(57)【要約】【課題】  基板の温度条件を最適化することが可能な気相成膜装置、サセプタおよび気相成膜方法を提供する。【解決手段】  気相成膜装置は、処理容器２と、サセプタ１０と、高周波コイル４とを備える。サセプタ１０は、処理容器２の内部に配置され、基板１２を保持するためのものである。高周波コイル４は、サセプタ１０を誘導加熱するための磁界を形成する。当該高周波コイル４は矢印１３で示される方向の中心軸を中心に巻き形状となっている。矢印１３で示される高周波コイル４の中心軸の延びる方向に対して、サセプタ１０において基板１２を保持する表面の延びる方向は交差している。【選択図】        図１
2006070342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器と、
前記処理容器の内部に配置され、基板を保持するためのサセプタと、
前記サセプタを誘導加熱するための磁界を形成する、中心軸を中心に巻き形状となっているコイルとを備え、
前記コイルの中心軸の延びる方向に対して、前記サセプタにおいて前記基板を保持する表面の延びる方向が交差している、気相成膜装置。
【請求項２】
前記サセプタにおいて、前記コイルの中心軸の延びる方向における長さをＬ、前記コイルの中心軸の延びる方向と交差する方向における高さをＨ、前記コイルの中心軸の延びる方向と前記高さＨの方向とにより規定される平面に垂直な方向における幅をＷとした場合、前記コイルの中心軸の延びる方向に対して、前記サセプタにおける前記表面の延びる方向がなす角度θは、
｜θ｜＜ａｔａｎ（√（Ｈ（Ｗ＋Ｈ）／（Ｌ（Ｗ＋Ｌ））））
という関係式を満足する、請求項１に記載の気相成膜装置。
【請求項３】
前記処理容器の内部に反応ガスを流通させるための反応ガス供給部材をさらに備え、
前記基板の平面形状は円形状であり、
前記サセプタの平面形状は、
前記処理容器の内部を流通する反応ガスの流れの上流側に位置する端部であって直線状の上流側壁部と、
前記上流側壁部の両端に連なる円弧状の角部と、
前記反応ガスの流れの下流側に位置する端部である円弧状部分と、
前記円弧状部分の両端部と前記上流側壁部の両端に連なる円弧状の角部とをそれぞれつなぐ側壁部とからなり、
前記円弧状部分の中心点より上流側に、前記基板の中心点が位置するように前記基板は配置される、請求項１または２に記載の気相成膜装置。
【請求項４】
前記サセプタは、
基材と、
前記基材の表面を覆うように形成されたコーティング材とを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の気相成膜装置。
【請求項５】
前記コーティング材は、シリコンカーバイド被膜、タンタルカーバイド被膜、熱分解炭素被膜からなる群から選択される少なくとも１つを含む、請求項４に記載の気相成膜装置。
【請求項６】
処理容器と、前記処理容器の内部に配置され、基板を保持するためのサセプタと、前記サセプタを誘導加熱するための磁界を形成する、中心軸を中心に巻き形状となっているコイルとを備える気相成膜装置を用いた気相成膜方法であって、
前記コイルの中心軸の延びる方向に対して、前記サセプタにおいて前記基板を保持する表面の延びる方向が交差するように前記サセプタを前記処理容器の内部に配置するサセプタ配置工程と、
前記コイルに電力を供給することにより前記サセプタを誘導加熱した状態で、前記基板表面に膜を形成する工程とを備える、気相成膜方法。
【請求項７】
前記サセプタ配置工程において、前記コイルの中心軸の延びる方向に対して前記サセプタの前記表面の延びる方向がなす角度θは、前記サセプタにおいて、前記コイルの中心軸の延びる方向における長さをＬ、前記コイルの中心軸の延びる方向と交差する方向における高さをＨ、前記コイルの中心軸の延びる方向と前記高さＨの方向とにより規定される平面に垂直な方向における幅をＷとした場合、
｜θ｜＜ａｔａｎ（√（Ｈ（Ｗ＋Ｈ）／（Ｌ（Ｗ＋Ｌ））））
という関係式を満足する、請求項６に記載の気相成膜方法。
【請求項８】
気相成膜装置において用いられる、平面形状が円形状である基板を保持するための板状のサセプタであって、
前記サセプタの平面形状は、
直線状の一方壁部と、
前記一方壁部の両端に連なる円弧状の角部と、
前記一方壁部と反対側に位置する円弧状部分と、
前記円弧状部分の両端部と前記一方壁部の両端に連なる円弧状の角部とをそれぞれつなぐ側壁部とからなり、
前記円弧状部分の中心点より前記一方壁部側に、基板の中心点が位置するように前記基板が配置される、サセプタ。
【請求項９】
気相成膜装置において用いられる、基板を保持するための板状のサセプタであって、
前記気相成膜装置は前記サセプタを誘導加熱するために用いる磁界を形成するための、中心軸を中心に巻き形状となっているコイルを備えるものであり、
前記サセプタの平面形状が正方形であって当該正方形の中央に前記基板が保持されるとともにサセプタにおいて基板を保持する表面の延びる方向が前記中心軸と平行な場合での前記基板の温度分布より、前記中心軸に対して、前記サセプタにおいて前記基板を保持する表面の延びる方向が交差した状態で用いられる場合における前記基板の温度分布が均一化するように、前記サセプタの形状および前記サセプタの表面上での前記基板の配置が決定されている、サセプタ。
【請求項１０】
前記サセプタは板状であり、
前記基板の平面形状は円形状であり、
前記サセプタの平面形状は、
直線状の一方壁部と、
前記一方壁部の両端に連なる円弧状の角部と、
前記一方壁部と反対側に位置する円弧状部分と、
前記円弧状部分の両端部と前記一方壁部の両端に連なる円弧状の角部とをそれぞれつなぐ側壁部とからなり、
前記円弧状部分の中心点より前記一方壁部側に、基板の中心点が位置するように前記基板の配置が決定されている、請求項９に記載のサセプタ。
【請求項１１】
基材と、
前記基材の表面を覆うように形成されたコーティング材とを含む、請求項８〜１０のいずれか１項に記載のサセプタ。
【請求項１２】
請求項８〜１１のいずれか１項に記載のサセプタに基板を搭載し、当該サセプタを気相成膜装置の処理容器の内部に配置するサセプタ配置工程と、
前記サセプタを誘導加熱により加熱しながら、前記処理容器の内部に反応ガスを供給することにより前記基板表面に膜を形成する工程とを備え、
前記膜を形成する工程において、前記サセプタは、中心軸を中心に巻き形状となっているコイルを用いて誘導加熱され、
前記サセプタ配置工程では、前記コイルの中心軸の延びる方向に対して、前記サセプタにおいて前記基板を保持する表面の延びる方向が交差するように、前記サセプタを配置する、気相成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、気相成膜装置、サセプタおよび気相成膜方法に関し、より特定的には、成膜条件の均一性を向上させることが可能な気相成膜装置、サセプタおよび気相成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エピタキシャル薄膜などを形成するための装置としてＣＶＤ（Chemical vapor deposition）装置などの気相成膜装置が知られている。また、そのような気相成膜装置においては、膜を形成する対象物である基板などを保持するためのサセプタが用いられる（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−１２３６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のような気相成膜装置では、成膜時に基板上での均一な成膜を実現するため、基板面内を均一に加熱することが求められる。このような基板の均一な加熱を実現するため、たとえば、上記特許文献１では、サセプタを誘導加熱するためのコイルにより発生する磁界と平行方向に、かつ、基板を支える面とは反対側である裏面に溝を形成したサセプタが開示されている。上記特許文献１では、上記のようなサセプタの構成とすることで、基板を支える面でのサセプタの温度分布が均一化され、結果的に基板面内を均一に加熱することができるとしている。
【０００４】
しかし、上記のような従来の気相成膜装置では、コイルとサセプタとの構成や配置が決定すると、サセプタでの発熱密度分布が決定されるため、成膜に用いる反応ガスの流速の変化といったプロセス条件（より具体的にはサセプタの周囲の熱的条件）が変化することによりサセプタでの放熱特性が変化すると、このような放熱特性の変化に対応してサセプタでの発熱密度分布の修正を行なうことが困難であった。このため、プロセス条件の変化などが発生した場合、適切な基板の温度条件を実現することが難しかった。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、この発明の目的は、プロセス条件の変化が起きた場合であっても、基板の温度条件を最適化することが可能な気相成膜装置、サセプタおよび気相成膜方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に従った気相成膜装置は、処理容器と、サセプタと、コイルとを備える。サセプタは、処理容器の内部に配置され、基板を保持するためのものである。コイルは、サセプタを誘導加熱するための磁界を形成する。当該コイルは中心軸を中心に巻き形状となっている。コイルの中心軸の延びる方向に対して、サセプタにおいて基板を保持する表面の延びる方向は交差している。
【０００７】
この場合、コイルの中心軸の延びる方向に対して、サセプタにおいて基板を保持する表面の延びる方向を交差させる（つまり、コイルの中心軸に対してサセプタを傾ける）と、サセプタにおける誘導加熱による発熱密度の分布が変化する。このため、コイルの中心軸の延びる方向に対して、サセプタにおいて基板を保持する表面の延びる方向のなす角度θを変化させることにより、サセプタにおける発熱と放熱とのバランスを最適化することができる。この結果、サセプタに搭載された基板の温度分布（とくにコイルの中心軸の延びる方向における温度分布）を均一化することができる。
【０００８】
上記気相成膜装置は、コイルの中心軸の延びる方向に対して、サセプタにおいて基板を保持する表面の延びる方向が交差するように、サセプタを保持する架台をさらに備えていてもよい。この場合、架台にサセプタを搭載するという簡単な方法で、コイルの中心軸の延びる方向に対して、サセプタにおいて基板を保持する表面の延びる方向が交差するようにサセプタを傾けた状態に保持できる。また、サセプタを搭載する部分の傾き角度を変えた複数種類の架台を準備しておき、それらの複数種類の架台のうちのいずれかを選択して使用することで、角度θを容易に変更することができる。
【０００９】
上記気相成膜装置は、処理容器の内部に反応ガスを流通させるための反応ガス供給部材をさらに備えていてもよい。また、基板の平面形状は円形状であってもよい。サセプタの平面形状は、処理容器の内部を流通する反応ガスの流れの上流側に位置する端部であって直線状の上流側壁部と、上流側壁部の両端に連なる円弧状の角部と、反応ガスの流れの下流側に位置する端部である円弧状部分と、円弧状部分の両端部と上流側壁部の両端に連なる円弧状の角部とをそれぞれつなぐ側壁部とからなっていてもよい。円弧状部分の中心点より上流側に、基板の中心点が位置するように基板は配置されることが好ましい。また、反応ガスの流れ方向に垂直な方向における、上流側壁部および円弧状の角部の合計幅（上流側幅）は、円弧状部分の幅（下流側幅）より大きいことが好ましい。
【００１０】
この場合、サセプタの平面形状において尖った角部ではなく円弧状の角部を形成しているので、尖った角部が形成された場合よりサセプタの角部からの放熱の程度を小さくできる。このため、サセプタの中心部と角部などの外周部との温度の差を小さくできる（サセプタにおける温度の均一性を向上させることができる）。
【００１１】
また、サセプタを傾けて配置することにより、サセプタの上流側壁部近傍での誘導加熱による発熱密度が高まる。そして、このうような発熱密度が高まった領域側（上流側壁部の方向）に基板をずらして配置すれば、上記のような発熱密度が高まった部分の存在に起因するサセプタの温度均一領域を有効に利用できる。この結果、基板温度の均一化を図ることができる。また、上記のような円弧状部分を形成すれば、サセプタの下流側での放熱特性を、中心軸に対して垂直な方向（サセプタの幅方向）においてより均一化することができる。
【００１２】
また、サセプタの上流側幅が下流側幅より大きくなっているので、サセプタの側壁部に面する領域での反応ガスの流れに乱流が発生する。この結果、サセプタの下流側において反応ガスの（流れに対する）幅方向での拡散が起こるため、サセプタの下流側に位置する基板上に十分な反応ガスを供給することができる。このため、下流側に位置する基板上においても十分な成膜速度で膜を形成することができる。
【００１３】
また、基板の中心からサセプタの上流側壁部までの距離は、基板の中心からサセプタの円弧状部分までの距離より大きくなっていてもよい。この場合、基板より上流側に位置するサセプタからの放熱により、基板に流れてくる反応ガスを十分加熱することができる。この結果、基板上での成膜速度を十分大きくすることができる。
【００１４】
この発明に従った気相成膜方法は、処理容器と、当該処理容器の内部に配置され、基板を保持するためのサセプタと、サセプタを誘導加熱するための磁界を形成する、中心軸を中心に巻き形状となっているコイルとを備える気相成膜装置を用いた気相成膜方法であって、サセプタ配置工程と膜を形成する工程とを備える。サセプタ配置工程では、コイルの中心軸の延びる方向に対して、サセプタにおいて基板を保持する表面の延びる方向が交差するようにサセプタを処理容器の内部に配置する。膜を形成する工程では、コイルに電力を供給することによりサセプタを誘導加熱した状態で、基板表面に膜を形成する。
【００１５】
この場合、コイルの中心軸の延びる方向に対して、サセプタにおいて基板を保持する表面の延びる方向を交差させる（つまり、コイルの中心軸に対してサセプタを傾ける）と、サセプタにおける誘導加熱による発熱密度の分布が変化する。このため、コイルの中心軸の延びる方向に対して、サセプタにおいて基板を保持する表面の延びる方向のなす角度θを変化させることにより、サセプタにおける発熱と放熱とのバランスを最適化することができる。この結果、サセプタに搭載された基板の温度分布（とくにコイルの中心軸の延びる方向における温度分布）を均一化することができる。したがって、基板上における成膜条件（たとえば成膜速度など）を均一化できる。
【００１６】
また、成膜のプロセス条件（たとえば反応ガスの流速など）が変化した場合、サセプタからの放熱条件も変化することになるが、この場合も、上記角度θを適宜調整することで、サセプタでの温度の均一性（すなわち基板での温度の均一性）を最適化することができる。
【００１７】
この発明に従ったサセプタは、気相成膜装置において用いられる、平面形状が円形状である基板を保持するための板状のサセプタであって、当該サセプタの平面形状は、直線状の一方壁部と、一方壁部の両端に連なる円弧状の角部と、一方壁部と反対側に位置する円弧状部分と、円弧状部分の両端部と一方壁部の両端に連なる円弧状の角部とをそれぞれつなぐ側壁部とからなる。円弧状部分の中心点より一方壁部側に、基板の中心点が位置するように基板が配置される。
【００１８】
この場合、サセプタの平面形状において尖った角部ではなく円弧状の角部を形成しているので、尖った角部が形成された場合よりサセプタの角部からの放熱の程度を小さくできる。このため、サセプタの中心部と角部などの外周部との温度の差を小さくできる。
【００１９】
また、気相成膜装置においてサセプタを誘導加熱するための磁界を形成するコイルを用いる場合、当該コイルの中心軸に対してサセプタを傾けて配置すれば、サセプタの一方壁部近傍での誘導加熱による発熱密度が高まる。そして、このうような発熱密度が高まった領域側（一方壁部の方向）に基板をずらして配置すれば、上記のような発熱密度が高まった部分の存在に起因するサセプタの温度均一領域を有効に利用できる。この結果、基板温度の均一化を図ることができる。また、上記のような円弧状部分を形成すれば、サセプタの円弧状部分側での放熱特性を、サセプタの幅方向（一方壁部に平行な方向）においてより均一化することができる。
【００２０】
この発明に従ったサセプタは、気相成膜装置において用いられる、基板を保持するための板状のサセプタであって、当該気相成膜装置はサセプタを誘導加熱するために用いる磁界を形成するための、中心軸を中心に巻き形状となっているコイルを備えるものである。上記サセプタは、サセプタの平面形状が正方形であって当該正方形の中央に基板が保持されるとともにサセプタにおいて基板を保持する表面の延びる方向が中心軸と平行な場合での基板の温度分布より、中心軸に対して、サセプタにおいて基板を保持する表面の延びる方向が交差した状態で用いられる場合における基板の温度分布が均一化するように、サセプタの形状およびサセプタの表面上での前記基板の配置が決定されている。
【００２１】
この場合、単純な正方形状のサセプタを用いる場合より、サセプタ上に配置された基板での温度分布を均一化することができる。なお、ここで温度分布が均一化するとは、サセプタを誘導加熱した状態での基板表面での複数箇所の温度を測定し、当該複数箇所の温度データのばらつきが小さいことを言う。具体的には、複数箇所の温度データの標準偏差が小さくなる場合や、当該温度データの平均値に対する、それぞれの温度データの差のうちの最大値が小さくなる場合などが該当する。
【００２２】
上記サセプタにおいて、当該サセプタは板状であってもよく、基板の平面形状は円形状であってもよい。サセプタの平面形状は、直線状の一方壁部と、一方壁部の両端に連なる円弧状の角部と、一方壁部と反対側に位置する円弧状部分と、円弧状部分の両端部と一方壁部の両端に連なる円弧状の角部とをそれぞれつなぐ側壁部とからなっていてもよい。円弧状部分の中心点より一方壁部側に、基板の中心点が位置するように基板の配置が決定されていてもよい。
【００２３】
この場合、サセプタの平面形状において尖った角部ではなく円弧状の角部を形成しているので、尖った角部が形成された場合よりサセプタの角部からの放熱の程度を小さくできる。このため、サセプタの中心部と角部などの外周部との温度の差を小さくできる。
【００２４】
また、コイルの中心軸に対してサセプタを傾けて配置すれば、サセプタの一方壁部近傍での誘導加熱による発熱密度が高まる。そして、このうような発熱密度が高まった領域側（一方壁部の方向）に基板をずらして配置すれば、上記のような発熱密度が高まった部分の存在に起因するサセプタの温度均一領域を有効に利用できる。この結果、基板温度の均一化を図ることができる。
【００２５】
また、上記のような円弧状部分を形成すれば、サセプタの円弧状部分側での放熱特性を、サセプタの幅方向（一方壁部に平行な方向）においてより均一化することができる。
【００２６】
また、上記サセプタにおいて、一方壁部から円弧状部分へ向かう方向に垂直な方向（幅方向）における、一方壁部および円弧状の角部の合計幅（一方側幅）は、円弧状部分の幅（他方側幅）より大きいことが好ましい。この場合、サセプタの一方側幅が他方側幅より大きくなっているので、サセプタに対して一方壁側（上流側）から円弧状部分側（下流側）へ反応ガスを流す場合、サセプタの側壁部に面する領域での反応ガスの流れに乱流が発生する。この結果、サセプタの下流側において反応ガスの（流れに対する）幅方向での拡散が起こるため、サセプタの下流側に位置する基板上に十分な反応ガスを供給することができる。このため、下流側に位置する基板上においても十分な成膜速度で膜を形成することができる。
【００２７】
また、基板の中心からサセプタの一方壁部までの距離は、基板の中心からサセプタの円弧状部分までの距離より大きくなっていてもよい。この場合、基板より上流側に位置するサセプタからの放熱により、基板に流れてくる反応ガスを十分加熱することができる。この結果、基板上での成膜速度を十分大きくすることができる。
【００２８】
上記サセプタは、基材と、基材の表面を覆うように形成されたコーティング材とを含んでいてもよい。この場合、コーティング材を基材の表面に配置することで、基材が外部の雰囲気ガスなどにより損傷を受けるといった可能性を低減できる。コーティング材としては、基材を保護でき、また、成膜処理の際に不純物の拡散を防ぐため、成膜処理の雰囲気に対する耐性を有する材料、さらに成膜処理における高温に耐えることができるような耐熱性の材料（たとえば、融点が１５００℃以上の材料）、また、誘導加熱を行なう際に、渦電流が基材を流れないように、電気伝導率が基材の電気伝導率より低いような材料、また、常磁性材（たとえば、比透磁率が１程度（たとえば０．５以上１．５以下）の材料）などを用いることができる。なお、コーティング材の材質は成膜処理の条件ごとに適宜選択することが好ましい。また、サセプタの熱均一性を向上させる観点からは、コーティング材として熱伝導率の高い材料を用いることが好ましい。なお、上述した電気伝導率および磁性の特性に関する条件は、磁場の浸透深さが、周波数、比透磁率、真空の透磁率の積のルートに反比例することから、コーティング材に発熱が集中することを避けるためのものである。
【００２９】
上記コーティング材は、シリコンカーバイド被膜、タンタルカーバイド被膜、熱分解炭素被膜からなる群から選択される少なくとも１つを含むことが好ましい。この場合、上述のように基材を保護し、また、不純物の拡散を防ぐとともに、サセプタの熱均一性を向上させることが可能なコーティング材を実現できる。
【００３０】
この発明に従った気相成膜方法は、サセプタ配置工程と膜を形成する工程とを備える。サセプタ配置工程では、上記本発明に従ったサセプタに基板を搭載し、当該サセプタを気相成膜装置の処理容器の内部に配置する。膜を形成する工程では、サセプタを誘導加熱により加熱しながら、処理容器の内部に反応ガスを供給することにより基板表面に膜を形成する。膜を形成する工程において、サセプタは、中心軸を中心に巻き形状となっているコイルを用いて誘導加熱される。サセプタ配置工程では、コイルの中心軸の延びる方向に対して、サセプタにおいて基板を保持する表面の延びる方向が交差するように、サセプタを配置する。
【００３１】
このようにすれば、従来のように正方形状のサセプタを中心軸と平行に配置する場合に比べて、コイルの中心軸に対して傾斜して配置したサセプタ上に配置された基板の温度分布を均一化することができる。このため、基板上で均一な成膜処理を行なうことができる（たとえば、基板上での成膜速度のばらつきを小さくできる）。
【００３２】
上記気相成膜装置または気相成膜方法のサセプタ配置工程では、コイルの中心軸の延びる方向に対して、サセプタにおける表面の延びる方向がなす角度θは、
｜θ｜＜ａｔａｎ（√（Ｈ（Ｗ＋Ｈ）／（Ｌ（Ｗ＋Ｌ））））
という関係式を満足するように設定されていてもよい。なお、サセプタにおいて、コイルの中心軸の延びる方向における長さをＬ、コイルの中心軸の延びる方向と交差する方向における高さをＨ、コイルの中心軸の延びる方向と高さＨの方向とにより規定される平面に垂直な方向におけるサセプタの幅をＷとしている。
【００３３】
上記のような角度θの条件を満足すれば、サセプタを中心軸に対して傾けすぎることによる、サセプタ外周部での過剰な発熱を防止することができる。この結果、サセプタでの温度分布が不均一になること、すなわち基板での温度分布が不均一になることを抑制できる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、成膜処理のプロセス条件に変化が起きた場合であっても、コイルの中心軸に対するサセプタの交差角度（傾き角度）を変更することで、基板の温度分布の均一化を図ることができる。この結果、プロセス条件の変化が起きた場合でも、基板上における成膜条件を均一化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００３６】
図１は、本発明による気相成長装置の処理部を示す断面模式図である。図２は、図１に示した処理部を含む本発明による気相成長装置の構成を示すブロック図である。図３は、図１に示した気相成長装置において用いられる、本発明によるサセプタを示す平面模式図である。図４は、図３に示した線分ＩＶ−ＩＶにおける断面模式図である。図１〜図４を参照して、本発明による気相成長装置およびサセプタを説明する。
【００３７】
図１に示すように、本発明による気相成長装置の処理部３は、処理容器２と、この処理容器２の外周を囲むように配置された、中心軸を中心に巻き形状となっているコイルとしての高周波コイル４と、処理容器２の内部に配置されたサセプタ１０と、このサセプタ１０を高周波コイル４のコイル軸（中心軸）の方向（矢印１３によって示される方向）に対して傾き角度θ１だけ傾斜した状態で保持するための架台１１とを含む。なお、ここで傾き角度θ１は、コイルの中心軸としてのコイル軸の方向（矢印１３により示される方向）と、サセプタ１０において基板１２を保持する上部表面との成す角度であるが、図示したサセプタは上部表面と底壁とが平行になっているため、当該傾き角度θ１は矢印１３に示したコイル軸の方向と底壁との成す角度として示されている。
【００３８】
サセプタ１０の上部表面には、平面形状が円形状である基板１２を保持するための凹部１８（図４参照）が形成されている。架台１１は、石英からなり、底壁２２と、底壁に連なり凸部２３を構成する前方部と、この凸部２３に連なり矢印１３で示したコイル軸の方向（底壁２２が延びる方向）に対して角度θ１だけ傾斜した上壁２１とからなる。サセプタ１０は、この上壁２１上に配置されている。また、処理容器２内部には、所定の反応ガスが矢印１５に示す方向から供給される。当該反応ガスは、処理容器２の内部を矢印１５に示す方向に流通する。
【００３９】
図１に示した処理部３を備える気相成長装置１は、図２に示すように、処理部３と、この処理部３へ反応ガスを供給するための反応ガス供給部材としてのガス供給部５と、処理部３からガスを排出するためのガス排出部６と、処理部３を構成する高周波コイル４へ所定の電源を供給するための電源部７と、ガス供給部５、ガス排出部６および電源部７を制御するための制御部８とを備える。なお、気相成長装置１の構成は、図２に示したような構成に限られるものではなく、処理部３において基板１２の表面上に成膜することが可能であれば他の構成を採用してもよい。
【００４０】
次に、図３および図４を参照しながら、図１および図２に示した気相成長装置において用いられる本発明によるサセプタを説明する。
【００４１】
図３および図４に示したように、本発明によるサセプタ１０の平面形状は、矢印１５で示した反応ガスの流れる方向の上流側と下流側とで非対称な形状となっている。サセプタ１０については、サセプタ１０の平面形状が正方形であって当該正方形の中央に基板１２が保持されるとともにサセプタ１０において基板１２を保持する表面の延びる方向が矢印１３で示すコイル軸と平行な場合での基板１２の温度分布より、コイル軸に対して、サセプタ１０において基板１２を保持する上部表面の延びる方向が交差（傾斜）した状態で用いられる場合における基板１２の温度分布が均一化するように、サセプタ１０の形状およびサセプタ１０の上部表面上での基板１２の配置が決定されている。
【００４２】
具体的には、基板１２の中心３０から、矢印１５で示したガスの流れ方向の上流側に距離Ｗだけ離れた位置に、一方壁部としての幅Ｄの直線状である上流側壁部２５が形成されている。そして、この直線状の上流側壁部２５の両側には、半径Ｒ２の円弧状の角部２６が形成されている。また、サセプタ１０の矢印１５で示した反応ガスの流れ方向における下流側では、基板１２の中心３０から下流側にδだけ離れた位置３１を中心として、半径Ｒ３の半円状の円弧状部分２７が形成されている。そして、この下流側の円弧状部分２７の端部と、反応ガスの流れ方向での上流側における半径Ｒ２の円弧状の角部２６とは、それぞれ直線状の側壁部２８により繋がれている。円弧状部分２７の中心点である位置３１より上流側に、基板１２の中心点である中心３０が位置するように基板１２はサセプタ１０上に配置される。図３からもわかるように、上流側壁部２５および円弧状の角部２６の幅Ｗ１は、サセプタ１０の下流側での半径Ｒ３の円弧状部分２７の幅Ｗ２よりも大きくなっている。
【００４３】
この場合、サセプタ１０の平面形状において尖った角部ではなく円弧状の角部２６を形成しているので、尖った角部が形成された場合よりサセプタ１０の角部２６からの放熱の程度を小さくできる。このため、サセプタ１０の中心部と角部２６などの外周部との温度の差を小さくできる。また、サセプタ１０を矢印１３で示すコイル軸に対して傾き角度θ１だけ傾けて配置することにより、サセプタ１０の上流側壁部２５近傍での誘導加熱による発熱密度が高まる。そして、このうような発熱密度が高まった上流側壁部２５側に基板１２をずらして配置すれば、上記のような発熱密度が高まった部分の存在に起因するサセプタ１０の温度均一領域を有効に利用できる。この結果、基板１２の温度の均一化を図ることができる。
【００４４】
また、上記のような円弧状部分２７を形成すれば、サセプタ１０の下流側での放熱特性を、サセプタ１０の幅方向（矢印１３に対して垂直な水平方向）においてより均一化することができる。また、サセプタ１０の上流側幅である幅Ｗ１が下流側幅である幅Ｗ２より大きくなっているので、サセプタ１０の側壁部２８に面する領域での反応ガスの流れに乱流が発生する。この結果、サセプタ１０の下流側においてサセプタ１０の幅方向での反応ガスの拡散が起こるため、サセプタ１０の下流側に位置する基板１２上に十分な反応ガスを供給することができる。このため、下流側に位置する基板１２上においても十分な成膜速度で膜を形成することができる。
【００４５】
また、基板１２の中心３０からサセプタ１０の上流側壁部２５までの距離Ｗは、基板１２の中心３０からサセプタ１０の円弧状部分２７までの距離Ｒ３より大きくなっている。このように、サセプタ１０において、反応ガスの流れ方向における上流側の幅が下流側の幅より大きくなっている場合、基板１２より上流側に位置するサセプタ１０表面からの放熱により、基板１２に流れてくる反応ガスを十分加熱することができる。この結果、基板１２上での成膜速度を十分大きくすることができる。なお、本発明によるサセプタ１０の平面形状は、図３に示したような形状に限定されるものではなく、基板１２の温度条件を均一化できれば他の形状であってもよく、基板１２の形状などによっても適宜変更され得る。
【００４６】
また、図４に示すように、サセプタ１０は、基材１６の表面にコーティング材１７が被覆された構造となっている。基材１６を構成する材質としては、たとえばカーボンが挙げられる。また、コーティング材１７の材料としては、たとえばシリコンカーバイド（ＳｉＣ）、タンタルカーバイド（ＴａＣ）、熱分解炭素被覆（たとえば東洋炭素株式会社製のＰＹＲＯＧＲＡＰＨ（登録商標））などが挙げられる。
【００４７】
図１に示したような横型のコールドウォール型の気相成長装置（たとえばエピタキシャル成長装置）において、図３および図４に示したようなサセプタ１０を用い、かつそのサセプタ１０をコイル軸方向である矢印１３に示した方向に対して角度θ１だけ傾斜させて配置させるのは、以下のような考え方によるものである。すなわち、サセプタ１０の外周部は熱の放散が起きることにより温度が下がりやすい。そのため、サセプタ１０を矢印１３で示したコイル軸方向に対して傾斜させることにより、温度の下がりやすい外周部、すなわち図１の端部領域１４ａ、１４ｂにおける発熱密度を上げることで、サセプタ１０の温度の均一化を図っている。また、サセプタ１０の中央から高発熱密度部分（端部領域１４ａ）にかけて、サセプタ１０上の温度が比較的均一な領域が形成されるので、基板１２を当該領域の近くに配置している。具体的には、円弧状部分の中心である位置３１から上流側にδだけずれた位置に、基板１２の中心３０を配置している。
【００４８】
さらに、熱の放散が起こりやすく、温度の変化率が大きくなるコーナー部を図３に示すような円形状としている。この結果、当該コーナー部での熱放散の程度を小さくし、結果的にサセプタ１０での温度分布をより均一化することができる。
【００４９】
また、反応ガスの流れの状態（たとえば反応ガスの流量や流速など）が変化することによって、サセプタ１０の放熱特性が変わる場合、サセプタ１０のコイル軸に対する傾き角度θ１を変化させることにより、サセプタ１０での放熱と発熱のバランスを調整することができる。この結果、反応ガスの流れの状態が変わった場合であっても、サセプタ１０上に配置された基板の温度の均一性を保つことができる。
【００５０】
また、図４に示したサセプタ１０を構成するコーティング材１７としては、基材１６を保護し、基材１６への不純物の拡散を防ぐような特性が求められる。具体的には、コーティング材１７としては、耐熱性があること（たとえば融点が１５００℃以上であること）、基材１６を構成するカーボンに比べて電気伝導率が低いこと、常磁性材料であること（非透磁率がほぼ１、具体的にはたとえば０．５以上１．５以下、より好ましくは０．７以上１．２以下であること）といった条件を満足することが好ましい。なお、上述のように電気伝導率および磁性に関する要請は、以下の数式１に示すように、磁場の浸透深さδが、周波数ｆ、非透磁率μ、真空の透磁率μ0、電気伝導率σの積のルートに反比例することから、コーティング材１７において発熱が集中することを避けるためである。
【００５１】
【数１】
2006070342.tif 000003
【００５２】
また、コーティング材１７の材料として、サセプタ１０の熱均一性を向上させるという観点からは、熱伝導率の高い物質を用いることが好ましい。上述した制約条件を検討した結果、コーティング材１７を構成する材料としては、上述のシリコンカーバイド、タンタルカーバイドなどを用いることが考えられる。
【００５３】
図１および図２に示した本発明による気相成長装置では、架台１１を交換することにより、サセプタ１０の矢印１３に示されたコイル軸に対する傾き角度を任意に変更することができる。具体的には、図５に示したように、矢印１３に対する上壁２１の傾き角度θ２が、図１に示した架台１１の傾き角度θ１とは異なるような架台１１を準備する。そして、この傾き角度がさらに異なるような他の架台を準備しておいてもよい。そして、サセプタ１０の傾き角度について、所定の角度となるように、架台１１を複数の架台の中から選択して処理容器２の内部に配置する。そして、当該架台１１上にサセプタ１０を配置する。このようにすれば、コイル軸（矢印１３で示す方向）に対するサセプタ１０の傾き角度を任意に変更することができる。なお、図５は、本発明による気相成長装置において用いる架台１１の他の例を示す断面模式図である。
【００５４】
次に、図１に示した本発明による気相成長装置を用いた気相成長方法を説明する。図６は、本発明による気相成長方法を示すフローチャートである。図６を用いて、本発明による気相成長方法を説明する。
【００５５】
図６に示すように、本発明による気相成長方法では、まず架台を装置内に配置する工程（Ｓ１０）を実施する。具体的には、サセプタ１０を配置するための架台１１を、気相成長装置の処理部３を構成する処理容器２の内部へと配置する。このとき、架台１１について、複数のそれぞれ異なる傾き角度を有する架台の中から１つ選択することにより、後述するコイル軸（矢印１３に示す方向）に対するサセプタの傾き角度（コイル軸とサセプタ１０の上部表面の方向とが交差する角度）を変更することができる。
【００５６】
次に、サセプタ配置工程としての、架台上にサセプタを配置する工程（Ｓ２０）を実施する。具体的には、処理容器２の内部に配置された架台１１の上壁２１上に、図１に示すようにサセプタ１０を搭載する。このサセプタ１０には、成膜処理の対象物である基板１２が既に配置された状態となっている。次に、膜を形成する工程としての、成膜工程（Ｓ３０）を実施する。具体的には、処理容器２の内部の圧力を所定の圧力値に設定した後、ガス供給部５（図２参照）から所定の反応ガスを処理容器２の内部に供給する。反応ガスは処理容器２の内部において図１の矢印１５に示した方向へ流れる。同時に、高周波コイル４に電源部７（図２参照）から電力を供給することにより、処理容器２の内部に磁界を形成する。この磁界を利用した誘導過熱によりサセプタ１０の温度を上昇させる。このようにして、基板１２の表面に所定の膜を形成することができる。そして、この場合、従来のように正方形状のサセプタをコイル軸と平行に配置する場合に比べて、高周波コイル４のコイル軸に対して傾斜して配置したサセプタ１０上に配置された基板１２の温度分布を均一化することができる。このため、基板１２上で均一な成膜処理を行なうことができる。
【００５７】
また、サセプタ１０がコイル軸の方向（矢印１３により示す方向）に対して傾斜しているため、当該傾き角度を変更することによりサセプタにおける発熱条件を変更することができる。
【００５８】
このような矢印１３に示したコイル軸に対してサセプタ１０を交差するように傾けて配置する場合、図１に示したようにサセプタ１０の（反応ガスの流れに対する）上流側が下流側よりも下がった状態となるような方向にサセプタを傾けるのみでなく、図７に示したように、サセプタ１０の上流側が下流側よりも上がった状態となるような方向にサセプタ１０を傾けてもよい。図７は、本発明による気相成長装置の変形例を示す断面模式図である。図７を参照して、本発明による気相成長装置の変形例を説明する。
【００５９】
図７に示した気相成長装置の処理部は、基本的には図１に示した気相成長装置の処理部と同様の構造を備えるが、架台３５の配置およびサセプタ１０の矢印１３に示したコイル軸の方向に対する傾き角度が異なっている。すなわち、図７に示した気相成長装置では、図１に示した気相成長装置の場合とは異なり、架台３５の凸部２３が、サセプタ１０よりも、矢印１５により示した反応ガスの流れの下流側に来るように配置している。この結果、サセプタ１０は、その反応ガスの流れにおける上流側の端部が下流側の端部よりも上がった状態になっている。このときの傾き角度θ３は、コイル軸を示す矢印１３に対するサセプタ１０の底壁のなす角度θ３により定義される。図７に示したようなサセプタ１０の配置は、たとえば反応ガスの流れが遅い場合や、成膜処理において発生する反応熱が大きい場合など、反応ガスの流れに対するサセプタ１０の下流側で、サセプタ１０の周囲の温度が高くなり、結果的にサセプタ１０の下流側から外部への放熱効率が低下する場合に有効である。
【００６０】
次に、サセプタ１０のコイル軸に対する傾き角度θの決定方法を、図８および図９を参照しながら説明する。図８は、本発明によるサセプタの配置を説明するための断面模式図である。図９は、図８の矢印２４に示した方向から見たサセプタの平面模式図である。
【００６１】
図８および図９に示すように、コイル軸方向である矢印１３に示す方向での長さＬ、高さＨ、幅Ｗという平面形状が四角形である板状のサセプタ１０を考える。サセプタ１０の上壁をＥ、底壁をＦ、サセプタ１０における反応ガスの流れの上流側の側壁をＡ、下流側の側壁をＣ、反応ガスの流れの上流側から見て右側の側壁をＢ、左側の側壁をＤとする。このとき、図８に示すように、矢印１３に示されるコイル軸の方向に対するサセプタ１０の底壁Ｆの傾き角度をθとした場合、矢印１５に示される反応ガスの流れにおける上流側のサセプタ１０の下端に対して、サセプタ１０の下流側の下端はＬ×ｓｉｎθだけ矢印１３から遠ざかる。また、反応ガスの流れにおける上流側の側壁Ａの上端から矢印１３までの距離はＨ×ｃｏｓθと表わされる。
【００６２】
ここで、傾き角度θの上限についてまず考える。サセプタ１０を矢印１３に示す方向に対して傾けすぎる（θを大きくしすぎる）場合、高周波コイル４（図１参照）によって与えられる磁界に起因してサセプタ１０に流れる電流のループ面は、サセプタ１０の上壁Ｅ−側壁Ｄ−底壁Ｆ−側壁Ｂという経路から側壁Ａ−側壁Ｂ−側壁Ｃ−側壁Ｄへと変わることになる。この結果、誘導電流に起因する発熱はサセプタ１０の外周部に過剰に集中する。このため、サセプタ１０での温度の均一性が劣化する。そこで、上述した上壁Ｅ−側壁Ｄ−底壁Ｆ−側壁Ｂという経路の電流ループが発生するように磁束を与えたときのサセプタ１０の発熱量をＱ１とし、側壁Ａ−側壁Ｂ−側壁Ｃ−側壁Ｄという経路の電流ループが発生するように磁束を与えた場合のサセプタ１０の発熱量をＱ２としたとき、発熱量Ｑ１が発熱量Ｑ２を上回ること（Ｑ１／Ｑ２＞１という条件を満足すること）を傾き角度θの制約条件として考えた。ここで、発熱量Ｑ１および発熱量Ｑ２は、以下の数式２、３に示すように表わされる。
【００６３】
【数２】
2006070342.tif 000004
【００６４】
【数３】
2006070342.tif 000005
【００６５】
ここで、δは磁場の浸透深さを表わし、σはサセプタの電気伝導率を示す。そして、傾き角度θが最大となるとき（θmaxであるとき）は、発熱量Ｑ１＝発熱量Ｑ２となるときである。このため、上述した数式２および数式３から、傾き角度の最大値θmaxは以下の数式４を満足する。
【００６６】
【数４】
2006070342.tif 000006
【００６７】
次に、傾き角度θの下限について検討する。なお、ここでは傾き角度θが負の場合、すなわち図７に示したように、サセプタ１０の上流側よりも下流側の方が下がったような状態の場合についても含めて検討する。
【００６８】
通常、傾き角度θ＝０°では、サセプタ１０中央に比べて反応ガスの流れ方向の下流側の端部において、放熱量が発熱量に比べて大きくなる。このため、このような状態を修正する方向である傾き角度θ＞０°の範囲に最適値が存在すると思われる。一方、反応ガスの流れが遅い場合、あるいは反応熱の熱量が大きい場合には、サセプタ１０の下流側で外気温度が高くなる。この結果、サセプタ１０の下流側における放熱性が悪くなる。このため、上述した場合とは逆方向の修正、すなわち傾き角度θ＜０°という範囲での傾き角度θの設定が必要になる。そして、このマイナス方向での傾き角度θの下限値は、上述した上限値の傾き角度θの符号を反転させた値と等しくなる。
【００６９】
この結果、傾き角度θの範囲としては、次に示す数式５のような範囲となると考えられる。
【００７０】
【数５】
2006070342.tif 000007
【００７１】
傾き角度θの範囲を上記数式５のような範囲とすれば、サセプタ１０をコイル軸に対して傾けすぎることによる、サセプタ１０の外周部での過剰な発熱を防止することができる。この結果、サセプタ１０での温度分布が不均一になること、すなわち基板１２での温度分布が不均一になることを抑制できる。
【００７２】
たとえば、高さＨ＝２０ｍｍ、長さＬ＝幅Ｗ＝８０ｍｍの直方体のサセプタを考えた場合、上記数式５より傾き角度θの絶対値が２１．６°未満（傾き角度θの範囲は−２１．６°超え２１．６°未満）となる。
【実施例１】
【００７３】
図３および図４に示した本発明によるサセプタのパラメータについて、発明者が具体的に検討した結果を以下に示す。すなわち、サセプタ１０の具体的な寸法例として、基板１２の半径をＲ１としたとき、図３および図４に示した形状を特定するためのパラメータは、以下のように設定することができる。具体的には、Ｒ３＝１．４８×Ｒ１、Ｒ２＝０．７８×Ｒ１、Ｄ＝１．５６×Ｒ１、δ＝０．２０×Ｒ１、Ｗ＝０．９８×Ｒ１、Ｈ＝０．７８×Ｒ１とすることができる。なお、サセプタ１０を構成する材料については、上述した高さＨが磁場の浸透深さδに対してＨ＝２×δとなるように、既に示した数式１を用いて透磁率、電気伝導率および周波数を決定することが好ましい。このような条件のサセプタに対して、各面からの放熱特性がほぼ均一とする場合は、傾き角度θ＝１０°とすればよい。一方、反応ガスの流れが遅いときには反応ガスの流れにおける下流側ほどサセプタ１０からの放熱特性が低下する。この場合には、傾き角度θを０°〜１０°の範囲で反応ガスの流速に適応するように変化させる必要がある。
【実施例２】
【００７４】
次に、実施例１で示した本発明によるサセプタ１０を、図１に示すようにコイル軸方向に対して傾き角度θ１＝５°だけ傾けた状態で基板１２上に膜を気相成長させた場合と、図１０および図１１に示した比較例としての気相成長装置を用いて基板１２の表面に膜を気相成長させた場合とにおいて、膜の成長速度の対比を行なった。以下具体的に説明する。図１０は、比較例として用いた気相成長装置の処理部を示す断面模式図である。図１０は図１に対応する。また、図１１は、図１０に示した気相成長装置において用いた比較例としてのサセプタを示す平面模式図である。図１１は、図１０の矢印４１に示す方向からみたサセプタ４０の平面模式図である。比較例として用いたサセプタ４０は、幅Ｗ０および長さＬ０がそれぞれ３．１×Ｒ１の正方形状の平面形状を有している。また、サセプタ４０の高さＨ０は０．７８×Ｒ１と、本発明によるサセプタの厚さＨと同様にした。このようなサセプタ４０の中央に基板１２を配置した。
【００７５】
一方、本発明の実施例としての気相成長装置では、実施例１において示したサセプタ１０を傾き角θ＝５°として処理容器内に配置した。そして、それぞれの気相成長装置において、同様の条件で成膜処理を行なった。具体的には、基板の半径Ｒ１を２５．４ｍｍ、反応ガスとしてシラン（ＳｉＨ4）とプロパン（Ｃ3Ｈ8）を用い、高周波コイル４に印加する電流の周波数を１１０ｋＨｚとし、反応ガスの流量をキャリアガスに対する体積比率でシラン０．０３％、プロパン０．０４％とした。そして、このような成膜処理を行なった基板１２の表面における膜の成長速度の測定を行なった。測定方法としては、成膜後のウェハーの厚み変化を測定し、成膜時間で割るという方法を用いた。その結果を図１２に示す。
【００７６】
図１２は、実施例２における実験結果を示すグラフである。図１２においては、横軸が基板上の位置を示し、縦軸が膜の成長速度を示している。なお、縦軸の成長速度は、測定値全体での平均の成長速度を１００％とし、その平均値を基準とした相対値として示している。また、横軸の位置についても、反応ガスの流れる方向における基板の上流側の端を１００％、下流側の端を０％とし、その間の位置を相対値で示している。
【００７７】
図１２からもわかるように、比較例における膜の成長速度は、上流側に行くにつれて高くなっており、その値のばらつきも相対的に大きくなっている。一方、本発明の実施例においては、膜の成長速度は比較例の成長速度の分布に比べてより均一化している（ばらつきが小さくなっている）ことがわかる。
【００７８】
今回開示された実施の形態および実施例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。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなくて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。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明による気相成長装置の処理部を示す断面模式図である。
【図２】図１に示した処理部を含む本発明による気相成長装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示した気相成長装置において用いられる、本発明によるサセプタを示す平面模式図である。
【図４】図３に示した線分ＩＶ−ＩＶにおける断面模式図である。
【図５】本発明による気相成長装置において用いる架台１１の他の例を示す断面模式図である。
【図６】本発明による気相成長方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明による気相成長装置の変形例を示す断面模式図である。
【図８】本発明によるサセプタの配置を説明するための断面模式図である。
【図９】図８の矢印２４に示した方向から見たサセプタの平面模式図である。
【図１０】比較例として用いた気相成長装置の処理部を示す断面模式図である。
【図１１】図１０に示した気相成長装置において用いた比較例としてのサセプタを示す平面模式図である。
【図１２】実施例２における実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８０】
１  気相成長装置、２  処理容器、３  処理部、４  高周波コイル、５  ガス供給部、６  ガス排出部、７  電源部、８  制御部、１０，４０  サセプタ、１１，３５  架台、１２  基板、１３，１５，２４，４１  矢印、１４ａ，１４ｂ  端部領域、１６  基材、１７  コーティング材、１８  凹部、２１  上壁、２２  底壁、２３  凸部、２５  上流側壁部、２６  角部、２７  円弧状部分、２８  側壁部、３０  中心、３１  位置。
【図１】
2006070342.tif 000008
【図２】
2006070342.tif 000009
【図３】
2006070342.tif 000010
【図４】
2006070342.tif 000011
【図５】
2006070342.tif 000012
【図６】
2006070342.tif 000013
【図７】
2006070342.tif 000014
【図８】
2006070342.tif 000015
【図９】
2006070342.tif 000016
【図１０】
2006070342.tif 000017
【図１１】
2006070342.tif 000018
【図１２】
2006070342.tif 000019