JPH07100863B2 - 化学蒸着装置の反応室用加熱装置 - Google Patents

化学蒸着装置の反応室用加熱装置

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JPH07100863B2
JPH07100863B2 JP63506405A JP50640588A JPH07100863B2 JP H07100863 B2 JPH07100863 B2 JP H07100863B2 JP 63506405 A JP63506405 A JP 63506405A JP 50640588 A JP50640588 A JP 50640588A JP H07100863 B2 JPH07100863 B2 JP H07100863B2
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heat energy
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radiant
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ロビンソン，マクドナルド
オジアス，アルバート・イー
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アドヴァンスド・セミコンダクター・マテリアルズ・インコーポレーテッド
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/48—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation
    • C23C16/481—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation by radiant heating of the substrate

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は化学蒸着（CVD）装置の反応室用の加熱装置、
特に、単一の基板を支持する回転可能なサセプタを有す
る横形ガス流動反応室に使用する加熱装置に関する。
関連する技術の説明 半導体デバイスの製造技術において、CVD装置を使用し
高温により各種の材料を基板上に蒸着させることが長年
の方法であった。かかるCVD装置はその中に反応物質及
びキャリアガスを封じ込め且つこれらの流動を制御する
形態とした反応室を備えている。サセプタと称されるベ
ースが反応室内に位置決めされ、材料を蒸着させようと
する基板を支持している。これら反応室、サセプタ及び
基板は希望の反応温度まで加熱される。
従来技術による型式の構造体は、横形の反応室内に動か
ないように支持され、多数の基板又はウエーハを支持す
る平板状のサセプタを開示している。第１の放射熱源が
反応室の上方に位置決めされており、該放射熱源は反応
室上方の水平軸に沿って位置決めした複数の細長い平行
な放射加熱要素を備えている。第２の放射熱源が反応室
の下方に位置決めされており、該放射熱源は第１の放射
熱源の軸心に対して直角な水平軸に沿って位置決めした
複数の細長い平行な放射加熱要素を備えている。熱セン
サがサセプタ内に配設されており、これら熱センサは該
サセプタの各種の領域内の温度をモニタリングする。こ
れら熱センサはそれぞれの領域内にて検出した温度を示
す信号を発生させる。これら熱センサに応答する適当な
回路及び制御装置が各種の領域内の第１及び第２の放射
熱源の温度を調節し、サセプタ内における温度分布を略
均一にする。
製造上の観点からすれば、多数の基板上に材料を同時に
蒸着させることが望ましいが、これは品質上の観点から
すれば望ましくないことである。多数基板加工方法に伴
う第１の問題点は蒸着材料の原子を包含するキャリアガ
スに関する。反応ガスが基板及びサセプタの表面上を流
動するとき、材料の蒸着の結果、キャリアガス内におけ
る蒸着材料の濃度が変化する。このため、反応ガスがサ
セプタ、個々の基板及び多数の基板と交差して流動する
とき、材料の蒸着成長速度に差が生ずる。第２の問題点
は適正な蒸着を行うために必要な高温にとって重要であ
る温度制御に関する。比較的大きい反応室内において希
望する全ての箇所の温度を厳格な公差により制御するこ
とは、不可能ではないにしても、かなり困難である。そ
の結果、基板毎に蒸着層の厚みに差が生じ、個々の基板
間の蒸着厚みに差が生じることもある。さらに別の問題
点は基板の装填及び除去のための取り扱い技術、反応剤
及びキャリアガス、並びに反応室自体といった各種のフ
ァクタに起因して汚染の可能性が生ずることである。反
応ガスは基板上のみならず、反応室の壁にまで材料を蒸
着させる。多数基板の加工に必要とされる比較的大きい
反応室内の壁に望ましくない蒸着物質が存在する場合、
これら蒸着物質は、不注意により、基板上に蒸着させよ
うとする層内に取り込まれる可能性がある。
基板から製造される半導体デバイス及びこれら半導体デ
バイスを使用する用途がより複雑化するのに伴い、上記
問題点及びその他のファクタは重大となる。従って、多
数の基板を同時に加工するために使用される装置におい
て、多くの変更及び改良が為されてきた。例えば、ある
装置の製造業者は現在、自動化された装填及び除去装置
を使用して人間の取り扱いに起因する汚染の可能性を解
消しようとしている。しかし、実際上限界点があり、こ
のため、多数基板加工技術は結局は受け入れ難い技術で
あると多くの人が考えている。１つの限界点は大きい径
の基板を取り扱い得るような装置を提供しようとする場
合に生ずる。経済的には大きい基板の方が有利である。
基板の寸法が増大すれば、基板全体の温度差に関係する
問題点が生じ、その結果、基板等における蒸着材料の濃
度に差が生ずる。従って、ある装置の製造業者は単一の
基板加工装置が著しく簡単な構造にて、CVDに関係する
各種のファクタを制御し得るようにするための措置を試
みている。大形、即ち直径が6.4516cmから20.32cm（６
から８インチ）の基板に対しては、多数基板加工装置よ
りも単一基板加工技術を採用する方が望ましい。１つの
考慮すべき重要な点は、幾多の基板を加工するのではな
く、単一の基板を加工する場合のコスト的な側面であ
る。即ち、何か、まずい所があった場合の金銭的損害は
複数の基板を加工する場合と比べて１つの基板しか加工
しない場合の方が遥かに少なくて済む。
発明の概要 このCVD装置は、管状の軸がそこから垂下した底面を有
する横形の流動反応室を備えている。単一の基板を支持
する円形のサセプタが駆動軸組立体上にて、反応室内に
配置されており、該駆動軸組立体は、管状軸を通ってサ
セプタから垂下している。この駆動軸組立体は回転可能
に駆動してサセプタ及び支持された基板を回転させるこ
とができる。サセプタの幾多の箇所における臨界的な温
度は駆動軸組立体を通ってサセプタの中心付近まで軸方
向に伸長している主温度センサにより検出される。特殊
な非回転のリングがサセプタに対して同心軸状に反応室
内に位置決めされている。少なくとも１個、望ましくは
３個以上の従温度センサが固定リング内に位置決めさ
れ、サセプタの円周付近の幾多の箇所における温度を検
出する。主温度センサ及び従温度センサは検出された温
度を表示する信号を発生する。これら信号は制御手段に
送られ、該制御手段はそれら信号を所定の設定箇所の温
度と比較して信号を発生し、これら信号は特殊な加熱装
置に送られ、その加熱装置の作動を制御する。
該加熱装置は、反応室の上方に配設された上部加熱要素
組立体と、反応室の下方に配設された下部加熱要素組立
体と、及び集熱装置（コンセントレータ）手段とを備え
ている。上部加熱要素組立体は、反応室を通じて反応ガ
スの流動方向に対して整合された水平軸上に位置する、
複数の細長い管型式の放射加熱要素を有するハウジング
を備えている。該ハウジングは平面状及び湾曲した反射
面の組合せ体を備え、サセプタ及び固定されたリング温
度センサは最適な特定の熱放射パターンを提供する。下
部加熱要素組立体は複数の細長い管型式の放射加熱要素
を有しており、該加熱要素は反応ガスが反応室内を通っ
て流動する方向に対して直角に整合させた水平軸に沿っ
て位置している。ハウジングは平面状及び湾曲した反射
面の組合せ体を備え、サセプタ及び固定されたリング温
度センサにとって最適な熱放射パターンを提供する。
放射熱のコンセントレータ手段が下部加熱要素組立体の
中央穴の直ぐ近くに取付けられており、集中された放射
熱をサセプタの中心方向に向け、垂下する管状軸に起因
する熱損失を補う。さらに、放射熱コンセントレータ手
段は、上部及び下部加熱要素組立体の選択された熱入力
領域と相俟って、温度調節能力を提供し、サセプタの温
度が蒸着サイクルの開始時において急速に蓄積する一
方、蒸着サイクルの終了時においては急速に降下するの
を可能にする。主温度センサは温度変化を示す信号を発
生させ、制御回路手段は、上部及び下部加熱要素組立体
の他の熱入力領域の放射熱出力を適当に変化させること
により、これらの信号に応答する。従温度センサは上部
及び下部加熱要素組立体の他の熱入力領域の熱出力の変
化に起因する温度変化に応答し、信号を発生させ、該信
号は制御回路手段にフィードバックされ、該制御手段は
上部及び下部加熱要素のこれら他の熱入力領域を制御
し、釣り合い効果を提供して基板又はウエーハの温度分
布を均一にする。
従って、本発明の目的は化学蒸着装置の反応室の加熱装
置を提供することである。
本発明の別の目的は、内部に取付けられて回転可能に駆
動される円形のサセプタを有する横形流動反応室であっ
て、該サセプタの中心の直ぐ近くに主温度センサが取付
けられ、且つ該サセプタに対して同心状の非回転リング
内にて、サセプタの周囲の幾多の箇所に従温度センサが
取付けられた上記横形流動反応室に使用される加熱装置
を提供することである。
本発明の別の目的は、反応室の上方に位置決めされた上
方加熱要素組立体と、反応室の下方に位置決めされた下
部加熱要素組立体と、及び集中された熱を回転可能なサ
セプタの中心に向ける熱コンセントレータ手段とを備え
る反応室に使用サセプタる加熱装置に提供することであ
る。
本発明の別の目的は、反応ガスが反応室を通って流動す
る方法に対して平行な軸心に沿って配設された複数の細
長い管型式の放射加熱要素であって、特殊な平面状及び
湾曲した反射面により相互に反応して回転可能な円形の
サセプタに対して最適な熱放射パターンを提供し得る上
記放射加熱要素の上部加熱要素組立体を有する反応室用
の加熱要装置を提供することである。
本発明の別の目的は、反応ガスが反応室を通って流動す
る方向に対して直角な軸心に沿って配設された複数の細
長い管型式の放射加熱要素であって、特殊な平面状及び
湾曲した反射面により相互に反応して回転可能な円形の
サセプタに対して最適な熱放射パターンを提供し得る上
記放射加熱要素の下部加熱要素組立体を有する反応室用
の加熱装置を提供することである。
本発明の別の目的は、上部及び下部加熱要素組立体と、
主及び従温度センサにより相互に反応するコンセントレ
ータ手段と、及び反応室内にサセプタ上に支持された基
板に対して平坦な温度分布を提供する制御回路手段とを
提供することである。
本発明の上記及びその他の目的は、添付図面に関する以
下の説明からより一層良く理解することができよう。
図面の簡単な説明 第１図は化学蒸着システム用の特殊化された反応室、回
転可能な円形サセプタ及び温度感知構造と分解した関係
で示す加熱システムの斜視図であり、 第２図は第１図の線２−２に沿った拡大断面図であっ
て、上方加熱要素組立体の種々の特徴並びに蒸着システ
ムの反応室、回転可能な円形サセプタ及び温度感知構造
とその関係を示す図である。
第３図は第１図の線３−３に沿った拡大断面図であっ
て、下方加熱要素組立体の種々の特徴並びに蒸着システ
ムの反応室、回転可能な円形サセプタ及び温度感知構造
とその関係を示す図である。
第４図は第３図の線４−４に沿った拡大破断断面図であ
る。
第５図は第１図の線５−５に沿った拡大破断断面図であ
る。
第６図は本発明の加熱システムの概略図である。
好適な実施例の説明 第１図に例示するシステムは融解石英のような放射熱源
エネルギに対して透明な材料で作られた水平方向流れ形
式の反応室10を含む。反応室は平らな頂壁12及び平らな
底壁14を含み、該底壁はそれから吊下がる管状軸16を有
し且つ該室は気体流れ通路17を画成する。反応物気体は
反応室10内で矢印18で示す方向へ流れて材料を基体19
（第２図及び第３図）の上に添着し、該基体は蒸着サイ
クルの開始時に反応室内に配置され且つ該サイクルが終
了した時にそれから取外される。
基体はサセプタ20上に支持される。サセプタは円形であ
り且つ駆動軸組立体22によって回転可能に駆動され、該
駆動軸組立体は反応室10から下方へ延び且つ管状軸16を
同心状に貫通する。温度センサーはマスタ温度センサー
24を含み、該マスタ温度センサーは駆動軸組立体を軸線
方向上方へ貫通してサセプタの中心における温度を感知
し、感知された温度を示す信号を発生する。固定された
非回転リング26はサセプタと同心状の関係で反応室10中
に支持される。固定リングは複数個の従属温度センサー
28,29及び30を含む。従属温度センサーはサセプタの周
囲の種々の点における温度を感知し且つ感知した温度を
示す信号を発生する。
加熱システムは上方加熱要素組立体32と、下方加熱要素
組立体34と、熱集中手段36とを含む。上方加熱要素組立
体は、平らな頂壁40、離間した対の側壁41及び42並びに
離間した対の端壁44及び46を有する概ね矩形のハウジン
グ38を含み、それらの壁は協働して下方へ開く室を画成
する。複数個の細長い管形式の放射加熱要素48A,48B,48
C及び48Dは下方へ開く室中に取付けられ且つ離間した平
行な関係で配置され且つ反応室10を通る反応物気体流れ
経路と実質的に平行な軸線上にある。細長い管形式の加
熱要素のそれぞれは、好ましくはヨウ素のようなハロゲ
ン気体を含む透明な石英エンベロープを有する高い強さ
のタングステンフィラメントランプである。ランプ48A,
48B,48C及び48Dと以下称する細長い管形式の加熱要素は
認め得る吸収なく反応室の壁を通して伝達される短い波
長（好ましくは１ミクロンのオーダーである）の放射熱
エネルギを発生する。
ランプ48A,48B,48C及び48D（以下ランプと称する）は異
なるワット量をもつことができ、それらは同様な形状を
有する。ランプ48Cの１つ及びその取付けの次の説明は
他のランプにも適用することは理解されよう。第５図に
最良に示されるように、ランプは、その両端のそれぞれ
に一体に形成された軸線方向に延びるラグ50と、電気コ
ネクタの端に設けられたコネクタ51を受けるためにラグ
のそれぞれから延びる適当な連結ピン構造51とを有す
る。ハウジング38の端壁44及び46は下方へ開く溝穴54を
形成しており、それを通してラグ50は延び且つ緩衝パッ
ド55及び56がラグの上方及び下方で溝穴中に取付けられ
る。ラグ及び緩衝パッドは締着手段58（図示した片寄り
ねじ座金装置のような）によってそれらのそれぞれの溝
穴中に取外し可能に保持される。
第２図に示すように、断面が放射線状又は楕円状のセグ
メントであり得る細長い線形凹み反射表面59及び60がラ
ンプ48Aの上方で側壁41に近接して設けられる。２つの
同様な細長い線形凹み反射表面61及び62がランプ48Dの
上方で側壁42に近接して設けられる。反射表面59,60,61
及び62は頂壁40と一体に形成されることができ又はハウ
ジング38中に溶接され又は別の方法で取付けられる別体
の要素として形成されることができる。ランプ48Aはそ
れらのそれぞれの反応表面59及び60の焦点に配置される
ので、放射された熱エネルギは矢印で示したように平行
な経路に沿って反射される。同様に、ランプ48Dはそれ
らのそれぞれの反射表面61及び62の焦点に配置されて指
示したように平行に反射された放射熱エネルギを発生す
る。反射された放射熱エネルギは固定リング26の近傍へ
向けられ且つサセプタ20の直径方向で互いに正反対に位
置する横方向縁の近傍に放射された熱エネルギを集中
し、そこで及びサセプタ及び支持された基体の周囲で本
来的に起こる熱損失を補償する。
頂壁40の内方表面64の露出された平らな部分は高い反射
性（研磨され、めっきされ又は同様にされた）を有する
ので、ランプ48B及び48Cから直接の及び反射された放射
熱エネルギの両方は反応室10の頂壁12を通して向けられ
且つ固定リング26、サセプタ20の上方表面上及び支持さ
れた基体19上へ衝突する。基体上へ向けられる放射エネ
ルギは固定リング上へ向けられる集中したエネルギより
も一層拡散する性質を有する。
下方加熱要素組立体34は上方加熱要素組立体32と同様で
あり、且つ平らな底壁68、離間あた対の側壁70及び72並
びに離間した対の端壁74及び76を有する概ね矩形のハウ
ジング66を含み、これらの壁は協働して上方へ開く室を
画成する。複数個の細長い管形式の放射加熱要素即ちラ
ンプ78A,78B,78C及び78Dは、互いに離間した平行な関係
で且つ反応室を通る反応物体流れ経路に対して横方向の
軸線上でハウジング66の上方に開く室中に取付けられ、
それらは上方加熱要素組立体のランプ48A〜48Dに対して
も横方向にある。
ランプ78A,78B,78C及び78Dのそれぞれはランプ48A〜48D
と同じであり得る。更に、ランプ78A〜78Dはランプ48A
〜48Dに関して上述したようにハウジング66中に取付け
られ得る。
第３図に示すように、断面が放物線状又は楕円状のセグ
メントであり得る細長い線形凹み反射表面80及び82が２
つのランプ78Aの直ぐ下方でハウジング66の端壁74に近
接して設けられる。２つの反射表面84及び86が２つのラ
ンプ78Dの下方でハウジングの側壁76に近接して配置さ
れる。反射凹み表面80,82,84及び86は底壁68と一体に形
成されることができ又は図示したように別体の要素とし
て形成され且つハウジング中に取付けられることができ
る。反射凹み表面80,82,84及び86は反射表面の焦点に配
置されたそれらのそれぞれのランプ78A及び78Dと協働し
て固定リング26の近傍及び固定リング26上への放射熱エ
ネルギの平行な線を発生し、この放射エネルギは直接に
放射された熱エネルギと協働して放射された熱エネルギ
をサセプタの上流縁即ち前縁及びサセプタの下流縁即ち
後縁において集中させる。
底壁68の内方表面88の露出された平らな部分は高い反射
性を有し、且つ熱ランプ78B及び78Cからの直接の及び反
射された放射熱エネルギの両方は反応室10の底壁14を通
して向けられて固定リング26及びサセプタ20を加熱す
る。従って、サセプタの下方表面上へ向けられた放射エ
ネルギは拡散される。上方加熱要素組立体32からの放射
熱エネルギは上方から固定リング26、サセプタ20及び基
体19を加熱し且つ下方加熱要素組立体34は底からそれら
を加熱する。更に、加熱要素組立体32の細長い凹み反応
表面59,60,61及び62によって、集中された加熱区域即ち
領域が直径方向に対向した側縁、即ち反応室の側壁に隣
接する縁の近傍に形成される。同様に、下方加熱要素組
立体34の細長い凹み反射表面80,82,84及び86によって、
横方向に集中した加熱区域即ち領域が直径方向で対向し
た前縁及び後縁の近傍に形成される。
ハウジング66の底壁68は中央開口90を設けており、それ
を通して吊下がる管状軸16及びサセプタ支持駆動軸組立
体22が延びる。吊下がる管状軸及び駆動軸組立体のため
に、サセプタ20の中心に若干の固有の熱損失がある。こ
の熱損失を補償するため及び温度制御を行うために、放
射熱集中器手段36が設けられる。放射熱集中器手段は好
ましくは４つの同じ熱集束装置92,94,96及び98を含み、
該熱集束装置は中央開口90によって画成された垂直軸線
100（第４図）の周りに同等に離間した関係で配置され
る。熱集束装置のそれぞれは下方ハウジング66の底壁に
取付けられる。
第４図に示すように、放射熱集束装置98（同じく92,94,
96）は開いた端を有する軸線方向穴104を画成する円筒
状体部102を含む。体部は体部の軸線106が垂直軸線100
に関する角度を約35°のオーダーで形成するように配置
される。体部102の頂端108は不規則な形状を有してハウ
ジング66の不規則な開口90中へ嵌合し、隣接の加熱装置
92,96の同様な体部と非しまりばめを形成し且つ反応室
の吊下がる管状軸16のための隙間を形成する。体部102
の下方端は細長い開口112を有する延長尾部分110を有す
る。Ｌ字形状のブラケット114は第１のフランジ116を設
けており、該第１のフランジはＬ字形状のブラケットを
体部の尾部分へ固定するために締着ボルト120を螺合受
入れするための内部ねじ付開口118を有する。細長い開
口によって、Ｌ字形状のブラケット全体は体部102の方
へ且つそれから離れる方へ軸線方向へ調節可能に移動さ
れ得る。Ｌ字形状のブラケット114は軸線106に対して横
方向の平面にある第２のフランジ即ち基部122を含む。
ランプソケット124はフランジ122に取付けられてそれか
ら直角に体部102の軸線方向穴104の方へ延びる。ランプ
126のような電球形式の放射加熱要素がソケット124に取
付けられ且つ穴104中へ軸線方向上へ延びる。ランプは
好ましくは適当なハロゲン気体で充満された透明な石英
エンベロープ中にタングステンフィラメント128を有す
る高い強さの電球である。
Ｌ字形状のブラケット114は、体部102と軸線106と平行
であるがそれから横方向へ偏した穴130を設けている。
棒132が穴130中で軸線方向へ滑動することができ、且つ
止ねじ134が棒を所定の位置に解放可能に保持するため
に使用される。棒は皿形状の反射体138の基部136中に形
成されたねじ付穴中に取付けられたねじ付上方端135を
有する。反射体は円筒状であり、且つ凹んだ反射表面14
0と、基部136と直角にあり且つ体部の軸線106と一致す
る反射体軸線141とを有する。凹んだ反射表面は放物線
状又は楕円状であり得る。開口142が反射表面の基部か
ら軸線方向へ延び、且つランプ126が凹んだ反射表面140
によって画成された領域中へ開口142を通して軸線方向
上方へ延びる。
ランプ126はそのフィラメントを反射体138の焦点に近接
して反射体軸線に沿って位置するように配置され、それ
により凹んだ反射表面上に衝突する放射熱エネルギは収
斂するように反射される。反射体138の焦点は点であり
且つランプのフィラメントが線状であるので、放射熱エ
ネルギの源全体は物理的に焦点上にあることができな
い。
そのため、収束的に放射された熱エネルギは単一点に収
束せず、放射された熱エネルギがぼやけて収束する領域
に収束する。焦点調整装置92,94及び98のそれぞれから
放射された熱エネルギがこのようにぼやけて収束する結
果として、サセプタ20の中心とその周囲の領域は収束す
る熱エネルギの受容器となる。この放射収束は、レフレ
クタとランプ126が軸方向に調整可能であるため、調節
変更可能である。
第６図を参照すれば、そこには図式的ダイヤグラムが描
かれ、本発明の熱システムの好ましい操作及び制御の方
法が示されている。マスタ熱センサ24と温度従動子、あ
るいは従属熱センサ28,29及び30は、サセプタ20及び固
定リング26の中心及びその周囲の様々な領域の温度を検
知し、検知された温度の表示のための信号を発生する。
マスタ温度センサからこの信号はTCMに示されているよ
うに、送信回路150に伝達される。同様に、温度センサ2
8,29及び30からの信号は、必要に応じてその数が変化す
るが、入力TF1,TF2,TF3,…,TFXとして送信回路150に供
給される。その送信回路は、データ伝送矢印153により
示されているように、電子的ヒータ制御回路152へと温
度表示用信号を伝達するための公知に構成部品及び回路
を含んでいる。電子的ヒータ制御回路152は通常、電源
と、複数のランプ駆動回路と、選択的に変更可能なオフ
セット制御回路を有する複数の作動アンプとを含むマス
タ従動子ヒータ制御回路を含むものでもよい。
蒸着サイクルの開始と終了を示すデータのような温度制
御情報、蒸着が完了する所望の作動温度あるいはそれに
類似したものは、温度制御手段154から電子的ヒータ制
御回路152へ供給可能である。電子的ヒータ制御もま
た、温度センサ24,28,29及び30からデータを受領する。
このデータにより、前記装置は複数の制御信号を発生し
て、上部及び低部の熱素子組立体32及び34からの熱動力
を増減させ、サセプタの精密な熱制御を行う。反応室10
内の様々な領域における温度を温度センサが検知する
と、上部及び低部の熱素子組立体の放射熱入力、及び熱
収束手段は、放射熱エネルギの領域を個別に制御するよ
うな方式で操作され得る。
第６図に示されているように、上部の熱素子組立体32の
４つのランプ（48A,48D）は反対側の端子が一緒に導線1
60と162に連結されて、ヒータ制御回路152からの制御信
号TC−３を経て全体として作動する。
このようにして、前記４つのランプは２つの物理的に間
隔を置いて配置され、共通に制御される、反応室の反対
側の側壁に近接する熱領域を提供する。そして、前記領
域は反応ガスの流路に沿い、固定リング26とサセプタ20
との対向する横方向の縁に沿って平行に伸長する。２つ
のランプ48Bはその反対側の端子を有し、これが一緒に
導線164,166に連結され、ヒータ制御回路152からの制御
信号TC−２を経て全体として制御される。これら２つの
ランプは、更に物理的に離れた熱領域を提供し、これが
単体として制御される。これらの領域は、ランプ48A,48
Bにより形成された領域の間にある反応ガス流路に平行
に伸長している。３つのランプ48Cはその反対側に端子
を有し、これが導線168及び170に連結されて、制御信号
TC−１を経て全体として作動する。これらの中心に配置
されたランプは、固定リング26とサセプタ20とを横切
り、反応室を通る反応ガス流路に平行に伸長する、放射
熱エネルギの１つの中心領域を提供する。
低部加熱素子組立体34は２つのランプ78Aを有し、これ
が一緒に導線172と174とに連結され、制御信号TC−７を
経て単体として作動する。これら２つのランプは、固定
リング26とサセプタ20とのリード線の下方にある反応室
に対し横方向に伸長する放射熱エネルギの、個別に制御
可能な１つの領域を提供する。同様に、２つのランプ78
Dは端子を有し、これが導線176と178と一緒に連結さ
れ、制御信号TC−７を経て単体として作動する。これら
２つのランプは、固定リング26とサセプタ20との後縁の
下方にある反応室を横方向に横切って伸長する放射熱エ
ネルギの、１つの個別に制御可能な領域を提供する。低
部加熱要素組立体34の２つのランプ78Bは端子を有し、
これが導線180,182に連結され、制御信号TC−６を経る
ことにより単体として作動する。これら２つのランプ
は、連動して制御される放射熱エネルギの、間隔を置い
て横方向に伸長する２つの領域を提供し、これら領域の
１つは固定リングとサセプタの後縁のすぐ下流にあって
隣接し、他の領域は前記後縁のすぐ上流にあって隣接し
ている。
同様に、２つのランプ78Cは端子を有し、これが導線18
4,186に連結され、制御信号TC−５を経て単体として作
動する。これら２つのランプは、サセプタ20の中心に対
し反対側の側面上に配置された、物理的に間隔を置いて
横方向に伸長する熱領域を提供する。熱収集手段38のラ
ンプ126は、それぞれ端子を有し、導線188,190,192及び
194に連結され、制御信号TC−４を受領する。かくし
て、それぞれの放射熱焦点制御装置は一致して作動し、
サセプタの中心領域に、集中した放射熱領域を提供す
る。
好ましい操作方法 蒸着サイクルの開始を示す入力信号が、温度制御入力手
段154から受領されると、熱集中手段36の放射熱集中装
置92,94,96,98、上部加熱組立体32のランプ48B,48C、及
び低部加熱組立体34のランプ78B,78Cに、最大出力をか
けることにより、ヒータ制御手段152が反応する。同一
の入力信号が、蒸着サイクルが完成されるべき所望の作
動温度を示す情報を含む。熱集中手段36と選択された加
熱組立体32の加熱素子とに最大出力がかかると、サセプ
タ20の中心領域と、処理される基質19の中心領域とに急
速な温度上昇が生ずる。マスタ温度センサ24はこの急速
な温度上昇を検知し、これを表示する信号をヒータ制御
手段152に送り、前記手段512が検知された温度を所望の
作動温度と比較して、集中手段36と、上部及び低部の放
射加熱組立体32及び34の選択されたランプに供給される
動力を調節し、サセプタ及び基質の中心領域の所望の作
動温度を発生させ且つ維持する。
マスタ温度センサにより発生した検知された温度の信号
は、同時にヒータ制御手段152によって使用され、それ
ぞれ上部及び低部の加熱素子組立体32と34との、ランプ
48A,48D,48A,48Dに動力を供給する。かくて、サセプタ
及び基質の中心領域の温度が所望の作動温度まで上昇す
る間に、同時にサセプタの周辺の温度及び固定リング26
内の温度は、ランプ48A,48D,78A,78Dにより所望の温度
まで上昇する。周辺に配置された加熱領域の温度の上昇
は、従動子温度センサ28,29,30及び、必要な場合は追加
のセンサにより検知される。ヒータ制御手段152により
受領された、従動子温度センサ28,29,30からの信号は、
マスタ温度センサから受領された信号と比較され、ラン
プ48A,48D,78A,78Dへの動力を調節し、周辺に配置され
た加熱領域の温度をサセプタ20及び基質19の中心領域の
温度と整合させる。
基質19及びサセプタ20の周辺縁における熱損失のような
変動のために、反応室10あるいはその類似物、ランプ48
A,48D,78A,78Dを通る反応ガスの流れは、理想的には、
基質及びサセプタの中心領域の所望の作動温度と異な
る、つまり、ずれた温度で通常は設定される可能性があ
る。温度を検知する過程及び、必要に応じて加熱素子の
様々なグループあるいはバンクにかける動力の調節は、
蒸着サイクル全体を通じて継続される。対象物には、基
質、サセプタ、固定リングの関係する領域全体におい
て、蒸着サイクルの間中、均一あるいは平坦な温度傾斜
を提供するべきである。製造時間に有利なように、シス
テム全体の温度はできるだけ迅速に作動温度まで上昇さ
せ、サイクルが終了した場合はできるだけ迅速に冷却す
ることが好ましい。開始における迅速な温度上昇は、熱
集中手段36と上部及び低部の加熱組立体32,34にある、
選択された加熱素子により、且つ工程の温度従動モード
と効果的に発生させる。マスタ従動子温度センサの配列
との組み合わせにより達成される。サイクルの終了時に
おけるシステムの冷却は、上述の加熱工程の逆転により
達成される。換言すれば、上部及び低部加熱組立体32及
び34に近接している集中手段36と選択された加熱素子と
にかけられる動力は減少され、周辺に配置された加熱領
域の温度は、基質及びサセプタの中心領域の熱の減少に
伴い低下する。

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】化学蒸着工程中に反応ガスとキャリアガス
    とが貫流する反応室内でサセプタ上に配置された基板を
    加熱する加熱装置において、 ａ）基板上面とサセプタ上に熱を輻射させるための第１
    の長手軸線を有する第１の複数の輻射熱エネルギ源であ
    って、基板の頂面とサセプタとの直径方向で互いに正反
    対に位置する外周部に内側部よりも輻射エネルギをより
    集中させる第１の手段を含む前記第１の複数の輻射熱エ
    ネルギ源と、 ｂ）前記第１の長手軸線と直交する第２の長手軸線を有
    し、サセプタの底面上に熱を輻射させる第２の複数の輻
    射熱エネルギ源であって、サセプタの直径方向で互いに
    正反対の外周部に輻射エネルギ源を集中させるための第
    ２の手段を備えた前記第２の複数の輻射熱エネルギ源
    と、 ｃ）第３の輻射熱エネルギ源を備えたサセプタの全体と
    して中心底面上に対する輻射熱エネルギの衝突を集中さ
    せるための輻射熱集中手段と、 ｄ）反応室内の複数領域で温度を検出して検出された温
    度を反映する信号を発生する手段と、 ｅ）前記温度検出手段により生成された信号に応答して
    前記第１の複数の輻射熱エネルギ源と、前記第２の複数
    の輻射熱エネルギ源と、前記熱集中手段とにより発せら
    れた輻射熱エネルギを変化させ基板処理中に基板を均一
    の所定温度に確立し維持する制御手段と、 の組み合わせよりなる加熱装置。
  2. 【請求項２】前記第１及び第２の複数の輻射熱エネルギ
    源のうちの一方が反応室内の反応ガス及びキャリアガス
    の流れに対して平行に軸方向に向いており、前記第１及
    び第２の複数の輻射熱エネルギ源のうち他方が反応室内
    の反応ガス及びキャリアガスの流れを横切って軸方向に
    向いている、請求の範囲第１項に記載の加熱装置。
  3. 【請求項３】前記第１の複数の輻射熱エネルギ源が反応
    室内の反応ガス及びキャリアガスの流れと平行に向いて
    おり、前記第２の複数の輻射熱エネルギ源が反応室内の
    反応ガス及びキャリアガスの流れを横切る方向に向いて
    いる、請求の範囲第１項に記載の加熱装置。
  4. 【請求項４】前記輻射エネルギを集中させる第１の手段
    が、輻射熱エネルギを前記第１の複数の輻射熱エネルギ
    源からそれぞれ前記基板とサセプタとの互いに対向し合
    う外周部に導くための第１及び第２の手段を備える、請
    求の範囲第１項に記載の加熱装置。
  5. 【請求項５】前記輻射エネルギを集中させる第２の手段
    が、輻射熱エネルギを前記第１の複数の輻射熱エネルギ
    源からそれぞれ前記基板とサセプタとの互いに対向し合
    う外周部に導くための第１及び第２の手段を備える、請
    求の範囲第１項に記載の加熱装置。
  6. 【請求項６】前記輻射エネルギを集中させる第１の手段
    が、輻射熱エネルギを前記第１の複数の輻射熱エネルギ
    源からそれぞれ前記基板とサセプタとの互いに対向し合
    う外周部に導くための第１及び第２の手段を備える、請
    求の範囲第５項に記載の加熱装置。
  7. 【請求項７】前記輻射エネルギを集中させる第１の手段
    における前記第１及び第２の手段と前記輻射エネルギを
    集中させる第２の手段における前記第１及び第２の手段
    とが、その上部に衝突する輻射熱エネルギを反射させる
    反射曲面を備える、請求の範囲第６項に記載の加熱装
    置。
  8. 【請求項８】前記輻射熱集中手段が、その輻射熱エネル
    ギをサセプタ方向へ向ける手段を備える、請求の範囲第
    １項に記載の加熱装置。
  9. 【請求項９】前記輻射熱エネルギをサセプタ方向へ向け
    る手段が、その上部に衝突する輻射熱エネルギを反射さ
    せる手段を備える、請求の範囲第８項に記載の加熱装
    置。
  10. 【請求項１０】前記輻射熱エネルギを反射させる手段に
    より反射された輻射熱エネルギの集中を変化させる手段
    を備える、請求の範囲第９項に記載の加熱装置。
  11. 【請求項１１】前記反応室内の複数領域で温度を検出す
    る手段がサセプタ内に配置された手段を備える、請求の
    範囲第１項に記載の加熱装置。
  12. 【請求項１２】前記制御手段が、反応室内の混合分布を
    調節する手段を備える、請求の範囲第１項に記載の加熱
    装置。
  13. 【請求項１３】化学蒸着工程中に反応ガスとキャリアガ
    スとの流れが貫流する反応室内でサセプタ上に配置され
    た基板を加熱する方法において、 ａ）第１の長手軸線を有する第１の複数の輻射熱エネル
    ギ源から基板上面とサセプタ上とに熱を輻射させる段階
    であって、前記基板とサセプタとの直径方向で互いに正
    反対に位置する外周部に内側部よりも前記輻射エネルギ
    をより集中させる段階を含む、前記熱を輻射させる段階
    と、 ｂ）前記第１の長手軸線と直交する第２の長手軸線を有
    する第２の複数の輻射熱エネルギ源からサセプタの底面
    上に熱を輻射させる段階であって、サセプタの直径方向
    で互いに正反対に位置する外周部に前記輻射エネルギを
    集中させる段階を含む、前記熱を輻射させる段階と、 ｃ）第３の輻射熱エネルギ源からサセプタのほぼ中心底
    面上へと輻射熱エネルギの衝突を集中させる段階と、 ｄ）反応室内の複数の領域における温度を検出し、検出
    した温度を反映する信号を生成する段階と、 ｅ）前記第１及び第２の複数の輻射熱エネルギ源並びに
    前記熱集中手段とにより発生された輻射熱エネルギを前
    記信号発生段階において生成された信号に応じて変化さ
    せて、基板の処理中に基板に均一に所定温度を確立し且
    つ維持する段階と、 からなる加熱方法。
  14. 【請求項１４】サセプタ温度を幾つかの位置で検出する
    段階を含む、請求の範囲第13項に記載の方法。
  15. 【請求項１５】前記第１の複数の輻射熱エネルギ源の輻
    射熱エネルギを、基板とサセプタとに向けて導く段階を
    含む、請求の範囲第13項に記載の方法。
  16. 【請求項１６】前記第２の複数の輻射熱エネルギ源の輻
    射熱エネルギを、基板とサセプタとに向けて導く段階を
    含む、請求の範囲第13項に記載の方法。
  17. 【請求項１７】サセプタ上に衝突し且つ集中手段から発
    せられる輻射熱エネルギの集中を調節する段階を含む、
    請求の範囲第13項に記載の方法。
JP63506405A 1987-06-18 1988-06-17 化学蒸着装置の反応室用加熱装置 Expired - Lifetime JPH07100863B2 (ja)

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