JPH01201482A

JPH01201482A - 減圧気相成長装置

Info

Publication number: JPH01201482A
Application number: JP11566388A
Authority: JP
Inventors: Kenji Numajiri; 憲二沼尻; Isamu Morisako; 勇森迫
Original assignee: NIPPON ANERUBA KK
Current assignee: NIPPON ANERUBA KK
Priority date: 1987-10-01
Filing date: 1988-05-12
Publication date: 1989-08-14
Anticipated expiration: 2013-03-04
Also published as: JP2721888B2

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、およそ０．１〜１０Ｔｏｒｒの減圧下で基板
表面に薄膜を形成する減圧気相成長装置に関する。

（従来の技術と発明が解決しようとする問題点）近年、
半導体回路の微細化に伴い、より高性能な減圧気相成長
装置が要求されるようになってきた。従来、コールドウ
オール型の減圧気相成長装置では、基板の加熱方法とし
て間接加熱方式が用いられていた。これは、基板を載置
するホルダーを加熱し、ホルダーと基板との接触による
熱伝達によって基板を加熱する方式のものである。この
間接加熱方式では、薄膜を形成する圧力範囲（例えば、
０．１〜０．５Ｔｏ　ｒ　ｒ）において、上記基板の温
度は、ホルダーの温度と比較して６０〜８０％になる。

このため、ホルダーの設定温度を所望の基板温度よりも
２５〜６７％高くして、より高温域での薄膜形成を行う
必要がある。例えば、タングステン膜の高速成膜の場合
、ホルダーの温度は８００〜１０００’Ｃになる。この
ようにホルダーの温度が高くなるに従い、以下のような
問題が発生する。

■ホルダーの熱膨張に伴い、ソリが生じ、基板との密着
性が悪化し、その結果、基板の温度分布が悪くなる。

■Ｈ２０、ＣＯ等の脱ガスの増加による膜中不純物濃度
が増加する。

■ホルダー回りの固定方法が複雑化する。

そのため、上記問題点を解決するために、基板を載置す
る従来のホルダーに代えて、光透過性の支持台を用い、
基板のみを直接的に加熱する、いわゆる直接加熱方式を
採用している。

第５図（ａＸｂ）は、上記光透過性支持台を用いた従来
の一般的な直接加熱方式の減圧気相成長装置を示したも
のである。

第５図（ａ）は、反応室１の下端に開口部１１を設ける
とともに、これに当該開口部１１よりも径の大きい光透
過性支持台５に載置した基板４を設置し、゛基板４の表
面が反応室１内に臨むようにしている。そして、基板４
の裏面側であって、上記光透過性支持台５に近接した位
置に赤外線ラップ６を設置している。そして、当該赤外
線ラップ６からの照射光が光透過性支持台５を通過して
基板４の裏面に照射されることによって基板４が直接加
熱される。ガス供給口２から反応室ｌ内に供給された反
応ガスは、基板４０表面上で化学反応を起こし、所望の
薄膜を形成する一方、反応済ガス等をガス排出口３から
排出するようにしている。

また、第５図（ｂ）は、上端に間口部を設けた反応室１
内に支持台５′に載置された基板４を設置している。上
記開口部１２の外側に当該開口部１２の径より大きな径
を有する光透過性プレート７を固着するとともに、光透
過性プレート７に近接して赤外線ラップ６を設置してい
る。そして、当該赤外線ラップ６からの照射光が光透過
性プレート７を通過して基板４の表面に照射されること
によって基板４が直接加熱される。成膜の過程について
は上記第５図（ａ）の場合と同様である。

上記ような基板の加熱方法において、基板の温度を制御
するには、クローズループ温度制御とオープンループ温
度制御のいずれかの制御方法が現在採用されている。ク
ローズループ温度制御は、熱電対あるいは放射温度計を
用い、基板が所定の温度に維持されるように、上記熱電
対あるいは放射温度計からの信号を赤外線ラップにフィ
ードバックさせて基板温度を調節するフィードバック制
御である。これは、フィードバックループを用いるため
、温度の再現性、安定性が良い。しかし、熱電対を基板
に直接接触させた場合、コンタミネーションや接触力の
再現性不良が生じる。また、放射温度計を用いた基板温
度測定においても成膜前の基板の放射率と、成膜後の基
板の放射率とは、様々なパラメータ（薄膜の種類、厚さ
、粒子の大きさ、基板裏面皮膜等）により一定ではなく
校正が非常に困難であった。

一方、オーブンループ温度制御は電力制御方法である。

上記クローズループ温度制御に比べると、当該温度制御
における基板温度は供給電力量のみで決定し、正確な温
度の実測を必要としないという利点がある。しかし、透
過性支持台の温度が時間経過とともに上昇すると、それ
につれて、その熱伝達によって基板温度も上昇する。従
って、上記のように電力のみを制御の対象とする従来の
方法では、基板の温度を安定化させるのが困難であった
。この点については、基板４の温度特性を示した第２図
を参照しながら説明する。曲線（ａ）は第５図（ａ）で
説明した従来技術において電力（赤外線ラップヒータの
パワー）を一定としたときの基板の温度特性である。こ
れによると、時間の経過に従って基板温度は上昇する。

これは赤外線ラップヒータ６の熱輻射により基板４は急
速に加熱されるが、基板４と比較して光の吸収率の小さ
い光透過性支持台５は徐々に加熱されるため、当該基板
４は熱伝達による熱エネルギーを光透過性支持台５に奪
われながら温度上昇を続ける。そのため、光透過性支持
台５の温度が一定になるまで基板４の温度上昇は続くこ
とになる。

（本発明の目的）本発明の目的は、オープンループ温度制御によって基板
の温度の安定化を達成した減圧気相成長装置の提供にあ
る。

（問題点を解決するための手段）本発明は、上記目的を達成するために次のように構成さ
れている。

すなわち、基板を載置する支持台と、前記基板に対し反
応ガスを供給するガス供給部と、前記支持台を透過して
前記基板を輻射加熱する赤外線ラップを備えた加熱部と
排気部を備え、前記ガス供給部から所定の反応ガスを供
給することによって、減圧下における反応ガスを基板表
面上で化学反応を起こさせ薄膜を形成する減圧気相成長
装置において、前記支持台を強制的に冷却する冷却機構
を備えたことを特徴とする。

また、冷却機構が支持台とプレート間に形成された冷却
室から成り、当該冷却室に冷却媒体を供、給するようし
ている。又は、冷却機構が支持台内に形成した冷却室か
ら成り、当該冷却室に冷却媒体を供給するようしている
。また、支持台及びプレートが光透過性を有するように
している。

更に、冷却媒体として光透過性を有する不活性ガス、熱
伝導率の高い不活性ガス、空気、水を使用している。

（作用）上記のように構成された減圧気相成長装置において、反
応室内の光透過性支持台上に載置された基板は、赤外線
ラップからの照射光を吸収して加熱されるが、光透過性
支持台に接し、または光透過性舎内に形成した冷却室に
冷却媒体を導入することによって冷却効果が光透過性支
持台を介して基板に伝達する。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお
、従来技術と同一の構成部材については同一符号をもっ
て説明する。

第１図は、本発明の第１実施例を示したものである。反
応室１の下端には間口部１１を設けるとともに、反応ガ
ス及びキャリーガスを供給排気するためのガス供給口２
及びガス排出口３が接続されている。基板４は、前記第
５図（ａ）と同様、上記開口部１１よりも径の大きい光
透過性支持台５に載置され、基板４の表面が光透過性支
持台５とともに反応室１内を臨むように設置し、これに
より開口部１１を塞いでいる。当該光透過性支持台５は
、生成膜が基板裏面に付着堆積するのを防止するために
、上記のように基板４よりその面積を大きく形成してい
る。また、光透過性支持台５の外側には、光透過性プレ
ート７と光透過性支持台５の両者で挟み形成した冷却室
８を設けている。

当該冷却室８は、光透過性支持台５の温度上昇を防ぐ目
的で当該支持台５に接して設けられたものである。冷却
室８は、不活性ガスの供給口９とその排出口１０とを備
えている。

そして、基板４は、光透過性プレート７及び光透過性支
持台５を介し・て赤外線ラップ６からの照射光によて加
熱される。

以下には本実施例に係る減圧気相成長装置の動作を説明
する。

光透過性支持台５上に載置された基板４は、光透過性プ
レート７、冷却室８及び光透過性支持台５を通過する赤
外線ラップ６からの照射光を吸収して３００〜６５０６
Ｃに加熱される。冷却室８には、ガス供給口９から光透
過性の不活性ガスを供給し、排出口１０からそのガスを
排出する。これによって、光透過性支持台５は、冷却室
８内に導入された冷却媒体で冷却される。

第２図中、曲線（ｂ）は、基板４を載置する光透過性支
持−台５を強制的に冷却した場合の基板の温度特性を示
している。これによると、上記従来の場合と同一電力で
は最高到達温度は低いが、約１０分でほぼ安定になって
いることがわかる。また、成膜開始点Ａから成膜終了点
Ｂまでの時間（例えばタングステンの通常成膜プロセス
では約１０分）内においての温度差は、３０°Ｃ以内で
あり、実用上許容範囲内である。さらに、繰り返し加熱
を行った場合、基板温度の再現性は±１．５％以内であ
り、基板の温度特性について再現性を見いだすことがで
きる。このように基板の温度特性に再現性があるのは、
赤外線ラップヒータ６の熱輻射に対して吸収率の小さい
光透過性支持台５が光透過性支持台の冷却効果により吸
収熱エネルギーの殆どを奪われるため、光透過性支持台
５の真空側（基板載置側）の表面温度は上昇せず、その
ため時間経過に対する基板温度の上昇を抑えることがで
きる。

なお、冷却室８内に供給する冷却媒体は、上記のような
不活性ガスの代わりに、光透過性さえ十分であれば、空
気、水を導入することも可能である。

第３図は、−本発明の第２実施例を示したものである。

当該実施例における冷却機構は上記第１実施例と同じ構
成であるが、赤外線ラップ６による照射位置が第１実施
例と相違する。即ち、当該実施例における赤外線ラップ
６の照射位置は、前記第５図（ｂ）で示したと同様、反
応室１の上端開口部１２の外側から赤外線ラップ６から
の照射光が光透過性プレート７を通過して基板４の表面
に照射されて加熱するようにしている。

なお、上記のように赤外線ラップ６の照射位置が第１実
施例と相違することに伴い、冷却室８を構成する支持台
δ′及びプレート７′は、第１実施例のように必ずしも
光透過性を有する部材である必要はない。

第４図は本発明の第３実施例を示したものである。当該
実施例における支持台５′を強制的に冷却する機構とし
て、支持台５゛の内部に空隙を設け、これを冷却室８と
し、当該冷却室８内にガス供給口１３から熱伝導率の高
い不活性ガス若しくは油、水、空気を供給し、当該冷却
室８内を循環させ、排出口１４から排出させるような構
成にしている。このため、基板４を載置する支持台５′
は強制的に冷却され、赤外線ラップ６からの照射光を受
けて加熱された基板４の温度上昇を抑えることができる
。

（発明の効果）本発明の請求項（１）乃至（６）に係る減圧気相成長装
置によれば、冷却室内に供給された冷却媒体が冷却効果
を発揮することによフて薄膜作製中に光透過性支持台の
温度上昇を防ぎ、結果として基板の温度の安定化を達成
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示した減圧気相成長装置の概
略図、第２図は基板の温度特性を示したグラフ、第３図
は本発明の第２実施例を示した減圧気相成長装置の概略
図、第４図は本発明の第３実施例を示した減圧気相成長
装置の概略図、第５図（ａ）及び（ｂ）は従来の減圧気
相成長装置の概略図である。１・・・反応室、２・・・ガス供給口、３・・・ガス排
出口、４・・・基板、５・・・光透過性支持台、６・・
・赤外線ラップ、７・・・光透過性プレート、８・・・
冷却室、９．１３・・・ガス供給口、１０．１４・舎・
ガス排出口。特許出願人　日電アネルバ株式会社代理人　　　弁理士　村上　健次；？１　図才２図椅　閏

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基板を載置する支持台と、前記基板に対し反応ガ
スを供給するガス供給部と、前記支持台を透過して前記
基板を輻射加熱する赤外線ラップを備えた加熱部と排気
部を備え、前記ガス供給部から所定の反応ガスを供給す
ることによって、減圧下における反応ガスを基板表面上
で化学反応を起こさせ薄膜を形成する減圧気相成長装置
において、前記支持台を強制的に冷却する冷却機構を備
えたことを特徴とする減圧気相成長装置。
（２）冷却機構を、支持台とプレート間に冷却室を形成
し、当該冷却室に冷却媒体を供給するように構成したこ
とを特徴とする請求項（１）項記載の減圧気相成長装置
。
（３）支持台及びプレートが光透過性を有することを特
徴とする請求項（２）項記載の減圧気相成長装置。
（４）冷却機構を、支持台内に冷却室を形成し、当該冷
却室に冷却媒体を供給するように構成したした請求項（
１）項記載の減圧気相成長装置。
（５）冷却媒体が光透過性を有する不活性ガスである請
求項（３）項記載の減圧気相成長装置。
（６）冷却媒体が熱伝導率の高い不活性ガス若しくは油
、水、空気である請求項（２）項又は（４）項記載の減
圧気相成長装置。