KR101358063B1 - 반도체 제조 장치 및 반도체 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
아웃 히터의 히터 엘리먼트의 원주 방향에의 변형에 히터 전극부가 추종하여, 히터 엘리먼트 또는 히터 전극부의 파손, 주변 부재에의 접촉을 방지하는 것이 가능한 반도체 제조 장치 및 반도체 제조 방법을 제공한다. 웨이퍼(w)가 도입되는 반응실(11)과, 반응실(11)로 프로세스 가스를 공급하기 위한 가스 공급 기구(12)와, 반응실(11)로부터 가스를 배출하기 위한 가스 배출 기구(13)와, 웨이퍼(w)를 재치하는 웨이퍼 지지 부재(15)와, 웨이퍼(w)를 회전시키기 위한 회전 구동 제어 기구(17)와, 웨이퍼 지지 부재(15)를 소정의 온도로 가열하기 위한 1 개소에 간극을 가지는 환상의 히터 엘리먼트(19a)와, 이 히터 엘리먼트(19a)의 각 단부에 설치되는 제 1 히터 전극부(19b1)와 제 2 히터 전극부(19b2)를 가지는 히터(18, 19)와, 제 1 히터 전극부(19b1)와 제 2 히터 전극부(19b2)와 각각 접속되는 제 1 전극 부품(23a)과 제 2 전극 부품(23b)과, 제 1 전극 부품(23a)이 고정되는 제 1 홈(28a)과, 제 2 전극 부품(23b)이 배치되고, 히터 엘리먼트(19a)의 원주 방향에서, 제 1 전극 부품(23a)과 제 1 홈(28a)과의 제 1 여유 공간보다, 제 2 전극 부품(23b)과의 제 2 여유 공간이 커지도록 형성되는 제 2 홈(28b)을 가지는 베이스(28)를 구비한다.
Description
본 발명은, 예를 들면 반도체 웨이퍼의 이면에서 가열하면서 표면으로 반응 가스를 공급하여 성막을 행하기 위하여 이용되는 반도체 제조 장치 및 반도체 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 장치의 저가격화, 고성능화의 요구에 수반하여, 성막 공정에서의 높은 생산성과 함께 막 두께 균일성의 향상 등 고품질화가 요구되고 있다.
매엽식의 에피택셜 성막 장치를 이용하여, 예를 들면 반응실 내에서 900 rpm 이상으로 고속 회전하면서, 프로세스 가스를 공급하고, 히터를 이용하여 이면으로부터 가열하는 이면 가열 방식이 이용되고 있다.
통상, 히터를 구성하는 히터 엘리먼트는 그 면 내에서 지지체인 전극 부품에 볼트 등을 이용하여 고정, 접속된다. 그러나, 열에 의해 접속 부분의 변형 및 이에 수반하는 저항값의 상승이 발생하기 때문에, 히터 엘리먼트와 일체화된 히터 전극부를 설치하고, 히터 엘리먼트의 하방에서 전극 부품과 접속된다(예를 들면, 특허 문헌 1 등 참조).
통상, 히터로서 주로 웨이퍼를 가열하기 위한 인 히터와, 주로 웨이퍼의 외주(外周)로부터의 온도 저하(도열)를 방지하기 위한 아웃 히터가 설치되어 있다.
인 히터에서는 원형 평판에 슬릿이 형성된 히터 엘리먼트가 이용되고, 히터 엘리먼트의 중심을 사이에 두고 대칭인 위치에 히터 전극부가 설치되어 있다. 슬릿은, 예를 들면 히터 전극부를 연결하는 중심선과 90°의 각도로 형성된 경우, 온도 상승에 수반하는 변형은 중심선 방향이 된다. 히터 전극부는 전극 부품에 고정되기 위한 볼트에 여유 공간을 형성하는 등에 의해, 히터 엘리먼트의 변형에 추종하여 움직여, 히터 엘리먼트의 파손을 방지하는 것이 가능하다.
한편, 아웃 히터에서는 1 개소 분리된 환상(環狀)(C 형상)의 히터 엘리먼트가 이용되고, 양 단부(端部)에 히터 전극부가 나란히 설치되어 있다. 이 때문에, 온도 상승에 수반하는 히터 엘리먼트의 변형은 단부가 연장되는 방향(원주(圓周) 방향)이 된다.
최근, 성막 프로세스의 고온화에 수반하여, 히터 엘리먼트의 변형량이 증대하고 있다. 이 때문에, 원주 방향에의 히터 전극부의 추종이 곤란해져 히터 엘리먼트가 파손되거나, 히터 엘리먼트 또는 히터 전극부가 주변 부재에 접촉하여 단락된다고 하는 문제가 발생하고 있다. 이 때문에, 생산성이 저하되어, 안정적으로 양호한 성막을 행하는 것이 곤란해진다.
따라서, 본 발명은 아웃 히터의 히터 엘리먼트의 원주 방향에의 변형에 히터 전극부가 추종하여, 히터 엘리먼트 또는 히터 전극부의 파손, 주변 부재에의 접촉을 방지하는 것이 가능한 반도체 제조 장치 및 반도체 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
본 발명의 일태양의 반도체 제조 장치는, 웨이퍼가 도입되는 반응실과, 반응실로 프로세스 가스를 공급하기 위한 가스 공급 기구와, 반응실로부터 가스를 배출하기 위한 가스 배출 기구와, 웨이퍼를 재치(載置)하는 웨이퍼 지지 부재와, 웨이퍼를 회전시키기 위한 회전 구동 제어 기구와, 웨이퍼 지지 부재를 소정의 온도로 가열하기 위한 1 개소에 간극을 가지는 환상의 히터 엘리먼트와, 이 히터 엘리먼트의 각 단부(端部)에 설치되는 제 1 히터 전극부와 제 2 히터 전극부를 가지는 히터와, 제 1 히터 전극부와 제 2 히터 전극부와 각각 접속되는 제 1 전극 부품과 제 2 전극 부품과, 제 1 상기 전극 부품이 고정되는 제 1 홈과, 제 2 상기 전극 부품이 배치되고, 히터 엘리먼트의 원주 방향에서, 제 1 전극 부품과 제 1 홈과의 제 1 여유 공간보다, 제 2 전극 부품과의 제 2 여유 공간이 커지도록 형성되는 제 2 홈을 가지는 베이스를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일태양의 반도체 제조 장치에 있어서, 제 1 전극 부품과 상기 제 2 전극 부품과, 상기 웨이퍼의 회전 중심축에서 각각 접속되는 제 1 전극 로드와 제 2 전극 로드를 가지고, 상기 제 2 전극 로드가, 상기 히터의 변형에 추종하여 회전 가능한 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 제 1 전극 로드는 고정되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일태양의 반도체 제조 장치에 있어서, 제 2 전극 부품의 외주측 단부에서의 상기 제 2 여유 공간이 1.0 ~ 2.5 mm인 것이 바람직하다.
본 발명의 반도체 제조 방법은, 반응실 내로 웨이퍼를 도입하여, 웨이퍼 지지 부재 상에 재치하고, 웨이퍼 지지 부재의 하부에 설치되고, 1 개소가 분리된 환상의 히터 엘리먼트의 각 단부에 각각 설치된 히터 전극부에 전압 인가하고, 히터 엘리먼트를 발열시킴으로써, 웨이퍼 지지 부재를 소정 온도로 가열하고, 또한 어느 하나의 히터 전극부를 히터 엘리먼트의 변형에 추종시키고, 웨이퍼를 회전시키고, 웨이퍼 상으로 프로세스 가스를 공급함으로써 웨이퍼 상에 성막하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 반도체 제조 공정에서 아웃 히터의 히터 엘리먼트의 원주 방향에의 변형에 히터 전극부가 추종하여, 히터 엘리먼트 또는 히터 전극부의 파손, 주변 부재에의 접촉을 방지하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 일태양에 따른 성막 장치의 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 일태양에 따른 아웃 히터의 상면도이다.
도 2b는 본 발명의 일태양에 따른 아웃 히터의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일태양에 따른 베이스(28)의 상면도이다.
도 4는 본 발명의 일태양에 따른 히터 샤프트(24)의 하부를 도시한 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 일태양에 따른 아웃 히터의 상면도이다.
도 2b는 본 발명의 일태양에 따른 아웃 히터의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일태양에 따른 베이스(28)의 상면도이다.
도 4는 본 발명의 일태양에 따른 히터 샤프트(24)의 하부를 도시한 단면도이다.
이하에, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
(실시예 1)
도 1에 본 실시예의 반도체 제조 장치인 성막 장치의 단면도를 도시한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 예를 들면 φ 150 mm의 GaN 웨이퍼(w)가 성막 처리되는 반응실(11)에는 필요에 따라 그 내벽을 덮도록 석영 커버(11a)가 설치되어 있다.
반응실(11)의 상부에는 소스 가스, 캐리어 가스를 포함하는 프로세스 가스를 공급하기 위한 프로세스 가스 공급 기구(12)와 접속된 가스 공급구(12a)가 형성되어 있다. 그리고, 반응실(11) 하방에는, 예를 들면 2 개소에 가스를 배출하여, 반응실(11) 내의 압력을 일정(상압)하게 제어하기 위한 가스 배출 기구(13)와 접속된 가스 배출구(13a)가 형성되어 있다.
가스 공급구(12a)의 하방에는 공급된 프로세스 가스를 정류하여 공급하기 위한 미세 관통홀을 가지는 정류판(14)이 설치되어 있다.
그리고, 정류판(14)의 하방에는 웨이퍼(w)를 재치하기 위한 지지 부재인, 예를 들면 SiC로 이루어지는 서셉터(15)가 설치되어 있다. 서셉터(15)는 회전 부재인 링(16) 상에 설치되어 있다. 링(16)은 웨이퍼(w)를 소정의 회전 속도로 회전시키는 회전축을 개재하여 모터 등으로 구성되는 회전 구동 제어 기구(17)와 접속되어 있다.
링(16) 내부에는 웨이퍼(w)를 가열하기 위한, 예를 들면 SiC로 이루어지는 인 히터(18), 아웃 히터(19)로 구성되는 히터가 설치되어 있고, 각각 온도 제어 기구(도시하지 않음)와 접속되어 있다. 그리고, 이들 인 히터(18), 아웃 히터(19)로부터 하방으로의 열을 반사하고, 웨이퍼(w)를 효율적으로 가열하기 위한 원반(圓盤) 형상의 리플렉터(20)가 설치되어 있다.
인 히터(18)는 히터 엘리먼트(18a)와 이와 일체 성형된 히터 전극부(18b)로 구성되어 있다. 또한, 아웃 히터(19)는 1 개소에 간극을 가지는 환상의 히터 엘리먼트(19a)와, 일체로 성형된 히터 전극부(19b)로 구성되어 있다. 각 히터 전극부(18b, 19b)는 불순물이 첨가되어 도전성을 가지는 SiC로 이루어지고, 또한 SiC막이 코팅되어 있다. 또한, 히터 전극부(18b, 19b)는 각각 2 개소에 설치된다.
링(16) 내부 하방에는 히터 전극부(18b, 19b)와 각각 볼트(21) 등에 의해 접속되는 전극 부품인 부스 바(22, 23)가 설치되어 있다. 부스 바(22, 23)는 카본으로 이루어지고, 또한 SiC막이 코팅되어 있다. 그리고, 히터 샤프트(24)에 고정되고, 히터 샤프트(24) 하방에서 외부 전원(도시하지 않음)과 접속되는 전극 로드(25, 26)와, 볼트(27) 등에 의해 접속되어 있다. 전극 로드(25, 26)에는 몰리브덴 등의 재료가 이용된다. 부스 바(22)의 하방에는 홈이 형성된, 예를 들면 석영제의 베이스(28)가 설치되어 있다.
도 2a에 아웃 히터(19)의 상면도를, 도 2b에 아웃 히터(19)의 측면도를, 도 3에 베이스(28)의 상면도를 각각 도시한다. 도면에 도시한 바와 같이, 아웃 히터(19)의 히터 엘리먼트(19b)의 각 단부에는 히터 전극부(19b1, 19b2)가 일체 성형되어 있고, 각각 전극 로드(26a, 26b)와 접속되는 부스 바(23a, 23b)와 접속되어 있다. 베이스(28)에는 부스 바(23a, 23b)가 배치되는 홈(28a, 28b)이 형성되어 있다. 홈(28a)은 부스 바(23a)의 위치 결정, 즉 히터의 설치 기준으로 하기 위하여 형성되고, 홈 내에 부스 바(23a)가 고정되어 있다.
여기서, 웨이퍼(w)를 GaN의 성막 온도인 1700℃ 정도로 가열하기 위해서는, 히터 엘리먼트(19a)의 온도를 1800℃ 정도로 할 필요가 있다. 이러한 고온에서 히터 엘리먼트(19a)는 크게 변형한다. 이 때, 히터 엘리먼트(19a)는 간극이 형성된 방향(원주 방향)으로 변형되기 때문에, 부스 바(23b)가 베이스(28)에 고정되어 있으면, 히터 전극부(19b)의 상부는 원주 방향으로 움직임에 추종하고자 하지만, 하부는 부스 바(23b)에 고정되어 있기 때문에, 히터 엘리먼트(19a) 또는 히터 전극부(19b)가 파손된다.
이 때문에, 홈(28b)은 부스 바(23b)의 치수보다 커지도록 형성되고, 부스 바(23b)와의 사이에 여유 공간이 형성되어 있다. 여유 공간은, 미리 성막 온도에서의 히터의 변형에 추종하여 부스 바(23b)가 움직이는 방향, 거리 등을 해석함으로써 구해진다. 본 실시예와 같이 φ 150 mm 웨이퍼(w)를 이용하여 웨이퍼 온도 : 1700℃로 성막할 경우, 부스 바(23b)의 외주측 단부에서, 예를 들면 1.5 ~ 2.5 mm로 한다.
또한, 도 4에 히터 샤프트(24)의 하부 단면도를 도시한 바와 같이, 전극 로드(26a)는 너트(29a)에 의해 테프론(등록 상표) 파이프(30)에 고정되지만, 전극 로드(26b)에 숄더부(31)를 설치하고, 히터 전극부(19b2)와 베이스(28)의 사이에 미소한 간극이 형성되도록, 너트(29b)에 의해 테프론(등록 상표) 파이프(30)에 고정된다. 이와 같이 하여, 전극 로드(26b)를 회전 가능하게 한다.
이러한 구성에 의해, 히터 전극부(19b2), 부스 바(23b), 전극 로드(26b)가 히터 엘리먼트(19a)의 변형에 추종 가능하게 한다.
이러한 반도체 제조 장치를 이용하여, 웨이퍼(w) 상에 GaN 에피택셜막이 형성된다.
우선, 반송 암(도시하지 않음) 등에 의해 반응실(11)로 웨이퍼(w)를 반입하여, 서셉터(15) 상에 재치한다.
그리고, 인 히터(18), 아웃 히터(19)를 각각 온도 제어 기구에 의해, 예를 들면 1800℃로 함으로써, 웨이퍼(w)가, 예를 들면 1650℃가 되도록 가열하고, 또한 회전 구동 제어 기구(17)에 의해 웨이퍼(w)를, 예를 들면 900 rpm으로 회전시킨다. 그리고, 프로세스 가스 공급 기구(12)에 의해 유량이 제어되어 혼합된 프로세스 가스가 정류판(14)을 거쳐 정류 상태로 웨이퍼(w) 상으로 공급된다. 프로세스 가스는, 예를 들면 소스 가스로서, 암모니아(NH3) : 트리메틸 갈륨(TMGa)이 아르곤 가스(Ar)에 의해 소정의 농도로 희석되고, 예를 들면 각각 50 SLM : 50 SLM 공급된다.
이 때, 아웃 히터(19)에서 히터 엘리먼트(19a)는 온도 상승에 수반하여 간극이 형성된 방향(원주 방향)으로 변형한다. 그리고, 이 변형에 추종하여 히터 전극부(19b)가 원주 방향으로 움직이고, 아울러 부스 바(23b), 전극 로드(26b)가 회전한다.
한편, 잉여가 된 프로세스 가스, 반응 부생성물 등으로 이루어지는 배출 가스는 가스 배출구(13a)로부터 가스 배출 기구(13)를 거쳐 배출되고, 반응실(11) 내의 압력이 일정(예를 들면, 상압(常壓))하게 제어된다.
이와 같이 하여, 웨이퍼(w) 상에 GaN 에피택셜막을 성장시킨다.
본 실시예에 따르면, 아웃 히터(19)에서 히터 전극부(19b2), 부스 바(23b), 전극 로드(26b)를 히터 엘리먼트(19a)의 온도 상승에 수반하는 변형에 추종시킬 수 있기 때문에, 히터 엘리먼트 또는 히터 전극부의 파손, 주변 부재에의 접촉을 방지할 수 있다. 따라서, 생산성의 저하를 억제하여, 안정적으로 양호한 성막을 행하는 것이 가능해진다.
그리고, 반도체 웨이퍼(w)에 에피택셜막 등의 막을 높은 생산성으로 안정적으로 형성하는 것이 가능해진다. 그리고, 웨이퍼의 수율 향상과 함께 소자 형성 공정 및 소자 분리 공정을 거쳐 형성되는 반도체 장치의 수율의 향상, 소자 특성의 안정을 도모하는 것이 가능해진다. 특히, N 형 베이스 영역, P 형 베이스 영역 또는 절연 분리 영역 등에 100 μm 이상의 후막 성장이 필요한 파워 MOSFET 또는 IGBT 등의 파워 반도체 장치의 에피택셜 형성 공정에 적용됨으로써, 양호한 소자 특성을 얻는 것이 가능해진다.
본 실시예에서는 GaN 에피택셜막 형성의 경우를 예로 들었지만, 이 외에 SiC 등의 화합물 반도체에 대해서도 동일하게 적용할 수 있다. 또한, Si 에피택셜막에 대해서도 적용할 수 있다. 이 경우, 높은 레이트로 후막 형성하기 위하여, 프로세스 가스로서 디클로로실란(SiH2Cl2)을 이용하고, 성막 온도를 1000 ~ 1100℃ 정도로 한다. 이 때문에, 히터 엘리먼트(19a)의 온도는 1300 ~ 1400℃ 정도로 할 필요가 있다. 이러한 경우, 부스 바(23b)의 외주측 단부에서의 여유 공간은 φ 150 mm 웨이퍼(w)에서, 예를 들면 1.0 ~ 2.0 mm로 할 수 있다.
또한, 본 실시예는 GaN, SiC 이외의, 예를 들면 GaAIAs 또는 InGaAs 등 화합물 반도체의 에피택셜층 또는 폴리 Si층 또는 예를 들면 SiO2층 또는 Si2N4층 등의 절연막의 성막 시에도 적용하는 것도 가능하다. 이 외에 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
11 : 반응실
11a : 석영 커버
12 : 프로세스 가스 공급 기구
12a : 가스 공급구
13 : 가스 배출 기구
13a : 가스 배출구
14 : 정류판
15 : 서셉터
16 : 링
17 : 회전 구동 제어 기구
18 : 인 히터
19 : 아웃 히터
20 : 리플렉터
22, 23 : 부스 바
24 : 히터 샤프트
25, 26 : 전극 로드
27 : 볼트
28 : 베이스
28a, 28b : 홈
29a, 29b : 너트
30 : 테프론(등록 상표) 파이프
31 : 숄더부
11a : 석영 커버
12 : 프로세스 가스 공급 기구
12a : 가스 공급구
13 : 가스 배출 기구
13a : 가스 배출구
14 : 정류판
15 : 서셉터
16 : 링
17 : 회전 구동 제어 기구
18 : 인 히터
19 : 아웃 히터
20 : 리플렉터
22, 23 : 부스 바
24 : 히터 샤프트
25, 26 : 전극 로드
27 : 볼트
28 : 베이스
28a, 28b : 홈
29a, 29b : 너트
30 : 테프론(등록 상표) 파이프
31 : 숄더부
Claims (5)
- 웨이퍼가 도입되는 반응실과,
상기 반응실로 프로세스 가스를 공급하기 위한 가스 공급 기구와,
상기 반응실로부터 가스를 배출하기 위한 가스 배출 기구와,
상기 웨이퍼를 재치(載置)하는 웨이퍼 지지 부재와,
상기 웨이퍼를 회전시키기 위한 회전 구동 제어 기구와,
상기 웨이퍼 지지 부재를 소정의 온도로 가열하기 위한, 1 개소에 간극을 가지는 환상(環狀)의 히터 엘리먼트와, 이 히터 엘리먼트의 각 단부(端部)에 설치되는 제 1 히터 전극부와 제 2 히터 전극부를 가지는 히터와,
상기 제 1 히터 전극부와 상기 제 2 히터 전극부와 각각 접속되는 제 1 전극 부품과 제 2 전극 부품과,
상기 제 1 전극 부품이 고정되는 제 1 홈과, 상기 제 2 전극 부품이 배치되고, 상기 히터 엘리먼트의 원주 방향에서, 상기 제 1 전극 부품과 상기 제 1 홈과의 제 1 여유 공간보다, 상기 제 2 전극 부품과의 제 2 여유 공간이 커지도록 형성되는 제 2 홈을 가지는 베이스
를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전극 부품과 상기 제 2 전극 부품과, 상기 웨이퍼의 회전 중심축에서 각각 접속되는 제 1 전극 로드와 제 2 전극 로드를 가지고, 상기 제 2 전극 로드가, 상기 히터의 변형에 추종하여 회전 가능한 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
- 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 전극 로드가 고정되는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 전극 부품의 외주측 단부에서의 상기 제 2 여유 공간이 1.0 ~ 2.5 mm인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
- 반응실 내로 웨이퍼를 도입하여, 웨이퍼 지지 부재 상에 재치(載置)하고,
상기 웨이퍼 지지 부재의 하부에 설치되고, 1 개소가 분리된 환상(環狀)의 히터 엘리먼트의 각 단부에 설치된 제 1 히터 전극부와 제 2 히터 전극부에 전압을 인가하여, 상기 히터 엘리먼트를 발열시킴으로써, 상기 웨이퍼 지지 부재를 소정 온도로 가열하고, 상기 제 1 히터 전극부와 접속되는 전극 부품과 상기 전극 부품이 설치되는 홈과의 여유 공간에 대하여 상기 전극 부품이 이동하여 상기 제1 히터 전극부를 상기 히터 엘리먼트의 변형에 추종시키고,
상기 웨이퍼를 회전시키고, 상기 웨이퍼 상으로 프로세스 가스를 공급함으로써 상기 웨이퍼 상에 성막하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 방법.
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