JPH01262619A - 気相成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野］ 本発明は、半導体基板上にエピタキシャル膜全気相成長
させたり、Ｘ線リソグラフィで用いるＸ線マスクを作製
する工程で基板上に所定の薄膜を気相成長させたりする
ためなどに用いられる装置に係るもので、特に１ないし
少数枚の基板用に適した装置に関するものである。

（従来の技術） 従来、少数枚の基板用として用いられた気相成長装置と
して、第３図に示す構成の装置が知られている。この装
置は、石英ガラス製のベルジャ２とステンレス展のベー
スプレート３によっテ反応室１を形成すると共に、上端
開口をトッププレート４で閉じ、反応室１内に石英ガラ
ス製のサセプタ支え５によってカーボン袈のサセプタ６
を支持している。サセプタ支え５は図示しないモータに
よって回転を与えられ、サセプタ６上には基板７が載せ
られる。ベルジャ２の外側には、サセプタ６と略同−軸
心上に巻回されたＲＦコイル８が設けられ、サセプタ６
を誘導加熱し、このサセプタ６によって基板７を加熱す
る。そして、反応ガス導入管９によって反応ガスを反応
室１内に導入し基板７上に薄膜を気相成長させる。なお
、１０は排気口である。

（発明が解決しようとする課題） 上記の第３図に示した従来装置は、初期の気相成長装置
として、２インチウェノ・や３インチウェハを１枚ずつ
処理するエピタキシャル炉やＣＶＤ炉に用いられたもの
であるが、基板の大口径化や生産性の向上などの理由か
ら近年にはとんど用いられていなかった。すなわち、こ
の装置は、ＲＦ加熱のスキンデブプス効果により、サセ
プタ６の外周側が加熱され、中心部は外周側からの熱伝
導によって加熱されるため、半径方向の均熱化ができず
、本願発明者らの実験によれば、最もよい例でも内外で
７０℃程度の温度差を生じ、基板７が大径化すると膜厚
分布の均一性やスリップの発生などの問題を生じた。

なお、近年では第４図に示すように、大径のサセプタ６
ａを用いＲＦコイル８ａｉサセプタ６ａの下方に設け、
少なくともＲＦコイル８ａが対向する部分のサセプタ６
ａの温度分布を均一化して、その部分の上面に基板７を
配列する方式のものが用いられている。

しかしながら、最近、ｌ−Ｖ族のＭＯＣＶＤ装置やＸ線
マスクを作製する工程でのＳｉＣ膜の気相成長等の用途
や少量生産炉として、第３図に示したような１ないし少
数枚用の気相成長装置が、再び使用されるようになって
きた。

ところが、第３図に示す装置は、上記のような欠点があ
り、また第４図に示す装置は、構造的にサセプタ６ａの
中心部を加熱することができないため、中心部を避けて
基板７を載せる必要があり、この次め反応室Ｉが大形に
なり、１ないし少数枚用のものには適さない欠点がある
。

本発明は、１ないし少数枚の大径基板への気相成長をよ
り小形の装置で実現でき、かつ膜厚分布の均一化やスリ
ップの発生防止が可能な気相成長装置を提供することを
目的としている。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段］ 上記目的を達成する定めの本発明は、石英ガラス製の反
応室の外側にこれを囲むようにＲＦコイルを配し、反応
室内にＲＦコイルの軸心と略同心になるように置かれる
サセプタを、ＲＦコイルにより誘導加熱すると共に、反
応室内に導入される反応ガスによりサセプタ上に載せら
れて加熱されている基板上に薄膜を気相成長させる装置
において、サセプタの下部に、このサセプタより外径が
大きく中心部付近でサセプタに接触し外周部付近で接触
しない形状の加熱体金膜け、この加熱体とサセプターｉ
ＲＦコイルによって加熱するようにしたものである。

上記サセプタと加熱体は一体形成してもよく、また加熱
体の中心部には穴を設けることが好ましい。さらにまた
、サセプタの上方には間隔を置いて、上記ＲＦコイルに
よって加熱される副加熱体を設けるとよい。

（作用） 本発明によれば、サセプタの外周側はＲＦコイルによっ
て誘導加熱され、サセプタの中心側はＲＦコイルによっ
て加熱される加熱体に接触しているために、この加熱体
からの熱伝導によって加熱される。そこで、サセプタは
中心から外周までの半径方向の全域にわたってエリ均一
に加熱され、中心部を含む半径方向の温度分布が改善さ
れる。

このため、大口径の基板全小形の装置で処理できる。

加熱体の中心に設けられた穴は、加熱体力・らの熱伝導
がサセプタの中心に集中し過ぎることによる温度分布の
不均一を防止すると共に降温時の冷却速度を高め、また
、副加熱体は基板の表裏の温度差を減少させ、スリップ
の発生をより確実に押えると共に昇温、降温工程の時間
全短縮可能にするＯ （実施例） 以下本発明の一実施例について第１図を参照して説明す
る。１は反応室、２は石英ガラス製のベルジャ、３はベ
ースプレート、４はトッププレート、７は基板、８はＲ
Ｐコイル、９は反応ガス導入管で、これらは第３図に示
す同一符号の部材と同様のものである。基板７を載せる
サセプタ１１は、裏面中央に突部ｆｌａｔ有し、この突
部１１８により加熱体１２上に保持されている。加熱体
１２は、サセプタ１１と同様にＳｉＣコーＩｆ施こした
カーボン製であり、上面中央に前記突部１１８ｆｔ受入
れる凹部１２ａ　を有している。なお、この加熱体１２
はサセプタ１１より所定寸法だけ大径である。

加熱体１２の中央には、上方に向って細くなるテーバの
穴１３が明けられ、サセプタ１１の突部１１３の中心に
は、穴１３に対応する凹部１４が設けられている。穴１
３の上部開口の径は、加熱体１２に対するサセプタ１１
の接触位置と接触面積全調節する役目金有し、突部１１
８の外径と共に該役目を果たすべくその寸法が定められ
る。

加熱体１２は、第３図に示したサセプタ支え５と同様の
石英ガラス製の回転軸１５の上端に設けられたフランジ
＋５３によって支持され、図示しないモータにより回転
を与えられる。なお１６は通気孔であ　　　　　　　　
　　　　　　る。

次いで本装置の作用について説明する。ＲＦコイル８に
高周波電流全印加することにより、加熱体１２お工びサ
セプタ１１はＲＦスキンデップス効果により外周付近に
誘導電流を生じ、これによって該外周付近が誘導加熱さ
れる。この誘導加熱の強さは、ＲＦコイル８と加熱体１
２またはサセプタ１１との距離の２乗に反比例する。し
かして、本装置は、サセプタ１１工リ加熱体１２が大径
であるため、加熱体１２の方が強く誘導加熱される。

サセプタ１１の外周付近は、上記のように誘導加熱され
て高温となり、この熱は中心部に伝達されるが、このサ
セプタ１１　内のみの熱伝導では、中心部の温度は外周
部エリ低く４る。

ところで、上記のようにサセプタ１１と同様にＲＦコイ
ル８によって誘導加熱された加熱体１２の外周付近の熱
は、加熱体１２内を通してサセプタ１１の裏面に設けら
れている突部１１８に伝達される。この突部１１ａは、
サセプタ１１の中央部に位置しているため、該中央部を
積極的に加熱する。

このサセプタ１１の裏面からの加熱は、突部１１８の外
径と、加熱体１２の穴１３の上端開口径とによって決ま
る加熱体１２へのサセプタ１１の接触位置と接触面積に
エラで加熱の場所と度合が定められているため、サセプ
タ１１の中心のみを集中的に加熱することなく、サセプ
タ１１の中心から外周付近までのほぼ全表面をエリ均一
な温度分布にする０ そこで、基板７は、全面にわたって均一に加熱され、ス
リップの発生が押えられると共に、均一な膜厚分布が得
られる。

また、加熱体１２は、サセプタ１１の中心付近を加熱す
る作用のほかに、サセプタ１１の裏面および外周面の加
熱を輻射によってバックアップすると共に、サセプタ１
１の周囲の反応ガスの加熱をバックアップする作用金も
有し、このバックアップに工りサセプタ１１が小形で熱
容量が比較的小さくても基板７を安定的に加熱すると共
に、スリップ発生防止および膜厚均一化を１９完全にす
る。

さらにま九、加熱体１２の穴１３およびサセプタ１１の
裏面の凹部１４は、気相成長を終了した後の冷却時にお
けるサセプタＩＩの均熱化ならびに冷却速度を高める働
きを有している。

次に上記装置の実験例金示す。サセプタ１１の外径１５
０■、厚さ１５電、加熱体１２の外径１６０＋ｍ。

厚さ４０箇、サセプタ１１の裏面と加熱体１２の上面と
のギャップｆ’ｚｌＱｍ、突部１１ａの外径ヲ８０１、
穴１３の上端開口径ｔ−４０目とし、サセプタ１１の上
面中央に直径１２７＋ｍ、深さ０．６５ｍｍの平らなザ
グリ１ｌｂｔ−設けて、この中に５インチ（１２７■）
のシリコンウェハ（基板７）をセットし、ＲＦコイル８
に７ＫＨ２の高周波電流を印加し、昇漏勾配を制御しつ
つ３０分間で常温から１２００℃まで加熱して、この温
度に１０分間保持し、その後３０分間掛けて７００℃ま
で降温した後、ＲＦコイル８への給電を絶って常温まで
冷却した。サセプタ１１および加熱体１２は、それぞれ
高純度黒鉛に５ｉＣｉコーデイングしたものを用いた。

その結果、シリコンウェハにはスリップが全く発生せず
、フラットネステスタによる変形量の測定でも、昇温前
とほとんど変化していなかった０これは、昇温、降温時
を含めて均一な温度分布が得られ几ことを示している。

ま念、シリコンウェハを載せずに単に昇温し念結果、サ
セプタ１１は加熱体１２に対し約８０℃低くかったが、
外周部と中心部の温度差はほとんどなく、オプティカル
パイロメータの測定値でも１０℃あるかないかまでの均
熱化が因れ友。

これに対し、第３図に示し友従来装置で、サセプタ６の
外径ｉ＋５ｏｍ、厚さ７０．、とし、７ＫＨ２の高周波
電流により上記と同じシリコンウニノＳを上記と同様に
加熱したところ、シリコンウニノーは大きく変形し、ス
リップも多く発生した。またサセプタ６の外周部と中心
部の温度差は約７０℃であっ九。

第２図は基板７の表裏の温度差を減少させるため、サセ
プタ１１の上方に間隔を置いて副加熱体１７を配したも
のである。副加熱体１７は、加熱体１２と同様にＳｉＣ
コートを施こしたカーボン製で６す、ＲＦコイル８にエ
リ加熱され、これから発生する輻射熱により基板７を表
面から加熱するようになっている。なお、この副加熱体
１２の中心付近と外周付近の温度差を補償するため、そ
の上方に加熱体１２と同様の加熱体を設けてもよい。

副加熱体１７は、複数本の石英ガラス製のタイバ１８に
よって加熱体１２に支持されている０また、反応ガス導
入管１９は、ペースプレート３を貫通してサセプタ１１
と副加熱体１７との間にガスを吹出すようになっている
。

第１図に相当する前記実験装置に対し、外径１６０鱈、
厚さ１０簡の高純度黒鉛板に５ｉＣｉコーテイングした
副加熱体１７ヲ、同副加熱体１７とサセプタ１１との間
隔゛が１０−ｗとなるように設定して、加熱試験を行な
ったところ、昇温、降温時の温度勾配を大きくして昇温
、降温工程の時間全短縮しても、スリップの発生がなく
、基板７内の温度差を生じ易い昇温、降温時にも温度分
布の均一化が十分に図られることが実証された。

前述し次実施例は、サセプタ１１と加熱体１２を別々に
形成した例を示したが、これらを一体に形成してもよく
、また、サセプタ１１と加熱体１２との非接触部のギャ
ップ２の値全半径方向に沿って変化させることによりサ
セプタ１１の温度分布の一層の均−代金図っても工い。

さらにまた、前述した実施例では、サセプタ１１の中央
に基板７を１枚だけ載せる例を示したが、基板７が比較
小径の場合は３〜４枚配列してもよいことは言うまでも
ない。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、小形の装置で１ない
し少数枚の基板を均一に加熱することができ、膜厚分布
の均一化やスリブプ発生防止を図ることができ、また加
熱体の中央に穴を設けることによりサセプタ中央付近の
温度分布をより改善できると共に冷却時間を短縮でき、
さらにまたサセプタの上に副加熱体を設ければ、基板の
厚さ方向を含めて一層均一な加熱ができ、そのため昇温
、降温時の温度勾配を大きく取ることができ、昇温、降
温工程時間を短縮できる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例金示す概要断面図、第２図は
本発明の他の実施例を示す概要断面図、第３図は従来装
置の概要断面図、第４図は多数枚用 凶の従来装置を示す概要断面図である。 １・・・反応室、　２・・・ベルジャ、１０・・・排気
口、　　Ｉ２・・・加熱体、　１３・・・穴、１５・・
・回転軸、　　１７・・・副加熱体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、石英ガラス製の反応室の外側に同反応室を囲むよう
   にＲＦコイルを配し、該反応室内に前記ＲＦコイルの軸
   心と略同心になるように置かれるサセプタを、前記ＲＦ
   コイルにより誘導加熱すると共に、反応室内に導入され
   る反応ガスによりサセプタ上に載せられて加熱されてい
   る基板上に薄膜を気相成長させる装置において、前記サ
   セプタの下部に、該サセプタより外径が大きく中心部付
   近で該サセプタに接触し外周部付近で接触しない形状の
   加熱体を設け、同加熱体とサセプタを前記ＲＦコイルに
   よって加熱するようにしたことを特徴とする気相成長装
   置。 ２、サセプタと加熱体が一体形成されていることを特徴
   とする請求項１記載の気相成長装置。 ３、加熱体の中心部に穴を設けたことを特徴とする請求
   項１または２項記載の気相成長装置。 ４、サセプタの上方に間隔を置いて、前記ＲＦコイルに
   よって加熱される副加熱体を配したことを特徴とする請
   求項１、２または３項記載の気相成長装置。