(57)【要約】【課題】成膜を行なう半導体製造装置において、基板の処理における加熱を行なう際の、処理対象物を保持する部材における熱応力の集中を抑制する。【解決手段】処理対象物を保持する、回転可能なサセプタ３と、サセプタ３の外周部に設置され、サセプタ３とともに回転可能なフレーム２３と、フレーム２３を支持するサセプタ支持部２１と、サセプタ支持部２１を固定する架台２２とを備えている。サセプタ支持部２１と架台２２とが互いに対向する領域において、架台２２に対するサセプタ支持部２１の位置を固定するように、サセプタ支持部２１と架台２２との一方の表面に凹部２１ｂが形成され、サセプタ支持部２１と架台２２との他方の表面には凹部２１ｂに挿入固定される凸部２２ｂが形成される。凹部２１ｂおよび凸部２２ｂは、サセプタ３の中心から外周側へ向かう径方向に対して交差する方向に延びるように形成されている半導体製造装置を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象物を保持する、回転可能なサセプタと、
前記サセプタの外周部に設置され、前記サセプタとともに回転可能なフレームと、
前記フレームを支持するサセプタ支持部と、
前記サセプタ支持部を固定する架台とを備え、
前記サセプタ支持部と前記架台とが互いに対向する領域において、前記架台に対する前記サセプタ支持部の位置を固定するように、前記サセプタ支持部と前記架台との一方の表面に凹部が形成され、前記サセプタ支持部と前記架台との他方の表面には前記凹部に挿入固定される凸部が形成され、
前記凹部および前記凸部は、前記サセプタの中心から外周側へ向かう径方向に対して交差する方向に延びるように形成されている、半導体製造装置。
【請求項２】
前記凹部は前記サセプタ支持部の表面に形成され、一方、前記凸部は前記架台の表面に形成され、
前記サセプタ支持部と前記架台とが互いに対向する領域において、前記サセプタ支持部の表面には溝が形成され、
前記領域において、前記架台の表面には前記溝に挿入可能な突出部が形成され、
前記凹部は、前記溝の内部において、前記溝の延在方向に沿って延びるように形成され、
前記凸部は、前記溝の内部に形成された前記凹部と対向するとともに、前記突出部の延在方向に沿って延びるように、前記突出部の表面に形成されている、請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記サセプタ支持部において前記架台と対向する表面に垂直な方向から見た、前記溝および前記突出部の平面形状は円環状である、請求項１または２に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記サセプタ支持部および前記架台は、前記サセプタ支持部において前記架台と対向する表面に沿った方向の中央部の領域に空洞を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記サセプタ支持部および前記架台の、前記サセプタ支持部において前記架台と対向する表面に垂直な方向から見た形状は円環形状である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項６】
前記サセプタ支持部において前記架台と対向する表面に垂直な方向であって、前記凹部の延びる方向に対して垂直な方向における前記凹部の断面形状は矩形状であり、
前記サセプタ支持部において前記架台と対向する表面に垂直な方向であって、前記凸部の延びる方向に対して垂直な方向における前記凸部の断面形状は矩形状である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項７】
前記サセプタ支持部において前記架台と対向する表面に垂直な方向であって、前記凹部の延びる方向に対して垂直な方向における前記凹部の断面形状は三角形状であり、
前記サセプタ支持部において前記架台と対向する表面に垂直な方向であって、前記凸部の延びる方向に対して垂直な方向における前記凸部の断面形状は三角形状である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項８】
前記サセプタ支持部において前記架台と対向する表面に垂直な方向であって、前記凹部の延びる方向に対して垂直な方向における前記凹部の断面形状はアーチ型形状であり、
前記サセプタ支持部において前記架台と対向する表面に垂直な方向であって、前記凸部の延びる方向に対して垂直な方向における前記凸部の断面形状はアーチ型形状である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体製造装置に関し、より特定的には、処理対象物を保持するとともに回転可能なサセプタを備える半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、処理対象物としての基板を保持する回転可能なサセプタを備える気相成長装置などの半導体製造装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に開示された半導体製造装置では、円盤状のサセプタの下面中央部に支持軸が接続され、当該支持軸が回転することによりサセプタが回転可能になっている。サセプタの下面側にはサセプタに保持される基板を加熱するためのヒータが配置されている。また、サセプタは反応室の底壁に形成された開口部に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２４３７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１に開示された半導体製造装置の場合、処理対象物である基板の大型化や、サセプタに搭載する基板の枚数を多くするために、サセプタを大型化した場合、従来のようにサセプタの中央部に接続された支持軸でサセプタを支持していると、サセプタの回転時にサセプタ表面を水平に保つことが難しい場合があった。これは、サセプタの中央部に配置された支持軸のみでサセプタの支持を行なうため、サセプタを大型化した場合に加工精度や支持軸とサセプタとの接合部における撓みなどに起因してサセプタの表面が水平からわずかに傾くことが原因と考えられる。
【０００６】
そこで、上述した問題を解決するために、上述した特許文献１に開示された半導体製造装置の類型として、たとえばサセプタと、サセプタの外周部に設置され、サセプタとともに回転可能なフレームと、フレームを支持するサセプタ支持部と、サセプタ支持部を固定する架台とを備える半導体製造装置を用いることが考えられる。当該半導体製造装置は、サセプタ支持部がサセプタの外周部およびフレームを支持することにより、サセプタを中央部および外周部から支持する構成となすることができる。このため、当該半導体製造装置は、サセプタ表面を水平に保つことができ、特許文献１に開示された半導体製造装置のようにサセプタの表面が水平からわずかに傾くことを抑制することができる。したがって、サセプタの表面の傾きによりサセプタとヒータとの間の距離が局所的に異なることになり、ヒータにより加熱されたサセプタにおいて局所的な温度の差が発生することを抑制することができる。その結果、基板に対して均一な処理を行なうこと（たとえば均質な膜質の膜を形成すること）ができる。
【０００７】
上述した半導体製造装置において、フレームはサセプタとともに回転動作するが、サセプタ支持部は架台とともに固定された状態とする構成が考えられる。この場合、サセプタ支持部がサセプタやフレームとともに回転する現象を抑制するために、サセプタ支持部の下面側に固定された架台に対してサセプタ支持部を固定する必要がある。たとえばサセプタ支持部の主表面に垂直な方向から見たときに円環状を有するサセプタ支持部を架台に対して固定するために、サセプタ支持部の円環部の外周部の一部に切り欠き形状部を形成する。そして架台の一部に当該切り欠き形状と嵌合可能なフック状形状部を形成する。そして、当該フック状形状部と、当該切り欠き形状部とを嵌合する（噛み合わせる）ことによりサセプタ支持部を架台に対して固定する方法を用いることができる。なお、ここで主表面とは、表面のうち最も面積の大きい主要な面をいう。
【０００８】
ところが、上述したように円環部の外周部に形成した切り欠き形状部を有するサセプタ支持部を用いた場合、以下のような問題が起こることがある。以下、具体的に説明する。
【０００９】
ここで、基板を加熱する処理を行なう際に、ヒータを用いてサセプタをたとえば１０００℃以上の温度に加熱する場合を考える。このとき熱伝導により、フレームおよびサセプタ支持部や架台にも上述した熱の伝播が及ぶことがある。するとサセプタ支持部に熱応力が加わることになる。このとき、上述した切り欠き形状部において熱応力が集中する分布となるため、切り欠き形状部においてサセプタ支持部の変形や破損が起こる場合があった。
【００１０】
本発明は、上述した問題に鑑みなされたものであり、その目的は、基板の処理における加熱において、処理対象物を保持する部材における熱応力の集中を抑制することができる半導体製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る半導体製造装置は、処理対象物を保持する、回転可能なサセプタと、サセプタの外周部に設置され、サセプタとともに回転可能なフレームと、フレームを支持するサセプタ支持部と、サセプタ支持部を固定する架台とを備える。上記サセプタ支持部と上記架台とが互いに対向する領域において、上記架台に対する上記サセプタ支持部の位置を固定するように、上記サセプタ支持部と上記架台との一方の表面に凹部が形成される。サセプタ支持部と架台との他方の表面には凹部に挿入固定される凸部が形成される。上記凹部および凸部は、上記サセプタの中心から外周側へ向かう径方向に対して交差する方向に延びるように形成されている。
【００１２】
本発明に係る半導体製造装置は、サセプタの外周部及びフレームを支持するサセプタ支持部を、架台を用いて固定している。ここで、たとえばサセプタ支持部が架台と対向する表面上の一部の領域には凹部が形成されており、架台がサセプタ支持部と対向する表面上の一部の領域には凸部が形成されている。当該凹部と凸部とは嵌合されており、互いに干渉しあうため、サセプタ支持部の回転は架台により抑制される。
【００１３】
ここで、サセプタ支持部および架台のそれぞれの主表面の中心側から外周側へ向かう径方向に対して交差する方向、より好ましくは当該径方向に対して垂直な方向に延在するように、当該凹部および凸部が形成されている構成とする。
【００１４】
このような半導体製造装置を用いて、サセプタに保持された処理対象物を加熱するためにサセプタを加熱すれば、サセプタ支持部にも当該熱が伝播する。この場合、サセプタ支持部に形成された凹部が径方向に沿った方向に延びるような形状であると、当該径方向に沿った凹部の表面と、隣接する他の表面の接合部（角部）も当該径方向に沿って延びることになる。すると、当該角部に上記加熱時の熱に起因する熱応力が集中し、サセプタ支持部の変形や破損が発生する可能性が高くなっていた。一方、本発明のように凹部（および凸部）を径方向に対して交差する方向、より好ましくは径方向に対して垂直な方向に当該凹部（および凸部）を形成することにより、上記角部も径方向に対して交差する方向（好ましくは径方向に対して垂直な方向）に延びるように形成される。この場合、結果的に当該角部での熱応力の集中を緩和することができることを発明者は見出した。このようにすれば、当該接合部近傍の領域においてサセプタ支持部が変形や破損を起こすことを抑制することができる。なお、本発明に係る半導体製造装置においては、たとえばサセプタ支持部が架台と対向する表面上に凸部が形成されており、架台がサセプタ支持部と対向する表面上に凹部が形成された構成であってもよい。
【００１５】
上記の半導体製造装置において好ましくは、凹部はサセプタ支持部の表面に形成され、一方、凸部は架台の表面に形成され、サセプタ支持部と架台とが互いに対向する領域において、サセプタ支持部の表面には溝が形成されている。上記領域において、架台の表面には溝に挿入可能な突出部が形成されている。上記凹部は、上記溝の内部において、上記溝の延在方向に沿って延びるように形成され、上記凸部は、上記溝の内部に形成された上記凹部と対向するとともに、上記突出部の延在方向に沿って延びるように、上記突出部の表面に形成されている。
【００１６】
以上のように、凹部が形成されるサセプタ支持部の表面には溝が、凸部が形成される架台の表面には突出部が形成されることにより、架台に対するサセプタ支持部の位置決め精度をより高めることができる。
【００１７】
上記の半導体製造装置において好ましくは、サセプタ支持部において上記架台と対向する表面に垂直な方向から見た、上記溝および上記突出部の平面形状は円環状である。さらに、サセプタ支持部および架台は、サセプタ支持部において架台と対向する表面に沿った方向の中央部の領域に空洞を有する。さらに、サセプタ支持部および架台の、サセプタ支持部において架台と対向する表面に垂直な方向から見た形状は円環形状である。
【００１８】
当該半導体製造装置においては、処理を行なう反応管の内部にサセプタを設置することが好ましい。ここで、サセプタと当該反応管との間に形成される間隙を狭くすることが好ましい。このため、サセプタは主表面が円盤状であることが好ましい。サセプタの中央部は支持軸によって支持されるため、サセプタ支持部が支持するのはサセプタの外周部である。したがって、サセプタ支持部は架台と対向する表面に沿った方向の中央部の領域、すなわち支持軸によってサセプタが支持される領域に空洞を有する、円環形状であることが好ましい。サセプタ支持部の主表面が円環形状であるため、当該主表面上に形成される溝、およびサセプタ支持部の主表面と対向する架台の主表面上に形成される突出部の平面形状は円環状であることが好ましい。
【００１９】
上記の半導体製造装置において、サセプタ支持部において架台と対向する表面に垂直な方向であって、凹部の延びる方向に対して垂直な方向における凹部の断面形状は矩形状であり、サセプタ支持部において架台と対向する表面に垂直な方向であって、凸部の延びる方向に対して垂直な方向における凸部の断面形状は矩形状であってもよい。あるいは、上記凹部および凸部の断面形状は三角形状であってもよいし、アーチ型形状であってもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、基板の処理における加熱において、処理対象物を保持する部材における熱応力の集中を抑制することができる半導体製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体製造装置の一例である処理装置の態様を示す概略断面図である。
【図２】図１の線分ＩＩ−ＩＩにおける概略断面図である。
【図３】図１の線分ＩＩＩ−ＩＩＩにおける概略断面図である。
【図４】図１の線分ＩＶ−ＩＶにおける概略断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る半導体製造装置における、処理装置を構成する架台の概略図である。
【図６】図１の線分ＶＩ−ＶＩにおける概略断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る半導体製造装置の一例である処理装置の態様を示す概略断面図である。
【図８】図７の線分ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩにおける概略断面図である。
【図９】図７の線分ＩＸ−ＩＸにおける概略断面図である。
【図１０】図７の線分Ｘ−Ｘにおける概略断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る半導体製造装置における、処理装置を構成する架台の概略図である。
【図１２】本発明の実施の形態２に係る半導体製造装置における、サセプタ支持部の変形例を示す概略断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態２に係る半導体製造装置における、架台の変形例を示す概略断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態３に係る半導体製造装置の一例である処理装置の態様を示す概略断面図である。
【図１５】図１４の線分ＸＶ−ＸＶにおける概略断面図である。
【図１６】図１５の線分ＸＶＩ−ＸＶＩにおける概略断面図である。
【図１７】図１５の線分ＸＶＩＩ−ＸＶＩＩにおける概略断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態３に係る半導体製造装置における、処理装置を構成する架台の概略図である。
【図１９】従来より用いられる半導体製造装置の一例である処理装置の態様を示す概略断面図である。
【図２０】図１９の線分ＸＸ−ＸＸにおける概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態において、同一の機能を果たす要素には同一の参照符号を付し、その説明は、特に必要がなければ繰り返さない。
【００２３】
（実施の形態１）
図１に示すように、本実施の形態１に係る処理装置１は、反応管５と、反応管５の底壁に形成された開口部の内部に設置された回転可能なサセプタ３と、反応管５の内部に反応ガスを供給するための反応ガス供給部材９と、反応管５の内部から反応処理に用いられた後の反応ガスや雰囲気ガスなどを外部に排気するための排気部材１１とを備える。さらに、処理装置１は、サセプタ３上に搭載される処理対象物である基板１５を加熱するためのヒータ７と、サセプタ３を回転させるための駆動部材であるモータ２０とを備える。
【００２４】
反応管５はたとえば石英などの材料からなり、反応ガスが流れる方向に対して垂直な方向における断面形状がたとえば矩形状となっている。サセプタ３はその平面形状が円形状であり、当該サセプタ３の上部表面には基板１５を搭載するための搭載用凹部１３が複数形成されている。搭載用凹部１３の数は、たとえば３つ、４つ、あるいは５個以上といった任意の数を採用できる。また、搭載用凹部１３の配置は、サセプタ３の中央部に対して対称となるように配置されていてもよいし、複数の搭載用凹部１３の間の距離が等間隔となるように配置されていてもよい。
【００２５】
サセプタ３の裏面側の中央部には回転軸１７が接続されている。回転軸１７の下端は、モータ２０とジョイント１９を介して接続されている。このモータ２０によって発生した駆動力は、ジョイント１９および回転軸１７を介してサセプタ３に伝達される。サセプタ３と回転軸１７との接続部の構造は、任意の構造とすることができる。たとえば、サセプタ３と回転軸１７とをろう材などによって接合する、あるいはサセプタ３と回転軸１７との対向する部分において、サセプタ３もしくは回転軸１７のいずれか一方に凸部を設け、他方に当該凸部と対応する凹部または凸部（たとえば、上記凸部と側面が接触することにより回転軸１７の回転がサセプタ３へ伝達されるようになっている凹部または凸部）を設け、当該凸部と凹部、あるいは凸部と凸部とが噛み合うことにより回転軸１７の回転をサセプタ３に伝達するようにしてもよい。つまり、サセプタ３と回転軸１７との接続部は、回転軸１７の回転力をサセプタ３へ伝達することができればよく、サセプタ３と回転軸１７とが固着されていなくてもよい。
【００２６】
サセプタ３の外周部の下面には、サセプタとともに回転可能なフレーム２３が設置されている。回転可能なフレーム２３を支持するため、フレーム２３がサセプタ支持部２１と接触する面において、サセプタ支持部２１との摩擦が小さくなるような研磨を施してもよい。あるいは粉体や粒子状の物質により、フレーム２３とサセプタ支持部２１との接触面における摩擦を小さくする処理を施してもよい。サセプタ支持部２１の下側には、サセプタ支持部２１を固定する架台２２が設置されている。架台２２は図示しない処理装置１のベース部材もしくは他の固定された部材に接続固定されている。なお、フレーム２３、サセプタ支持部２１、架台２２はたとえばセラミック材料を用いて形成することが好ましい。このようにすれば、ヒータ７の発生する熱による軟化を抑制することができる。
【００２７】
サセプタ３は回転軸１７を軸として回転するが、たとえばサセプタ３の外周部に設置されたフレーム２３の外周部と、反応管５の開口部の端部との間には隙間が存在する。この隙間が広くなると、当該隙間に反応管５の内部を流れる反応ガスが漏洩することがある。このため、隙間を形成する反応管５の端部の壁面や、フレーム２３の外周側面が面する領域に反応ガスが漏洩し、反応管５の端部の壁面や、フレーム２３の外周側面に反応生成物や分解生成物が付着して異常成長することがある。したがって、上記隙間を極力狭くすることにより、上記の反応生成物や分解生成物が極力成長しない構成とするが好ましい。これゆえに、サセプタ３の平面形状は円形状であることが好ましい。サセプタ３の平面形状が円形状であれば、サセプタ３が回転軸１７を軸として回転しても、サセプタ３（フレーム２３）の外周面と反応管５の開口部の端部との間の隙間を、サセプタ３の外周面における位置に関係なくほぼ一定にすることができる。このため、当該隙間を小さくすることができる。
【００２８】
上記のように、サセプタ３の平面形状が円形状であるため、サセプタ支持部２１および架台２２についても、たとえば主表面であるサセプタ支持部２１と架台２２とのそれぞれが互いに対向する表面の平面形状が円形状であることが好ましい。ただし、サセプタ支持部２１および架台２２は、サセプタ３の外周部に設置されたフレーム２３を支持する部材であるため、サセプタ支持部２１および架台２２は、平面形状における中央部の領域に空洞を有する円環状であることが好ましい。言い換えれば、サセプタ支持部２１および架台２２を、それぞれサセプタ支持部２１および架台２２の主表面に垂直な方向から見た平面形状は円環状である。このようにすれば、サセプタ支持部２１および架台２２が、回転軸１７やジョイント１９、モータ２０と干渉することを避けることができる。
【００２９】
図１および図２に示すように、サセプタ支持部２１が架台２２と対向する表面には溝２１ａが形成されている。また、図１および図５に示すように、架台２２がサセプタ支持部２１と対向する表面には突出部２２ａが形成されている。また、サセプタ支持部２１が架台２２と対向する表面には凹部２１ｂが形成されている。凹部２１ｂは、上述した溝２１ａの底壁の一部に形成された凹部である。さらに、架台２２がサセプタ支持部２１と対向する表面には凸部２２ｂが形成されている。この凸部２２ｂは、上述した突出部２２ａの上部表面の一部が突出した部分である。図２からわかるように、サセプタ支持部２１に形成された凹部２１ｂは、平面視が円環状の溝２１ａに沿った方向において互いに同じ間隔を隔てて配置されている。また、架台２２に形成された凸部２２ｂは、上記凹部２１ｂと対向する位置、すなわち平面視が円環状の突出部２２ａに沿った方向において互いに同じ間隔を隔てて配置されている。ただし、図１と図２とを対比すれば、本来図２の断面図には凸部２２ｂが含まれるべきといえるが、図を見やすくするため、図２では凸部２２ｂを記載していない。
【００３０】
架台２２に形成された突出部２２ａは、サセプタ支持部２１に形成された溝２１ａに挿入することができる。また、架台２２に形成された凸部２２ｂは、サセプタ支持部２１に形成された凹部２１ｂに挿入することができる。凹部２１ｂおよび凸部２２ｂの数は、たとえば３つ、４つ、あるいは５個以上といった任意の数を採用できる。図１、図２、図５ではこれらが３つ存在する場合について例示している。また、凹部２１ｂおよび凸部２２ｂの配置は、サセプタ３の中央部に対して対称となるように配置されていてもよいし、図示したように複数の凹部２１ｂおよび凸部２２ｂの間の距離が等間隔となるように配置されていてもよい。
【００３１】
上述したように、サセプタ支持部２１が架台２２と対向する表面、および架台２２がサセプタ支持部２１と対向する表面とは、たとえばその平面形状が円環状である。この場合、当該互いに対向するサセプタ支持部２１および架台２２の主表面に形成された溝２１ａおよび突出部２２ａの平面形状は上述のように円環状であることが好ましい。言い換えれば、溝２１ａおよび突出部２２ａを、それぞれサセプタ支持部２１および架台２２の主表面に垂直な方向から見た平面形状は円環状である。
【００３２】
サセプタ支持部２１は本来、サセプタ３とともに回転しない構成となっている。しかし、サセプタ３およびフレーム２３が回転軸１７を軸として回転すると、フレーム２３と間接的に接続しているサセプタ支持部２１は、サセプタ３が回転する方向に力を加えられ、その位置がサセプタ３の回転方向に移動する可能性がある。そこで、このような現象を抑制し、サセプタ支持部２１がサセプタ３の回転に伴い移動する可能性を低減するため、サセプタ支持部２１を、ベース部材などに接続固定された架台２２に固定することが好ましい。そこで凹部２１ｂおよび凸部２２ｂを互いに嵌合することにより、サセプタ支持部２１を架台２２に固定することができる。凹部２１ｂに凸部２２ｂを挿入すれば、サセプタ支持部２１の内部の領域のうち、凹部２１ｂが形成された領域以外の領域はサセプタ支持部２１を形成する材質で充填されている。したがって、サセプタ支持部２１に、サセプタ３の外周部分と同様に回転軸１７を軸として回転しようとする力が加わっても、凹部２１ｂに嵌合された凸部２２ｂは凹部２１ｂを形成する一の表面と干渉する（当該凹部２１ｂの一の表面が凸部２２ｂの移動に対する障壁となる）。このため、凹部２１ｂが形成されたサセプタ支持部２１は回転運動を起こさず、架台２２と同様にベース部材などに固定された状態を保つことができる。以上のように、凹部２１ｂおよび凸部２２ｂは、サセプタ支持部２１の位置を架台２２に対して固定する役割を有する。
【００３３】
一方、溝２１ａおよび突出部２２ａは、凹部２１ｂおよび凸部２２ｂと同様に、溝２１ａに突出部２２ａが挿入することにより、サセプタ支持部２１の位置を架台２２に対して決定する役割を有する（なお、サセプタ３の中心から外側へ向かう径方向におけるサセプタ支持部２１の移動を規制する役割も有する）。ただし、溝２１ａおよび突出部２２ａは、平面形状が円環状であるため、これらを嵌合させた状態（上記凹部２１ｂおよび凸部２２ｂが形成されていない状態）でたとえばサセプタ支持部２１にサセプタ３の外周部分と同様に回転軸１７を軸として回転しようとする力が加われば、突出部２２ａの動作は溝２１ａを形成する一の表面を障壁として干渉されることがなく、円環状の溝２１ａに沿って回転を始める。このため、溝２１ａおよび突出部２２ａのみでは、凹部２１ｂおよび凸部２２ｂのように、サセプタ支持部２１の回転を拘束することはできない。ゆえに、凹部２１ｂおよび凸部２２ｂの形成が重要となる。したがって、凹部２１ｂおよび凸部２２ｂの形成により、サセプタ支持部２１を架台２２に対して確実に固定することが可能であれば、溝２１ａおよび突出部２２ａの構成を省略してもよい。
【００３４】
しかし、処理装置１を用いて基板１５に対して処理を行なう際には、ヒータ７を用いてサセプタ３をたとえば１０００℃以上の温度に加熱する。このように高温に加熱するため、サセプタ支持部２１および架台２２にもサセプタ３の熱が伝播し、高温に加熱される可能性がある。この場合、たとえばサセプタ支持部２１の加熱に起因して、凹部２１ｂに熱応力が集中する可能性がある。ところが、ここでサセプタ支持部２１の主表面に沿った円環状の溝２１ａを設けることにより、発生した熱応力をサセプタ支持部２１に均等に分散させることができる。このため、溝２１ａを設けることにより、たとえば凹部２１ｂの一部に熱応力が集中したとしても、当該溝２１ａを設けない場合よりも、熱応力の集中を抑制することができる。したがって、凹部２１ｂの一部分における熱応力の集中に起因する部材の変形や破損の発生する可能性を低減することができる。
【００３５】
ただし、たとえば図２に示すように、凹部２１ｂは、サセプタ支持部２１の架台２２と対向する表面を当該表面に垂直な方向から見たときに、溝２１ａに重畳するように形成されている。したがって、図４に示す凹部２１ｂの深さＤ２は、図３に示す溝２１ａの深さＤ１よりも深いことが好ましい。なお、ここで深さとは、サセプタ支持部２１の架台２２と対向する表面に垂直な方向における深さを意味する。このようにすれば、たとえば図６の断面図に示す凹部２１ｂの延びる方向における側面３１ｅまたは側面３１ｆが、凹部２１ｂに挿入された凸部２２ｂの延びる方向における側面２２ｃ（図５参照）と干渉する。このため、凹部２１ｂおよび凸部２２ｂが、サセプタ支持部２１を架台２２に対して回転しないよう固定することが可能となる。
【００３６】
また、図１、図２、図５に示すように、凹部２１ｂおよび凸部２２ｂは、サセプタ３の中心から外周側へ向かう径方向に対して交差する方向に延びるように形成されている。すなわち、たとえば図２に示すように、凹部２１ｂは、サセプタ支持部２１の架台２２と対向する表面において、空洞を有する中心側から円環の外周部に向かう径方向に交差する（たとえば垂直な）方向に延びる（長手方向を有する）ように形成されている。言い換えれば、凹部２１ｂは、サセプタ支持部２１の架台２２と対向する表面において、溝２１ａの円環形状の延在方向に沿った方向に延びる（長手方向を有する）ように形成されている。また、たとえば図５に示すように、凸部２２ｂは、凹部２１ｂと同様に、空洞を有する中心側から円環の外周部に向かう径方向に交差する（たとえば垂直な）方向に延びる（長手方向を有する）ように形成されている。言い換えれば、凸部２２ｂは凹部２１ｂと同様に、突出部２２ａの円環形状の延在方向に沿った方向に延びる（長手方向を有する）ように形成されている。
【００３７】
凹部２１ｂは、図２および図６に示すように、溝２１ａの内部において、溝２１ａの円環形状の延在方向に沿った方向に延びるように形成されている。凸部２２ｂは、凹部２１ｂに対向して挿入されるため、突出部２２ａの円環形状の延在方向に沿った方向に延びるように形成されている。上述したように、凹部２１ｂの深さＤ２の方が、溝２１ａの深さＤ１よりも深い場合、凹部２１ｂに凸部２２ｂが、溝２１ａに突出部２２ａが挿入されるため、図５に示すように、凸部２２ｂの高さＨ２の方が、突出部２２ａの高さＨ１よりも高い方が好ましい。ここで高さとは、架台２２のサセプタ支持部２１と対向する表面に垂直な方向における高さを意味する。
【００３８】
また、図１〜図５に示すように、本実施の形態１における凹部２１ｂの延びる方向（溝２１ａの円環形状の延在方向に沿った方向）に対して垂直な方向を示す側面３１ｃ、側面３１ｄの形状や、当該垂直な方向における凹部２１ｂの断面形状は矩形状であることが好ましい。凹部２１ｂが矩形状である場合、凹部２１ｂに挿入される凸部２２ｂについても、延びる方向（突出部２２ａの円環形状の延在方向に沿った方向）に対して垂直な方向を示す側面２２ｃの形状や、当該垂直な方向における凸部２２ｂの断面形状は矩形状であることが好ましい。このようにすれば、凸部２２ｂを凹部２１ｂに対して容易に挿入することが可能となる。また同様に、溝２１ａの延びる方向に対して垂直な方向における溝２１ａの断面形状や、突出部２２ａの延びる方向に対して垂直な方向における突出部２２ａの断面形状についても、矩形状であることが好ましい。
【００３９】
ここで、上記処理装置１の動作を簡単に説明する。処理装置１においては、基板１５をサセプタ３の搭載用凹部１３に配置する。そして、基板１５が搭載されたサセプタ３を反応管５の底壁に形成された開口部に回転可能に設置した後、反応管５の内部を所定の圧力に設定する。当該圧力の設定は、たとえば排気部材１１により反応管５の内部から雰囲気ガスを排気することにより行なってもよい。そして、反応管５の内部が所定の設定圧力になった後、ヒータ７を動作させることによりサセプタ３を介して基板１５を所定の温度（処理温度）に加熱する。このとき、同時にモータ２０を駆動させることにより、ジョイント１９および回転軸１７を介してサセプタ３を回転させる。基板１５の温度が処理温度となった状態で、反応ガス供給部材９から反応管５の内部に反応ガスを所定量供給する。この状態で、基板１５と対向する領域において反応ガスが分解し、基板１５の表面に反応ガスの成分を原料とする膜（たとえば窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる膜）が形成される。なお、成膜反応に用いられた後のガスは排気部材１１によって反応管５の内部から排気される。このようにして、基板１５の表面に所定の膜を形成することができる。
【００４０】
上述した処理装置１においては、基板１５に対して上記のような成膜処理を行なうとき、上述したように、ヒータ７によりサセプタ３を１０００℃以上の高温に加熱する。このため、サセプタ３の加熱に伴い、サセプタ３の熱がサセプタ支持部２１にも伝播するため、サセプタ支持部２１も昇温する。ここで、サセプタ支持部２１は、たとえばサセプタ支持部２１の架台２２と対向する表面や、図２に示す断面図において、サセプタ支持部２１の中央部の空洞を有する領域から、ほぼ同心円状に熱分布が形成される。すなわち、サセプタ支持部２１の中央部の空洞に近い領域は、サセプタ３に近いため高温に、サセプタ支持部２１の外周部に近い領域は、サセプタ３から離れているため低温になるよう、同心円状に近い等温線が形成されるような温度分布となる。
【００４１】
ただし、図１に示すように、サセプタ支持部２１は、フレーム２３の外周部に接触する領域と、架台２２に対向する表面に近い領域とからなる、Ｌ字型の形状を有しているが、上述した温度分布は、後者の架台２２に対向する表面に近い、溝２１ａや凹部２１ｂが形成された領域の近傍についての温度分布である。
【００４２】
このとき、凹部２１ｂを溝２１ａが延びる円環形状に沿った方向に延びる形状とすることにより、図４の断面図における、凹部２１ｂを形成する側面３１ｃ、３１ｄと、図４における凹部２１ｂの天井部（底壁）に当たる面との接合部３１ａと接合部３１ｂとの温度差が小さくなる。これは、図４の断面図において紙面に交差する方向に凹部２１ｂが延びるために、凹部２１ｂが紙面に沿った方向（径方向）に延びる場合より、接合部３１ａと接合部３１ｂとの距離（図４における左右方向）が小さくなるためである。接合部３１ａと接合部３１ｂとを結ぶ方向（図４における左右方向）は、図２におけるサセプタ支持部２１の中心から外周側へ向かう径方向であり、処理装置１を動作させたときのサセプタ支持部２１の温度分布の勾配方向にほぼ一致する。したがって、接合部３１ａと接合部３１ｂとの距離が短くなれば、接合部３１ａと接合部３１ｂとの温度差が小さくなる。また、凹部２１ｂのたとえば側面３１ｃと側面３１ｄとの温度差も小さくなる。また、たとえば図２の凹部２１ｂの長手方向である、溝２１ａの延びる方向に沿った方向は、サセプタ支持部２１の等温線にほぼ沿った方向となる。このため、長手方向における凹部２１ｂの一の側面と他の側面との接合部における温度差が小さくなる。以上により、凹部２１ｂを溝２１ａの延びる方向に沿った方向に延在するよう形成すれば、凹部２１ｂ全体における温度差を小さくすることができるため、凹部２１ｂのたとえば接合部における熱応力の集中を抑制することができる。その結果、凹部２１ｂのたとえば接合部を起点とする変形や破損が起こる可能性を低減することができる。
【００４３】
処理装置１として以上に述べたサセプタ支持部２１を用いて、ヒータ７を用いて加熱を行なう処理を行なうことにより、当該凹部２１ｂには、上述した従来の切り欠き形状を有するサセプタ支持部の、当該切り欠き形状における最大の熱応力の約１／３の熱応力が発生していることが確認できた。このことから、本実施の形態におけるサセプタ支持部２１を用いれば、凹部２１ｂに加わる熱応力を大幅に緩和させることができるといえる。
【００４４】
なお、上述した実施の形態では、凸部２２ｂを突出部２２ａの上部表面に形成したが、当該凸部２２ｂは突出部２２ａの側壁上に形成してもよい。また、当該凸部２２ｂを、突出部２２ａの上部表面および側壁の両方に形成してもよい。
【００４５】
（実施の形態２）
図７〜図１１に示すように、本実施の形態２に係る処理装置１は、図１〜図５に示した本実施の形態１に係る処理装置１と基本的に同様の構造を備える。しかし、本実施の形態２における凹部２１ｂの延びる方向（溝２１ａの円環形状の延在方向に沿った方向）に対して垂直な方向における凹部２１ｂの断面形状は三角形状である。同様に、凹部２１ｂが三角形状である場合、凹部２１ｂに挿入される凸部２２ｂについても、延びる方向（突出部２２ａの円環形状の延在方向に沿った方向）に対して垂直な方向での側面２２ｃ（図１１参照）の形状や、当該垂直な方向における凸部２２ｂの断面形状は三角形状であることが好ましい。このようにすれば、凸部２２ｂを凹部２１ｂに対して容易に挿入することが可能となる。また同様に、溝２１ａの延びる方向に対して垂直な方向における溝２１ａの断面形状や、突出部２２ａの延びる方向に対して垂直な方向における突出部２２ａの断面形状についても、三角形状であることが好ましい。以上に示すように、本実施の形態２に係る処理装置１は、本実施の形態１に係る処理装置１に対して、凹部２１ｂ、凸部２２ｂ、溝２１ａ、突出部２２ａの断面形状が三角形状である点において異なる。
【００４６】
図７〜図１０に示す溝２１ａおよび凹部２１ｂは、それぞれサセプタ支持部２１の架台２２に対向する表面から一定の深さの領域において、当該表面に対して垂直に交差する三角形を、サセプタ支持部２１の円環形状に沿った方向に平行移動することにより削り取られる形状を呈している。また、図１１に示す突出部２２ａおよび凸部２２ｂについても同様に、架台２２のサセプタ支持部２１に対向する表面上に、当該表面に対して垂直に交差する三角形を、架台２２の円環形状に沿った方向に平行移動することによる当該三角形の軌跡となる形状を呈している。
【００４７】
この場合においても、凹部２１ｂおよび凸部２２ｂは、サセプタ支持部２１を架台２２に対して固定する役割を有する。したがって、図１０に示す凹部２１ｂの深さＤ４は、図９に示す溝２１ａの深さＤ３よりも深いことが好ましい。この場合、凹部２１ｂに凸部２２ｂが、溝２１ａに突出部２２ａが挿入されるため、図１１に示すように、凸部２２ｂの高さＨ４の方が、突出部２２ａの高さＨ３よりも高い方が好ましい。
【００４８】
この場合においても、凹部２１ｂおよび凸部２２ｂは、それぞれサセプタ支持部２１の溝２１ａがなす円環形状に沿った方向、および架台２２の突出部２２ａがなす円環形状に沿った方向に延びる形状を有する。このため、本実施の形態１と同様に、たとえば図１０における凹部２１ｂの三角形状を形成する側面３３ｂと側面３３ｃとの距離（図１０における左右方向）は、全体的に短くなる。図１０における左右方向は、サセプタ支持部２１が昇温した際における温度分布の勾配方向である。また、図１０において紙面に交差する方向に延在する、側面３３ｂと側面３３ｃとの接合部３３ａの延びる方向は、サセプタ支持部２１が昇温した際における等温線の延びる方向に沿っている。したがって、凹部２１ｂを溝２１ａの延びる方向に沿った方向に延在するよう形成すれば、凹部２１ｂ全体における温度差を小さくすることができるため、凹部２１ｂのたとえば接合部３３ａにおける熱応力の集中を抑制することができる。その結果、凹部２１ｂのたとえば接合部３３ａを起点とする変形や破損が起こる可能性を低減することができる。
【００４９】
なお、サセプタ支持部２１に形成される凹部２１ｂ、架台２２に形成される凸部２２ｂの形状として、本実施の形態１における矩形状と、本実施の形態２における三角形状とを組み合わせた、図１２および図１３に示す五角形状のものを用いてもよい。この場合においても、凹部２１ｂおよび凸部２２ｂの延びる方向を溝２１ａ、突出部２２ａの延びる方向に沿った方向となるよう形成すれば、上述した各実施の形態における凹部２１ｂ、凸部２２ｂと同様の効果を奏する。その他、凹部２１ｂおよび凸部２２ｂの断面形状としては、任意の形状を用いることができる。また、凹部２１ｂおよび凸部２２ｂの断面形状としていかなる形状を用いた場合においても、溝２１ａ、突出部２２ａの断面形状として矩形状、三角形状のいずれも用いることができる。
【００５０】
本発明の実施の形態２は、以上に述べた各点についてのみ、本発明の実施の形態１と異なる。すなわち、本発明の実施の形態２について、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て本発明の実施の形態１に順ずる。
【００５１】
（実施の形態３）
図１４〜図１８に示すように、本実施の形態３に係る処理装置１は、図１〜図５に示した本実施の形態１に係る処理装置１と基本的に同様の構造を備える。しかし、本実施の形態３における凹部２１ｂの延びる方向（溝２１ａの円環形状の延在方向に沿った方向）に対して垂直な方向における凹部２１ｂの断面形状はアーチ型形状である。なお、ここではアーチ型形状とは、球面形状や放物線形状などの曲線形状と定義する。同様に、凹部２１ｂがアーチ型形状である場合、凹部２１ｂに挿入される凸部２２ｂについても、延びる方向（突出部２２ａの円環形状の延在方向に沿った方向）に対して垂直な方向での側面２２ｃ（図１８参照）の形状や、当該垂直な方向における凸部２２ｂの断面形状はアーチ型形状であることが好ましい。このようにすれば、凸部２２ｂを凹部２１ｂに対して容易に挿入することが可能となる。また同様に、溝２１ａの延びる方向に対して垂直な方向における溝２１ａの断面形状や、突出部２２ａの延びる方向に対して垂直な方向における突出部２２ａの断面形状についても、アーチ型形状であることが好ましい。以上に示すように、本実施の形態３に係る処理装置１は、本実施の形態１に係る処理装置１に対して、凹部２１ｂ、凸部２２ｂ、溝２１ａ、突出部２２ａの断面形状がアーチ型形状である点において異なる。
【００５２】
図１４〜図１７に示す溝２１ａおよび凹部２１ｂは、それぞれサセプタ支持部２１の架台２２に対向する表面から一定の深さの領域において、当該表面に対して垂直に交差するアーチ型形状の図形を、サセプタ支持部２１の円環形状に沿った方向に平行移動することにより削り取られる形状を呈している。また、図１１に示す突出部２２ａおよび凸部２２ｂについても同様に、架台２２のサセプタ支持部２１に対向する表面上に、当該表面に対して垂直に交差するアーチ型形状の図形を、架台２２の円環形状に沿った方向に平行移動することによる当該アーチ型形状の軌跡となる形状を呈している。
【００５３】
この場合においても、凹部２１ｂおよび凸部２２ｂは、サセプタ支持部２１を架台２２に対して固定する役割を有する。したがって、図１７に示す凹部２１ｂの深さＤ６は、図１６に示す溝２１ａの深さＤ５よりも深いことが好ましい。この場合、凹部２１ｂに凸部２２ｂが、溝２１ａに突出部２２ａが挿入されるため、図１１に示すように、凸部２２ｂの高さＨ６の方が、突出部２２ａの高さＨ５よりも高い方が好ましい。
【００５４】
実施の形態３においては凹部２１ｂの側面３３ｂが曲面であるため、たとえば接合部３３ａのような熱応力の集中が起こりやすい領域が存在しない。しかしこの場合においても、サセプタ支持部２１の主表面に沿った円環状の溝２１ａを設けることにより、発生した熱応力をサセプタ支持部２１に均等に分散させることができる。このため、溝２１ａを設けることにより、たとえば凹部２１ｂの一部に熱応力が集中したとしても、当該溝２１ａを設けない場合よりも、熱応力の集中を抑制することができる。したがって、凹部２１ｂの一部分における熱応力の集中に起因する部材の変形や破損の発生する可能性を低減することができる。
【００５５】
本発明の実施の形態３は、以上に述べた各点についてのみ、本発明の実施の形態１と異なる。すなわち、本発明の実施の形態３について、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て本発明の実施の形態１に順ずる。
【００５６】
（比較例）
図１９〜図２０に示すように、本比較例に係る処理装置２は、図１〜図５に示した本実施の形態１に係る処理装置１と基本的に同様の構造を備える。しかし、処理装置２における凹部２１ｂは、溝２１ａと一部が重なるとともに、溝２１ａの円環形状の延在方向に交差する、たとえば当該延在方向に対して垂直な方向に延びるように形成されている。凸部２２ｂは、凹部２１ｂに対向して挿入されるため、突出部２２ａの円環形状の延在方向に交差する方向に延びるように形成されている。以上の点においてのみ、処理装置２は本実施の形態１に係る処理装置１と異なる。
【００５７】
処理装置２に対して本実施の形態１に係る処理装置１と同様の処理を行なった場合、サセプタ支持部２１の加熱により、凹部２１ｂには、上述した従来の切り欠き形状を有するサセプタ支持部の、当該切り欠き形状における最大の熱応力とほぼ同様の熱応力が発生することが確認できる。このことから、本比較例の形態におけるサセプタ支持部２１を用いても、凹部２１ｂに加わる熱応力の緩和は不十分であるといえる。
【００５８】
これは以下の理由によると考えられる。処理装置２においてはサセプタ３の加熱によりサセプタ支持部２１を昇温すると、処理装置１のサセプタ支持部２１と同様にほぼ同心円状に熱分布が形成される。
【００５９】
このとき、処理装置２においては凹部２１ｂを溝２１ａが延びる円環形状に交差する方向、すなわち等温線に交差する方向に延びるように形成している。したがって、凹部２１ｂの延びる方向において対向する１対の側面間の温度差が大きくなる。また、温度分布の勾配方向に沿った方向に凹部２１ｂが延在するため、凹部２１ｂの延びる方向に延在する一の側面と他の側面との接合部において温度差が大きくなる。このため、長手方向における凹部２１ｂの一の側面と他の側面との接合部における温度差が大きくなる。以上により、凹部２１ｂを溝２１ａの延びる方向に交差する方向に延在するよう形成すれば、凹部２１ｂ全体における温度差が大きくなるため、凹部２１ｂのたとえば接合部における熱応力の集中を抑制することが困難となると考えられる。このことからも、すでに説明したホン発明の実施の形態に示すように、凹部２１ｂおよび凸部２２ｂを、サセプタの中心から外周側へ向かう径方向に対して交差する方向（つまり等温線に沿った方向）に延びるように形成することが好ましいことがわかる。
【００６０】
以上のように本発明の各実施の形態について説明を行なったが、今回開示した各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、成膜を行なう半導体製造装置において、基板の処理における加熱を行なう際の、処理対象物を保持する部材における熱応力の集中を抑制する技術として、特に優れている。
【符号の説明】
【００６２】
１，２  処理装置、３  サセプタ、５  反応管、７  ヒータ、９  反応ガス供給部材、１１  排気部材、１３  搭載用凹部、１５  基板、１７  回転軸、１９  ジョイント、２０  モータ、２１  サセプタ支持部、２１ａ  溝、２１ｂ  凹部、２２  架台、２２ａ  突出部、２２ｂ  凸部、２２ｃ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ，３１ｆ，３３ｂ，３３ｃ  側面、２３  フレーム、３１ａ，３１ｂ，３３ａ  接合部。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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