(57)【要約】【課題】  成長室内部のサセプタの構造を変更し、チャージ枚数を増加させることのできる半導体膜成長装置の構造を提供することにある。【解決手段】  サセプタ１１２の面内に通常の第一の基板ホルダ１１４群とは別に、より内側の他の一つの円周に沿って第二の基板ホルダ１１８群を設け、この各基板ホルダ１１８をサセプタ１１２の回転により公転させ且つ第二の自転機構１１６、１１７、１１８ａによって自転させながら基板表面に半導体膜を成長させる構造とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体膜成長原料を供給した減圧の環境下にサセプタを配置し、該サセプタ面内に半導体膜成長用基板を保持した複数の第一の基板ホルダをサセプタと同心の一つの円周に沿って設け、各基板ホルダをサセプタの回転により公転させ且つ第一の自転機構によって自転させながら半導体膜成長用基板表面に半導体膜を成長させる半導体膜成長装置において、
上記サセプタの面内に、上記第一の基板ホルダ群とは別に、より内側の他の一つの円周に沿って、半導体膜成長用基板を保持した複数の第二の基板ホルダを設け、この各基板ホルダをサセプタの回転により公転させ且つ第二の自転機構によって自転させながら半導体膜成長用基板表面に半導体膜を成長させる構造としたことを特徴とする半導体膜成長装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体膜成長装置において、
上記第二の基板ホルダを自転させる第二の自転機構として、サセプタの回転シャフトの外周囲を同軸的に回転する第二の回転シャフトと、該第二の回転シャフトに固定された歯車とを設け、該歯車を上記第二の基板ホルダの外周歯と係合させたことを特徴とする半導体膜成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体膜成長装置、特に半導体膜成長原料を供給した減圧の環境下にサセプタを配置し、該サセプタ面内に半導体膜成長用基板を保持した複数の基板ホルダをサセプタと同心の一つの円周に沿って設け、各基板ホルダを自公転させながら半導体膜成長用基板表面に半導体膜を成長させる半導体膜成長装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、半導体素子の需要拡大が目覚しい。半導体素子には、携帯電話等に使用されているＦＥＴ、ＣＤやＤＶＤ等に使用されているレーザダイオード、交通用信号・自動車のブレーキランプ・大型電光表示盤等に使用されている発光ダイオード等があり、使用用途は多岐にわたっている。これら半導体素子は半導体基板上に半導体膜を成長させた半導体エピタキシャルウェハを加工して製造されており、この半導体エピタキシャルウェハの製造技術及び製造効率の向上が望まれている。
【０００３】
半導体膜の成長に用いられている半導体膜成長装置の典型的構造を図３〜図５に示す。
【０００４】
図３において、半導体膜成長装置１００は、成長室１１０と、該成長室１１０へ半導体材料源１２２からの原料ガスを原料供給配管１２１を通して供給する原料供給系統１２０と、成長処理した後のガスを排気管１３２、排気ポンプ１３１及び除害装置１３３を通して排出する排気・除害系統１３０との３つから構成されている。
【０００５】
図４及び図５に示すように、成長室１１０には、回転シャフト１１３により回転される回転ディスクから成る板状のサセプタ１１２が配置され、その下方には原料通路１２３が形成されている。この原料通路１２３は、成長室１１０の下側中央の入口１１０ａから導入される原料ガスを成長室１１０の半径方向外側へ流し出口１１０ｂから排出すように構成されている。
【０００６】
サセプタ１１２には、サセプタ面内の一つの円周上に沿って複数個の開口１１２ａが設けられており、この開口１１２ａ内にベアリング（図示せず）を挟んで基板ホルダ１１４が回転可能に設置され、該基板ホルダ１１４に半導体基板をセットする構成となっている。具体的には、半導体基板は、その成長面が原料通路１２３に面するように基板ホルダ１１４に保持される。
【０００７】
これらの基板ホルダ１１４は、回転シャフト１１３によりサセプタ１１２が回転することにより公転運動を行う。また、基板ホルダ１１４の外周上部、正確にはサセプタ１１２の上面に露出する部位には、外周歯１１４ａが形成されており、この外周歯１１４ａと、成長室１１０の内壁に設置された外周ギア（内歯歯車）１１５の内歯１１５ａが噛み合うことで、基板ホルダ１１４が公転を行うにつれ、基板ホルダ１１４自体が自転運動を行う機構になっている。
【０００８】
要するに、サセプタ１１２の面内には、半導体膜成長用基板を保持した複数の基板ホルダ１１４が一つの円周に沿って設けられており、その外周歯は成長室１１０の内周壁に設けた外周ギア１１５の内歯１１５ａと噛み合っており、サセプタ１１２の回転により各基板ホルダ１１４を自公転できる構成となっている。また、成長室１１０には、上記サセプタ１１２の上方に加熱ヒータ１１１が配置され、これによって加熱された半導体膜成長用基板の表面、つまり基板ホルダ１１４に保持されて原料通路１２３に面している側の基板面（成長面）に半導体膜を成長できるように構成されている。
【０００９】
なお、サセプタに回転シャフトを設ける代わりに、サセプタを外周駆動することにより、基板を自公転させる構成のものも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１７５９９２号公報（図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の半導体膜成長装置１００には次のような問題点がある。
【００１１】
すなわち、上記の成長装置構造では基板ホルダ１１４を１つの円周上にしか設置することが出来ず、１回の成長工程で製作できるウェハ枚数（チャージ枚数）が増やしにくい、という点である。成長室１１０とサセプタ１１２を大きくすることでチャージ枚数を増やすことは出来るが、使用する原料も同様に増加し、チャージ枚数の増加率も高く望めない為、原料効率が同等かもしくは低下してしまう。現在、成長工程における原料効率を低下させずにチャージ枚数を増加させることが、スループット向上への大きな課題となっている。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、成長室内部のサセプタの構造を変更し、チャージ枚数を増加させることのできる半導体膜成長装置の構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１４】
請求項１の発明に係る半導体膜成長装置は、半導体膜成長原料を供給した減圧の環境下にサセプタを配置し、該サセプタ面内に半導体膜成長用基板を保持した複数の第一の基板ホルダをサセプタと同心の一つの円周に沿って設け、各基板ホルダをサセプタの回転により公転させ且つ第一の自転機構によって自転させながら半導体膜成長用基板表面に半導体膜を成長させる半導体膜成長装置において、上記サセプタの面内に、上記第一の基板ホルダ群とは別に、より内側の他の一つの円周に沿って、半導体膜成長用基板を保持した複数の第二の基板ホルダを設け、この各基板ホルダをサセプタの回転により公転させ且つ第二の自転機構によって自転させながら半導体膜成長用基板表面に半導体膜を成長させる構造としたことを特徴とする。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１に記載の半導体膜成長装置において、上記第二の基板ホルダを自転させる第二の自転機構として、サセプタの回転シャフトの外周囲を同軸的に回転する第二の回転シャフトと、該第二の回転シャフトに固定された歯車とを設け、該歯車を上記第二の基板ホルダの外周歯と係合させたことを特徴とする。
＜発明の要点＞
本発明の要点は、サセプタの面内に、サセプタの回転中心と同心の一つの円周上に沿って、周方向に複数の第一の基板ホルダを設けるだけでなく、更にこれよりも内側の位置において、より半径の小さい円周上に沿って、周方向に複数の第二の基板ホルダを設ける。そして、さらに回転シャフトとは個別に回転制御可能な歯車付きの回転シャフトを設置し、この回転シャフトからの力を歯車を介して上記第二の基板ホルダに伝達して、当該第二の基板ホルダを自転させる。これにより、２つの半径の異なる同心円上にそれぞれ自公転運動可能な基板ホルダを設け、以て基板ホルダ数を増加させ、基板のチャージ枚数を増加させた点にある。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、次のような優れた効果が得られる。
【００１７】
請求項１の発明によれば、サセプタの面内の２つの半径の異なる同心円上に、それぞれ自公転運動可能な基板ホルダを設けたので、従来の一つの円周上にのみ基板ホルダを配設したサセプタに較べ、基板ホルダ数を増加させて、基板のチャージ枚数を増加させることができる。よって、本発明の半導体膜成長装置によれば、原料効率を損なうこと無く、基板のチャージ枚数を増加することが実現可能である。
【００１８】
また請求項２の発明によれば、サセプタの回転シャフトの回りを回転するように歯車付の第二の回転シャフトを設け、この歯車を第二の基板ホルダの外周歯と係合させたので、第二の基板ホルダをサセプタの回転シャフトとは個別に回転（自転）制御することができる。従って、第一の基板ホルダの自転とは独立して第二の基板ホルダを自転制御することができることから、例えば両者の自転速度を同一に設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
本発明の実施形態に係る半導体膜成長装置の成長室１１０の模式図を図１、図２に示す。
【００２１】
この実施形態に係る半導体膜成長装置の基本的構成は、図４、図５の従来装置と同じである。しかし、この実施形態のサセプタ１１２においては、図１、図２に示すように、基板ホルダを設置する箇所が、回転シャフト１１６を中心とする２つの半径の異なる同心円周上にあり、そのうち一方の外周側の基板ホルダ（第一の基板ホルダ）１１４は、従来装置（図５）と同様の機構で自公転運動を行う。すなわち、第一の基板ホルダ１１４は、サセプタ１１２の面内に、一つの円周に沿って周方向に複数個（この例では１２個）設けられており、その外周歯１１４ａが成長室１１０の内周壁に設けた外周ギア（内歯歯車）１１５の内歯１１５ａと噛み合っており、サセプタ１１２の回転により各基板ホルダ１１４が自公転できる構成となっている。
【００２２】
他方、内周側の基板ホルダ（第二の基板ホルダ）１１８は、上記サセプタ１１２の面内において、より内側の他の一つの円周に沿って複数個（この例では６個）設けられ、第二の自転機構によって自転される構成となっている。この基板ホルダ１１８のための第二の自転機構として、サセプタ１１２の回転シャフト１１３には、これを回転中心軸として外周囲を回転する第二の回転シャフト１１６が同軸的に設けられ、該第二の回転シャフト１１６の下端に固定した歯車（中心ギア）１１７が、上記第二の基板ホルダ１１８の外周上部に設けた外周歯１１８ａと噛み合っている。従って、この内周側の第二の基板ホルダ１１８は、このギア付きの第二の回転シャフト１１６が回転するに伴って回転（自転）する。また、回転シャフト１１３によりサセプタ１１２を回転することによって、サセプタ１１２の回転に伴って回転シャフト１１３の周囲を公転する。このようにして基板ホルダ１１８は、自転しながら公転運動を行う。
【００２３】
従来の成長装置では基板ホルダ１１４の数（１２個）に対応して１２枚しかチャージ出来ない成長室であっても、このような構造であれば同じ成長室の空間内に基板ホルダ１１８の数（６個）だけ増やして、計１８枚チャージすることが可能となる。
【００２４】
また、ギア付きの第二の回転シャフト１１６はサセプタ１１２の回転シャフト１１３とは独立に制御することができるため、内周側と外周側の基板ホルダの自転速度を同一にすることができる。
【００２５】
この実施形態では、内周側と外周側の基板ホルダの自転速度を同一にする為に、ギア付きの第二の回転シャフト１１６を、次式（１）に示す回転速度で回転させた。よって回転シャフト１１３とギア付きの第二の回転シャフト１１６は別々の回転制御機構を有する構造とした。
【００２６】
Ａ＝Ｂ×Ｃ÷Ｄ                …（１）
Ａ：第二の回転シャフト１１６の回転速度
Ｂ：回転シャフト１１３の回転速度
Ｃ：外周ギア１１５の内周長
Ｄ：第二の回転シャフト１１６のギア部の外周長
以上述べたように、本実施形態の成長装置によれば、成長室１１０内のサセプタ１１２の一つの円周に沿って周方向設けられた第一の基板ホルダ１１４の設置位置の内側に、より半径の小さい一つの円周に沿って周方向に第二の基板ホルダ１１８を設け、さらに回転シャフト１１３とは個別に回転制御可能なギア付きの第二の回転シャフト１１６を設けて第二の基板ホルダ１１８を同じ速度で自転させるようにしたので、サセプタ１１２が担持する自公転運動可能な基板ホルダ数を増加させ、チャージ枚数を増加させることができた。
【００２７】
上記実施形態においては、外周ギア１１５が位置固定である構造としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、外周ギア１１５を回転機構を有した駆動式外周ギアで代用した構造とすることもできる。
【００２８】
また上記実施形態においては、サセプタの半径方向に原料ガスが流れるタイプを例にして説明したが、本発明はサセプタの直径方向に原料ガスが流れるタイプについても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の半導体膜成長装置における成長室の横断面構造を示す模式図である。
【図２】本発明の半導体膜成長装置における成長室の縦断面構造を示す模式図である。
【図３】従来公知の半導体膜成長装置の全体構造を示す模式図である。
【図４】従来の半導体膜成長装置における成長室の横断面構造を示す模式図である。
【図５】従来の半導体膜成長装置における成長室の縦断面構造を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３０】
１００  半導体膜成長装置
１１０  成長室
１１１  加熱ヒータ
１１２  サセプタ
１１３  回転シャフト
１１４  基板ホルダ
１１４ａ  外周歯
１１５  外周ギア
１１５ａ  内歯
１１６  第二の回転シャフト
１１７  歯車
１１８  基板ホルダ
１１８ａ  外周歯
【図１】
2006156827.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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