KR20180107079A - 에피택셜 성장 장치 및 유지 부재 - Google Patents

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타케시 코바야시
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신에쯔 한도타이 가부시키가이샤
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Abstract

기상 성장 장치(1)는 서셉터(3)와, 리프트 핀(5)과, 서포트 링(6)을 구비한다. 서셉터(3)는 표리를 관통하는 관통구멍(3b)을 가지며 축선(O) 둘레로 회전 가능하다. 리프트 핀(5)은 관통구멍(3b)에 삽입된다. 서포트 링(6)은 링부(6a)와 판 형상 부재(6b)를 가지며 링부(6a)와 판 형상 부재(6b) 사이에 리프트 핀(5)을 끼워 유지한다. 링부(6a)는 축선(O) 둘레에 위치한다. 판 형상 부재(6b)는 링부(6a)에 접속하는 접속부(6b1)를 포함하고 접속부(6b1)로부터 링부(6a)를 따라 연장되어 접속부(6b1)를 기점으로 링부(6a)를 향해 바이어스 한다. 이것에 의해, 리프트 핀과의 위치 관계를 유지하여 리프트 핀을 유지하는 것이 가능한 유지 부재를 갖는 에피택셜 성장 장치 및 그 유지 부재를 제공한다.

Description

에피택셜 성장 장치 및 유지 부재
본 발명은 에피택셜 성장 장치 및 유지 부재에 관한 것이다.
일반적인 낱장식의 에피택셜 성장 장치는, 예를 들면, 탄화규소에 의해 코팅 된 흑연제, 또한, 원반 형상의 서셉터와, 그 서셉터를 지지하는 석영제의 서포트 샤프트가 내부에 배치되는 반응로를 구비한다. 반응로 내의 서셉터는 기판이 재치되는 포켓부와, 그 포켓부의 표면과 이면을 관통하는 관통구멍을 갖는다. 또한 서포트 샤프트에는, 서셉터의 하방으로부터 서셉터의 이면을 향하여 연장되는 지주부와, 그 지주부의 상단부로부터 연장되어 서셉터의 관통구멍 아래를 가로지르도록 하여 서셉터의 이면에 접속하는 암부가 구비된다. 이 암부에는, 서셉터의 관통구멍의 아래에, 그 서셉터의 관통구멍과 동일한 방향으로 암부를 관통하는 관통구멍이 형성된다. 서셉터와 암부에 형성되는 관통구멍에는, 서셉터와의 사이에서 기판을 주고받을 때 승강 동작하는 리프트 핀이 삽입되고, 이들 2개의 관통구멍에 의해 승강하는 핀의 경사가 정해진다.
여기에서, 리프트 핀의 경사를 정하는 관통구멍을 갖는 서셉터(흑연제)와 서포트 샤프트(석영제)는 열팽창률이 크게 다르다. 그 때문에 기판을 반응로에 반입하면, 실온하의 기판이 고온의 반응로 내에 반입됨으로써 반응로 내의 온도가 불안정하게 되어, 서셉터의 관통구멍과 서포트 샤프트의 관통구멍의 위치관계가 변화된다. 그러면, 이들 2개의 관통구멍이 정하는 리프트 핀의 경사가 불안정하게 되어, 리프트 핀에 의해 포켓부에 재치되는 기판의 위치에 불규칙한 분포가 생긴다. 그 때문에 포켓부에 재치된 기판의 둘레 방향에 형성되는 간극(기판과 포켓부 사이의 간극)이 기판의 둘레 방향에서 불균일하게 된다. 그리고, 이렇게 하여 재치된 기판에 에피택셜층을 성장하면, 기판의 외주부에 있어서 에피택셜층의 막 두께 분포가 악화된다.
그래서, 포켓부에 재치되는 기판의 위치를 측정하고, 그 측정 결과로부터 포켓부에 재치되는 기판의 위치의 불규칙한 분포를 억제하는 방법이 있다. 이 방법에서는, 기판을 리프트 핀에 건네 주기 위해 서셉터의 상방에 기판을 반송하는 로봇이 서셉터의 상방에 정지하는 위치를, 포켓부에 전회 재치된 기판의 위치에 기초하여 조절한다. 그러나, 포켓부에 재치되는 기판은 기판 1매마다 포켓부에 재치되는 위치가 크게 변화된다. 따라서, 전회 재치된 기판의 위치에 기초하여 로봇의 위치를 조절해도 포켓부에 재치되는 기판의 위치의 불규칙한 분포를 충분히 억제할 수 없다.
또한 특허문헌 1에는, 석영제의 서포트 샤프트와 흑연제의 서셉터의 열팽창률의 차에 기초하는 암부(서포트 샤프트)와 서셉터의 관통구멍의 위치 관계의 변화를 억제하는 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 1에서는, 포켓부에 기판을 반송하기 위해 원호 형상의 판 부재인 리프트 링이 사용되고, 리프트 링의 상하 이동은 리프트 핀을 통하여 행해진다. 리프트 핀은 자신의 선단을 리프트 링의 하면에 끼워맞추어지게 함과 아울러, 서셉터와 암의 관통구멍에 삽입되어, 리프트 핀이 상하동할 때의 흔들림을 억제한다. 또한, 서셉터의 관통구멍을 서셉터의 반경 방향으로 연장되는 긴 구멍으로 하고, 흑연제의 서셉터와 석영제의 암부의 열팽창률의 차의 영향으로 리프트 핀이 관통구멍에 강하게 눌리는 것을 막고 있다. 그러나, 흑연제의 리프트 링을 사용하면, 결국은 석영제의 암부와의 열팽창률의 차의 영향을 해소할 수 없고, 리프트 핀의 경사가 불안정하게 되고, 리프트 링에 석영을 사용하면, 흑연제의 서셉터와 흡광도가 상이하기 때문에 리프트 링의 온도가 서셉터보다 낮아져, 기판의 온도 분포가 불안정하게 되는 문제가 있었다. 아울러, 기판을 서셉터에 재치할 때마다 서셉터와 리프트 링이 접촉하여 먼지가 발생하는 결과, 기판의 대량의 파티클이 부착되어 버리는 문제도 있었다.
그래서, 특허문헌 2에서는, 승강하는 리프트 핀의 흔들림(리프트 핀의 경사)을 안정시키기 위해 복수 개의 리프트 핀을 보조 부재로 서로 접속하는 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 2에서는, 리프트 핀의 측면에 나사산을 형성하는 한편, 보조 부재에 리프트 핀을 삽입하는 관통구멍을 형성함과 아울러, 그 관통구멍의 내주면에 나사홈을 형성한다. 그리고, 보조 부재의 관통구멍에 삽입한 리프트 핀을 보조 부재에 대하여 상대적으로 회전시켜 리프트 핀과 보조 부재를 결합함으로써, 복수 개의 리프트 핀을 보조 부재로 서로 접속하여, 리프트 핀의 흔들림을 안정시킨다.
일본 특개 2001-313329호 공보 일본 특개 2014-220427호 공보
그러나, 특허문헌 2의 방법에서는, 반응로 내의 온도 변화에 의해 리프트 핀과 보조 부재가 열팽창·열수축을 반복하면, 나사에 의한 리프트 핀과 보조 부재의 결합이 느슨해지고, 리프트 핀의 높이가 변화되어 버리기 때문에, 포켓부에의 기판의 재치 위치가 변화되는 문제가 있었다. 또한 리프트 핀을 서셉터와 서포트 샤프트의 암부의 관통구멍에 관통시키는 구조는 종래와 동일하기 때문에, 흑연제의 서셉터와 석영제의 서포트 샤프트의 암부와의 열팽창률의 차의 영향을 해소할 수 없어, 포켓부에 재치되는 기판의 위치의 불규칙한 분포를 충분히 억제할 수 없었다.
본 발명의 과제는 리프트 핀과의 위치 관계를 유지하여 리프트 핀을 유지하는 것이 가능한 유지 부재를 갖는 에피택셜 성장 장치 및 그 유지 부재를 제공하는 것에 있다.
(과제를 해결하기 위한 수단 및 발명의 효과)
본 발명의 에피택셜 성장 장치는,
표리를 관통하는 관통구멍을 가지고 축선 둘레로 회전 가능한 서셉터와,
관통구멍에 삽입되는 리프트 핀과,
축선 둘레에 위치하는 링부와, 링부에 접속하는 접속부를 포함하고 접속부로부터 링부를 따라 연장되어 접속부를 기점으로 링부를 향하여 바이어스 하는 탄성 부재를 갖는 유지 부재
를 구비하고,
유지 부재는 링부와 탄성 부재 사이에 리프트 핀을 끼워 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 에피택셜 성장 장치에서는, 탄성 부재의 바이어스력에 의해 리프트 핀이 탄성 부재와 링부 사이에 끼워져 유지된다. 탄성 부재의 바이어스력을 이용하여 리프트 핀이 유지되기 때문에, 리프트 핀을 유지하는 유지 부재(링부와 탄성 부재) 및 리프트 핀이 열팽창·열수축을 반복해도 유지 부재가 리프트 핀을 유지하는 힘이 커 느슨해지지 않는다. 그 때문에 유지 부재는 리프트 핀을 유지하는 위치를 장기간 유지한 채 리프트 핀을 유지할 수 있다.
본 발명의 실시태양에서는, 관통구멍은 축선 둘레에 복수 형성되고, 복수의 관통구멍에는 리프트 핀이 각각 삽입되어, 유지 부재에 의해 복수의 리프트 핀이 유지된다.
이것에 의하면, 유지 부재에 의해 복수의 리프트 핀을 유지할 수 있어, 리프트 핀이 흔들리는 것을 억제하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 실시태양에서는, 서셉터의 관통구멍은 제1 관통구멍이며, 서셉터에 접속하여 제1 관통구멍의 아래를 가로지르는 암부를 가지고 서셉터를 지지하는 지지부를 구비하고, 암부는 제1 관통구멍에 삽입되는 리프트 핀이 관통하는 제2 관통구멍을 갖고, 제2 관통구멍은 서셉터의 반경 방향으로 연장되는 긴 구멍이다.
이것에 의하면, 흑연제의 서셉터와 석영제의 암부의 열팽창률의 차의 영향에 의해, 서셉터의 제1 관통구멍과 리프트 핀이 암부의 제2 관통구멍의 위치 관계가 변화되어도, 서셉터의 반경 방향으로의 리프트 핀의 경사가 불안정하게 되는 것을 억제할 수 있음과 아울러, 서셉터의 원주 방향으로의 리프트 핀의 경사를 안정화시킬 수 있다. 그 때문에, 포켓부에 재치되는 기판의 위치에 불규칙한 분포가 생기는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 실시태양에서는, 암부는 서셉터의 하방에 위치하는 일단부와, 서셉터에 접속하는 타단부를 갖고, 지지부는 축선 방향으로 연장되어 상단부가 일단부에 접속하는 지주부를 구비하고, 유지 부재는 지주부 둘레에 위치한다.
이것에 의하면, 유지 부재는 암부보다도 전체적으로 하방에 위치한다. 그 때문에 유지 부재와 서셉터와의 간격을 넓힐 수 있어, 유지 부재가 서셉터에 재치되는 기판의 온도 분포에 악영향을 미치는 것을 경감할 수 있다.
본 발명의 실시태양에서는, 리프트 핀은 제1 관통구멍에 걸리는 것이 가능한 상부를 갖고, 리프트 핀은 상부가 제1 관통구멍에 걸림으로써 서셉터에 유지된다.
구체적으로는, 상부는 제1 관통구멍을 막도록 서셉터에 걸리는 것이 가능하고, 리프트 핀은 상부가 제1 관통구멍에 걸림으로써 제1 관통구멍을 막은 상태에서 서셉터에 유지된다.
이것에 의하면, 서셉터에 재치한 기판을 가열할 때에 기판을 가열하는 광이 제1 관통구멍으로부터 기판의 이면에 누설되는 것을 방지하고, 기판이 국소적으로 가열되는 것을 방지할 수 있다. 또한 그러한 기판에 에피택셜층을 성장시키는 가스 등이 제1 관통구멍으로부터 기판의 이면에 흘러들어 오는 것을 방지하여, 기판의 이면에 국소적인 퇴적이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시태양에서는, 서셉터는 흑연제 또는 탄화규소제 혹은 탄화규소에 의해 코팅된 흑연제이며, 유지 부재는 탄화규소제이다.
이것에 의하면, 리프트 핀이 삽입되는 제1 관통구멍을 갖는 서셉터와, 그 제1 관통구멍에 삽입되는 리프트 핀을 유지하는 유지 부재의 열팽창률의 차를 작게 또는 열팽창률을 동일하게 할 수 있다. 따라서, 제1 관통구멍과 유지 부재의 위치 관계가 크게 변화함으로써 리프트 핀의 경사가 불안정하게 되는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 실시태양에서는, 탄성 부재는 접속부를 포함하는 판 형상 부재이다.
이것에 의하면, 간이한 구조로 리프트 핀을 유지할 수 있다.
본 발명의 실시태양에서는, 링부는 원 형상 또는 대략 원 형상으로 형성된다.
또한 본 발명의 실시태양에서는, 유지 부재는 링부와 탄성 부재 사이에 리프트 핀의 하단부를 끼워 리프트 핀을 유지한다.
이것에 의하면, 리프트 핀의 상부가 걸리는 서셉터의 제1 관통구멍과 리프트 핀을 유지하는 유지 부재에 의해, 리프트 핀이 리프트 핀의 양단부에서 유지되어, 리프트 핀의 경사를 안정시키는 것이 가능하게 된다.
또한 본 발명의 유지 부재는,
표리를 관통하는 관통구멍을 가지고 축선 둘레로 회전 가능한 서셉터의 관통구멍에 삽입되는 리프트 핀을 유지하는 유지 부재로서,
축선 둘레에 위치하는 링부와,
링부에 접속하는 접속부를 포함하고 접속부로부터 링부를 따라 연장되어 접속부를 기점으로 링부를 향하여 바이어스 하는 탄성 부재
를 구비하고,
링부와 탄성 부재 사이에 리프트 핀을 끼워 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 유지 부재로서 구성한 것이다. 상술의 에피택셜 성장 장치의 유지 부재와 마찬가지로 리프트 핀을 유지하는 위치를 장기간 유지한 채 리프트 핀을 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일례의 기상 성장 장치의 모식 단면도.
도 2는 도 1의 서셉터의 모식 평면도.
도 3는 도 1의 서셉터와 서포트 샤프트의 모식 평면도(단, 서셉터와 서포트 샤프트의 위치 관계를 설명하기 위해 서셉터를 파선으로 도시한 도면).
도 4a는 도 1의 서포트 링의 모식 사시도.
도 4b는 도 4a의 서포트 링의 모식 저면도.
도 5a는 도 1의 서셉터, 서포트 샤프트 및 서포트 링의 모식 저면도.
도 5b는 도 5a의 부분 확대도.
도 6은 비교예에서 사용한 기상 성장 장치의 모식 단면도.
도 7은 도 6의 서포트 샤프트의 모식 평면도.
(발명을 실시하기 위한 형태)
도 1에는, 본 발명의 에피택셜 성장 장치의 일례인 낱장식의 기상 성장 장치(1)가 도시된다. 기상 성장 장치(1)에 의해 기판(W)에 에피택셜층이 기상 성장되어, 에피택셜 웨이퍼가 제조된다.
기상 성장 장치(1)는 반응로(2)를 구비한다. 반응로(2)의 내부에는, 서셉터(3)와, 서셉터(3)를 지지하는 서포트 샤프트(4)와, 서셉터(3)와 서포트 샤프트(4)를 관통하는 리프트 핀(5)과, 리프트 핀(5)을 유지하는 서포트 링(6)과, 리프트 핀(5)을 유지하는 리프트 핀 지지부(7)가 구비된다.
서셉터(3)는 탄화규소에 의해 코팅된 흑연제 또한 원반 형상의 부재이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 서셉터(3)는 서셉터(3)의 표면이 원반 형상으로 움푹 들어간 포켓부(3a)와, 포켓부(3a)의 표면으로부터 서셉터(3)의 이면을 향하여 서셉터(3)를 관통하는 복수의 관통구멍(3b)을 갖는다. 포켓부(3a)는 기판(W)의 직경보다 수 밀리정도 크고, 기판(W)의 두께와 같은 정도의 깊이로 서셉터(3)의 상면이 원반 형상으로 도려내진 오목 형상이다. 포켓부(3a)의 내측에는 기판(W)이 재치된다. 도 1로 되돌아와, 관통구멍(3b)은 깔때기 형상의 구멍이다. 관통구멍(3b)은 상부(U)와 상부(U)의 하단에 접속하는 하부(D)를 구비한다. 상부(U)는 상단으로부터 하단을 향하여 내경이 직경 축소하는 테이퍼 형상의 구멍이다. 하부(D)는 상부(U)의 하단의 내경에 접속하고, 또한, 그 내경과 동일한 원통 형상의 구멍이다. 관통구멍(3b)은, 도 2에 도시하는 바와 같이, 평면으로 보아 포켓부(3a)의 중심(C) 둘레에 동일한 각도 간격으로 복수(3개) 형성된다. 도 1에서는 2개의 관통구멍(3b)이 도시되고, 서셉터(3)는 포켓부(3a)에 기판(W)이 재치된 상태에서 연직 방향으로 연장되는 축선(O) 둘레로 회전 가능하게 반응로(2) 내에 배치된다.
서포트 샤프트(4)는 서셉터(3)를 지지하는 석영제의 지지 부재이다. 서포트 샤프트(4)는 서셉터(3)의 이면측으로부터 서셉터(3)를 수평 또는 대략 수평으로 지지하도록 반응로(2) 내에 배치된다. 서포트 샤프트(4)는 서셉터(3)의 하방으로부터 축선(O)을 따르도록 하여 서셉터(3)의 이면을 향하여 연장되는 지주부(4a)와, 지주부(4a)로부터 연장되어 서셉터(3)의 이면에 접속하는 복수(3개)의 암부(4b)를 구비한다(도 3 참조). 지주부(4a)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 연직 방향으로 연장되는 원주 형상으로 형성되고, 상단부에 암부(4b)가 접속한다. 암부(4b)는 지주부(4a)의 상단부에 접속하는 일단부(E1)와, 서셉터(3)의 이면의 외주부에 접속하는 타단부(E2)와, 일단부(E1)로부터 연장되어 서셉터(3)의 관통구멍(3b) 아래를 가로 지르도록 하여 타단부(E2)에 접속하는 접속부(E3)를 갖는다. 접속부(E3)는 서셉터(3)의 관통구멍(3b)의 아래에 대응하는 부분에 축선(O)을 따르도록 하여 접속부(E3)를 관통하는 관통구멍(H)을 구비한다. 서포트 샤프트(4)의 평면으로 본 도 3에 도시하는 바와 같이, 관통구멍(H)은 서셉터(3)의 반경 방향이 장경이 되는 타원 형상 또는 긴 구멍 형상으로 형성된다. 또한 관통구멍(H)의 크기는 관통구멍(H)의 내측에 관통구멍(3b)이 들어가는 크기가 된다.
도 1로 되돌아와, 서포트 샤프트(4)의 관통구멍(H)과, 서셉터(3)의 관통구멍(3b)에는 리프트 핀(5)이 삽입된다. 리프트 핀(5)은 서셉터(3)와의 사이에서 기판(W)의 주고받기를 하는 부재이다. 리프트 핀(5)은 둥근 봉 형상의 본체부(5a)와, 본체부(5a)의 상단에 접속하는 머리부(5b)를 구비한다. 본체부(5a)는 원주 형상이며, 그 원주 형상의 직경은 관통구멍(3b)의 하부(D)의 내경보다 작다. 머리부(5b)는 본체부(5a)의 상단에 접속하는 하단으로부터 상방을 향하여 직경 확장하는 테이퍼 형상이다. 머리부(5b)는 관통구멍(3b)의 상부(U)에 걸리도록 하여 상부(U)의 내측에 들어간다. 따라서, 리프트 핀(5)은 머리부(5b)가 관통구멍(3b)에 유지되고 서셉터(3)에 장착된다. 리프트 핀(5)을 서셉터(3)에 장착하는 경우에는, 예를 들면, 서셉터(3)의 상방에 리프트 핀(5)을 준비하고, 본체부(5a) 측으로부터 관통구멍(3b)에 리프트 핀(5)을 삽입하고, 관통구멍(3b)을 통과하여 본체부(5a)를 관통구멍(H)에 삽입한다. 이와 같이 리프트 핀(5)을 관통구멍(3b, H)에 삽입시켜 가면, 관통구멍(3b)의 상부(U)에 리프트 핀(5)의 머리부(5b)가 걸리고, 리프트 핀(5)은 관통구멍(3b)에 매달리고, 관통구멍(3b)의 상부(U)가 리프트 핀(5)의 머리부(5b)로 막힌다. 그 한편으로, 관통구멍(H)과 관통구멍(H)에 삽입되는 리프트 핀(5) 사이에는, 서셉터(3)의 반경 방향으로 넓은 간극이 형성되어, 흑연제의 서셉터(3)와 석영제의 암부(4b)의 열팽창률의 차에 의해 관통구멍(3b)과 관통구멍(H)의 위치 관계가 크게 변화되어도, 관통구멍(H)에 의해 서셉터(3)의 반경 방향으로의 리프트 핀(5)의 위치는 구속되지 않게 되어 있다. 그것에 대하여, 관통구멍(H)과 리프트 핀(5) 사이의 서셉터(3)의 원주 방향의 간극에 대해서는, 관통구멍(3b)과 리프트 핀(5)의 간극과 동일 또는 대략 동일하게 하여, 서셉터(3)의 원주 방향으로의 리프트 핀(5)의 경사의 불규칙한 분포를 억제할 수 있게 되어 있다. 이렇게 하여 본 실시태양에서는 복수(3개)의 리프트 핀(5)이 서셉터(3)에 유지된다.
리프트 핀(5)은 머리부(5b)가 서셉터(3)의 관통구멍(3b)에 의해 유지되는 한편, 리프트 핀(5)의 하단부는 서포트 링(6)에 의해 유지된다. 서포트 링(6)은 3개의 리프트 핀(5)을 각각 끼워 유지하는 탄화규소제이면서 링 형상의 부재이다. 도 4a에 도시하는 바와 같이, 서포트 링(6)은 축선(O) 둘레에 위치하는 링부(6a)와, 링부(6a)에 접속하는 탄성 변형 가능한 판 형상 부재(6b)를 갖는다. 링부(6a)는 축선(O)을 중심으로 하는 원 형상 또는 대략 원 형상으로 형성되고, 링부(6a)의 내주면에 판 형상 부재(6b)가 접속한다. 도 4b에 도시하는 바와 같이, 판 형상 부재(6b)는 링부(6a)에 접속하는 접속부(6b1)와, 접속부(6b1)로부터 링부(6a)를 따라 연장되는 본체부(6b2)를 갖는다. 접속부(6b1)는, 링부(6a)의 내주면을 기점으로, 그 내주면으로부터 벗어나도록 링부(6a)의 내측을 향하여 연장되는 판 형상으로 형성된다. 본체부(6b2)는 접속부(6b1)에 접속하여 링부(6a)의 내주면을 따라 연장되는 판 형상으로 형성된다. 판 형상 부재(6b)는 접속부(6b1)에서의 탄성 변형에 기초하여 본체부(6b2)가 링부(6a)의 내주면에 접근하는 방향으로 바이어스 된다. 서포트 링(6)은 링부(6a)의 내주면과 본체부(6b2) 사이에 리프트 핀(5)의 측면을 끼워 유지하도록 리프트 핀(5)에 장착된다. 도 5a에는, 서포트 링(6)에 의해 복수의 리프트 핀(5)이 각각 링부(6a)와 판 형상 부재(6b)에 끼워져 유지되는 상태가 도시된다. 도 5b에 도시하는 바와 같이, 리프트 핀(5)은 링부(6a)의 내주면에 접근하는 방향으로 바이어스되는 판 형상 부재(6b)와 링부(6a)에 끼워져 유지된다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 리프트 핀(5)은 하단부가 서포트 링(6)에 의해 유지된다. 서포트 링(6)과 관통구멍(3b)에 의해, 리프트 핀(5)의 경사(자세)가 지지된다.
리프트 핀(5)은, 서셉터(3)와의 사이에서 기판(W)의 주고받기를 할 때는, 리프트 핀 지지부(7)에 의해 지지된다. 리프트 핀 지지부(7)는 리프트 핀(5)의 하단을 지지하고 리프트 핀(5)을 승강시킨다. 리프트 핀 지지부(7)는 지주부(4a)를 둘러싸는 통 형상부(7a)와, 통 형상부(7a)의 상단부로부터 방사상으로 연장되어 리프트 핀(5)의 하단의 근방에 위치하는 복수의 암(7b)과, 암(7b)의 상단에 접속하여 리프트 핀(5)의 하단을 지지하기 위한 지지대(7c)를 갖는다.
통 형상부(7a) 및 지주부(4a)의 하단부에는 각각 구동부(8)가 접속된다. 구동부(8)는 지주부(4a)와 통 형상부(7a)를 독립하여 작동시키는 구동 수단(예를 들면, 모터나 액추에이터)으로서 구성된다. 구동부(8)는 지주부(4a)를 축선(O) 둘레로 회전 가능하고, 축선(O)을 따르도록 지주부(4a)와 통 형상부(7a)를 각각 독립하여 상하 방향으로 이동 가능하다. 예를 들면, 도 1의 포켓부(3a)에 기판(W)이 재치되어 있지 않은 상태에서 구동부(8)가 통 형상부(7a)를 상승시키면, 통 형상부(7a)와 함께 지지대(7c)가 상승한다. 그러면, 지지대(7c)가 리프트 핀(5)의 하단을 지지하며 리프트 핀(5)을 상승시키고, 리프트 핀(5)이 관통구멍(3b)으로부터 돌출한다. 관통구멍(3b)으로부터 돌출한 리프트 핀(5)을 하강시키는 경우에는, 구동부(8)가 통 형상부(7a)를 하강시킴으로써 리프트 핀(5)이 관통구멍(3b)에 매달린다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 반응로(2)의 외측에는 반응로(2)의 좌우에 가스 공급관(9)과 가스 배출관(10)이 배치된다. 또한, 반응로(2)의 상하에 복수의 램프(11)가 배치된다.
가스 공급관(9)은 반응로(2)의 수평 방향의 일단측(도 1 좌측)에 위치하고, 반응로(2) 내에 각종 가스를 대략 수평으로 공급한다. 가스 공급관(9)은, 예를 들면, 기상 성장 시에는 반응로(2) 내에 기상 성장 가스를 공급한다. 기상 성장 가스는, 예를 들면, 실리콘 단결정막의 원료가 되는 원료 가스와, 원료 가스를 희석하는 캐리어 가스와, 단결정막에 도전형을 부여하는 도판트 가스를 갖는다.
가스 배출관(10)은 반응로(2)의 수평 방향의 타단측(도시 우측)에 위치하고, 반응로(2) 내의 가스를 반응로(2) 외부로 배출한다. 가스 배출관(10)은 기판(W)을 통과한 기상 성장 가스 등을 배출한다.
램프(11)는 반응로(2)의 상하에 복수 배치되고, 기상 성장시에 반응로(2) 내를 가열하여 반응로(2) 내에 위치하는 기판(W) 등의 온도를 조절하는 열원이 된다.
이상, 기상 성장 장치(1)의 주요한 각 부를 설명했다. 다음에 도시하지 않은 반송 로봇에 의해 반응로(2) 내에 반송된 기판(W)을 서셉터(3)의 포켓부(3a)에 재치시키는 공정을 설명한다. 기판(W)은 도시하지 않은 반송 로봇에 의해 서셉터(3)의 상방으로 반송되고, 서셉터(3)의 상방에 반송된 기판(W)은, 예를 들면, 다음과 같이 하여 포켓부(3a)에 재치된다.
반송 로봇에 의해 서셉터(3)의 상방에 기판(W)이 반송되면, 구동부(8)가 통 형상부(7a)를 상승시키고, 관통구멍(3b)으로부터 돌출하도록 리프트 핀(5)을 들어 올린다. 리프트 핀(5)은 머리부(5b)의 상단면이 기판(W)의 이면에 도달할 때까지 상승하고, 그 상단면으로 기판(W)의 이면을 지지하고 기판(W)을 받는다. 리프트 핀(5)이 기판(W)을 받으면, 구동부(8)는 통 형상부(7a)를 하강시켜 리프트 핀(5)을 하강시킨다. 그러면, 리프트 핀(5)에 지지된 기판(W)이 하강하고, 기판(W)이 포켓부(3a)에 재치된다. 리프트 핀(5)이 강하하여 기판(W)이 포켓부(3a)에 재치되면, 리프트 핀(5)의 머리부(5b)가 기판(W)의 이면으로부터 벗어나도록 하강한다. 그러면, 리프트 핀(5)은 머리부(5b)가 관통구멍(3b)에 걸리도록 관통구멍(3b)에 매달리고, 리프트 핀(5)의 하단을 지지한 지지대(7c)가 리프트 핀(5)으로부터 벗어난다(도 1 참조).
이상과 같이 하여 기판(W)이 서셉터(3)의 포켓부(3a)에 반송된다. 그 후, 구동부(8)가 지주부(4a)를 축선(O) 둘레로 회전시킨다. 이것에 의해, 서셉터(3) 및 서셉터(3)에 재치된 기판(W)을 축선(O) 둘레로 회전시키고, 회전하는 기판(W)의 표면에 기상 성장 가스를 공급하여 기판(W)에 에피택셜층을 성장하고, 에피택셜 웨이퍼가 제조된다.
이렇게 하여 제조되는 에피택셜 웨이퍼는 포켓부(3a)에 재치되는 기판(W)의 위치에 따라 기판(W)에 공급되는 기상 성장 가스의 흐름이 변화되어, 기판(W)에 성장시키는 에피택셜층의 막 두께에 영향이 생긴다. 포켓부(3a)에 재치된 기판(W)의 원주 방향에 형성되는 간극(기판(W)와 포켓부(3a)의 간극)이 기판(W)의 원주 방향에서 불균일하게 된 상태에서 기판(W)에 에피택셜층을 성장하면, 기판(W)의 외주부에서 에피택셜층의 막 두께 분포가 악화된다.
따라서, 포켓부(3a)와의 간극이 기판(W)의 원주 방향에서 균일하게 되도록 기판(W)이 포켓부(3a)에 재치되는 것이 바람직하다. 여기에서, 포켓부(3a)에 재치되는 기판(W)은 기판(W)의 이면이 리프트 핀(5)으로 지지된 상태에서 포켓부(3a)에 반송된다. 그 때문에 기판(W)이 포켓부(3a)에 재치되는 위치는 기판(W)을 포켓부(3a)에 반송하는 리프트 핀(5)의 영향을 받는다. 예를 들면, 리프트 핀(5)에 의해 기판(W)를 지지하는 경우에는, 기판(W)의 하중에 의해 리프트 핀(5)이 흔들림으로써 포켓부(3a)에 재치되는 기판(W)의 위치에 불규칙한 분포가 생길 우려가 있다.
그래서, 도 5a 및 도 5b에 도시하는 바와 같이, 리프트 핀(5)의 자세가 안정하도록 링부(6a)와 판 형상 부재(6b)로 리프트 핀(5)의 하단부를 끼움으로써 리프트 핀(5)의 흔들림을 억제한다. 여기에서, 판 형상 부재(6b)는 도 5b의 접속부(6b1)를 기점으로 본체부(6b2)가 링부(6a)를 향하여 바이어스 하고, 이 바이어스력을 이용하여 리프트 핀(5)이 본체부(6b2)와 링부(6a)에 끼워져 유지된다. 따라서, 실온하의 기판(W)이 고온의 반응로(2) 내에 반입되는 등에 의해 반응로(2) 내의 온도가 불안정하게 되어, 리프트 핀(5)을 유지하는 링부(6a)와 판 형상 부재(6b)가 열팽창·열수축을 반복해도, 그것들이 리프트 핀(5)을 유지하는 힘은 크게 느슨해지지 않는다. 그 때문에 링부(6a)와 판 형상 부재(6b)가 리프트 핀(5)을 유지하는 위치를 유지한 채 리프트 핀(5)을 유지할 수 있다.
또한 리프트 핀(5)이 삽입되는 암부(4b)의 관통구멍(H)과 리프트 핀(5) 사이에는 서셉터(3)의 반경 방향으로 연장되는 긴 구멍이 형성되어, 관통구멍(H)에 의해 서셉터(3)의 반경 방향으로의 리프트 핀(5)의 위치는 구속되지 않도록 되어 있다. 그것에 대하여, 관통구멍(H)과 리프트 핀(5) 사이의 서셉터(3)의 원주 방향의 간극에 대해서는, 관통구멍(3b)과 리프트 핀(5)의 간극과 동일한 또는 대략 동일하게 하여, 서셉터(3)의 원주 방향으로의 리프트 핀(5)의 경사의 불규칙한 분포를 억제할 수 있도록 한다. 따라서, 흑연제의 서셉터(3)와 석영제의 암부(4b)의 열팽창률의 차에 의해 관통구멍(3b)과 관통구멍(H)의 위치 관계가 크게 변화되어, 리프트 핀(5)의 자세(경사)가 불안정하게 되는 것을 억제할 수 있다. 그리고, 리프트 핀(5)이 삽입되는 관통구멍(3b)을 갖는 서셉터(3)가 흑연제이며, 관통구멍(3b)에 삽입되는 리프트 핀(5)을 유지하는 서포트 링(6)이 탄화규소제이다. 그 때문에, 서셉터(3)와 서포트 링(6)의 열팽창률의 차를 작게 할 수 있어, 반응로(2) 내의 온도 변화 등에 의해 관통구멍(3b)과 서포트 링(6)의 위치 관계가 크게 변화되는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 리프트 핀(5)의 경사가 불안정하게 되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 흑연제의 서셉터(3) 대신에 탄화규소제의 서셉터를 사용하면, 보다 효과적이다.
이상으로부터, 본 발명의 실시태양에서는, 리프트 핀(5)의 경사가 불안정하게 되는 것이 억제되어, 서셉터(3)의 포켓부(3a)에 재치되는 기판(W)의 위치가 불규칙하게 분포하는 것을 억제할 수 있다.
( 실시예 )
본 발명의 효과를 확인하기 위해 이하에 나타내는 실험을 행했다. 이하에 있어서, 실시예와 비교예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 이것들은 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
(실시예)
직경 300mm의 실리콘 단결정 기판인 기판(W)과 기상 성장 장치(1)를 준비하고, 준비한 기판(W)과 기상 성장 장치(1)를 사용하여 기상 성장 장치(1)의 서셉터(3)의 포켓부(3a)에 기판(W)를 재치하고, 재치한 기판(W)에 에피택셜층을 성장하여 에피택셜 웨이퍼를 제조했다. 그리고, 제조된 에피택셜 웨이퍼의 에피택셜층의 외주부의 막 두께 분포에 기초하여, 그 에피택셜 웨이퍼의 기판(W)의 중심이 포켓부(3a) 의 중심(C)으로부터 벗어난 거리를 재치 벗어남량으로서 측정했다. 이렇게 하여 100장의 에피택셜 웨이퍼를 제조하고, 제조한 에피택셜 웨이퍼로부터 재치 벗어남량을 취득하여, 재치 벗어남량의 평균값 및 표준편차를 산출했다. 또한, 재치 벗어남량의 구체적인 측정 방법으로서는, 일본 특개 2014-127595호 공보에 개시되는 방법을 사용했다.
(비교예)
비교예에서는, 다음에 나타내는 구성 이외는 기상 성장 장치(1)와 동일한 기상 성장 장치(101)(도 6과 도 7 참조)를 사용하여 에피택셜 웨이퍼를 제조했다. 이하, 기상 성장 장치(101)의 설명을 하지만, 기상 성장 장치(1)와 동일한 구성은 동일한 부호를 붙여 설명을 생략하고, 특유한 구성만을 설명한다. 기상 성장 장치(101)는 기상 성장 장치(1)로부터 서포트 링(6)을 떼어내고, 서포트 샤프트(4) 대신에 서포트 샤프트(104)를 부착한 것이다. 서포트 샤프트(104)는 서포트 샤프트(4)의 관통구멍(H)의 형상을 긴 구멍으로부터 긴 구멍보다 작은 원통 형상의 관통구멍(H1)으로 바꾼 것으로, 관통구멍(3b, H1)에 삽입된 리프트 핀(5)은 관통구멍(3b, H1)에 의해 리프트 핀(5)의 경사가 정해진다. 이러한 기상 성장 장치(101)를 사용하는 이외는, 실시예와 동일한 조건으로 하여 100매의 에피택셜 웨이퍼를 제조하고, 재치 벗어남량의 평균값 및 표준편차를 산출했다.
실시예 및 비교예에서 얻어진 측정 결과는 다음과 같이 되었다. 실시예에서는, 재치 벗어남량의 평균값이 52㎛, 재치 벗어남량의 표준편차가 26㎛인 것에 대하여, 비교예에서는, 재치 벗어남량의 평균값이 148㎛, 재치 벗어남량의 표준편차가 79㎛이다. 그 때문에, 실시예에서는, 포켓부(3a)에 재치되는 기판(W)의 위치가 불규칙하게 분포하는 것을 비교예보다 저감할 수 있었다.
이상, 본 발명의 실시예를 설명했지만, 본 발명은 그 구체적인 기재에 한정되지 않고, 예시한 구성 등을 기술적으로 모순이 없는 범위에서 적당히 조합하여 실시하는 것도 가능하고, 또한 어떤 요소, 처리를 주지의 형태로 치환하여 실시할 수도 있다.
1 기상 성장 장치
2 반응로
3 서셉터
3b 관통구멍(제1 관통구멍)
4 서포트 샤프트(지지부)
4a 지주부
4b 암부
H 관통구멍(제2 관통구멍)
5 리프트 핀
6 서포트 링(유지 부재)
6a 링부
6b 판 형상 부재(탄성 부재)
7 리프트 핀 지지부
W 기판
O 축선

Claims (11)

  1. 표리를 관통하는 관통구멍을 가지고 축선 둘레로 회전 가능한 서셉터와,
    상기 관통구멍에 삽입되는 리프트 핀과,
    상기 축선 둘레에 위치하는 링부와, 상기 링부에 접속하는 접속부를 포함하고 상기 접속부로부터 상기 링부를 따라 연장되어 상기 접속부를 기점으로 상기 링부를 향하여 바이어스 하는 탄성 부재를 갖는 유지 부재와,
    상기 유지 부재는 상기 링부와 상기 탄성 부재 사이에 상기 리프트 핀을 끼워 유지하는 것을 특징으로 하는 에피택셜 성장 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 관통구멍은 상기 축선 둘레에 복수 형성되고,
    복수의 상기 관통구멍에는, 상기 리프트 핀이 각각 삽입되는 것을 특징으로 하는 에피택셜 성장 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 관통구멍은 제1 관통구멍이며,
    상기 서셉터에 접속하여 상기 제1 관통구멍의 아래를 가로지르는 암부를 가지고 상기 서셉터를 지지하는 지지부를 구비하고,
    상기 암부는 상기 제1 관통구멍에 삽입되는 상기 리프트 핀이 관통하는 제2 관통구멍을 갖고,
    상기 제2 관통구멍은 상기 서셉터의 반경 방향으로 연장되는 긴 구멍인 것을 특징으로 하는 에피택셜 성장 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 암부는 상기 서셉터의 하방에 위치하는 일단부와, 상기 서셉터에 접속하는 타단부를 갖고,
    상기 지지부는 상기 축선 방향으로 연장되어 상단부가 상기 일단부에 접속하는 지주부를 구비하고,
    상기 유지 부재는 상기 지주부 둘레에 위치하는 것을 특징으로 하는 에피택셜 성장 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 리프트 핀은 상기 제1 관통구멍에 걸리는 것이 가능한 상부를 갖고,
    상기 리프트 핀은 상기 상부가 상기 제1 관통구멍에 걸림으로써 상기 서셉터에 유지되는 것을 특징으로 하는 에피택셜 성장 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 상부는 상기 제1 관통구멍을 막도록 상기 서셉터에 걸리는 것이 가능하고,
    상기 리프트 핀은 상기 상부가 상기 제1 관통구멍에 걸림으로써 상기 제1 관통구멍을 막은 상태에서 상기 서셉터에 유지되는 것을 특징으로 하는 에피택셜 성장 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 서셉터는 흑연제 또는 탄화규소제 혹은 탄화규소로 코팅된 흑연제이며,
    상기 유지 부재는 탄화규소제인 것을 특징으로 하는 에피택셜 성장 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 탄성 부재는 상기 접속부를 포함하는 판 형상 부재인 것을 특징으로 하는 에피택셜 성장 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 링부는 원 형상 또는 대략 원 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 에피택셜 성장 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 유지 부재는 상기 링부와 상기 탄성 부재 사이에 상기 리프트 핀의 하단부를 끼워 상기 리프트 핀을 유지하는 것을 특징으로 하는 에피택셜 성장 장치.
  11. 표리를 관통하는 관통구멍을 가지고 축선 둘레로 회전 가능한 서셉터의 상기 관통구멍에 삽입되는 리프트 핀을 유지하는 유지 부재로서,
    상기 축선 둘레에 위치하는 링부와,
    상기 링부에 접속하는 접속부를 포함하고 상기 접속부로부터 상기 링부를 따라 연장되어 상기 접속부를 기점으로 상기 링부를 향하여 바이어스 하는 탄성 부재
    를 구비하고,
    상기 링부와 상기 탄성 부재 사이에 상기 리프트 핀을 끼워 유지하는 것을 특징으로 하는 유지 부재.
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