JPH0860369A - 化学気相成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板表面に形成される薄膜の膜厚の面内均一
性を向上させることができ、しかも基板表面へのパーテ
ィクル付着の可能性が少なく、かつ基板加熱の自由度が
制限されない化学気相成長装置を提供する。 【構成】 この装置は、一端部から原料ガス４が導入さ
れ他端部から排気される反応容器１２と、その中に収納
されていて上面１８ａに基板２を保持するサセプタ１８
と、反応容器１２を貫通していてサセプタ１８を支持す
る支持軸２０と、支持軸２０が反応容器１２を貫通する
部分を真空シールする真空シール部２２と、反応容器１
２外に設けられていて支持軸２０を回転させる回転駆動
源２４とを備えている。しかも、サセプタ１８上の基板
表面に対向する部分の反応容器１２の壁面１２ａは、平
面であってしかも基板表面に対して原料ガス４の下流側
で狭くなるように角度θだけ傾けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ＣＶＤ法（化学気相
成長法）によって基板の表面に薄膜を形成する装置であ
って、反応容器内における原料ガスの流れ方向とサセプ
タ上の基板表面とがほぼ平行である平行流型の化学気相
成長装置に関し、より具体的には、基板表面に形成され
る薄膜の膜厚の面内均一性を向上させる手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の化学気相成長装置の従来例を図
３に示す。この化学気相成長装置は、一端部から原料ガ
ス４が導入され他端部から排気される角筒状の反応容器
６と、この反応容器６内に収納されていてその先端部の
基板保持面８ａに基板２を保持するサセプタ８とを備え
ている。サセプタ８は、反応容器６の壁面から支持棒１
０によって支持されている。

【０００３】この装置においては、例えば基板２を図示
しない適当な加熱手段によって加熱しながら、基板２の
表面に原料ガス４を流すと、基板２の表面で原料ガス４
の気相化学反応が起こり、基板２の表面に薄膜が形成さ
れる。

【０００４】その場合、反応容器６内における原料ガス
４の流れ方向とサセプタ８上の基板表面とがほぼ平行で
ある平行流型の化学気相成長装置では、基板表面の薄膜
の膜厚分布が、原料ガス４の流れ方向で減少することが
知られている。これは、基板２のガス上流側で原料ガス
４が多く反応に使用されるためである。

【０００５】そのため、従来は、図示例のように、サセ
プタ８の基板保持面８ａを、原料ガスの流れ方向に対し
て、下流側が上がるように若干（例えば数度程度）傾け
る構造を採用している。このようにすると、原料ガス４
の基板表面での流速が下流側で大きくなるので、基板２
上での下流側への原料輸送量を高めることができ、基板
表面の薄膜の膜厚均一性が向上する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
にサセプタ８の基板保持面８ａを傾けても、反応に使用
される原料ガス４を均一にするには自ずから限界がある
ため、基板表面に形成される薄膜の膜厚均一性を十分に
向上させることは困難である。

【０００７】特に、基板２の面内におけるガス流に直角
な方向（即ち横方向）での膜厚均一性を向上させること
は容易ではない。なぜなら、基板保持面８ａを上記のよ
うに傾けても、横方向における原料ガス４の流速の制御
はできないからである。

【０００８】膜厚均一性をより向上させるための一手段
として、上記のようなサセプタ８上で基板２を回転させ
る基板回転機構をサセプタ８内に設けることが提案され
ている。この基板回転機構は、簡単に言うと、サセプタ
８の基板保持面８ａに回転台を設け、その背後内に歯車
機構を設け、反応容器６外から支持棒１０内を通して導
入した回転運動をこの歯車機構によって回転台の回転運
動に換え、それによって回転台およびその上に保持され
た基板２を回転させるものである。

【０００９】ところが、サセプタ８内に上記のような基
板回転機構を設けると、回転台とサセプタ８との間の摺
動部が基板２の周辺に存在することになり、そこからパ
ーティクルが発生してそれが基板２の表面に付着する可
能性が大きくなるという問題が生じる。このようなパー
ティクルの付着は、例えば、基板２上に半導体デバイス
を形成する場合にその動作不良の原因となる。

【００１０】また、基板２の背後に基板回転機構がある
ため、それが、基板２の加熱を基板２の裏面側から行う
際の妨げとなり、基板加熱の自由度が制限されるという
問題もある。

【００１１】そこでこの発明は、基板表面に形成される
薄膜の膜厚の面内均一性を向上させることができ、しか
も基板表面へのパーティクル付着の可能性が少なく、か
つ基板加熱の自由度が制限されない化学気相成長装置を
提供することを主たる目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の化学気相成長装置は、一端部から原料ガ
スが導入され他端部から排気される反応容器と、この反
応容器内に回転可能に収納されていて上面に基板を保持
するサセプタと、反応容器を回転可能に貫通していてサ
セプタを支持する支持軸であって、その中心軸がサセプ
タ上の基板表面の中心を垂直に通るものと、この支持軸
が反応容器を貫通する部分を、支持軸の回転を許容しつ
つ真空シールする真空シール部と、反応容器外に設けら
れていて支持軸を回転させる回転駆動源とを備え、かつ
サセプタ上の基板表面に対向する部分の反応容器の壁面
が、平面であってしかも基板表面に対して原料ガスの下
流側で狭くなるように傾けられていることを特徴とす
る。

【００１３】

【作用】上記構成によれば、サセプタ上の基板表面に対
向する部分の反応容器の壁面が、平面であってしかも基
板表面に対して原料ガスの下流側で狭くなるように傾け
られているので、原料ガスの基板表面での流速が下流側
で大きくなり、下流側への原料輸送量を高めることがで
き、それによって基板表面の膜厚均一性が向上する。し
かもその状態でサセプタを基板表面の中心を中心にして
回転させて基板を回転させることができ、この回転によ
って基板面内における膜厚分布の不均一性を解消するこ
とができる。その結果、このような両作用が相俟って、
基板表面に形成される薄膜の膜厚の面内均一性を向上さ
せることができる。

【００１４】しかも、反応容器外の回転駆動源によって
支持軸を回転させることによってサセプタを基板と共に
回転させる構造であり、摺動部が基板の周辺にないの
で、基板表面へのパーティクル付着の可能性が少ない。

【００１５】また、上記のような構造でサセプタ自身を
回転させるものであり、サセプタの基板裏面側内に基板
回転機構を設ける必要がないので、基板の加熱を基板の
裏面側からも行うことが可能であり、基板加熱の自由度
が制限されない。

【００１６】

【実施例】図１は、この発明に係る化学気相成長装置を
示す断面図である。図２は、図１中の反応容器の平面図
である。

【００１７】この化学気相成長装置も、従来例と同様
に、反応容器１２内における原料ガス４の流れ方向とサ
セプタ１８上の基板２の表面とがほぼ平行である平行流
型のものである。

【００１８】この化学気相成長装置は、一端部から原料
ガス４が導入され他端部から排気される反応容器１２を
備えている。この反応容器１２は、この例では、円筒状
部１６の上部に、一端部に原料ガス４のガス導入口１４
ａを有し他端部に排気口１４ｂを有する角筒状部１４
を、排気口１４ｂ側が下がるように傾けて連通させた構
造をしている。

【００１９】この反応容器１２内には、より具体的には
両筒状部１４、１６の境界部付近内には、この例では円
柱状をしたサセプタ１８が回転可能に収納されている。
このサセプタ１８は、その上面１８ａに基板２を保持す
ることができる。但しこのサセプタ１８の形状は、円柱
状以外のもの、例えば円筒状、円板状等でも良い。

【００２０】このサセプタ１８は、反応容器１２、より
具体的にはその円筒状部１６の底面を回転可能に貫通し
ている支持軸２０によって支持されている。この支持軸
２０の中心軸２０ａは、サセプタ１８上の基板２の表面
の中心を垂直に通っている。

【００２１】この支持軸２０が反応容器１２を貫通する
部分には、支持軸２０の回転を許容しつつその貫通部分
を真空シールする真空シール部２２が設けられている。
この真空シール部２２は、例えば、真空シール機能と軸
受機能とを有する磁気シール軸受である。

【００２２】反応容器１２外であって支持軸２０の端部
には、当該支持軸２０を例えば矢印Ａ方向に回転させる
回転駆動源２４が接続されている。この回転駆動源２４
は、例えばモータ、あるいはモータと動力伝達機構の組
み合わせ等から成る。

【００２３】サセプタ１８上の基板２の表面に対向する
部分の反応容器１２の壁面１２ａは、この例では角筒状
部１４の上面であり、平面である。そしてこの壁面１２
ａは、サセプタ１８上の基板２の表面に対して原料ガス
４の下流側で狭くなるように角度θだけ傾けられてい
る。この角度θの好ましい大きさは、壁面１２ａとサセ
プタ１８上の基板２との間の距離や、薄膜を形成する条
件（例えば原料ガス４の流量、圧力、温度等）によって
異なるが、概ね３度〜３０度程度の範囲内が好ましい。

【００２４】この装置においても、従来例の場合と同様
に、例えば基板２を図示しない適当な加熱手段によって
加熱しながら、基板２の表面に原料ガス４を流すと、基
板２の表面で原料ガス４の気相化学反応が起こり、基板
２の表面に薄膜が形成される。これは熱ＣＶＤ法の場合
の例であるが、プラズマによって原料ガス４に活性化エ
ネルギーを与えて反応させるようにしても良いし（プラ
ズマＣＶＤ法）、光によって原料ガス４に活性化エネル
ギーを与えて反応させるようにしても良い（光ＣＶＤ
法）。また、金属有機化合物を含む原料ガス４を用いて
も良い（ＭＯＣＶＤ法）。

【００２５】上記構造によれば、サセプタ１８上の基板
表面に対向する部分の反応容器１２の壁面１２ａが、平
面であってしかも基板表面に対して原料ガス４の下流側
で狭くなるように角度θだけ傾けられているので、原料
ガス４の基板２の表面での流速が下流側で大きくなり、
下流側への原料輸送量を高めることができ、それによっ
て基板表面の膜厚均一性が向上する。

【００２６】しかも、回転駆動源２４によって支持軸２
０を回転させることで、上記のようにサセプタ１８上の
基板表面に対して反応容器１２の壁面１２ａを傾けた状
態で、サセプタ１８を基板表面の中心を中心にして回転
させて基板２を水平に回転させることができ、この回転
によって基板２の面内における膜厚分布の不均一性を解
消することができる。その結果、このような作用と上記
作用との両作用が相俟って、基板２の表面に形成される
薄膜の膜厚の面内均一性を向上させることができる。

【００２７】また、反応容器１２外の回転駆動源２４に
よって支持軸２０を回転させることによってサセプタ１
８を基板２と共に回転させる構造であり、摺動部が基板
２の周辺にないので、発塵の可能性が少なく、従って基
板表面へのパーティクル付着の可能性が大幅に減少す
る。

【００２８】また、上記のような構造でサセプタ１８自
身を回転させるものであり、サセプタ１８の基板裏面側
内に基板回転機構を設ける必要がないので、基板２の加
熱を基板２の裏面側からも行うことが可能であり、基板
加熱の自由度が制限されない。

【００２９】例えば、ランプ加熱や抵抗加熱といった均
一加熱を実現しやすい方式の加熱手段をサセプタ１８内
に設けて、基板２をその裏面側から加熱することが可能
である。図１中のヒータ２６はその一例を示す。勿論、
基板２の上面からの抵抗加熱、ランプ加熱、高周波誘導
加熱等も可能である。

【００３０】なお、反応容器１２の形状は上記例のよう
なものに限定されるものではなく、サセプタ１８を収納
してその回転を許容することができ、かつサセプタ１８
上の基板表面に対向する壁面が平面であれば、他の形状
でも良い。例えば、角筒状部１４および円筒状部１６の
代わりに、それ以外の形状の筒状部を互いに連通させる
等しても良い。

【００３１】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、サセプ
タ上の基板表面に対向する部分の反応容器の壁面が、平
面であってしかも基板表面に対して原料ガスの下流側で
狭くなるように傾けられているので、原料ガスの基板表
面での流速が下流側で大きくなり、下流側への原料輸送
量を高めることができ、それによって基板表面の膜厚均
一性が向上する。しかもその状態でサセプタを基板表面
の中心を中心にして回転させて基板を回転させることが
でき、この回転によって基板面内における膜厚分布の不
均一性を解消することができる。その結果、このような
両作用が相俟って、基板表面に形成される薄膜の膜厚の
面内均一性を向上させることができる。

【００３２】しかも、反応容器外の回転駆動源によって
支持軸を回転させることによってサセプタを基板と共に
回転させる構造であり、摺動部が基板の周辺にないの
で、基板表面へのパーティクル付着の可能性が少ない。

【００３３】また、上記のような構造でサセプタ自身を
回転させるものであり、サセプタの基板裏面側内に基板
回転機構を設ける必要がないので、基板の加熱を基板の
裏面側からも行うことが可能であり、基板加熱の自由度
が制限されない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る化学気相成長装置を
示す断面図である。

【図２】図１中の反応容器の平面図である。

【図３】従来の化学気相成長装置の一例を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

２ 基板 ４ 原料ガス １２ 反応容器 １８ サセプタ ２０ 支持軸 ２２ 真空シール部 ２４ 回転駆動源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応容器内における原料ガスの流れ方向
   とサセプタ上の基板表面とがほぼ平行である平行流型の
   化学気相成長装置であって、一端部から原料ガスが導入
   され他端部から排気される反応容器と、この反応容器内
   に回転可能に収納されていて上面に基板を保持するサセ
   プタと、反応容器を回転可能に貫通していてサセプタを
   支持する支持軸であって、その中心軸がサセプタ上の基
   板表面の中心を垂直に通るものと、この支持軸が反応容
   器を貫通する部分を、支持軸の回転を許容しつつ真空シ
   ールする真空シール部と、反応容器外に設けられていて
   支持軸を回転させる回転駆動源とを備え、かつサセプタ
   上の基板表面に対向する部分の反応容器の壁面が、平面
   であってしかも基板表面に対して原料ガスの下流側で狭
   くなるように傾けられていることを特徴とする化学気相
   成長装置。