KR101401369B1 - 성막 장치 및 성막 방법 - Google Patents
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Abstract
(과제) 반응 가스가 체류하는 공간을 저감한 성막 장치 및 성막 방법을 제공한다.
(해결 수단) 성막 장치 (100) 는, 반응 가스 (4) 가 공급되어 성막 처리가 행해지는 챔버 (1) 와, 챔버 (1) 내부에 형성된 중공 통상의 라이너 (2) 와, 라이너 (2) 의 상방에 형성되어 반응 가스가 투과하는 샤워 플레이트 (15) 를 갖는다. 샤워 플레이트 (15) 가 라이너 (2) 의 상부 개구부 (52) 를 폐색하는 위치로부터 상방으로 이동함으로써, 챔버 (1) 의 벽에 형성된 기판 반출입구 (47) 를 개재하여 챔버 (1) 외부와 라이너 (2) 의 내부가 연통한다. 또, 성막 장치 (100) 는, 라이너 (2) 의 내부에 형성되고, 성막 처리가 행해지는 기판 (7) 을 지지하여 연직 방향으로 이동시키는 기판 지지부 (50) 와, 기판 반출입구 (47) 를 통해서 반응실에 출입하는 로봇 핸드 (48) 를 갖는다. 기판 지지부 (50) 와 로봇 핸드 (48) 사이에서 기판 (7) 의 수수가 행해진다.
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Description
본 발명은 성막 장치 및 성막 방법에 관한 것이다.
종래부터, IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor : 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터) 등의 파워 디바이스와 같이, 비교적 막두께가 큰 결정막을 필요로 하는 반도체 소자의 제조에는 에피택셜 성장 기술이 이용되고 있다.
에피택셜 성장 기술에 사용되는 기상 성장 방법에서는, 반응실 내에 기판을 재치 (載置) 한 상태에서 반응실 내의 압력을 상압 또는 감압으로 한다. 그리고, 기판을 가열하면서, 반응실 내에 반응성 가스를 공급한다. 그러면, 기판의 표면에서 가스가 열분해 반응 또는 수소 환원 반응을 일으켜 기상 성장막이 형성된다. 반응에 의해서 생성된 가스나, 반응에 사용되지 않았던 가스는 반응실에 형성된 배기구를 통해서 외부로 배출된다. 기판 상에 에피텍셜막을 형성한 후에는 반응실로부터 기판을 반출한다. 이어서, 새로운 기판을 반응실 내에 반입하고, 동일하게 하여 에피텍셜막을 형성한다.
막두께가 두꺼운 에피텍셜막을 높은 수율로 제조하기 위해서는, 균일하게 가열된 웨이퍼의 표면에 새로운 반응 가스를 차례차례 접촉시켜 성막 속도를 향상시킬 필요가 있다. 그래서, 종래의 성막 장치에 있어서는, 웨이퍼를 고속으로 회전시키면서 에피택셜 성장시키는 것이 행해지고 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
도 4 는 종래의 성막 장치의 모식적인 단면도로서, 기판이 반출 (또는 반입) 되는 모습을 나타내고 있다.
도 4 에 나타내는 바와 같이, 성막 장치 (200) 에 있어서, 챔버 (201) 는 베이스 플레이트 (301) 상에 진공 용기 (302) 가 배치된 구조를 갖는다. 베이스 플레이트 (301) 상에는 베이스 플레이트 (301) 의 전체면을 피복하는 형상과 크기를 구비한 베이스 플레이트 커버 (303) 를 분리할 수 있도록 설치되어 있다. 베이스 플레이트 커버 (303) 는 예를 들어 석영으로 이루어지는 것으로 할 수 있다. 베이스 플레이트 (301) 와 진공 용기 (302) 는 플랜지 (210) 에 의해서 연결되어 있고, 플랜지 (210) 는 패킹 (211) 으로 시일되어 있다. 기상 성장 반응시에는 챔버 (201) 내가 매우 높은 온도로 된다. 그래서, 챔버 (201) 의 냉각을 목적으로 하여, 베이스 플레이트 (301) 와 진공 용기 (302) 의 내부에는 냉각수의 유로 (203) 가 형성되어 있다.
진공 용기 (302) 에는 반응 가스 (204) 를 도입하는 공급구 (205) 가 형성되어 있다. 한편, 베이스 플레이트 (301) 에는 배기구 (206) 가 형성되어 있고, 배기구 (206) 를 통해서 반응 후 또는 미반응의 반응 가스 (204) 가 챔버 (201) 의 외부로 배출된다.
배기구 (206) 는 플랜지 (213) 에 의해서 배관 (212) 에 연결되어 있다. 또, 플랜지 (213) 는 패킹 (214) 으로 시일되어 있다.
챔버 (201) 의 내부에는 라이너 (202) 가 배치되어 있다. 라이너 (202) 의 내측에는, 회전축 (216) 과, 회전축 (216) 의 상단에 형성된 회전통 (217) 이 배치되어 있다. 회전통 (217) 상에는 서셉터 (208) 가 장착되어 있고, 회전축 (216) 이 회전하면, 회전통 (217) 을 개재하여 서셉터 (208) 가 회전하도록 되어 있다. 기상 성장 반응시에 있어서는, 기판 (207) 을 서셉터 (208) 상에 재치함으로써, 서셉터 (208) 의 회전과 함께 기판 (207) 이 회전한다.
라이너 (202) 의 상부 개구부에는 정류판인 샤워 플레이트 (215) 가 형성되어 있다. 샤워 플레이트 (215) 를 통과한 반응 가스 (204) 는 기판 (207) 쪽으로 흘러내린다. 그리고, 기판 (207) 의 표면에서 열분해 반응 또는 수소 환원 반응을 일으켜 에피텍셜막을 형성한다.
기판 (207) 의 가열은 회전통 (217) 의 내부에 배치된 히터 (209) 에 의해서 행해진다. 히터 (209) 는 아암 형상을 한 도전성의 버스 바 (220) 에 의해서 지지되어 있다. 또, 버스 바 (220) 는 히터 (209) 를 지지하는 측과는 반대측에서 히터 베이스 (221) 에 의해서 지지되고 있다. 그리고, 도전성의 연결부 (222) 에 의해서 버스 바 (220) 와 전극봉 (223) 이 연결됨으로써, 전극봉 (223) 으로부터 히터 (209) 에 급전이 행해진다. 또한, 기판 (207) 의 표면 온도는 방사 온도계 (224a, 224b) 에 의해서 측정된다.
기판 (207) 상에 에피텍셜막을 형성한 후에는, 챔버 (201) 내의 가스를 수소 가스나 불활성 가스 등으로 치환한다. 그 후, 기판 (207) 을 챔버 (201) 밖으로 반출한다.
라이너 (202) 와 진공 용기 (302) 에는, 각각 기판 반출입구 (246) 와 기판 반출입구 (247) 가 형성되어 있다. 또, 챔버 (201) 에는, 기판 반출입구 (247) 를 개재하여 반송실 (도시 생략) 이 인접하고 있고, 이 반송실에는 반송 로봇이 배치되어 있다. 기판 (207) 을 반출할 때에는, 회전통 (217) 의 내부에 배치된 기판 지지부 (도시 생략) 에 의해서 기판 (207) 이 상방으로 밀려올라간다. 또, 반송 로봇의 로봇 핸드 (248) 가 기판 반출입구 (246, 247) 를 통해 챔버 (201) 의 내부로 삽입된다. 그리고, 기판 지지부로부터 로봇 핸드 (248) 에 기판 (207) 이 수수 (授受) 된 후, 기판 반출입구 (246, 247) 를 통해서 기판 (207) 이 반출된다.
또, 다음으로 에피텍셜막이 형성될 기판 (207) 을 챔버 (201) 의 내부로 반입할 때에는, 기판 (207) 을 유지한 로봇 핸드 (248) 를 기판 반출입구 (246, 247) 로부터 챔버 (201) 의 내부로 삽입한다. 이어서, 로봇 핸드 (248) 로부터 기판 지지부에 기판 (207) 을 수수한다. 그 후, 기판 지지부를 강하시켜 기판 (207) 을 서셉터 (208) 상에 재치한다.
이러한 종래의 성막 장치 (200) 에서는 다음과 같은 문제가 있다.
상기한 바와 같이, 샤워 플레이트 (215) 를 통과한 반응 가스 (204) 는, 라이너 (202) 의 내측을 통과하여 기판 (207) 쪽으로 흘러내린다. 여기서, 라이너 (202) 에는 기판 반출입구 (246) 가 형성되어 있고, 추가로 기판 반출입구 (246) 에는 기판 반출입구 (247) 에 이르는 공간 (249) 이 접속되어 있다. 이 때문에, 반응 가스 (204) 가 공간 (249) 에 체류되어 버려, 에피텍셜막 형성 후의 가스 치환에 시간이 걸린다는 문제가 있었다.
공간 (249) 으로의 반응 가스 (204) 의 체류를 방지하기 위해서는, 기판 반출입구 (247) 측으로부터 불활성 가스를 흘리는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 이 방법의 경우, 공급되는 불활성 가스의 양에 따라서 에피텍셜 반응시의 조건이 변경되어 버릴 우려가 있다.
한편, 기판은 대구경이 되는 경향이 있고, 그에 수반하여, 챔버 (201) 에 대해서 차지하는 공간 (249) 의 용적이 커지면, 반응 가스 (204) 가 체류하는 양이 증가하게 되어, 상기 문제는 더욱 심각해진다.
본 발명은 이러한 문제을 감안하여 이루어진 것이다. 즉, 본 발명의 목적은 반응 가스가 체류하는 공간을 저감한 성막 장치 및 성막 방법을 제공하게 된다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 이하의 기재로부터 분명해질 것이다.
본 발명의 제 1 양태는, 반응 가스가 공급되어 성막 처리가 행해지는 반응실과,
반응실 내에 형성된 중공(中空) 통상(筒狀)의 라이너와,
라이너의 상방에 형성되어 반응 가스가 투과하는 정류판을 갖고,
정류판이 라이너의 상부 개구부를 폐색하는 위치로부터 상방으로 이동함으로써, 반응실의 벽에 형성된 기판 반출입구를 개재하여 반응실의 외부와 라이너의 내부가 연통하는 것을 특징으로 하는 성막 장치에 관한 것이다.
본 발명의 제 1 양태는, 라이너의 내부에 형성되고, 성막 처리가 행해지는 기판을 지지하여 연직 방향으로 이동시키는 기판 지지부와,
기판 반출입구를 통해서 반응실에 출입하는 기판 반송부를 갖고,
기판 지지부와 기판 반송부 사이에서 기판이 수수되도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 양태는, 반응실 내에 형성된 중공 통상의 라이너의 내부에 기판을 재치하고, 라이너의 상부 개구부를 폐색하는 위치에 정류판을 배치하여, 반응실 내에 반응 가스를 공급하고, 이 반응 가스를 정류판을 개재하여 라이너의 내부에 도입하고, 기판 상에 소정 막을 형성하는 성막 방법에 있어서,
정류판을 라이너의 상부 개구부를 폐색하는 위치로부터 상방으로 이동시키고, 반응실의 벽에 형성한 기판 반출입구를 통해서 반응실의 외부와 라이너의 내부 사이에서 기판의 반출입을 행하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 제 2 양태에 있어서, 소정 막을 형성한 후에는, 라이너의 내부에 배치된 기판 지지부에 의해서 기판을 상방으로 밀어올려, 기판 반출입구로부터 반응실 내로 삽입된 기판 반송부에 기판을 수수하고, 반응실의 외부로 기판을 반출하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 양태에 있어서, 기판을 유지한 기판 반송부를 기판 반출입구로부터 반응실 내로 삽입하고, 이 기판을 라이너의 내부에 배치된 기판 지지부에 수수함으로써, 라이너의 내부에 기판을 반입하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 1 양태에 의하면, 정류판이 라이너의 상부 개구부를 폐색하는 위치로부터 상방으로 이동함으로써, 반응실의 벽에 형성된 기판 반출입구를 개재하여 반응실의 외부와 라이너의 내부가 연통하므로, 반응 가스가 체류하는 공간을 저감할 수 있다.
본 발명의 제 2 양태에 의하면, 정류판을 라이너의 상부 개구부를 폐색하는 위치로부터 상방으로 이동시키고, 반응실의 벽에 형성한 기판 반출입구를 통해서 반응실의 외부와 라이너의 내부 사이에서 기판의 반출입을 행하기 때문에, 반응 가스가 체류하는 공간을 저감할 수 있다.
도 1 은 본 실시형태의 성막 장치의 모식적인 단면도.
도 2 는 본 실시형태로 샤워 플레이트가 이동한 후의 모습을 나타내는 도면.
도 3 은 본 실시형태에 있어서, 기판 지지부로부터 로봇 핸드에 기판이 수수된 후의 모습을 나타내는 도면.
도 4 는 종래의 성막 장치의 모식적인 단면도.
도 2 는 본 실시형태로 샤워 플레이트가 이동한 후의 모습을 나타내는 도면.
도 3 은 본 실시형태에 있어서, 기판 지지부로부터 로봇 핸드에 기판이 수수된 후의 모습을 나타내는 도면.
도 4 는 종래의 성막 장치의 모식적인 단면도.
도 1 은 본 실시형태의 성막 장치의 모식적인 단면도이다. 또한, 이 도면에서는 설명을 위해서 필요한 구성 이외의 것을 생략한다. 또, 축척에 대해서도 각 구성부를 명확하게 시인할 수 있도록 실제의 크기와는 다르게 하였다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 성막 장치 (100) 는, 반응실로서의 챔버 (1) 를 갖는다. 챔버 (1) 는 베이스 플레이트 (101) 상에 진공 용기 (102) 가 배치된 구조를 갖는다. 베이스 플레이트 (101) 상에는, 베이스 플레이트 (101) 의 전체면을 피복하는 형상과 크기를 구비한 베이스 플레이트 커버 (103) 를 분리할 수 있도록 설치되어 있다. 베이스 플레이트 커버 (103) 는 예를 들어 석영으로 이루어지는 것으로 할 수 있다. 베이스 플레이트 (101) 와 진공 용기 (102) 는 플랜지 (10) 에 의해서 연결되어 있고, 플랜지 (10) 는 패킹 (11) 으로 시일되어 있다. 베이스 플레이트 (101) 는, 예를 들어 SUS (Steel Use Stain1ess ; 스테인리스강) 로 이루어지는 것으로 할 수 있다.
기상 성장 반응시에는 챔버 (1) 내가 매우 높은 온도로 된다. 그래서, 챔버 (1) 의 냉각을 목적으로 하여, 베이스 플레이트 (101) 와 진공 용기 (102) 의 내부에는 냉각수의 유로 (3) 가 형성되어 있다.
진공 용기 (102) 에는 반응 가스 (4) 를 도입하는 공급구 (5) 가 형성되어 있다. 한편, 베이스 플레이트 (101) 에는 배기구 (6) 가 형성되어 있고, 배기구 (6) 를 통해서 반응 후 또는 미반응의 반응 가스 (4) 가 챔버 (1) 외부로 배출된다.
배기구 (6) 는 플랜지 (13) 에 의해서 배관 (12) 에 연결되어 있다. 또, 플랜지 (13) 는 패킹 (14) 으로 시일되어 있다. 또한, 패킹 (11) 및 패킹 (14) 에는 300 ℃ 정도의 내열 온도를 갖는 불소 고무 등이 사용된다.
챔버 (1) 내부에는 중공(中空) 통상(筒狀)의 라이너 (2) 가 배치되어 있다. 라이너 (2) 는, 챔버 (1) 의 내벽 (1a) 과 기판 (7) 상으로의 기상 성장 반응을 행하는 공간 (A) 을 나누는 목적에서 형성된다. 이로써, 챔버 (1) 의 내벽 (1a) 이 반응 가스 (4) 에 의해서 부식되는 것을 방지할 수 있다. 기상 성장 반응은 고온 하에서 행해지기 때문에, 라이너 (2) 는 높은 내열성을 구비하는 재료로 구성된다. 예를 들어, SiC 부재 또는 카본에 SiC 를 코트하여 구성된 부재의 사용이 가능하다.
본 실시형태에서는, 편의상, 라이너 (2) 를 동체부 (2a) 와 헤드부 (2b) 의 2 개 부분으로 나누어 부른다. 동체부 (2a) 는, 내부에 서셉터 (8) 가 배치되는 부분이고, 헤드부 (2b) 는 동체부 (2a) 보다 내경이 작은 부분이다. 동체부 (2a) 와 헤드부 (2b) 는 일체로 되어 라이너 (2) 를 구성하고 있고, 헤드부 (2b) 는 동체부 (2a) 의 상방에 위치한다.
헤드부 (2b) 의 상부 개구부에는, 정류판인 샤워 플레이트 (15) 가 형성되어 있다. 샤워 플레이트 (15) 는 기판 (7) 표면에 반응 가스 (4) 를 균일하게 공급하는 기능을 갖는다. 이 때문에, 샤워 플레이트 (15) 에는 복수개의 관통공 (15a) 이 형성되어 있고, 공급구 (5) 로부터 챔버 (1) 에 도입된 반응 가스 (4) 는 관통공 (15a) 을 통과하여 기판 (7) 쪽으로 흘러내린다. 여기서, 반응 가스 (4) 는, 불필요하게 확산되지 않고, 효율적으로 기판 (7) 표면에 도달하는 것이 바람직하다. 그래서, 헤드부 (2b) 의 내경은 동체부 (2a) 보다 작게 설계되어 있다. 구체적으로는, 헤드부 (2b) 의 내경은 관통공 (15a) 의 위치와 기판 (7) 의 크기를 고려하여 결정할 수 있다.
또, 챔버 (1) 내부, 구체적으로는 라이너 (2) 의 동체부 (2a) 에 기판 (7) 을 지지하는 서셉터 (8) 가 배치되어 있다. 서셉터 (8) 는 고내열성의 재료로 구성된다. 예를 들어, 기판 (7) 상에 SiC 를 에피택셜 성장시키는 경우, 기판 (7) 은 1500 ℃ 이상의 고온으로 할 필요가 있다. 이 때문에, 서셉터 (8) 에는, 예를 들어 등방성 흑연의 표면에 CVD (Chemical Vapor Deposition) 법에 의해서 SiC 를 피복한 것 등이 사용된다. 또한, 서셉터 (8) 의 형상은, 기판 (7) 을 재치할 수 있는 형상이면 특별히 한정되지 않고, 링상이나 원반상 등에서 적절히 선택하여 사용된다.
기판 (7) 의 가열은 회전통 (17) 의 내부에 배치된 히터 (9) 에 의해서 행해진다. 히터 (9) 는 저항 가열형의 히터로 할 수 있고, 원반상의 인 히터 (9a) 와, 환상의 아웃 히터 (9b) 를 갖는다. 인 히터 (9a) 는 기판 (7) 에 대응하는 위치에 배치된다. 아웃 히터 (9b) 는 인 히터 (9a) 의 상방이며, 기판 (7) 의 외주부에 대응하는 위치에 배치된다. 기판 (7) 의 외주부는 중앙부에 비해 온도가 쉽게 저하되기 때문에, 아웃 히터 (9b) 를 형성함으로써 외주부의 온도 저하를 방지할 수 있다.
인 히터 (9a) 와 아웃 히터 (9b) 는, 아암 형상을 한 도전성의 버스 바 (20) 에 의해서 지지되어 있다. 버스 바 (20) 는 예를 들어 카본을 SiC 로 피복하여 이루어지는 부재에 의해서 구성된다. 또, 버스 바 (20) 는, 인 히터 (9a) 와 아웃 히터 (9b) 를 지지하는 측과는 반대측에서, 석영제의 히터 베이스 (21) 에 의해서 지지되어 있다. 그리고, 몰리브덴 등의 금속으로 이루어지는 도전성의 연결부 (22) 에 의해서, 버스 바 (20) 와 전극봉 (23) 이 연결됨으로써, 전극봉 (23) 으로부터 인 히터 (9a) 와 아웃 히터 (9b) 에 급전이 행해진다. 구체적으로는, 전극봉 (23) 으로부터 이들 히터의 발열체에 통전되어 발열체가 승온된다.
기판 (7) 의 표면 온도는 방사 온도계 (24a, 24b) 에 의해서 측정할 수 있다. 도 1 에 있어서, 방사 온도계 (24a) 는 기판 (7) 의 중앙부 부근의 온도를 측정하는 데에 사용된다. 한편, 방사 온도계 (24b) 는 기판 (7) 의 외주부의 온도를 측정하는 데에 사용된다. 이들 방사 온도계는 도 1 에 나타내는 바와 같이, 챔버 (1) 의 상부에 형성할 수 있다. 이 경우, 진공 용기 (102) 의 상부와 샤워 플레이트 (15) 를 투명 석영제로 함으로써, 방사 온도계 (24a, 24b) 에 의한 온도 측정이 이들에 의해서 방해받지 않도록 할 수 있다.
측정된 온도 데이터는, 도시되지 않은 제어 기구에 보내어지고, 인 히터 (9a) 와 아웃 히터 (9b) 의 각 출력 제어에 피드백할 수 있다. 일례로서, SiC 에피택셜 성장을 행하는 경우, 각 히터의 설정 온도는 다음과 같이 할 수 있다. 이로써, 기판 (7) 을 1650 ℃ 정도로 가열할 수 있다.
인 히터 (9a) 의 온도 : 1680 ℃
아웃 히터 (9b) 의 온도 : 1750 ℃
라이너 (2) 의 동체부 (2a) 에는, 회전축 (16) 과, 회전축 (16) 의 상단에 형성된 회전통 (17) 이 배치되어 있다. 서셉터 (8) 는 회전통 (17) 에 장착되어 있고, 회전축 (16) 이 회전하면, 회전통 (17) 을 개재하여 서셉터 (8) 가 회전하도록 되어 있다. 기상 성장 반응시에는, 기판 (7) 을 서셉터 (8) 상에 재치함으로써, 서셉터 (8) 의 회전과 함께 기판 (7) 이 회전한다.
샤워 플레이트 (15) 를 통과한 반응 가스 (4) 는 헤드부 (2b) 를 통과하여 기판 (7) 쪽으로 흘러내린다. 기판 (7) 이 회전하는 것에 의해서 반응 가스 (4) 는 기판 (7) 으로 끌려가고, 샤워 플레이트 (15) 에서 기판 (7) 에 이르는 영역에서 세로 플로우 (flow) 가 된다. 기판 (7) 에 도달한 반응 가스 (4) 는, 기판 (7) 표면에서 난류를 형성하지 않고 수평 방향으로 대략 층류 (層流) 가 되어 흐른다. 이와 같이 하여, 기판 (7) 표면에는, 새로운 반응 가스 (4) 가 차례차례 접촉한다. 그리고, 기판 (7) 표면에서 열분해 반응 또는 수소 환원 반응을 일으켜 에피텍셜막을 형성한다. 또한, 성막 장치 (100) 에서는, 기판 (7) 의 외주부로부터 라이너 (2) 까지의 거리를 좁혀, 기판 (7) 표면에서의 반응 가스 (4) 의 흐름이 보다 균일해지도록 하고 있다.
이상의 구성으로 함으로써, 기판 (7) 을 가열하고 또 회전시키면서 기상 성장 반응을 행할 수 있다. 기판 (7) 을 회전시킴으로써, 기판 (7) 표면 전체에 효율적으로 반응 가스 (4) 가 공급되어 막두께 균일성이 높은 에피텍셜막을 형성할수 있게 된다. 또, 새로운 반응 가스 (4) 가 차례차례 공급되므로, 성막 속도의 향상이 도모된다.
반응 가스 (4) 내에서 기상 성장 반응에 사용되지 않았던 가스나, 기상 성장 반응에 의해서 생성된 가스는, 베이스 플레이트 (101) 에 형성된 배기구 (6) 에서 배출된다.
본 실시형태의 성막 장치 (100) 에서는, 샤워 플레이트 (15) 가 도 1 의 위치, 즉, 샤워 플레이트 (15) 가 라이너 (2) 의 상부 개구부 (도 2 의 부호 52) 를 폐색하는 위치로부터 상방으로 이동할 수 있고, 또, 기판 (7) 의 반출입에 사용되는 진공 용기 (102) 의 기판 반출입구 (47) 가 라이너 (2) 보다 상방에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 이러한 구조로 함으로써, 기판 반출입을 위한 개구부를 라이너 (2) 에 형성할 필요가 없어진다. 따라서, 라이너 (2) 의 기판 반출입구로부터 진공 용기 (102) 의 기판 반출입구에 이르는 공간이 없어지기 때문에, 반응 가스 (4) 가 체류하는 공간을 저감할 수 있다. 이하, 이 점에 대해서 상세히 서술한다.
챔버 (1) 에 있어서, 기상 성장 반응을 행하고 있을 때, 샤워 플레이트 (15) 는, 라이너 (2) 의 헤드부 (2b) 의 상단면에 접한 상태에 있다. 기상 성장 반응을 끝낸 후에는, 지지부 (51) 에 의해서 샤워 플레이트 (15) 가 상방으로 이동한다. 도 2 는 샤워 플레이트 (15) 가 이동한 후의 모습을 나타내고 있다. 이로써, 진공 용기 (102) 의 벽에 형성된 기판 반출입구 (47) 를 개재하여, 챔버 (1) 외부와 라이너 (2) 의 내부가 연통한다.
챔버 (1) 에는 기판 반출입구 (47) 를 개재하여 반송실 (도시 생략) 이 인접해 있다. 반송실에는 기판 (7) 을 반송하기 위한 반송 로봇이 배치되어 있다. 반송 로봇에 대해서, 그 전체 이미지의 도시는 생략하지만, 예를 들어 X 방향 및 Y 방향과 직교하는 Z 방향의 축선 둘레로 자유롭게 회전할 수 있는 회전축과, 이 회전축에 고정된 좌표계의 수평인 1 축 방향으로 자유롭게 신축할 수 있는 로봇 아암과, 로봇 아암의 선단 (先端) 에 장착한 로봇 핸드를 갖는 극좌표형 로봇으로 할 수 있다. 도 2 에 있어서, 부호 48 은 반송 로봇의 로봇 핸드를 나타내고, 본 발명의 기판 반송부에 대응한다.
또, 도 1 에 있어서, 회전통 (17) 의 내부에 배치된 기판 지지부 (50) 는 연직 방향으로 이동할 수 있는 구조로 되어 있다. 기판 지지부 (50) 가 상방으로 이동하여 기판 (7) 에 접촉한 후, 추가로 그대로 상방으로 이동함으로써, 기판 (7) 을 상방으로 밀어올릴 수 있다.
도 3 은, 기판 지지부 (50) 로부터 로봇 핸드 (48) 에 기판 (7) 이 수수된 후의 모습을 나타내고 있다. 기판 (7) 은 로봇 핸드 (48) 에 유지된 상태에서 기판 반출입구 (47) 로부터 챔버 (1) 외부로 반출된다.
본 실시형태의 성막 장치 (100) 에서는, 샤워 플레이트 (15) 가 상승함으로써, 진공 용기 (102) 에 형성된 기판 반출입구 (47) 와 라이너 (2) 의 내측이 연통한다. 따라서, 이 구성에 의하면, 라이너 (2) 에 기판 반출입구를 형성할 필요가 없기 때문에, 반응 가스 (4) 가 체류하는 불필요한 공간을 형성하지 않아도 된다. 따라서, 에피텍셜막 형성 후의 가스 치환에 필요로 하는 시간을 종래의 성막 장치보다 단축시킬 수 있다.
또, 본 실시형태의 성막 장치 (100) 에 의하면, 반응 가스 (4) 의 체류 방지를 목적으로 한 불활성 가스를 공급할 필요도 없기 때문에, 에피텍셜 반응시에 있어서의 조건 변동을 억제할 수도 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 기판 (7) 이 대구경으로 되었다고 해도, 라이너 (2) 에 기판 반출입구를 형성하지 않는다는 기본적인 구성은 변함없기 때문에, 반응 가스 (4) 의 체류를 억제할 수 있다는 효과는 변함없다.
다음으로, 도 1 ∼ 도 3 을 참조하면서, 본 실시형태에의 성막 방법의 일례에 대해서 서술한다.
본 실시형태의 성막 장치 (100) 는, 예를 들어 SiC 에피택셜 성장막의 형성에 바람직하다. 그래서, 이하에서는 SiC 에피텍셜막의 형성을 예로 든다.
기판 (7) 으로는, 예를 들어 SiC 웨이퍼를 사용할 수 있다. 단, 이것에 한정되지 않고, 경우에 따라서 다른 재료로 이루어지는 웨이퍼 등을 사용해도 된다. 예를 들어, Si 웨이퍼, SiO2 (석영) 등의 다른 절연성 기판, 고저항의 GaAs 등의 반절연성 기판 등을 사용할 수도 있다.
반응 가스 (4) 로는, 예를 들어 프로판 (C3H8), 실란 (SiH4) 및 캐리어 가스로서의 수소 가스를 사용할 수 있다. 이 경우, 실란 대신에, 디실란 (SiH6), 모노클로로실란 (SiH3Cl), 디클로로실란 (SiH2Cl2), 트리클로로실란 (SiHCl3), 테트라클로로실란 (SiCl4) 등을 사용할 수도 있다.
먼저, 서셉터 (8) 상에 기판 (7) 을 재치한다.
다음으로, 챔버 (1) 내부를 상압 또는 적당한 감압으로 한 상태에서 기판 (7) 을 회전시킨다. 기판 (7) 이 재치된 서셉터 (8) 는 회전통 (17) 의 상단에 배치되어 있다. 따라서, 회전축 (16) 을 통해서 회전통 (17) 을 회전시키면 서셉터 (8) 가 회전하고, 동시에 기판 (7) 도 회전한다. 회전수는 예를 들어 50 rpm 정도로 할 수 있다.
다음으로, 히터 (9) 에 의해서 기판 (7) 을 가열한다. SiC 에피택셜 성장에서는, 기판 (7) 은 예를 들어 1500 ℃ ∼ 1700 ℃ 까지 사이의 소정 온도로 가열된다. 또, 기판 (7) 의 가열에 의해서 챔버 (1) 내는 고온이 되기 때문에, 베이스 플레이트 (101) 와 진공 용기 (102) 의 내부에 형성한 유로 (3) 에 냉각수를 흘린다. 이로써, 챔버 (1) 가 과도하게 승온되는 것을 방지할 수 있다.
방사 온도계 (24a, 24b) 에 의해서, 기판 (7) 의 온도가 예를 들어 1650 ℃ 에 달한 것을 확인한 후에는 기판 (7) 의 회전수를 서서히 높여간다. 예를 들어, 900 rpm 정도의 회전수까지 높일 수 있다. 또, 공급구 (5) 로부터 반응 가스 (4) 를 도입한다. 이 때, 샤워 플레이트 (15) 는 라이너 (2) 의 상부 개구부 (52) 를 폐색하는 위치, 바꾸어 말하면, 라이너 (2) 의 헤드부 (2b) 의 상단면에 접하는 위치에 있다.
반응 가스 (4) 는 샤워 플레이트 (15) 의 관통공 (15a) 을 통과하여, 기판 (7) 으로의 기상 성장 반응을 행하는 공간 (A) 에 유입된다. 샤워 플레이트 (15) 를 통과함으로써 반응 가스 (4) 는 정류되고, 하방에서 회전하는 기판 (7) 을 향하여 대략 연직으로 흘러내려, 이른바 세로 플로우를 형성한다. 또, 라이너 (2) 에는 기판 (7) 을 반출입하기 위한 기판 반출입구가 형성되어 있지 않기 때문에, 도 4 에 나타내는 종래의 성막 장치 (200) 에서의 공간 (249) 과 같은 부분이 없다. 따라서, 라이너 (2) 의 헤드부 (2b) 는 이상적인 원통 형상이 되고, 반응 가스 (4) 는 도중에 체류하지 않고 기판 (7) 에 도달한다.
기판 (7) 표면에 도달한 반응 가스 (4) 는, 이 표면에서 열분해 반응 또는 수소 환원 반응을 일으켜 SiC 에피텍셜막을 형성한다. 기상 성장 반응에 사용되지 않았던 잉여의 반응 가스 (4) 나, 기상 성장 반응에 의해서 생성된 가스는 챔버 (1) 의 하방에 형성된 배기구 (6) 을 통해서 외부로 배기된다.
기판 (7) 상에, 소정 막두께의 SiC 막을 형성한 후에는 반응 가스 (4) 의 공급을 종료한다. 계속해서, 히터 (9) 에 의한 가열을 정지하고, 기판 (7) 이 소정 온도까지 내려가는 것을 기다린다. 또, 챔버 (1) 내의 가스를 수소 가스나 불활성 가스 등으로 치환한다. 또한, 기판 (7) 이 소정 온도 이하로 될 때까지, 공급구 (5) 로부터 캐리어 가스의 공급을 계속해도 된다.
방사 온도계 (24a, 24b) 에 의해서, 기판 (7) 이 소정 온도까지 냉각된 것을 확인한 후에는, 챔버 (1) 외부로 기판 (7) 을 반출한다.
구체적으로는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 지지부 (51) 에 의해서 샤워 플레이트 (15) 를 상방으로 이동시킨다. 그러면, 진공 용기 (102) 에 형성된 기판 반출입구 (47) 를 개재하여, 라이너 (2) 의 내부와 챔버 (1) 외부가 연통한다.
또, 도 1 상태로부터 기판 지지부 (50) 를 상방으로 이동시켜 기판 (7) 에 접촉시킨 후, 추가로 그대로 이동시킨다. 이로써, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 기판 (7) 이 상방으로 밀려올라간다.
이어서, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 기판 지지부 (50) 로부터 로봇 핸드 (48) 에 기판 (7) 이 수수된다. 그 후, 기판 (7) 은 로봇 핸드 (48) 에 유지된 상태에서 기판 반출입구 (47) 로부터 챔버 (1) 외부로 반출된다.
계속해서 성막 처리를 행하기 위해서는, 새로운 기판 (7) 을 챔버 (1) 의 내부로 반입한다.
구체적으로는, 기판 (7) 을 유지한 로봇 핸드 (48) 를 기판 반출입구 (47) 로부터 챔버 (1) 의 내부로 삽입한다. 이어서, 로봇 핸드 (48) 로부터 기판 지지부 (50) 에 기판 (7) 을 수수한다. 그 후, 기판 반출입구 (47) 로부터 쳄버 (1) 의 외부로 로봇 핸드 (48) 를 퇴출시킨다.
다음으로, 지지부 (51) 에 의해서 샤워 플레이트 (15) 를 강하시켜, 라이너 (2) 의 헤드부 (2b) 의 상단면에 맞닿게 한다. 또, 기판 지지부 (50) 를 강하시켜, 기판 (7) 을 서셉터 (8) 상에 재치한다. 이후에는, 상기 서술한 순서에 따라서, 기판 (7) 상에 에피택셜막을 형성한다.
본 실시형태의 성막 방법에서는, 성막시의 위치로부터 샤워 플레이트 (15) 를 이동시킴으로써, 진공 용기 (102) 에 형성된 기판 반출입구 (47) 와 라이너 (2) 의 내측을 공간적으로 연통시키고, 이 공간을 통해서 기판 (7) 의 반출입을 행한다. 이 방법에 의하면, 라이너 (2) 에 기판 반출입구를 형성할 필요가 없기 때문에, 반응 가스 (4) 가 체류하는 공간을 저감할 수 있다. 따라서, 에피텍셜막 형성 후의 가스 치환에 필요로 하는 시간을 종래의 성막 장치보다 단축시킬 수 있다.
또, 본 실시형태의 성막 방법에 의하면, 반응 가스 (4) 의 체류 방지를 목적으로 한 불활성 가스를 공급할 필요도 없다. 따라서, 에피텍셜 반응시에 있어서의 조건 변동을 억제할 수도 있다.
본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다. 예를 들어, 상기 서술한 실시형태에서는 기판을 회전시키면서 기판 상에 막을 형성하는 예에 대해서 서술했으나, 본 발명에서는 기판을 회전시키지 않는 상태에서 막을 형성해도 된다.
또, 상기 실시형태에서는, 성막 장치의 일례로서 에피택셜 성장 장치를 들어 SiC 결정막의 형성에 대해서 설명했으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 반응실 내에 반응 가스를 공급하고, 반응실 내에 재치되는 기판을 가열하여 기판의 표면에 막을 형성하는 것이면 다른 성막 장치여도 되고, 또, 다른 에피텍셜막의 형성에 사용할 수도 있다.
또한, 장치의 구성이나 제어의 수법 등, 본 발명에서 직접 필요로 하지 않는 부분 등에 대해서는 기재를 생략했으나, 필요로 하는 장치의 구성이나, 제어의 수법 등을 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
그 밖에, 본 발명의 요소를 구비하여, 당업자가 적절히 설계 변경할 수 있는 모든 성막 장치 및 각 부재의 형상은 본 발명의 범위에 포함된다.
1, 201 : 챔버
1a : 내벽
2, 202 : 라이너
2a : 동체부
2b : 헤드부
3, 203 : 유로
4, 204 : 반응 가스
5, 205 : 공급구
6, 206 : 배기구
7, 207 : 기판
8, 208 : 서셉터
9, 209 : 히터
9a : 인 히터
9b : 아웃 히터
10, 13, 210, 213 : 플랜지
11, 14, 211, 214 : 패킹
12, 212 : 배관
15, 215 : 샤워 플레이트
15a : 관통공
16, 216 : 회전축
17, 217 : 회전통
20, 220 : 버스 바
21, 221 : 히터 베이스
22, 222 : 연결부
23, 223 전극봉
24a, 24b, 224a, 224b : 방사 온도계
47, 246, 247 : 기판 반출입구
48, 248 : 로봇 핸드
50 : 기판 지지부
51 : 지지부
52 : 상부 개구부
100, 200 : 성막 장치
101, 301 : 베이스 플레이트
102, 302 : 진공 용기
103, 303 : 베이스 플레이트 커버
249 : 공간
1a : 내벽
2, 202 : 라이너
2a : 동체부
2b : 헤드부
3, 203 : 유로
4, 204 : 반응 가스
5, 205 : 공급구
6, 206 : 배기구
7, 207 : 기판
8, 208 : 서셉터
9, 209 : 히터
9a : 인 히터
9b : 아웃 히터
10, 13, 210, 213 : 플랜지
11, 14, 211, 214 : 패킹
12, 212 : 배관
15, 215 : 샤워 플레이트
15a : 관통공
16, 216 : 회전축
17, 217 : 회전통
20, 220 : 버스 바
21, 221 : 히터 베이스
22, 222 : 연결부
23, 223 전극봉
24a, 24b, 224a, 224b : 방사 온도계
47, 246, 247 : 기판 반출입구
48, 248 : 로봇 핸드
50 : 기판 지지부
51 : 지지부
52 : 상부 개구부
100, 200 : 성막 장치
101, 301 : 베이스 플레이트
102, 302 : 진공 용기
103, 303 : 베이스 플레이트 커버
249 : 공간
Claims (5)
- 성막 처리가 행해지는 반응실과,
상기 반응실의 상부로부터 반응 가스를 공급하는 공급구와,
상기 반응실 내에 형성된 중공 통상의 라이너와,
상기 반응실의 상기 라이너의 상방에 형성되고, 기판의 반출입에 사용되는 기판 반출입구와,
상기 라이너의 상부 개구부를 폐색하는 위치에서 상기 반응 가스가 통과하여 상기 라이너의 내부에 상기 반응 가스를 공급하고, 상기 기판 반출입구와 상기 라이너의 내부가 연통하도록 상기 라이너의 상부 개구부를 폐색하는 위치로부터 상방으로 이동가능한 정류판을 갖는 것을 특징으로 하는 성막 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 라이너의 내부에 형성되고, 상기 성막 처리가 행해지는 기판을 지지하여 연직 방향으로 이동시키는 기판 지지부와,
상기 기판 반출입구를 통해서 상기 반응실에 출입하고, 상기 기판 지지부 사이에서 상기 기판의 수수를 행하는 기판 반송부를 갖는 것을 특징으로 하는 성막 장치. - 반응실 내에 형성된 중공 통상의 라이너의 내부에 기판을 재치하고, 상기 라이너의 상부 개구부를 폐색하는 위치에 정류판을 배치하여, 상기 반응실 내에 반응 가스를 공급하고, 상기 반응 가스를 상기 정류판을 개재하여 상기 라이너의 내부에 도입하고, 상기 기판 상에 소정 막을 형성하는 성막 방법으로서,
상기 정류판을 상기 라이너의 상부 개구부를 폐색하는 위치로부터 상방으로 이동시키고, 상기 반응실의 벽에 형성한 기판 반출입구를 통해서 상기 반응실의 외부와 상기 라이너의 내부 사이에 상기 기판의 반출입을 행하는 것을 특징으로 하는 성막 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 소정 막을 형성한 후에는, 상기 라이너의 내부에 배치된 기판 지지부에 의해서 상기 기판을 상방으로 밀어올려, 상기 기판 반출입구로부터 상기 반응실 내로 삽입된 기판 반송부에 상기 기판을 수수하고, 상기 반응실의 외부로 상기 기판을 반출하는 것을 특징으로 하는 성막 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 기판을 유지한 기판 반송부를 상기 기판 반출입구로부터 상기 반응실 내로 삽입하고, 그 기판을 상기 라이너의 내부에 배치된 기판 지지부에 수수함으로써, 상기 라이너의 내부에 상기 기판을 반입하는 것을 특징으로 하는 성막 방법.
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