KR20130108136A - 탄화규소의 성막 장치 및 성막 방법 - Google Patents

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Abstract

탄화규소의 성막 장치는, 반응 가스가 공급되어 성막 처리가 행해지는 성막실과, 성막실의 내부의 온도를 측정하는 온도 측정부와, 성막실의 내부에 배치되는 복수의 히터와, 복수의 히터의 각 출력을 독립하여 제어하는 출력 제어부와, 성막실의 내부로 기판을 반출입하는 기판 반송부를 가진다. 출력 제어부는, 기판에의 성막 처리가 종료되면 복수의 히터 중 적어도 1 개의 출력을 오프 혹은 저하시키고, 온도 측정부에서 측정된 온도가, 기판 반송부가 성막실 내에서 동작 가능한 온도가 되면, 출력을 오프 혹은 저하시킨 히터 중 적어도 1 개의 출력을 온 혹은 상승시키고, 기판 반송부에 의해, 성막 처리를 종료한 기판이 성막실로부터 반출되도록 한다.

Description

탄화규소의 성막 장치 및 성막 방법{FILM FORMING APPARATUS AND METHOD OF SILICON CARBIDE}
본 발명은, 탄화규소의 성막 장치 및 성막 방법에 관한 것이다.
종래부터, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor: 절연 게이트 바이폴러 트랜지스터) 등의 파워 디바이스와 같이, 비교적 막 두께가 큰 결정막을 필요로 하는 반도체 소자의 제조에는 에피택셜 성장 기술이 활용되고 있다.
에피택셜 성장 기술에 사용되는 기상 성장 방법에서는, 성막실 내에 기판을 재치(載置)한 상태에서 성막실 내의 압력을 상압(常壓) 또는 감압으로 한다. 그리고, 기판을 가열하면서 성막실 내로 반응성의 가스를 공급한다. 그러면, 기판의 표면에서 가스가 열분해 반응 또는 수소 환원 반응을 일으켜 기상 성장막이 형성된다.
막 두께가 큰 기상 성장막을 제조하기 위해서는, 기판을 균일하게 가열하고, 또한 외부로부터 공급되는 반응성의 가스를 기판 표면에 차례로 접촉시킬 필요가 있다. 따라서, 기판을 고속으로 회전시키면서 성막 처리를 행하는 기술이 채용되고 있다(예를 들면, 일본특허공개공보 제2009-170676호 참조).
상기 기술을 채용한 성막 장치는, 성막실 내에 회전체 유닛을 구비하고 있고, 회전체 유닛의 상면에 설치된 환형상(環狀)의 보지부(保持部)에 기판이 재치된다. 또한, 보지부의 하방에는 기판을 가열하기 위한 히터가 설치된다.
기판에의 성막 처리를 종료하면, 상기 기판은 성막실의 외부로 취출된다. 여기서, 성막 처리 직후의 성막실 내의 온도는 매우 고온이 되어 있기 때문에, 성막실 내가 냉각되고 나서 기판을 취출할 필요가 있다.
성막실로부터 기판을 취출한 후에는, 이어서 성막 처리를 행할 기판을 성막실 내로 반입한다. 그리고, 성막실 내를 성막 처리에 필요한 온도까지 상승시킨다. 그러나, 일단 저하된 온도를 재차 원래의 온도까지 상승시키기 위해서는 상당한 시간을 필요로 한다. 이 때문에, 성막 처리를 종료하고 나서 다음의 성막 처리를 행할 때까지의 시간은, 반도체 소자의 제조 공정에서의 스루풋을 저하시키는 요인이 되고 있었다.
예컨대, Si(실리콘) 기상 성장막의 성막에서는, 기판은 1200℃ 정도까지 가열된다. 성막 종료 후에는, 히터의 출력을 오프로 하여 성막실 내를 소정 온도까지 저하시킨 후, 성막실로부터 기판을 취출한다. 이어서, 새로운 기판을 반입하고, 히터의 출력을 온으로 한다. 그러나, 이 단계에서 성막실 내의 온도는 상당히 저하되어 있기 때문에, 재차 1200℃까지 상승시키기 위해서는 장시간을 필요로 한다.
또한 최근, 고내압의 파워 반도체 디바이스로의 이용이 기대되고 있는 SiC(실리콘 카바이드(탄화규소))의 경우, 성막 온도는 1500℃ 이상이 된다. 따라서, 기판을 취출하기 위하여 성막실 내의 온도를 저하시킨 후, 이 온도로부터 성막 온도까지 승온시키는데 필요한 시간은 Si 기상 성장막의 경우보다 길어진다. 이 때문에, 스루풋의 저하는 더 심각한 것이 된다.
본 발명은, 이러한 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것이다. 즉 본 발명은, 성막 처리를 종료하고 나서 다음의 성막 처리를 행할 때까지의 시간을 최소한으로 하여 스루풋을 향상시킬 수 있는 탄화규소의 성막 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은, 이하의 기재로부터 분명해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 탄화규소의 성막 장치는,
반응 가스가 공급되어 성막 처리가 행해지는 성막실과,
성막실의 내부의 온도를 측정하는 온도 측정부와,
성막실의 내부에 배치되는 복수의 가열 수단과,
상기 복수의 가열 수단의 각 출력을 독립하여 제어하는 출력 제어부와,
성막실의 내부로, 탄화규소의 성막 처리가 행해지는 기판을 반출입하는 기판 반송부와,
상기 기판이 재치되는 서셉터를 가지고,
출력 제어부는, 그 기판에의 성막 처리가 종료되면 복수의 가열 수단 중 적어도 1 개의 출력을 오프 혹은 저하시키고,
온도 측정부에서 측정된 온도가, 기판 반송부가 성막실의 내부에서 동작 가능한 온도가 되면, 상기 출력을 오프 혹은 저하시킨 가열 수단 중 적어도 1 개의 출력을 온 혹은 상승시키고,
기판 반송부에 의해, 성막 처리를 종료한 기판이 성막실로부터 반출된다.
본 발명에 따르면, 출력 제어부가, 기판에의 성막 처리가 종료되면 복수의 가열 수단 중 적어도 1 개의 출력을 오프 혹은 저하시키고, 온도 측정부에서 측정된 온도가, 기판 반송부가 성막실의 내부에서 동작 가능한 온도가 되면, 그 출력을 오프 혹은 저하시킨 가열 수단 중 적어도 1 개의 출력을 온 혹은 상승시키고, 기판 반송부에 의해, 성막 처리를 종료한 기판이 성막실로부터 반출되도록 동작하므로, 성막 처리를 종료하고 나서 다음의 성막 처리를 행할 때까지의 시간을 최소한으로 하여 스루풋을 향상시킬 수 있는 탄화규소의 성막 장치 및 성막 방법이 제공된다.
도 1은 실시예 1의 성막 장치의 모식적인 부분 단면도이다.
도 2는 실시예 1의 다른 예의 성막 장치의 모식적인 부분 단면도이다.
도 3은 실시예 1의 또 다른 예의 성막 장치의 모식적인 부분 단면도이다.
도 4는 도 1의 성막 장치의 구성을 도시한 평면도이다.
도 5는 도 2의 성막 장치에서의 제어계의 관계를 나타낸 도이다.
도 6은 실시예 1에서, 온도 측정부에 의한 측정 결과의 시간에 따른 변화를 모식적으로 나타낸 도이다.
도 7은 실시예 1에서, 각 히터의 출력과 시간과의 관계를 나타낸 일례이다.
도 8은 실시예 2에서의 성막 방법의 순서도이다.
도 9는 실시예 2의 비교예이며, 온도 측정부에 의한 측정 결과의 시간에 따른 변화를 모식적으로 나타낸 도이다.
도 10은 도 1의 성막 장치의 센서의 배치를 예시하는 평면도이다.
도 11은 도 10의 성막 장치에서의 제어계의 관계를 나타낸 도이다.
실시예 1.
도 1은, 본 실시예의 성막 장치에서의 성막실 부분의 모식적인 단면도이다. 또한 이 도에서는, 설명을 위하여 필요한 구성 이외를 생략하고 있다. 예를 들면, 제어계에 대해서는, 이후에 도 5를 이용하여 설명하는 도 2의 성막 장치(101)의 것과 실질적으로 동일하여, 도 1에서는 도시하고 있지 않다. 또한 축척에 대해서도, 각 구성부를 명확하게 시인할 수 있도록 실물 크기의 것과는 달리하고 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 성막 장치(100)는 성막실로서의 챔버(1)와, 챔버(1)의 내부를 구획하는 중공 통 형상의 라이너(2)와, 챔버(1)를 냉각하는 냉각수의 유로(3)와, 반응 가스(4)를 도입하는 공급부(5)와, 반응 후의 반응 가스(4)를 배기하는 배기부(6)와, 기판(7)을 지지하는 서셉터(8)와, 챔버(1)의 상하부를 연결하는 플랜지(10)와, 플랜지(10)를 실링하는 패킹(11)과, 배기부(6)와 배관(12)을 연결하는 플랜지(13)와, 플랜지(13)를 실링하는 패킹(14)을 가진다. 패킹(11, 14)에는 내열 온도가 300℃인 불소 고무를 이용할 수 있다.
라이너(2)는, 챔버(1)의 내벽(1a)과, 기판(7) 상에의 성막 처리가 행해지는 공간(A)을 구획하는 목적으로 설치된다. 챔버(1)의 내벽(1a)은, 예를 들면 스테인리스로 구성되므로, 라이너(2)를 설치함으로써 내벽(1a)이 반응 가스(4)에 의해 부식되는 것을 방지할 수 있다.
성막 처리는 고온 하에서 행해지므로, 라이너(2)는 높은 내열성을 구비하는 재료에 의해 구성된다. 예를 들면, SiC 부재 또는 카본에 SiC 또는 TaC를 코팅하여 구성된 부재의 사용이 가능하다.
본 실시예에서는 편의상, 라이너(2)를 몸통부(2a)와 헤드부(2b)의 2 개의 부분으로 나누어 칭한다. 몸통부(2a)는 내부에 서셉터(8)가 배치되는 부분이며, 헤드부(2b)는 몸통부(2a)보다 내경이 작은 부분이다. 몸통부(2a)와 헤드부(2b)는 일체가 되어 라이너(2)를 구성하고 있고, 헤드부(2b)는 몸통부(2a)의 상방에 위치한다.
헤드부(2b)의 상부 개구부에는 샤워 플레이트(15)가 설치되어 있다. 샤워 플레이트(15)는 기판(7)의 표면으로 반응 가스(4)를 균일하게 공급하는 가스 정류판으로서 작동한다. 샤워 플레이트(15)에는 복수개의 관통홀(15a)이 형성되어 있고, 공급부(5)로부터 챔버(1)로 도입된 반응 가스(4)는 관통홀(15a)을 통하여 기판(7) 쪽으로 유하(流下)한다. 여기서, 반응 가스(4)는 확산되어 낭비되지 않고, 효율적으로 기판(7)의 표면에 도달하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 헤드부(2b)의 내경은 몸통부(2a)보다 작게 설계되어 있다. 구체적으로, 헤드부(2b)의 내경은 관통홀(15a)의 위치와 기판(7)의 크기를 고려하여 결정된다.
기판(7)을 지지하는 서셉터(8)는 링 형상이며, 몸통부(2a)에 배치된다. 예를 들면, 기판(7) 상에 SiC를 에피택셜 성장시킬 경우, 기판(7)은 1500℃ 이상의 고온으로 가열될 필요가 있다. 이 때문에, 서셉터(8)에는 고내열성의 재료를 이용할 필요가 있고, 구체적으로 등방성 흑연의 표면에 CVD(ChemicaI Vapor Deposition)법에 따라 SiC 또는 TaC를 피복한 것이 이용된다. 서셉터(8)의 형상은 기판(7)을 재치 가능한 형상이면 특별히 한정되지 않고, 링 형상 이외에도 원반 형상으로 할 수도 있다. 또한, 링 형상과 원반 형상의 2 개를 조합한 구조로 해도 된다.
라이너(2)의 몸통부(2a)에는, 회전축(16)과, 회전축(16)의 상단에 설치된 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. 성막 처리 시에서는, 기판(7)을 서셉터(8) 상에 재치함으로써, 서셉터(8)의 회전과 함께 기판(7)이 회전한다.
회전축(16)의 내부에는 도시되지 않은 승강 핀이 배치되어 있다. 승강 핀의 하단은, 회전축(16)의 하부에 설치된 도시되지 않은 승강 장치까지 연장되어 있다. 그리고, 그 승강 장치를 동작시켜 승강 핀을 상승 또는 하강시킬 수 있다. 이 승강 핀은, 기판(7)의 챔버(1) 안으로의 반입과 챔버(1) 밖으로의 반출 시에 사용된다. 승강 핀은 기판(7)을 하방으로부터 지지하고, 인상하여 서셉터(8)로부터 분리한다. 그리고, 기판 반송 로봇(332)과의 사이에서 기판(7)의 전달을 할 수 있도록, 기판(7)을 서셉터(8)로부터 먼 상방의 소정의 위치에 배치하도록 동작한다. 또한 기판 반송 로봇(332)은, 본 발명에서의 기판 반송부에 대응한다.
한편, 샤워 플레이트(15)를 통과한 반응 가스(4)는 헤드부(2b)를 통하여 기판(7) 쪽으로 유하한다. 기판(7)이 회전하고 있음으로써, 반응 가스(4)는 기판(7)에 끌어당겨지고, 샤워 플레이트(15)로부터 기판(7)에 이르는 영역에서 종방향 플로우가 된다. 기판(7)에 도달한 반응 가스(4)는 기판(7)의 표면에서 난류를 형성하지 않고, 수평 방향으로 대략 층류가 되어 흐른다. 이와 같이 하여, 기판(7)의 표면에는 새로운 반응 가스(4)가 차례로 접촉한다. 그리고, 기판(7)의 표면에서 열분해 반응 또는 수소 환원 반응을 일으켜 기상 성장막을 형성한다. 또한 성막 장치(100)에서는, 기판(7)의 외주부로부터 라이너(2)까지의 거리를 좁게 하여, 기판(7)의 표면에서의 반응 가스(4)의 흐름이 보다 균일하게 되도록 하고 있다.
반응 가스(4) 내에서 기상 성장 반응에 사용되지 않았던 가스 또는 기상 성장 반응에 의해 생성된 가스는, 챔버(1)의 하부에 설치된 배기부(6)로부터 배기된다.
이상의 구성으로 함으로써, 기판(7)을 회전시키면서 성막 처리를 행할 수 있다. 즉, 기판(7)을 회전시킴으로써, 기판(7)의 표면 전체에 효율 좋게 반응 가스(4)가 공급되어, 막 두께 균일성이 높은 기상 성장막을 형성하는 것이 가능해진다. 또한, 새로운 반응 가스(4)가 차례로 공급되므로, 성막 속도의 향상이 도모된다.
본 실시예에서는, 각각 가열 수단인 주 히터(본 발명에서의 제1 히터)(9)와 보조 히터(본 발명에서의 제2 히터)(18)를 이용하여 기판(7)을 가열한다. 이들은 모두 저항 가열형의 히터로 할 수 있다. 주 히터(9)는 기판(7)의 근방에 배치되어, 기판(7)의 온도에 직접적으로 작용한다. 한편 보조 히터(18)는, 기판(7)을 사이에 두고 주 히터(9)의 상방에 배치되어, 주 히터(9)를 보조하고, 주 히터(9)와 협동하여 기판(7)을 가열한다.
주 히터(9)는 회전통(17)의 내부에 배치되어 기판(7)을 그 하방으로부터 가열한다. 또한 주 히터(9)는, 원반 형상의 인 히터(9a)와, 인 히터(9a)의 상방에 배치되는 환형상의 아웃 히터(9b)를 가진다. 이는, 기판(7)의 외주부에서는 반응 가스(4)의 유속이 빠른 점, 냉각수로 냉각된 챔버(1)의 벽으로의 복사가 있는 점에 의해, 온도가 쉽게 냉각되는 것을 고려한 것이다. 인 히터(9a)와 아웃 히터(9b)를 설치함으로써, 기판(7)의 외주부의 온도 저하를 억제하여, 균일한 온도 분포로 할 수 있다.
인 히터(9a)와 아웃 히터(9b)는, 각각 그 중심이 기판(7)의 중심과 동일 수직선 상에 위치하도록 배치된다. 이와 같이 함으로써, 인 히터(9a)는 기판(7)의 전체를 가열하고, 아웃 히터(9b)는 기판(7)의 외주부를 가열한다. 또한, 아웃 히터(9b)를 인 히터(9a)의 상방에 배치함으로써, 온도가 쉽게 저하되는 기판(7)의 외주부를 효율적으로 가열하여, 기판(7)의 온도 분포를 균일하게 하는 것이 가능해진다. 또한 아웃 히터(9b)의 온도는, 인 히터(9a)보다 고온으로 설정하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 온도 분포를 한층 균일하게 할 수 있다.
인 히터(9a)와 아웃 히터(9b)는 암 형상을 한 도전성의 부스 바(20)에 의해 지지되어 있다. 부스 바(20)는, 예를 들면 카본을 SiC로 피복하여 이루어지는 부재에 의해 구성된다. 또한 부스 바(20)는, 인 히터(9a)와 아웃 히터(9b)를 지지하는 측과는 반대의 측에서, 석영제의 히터 베이스(21)에 의해 지지되어 있다. 그리고, 몰리브덴 등의 금속으로 이루어지는 도전성의 연결부(22)에 의해, 부스 바(20)와 전극봉(23)이 연결됨으로써, 전극봉(23)으로부터 인 히터(9a)와 아웃 히터(9b)에 급전이 행해진다. 구체적으로, 전극봉(23)으로부터 이들 히터의 발열체에 통전이 되어 발열체가 승온한다.
보조 히터(18)는 라이너(2)의 헤드부(2b)의 주위를 띠 형상으로 둘러싸고 있고, 히터 지지부(19)에 의해 지지되어 있다. 보조 히터(18)와 히터 지지부(19)는 나사 고정 등에 의해 접속되어 있다. 히터 지지부(19)는 챔버(1)의 측벽을 관통하여, 외부 전극에 접속하고 있다. 이에 의해, 히터 지지부(19)를 통하여 보조 히터(18)에 급전할 수 있다.
보조 히터(18)는 기판(7)을 그 상방으로부터 가열한다. 한편, 기판(7)의 하방으로부터의 가열은 주 히터(9)가 담당한다. 즉 기판(7)은, 주 히터(9)와 보조 히터(18)에 의해 그 양면으로부터 가열된다. 여기서, 이들 히터는 저항 가열형의 히터이므로, 출력을 변경함으로써 기판(7)의 온도를 미조정하는 것이 가능하다.
챔버(1)의 내부의 온도는 방사 온도계(24a, 24b)에 의해 측정할 수 있다. 예를 들면 도 1에서, 방사 온도계(24a)는 기판(7)의 중앙부 부근의 온도를 측정한다. 또한 방사 온도계(24b)는, 기판(7)의 외주부의 온도를 측정한다. 또한, 방사 온도계(24a, 24b)의 위치를 변경함으로써, 기판(7) 이외의 것, 예를 들면 서셉터(8)의 표면 온도를 측정할 수도 있다. 기판(7)은 서셉터(8) 상에 재치되므로, 이들은 대략 동일한 위치에 있다고 생각된다. 따라서, 미묘한 온도차가 문제가 되는 성막 시를 제외하고는, 기판(7)의 온도와 서셉터(8)의 온도를 동일시할 수 있다.
방사 온도계(24a, 24b)는, 도 1에 도시한 바와 같이 챔버(1)의 상부에 설치할 수 있다. 이 경우, 챔버(1)의 상부와 샤워 플레이트(15)를 투명 석영제로 함으로써, 방사 온도계(24a, 24b)에 의한 온도 측정이 이들에 의해 방해되지 않도록 할 수 있다.
측정한 온도 데이터는 (후술하는)히터 출력 제어부로 보내지고, 인 히터(9a), 아웃 히터(9b), 보조 히터(18)의 각 출력 제어에 피드백된다. 또한, 보조 히터(18)가 후술 하는 다른 예와 마찬가지로, 예를 들면 제1 보조 히터, 제2 보조 히터, 제3 보조 히터, 제4 보조 히터 및 제5 보조 히터로 이루어질 경우, 제1 보조 히터, 제2 보조 히터, 제3 보조 히터, 제4 보조 히터 및 제5 보조 히터의 각 출력 제어에 피드백된다.
또한 본 실시예에서, 보조 히터를 복수의 저항 가열형 히터에 의해 구성하는 것이 가능하다. 예를 들면, 보조 히터를 수직 방향을 따라 하방, 즉 기판(7)에 가까운 측으로부터 상방을 향해 2 단 또는 그 이상의 단수로, 예를 들면 5 단의 단수로 분할할 수 있다.
도 2는, 본 실시예의 다른 예인 성막 장치에서의 성막실 부분의 모식적인 단면도이다. 또한, 이 도에 도시되는 성막 장치(101)에서는, 가열 수단인 보조 히터(118)가 복수의 저항 가열형 히터에 의해 구성되는 점 이외에는, 도 1에 도시한 성막 장치(100)와 동일한 구조를 가지고 있다. 따라서, 도 1의 성막 장치(100)와 공통되는 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하여, 중복되는 설명은 생략한다. 그리고 도 1과 마찬가지로, 설명을 위하여 필요한 구성 이외를 생략하고 있다. 예를 들면, 제어계에 대해서는 후술하는 도 5에서 설명하는 것으로 하고, 도 2에서는 도시하고 있지 않다. 또한 축척에 대해서도, 각 구성부를 명확하게 시인할 수 있도록 실물 크기의 것과는 달리하고 있다.
예컨대, 본 실시예의 다른 예인 성막 장치(101)에서는, 보조 히터(118)를 5 단으로 분할하여 구성할 경우, 본 실시예의 보조 히터(118)는 제1 보조 히터(118a), 제2 보조 히터(118b), 제3 보조 히터(118c), 제4 보조 히터(118d) 및 제5 보조 히터(118e)의 5 개의 히터를 가질 수 있다. 이들은, 수직 방향을 따라 하방, 즉 기판(7)에 가까운 측으로부터 이 순으로 배치되는 것이 바람직하다.
보조 히터(118)가 5 분할될 경우의 제1 보조 히터(118a), 제2 보조 히터(118b), 제3 보조 히터(118c), 제4 보조 히터(118d) 및 제5 보조 히터(118e)는, 각각 라이너(2)의 헤드부(2b)의 주위를 띠 형상으로 둘러싸고 있고, 대응하는 제1 히터 지지부(119a), 제2 히터 지지부(119b), 제3 히터 지지부(119c), 제4 히터 지지부(119d) 및 제5 히터 지지부(119e)에 의해 지지되어 있는 것이 바람직하다. 각 히터와 각 지지부는 나사 고정 등에 의해 접속되고, 각 지지부 간의 거리를 변경함으로써, 대응하는 각 히터 간의 거리를 변경할 수 있다.
또한 제1 히터 지지부(119a), 제2 히터 지지부(119b), 제3 히터 지지부(119c), 제4 히터 지지부(119d) 및 제5 히터 지지부(119e)는, 각각 챔버(1)의 측벽을 관통하여 외부 전극에 접속되어 있다. 이에 의해, 각 지지부를 통하여 각 히터에 독립적으로 급전할 수 있다. 즉, 각 히터를 독립적으로 온도 제어할 수 있다.
이 때 상술한 바와 같이, 제1 보조 히터(118a)는 보조 히터(118) 내에서 가장 하단에 배치되고, 기판(7)에 가장 가까운 곳에 위치한다. 제1 보조 히터(118a)는 기판(7)을 그 상방으로부터 가열한다. 한편, 기판(7)의 하방으로부터의 가열은 주 히터(9)가 담당한다. 즉, 기판(7)은 주 히터(9)와 제1 보조 히터(118a)에 의해 그 양면으로부터 가열된다. 여기서, 이들 히터는 저항 가열형의 히터이므로, 출력을 변경함으로써 기판(7)의 온도를 미조정하는 것이 가능하다.
제2 보조 히터(118b)는 제1 보조 히터(118a)의 상단에 배치된다. 제3 보조 히터(118c)는 제2 보조 히터(118b)의 상단에 배치된다. 제4 보조 히터(118d)는 제3 보조 히터(118c)의 상단에 배치된다. 제5 보조 히터(118e)는 제4 보조 히터(118d)의 상단에 배치된다.
상술한 바와 같이, 보조 히터(118)는 저항 가열형의 히터이므로, 제1 보조 히터(118a)는 헤드부(2b)를 가열하고, 이어서 가열된 헤드부(2b)의 열에 의해 기판(7)이 가열된다. 여기서, 보조 히터(118)가 제1 보조 히터(118a)뿐일 경우, 이 히터에 의해 가열되는 것은 헤드부(2b)의 극히 일부에 불과하다. 이 때문에, 헤드부(2b)에 온도 분포가 발생하고, 가열된 헤드부(2b)의 열은 온도의 낮은 쪽, 구체적으로는 헤드부(2b)의 상방으로 이동한다. 즉 이 구성에서는, 가열된 헤드부(2b)의 열을 효율 좋게 기판(7)의 가열에 이용할 수 없다.
이에 대하여, 제1 보조 히터(118a)의 상방에 제2 보조 히터(118b) 등을 설치하는 구성으로 하면, 라이너(2)의 헤드부(2b)에서의 온도차가 저감되어, 제1 보조 히터(118a)로부터의 열이 상방으로 방출되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 제1 보조 히터(118a)에 의해 기판(7)을 효율 좋게 가열하는 것이 가능해진다. 또한, 헤드부(2b)의 온도차를 제거함으로써, 라이너(2)에 균열이 발생하는 것을 방지할 수도 있다. 또한 헤드부(2b)의 온도 분포는, 제1 보조 히터(118a) ~ 제5 보조 히터(118e)의 각 설정 온도 또는 이들 히터 간의 거리를 변경함으로써 조정할 수 있다.
또한 본 실시예에서, 가열 수단인 보조 히터를 고주파 유도 가열형의 히터에 의해 구성하는 것이 가능하다. 또한, 그 보조 히터를 복수의 고주파 유도 가열형의 히터에 의해 구성하는 것이 가능하다.
도 3은, 본 실시예의 또 다른 예인 성막 장치에서의 성막실 부분의 모식적인 단면도이다. 또한 이 도에 도시되는 성막 장치(102)에서는, 가열 수단인 보조 히터(128)가 복수의 고주파 유도 가열형의 히터에 의해 구성되는 점 이외에는, 도 1에 도시한 성막 장치(100)와 동일한 구조를 가지고 있다. 따라서, 도 1의 성막 장치(100)와 공통되는 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하여, 중복되는 설명은 생략한다. 그리고 도 1과 마찬가지로, 설명을 위하여 필요한 구성 이외를 생략하고 있다. 예를 들면, 제어계에 대해서는 도 2의 성막 장치(101)와 동일하며, 도 5에 대하여 이루어지는 설명과 동일하여, 도 3에서는 도시하지 않았다. 또한 축척에 대해서도, 각 구성부를 명확하게 시인할 수 있도록 실물 크기의 것과는 달리하고 있다.
본 실시예의 또 다른 예인 성막 장치(102)가 가지는 본 실시예의 보조 히터(128)는, 제1 보조 히터(128a), 제2 보조 히터(128b), 제3 보조 히터(128c), 제4 보조 히터(128d) 및 제5 보조 히터(128e)의 5 개의 히터를 가진다. 이들은, 수직 방향을 따라 하방, 즉 기판(7)에 가까운 측으로부터 이 순서로 배치되어 있다. 또한, 보조 히터의 분할수는 5 개에 한정되지 않고, 예를 들면 수직 방향을 따라 하방, 즉 기판(7)에 가까운 측으로부터 상방을 향해 2 분할 또는 4 분할 등의 분할을 할 수 있다.
제1 보조 히터(128a), 제2 보조 히터(128b), 제3 보조 히터(128c), 제4 보조 히터(128d) 및 제5 보조 히터(128e)는, 각각 라이너(2)의 헤드부(2b)의 주위를 둘러싸 구성되어 있고, 대응하는 제1 히터 지지부(129a), 제2 히터 지지부(129b), 제3 히터 지지부(129c), 제4 히터 지지부(129d) 및 제5 히터 지지부(129e)에 의해 지지되어 있다. 각 히터와 각 지지부는 나사 고정 등에 의해 접속되고, 각 지지부 간의 거리를 변경함으로써, 각 히터 간의 거리를 변경할 수 있다.
또한 제1 히터 지지부(129a), 제2 히터 지지부(129b), 제3 히터 지지부(129c), 제4 히터 지지부(129d) 및 제5 히터 지지부(129e)는, 각각 챔버(1)의 측벽을 관통하여 외부 전극에 접속되어 있다. 이에 의해, 각 지지부를 통하여 각 히터를 독립적으로 온도 제어할 수 있다.
제1 보조 히터(128a)는 보조 히터(128) 내에서 가장 하단에 배치되고, 기판(7)에 가장 가까운 곳에 위치한다. 제1 보조 히터(128a)는 기판(7)을 그 상방으로부터 가열한다. 마찬가지로 제2 보조 히터(128b), 제3 보조 히터(128c), 제4 보조 히터(128d) 및 제5 보조 히터(128e)도 기판(7)을 그 상방으로부터 가열한다. 한편, 기판(7)의 하방으로부터의 가열은 주 히터(9)가 담당한다. 즉, 기판(7)은 주 히터(9)와 제1 보조 히터(128a), 제2 보조 히터(128b), 제3 보조 히터(128c), 제4 보조 히터(128d) 및 제5 보조 히터(128e)에 의해 그 양면으로부터 가열된다. 여기서, 이들 히터는 독립적인 가열 제어가 가능하며, 기판(7)의 온도를 미조정하는 것이 가능하다.
즉 도 3에 도시한 바와 같이, 제2 보조 히터(128b)는 제1 보조 히터(128a)의 상단에 배치된다. 제3 보조 히터(128c)는 제2 보조 히터(128b)의 상단에 배치된다. 제4 보조 히터(128d)는 제3 보조 히터(128c)의 상단에 배치된다. 제5 보조 히터(128e)는 제4 보조 히터(128d)의 상단에 배치된다.
상술한 바와 같이, 보조 히터(128)는 고주파 유도 가열형의 히터이므로, 기판(7)으로부터의 거리에 따라 가열 효과에 차이를 발생시킨다. 따라서, 제1 보조 히터(128a)와 제2 보조 히터(128b)와 제3 보조 히터(128c)와 제4 보조 히터(128d)와 제5 보조 히터(128e)는, 각각 기판(7)의 가열 효과가 상이하며, 이들을 독립적으로 제어하고, 또한 주 히터(9)를 제어함으로써, 기판(7)을 균일하게 또한 고효율로 가열할 수 있다.
이어서 도 1 및 도 4를 이용하여, 성막 장치(100)에서의 기판(7)의 동작을 설명한다. 또한, 도 2의 성막 장치(101) 및 도 3의 성막 장치(102)에서의 기판(7)의 동작도 마찬가지이다.
도 4는, 성막 장치(100)의 구성을 도시한 평면도이다. 이 도에 도시한 바와 같이, 성막 장치(100)는 도 1에서 설명한 챔버(1) 및 기판 반송용 로봇(332) 외에, 카세트 스테이지(310, 312)와 로드록 챔버(320)와 트랜스퍼 챔버(330)와 기판 반송 로봇(350)을 가진다.
카세트 스테이지(310)에는 성막 처리 전의 기판(7)이 세트된 카세트가 배치되어 있다. 한편, 카세트 스테이지(312)에는 성막 처리 후의 기판(7)이 세트되는 카세트가 배치되어 있다.
기판 반송 로봇(350)은 카세트 스테이지(310)로부터 기판(7)을 취출하고, 로드록 챔버(320)로 기판(7)을 반송한다. 기판 반송 로봇(332)은 트랜스퍼 챔버(330)에 배치되어 있다. 트랜스퍼 챔버(330)에는 성막 처리가 행해지는 챔버(1)가 접속되어 있고, 로드록 챔버(320)로 반송된 기판(7)은, 기판 반송 로봇(332)에 의해 트랜스퍼 챔버(330)를 통하여 챔버(1)의 내부로 반송된다. 챔버(1)에서의 기판 반송 로봇(332)의 삽입구는, 도 1에 도시한 바와 같이 라이너(2)의 헤드부(2b)의 하방으로 하는 것이 바람직하다.
챔버(1)로 반입된 기판(7)은, 기판 반송 로봇(332)으로부터 승강 핀으로 전달된다. 이 후, 승강 핀이 하강함으로써 기판(7)은 서셉터(8) 상에 재치된다.
이어서, 기판(7) 상에의 기상 성장막의 성막 처리를 개시한다. 구체적으로, 챔버(1)의 내부를 상압 또는 적당한 감압으로 한 상태에서, 기판(7)을 회전시킨다. 또한, 주 히터(9)와 보조 히터(18)에 의해 기판(7)을 가열한다.
기판(7)이 소정의 온도에 도달한 후에는, 공급부(5)로부터 반응 가스(4)를 도입한다. 이에 의해, 기판(7) 상에 기상 성장막이 형성된다.
기판(7)에의 성막 처리를 종료한 후에는, 기판(7)의 온도를 낮추기 위하여, 주 히터(9)와 보조 히터(18) 중 적어도 1 개의 출력을 오프 혹은 저하시킨다. 보조 히터(18)가, 상술한 다른 예 및 또 다른 예와 같이 복수의 히터로 구성될 경우, 주 히터(9) 및 보조 히터(18)를 구성하는 각 히터 중 적어도 1 개의 출력을 오프 혹은 저하시킨다.
방사 온도계(24a, 24b)에 의해 기판(7)이 반출 가능한 온도까지 저하된 것이 확인되면, 전술한 승강 핀이 기판(7)을 하방으로부터 지지하고, 인상하여 서셉터(8)로부터 분리한다. 그리고 승강 핀은, 기판 반송 로봇(332)과의 사이에서 기판(7)의 전달을 할 수 있도록, 기판(7)을 서셉터(8)로부터 먼 상방의 소정의 위치에 배치하도록 동작한다.
기판 반송 로봇(332)으로 전달된 기판(7)은 챔버(1)로부터 취출되고, 트랜스퍼 챔버(330)를 거쳐 로드록 챔버(320)로 반송된다. 이어서, 기판 반송 로봇(350)에 의해 카세트 스테이지(312)에 배치된 카세트에 세트된다.
이 후, 이어서 성막 처리를 행할 기판(7)을 카세트 스테이지(310)로부터 취출하고, 기판 반송 로봇(350)에 의해 로드록 챔버(320)로 반송한다. 이어서, 기판 반송 로봇(332)에 의해 로드록 챔버(320)로부터 트랜스퍼 챔버(330)로 기판(7)을 반송하고, 또한 성막 처리가 행해지는 챔버(1)의 내부로 반송한다. 이후는, 상기에서 설명한 바와마찬가지로 하여 성막 처리를 행하고, 이 후 챔버(1)로부터 취출하고, 카세트 스테이지(312)까지 반송한다.
성막 처리를 종료한 기판(7)을 챔버(1)의 밖으로 반출하기 위해서는, 챔버(1) 내의 온도, 구체적으로 기판(7)의 온도가 소정 온도 이하가 되는 것을 기다릴 필요가 있다. 성막 처리 온도로부터 충분히 냉각되지 않은 상태에서 기판(7)을 챔버(1)로부터 반출하면, 챔버(1)의 외부와의 온도차에 의해 기판(7)에 균열이 발생할 우려가 있다. 또한, 기판(7)과 기상 성장막은 열팽창 계수가 상이하기 때문에, 상기한 온도차에 의해 기상 성장막에 박리 또는 크랙이 발생할 우려가 있다.
이 때문에, 성막 처리를 종료한 후에는, 주 히터(9)와 보조 히터(18)의 출력을, 예를 들면 모두 오프로 할 수 있다. 그리고, 방사 온도계(24a, 24b)로 기판(7)이 소정 온도가 되는 것을 확인하고 나서, 기판(7)을 승강 핀으로 인상하여 기판 반송 로봇(332)으로 전달한다. 이 후, 이 기판(7) 대신에 새로운 기판(7)을 챔버(1) 내로 반송하고, 서셉터(8) 상에 재치한다.
모든 히터의 출력을 오프로 하면, 챔버(1) 내의 온도는 하강한다. 이 경향은, 챔버(1)로부터 기판(7)을 취출한 후에도 이어지므로, 새로운 기판(7)이 서셉터(8) 상에 재치될 때에는, 기판(7)을 반출 가능한 소정 온도보다 상당히 낮아져 있다. 즉, 챔버(1) 내의 온도와 성막 처리에 필요한 온도의 차는 큰 것이 되어 있다. 이 상태에서, 모든 히터의 출력을 온으로 하면, 챔버(1) 내의 온도는 상승으로 전환되지만, 새로운 기판(7)의 온도가 성막 온도에 도달하기까지는 장시간을 필요로 한다.
그런데, 기판(7)을 반출입하기 위해서는, 챔버(1) 내의 온도가 소정 온도 이하이면 된다. 따라서 본 발명자는, 챔버(1) 내가 소정 온도로부터 더 저하되는 것을 최소한으로 억제함으로써, 이어서 성막 처리를 행할 기판(7)이 성막 온도에 도달할 때까지의 시간을 단축할 수 있다고 상정하여, 본 발명에 이르렀다.
본 발명의 성막 장치는, 복수의 히터의 각 출력을 독립적으로 제어하는 출력 제어부를 가지고, 이 출력 제어부는 기판에의 성막 처리가 종료되면 주 히터와 보조 히터 등의 복수의 히터 중 적어도 1 개의 출력을 오프 혹은 저하시킨다. 예를 들면, 복수의 히터의 모든 출력을 오프로 할 수 있다. 그리고, 기판 반송부가 성막실 내에서 동작 가능한 온도가 되면, 앞서 출력을 오프 혹은 저하시킨 히터 중 적어도 1 개의 히터의 출력을 온 혹은 상승시키고, 기판 반송부에 의해 성막 처리를 종료한 기판이 반송실로부터 반출되고, 다른 기판이 반송실로 반입되면, 앞서 출력을 오프 혹은 저하시킨 히터 중 나머지 히터의 출력을 온 혹은 상승시키도록 동작한다.
보다 구체적으로, 도 2 및 도 3에 도시한 본 실시예의 성막 장치(101, 102)는, 보조 히터(118, 128)가 각각 복수의 히터로 구성되어 있다.
이 경우, 서셉터(8)의 상방에 배치되고, 수직 방향으로 배열되는 복수의 히터(제1 보조 히터(118a, 128a), 제2 보조 히터(118b, 128b), 제3 보조 히터(118c, 128c), 제4 보조 히터(118d, 128d), 제5 보조 히터(118e, 128e))에 의해 구성되는 보조 히터(118, 128)에서, 구성하는 각 히터 중 적어도 1 개의 히터의 출력을 오프 혹은 저하시킬 수 있다.
또한, 주 히터(9)의 출력을 오프 혹은 저하시킬 수 있다. 그리고, 주 히터(9)가 복수의 히터(9a, 9b)로 구성될 경우, 각 히터(9a, 9b) 중 적어도 1 개의 출력을 오프 혹은 저하시킬 수 있다.
그리고, 보조 히터(118, 128)를 구성하는 히터 중 적어도 1 개의 히터의 출력을 오프 혹은 저하시킬 경우, 기판(7)에 가장 가까운 위치에 있는 히터, 즉 도 2의 제1 보조 히터(118a) 및 도 3의 제1 보조 히터(128a)의 출력을 오프 혹은 저하시키는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 챔버(1) 내의 기판(7) 및 서셉터(8) 근방의 온도를 효과적으로 저하시키는 제어가 가능해진다.
이하에서는, 이러한 특징을 구비한 본 실시예의 성막 장치에 대하여, 더 상세히 설명한다. 그 설명은, 도 2에 도시된 본 실시예의 예인 성막 장치(101)를 예로 이용하여 행하는 것으로 한다.
본 실시예에서는, 주 히터(9)와 보조 히터(118) 등의 복수의 히터 중 적어도 1 개의 출력을 오프 혹은 저하시킨 후, 챔버(1) 내의 온도, 구체적으로 기판(7) 또는 서셉터(8)의 온도에 따라, 각 히터의 출력을 온으로 하는 타이밍과 출력의 크기를 변경한다. 이에 의해, 챔버(1) 내의 온도가 상기 소정 온도로부터 더 저하되는 것을 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
도 5는, 성막 장치(101)에서의 제어계의 관계를 나타낸 도이다. 이 도에 나타낸 바와 같이, 기판 반송 로봇(332)은 기판 반송 로봇 제어부(401)에 의해 그 동작이 제어된다. 또한 인 히터(9a), 아웃 히터(9b), 제1 보조 히터(118a), 제2 보조 히터(118b), 제3 보조 히터(118c), 제4 보조 히터(118d) 및 제5 보조 히터(118e)의 출력은, 각각 출력 제어부(402, 403, 404, 405, 406, 407, 408)에 의해 제어된다. 그리고 이들 제어부는, 온도 측정부(400)로부터의 정보에 기초하여, 기판 반송 로봇(332)의 동작 및 각 히터의 출력을 각각 제어한다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 온도 측정부(400)는 챔버(1) 내의 온도를 측정한다. 이 온도는, 구체적으로 서셉터(8)의 온도로 할 수 있다. 또한 온도 측정부(400)는, 도 2에서 설명한 방사 온도계(24a 및 24b) 중 적어도 일방으로 할 수 있다.
도 6은, 온도 측정부(400)에 의한 측정 결과의 시간에 따른 변화를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 6에서, 온도(Tep)는 성막 온도이다. 기판(7)에의 성막 처리의 종료 시간(t1)은, 예를 들면 반응 가스(4)의 공급 시간에 의해 결정할 수 있다. 본 실시예에서는 예로서, 시간(t1)에서, 인 히터(9a), 아웃 히터(9b), 제1 보조 히터(118a), 제2 보조 히터(118b), 제3 보조 히터(118c), 제4 보조 히터(118d) 및 제5 보조 히터(118e)의 출력을 오프로 한다. 이에 의해, 방사 온도계(Tep)에 의해 측정되는 온도는 저하의 일로를 걷게 된다.
도 6에서, 온도(T1)는 기판 반송 로봇(332)이 동작 가능한 온도의 상한이며, 온도(T2)는 기판(7)을 챔버(1)로부터 반출할 수 있는 온도의 상한이다.
따라서, 온도 측정부(400)에 의한 측정 온도가 T1에 도달한 시점(시간(t2))에서, 챔버(1)의 내부로 기판 반송 로봇(332)을 도입할 수 있다. 즉 도 5에서, 온도 측정부(400)에서의 온도가 T1이 되면, 기판 반송 로봇 제어부(401)로 신호가 보내진다. 기판 반송 로봇 제어부(401)는, 기판 반송 로봇(332)이 챔버(1)의 내부로 도입되도록 제어한다. 그리고, 측정 온도가 T2에 도달한 시점(시간(t3))에서, 기판(7)을 승강 핀으로 인상하여 서셉터(8)로부터 분리한다. 이어서, 그대로 승강 핀을 상승시켜 기판 반송 로봇(332)으로 기판(7)을 전달한다.
본 실시예에서는, 시간(t2)에서 제2 보조 히터(118b), 제3 보조 히터(118c), 제4 보조 히터(118d) 및 제5 보조 히터(118e)의 출력을 온으로 한다. 즉 도 5에서, 온도 제어부(400)에서의 온도가 T1이 되면, 출력 제어부(405, 406, 407, 408)로 신호가 보내진다. 출력 제어부(405)는 제2 보조 히터(118b)의 출력이 온이 되도록 제어한다. 출력 제어부(406)는 제3 보조 히터(118c)의 출력이 온이 되도록 제어한다. 출력 제어부(407)는 제4 보조 히터(118d)의 출력이 온이 되도록 제어한다. 출력 제어부(408)는 제5 보조 히터(118e)의 출력이 온이 되도록 제어한다.
제2 보조 히터(118b), 제3 보조 히터(118c), 제4 보조 히터(118d) 및 제5 보조 히터(118e)는, 기판(7)으로부터 먼 위치에 있으므로, 시간(t2)에서 출력을 온으로 해도 기판(7)의 온도는 계속 내려간다. 또한, 기판 반송용 로봇(332)이 도입되는 위치로부터도 떨어져 있으므로, 시간(t2)에서 기판 반송 로봇(332)을 챔버(1)의 내부로 도입해도, 이 로봇이 내열 온도 이상의 온도에 노출될 우려는 없다. 한편, 제2 보조 히터(118b), 제3 보조 히터(118c), 제4 보조 히터(118d) 및 제5 보조 히터(118e)의 근방에 있는 헤드부(2b)는 가열되므로, 적어도 챔버(1)의 일부의 온도 저하는 억제되게 된다.
본 실시예에서는, 제2 보조 히터(118b), 제3 보조 히터(118c), 제4 보조 히터(118d) 및 제5 보조 히터(118e)의 출력을 온으로 한 후, 이들 히터의 출력을 히터마다 단계적으로 변경하는 것이 바람직하다. 또한 이 때, 기판(7)에 가까운 위치에 있는 히터일수록 낮은 출력으로부터 높이는 것이 바람직하다.
도 7은, 각 히터의 출력과 시간의 관계를 나타낸 일례이다. 이 도에서, E1은 제3의 보조 히터(118c)의 출력 변화이며, E2는 제2 보조 히터(118b)의 출력 변화이다. 또한, E3는 제1 보조 히터(118a), 인 히터(9a) 및 아웃 히터(9b)의 출력 변화를 나타낸다.
또한 이 경우, 제4 보조 히터(118d) 및 제5 보조 히터(118e)의 출력은, 제3 보조 히터(118c)의 출력과 동일하다고 할 수 있고, 그 출력 변화는 E1으로 할 수 있다. 따라서, 제3 보조 히터(118c)만을 이용하여 설명을 행하는 것으로 하고, 이 경우 동일한 출력 변화(E1)가 되는 제4 보조 히터(118d) 및 제5 보조 히터(118e)에 대한 출력의 설명은 생략한다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서는, 시간(t2)에서 제2 보조 히터(118b)와 제3 보조 히터(118c)의 출력을 온으로 한다. 한편, 제1 보조 히터(118a), 인 히터(9a) 및 아웃 히터(9b)의 각 출력은 오프인 채로 한다.
또한, 시간(t2)에서의 제3 보조 히터(118c)의 출력을 제2 보조 히터(118b)의 출력보다 크게 한다. 챔버(1)의 온도 저하를 억제하기 위해서는, 이들 히터의 출력을 가능한 한 크게 하는 것이 바람직하다. 그러나, 출력이 너무 크면 기판(7)의 온도 저하를 방해할 우려가 있다. 따라서, 기판(7)으로부터 먼 위치에 있는 제3 보조 히터(118c)의 출력을 예를 들면 최대 출력의 70%로 하고, 제2 보조 히터(118b)의 출력을 예를 들면 최대 출력의 30%로 한다. 이에 의해, 기판(7)의 온도 저하를 방해하지 않고, 챔버(1)의 온도 저하를 억제하는 것이 가능해진다.
도 6의 시간(t3)에서 온도 측정부(400)에 의한 측정 온도가 T2에 도달하면, 성막 처리 후의 기판(7)은 챔버(1)의 외부로 반출된다. 본 실시예에서는, 시간(t3)의 후인 시간(t4)에서, 제2 보조 히터(118b)의 출력을 예를 들면 최대 출력의 50%로 높인다. 그러면, 챔버(1) 내의 온도는 전체적으로 상승으로 전환되기 때문에, 도 6에 나타낸 바와 같이, 온도 측정부(400)에 의한 측정 온도는 상승하게 된다. 또한 시간(t4)은, 기판(7)의 반출 작업 중의 시간이어도 되고, 이어서 성막 처리가 행해질 기판(7)의 반입 작업 중의 시간이어도 된다.
새롭게 성막 처리를 행할 기판(7)이 서셉터(8) 상에 재치되고, 기판 반송 로봇(332)이 챔버(1)로부터 퇴출할 때까지는, 챔버(1) 내의 온도를 T1 이하로 유지할 필요가 있다. 따라서, 그 때까지는 제1 보조 히터(118a), 인 히터(9a) 및 아웃 히터(9b)의 출력을 오프로 하고, 제3 보조 히터(118c)와 제2 보조 히터(118b)의 출력을 조정하여, 온도 측정부(400)에 의한 측정 결과가 T1 이하가 되도록 한다.
새롭게 반입한 기판(7)이 서셉터(8) 상에 재치되고, 기판 반송 로봇(332)이 챔버(1)로부터 퇴출한 후에는, 제2 보조 히터(118b)와 제3 보조 히터(118c)를 최대 출력(100%)으로 한다. 또한 제1 보조 히터(118a), 인 히터(9a) 및 아웃 히터(9b)의 출력을 온으로 한다. 여기서, 기판(7)은 가능한 한 빠르게 성막 온도(Tep)에 도달하는 것이 바람직하므로, 이들 출력의 크기는 처음부터 최대 출력(100%)으로 한다.
모든 히터의 출력을 100%로 하는 타이밍(시간(t5))은, 온도 측정부(400)에 의한 측정 결과에 의해 결정할 수 있다. 예를 들면, 기판(7)이 서셉터(8) 상에 재치되고, 기판 반송 로봇(332)이 챔버(1)로부터 퇴출한 후, 지체없이 온도 측정부(400)에서의 측정 온도가 T1에 도달하도록 하면, 온도 측정부(400)에서의 측정 결과가 T1이 된 시점에서, 각 히터의 출력을 100%로 할 수 있다. 구체적으로, 다음과 같이 하여 행할 수 있다.
상술한 바와 같이, 시간(t4)에서 제2 보조 히터(118b)의 출력을 높이면, 챔버(1) 내의 온도는 상승한다. 이 때, 제2 보조 히터(118b)와 제3 보조 히터(118c)의 출력을 조정하여,
t' ≥ t'' (1)
의 관계가 성립하도록 한다.
식(1)에서, t'는 온도 측정부(400)에서의 측정 온도가 T1이 될 때까지의 시간(t5)이다. 또한 t''는, 기판(7)이 서셉터(8) 상에 재치되고, 기판 반송 로봇(332)이 챔버(1)로부터 퇴출하는데 필요한 시간이다.
성막 장치의 스루풋을 향상시키는 점에서는, t'와 t''의 차가 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 여기서 t'는, 제2 보조 히터(118b)와 제3 보조 히터(118c)의 각 출력을 조정함으로써 변경할 수 있다. 예를 들면, 시간(t4)의 후에 제2 보조 히터(18b)의 출력을 더 세밀하게 높이거나, 제3 보조 히터(118c)의 출력도 단계적으로 높이면, t'를 단축할 수 있다. 따라서, t''와의 차가 클 경우에는, 이 방법으로 t''에 근접시키는 것이 가능하다.
식(1)의 관계가 성립할 때, 온도 측정부(400)에서의 온도가 T1이 되면, 출력 제어부(402 ~ 406)로 신호가 보내진다. 출력 제어부(402)는 인 히터(9a)의 출력을 온으로 하고, 또한 도 7의 E3에 나타낸 바와 같이, 그 크기가 최대 출력(100%)이 되도록 한다. 마찬가지로, 출력 제어부(403)는 아웃 히터(9b)를, 출력 제어부(404)는 제1 보조 히터(18a)의 출력을 각각 온으로 하고, 또한 각 출력이 최대(100%)가 되도록 한다. 또한 출력 제어부(405)는, 도 7의 E2에 나타낸 바와 같이, 제2 보조 히터(118b)가 최대 출력(100%)이 되도록 제어한다. 또한 출력 제어부(406)는, 도 7의 E1에 나타낸 바와 같이, 제3 보조 히터(118c)가 최대 출력(100%)이 되도록 제어한다.
모든 히터의 출력을 최대 출력(100%)으로 함으로써, 챔버(1) 내의 온도는 급속히 상승하게 된다. 즉 도 6에 나타낸 바와 같이, 온도(T1)에 도달한 시간(t5) 이후의 온도의 상승률은 그 이전에 비해 커진다. 그리고 성막 온도(Tep)에 도달하면, 도 2의 공급부(5)로부터 반응 가스(4)를 도입하여, 기판(7) 상에 기상 성장막을 형성한다.
이와 같이, 본 실시예의 성막 장치(101)에 의하면, 챔버(1) 내의 온도에 따라, 각 히터의 출력을 온으로 하는 타이밍과 출력의 크기를 변경할 수 있다. 이에 의해, 챔버(1) 내의 온도가, 기판(7)을 챔버(1)로부터 반출할 수 있는 온도의 상한(T2)으로부터 크게 저하되는 것을 억제할 수 있으므로, 성막 처리를 종료하고 나서 다음의 성막 처리를 행할 때까지의 시간을 최소한으로 하여 스루풋을 향상시키는 것이 가능해진다. 일례로서, T1을 1000℃, T2를 900℃로 하여 온도 제어함으로써, 성막 온도 1600℃의 성막 처리를 종료하고 나서 다음의 성막 처리를 행하는 시간을 현저하게 단축할 수 있어 스루풋을 향상시킬 수 있다.
또한 본 실시예에서, 보조 히터(118)를 구성하는 히터의 수는 적절히 변경할 수 있다. 예를 들면, 주 히터(9)를 보조하는 히터는 2 개 이상이어도 된다. 또한, 제2 보조 히터(118b) ~ 제5 보조 히터(118e)에 대응하는 히터는 더 많이 있어도 된다. 보조 히터의 수가 몇 개든, 각 히터를 이것을 지지하는 지지부를 통하여 각각 독립적으로 온도 제어할 수 있도록 한다. 히터의 수를 증가시킴으로써, 챔버(1) 내의 온도를 보다 미묘하게 조정할 수 있도록 되므로, 온도가 필요 이상으로 저하되는 것을 억제하는 것이 용이해진다.
또한 본 실시예의 상술한 각 예에서, 보조 히터는 저항 가열형 히터 또는 고주파 유도 가열형의 히터로 구성되어 있는데, 본 실시예의 보조 히터는, 저항 가열형 히터와 고주파 유도 가열형의 히터를 조합하여 구성하는 것도 가능하다. 또한, 새롭게 반입한 기판이 서셉터 상에 재치되고, 기판 반송 로봇이 챔버로부터 퇴출한 후에 보조 히터를 최대 출력으로 한다고 되어 있지만, 기판 반송 로봇이 퇴출한 것을 나타내는 신호를 받은 후, 히터의 출력을 높이는 제어를 행하는 것이어도 된다. 이 신호는, 예를 들면 도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 기판 반송 로봇이 퇴출한 것을 나타내는 위치 센서 또는 트랜스퍼 챔버와 성막 처리가 행해지는 챔버와의 사이에 있는 도어가 닫힌 것을 나타내는 센서(340)를 설치함으로써 가능해진다. 이에 의해, 스루풋의 향상을 안전하게 행하는 것이 가능해진다.
실시예 2.
본 실시예의 성막 방법은, 성막실의 내부로 반응 가스를 공급하고, 기판을 복수의 히터로 가열하면서 이 기판 상에 소정의 막을 형성한 후, 복수의 히터의 모든 출력을 오프로 하고, 성막실의 내부의 온도가 T1 이하가 되면, 복수의 히터 중의 일부의 히터의 출력을 온으로 하고, 또한 기판 반송부를 성막실의 내부로 도입하고, 성막실의 내부의 온도가 T2(단, T1 > T2) 이하가 되면, 기판 반송부에 의해 기판을 성막실의 외부로 반출하고, 이어서 기판 반송부에 의해 다른 기판을 성막실의 내부로 반송하고 나서, 나머지의 히터의 출력을 온으로 하는 것을 특징으로 한다.
도 8은, 본 실시예에서의 성막 방법의 순서도이다. 이 성막 방법은, 실시예 1에서 설명한 성막 장치(101)를 이용하여 실시된다. 이하에서는, 도 2 및 도 4 ~ 도 8을 참조하여, 본 실시예에 따른 Si 또는 SiC 기상 성장막의 성막 방법에 대하여 기술한다. 또한 본 실시예의 성막 방법은, 다른 기상 성장막에 적용하는 것도 가능하다.
기판(7)으로서는, 예를 들면 SiC 웨이퍼 또는 Si 웨이퍼를 이용할 수 있다. 혹은, SiO2(석영) 웨이퍼 등의 다른 절연성 기판, 또는 GaAs(갈륨 비소) 웨이퍼 등의 고저항의 반절연성 기판 등을 이용하는 것도 가능하다.
우선, 챔버(1) 내로 기판을 반입하고, 서셉터(8) 상에 재치한다.
이어서, 챔버(1)의 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 통하여 회전통(17)을 회전시키면, 서셉터(8)가 회전하고, 동시에 기판(7)도 회전한다. 회전수는, 예를 들면 50 rpm 정도로 할 수 있다.
본 실시예에서는, 주 히터(9)와 보조 히터(118)에 의해 기판(7)을 가열한다. Si 기상 성장 반응에서는, 기판(7)을, Si 기상 성장에서는 1000℃ 이상, SiC 기상 성장에서는 1500℃ 이상으로 가열하는 것이 필요하게 된다. 히터의 각 설정 온도는, 아웃 히터(9b)가 인 히터(9a)보다 높아지도록 하고, 또한 제1 보조 히터(118a), 제2 보조 히터(118b), 제3 보조 히터(118c), 제4 보조 히터(118d), 제5 보조 히터(118e)의 순으로 낮아지도록 하는 것이 바람직하다.
또한 기판(7)의 가열 시에는, 챔버(1)의 벽에 형성한 유로(3)에 냉각수를 흘림으로써, 챔버(1)가 과도하게 승온하는 것을 방지할 수 있다.
기판(7)이 소정의 온도에 도달한 후에는, 기판(7)의 회전수를 서서히 높인다. 예를 들면, 900 rpm 정도의 회전수까지 높일 수 있다. 또한, 공급부(5)로부터 반응 가스(4)를 도입한다.
반응 가스(4)로서는, Si를 성막할 시에는 트리클로로실란, SiC를 성막할 시에는 Si원으로서 모노실란, 디클로로실란, 트리클로로실란, 사염화규소 등, C원으로서 프로판, 에틸렌 등, 첨가 가스로서 HC1 등을 이용할 수 있고, 캐리어 가스로서의 수소 가스 혹은 아르곤 가스를 혼합한 상태로 공급부(5)로부터 도입된다.
반응 가스(4)는 샤워 플레이트(15)의 관통홀(15a)을 통하여, 기판(7)에의 성막 처리가 행해지는 공간(A)으로 유입된다. 샤워 플레이트(15)를 통과함으로써 반응 가스(4)는 정류되고, 하방에서 회전하는 기판(7)을 향해 대략 수직으로 하류하여, 이른바 종방향 플로우를 형성한다.
기판(7)의 표면에 도달한 반응 가스(4)는, 이 표면에서 열분해 반응 또는 수소 환원 반응을 일으켜 Si 기상 성장막 혹은 SiC 기상 성장막을 형성한다. 기상 성장 반응에 사용되지 않았던 반응 가스(4) 또는 기상 성장 반응에 의해 생성된 가스는, 챔버(1)의 하방에 설치된 배기부(6)를 통하여 외부로 배기된다.
상기한 바와 같이 하여 기판(7) 상에 Si 기상 성장막 혹은 SiC 기상 성장막을 형성할 수 있다. 기판(7)에의 성막 처리를 종료한 후에는, 새로운 기판(7)에 대한 성막 처리가 행해지는데, 그 사이의 처리는 도 8의 순서도에 따라 행해진다.
우선 도 8의 S1에 나타낸 바와 같이, 모든 히터, 즉 인 히터(9a), 아웃 히터(9b), 제1 보조 히터(118a), 제2 보조 히터(118b), 제3 보조 히터(118c), 제4 보조 히터(118d) 및 제5 보조 히터(118e)를 오프로 한다.
이어서, 챔버(1) 내의 온도(T)를 측정한다(S2). 여기서, 온도(T)는 서셉터(8)의 온도로 할 수 있다. 또한 측정은, 방사 온도계(24a 및 24b) 중 적어도 일방을 이용하여 행한다.
S3에서, 챔버(1) 내의 온도(T)가, 기판 반송 로봇(332)이 동작 가능한 온도의 상한(T1) 이하인지 여부를 판정한다. T > T1일 경우에는, S2로 돌아와 측정을 계속한다. 한편 T ≤ T1이면, S4로 진행하여 기판 반송 로봇(332)을 챔버(1) 내로 도입한다.
기판 반송 로봇(332)의 제어는, 도 5에 나타낸 바와 같이 기판 반송 로봇 제어부(401)에 의해 행한다. 여기서, 도 5의 온도 측정부(400)는 방사 온도계(24a, 24b)에 의한 온도 측정을 행할 뿐 아니라, 도 8에 나타낸 각종 판정(S3, S6, S13)을 행하는 기능도 구비하고 있다. 온도 측정부(400)에서 T ≤ T1이라고 판정되면, 그 취지의 신호가 기판 반송 로봇 제어부(401)로 송신된다. 그러면, 기판 반송 로봇 제어부(401)는 기판 반송 로봇(332)을 제어하여 챔버(1) 내로 도입한다.
이어서, S5에서 챔버(1) 내의 온도(T)을 S2와 마찬가지로 하여 측정한다. 이어서 S6에서, 챔버(1) 내의 온도(T)가, 기판(7)을 챔버(1)로부터 반출할 수 있는 온도의 상한(T2) 이하인지 여부를 판정한다. T > T2일 경우에는, S5로 돌아와 측정을 계속한다. 한편 T ≤ T2이면, S7로 진행하여 기판(7)을 챔버(1)로부터 반출하고, 또한 제2 보조 히터(118b), 제3 보조 히터(118c), 제4 보조 히터(118d) 및 제5 보조 히터(118e)의 각 출력을 온으로 한다. 이 동작은, 도 5에 나타낸 출력 제어부(405, 406, 407, 408)를 통하여 행한다. 즉, 온도 측정부(400)에서 T ≤ T2라고 판정되면, 그 취지의 신호가 출력 제어부(405, 406, 407, 408)로 보내진다. 그러면 이들은, 각각 제2 보조 히터(118b), 제3 보조 히터(118c), 제4 보조 히터(118d) 및 제5 보조 히터(118e)의 출력을 온으로 한다. 또한 출력 제어부(405, 406, 407, 408)는, 대응하는 히터의 출력값을 도 7의 차트에 나타낸 바와 같이 제어할 수 있다. 예를 들면 출력 제어부(406, 407, 408)는, 각각 대응하는 제3 보조 히터(118c), 제4 보조 히터(118d) 및 제5 보조 히터(118e)의 출력값을 도 7의 차트의 E1에 나타낸 바와 같이 제어할 수 있다.
기판(7)의 챔버(1)로부터의 반출은, 실시예 1에서 기술한 것과 동일하다. 즉, 도시되지 않은 승강 핀에 의해 기판(7)을 하방으로부터 지지하고, 인상하여 서셉터(8)로부터 분리한다. 이대로 승강 핀을 상승시킨 후, 기판 반송 로봇(332)으로 기판(7)을 전달한다.
기판 반송 로봇(332)으로 전달된 기판(7)은, 챔버(1)로부터 취출되고, 도 4의 트랜스퍼 챔버(330)를 거쳐 로드록 챔버(320)로 반송된다. 이어서, 기판 반송 로봇(350)에 의해, 카세트 스테이지(312)에 배치된 카세트에 세트된다.
이 후, 이어서 성막 처리를 행할 기판(7)을 카세트 스테이지(310)로부터 취출하고, 기판 반송 로봇(350)에 의해 로드록 챔버(320)로 반송한다. 이어서, 기판 반송 로봇(332)에 의해, 로드록 챔버(320)로부터 트랜스퍼 챔버(330)로 기판(7)을 반송하고, 또한 성막 처리가 행해지는 챔버(1)의 내부로 반입한다(S8).
본 실시예에서는, 제2 보조 히터(118b) ~ 제5 보조 히터(118e)의 출력을 단계적으로 높이는 것이 바람직하다. 또한 이 경우, 제2 보조 히터(118b)의 출력은 제3 보조 히터(118c)의 출력보다 낮은 값으로부터 높이는 것이 바람직하다. 제3 보조 히터(118c)의 출력은 제4 보조 히터(118d)의 출력보다 낮은 값으로부터 높이는 것이 바람직하다. 제4 보조 히터(118d)의 출력은 제5 보조 히터(118e)의 출력보다 낮은 값으로부터 높이는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는, 이어서 성막 처리를 행할 기판(7)의 챔버(1)로의 반송을 개시한 후, 제2 보조 히터(118b)의 출력을 도 6에 나타낸 바와 같이 높인다(S9). 이에 의해, 챔버(1) 내의 온도 변화를 상승으로 전환시킬 수 있다.
이어서, 서셉터(8) 상에 기판(7)을 재치하고, 기판 반송 로봇(332)을 챔버(1)로부터 퇴출시킨다(S10). 이 후 S11에서, 제2 보조 히터(118b) ~ 제5 보조 히터(118e)를 최대 출력(100%)으로 한다. 또한 제1 보조 히터(118a), 인 히터(9a) 및 아웃 히터(9b)의 출력을 온으로 한다. 이들의 출력의 크기는, 처음부터 최대 출력(100%)으로 한다.
S12에서, 챔버(1) 내의 온도(T)을 S2 및 S5와 마찬가지로 하여 측정하고, S13에서, 온도(T)가 성막 온도(Tep) 이상인지 여부를 판정한다. T < Tep일 경우에는, S12로 돌아와 측정을 계속한다. 한편 T ≥ Tep일 경우에는, S14로 진행하여 챔버(1) 내로 반응 가스(4)를 도입한다. 이에 의해, 기판(7) 상에 Si 기상 성장막이 형성된다.
본 실시예에 따르면, 챔버(1) 내의 온도에 따라, 각 히터의 출력을 온으로 하는 타이밍과 출력의 크기를 변경하므로, 챔버(1) 내의 온도가, 기판(7)을 챔버(1)로부터 반출할 수 있는 온도의 상한(T2)으로부터 크게 저하되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 성막 처리를 종료하고 나서 다음의 성막 처리를 행할 때까지의 시간을 최소한으로 하여 스루풋을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한 도 8에서는, S2, S5 및 S12에서 챔버(1) 내의 온도를 측정했지만, 본 실시예에서는, S1 ~ S14의 각 공정과 병행하여 항상 온도 측정을 행하고, S3, S6 및 S13에서 각 측정 결과에 기초하는 판정을 행하도록 해도 된다.
도 9는 본 실시예의 비교예이며, 온도 측정부(400)에 의한 측정 결과의 시간에 따른 변화를 모식적으로 나타낸 것이다. 도 9에서, 온도(Tep)는 성막 온도이며, 온도(T2)는 기판(7)을 챔버(1)로부터 반출할 수 있는 온도의 상한이다. 또한, 시간(t1')은 성막 처리의 종료 시간이며, 시간(t3')은 온도(T2)에 도달하는 시간이다.
도 9의 예에서는, 시간(t1')에서 모든 히터, 즉 인 히터(9a), 아웃 히터(9b), 제1 보조 히터(118a), 제2 보조 히터(118b), 제3 보조 히터(118c), 제4 보조 히터(118d), 제5 보조 히터(118e)의 출력을 오프로 한다. 그리고, 챔버(1) 내의 온도가 T2까지 저하되면, 성막 처리 후의 기판(7)을 챔버(1)로부터 반출하고, 대신에 이어서 성막 처리를 행할 기판(7)을 챔버(1) 내로 반입한다. 이어서, 서셉터(8) 상에 기판(7)을 재치하고, 기판 반송 로봇(332)을 챔버(1) 밖으로 퇴출시킨 후, 시간(t5')에서 모든 히터의 출력을 온으로 한다. 이 때의 출력의 크기는 최대(100%)로 한다. 시간(t6')에서 챔버(1) 내의 온도가 성막 온도(Tep)에 도달하면, 챔버(1) 내로 반응 가스(4)를 도입하여, 기판(7) 상에 기상 성장막을 형성한다.
상기한 바와 같이, 출력을 온으로 하는 타이밍을 모든 히터에서 동일하게 하면, 시간(t5')까지 온도는 강하의 일로를 걷게 된다. 이 때문에, 시간(t5')에서의 챔버(1) 내의 온도는 온도(T2)로부터 크게 저하되어 있고, 이를 성막 온도(Tep)까지 높이기 위해서는 장시간을 필요로 한다.
한편 본 실시예와 같이, 출력을 온으로 하는 타이밍을 히터에 따라 변경하여, 도 9의 예보다 이른 시간에 일부의 히터의 출력을 온으로 함으로써, 챔버(1) 내의 온도 저하를 도 9의 예보다 억제할 수 있다. 또한, 기판(7)의 반출입의 상황에 맞추어 히터의 출력값을 변경하면, 상기한 온도 저하를 한층 억제할 수 있다. 즉 본 실시예에 따르면, 도 9의 예보다, 성막 처리를 종료하고 나서 다음의 성막 처리를 행할 때까지의 시간을 단축하여 스루풋의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.
본 발명의 특징과 이점은 다음과 같이 정리된다.
본 발명에 따르면, 출력 제어부가, 기판에의 성막 처리가 종료되면 복수의 가열 수단 중 적어도 1 개의 출력을 오프 혹은 저하시키고, 온도 측정부에서 측정된 온도가, 기판 반송부가 성막실의 내부에서 동작 가능한 온도가 되면, 그 출력을 오프 혹은 저하시킨 가열 수단의 적어도 1 개의 출력을 온 혹은 상승시키고, 기판 반송부에 의해 성막 처리를 종료한 기판이 성막실로부터 반출되도록 동작하므로, 성막 처리를 종료하고 나서 다음의 성막 처리를 행할 때까지의 시간을 최소한으로 하여 스루풋을 향상시킬 수 있는 탄화규소의 성막 장치가 제공된다.
본 발명은, 상기한 각 실시예에 제한되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다. 예를 들면 상기한 각 실시예에서는, 기판을 회전시키면서 기판 상에 막을 형성하는 예에 대하여 기술했지만, 본 발명에서는, 기판을 회전시키지 않은 상태에서 막을 형성해도 된다.
또한 상기 각 실시예에서는, 성막 장치의 일례로서 기상 성장 장치를 들었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 성막실 내로 반응 가스를 공급하고, 성막실 내에 재치되는 기판을 가열하여 기판의 표면에 막을 형성하고, 또한 이 기판을 반출입하는 것이면, 다른 성막 장치여도 된다.
또한, 장치의 구성 또는 제어의 방법 등 본 발명에 직접 필요로 하지 않는 부분 등에 대해서는 기재를 생략했지만, 필요로 하는 장치의 구성 또는 제어의 방법 등을 적절히 선택하여 이용할 수 있다.
이 외에, 본 발명의 요소를 구비하고, 당업자가 적절히 설계 변경할 수 있는 모든 성막 장치 및 각 부재의 형상은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (15)

  1. 반응 가스가 공급되어 성막 처리가 행해지는 성막실과,
    상기 성막실의 내부의 온도를 측정하는 온도 측정부와,
    상기 성막실의 내부에 배치되는 복수의 가열 수단과,
    상기 복수의 가열 수단의 각 출력을 독립하여 제어하는 출력 제어부와,
    상기 성막실의 내부로, 탄화규소의 성막 처리가 행해지는 기판을 반출입하는 기판 반송부와,
    상기 기판이 재치되는 서셉터를 가지고,
    상기 출력 제어부는, 상기 기판에의 성막 처리가 종료되면 상기 복수의 가열 수단 중 적어도 1 개의 출력을 오프 혹은 저하시키고,
    상기 온도 측정부에서 측정된 온도가, 상기 기판 반송부가 상기 성막실의 내부에서 동작 가능한 온도가 되면, 상기 출력을 오프 혹은 저하시킨 가열 수단 중 적어도 1 개의 출력을 온 혹은 상승시키고,
    상기 기판 반송부에 의해, 상기 성막 처리를 종료한 기판이 상기 성막실로부터 반출되는 것을 특징으로 하는 탄화규소의 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 가열 수단은, 상기 서셉터의 하방에 배치되는 제1 가열 수단과,
    상기 서셉터의 상방에 배치되는 제2 가열 수단을 가지고,
    상기 출력 제어부는, 상기 기판에의 성막 처리가 종료되면, 상기 제1 가열 수단의 출력을 오프 혹은 출력을 저하시키는 것을 특징으로 하는 탄화규소의 성막 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 가열 수단은, 상기 서셉터의 하방에 배치되는 제1 가열 수단과,
    상기 서셉터의 상방에 배치되고, 수직 방향으로 배열되는 복수의 가열 수단에 의해 구성되는 제2 가열 수단을 가지고,
    상기 출력 제어부는, 상기 기판에의 성막 처리가 종료되면, 적어도 1 개의 상기 제2 가열 수단의 출력을 오프 혹은 저하시키는 것을 특징으로 하는 탄화규소의 성막 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 출력 제어부는, 상기 기판에의 성막 처리가 종료되면, 상기 제2 가열 수단을 구성하는 가열 수단 중에서, 상기 기판에 가장 가까운 위치에 있는 가열 수단의 출력을 오프 혹은 저하시키는 것을 특징으로 하는 탄화규소의 성막 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 온도 측정부에서 측정된 온도가, 상기 기판 반송부가 상기 성막실의 내부에서 동작 가능한 온도가 되면, 상기 제2 가열 수단을 구성하는 가열 수단 중에서, 상기 기판에 가장 먼 위치에 있는 가열 수단의 출력을 온 혹은 상승시키고,
    상기 기판 반송부에 의해, 상기 성막 처리를 종료한 기판이 상기 성막실로부터 반출되는 것을 특징으로 하는 탄화규소의 성막 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 성막 처리를 종료한 기판이 상기 성막실로부터 반출되는 것을 감지하는 센서를 가지고,
    상기 센서로부터의 신호를 받아 상기 출력 제어부는, 상기 복수의 가열 수단의 각 출력을 독립하여 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 탄화규소의 성막 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반응 가스는 모노실란, 디클로로실란, 트리클로로실란 및 사염화규소로 이루어지는 군으로부터 선택된 1 종 이상과, 프로판 및 에틸렌으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1 종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 탄화규소의 성막 장치.
  8. 성막실의 내부로 반응 가스를 공급하고, 기판을 복수의 가열 수단으로 가열하면서 상기 기판 상에 탄화규소의 막을 형성한 후, 상기 복수의 가열 수단 중 적어도 1 개의 출력을 오프 혹은 저하시키고, 상기 성막실의 내부의 온도가 제1 온도 이하가 되면, 상기 출력을 오프 혹은 저하시킨 가열 수단 중 적어도 1 개의 출력을 온 혹은 상승시키고, 또한 기판 반송부를 상기 성막실의 내부로 도입하고, 상기 성막실의 내부의 온도가 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도 이하가 되면, 상기 기판 반송부에 의해 상기 기판을 상기 성막실의 외부로 반출하고, 이어서 상기 기판 반송부에 의해 다른 기판을 상기 성막실의 내부로 반송하고 나서, 나머지의 상기 가열 수단의 출력을 온 혹은 상승시키는 것을 특징으로 하는 탄화규소의 성막 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 가열 수단은, 상기 기판이 재치되는 서셉터의 하방에 배치되는 제1 가열 수단과,
    상기 서셉터의 상방에 배치되는 제2 가열 수단을 가지고,
    상기 기판에의 성막 처리가 종료되면, 상기 제1 가열 수단의 출력을 오프 혹은 출력을 저하시키는 것을 특징으로 하는 탄화규소의 성막 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 가열 수단은, 상기 기판이 재치되는 서셉터의 하방에 배치되는 제1 가열 수단과,
    상기 서셉터의 상방에 배치되고, 수직 방향으로 배열되는 복수의 가열 수단에 의해 구성되는 제2 가열 수단을 가지고,
    상기 기판에의 성막 처리가 종료되면, 적어도 1 개의 상기 제2 가열 수단의 출력을 오프 혹은 저하시키는 것을 특징으로 하는 탄화규소의 성막 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 기판에의 성막 처리가 종료되면, 상기 제2 가열 수단을 구성하는 가열 수단중에서, 상기 기판에 가장 가까운 위치에 있는 가열 수단의 출력을 오프 혹은 저하시키는 것을 특징으로 하는 탄화규소의 성막 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 성막실의 내부의 온도가 상기 제2 온도 이하가 되면, 상기 제2 가열 수단을 구성하는 가열 수단 중에서, 상기 기판에 가장 먼 위치에 있는 가열 수단의 출력을 온 혹은 상승시키고,
    상기 기판 반송부에 의해, 상기 성막 처리를 종료한 기판이 상기 성막실로부터 반출되는 것을 특징으로 하는 탄화규소의 성막 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 기판 상에 탄화규소의 막을 형성한 후, 복수의 가열 수단의 모든 출력을 오프 혹은 저하시키는 것을 특징으로 하는 탄화규소의 성막 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 성막실로의 상기 기판의 반입 및 반출을 감지하는 센서를 이용하고,
    상기 센서로부터의 신호를 받아, 상기 나머지의 가열 수단의 출력을 온 혹은 상승시키는 것을 특징으로 하는 탄화규소의 성막 방법.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 반응 가스는 모노실란, 디클로로실란, 트리클로로실란 및 사염화규소로 이루어지는 군으로부터 선택된 1 종 이상과, 프로판 및 에틸렌으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1 종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 탄화규소의 성막 방법
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5698043B2 (ja) * 2010-08-04 2015-04-08 株式会社ニューフレアテクノロジー 半導体製造装置
JP5732284B2 (ja) * 2010-08-27 2015-06-10 株式会社ニューフレアテクノロジー 成膜装置および成膜方法
JP6026333B2 (ja) * 2013-03-25 2016-11-16 株式会社ニューフレアテクノロジー 成膜装置および成膜方法
JP6158025B2 (ja) * 2013-10-02 2017-07-05 株式会社ニューフレアテクノロジー 成膜装置及び成膜方法
KR101585924B1 (ko) * 2014-02-04 2016-01-18 국방과학연구소 탄화규소 써멀 화학기상증착장치의 가스반응로
JP6247566B2 (ja) * 2014-02-28 2017-12-13 東洋炭素株式会社 加熱処理容器、加熱処理容器集合体、及び、半導体素子製造装置
JP6478872B2 (ja) 2015-08-21 2019-03-06 東京エレクトロン株式会社 成膜装置
JP2019007048A (ja) * 2017-06-23 2019-01-17 トヨタ自動車株式会社 成膜装置
JP6792083B2 (ja) 2017-09-01 2020-11-25 株式会社ニューフレアテクノロジー 気相成長装置、及び、気相成長方法
JP6878212B2 (ja) * 2017-09-07 2021-05-26 昭和電工株式会社 サセプタ、ｃｖｄ装置及びエピタキシャルウェハの製造方法
CN214848503U (zh) * 2018-08-29 2021-11-23 应用材料公司 注入器设备、基板处理设备及在机器可读介质中实现的结构
KR20220129598A (ko) * 2020-01-22 2022-09-23 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 Oled 층 두께 및 도펀트 농도의 인-라인 모니터링

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4874464A (en) * 1988-03-14 1989-10-17 Epsilon Limited Partnership Process for epitaxial deposition of silicon
JP3406069B2 (ja) * 1994-06-30 2003-05-12 株式会社日立国際電気 半導体製造装置
JPH11238674A (ja) * 1998-02-23 1999-08-31 Tokyo Electron Ltd 熱処理装置
US6610968B1 (en) * 2000-09-27 2003-08-26 Axcelis Technologies System and method for controlling movement of a workpiece in a thermal processing system
WO2006095752A1 (ja) * 2005-03-08 2006-09-14 Hitachi Kokusai Electric Inc. 半導体装置の製造方法および基板処理装置
JP4464979B2 (ja) * 2007-03-05 2010-05-19 東京エレクトロン株式会社 処理システム、処理方法、及び、プログラム
JP2009135230A (ja) * 2007-11-29 2009-06-18 Nuflare Technology Inc 気相成長膜形成装置および気相成長膜形成方法
JP5197030B2 (ja) * 2008-01-16 2013-05-15 株式会社東芝 エピタキシャルウェーハの製造装置及び製造方法
JP5217663B2 (ja) * 2008-06-11 2013-06-19 東京エレクトロン株式会社 被処理体の熱処理装置及び熱処理方法
JP5275935B2 (ja) * 2009-07-15 2013-08-28 株式会社ニューフレアテクノロジー 半導体製造装置および半導体製造方法
JP5481224B2 (ja) * 2010-02-19 2014-04-23 株式会社ニューフレアテクノロジー 成膜装置および成膜方法

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