KR102300579B1 - 에피택셜 성장장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 성장 속도가 향상되는 에피택셜 성장장치를 제공한다. 에피택셜 성장장치는, 기판을 재치(載置)하는 기판 재치부, 광 투과성을 갖는 천정판, 및 측벽부로 구획 형성되는 반응 챔버와, 반응 챔버 외부에 설치되며, 반응 챔버 내에 재치된 기판을 상기 천정판을 통해 가열하는 가열수단과, 반응 챔버 내에 기판의 수평 방향에 대해 평행하게 반응 가스를 도입하는 반응 가스 도입 수단을 구비하고, 천정판의 중심과 상기 기판 재치부간의 거리가, 10㎜ 미만이다.

Description

에피택셜 성장장치{EPITAXIAL GROWTH APPARATUS}
본 발명은 에피택셜 성장장치에 관한 것이다.
종래, 에피택셜 성장에 의해 기판상에 에피택셜 막을 성장시키는 에피택셜 성장장치로서는, 처리 챔버와, 상기 처리 챔버 내에 배치되고, 회전축을 중심으로 하여 기판을 회전시키도록 구성된 회전 가능한 기판 지지체를 구비하며, 기판의 수평 방향에 대해 평행이 되도록 반응 가스를 도입하여, 기판 지지체 상의 기판에 막형성(成膜)을 행하는 장치가 알려져 있다(예컨대, 특허 문헌 1 참조).
일본 공표 특허 공보 제2001－520456호
이러한 에피택셜 성장장치에 있어서는, 현재는 성장 속도의 고속화가 더욱 요구되고 있다. 이러한 경우에, 성장 속도를 보다 고속으로 하기 위해 반응 가스 중에 제 1 원료 가스를 대량으로 함유시키는 것은, 예컨대 막형성 비용의 상승이나 파티클(particle)의 증가 때문에 바람직하지 않다.
이에, 본 발명의 과제는, 상기 종래 기술의 문제점을 해결하는 데에 있으며, 성장 속도가 향상되는 에피택셜 성장장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 에피택셜 성장장치는, 기판을 재치(載置)하는 기판 재치부, 광 투과성을 갖는 천정판, 및 측벽부로 구획 형성되는 반응 챔버와, 상기 반응 챔버 외부에 설치되어, 상기 반응 챔버 내에 재치된 기판을 상기 천정판을 통해 가열하는 가열 수단과, 상기 반응 챔버 내에 기판의 수평 방향에 대해 평행하게 반응 가스를 도입하는 반응 가스 도입 수단을 구비하며, 상기 천정판의 중심과 상기 기판 재치부에 재치된 기판간의 거리가, 10㎜ 미만이 되도록 구성된 것을 특징으로 한다. 본 발명에서는, 천정판의 중심과 기판간의 거리가, 10㎜ 미만임에 따라, 반응 챔버에 반응 가스를 도입한 경우의 경계층의 확산을 억제할 수 있으며, 이로써 성장 속도를 향상시킬 수가 있다.
상기 천정판은, 상면에서 볼 때 관통 구멍이 형성된 링형상의 지지부에 고정되고, 상기 지지부의 관통 구멍은, 상기 기판 측을 향해 그 지름이 서서히 작아지며, 상기 기판 측의 단부(端部)에 상기 천정판이 고정되어 있는 것이 바람직하다. 지지부를 이러한 형상으로 함으로써, 열 응력이 높은 상태에서도 천정판의 중심과 기판간의 거리가 10㎜ 미만이 되도록 천정판을 지지할 수가 있다.
상기 측벽부에는, 상기 반응 챔버 내에 반응 가스를 공급하는 공급로(供給路)가 형성되고, 상기 공급로는, 상기 반응 가스 도입 수단으로부터 도입된 반응 가스가 충돌하는 벽부를 가지며, 상기 벽부의 적어도 양단부에는, 반응 가스의 흐름 방향을 따른 정류(整流) 홈이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 정류 홈을 형성함으로써, 천정판의 중심과 기판간의 거리를 10㎜ 미만으로 한 경우에 저하되는 반응 가스의 직진성(直進性)을 향상시킬 수가 있다.
상기 정류 홈은, 상기 공급로에 대하여 상기 벽부와는 반대 측의 면에서 대향되는 정류판(整流板)의 길이방향으로 일렬로 정렬(整列) 형성된 구멍부에 대하여, 각각 대향하도록 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 형성되어 있음에 따라, 보다 정류성을 높일 수가 있다.
상기 정류판은, 정렬 형성된 구멍부가 복수의 영역마다 형성되어 있으며, 상기 영역 중, 양단에 위치하는 영역의 구멍부에 대응하여 상기 정류 홈이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 형성되어 있음에 따라, 보다 정류성을 높일 수가 있다.
상기 정류 홈은, 홈의 중심이 원환(圓環) 형상의 측벽부의 중심을 향하도록 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 형성되어 있음에 따라, 보다 정류성을 높일 수가 있다.
상기 기판 재치부의 외주에는, 서셉터 링(susceptor ring)이 설치되고, 서셉터 링은, 서셉터의 외주에 이격하여 설치되는 제 1 링부와, 상기 제 1 링부의 내주 측에 설치되며, 개방된 오목부에 설치되는 제 2 링부로 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같이 2개 부재로 구성됨에 따라, 열의 방출량(relief amount)을 저하시킬 수가 있다.
상기 제 2 링부는, 상기 서셉터와 상기 제 1 링부간의 이격부(離隔部)를 향해 설치되어 있는 것이 바람직하다. 반응 가스의 유입을 억제할 수 있기 때문이다.
상기 제 2 링부는, 상기 서셉터와 상기 제 1 링부간의 이격부를 덮도록 설치되어 있는 것이 바람직하다. 반응 가스의 유입을 더욱 억제할 수 있기 때문이다.
본 발명의 에피택셜 성장장치에 의하면, 성장 속도가 향상된다는 뛰어난 효과를 거둘 수가 있다.
도 1은 에피택셜 성장장치의 전체를 나타내는 단면도이다.
도 2는 반응 챔버를 설명하기 위한 에피택셜 성장장치의 부분 분해 사시도이다.
도 3은 측벽부를 설명하기 위한 에피택셜 성장장치의 부분 사시도이다.
도 4는 공급로에 대해 설명하기 위한 에피택셜 성장장치의 일부 단면도이다.
도 5는 공급로에 대해 설명하기 위한 에피택셜 성장장치의 모식도이다.
도 6은 예열 링(preheat ring)을 설명하기 위한 에피택셜 성장장치의 일부 단면도이다.
도 7은 실시형태 2에 관한 에피택셜 성장장치의 일부 단면도이다.
도 8은 실시예 및 비교예의 결과를 나타내는 그래프이다.
(실시형태 1)
본 발명의 실시형태 1에 관한 에피택셜 성장장치에 대해 도 1, 2를 이용하여 설명한다.
에피택셜 성장장치(1)는, 기판(W) 상에 예컨대 실리콘 등의 막을 에피택셜 성장시키기 위한 막형성 장치이다.
에피택셜 성장장치(1)는, 반응 챔버(2)를 갖는다. 반응 챔버(2)는, 기판(W)이 재치되는 서셉터(3)와, 측벽부(4)와, 천정부(5)로 구성된다.
서셉터(3)는, 상면에서 볼 때 원형 형상의 판 형상 부재로서, 기판(W)보다 약간 커지도록 구성되어 있다. 서셉터(3)에는, 기판(W)을 재치하기 위한 기판용 오목부(3a)가 형성되어 있다. 서셉터(3)는, 복수의 아암부를 갖는 서셉터 지지부(6)에 의해 지지되어 있다. 서셉터 지지부(6)는, 서셉터(3)를 지지하면서, 기판(W) 상에 막형성이 행해지는 막형성 위치(P1)로부터 에피택셜 성장장치(1)에 대한 기판(W)의 출입을 행하는 기판 반송 위치(P2)까지 승강한다. 그리고, 서셉터 지지부(6)는, 상기 막형성 위치(P1)에서 회전하여 기판(W)이 막형성 위치에서 회전될 수 있도록 구성되어 있다. 또, 상기 서셉터 지지부(6)는, 각 아암부의 굵기가 통상의 것보다 가늘게 구성되어 있다. 이로써, 후술하는 가열 수단(62)으로부터의 열이 서셉터 지지부(6)에 의해 차단되는 것을 억제하여, 서셉터 지지부(6)에 의한 서셉터(3)의 복사열(輻射熱)의 차이를 작게 할 수 있으며, 또한, 서셉터(3)로부터의 열이 서셉터 지지부(6)로 방출되는 양을 감소시킬 수 있기 때문에, 서셉터(3)의 온도 분포를 균일하게 할 수가 있다.
서셉터(3)는, 막형성 위치(P1)에 있어서 그 주위에 링형상의 서셉터 링(7)이 배치되어 있다. 서셉터 링(7)은, 자세한 내용은 후술하겠으나 제 1 링(11)과 상기 제 1 링(11) 상에 재치된 제 2 링(12)으로 이루어진다. 서셉터 링(7)은, 반응 챔버(2)의 측벽부(4)에 설치된 플랜지부(13)에 의해 지지되어 있다.
천정부(5)는, 천정판(21)과, 천정판(21)을 지지하는 지지부(22)로 이루어진다. 천정판(21)은, 투과성을 갖는 것으로서, 천정판(21)의 외측 상방에 설치된 가열 수단(23, 예컨대 할로겐 램프)으로부터의 열을 투과하여 반응 챔버(2) 내부를 가열할 수 있도록 구성되어 있다. 즉, 본 실시형태에 있어서의 에피택셜 성장장치(1)는 콜드 월 타입(cold wall type)의 에피택셜 성장장치이다. 본 실시형태에서는, 천정판(21)으로서 석영을 이용하고 있다.
천정판을 지지하는 지지부(22)는, 링형상이다. 지지부(22)의 관통 구멍(24)은, 기판 측을 향하여 서서히 지름이 작아지게 되어 있다. 그리고, 관통 구멍의 기판 측의 단부에 천정판이 고정되어 있다. 고정 방법으로서는, 용접을 들 수 있다. 또, 지지부(22)를 이면 측(하면 측)에서 보면, 내주부가 돌출되어 돌출부(25)로 되어 있다. 상기 돌출부(25)도 돌출방향을 향해 서서히 지름이 작아지도록 형성되어 있다. 이와 같이, 지지부는 2개의 경사면부(斜面部)로 구성된다.
측벽부(4)는, 링형상의 상부 측벽부(31)와, 링형상의 하부 측벽부(32)로 이루어진다. 하부 측벽부의 내주 측에는, 상술한 플랜지부(13)가 설치되어 있다. 상기 플랜지부(13)보다 하방 측에, 기판 전송 포트(30)가 형성되어 있다.
상부 측벽부(31)는, 상술한 지지부(22)의 돌출부(25)에 대응하여 그 상면에 경사부를 가지고 있다. 이러한 경사면을 가짐으로써, 상부 측벽부(31)와 지지부(22)가 서로 끼움 결합한다.
하부 측벽부(32)의 상면은 외주부의 일부가 절결(切缺)되고, 이러한 절결이 실시되어 있지 않은 영역은, 상부 측벽부가 재치(載置)되는 재치면(33)으로서 구성되어 있다. 하부 측벽부의 절결에 의해, 하부 측벽부에는 제 1 오목부(34)가 형성되어 있다. 즉, 제 1 오목부(34)는, 하부 측벽부의 상면의 재치면(33)이 형성되어 있지 않은 부분에 형성된 오목부이다. 상부 측벽부(31)에는, 하부 측벽부(32)에 대한 재치시에 상기 제 1 오목부(34)에 대응하는 위치에, 제 1 오목부(34)의 형상에 대응하며, 또한, 상기 제 1 오목부(34)와의 사이에 틈새(35)가 형성되도록, 제 1 볼록부(36)가 설치되어 있다. 그리고, 상기 제 1 볼록부(36)와 제 1 오목부(34) 사이의 틈새(35)가 반응 가스 공급로(41)(공급로)로서 기능한다. 반응 가스 공급로(41)에 대해서는 자세한 내용은 후술하도록 한다.
또, 하부 측벽부(32)의 제 1 오목부(34)와 대향하는 영역에 있어서, 하부 측벽부(32)의 상면은 그 외주부의 일부가 절결되어 제 2 오목부(37)가 형성되어 있다. 상부 측벽부(31)에는, 하부 측벽부(32)에 대한 재치시에 상기 제 2 오목부(37)에 대응하는 위치에, 제 2 오목부(37)의 형상에 대응하며, 또한, 상기 제 2 오목부(37)와의 사이에 틈새(38)가 형성되도록, 제 2 볼록부(39)가 형성되어 있다. 상기 제 2 오목부(37)와 상부 측벽부(31)의 제 2 볼록부(39)에 의해 가스 배출로(42)가 형성되어 있다.
이와 같이 반응 가스 공급로(41)와 가스 배출로(42)는 반응 챔버(2)에 있어서 대향되며, 반응 챔버(2)에 있어서 반응 가스는 기판(W)의 수평 방향에 대해 평행하게 흐른다.
또, 하부 측벽부(32)의 제 2 오목부(37)를 구성하는 벽면(43)에는, 퍼지 가스(purge gas)가 배출되는 퍼지 구멍(44)이 형성되어 있다. 퍼지 구멍(44)은, 플랜지부(13)보다 하방에 형성되어 있다. 그리고, 상기 퍼지 구멍(44)이 제 2 오목부(37)를 구성하는 벽면(43)에 형성되어 있기 때문에, 퍼지 구멍(44)은 가스 배출로(42)를 향하고 있다. 따라서, 가스 배출로(42)에는, 반응 가스와 퍼지 가스의 양방(兩方)이 배출된다.
측벽부(4)의 하면 측에는, 링형상의 재치대(載置臺, 45)가 설치되어, 측벽부(4)가 재치대(45)에 재치되어 있다.
천정부(5), 측벽부(4), 재치대(45)의 외주 측에는, 링형상의 끼움 지지부(51)가 설치되어 있으며, 링형상의 끼움 지지부(51)는, 이들 천정부(5), 측벽부(4) 및 재치대(45)를 클램프하여 지지하고 있다. 끼움 지지부(51)에는, 각각 반응 가스 공급로(41)에 연통(連通)되는 공급측 연통로(52)와, 가스 배출로(42)에 연통되는 배출측 연통로(53)가 설치되어 있다.
공급측 연통로(52)에는, 반응 가스 도입부(54)가 설치되어 있다. 반응 가스 도입부(54)로부터는, 본 실시형태에서는, 제 1 원료 가스와, 제 2 원료 가스가 도입되어 있다. 또한, 제 2 원료 가스는 캐리어 가스로서도 기능한다. 반응 가스로서는 3종류 이상의 가스를 혼합하여 이용할 수도 있다. 반응 가스 도입부(54)에는, 가스 유로에 대해 수직이 되도록 정류판(55)이 설치되어 있다. 정류판(55)에는, 복수의 구멍부(56)가 둘레 방향을 따라 일렬로 설치되어 있으며, 상기 구멍부(56)를 반응 가스가 통과함으로써, 제 1 원료 가스와 제 2 원료 가스가 혼합되는 동시에 정류된다. 또, 배출측 연통로(53)에는, 가스 배출부가 설치되어 있다. 즉, 반응 가스 공급로는, 공급측 연통로를 사이에 두고 반응 가스 도입부가 설치되어 있다. 또, 가스 배출로는, 배출측 연통로를 사이에 두고 가스 배출부가 설치되어 있다. 가스 배출로에 대해서는, 유로가 반응 챔버의 중심에 대향하도록 설치되어 있다.
또, 재치대(45)의 내주측 하부에는, 장치 바닥부(61)가 설치되어 있다. 장치 바닥부(61)의 외측에는, 다른 가열 수단(62)이 설치되어 있어, 기판을 하방으로부터도 가열할 수가 있다.
장치 바닥부(61)의 중앙에는, 서셉터 지지부(6)의 축부(63)가 삽입되는 동시에, 퍼지 가스가 도입되는 퍼지 가스 도입부(도시 생략)가 설치되어 있다. 퍼지 가스는, 퍼지 가스 도입부에 설치된 도시되지 않은 퍼지 가스 도입 수단으로부터 장치 바닥부(61), 하부 측벽부(32) 및 재치대(45)로 구성된 반응 챔버 하부(64)에 도입된다. 상술한 퍼지 구멍(44)은 반응 챔버 하부(64)에 연통된다.
이러한 본 실시형태의 에피택셜 성장장치를 이용한 막형성 방법에 대해 설명한다.
서셉터(3)를 기판 반송 위치(P2)까지 이동시키고, 기판(W)을 기판 전송 포트(30)로부터 반입하여, 서셉터(3)를 막형성 위치(P1)까지 이동시킨다. 기판(W)으로서는, 직경이 예컨대 200㎜인 실리콘 기판을 이용한다. 그 후, 가열 수단(23, 62)에 의해 가열하면서, 퍼지 가스 도입부로부터 퍼지 가스(예컨대 수소)를 반응 챔버 하부(64)에 도입한다. 또, 반응 가스(예컨대 제 1 원료 가스로서 트리클로로실란(trichlorosilane), 제 2 원료 가스로서 수소)를 반응 가스 도입부(54)로부터 반응 가스 공급로(41)를 통해 반응 챔버(2) 내에 도입한다. 반응 가스는, 기판 표면에 경계층을 형성하고, 이 경계층에 있어서 반응이 생긴다. 이로써, 기판(W) 상에 실리콘 막을 막형성한다. 반응 가스는, 반응 챔버(2)에 대향된 가스 배출로(42)로부터 배출된다. 또, 퍼지 가스는 퍼지 구멍(44)을 통해 가스 배출로(42)로 배출된다.
이러한 본 실시형태의 에피택셜 성장장치에 의하면, 지지부(22)가 천정판(21)을 지지함으로써, 천정판(21)의 중앙부의 반응 챔버 측의 천정면과 기판(W)간의 거리(H)를 10㎜ 미만으로 할 수가 있다. 이로써, 본 실시형태에 있어서의 에피택셜 성장장치(1)는, 상기 천정판(21)과 서셉터(3)의 사이를 흐르는 반응 가스에 의해 형성되는 경계층이 천정 측으로 확산되는 것을 억제할 수 있어, 결과적으로 경계층이 좁아진다. 그렇게 하면, 상기 경계층 내에 있어서의 가스 속도가 상승하므로, 결과적으로 가스 밀도가 향상되어, 기판 표면에 있어서의 반응 효율을 높일 수가 있다. 이로써, 에피택셜 성장장치(1)에서는, 성장 속도를 향상시킬 수가 있다.
천정판(21)과 기판(W)간의 거리(H)는, 10㎜ 미만이며, 바람직하게는 천정판(21)과 기판(W)간의 거리(H)는, 10㎜ 미만, 또한, 기판의 막형성된 막의 표면으로부터 천정판(21)과의 거리를 1㎜ 이상으로 하는 것이다. 이러한 범위로 함으로써, 경계층을 형성하면서도, 반응 가스의 가스 흐름을 순조롭게 할 수 있어, 바람직하다.
즉, 본 실시형태에 있어서의 반응 챔버(2)에서는, 기판(W)과 천정판(21)간의 거리를 종래보다 짧게(종래는 20㎜ 정도) 함으로써, 경계층을 좁게 하여 기판 표면에 있어서의 반응 효율을 높임으로써, 결과적으로 성장 속도를 향상시키고 있다.
본 실시형태에서는, 지지부(22)를 응력이 집중하기 어려운 형상으로 하고 있기 때문에, 본 실시형태에서는, 기판(W)과 천정판(21)간의 거리(H)를 짧게, 즉 10㎜ 미만으로 할 수가 있다. 구체적으로는, 천정판(21)을 가열 수단(23)으로부터의 적외선은 대체로 통과하지만, 천정판(21) 자체는 서셉터(3), 또는 기판(W)으로부터의 복사열을 흡수한다. 이러한 흡수된 열은 천정판(21)으로부터 지지부(22)와의 접합부를 통해 지지부(22)에 입력된다. 특히, 본 실시형태에서는, 기판(W)과 천정판(21)간의 거리(H)를 짧게 하였기 때문에, 상기 복사열의 흡수량이 많아, 지지부(22)에 입력되는 열이 종래보다 많기 때문에, 지지부(22)가 대략 직각의 모서리부(角部)를 가질 경우에 이 모서리부에 응력이 집중되어, 균열 등이 발생할 우려가 있다.
이에, 본 실시형태에서는, 천정판(21)을 종래보다 하방으로 하기 위해 지지부(22)는 경사지게 함으로써, 가능한 한 응력이 집중되기 쉬운 모서리부를 만들지 않고 천정판(21)을 기판 측에서 지지할 수 있도록 이러한 형상으로 하고 있다.
또, 본 실시형태에서는, 상술한 바와 같이 경계층을 좁게 하기 위해 천정판(21)과 기판(W)간의 거리(H)를 짧게 하고 있기 때문에, 반응 가스가 기판(W)의 외측으로 빠져나가기 쉬워, 기판에 있어서 막두께 분포의 균일화가 어려운 경우도 고려되므로, 이를 방지하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 본 실시형태에서는, 이하에서 설명하는 바와 같이 반응 가스 공급로(41)에는 가스 흐름을 균일화하도록 가이드부가 설치되어 있다.
반응 가스 공급로(41)에 설치된 가이드부에 대하여, 도 3~도 5를 이용하여 상세하게 설명한다. 하부 측벽부(32)의 제 1 오목부(34)와 상부 측벽부(31)의 제 1 볼록부(36)로 형성된 반응 가스 공급로(41)는, 반응 가스 도입부에 연통되며, 반응 가스 도입부로부터의 가스의 도입 방향과 일치하는 방향으로 연장되어 설치된 제 1 공급로(71)를 갖는다. 반응 가스 공급로(41)는, 또한 제 1 공급로(71)에 연통되며, 가스의 도입 방향에 대해 수직인 방향으로 연장되어 설치된 제 2 공급로(72)와, 제 2 공급로(72)에 연통되며, 가스의 도입 방향과 일치하는 방향으로 연장되어 설치된 제 3 공급로(73)를 구비한다. 제 3 공급로(73)는, 반응 챔버(2)에 연통되어 있다.
제 2 공급로(72)는, 상술한 바와 같이 가스의 도입 방향에 대해 수직 방향으로 연장되어 설치되어 있으며, 이에 따라 반응 가스 도입부로부터 도입된 가스가 제 2 공급로(72)의 반응 가스 도입부에 대향되는 벽면(74)에 접촉한다. 이로써 반응 가스가 확산되어, 반응 가스의 혼합성이 높아진다. 즉, 제 2 공급로(72)는 반응 가스의 혼합 챔버로서 기능한다. 이 경우에, 제 2 공급로(72)에서 가스가 정체되지 않도록, 본 실시형태에서는, 제 2 공급로(72)의 벽면에, 상하방향으로 연장된 홈부(75)가 형성되어 있다. 상기 홈부(75)가 가이드부로서 기능한다. 이와 같이 홈부(75)가 형성되어 있음에 따라, 제 2 공급로의 벽면(74)에 접촉함으로써 확산된 가스도 제 3 공급로(73)에 유입되기 쉬우며, 또한 상기 홈부를 따라 정류됨에 따라, 반응 가스의 직진성(直進性)이 향상되어, 반응 챔버(2)에 유입되었을 경우의 반응 가스의 확산을 억제할 수가 있다.
홈부(75)에 대해, 상세하게 설명한다. 홈부(75)는, 제 2 공급로의 벽면(74)의 전면(全面)에 복수로 연속하여 오목부로서 형성되어 있다. 도 5의 (2)에 나타내는 바와 같이, 오목부인 홈부(75)는, 홈부의 폭방향에 있어서 만곡되어 있다. 본 실시형태에서는, 홈부(75)는, 상면에서 볼 때 원호(圓弧) 형상이다. 홈부(75)가 폭방향에 있어서 만곡되어 있기 때문에, 반응 가스가 벽면(74)에, 즉 홈부(75)의 바닥부에 접촉했을 경우에, 확산되기 어려우며(집중되기 쉬우며), 반응 가스가 반응 챔버에 유입된 경우에도 기판의 외측으로 확산되기가 더욱 어렵다. 또한, 상기 홈부(75)의 깊이가 너무 깊으면 확산을 억제할 수는 있지만, 반응 가스 중의 제 1 원료 가스와 제 2 원료 가스의 혼합을 하기가 어려워진다. 따라서, 본 실시형태에서는, 홈부(75)의 깊이는, 3㎜이다.
또, 홈부(75)는, 각각이 하부 측벽부(32)의 면내(面內) 방향의 중앙(C)을 향하도록 형성되어 있다. 즉, 홈부(75)는, 하부 측벽부(32)의 둘레 방향을 따라 형성되어 있다. 이와 같이 형성함으로써, 각 홈부(75)에 의해 가이드된 반응 가스가 중심 측을 향하도록 정류성(整流性)이 높아지게 되어, 반응 가스가 반응 챔버 내에서 분산되는 것이 억제된다.
또한, 각 홈부의 폭방향의 중심과 반응 가스 도입부에 설치된 정류판(55)의 구멍부(56)의 중심이 대략 일치하는(대응하는) 위치에, 각 홈부(75)는 형성되어 있다. 즉, 본 실시형태에서는 벽면(74)에 있어서의 홈부(75)의 수와 구멍부(56)의 수는 일치한다. 이로써, 정류판(55)으로부터 정류된 반응 가스가 그대로 각 홈부(75)에 유입되므로 정류 작용을 더욱 높여, 반응 가스의 직진성을 향상시킬 수가 있다.
또한, 본 실시형태에서는 제 2 공급로(72)의 벽면(74)의 전면에 홈부(75)를 형성하였으나, 제 2 공급로(72)의 벽면(74) 중, 적어도 단부(端部) 부분에 형성하면 된다. 단부 부분이란, 정류판의 구멍부가 복수의 영역으로 나뉘어 형성되어 있는데, 이 영역 중, 가장 단부의 영역에 대응하는 부분을 말한다. 예컨대, 도 5에 나타내는 경우에서는, 정류판은 3개의 영역(81)으로 나뉘어 있으며, 이 영역 중, 가장 단부의 영역(82, 83)의 구멍부에 대응하여 홈부(75)가 형성되어 있으면 된다. 상기와 같이 반응 가스는 기판의 외측으로 빠져나가기 쉽기 때문에, 특히 반응 가스 공급로의 단부 부분에 있어서 반응 가스의 직진성을 높이기 위해 홈부(75)를 형성하는 것이 바람직한 것이다. 그리고, 이러한 경우에 가이드부로서 기능하는 홈부(75)를 오목부로서 형성함으로써 이러한 효과를 간단하고 쉽게 얻을 수가 있다. 예컨대, 정류 부재를 제 2 공급로에 별도로 설치하게 되면 반응 가스의 혼합성이나 제조 비용 등의 문제가 발생하기 때문에 바람직하지 않으므로, 본 실시형태와 같이 홈부(75)를 오목부로서 형성하는 것이 바람직한 것이다. 그리고, 홈부(75)에 의해 반응 가스를 정류하여 원하는 효과를 얻을 수 있으므로, 반응 가스 도입부에 대해 개별적으로 제어를 행할 필요도 없다.
또한, 본 실시형태에서는, 상술한 바와 같이 경계층을 좁게 하기 위해 천정판(21)과 기판(W)간의 거리를 좁게 하고 있기 때문에, 반응 챔버 하부에 대한 반응 가스의 유입이 발생하기 쉽고 아울러 기판의 온도 분포가 균일해지기 어려운 경우가 고려되며, 그 결과, 후막(厚膜) 형성시의 막두께 분포나 막질(膜質)의 저하(예컨대 저항률의 분포나 결정 결함의 발생 등)도 고려된다. 본 실시형태에서는, 이를 더욱 방지하기 위하여, 서셉터 링(7)이 2개 부재로 구성되어 있다. 이 점에 대해 설명한다.
서셉터 링(susceptor ring; 7)은, 예열 링(preheat ring)으로서 기능하는 것이다. 서셉터 링(7)을 구성하는 제 1 링(11)은, 서셉터의 외주에 대해 이격하여 설치되어 있으며, 상기 제 1 링의 내주 측에는 상면이 낮은 단차부(段差部, 91)가 형성되어 있다. 단차부(91)에는, 제 2 링(12)이 재치되어 있으며, 상기 제 2 링(12)은, 제 1 링(11)과 서셉터(3)의 사이에 형성된 이격부(92)를 향해, 즉 이격부(92)로 밀어내듯이 설치되어 있다. 제 2 링(12)은, 그 상면이 서셉터(3)의 상면과 동일해지도록 설치되어 있다. 이와 같이 제 2 링(12)의 상면이 서셉터(3)의 상면과 동일해지도록 설치되어 있음에 따라, 반응 가스 공급로(41) 등에서 혼합되어 정류된 상태가 유지된 반응 가스를, 속도를 가능한 한 저하시키는 일 없이, 순조롭게 기판(W)에 공급할 수가 있다. 또한, 여기서 말하는 서셉터(3)의 상면이란, 서셉터(3)의 기판용 오목부(도 1 참조)가 형성되어 있지 않은 영역의 상면을 말한다. 본 실시형태의 제 2 링(12)은, 열 전도성을 감안하여 실리콘 카바이드(silicon carbide)를 재료로 하고 있다.
그리고, 이와 같이 제 2 링(12)과 제 1 링(11)을 별개의 부재로 구성하고 있음에 따라, 보다 양호한 정밀도로 서셉터 링(7)을 구성할 수가 있다. 즉, 서셉터 링(7)과 서셉터(3)간의 거리를 한계까지 접근시킬 수 있으며, 이로써 기판(W)의 이면측, 즉 반응 챔버 하부(64)에 대한 반응 가스의 유입을 저감할 수 있는 동시에, 기판의 온도 분포를 균일화할 수가 있다. 이로써, 본 실시형태에서는, 형성된 막의 막두께 분포나 막질 분포가 균일화된다.
또, 제 1 링(11)과 제 2 링(12)의 2개 부재로 함으로써, 제 1 링(11)과 제 2 링(12) 사이의 열의 이동을 제 1 링(11)과 제 2 링(12)을 1개 부재로 구성하는 경우보다 억제할 수가 있다.
또한, 이와 같이 제 2 링(12)이 이격부(92)를 향하도록 구성되어 있음에 따라, 막형성시에 서셉터 링(7)과 서셉터(3)의 사이로부터 반응 가스가 하방으로 새어 나오는 것을 저감할 수 있어, 반응 가스의 흐름이 흐트러지기 어렵고, 또, 반응 가스가 하방으로 새어 나오는 것을 저감할 수 있기 때문에, 파티클을 저감시킬 수가 있다.
이 경우에, 제 2 링(12)은 제 1 링(11)에 비해 얇게 형성되어 있다. 이로써, 서셉터(3)로부터의 복사(輻射)에 의한 열손실을 억제할 수가 있다. 또, 제 2 링(12)이 얇기 때문에, 제 2 링(12)을 소정의 고온으로 유지(예열)하기 위해 필요한 가열량을 줄일 수가 있다. 본 실시형태 이외에, 제 1 링(11)이, 열전도율이 작은 재질인 경우에는 제 1 링(11)이 단열재로서 기능하여, 상기 효과를 더욱 높일 수가 있다.
또한, 본 실시형태에서는 제 2 링(12)이 이격부(92)를 향하도록 구성하였으나, 이것으로 한정되지 않는다. 제 2 링(12)은, 제 1 링(11)의 단차부(91)에 적어도 재치되도록 구성되어 있으면, 양호한 정밀도로 서셉터 링(7)을 구성할 수 있기 때문에, 서셉터 링(7)과 서셉터(3)간의 거리를 한계까지 접근시킬 수 있으며, 이로써 기판(W) 이면측으로의 반응 가스의 유입을 저감할 수 있는 동시에, 기판의 온도 분포를 균일화할 수가 있다.
또, 본 실시형태에서는, 경계층을 좁게 하기 위해 천정판(21)과 기판(W)간의 거리를 좁게 하고 있으므로, 천정판(21)의 천정면도 반응 가스에 의해 코팅되기 쉽다. 천정면이 코팅되면, 천정면이 흐려져, 천정판(21)을 통해 가열 수단(23)으로부터 가열하는 콜드 월 타입의 에피택셜 장치로는 충분히 막형성을 할 수 없게 될 우려가 있다. 이에 대하여, 본 실시형태에서는, 상술한 바와 같이 반응 가스 공급로(41)의 벽면에 홈부(75)를 형성하고, 또한, 서셉터 링(7)을 2개 부재로 구성함으로써, 반응 가스가 반응 챔버에 있어서 체류하기 어려우며, 그 결과 코팅재의 부착을 억제할 수가 있다. 이로써, 연속하여 충분한 막형성을 행할 수가 있다.
(실시형태 2)
본 발명의 다른 실시형태에 대해 도 7을 이용하여 설명한다.
본 실시형태에 관한 에피택셜 성장장치(1A)에서는, 제 2 링(12A)이 이격부(92A)를 덮도록 설치되어 있는 점이 실시형태 1과는 다르다. 본 실시형태에서도, 제 1 링(11A)은 측벽부(32A)의 플랜지부(13A)에 재치되어 있다. 제 2 링(12A)은, 상기 제 1 링(11A)의 단차부(91A)에 재치되어 있으며, 또한, 그 내주측은 서셉터(3A)의 외주를 향하고 있다.
본 실시형태에서는, 제 2 링(12A)이 이격부(92A)를 덮도록 설치되어 있음에 따라, 반응 챔버(2A)에 유입된 반응 가스가 반응 챔버 하부(64A)로 들어오는 것을 더욱 억제할 수가 있다. 제 2 링(12A)이, 도 7 중 도시되지 않은 가열 수단으로부터 서셉터(3A)로의 가열을 차단하는 것을 억제하도록, 제 2 링(12A)과 서셉터(3A)간의 오버랩(overlap) 량은 적은 것이 바람직하다.
이러한 본 실시형태의 제 2 링(12A)의 두께는 약 0.8㎜이다. 이러한 두께로 함으로써, 서셉터(3A)로부터 제 2 링(12A)으로의 복사에 의한 열 손실을 가능한 한 억제할 수가 있다.
(실시예)
이하, 실시예에 의해 발명의 상세에 대하여 설명한다.
[실시예 1]
에피택셜 성장장치(1A)(기판 표면과 천정판(21)간의 거리(H)는 9.27㎜)에 의해, 이하의 성장 조건에 근거하여 에피택셜 성장을 실시하였다.
제 1 원료 가스(트리클로로실란) 유량(流量) 8.5 SLM
제 2 원료 가스(수소) 유량 80.0 SLM
퍼지 가스(수소) 유량 15.0 SLM
성장 시간 600.0초
성장 온도 1100.0℃
회전 속도 20.0 RPM
[실시예 2]
실시예 1과는, 제 1 원료 가스량을 13.5 SLM으로 변경한 점 이외에는 동일 조건으로 에피택셜 성장을 실시하였다.
[실시예 3]
실시예 1과는, 제 1 원료 가스량을 17.0 SLM으로 변경한 점 이외에는 동일 조건으로 에피택셜 성장을 실시하였다.
[비교예 1]
종래의 에피택셜 성장장치(기판 표면과 천정판(21)간의 거리(H)는 20㎜, 홈부(75)는 없고, 서셉터 링은 1개 부재로 이루어짐)에 의해, 제 2 원료 가스의 유량을 34.0 SLM, 회전 속도를 35.0 RPM으로 한 점 이외에는, 실시예 1과 동일한 성장 조건에 근거하여 에피택셜 성장을 실시하였다.
[비교예 2]
종래의 에피택셜 성장장치(기판 표면과 천정판(21)간의 거리(H)는 20㎜, 홈부(75)는 없고, 서셉터 링은 1개 부재로 이루어짐)에 의해, 제 2 원료 가스의 유량을 34.0 SLM, 회전 속도를 35.0 RPM으로 한 점 이외에는, 실시예 2와 동일한 성장 조건에 근거하여 에피택셜 성장을 실시하였다.
[비교예 3]
종래의 에피택셜 성장장치(기판 표면과 천정판(21)간의 거리(H)는 20㎜, 홈부(75)는 없고, 서셉터 링은 1개 부재로 이루어짐)에 의해, 제 2 원료 가스의 유량을 34.0 SLM, 회전 속도를 35.0 RPM으로 한 점 이외에는, 실시예 3과 동일한 성장 조건에 근거하여 에피택셜 성장을 실시하였다.
각 실시예 및 비교예에 의한 막의 성장 속도를 검출하였다. 검출된 성장 속도와 제 1 원료 가스의 관계를 도 8에 나타낸다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 에피택셜 성장장치(1A)에 의하면, 성장 속도가 50% 이상 향상되고, 제 1 원료 가스량이 많아지면 많아질수록 성장 속도의 개선율은 향상되었다. 따라서, 본 실시형태의 에피택셜 성장장치를 이용함으로써, 성장 속도가 향상되었다.
1; 에피택셜 성장장치
2; 반응 챔버
3; 서셉터
4; 측벽부
5; 천정부
6; 서셉터 지지부
7; 서셉터 링
11; 제 1 링
12; 제 2 링
13; 플랜지부
21; 천정판
22; 지지부
23; 가열 수단
24; 관통 구멍
25; 돌출부
30; 기판 전송 포트
31; 상부 측벽부
32; 하부 측벽부
33; 재치면(載置面)
34; 제 1 오목부
35; 틈새
36; 제 1 볼록부
37; 제 2 오목부
38; 틈새
39; 제 2 볼록부
41; 반응 가스 공급로
42; 가스 배출로
43; 벽면
44; 퍼지 구멍
45; 재치대
51; 끼움 지지부
52; 공급측 연통로
53; 배출측 연통로
54; 반응 가스 도입부
55; 정류판
56; 구멍부
61; 장치 바닥부
62; 가열 수단
63; 축부
64; 반응 챔버 하부
71; 제 1 공급로
72; 제 2 공급로
73; 제 3 공급로
74; 벽면
75; 홈부
81, 82, 83; 영역
91; 단차부
92; 이격부
W; 기판

Claims (15)

  1. 프로세싱 장치에서 사용하기 위한 천정부로서,
    링형상(ring shaped) 지지부; 및
    상기 링형상 지지부의 돌출부에 커플링된 천정판을 포함하고,
    상기 링형상 지지부는,
    제 1 경사부를 가지는 표면 ― 상기 제 1 경사부는, 상기 링형상 지지부의 상부 표면으로부터 상기 링형상 지지부의 중앙을 향하여 지름이 작아짐 ―; 및
    상기 링형상 지지부의 상기 중앙을 향해 아래쪽으로 돌출하는 제2 경사부 ― 상기 제 1 경사부 및 상기 제 2 경사부는 돌출부에서 서로 만남(intersect) ―를 포함하는,
    천정부.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 천정판은 상기 링형상 지지부의 상기 제 1 경사부에 고정되는,
    천정부.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 돌출부의 둘레 가장자리(circumferential edge)는 상기 천정판의 둘레 가장자리에서 상기 천정판을 지지하는,
    천정부.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 경사부 및 상기 제 2 경사부에 의해 형성되는 각도는 90도 미만인,
    천정부.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 천정판은 광 투과성 재료로 만들어지는,
    천정부.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 천정판은 복사열을 흡수하도록 구성되는,
    천정부.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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