JPS61219794A - 気相成長装置等の加熱装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、エピタキシャル成長およびＣＶＤのための気
相成長装置やアニール装置などの加熱装置に係り、特に
処理を施こされる基板の均一加熱に関するものである。

〔従来技術〕

一般に気相成長装置は、抵抗ヒータ、ＲＦコイルあるい
は赤外線ランプなどの加熱源によって赤熱状態に加熱さ
れるサセプタ上に基板を設置して該基板を加熱し、この
基板の表面に反応ガスを接触させて該表面に気相成長層
を形成するようになっている。ところで、均一な厚さの
気相成長層を得るため、また基板が単結晶の場合にはス
リップの発生を押えるため、基板の平面方向および厚さ
方向の温度差を小さく押えて基板全体を均一に加熱する
必要がある。基板の表面は、反応ガスが接触して冷却さ
れたり、また放熱があったりするため、サセプタに接触
している裏面より低温になり、これによって基板がそ９
、サセプタとの接触が局部的になって平面内における温
度分布も悪くなりスリップを生ずる。そこで、従来、第
９図に示すように、石英製の容器１によって形成された
処理室２内にカーボン製のサセプタ３を配置し、このサ
セプタ３の同図において上面に基板４を載置し、同じく
同図において容器１の上方に設けた加熱源であるランプ
５により前記サセプタ３と基板４に同時に赤外光を照射
し、サセプタ３を赤熱状態に加熱してその上に載置され
ている基板４を裏面から加熱すると同時に、前記ランプ
５から赤外光にΔ より基板４を直接表面から加熱するようにしたものがあ
り、他のＲＦコイルなどによる方式に比較してスリップ
の発生が少ないと言われている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記第９図に示した装置における理想的な加熱状態は、
サセプタ３と基板４の昇温速度が同一の状態である。と
ころで、基板４がＳｉなどの半導体材料の場合、基板４
の光の吸収率および反射率は温度によって大きく異なり
、常温においては吸収率が小で、反射率が大であり、数
１００℃以上の中黒体化した状態においては吸収率が大
、反射率が小となる。他方、カーボン製のサセプタ３の
温度の変化に伴なう光の吸収率１反射率の変化は基板４
のように大きくはない。エピタキシャル成長においては
、基板４を１１００℃ないし１２００℃のような高温に
加熱する必要があるが、前記のように基板４の光の吸収
率１反射率が数１００℃を境にして大きく変化するため
、常温域から高温域まで該基板４とサセプタ３を所定の
割合を保って昇温させることはできず、実際に両者の熱
容量などとの関係もあって数１００℃を過ぎると基板４
の方がサセプタ３より速く昇温してしまう。そこで、サ
セプタ３の温度が先に所定温度に達している基板４の温
度に近付くまでの間、基板４とサセプタ３とは大きな温
度差をもって接触することになり、特に基板４が大径の
場合、スリップを生じてしまう。このような問題を解決
するため、従来、サセプタ３の基板載置位置に極く浅い
わん曲した凹部を設け、サセプタ３と基板４との接触状
態を改善する方法が提案されているが、従来提案されて
いる凹部は最も深いところでも基板４の裏面とのすき間
がＯ，ｌｒＭＲないしはそれ以下の極めて小さい値であ
り、約１２５ないし１５０ｍｍさらにはそれ以上の直径
の基板４に対し、このような小さな値の凹部をその底面
の形状も含めて正確に形成することは困難であり、実際
には十分な均一加熱ができず、スリップを生じてしまう
ことが多かった。

このような問題は、気相成長装置に限らず、アニール装
置などのような基板を加熱する装置一般についても同様
である。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明は、前述したような問題点を解決するため、少な
くとも一部を石英で形成された処理室と、この処理室内
に設置されるカーボン製の発熱体と、この発熱体に対し
基板をその外周近くを除く裏面の大部分ないし裏面全体
が間隔を置いて対向するように位置させる基板支持部と
、処理室外に設けられ基板が設置される側から基板およ
び発熱体に赤外光を照射する加熱源とにより構成したも
のである。

〔作　用〕

本発明によれば、基板は外周近くを除く裏面の大部分な
いし裏面全体が発熱体から離れて対向するように設置さ
れるため、基板と発熱体の温度差による悪影響は小さく
、基板の加熱は主として加熱源から赤外光と発熱体が加
熱されることによっ＾ て生ずる赤外光とによる表裏両面からの輻射加熱によっ
て行なわれる。加熱源および発熱体からの赤外光の基板
全面に対する強度分布はほぼ一様であり、従来のように
基板のそりになどに伴なうサセプタとの接触の不安定に
よる加熱のアンバランスを生ずることがなく、さらに基
板がＳｉ　などの半導体材料の場合には赤外光は一部透
過するので、内部をも加熱し表裏の温度差も少なく、全
体が均一に加熱される。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を示す第１図ないし第２図につい
て説明する。１は石英製の容器、２は処理室、３１はカ
ーボン環の発熱体で、好ましくはＳｉＣコートが施こさ
れている。発熱体３１は石英製の台６を介して反応室２
内に置かれている。発熱体３１上には、カーボン、Ｓｉ
、ＳｉＣ，石英、またはＳｉ３Ｎ４などのセラミックス
のような耐熱かつ耐化学性に富む材料製のおおむねリン
グ状をした支持体１０が設置され、この支持体１０上に
基板４を設置するようになっている。支持体１ｏは、基
板４の外周部を支持するようになっており、その高さは
互いに対向する発熱体３１の表面と基板４の裏面との間
隔が１〜２０ｗｐｒとなるように設定されている。支持
体１０の、矢印Ａで示すパージガスや反応ガスなどの各
種のガスの流れに対して下流側には、切欠き１１が設け
られ、ここから基板４の裏面側へ図示しない吸着具を挿
入し得るようになっている。

なお、第１図において、５はランプなどの赤外光を発す
る加熱源、７は反射板である。

次いで本装置の作用につき気相成長を例にとって説明す
る。基板４の裏面を図示しない吸着具によって保持し、
吸着具が支持体１０の切欠き１１に入るようにして基板
４を支持体１０上に設置する。次いで処理室２を閉じ、
矢印Ａで示すようにＮ２．Ｈ２のパージガスを順次流し
、処理室２内が完全にＨ２ガス雰囲気になったところで
、加熱源５に給電して赤外光を発生させる。

加熱源５からの赤外光は反射板７によって基板４および
発熱体３１に対しほぼ一様の強度分布になされてこれら
を照射する。加熱源５からの赤外光は、石英製の容器Ｃ
を効率良く透過させるため、１μｍ近辺の波長をピーク
値とする赤外光であることが好ましい。石英製の容器１
を透過して基板４に達した赤外光は、該基板４がＳｉや
ＧａＡｓなどの半導体の場合、約２０ないし４０チが該
基板４に吸収されてこれを加熱する。また、石英製の反
応容器１を透過して直接または基板４を透過して発熱体
３１に達した赤外光は、発熱体３１がカーボン環である
ため、若干は反射されるがほとんどは該発熱体３１に吸
収され°てこれを加熱する。

前述したように基板４の赤外光吸収率は、基板４の温度
が数１００℃に達するまでは比較的低いため、薄くて熱
容量が小さいにもかかわらず、比較的ゆるやかに昇温す
る。なお、この基板４は赤外光の一部を透過するため、
表面のみならず内部や裏面側も加熱される。そこで、基
板４は全体が比較的一様な温度分布で昇温する。

他方、発熱体３１は、その大きさからも熱容量が大きい
が、赤外光を略１００チ吸収して効率良く加熱され、比
較的速やかに昇温しで赤外光を発生する。なお、発熱体
３１は基板４があるために赤外光が一様には照射されな
いが、これを形成しているカーゼ／は熱伝導率が良いの
で全体が略均−な温度に加熱され、基板４の裏面全体に
対し一様に赤外光を照射する。そこで、基板４は表裏の
な 両側から＃１ぼ一様大分布の赤外光で加熱され、平面内
における温度差および表裏の温度差をより小さく押えら
れ、全体がより均一に加熱される〇こうして基板４が数
１００℃に達すると、前述したように基板４は生魚体化
して赤外光の吸収率が大きくなるため、発熱体３１に比
較して速やかに昇温し、両者の間には比較的大きな温度
差が生ずる。しかしながら、基板４と発熱体３１は、支
持体１０を介してわずかに接触しているのみで、大部分
は完全に離れているため、両者の間に温度差があっても
、基板４への影響はほとんど生じない。このため、基板
４と発熱体３１の昇温速度を合わせるように配慮する必
要はなく、むしろ発熱体３１の昇温速度を高めると共に
より強い赤外光を発するように定めることができる。

なお、基板４は中央部より外周部からの放熱の方が大き
いため、支持体ＩＯをカーボン、Ｓｉ。

ＳｉＣなどの赤外光によって発熱する材料で形成し、そ
の熱容量および基板４との接触度合を適宜に定めること
により、基板４の外周部の温度低下１を防止するように
したり、または支持体１０を石英またハＳ　ｉ３　Ｎ４
などのセラミックスのよう々熱不良導体で形成し、基板
１０の外周部からの放熱を押えたりすることが好ましい
。

また、処理室２内には、前述した昇温過程および気相成
長中にもＨ２ガスや反応ガスが矢印Ａで示すように流れ
ているため、これらのガスの流れによる基板４の温度変
動を押えるため、基板４と発熱体３１との間の空間１２
を支持体１０によって略閉じることにより、該空間１２
内をガスが自由に流れないようにすることが好ましい。

こうして基板４が所定温度に達したならば、加熱源５の
出力制御により、該基板４を所定温度に保持して、処理
室２内に反応ガスを流し、基板４の表面に気相成長層を
形成する。気相成長が終了したならば、加熱源５をＯＦ
Ｆにするかまたは出力制御して基板４を降温させるが、
このときにも基板４と発熱体３１は離れているため、両
者の温度差による影響は少なく、このため、より速く降
温させることが可能である。また、熱容量の差により発
熱体３１より基板４を速く降温させることができるため
、基板４の取出しが早くでき、運転サイクルを短縮でき
る。なお、基板４の取出しは、支持具１０の切欠き１１
から空間１２内へ図示しない吸着具を挿入して、基板４
の裏面を保持することにより行なう。そこで、基板４の
表面の損傷を防ぐことができる。

第３図は本発明の他の実施例を示すもので、発熱体３２
に四部３２ａを設け、該凹部３２ａの縁部に基板４を直
接設置するようにしたものである。

第４図は本発明のさらに他の実施例を示すもので、発熱
体３３に凹部３３ａを設け、この凹部３３ａ　°　、　
　　　　　　内に石英またはセラミックスなどの熱不良
体のリング状の支持体＋Ｏａを置き、この支持体１０８
　　を介して基板４を設置するようにしたものである。

第５図は本発明のさらに他の実施例を示すもので、発熱
体を符号３４．３５で示すように分割し、図において上
方の発熱体３４で基板４を支持するとともに、この発熱
体３４に貫通穴３４ａを設け、他方の発熱体３５を貫通
穴３４ａの図において下方に設けたものである。これに
よれば、発熱体３４．３５の厚さを適宜に定めることに
より、基板４の外周部と裏面の加熱割合を調節でき、ま
た個々の発熱体３４．３５を前記発熱体３２　、３３に
比べて単純な形状にすることができる。また、この実施
例において基板４の裏側へパージガスや反応ガスが自由
に流入することを防ぐ手段としては、発熱体３４．３５
の間のスペーサ１３をリング状とするか、または台６を
リング状にすることにより可能である。

第６図は本発明のさらに他の実施例を示すもので、発熱
体３６の凹部３６ａの中央に貫通穴３６ｂを明け、裏面
からの基板４の加熱の度合および分布を調節するように
した例を示すものである。

第７図は本発明のさらに他の実施例を示すもので、基板
４の裏面側に石英板１４を介在させたものである。この
ようにすれば、石英板１４は赤外光を透過しかつ保温性
がよいので、基板４を安定的に加熱保持することができ
る。

第３図ないし第７図に示した実施例はいずれも基板４０
表面を発熱体３２，３３，３４．３６．３７の表面と一
致させたもので、このようにすることにより、矢印Ａで
示すガスの流れが安定し、かつガスが発熱体３２などに
よって予熱されてから基板４上に流れるため、基板４の
温度が安定し、スリップの発生をより確実に防止し得る
。

第８図は、平坦な発熱体３８上に石英製のビン状の支持
体＋ｏｂ　を介して基板４を設置するようにし、かつ発
熱体３ｇ上に石英またはカーボンなどからなるカバー１
５を設けたものである。このカバー１５は、前記のよう
なガスの流れを改善すると共に、基板４の外周部からの
放熱を押え、さらに気相成長後の降温時にはカバー１５
が発熱体３８より早く降温するため、基板４の取出しま
でに要する時間が短かくできる利点が得られる。

前述した実施例は、いずれも本発明を横型の気相成長装
置に適用した例を示したが、本発明はこれに限らず縦型
、シリンダ型など種々の気相成長装置やアニール装置な
どの種々の加熱装置に適用し得るものである。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、昇温時および降温時
をも含めて基板をその全体の温度分布をより均一に保っ
て加熱することができ、スリップの発生を押えることが
できると共に、基板の全体に対して均一な処理を行なう
ことができ、さらに昇温・降温の温度制御ならびに均一
加熱のだめの発熱体や加熱源などの加熱機構の設計が容
易になる等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概要断面図、第２図は
第１図の要部平面図、第３図ないし第８図は本発明のそ
れぞれ異なる実施例を示す概要断面図、第９図は従来装
置の概要断面図である。 ｌ・・・・・・容器、２・・・・・・処理室、３・・・
・・・サセプタ、４・・・・・一基板、５・・・・・−
加熱源、ｌｏ、ｌｏａ、ＩＯｂ・・・・・・支持体、１
１・°°・・・切欠き、１２・・・・・・空間、１３・
・・・・・スペーサ、１４・・・・・・石英板、１５・
・・・・・カバー、３１．３２．３３，３４．３５，３
６，３７．３８・・・・・・発熱体、３２ａ１３３ａ１
３６ａ　・−・−凹部、３４ａ　、３６ｂ　・曲、貫通
穴。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも一部を石英で形成された処理室と、同処
   理室内に設置されるカーボン製の発熱体と、同発熱体に
   対し基板をその外周近くを除く裏面の大部分ないし裏面
   全体が間隔を置いて対向するように位置させる基板支持
   部と、処理室外に設けられ前記基板が設置される側から
   基板および発熱体に赤外光を照射する加熱源とからなる
   気相成長装置等の加熱装置。 ２、基板支持部が、カーボン、Ｓｉ、ＳｉＣ、石英また
   はセラミックスで形成されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の加熱装置。 ３、発熱体に凹部が形成され、該凹部の入口部に基板支
   持部が形成され、基板の表面が発熱体の表面に略一致し
   て設置されるようになっていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１または２項記載の加熱装置。 ４、発熱体が基板の各部分に対応して複数に分割して形
   成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１、２
   または３項記載の加熱装置。 ５、発熱体と基板裏面との間の空間が略閉じられている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１、２、３または４
   項記載の加熱装置。 ６、発熱体の基板裏面の中央に対向する部分に貫通穴が
   明けられていることを特徴とする特許請求の範囲第１、
   ２、３または４項記載の加熱装置。 ７、基板が石英板を介して設置されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１ないし６項のいずれか１項に記
   載の加熱装置。 ８、基板支持部の一部が切欠かれていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１ないし６項のいずれか１項に記載
   の加熱装置。