KR20220061269A - 성막 장치 - Google Patents

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KR20220061269A
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film forming
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rotating shaft
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마사유키 하라시마
미치카즈 나카무라
Original Assignee
도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

적재대 상의 피처리 기판을 가열함과 함께 해당 피처리 기판에 처리 가스를 공급하여, 해당 피처리 기판에 대하여 성막 처리를 행하는 성막 장치는, 상기 적재대를 수용하는 내부 공간을 갖고, 상기 처리 가스가 상기 내부 공간에 공급됨과 함께 유도 가열되는 수용부와, 상기 적재대가 회전 가능하게 당해 적재대를 지지하는 회전축부와, 외부의 상기 피처리 기판의 반송 장치와 상기 적재대 사이에서 상기 피처리 기판을 주고 받기 위해서 상기 피처리 기판을 승강하는 승강부를 구비하고, 상기 회전축부 및 상기 승강부 중의 적어도 하나는, 열전도율이 15W/m·K 이하이며 융점이 1800℃ 이상인 재료로 형성된다.

Description

성막 장치 {Film forming apparatus}
(관련 출원의 상호 참조)
본원은, 2017년 12월 13일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2017-238854호에 기초하여, 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
본 발명은 피처리 기판에 대하여 성막 처리를 행하는 성막 장치에 관한 것이다.
근년, 반도체 파워 디바이스와 같은 전자 디바이스에, 탄화규소(SiC) 등의 화합물 반도체가 사용되도록 되어 있다. 이러한 전자 디바이스의 제조에서는, 단결정의 기판 상에 기판 결정과 동일한 방위 관계를 갖는 막을 성장시키는 에피택셜 성장에 의해, SiC막 등의 화합물 반도체 막이 형성된다.
특허문헌 1에는, 에피택셜 성장에 의한 SiC막의 성막 장치로서, 피처리 기판으로서의 SiC 기판이 적재되는 적재대와, 적재대가 회전 가능하게 당해 적재대를 지지하는 회전축부와, 적재대를 수용하는 내부 공간을 갖는 서셉터를 구비하는 것이 개시되어 있다. 이 특허문헌 1의 성막 장치에서는, 서셉터를 유도 가열함으로써 SiC 기판을 가열하면서, 서셉터 내의 적재대 상의 SiC 기판에 처리 가스를 공급함으로써, SiC 기판 상에 SiC막을 형성한다. 또한, 이 특허문헌 1의 성막 장치에서는, 상기 서셉터와 적재대 사이에 마련되는 단열재를 구비하고, 해당 단열재가 마련된 단열 영역이, 평면으로 보면 서셉터 내의 상기 축부를 포함하는 중심 영역과 주연 영역 사이에 형성되어 있다. 상기 중심 영역 및 주연 영역의 적재대는 온도가 낮은 경향이 있어, 상술한 바와 같이 단열 영역을 형성하여, 적재대에서의 단열 영역의 상방의 온도를 낮추어, 적재대 상의 SiC 기판의 면 내에서의 온도의 편차를 저감시키고 있다.
일본 특허 공개 2016-100462호 공보
특허문헌 1에 개시된 성막 장치와 같이 적재대 상의 SiC 기판의 면 내에서의 온도의 편차를 저감시킴으로써, SiC 기판의 저온부에서 발생하는 결함을 억제하는 것이 기대된다. 또한, 상술한 바와 같이 SiC 기판의 면 내에서의 온도의 편차를 저감시킴으로써, SiC 기판의 면 내에서의 불순물 농도의 편차를 억제할 수 있다. 그러나, 특허문헌 1의 성막 장치는, 가열원인 서셉터와 피가열체인 적재대 사이에 단열재가 마련되어 있기 때문에, 가열 효율의 점에서 개선의 여지가 있다.
또한, 적재대의 중심에 접속된 회전축부를 통해서 당해 적재대의 열이 빠져나가버려, 적재대의 면내 온도 분포가 불균일해져서, 피처리 기판의 면내 온도 분포가 불균일해지는 문제가 있다.
본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 높은 가열 효율로 피처리 기판의 면 내에서의 온도의 편차를 저감시키는 것이 가능한 성막 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하는 본 발명의 일 형태는, 적재대 상의 피처리 기판을 가열함과 함께 해당 피처리 기판에 처리 가스를 공급하여, 해당 피처리 기판에 대하여 성막 처리를 행하는 성막 장치이며, 상기 적재대를 수용하는 내부 공간을 갖고, 상기 처리 가스가 상기 내부 공간에 공급됨과 함께 유도 가열되는 수용부와, 상기 적재대가 회전 가능하게 당해 적재대를 지지하는 회전축부와, 외부의 상기 피처리 기판의 반송 장치와 상기 적재대 사이에서 상기 피처리 기판을 주고 받기 위해 상기 피처리 기판을 승강하는 승강부를 구비하고, 상기 회전축부 및 상기 승강부 중의 적어도 하나는, 열전도율이 15W/m·K 이하이며 융점이 1800℃ 이상인 재료로 형성된다.
본 발명에 따른 성막 장치의 일 형태는, 가열원인 서셉터와 피가열체인 적재대 사이에 단열재를 마련하고 있지 않기 때문에, 높은 가열 효율로 피처리 기판을 가열할 수 있다. 또한, 상기 회전축부 및 상기 승강부 중의 적어도 하나가, 열전도율이 15W/m·K 이하인 재료로 형성되어 있기 때문에, 적재대의 중앙의 온도가 저하되지 않는다. 따라서, 상기 회전축부 등을 열전도율이 높은 재료로 형성하는 경우에 비해서, 적재대의 중앙의 영역과 해당 적재대의 중앙 영역의 주위의 영역의 온도 차를 저감할 수 있기 때문에, 피처리 기판의 면 내에서의 온도의 편차를 저감시킬 수 있다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 높은 가열 효율로 피처리 기판의 면 내에서의 온도의 편차를 저감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 성막 장치의 구성의 개략을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 성막 장치에서의 처리 용기 내의 구성의 개략을 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 확인 시험 1의 결과를 도시하는 도면이다.
도 4는 확인 시험 2에서의 성막에서의 홀더 상에의 SiC 기판의 적재 양태를 설명하는 평면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 요소에 있어서는, 동일한 번호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 성막 장치의 구성의 개략을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 1의 성막 장치(1)는, 대략 직육면체 형상의 처리 용기(11)를 구비한다.
처리 용기(11)에는, 배기 라인(12)이 접속되어 있고, 처리 용기(11)는, 배기 라인(12)에 의해 미리 결정된 감압 상태(압력)로 조정하는 것이 가능하게 되어 있다. 배기 라인(12)은, 처리 용기(11)에 일단이 접속되는 배기관(12a)을 갖는다. 배기관(12a)은, 배기 매니폴드 등으로 이루어지고, 처리 용기측과는 반대측에 메커니컬 부스터 펌프 등으로 이루어지는 진공 펌프(12b)가 접속되어 있다. 배기관(12a)에서의 처리 용기(11)와 진공 펌프(12b) 사이에는, APC(자동 압력 제어) 밸브나 비례 제어 밸브 등으로 이루어지는, 처리 용기(11) 내의 압력을 조정하는 압력 조정부(12c)가 마련되어 있다. 또한, 처리 용기(11)에는, 압력계(13)가 마련되어 있어, 압력 조정부(12c)에 의한 처리 용기(11) 내의 압력의 조정은, 압력계(13)에서의 계측 결과에 기초하여 행하여진다.
처리 용기(11)는, 양단에 개구부를 갖는 중공의 사각 기둥 형상의 처리 용기 본체(11a)와, 상기 개구부를 막도록 처리 용기 본체(11a)의 양단 각각에 접속되는 측벽부(11b)를 갖고, 처리 용기 본체(11a) 및 측벽부(11b)는 석영 등의 유전체 재료에 의해 형성되어 있다.
처리 용기 본체(11a)의 외측에는, 고주파 전원(14a)에 접속된 코일(14)이 마련되어 있다. 코일(14)은, 처리 용기(11) 내의 피처리 기판 및 후술하는 서셉터(23) 등을 유도 가열한다.
처리 용기(11) 내에는, 가스 공급 라인(15)에 의해 성막의 원료가 되는 원료 가스 등이 공급되도록 구성되어 있다. 가스 공급 라인(15)은, 처리 용기(11)에 접속되는 가스 공급관(15a)과, 해당 가스 공급관(15a)에 접속되는 가스 공급관(15b1 내지 15b6)을 갖는다.
가스 공급관(15b1 내지 15b6)에는 각각, 질량 유량 컨트롤러(MFC)(15c1 내지 15c6)와 밸브(15d1 내지 15d6)가 마련되어 있다.
가스 공급관(15b1)에는, 가스 공급원(15e1)이 접속되고, 해당 공급원(15e1)으로부터 SiH4 가스가 공급된다. 마찬가지로, 가스 공급관(15b2 내지 15b6)에는 각각 가스 공급원(15e2 내지 15e6)이 접속되고, 각 가스 공급원(15e2 내지 15e6)으로부터 C3H8 가스, H2 가스, TMA(트리메틸알루미늄) 가스, ClF3 가스, Ar 가스가 공급된다.
피처리 기판으로서의 SiC 기판 상에, 에피택셜 성장에 의해 p형 SiC막의 성막을 행하는 경우에는, 성막을 위한 원료 가스로서, 가스 공급관(15b1 내지 15b4)으로부터 SiH4 가스, C3H8 가스, H2 가스, TMA 가스가 처리 용기(11)에 공급된다. 또한, n형 SiC막의 성막을 위해서, N2 가스용 가스 공급원과 가스 공급관 등을 마련해 두어도 된다.
또한, 처리 용기(11) 내의 구조물에 부착된 이물을 제거할 때는, 예를 들어 가스 공급관(15b3, 15b5, 15b6)으로부터 ClF3 가스, H2 가스, Ar 가스 중 1종이, 또는 이들 중 2종 이상의 가스가 혼합되어, 처리 용기(11)에 공급된다.
또한, 성막 장치(1)는, 제어부(100)를 구비하고 있다. 제어부(100)는, 예를 들어 컴퓨터이며, 프로그램 저장부(도시하지 않음)를 갖고 있다. 프로그램 저장부에는, MFC(15c1 내지 15c6)나 밸브(15d1 내지 15d6), 고주파 전원(14a), 압력 조정부(12c), 후술하는 회전 구동부나 승강 구동부 등을 제어해서 성막 처리를 행하기 위한 프로그램도 저장되어 있다.
또한, 상기 프로그램은, 예를 들어 컴퓨터 판독 가능한 하드 디스크(HD), 플렉시블 디스크(FD), 콤팩트 디스크(CD), 마그넷 옵티컬 디스크(MO), 메모리 카드 등의 컴퓨터로 판독 가능한 기억 매체에 기록되어 있는 것으로서, 그 기억 매체로부터 제어부(100)에 인스톨된 것이어도 된다.
계속해서, 처리 용기(11) 내의 구성에 대해서 설명한다. 도 2는, 도 1의 성막 장치(1)에서의 처리 용기(11) 내의 구성의 개략을 모식적으로 도시한 단면도이다.
처리 용기(11)의 내부에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 피처리 기판으로서의 SiC 기판(W)(이하, 기판(W))이 홀더(H)를 개재해서 적재되는 적재대(20)와, 적재대(20)를 회전시킴과 함께 해당 적재대(20)를 지지하는 회전축부(21)와, 기판(W)이 적재된 홀더(H)를 승강시키는 승강부(22)가 마련되어 있다. 또한, 처리 용기(11)의 내부에는 수용부로서의 서셉터(23)가 마련되어 있고, 서셉터(23)는, 적재대(20)를 수용하는 내부 공간을 가짐과 함께, 처리 가스가, 적재대(20)의 일단으로부터 적재대(20)의 중심상을 통과해서 적재대(20)의 타단에 이르도록 상기 내부 공간에 공급된다.
홀더(H)는, 복수매의 기판(W)을 함께 성막 장치(1)에 반출입하기 위한 것이며, 복수매의 기판(W)을 보유 지지한다. 또한, 홀더(H)는, 내열성이 높으면서 또한 유도 가열에 의한 가열이 용이한 도전성 재료로 형성되어 있고, 예를 들어 기판(W)이 탑재되는 상면이 SiC에 의해 코팅된 그래파이트제의 부재로 구성된다. 또한, 홀더(H)는, 예를 들어 적재대(20)보다 소경인 원판 형상으로 형성되어 있다.
적재대(20)는, 연직 방향 하측으로 오목해지는 오목부(20a)를 상면에 갖는 원판 형상으로 형성되어 있고, 처리 용기(11)의 내부에서 수평하게 마련되어 있다. 또한, 상기 오목부(20a)에는 홀더(H)가 끼워진다. 또한, 오목부(20a)의 저부 중심에는, 연직 방향 하측으로 오목해지는 오목부(20b)가 형성되어 있고, 이 오목부(20b)에 후술하는 지지부(22a)가 끼워진다. 이 적재대(20)가 회전축부(21)에 의해 회전됨으로써, 홀더(H)도 회전되도록 되어 있다.
적재대(20)는, 내열성이 높으면서 또한 유도 가열에 의한 가열이 용이한 도전성 재료로 형성되어 있으며, 예를 들어 상면이 SiC에 의해 코팅된 그래파이트제의 부재로 구성된다.
회전축부(21)는, 그 일단이 적재대(20)의 하부 중앙에 접속되고, 타단이 처리 용기(11)의 저부를 관통하여 그 하방에 이르며, 회전 구동 기구(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 상기 회전 구동 기구에 의해 회전축부(21)가 회전됨으로써, 적재대(20)가 회전하도록 되어 있다.
이 회전축부(21)는, 열전도율이 비교적 낮고 전기 저항률이 비교적 높은 재료로 형성되며, 구체적으로는, 열전도율이 15W/m·K 이하, 융점이 1800℃ 이상이며, 예를 들어 전기 저항률이 10 내지 50μΩ·m인 재료로 형성되고, 더욱 구체적으로는, 탄소 섬유 강화 탄소 복합 재료로 형성된다. 탄소 섬유 강화 탄소 복합 재료로서는, 예를 들어 섬유 축과 평행한 방향의 열전도율이 31W/m·K, 섬유 축에 수직인 방향의 열전도율이 12W/m·K, 전기 저항률이 22μΩ·m인 도요 탄소 가부시키가이샤 제조의 CX-31을 사용할 수 있다. 또한, 상기 CX-31을 사용할 때는, 섬유 축에 수직인 방향과 회전축부(21)의 축방향이 평행해지도록 회전축부(21)는 형성된다.
승강부(22)는, 성막 장치(1)의 외부의 기판(W)의 반송 장치와 적재대(20) 사이에서 기판(W)을 주고 받기 위한 것이며, 본 예에서는, 기판(W)이 적재된 홀더(H)를 주고 받는다. 이 승강부(22)는, 홀더(H)보다 소경인 원판 형상으로 형성되어 홀더(H)를 지지하는 지지부(22a)와, 지지부(22a)의 하면에 접속되어 지지부(22a)를 승강시키는 승강 축(22b)을 갖는다. 승강 축(22b)이 승강 구동 기구(도시하지 않음)에 의해 승강됨으로써, 홀더(H), 즉 기판(W)이 승강되도록 되어 있다.
이 지지부(22a)와 승강 축(22b)은, 회전축부(21)와 마찬가지의 재료로 형성된다. 후술하는 바와 같이, 회전축부(21)와 지지부(22a)와 승강 축(22b)을, 탄소 섬유 강화 탄소 복합 재료 등의 열전도율이 15W/m·K 이하인 재료로 형성함으로써, 기판(W)의 온도의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
서셉터(23)는, 서로 대향하는 2개의 면에 개구가 마련된 직육면체 형상으로 형성되어, 한쪽 면의 개구로부터 처리 가스가 공급되고, 다른 쪽 면의 개구로부터 처리 가스가 배출되는 구조로 되어 있다. 이 구조에서는, 기판(W) 상에 공급되는 처리 가스는 기판(W)에 평행한 방향을 따라서 공급되어 배출된다.
서셉터(23)는, 내열성이 높으면서 또한 유도 가열에 의한 가열이 용이한 도전성 재료로 형성되어 있고, 예를 들어 기판(W)측의 면이 SiC에 의해 코팅된 그래파이트제의 부재로 구성된다.
또한, 서셉터(23)의 외주에는, 해당 서셉터(23)와 처리 용기(11)를 단열하는 단열재(24)가 마련되어 있다. 단열재(24)는, 예를 들어 공극률이 큰 섬유상의 카본 재료를 사용해서 형성된다.
또한, 도시는 생략하지만, 단열재(24)의 외측에는, 단열재(24)를 처리 용기(11)로부터 이격시킨 상태에서 해당 단열재(24)를 보유 지지하기 위한 보유 지지 구조체가 마련되어 있다.
이어서, 성막 장치(1)를 사용한, 성막 처리를 포함하는 기판 처리를 설명한다.
먼저, 기판(W)이 적재된 홀더(H)를, 처리 용기(11) 내에 반입한다(스텝 S1). 구체적으로는, 상기 홀더(H)를, 성막 장치(1)의 외부의 반송 수단(도시하지 않음)을 사용하여, 성막 장치(1)의 외부로부터 게이트 밸브(도시하지 않음)를 통해서 처리 용기(11) 내에 반입하여, 적재대(20)의 상방에 위치시킨다. 이어서, 승강부(22)를 상승시켜, 지지부(22a)에 의해 홀더(H)를 지지한다. 이어서, 상기 반송 수단을 처리 용기(11) 내로부터 퇴피시킴과 함께, 승강부(22)를 하강시켜, 홀더(H)를 적재대(20) 상에 적재한다.
홀더(H)의 반입 후, 처리 용기(11) 내에 원료 가스를 공급함과 함께, 고주파 전원(14a)으로부터 코일(14)에 고주파 전력을 인가함으로써 기판(W)을 가열하여, 에피택셜 성장에 의해 기판(W) 상에 p형 SiC막을 성막한다(스텝 S2). 구체적으로는, 밸브(15d1 내지 15d4)를 개방 상태로 하여, MFC(15c1 내지 15c4)로 유량을 조정하여, 처리 용기(11) 내에 SiH4 가스, C3H8 가스, H2 가스, TMA 가스를 공급한다. 또한, 고주파 전원(14a)으로부터 코일(14)에 고주파 전력을 인가함으로써, 유도 가열된 홀더(H), 적재대(20), 서셉터(23)로부터의 복사나 열 전도에 의해 기판(W)을 가열한다. 또한, 성막 중에 있어서, 처리 용기(11) 내의 압력은 예를 들어 10Torr 내지 600Torr이며, 기판(W)의 온도는 예를 들어 1500℃ 내지 1700℃이다.
성막 완료 후, 기판(W)이 지지되어 있는 홀더(H)를 처리 용기(11)로부터 반출한다(스텝 S3). 구체적으로는, 밸브(15d1 내지 15d4)를 폐쇄 상태로 하여, 원료 가스의 공급을 정지한 후, 승강부(22)를 상승시켜, 기판(W)이 지지되어 있는 홀더(H)를 상승시킨다. 그리고, 성막 장치(1)의 외부의 반송 수단을 게이트 밸브를 통해서 처리 용기(11) 내에 삽입하여, 승강부(22)의 지지부(22a)의 하방에 위치시킨다. 그 후, 승강부(22)를 하강시켜, 홀더(H)를 지지부(22a)로부터 상기 반송 수단에 넘겨주고, 해당 반송 수단을 처리 용기(11)로부터 퇴피시킴으로써, 기판(W)이 보유 지지되어 있는 홀더(H)를 처리 용기(11)로부터 반출한다. 또한, 기판(W)의 반출 중, 코일(14)에의 고주파 전력의 공급을 차단해도 되지만, 다음 공정에서 최적의 적재대(20) 및 서셉터(23)의 온도가 되도록 제어하면서 코일(14)에 고주파 전력을 공급하는 것이 바람직하다.
홀더(H)의 반출 후, 스텝 S1로 처리를 되돌리고, 다른 기판(W)이 적재된 홀더(H)를 처리 용기(11) 내에 반입하여, 스텝 S1 내지 스텝 S3의 처리를 반복한다.
계속해서, 본 실시 형태의 성막 장치(1)의 효과를 설명한다.
성막 장치(1)와 마찬가지의 구성으로 SiC막을 성막하는 장치에 있어서, 평면으로 보아 중앙의 영역(이하, 중앙 영역이라고 약칭함)에서의 적재대의 온도나 홀더의 온도가 낮은 것으로 알려져 있었는데, 본 발명자들이 예의 검토한 결과, 중앙 영역에서의 적재대의 온도나 홀더의 온도가 낮은 것은, 중앙 영역에 위치하는 부재의 재료가 원인의 하나인 것을 지견하였다. 구체적으로는 이하와 같다.
종래의 성막 장치에서는, 본 실시 형태의 성막 장치(1)의 중앙 영역에 위치하는 회전축부(21) 및 승강부(22)에 상당하는 것이, SiC 또는 그래파이트에 의해 형성되어 있었다. SiC 또는 그래파이트의 열전도율은, 금속 재료 등과 비교하면 낮기는 하지만, 100W/m·K 이상으로 비교적 높다. 그 때문에, 종래의 성막 장치에서는, 적재대나 홀더가 가열되어도, 이들 적재대나 홀더의 중앙부가 회전축부 및 승강부를 통해서 방열되는 결과, 적재대나 홀더의 중앙부에서 이들 적재대나 홀더의 온도가 낮게 되어 있다고 생각된다. 또한, 중앙부란, 상기 중앙 영역에 위치하는 부분이며, 회전축부 및 승강부의 상방에 위치하는 부분을 의미한다.
그에 반해, 본 실시 형태의 성막 장치(1)에서는, 중앙 영역에 위치하는 회전축부(21) 및 승강부(22)의 열전도율이 15W/m·K로 더 낮기 때문에, 적재대(20)나 홀더(H)가 가열되었을 때, 이들 적재대(20)나 홀더(H)의 중앙부가 회전축부(21) 및 승강부(22)를 통해서 방열되지 않으므로, 적재대(20)나 홀더(H)의 중앙부에서 이들 적재대(20)나 홀더(H)의 온도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 회전축부(21) 및 승강부(22)의 전기 저항률은, 10 내지 50μΩ·m으로 비교적 낮기 때문에, 회전축부(21) 및 승강부(22)가 유도 가열에 의해 승온되는 것이, 적재대(20)나 홀더(H)의 중앙부에서의 온도 저하를 방지할 수 있는 이유의 하나라고 생각된다.
따라서, 본 실시 형태의 성막 장치(1)에서는, 적재대(20)의 중앙부를 덮도록/상기 중앙부에 걸치도록 해당 적재대(20) 상에 적재된 기판(W)의 온도의 면내 균일성이 향상된다. 이렇게 기판(W)의 온도의 면내 균일성이 향상되는 결과, 이하의 효과 (1) 내지 (3)이 있다.
(1) 결함 발생의 억제
본 실시 형태의 성막 장치(1)에서는, 적재대(20)의 중앙부를 덮도록/상기 중앙부에 걸치도록 해당 적재대(20)에 적재된 기판(W)이어도, 예를 들어 직경이 6인치로 상기 중앙부에 덮도록/걸치도록 적재하지 않을 수 없는 기판(W)이어도, 기판(W)의 상기 중앙부를 덮는 부분/중앙부에 걸치는 부분(이하, 기판(W)의 중앙 위치 부분이라고 약칭하기도 함)의 온도가 저하되지 않는다. 그 때문에 기판(W)의 중앙 위치 부분에서의 열 기인이나 열응력 기인의 결함(예를 들어 삼각 결함이나 기저면 전이 결함)의 발생을 억제할 수 있다.
(2) 저속 성장에서의 막 두께 균일성의 개선
성막 시에 있어서의 막의 퇴적 속도는 온도 의존성이 작고, 성막 시에 있어서의 H2 가스에 의한 에칭 속도는 온도에 비례하는 온도 의존성이 크다. 그리고, 박막 형성 등을 위해서 저속으로 성막하는 경우, 성막 시에 있어서의 막의 퇴적 속도와 성막 시에 있어서의 H2 가스에 의한 에칭 속도에 차가 별로 없다. 그 때문에, 저속으로 성막하는 경우, 종래와 같이 적재대나 홀더의 중앙부의 온도가 낮으면, 피처리 기판의 중앙 위치 부분 상의 막 두께가 두꺼워진다. 그에 반해 본 실시 형태에서는, 기판(W)의 중앙 위치 부분의 온도가 저하되어 있지 않기 때문에, 저속으로 성막하는 경우에 막 두께의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
(3) p형 SiC막의 성막 시의 불순물 농도 균일성의 개선
알루미늄(Al)을 도펀트로 하는 p형 SiC막을 형성하는 경우에는, SiC막에 도입되는 불순물의 농도는, SiC 기판의 온도가 낮은 영역에서는 높아지고, 상기 온도가 높은 영역에서는 낮아진다. 본 실시 형태에서는, 기판(W)의 중앙 위치 부분의 온도가 저하되어 있지 않기 때문에, p형 SiC막의 성막에서의 불순물 농도의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
그런데, ClF3 가스를 사용한 서셉터(23)에의 부착물의 제거 처리는 온도 의존성이 있다. 또한, 서셉터(23)의 온도는, 해당 서셉터(23)와 대향하는 적재대(20)의 복사열의 영향을 받는다. 본 실시 형태의 성막 장치(1)에서는, 상술한 바와 같이 적재대(20)의 중앙부의 온도가 저하되어 있지 않기 때문에, 적재대(20)의 중앙부에 대향하는 서셉터(23)의 중앙부의 온도도 저하되지 않는다. 그 때문에, 서셉터(23)에의 부착물의 제거를 면 내에서 균일하게 행할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 성막 장치(1)에서는, 상술한 바와 같이 홀더(H)의 중앙부의 온도가 저하되지 않기 때문에, 성막 시에 홀더(H)에 작용하는 열 응력을 완화시킬 수 있다. 따라서, 홀더(H)가 휘거나, 성막 처리 시에 원료 가스의 흐름이 흐트러지거나 하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 회전축부(21) 및 승강부(22)는, 탄소 섬유 강화 탄소 복합 재료로 형성되어 있기 때문에, SiC 또는 그래파이트로 형성된 경우와 마찬가지로, 내열성이 우수하고, H2 가스나 ClF3 가스에 대한 내성이 있고, 기계적 강도가 높다. 또한, 회전축부(21) 및 승강부(22)는, 탄소 섬유 강화 탄소 복합 재료로 형성되어 있어 불순물 농도가 낮으므로, 이들이 성막 시에 불필요한 불순물원으로 되지 않는다.
또한, 탄소 섬유 강화 탄소 복합 재료는 SiC에 비해서 저렴하다. 따라서, 회전축부(21) 및 승강부(22)를 탄소 섬유 강화 탄소 복합 재료로 형성함으로써 비용 절감을 도모할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 성막 장치(1)의 회전축부(21) 등의 재료의 융점은, 1800℃ 이상으로, 성막 장치(1)을 사용한 기판 처리에서의 기판(W)의 최고 온도보다 낮다. 그 때문에, 상기 기판 처리 중에 회전축부(21)가 녹거나 하지 않는다.
이상의 설명에서는, 회전축부(21)와, 승강부(22)의 지지부(22a) 및 승강 축(22b) 모두가, 탄소 섬유 강화 탄소 복합 재료 등의 열전도율이 낮은 재료로 형성되어 있는 것으로 하였다. 그러나, 이 예에 한정되지 않고, 회전축부(21), 지지부(22a) 및 승강 축(22b)의 적어도 어느 하나가 탄소 섬유 강화 탄소 복합 재료 등의 열전도율이 낮은 재료로 형성되어 있으면 된다.
실시예
(확인 시험 1)
홀더(H)의 면내 온도 분포에 대해서 확인 시험을 행하였다. 이 확인 시험(이하, 확인 시험 1)에서는, 홀더(H)의 직경 방향을 따라서 기판(W)을 배열하고, H2 가스를 사용한 에칭을 행하여, 온도 의존성이 있는 에칭양과 온도의 관계식으로부터, 홀더(H)의 온도 분포를 산출하였다. 또한, 홀더(H)의 에지로부터 직경 방향으로 140 내지 160mm 이격된 영역 내에, 회전축부(21), 지지부(22a) 및 승강 축(22b)이 위치한다.
실시예 1에서는, 도 1 등을 사용해서 설명한 성막 장치(1)에서 H2 가스를 사용한 에칭을 행하였다. 실시예 2에서는, 지지부(22a)가 그래파이트로 형성되고 승강 축(22b)이 SiC로 형성되어 있는 점에서만 상술한 성막 장치(1)와 상이한 성막 장치에서 상기 에칭을 행하였다. 비교예 1에서는, 회전축부(21) 및 승강 축(22b)이 SiC로 형성되고 지지부(22a)가 그래파이트로 형성되어 있는 점에서만 상술한 성막 장치(1)와 상이한 성막 장치에서 상기 에칭을 행하였다.
도 3에 도시한 바와 같이, 회전축부(21), 지지부(22a) 및 승강 축(22b)이 SiC로 형성된 비교예 1에서는, 기판(W)에 있어서 홀더(H)의 중앙부와 주연부 사이의 중간 영역에 위치하는 부분과, 기판(W)에 있어서 홀더(H)의 중앙부에 위치하는 부분의 온도 차는 40℃ 이상이다. 그에 비해, 회전축부(21), 지지부(22a) 및 승강 축(22b)이 탄소 섬유 강화 탄소 복합 재료로 형성된 실시예 1에서는, 기판(W)의 상기 온도 차는 20℃ 이하이다. 탄소 섬유 강화 탄소 복합 재료로 형성된 실시예 2에서도, 기판(W)의 상기 온도 차는 30℃ 정도이다.
즉, 회전축부(21), 지지부(22a) 및 승강 축(22b) 중 적어도 회전축부(21)를 탄소 섬유 강화 탄소 복합 재료로 형성함으로써, 기판(W)의 온도의 면내 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 기판(W)에 있어서 홀더(H)의 주연부에 위치하는 부분의 온도가 낮은 것은, 홀더의 주연부의 근방에, 처리 가스의 도입구 및 배기구가 마련되어 있기 때문에, 홀더의 주연부의 열이 처리 가스에 빼앗기기 때문이다.
(확인 시험 2)
기판(W)에서의 적재대(20)의 중앙부를 덮는 부분/중앙부에 걸치는 부분의 결함 발생 억제에 대해서 확인 시험을 행하였다. 이 확인 시험(확인 시험 2)에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 직경 300mm의 홀더(H)의 중앙부에 걸치도록 1매의 직경 3인치의 기판(W)(이하, 내측 기판(W))을 적재하고, 해당 내측 기판(W)의 직경 방향 외측에 또 1매의 직경 3인치의 기판(W)(이하, 외측 기판(W))을 적재해서 SiC막의 성막을 행하고, 성막된 SiC막 내의 기저면 전위 결함을 포토루미네센스법에 의해 검출하였다.
실시예 3에서는, 도 1 등을 사용해서 설명한 바와 같이 회전축부(21), 지지부(22a) 및 승강 축(22b)이 탄소 섬유 강화 탄소 복합 재료로 형성된 성막 장치(1)에서 성막을 행하였다. 한편, 비교예 2에서는, 회전축부(21) 및 승강 축(22b)이 SiC로 형성되고 지지부(22a)가 그래파이트로 형성되어 있는 점에서만 성막 장치(1)와 상이한 성막 장치에서 성막을 행하였다. 또한, 실시예 3과 비교예 2는 동일 로트의 기판(W)을 사용하였다. 또한, 이하의 결함의 개수는, 3인치 웨이퍼 1매당 결함의 개수이다.
비교예 2에서는, 내측 기판(W)과 외측 기판(W)에서, 성막된 SiC막 내의 결함의 수에 큰 차는 없으며, 모두 2500개 정도였다. 그에 비해 실시예 3에서는, 외측 기판(W) 상에 성막된 SiC막 내의 결함의 수는 2700개로, 비교예 2와 변함은 없었지만, 내측 기판(W) 상에 성막된 SiC막 내의 결함의 수는 1600개 정도로, 비교예 3에 비해서 대폭 감소하였다.
이 결과로부터도 명백해진 바와 같이, 본 실시 형태의 성막 장치(1)에서는, 기판(W)의 중앙 위치 부분에서의 결함의 발생을 억제할 수 있다.
(확인 시험 3)
탄소 섬유 강화 탄소 복합 재료로 형성된 회전축부(21), 지지부(22a) 및 승강 축(22b)의 내구성에 대해서 확인 시험을 행하였다. 이 확인 시험(확인 시험 3)에서는 먼저, 탄소 섬유 강화 탄소 복합 재료로 형성된 미사용 회전축부(21), 지지부(22a) 및 승강 축(22b)을 H2 분위기에 폭로시켰다. 그리고 폭로시킨 시간이 400분 이상을 초과했을 때, 회전축부(21), 지지부(22a) 및 승강 축(22b)의 질량의 미사용 시부터의 변화량을 산출하였다. 또한, 그 후, ClF3 가스를 사용한 상술한 제거 처리를 1시간 행하여, 해당 제거 처리 전후의 회전축부(21), 지지부(22a) 및 승강 축(22b)의 질량의 변화량을 산출하였다. 또한, H2 어닐 처리는 1600℃ 이상의 H2 가스 분위기 하에서 행하여지고, 제거 처리는 500℃ 이상의 ClF3 가스 분위기 하에서 행하여졌다.
확인 시험 3에서는, H2 어닐 처리에 의한 회전축부(21), 지지부(22a) 및 승강 축(22b)의 질량의 변화량은, 각각 -0.03g 이하, -0.02g 이하, -0.005g 이하이고, ClF3 가스를 사용한 제거 처리에 의한 회전축부(21), 지지부(22a) 및 승강 축(22b)의 질량의 변화량은, 각각 -0.002g 이하, 0g, 0.003g 이하였다. 이 결과로부터도 명백해진 바와 같이, 탄소 섬유 강화 탄소 복합 재료로 형성된 회전축부(21), 지지부(22a) 및 승강 축(22b)은, 고온의 H2 가스 및 ClF3 가스에도 침식되지 않는다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 당업자라면 청구범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있음은 명확하며, 그것들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 이해된다.
본 발명은 에피택셜 성장에 의해 SiC막을 성막하는 기술에 유용하다.
1: 성막 장치
11: 처리 용기
14: 코일
14a: 고주파 전원
15: 가스 공급 라인
20: 적재대
21: 회전축부
22: 승강부
22a: 지지부
22b: 승강 축
23: 서셉터
24: 단열재
100: 제어부
W: SiC 기판

Claims (3)

  1. 홀더를 개재해서 적재대 상에 적재되는 피처리 기판을 가열함과 함께 해당 피처리 기판에 처리 가스를 공급하여, 해당 피처리 기판에 대하여 성막 처리를 행하는 성막 장치이며,
    상기 성막 장치는 처리 용기와, 상기 처리 용기의 내부에 마련되는 수용부, 회전축부 및 승강부와, 상기 처리 용기의 외측에 마련되는 코일을 구비하고,
    상기 수용부는 상기 적재대를 수용하는 내부 공간을 갖고, 상기 처리 가스가 상기 내부 공간에 공급됨과 함께 상기 코일에 의해 유도 가열되고,
    상기 회전축부는 상기 적재대가 회전 가능하게 당해 적재대를 지지하고,
    상기 승강부는 외부의 상기 피처리 기판의 반송 장치와 상기 적재대 사이에서 상기 피처리 기판을 주고 받기 위해서 상기 피처리 기판을 승강하고,
    상기 회전축부 및 상기 승강부 중의 적어도 하나는, 열전도율이 15W/m·K 이하이며 융점이 1800℃ 이상인 재료로 형성되고,
    상기 재료의 전기 저항률은 10 내지 50μΩ·m이고,
    상기 재료는, 탄소 섬유 강화 탄소 복합 재료이며, 상기 탄소 섬유 강화 탄소 복합 재료의 섬유 축에 대해 수직인 방향이 상기 회전축부의 축방향과 평행하고,
    상기 수용부, 적재대 및 홀더는, 탄화규소(SiC)에 의해 코팅된 그래파이트로 형성되는, 성막 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수용부의 내부 공간은, 유도 가열에 의해 1600℃ 이상으로 가열되는 성막 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 성막 처리에 의해 SiC막을 형성하는 성막 장치.
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