KR101699815B1 - 기상 성장 장치 - Google Patents
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Abstract
실시예의 기상 성장 장치는, 반응실과, 반응실의 상부에 배치되어 반응실 내로 가스를 공급하는 샤워 플레이트와, 반응실 내의 샤워 플레이트 하방에 설치되어 기판을 재치 가능한 지지부를 구비한다. 그리고, 샤워 플레이트가, 다른 수평면 내에 배치되는 복수의 제 1 및 제 2 가로 방향 가스 유로와, 제 1 및 제 2 가로 방향 가스 유로에 접속되는 제 1 및 제 2 가스 분출 홀을 구비한다. 또한, 상기 지지부의 회전 중심 직상을 지나는 중앙 가스 가로 방향 가스 유로와, 중앙 가스 가로 방향 가스 유로에 접속되는 제 3 가스 분출 홀을 구비한다. 그리고, 제 1, 제 2 가스 분출 홀, 및 중앙 가스 분출 홀로부터 분출되는 가스가 독립적으로 제어 가능하게 구성된다.
Description
본 발명은, 가스를 기판에 공급하여 성막을 행하는 기상 성장 장치에 관한 것이다.
고품질인 반도체막을 성막하는 방법으로서, 웨이퍼 등의 기판에 기상 성장에 의해 단결정막을 성장시키는 에피택셜 성장 기술이 있다. 에피택셜 성장 기술을 이용하는 기상 성장 장치에서는, 상압 또는 감압으로 보지된 반응실 내의 지지부에 웨이퍼를 재치한다. 그리고, 이 웨이퍼를 가열하면서, 성막의 원료가 되는 소스 가스 등의 프로세스 가스를, 반응실 상부의, 예를 들면, 샤워 플레이트로부터 웨이퍼 표면으로 공급한다. 웨이퍼 표면에서는 소스 가스의 열 반응 등이 발생하고, 웨이퍼 표면에 에피텍셜 단결정막이 성막된다.
최근, 발광 디바이스 또는 파워 디바이스의 재료로서, GaN(질화 갈륨)계의 반도체 디바이스가 주목받고 있다. GaN계의 반도체를 성막하는 에피택셜 성장 기술로서, 유기 금속 기상 성장법(MOCVD법)이 있다. 유기 금속 기상 성장법에서는, 소스 가스로서, 예를 들면, 트리메틸갈륨(TMG), 트리메틸인듐(TMI), 트리메틸알루미늄(TMA) 등의 유기 금속 또는 암모니아(NH3) 등이 이용된다. 또한, 소스 가스 간의 반응을 억제하기 위해, 분리 가스로서 수소(H2) 등이 이용되는 경우도 있다.
에피택셜 성장 기술, 특히, MOCVD법에서는, 웨이퍼 표면에서의 균일한 성막을 행하기 위해, 소스 가스 또는 분리 가스 등을 적절히 혼합시켜, 웨이퍼 표면에 균일한 정류 상태로 공급하는 것이 중요해진다. 일본특허공개공보 제2001-81569호에는, 상이한 가스를 적절히 혼합시키기 위해, 반응실에 소스 가스를 도입할 때까지 다른 가스 확산실로 분리해 두는 구성이 기재되어 있다.
본 발명은, 프로세스 가스의 흐름을 적정화하여, 기판에 균일한 막을 형성 가능한 기상 성장 장치를 제공한다.
본 발명의 일 태양의 기상 성장 장치는, 반응실과, 상기 반응실 내에 설치되어 기판을 재치 가능한 지지부와, 상기 반응실의 상부에 배치되어 상기 반응실 내로 가스를 공급하는 샤워 플레이트로서, 제 1 수평면 내에 배치되어 서로 평행하게 연신하는 복수의 제 1 가로 방향 가스 유로와, 상기 제 1 가로 방향 가스 유로에 접속되어 세로 방향으로 연신하고 상기 반응실 측에 제 1 가스 분출 홀을 가지는 복수의 제 1 세로 방향 가스 유로와, 상기 제 1 수평면보다 상방의 제 2 수평면 내에 배치되어 상기 제 1 가로 방향 가스 유로와 동일 방향으로 서로 평행하게 연신하는 복수의 제 2 가로 방향 가스 유로와, 상기 제 2 가로 방향 가스 유로에 접속되어 상기 제 1 가로 방향 가스 유로의 사이를 지나 세로 방향으로 연신하고 상기 반응실 측에 제 2 가스 분출 홀을 가지는 복수의 제 2 세로 방향 가스 유로와, 상기 제 1 및 제 2 가로 방향 가스 유로와 동일 방향으로 평행하게 연신하고, 상기 지지부의 회전 중심 직상을 지나는 중앙 가로 방향 가스 유로와, 상기 중앙 가로 방향 가스 유로에 접속되어 세로 방향으로 연신하고 상기 반응실 측에 중앙 가스 분출 홀을 가지는 복수의 중앙 세로 방향 가스 유로를 구비하는 샤워 플레이트와, 상기 제 1 가로 방향 가스 유로에 접속되어 제 1 프로세스 가스를 공급하는 제 1 가스 공급로와, 상기 제 2 가로 방향 가스 유로에 접속되어 제 2 프로세스 가스를 공급하는 제 2 가스 공급로와, 상기 중앙 가로 방향 가스 유로에 접속되어 중앙 프로세스 가스를 공급하는 중앙 가스 공급로와, 상기 제 1 가스 공급로에 접속되는 제 1 유량 조정부와, 상기 제 2 가스 공급로에 접속되는 제 2 유량 조정부와, 상기 중앙 가스 공급로에 접속되는 중앙 유량 조정부를 구비한다.
도 1은, 제 1 실시예의 기상 성장 장치의 모식 단면도이다.
도 2는, 제 1 실시예의 샤워 플레이트의 모식 평면도이다.
도 3은, 제 1 실시예의 기상 성장 장치의 모식 단면도이다.
도 4는, 도 2의 샤워 플레이트의 AA 단면도이다.
도 5a, 도 5b, 도 5c는, 도 2의 샤워 플레이트의 BB, CC, DD 단면도이다.
도 6은, 제 2 실시예의 샤워 플레이트의 모식 평면도이다.
도 7은, 도 6의 샤워 플레이트의 GG 단면도이다.
도 8a, 도 8b, 도 8c는, 도 6의 샤워 플레이트의 HH, II, JJ 단면도이다.
도 2는, 제 1 실시예의 샤워 플레이트의 모식 평면도이다.
도 3은, 제 1 실시예의 기상 성장 장치의 모식 단면도이다.
도 4는, 도 2의 샤워 플레이트의 AA 단면도이다.
도 5a, 도 5b, 도 5c는, 도 2의 샤워 플레이트의 BB, CC, DD 단면도이다.
도 6은, 제 2 실시예의 샤워 플레이트의 모식 평면도이다.
도 7은, 도 6의 샤워 플레이트의 GG 단면도이다.
도 8a, 도 8b, 도 8c는, 도 6의 샤워 플레이트의 HH, II, JJ 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.
또한, 본 명세서 중에서는, 기상 성장 장치가 성막 가능하게 설치된 상태에서의 중력 방향을 「아래」로 정의하고, 그 역방향을 「위」로 정의한다. 따라서, 「하부」란, 기준에 대해 중력 방향의 위치, 「하부」란 기준에 대해 중력 방향을 의미한다. 그리고, 「상부」란, 기준에 대해 중력 방향과 역방향의 위치, 「상방」이란 기준에 대해 중력 방향과 역방향을 의미한다. 또한, 「세로 방향」이란 중력 방향이다.
또한, 본 명세서 중, 「수평면」이란, 중력 방향에 대해, 수직인 면을 의미함으로써 한다. 또한, 본 명세서 중, 「프로세스 가스」란, 기판 상으로의 성막을 위해 이용되는 가스의 총칭이며, 예를 들면, 소스 가스, 캐리어 가스, 분리 가스 등을 포함하는 개념으로 한다.
(제 1 실시예)
본 실시예의 기상 성장 장치는, 반응실과, 상기 반응실 내에 설치되고, 기판을 재치 가능한 지지부와 반응실의 상부에 배치되고, 반응실 내로 가스를 공급하는 샤워 플레이트를 구비한다. 그리고, 이 샤워 플레이트는, 수평면 내에 배치되어 서로 평행하게 연신하는 복수의 제 1 가로 방향 가스 유로와, 제 1 가로 방향 가스 유로에 접속되어 세로 방향으로 연신하고 반응실 측에 제 1 가스 분출 홀을 가지는 복수의 제 1 세로 방향 가스 유로를 구비한다. 그리고, 상기 수평면 내에 배치되고 제 1 가로 방향 가스 유로와 동일 방향으로 서로 평행하게 연신하는 제 2 가로 방향 가스 유로와, 제 2 가로 방향 가스 유로에 접속되어 제 1 가로 방향 가스 유로의 사이를 지나 세로 방향으로 연신하고 반응실 측에 제 2 가스 분출 홀을 가지는 복수의 제 2 세로 방향 가스 유로를 구비한다. 또한, 제 1 및 제 2 가로 방향 가스 유로와 동일 방향으로 평행하게 연신하고, 상기 지지부의 회전 중심 직상을 지나는 중앙 가로 방향 가스 유로와, 중앙 가로 방향 가스 유로에 접속되어 세로 방향으로 연신하고 반응실 측에 중앙 가스 분출 홀을 가지는 복수의 중앙 세로 방향 가스 유로를 구비한다. 본 실시예의 기상 성장 장치는, 또한, 제 1 가로 방향 가스 유로에 접속되어 제 1 프로세스 가스를 공급하는 제 1 가스 공급로와, 제 2 가로 방향 가스 유로에 접속되어 제 2 프로세스 가스를 공급하는 제 2 가스 공급로와, 중앙 가로 방향 가스 유로에 접속되어 중앙 프로세스 가스를 공급하는 중앙 가스 공급로와, 제 1 가스 공급로에 접속되는 제 1 유량 조정부와, 제 2 가스 공급로에 접속되는 제 2 유량 조정부와, 중앙 가스 공급로에 접속되는 중앙 유량 조정부를 구비한다.
본 실시예의 기상 성장 장치는, 상기 구성을 구비함으로써, 프로세스 가스를 반응실로 분출하는 가스 분출 홀의 간격을 좁히고, 가스 분출 홀의 배치 밀도를 크게 하는 것이 가능하다. 동시에, 가로 방향 가스 유로의 단면적을 크게하여, 가스 분출 홀에 프로세스 가스가 도달할 때까지의 가스 유로의 유체 저항을 작게 함으로써, 가스 분출 홀로부터 분출하는 가스의 유량 분포를 균일화하는 것이 가능하다. 또한, 기판을 재치하는 지지부의 회전 중심 직상 근방으로부터 분출하는 프로세스 가스의 유량을 독립적으로 제어하는 것이 가능하다. 따라서, 본 실시예의 기상 성장 장치에 의하면, 기판 상에 막 두께 또는 막 질 등의 균일성이 우수한 막을 성장시키는 것이 가능해진다.
이하, MOCVD법(유기 금속 기상 성장법)을 이용해 GaN(질화 갈륨)를 에피택셜 성장시키는 경우를 예로 설명한다.
도 1 및 도 3은, 본 실시예의 기상 성장 장치의 모식 단면도이다. 도 2는, 본 실시예의 샤워 플레이트를 상방으로부터 본 모식 평면도이다. 도 1은, 도 2의 EE 방향의 단면도, 도 3은, 도 2의 FF 방향의 단면도이다. 본 실시예의 기상 성장 장치는, 매엽형의 에피택셜 성장 장치이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 에피택셜 성장 장치는, 예를 들면 스테인리스제로 원통 형상 중공체의 반응실(10)을 구비하고 있다. 그리고, 이 반응실(10) 상부에 배치되어, 반응실(10) 내에 프로세스 가스를 공급하는 샤워 플레이트(200)를 구비하고 있다.
또한, 반응실(10) 내의 샤워 플레이트(200) 하방에 설치되고, 반도체 웨이퍼(기판)(W)를 재치 가능하며 회전 가능한 지지부(12)를 구비하고 있다. 지지부(12)는, 예를 들면, 중심부에 개구부가 설치되는 환 형상 홀더, 또는 반도체 웨이퍼(W) 이면의 거의 전면(全面)에 접하는 구조의 서셉터이다.
또한, 지지부(12)를 그 상면에 배치하여 회전하는 회전체 유닛(14), 지지부(12)에 재치된 웨이퍼(W)를 복사열에 의해 가열하는 가열부(16)로서 히터를 지지부(12) 하방에 구비하고 있다. 여기서, 회전체 유닛(14)은, 그 회전축(18)이, 하방에 위치하는 회전 구동 기구(20)에 접속된다. 그리고, 회전 구동 기구(20)에 의해, 회전축(18)을 회전시킨다. 또한, 회전축(18)이 회전체 유닛(14) 및 지지부(12)를 회전시킨다. 이에 의해, 반도체 웨이퍼(W)를 그 중심을 회전 중심으로 하여, 예를 들면, 수십 rpm ~ 수천 rpm로 회전시키는 것이 가능하도록 되어 있다.
원통 형상의 회전체 유닛(14)의 직경은, 지지부(12)의 외주 직경과 거의 동일하게 되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 회전축(18)은, 반응실(10)의 저부에 진공 씰 부재를 개재하여 회전 가능하게 설치되어 있다.
그리고, 가열부(16)는, 회전축(18)의 내부로 관통하는 지지축(22)에 고정되는 지지대(24) 상에 고정하여 설치된다. 가열부(16)에는, 도시하지 않은 전류 도입 단자와 전극에 의하여 전력이 공급된다. 이 지지대(24)에는 반도체 웨이퍼(W)를 환 형상 홀더(18)로부터 탈착시키기 위한, 예를 들면 승강 핀(도시되지 않음)이 설치되어 있다.
또한, 반도체 웨이퍼(W) 표면 등에서 소스 가스가 반응한 후의 반응 생성물 및 반응실(10)의 잔류 가스를 반응실(10) 외부로 배출하는 가스 배출부(26)를 반응실(10) 저부에 구비한다. 또한, 가스 배출부(26)는 진공 펌프(도시되지 않음)에 접속되어 있다.
그리고, 본 실시예의 에피택셜 성장 장치는, 제 1 프로세스 가스를 공급하는 제 1 가스 공급로(31), 제 2 프로세스 가스를 공급하는 제 2 가스 공급로(32), 제 3 프로세스 가스를 공급하는 제 3 가스 공급로(33), 중앙 프로세스 가스를 공급하는 중앙 가스 공급로(30)를 구비하고 있다. 제 1 가스 공급로(31)에는 제 1 유량 조정부(61), 제 2 가스 공급로(32)에는 제 2 유량 조정부(62), 제 3 가스 공급로(33)에는 제 3 유량 조정부(63), 중앙 가스 공급로(30)에는 중앙 유량 조정부(60)가 각각 접속된다. 제 1 유량 조정부(61), 제 2 유량 조정부(62), 제 3 유량 조정부(63), 중앙 유량 조정부(60)는 각각, 예를 들면, 매스플로우 콘트롤러 또는 유량 조정 밸브, 또는 복수의 밸브와 복수의 매스플로우 콘트롤러의 조합으로 구성되어 있는 것이다. 제 1 유량 조정부(61), 제 2 유량 조정부(62), 제 3 유량 조정부(63), 중앙 유량 조정부(60)는, 반응실(10)로 도입되는 제 1 내지 제 3 프로세스 가스 및 중앙 프로세스 가스의 유량을 각각 독립적으로 제어한다.
예를 들면, MOCVD법에 의해, GaN의 단결정막을 반도체 웨이퍼(W)에 성막하는 경우, 예를 들면, 제 1 프로세스 가스로서, 수소(H2)를 분리 가스로서 공급한다. 또한, 예를 들면, 제 2 프로세스 가스로서 질소(N)의 소스 가스가 되는 암모니아(NH3)를 공급한다. 또한, 예를 들면, 제 3 프로세스 가스로서 Ga(갈륨)의 소스 가스인 트리메틸갈륨(TMG)을 캐리어 가스인 수소(H2)로 희석한 가스를 공급한다.
중앙 프로세스 가스는, 예를 들면, 제 1 또는 제 2 프로세스 가스와 동일 종류의 프로세스 가스이다. 예를 들면, 중앙 프로세스 가스로서 수소(H2)를 분리 가스로서 공급한다.
여기서, 제 1 프로세스 가스 및 중앙 프로세스 가스인 분리 가스란, 제 1 가스 분출 홀(111) 및 중앙 가스 분출 홀(110)로부터 분출시킴으로써, 제 2 가스 분출 홀(112)로부터 분출하는 제 2 프로세스 가스(여기에서는 암모니아)와 제 3 가스 분출 홀(113)로부터 분출하는 제 3 프로세스 가스(여기에서는 TMG)를 분리하는 가스이다. 예를 들면, 제 2 프로세스 가스 및 제 3 프로세스 가스와 반응성이 부족한 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 예를 들면, 수소이며, 예를 들면, 질소, 아르곤 등의 불활성 가스여도 상관없다.
또한, 도 1에 도시한 매엽형 에피택셜 성장 장치에서는, 반응실(10)의 측벽 개소에 있어서, 반도체 웨이퍼를 넣고빼기 위한 도시하지 않은 웨이퍼 출입구 및 게이트 밸브가 설치되어 있다. 그리고, 이 게이트 밸브로 연결하는 예를 들면 로드락실(도시되지 않음)과 반응실(10)과의 사이에서, 핸들링 암에 의해 반도체 웨이퍼(W)를 반송할 수 있도록 구성된다. 여기서, 예를 들면, 합성 석영으로 형성되는 핸들링 암은, 샤워 플레이트(200)와 웨이퍼 지지부(12)와의 공간에 삽입 가능하도록 되어 있다.
이하, 본 실시예의 샤워 플레이트(200)에 대하여 상세하게 설명한다. 도 2는, 본 실시예의 샤워 플레이트의 모식 평면도이다. 도 4는, 도 2의 AA 단면도, 도 5a, 도 5b, 도 5c는, 각각 도 2의 BB 단면도, CC 단면도, DD 단면도이다.
샤워 플레이트(200)는, 예를 들면, 소정의 두께의 판 모양의 형상이다. 샤워 플레이트(200)는, 예를 들면, 스테인리스강 또는 알루미늄 합금 등의 금속 재료로 형성된다. 샤워 플레이트(200)의 하면, 즉, 반응실(10) 측의 면은 원 형상을 나타낸다.
샤워 플레이트(200)의 내부에는, 복수의 제 1 가로 방향 가스 유로(101), 복수의 제 2 가로 방향 가스 유로(102), 복수의 제 3 가로 방향 가스 유로(103), 단일의 중앙 가로 방향 가스 유로(100)가 형성되어 있다. 복수의 제 1 가로 방향 가스 유로(101)는, 제 1 수평면(P1) 내에 배치되어 서로 평행하게 연신한다. 복수의 제 2 가로 방향 가스 유로(102)는, 제 1 수평면보다 상방의 제 2 수평면(P2) 내에 배치되어 서로 평행하게 연신한다. 복수의 제 3 가로 방향 가스 유로(103)는, 제 1 수평면보다 상방, 제 2 수평면보다 하방의 제 3 수평면(P3) 내에 배치되어 서로 평행하게 연신한다. 또는, 제 2 수평면(P2)과 제 3 수평면(P3)은 같은 높이여도 상관없다. 중앙 가로 방향 가스 유로(100)는, 예를 들면, 제 1 수평면보다 위에서 제 2 수평면과 동일 또는 상방의 수평면 내에 배치되어, 제 1 ~ 제 3 가로 방향 가스 유로(101~103)로 평행하게 연신한다. 중앙 가로 방향 가스 유로(100)의 높이는, 제 1 수평면(P1) 등의 높이와 관련되어 있을 필요는 없다.
그리고, 중앙 가로 방향 가스 유로(100)는, 지지부(12)의 회전 중심(38) 직상을 지나도록 설치되어 있다. 즉, 중앙 가로 방향 가스 유로(100)는, 샤워 플레이트(200)의 중심 근방을 지나 직경 방향을 따라 형성된다. 또한, 중앙 가로 방향 가스 유로(100)는, 본 발명의 효과를 기대할 수 있는 범위에서, 지지부(12)의 회전 중심(38) 상의 근방을 지나도록 형성되어도 상관없다.
그리고, 제 1 가로 방향 가스 유로(101)에 접속되어 세로 방향으로 연신하고, 반응실(10) 측에 제 1 가스 분출 홀(111)을 가지는 복수의 제 1 세로 방향 가스 유로(121)를 구비한다. 또한, 제 2 가로 방향 가스 유로(102)에 접속되어 세로 방향으로 연신하고, 반응실(10) 측에 제 2 가스 분출 홀(112)을 가지는 복수의 제 2 세로 방향 가스 유로(122)를 구비한다. 제 2 세로 방향 가스 유로(122)는, 제 1 가로 방향 가스 유로(101)의 사이를 지나고 있다. 또한, 제 3 가로 방향 가스 유로(103)에 접속되어 세로 방향으로 연신하고, 반응실(10) 측에 제 3 가스 분출 홀(113)을 가지는 복수의 제 3 세로 방향 가스 유로(123)를 구비한다. 제 3 세로 방향 가스 유로(123)는 제 1 가로 방향 가스 유로(101)의 사이를 지나고 있다. 또한, 중앙 가로 방향 가스 유로(100)에 접속되어 세로 방향으로 연신하고 반응실(10) 측에 중앙 가스 분출 홀(110)을 가지는 복수의 중앙 세로 방향 가스 유로(120)를 구비한다.
제 1 가로 방향 가스 유로(101), 제 2 가로 방향 가스 유로(102), 제 3 가로 방향 가스 유로(103)는, 판 모양의 샤워 플레이트(200) 내에 수평 방향으로 형성된 가로 홀이다. 또한, 제 1 세로 방향 가스 유로(121), 제 2 세로 방향 가스 유로(122), 제 3 세로 방향 가스 유로(123), 중앙 세로 방향 가스 유로(120)는, 판 모양의 샤워 플레이트(200) 내에 연직 방향(세로 방향 또는 수직 방향)으로 형성된 세로 홀이다.
중앙 가로 방향 가스 유로(100)와 반응실(10)의 사이가 제 1 투명 부재(40)로 형성되고, 중앙 세로 방향 가스 유로(120)가 제 1 투명 부재(40)에 설치되는 세로 홀에서 형성된다. 또한, 중앙 가로 방향 가스 유로(100)의 상방에 제 2 투명 부재(42)로 형성된다. 또한, 제 2 투명 부재(42) 상방에, 반도체 웨이퍼(기판)(W)의 상태를 광학적으로 모니터하는 계측 장치(50)를 구비한다. 계측 장치(50)는, 제 2 투명 부재(42) 상방에 복수 설치되어해도 상관없다. 복수의 계측 장치(50)는, 다른 계측을 행하는 것이라도 상관없다.
제 1 투명 부재(40)는, 계측 장치(50)에 이용되는 소정의 파장에 대해 투명한 부재이며, 예를 들면, 석영 글라스를 이용할 수 있다. 그 밖에, 강도가 충분히 있고, 투명하고 프로세스 가스 등에 대한 내성이 높은 재료라면, 석영 글라스 이외의 재료, 예를 들면, 사파이어 등을 적용하는 것도 가능하다.
계측 장치(50)는, 예를 들면, 레이저를 사용해 반도체 웨이퍼의 휨을 측정하는 휨 모니터 장치, 또는, 레이저에 의해, 성장하는 막의 막 두께 또는 막 질을 측정하는 장치, 또는, 웨이퍼로부터의 복사에 의해 웨이퍼의 온도를 측정하는 방사 온도계 등이다.
이와 같이, 중앙 가로 방향 가스 유로(100)의 상하를 투명 부재로 형성함으로써, 성막 중의 웨이퍼 상태를 광학적 측정에 의해 직접 관찰하는 것이 가능해진다. 따라서, 웨이퍼 온도 또는 웨이퍼의 휨 등의 성막 중의 제어성이 향상된다.
제 1, 제 2, 및 제 3 가로 방향 가스 유로(101, 102, 103)의 내경은, 각각 대응하는 제 1, 제 2, 및 제 3 세로 방향 가스 유로(121, 122, 123)의 내경보다 커져 있다. 도 5a, 도 5b, 도 5c에서는, 제 1, 제 2, 및 제 3 가로 방향 가스 유로(101, 102, 103), 제 1, 제 2, 및 제 3 세로 방향 가스 유로(121, 122, 123)의 단면 형상은 원형으로 되어있으나, 원형에 한정되지 않고, 타원형, 직사각형, 다각형 등, 그 밖의 형상이어도 상관없다. 또한, 제 1, 제 2, 및 제 3 가로 방향 가스 유로(101, 102, 103)의 단면적은 동일하지 않아도 상관없다. 또한, 제 1, 제 2, 및 제 3 세로 방향 가스 유로(121, 122, 123)의 단면적도 동일하지 않아도 상관없다.
도 4에서는, 중앙 가로 방향 가스 유로(100)의 단면 형상은, 직사각형으로 되어있으나, 원형, 타원형, 다각형 등 다른 형상이어도 상관없다.
샤워 플레이트(200)는, 제 1 가스 공급로(31)에 접속되고, 제 1 수평면(P1)보다 상방에 설치되는 제 1 매니폴드(131)와, 제 1 매니폴드(131)와 제 1 가로 방향 가스 유로(101)를 제 1 가로 방향 가스 유로(101)의 단부에서 접속하여, 세로 방향으로 연신하는 제 1 접속 유로(141)를 구비하고 있다.
제 1 매니폴드(131)는, 제 1 가스 공급로(31)로부터 공급되는 제 1 프로세스 가스를, 제 1 접속 유로(141)를 거쳐 복수의 제 1 가로 방향 가스 유로(101)로 분배하는 기능을 구비한다. 분배된 제 1 프로세스 가스는, 복수의 제 1 세로 방향 가스 유로(121)의 제 1 가스 분출 홀(111)로부터 반응실(10)로 도입된다. 제 1 매니폴드(131)는 샤워 플레이트(200)의 측면, 또는 하면으로 동일한 유량 배분을 행하도록 설치해도 상관없다.
제 1 매니폴드(131)는, 제 1 가로 방향 가스 유로(101)에 직교하는 방향으로 연신하고, 예를 들면, 중공의 직방체 형상을 구비한다. 본 실시예에서는, 제 1 매니폴드(131)는, 제 1 가로 방향 가스 유로(101)의 양단부에 설치되지만, 어느 일방의 단부에 설치되는 것이어도 상관없다.
또한, 샤워 플레이트(200)는, 제 2 가스 공급로(32)에 접속되고, 제 1 수평면(P1)보다 상방에 설치되는 제 2 매니폴드(132)와, 제 2 매니폴드(132)와 제 2 가로 방향 가스 유로(102)를 제 2 가로 방향 가스 유로(102)의 단부에서 접속하여 세로 방향으로 연신하는 제 2 접속 유로(142)를 구비하고 있다.
제 2 매니폴드(132)는, 제 2 가스 공급로(32)로부터 공급되는 제 2 프로세스 가스를, 제 2 접속 유로(142)를 거쳐 복수의 제 2 가로 방향 가스 유로(102)로 분배하는 기능을 구비한다. 분배된 제 2 프로세스 가스는, 복수의 제 2 세로 방향 가스 유로(122)의 제 2 가스 분출 홀(112)로부터 반응실(10)로 도입된다.
제 2 매니폴드(132)는, 제 2 가로 방향 가스 유로(102)에 직교하는 방향으로 연신하고, 예를 들면, 중공의 직방체 형상을 구비한다. 본 실시예에서는, 제 2 매니폴드(132)는, 제 2 가로 방향 가스 유로(102)의 양단부에 설치되지만, 어느 일방의 단부에 설치되는 것이어도 상관없다.
또한, 샤워 플레이트(200)는, 제 3 가스 공급로(33)에 접속되고, 제 1 수평면(P1)보다 상방에 설치되는 제 3 매니폴드(133)와, 제 3 매니폴드(133)와 제 3 가로 방향 가스 유로(103)를 제 3 가로 방향 가스 유로(103)의 단부에서 접속하여 수직 방향으로 연신하는 제 3 접속 유로(143)를 구비하고 있다.
제 3 매니폴드(133)는, 제 3 가스 공급로(33)로부터 공급되는 제 3 프로세스 가스를, 제 3 접속 유로(143)를 거쳐 복수의 제 3 가로 방향 가스 유로(103)로 분배하는 기능을 구비한다. 분배된 제 3 프로세스 가스는, 복수의 제 3 세로 방향 가스 유로(123)의 제 3 가스 분출 홀(113)로부터 반응실(10)로 도입된다.
또한, 샤워 플레이트(200)는, 일단이 중앙 가스 공급로(30)에 접속되고, 타단이 중앙 가로 방향 가스 유로(100)에 접속되는 중앙 접속 유로(140)를 구비하고 있다. 중앙 가스 공급로(30)로부터 공급되는 중앙 프로세스 가스는, 중앙 접속 유로(140)를 거쳐 중앙 가로 방향 가스 유로(100)로 중앙 세로 방향 가스 유로(120)의 중앙 가스 분출 홀(110)로부터 반응실(10)로 도입된다.
일반적으로 샤워 플레이트에 프로세스 가스의 공급구로서 설치되는 가스 분출 홀로부터, 반응실(10) 내로 분출하는 프로세스 가스의 유량은, 성막의 균일성을 확보하는 관점에서, 각 가스 분출 홀 사이에서 균일한 것이 바람직하다. 본 실시예의 샤워 플레이트(200)에 의하면, 프로세스 가스를 복수의 가로 방향 가스 유로로 분배하고, 또한, 세로 방향 가스 유로로 분배하여 가스 분출 홀로부터 분출시킨다. 이 구성에 의해, 간편한 구조로 각 가스 분출 홀 사이부터 분출하는 프로세스 가스 유량의 균일성을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 균일한 성막을 행하는 관점에서 배치되는 가스 분출 홀의 배치 밀도는 가능한 한 큰 것이 바람직하다. 무엇보다, 본 실시예와 같이, 서로 평행한 복수의 가로 방향 가스 유로를 설치하는 구성에서는, 가스 분출 홀의 밀도를 크게 하고자 하면, 가스 분출 홀의 배치 밀도와 가로 방향 가스 유로의 내경과의 사이에 트레이드 오프가 발생한다.
이 때문에, 가로 방향 가스 유로의 내경이 작아짐으로써, 가로 가로 방향 가스 유로의 유체 저항이 상승하고, 가로 방향 가스 유로의 신장 방향에 대해, 가스 분출 홀로부터 분출하는 프로세스 가스 유량의 유량 분포가 커져, 각 가스 분출 홀 사이로부터 분출하는 프로세스 가스 유량의 균일성이 악화될 우려가 있다.
본 실시예에 의하면, 제 1 가로 방향 가스 유로(101), 제 2 가로 방향 가스 유로(102), 및 제 3 가로 방향 가스 유로(103)를 다른 수평면에 설치된 계층 구조로 한다. 이 구조에 의해, 가로 방향 가스 유로의 내경 확대에 대한 마진이 향상된다. 따라서, 가스 분출 홀의 밀도를 주면서, 가로 방향 가스 유로의 내경에 기인하는 유량 분포 확대를 억제한다. 따라서, 결과적으로, 반응실(10) 내로 분출하는 프로세스 가스의 유량 분포를 균일화하여, 성막의 균일성을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 기판을 재치하는 지지부(12)를 회전시켜 성막하는 구조의 기상 성장 장치의 경우, 지지부(12)의 회전 중심(38) 근방에 성막되는 막의 특성, 예를 들면 막 두께의 제어는 곤란한 경우가 있다. 제 2 가스 분출 홀(112)과 제 3 가스 분출 홀(113)로부터 상이한 프로세스 가스가 공급되는 경우, 지지부(12)의 회전 중심(38) 근방의 가스 조성이 다른 부분과 상이한 경우가 있기 때문이다.
그러나, 본 실시예에 의하면, 회전 중심(38)의 직상에 중앙 가로 방향 가스 유로(100)를 설치하고, 이 중앙 가로 방향 가스 유로(100)에 접속되고, 회전 중심(38) 근방에 설치되는 중앙 가스 분출 홀(110)로부터 독립적으로 프로세스 가스를 공급하는 것이 가능해지고, 지지부(12)의 회전 중심(38) 근방의 가스 조성을 제어하는 것이 가능해진다. 따라서, 지지부(12)의 회전 중심(38) 근방에 성막되는 막의 특성의 제어가 용이해지고, 반도체 웨이퍼(기판)(W)에 성막되는 막의 막 두께, 막 질 등의 균일성이 향상한다.
중앙 가로 방향 가스 유로(100)에 설치된 중앙 세로 방향 가스 유로(120) 및 중앙 가스 분출 홀(110)은, 회전 중심(38) 근방에만 설치되어도 상관없고, 직경 방향 전체에 걸쳐 설치되어도 상관없다. 이 보다, 막 특성의 균일화를 도모하는 관점에서는, 직경 방향 전체에 걸쳐 설치되는 것이 바람직하다.
이러한 매엽형 에피텍셜 기상 성장 장치를 이용하여, 이하와 같이 반도체 웨이퍼 상에 기상 성장이 행해진다. 본 실시예의 기상 성장 방법에 대해, GaN를 에피택셜 성장시키는 경우를 예로, 도 1 ~ 도 4를 이용하여 설명한다.
반응실(10)에 캐리어 가스가 공급되고, 도시하지 않은 진공 펌프를 작동하여 반응실(10) 내의 가스를 가스 배출부(26)로부터 배기하고, 반응실(10)을 소정의 압력으로 제어하고 있는 상태에서, 반응실(10) 내의 지지부(12)에 반도체 웨이퍼(W)를 재치한다. 여기서, 예를 들면, 반응실(10)의 웨이퍼 출입구의 게이트 밸브(도시되지 않음)를 열어, 핸들링 암에 의해, 로드락실 내의 반도체 웨이퍼(W)를 반응실(10) 내로 반송한다. 그리고, 반도체 웨이퍼(W)는, 예를 들면 승강 핀(도시되지 않음)을 개재하여 지지부(12)에 재치되고, 핸들링 암은 로드락실로 되돌려지고, 게이트 밸브는 닫힌다.
그리고, 상기 진공 펌프에 의한 배기를 계속 행함과 동시에, 회전체 유닛(14)을 소정의 요구되는 속도로 회전시키면서, 제 1 ~ 제 3 가스 분출 홀(111, 112, 113) 및 중앙 가스 분출 홀(110)로부터 소정의 제 1 내지 제 3 프로세스 가스 및 중앙 프로세스 가스를 분출시키고 있다. 제 1 프로세스 가스는, 제 1 가스 공급로(31)로부터 제 1 매니폴드(131), 제 1 접속 유로(141), 제 1 가로 방향 가스 유로(101), 제 1 세로 방향 가스 유로(121)를 경유하여, 제 1 가스 분출 홀(111)로부터 반응실(10) 내로 분출시키고 있다. 또한, 제 2 프로세스 가스는, 제 2 가스 공급로(32)로부터 제 2 매니폴드(132), 제 2 접속 유로(142), 제 2 가로 방향 가스 유로(102), 제 2 세로 방향 가스 유로(122)를 경유하여, 제 2 가스 분출 홀(112)로부터 반응실(10) 내로 분출시키고 있다. 또한, 제 3 프로세스 가스는, 제 3 가스 공급로(33)로부터 제 3 매니폴드(133), 제 3 접속 유로(143), 제 3 가로 방향 가스 유로(103), 제 3 세로 방향 가스 유로(123)를 경유하여, 제 3 가스 분출 홀(113)로부터 반응실(10) 내로 분출시키고 있다. 그리고, 중앙 프로세스 가스는, 중앙 가스 공급로(30)로부터 중앙 가스 접속 유로(140), 중앙 가로 방향 가스 유로(100), 중앙 세로 방향 가스 유로(120)를 경유하여, 중앙 가스 분출 홀(110)로부터 분출시키고 있다.
지지부(12)에 재치한 반도체 웨이퍼(W)는, 가열부(16)에 의해 소정 온도로 예비 가열하고 있다. 또한, 가열부(16)의 가열 출력을 올려, 반도체 웨이퍼(W)를 에피택셜 성장 온도로 승온시킨다.
반도체 웨이퍼(W) 상에 GaN를 성장시키는 경우, 예를 들면, 제 1 프로세스 가스 및 중앙 프로세스 가스는 분리 가스인 수소이며, 제 2 프로세스 가스는 질소의 소스 가스인 암모니아이며, 제 3 프로세스 가스는 캐리어 가스인 수소로 희석된 갈륨의 소스 가스인 TMG이다. 승온 중에는, 암모니아와 TMG는 반응실(10)에는 공급되어 있지 않다. 예를 들면, 제 1 ~ 제 3 가스 분출 홀(111, 112, 113) 및 중앙 가스 분출 홀(110)로부터는 수소 가스만이 공급되고 있다.
성장 온도가 되고 나서, 제 2 가스 분출 홀(112)로 암모니아를 공급하고, 제 3 가스 분출 홀(113)로 TMG를 공급한다. 제 1 ~ 제 3 가스 분출 홀(111, 112, 113) 및 중앙 가스 분출 홀(110)로부터 분출된 제 1 ~ 제 3 프로세스 가스 및 중앙 프로세스 가스는 적절히 혼합되어, 반도체 웨이퍼(W) 상에 정류 상태로 공급된다. 이에 의해, 반도체 웨이퍼(W) 표면에, 예를 들면, GaN(갈륨나이트라이드)의 단결정막이 에피택셜 성장에 의해 형성된다.
그리고, 에피택셜 성장 종료 시에는, 제 3 가스 분출 홀(113)로의 TMG 공급을 정지하고, 단결정막의 성장이 종료된다.
성막 후는, 반도체 웨이퍼(W)의 강온을 시작한다. 소정의 온도까지 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 저하되고 나서, 제 2 가스 분출 홀(112)로의 암모니아를 정지한다. 여기서, 예를 들면, 회전체 유닛(14)의 회전을 정지시켜, 단결정막이 형성된 반도체 웨이퍼(W)를 지지부(12)에 재치한 채로 하고, 가열부(16)의 가열 출력을 처음으로 되돌려, 예비 가열의 온도로 저하하도록 조정한다.
이어서, 반도체 웨이퍼(W)가 소정의 온도로 안정된 후, 예를 들어 승강 핀에 의해 반도체 웨이퍼(W)를 지지부(12)로부터 탈착시킨다. 그리고, 다시 게이트 밸브를 열어 핸들링 암을 샤워 플레이트(200) 및 지지부(12)의 사이로 삽입하고, 그 위에 반도체 웨이퍼(W)를 싣는다. 그리고, 반도체 웨이퍼(W)를 실은 핸들링 암을 로드락실로 되돌린다.
이상과 같이 하여, 1 회의 반도체 웨이퍼(W)에 대한 성막이 종료하고, 예를 들면, 계속 다른 반도체 웨이퍼(W)에 대한 성막이, 상술한 것과 동일한 프로세스 시퀀스에 따라 행하는 것도 가능하다.
본 실시예의 기상 성장 방법에서는, 도 1 ~ 도 4에 도시한 에피택셜 성장 장치를 이용함으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 회전 중심 근방에 공급되는 분리 가스를, 다른 영역과는 독립적으로 제어하는 것이 가능해진다. 따라서, 성막 상의 특이점이 되는 회전 중심 근방의 성막 특성을 다른 영역의 성막 특성과 정합시키는 것이 용이해진다. 따라서, 프로세스 가스의 흐름을 균일하고 안정되게 하며, 또한, 회전 중심 근방의 성막 특성을 독립적으로 제어하여, 기판에 막 두께 또는 막 질 등의 균일성이 우수한 막을 형성하는 것이 가능해진다.
(제 2 실시예)
본 실시예의 기상 성장 장치는, 반응실과 반응실의 상부에 배치되고, 반응실 내로 가스를 공급하는 샤워 플레이트와, 반응실 내의 샤워 플레이트 하방에 설치되고, 기판을 재치 가능한 지지부를 구비하는 기상 성장 장치이다. 그리고, 샤워 플레이트가, 수평면 내에 배치되어 서로 평행하게 연신하는 복수의 제 1 가로 방향 가스 유로와, 제 1 가로 방향 가스 유로에 접속되어 세로 방향으로 연신하고 반응실 측에 제 1 가스 분출 홀을 가지는 복수의 제 1 세로 방향 가스 유로를 구비한다. 또한, 상기 수평면 내에 배치되고 제 1 가로 방향 가스 유로와 동일 방향으로 서로 평행하게 연신하는 복수의 제 2 가로 방향 가스 유로와, 제 2 가로 방향 가스 유로에 접속되어 제 1 가로 방향 가스 유로의 사이를 지나 세로 방향으로 연신하고 반응실 측에 제 2 가스 분출 홀을 가지는 복수의 제 2 세로 방향 가스 유로를 구비한다. 그리고, 제 1 및 제 2 가로 방향 가스 유로와 동일 방향으로 평행하게 연신하고, 상기 지지부의 회전 중심 직상에 존재하는 중앙 가로 방향 가스 유로와, 중앙 가로 방향 가스 유로에 접속되어 세로 방향으로 연신하고 반응실 측에 중앙 가스 분출 홀을 가지는 복수의 중앙 세로 방향 가스 유로와, 제 1 가로 방향 가스 유로에 접속되어 제 1 프로세스 가스를 공급하는 제 1 가스 공급로와, 제 2 가로 방향 가스 유로에 접속되어 제 2 프로세스 가스를 공급하는 제 2 가스 공급로와, 중앙 가로 방향 가스 유로에 접속되어 중앙 프로세스 가스를 공급하는 중앙 가스 공급로를 구비한다. 또한, 제 1 가스 공급로에 접속되는 제 1 유량 조정부와, 제 2 가스 공급로에 접속되는 제 2 유량 조정부와, 중앙 가스 공급로에 접속되는 중앙 유량 조정부를 구비한다.
본 실시예의 기상 성장 장치는, 제 1 및 제 2 가로 방향 가스 유로가, 동일 수평면에 배치되고, 계층 구조를 구비하지 않는 점에서, 상기 제 1 실시예와 상이하다. 본 실시예에 있어서도, 프로세스 가스의 흐름을 균일하고 안정되게 하여, 회전 중심 근방의 성막 특성을 독립적으로 제어함으로써, 기판에 막 두께 또는 막 질 등의 균일성이 우수한 막을 형성하는 것이 가능해진다.
이하, 본 실시예의 샤워 플레이트(200)에 대하여 상세하게 설명한다. 도 6은, 본 실시예의 샤워 플레이트의 모식 평면도이다. 도 7은, 도 6의 GG 단면도, 도 8a, 도 8b, 도 8c는, 각각 도 6의 HH 단면도, II 단면도, JJ 단면도이다.
샤워 플레이트(200)는, 예를 들면, 소정의 두께의 판 모양의 형상이다. 샤워 플레이트(200)는, 예를 들면, 스테인리스강 또는 알루미늄 합금 등의 금속 재료로 형성된다. 샤워 플레이트(200)의 하면, 즉, 반응실(10) 측의 면은 원 형상을 나타낸다.
샤워 플레이트(200)의 내부에는, 복수의 제 1 가로 방향 가스 유로(101), 복수의 제 2 가로 방향 가스 유로(102), 복수의 제 3 가로 방향 가스 유로(103), 단일의 중앙 가로 방향 가스 유로(100)가 형성되어 있다. 복수의 제 1 가로 방향 가스 유로(101), 복수의 제 2 가로 방향 가스 유로(102), 복수의 제 3 가로 방향 가스 유로(103)는, 동일한 수평면 내에 배치되어, 서로 평행하게 연신한다. 중앙 가로 방향 가스 유로(100)는, 예를 들면, 제 1 및 제 2 수평면보다 위에서 제 2 수평면과 동일 또는 상방의 수평면 내에 배치되어, 제 1 ~ 제 3 가로 방향 가스 유로(101 ~ 103)에 평행하게 연신한다.
그리고, 중앙 가로 방향 가스 유로(100)는, 지지부(12)의 회전 중심(38) 직상을 지나도록 설치되어 있다. 즉, 중앙 가로 방향 가스 유로(100)는, 샤워 플레이트(200)의 중심 근방을 지나 직경 방향을 따라 형성된다. 지지부(12)의 회전 중심(38) 직상이란, 지지부(12)의 회전 중심(38)으로부터 지지부(12)의 표면에 대해 수직인 방향의 상방이다.
그리고, 제 1 가로 방향 가스 유로(101)에 접속되어 세로 방향으로 연신하고, 반응실(10) 측에 제 1 가스 분출 홀(111)을 가지는 복수의 제 1 세로 방향 가스 유로(121)를 구비한다. 또한, 제 2 가로 방향 가스 유로(102)에 접속되어 세로 방향으로 연신하고, 반응실(10) 측에 제 2 가스 분출 홀(112)을 가지는 복수의 제 2 세로 방향 가스 유로(122)를 구비한다. 또한, 제 3 가로 방향 가스 유로(103)에 접속되어 세로 방향으로 연신하고, 반응실(10) 측에 제 3 가스 분출 홀(113)을 가지는 복수의 제 3 세로 방향 가스 유로(123)를 구비한다. 또한, 중앙 가로 방향 가스 유로(100)에 접속되어 세로 방향으로 연신하고, 반응실(10) 측에 중앙 가스 분출 홀(110)을 가지는 복수의 중앙 세로 방향 가스 유로(120)를 구비한다.
제 1 가로 방향 가스 유로(101), 제 2 가로 방향 가스 유로(102), 제 3 가로 방향 가스 유로(103), 판 모양의 샤워 플레이트(200) 내에 수평 방향으로 형성된 가로 홀이다. 또한, 제 1 세로 방향 가스 유로(121), 제 2 세로 방향 가스 유로(122), 제 3 세로 방향 가스 유로(123), 중앙 세로 방향 가스 유로(120)는, 판 모양의 샤워 플레이트(200) 내에 연직 방향(세로 방향 또는 수직 방향)으로 형성된 세로 홀이다.
중앙 가로 방향 가스 유로(100)와 반응실(10)과의 사이가 제 1 투명 부재(40)로 형성되고, 중앙 세로 방향 가스 유로(120)가 제 1 투명 부재(40)에 설치되는 세로 홀에서 형성된다. 또한, 중앙 가로 방향 가스 유로(100)의 상방에 제 2 투명 부재(42)로 형성된다. 또한, 제 2 투명 부재(42) 상방에, 반도체 웨이퍼(기판)(W) 상태를 광학적으로 모니터하는 계측 장치(50)를 구비한다. 계측 장치(50)는, 제 2 투명 부재(42) 상방에 복수 설치해도 상관없다. 복수의 계측 장치(50)는 다른 계측을 행하는 것이라도 상관없다.
제 1 투명 부재(40)는, 계측 장치(50)에 이용되는 소정의 파장에 대해 투명한 부재이며, 예를 들면 석영 글라스를 이용할 수 있다. 그 밖에, 강도가 충분히 있고, 투명하고 프로세스 가스 등에 대한 내성이 높은 재료라면, 석영 글라스 이외의 재료, 예를 들면, 사파이어 등을 적용하는 것도 가능하다.
계측 장치(50)는, 예를 들면, 레이저를 사용하여 반도체 웨이퍼의 휨을 측정하는 휨 모니터 장치, 또는 레이저에 의해, 성장하는 막의 막 두께 또는 막 질을 측정하는 장치, 또는 웨이퍼로부터의 복사에 의해 웨이퍼의 온도를 측정하는 방사 온도계 등이다.
이와 같이, 중앙 가로 방향 가스 유로(100)의 상하를 투명 부재로 형성함으로써, 성막 중의 웨이퍼 상태를 광학적 측정에 의해 직접 관찰하는 것이 가능해진다. 따라서, 웨이퍼 온도 또는 웨이퍼의 휨 등의 성막 중의 제어성이 향상된다.
제 1, 제 2, 및 제 3 가로 방향 가스 유로(101, 102, 103)의 내경은, 각각 대응하는 제 1, 제 2, 및 제 3 세로 방향 가스 유로(121, 122, 123)의 내경보다 커져 있다. 도 8a, 도 8b, 도 8c에서는, 제 1, 제 2, 및 제 3 가로 방향 가스 유로(101, 102, 103), 제 1, 제 2, 및 제 3 세로 방향 가스 유로(121, 122, 123)의 단면 형상은 원형으로 되어 있으나, 원형에 한정되지 않고, 타원형, 직사각형, 다각형 등, 그 밖의 형상이어도 상관없다. 또한, 제 1, 제 2, 및 제 3 가로 방향 가스 유로(101, 102, 103)의 단면적은 동일하지 않아도 상관없다. 또한, 제 1, 제 2, 및 제 3 세로 방향 가스 유로(121, 122, 123)의 단면적도 동일하지 않아도 상관없다.
도 7에서는, 중앙 가로 방향 가스 유로(100)의 단면 형상은 직사각형으로 되어 있으나, 원형, 타원형, 다각형 등 다른 형상이어도 상관없다.
샤워 플레이트(200)는, 제 1 가스 공급로(31)에 접속되고, 제 1 수평면(P1)보다 상방에 설치되는 제 1 매니폴드(131)와, 제 1 매니폴드(131)와 제 1 가로 방향 가스 유로(101)를 제 1 가로 방향 가스 유로(101)의 단부에서 접속하여 세로 방향으로 연신하는 제 1 접속 유로(141)를 구비하고 있다.
제 1 매니폴드(131)는, 제 1 가스 공급로(31)로부터 공급되는 제 1 프로세스 가스를, 제 1 접속 유로(141)를 거쳐 복수의 제 1 가로 방향 가스 유로(101)로 분배하는 기능을 구비한다. 분배된 제 1 프로세스 가스는, 복수의 제 1 세로 방향 가스 유로(121)의 제 1 가스 분출 홀(111)로부터 반응실(10)로 도입된다. 제 1 매니폴드(131)는 샤워 플레이트(200)의 측면, 또는 하면에 동일한 유량 배분을 행하도록 설치해도 상관없다.
제 1 매니폴드(131)는, 제 1 가로 방향 가스 유로(101)에 직교하는 방향으로 연신하고, 예를 들면 중공의 직방체 형상을 구비한다. 본 실시예에서는, 제 1 매니폴드(131)는, 제 1 가로 방향 가스 유로(101)의 양단부에 설치되지만, 어느 일방의 단부에 설치되는 것이어도 상관없다.
또한, 샤워 플레이트(200)는, 제 2 가스 공급로(32)에 접속되고, 제 1 수평면(P1)보다 상방에 설치되는 제 2 매니폴드(132)와, 제 2 매니폴드(132)와 제 2 가로 방향 가스 유로(102)를 제 2 가로 방향 가스 유로(102)의 단부에서 접속하여 세로 방향으로 연신하는 제 2 접속 유로(142)를 구비하고 있다.
제 2 매니폴드(132)는, 제 2 가스 공급로(32)로부터 공급되는 제 2 프로세스 가스를, 제 2 접속 유로(142)를 거쳐 복수의 제 2 가로 방향 가스 유로(102)로 분배하는 기능을 구비한다. 분배된 제 2 프로세스 가스는, 복수의 제 2 세로 방향 가스 유로(122)의 제 2 가스 분출 홀(112)로부터 반응실(10)로 도입된다.
제 2 매니폴드(132)는, 제 2 가로 방향 가스 유로(102)에 직교하는 방향으로 연신하여, 예를 들면 중공의 직방체 형상을 구비한다. 본 실시예에서는, 제 2 매니폴드(132)는, 제 2 가로 방향 가스 유로(102)의 양단부에 설치되지만, 어느 일방의 단부에 설치되는 것이어도 상관없다.
또한, 샤워 플레이트(200)는, 제 3 가스 공급로(33)에 접속되고, 제 1 수평면(P1)보다 상방에 설치되는 제 3 매니폴드(133)와, 제 3 매니폴드(133)으로 제 3 가로 방향 가스 유로(103)를 제 3 가로 방향 가스 유로(103)의 단부에서 접속하여 수직 방향으로 연신하는 제 3 접속 유로(143)를 구비하고 있다.
제 3 매니폴드(133)는, 제 3 가스 공급로(33)로부터 공급되는 제 3 프로세스 가스를, 제 3 접속 유로(143)를 거쳐 복수의 제 3 가로 방향 가스 유로(103)로 분배하는 기능을 구비한다. 분배된 제 3 프로세스 가스는, 복수의 제 3 세로 방향 가스 유로(123)의 제 3 가스 분출 홀(113)로부터 반응실(10)로 도입된다.
또한, 샤워 플레이트(200)는, 일단이 중앙 가스 공급로(30)에 접속되고, 타단이 중앙 가로 방향 가스 유로(100)에 접속되는 중앙 접속 유로(140)를 구비하고 있다. 중앙 가스 공급로(30)로부터 공급되는 중앙 프로세스 가스는, 중앙 접속 유로(140)를 거쳐 중앙 가로 방향 가스 유로(100)로 중앙 세로 방향 가스 유로(120)의 중앙 가스 분출 홀(110)로부터 반응실(10)로 도입된다.
또한, 성막 중의 웨이퍼(기판) 상태를 광학적 측정에 의해 직접 관찰하는 것을 가능케 하는 관점에서, 중앙 가로 방향 가스 유로와 반응실과의 사이가 제 1 투명 부재로 형성되고, 중앙 세로 방향 가스 유로가 제 1 투명 부재에 설치되는 세로 홀에서 형성되고, 중앙 가로 방향 가스 유로와 샤워 플레이트 표면과의 사이가 제 2 투명 부재로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 제 2 투명 부재 상방에 기판 상태를 광학적으로 모니터하는 계측 장치를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 및 제 2 투명 부재가 석영 글라스인 것이 바람직하다.
또한, 중앙 프로세스 가스가, 제 1 또는 제 2 프로세스 가스와 동일 종류의 가스인 것이 바람직하다.
이상, 구체적인 예를 참조하면서, 본 발명의 실시예에 대해 설명하였다. 상기 실시예는 어디까지나 예로 들어지고 있는 것일 뿐이며, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 각 실시예의 구성 요소를 적의 조합해도 상관없다.
예를 들면, 중앙 프로세스 가스를 분리 가스로 하는 경우를 예로 설명했으나, 소스 가스 등 그 밖의 가스종으로 해도 상관없다. 중앙 프로세스 가스를 분리 가스로 하는 경우, 제 2 가스 분출 홀(112)과 제 3 가스 분출 홀(113)로부터 다른 프로세스 가스가 공급되는 경우, 지지부(12)의 회전 중심(38) 근방의 가스 조성을 제어하기 쉽다.
예를 들면, 실시예에서는 가로 방향 가스 유로 등의 유로를 4 계통 설치하는 경우를 예로 설명했으나, 가로 방향 가스 유로 등의 유로를 5 계통 이상 설치해도 상관없고, 2 계통 또는 3 계통이어도 상관없다.
또한, 예를 들면, 실시예에서는, GaN(질화 갈륨)의 단결정막을 성막하는 경우를 예로 설명했으나, 예를 들면, Si(규소) 또는 SiC(탄화 규소)의 단결정막 등을 성막함에 있어서도 본 발명을 적용하는 것이 가능하다. 기판은 사파이어, SiC, 실리콘 등이 이용된다. AlN(질화 알루미늄)를 성장시킬 때에는, 원료 가스의 암모니아와 트리메틸알루미늄(TMA)이 기상 중에서 용이하게 반응하고, AlN의 가루를 생성하거나, 암모니아와 TMA의 중합체가 AlN막의 막 질을 악화시킨다. 분리 가스를 공급함으로써, 기상에서의 암모니아와 TMA의 반응을 억제하여, AlN의 막 질을 향상시키는 것이 가능해진다. 이 경우도 중앙 프로세스 가스를 분리 가스로 하는 경우의 쪽이, 지지부(12)의 회전 중심(38) 근방의 막 질 또는 막 두께를 제어하기 쉽다.
또한, 실시예에서는, 웨이퍼 1 매 마다 성막하는 매엽식의 에피텍셜 장치를 예로 설명했으나, 기상 성장 장치는 매엽식의 에피텍셜 장치에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 자공전하는 복수의 웨이퍼에 동시에 성막하는 플래네터리(planetary) 방식의 CVD 장치 등에도 본 발명을 적용하는 것이 가능하다.
실시예에서는, 장치 구성 또는 제조 방법 등, 본 발명의 설명에 직접 필요하지 않은 부분 등에 대해서는 기재를 생략했으나, 필요시되는 장치 구성 또는 제조 방법 등을 적의 선택하여 이용할 수 있다. 그 밖에, 본 발명의 요소를 구비하고, 당업자가 적의 설계 변경할 수 있는 모든 기상 성장 장치는 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명의 범위는, 특허 청구의 범위 및 그 균등물의 범위에 의해 정의되는 것이다.
Claims (6)
- 반응실과,
상기 반응실 내에 설치되어 기판을 재치 가능한 지지부와,
상기 반응실의 상부에 배치되어 상기 반응실 내로 가스를 공급하는 샤워 플레이트로서,
제 1 수평면 내에 배치되어 서로 평행하게 연신하는 복수의 제 1 가로 방향 가스 유로와, 상기 제 1 가로 방향 가스 유로에 접속되어 세로 방향으로 연신하고 상기 반응실 측에 제 1 가스 분출 홀을 가지는 복수의 제 1 세로 방향 가스 유로와,
상기 제 1 수평면보다 상방의 제 2 수평면 내에 배치되어 상기 제 1 가로 방향 가스 유로와 동일 방향으로 서로 평행하게 연신하는 복수의 제 2 가로 방향 가스 유로와, 상기 제 2 가로 방향 가스 유로에 접속되어 상기 제 1 가로 방향 가스 유로의 사이를 지나 세로 방향으로 연신하고 상기 반응실 측에 제 2 가스 분출 홀을 가지는 복수의 제 2 세로 방향 가스 유로와,
상기 제 1 및 제 2 가로 방향 가스 유로와 동일 방향으로 평행하게 연신하고, 상기 지지부의 회전 중심 직상을 지나 직경 방향을 따라 형성되는 중앙 가로 방향 가스 유로와, 상기 중앙 가로 방향 가스 유로에 접속되어 세로 방향으로 연신하고 상기 반응실 측에 중앙 가스 분출 홀을 가지는 복수의 중앙 세로 방향 가스 유로를 구비하는 샤워 플레이트와,
상기 제 1 가로 방향 가스 유로에 접속되어 제 1 프로세스 가스를 공급하는 제 1 가스 공급로와,
상기 제 2 가로 방향 가스 유로에 접속되어 제 2 프로세스 가스를 공급하는 제 2 가스 공급로와,
상기 중앙 가로 방향 가스 유로에 접속되어 중앙 프로세스 가스를 공급하는 중앙 가스 공급로와,
상기 제 1 가스 공급로에 접속되는 제 1 유량 조정부와,
상기 제 2 가스 공급로에 접속되는 제 2 유량 조정부와,
상기 중앙 가스 공급로에 접속되고 상기 제 1 및 제 2 유량 조정부와는 독립적으로 제어되도록 구성되는 중앙 유량 조정부와,
상기 중앙 가로 방향 가스 유로와 상기 반응실과의 사이에 설치되는 제 1 투명 부재와,
상기 중앙 가로 방향 가스 유로의 상방에 설치되는 제 2 투명 부재
를 구비하고,
상기 중앙 세로 방향 가스 유로가 상기 제 1 투명 부재에 설치되는 세로 홀에서 형성되는 것을 특징으로 하는 기상 성장 장치. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 투명 부재 상방에 상기 기판의 상태를 광학적으로 모니터하는 계측 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 기상 성장 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 투명 부재가 석영 글라스인 것을 특징으로 하는 기상 성장 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 중앙 프로세스 가스가, 상기 제 1 프로세스 가스 및 상기 제 2 프로세스 가스 중의 적어도 어느 일방과, 동일 종류의 가스인 것을 특징으로 하는 기상 성장 장치. - 반응실과,
상기 반응실 내에 설치되어 기판을 재치 가능한 지지부와,
상기 반응실의 상부에 배치되어 상기 반응실 내로 가스를 공급하는 샤워 플레이트로서,
수평면 내에 배치되어 서로 평행하게 연신하는 복수의 제 1 가로 방향 가스 유로와, 상기 제 1 가로 방향 가스 유로에 접속되어 세로 방향으로 연신하고 상기 반응실 측에 제 1 가스 분출 홀을 가지는 복수의 제 1 세로 방향 가스 유로와,
상기 수평면 내에 배치되고 상기 제 1 가로 방향 가스 유로와 동일 방향으로 서로 평행하게 연신하는 복수의 제 2 가로 방향 가스 유로와, 상기 제 2 가로 방향 가스 유로에 접속되어 상기 제 1 가로 방향 가스 유로의 사이를 지나 세로 방향으로 연신하고 상기 반응실 측에 제 2 가스 분출 홀을 가지는 복수의 제 2 세로 방향 가스 유로와,
상기 제 1 및 제 2 가로 방향 가스 유로와 동일 방향으로 평행하게 연신하고, 상기 지지부의 회전 중심 직상을 지나 직경 방향을 따라 형성되는 중앙 가로 방향 가스 유로와, 상기 중앙 가로 방향 가스 유로에 접속되어 세로 방향으로 연신하고 상기 반응실 측에 중앙 가스 분출 홀을 가지는 복수의 중앙 세로 방향 가스 유로를 구비하는 샤워 플레이트와,
상기 제 1 가로 방향 가스 유로에 접속되어 제 1 프로세스 가스를 공급하는 제 1 가스 공급로와,
상기 제 2 가로 방향 가스 유로에 접속되어 제 2 프로세스 가스를 공급하는 제 2 가스 공급로와,
상기 중앙 가로 방향 가스 유로에 접속되어 중앙 프로세스 가스를 공급하는 중앙 가스 공급로와,
상기 제 1 가스 공급로에 접속되는 제 1 유량 조정부와,
상기 제 2 가스 공급로에 접속되는 제 2 유량 조정부와,
상기 중앙 가스 공급로에 접속되고 상기 제 1 및 상기 제 2 유량 조정부와는 독립적으로 제어되도록 구성되는 중앙 유량 조정부와,
상기 중앙 가로 방향 가스 유로와 상기 반응실과의 사이에 설치되는 제 1 투명 부재와,
상기 중앙 가로 방향 가스 유로의 상방에 설치되는 제 2 투명 부재
를 구비하고,
상기 중앙 세로 방향 가스 유로가 상기 제 1 투명 부재에 설치되는 세로 홀에서 형성되는 것을 특징으로 하는 기상 성장 장치.
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