하며, 서셉터(36)를 통한 가열 수단(35)으로부터의 열을 받는 열받이체에 해당하는 상측면(기판 지지면)을 포함하여, 기판 지지부(39)의 표면 전체가 열 분해 탄소의 코팅층(40)으로 피복되어 있다.
따라서, 1500℃∼2000℃ 정도의 고온에서의 가열 처리 동안에 서셉터(36)로부터뿐만 아니라, 기판 지지부(39)로부터 가스가 발생하는 것도 방지할 수 있고, 훨씬 효과적으로 가열 처리되는 기판(3)의 표면 거칠어짐의 발생을 방지할 수 있게 되어 있다.
더욱이 본 실시예에서는 도 7에 도시한 바와 같이, 단열재(41)의 처리실(31) 내측, 즉 깔때기 모양부(33), 가스 공급로(38)의 처리실(31) 내측 등도 열 분해 탄소의 코팅층(42)으로 피복되며, 기판 지지부(39)를 지지하는 로드부도 처리실(31) 내측에 해당하는 그 외주가 열 분해 탄소의 코팅층(43)으로 피복되어 있다.
따라서, 1500℃∼2000℃ 정도의 고온에서의 가열 처리 동안의 가스 발생을 훨씬 효과적으로 방지할 수 있다.
이와 같이 내부에 가열 처리되는 기판이 배치되고, 진공으로 배기 가능한 처리실의 내주벽 전면, 이러한 처리실의 내부 공간에 노출되는 각 부재의 표면 전체를 기판 가열 처리 동안에 가스를 방출하지 않는 부재, 예를 들어 열 분해 탄소로 피복해 두면, 기판 가열 처리 동안에 처리실의 내주벽, 처리실의 내부 공간에 노출되어 있는 각 부재의 표면으로부터 가스 방출이 발생할 우려를 미연에 방지할 수 있다. 이에 따라, 가열 처리되는 기판의 표면 거칠어짐의 발생을 방지하는 데 있어 가장 효과적이다.
이상 본 발명의 바람직한 실시 형태, 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예, 실시 형태에 한정되지 않으며, 특허 청구 범위의 기재로부터 파악되는 기술적 범위에 있어서 다양한 형태로 변경 가능하다.
본 발명의 기판 가열 처리 장치와 기판 반송용 트레이에 따르면, 반도체 기판을 고온 처리하는 열처리에 있어서, 가열 처리되는 기판의 표면 거칠어짐의 발생을 억제하고, 그 한편으로 효율적으로 가열 처리를 행할 수 있다.
따라서, 1500℃∼2000℃ 정도의 고온에서 가열 처리가 행해지기 때문에, 표면에 거칠어짐이 발생할 수 있는 SiC 기판의 가열 처리를 표면 거칠어짐의 발생을 억제하여 효율적으로 행할 수 있다.
또한 이러한 본 발명의 기판 가열 처리 장치에 의해 행해지는 기판 가열 처리에 사용되는 본 발명의 기판 반송용 트레이는 가열 처리 동안에 트레이로부터 가스가 발생하는 것을 방지할 수 있으므로, 가열 처리되는 기판의 표면 거칠어짐의 발생을 억제하고, 게다가 복수 장의 기판을 효율적으로 가열 처리하기에 유용하다.

Claims (12)

  1. 진공 배기 가능한 처리실 내에 배치된 기판을 가열 처리하는 가열 수단을 구비하며, 상기 처리실 중에 배치되어 있는 기판을 상기 가열 수단에 의해 가열 처리하는 기판 가열 처리 장치로서,
    상기 가열 수단과 상기 기판 사이에 배치되는 서셉터와,
    상기 서셉터의 상방으로부터 상기 기판을 덮고, 상기 기판을 상기 처리실 내의 공간과 격리하는 캡을 구비하며,
    상기 서셉터가 가열 수단을 내장하고 있어 상기 서셉터의 상방에 기판을 배치 가능하고,
    상기 서셉터의 상기 기판이 배치되어 있는 측의 표면이 상기 기판 가열 처리 동안에 가스를 방출하지 않는 부재에 의해 피복되고,
    상기 캡의 적어도 상기 기판 측을 향하는 측의 표면이 상기 기판 가열 처리 동안에 가스를 방출하지 않는 부재로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 가열 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 가열되는 기판이 SiC 기판인 것을 특징으로 하는 기판 가열 처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 가열 수단이 전자 충격 가열용 열 전자 발생 수단 또는 적외선 램프 가열용 적외선 램프인 것을 특징으로 하는 기판 가열 처리 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 기판 가열 처리 동안에 가스를 방출하지 않는 부재가 열 분해 탄소인 것을 특징으로 하는 기판 가열 처리 장치.
  8. 진공 배기 가능한 처리실 내에 배치된 기판을 가열 처리하는 가열 수단과, 상기 가열 수단을 내장하는 서셉터를 구비하고, 상기 기판을 상기 가열 수단에 의해 가열 처리하는 기판 가열 처리 장치 중에 설치되는 기판 반송용 트레이로서,
    상기 서셉터 상에 배치 가능하고, 상기 가열 수단에 의해 가열 처리되는 기판이 상측면에 배치되는 기판 지지부를 가지며, 외주가 상기 서셉터의 외주보다 크고, 적어도 상기 상측면이 상기 기판 가열 처리 동안에 가스를 방출하지 않는 부재로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 반송용 트레이.
  9. 제 8 항에 있어서, 트레이는 상기 기판 지지부의 가장자리에서 상기 서셉터의 외측을 하측 방향 쪽으로 연장하는 통 형상의 측벽부와, 해당 통 형상 측벽부의 하단측에서 지름 방향 외측 쪽으로 연장되는 환상부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 기판 반송용 트레이.
  10. 제 8 항에 있어서, 기판 가열 처리 동안에 가스를 방출하지 않는 부재가 열 분해 탄소인 것을 특징으로 하는 기판 반송용 트레이.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 캡이 상기 서셉터의 상측면에 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 가열 처리 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 서셉터의 상측면에 기판 반송용 트레이를 더 구비하고,
    상기 기판 반송용 트레이는 상기 기판을 배치가능하고,
    상기 캡이 상기 서셉터의 상측면에 배치된 상기 기판 반송용 트레이의 상측면에 배치되는 특징으로 하는 기판 가열 처리 장치.
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