JP2009277868A - Heating device and method of manufacturing semiconductor substrate - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、加熱装置および半導体基板の製造方法に関し、より特定的には、迅速な温度変更が可能な加熱装置および半導体基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a heating apparatus and a method for manufacturing a semiconductor substrate, and more particularly to a heating apparatus and a method for manufacturing a semiconductor substrate that can change temperature quickly.
従来、半導体基板の表面に膜を形成したりエッチングを行なうため、当該半導体基板を所定の温度にまで加熱する加熱装置としての成膜装置やエッチング装置が知られている。たとえば、特開平8−191050号公報(以下、特許文献1と呼ぶ)では、サセプタに保持された基板の表面に薄膜を形成する成膜装置であって、基板の加熱に用いるヒータとしてハロゲンランプを用い、当該ハロゲンランプを溝の内部に配置した保持部が反応室の底壁(サセプタの裏面側の壁面)を構成するものが開示されている。ハロゲンランプは、保持部とは別部材の石英管によりその位置が固定されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a film forming apparatus and an etching apparatus are known as a heating apparatus for heating a semiconductor substrate to a predetermined temperature in order to form a film on a surface of a semiconductor substrate or perform etching. For example, in JP-A-8-191050 (hereinafter referred to as Patent Document 1), a film forming apparatus for forming a thin film on the surface of a substrate held by a susceptor, a halogen lamp is used as a heater used for heating the substrate. It is disclosed that the holding part in which the halogen lamp is disposed inside the groove constitutes the bottom wall of the reaction chamber (the wall on the back side of the susceptor). The position of the halogen lamp is fixed by a quartz tube which is a separate member from the holding portion.
特許文献1では、ハロゲンランプの端子部(保持部の外部に露出した端子部)を空冷しているが、ハロゲンランプの発光部については特に積極的な冷却についての開示はない。
近年、窒化ガリウム(GaN)などを用いた半導体発光素子の開発および利用が進んできている。このような半導体発光素子では、発光層として組成の異なる薄膜層(バンドギャップの相対的に小さい井戸層とバンドギャップの相対的に大きいバリア層)を積層した多重量子井戸構造(MQW)が用いられる。このようMQWを形成するためには、組成の異なる井戸層とバリア層とを連続して形成する必要がある。この場合、井戸層とバリア層との組成の差に起因して、各層の成長条件(特に成膜温度)が異なるため、成長条件(特に成膜温度)を迅速に切替える必要がある。これは、成膜温度の変更速度が遅いと、温度が変化している時間が長くなり、当初想定した成長条件と異なる条件下で成長する膜の厚みが厚くなるため、結果的に得られるMQWの特性が劣化することになるためである。 In recent years, development and use of semiconductor light emitting devices using gallium nitride (GaN) and the like have been advanced. In such a semiconductor light emitting device, a multiple quantum well structure (MQW) in which thin film layers having different compositions (a well layer having a relatively small band gap and a barrier layer having a relatively large band gap) are stacked is used as the light emitting layer. . In order to form such MQW, it is necessary to continuously form well layers and barrier layers having different compositions. In this case, the growth conditions (particularly the film formation temperature) of each layer are different due to the difference in composition between the well layer and the barrier layer, and therefore it is necessary to quickly switch the growth conditions (particularly the film formation temperature). This is because, when the film formation temperature changing speed is slow, the time during which the temperature is changed becomes longer, and the thickness of the film grown under conditions different from the initially assumed growth conditions becomes thicker. This is because the characteristics of the above will deteriorate.
しかし、従来の加熱装置では、ヒータ(ハロゲンランプの発光部)については、ランプ表面を構成する材料(たとえば石英)が加熱されることで軟化、変形することを防止するため、通常ブロアなどを用いて冷却風を供給するといった方法で冷却しているものの、ヒータの温度変更時の変更速度を向上させるという観点では特に対策は取られていなかった。そのため、加熱温度の変更(特に設定温度を下げるような場合)において迅速に温度変更を行なうことが難しかった。 However, in the conventional heating apparatus, a normal blower or the like is used for the heater (light emitting portion of the halogen lamp) in order to prevent the material (for example, quartz) constituting the lamp surface from being softened and deformed by heating. However, no particular measures have been taken from the viewpoint of improving the change speed when changing the temperature of the heater. For this reason, it is difficult to change the heating temperature quickly (especially when the set temperature is lowered).
この発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、この発明の目的は、加熱温度の制御性に優れた加熱装置および半導体基板の製造方法を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a heating apparatus and a method for manufacturing a semiconductor substrate, which are excellent in controllability of heating temperature.
この発明に従った加熱装置は、光放射加熱用ヒータと、光放射加熱用ヒータを冷却する冷却部材とを備える。光放射加熱用ヒータの外周表面の少なくとも一部は冷却部材と接触している。 A heating device according to the present invention includes a light radiation heating heater and a cooling member that cools the light radiation heating heater. At least a part of the outer peripheral surface of the light radiation heater is in contact with the cooling member.
このようにすれば、光放射加熱用ヒータと冷却部材との接触部を介して、光放射加熱用ヒータを直接的に冷却できる。このため、光放射加熱用ヒータにおいて加熱温度を変更する場合(特に設定温度を下げる場合)に、温度変更を迅速に行なうことができる。この結果、加熱温度の制御性を向上させることができる。 If it does in this way, the heater for light radiation heating can be directly cooled via the contact part of the heater for light radiation heating and a cooling member. For this reason, when changing the heating temperature in the heater for light radiation heating (especially when lowering the set temperature), the temperature can be changed quickly. As a result, the controllability of the heating temperature can be improved.
また、光放射加熱用ヒータを直接的に冷却部材により冷却できるので、高温加熱時(たとえば1200℃程度の高温加熱時)にも、光放射加熱用ヒータを十分冷却し、当該ヒータを健全に保つことが可能である。なお、このような高温加熱に対応するような十分な冷却能力を、たとえばブロアを用いた冷却気体の吹付けにより得ようとすれば、冷却気体の流量を大きくするために装置が大型化するという問題がある。また、冷却に用いた大量の加熱された気体が、加熱装置全体の温度環境に大きな影響を与えるため、加熱装置の設計が難しくなるといった問題も考えられる。 Further, since the light radiant heating heater can be directly cooled by the cooling member, the light radiant heater is sufficiently cooled and kept healthy even during high temperature heating (for example, high temperature heating of about 1200 ° C.). It is possible. In addition, if it is going to obtain sufficient cooling capacity corresponding to such high temperature heating, for example by spraying of the cooling gas using a blower, it will be said that an apparatus will enlarge in order to enlarge the flow volume of cooling gas. There's a problem. In addition, since a large amount of heated gas used for cooling has a great influence on the temperature environment of the entire heating device, there is a problem that it is difficult to design the heating device.
上記加熱装置において、光放射加熱用ヒータは、冷却部材の表面に形成された溝の内部に配置されていてもよい。この場合、溝の内壁が光放射加熱用ヒータの外周の一部を囲むように配置されるので、当該内壁と光放射加熱用ヒータの表面とを接触させれば、光放射加熱用ヒータと冷却部材との接触面積を大きくすることができる。この結果、光放射加熱用ヒータを効率的に冷却することができる。 In the heating apparatus, the light radiation heating heater may be disposed inside a groove formed on the surface of the cooling member. In this case, since the inner wall of the groove is disposed so as to surround a part of the outer periphery of the light radiation heating heater, if the inner wall is brought into contact with the surface of the light radiation heating heater, the light radiation heating heater and the cooling member are cooled. The contact area with the member can be increased. As a result, the light radiation heater can be efficiently cooled.
また、溝の内壁表面に、光を反射する反射膜を予め形成しておけば、当該反射膜により光放射加熱用ヒータから出射された光を溝の外部へ反射することができる。この結果、効率的な加熱を行なうことができる。 In addition, if a reflection film that reflects light is formed in advance on the inner wall surface of the groove, the light emitted from the light radiation heater can be reflected to the outside of the groove by the reflection film. As a result, efficient heating can be performed.
上記加熱装置は、光放射加熱用ヒータと対向する位置に配置された、加熱対象物を保持するための保持具をさらに備えていてもよい。この場合、保持具(たとえばサセプタ)を加熱することで、間接的に加熱対象物を加熱することができる。このようにすれば、保持具を均熱部材として利用することができるので、加熱対象物全体の均一な加熱を行なうことができる。 The heating apparatus may further include a holder for holding the object to be heated, which is disposed at a position facing the heater for heating light radiation. In this case, the object to be heated can be indirectly heated by heating the holder (for example, susceptor). If it does in this way, since a holder can be used as a soaking | uniform-heating member, the whole heating target object can be heated uniformly.
上記加熱装置において、光放射加熱用ヒータの加熱温度は1000℃以上であってもよい。この場合、本発明は1000℃以上といった高温加熱において、光放射加熱用ヒータの健全性を確保するとともに加熱温度の変更時に迅速な温度変更を可能とすることができるため、特に効果的である。 In the above heating device, the heating temperature of the light radiation heater may be 1000 ° C. or higher. In this case, the present invention is particularly effective in heating at a high temperature of 1000 ° C. or more, because the sound radiation heater can be secured while the temperature can be changed quickly when the heating temperature is changed.
この発明に従った半導体基板の製造方法では、上記加熱装置における光放射加熱用ヒータに対向する位置に基板を配置する工程を実施する。光放射加熱用ヒータにより基板を加熱しながら、基板表面を処理する工程を実施する。このようにすれば、基板表面に対する処理において、基板の加熱温度を迅速に変更することができるため、たとえば組成の異なる層を基板表面に連続して形成する場合に、それぞれの層に適した成膜条件の変更(特に成膜温度の変更)を迅速に行なうことができる。この結果、厚み方向における組成変化の急峻な積層構造を得ることができる。 In the method for manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention, the step of arranging the substrate at a position facing the light radiation heater in the heating device is performed. A step of treating the surface of the substrate is performed while heating the substrate with a heater for heating light radiation. In this way, since the heating temperature of the substrate can be quickly changed in the treatment of the substrate surface, for example, when layers having different compositions are continuously formed on the substrate surface, a composition suitable for each layer is formed. It is possible to quickly change the film conditions (particularly, the film formation temperature). As a result, it is possible to obtain a laminated structure having a sharp composition change in the thickness direction.
上記半導体基板の製造方法において、基板表面を処理する工程における基板の加熱温度は1000℃以上であってもよい。基板表面を処理する工程では、基板表面に窒化物半導体(たとえば窒化ガリウム)を含む層を形成する工程を実施してもよい。この場合、本発明が特に効果的である。 In the semiconductor substrate manufacturing method, the substrate heating temperature in the step of processing the substrate surface may be 1000 ° C. or higher. In the step of treating the substrate surface, a step of forming a layer containing a nitride semiconductor (eg, gallium nitride) on the substrate surface may be performed. In this case, the present invention is particularly effective.
この発明によれば、加熱温度の制御性を向上させるともに、従来より高温(たとえば1200℃程度)に処理対象物(たとえば基板)を加熱することが可能になる。この結果、組成変化の急峻な積層構造を備える半導体基板を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to improve the controllability of the heating temperature and to heat the object to be processed (for example, the substrate) at a higher temperature (for example, about 1200 ° C.) than before. As a result, it is possible to obtain a semiconductor substrate having a laminated structure with a sharp composition change.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付し、その説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
図1は、本発明による気相処理装置を示す断面模式図である。図2は、図1に示した気相処理装置のヒータの構成を示す部分断面模式図である。図1および図2を参照して、本発明による気相処理装置を説明する。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a vapor phase processing apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a partial cross-sectional schematic diagram showing the configuration of the heater of the vapor phase processing apparatus shown in FIG. With reference to FIG. 1 and FIG. 2, the vapor-phase processing apparatus by this invention is demonstrated.
図1に示すように、本発明による気相処理装置1は、気相成長装置であって、処理室4と、処理室4の内部に表面が露出し、当該表面上に基板8を搭載するサセプタ2と、サセプタ2を介して当該サセプタ2上に搭載される基板8を加熱するためのヒータ5と、処理室4の内部に反応ガスを供給するための反応ガス供給部材9と、処理室4の内部から反応後のガスを排気するためのガス排気部材10とを備える。処理室4は、任意の形状とすることができるが、たとえば反応ガスの供給方向である矢印11、12に示す方向に垂直な方向における断面形状(図1の紙面に垂直な方向における断面形状)が矩形状であってもよい。
As shown in FIG. 1, a vapor phase processing apparatus 1 according to the present invention is a vapor phase growth apparatus, and a surface is exposed inside a processing chamber 4 and the processing chamber 4, and a
処理室4の底壁7には、開口部が形成されている。当該開口部の内部にサセプタ2が配置されている。開口部およびサセプタ2の平面形状はたとえば円形状とすることができる。サセプタ2の下部表面の中央部には、サセプタ2を回転させるための回転軸3が接続されている。サセプタ2の上部表面は、加工対象物である基板8が搭載される。サセプタ2は、回転軸3を中心として回転可能になっている。回転軸3は、図示しないモータなどの駆動源と接続されている。サセプタ2の下側(サセプタ2において基板8が搭載された主面と反対側の裏面に対向する位置)には、サセプタ2を介して基板8を加熱するためのヒータ5が配置されている。ヒータ5の具体的な構成については後述する。
An opening is formed in the bottom wall 7 of the processing chamber 4. A susceptor 2 is disposed inside the opening. The planar shape of the opening and the susceptor 2 can be, for example, circular. A
処理室4には、反応ガス供給部材9から矢印11に示すように気相処理に用いる原料ガス(気相成長処理における成膜のための原料ガスやキャリアガスなど)が供給される。そして、処理室4の内部からは、ガス排気部材10により矢印12に示すように処理に用いられた後のガスが排気される。
A source gas (such as a source gas or a carrier gas for film formation in the vapor phase growth process) used for the vapor phase process is supplied from the reaction
次に、ヒータ5の構成を、図2を用いて具体的に説明する。図2に示すように、ヒータ5は、冷却ベース51と、当該冷却ベース51の表面に接触するように形成された加熱ランプ56と、加熱ランプ56を覆うカバー部材54と、冷却ベース51の内部に形成された冷却媒体流路52へと冷却媒体66を供給するための配管61と、当該配管61の経路途中に配置された熱交換器63およびポンプ64と、配管61の経路途中において冷却媒体の温度を測定するための温度センサ62と、温度センサ62、熱交換器63およびポンプ64と電気的に接続され、これらを制御するための制御部65とを備える。
Next, the configuration of the
冷却ベース51は、熱伝導性に優れた材料であれば任意の材料によって構成されるが、たとえばアルミニウム、ステンレス鋼などの金属や窒化アルミニウムなどのセラミックスより構成してもよい。また、冷却ベース51を、金属(たとえばアルミニウムやニッケル)によるベース体と、当該ベース体の表面に形成された被覆層(たとえば金からなる膜)とから構成してもよい。被覆層はたとえばメッキ法により形成することができる。冷却ベース51の内部には、冷却ベース51を介して加熱ランプ56を冷却する冷却媒体66を流通させるための冷却媒体流路52が形成されている。また、冷却ベース51の上部表面には、加熱ランプ56を配置するための溝53が形成されている。溝53の表面は被覆層55により被覆されている。被覆層55の材料としては、任意の材料を用いることができるが、たとえば金やサファイアなどを用いることができる。加熱ランプ56はこの溝53内部に配置されるとともに、加熱ランプ56の表面は溝53の被覆層55に密着した状態になっている。なお、加熱ランプ56は、石英からなる円筒状のチューブの内部にタングステンなどからなる電熱線が配置された構成となっている。この場合、加熱ランプ56の石英からなるチューブの外周面が被覆層55に密着することになる。
The cooling
そして、この溝53を覆うように、冷却ベース51の上部表面上にカバー部材54が配置されている。カバー部材54は透光性の部材(たとえば石英)や、透光性がありさらに熱伝導性にも優れた部材(たとえばサファイア)などからなる。
A
冷却ベース51の冷却媒体流路52には、冷却媒体66を流通させるための配管61が少なくとも2箇所において接続されている。配管61は、冷却ベース51内の冷却媒体流路52から、熱交換器63、ポンプ64を介して再び冷却媒体流路52へと繋がるように環状の流路を構成している。当該配管61内部を、矢印67、68に示すように冷却媒体66が流通する。
冷却媒体66の流れる方向における冷却媒体流路52の出側に位置する配管61に、温度センサ62が配置されている。温度センサ62としては、任意の構成のセンサを用いることができる。たとえば温度センサ62として熱電対などを用いてもよい。また、熱交換器63としては、任意の構成の熱交換器を用いることができる。たとえば配管61に液体(たとえば水)や気体(たとえば空気)といった二次冷却媒体を接触させる構成としてもよいし、ペルチェ素子などを用いて配管61の壁面を介して配管61内の冷却媒体66から熱を取出し、冷却媒体66の温度を低下させるような構成としてもよい。制御部65は、温度センサ62の出力に基づき、ポンプ64の送出流量または熱交換器63における熱交換の効率、あるいはポンプ64と熱交換器63との両方を制御することにより、冷却媒体66の温度を制御する。
A
このような構成とすれば、加熱ランプ56を冷却ベース51と接触させることで直接的に加熱ランプ56を冷却することができるので、従来のように加熱ランプ56に冷却風を直接吹付けるような構成よりもより効率的に加熱ランプ56を冷却することができる。このため、従来のように加熱ランプ56に対して冷却風を吹付けるためのブロアや、当該ブロアによって加熱ランプ56に吹付けられた後の排熱を含む空気を装置外部へと排出するための構造などを形成する必要がないため、装置の大型化を抑制することができる。また、当該排熱を含む空気の熱が装置の他の部分へと影響を与えることにより、気相処理装置の全体の温度環境に大きな影響が与えられ、処理室4の内部の温度条件が影響を受けるといった問題の発生を抑制できる。
With such a configuration, the
図3は、図1および図2に示した気相処理装置の第1の変形例を構成するヒータを示す断面模式図である。具体的には、図3は、本発明による気相処理装置の第1の変形例のヒータの一部の構成を示している。図3を参照して本発明による気相処理装置の第1の変形例を説明する。 FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a heater constituting a first modification of the vapor phase processing apparatus shown in FIGS. 1 and 2. Specifically, FIG. 3 shows a partial configuration of the heater of the first modification of the vapor phase processing apparatus according to the present invention. A first modification of the vapor phase processing apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.
図3に示したヒータ5を含む気相処理装置は、基本的には図1および図2に示した気相処理装置1と同様の構造を備えるが、ヒータ5の構成が異なっている。すなわち、図3に示した気相処理装置のヒータ5は、基本的には図2に示したヒータ5の構造と同様の構造を備えるが、溝53の壁面において、被覆層55と溝53の壁面との間に下地被覆層57が配置されている点が異なっている。すなわち、溝53の壁面上には、下地被覆層57と、当該下地被覆層57上に被覆層55が形成された多層膜構造(2層構造)が形成されている。下地被覆層57としては、たとえばメッキ法などによって形成した金からなる膜を用いることができる。
The vapor phase treatment apparatus including the
このような構成においても、図1および図2に示した気相処理装置と同様の効果を得ることができる。 Even in such a configuration, it is possible to obtain the same effect as that of the vapor phase processing apparatus shown in FIGS.
なお、図3では、ヒータ5の冷却ベース51、加熱ランプおよびカバー部材54の構成を示しているが、当該ヒータ5には、図示していないが図2に示すような配管61、温度センサ62、熱交換器63、ポンプ64、制御部65といった冷却系の構成が接続されている。これらの冷却系の構成は基本的に図2に示した構成と同様である。また、後述する図4〜図6に示したヒータ5においても、図示していないが図2に示したヒータ5と同様に冷却系の構成が接続されている。
3 shows the configuration of the
また、上述した図2または図3に示したヒータ5に関して、溝53内において被覆層55の表面に加熱ランプ56を密着させる方法としては、たとえば溝53や被覆層55、あるいは下地被覆層57の膜厚などの寸法を精密に制御することで、加熱ランプ56の表面と被覆層55とを密着させてもよい。また、加熱ランプ56を事後的に溝53の形状に沿わせるように変形させてもよい。たとえば加熱ランプ56を溝53の寸法よりも若干小さく形成しておき、溝53の内部に加熱ランプ56を配置した後で、当該加熱ランプ56を、加熱ランプ56の外殻を構成する材料(円筒状のチューブを構成する石英)の軟化温度よりも若干高くなるような温度にまで加熱するようにしてもよい。たとえば、加熱ランプ56の円筒状のチューブが石英からなる場合、石英からなるチューブ表面の温度を800℃程度にし、たとえば5分以上10分以下の時間加熱することで、加熱ランプ56のチューブの表面を溝53内部の被覆層55表面に密着させることができる。
Further, with respect to the
この場合、加熱ランプ56のチューブ内部には、大気圧よりも加圧されたガスが封入されており、当該ガスの圧力により、チューブを溝53の形状に沿わせるように変形させることができる。このようにすれば、溝53などの加工精度を極めて高くする必要がないため、ヒータ5の製造コストを低減することができる。また、このとき加熱温度と被覆層55の材料とを適宜選択することで、加熱ランプ56と被覆層55とを固着させることができる。
In this case, the gas of the
図4は、図1および図2に示した気相処理装置の第2の変形例を構成するヒータを示す断面模式図である。図4を参照して、本発明による気相処理装置の第2の変形例を説明する。 FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a heater constituting a second modification of the vapor phase processing apparatus shown in FIGS. 1 and 2. With reference to FIG. 4, the 2nd modification of the gaseous-phase processing apparatus by this invention is demonstrated.
図4に示すように、本発明の気相処理装置の第2の変形例を構成するヒータ5は、基本的には図2に示したヒータ5と同様な構造を備えるが、加熱ランプ56を内部に配置する溝53が、冷却ベース51の表面に形成されている凸部58の頂面に形成されている点が異なっている。このようにすれば、冷却ベース51の体積を図2に示した冷却ベース51より小さくできるため、冷却ベース51の熱容量を小さくすることができる。この結果、ヒータ5の熱容量全体も低減することができ、ヒータ5の冷却あるいは加熱速度を向上させることができる。
As shown in FIG. 4, the
図5は、図1および図2に示した気相処理装置の第3の変形例を構成するヒータを示す断面模式図である。図5を参照して、本発明による気相処理装置の第3の変形例を説明する。 FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a heater constituting a third modification of the vapor phase treatment apparatus shown in FIGS. 1 and 2. With reference to FIG. 5, the 3rd modification of the gaseous-phase processing apparatus by this invention is demonstrated.
図5に示したヒータ5を備える気相処理装置は、基本的には図1および図2に示した気相処理装置1と同様の構造を備えるが、図5に示すようにヒータ5の冷却ベース51の構成が異なっている。すなわち、図5に示すように、ヒータ5において冷却ベース51の上部表面がほぼ平坦に形成されており、この冷却ベース51の上部表面に加熱ランプ56が接触するように配置されている。このような構成としても、図2に示したヒータ5より冷却効率は低下するものの、加熱ランプ56と冷却ベース51との接触部から加熱ランプ56を直接的に冷却することができるので、図1および図2に示した気相処理装置と同様な効果を得ることができる。また、冷却ベース51の形状が単純なため、冷却ベース51の加工コストを低減することができるので、気相処理装置の製造コストを低減できる。
The vapor phase treatment apparatus provided with the
図6は、図1および図2に示した気相処理装置の第4の変形例を構成するヒータを示す断面模式図である。図6を参照して、本発明による気相処理装置の第4の変形例を説明する。 FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a heater constituting a fourth modified example of the vapor phase treatment apparatus shown in FIGS. 1 and 2. With reference to FIG. 6, the 4th modification of the gaseous-phase processing apparatus by this invention is demonstrated.
図6に示したヒータ5を備える気相処理装置は、基本的には図1および図2に示した気相処理装置と同様の構造を備えるが、図6に示すようにヒータ5の構成が異なっている。具体的には、図6に示したヒータ5では、冷却ベース51の上部表面に、加熱ランプ56の直径よりも小さな深さの溝53が形成されている。このため、加熱ランプ56は、溝53内に配置されるが、その上部表面は冷却ベース51の上部表面から突出した状態となっている。このような構成によっても、冷却ベース51と加熱ランプ56とが直接接触することにより、加熱ランプ56を効率的に冷却することができる。この結果、図1および図2に示した気相処理装置と同様の効果を得ることができる。
The vapor phase treatment apparatus provided with the
なお、図4および図6に示したヒータ5において、図3に示したヒータ5と同様に溝53の内壁と被覆層55との間に下地被覆層を形成してもよい。また、溝53の内部に形成する被覆膜は、3層以上の多層構造としてもよい。また、図5に示したヒータ5において、冷却ベース51の上部表面では、加熱ランプ56との接触部に被覆膜を形成してもよい。この被覆膜としては、図2に示した被覆層55、あるいは図3に示した下地被覆層57および被覆層55からなる多層構造を形成してもよい。また、図4〜図6においては、図2に示すカバー部材54を記載していないが、図2に示したヒータ5と同様にカバー部材54を加熱ランプ56を覆うように配置してもよい。
In the
上述した記載と一部重複する部分もあるが、この発明に従った加熱装置としての気相処理装置1の特徴的な構成を列挙する。本発明による気相処理装置1は、光放射加熱用ヒータとしての加熱ランプ56と、加熱ランプ56を冷却する冷却部材(冷却ベース51、被覆層55、下地被覆層57、配管61、温度センサ62、熱交換器63、ポンプ64、制御部65、冷却媒体66からなる冷却機構部)とを備える。加熱ランプ56の外周表面の少なくとも一部は冷却部材(冷却機構部)と接触している。
Although there is a part which overlaps with the description mentioned above, the characteristic structure of the gaseous-phase processing apparatus 1 as a heating apparatus according to this invention is enumerated. The vapor phase treatment apparatus 1 according to the present invention includes a
このようにすれば、加熱ランプ56と冷却機構部との接触部を介して、加熱ランプ56を直接的に冷却できる。このため、加熱ランプ56において加熱温度を変更する場合(特に設定温度を下げる場合)に、温度変更を迅速に行なうことができる。この結果、気相処理装置1における加熱温度の制御性を向上させることができる。
If it does in this way, the
また、加熱ランプ56を直接的に冷却機構部により冷却できるので、高温加熱時(たとえば1200℃程度の高温加熱時)にも、加熱ランプ56を十分冷却し、当該加熱ランプ56を健全に保つことが可能である。
In addition, since the
上記気相処理装置1において、加熱ランプ56は、図2、図3、図4、図6などに示すように、冷却機構部の表面(冷却ベース51の表面)に形成された溝53の内部に配置されている。この場合、溝53の内壁が加熱ランプ56の外周の一部を囲むように配置されるので、当該内壁上に形成された被覆層55と加熱ランプ56の表面とを接触させ、加熱ランプ56と冷却機構部との接触面積を大きくすることができる。この結果、加熱ランプ56を効率的に冷却することができる。
In the gas phase processing apparatus 1, the
また、溝53の内壁表面形成される被覆層55として、光を反射する材料による膜を形成すれば、当該被覆層55により加熱ランプ56から出射された光を溝53の外部へ反射することができる。この結果、効率的な加熱を行なうことができる。
Further, if a film made of a material that reflects light is formed as the
上記気相処理装置1は、加熱ランプ56と対向する位置に配置された、加熱対象物を保持するための保持具としてのサセプタ2をさらに備える。この場合、サセプタ2を加熱することで、間接的に加熱対象物としての基板8を加熱することができる。このようにすれば、サセプタ2を均熱部材として利用することができるので、基板8全体の均一な加熱を行なうことができる。
The gas-phase treatment apparatus 1 further includes a susceptor 2 that is disposed at a position facing the
上記気相処理装置1において、加熱ランプ56の加熱温度は1000℃以上であってもよい。この場合、本発明は1000℃以上といった高温加熱において、加熱ランプ56の健全性を確保するとともに加熱温度の変更時に迅速な温度変更を可能とすることができるため、特に効果的である。
In the gas phase processing apparatus 1, the heating temperature of the
次に、上述した気相処理装置を用いた半導体基板の製造方法を説明する。図7は、図1〜図6に示した本発明による気相処理装置を用いた半導体基板の製造方法を説明するためのフローチャートである。図7を参照して、本発明による半導体基板の製造方法を説明する。 Next, a method for manufacturing a semiconductor substrate using the above-described vapor processing apparatus will be described. FIG. 7 is a flowchart for explaining a semiconductor substrate manufacturing method using the vapor phase processing apparatus according to the present invention shown in FIGS. With reference to FIG. 7, the manufacturing method of the semiconductor substrate by this invention is demonstrated.
図7に示すように、本発明による半導体基板の製造方法では、まず基板配置工程(S10)を実施する。具体的には、気相処理装置における光放射加熱用ヒータとしての加熱ランプ56に対向する位置に基板8を配置する工程である工程(S10)においては、たとえば図1および図2に示した気相処理装置1のサセプタ2の上部表面上に処理対象物である基板8を搭載する。
As shown in FIG. 7, in the method for manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention, a substrate placement step (S10) is first performed. Specifically, in the step (S10), which is a step of placing the
次に、加熱ランプ56により基板8を加熱しながら、基板8表面を処理する工程としての処理工程(S20)を実施する。具体的には、ヒータ5を用いてサセプタ2を介して基板8を加熱し、所定の温度まで基板8を加熱した状態で、処理室4の内部に反応ガス供給部材9から反応ガスを供給する。このようにして、基板8の上部表面上にエピタキシャル層48(図8参照)が形成される。そして、上述した気相処理装置1には、ヒータ5において加熱ランプ56が冷却ベース51と直接接触することにより効率的に冷却されるため、ヒータ5による加熱条件を迅速に変更することができる。このため、エピタキシャル層48において、異なる組成のエピタキシャル層を連続して形成する場合に当該組成の変化を急峻にすることができる。この結果、特性の優れたエピタキシャル層付き基板49(図8参照)を得ることができる。
Next, a processing step (S20) as a step of processing the surface of the
また、上記工程(S20)における基板8の加熱温度は、たとえば1000℃以上とすることができる。また、上記工程(S20)では、基板8表面に窒化物半導体(たとえば窒化ガリウム)を含む層を形成する工程を実施してもよい。
Moreover, the heating temperature of the board |
ここで、図8は、図7に示した半導体基板の製造方法を用いて形成されたエピタキシャル層付き基板を示す斜視模式図である。図8に示すエピタキシャル層付き基板49は、基板8の表面にエピタキシャル層48が形成された構成となっている。上述のように、本発明による半導体基板の製造方法を適用することにより、エピタキシャル層48として異なる組成のエピタキシャル層が積層した構造を形成した場合に、異なる組成のエピタキシャル層間の組成の変化を急峻にすることができる。
Here, FIG. 8 is a schematic perspective view showing a substrate with an epitaxial layer formed by using the method of manufacturing a semiconductor substrate shown in FIG. The
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明は、半導体基板の製造に用いられる気相成長装置、特に比較的高温での処理が必要な化合物半導体基板の製造に用いられる気相成長装置および化合部物半導体基板の製造方法に有利に適用される。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is advantageous for a vapor phase growth apparatus used for manufacturing a semiconductor substrate, particularly a vapor phase growth apparatus used for manufacturing a compound semiconductor substrate that requires processing at a relatively high temperature and a method for manufacturing a compound semiconductor substrate. Applied.
1 気相処理装置、2 サセプタ、3 回転軸、4 処理室、5 ヒータ、7 底壁、8 基板、9 反応ガス供給部材、10 ガス排気部材、11,12 矢印、48 エピタキシャル層、49 エピタキシャル層付き基板、51 冷却ベース、52 冷却媒体流路、53 溝、54 カバー部材、55 被覆層、56 加熱ランプ、57 下地被覆層、58 凸部、61 配管、62 温度センサ、63 熱交換器、64 ポンプ、65 制御部、66 冷却媒体、67,68 矢印。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas phase processing apparatus, 2 susceptor, 3 Rotating shaft, 4 Processing chamber, 5 Heater, 7 Bottom wall, 8 Substrate, 9 Reaction gas supply member, 10 Gas exhaust member, 11, 12 Arrow, 48 Epitaxial layer, 49 Epitaxial layer Substrate, 51 Cooling base, 52 Cooling medium flow path, 53 Groove, 54 Cover member, 55 Cover layer, 56 Heating lamp, 57 Undercoat layer, 58 Convex part, 61 Piping, 62 Temperature sensor, 63 Heat exchanger, 64 Pump, 65 control, 66 cooling medium, 67, 68 arrows.
Claims (4)
前記光放射加熱用ヒータを冷却する冷却部材とを備え、
前記光放射加熱用ヒータの外周表面の少なくとも一部が前記冷却部材と接触している、加熱装置。 A heater for heating light radiation;
A cooling member for cooling the light radiation heater,
A heating device, wherein at least a part of an outer peripheral surface of the light radiation heater is in contact with the cooling member.
前記光放射加熱用ヒータにより前記基板を加熱しながら、前記基板表面を処理する工程とを備える、半導体基板の製造方法。 A step of disposing a substrate at a position facing the heater for light radiation heating in the heating device according to claim 1;
And a step of treating the surface of the substrate while heating the substrate with the heater for heating light radiation.
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