JPH0744155B2 - ウエーハ回転形気相成長装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、反応ガスの流れの中でウェーハを回転させ
るとともにウェーハが載置されたサセプタを加熱しつつ
ウェーハに膜形成を行う気相成長装置に係り、詳しく
は、内部を反応ガスが流れる反応管を外部から気密にか
つ反応ガスの流れにほぼ垂直に貫通する回転軸の反応管
内先端部に支持された，該回転軸の軸線に垂直な載置面
を有するサセプタにウェーハが載置され該ウェーハを前
記回転軸を介して回転させつつ前記サセプタを加熱して
ウェーハに膜形成を行うウェーハ回転形気相成長装置に
関する。

〔従来の技術〕

気相成長によって膜をウェーハ面に形成させる場合、ウ
ェーハをその面内にある，面に垂直な軸線まわりに回転
させ反応ガス流との相対位置を変化させて膜厚などの均
一化をはかることは広く行われている。また、膜形成時
には、反応ガスが熱分解を起こすに十分なウェーハ温
度，例えば800℃にウェーハを保つ必要があり、この種
ウェーハ回転形気相成長装置における加熱系の構成とし
て、通常フラファイトなどで作られた，ウェーハが載置
されるサセプタを、反応管の外周面を包囲して巻かれた
コイルに高周波電流を通電して高周波誘導加熱を行うも
のや、赤外線ランプを用い反応管の外部から輻射加熱す
るものや、スリップリングとブラシとを用い、ウェーハ
を回転させる回転軸を利用して加熱電力をサセプタに近
接配置されたヒータに供給するものが一般的に用いられ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、これらの加熱系の構成は次に述べるような欠点
を有している。すなわち、反応管の外周面を包囲して巻
かれたコイルに高周波電流を通電して行う高周波誘導加
熱の場合には、サセプタの加熱に必要な電力を送り込む
ための周波数として数十kHzないし数MHz程度が必要とな
り、かかる高周波の大電流を発生するために高価な電源
装置を必要とする。さらに、この範囲の周波数は無線通
信に用いられている周波数とも重なり、電力も数百ワッ
トないし数十kwと大電力放送設備並に大きいため、無線
通信への妨害を防ぐための周到な電波漏洩防止手段を講
じる必要がある。

赤外線ランプによる輻射加熱の場合には、上記のような
不利な点は少ないが、構造的な制約や、赤外線源である
ランプの物理的な大きさなどから、赤外線を効率よくサ
セプタに当てることが難しく、加熱効率が低く、大電力
を必要とするなどの欠点がある。

また、スリップリングとブラシとを用いるものでは、ヒ
ータがサセプタに近接して配置され、加熱効率もよく安
価であるが、ブラシやスリップリングの摩耗と、これに
伴う保守点検，交換作業などの問題や接触不良によるト
ラブル発生の恐れなどがあり、長期にわたり装置を安定
に運転する上で必ずしも好適とはいえないという問題点
があった。

この発明の目的は、前記従来の加熱系の構成における欠
点や問題点がなく、しかも加熱効率良好にして加熱のた
めの加熱系の構成に必要な費用が少なくてすみかつ、加
熱されたサセプタの温度監視とこれによるサセプタの温
度制御とを容易に可能ならしめうるウェーハ回転形気相
成長装置の加熱系の構成を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、この発明によれば、内部を
反応ガスが流れる反応管を外部から気密にかつ反応ガス
の流れにほぼ垂直に貫通する回転軸の反応管内先端部に
支持された，該回転軸の軸線に垂直な載置面を有するサ
セプタにウェーハが載置され該ウェーハを前記回転軸を
介して回転させつつ前記サセプタを加熱してウェーハに
膜形成を行うウェーハ回転形気相成長装置におけるサセ
プタ加熱系の構成を、前記回転軸が中空に形成されると
ともに前記サセプタを加熱する加熱手段がサセプタの反
ウェーハ側に回転軸と一体的に設けられ、前記回転軸の
反応管外部の部位に１次巻線側と２次巻線側とが同軸に
かつ軸まわり相対回転可能に形成された回転変圧器の２
次巻線側が同軸に固設された構成とし、該２次巻線を介
して前記加熱手段へ加熱電力を供給するとともに、前記
構成の加熱系において回転軸の反応管内先端部に支持さ
れるサセプタまわりの構成として、該サセプタは回転軸
先端部に固設された熱絶縁体と一体化されたサセプタ載
置台を介して支持され、サセプタを加熱する加熱手段は
前記サセプタ載置台の反サセプタ側に固定されるととも
に該サセプタ載置台もしくはサセプタに温度計測センサ
が取り付けられた構成とし、該温度計測センサの信号出
力を回転軸の反応管外部の部位から取り出すことにより
前記加熱手段へ供給される加熱電力の制御を可能ならし
めるものとする。

〔作用〕

ウェーハ回転形気相成長装置をこのように構成すること
により、反応管外部の固定部分からサセプタと一体で回
転する部分への加熱電力の供給が、摩擦や摩耗なく、ま
た接触不良によるトラブル発生のおそれなく常に安定し
て可能となる。また、このような構成にすると、加熱電
力の供給をうけるサセプタ加熱手段はサセプタに近接し
て配置されるから、サセプタが載置されるサセプタ載置
台を回転軸から熱絶縁体を介して支持することにより、
加熱効率が従来の赤外線加熱の場合などと比較して著し
く向上する。そして、サセプタ載置台もしくはサセプタ
に取り付けた温度計測センサの反応管外部への引出しが
中空回転軸を通して容易に行われるから、サセプタ加熱
手段へ供給される加熱電力の制御も容易に可能となる。

〔実施例〕

第１図に本発明によるウェーハ回転形気相成長装置構成
の一実施例を示す。反応管１は左端に反応ガス入口２と
右端に反応ガス出口３とを持ちかつ、反応ガス入口２と
反応ガス出口３との中間位置から分岐して下方へ延びる
分岐管４を有している。分岐管４の下端部は、中空に作
られ反応管１内のガス流にほぼ垂直に導入されるサセプ
タ回転軸５がガスシール６とベアリング７とによりガス
の気密を保ちながら回転可能となるように構成されてい
る。

サセプタ回転軸５の上部には、セラミックス等で作られ
た熱絶縁体８を介してサセプタ載置台９がサセプタの載
置面がサセプタ回転軸５の軸線に垂直となるように取り
付けられるとともに載置面と反対側の面にヒータ10が設
けられている。さらに、サセプタ載置台９には熱電対11
が取り付けられている。

一方、サセプタ回転軸５の大気側先端部には、１次巻線
側と２次巻線側とが同軸にかつ軸まわり相対回転可能に
形成された回転変圧器14の２次巻線側が同軸に固設さ
れ、その２次巻線14bがヒータ10の引出しケーブル12に
接続されている。また、回転変圧器14の１次巻線14aは
この１次巻線を収容するフレームを介しベアリング15に
よって２次巻線側との軸方向相対移動不能に支えられる
とともに１次巻線側フレームは回転止め金具16により近
傍の固定部材に回転不能に固定されている。

熱電対11の出力信号は、その信号電力が微弱であり従来
から用いられている技術の範囲で実用上問題のないこと
が判明していることから、引出し線13と信号用スリップ
リング19,接触子20とにより外部へ導かれ温度計測器21
に入力される。温度計測器21からは熱電対11から入力さ
れた信号電力と１対１の対応関係を有する温度信号22が
出力され、この温度信号22が入力される電力調節器18に
より、加熱電源17から回転変圧器14を介してヒータ10に
供給される電力が、サセプタ載置台９の温度が設定値に
一定に保たれるように制御される。

サセプタ回転軸５の大気側の部位には、さらにプーリ23
が設けられ、サセプタ回転軸５は歯付きベルト24を介し
て可変速モータ25により適当な回転数，例えば10rpm〜1
00rpmで回転させられる。

このようにヒータ加熱系およびサセプタ載置台温度の制
御系が構成されたウェーハ回転形気相成長装置によりウ
ェーハ上に膜形成を行う際には、サセプタ載置台９にグ
ラファイトまたはモリブデン等の材料で作られたサセプ
タ26が載置され、サセプタ26の上に成膜加工すべき半導
体などのウェーハ27が載せられる。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明によれば、内部を反応ガス
が流れる反応管を外部から気密にかつ反応ガスの流れに
ほぼ垂直に貫通する回転軸の反応管内先端部に支持され
た，該回転軸の軸線に垂直な載置面を有するサセプタに
ウェーハが載置され該ウェーハを前記回転軸を介して回
転させつつ前記サセプタを加熱してウェーハに膜形成を
行うウェーハ回転形気相成長装置におけるサセプタ加熱
系の構成を、前記回転軸が中空に形成されるとともに前
記サセプタを加熱する加熱手段がサセプタの反ウェーハ
側に回転軸と一体的に設けられ、前記回転軸の反応管外
部の部位に１次巻線側と２次巻線側とが同軸にかつ軸ま
わり相対回転可能に形成された回転変圧器の２次巻線側
が同軸に固設された構成とし、該２次巻線を介して前記
加熱手段へ加熱電力を供給するようにしたので、反応管
外部の固定部分からサセプタと一体で回転する反応管内
部分への電力供給が、スリップリングとブラシとによる
場合のような摩擦や摩耗なく、また接触不良などによる
トラブル発生の恐れなく可能となり、長期にわたり安定
した運転ができるようになった。また、本発明の加熱系
構成では、サセプタ載置台を回転軸から熱絶縁体を介し
て支持するとともにサセプタ加熱手段をサセプタ載置台
に直接固定し、中空回転軸の内側を通してサセプタ加熱
手段に加熱電力を供給することができるから、加熱効率
が従来の赤外線加熱の場合などと比較して著しく向上す
るとともに加熱系の構成がさほど費用を必要とすること
なく可能となる。しかもこの構成のサセプタ加熱系にお
いて回転軸の反応管内先端部に支持されるサセプタまわ
りの構成として、該サセプタは前述のように、回転軸先
端部に固設された熱絶縁体と一体化されたサセプタ載置
台を介して支持され、サセプタを加熱する加熱手段は前
記サセプタ載置台の反サセプタ側に固定されるとともに
該サセプタ載置台もしくはサセプタに温度計測センサが
取り付けられた構成とすれば、該温度計測センサの信号
出力を回転軸の反応管外部の部位から取り出すことによ
り前記加熱手段への供給電力制御が容易に可能となるか
ら、結局、本発明の構成により、加熱効率が高く、長期
間にわたり安定した運転ができ、加熱手段に供給される
電力の制御が容易に可能なウェーハ回転形気相成長装置
が安価に構成されるメリットが生じる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるウェーハ回転形気相成長装置構成
の一実施例を示す説明断面図である。 1:反応管、4:分岐管、5:サセプタ回転軸（回転軸）、8:
熱絶縁体、9:サセプタ載置台、10:ヒータ（加熱手
段）、11:熱電対（温度計測センサ）、14:回転変圧器、
14a:1次巻線、14b:2次巻線、17:加熱電源、18:電力調節
器、21:温度計測器、22:温度信号、26:サセプタ、27:ウ
ェーハ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部を反応ガスが流れる反応管を外部から
   気密にかつ反応ガスの流れにほぼ垂直に貫通する回転軸
   の反応管内先端部に支持された，該回転軸の軸線に垂直
   な載置面を有するサセプタにウェーハが載置され該ウェ
   ーハを前記回転軸を介して回転させつつ前記サセプタを
   加熱してウェーハに膜形成を行うウェーハ回転形気相成
   長装置において、前記回転軸が中空に形成されるととも
   に前記サセプタを加熱する加熱手段がサセプタの反ウェ
   ーハ側に回転軸と一体的に設けられ、前記回転軸の反応
   管外部の部位に１次巻線側と２次巻線側とが同軸にかつ
   軸まわり相対回転可能に形成された回転変圧器の２次巻
   線側が同軸に固設され、該２次巻線を介して前記加熱手
   段へ加熱電力が供給されることを特徴とするウェーハ回
   転形気相成長装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載のウェーハ回
   転形気相成長装置において、回転軸の反応管内先端部に
   支持されるサセプタは回転軸先端部に固設された熱絶縁
   体と一体化されたサセプタ載置台を介して支持され、サ
   セプタを加熱する加熱手段は前記サセプタ載置台の反サ
   セプタ側に固定されるとともに該サセプタ載置台もしく
   はサセプタに温度計測センサが取り付けられ、該温度計
   測センサの信号出力を回転軸の反応管外部の部位から取
   り出して前記加熱手段への供給電力を制御する構成とし
   たことを特徴とするウェーハ回転形気相成長装置。