JP3116290B2 - 薄膜形成装置 - Google Patents

薄膜形成装置

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JP3116290B2
JP3116290B2 JP04084624A JP8462492A JP3116290B2 JP 3116290 B2 JP3116290 B2 JP 3116290B2 JP 04084624 A JP04084624 A JP 04084624A JP 8462492 A JP8462492 A JP 8462492A JP 3116290 B2 JP3116290 B2 JP 3116290B2
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賢一 明田川
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、基板上に薄膜をエピ
タキシャル成長などにより形成する薄膜形成装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、真空容器内にシリコンウェハー等
の基板を配置し、該基板を所定の温度に加熱すると共
に、真空容器内にSiH4 (シラン)、Si2 6 (ジ
シラン)等の反応ガスを導入して、基板表面にシリコン
膜その他の薄膜を堆積させるようにした薄膜形成装置が
知られている(例えば特開平1−257322号、同2
30225号、同230226号)。
【0003】このような薄膜形成装置では、基板表面以
外でも高温部分(基板加熱手段、基板保持手段等)には
反応ガスから生成した薄膜が堆積し、薄膜形成を繰り返
して、堆積膜が厚くなるに従って、下地との応力差が大
きくなり、膜剥離を起して、基板表面に形成した薄膜に
有害な塵の原因となっていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】出願人は、前記のよう
に、基板表面以外の高温部分に薄膜が堆積することに起
因する問題点を解決する目的で、内側縁が基板の縁部を
支持し、外側縁が真空容器の内壁に設けたリムに当接す
るようにした環状部材を有する基板保持手段を備え、前
記基板および環状部材で仕切られた、真空容器の一方の
空間(第一の真空槽)に基板加熱手段が設置されると共
に、他方の空間(第二の真空槽)に、薄膜形成の為のガ
ス供給手段を接続してなる薄膜形成装置を提案した(特
願平2−253191号)。
【0005】薄膜形成の為に導入した反応ガスが、基板
加熱手段を設置した第一の真空槽に流入しないようにし
たものである。
【0006】この装置では、前記基板保持手段の環状部
材を、基板表面に堆積する薄膜と同一物質による材料、
即ち、シリコン系のエピタキシャル膜を堆積させる場合
には、シリコン製環状部材とし、この環状部材内に、基
板とリムの温度差による温度勾配を与えるようにして、
基板および環状部材以外の部材を低温状態にできるよう
にしていた。
【0007】然し乍ら、前記環状部材を多結晶シリコン
製とした場合、材料そのものが、既に内部応力(残留応
力)を有しており、この環状部材内に温度勾配による応
力を加えることによって、クラック等の破壊が生じる問
題点があり、基板加熱に許容される温度領域が制限され
ていた。又、環状部材に温度勾配を与えないように基板
加熱手段を大型のものとすると、前記リムの部分が高温
となって、塵の原因となる薄膜が堆積し、前記装置の目
的が阻害されていた。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明は、以上のよう
な問題点に鑑みてなされたもので、基板保持手段を構成
した環状部材に堆積した膜が、剥離して塵の原因となる
のを防止すると共に、前記環状部材に温度勾配を与えて
も破壊するおそれが無く、従って高い温度領域において
も薄膜の形成が可能な装置を提供することを目的として
いる。
【0009】斯る目的を達成するこの発明の薄膜形成装
置は、環状部材の内側縁が基板の縁部を支持し、該環状
部材の外側縁が真空容器の内壁に設けたリムに当接する
ようにした基板保持手段を備え、前記基板および環状部
材で仕切られた、前記真空容器の一方の空間に、基板加
熱手段が設置されると共に、前記真空容器の他方の空間
に、薄膜形成の為のガス供給手段を接続してなる薄膜形
成装置において、前記環状部材が、前記基板表面に堆積
する薄膜と同一物質の単結晶で構成してあることを特徴
とした薄膜形成装置である。
【0010】又、この発明の薄膜形成装置は、環状部材
の内側縁が基板の縁部を支持し、該環状部材の外側縁が
真空容器の内壁に設けたリムに当接するようした基板保
持手段を備え、前記基板および環状部材で仕切られた、
前記真空容器の一方の空間に基板加熱手段が設置される
と共に、前記真空容器の他方の空間に、薄膜形成の為の
ガス供給手段を接続してなる薄膜形成装置において、前
記環状部材が同心状に配された複数のリングで構成さ
れ、各リングが前記基板表面に堆積する薄膜と同一物質
の単結晶又は多結晶で構成してあることを特徴とした薄
膜形成装置である。
【0011】更に、基板表面にシリコン膜を形成する場
合に好適なこの発明の薄膜形成装置は、環状部材の内側
縁が基板の縁部を支持し、該環状部材の外側縁が真空容
器の内壁に設けたリムに当接するようした基板保持手段
を備え、前記基板および環状部材で仕切られた、前記真
空容器の一方の空間に基板加熱手段が設置されると共
に、前記真空容器の他方の空間に、薄膜形成の為のガス
供給手段を接続してなる薄膜形成装置において、前記環
状部材が同心状に配された複数のリングで構成され、各
リングが基板側からリム側に向って、シリコン単結晶、
シリコン多結晶、石英製と変化させたことを特徴とした
薄膜形成装置である。
【0012】
【作用】環状部材を、基板表面に堆積する薄膜と同一物
質の単結晶で構成したこの発明の薄膜形成装置によれ
ば、環状部材上に堆積した薄膜と下地の応力差を無く
し、膜の剥離を防止できると共に、単結晶の環状部材に
は残留応力が無いので、温度上昇もしくは温度勾配に起
因する内部応力が生じても、この応力に耐える余裕があ
る。
【0013】環状部材を、同心状に配された複数のリン
グで構成し、各リングを基板表面に堆積する薄膜と同一
物質の単結晶又は多結晶としたこの発明の薄膜形成装置
によれば、前記と同様、膜の剥離を防止できると共に、
各リングの嵌合部で大きな温度勾配を持たせることがで
きるので、各リング自体の内部応力を低減することがで
きる。
【0014】
【実施例】以下、この発明の実施例を図を参照して説明
する。
【0015】尚、図面は、この発明が理解できる程度に
各構成部材の大きさ、形状および配置関係を概略的に示
してあるにすぎない。
【0016】図1は、Si2 6 ガスを用いて、基板表
面にシリコン膜を堆積させるようにした、実施例の薄膜
形成装置であって、真空容器1内に円盤状のシリコン基
板2を支持する為に、基板保持手段3が設置してある。
基板保持手段3は、環状部材4、支柱5および直線導入
機6で構成されているもので、環状部材4に植設した支
柱5のうち、1本の支柱5が真空容器1の上部に設置し
た直線導入機6に連結されて、直線導入機6を介して環
状部材4が上下の方向に移動できるようになっている。
支柱5、5は、上下の方向の移動が、ガイド板7で案内
されるようになっている。
【0017】環状部材4はシリコン単結晶で構成してあ
り、内側縁に基板2の縁部を支持する環状の段部4aが
設けてあると共に、外側縁には、真空容器1の内壁に設
けたリム8と嵌合する環状の段部4bが設けてある。
【0018】然して、環状部材4に基板2を保持させ、
かつ外側縁をリム8に嵌合させると、真空容器1は上下
2つの空間に仕切られるようになっている。上部の空間
(第1の真空槽)1aおよび下部の空間(第2の真空
槽)1bには、夫々、排気の為のターボ分子ポンプ9お
よび10が接続されて、各真空槽1a、1bが独立に排
気できるようになっている。この実施例ではターボ分子
ポンプ9の排気能力は300l/sec、ターボ分子ポ
ンプ10の排気能力は1000l/secとした。
【0019】第1の真空槽1aの内側には、筒状のホル
ダ11で支持された基板加熱手段12が、基板2に対向
するように設置してある。基板加熱手段12は、ヒータ
13と直流電源14で構成した。
【0020】図2は、前記基板加熱手段12と基板2の
対向部分の概略を示したもので、ホルダ11と一体の容
器15の下面に石英製の受け皿16が設けられ、該受け
皿16に、前記ヒータ13を載置して、ヒータ13の熱
線が受け皿16を通して基板2に放射されるようになっ
ている。受け皿16と基板2は略同一の径としてあり、
互いに正対するようになっている。
【0021】一方、第2の真空槽1bには、側壁を貫通
してガス導入管17が導入してあり、先端のノズル18
を上向きとして、基板2と対向するようにしてあり、ガ
ス導入管17とノズル18でガス供給手段を構成してい
る。
【0022】上記実施例の薄膜形成装置において、基板
2を基板加熱手段12を介して所定の温度(例えば80
0℃)に加熱すると共に、ガス導入管17を通してSi
2 6 ガスを基板2に吹き付けると、基板2の表面にシ
リコンの薄膜が堆積する。導入したSi2 6 ガスは第
1の真空槽1aには流れないので、高温になる基板加熱
手段12にはシリコンの析出は起らない。
【0023】又、基板加熱手段12は、基板2と略同一
の径としたので、基板2が限定的に加熱され、かつ基板
保持機構3の環状部材4の部分において、低温のリム8
との間の温度勾配が形成される。この結果、リム8には
シリコンの析出を無くし、塵の原因となるのを防ぐこと
ができる。環状部材4は、第2の真空槽1bに露出した
部分にシリコンが析出するが、析出した薄膜と環状部材
4は同一物質であるので、加熱時の応力差が無く、析出
した薄膜の剥離を防ぐことができる。そして更に、シリ
コン単結晶による環状部材の残留応力は無いので、温度
勾配による内部応力が生じても、クラック等を生じるお
それを少くでき、基板2に許容される加熱温度領域を大
きくすることができる。
【0024】次に、図3は、前記環状部材4を、同心状
に配された複数のリング4c、4d、4eで構成した実
施例である。各リング4c、4d、4eは内外縁に形成
した環状段部による嵌合部19で係合してある。リング
4cは単結晶シリコン製、リング4d、4eは多結晶シ
リコン製とした。図3(b)は基板2を800℃に加熱
した時の温度分布である。
【0025】この実施例によれば、環状部材4内で形成
される温度勾配を、ほとんどリング4c、4d、4eの
嵌合部19で吸収し、各リング内には急峻な温度勾配が
形成されないようにし、加熱時に生ずる内部応力を抑制
することができる。単結晶シリコンと多結晶シリコンの
熱膨張率は、ほぼ同一である。しかし、多結晶シリコン
は製造時に、内部に応力が残留応力として残るので、実
際に加熱した時の内部応力は、温度勾配から計算される
値より大きくなり、これが原因となって破壊が起る。こ
れに対して単結晶シリコンは、残留応力が無いので、温
度勾配によって生ずる内部応力に十分耐えることができ
る。従って、高温側となる基板側のリング4cを単結晶
シリコン製とし、比較的低温であるリング4b、4eを
多結晶シリコン製とすることが有効であり、コスト的に
も有利である。尚、各リングに析出したシリコン薄膜と
リング間では応力差が生じないので、剥離が生じるおそ
れが無いのは、前記の実施例と同様である。
【0026】前記の同心状に配した複数のリングは、数
を多くするのに従って、夫々のリング内の温度勾配を小
さくすることができる。従って、基板側のリング4c
も、内部応力が小さくなるように細分化して多結晶シリ
コン製とすることも可能である図4は、環状部材4を複
数のリングとした場合の他の実施例で、基板2側から単
結晶シリコン製のリング4f、多結晶シリコン製のリン
グ4g、石英製のリング4hとしたものである。基板2
はリング4fにA部で密着して載置されるようにしてあ
る。又、環状部材4の昇降の為の支柱5が第2の真空槽
1b側に露出しないようにする為、リング4gに連結片
20を、B部で固着し、該連結片20と支柱5が連結さ
れている。
【0027】この実施例でも、環状部材4の温度勾配を
各リングの嵌合部に形成し、夫々のリング内の温度勾配
を小さくして、内部応力を抑制することができる。
【0028】以上、基板2の表面にシリコン薄膜を形成
する場合の、いくつかの実施例を説明したが、他の物質
の薄膜を形成する場合でも、同様に実施することができ
る。例えばアルミニウム膜の形成ではアルミニウム材の
単結晶、多結晶で環状部材4を構成する如くである。
【0029】
【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば、基板を支持した環状部材に堆積した薄膜の剥離を防
止して、有害な塵の発生を防止できると共に、環状部材
が、基板の加熱時の内部応力で破壊しないようにできる
ので、基板加熱温度領域の拡大、基板温度の昇温又は降
温の急激な制御なども可能にするなどの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例の概略断面図である。
【図2】同じく実施例の一部拡大断面図である。
【図3】この発明の他の実施例で、(a)は一部拡大断
面図、(b)は温度分布のグラフである。
【図4】この発明の更に他の実施例の一部拡大断面図で
ある。
【符号の説明】
1 真空容器 1a 第1の真空槽 1b 第2の真空槽 2 基板 3 基板保持機構 4 環状部材 4c、4d、4e、4f、4g、4h リング 8 リム 12 基板加熱手段 13 ヒータ 17 ガス導入管 18 ノズル

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 環状部材の内側縁が基板の縁部を支持
    し、該環状部材の外側縁が真空容器の内壁に設けたリム
    に当接するようした基板保持手段を備え、前記基板およ
    び環状部材で仕切られた、前記真空容器の一方の空間に
    基板加熱手段が設置されると共に、前記真空容器の他方
    の空間に、薄膜形成の為のガス供給手段を接続してなる
    薄膜形成装置において、前記環状部材が、前記基板表面
    に堆積する薄膜と同一物質の単結晶で構成してあること
    を特徴とした薄膜形成装置。
  2. 【請求項2】 環状部材の内側縁が基板の縁部を支持
    し、該環状部材の外側縁が真空容器の内壁に設けたリム
    に当接するようした基板保持手段を備え、前記基板およ
    び環状部材で仕切られた、前記真空容器の一方の空間に
    基板加熱手段が設置されると共に、前記真空容器の他方
    の空間に、薄膜形成の為のガス供給手段を接続してなる
    薄膜形成装置において、前記環状部材が、同心状に配さ
    れた複数のリングで構成され,各リングが、前記基板表
    面に堆積する薄膜と同一物質の単結晶又は多結晶で構成
    してあることを特徴とした薄膜形成装置。
  3. 【請求項3】 環状部材の内側縁が基板の縁部を支持
    し、該環状部材の外側縁が真空容器の内壁に設けたリム
    に当接するようした基板保持手段を備え、前記基板およ
    び環状部材で仕切られた、前記真空容器の一方の空間に
    基板加熱手段が設置されると共に、前記真空容器の他方
    の空間に、薄膜形成の為のガス供給手段を接続してなる
    薄膜形成装置において、前記環状部材が、同心状に配さ
    れた複数のリングで構成され、各リングが基板側からリ
    ム側に向って、シリコン単結晶、シリコン多結晶、石英
    製と変化させたことを特徴とした薄膜形成装置。
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