(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応室と、
前記反応室下方に設けられた下部領域と、
前記反応室内に設けられた回転体と、
前記回転体と接続され、前記下部領域内に下端が設けられた回転軸と、
前記回転体上方に設けられ基板を支持する支持部と、
前記反応室に設けられ前記基板上に成膜をおこなうための反応ガスを前記反応室内に供給する反応ガス供給口と、
前記下部領域内に設けられ前記回転軸を回転させる回転機構と、
前記下部領域内に設けられ前記回転軸を回転自在に支持する第１の軸受と、
前記下部領域内の前記第１の軸受の下方に設けられ前記回転軸を回転自在に支持する第２の軸受と、
前記回転機構および前記第１の軸受より上方の前記下部領域に設けられ第１のガスを前記下部領域内に供給する第１の給気口と、
前記回転機構および前記第２の軸受より下方の前記下部領域に設けられ第２のガスを前記下部領域内に供給する第２の給気口と、
前記下部領域の前記第１の給気口と前記第２の給気口との間に設けられ前記第１のガスおよび前記第２のガスを前記下部領域内から排気する第１の排気口と、
前記反応室に設けられ余剰の前記反応ガスおよび成膜により生成された反応副生成物を前記反応室内から排気する第２の排気口と、
前記第１の排気口に接続される流量制御機構と、
を備えることを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
前記回転機構が前記第１の軸受と前記第２の軸受との間に設けられた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】
前記反応室と前記下部領域の間に設けられたシールをさらに備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の気相成長装置。
【請求項４】
反応室内に設けられた回転体上方に設けられた支持部に基板を支持し、
前記反応室に設けられた反応ガス供給口より成膜をおこなうための反応ガスを前記基板上に供給し、
前記回転体と接続され、前記反応室下方に設けられた下部領域内に下端が設けられ、前記下部領域内に設けられた第１の軸受及び前記第１の軸受の下方の前記下部領域内に設けられた第２の軸受により回転自在に支持された回転軸を回転機構により回転させ、
前記回転機構および前記第１の軸受より上方の前記下部領域に設けられた第１の給気口より第１のガスを前記下部領域内に供給し、
前記回転機構および前記第２の軸受より下方の前記下部領域に設けられた第２の給気口より第２のガスを前記下部領域内に供給し、
前記下部領域の前記第１の給気口と前記第２の給気口との間に設けられた第１の排気口から前記第１のガスおよび前記第２のガスを所定の流量に制御して排気し、
余剰の前記反応ガスおよび成膜により生成された反応副生成物を前記反応室内から排気することを特徴とする気相成長方法。
【請求項５】
前記第１の給気口から供給する前記第１のガスの流量と前記第２の給気口から供給する前記第２のガスの流量との和が、前記第１の排気口から排気するガスの流量より多いことを特徴とする請求項４記載の気相成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応ガスを供給して成膜を行う気相成長装置および気相成長方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高品質な半導体膜を成膜する方法として、気相成長により基板上に成膜をおこなうエピタキシャル成長技術がある。エピタキシャル成長技術を用いる気相成長装置では、常圧または減圧に保持された気相成長装置内の支持部に基板を載置する。そして、この基板を加熱しながら、原料となる反応ガスを基板に供給する。基板の表面では反応ガスの熱反応等が生じ、エピタキシャル単結晶膜が成膜される。
【０００３】
かかる成膜の際、支持部は回転体に支持され、この回転体と接続される回転軸を支持する軸受および回転機構を用いて基板が回転される。成膜時に、軸受や回転機構から生じる汚染物が膜へ混入し、良質な膜の成膜を妨げるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０―２２５７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、軸受や回転機構から生じる汚染物の膜への混入を防止して、良質な膜を基板上に形成できる気相成長装置および気相成長方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の気相成長装置は、反応室と、反応室下方に設けられた下部領域と、反応室内に設けられた回転体と、回転体と接続され、下部領域内に下端が設けられた回転軸と、回転体上方に設けられ基板を支持する支持部と、反応室に設けられ基板上に成膜をおこなうための反応ガスを反応室内に供給する反応ガス供給口と、下部領域内に設けられ回転軸を回転させる回転機構と、下部領域内に設けられ回転軸を回転自在に支持する第１の軸受と、下部領域内の第１の軸受の下方に設けられ回転軸を回転自在に支持する第２の軸受と、回転機構および第１の軸受より上方の下部領域に設けられ第１のガスを下部領域内に供給する第１の給気口と、回転機構および第２の軸受より下方の下部領域に設けられ第２のガスを下部領域内に供給する第２の給気口と、下部領域の第１の給気口と第２の給気口との間に設けられ第１のガスおよび第２のガスを下部領域内から排気する第１の排気口と、反応室に設けられ余剰の反応ガスおよび成膜により生成された反応副生成物を反応室内から排気する第２の排気口と、第１の排気口に接続される流量制御機構と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
上記態様の気相成長装置において、回転機構が第１の軸受と第２の軸受との間に設けられたことが好ましい。
【０００８】
上記態様の気相成長装置において、反応室と下部領域の間に設けられたシールをさらに備えることが好ましい。
【０００９】
実施形態の気相成長方法は、反応室内に設けられた回転体上方に設けられた支持部に基板を支持し、反応室に設けられた反応ガス供給口より成膜をおこなうための反応ガスを基板上に供給し、回転体と接続され、反応室下方に設けられた下部領域内に下端が設けられ、下部領域内に設けられた第１の軸受及び第１の軸受の下方の下部領域内に設けられた第２の軸受により回転自在に支持された回転軸を回転機構により回転させ、回転機構および第１の軸受より上方の下部領域に設けられた第１の給気口より第１のガスを下部領域内に供給し、回転機構および第２の軸受より下方の下部領域に設けられた第２の給気口より第２のガスを下部領域内に供給し、下部領域の第１の給気口と第２の給気口との間に設けられた第１の排気口から第１のガスおよび第２のガスを所定の流量に制御して排気し、余剰の反応ガスおよび成膜により生成された反応副生成物を反応室内から排気することを特徴とする気相成長方法である。
【００１０】
上記態様の気相成長方法において、第１の給気口から供給する第１のガスの流量と第２の給気口から供給する第２のガスの流量との和が、第１の排気口から排気するガスの流量より多いことが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、軸受や回転機構から生じる汚染物の膜への混入を防止して、良質な膜を基板上に形成できる気相成長装置および気相成長方法の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の気相成長装置の模式断面図である。
【図２】本実施形態の気相成長装置の模式構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
なお、本明細書中では、気相成長装置が成膜可能に設置された状態での重力方向を「下」と定義し、その逆方向を「上」と定義する。したがって、「下部」とは基準に対して重力方向の位置を意味し、「下方」とは基準に対して重力の方向をそれぞれ意味する。また、「上部」とは、基準に対し重力方向と逆方向の位置を意味し、「上方」とは基準に対し重力の方向と逆方向を意味する。
【００１５】
本実施形態の気相成長装置は、反応室と、反応室下方に設けられた下部領域と、反応室内に設けられた回転体と、回転体と接続され、下部領域内に下端が設けられた回転軸と、回転体上方に設けられ基板を支持する支持部と、反応室に設けられ基板上に成膜をおこなうための反応ガスを反応室内に供給する反応ガス供給口と、下部領域内に設けられ回転軸を回転させる回転機構と、下部領域内に設けられ回転軸を回転自在に支持する第１の軸受と、下部領域内の第１の軸受の下方に設けられ回転軸を回転自在に支持する第２の軸受と、回転機構および第１の軸受より上方の下部領域に設けられ第１のガスを下部領域内に供給する第１の給気口と、回転機構および第２の軸受より下方の下部領域に設けられ第２のガスを下部領域内に供給する第２の給気口と、下部領域の第１の給気口と第２の給気口との間に設けられ第１のガスおよび第２のガスを下部領域内から排気する第１の排気口と、反応室に設けられ余剰の反応ガスおよび成膜により生成された反応副生成物を反応室内から排気する第２の排気口と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
図１は、本実施形態の気相成長装置の模式断面図である。本実施形態の気相成長装置は、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いる縦型の枚葉型のエピタキシャル成長装置である。本実施形態のエピタキシャル成長装置では、たとえば、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）、ＩｎＧａＮ（窒化インジウムガリウム）等のＩＩＩ−Ｖ族の窒化物系半導体の単結晶膜を成膜する。
【００１７】
気相成長装置２は、反応室４と、反応室４の下方に設けられた下部領域６とを有する。気相成長装置２は、反応室４と下部領域６とを個別に成型し、その後反応室４と下部領域６とを接続して一体化させたものであっても、反応室４と下部領域６とを一体成型したものであってもよい。
【００１８】
反応室４内には、回転体３０が設けられ、回転体３０と接続された回転軸２８の下端３２は下部領域６内に設けられている。
【００１９】
回転体３０上部には、支持部３４が固定されている。支持部３４は、基板Ｗを重力方向に対し水平に支持する。ここで支持部３４は、たとえば、基板Ｗを支持するための凹部を有する。なお、基板Ｗを支持するための機構は、凹部に限定されない。また、回転軸２８と支持部３４とは一体成型されていてもよい。
【００２０】
回転軸２８の内部は、図１に示すように中空状であり、回転軸下端３２に開口部が設けられることが望ましい。また、反応室４内の回転体３０に通気口１０が設けられることが望ましい。この構成により、後述する第１のガスおよび第２のガスの少なくともいずれか一方が、回転軸２８の内部を下方から上方へ流れる。上方へ流れたガスは、通気口１０を通して回転軸２８、回転体３０の内部から反応室４内に流れる。
【００２１】
反応室４の内部には、ヒーター４０が設けられる。ヒーター４０は基板Ｗの加熱に用いられる。ヒーター４０は、たとえば、中空状の回転体３０の内部に設けられる。加熱中の基板Ｗの温度は、たとえば、図示しない温度計により測定することができる。
【００２２】
反応ガス供給口１２は、反応室４に設けられる。反応ガス供給口１２は、たとえば、図１のように、支持部３４より上方に設けられる。反応ガスは、反応ガス供給口１２から反応室４内に供給される。ここで反応ガスは、たとえばシャワープレート３８を通過した後に基板Ｗ上に供給され、成膜に用いられる。
【００２３】
回転機構２６は、下部領域６内に設けられる。回転機構２６は、回転軸２８を重力方向に対し水平面内で回転させ、これを通じて支持部３４および基板Ｗを水平面内で回転させる。ここで、回転機構２６としては、特に限定されないが、たとえばモーターが用いられる。かかるモーターは、基板Ｗ上への汚染物の供給を避ける構造となっていることが好ましい。樹脂でモールドされた構造を有するモーターは好ましく用いられる。
【００２４】
第１の軸受２２は、下部領域６内に設けられ、回転軸２８を回転自在に支持する。また、第２の軸受２４は、下部領域６内の第１の軸受２２の下方に設けられ、回転軸２８を回転自在に保持する。
【００２５】
第１の軸受２２と第２の軸受２４の構造としては、特に限定されないが、たとえば転がり軸受の場合には、外輪と、外輪の内側に設けられた内輪と、外輪と内輪との間に設けられた複数の転動体と、複数の転動体を保持する保持器と、で構成される。転動体には、たとえばステレンス鋼やＳｉＮを用いた玉や円筒ころなどの公知の転動体が用いられる。また、軸受を構成する部品の潤滑には、たとえば、パーフルオロポリエーテルを主成分としたグリースが用いられる。
【００２６】
第１の給気口１４は、回転機構２６および第１の軸受２２より上方の下部領域６に設けられる。第１の給気口１４においては、第１のガスが下部領域内６に供給される。
【００２７】
第２の給気口１６は、回転機構２６および第２の軸受２４より下方の下部領域６に設けられる。第２の給気口１６においては、第２のガスが下部領域内６に供給される。
【００２８】
第１のガスおよび第２のガスには、たとえば、Ｈ２（水素）ガスまたはＮ２（窒素）ガスが用いられる。特に第１のガスについては、後述するシール３６冷却のため、Ｈ２（水素）ガスを用いることが好ましい。
【００２９】
第１の排気口１８は、下部領域６の、第１の給気口１４と第２の給気口１６との間に設けられる。第１の排気口１８では、第１のガス、第２のガス、および第１の軸受２２と第２の軸受２４と回転機構２６とから生じる汚染物が、下部領域６内から排気される。なおここで第１の排気口１８の配置は、重力方向において第１の給気口１４と第２の給気口１６との間であればよい。また、第１の給気口１４から供給する第１のガスの流量と第２の給気口１６から供給する第２のガスの流量との和が、第１の排気口１８から排気するガスの流量より多いことが好ましい。
【００３０】
第１の排気口１８は、第１の軸受２２と第２の軸受２４との間に設けられることが、第１の軸受２２、第２の軸受２４および回転機構２６から生じる汚染物を効率良く排出できるため好ましい。
【００３１】
第２の排気口２０は、反応室４に設けられる。第２の排気口２０は、たとえば、図１のように、支持部３４より下方に設けられる。第２の排気口２０からは、第１のガス、第２のガス、余剰の反応ガス、および成膜により生成された反応副生成物が反応室４内から排気される。なお、第２の排気口２０の個数は特に限定されない。
【００３２】
反応室４と下部領域６との間には、さらにシール３６が設けられていることが好ましい。シール３６は、回転軸２８の周囲で回転機構２６と第１の軸受２２との上方かつ支持部３４の下方に設けられる。シール３６においては、少なくとも第１のガスと第２のガスとのいずれか一方が、下部領域６内から反応室４内へと流れる。ここでシール３６の種類については、特に限定されないが、たとえばラビリンスシールなどの非接触シールは好ましく用いられる。
【００３３】
図２は、本実施形態の気相成長装置２の模式構成図である。図２（ａ）は、本実施形態の一具体例を示す図である。図２（ｂ）は、本実施形態の別の具体例を示す図である。
【００３４】
気相成長装置２は、流量制御機構６０をさらに備える。ここで流量制御機構６０は、第１の流量制御部６２と、第２の流量制御部６４と、排気機構６６と、を備える。
【００３５】
図２（ａ）における気相成長装置２では、第１の排気口１８から排気するガスが第１の流量制御部６２に供給するよう構成される。また、第２の排気口２０から排気するガスが第２の流量制御部６４に供給するよう構成される。そして、第１の流量制御部６２および第２の流量制御部６４から排気するガスが排気機構６６により排気されるよう構成される。
【００３６】
第１の流量制御部６２により、第１の排気口１８から排気するガスの流量が制御される。また、第２の流量制御部６４により、第２の排気口２０から排気するガスの流量が制御される。第１の流量制御部６２により流量が制御されたガスと、第２の流量制御部６４により流量が制御されたガスが、排気機構６６により排気される。
【００３７】
図２（ｂ）における気相成長装置２では、第１の排気口１８から排気するガスが第１の流量制御部６２に供給するよう構成される。また、第１の流量制御部６２および第２の排気口２０から排気するガスが第２の流量制御部６４に供給するよう構成される。そして、第２の流量制御部６４から排気するガスが排気機構６６により排気されるよう構成される。
【００３８】
第１の排気口１８から排気されるガスの流量は、第１の流量制御部６２により制御される。次に、第１の流量制御部６２により制御されたガスと第２の排気口２０から排気されるガスの流量との和が、第２の流量制御部６４により制御される。そして、第２の流量制御部６４により流量が制御されたガスが、排気機構６６により排気される。
【００３９】
ここで、第１の流量制御部６２と第２の流量制御部６４は、特に限定されないが、たとえば、公知のマスフローコントローラーやニードルバルブ、あるいはそれらの組み合わせが用いられる。また、排気機構６６としては、特に限定されないが、たとえば、公知のドライポンプが用いられる。
【００４０】
図２（ｂ）の気相成長装置２では、第１の排気口１８から排気されるガスの流量が、第１の流量制御部６２と第２の流量制御部６４の両方を用いて制御される。したがって、図２（ａ）の気相成長装置２と比較して、第１の排気口１８から多量のガスが排気されることを防止できる。
【００４１】
以下、気相成長装置２を用いた本実施形態の気相成長方法について、図１および図２を参照して説明する。
【００４２】
まず、たとえば図示しないハンドを用いて、基板Ｗを支持部３４に載置する。次に、回転機構２６を用いて回転軸２８を回転させることにより、支持部３４上の基板Ｗを重力方向に対して水平面内で回転する。その回転数は、たとえば５０ｒｐｍから３０００ｒｐｍの程度である。さらに、ヒーター４０を用いて基板Ｗを加熱する。基板Ｗを加熱するときの温度は、図示しない温度計により測定する。
【００４３】
また、反応ガス供給口１２から反応ガスを反応室４に供給する。供給した反応ガスはシャワープレート３８を通過して基板Ｗ上に供給され、成膜に用いられる。成膜に使用されなかった余剰の反応ガスや成膜により生成された反応副生成物は、第２の排気口２０から排気される。
【００４４】
また、第１のガスを第１の給気口１４に、第２のガスを第２の給気口１６に、それぞれ供給する。次に、第１のガスおよび第２のガスを、第１の軸受２２、第２の軸受２４または回転機構２６を通過させ、第１の排気口１８より排気させる。また、第１の軸受２２と第２の軸受２４と回転機構２６とから生じた汚染物を、第１の排気口１８より排気する。ここで、第１の給気口１４から供給する第１のガスの流量と第２の給気口１６から供給する第２のガスの流量との和が、第１の排気口１８から排気するガスの流量より多いことが好ましい。
【００４５】
第１のガスおよび第２のガスの少なくとも一方を、シール３６を通過させ下部領域６から反応室４へと供給する。
【００４６】
また、第１のガスおよび第２のガスの少なくとも一方を、下部領域６から中空状の回転軸２８内を上昇させ反応室４へと供給する。供給したガスは、ヒーター４０の周囲をパージして、通気口１０を通過して第２の排気口２０から排気する。
【００４７】
第１の排気口１８および第２の排気口２０から排気されたガスは、第１の流量制御部６２と第２の流量制御部６４により適切に流量が制御され、排気機構６６により排気される。
【００４８】
以下、本実施形態の作用および効果について説明する。
【００４９】
支持部３４が回転すると、第１の軸受２２、第２の軸受２４および回転機構２６などを構成する材料から生じた発塵やオイルミストが汚染物として基板上の膜に混入し、膜質を劣化させるおそれがある。基板回転部が５０ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍのように高速に回転する場合には、この汚染物の量は特に多くなる。
【００５０】
本実施形態の気相成長装置２においては、第１の軸受２２、第２の軸受２４および回転機構２６の上方に第１の給気口１４が、また下方に第２の給気口１６が、それぞれ設けられている。また、第１の排気口１８が、第１の給気口１４と第２の給気口１６との間に設けられている。そのため、上記の汚染物は、第１のガスと第２のガスにより、基板Ｗの近傍に到達することなく、第１の排気口１８から排気される。そのため、膜質の劣化を防止できる。
【００５１】
回転機構が第１の軸受２２と第２の軸受２４との間に設けられた構造とすることで、回転軸２８などから加わる荷重を安定して受けることができる。
【００５２】
気相成長装置２が流量制御機構６０を備えることにより、第１の排気口１８と第２の排気口２０から排気されるガスの量を、上記汚染物の膜への混入を防ぎかつ反応ガスが第１の軸受２２と第２の軸受２４と回転機構２６の方に入り込まないように、制御することができる。
【００５３】
シール３６を設けることで、第１の軸受２２、第２の軸受２４および回転機構２６の材料が基板上の膜へ混入することを抑制することができる。さらに、反応ガスや成膜後の反応副生成物が第１の軸受２２、第２の軸受２４および回転機構２６へ入ることを抑制できるため、第１の軸受２２、第２の軸受２４および回転機構２６の長寿命化が可能となる。
【００５４】
回転軸２８の内部が中空状で、通気口１０を有し、回転軸下端３２に開口部を有し、回転軸内部２８にヒーター４０が設けられることにより、回転軸下端３２から回転軸内部に供給されたガスが、ヒーター４０の周囲をパージして、通気口１０を経由して第２の排気口２０から排気されるため、プロセスガスによるヒーター４０への影響を抑えることができる。
【００５５】
第１の給気口１４から供給する第１のガスの流量と第２の給気口１６から供給する第２のガスの流量との和が、第１の排気口１８から排気するガスの流量より多いと、反応ガスがシール３６を通過して第１の軸受２２と第２の軸受２４と回転機構２６の周囲に流れることを防止できるため、それらの寿命を長くすることが可能となる。この流量制御は、上述の流量制御機構６０によりおこなうことが好ましい。
【００５６】
以上、述べた構成によれば、軸受や回転機構から生じる汚染物の膜への混入を防止して、良質な膜を基板上に形成できる気相成長装置および気相成長方法の提供が可能となる。
【００５７】
具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。上記、実施形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、各実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもかまわない。
【００５８】
また、実施形態では、基板１枚毎に成膜する縦型の枚葉式のエピタキシャル装置を例に説明したが、気相成長装置は、枚葉式のエピタキシャル装置に限られるものではない。例えば、自公転する複数の基板に同時に成膜するプラネタリー方式のＣＶＤ装置や、横型のエピタキシャル装置等にも、本発明を適用することが可能である。
【００５９】
実施形態では、装置構成や製造方法等、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や製造方法等を適宜選択して用いることができる。その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての気相成長装置および気相成長方法は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。
【符号の説明】
【００６０】
２        気相成長装置
４        反応室
６        下部領域
１０      通気口
１２      反応ガス供給口
１４      第１の給気口
１６      第２の給気口
１８      第１の排気口
２０      第２の排気口
２２      第１の軸受
２４      第２の軸受
２６      回転機構
２８      回転軸
３０      回転体
３２      （回転軸）下端
３４      支持部
３６      シール
３８      シャワープレート
４０      ヒーター
６０      流量制御機構
６２      第１の流量制御部
６４      第２の流量制御部
６６      排気機構
【図１】
0006426999.tif 000002
【図２】
0006426999.tif 000003