JPH042552B2

JPH042552B2 -

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Publication number: JPH042552B2
Application number: JP59035829A
Authority: JP
Priority date: 1984-02-27
Filing date: 1984-02-27
Publication date: 1992-01-20
Also published as: JPS60180998A; US4599069A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は分子線エピタキシヤル成長装置にお
ける半導体基板の保持装置に関する。

従来この基板の保持は専ら、インジウム、ガリ
ウム等の低融点金属を基板と基板保持台の間に敷
いて熱を加え、両者を接着する低融点金属接着法
か、基板保持台上に基板を載せ、その縁端部の数
ヶ所で金属の小片を使つてこれを圧接固定する金
属小片固定法が採用されて来たが、これらの方法
には次の欠点がある。即ち、低融点金属接着法で
は大面積の基板の裏面に均一に低融点金属を敷き
気泡を完全になくしてむらのない接着を行なうこ
とは困難であつて、このため接着部が不純物ガス
の発生源となり易く、また接着剤の熱伝導度が高
いため、気泡等混在の接着の不均一は熱伝導性に
むらを生じ、基板温度の面内分布の均一性が確保
されないうらみがある。また接着に要する時間が
長いため、その間の基板表面の汚染が大きいとい
う欠点がある。

更にエピタキシヤル成長完了後の基板を半導体
デバイス製造プロセスに投入使用するためには、
基板裏面の低融点金属を完全に除去する必要があ
るが、この除去作業では低融点金属は酸で除去す
るため、成長膜表面がこの金属で汚染する欠点が
ある。これはまたデバイス製造プロセス上で通常
行なわれている写真製版、レジスト塗布の際に問
題となる。

更にまた、接着がインジウムで行なわれたとき
ではエピタキシヤル膜成長中等に基板温度が例え
ば750℃を越えると、インジウムの蒸発が起り、
この金属が基板中に不純物として取り込まれるお
それがあり、厳重な温度管理を必要とする欠点も
ある。

一方、金属小片固定法では、基板の縁端部の数
ヶ所を高熱伝導性の金属小片で圧接固定するもの
であるため、圧接固定部分の近傍にて著るしい基
板温度の不均一を生ずる。また、機械的にあまり
に強く圧接固定しているため、熱膨脹・収縮の際
基板にストレスが加わり、基板上の成長膜に欠陥
が入るという不都合も生じている。

この欠陥即ち結晶格子の欠陥はクロスハツチと
呼ばれる格子状直線群の形で発生しその線数の多
少によつて欠陥を評価することができる。

本願の発明者らの実験によつてクロスハツチ発
生の理由では次の(A)、(B)が主導的であることが判
明した。

(A) 基板表面が均一の温度を持たない。

(B) 基板表面に機械的な歪が存在する。

かつ(A)、(B)の両理由が存在するとき欠陥の発生
が加速されることも明らかになつた。しかるに、従来の接着法によらない保持はすべて耐熱性の
金属例えばMo等で作られた平板状保持具の上に
直接基板を置き、これを金属小片等で圧接固定し
ているため殆んどの場合小片圧接部にて、(B)の上
に(A)の理由が重ねられた状態となつている。

本発明は、これら従来の欠点を持たない均一加
熱可能な基板保持装置の提供を目的とする。本発
明は従来よりもはるかに脱着の容易な簡便で安価
な基板保持装置の提供を目的とする。更にまた、
本発明は、ガス抜きが容易で、高温の処理にもス
トレスを生ぜず、基板に温度不均一を生むことの
ない新規の基板保持装置の提供を目的とする。

基板の保持では上記(A)、(B)の解消のほかに、基
板の温度を迅速に制御できることも重要である。
但しこの制御は基板表面の温度の均一性を確保し
つゝ行なわれるのでなければならない。これは、
結晶成長の制御を確実に行なうための条件であ
り、近年殊にその要求が急になつたものである
が、従来の基板保持装置の殆んどがこの条件を欠
いている。

本発明はこの要件をも満足させる基板保持装置
の提供を目的とする。

基板加熱部材を使用せず、基板自体を直接、加
熱装置で加熱する場合は温度制御の応答は速くな
りそうであるが、多くの結晶基板は赤外線吸収率
が極めて低く、また加熱装置の発熱体の形状がそ
のまま、基板に投影されて基板に温度の不均一が
生じる。

又、該基板加熱部材にMo等の高反射率の部材
を使用した場合には、この基板加熱部材を昇温す
る際に、大きい加熱電力が必要となり、基板加熱
部周辺からの不純物ガス放出量が大になり基板中
に不純物として取り込まれる恐れがある。本発明
はこれらの問題の解決をも目的としている。

以下図を用い、実施例によつて本発明を説明す
る。

第１図は本発明の実施例であつて、１はＣリン
グ（Ｃ型止め輪）で、高融点金属であるタングス
テンまたはモリブデンを素材とした線材で作られ
ている。

２はこれも高融点金属のモリブデン製の基板保
持台、３は円板状の基板加熱部材、３１は、環状
の基板加熱保持部材で両者はともに、耐熱性かつ
高熱伝導度のパイロリテイツクグラフアイトを素
材とする。１，２，３１をこゝでは基板保持具と
呼ぶことにする。４は円板状の半導体基板、５は
基板加熱用ヒーター、６は分子線の飛来方向であ
る。

本発明では基板保持台２の上に環状の基板加熱
保持部材３１を、更にその上に円板状基板４、円
板状の基板加熱部材３をそれぞれ熱変化分以上の
間隙を持たせて設置したのち、基板保持台２の開
孔部の内壁のＣリング溝１０に基板離脱防止リン
グ１をはめ込んでいる。そして円板状基板４のよ
く研磨された背面と基板加熱部材の研磨された表
面は良好な接触状態を保ち充分な熱伝達が行なわ
れるようになつている。

このとき基板は、その面に平行な方向について
遊〓を与えている。また、基板はその板面に垂直
な方向については基板加熱部材３の自重によつて
これと圧接し、環状の基板加熱保持部材にその周
縁部を預けて係止している。この係止は10ｇｒ／
cm²以下の面接触圧力で行なわれる。この圧力以下
では、基板成長面にはストレスによる直線状の結
晶欠陥は生じない。かつこの圧力以上では、成膜
中に多数の直線状の欠陥の生ずる確立が急速に増
す。基板４は、その背面全面に亘る接触部を経由
する基板加熱部材３からの伝導熱で加熱される
が、この基板加熱部材３はパイロリテイツクグラ
フアイト製もしくはグラフアイト製であつて、高
熱伝導性のために、その全面に亘つてほぼ均一な
温度を有することとなる。また、パイロリテイツ
クグラフアイトもしくはグラフアイトは赤外線か
ら近赤外線領域で高吸収率、低反射率のため、加
熱電力が少なくて済み、温度昇降の応答が速い。
それはまた基板加熱部周辺からのガス放出を低減
させて、分子線エピタキシヤル成長中の成膜への
不純物の取り込みの恐れがなくなる。

なお、この基板加熱部材３は実施例のパイロリ
テイツクグラフアイトを素材とするもの限定され
ない。高温に耐え、高い伝熱性をもち赤外線から
近赤外線の波長領域で高吸収率、低反射率を有す
るものであればすべて素材とすることができる。
（困みに、波長0.6ｍ〜1.06ｍの赤外線領域でMo
とグラフアイトを比較すると、反射率は0.7〜0.9
に対し0.06以下、輻射率は0.97に対し0.096〜
0.292、であつて大差がある。）なお、保持部材の
形状構成、個数も実施例のものに限定されるもの
ではなく、本発明の趣旨を尊重した応用変形が可
能である。

第２図の実施例は、第１図の基板保持台２と基
板加熱保持部材３１を一体化してパイロリテイツ
クグラフアイト製の保持部材２３に置換したもの
を示している。このときはＣリング１の弾力によ
る圧力と、基板加熱部材３の自重が基板４の背面
の接触を確保し、これらに基板４の自重を加えた
力が基板を保持する力となる。基板の表面の周縁
においてこの保持力が10ｇｒ／cm²以下を要するの
は先述の通りである。

また、第３図の実施例は、第２図のＣリング１
と、部材２３の下端の基板周縁係止リング部２１
とを、上下逆に配置したものを示している。この
ときは基板は、その周縁部をＣリングとの線接触
によつて保持されることになる。実験によつて、
線接触による保持では1.5ｇｒ／cm以下の保持力
であることが要求されることが判明している。こ
れ以上の力では急速にクロスハツチング発生の確
率を増す。

更に第４図ａの実施例では、パイロリテイツク
グラフアイト製の保持部材２３はやゝ部厚く広い
円板形状のもので、これに多数の基板保持孔２３
１，２３２，２３３，……が設けられている。各
基板保持孔には第４図ｂ（拡大断面図）に示すよ
うに基板周縁係止リング部２１が設けられてあ
る。それぞれの中に基板４１，４２，４３，……
に続いて基板加熱部材３１，３２，３３，……を
落し込むことで基板を保持せしめる。

基板４１等の保持及び、基板４１等と基板加熱
部材３１等の接触伝熱は、それらの自重で行なわ
れるようにしてある。この実施例の場合は基板の
取り付け、離脱が極めて容易である。多数の基板
に対し、一工程で等質の膜成長を行ないうる長所
もある。

本発明の基板保持装置は上記の通りであるた
め、高温の熱サイクルに対しても基板にストレス
を発生せず、均一に分布した基板温度を容易に確
保できる。装置が簡単であるため半導体デバイス
製造プロセスでの基板の取扱いが簡単になつて自
動化を可能にする利点もある上、多数基板を同時
に均一に加熱し膜成長させることも出来る。

【図面の簡単な説明】

第１，２，３図はそれぞれ本発明の実施例の基
板保持装置の側断面図である。第４図ａは別の実
施例の平面図、第４図ｂはその一部の拡大側面図
である。１：Ｃリング、１０：Ｃリング溝、２：基板保
持台、２３：保持部材、３：基板加熱部材、４：
半導体基板、５：基板加熱用ヒーター。

Claims

【特許請求の範囲】１基板加熱装置、基板、基板保持具を具えた分
子線エピタキシヤル成長装置用の基板保持装置に
おいて、該基板と該基板加熱装置との間に該基板
の全背面に亘つて伝熱接触部を有する耐熱性、高
伝熱性、かつ低反射率の基板加熱材を設けるとと
もに、該基板加熱部材と該基板の背面を該基板加
熱部材に働く重力で密着させ、該基板はその前面
の周縁部で該基板保持具に保持せしめたことを特
徴とする分子線エピタキシヤル成長装置用の基板
保持装置。２該基板加熱部材がパイロリテイツクグラフア
イト又は、焼結グラフアイトを素材とするもので
ある特許請求の範囲第１項記載の分子線エピタキ
シヤル成長装置用の基板保持装置。３該基板の前面の周縁が該基板保持具に面接触
で保持されることを特徴とする特許請求の範囲第
１又は２項記載の分子線エピタキシヤル成長装置
用の基板保持装置。４該面接触で保持される力が10ｇｒ／cm²以下で
あることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載
の分子線エピタキシヤル成長装置用の基板保持装
置。５該基板の前面の周縁が該基板保持具に線接触
で保持されることを特徴とする特許請求の範囲第
１又は２項記載の分子線エピタキシヤル成長装置
用の基板保持装置。６該線接触で保持される力が1.5ｇｒ／cm以下
であることを特徴とする特許請求の範囲第５項記
載の分子線エピタキシヤル成長装置用の基板保持
装置。