JPH0594953A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 気相で用いる半導体製造装置において、基板
温度や基板周囲のガス温度の均一性、再現性を向上させ
た半導体製造装置を得る。 【構成】 複数の可測温点からの情報を得て、基板２や
基板近傍のガス温度を熱解析装置８で熱解析して予測
し、ガス種の変化や外部環境等の変化に対し全く依存し
ない温度制御を行い、基板温度または基板近傍のガス温
度を直接測温して制御しているのと同じ状態を作り出
し、成膜またはエッチングの均一性や再現性を向上させ
たことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、反応管内で基板上に薄
膜を形成したり、エッチングを行う半導体製造装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来のこの種の半導体製造装置、
特に、薄膜を基板上に形成する気相成長装置を示す断面
図である。この図において、１は基板を支えるサセプ
タ、２はその基板、３は前記基板２を加熱する赤外線ラ
ンプ、４は原料ガスを導入する導入口、５は石英ドーム
で、２つの石英ドーム５で反応管が構成される。６、６
は測温用の熱電対である。

【０００３】次に、動作について説明する。サセプタ１
は赤外線ランプ３により加熱され、ある温度に保たれ
る。また、加熱されたサセプタ１の上に載置された基板
２も同時に加熱されており、導入口４から導入された原
料ガスは基板２上で熱分解し、基板２上に薄膜が形成さ
れる。このとき、基板２の温度、あるいは基板２表面の
ガス温度は直接測温できないので、赤外線ランプ３の近
くに熱電対６を配して間接的にモニタし、温度制御して
いる。直接測温できない理由は、まず、薄膜の均一性を
上げるために、サセプタ１を回転させていることが挙げ
られる。また、ガスの流れを妨げる、あるいは不純物に
よる汚染等があるため、直接熱電対６等を配置すること
が不可能であるためである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の気相成長装置
は、以上のように構成されているので、直接ガス温度、
あるいは基板２の温度を測定することができず、完全に
膜の均一性が図れなかった。また、直接の制御対象が赤
外線ランプ３の近くの熱電対６の温度であるために、原
料のガス温度、周囲の環境温度等の変化による基板２の
温度、基板２近くのガス温度の変動やガス種の違いによ
る分解エネルギーの違いから生じる基板２や基板２近く
の温度の変動が抑制できないため、成長を続けて行く
と、反応物が反応管の内壁やサセプタ１に付き、熱放射
の条件が成長ごと（ｒｕｎ ｔｏ ｒｕｎ）変化し、温
度も変化してゆく。周囲の気温，冷却水等も時々刻々と
変化するため、成長ごとのバラツキが多いという問題点
があった。

【０００５】本発明は、上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、周囲の環境温度やガス種の変化
による基板温度、あるいは基板近傍のガス温度の変化を
抑えることのできる半導体製造装置を得ることを目的と
している。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体製造
装置は、熱解析装置による熱解析を取り入れ、その結果
を用いて温度コントローラにより周囲の温度変化やガス
種の違いによる基板や基板近傍のガス温度の変化を抑え
たものである。

【０００７】

【作用】本発明においては、周囲の温度変化やガス種の
違いによる基板温度や基板近傍のガス温度の変化を熱解
析によって算出し、その変化を抑制するように加熱手段
の温度を制御する。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図について説明す
る。図１は本発明の一実施例を示す半導体製造装置の構
成図である。この図において、１〜６は図５に示したも
のと同じものであり、７は前記石英ドーム５からなる反
応管内の基板２の周辺温度および赤外線ランプ３の温度
を検出し、いわゆるＰＩＤ制御により系全体を所定温度
に制御する温度コントローラ、８は前記温度コントロー
ラ７で検出された温度を後述する熱回路として熱解析す
る熱解析装置、９は前記熱電対６からの信号線、１０は
前記赤外線ランプ３用の電力供給線である。

【０００９】次に、動作について説明する。成膜の原理
は、先に述べた従来法と同様であるので、ここでは温度
制御について説明する。まず、基板２の温度としてある
べき温度を設定し、周囲温度の実測値（熱電対６からの
測定データ）を用いて、全体の系の温度分布を計算し、
赤外線ランプ３の温度を算出し、この値に赤外線ランプ
３の温度を制御することによって、理想的な基板２の温
度を得ることができるとともに、周囲温度の変化から基
板２の温度の変化を予測し、補正のために必要な赤外線
ランプ３の温度変化も予測でき、種々の変動要因に対
し、常に基板２の温度あるいは基板２の表面近傍のガス
温度を一定に保つことが可能である。

【００１０】この原理を簡単に説明すると以下のように
なる。図２，図３にその概要を示す。図２は、図１の反
応管部分をモデル化し、図３はそれを熱回路として等価
回路化したものである。これらの図から分かるように、
反応管をモデル化し、１〜４４のノードに分割し、各ノ
ード間の熱伝達に関する熱抵抗Ｒ１〜Ｒ７３や、ふく射
による熱伝導成分に関する熱抵抗Ｒｅ１〜Ｒｅ６３等を
算出することで等価回路化することができる。なお、ノ
ード７，９，１１から出ている抵抗シンボルは、赤外線
ランプ３からのふく射の項、その先の黒丸ポイントは赤
外線ランプ３上の上流部で、１つのノードの意味であ
り、ノード７，９，１１は赤外線ランプ３の上流，中
流，下流を表す。所望の温度を基板２の部分の温度とし
て入力し、それ以外の可測温点からの温度データ（熱電
対６からの実測値）をさらに入力し、熱回路の差分方程
式を解けば、赤外線ランプ３のあるべき温度が算出でき
る。さらにこの値は、周囲温度の変化に対応して変わる
値となり、この値を目標に赤外線ランプ３の温度を制御
すれば、基板２の温度を一定に保つことが可能となる。

【００１１】なお、上記実施例では、バレル型反応管の
場合を示したが、横形のチューブ形の反応管でもよい。
図４にその概要を示す。図４において、１１はヒータ、
１２は石英チューブであり、その他は図１の同じもので
ある。その作用については、基本的には図１の実施例と
同じである。

【００１２】さらに、上記では、基板２の温度の制御に
ついて述べたが、この他、ガス温度を制御しても良い。
あるいは、基板２とガスの両方の温度を制御するように
しても良く、熱解析でどこを一定に保つかの相違であ
る。

【００１３】また、上記各実施例では、加熱手段として
赤外線ランプ３やヒータ１１の場合を示したが、高周波
加熱などの方法の場合でも同様の効果を奏する。

【００１４】さらに、図１，図４の実施例では、膜成長
の場合を示しているが、エッチングの場合でも熱を用い
るプロセスであり、温度の安定性が要求されるので、本
発明は同様の効果を奏する。この場合は、原料ガスを反
応性のエッチングガスに変えるだけで、基本的な構造は
同様でよい。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
熱解析装置を用いて、従来、直接測温不可能だった基板
温度、あるいは基板近傍のガス温度を周囲の可測温点か
らの情報（温度）を基に熱解析により算出することがで
き、加熱手段を温度コントローラでコントロールして、
これらを一定に保つことが可能となる。

【００１６】また、気相プロセスが基板温度律速の場合
には基板温度を、ガス温度律速の場合にはガス温度を、
といったぐあいにコントロール対象を任意に変化させる
ことも可能であり、汎用性に富んだ半導体製造装置が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による半導体製造装置の構成
図である。

【図２】本発明の一実施例による半導体製造装置の熱解
析を行うためのモデル図である。

【図３】図２の熱解析を行うために単純化した反応管の
熱等価回路図である。

【図４】本発明の他の実施例を示す構成図である。

【図５】従来の半導体製造装置の構成図である。

【符号の説明】

１ サセプタ ２ 基板 ３ 赤外線ランプ ４ 原料ガスの導入口 ５ 石英ドーム ６ 熱電対 ７ 温度コントローラ ８ 熱解析装置 ９ 熱電対からの信号線 １０ 赤外線ランプ用の電力供給線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応管内のサセプタ上に載置された基板
   を、加熱手段で加熱し、前記反応管内に気体状の原料ガ
   スあるいはエッチングガスを供給し、前記原料ガスの原
   料の熱分解によって前記基板上に薄膜を形成し、あるい
   は前記エッチングガスの反応により前記基板をエッチン
   グする半導体製造装置において、前記基板近傍の温度お
   よびそれ以外の可測温点からの温度を測定して熱解析す
   る熱解析装置と、前記熱解析により予測した値に基づい
   て前記加熱手段の温度を制御して、前記基板の表面温度
   または／および前記基板近傍のガス温度を制御する温度
   コントローラとを備えたことを特徴とする半導体製造装
   置。