JPH03296214A - 光ｃｖｄ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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光ＣＶＤ装置に係り、特に成膜中の被膜基板
の温度を正確に検知することのできる光ＣＶＤ装置に関
する。

〔従来の技術〕

基板上に成膜を施す場合、その温度を正確に把握してい
くことは、膜の厚さ制御等をするのに重要となる、。

例えば、半導体エピタキシャル装置、真空蒸着装置にお
いては、第９図に示すように、所謂、パイロメータによ
って、赤外線の強度を測定し、間接的に温度を検知する
ようになっている。同図において、ヒータ５３によって
加熱される基板５２を収納する反応容器５１にビューイ
ングボート５４が形成され、このビューイングポート５
４からの赤外線をパイロメータ５５が検知するようにな
っている。なお、このパイロメータ５５には検出器５６
が接続されている。

また、熱ＣＶＤ装置、プラズマＣＶＤ装置においては、
基板であるウェハの処理枚数が多く、装置構造が複雑で
あり、さらに、反応容器面に膜の付着が生じる等の理由
により、上記のような温度検知はなされず、ヒータ近傍
の温度を代表温度として検知がなされるにすぎなかった
。

さらに、光ＣＶＤ装置においても、同様の理由でヒータ
近傍の温度を代表温度として検知がなされるにすぎなか
った。第８図は、従来の光ＣＶＤ装置を示したものであ
る。同図において、反応室３１があり、この反応室３１
の上部にはランプハウス３２が配置されている。前記反
応室３１内には、基′Ｆｉ３５を載置するサセプタ３６
があり、このサセプタ３６は回転軸３９によって回転さ
れるようになっている。前記サセプタ３６の下方には、
赤外線ランプ３７が配置され、その赤外線は反射板３８
によって前記サセプタ３６側に反射されるようになって
いる。前記サセプタ３６と赤外線ランプ３７との間には
、熱電対４４が配置され、その電極は反応室３１の外側
に引き出されている。

前記基板３５の表面には、ガス供給口４０からのガス流
入によってガス流雰囲気が形成されるようになっており
、その後、該ガスは排気口４１へ排出されるようになっ
ている。前記ガス流雰囲気領域とランプハウス３２とは
サポートプレート４２によって支持された光透過窓３４
によって隔されている。前記ランプハウス３２内には、
紫外線ランプ３３が配置され、また、このランプハウス
３２の外側にはビューイングボート４５を介してパイロ
メータ４６が配置されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしなから、近年において、半導体装置の集積度が高
くなり、またＧａＡｓ等のように低温での成膜が要求さ
れる等の事情により、極めて正確に温度を検知し、この
温度を正確に制御させることによって、膜の堆積速度、
デバイスの特性等の歩溜り、再現性への厳しい要求が高
くなりつつある。

このような状況下において、第８図に示す光ＣＶＤ装置
は、赤外線ランプ３７の近傍に配置された熱電対４４に
より、まず温度を検知し、あらかじめ求めてあった基板
３５の表面温度と該熱電対測定値との校正曲線によって
、前記基板３５の表面温度を間接的に知るのみであった
。したがって、正確な温度検知といえるものではなく、
実際、前記基板３５の温度が３００°Ｃのとき、熱電対
４４の指示値は約３８０°Ｃとなり、その差は極めて大
きいものであった。

また、パイロメータ４６によって温度を測定するにして
も、赤外線ランプ３７との間に紫外線ランプ３３が配置
されており、この紫外線ランプ３３は紫外線の透過率の
良好な合成石英ガラスで作成されている。したがって、
合成石英ガラスにおける波長と透過率の関係を示す特性
図である第３図から明らかなように、０．８〜３μｍの
赤外線領域の透過率は極めて低く、このことは、前記赤
外線ランプ３７からの赤外線が前記紫外線ランプ３３に
遮られて充分な赤外線が前記パイロメータ４６に到達で
きないものであった。また前記光透過窓３４にあっても
合成石英ガラスで形成されており、同様の問題があった
。

本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、極
めて正確に基板の温度を検知することのできる光ＣＶＤ
装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

このような目的を達成するために、本発明は、基本的に
は、第１にランプハウス側に取り付けられ、かつ検知端
が光透過窓に対向するように延在されてなる放射温度計
を備えること、第２に光透過窓のうち・検知端に対向す
る一領域部を赤外線透過性の良好な石英ガラスによって
形成したことである。

［作用］ このように構成した光ＣＶＤ装置は、その温度制御にお
いて、基板の成膜面側における温度が最も正確なものと
なる。しかし、前記基板の成膜面側はガス流雰囲気とな
っていることから、このガス流雰囲気を隔する光透過窓
の裏面、すなわちランプハウス内に温度計を設けるよう
にしている。

しかも、このランプハウス内には紫外線ランプが内蔵さ
れていることから、この紫外線ランプの配置箇所を避け
て検知端を前記光透過窓に対向させるようにして放射温
度計を備えるようにしたものである。

さらに、前記光透過窓は、前記ランプハウス内の紫外線
ランプからの紫外線を反応室側に照射させるだめのもの
であり、反応室内の赤外線ランプからの赤外線がランプ
ハウス内に充分照射されないことから、特に、前記光透
過窓のうち前記検知端に対向する一領域部を赤外線透過
性に優れた石英ガラスによって形成したものである。

このようにすることによって、前記基板に近接して温度
計の検知端を配置することができることから、極めて正
確に基板の温度を検知することができるようになる。

〔実施例〕

第１図は、本発明による光ＣＶＤ装置の一実施例を示す
構成図である。同図において第８図と同符号のものは同
一機能を有するものである。第８図においてランプハう
ス３２の上面に設けられる温度検知手段としては、所謂
、ファイバ式放射温度計１５が用いられている。このフ
ァイバ式放射温度計１５は、ファイバ１５Ａを有し、こ
のファイバ１５Ａは、前記ランプハウス３２内に延在し
紫外線ランプ３３の間を通って、先端が光透過窓３４に
対向して配置されている。前記光透過窓３４との間の距
離はＤに設定されている。また、前記ファイバ１５Ａの
径は３〜４胴に設定されている。

また、前記ファイバ１５Ａの材料としては、ゲルマニウ
ムであることが望ましい。その理由は測定温度帯域が２
５０〜４００°Ｃであり、ゲルマニウムの波長吸収帯域
が１．８〜３μｍであるからである。このようにゲルマ
ニウムの波長吸収帯域が１．８〜３μｍであることは第
４図から明らかなように赤外線の透過率が極めて良好と
なる。

そして、このファイバ１５Ａは、その基部において前記
ランプハウス３２にフィッティング１４を介して固定さ
れており、このフィッティング１４内で電気信号に変換
され、この電気信号は検出器１６に入力されるようにな
っている。

さらに、前記光透過膜３４の平面図である第２図に示す
ように、光透過膜３４の中央部２２、すなわち前記ファ
イバ１５Ａの先端が対向する領域において、ガラスの材
料がその周辺領域に対して異なっている。前記光透過膜
３４の周辺領域においては、合成石英ガラスで形成され
ているのに対して、その中央部２２においては赤外線透
過性の良好な石英ガラスで形成されている。この赤外線
透過性の良好な石英ガラスと前記合成石英ガラスとは、
例えば、溶着によって接着され、−枚の光透過窓３４を
構成している。

前記赤外線透過性の良好な石英ガラスは、通常、真空中
での電気溶融により製造されるもので、水分がほとんど
含まれず、このため、第４図に示すように、０．８〜３
μｍの赤外線領域の波長に対して透過率が極めて良好と
なるものである。同図は、赤外線透過石英ガラスにおけ
る波長に対する透過率を示す特性図である。

また、前記石英ガラスの直径をｄとすると、ｄ−Ｏ，８
３Ｄ以上に設定されている。このようにすることによっ
て、この石英ガラスを透過されてきた赤外線は前記ファ
イバ１５Ａの先端で充分検知されるようになる。

このように構成した光ＣＶＤ装置を用いて、実際にガス
を流した場合と、流さない場合での基板温度実測値と放
射温度計測定値との関係を表したものがそれぞれ第５図
と第６図である。第５図では、２５０°Ｃまでは放射温
度計測定値が基板温度実測値と・一致していないことが
判る。この理由は、基板が加熱されていない状態であっ
ても、紫外線ランプにより加熱された反応室の壁からの
赤外線、あるいは、近傍の物質からの外乱による赤外線
の量が、基板から放射される赤外線の量よりも多いため
である。しかし、ＣＶＤを行う際の実用温度は２５０〜
４００°Ｃであり、この範囲の温度ではその関係がリニ
アに変化することが判る。４００°Ｃでは、双方の温度
差は２０°Ｃと小さいものであった。

また、第６図は、ガスを流した場合も、ガスを流さない
場合と同様に２５０〜４００　”Ｃの範囲内ではリニア
に変化し、４００″Ｃでは、放射温度計測定値が基板温
度実測値との温度差はわずかに５°Ｃと１．２５％のず
れしか生じていないことが判明した。このようにガスの
有無によって相違が生じるのは、ガスによる基板の冷却
作用が、結果的に１０ 測定温度と実測温度との関係に影響を与えているものと
思われる。

以」二、本実施例による光ＣＶＤ装置によれば、その温
度制御において、基板３５の成膜面側における温度が最
も正確なものとなるが、前記基板３５の成膜面側はガス
流雰囲気となっていることから、このガス流雰囲気を隔
する光透過窓３４の裏面、すなわちランプハウス３２内
に放射温度計１５を設けるようにしている。しかも、こ
のランプハウス３２内には紫外線ランプ３３が内蔵され
ていることから、この紫外線ランプ３３の配置箇所を避
けて検知端を前記光透過窓３４に対向させるようにして
前記放射温度計１５を備えるようにしたものである。

さらに、前記光透過窓３４は、前記ランプハウス３２内
の紫外線ランプ３３からの紫外線を反応室３１側に照射
させるためのものであり、前記反応室３１内の赤外線ラ
ンプ３７からの赤外線がランプハウス３２内に充分照射
されないことから、特に、前記光透過窓３４のうち前記
検知端に対向する一領域部を赤外線透過石英ガラスによ
って形成したものである。

このようにすることによって、前記基板３５に近接して
放射温度計１５の検知端を配置することができることか
ら、極めて正確に基板３５の温度を検知することができ
るようになる。

また、第１図においては、ガス供給口４０のガス吹き出
し口は、セラミックス又は金属の焼結体等からなる多孔
体で形成されており、ガス供給口４０内はその上部が不
活性ガス等の光化学反応に関与しないガスを供給する区
画部と、その下部は光化学反応に寄与する反応ガスを供
給する区画部とからなっている。

このようなガス供給口４０によって光透過窓３４側には
、不活性ガス等の光化学反応に関与しないガスが層流と
なって流れ、基板３５側には反応ガスが層流となって流
れるために、光透過窓３４には反応生成物等の付着が確
実に防止され、ファイバ式放射温度計１５による基板１
５の温度を精度良く検出することができる。

第７図は、第１図に示す構成に加えて、従来と同様の熱
電対４４を従来と同様の位置に取り付け、温度制御を行
うようにした他の実施例を示す構成図である。

同図において、熱電対４４から出力はＰＩＤコントロー
ラ７６に入力され、この入力に応じてリレー７８を介し
た出力がサイリスタ７９に出力されるようになっている
。このサイリスタ７９には前記ＰＩＤコントローラ７６
からの出力に応じて交流電源８０からの電源が赤外線ラ
ンプ３７に供給されるようになっている。この電源供給
は、約２５０°Ｃ（第５図及び第６図の２５０°Ｃに対
応する）までの温度において、前記熱電対４４からの出
力に基づいて制御されるようになっている。

また、２５０°Ｃ以上になった場合、前記ＰＩＤコント
ローラ７６の制御によって前記リレー７８が切り替わり
、放射温度計１５からの出力は、変換器７３．ＰＩＤコ
ントローラ７５及び前記リレー７８を介して前記サイリ
スタ７９に入力されるようになっている。

このように構成することによって、２５０°Ｃ〜４００
°Ｃの実用温度領域での温度制御を正確に行うことがで
きるようになる。

〔発明の効果〕

以上説明したことから明らかなように、本発明による光
ＣＶＤ装置によれば、極めて正確に基板の温度を検知す
ることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光ＣＶＤ装置の一実施例を示す構
成図、第２図は前記光ＣＶＤ装置に取り付けられる光透
過窓の一実施例を示す構成図、第３図は合成石英ガラス
の波長と透過率の関係を示す特性図、第４図は石英ガラ
スの波長と透過率の関係を示す特性図、第５図及び第６
図はそれぞれ本発明による光ＣＶＤ装置の効果を示す実
験データを示すグラフ、第７図は本発明による光ＣＶＤ
装置の他の実施例を示す構成図、第８図は従来の光ＣＶ
Ｄ装置の一例を示す構成図、第９図は従来の真空蒸着装
置の一例を示す構成図である。 １５・・・・・・放射温度計、１５Ａ・・・・・・ファ
イバ、３１・・・・・・反応室、３２・・・・・・ラン
プハウス、３３・・・・・・紫外線ランプ、３４・・・
・・・光透過窓、３５・・・・・・基板、３７・・・・
・・赤外線ランプ、４０・・・・・・ガス供給口、４１
・・・・・・排気口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガス流雰囲気に面して配置される基板と、この基
   板の周囲に加熱させる赤外線ランプとを内蔵する反応室
   と、前記基板の成膜面側に光透過窓を介して前記反応室
   と隔され、かつ紫外線ランプを内蔵するランプハウスと
   を備えた光ＣＶＤ装置において、前記ランプハウス側に
   取り付けられ、かつ検知端が前記光透過窓に対向するよ
   うに延在されてなる放射温度計を備えると共に、前記光
   透過窓のうち前記検知端に対向する一領域部を赤外線透
   過性に優れた石英ガラスによって形成したことを特徴と
   する光ＣＶＤ装置。