JP2731855B2 - 減圧気相成長装置 - Google Patents

減圧気相成長装置

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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、減圧下で基板表面に薄膜を形成する減圧気
相成長装置に関する。
（従来技術） 第２図は従来の基板直接加熱方式の減圧気相成長装置
の概略図であり、基板４の近傍の部材は全て回転対称形
である。
従来のこの装置は、光透過性支持台５の表面上（図で
は下方）には、基板４が、反応室１の外部から操作棒12
0によって上下駆動されるリング状リフター12上のリン
グ状光透過性固定具７を用いて圧接固定されるようにな
っている。
そして、光透過性支持台５の後方からランプ６を用い
て、基板４をその裏面からふく射加熱し、ガス供給部２
よりは反応ガスを供給して、基板４の表面で化学反応を
起こさせて膜を成長せしめ、未反応ガスと生成ガスを排
気部３から排気する構成になっている。
光透過性支持台５の温度を低温に且つ安定に維持する
目的で、光透過性プレート10を設けて光透過性支持台５
との間に冷却室８を作り、冷却媒体（水）11をこの室８
に流すようにしている。
この装置における基板４への熱の供給は、光透過性支
持台５が上述のように冷却されているため、ランプ６か
らの直接のふく射エネルギーのみによって行なわれるこ
とになる。
基板表面における堆積膜の膜厚、膜質の均一性を左右
するのは基板４の表面の温度の均一性であるが、基板４
へ安定且つ均一に熱を供給するには、ランプ６の配置・
形状の対称性および後部反射板60の形状を工夫し、上記
した冷却室８の形状の対称性および冷却媒体11の導入・
排出の対称性、均一性などを確保しなければならない。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら上記従来の装置では、上記全ての条件が
理想的に整ってふく射熱の供給が基板４に対して均一に
行なわれたとしても、基板４を光透過性支持台５に固定
する光透過性固定具７の周辺では基板４の温度が局部的
に低下するという問題があった。
この問題は、専ら、基板４と光透過性支持台５の間に
存在する大きい温度差と、両者間の熱伝導の不均一によ
って生じる。
具体的に説明すると、光透過性プレート10、冷却媒体
（水）11、光透過性支持台５を透過したランプのふく射
エネルギーによって、基板４だけが加熱されて昇温する
ので、基板４と光透過性支持台５とは、そのままでも互
いは異なった温度となる傾向をもっている。即ち、基板
４が高温、光透過性支持台５が低温になって行くのであ
るが、前述のように光透過性支持台５は常時冷却されて
いるため、両者の温度差は一層高まり、基板４の成膜温
度を高く設定すればするほどその差は大きくなって、こ
の温度差は基板４の裏面から光透過性支持台５へ向かう
熱の移動をさらに大きいものにする。
さてこの熱の移動は、専ら、両者の間隙に介在するガ
スを経由する熱伝導と、両者の直接接触による熱伝導の
二者によって行なわれる。
まず、「介在ガスによる熱伝導」について言えば、基
板４の裏面および光透過性支持台５の表面の、微視的な
凹凸によって生ずる間隙は、一般に１μｍ以下であるた
め、気相成長に用いられる通常の圧力範囲では、基板４
と光透過性支持台５の間の介在ガスは分子流の状態にあ
り、従って「介在ガスによる熱伝導」の速度は基板４と
光透過性支持台５との「温度差」と「介在ガスの分子
数」との双方に比例するが、これはほぼ基板の全面に対
し均一であると考えられる。
つぎに、基板４と光透過性支持台５の両者間の「接触
による熱伝導」の速度について言えば、これは両者間の
「温度差」および「有効接触面積」の双方に比例する。
そしてその「有効接触面積」は、基板４と光透過性支持
台５の間の接触圧力に伴って増大する。
さて、従来装置における光透過性固定具７の近傍で生
じた基板４の局所的な温度の低下であるが、これは専
ら、光透過性固定具７の圧接力によって、基板４と光透
過性支持台５の接触面積が光透過性固定具７の近傍で特
に増大し、そのため、前記の「接触による熱伝導」によ
る熱の移動速度がその部分で局所的に高まったことによ
ると考えられる。
また一方で固定具７の圧接は、固定具７自身と基板４
の間の有効接触面積をも増大させ、基板４から固定具７
への熱の移動を増大させることとなり、このことも基板
４の固定具７近傍での局所的な温度低下の一因となる。
（発明の目的） 本発明の目的は、上記の問題を解決し、均一な基板の
温度分布を実現し、成膜特性の均一性を実現することの
できる減圧気相成長装置を提供することである。
（問題を解決するための手段） 本発明の装置は、上記目的を達成するために次のよう
に構成される。
即ち、光透過性材料（ふく射線のエネルギーを吸収す
ることなく透過させる材料）で作られた支持台、反応ガ
スを供給するガス供給部、反応後のガスを排気する排気
部、前記光透過性支持台を透過してそれに支持された基
板をふく射加熱するランプ、および、光透過性支持台を
強制的に冷却する冷却機構を備え、前記ガス供給部から
供給される所定の反応ガスに前記基板の表面で化学反応
を起こさせて薄膜を形成する減圧気相成長装置におい
て、前記基板と前記光透過性支持台とを非接触に保ち、
且つ両者の間隙を、その間隙内の介在ガスの平均自由行
程以下の間隔に保つ構成を採用するものである。
そして、望ましくは、この介在ガスとして不活性ガス
を使用するものである。
（作用） 上記のように構成された減圧気相成長装置において
は、基板は従来通り光透過性支持台の後方からランプの
ふく射によって直接加熱されて昇温する。そして冷却さ
れている光透過性支持台と基板とは直接接触するヶ所を
持たないことになるため、基板４から光透過性支持台５
への熱の移動は、専ら「介在ガスによる熱伝導」だけで
行なわれることになる。従ってもしこの介在ガスによる
熱伝導が、基板の半径方向に均一に行なわれるならば、
基板の温度分布の均一性はほぼ確保されることになる。
周知のように、この「介在ガスによる熱伝導」は、基
板と光透過性支持台の間の距離がガスの平均自由行程と
同程度かそれ以下のときは、介在ガスが分子流の状態と
なるため、熱の移動速度は温度差とガスの分子数に比例
して、基板と光透過性支持台の距離（隙間の大きさ）に
よらなくなる。
従って、基板と光透過性支持台の間の間隙に距離の不
均一があってもそれは問題ではなくなり、熱の移動速度
と不均一を生じるおそれはなく、基板の温度分布は均一
に保たれる。
（実施例） 第１図は本発明の実施例の減圧気相成長装置の概略を
示す図であり、第２図と同一の構成部材には同一符号を
付している。
基板４は、第２図の場合同様、表面を下にして、反応
室１の外部から操作棒120によって上下駆動されるリン
グ状リフター12上のリング状光透過性固定具７の上に軽
く載置される。そして、基板４と光透過性支持台５とは
非接触状態に保たれる。その間隙の大きさは、介在ガス
の平均自由行程と同程度かそれ以下にする。
即ち、例として介在ガスをArとし、その圧力を0.1Tor
rとするときは、Ar原子の平均自由行程は1mm程度である
ので、基板４と光透過性支持台５の間の間隙は、その最
大間隔部でも約1mm以下の値をとるように構成される。
この間隙内に置かれる介在ガスは、基板４の裏面への
成膜を防止することを目的として、前述のArガスのよう
なパージガスを使用するのが理想的である。第１図の装
置には図示するように、光透過性支持台５と、光透過性
固定具７および基板４の間の間隙には、パージガスを供
給できる導入口９が設けられている。このパージガスに
は、前述のArの他、He、Neなどの不活性ガスの使用も考
えられる。但し、それぞれのガスでその平均自由行程を
計算し、基板４と光透過性支持台５との距離をそれ以下
にする必要がある。
また実施例においては、従来同様基板４は固定具７に
載置されている。この両者の接触によって基板４から固
定具７に熱が逃散するものの、従来のように固定具７は
基板４を圧接していないので、その有効接触面積は従来
に比べて圧倒的に小さく、その接触による基板４から固
定具７への熱の移動も従来に比べて圧倒的に小さくな
る。従って基板４と固定具７との接触が基板４の温度分
布の均一性を損なうことはない。
基板４の減圧気相成長処理方法は従来と全く同様であ
って、後方のランプ６からのふく射エネルギーによって
基板４は加熱され、ガス供給部２より反応ガスが供給さ
れて基板４の表面に膜が成長する。未反応ガスおよび生
成ガスは排気部３より排気される。光透過性支持台５の
温度を低温に安定に保持する目的で冷却室８、冷却媒体
11による冷却が行なわれるのは従来同様である。
本実施例の装置によって、従来のように光透過性固定
具７の周辺部で基板の温度が局所的に低下するという不
具合がなくなり、極めて均一な基板４温度分布が得られ
るようになった。
本発明の装置では、副次的効果として、基板４と光透
過性支持台５の接触がなくなったために、熱の移動が少
なくなり、基板４の加熱の効率が格段に向上した。
（発明の効果） 本発明の減圧気相成長装置によれば、均一な基板温度
分布が得られ、気相成長膜の均一性が確保される。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例の減圧気相成長装置の概略図。 第２図は従来の減圧気相成長装置の概略図。 １……反応室、２……ガス供給口、３……ガス排気口、 ４……基板、５……光透過性支持台、６……ランプ、 ７……光透過性固定具、８……冷却室、 ９……パージガス導入口、 10……光透過性プレート、11……冷却媒体。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】光透過性材料で作られた支持台、反応ガス
    を供給するガス供給部、反応後のガスを排気する排気
    部、前記光透過性支持台を透過してそれに支持された基
    板をふく射加熱するランプ、および、光透過性支持台を
    強制的に冷却する冷却機構を備え、前記ガス供給部から
    供給される所定の反応ガスに前記基板の表面で化学反応
    を起こさせて薄膜を形成する減圧気相成長装置におい
    て、前記基板と前記光透過性支持台とを非接触に保ち、
    且つ両者の間隙を、その間隙内の介在ガスの平均自由行
    程以下の間隔に保ったことを特徴とする減圧気相成長装
    置。
  2. 【請求項２】前記介在ガスとして不活性ガスを使用する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の減圧気相
    成長装置。
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