JPH11106289A - 基板の温度分布測定方法 - Google Patents
基板の温度分布測定方法Info
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- JPH11106289A JPH11106289A JP26954697A JP26954697A JPH11106289A JP H11106289 A JPH11106289 A JP H11106289A JP 26954697 A JP26954697 A JP 26954697A JP 26954697 A JP26954697 A JP 26954697A JP H11106289 A JPH11106289 A JP H11106289A
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Abstract
内において、回転する基板の温度分布を正確に測定する
ことのできる温度分布測定方法を提供する。 【解決手段】 薄膜を気相成長させるための反応炉内に
設けられる回転式サセプタ上に載置される基板の温度分
布測定方法であって、所定位置に設けられた温度測定手
段(熱放射温度計7)によって、回転するサセプタ1B
上に載置される基板(a〜d)の表面温度を連続的に測
定し、サセプタの回転数に関する情報に基づいて、サセ
プタの回転に伴って変移する基板の測定点の軌跡を解析
し、その解析結果に基づいて、前記温度測定手段によっ
て測定された温度データを各測定点に対応付けすること
により基板表面の温度分布を算定するようにした。
Description
せるための反応炉内に設けられる回転式サセプタに載置
される基板の温度分布測定方法に関するものである。
ル成長法の一種である気相成長において、膜厚分布,比
抵抗値分布等が均一な高品質の結晶を成長させるため
に、基板上の成長温度は重要なパラメータの一つであ
る。
複数の基板表面で均一となるように、反応炉内に回転機
構を有する回転式サセプタを設け、このサセプタ上に複
数の基板を載置して、回転させながら均質な薄膜結晶を
成長させる方法がある。
如何に制御するかが、成長結晶の品質に重大な影響を与
えるため、サセプタ上の基板の温度分布状態をできるだ
け正確に知りたいという要望がある。
内歯ギアを有し、電動モータ等の駆動源に接続して回転
可能に成された円盤状の公転サセプタと、この公転サセ
プタの内歯ギアと係合する外歯ギアを円周に沿って有
し、基板を載置し得る円盤状に形成され、前記公転サセ
プタの内歯ギアに沿って自転するように成された所定数
の自転サセプタとから構成されている所謂自公転式サセ
プタが開発されている。
プタ上に載置された基板は、公転サセプタの回転に伴っ
て所定速度で公転せられると共に、自転サセプタ自体の
回転に伴って所定速度の自転も導入されるため、各基板
はヒータによって加熱される反応炉内を偏りなく巡回さ
せることができ、基板を均一に加熱し易いなどの利点が
ある。
いた気相成長装置において基板表面の温度を測定する方
法としては、熱放射温度計による測定方法があった。
ては、熱放射温度計の位置を固定し、サセプタの回転に
より刻々と位置が変わる基板表面温度を固定位置で連続
的に計測する所謂連続モードにより測定するのが一般的
であった。
熱放射温度計を通過するようにした場合には、自転サセ
プタ上と公転サセプタ上とでは温度差が大きいため、温
度測定結果は図1のようになる。
ラフにおいて、温度は公転サセプタ部に比して自転サセ
プタ部が高温となるパターンを示すが、少なくとも自転
サセプタに載置される基板の中心部の温度を測定するこ
とは可能であった。
連続モードによる温度測定法では、自転サセプタに載置
される基板の中心部における温度測定を行うことはでき
ても、基板全体の温度分布を測定することはできなかっ
た。
プタが自転した場合に、自転サセプタ上の基板の各部位
は時間の経過に伴い、自転回転数に応じた所定の軌跡
(トロコイド曲線)上を変移するため、反応炉の所定位
置に設けられる熱放射温度計によって各部位の温度を把
握して、基板表面全域の温度分布を測定することは困難
であった。
を解決すべく案出されたものであり、基板上に薄膜を気
相成長させるための反応炉内において、回転する基板の
温度分布を正確に測定することのできる温度分布測定方
法を提供することを目的としている。
に、本発明は、薄膜を気相成長させるための反応炉内に
設けられる回転式サセプタ上に載置される基板の温度分
布測定方法であって、所定位置に設けられた温度測定手
段によって、回転するサセプタ上に載置される基板の表
面温度を連続的に測定し、サセプタの回転数に関する情
報に基づいて、サセプタの回転に伴って変移する基板の
測定点の軌跡を解析し、その解析結果に基づいて、前記
温度測定手段によって測定された温度データを各測定点
に対応付けすることにより基板表面の温度分布を算定す
るようにした。
て、前記回転式サセプタは、円周に沿って内歯ギアを有
し、駆動源に接続して回転可能に成された円盤状の公転
サセプタと、当該公転サセプタの内歯ギアと係合する外
歯ギアを円周に沿って有し、基板を載置し得る円盤状に
形成され、前記公転サセプタの内歯ギアに沿って自転す
るように成された所定数の自転サセプタとから構成さ
れ、前記温度測定手段は、前記各自転サセプタ上の基板
が通過する所定位置に対向して設けるようにしてもよ
い。
サセプタの中心から自転サセプタの中心までの距離を
R、自転サセプタの半径をr、公転サセプタの角速度を
W、自転サセプタの角速度:wとし、自転サセプタの中
心を原点に取ったr-θ座標上で測定点を表すこととし
た場合に、自転サセプタ上の基板の中心と前記温度測定
手段の位置とが一致した時点を始点(0秒時)として、
t秒後に(r(t),θ(t))の位置を測定するとした場
合に、その位置を、 r(t)=2Rsin(wt/2) θ(t)=(w−W/2)t の二式によって算出して行われるようにすることもでき
る。
記温度測定手段を、前記自転サセプタ上の基板の中心が
通過する位置に対向して設けるようにしてもよい。
させるための反応炉内において、基板の温度分布を測定
することができるようになるため、結晶の成長温度を適
切に制御して、膜厚分布,比抵抗値分布等が均一なより
高品質の薄膜を気相成長させることに貢献できる。
を図面を参照して説明する。
布測定方法を有機金属気相成長方法(Metal Organic Ch
emical Vapor Deposition:MOCVD法)によるエピ
タキシャル成長に適用した場合の概略説明図である。
合物半導体基板a,b,c,dを図示しない加熱手段で
所定温度に加熱し、基板表面に原料の有機金属や水素化
物のガスを供給し、化学反応させて所望のInGaAs
などの化合物半導体単結晶薄膜を成長させる。
セプタ1Aと4つの自転サセプタ1Bとから構成されて
いる。
セプタ1Aの円周に沿って内歯ギアとしての自転導入用
固定ギア2が固設されている。
導入用固定ギア5に係合する外歯ギアが設けられてい
る。
1Bの上面には、前記基板a,b,c,dを載置する皿
状のカーボントレーを載せられるようになっている。
の回転軸にサセプタ1と平行に取り付けた円盤3に位置
検出用の穴4が設けられ、発光素子5と受光素子6とか
らなる位置検出手段が設けられている。
点あるいはその近傍(例えば、自転中心軌跡上の一点か
ら基板の半径以内)に相当する位置には、放射温度計7
が固設されている。
示しない制御装置等に送信されて温度データとして記憶
装置に格納されたり、ディスプレイに表示出力された
り、或いはプリンタにより印字出力されたりするように
構成することもできる。
法を適用した反応炉の概略構成であり、次にこの反応炉
における温度測定の手順を簡単に説明する。
レーを介して基板a〜dを載置する。
度(例えば、3rpm)で回転させる(なお、同時に自
転サセプタ1Bも自転導入用固定ギア2に案内されて所
定速度で自転を開始する)と共に、加熱手段による加熱
や原料ガスの供給を開始する。
温度の連続的な測定を開始する。
は、制御装置に送信され、自転サセプタ1Bの回転数に
応じて所定のデータ処理を施すことにより各基板a〜d
上の温度分布を得ることができる。
得る手法を簡単に説明する。
Bの位置関係を図示すると図4のようになる。
自転サセプタの中心O2までの距離,rは自転サセプタ
の半径,Wは公転サセプタの角速度,wは自転サセプタ
の角速度を表している。
1B上の測定点の軌跡を解析するために、測定点を自転
サセプタ1Bの中心を原点(0,0)に取ったr-θ座
標に表すこととして、自転サセプタ1Bの中心と放射温
度計7の位置が一致した時点を温度測定の始点(0秒
時)とする。
置を特定する場合に、その位置は次の式1,式2によっ
て求めることができる。
によって、自転サセプタの回転速度と所定の相関関係を
有する自転サセプタ上の測定点の軌跡を経過時間毎に正
確に知ることができる。
計7によって連続的に測定された温度データを経過時間
毎に対応させることにより、少なくとも測定点の軌跡上
の温度変化を知得することができる。よって、この測定
点の軌跡上の温度変化に基づいて、基板の表面全体の温
度分布を類推して測定することが可能となる。
プタ1Bを回転させる回数を増やすことにより、測定点
の軌跡は基板表面の各部を通過するようになるため、温
度分布を正確に測定することができるようになる。
跡について説明する。
を有すること、即ち自転サセプタの回転数によって測定
点の軌跡が変化する様子を示す説明図である。
=13cm,r=6cm,公転サセプタの回転数:Kは
3rpmで、自転サセプタの回転数:kは10rpm,
30rpm,100rpm,300rpmと4段階に変
化させた。
は、 W=360*3/60/2*π (rad/sec) の計算
式により与えられ、自転サセプタの角速度:wは、 w=360*k/60/2*π (rad/sec)(k=1
0,30,100,300) の計算式により与えられ
る。
2に代入することにより、t秒後の測定点の位置(r
(t),θ(t))を求めることができる。
置(r(t),θ(t))を逐次プロットすることにより、
自転サセプタの回転数10rpmの場合には軌跡L1,
30rpmの場合には軌跡L2,100rpmの場合に
は軌跡L3,300rpmの場合には軌跡L4として、
自転サセプタの各自転回転数に応じた基板の測定点の軌
跡を正確に解析することができる。
セプタの回転数を10rpmとしたの場合の1回目〜4
回目の回転について、上述の手法によって得られる各軌
跡L11〜L14を示したものである。
ついて、放射温度計7によって連続的に測定された温度
データを経過時間毎に対応させることにより、基板の表
面全体の温度分布を類推して測定することが可能とな
る。
自転サセプタの回転数を30rpmとした場合の1回目
〜4回目の回転について、上述の手法によって得られる
各軌跡L21〜L24を示したものである。
1〜L24について、放射温度計7によって連続的に測
定された温度データを経過時間毎に対応させることによ
り、基板の表面全体の温度分布を類推して測定すること
が可能となる。
回転数を100rpm,300rpmにした場合につい
ても、同様に各回転回数の軌跡を解析して自転サセプタ
の表面全体の温度分布を測定することが可能である。
について上述のような測定点の軌跡の解析を行い、基板
の表面上の各部を略万遍なく通過する測定点の多数の軌
跡について温度データを経過時間毎に対応させることに
より、基板の温度分布の測定精度を一層高めることがで
きる。
に関するデータや、基板の温度分布の測定結果は、制御
装置等の制御により、ハードディスク等の記憶装置に格
納したり、CRT等のディスプレイに表示出力したり、
或いはプリンタにより印字出力するようにしてもよい。
温度分布に基づいて、反応炉内の温度分布等を把握する
ことも可能となり、それらの温度に関する分析結果を反
応炉の結晶成長温度の制御等にフィードバックすること
により、膜厚分布,比抵抗値分布等が均一なより高品質
の結晶を気相成長により得ることが期待できる。
適用した装置の具体的な例示の一つに過ぎず、本発明は
それにより何等の制限を受けるものではないことは勿論
である。
直径等や、回転速度等は、本実施形態に掲げたものに限
らず、任意に設定可能である。
配置パターンも上記実施形態のように4枚を90度毎に
配置するものに限られるものではなく、任意の枚数を所
定のパターンで配置する場合であってもよい。
上に化合物半導体単結晶薄膜を成長させる例について説
明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、
Si基板,ガラス基板,セラミック基板などに化合物半
導体以外の半導体や、半導体以外の酸化物や金属などの
薄膜を成長させる場合にも適用可能である。
例にとったが、これに限定されるものではなく、クロラ
イドCVD,ハライドCVD,蒸着,分子線エピタキシ
ー(MBE)などの気相成長方法にも適用可能である。
過型に限定されず他の方式も適用可能であるが、非接触
方式のものが望ましい。
ための反応炉内に設けられる回転式サセプタ上に載置さ
れる基板の温度分布測定方法であって、所定位置に設け
られた温度測定手段によって、回転するサセプタ上に載
置される基板の表面温度を連続的に測定し、サセプタの
回転数に関する情報に基づいて、サセプタの回転に伴っ
て変移する基板の測定点の軌跡を解析し、その解析結果
に基づいて、前記温度測定手段によって測定された温度
データを各測定点に対応付けすることにより基板表面の
温度分布を算定するようにしたので、反応炉内におい
て、基板の温度分布を測定することができるようにな
り、結晶の成長温度を適切に制御して、膜厚分布,比抵
抗値分布等が均一なより高品質の結晶を気相成長させる
ことに貢献することができるという効果がある。
すグラフである。
VD法によるエピタキシャル成長に適用した場合の概略
説明図である。
る。
説明図である。
数との関係を示す説明図である。
軌跡を示す図である。
軌跡を示す図である。
の測定点の軌跡 a,b,c,d 基板 1 回転式サセプタ 1A 公転サセプタ 1B 自転サセプタ 2 自転導入用固定ギア 3 位置検出用円盤 4 位置検出用穴 5 発光素子 6 受光素子 7 熱放射温度計
Claims (4)
- 【請求項1】薄膜を気相成長させるための反応炉内に設
けられる回転式サセプタ上に載置される基板の温度分布
測定方法であって、 所定位置に設けられた温度測定手段によって、回転する
サセプタ上に載置される基板の表面温度を連続的に測定
し、 サセプタの回転数に関する情報に基づいて、サセプタの
回転に伴って変移する基板の測定点の軌跡を解析し、 その解析結果に基づいて、前記温度測定手段によって測
定された温度データを各測定点に対応付けすることによ
り基板表面の温度分布を算定することを特徴とする基板
の温度分布測定方法。 - 【請求項2】前記回転式サセプタは、 円周に沿って内歯ギアを有し、駆動源に接続して回転可
能に成された円盤状の公転サセプタと、 当該公転サセプタの内歯ギアと係合する外歯ギアを円周
に沿って有し、基板を載置し得る円盤状に形成され、前
記公転サセプタの内歯ギアに沿って自転するように成さ
れた所定数の自転サセプタと、 から構成され、 前記温度測定手段は、前記各自転サセプタ上の基板が通
過する所定位置に対向して設けられていることを特徴と
する請求項1記載の基板の温度分布測定方法。 - 【請求項3】前記基板の測定点の軌跡の解析は、 公転サセプタの中心から自転サセプタの中心までの距離
をR、 自転サセプタの半径をr、 公転サセプタの角速度をW、 自転サセプタの角速度をwとし、自転サセプタの中心を
原点に取ったr-θ座標上で測定点を表すこととした場
合に、自転サセプタ上の基板の中心と前記温度測定手段
の位置とが一致した時点を始点(0秒時)として、t秒
後に(r(t),θ(t))の位置を測定するとした場合
に、その位置を、式1,式2 r(t)=2Rsin(wt/2) ・・・式1 θ(t)=(w−W/2)t ・・・式2 によって算出して行われることを特徴とする請求項2記
載の基板の温度分布測定方法。 - 【請求項4】前記温度測定手段は、前記自転サセプタ上
の基板の中心が通過する位置に対向して設けられること
を特徴とする請求項2または請求項3に記載の基板の温
度分布測定方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26954697A JP3355475B2 (ja) | 1997-10-02 | 1997-10-02 | 基板の温度分布測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26954697A JP3355475B2 (ja) | 1997-10-02 | 1997-10-02 | 基板の温度分布測定方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11106289A true JPH11106289A (ja) | 1999-04-20 |
JP3355475B2 JP3355475B2 (ja) | 2002-12-09 |
Family
ID=17473894
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26954697A Expired - Lifetime JP3355475B2 (ja) | 1997-10-02 | 1997-10-02 | 基板の温度分布測定方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3355475B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002544116A (ja) * | 1999-05-13 | 2002-12-24 | イーエムエフ・アイルランド・リミテッド | 基板上に材料をエピタキシャル成長させるための方法と装置 |
US8992079B2 (en) | 2011-05-26 | 2015-03-31 | Tokyo Electron Limited | Temperature measurement apparatus, method of estimating temperature profile, recording medium and heat treatment apparatus |
US9002674B2 (en) | 2011-05-26 | 2015-04-07 | Tokyo Electron Limited | Temperature measurement apparatus, method of measuring temperature profile, recording medium and heat treatment apparatus |
-
1997
- 1997-10-02 JP JP26954697A patent/JP3355475B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002544116A (ja) * | 1999-05-13 | 2002-12-24 | イーエムエフ・アイルランド・リミテッド | 基板上に材料をエピタキシャル成長させるための方法と装置 |
JP2011168492A (ja) * | 1999-05-13 | 2011-09-01 | Veeco Process Equipment Inc | 基板上に材料をエピタキシャル成長させるための方法と装置 |
JP4790914B2 (ja) * | 1999-05-13 | 2011-10-12 | ヴィーコ・プロセス・イクウィップメント・インコーポレーテッド | 基板上に材料をエピタキシャル成長させるための方法と装置 |
US8992079B2 (en) | 2011-05-26 | 2015-03-31 | Tokyo Electron Limited | Temperature measurement apparatus, method of estimating temperature profile, recording medium and heat treatment apparatus |
US9002674B2 (en) | 2011-05-26 | 2015-04-07 | Tokyo Electron Limited | Temperature measurement apparatus, method of measuring temperature profile, recording medium and heat treatment apparatus |
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