KR101718209B1 - 기상 성장 방법 및 기상 성장 장치 - Google Patents

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다카노리 하야노
다츠히코 이이지마
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가부시키가이샤 뉴플레어 테크놀로지
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Abstract

본 발명은, 가열 수단에 의해 기판을 가열하면서 기판에 원료 가스를 공급하여, 기판 상에 막을 성장시키는 기상 성장 방법으로서, 기판의 온도를 방사 온도계로 측정하고, 기판 상에 막을 성장시키고 있지 않을 경우에, 방사 온도계의 측정값이 소정값이 되도록 가열 수단의 출력을 제어하는 온도 피드백 제어를 행하고, 기판 상에, 방사 온도계의 측정 파장으로 박막 간섭이 생기는 막을 성장시키고 있을 때에는, 가열 수단의 출력을 일정하게 유지하는 출력 일정 제어를 행하는 것을 목적으로 한다.

Description

기상 성장 방법 및 기상 성장 장치{VAPOR PHASE GROWING METHOD AND VAPOR PHASE GROWING APPARATUS}
본 발명은 기상 성장 방법 및 기상 성장 장치에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode)나, GaN, SiC 등의 화합물 반도체를 이용한 전자 디바이스의 작성에는, 단결정 기판 상에 단결정 박막을 성장시키는 에피택셜 성장 기술이 이용된다.
에피택셜 성장 기술에 사용되는 성막 장치에서는, 상압 또는 감압으로 유지된 성막실의 내부에, 예컨대, 웨이퍼를 배치한다. 그리고, 이 웨이퍼를 가열하면서 성막실 내에, 성막을 위한 원료가 되는 가스를 공급하면, 웨이퍼의 표면에서 원료 가스의 열분해 반응 및 수소 환원 반응이 일어나고, 웨이퍼 상에 에피택셜막이 성막된다.
웨이퍼 상에 고품질로, 균일한 막두께, 막질의 막을 퇴적시키기 위해서는, 웨이퍼의 온도를 정확하게 제어할 필요가 있다. 이 때문에, 방사 온도계를 이용하여 웨이퍼의 온도를 측정하고, 가열 수단을 제어하고 있다(예컨대, 일본 특허 공개 공보 제2006-90978호 참조).
그러나, 웨이퍼 상에 방사 온도계의 측정 파장에 대하여, 투명한 박막을 퇴적시키면, 박막의 박막 간섭에 의해, 방사 온도계의 측정 파장의 방사율이 변화하고, 웨이퍼 온도가 일정한 경우에도, 막두께에 의해 방사 온도계의 검출 온도가 변화하기 때문에, 웨이퍼 온도를 정확하게 측정할 수 없게 된다. 따라서, 검출된 웨이퍼 온도에 기초하여 히터 출력을 제어하는 온도 피드백 제어를 행할 수 없어, 웨이퍼 온도를 제어하는 것이 곤란하였다.
본 발명은, 박막 간섭을 일으키는 박막을 기판 상에 퇴적시킬 때에도, 고정밀도의 온도 제어가 가능한 기상 성장 방법 및 기상 성장 장치를 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른 기상 성장 방법은, 가열 수단에 의해 기판을 가열하면서 상기 기판에 원료 가스를 공급하여, 상기 기판 상에 막을 성장시키는 기상 성장 방법으로서, 상기 기판의 온도를 방사 온도계로 측정하고, 상기 기판 상에 막을 성장시키고 있지 않을 때에, 상기 방사 온도계의 측정값이 제1 설정값이 되도록 상기 가열 양단의 출력을 제어하는 제1 온도 피드백 제어를 행하고, 상기 기판 상에, 상기 방사 온도계의 측정 파장으로 박막 간섭이 생기는 제1 막을 성장시키고 있을 때에는, 상기 가열 수단의 출력을 일정하게 유지하는 제1 출력 일정 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따른 기상 성장 장치는, 기판이 도입되고, 기상 성장 반응을 행하는 반응실과, 상기 반응실에 가스를 공급하는 가스 공급부와, 상기 기판을 가열하는 가열 수단과, 상기 기판의 온도를 측정하는 방사 온도계와, 상기 가열 수단의 출력을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 방사 온도계의 측정값이 제1 설정값이 되도록 상기 가열 수단의 출력을 제어하는 제1 온도 피드백 제어를 행하고, 상기 기판 상에 상기 방사 온도계의 측정 파장으로 박막 간섭이 생기는 제1 막을 성장시키고 있을 때에는, 상기 가열 수단의 출력을 일정하게 유지하는 제1 출력 일정 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 것이다.
도 1은 본 실시형태에 따른 기상 성장 장치의 개략 구성도.
도 2는 본 실시형태에 따른 기상 성장 방법을 설명하는 타이밍 차트.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다.
도 1은 본 실시형태에 따른 기상 성장 장치(100)의 개략 구성을 나타낸다. 본 실시형태에서는, 성막 처리의 대상인 시료로서, 실리콘 웨이퍼 등의 기판(101)을 이용한다. 도 1에서는, 서셉터(102)에 기판(101)을 배치한 상태를 나타내고 있다. 그리고, 서셉터(102) 상에 배치된 기판(101) 상에, 에피택셜막을 형성하기 위한 원료가 되는 복수 종류의 원료 가스를 공급하고, 기판(101) 상에서 기상 성장 반응시켜 성막을 행한다.
기상 성장 장치(100)는, 기판(101) 상에서 기상 성장을 시켜서 에피택셜막의 성막을 행하는 반응실로서, 챔버(103)를 갖는다.
챔버(103)의 내부에는, 서셉터(102)가, 회전부(104)의 위쪽에 마련되어 있다. 서셉터(102)는, 개구부를 가지며 구성된 링상의 형상을 갖는다. 서셉터(102)의 내주측에는 스폿 페이싱이 형성되어 있고, 서셉터(102)는, 이 스폿 페이싱 내에 기판(101)의 외주부를 수납하여 지지하는 구조를 갖는다. 또한, 서셉터(102)는, 고온 하에 노출되기 때문에, 예컨대, 등방성 흑연의 표면에 CVD(화학 기상 성장)법에 의해 고내열인 고순도의 SiC를 피복하여 구성된다.
또한, 서셉터(102)의 구조에 대해서, 도 1에 도시된 서셉터(102)는 일례이며, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 그 개구부를 막는 부재를 마련하여 서셉터를 구성하는 것이 가능하다.
회전부(104)는, 원통부(104a)와 회전축(104b)을 갖고 있다. 회전부(104)에서는, 원통부(104a)의 상부에서 서셉터(102)를 지지하고 있다. 그리고, 회전축(104b)이 도시하지 않은 모터에 의해 회전함으로써, 원통부(104a)를 통해 서셉터(102)가 회전한다. 이렇게 해서, 서셉터(102) 상에 기판(101)이 배치된 경우, 그 기판(101)을 회전시킬 수 있다.
도 1에 있어서, 원통부(104a)는, 상부가 개구되는 구조를 가지며, 상부가 개방된 구조이다.
원통부(104a) 내부에는, 가열 수단으로서의 히터(120)가 설치되어 있다. 히터(120)에는 저항 가열 히터를 이용하는 것이 가능하고, 이들은 예컨대 카본(C)재의 표면에 고내열인 SiC를 피복하여 구성된다. 히터(120)는, 회전축(104b) 내에 설치된 대략 원통형의 석영으로 제조된 샤프트(108)의 내부를 지나는 배선(109)에 의해 급전되고, 기판(101)을 그 이면에서 가열한다. 배선(109)은 제어부(109)에 접속되어 있고, 제어부(10)가 히터(120)의 출력(가열 파워)을 제어한다. 가열 수단으로는, 히터(120)가 아닌 가열 램프 등을 이용하여도 좋다.
샤프트(108)의 내부에는, 기판 승강 수단으로서 도시되지 않는 승강 핀이 배치되어 있다. 승강 핀의 하단은, 샤프트(108)의 하부에 설치된 도시되지 않는 승강 장치까지 연장되어 있다. 그리고, 그 승강 장치를 동작시켜 승강 핀을 상승 또는 하강시킬 수 있다. 이 승강핀은, 기판(101)의 챔버(103) 내로의 반입과 챔버(103) 밖으로의 반출시에 사용된다. 승강 핀은 기판(101)을 아래쪽에서 지지하고, 들어 올려 서셉터(102)로부터 떼어 놓는다. 그리고, 기판(101)의 반송용 로봇(도시되지 않음)과의 사이에서 기판(101)을 전달할 수 있도록, 기판(101)을 회전부(104) 상의 서셉터(102)로부터 떨어진 위쪽의 소정 위치에 배치하도록 동작한다.
기상 성장 장치(100)의 챔버(103)의 상부에는, 샤워 플레이트(124)가 설치되어 있다. 샤워 플레이트(124)는, 에피택셜막을 형성하기 위한 복수 종류의 원료 가스를 각각 챔버(103) 내에서 정류하고, 가스 분출 구멍(129)을 통해 기판(101)의 표면을 향해 샤워형으로 공급하도록 기능한다.
샤워 플레이트(124)는, 소정의 두께를 지닌 판상의 형상을 갖는다. 샤워 플레이트(124)는, 스테인리스강이나 알루미늄 합금 등의 금속 재료를 이용하여 구성할 수 있다. 샤워 플레이트(124)의 내부에는, 가스 유로가 형성되어 있고, 복수 종류의 가스가 혼합되어 챔버(103) 내의 기판(101)에 공급된다. 샤워 플레이트(124)에는, 후술하는 온도 측정을 행하기 위한 석영창(石英窓)(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 또한, 샤워 플레이트에 가스 유로를 복수 형성하고, 복수 종류의 가스를 분리한 채로 챔버(103) 내의 기판(101)에 공급하여도 좋다.
각 가스 유로는 가스관(131)의 일단과 접속되어 있다. 가스관(131)의 타단은, 가스 봄베 등으로 구성된 가스 공급부(133)에 접속되어 있고, 가스 밸브(135)의 개방도에 따른 유량의 가스가 흐른다. 가스 밸브(135)의 개방도는 제어부(10)에 의해 제어된다. 가스관(131) 및 가스 공급부(133)는 복수 형성되어 있고, 각각 상이한 가스에 대응하고 있다.
챔버(103)의 하부에는, 반응 후의 상기 복수 종류의 가스 등을 배기하기 위한 가스 배기부(125)가 복수 마련되어 있다. 가스 배기부(125)는, 조정 밸브나 진공 펌프 등을 포함하는 배기 기구(128)에 접속되어 있다.
챔버(103)의 상부에는, 온도 측정부로서의 방사 온도계(140)가 설치되어 있다. 방사 온도계(140)는, 샤워 플레이트(124)에 형성된 도시되어 있지 않은 석영창 및 가스 분출 구멍(129)에 형성된 석영창을 통해 기판(101)의 표면 온도를 측정한다. 방사 온도계(140)의 측정 결과는 제어부(10)에 송신된다. 또한, 방사 온도계로 측정하는 파장으로는, 예컨대 900 ㎚가 선택되지만, 그 이외의 적외선, 가시광선 등이어도 상관없다.
제어부(10)는, 가스 밸브(135)에 접속되어 있고, 각 가스의 공급량이나 공급 타이밍을 제어한다. 또한, 제어부(10)는, 배기 기구(128)에 접속되어 있고, 챔버(103) 내를 원하는 압력으로 조정한다. 또한, 제어부(10)는, 방사 온도계(140)가 측정한 기판(101)의 표면 온도를 취득한다. 또한, 제어부(10)는, 회전부(104)의 구동 제어를 행한다.
또한, 제어부(10)는, 히터(120)의 출력을 제어한다. 제어부(10)는, 방사 온도계(140)의 측정 결과가 소정값이 되도록 히터(120)의 출력을 제어하는 "온도 피드백 제어"와, 방사 온도계(140)의 측정 결과에 상관없이 히터(120)의 출력을 일정하게 유지하는 "출력 일정 제어"의 2개의 출력 제어 방식을 구비하고 있다. 제어부(10)는, 이들 2개의 출력 제어 방식을 전환하면서, 기판(101) 상으로의 성막을 행한다.
기판(101) 상에 박막을 퇴적시키면, 박막의 막두께에 의해 간섭색이 발생하여 방사율이 변화하고, 방사 온도계(140)의 측정 결과의 정밀도가 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, 본 실시형태에 있어서 제어부(10)는, 방사 온도계(140)의 측정 결과의 정밀도가 저하될 때, 즉 기판(101) 상으로의 막의 퇴적 중에는, 방사 온도계(140)의 측정 결과를 이용하지 않고, 히터(120)의 출력을 일정하게 유지하는 "출력 일정 제어"를 행한다.
다음에, 도 2의 타이밍 차트를 이용하여, 히터(120)의 출력 제어 방식을 전환하면서 성막을 행하는 방법의 일례를 설명한다. 도 2는, 기판(101) 상에 III족 질화물막을 퇴적하는 예를 나타내고 있고, 가스 공급부(133)(도 1 참조)로부터, 암모니아 가스(이하, NH3 가스), 트리메틸알루미늄 가스(이하, TMA 가스), 트리메틸갈륨 가스(이하, TMG 가스)가 공급된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 시각 t1∼t2 동안에는, 제어부(10)는 온도 피드백 제어를 행하고, 방사 온도계(140)의 측정 결과에 기초하여, 기판(101)의 온도가 1000℃가 되도록 히터(120)의 출력을 제어한다. 이 때, 회전부(104)의 회전수는 50 rpm이며, NH3 가스, TMA 가스, TMG 가스는 공급되지 않는다. 또한, 도 2에 있어서, 「vent」는 챔버(103) 내에 가스가 공급되지 않는 것을 나타내고, 「run」은 챔버(103) 내에 가스가 공급되고 있는 것을 나타내고 있다.
시각 t2∼t3에 있어서, 회전부(104)의 회전수를 900 rpm까지 상승시킨다. 이 때, 제어부(10)는 온도 피드백 제어를 행하고, 방사 온도계(140)의 측정 결과에 기초하여, 기판(101)의 온도가 1000℃를 유지하도록 히터(120)의 출력을 제어한다. 회전부(104)의 회전수의 변화에 의해 기판(101)의 온도가 변화한 경우, 이 온도 변화는 방사 온도계(140)에 의해 정확하게 검출된다. 제어부(10)는, 방사 온도계(140)의 측정 결과를 이용하여 히터(120)의 출력을 제어하고, 기판(101)의 온도를 소정 온도(1000℃)로 유지할 수 있다.
시각 t3에 있어서, 챔버(103) 내로의 NH3 가스의 공급이 시작된다. 이 때, 제어부(10)는 온도 피드백 제어를 행하고, 방사 온도계(140)의 측정 결과에 기초하여, 기판(101)의 온도가 1000℃를 유지하도록, 히터(120)의 출력을 제어한다. NH3 가스의 공급에 따라 기판(101)의 온도가 변화한 경우, 이 온도 변화는 방사 온도계(140)에 의해 정확하게 검출된다. 제어부(10)는, 방사 온도계(140)의 측정 결과를 이용하여 히터(120)의 출력을 제어하고, 기판(101)의 온도를 소정 온도(1000℃)로 유지할 수 있다.
NH3 가스의 공급 개시 후, 온도 피드백 제어에 의해 방사 온도계(140)의 측정 결과가 안정된 경우, 제어부(10)는 소정 시간 동안(예컨대, 도 2에 있어서의 기간 T1)의 히터(120)의 출력의 평균값(PA1)을 산출한다. 산출된 히터(120)의 출력 평균값(PA1)은, NH3 가스 공급 상태로 기판(101)의 온도를 소정 온도(1000℃)로 유지할 수 있는 히터(120)의 출력이라고 간주할 수 있다. 기간 T1은 예컨대 수십 초이다.
시각 t4에 있어서, 챔버(103) 내로의 TMA 가스의 공급을 시작한다. 이 때, 제어부(10)는 히터(120)의 출력 제어 방식을 출력 일정 제어로 전환하여, 히터(120)의 출력을 산출한 평균값(PA1)으로 유지한다. TMA 가스의 공급에 따라, 기판(101) 상에는 질화알루미늄막이 퇴적된다.
기판(101) 상의 질화알루미늄막의 막두께에 의해 박막 간섭이 생겨 방사 온도계로 측정하고 있는 파장(예컨대 900 ㎚)의 방사율이 변화하고, 실제로는 기판(101)의 온도가 변화하지 않아도, 방사 온도계(140)의 검출 온도가 변화할 수 있다. 본 실시형태에서는, 제어부(10)가 출력 일정 제어를 행하고, 방사 온도계(40)의 측정 결과가 변화하여도 히터(120)의 출력을 일정하게 유지함으로써, 기판(101)의 온도를 거의 소정 온도로 유지할 수 있다. 박막 간섭에 의해, 기판(101)으로부터의 복사에 의한 방열이 변화하는 경우는, 기판(101)의 온도는 다소 변화하지만, 방사 온도계(140)로 측정하고 있는 파장의 방사율 변동에 따른 온도 변동에 비하면 훨씬 작다.
시각 t5에 있어서 TMA 가스의 공급을 정지하고, 챔버(103)로부터 TMA 가스를 퍼지한다. 제어부(10)는 출력 일정 제어를 행하여, 히터(120)의 출력을 PA1로 유지한다.
시각 t6에 있어서 TMA 가스 및 TMG 가스의 공급을 시작한다. 제어부(10)는 출력 일정 제어를 행하여, 히터(120)의 출력을 PA1로 유지한다. TMA 가스 및 TMG 가스의 공급에 따라, 기판(101) 상에는 질화알루미늄갈륨막이 퇴적된다. 기판(101) 상의 질화알루미늄갈륨막의 막두께에 의해 박막 간섭이 생겨 방사 온도계로 측정하고 있는 파장의 방사율이 변화하고, 실제로는 기판(101)의 온도가 변화하지 않아도, 방사 온도계(140)의 검출 온도가 변화할 수 있다. 그러나, 제어부(10)는 출력 일정 제어를 행하고 있기 때문에, 방사 온도계(140)의 측정 결과가 변화하여도 히터(120)의 출력을 일정하게 유지하기 때문에, 기판(101)의 온도를 소정 온도로 유지할 수 있다.
시각 t7에 있어서 TMA 가스 및 TMG 가스의 공급을 정지하고, 챔버(103)로부터 TMA 가스 및 TMG 가스를 퍼지한다. 제어부(10)는 출력 일정 제어를 행하여, 히터(120)의 출력을 PA1로 유지한다.
시각 t8에 있어서 TMG 가스의 공급을 시작한다. 제어부(10)는 출력 일정 제어를 행하여, 히터(120)의 출력을 PA1로 유지한다. TMG 가스의 공급에 따라, 기판(101) 상에는 질화갈륨막이 퇴적된다. 기판(101) 상의 질화갈륨막의 막두께에 의해 박막 간섭이 생겨 방사 온도계로 측정하고 있는 파장의 방사율이 변화하고, 실제로는 기판(101)의 온도가 변화하지 않아도, 방사 온도계(140)의 검출 온도가 변화할 수 있다. 그러나, 제어부(10)는 출력 일정 제어를 행하고 있기 때문에, 방사 온도계(40)의 측정 결과가 변화하여도 히터(120)의 출력을 일정하게 유지하기 때문에, 기판(101)의 온도를 소정 온도로 유지할 수 있다.
시각 t9에 있어서 TMG 가스의 공급을 정지하고, 챔버(103)로부터 TMG 가스를 퍼지한다. 제어부(10)는 출력 일정 제어를 행하여, 히터(120)의 출력을 PA1로 유지한다.
시각 t9에 있어서의 방사 온도계의 표시 온도 TA1을 제어부의 기록 장치에 기록한다. 시각 t9에 있어서의 방사 온도계의 표시 온도 TA1은 소정의 설정 온도(1000℃)와 상이한 경우가 있지만, 이것은 질화알루미늄막이나 질화알루미늄갈륨막, 질화갈륨막은 방사 온도계의 측정 파장의 예컨대 900 ㎚의 파장의 광을 투과할 때, 표면, 계면에서 반사하기 때문에, 이들 막의 퇴적에 의한 박막 간섭이 생겨 방사 온도계(140)의 측정에 영향을 주고 있기 때문이다. 시각 t4 이후, 제어부(10)는 출력 일정 제어를 행하여, 히터(120)의 출력을 일정하게 유지하고 있기 때문에, 시각 t9에 있어서의 방사 온도계의 표시 온도 TA1은 소정의 설정 온도(1000℃)에 대응한다고 간주할 수 있다. 또한, TMG 가스의 퍼지 후, 방사 온도계(140)의 측정 결과가 안정된 경우, 제어부(10)는 소정 시간 동안(예컨대, 도 2에 있어서의 기간 T2)의 방사 온도계(140)의 측정 결과의 평균값을 산출하여 TA1로 하여도 좋다. 기간 T2는 예컨대 수십 초이다.
시각 t10에 있어서, 제어부(10)는 히터(120)의 출력 제어 방식을 온도 피드백 제어로 전환한다. 그리고, 제어부(10)는, 방사 온도계(140)의 측정 결과에 기초하여, 기판(101)의 온도가 100℃가 되도록 히터(120)의 출력을 제어한다. 구체적으로는, 제어부(10)는, 방사 온도계(140)의 측정 결과가, 시각 t9에 있어서의 방사 온도계의 표시 온도 TA1+100℃가 되도록 히터(120)의 출력을 제어한다. 성막에 의해 방사 온도계(140)의 측정값의 절대값에 오차가 발생하고 있는 경우이더라도, 온도의 변동값은 정밀하게 검출할 수 있다. 시각 t9에 있어서의 방사 온도계의 표시 온도 TA1은 1000℃에 대응한다고 간주할 수 있기 때문에, 시각 t9에 있어서의 방사 온도계의 표시 온도 TA1+100℃는 목표값 1100℃에 대응한다고 간주할 수 있다.
온도 피드백 제어에 의해 방사 온도계(140)의 측정 결과가 안정된 경우, 제어부(10)는 소정 시간 동안(예컨대, 도 2에 있어서의 기간 T3)의 히터(120)의 출력의 평균값(PA2)을 산출한다. 산출된 히터(120)의 출력 평균값(PA2)은, NH3 가스 공급 상태로 기판(101)의 온도를 소정 온도(1100℃)로 유지할 수 있는 히터(120)의 출력이라고 간주할 수 있다. 기간 T3은 예컨대 수십 초이다.
시각 t11에 있어서, 챔버(103) 내로의 TMG 가스의 공급을 시작한다. 이 때, 제어부(10)는 히터(120)의 출력 제어 방식을 출력 일정 제어로 전환하여, 히터(120)의 출력을 산출한 평균값(PA2)으로 유지한다. TMG 가스의 공급에 따라, 기판(101) 상에는 질화갈륨막이 퇴적된다. 기판(101) 상의 질화갈륨막의 막두께에 의해 박막 간섭이 생겨 방사 온도계로 측정하고 있는 파장의 방사율이 변화하고, 실제로는 기판(101)의 온도가 변화하지 않아도, 방사 온도계(140)의 검출 온도가 변화할 수 있다. 그러나, 제어부(10)는 출력 일정 제어를 행하여, 방사 온도계(140)의 측정 결과가 변화하여도 히터(120)의 출력을 일정하게 유지하기 때문에, 기판(101)의 온도를 소정 온도로 유지할 수 있다.
기판(101) 상에 소정의 막두께의 질화갈륨막을 퇴적시킨 후, 성막 처리를 종료한다. 예컨대, 시각 t12에 있어서 TMG 가스의 공급을 정지하고, 챔버(103)로부터 TMG 가스를 퍼지한다. 제어부(101)는, 회전부(104)의 회전수를 50 rpm까지 하강시킨다. 또한, 제어부(10)는, 히터(120)의 출력을 제로로 하여 가열 처리를 종료한다. 이에 따라 기판(101)의 온도는 800℃ 정도까지 저하한다. 그 후, 시각 t13에 있어서 NH3 가스의 공급을 정지한다.
이와 같이, 제어부(10)는, 기판(101)의 온도 설정값을 변경할 때(예컨대, 도 2의 시각 t1∼t2, t10∼tl1), 회전부(104)의 회전수를 변화시킬 때(예컨대, 도 2의 시각 t2∼t3), 기판(101)의 온도에 영향을 주는 가스의 공급 개시시(예컨대, 도 2의 시각 t3∼t4) 등에, 방사 온도계(140)의 측정 결과가 소정값이 되도록 히터(120)의 출력을 제어하는 "온도 피드백 제어"를 행한다. 그 때문에, 각종 파라미터를 변경하여도, 기판(101)을 원하는 온도로 할 수 있다.
또한, 제어부(10)는, 성막시(예컨대 도 2의 시각 t4∼t5, t6∼t7, t8∼t9, t11∼t12)에, 히터(120)의 출력을 일정하게 유지하는 "출력 일정 제어"를 행한다. 그 때문에, 막의 퇴적시, 막두께에 의해 박막 간섭이 생겨 방사 온도계로 측정하고 있는 파장의 방사율이 변화하고, 실제로는 기판(101)의 온도가 변화하고 있지 않음에도 불구하고 방사 온도계(140)의 검출 온도가 변화한 경우에도, 히터 출력을 일정하게 유지하고, 기판(101)의 온도를 소정 온도로 유지할 수 있다.
이와 같이, "온도 피드백 제어"와 "출력 일정 제어"의 2개의 제어 방식을 적절하게 전환하면서 히터(120)의 출력을 제어함으로써, 기판(101)을 소정 온도로 유지하고, 기판(101) 상에 균일하게 막을 퇴적시킬 수 있다.
또한, 출력 일정 제어에서 온도 피드백 제어로 전환하여 기판(101)의 온도 설정값을 변경할 때, 예컨대, 도 2의 시각 t10∼t11에 있어서 기판(101)의 온도를 1000℃에서 1100℃로 변경할 때, 제어부(10)는, 방사 온도계(140)의 검출 온도가 1100℃가 되도록 히터(120)의 출력을 제어하는 것이 아니라, 방사 온도계(140)의 검출 온도가, 시각 t9에 있어서의 방사 온도계의 표시 온도 TA1에, 설정 온도의 차분인 100℃(=1100℃-1000℃)를 가산한 값이 되도록 히터(120)의 출력을 제어한다. 시각 t9에 있어서의 방사 온도계의 표시 온도 TA1을 1000℃라고 간주하고, 방사 온도계(140)의 검출 온도가 시각 t9에 있어서의 방사 온도계의 표시 온도 TA1+100℃가 되도록 히터(120)의 출력을 제어함으로써, 성막에 의해 방사 온도계(140)의 측정값의 절대값에 오차가 발생하고 있는 경우에도, 기판(101)을 목표값인 1100℃로 설정할 수 있다.
상기 실시형태에서는, 온도 피드백 제어가 행해지고, 기판(101)의 온도가 변화하기 쉬운 상황으로서, 회전부(104)의 회전수 변경이나 가스 공급 개시시 등을 들고 있었지만, 온도 피드백 제어를 행하는 상황은 이들로 한정되지 않는다. 예컨대, 챔버(103)에 공급되는 가스를 전환할 때, 챔버(103)로의 가스 공급량(유량)이 변화할 때, 챔버(103) 내의 압력이 변할 때 등이, 기판(101)의 온도가 변화하기 쉬운 상황으로 생각되며, 이러한 때에 온도 피드백 제어를 행하는 것이 바람직하다.
상기 실시형태에 있어서, 방사 온도계(140)는 기판(101)의 온도를 측정하고 있었지만, 서셉터(102)의 온도를 측정하여도 좋다.
기판(101)으로는, 예컨대 실리콘 웨이퍼가 이용되지만, 실리콘 이외의 기판 상에 성막하는 경우에 있어서도 적용 가능하다.
또한, 온도 피드백 제어시의 제어가 안정되고 있는 동안의 출력 평균, 성막이 종료했을 때의 온도의 기록 횟수는, 특별히 제한되지 않고 적절하게 갱신할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에 있어서는, 온도를 상승시키는 경우를 설명하였으나, 온도를 낮추는 경우에는, 기록한 온도에서 원하는 온도차를 뺌으로써, 설정 온도로 할 수 있다.
본 발명의 몇 개의 실시형태를 설명하였으나, 이들 실시형태는, 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하지 않는다. 이들 신규한 실시형태는, 그 밖의 여러 가지 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 여러 가지 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함되고, 특허청구범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다.

Claims (5)

  1. 가열 수단에 의해 기판을 가열하면서 상기 기판에 원료 가스를 공급하여, 상기 기판 상에 막을 성장시키는 기상 성장 방법에 있어서,
    상기 기판의 온도를 방사 온도계로 측정하고,
    상기 기판 상에 막을 성장시키고 있지 않을 때에, 상기 방사 온도계의 측정값이 제1 설정값이 되도록 상기 가열 수단의 출력을 제어하는 제1 온도 피드백 제어를 행하고,
    상기 기판 상에, 상기 방사 온도계의 측정 파장으로 박막 간섭이 생기는 제1 막을 성장시키고 있을 때에는, 상기 가열 수단의 출력을 일정하게 유지하는 제1 출력 일정 제어를 행하는 것인 기상 성장 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 온도 피드백 제어가 행해진 미리 정해진 기간에 있어서의 상기 가열 수단의 제1 출력 평균값을 산출하고,
    상기 제1 출력 일정 제어를 행할 때에는, 상기 가열 수단의 출력을 상기 제1 출력 평균값으로 유지하는 것인 기상 성장 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 설정값이 상기 제1 막의 성장 온도일 때, 상기 제1 막의 성장 종료시의 상기 방사 온도계에 의한 제1 측정값에 상기 제1 설정값과 상기 기판의 목표 온도의 차분을 가산한 제2 설정값을 산출하고,
    상기 방사 온도계의 측정값이 상기 제2 설정값이 되도록 제2 온도 피드백 제어를 행하고,
    상기 제2 온도 피드백 제어가 행해진 미리 정해진 기간에 있어서의 상기 가열 수단의 제2 출력 평균값을 산출하고,
    상기 제2 출력 평균값으로 제2 출력 일정 제어를 행하면서, 또한 상기 기판 상에 상기 제1 막과 다른 막을 성장시키고,
    상기 제2 출력 일정 제어를 행할 때에는, 상기 가열 수단의 출력을 상기 제2 출력 평균값으로 유지하는 것인 기상 성장 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    기상 성장 반응을 행하는 반응실 내의 압력 변화시, 상기 반응실 내에 공급되는 가스의 전환시, 상기 반응실 내에 공급되는 가스의 유량 변화시, 또는 상기 기판의 회전 속도 변화시에, 상기 제1 온도 피드백 제어를 행하는 것인 기상 성장 방법.
  5. 기상 성장 장치에 있어서,
    기판이 도입되고, 기상 성장 반응을 행하는 반응실과,
    상기 반응실에 가스를 공급하는 가스 공급부와,
    상기 기판을 가열하는 가열 수단과,
    상기 기판의 온도를 측정하는 방사 온도계와,
    상기 가열 수단의 출력을 제어하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 방사 온도계의 측정값이 제1 설정값이 되도록 상기 가열 수단의 출력을 제어하는 제1 온도 피드백 제어를 행하고, 상기 기판 상에 상기 방사 온도계의 측정 파장으로 박막 간섭이 생기는 제1 막을 성장시키고 있을 때에는, 상기 가열 수단의 출력을 일정하게 유지하는 제1 출력 일정 제어를 행하는 것인 기상 성장 장치.
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