JPH06220643A - Vacuum treating device - Google Patents
Vacuum treating deviceInfo
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- JPH06220643A JPH06220643A JP2740693A JP2740693A JPH06220643A JP H06220643 A JPH06220643 A JP H06220643A JP 2740693 A JP2740693 A JP 2740693A JP 2740693 A JP2740693 A JP 2740693A JP H06220643 A JPH06220643 A JP H06220643A
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Abstract
Description
【０００１】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vacuum processing apparatus, and more particularly to a cold wall type vacuum processing apparatus for heating and processing only a substrate.
【０００２】[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。2. Description of the Related Art Vacuum processing equipment equipped with a heating mechanism
There are roughly two types. The first type is a hot wall type vacuum processing apparatus that heats the entire inner wall of the vacuum container to a temperature equivalent to that of the processing substrate, and the second type is a cold wall type vacuum processing apparatus that heats only the processing substrate. . In each device, the target temperature is detected by a temperature measuring body (temperature detector) such as a thermocouple, and a feedback control method utilized for the detection signal is applied to perform precise temperature control.
【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。The cold wall type vacuum processing apparatus can be downsized and consumes a small amount of heat, and when used as a film forming apparatus, no product is produced on the inner wall and the maintainability is good. Have advantages. On the other hand, the hot wall type vacuum processing apparatus can realize a black body furnace, and regardless of the location of the temperature sensing element in the furnace, the temperature of the processed substrate, which is the object to be heated, can be completely grasped. It has the advantage of being able to.
【０００４】[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。In the cold wall type vacuum processing apparatus, there is a temperature difference between the processed substrate which is the object to be heated and its surrounding environment, and in the environment of the cold wall type vacuum processing apparatus, the substrate Since the state of heat radiation (heat emissivity) from the surface differs depending on the surface state (for example, the uneven state or the material), it has been difficult to accurately measure the temperature of the substrate by the temperature sensing element. Therefore, it has been attempted to measure the temperature of the substrate by bringing the temperature sensing element as close to the substrate as possible, but still it has not been possible to realize accurate temperature measurement. Further, due to these problems, it is extremely difficult to accurately reproduce the temperature of the processed surface of the substrate as desired.
【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。In the conventional cold wall type vacuum processing apparatus, the temperature measuring element is brought close to the processing substrate so that the temperature measured by the temperature measuring element approaches the temperature of the substrate. Only the inaccurate environmental temperature which fluctuated by was detected. In other words, due to its configuration, it was impossible to detect the temperature that accurately reflected the surface temperature of the processed substrate.
【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。Therefore, the present inventors solve the demand for temperature reproducibility in the substrate by a new idea by comprehensively examining the problem of heat radiation from the side of the substrate.
【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。Further, unlike the above-mentioned problem of heat radiation from the substrate, there is a conventional technique using a heat reflector in order to solve the problem in heating a substrate having a high heat transmission rate (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 3). -253572). This prior art document discloses a configuration in which, of the heat given to the substrate from the heater, the heat transmitted through the substrate is returned to the substrate by the heat reflecting plate. This prior art realizes efficient heating and particularly good temperature rise in heating for raising the temperature of a glass substrate or the like having high heat transmittance to a desired temperature, that is, in a state where the temperature level is relatively low. Is to achieve.
【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。The problem of heat radiation from the substrate according to the present invention is that the temperature of the entire substrate processing surface is accurately reproduced to the target temperature in the state where the substrate reaches the desired temperature. With regard to contemplating.
【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。In view of the above-mentioned problems in the cold wall type vacuum processing apparatus, an object of the present invention is to maintain the temperature of the processing substrate at a desired constant temperature which does not fluctuate regardless of the surface condition, and the processing substrate is desired. An object of the present invention is to provide a vacuum processing apparatus that can realize precise temperature reproducibility so that the temperature reaches the temperature.
【００１０】[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。A vacuum processing apparatus according to the present invention is constructed as follows. In the depressurized internal space, only the substrate is heated by a heater arranged on one surface side of the substrate, and the other surface of the substrate is used as a processing surface. The radiant heat reflecting member is placed on the side to sandwich the substrate between the heater and the radiant heat reflecting member, and the temperature detector that detects the temperature of the heater is placed.The temperature of the substrate is detected based on the detection signal of this temperature detector. A feedback control device for controlling is provided. Here, the radiant heat reflecting member is a member that reflects the heat radiated from the substrate side to the substrate side. The radiant heat reflecting member has a function of reflecting radiant heat from the substrate side and returning it to the substrate. The form of the radiant heat reflecting member can be any form as long as it exhibits a desired reflecting action. The form of the radiant heat reflecting member is preferably a disk having the same shape as the substrate, and further, in a state where their axes coincide with each other,
It is desirable that the reflection surface of the radiant heat reflection member and the processing surface of the substrate are arranged substantially parallel to each other. The diameter of the radiant heat reflecting member is preferably larger than that of the substrate, but is not limited to this. The diameters may be the same or may be smaller. The reflecting surface of the radiant heat reflecting member does not have to be perfectly flat. It can be concave or convex depending on its purpose or need. Further, regarding the form of the heat reflecting member, it is also possible to increase the mass thereof to increase the heat capacity. This configuration is convenient when utilizing the thermal radiation phenomenon of the radiant heat reflecting member itself.
【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。The material of the radiant heat reflecting member is preferably a material having a high reflection efficiency of thermal radiation. However, it is preferably the same as the material of the substrate depending on the processing purpose. When the substrate is silicon and a silicon (Si) film is formed on the silicon, the radiant heat reflecting member is also silicon. Various modifications can be envisioned for the arrangement position of the radiant heat reflecting member. Regarding this arrangement position, the distance from the substrate is considered important. Basically, a position where a pseudo black body furnace can be substantially formed in the front surface space of the other surface of the substrate, that is, the processing surface, is desirable due to the heat reflection effect of the radiant heat reflection member. When the vacuum processing apparatus is used as a film forming apparatus, it is desirable that the source gas be supplied to the other surface of the substrate, that is, the front surface space of the processing surface, at a pressure that does not cause heat conduction. Also, by utilizing the fact that a pseudo black body furnace is formed between the substrate and the radiant heat reflection member, a temperature detector is arranged between the substrate and the radiant heat reflection member, and based on the detection signal of this temperature detector It is also possible to provide a feedback control device for controlling the temperature of the substrate.
【００１２】[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。In the present invention, the space on the processing surface side of the substrate, that is, the space on the side opposite to the heater arrangement side with the substrate at the center,
The radiant heat reflecting members are arranged at appropriate intervals so that the radiant heat reflecting member returns the thermal radiant energy from the substrate side to the substrate based on its reflecting action. Even if the amount of heat applied to the substrate by the heater is constant, the thermal energy escaping from the processing surface of the substrate changes depending on the surface state of the processing surface. Therefore, when the reflectance of the radiant heat reflecting member is ideally close to 1 and the heat escaping from the substrate is reflected and returned to the substrate, the heat is returned according to the amount of heat energy escaping. Therefore, as a result, the energy supplied to the substrate can be kept constant even if the substrates having different surface states are heated without depending on the radiation intensity of heat from the substrate surface. In such a state,
When the output of the heater is detected and feedback control is performed to control the output of the heater to a desired amount, the surface temperature of the substrate can be controlled with good reproducibility without depending on the surface state of the substrate. The temperature of the substrate is determined by the power delivered by the heater. Also, by installing the radiant heat reflecting member, a black body furnace is artificially formed in the space between the substrate and the radiant heat reflecting member, and by utilizing this environment, the temperature detector and the feedback control device are similarly set. By providing it, the reproducibility of the substrate temperature can be improved.
【００１３】[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。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a vertical cross-sectional view of the apparatus configuration. This figure schematically shows the size, shape, and positional relationship of each component so that the present invention can be understood. FIG. 2 shows the configuration of a control system that executes feedback control. 3 to 8 show various characteristic graphs obtained by the vacuum processing apparatus according to the present invention or the conventional apparatus.
【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。FIG. 1 shows a vacuum processing apparatus for implementing the present invention, which is generally called a UHV-CVD apparatus for performing deposition or epitaxial growth on a heated substrate. The apparatus can also be used as a vacuum annealing apparatus for heating the substrate. The vacuum processing equipment is a growth chamber for processing a substrate in a depressurized environment, an exhaust device for reducing the growth chamber to a required depressurized state, and a substrate to be processed is introduced into the growth chamber without exposing the atmosphere. And a loading mechanism for introducing the substrate from the substrate exchange chamber into the growth chamber. In Figure 1,
For convenience of explanation, only the growth chamber and the exhaust device are shown, and the illustration of the substrate exchange chamber and the loading mechanism is omitted. Any conventional device can be used for the substrate exchange chamber and the loading mechanism.
【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。A substrate 1 made of, for example, silicon, which is carried into the growth chamber with the processing surface facing upward by the transport mechanism.
Are placed on a substrate support mechanism (not shown). The substrate support mechanism includes a substrate elevating device 2 that moves the substrate up and down. The substrate elevating device 2 adjusts the installation position of the substrate 1 to an appropriate position in the growth chamber. The growth chamber has two chambers due to the presence of the substrate 1 arranged on the substrate support mechanism,
That is, it is divided into an upper chamber 3 and a lower chamber 4. Upper chamber 3 has walls 5,
It is a closed space formed by 6 and 7. A gas introduction mechanism (not shown) is attached to the upper chamber 3, and 8 is a gas nozzle thereof. Source gas is supplied from the gas nozzle 8 as needed. The lower chamber 4 is also a closed space, and a substrate heating mechanism is arranged in the lower chamber 4. Reference numeral 9 is a heater included in the substrate heating mechanism, and 10 is a heat reflection plate included in the substrate heating mechanism. In FIG. 1, the illustration of the power supply for supplying electric power to the heater 9 is omitted. As a device used for the heater 9, for example, a carbon heater or the like is used,
In addition, any one can be used. Although not clearly shown, each wall material forming the chamber wall is strictly formed with a cavity inside, and the cavity is configured to circulate cooling water. With this structure, cold walling is performed, and in this vacuum processing apparatus, only the substrate 1 is heated by the heater 9. The heater 9 is arranged on the lower surface side of the substrate 1 in FIG. 1, is energized by a power source and radiates heat, and radiant heat is applied to the substrate 1 from the lower surface side of the substrate 1 to heat it.
【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。Reference numerals 11 and 12 denote turbo molecular pumps each having a high pumping speed and are included in the pumping mechanism. The turbo molecular pumps 11 and 12 can exhaust the upper chamber 3 and the lower chamber 4 to a maximum pressure of 10 −10 Torr. Further, when the source gas is introduced from the gas nozzle 8, the internal pressure of the upper chamber 3 can be maintained in the molecular flow region of about 10 −4 Torr. According to the internal pressure of the molecular flow region, the source gas can be supplied to the front space of the processing surface of the substrate 1 at a pressure that does not cause heat conduction.
【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。Reference numeral 13 is a radiant heat reflecting member. The radiant heat reflecting member 13 is arranged in the space on the processing surface side of the substrate 1, that is, in the upper chamber 3 above the substrate. The radiant heat reflecting member 13 is arranged in the upper chamber 3 while being fixed by the supporting member 14. The radiant heat reflecting member 13 is heated by the heater 9 to raise the temperature of the substrate 1, and the radiant heat reflecting member 13 is heated from the substrate 1 side.
Has a function of reflecting the heat radiated to the side of 1 to the side of the processing surface of the substrate 1. It is also conceivable that the temperature of the radiant heat reflecting member 13 is increased by receiving the radiant heat from the substrate 1, and as a result, the radiant heat emitted from the radiant heat reflecting member 13 is returned to the substrate 1. The reflection surface 13a of the radiant heat reflection member 13 is a surface facing the processing surface (upper surface) of the substrate 1. In this embodiment, the radiant heat reflection member 13 is arranged in a fixed state so that the reflection surface 13a is substantially parallel to the processing surface of the substrate 1. In this embodiment, the reflecting surface of the radiant heat reflecting member 13 is a mirror-polished flat surface. However, the reflecting surface is not limited to a perfect flat surface. For example, the reflecting surface of the radiant heat reflecting member 13 can be formed into a concave surface or a convex surface depending on the purpose or as needed. When the distance between the heated member and the reflecting member is large, a concave surface can be used to improve the reflection efficiency, and the concave surface can be used for the purpose of concentrating heat to an arbitrary place and returning it to the substrate 1. On the other hand, in the case of a convex surface, heat can be dispersed and returned to the substrate 1.
【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。The radiant heat reflecting member 13 preferably has a plate shape as shown in FIG. Moreover, it is desirable that the planar shape is the same as the circular shape of the substrate 1. Further, the material of the radiant heat reflecting member 13 is preferably the same as that of the substrate 1, and silicon is used in this embodiment. The disk-shaped radiant heat reflecting member 13 is arranged so that its central axis coincides with the central axis of the substrate 1. The radial dimension of the radiant heat reflecting member 13 is preferably larger than the diameter of the substrate 1. This is because more heat can be reflected and less heat escapes. However, it is not particularly limited. In the case of the present embodiment, as an example, the substrate 1 having a size of 6 inches is used, and the radiant heat reflecting member 13 having a size corresponding to that of an 8-inch substrate is used. The shape of the radiant heat reflecting member 13 is not limited to the plate shape. For example, when a large capacity for storing heat is required, the thickness, mass and the like can be increased. Therefore, in terms of shape, any shape can be used as long as it satisfies the condition of the reflecting surface. Further, the shape of the reflecting surface can be further modified. For example, the reflecting surface may be formed as a concave portion, and this shape may surround the peripheral portion of the substrate 1. According to this, the reflection efficiency of the radiant heat can be further increased.
【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。In FIG. 1, reference numeral 15 is a thermocouple which is an example of a temperature sensing element. In the vacuum processing apparatus according to the present embodiment, the thermocouple 15 is configured to detect the temperature of the heater 9, that is, its output, in a state where the thermocouple 15 is as close to the heater 9 as possible. The temperature signal detected by the thermocouple 15 is sent to the controller 16 as shown in FIG. The controller 16 regulates the output power of its power supply 17 in order to keep the heater 9 at a preset desired output. By providing the feedback control system in this manner, the output generated by the heater 9 is set and maintained at the desired output. The amount of heat supplied from the heater 9 to the substrate 1 is accurately controlled to a desired amount, so that the temperature of the substrate 1 is increased in combination with the reflection action of the radiant heat reflection member 13 as described later. Can be maintained at a desired temperature with good reproducibility.
【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。Next, the operation of the vacuum processing apparatus having the above structure and the characteristics of the vacuum processing apparatus based on the operation will be described.
【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。First, in order to clarify the difference between the vacuum processing apparatus according to the present invention and the conventional vacuum processing apparatus, technical restrictions of the conventional cold wall type vacuum processing apparatus will be described. Conventionally, the cold wall type vacuum processing apparatus has not been able to directly measure the surface temperature of the substrate. Therefore, conventionally, it has been attempted to install a thermocouple as close to the substrate as possible or measure the surface temperature with a pyrometer. However, as shown in FIG. 3, the measured values of the thermocouple and the pyrometer were greatly different depending on the surface condition of the substrate. This is because the emissivity changes greatly depending on the surface condition of the substrate. Figure 3 shows a dual wavelength pyrometer (1.1 μm and 1.4 μm) for the temperature of the W / Re thermocouple.
It is a figure which shows the relationship of the measured temperature of. FIG. 3 shows characteristic graphs relating to four types of substrates. The first to third substrates have SiO 2 thin film patterns, and the black circle characteristic graph has a pattern with a thickness of 800 Å.
A black square characteristic graph has a pattern with a thickness of 1500 angstroms, a black triangular characteristic graph has a pattern with a thickness of 2000 angstroms, and a white circle shows a characteristic graph of the fourth silicon substrate without a thin film pattern. This also applies to the characteristic graphs of other figures. In the temperature measurement method using a pyrometer, an attempt has been made to cancel the emissivity by measuring the emissivity at two different wavelengths, but the emissivity differs depending on the surface temperature and the wavelength.
A temperature measurement method that completely eliminates the effect of emissivity has not been established. Also, regarding the thermocouple, unless it is embedded in the substrate or placed at a position where it comes into contact with the substrate, the radiation of the wavelength felt by the thermocouple is measured, and it depends on the emissivity. In addition, it is practically impossible to contact or embed a metal thermocouple in the substrate because it changes the property of silicon as a material. Therefore, conventionally, there is no means for completely measuring the surface temperature of the silicon substrate, and this is the same situation even now.
【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。The vacuum processing apparatus according to the present invention having the above-mentioned structure does not adopt the concept of measuring the surface temperature of the substrate 1 completely accurately. The desire to measure the surface temperature of the substrate completely accurately requires the temperature of the treated surface of the substrate to be
This is to achieve the purpose of accurately maintaining the desired constant temperature. Therefore, the configuration of the present invention basically realizes temperature reproducibility in which the final substrate temperature state is accurately maintained at a desired temperature state without completely measuring the substrate surface temperature.
【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。In the vacuum processing apparatus of the present embodiment shown in FIG. 1, the radiant heat reflecting member 13 is arranged on the processing surface side of the substrate 1 at a required distance from the substrate 1, and the reflecting surface of the radiant heat reflecting member 13 is arranged on the substrate 1. It faces the processing surface. When the temperature of the substrate 1 is raised by the heater 9, thermal radiation is generated from the processing surface of the substrate 1 at an emissivity determined by the surface state. When thermal radiation is generated from the processing surface of the substrate 1, the reflecting surface of the radiant heat reflecting member 13 has a reflectance of about 1 and applies heat to the side of the substrate 1 at the same reflectance at any point according to the radiant heat given from the substrate 1. reflect. Since the reflecting surface of the radiant heat reflecting member 13 is made of silicon at all places and there is no difference in the surface state, it is considered that the reflectance is constant. Therefore, heat corresponding to the radiant heat is returned to the substrate 1, so that a temperature that does not depend on the surface state of the substrate 1 is finally realized. As a result, the substrate 1
The final temperature of 1 is determined only by the output (heat amount) supplied from the heater 9, and therefore does not depend on the surface state of the substrate 1.
【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。Although the radiant heat reflecting member 13 itself also receives the radiant heat from the substrate 1 and rises in temperature, it is considered that most of the radiant heat is returned to the substrate 1 side by the reflecting action of the reflecting surface. According to the above-described reflection action of the radiant heat reflecting member 13, it is considered that a black body furnace is artificially formed in the space formed between the substrate 1 and the radiant heat reflecting member 13.
Further, the specific numerical value of the distance between the radiant heat reflecting member 13 and the substrate 1 is appropriately determined according to various conditions such as the size of the substrate 1 and the radiant heat reflecting member 13, but a pseudo black body furnace is formed. The major factor of the condition is that it produces the required reflex effect.
【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。FIG. 4 is a characteristic graph showing the thermocouple temperature dependence of the growth rate of the thin film on the substrate when the radiant heat reflecting member 13 is not present. That is, in the vacuum processing apparatus of FIG. 1, the radiant heat reflecting member 13 is not installed, and the substrate 1 heated by the heater 9 to which the feedback control system by the thermocouple arranged to measure the temperature of the substrate is applied is used. The source temperature Si 2 H 6 was supplied from the nozzle 8 onto the treated surface, and the dependence of the growth rate on the substrate temperature was investigated when selective epitaxial growth was performed. Epitaxial growth was performed under growth conditions that did not depend on the flow rate of the source gas but only on the temperature of the substrate. As the substrates, three types of substrates having different surface states were prepared as described in FIG. The growth rate was calculated by performing selective growth on the patterned oxide film and measuring it by the step difference method of the epitaxial film thickness after removing the oxide film.
【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。What can be seen from the graph of FIG. 4 is that the growth rate differs depending on the surface condition of the substrate even at the same thermocouple temperature. This means that the growth rate depends on the surface temperature of the substrate, and that the thermocouple cannot accurately reflect the surface temperature even if the surface temperature of the substrate changes. I mean.
【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。FIG. 5 shows the case of the vacuum processing apparatus of the present invention having the structure shown in FIG. 1, showing the thermocouple temperature dependence of the growth rate when the radiant heat reflecting member 13 is installed at a predetermined position. There is. The radiant heat reflecting member 13 is installed, for example, at a distance of about 25 mm from the substrate 1. However, in this case, the thermocouple 15 and the feedback control system shown in FIG. 2 are not operated, and an appropriate amount of heat is simply applied from the heater 9 to the substrate 1. The other conditions are the same as the conditions described with reference to FIG. As is clear from the graph of FIG. 5, in this case as well, the growth rate is different for each substrate for each thermocouple temperature. The difference from the case of FIG. 4 is that the same tendency as the pyrometer temperature change shown in FIG. 3 was obtained for the growth rate.
【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。FIG. 6 shows the configuration of the apparatus shown in FIG.
Further, regarding the temperature control system, the thermocouple 15 measures the temperature of the heater 9 to detect its output, and the controller 16 executes feedback control so that the output becomes constant. That is, this is the case of a vacuum processing apparatus that completely implements the configuration shown in FIG. As a result, as is apparent from the graph of FIG. 6, it is possible to obtain the same growth rate for each substrate of different types for the same output of the heater 9. That is, the same growth rate determined by the output of the heater 9 can be obtained without depending on the surface state of the substrate 1.
【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。FIG. 7 shows that the output of the heater 9 is constant (for example, 8
It is a graph which shows the change of the growth rate when the distance between the substrate 1 and the radiant heat reflection member 13 is changed within a range of, for example, about 30 to 80 mm under the control of maintaining the temperature at 50 W. According to the graph of FIG. 7, the growth rate decreases as the installation position of the radiant heat reflecting member 13 is moved away from the substrate 1. Moreover, this characteristic similarly occurred in all three types of substrates. Furthermore, when the installation position of the radiant heat reflecting member 13 with respect to the substrate 1 is separated by a certain distance or more, a difference in the growth rate appears depending on the type of substrate. This means that when the radiant heat reflecting member 13 is installed in a state in which the distance from the substrate 1 is within a certain range, the presence of the radiant heat reflecting member 13 causes It can be said that the temperature of the substrate 1 is controlled to a constant temperature by properly compensating for the temperature difference due to the surface state difference. Therefore, when the radiant heat reflecting member 13 is provided in the vacuum processing apparatus, it is desirable to install the radiant heat reflecting member under the condition that the distance from the substrate is within a certain range. However, the condition regarding the distance between the substrate and the radiant heat reflecting member cannot be numerically limited because it depends on other conditions such as the size of the substrate and the radiant heat reflecting member, and the amount of heat supplied from the heater. ,
Each time, it is a matter determined according to the design conditions of the vacuum processing apparatus and the like. When the installation position of the radiant heat reflecting member 13 is not within a certain range from the substrate 1, strictly speaking, as described above, the growth rate varies depending on the type of the substrate 1. However, it is technically insignificant to install a radiant heat reflection member outside such a range, because it depends on the situation whether the difference between them is effective or negligible. Can not be determined. If necessary, the radiant heat reflecting member may be installed and used at a position where the distance from the substrate is outside the certain range.
【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。In the conventional vacuum processing apparatus, the thermocouple which is the temperature measuring element is used as close to the substrate as possible, as already described. However, according to the configuration of the vacuum processing apparatus according to the present invention, as shown in FIG. 8, the thermocouple 15 is installed so as to be separated from the substrate 1 and as close to the heater 9 as possible to measure the output of the heater 9. It is considered more appropriate to do so. In FIG. 8, the horizontal axis represents the distance between the substrate and the thermocouple, and the growth rate and the substrate-thermocouple distance dependency are shown.
When the distance between the substrate and the thermocouple is small, the difference in the growth rate between the different types of substrates is large, and the difference becomes smaller as the distance becomes larger, and the distances substantially match from a certain distance onward. As shown in FIG. 6, in the case of the vacuum processing apparatus of the present invention,
The surface of the substrate 1 is based on the combination of the radiant heat reflecting members 13 being installed at a certain suitable distance to the substrate 1 and keeping the output of the heater 9 at a certain constant state. The temperature is reproduced to a desired constant temperature. Therefore, it is desirable that the thermocouple 15 be used in close proximity to the heater 9 so that only the output of the heater 9 is accurately measured. The reason why the characteristic graph as shown in FIG. 8 is obtained is that the closer the thermocouple 15 is to the heater 9, the less the influence of the temperature change of the substrate 1 on the temperature measured by the thermocouple 15 becomes, and the output of the heater 9 becomes smaller. This is because it is considered that the control is completely executed.
【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。In the vacuum processing apparatus of the present invention shown in FIG. 1, the following characteristics can be grasped from the viewpoints of construction and operation. That is, with respect to the substrate 1, the radiant heat reflection member 1 is placed at an optimum position on the opposite side of the installation position of the heater 9.
It is assumed that the pseudo black body furnace is formed in the space between the processing surface of the substrate 1 and the reflecting surface of the radiant heat reflecting member 13 by installing the 3 as described above. Assuming the characteristics of such a black body furnace, even if it is pseudo, the temperature of the substrate 1 is set to a considerably high accuracy by installing the temperature measuring element in the space between the substrate 1 and the radiant heat reflecting member 13. It becomes possible to measure with.
【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。When the vacuum processing apparatus according to the present invention is understood from the above viewpoint, the arrangement position of the thermocouple 15 can be changed as follows. That is, instead of installing the thermocouple 15 near the heater 9, the thermocouple 15 is installed in the space between the substrate 1 and the radiant heat reflecting member 13, and a feedback control system similar to that described above is provided. You can also In this feedback control system, feedback control is directly performed so that the temperature of the substrate becomes a desired temperature.
【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。The vacuum processing apparatus according to the present invention has the following features in structure and operation from another viewpoint. A cooling device is added to the radiant heat reflecting member 13 so that the temperature of the radiant heat reflecting member 13 can be ideally maintained in a completely cooled state. In a cold wall type vacuum processing apparatus equipped with such a radiant heat reflection member, when a compound gas is used as a reaction gas and gas source epitaxy by a thermal decomposition reaction is performed, the difference in the attachment coefficient of the source molecule due to the difference in the film quality of the surface is utilized. It becomes possible to carry out selective growth.
【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。In such selective growth utilizing surface reaction,
In general, it is important to supply the source molecules onto the substrate as raw as possible, that is, as little as possible to decompose the source molecules during the process of the source molecules flying onto the substrate. If the source molecule decomposes on the way, a molecule with a large sticking coefficient is formed, and selective growth is almost impossible. Therefore, selective growth is not possible in a system in which a decomposition reaction occurs in the vapor phase such as plasma CVD or atmospheric pressure CVD, or in a system in which a decomposition reaction occurs on a hot wall such as a hot wall type low pressure CVD apparatus. It was In particular, a hot wall type CVD apparatus can realize an environment close to an ideal black body furnace in terms of temperature control, but it has been impossible to perform selective growth utilizing surface reaction. On the other hand, from the viewpoint of selective growth, a cold wall type CVD apparatus is ideal,
As described above, the conventional apparatus has a drawback in the reproducibility of the substrate temperature. Thus, conventionally, there has been a fact that the selective growth utilizing the black body furnace and the surface reaction cannot be realized at the same time. However, as described above, in the cold wall type vacuum processing apparatus according to the present invention, by providing a completely cooled radiant heat reflecting member, the temperature of the radiant heat reflecting member is made sufficiently lower than that of the substrate, It is possible to eliminate the decomposition of the source molecule on the above, so that selective growth and substrate temperature reproducibility can be realized at the same time.
【００３５】[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。As is apparent from the above description, according to the present invention, in the cold wall type vacuum processing apparatus, the radiant heat reflecting member is installed at the position opposite to the heater with the substrate at the center position and the heating is performed. Since a feedback control device that controls the output of the container to the desired output is provided, the temperature of the substrate is uniformly controlled with good reproducibility without being affected by the difference in the surface condition of the substrate to be processed. can do. The temperature reproducibility of the substrate can be similarly realized by disposing a thermocouple in the space between the substrate and the radiant heat reflecting member and providing a similar feedback control device.
【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。FIG. 1 is a vertical sectional view showing the structure of a vacuum processing apparatus according to the present invention.
【図２】帰還制御系の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a feedback control system.
【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。FIG. 3 is a graph showing the relationship between thermocouple temperature and pyrometer temperature.
【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。FIG. 4 is a graph showing the thermocouple temperature dependence of the film growth rate in the absence of a radiant heat reflecting member.
【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。FIG. 5 is a graph showing the thermocouple temperature dependence of the film growth rate when a radiant heat reflecting member is present.
【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。FIG. 6 is a graph showing a heater output dependency of a film growth rate in the presence of a radiant heat reflecting member.
【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。FIG. 7 is a graph showing the dependency of the film growth rate on the distance between the substrate and the radiant heat reflecting member when the radiant heat reflecting member is present.
【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。FIG. 8 is a graph showing the dependency of the film growth rate on the distance between the substrate and the thermocouple in the presence of the radiant heat reflecting member and under a constant heater output.
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1 ... Substrate 2 ... Substrate lifting device 3 ... Upper chamber 4 ... Lower chamber 5,6,7 ... Wall 8 ... Gas nozzle 9 ... Heater 11, 12 ... Turbo molecular pump 13 ... Radiant heat reflection member 15 ... Thermocouple (thermometer) Or temperature detector) 16 ... Control device 17 ... Power supply
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 人見 聡 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 (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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Satoshi Hitomi 5-8-1, Yotsuya, Fuchu-shi, Tokyo Within Nichiden Anerva Co., Ltd. (72) Inventor Junro Sakai 5-4-1, Yotsuya, Tokyo Nichiden Anelva Co., Ltd.
Claims (5)
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。1. A vacuum processing apparatus for heating only a substrate in a depressurized internal space with a heater disposed on one surface side of the substrate to process the other surface of the substrate, A radiant heat reflecting member is installed on the other surface side, and a temperature detector for detecting the temperature of the heater is arranged,
A vacuum processing apparatus provided with a feedback control device for controlling the temperature of the substrate based on a detection signal of the temperature detector.
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。2. The vacuum processing apparatus according to claim 1, wherein
The vacuum processing apparatus, wherein a reflecting surface of the radiant heat reflecting member is substantially parallel to the other surface of the substrate.
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。3. The vacuum processing apparatus according to claim 1, wherein
The vacuum processing apparatus is characterized in that the radiant heat reflecting member is installed at a position where a pseudo black body furnace is formed in the front space of the other surface of the substrate based on its heat reflecting action.
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。4. The vacuum processing apparatus according to claim 1, wherein
The vacuum processing apparatus, wherein the source gas is supplied to the front space of the other surface of the substrate at a pressure that does not cause heat conduction.
前記加熱器の温度を検出する前記温度検出器の代わり
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、前記帰
還制御装置で前記基板の温度を制御するようにしたこと
を特徴とする真空処理装置。5. The vacuum processing apparatus according to claim 1, wherein
Instead of the temperature detector for detecting the temperature of the heater, a temperature detector is arranged between the substrate and the radiant heat reflecting member, and based on a detection signal of the temperature detector, the feedback control device is configured to A vacuum processing apparatus characterized in that the temperature of a substrate is controlled.
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|---|---|---|---|
| JP02740693A JP3332257B2 (en) | 1993-01-23 | 1993-01-23 | Vacuum processing equipment |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN114622187A (en) * | 2022-03-23 | 2022-06-14 | 广东省智能机器人研究院 | Heating device of MOCVD equipment |
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1993
- 1993-01-23 JP JP02740693A patent/JP3332257B2/en not_active Expired - Lifetime
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