KR20170126503A - 서셉터 및 에피택셜 성장 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 웨이퍼의 이면에 리프트 핀에 기인하는 흠집을 발생시키지 않고, 또한, 웨이퍼의 면 내 온도 분포의 불균일을 억제하는 것이 가능한 서셉터를 제공한다.　본 발명의 일 실시 형태의 서셉터(20)는, 서셉터 본체(30) 및 반상 부재(40)를 포함하고, 웨이퍼(W)를 반송할 때에, 리프트 핀(44)에 의해 상승되는 반상 부재(40)의 표면이, 웨이퍼(W)의 이면의 중심부를 면접촉으로 지지한다. 반상 부재(40)가 오목부(31)에 올려놓여진 상태에서의, 반상 부재(40)와 서셉터 본체(30)의 이간 공간이, 서셉터(20)의 표면으로부터 이면을 향할수록, 반상 부재(40)의 중심측으로 들어간다.

Description

서셉터 및 에피택셜 성장 장치{SUSCEPTOR AND EPITAXIAL GROWTH DEVICE}
본 발명은, 에피택셜 성장 장치 내에서 웨이퍼를 올려놓기 위한 서셉터와, 당해 서셉터를 갖는 에피택셜 성장 장치에 관한 것이다.
에피택셜 웨이퍼는, 반도체 웨이퍼의 표면 상에 에피택셜막을 기상 성장시킨 것이다. 예를 들면, 결정의 완전성이 보다 요구되는 경우나 저항률이 상이한 다층 구조를 필요로 하는 경우 등에는, 실리콘 웨이퍼 상에 단결정 실리콘 박막을 기상 성장(에피택셜 성장)시켜 에피택셜 실리콘 웨이퍼를 제조한다.
에피택셜 웨이퍼의 제조에는, 예를 들면 매엽식 에피택셜 성장 장치를 이용한다. 여기에서, 일반적인 매엽식 에피택셜 성장 장치에 대해서, 도 10을 참조하여 설명한다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 에피택셜 성장 장치(200)는, 상부 돔(11), 하부 돔(12) 및 돔 부착체(13)를 포함하는 챔버(10)를 갖고, 당해 챔버(10)가 에피택셜막 형성실을 구획한다. 챔버(10)에는, 그 측면의 대향하는 위치에 반응 가스의 공급 및 배출을 행하는 가스 공급구(15) 및 가스 배출구(16)가 형성된다. 한편, 챔버(10) 내에는, 웨이퍼(W)가 올려놓아지는 서셉터(20)가 배치된다. 서셉터(20)는, 하방으로부터 서셉터 서포트 샤프트(50)에 의해 지지된다. 서셉터 서포트 샤프트(50)는, 주기둥(52)과, 이 주기둥(52)으로부터 방사상으로 등간격으로 연장되는 3개의 아암(54)(1개는 도시하지 않음)을 포함하고, 아암의 선단의 3개의 지지 핀(58)(1개는 도시하지 않음)으로 서셉터(20)의 이면 외주부를 끼워맞춤하여 지지한다. 또한, 서셉터(20)에는 3개의 관통공(1개는 도시하지 않음)이 형성되고, 3개의 아암(54)에도 관통공이 1개씩 형성되어 있다. 이들 아암의 관통공 및 서셉터의 관통공에는, 리프트 핀(44)이 삽입 통과된다. 리프트 핀(44)의 하단부는 승강 샤프트(60)에 지지된다. 챔버(10) 내에 반입된 웨이퍼(W)의 지지, 이 웨이퍼(W)의 서셉터(20) 상으로의 올려놓음 및, 기상 성장 후의 에피택셜 웨이퍼의 챔버(10) 외(外)로의 반출 시에는, 승강 샤프트(60)가 승강함으로써, 리프트 핀(44)이 아암의 관통공 및 서셉터의 관통공과 슬라이딩하면서 승강하고, 그 상단부에서 웨이퍼(W)의 승강을 행한다.
이러한 에피택셜 성장 장치에서는, 리프트 핀으로 직접 웨이퍼(W)를 지지하여, 들어올리게 된다. 그 때문에, 웨이퍼(W)의 이면의 리프트 핀이 맞닿는 부분에는, 리프트 핀이 상승하면서 닿아, 계속하여 리프트 핀의 상단부의 접촉이 유지된다. 그 때문에, 웨이퍼(W)의 이면의 해당 부분에 흠집(핀 마크)이 발생한다는 문제가 있었다.
이에 대하여 특허문헌 1에는, 리프트 핀으로 직접 웨이퍼를 지지하여, 들어 올리는 것이 아니라, 서셉터의 일부에서 직접 웨이퍼를 들어올리는 기술이 기재되어 있다. 즉, 특허문헌 1의 도 5∼도 8에는, 기대부(21)와, 이 기대부의 중심부에 형성한 중앙 오목부(22)에 수용된 수재(受載)부(20)로 구성된 서셉터(19)가 기재되어 있다. 기상 성장시에는, 기대부 및 수재부가 형성하는 주변 오목부(23)에 웨이퍼가 수용되고, 웨이퍼를 챔버의 외부로 반출할 때, 수재부(20)가 상승하여, 웨이퍼를 들어올린다.
일본공개특허공보 평11-163102호
특허문헌 1의 기술에 의하면, 웨이퍼를 들어올릴 때에, 웨이퍼를 리프트 핀으로 국소적으로 지지하는 일 없이, 서셉터의 일부라고 하는 면에서 지지하기 때문에, 웨이퍼의 이면에 리프트 핀에 기인하는 흠집을 발생시키는 것을 억제할 수 있다. 그러나, 특허문헌 1의 기술에는 이하와 같은 과제가 있는 것을 본 발명자들은 새롭게 인식했다.
즉, 수재부를 기대부에 끼워맞추기 위해서는, 수재부가 기대부에 수용되어 있는 상태(기상 성장시)에서, 수재부와 기대부의 사이에 극간(隙間)이 발생하는 것을 피할 수 없다. 기상 성장시 웨이퍼에는, 가열된 서셉터로부터 열이 전달되지만, 이 극간 부분의 바로 위의 웨이퍼 부분에는, 웨이퍼의 그 외의 부분보다도, 서셉터로부터의 열이 전달되기 어려워지고, 그 결과, 에피택셜막도 성장 속도도 느려진다. 이와 같이, 수재부와 기대부의 사이에 발생하는 극간은, 기상 성장시에 웨이퍼의 면 내 온도 분포를 불균일하게 하고, 그 결과, 기상 성장되는 에피택셜막의 면 내 막두께 분포를 불균일하게 한다. 최근의 에피택셜 웨이퍼에는, 에피택셜막의 면 내 막두께 분포의 균일성이 높은 레벨로 요구되고 있기 때문에, 기상 성장시의 웨이퍼의 면 내 온도 분포를 보다 균일하게 하는 것이 필요하다.
그래서, 본 발명은, 상기 과제를 감안하여, 웨이퍼의 이면에 리프트 핀에 기인하는 흠집을 발생시키지 않고, 또한, 웨이퍼의 면 내 온도 분포의 불균일을 억제하는 것이 가능한 서셉터 및 에피택셜 성장 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하는 본 발명의 요지 구성은 이하와 같다.
(1) 에피택셜 성장 장치 내에서 웨이퍼를 올려놓기 위한 서셉터로서,
상기 서셉터의 표면에, 상기 웨이퍼가 올려놓아지는 카운터보링(counterboring)부가 형성되고,
상기 서셉터는, 서셉터 본체와, 당해 서셉터 본체의 표면의 중심부에 형성된 오목부에 올려놓여진 반상(盤狀) 부재를 갖고,
상기 카운터보링부의 저면이, 상기 반상 부재의 표면과, 상기 오목부의 주위에 위치하는, 상기 서셉터 본체의 표면의 일부로 구성되고,
상기 서셉터 본체에는, 상기 반상 부재의 이면을 지지하여 상기 반상 부재를 승강시키는 리프트 핀을 삽입 통과시키기 위한 관통공이 형성되고,
상기 웨이퍼를 상기 카운터보링부에 올려놓을 때 및 상기 웨이퍼를 상기 카운터보링부로부터 반출할 때에, 상기 리프트 핀에 의해 상승되는 상기 반상 부재의 표면이, 상기 웨이퍼의 이면의 적어도 중심부를 면접촉으로 지지하는 지지면으로서 기능하고,
상기 반상 부재가 상기 오복부에 올려놓여진 상태에서의, 상기 반상 부재와 상기 서셉터 본체의 이간 공간이, 상기 서셉터의 표면으로부터 이면을 향할수록, 상기 반상 부재의 중심측으로 들어가는 것을 특징으로 하는 서셉터.
(2) 상기 반상 부재의 주연부 및 상기 서셉터 본체의 상기 오목부의 주연부가, 상기 서셉터의 표면으로부터 이면을 향할수록 상기 반상 부재의 중심측으로 들어가는 경사면을 갖는, 상기 (1)에 기재된 서셉터.
(3) 상기 서셉터 본체의 상기 오목부의 주연부가 단차부를 갖고,
상기 반상 부재는, 제1 반경 r1의 제1 부분과, 당해 제1 부분상에서 r1보다도 큰 제2 반경 r2의 제2 부분을 갖고,
상기 단차부가, 상기 제2 부분의 주연부를 지지하는 상기 (1)에 기재된 서셉터.
(4) 상기 리프트 핀이 상기 반상 부재에 고정되어 있는 상기 (1)∼(3) 중 어느 한 항에 기재된 서셉터.
(5) 상기 (1)∼(4) 중 어느 한 항에 기재된 서셉터와,
상기 리프트 핀의 하단부를 지지하여 상기 리프트 핀을 승강시키는 승강 기구를 갖는 에피택셜 성장 장치.
본 발명의 서셉터 및 에피택셜 성장 장치는, 웨이퍼의 이면에 리프트 핀에 기인하는 흠집을 발생시키지 않고, 또한, 웨이퍼의 면 내 온도 분포의 불균일을 억제하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 의한 서셉터(20)의 개략도이고, 도 1(A)는 웨이퍼를 올려놓고 있지 않은 상태, 도 1(B)는, 도 1(A)의 카운터보링부(21)에 웨이퍼(W)를 올려놓은 상태, 도 1(C)는, 반상 부재(40)로 웨이퍼(W)를 들어올린 상태를 나타낸다.
도 2(A)는, 도 1의 서셉터(20)에 있어서의 서셉터 본체(30)의 상면도이고, 도 2(B)는, 도 1의 서셉터(20)에 있어서의 반상 부재(40)의 상면도이다.
도 3(A)는, 도 1의 서셉터(20)(서셉터 본체의 오목부에 반상 부재가 올려놓여진 상태)의 상면도이고, 도 3(B)는, 도 3(A)의 I-I 단면도이다.
도 4(A)는, 본 발명의 다른 실시 형태에 의한 서셉터(서셉터 본체의 오목부에 반상 부재가 올려놓여진 상태)의 상면도이고, 도 4(B)는, 도 4(A)의 Ⅱ-Ⅱ 단면도이다.
도 5(A)는, 본 발명의 또 다른 실시 형태에 의한 서셉터(서셉터 본체의 오목부에 반상 부재가 올려놓여진 상태)의 상면도이고, 도 5(B)는, 도 5(A)의 Ⅲ-Ⅲ 단면도이다.
도 6(A)는, 비교예에 의한 서셉터(서셉터 본체의 오목부에 반상 부재가 올려놓여진 상태)의 상면도이고, 도 6(B)는, 도 6(A)의 Ⅳ-Ⅳ 단면도이다.
도 7(A)는, 서셉터 서포트 샤프트(50)의 분해 사시도이고, 도 7(B)는, 승강 샤프트(60)의 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태에 의한 에피택셜 성장 장치(100)의 개략도이고, 웨이퍼(W)가 서셉터에 올려놓여진 상태(기상 성장시)를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 에피택셜 성장 장치(100)의 개략도이고, 반상 부재(40)가 웨이퍼(W)를 들어올린 상태를 나타낸다.
도 10은 종래의 에피택셜 성장 장치(200)의 개략도이고, 리프트 핀(40)이 서셉터(20)에 대하여 하강한 상태(기상 성장시)를 나타낸다.
도 11은 웨이퍼의 면 내 온도 분포를 나타내는 그래프이고, 도 11(A)는 비교예와 발명예 1, 도 11(B)는 비교예와 발명예 2를 대비하는 것이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
도 8 및 도 9를 참조하여, 본 발명의 일 실시 형태에 의한 에피택셜 성장 장치(100)를 설명한다. 또한, 도 1∼도 3을 참조하여, 이 에피택셜 성장 장치(100)에 포함되는, 본 발명의 일 실시 형태에 의한 서셉터(20)를 설명한다.
(에피택셜 성장 장치)
도 8 및 도 9에 나타내는 에피택셜 성장 장치(100)는, 챔버(10)와, 가열 램프(14)와, 도 1 및 도 2에도 나타내는 서셉터(20)와, 도 7(A)에도 나타내는 서셉터 서포트 샤프트(50)와, 도 7(B)에도 나타내는 승강 샤프트(60)를 갖는다.
(챔버)
챔버(10)는, 상부 돔(11), 하부 돔(12) 및 돔 부착체(13)를 포함하고, 이 챔버(10)가 에피택셜막 형성실을 구획한다. 챔버(10)에는, 그 측면의 대향하는 위치에 반응 가스의 공급 및 배출을 행하는 가스 공급구(15) 및 가스 배출구(16)가 형성된다.
(가열 램프)
가열 램프(14)는, 챔버(10)의 상측 영역 및 하측 영역에 배치되고, 일반적으로, 승강온(昇降溫) 속도가 빠르고, 온도 제어성이 우수한, 할로겐 램프나 적외 램프가 이용된다.
(서셉터의 주요한 구성)
도 1 및 도 2를 참조하여, 서셉터(20)의 주요한 구성을 설명한다. 서셉터(20)는, 챔버(10)의 내부에서 웨이퍼(W)를 올려놓기 위한 원반상의 부재이다. 서셉터(20)는, 카본 그래파이트(흑연)를 모재로 하고, 그 표면을 탄화규소로 코팅 한 것을 사용할 수 있다. 도 1(A) 및 도 1(B)를 참조하여, 서셉터(20)의 표면에는, 웨이퍼(W)가 올려놓여진 카운터보링부(21)가 형성되어 있다. 카운터보링부(21)의 개구단에 있어서의 직경은, 웨이퍼(W)의 직경을 고려하여 적절히 설정하면 되고, 통상, 웨이퍼(W)의 직경보다도 1.0∼2.0㎜ 정도 크게 한다.
도 1(A)∼도 1(C)를 참조하여, 서셉터(20)는, 서셉터 본체(30)와, 이 서셉터 본체의 표면의 중심부에 형성된 오목부(31)에 올려놓여진 반상 부재(40)를 갖는다.
도 1(A)∼도 1(C) 및 도 2(A)를 참조하여, 서셉터 본체(30)의 표면은, 표면 최외주부(32)와, 웨이퍼 지지면(32A)과, 세로 벽면(32B)과, 표면 중간부(33)와, 경사면(34)과, 표면 중심부(35)를 포함한다. 표면 최외주부(32)는, 도 1(A)에 나타내는 카운터보링부(21)의 주위에 위치한다. 웨이퍼 지지면(32A)은, 표면 최외주부(32)의 내측에 위치하고, 웨이퍼(W)의 이면 주연부를 선접촉으로 지지하는, 카운터보링부의 일부를 구성하는 경사면이다. 세로 벽면(32B)은, 웨이퍼 지지면(32A)의 내주단으로부터 연속하는, 카운터보링부의 일부를 구성하는 벽면이다. 표면 중간부(33)는, 세로 벽면(32B)으로부터 연속하고, 카운터보링부(21)의 저면의 일부를 구성한다. 표면 중심부(35)는, 표면 중간부(33)의 내측에 위치하고, 오목부(31)의 저면을 구성한다. 경사면(34)은, 후술하는 본 실시 형태의 특징부이고, 표면 중간부(33)와 표면 중심부(35)의 사이에 위치한다. 서셉터 본체(30)에는, 동심원상으로 120° 등간격으로 위치하고, 표면 중심부(35) 및 이면을 연직 방향으로 관통하는 3개의 관통공(36)이 형성되어 있다. 3개의 관통공(36)에는, 후술하는 리프트 핀(44)이 삽입 통과된다.
도 1(A)∼도 1(C) 및 도 2(B)를 참조하여, 반상 부재(40)는, 표면(41) 및 이면(42)을 갖고, 필요 최소한의 극간(클리어런스)을 갖고 오목부(31)에 올려놓여지는 원반상의 부재이다. 도 1(A)에 나타내는 바와 같이, 표면(41)은 카운터보링부(21)의 저면의 일부를 구성하고, 이면(42)은 서셉터 본체의 표면 중심부(35)(오목부의 저면)에 접촉, 지지된다. 표면(41) 및 이면(42)을 접속하는 주연부는 경사면(43)으로 되어 있고, 이는 후술하는 본 실시 형태의 특징부이다. 이면(42)에서는, 3개의 리프트 핀(44)이 연장되어 있다. 3개의 리프트 핀(44)은, 서셉터 본체에 형성된 3개의 관통공(36)에 각각 삽입 통과된다. 리프트 핀(44)은, 후술의 승강 샤프트(60)에 의해 연직 방향 상하로 승강됨으로써, 반상 부재의 이면(42)을 지지하면서, 반상 부재(40)를 서셉터 본체(30)에 대하여 착탈시킬 수 있다. 이 동작에 대해서는 후술한다. 리프트 핀(44)은, 반상 부재의 이면(42)의 중심으로부터 이면의 반경의 50％ 이상 떨어진 영역에 위치하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에 있어서 리프트 핀(44)은, 반상 부재(40)에 고정되어 있지만, 리프트 핀(44)은, 반상 부재(40)에 고정되어 있지 않아도 상관없다.
도 1(A), 도 1(B)에 나타내는 바와 같이, 카운터보링부(21)의 저면이, 반상 부재의 표면(41)과, 오목부(31)의 주위에 위치하는, 서셉터 본체의 표면의 일부(구체적으로는, 표면 중간부(33))로 구성된다. 즉, 반상 부재(40)가 오목부(31)에 올려놓여지고, 웨이퍼(W)가 카운터보링부(21)에 올려놓여 있는 상태에 있어서, 카운터보링부(21)의 표면 중 반상 부재의 표면(41)과, 서셉터 본체의 표면 중간부(33)가, 웨이퍼(W)의 이면과 이간하면서 대향한다.
한편으로, 도 1(C)에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)를 카운터보링부(21)에 올려놓을 때 및, 웨이퍼(W)를 카운터보링부(21)로부터 반출할(즉, 웨이퍼(W)를 반송함) 때는, 서셉터 본체(30) 및 반상 부재(40)가 연직 방향으로 이간하고, 리프트 핀(44)에 의해 상승되는 반상 부재의 표면(41)이, 웨이퍼(W)의 이면의 적어도 중심부를 면접촉으로 지지하는 지지면으로서 기능한다. 그 때문에, 웨이퍼(W)의 이면에 리프트 핀에 기인하는 흠집의 발생을 억제할 수 있다.
여기에서 본 명세서에 있어서 「웨이퍼의 이면의 중심부」란, 웨이퍼의 이면에 있어서, 웨이퍼 중심으로부터 웨이퍼 반경의 50％ 이하 떨어진 영역을 의미하는 것으로 한다. 즉, 본 실시 형태에서는, 서셉터 본체(30)의 표면에서 보아, 카운터보링부(21)의 중심과 오목부(31)의 중심은 일치하고, 즉, 오목부(31)는 카운터보링부(21)로부터 편심하지 않고 위치하고 있다. 그리고, 반상 부재의 표면(41)의 반경은, 웨이퍼 반경의 50％ 이상으로 한다.
한편으로, 반상 부재의 표면(41)의 반경은, 웨이퍼 반경의 90％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 반상 부재(40)에 지지된 웨이퍼(W)는, 도 2(B)에 나타내는 방향으로부터 삽입되는 ㄷ자형의 반송 블레이드(70)의 웨이퍼 지지부(72)에 의해 웨이퍼(W)의 이면 외주부가 지지되고, 챔버의 외부로 반송된다. 표면(41)의 반경이 웨이퍼 반경의 90％를 초과하면, 반송 블레이드(70)에 의한 웨이퍼(W)의 지지를 행하기 어렵기 때문이다.
반상 부재(40)의 표면부 또는 반상 부재(40)의 전체는, 부드러운 재료(그래시 카본)으로 이루어지는 것으로 하는 것이 바람직하다. 웨이퍼(W)의 이면을 면접촉 지지할 때의 흠집 발생을 억제할 수 있기 때문이다.
또한, 서셉터 본체의 오목부(31)의 저부와 반상 부재(40)를 천공 구조로 하는 것도 바람직하다. 웨이퍼(W)의 이면으로의 수소 가스 돌아들어감을 촉진시켜, 웨이퍼 이면에서의 할로(halo)(흔적) 발생을 억제할 수 있기 때문이다.
(서셉터 서포트 샤프트)
도 7(A)를 참조하여, 서셉터 서포트 샤프트(50)는, 챔버(10) 내에서 서셉터(20)를 하방으로부터 지지하는 것이고, 주기둥(52)과, 3개의 아암(54)과, 3개의 지지 핀(58)을 갖는다. 주기둥(52)은, 서셉터의 중심과 거의 동축 상에 배치된다. 3개의 아암(54)은, 주기둥(52)으로부터 서셉터(20)의 주연부 하방으로 방사상으로 연장되고, 각각 연직 방향으로 관통하는 관통공(56)을 갖는다. 또한, 본 명세서에 있어서 「서셉터의 주연부」란, 서셉터 중심으로부터 서셉터 반경의 80％ 이상 외측의 영역을 의미한다. 지지 핀(58)은, 3개의 아암(54)의 선단에 각각 형성되고, 서셉터(20)를 직접 지지한다. 즉, 지지 핀(58)은, 서셉터의 이면 주연부를 지지한다. 3개의 관통공(56)에는, 3개의 리프트 핀(44)이 각각 삽입 통과된다. 서셉터 서포트 샤프트(50)는, 석영으로 구성하는 것이 바람직하고, 특히 합성 석영으로 구성하는 것이 바람직하다. 단, 지지 핀(58)의 선단 부분은, 서셉터(20)와 동일한 탄화규소로 구성하는 것이 바람직하다.
(승강 샤프트)
도 7(B)에 나타내는 바와 같이, 승강 기구로서의 승강 샤프트(60)는, 서셉터 서포트 샤프트의 주기둥(52)을 수용하는 중공을 구획하고, 이 주기둥(32)과 회전축을 공유하는 주기둥(62)과, 이 주기둥(62)의 선단에서 분기하는 3개의 지주(64)를 갖고, 이들 지주(64)의 선단부(66)에서 리프트 핀(44)의 하단부를 각각 지지한다. 승강 샤프트(60)는 석영으로 구성되는 것이 바람직하다. 승강 샤프트(60)가, 서셉터 서포트 샤프트의 주기둥(52)을 따라 연직 방향 상하로 움직임으로써, 리프트 핀(44)을 승강시킬 수 있다.
(에피택셜 웨이퍼의 제조 순서)
다음으로, 챔버(10) 내로의 웨이퍼(W)의 반입, 웨이퍼(W)로의 에피택셜막의 기상 성장 및, 제조된 에피택셜 웨이퍼의 챔버(10) 외로의 반출의 일련의 동작을, 도 8 및 도 9를 적절히 참조하여 설명한다.
도 2(B)에 나타낸 반송 블레이드(70)에 지지되어 챔버(10) 내에 반입된 웨이퍼(W)는, 리프트 핀(44)에 의해 들어올려진 반상 부재(40)의 표면(41)에 일단 올려놓여진다. 리프트 핀(44)의 상승 이동은, 이들 하단부를 지지하는 승강 샤프트(60)의 상승 이동을 통하여 행한다.
이어서, 서셉터 서포트 샤프트(50)를 상승시킴으로써, 서셉터 본체(30)를 반상 부재(40)의 위치까지 이동하고, 웨이퍼(W)가 서셉터(20)의 카운터보링부(21)에 올려놓여진 상태로 한다. 그 후, 가열 램프(14)에 의해 웨이퍼(W)를 1000℃ 이상의 온도로 가열하는 한편, 가스 공급구(15)로부터 챔버(10) 내에 반응 가스를 공급하고, 소정의 두께의 에피택셜막을 기상 성장시켜, 에피택셜 웨이퍼를 제조한다. 기상 성장 중은, 주기둥(52)을 회전축으로 하여 서셉터 서포트 샤프트(50)를 회전시킴으로써, 서셉터(20) 및 그 위의 웨이퍼(W)를 회전시킨다.
그 후, 서셉터 서포트 샤프트(50)를 하강시킴으로써, 서셉터 본체(30)를 하강시킨다. 이 하강은, 리프트 핀(44)이 승강 샤프트(60)에 지지되어, 반상 부재(40)가 서셉터 본체(30)로부터 이간할 때까지 행하고, 제조 후의 에피택셜 웨이퍼를, 리프트 핀(44)에 지지된 반상 부재(40)의 표면(41)에 지지해 둔다. 그리고, 챔버(10) 내에 반송 블레이드(70)를 도입하고, 리프트 핀(44)을 하강하여 반송 블레이드의 웨이퍼 지지부(72) 상에 에피택셜 웨이퍼를 올려놓는다. 이렇게 하여, 에피택셜 웨이퍼를 반상 부재(40)로부터 반송 블레이드(70)로 주고 받는다. 그 후, 반송 블레이드(70)와 함께 에피택셜 웨이퍼를 챔버(10) 외로 반출한다.
(서셉터의 특징 부분의 구성)
여기에서 본 발명의 특징적 구성인, 서셉터 본체(30)와 반상 부재(40)의 이간 상태에 대해서 상세하게 설명한다.
도 3(A), 도 3(B)를 참조하여, 본 실시 형태의 서셉터(20)에 있어서, 반상 부재(40)의 주연부는, 서셉터의 표면으로부터 이면(즉 연직 방향 하방)으로 향할수록 반상 부재의 중심측으로 들어가는 경사면(43)을 갖고, 서셉터 본체(30)의 오목부의 주연부도, 서셉터의 표면으로부터 이면을 향할수록 반상 부재의 중심측으로 들어가는 경사면(34)을 갖는다. 이 때문에, 반상 부재(40)가 오목부에 올려놓여진 상태에서의, 반상 부재(40)와 서셉터 본체(30)의 이간 공간(혹은, 반상 부재(40)와 서셉터 본체(30)의 수평 방향의 이간부의 위치)은, 서셉터의 표면으로부터 이면(즉, 연직 방향 하방)을 향할수록, 반상 부재의 중심측으로 들어가 있다.
이러한 구성을 채용하는 것의 기술적 의의를, 비교예를 나타내는 도 6(A), 도 6(B)와 대비해 설명한다. 도 6에서는, 반상 부재(40)의 주연부는 연직면(49)으로 되어 있고, 서셉터 본체(30)의 오목부의 주연부도 연직면(39)으로 되어 있다. 이 때문에, 반상 부재(40)와 서셉터 본체(30)의 이간 공간은, 연직 방향으로 스트레이트로 연재(延在)하고, 당해 이간 공간(극간)이 웨이퍼(W)의 바로 아래에 크게 존재한다. 이 극간은, 반상 부재(40)를 오목부(31)에 수용하기 위해서 필요한 최소한의 간격(예를 들면 0.5∼1.0㎜ 정도)으로 했다고 해도, 기상 성장시에 웨이퍼(W)의 면 내 온도 분포를 불균일하게 하고, 그 결과, 기상 성장되는 에피택셜막의 면 내 막두께 분포를 불균일하게 한다.
이에 대하여 도 3에 나타내는 본 실시 형태에서는, 반상 부재(40)와 서셉터 본체(30)의 이간 공간이, 연직 방향 하방을 행할수록, 반상 부재의 중심측으로 들어가 있다. 이 때문에, 웨이퍼(W)의 바로 아래에 위치하는 극간의 크기를, 도 6에 비해 작게 할 수 있고, 그 결과, 웨이퍼(W)의 면 내 온도 분포의 불균일을 억제할 수 있다.
또한, 도 3(A)는, 반상 부재(40)가 서셉터 본체(30)에 대하여 편심하지 않도록 올려놓여져 있고, 즉, 반상 부재(40)와 서셉터 본체(30)의 극간의 간격이 둘레방향으로 일정한 상태를 나타내고 있고, 도 3(B)는, 그 상태에서의 서셉터 중심을 포함하는 연직 방향 단면도(I－I 단면도)이다. 도 6 및 후술의 도 4, 도 5도 동일하다.
여기에서, 반상 부재(40)의 두께 t1은, 0.5㎜ 이상 3.0㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 웨이퍼(W)의 바로 아래에 위치하는 극간의 크기를 작게 하는 관점에서는, 두께 t1이 작은 쪽이 바람직하지만, 0.5㎜ 미만이 되면 강도가 부족할 가능성이 있기 때문이다. 또한, 두께 t1이 3.0㎜를 초과하면, 서셉터 본체(30)의 강도가 얻어지기 어려워지기 때문이다.
도 3(B)를 참조하여, 반상 부재의 표면(41)의 반경 r4는, 이미 서술한대로, 웨이퍼 반경의 50％ 이상으로 하고, 90％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 그리고, 반상 부재의 이면(42)의 반경 r3은, r4보다도 1.0∼5.0㎜ 정도 작은 것이 바람직하다.
경사면(43)과 경사면(34)은, 경사각이 동일한 것이 바람직하고, 그 연직 방향에 대한 경사각은 30∼45도로 하는 것이 바람직하다.
반상 부재(40)의 주연부의 형상 및, 서셉터 본체(30)의 오목부의 주연부의 형상은, 도 3(B)에 나타낸 것으로 한정되지 않고, 반상 부재(40)와 서셉터 본체(30)의 이간 공간이, 연직 방향 하방으로 향할수록, 반상 부재의 중심측에 들어가도록 설계하면, 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.
도 4(A), 도 4(B)에 다른 실시 형태를 나타낸다. 이 실시 형태에서는, 반상 부재(40)의 주연부는, 표면(41)으로부터 연속하는 연직면(45A)과, 이 연직면(45A)으로부터 연속하고, 연직 방향 하방을 향할수록 반상 부재의 중심측으로 들어가는 경사면(45B)을 갖는다. 서셉터 본체(30)의 오목부의 주연부도, 표면 중간부(33)로부터 연속하는 연직면(37A)과, 이 연직면(37A)으로부터 연속하고, 연직 방향 하방을 향할수록 반상 부재의 중심측으로 들어가는 경사면(37B)을 갖는다. 이 경우에도, 웨이퍼(W)의 바로 아래에 위치하는 극간의 크기를, 도 6에 비해 작게 할 수 있고, 그 결과, 웨이퍼(W)의 면 내 온도 분포의 불균일을 억제할 수 있다. 또한, 도 3(B)의 경우, 반상 부재(40)의 단부가 뾰족하고, 강도가 부족할 가능성이 있지만, 도 4(B)의 경우, 강도를 해치는 경우는 없다.
연직면(45A) 및 연직면(37A)의 높이는, 반상 부재(40)의 두께 t1의 20∼50％로 하는 것이 바람직하다. 20％ 미만의 경우, 강도가 부족할 가능성이 있고, 50％를 초과하면, 웨이퍼(W)의 면 내 온도 분포의 불균일을 억제하는 효과가 불충분해질 가능성이 있다.
경사면(45B)과 경사면(37B)은, 경사각이 동일한 것이 바람직하고, 그 연직 방향에 대한 경사각은, 도 3(B)와 동일하게 30∼45도로 하는 것이 바람직하다.
도 5(A), 도 5(B)에 추가로 다른 실시 형태를 나타낸다. 이 실시 형태에서는, 서셉터 본체(30)의 오목부의 주연부는, 표면 중심부(35)로부터 연속하는 제1 연직면(38A)과, 이 제1 연직면(38A)으로부터 연속하는 수평면(38B)과, 이 수평면(38B)으로부터 연속하고, 표면 중간부(33)로 연결되는 제2 연직면(38C)으로 형성되는 단차부를 갖는다. 한편, 반상 부재(40)는, 제1 반경 r1의 제1 부분(46)과, 이 제1 부분상에서 r1보다도 큰 제2 반경 r2의 제2 부분(47)을 갖는다. 즉, 반상 부재(40)의 주연부는, 제1 부분의 외주부인 제1 연직면(46A)과, 제2 부분의 외주부인 제2 연직면(47A)과, 이들 사이에 위치하는 수평면(48)으로 이루어진다. 그리고, 단차부가, 제2 부분의 주연부(47B)를 지지하고 있다. 즉, 수평면(48)과 수평면(38B)은 접촉하고 있다.
이 실시 형태에서도, 반상 부재(40)와 서셉터 본체(30)의 이간 공간은, 연직 방향 하방을 향할수록, 단계적으로 반상 부재의 중심측으로 들어가기 때문에, 웨이퍼(W)의 바로 아래에 위치하는 극간의 크기를, 도 6에 비해 작게 할 수 있고, 그 결과, 웨이퍼(W)의 면 내 온도 분포의 불균일을 억제할 수 있다.
반상 부재의 제2 연직면(47A)과 서셉터 본체의 제2 연직면(38C)은, 높이가 동일한 것이 바람직하고, 반상 부재(40)의 두께 t1의 20∼50％ 정도로 할 수 있다. 또한, 반상 부재의 제1 연직면(46A)과 서셉터 본체의 제1 연직면(38A)도, 높이가 동일한 것이 바람직하다.
제2 부분의 반경 r2(즉, 반상 부재의 표면(41)의 반경)는, 이미 서술한대로, 웨이퍼 반경의 50％ 이상으로 하고, 90％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 그리고, 제1 부분의 반경 r1(즉, 반상 부재의 이면(42)의 반경)은, r2보다도 1.0∼5.0㎜ 정도 작은 것이 바람직하다. 단차부(수평면(38B))의 폭은, 이 (r2－r1)와 동일하게 하는 것이 바람직하다.
실시예
(발명예 1)
도 1∼도 3에 나타내는 서셉터와, 도 8, 9에 나타내는 에피택셜 성장 장치를 이용하고, 상기한 순서에 따라 에피택셜 실리콘 웨이퍼를 제조했다. 도 3(B)에 있어서, 반경 r3＝120㎜, 반경 r4＝123㎜, 두께 t1＝2.0㎜, 두께 t2＝2.3㎜, 극간의 간격 G＝1.0㎜로 했다. 에피택셜 웨이퍼의 기판으로서는, 붕소 도프된 직경 300㎜의 실리콘 웨이퍼를 이용했다.
(발명예 2)
도 5에 나타내는 서셉터를 이용한 이외는 발명예 1과 동일하게 하여, 에피택셜 실리콘 웨이퍼를 제조했다. 도 5(B)에 있어서, 반경 r1＝121㎜, 반경 r2＝123㎜, 두께 t1＝2.0㎜, 두께 t2＝2.3㎜, 극간의 간격 G＝1.0㎜로 했다.
(비교예)
도 6에 나타내는 서셉터를 이용한 이외는 발명예 1과 동일하게 하여, 에피택셜 실리콘 웨이퍼를 제조했다. 도 6(B)에 있어서, 두께 t1＝2.0㎜, 두께 t2＝2.3㎜, 극간의 간격 G＝1.0㎜로 했다. 반상 부재의 반경은 120㎜로 했다.
[기상 성장 조건]
에피택셜 웨이퍼의 제조는, 실리콘 웨이퍼를 챔버 내에 도입하고, 이미 서술한 방법으로 서셉터상에 올려놓았다. 계속하여, 수소 가스 분위기 하에서 1150℃에서 수소 베이킹을 행한 후, 1150℃에서, 실리콘 웨이퍼의 표면에 실리콘 에피택셜막을 4㎛ 성장시켜 에피택셜 실리콘 웨이퍼를 얻었다. 여기에서, 원료 소스 가스로서는 트리클로로실란 가스를 이용하고, 또한, 도펀트 가스로서 디보란 가스, 캐리어 가스로서 수소 가스를 이용했다. 그 후, 이미 서술한 방법으로, 에피택셜 실리콘 웨이퍼를 챔버 외로 반출했다.
[이면 품질의 평가]
발명예 및 비교예에서 제조한 에피택셜 웨이퍼에 대해서, 표면 검사 장치(KLA-Tencor사 제：Surfscan SP-2)를 이용하여, DCO 모드로, 리프트 핀의 위치에 대응하는 이면 영역을 관찰하고, 레이저 반사의 설정값 이상의 산란 강도를 갖는 영역의 면적(핀 마크 강도)을 측정하고, 에피택셜 웨이퍼 이면의 리프트 핀 기인의 흠집을 평가했다. 그 결과, 비교예, 발명예 1, 2 모두 0㎟로, 에피택셜 웨이퍼의 이면에 리프트 핀에 기인하는 흠집은 확인되지 않았다.
[웨이퍼의 면 내 온도 분포의 평가]
발명예 및 비교예로 제조한 에피택셜 웨이퍼에 대해서, 표면 검사 장치(KLA-Tencor사 제조：Surfscan SP-2)를 이용하여 헤이즈 레벨을 계측했다. 헤이즈 레벨은 웨이퍼면 내의 온도에 비례하는 것이 알려져 있기 때문에, 이 값으로부터 웨이퍼면 내의 온도 분포를 산출 비교했다. 결과를 도 11에 나타낸다.
도 11(A), 도 11(B)에 나타내는 바와 같이, 비교예에서는, 반상 부재와 서셉터 본체의 극간이 바로 아래에 위치하는 웨이퍼의 외주부(웨이퍼 중심으로부터 120㎜ 떨어진 위치의 주변)에 있어서, 웨이퍼의 온도가 낮아지고, 웨이퍼의 면 내 온도 분포가 불균일하게 되어 있다. 이에 대하여, 발명예 1, 2에서는, 웨이퍼의 외주부에서의 온도 저하가 억제되어, 웨이퍼의 면 내 온도 분포의 불균일이 억제되고 있다.
(산업상의 이용 가능성)
본 발명의 서셉터 및 에피택셜 성장 장치는, 웨이퍼의 이면에 리프트 핀에 기인하는 흠집을 발생시키지 않고, 또한, 웨이퍼의 면 내 온도 분포의 불균일을 억제하는 것이 가능하기 때문에, 에피택셜 웨이퍼의 제조에 적합하게 적용할 수 있다.
100 : 에피택셜 성장 장치
10 : 챔버
11 : 상부 돔
12 : 하부 돔
13 : 돔 부착체
14 : 가열 램프
15 : 가스 공급구
16 : 가스 배출구
20 : 서셉터
21 : 카운터보링부
30 : 서셉터 본체
31 : 오목부
32 : 서셉터 본체의 표면 최외주부
32A : 웨이퍼 지지면
32B : 세로 벽면
33 : 서셉터 본체의 표면 중간부
34 : 경사면
35 : 서셉터 본체의 표면 중심부(오목부의 저면)
36 : 관통공
37A : 연직면
37B : 경사면
38A : 제1 연직면
38B : 수평면
38C : 제2 연직면
40 : 반상 부재
41 : 반상 부재의 표면
42 : 반상 부재의 이면
43 : 경사면
44 : 리프트 핀
45A : 연직면
45B : 경사면
46 : 제1 부분
46A : 제1 연직면
47 : 제2 부분
47A : 제2 연직면
47B : 제2 부분의 주연부
48 : 수평면
50 : 서셉터 서포트 샤프트
52 : 주기둥
54 : 아암
56 : 관통공
58 : 지지 핀
60 : 승강 샤프트
62 : 주기둥
64 : 지주
66 : 지주의 선단부
70 : 웨이퍼 반송용 블레이드
72 : 웨이퍼 지지부
W : 웨이퍼

Claims (5)

  1. 에피택셜 성장 장치 내에서 웨이퍼를 올려놓기 위한 서셉터로서,
    상기 서셉터의 표면에, 상기 웨이퍼가 올려놓여지는 카운터보링(counterboring)부가 형성되고,
    상기 서셉터는, 서셉터 본체와, 당해 서셉터 본체의 표면의 중심부에 형성된 오목부에 올려놓여진 반상(盤狀) 부재를 갖고,
    상기 카운터보링부의 저면이, 상기 반상 부재의 표면과, 상기 오목부의 주위에 위치하는, 상기 서셉터 본체의 표면의 일부로 구성되고,
    상기 서셉터 본체에는, 상기 반상 부재의 이면을 지지하여 상기 반상 부재를 승강시키는 리프트 핀을 삽입 통과시키기 위한 관통공이 형성되고,
    상기 웨이퍼를 상기 카운터보링부에 올려놓을 때 및 상기 웨이퍼를 상기 카운터보링부로부터 반출할 때에, 상기 리프트 핀에 의해 상승되는 상기 반상 부재의 표면이, 상기 웨이퍼의 이면의 적어도 중심부를 면접촉으로 지지하는 지지면으로서 기능하고,
    상기 반상 부재가 상기 오목부에 올려놓여진 상태에서의, 상기 반상 부재와 상기 서셉터 본체의 이간 공간이, 상기 서셉터의 표면으로부터 이면을 향할수록, 상기 반상 부재의 중심측으로 들어가는 것을 특징으로 하는 서셉터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반상 부재의 주연부 및 상기 서셉터 본체의 상기 오목부의 주연부가, 상기 서셉터의 표면으로부터 이면을 향할수록 상기 반상 부재의 중심측으로 들어가는 경사면을 갖는, 서셉터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 서셉터 본체의 상기 오목부의 주연부가 단차부를 갖고,
    상기 반상 부재는, 제1 반경 r1의 제1 부분과, 당해 제1 부분상에서 r1보다도 큰 제2 반경 r2의 제2 부분을 갖고,
    상기 단차부가, 상기 제2 부분의 주연부를 지지하는 서셉터.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리프트 핀이 상기 반상 부재에 고정되어 있는 서셉터.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 서셉터와,
    상기 리프트 핀의 하단부를 지지하여 상기 리프트 핀을 승강시키는 승강 기구를 갖는 에피택셜 성장 장치.
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