JP2006153706A - 測温体および気相成長装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱電対が昇温により膨張しても、降温により収縮しても、常にその測温接合部が保護管の先端部内面に接触した状態を維持でき、正確な測温ができる測温体ならびにこの測温体を用いた気相成長装置を得る。
【解決手段】測温体２１は、保護管２２と、この保護管２２内に収容された熱電対２３と、この熱電対２３を付勢するコイルバネ３０を備え、保護管２２は、その先端部が閉じられ、基端部が開かれており、コイルバネ３０は、熱電対２３の測温接合部２８が保護管２２の先端部の内面に常時接するように付勢するようにしたものである。また、気相成長装置は、サセプタの温度を測定する測温体として、上記測温体を用いたものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、測温体およびこの測温体をサセプタの温度測定用に用いた気相成長装置に関する。

図３は、従来の気相成長装置の要部を示すものである。
図３において、符号１はサセプタを示す。このサセプタ１は、ほぼ円盤状のもので、その裏側の中心部においてサセプタ支持軸２によって支持され、図示しない回転駆動部によって回転可能となっている。サセプタ１の下方には、円盤状のヒータ３が設けられ、このヒータ３によってサセプタ１上に載置された基板４、４・・が加熱されるようになっている。

また、ヒータ３の下方には、リフレクター５が設けられ、これによりサセプタ１が効率よく加熱されるようになっている。
さらに、サセプタ支持軸２の内部には、これの長手方向に延びる空洞が形成され、この空洞内に測温体６が収容されている。
この測温体６は、サセプタ１の温度を測定するもので、熱電対７と、この熱電対７を内部に収容して保護する円筒状の保護管８とから構成されている。

保護管８は、サセプタ１側に位置する先端部が閉じられてドーム状になっており、基端部は開かれて、熱電対７のリード部分が導出されている。
また、熱電対７の測温接合部９は、保護管８のドーム状の先端部の内面の接するように配置されており、これによりサセプタ１の温度が測定されるようになっている。
なお、熱電対７は、図示しない碍子管内に収められて保護管８内に収容されている。

また、サセプタ１の上方には、フローチャンネル１０が配置されている。このフローチャンネル１０は、外形がほぼ角筒状のもので、その内部に図示しない成膜用の原料ガス供給装置からの原料ガスが供給され、サセプタ１上に載置され、加熱状態の基板４、４・・上にＣＶＤ反応により生成した薄膜が形成されるようになつている。

ところで、ＣＶＤ法による半導体薄膜などの薄膜の成膜にあたっては、基板の表面温度、換言すればサセプタの温度が非常に重要な役割を担っており、その温度誤差を、４００〜１３００℃の温度範囲において、１〜３℃以内に収めることが必要とされている。

したがって、上述の気相成長装置での測温体６による温度測定においても、誤差のない極めて正確で、再現性のある測定が行わねばならない。
上記測温体６にあっては、その製造組立時に、熱電対７の測温接合部９が保護管８の先端部に内面に接した状態で熱電対７が保護管８に取り付けられている。 このため、使用時などの際に、サセプタ１やサセプタ支持軸２が加熱されて高温になると、熱電対７が熱膨張して伸長し、測温接合部９が行き場を失って折れ曲がり、保護管８の先端部から位置ずれを起こしてしまい、測温誤差を生じる恐れがある。

一方、このような熱電対７の熱膨張を見越して、予め測温接合部９を保護管８の先端部の内面から少し離した状態で組み立てることもある。しかし、このものでは、周囲の温度によっては先端部の内面にまで測温接合部９が届かない場合も生じ、測温誤差が生じる恐れがある。

このような問題を解決する方策として、例えば特開２００２−３７２４６２号公報には、熱電対の測温接合部を保護管先端部の内面に、マグネシア、ジルコニアなどからなる固定材を用いて、固定した測温体が開示されている。
しかし、このものでは、保護管先端部にまで固定材をうまく入れることが難しく、また熱電対が劣化した際の交換も困難であるなどの問題がある。

また、特開平７−２０９０９２号公報には、保護管の先端部に開口部を形成し、これによって熱電対の熱膨張を許容し、測温接合部が位置ずれを起こさないようにしたものが開示されている。
しかし、このものでは測温接合部が外部に露出することになるため、成膜時の原料ガスにより測温接合部が腐食される恐れがある。
特開２００２−３７２４６２号公報 特開平７−２０９０９２号公報

よって、本発明における課題は、熱電対が昇温により膨張しても、降温により収縮しても、常にその測温接合部が保護管の先端部内面に接触した状態を維持でき、正確な測温ができるようにすることにある。

かかる課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、保護管と、この保護管内に収容された熱電対と、この熱電対を付勢する付勢手段を備え、
上記保護管は、その先端部が閉じられ、基端部が開かれており、
上記付勢手段は、上記熱電対の測温接合部が保護管の先端部の内面に常時接するように付勢するものであることを特徴とする測温体である。

請求項２にかかる発明は、上記熱電対が碍子管内に挿通され固定された状態で保護管内に収容され、付勢手段が碍子管を付勢することで間接的に熱電対を付勢するようにしたことを特徴とする請求項１記載の測温体である。
請求項３にかかる発明は、上記付勢手段がコイルバネであることを特徴とする請求項１または２記載の測温体である。

請求項４にかかる発明は、サセプタの温度を測定する測温体として、請求項１ないし３のいずれかに記載の測温体を用いたことを特徴とする気相成長装置である。

本発明の測温体によれば、熱電対が昇温により膨張しても、降温により収縮しても、常にその測温接合部が保護管の先端部内面に接触した状態を維持でき、正確な測温ができる。
したがって、この測温体を備えた気相成長装置によれば、基板表面の温度をいかなる温度範囲においても正しく測定でき、基板温度を高精度で所定の温度に維持することが可能になり、特性の優れた薄膜を得ることができる。

図１は、本発明の測温体の一例を示すものである。
この例の測温体２１は、保護管２２と、この保護管２２の内部に収容された熱電対２３とから概略構成されている。
保護管２２は、耐熱性、耐薬品性に優れた石英、サファイアなどからなり、細長い円筒部２４と、この円筒部２４の一端に連設された鍔部２５とからなるものである。

円筒部２４は、その長手方向の一方の先端部が閉じられてドーム状となっており、他方の基端部は開かれて開口が形成され、ここに鍔部２５が一体に設けられている。
また、この保護管２２の基端部には、これの開口を閉じるような底板２６がネジ止めされて、取り外し可能に取り付けられている。この底板２６のほぼ中央には小径の貫通孔が形成されており、この貫通孔には、熱電対２３のリード部分が通されている。

熱電対２３は、その大部分が複数の碍子管２７、２７・・の内部に挿通された状態で保護管２２内に収容されており、その測温接合部２８は、最上方の碍子管２７から突出して露出した形態となっている。
この碍子管２７は、セラミックス、磁器などからなるもので、その内部に長手方向に延びる２個の貫通孔が独立して形成されており、これら貫通孔に熱電対２３のリード部分がそれぞれ通されている。

また、碍子管２７、２７・・のうち、最下方の碍子管２７の下端には、フランジ部２９が一体に設けられており、このフランジ部２９の開口部を熱電対２３のリード部分が挿通している。

そして、最下方の碍子管２７のフランジ部２９と底板２６との間の空間には、コイルバネ３０が間挿されており、このコイルバネ３０の内部の空間には熱電対２３のリード部分が通されて、外部に導出されている。
このコイルバネ３０は、最下方の碍子管２７を常時上方に付勢するもので、その反発力が比較的小さなもので、弱い力で圧縮されうるものが用いられる。

そして、熱電対２３をなす金属線はある程度の硬さを有しており、測温接合部２８では、２本の金属線が曲げられて接点を形成しているため、金属線が最上方の碍子管２７の貫通孔の開口端に軽く接触して係止した状態となっている。このため、最下方の碍子管２７をコイルバネ３０で上方に付勢すると、この力が測温接合部２８を上方に押し上げるように働く。よって、コイルバネ３０は、熱電対２３自体を間接的に常時上方に付勢することになり、これにより熱電対２３の測温接合部２８は常時一定の比較的弱い力で保護管２２の先端部の内面に接触することになる。

このような測温体２１にあっては、これが加熱されて内部の熱電対２３が熱膨張し、その測温接合部２８が上方に移動しようとすると、その移動が保護管２２の先端部に阻止されるため、その移動しようとする力が下向きに作用する。この力は、最下方の碍子管２７に伝わり、これがコイルバネ３０に伝達されて、コイルバネ３０が圧縮し、これによって熱電対２３全体が下方に移動する。このため、測温接合部２８が折れ曲がることがなく、正しい位置に保持される。

また、冷却されて降温の際には、熱電対２３が徐々に収縮して行き、コイルバネ３０に加わっている力が減少し、これに対応してコイルバネ３０が伸長し、熱電対２３全体が上方に移動し、熱電対２３の測温接合部２８が保護管２２の先端部内面から離れることがなく、先端部内面に測温接合部２８が接した状態が維持される。

このように、測温体２１が昇温あるいは降温する際に、常に熱電対２３の測温接合部２８が保護管２２の先端部内面の所定の位置に位置することができ、測温接合部２８の位置の変動に起因する測定温度の誤差が生じることがなくなる。

本発明の気相成長装置は、サセプタの温度を測定する測温体として、保護管と、この保護管内に収容された熱電対と、この熱電対を付勢する付勢手段を備えてなり、保護管の先端部が閉じられ、基端部が開かれ、上記付勢手段が、熱電対の測温接合部を保護管の先端部の内面に常時接するように付勢する構造のものを用いたもので、例えば図３に示した構造の気相成長装置の測温体６として、図１に示した構造の測温体２１を用いたものである。

したがって、この気相成長装置にあっては、サセプタあるいはサセプタ支持軸がいかなる温度にあっても、測温体は、サセプタの正確な温度を測定できることになる。このため、サセプタ、すなわち基板の温度の変動が小さいものとなり、これに堆積される薄膜の組成、特性、厚さなどが均一となり、再現性の高い薄膜の製造が可能となる。

図２は、本発明の測温体を装着した気相成長装置と従来の測温体を装着した気相成長装置について、サセプタ表面温度の経時変化を比較して示すものである。 このグラフから明らかなように、従来の測温体を装着したものでは、時折数℃の変動が認められるが、本発明の測温体を装着したものでは、１℃以内の変動に収まっていることがわかる。

本発明の測温体の一例を示す概略断面図である。 本発明と従来の測温体との温度測定結果を比較して示すグラフである。 本発明における気相成長装置の要部を示す概略構成図である。

符号の説明

２１・・・測温体、２２・・・保護管、２３・・・熱電対、２８・・・測温接合部、３０・・・コイルバネ

Claims (4)

1. 保護管と、この保護管内に収容された熱電対と、この熱電対を付勢する付勢手段を備え、
   上記保護管は、その先端部が閉じられ、基端部が開かれており、
   上記付勢手段は、上記熱電対の測温接合部が保護管の先端部の内面に常時接するように付勢するものであることを特徴とする測温体。
2. 上記熱電対が碍子管内に挿通され固定された状態で保護管内に収容され、付勢手段が碍子管を付勢することで間接的に熱電対を付勢するようにしたことを特徴とする請求項１記載の測温体。
3. 上記付勢手段がコイルバネであることを特徴とする請求項１または２記載の測温体。
4. サセプタの温度を測定する測温体として、請求項１ないし３のいずれかに記載の測温体を用いたことを特徴とする気相成長装置。
   

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