(57)【要約】【課題】組み立て時における精度によらず、回転軸の周りの全方向に対して均一なパージガスの流れを確保することができ、原料ガスによる付着物の生成やガスによる腐食からヒーターや回転軸等の装置構成部品を保護し得る気相成長装置及び方法を提供する。【解決手段】反応炉内のサセプタ４に取り付けられた回転軸５を回転させつつ、ヒーター４２により基板３を加熱し、基板３上に原料ガスによる成膜等を行う。回転軸５の少なくとも一部及びヒーターを収容するヒーターユニット４０Ａを反応炉内に設け、ヒーターユニット４０Ａにパージガスを導入してパージガス排気口４６Ａからパージガスを反応炉内に排気する。パージガス排気口４６Ａは、ヒーターユニット４０Ａの少なくとも床を構成しかつ回転軸５により支持されるヒーター支持台４１に固定して立設するヒーターカバー４４とサセプタ４との間隙にて構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応炉内の反応室に基板を載置する基板載置部材を有し、上記基板載置部材に取り付けられた回転軸を回転させつつ、ヒーターにより基板を加熱し、基板上の原料ガスを分解し又は基板上に原料ガスによる成膜を行うと共に、上記回転軸の少なくとも一部及びヒーターを収容する回転軸ヒーター収容室を反応炉内に設けこの回転軸ヒーター収容室にパージガスを導入してパージガス排気口から該パージガスを反応室内に排気する気相成長装置において、
上記パージガスを排気するパージガス排気口は、上記回転軸ヒーター収容室の少なくとも床を構成しかつ上記回転軸により支持される部材と上記基板載置部材又はその延設部材との間隙にて構成されていることを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
前記回転軸により支持される部材は、前記回転軸ヒーター収容室の床を構成するヒーター支持台と、上記回転軸ヒーター収容室の壁を構成しかつ該ヒーター支持台に支持固定されて立設するカバーとから構成されていると共に、
前記パージガスを排気するパージガス排気口は、上記カバーと前記基板載置部材との間隙にて構成されていることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記パージガス排気口は、パージガスが前記反応室に至るまでの流路に存在するいずれの箇所よりも小さなコンダクタンスを有していることを特徴とする請求項１又は２記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記パージガス排気口は、前記回転軸に対して対称に設けられていることを特徴とする請求項１，２又は３記載の気相成長装置。
【請求項５】
反応炉内の反応室に基板を載置する基板載置部材を有し、上記基板載置部材に取り付けられた回転軸を回転させつつ、ヒーターにより基板を加熱し、基板上の原料ガスを分解し又は基板上に原料ガスによる成膜を行うと共に、上記回転軸の少なくとも一部及びヒーターを収容する回転軸ヒーター収容室を反応炉内に設けこの回転軸ヒーター収容室にパージガスを導入してパージガス排気口から該パージガスを反応室内に排気する気相成長方法において、
上記パージガスを排気するパージガス排気口を、上記回転軸ヒーター収容室の少なくとも床を構成しかつ上記回転軸により支持される部材と上記基板載置部材又はその延設部材との間隙にて構成することを特徴とする気相成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置、及び気相成長法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、化合物半導体材料を用いる発光ダイオード、半導体レーザ、宇宙用ソーラーパワーデバイス及び高速デバイスの製造においては、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）又はトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等の有機金属ガスと、アンモニア（ＮＨ３ ）、ホスフィン（ＰＨ３ ）又はアルシン（ＡｓＨ３ ）等の水素化合物ガスとを成膜に寄与する原料ガスとして成長室に導入して化合物半導体結晶を成長させる気相成長法が用いられている。
【０００３】
気相成長法は、原料ガスをキャリアガスと共に成長室内に導入して加熱し、所定の基板上で気相反応させることにより、その基板上に化合物半導体結晶を成長させる方法である。気相成長法を用いた化合物半導体結晶の製造においては、成長する化合物半導体結晶の品質を向上させながら、コストを抑えて、歩留まりと生産能力とをどのように最大限確保するかということが常に高く要求されている。
【０００４】
気相成長装置の一例として一般的な縦型シャワーヘッド型気相成長装置の模式的な構成を、図８に示す。この気相成長装置においては、ガス供給源１０２から反応炉１０１の内部の成長室１１１に原料ガス及びキャリアガスを導入するためのガス配管１０３が接続されており、反応炉１０１の内部における成長室１１１の上部には成長室１１１に原料ガス及びキャリアガスを導入するための複数のガス吐出孔を有するシャワー面１１０がガス導入部として設置されている。また、反応炉１０１の成長室１１１の下部中央には図示しないアクチュエータによって回転自在の回転軸１１２が設置され、回転軸１１２の先端にはシャワー面１１０と対向するようにしてサセプタ１０８が取り付けられており、サセプタ１０８の下部にはサセプタ１０８を加熱するためのヒーター１０９が取り付けられている。また、反応炉１０１の下部には反応炉１０１の内部における成長室１１１内のガスを外部に排気するためのガス排気部１０４が設置されており、ガス排気部１０４は、パージライン１０５を介して、排気されたガスを無害化するための排ガス処理装置１０６に接続されている。
【０００５】
上述した構成の縦型シャワーヘッド型気相成長装置において、化合物半導体結晶の成長の際には、サセプタ１０８に基板１０７が設置され、その後、回転軸１１２の回転によりサセプタ１０８が回転させられる。そして、ヒーター１０９の加熱によりサセプタ１０８を介して基板１０７が所定の温度に加熱され、シャワー面１１０に形成されている複数のガス吐出孔から反応炉１０１の内部の成長室１１１に原料ガス及びキャリアガスが導入される。
【０００６】
この際に、原料ガスがヒーター１０９及び回転軸１１２等の機構部に侵入し、付着物の生成、ガスによる腐食等が生じるという問題がある。
【０００７】
意図しない部分への生成物の堆積という問題に対しては、例えば特許文献１に示されるように、パージガス（該公報内では被着制限ガスとも説明されている）を供給する方法が知られている。該特許文献１ではパージガスを供給することにより原料ガスが基板裏面へ侵入することを防ぎ、基板裏面への膜の堆積を防止している。
【０００８】
この手法は機構部分等に対しても有効であり、例えば特許文献２では、図９に示すように、Ｎ２ ガス等の不活性ガスを供給し、回転軸２０１にて示す回転機構部分への反応ガスの侵入を防ぎ、回転軸シール部２０２の汚染を防止する手段が示されている。また、特許文献３では、図１０に示すように、回転軸周りを内管３０１及び受け皿３０２にて覆い、内管３０１と受け皿３０２との隙間３０３を通してパージガス３０４をサセプタ３０５側へ送り込むことによってサセプタ３０５等からの反応生成物、及び原料ガスの回転軸３０６への侵入を防止する手段が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１００６４４号公報（２００３年４月４日公開）
【特許文献２】特開平９−９２６２７号公報（１９９７年４月４日公開）
【特許文献３】特開昭６３−１９０３２７号公報（１９８８年８月５日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のように、原料ガスの侵入を防ぐ方法として、不活性ガスによるパージが考えられ、この際、供給されたパージガスは作成された部材の隙間を通って排気される。
【００１１】
しかしながら、上記従来の特許文献２及び特許文献３のような構成の場合、装置組み立て時における組み立て精度により回転軸が傾き、パージガスの排気口のコンダクタンスに差が生じ、パージガスの流量に偏りが生じる可能性が高いという問題点を有している。
【００１２】
パージガス流量に差が生じた場合、パージガスが十分に流れている部分では期待した原料ガスの侵入を防ぐ効果が得られるが、パージガスの流量が十分でないコンダクタンスの小さい部分では、パージガスが少ないため原料ガスが滞留し易くなり、拡散により原料ガスが内部に侵入、生成物の付着や腐食の原因となる問題がある。
【００１３】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、組み立て時における精度によらず、回転軸の周りの全方向に対して均一なパージガスの流れを確保することができ、それによって原料ガスによる付着物の生成やガスによる腐食からヒーターや回転軸等の装置構成部品を保護することができる気相成長装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の気相成長装置は、上記課題を解決するために、反応炉内の反応室に基板を載置する基板載置部材を有し、上記基板載置部材に取り付けられた回転軸を回転させつつ、ヒーターにより基板を加熱し、基板上の原料ガスを分解し又は基板上に原料ガスによる成膜を行うと共に、上記回転軸の少なくとも一部及びヒーターを収容する回転軸ヒーター収容室を反応炉内に設けこの回転軸ヒーター収容室にパージガスを導入してパージガス排気口から該パージガスを反応室内に排気する気相成長装置において、上記パージガスを排気するパージガス排気口は、上記回転軸ヒーター収容室の少なくとも床を構成しかつ上記回転軸により支持される部材と上記基板載置部材又はその延設部材との間隙にて構成されていることを特徴としている。
【００１５】
本発明の気相成長方法は、上記課題を解決するために、反応炉内の反応室に基板を載置する基板載置部材を有し、上記基板載置部材に取り付けられた回転軸を回転させつつ、ヒーターにより基板を加熱し、基板上の原料ガスを分解し又は基板上に原料ガスによる成膜を行うと共に、上記回転軸の少なくとも一部及びヒーターを収容する回転軸ヒーター収容室を反応炉内に設けこの回転軸ヒーター収容室にパージガスを導入してパージガス排気口から該パージガスを反応室内に排気する気相成長方法において、上記パージガスを排気するパージガス排気口を、上記回転軸ヒーター収容室の少なくとも床を構成しかつ上記回転軸により支持される部材と上記基板載置部材又はその延設部材との間隙にて構成することを特徴としている。
【００１６】
上記の発明によれば、気相成長装置は、反応炉内の反応室に基板を載置する基板載置部材を有し、上記基板載置部材に取り付けられた回転軸を回転させつつ、ヒーターにより基板を加熱し、基板上の原料ガスを分解し又は基板上に原料ガスによる成膜を行う。
【００１７】
ここで、本発明では、回転軸の少なくとも一部及びヒーターを収容する回転軸ヒーター収容室を反応炉内に設けこの回転軸ヒーター収容室にパージガスを導入してパージガス排気口から該パージガスを反応室内に排気するようになっている。これにより、回転軸ヒーター収容室の内部にパージガスを導入し、パージガス排気口から反応室内に排気することによって、原料ガスがヒーター及び回転軸の周りに侵入するのを防止し、かつ付着物の生成及びガスによる腐食等が生じるという問題を解決している。
【００１８】
ところで、このような構成においては、気相成長装置の組み立て時における組み立て精度により回転軸が傾き、パージガスの排気口のコンダクタンスに差が生じ、パージガスの流量に偏りが生じる可能性が高いという問題点を有している。
【００１９】
そこで、本発明では、パージガスを排気するパージガス排気口は、上記回転軸ヒーター収容室の少なくとも床を構成しかつ上記回転軸により支持される部材と上記基板載置部材又はその延設部材との間隙にて構成されている。
【００２０】
このため、回転軸が傾いて取り付けられたとしても、上記回転軸ヒーター収容室の少なくとも床を構成し、かつ上記回転軸により支持される部材と回転軸との取り付け角度が変化することはない。その結果、回転軸ヒーター収容室の壁等も回転軸及び基板載置部材に対して当初の角度を維持するものとなり、回転軸により支持される部材と基板載置部材又はその延設部材との間隙にて構成されているパージガス排気口の間隔が周囲の一部において異なるということがない。
【００２１】
すなわち、パージガス排気口全体が回転軸の傾きに追従して傾くため、回転軸の傾きによってパージガス排気口の間隔が変るということがなく、その結果、回転軸の傾きがパージガスの流れに影響を与えることはない。
【００２２】
したがって、組み立て時における精度によらず、回転軸の周りの全方向に対して均一なパージガスの流れを確保することができ、それによって原料ガスによる付着物の生成やガスによる腐食からヒーターや回転軸等の装置構成部品を保護することができる気相成長装置及び気相成長方法を提供することができる。
【００２３】
また、本発明の気相成長装置では、前記回転軸により支持される部材は、前記回転軸ヒーター収容室の床を構成するヒーター支持台と、上記回転軸ヒーター収容室の壁を構成しかつ該ヒーター支持台に支持固定されて立設するカバーとから構成されていると共に、前記パージガスを排気するパージガス排気口は、上記カバーと前記基板載置部材との間隙にて構成されていることが好ましい。
【００２４】
これにより、回転軸ヒーター収容室の床を構成するヒーター支持台は、回転軸により支持される。このため、回転軸が傾いて取り付けられたとしても、ヒーター支持台と回転軸との取り付け角度が変化することはない。そして、カバーは、回転軸ヒーター収容室の壁を構成しかつ該ヒーター支持台に支持固定されて立設しているので、カバーは、回転軸及び基板載置部材に対して当初の角度を維持するものとなる。
【００２５】
この結果、回転軸により支持されるヒーター支持台及びカバーと基板載置部材又はその延設部材との間隙にて構成されているパージガス排気口の間隔が一部において異なるということがない。
【００２６】
したがって、組み立て時における精度によらず、回転軸の周りの全方向に対して均一なパージガスの流れを確保することができ、それによって原料ガスによる付着物の生成やガスによる腐食からヒーターや回転軸等の装置構成部品を保護することができる気相成長装置を提供することができる。
【００２７】
また、本発明の気相成長装置では、前記パージガス排気口は、パージガスが前記反応室に至るまでの流路に存在するいずれの箇所よりも小さなコンダクタンスを有していることが好ましい。
【００２８】
これにより、パージガス排気口が最もコンダクタンスが小さくなるよう設計されているので、パージガス排気口にて均一なパージガスの流れを作ることができればその後の流路でガス溜まりを生じることもなく、均一なパージガスの流れを確保し、原料ガスの侵入を防ぐことができる。
【００２９】
また、本発明の気相成長装置では、前記パージガス排気口は、前記回転軸に対して対称に設けられていることが好ましい。
【００３０】
これにより、パージガスが一部分に滞留するということが起こり難く、周方向の全ての方向に均一なパージガスの流れを確保することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の気相成長装置は、以上のように、パージガスを排気するパージガス排気口は、回転軸ヒーター収容室の少なくとも床を構成しかつ回転軸により支持される部材と基板載置部材又はその延設部材との間隙にて構成されているものである。
【００３２】
本発明の気相成長方法は、以上のように、パージガスを排気するパージガス排気口を、回転軸ヒーター収容室の少なくとも床を構成しかつ回転軸により支持される部材と基板載置部材又はその延設部材との間隙にて構成する方法である。
【００３３】
それゆえ、組み立て時における精度によらず、回転軸の周りの全方向に対して均一なパージガスの流れを確保することができ、それによって原料ガスによる付着物の生成やガスによる腐食からヒーターや回転軸等の装置構成部品を保護することができる気相成長装置及び気相成長方法を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明における気相成長装置の実施の一形態を示すものであって、ヒーターユニット及びその周囲の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】上記気相成長装置の一例である縦型シャワーヘッド型気相成長装置を模式的に示す構成図である。
【図３】（ａ）は回転軸の傾きによりパージガス流路のコンダクタンスに差が生じることを説明するための模式的な構成図であり、（ｂ）は回転軸の傾きによらずパージガス流路のコンダクタンスが一定となることを説明するための模式的な構成図である。
【図４】（ａ）はパージガス流路のコンダクタンスに差が生じた場合においてパージガスの流速分布を数値シミュレーションにて求めた図であり、（ｂ）はパージガス流路のコンダクタンスに差が生じない場合においてパージガスの流速分布を数値シミュレーションにて求めた図である。
【図５】（ａ）はパージガス流路のコンダクタンスに差が生じた場合において原料ガスの濃度分布を数値シミュレーションにて求めた図であり、（ｂ）はパージガス流路のコンダクタンスに差が生じない場合において原料ガスの濃度分布を数値シミュレーションにて求めた図である。
【図６】本発明における気相成長装置の他の実施の形態を示すものであって、ヒーターユニット及びその周囲の構成を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明における気相成長装置のさらに他の実施の形態を示すものであって、ヒーターユニット及びその周囲の構成を模式的に示す断面図である。
【図８】気相成長法に用いられる従来の縦型シャワーヘッド型気相成長装置の一例を示す模式的な構成図である。
【図９】従来の他の気相成長装置の構成を示す断面図である。
【図１０】従来のさらに他の気相成長装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１〜図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００３６】
図２に、本発明の気相成長装置の一例である縦型シャワーヘッド型の気相成長装置１０の模式的な構成の一例を示す。
【００３７】
上記気相成長装置１０は、図２に示すように、中空部である反応室としての成長室１を有する反応炉２と、基板３を載置する基板載置部材としてのサセプタ４と、底面に多数のガス吐出孔を備えたシャワー面２１を有するシャワーヘッド２０とを含んでいる。
【００３８】
上記サセプタ４の下側の中央には、サセプタ４を回転させる回転軸５と、この回転軸５を取り囲むようにして設置された回転軸ヒーター収容室としてのヒーターユニット４０Ａとが設けられており、上記回転軸５が図示しないアクチュエータ等によって回転することにより、上記サセプタ４は、サセプタ４の上面（シャワー面２１に対向する面）がシャワー面２１と平行な状態を保ちながら回転するようになっている。
【００３９】
次に、上記シャワーヘッド２０及びこのシャワーヘッド２０にガスを供給するための構成について説明する。
【００４０】
本実施の形態の気相成長装置１０は、III 族元素及びガスキャリアガスを含む原料ガスとしてのIII 族系ガスの供給源となるIII 族系ガス供給源３１と、このIII 族系ガス供給源３１から供給されたIII 族系ガスをシャワーヘッド２０に供給するためのIII 族系ガス配管３２と、III 族系ガス供給源３１から供給されるIII 族系ガスの供給量を調節することができるIII 族系ガス供給量調節部としてのマスフローコントローラ３３とを有している。上記III 族系ガス供給源３１は、III 族系ガス配管３２によって、マスフローコントローラ３３を介して、シャワーヘッド２０のガス混合室２３に接続されている。
【００４１】
尚、本実施の形態において、III 族元素としては、例えば、Ｇａ（ガリウム）、Ａｌ（アルミニウム）又はＩｎ（インジウム）等があり、III 族元素を含むIII 族系ガスとしては、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）又はトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等の有機金属ガスのうち１種類以上を用いることができる。
【００４２】
また、この気相成長装置１０は、Ｖ族元素及びガスキャリアガスを含む原料ガスとしてのＶ族系ガスの供給源となるＶ族系ガス供給源３４と、Ｖ族系ガス供給源３４から供給されたＶ族系ガスをシャワーヘッド２０に供給するためのＶ族系ガス配管３５と、Ｖ族系ガス供給源３４から供給されるＶ族系ガスの供給量を調節することができるＶ族系ガス供給量調節部であるマスフローコントローラ３６とを有している。上記Ｖ族系ガス供給源３４は、Ｖ族系ガス配管３５によって、マスフローコントローラ３６を介してシャワーヘッド２０のガス混合室２３に接続されている。
【００４３】
尚、本実施の形態において、上記Ｖ族元素としては、例えば、Ｎ（窒素）、Ｐ（リン）又はＡｓ（ヒ素）等があり、Ｖ族元素を含むＶ族系ガスとしては、例えば、アンモニア（ＮＨ３ ）、ホスフィン（ＰＨ３ ）又はアルシン（ＡｓＨ３ ）等の水素化合物ガスのうち１種類以上を用いることができる。
【００４４】
上記マスフローコントローラ３３・３６は図示しない制御部にて制御されるようになっている。
【００４５】
また、本実施の形態では、ガス混合室２３とシャワー面２１との間に冷水供給部２２が設けられており、この冷水供給部２２には、シャワー面２１を冷却するために、冷水系配管３７により水冷装置３８から冷水が供給されるようになっている。尚、本実施の形態では、冷水供給部２２は冷却水を供給するようになっているが、必ずしも水に限らず、他の液体及び気体による冷媒を用いることが可能である。尚、配管に取り付けられたバルブ類に関する記載は省略している。
【００４６】
上記ガス混合室２３で混合された原料ガスはシャワー面２１を介して成長室１へ導入される。また、反応炉２の下部には反応炉２の内部における成長室１内のガスを外部に排気するためのガス排気部１１が設置されており、ガス排気部１１は、パージライン１２を介して、排気されたガスを無害化するための排ガス処理装置１３に接続されている。
【００４７】
上記構成の気相成長装置１０において、本実施の形態では、ヒーターユニット４０Ａ及びその周辺部分に特徴を有している。
【００４８】
上記ヒーターユニット４０Ａの構成について、図１を用いて説明する。図１はヒーターユニット４０Ａの構成を示す模式図である。
【００４９】
本実施の形態のヒーターユニット４０Ａは、図１に示すように、回転軸ヒーター収容室の床としてのヒーター支持台４１と、ヒーター支持台４１上に支柱４１ａを介して設置されたヒーター４２と、ヒーター４２からの熱を反射するリフレクタ４３と、ヒーター４２を覆う形でヒーター支持台４１に取り付けられた回転軸ヒーター収容室の壁及びカバーとしてのヒーターカバー４４と、ヒーターカバー４４の内側に設置されたパージガス導入ノズル４５とによって構成されている。
【００５０】
上記ヒーターユニット４０Ａでは、パージガス導入ノズル４５から導入されたパージガスは、サセプタ４、ヒーター支持台４１及びヒーターカバー４４によって作られるヒーターユニット４０Ａ内の空間に導入され、その後、サセプタ４とヒーターカバー４４とによって作られる隙間（以降、「パージガス排気口４６Ａ」と呼ぶ）から成長室１内へ排気される。尚、ガスの流れの均一性を確保するため、これらの部材は回転軸５に対して対称な形状、又は回転軸５に対して対称な配置で設置されることが望ましい。ただし、本発明においては、パージガス排気口４６Ａは、必ずしも回転軸５に対して対称な配置で設置されている必要はなく、非対称であってもよい。
【００５１】
本実施の形態では、パージガス排気口４６Ａを構成する部材が全て回転軸５を基準に支持されていることに特徴を有している。
【００５２】
図１においては、パージガス排気口４６Ａは、サセプタ４とヒーターカバー４４との間の空隙によって構成されている。サセプタ４は、回転軸５上に固定設置されている一方、ヒーターカバー４４はヒーター支持台４１によって支持固定して例えば直角に立設されている。ただし、本発明では、ヒーターカバー４４はヒーター支持台４１に必ずしも直角に立設されている必要はなく、他の角度でもよい。また、ヒーター支持台４１についても、本実施の形態の図１では、ヒーター支持台４１は、回転軸５と直交して該回転軸５により支持されているが、必ずしもこれに限らず、ヒーター支持台４１は、回転軸５と斜めや円球状にて該回転軸５により支持されていてもよい。
【００５３】
この結果、ヒーター支持台４１を回転軸５にて支持することによって、回転軸５の傾きによるパージガス排気口４６Ａの影響を低減することができる。ここで、本実施の形態では、ヒーター支持台４１と回転軸５との間には図示しないボールベアリングが設けられており、回転軸５は固定されたヒーター支持台４１のボールベアリング内で回転自在に支持されたものとなっている。また、回転軸５を回転させる図示しないアクチュエータ等は反応炉２の外部に設けられている。したがって、ヒーターユニット４０Ａは、反応炉２内に設けられ、かつ回転軸５の少なくとも一部を収容していることになる。
【００５４】
図３（ａ）（ｂ）を用いて、本実施の形態の構成による効果の概念を詳細に説明する。図３（ａ）（ｂ）は、パージガス排気口４６Ａの構成を示す模式図である。
【００５５】
まず、パージガス排気口４６Ａが回転軸５以外の部材によって構成される場合、図３（ａ）に示すように、回転軸５の傾きによりパージガス排気口４６Ａの形状が非対称になる。このとき、パージガス流路の流路コンダクタンスＣ１・Ｃ２に差が生じ、コンダクタンスが大きい流路コンダクタンスＣ１側へより多くのパージガスが流れ、コンダクタンスが小さい流路コンダクタンスＣ２側にはパージガスが流れ難い状態となる。
【００５６】
一方、本実施の形態の特徴であるパージガス排気口４６Ａを構成する部材が全て回転軸５を基準に支持されている場合、図３（ｂ）に示すように、回転軸５の傾きによらずパージガスの流路の流路コンダクタンスＣ１・Ｃ２は一定であり、ガスの流れる方向によるパージガス流量の差は生じない。
【００５７】
次に、回転軸５の傾きによる流路コンダクタンスＣ１・Ｃ２の差が、パージガスの流れ、及び原料ガスの侵入にどのような影響を与えるかについて、熱流体力学を用いたシミュレーションにより計算した。その計算結果を、図４（ａ）（ｂ）及び図５（ａ）（ｂ）に示す。図４（ａ）はパージガス流路のコンダクタンスに差が生じた場合のパージガスの流速分布について数値シミュレーションの結果を示したものであり、図４（ｂ）はパージガス流路のコンダクタンスに差が生じない場合のパージガスの流速分布について数値シミュレーションの結果を示したものである。また、図５（ａ）はパージガス流路のコンダクタンスに差が生じた場合の原料ガスの濃度分布について数値シミュレーションの結果を示したものであり、図５（ｂ）はパージガス流路のコンダクタンスに差が生じない場合の原料ガスの濃度分布について数値シミュレーションの結果を示したものである。
【００５８】
最初に、計算モデルについて説明する。いずれのモデルもシャワーヘッド２０から原料ガスは流速１ｍｍ／ｓにて均一に供給される。同時に、パージガスとして窒素ガス（Ｎ２ ）が１０ＳＬＭの流量にてヒーター４２の下側から供給されている。また、パージガス排気口４６Ａの幅は１ｍｍに設定されている。
【００５９】
パージガス排気口４６Ａから成長室１へ導入されたパージガスは、原料ガスと共にヒーターカバー４４と反応炉２とによって作られる空間を通り、排気される。また、今回、図４（ａ）及び図５（ａ）のモデルを計算するに当たり、回転軸５の傾きを０．８°と設定した。尚、これらの数字はシミュレーションを行うにあたって一例として設定したものであり、実際に実施する装置構成、試験条件はこの範囲に限らない。
【００６０】
図４（ａ）（ｂ）に示すパージガスの流速分布について計算した結果において、まず、図４（ａ）に示すように、図３（ａ）に示す回転軸５の傾きによりパージガスの流路コンダクタンスＣ１・Ｃ２に差が生じた場合では、回転軸５の傾きによる流路コンダクタンスＣ１・Ｃ２の差によって図の左右でパージガス及び原料ガスの流速に差が生じていることが見て取れる。
【００６１】
一方、図４（ｂ）に示すように、図３（ｂ）に示す回転軸５の傾きによらずパージガスの流路コンダクタンスＣ１・Ｃ２が一定となる場合では、回転軸５の傾きによる流路コンダクタンスＣ１・Ｃ２の差をなくすことによって原料ガス及びパージガスの流速の差が解消されていることが分かる。
【００６２】
次に、図５（ａ）（ｂ）に示す原料ガスの一つであるＮＨ３ の濃度分布について計算した結果において、まず、図５（ａ）に示すように、図３（ａ）に示す回転軸５の傾きによりパージガスの流路コンダクタンスＣ１・Ｃ２に差が生じた場合では、流路コンダクタンスＣ１・Ｃ２の小さい側から原料ガスが侵入していることが見て取れる。
【００６３】
一方、図５（ｂ）に示すように、図３（ｂ）に示す回転軸５の傾きによらずパージガスの流路コンダクタンスＣ１・Ｃ２が一定となる場合では、回転軸５の傾きによる流路コンダクタンスＣ１・Ｃ２の差をなくすことによってヒーターユニット４０Ａ内への原料ガスの侵入が抑止されることが分かる。
【００６４】
このように、本実施の形態の気相成長装置１０及び気相成長方法では、反応炉２の成長室１内に基板３を載置するサセプタ４を有し、サセプタ４に取り付けられた回転軸５を回転させつつ、ヒーター４２により基板３を加熱し、基板３上の原料ガスを分解し又は基板３上に原料ガスによる成膜を行う。
【００６５】
ここで、本実施の形態では、回転軸５の少なくとも一部及びヒーター４２を収容するヒーターユニット４０Ａを反応炉２内に設けこのヒーターユニット４０Ａにパージガスを導入してパージガス排気口４６Ａから該パージガスを成長室１内に排気するようになっている。これにより、ヒーターユニット４０Ａの内部にパージガスを導入し、パージガス排気口４６Ａから成長室１内に排気することによって、原料ガスがヒーター４２及び回転軸５の周りに侵入するのを防止し、かつ付着物の生成及びガスによる腐食等が生じるという問題を解決している。
【００６６】
ところで、このような構成においては、気相成長装置１０の組み立て時における組み立て精度により回転軸５が傾き、パージガス排気口４６ＡのコンダクタンスＣ１・Ｃ２に差が生じ、パージガスの流量に偏りが生じる可能性が高いという問題点を有している。
【００６７】
そこで、本実施の形態では、パージガスを排気するパージガス排気口４６Ａは、ヒーターユニット４０Ａの少なくとも床を構成しかつ回転軸５と例えば直交して該回転軸５により支持されるヒーター支持台４１及びヒーターカバー４４と、サセプタ４との間隙にて構成されている。
【００６８】
このため、回転軸５が傾いて取り付けられたとしても、ヒーターユニット４０Ａの少なくとも床を構成し、かつ回転軸５と例えば直交して該回転軸５により支持されるヒーター支持台４１と回転軸５との取り付け角度が変化することはない。その結果、ヒーターユニット４０Ａの壁であるヒーターカバー４４も回転軸５及びサセプタ４に対して当初の角度である例えば直角を維持するものとなり、回転軸５によりヒーター支持台４１を介して支持されるヒーターカバー４４とサセプタ４との間隙にて構成されているパージガス排気口４６Ａの間隔が周囲の一部において異なるということがない。
【００６９】
すなわち、パージガス排気口４６Ａ全体が回転軸５の傾きに追従して傾くため、つまり回転軸５の傾きに追従してヒーターカバー４４及びサセプタ４が傾くため、回転軸５の傾きによってパージガス排気口４６Ａの間隔が変るということがなく、その結果、回転軸５の傾きがパージガスの流れに影響を与えることはない。
【００７０】
したがって、組み立て時における精度によらず、回転軸５の周りの全方向に対して均一なパージガスの流れを確保することができ、それによって原料ガスによる付着物の生成やガスによる腐食からヒーター４２や回転軸５等の装置構成部品を保護することができる気相成長装置１０及び気相成長方法を提供することができる。
【００７１】
また、本実施の形態の気相成長装置１０では、回転軸５により支持される部材は、ヒーターユニット４０Ａの床を構成するヒーター支持台４１と、ヒーターユニット４０Ａの壁を構成しかつ該ヒーター支持台４１に支持固定されて立設するヒーターカバー４４とから構成されていると共に、パージガスを排気するパージガス排気口４６Ａは、ヒーターカバー４４とサセプタ４との間隙にて構成されている。
【００７２】
これにより、ヒーターユニット４０Ａの床を構成するヒーター支持台４１は、回転軸５と例えば直交して該回転軸５により支持される。このため、回転軸５が傾いて取り付けられたとしても、ヒーター支持台４１と回転軸５との取り付け角度である９０度が変化することはない。そして、ヒーターカバー４４は、ヒーターユニット４０Ａの壁を構成しかつ該ヒーター支持台４１に支持固定されて立設しているので、ヒーターカバー４４は、回転軸５に対して当初の角度である平行を維持するものとなると共に、サセプタ４に対して当初の角度である例えば直角を維持するものとなる。
【００７３】
この結果、回転軸５によりヒーター支持台４１を介して支持されるヒーターカバー４４とサセプタ４との間隙にて構成されているパージガス排気口４６Ａの間隔が周囲の一部において異なるということがない。
【００７４】
したがって、組み立て時における精度によらず、回転軸５の周りの全方向に対して均一なパージガスの流れを確保することができ、それによって原料ガスによる付着物の生成やガスによる腐食からヒーター４２や回転軸５等の装置構成部品を保護することができる気相成長装置１０を提供することができる。
【００７５】
また、本実施の形態の気相成長装置１０では、パージガス排気口４６Ａは、パージガスが反応炉２から反応室に至るまでの流路に存在するいずれの箇所よりも小さなコンダクタンスを有していることが好ましい。
【００７６】
これにより、パージガス排気口４６Ａが最もコンダクタンスＣ１・Ｃ２が小さくなるよう設計されているので、パージガス排気口４６Ａにて均一なパージガスの流れを作ることができればその後の流路でガス溜まりを生じることもなく、均一なパージガスの流れを確保し、原料ガスの侵入を防ぐことができる。
【００７７】
また、本実施の形態の気相成長装置１０では、パージガス排気口４６Ａは、回転軸５に対して対称に設けられている。
【００７８】
これにより、パージガスが一部分に滞留するということが起こり難く、周方向の全ての方向に均一なパージガスの流れを確保することができる。
【００７９】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、上記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、上記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。また、本実施の形態では、ヒーターユニット及びその周囲の構成が異なるのみで、その他の部分は実施の形態１と同様である。
【００８０】
図６は、本実施の形態の気相成長装置１０におけるヒーターユニット４０Ｂ及びその周囲の構成を示す模式図である。
【００８１】
前記実施の形態１の気相成長装置１０におけるヒーターユニット４０Ａでは、図１に示すように、パージガス排気口４６Ａがサセプタ４とヒーターカバー４４との間に形成されていたが、本実施の形態のヒーターユニット４０Ｂでは、図６に示すように、パージガス排気口４６Ｂがヒーター支持台４１とヒーターカバー４４との間に形成されている点が異なっている。
【００８２】
すなわち、本実施の形態の気相成長装置１０では、回転軸ヒーター収容室としてのヒーターユニット４０Ｂは、図６に示すように、ヒーター支持台４１と、ヒーター支持台４１上に支柱４１ａを介して設置されたヒーター４２と、ヒーター４２からの熱を反射するリフレクタ４３と、ヒーター４２を覆う形でサセプタ４に取り付けられた延設部材としてのヒーターカバー４４と、ヒーターカバー４４の内側に設置されたパージガス導入ノズル４５とによって構成されている。
【００８３】
このように、本実施の形態では、ヒーターカバー４４はヒーター支持台４１から分離しており、このヒーターカバー４４とヒーター支持台４１との隙間にパージガス排気口４６Ｂが形成されている。そして、ヒーターカバー４４はサセプタ４に支持されている。
【００８４】
上記構成のヒーターユニット４０Ｂでは、パージガス導入ノズル４５により導入されたパージガスは、サセプタ４、ヒーター支持台４１及びヒーターカバー４４によって作られるヒーターユニット４０Ｂ内の空間に導入され、その後、ヒーター支持台４１とヒーターカバー４４とによって作られる隙間からなるパージガス排気口４６Ｂから前記成長室１内へ排気される。尚、ガスの流れの均一性を確保するため、これらの部材は回転軸５に対して対称な形状、又は回転軸５に対して対称な配置で取り付けられることが望ましい。
【００８５】
以上のように、本実施の形態の気相成長装置１０及び気相成長方法におけるヒーターユニット４０Ｂでは、パージガスを排気するパージガス排気口４６Ｂは、ヒーターユニット４０Ｂの床を構成し、かつ回転軸５と例えば直交して該回転軸５により支持されるヒーター支持台４１とサセプタ４の延設部材であるヒーターカバー４４との間隙にて構成されている。
【００８６】
このため、回転軸５が傾いて取り付けられたとしても、ヒーターユニット４０Ｂの床を構成し、かつ回転軸５と例えば直交して該回転軸５により支持されるヒーター支持台４１と回転軸５との取り付け角度９０度が変化することはない。その結果、ヒーターユニット４０Ｂの壁であるヒーターカバー４４も回転軸５及びサセプタ４に対して当初の角度を維持するものとなり、回転軸５により支持されるヒーター支持台４１と、サセプタ４の延設部材でありサセプタ４に支持されヒーターカバー４４との間隙にて構成されているパージガス排気口４６Ｂの間隔が周囲の一部において異なるということがない。
【００８７】
すなわち、パージガス排気口４６Ｂ全体が回転軸５の傾きに追従して傾くため、回転軸５の傾きによってパージガス排気口４６Ｂの間隔が変るということがなく、その結果、回転軸５の傾きがパージガスの流れに影響を与えることはない。
【００８８】
したがって、組み立て時における精度によらず、回転軸５の周りの全方向に対して均一なパージガスの流れを確保することができ、それによって原料ガスによる付着物の生成やガスによる腐食からヒーター４２や回転軸５等の装置構成部品を保護することができる気相成長装置１０及び気相成長方法を提供することができる。
【００８９】
〔実施の形態３〕
本発明のさらに他の実施の形態について図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、上記実施の形態１及び実施の形態２と同じである。また、説明の便宜上、上記の実施の形態１及び実施の形態２の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。また、本実施の形態では、ヒーターユニット及びその周囲の構成が異なるのみで、その他の部分は実施の形態１及び実施の形態２と同様である。
【００９０】
図７は、本実施の形態の気相成長装置１０におけるヒーターユニット４０Ｃ及びその周囲の構成を示す模式図である。
【００９１】
前記実施の形態１の気相成長装置１０におけるヒーターユニット４０Ａでは、図１に示すように、パージガス排気口４６Ａがサセプタ４とヒーターカバー４４との間に形成されていたが、本実施の形態のヒーターユニット４０Ｃでは、図７に示すように、パージガス排気口４６Ｃがヒーターカバー４４の途中に形成されている点が異なっている。
【００９２】
すなわち、本実施の形態の気相成長装置１０では、回転軸ヒーター収容室としてのヒーターユニット４０Ｃは、図７に示すように、ヒーター支持台４１と、ヒーター支持台４１上に支柱４１ａを介して設置されたヒーター４２と、ヒーター４２からの熱を反射するリフレクタ４３と、ヒーター４２を覆う形でサセプタ４及びヒーター支持台４１に取り付けられたヒーターカバー４４と、ヒーターカバー４４の内側に設置されたパージガス導入ノズル４５とにより構成されている。
【００９３】
上記構成のヒーターユニット４０Ｃでは、パージガス導入ノズル４５により導入されたパージガスは、サセプタ４、ヒーター支持台４１及びヒーターカバー４４によって作られるヒーターユニット４０Ｃ内の空間に導入され、その後、ヒーターカバー４４に設けられたパージガス排気口４６Ｃから成長室１内へ排気される。尚、ガスの流れの均一性を確保するため、これらの部材は、回転軸５に対して対称な形状、又は回転軸５に対して対称な配置で取り付けられることが望ましい。
【００９４】
このように、本実施の形態の気相成長装置１０及び気相成長方法におけるヒーターユニット４０Ｃでは、回転軸５により支持される部材は、ヒーターユニット４０Ｃの床を構成するヒーター支持台４１と、ヒーターユニット４０Ｃの壁を構成しかつヒーター支持台４１に支持固定されて立設するヒーターカバー４４の一部である立ち上がり部分とから構成されている。そして、パージガスを排気するパージガス排気口４６Ｃは、ヒーターカバー４４の上記一部の立ち上がり部分とサセプタ４の延設部材であるヒーターカバー４４の一部である立ち下がり部分との間隙にて構成されている。
【００９５】
これにより、ヒーターユニット４０Ｃの床を構成するヒーター支持台４１は、回転軸５と例えば直交して該回転軸５により支持される。このため、回転軸５が傾いて取り付けられたとしても、ヒーター支持台４１と回転軸５との取り付け角度が変化することはない。そして、ヒーターカバー４４の一部である立ち上がり部分は、ヒーターユニット４０Ｃの一部の壁を構成しかつ該ヒーター支持台４１に支持固定されて立設しているので、ヒーターカバー４４の一部である立ち上がり部分は、回転軸５及びサセプタ４に対して当初の角度を維持するものとなる。
【００９６】
また、ヒーターカバー４４の一部である立ち下がり部分は、ヒーターユニット４０Ｃの一部の壁を構成しかつサセプタ４に支持固定されて立設しているので、ヒーターカバー４４の一部である立ち下がり部分は、回転軸５及びサセプタ４に対して当初の角度を維持するものとなる。
【００９７】
この結果、回転軸５により支持されるヒーター支持台４１に支持固定されているヒーターカバー４４の立ち上がり部分と、サセプタ４に支持固定されているサセプタ４の延設部材としてのヒーターカバー４４の立ち下がり部分との間隙にて構成されているパージガス排気口４６Ｃの間隔が一部において異なるということがない。
【００９８】
したがって、組み立て時における精度によらず、回転軸５の周りの全方向に対して均一なパージガスの流れを確保することができ、それによって原料ガスによる付着物の生成やガスによる腐食からヒーター４２や回転軸５等の装置構成部品を保護することができる気相成長装置１０及び気相成長方法を提供することができる。
【００９９】
尚、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。また、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全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】
【０１００】
本発明は、ヒーター等の装置ユニットにガスによるパージ機構を有する気相成長装置及び気相成長方法に利用できる。
【符号の説明】
【０１０１】
１        成長室（反応室）
２        反応炉
３        基板
４        サセプタ（基板載置部材）
５        回転軸
１０        気相成長装置
１１        ガス排気部
１２        パージライン
１３        排ガス処理装置
２０        シャワーヘッド
２１        シャワー面
２２        冷水供給部
２３        ガス混合室
３１        III 族系ガス供給源
３４        Ｖ族系ガス供給源
３８        水冷装置
４０Ａ      ヒーターユニット（回転軸ヒーター収容室）
４０Ｂ      ヒーターユニット（回転軸ヒーター収容室）
４０Ｃ      ヒーターユニット（回転軸ヒーター収容室）
４１        ヒーター支持台（回転軸ヒーター収容室の床）
４１ａ      支柱
４２        ヒーター
４３        リフレクタ
４４        ヒーターカバー（回転軸ヒーター収容室の壁、カバー、延設部材）
４５        パージガス導入ノズル
４６Ａ      パージガス排気口
４６Ｂ      パージガス排気口
４６Ｃ      パージガス排気口
Ｃ１・Ｃ２  流路コンダクタンス
【図１】
2011066168.tif 000003
【図２】
2011066168.tif 000004
【図３】
2011066168.tif 000005
【図６】
2011066168.tif 000006
【図７】
2011066168.tif 000007
【図８】
2011066168.tif 000008
【図９】
2011066168.tif 000009
【図１０】
2011066168.tif 000010
【図４】
2011066168.tif 000011
【図５】
2011066168.tif 000012