KR20200036723A - 기상 성장 장치, 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법 - Google Patents

기상 성장 장치, 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법 Download PDF

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KR20200036723A
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semiconductor substrate
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쇼헤이 요시오카
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신에쯔 한도타이 가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 반도체 기판과 서셉터 사이에 존재하는 가스에 의해 반도체 기판이 서셉터 위에서 옆으로 미끄러지는 것을 억제할 수 있는 기상 성장 장치 및 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법을 제공한다.
[해결 수단] 기상 성장 장치(1)는 서셉터(3)와, 서셉터(3)를 지지하는 부품(4)과, 서셉터(3) 위에서 서셉터(3)와 독립하여 승강 가능한 리프트 핀(5)과, 액추에이터(6b)에 접속되어 리프트 핀(5)을 밀어올리는 기능을 갖는 리프트 핀 지지 부품(7)을 구비한다. 리프트 핀(5)은 긴 리프트 핀(5a)과 짧은 리프트 핀(5b)을 포함하고, 반도체 기판(W)을 지지하면 반도체 기판(W)이 약간 경사진다. 이 경사각도는 0.1° 이상, 10° 미만인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1° 이상, 1° 미만이다. 그것에 의해, 반도체 기판(W)이 서셉터(3)와 접촉할 때, 양자의 간극에 있는 가스를 빠져나가게 할 수 있어, 반도체 기판(W)이 서셉터(3) 위에서 옆으로 미끄러지는 것을 억제할 수 있다.

Description

기상 성장 장치, 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법{VAPOR GROWTH DEVICE, PRODUCTION METHOD FOR EPITAXIAL WAFER}
본 발명은 반도체 기판의 표면에 박막을 기상 성장시켜 에피택셜 웨이퍼를 얻는 장치 및 방법에 관한 것이다.
예를 들면, 컴퓨터에 구비되는 메모리 및 연산 소자, 및 디지털 카메라 및 비디오에 구비되는 촬상 소자 등의 여러 반도체 디바이스가 실리콘 기판을 사용하여 제작되고 있다. 특히 첨단용의 반도체 디바이스를 제작하는 경우에는, 실리콘 기판의 표면에 기상 성장으로 실리콘층을 퇴적시킨 실리콘 에피택셜 웨이퍼가 사용된다.
이러한 에피택셜 웨이퍼는, 예를 들면, 트리클로로실란(TCS) 등의 원료를 1100℃ 이상의 고온에서 기상 반응시켜, 실리콘 기판의 표면에 실리콘 에피택셜층을 기상 성장하여 제작된다. 제작된 에피택셜 웨이퍼를 바탕으로 반도체 디바이스가 제작되기 때문에, 에피택셜 웨이퍼의 에피택셜층에 있어서의 막 두께와 저항률은 반도체 디바이스의 특성에 큰 영향을 준다. 그 때문에, 반도체 디바이스에 사용하는 에피택셜 웨이퍼에서는, 에피택셜층의 막 두께와 저항률이 웨이퍼의 면내 방향에서 균일하게 되는 고품질의 에피택셜 웨이퍼가 요구된다.
고품질의 에피택셜층을 성장하는 장치로서, 1장의 반도체 기판(이하, 단지 기판이라고 하는 경우가 있음)마다 기판의 표면에 에피택셜층을 성장하는 낱장식의 기상 성장 장치가 알려져 있다. 이러한 기상 성장 장치에서는, 예를 들면, 석영제의 블레이드에 기판을 재치한 상태에서 기판을 반송하는 반송 로봇이 사용되고, 반송 로봇에 의해 기판이 반응 용기 내로 반송된다. 반응 용기 내에 반송된 기판은, 예를 들면, 리프트 핀(pin)으로 반송 로봇의 블레이드 위로부터 서셉터를 향하여 반송되고, 기판은 서셉터 위에 재치된다.
기판이 재치되는 서셉터에는, 기판보다 직경이 큰 원반 모양으로 서셉터의 표면이 움푹 들어간 스폿페이싱부가 형성되고, 스폿페이싱부의 내측에 기판이 재치된다. 스폿페이싱부에 재치되는 기판은 기판과 스폿페이싱부의 중심을 일치시켜, 기판과 스폿페이싱부 사이에 환상의 간극이 생기도록 재치하는 것이 바람직하다. 그러나, 기판과 서셉터가 접촉할 때는, 양자의 간극에 가스가 존재하기 때문에, 서셉터 상에서 기판이 옆으로 미끄러지는 경우가 있다. 이 경우, 기판의 중심이 스폿페이싱부의 중심으로부터 벗어난 상태에서 기판이 스폿페이싱부에 재치되어, 기판과 스폿페이싱부 사이에 폭이 불균일한 환상의 간극이 형성된다. 이 상태에서 기판에 에피택셜층을 성장하면, 기판에 공급되는 원료 가스 등의 흐름이 간극에 기인하여 기판의 둘레 방향에서 불균일하게 된다. 그 결과, 성장시키는 에피택셜층의 외주부에서 막 두께가 불균일하게 되어, 막 두께의 균일성이 악화된다.
여기에서, 특허문헌 1에는, 액정 디스플레이나 플랫 패널의 제조에 이용되는, 유리 소재 또는 폴리머 소재로 구성되는 대면적 기판과, 이것을 지지하는 기판 지지체 사이로부터 가스를 몰아내는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 1의 기술에서는, 대면적 기판을 기판 지지체에 이송할 때 대면적 기판의 이면을 지지하는 제1 세트의 리프트 핀, 제1 세트의 리프트 핀보다도 기판의 내측을 지지하는 제2 세트의 리프트 핀을 설치한다. 그리고, 제1 세트의 리프트 핀의 길이나 돌출량을 제2 세트의 리프트 핀의 그것보다도 크게 함으로써 대면적 기판의 단면 형상을 활 모양으로 구부린 형상으로 제어하여, 대면적 기판의 중심으로부터 외측 가장자리에 걸쳐 서서히 기판지지체에 접촉시킨다. 이와 같이, 특허문헌 3의 기술에서는, 기판의 휨을 이용하여, 기판과 기판 지지체 사이의 가스를 몰아내고 있다.
일본 특개 2006-49867호 공보
그러나, 특허문헌 1의 기술은 휨이 적은 반도체 기판의 서셉터에의 이송에 적용할 필요는 없다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 과제는 반도체 기판이 서셉터 위에서 옆으로 미끄러지는 것을 억제할 수 있는 기상 성장 장치 및 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
(과제를 해결하기 위한 수단 및 발명의 효과)
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 기상 성장 장치는
기상 성장 시에 반도체 기판을 지지하는 서셉터와,
상기 서셉터를 관통하여 상하 방향으로 연장되도록 설치되고, 반송 로봇에 의해 상기 서셉터의 상방 영역으로 반송된 반도체 기판을 상기 서셉터에 이동시킬 때 이 반도체 기판의 이면을 일시적으로 지지하는 3개 이상의 리프트 핀,
상기 리프트 핀을 승강시키기 위해 하측으로부터 상기 리프트 핀을 지지하는 지지부를 구비하고,
상기 리프트 핀은 반도체 기판을 경사지게 한 상태에서 지지하는 것을 특징으로 한다.
이것에 의하면, 반도체 기판은 리프트 핀에 의해 경사진 상태로부터 서셉터 위에 놓이므로, 반도체 기판과 서셉터가 접촉할 때, 양자 사이에 있는 가스가 간극이 큰 에지측으로부터 빠져 나간다. 이것에 의해, 반도체 기판이 서셉터 위에서 옆으로 미끄러지는 것을 억제할 수 있다. 또한, 반도체 기판의 휨이 아니라, 경사를 이용하여 가스를 빠져나가게 하므로, 반도체 기판의 성질(직경, 두께, 조성 등)에 의존하지 않고 반도체 기판의 옆으로 미끄러짐을 억제할 수 있다. 또한, 「반도체 기판을 경사지게 한 상태」란 반도체 기판의 휨이 없다고 가정한 경우에 반도체 기판의 전체가 일정 각도(동일 각도)로 경사져 있는 상태를 의미하며, 반도체 기판이 휨으로써 부분적으로 경사진 상태(즉 휜 상태)와는 다르다.
또한, 본 발명의 기상 성장 장치에 있어서, 일부의 리프트 핀의 길이가 다른 리프트 핀의 길이와 상이하게 해도 된다. 이와 같이, 복수의 리프트 핀의 길이를 상이하게 함으로써, 반도체 기판을 경사지게 한 상태로 지지할 수 있다.
또한, 본 발명의 기상 성장 장치에 있어서, 상기 지지부는 일부의 리프트 핀의 하단을, 다른 리프트 핀의 하단과 상이한 높이 위치에서 지지하는 것으로 해도 된다. 이것에 의해서도 반도체 기판을 경사지게 한 상태로 지지할 수 있다.
또한, 본 발명의 기상 성장 장치에 있어서, 경사지게 한 상태에서의 반도체 기판의 수평면에 대한 경사각도가 0.1° 이상, 10° 미만인 것이 바람직하다. 반도체 기판의 경사각도를 0.1°보다 작게 하면, 반도체 기판과 서셉터 사이의 가스 제거 효과가 작다. 경사각도를 10° 이상으로 하면, 반도체 기판이 리프트 핀 위에서 미끄러져 버려, 리프트 핀으로부터 미끄러져 떨어져 버릴 우려가 있다. 반도체 기판의 리프트 핀 위에서의 미끄러짐을 확실하게 방지하기 위해서는, 경사각도는 1° 미만으로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명의 기상 성장 장치에 있어서, 모든 리프트 핀이 서셉터의 중심으로부터 서로 등거리에 설치된 것으로 해도 된다. 특허문헌 3과 같이 서셉터(기판 지지체)의 중심으로부터의 거리가 다른 복수 세트의 리프트 핀을 설치하면 장치 구성이 복잡해져 버린다. 서셉터의 중심으로부터의 거리가 동일한 리프트 핀만을 설치함으로써 장치 구성이 복잡해져 버리는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법은,
서셉터의 상방 영역에 반송된 반도체 기판을 경사지게 한 상태로부터 상기 서셉터 위에 재치시키는 재치 공정과,
상기 재치 공정에 의해 상기 서셉터 위에 재치된 상기 반도체 기판의 표면에 박막을 기상 성장시키는 성장 공정
을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이것에 의하면, 반도체 기판은 경사진 상태로부터 서셉터 위에 놓여지므로, 반도체 기판과 서셉터가 접촉할 때, 양자 사이에 있는 가스가 간극이 큰 에지측으로부터 빠져 나간다. 이것에 의해, 반도체 기판이 서셉터 위에서 옆으로 미끄러지는 것을 억제할 수 있으므로, 성장 공정에서 고품질의 박막을 성장시킬 수 있어, 고품질의 에피택셜 웨이퍼를 얻을 수 있다.
도 1은 실시형태의 기상 성장 장치를 측방에서 본 단면도이며, 길이가 다른 리프트 핀으로 반도체 기판을 경사지게 하여 지지한 상태의 도면이다.
도 2는 변형예의 기상 성장 장치를 측방에서 본 단면도이며, 높이가 다른 리프트 핀 지지 부품의 암에 의해 동일 길이의 각 리프트 핀을 지지하고, 이들 리프트 핀으로 반도체 기판을 경사지게 하여 지지한 상태의 도면이다.
도 3은 비교예의 기상 성장 장치를 측방에서 본 단면도이며, 리프트 핀으로 반도체 기판을 수평으로 지지한 상태의 도면이다.
도 4는 다른 비교예의 기상 성장 장치를 측방에서 본 단면도이며, 서셉터에 가스 빠짐용의 관통구멍이 형성됨과 아울러, 리프트 핀으로 반도체 기판을 수평으로 지지한 상태의 도면이다.
도 5는 실시예에 있어서의 서셉터 중심으로부터의 기판의 상대 위치의 편차를 나타내는 그래프이다.
도 6은 비교예에 있어서의 서셉터 중심으로부터의 기판의 상대 위치의 편차를 나타내는 그래프이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 우선, 도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 기상 성장 장치의 적합한 일례로서의, 본 실시형태의 낱장식의 기상 성장 장치(1)에 대하여 설명한다.
기상 성장 장치(1)는 실리콘 기판 등의 반도체 기판(W)(이하, 기판이라고 하는 경우가 있음)의 주표면에 실리콘 단결정막 등의 박막을 기상 성장시켜, 실리콘 에피택셜 웨이퍼 등의 에피택셜 웨이퍼를 제조하는 장치이다. 또한, 기판(W)은, 예를 들면, 직경 300mm 이하의 원반 형상의 반도체 기판이지만, 직경 300mm보다 큰 기판이어도 된다.
기상 성장 장치(1)는 서셉터(3)와, 이 서셉터(3)가 내부에 배치되는 반응 용기(11)와, 서셉터(3)를 지지하는 서셉터 지지 부품(4)과, 이 서셉터 지지 부품(4)을 지지하여 회전 구동 및 승강 동작시키는 액추에이터(6a)와, 서셉터(3)를 표리에 관통함과 아울러 이 서셉터(3)에 대하여 승강 동작 가능하게 설치되고, 기판(W)을 지지한 상태에서 승강 동작하는 것에 수반되게 하여 이 기판(W)을 서셉터(3) 위에 착탈하기 위한 리프트 핀(5)과, 이 리프트 핀(5)을 하측으로부터 지지하는 리프트 핀 지지 부품(7)과, 이 리프트 핀 지지 부품(7)을 지지하여 회전 구동 및 승강 동작시키는 액추에이터(6b)와, 기상 성장 시에 기판(W)을 성장 온도로 가열하기 위한 상부 가열 장치(14a) 및 하부 가열 장치(14b)(구체적으로는, 예를 들면, 할로겐 램프)와, 원료 가스(구체적으로는, 예를 들면, 트리클로로실란) 및 캐리어 가스(구체적으로는, 예를 들면, 수소)를 포함하는 기상 성장용 가스를 반응 용기(11) 내의 서셉터(3) 상측의 영역에 도입하여 이 서셉터(3) 위의 기판(W)의 주표면 위에 공급하는 기상 성장용 가스 도입관(15)과, 기상 성장용 가스 도입관(15)과 반응 용기(11)에 대하여 반대측에 설치되어 이 반응 용기(11)로부터 가스(기상 성장용 가스 및 퍼지 가스)를 배기하는 배기관(16)을 구비하여 개략 구성되어 있다. 또한, 가스 도입관(15)은 반응 용기(11)의 수평 방향에서의 일단측에 위치하고, 기상 성장용의 가스를 수평 방향으로 도입한다. 배기관(16)은, 반응 용기(11)의 수평 방향에 있어서의, 가스 도입관(15)의 반대측에 위치한다. 또한, 기상 성장 장치(1)는 반응 용기(11) 내에 기판(W)을 반입하는 반송 로봇(도시 외)을 구비한다.
서셉터(3)는 기상 성장 시에 기판(W)을 지지하는 것이며, 예를 들면, 탄화규소로 피복된 그래파이트에 의해 구성되어 있다. 서셉터(3)는, 예를 들면, 대략 원반 형상으로 구성되어 있고, 표면 및 이면이 수평하게 되도록 설치된다. 서셉터(3)의 표면 및 이면은 평탄면으로 되어 있다. 또한 서셉터(3)에는, 표리를 관통하는 리프트 핀 삽입용의 관통구멍(3a)이 리프트 핀(5)의 개수분(3개 이상) 형성되어 있다. 각 관통구멍(3a)은, 서셉터(3)의 중심(O)으로부터 등거리가 되는 위치에 형성됨과 아울러, 중심(O)에 대한 원주 방향에 있어서 동일한 간격으로 형성되어 있다. 즉, 예를 들면, 관통구멍(3a)의 개수가 3개라고 하면, 3개의 관통구멍(3a)은 중심(O)에 대한 원주 방향에서 120° 간격으로 형성되어 있다. 또한 각 관통구멍(3a)의, 서셉터(3)의 표면으로부터의 일부 구간은 서셉터(3)의 이면에 근접함에 따라 점차로 직경이 작아지는 테이퍼 구멍부로서 형성되고, 나머지 구간이 직경이 변화되지 않는 일정 직경 구멍부로서 형성되어 있다.
또한, 도 1의 예에서는, 서셉터(3)의 표면에, 기판(W)을 재치하기 위한 스폿페이싱부가 형성되어 있지 않지만, 스폿페이싱부가 형성되어 있어도 된다. 또한 서셉터(3) 위에 기판(W)이 재치되었을 때에는, 관통구멍(3a)에 대향하는 부분을 제외하고 기판(W)의 이면의 전체가 서셉터(3)의 표면에 접촉한다.
서셉터 지지 부품(4)은 연직 방향(상하 방향)으로 연장된 지주(4a)와, 지주(4a)의 상부로부터 비스듬히 상방으로 연장된 3개 이상의 암(4b)과, 각 암(4b)의 선단을 구성하고, 서셉터(3)의 이면에 접속된 접속부(4c)를 구비하고 있다. 각 암(4b)에는 리프트 핀 삽입용의 관통구멍(4d)이 형성되어 있다. 지주(4a)의 축선(L) 위에 서셉터(3)의 중심(O)이 위치하고 있다.
액추에이터(6a)는 지주(4a)의 하부를 지지하고, 기판(W)에 박막을 기상 성장시킬 때는 지주(4a)를 그 축선(L) 둘레로 회전시킨다. 액추에이터(6a)는 서셉터(3)에 대하여 기판(W)을 착탈할 때는 지주(4a)를 축선(L)의 방향으로 이동시킨다.
리프트 핀(5)은 3개 이상 설치된다. 각 리프트 핀(5)은 서셉터(3)의 관통구멍(3a) 및 암(4b)의 관통구멍(4d)에 삽입되어, 연직 방향(상하 방향)으로 연장되어 있다. 또한 각 리프트 핀(5)은 서셉터(3)의 중심(O)(바꿔 말하면, 서셉터(3)의 회전축선(L))으로부터 등거리가 되는 위치에 설치됨과 아울러, 중심(O)에 대한 원주 방향에서 동일한 간격이 되는 위치에 설치되어 있다.
리프트 핀(5)은 둥근 막대 형상의 부분과, 이 부분의 상단에서 상방으로 감에 따라 점차로 직경이 커지는 테이퍼부(5c)를 구비하여 구성되어 있다. 서셉터(3)에 대하여 리프트 핀(5)이 하강한 상태에 있을 때에는, 이 테이퍼부(5c)가 관통구멍(3a)의 테이퍼 구멍부에 들어감으로써 리프트 핀(5)의 상단면이 서셉터(3)의 표면에 대하여 약간 들어간 위치가 됨과 아울러, 리프트 핀(5)이 서셉터(3)의 하측으로 벗어나지 않도록 되어 있다. 또한 리프트 핀(5)의 하단은 리프트 핀 지지 부품(7)의 선단부(7c)에 고정되어 있지 않아도 되고, 고정되어 있어도 된다.
또한, 각 리프트 핀(5)은, 기판(W)을 리프트 핀(5)에 올려놓았을 때, 기판(W)이 수평면에 대하여 경사지고, 또한, 리프트 핀(5)으로부터 미끄러져 떨어지지 않도록, 리프트 핀(5) 간에 길이가 다르다. 기판(W)을 리프트 핀(5)에 올려놓았을 때의 기판(W)의 수평면에 대한 경사각도는 기판(W)이 리프트 핀(5)으로부터 미끄러져 떨어지지 않도록 하는 것과, 기판(W)과 서셉터(3)의 간극의 가스 제거 효과를 고려하면, 0.1° 이상, 10° 미만인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1° 이상, 1° 미만이다. 이 경사각도를 충족시키도록 각 리프트 핀(5)의 길이가 설정되어 있다.
보다 구체적으로는, 예를 들면, 도 1과 같이 측면에서 보아 리프트 핀(5)의 배치 영역을 서셉터(3)의 회전축선(L)을 경계로 2개의 영역으로 나누었을 때, 일방의 영역(이하 제1 영역이라고 함)에 위치하는 리프트 핀(5a)은 타방의 영역(이하 제2 영역이라고 함)에 위치하는 리프트 핀(5b)보다도 길다. 또한, 제1 영역에 위치하는 리프트 핀(5a)의 개수가 복수인 경우에는, 복수의 리프트 핀(5a)은 서로 동일한 길이이어도 되고, 상이한 길이이어도 된다. 마찬가지로, 제2 영역에 위치하는 리프트 핀(5b)의 개수가 복수인 경우에는, 복수의 리프트 핀(5b)은 서로 동일한 길이이어도 되고, 상이한 길이이어도 된다.
또한, 예를 들면, 리프트 핀(5)의 개수가 3개인 경우에는, 긴 쪽의 리프트 핀(5a)의 개수가 1개, 짧은 쪽의 리프트 핀(5b)의 개수가 2개이어도 되고, 긴 쪽의 리프트 핀(5a)의 개수가 2개, 짧은 쪽의 리프트 핀(5b)의 개수가 1개이어도 된다.
리프트 핀 지지 부품(7)은 연직 방향으로 연장된 지주(7a)와, 지주(7a)의 상부로부터 비스듬히 상방으로 뻗은, 리프트 핀(5)의 개수분(3개 이상)의 암(7b)과, 각 암(7b)의 선단을 구성하고, 리프트 핀(5)의 하단을 지지하기 위한 선단부(7c)를 구비하고 있다. 지주(7a)는 통 형상으로 형성되어 있고, 지주(7a)의 내측에 서셉터 지지 부품(4)의 지주(4a)가 설치된다. 지주(7a)의 축선이 서셉터 지지 부품(4)의 지주(4a)의 축선(L)에 일치하고 있다. 암(7b) 및 선단부(7c)는 서셉터 지지 부품(4)의 암(4b)의 하측에 위치한다. 또한, 각 선단부(7c)의 상면(리프트 핀(5)과의 접촉면)은 서로 동일한 높이 위치에 설정되어 있다. 또한, 리프트 핀 지지 부품(7)이 본 발명의 지지부에 상당한다.
액추에이터(6b)는 지주(7a)의 하부를 지지하고, 기판(W)에 박막을 기상 성장시킬 때는 지주(7a)를 축선(L) 둘레로 회전시킨다. 이때, 액추에이터(6b)는 지주(7a)의 회전 속도와, 지주(4a)의 회전 속도를 동기(일치)시킨다. 또한 액추에이터(6b)는 서셉터(3)에 대하여 기판(W)을 착탈할 때는 지주(7a)를 축선(L)의 방향으로 이동시킨다. 이때, 리프트 핀(5)마다 설치된 복수의 암(7b) 및 선단부(7c)의 승강 동작(승강 속도, 승강 개시 시점, 승강 종료 시점 및 위치)은 모두 동기(일치)하고 있다.
이상이 기상 성장 장치(1)의 구성이다. 다음에 기상 성장 장치(1)를 사용한 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법을 설명한다. 우선, 반송 로봇이 기판(W)을 반응 용기(11) 내의 서셉터(3)의 상방 영역까지 반송한다. 다음에 리프트 핀(5)이 기판(W)의 이면을 지지할 때까지, 액추에이터(6b)가 상승 동작한다. 액추에이터(6b)가 상승 동작하면, 이것에 접속된 리프트 핀 지지 부품(7)이 상승 동작하고, 리프트 핀 지지 부품(7)의 선단부(7c)로 지지된 리프트 핀(5)도 상승 동작하여 서셉터(3)의 표면으로부터 돌출한다. 이때, 리프트 핀(5)은 서셉터(3)의 관통구멍(3a) 및 서셉터 지지 부품(4)의 관통구멍(4d)에 의해, 기울어지지 않도록 규제된다.
상기한 바와 같이 일부의 리프트 핀(5a)의 길이를 다른 리프트 핀(5b)의 길이와 다르게 하고 있으므로, 기판(W)은 리프트 핀(5a, 5b)에 의해 일시적으로 지지된 상태에서는 수평면에 대하여 기울어진 상태가 된다.
그 후, 기판(W)이 서셉터(3) 위에 재치될 때까지, 액추에이터(6b)가 하강 동작한다(재치 공정). 액추에이터(6b)가 하강 동작하면, 이것에 접속된 리프트 핀 지지 부품(7)이 하강 동작하고, 리프트 핀 지지 부품(7)의 선단부(7c)로 지지된 리프트 핀(5) 및 리프트 핀(5)에 지지된 기판(W)도 하강 동작한다.
기판(W)은 경사진 상태에서 리프트 핀(5)에 지지되므로, 서셉터(3)의 표면에 접촉할 때는, 기판(W)의, 경사진 직경 방향에서의 저위치측의 에지(도 1에서는 좌측의 에지)로부터 고위치측의 에지(도 1에서는 우측의 에지)를 향하여 서서히 서셉터(3)에 접촉하고, 최종적으로 기판(W)은 서셉터(3)에 수평으로 유지된다. 이것에 의해 기판(W)과 서셉터(3)의 사이에 있는 가스가 서셉터(3)와의 간극이 큰 에지(도 1에서는 우측의 에지)측으로부터 빠진다.
그 후, 가열 장치(14a, 14b)에 의해 기판(W)을 소정의 성장 온도(예를 들면, 1100℃ 이상)로 가열하고, 또한, 액추에이터(6a, 6b)에 의해 서셉터 지지 부품(4), 서셉터(3), 리프트 핀 지지 부품(7) 및 리프트 핀(5)을 축선(L) 둘레로 회전시키면서, 가스 도입관(15)으로부터 기상 성장용 가스를 반응 용기(11) 내로 도입함으로써 수평으로 유지된 기판(W)의 주표면 위에 실리콘 단결정막 등의 박막을 기상 성장시킨다(성장 공정).
그 후, 액추에이터(6b)를 상승 동작시킴으로써 기상 성장 후의 기판(W)(에피택셜 웨이퍼)을 서셉터(3)의 상방 영역으로 돌출시킨다. 그 후, 반송 로봇이 기판(W)을 반응 용기(11)밖으로 반송한다.
또한, 기판(W)을 서셉터(3)에 착탈할 때는, 액추에이터(6b)의 승강 동작에 더하여 또는 대신하여, 액추에이터(6a)를 승강 동작시켜 서셉터 지지 부품(4) 및 서셉터(3)를 승강 동작시킴으로써, 서셉터(3)에 대하여 리프트 핀(5)을 상대적으로 승강 동작시켜도 된다.
이와 같이, 본 실시형태에서는, 기판(W)을 서셉터(3)에 재치할 때, 양자 사이에 있는 가스를 효과적으로 빠져나가게 할 수 있으므로, 기판(W)이 서셉터(3) 위에서 옆으로 미끄러지는 것을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 기상 성장 시에, 기판(W)의 중심과, 서셉터(3)의 중심(O)(회전축선(L))과의 어긋남을 억제할 수 있다. 이것에 의해 수평 방향으로 도입된 기상 성장용 가스를, 축선(L)의 둘레로 회전하는 기판(W)에 균일하게 닿게 할 수 있어, 성장한 박막의 면내 특성(막 두께, 저항률 등)을 균일하게 할 수 있다.
또한, 서셉터(3)에 스폿페이싱부가 형성된 경우이어도, 스폿페이싱부 내에서 기판의 옆으로 미끄러짐을 억제할 수 있어, 스폿페이싱부와 기판 사이에 형성되는 환상의 간극을 균일한 폭으로 할 수 있다. 이것에 의해, 기판에 성장시키는 박막의 외주부에서의 막 두께를 균일하게 할 수 있다.
또한 모든 리프트 핀(5)이 서셉터(3)의 중심(O)으로부터 등거리에 위치하고, 또한, 기판(W)을 서셉터(3)에 착탈할 때는, 모든 리프트 핀(5)이 서로 동기하여 승강하므로, 장치 구성이 복잡하게 되어 버리는 것을 억제할 수 있다.
이에 반해, 도 3에 도시하는 비교예의 기상 성장 장치에서는, 모든 리프트 핀(13)이 서로 동일한 길이로 설정되고, 이 리프트 핀(13)에 의해 기판(W)은 수평으로 지지되므로, 기판(W)을 서셉터(3)에 재치할 때, 양자 사이에 있는 가스에 의해, 양자가 접촉하기 직전에 기판(W)의 떠오름이 발생한다. 그리고, 기판(W)이 옆으로 미끄러짐을 일으킨 경우, 최종적으로 기판(W)이 서셉터(3)와 접촉하는 위치가 흐트러져 버린다. 또한, 도 3에 있어서, 도 1의 기상 성장 장치(1)의 구성과 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고 있다.
(실시예)
이하, 실시예를 들어 구체적으로 설명하지만, 이것들은 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
(실시예)
실시예로서 도 1의 기상 성장 장치(1)를 준비했다. 단, 서셉터(3)로서 가스 빠짐용의 관통구멍을 가지고 있지 않은 것을 준비했다. 리프트 핀(5)의 개수는 3개이며, 그 중 1개의 리프트 핀(5a)의 길이를 나머지 2개의 리프트 핀(5b)보다도 1mm 길게 했다. 직경 300mm의 실리콘 기판(W)을 반응 용기(11) 내에 로봇 반송하고, 리프트 핀(5a, 5b)으로 실리콘 기판(W)을 유지시켰다. 이때의 실리콘 기판(W)의 수평면에 대한 경사각도는 0.1° 이상, 1° 미만의 각도이다. 그 후, 리프트 핀(5a, 5b)을 강하하고, 서셉터(3) 위에 실리콘 기판(W)을 재치하고, 서셉터(3)를 가열 장치(14a, 14b)에서 1150℃로 가열하고, 원료 가스를 트리클로로실란으로 하여 실리콘 단결정막의 기상 성장 반응을 실시했다. 이때, 서셉터(3)의 중심(O)에 대한 실리콘 기판(W)의 중심의 상대 위치를 산출했다. 이 일련의 공정을 복수의 실리콘 기판(W)에 대하여 행했다.
(비교예)
비교예로서, Φ1.0mm의 관통구멍(17a)을 구멍 피치 9mm의 간격으로 기판 재치면의 전체면에 설치한 서셉터(17)를 구비하고, 길이가 동일한 리프트 핀(13)을 3개 구비한 도 4의 기상 성장 장치를 준비했다. 실시예와 동일한 방법으로 직경 300mm의 실리콘 기판(W)을 반송하고, 기상 성장을 실시하고, 서셉터(17)의 중심에 대한 실리콘 기판(W)의 중심의 상대 위치를 산출했다.
(결과)
실시예에서의 서셉터(3)의 중심으로부터의 실리콘 기판(W)의 상대 위치의 편차를 도 5에 나타낸다. 비교예에서의 서셉터(17)의 중심으로부터의 실리콘 기판(W)의 상대 위치의 편차를 도 6에 나타낸다. 도 5, 도 6에 있어서, X축과 Y축의 교점이 서셉터의 중심을 나타내고 있다. 또한 도 5, 도 6에 있어서, 흰 점은 각 실리콘 기판(W)의 중심 위치를 나타내고 있다. 검은 점은 흰 점의 위치를 평균한 위치를 나타내고 있다. 도 5, 도 6의 비교에 의해, 실시예의 기상 성장 장치(1)도 비교예와 동등한 편차인 것을 확인할 수 있었다. 또한, 비교예에서는, 실리콘 기판(W)과 서셉터(17) 사이의 가스가 서셉터(17)의 관통구멍(17a)으로부터 서셉터(17)의 하방으로 빠져나감으로써 실시예와 동등한 결과가 되었다고 생각된다.
이상으로부터, 리프트 핀 지지 상태에서 기판(W)에 경사를 만듦으로써, 기판(W)과 서셉터(3)의 간극에 있는 가스를 신속하게 빠져나가게 하는 것이 가능하게 되어, 서셉터(3)의 중심과 기판(W)의 중심의 상대 위치의 편차를 억제할 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 가능하며, 또한 어떤 요소, 처리를 주지의 형태로 치환하여 실시할 수도 있다.
예를 들면, 도 2의 기상 성장 장치(10)와 같이, 모든 리프트 핀(12)을 서로 동일한 길이로 하고, 리프트 핀 지지 부품(8)에 의해 일부의 리프트 핀(12b)의 하단위치를 다른 리프트 핀(12a)의 하단 위치와 상이한 높이 위치로 설정함으로써 기판(W)을 경사지게 해도 된다. 또한, 도 2에 있어서, 도 1의 기상 성장 장치(1)와 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고 있다.
도 2에서는, 일부의 리프트 핀(12b)을 지지하는 리프트 핀 지지 부품(8)의 암(8a)의 상단면(8b)이 다른 리프트 핀(12a)을 지지하는 암(8c)의 상단면(8d)보다도 높은 위치에 설정되어 있다. 이것에 의해, 일부의 리프트 핀(12b)의 상단을 다른 리프트 핀(12a)의 상단보다도 높은 위치로 할 수 있어, 기판(W)을 경사지게 한 상태에서 지지할 수 있다. 이것에 의해서도 상기 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는, 리프트 핀 삽입용의 관통구멍 이외의 관통구멍을 가지고 있지 않은 서셉터를 예시했지만, 리프트 핀 삽입용의 관통구멍 이외의 관통구멍을 가진 서셉터를 구비한 기상 성장 장치에 본 발명을 적용해도 된다. 이 경우에는, 서셉터의 관통구멍에 기인하는 가스 빠짐 효과와, 기판을 경사지게 한 상태로부터 서셉터에 재치하는 것에 기인하는 가스 빠짐 효과가 합쳐져, 더한층, 기판이 서셉터 위에서 옆으로 미끄러지는 것을 억제할 수 있다.
1, 10 기상 성장 장치
3, 17 서셉터
4 서셉터 지지 부품
5, 12, 13 리프트 핀
5a 긴 리프트 핀
5b 짧은 리프트 핀
6a 서셉터 지지 부품과 접속된 액추에이터
6b 리프트 핀 지지 부품과 접속된 액추에이터
7, 8 리프트 핀 지지 부품(지지부)
11 반응 용기
14a 상부 가열 장치
14b 하부 가열 장치
15 기상 성장용 가스 도입관
16 배기관
W 반도체 기판

Claims (7)

  1. 기상 성장 시에 반도체 기판을 지지하는 서셉터와,
    상기 서셉터를 관통하여 상하 방향으로 연장되도록 설치되고, 반송 로봇에 의해 상기 서셉터의 상방 영역으로 반송된 반도체 기판을 상기 서셉터에 이동시킬 때 이 반도체 기판의 이면을 일시적으로 지지하는 3개 이상의 리프트 핀과,
    상기 리프트 핀을 승강시키기 위해 하측으로부터 상기 리프트 핀을 지지하는 지지부를 구비하고,
    상기 리프트 핀은 반도체 기판을 경사지게 한 상태에서 지지하는 것을 특징으로 하는 기상 성장 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    일부의 상기 리프트 핀의 길이가 다른 상기 리프트 핀의 길이와 상이한 것을 특징으로 하는 기상 성장 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지지부는 일부의 상기 리프트 핀의 하단을 다른 상기 리프트 핀의 하단과 상이한 높이 위치에서 지지하는 것을 특징으로 하는 기상 성장 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경사지게 한 상태에서의 반도체 기판의 수평면에 대한 경사각도가 0.1° 이상, 10° 미만인 것을 특징으로 하는 기상 성장 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경사지게 한 상태에서의 반도체 기판의 수평면에 대한 경사각도가 0.1° 이상, 1° 미만인 것을 특징으로 하는 기상 성장 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    모든 상기 리프트 핀이 상기 서셉터의 중심으로부터 서로 등거리에 설치된 것을 특징으로 하는 기상 성장 장치.
  7. 서셉터의 상방 영역에 반송된 반도체 기판을 경사지게 한 상태로부터 상기 서셉터 위에 재치시키는 재치 공정과,
    상기 재치 공정에 의해 상기 서셉터 위에 재치된 상기 반도체 기판의 표면에 박막을 기상 성장시키는 성장 공정
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법.

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