(57)【要約】      （修正有）【課題】作業性が高く、量産が可能な、フラックスを用いた液相法による結晶基板の製造装置を提供する。【解決手段】例えば、種基板２０としてサファイア基板を用い、融液３０にガリウム及びナトリウムを含ませ、さらに窒素ガスを供給することによって、種基板２０上に結晶基板４０として窒化ガリウム基板が形成される結晶基板の製造装置において、上方に向けて開口する坩堝１０の上方端部１０ａに載置可能なフランジ部１０１と、該フランジ部１０１に固定されると共に上記フランジ部１０１が上記坩堝１０の上方端部１０ａに載置された場合に上記坩堝１０内の融液３０に浸漬されるアーム部１０２と、該アーム部１０２に形成されると共に上記融液３０に浸漬される種基板２０が係合される係合部１０３，１０４とを備えており、フランジ部を坩堝の上方端部へ載置、離間させることにより、融液への種基板の浸漬、引き上げを作業性よく行うことができる。【選択図】図３
2010180085.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上方に向けて開口する坩堝の上方端部に載置可能なフランジ部と、
該フランジ部に固定されると共に前記フランジ部が前記坩堝の上方端部に載置された場合に前記坩堝内の融液に浸漬されるアーム部と、
該アーム部に形成されると共に前記融液に浸漬される種基板が係合される係合部と
を備えることを特徴とする基板ホルダ。
【請求項２】
前記係合部として、
前記種基板が傾斜状態で係合可能な第１係合部と、
前記種基板が水平状態で係合可能な第２係合部と
を備えることを特徴とする請求項１記載の基板ホルダ。
【請求項３】
前記第１係合部を複数備えることを特徴とする請求項２記載の基板ホルダ。
【請求項４】
前記フランジ部は、前記坩堝の上方端部に載置された際に、前記坩堝の側壁よりも水平方向に突出する形状を有することを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の基板ホルダ。
【請求項５】
前記フランジ部は、上方から前記坩堝内部に配管を挿通可能な貫通孔を備えることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の基板ホルダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧及び加熱された処理容器の内部に載置された坩堝内において融液に浸漬される種基板を支持する基板ホルダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、パワー半導体として窒化ガリウムを用いることが提案されている。そして、このような窒化ガリウムの製造方法としては、例えば、種基板を原料気体中に晒すことによって種基板上に窒化ガリウムの結晶体からなる結晶基板を形成する気相法と、種基板を原料融液中に浸漬することによって種基板上に窒化ガリウムの結晶体からなる結晶基板を形成する液相法が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、液相法によって窒化ガリウムの結晶体からなる結晶基板を形成する方法が提案されている。
この特許文献１では、密閉性耐圧耐熱容器内の坩堝中にガリウムとフラックスとして作用するナトリウムとを含む融液を入れ、この融液中に種基板を浸漬することによって上記結晶基板を製造している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２６３６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、窒化ガリウムの製造は、現在のところ実験室レベルで行われており、窒化ガリウムを大量に製造することは考慮されていない。このため、今後は窒化ガリウムを量産可能とする方法の提案が必要となる。
【０００６】
例えば、特許文献１に開示された製造方法及び製造装置においては、密閉性耐圧耐熱容器の上部に設けられた蓋部を開放し、開放された密閉性耐圧耐熱容器の上部から内部に種基板が入った坩堝を出し入れしている。ところが、密閉性耐圧耐熱容器の上部から内部に種基板が入った坩堝を出し入れする場合には、密閉性耐圧耐熱容器の側壁に囲まれた狭い空間に対して坩堝を出し入れする必要があり、極めて作業性が悪い。
また、一般的に密閉性耐圧耐熱容器の内部に窒素を供給するための配管等は、上方から密閉性耐圧耐熱容器に挿入されている。このため、密閉性耐圧耐熱容器の上部を開放可能とするためには、上記配管等の形状や材質を考慮する必要が生じる。
【０００７】
なお、このような問題は、加圧及び加熱された処理容器（密閉性耐圧耐熱容器）の内部に載置された坩堝内において種基板を融液に浸漬することによって種基板上に結晶基板を形成する方法を用いる場合に発生するものであり、窒化ガリウム基板を製造する場合における特有の問題では必ずしもない。ただし、上記問題は、上記液相法のように取り扱いに注意を要するナトリウム等を用いる窒化ガリウム基板を製造するにあたり特に顕著に現れるものである。  
【０００８】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、加圧及び加熱された処理容器の内部に載置された坩堝内において種基板を融液に浸漬することによって種基板上に結晶基板を形成する際の作業性を向上させて結晶基板の量産を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
【００１０】
第１の発明は、基板ホルダであって、上方に向けて開口する坩堝の上方端部に載置可能なフランジ部と、該フランジ部に固定されると共に上記フランジ部が上記坩堝の上方端部に載置された場合に上記坩堝内の融液に浸漬されるアーム部と、該アーム部に形成されると共に上記融液に浸漬される種基板が係合される係合部とを備えるという構成を採用する。
【００１１】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記係合部として、上記種基板が傾斜状態で係合可能な第１係合部と、上記種基板が水平状態で係合可能な第２係合部とを備えるという構成を採用する。
【００１２】
第３の発明は、上記第２の発明において、上記第１係合部を複数備えるという構成を採用する。
【００１３】
第４の発明は、上記第１〜第３いずれかの発明において、上記フランジ部が、上記坩堝の上方端部に載置された際に、上記坩堝の側壁よりも水平方向に突出する形状を有するという構成を採用する。
【００１４】
第５の発明は、上記第１〜第４いずれかの発明において、上記フランジ部が、上方から上記坩堝内部に配管を挿通可能な貫通孔を備えるという構成を採用する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、係合部に種基板を係合させた状態でフランジ部を坩堝の上方端部に載置することによって、種基板が坩堝内の融液に浸漬される。また、本発明によれば、フランジ部を坩堝の上方端部から上方に離間させることによって、係合部に係合された種基板が融液中から引き上げられる。
つまり、本発明によれば、フランジ部を坩堝の上方端部に載置させたり離間させることによって、種基板を坩堝内の融液に浸漬させたり融液から引き上げたりすることが可能となり、坩堝の側壁に囲まれた狭い領域に直接把持した種基板を入れたり、当該狭い領域から種基板を直接把持して取り出したりする必要がなくなるため作業性が向上する。
また、本発明の基板ホルダを坩堝から引き上げた場合には、融液は坩堝内に残り、浸漬後の種基板のみが坩堝内から引き上げられる。したがって、浸漬後の種基板の搬送に伴って融液を搬送させる必要がなくなり、取り扱いが容易となって作業性が向上する。
このように、本発明によれば、加圧及び加熱された処理容器の内部に載置された坩堝内において種基板を融液に浸漬することによって種基板上に結晶基板を形成する際の作業性を向上させて結晶基板の量産を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態における基板ホルダが用いられる基板製造装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態における基板ホルダが用いられる基板製造装置の動作を説明するための断面図である。
【図３】本発明の一実施形態における基板ホルダが坩堝に取り付けられた状態を示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態における基板ホルダの斜視図であり、種基板を３つ支持した状態を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態における基板ホルダの斜視図であり、種基板を１つ支持した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明に係る基板ホルダの一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１８】
図１は、本実施形態の基板ホルダ１００が用いられる基板製造装置１の概略構成を示す断面図である。
図１に示すように基板製造装置１は、図１に示すように、収容部５と反応容器６（処理容器）とが高さ方向に積み上げられた外形形状を有している。
【００１９】
反応容器６は、該反応容器６の外形を構成する略円筒形状の外容器６ａと、該外容器６ａの内部に支持部６ｃを介して収容支持されると共に断熱材からなる円筒形状の内容器６ｂとを備えている。
また、外容器６ａの底部６ａ１と内容器６ｂの底部６ｂ１によって構成されている反応容器６の底部６ｄが、容器本体に対して取り外し可能とされている。
【００２０】
なお、外容器６ａの底部６ａ１と容器本体とは、クラッチ構造６ｅによって連結可能とされており、外容器６ａの底部６ａ１を回転させることによって底部６ａ１の固定状態を変更することができる。そして、外容器６ａの底部６ａ１を容器本体に対して固定することによって反応容器６が密閉される。
【００２１】
このような反応容器６では、底部６ｄ上に坩堝１０が載置される。そして、坩堝１０が載置された状態で底部６ｄを容器本体に対して固定することによって、坩堝１０が反応容器６の内容器６ｂの内部に収容される。
【００２２】
また、内容器６ｂの内部にはヒータ７が設置されている。また、外容器６ａには、不図示の加圧装置が接続されている。そして、これらのヒータ７及び加圧装置によって反応容器６内を加熱及び加圧可能とされている。
【００２３】
収容部５は、中空の箱形状を有しており、反応容器６の下方に接続されている。そして、収容部５は、反応容器６の底部６ｄを収容可能な内部空間を有している。
この収容部５の内部には、反応容器６の底部６ｄと接続されると共に、底部６ｄを昇降及び回転させるための駆動装置８が設置されている。
そして、容器本体に対して固定されている反応容器６の底部６ｄは、駆動装置８によって回転されると共に下降されることによって、図２に示すように取り外されて収容部５に収容される。
【００２４】
また、基板製造装置１は、収容部５を介して外部装置（例えば搬送装置）に接続されている。そして、収容部５と外部装置との接続箇所には開閉可能な扉が設けられており、基板ホルダ１００が当該扉を介して基板製造装置１と外部装置との間を移動可能に構成されている。
【００２５】
また、基板製造装置１は、窒素ガス供給装置４を備える。窒素ガス供給装置４は、反応容器６内に載置された坩堝１０内に窒素ガスを供給すると共に収容部５に対して窒素ガスを供給するものである。
例えば、窒素ガス供給装置４は、図３に示すように、反応容器６を上方から貫通すると共に先端が坩堝１０に貯留する融液３０近傍に配置される配管４ａを介して坩堝１０内に窒素ガスを供給する。
【００２６】
続いて、本実施形態の基板ホルダ１００について詳細に説明する。
図３は、本実施形態の基板ホルダ１００が坩堝１０に対して取り付けられた状態を示す斜視図である。また、図４は、本実施形態の基板ホルダ１００の斜視図である。
これらの図に示すように、本実施形態の基板ホルダ１００は、フランジ部１０１と、アーム部１０２と、第１係合部１０３と、第２係合部１０４とを備えている。
【００２７】
フランジ部１０１は、上方に向けて開口する坩堝１０の上方端部１０ａに載置可能な円盤形状を有しており、その中央部が開口されている。
このフランジ部１０１は、坩堝１０の上方端部１０ａに載置された際に、図３に示すように、坩堝１０の側壁１０ｂよりも水平方向に坩堝１０近傍の外側に突出するように形状設定されている。
また、フランジ部１０１は、上方から坩堝１０内部に配管を挿通可能な貫通孔１０５を備えている。そして、図１に示すように、坩堝１０が反応容器６に収納された際には、窒素ガス供給装置４の配管４ａが貫通孔１０５を挿通して坩堝１０近傍内に挿入される。
【００２８】
アーム部１０２は、フランジ部１０１から下方に向けて設けられており、フランジ部１０１に固定されている。このアーム部１０２は、上方から見た際に坩堝１０の内径よりも狭い領域でかつ側方から見た際に坩堝の高さよりも低く形成されており、フランジ部１０１が坩堝１０の上方端部１０ａに載置された場合に、下部が坩堝１０内の融液３０に浸漬される。
【００２９】
第１係合部１０３は、アーム部１０２に形成されており、図３及び図４に示すように、種基板２０が傾斜状態で係合される。そして、この第１係合部１０３に種基板２０が係合されることによって種基板２０は、傾斜状態で支持される。
そして、本実施形態の基板ホルダにおいては、複数の第１係合部１０３が形成されており、３つの種基板２０が傾斜状態で支持可能とされている。
【００３０】
第２係合部１０４は、アーム部１０２に形成されており、図５に示すように、種基板２０が水平状態で係合される。そして、この第２係合部１０４に種基板２０が係合されることによって種基板２０は、水平状態で支持される。
【００３１】
なお、本発明における係合部は、本実施形態において第１係合部１０３及び第２係合部１０４によって構成されている。
【００３２】
このように構成された基板製造装置１においては、加圧及び加熱された反応容器６の内部に載置された坩堝１０内において種基板２０が融液３０に浸漬し、さらに融液３０に窒素ガスが供給されることによって種基板２０上に図３〜図５に示すように結晶基板４０が形成される。
そして、例えば、種基板２０として窒化ガリウム層を備えるサファイア基板を用い、融液３０にガリウム及びナトリウムを含ませ、さらに反応容器６内部において融液３０中に窒素ガスを供給することによって、種基板２０上に結晶基板４０として窒化ガリウム基板が形成される。
【００３３】
種基板２０上に結晶基板４０を形成する手順をより詳細に説明すると、まず基板製造装置１の外部において本実施形態の基板ホルダ１００に種基板２０が取り付けられる。
具体的には、２つあるいは３つの種基板２０を基板ホルダ１００に取り付ける場合には、第１係合部１０３に種基板２０を傾斜状態で係合させることによって種基板２０を取り付ける。また、単一の種基板２０の基板ホルダ１００に取り付ける場合には、第１係合部１０３あるいは第２係合部１０４に係合させることによって種基板２０を取り付ける。
なお、結晶基板４０の厚みを求められていない場合には、複数の種基板２０を第１係合部１０３に係合させることが好ましい。また、結晶基板４０の厚みが求められる場合には、単位部の種基板２０を第２係合部１０４に係合させることが好ましい。
【００３４】
続いて、駆動装置８によって反応容器６の底部６ｄが収容部５内に加工された状態で、例えばロボットアームによって基板ホルダ１００のフランジ部１０１を把持あるいは支持しながら、フランジ部１０１を坩堝１０の上方端部１０ａ上に載置する（図２において示す状態となる）。
この結果、基板ホルダ１００の下部が坩堝１０内の融液３０に浸漬され、種基板２０が融液３０に浸漬される。なお、ここでは、融液３０が必ずしも存在する必要はなく、溶融することによって融液３０となる固体材料が融液３０の代わりに坩堝１０内に配置されていても良い。
【００３５】
続いて底部６ｄが駆動装置８によって上昇及び回転されて容器本体に取り付けられると共に固定される。これによって、坩堝１０が基板ホルダ１００と共に反応容器６の内部に配置される（図１において示す状態）。
【００３６】
このように坩堝１０が反応容器６の内部に配置されると、ヒータ７及び加圧装置によって反応容器６の内部が加圧及び加熱状態とされる。
さらに、窒素ガス供給装置４から配管４ａを介して、坩堝１０内の融液３０近傍に窒素ガスが供給される。
この結果、融液３０に窒素ガスが溶け込み、このような融液３０に浸漬された種基板２０の表面に結晶基板４０が徐々に形成される。
【００３７】
このようにして種基板２０の表面に結晶基板４０が形成されると、駆動装置８によって、底部６ｄが下降及び回転されて容器本体から取り外される。そして、底部６ｄ上に載置された坩堝１０に取り付けられた基板ホルダ１００がロボットアーム等によって収容部５の外部に取り出される。
【００３８】
以上のような本実施形態の基板ホルダ１００によれば第１係合部１０３あるいは第２係合部１０４に種基板２０を係合させた状態でフランジ部１０１を坩堝１０の上方端部１０ａに載置することによって、種基板２０が坩堝１０内の融液３０に浸漬される。また、本実施形態の基板ホルダ１００によれば、フランジ部１０１を坩堝１０の上方端部１０ａから上方に離間させることによって、第１係合部１０３あるいは第２係合部１０４に係合された種基板２０が融液３０中から引き上げられる。
つまり、本実施形態の基板ホルダ１００によれば、フランジ部１０１を坩堝１０の上方端部１０ａに載置させたり離間させることによって、種基板２０を坩堝１０内の融液３０に浸漬させたり融液から引き上げたりすることが可能となり、坩堝１０の側壁に囲まれた狭い領域に直接把持した種基板２０を入れたり、当該狭い領域から種基板２０を直接把持して取り出したりする必要がなくなるため作業性が向上する。
また、本実施形態の基板ホルダ１００を坩堝１０から引き上げた場合には、融液３０は坩堝１０内に残り、浸漬後の種基板２０のみが坩堝１０内から引き上げられる。したがって、浸漬後の種基板２０の搬送に伴って融液を搬送させる必要がなくなり、取り扱いが容易となって作業性が向上する。
このように、本実施形態の基板ホルダ１００によれば、加圧及び加熱された処理容器（反応容器）の内部に載置された坩堝１０内において種基板２０を融液３０に浸漬することによって種基板２０上に結晶基板４０を形成する際の作業性を向上させて結晶基板４０の量産を実現することが可能となる。
【００３９】
また、本実施形態の基板ホルダ１００によれば、種基板２０を傾斜状態で係合可能な第１係合部１０３と、種基板２０を水平状態で係合可能な第２係合部１０４とを備える構成を採用する。
このため、種基板２０の姿勢を任意に設定することが可能となる。
【００４０】
また、本実施形態の基板ホルダ１００によれば、第２係合部１０４を複数備えているため、坩堝１０を従来と同様サイズとしながら、複数の種基板２０を坩堝内に収容することが可能となる。
【００４１】
また、本実施形態の基板ホルダ１００によれば、フランジ部１０１の形状は、フランジ部１０１が坩堝１０の上方端部１０ａに載置された際に、坩堝１０の側壁１０ｂよりも水平方向に突出するように設定されている。
このため、水平方向に突出した箇所を把持あるいは支持することによって、フランジ部１０１を容易に坩堝１０の上方端部１０ａに載置することができると共に、フランジ部１０１を容易に坩堝１０の上方端部１０ａから離間させる。つまり、本構成を作用することによって、基板ホルダ１００の坩堝１０に対する取り付け及び取り外しが容易となり、より作業性が向上する。
【００４２】
また、本実施形態の基板ホルダ１００によれば、フランジ部１０１が上方から坩堝１０内部に配管４ａを挿通可能な貫通孔１０５を備えている。このため、配管４ａと基板ホルダ１００との位置関係を正確に規定することが可能となる。
なお、貫通孔１０５は、長孔とされている。このため、配管４ａと基板ホルダ１００の位置関係が僅かにずれた場合であっても、配管４ａを貫通孔１０５に挿通可能とされている。
【００４３】
また、図１及び図２には示していないが、融液３０を坩堝１０内に供給する配管や、融液３０を坩堝１０内から排出する配管等が配設される場合もある。このような場合には、これらの配管を上記貫通孔１０５を介して坩堝１０内部に挿通可能である。さらに貫通孔１０５が長孔とされているため、これらの配管と基板ホルダ１００の位置関係が僅かにずれた場合であっても、これらの配管を貫通孔１０５に挿通することができる。
【００４４】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４５】
例えば、上記実施形態においては、種基板２０が窒化ガリウム層を備えるサファイア基板であり、融液３０にガリウム及びナトリウムが含まれ、反応容器６内部において融液３０中に窒素ガスが供給され、結晶基板が窒化ガリウム基板である構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、加圧及び加熱された処理容器の内部に載置された坩堝内において種基板を融液に浸漬することによって種基板上に結晶基板を形成する際に用いることが可能である。
【００４６】
また、上記実施形態においては、種基板２０を傾斜状態で支持する第１係合部１０３と、種基板２０の水平状態で支持する第２係合部１０４との両方を備える構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、第１係合部１０３及び第２係合部１０４のいずれか一方のみを備える構成を採用することもできる。
【００４７】
また、上記実施形態においては、３つの第１係合部１０３を備える構成について説明した。
しかしながら、より多いあるいはより少ない第１係合部１０３を備える構成を採用することもできる。
【００４８】
また、上記実施形態においては、単一の第２係合部１０４を備える構成について説明した。
しかしながら、より多い第２係合部１０４を備える構成を採用することもできる。
【００４９】
また、上記実施形態においては、フランジ部１０１が全周に亘って、坩堝１０の側壁１０ｂから水平方向に突出する形状を有する構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、フランジ部１０１の一部のみが坩堝１０の側壁１０ｂから水平方向に突出する形状を有する構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００５０】
１……基板製造装置、１０……坩堝、２０……種基板、３０……融液、４０……結晶基板、１００……基板ホルダ、１０１……フランジ部、１０２……アーム部、１０３……第１係合部、１０４……第２係合部、１０５……貫通孔
【図１】
2010180085.tif 000003
【図２】
2010180085.tif 000004
【図３】
2010180085.tif 000005
【図４】
2010180085.tif 000006
【図５】
2010180085.tif 000007