(57)【要約】      （修正有）【課題】反応室の外周部に比較して中央部を強く照射するランプと中央部に比較して外周部を強く照射するランプの電力の割合を変化させるだけでは不可能だった両者の境界付近に生じた温度分布を調整することができるエピタキシャル成長装置を提供する。【解決手段】円形に配置されたランプの内の一部が反応室の外周部に比較して中央部を強く加熱し、残りのランプが前記反応室の中央部に比較して外周部を強く加熱するように設計されたリフレクタと、を具備し、前記反応室の外周部に比較して中央部を強く加熱するランプと中央部に比較して外周部を強く加熱するランプに供給する電力の比を調節することにより被処理基板の温度分布調節を可能にしたエピタキシャル成長装置において、前記リフレクタと前記ランプの相対位置を調節可能にした。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応室と、前記反応室内に設置され、被処理基板を支持する回転可能なサセプタと、反応性ガスを前記反応室内に供給するガス供給手段と、前記反応室外に円形に配置された複数のランプによる加熱手段と、円形に配置されたランプの内の一部が前記反応室の外周部に比較して中央部を強く加熱し、残りのランプが前記反応室の中央部に比較して外周部を強く加熱するように設計されたリフレクタと、を具備し、前記反応室の外周部に比較して中央部を強く加熱するランプと中央部に比較して外周部を強く加熱するランプに供給する電力の比を調節することにより被処理基板の温度分布調節を可能にしたエピタキシャル成長装置において、リフレクタとランプの相対位置を調節可能にしたことを特徴とするエピタキシャル成長装置。
【請求項２】
前記リフレクタとランプの相対位置をランプ毎に調節可能にしたことを特徴とする請求項１記載のエピタキシャル成長装置。
【請求項３】
前記リフレクタと複数のランプの相対位置を一つもしくは少数の調節手段で一度に調節可能にしたことを特徴とする請求項１記載のエピタキシャル成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理時における高精度な温度制御を可能としたランプ加熱式エピタキシャル成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウェーハなどの被処理基板にエピタキシャル成長膜を形成するためのエピタキシャル成長装置として、ランプ加熱式エピタキシャル成長装置が知られている。典型的な従来のランプ加熱式シリコンエピタキシャル成長装置の水平断面図と垂直断面図を図６（ａ），図６（ｂ）に示す。
【０００３】
図６（ａ），図６（ｂ）において、従来のランプ加熱式シリコンエピタキシャル成長装置１００は、反応室１０２と、前記反応室１０２内に設置され、被処理基板Ｗを支持する回転可能なサセプタ１０６と、反応性ガスを前記反応室１０２内に供給するガス供給手段１０８と、前記反応室１０２外に円形に配置された複数のランプ１１０による加熱手段１１２と、を有している。被処理基板Ｗは、回転可能なサセプタ１０６によって支持され、これを取り囲むように反応室１０２が気密に形成されている。なお、符号１０４は、装置の枠体を示す。
【０００４】
反応室１０２の壁の少なくとも一部は透明な材料で形成され、反応室１０２の外部にランプ１１０と上部のリフレクタ１１４と下部のリフレクタ１１５が置かれる。反応ガスは左側のインジェクタ１１６から反応室１０２に入りシリコン基板である被処理基板Ｗ上にエピタキシャル成長膜を残して右側の排気口１１８から排出される。このとき、被処理基板Ｗの温度分布は被処理基板Ｗ上に生成するエピタキシャル成長膜の膜厚分布に強く影響することから、基板の温度が均一であることが強く望まれる。
【０００５】
加熱に用いられるランプには両端に電極を持つ棒状タイプと一端に両電極を持つ電球状タイプがある。一端に両電極を持つ電球状タイプを用いる場合には、電極の温度が上がらないように、図７のように、電極１２０を外側にして円形に配置するのが普通である。また、ランプの光を有効利用するために、図８のように反応室上部のランプにはランプの周囲に円筒形の側部リフレクタ１３０とランプの上に円盤状のリフレクタ１１４、反応室下部のランプには、ランプの周囲に図８のリフレクタの上下を逆にした円筒形の側部リフレクタとランプの下に円盤状のリフレクタが置かれる。側部リフレクタ１３０には、加熱手段であるランプ１１０を挿入するための穴１３２が開穿されている。穴１３２には、ランプ１１０が挿入される。図示例では、穴１３２が８箇所開穿されており、８本のランプ１１０が挿入される（図示は省略）。
【０００６】
しかしながら、これでは被処理基板の温度分布はランプとリフレクタの物理的配置によってほぼ決定されるため、反応生成物の付着による反応室の壁の透明度の変化などによって生じる被処理基板の温度分布の変化を補正することができない。
【０００７】
そこで、上記のようなランプを円形に配置するエピタキシャル成長装置では、リフレクタの形状によって円形に配置されたランプを反応室の外周部に比較して中央部を強く加熱するランプと反応室の中央部に比較して外周部を強く加熱するランプとに分け、両者のランプに供給する電力の配分を調整することによって温度分布の調整を可能にする方法がとられる。
【０００８】
具体的には、例えば、図７のようにランプ１１０が８本のある場合には、図８のように、ランプ１１０の上の円盤状のリフレクタ１１４（図６の反応室１０２の上側のランプ１１０の場合）の形状を、一部のランプである４本のランプに近接する部分について円盤の半径方向を軸とする半円筒状部１２４（もしくは類似の形状）にし、残りのランプである４本のランプに近接する部分を平面部１２６にするなどの方法で円形に配置したランプを照射熱量分布の異なる２種類に分ける。
【０００９】
この場合、図９（ａ）のようにリフレクタ１１４の半円筒状部１２４に近接したランプ１１０の照射熱量の分布は長円形となり反応室中央部で重なり合うので、結果として図９（ｂ）のように中央部を強く加熱することとなる。一方、図１０（ａ）のように平面部１２６のリフレクタ１１４に近接するランプ１１０の照射熱量分布はほぼ円形となり反応室中央部での重なりが小さいので図１０（ｂ）のように反応室の外周部を強く加熱することとなる。なお、図９及び図１０において、符号１２８は、ランプ１１０の照射範囲を示す。
【００１０】
これら２種の照射熱量分布をもつランプに適切な割合で電力を供給することで反応生成物の付着による反応室の壁の透明度の変化などによって生じた被処理基板の温度分布の変化を補正することができる。
【００１１】
しかしながら、上述した放射状に配置したランプにより加熱するランプ加熱式エピタキシャル成長装置では、すべてのランプによって照射される反応室中央部の温度が高くなりやすい。そのため、リフレクタの形状によりランプを反応室の中央部を強く加熱するランプと外周部を強く加熱するランプの２種に分け、両者に供給する電力の比を調節することにより、中央部と外周部の温度差を調節可能にする方法がとられている。しかし、反応室の外周部に比較して中央部を強く照射するランプと中央部に比較して外周部を強く照射するランプの電力の割合を変化させることしかできないので、反応室の中央部と外周部のそれぞれの領域内に生じた温度分布や両者の境界付近に生じた温度分布を調整することはできなかった。
【００１２】
また、ヒータの熱分配を制御する方法として、特許文献１では、収束反射板と分散反射板を持つヒータランプを用いて、可変電源により熱分配を制御する方法が開示されているが、上記した従来技術と同様に、固定した反射板に対して、ランプの電力の割合を変化させているに過ぎない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平０４−２５５２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、反応室の外周部に比較して中央部を強く照射するランプと中央部に比較して外周部を強く照射するランプの電力の割合を変化させるだけでは不可能だった両者の境界付近に生じた被処理基板における温度分布を調整することができるエピタキシャル成長装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明に係るエピタキシャル成長装置は、反応室と、前記反応室内に設置され、被処理基板を支持する回転可能なサセプタと、反応性ガスを前記反応室内に供給するガス供給手段と、前記反応室外に円形に配置された複数のランプによる加熱手段と、円形に配置されたランプの内の一部が前記反応室の外周部に比較して中央部を強く加熱し、残りのランプが前記反応室の中央部に比較して外周部を強く加熱するように設計されたリフレクタと、を具備し、前記反応室の外周部に比較して中央部を強く加熱するランプと中央部に比較して外周部を強く加熱するランプに供給する電力の比を調節することにより被処理基板の温度分布調節を可能にしたエピタキシャル成長装置において、リフレクタとランプの相対位置を調節可能にしたことを特徴とする。
【００１６】
このように、本発明では、リフレクタとランプの相対位置を調節可能にする。これにより反応室の外周部に比較して中央部を強く加熱するランプ群の一本一本が形成する長円形の照射熱量分布の中央部での重なり方を調整することが可能となり、反応室の外周部に比較して中央部を強く加熱するランプ群の合成した照射熱量分布をシャープなものからブロードなものまで連続的に調整可能になる。故に、反応室の外周部に比較して中央部を強く照射するランプと中央部に比較して外周部を強く照射するランプの電力の割合を変化させるだけでは不可能だった両者の境界付近に生じた温度分布を調整することが可能となる。
【００１７】
反応室の中央側に温度分布が生じる原因は、中央側を強く加熱するランプの光の重なりにより、中央側のさらに中央部で強くなるためである。そこで、ランプとリフレクタの相対位置を調節可能とすることにより、リフレクタで反射した光が照射する範囲を反応室の中央部から中央部を避けた位置まで連続的に移動可能にする。これにより、反応室の中央側の温度分布の最も良い状態を選択できるようになる。
【００１８】
また、前記リフレクタとランプの相対位置をランプ毎に調節可能にするのが好適である。このようにすることで、中央付近を強く加熱するランプ群の一本一本が形成する長円形の照射熱量分布の中央付近での重なり方をランプ毎に調整することが可能となるからである。
【００１９】
さらに、前記リフレクタと複数のランプの相対位置を一つもしくは少数の調節手段で一度に調節可能にするのが好ましい。なるべく少ない数の調節手段で一度に調節可能にすることで、容易に調整が可能となるからである。
【００２０】
前記リフレクタとランプの相対位置を調節可能にする方法として、最も容易な方法はリフレクタを固定とし、ランプ毎に位置調整手段を設ける方法である。ランプ毎に設ける位置調整手段としては、ＸＹ軸ステージのような汎用の調整手段でもよい。また、ランプ毎に設ける位置調整手段としては、回転軸と回転角を調整するねじと組み合わせ、ねじを螺入出することでランプの位置が変位する機構としてもよい。さらに、ランプ毎に設ける位置調整手段としては、回転軸の代わりに板バネのような弾性体を用いて、ランプの位置が変位する機構としてもよい。また、ランプの位置調整手段を連結して一つもしくは少数のねじで全てのランプの位置調整ができるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、反応室の外周部に比較して中央部を強く照射するランプと中央部に比較して外周部を強く照射するランプの電力の割合を変化させるだけでは不可能だった両者の境界付近に生じた温度分布を調整することができるエピタキシャル成長装置を提供することができるという著大な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るエピタキシャル成長装置の一つの実施の形態を示す要部概略斜視図である。
【図２】図１のエピタキシャル成長装置のリフレクタに複数のランプの一部を組み合わせた状態を示し、（ａ）が要部概略平面図、（ｂ）がランプの照射範囲を示す説明図である。
【図３】ランプとリフレクタの相対位置の調整をすることなしに、反応室の中央付近を強く照射するランプと外周を強く照射するランプに供給する電力の割合を変えた時の被処理基板の温度分布を示すグラフである。
【図４】ランプとリフレクタの相対位置を変化させた時の被処理基板の温度分布を示すグラフである。
【図５】ランプとリフレクタの相対位置の調整と外周部に比較して中央部を強く照射するランプと中央部に比較して外周部を強く照射するランプに供給する電力の割合の調整を組み合わせることにより、最も温度分布が均一になった時の被処理基板の温度分布を示すグラフである。
【図６】従来のランプ加熱式シリコンエピタキシャル成長装置を示し、（ａ）が水平断面図、（ｂ）が垂直断面図である。
【図７】図６のエピタキシャル成長装置のリフレクタとランプを示す要部概略平面図である。
【図８】図６のエピタキシャル成長装置のリフレクタを示す要部概略平面図である。
【図９】図８のリフレクタの半円筒状部に図７に示した複数のランプの一部を組み合わせた状態を示し、（ａ）が要部概略平面図、（ｂ）がランプの照射範囲を示す説明図である。
【図１０】図８のリフレクタの平面部に図７に示した複数のランプの一部を組み合わせた状態を示し、（ａ）が要部概略平面図、（ｂ）がランプの照射範囲を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明に係るエピタキシャル成長装置の一つの実施の形態を図１及び図２に示す。図１及び図２において、符号１０は、本発明に係るエピタキシャル成長装置を示す。エピタキシャル成長装置１０は、円筒形の側部リフレクタ１２を備えている。
【００２４】
側部リフレクタ１２には、加熱手段であるランプ１４を挿入するための穴１６が開穿されている。穴１６には、ランプ１４が挿入される。図示例では、穴１６が８箇所開穿されており、８本のランプ１４が挿入される（図示は省略）。
【００２５】
ランプ１４は円筒形の側部リフレクタ１２に一端部１８を固定された板バネ２０で回転可能に支えられている。板バネ２０の他端部２２には調整ねじ２４を設け、調整ねじ２４を螺入出することで側部リフレクタ１２の円筒面２６からの距離が調整可能とされている。この調整ねじ２４を調整することによりランプ１４は板バネ２０のリフレクタに固定された一端部１８を支点にして回転移動し固定される。なお、エピタキシャル成長装置１０は、リフレクタとランプの相対位置を調節可能に配置した以外は、その基本的構成は図６に示したような従来のランプ加熱式シリコンエピタキシャル成長装置と同様である。
【００２６】
次に、円筒形の側部リフレクタ１２の上部には円盤状の上部リフレクタ２８が固定される。上部リフレクタ２８は、半円筒状部３０と平面部３２を有している。円盤状の上部リフレクタ２８の一部のランプ１４（図２の例では４本のランプ１４）に近接する部分については円盤の半径方向を軸とする半円筒状部３０を対応せしめ、残りのランプ１４（図示は省略）については、平面部３２に近接させることで照射熱量分布の異なるランプが生じるようにされている。
【００２７】
そして、円盤状の上部リフレクタ２８に設けられた半円筒状部３０に近接するランプ１４を支える板バネ２０に取り付けられた調整ねじ２４を回すとランプ１４と上部リフレクタ２８の半円筒状部３０の相対位置が変わり、ランプ１４の長円形の照射範囲３４が移動する（図２）。これにより図２のように反応室１０２の中央部での照射範囲の重なりが変わり、外周部に比較して中央部を強く照射する照射熱量分布が変化する。なお、図示の例では、上部リフレクタ２８の例を示したが、下部リフレクタにも同様の構成が適用でき、下部リフレクタの場合には、上部リフレクタ２８の上下が逆となる。上部リフレクタと下部リフレクタの両者についてリフレクタとランプの相対位置を調節可能に配置するのが好適である。
【００２８】
例えば、直径３００ｍｍのシリコンウェーハをエピタキシャル成膜処理する反応室では、反応室の中央部に温度の高い部分があり、外周部に比較して中央部のランプと中央部に比較して外周部の電力比の調節では打ち消すことができないことがわかっている。また、このことはシミュレーションでも再現されている。
【００２９】
図３は、ランプとリフレクタの相対位置の調整をすることなしに、反応室の外周部に比較して中央部を強く照射するランプと中央部に比較して外周部を強く照射するランプに供給する電力の割合を変えた時の被処理基板の温度分布をシミュレーション上で調べたものである。被処理基板としては、直径３００ｍｍのシリコンウェーハを想定した。供給する電力の割合によって中央部と外周部の温度差は調節できるものの、中央部と外周部の境界部の相対的に低くなっていることを解消することができないことがわかる。
【００３０】
図４は、ランプとリフレクタの相対位置を変化させた時の被処理基板の温度分布をシミュレーション上で調べたものである。但し、反応室の外周部に比較して中央部を強く照射するランプと中央部に比較して外周部を強く照射するランプに供給する電力の割合を変えなかった。被処理基板としては、直径３００ｍｍのシリコンウェーハを想定した。ランプの移動量は個々に設定できたが結果の解釈が容易になるようすべて同じにした。移動量が増すにつれて中央部の温度が下がり、中央部と外周部の境界部分の温度が上昇することがわかる。
【００３１】
次に、シミュレーション上で上述のようにランプとリフレクタの相対位置をずらし、反射光の照射領域を移動させたところ、反応室の中央部とその他の部分の温度差が軽減することが確認できた。
【００３２】
図５は、ランプとリフレクタの相対位置の調整と外周部に比較して中央部を強く照射するランプと中央部に比較して外周部を強く照射するランプに供給する電力の割合の調整を組み合わせることにより、最も温度分布が均一になった時の被処理基板の温度分布をシミュレーション上で調べたものである。被処理基板としては、直径３００ｍｍのシリコンウェーハを想定した。図３に示したように、電力の割合だけで調整した場合には解消できなかった、中央部と外周部の境界部の温度が低下が図５では大幅に改善したことがわかる。また、図４に示したように、反応室の外周部に比較して中央部を強く照射するランプと中央部に比較して外周部を強く照射するランプに供給する電力の割合を変えることなく、ランプとリフレクタの相対位置を変化させる調整のみの場合では解消できなかった、中央部の温度の低下と中央部と外周部の境界部分の温度の上昇が図５では大幅に改善したことがわかる。
【００３３】
このように、本発明のエピタキシャル成長装置では、ランプとリフレクタの相対位置の調整と中央部を強く照射するランプと外周部を強く照射するランプに供給する電力の割合の調整を組み合わせることにより、反応室の外周部に比較して中央部を強く照射するランプと中央部に比較して外周部を強く照射するランプの電力の割合を変化させるだけでは不可能だった両者の境界付近に生じた温度分布を調整することができる。
【００３４】
図示例では、リフレクタを固定とし、ランプ毎に位置調整手段を設けて位置を可変とする方法を示したが、リフレクタとランプの相対位置を調節可能に構成される限り、リフレクタを可変又は可動とし、ランプを固定としてもよい。また、リフレクタを可変又は可動とし、且つランプを可変又は可動としてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１０：本発明に係るエピタキシャル成長装置、１２，１３０：側部リフレクタ、１４：ランプ、１６，１３２：穴、１８：一端部、２０：板バネ、２２：他端部、２４：調整ねじ、２６：円筒面、２８：上部リフレクタ、３０：半円筒状部、３２：平面部、３４：照射範囲、１００：ランプ加熱式シリコンエピタキシャル成長装置、１０２：反応室、１０４：枠体、１０６：サセプタ、１０８：ガス供給手段、１１０：ランプ、１１２：加熱手段、１１４，１１５：リフレクタ、１１６：インジェクタ、１１８：排気口、１２０：電極、１２４：半円筒状部、１２６：平面部、１２８：ランプの照射範囲、Ｗ：被処理基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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