JP3429101B2 - バレル型気相成長装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はバレル型気相成長装置に
関する。さらに詳しくは、フレーム内の空間を有効に活
用できるバレル型気相成長装置に関する。

【０００２】

【発明の背景技術】半導体製造工程において、半導体基
板（以下「ウエーハ」と言う。）上に気相反応を利用し
て半導体エピタキシャル層（以下「エピタキシャル層」
と言う。）を成長させる技術（化学気相成長法、ＣＶＤ
法）は極めて重要である。このようなエピタキシャル層
を気相成長させる際には、枚葉型成長装置、縦型（また
はパンケーキ型）成長装置、バレル型（またはシリンダ
型）成長装置等が用いられているが、中でもバレル型成
長装置は、半導体単結晶基板の表裏の温度差が比較的小
さくなる構造を持っているのでスリップ等の結晶欠陥が
発生しづらく、また、比較的均一な抵抗率分布のエピタ
キシャル成長層を一度に多くのウエーハ上に形成するこ
とができる利点がある。

【０００３】エピタキシャル層を気相成長する場合は、
ウエーハを所望の反応温度まで加熱し、ウエーハを収容
した反応炉内に原料ガスをキャリアガスと共に流す。す
るとウエーハ上で原料ガスが反応し、ウエーハ主表面上
にエピタキシャル層が成長する。

【０００４】従来のバレル型気相成長装置では、反応炉
を構成する垂直方向に長い円筒形の石英ガラス製ベルジ
ャ内に多角形断面で略垂直に細長いサセプタが設けら
れ、このサセプタの表面に所定間隔を置いて凹状に形成
された座ぐり内にウエーハが保持される。ベルジャの上
部はフレームに固定され、ベルジャの下部は排気フラン
ジを上下に移動できる下部シリンダにより支持されてい
る。ベルジャの側壁外周にはベルジャを同軸に取り囲む
ように加熱ランプ列が配置され、ベルジャの透明な壁を
通してサセプタを放射加熱し、ひいてはウエーハを反応
温度まで加熱する。反応ガスは、ベルジャの上部より供
給され、サセプタの表面に沿って下方に流れ、下部の排
気フランジを経て外部に排出される。サセプタは、処理
中は垂直軸を中心にゆっくりと回転し、ウエーハが加熱
ランプからの放射熱を均一に受けるようにするととも
に、膜厚や膜質が均一なエピタキシャル層を成長できる
ようにしている。

【０００５】ベルジャ壁は、石英ガラス製で放射熱を透
過するのでサセプタと比べるとあまり温度が上昇しない
が、それでもある程度温度が上昇するとベルジャ内壁に
不要な堆積物が付着する。この堆積物は、放射熱を吸収
してベルジャ内の温度分布に悪影響を及ぼしたり、剥離
してエピタキシャル成長層に付着し結晶欠陥やパーティ
クルの発生原因となったりする。そこで、冷却装置を設
けてベルジャ壁の温度を３００〜７００℃程度に維持す
るようにしている。冷却装置としては空冷式のものが採
用され、ブロアからの冷却空気を加熱ランプ列とベルジ
ャの外壁との間に流し、温まった空気を熱交換器を通し
て冷却し、再びブロアに戻すようになっている。

【０００６】図４は、従来のバレル型気相成長装置の一
例を示す。このバレル型気相成長装置１０のフレーム１
１内には、反応炉となる円筒状のベルジャ１２と、ウエ
ーハ１３を保持するサセプタ１４と、サセプタ１４及び
ウエーハ１３を放射加熱する加熱ランプ１９と、ベルジ
ャ内に反応ガスを供給する反応ガス供給系（図示せず）
と、排気管（図示せず）と、ベルジャ１２を冷却するブ
ロア２２と、送風口３６と、排気ダクト２８と、ベルジ
ャ１２下部に押し付けられ反応ガスを排気する排気フラ
ンジ３２と、該排気フランジ３２を上下に移動しベルジ
ャ１２下部を支持する下部シリンダ３３が設けられてい
る。フレーム１１の下壁の外側では、装置全体を水平に
保つアジャスターボルト３９が床の上で装置を支えてお
り、このフレーム１１の下壁の外側は実質的に何も設け
られていない空間である。

【０００７】ベルジャ１２は石英ガラスからなり、円筒
形の直胴部は加熱ランプ１９からの放射熱を十分透過す
るために反応領域において透明な側壁を有している。不
透明なベルジャ１２の上部は、反応ガスの供給部（図示
せず）と接続されると同時にフレーム１１上壁に固定さ
れ、処理中は原料ガスを含む反応ガスが供給されてサセ
プタ１４の側表面に沿って下方に流れ、下部の排気フラ
ンジ３２を経て該排気フランジ３２に接続された排気管
（図示せず）から外部に排出される。不透明なベルジャ
１２の下部は、気相エピタキシャル反応中、フレーム１
１下壁上に設けられた下部シリンダ３３により排気フラ
ンジ３２を介して支持されている。ベルジャ１２の取り
外し時には前記下部シリンダ３３を作動させて排気フラ
ンジ３２を降下させベルジャ１２と排気フランジ３２と
の間に取り外し作業が可能になるだけの空間を形成し、
ベルジャ１２の取り付け時には前記下部シリンダ３３を
作動させて排気フランジ３２を押し上げてベルジャ１２
の下部と排気フランジ３２とを密着させる。

【０００８】ベルジャ１２内の中央部には、ウエーハ１
３を保持するサセプタ１４が設けられている。サセプタ
１４はハンガ１５によりベルジャ１２内に吊るされ、且
つハンガ１５を介して回転駆動装置１６と連結されてお
り、垂直軸を中心にして回転するようになっている。サ
セプタ１４は通常グラファイトからなり、表面が炭化ケ
イ素によって被覆され、ウエーハ１３が炭素によって汚
染されるのを防止している。また図示はしていないが、
サセプタ１４内部の中心軸には透明な石英製のシースに
よりカバーされた温度センサが設けられ、サセプタ裏側
の温度をモニタしている。

【０００９】ベルジャ１２の側面外周には、図５に示す
ように、ベルジャ１２を同軸に取り囲むように放射状に
配置された加熱ランプモジュール１７がベルジャ１２の
側壁から一定距離を置いて設けられている。該加熱ラン
プモジュール１７は、個々の加熱ランプモジュール１７
の両側端面が支柱１８に当接して垂直に取り付けられ
る。

【００１０】各加熱ランプモジュール１７は複数本の加
熱ランプ１９を備えている。すなわち図６に示すよう
に、例えば直線管状のハロゲンクオーツランプからなる
加熱ランプ１９が縦列にモジュールフレーム３５に取り
付けられている。各加熱ランプ１９には、加熱ランプ１
９の軸線を中心に同軸状に取り囲む断面が半円形又は楕
円形の金メッキされた反射板２０が取り付けられてい
る。また、モジュールフレーム３５には、隣り合う加熱
ランプ１９の間にスリット２１がそれぞれ設けられてい
る。

【００１１】各加熱ランプ１９の両側には電圧が印加さ
れ、その印加された電圧に比例した放射エネルギを放射
する。各加熱ランプモジュール１７に設けられた複数の
加熱ランプ１９に印加される電圧を比較すると、サセプ
タ１４の上部側及び下部側は中央部に比べ放射熱損失を
起こしやすいのでその熱損失を補うために、加熱ランプ
モジュール１７の上部側及び下部側に配置された加熱ラ
ンプには、加熱ランプモジュール１７の中央部に位置す
る加熱ランプよりも高い電圧が印加され、さらに、端部
側ほど高く、また上部側と下部側が中央部に対し対称と
なるように印加されている。

【００１２】エピタキシャル層成長の際ベルジャ１２の
内壁に不要な堆積物が付着するのを避けるため、ベルジ
ャの外壁を３００〜７００°Ｃ程度に空気冷却するブロ
ア２２が設けられ、冷却空気は、ダクトあるいは冷却空
気空間を経由してベルジャ１２の側面と加熱ランプモジ
ュール１７との間に送風される。

【００１３】すなわち、加熱ランプモジュール１７の下
部に隣接して前記ベルジャ１２の周囲を一周するドーナ
ツ状の下部ダクト２７が設けられ、ブロア２２の送風口
３６と連通している。さらに、各加熱ランプモジュール
１７の裏側（ベルジャ１２に対峙する面と反対側）に
は、前記支柱１８で仕切られた裏側冷却空気空間２４が
設けられ、連通孔３０を介して下部ダクト２７と連通し
ている。

【００１４】一方、加熱ランプモジュール１７の上部に
隣接して前記ベルジャ１２の周囲を一周するドーナツ状
の上部ダクト２６が設けられ、ブロア２２の送風口３６
とはバイパス２３を介して連通している。上部ダクト２
６には水冷装置３１が設けられ、上部ダクト２６の受光
面を強制的に冷却している。また、上部ダクト２６は、
ベルジャ１２の側面と加熱ランプモジュール１７との間
に設けられた表側冷却空気空間２５の上部と連通してい
る。

【００１５】ベルジャ１２の最下部周囲には排気ダクト
２８が設けられ、表側冷却空気空間２５と連通してい
る。排気ダクト２８は、熱交換器２９を介してブロア２
２の空気取り入れ口３７に接続されている。熱交換器２
９には冷却水が流れており、温まった空気と熱を交換し
て空気を冷却する。

【００１６】上記構成において、加熱ランプ１９からの
放射エネルギがベルジャ１２の透明な側壁を透過してベ
ルジャ１２内に伝達され、サセプタ１４及びそれに保持
されたウエーハ１３を所望の反応温度に加熱すると、ベ
ルジャ１２内で熱的に活性化された反応ガスが気相反応
してウエーハ１３の表面上にエピタキシャル層が成長す
る。

【００１７】気相反応中、従来のバレル型気相成長装置
において冷却空気は次のような流れによりベルジャ１２
の外壁を冷却する。すなわち、ブロア２２を稼働させて
送風を開始すると、送風口３６から吹き出された冷却空
気は途中で２方向に分れる。一つの流れは下部ダクト２
７内を流れ、各加熱ランプモジュール１７に対して設け
られた連通孔３０を経て裏側冷却空気空間２４内を上昇
し、加熱ランプモジュール１７のランプ間に設けられた
複数のスリット２１を通り抜けながら加熱ランプ１９及
び反射板２０を冷却し、表側冷却空気空間２５に至る。
もう一つの流れは、バイパス２３を経由して上部ダクト
２６内を流れ、上部ダクト２６と連通している表側冷却
空気空間２５へ至る。２つの流れは表側冷却空気空間２
５で合流し、ベルジャ１２の側壁に沿って下方へ流れな
がらベルジャ１２の外壁を冷却する。温まった空気は排
気ダクト２８を通って熱交換器２９に達し、ここで冷却
された後に空気取り入れ口３７からブロア２２に戻る。

【００１８】上記のようにしてベルジャ１２の外壁を約
３００〜７００℃程度に維持するように冷却し、ベルジ
ャ１２の内壁へ不要な堆積物が付着することを防止す
る。また、ベルジャ１２内からの輻射熱をフレーム１１
内で室温まで冷却するために、該ベルジャ１２の上部が
固定されるフレーム１１上壁と、上部ダクト２６と、ベ
ルジャ１２を取り巻く加熱ランプモジュール１７の裏面
とを図示しない水冷装置により強制冷却する。さらに、
ベルジャ１２の下部周囲に金メッキした反射板を取り付
けてベルジャ１２内からの輻射熱を反射し、ベルジャ１
２内での熱効率を向上する一方でフレーム外への熱輻射
を抑制する。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】バレル型気相成長装置
において、反応炉の容量はその中に設けられるサセプタ
のサイズを制限し、サセプタのサイズはそこに保持する
ウエハの枚数を物理的に制限する。また、垂直方向の均
一温度領域の長さは、成長するエピタキシャル層の厚さ
分布や抵抗率分布さらにスリップ等の結晶欠陥の発生状
況に影響を及ぼすので、垂直方向のウエーハ保持枚数を
品質的な面で制限する。つまり、バレル型気相成長装置
が一度に処理できるウエーハ枚数すなわちバッチ容量
は、反応炉の容量と垂直方向の均一温度領域の長さとに
より必然的に決定される。

【００２０】従って、前記バレル型気相成長装置で最大
限のバッチ容量を確保するためには、フレーム内の空間
を最大限に利用して、反応炉の容量と均一な温度領域と
が垂直方向に最大になるようにベルジャや加熱ランプモ
ジュールを配置すればよい。しかし、従来のバレル型気
相成長装置においては、フレーム内の空間を有効に活用
できない構造になっており、最大限のバッチ容量を確保
することができなかった。

【００２１】例えば、ベルジャ１２の下部は操業中フレ
ーム１１下壁上に設けられた下部シリンダ３３により排
気フランジ３２を介して支持されており、下部シリンダ
３３は、ベルジャ１２の取り付け時や取り外し時にベル
ジャ１２を上下させる機能を持つが、下部シリンダ３３
または排気フランジ３２が無ければその分だけベルジャ
を長くすることができるので、下部シリンダ３３または
排気フランジ３２が占める空間をさらに有効活用でき
る。

【００２２】また、加熱ランプモジュール１７におい
て、その上部と下部にはベルジャ１２の周囲を一周する
ドーナツ状の上部ダクト２６及び下部ダクト２７が設け
られており、ブロア２２の送風口３６から吹き出された
冷却空気は該上部ダクト２６及び該下部ダクト２７を通
してベルジャ１２の側面と加熱ランプモジュール１７と
の間に送風されるが、上部ダクト２６または下部ダクト
２７が無ければその分だけ加熱ランプモジュール１７を
長くすることができるので、上部ダクト２６または下部
ダクト２７が占める空間をさらに有効活用できる。

【００２３】そこで本発明は、フレーム内の空間をさら
に有効活用できるバレル型気相成長装置を提供すること
を目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板の
保持手段と、反応ガスの供給手段と、該半導体基板の保
持手段を収容し内部に反応ガスが供給される反応炉と、
反応炉の加熱手段と、反応ガスの排気手段と、該反応炉
及び加熱手段を強制冷却する強制空気冷却手段とをフレ
ーム内に収容して設けられてなるバレル型気相成長装置
において、前記反応炉の上部を一周して取り囲むように
設けられ前記強制空気冷却手段の送風口と連通した上部
ダクトと、前記加熱手段と前記反応炉の側壁との間に設
けられ、上部で連通した前記上部ダクトを介して冷却空
気を前記反応炉の側壁に沿って下方に流下させて前記反
応炉の前記側壁を冷却する表側冷却空気空間と、前記加
熱手段を取り囲むように設けられたカバーと、前記加熱
手段と前記カバーとの間に設けられ、前記強制空気冷却
手段の送風口と連通した裏側冷却空気空間と、前記反応
炉の最下部周囲に設けられ、前記表側冷却空気空間と連
通した排気ダクトと、前記排気ダクトと前記強制空気冷
却手段の空気取り入れ口との間に設けられた熱交換器と
を有する反応炉壁の冷却手段を備え、前記フレーム下壁
に設けられた窪みまたは穴の中に、実質的に前記フレー
ム下壁の外側に位置する前記反応炉下部の支持手段を備
え、該支持手段により排気フランジを介して前記反応炉
が支持されて垂直方向に延在し、前記反応炉下部とこれ
に押し付けられる前記排気フランジとの密着性を良くす
るために設けてあるＯ−リングの焼付き防止用の耐熱板
を、該反応炉下部のネック部に備え、前記反応炉下部の
湾曲部に対峙する位置まで延在する半導体基板の保持手
段を備え、前記半導体基板の保持手段の上部側及び下部
側に対峙して延在する加熱ランプモジュールの上部側と
下部側に位置する加熱ランプに中央部よりも高い電圧を
印加する際、加熱ランプモジュールの上部側に位置する
加熱ランプに下部側よりも高い電圧を印加する加熱手段
を備え、前記強制空気冷却手段の前記送風口を前記上部
ダクト近傍においてのみ、前記裏側冷却空気空間に直接
接続したことにより、下部ダクトを設けない構成とした
ことを特徴とする。

【００２５】前記反応炉の加熱手段は、前記反応炉を取
り囲むように設けられ、放射エネルギを放射して該放射
エネルギを透過する反応炉側壁を介し前記半導体基板と
該半導体基板の保持手段を加熱する複数の加熱ランプ
と、前記強制空気冷却手段からの冷却空気を前記裏側冷
却空気空間から前記表側冷却空気空間に送風しながら前
記加熱手段も同時に冷却するために、各加熱ランプの間
及び各加熱ランプモジュールの間に設けられた複数のス
リットとを有する加熱手段であることが望ましい。

【００２６】前記強制空気冷却手段の送風口には、前記
上部ダクト及び前記裏側冷却空気空間への送風量の割合
を調節する調節弁が設けられているのが望ましい。

【００２７】

【作用】バレル型気相成長装置において、一度に処理で
きるウエーハ枚数すなわちバッチ容量は、反応炉の容量
と垂直方向の均一温度領域の長さとに依存する。反応炉
の容量は、その中に設けられるサセプタのサイズを制限
し、サセプタのサイズはそこに保持するウエハの枚数を
物理的に制限する。垂直方向の均一温度領域の長さは、
成長するエピタキシャル層の厚さ分布や抵抗率分布さら
にスリップ等の結晶欠陥の発生状況に影響を及ぼすの
で、垂直方向のウエーハ保持枚数を品質的な面で制限す
る。本発明においては、従来のバレル型気相成長装置の
フレーム内の空間を有効に活用し、反応炉の長さ及び垂
直方向の均一温度領域の長さをさらに長くすることによ
り、エピタキシャル層の品質を低下させることなくバッ
チ容量を従来より大幅に増加させた。

【００２８】まず、反応炉すなわちベルジャの長さにつ
いては、ベルジャの取り付け及び取り外し時に排気フラ
ンジを上下に移動させ操業時に排気フランジを介して反
応炉下部を支持する下部シリンダを、装置のフレームの
下壁に設けた窪みの中に完全にはめ込み実質的にフレー
ムの外側に設けたことにより、下部シリンダに相当する
長さ分だけベルジャを垂直方向に長くすることができ
る。ベルジャ下部のネック部を短くするとベルジャの直
胴部の長さをさらに長くすることができる。従来の装置
において、フレームの下壁の外側では装置全体を水平に
保つアジャスターボルトが床の上で装置を支えており、
下部シリンダを設置するのに十分なスペースはあるが、
必要に応じてアジャスターボルトで装置の高さを調節す
ればよい。下部シリンダを設置するために窪みを設けた
のは、フレーム上に漏れた水や熱くなった冷却空気が外
部に漏れることがなく、また、フレーム内への塵汚染を
防止しやすいためである。下部シリンダのカバーをリー
クが無くシール性の良い脱着可能なものにし、装置のフ
レームの下壁に穴をあけてそこに下部シリンダのカバー
を取り付けられるようにすれば、装置の搬入及び搬出時
にこのカバーを取り外しておくことができるので、輸送
の際に邪魔にならず、便利である。

【００２９】次に、垂直方向の均一温度領域を長くする
には加熱手段を垂直方向に長くすればよいが、従来の装
置においては、前記加熱手段の上下に隣接してダクトが
存在するので、その長さの拡張が困難であった。。本発
明においては、下部ダクトを設けない構成としたので、
その分だけ従来よりも加熱手段の垂直方向の長さを拡張
できる範囲が拡大された。

【００３０】下部ダクトを設けない構成とするために、
強制空気冷却手段すなわちブロアの送風口を上部ダクト
近傍の裏側冷却空気空間に直接接続するようにするとと
もに、一部の冷却空気を直接上部ダクトに供給するよう
にした。このような構成により冷却空気の流れは極めて
スムーズとなり、冷却効率が大幅に向上する。

【００３１】さらに、前記加熱手段が加熱ランプの時、
従来のような支柱を設けず、加熱ランプモジュールをフ
レームの上壁及び下壁に設けられた案内板に沿って位置
決めした後にピンで固定するようにしたので、各加熱ラ
ンプモジュールの周辺にも冷却空気を送風できるスリッ
トを形成でき、冷却空気の流路が増え、冷却効率をさら
に改善することができる。この冷却効率の改善により、
従来よりも長くなったベルジャ及び加熱ランプモジュー
ルを従来と同じ冷却能力のブロアで無理なく冷却するこ
とが可能になった。

【００３２】バレル型気相成長装置において高品質のエ
ピタキシャル層を成長させるためには、反応炉の長さと
垂直方向の均一温度領域の長さが適度に釣り合っていな
ければならないので、ベルジャと加熱ランプモジュール
の両方を垂直方向に長くすることが好ましい。

【００３３】均一温度領域を長くするには、サセプタの
上部、中央部及び下部を同じ温度に調節することが理想
的である。従来のバレル型気相成長装置においては、こ
の理想を実現するために、放射熱損失が大きいサセプタ
の上部側及び下部側に対峙する加熱ランプモジュールに
配置された加熱ランプには、加熱ランプモジュールの中
央部に位置する加熱ランプよりも高い電圧が印加され、
さらに、端部側ほど高くまた上部側と下部側では上部側
の方が高電圧となるように印加されている。しかし、実
際の操業における垂直方向の温度分布は、サセプタの上
部側と下部側で中央部に対し対称とならない。これは、
サセプタの上部側は反応ガスが室温で供給されるので放
射熱損失が大きいのに対し、サセプタの下部側では反応
炉内で高温に加熱された反応ガスが表面を流れるため放
射熱損失が意外に小さいためである。したがって、加熱
ランプの上部側と下部側に中央部よりも高い電圧を印加
する際、上部側に下部側よりもさらに高い電圧を印加す
ると均一温度領域を一層長くすることができる。

【００３４】一方、ブロアの送風口を上部ダクト近傍の
裏側冷却空気空間に直接接続するようにするとともに、
調節弁を設けることにより一部の冷却空気を直接上部ダ
クトに供給するようにした。このような構成により冷却
空気の流れは極めてスムーズとなり、冷却効率が大幅に
向上する。

【００３５】

【実施例】図１は本発明のバレル型気相成長装置の一実
施例を示す。このバレル型気相成長装置４０には、従来
のバレル型気相成長装置とほぼ同様な配置で、フレーム
４１内に、反応炉となる円筒状のベルジャ４２と、ウエ
ーハ４３を保持するサセプタ４４と、サセプタを放射加
熱する加熱ランプ４９と、ベルジャ４２内に反応ガスを
供給する反応ガス供給系（図示せず）と、排気管（図示
せず）と、ベルジャ４２と加熱ランプ４９を冷却するブ
ロア５２と、送風口６８と、排気ダクト５８と、ベルジ
ャ４２下部に押し付けられ反応ガスを排気する排気フラ
ンジ６２とが設けられている。フレーム４１の下壁の外
側では、装置全体を水平に保つアジャスターボルト７１
が床の上で装置を支えている。

【００３６】前記ベルジャ４２の取り付け及び取り外し
時に前記排気フランジ６２を上下に移動し気相エピタキ
シャル反応中に前記排気フランジ６２を前記ベルジャ４
２に押し付けて支持する下部シリンダ６３は、フレーム
４１の下壁の外側空間に下部シリンダ６３が完全にはめ
込まれるように設けられた窪み６４内に収容されてお
り、この窪み６４を実質的にフレーム４１の外側に設け
たことにより、従来の装置で下部シリンダが占めていた
空間分だけ垂直方向にベルジャを長くすることができる
ので、フレーム４１内の空間を有効活用することができ
る。ベルジャ４２下部のネック部７０を短くすると、ベ
ルジャ４２の直胴部の長さをさらに長くすることができ
る。この際、加熱ランプ４９及びサセプタ４４から排気
フランジ６２への輻射熱が増大し、ベルジャ４２下部と
排気フランジ６２の密着性を良くするために設けてある
Ｏ−リングが焼付く可能性が高くなるので、Ｏ−リング
焼付き防止のためにネック部７０に耐熱板を設け加熱ラ
ンプ４９及びサセプタ４４下部から排気フランジ６２へ
の輻射熱を抑制すると良い。

【００３７】前記下部シリンダ６３をフレーム４１の下
壁に設けられた窪み６４内に収容したことに伴い、従来
の装置で下部シリンダ６３の側面に設けられていた圧縮
空気の継手位置を窪み６４から露出している下部シリン
ダ６３の上部に変更し、該下部シリンダ６３が焼付くこ
とを防止するために該下部シリンダ６３の外部を冷却水
で強制冷却し、該下部シリンダ６３に連結した排気フラ
ンジ６２に接続された排気管の空気冷却部を該下部シリ
ンダ６３の位置が下がった分だけ段差をつけて曲げてい
る。

【００３８】図２に示すように、ベルジャ４２の外周に
は、ベルジャ４２を同軸に取り囲むように放射状に配置
された５つの加熱ランプモジュール４７がベルジャ４２
の外壁から一定距離を置いて設けられている。５つの加
熱ランプモジュール４７は、ベルジャ４２を中心として
水平断面が正五角形を形成するように個々の加熱ランプ
モジュール４７が垂直に取り付けられる。その取り付け
方法は、各加熱ランプモジュール４７をそれぞれフレー
ム４１の上壁及び下壁に設けられた案内板（図示せず）
に合わせ、自由に動かせる片側の上下２箇所をピン止め
する。従って、従来前記正五角形の５つの頂点に設けら
れていたような支柱１８を設ける必要がなく、各加熱ラ
ンプモジュール４７の周辺に冷却空気を送風できるスリ
ット７２を形成できるので、冷却空気の流路が増え、冷
却効率を改善することができる。また、フレーム４１の
上壁及び下壁に設けられた前記案内板としてテフロン
（デュポン社商品名）製のものを使用すると、加熱ラン
プモジュール４７をスムーズに取り付け取り外しするこ
とができ、また、脱着時に傷の発生を防止することがで
きる。

【００３９】各加熱ランプモジュール４７には、直線管
状のハロゲンクオーツランプからなる各加熱ランプ４９
が設けられている。すなわち、図３に示すように、加熱
ランプ４９が縦列にモジュールフレーム６７に取り付け
られ、加熱ランプ４９の軸線を中心に同軸状に取り囲む
断面が半円形又は楕円形の金メッキされた反射板５０が
取り付けられている。各加熱ランプ４９の両側には電圧
が印加され、その印加された電圧に比例した放射エネル
ギを放射する。サセプタ４４の両端部は中央部に比べ熱
損失を起こしやすいのでその熱損失を補うために、加熱
ランプモジュール４７の両端部に配置された加熱ランプ
４９には加熱ランプモジュール４７の中央部に配置され
た加熱ランプ４９よりも高い電圧が印加されるが、室温
の反応ガスが供給される加熱ランプモジュール４７の上
端部に位置する加熱ランプ４９には、サセプタ４４の上
部での熱損失が大きいので、加熱ランプモジュール４７
の下端部に位置する加熱ランプ４９よりも定格電圧でみ
てさらに３０〜６０ｖ高い電圧を印加する。隣り合う加
熱ランプ４９の間及びモジュールフレーム６７の間に
は、それぞれスリット５１が設けられており、裏側冷却
空気空間５４から送風される冷却空気が前記加熱ランプ
モジュール４７を冷却しながら表側冷却空気空間５５へ
送風される。

【００４０】本実施例における冷却空気の流れは次の通
りである。すなわち、ブロア５２を稼働させて送風を開
始すると、送風口６８から吹き出された冷却空気は、ま
ず２枚の調節弁６５によって、裏側冷却空気空間５４及
び上部ダクト５６への送風量の割合を最適な冷却効率が
得られるように調節される。直接裏側冷却空気空間５４
に供給された冷却空気は、加熱ランプモジュール４７の
全外周にわたって裏側冷却空気空間５４内を下降し、加
熱ランプモジュール４７の各加熱ランプ４９と加熱ラン
プ４９の間に形成された複数のスリット５１及び各加熱
ランプモジュール４７の周辺に形成されたスリット７２
を通り抜け、加熱ランプ４９及び反射板５０のそばを通
りながら熱を奪い、表側冷却空気空間５５に至る。ま
た、もう一つの流れは上部ダクト５６内を流れ、上部ダ
クト５６と連通している表側冷却空気空間５５へ至る。
２つの流れは表側冷却空気空間５５で合流し、ベルジャ
５２の側壁に沿って下方へ流れながらベルジャ５２を冷
却する。温まった空気は排気ダクト５８を通って熱交換
器５９に達し、ここで冷却されて空気取り入れ口６９か
らブロア５２に戻る。

【００４１】ベルジャ１２の側壁を流れる冷却空気は、
ベルジャ１２の内壁に不要な堆積物が付着するのを防止
するために、上記のようにしてブロア５２の送風口から
裏側冷却空気空間と表側冷却空気空間を経由してベルジ
ャ１２の側壁に供給され、該側壁の温度を３００〜７０
０°Ｃ程度に維持する。また、上部ダクト５６は水冷装
置６１により強制冷却され、加熱ランプモジュール４７
の裏面も図示しない水冷装置により強制冷却される。

【００４２】裏側冷却空気空間５４は、加熱ランプモジ
ュール４７の裏側（ベルジャ４２に対峙する面と反対
側）と５つの加熱ランプモジュール４７の周囲を取り囲
むカバー６６との間に形成されている。この裏側冷却空
気空間５４は従来のものと異なり、支柱により仕切られ
ておらず、円筒状に一体に形成されている。従って、冷
却空気は、従来のように円筒状の下部ダクトを介して５
つの領域に分けられた各裏側冷却空気空間に供給される
のではなく、裏側冷却空気空間５４の上部から全ての領
域に直接供給される。このため、下部ダクトを省略で
き、また、冷却空気の流路が広くなるので流れ抵抗が減
り均一な流れになるので、下部ダクトを省略した分だけ
加熱ランプモジュールを長くすることができ、また、冷
却効率も改善することができる。

【００４３】一方、ベルジャ４２の上部には、加熱ラン
プモジュール４７の上端を固定する案内板が取り付けら
れており、且つベルジャ４２の周囲を一周するドーナツ
状の上部ダクト２６が設けられ、ブロア５２の送風口６
８と連通している。上部ダクト５６には水冷装置６１が
設けられ、上部ダクト５６の受光面を強制的に冷却して
いる。また、上部ダクト５６は、ベルジャ４２の側面と
加熱ランプモジュール４７との間の空間すなわち表側冷
却空気空間５５の上部と連通している。

【００４４】ベルジャ４２の最下部周囲には排気ダクト
５８が設けられ、表側冷却空気空間５５と連通してい
る。排気ダクト５８は、熱交換器５９を介してブロア５
２の空気取り入れ口６９に接続されている。熱交換器５
９には冷却水が流れており、温まった空気と熱を交換し
て空気を冷却する。本発明においては加熱ランプモジュ
ールが長くなり装置全体としての発熱量が増加するの
で、熱交換器５９に流れる冷却水経路を増やして水量を
増加している。

【００４５】上記のようにして、従来のバレル型気相成
長装置のフレーム内の空間をさらに有効活用することが
できた。本発明によれば、下部シリンダを実質的にフレ
ームの下壁の外側に設置することによりベルジャの全長
を従来よりも６５ｍｍ延長でき、また、ベルジャ下部の
ネック部を短くすることによりベルジャの直胴部を従来
よりも１１０ｍｍ延長できた。一方、下部ダクトを設け
ないで強制空気冷却する構成にしたことにより加熱ラン
プモジュールを従来よりも１７０ｍｍ延長でき、また、
従来はベルジャの直胴部の下端部までしかなかったサセ
プタを、延長したベルジャ下部の湾曲部に対峙する位置
まで延長することにより、サセプタの長さを従来よりも
１８０ｍｍ延長できた。さらに、加熱ランプモジュール
の上端部に位置する加熱ランプの方に下端部に位置する
加熱ランプよりも定格電圧でみてさらに３０〜６０ｖ高
い電圧を印加することにより、サセプタ上での均一温度
領域の長さを従来よりも１９０ｍｍ延長することがで
き、温度差に起因するスリップ等の結晶欠陥が発生しな
い領域を一層長くすることができた。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、フ
レーム内の空間をさらに有効活用することにより、成長
するエピタキシャル層の品質を低下させることなくバッ
チ容量を大幅に増加させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のバレル型気相成長装置の一実施例を示
す縦断面図である。

【図２】図１のバレル型気相成長装置の反応炉部を示す
横断面図である。

【図３】図１のバレル型気相成長装置で用いる加熱ラン
プモジュール４７の部分断面図である。

【図４】従来のバレル型気相成長装置の一例を示す縦断
面図である。

【図５】図４のバレル型気相成長装置の反応炉部を示す
横断面図である。

【図６】図４のバレル型気相成長装置で用いる加熱ラン
プモジュール４７の部分断面図である。

【符合の説明】

４０ バレル型気相成長装置 ４１ フレーム ４２ ベルジャ（反応炉） ４３ ウエーハ（半導体基板） ４４ サセプタ（半導体基板の保持手段） ４５ ハンガ ４６ 回転駆動装置 ４７ 加熱ランプモジュール（加熱手段） ４９ 加熱ランプ ５０ 反射板 ５１ スリット ５２ ブロア（強制空気冷却手段） ５４ 裏側冷却空気空間 ５５ 表側冷却空気空間 ５６ 上部ダクト ５８ 排気ダクト ５９ 熱交換器 ６１ 水冷装置 ６２ 排気フランジ ６３ 下部シリンダ（反応炉下部の支持手段） ６４ 窪み ６５ 調節弁 ６６ カバー ６７ モジュールフレーム ６８ 送風口 ６９ 空気取り入れ口 ７０ ネック部 ７１ アジャスターボルト ７２ スリット

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−241029（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−278718（ＪＰ，Ａ) 特表 平４−503736（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板の保持手段と、反応ガスの供
   給手段と、該半導体基板の保持手段を収容し内部に反応
   ガスが供給される反応炉と、反応炉の加熱手段と、反応
   ガスの排気手段と、該反応炉及び加熱手段を強制冷却す
   る強制空気冷却手段とをフレーム内に収容して設けられ
   てなるバレル型気相成長装置において、 前記反応炉の上部を一周して取り囲むように設けられ前
   記強制空気冷却手段の送風口と連通した上部ダクトと、
   前記加熱手段と前記反応炉の側壁との間に設けられ、上
   部で連通した前記上部ダクトを介して冷却空気を前記反
   応炉の側壁に沿って下方に流下させて前記反応炉の前記
   側壁を冷却する表側冷却空気空間と、前記加熱手段を取
   り囲むように設けられたカバーと、前記加熱手段と前記
   カバーとの間に設けられ、前記強制空気冷却手段の送風
   口と連通した裏側冷却空気空間と、前記反応炉の最下部
   周囲に設けられ、前記表側冷却空気空間と連通した排気
   ダクトと、前記排気ダクトと前記強制空気冷却手段の空
   気取り入れ口との間に設けられた熱交換器とを有する反
   応炉壁の冷却手段を備え、 前記フレーム下壁に設けられた窪みまたは穴の中に、実
   質的に前記フレーム下壁の外側に位置する前記反応炉下
   部の支持手段を備え、該支持手段により排気フランジを
   介して前記反応炉が支持されて垂直方向に延在し、 前記反応炉下部とこれに押し付けられる前記排気フラン
   ジとの密着性を良くするために設けてあるＯ−リングの
   焼付き防止用の耐熱板を、該反応炉下部のネック部に備
   え、 前記反応炉下部の湾曲部に対峙する位置まで延在する半
   導体基板の保持手段を備え、前記半導体基板の保持手段の上部側及び下部側に対峙し
   て延在する 加熱ランプモジュールの上部側と下部側に位
   置する加熱ランプに中央部よりも高い電圧を印加する
   際、加熱ランプモジュールの上部側に位置する加熱ラン
   プに下部側よりも高い電圧を印加する加熱手段を備え、前記強制空気冷却手段の前記送風口を前記上部ダクト近
   傍においてのみ、前記裏側冷却空気空間に直接接続した
   ことにより、下部ダクトを設けない構成とした ことを 特
   徴とするバレル型気相成長装置。
2. 【請求項２】 前記反応炉の加熱手段は前記反応炉を
   取り囲むように設けられ、放射エネルギを放射して該放
   射エネルギを透過する反応炉側壁を介し前記半導体基板
   と該半導体基板の保持手段を加熱する複数の加熱ランプ
   と、前記強制空気冷却手段からの冷却空気を前記裏側冷
   却空気空間から前記表側冷却空気空間に送風しながら前
   記加熱手段も同時に冷却するために、各加熱ランプの間
   及び各加熱ランプモジュールの間に設けられた複数のス
   リットとを有する加熱手段であることを特徴とする請求
   項１記載のバレル型気相成長装置。
3. 【請求項３】 前記強制空気冷却手段の送風口には前
   記上部ダクト及び前記裏側冷却空気空間への送風量の割
   合を調節する調節弁が設けられていることを特徴とする
   請求項１又は請求項２に記載のバレル型気相成長装置。