(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盤状の基板保持部材と、該基板保持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、前記サセプタは、前記基板保持部材の下方を覆う底板を有するとともに、該底板の外周上面を前記固定歯車部材の下方に近接させたことを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
前記基板保持部材の底部及び前記サセプタの底板の厚さ寸法をそれぞれ１０ｍｍ以下とし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】
前記サセプタの内部から前記基板保持部材の底面部分に不活性ガスを導入する不活性ガス導入路を設けるとともに、該不活性ガス導入路に導入する前記不活性ガスの流量を調整する流量調整手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２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、サセプタ上の基板を自公転させる機構を備えた気相成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
チャンバー内のサセプタに保持した基板を加熱手段で所定温度に加熱した状態でチャンバー内に原料ガスを供給し、前記基板面に薄膜を堆積させる気相成長装置として、サセプタを回転させるとともに、該サセプタの回転に伴って基板を保持した基板保持部材を回転させ、成膜中の基板を自公転させることによって複数枚の基板に均一に薄膜を形成できるようにした自公転機構を備えた自公転型気相成長装置が知られている。このような自公転機構では、基板保持部材の外周部に外歯車を、サセプタの外周位置に前記外歯車に歯合する内歯車を有する固定歯車部材を設け、前記サセプタの回転に伴って基板保持部材を自公転させるように形成するとともに、サセプタと基板保持部材との間に転動部材（ベアリング）を介在させ、基板保持部材が円滑に回転するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。また、前記サセプタと前記転動部材との間に、転動部材をガイドするガイド部材を設けているものもある（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００４−５５６３６号公報
【特許文献２】特開２００７−２４３０６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上述の自公転型の気相成長装置では、外歯車や内歯車の部分からサセプタの表面側に導入される原料ガスや反応生成物がサセプタの裏面側へ漏出したり、サセプタの裏面側に導入される不活性ガスがサセプタの表面側に漏出することがあった。このため、サセプタ表面側で不純物濃度が上昇して結晶性が低下し、組成均一性、膜厚均一性、再現性が低下する虞があり、また、サセプタ裏面側では、原料ガスや反応生成物によって加熱手段等の構成部品が腐食する虞があった。さらに、基板保持部材の加熱手段側の面が露出していると、露出面が前記原料ガスや反応生成物との反応により変質しやすく、その結果放射率が変化し、熱伝達量の変化によって経時変化を引き起こす原因となっていた。
【０００４】
また、特許文献１に記載されているような円柱状の大きなサセプタを用いると、熱容量が大きいために加熱手段からの熱を基板に効率良く伝えることが困難であり、成膜中に昇降温を繰り返す窒化ガリウム系の成膜においては、温度が安定するまでに時間がかかり、膜の境がだれを起こして膜質が劣化する虞があった。
【０００５】
そこで本発明は、簡単な構造でサセプタ表面側から裏面側への原料ガスや反応生成物の漏出や、サセプタ裏面側から表面側への不活性ガスの漏出を防止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】
【０００６】
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盤状の基板保持部材と、該基板保持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、前記サセプタは、前記基板保持部材の下方を覆う底板を有するとともに、該底板の外周上面を前記固定歯車部材の下方に近接させたことを特徴とし、前記基板保持部材の底部及び前記サセプタの底板の厚さ寸法をそれぞれ１０ｍｍ以下とすると好適である。さらに、前記サセプタの内部から前記基板保持部材の底面部分に不活性ガスを導入する不活性ガス導入路を設けるとともに、該不活性ガス導入路に導入する前記不活性ガスの流量を調整する流量調整手段を設けることもできる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の気相成長装置によれば、外歯車と内歯車との歯合部分や転動部材の部分から、サセプタの表面側に導入される原料ガスがサセプタの裏面側へ漏出したり、サセプタの裏面側に導入される不活性ガスがサセプタの表面側に漏出することを防止できる。これにより、サセプタ表面側での不純物濃度の上昇を防止することができ、結晶性が向上し、組成均一性、膜厚均一性、再現性が向上する。また、サセプタ裏面側では、原料ガスやパーティクルにより加熱手段等の構成部品が腐食することを防止でき、部品交換周期を延ばすことができる。
【０００８】
さらに、前記基板保持部材と前記収容凹部の底板の厚さ寸法を１０ｍｍ以下とし、厚さを薄く抑えることにより、基板保持部材が加熱手段側に露出していなくても、熱伝導率の低下を防止でき、加熱手段からの熱を効率良く基板に伝えることができる。特に、窒化ガリウム系の成膜のように、成膜中に昇降温を繰り返す場合でも、サセプタの熱容量が小さいことから迅速な昇降温レートと安定性とを得ることができ、高品質の薄膜を形成することができる。
【０００９】
また、基板保持部材の底面部分に不活性ガスを導入してパージすることにより、基板保持部材の耐久性を向上させることができる。さらに、この不活性ガスの流量を制御することにより、基板の温度を制御することができ、基板保持部材の製作誤差や材質不均等に由来する表面温度差を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は本発明の第１形態例を示す気相成長装置の断面図である。本形態例に示す気相成長装置１１は、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を回転可能に設けた自公転型気相成長装置であって、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１５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１６や温度計１７がそれぞれ設けられ、ヒーター１６の周囲にはリフレクター１８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１９が設けられ、外周部には排気部２０が設けられるとともに、回転軸１５の周囲には不活性ガス導入部２１が設けられ、リフレクター１８の外周には前記排気部２０に連通する不活性ガス導出部２２が設けられている。
【００１１】
サセプタ１３の上面外周部には、前記基板保持部材１４を収容する平面視円形の収容凹部１３ａが周方向に等間隔で設けられている。収容凹部１３ａのサセプタ１３外周側には開口部１３ｂが設けられ、サセプタ１３の底板１３ｃの収容凹部外周部分にはリング状の凹溝１３ｄが設けられるとともに、該凹溝１３ｄの内周側の底板下面に円形凹状部１３ｅを設けて凹溝１３ｄの部分を含めた底板１３ｃの厚さ寸法をできるだけ薄くし、かつ、基板保持部材１４と底板１３ｃとの間の距離を小さくするようにしている。
【００１２】
基板保持部材１４は、円盤状に形成されており、上面には基板２３を保持するための基板保持凹部１４ａが形成され、下部外周には外歯車１４ｂが形成されている。この基板保持部材１４は、前記収容凹部１３ａ内に、カーボンやセラミックで形成された転動部材である多数のボール２４を備えたガイド部材２５を介して回転可能に収容されている。
【００１３】
また、サセプタ１３の外周位置には、前記開口部１３ｂから突出する基板保持部材１４の外歯車１４ｂに歯合する内歯車２６ａを有するリング状の固定歯車部材２６が設けられ、内歯車２６ａの下方には、サセプタ１３の外周上面が近接するように形成されている。
【００１４】
さらに、基板保持部材１４の上面外周や固定歯車部材２６の上面には、基板２３の上面をサセプタ１３の上面と面一にするとともに、外歯車１４ｂや内歯車２６ａの上面を覆うためのカバー材２７が設けられている。
【００１５】
上述の気相成長装置１１で基板２３の上面に薄膜を気相成長させる際に、回転軸１５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基板保持部材１４の外歯車１４ｂが固定歯車部材２６の内歯車２６ａと歯合することにより基板保持部材１４がその軸線を中心として自転し、これによって基板２３が自公転する状態となる。
【００１６】
一方、ヒーター１６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２３を所定温度、例えば１１００℃に加熱した状態で、原料ガス導入部１９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２０から排出することにより、複数の基板２３の上面に所定の薄膜を均一に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２１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２０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２３の上面に薄膜を形成する際に、基板保持部材１４の下方及び固定歯車部材２６の内歯車２６ａの下方をサセプタ１３の底板１３ｃや外周部上面により覆っているので、外歯車１４ｂや内歯車２６ａの部分から、サセプタ１３の上面側に導入される原料ガスや反応生成物がサセプタ１３の下面側へ漏出したり、サセプタ１３の下面側に導入される不活性ガスがサセプタの上面側に漏出したりすることを防止できる。
【００１８】
これにより、サセプタ上面側における不純物濃度の上昇を防止することができるので、結晶性が向上し、組成均一性、膜厚均一性、再現性が向上することにより、高品質の薄膜を得ることができる。また、サセプタ下面側では、原料ガスや反応生成物によってヒーター１６等の構成部品が腐食することを防止でき、部品交換周期を延ばすことができる。
【００１９】
さらに、本形態例では、基板保持部材１４の下方のサセプタ１３の底板１３ｃに円形凹状部１３ｅを設けて底板１３ｃの厚さを薄くしながら、基板保持部材１４と底板１３ｃとを近接させたことにより、基板保持部材１４の下面がヒーター１６側に露出していなくても熱伝導率の低下を抑えることができ、ヒーター１６からの熱を効率良く基板に伝えることができ、基板保持部材１４の底部及び底板１３ｃの熱容量を小さくすることができる。
【００２０】
このように、サセプタ１３の底板１３ｃの厚さや、基板保持部材１４の底部の厚さ寸法を、必要な強度を確保した上でそれぞれ１０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以下に形成することにより、これらの厚さが１０ｍｍを超える場合に比べて伝熱効率を大幅に向上できるだけでなく、熱容量も小さくすることができるので、基板２３の温度制御を効率よく行うことができる。
【００２１】
特に、窒化ガリウム系の薄膜を形成するときのように、成膜中に昇降温を繰り返す場合でも、伝熱効率がよく、サセプタ１３の熱容量が小さいことから、迅速な昇降温レートと安定性とを得ることができ、高品質の薄膜を形成することができる。
【００２２】
また、サセプタ１３の下方の空間部Ｅを不活性ガスでパージすることにより、ヒーター１６等の構成部品が原料ガスや反応生成物により腐食することをより確実に防止でき、部品交換周期を延ばすことができる。
【００２３】
図２は本発明の第２形態例、図３は本発明の第３形態例、図４及び図５は本発明の第４形態例をそれぞれ示す図であって、第１形態例と同一の構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００２４】
第２形態例に示す気相成長装置は、サセプタ１３の底板１３ｃに、前記第１形態例における円形凹状部１３ｅを設けずに平板状とし、ガイド部材２５の内周側に位置する基板保持部材１４の底部中央部を下方に円柱状に突出させることにより、基板保持部材１４の底面と底板１３ｃの上面とを近接させている。
【００２５】
このように、サセプタ１３の底板１３ｃを平板状とすることによっても、サセプタ１３の上下のガスの漏出を防止できるとともに、基板２３を効率良く加熱することができる。
【００２６】
また、サセプタ１３の底面が円滑な平板状になるので、サセプタ１３の下方を流れる不活性ガスの流れが乱れることがなく、ガス溜まりが生じることもない。
【００２７】
第３形態例の気相成長装置は、サセプタ１３に設けられる収容凹部１３ｆを、上下方向に貫通させた貫通孔１３ｇと、該貫通孔１３ｇの底部に設けた底板部材１３ｈとで形成している。貫通孔１３ｇの内周下端部には、内周方向に突出した支持突片１３ｉが設けられており、この支持突片１３ｉに円盤状薄板からなる前記底板部材１３ｈを載置している。
【００２８】
底板部材１３ｈは、サセプタ１３と同じ材料で形成することもでき、熱伝導が良く円盤状薄板に形成可能な材料ならば、サセプタ１３と異なる材料を用いることも可能である。例えば、サセプタ１３には、カーボンの表面に炭化ケイ素等をコーティングしたものを使用し、底板部材１３ｈには、炭化ケイ素の成形品を使用することができる。
【００２９】
このように、収容凹部１３ｆを貫通孔１３ｇと底板部材１３ｈとで形成することによっても、サセプタ１３の上下のガスの漏出を防止できるとともに、基板２３を効率良く加熱することができる。また、底板部材１３ｈの厚さを変えることで加熱効果を調整することができ、複数の基板保持部材１４に保持した各基板２３の表面温度の均一化を図れる。
【００３０】
第４形態例の気相成長装置は、回転軸１５にパイプを用いてガス通路２８を形成するとともに、サセプタ１３の内部に放射状の不活性ガス導入路２９を形成し、回転軸１５のガス通路２８から供給される不活性ガスを不活性ガス導入路２９を通して基板保持部材１４の底面部分に導入するように形成している。さらに、前記不活性ガス導入路２９の外端部には、不活性ガスの流量を調節するための流量調整手段として、中心に小通孔（オリフィス）３０ａを設けたオリフィス部材３０を着脱交換可能に装着し、オリフィス３０ａの口径を適宜選択することにより、各不活性ガス導入路２９から各基板保持部材１４の底面部分に導入する不活性ガスの流量を調節できるようにしている。
【００３１】
このように、基板保持部材１４の底面部分に不活性ガスを導入してサセプタ１３の外周から排気することにより、基板保持部材１４の外歯車１４ｂの部分、ガイド部材２５の部分、固定歯車部材２６の内歯車２６ａの部分等に原料ガスやパーティクルが侵入したとしても、これらを速やかに排出することができ、各部品が腐食したり、摩耗したりすることを防止でき、耐久性を向上させることができる。
【００３２】
さらに、前記オリフィス部材３０として、オリフィス３０ａの口径が異なるものを複数種用意し、基板保持部材１４の上面に載置した基板２３の温度状態に応じて最適な口径のオリフィス部材３０を使用することにより、複数の基板２３の温度差を小さくすることができ、例えば、１１００℃において１℃程度のばらつきに収めることが可能となるので、薄膜の品質を一定化することができる。
【００３３】
なお、上記各形態例では、サセプタを偏平円筒状のチャンバー内に収納し、サセプタの上面に基板を保持するとともに、サセプタの上部中央から原料ガスを、下部中央から活性ガスを導入する構成（フェイスアップ）の装置を例示したが、サセプタの下面に基板を保持する構成（フェイスダウン）の装置にも適用可能であり、さらに、サセプタをフローチャンネル内に収納し、フローチャンネルの一方から原料ガスを導入して他方に排気する構造の装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１形態例を示す気相成長装置の断面図である。
【図２】本発明の第２形態例を示す気相成長装置の要部断面図である。
【図３】本発明の第３形態例を示す気相成長装置の要部断面図である。
【図４】本発明の第４形態例を示す気相成長装置の要部断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１１…気相成長装置、１２…チャンバー、１３…サセプタ、１３ａ，１３ｆ…収容凹部、１３ｂ…開口部、１３ｃ…底板、１３ｄ…凹溝、１３ｅ…円形凹状部、１３ｇ…貫通孔、１３ｈ…底板部材、１３ｉ…支持突片、１４…基板保持部材、１４ａ…基板保持凹部、１４ｂ…外歯車、１５…回転軸、１６…ヒーター、１７…温度計、１８…リフレクター、１９…原料ガス導入部、２０…排気部、２１…不活性ガス導入部、２２…不活性ガス導出部、２３…基板、２４…ボール、２５…ガイド部材、２６…固定歯車部材、２６ａ…内歯車、２７…カバー材、２８…ガス通路、２９…不活性ガス導入路、３０…オリフィス部材、３０ａ…小通孔
【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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