JP2008508710A - 位置制御されるサセプタを備えるエピタキシャルリアクター - Google Patents

Abstract

本発明は、エピタキシャルリアクターの反応槽（３）内で回転するサセプタ（２）の位置制御するためのシステムに関する。その制御は、レーザー光線がサセプタ（２）に配されるピン（８）により反射されるとき、光源（１５）により伝播されるレーザービームの経路差に基づいて実行される。

Description

本発明は、化学蒸着法（ＣＶＤ）による基板の製造において使用されるエピタキシャルリアクターに関する。また、本発明は、このリアクターのサセプタの位置を制御する方法を含む。

ここで考慮される、とりわけ、超小型電子技術において使用されるリアクターの分野において、「サセプタ」という用語は、エピタキシャル成長の工程で複数の基板（また、一般に呼ばれるスライス、即ち、ウェハー）を収容し加熱される支持体ということを意味する。

そのサセプタは、通常、石英で作られる反応槽内に配され、一方、その基板は、サセプタにおける上面であって、それらを位置決めするために使用される小さな隙間を除き、それらの形状（一般に、ディスク形状）になっている各座の内側に配置される。

知られているように、エピタキシャル成長は、二以上のガス相互間の化学反応によってもたらされたものであり、その基板の表面に析出され結晶化される純物質であるその反応生成物である。これらの反応は、超高温で起こり、それ故に、サセプタによりその基板を加熱する必要がある。

析出される均質な層の改善に関し、一般的な方法は、回転するサセプタを使用することである。この方法では、半径方向の温度および成長特性の速度が、アジマス座標（ａｚｉｍｕｔｈ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ）に沿って平均化され、より均質となる。

１個の基板だけのサセプタ、または、多くの基板用のサセプタがあり、後者のものは、そのリアクターにおける生産能力を高めるために、さらにまた、生産性を改善するために使用される。知られた方式は、その基板を装着／取り外しの操作のためのロボットアームを使用する。

この場合、そのサセプタは、その過程中、回転するのでシステムは、装着／取り外しの操作を可能とするために所定の位置まで移動可能とされるようにその角度位置を制御することが必要とされる。この角運動は、ロボットアームの角運動とともに電気的に制御される。

ＣＶＤ法における特別な特徴を考えれば、そのサセプタの角度位置をもたらすシステムは、例えば、摺動部品のために金属粒子を反応槽の中に導入したり、あるいは、他のものを放出することにより、反応槽を汚染してはならない。

他の基本的な要求は、その角度システムが、エピタキシャル反応槽内において成長される高温（１０００℃以上）で動作について有しなければならない能力である。

これらの過酷な条件を考慮して、サセプタの位置を制御するための最先端のシステムは、主に、光学式である。それらのシステムの一つは、この目的のための切欠きを有するサセプタ円板の端部に向けて反応槽の外側から向けられるレーザー光線用である。切欠きが、サセプタの回転の結果としてレーザー光線の下方に到達した場合、その存在が検出され、その用途のために要求される動作によりその位置が調整可能とされる。

その調整過程におけるさまざまなステップは、それ自体知られている制御ユニットにより電気的に管理される。

上述の考慮された形式の制御システムは、角度の位置決めの観点から満足のいくものである。しかしながら、それらのシステムは、サセプタの機械的強度が考慮される限り、限界がある。

これを理解するために、サセプタは、加えられる加熱サイクルによる強い熱応力にさらされるということを覚えておかなければならない。結果として、繰り返される膨張および収縮に続いて、切欠きの存在が、これから発生する想像に難くないすべての望ましくない結果とともにサセプタにおける亀裂または割れの原因となる場合がある。

従って、本発明によって対処される問題は、そのサセプタの角度位置は上述の不利な点が無いエピタキシャルリアクターを作ることである。

この問題を解決するための考えは、サセプタを作ることにあり、切欠きまたはサセプタの構造における機械的特性を低下させる他の同様な基準となる対応策の代わりに、ある要素が、使用されその表面から突出し、レーザー光線または使用される他の電磁放射を反射できる。

この突出する要素は、好ましい形態において、拡大したヘッドを有するピンにより構成され、変更される入射光線の経路における変化の結果として検出され、入射光線がサセプタの表面から反射した場合と比較される。それから、サセプタの角度位置は、好ましくは、本発明の一部を構成する方法により調整される。

入射光線を反射させる突起要素は、その表面に置かれ、従って、その構造を傷つけないのでサセプタを弱めない。さらに、この要素は、反応槽内にあるガスの高温度で強度および反射率の同様な特性を有するように好ましくは、サセプタと同様な物質で作られる。
本発明の利点は、添付図面を参照して限定されない例示として単にもたらされる本発明の実施例の形式の以下の説明から明らかとなるだろう。

特に第３の図面を参照して、これは、実質的に平行六面体形状の反応槽３内に収容されるディスク状サセプタ２を含む全体として数字１で示されるエピタキシャルリアクターを示す。

そのサセプタは、好ましくは、黒鉛で作られ、その基板を収容するように一連の円座（この場合、８個）を有している。サセプタは、それ自体が知られているので図面において図示されていない電気的に制御されるモーターにより駆動され、垂直軸Ｘの回りを回転する。実際に、このモーターは、軸Ｘの回りの３６０°回転を多くの所定の間隔（例えば、２００×１０³）で分割するようにパルス発振器（エンコーダー）に結合された電動機である。

また、リアクター１は、そのサセプタ上にその基板を装着する（および、サセプタから基板を取り外す）ためのロボットアームを含む。このアームも、例えば、欧州特許出願第９９９６２２４２号から知られている形式なので図面において示されていない。

反応槽３は、図３に示されるように、石英の壁を有し、ガスの流れが通過できるように両端で開口している。

サセプタにおける一端には、平らで幅のあるベース８ａおよびヘッド８ｂを有するピン８が嵌合されており、ベース８ａおよびヘッド８ｂは、以下により明瞭に説明されるように、そのサセプタ上における適切な固定、および、レーザー光線の良好な反射を確実にするように概ね糸巻き形を作る。

本発明のこの例によれば、ピンのベース８ａは、図３に拡大され詳細に示される窪み１０に設置され、その窪みは、ピンのベース８ａの取り付けをより安定させるために使用され、実質的に表面の近くに位置する。

反応槽３の外側において、ピン８の上方の位置に、それ自体知られているレーザー光線の送受信機を含むモジュール１５が配置されている。好ましくは、このモジュールは、空気式、電気機械式または他の形式のアクチュエータ１８により支持されており、その結果、モジュールは、そのサセプタに向けてレーザー光線を下方に導く作業位置と、槽３に対して離れる方向に移動せしめられる非作業位置との間を移動可能とされる。

好ましくは、レーザー光線が通過する反応槽３の上壁上では、その凹凸が除去されるように石英の表面が滑らかであり、また、光学的な窓２０が作られ、作動精度を低減させるレーザー光線の散乱現象を回避する。

その作動位置において、モジュール１５は、そのモジュール内にある検出器に向けて光線を反射するサセプタ２の表面に所定の入射角でレーザー光線を伝播させる。

サセプタ２の回転の結果としてピン８がモジュール１５の下方を通過する場合、モジュールにより伝播された光線は、ヘッドがサセプタ２の表面に対し突出するならば、異なる方法で平らなヘッド８ｂにより反射される。図４は、光線がサセプタ２およびピンのヘッド８ｂにより反射される場合、その入射光線の異なる経路を概略的に示す。

その光線の経路における差は、サセプタの調整を制御する電気的な制御ユニット（ＣＰＵ）にピンの存在を信号で伝えるモジュール１５により検出され、これは、その制御ユニットに予め入力されるプログラムに基づいて本例において下記の作動ステップにより行なわれる。

第１のステップとして、そのシステムは、初期化され、この間、サセプタ２は、時計回り方向に低速度（３回転／分）で回転せしめられる。レーザー光がその表面に発射され、その光の経路に関する値が数秒間の間に得られ、これらの値の平均をとることにより、レーザーモジュール１５からサセプタの表面までの平均距離の測定値が、得られる。

上述の平均距離よりも所定量だけ小さい距離の値が得られるとすぐに、これは、レーザー光線がピン８にあたったことを意味し、それから、その調整がこの方法で行なわれる。
ａ）サセプタ２は、約１００°／１２０°の制動角度で停止するまで速度減少勾配で減速される。
ｂ）サセプタ２は、以前とは反対方向の反時計回り方向に低速度（１回転／分）で回転される。
ｃ）逆転の結果として光線が再度ピン８にあたる場合、サセプタの角度位置ＳＺ１が、サセプタを回転させるモーターに付随したパルス発振器により供給される信号に基づいて記憶される。
ｄ）そのサセプタは、迅速に停止するまで（制動間隙は約１１°／１３°）減速される。
ｅ）この後、サセプタの正確な移動で（０．１から０．０５回転／分までの速度）
ピン８は、レーザー光の下方にある元の状態に戻され、この角度位置が、そのモーターに付随するパルス発振器を初期化するために使用される０°の基準位置となる。

ここで、レーザーモジュール１５が非作動位置に引き上げられた後、基板を装着する動作、および、それらをサセプタから取り外す動作がロボットアームにより実行可能とされる。

これは、サセプタ２の回転は、動作モーターに付随するパルス発振器により供給される信号に基づいて正確に制御可能とされ、座５を、ロボットアームによる基板の装入／取出しに要求される位置にするからである。

今までのところ説明したことを考慮して、ゆえに、本発明に従い実行される角度位置制御が、知られたリアクターにおいて指摘された制約を如何にして解消するかを理解することは容易である。

これは、最初に説明されるように、サセプタの表面におけるピンの存在が、サセプタの端部を切り欠く必要を回避するからである。その結果は、この方法で、そのサセプタが供される熱サイクルにより引き起される応力によって形成または伝播される亀裂、または、
破損の危険が最初から排除されるということである。

さらに、ピンのための座をもたらす窪み１０は、ピンをより安定させる効果を有するが、絶対に必要ではなく、省略され得る。その場合、同様な効果を得るためにベース８ａを大きくする必要があるだけだろう。

しかしながら、窪み１０は、浅いのでその窪みは、サセプタの構造的強度に影響を及ぼさない。

概して、ピンの本体は、好ましくは、リアクターの流体動力学に影響しないように、また、ガスとピンとの間の摩擦を低減させるように反応ガスと干渉させない（または、わずかな干渉）ために細いと言える。

これらの効果を得るために、幅広のベースおよびより細いヘッドを有するピンをを作ることも、または、突起としてそのサセプタに直接的にピンを組み込むことも可能だろう。

もちろん、本発明の他の変形例は、今までのところ説明したことに関し可能である。

最初に、上述した原理が、熱応力により引き起される亀裂および破損の問題がある場合がある黒鉛以外の物質のサセプタについて有効であることもわかるだろう。

さらに、変形例は、サセプタにあたる光線および光線が伝播され検出される方法についても可能であり、例えば、この光線がレーザー光線以外のものも十分に可能性がある。

最後に、本発明は、サセプタの角度位置を制御することだけに限られたものとして考慮されるべきではなく、線形制御に適用されてもよい。さらに広く、本発明は、複数個のサセプタまたは位置が制御されなければならない他の同様な移動部品がある気相からの化学析出のためのリアクターについて適用する。

本発明に従うサセプタの上方から見た図である。 図１におけるＢ−Ｂ線により示される平面に沿った断面図である。 図１におけるサセプタが配置されるエピタキシャルリアクターの断面図である。 先の図面におけるリアクター内のレーザー光線の反射を概略的に示す。

Claims (17)

1. 反応槽（３）と、この槽内で移動可能とされるサセプタ（２）と、該サセプタに向けて電磁放射を伝播させるための手段（１５）と、この電磁放射を検出するための手段（１５）とを含む化学蒸着用リアクターにおいて、
   少なくとも一つの突出した基準要素（８）は、前記サセプタ上にあり、放射を検出するための前記手段に向けて該放射を反射できることを特徴とする化学蒸着用リアクター。
2. 前記電磁放射を伝播させるための手段（１５）およびそれを検出する手段は、前記反応槽（３）の外側に配される請求項１記載のリアクター。
3. 前記電磁放射は、発光型であり、前記反応槽（３）の壁は、この放射を通す請求項２記載のリアクター。
4. 前記発光放射は、レーザー光線を含む請求項３記載のリアクター。
5. 前記反射用要素は、前記サセプタ（２）の表面に対し突出するピン（８）を含む請求項１乃至４のうちのいずれかに記載のリアクター。
6. 前記ピンは、平らなヘッド（８ｂ）を含む請求項５記載のリアクター。
7. 前記ピンは、前記サセプタに据え付けるためのベース（８ａ）を含む請求項６記載のリアクター。
8. 前記ピン（８）の前記ベース（８ａ）は、前記サセプタ（２）の表面に形成される窪み（１０）に固定される請求項７記載のリアクター。
9. 前記反射用要素（８）は、前記サセプタと同様な物質で作られる請求項１乃至８記載のうちのいずれかに記載のリアクター。
10. 前記物質は、黒鉛を基材としたものである請求項９記載のリアクター。
11. 前記サセプタは、軸（Ｘ）に対し回転し、その回動は、電気的に制御される初期化可能な作動手段によりもたらされる請求項１乃至１０記載のうちのいずれかに記載のリアクター。
12. 前記サセプタに向けて電磁放射を伝播させる手段および反射される該放射を検出する手段は、前記サセプタ（２）に向けられる作動位置とモジュールが反応槽（３）に対し離れる非作動位置との間で移動可能とされるモジュール（１５）内に組み込まれる請求項１乃至１１記載のうちのいずれかに記載のリアクター。
13. 電磁放射が通過する前記反応槽（３）の部分に、放射の散乱を回避できる窓（２０）を含む請求項１乃至１２記載のうちのいずれかに記載のリアクター。
14. 前記電磁放射を反射することができる突起要素（８）のベース（８ａ）のための座をもたらすように複数の基板の支持を目的とした表面における窪み（１０）を含むことを特徴とする請求項１乃至１３記載のうちのいずれかに記載のリアクターのためのサセプタ。
15. 複数の基板の支持を目的とした表面に電磁放射を反射できる突起を含むことを特徴とする請求項１乃至１３記載のうちのいずれかに記載のリアクターのためのサセプタ。
16. 化学蒸着用リアクターのサセプタ（２）の位置制御方法において、
    前記サセプタの表面から突出し、電磁放射を反射できる要素（８）を配置し、
    動いている前記サセプタ（２）上に電磁放射ビームを発射し、
    電磁放射が前記突出要素（８）により反射される場合、前記ビームの経路差を検出し、
    前記ビームの経路差の検出に続いて前記サセプタ（２）の位置を入力し、
    前記位置の入力に基づいて前記サセプタの移動をもたらすことを含む方法。
17. 前記サセプタの位置を入力するために、
    所定時間、前記サセプタを移動させ、前記入射ビームにより、移動距離の値の平均を求め、
    この距離が前記ビームの下を通過する反射用要素（８）の結果として変化した場合、所定の間隙内に前記サセプタ（２）を停止させ、
    前記サセプタ（２）を逆方向に移動させ、前記反射用要素（８）を前記ビームの下方の位置に戻し、
    基準としてこの位置を使用して前記サセプタ（２）を初期化することも含む請求項１６記載の方法。

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