KR20150119809A - 서셉터 처리 방법 및 서셉터 처리용 플레이트 - Google Patents

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Abstract

본 실시 형태에 따른 서셉터 처리 방법은, 성막실 내에 설치된 서셉터 상에 플레이트를 재치하고, 서셉터의 하방에 설치된 주히터 및 성막실의 상부에 설치된 보조 히터를 이용하여, 플레이트보다 서셉터가 고온이 되도록 가열하고, 서셉터의 표면에 형성되어 있던 SiC막을 승화시켜 플레이트에 부착시키고, SiC가 부착된 플레이트를 성막실로부터 반출한다.

Description

서셉터 처리 방법 및 서셉터 처리용 플레이트{SUSCEPTOR PROCESSING METHOD AND PLATE FOR PROCESSING SUSCEPTOR}
본 발명의 실시 형태는 서셉터 처리 방법 및 서셉터 처리용 플레이트에 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 제조 공정에서는, 웨이퍼 등의 기판에 단결정 박막을 기상 성장시켜 성막하는 에피택셜 성장 기술이 이용된다.
에피택셜 성장 기술에 사용되는 성막 장치에서는, 상압 또는 감압으로 유지된 성막실의 내부에, 예를 들면 웨이퍼를 재치(載置)한다. 그리고, 이 웨이퍼를 가열하면서 성막실 내로, 성막을 위한 원료가 되는 가스(이하, 단순히 원료 가스라고도 함)를 공급한다. 그러면, 웨이퍼의 표면에서 원료 가스의 열분해 반응 및 수소 환원 반응이 일어나, 웨이퍼 상에 에피택셜막이 성막된다.
막 두께가 큰 에피택셜 웨이퍼를 높은 수율로 제조하기 위해서는, 균일하게 가열된 웨이퍼의 표면에 새로운 원료 가스를 차례차례 접촉시켜, 기상 성장의 속도를 향상시킬 필요가 있다. 따라서, 웨이퍼를 고속 회전시키면서 에피택셜 성장시키는 것이 행해지고 있다.
종래의 SiC 에피택셜 장치에서는, 웨이퍼 상뿐 아니라, 웨이퍼를 보지(保持)하는 서셉터의 표면에도 SiC막이 퇴적되고 있었다. 표면에 SiC막이 퇴적된 서셉터는, 표면부와 이면부의 열 팽창율의 차이에 의해 변형되기 때문에, 웨이퍼를 안정적으로 보지할 수 없어, 고속 회전할 수 없다.
이와 같이 서셉터에 부착된 SiC막, 특히 SiC 이외의 재질로 구성되는 서셉터에 부착된 SiC막은 박리되기 쉬워, HCl 등을 이용하여 박리할 수 있다. 그러나, 서셉터뿐 아니라 챔버 내벽에 부착된 SiC막, 또는 성막실 내의 SiC 부품, SiC를 피복한 부품의 SiC도 박리되고, 박리된 SiC막이 파티클원이 된다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은, 서셉터에 부착된 SiC를 제거하고, 또한 제거한 SiC가 파티클원이 되는 것을 방지할 수 있는 서셉터 처리 방법 및 서셉터 처리용 플레이트를 제공한다.
본 발명의 일태양에 따른 서셉터 처리 방법은, 성막실 내에 설치된 서셉터 상에 플레이트를 재치하고, 이 서셉터의 하방에 설치된 주히터 및 상기 성막실의 상부에 설치된 보조 히터를 이용하여, 플레이트보다 서셉터가 고온이 되도록 가열하고, 서셉터의 표면에 형성되어 있던 SiC막을 승화시켜 상기 플레이트에 부착시키고, SiC가 부착된 플레이트를 성막실로부터 반출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일태양에 따른 서셉터 처리용 플레이트는, 성막실 내의 서셉터의 표면에 형성된 SiC막을 제거하는 서셉터 처리용 플레이트로서, 카본, SiC, 또는 SiC를 피복한 카본을 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 성막 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 성막 시의 서셉터 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 서셉터 처리용 플레이트의 단면도이다.
도 4는 변형예에 따른 서셉터 처리용 플레이트의 단면도이다.
도 5는 변형예에 따른 서셉터 처리용 플레이트의 단면도이다.
도 6은 변형예에 따른 서셉터 처리용 플레이트의 단면도이다.
도 7은 변형예에 따른 서셉터 처리용 플레이트의 단면도이다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 성막 장치의 개략 구성도이다. 성막 처리의 대상인 시료로서, SiC로 이루어지는 기판(101)이 이용된다. 도 1에서는, 서셉터(102)에 기판(101)을 재치한 상태를 나타내고 있다. 그리고, 서셉터(102) 상에 재치된 기판(101) 상에, SiC 에피택셜막을 형성하기 위한 원료가 되는 복수 종류의 가스(프로세스 가스)를 공급하고, 기판(101) 상에서 기상 성장 반응시켜 성막을 행한다.
성막 장치(100)는, 기판(101) 상에서 기상 성장을 시켜 SiC 에피택셜막의 성막을 행하는 성막실로서 챔버(103)를 가진다.
챔버(103)의 내부에 있어서, 서셉터(102)가, 회전부(104)의 상방에 설치되어 있다. 서셉터(102)는, 개구부를 가지고 구성된 링 형상을 가지는 외주 서셉터(102a)와, 외주 서셉터(102a)의 내측에 개구부를 차폐하도록 설치된 내부 서셉터(102b)를 가진다. 외주 서셉터(102b)의 내주측에는 스폿 페이싱이 형성되고, 이 스폿 페이싱 내에 기판(101)의 외주부를 수용하여 지지하는 구조를 가진다. 서셉터(102)는 SiC, TaC를 이용하여 구성되는 것이 바람직하다. 혹은, 카본의 표면에 TaC를 피복하여 서셉터(102)를 구성해도 된다.
또한, 서셉터(102)의 구조는 도 1에 나타낸 것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 내부 서셉터(102b)를 생략한 구성으로 해도 된다.
회전부(104)는 원통부(104a)와 회전축(104b)을 가지고 있다. 회전부(104)에서는, 원통부(104a)의 상부로 서셉터(102)를 지지하고 있다. 그리고, 회전축(104b)이 도시하지 않은 모터에 의해 회전함으로써, 원통부(104a)를 개재하여 서셉터(102)가 회전한다. 이렇게 하여, 서셉터(102) 상에 기판(101)이 재치된 경우, 그 기판(101)을 회전시킬 수 있다.
도 1에 있어서, 원통부(104a)는, 상부가 개구되는 구조를 가지며, 상부가 개방된 구조이다. 원통부(104a) 내에는 히터(주히터)(120)가 설치되어 있다. 히터(120)에는, 예를 들면 불순물이 도프된 카본(C)재로 구성되는 저항 가열 히터가 이용된다. 히터(120)는, 회전축(104b) 내에 설치된 대략 원통 형상의 석영제의 샤프트(108)의 내부를 통과하는 전극(도시하지 않음)에 의해 급전되고, 기판(101)을 그 이면으로부터 가열한다.
또한 원통부(104a) 내에는, 히터(120)에 의한 가열을 효율적으로 행하기 위하여, 히터(120)의 하방에 리플렉터(110)가 설치되어 있다. 리플렉터(110)는 카본, SiC, 또는 SiC를 피복한 카본 등의 내열성이 높은 재료를 이용하여 구성된다. 또한, 리플렉터(110)의 하방에는 단열재(111)가 설치되어 있어, 히터(120)로부터의 열이 샤프트(108) 등에 전달되는 것을 방지할 수 있어, 가열 시의 히터 전력을 억제할 수도 있다.
샤프트(108)의 내부에는, 기판 승강 수단으로서 승강 핀(도시하지 않음)이 배치되어 있다. 승강 핀의 하단은, 샤프트(108)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(101)을 챔버(103) 내로 반입할 때와 기판(101)을 챔버(103) 밖으로 반출할 때 사용된다. 승강 핀은 기판(101)을 하방으로부터 지지하고, 들어올린다. 그리고, 반송용 로봇(도시되지 않음)과의 사이에서 기판(101)의 전달을 할 수 있도록, 기판(101)을 회전부(104) 상방의 소정의 위치에서 보지하도록 동작한다.
또한 이 승강 핀은, 후술하는 플레이트(170)(도 3 참조)를 챔버(103) 내로 반입할 때 또는 챔버(103) 밖으로 반출할 때에도 사용된다.
챔버(103)의 하부에는, 가스를 배기하기 위한 가스 배기부(125)가 설치되어 있다. 가스 배기부(125)는, 조정 밸브(126) 및 진공 펌프(127)로 이루어지는 배기 기구(128)에 접속하고 있다. 배기 기구(128)는, 도시하지 않은 제어 기구에 의해 제어되어 챔버(103) 내를 소정의 압력으로 조정한다.
또한 챔버(103) 내에는, 성막 처리가 행해지는 성막 영역과, 챔버(103)의 측벽(내벽)(103a)을 구획하는 원통 형상의 라이너(130)가 설치되어 있다. 라이너(130)는, 카본 또는 SiC를 피복한 카본, SiC 등의 내열성이 높은 재료를 이용하여 구성된다.
라이너(130)와 측벽(103a)의 사이에는, 기판(101)을 상방으로부터 가열하는 보조 히터(131)가 설치되어 있다. 보조 히터(131)는 예를 들면 저항 가열형의 히터이다. 또한, 보조 히터(131)와 측벽(103a)의 사이에는 단열재(132)가 설치되어 있어, 보조 히터(131)로부터의 열이 챔버(103)에 전달되는 것을 방지한다. 이에 의해, 가열 시의 히터 전력을 억제할 수 있다.
성막 장치(100)의 챔버(103)의 상부에는, 열 효율을 높이기 위하여, 히터(120) 또는 보조 히터(131)로부터의 복사를 반사하는 리플렉터 유닛(RU1, RU2)이 설치되어 있다. 리플렉터 유닛(RU2)은 리플렉터 유닛(RU1)의 하방에 설치되어 있다.
리플렉터 유닛(RU1, RU2)은, 카본, SiC, 또는 SiC를 피복한 카본을 이용한 박판에 의해 구성되어 있다. 리플렉터 유닛(RU1, RU2)은 1 매의 박판으로 구성해도 되고, 복수 매의 박판을 적층해도 된다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 성막 장치(100)의 챔버(103)의 상부에는 가스 공급부(160)가 설치되어 있다. 가스 공급부(160)는, 가스 유로(가스 파이프)(161 ~ 163)를 거쳐, 성막 영역으로 퍼지 가스 또는 SiC 소스 가스 등의 프로세스 가스를 공급한다. 예를 들면, 가스 유로(161)를 거쳐 성막 영역으로 퍼지 가스로서의 아르곤 가스 또는 수소 가스가 공급된다. 또한, 가스 유로(162, 163)를 거쳐, 성막 영역으로 SiC 소스 가스로서 실란 가스 또는 프로판 가스가 공급된다. 도 1에서는, 각 가스에 대하여 1 개의 가스 유로가 설치되어 있지만, 복수의 가스 유로를 설치해도 된다.
또한, 챔버(103)의 상부에는 방사 온도계(도시하지 않음)가 설치되어, 기판(101)의 온도를 측정할 수 있다. 이 경우, 챔버(103)의 일부에 석영 글라스창을 형성하고, 석영 글라스창을 개재하여 방사 온도계로 기판(101)의 온도를 측정한다.
도 2는, 기판(101)이 재치된 서셉터(102)의 개략 구성도이다. 기판(101) 상에 SiC 에피택셜막을 형성할 경우, 기판(101) 상뿐 아니라 서셉터(102a)의 표면에도 SiC 에피택셜막이 형성된다.
이어서, 이러한 서셉터(102)의 표면에 형성된 SiC 에피택셜막을 제거하는 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 기판(101) 상에 SiC 에피택셜막을 형성한 후, 기판(101)을 챔버(103) 밖으로 반출한다.
이어서 도 3에 나타낸 바와 같이, 플레이트(170)를 챔버(103) 내로 반입하고, 서셉터(102) 상에 재치한다. 플레이트(170)는, 예를 들면 서셉터(102)와 동일한 정도의 크기를 가지고, 두께가 1 mm 정도의, 카본, SiC, SiC를 피복한 카본, 또는 TaC를 피복 한 카본에 의해 구성된다.
서셉터(102) 상에 플레이트(170)를 재치한 후, 챔버(103) 내의 온도를 1500 ~ 1700℃ 정도의 SiC가 승화되는 온도까지 가열한다. 이 때, 히터(120)의 출력을 크게 하고, 보조 히터(131)의 출력을 억제함으로써, 서셉터(102)의 온도가 플레이트(170)의 온도보다 높아지도록 한다. 예를 들면, 서셉터(102)의 온도가 플레이트(170)의 온도보다 30 ~ 100℃ 정도 높아지도록 한다. 이 때, 챔버(103) 내로는 수소 가스를 20 ~ 100 리터/분 정도 공급하고, 챔버(103) 내의 압력을 50 ~ 400 Torr 정도로 하는 것이 바람직하다.
SiC는 승화하면 저온의 물체에 부착(흡착)한다. 이 때문에, 서셉터(102)에 형성되어 있던 SiC막이 승화하면, 승화한 SiC는 플레이트(170)에 부착한다. 또한, 플레이트(170)에 접촉하고 있는 부분뿐 아니라, 플레이트(170)의 근방에 위치하는 SiC도 승화에 의해 플레이트(170)에 부착한다. 그 때문에, 외주 서셉터(102a)의 내주측에 형성되어 있던 SiC도 승화하여 플레이트(170)에 부착한다.
이에 의해, 서셉터(102)의 표면에 형성되어 있던 SiC막을 서셉터(102)로부터 제거할 수 있다.
이 후, 챔버(103) 내의 온도를 800℃ 정도까지 강온하고, 서셉터(102)로부터 제거된 SiC가 부착되어 있는 플레이트(170)를 챔버(103) 밖으로 반출한다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 서셉터(102)에 형성된 SiC막을 승화시켜, 플레이트(170)에 부착시킴으로써, 서셉터(102)로부터 SiC를 제거할 수 있다. 따라서, 에칭에 의해 SiC를 제거할 필요가 없어, 서셉터, 또는 챔버(103)의 내벽(103a)에 형성된 SiC막이 박리되어 파티클원이 되는 것을 방지할 수 있다.
상기 실시 형태에서는, 도 3에 나타낸 바와 같이 평탄한 형상의 플레이트(170)를 사용했지만, 도 4에 나타낸 바와 같이, 외주 서셉터(102a)의 개구부에 맞춘 볼록부를 가지는 형상의 플레이트(171)를 사용해도 된다. 이러한 플레이트(171)를 이용함으로써, 외주 서셉터(102a)의 개구부에 형성된 SiC를 효율 좋게 제거할 수 있다.
또한 도 5에 나타낸 바와 같이, 외주 서셉터(102a)의 상면 및 외벽면(외주면)을 덮는 컵 형상의 플레이트(172)를 사용해도 된다. 이러한 플레이트(172)를 이용함으로써, 외주 서셉터(102a)의 상면뿐 아니라, 외벽면에 형성된 SiC도 제거할 수 있다.
또한 도 6에 나타낸 바와 같이, 외주 서셉터(102a)의 상면 및 내벽면(내주면)을 덮는 링 형상의 플레이트(173)를 사용해도 된다. 이러한 플레이트(173)를 이용함으로써, 외주 서셉터(102a)의 개구부에 형성된 SiC를 효율 좋게 제거할 수 있다.
또한 도 7에 나타낸 바와 같이, 플레이트(172)와 플레이트(173)를 조합한 플레이트(174)를 사용해도 된다. 이러한 플레이트(173)를 이용함으로써, 외주 서셉터(102a)의 상면뿐 아니라, 외벽면에 형성된 SiC, 또는 외주 서셉터(102a)의 개구부에 형성된 SiC를 효율 좋게 제거할 수 있다.
본 발명의 몇 개의 실시 형태를 설명했지만, 이들 실시 형태는 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 신규 실시 형태는, 그 외의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 각종 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태 또는 그 변형은, 발명의 범위 및 요지에 포함되고, 또한 특허 청구의 범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다.

Claims (5)

  1. 성막실 내에 설치된 서셉터 상에 플레이트를 재치하고,
    상기 서셉터의 하방에 설치된 주히터 및 상기 성막실의 상부에 설치된 보조 히터를 이용하여, 상기 플레이트보다 상기 서셉터가 고온이 되도록 가열하고, 상기 서셉터의 표면에 형성되어 있던 SiC막을 승화시켜 상기 플레이트에 부착시키고,
    SiC가 부착된 상기 플레이트를 상기 성막실로부터 반출하는 서셉터 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 서셉터는 SiC, TaC, 또는 TaC를 피복한 카본을 포함하는 것을 특징으로 하는 서셉터 처리 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 플레이트는 카본, SiC, SiC를 피복한 카본, 또는 TaC를 피복한 카본을 포함하는 것을 특징으로 하는 서셉터 처리 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 주히터 및 상기 보조 히터에 의한 가열 중에는 상기 성막실 내로 수소 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 서셉터 처리 방법.
  5. 성막실 내의 서셉터의 표면에 형성된 SiC막을 제거하기 위하여 이용되는 서셉터 처리용 플레이트로서, 카본, SiC, SiC를 피복한 카본, 또는 TaC를 피복한 카본을 포함하는 것을 특징으로 하는 서셉터 처리용 플레이트.
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