(57)【要約】【課題】気相成長装置において、膜厚分布や格子結晶等、均一な高品質の結晶を成長させるための成長温度の制御のために、各基板表面の温度状態を正確に把握する。【解決手段】反応炉内の回転式サセプタ上に複数の基板を設置して各基板上に薄膜を気相成長させる気相成長装置において、連続して測定された温度データに対し、回転式サセプタの回転数および基板設置位置から算出される基板位相を用いて演算を行い、各基板の温度のみ抽出する。【選択図】図１
2005223181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応炉内の回転式サセプタ上に複数の基板を設置して、各基板上に薄膜を気相成長させる気相成長装置において、
連続して測定された温度データに対し、前記回転式サセプタの回転数および基板設置位置から算出される基板位相を用いて演算を行い、各基板の温度のみ抽出することを特徴とする基板温度データの演算方法。
【請求項２】
請求項１記載の演算方法を実行するデータ処理手段と、データ処理手段から得られた温度データを基に装置の温度を制御する温度制御手段とを備えたことを特徴とする気相成長装置。
【請求項３】
気相成長装置から出力された温度データに対し、請求項１記載の演算方法を用いてデータ処理を行う工程と、得られた温度データを気相成長装置にフィードバックして温度制御を行う工程を備えたことを特徴とする気相成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置製造における、反応炉内の回転式サセプタ上に複数の基板を設置し、各基板上に薄膜を気相成長させる製造装置において、一つのパイロメータによって回転する各基板の成長中温度を連続して測定したデータに対しての演算方法と演算結果を用いて温度制御を行う気相成長装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置製造において、基板上に薄膜を形成させるエピタキシャル成長には、MOCVD装置（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長装置）が用いられる。MOCVD装置の機構としては、反応炉内に回転機構を有する回転式サセプタを設け、このサセプタ上に複数の基板を設置して、回転させながら薄膜結晶を成長させる方法が一般的である。気相成長において、膜厚分布や格子結晶等が均一な高品質の結晶を成長させるために、基板上の成長温度は重要なパラメータの一つであり、成長温度をいかに制御するかが重要となる。成長温度の制御のためには、各基板表面の温度状態をできるだけ正確に測定しなければならない。従来、回転式サセプタを用いた気相成長装置において基板の表面温度を測定する方法としては、パイロメータ（熱放射温度計）による方法があった。このパイロメータによって反応炉内の回転サセプタ上に設置した複数の基板の温度を測定する方法としては、パイロメータの位置を固定し、次の二通りの測定モードで測定することが一般的であった。一つは、サセプタの回転により刻々と位置が変わる基板表面温度を固定位置で連続的に測定する連続モードによる温度測定であり、他方は、測定した基板表面温度から最高温度を抽出して、その最高温度のみを表示する最高温度表示モードによる温度測定である。また、回転式サセプタ上の各基板の位置検出信号と、基板の配置パターンおよび回転数に関する情報とに基づいて温度を測定するタイミングを適宜決定し、サセプタ上の基板が測定位置に到来した時にのみに測定を行う方法などがあった（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−７９８８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記の連続モードによる温度測定法では、基板の表面温度の状態を正確に把握することができないという難点があった。パイロメータの位置は固定のため、サセプタ上のパイロメータが測定する箇所の軌跡は回転軸を中心にした同心円となる。基板の温度を測定するためには、測定する軌跡が同様に同心円に配置された基板の中心をたどるようにパイロメータの測定箇所を決定する必要がある。しかしながら、サセプタ上に配置された基板は密接していないため、測定する軌跡には、基板以外にサセプタを通る箇所が存在する。よって、連続モードで温度測定を行う場合、測定データには基板温度以外にサセプタ温度も含まれ、基板温度のみを把握することが困難となる。また、最高温度表示モードによる温度測定法では、サセプタが一回転する中での最高の温度を知ることはできるが、各基板の温度を測定することはできず、また得られるデータも不連続なものとなる。また、サセプタ上の基板が測定位置に到来した時にのみに測定を行う方法においても、得られる温度データは不連続のものとなる。本発明は上記問題点に鑑み、回転式サセプタを用いた気相成長装置において、連続して測定された温度データから基板温度のみを抽出することのできる基板温度データの演算方法およびこの演算方法を用いて基板温度制御を行う気相成長装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題点を解決するために本発明の基板温度データの演算方法は、反応炉内の回転式サセプタ上に複数の基板を設置して、各基板上に薄膜を気相成長させる場合において、パイロメータにより連続で測定された基板温度データと、基板の配置パターンおよび回転数から得られる基板の位相データを重ね合わせて、基板のみの温度データに演算するという構成を備えたものである。また、本発明の気相成長装置は、本発明にかかる演算方法を用いて基板温度を正確に計測するデータ処理装置およびデータ処理装置により得られた温度情報を装置にフィードバックして温度制御を行う構成を備えたものである。
【発明の効果】
【０００５】
以上のように本発明は、パイロメータにより連続で測定された基板温度データと、基板の配置パターンおよび回転数から得られる基板の位相データを重ね合わせて、基板のみの温度データに演算することで、回転式サセプタを有する気相成長装置の各基板温度の情報を正確に把握することができ、膜厚分布、格子結晶等が均一なより高品質の薄膜を気相成長させることに貢献することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【０００７】
図１はMOCVD装置の概略説明図である。本実施の形態ではフェースダウン方式（気相成長に際し、基板表面が下方に位置する）のMOCVD装置を用いる。MOCVD装置はサセプタ２上にGaAsなどの化合物半導体基板４を設置し、ヒーター１を用いて所定温度に加熱し、基板４表面に原料の有機金属や水素化物のガスを供給し、化学反応させて所望のAlGaAsなどの化合物半導体単結晶薄膜を成長させる。本実施形態におけるサセプタ２上の基板４は、図２（ａ）に示すようにサセプタ２回転軸を中心に持つ同心円に６０°毎の所定間隔に６枚設置されるように設定されている。また、気相成長を行う際にサセプタ２はモータ５により５rpmのスピードで回転させ、成長薄膜の厚さの均一化を図っている。パイロメータ３はサセプタ２に対向した側に固定して設置され、対向面に設けられた覗き窓を通して、成長中の基板４温度を常時測定する。測定に際し、パイロメータ３のサンプリング周期は１ms程度に設定しておく。回転するサセプタ２に対し、パイロメータ３は固定位置を測定するため、サセプタ２から見たパイロメータ３の測定箇所は図２（ａ）の点線で示した軌跡６のように、サセプタ２の中心を軸に持つ同心円となる。本実施形態において測定された温度データは図３の波形１１に示す通りとなる。パイロメータ３は１msのサンプリング周期で連続して測定を行うため、基板４以外にサセプタ２部の温度を含むデータとなる。図３における範囲１６の部分が基板４を測定した温度であり、範囲１７の部分がサセプタ２を測定した温度である。本データでは、基板４のみの温度データを正確に知ることは困難である。そのため、以下に記す演算方法にて基板４温度のみを抽出する。まず、MOCVD装置よりサセプタ２の回転数を出力する。サセプタ２の回転数は回転を行うモータ５の出力から容易に得ることができる。サセプタ２は回転運動のため、サセプタ２上に設置された各基板４の中心位置の軌跡も回転軸を中心とした同心円となる。基板４の位相は、サセプタ２の回転数をω、サセプタ２中心から基板４中心までの距離Ａとすると、
位相：Ａsin（ωｔ＋α）  α：定数
で求められる。
【０００８】
また、６枚の基板４（a1〜a6とする）は６０°の所定間隔で設置されているため、各基板４の位相はそれぞれ
a1  ：  P1＝Ａsin（ωt＋2π（60×1／360）＋α）  ・・・（１）
a2  ：  P2＝Ａsin（ωt＋2π（60×2／360）＋α）  ・・・（２）
…
a6  ：  P6＝Ａsin（ωt＋2π（60×6／360）＋α）  ・・・（６）
で表される。基板４の位相を図式化すると図３の波形１２のようになる。また、位相の基準を図２（ｂ）に示す通りに定義すると、パイロメータ３による温度測定が行われる位相の範囲Ｒはサセプタ２中心から基板４中心までの距離により決定される定数ＬからＡ＞Ｒ＞Ｌとなる。基板a1の位相式（１）に対し、
Ａsin（ωt＋2π（60×1／360）＋α）＞Lの場合  P1＝１
Ａsin（ωt＋2π（60×1／360）＋α）＜Lの場合  P1＝０
の変換を行うとa1の位相は図３の波形１３に示すパルス波形となる。この変換により得られたパルス波形とパイロメータ３の温度データを重ね合わせると図３の波形１４に示すようになり、a1の基板温度のみのデータへと変換することができる。同様にa2〜a6の基板温度データに対しても本演算を行うことにより、サセプタ２部の測定温度をも含む連続データから基板温度のみを抽出することができ、各基板温度を正確に知ることができる。また、気相成長装置から出力される基板温度データに対し、本演算方法にて基板温度データを抽出するデータ処置装置７を備え、データ処理装置から気相成長装置に温度情報を制御装置８によりフィードバックする構成となっている。データ処理装置から気相成長装置にフィードバックされた基板温度データをもとにヒーター１の出力制御を行い、基板温度の安定化を行う。本構成の気相成長装置を使用することにより、膜厚分布や格子結晶の均一性に優れ、より高品質な気相成長を行うことが可能となる。
【０００９】
なお、本実施形態では、化合物半導体基板上に化合物半導体単結晶薄膜を成長させる例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、Ｓｉ基板、ガラス基板、セラミック基板などに化合物半導体以外の半導体や、半導体以外の酸化物や金属などの薄膜を成長させる場合にも適用可能である。また、気相成長方法としてMOCVD法を例にとったが、これに限定されるものではなく、クロライドCVD、ハライドCVD、蒸着、分子線エピタキシー（MBE）などの気相成長方法にも適用可能である。
【００１０】
また、サセプタに設置される基板の枚数や配置パターンも上記実施形態のように６枚を６０度毎に配置するものに限られるものではなく、任意の枚数を所定のパターンで配置して結晶の気相成長を行う場合にも本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１１】
本発明の基板温度データの演算方法および気相成長装置は、半導体製造におけるMOCVD装置などの回転式サセプタを有する気相成長装置において、膜厚分布、格子結晶等が均一なより高品質の薄膜を気相成長させるために各基板温度をパイロメータにて連続して測定したデータの演算方法および気相成長装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態における気相成長装置を表す構成図
【図２】本発明の実施形態におけるサセプタ上の基板設置位置を表す図
【図３】本発明の実施形態における基板温度データの演算波形を示す図
【符号の説明】
【００１３】
１  ヒーター
２  サセプタ
３  パイロメータ
４  基板
５  モータ
６  軌跡
７  データ処理装置
８  制御装置
１１  波形
１２  波形
１３  波形
１４  波形
１６  範囲
１７  範囲
【図１】
2005223181.tif 000003
【図２】
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【図３】
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