JP3332257B2

JP3332257B2 - 真空処理装置

Info

Publication number: JP3332257B2
Application number: JP02740693A
Authority: JP
Inventors: 徹辰巳; 賢一明田川; 聡人見; 純朗酒井
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1993-01-23
Filing date: 1993-01-23
Publication date: 2002-10-07
Anticipated expiration: 2017-10-07
Also published as: JPH06220643A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は真空処理装置に関し、特
に基板のみを加熱して処理するコールドウォール型の真
空処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】加熱機構を装備した真空処理装置には、
大きく分けて２つのタイプがある。第１のタイプは、真
空容器の内壁全体を、処理基板と同等の温度に加熱する
ホットウォール型真空処理装置であり、第２のタイプは
処理基板のみを加熱するコールドウォール型真空処理装
置である。それぞれの装置において、対象温度は熱電対
等の測温体（温度検出器）で検出され、その検出信号に
利用した帰還制御方式を適用して精密な温度制御が行わ
れていた。

【０００３】コールドウォール型真空処理装置は、装置
を小型にすることができ、消費熱量も小さく、さらに成
膜装置として使用した場合には、内壁に生成物が生ぜず
メンテナンス性が良好であるという利点を有する。一
方、ホットウォール型真空処理装置は、黒体炉を実現す
ることができ、炉内のいずれの箇所に測温体を配置して
も、被加熱物体である処理基板の温度を完全に把握する
ことができるという利点を有する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】コールドウォール型真
空処理装置では、被加熱物体である処理基板とその周辺
環境との間で温度差が存在し、またコールドウォール型
真空処理装置の環境では基板の表面状態（例えば凹凸状
態や材質など）によって表面からの熱輻射の状態（熱輻
射率）が異なるため、測温体によって基板の温度を正確
に測定することが困難であった。このため測温体をでき
る限り基板に接近させて、基板の温度を測定することが
試みられていたが、それでも正確な温度測定は実現でき
なかった。またこれらの不具合に起因して、基板の処理
面の温度を目標通りに正確に再現することが極めて難し
いという問題も有していた。

【０００５】従来のコールドウォール型真空処理装置で
は、測温体を処理基板の近傍に接近させ、測温体による
測定温度を基板の温度に近づけるようにしていたが、結
局は基板表面における輻射率によって変動する不正確な
環境温度しか検出できなかった。換言すれば、その構成
上、処理基板の表面温度を正確に反映した温度を検出す
ることが不可能であった。

【０００６】そこで本発明者らは、基板の側からの熱輻
射の問題を総合的に検討することによって、基板におけ
る温度再現性の要望を新しい考え方で解決するものであ
る。

【０００７】また、前述の基板からの熱輻射の問題とは
異なり、熱透過率の高い基板を加熱する場合の問題を解
決するために熱反射板を利用した従来技術が存在する
（特開平３−２５３５７２号）。この先行文献では、加
熱器から基板に与えられる熱のうち基板を透過する熱
を、熱反射板で基板に戻す構成を開示している。この従
来技術は、特に、熱透過率の高いガラス基板等を所望温
度まで温度上昇させるための加熱において、すなわち温
度レベルが相対的に低い状態において、効率のよい加熱
を実現し、良好な温度上昇を達成しているためのもので
ある。

【０００８】上記の従来技術に対して、本発明に係る基
板からの熱輻射の問題は、基板が所望温度に達した状態
において、基板処理面の全面の温度を目標温度に正確に
再現することを企図することに関する。

【０００９】本発明の目的は、コールドウォール型真空
処理装置における前記問題点に鑑みて、処理基板の温度
を、表面状態に関係なく変動のない所望の一定温度に保
持できると共に、処理基板が所望温度になるように精密
な温度再現性を実現できる真空処理装置を提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る真空処理装
置は、次のように構成される。減圧された内部空間にお
いて、基板のみを、基板の一方の面側に配置された加熱
器で加熱すると共に、基板の他方の面を処理面とするよ
うに構成され、さらに、基板の他方の面側に基板と同じ
材質で作られた輻射熱反射部材を配置して、基板を加熱
器と輻射熱反射部材で挟む構造とし、かつ加熱器の温度
を検出する温度検出器を配置し、この温度検出器の検出
信号に基づき基板の温度制御を行う帰還制御装置を設け
るようにしている。ここで輻射熱反射部材とは、基板の
側から輻射される熱を基板側に反射する部材である。上
記の輻射熱反射部材は、基板の側からの輻射熱を反射し
て基板に戻す作用を有する。輻射熱反射部材の形態は、
所望の反射作用を発揮するものであれば、任意の形態と
することができる。輻射熱反射部材の形態は、好ましく
は、基板と同じ形状の円板であり、さらに、それらの軸
線が一致した状態にて、輻射熱反射部材の反射面と基板
の処理面とが実質的に平行になるように配置されること
が望ましい。輻射熱反射部材の径は、基板の径よりも大
きくなることが望ましいが、これに限定されるものでは
ない。径が等しくなる場合や、小さくなることもあり得
る。輻射熱反射部材の反射面を、完全に平面にする必要
はない。その目的または必要性に応じて凹面や凸面にす
ることが可能である。また熱反射部材の形態についても
その質量を大きくして熱容量を大きくすることも可能で
ある。この構成は、輻射熱反射部材自体の熱輻射現象を
利用するときに都合がよい。

【００１１】また輻射熱反射部材の材質は、熱輻射の反
射効率の高い材質が好ましい。しかし、処理目的によっ
ては、基板の材質と同じであることが好ましい。基板が
シリコンで、この上にシリコン（Ｓｉ）の膜を形成する
場合、輻射熱反射部材もシリコンである。輻射熱反射部
材の配置位置については、いろいろな変形例を想定でき
る。この配置位置は、基板との距離が重要視される。基
本的に、輻射熱反射部材の熱反射作用に基づき基板の他
方の面すなわち処理面の前面空間に実質的に疑似黒体炉
を形成することができる位置が望ましい。また真空処理
装置を成膜装置として利用する場合において、ソースガ
スが、熱伝導を起こさない程度の圧力で基板の他方の面
すなわち処理面の前面空間に供給されることが望まし
い。また基板と輻射熱反射部材との間に疑似的に黒体炉
が形成されることを利用して、基板と輻射熱反射部材の
間に温度検出器を配置し、この温度検出器の検出信号に
基づき基板の温度制御を行う帰還制御装置を設けること
も可能である。

【００１２】

【作用】本発明では、基板の処理面側の空間、すなわち
基板を中心として加熱器の配置側とは反対側の空間に、
適切な間隔をあけて輻射熱反射部材を配置し、これによ
り輻射熱反射部材で基板側からの熱輻射エネルギをその
反射作用に基づき基板に戻すようにしている。加熱器に
よって基板に与えられる熱量が一定であっても、基板の
処理面から逃げ出す熱エネルギは処理面の表面状態に応
じて変化する。そこで、輻射熱反射部材の反射率が理想
的に１に近い反射面で、基板から逃げ出した熱を反射し
て再び基板に戻すと、逃げ出した熱エネルギ量に応じて
熱の返還が行われることになるので、結果的に、基板表
面からの熱の輻射強度に依存することなく、異なる表面
状態を有する基板を加熱しても、基板に供給されるエネ
ルギを一定にすることができる。かかる状態において、
加熱器の出力を検出して帰還制御を施し、加熱器の出力
を所望量に制御すると、基板の表面状態に依存すること
なく、再現性よく基板の表面温度を制御することができ
る。基板の温度は、加熱器から供給される出力で決定さ
れる。また輻射熱反射部材を設置することにより、基板
と輻射熱反射部材との間の空間に疑似的に黒体炉が形成
され、この環境を利用することにより、同様にして温度
検出器および帰還制御装置を設けることによって、基板
温度の再現性を向上できる。

【００１３】

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。図１に装置構成の縦断面図を示すが、本図
は本発明が理解できる程度に各構成部分の大きさ、形
状、および配置関係を概略的に示している。図２は帰還
制御を実行する制御系の構成を示す。図３〜図８は本発
明による真空処理装置または従来装置で得られる各種の
特性グラフを示す。

【００１４】図１は本発明を実現する真空処理装置を示
し、本装置は、一般的に、加熱された基板の上にデポジ
ションまたはエピタキシャル成長を行うUHV-CVD 装置と
称されるものである。なお本装置を基板を加熱するため
の真空アニール装置として使用することもできる。真空
処理装置は、減圧された環境状態にて基板を処理するた
めの成長室と、成長室を所要の減圧状態にする排気装置
と、大気をさらすことなく成長室に処理対象である基板
を導入するための基板交換室と、基板交換室から成長室
へ基板を導入する搬入機構とを含んでいる。図１では、
説明の便宜上成長室と排気装置のみを示し、基板交換室
と搬入機構の図示を省略する。基板交換室と搬入機構に
ついては、任意の従来装置を用いることができる。

【００１５】搬送機構によって処理面を上向きの状態で
成長室に搬入された例えばシリコンで形成された基板１
は、基板支持機構（図示せず）の上に配置される。基板
支持機構は、基板を上下動せしめる基板昇降装置２を備
える。この基板昇降装置２によって、基板１の設置位置
は成長室内の適切な位置に調整される。成長室は、基板
支持機構に配置された基板１の存在によって２つの室、
すなわち上室３と下室４に分割される。上室３は壁５，
６，７によって形成され、閉じた空間である。上室３に
はガス導入機構（図示せず）が取り付けられ、８はその
ガスノズルである。ガスノズル８から、必要に応じてソ
ースガスが供給される。下室４も閉じた空間であり、下
室４には基板加熱機構が配置される。９は基板加熱機構
に含まれる加熱器であり、１０は基板加熱機構に含まれ
る熱反射板である。図１において加熱器９に電力を供給
する電源の図示は省略されている。加熱器９に使用され
る装置としては、例えばカーボンヒータ等が使用され、
その他に任意のものを用いることができる。室壁を形成
する各壁材は、明確に図示されていないが、厳密には内
部に空洞が形成され、この空洞には冷却水が循環するよ
うに構成される。この構造によりコールドウォール化が
施され、この真空処理装置では、加熱器９によって基板
１のみが加熱される構造となっている。加熱器９は、図
１にて基板１の下面側に配置され、電源より通電されて
熱を輻射し、基板１の下面側から基板１に輻射熱を与え
て加熱する。

【００１６】１１，１２はそれぞれ大きな排気速度を有
するターボ分子ポンプであり、排気機構に含まれる。タ
ーボ分子ポンプ１１，１２によれば、上室３および下室
４のそれぞれを、最大で圧力１０^-10Torrにまで排気す
ることができる。また、ガスノズル８からのソースガス
の導入の際、上室３の内部圧力を１０^-4Torr程度の分子
流領域に維持することもできる。この分子流領域の内部
圧力によれば、熱伝導を起こさない程度の圧力で、ソー
スガスを基板１の処理面の前面空間に供給することがで
きる。

【００１７】１３は輻射熱反射部材である。輻射熱反射
部材１３は、基板１の処理面側の空間、すなわち基板上
側の上室３内に配置される。輻射熱反射部材１３は、上
室３内にて支持部材１４で固定された状態で配置され
る。輻射熱反射部材１３は、加熱器９による加熱で基板
１の温度が上昇し、基板１の側から輻射熱反射部材１３
の側に輻射された熱をその反射面で反射し、基板１の処
理面側に戻す作用を有している。また基板１より輻射熱
を受けて輻射熱反射部材１３の温度が上昇し、その結
果、輻射熱反射部材１３から出る輻射熱が基板１に戻さ
れる作用も十分考えられる。輻射熱反射部材１３の反射
面１３ａは、基板１の処理面（上面）に対向する面であ
る。この実施例では、当該反射面１３ａは基板１の処理
面に実質的に平行となるように、輻射熱反射部材１３が
固定状態で配置されている。本実施例では、輻射熱反射
部材１３の反射面は、鏡面研磨された平面である。しか
し、反射面は完全な平面に限定されない。例えば目的に
応じまたは必要に応じて、輻射熱反射部材１３の反射面
を凹面または凸面に形成することができる。被加熱部材
と反射部材の距離が離れた場合には凹面を採用すると反
射効率を上げることができ、また熱を任意の箇所に集中
させて基板１に戻す目的で凹面とすることもできる。一
方凸面の場合には熱を分散させて基板１に戻すことがで
きる。

【００１８】輻射熱反射部材１３の形状は、図１に示さ
れるように板状であることが望ましい。またその平面形
状は、基板１と同じ円形であることが望ましい。さらに
輻射熱反射部材１３の材質は基板１と同じものが好まし
く、この実施例ではシリコンが用いられている。円板状
の輻射熱反射部材１３は、その中心軸が基板１の中心軸
と一致するように配置される。輻射熱反射部材１３の半
径方向の寸法は、好ましくは、基板１の径よりも大きい
ほうがよい。反射できる熱が多くなり、熱の逃げが少な
くなるからである。しかし、特に限定されるものではな
い。本実施例の場合、一例として基板１には６インチの
ものが使用され、輻射熱反射部材１３には８インチ基板
に相当するサイズのものが使用されている。また輻射熱
反射部材１３の形状について板状のものに限定されな
い。例えば、熱を保存する容量として大きなものが要求
される場合には、厚みや質量等を増大させることも可能
である。従って、形状的には、反射面の条件について満
足できるものであれば、任意の形状にすることができ
る。また反射面の形状についても、さらに変形すること
が可能である。例えば反射面が凹部として形成され、こ
の形状によって基板１の周縁部を囲むような形状にする
こともできる。これによれば、輻射熱の反射効率をさら
に増大させることができる。

【００１９】図１において、１５は測温体の一例である
熱電対である。本実施例による真空処理装置では、熱電
対１５はできる限り加熱器９に接近させた状態で加熱器
９の温度、すなわちその出力を検出するように構成され
る。熱電対１５で検出された温度信号は、図２に示すよ
うに、制御装置１６に送られる。制御装置１６は、予め
設定された所望の出力に加熱器９を保持するために、そ
の電源１７の出力電力を調整する。こうして帰還制御系
を設けることによって、加熱器９の発生する出力は所望
出力に設定され、維持される。加熱器９から基板１に対
し供給される熱量が、所望の量に正確に制御されること
により、後述するように、前記輻射熱反射部材１３の反
射作用との相俟って、基板１の温度を所望の温度に再現
性よく保持することができる。

【００２０】次に上記構成を有する真空処理装置の作
用、当該作用に基づく真空処理装置の特性を説明する。

【００２１】まず、本発明による真空処理装置と従来の
真空処理装置との差異を明確するために、従来のコール
ドウォール型の真空処理装置の技術上の制約について説
明する。コールドウォール型の真空処理装置では、従来
より、基板の表面温度を直接測定することができなかっ
た。そこで従来では、熱電対をできる限り基板に近づけ
て設置したり、パイロメータにより表面温度の測定が試
みられてきた。しかし図３に示すように、基板の表面状
態により、熱電対とパイロメータの各測定値が大きく異
なっていた。これは放射率が基板の表面状態により大き
く変化するためである。なお図３はＷ／Ｒｅ熱電対の温
度に対する２波長パイロメータ（1.1 μｍと1.4 μｍ）
の測定温度の関係を示す図である。図３では４種類の基
板に関する特性グラフが示され、第１から第３の基板は
ＳｉＯ₂ の薄膜パターンを有し、黒丸の特性グラフは厚
みが８００オングストロームのパターンを有するもの、
黒四角の特性グラフは厚みが１５００オングストローム
のパターンを有するもの、黒三角の特性グラフは厚みが
２０００オングストロームのパターンを有するもの、白
丸は薄膜パターンなしの第４のシリコン基板の特性グラ
フである。このことは他の図の特性グラフにおいても同
様である。パイロメータによる測温法では２種類の波長
で放射温度を測定し、放射率を打ち消す試みがなされて
いるが、放射率が表面温度や波長によって異なるため、
完全に放射率の影響をなくした測温法は確立されていな
い。また熱電対についても、基板内に埋め込んだり、基
板に接触させる位置に配置しない限り、熱電対が感じる
波長の輻射を測定していることになり、放射率に依存し
ている。また基板に金属の熱電対を接触させたり、埋め
込むことは材料であるシリコンの性質を変えることにな
り、実際上不可能である。従って、従来ではシリコン基
板の表面温度を完全に測定する手段はなく、このことは
現在でも同じ状況である。

【００２２】前述した構成を有する本発明による真空処
理装置では、基板１の表面温度を完全に正確に測定する
という考え方を採用しない。基板の表面温度を完全に正
確に測定したいという要望は、基板の処理面の温度を、
所望の一定温度に正確に保持するという目的を達成する
ためである。そこで本発明の構成では、基本的に、基板
の表面温度を完全に測定することなく、最終的な基板の
温度状態が所望の温度状態に正確に保持されるという温
度再現性を実現する。

【００２３】図１に示した本実施例の真空処理装置で
は、基板１の処理面側に、基板１から所要距離だけ離れ
た位置に輻射熱反射部材１３を配置し、その反射面を基
板１の処理面に対向させている。加熱器９によって基板
１の温度が上昇すると、基板１の処理面からその表面状
態で決まる輻射率で熱輻射が生じる。基板１の処理面か
ら熱輻射が発生すると、輻射熱反射部材１３の反射面
は、反射率約１で基板１から与えられる輻射熱に応じて
いずれの箇所も同じ反射率で熱を基板１の側に反射す
る。輻射熱反射部材１３の反射面はいずれの箇所もシリ
コンで形成され、表面状態に差異はないから、反射率は
一定であると考えられる。従って基板１には輻射熱に応
じた熱が基板１に戻されるため、最終的に基板１の表面
状態に依存しない温度が実現される。その結果、基板１
の最終的な温度は、加熱器９から供給される出力（熱
量）だけで決定されることになり、そのため基板１の表
面状態には依存しないことになる。

【００２４】輻射熱反射部材１３自体も、基板１からの
輻射熱を受けて温度が上昇するが、大部分は反射面での
反射作用で、基板１側に輻射熱を戻すと考えられる。輻
射熱反射部材１３における上記反射作用によれば、基板
１と輻射熱反射部材１３によって形成される両者の間の
空間には、疑似的に黒体炉が形成されると考えられる。
また輻射熱反射部材１３と基板１の間隔の具体的な数値
については、基板１や輻射熱反射部材１３の大きさ等の
各種条件に応じて適宜に決められるが、擬似的に黒体炉
が形成されるという所要の反射作用を生じることが条件
の大きな要素である。

【００２５】図４は、輻射熱反射部材１３が存在しない
場合の基板上の薄膜の成長速度の熱電対温度依存性を示
す特性グラフである。すなわち、図１の真空処理装置に
おいて、輻射熱反射部材１３を設置せず、基板の温度を
測定するように配置された熱電対による帰還制御系が適
用された加熱器９で加熱された基板１の処理面の上にノ
ズル８からソースガスＳｉ₂ Ｈ₆ を供給し、選択エピタ
キシャル成長を行った時の成長速度の基板温度依存性を
調べたものである。エピタキシャル成長は、ソースガス
の流量には依存せず、基板の温度のみに依存する成長条
件で行った。基板は、図４中に記述されるように、表面
状態が異なる３種類の基板を用意した。成長速度は、パ
ターニングされた酸化膜に対して選択成長を行い、酸化
膜除去後のエピタキシャル膜厚の段差法で測定し、成長
速度を算出した。

【００２６】図４のグラフから分かることは、同じ熱電
対温度であっても、基板の表面状態によって成長速度が
異なることである。このことは、成長速度が基板の表面
温度に依存することを意味し、さらに基板の表面状態に
よって表面温度が変化しているにもかかわらず、熱電対
がその表面温度を正確に反映できないことを意味してい
る。

【００２７】図５は、図１に示した構成を有する本発明
の真空処理装置の場合であって、輻射熱反射部材１３を
所定箇所に設置した場合の成長速度の熱電対温度依存性
を示している。輻射熱反射部材１３は、一例として基板
１から約２５ｍｍ離して設置されている。ただしこの場
合には、熱電対１５および図２に示した帰還制御系を動
作させず、単に適当な熱量を加熱器９から基板１に与え
るようにしている。その他の条件は、図４に関して説明
した条件と同じである。図５のグラフで明らかなよう
に、この場合にも、熱電対温度のそれぞれに関して、成
長速度が基板ごとに異なっている。図４の場合と比較し
て異なる点は、成長速度について図３で示したパイロメ
ータ温度変化と同じ傾向が得られた点である。

【００２８】図６は、図５に示した装置構成において、
さらに温度の制御系に関し、熱電対１５で加熱器９の温
度を測定することによりその出力を検出し、その出力が
一定になるように制御装置１６で帰還制御を実行してい
る。すなわち図１に示された構成を完全に実施する真空
処理装置の場合である。その結果、図６のグラフで明ら
かなように、加熱器９の同一出力に関して種類の異なる
各基板に関し同じ成長速度を得ることができる。すなわ
ち、基板１の表面状態に依存することなく加熱器９の出
力で決まる同じ成長速度を得ることができる。

【００２９】図７は、加熱器９の出力を一定（例えば８
５０Ｗ）に保持する制御の下で、基板１と輻射熱反射部
材１３との間の距離を、例えば約３０〜８０ｍｍの範囲
で変化させたときの成長速度の変化を示すグラフであ
る。図７のグラフによれば、輻射熱反射部材１３の設置
位置を、基板１から遠くするに伴って成長速度が低下す
る。またこの特性は、３種類の基板のすべてで同様に生
じた。さらに、基板１に対する輻射熱反射部材１３の設
置位置が或る距離以上に離れると、基板の種類に応じて
成長速度に差が現れてきた。このことは、輻射熱反射部
材１３が、基板１からの距離が或る範囲内に含まれた状
態で設置されるときには、輻射熱反射部材１３の存在
が、前述の熱輻射反射作用に基づき基板１の表面状態の
差による温度差をうまく補償して、基板１の温度を一定
の温度に制御するということができる。従って、真空処
理装置で輻射熱反射部材１３を設ける場合には、基板か
らの距離が或る範囲内に含まれる条件で輻射熱反射部材
を設置することが望ましい。しかし、基板と輻射熱反射
部材の間隔に関する条件は、他の条件、例えば基板や輻
射熱反射部材の大きさや、加熱器から供給される熱量等
の条件で異なるので、数値的に限定することはできず、
そのつど真空処理装置等の設計条件に応じて決まる事項
である。輻射熱反射部材１３の設置位置が、基板１から
の距離が或る範囲内に含まれていない場合には、厳密に
は、前述の通り基板１の種類に応じて成長速度に差が現
れてくるが、それらの差が有効なものであるか、または
無視できる程度のものであるかについては、状況によっ
て異なるので、かかる範囲外に輻射熱反射部材を設置す
ることが技術的に意味を有しないものであると判断する
ことできない。必要に応じて、基板からの距離が前記或
る範囲外に位置する箇所に輻射熱反射部材を設置して使
用する場合も有り得る。

【００３０】従来の真空処理装置では、測温体である熱
電対は既に説明した通り、できる限り基板に接近させて
用いていた。しかし、本発明による真空処理装置の構成
によれば、図８に示す通り、熱電対１５を、基板１から
離しかつできる限り加熱器９に接近させて加熱器９の出
力を計測するように設置した方が適切であると考えられ
る。図８は、横軸に基板と熱電対との距離を示し、成長
速度と基板−熱電対距離依存性を示したのものである。
基板と熱電対の距離が小さいと、種類の異なる基板間の
成長速度の差が大きく、当該距離が大きくなるに従って
それらの差は小さくなり、或る距離から以降ほぼ一致す
る。図６で示すように、本発明の真空処理装置の場合、
輻射熱反射部材１３が基板１に対して或る適した距離間
隔で設置されることと、加熱器９の出力を或る適した一
定状態に保持することとの組み合わせに基づいて、基板
１の表面温度を所望の一定温度に再現するようにしてい
る。そのため熱電対１５は、加熱器９の出力のみを正確
に計測するように加熱器９に接近させて用いられること
が望ましい。図８に示されるような特性グラフが得られ
る理由は、熱電対１５が加熱器９に近づくほど、熱電対
１５が測定する温度における基板１の温度変化の影響が
少なくなり、加熱器９の出力制御を完全に実行している
と考えられるからである。

【００３１】また図１に示した本発明の真空処理装置で
は、他の観点で、構成および作用上次の特徴を捉えるこ
とが可能である。すなわち、基板１に対し、加熱器９の
設置位置と反対側である最適な位置に輻射熱反射部材１
３を設置することにより、基板１の処理面と輻射熱反射
部材１３の反射面との間の空間に、前述した通り疑似的
な黒体炉を形成することが想定される。かかる黒体炉と
しての特徴を前提すると、疑似的であっても、基板１と
輻射熱反射部材１３との間の空間に測温体を設置するこ
とにより、基板１の温度を相当に高い正確度をもって測
定することが可能になる。

【００３２】前記の観点で本発明による真空処理装置を
理解すると、熱電対１５の配置位置について次のように
変更することができる。すなわち、熱電対１５を加熱器
９の近傍に設置する代わりに、基板１と輻射熱反射部材
１３の間の空間に熱電対１５を設置し、前述と同様な帰
還制御系を設けるように構成することもできる。この帰
還制御系では、基板の温度を所望温度にするように直接
的に帰還制御が行われる。

【００３３】本発明による真空処理装置は、さらなる他
の観点で、構成および作用上、次の特徴を有する。輻射
熱反射部材１３に対して冷却装置を付加し、輻射熱反射
部材１３の温度を理想的に完全に冷却された状態に保持
できるようにする。かかる輻射熱反射部材を備えたコー
ルドウォール型真空処理装置では、反応ガスに化合物ガ
スを用い、熱分解反応によるガスソースエピタキシーを
行う場合に、表面の膜質差によるソース分子の付着係数
の違いを利用して選択成長を行うことが可能となる。

【００３４】表面反応を利用したかかる選択成長では、
一般的に、ソース分子をできるだけ生のまま、すなわち
基板上にソース分子が飛来する過程においてソース分子
をできるだけ分解させないまま、基板上に供給すること
が重要である。ソース分子が途中で分解すると、付着係
数の大きな分子が形成され、ほとんど選択成長が不可能
となる。このため、プラズマＣＶＤや常圧ＣＶＤ等の気
相中で分解反応が起きる系や、ホットウォール型の低圧
ＣＶＤ装置のようなホットウォール上で分解反応が起き
る系では、選択成長は不可能であった。特に、ホットウ
ォール型のＣＶＤ装置では、温度制御の点で理想的な黒
体炉に近い環境を実現できるが、表面反応を利用した選
択成長が不可能であった。他方、選択成長の観点から
は、コールドウォール型ＣＶＤ装置が理想的であるが、
従来装置では既に述べたように基板温度の再現性に欠点
が存在する。こうして従来では、黒体炉と表面反応を利
用した選択成長とは、同時に実現できないという事実が
存在した。しかしながら、前述のごとく、本発明による
コールドウォール型真空処理装置では、完全に冷却され
た輻射熱反射部材を設けることにより、この輻射熱反射
部材の温度を基板に比較し十分に低い温度とし、当該反
射部材上でのソース分子の分解をなくすことが可能とな
り、そのため、選択成長と基板温度再現性を同時に実現
することができる。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、コールドウォール型真空処理装置において、基板
を中央位置にして加熱器と反対側の位置に輻射熱反射部
材を設置すると共に、加熱器の出力を所望出力に制御す
る帰還制御装置を設けるようにしたため、処理対象であ
る基板の表面状態の差異の影響を受けることなく、基板
の温度を一律に所望の一定温度に再現性よく制御するこ
とができる。基板と輻射熱反射部材との間の空間に熱電
対を配置して同様な帰還制御装置を設けることによって
も同様にして基板の温度再現性を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る真空処理装置の構造を示す縦断面
図である。

【図２】帰還制御系の構成を示すブロック図である。

【図３】熱電対温度とパイロメータ温度の関係を示すグ
ラフである。

【図４】輻射熱反射部材が存在しないときの膜成長速度
の熱電対温度依存性を示すグラフである。

【図５】輻射熱反射部材が存在するときの膜成長速度の
熱電対温度依存性を示すグラフである。

【図６】輻射熱反射部材が存在するときの膜成長速度の
加熱器出力依存性を示すグラフである。

【図７】輻射熱反射部材が存在するときの膜成長速度の
基板・輻射熱反射部材間距離依存性を示すグラフであ
る。

【図８】輻射熱反射部材が存在するときでかつ一定の加
熱器出力の下で膜成長速度の基板・熱電対間距離依存性
を示すグラフである。

【符号の説明】

１ …基板２ …基板昇降装置３ …上室４ …下室５，６，７ …壁８ …ガスノズル９ …加熱器１１，１２ …ターボ分子ポンプ１３ …輻射熱反射部材１５ …熱電対（測温体または温度検
出器）１６ …制御装置１７ …電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者酒井純朗東京都府中市四谷５丁目８番１号日電アネルバ株式会社内審査官宮澤尚之 (56)参考文献特開昭63−259081（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−81231（ＪＰ，Ａ) 特開平３−255620（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−9835（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 14/00 - 16/56 H01L 21/205 - 21/26

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】減圧された内部空間で、基板のみを、こ
の基板の一方の面側に配置された加熱器で加熱し、前記
基板の他方の面を処理する真空処理装置において、前記
基板の前記他方の面側に前記基板と同じ材質で作られた
輻射熱反射部材を設置すると共に、前記加熱器の温度を
検出する温度検出器を配置し、この温度検出器の検出信
号に基づき前記基板の温度を制御する帰還制御装置を設
けることを特徴とする真空処理装置。
【請求項２】減圧された内部空間で、基板のみを、こ
の基板の一方の面側に配置された加熱器で加熱し、前記
基板の他方の面を処理する真空処理装置において、前記
基板の前記他方の面側に輻射熱反射部材を設置すると共
に、前記基板と前記輻射熱反射部材との間に温度検出器
を配置し、この温度検出器の検出信号に基づき前記基板
の温度を制御する帰還制御装置を設けることを特徴とす
る真空処理装置。
【請求項３】請求項１または２記載の真空処理装置に
おいて、前記輻射熱反射部材の反射面は、前記基板の前
記他方の面に実質的に平行であることを特徴とする真空
処理装置。
【請求項４】請求項１または２記載の真空処理装置に
おいて、前記輻射熱反射部材の設置位置は、その熱反射
作用に基づき前記基板の前記他方の面の前面空間に疑似
黒体炉を形成せしめる位置であることを特徴とする真空
処理装置。
【請求項５】請求項１または２記載の真空処理装置に
おいて、ソースガスが、熱伝導を起こさない程度の圧力
で、前記基板の前記他方の面の前面空間に供給されるこ
とを特徴とする真空処理装置。