JPH0437692A - 基板の加熱装置 - 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】 １策よ夏■里玉上 本発明は基板の加熱装置、より詳細には赤外線ランプに
対向する面が赤外線透過性材料で形成された容器と、該
容器の内部に基板を載置するための試料台とを備えた基
板の加熱装置であって、シリコンウェハ等の基板へエピ
タキシャル成長させる際等に使用されるものに関する。

ｍ土凹且ｌ エピタキシャル成長は集積回路等の製造工程のつとして
利用されている。従来、この工程には基板の加熱の不均
一が原因で熱応力が発生し、高温による基板の機械的強
度の低下とあいまって基板にスリップ等の欠陥を発生さ
せ、基板上に形成された回路の性能を大きく低下させる
ことがあった。

例えば、シリコンのエピタキシャル成長装置では、装置
内に導入したトリクロルシラン等の原料ガスの反応を引
き起こしたり、エピタキシャル成長した膜の欠陥を低減
するために、基板を１０００°Ｃから１２００°Ｃの高
温に加熱するが、この際、基板を保持する試料台（サセ
プタ）が周囲へ放熱するため、サセプタの周縁に向かっ
て温度が低下して基板の温度が不均一となり、これが熱
応力発生の原因になっていた。

この問題を解決するために、近年では基板の加熱に赤外
線ランプを使用し、その輻射強度分布を調節し、加熱中
の基板温度を均一にして熱応力の発生を抑制する装置の
開発、検討が行なわれている。これらの装置では、ラン
プを複数のゾーンに分け、これらのゾーンに対応する箇
所の温度を計測し、各ランプゾーンの電流をフィードバ
ック制御することによって基板、あるいはサセプタ全体
にわたる温度の均一化を図っていた６ ランプ加熱式エピタキシャル成長装置では、温度計測に
は主に熱電対が用いられているが、この場合、種々の制
限や装置機能上の問題点が生しる。すなわちニピタキシ
ャル成長装置では炉内に塩酸、トリクロルシラン等の反
応性ガスを流すので、熱電対は、石英等の高温でも安定
な材質の管で被覆して反応炉内に導入しなければならず
、そのために石英管を導入するための構造上の検討が必
要となる。また、熱電対を測定物に直接接触させること
ができないので、温度計測の応答性及び精度が著しく低
下する等の間顕がある。

そこで、サセプタの回転軸に設けた貫通孔を利用し、光
学的手段である赤外線輻射温度計によりサセプタの温度
を測定する装置が提案されている（特開昭６２−１５８
１６号公報）。この気相成長装置について、図面に基づ
いて説明する。

第４図において、３１は反応室であり、反応室３１は、
内部に水冷溝（図示せず）が形成されたステンレスより
なる壁面部材３２と、上部に配設された透明石英プレー
ト３３とから構成されている。壁面部材３２の底部中央
は下方に突出しており、その最下部には透明石英製の測
温窓３４が形成されている。透明石英プレート３３と測
？Ｂ窓３４は、壁面部材３２に固定されており、さらに
その下方には、赤外線輻射温度計４５が配設されている
。壁面部材３２の側壁一端には反応ガス供給装置（図示
せず）に接続された反応ガス供給口３５が突設され、他
端にはロータリーポンプ（図示せず）等の真空排気装置
に連結された排気口３６が突設されている。また、反応
室３１内部には、基板３７が載置されるサセプタ３８が
配設され、このサセプタ３８は石英製のサセプタ回転軸
３９て支持されている。このサセプタ回転軸３９は回転
可能に、壁面部材３２の底部突出部に挿入されている。

サセプタ回転軸３９の下端外周には磁石４０が取りつけ
られ、測温窓３４の下方には磁石４０とにより磁器継手
を構成する５Ｒ石４１がギア４２と一体となって配設さ
れている。その横手に配設された駆動モータ４３とギア
４４とにより磁石４１は回転させられるようになってお
り、さらに、！ｉｒｉ石４０及びサセプタ回転軸３９が
回転自在になっている。なお、サセプタ回転軸３９磁石
４０．４１及びギア４２はすべて中央：二貫通孔を有し
ており、７１１’ｌ　？ｇ窓３４の下方に備えられた赤
外線輻射温度計４５は、これらの貫通孔を通してサセプ
タ３８の裏面を覗けるようになっている。また透明石英
プレート３３の上方には赤外線ランプ４６が配設されて
いる。

明が解決しようとする課題 上記したように、温度計測に赤外線輻射温度計４５を利
用したランプ加熱式気相成長装置の場合、反応室３１底
部に突出部を形成して、サセプタ回転軸３９、磁石４０
．４１及びギア４２の貫通孔を通してサセプタ３８裏面
を覗くことによって、測温窓３４の下方に備えた赤外線
輻射温度計４５により温度計測を行なうので、サセプタ
３８中央部以外の箇所の温度計測ができない。従って、
加熱を複数ゾーンに分けて温度制御するような場合には
、上記公報記載の計測手段は適用できないという課題が
あった。

しかも、温度計測に放射温度計を利用したランプ加熱式
気相成長装置の場合、ランプからの輻射光が反射により
温度測定面に照射されると、その反射光（以下この光を
迷光という）が測定面の熱輻射光とともに放射温度計検
出素子に検知されるので、温度測定誤差を生し、積置な
温度計測が不可能となる。従って、その測定箇所は迷光
強度が低い、限られた場所だけになり、測定箇所によっ
て迷光の強度が大きく異なる場合は測定誤差が大きくな
り、この誤差が温度不均一の原因となるので、温度均一
化を目的とした計測には適用できないという課題があっ
た。

本発明は上記した課題に鑑み発明されたものであって、
ランプ加熱式気相成長装置の均一加熱を目的とした温度
計測において、温度計測誤差を防止し、均一加熱を実現
し、高温雰囲気中での欠陥の発生が少ない基板処理を可
能とするような加熱装置を提供することを目的としてい
る。

課題を解？するための　ト 上記した目的を達成するために本発明に係る基板の加熱
装置は、赤外線ランプに対向する面が赤外線透過性材料
で形成された容器と、この容器の内部に基板を載置する
ための試料台とを備えた基板の加熱装置において、前記
試料台裏面側の赤外線透過性材料で形成された容器の外
部に、前記試料台の温度測定用開口部を有する赤外線反
射板を備え、この赤外線反射板と前記容器との間に、前
記開口部の近傍に測温用の孔を有する遮光板を具備して
いることを特徴としている。

また、前記した基板の加熱装置において、遮光板の測温
用の孔と反射板の開口部との間に遮光筒を備えているこ
とを特徴としている。

１月 上記した構成によれば、赤外線ランプに対向する面が赤
外線透過性材料で形成された容器と、この容器の内部に
基板を載置するための試料台とを備えた基板の加熱装置
において、前記試料台裏面側の赤外線透過性材料で形成
された容器の外部に、前記試料台の温度測定用開口部を
有する赤外線反射板を備え、この赤外線反射板と前記容
器との間に前記開口部の近傍に測；品用の孔を有する遮
光板を具備しているので、前記赤外線反射板の下方に配
設される放射温度計が受ける光が、前記試料台裏面の熱
輻射光だけに近くなる。つまり、前記赤外線ランプから
前記反射板等により多重反射されて前記試料台裏面にま
で達した輻射光及び前記試料台から前記反射板により反
射されて到達する迷光の強度が前記遮光板により低減さ
れる。

また、前記した基板の加熱装置において、前記遮光板の
測温用の孔と前記反射板の開口部との間に遮光筒を備え
ている場合には、前記反射板と前記遮光板裏面との間を
多重反射されて前記遮光板中央の測温用の孔を通して測
定箇所に達する迷光が遮光される。

従って、計測誤差の大幅な低減が可能となる。

夫亘困 以下、本発明に係る基板の加熱装置の実施例を図面に基
づいて説明する。

第１図において、１０は反応室であり、この反応室ｌＯ
は、赤外線透過性の石英チェンバー１１により構成され
ており、反応室１０側面一端は反応ガス供給装置（図示
せず）に接続された反応ガス供給口２８が形成されてお
り、他端は真空排気装置（図示せず）に連結された排気
口２９が形成されている。石英チェンバー１１の上方に
は、赤外線ランプ１３が配置されており、赤外線ランプ
１３の上方は、金めっきされたアルミニウム製の反射板
１９で覆われており、さらに反射板１９には水冷管２１
が内設されている。

反応室１０内部には、基板１４が載置されるサセプタ１
２が設置されており、サセプタ１２は回転軸２７によっ
て支持され、この回転軸２７は石英チェンバー１１の底
面側中央部に形成された突出部３０を挿通している。

石英チェンバー］１の下方に、開口部２０ａが形成され
た赤外線反射板２０が配設されており、この反射板２０
にも水冷管２２が内設されている。石英チェンバー１１
と反射板１９．２０との間には、冷却用空気を流すため
の空間が設けられており、その空間の一部に、測温用の
孔１７ａが形成された遮光板１７が配設されている。

温度計測点の一つであるサセプタ１２裏面の中央には、
熱電対２３がサセプタ１２０回転軸２７を挿通し、導入
されている。さらに、サセプタ１２裏面の中央から半径
外方向二か所に温度計測５屯が設けられ、この温度計測
用下方で、反射板２０のさらに下方には、放射温度計２
４が配設されており、この温度計測点の位置にあわせて
遮光板１７の孔１７ａ及び反射板２０の開口部２０ａが
形成されている。

放射温度計２４１ま、レンズ式で遮光板１７直下に受光
部２４ａが設置され、受光部２４ａで受けた測定光を光
ファイバー２５を通しで本体（図示せず）内部にある素
子で測定する。受光部２４ａのレンズによって、これと
離れたサセプタ１２裏面の測定径を数ミリに絞り、測定
箇所を確定している。

これら放射温度計２４が受ける光を、サセプタ１２裏面
の熱輻射光だけにするために、前記した遮光板１７が配
設されている。この遮光板１７の材質は炭素であり、そ
の表面が炭化珪素により被覆されており、高温酸化雰囲
気中でも変質しないように形成されている。炭化珪素の
放射率は約０９で、遮光板１７に入射した光は強度の９
０％が遮光板１７に吸取される。従って、赤外線ランプ
１３から反射板２０等により多重反射されてサセプタ１
２裏面にまで達した輻射光（第２図中■）及びサセプタ
１２から遮光板１７により反射されて到達する熱輻射光
（第２図中■）等の迷光の強度を低減することができる
。この際、遮光板１７と測定面との距離Ｇと、遮光板１
７の直径りとの関係を、直径りが距離Ｇの５倍以上にな
るようにしている。これは、実験の結果から、距離Ｇが
大きいほど直径りも大きくしなければならず、この装置
の場合、直径りが距離Ｇの５倍以上の時、計測誤差の十
分な低減効果が得られたためである。

また、遮光板１７自身の輻射は、石英チェンバー１１と
反射板２０との間に形成された空間に冷却用空気を流す
ことによって遮光板１７を冷却し、温度を６００’Ｃｄ
下に保つことによって抑制することができる。

基板１４にエピタキシャル成長させる場合、サセプタ１
２上に基板１４を通常４枚載置し、高温中で基板１４上
に単結晶薄膜を形成する。反応ガス供給口２８から原料
ガスを導入し、赤夕１線ランプ１３の赤外線が石英チェ
ンバー１１を通過して基板１４及びサセプタ１２を１２
００　’Ｃに加熱する。

その間、基板１４を載置したサセプタ１２は所定の速度
で回転している。この際、基板１４の均加熱を目的とし
て、本実施例ではサセプタ１２を３つのゾーンに分け、
それぞれのゾーンについて測定点を設けている。サセプ
タ１２の中央ゾーンの温度は熱電対２３によって測定さ
れており、また、サセプタ１２の半径方向中央に近いゾ
ーン及びサセプタ］２の周縁に近いゾーンの温度は、石
英チェンバー１１を通過してくるサセプタ１２裏面の放
射光の強度を、放射温度計２４によって測定している。

これら３つのゾーンの測定結果をもとにして、サセプタ
１２全体にわたる温度の均一イヒを図ることができる。

さらに、第３図に別の実施例を示す。この実施例では上
記した基板１４の加妨装置で使用されている遮光板１７
に、さらに、遮光筒１８が付加されている。これによっ
て、力線■て示したような、反射板２０と遮光板１７裏
面の間を多重反射されて遮光板１７中央部分に形成され
た測定光通過用の孔１７ａを通して測定箇所に達する迷
光の大部分を遮光することができる。

実験の結果から、遮光板Ｉ７の放射率が０９以上である
と、計測誤差を十分に小さくすることができることが認
められ、遮光板１７を使用しない場合には約１００°Ｃ
の温度誤差が発生していた成長温度１１００°Ｃての温
度誤差を、遮光板１７を使用することによって、１０°
Ｃ以下にすることができた。

上記した実施例によれば、ランプ加熱炉で放射温度計２
４を使用して、各箇所での温度計測を精度良く、しかも
応答性良く行なうことができ、これらの計測結果を基に
して基板１４加熱中の温度制御を精度良く行なうことが
でき、さらには基板１４の温度の均一化を図ることがで
き、低欠陥の半導体薄膜を基板１４上に成長させること
ができる６ 元旦じと孤！ 以上の説明により明らかなように、本発明に係る基板の
加熱装置にあっては、赤外線ランプに対向する面が赤外
線透過性材料で形成された容器と、この容器の内部に基
板を載置するための試料台とを備えた基板の加熱装置に
おいて、前記試料台裏面側の赤外線透過性材料で形成さ
れた容器の外部に、前記試料台の温度測定用開口部を有
する赤外線反射板を備え、この赤外線反射板と前記容器
との間に前記開口部の近傍に測温用の孔を有する遮光板
を具備しているので、前記赤外線反射板の下方に配置す
る放射温度計が受ける光を、前記試料台裏面の熱輻射光
だけにすることができる。

つまり、前記赤外線ランプから前記反射板等により多重
反射されて前記試料台裏面にまで達した輻射光及びこの
試料台から前記遮光板を反射して到達する熱輻射光等の
迷光の強度を低減することができる。

また、前記した基板の加熱装置において、前記遮光板の
測温用の孔と前記反射板の開口部との間に遮光筒を備え
ている場合には、前記反射板と前記遮光板裏面の間を多
重反射して前記測温用の孔を通して測定箇所に達する迷
光の大部分を遮光することができる。

従って、ランプ加熱炉で放射温度計を使用して、各箇所
での温度計測を精度良く、しかも応答性良く行なうこと
ができ、これらの計測結果を基にして基板加熱中の温度
制御を精度良く行なうことができ、さらには基板の温度
の均一化を行なうことが可能となり、低欠陥の半導体薄
膜を基板上に成長させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る基板の加熱装置の一実施例を示す
模式的断面図、第２図は第１図における要部の拡大断面
図、第３図は基板の加熱装置の別の実施例を示す要部の
拡大断面図、第４図は従来の基板の加熱装置を示す断面
図である。 １１・・・石英チェンバー（容器） １２・・・サセプタ（試料台） １３・・・赤外線ランプ １４・・・基板 １５・・・加熱装置 １７・・・遮光板 １７ａ・・・孔 １８・・・遮光筒 ２０・・・反射板 ２０ａ・・・開口部 第１図 第３図 第２図 第４０

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）赤外線ランプに対向する面が赤外線透過性材料で
   形成された容器と、該容器の内部に基板を載置するため
   の試料台とを備えた基板の加熱装置において、前記試料
   台裏面側の赤外線透過性材料で形成された容器の外部に
   、前記試料台の温度測定用開口部を有する赤外線反射板
   を備え、該赤外線反射板と前記容器との間に、前記開口
   部の近傍に測温用の孔を有する遮光板を具備しているこ
   とを特徴とする基板の加熱装置。
2. （２）遮光板の測温用の孔と反射板の開口部との間に遮
   光筒を備えている請求項１記載の基板の加熱装置。