(57)【要約】【課題】自公転機構を有する気相成長装置において、原料ガスやパージガスが他方に漏れ出すことを簡単な構造で防止できる気相成長装置を提供する。【解決手段】自公転機構を有する気相成長装置において、チャンバー外周の排気通路１８に、下流側が排気手段に接続された外管２１と、該外管の上流部に挿入された短内管２２とを有する二重管構造の排気管２３を設け、該排気管の短内管内の通路と、短内管と外管との間の通路とのいずれか一方を原料ガス排気通路２８とし、いずれか他方をパージガス排気通路２９とし、かつ、ガス流量の少ない通路の通路断面積をガス流量の多い通路の通路断面積より小さく形成する。【選択図】図１
2008205090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏平円筒状のチャンバー内に回転可能に設けられた円盤状のサセプタと、該サセプタの外周部に回転可能に設けられた複数の円盤状の基板ホルダーと、該基板ホルダーの外周に設けられた歯車に歯合する歯車部材と、前記チャンバーのサセプタ表面側中央部に設けられた原料ガス導入部と、前記チャンバーのサセプタ裏面側中央部に設けられたパージガス導入部と、前記チャンバーの外周に設けられた排気通路とを備えた自公転機構を有する気相成長装置において、前記排気通路に、下流側が排気手段に接続された外管と、該外管の上流端から外管上流部に挿入された短内管とを有する二重管構造の排気管を設け、該排気管の短内管内の通路と、短内管と外管との間の通路とのいずれか一方を前記サセプタ表面側を流れる原料ガスを排気する原料ガス排気通路とし、いずれか他方を前記サセプタ裏面側を流れるパージガスを排気するパージガス排気通路とし、かつ、ガス流量の少ない通路の通路断面積をガス流量の多い通路の通路断面積より小さく形成したことを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
前記ガス流量の少ない通路がパージガス排気通路であり、ガス流量の多い通路が原料ガス排気通路であることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長装置に関し、詳しくは、円盤状のサセプタ表面側（基板側）中央部から外周に向けて原料ガスを流す構造の気相成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
気相成長装置として、偏平円筒状に形成したチャンバー内の下部にサセプタを回転可能に配設し、該サセプタの外周部に基板を保持する基板ホルダーを自公転可能に配置するとともに、チャンバー内の上部にサセプタ中心部から外周部に向けて原料ガスを導入するガス導入部を配設した、いわゆる自公転方式の気相成長装置が知られている。この気相成長装置は、所定温度に加熱したサセプタを回転させることによって前記基板ホルダーに保持した基板を自公転させながら、前記ガス導入部から所定の原料ガスをチャンバー内に導入することにより、基板面上に薄膜を成長させる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、気相成長装置では、サセプタの裏面に配置したヒーター等の部分に原料ガスが流入することを抑えるため、サセプタの裏面側にパージガスを流すようにしているが、サセプタを回転させるためには、サセプタの周囲にサセプタの回転を妨げないための隙間を設けておかなければならず、この隙間を通って原料ガスやパージガスが他方に漏れ出すことがあり、原料ガスがサセプタ裏面側に漏れ出すとヒーター等が腐食してしまい、逆にパージガスがサセプタ表面側に漏れ出すと薄膜の品質低下を招いてしまう。
【０００４】
このため、サセプタの原料ガス側とパージガス側との圧力を等しくしてガスの漏れ出しを抑制したり、パージガス側を僅かに低い圧力にすることで薄膜の品質低下を防止したりすることが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。また、フローチャンネルに設けた円形の開口に下方からサセプタを挿入する構造の気相成長装置では、サセプタの外周にフローチャンネル下面に沿う方向の鍔部を突出させ、フローチャンネルとの間の流路面積を拡げることで原料ガスの漏れ出しを抑制することも提案されている（例えば、特許文献３参照。）。さらに、横型の気相成長装置において、原料ガス側とパージガス側とを排気ポートに至るまで分離することも提案されている（例えば、特許文献４参照。）。
【特許文献１】特開２００６−１０８３１２号公報
【特許文献２】特開２００６−９３２７６号公報
【特許文献３】特開２００５−２４３７６６号公報
【特許文献４】特開２００６−８９２９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、基板ホルダーを自公転させる構造を有する気相成長装置では、回転する基板ホルダーやサセプタの周囲にガスが漏れ出しやすい隙間が多く、歯車のかみ合わせ部分も考慮しなければならない。また、比較的大きなサセプタが回転し、回転に伴って気流が発生するため、特許文献２に記載されているように、サセプタの原料ガス側とパージガス側との圧力を制御してもガスの漏れ出しを防止することは困難である。さらに、特許文献３に記載されている自転するのみのサセプタとフローチャンネルとの間の構造を基板ホルダーが自公転する構造にそのまま適用することはできない。同様に、特許文献４に記載された構造も、自公転機構を有する気相成長装置への適用は困難である。
【０００６】
そこで本発明は、自公転機構を有する気相成長装置において、原料ガスやパージガスが他方に漏れ出すことを簡単な構造で防止できる気相成長装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の気相成長装置は、偏平円筒状のチャンバー内に回転可能に設けられた円盤状のサセプタと、該サセプタの外周部に回転可能に設けられた複数の円盤状の基板ホルダーと、該基板ホルダーの外周に設けられた歯車に歯合する歯車部材と、前記チャンバーのサセプタ表面側中央部に設けられた原料ガス導入部と、前記チャンバーのサセプタ裏面側中央部に設けられたパージガス導入部と、前記チャンバーの外周に設けられた排気通路とを備えた自公転機構を有する気相成長装置において、前記排気通路に、下流側が排気手段に接続された外管と、該外管の上流端から外管上流部に挿入された短内管とを有する二重管構造の排気管を設け、該排気管の短内管内の通路と、短内管と外管との間の通路とのいずれか一方を前記サセプタ表面側を流れる原料ガスを排気する原料ガス排気通路とし、いずれか他方を前記サセプタ裏面側を流れるパージガスを排気するパージガス排気通路とし、かつ、ガス流量の少ない通路の通路断面積をガス流量の多い通路の通路断面積より小さく形成したことを特徴とするもので、特に、前記ガス流量の少ない通路がパージガス排気通路であり、ガス流量の多い通路が原料ガス排気通路であることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の気相成長装置によれば、ガス流量の少ない通路を流れるガスは、ガス流量の多い通路を流れるガスによるエジェクター効果で吸引されて排気されるので、複雑な構造の自公転機構を有する気相成長装置でも、ガス流量が少なく、比較的速度が遅い状態で流れるガスを効率よく排出することができる。これにより、局所的なガスの逆流等を防止でき、膜厚分布、組成分布、再現性等の向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は本発明の気相成長装置の第１形態例を示す断面正面図である。この気相成長装置は、上部中央にガス導入部１１を配設した偏平円筒状のチャンバー１２内の下部に回転可能に設けられた円盤状のサセプタ１３と、該サセプタ１３の外周部に回転可能な状態で等間隔に設けられた複数の基板ホルダー１４と、該基板ホルダー１４の下部でサセプタ裏面側にリング状に設けられたヒーター１５と、前記チャンバー１２の外周部に設けられて前記基板ホルダー１４の外周に設けられた歯車１４ａに歯合する内歯車部材１６と、前記チャンバー１２のサセプタ裏面側中央部に設けられたパージガス導入部１７と、前記チャンバー１２の外周に設けられた排気通路１８とを備えた自公転方式の気相成長装置である。
【００１０】
チャンバー１２は、耐食性に優れたステンレス鋼や石英ガラス等で形成されるものであって、チャンバー１２の底部中央部には、サセプタ１３を回転させるための回転駆動軸１９がパージガス導入部１７を貫通した状態で設けられ、該回転駆動軸１９でサセプタ１３を回転させることにより、基板２０を保持した前記基板ホルダー１４がサセプタ１３の中心に対して公転するとともに、歯車１４ａが内歯車部材１６に歯合して自転する状態となる。
【００１１】
前記排気通路１８には、図示しない真空ポンプ等の周知の排気手段に先端部下流側が接続された外管２１と、該外管２１の上流端に同心状に挿入された短内管２２とを有する二重管構造の排気管２３がチャンバー１２の下方に向かって複数本、例えば８本が等間隔で設けられている。短内管２２の上端は、チャンバー１２の外周に水平方向に配置されたリング状の仕切板２４に設けられた開口２４ａを介してサセプタ１３の表面側空間である原料ガス通路２５に連通しており、外管２２の上端周壁には、サセプタ１３の裏面側空間であるパージガス通路２６に連通する連通路２７が設けられ、外管２１の上端は前記仕切板２４で閉塞されている。
【００１２】
短内管２２は、外管２１の上流端から所定の位置まで挿入される長さを有するものであって、外管２１の内径の２〜３倍程度の長さを有している。したがって、外管２１の上流端から短内管２２の挿入先端までは、短内管２２の内側の原料ガス排気通路２８と、短内管２２の外周と外管２１の内周との間のパージガス排気通路２９とが区画形成され、短内管２２の挿入端から先の下流側は、原料ガスとパージガスとが混合して流れる混合ガス排気通路３０となっている。
【００１３】
また、短内管２２の通路断面積は、外管２１の通路断面積の１／２以上に設定され、パージガス排気通路２９の通路断面積に比べて原料ガス排気通路２８の通路断面積が大きく設定されている。原料ガス排気通路２８の通路断面積は、複数の排気管２３の合計で、前記ガス導入部１１からサセプタ１３の表面側に導入された原料ガスを一定圧力、一定流量で排気できるように設定されており、パージガス排気通路２９の通路断面積は、ガス流量の多い原料ガスが短内管２２の先端から流出するときのエジェクター効果により、ガス流量の少ないパージガス排気通路２９内のパージガスを混合ガス排気通路３０に吸引できる状態になるように設定されている。
【００１４】
このように、原料ガス排気通路２８から混合ガス排気通路３０に流出する原料ガスによるエジェクター効果でパージガス排気通路２９内のパージガスを混合ガス排気通路３０に吸引して排気するように形成し、両通路２８．２９の断面積をガス流量等の条件に応じて適切に設定することにより、ヒーター１５等が配置されたパージガス通路２６内を比較的低速で流れるパージガスを効率よく排気することができ、排気通路１８部分での局所的なパージガスの逆流を防ぐことができ、パージガスがサセプタ１３の表面側に浸入することがなくなり、膜厚分布、組成分布、再現性等の向上が図れる。
【００１５】
例えば、ガス導入部１１から導入する原料ガス、例えばトリメチルガリウム、アンモニア及びキャリアガスとしての水素の合計流量を２００ｓｌｍとし、パージガス導入部１７から導入するパージガス、例えば窒素ガスの流量を２０ｓｌｍとし、原料ガス排気通路２８とパージガス排気通路２９との通路断面積比を２：１に設定すると、原料ガス排気通路２８とパージガス排気通路２９とにおける各ガスの流速比が５：１となり、原料ガスによるエジェクター効果でパージガスを吸引することができ、パージガスがサセプタ１３表面側の基板面に向かって逆流することを防止できる。また、チャンバー上部内壁に断熱板等を介在させ、その間隙にパージガスを流す場合も、その末端流路を前記排気通路２９に導くことにより、サセプタ下を流れるパージガスと同様の効果が得られる。
【００１６】
図２は本発明の気相成長装置の第２形態例を示す要部の断面正面図である。なお、以下の説明において、前記第１形態例に示した気相成長装置の各構成要素と同一の構成要素には、それぞれ同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００１７】
本形態例は、本発明をフェースダウンタイプの気相成長装置に適用した例を示すものであって、チャンバー１２の下部中央にガス導入部１１を配設するとともに、チャンバー１２の上部にサセプタ１３を回転可能に配設し、基板ホルダー１４の下面に保持した基板２０の表面（下面）に薄膜を成長させる構造を有している。
【００１８】
チャンバー１２の外周に設けられた排気通路１８には、仕切板２４に保持された短内管３１と、チャンバー１２の底壁に一体的に設けられた外管３２とを有する二重管構造の排気管３３がチャンバー１２の下方に向かって設けられており、短内管３１の内側をパージガス排気通路３４、短内管３１と外管３２との間を原料ガス排気通路３５としている。
【００１９】
本形態例においても、前記同様に、原料ガス排気通路３５の通路断面積は、パージガス排気通路３４の通路断面積よりも大きく設定されており、短内管３１外周の原料ガス排気通路３５を流れる原料ガスによるエジェクター効果で、短内管３１内周のパージガス排気通路３４からパージガスを吸引して排気できるように形成されている。
【００２０】
両形態例に示すように、流量が多く、流速の早い原料ガスのエジェクター効果で流量が少ないパージガスを吸引することにより、回転する基板ホルダーやサセプタの周囲にガスが漏れ出しやすい隙間が多い自公転機構を有する気相成長装置においても、複雑な圧力調整機構を設けたりすることなく、簡単な構造で原料ガスやパージガスが他方に漏れ出すことを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の気相成長装置の第１形態例を示す断面正面図である。
【図２】本発明の気相成長装置の第２形態例を示す要部の断面正面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１１…ガス導入部、１２…チャンバー、１３…サセプタ、１４…基板ホルダー、１４ａ…歯車、１５…ヒーター、１６…内歯車部材、１７…パージガス導入部、１８…排気通路、１９…回転駆動軸、２０…基板、２１…外管、２２…短内管、２３…排気管、２４…仕切板、２４ａ…開口、２５…原料ガス通路、２６…パージガス通路、２７…連通路、２８…原料ガス排気通路、２９…パージガス排気通路、３０…混合ガス排気通路、３１…短内管、３２…外管、３３…排気管、３４…パージガス排気通路、３５…原料ガス排気通路
【図１】
2008205090.tif 000003
【図２】
2008205090.tif 000004