JPS6358925A - 気相表面処理反応装置 - 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〕 本発明は加熱された基板に原料ガスを供給し、基板表面
と反応させて気相表面処理を行う反応装置に関し、更に
詳述すると基板を均一に加熱して反応させ得る気相表面
処理反応装置を提供するものである。

〔従来技術〕

半導体等に用いる基板の表面処理を行う方法として化学
気相反応法（以下ＣＶＲ法という）がある。

この方法は基板を含む反応系に原料ガスを供給し、化学
反応によって原料ガスの分子を分解して基板表面にて化
学反応を行わせる方法であり、化学反応に必要なエネル
ギを供給する方式によって熱ＣＶＲ法、プラズマＣＶＲ
法、光ＣＶＲ法に分類される。

そのうちの熱ＣＶＲ法は加熱の方式により更に高周波加
熱法と赤外線加熱法とに大別される。後者の赤外線加熱
法は一般に第９図に示す装置により行っている。即ち、
底板２８の上面を倒立皿状の透明な石英製のベルジャ２
３にて覆ってなる反応室内に設けであるサセプタ２２上
に基板２１を複数置き、サセプタ２２上方の反応室外に
複数の直管型の赤外線ランプ２４．２４・・・を並設し
てこれらにより基板２１を加熱する。そして底板２８に
開設しであるガス供給口２６より原料ガスを供給する。

これにより、原料ガスが分解して基板表面と反応する。

そして、反応室内のガスを同じく底板２８に開孔しであ
る排気口２７より排出する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、シリコンエピタキシャル薄膜を基板上に成長
させる場合、その成長に必要な温度は１１００℃である
。その温度にまで赤外線ランプにて基板を加熱すると、
赤外線ランプは照度の空間分布が不均一であるので基板
を均一に加熱できず、このため基板上の各位置での温度
が異なり、基板が熱応力により変形し、塑性変形が生じ
た場合には基板に滑り転位が発生し、また膜成長速度あ
るいはキャリア不純物添加率といった温度依存性のある
特性が基板面内で不均一となるという問題点があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、基板
の温度分布を均一もしくは望ましい分布に制御できる気
相表面処理反応装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明はサセプタを縦軸回りに回転させて基板への赤外
線照射量を回転周方向において平均化し、また、サセプ
タ半径方向についての各基板内の加熱温度分布を均一と
すべく複数の赤外線源の配列。

出力を定めるか又は調整可能に設ける。

即ち、本発明に斯かる気相表面処理反応装置は、サセプ
タ上の基板を赤外線により加熱し、基板へ原料ガスを供
給して基板表面と反応させて気相表面処理を行う反応装
置において、縦軸回りに回転し、この回転軸を中心とし
て同心的に複数の基板を位置せしめる手段を有するサセ
プタと、該サセプタの上方に複数設けられ、各基板夫々
のサセプタ半径方向各位置が受ける赤外線２を制御して
、基板のサセプタ半径方向の温度分布を同一とすべく配
列若しくは出力を設定し、又は温度分布を調整するよう
に構成した赤外線源とを具備することを特徴とする。

〔実施例〕

以下本発明を図面に基づき具体的に説明する。

第１図は本発明の実施例を示す模式図であり、図中１は
気相表面処理が施される基板を示す、基板ｌは本発明に
係る気相表面処理反応装置の反応室内に設けられたサセ
プタ２上に載置されている。

反応室は円盤状に形成されたステンレス製の底板４とそ
の上を覆う倒立皿状のベルジャ５とで形成されており、
ベルジャ５は赤外線を透過しやすい高純度の透明石英製
である。

底板４の中心にはこれを直交する方向に貫通する回転軸
３が気密に設けられており、回転軸３の上端には炭化硅
素膜を被着した高純度黒鉛製の円盤状のサセプタ２がそ
の軸心を回転軸のそれと同一にして設けられている。サ
セプタ２には第２図（サセプタの平面Ｆ！！Ｊ）に示す
如（その上層部に回転軸３を中心として同心状に複数の
例えば４個の座ぐり穴２ａ＋２ａ・・・が基板１の厚み
寸法よりも少し小さい深さで設けられており、座ぐり穴
２ａには基板１が嵌入載置せしめられる。

回転軸３の下端は図示しない回転駆動装置と連結されて
おり、サセプタ２は回転軸３と共に同方向に所定回転速
度で回転する。

底板４にはこれを貫通する孔４ａが開設され、この孔４
ａに原料ガスを反応室内に供給するための供給管６が挿
通されている。供給管６はサセプタ２の回転域を外れた
位置にあり、その上端部はサセプタ２よりも高（、サセ
プタ２の軸心側へ向けて水平方向に曲折されている。ま
た、底板４には反応室内のガスを排出すべく排出孔４ｂ
が開設されており、底板４の孔４ａと排出孔４ｂとを除
く内部には水冷ジャケット（図示せず）が設けられてい
る。

反応室の外側にはサセプタ２の上方に複数、例えば１１
本の直管型の赤外線源７，７・・・、例えば赤外線ラン
プが等間隔に並設されており、赤外線ランプはその中央
の赤外線源のそ・の長さ方向中央位置はサセプタ２の軸
心上とし、また両端夫々の赤外線源と中間のそれとの離
隔距離はサセプタ２の半径よりも少し長くなるように調
整してあり、赤外線源７，７・・・の下方を除（周囲は
内面を反射板とした笠８にて覆われている。赤外線源７
．７・・・はこれが発する赤外線の強度夫々を各別に設
けられた図示しない出力調整回路により変更できるよう
になっており、出力調整回路はサセプタ２の半径方向の
基板１の各位置について赤外線源７，７・・・から受光
する光量を調整するごとによって、基板の温度分布を調
整（たとえば一定に）できるように、基板１上面の低（
又は高）湿部が通る円軌道を照射する赤外線源７．７・
・・の一部又は全部の出力を実績又は予備測定に基づい
て所要量だけ高く　（又は低く）する。

前記底板４の上面にはサセプタ２と略同型同寸法の反射
板９がその軸心に回転軸３を挿通して設置されており、
反射板９は上方からこれに達した赤外線をサセプタ２へ
向けて反射させるようになっている。これにより熱の有
効利用を図り得る。

加熱する必要があるのはサセプタではなく基板ｌである
が基板（単結晶シリコン）は赤外線が透過しやすいので
、熱の吸収が大きいサセプタを用いるのがよい、したが
ってサセプタ２は加熱により変形しない範囲で可及的に
薄いもの、例えば炭化シリコン膜を１２０μｍ厚で被着
した厚みが５　ｉｎのものを使用する。

このように構成された本発明装置の作用について説明す
る。赤外線源７，７・・・から発せられた赤外線は、笠
８により下方のみへ出ていき、一部は基板１、大部分は
サセプタ２へ吸収される。高温のサセプタ２から放射さ
れた赤外線は反射板９により再びサセプタ２へ戻り、基
板１の加熱に寄与する。

このとき、回転軸３が回転せしめられており、基板１は
サセプタ２の軸心回りに同心状に回転している。このた
め、各基板１のサセプタ２軸心からの同一離隔距離部分
では加熱条件が平均化されてすべて同一温度となり、複
数の基板が均一に加熱される。

また、第３図に示すように各赤外線源７．７・・・を原
料ガス供給側からｘ、ａ、ｂ・・・ｌとし、その強度を
、サセプタ２０半径方向の基板ｌの低温部分Ａ、Ｂが通
る円軌道を照射する該当する赤外線源の一部、例えば低
温部分Ａ、　Ｂを照射する時間が長いａ、ｅ、ｆ、ｇ、
にの赤外線ランプを他の赤外線源よりも所要量だけ高出
力化する。これにより各基板内の加熱温度分布を均一と
することが可能である。

なお、上記実施例ではサセプタ２の上層部に、その軸心
からの離隔距離を同一として同心状に座ぐり穴を設けて
いるが、本発明はこれに限らず、第４図に示す如くサセ
プタ２の軸心から離隔距離を異ならせて内側の４つの座
ぐり穴２ａと外側の８つの座ぐり穴２ａとを夫々同心状
に設けたものにも通用可能である。

但し、この場合には内側と外側とに分け、夫々について
赤外線源の出力を調整する。

また、上記実施例では赤外線源を等間隔に並設し、必要
とする赤外線源の照度を変更しているが、本発明はこれ
に限らず出力の調整を要する赤外線源を、予め調整後の
出力を定格として有するものを使用してもよい、また、
本発明は赤外線源を等間隔とせず、出力を弱くする赤外
線源近傍では間隔を広く、逆に出力を強くする赤外線源
近傍では間隔を狭くするようにしても実施できる。

〔効果〕

第５図は横軸に基板上の位置（ｔｍ）をとり、縦軸に温
度（’Ｃ）をとって、本発明装置により直径が１５０ｍ
の基板を加熱する場合（実施例）の１基板の直径上の温
度分布を示すグラフであり、比較のために第１図に示す
装置のサセプタ２を回転させず、また赤外線ランプの出
力を均一にし、つまり従来と同様に加熱した場合（従来
例）の温度分布を第６図に、またサセプタ２を１０ｒｐ
＋ｍで回転させるが赤外線ランプの出力を均一にした場
合（比較例）の温度分布を第７図に夫々示す。

従来例の場合には赤外線ランプ位置、この図の例ではａ
、ｂ、ｃ、ｄ、ｅの位置と対向する基板部分が他の部分
よりも高温度となって温度偏差が１３５℃程度と大きく
、また原料ガス供給側の方が全体的に温度が低かったが
、比較例ではサセプタを回転するため基板への赤外線照
射９が回転周方向について平均化されて温度偏差が７０
℃と相当小さくなっているが、まだ十分でなかった。こ
れに対し、実施例の場合には、サセプタの回転に加えて
赤外線ランプの出力をも調整して加熱するので温度偏差
が２０℃程度となり、基板上のすべての位置の温度が一
定となる。

上記実施例では反射板９を設けているので熱を有効に利
用して加熱でき、またこれに加えてサセプタ２が薄いの
で熱容量が小さく、このため昇温。

降温に必要な時間を短縮できる。

第８図は横軸に時間（分）をとり、縦軸に温度（’Ｃ）
をとって、反射板９を設けて加熱した場合の基板の表面
中心部の昇温曲線（実線）を示すグラフであり、比較の
ために反射板９を設けずに同一条件で加熱した場合のそ
れ（破線）を併せて示している。

この図より理解される如（反射板９を設けることにより
、昇温速度が約６倍に、また到達温度が約１００℃上昇
し、より効果的な加熱を行い得る。

以上詳述した如く本発明は、複数の赤外線源夫々を、配
列若しくは出力を設定し、又は調整するように設け、ま
たサセプタを回転するので、基板夫々の各位置で温度偏
差及び基板間での温度偏差が小さく、均一な加熱を行い
得、またこれにより滑り転位の発生を防止できる等優れ
た効果を奏する。

【図面の簡単な説明】 第り図は本発明の実施例を示す模式図、第２図はサセプ
タの平面図、第３図は本発明の内容説明図、第４図は本
発明の通用が可能なサセプタ例を示す平面図、第５図は
本発明の詳細な説明図、第６図は従来同様に加熱した基
板の温度偏差例を示すグラフ、第７図はサセプタを回転
させて加熱した基板の温度偏差例を示すグラフ、第８図
は反射板を設けることによる基板の昇温効果説明図、第
９図は従来装置の模式的断面図である。 １・・・基板　２・・・サセプタ　３・・−回転軸　７
・・・赤外線源　９・・・反射板 特　許　出願人　　住友金属工業株式会社代理人　弁理
士　　河　　野　　登　　夫篤　２　口 案　３　図 １４　　図 （外イＮＩＪ）−７５０１５（Ｋ４Ｊ）基机立位、ｉ　
（：ｎ〜 第５図 （／）（Ｊｔ＝Ｊ）　−７５０＋７５　　（Ｆ”Ｍｆｆ
Ｊ）基層上位ＸＣｍ哲） 箒　６　区 基オ反上イ立ａ（ｍ７７Ｌ） 第７図 ＄　　８　凹 ｐ′ 又 第　９　国

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、サセプタ上の基板を赤外線により加熱し、基板へ原
   料ガスを供給して基板表面と反応させて気相表面処理を
   行う反応装置において、縦軸回りに回転し、この回転軸
   を中心として同心的に複数の基板を位置せしめる手段を
   有するサセプタと、 該サセプタの上方に複数設けられ、各基板夫々のサセプ
   タ半径方向各位置が受ける赤外線量を制御して、基板の
   サセプタ半径方向の温度分布を同一とすべく配列若しく
   は出力を設定し、又は温度分布を調整するように構成し
   た赤外線源と を具備することを特徴とする気相表面処理反応装置。