JP6058491B2 - 気相成長用反応装置 - Google Patents

Description

本発明は、加熱装置と載置体を含み、且つ前記載置体は、第二載置体と、電磁波加熱係数が第二載置体より大きい第一載置体とをさらに含む気相成長用反応装置に関する。

工業的な加工工程において、様々な要求を満たすため、各製品の表面に薄膜を形成する場合が多い。例えば、蒸着方法により薄膜を形成する。蒸着方法の原理は、原子又は分子のサイズ程度にした各種の原料により製品表面に薄膜を形成することである。この方法は、反応時間、温度及び気体流量を制御することにより、異なる厚さ及び成分を有する様々な薄膜を形成することができる。蒸着方法は、各種の工業及び日用品の製造によく利用される。例えば、精密度が高く、サイズが小さい電子産業に利用される。

薄膜を形成する過程において、原料が反応する方式の相違点により、蒸着方法を大きく物理気相成長（Physical Vapor Deposition、ＰＶＤ）と化学気相成長（Chemical Vapor Deposition、ＣＶＤ）に分類することができる。堆積技術、反応が起きる反応装置内の温度、反応装置内に吹き入れた気体の成分及び製品表面の材料などのような条件により、異なる結晶粒子を有する様々な薄膜が形成される。例えば、単結晶、多結晶、又は非結晶の薄膜が形成される。ＣＶＤ又はＰＶＤ方法により薄膜を形成するとき、精密度が高く、サイズが小さいという前述した要求を満たすとともに、直接に反応用の気体中に不純物を入れることができる。従って、薄膜中の不純物の含量と分布（dopant profile）を制御することにより、薄膜の成分を細かく制御することができる。

よく見かける他の一種の薄膜形成方法は、有機金属気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition、ＭＯＣＶＤ）である。この方法により薄膜を形成するとき、まず、搬送用空気（carrier gas）を吹き入れる。この搬送用空気により反応原料の飽和蒸気が反応室内に搬送され、且つこの反応原料が加熱された基板表面上で反応する。反応室に吹き入れられた空気中の原子は、基板上に付着されると共に、基板上で相互に衝突して原子団になり、且つ原子団が漸次に大きくなると原子アイランドになる。原子アイランドのサイズは、気体原子の堆積量の増加により増加され、且つ原子アイランドの間の隙間が漸次に充填されると薄膜になる。前述した方式により基板表面上に形成された薄膜は、表面の粗さが悪い各種の基板上でもよい付着力を持っている。即ち、基板の表面上に凹部、突起、又は円形などのようなパターン化の構造が形成されていても、薄膜を堆積する各種の温度、反応気体の成分、又は反応時間を適切に制御することにより、需要する薄膜を形成することができる。

薄膜を形成する反応は、反応装置の中で行われる。図１に示す通り、反応装置１００の反応室内には、載置体４と、ヒーター６が形成されている。反応室内の反応温度を制御するため、反応室内に冷却装置をさらに形成する設計もある。ＭＯＣＶＤの反応を行う時、反応原料が混入されている気体を反応装置１００に吹き入れて、基板２の表面上に薄膜を形成する。基板２は、載置体４による伝導熱と輻射熱に加熱され、載置体４は、図２に示す通り核心層８と、包囲層１０を含む。

前述した通り、反応気体の原子を基板２上に堆積することにより薄膜を形成するので、基板２の温度と反応室内の温度は、薄膜の品質に影響を与える重要な要因になる。基板を薄膜の形成に適切する温度まで加熱するためには、高温に耐えることができ、且つ反応気体と反応しない材料で反応室を形成しなればならない。これにより、反応が行われている過程において、高温により反応室が焼損するか、或いは反応室と、反応室内に吹き入れられた気体とが反応して、薄膜品質に影響を与えることを避けることができる。耐久性の高い材料で反応室を形成する場合、高いコストが掛かる問題がある。また、基板を載置体に載置して薄膜の堆積を行う時、破損された載置体の表面により薄膜の品質が悪くなる恐れがあるので、載置体を交換しなければならない。

本発明の目的は、従来の気相成長用反応装置の問題を解決するための気相成長用反応装置を提供することにある。

本発明の気相成長用反応装置は、載置体と、前記載置体を加熱する加熱装置とを含む。前記載置体は、第一載置体と、前記第一載置体上に形成されている第二載置体とを含む。前記第一載置体の電磁波加熱係数は、前記第二載置体の電磁波加熱係数より大きい。

従来の気相成長用反応装置を示す図である。 従来の気相成長用反応装置の載置体を示す図である。 本発明の一実施例に係る気相成長用反応装置を示す図である。 本発明の一実施例に係る第二載置体を示す図である。 本発明の他の実施例に係る気相成長用反応装置を示す図である。

本発明の反応装置２００は、載置体と、加熱装置を含む。図３に示す通り、前記載置体は、載置基板２２を載置するための複数の凹部２４２と、第一載置体２８と、第一載置体２８上に位置する第二載置体２４とを含む。第二載置体２４の伝熱係数は、第一載置体２８の伝熱係数より大きい。反応原料の飽和蒸気が混入されている搬送用空気を反応装置２００に吹き入れるとともに、ヒーター２６で載置体を加熱する。温度が所定の温度まで上昇すると、気体原子が基板２２上に堆積され、薄膜が形成される。本実施例において、反応装置２００は、気相成長に応用され、前記気相成長は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）である。本実施例中のヒーター２６は、所定の周波数を有する電磁波を生成して、載置体上に渦電流が生じるようにする電磁波生成装置を含む電磁波加熱装置である。載置体上の渦電流が抵抗を通過する時、エネルギーが消耗されると共に、熱が発生する。発生した熱により、載置体上に載せた基板を加熱することができる。本実施例において、第一載置体２８は、直接に電磁波を受信して、載置体表面に渦電流を生成することができる。渦電流が載置体表面の抵抗を通過する時、熱が発生すると共に、温度が上昇する。第二載置体２４は、電磁波を受信しても載置体表面に渦電流を生成することができないので、温度が上昇しない。従って、本実施例において、第一載置体２８による輻射熱及び伝導熱により加熱を行う。他の実施例において、第一載置体２８と第二載置体２４とが両方とも、ヒーター２６が生成した電磁波を受信して昇温するように設けることができる。ヒーターが生成した電磁波を受信して載置体が昇温する効果は、電磁波加熱係数により評価することができる。電磁波加熱係数は、所定範囲の周波数を有する電磁波を単位重量物体に所定の時間照射する時、単位重量物体が昇温した温度量を言う。本実施例において、第一載置体２８の電磁波加熱係数が第二載置体２４の電磁波加熱係数より大きい。即ち、所定範囲の周波数を有する電磁波を所定の時間第一載置体２８に照射する時に上昇する温度は、同様な条件下の電磁波を同重量の第二載置体２４に照射する時に上昇する温度より大きい。本実施例において、ヒーター２６中の電磁波生成装置は、周波数範囲が超低周波（very low frequency、ＶＬＦ）の範囲内に入っている電磁波を生成することができる。超低周波の周波数範囲は、３ＫＨｚ〜３０ＫＨｚである。本発明の好適な実施例のヒーター２６は、周波数範囲が１５ＫＨｚ〜２０ＫＨｚである電磁波を生成する。

前述した通り、反応する過程において、中空体内の温度及び基板上の温度は、形成する薄膜の品質に影響を与える。従って、載置体を形成する時、ヒーター２６が生成した電磁波に基づいて、対応する周波数を受信して昇温する材料を選択しなければならない。且つ、載置体の熱伝導性は、表面温度の均一性に影響を与えると共に、基板上に形成する薄膜の均一性にも影響を与える。従って、本実施例において、伝熱係数が第一載置体２８の伝熱係数より大きい材料で第二載置体２４を形成して、基板２２と接触する第二載置体２４の表面温度が均一に分布されるようにする。第二載置体２４の全体は、同一の材料、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）から構成された。また、加熱効率を向上させるため、伝熱係数が１００Ｗ／ｍＫより大きい材料を第一載置体２８と第二載置体２４の材料として、温度の上昇速度を向上させることが好ましい。本実施例において、図４に示す通り、第二載置体２４は、核心層３０と、核心層３０を覆う包囲層３２とから構成されている。伝熱係数が第一載置体２８の伝熱係数より大きい材料で第二載置体２４を形成して、第二載置体２４の伝熱係数が第一載置体２８の伝熱係数より大きくなり、且つ基板２２の表面温度が均一に分布されるようにする。本実施例において、第一載置体２８の材料は、ヒーターが生成した電磁波を受信して昇温することができる。このような材料は、石墨、セラミックス、又はこれらの組合せなどを含む。前記組合せとして、例えば、石墨を本体にし、且つこの本体上に炭化ケイ素（ＳｉＣ）薄層を塗布して形成することができる。第二載置体２４の核心層３０は、石墨、ＢＮ、Ｍｏ、ＴｉＷ、又はこれらの組合せを材料とし、包囲層３２は、ＳｉＣを材料とする。包囲層３２と核心層３０の比率を調節することにより、第二載置体２４の伝熱係数を第一載置体２８の伝熱係数より大きくすることができる。他の実施例において、第二載置体２４の核心層３０は、電磁波を受信することができる材料を含むことができる。この場合、第二載置体２４と第一載置体２８とが、両方とも、加熱用の電磁波を受信して、より速く第二載置体２４上に位置する基板２２を加熱することができる。

本実施例において、第二載置体２４の伝熱係数が第一載置体２８の伝熱係数より大きく、且つ第一載置体２８の電磁波加熱係数が第二載置体２４の電磁波加熱係数より大きい。このため、石墨から第一載置体２８を形成し、ＳｉＣから第二載置体２４を形成することができる。

図５に示す通り、他の実施例中の反応装置３００は、ヒーター２６と、第一載置体２８と、複数個の第二載置体２４と、第一載置体２８と複数個の第二載置体２４との間に位置している柱体３４とを含む。基板２２は、第二載置体２４の表面上２４０上の凹部２４２内に配置され、第一載置体２８は、第二載置体２４を支持する柱体３４をさらに含む。薄膜堆積工程を実施する場合、ヒーター２６が作動し、第一載置体２８の一側にある空気孔３６から気体を第一載置体２８内の隙間１６に吹き入れる。第一載置体２８に吹き入れられた気体は、窒素と水素を含む混合気体である。本実施例において、ヒーター２６が第一載置体２８を直接に加熱し、第一載置体２８は、吸収した輻射熱により、伝導又は対流方式で複数個の第二載置体２４を加熱する。第二載置体２４の伝熱係数が第一載置体２８より大きく、且つ第二載置体２４の表面面積が第一載置体２８より小さいので、加熱した第二載置体２４の表面上２４０の温度が均一に分布され、且つ第二載置体２４に直接に接触されている基板２２を均一に加熱することができる。基板２２上の薄膜は、一定の温度範囲内で反応するので、同様な時間内に形成される薄膜の厚さが均一になり、同様な基板２２上に形成される薄膜の厚さの差異が大きくなることを防ぐことができる。他の実施例において、第一載置体２８と複数個の第二載置体２４は、ヒーター２６で直接に加熱することができる。この場合、第二載置体２４が第一載置体２８からの熱を吸収すると共に、ヒーター２６により加熱されるので、より短い時間内に所定温度まで温度を上昇させることができる。第二載置体２４が大きい伝熱係数と小さい面積を有しているので、載置体全体の温度を均一にし、且つ複数個の第二載置体２４の上に位置している複数個の基板２２を均一に加熱することができる。

本発明に記載されている載置体は、第一載置体２８と、第二載置体２４とを含み、第二載置体２４上には、ウェハを載置するための複数の凹部２４２が形成されている。複数回の薄膜堆積工程を実施する時、ウェハの取付けと取出しを繰り返すことにより、ウェハが凹部２４２にぶつかって破損する恐れがある。ウェハを容易に取り付けるため、通常第二載置体２４の複数の凹部２４２のサイズをウェハのサイズより少し大きくするが、これにより複数回の薄膜堆積工程を実施する時、凹部２４２にも薄膜が堆積されてしまう。凹部内に堆積される薄膜、又は凹部の破損により、凹部２４２内に取り付けたウェハが傾斜するか、或いは突出する。従って、次に形成される薄膜に影響を与える恐れがある。本発明の実施例において、凹部２４２の破損、又は凹部２４２内に形成される薄膜により薄膜の品質が悪くなる場合、直接に凹部と接触する第二載置体２４のみを交換することにより問題を解決することができる。即ち、載置体全体を交換する必要がないので、コストを節約することができる。

以上、これらの発明の実施例を図面により詳述してきたが、実施例はこの発明の例示にしか過ぎないものであるため、この発明は実施例の構成にのみ限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれることは勿論である。

２ 基板
４ 載置体
６ ヒーター
８ 核心層
１０ 包囲層
１６ 隙間
２２ 基板
２４ 第二載置体
２６ ヒーター
２８ 第一載置体
２４０ 表面
２４２ 凹部
３０ 核心層
３２ 包囲層
３４ 柱体
３６ 空気孔
１００、２００、３００ 反応装置

Claims (10)

1. 載置体と、前記載置体を加熱する加熱装置とを含む気相成長用反応装置であって、
   前記載置体は、第一載置体と、前記第一載置体上に形成されている第二載置体とを含み、前記第二載置体は、核心層と、前記核心層を覆う包囲層とを含み、
   前記第一載置体は、前記第二載置体とは異なる材料を含み、前記核心層は、前記包囲層とは異なる材料を含む、気相成長用反応装置。
2. 前記第二載置体の伝熱係数が前記第一載置体の伝熱係数より大きく、且つ前記第一載置体の電磁波加熱係数が前記第二載置体の電磁波加熱係数より大きい、請求項１に記載の気相成長用反応装置。
3. 前記核心層は、石墨、ＢＮ、Ｍｏ、ＴｉＷ、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の気相成長用反応装置。
4. 前記加熱装置は、周波数範囲が１５ＫＨｚ〜２０ＫＨｚである電磁波を生成する電磁波生成装置を含む、請求項１に記載の気相成長用反応装置。
5. 前記第二載置体は、ウェハを載置する複数の凹部を含む、請求項１に記載の気相成長用反応装置。
6. 前記第一載置体は、空気孔をさらに含む、請求項１に記載の気相成長用反応装置。
7. 前記気相成長用反応装置は、前記第一載置体上に形成されている複数の第二載置体をさらに含む、請求項１に記載の気相成長用反応装置。
8. 気相成長用反応装置の載置装置であって、
   第一載置体と、前記第一載置体上に形成されている第二載置体とを含み、
   前記第一載置体は、第二載置体とは異なる材料を含み、前記第二載置体は、核心層と、前記核心層を覆う包囲層とを含み、前記核心層は、前記包囲層とは異なる材料を含む、気相成長用反応装置の載置装置。
9. 前記第二載置体の伝熱係数が前記第一載置体の伝熱係数より大きく、且つ前記第一載置体の電磁波加熱係数が前記第二載置体の電磁波加熱係数より大きい、請求項８に記載の気相成長用反応装置の載置装置。
10. 前記核心層は、石墨、ＢＮ、Ｍｏ、ＴｉＷ、又はこれらの組み合わせを含む、請求項８に記載の気相成長用反応装置の載置装置。

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