KR20120090835A - 기판 홀더 재료의 처리방법 및 이러한 방법에 의해 처리된 기판 홀더 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유도 가열을 이용해서 반도체 기판 상에 각종 반도체 재료의 층상 증착을 위하여 기판 홀더의 제1측면 상에 상기 반도체 기판이 배치될 해당 기판 홀더용의 기판 홀더 재료를 처리하는 방법에 관한 것으로서, 해당 방법은 상기 기판 홀더 재료 상의 적어도 하나의 측정 위치에서 제1의 전기 비저항을 결정하는 단계; 상기 제1의 전기 비저항을 제2의 기준 전기 비저항과 비교하는 단계; 및 비교 결과에 대응해서 상기 기판 홀더 재료를 조정하는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 이러한 방법에 의해 처리된 기판 홀더에 관한 것이다.
본 발명은 또한 이러한 방법에 의해 처리된 기판 홀더에 관한 것이다.
Description
본 발명은, 유도 가열을 이용해서 반도체 기판 상에 각종 반도체 재료의 층상 증착을 위하여 기판 홀더의 제1측면 상에 상기 반도체 기판이 배치될 해당 기판 홀더용의 기판 홀더 재료의 처리방법에 관한 것이다.
또, 본 발명은 이러한 방법에 의한 처리된 기판 홀더에 관한 것이다.
집적 회로 및 발광 다이오드(light emitting diode: LED) 등과 같은 반도체 디바이스를 제조하기 위해서는, 이들 반도체 디바이스를 제조하는 방법의 일부로서 고온에서 기판 상에 각종 재료를 증착시키기 위한 에피택셜 공정뿐만 아니라, 화학적 기상 증착(chemical vapor deposition: CVD)을 실제로 이용하고 있었다. 이들 고온에서, 서셉터(susceptor) 등과 같은 기판 홀더는 기판 혹은 기판들을 지지하는 데 이용되며, 해당 기판 상에는 충분히 공지된 CVD 공정 및 에피택시 공정에 의해 재료가 증착된다. 이들 서셉터는 종종 흑연(graphite)으로 이루어진 기판 홀더 재료의 서셉턴스(susceptance)를 이용함으로써, 유도 가열될 경우가 있다.
이들 및 기타 반도체 제조 방법에 이용되는 서셉터는 예를 들어 미국 특허 제3,980,854호 및 제4,047,496호 공보로부터 공지되어 있다.
서셉터가 이용되는 반도체 제조 공정의 예는, 확산?산화 공정, 및 예컨대, SiO2, Si3N4, SiOxNy 등의 폴리실리콘과 유전체층 및 WSix, TiN, TaN, TaO 등의 도전층을 증착시키기 위한 CVD 공정이다. 유기금속 화학적 기상 증착(Metalorganic Chemical Vapour Deposition: MOCVD)은 서셉터가 이용되는 다른 반도체 제조방법이다. 특히, MOCVD의 수법은 열역학적으로 준안정한 합금을 내포하는 디바이스의 형성을 위해 바람직하므로, 예를 들어 LED 및 태양전지의 제조에 있어서 주요 공정으로 되어 있다.
에피택셜 공법에서와 같이 MOCVD에서도, 기판은 웨이퍼 캐리어(wafer carrier) 혹은 서셉터("기판 홀더"라고도 지칭됨)에 의해 지지된다. 이들 지지체는 유도 가열될 경우가 있다. 이러한 유도 가열을 이용할 경우, 서셉터의 기재 재료(종종 흑연임)의 서셉턴스는, 가열된 서셉터와의 열 접촉 및/또는 해당 가열된 서셉터로부터의 방사(radiation)에 의해 기판을 가열하는 데 이용된다.
오늘날 이용되는 기판 홀더의 대부분은 수직 혹은 수평 방식으로 이용되며, 여기서 수직형의 기판 홀더는 배럴형(barrel type) 서셉터로서 공지되어 있다. 어느 경우에서도, 다수의 보다 작은 기판 상에 재료를 동시에 증착시키기 위하여, 해당 다수의 보다 작은 기판을 지지(혹은 유지)하도록 구성된 서셉터가 있다. 재료를 동시에 증착시키는 이러한 유형에 대해서, 단일 기판 홀더와 마찬가지로, 높고 안정적인 품질 표준으로 반도체 디바이스를 제조하는 것은 곤란하다.
고품질의 반도체 디바이스를 제조하는 방법에 있어서, 특히 MOCVD 공정 및 에피택셜 공정에 있어서 많은 기술적 곤란성이 있다. 품질의 주된 요인은 안정적인 공정 파라미터(process parameter)들에 있다. 낮은 허용 레벨을 지니는 고품질의 반도체 디바이스에 대한 요구의 증가 및 제조방법에 대한 고수율을 위한 요구의 증가에 따라서, 더욱 안정한 공정 파라미터들이 필요해지고 있다.
불안정한 공정 파라미터들의 주된 요인은 적절한 증착을 위해 필요로 되는 상승된 온도에서 필수불가결한 온도의 제어이다. 반응실 내의 소망의 개소 모두에서 임계적인 허용도 내로 이들 온도를 제어하는 것은 곤란하다. 서셉터 및, 예컨대, 유도 코일과 같은 히터 구성으로 인해, 서셉터의 각종 위치가 상이한 온도를 채택할 수 있는 것은 공지되어 있다. 웨이퍼 온도는 서셉터와의 접촉 면적 및 서셉터에 대한 거리에 의해 영향받는다. 온도차로 인해, 상이한 증착층 두께로 되거나, 또는 MOCVD의 경우에, 기판마다 상이한 층 조성으로 되거나 심지어 비균일한(non-uniform) 개별의 기판으로 된다. 이들 상이한 두께의 결과, 최종 제품의 품질 저하가 일어날 것이고 또한 생산 수율을 저하시킬 것이다.
온도차는 서셉터의 설계 및 형상의 차이에 의해 소정량까지 보상될 수 있다. 대부분의 서셉터에는 예를 들어 기판의 배치를 위한 오목부가 형성되어 있다. 이 오목부에서, 서셉터는 상이한 두께이며, 따라서 원치않는 온도 변동을 초래하게 된다. 예를 들어, WO 2003 069029 A1로부터, 상이한 두께의 결과로서의 이들 온도차를 극복하고 보상하기 위하여 서셉터에 만입부(indentation)들을 형성하는 것이 공지되어 있다. 그러나, 이들 일반적인 설계 규칙은 특수한 유도형 반응기 시스템에서의 소정 유형의 서셉터에 대해서만 적용되는 것이다.
그러나, 서셉터 내의 온도차는 비균일한 두께의 결과로서만 일어나는 것은 아니다. 반입 및 반출 동안 일어날 수도 있는, 서셉터 및/또는 기판 상의 비-서셉턴스(non-susceptance) 재료의 증착에 의한 오염이 공핍을 초래하고 따라서 바람직하지 않은 온도차를 초래한다. 또, 서셉터의 기재 재료, 즉, 대개 흑연의 비균질한 특성들(inhomogene properties)도 온도차를 가져온다.
이러한 온도차를 보상하기 위하여, 유도 장(induction field)에서 서셉터를 회전시킴으로써 부분적으로 해당 유도 장에서의 차이를 보상하는 것이 통상 공지되어 있다. 개별의 서셉터의 두께의 비균일성과 기재 재료의 비균질성으로 인한 서셉터의 온도차는 보상되지 않는다. 또, "위성 원반"(satellite disk)이라고도 종종 지칭되는, 소형의 기판 홀더의 사용에 의해 서셉터에 대해서 웨이퍼를 회전시키는 것도 통상 공지되어 있다. 상기 소형의 기판 홀더는 서셉터의 오목부 내에 배치되어, 해당 서셉터로부터 떨어져서 회전한다. 이 소형의 기판 홀더 상에서, 웨이퍼가 증착된다. 상기 소형의 기판 홀더의 이 두번째 회전 때문에, 온도차의 추가의 보상이 얻어진다. 그러나, 이들 작은 보상은 최적의 온도 균일성으로 되지 않아, 웨이퍼의 증착 재료의 비균일한 증착이 여전히 존재한다.
고품질로 제조된 반도체 디바이스에 대한 요구의 증가 및 높은 생산 수율에 대한 요구의 증가로 인해 개선된 온도 제어에 대한 필요성이 증가하고 있다.
본 발명의 목적은 기판 홀더 재료의 온도 균일성을 증가시키기 위하여 기판 홀더용의 기판 홀더 재료를 처리하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 증가된 온도 균일성을 지니는 기판을 제공하는 데 있다.
상기 목적은 기판 홀더 재료 상의 적어도 하나의 측정 위치에서 제1의 전기 비저항(first electrical resistivity)을 결정하는 단계; 상기 제1의 전기 비저항을 제2의 기준 전기 비저항과 비교하는 단계; 및 비교 결과에 대응해서 기판 홀더 재료를 조정하는 단계를 포함하는, 기판 홀더 재료의 처리방법에 의해 달성된다.
본 발명의 제1양상에 따른 방법의 이점은, 기판 홀더의 온도 균일성이 증가됨으로써, 불안정한 공정 파라미터를 감소시켜, 개별의 기판에 있어서 그리고 기판마다 더욱 균일한 증착층 두께 혹은 조성을 지니는 기판이 얻어진다고 하는 점이다. 전기 비저항의 국부적인 차이(local difference)가 결정되므로, 이들 차이는 기판 홀더를 국부적으로 변경하거나 조정하는 단계에 의해 저감될 수 있다. 이것은 기판 홀더의 전기 비저항 프로파일(resistivity profile)을 더욱 균일하게 하여, 전류 유도, 따라서 기판 홀더 재료에 의해 발생된 열을 더욱 균일하게 한다. 고품질?균일한 증착층 두께의 기판이 이 방법에 의해 얻어진다.
종래의 방법에서는 단지 이론적인 지식이 기판 홀더 재료로부터 기판 홀더의 제조 공정을 조정하는데 이용되고 있었다. 실제로, 이러한 이론적인 지식은 제조 공정 동안 기판 홀더의 실제 파라미터와 정합(match)하지 않을 경우가 있다. 응괴 형태의 기판 홀더 재료는 소정량의 오염, 비균질성 및 비균일성을 지니고 있다. 이들은 모두 기판 홀더의 수평방향 평면의 위치들에서 온도차를 초래한다. 기판 홀더 상에 생산되고 해당 기판 홀더에 의해 운반될 기판 혹은 웨이퍼는 비균일한 온도 프로파일을 받을 것이다. 본 발명의 제1양상에 따른 방법은 기판 홀더 재료의 측정된 파라미터의 기준 파라미터 혹은 파라미터들과의 비교에 따라서 기판 홀더 재료를 조정하는 단계에 의해 수평방향 평면에서의 이들 온도차를 최소화하며, 여기서 파라미터는 전기 비저항을 포함한다.
추가의 양상에 있어서, 상기 제1의 전기 비저항은 상기 기판 홀더 재료 상의 적어도 두 측정 위치에서 결정된 전기 비저항값들의 제1세트를 포함하고, 상기 제2의 기준 전기 비저항은 상기 전기 비저항값들의 제1세트로부터 결정된다. 상기 전기 비저항값들의 제1세트는 상기 제2의 기준 전기 비저항과 비교되고, 상기 기판 홀더 재료는 상기 비교 결과에 대응해서 조정된다.
상기 측정하는 단계와 조정하는 단계는 상기 제조 방법의 상이한 레벨에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 기판 홀더 재료가 응괴 형태로 제공될 경우, 종종 기판 홀더 재료의 커다란 원통형 응괴들이 제공된다. 상기 제1의 전기 비저항, 또는 제1세트의 전기 비저항 값들은 기판 홀더 재료의 응괴로부터 결정될 수 있지만, 또한 상기 응괴의 슬라이스(slice)로부터 혹은 그 슬라이스로부터 제작된 개별의 기판 홀더로부터 결정될 수 있다. 이 값 혹은 이들 값으로부터, 기준 전기 비저항이 결정될 수 있다. 이어서, 이 기준 비저항인 제2의 기준 전기 비저항은 비교를 위해 이용될 수 있다. 이 비교하는 단계 및 조정하는 단계는 동일한 레벨에서 혹은 상이한 레벨에서, 즉, 응괴, 슬라이스 혹은 개별의 기판 홀더에서 수행될 수 있다.
예를 들어, 전기 비저항값들의 세트는 기판 홀더 재료의 슬라이스로부터 측정될 수 있다. 이이서, 이들 값의 세트로부터, 기준값이 결정될 수 있다. 하나의 양상에서, 이것은 전기 저항 혹은 전기 비저항의 최고값 혹은 최저값일 수 있다. 실제의 양상에서, 이것은 다른 값들이 목표로 해서 보정될 수 있는 값, 예컨대, 상기 세트의 단일의 최고값에 접근하도록 적합화될 수 있는 최저값이다. 이어서, 기판 홀더 재료의 이 슬라이스는 결정된 전기 비저항값과 기준 전기 비저항 간의 차이에 대응해서 조정된다.
그러나, 상기 조정하는 단계는 또한 슬라이스로부터 제작된 단일의 기판 홀더 상에서 수행될 수도 있다. 다른 양상에 있어서, 저기 비저항값들의 세트는 기판 홀더 재료의 응괴로부터 측정될 수 있다. 이어서, 기준 전기 비저항은 그 측정치들의 세트로부터 결정될 수 있고, 그 기준치는 동일한 응괴의 슬라이스로부터 제작된 기판 홀더로부터 혹은 그 동일한 응괴로부터의 기판 홀더 재료의 슬라이스 상의 측정 위치들에서 측정된 전기 비저항값들과 비교하기 위해 이용될 수 있다.
이와 같이 해서 응괴, 슬라이스 혹은 기판 홀더에서의 재료의 오염, 비균질성 및 비균일성이 매핑(mapping)된다. 이 매핑으로부터 기준값이 결정될 수 있다. 상기 기준값은 제1세트의 전기 비저항의 개별의 측정된 값들이 기준치에 접근하는 방식으로 응괴, 슬라이스 혹은 기판 홀더가 조정될 수 있도록 하는 방식으로 결정된다. 본 발명의 실제의 양상에서, 기판 홀더 응괴, 슬라이스 혹은 개별의 기판 홀더는 측정된 전기 비저항이 기준 전기 비저항과는 다른 위치들에서 조정된다. 이것에 의해, 재료의 오염, 비균질성 및 비균일성으로 인한 오차는 저감되고, 더욱 균일한 온도 프로파일이 얻어진다.
추가의 양상에서, 상기 제1의 전기 비저항 및/또는 제2의 기준 전기 비저항은 열전도도, 영률(Youngs modulus), 휨 강도, 두께, 투자율(magnetic permeability), 전기 전도도, 전기 저항의 군 중 적어도 하나를 포함하는 기판 홀더 재료의 물성을 측정함으로써 결정된다.
기판 홀더 재료의 전기 비저항을 결정하는 방법에는 몇 가지가 있다. 이들 방법은 전기 비저항에 대한 간접 측정 방법이다. 이들 간접 측정 방법과 전기 비저항 간의 공지된 상관관계와 조합하여, 이들은 기판 홀더 재료의 전기 비저항을 결정하기 위하여 이용될 수 있다. 그러나 간접 측정 방법의 군은 전술한 방법으로만 제한되는 것은 아니다. 기판 홀더 재료의 전기 비저항을 결정하기 위한 간접 정보를 또 제공할 수 있는 기판 홀더 재료의 수개의 기타 특성이 측정가능하다.
다른 양상에 있어서, 기판 홀더 재료가 응괴로부터 수개의 기판 홀더를 제작하기 위한 해당 기판 홀더 재료의 해당 응괴를 포함하는 방법이 제공된다.
기판 홀더의 제조 방법의 제1단계는 기판 홀더 재료의 대체로 원통 형상을 지니는 커다란 응괴를 제공하는 단계이다. 이 응괴는 고순도 기판 홀더 재료를 함유하고, 이 응괴의 생산 동안, 기재 재료, 종종 흑연의 균질성이 추적된다. 그러나, 이 응괴의 기판 홀더 재료는 항상 바람직한 바와 같은 그러한 균질성을 지니는 것은 아니다. 원통형 응괴로부터의 상기 제조방법의 제2단계 동안, 소정량의 슬라이스가 형성된다. 이어서, 기판 홀더 재료의 이들 슬라이스는 해당 슬라이스로부터 단일의 기판 홀더를 형성하는데 이용되지만, 이러한 단일의 기판 홀더가 마무리되기 전에, 종종 기판 혹은 작은 위성 원반이 놓이게 될 기판 홀더 내의 오목부를 제공하거나 혹은 기판 홀더 상에 피복층을 도포하는 등과 같은 상이한 마무리 단계가 수행된다. 몇몇 경우에, 상기 제조방법은 원통형 응괴가 처음에 기판 홀더 재료의 수개의 보다 작은 원통으로 분할되는 동안 상기 제1단계와 제2단계 사이에서 수행되는 추가의 단계를 특징으로 한다. 이어서, 이들 보다 작은 원통이 그로부터 수개의 슬라이스를 형성하는데 이용될 수 있다.
원통형 응괴의 기판 홀더 재료의 측정 위치들에서 전기 비저항을 결정함으로써, 응괴 형태의 기판 홀더 재료의 균일성 혹은 비균일성의 지표가 부여될 수 있다. 각종 위치의 전기 비저항은 기준 전기 비저항과 비교됨으로써 국부적인 차이를 결정할 수 있다. 이 원통형 응괴를 측정함으로써 얻어진 지식은 상기 제조 방법의 상이한 스테이지 동안 이용될 수 있다. 원통형 응괴로부터 형성되는 기판 홀더 재료의 슬라이스는 예를 들어 원통형 응괴의 측정 동안 얻어진 측정 결과에 대응해서 그의 기판 홀더 재료를 변경함으로써 처리될 수 있다. 원통형 응괴의 측정 결과는 예를 들어 원통형 응괴의 소정의 세그먼트에서 혹은 소정의 깊이에서의 평균 전기 비저항으로부터의 변동을 밝힐 수 있다. 기판 홀더 재료의 각 슬라이스는 이어서 이들 변동에 대응해서 변경될 수 있다. 기판 홀더 재료의 슬라이스를 변경하기 위하여 얻어진 측정 결과를 이용하는 대신에, 마무리된 기판 홀더로 되는 최종 제품을 변경하는 것도 가능하다.
또 다른 양상에 있어서, 상기 기판 홀더 재료가 슬라이스로부터 기판 홀더를 제조하기 위한 해당 기판 홀더 재료의 해당 슬라이스를 포함하는 것인 방법이 제공된다.
상기 결정하는 단계, 비교하는 단계 및 조정하는 단계는 본 발명의 상이한 양상에서 기판 홀더 재료의 슬라이스에도 적용될 수 있다. 기판 홀더를 제작하는 방법에 있어서, 원통형 응괴로부터 형성된 슬라이스는 또한 측정될 수 있다. 측정에 의해 얻어진 지식은 한정되므로, 그 개별의 슬라이스에 대해서 특히 적합하다. 그 이점은 그 단일의 슬라이스의 측정 결과에 대응해서 변경이 행해질 수 있고, 따라서 더욱 효과적이어서, 기판 홀더의 전기 비저항 균일성을 훨씬 더 증가시킨다. 기판 홀더 재료의 슬라이스를 측정함으로써 얻어진 측정 결과는 그 슬라이스를 변경하거나 그 슬라이스로부터 형성된 마무리된 기판 홀더를 변경하는데 이용될 수 있다. 이들 두 경우에 있어서, 측정 결과는 그 개별의 슬라이스에 특히 적합하다.
기판 홀더 재료의 슬라이스를 측정함으로써 얻어진 측정 결과를 이용하는 대신에, 혹은 마찬가지로 본 발명의 이전의 양상에 있어서, 원통형 응괴를 측정함으로써, 그 응괴로부터 형성된 보다 작은 원통(수개의 슬라이스가 형성될 수 있음)을 측정하는 것도 가능하다. 이들 측정 결과는 이어서 기판 홀더 재료의 단일의 슬라이스를 조정하는데 혹은 마무리된 제품, 기판 홀더를 조정하는데 이용될 수 있다. 보다 작은 원통의 측정 결과들은 원통형 응괴의 측정으로부터 얻어진 결과보다 더욱 정확하지만, 이들은 단일의 슬라이스를 측정하여 얻어진 결과와 같이 정확하지는 않다. 한편, 각 단일의 슬라이스를 측정하는 것은 더욱 시간이 걸린다. 마무리된 제품의 요구되는 품질 레벨 및 제조에 이용가능한 시간에 따라서, 상기 제조 방법에 있어서 측정 및 변경을 위한 적절한 단계가 채택될 수 있다.
또 다른 양상에 있어서, 기판 홀더 재료가 기판 홀더를 포함하는 방법이 제공된다.
이 제조방법의 말기에, 기판 홀더는 최종적이어서 더 이상 가공처리되지 않으므로, 이들 측정에 기초한 변경이 매우 정확하다. 매우 높은 온도 균일성을 지니는 기판 홀더가 이 처리방법에서 얻어질 수 있다.
다른 양상에 있어서, 기판 홀더 재료를 조정하는 단계가 기판 홀더를 기계가공함으로써 전기 비저항의 비교 결과에 대응해서 적어도 하나의 측정 위치 부근에서(혹은 기판 홀더 상의 상이한 위치들에서) 상기 기판 홀더의 두께를 적어도 부분적으로 조정하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다. 이것은, 예컨대, 두께를 국부적으로 변화시킴으로써, 기판 홀더 표면에 구멍, 홈, 오목부, 만입부 등을 뚫음으로써, 기판 홀더 재료의 부분적인 제거를 포함한다.
국부적인 전기 비저항을 변경시키는 방식은, 그 국부적인 측정 위치 부근에서 기판 홀더 재료의 두께를 조정하는 것이다. 두께를 저감함으로써 보다 높은 전기 비저항이 얻어지고, 이에 따라서, 보다 높은 국부 가열 유도가 얻어진다. 두께를 조정하는 것은 기판 홀더의 상부 측면(기판이 놓이게 되는 측면) 상에 혹은 하부 측면(유도 가열이 행해지는 측면) 상에 적용될 수 있다. 기판 홀더의 양면 상에서의 두께를 조정하는 것도 가능하다.
다른 양상에 있어서, 상기 기판 홀더를 조정하는 단계 전에, 상기 기판 홀더 재료의 비저항 프로파일이 생성되고, 상기 비저항 프로파일은 상기 기판 홀더 재료의 적어도 수개의 측정 위치의 전기 비저항의 비교 결과에 기초하며, 상기 기판 홀더 재료는 상기 비저항 프로파일에 대응해서 조정되고 있는 것인 방법이 제공된다.
기판 홀더 재료 상의 각종 측정 위치의 전기 비저항의 시퀀스는 비저항 프로파일을 형성할 수 있다. 이 프로파일은 예를 들어 기판 홀더의 2차원 표현으로 혹은 그래프 형태로 제시될 수 있고, 여기서 색차가 비저항 변동을 나타낸다. 이들 프로파일을 사용하는 이점은 측정 결과의 그래프 표현의 해석을 더욱 용이하게 한다는 점이다.
또 다른 양상에 있어서, 상기 기판 홀더를 조정하는 단계 전에, 상기 기판 홀더 재료 상에 기준점이 규정되고, 상기 적어도 하나의 측정 위치가 상기 기준점에 대해서 규정되는 방법이 제공된다.
변경 위치가 측정 위치에 대응하는지를 결정하는 것은, 기준점을 이용함으로써 보다 용이해진다. 측정 및 변경이 이어서 이 기준점에 대해서 행해질 수 있다. 기준점을 이용하는 다른 이점은 단지 정확한 위치 결정만은 아니고, 상기 측정 단계 및 변경 단계는 개별적으로 수행될 수도 있다. 제1디바이스가 상기 기준점에 대해서 소정의 위치에서 기판 홀더의 비저항을 측정하기 위하여 이용된다. 이어서, 기판 홀더가 다른 디바이스에 상이한 배향으로도 배치될 수 있다. 정확한 변경 위치가 상기 기준점으로부터 유도될 수 있다.
추가의 양상에 있어서, 상기 기판 홀더를 조정하는 단계가 전기 비저항의 비교 결과에 대응해서 상기 기판 홀더의 다공도(porosity)를 저감시키는 단계, 특히 경화성 수지를 주입함으로써 해당 다공도를 저감시키는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
다른 양상에 있어서, 상기 제1의 전기 비저항을 결정하는 단계는 상기 기판 홀더 재료 상의 다수의 측정 위치를 순차로 측정하는 단계를 포함하거나, 또는 상기 기판 홀더 재료 상의 다수의 측정 위치를 동시에 정하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
또 다른 양상에 있어서, 상기 제1의 전기 비저항을 결정하는 단계 동안, 상기 기판 홀더 재료에서 발생된 와류(eddy current)가 측정되는 방법이 제공된다. 추가의 양상에 있어서, 가변-주파수 발생 와류(variable-frequency generated eddy current)가 이용될 수도 있다.
또 다른 양상에 있어서, 상기 결정하는 단계, 비교하는 단계 및 조정하는 단계는 반복되는 단계인 방법이 제공된다.
상기 결정하는 단계, 비교하는 단계 및 조정하는 단계는 제조방법의 상이한 스테이지 동안 단지 수행될 수 있는 것만이 아니라, 이들 단계는 또한 소정의 바람직한 비저항 균일성에 도달할 때까지 소정의 품질 레벨이 보증될 때까지 반복될 수도 있다. 이들 단계는 예를 들어 기판 홀더의 전기 비저항을 측정하고 이들 측정 결과에 의거해서 기판 홀더를 조정함으로써 수행될 수 있다. 이들 단계는 또한 회귀적으로 수행될 수도 있는데, 이는, 예를 들어, 측정 단계가, 상이한 스테이지들에서, 우선 기판 홀더 재료의 원통형 응괴의 레벨에서, 또한 그 공정 동안 기판 홀더 재료의 슬라이스의 레벨에서 그리고 마무리된 제품의 레벨에서 수행될 수 있다는 것을 의미한다. 이들 모든 측정 단계 후에, 상기 조정하는 단계가 적용된다.
다른 양상에 있어서, 가열될 유형의, 에피택셜 성장 반응기 혹은 유기금속 기상 에피택시, MOCVD용의 기판 홀더가 제공되며, 여기서 기판 홀더는 전술한 어느 하나의 방법에 따라서 처리된다.
도 1은 본 발명의 제1양상의 단계들을 예시한 도면;
도 2, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 방법의 또 다른 양상들을 예시한 도면;
도 5는 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 기판 홀더를 예시한 도면.
도 2, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 방법의 또 다른 양상들을 예시한 도면;
도 5는 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 기판 홀더를 예시한 도면.
도 1은 본 발명의 제1양상에 따른 방법의 단계들을 표시하고 있다. 기판 홀더 재료는 통상 고순도 형태로 제공된다. 기판 홀더 재료는 원하는 바와 같이 균질하지 않은데, 특히, 그 이유 중 하나는 기판 홀더 재료를 포함하는 기판 홀더가 최적이 아닌 온도 균일성을 지니기 때문이다. 도 1에 표시된 단계들을 수행함으로써, 즉, 순차로 "기판 홀더 재료를 제공하는 단계"(10), "기판 홀더 재료의 전기 비저항을 측정하는 단계"(11), " 상기 기판 홀더 재료의 측정된 전기 비저항을 기준치와 비교하는 단계"(12) 및 "비교 결과에 대응해서 기판 홀더 재료를 변경하는 단계"(13)에 의해, 기판 홀더의 온도 균일성이 실질적으로 증가될 수 있으며, 최종적으로 "높은 온도 균일성을 지닌 조율된 기판 홀더"(14)가 얻어지게 된다.
상기 측정하는 단계(11)는, 예를 들어, 와류 측정에 의해 수행된다. 와류 측정은 전자기 유도를 이용하고, 재료의 컨덕턴스의 결함을 검출하는데 이용될 수 있다. 와류 측정에 이용되는 주파수에 따라서, 상이한 깊이에 도달할 수 있다. 주파수가 낮을수록, 재료에 보다 깊은 전류가 유도된다. 이러한 와류 측정에 의해 전기 비저항을 테스트하는 방식은 기판 홀더가 유도 가열 방식으로 가열되는 방식과 매우 유사하다.
기판 홀더 재료의 전기 비저항만이 와류 측정을 이용해서 테스트될 수 있는 것은 아니다. 특히, 기판 홀더 재료의 표면의 균열을 테스트하거나 기판 홀더 자체 상의 피복의 두께를 테스트하는 것도 가능하다. 표면에서의 상대적으로 작은 결함인 균열, 및 기판 홀더 기재 재료의 비균일성에 의해 초래된 온도 결함이 이러한 와류 측정에 의해 검출될 수 있다.
와류 측정을 이용하는 것 이외에도, 기타 유형의 테스트가 기판 홀더 재료의 전기 비저항을 결정하는데 이용될 수 있다. 와류 테스트와 같이, 비파괴적인 테스트 방법이 바람직하다. 원거리 장 테스트(remote field testing) 혹은 교류 장(alternating current field) 측정과 같은 테스트 방법도 또한 기판 홀더 재료의 전기 비저항을 측정하는 단계(11)에 이용될 수 있다.
전기 비저항은 기판 홀더 재료 상의 수개의 위치에서 측정된다. 더 많은 위치에서 측정될수록, 전기 비저항에 대한 더 많은 정보가 얻어진다. 이 정보는 그 다음 단계인 "측정된 전기 비저항을 기준치와 비교하는 단계"(12) 동안 이용된다. 이 단계(12)에서, 기판 홀더 재료 상의 적어도 하나의 측정 위치의 전기 비저항이 기준 전기 비저항과 비교된다. 이 기준 전기 비저항은 예를 들어 대량의 측정치의 평균에 의해 결정된, 공업적 기준치 혹은 측정된 기판 홀더 재료의 전기 비저항의 평균치일 수 있다.
단계(11)의 측정된 전기 비저항과 단계(12)의 기준 전기 비저항 간의 차이가 결정되면, 이 차이는 그 다음 단계인 "비교 결과에 대응해서 기판 홀더 재료를 변경하는 단계"(13) 동안 기판 홀더 재료를 조정, 즉, 변경하는데 이용될 수 있다. 기판 홀더 재료의 전기 비저항이 사양, 예를 들어, 기판 홀더의 표면에 비해서 2°의 온도차를 초래하는 최대 전기 비저항 변동치를 초과할 때마다, 기판 홀더 재료가 이들 변동치를 감소시키기 위하여 변경될 수 있다. 기판 홀더 재료의 더욱 균일한 전기 비저항이 달성되면, 기판 홀더는 "높은 온도 균일성을 지닌 조율된 기판 홀더"와 같은 최종 단계(14)에서 표시된 바와 같은 높은 온도 균일성을 지니게 될 것이다.
도 2는 본 발명의 방법의 다른 양상을 개시하고 있으며, 여기서, "기판 홀더 재료의 원통형 응괴(bulk cylinder)를 제공하는 단계"인 제1단계(20)에서, 대개는 원통 형상이고 수개의 기판 홀더를 형성하기에 충분한 기판 홀더 재료를 포함하고 있는, 기판 홀더 재료의 응괴가 제공된다. 이 방법은 원통 형상의 응괴형 기판 홀더 재료에 대해서 수행될 수 있을 뿐만 아니다 다른 형상 및 형태, 예를 들어, 배럴형(barrel type) 기판 홀더에 대해서도 수행될 수 있다.
"원통형 응괴의 전기 비저항을 측정하는 단계"인 상기 방법의 제2단계(21)에서는, 해당 원통형 응괴의 전기 비저항이 측정된다. 해당 응괴의 더 많은 측정 위치일수록 더 많은 정보가 얻어지며, 더 정확한 온도 균일성(온도 비균일성) 변동이 그 다음 단계(22)인 "원통형 응괴의 측정된 전기 비저항을 기준치와 비교하는 단계"에서 결정된다. 종종 흑연인 기재 재료의 결함은 이 단계(22) 동안 판정될 수 있다. 이들 결함 혹은 결점은 응괴 재료의 소정의 영역 혹은 소정의 세그먼트에서 개시될 수 있다. 해당 결함이 생기는 정보는 단계(21)에서 이용된 측정 방법에 의존한다. 예를 들어, 와류 테스트를 이용한 경우, 주파수가 측정의 깊이를 결정한다.
그 다음 단계(23)인 "응괴로부터 기판 홀더 재료의 슬라이스를 형성하는 단계"에서, 기판 홀더 재료의 슬라이스가 상기 원통형 응괴로부터 절삭되거나 잘라진다. 상기 원통은 통상 그로부터 수개의 슬라이스를 형성하기에 충분한 기판 홀더 재료를 유지한다. 단계(22)에서 밝혀진 결함 있는 세그먼트는 "비교 결과에 대응해서 슬라이스를 변경하는 단계"(24)에서 조정될 수 있다. 이 처리공정의 최종 결과는 단계(25)에 표시된 "높은 온도 균일성을 지니는 조율된 기판 홀더"이다.
도 3에서, 본 발명에 따른 방법이 개시되어 있는 바, 여기서, 측정하는 단계는 상이한 스테이지들에서 수행된다. "기판 홀더 재료의 원통형 응괴를 제공하는 단계"(30) 후에, "원통형 응괴로부터 기판 홀더 재료의 슬라이스를 형성하는 단계"(31)에 있어서, 기판 홀더 재료의 실제의 측정이 "슬라이스의 전기 비저항을 측정하는 단계"(32)에서 일어나기 전에 슬라이스가 형성된다. 측정 결과는 그 특정 슬라이스에 대한 전용 정보이다. 물론, 단계(31), (32)는 단계(30)의 원통형 응괴로부터 수개의 슬라이드가 얻어질 때까지 반복될 수 있다. 그 전용 측정 결과는 "슬라이스의 측정된 전기 비저항을 기준치와 비교하는 단계"(33)에서 기준 전기 비저항과 비교된다. 그 차이는 그 다음 단계인 "비교 결과에 대응해서 슬라이스를 변경하는 단계"(34)에 의해 보상되어, 이 방법의 최종 단계에 표시된 "높은 온도 균일성을 지니는 조율된 기판 홀더"가 얻어진다.
도 4는, 측정되기 전에 기판 홀더가 형성되는, 본 발명에 따른 방법의 단계들을 표시하고 있다. 측정은 최종 제품인 기판 홀더의 스테이지에서 수행된다. 이와 같이 해서, 매 기판 홀더가 측정되고(44), 그의 측정 결과가 비교되며(45), 변경되는(46) 바와 같은 본 발명에 따른 방법을 수행하는 것은 시간 소모적이지만 가장 정확하다. 높은 온도 균일성을 지니는 조율된 기판 홀더인 제품이 이 방법의 최종 단계(47)에서 얻어진다.
도 1 내지 도 4에 개시된 단계는 또한 반복해서 수행될 수 있다. 예를 들어, 기판 홀더 재료를 변경하고, 이어서 재차 전기 비저항을 측정하여 그것을 비교하고 재차 그것을 변경함으로써, 이들 단계는 소정 레벨의 균일성이 얻어져 기판의 소정 품질 레벨이 보증될 때까지 반복될 수 있다. 상기 제조방법의 상이한 스테이지들에서 단계들을 반복하는 것을 조합하는 것도 본 발명의 일부이다. 당업자라면 예를 들어 원료 그대로의 기판 홀더 재료의 원통형 응괴 상에 일련의 측정을 수행하고, 이 정보를 이용해서 해당 원통형 응괴로부터 형성되는 슬라이스에 대한 대강의(coarse) 변경을 수행한다. 이들 슬라이스는 이어서 제조방법의 또 다른 스테이지에서 재차 측정되고, 이 전용 정보가 이 방법의 추가의 단계 동안 기판 홀더를 더욱 섬세하게 조율하는 방식으로 변경하는데 재차 이용된다. 이와 같이 해서 이 방법의 단계들은 반복되는 단계들이다.
도 5는 본 발명에 따른 방법에 적합한 기판 홀더의 일례를 도시하고 있다. 이 기판 홀더는 예를 들어 적어도 11개의 위치(51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61)에서 측정되되, 이 위치는 기판 홀더의 바깥쪽 부분 상의 위치이다. 동일한 위치들이 위치(62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72)에서 기판 홀더의 뒷면 상에서 측정될 수 있고, 이들 위치 또한 모두 기판 홀더의 바깥쪽 부분(79) 상에 위치되어 있다. 기판 홀더의 앞면 및 뒷면의 바깥쪽 부분 상의 11개의 위치에서의 전기 비저항에 대한 정보는 해당 기판 홀더의 앞면(75)과 뒷면(80)의 안쪽 부분 상의 11개의 위치의 전기 비저항에 대한 정보와 조합될 수 있다. 이와 같이 해서, 다량의 데이터가 수집되어 기판 홀더의 전기 비저항의 균일성 결함에 대한 정확한 정보를 부여하게 된다. 도 5는 또한 기준점(78)에 대해서 측정 위치들을 결정하기 위한 해당 기준점(78)을 개시하고 있다.
본 발명에 따른 방법의 상기 조정 단계 동안, 기판 홀더 재료의 상부면, 하부면 혹은 이들 두 면을 조정하는 수개의 방법이 적용될 수 있다. 이들은 예를 들어 구멍, 오목부, 홈, 만입부 또는 이들의 조합 등을 뚫는 등과 같은 공지의 기계가공 혹은 밀링(milling) 수법을 포함한다.
Claims (15)
- 유도 가열을 이용해서 반도체 기판 상에 각종 반도체 재료의 층상 증착을 위하여 기판 홀더의 제1측면 상에 상기 반도체 기판이 배치될 해당 기판 홀더용의 기판 홀더 재료를 처리하는 방법으로서,
상기 기판 홀더 재료 상의 적어도 하나의 측정 위치에서 제1의 전기 비저항(first electrical resistivity)을 결정하는 단계;
상기 제1의 전기 비저항을 제2의 기준 전기 비저항과 비교하는 단계; 및
비교 결과에 대응해서 기판 홀더 재료를 조정하는 단계를 포함하는, 기판 홀더 재료의 처리방법. - 제1항에 있어서, 상기 제1의 전기 비저항은 상기 기판 홀더 재료 상의 적어도 두 측정 위치에서 결정된 전기 비저항값들의 제1세트를 포함하고, 상기 제2의 기준 전기 비저항은 상기 전기 비저항값들의 제1세트로부터 결정되며; 상기 전기 비저항값들의 제1세트는 상기 제2의 기준 전기 비저항과 비교되고, 상기 기판 홀더 재료는 상기 비교 결과에 대응해서 조정되는 것인, 기판 홀더 재료의 처리방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 조정되는 상기 기판 홀더 재료는 기판 홀더 재료의 응괴(bulk), 상기 기판 홀더 재료의 응괴의 슬라이스(slice) 및 기판 홀더의 군 중 하나를 포함하는 것인, 기판 홀더 재료의 처리방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2의 기준 전기 비저항은 기판 홀더 재료의 응괴, 상기 기판 홀더 재료의 응괴의 슬라이스 및 기판 홀더의 군 중 하나를 포함하는 기판 홀더 재료로부터 결정되는 것인, 기판 홀더 재료의 처리방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1의 전기 비저항 및 상기 제2의 기준 전기 비저항 중 적어도 하나는 열전도도, 영률(Youngs modulus), 휨 강도, 두께, 투자율(magnetic permeability), 전기 전도도 및 전기 저항의 군 중 적어도 하나를 포함하는 상기 기판 홀더 재료의 물성을 측정함으로써 결정되는 것인, 기판 홀더 재료의 처리방법.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판 홀더를 조정하는 단계는 상기 기판 홀더를 기계가공함으로써, 전기 비저항의 비교 결과에 대응해서 상기 기판 홀더의 두께를 적어도 부분적으로 조정하는 단계를 포함하는 것인, 기판 홀더 재료의 처리방법.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판 홀더를 조정하는 단계 전에, 상기 기판 홀더 재료의 비저항 프로파일(resistivity profile)이 생성되고, 상기 비저항 프로파일은 상기 기판 홀더 재료의 적어도 수개의 측정 위치의 전기 비저항의 비교 결과에 기초하며, 상기 기판 홀더는 상기 비저항 프로파일에 대응해서 조정되고 있는 것인, 기판 홀더 재료의 처리방법.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판 홀더를 조정하는 단계 전에, 상기 기판 홀더 재료 상에 기준점이 규정되고, 상기 적어도 하나의 측정 위치가 상기 기준점에 대해서 규정되는 것인, 기판 홀더 재료의 처리방법.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판 홀더를 조정하는 단계는, 전기 비저항의 비교 결과에 대응해서 상기 기판 홀더의 다공도(porosity)를 저감시키는 단계를 포함하는 것인, 기판 홀더 재료의 처리방법.
- 제9항에 있어서, 상기 기판 홀더의 다공도를 저감시키는 단계는 전기 비저항의 비교 결과에 대응해서 경화성 수지를 주입하는 단계를 포함하는 것인, 기판 홀더 재료의 처리방법.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1의 전기 비저항을 결정하는 단계는 상기 기판 홀더 재료 상의 다수의 측정 위치를 순차로 혹은 동시에 측정하는 단계를 포함하는 것인, 기판 홀더 재료의 처리방법.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1의 전기 비저항을 결정하는 단계 동안, 상기 기판 홀더 재료에서 발생된 와류(eddy current), 및 특히 가변-주파수 와류(variable-frequency eddy current)가 측정되는 것인, 기판 홀더 재료의 처리방법.
- 제12항에 있어서, 상기 와류는 가변-주파수 와류를 포함하는 것인, 기판 홀더 재료의 처리방법.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결정하는 단계, 상기 비교하는 단계 및 상기 조정하는 단계는 반복되는 단계인 것인, 기판 홀더 재료의 처리방법.
- 가열될 유형의 에피택셜 성장 반응기 혹은 유기금속 기상 에피택시 혹은 MOCVD(Metalorganic Chemical Vapour Deposition)용의 기판 홀더로서, 상기 기판 홀더는 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 따라서 처리된 것인 기판 홀더.
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