JP2006070342A - Vapor phase film deposition system, susceptor and vapor phase film deposition method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、気相成膜装置、サセプタおよび気相成膜方法に関し、より特定的には、成膜条件の均一性を向上させることが可能な気相成膜装置、サセプタおよび気相成膜方法に関する。 The present invention relates to a vapor deposition apparatus, a susceptor, and a vapor deposition method, and more specifically, a vapor deposition apparatus, a susceptor, and a vapor deposition that can improve the uniformity of deposition conditions. Regarding the method.
従来、エピタキシャル薄膜などを形成するための装置としてCVD(Chemical vapor deposition)装置などの気相成膜装置が知られている。また、そのような気相成膜装置においては、膜を形成する対象物である基板などを保持するためのサセプタが用いられる(たとえば、特許文献1参照)。
上記のような気相成膜装置では、成膜時に基板上での均一な成膜を実現するため、基板面内を均一に加熱することが求められる。このような基板の均一な加熱を実現するため、たとえば、上記特許文献1では、サセプタを誘導加熱するためのコイルにより発生する磁界と平行方向に、かつ、基板を支える面とは反対側である裏面に溝を形成したサセプタが開示されている。上記特許文献1では、上記のようなサセプタの構成とすることで、基板を支える面でのサセプタの温度分布が均一化され、結果的に基板面内を均一に加熱することができるとしている。 In the vapor phase film forming apparatus as described above, it is required to uniformly heat the substrate surface in order to realize uniform film formation on the substrate during film formation. In order to realize such uniform heating of the substrate, for example, in Patent Document 1, in the direction parallel to the magnetic field generated by the coil for inductively heating the susceptor and opposite to the surface supporting the substrate. A susceptor having a groove formed on the back surface is disclosed. In Patent Document 1, the susceptor is configured as described above, whereby the temperature distribution of the susceptor on the surface that supports the substrate is made uniform, and as a result, the substrate surface can be heated uniformly.
しかし、上記のような従来の気相成膜装置では、コイルとサセプタとの構成や配置が決定すると、サセプタでの発熱密度分布が決定されるため、成膜に用いる反応ガスの流速の変化といったプロセス条件(より具体的にはサセプタの周囲の熱的条件)が変化することによりサセプタでの放熱特性が変化すると、このような放熱特性の変化に対応してサセプタでの発熱密度分布の修正を行なうことが困難であった。このため、プロセス条件の変化などが発生した場合、適切な基板の温度条件を実現することが難しかった。 However, in the conventional vapor phase film forming apparatus as described above, when the configuration and arrangement of the coil and the susceptor are determined, the heat generation density distribution in the susceptor is determined. If the heat dissipation characteristics at the susceptor change due to changes in process conditions (more specifically, the thermal conditions around the susceptor), the heat density distribution at the susceptor is corrected in response to such changes in the heat dissipation characteristics. It was difficult to do. For this reason, when a change in process conditions occurs, it is difficult to realize an appropriate substrate temperature condition.
この発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、この発明の目的は、プロセス条件の変化が起きた場合であっても、基板の温度条件を最適化することが可能な気相成膜装置、サセプタおよび気相成膜方法を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to optimize the temperature conditions of the substrate even when the process conditions change. It is to provide a possible vapor deposition apparatus, susceptor and vapor deposition method.
この発明に従った気相成膜装置は、処理容器と、サセプタと、コイルとを備える。サセプタは、処理容器の内部に配置され、基板を保持するためのものである。コイルは、サセプタを誘導加熱するための磁界を形成する。当該コイルは中心軸を中心に巻き形状となっている。コイルの中心軸の延びる方向に対して、サセプタにおいて基板を保持する表面の延びる方向は交差している。 A vapor deposition apparatus according to the present invention includes a processing container, a susceptor, and a coil. The susceptor is disposed inside the processing container and holds the substrate. The coil forms a magnetic field for inductively heating the susceptor. The coil is wound around a central axis. The extending direction of the surface holding the substrate in the susceptor intersects the extending direction of the central axis of the coil.
この場合、コイルの中心軸の延びる方向に対して、サセプタにおいて基板を保持する表面の延びる方向を交差させる(つまり、コイルの中心軸に対してサセプタを傾ける)と、サセプタにおける誘導加熱による発熱密度の分布が変化する。このため、コイルの中心軸の延びる方向に対して、サセプタにおいて基板を保持する表面の延びる方向のなす角度θを変化させることにより、サセプタにおける発熱と放熱とのバランスを最適化することができる。この結果、サセプタに搭載された基板の温度分布(とくにコイルの中心軸の延びる方向における温度分布)を均一化することができる。 In this case, if the extending direction of the surface holding the substrate in the susceptor intersects the extending direction of the central axis of the coil (that is, the susceptor is inclined with respect to the central axis of the coil), the heat generation density due to induction heating in the susceptor The distribution of changes. For this reason, the balance between heat generation and heat dissipation in the susceptor can be optimized by changing the angle θ formed by the direction in which the surface holding the substrate in the susceptor extends with respect to the direction in which the central axis of the coil extends. As a result, the temperature distribution of the substrate mounted on the susceptor (particularly the temperature distribution in the direction in which the central axis of the coil extends) can be made uniform.
上記気相成膜装置は、コイルの中心軸の延びる方向に対して、サセプタにおいて基板を保持する表面の延びる方向が交差するように、サセプタを保持する架台をさらに備えていてもよい。この場合、架台にサセプタを搭載するという簡単な方法で、コイルの中心軸の延びる方向に対して、サセプタにおいて基板を保持する表面の延びる方向が交差するようにサセプタを傾けた状態に保持できる。また、サセプタを搭載する部分の傾き角度を変えた複数種類の架台を準備しておき、それらの複数種類の架台のうちのいずれかを選択して使用することで、角度θを容易に変更することができる。 The vapor deposition apparatus may further include a gantry that holds the susceptor so that the direction in which the surface of the susceptor holds the substrate intersects the direction in which the central axis of the coil extends. In this case, the susceptor can be held in an inclined state so that the extending direction of the surface holding the substrate in the susceptor intersects the extending direction of the central axis of the coil by a simple method of mounting the susceptor on the mount. Moreover, by preparing a plurality of types of mounts with different inclination angles of the portion on which the susceptor is mounted, by selecting and using one of the plurality of types of mounts, the angle θ can be easily changed. be able to.
上記気相成膜装置は、処理容器の内部に反応ガスを流通させるための反応ガス供給部材をさらに備えていてもよい。また、基板の平面形状は円形状であってもよい。サセプタの平面形状は、処理容器の内部を流通する反応ガスの流れの上流側に位置する端部であって直線状の上流側壁部と、上流側壁部の両端に連なる円弧状の角部と、反応ガスの流れの下流側に位置する端部である円弧状部分と、円弧状部分の両端部と上流側壁部の両端に連なる円弧状の角部とをそれぞれつなぐ側壁部とからなっていてもよい。円弧状部分の中心点より上流側に、基板の中心点が位置するように基板は配置されることが好ましい。また、反応ガスの流れ方向に垂直な方向における、上流側壁部および円弧状の角部の合計幅(上流側幅)は、円弧状部分の幅(下流側幅)より大きいことが好ましい。 The vapor phase film forming apparatus may further include a reaction gas supply member for circulating the reaction gas inside the processing container. Further, the planar shape of the substrate may be circular. The planar shape of the susceptor is an end located on the upstream side of the flow of the reaction gas flowing through the inside of the processing vessel, and is a straight upstream side wall part, and an arcuate corner part connected to both ends of the upstream side wall part, It may comprise an arcuate portion that is an end located on the downstream side of the flow of the reaction gas, and a side wall portion that connects both ends of the arcuate portion and arcuate corner portions that are connected to both ends of the upstream side wall portion. Good. The substrate is preferably arranged so that the center point of the substrate is located upstream of the center point of the arcuate portion. Further, the total width (upstream width) of the upstream side wall and the arc-shaped corner in the direction perpendicular to the reaction gas flow direction is preferably larger than the width of the arc-shaped portion (downstream width).
この場合、サセプタの平面形状において尖った角部ではなく円弧状の角部を形成しているので、尖った角部が形成された場合よりサセプタの角部からの放熱の程度を小さくできる。このため、サセプタの中心部と角部などの外周部との温度の差を小さくできる(サセプタにおける温度の均一性を向上させることができる)。 In this case, since the arcuate corners are formed instead of the sharp corners in the planar shape of the susceptor, the degree of heat radiation from the corners of the susceptor can be made smaller than when the sharp corners are formed. For this reason, the difference in temperature between the central portion of the susceptor and the outer peripheral portion such as the corner portion can be reduced (temperature uniformity in the susceptor can be improved).
また、サセプタを傾けて配置することにより、サセプタの上流側壁部近傍での誘導加熱による発熱密度が高まる。そして、このうような発熱密度が高まった領域側(上流側壁部の方向)に基板をずらして配置すれば、上記のような発熱密度が高まった部分の存在に起因するサセプタの温度均一領域を有効に利用できる。この結果、基板温度の均一化を図ることができる。また、上記のような円弧状部分を形成すれば、サセプタの下流側での放熱特性を、中心軸に対して垂直な方向(サセプタの幅方向)においてより均一化することができる。 Further, by disposing the susceptor at an angle, the heat generation density due to induction heating in the vicinity of the upstream side wall of the susceptor is increased. If the substrate is shifted and arranged on the region side where the heat generation density is increased (in the direction of the upstream side wall portion), the temperature uniform region of the susceptor due to the presence of the portion where the heat generation density is increased as described above. It can be used effectively. As a result, the substrate temperature can be made uniform. Further, if the arc-shaped portion as described above is formed, the heat radiation characteristics on the downstream side of the susceptor can be made more uniform in the direction perpendicular to the central axis (the width direction of the susceptor).
また、サセプタの上流側幅が下流側幅より大きくなっているので、サセプタの側壁部に面する領域での反応ガスの流れに乱流が発生する。この結果、サセプタの下流側において反応ガスの(流れに対する)幅方向での拡散が起こるため、サセプタの下流側に位置する基板上に十分な反応ガスを供給することができる。このため、下流側に位置する基板上においても十分な成膜速度で膜を形成することができる。 Further, since the upstream width of the susceptor is larger than the downstream width, a turbulent flow is generated in the reaction gas flow in the region facing the side wall of the susceptor. As a result, since the reaction gas diffuses in the width direction (relative to the flow) on the downstream side of the susceptor, sufficient reaction gas can be supplied onto the substrate located on the downstream side of the susceptor. For this reason, a film can be formed at a sufficient film formation speed even on a substrate located on the downstream side.
また、基板の中心からサセプタの上流側壁部までの距離は、基板の中心からサセプタの円弧状部分までの距離より大きくなっていてもよい。この場合、基板より上流側に位置するサセプタからの放熱により、基板に流れてくる反応ガスを十分加熱することができる。この結果、基板上での成膜速度を十分大きくすることができる。 The distance from the center of the substrate to the upstream side wall of the susceptor may be greater than the distance from the center of the substrate to the arcuate portion of the susceptor. In this case, the reaction gas flowing to the substrate can be sufficiently heated by the heat radiation from the susceptor located on the upstream side of the substrate. As a result, the deposition rate on the substrate can be sufficiently increased.
この発明に従った気相成膜方法は、処理容器と、当該処理容器の内部に配置され、基板を保持するためのサセプタと、サセプタを誘導加熱するための磁界を形成する、中心軸を中心に巻き形状となっているコイルとを備える気相成膜装置を用いた気相成膜方法であって、サセプタ配置工程と膜を形成する工程とを備える。サセプタ配置工程では、コイルの中心軸の延びる方向に対して、サセプタにおいて基板を保持する表面の延びる方向が交差するようにサセプタを処理容器の内部に配置する。膜を形成する工程では、コイルに電力を供給することによりサセプタを誘導加熱した状態で、基板表面に膜を形成する。 The vapor deposition method according to the present invention is centered on a central axis that forms a processing vessel, a susceptor for holding the substrate, and a magnetic field for induction heating the susceptor, which is disposed inside the processing vessel. A gas phase film forming method using a gas phase film forming apparatus including a coil having a winding shape, and includes a susceptor arranging step and a film forming step. In the susceptor arranging step, the susceptor is arranged inside the processing container so that the extending direction of the surface holding the substrate in the susceptor intersects the extending direction of the central axis of the coil. In the step of forming the film, the film is formed on the substrate surface in a state where the susceptor is inductively heated by supplying electric power to the coil.
この場合、コイルの中心軸の延びる方向に対して、サセプタにおいて基板を保持する表面の延びる方向を交差させる(つまり、コイルの中心軸に対してサセプタを傾ける)と、サセプタにおける誘導加熱による発熱密度の分布が変化する。このため、コイルの中心軸の延びる方向に対して、サセプタにおいて基板を保持する表面の延びる方向のなす角度θを変化させることにより、サセプタにおける発熱と放熱とのバランスを最適化することができる。この結果、サセプタに搭載された基板の温度分布(とくにコイルの中心軸の延びる方向における温度分布)を均一化することができる。したがって、基板上における成膜条件(たとえば成膜速度など)を均一化できる。 In this case, if the extending direction of the surface holding the substrate in the susceptor intersects the extending direction of the central axis of the coil (that is, the susceptor is inclined with respect to the central axis of the coil), the heat generation density due to induction heating in the susceptor The distribution of changes. For this reason, the balance between heat generation and heat dissipation in the susceptor can be optimized by changing the angle θ formed by the direction in which the surface holding the substrate in the susceptor extends with respect to the direction in which the central axis of the coil extends. As a result, the temperature distribution of the substrate mounted on the susceptor (particularly the temperature distribution in the direction in which the central axis of the coil extends) can be made uniform. Therefore, film forming conditions (for example, film forming speed) on the substrate can be made uniform.
また、成膜のプロセス条件(たとえば反応ガスの流速など)が変化した場合、サセプタからの放熱条件も変化することになるが、この場合も、上記角度θを適宜調整することで、サセプタでの温度の均一性(すなわち基板での温度の均一性)を最適化することができる。 In addition, when the process conditions for film formation (for example, the flow rate of the reaction gas) change, the heat dissipation conditions from the susceptor also change. In this case as well, by adjusting the angle θ appropriately, Temperature uniformity (ie, temperature uniformity at the substrate) can be optimized.
この発明に従ったサセプタは、気相成膜装置において用いられる、平面形状が円形状である基板を保持するための板状のサセプタであって、当該サセプタの平面形状は、直線状の一方壁部と、一方壁部の両端に連なる円弧状の角部と、一方壁部と反対側に位置する円弧状部分と、円弧状部分の両端部と一方壁部の両端に連なる円弧状の角部とをそれぞれつなぐ側壁部とからなる。円弧状部分の中心点より一方壁部側に、基板の中心点が位置するように基板が配置される。 A susceptor according to the present invention is a plate-shaped susceptor used in a vapor deposition apparatus for holding a substrate having a circular planar shape, and the planar shape of the susceptor is a linear one wall. , Arcuate corners connected to both ends of the one wall part, arcuate parts located on the opposite side of the one wall part, arcuate corners connected to both ends of the arcuate part and both ends of the one wall part And a side wall portion connecting the two. The substrate is arranged so that the center point of the substrate is located on the one wall side from the center point of the arc-shaped portion.
この場合、サセプタの平面形状において尖った角部ではなく円弧状の角部を形成しているので、尖った角部が形成された場合よりサセプタの角部からの放熱の程度を小さくできる。このため、サセプタの中心部と角部などの外周部との温度の差を小さくできる。 In this case, since the arcuate corners are formed instead of the sharp corners in the planar shape of the susceptor, the degree of heat radiation from the corners of the susceptor can be made smaller than when the sharp corners are formed. For this reason, the temperature difference between the central portion of the susceptor and the outer peripheral portion such as a corner portion can be reduced.
また、気相成膜装置においてサセプタを誘導加熱するための磁界を形成するコイルを用いる場合、当該コイルの中心軸に対してサセプタを傾けて配置すれば、サセプタの一方壁部近傍での誘導加熱による発熱密度が高まる。そして、このうような発熱密度が高まった領域側(一方壁部の方向)に基板をずらして配置すれば、上記のような発熱密度が高まった部分の存在に起因するサセプタの温度均一領域を有効に利用できる。この結果、基板温度の均一化を図ることができる。また、上記のような円弧状部分を形成すれば、サセプタの円弧状部分側での放熱特性を、サセプタの幅方向(一方壁部に平行な方向)においてより均一化することができる。 In addition, when a coil that forms a magnetic field for induction heating of a susceptor is used in a vapor deposition apparatus, if the susceptor is inclined with respect to the central axis of the coil, induction heating near one wall of the susceptor is performed. The heat generation density by increases. And if the substrate is shifted and arranged on the side of the region where the heat generation density is increased (one wall direction), the temperature uniform region of the susceptor due to the presence of the portion where the heat generation density is increased as described above. It can be used effectively. As a result, the substrate temperature can be made uniform. In addition, if the arc-shaped portion as described above is formed, the heat dissipation characteristics on the arc-shaped portion side of the susceptor can be made more uniform in the width direction of the susceptor (one direction parallel to the wall portion).
この発明に従ったサセプタは、気相成膜装置において用いられる、基板を保持するための板状のサセプタであって、当該気相成膜装置はサセプタを誘導加熱するために用いる磁界を形成するための、中心軸を中心に巻き形状となっているコイルを備えるものである。上記サセプタは、サセプタの平面形状が正方形であって当該正方形の中央に基板が保持されるとともにサセプタにおいて基板を保持する表面の延びる方向が中心軸と平行な場合での基板の温度分布より、中心軸に対して、サセプタにおいて基板を保持する表面の延びる方向が交差した状態で用いられる場合における基板の温度分布が均一化するように、サセプタの形状およびサセプタの表面上での前記基板の配置が決定されている。 A susceptor according to the present invention is a plate-like susceptor used in a vapor deposition apparatus for holding a substrate, and the vapor deposition apparatus forms a magnetic field used for induction heating of the susceptor. Therefore, a coil having a winding shape around the central axis is provided. The susceptor has a square shape based on the temperature distribution of the substrate when the planar shape of the susceptor is square and the substrate is held at the center of the square and the extending direction of the surface holding the substrate in the susceptor is parallel to the central axis. The shape of the susceptor and the arrangement of the substrate on the surface of the susceptor are made uniform so that the temperature distribution of the substrate is uniform when used in a state where the extending direction of the surface holding the substrate in the susceptor intersects the axis. It has been decided.
この場合、単純な正方形状のサセプタを用いる場合より、サセプタ上に配置された基板での温度分布を均一化することができる。なお、ここで温度分布が均一化するとは、サセプタを誘導加熱した状態での基板表面での複数箇所の温度を測定し、当該複数箇所の温度データのばらつきが小さいことを言う。具体的には、複数箇所の温度データの標準偏差が小さくなる場合や、当該温度データの平均値に対する、それぞれの温度データの差のうちの最大値が小さくなる場合などが該当する。 In this case, the temperature distribution on the substrate disposed on the susceptor can be made more uniform than when a simple square susceptor is used. Here, the uniform temperature distribution means that the temperature at a plurality of locations on the substrate surface in a state where the susceptor is inductively heated is measured, and the variation in temperature data at the plurality of locations is small. Specifically, the case where the standard deviation of the temperature data at a plurality of locations is small, or the case where the maximum value among the differences of the respective temperature data with respect to the average value of the temperature data is small is applicable.
上記サセプタにおいて、当該サセプタは板状であってもよく、基板の平面形状は円形状であってもよい。サセプタの平面形状は、直線状の一方壁部と、一方壁部の両端に連なる円弧状の角部と、一方壁部と反対側に位置する円弧状部分と、円弧状部分の両端部と一方壁部の両端に連なる円弧状の角部とをそれぞれつなぐ側壁部とからなっていてもよい。円弧状部分の中心点より一方壁部側に、基板の中心点が位置するように基板の配置が決定されていてもよい。 In the susceptor, the susceptor may be plate-shaped, and the planar shape of the substrate may be circular. The planar shape of the susceptor consists of a straight one wall, an arc corner connected to both ends of the one wall, an arc portion located on the opposite side of the one wall, and both ends of the arc portion. You may consist of the side wall part which connects the circular-arc-shaped corner | angular part connected to the both ends of a wall part, respectively. The arrangement of the substrates may be determined such that the center point of the substrate is located on the one wall side from the center point of the arcuate portion.
この場合、サセプタの平面形状において尖った角部ではなく円弧状の角部を形成しているので、尖った角部が形成された場合よりサセプタの角部からの放熱の程度を小さくできる。このため、サセプタの中心部と角部などの外周部との温度の差を小さくできる。 In this case, since the arcuate corners are formed instead of the sharp corners in the planar shape of the susceptor, the degree of heat radiation from the corners of the susceptor can be made smaller than when the sharp corners are formed. For this reason, the temperature difference between the central portion of the susceptor and the outer peripheral portion such as a corner portion can be reduced.
また、コイルの中心軸に対してサセプタを傾けて配置すれば、サセプタの一方壁部近傍での誘導加熱による発熱密度が高まる。そして、このうような発熱密度が高まった領域側(一方壁部の方向)に基板をずらして配置すれば、上記のような発熱密度が高まった部分の存在に起因するサセプタの温度均一領域を有効に利用できる。この結果、基板温度の均一化を図ることができる。 In addition, if the susceptor is inclined with respect to the central axis of the coil, the heat generation density by induction heating in the vicinity of one wall portion of the susceptor increases. And if the substrate is shifted and arranged on the side of the region where the heat generation density is increased (one wall direction), the temperature uniform region of the susceptor due to the presence of the portion where the heat generation density is increased as described above. It can be used effectively. As a result, the substrate temperature can be made uniform.
また、上記のような円弧状部分を形成すれば、サセプタの円弧状部分側での放熱特性を、サセプタの幅方向(一方壁部に平行な方向)においてより均一化することができる。 In addition, if the arc-shaped portion as described above is formed, the heat dissipation characteristics on the arc-shaped portion side of the susceptor can be made more uniform in the width direction of the susceptor (one direction parallel to the wall portion).
また、上記サセプタにおいて、一方壁部から円弧状部分へ向かう方向に垂直な方向(幅方向)における、一方壁部および円弧状の角部の合計幅(一方側幅)は、円弧状部分の幅(他方側幅)より大きいことが好ましい。この場合、サセプタの一方側幅が他方側幅より大きくなっているので、サセプタに対して一方壁側(上流側)から円弧状部分側(下流側)へ反応ガスを流す場合、サセプタの側壁部に面する領域での反応ガスの流れに乱流が発生する。この結果、サセプタの下流側において反応ガスの(流れに対する)幅方向での拡散が起こるため、サセプタの下流側に位置する基板上に十分な反応ガスを供給することができる。このため、下流側に位置する基板上においても十分な成膜速度で膜を形成することができる。 In the susceptor, the total width (one side width) of the one wall portion and the arc-shaped corner portion in the direction (width direction) perpendicular to the direction from the one wall portion toward the arc-shaped portion is the width of the arc-shaped portion. It is preferable that it is larger than (the other side width). In this case, since the width of one side of the susceptor is larger than the width of the other side, when the reaction gas flows from the one wall side (upstream side) to the arcuate part side (downstream side) with respect to the susceptor, the side wall portion of the susceptor A turbulent flow is generated in the reaction gas flow in the region facing the surface. As a result, since the reaction gas diffuses in the width direction (relative to the flow) on the downstream side of the susceptor, sufficient reaction gas can be supplied onto the substrate located on the downstream side of the susceptor. For this reason, a film can be formed at a sufficient film formation speed even on a substrate located on the downstream side.
また、基板の中心からサセプタの一方壁部までの距離は、基板の中心からサセプタの円弧状部分までの距離より大きくなっていてもよい。この場合、基板より上流側に位置するサセプタからの放熱により、基板に流れてくる反応ガスを十分加熱することができる。この結果、基板上での成膜速度を十分大きくすることができる。 Further, the distance from the center of the substrate to the one wall portion of the susceptor may be larger than the distance from the center of the substrate to the arcuate portion of the susceptor. In this case, the reaction gas flowing to the substrate can be sufficiently heated by heat radiation from the susceptor located on the upstream side of the substrate. As a result, the deposition rate on the substrate can be sufficiently increased.
上記サセプタは、基材と、基材の表面を覆うように形成されたコーティング材とを含んでいてもよい。この場合、コーティング材を基材の表面に配置することで、基材が外部の雰囲気ガスなどにより損傷を受けるといった可能性を低減できる。コーティング材としては、基材を保護でき、また、成膜処理の際に不純物の拡散を防ぐため、成膜処理の雰囲気に対する耐性を有する材料、さらに成膜処理における高温に耐えることができるような耐熱性の材料(たとえば、融点が1500℃以上の材料)、また、誘導加熱を行なう際に、渦電流が基材を流れないように、電気伝導率が基材の電気伝導率より低いような材料、また、常磁性材(たとえば、比透磁率が1程度(たとえば0.5以上1.5以下)の材料)などを用いることができる。なお、コーティング材の材質は成膜処理の条件ごとに適宜選択することが好ましい。また、サセプタの熱均一性を向上させる観点からは、コーティング材として熱伝導率の高い材料を用いることが好ましい。なお、上述した電気伝導率および磁性の特性に関する条件は、磁場の浸透深さが、周波数、比透磁率、真空の透磁率の積のルートに反比例することから、コーティング材に発熱が集中することを避けるためのものである。 The susceptor may include a base material and a coating material formed to cover the surface of the base material. In this case, by disposing the coating material on the surface of the base material, it is possible to reduce the possibility that the base material is damaged by an external atmospheric gas or the like. As a coating material, it is possible to protect the base material, and to prevent diffusion of impurities during the film formation process, so that it can withstand a high temperature in the film formation process, as well as a material having resistance to the atmosphere of the film formation process. A heat-resistant material (for example, a material having a melting point of 1500 ° C. or higher), and an electric conductivity lower than that of the base material so that eddy current does not flow through the base material when induction heating is performed. A material, a paramagnetic material (for example, a material having a relative permeability of about 1 (for example, 0.5 or more and 1.5 or less)), or the like can be used. The material of the coating material is preferably selected as appropriate for each film forming process condition. From the viewpoint of improving the thermal uniformity of the susceptor, it is preferable to use a material having high thermal conductivity as the coating material. Note that the above-mentioned conditions regarding the electrical conductivity and magnetic properties are that the penetration depth of the magnetic field is inversely proportional to the root of the product of frequency, relative permeability, and vacuum permeability, so heat generation is concentrated on the coating material. Is to avoid.
上記コーティング材は、シリコンカーバイド被膜、タンタルカーバイド被膜、熱分解炭素被膜からなる群から選択される少なくとも1つを含むことが好ましい。この場合、上述のように基材を保護し、また、不純物の拡散を防ぐとともに、サセプタの熱均一性を向上させることが可能なコーティング材を実現できる。 The coating material preferably includes at least one selected from the group consisting of a silicon carbide film, a tantalum carbide film, and a pyrolytic carbon film. In this case, it is possible to realize a coating material capable of protecting the base material as described above, preventing diffusion of impurities, and improving the thermal uniformity of the susceptor.
この発明に従った気相成膜方法は、サセプタ配置工程と膜を形成する工程とを備える。サセプタ配置工程では、上記本発明に従ったサセプタに基板を搭載し、当該サセプタを気相成膜装置の処理容器の内部に配置する。膜を形成する工程では、サセプタを誘導加熱により加熱しながら、処理容器の内部に反応ガスを供給することにより基板表面に膜を形成する。膜を形成する工程において、サセプタは、中心軸を中心に巻き形状となっているコイルを用いて誘導加熱される。サセプタ配置工程では、コイルの中心軸の延びる方向に対して、サセプタにおいて基板を保持する表面の延びる方向が交差するように、サセプタを配置する。 The vapor phase film forming method according to the present invention includes a susceptor arranging step and a film forming step. In the susceptor arrangement step, the substrate is mounted on the susceptor according to the present invention, and the susceptor is arranged inside the processing container of the vapor deposition apparatus. In the step of forming the film, the film is formed on the substrate surface by supplying a reaction gas into the processing container while heating the susceptor by induction heating. In the process of forming the film, the susceptor is induction-heated using a coil that is wound around a central axis. In the susceptor arranging step, the susceptor is arranged so that the extending direction of the surface holding the substrate in the susceptor intersects the extending direction of the central axis of the coil.
このようにすれば、従来のように正方形状のサセプタを中心軸と平行に配置する場合に比べて、コイルの中心軸に対して傾斜して配置したサセプタ上に配置された基板の温度分布を均一化することができる。このため、基板上で均一な成膜処理を行なうことができる(たとえば、基板上での成膜速度のばらつきを小さくできる)。 In this way, the temperature distribution of the substrate disposed on the susceptor disposed to be inclined with respect to the central axis of the coil is compared with the case where the square susceptor is disposed in parallel with the central axis as in the prior art. It can be made uniform. Therefore, a uniform film formation process can be performed on the substrate (for example, variation in film formation speed on the substrate can be reduced).
上記気相成膜装置または気相成膜方法のサセプタ配置工程では、コイルの中心軸の延びる方向に対して、サセプタにおける表面の延びる方向がなす角度θは、
|θ|<atan(√(H(W+H)/(L(W+L))))
という関係式を満足するように設定されていてもよい。なお、サセプタにおいて、コイルの中心軸の延びる方向における長さをL、コイルの中心軸の延びる方向と交差する方向における高さをH、コイルの中心軸の延びる方向と高さHの方向とにより規定される平面に垂直な方向におけるサセプタの幅をWとしている。
In the susceptor arrangement step of the vapor phase film forming apparatus or the vapor phase film forming method, the angle θ formed by the extending direction of the surface of the susceptor with respect to the extending direction of the central axis of the coil is:
| Θ | <atan (√ (H (W + H) / (L (W + L))))
May be set so as to satisfy the relational expression. In the susceptor, the length in the direction in which the central axis of the coil extends is L, the height in the direction intersecting the direction in which the central axis of the coil extends is H, and the direction in which the central axis of the coil extends and the direction of the height H The width of the susceptor in the direction perpendicular to the defined plane is W.
上記のような角度θの条件を満足すれば、サセプタを中心軸に対して傾けすぎることによる、サセプタ外周部での過剰な発熱を防止することができる。この結果、サセプタでの温度分布が不均一になること、すなわち基板での温度分布が不均一になることを抑制できる。 If the above condition of the angle θ is satisfied, excessive heat generation at the outer periphery of the susceptor due to excessive tilting of the susceptor with respect to the central axis can be prevented. As a result, it is possible to suppress the temperature distribution at the susceptor from becoming nonuniform, that is, the temperature distribution at the substrate from becoming nonuniform.
本発明によれば、成膜処理のプロセス条件に変化が起きた場合であっても、コイルの中心軸に対するサセプタの交差角度(傾き角度)を変更することで、基板の温度分布の均一化を図ることができる。この結果、プロセス条件の変化が起きた場合でも、基板上における成膜条件を均一化することができる。 According to the present invention, even if the process conditions of the film formation process change, the temperature distribution of the substrate can be made uniform by changing the crossing angle (tilt angle) of the susceptor with respect to the central axis of the coil. Can be planned. As a result, even when the process conditions change, the film forming conditions on the substrate can be made uniform.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
図1は、本発明による気相成長装置の処理部を示す断面模式図である。図2は、図1に示した処理部を含む本発明による気相成長装置の構成を示すブロック図である。図3は、図1に示した気相成長装置において用いられる、本発明によるサセプタを示す平面模式図である。図4は、図3に示した線分IV−IVにおける断面模式図である。図1〜図4を参照して、本発明による気相成長装置およびサセプタを説明する。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a processing section of a vapor phase growth apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the vapor phase growth apparatus according to the present invention including the processing section shown in FIG. FIG. 3 is a schematic plan view showing a susceptor according to the present invention used in the vapor phase growth apparatus shown in FIG. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along line IV-IV shown in FIG. A vapor phase growth apparatus and a susceptor according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図1に示すように、本発明による気相成長装置の処理部3は、処理容器2と、この処理容器2の外周を囲むように配置された、中心軸を中心に巻き形状となっているコイルとしての高周波コイル4と、処理容器2の内部に配置されたサセプタ10と、このサセプタ10を高周波コイル4のコイル軸(中心軸)の方向(矢印13によって示される方向)に対して傾き角度θ1だけ傾斜した状態で保持するための架台11とを含む。なお、ここで傾き角度θ1は、コイルの中心軸としてのコイル軸の方向(矢印13により示される方向)と、サセプタ10において基板12を保持する上部表面との成す角度であるが、図示したサセプタは上部表面と底壁とが平行になっているため、当該傾き角度θ1は矢印13に示したコイル軸の方向と底壁との成す角度として示されている。
As shown in FIG. 1, the
サセプタ10の上部表面には、平面形状が円形状である基板12を保持するための凹部18(図4参照)が形成されている。架台11は、石英からなり、底壁22と、底壁に連なり凸部23を構成する前方部と、この凸部23に連なり矢印13で示したコイル軸の方向(底壁22が延びる方向)に対して角度θ1だけ傾斜した上壁21とからなる。サセプタ10は、この上壁21上に配置されている。また、処理容器2内部には、所定の反応ガスが矢印15に示す方向から供給される。当該反応ガスは、処理容器2の内部を矢印15に示す方向に流通する。
On the upper surface of the
図1に示した処理部3を備える気相成長装置1は、図2に示すように、処理部3と、この処理部3へ反応ガスを供給するための反応ガス供給部材としてのガス供給部5と、処理部3からガスを排出するためのガス排出部6と、処理部3を構成する高周波コイル4へ所定の電源を供給するための電源部7と、ガス供給部5、ガス排出部6および電源部7を制御するための制御部8とを備える。なお、気相成長装置1の構成は、図2に示したような構成に限られるものではなく、処理部3において基板12の表面上に成膜することが可能であれば他の構成を採用してもよい。
As shown in FIG. 2, the vapor phase growth apparatus 1 including the
次に、図3および図4を参照しながら、図1および図2に示した気相成長装置において用いられる本発明によるサセプタを説明する。 Next, the susceptor according to the present invention used in the vapor phase growth apparatus shown in FIGS. 1 and 2 will be described with reference to FIGS.
図3および図4に示したように、本発明によるサセプタ10の平面形状は、矢印15で示した反応ガスの流れる方向の上流側と下流側とで非対称な形状となっている。サセプタ10については、サセプタ10の平面形状が正方形であって当該正方形の中央に基板12が保持されるとともにサセプタ10において基板12を保持する表面の延びる方向が矢印13で示すコイル軸と平行な場合での基板12の温度分布より、コイル軸に対して、サセプタ10において基板12を保持する上部表面の延びる方向が交差(傾斜)した状態で用いられる場合における基板12の温度分布が均一化するように、サセプタ10の形状およびサセプタ10の上部表面上での基板12の配置が決定されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the planar shape of the
具体的には、基板12の中心30から、矢印15で示したガスの流れ方向の上流側に距離Wだけ離れた位置に、一方壁部としての幅Dの直線状である上流側壁部25が形成されている。そして、この直線状の上流側壁部25の両側には、半径R2の円弧状の角部26が形成されている。また、サセプタ10の矢印15で示した反応ガスの流れ方向における下流側では、基板12の中心30から下流側にδだけ離れた位置31を中心として、半径R3の半円状の円弧状部分27が形成されている。そして、この下流側の円弧状部分27の端部と、反応ガスの流れ方向での上流側における半径R2の円弧状の角部26とは、それぞれ直線状の側壁部28により繋がれている。円弧状部分27の中心点である位置31より上流側に、基板12の中心点である中心30が位置するように基板12はサセプタ10上に配置される。図3からもわかるように、上流側壁部25および円弧状の角部26の幅W1は、サセプタ10の下流側での半径R3の円弧状部分27の幅W2よりも大きくなっている。
Specifically, an upstream
この場合、サセプタ10の平面形状において尖った角部ではなく円弧状の角部26を形成しているので、尖った角部が形成された場合よりサセプタ10の角部26からの放熱の程度を小さくできる。このため、サセプタ10の中心部と角部26などの外周部との温度の差を小さくできる。また、サセプタ10を矢印13で示すコイル軸に対して傾き角度θ1だけ傾けて配置することにより、サセプタ10の上流側壁部25近傍での誘導加熱による発熱密度が高まる。そして、このうような発熱密度が高まった上流側壁部25側に基板12をずらして配置すれば、上記のような発熱密度が高まった部分の存在に起因するサセプタ10の温度均一領域を有効に利用できる。この結果、基板12の温度の均一化を図ることができる。
In this case, since the arc-shaped
また、上記のような円弧状部分27を形成すれば、サセプタ10の下流側での放熱特性を、サセプタ10の幅方向(矢印13に対して垂直な水平方向)においてより均一化することができる。また、サセプタ10の上流側幅である幅W1が下流側幅である幅W2より大きくなっているので、サセプタ10の側壁部28に面する領域での反応ガスの流れに乱流が発生する。この結果、サセプタ10の下流側においてサセプタ10の幅方向での反応ガスの拡散が起こるため、サセプタ10の下流側に位置する基板12上に十分な反応ガスを供給することができる。このため、下流側に位置する基板12上においても十分な成膜速度で膜を形成することができる。
In addition, if the arc-shaped
また、基板12の中心30からサセプタ10の上流側壁部25までの距離Wは、基板12の中心30からサセプタ10の円弧状部分27までの距離R3より大きくなっている。このように、サセプタ10において、反応ガスの流れ方向における上流側の幅が下流側の幅より大きくなっている場合、基板12より上流側に位置するサセプタ10表面からの放熱により、基板12に流れてくる反応ガスを十分加熱することができる。この結果、基板12上での成膜速度を十分大きくすることができる。なお、本発明によるサセプタ10の平面形状は、図3に示したような形状に限定されるものではなく、基板12の温度条件を均一化できれば他の形状であってもよく、基板12の形状などによっても適宜変更され得る。
Further, the distance W from the
また、図4に示すように、サセプタ10は、基材16の表面にコーティング材17が被覆された構造となっている。基材16を構成する材質としては、たとえばカーボンが挙げられる。また、コーティング材17の材料としては、たとえばシリコンカーバイド(SiC)、タンタルカーバイド(TaC)、熱分解炭素被覆(たとえば東洋炭素株式会社製のPYROGRAPH(登録商標))などが挙げられる。
Further, as shown in FIG. 4, the
図1に示したような横型のコールドウォール型の気相成長装置(たとえばエピタキシャル成長装置)において、図3および図4に示したようなサセプタ10を用い、かつそのサセプタ10をコイル軸方向である矢印13に示した方向に対して角度θ1だけ傾斜させて配置させるのは、以下のような考え方によるものである。すなわち、サセプタ10の外周部は熱の放散が起きることにより温度が下がりやすい。そのため、サセプタ10を矢印13で示したコイル軸方向に対して傾斜させることにより、温度の下がりやすい外周部、すなわち図1の端部領域14a、14bにおける発熱密度を上げることで、サセプタ10の温度の均一化を図っている。また、サセプタ10の中央から高発熱密度部分(端部領域14a)にかけて、サセプタ10上の温度が比較的均一な領域が形成されるので、基板12を当該領域の近くに配置している。具体的には、円弧状部分の中心である位置31から上流側にδだけずれた位置に、基板12の中心30を配置している。
In a horizontal cold wall type vapor phase growth apparatus (for example, an epitaxial growth apparatus) as shown in FIG. 1, a
さらに、熱の放散が起こりやすく、温度の変化率が大きくなるコーナー部を図3に示すような円形状としている。この結果、当該コーナー部での熱放散の程度を小さくし、結果的にサセプタ10での温度分布をより均一化することができる。
Further, the corner portion where heat dissipation is likely to occur and the rate of change in temperature is large is circular as shown in FIG. As a result, the degree of heat dissipation in the corner portion can be reduced, and as a result, the temperature distribution in the
また、反応ガスの流れの状態(たとえば反応ガスの流量や流速など)が変化することによって、サセプタ10の放熱特性が変わる場合、サセプタ10のコイル軸に対する傾き角度θ1を変化させることにより、サセプタ10での放熱と発熱のバランスを調整することができる。この結果、反応ガスの流れの状態が変わった場合であっても、サセプタ10上に配置された基板の温度の均一性を保つことができる。
Further, when the heat dissipation characteristics of the
また、図4に示したサセプタ10を構成するコーティング材17としては、基材16を保護し、基材16への不純物の拡散を防ぐような特性が求められる。具体的には、コーティング材17としては、耐熱性があること(たとえば融点が1500℃以上であること)、基材16を構成するカーボンに比べて電気伝導率が低いこと、常磁性材料であること(非透磁率がほぼ1、具体的にはたとえば0.5以上1.5以下、より好ましくは0.7以上1.2以下であること)といった条件を満足することが好ましい。なお、上述のように電気伝導率および磁性に関する要請は、以下の数式1に示すように、磁場の浸透深さδが、周波数f、非透磁率μ、真空の透磁率μ0、電気伝導率σの積のルートに反比例することから、コーティング材17において発熱が集中することを避けるためである。
Further, the
また、コーティング材17の材料として、サセプタ10の熱均一性を向上させるという観点からは、熱伝導率の高い物質を用いることが好ましい。上述した制約条件を検討した結果、コーティング材17を構成する材料としては、上述のシリコンカーバイド、タンタルカーバイドなどを用いることが考えられる。
Further, from the viewpoint of improving the thermal uniformity of the
図1および図2に示した本発明による気相成長装置では、架台11を交換することにより、サセプタ10の矢印13に示されたコイル軸に対する傾き角度を任意に変更することができる。具体的には、図5に示したように、矢印13に対する上壁21の傾き角度θ2が、図1に示した架台11の傾き角度θ1とは異なるような架台11を準備する。そして、この傾き角度がさらに異なるような他の架台を準備しておいてもよい。そして、サセプタ10の傾き角度について、所定の角度となるように、架台11を複数の架台の中から選択して処理容器2の内部に配置する。そして、当該架台11上にサセプタ10を配置する。このようにすれば、コイル軸(矢印13で示す方向)に対するサセプタ10の傾き角度を任意に変更することができる。なお、図5は、本発明による気相成長装置において用いる架台11の他の例を示す断面模式図である。
In the vapor phase growth apparatus according to the present invention shown in FIGS. 1 and 2, the tilt angle of the
次に、図1に示した本発明による気相成長装置を用いた気相成長方法を説明する。図6は、本発明による気相成長方法を示すフローチャートである。図6を用いて、本発明による気相成長方法を説明する。 Next, a vapor phase growth method using the vapor phase growth apparatus according to the present invention shown in FIG. 1 will be described. FIG. 6 is a flowchart showing a vapor phase growth method according to the present invention. The vapor phase growth method according to the present invention will be described with reference to FIG.
図6に示すように、本発明による気相成長方法では、まず架台を装置内に配置する工程(S10)を実施する。具体的には、サセプタ10を配置するための架台11を、気相成長装置の処理部3を構成する処理容器2の内部へと配置する。このとき、架台11について、複数のそれぞれ異なる傾き角度を有する架台の中から1つ選択することにより、後述するコイル軸(矢印13に示す方向)に対するサセプタの傾き角度(コイル軸とサセプタ10の上部表面の方向とが交差する角度)を変更することができる。
As shown in FIG. 6, in the vapor phase growth method according to the present invention, first, a step (S10) of placing a gantry in the apparatus is performed. Specifically, the
次に、サセプタ配置工程としての、架台上にサセプタを配置する工程(S20)を実施する。具体的には、処理容器2の内部に配置された架台11の上壁21上に、図1に示すようにサセプタ10を搭載する。このサセプタ10には、成膜処理の対象物である基板12が既に配置された状態となっている。次に、膜を形成する工程としての、成膜工程(S30)を実施する。具体的には、処理容器2の内部の圧力を所定の圧力値に設定した後、ガス供給部5(図2参照)から所定の反応ガスを処理容器2の内部に供給する。反応ガスは処理容器2の内部において図1の矢印15に示した方向へ流れる。同時に、高周波コイル4に電源部7(図2参照)から電力を供給することにより、処理容器2の内部に磁界を形成する。この磁界を利用した誘導過熱によりサセプタ10の温度を上昇させる。このようにして、基板12の表面に所定の膜を形成することができる。そして、この場合、従来のように正方形状のサセプタをコイル軸と平行に配置する場合に比べて、高周波コイル4のコイル軸に対して傾斜して配置したサセプタ10上に配置された基板12の温度分布を均一化することができる。このため、基板12上で均一な成膜処理を行なうことができる。
Next, a step (S20) of placing a susceptor on a gantry as a susceptor placement step is performed. Specifically, the
また、サセプタ10がコイル軸の方向(矢印13により示す方向)に対して傾斜しているため、当該傾き角度を変更することによりサセプタにおける発熱条件を変更することができる。
Further, since the
このような矢印13に示したコイル軸に対してサセプタ10を交差するように傾けて配置する場合、図1に示したようにサセプタ10の(反応ガスの流れに対する)上流側が下流側よりも下がった状態となるような方向にサセプタを傾けるのみでなく、図7に示したように、サセプタ10の上流側が下流側よりも上がった状態となるような方向にサセプタ10を傾けてもよい。図7は、本発明による気相成長装置の変形例を示す断面模式図である。図7を参照して、本発明による気相成長装置の変形例を説明する。
When the
図7に示した気相成長装置の処理部は、基本的には図1に示した気相成長装置の処理部と同様の構造を備えるが、架台35の配置およびサセプタ10の矢印13に示したコイル軸の方向に対する傾き角度が異なっている。すなわち、図7に示した気相成長装置では、図1に示した気相成長装置の場合とは異なり、架台35の凸部23が、サセプタ10よりも、矢印15により示した反応ガスの流れの下流側に来るように配置している。この結果、サセプタ10は、その反応ガスの流れにおける上流側の端部が下流側の端部よりも上がった状態になっている。このときの傾き角度θ3は、コイル軸を示す矢印13に対するサセプタ10の底壁のなす角度θ3により定義される。図7に示したようなサセプタ10の配置は、たとえば反応ガスの流れが遅い場合や、成膜処理において発生する反応熱が大きい場合など、反応ガスの流れに対するサセプタ10の下流側で、サセプタ10の周囲の温度が高くなり、結果的にサセプタ10の下流側から外部への放熱効率が低下する場合に有効である。
The processing unit of the vapor phase growth apparatus shown in FIG. 7 basically has the same structure as the processing unit of the vapor phase growth apparatus shown in FIG. 1, but the arrangement of the
次に、サセプタ10のコイル軸に対する傾き角度θの決定方法を、図8および図9を参照しながら説明する。図8は、本発明によるサセプタの配置を説明するための断面模式図である。図9は、図8の矢印24に示した方向から見たサセプタの平面模式図である。
Next, a method of determining the inclination angle θ with respect to the coil axis of the
図8および図9に示すように、コイル軸方向である矢印13に示す方向での長さL、高さH、幅Wという平面形状が四角形である板状のサセプタ10を考える。サセプタ10の上壁をE、底壁をF、サセプタ10における反応ガスの流れの上流側の側壁をA、下流側の側壁をC、反応ガスの流れの上流側から見て右側の側壁をB、左側の側壁をDとする。このとき、図8に示すように、矢印13に示されるコイル軸の方向に対するサセプタ10の底壁Fの傾き角度をθとした場合、矢印15に示される反応ガスの流れにおける上流側のサセプタ10の下端に対して、サセプタ10の下流側の下端はL×sinθだけ矢印13から遠ざかる。また、反応ガスの流れにおける上流側の側壁Aの上端から矢印13までの距離はH×cosθと表わされる。
As shown in FIGS. 8 and 9, a plate-
ここで、傾き角度θの上限についてまず考える。サセプタ10を矢印13に示す方向に対して傾けすぎる(θを大きくしすぎる)場合、高周波コイル4(図1参照)によって与えられる磁界に起因してサセプタ10に流れる電流のループ面は、サセプタ10の上壁E−側壁D−底壁F−側壁Bという経路から側壁A−側壁B−側壁C−側壁Dへと変わることになる。この結果、誘導電流に起因する発熱はサセプタ10の外周部に過剰に集中する。このため、サセプタ10での温度の均一性が劣化する。そこで、上述した上壁E−側壁D−底壁F−側壁Bという経路の電流ループが発生するように磁束を与えたときのサセプタ10の発熱量をQ1とし、側壁A−側壁B−側壁C−側壁Dという経路の電流ループが発生するように磁束を与えた場合のサセプタ10の発熱量をQ2としたとき、発熱量Q1が発熱量Q2を上回ること(Q1/Q2>1という条件を満足すること)を傾き角度θの制約条件として考えた。ここで、発熱量Q1および発熱量Q2は、以下の数式2、3に示すように表わされる。
Here, the upper limit of the tilt angle θ is first considered. If the
ここで、δは磁場の浸透深さを表わし、σはサセプタの電気伝導率を示す。そして、傾き角度θが最大となるとき(θmaxであるとき)は、発熱量Q1=発熱量Q2となるときである。このため、上述した数式2および数式3から、傾き角度の最大値θmaxは以下の数式4を満足する。
Here, δ represents the penetration depth of the magnetic field, and σ represents the electrical conductivity of the susceptor. When the inclination angle θ is maximum (when it is θ max ), the heat generation amount Q1 = the heat generation amount Q2. For this reason, from
次に、傾き角度θの下限について検討する。なお、ここでは傾き角度θが負の場合、すなわち図7に示したように、サセプタ10の上流側よりも下流側の方が下がったような状態の場合についても含めて検討する。
Next, the lower limit of the tilt angle θ will be examined. Here, the case where the inclination angle θ is negative, that is, the case where the downstream side of the
通常、傾き角度θ=0°では、サセプタ10中央に比べて反応ガスの流れ方向の下流側の端部において、放熱量が発熱量に比べて大きくなる。このため、このような状態を修正する方向である傾き角度θ>0°の範囲に最適値が存在すると思われる。一方、反応ガスの流れが遅い場合、あるいは反応熱の熱量が大きい場合には、サセプタ10の下流側で外気温度が高くなる。この結果、サセプタ10の下流側における放熱性が悪くなる。このため、上述した場合とは逆方向の修正、すなわち傾き角度θ<0°という範囲での傾き角度θの設定が必要になる。そして、このマイナス方向での傾き角度θの下限値は、上述した上限値の傾き角度θの符号を反転させた値と等しくなる。
Normally, at the inclination angle θ = 0 °, the amount of heat released is larger than the amount of heat generated at the downstream end in the reaction gas flow direction as compared to the center of the
この結果、傾き角度θの範囲としては、次に示す数式5のような範囲となると考えられる。
As a result, it is considered that the range of the inclination angle θ is a range represented by the following
傾き角度θの範囲を上記数式5のような範囲とすれば、サセプタ10をコイル軸に対して傾けすぎることによる、サセプタ10の外周部での過剰な発熱を防止することができる。この結果、サセプタ10での温度分布が不均一になること、すなわち基板12での温度分布が不均一になることを抑制できる。
If the range of the inclination angle θ is set to a range such as
たとえば、高さH=20mm、長さL=幅W=80mmの直方体のサセプタを考えた場合、上記数式5より傾き角度θの絶対値が21.6°未満(傾き角度θの範囲は−21.6°超え21.6°未満)となる。 For example, when a rectangular parallelepiped susceptor having a height H = 20 mm and a length L = width W = 80 mm is considered, the absolute value of the inclination angle θ is less than 21.6 ° from the above equation 5 (the range of the inclination angle θ is −21). .6 ° and less than 21.6 °).
図3および図4に示した本発明によるサセプタのパラメータについて、発明者が具体的に検討した結果を以下に示す。すなわち、サセプタ10の具体的な寸法例として、基板12の半径をR1としたとき、図3および図4に示した形状を特定するためのパラメータは、以下のように設定することができる。具体的には、R3=1.48×R1、R2=0.78×R1、D=1.56×R1、δ=0.20×R1、W=0.98×R1、H=0.78×R1とすることができる。なお、サセプタ10を構成する材料については、上述した高さHが磁場の浸透深さδに対してH=2×δとなるように、既に示した数式1を用いて透磁率、電気伝導率および周波数を決定することが好ましい。このような条件のサセプタに対して、各面からの放熱特性がほぼ均一とする場合は、傾き角度θ=10°とすればよい。一方、反応ガスの流れが遅いときには反応ガスの流れにおける下流側ほどサセプタ10からの放熱特性が低下する。この場合には、傾き角度θを0°〜10°の範囲で反応ガスの流速に適応するように変化させる必要がある。
The results of specific studies by the inventor on the parameters of the susceptor according to the present invention shown in FIGS. 3 and 4 are shown below. That is, as a specific example of the dimensions of the
次に、実施例1で示した本発明によるサセプタ10を、図1に示すようにコイル軸方向に対して傾き角度θ1=5°だけ傾けた状態で基板12上に膜を気相成長させた場合と、図10および図11に示した比較例としての気相成長装置を用いて基板12の表面に膜を気相成長させた場合とにおいて、膜の成長速度の対比を行なった。以下具体的に説明する。図10は、比較例として用いた気相成長装置の処理部を示す断面模式図である。図10は図1に対応する。また、図11は、図10に示した気相成長装置において用いた比較例としてのサセプタを示す平面模式図である。図11は、図10の矢印41に示す方向からみたサセプタ40の平面模式図である。比較例として用いたサセプタ40は、幅W0および長さL0がそれぞれ3.1×R1の正方形状の平面形状を有している。また、サセプタ40の高さH0は0.78×R1と、本発明によるサセプタの厚さHと同様にした。このようなサセプタ40の中央に基板12を配置した。
Next, the
一方、本発明の実施例としての気相成長装置では、実施例1において示したサセプタ10を傾き角θ=5°として処理容器内に配置した。そして、それぞれの気相成長装置において、同様の条件で成膜処理を行なった。具体的には、基板の半径R1を25.4mm、反応ガスとしてシラン(SiH4)とプロパン(C3H8)を用い、高周波コイル4に印加する電流の周波数を110kHzとし、反応ガスの流量をキャリアガスに対する体積比率でシラン0.03%、プロパン0.04%とした。そして、このような成膜処理を行なった基板12の表面における膜の成長速度の測定を行なった。測定方法としては、成膜後のウェハーの厚み変化を測定し、成膜時間で割るという方法を用いた。その結果を図12に示す。
On the other hand, in the vapor phase growth apparatus as an example of the present invention, the
図12は、実施例2における実験結果を示すグラフである。図12においては、横軸が基板上の位置を示し、縦軸が膜の成長速度を示している。なお、縦軸の成長速度は、測定値全体での平均の成長速度を100%とし、その平均値を基準とした相対値として示している。また、横軸の位置についても、反応ガスの流れる方向における基板の上流側の端を100%、下流側の端を0%とし、その間の位置を相対値で示している。 FIG. 12 is a graph showing experimental results in Example 2. In FIG. 12, the horizontal axis indicates the position on the substrate, and the vertical axis indicates the film growth rate. The growth rate on the vertical axis is shown as a relative value with the average growth rate of the entire measured value as 100% and the average value as a reference. As for the position on the horizontal axis, the upstream end of the substrate in the direction in which the reaction gas flows is 100%, the downstream end is 0%, and the position between them is shown as a relative value.
図12からもわかるように、比較例における膜の成長速度は、上流側に行くにつれて高くなっており、その値のばらつきも相対的に大きくなっている。一方、本発明の実施例においては、膜の成長速度は比較例の成長速度の分布に比べてより均一化している(ばらつきが小さくなっている)ことがわかる。 As can be seen from FIG. 12, the growth rate of the film in the comparative example becomes higher toward the upstream side, and the variation of the value is relatively large. On the other hand, in the example of the present invention, it can be seen that the growth rate of the film is more uniform (the variation is smaller) than the growth rate distribution of the comparative example.
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is shown not by the embodiments and examples described above but by the scope of claims for patent, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
1 気相成長装置、2 処理容器、3 処理部、4 高周波コイル、5 ガス供給部、6 ガス排出部、7 電源部、8 制御部、10,40 サセプタ、11,35 架台、12 基板、13,15,24,41 矢印、14a,14b 端部領域、16 基材、17 コーティング材、18 凹部、21 上壁、22 底壁、23 凸部、25 上流側壁部、26 角部、27 円弧状部分、28 側壁部、30 中心、31 位置。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vapor growth apparatus, 2 processing container, 3 processing part, 4 high frequency coil, 5 gas supply part, 6 gas discharge part, 7 power supply part, 8 control part, 10,40 susceptor, 11,35 mount, 12 substrate, 13 , 15, 24, 41 Arrow, 14a, 14b End region, 16 base material, 17 coating material, 18 concave portion, 21 top wall, 22 bottom wall, 23 convex portion, 25 upstream side wall portion, 26 corner portion, 27 arc shape Part, 28 sidewalls, 30 center, 31 position.
Claims (12)
前記処理容器の内部に配置され、基板を保持するためのサセプタと、
前記サセプタを誘導加熱するための磁界を形成する、中心軸を中心に巻き形状となっているコイルとを備え、
前記コイルの中心軸の延びる方向に対して、前記サセプタにおいて前記基板を保持する表面の延びる方向が交差している、気相成膜装置。 A processing vessel;
A susceptor disposed inside the processing vessel for holding a substrate;
A coil that forms a magnetic field for inductively heating the susceptor and is wound around a central axis;
A vapor deposition apparatus in which the extending direction of the surface holding the substrate in the susceptor intersects the extending direction of the central axis of the coil.
|θ|<atan(√(H(W+H)/(L(W+L))))
という関係式を満足する、請求項1に記載の気相成膜装置。 In the susceptor, the length in the direction in which the central axis of the coil extends is L, the height in a direction intersecting the direction in which the central axis of the coil extends is H, the direction in which the central axis of the coil extends and the height H When the width in the direction perpendicular to the plane defined by the direction is W, the angle θ formed by the extending direction of the surface of the susceptor with respect to the extending direction of the central axis of the coil is
| Θ | <atan (√ (H (W + H) / (L (W + L))))
The vapor deposition apparatus according to claim 1, wherein the relational expression is satisfied.
前記基板の平面形状は円形状であり、
前記サセプタの平面形状は、
前記処理容器の内部を流通する反応ガスの流れの上流側に位置する端部であって直線状の上流側壁部と、
前記上流側壁部の両端に連なる円弧状の角部と、
前記反応ガスの流れの下流側に位置する端部である円弧状部分と、
前記円弧状部分の両端部と前記上流側壁部の両端に連なる円弧状の角部とをそれぞれつなぐ側壁部とからなり、
前記円弧状部分の中心点より上流側に、前記基板の中心点が位置するように前記基板は配置される、請求項1または2に記載の気相成膜装置。 A reaction gas supply member for circulating the reaction gas inside the processing container;
The planar shape of the substrate is circular,
The planar shape of the susceptor is
An end located on the upstream side of the flow of the reaction gas flowing through the inside of the processing vessel, and a straight upstream side wall; and
Arc-shaped corners connected to both ends of the upstream side wall,
An arcuate portion that is an end located on the downstream side of the flow of the reaction gas;
It consists of side wall portions that connect both end portions of the arc-shaped portion and arc-shaped corner portions connected to both ends of the upstream side wall portion, respectively.
3. The vapor deposition apparatus according to claim 1, wherein the substrate is disposed such that a center point of the substrate is positioned upstream of a center point of the arc-shaped portion.
基材と、
前記基材の表面を覆うように形成されたコーティング材とを含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の気相成膜装置。 The susceptor is
A substrate;
The vapor-phase film-forming apparatus of any one of Claims 1-3 containing the coating material formed so that the surface of the said base material might be covered.
前記コイルの中心軸の延びる方向に対して、前記サセプタにおいて前記基板を保持する表面の延びる方向が交差するように前記サセプタを前記処理容器の内部に配置するサセプタ配置工程と、
前記コイルに電力を供給することにより前記サセプタを誘導加熱した状態で、前記基板表面に膜を形成する工程とを備える、気相成膜方法。 A processing container, a susceptor that is disposed inside the processing container and holds a substrate, and a coil that forms a magnetic field for induction heating of the susceptor and is wound around a central axis. A vapor deposition method using a vapor deposition apparatus,
A susceptor disposition step of disposing the susceptor inside the processing container such that the extending direction of the surface holding the substrate in the susceptor intersects the extending direction of the central axis of the coil;
Forming a film on the surface of the substrate in a state where the susceptor is inductively heated by supplying electric power to the coil.
|θ|<atan(√(H(W+H)/(L(W+L))))
という関係式を満足する、請求項6に記載の気相成膜方法。 In the susceptor arranging step, an angle θ formed by a direction in which the surface of the susceptor extends with respect to a direction in which the central axis of the coil extends is defined as L in the direction in which the central axis of the coil extends in the susceptor, When the height in the direction intersecting the direction in which the central axis of the coil extends is H, and the width in the direction perpendicular to the plane defined by the direction in which the central axis of the coil extends and the direction of the height H is W,
| Θ | <atan (√ (H (W + H) / (L (W + L))))
The vapor phase film-forming method according to claim 6, wherein the following relational expression is satisfied.
前記サセプタの平面形状は、
直線状の一方壁部と、
前記一方壁部の両端に連なる円弧状の角部と、
前記一方壁部と反対側に位置する円弧状部分と、
前記円弧状部分の両端部と前記一方壁部の両端に連なる円弧状の角部とをそれぞれつなぐ側壁部とからなり、
前記円弧状部分の中心点より前記一方壁部側に、基板の中心点が位置するように前記基板が配置される、サセプタ。 A plate-shaped susceptor for holding a substrate having a circular planar shape, which is used in a vapor deposition apparatus,
The planar shape of the susceptor is
A straight one wall,
Arcuate corners continuous to both ends of the one wall part;
An arcuate portion located opposite to the one wall portion;
It consists of side wall portions that respectively connect both end portions of the arc-shaped portion and arc-shaped corner portions that are connected to both ends of the one wall portion,
The susceptor, wherein the substrate is arranged such that a center point of the substrate is located closer to the one wall portion than a center point of the arcuate portion.
前記気相成膜装置は前記サセプタを誘導加熱するために用いる磁界を形成するための、中心軸を中心に巻き形状となっているコイルを備えるものであり、
前記サセプタの平面形状が正方形であって当該正方形の中央に前記基板が保持されるとともにサセプタにおいて基板を保持する表面の延びる方向が前記中心軸と平行な場合での前記基板の温度分布より、前記中心軸に対して、前記サセプタにおいて前記基板を保持する表面の延びる方向が交差した状態で用いられる場合における前記基板の温度分布が均一化するように、前記サセプタの形状および前記サセプタの表面上での前記基板の配置が決定されている、サセプタ。 A plate-shaped susceptor for holding a substrate used in a vapor deposition apparatus,
The vapor phase film forming apparatus includes a coil that is wound around a central axis for forming a magnetic field used for induction heating of the susceptor,
From the temperature distribution of the substrate when the planar shape of the susceptor is square and the substrate is held in the center of the square and the extending direction of the surface holding the substrate in the susceptor is parallel to the central axis, The shape of the susceptor and the surface of the susceptor are uniform so that the temperature distribution of the substrate becomes uniform when used in a state where the extending direction of the surface holding the substrate in the susceptor intersects the central axis. A susceptor in which the arrangement of the substrate is determined.
前記基板の平面形状は円形状であり、
前記サセプタの平面形状は、
直線状の一方壁部と、
前記一方壁部の両端に連なる円弧状の角部と、
前記一方壁部と反対側に位置する円弧状部分と、
前記円弧状部分の両端部と前記一方壁部の両端に連なる円弧状の角部とをそれぞれつなぐ側壁部とからなり、
前記円弧状部分の中心点より前記一方壁部側に、基板の中心点が位置するように前記基板の配置が決定されている、請求項9に記載のサセプタ。 The susceptor is plate-shaped,
The planar shape of the substrate is circular,
The planar shape of the susceptor is
A straight one wall,
Arcuate corners continuous to both ends of the one wall part;
An arcuate portion located opposite to the one wall portion;
It consists of side wall portions that respectively connect both end portions of the arc-shaped portion and arc-shaped corner portions that are connected to both ends of the one wall portion,
The susceptor according to claim 9, wherein the arrangement of the substrate is determined so that the center point of the substrate is located closer to the one wall portion than the center point of the arcuate portion.
前記基材の表面を覆うように形成されたコーティング材とを含む、請求項8〜10のいずれか1項に記載のサセプタ。 A substrate;
The susceptor of any one of Claims 8-10 containing the coating material formed so that the surface of the said base material might be covered.
前記サセプタを誘導加熱により加熱しながら、前記処理容器の内部に反応ガスを供給することにより前記基板表面に膜を形成する工程とを備え、
前記膜を形成する工程において、前記サセプタは、中心軸を中心に巻き形状となっているコイルを用いて誘導加熱され、
前記サセプタ配置工程では、前記コイルの中心軸の延びる方向に対して、前記サセプタにおいて前記基板を保持する表面の延びる方向が交差するように、前記サセプタを配置する、気相成膜方法。 A susceptor disposition step of mounting a substrate on the susceptor according to any one of claims 8 to 11 and disposing the susceptor inside a processing container of a vapor deposition apparatus;
Forming a film on the substrate surface by supplying a reaction gas into the processing vessel while heating the susceptor by induction heating,
In the step of forming the film, the susceptor is induction-heated using a coil that is wound around a central axis,
In the susceptor arranging step, the susceptor is arranged such that the extending direction of the surface holding the substrate in the susceptor intersects the extending direction of the central axis of the coil.
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