(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応気体をプロセスチャンバ(1)内に導入し、熱的に反応させ、該プロセスチャンバ(1)内の１又は複数の結晶基板上に結晶層を成長させるための装置において、
前記プロセスチャンバ(1)は、前記反応気体が、該プロセスチャンバ(1)の上壁の中央から導入され、該プロセスチャンバ（1）の下壁に沿って流れ、反応後に該プロセスチャンバ(1)の側壁から放出させられるように構成されており、
（ａ）前記プロセスチャンバの下壁を形成し下面側から加熱手段により加熱される搭載プレート(3)であって、その上面にて中心の周りに所定の深さをもつ複数の切欠き(56)を備えるとともに、該切欠きの底面にガスクッション用の気体の流れる通路(54)が開口し該通路から流入した該ガスクッション用の気体が該切欠きの底面に形成されたラセン溝(55)を通って流れることによりガスクッションが形成される、該搭載プレート(3)と、
（ｂ）所定の厚さをもつ平板状の基板ホルダ(45)であって、該切欠き(56)内に緩く載置され前記ガスクッションの上で回転駆動され、かつ該基板ホルダの上面縁部には該上面より低い段部が形成されている、該基板ホルダ(45)と、
（ｃ）所定の厚さをもつ環状の中心リング(46)であって、該切欠き(56)内に載置され該切欠き(56)の側面に当接するとともに、前記基板ホルダ(45)の外周側面を該基板ホルダが回転可能であるように囲む、該中心リング(46)と、
（ｄ）所定の厚さをもつ環状のカバーリング(47)であって、前記中心リング(46)の上面及び前記基板ホルダ(45)の前記段部の上に載置される、該カバーリング(47)と、
（ｅ）所定の厚さをもつ平板状の補償プレート(48)であって、前記基板ホルダ(45)、前記中心リング(46)及び前記カバーリングの外郭を囲むように、前記搭載プレート(3)における前記切欠き(56)を設けた部分以外の上面上に緩く載置される、該補償プレート(48)とを備え、
（ｆ）前記基板ホルダ(45)、前記カバーリング(47)及び前記補償プレート(48)の各々の上面は、互いに同一平面内にあることを特徴とする、プロセスチャンバ内の１又は複数の結晶基板上に結晶層を成長させるための装置。
【請求項２】
前記補償プレート(48)は、ＴａＣ又は、ＴａＣコーティング若しくはＳｉＣコーティングされたグラファイトからなることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記搭載プレート(3)が環状でありかつその内側縁部下側に係合する支持プレート(21)により下側から支持されることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
張力プレート(22)が、前記搭載プレート(3)の内側縁部(3')上に支持されて前記支持プレート(21)の上方に設置され、該張力プレート(22)に対してタイロッド(23)が作用することを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記搭載プレート(3)の外径が、その内径の２倍であることを特徴とする請求項３又は４に記載の装置。
【請求項６】
前記搭載プレート(3)が回転駆動されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
複数の前記基板ホルダ(45)が前記搭載プレート(3)の中心の周りに設置され、その各々が前記気体の流れにより回転駆動されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記基板ホルダ(45)の上方に離間して該基板ホルダと平行に延びる、前記プロセスチャンバ(1)の上壁を形成するカバープレート(4)と、
前記カバープレート(4)の前記基板ホルダ(45)の方に向いた面を覆いかつ不活性材料からなる又は不活性コーティングされた１又は複数のプレート(34)とを備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記プレート(34)は、互いに同心状に設置されたライニングリングとして形成されることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記ライニングリング(34)がＴａＣ又は、ＴａＣコーティング若しくはＳｉＣコーティングされたグラファイトからなることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
最も内側にある前記ライニングリング(34)が気体導入部(6)により支持されており、各ライニングリング(34)において外側のリング(34)はその内側縁部(34')において、その隣接する内側のリング(34)の外側縁部(34')上に支持されることを特徴とする請求項９又は１０のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロセスチャンバ内へ導入され熱的に反応を行う反応気体を用いてそのプロセスチャンバ内の１又は複数の、特に結晶基板等上に、特に結晶層を成長させるための装置に関し、プロセスチャンバは、加熱可能な搭載プレートを具備し、少なくとも１つの基板ホルダを緩く、特に回転可能に載置しており、その基板ホルダの表面は周囲と同一平面内にある。
【０００２】
【従来の技術】
このタイプの装置は既に米国特許5,788,777、米国特許5,027,746及び独国特許19 183 523C2が知られている。基板ホルダは、グラファイト搭載プレート内の関連する切欠き内に緩く載置され、特に、高周波を用いて裏面から加熱される。従来技術では、基板ホルダはガスクッション上に置かれており、搭載プレート切欠きの底に形成した特別な気体流路により回転するように駆動される。基板ホルダが搭載プレートの切欠きの底に緩く載置されると共に基板ホルダの表面がその周囲と同一平面内に位置するという事実は、水平方向結合部の形成を誘因し、基板ホルダが開示された方法で回転駆動されたならば、この水平方向結合部が拡がる可能性がある。この水平方向結合部は、搭載プレートの裏面にある加熱部からプロセスチャンバへの熱伝導を妨げる。この結果、基板ホルダの表面温度が周囲の表面温度より低くなる。これは、搭載プレート上の気体の流れ等温線にも影響を及ぼす。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
WO96/23913は、基板ホルダ用のSiC保護プレートを提示する。従って、本発明は、搭載プレート上の等温線をできるだけ平坦に保持することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、特許請求の範囲に記載する解決手段により実現される。
【０００５】
請求項１は、第１にかつ本質的に、搭載プレート上に設置されかつ基板ホルダと接続される補償プレートを提示する。基板ホルダは１又は複数の補償プレートにより囲まれる。搭載プレート上に平板状形態で配置される複数の基板ホルダを設けること、特に回転駆動もされることが好ましい。その後、環状搭載プレート上には、断片状の補償プレートが設置される。補償プレートは、ＴａＣ又は、ＴａＣコーティング若しくはＳｉＣコーティングされたグラファイトから構成できる。円板形状である複数の中心リングは、基板ホルダの外周側面支持のために、基板ホルダが回転可能であるように基板ホルダの外周側面を囲む。これらの中心リングは、搭載プレートの切欠き内にこの切欠きの側面に当接して同様に設置される。補償プレートの丸みのある縁部はこれらの中心リングへ当接する。カバーリングは、基板ホルダの段付き縁部も覆うが、中心リングの上面にも載置される。搭載プレートは、中央支持プレートを用いて下側から支持される。これは、支持プレートがその縁部の下方と係合することにより実現される。支持プレート上方には、張力プレートがあってもよく、これは同様に搭載プレートの縁部上で支持される。タイロッドが張力プレートの中心で作用することにより、搭載プレートの縁部が、あたかもその位置に固定されたようになる。プロセスチャンバの外郭は、気体放出リングにより形成され、これは複数の放射状気体出口を具備する。このリングは、カバープレートと同様に、搭載プレートに対して平行にかつ搭載プレートから離間して延び、同様に裏面から加熱されるが、硬質グラファイトから構成される。この構造により、気体放出リングが大きな熱容量を有すると同時に、良好な熱伝導を行うことにより、カバープレートから搭載プレートまでの等温線が存在することになる。
【０００６】
さらに、本発明は、米国特許5,788,777から既に知られるカバープレート、並びにこれを気体導入部に固定する方法の開発に関する。反応気体であるシラン及びメタン／プロパンを用いたSiCのエピタキシャル成長においては、グラファイトからなる搭載プレートと、同様にグラファイトからなるカバープレートとが不活性コーティングされている。このコーティングは、TaCでもSiCでもよい。この方法でコーティングされたカバープレート又は搭載プレートは、損傷を受けやすい。なぜなら、反応気体にはエッチング作用があるからである。本発明に寄れば、カバープレートが、TaCから作れる交換可能な複数のライニングリングで覆われている。これらのライニングリングは、互いに下側に係合することにより一体に固定される。内側リングの縁部は、支持部の肩部上に置くことができ、支持部は気体導入部上に載置される。本発明の変形態様では、グラファイトから作られかつTaC又はSiCによりコーティングされた複数のライニングリングを設ける。各ケース内のこれらのライニングリングは、内側リング上に載置され、それらの縁部は互いに重ねられている。互いに同心的に設けられた複数のライニングリングの内側のものは、多部品構成としてもよい。特に、断片状の多部品構造が考えられる。
【０００７】
本発明の実施例では、以下の図面を参照しつつ説明する。
図１は、反応容器であるプロセスチャンバを概略的に示した図である。
図２は、搭載プレートと基板ホルダの展開図である。
図３は、図１に示したものの断面図であり、搭載プレートの拡大断面である。
図４は、搭載プレートの平面図である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施例として示した本装置は、単結晶Si基板上へのSiC層の単結晶成長のために用いられ、これらの基板は、直径４インチとすることができる。
【０００９】
プロセスチャンバ１は、反応容器筐体２中に設置される。このプロセスチャンバ１は、複数の基板ホルダ４５を支持する搭載プレート３を具備する。搭載プレート３の上方に、これと平行にカバープレート４が延びている。搭載プレート３は、水冷式ＨＦコイル１９を用いて下側から加熱される。カバープレート４は、ＨＦコイル２０により上方から加熱され、これも同様に水冷される。搭載プレート３は環形状であり、外径が内径の約２倍である。搭載プレート３の内壁は、環状段部３’を具備し、これは径方向に内側に突き出ている。この環状段部３’を用いて、搭載プレート３は支持プレート２１の縁部上に載置される。支持プレート２１は、さらに支持管２４上に支持され、この支持管２４を通ってタイロッド２３が突き出ている。タイロッド２３は、ほぼ中心で張力プレート２２と係合し、張力プレート２２は支持プレート２１の上方に設置され、その縁部は段部３’上に載置される。搭載プレート３は、タイロッド２３に加わる張力により、あたかも両あごで挟まれるように下方から保持される。
【００１０】
搭載プレート３及びカバープレート４は、気体放出リング５により囲まれている。この気体放出リング５は、プロセスチャンバ側壁を形成する。気体放出リング５は複数の放射状の孔２５を具備し、これを通して処理気体を放出できる。気体放出リング５は、支持プレート２１、張力プレート２２、搭載プレート３及びカバープレート４と同様に、硬質グラファイトから作られる。これは単一部品形態であり、プロセスチャンバ１の高さにほぼ対応する幅を具備する。この結果、気体放出リング５は比較的熱容量が大きく、そのためプロセスチャンバないの温度変動が、その縁部でさえ極めて均一となる。気体放出リング５は、段部３５を形成しておりその上にカバープレート４が係合しかつ段部３６の下側には搭載プレート３が係合するので、これらの領域においては気体放出リング５は、カバープレート４と搭載プレート３の間の空間へと突き出ている。
【００１１】
カバープレート４は、その下面が３つのライニングリング３４により覆われている。これらのライニングリングは、グラファイト又はTaCとすることができる。これらは、炉のリングのように互いに重なり合うように一体に固定されている。最も内側のリング３４は、グラファイト担体３３の環状肩部上に支持され、グラファイト担体３３は、気体導入部６の下端にネジ止めされる。複数のライニングリング３４は、互いにその縁部が重なり合う領域で接続されている。これらは、一方が他方の上に置かれる環状部分３４’、３４’を形成する。従って、これらの表面にはいかなる段部も存在しない。
これらのライニングリングは、カバープレートを反応気体のエッチングなどの損傷から保護することができ、カバープレート自身を損傷により交換する必要がなくなる。さらに、複数のライニングリングによりカバープレートを覆ったことにより、ライニングリング自身が損傷を受けた場合は、全ライニングリングの中で損傷を受けたライニングリングのみを交換することが可能であり、交換作業が容易となり、また費用面を押さえることができる。
【００１２】
気体導入部６は、全体として２部品構成である。セクション４９を形成するコアは、プロセスチャンバ１内へ突き出ており、円錐台形状である。このコアは、ケーシング５０により囲まれている。ケーシング５０は、Ｏリングシール１２によりコア４９に対して密閉されている。
【００１３】
供給ライン２７を通してシランが供給される。これは、環状くさび形状の開口３０を通って出てくる。開口３０の壁は冷却される。この開口壁の背後には、冷却水チャンバ２８がある。冷却水がこれを通って流れることにより、壁の温度をシランの分解温度以下に保持する。
【００１４】
ベース面５２は同様に、背後からの冷却水により、反応気体が分解しない温度に保持される。ベース面５２は、プロセスチャンバのほぼ中央に位置し、搭載プレート３の表面に平行に広がる。ベース面５２の中央には、メタン又はプロパンの供給ライン２６の開口３１がある。処理気体が同様に、水素と共に関連する供給ライン２６、２７を通って通過する。
【００１５】
装置の稼動中、約１６００℃まで加熱されるカバープレート４を冷却気体導入部６から絶縁するために、カーボンフォームから作製された絶縁スリーブ３２が支持部３３上に載置される。
【００１６】
搭載プレート３は、支持管２４を用いて回転駆動される。搭載プレート３はさらに、気体の流れる通路５４を具備し、これは切欠き５６の底に設けられるラセン溝５５中に出てくる。基板ホルダ４５は、切欠き５６内に載置される。基板ホルダ４５は、ラセン溝５５を通って流れる気体のガスクッションの上で回転する。基板ホルダ４５は、中心リング４６により囲まれており、中心リング４６もまた切欠き５６内に載置され、切欠きの縁に対して当接している。基板ホルダ４５の表面の縁部には段部を具備する。カバーリング４７は、中心リング４６も覆うと共に、基板ホルダ４５の段部にも載置される。基板ホルダ４５並びに／又は中心リング４６及び／若しくはカバーリング４７は、補償プレート４８により充填される。これらは、搭載プレート３の表面上に緩く載置される。基板ホルダ４５、カバーリング４７及び補償プレート４８の表面は、互いに同一平面内にある。従って、プロセスチャンバ内に導入された気体は、基板の上面を平坦に流れ、基板に形成される結晶層の厚さを均一にする。補償プレート４８は好適にはTaCから作製され、交換可能である。
【００１７】
搭載プレート３が下側から加熱された場合のプロセスチャンバ１への熱伝導において、補償プレート４８と搭載プレート３の間の水平方向結合部４８’の領域における温度の不連続が、基板ホルダ４５と搭載プレート３の間の水平方向結合部４５’における温度の不連続とほぼ同じになる。これにより、前述の従来技術におけるような、基盤ホルダ４５の表面が周囲の温度より低くなるという現象を回避できる。
【００１８】
実施例においては、全部で５個の基板ホルダ４５が設けられ、搭載プレート３の中心の周りに平板状形態で設置される。これらは、円形の外郭をもつ。補償プレート４８は、これらの基板ホルダ４５の間に配置され、互いに相補って環形状を形成している。環状プレート構造の内側開口の中には、張力プレート２２が配置されており、円形補償プレート４４により充填されている。円形補償プレート４４は張力プレート２２上に緩く載置される。
【００１９】
開示された全ての特徴は、（本質的に）本発明に関連する。関連する優先権書類（先願の複写）の開示内容は、その全てがこの本発明の開示に含まれ、一部は本願の特許請求の範囲においてこれらの書類の特徴を組み込む目的で含まれる。
【図１】
0004637450.tif 000002
【図２】
0004637450.tif 000003
【図３】
0004637450.tif 000004
【図４】
0004637450.tif 000005