KR20210089757A - 기상 성장 장치 및 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법 - Google Patents

기상 성장 장치 및 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법 Download PDF

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KR20210089757A
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Abstract

기상 성장 장치는, 원판 형상의 서셉터(3)와, 서셉터(3)를 지지하여 회전시키는 서셉터 지지 부재를 구비하고, 서셉터(3)에는, 복수의 끼워 맞춤 홈(32)이 형성되고, 서셉터 지지 부재에는, 복수의 끼워 맞춤 홈(32)의 각각에 끼워 넣어지는 복수의 지지 핀(53)이 형성되고, 끼워 맞춤 홈(32)에는, 서셉터(3)의 자중(自重)에 의해, 지지 핀(53)이 접촉한 상태를 유지한 채, 당해 지지 핀(53)을 당해 끼워 맞춤 홈(32)에 대하여 서셉터(3)의 둘레 방향으로 상대 이동시키는 경사부(321B)와, 경사부(321B)에 의해 상대 이동된 지지 핀(53)을 둘레 방향의 특정 위치에 위치 결정하는 위치 결정부(321A)가 형성되고, 경사부(321B) 및 위치 결정부(321A)는, 서셉터(3)의 지름 방향에 연속적으로 형성되어 있다.

Description

기상 성장 장치 및 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법
본 발명은, 기상 성장 장치 및 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법에 관한 것이다.
기상 성장 장치에서는, 실리콘 웨이퍼가 올려놓여지는 원판 형상의 서셉터는, 서셉터 지지 부재에 의해 하방으로부터 지지되어 있고, 서셉터 지지 부재와 함께 회전하도록 되어 있다. 이러한 구성에 있어서, 서셉터 지지 부재에 의한 회전 중심과 서셉터의 중심의 위치 어긋남을 억제하는 검토가 이루어지고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1의 기상 성장 장치에 있어서, 서셉터의 하면에는, 원환 형상의 환 형상 홈이 형성되어 있다. 환 형상 홈은, 서셉터의 지름 방향을 따르는 종단면 형상이, 원호 형상이 되도록 형성되어 있다. 서셉터 지지 부재에는, 환 형상 홈에 끼워 넣어지는 3개의 두부가, 서셉터의 둘레 방향을 따라 등간격으로 형성되어 있다. 두부의 선단은, 환 형상 홈의 원호의 반경보다도 작은 반경의 구면 형상으로 형성되어 있다.
이러한 환 형상 홈 및 두부의 구조에 의해, 서셉터의 자중(自重)에 의해 두부와 환 형상 홈의 맞닿음 부분을 환 형상 홈의 저부(低部)로 이동시켜, 서셉터 지지 부재에 의한 회전 중심과 서셉터의 중심의 위치 어긋남을 억제하고 있다.
일본특허 제4575262호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재된 바와 같은 구성에서는, 서셉터에 대한 승온 강온 처리 시에 서셉터가 팽창 수축하면, 환 형상 홈의 저부가 두부에 대하여 서셉터의 지름 방향 외측이나 내측으로 어긋나 버려, 서셉터 지지 부재의 두부가 환 형상 홈으로부터 나와 버릴 우려가 있다. 이러한 경우, 서셉터가 소망하는 위치로부터 어긋나 버려, 서셉터의 중심과 서셉터 지지 부재의 회전축이 어긋난 상태로 기상 성장 처리가 행해져, 에피택셜막의 두께의 균일화를 도모할 수 없을 우려가 있다.
본 발명의 목적은, 기상 성장 처리 시에 있어서의 서셉터 지지 부재에 대한 서셉터의 위치 어긋남을 억제할 수 있는 기상 성장 장치 및 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 기상 성장 장치는, 실리콘 웨이퍼에 에피택셜막을 형성하는 기상 성장 장치로서, 상기 실리콘 웨이퍼가 올려놓여지는 원판 형상의 서셉터와, 상기 서셉터를 지지하여 회전시키는 서셉터 지지 부재를 구비하고, 상기 서셉터 및 상기 서셉터 지지 부재 중 한쪽에는, 복수의 끼워 맞춤 홈이 형성되고, 다른 한쪽에는, 상기 복수의 끼워 맞춤 홈의 각각에 끼워 넣어지는 복수의 끼워 맞춤 볼록부가 형성되고, 상기 끼워 맞춤 홈에는, 상기 서셉터에 있어서의 상기 실리콘 웨이퍼의 올려놓여짐면에 대하여 경사지도록 형성되고, 상기 서셉터의 자중에 의해, 상기 끼워 맞춤 볼록부가 접촉한 상태를 유지한 채, 당해 끼워 맞춤 볼록부를 당해 끼워 맞춤 홈에 대하여 상기 서셉터의 둘레 방향으로 상대 이동시키는 경사부와, 상기 경사부에 의해 상대 이동된 상기 끼워 맞춤 볼록부를 상기 둘레 방향의 특정 위치에 위치 결정하는 위치 결정부가 형성되고, 상기 경사부 및 상기 위치 결정부는, 상기 서셉터의 지름 방향에 연속적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 끼워 맞춤 볼록부는, 서셉터의 자중에 의해 끼워 맞춤 홈의 경사부에 따라 상대 이동하고, 위치 결정부에 의해 서셉터의 둘레 방향의 특정 위치에 위치 결정된다. 또한, 경사부 및 위치 결정부가 서셉터의 지름 방향에 연속적으로 형성되어 있기 때문에, 서셉터의 열팽창 전후에 있어서, 끼워 맞춤 볼록부가 서셉터의 둘레 방향의 특정 위치에 위치 결정된다. 따라서, 기상 성장 처리 시에 있어서의 서셉터 지지 부재에 대한 서셉터의 위치 어긋남을 억제할 수 있다.
본 발명의 기상 성장 장치에 있어서, 상기 끼워 맞춤 볼록부에 있어서의 상기 경사부와의 접촉 부분은, 볼록 곡면 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 끼워 맞춤 볼록부가 경사부에 대한 상대 이동에 의해 마모되는 것을 억제할 수 있어, 서셉터 지지 부재에 대한 서셉터의 시간 경과적인 위치 어긋남을 억제할 수 있다.
본 발명의 기상 성장 장치에 있어서, 상기 경사부 및 상기 위치 결정부의 표면 거칠기 Ra는, 2㎛ 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 끼워 맞춤 볼록부가 경사부 및 위치 결정부에 대한 상대 이동에 의해 마모되는 것을 억제할 수 있어, 서셉터 지지 부재에 대한 서셉터의 시간 경과적인 위치 어긋남을 억제할 수 있다.
본 발명의 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법은, 실리콘 웨이퍼에 에피택셜막을 형성하는 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법으로서, 전술의 기상 성장 장치를 이용하여, 상기 실리콘 웨이퍼에 에피택셜막을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 서셉터가 소망하는 위치로부터 어긋나는 것이 억제되기 때문에, 서셉터 상의 실리콘 웨이퍼의 올려놓여짐 위치의 어긋남을 억제할 수 있어, 에피택셜막의 두께의 균일화를 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기상 성장 장치의 개략도이다.
도 2는 상기 기상 성장 장치의 서셉터 및 서셉터 지지 부재의 사시도이다.
도 3a는 서셉터의 끼워 맞춤 홈에 지지 핀이 끼워 넣어지고 있는 상태를 하방으로부터 본 도면이다.
도 3b는 도 3a의 IIIB-IIIB선을 따르는 단면도이다.
도 4a는 서셉터의 끼워 맞춤 홈에 지지 핀이 끼워 넣어지고 있는 상태를 하방으로부터 본 도면으로서, 상온 시의 상태를 나타낸다.
도 4b는 서셉터의 끼워 맞춤 홈에 지지 핀이 끼워 넣어지고 있는 상태를 하방으로부터 본 도면으로서, 반송 시 설정 온도로 가열했을 때의 상태를 나타낸다.
도 4c는 서셉터의 끼워 맞춤 홈에 지지 핀이 끼워 넣어지고 있는 상태를 하방으로부터 본 도면으로서, 성막 시 설정 온도로 가열했을 때의 상태를 나타낸다.
도 5a는 본 발명의 변형예에 따른 서셉터와 지지 핀의 끼워 맞춤 상태를 나타내는 개략도이다.
도 5b는 본 발명의 변형예에 따른 서셉터와 지지 핀의 끼워 맞춤 상태를 나타내는 개략도이다.
도 5c는 본 발명의 변형예에 따른 서셉터와 지지 핀의 끼워 맞춤 상태를 나타내는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 있어서의 비교예의 서셉터와 지지 핀의 끼워 맞춤 상태를 나타내는 개략도이다.
도 7a는 상기 실시예에 있어서의 최초의 25매의 실리콘 웨이퍼를 처리했을 때의 서셉터 상의 목표 올려놓음 위치에 대한 올려놓음 위치의 분포를 나타내고, 비교예의 분포를 나타낸다.
도 7b는 상기 실시예에 있어서의 최초의 25매의 실리콘 웨이퍼를 처리했을 때의 서셉터 상의 목표 올려놓음 위치에 대한 올려놓음 위치의 분포를 나타내고, 실시예의 분포를 나타낸다.
도 8a는 상기 실시예에 있어서의 실리콘 웨이퍼 25매 처리마다의 서셉터 상의 목표 올려놓음 위치에 대한 평균의 올려놓음 위치의 전이를 나타내고, 비교예의 전이를 나타낸다.
도 8b는 상기 실시예에 있어서의 실리콘 웨이퍼 25매 처리마다의 서셉터 상의 목표 올려놓음 위치에 대한 평균의 올려놓음 위치의 전이를 나타내고, 실시예의 전이를 나타낸다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
[실시 형태]
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 대해서 설명한다.
〔기상 성장 장치의 구성〕
도 1에 나타내는 바와 같이, 기상 성장 장치(1)는, 챔버(2)와, 서셉터(3)와, 가열부(4)와, 서셉터 지지 부재(5)와, 3개의 리프트 핀(6)과, 리프트 핀 지지 부재(7)와, 구동 수단(8)을 구비하고 있다.
챔버(2)는, 상(上) 돔(21)과, 하 돔(22)과, 각 돔(21, 22)의 외연끼리를 고정하는 돔 고정체(23)를 구비하고, 이들에 의해 에피택셜막 형성실(20)이 구획되어 있다.
상 돔(21) 및 하 돔(22)은, 석영에 의해 형성되어 있다.
하 돔(22)의 중앙에는, 하방으로 연장되어, 후술하는 리프트 핀 지지 부재(7)의 주주(主柱)(71)가 삽입 통과되는 통부(221)가 형성되어 있다.
돔 고정체(23)는, 에피택셜막 형성실(20) 내에 반응 가스를 공급하기 위한 가스 공급구(24)와, 에피택셜막 형성실(20)로부터 반응 가스를 배출하기 위한 가스 배출구(25)를 구비하고 있다.
서셉터(3)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 실리콘 카바이드로 피복된 카본에 의해 원판 형상으로 형성되어 있다.
서셉터(3)의 한쪽의 주면에는, 실리콘 웨이퍼(W)가 수용되는 원 형상의 카운터보어부(31)가 형성되어 있다. 카운터보어부(31)의 직경은, 실리콘 웨이퍼(W)의 직경보다도 크게 되어 있다.
서셉터(3)의 다른 한쪽의 주면의 외연 근방에는, 후술하는 지지 핀(53)이 끼워 넣어지는 3개의 끼워 맞춤 홈(32)이 형성되어 있다. 끼워 맞춤 홈(32)은, 서셉터(3)의 둘레 방향에 120° 간격으로 형성되어 있다. 또한, 끼워 맞춤 홈(32)의 더욱 상세한 구성에 대해서는 후술한다.
또한, 서셉터(3)에는, 양 주면을 관통하는 3개의 관통공(33)이 형성되어 있다.
각 관통공(33)은, 카운터보어부(31) 내에 있어서, 서셉터(3)의 둘레 방향에 120° 간격으로 형성되어 있다. 각 관통공(33)은, 도 1의 부분 확대도에 나타내는 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(W)가 올려놓여지는 카운터보어부(31)의 올려놓여짐면(31A)으로부터 서셉터(3)의 두께 방향 중심을 향함에 따라 내경이 작아지는 원추 형상의 테이퍼부(33A)와, 서셉터(3)의 두께 방향으로 내경이 동일한 축공부(33B)를 구비하고 있다.
가열부(4)는, 챔버(2)의 상측에 형성된 상 히터(41)와, 하측에 형성된 하 히터(42)를 구비하고 있다. 상 히터(41) 및 하 히터(42)는, 적외 램프나 할로겐 램프에 의해 구성되어 있다.
서셉터 지지 부재(5)는, 석영으로 형성되어 있다. 서셉터 지지 부재(5)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 원주 형상의 주주(51)와, 당해 주주(51)의 선단으로부터 방사 형상으로 연장되는 3개의 아암(52)과, 각 아암(52)의 선단에 형성된 끼워 맞춤 볼록부로서의 지지 핀(53)을 구비하고 있다.
아암(52)은, 주주(51)의 둘레 방향에 120° 간격으로 비스듬한 상방으로 연장되도록 형성되어 있다. 아암(52)의 중앙보다도 지지 핀(53)측에는, 당해 아암(52)을 관통하는 관통공(52A)이 형성되어 있다.
각 지지 핀(53)은, 무구(無垢)의 SiC로 형성되어 있고, 서셉터(3)의 각 끼워 맞춤 홈(32)에 각각 끼워 넣어짐으로써, 당해 서셉터(3)를 지지한다. 또한, 지지 핀(53)의 더욱 상세한 구성에 대해서는 후술한다.
리프트 핀(6)은, 예를 들면 실리콘 카바이드로 피복된 카본에 의해 봉 형상으로 형성되어 있다. 리프트 핀(6)은, 도 1의 부분 확대도에 나타내는 바와 같이, 원추대 형상의 두부(61)와, 당해 두부(61)에 있어서의 직경이 작은 쪽의 단부로부터 원주 형상으로 연장되는 축부(62)를 구비하고 있다.
리프트 핀(6)은, 축부(62)가 관통공(33)의 축공부(33B)에 삽입 통과되고, 그의 자중에 의해 두부(61)가 테이퍼부(33A)에 맞닿음으로써, 서셉터(3)로 지지된다.
리프트 핀 지지 부재(7)는, 석영으로 형성되어 있다. 리프트 핀 지지 부재(7)는, 원통 형상의 주주(71)와, 당해 주주(71)의 선단으로부터 방사 형상으로 연장되는 3개의 아암(72)과, 각 아암(72)의 선단에 형성된 맞닿음부(73)를 구비하고 있다.
각 아암(72)은, 주주(71)의 둘레 방향에 120° 간격으로 비스듬한 상방으로 연장되도록 형성되어 있다.
맞닿음부(73)는, 리프트 핀(6)을 하방으로부터 지지한다.
주주(71)는, 하 돔(22)의 통부(221)에 삽입 통과되어 있다. 주주(71)의 내부에는, 각 아암(72)이 서셉터 지지 부재(5)의 각 아암(52)의 하방에 위치하는 상태로, 또한, 서셉터(3)로 지지된 각 리프트 핀(6)의 하단이 각 맞닿음부(73)에 맞닿음 가능한 상태로, 주주(51)가 삽입 통과되어 있다.
구동 수단(8)은, 서셉터 지지 부재(5) 및 리프트 핀 지지 부재(7)를 회전시키거나, 리프트 핀 지지 부재(7)를 승강시키거나 한다.
〔끼워 맞춤 홈 및 지지 핀의 상세한 구성〕
끼워 맞춤 홈(32)은, 도 3a에 나타내는 바와 같이, 하면으로부터 볼 때에 있어서 서셉터(3)의 지름 방향으로 연장되는 장방형 형상으로 형성되어 있다. 3개의 끼워 맞춤 홈(32) 중, 1개의 끼워 맞춤 홈(32)은, 서셉터(3)의 중심을 통과하고 또한 실리콘 웨이퍼(W)의 반입 방향(D)과 평행한 가상선 상, 또한, 서셉터(3)의 중심보다도 반입 방향(D)측에 위치하고 있다. 또한, 끼워 맞춤 홈(32)은, 도 3b에 나타내는 바와 같이, 당해 끼워 맞춤 홈(32)이 연장되는 방향에 직교하는 종단면으로부터 보아 반원 형상의 원호면부(321)와, 원호면부(321)의 양단으로부터 각각 하방으로 연장되는 평면부(322)를 구비하고 있다. 이 원호면부(321) 및 평면부(322)는, 서셉터(3)의 지름 방향을 따라 동일한 형상으로 연속적으로 형성되어 있다. 원호면부(321) 및 평면부(322)의 표면 거칠기 Ra는, 2㎛ 이하로 되어 있다.
원호면부(321)를 구성하는 부분 중, 높이 방향의 가장 높은 위치에 존재하는 부분은, 위치 결정부(321A)를 구성하고 있다. 원호면부(321)를 구성하는 부분 중, 위치 결정부(321A) 이외의 부분은, 경사부(321B)를 구성하고 있다. 경사부(321B)는, 서셉터(3)에 있어서의 실리콘 웨이퍼(W)의 올려놓음면(31A)에 대하여 경사지고 있다.
지지 핀(53)은, 아암(52)으로부터 상방으로 원주 형상으로 연장되는 기부(531)와, 기부(531)의 선단에 형성된 반구 형상의 슬라이딩 접촉 두부(532)를 구비하고 있다.
끼워 맞춤 홈(32)이나 지지 핀(53)의 부재 정밀도의 불균일에 의해, 지지 핀(53)이 끼워 맞춤 홈(32)에 끼워 넣어지지 않는다는 문제를 방지하기 위해, 기부(531) 및 슬라이딩 접촉 두부(532)의 직경은, 끼워 맞춤 홈(32)의 원호면부(321)의 직경 및 한 쌍의 평면부(322) 간의 거리보다도 작게 되어 있다.
〔에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법〕
다음으로, 기상 성장 장치(1)를 이용한 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법에 대해서 설명한다.
우선, 실리콘 웨이퍼(W)를 준비한다. 실리콘 웨이퍼(W)의 직경은, 200㎜, 300㎜, 450㎜ 등, 어느 크기라도 좋다.
기상 성장 장치(1)의 에피택셜막 형성실(20)이 가열부(4)에서 가열되어 있지 않은 상온 시에는, 도 4a에 나타내는 바와 같이, 지지 핀(53)은, 끼워 맞춤 홈(32)에 있어서의 서셉터(3)의 지름 방향 외측에 위치하고 있다. 또한, 서셉터(3)가 지지 핀(53)에 올려놓여지면, 맨처음에 슬라이딩 접촉 두부(532)가 끼워 맞춤 홈(32)의 경사부(321B)에 접촉하는 경우가 있지만, 서셉터(3)의 자중에 의해, 슬라이딩 접촉 두부(532)와 끼워 맞춤 홈(32)의 접촉 부분이 위치 결정부(321A)의 방향으로 이동한다. 그리고, 슬라이딩 접촉 두부(532)의 정부(頂部)가 위치 결정부(321A)에 접촉하면, 각 지지 핀(53)은, 끼워 맞춤 홈(32) 내에 있어서 서셉터(3)의 둘레 방향의 특정 위치에 위치 결정된다. 이 각 지지 핀(53)의 위치 결정에 의해, 서셉터(3)는, 그의 중심과 서셉터 지지 부재(5)의 회전축이 겹쳐, 당해 서셉터(3)에 올려놓여진 실리콘 웨이퍼(W)의 주면이 수평면과 평행이 되도록, 서셉터 지지 부재(5)로 지지된다.
다음으로, 기상 성장 장치(1)의 가열부(4)는, 실리콘 웨이퍼(W)를 에피택셜막 형성실(20) 내에 반입하는 사전 준비로서, 에피택셜막 형성실(20)을 반송 시 설정 온도까지 가열한다. 반송 시 설정 온도는, 일반적으로 650℃ 이상 800℃ 이하이다. 이 가열 시에 있어서, 서셉터(3)의 구성 재료의 열팽창 계수가 서셉터 지지 부재(5)의 구성 재료보다도 크기 때문에, 도 4b에 나타내는 바와 같이, 서셉터 지지 부재(5)보다도 서셉터(3)의 쪽이 크게 팽창하고, 끼워 맞춤 홈(32) 내에서 지지 핀(53)이 서셉터(3)의 지름 방향 내측으로 상대적으로 이동한다. 그러나, 서셉터(3)의 자중에 의한 전술의 작용에 의해, 각 지지 핀(53)이 끼워 맞춤 홈(32) 내에서 서셉터(3)의 둘레 방향의 특정 위치에 위치 결정되기 때문에, 서셉터(3)의 중심과 서셉터 지지 부재(5)의 회전축이 겹친 상태가 유지된다.
그 후, 도시하지 않는 반송 수단의 지지 부재가, 챔버(2)의 도시하지 않는 웨이퍼 반입 출구를 통하여, 실리콘 웨이퍼(W)를 에피택셜막 형성실(20) 내에 반입하여, 서셉터(3)의 카운터보어부(31) 상에서 정지시킨다. 그리고, 구동 수단(8)이 리프트 핀 지지 부재(7)를 상승시키고, 서셉터(3)로 지지되어 있는 리프트 핀(6)을 상승시킴으로써, 실리콘 웨이퍼(W)를 지지 부재로부터 들어 올린다. 반송 수단이 지지 부재를 챔버(2)의 외부로 이동시킨 후, 구동 수단(8)이 리프트 핀 지지 부재(7)를 하강시킴으로써, 실리콘 웨이퍼(W)를 서셉터(3)의 카운터보어부(31) 내에 올려놓는다.
다음으로, 가열부(4)는, 에피택셜막 형성 처리의 사전 준비로서, 에피택셜막 형성실(20)을 성막 시 설정 온도까지 추가로 가열한다. 성막 시 설정 온도는, 일반적으로 1050℃ 이상 1150℃ 이하이다. 이 가열 시에 있어서도, 도 4c에 나타내는 바와 같이, 서셉터 지지 부재(5)보다도 서셉터(3)의 쪽이 크게 팽창하고, 끼워 맞춤 홈(32) 내에서 지지 핀(53)이 더욱 서셉터(3)의 지름 방향 내측으로 상대적으로 이동한다. 이 때에도, 서셉터(3)의 자중에 의한 전술의 작용에 의해, 서셉터(3)의 중심과 서셉터 지지 부재(5)의 회전축이 겹친 상태가 유지된다.
그리고, 가스 공급구(24)로부터 캐리어 가스로서의 수소 가스를 연속적으로 도입하면서, 가스 배출구(25)로부터 배출함으로써, 에피택셜막 형성실(20) 내를 수소 분위기로 한다. 그 후, 에피택셜막 형성실(20) 내의 온도를 상승시켜, 캐리어 가스와 함께, 원료 가스, 도핑 가스를 에피택셜막 형성실(20) 내에 도입함과 함께, 구동 수단(8)이 서셉터 지지 부재(5) 및 리프트 핀 지지 부재(7)를 회전시킴으로써, 실리콘 웨이퍼(W)에 에피택셜막을 형성한다.
에피택셜막의 형성 후, 가열부(4)가 에피택셜막 형성실(20)을 성막 시 설정 온도에서 반송 시 설정 온도까지 내리면, 구동 수단(8)은, 리프트 핀 지지 부재(7)를 상승시켜, 리프트 핀(6)으로 실리콘 웨이퍼(W)를 서셉터(3)로부터 들어 올린다. 그 후, 게이트 밸브가 열리면, 반송 수단이 지지 부재를 에피택셜막 형성실(20) 내부로 이동시켜, 실리콘 웨이퍼(W)의 하방에서 정지시킨다. 그리고, 구동 수단(8)이 리프트 핀 지지 부재(7)를 하강시켜 실리콘 웨이퍼(W)를 지지 부재에 인수 인도하면, 반송 수단이 지지 부재를 실리콘 웨이퍼(W)와 함께 에피택셜막 형성실(20)에 외부에 반출하여, 1매의 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 처리가 종료된다.
이 후, 반송 수단이 새로운 실리콘 웨이퍼(W)를 에피택셜막 형성실(20) 내에 반입하면, 전술의 처리가 행해져, 에피택셜 실리콘 웨이퍼가 제조된다.
전술과 같이, 복수의 에피택셜 실리콘 웨이퍼를 연속적으로 제조하는 경우, 반송 시 설정 온도와 성막 시 설정 온도의 사이에서 에피택셜막 형성실(20)의 승온강온이 반복되지만, 특히, 성막 시 설정 온도로부터 반송 시 설정 온도로의 강온 시나, 반송 시 설정 온도로부터 상온으로의 강온 시에 있어서의 서셉터(3)의 수축에 수반하여, 서셉터(3)가 지지 핀(53)에 대하여 어긋나기 쉬워진다. 그러나, 위치 결정부(321A) 및 경사부(321B)가 서셉터(3)의 지름 방향에 동일한 형상으로 연속적으로 형성되어 있기 때문에, 서셉터(3)의 팽창 시 및 수축 시의 어느 것에 있어서도, 전술의 작용에 의해, 지지 핀(53)은, 끼워 맞춤 홈(32) 내에 있어서의 서셉터(3)의 둘레 방향의 특정 위치에 위치 결정된다. 그 결과, 항상, 서셉터(3)의 중심과 서셉터 지지 부재(5)의 회전축이 겹친 상태가 유지된다. 따라서, 실리콘 웨이퍼(W)가 서셉터(3) 상의 동일한 위치에 올려놓여진 상태로 기상 성장 처리가 행해져, 에피택셜막의 두께의 균일화를 도모할 수 있다.
또한, 슬라이딩 접촉 두부(532)를 반구 형상으로 형성하고 있기 때문에, 슬라이딩 접촉 두부(532)가 원호면부(321)에 대한 상대 이동에 의해 마모되는 것을 억제할 수 있어, 서셉터 지지 부재(5)에 대한 서셉터(3)의 시간 경과적인 위치 어긋남을 억제할 수 있다.
[변형예]
또한, 본 발명은 상기 실시 형태에만 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 여러 가지의 개량 그리고 설계의 변경 등이 가능하다.
예를 들면, 도 5a에 나타내는 바와 같이, 지지 핀(53) 대신에, 기부(531)와, 기부(531)의 선단에 형성된 원추 형상의 슬라이딩 접촉 두부(542)를 갖는 지지 핀(54)을 적용해도 좋다.
도 5b에 나타내는 바와 같이, 끼워 맞춤 홈(32) 대신에, 종단면으로부터 보아 서셉터(3)의 하면으로부터 비스듬한 상방, 또한, 서로 가까워지는 방향으로 연장됨과 함께, 서셉터(3)의 지름 방향에 동일한 형상으로 연속적으로 형성된 한 쌍의 경사부(341B)를 갖는 끼워 맞춤 홈(34)을 적용해도 좋다.
도 5c에 나타내는 바와 같이, 끼워 맞춤 홈(32) 대신에 끼워 맞춤 홈(34)을 적용함과 함께, 지지 핀(53) 대신에, 기부(531)만으로 구성된 끼워 맞춤 볼록부로서의 지지 핀(55)을 적용해도 좋다.
도 5a∼도 5c에 나타내는 구성에 있어서, 지지 핀(54, 53, 55)에 대한 서셉터(3)의 하강이 규제된 상태에 있어서, 끼워 맞춤 홈(32, 34, 34)에 있어서의 지지 핀(54, 53, 55)과의 접촉 부분이 위치 결정부(321A, 341A, 341A)를 구성한다.
지지 핀(53, 54, 55)의 기부(531)는, 다각추 형상이라도 좋고, 슬라이딩 접촉 두부(542)는 다각추 형상이라도 좋다.
서셉터(3)에 슬라이딩 접촉 두부(532), 슬라이딩 접촉 두부(542)와 동일한 혹은 유사한 형상의 끼워 맞춤 볼록부를 형성하여, 서셉터 지지 부재(5)에 끼워 맞춤 홈(32, 34, 34)을 형성해도 좋다.
끼워 맞춤 홈(32, 34, 34) 및 지지 핀(53, 54, 55)을 4개씩 이상 형성해도 좋다.
실시예
다음으로, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 예에 의해 하등 한정되는 것은 아니다.
〔실시예〕
상기 실시 형태와 동일한 구성을 갖고, 직경 300㎜의 실리콘 웨이퍼(W)용의 기상 성장 장치를 준비했다.
서셉터(3)의 끼워 맞춤 홈(32)을, 서셉터(3) 지름 방향과 직교하는 종단면으로부터 보았을 때의 개구폭이 5.5㎜가 되도록 형성했다. 또한, 끼워 맞춤 홈(32)을, 서셉터(3) 지름 방향의 길이가 10㎜가 되도록 형성했다.
지지 핀(53)을, 기부(531) 및 슬라이딩 접촉 두부(532)의 직경이 5㎜가 되도록 형성했다.
이상의 구성에 의해, 도 3b에 나타내는 바와 같이, 지지 핀(53)이 끼워 맞춤 홈(32)에 대하여 위치 결정되었을 때의, 끼워 맞춤 홈(32)의 개구연과 지지 핀(53)의 기부(531)의 클리어런스(CA)는, 0.25㎜씩이 된다.
그리고, 25매의 에피택셜 실리콘 웨이퍼를 연속적으로 제조했다.
구체적으로는, 우선, 지지 핀(53)의 슬라이딩 접촉 두부(532)가, 끼워 맞춤 홈(32) 내에 있어서의 서셉터(3)의 둘레 방향의 특정 위치에 위치 결정된 상태에 있어서, 에피택셜막 형성실(20)을 상온에서 반송 시 설정 온도의 700℃까지 승온했다. 다음으로, 실리콘 웨이퍼(W)를 에피택셜막 형성실(20) 내에 반입한 후, 성막 시 설정 온도의 1100℃까지 승온하여 기상 성장 처리를 행하고, 반송 시 설정 온도까지 강온했다. 그 후, 에피택셜막 형성실(20)로부터 에피택셜 실리콘 웨이퍼를 반출하고 나서, 실리콘 웨이퍼(W)를 에피택셜막 형성실(20) 내에 반입하고, 기상 성장 처리를 행했다. 동일한 처리를 반복하여, 25매째의 에피택셜 실리콘 웨이퍼를 에피택셜막 형성실(20)로부터 반출한 후, 에피택셜막 형성실(20)을 상온까지 강온했다.
그 후, 서셉터(3)의 위치를 바꾸지 않고, 25매의 에피택셜 실리콘 웨이퍼를 연속적으로 제조할 때마다, 에피택셜막 형성실(20)을 일단 상온까지 강온하여, 합계로 100매의 에피택셜 실리콘 웨이퍼를 제조했다.
〔비교예〕
끼워 맞춤 홈(32) 및 지지 핀(53)의 각각의 대신에, 도 6에 나타내는 바와 같은 끼워 맞춤 홈(39) 및 지지 핀(59)을 적용한 것 이외는, 실시예와 동일한 조건으로 100매의 에피택셜 실리콘 웨이퍼를 제조했다.
끼워 맞춤 홈(39)은, 하면으로부터 볼 때에 있어서, 끼워 맞춤 홈(32)과 동일한 형태 또한 동일한 크기의 장방형 형상으로 형성되어 있다. 끼워 맞춤 홈(39)은, 서셉터(3)의 지름 방향과 직교하는 종단면으로부터 보아, 서셉터(3)의 하면에 대하여 직교하는 방향으로 연장되는 한 쌍의 측면부(391)와, 한 쌍의 측면부(391)의 상단끼리를 접속하여, 서셉터(3)의 하면과 평행한 저면부(392)를 구비하고 있다.
지지 핀(59)은, 원주 형상의 기부(591)를 갖고, 그의 상면(591A)은 기부(591)의 축과 직교하는 평면 형상으로 형성되어 있다.
끼워 맞춤 홈(39)의 서셉터(3)의 지름 방향과 직교하는 종단면으로부터 보았을 때의 개구폭과, 지지 핀(59)의 기부(591)의 직경이, 각각 끼워 맞춤 홈(32), 지지 핀(53)과 동일한 크기가 되도록, 끼워 맞춤 홈(39), 지지 핀(59)을 형성했다.
이상의 구성에 의해, 도 6에 나타내는 종단면으로부터 보았을 때에 있어서, 지지 핀(59)이 끼워 맞춤 홈(39)의 중앙에 위치 결정되었을 때의, 끼워 맞춤 홈(39)의 개구연과 기부(591)의 클리어런스(CB)는, 클리어런스(CA)와 동일한 0.25㎜씩이 된다.
〔평가〕
실시예, 비교예에 있어서, 실리콘 웨이퍼(W)의 서셉터(3) 상의 목표 올려놓음 위치에 대한 올려놓음 위치의 어긋남을, 측정 장치(Epicrew사 제조 Edge Zoom)를 이용하여 서셉터(3) 상방으로부터 측정했다. 여기에서, 실리콘 웨이퍼(W) 반입 시의 서셉터(3) 상에서의 정지 위치는 전체 처리에 있어서 동일한 위치인 점에서, 실리콘 웨이퍼(W)의 올려놓음 위치가 목표 올려놓음 위치로부터 어긋나 있는 경우, 서셉터(3)가 서셉터 지지 부재(5)에 대하여 어긋나 있는 것을 나타낸다.
비교예에 있어서의 최초의 25매 처리 시에 있어서의 실리콘 웨이퍼(W)의 올려놓음 위치의 분포를 도 7a에 나타내고, 실시예에 있어서의 동(同)분포를 도 7b에 나타낸다.
또한, 비교예에 있어서의 25매 처리마다의 평균의 어긋남 위치(어긋남량, 어긋남 방향)의 전이를 도 8a에 나타내고, 실시예에 있어서의 동전이를 도 8b에 나타낸다.
또한, 도 7a, 도 7b, 도 8a, 도 8b에 있어서, 세로축 Y 및 가로축 X의 값은, 도 1, 도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 3b, 도 3b의 XYZ축을 기준으로 한 값이다. 즉, 세로축 Y의 정의 값은, 실리콘 웨이퍼(W)의 반출 방향으로의 어긋남을 나타내고, 부의 값은, 실리콘 웨이퍼(W)의 반입 방향(D)(도 3a 참조)으로의 어긋남을 나타낸다. 또한, 가로축 X의 정의 값은, 반입 방향과 직교하는 한쪽의 방향으로의 어긋남을 나타내고, 부의 값은, 반입 방향과 직교하는 다른 한쪽의 방향으로의 어긋남을 나타낸다.
또한, 가로축 및 세로축의 위치가 함께 0㎜인 경우, 올려놓음 위치가 목표 올려놓음 위치로부터 어긋나 있지 않은 것을 나타낸다.
도 7a에 나타내는 비교예의 올려놓음 위치의 불균일은, 도 7b에 나타내는 실시예의 불균일보다도 작았다. 불균일의 표준 편차를 비교해도, 비교예가 0.084㎜였던 것에 대하여, 실시예는 0.063㎜였다.
또한, 도 8a에 나타내는 바와 같이, 비교예에서는, 처리 매수가 증가할 때 마다, 올려놓음 위치의 목표 올려놓음 위치로부터의 차이가 커져, 100매의 처리가 종료된 시점에서의 어긋남량은 0.75㎜였다. 이에 대하여, 도 8b에 나타내는 바와 같이, 실시예에서는, 올려놓음 위치의 목표 올려놓음 위치로부터의 어긋남이 비교예보다도 작고, 100매의 처리가 종료된 시점에서의 어긋남량은 0.25㎜였다.
이상의 결과로부터, 이하의 점을 확인할 수 있었다.
비교예 및 실시예의 어느 것에 있어서도, 에피택셜막 형성실(20)의 승온 강온 시에 있어서의 서셉터(3)의 팽창 수축에 수반하여, 서셉터(3)가 지지 핀(53, 59)에 대하여 어긋나기 쉬워진다.
비교예에서는, 끼워 맞춤 홈(39)의 저면부(392)와 지지 핀(59)의 상면(591A)이, 서셉터(3)의 하면, 즉 수평면과 평행하기 때문에, 서셉터(3)가 지지 핀(59)에 대하여 어긋나면, 그 어긋난 상태가 유지된 채로, 다음의 처리가 행해진다. 그 결과, 목표 올려놓음 위치로부터의 실리콘 웨이퍼(W)의 올려놓음 위치의 어긋남이 서서히 커지는 것을 알 수 있었다.
한편, 실시예에서는, 서셉터(3)가 지지 핀(53)에 대하여 일시적으로 어긋나도, 서셉터(3)의 자중에 의해, 슬라이딩 접촉 두부(532)와 끼워 맞춤 홈(32)의 접촉 부분이 서서히 상대적으로 이동하고, 슬라이딩 접촉 두부(532)의 정부가 위치 결정부(321A)에 접촉함으로써, 지지 핀(53)이 서셉터(3)의 둘레 방향의 특정 위치, 즉 위치 어긋남 전의 위치에 위치 결정된다. 그 결과, 기상 성장 처리가 반복되어도, 목표 올려놓음 위치로부터의 실리콘 웨이퍼(W)의 올려놓음 위치의 어긋남이 비교예와 비교하여 작아지는 것을 알 수 있었다.
1 : 기상 성장 처리
3 : 서셉터
5 : 서셉터 지지 부재
32, 34 : 끼워 맞춤 홈
321A, 341A : 위치 결정부
321B, 341B : 경사부
53, 54 : 지지 핀(끼워 맞춤 볼록부)
W : 실리콘 웨이퍼

Claims (4)

  1. 실리콘 웨이퍼에 에피택셜막을 형성하는 기상 성장 장치로서,
    상기 실리콘 웨이퍼가 올려놓여지는 원판 형상의 서셉터와,
    상기 서셉터를 지지하여 회전시키는 서셉터 지지 부재를 구비하고,
    상기 서셉터 및 상기 서셉터 지지 부재 중 한쪽에는, 복수의 끼워 맞춤 홈이 형성되고, 다른 한쪽에는, 상기 복수의 끼워 맞춤 홈의 각각에 끼워 넣어지는 복수의 끼워 맞춤 볼록부가 형성되고,
    상기 끼워 맞춤 홈에는, 상기 서셉터에 있어서의 상기 실리콘 웨이퍼의 올려놓음면에 대하여 경사지도록 형성되고, 상기 서셉터의 자중(自重)에 의해, 상기 끼워 맞춤 볼록부가 접촉한 상태를 유지한 채, 당해 끼워 맞춤 볼록부를 당해 끼워 맞춤 홈에 대하여 상기 서셉터의 둘레 방향으로 상대 이동시키는 경사부와, 상기 경사부에 의해 상대 이동된 상기 끼워 맞춤 볼록부를 상기 둘레 방향의 특정 위치에 위치 결정하는 위치 결정부가 형성되고,
    상기 경사부 및 상기 위치 결정부는, 상기 서셉터의 지름 방향에 연속적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기상 성장 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 끼워 맞춤 볼록부에 있어서의 상기 경사부와의 접촉 부분은, 볼록 곡면 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기상 성장 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 경사부 및 상기 위치 결정부의 표면 거칠기 Ra는, 2㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 기상 성장 장치.
  4. 실리콘 웨이퍼에 에피택셜막을 형성하는 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법으로서,
    제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 기상 성장 장치를 이용하여, 상기 실리콘 웨이퍼에 에피택셜막을 형성하는 것을 특징으로 하는 에피택셜 실리콘 웨이퍼의 제조 방법.
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