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JP2001308014A - 化学的気相成長装置 - Google Patents

化学的気相成長装置

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JP2001308014A
JP2001308014A JP2000120743A JP2000120743A JP2001308014A JP 2001308014 A JP2001308014 A JP 2001308014A JP 2000120743 A JP2000120743 A JP 2000120743A JP 2000120743 A JP2000120743 A JP 2000120743A JP 2001308014 A JP2001308014 A JP 2001308014A
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JP
Japan
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substrate
electromagnetic wave
cavity resonator
vapor deposition
chemical vapor
Prior art date
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Pending
Application number
JP2000120743A
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English (en)
Inventor
Shinichi Mizuno
眞一 水野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
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Priority to US09/838,096 priority patent/US20020000200A1/en
Priority to EP01109677A priority patent/EP1148152A3/en
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    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 化学的気相成長装置内の基板を均一にかつ短
時間に加熱して、欠陥の発生が少ない成膜を実現すると
ともに処理能力の向上を図る。 【解決手段】 内部にシリコン基板５１が載置されるも
のでシリコン基板５１表面に薄膜が成膜される反応室１
１と、反応室１１内に電磁波を供給するもので反応室１
１に接続した電磁波発生器１２を備えた基板加熱源とを
備えたものである。もしくは、内部に基板が載置される
空洞共振器と、空洞共振器内に電磁波を供給するもので
空洞共振器に接続した電磁波発生器を備えた基板加熱源
とを備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、化学的気相成長
（以下、化学的気相成長をＣＶＤという）装置に関し、
詳しくはエピタキシャル成長によって単結晶半導体薄膜
を成膜する熱ＣＶＤ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】エピタキシャル成長を行う装置の一つと
して熱ＣＶＤ装置が知られている。通常、エピタキシャ
ル成長装置は、サセプタ上に基板を配置して、サセプタ
を加熱するとともに基板を加熱して、基板上にエピタキ
シャル成長を行うものである。エピタキシャル成長装置
には、横型装置、縦型装置、シリンダ型装置、ホットウ
ォール型装置クラスタ装置、枚葉型装置等がある。それ
ぞれの装置については、シリコンの科学（リアライズ
社）第５章第３節エピタキシャルウェーハ製造技術ｐ４
１１−４１４に開示されている。
【０００３】また、上記エピタキシャル成長装置の他
に、本発明と同様に電磁波を利用する装置としては、マ
イクロ波プラズマによるエッチング装置やプラズマＣＶ
Ｄ装置がある。例えば、マイクロ波は、特開平９−２７
０３８６号公報に開示されているような、空洞共振器や
リング型の空洞共振器に閉じ込めるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術で説明したエピタキシャル成長装置は以下のような
課題を有していた。上記各装置に共通する問題は、サセ
プタを使用してそのサセプタ上に基板を載置して、その
サセプタを加熱することによって基板を加熱することか
ら、サセプタも加熱しなければならないことにより、エ
ネルギー利用効率が低くなる。またガス流によって、サ
セプタと反対側の基板表面のみが冷却されるため、基板
が熱変形を起こし、そのためにエピタキシャル層にスリ
ップ欠陥が発生する。また上記各装置には以下のような
問題も存在する。
【０００５】横型装置では、基板を積層することができ
ないため、量産に適さない。縦型装置では、構造的に基
板を積層することができないので量産に適さない。シリ
ンダ型装置では、枚葉処理する場合には、非常に大きな
反応室が必要となるため、基板の大型化に対応して、装
置を大型化することが困難となる。ホットウォール型装
置では、高周波誘導加熱による表皮効果によって基板の
周辺部分が強く加熱される。その温度分布は、基板の熱
伝導や上下に配置されている基板からの輻射熱によって
緩和されるが、均一な温度分布になるまで時間がかかる
ので量産性が低下する。またハロゲンランプによる輻射
加熱を行っても基板周辺部が強く加熱されるため、基板
面内の温度分布が均一になるまでには時間がかかる。そ
のため、量産性が低下する。枚葉方装置では、枚葉処理
を基本とするため、量産性に優れていない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされた化学的気相成長装置である。
【０００７】本発明の第１の化学的気相成長装置は、内
部に基板が載置されるもので前記基板表面に薄膜が成膜
される反応室と、前記反応室内に電磁波を供給するもの
で前記反応室に接続した電磁波発生器を備えた基板加熱
源とを備えたものである。
【０００８】上記反応室内には基板を支持するホルダが
備えられていて、ホルダは基板が載置される領域の一部
に開口部が形成されているものからなる。
【０００９】基板とホルダは基板とホルダとで構成され
る構造体中に電磁波を閉じ込めるように配置されている
ものからなる。
【００１０】上記第１の化学的気相成長装置では、反応
室内に電磁波を供給するもので反応室に接続した電磁波
発生器を備えていることから、電磁波発生器より電磁波
を発生させて、その電磁波を反応室内に供給することに
よって、反応室内に収納された基板が加熱される。この
ように、加熱源に電磁波を用いたことから、反応室内に
複数の基板が収納されていても、複数の基板は同時にか
つ均一に短時間で加熱される。
【００１１】上記第１の化学的気相成長装置では、開口
部が設けられているホルダに基板裏面が開口部に位置す
るように基板を載置することから、ホルダに載置された
基板の両面は開放状態となる。そのため、基板が支持さ
れる領域では、基板を加熱するためのみ電磁波のエネル
ギーが消費されるので、小さなエネルギーで基板を加熱
することが可能になる。
【００１２】上記第１の化学的気相成長装置では、基板
とホルダは基板とホルダとで構成される構造体中に電磁
波を閉じ込めるように配置されている。すなわち、複数
の基板が３次元的に配置されるので、一度に多数枚の基
板が成膜される。
【００１３】本発明の第２の化学的気相成長装置は、内
部に基板が載置される空洞共振器と、前記空洞共振器内
に電磁波を供給するもので前記空洞共振器に接続した電
磁波発生器を備えた基板加熱源とを備えたものである。
【００１４】上記第２の化学的気相成長装置は、空洞共
振器内に基板を支持するホルダを備え、ホルダの基板が
載置される領域の一部に開口部が形成されている。
【００１５】上記第２の化学的気相成長装置は、基板と
ホルダは、基板とホルダと空洞共振器とで構成される構
造体中に電磁波を閉じ込めるように配置されているもの
からなる。
【００１６】上記第２の化学的気相成長装置は、空洞共
振器の内面に耐食性材料からなり、かつ加熱された基板
からの輻射（主に赤外線）を反射するコーティング膜が
被覆されている。
【００１７】上記第２の化学的気相成長装置では、空洞
共振器内に電磁波を供給するもので空洞共振器に接続し
た電磁波発生器を備えていることから、電磁波発生器よ
り電磁波を発生させて、その電磁波を空洞共振器内に供
給することによって、空洞共振器内に収納された基板が
加熱される。このように、加熱源に電磁波を用いたこと
から、空洞共振器内に複数の基板が収納されていても、
複数の基板は同時にかつ均一に短時間で加熱される。
【００１８】上記第２の化学的気相成長装置では、開口
部が設けられているホルダに基板裏面が開口部に位置す
るように基板を載置することから、ホルダに載置された
基板の両面は開放状態となる。そのため、基板が支持さ
れる領域では、基板を加熱するためのみ電磁波のエネル
ギーが消費されるので、小さなエネルギーで基板を加熱
することが可能になる。
【００１９】上記第２の化学的気相成長装置では、基板
とホルダは、基板とホルダと空洞共振器とで構成される
構造体中に電磁波を閉じ込めるように配置されているも
のからなる。すなわち、複数の基板が３次元的に配置さ
れるので、一度に多数枚の基板が成膜される。
【００２０】上記第２の化学的気相成長装置では、空洞
共振器の内面が、加熱された基板からの輻射（主に赤外
線）を反射するためのコーティングが施されているの
で、輻射の閉じ込め効率が高くなる。したがって、さら
にエネルギーの利用効率を高くなる。
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明の第１の化学的気相成長装
置に係る実施の形態を、図１の概略構成を示す部分破断
面図および図２の構成部品の部分拡大断面図によって説
明する。
【００２２】本第１の化学的気相成長装置（以下、第１
の熱ＣＶＤ装置という）１は、薄膜単結晶シリコンを成
膜するために、基板（以下、シリコン基板とする）を１
０００℃程度の高温度に加熱して反応室内にシリコンを
含んだ化合物を送給し、シリコン基板上に熱分解によっ
てシリコンを析出させるものである。
【００２３】図１に示すように、第１の実施の形態に係
わる熱ＣＶＤ装置１には反応室１１が備えられている。
この反応室１１は、例えば合成石英で形成されている。
反応室１１の内部には複数のシリコン基板５１を載置す
るホルダ２１が複数層（例えば５層）に形成されてい
る。各ホルダ２１は、ホルダ支持部２６によって所定予
定間隔に保持されている。上記ホルダ２１については後
に詳述する。上記反応室１１の側面には、電磁波を反応
室２１内に供給する電磁波発生器１２が接続されてい
る。電磁波発生器１２には、例えばマグネトロンを用い
る。その発振周波数はマイクロ波もしくはミリ波を用い
る。ここでは一例として２．４６ＧＨｚのマイクロ波を
用いた。
【００２４】さらに、上記反応室１１にはガス供給管１
３が接続されていて、また、反応室室１１にはガス排気
管１４が接続されている。
【００２５】次に、上記ホルダ２１について説明する。
図２に示すように、ホルダ支持部２６によって支持され
た上記各ホルダ２１には、各シリコン基板５１が載置さ
れる部分に開口部２２が形成されている。各ホルダ２１
は、１０００℃程度の高温に耐えられるシリコンカーバ
イト（ＳｉＣ）などの導電性材料で形成されている。ま
た、電気伝導率がシリコン基板５１と同程度の材料を使
用すれば、電磁波によってシリコン基板５１と同様に加
熱されるのでシリコン基板５１の熱を奪うことがない。
このため、シリコン基板５１の温度を均一に保つことが
容易になる。
【００２６】上記各ホルダ２１に形成した各開口部２２
は、例えばシリコン基板５１が円形基板の場合にはシリ
コン基板５１の直径よりも例えば数ｍｍ〜１０数ｍｍ短
い大きさに形成されている。また図示はしないが、基板
が矩形基板の場合には基板の長さよりも例えば数ｍｍ〜
１０数ｍｍ短い長さに形成されている。
【００２７】各ホルダ２１に対するシリコン基板５１の
配列は、シリコン基板５１の面に垂直な方向の間隔は、
例えば電磁波の波長の１／２波長もしくは１／４波長も
しくは電磁波の波長の整数倍とし、具体的には６１ｍｍ
とした。基板５１の面に平行な方向の間隔は、例えば電
磁波の波長の整数倍、１／２波長もしくは１／４波長も
しくは電磁波の波長の整数倍とした。具体的には６１ｍ
ｍとした。
【００２８】上記第１の化学的気相成長装置１では、反
応室１１内に収納されたシリコン基板５１がホルダ２１
に載置されることによって、３次元的に配列されること
から、電磁波発生器１２から発振された電磁波はシリコ
ン基板５１に照射されてシリコン基板５１を加熱する。
その際、シリコン基板５１から散乱された電磁波が干渉
してフォトニックバンドを形成する。このため、シリコ
ン基板５１の近傍に電磁波が閉じ込められるようになる
ので、シリコン基板５１は効率的に加熱される。
【００２９】上記第１のＣＶＤ装置１を用いて薄膜単結
晶シリコンの成膜を行うには、電磁波発生器１２から発
振した電磁波によって反応室１１内のホルダ２１に支持
されたシリコン基板５１を１０００℃程度の高温度に加
熱した状態でガス供給管１３よりシリコンを含んだ化合
物を反応室１１内に送り込み、シリコン基板５１上に熱
分解によってシリコンを析出させる。このシリコンを含
む化合物として、ＳｉＣｌ4 、ＳｉＨＣl3 、ＳｉＨ2
Ｃl2 、ＳｉＨ4 などのガスが通常使用される。これら
のガスは水素ガスで希釈されて反応室１１中に送り込ま
れる。その際、反応室１１内の余分なシリコンを含むガ
スは反応室１１の側壁に設けたガス排気管１４から排気
される。
【００３０】上記第１の化学的気相成長装置１では、従
来の化学的気相成長装置のように、シリコン基板を載置
するサセプタは必要としない。そのため、シリコン基板
が載置される部分のサセプタを加熱するためにエネルギ
ーを消費することがなく、エネルギーの利用効率が高
い。また、サセプタの代わりに開口部２２を形成したホ
ルダ２１を用いているので、シリコン基板５１の上下両
面に薄膜単結晶シリコンを同時に成膜できるので、量産
性に優れている。
【００３１】一方、サセプタにシリコン基板を載せる他
の成膜装置では、シリコン基板の表面が主としてキャリ
アとしての水素により冷却されるためにシリコン基板が
変形を来たす。例えば、従来から知られている誘導加熱
方式のホットウォール型の装置では、表皮効果のために
シリコン基板の周辺部分のみが加熱されるので、シリコ
ン基板に大きな温度分布が発生し変形する。これらの変
形によってストレスが発生してスリップ欠陥の誘発に至
る。
【００３２】しかしながら、上記第１の化学的気相成長
装置１では、シリコン基板５１がホルダ２１の開口部２
２の周部に支持されてホルダ２１に載置されるため、シ
リコン基板５１の両面が開放されている状態となってい
る。そのため、シリコン基板５１の両面が電磁波（例え
ばマイクロ波）によって同時に加熱されるため、シリコ
ン基板５１に変形が生じにくい。さらに、本質的にシリ
コン基板５１の表面を電磁波によって均一な強度分布で
加熱できる特徴を有している。このため、欠陥の少ない
良質な薄膜単結晶シリコンを成膜できる。
【００３３】また、上記第１の化学的気相成長装置１と
同様にシリコン基板を積層することで量産性に優れてい
る誘導加熱方式のＣＶＤ装置では、表皮効果のためにシ
リコン基板の周辺部分のみが加熱されるため、シリコン
基板に大きな温度分布が発生する。この温度分布はシリ
コン基板の熱伝導や上下のシリコン基板からの輻射熱に
よって緩和されるが、シリコン基板の温度が均一化され
るまでに時間がかかるため、量産性が低下する問題があ
った。
【００３４】よって、上記第１の化学的気相成長装置１
は、ホルダ２１によって、シリコン基板５１を積層する
ことができるので、多数枚のシリコン基板５１を同時に
成膜することができる。そのために量産性に優れた成膜
装置となっている。
【００３５】本実施の形態では、シリコン基板を水平に
保持する構成になっているが、装置全体を回転してシリ
コン基板を任意の傾斜角で保持する構成にしてもよい。
特にシリコン基板を鉛直に保持する場合には、１０００
℃程度の高温度に加熱したときにシリコン基板の自重に
よる曲げ応力のためにスリップ欠陥が生じるのを抑制す
ることができる。
【００３６】本発明の第２の化学的気相成長装置に係る
第１の実施の形態を、図３の概略構成を示す部分破断面
図によって説明する。なお、前記実施の形態で説明した
のと同様の構成部品には同一符号を付与して説明する。
【００３７】本第２の化学的気相成長装置（以下、第２
の熱ＣＶＤ装置という）は、薄膜単結晶シリコンを成膜
するために、基板（以下、シリコン基板とする）を１０
００℃程度の高温度に加熱して空洞共振器内にシリコン
を含んだ化合物を送給し、シリコン基板上に熱分解によ
ってシリコンを析出させるものであり、前記第１の実施
の形態で説明した第１の熱ＣＶＤ装置１において、反応
室１１が筒型の空洞共振器で置き換えられたものであ
る。
【００３８】すなわち、図３に示すように、第２の熱Ｃ
ＶＤ装置２には空洞共振器３１が備えられている。この
空洞共振器３１は、例えばシリコン基板５１よりも電気
伝導率が高いアルミニウムや銅、ステンレスで形成され
ている。ただし、アルミニウムや銅は、成膜に用いるガ
ス中に腐食成分が含まれていない場合に限定される。そ
こで、アルミニウムや銅を用いた空洞共振器では、空洞
共振器の内面に金がコーティングされている。一方、ス
テンレスで形成された空洞共振器はステンレスが腐食に
対する耐性が強いので、ステンレスを腐食するような成
分を含むガスを用いない限り、金をコーティングする必
要はない。
【００３９】空洞共振器３１の内部には複数のシリコン
基板５１を支持するホルダ２１が複数層（例えば８層）
に形成されている。各ホルダ２１は、ホルダ支持部２６
によって所定予定間隔に保持されている。この実施の形
態では、シリコン基板５１の配列は、３次元的な配列を
単純化して１次元的に積層するように配置してある。当
然のことながら、シリコン基板５１の配列は２次元的も
しくは３次元的な配列であってもよい。
【００４０】上記空洞共振器３１の側面には、導波管３
６を介して電磁波を空洞共振器３１内に供給する電磁波
発生器１２が接続されている。すなわち、導波管３６の
入射端に電磁波発生器１２が設置されている。この電磁
波発生器１２には、例えばマグネトロンを用いる。その
発振周波数はマイクロ波もしくはミリ波を用いる。ここ
では一例として２．４６ＧＨｚのマイクロ波を用いた。
また、空洞共振器３１から電磁波の波源である電磁波発
生器１２に電磁波が戻るのを防ぐために電磁波発生器１
２と空洞共振器３１とを接続する導波管３６にはアイソ
レータ３８が設けられている。
【００４１】空洞共振器３１の側壁には、複数のガス供
給管１３が接続されていて、また、空洞共振器３１の側
壁には複数のガス排気管１４が接続されている。各ガス
供給管１３、各ガス排気管１４の口径は、電磁波発生器
１２より発振され空洞共振器３１内に導入される電磁波
が空洞共振器３１から漏れ出すのを防ぐために、電磁波
の波長よりも小さいことが望ましい。その接続位置は、
空洞共振器３１内で電磁波の定在波の強度が最大になる
腹の位置、すなわち空洞共振器３１の壁面に流れる電流
が最小になる位置であることが望ましい。このため、本
第２の熱ＣＶＤ装置２のように、上下に積層された各シ
リコン基板５１間の中間の高さにガス供給管１３、ガス
排気管１４が接続されている。各ガス供給管１３の口
径、各ガス排気管１４の口径は、例えば１０ｍｍ以下に
形成されている。
【００４２】次に、上記ホルダ２１について説明する。
上記各ホルダ２１にはシリコン基板５１が置かれる部分
に開口部２２が形成されている。上記各ホルダ２１に
は、各基板５１が載置される部分に開口部２２が形成さ
れている。各ホルダ２１は、１０００℃程度の高温に耐
えられるシリコンカーバイト（ＳｉＣ）などの導電性材
料で形成されている。また、電気伝導率が空洞共振器３
１の材料よりも低くシリコンと同程度の材料を使用すれ
ば、電磁波によってシリコンと同様に加熱されるのでシ
リコン基板５１の熱を奪うことがない。このため、シリ
コン基板５１の温度を均一に保つことが容易になる。
【００４３】上記各ホルダ２１に形成した各開口部２２
は、例えばシリコン基板５１が円形基板の場合にはシリ
コン基板５１の直径よりも例えば数ｍｍ〜１０数ｍｍ短
い大きさに形成されている。また図示はしないが、基板
が矩形基板の場合には基板の長さよりも例えば数ｍｍ〜
１０数ｍｍ短い長さに形成されている。
【００４４】各ホルダ２１に対する基板５１の配列は、
基板５１の面に垂直な方向の間隔は、例えば電磁波の波
長の１／２波長もしくは１／４波長もしくは電磁波の波
長の整数倍とし、具体的には６１ｍｍとした。なお、ホ
ルダ面方向にも基板が配列されている場合には、基板５
１の面に平行な方向の間隔は、例えば電磁波の波長の整
数倍、１／２波長もしくは１／４波長もしくは電磁波の
波長の整数倍とする。
【００４５】上記第２の熱ＣＶＤ装置２では、空洞共振
器３１内に収納された基板５１がホルダ２１に支持され
ることによって、立体的に配列されることから、電磁波
発生器１２から発振された電磁波は導波管３６を通して
空洞共振器３１内に導入され、基板５１に照射されて基
板５１を加熱する。このように、空洞共振器３１内にシ
リコン基板５１を入れることで、シリコン基板５１から
漏れ出した電磁波を空洞共振器３１内に閉じ込めて、再
びシリコン基板５１を加熱するために利用しているの
で、基板５１は効率的に加熱される。
【００４６】また、高温度に加熱されたシリコン基板５
１からの輻射によって空洞共振器３１が加熱されるのを
防ぐために、空洞共振器３１の内面は、表面あらさが例
えば電磁波の波長の１／１０以下となるように研磨され
ている。空洞共振器３１の内面が上記のように研磨され
ていることによって、輻射は空洞共振器３１内に閉じ込
められて、再びシリコン基板５１を加熱するために利用
される。
【００４７】空洞共振器３１内の共振モードはシリコン
基板５１と空洞共振器３１とで決定される。電磁波によ
ってシリコン基板５１と空洞共振器３１に電流Ｉが流
れ、シリコン基板５１と空洞共振器３１とが加熱され
る。抵抗値Ｒとすると、発熱量はＲＩ2 に比例するの
で、抵抗値の高いシリコン基板５１の発熱量が空洞共振
器３１よりも大きくなる。このため、電磁波のエネルギ
ーは効率的にシリコン基板５１のシリコンに吸収され、
空洞共振器３１にはほとんど吸収されない。そのため、
空洞共振器３１の温度はほとんど高くならないので、成
膜中に空洞共振器３１の壁面に非晶質シリコンなどが付
着しにくくなる。
【００４８】一方、サセプタにシリコン基板を載せる他
の方法では、シリコン基板の表面が主としてキャリアと
しての水素により冷却されるためにシリコン基板が変形
する。また、例えば誘導加熱方式のホットウォール型の
装置では、表皮効果のためにシリコン基板の周辺部分の
みが加熱されるので、シリコン基板に大きな温度分布が
発生し変形する。これらの変形によってストレスが発生
してスリップ欠陥の誘発に至る。しかしながら、本実施
の形態で説明した第２のＣＶＤ装置２では、シリコン基
板５１の両面が開放されている状態でシリコン基板５１
を支持できるホルダ２１を用いているため、シリコン基
板５１の両面が同時に冷却される。そのため、シリコン
基板５１に変形が生じにくい。さらに、本質的にシリコ
ン基板５１の表面を電磁波によって均一な強度分布で加
熱できる特徴を有している。このため、シリコン基板５
１表面に欠陥の少ない良質な薄膜単結晶シリコンを成膜
できる。
【００４９】上記第２のＣＶＤ装置２を用いて薄膜単結
晶シリコンの成膜を行うには、電磁波発生器１２から発
振した電磁波によって空洞共振器３１内のホルダ２１に
支持された基板５１を１０００℃程度の高温度に加熱し
た状態でガス供給管１３よりシリコンを含んだ化合物を
反応室１１内に送り込み、基板５１上に熱分解によって
シリコンを析出させる。このシリコンを含む化合物とし
て、ＳｉＣｌ4 、ＳｉＨＣl3 、ＳｉＨ2 Ｃl2 、ＳｉＨ
4 などのガスが通常使用される。これらのガスは水素ガ
スで希釈されて空洞共振器３１中に送り込まれる。その
際、空洞共振器３１内の余分なシリコンを含むガスは空
洞共振器３１の側壁に設けたガス排気管１４から排気さ
れる。
【００５０】上記各ガス供給管１３の口径、各ガス排気
管１４の口径は、電磁波が空洞共振器３１から漏れ出す
のを防ぐために、電磁波の波長よりも小さいことが望ま
しい。また。上記各ガス供給管１３の接続位置、各ガス
排気管１４の接続位置は、空洞共振器３１内で電磁波の
定在波の強度が最大になる腹の位置、すなわち空洞共振
器３１の壁面に流れる電流が最小になる位置であること
が望ましい。このため、上記第２の熱ＣＶＤ装置２で
は、上下方向に積層されたシリコン基板５１間の中間の
高さにガス供給管１３、ガス排気管１４が形成されてい
る。各ガス供給管１３の口径、各ガス排気管１４の口径
は、例えば１０ｍｍ以下に形成されている。
【００５１】上記第１の化学的気相成長装置１では、従
来の化学的気相成長装置のように、シリコン基板を載置
するサセプタは必要としない。そのため、シリコン基板
が載置される部分のサセプタを加熱するためにエネルギ
ーを消費することがなく、エネルギーの利用効率が高
い。また、サセプタの代わりに開口部２２を形成したホ
ルダ２１を用いているので、基板（シリコン基板）５１
の上下両面に薄膜単結晶シリコンを同時に成膜できるの
で、量産性に優れている。
【００５２】一方、上記第２の熱ＣＶＤ装置２と同様に
シリコン基板を積層することで量産性を高めている誘導
加熱方式のＣＶＤ装置では、表皮効果のためにシリコン
基板の周辺部分のみが加熱されるので、シリコン基板に
大きな温度分布が発生する。この温度分布はシリコン基
板の熱伝導や上下のシリコン基板からの輻射熱によって
緩和されるが、シリコン基板の温度が均一化されるまで
に時間がかかるため、量産性が低下する問題があった。
【００５３】しかしながら、上記第２の熱ＣＶＤ装置２
では、基板５１がホルダ２１の開口部２２の周部に支持
されてホルダ２１に載置されるため、基板５１の両面が
開放されている状態となっている。そのため、基板５１
の両面が電磁波（例えばマイクロ波）によって同時に加
熱されるため、基板５１に変形が生じにくい。さらに、
本質的に基板５１の表面を電磁波によって均一な強度分
布で加熱できる特徴を有している。このため、欠陥の少
ない良質な薄膜単結晶シリコンを成膜できる。
【００５４】よって、上記第２の熱ＣＶＤ装置２は、ホ
ルダ２１によって、基板５１を積層することができるの
で、多数枚の基板５１を同時に成膜することができる。
そのために量産性に優れた成膜装置となっている。
【００５５】また、上記空洞共振器３１にシリコン基板
５１よりも抵抗率が小さい物質を用いることで、空洞共
振器３１をほとんど加熱することなく、シリコン基板５
１を効率よく加熱することが可能になる。このため、小
さなエネルギーでシリコン基板５１を加熱することが可
能になる。
【００５６】また、上記空洞共振器３１が、加熱された
シリコン基板５１からの輻射（主に赤外線）の反射率が
高い材料で形成されているものでは、シリコン基板５１
から放射される輻射を空洞共振器３１中に効率よく閉じ
込めることができる。それによって、閉じ込めた輻射を
再びシリコン基板５１の加熱に用いることができるの
で、エネルギーの利用効率を高くすることができる。
【００５７】本実施の形態では、シリコン基板を水平に
保持する構成になっているが、装置全体を回転してシリ
コン基板を任意の傾斜角で保持する構成にしてもよい。
特にシリコン基板を鉛直に保持する場合には、１０００
℃程度の高温度に加熱したときにシリコン基板の自重に
よる曲げ応力のためにスリップ欠陥が生じるのを抑制す
ることができる。
【００５８】本発明の第２の化学的気相成長装置に係る
第２の実施の形態を、図４の（１）の概略構成を示す部
分断面図および（２）のА−А線拡大断面図によって説
明する。なお、前記各実施の形態で説明したのと同様の
構成部品には同一符号を付与して説明する。
【００５９】本実施の形態に係る第２の化学的気相成長
装置（以下、第３の熱ＣＶＤ装置という）は、薄膜単結
晶シリコンを成膜するために、基板（以下、シリコン基
板とする）を１０００℃程度の高温度に加熱して空洞共
振器内にシリコンを含んだ化合物を送給し、シリコン基
板上に熱分解によってシリコンを析出させるものであ
り、空洞共振器がリング型で構成されていて、このリン
グ型空洞共振器にはＴ字型結合器で導波管が接続され、
電磁波がリング型空洞共振器に送り込まれるようになっ
ているものである。
【００６０】すなわち、図４に示すように、第３の熱Ｃ
ＶＤ装置３にはリング型空洞共振器３３が備えられてい
る。このリング型空洞共振器３３は、例えばシリコン基
板５１よりも電気伝導率が高いアルミニウムや銅、ステ
ンレスで形成されている。ただし、アルミニウムや銅
は、成膜に用いるガス中に腐食成分が含まれていない場
合に限定される。そこで、アルミニウムや銅を用いたリ
ング型空洞共振器３３では、リング型空洞共振器３３の
内面に金がコーティングされている。一方、ステンレス
で形成されたリング型空洞共振器３３はステンレスが腐
食に対する耐性が強いので、ステンレスを腐食するよう
な成分を含むガスを用いない限り、金をコーティングす
る必要はない。
【００６１】リング型空洞共振器３３の内部には複数の
シリコン基板５１を支持するホルダ２１が複数層（例え
ば７層）に積層した状態で、複数箇所（例えば３箇所）
に設置されている。各ホルダ２１は、ホルダ支持部（図
示せず）によって所定予定間隔に保持されている。この
実施の形態では、シリコン基板５１には矩形基板を用
い、ひとつのホルダ群におけるシリコン基板５１の配列
は、３次元的な配列を単純化して１次元的に積層するよ
うに配置してある。当然のことながら、シリコン基板５
１の配列は２次元的もしくは３次元的な配列であっても
よい。
【００６２】上記リング型空洞共振器３３の側面には、
Ｔ字型結合器４０を介して導波管３６の出力端が接続さ
れ、その導波管３６の入力端には電磁波をリング型空洞
共振器３３内に供給する電磁波発生器１２が接続されて
いる。この電磁波発生器１２には、例えばマグネトロン
を用いる。その発振周波数はマイクロ波もしくはミリ波
を用いる。ここでは一例として２．４６ＧＨｚのマイク
ロ波を用いた。また、リング型空洞共振器３３から電磁
波の波源である電磁波発生器１２に電磁波が戻るのを防
ぐために導波管３６にはアイソレータ３８が設けられて
いる。
【００６３】リング型空洞共振器３３の側壁には、複数
のホルダ２１を積層してなる各ホルダ群が設置されてい
る個所に対応して複数のガス供給管１３が接続されてい
て、また、リング型空洞共振器３３の側壁には例えば上
記複数のガス供給管１３に対向する位置に複数のガス排
気管１４が接続されている。
【００６４】各ガス供給管１３、各ガス排気管１４の口
径は、電磁波発生器１２より発振されてリング型空洞共
振器３３内に導入された電磁波がリング型空洞共振器３
３から漏れ出すのを防ぐために、電磁波の波長よりも小
さいことが望ましい。その接続位置は、リング型空洞共
振器３３内で電磁波の定在波の強度が最大になる腹の位
置、すなわちリング型空洞共振器３３の壁面に流れる電
流が最小になる位置であることが望ましい。このため、
本第３の熱ＣＶＤ装置３のように、上下に積層された各
シリコン基板５１間の中間の高さにガス供給管１３、ガ
ス排気管１４が接続されている。各ガス供給管１３の口
径、各ガス排気管１４の口径は、例えば１０ｍｍ以下に
形成されている。なお、シリコン基板５１の設置位置お
よび各ガス供給管１３、各ガス排気管１４の設置位置
は、図示した位置よりリング型空洞共振器３３を構成す
る導波管の中心軸に対して回転した任意の傾斜角の位置
に設置されていてもよい。
【００６５】また、本実施の形態では、シリコン基板を
水平に保持する構成になっているが、装置全体を回転し
てシリコン基板を任意の傾斜角で保持する構成にしても
よい。特にシリコン基板を鉛直に保持する場合には、１
０００℃程度の高温度に加熱したときにシリコン基板の
自重による曲げ応力のためにスリップ欠陥が生じるのを
抑制することができる。
【００６６】次に、上記ホルダ２１について説明する。
上記各ホルダ２１にはシリコン基板５１が置かれる部分
に開口部２２が形成されている。上記各ホルダ２１に
は、各基板５１が載置される部分に開口部２２が形成さ
れている。各ホルダ２１は、１０００℃程度の高温に耐
えられるシリコンカーバイト（ＳｉＣ）などの導電性材
料で形成されている。また、電気伝導率がリング型空洞
共振器３３の材料よりも低くシリコンと同程度の材料を
使用すれば、電磁波によってシリコンと同様に加熱され
るのでシリコン基板５１の熱を奪うことがない。このた
め、シリコン基板５１の温度を均一に保つことが容易に
なる。
【００６７】上記各ホルダ２１に形成した各開口部２２
は、例えばシリコン基板５１が矩形基板の場合にはシリ
コン基板５１の長さよりも例えば数ｍｍ〜１０数ｍｍ短
い長さに形成されている。基板５１が円形基板の場合に
はシリコン基板５１の直径よりも例えば数ｍｍ〜１０数
ｍｍ短い大きさに形成されている。また図示はしない
が、
【００６８】各ホルダ２１に対する基板５１の配列は、
基板５１の面に垂直な方向の間隔は、例えば電磁波の波
長の１／２波長もしくは１／４波長もしくは電磁波の波
長の整数倍とし、具体的には６１ｍｍとした。なお、ホ
ルダ面方向にも基板が配列されている場合には、基板５
１の面に平行な方向の間隔は、例えば電磁波の波長の整
数倍、１／２波長もしくは１／４波長もしくは電磁波の
波長の整数倍とする。
【００６９】また、高温度に加熱されたシリコン基板５
１からの輻射によってリング型空洞共振器３３が加熱さ
れるのを防ぐために、リング型空洞共振器３３の内面
は、表面あらさが例えば電磁波の波長の１／１０以下と
なるように研磨されている。リング型空洞共振器３３の
内面が上記のように研磨されていることによって、輻射
はリング型空洞共振器３３内に閉じ込められて、再びシ
リコン基板５１を加熱するために利用される。
【００７０】リング型空洞共振器３３内の共振モードは
シリコン基板５１とリング型空洞共振器３３とで決定さ
れる。電磁波によってシリコン基板５１とリング型空洞
共振器３３に電流Ｉが流れ、シリコン基板５１とリング
型空洞共振器３３とが加熱される。抵抗値Ｒとすると、
発熱量はＲＩ2 に比例するので、抵抗値の高いシリコン
基板５１の発熱量がリング型空洞共振器３３よりも大き
くなる。このため、電磁波のエネルギーは効率的にシリ
コン基板５１のシリコンに吸収され、リング型空洞共振
器３３にはほとんど吸収されない。そのため、リング型
空洞共振器３３の温度はほとんど高くならないので、成
膜中にリング型空洞共振器３３の壁面に非晶質シリコン
などが付着しにくくなる。
【００７１】上記第３のＣＶＤ装置３を用いて薄膜単結
晶シリコンの成膜を行うには、電磁波発生器１２から発
振した電磁波によってリング型空洞共振器３３内のホル
ダ２１に支持された基板５１を１０００℃程度の高温度
に加熱した状態でガス供給管１３よりシリコンを含んだ
化合物を反応室１１内に送り込み、基板５１上に熱分解
によってシリコンを析出させる。このシリコンを含む化
合物として、ＳｉＣｌ 4 、ＳｉＨＣl3 、ＳｉＨ2 Ｃ
l2 、ＳｉＨ4 などのガスが通常使用される。これらの
ガスは水素ガスで希釈されてリング型空洞共振器３３中
に送り込まれる。その際、リング型空洞共振器３３内の
余分なシリコンを含むガスはリング型空洞共振器３３の
側壁に設けたガス排気管１４から排気される。
【００７２】上記各ガス供給管１３の口径、各ガス排気
管１４の口径は、電磁波がリング型空洞共振器３３から
漏れ出すのを防ぐために、電磁波の波長よりも小さいこ
とが望ましい。また。上記各ガス供給管１３の接続位
置、各ガス排気管１４の接続位置は、リング型空洞共振
器３３内で電磁波の定在波の強度が最大になる腹の位
置、すなわちリング型空洞共振器３３の壁面に流れる電
流が最小になる位置であることが望ましい。このため、
上記第３の熱ＣＶＤ装置３では、上下方向に積層された
シリコン基板５１間の中間の高さにガス供給管１３、ガ
ス排気管１４が形成されている。各ガス供給管１３の口
径、各ガス排気管１４の口径は、例えば１０ｍｍ以下に
形成されている。
【００７３】これらのガス供給管１３から供給されたガ
スはシリコン基板５１の間を略シート状の気流となって
流れ、シリコン基板５１上で熱分解されて薄膜単結晶シ
リコンを成膜する。この実施の形態で説明した第３の熱
ＣＶＤ装置３では横型エピタキシャル成長装置のように
基板の配列方向もしくは長手方向にガスを流すのではな
く、基板の配列方向もしくは長手方向に対して垂直にガ
スを流すので、薄膜単結晶シリコンの膜厚が一様になり
やすい。また、ガスの吸気と排気の方向を反転して成膜
することによって、さらに均一な膜厚の薄膜単結晶シリ
コン膜が得られる。
【００７４】上記第３のＣＶＤ装置３では、従来の化学
的気相成長装置のように、シリコン基板を載置するサセ
プタは必要としない。そのため、シリコン基板が載置さ
れる部分のサセプタを加熱するためにエネルギーを消費
することがなく、エネルギーの利用効率が高い。また、
サセプタの代わりに開口部２２を形成したホルダ２１を
用いているので、シリコン基板５１の上下両面に薄膜単
結晶シリコンを同時に成膜できるので、量産性に優れて
いる。この他、サセプタがないことによって、良質な薄
膜単結晶が得られることや量産性に優れていることは、
前記第２のＣＶＤ装置２と同様である。
【００７５】本発明の第２の化学的気相成長装置に係る
第３の実施の形態を、図５の概略構成を示す部分断面図
によって説明する。なお、前記各実施の形態で説明した
のと同様の構成部品には同一符号を付与して説明する。
【００７６】本実施の形態に係る第２の化学的気相成長
装置（以下、第４の熱ＣＶＤ装置という）は、前記第２
の実施の形態で説明した第３の熱ＣＶＤ装置３と同様
に、空洞共振器がリング型で構成されている。
【００７７】図５に示すように、第４の熱ＣＶＤ装置４
は前記第３の熱ＣＶＤ装置３のＴ字型結合器４０の代わ
りに方向性結合器４２によってリング型空洞共振器３３
に導波管３６が接続され、電磁波がリング型空洞共振器
３３に送り込まれるようになっているものである。前記
Ｔ字型結合器４０を使用する前記第３の熱ＣＶＤ装置３
では、電磁波がリング型空洞共振器３３中を左右両方向
に伝播していたが、本実施の形態に係る第４の熱ＣＶＤ
装置４のように方向性結合器４２を用いることによっ
て、電磁波は一方向に伝播する。
【００７８】その他の電磁波発生器１２、アイソレータ
３８、ホルダ２１、ホルダ支持部（図示せず）、ガス供
給管１３、ガス排気管１４等の構成部品は前記第３の熱
ＣＶＤ装置３と同様のものを用いている。
【００７９】すなわち、第４の熱ＣＶＤ装置４にはリン
グ型空洞共振器３３が備えられている。このリング型空
洞共振器３３は、例えばシリコン基板５１よりも電気伝
導率が高いアルミニウムや銅、ステンレスで形成されて
いる。ただし、アルミニウムや銅は、成膜に用いるガス
中に腐食成分が含まれていない場合に限定される。そこ
で、アルミニウムや銅を用いたリング型空洞共振器３３
では、リング型空洞共振器３３の内面に金がコーティン
グされている。一方、ステンレスで形成されたリング型
空洞共振器３３はステンレスが腐食に対する耐性が強い
ので、ステンレスを腐食するような成分を含むガスを用
いない限り、金をコーティングする必要はない。
【００８０】リング型空洞共振器３３の内部には複数の
シリコン基板５１を支持するホルダ２１が複数層（例え
ば７層）に積層した状態で、複数箇所（例えば３箇所）
に設置されている。各ホルダ２１は、ホルダ支持部（図
示せず）によって所定予定間隔に保持されている。この
実施の形態では、シリコン基板５１には矩形基板を用
い、ひとつのホルダ群におけるシリコン基板５１の配列
は、３次元的な配列を単純化して１次元的に積層するよ
うに配置してある。当然のことながら、シリコン基板５
１の配列は２次元的もしくは３次元的な配列であっても
よい。
【００８１】上記リング型空洞共振器３３の側面には、
上記方向性結合器４２、導波管３６を介して電磁波をリ
ング型空洞共振器３３内に供給する電磁波発生器１２が
接続されている。すなわち、導波管３６の入射端に電磁
波発生器１２が設置されている。この電磁波発生器１２
には、例えばマグネトロンを用いる。その発振周波数は
マイクロ波もしくはミリ波を用いる。ここでは一例とし
て２．４６ＧＨｚのマイクロ波を用いた。また、リング
型空洞共振器３３から電磁波の波源である電磁波発生器
１２に電磁波が戻るのを防ぐために電磁波発生器１２と
空洞共振器３１とを接続する導波管３６にはアイソレー
タ３８が設けられている。
【００８２】リング型空洞共振器３３の側壁には、ホル
ダ２１を積層してなる各ホルダ群が設置されている個所
に対応して複数のガス供給管１３が接続されていて、ま
た、リング型空洞共振器３３の側壁には例えば上記複数
のガス供給管１３に対向する位置に複数のガス排気管１
４が接続されている。
【００８３】各ガス供給管１３、各ガス排気管１４の口
径は、電磁波発生器１２より発振されてリング型空洞共
振器３３内に導入された電磁波がリング型空洞共振器３
３から漏れ出すのを防ぐために、電磁波の波長よりも小
さいことが望ましい。その接続位置は、リング型空洞共
振器３３内で電磁波の定在波の強度が最大になる腹の位
置、すなわちリング型空洞共振器３３の壁面に流れる電
流が最小になる位置であることが望ましい。このため、
第４の熱ＣＶＤ装置４のように、上下に積層された各シ
リコン基板５１間の中間の高さにガス供給管１３、ガス
排気管１４が接続されている。各ガス供給管１３の口
径、各ガス排気管１４の口径は、例えば１０ｍｍ以下に
形成されている。なお、シリコン基板５１の設置位置お
よび各ガス供給管１３、各ガス排気管１４の設置位置
は、図示した位置よりリング型空洞共振器３３を構成す
る導波管の中心軸に対して回転した任意の傾斜角の位置
に設置されていてもよい。
【００８４】また、本実施の形態では、シリコン基板を
水平に保持する構成になっているが、装置全体を回転し
てシリコン基板を任意の傾斜角で保持する構成にしても
よい。特にシリコン基板を鉛直に保持する場合には、１
０００℃程度の高温度に加熱したときにシリコン基板の
自重による曲げ応力のためにスリップ欠陥が生じるのを
抑制することができる。
【００８５】次に、上記ホルダ２１について説明する。
上記各ホルダ２１にはシリコン基板５１が置かれる部分
に開口部２２が形成されている。上記各ホルダ２１に
は、各基板５１が載置される部分に開口部２２が形成さ
れている。各ホルダ２１は、１０００℃程度の高温に耐
えられるシリコンカーバイト（ＳｉＣ）などの導電性材
料で形成されている。また、電気伝導率がリング型空洞
共振器３３の材料よりも低くシリコンと同程度の材料を
使用すれば、電磁波によってシリコンと同様に加熱され
るのでシリコン基板５１の熱を奪うことがない。このた
め、シリコン基板５１の温度を均一に保つことが容易に
なる。
【００８６】上記各ホルダ２１に形成した各開口部２２
は、例えばシリコン基板５１が矩形基板の場合にはシリ
コン基板５１の長さよりも例えば数ｍｍ〜１０数ｍｍ短
い長さに形成されている。基板５１が円形基板の場合に
はシリコン基板５１の直径よりも例えば数ｍｍ〜１０数
ｍｍ短い大きさに形成されている。また図示はしない
が、
【００８７】各ホルダ２１に対する基板５１の配列は、
基板５１の面に垂直な方向の間隔は、例えば電磁波の波
長の１／２波長もしくは１／４波長もしくは電磁波の波
長の整数倍とし、具体的には６１ｍｍとした。なお、ホ
ルダ面方向にも基板が配列されている場合には、基板５
１の面に平行な方向の間隔は、例えば電磁波の波長の整
数倍、１／２波長もしくは１／４波長もしくは電磁波の
波長の整数倍とする。
【００８８】また、高温度に加熱されたシリコン基板５
１からの輻射によってリング型空洞共振器３３が加熱さ
れるのを防ぐために、リング型空洞共振器３３の内面
は、表面あらさが例えば電磁波の波長の１／１０以下と
なるように研磨されている。リング型空洞共振器３３の
内面が上記のように研磨されていることによって、輻射
はリング型空洞共振器３３内に閉じ込められて、再びシ
リコン基板５１を加熱するために利用される。
【００８９】リング型空洞共振器３３内の共振モードは
シリコン基板５１とリング型空洞共振器３３とで決定さ
れる。電磁波によってシリコン基板５１とリング型空洞
共振器３３に電流Ｉが流れ、シリコン基板５１とリング
型空洞共振器３３とが加熱される。抵抗値Ｒとすると、
発熱量はＲＩ2 に比例するので、抵抗値の高いシリコン
基板５１の発熱量がリング型空洞共振器３３よりも大き
くなる。このため、電磁波のエネルギーは効率的にシリ
コン基板５１のシリコンに吸収され、リング型空洞共振
器３３にはほとんど吸収されない。そのため、リング型
空洞共振器３３の温度はほとんど高くならないので、成
膜中にリング型空洞共振器３３の壁面に非晶質シリコン
などが付着しにくくなる。
【００９０】上記第４のＣＶＤ装置４を用いて薄膜単結
晶シリコンの成膜を行うには、電磁波発生器１２から発
振した電磁波を方向性結合器４２によって一方向に導入
し、リング型空洞共振器３３内のホルダ２１に支持され
た基板５１を１０００℃程度の高温度に加熱する。その
状態でガス供給管１３よりシリコンを含んだ化合物を反
応室１１内に送り込み、基板５１上に熱分解によってシ
リコンを析出させる。このシリコンを含む化合物とし
て、ＳｉＣｌ4 、ＳｉＨＣl3 、ＳｉＨ2 Ｃl2 、ＳｉＨ
4 などのガスが通常使用される。これらのガスは水素ガ
スで希釈されてリング型空洞共振器３３中に送り込まれ
る。その際、リング型空洞共振器３３内の余分なシリコ
ンを含むガスはリング型空洞共振器３３の側壁に設けた
ガス排気管１４から排気される。
【００９１】上記ガス供給管１３から供給されたガスは
シリコン基板５１の間を略シート状の気流となって流
れ、シリコン基板５１上で熱分解されて薄膜単結晶シリ
コンを成膜する。この実施の形態で説明した第４の熱Ｃ
ＶＤ装置４では横型ＣＶＤ装置のように基板の配列方向
もしくは長手方向にガスを流すのではなく、基板の配列
方向もしくは長手方向に対して垂直にガスを流すので、
薄膜単結晶シリコンの膜厚が一様になりやすい。また、
ガスの吸気と排気の方向を反転して成膜することによっ
て、さらに均一な膜厚の薄膜単結晶シリコン膜が得られ
る。
【００９２】上記第４のＣＶＤ装置４では、従来の化学
的気相成長装置のように、シリコン基板を載置するサセ
プタは必要としない。そのため、シリコン基板が載置さ
れる部分のサセプタを加熱するためにエネルギーを消費
することがなく、エネルギーの利用効率が高い。また、
サセプタの代わりに開口部２２を形成したホルダ２１を
用いているので、シリコン基板５１の上下両面に薄膜単
結晶シリコンを同時に成膜できるので、量産性に優れて
いる。この他、サセプタがないことによって、良質な薄
膜単結晶が得られることや量産性に優れていることは、
前記第２のＣＶＤ装置２と同様である。
【００９３】次に、本発明の第２の化学的気相成長装置
に係る第４の実施の形態（以下、第５の熱ＣＶＤ装置と
いう）を説明する。
【００９４】第５の熱ＣＶＤ装置の基本構成は前記第４
の熱ＣＶＤ装置４と同様である。この第５の熱ＣＶＤ装
置では、入射する電磁波に対して、共振モードがわずか
にずれるように、例えば０．００１％〜１％ずれるよう
にリング型空洞共振器３３が設計されていることが特徴
である。このため、リング型空洞共振器３３の電磁波は
定在波ではなく進行波になるので、前記説明した第４の
熱ＣＶＤ装置４よりもシリコン基板５１上の発熱量の分
布が均一になり、短時間にシリコン基板５１の温度分布
が一様になる。
【００９５】リング型空洞共振器３３は電磁波だけでは
なく、加熱されたシリコン基板５１からの輻射熱によっ
ても加熱される。したがって、短時間にシリコン基板５
１を加熱するほど輻射熱による温度上昇を小さく抑える
ことができ、リング型空洞共振器３３を低温度に保つこ
とが容易になる。結果として、より効率的に電磁波とし
て供給されたエネルギーがシリコン基板３３の加熱に利
用されることになる。また、同時にリング型空洞共振器
３３の壁面に熱分解によって堆積するしも減少するの
で、シリコン材料の利用効率も向上する。
【００９６】上記のように、入射する電磁波に対して、
共振モードがわずかにずれるように、例えば０．００１
％〜１％ずれるように設計した空洞共振器は、前記第１
の熱ＣＶＤ装置１、前記第２の熱ＣＶＤ装置２等の空洞
共振器にも適用することができる。
【００９７】次に、上記第１の化学的気相成長装置（第
１の熱ＣＶＤ装置１）および上記第２の化学的気相成長
装置に係る第１〜第３の実施の形態（第２の熱ＣＶＤ装
置２、第３の熱ＣＶＤ装置３、第４の熱ＣＶＤ装置４）
に係わる電磁波発生器１２の変形例を、図６の概略構成
図によって説明する。なお、前記各実施の形態で説明し
たのと同様の構成部品には同一符号を付与して説明す
る。
【００９８】図６に示すように電磁波発生器１２の電磁
波の波源が、シリコン基板（図示せず）と平行な面上に
一列に配列された発振器１５に置き換えられたものであ
る。これらの配列された発振器１５の各々は独立したマ
グネトロンからなる。なお、外枠は導波管３６を示して
いる。
【００９９】これらの複数の発振器１５から放射された
電磁波は、各々が前記第５の熱ＣＶＤ装置と同じように
シリコン基板を加熱するが、各々の周波数がわずかに異
なるため、干渉によるビートを生じて強度分布が時間的
に変化する。ただし、シリコン基板に垂直な方向のモー
ドは、第５の熱ＣＶＤ装置と同様である。このときシリ
コン基板の加熱に要する時間は、そのビートの周期より
も十分長いので、電磁波の変化は平均化されて強度分布
が一様になる。したがって、図６に示した電磁波発生器
を備えた第６の熱ＣＶＤ装置（電磁波発生器以外の基本
構成は前記第５の熱ＣＶＤ装置と同様）では、前記第５
の熱ＣＶＤ装置よりもさらに短時間にシリコン基板を加
熱することができる。その結果として、エネルギーの利
用効率とシリコン材料の利用効率が高くなる。
【０１００】この第６の熱ＣＶＤ装置における他の特徴
は、シリコン基板に垂直な方向のモードが前記第５の熱
ＣＶＤ装置と同様なことである。このため、前記第３、
４の熱ＣＶＤ装置３，４のように、シリコン基板間の中
間の高さに孔を設けることによって、リング型空洞共振
器から漏洩する電磁波が少なく保てることが特徴となっ
ている。
【０１０１】次に、上記第１の化学的気相成長装置（第
１の熱ＣＶＤ装置１）および上記第２の化学的気相成長
装置に係る第１〜第３の実施の形態（第２の熱ＣＶＤ装
置２、第３の熱ＣＶＤ装置３、第４の熱ＣＶＤ装置４）
に係わる電磁波発生器１２の変形例を、図７の概略構成
図によって説明する。なお、前記各実施の形態で説明し
たのと同様の構成部品には同一符号を付与して説明す
る。
【０１０２】図７に示すように電磁波発生器１２の電磁
波の波源が、２次元的に配列された複数の発振器１５に
置き換えられたものである。これらの配列された発振器
１５の各々は独立したマグネトロンからなる。なお、外
枠は導波管３６を示している。
【０１０３】これらの複数の発振器１５から放射された
電磁波は、各々が第５の熱ＣＶＤ装置と同じようにシリ
コン基板を加熱するが、各々の周波数がわずかに異なる
ため、干渉によるビートを生じて強度分布が時間的に変
化する。ただし、図７に示した電磁波発生器を備えた第
７の熱ＣＶＤ装置（電磁波発生器以外の基本構成は前記
第５の熱ＣＶＤ装置と同様）は、前記第６のＣＶＤ装置
とは異なり、シリコン基板に垂直な方向のモードも前記
第５の熱ＣＶＤ装置のような定在波ではなくなる。しか
ながら、より多くの発振器１５（マグネトロン）から電
磁波を平均することで、より均一にシリコン基板を加熱
することができる。また、前記第６の熱ＣＶＤ装置より
多くの発振器１５（マグネトロン）を用いるため、大き
なエネルギーで加熱することができる。このときシリコ
ン基板の加熱に要する時間は、そのビートの周期よりも
十分長いので、電磁波の変化は平均化されて強度分布が
一様になる。したがって、第７の熱ＣＶＤ装置では、前
記第６の熱ＣＶＤ装置よりもさらに短時間にシリコン基
板を加熱することができる。その結果として、エネルギ
ーの利用効率とシリコン材料の利用効率が高くなる。
【０１０４】しかし、この第７の熱ＣＶＤ装置では、シ
リコン基板に垂直な方向のモードが定在波ではないの
で、第６の熱ＣＶＤ装置のように、シリコン基板間の中
間の高さに孔を設けても、空洞共振器から漏洩する電磁
波は小さくならない。したがって、ガス供給管の口径、
ガス排気管の口径は電磁波の波長よりも十分に小さくす
る必要がある。例えば、電磁波の波長の１／１０程度以
下にすれば十分である。
【０１０５】本発明の第２の化学的気相成長装置に係る
実施の形態として第８の熱ＣＶＤ装置を、図８の概略構
成を示す部分断面図によって説明する。なお、前記各実
施の形態で説明したのと同様の構成部品には同一符号を
付与して説明する。
【０１０６】図８に示すように、第８の熱ＣＶＤ装置８
は、前記第２の熱ＣＶＤ装置２において、空洞共振器３
１に電磁波を注入する導波管３６が複数本（例えば４
本）とした構成のものである。各導波管３６には、各々
独立な電磁波発生器１２から電磁波が供給されるように
なっている。空洞共振器３１から電磁波の波源である電
磁波発生器１２に電磁波が戻るのを防ぐために各電磁波
発生器１２と空洞共振器３１とを接続する導波管３６に
アイソレータ３８が接続されている。導波管３６を空洞
共振器３１から放射状に配置することによって均一な温
度分布で加熱することができる。また、多数の電磁波発
生器１２（マグネトロン）を接続することができるの
で、加熱するためにの電磁波のエネルギーを大きくする
ことができる。以上の結果として、ホルダ２１に支持さ
れているシリコン基板５１の温度分布を短時間に均一に
することができるので、エネルギーの利用効率とシリコ
ン材料の利用効率が向上する。
【０１０７】本発明の第２の化学的気相成長装置に係る
実施の形態として第９の熱ＣＶＤ装置を、概略構成を示
す部分破断面図によって説明する。なお、前記各実施の
形態で説明したのと同様の構成部品には同一符号を付与
して説明する。
【０１０８】図９に示すように、第９の熱ＣＶＤ装置９
は、前記第４の熱ＣＶＤ装置４と同様なリング型空洞共
振器３３を用い、リング型空洞共振器３３に電磁波を注
入する導波管３６が複数本（例えば２本）とした構成の
ものである。リング型空洞共振器３３と各導波管３６と
の接続はいずれも方向性結合器４２が用いられている。
【０１０９】電磁波はリング型空洞共振器３３を進行中
にホルダ２１に支持されたシリコン基板５１によりエネ
ルギーが吸収されて減衰するが、複数の導波管３６から
電磁波を注入することによって、この減衰を補うことが
できる。したがって、リング型空洞共振器３３の温度分
布を均一にすることができる。また、電磁波発生器１２
を複数（例えば２個）にすることで、大きなエネルギー
で加熱することができる。したがって、第９の熱ＣＶＤ
装置９では、前記第４の熱ＣＶＤ装置４よりもシリコン
基板５１の加熱に要する時間を短縮することができる。
その結果として、エネルギーの利用効率とシリコン材料
の利用効率が向上する。
【０１１０】なお、第９の熱ＣＶＤ装置９の各電磁波発
生器１２を図６、図７で説明したように、複数の発振器
１５を用いた構成とすることもでき、それは有効なこと
である。また、ガス供給管１３、ガス排気管１４、ホル
ダ２１等は前記第３の熱ＣＶＤ装置３と同様である。
【０１１１】本発明の第２の化学的気相成長装置に係る
実施の形態として第１０の熱ＣＶＤ装置を以下に説明す
る。なお、前記各実施の形態で説明したのと同様の構成
部品には同一符号を付与して説明する。
【０１１２】第１０の熱ＣＶＤ装置は、前記第２の熱Ｃ
ＶＤ装置２のシリコン基板５１を保持するホルダ２１が
絶縁体で構成されているものである。前記第２の熱ＣＶ
Ｄ装置２では、ホルダ２１とシリコン基板５１との接触
が悪いとき、接触抵抗が大きくなる可能性がある。その
ため、ホルダ２１とシリコン基板５１との接点で大きな
発熱を生じる可能性がある。このような場合、シリコン
基板５１の温度の均一性が低下する恐れがある。ホルダ
２１を絶縁体で形成することで、この接触抵抗による発
熱の問題を解決することができる。この絶縁体からなる
ホルダ２１、前記第３〜第５の熱ＣＶＤ装置３〜５で説
明したようなリング型空洞共振器３３にも適用すること
ができる。
【０１１３】本発明の第２の化学的気相成長装置に係る
実施の形態として第１１の熱ＣＶＤ装置を以下に説明す
る。なお、前記各実施の形態で説明したのと同様の構成
部品には同一符号を付与して説明する。
【０１１４】第１１の熱ＣＶＤ装置は、前記第２の熱Ｃ
ＶＤ装置２のシリコン基板５１を保持するホルダ２１が
空洞共振器３１と同様に、電気抵抗が小さい材料で構成
されているものである。前記第１０の熱ＣＶＤ装置では
ホルダ２１が絶縁体で形成されているため、シリコン基
板５１の端で電磁波の伝播モードが不安定になる恐れが
ある。これに対して、第１１の熱ＣＶＤ装置は電磁波の
伝播モードが安定に保たれるため、シリコン基板５１上
での電磁波の強度が一定に保たれる。したがって、シリ
コン基板５１の温度分布が均一になる。このホルダ２１
は、前記リング型空洞共振器３３にも適用することがで
きる。
【０１１５】本発明の第２の化学的気相成長装置に係る
実施の形態として第１２の熱ＣＶＤ装置を以下に説明す
る。なお、前記各実施の形態で説明したのと同様の構成
部品には同一符号を付与して説明する。
【０１１６】第１２の熱ＣＶＤ装置は、前記第２の熱Ｃ
ＶＤ装置２の空洞共振器３１の内側に合成石英製の反応
室１１を設置したものである。シリコンを含むガスは反
応性が高いために空洞共振器３１の金属を腐食するが、
合成石英製の反応室１１を設置することによって、ガス
による腐食を防止できる。このような構成は、前記第８
の熱ＣＶＤ装置８に適応することも有効である。
【０１１７】前記第１の熱ＣＶＤ装置１においては、シ
リコン基板５１とホルダ２１はシリコン基板５１とホル
ダ２１とで構成される構造体中に電磁波発生器１２によ
って発振した電磁波を閉じ込めるように配置されている
ものであれば、前記説明した配置構成に限定されない。
また、前記空洞共振器３１もしくは前記リング型空洞共
振器３３を備えた熱ＣＶＤ装置においては、シリコン基
板５１とホルダ２１は、シリコン基板５１とホルダ２１
と空洞共振器３１もしくはリング型空洞共振器３３とで
構成される構造体中に電磁波発生器１２によって発振し
た電磁波を閉じ込めるように配置されているものであれ
ば、前記説明した配置構成に限定されない。
【０１１８】前記各実施の形態では、基板にはシリコン
基板を用いたが、シリコン基板に限定されることはな
く、ガラス基板、セラミック基板等の絶縁体基板、半導
体基板等を用いることも可能であり、また、上記基板上
に薄膜が形成された基板を用いることもできる。
【０１１９】上記ホルダ２１は、開口部２２の周囲に沿
って基板５１が収まるような段差を形成してもよい。こ
のように、段差を形成した場合には、基板５１をホルダ
２１に置いた場合に、基板５１はその段差にはまり込む
ようにホルダ２１によって支持される。そのため、ホル
ダ２１に対する基板５１の位置決めが容易になるととも
に、基板５１が安定してホルダ２１に支持されるように
なる。
【０１２０】
【発明の効果】以上、説明したように本発明の第１の化
学的気相成長装置によれば、反応室内に電磁波を供給す
るもので反応室に接続した電磁波発生器を備えているの
で、電磁波発生器より電磁波を発生させて、その電磁波
を反応室内に供給することによって、反応室内に収納さ
れた基板を加熱することができる。このように、加熱源
に電磁波を用いたことから、反応室内に複数の基板が収
納されていても、複数の基板は同時にかつ均一に短時間
で加熱することができる。よって、欠陥のない薄膜（例
えば単結晶半導体層）の形成が可能になるとともに、量
産性に優れた成膜を行うことが可能になる。
【０１２１】また、開口部が設けられているホルダに基
板裏面が開口部に位置するように基板を載置する構成に
よれば、ホルダに載置された基板の両面は開放状態とす
ることができる。そのため、基板が支持される領域で
は、基板を加熱するためのみ電磁波のエネルギーが消費
されるので、小さなエネルギーで基板を加熱することが
できる。
【０１２２】また、基板とホルダは、基板とホルダとで
構成される構造体中に電磁波を閉じ込めるように配置さ
れている構成によれば、複数の基板が３次元的に配置さ
れるので、一度に多数枚の基板を均一に成膜することが
できる。
【０１２３】本発明の第２の化学的気相成長装置は、内
部に基板が載置される空洞共振器と、前記空洞共振器内
に電磁波を供給するもので前記空洞共振器に接続した電
磁波発生器とを備えたものである。本発明の第２の化学
的気相成長装置によれば、空洞共振器内に電磁波を供給
するもので空洞共振器に接続した電磁波発生器を備えて
いるので、電磁波発生器より電磁波を発生させて、その
電磁波を空洞共振器内に供給することによって、空洞共
振器内に収納された基板を均一に加熱することができ
る。このように、加熱源に電磁波を用いたことから、空
洞共振器内に複数の基板が収納されていても、複数の基
板は同時にかつ均一に短時間で加熱できる。よって、欠
陥のない薄膜（例えば単結晶半導体層）の形成が可能に
なるとともに、量産性に優れた成膜を行うことが可能に
なる。
【０１２４】また、開口部が設けられているホルダに基
板裏面が開口部に位置するように基板を載置する構成に
よれば、ホルダに載置された基板の両面は開放状態とす
ることができる。そのため、基板が支持される領域で
は、基板を加熱するためのみ電磁波のエネルギーが消費
されるので、小さなエネルギーで基板を加熱することが
できる。
【０１２５】また、基板とホルダは、基板とホルダと空
洞共振器とで構成される構造体中に電磁波を閉じ込める
ように配置されている構成によれば、複数の基板が３次
元的に配置されるので、一度に多数枚の基板を均一に成
膜することができる。
【０１２６】空洞共振器の内面が、加熱された基板から
の輻射（主に赤外線）を反射するためのコーティングが
施されている構成によれば、輻射の閉じ込め効率を高く
することができる。したがって、さらにエネルギーの利
用効率を高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の化学的気相成長装置に係る実施
の形態の概略構成を示す部分断面斜視図である。
【図２】図１に示した構成部品（ホルダ）の部分拡大断
面図である。
【図３】本発明の第２の化学的気相成長装置に係る第１
の実施の形態の概略構成を示す部分断面斜視図である。
【図４】（１）は本発明の第２の化学的気相成長装置に
係る第２の実施の形態の概略構成を示す部分断面図であ
り、（２）は(１)中のＡ−Ａ線拡大断面図である。
【図５】本発明の第２の化学的気相成長装置に係る第３
の実施の形態の概略構成を示す部分断面斜視図である。
【図６】電磁波発生器の構成例を示す概略構成図であ
る。
【図７】電磁波発生器の構成例を示す概略構成図であ
る。
【図８】本発明の第２の化学的気相成長装置に係る第８
の熱ＣＶＤ装置の概略構成を示す部分断面図である。
【図９】本発明の第２の化学的気相成長装置に係る第９
の熱ＣＶＤ装置の概略構成を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１…化学的気相成長装置(第１の熱ＣＶＤ装置)、１１…
反応室、２１…電磁波発生器、５１…基板（シリコン基
板）、

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内部に基板が載置されるもので前記基板
    表面に薄膜が成膜される反応室と、 前記反応室内に電磁波を供給するもので前記反応室に接
    続した電磁波発生器を備えた基板加熱源とを備えたこと
    を特徴とする化学的気相成長装置。
  2. 【請求項２】 前記反応室内に前記基板を支持するホル
    ダを備え、 前記ホルダの前記基板が載置される領域の一部に開口部
    が形成されていることを特徴とする請求項１記載の化学
    的気相成長装置。
  3. 【請求項３】 前記基板と前記ホルダは前記基板と前記
    ホルダとで構成される構造体中に前記電磁波を閉じ込め
    るように配置されていることを特徴とする請求項２記載
    の化学的気相成長装置。
  4. 【請求項４】 前記電磁波発生器は複数の独立した電磁
    波発振器からなることを特徴とする請求項１記載の化学
    的気相成長装置。
  5. 【請求項５】 前記複数の電磁波発振器は前記基板面に
    対して平行に１次元的に配列されていることを特徴とす
    る請求項４記載の化学的気相成長装置。
  6. 【請求項６】 前記電磁波発生器と前記反応室とを接続
    する導波管を備えていること特徴とする請求項１記載の
    化学的気相成長装置。
  7. 【請求項７】 前記導波管中に電磁波の波源が逆流する
    のを防止するアイソレータを備えたことを特徴とする請
    求項６記載の化学的気相成長装置。
  8. 【請求項８】 内部に基板が載置される空洞共振器と、 前記空洞共振器内に電磁波を供給するもので前記空洞共
    振器に接続した電磁波発生器を備えた基板加熱源とを備
    えたことを特徴とする化学的気相成長装置。
  9. 【請求項９】 前記空洞共振器内に前記基板を支持する
    ホルダを備え、 前記ホルダの前記基板が載置される領域の一部に開口部
    が形成されているを備えたことを特徴とする請求項８記
    載の化学的気相成長装置。
  10. 【請求項１０】 前記基板と前記ホルダは、前記基板と
    前記ホルダと前記空洞共振器とで構成される構造体中に
    前記電磁波を閉じ込めるように配置されていることを特
    徴とする請求項８記載の化学的気相成長装置。
  11. 【請求項１１】 前記電磁波発生器と前記空洞共振器と
    を接続する導波管を備えていることを特徴とする請求項
    ８記載の化学的気相成長装置。
  12. 【請求項１２】 前記空洞共振器はリング型空洞共振器
    からなることを特徴とする請求項８記載の化学的気相成
    長装置。
  13. 【請求項１３】 前記リング型空洞共振器は前記電磁波
    発生器の周波数に対して外れている共振周波数を有する
    ものからなることを特徴とする請求項１２記載の化学的
    気相成長装置。
  14. 【請求項１４】 前記空洞共振器はリング型空洞共振器
    からなり、 前記導波管と前記リング型共振器とを接続する方向性結
    合器を備えていることを特徴とする請求項１１記載の化
    学的気相成長装置。
  15. 【請求項１５】 前記電磁波発生器は複数の独立した電
    磁波発振器からなることを特徴とする請求項８記載の化
    学的気相成長装置。
  16. 【請求項１６】 前記複数の電磁波発振器は、前記基板
    面に対して平行に１次元的に配列されていることを特徴
    とする請求項１５記載の化学的気相成長装置。
  17. 【請求項１７】 前記導波管中に電磁波の波源が逆流す
    るのを防止するアイソレータを備えたことを特徴とする
    請求項１１記載の化学的気相成長装置。
  18. 【請求項１８】 前記空洞共振器には、 反応ガスを前記空洞共振器内に導入するガス供給孔と、 前記空洞共振器内のガスを排気するガス排気孔とを備え
    たことを特徴とする請求項８記載の化学的気相成長装
    置。
  19. 【請求項１９】 前記ガス供給孔の口径および前記ガス
    排気孔の口径は前記電磁波の波長よりも小さいことを特
    徴とする請求項１８記載の化学的気相成長装置。
  20. 【請求項２０】 耐食性材料からなり、かつ加熱された
    基板からの輻射を反射するものからなるもので前記空洞
    共振器の内面を被覆するコーティング膜を備えたことを
    特徴とする請求項８記載の化学的気相成長装置。
  21. 【請求項２１】 前記空洞共振器中に反応室を備え、 前記基板は前記反応室中に収納されることを特徴とする
    請求項８記載の化学的気相成長装置。
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