JPH062147A - 気相化学反応装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】反応容器内に設置される基板の温度を一定に制
御するに際し、測定誤差を防止して基板上に一定の厚み
の薄膜を安定に堆積させるための気相化学反応装置を提
供すること。 【構成】 反応室１内のサセプタ５上に設置された基板
４を加熱し、反応ガスＡ，Ｂにより基板４に薄膜を堆積
し、又は基板４上の薄膜をエッチングするに際し、反応
室１内にガスを供給して一定の圧力にし、反応室１の一
部を形成している光入射窓２を介して放射温度計１２に
より基板４を載置したサセプタ５の温度を測定し、制御
装置１３によって加熱用ランプ１４へ供給される電力を
制御して基板４に対する加熱制御を行ない、基板４上に
堆積される薄膜を一定の厚みとするようにした。放射温
度計１２は、光源３の光及び熱の影響を受けないよう
に、水冷シャケット１０に覆われ、光遮蔽筒１１上に設
置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気相化学反応装置に係
り、特に反応容器内のサセプタ上に設置した基板温度を
制御する機構を備えた気相化学反応装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】気相化学反応装置は反応性ガスに熱、プ
ラズマ、光などの励起源からのエネルギーを与えること
により、化学反応を促進させて基板上に薄膜を堆積させ
たり、エッチングするものである。基板上に堆積させる
薄膜としては酸化シリコンや窒化シリコンなどの絶縁膜
がある。半導体プロセスにおいては、これらの絶縁膜は
基板上に一定の厚さで、また均一に堆積させることが要
求される。

【０００３】しかしながら気相化学反応による薄膜の堆
積では熱以外の励起源を用いても反応系への熱の加減が
生じると堆積速度が変わり、膜を一定の厚さにすること
が難しくなる。

【０００４】従来の技術では反応系へ加える熱を基板温
度でコントロールすることが多い。図２は従来の気相化
学反応装置を示し、この装置における基板温度制御方法
を説明する。ガス供給口５４から反応容器５１内に供給
された反応ガスは、基板５６上の反応空間を通って排気
口５９から排気される。

【０００５】反応ガスは、加熱用ヒータ５８によって加
熱されている基板５６の熱や光源５２から光入射窓５３
を介して基板５６に照射される光により化学反応が促進
され、基板５６上に薄膜を堆積させる。このとき薄膜の
厚さを均一にするためにサセプタ５７を回転させてい
る。基板５６へ堆積させる薄膜の厚さを均一にするため
に回転している基板５６の温度を検出する必要がある。
このために光透過窓６１を介して基板５６の温度を非接
触で測定できる放射温度計６０が用いられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来、このような基板
温度制御方式では、基板５６上に薄膜を堆積させると薄
膜の厚さにより基板５６に干渉色が生じ、放射率が変化
する。そのために放射温度計６０の検出温度が変化し、
基板温度を精確に測定することが困難であるという問題
点があった。また、基板５６上だけでなく光透過窓６１
にも膜が堆積され、放射温度計６０による基板温度測定
の誤差が生じていた。

【０００７】さらに、光ＣＶＤ装置において放射温度計
６０を用いて基板温度を測定する場合、光源５２からの
光が光透過窓６１に入射したり、設置位置によっては光
源５２により放射温度計６０が加熱されるために測定誤
差が生じる問題があった。

【０００８】以上のように、従来の気相化学反応装置は
薄膜の堆積により基板の放射率が変化することについて
配慮されていない。また光ＣＶＤ装置の場合に放射温度
計に対する光源からの光や熱及び光透過窓のくもり等の
対策が配慮されておらず、放射温度計による基板温度測
定に測定誤差が生じる問題があった。

【０００９】本発明の目的は、上記した従来技術の課題
を解決し、放射温度計による基板温度測定において測定
誤差が生じないようにし、基板上に一定の厚さで均一に
薄膜を堆積させることができる気相化学反応装置を提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明は、反応ガスを供給する手段と排気する
手段を備え、反応容器内のサセプタ上に設置された基板
を加熱し、光源から光入射窓を介して照射される光によ
り反応ガスを励起して基板上に薄膜を堆積し又は基板上
の薄膜をエッチングするに際し、光入射窓を介して放射
温度計により基板が設置されたサセプタの温度を測定
し、この測定値に基づいて基板の温度が一定となるよう
にを制御するようにしたものである。

【００１１】また、好ましくは、放射温度計が光源の発
光波長の光を検出することなく、光入射窓及び基板に堆
積する薄膜を透過する波長を検出可能な検出素子を有
し、さらに望ましくは、放射温度計が、サセプタからの
光をレンズにより集光して前記サセプタの微小面積部の
温度を測定するようにしたものである。

【００１２】

【作用】基板の温度を直接測定することなく、サセプタ
の温度を測定するため、薄膜の堆積によって干渉色が生
じ、放射率が変化するという基板温度測定による問題点
が解消される。放射温度計が光源の発光波長の光を検出
することなく、光入射窓及び基板に堆積する薄膜を透過
する波長を検出可能な検出素子を有するようにすれば、
精度よくサセプタの温度を検出でき、測定誤差が大幅に
低減できる。また、サセプタの表面を放射率の変化しに
くいＳｉＣでコーティングすると、サセプタの温度測定
精度が向上する。

【００１３】上記の装置構成において、反応容器の減圧
下で反応容器内にガスを供給し、反応容器内を一定の圧
力とする操作条件を維持すれば、サセプタから基板への
熱伝導を主に熱対流とすることができ、基板に微妙な歪
みがあり、サセプタと基板との接触面積が変化してもサ
セプタの温度と基板の温度が精度よく、対応するので、
サセプタの温度制御により基板の温度を制御することが
できる。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の気相化学反応装置の一実施例
を示す断面図であり、反応容器内は断面矩形状の内部空
間を有する反応容器内を構成する反応室１ａと加熱室１
ｂとに区画されており、反応室１ａの上部には光入射窓
２が設置されている。この光入射窓２は反応室１ａの壁
面の一部を構成し、したがって反応室１ａの内壁面と光
入射窓２の内面（反応室側面）は同一面を構成し、ガス
吹き出し口８，９から排気口１５に至るガス流路が凹凸
を有しない構造となっている。

【００１５】また、光入射窓２の上方には低圧水銀ラン
プ等の光源３が配設されている。さらに反応室１ａの底
面部には凹部が形成され、この凹部に薄膜を堆積させる
ための基板４が設置可能な形状を有するサセプタ５が配
設されると共にこのサセプタ５および基板４の上面は反
応室の底板１の上面と同一面を構成し、凹凸を有しない
構造となっている。サセプタ５の表面は、カーボンの周
囲にＳｉＣをコーティングした構造となっており、放射
率が変化しない構造となっている。

【００１６】反応室１ａの側壁には、単体で窓くもりの
原因となる可能性のある反応ガスを基板４側に導入する
第１のガス供給管６が配設され、また、単体では窓くも
りの原因とならない反応ガスを光入射窓側２側に導入す
る第２のガス供給管７が配設されている。ガス供給管６
には多数の微細な連通孔を有する耐熱性の多孔質物質に
よって形成された多孔板からなるガス吹き出し口８が配
設され、ガス供給管７にも同様な多孔板からなるガス吹
き出し口９が配設されている。

【００１７】多孔質物質は、多数の微細連通孔を有し、
例えば、平均粒径が０．１μｍ〜１ｍｍの金属又はセラ
ミックスの焼結体からなるものが望ましい。平均粒径が
０．１μｍよりも小さいと、孔に目詰まりが生じやす
く、平均粒径が１ｍｍよりも大きいと、所定のガスを整
流して層状にすることが困難となる。なお、より望まし
くは、平均粒径は０．２μｍ〜５００μｍ程度が有効で
ある。

【００１８】上記した光源３は、複数本の低圧水銀ラン
プが並設された構造となっており、これらのランプは水
冷ジャケット１０で覆われており、その一部に光遮蔽筒
１１が配設され、この光遮蔽筒１１の上方には、サセプ
タ５の温度を測定するための放射温度計１２が設置され
ており、放射温度計１２に直接光源３からの光が照射さ
れないようになっている。この放射温度計１２は制御装
置１３を介して加熱用ランプ１４に電気的に接続されて
おり、放射温度計１２の指示値は制御装置１３に送ら
れ、サセプタ５の温度を一定にするように加熱用ランプ
１４に供給される電力を制御するようになっている。

【００１９】次に図１に示す気相化学反応装置の作用を
説明する。基板４上に酸化シリコン膜を堆積させる場
合、反応ガスとして、酸素とモノシランを用いる。酸素
は不活性ガス、例えば、窒素で希釈された酸素Ａとして
使用され、モノシランは不活性ガス、例えば、窒素で希
釈されたモノシランＢとして使用される。

【００２０】反応容器内は減圧下（数１００ｍＴｏｒｒ
〜数Ｔｏｒｒ）され、反応ガスの励起源には、光入射窓
２を介して光源３からの光やサセプタ５からの熱が用い
られる。基板４上に堆積される酸化シリコン膜の堆積速
度は反応容器内に供給されるガス量、反応容器内の圧
力、基板４の温度等により変動するので、基板４上に同
じ膜厚で堆積させるためには、これらの条件を一定と
し、堆積させる時間を選定することで対応する。

【００２１】反応容器内は、図示していないマスフロー
コントローラにより排気口１５付近に設置された圧力調
整器１５により一定とされる。サセプタ５の温度を一定
にし、反応ガスＡ，Ｂを反応容器内に供給しながら、反
応容器内の圧力を一定とすることによって、基板４の温
度は一定に維持される。

【００２２】すなわち、反応容器内が減圧下にある場
合、サセプタ５の温度を一定にするのみでは、基板４と
サセプタ５との接触部分のみからの熱伝導で基板５が加
熱される。基板４とサセプタ５との間の温度が対応した
ものとならない事態が生じる。反応容器内にガスを供給
しながら一定の圧力下では、サセプタ５から基板４への
熱伝導は主にガスによる熱対流となり、サセプタ５の温
度に対応して基板５の温度が定まる。

【００２３】上記のように条件下で、サセプタ５の温度
を放射温度計１２によって測定する。サセプタ５からの
光は、光入射窓２を透過して光遮蔽筒１１を通過し、放
射温度計１２に至る。光源３の発光管からは反応に必要
な波長の光を発光するため、高温になる。光源３による
光及び熱の影響を受けると、放射温度計１２による測定
に誤差が生じるが、光源３は水冷シャケット１０に覆わ
れると共に光遮蔽筒１１により放射温度計１２に対する
光及び熱の影響を受けることが少ない。

【００２４】また、サセプタ５の表面は、カーボンの周
囲にＳｉＣをコーティングした構造となっているため、
サセプタ５の表面での熱伝導率が高く、サセプタ５の表
面の温度分布が少なくなり、さらにサセプタ５の表面に
薄膜が形成されても放射率の変化が少ない。このため、
サセプタ５の表面温度を精度よく測定することができ
る。

【００２５】放射温度計１２によって、サセプタ５の温
度を測定し、その指示値に基づいて制御装置１３からの
信号によりサセプタ５の温度が一定となるように加熱用
ランプ１４に供給される電力を制御される。この際、予
め、基板４の温度と放射温度計１２による指示値の較正
を把握することによってサセプタ５の温度が一定に制御
され、このサセプタ５の温度に対応して基板４の温度が
一定に制御される。基板４の温度が一定に制御される
と、基板４に対する堆積速度が一定となり、基板４に堆
積される薄膜の厚みを一定とすることができる。

【００２６】なお、上記した実施例では、反応容器内の
基板に対して薄膜を形成させる場合の例を示したが、本
発明の気相化学反応装置は、基板上の薄膜をエッチング
する場合にも適用することができることは言うまでもな
い。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、光入射窓
を介して放射温度計により基板が設置されたサセプタの
温度を測定し、測定値に基づいてサセプタの温度を制御
するようにしたので、基板の温度をサセプタを介して間
接的に精度よく測定することができ、基板の温度を一定
にすることによって基板に対する薄膜の堆積速度を制御
し、一定の厚みの薄膜を精度よく形成させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の気相化学反応装置の一実施例を示す概
略的側面図である。

【図２】従来の気相化学反応装置の一例を示す概略的側
面図である。

【符号の説明】

１ａ 反応室 １ｂ 加熱室 ２ 光入射窓 ３ 光源（低圧水銀ランプ） ４ 基板 ５ サセプタ ６，７ ガス供給管 ８，９ ガス吹き出し口 １０ 水冷ジャケット １１ 光遮蔽筒 １２ 放射温度計 １３ 制御装置 １４ 加熱用ランプ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応ガスを供給する手段と排気する手段
   を備え、反応容器内のサセプタ上に設置された基板を加
   熱し、光源から光入射窓を介して照射される光により前
   記反応ガスを励起して前記基板上に薄膜を堆積し又は基
   板上の薄膜をエッチングするための気相化学反応装置に
   おいて、前記光入射窓を介して放射温度計により基板が
   設置されたサセプタの温度を測定し、該測定値に基づい
   て基板の温度を制御するようにしたことを特徴とする気
   相化学反応装置。
2. 【請求項２】 前記放射温度計が、前記光源の発光波長
   の光を検出することなく、前記光入射窓及び基板に堆積
   する薄膜を透過する波長を検出可能な検出素子を有する
   ことを特徴とする請求項１の気相化学反応装置。
3. 【請求項３】 前記放射温度計が、前記サセプタからの
   光をレンズにより集光して前記サセプタの微小面積部の
   温度を測定するようにしたことを特徴とする請求項１の
   気相化学反応装置。