(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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筒状の回転歯車部材と、該回転歯車部材に保持される円柱状の基板保持部材と、前記回転歯車部材の外周に設けられた外歯車に歯合する内歯車を備えた固定歯車部材と、前記チャンバーのサセプタ表面側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に設けられた不活性ガス導入部と、前記チャンバーの反原料ガス導入部側及び反不活性ガス導入部側にそれぞれ設けられた排気部と、前記チャンバーのサセプタ裏面側に設けられた加熱手段とを備えた自公転機構を有する気相成長装置において、前記基板保持部材は、上面に基板載置部を設けた大径部と、該大径部の下面から突出した小径部と、大径部と小径部との間の水平方向の下向き段部とを有し、前記回転歯車部材は、内周上部の前記基板保持部材の大径部を収納する大径収納部と、内周下部の前記基板保持部材の小径部を収納する小径収納部と、大径収納部と小径収納部との間で前記基板保持部材の下向き段部を載置する載置段部とを有し、前記基板保持部材の下向き段部と前記回転歯車部材の載置段部との間に、回転歯車部材に保持した基板保持部材の高さ調整を行うためのスペーサリングを介装したことを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
前記スペーサリングは、窒化ケイ素と窒化ホウ素との複合材料で形成され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、基板を基板保持部材及び回転歯車部材を介してサセプタに回転可能に設けるとともに、サセプタ裏面側に設けた加熱手段により前記基板保持部材を介して前記基板を加熱する自公転型の気相成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
青色発光ダイオード、緑色発光ダイオード及び紫外レーザーダイオードの材料となる窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体デバイスに用いられる化合物半導体等の薄膜を製造するための気相成長装置では、有機金属及びアンモニアを原料として水素又は窒素をキャリアガスとした原料ガスを加熱した基板上に供給し、基板面にＧａＮ薄膜を気相成長させている。このような気相成長装置として、基板面における原料ガスの状態等の処理条件を均一にするため、基板を公転させながら自転させる、いわゆる自公転型の気相成長装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。さらに、ＧａＮ薄膜は成膜温度によって大きな影響を受けるため、複数の基板を同時に処理する場合、基板とサセプタとの間に調整板を介在させ、調整板の厚さを調節することによって複数の基板温度の均一化を図ることも行われている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００７−２４３０６０号公報
【特許文献２】特開２００７−２７３６６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に記載された自公転型の気相成長装置に、特許文献２に記載された調整板を採用することにより、複数の基板の温度条件を均一化することが可能であるが、サファイア等で形成される調整板を最適な厚さの円盤状に成形するのに多大な手間及びコストが掛かり、調整板の着脱性にも問題があった。
【０００４】
そこで本発明は、自公転型の気相成長装置において、簡単な構造で加熱手段と基板保持部材との距離を調整することができ、複数の基板の温度を均一化することが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】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明は、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筒状の回転歯車部材と、該回転歯車部材に保持される円柱状の基板保持部材と、前記回転歯車部材の外周に設けられた外歯車に歯合する内歯車を有する固定歯車部材と、前記チャンバーのサセプタ表面側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に設けられた不活性ガス導入部と、前記チャンバーの反原料ガス導入部側及び反不活性ガス導入部側にそれぞれ設けられた排気部と、前記チャンバーのサセプタ裏面側に設けられた加熱手段とを備えた自公転機構を有する気相成長装置において、前記基板保持部材は、上面に基板載置部を設けた大径部と、該大径部の下面から突出した小径部と、大径部と小径部との間の水平方向の下向き段部とを有し、前記回転歯車部材は、内周上部の前記基板保持部材の大径部を収納する大径収納部と、内周下部の前記基板保持部材の小径部を収納する小径収納部と、大径収納部と小径収納部との間で前記基板保持部材の下向き段部を載置する載置段部とを有し、前記基板保持部材の下向き段部と前記回転歯車部材の載置段部との間に、回転歯車部材に保持した基板保持部材の高さ調整を行うためのスペーサリングを介装したことを特徴とし、前記スペーサリングを、窒化ケイ素と窒化ホウ素との複合材料で形成すると好適である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の気相成長装置によれば、スペーサリングの厚さを変えることで加熱手段と基板保持部材との間の距離が調整可能となり、同時に成膜処理を行う複数の基板の温度を均一化することができる。また、スペーサリングを窒化ケイ素と窒化ホウ素との複合材料で形成することにより、加工性の向上と強度の向上とを図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は本発明の気相成長装置の一形態例を示す断面図、図２は図１のII−II断面図、図３は図２のIII−III断面図である。
【０００８】
本形態例に示す気相成長装置１１は、ステンレスで形成された偏平円筒状のチャンバー１２内に円盤状のサセプタ１３を回転可能に設けるとともに、該サセプタ１３の外周部に複数の基板保持部材１４を回転歯車部材１５を介して回転可能に設けた自公転型気相成長装置であって、１０枚の基板１６を同時に処理することができるように形成されている。
【０００９】
サセプタ１３は、チャンバー１２の底面部分を貫通した回転軸１７により支持されている。チャンバー１２の下部にはヒーター１８や温度計１９がそれぞれ設けられ、ヒーター１８の周囲にはリフレクター２０が設けられている。また、チャンバー１２のサセプタ表面側中央部には原料ガス導入部２１が設けられ、外周部には排気部２２が設けられるとともに、回転軸１７の周囲には不活性ガス導入部２３が設けられ、リフレクター２０の外周には前記排気部２２に連通する不活性ガス導出部２４が設けられている。
【００１０】
サセプタ１３の外周部には、前記回転歯車部材１５を収納する平面視円形の収容部１３ａが周方向に等間隔で設けられている。収容部１３ａのサセプタ１３外周側には開口部１３ｂが設けられ、回転歯車部材１５の外歯車１５ａがサセプタ１３外周に突出するように形成されている。
【００１１】
基板保持部材１４は、上面に基板１６を載置する基板載置部１４ａを設けた大径部１４ｂと、該大径部１４ｂの下面から突出した小径部１４ｃと、大径部１４ｂと小径部１４ｃとの間の水平方向の下向き段部１４ｄとを有する円柱状に形成されている。
【００１２】
回転歯車部材１５は、内周上部の前記基板保持部材１４の大径部１４ｂを収納する大径収納部１５ｂと、内周下部の前記基板保持部材１４の小径部１４ｃを収納する小径収納部１５ｃと、大径収納部１５ｂと小径収納部１５ｃとの間で前記基板保持部材１４の下向き段部１４ｄを載置する載置段部１５ｄとを有する円筒状に形成され、上部外周には前記外歯車１５ａが形成されている。この回転歯車部材１５は、前記収容部１３ａ内に、カーボンやセラミックで形成された多数のボール２５を介して回転可能に収容されている。
【００１３】
基板保持部材１４は、下向き段部１４ｄと載置段部１５ｄとの間に、スペーサリング２６を介装させた状態で回転歯車部材１５の内部に収納されて保持され、回転歯車部材１５と一体的に回転する。スペーサリング２６は、回転歯車部材１５に保持した基板保持部材１４の高さ調整を行うものであって、厚さ寸法の異なるものが複数用意されている。このスペーサリング２６は、サファイアやカーボン等の各種材料で形成することができるが、窒化ケイ素と窒化ホウ素の複合材料で形成することにより、加工性の向上と強度の向上を図ることができる。
【００１４】
また、サセプタ１３の外周位置には、前記開口部１３ｂから突出する回転歯車部材１５の外歯車１５ａに歯合する内歯車２７ａを備えたリング状の固定歯車部材２７が設けられている。
【００１５】
上述の気相成長装置１１で基板１６の上面に薄膜を気相成長させる際に、回転軸１７を所定速度で回転させてサセプタ１３を回転させると、このサセプタ１３の回転により、サセプタ１３の軸線を中心として公転する回転歯車部材１５の外歯車１５ａが固定歯車部材２７の内歯車２７ａと歯合することにより、回転歯車部材１５及びこれに保持された基板保持部材１４がその軸線を中心として自転し、これによって基板１６が自公転する状態となる。
【００１６】
一方、ヒーター１８を作動させてサセプタ１３及び基板保持部材１４を介して基板１６を所定温度、例えば１１００℃に加熱した状態で、原料ガス導入部２１から所定の原料ガス、例えばトリメチルガリウムとアンモニアとをチャンバー１２内のサセプタ上面側に導入し、外周の排気部２２から排出することにより、複数の基板１６の上面に所定の薄膜を堆積させることができる。これと同時に、不活性ガス導入部２３から所定の不活性ガス、例えば窒素ガスをサセプタ１３の下方の空間部Ｅに導入して排気部２２から排出することにより前記空間部Ｅをパージする。
【００１７】
このようにして基板１６の上面に薄膜を形成する際に、基板保持部材１４の製作誤差等によって各基板保持部材１４に載置した基板１６の温度が異なることがあるが、各基板の温度差に応じて前記スペーサリング２６の厚さ寸法を変えて基板保持部材１４の高さを調節し、基板保持部材１４の底面とヒーター１８との距離を調節することにより、各基板の温度差を最小とすることができ、均一な温度条件で薄膜を気相成長させることができる。
【実施例１】
【００１８】
前記形態例に示した気相成長装置１１を用いて１０個の基板保持部材１４の表面温度を均一化する実験を行った。スペーサリングは、厚さ１ｍｍを基準とし、０．１ｍｍ刻みで０．７〜１．３ｍｍの厚さのスペーサリングをそれぞれ１０枚ずつ作成した。
【００１９】
まず、基準として厚さ１ｍｍのスペーサリングを各下向き段部１４ｄと載置段部１５ｄとの間にそれぞれ介装し、ヒーター温度（測定値）：８５０℃，ガス種：窒素ガス，ガス流量：３００ＳＬＭ，リアクタ圧力：大気圧、の測定条件で、放射温度計によって各基板保持部材１４の表面温度をそれぞれ測定した。その結果を図４に示す。この測定結果から、各基板保持部材の表面温度の最高温度と最低温度とに２．６℃の温度差があり、各基板保持部材の表面温度は、この範囲でばらついていることがわかった。
【００２０】
また、各厚さのスペーサリングをそれぞれ介装したときの各基板保持部材の表面温度を同じ測定条件で測定し、スペーサリングの厚さと基板保持部材の表面温度との関係を調べた。その結果を図５に示す。この結果から、スペーサリングの厚さが１ｍｍ増加すると基板保持部材の表面温度が６℃低下すること、すなわち、スペーサリングを０．１ｍｍ厚くすると、基板保持部材の表面温度が約０．６℃下がることがわかった。
【００２１】
次に、図４及び図５の結果に基づいて、表１に示すように、平均温度よりも表面温度が高い基板保持部材に１ｍｍよりも厚いスペーサリングを介装すとともに、平均温度よりも表面温度が低い基板保持部材に１ｍｍよりも薄いスペーサリングを介装し、各基板保持部材の表面温度を同じ測定条件で測定した。その結果を図６に示す。
【表１】
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【００２２】
図６の測定結果に示すように、スペーサリングの厚さを変えることにより、すなわち、各基板保持部材の底面とヒーターとの距離を調整することにより、各基板保持部材の表面温度のばらつきを０．５℃の範囲内に改善できたことがわかる。
【実施例２】
【００２３】
１０個のスペーサリングの厚さを全て１ｍｍとした状態で、周知の処理条件により、発光波長約４５０ｎｍ狙いでＬＥＤ構造を基板面にそれぞれ気相成長させた。得られたＬＥＤ構造について、ＰＬ測定により各基板の発光波長を測定した。その結果を図７に示す。この結果から、基板間の波長分布は、約６ｎｍ（ｍａｘ−ｍｉｎ）であることがわかる。
【００２４】
次に、表１で示した各厚さのスペーサリングをそれぞれ使用し、同じ処理条件にて発光波長約４５０ｎｍ狙いでＬＥＤ構造を基板面にそれぞれ気相成長させた。得られたＬＥＤ構造について、前記同様にＰＬ測定により各基板の発光波長を測定した。その結果を図８に示す。この結果から、基板間の波長分布は、約２．２ｎｍ（ｍａｘ−ｍｉｎ）となっており、基板間の波長再現性を向上できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の気相成長装置の一形態例を示す断面図である。
【図２】図１のII-II断面図である。
【図３】図２のIII-III断面図である。
【図４】実施例１における基板保持部材とその表面温度との関係を示す図である。
【図５】同じくスペーサリング厚さと基板保持部材の表面温度との関係を示す図である。
【図６】同じく基板保持部材とその表面温度との関係を示す図である。
【図７】実施例２における基板保持部材とＲＰＭとの関係を示す図である。
【図８】同じく基板保持部材とＲＰＭとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１１…気相成長装置、１２…チャンバー、１３…サセプタ、１３ａ…収容部、１３ｂ…開口部、１４…基板保持部材、１４ａ…基板載置部、１４ｂ…大径部、１４ｃ…小径部、１４ｄ…下向き段部、１５…回転歯車部材、１５ａ…外歯車、１５ｂ…大径収納部、１５ｃ…小径収納部、１５ｄ…載置段部、１６…基板、１７…回転軸、１８…ヒーター、１９…温度計、２０…リフレクター、２１…原料ガス導入部、２２…排気部、２３…不活性ガス導入部、２４…不活性ガス導出部、２５…ボール、２６…スペーサリング、２７…固定歯車部材、２７ａ…内歯車
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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