(57)【要約】【課題】均熱部材および被処理基板に位置ずれが生じても、被処理基板の温度分布を均一にすることのできる気相成長装置を実現する。【解決手段】本発明の気相成長装置は、チャンバ１内に、成膜処理を施す被処理基板１１と、被処理基板１１を加熱するための基板加熱ヒータ１２と、被処理基板１１と基板加熱ヒータ１２との間に配置され、被処理基板１１表面の温度を均一にするための均熱部材９と、被処理基板１１の成膜面を鉛直下向きに被処理基板１１を保持するとともに、均熱部材９と被処理基板１１との間に隙間２５が形成されるように均熱部材９を保持する基板保持部１２とを備え、均熱部材９と基板保持部１２とが、環状部材であるリング状突起４３を介して互いに接しており、リング状突起４３の内側に、被処理基板１１が配置されるようになっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜処理を施す被処理基板を加熱するための基板加熱部と、
被処理基板と基板加熱部との間に配置され、被処理基板の温度を均一にするための均熱部材と、
被処理基板の成膜面を鉛直下向きに被処理基板を保持するとともに、均熱部材と被処理基板との間に隙間が形成されるように均熱部材を保持する基板保持部とを備え、
上記均熱部材と基板保持部とが、環状部材を介して互いに接しており、
上記環状部材の内側に、被処理基板が配置されるようになっていることを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
上記環状部材が、基板保持部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項３】
上記環状部材が、互いに離間して設けられた複数の突起からなることを特徴とする請求項１または２に記載の気相成長装置。
【請求項４】
上記基板加熱部は、被処理基板の外周部に与えられる熱量を、被処理基板の中心部に与えられる熱量よりも高くするようになっていることを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項５】
上記被処理基板と環状部材とが、略同形状であって、
上記被処理基板と環状部材との距離が、略一定となっていることを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の気相成長装置を用いることを特徴とする気相成長方法。
【請求項７】
加熱処理を施す被処理基板を加熱するための基板加熱部と、
被処理基板と基板加熱部との間に配置され、被処理基板の温度を均一にするための均熱部材と、
被処理基板の加熱面を鉛直下向きに被処理基板を保持するとともに、均熱部材と被処理基板との間に隙間が形成されるように均熱部材を保持する基板保持部とを備え、
上記均熱部材と基板保持部とが、環状部材を介して互いに接しており、
上記環状部材の内側に、被処理基板が配置されるようになっていることを特徴とする基板加熱装置。
【請求項８】
請求項７に記載の基板加熱装置を用いることを特徴とする基板加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長装置、気相成長方法、基板加熱装置、および基板加熱方法に関するものであり、特に、気相成長面を下向きにして基板を保持するフェースダウン型の気相成長装置、気相成長方法、基板加熱装置、および基板加熱方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの分野において、所望の組成を持った薄膜を被処理基板に形成する成膜処理技術に対する要求が、ますます高まってきている。その中で特に、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：有機金属化学気相蒸着法）法は、光デバイスや高速デバイス等に有用な化合物半導体の薄膜を形成する成膜処理技術として注目されている。
【０００３】
ＭＯＣＶＤ法に用いられる基板回転機構を備えた成膜装置では、反応性を有する原料ガスを被処理基板表面に導入して所定の化学反応を生じさせて所望の薄膜を均一に形成する技術が重要である。
【０００４】
図１０は、従来のフェースダウン型横型ＭＯＣＶＤ装置の構造を示す縦断面図である。図１０に示すように、従来のフェースダウン型横型ＭＯＣＶＤ装置においては、チャンバ１０１を貫通する流路構成部材１０７が設置され、その一端にガス供給口１０３が形成され、他端にはガス排出口１０４が形成されている。流路構成部材１０７の略中央部には、円形の開口部１１０が設けられており、開口部１１０には、被処理基板１１１を載置する基板保持部１１２と、基板保持部１１２を保持するサセプタ１１３とが配置されている。
【０００５】
また、基板保持部１１２の上部には、均熱部材（伝熱制御部材）１０９が設置されている。均熱部材１０９は、被処理基板１１１との間に隙間を有するように設置されている。均熱部材１０９は、高熱伝導率を有する材料から構成できる。高熱伝導率を有する材料としては、例えば、グラファイト、ＳｉＣコートを施したグラファイト、およびＳｉＣ等を用いることができる。
【０００６】
均熱部材１０９の上部には、基板加熱ヒータ１１５が配設されている。基板加熱ヒータ１１５は、均熱部材１０９を輻射加熱し、均熱部材１０９を介して、被処理基板１１１を所望の温度まで昇温することができる。
【０００７】
図１０のＭＯＣＶＤ装置は、被処理基板１１１と均熱部材１０９との間に隙間を有するように配設された、均熱部材１０９を備えている。これにより、被処理基板１１１の温度ムラによる変形に起因した、均熱部材１０９と被処理基板１１１との接触による、局所加熱が発生することを防止することができる。
【０００８】
また、被処理基板１１１と均熱部材１０９とが接触すると、被処理基板１１１に余分な応力がかかることとなる。特に、ＭＯＣＶＤ装置においては、被処理基板１１１を１１００℃といった高温にすることが必要となるため、被処理基板１１１に余分な応力がかかると、被処理基板１１１に割れが発生し易くなる。しかし、被処理基板１１１と均熱部材１０９との間に隙間を有していると、このような被処理基板１１１の割れを防止することができる。
【０００９】
図１０のＭＯＣＶＤ装置により被処理基板１１１の表面に薄膜を形成するときは、原料ガス（以下単にガスと称する）を、ガス供給口１０３から、流路構成部材１０７で形成された反応室１０２へ導入する。このとき、基板加熱ヒータ１１５により均熱部材１０９を介して被処理基板１１１が加熱され、被処理基板１１１上での成膜化学反応が促進される。これにより、被処理基板１１１上に薄膜が形成される。被処理基板１１１上を通過したガスは、ガス排出口１０４より排出される。
【００１０】
ところで、ＭＯＣＶＤ法によって所望の薄膜を形成する際、反応性を有する原料ガスによって被処理基板表面で起こる表面反応は、極めて複雑なメカニズムを有することが知られている。すなわち、被処理基板の温度，原料ガスの温度・流速・圧力，原料ガスに含まれる活性化学種の種類，反応系における残留ガス成分等、多数のパラメータが、被処理基板表面での反応に寄与する。このため、ＭＯＣＶＤ法によって、これらのパラメータを制御して所望の薄膜を形成することは極めて難しいとされる。
【００１１】
このようなフェースダウン型横型ＭＯＣＶＤ装置によって、品質の良い優れた結晶成長を実現するためには、被処理基板１１１の均一な面内温度分布を得る必要がある。そのため、被処理基板１１１の面内温度分布を均一にするための様々な方式が提案されている。
【００１２】
例えば、特許文献１には、被処理基板１１１の面内温度分布を均一にするための技術が開示されている。図１１は、従来技術（特許文献１）における気相成長装置の構造を示す断面図である。
【００１３】
図１１の気相成長装置は、チャンバ１０１内に原料ガスを送り込んで、半導体あるいは絶縁体の被処理基板１１１上に、エピタキシャル成長により薄膜結晶を成長させるものである。図１１の気相成長装置では、円筒状の凹部１３０と凹部周囲の環状の凸部１３１とを有する均熱部材１０９を介して、被処理基板１１１に、基板加熱ヒータ１１５の輻射熱を与えることによって、被処理基板１１１が加熱される。より詳細には、被処理基板１１１の中心に向けた熱（熱量）は円筒状の凹部１３０を通して与えられ、被処理基板１１１の周囲に向けた熱（熱量）は環状の凸部１３１を通して与えられる。
【００１４】
上記の構成をとることで、被処理基板１１１に与えられる加熱源の熱量が被処理基板１１１の中心より被処理基板１１１の周囲が大きくなるように傾斜を持たせて被処理基板１１１を加熱することができる。これにより、被処理基板１１１の中心の温度と被処理基板１１１の周辺の温度は同一に保持されるようになる。
【特許文献１】特開２００１−２４９４号公報（２００１年１月９日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、従来のＭＯＣＶＤ装置では、均熱部材１０９と被処理基板１１１との位置ずれにより、被処理基板１１１の温度分布が不均一になるという問題が生じる。
【００１６】
具体的には、図１０に示す、従来のフェースダウン型横型ＭＯＣＶＤ装置によると、均熱部材１０９が基板保持部１１２に接触して保持される。このため、均熱部材１０９の温度分布は、中心が高く、外周部が低くなる。その結果、均熱部材１０９からの輻射熱によって加熱される被処理基板１１１の温度分布も、中心部よりも外周部が低下してしまう。従って、被処理基板１１１の温度分布を均一にすることが出来ないという問題がある。
【００１７】
ＭＯＣＶＤ成長における被処理基板１１１の温度は、被処理基板１１１上の結晶組成に大きく影響を与える。例えば、ＩｎＧａＮのＭＯＣＶＤ成長においては、被処理基板１１１の温度と被処理基板１１１上に成長したＩｎＧａＮ結晶中のＩｎ組成比には強い相関がある。すなわち、ＩｎＧａＮ結晶を発光素子として用いた場合のエレクトロルミネセンス発光波長は、被処理基板の１℃の温度変化に対して、一般的には２ｎｍの波長変化が生ずる。一方、表示用ＬＥＤにおいてはその発光波長が異なると発光色が異なって見えるので一般的な波長均一性要求仕様は±５ｎｍである。このため、この波長均一性要求仕様である±５ｎｍを満足しようとすると被処理基板１１１の面内の温度変動は、±２．５℃以下にする必要がある。
【００１８】
また、図１１の気相成長装置では、均熱部材１０９をサセプタ１１３の凹部１３０にはめ込むことによって、均熱部材１０９の固定および位置決めを行っている。このため、均熱部材１０９を搬送するには、均熱部材１０９の外径とサセプタ１１３の凹部１３０内径とを同一径にすることはできず、いくらかのギャップを設ける必要がある。搬送機構を用いて、誤り無く均熱部材１０９を搬送するためには、片側０．５〜１ｍｍ程度の搬送用ギャップが必要である。
【００１９】
さらに、均熱部材１０９およびサセプタ１１３が加熱時の熱膨張を受けても、均熱部材１０９がサセプタ１３の凹部１３０と干渉しないようにするためにも、ギャップが必要である。例えば、均熱部材１０９の材料が線膨張係数5E-6/℃のカーボン，サセプタ１１３の材料が線膨張係数5E-7/℃の石英であり、基板加熱ヒータ１１５に近い均熱部材９は１３００℃まで加熱され、基板加熱ヒータ１１５から遠いサセプタ１３は１０００℃までしか加熱されず、均熱部材１０９の直径が５０ｍｍとすると、この熱膨張用ギャップ量の必要量は、０．３０ｍｍ（（5E-6/℃×１３００℃−5E-7/℃×１０００℃）×５０ｍｍ）となる。搬送用ギャップと熱膨張用ギャップとは単純に足しあわされるべきものではないので、均熱部材１０９とサセプタ１１３とに必要なギャップ量の妥当な値は、片側１ｍｍ程度である。
【００２０】
また、被処理基板１１１とサセプタ１１３との間にも、同様の理由でギャップが必要になる。すなわち、上記と同様に、被処理基板１１１を搬送するための搬送用ギャップと、被処理基板１１１およびサセプタ１１３の熱膨張により互いに干渉することを防ぐための熱膨張用ギャップとが必要となる。搬送用ギャップとしては、例えば、０．５〜１ｍｍのギャップが必要となる。また、被処理基板１１１の材料が線膨張係数5E-6/℃のサファイアであり、サセプタ１１３の材料が線膨張係数5E-7/℃の石英であり、被処理基板１１１とサセプタ１１３が１０００℃の等温で、被処理基板１１１の外径が５０ｍｍとすると、熱膨張用ギャップは、０．２３ｍｍ（（5E-6/℃×１０００℃−5E-7/℃×１０００℃）×５０ｍｍ）必要となる。以上より、被処理基板１１１とサセプタ１１３とに必要なギャップ量の妥当な値は、やはり片側１ｍｍ程度である。
【００２１】
上記のように、均熱部材１０９とサセプタ１１３とのギャップ量は片側１ｍｍ程度、被処理基板１１１とサセプタ１１３とのギャップ量は片側１ｍｍ程度必要となるので、均熱部材１０９と被処理基板１１１との相対的な位置関係は、最大２ｍｍ（１ｍｍ＋１ｍｍ）の位置ずれを起こし得る。
【００２２】
図１２（ａ）〜図１２（ｄ）は、均熱部材１０９と被処理基板１１１との位置関係を示す図である。ここで、均熱部材１０９と被処理基板１１１との望ましい位置関係は、図１２（ａ）の側面図および図１２（ｂ）の上面図に示す関係である。すなわち、その望ましい位置関係は、均熱部材１０９と被処理基板１１１との中心が一致した状態である。この状態では、均熱部材１０９と被処理基板１１１との接触部分１４１は、中心対称の完全なドーナツ型（リング型）になる。このため、被処理基板１１１への伝熱加熱は、対称に行われ、被処理基板１１１の加熱状態も中心対称となる。
【００２３】
ところが、上記のように、均熱部材１０９と被処理基板１１１との間には、必然的に、位置ずれ（例えば２ｍｍ程度）が生じる。このため、均熱部材１０９と被処理基板１１１との関係が、図１２（ｃ）の側面図および図１２（ｄ）の上面図に示すような状態となる。すなわち、均熱部材１０９と被処理基板１１１との接触部分１４２は、非対称な形状となる。つまり、理想的な図１２（ｂ）の構成では、被処理基板１１１の外周全体が、均熱部材１０９と接触するようになっているのに対し、位置ずれの生じた図１２（ｄ）の構成では、被処理基板１１１の外周の一部に、均熱部材１０９が接触しない部分がある。このため、被処理基板１１１への伝熱加熱は対称に行われなくなり、被処理基板１１１の加熱状態も中心非対称になる。従って、位置ずれが生じると、被処理基板１１１を均一に加熱することができず、被処理基板１１１の温度分布も不均一となる。
【００２４】
ここで、例えば、直径５０ｍｍの被処理基板１１１に対し、２ｍｍの均熱部材１０９の位置ずれが生じると、伝熱加熱のバランスが崩れる。その結果、片側あたり、ずれ量（２ｍｍ）の少なくとも２倍の範囲まで、被処理基板１１１の温度均一性が悪化する。温度均一性の悪化範囲を、片側あたり、片側のずれ量（２ｍｍ）の２倍の４ｍｍと仮定すると、悪化範囲は、両側ではさらに２倍となる。この場合、この温度均一性の悪化の影響を受ける面積の比率は、（１−｛（５０−４×２）×（５０−４×２）／（５０×５０）｝）＝２９．４％であり、基板全面積の約３０％という大きな面積が影響を受ける事になる。
【００２５】
なお、図１１の気相成長装置では、均熱部材１０９と被処理基板１１１とが直接接触しているため、被処理基板１１１の均熱部材１０９との接触部近傍のみが局所的に加熱される。このため、被処理基板１１１面内の温度均一性の調整が困難であるという問題も生じる。
【００２６】
また、図１１の気相成長装置は、被処理基板１１１に与えられる熱量が、被処理基板１１１の中心より、被処理基板１１１の外周部において大きくなるように加熱されるように構成されている。このため、被処理基板１１１の温度分布を均一にすることができる。しかしながら、被処理基板１１１は、均熱部材１０９とサセプタ１１３とに挟持されるため、被処理基板１１１の熱膨張や、表裏面の温度差に起因する変形が発生した際には、過拘束により、被処理基板１１１に割れが発生し易くなるという問題もある。
【００２７】
本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、均熱部材および被処理基板に位置ずれが生じても、被処理基板の温度分布均一にすることの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である。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明の気相成長装置は、上記の課題を解決するために、成膜処理を施す被処理基板を加熱するための基板加熱部と、被処理基板と基板加熱部との間に配置され、被処理基板の温度を均一にするための均熱部材と、被処理基板の成膜面を鉛直下向きに被処理基板を保持するとともに、均熱部材と被処理基板との間に隙間が形成されるように均熱部材を保持する基板保持部とを備え、上記均熱部材と基板保持部とが、環状部材を介して互いに接しており、上記環状部材の内側に、被処理基板が配置されるようになっていることを特徴としている。
【００２９】
本発明の気相成長装置は、被処理基板の成膜面を鉛直方向下向きに保持して成膜処理する、いわゆるフェースダウン型の気相成長装置である。
【００３０】
上記の構成によれば、均熱部材は、基板加熱部と被処理基板との間に形成されている。また、均熱部材と被処理基板とは直接接触しておらず、均熱部材と被処理基板との間には隙間が形成されている。さらに、均熱部材と基板保持部とは、環状部材を介して互いに接している。これにより、基板加熱部からの熱（輻射熱）は、均熱部材，環状部材，および基板保持部を経由して、被処理基板に伝わる。
【００３１】
そして、上記の構成によれば、被処理基板は、環状部材の内側（内部）に配置されるようになっている。言い換えれば、環状部材の内側の領域が、被処理基板の表面（被処理基板の均熱部材との対向面）よりも広くなっている。このため、均熱部材および被処理基板が位置ずれしたとしても、被処理基板は、環状部材の内側に配置される。つまり、均熱部材あるいは環状部材が位置ずれを起こしたとしても、伝熱経路となる、均熱部材と環状部材の接触面積および環状部材と基板保持部との接触面積は、一定となる。これにより、その位置ずれによる被処理基板の温度分布が不均一となることを防ぐこと（低減すること）ができる。従って、均熱部材および被処理基板が位置ずれしたとしても、被処理基板を安定して均一に加熱することができる。それゆえ、被処理基板に対して品質の良い優れた結晶成長を形成できる。
【００３２】
これに加えて、上記の構成によれば、被処理基板と均熱部材との間には、隙間が形成されている。このため、外部から均熱部材に応力がかかったとしても、その隙間によって、その応力が直接、被処理基板にかかることはない。従って、被処理基板の割れを防止することができる。
【００３３】
なお、本発明において「環状部材」は、円形状のみに限定されるものではなく、四角形などの、多角形状のものであってもよい。また、上記環状部材は、単一の部材から構成されていても、複数の部材を組み合せて構成（複数の部材が環状に配置されて構成）されていてもよい。また、例えば、基板保持部または均熱部材の一部であっても、単独の部材であってもよい。
【００３４】
本発明の気相成長装置では、上記環状部材が、基板保持部に形成されていることが好ましい。
【００３５】
上記の構成によれば、環状部材が、基板保持部に形成されている。すなわち、環状部材は、基板保持部に固定して設けられている。このため、均熱部材は、基板保持部に形成された環状部材により保持されることとなる。これにより、均熱部材が基板保持部に対して位置ずれを生じても、基板保持部に固定して形成された環状部材の内側にある均熱部材の領域は変動しない。従って、その均熱部材の領域の面積が常に一定となるため、被処理基板の温度均一性を向上できる。
【００３６】
言い換えれば、上記の構成では、均熱部材が位置ずれを起こしたとしても、均熱部材と基板保持部との接触面積は一定となる。さらに、環状部材を基板保持部に固定して設けると、基板保持部と被処理基板との相対位置関係は変化しない。このため、均熱部材から被処理基板への熱伝導を一定にすることができる。従って、より一層、被処理基板の温度分布を均一にすることができる。
【００３７】
本発明の気相成長装置では、上記環状部材が、互いに離間して設けられた複数の突起からなることが好ましい。言い換えれば、上記環状部材は、互いに離間して設けられた複数の突起が、環状に配置されたものであることが好ましい。
【００３８】
上記の構成によれば、環状部材を構成する複数の突起が、互いに離間して設けられている。このため、その離間した部分を通じて、環状部材外からの気体が流通可能となる。
【００３９】
本発明の気相成長装置では、上記基板加熱部は、被処理基板の外周部に与えられる熱量を、被処理基板の中心部に与えられる熱量よりも高くするようになっていることが好ましい。これにより、温度が低下した被処理基板の外周部に与えられる熱量が、温度が高い被処理基板の中心部に与えられる熱量よりも高くなる。従って、被処理基板への供給熱量を可変させ、被処理基板面内の温度分布を均一にすることが可能となる。
【００４０】
本発明の気相成長装置では、上記被処理基板と環状部材とが、略同形状であって、上記被処理基板と環状部材との距離が、略一定となっていることが好ましい。上記の構成によれば、被処理基板と環状部材とが略同形状であるため、被処理基板と環状部材との距離が、略一定に保たれている。これにより、環状部材から被処理基板へ、均一に伝熱することができるため、被処理基板の温度を、より均一化することができる。
【００４１】
このような構成としては、例えば、被処理基板と環状部材とが、それぞれ円形状であって、かつ、同心円上に配置されている構成を挙げることができる。
【００４２】
本発明の気相成長方法は、前記いずれかの気相成長装置を用いることを特徴としている。これにより、本発明の気相成長装置と同様に、均熱部材および被処理基板が位置ずれしたとしても、被処理基板を安定して均一に加熱することができ、被処理基板に対して品質の良い優れた結晶成長を形成できる。
【００４３】
なお、本発明の気相成長装置は、気相成長による成膜処理以外にも、例えば、ドライエッチング、基板表面改質などの、基板加熱装置および基板処理装置としても利用できる。
【００４４】
例えば、本発明の基板加熱装置は、加熱処理を施す被処理基板を加熱するための基板加熱部と、被処理基板と基板加熱部との間に配置され、被処理基板の温度を均一にするための均熱部材と、被処理基板の加熱面を鉛直下向きに被処理基板を保持するとともに、均熱部材と被処理基板との間に隙間が形成されるように均熱部材を保持する基板保持部とを備え、上記均熱部材と基板保持部とが、環状部材を介して互いに接しており、上記環状部材の内側に、被処理基板が配置されるようになっていることを特徴としている。
【００４５】
これにより、本発明の気相成長装置と同様に、均熱部材および被処理基板が位置ずれしたとしても、被処理基板を安定して均一に加熱することができる。
【発明の効果】
【００４６】
本発明の気相成長装置は、以上のように、被処理基板と均熱部材との間には隙間が形成されており、均熱部材と基板保持部とが、環状部材を介して互いに接しており、上記環状部材の内側に、被処理基板が配置されるようになっている構成である。従って、均熱部材および被処理基板が位置ずれしたとしても、被処理基板を安定して均一に加熱することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、本発明の実施形態について、図１〜図１３に基づいて説明する。なお、本発明は、これに限定されるものではない。
【００４８】
本実施形態では、本発明の気相成長装置の一例として、横型のフェースダウン型気相成長装置について説明する。図１は、本実施形態の気相成長装置の基本構成を示す、模式断面図である。図２（ａ）図２（ｂ）は、図１の気相成長装置において、均熱部材が基板保持部の中心に配置された場合の被処理基板周辺の拡大図である。図３（ａ）図３（ｂ）は、図１の気相成長装置において、均熱部材が基板保持部の中心から位置ずれして配置された場合の被処理基板周辺の拡大図である。
【００４９】
図１の気相成長装置Ａは、チャンバ（反応炉）１内で、被処理基板１１に成膜処理を施し、被処理基板１１に薄膜を形成するものである。気相成長装置Ａは、チャンバ１内に、被処理基板１１表面の温度を均一にするための均熱部材９と、被処理基板１１および均熱部材９を保持する基板保持部１２と、被処理基板１１を加熱するための基板加熱ヒータ（基板加熱部）１５と、薄膜形成のための原料ガスの流路となる筒状の流路構成部材７とを備えている。以下では、便宜上、基板加熱ヒータ１５側を上側、流路構成部材７側を下側として説明する。
【００５０】
チャンバ１は、チャンバ１内部を大気側と隔離し、気密状態を保持するようになっている。
【００５１】
流路構成部材７には、薄膜形成のための原料ガスが供給され、この内部で気相成長が行われる。つまり、流路構成部材７は、反応室２を構成する。
【００５２】
流路構成部材７は、原料ガスの供給方向に基づき、上流側流路構成部材５，中流側流路構成部材８，および下流側流路構成部材７から構成される。中流側流路構成部材８の一端は上流側流路構成部材５に、他端は下流側流路構成部材６に、それぞれ連通されている。上流側流路構成部材５の端部は、ガス供給口３を構成しており、下流側流路構成部材６の端部は、ガス排出口４を構成している。中流側流路構成部材８の上側（基板加熱ヒータ１５側）には、円形の開口部１０が形成されている。開口部１０の内部には、被処理基板１１および均熱部材９を載置する基板保持部１２が設置されている。
【００５３】
均熱部材９は、基板加熱ヒータ１５からの熱を、被処理基板１１に供給する。このため、均熱部材９の材料としては、高熱伝導率を有する材料であることが好ましい。均熱部材９としては、例えば、グラファイト、ＳｉＣコートを施したグラファイト、ＳｉＣ、モリブデン、タングステン、タンタル等のメタル材料等を用いることができる。高熱伝導率を有する材料から、均熱部材９を構成すれば、被処理基板１１への熱伝導効率が高まり、効率的な加熱が可能となる。なお、均熱部材９の材料は、高熱伝導率に加えて、例えば、原料ガス（反応ガス）への耐食性，または、高温耐性等も有することが好ましい。
【００５４】
均熱部材９の下面には、基板保持部１２との接触部である環状部材として、リング状突起４３が形成されている。均熱部材９の詳細は、後述する。
【００５５】
被処理基板１１は、成膜処理を施す基板であり、本実施形態では、被処理基板１１として、単結晶サファイアからなる２インチ基板を用いている。
【００５６】
基板保持部１２は、サセプタ１３に回転可能に保持されている。サセプタ１３は、図示しない回転機構によって、自転可能となっている。また、基板保持部１２の上部には、均熱部材９が被処理基板１１との間に隙間を有するように設置されている。
【００５７】
また、図２に示すように、基板保持部１２は、その下部（底部）に、被処理基板１１を保持するために、基板開口部１８と基板保持爪１９を有している。被処理基板１１は、成膜面（被処理面；薄膜形成面）が鉛直下向きとなるように、保持される。
【００５８】
基板保持部１２は、鍔部２１によって、サセプタ１３へ設置できるように構成されている。基板保持部１２の材料としては、低熱伝導率であり、かつ、反応ガスへの耐食性、高温耐性を有する材料であればよい。例えば、基板保持部１２は、石英またはガラス状カーボンから構成することが好ましい。これにより、後述のように、被処理基板１１の温度分布を、より一層、均一にすることが可能となる。
【００５９】
基板加熱ヒータ１５は、被処理基板１１を加熱するための加熱源であり、均熱部材９の上部に、駆動軸１４を介して保持されている。駆動軸１４の一端は、ベローズ等を利用した昇降機構１６に連結され、基板加熱ヒータ１５を昇降できるようになっている。基板加熱ヒータ１５は、均熱部材９を輻射加熱し、均熱部材９を介して、被処理基板１１を所望の温度まで昇温することができるようになっている。
【００６０】
また、本実施形態では、図２に示すように、発熱体である基板加熱ヒータ１５として、略環状の外周発熱領域２３と、略環状の内周発熱領域２４とを有するマルチゾーン加熱ヒータを用いている。
【００６１】
一般的に、被処理基板１１の温度は、被処理基板１１の外周側での温度が低下（中心部の温度が上昇）する傾向がある。例えば、均一温度の円形発熱体が存在する場合に、発熱体の対向面に置かれた被加熱物体を加熱すると、発熱体からの輻射熱により被加熱物体が加熱されると、輻射エネルギーは、被加熱体の中心部が最も高くなる。一方、発熱体と被加熱物体の間に存在する気体の熱伝導によって被加熱物体が加熱されると、加熱領域外の低温部の影響を外周側が最も受け、被加熱物体の中心部の温度が高くなる。このようなことからも、被処理基板１１の温度は、被処理基板１１の外周側での温度が低下することを説明できる。
【００６２】
そこで、本実施形態では、被処理基板１１の面内温度分布を均一にするために、被処理基板１１の外周側へ与える熱量を増加させる方法を用いている。すなわち、基板加熱ヒータ１５としてマルチゾーン加熱ヒータを用いることによって、被処理基板１１への供給熱量を可変させている。これにより、被処理基板１１面内の温度分布を均一にすることが可能となる。
【００６３】
本実施形態では、図２に示すように、基板加熱ヒータ１５の外径（外周発熱領域２３の外径）は、均熱部材９の外径と同等、もしくは、若干小さくなっている。これは、外周発熱領域２３からの熱量を効率よく均熱部材９が受けるように、外周発熱領域２３と均熱部材９との形態係数を１に近づけるためである。
【００６４】
本実施形態では、このように基板加熱ヒータ１５の発熱領域を設定しているが、発熱領域は、上記の範囲に限定される訳ではなく、被処理基板１１のサイズ、均熱部材９のサイズおよび材質、基板保持部１２のサイズおよび材質などにより、適宜最適に設計されるものである。
【００６５】
気相成長装置Ａを用いて、被処理基板１１の被処理面（主表面）に薄膜を形成するときは、原料ガス（以下単にガスと称する）をガス供給口３から流路構成部材７で形成された反応室２へ導入する。このとき、基板加熱ヒータ１５により均熱部材９を介して被処理基板１１が加熱される。すなわち、基板加熱ヒータ１５からの熱は、均熱部材９、および、均熱部材９と基板保持部１２との接触部を介して、被処理基板１１に伝わる。その結果、被処理基板１１上での成膜化学反応が促進される。これにより、被処理基板１１の被処理面上に薄膜が形成される。被処理基板１１上を通過したガスは、ガス排出口４より排出される。なお、基板保持部１および均熱部材９は、被処理基板１１に供給される熱量を制御する伝熱制御部材ともいえる。
【００６６】
次に、本実施形態の気相成長装置Ａの特徴的構成について説明する。
【００６７】
図１・図２（ａ）・図３（ａ）に示すように、基板保持部１２は、均熱部材９が基板加熱ヒータ１５と被処理基板１１との間に配置されるように、均熱部材９を保持する。また、基板保持部１２は、均熱部材９と被処理基板１１との間に、隙間２５が形成されるように、それぞれを保持するようになっている。
【００６８】
本実施形態では、均熱部材９の下面（被処理基板１１側の面）に、均熱部材９の下面には、基板保持部１２との接触部である環状部材として、リング状突起４３が形成されている。リング状突起４３は、基板保持部１２と均熱部材９とが互いに接触する接触部となる。リング状突起４３は、基板保持部１２の基板開口部１８よりも上部かつ外側に設けられている。
【００６９】
本実施形態の気相成長装置Ａでは、リング状突起４３の内側に、被処理基板が配置されるようになっていることを特徴としている。
【００７０】
図２（ａ）〜図４（ｂ）に基づき、被処理基板１１，リング状突起４３，基板保持部１２の詳細な構成を説明する。図２（ａ）は、図１における被処理基板１１周辺の拡大側面図（リング状突起４３を基板保持部１２の中心に配置した場合）、図３（ａ）に図１における被処理基板１１周辺の拡大側面図（リング状突起４３を基板保持部１２の中心から位置ずれして配置した場合）、図４（ａ）に、図１０に示した平板形状の均熱部材１０９を用いる従来の気相成長装置の被処理基板１１１周辺の拡大側面図（均熱部材１０９を基板保持部１１２の中心から位置ずれして配置した場合）を示す。図２（ｂ）、図３（ｂ）、図４（ｂ）には、図２（ａ）、図３（ａ）、図４（ａ）の構成における均熱部材９とリング状突起４３と基板保持部１２との接触部分、均熱部材１０９と基板保持部１１２との接触部分を示す。
【００７１】
図４（ａ）のように従来装置では、均熱部材１０９が中心から位置ずれして配置された場合、主たる伝熱経路である均熱部材１０９と基板保持部１１２との接触部分は、非対称となる。この非対称な接触部分（接触面）１４６は、図４（ｂ）でいえば被処理基板１１１の左方向には大きな面積存在し、被処理基板１１１の右方向には小さな面積しか存在しない。そのため被処理基板１１１の左方向が高温、右方向は低温の温度分布になってしまう。
【００７２】
一方、図３(a)に示す構成では、リング状突起４３が基板保持部１２の中心から位置ずれして配置された場合には、リング状突起４３と基板保持部１２との接触部分（接触面）４５は、被処理基板１１の周方向にほぼ均等な面積存在するので、被処理基板１１の温度を周方向にほぼ均一に保つことができる。
【００７３】
なお、図３（ｂ）における破線は、均熱部材９の外径投影線５０である。基板加熱ヒータ１５からの輻射熱を受けるリング状突起４３が形成された均熱部材９の基板加熱ヒータ１５側面の面積は、図３（ｂ）でいえば、被処理基板１１に対して左方向には大きな面積存在し、被処理基板１１に対して右方向には小さな面積しか存在しないことになる。しかしながら、基板加熱ヒータ１５からの輻射熱は、リング状突起４３，基板保持部１２，被処理基板１１の順に経由して熱伝導していくので輻射熱の不均一性は緩和される。このため、図４（ｂ）における熱伝導経路の面積の不均一性よりも、輻射受熱面積の不均一性の影響が極めて軽微である事は明らかである。
【００７４】
なお、リング状突起４３を形成すれば、基板保持部１２と均熱部材９との接触部の面積が狭くなる。これにより、基板加熱ヒータ１５から均熱部材９に供給された熱が、接触部２２に集中する。このため、被処理基板１１近傍の基板保持部１２の温度が、上昇しやすくなる。従って、被処理基板１１の温度分布の均一性を高めることができる。
【００７５】
また、気相成長装置Ａは、均熱部材９と被処理基板１１との間に隙間２５を有するように構成されていることを特徴としている。また、本実施形態では、均熱部材９の凸部１７表面と基板保持部１２が接触部２２で接している。
【００７６】
ここで、隙間２５を有する主な理由を以下に述べる。図６は、従来の気相成長装置を示す断面図である。図６に示すように、均熱部材１０９と被処理基板１１１とが接する状態で設置されると、被処理基板１１１に生じる温度分布に起因した変形が発生した場合、均熱部材９と被処理基板１１１との接触ムラにより、被処理基板１１１の一部分のみの温度が高くなるといった、局所加熱が発生する。また、被処理基板１１と均熱部材１０９とが接する状態で設置されるということは、均熱部材１０９の自重が、被処理基板１１１にかかる為、被処理基板１１１に余分な応力をかけることとなる。特に、ＭＯＣＶＤ装置においては、被処理基板１１１を１１００℃といった高温にすることが必要である為、前述の局所加熱や、被処理基板１１１にかかった余分な応力によって、被処理基板１１１に割れが発生し易くなる。実際に、図５のような状態にして隙間２５を無くし、均熱部材１０９と被処理基板１１１とを接触させて加熱した場合、高確率で被処理基板１１１の割れが確認された。隙間２５を有する主な理由は、このような被処理基板１１の割れを防止することである。
【００７７】
なお、図１の気相成長装置Ａでは、リング状突起４３が、均熱部材９に形成されていたが、リング状突起４３は、基板保持部１２に形成されていてもよい。図５（ａ）図５（ｂ）は、リング状突起４３を基板保持部１２に形成した構成における、被処理基板１１近傍の拡大図である。これらの図では、均熱部材９が位置ずれを生じている。
【００７８】
図５（ａ）の構成では、リング状突起４９が基板保持部４８に設けられている。図５（ｂ）は、図５（ａ）の構成において均熱部材９が中心からの位置ずれを起こしている場合の、均熱部材９と、リング状突起４９が形成された基板保持部４８との接触部分を示す図である。この構成においては、均熱部材９が位置ずれを生じても、均熱部材９と、リング状突起４９が形成された基板保持部４８との接触部分４５は、常に同一の形状であり、かつ、接触部分４５と被処理基板１１との相対的な位置関係も変化しない。従って、図１の気相成長装置Ａよりも、更に位置ずれによる、被処理基板１１温度分布への影響を軽微にすることができる。
【００７９】
また、前述の構成では、基板保持部１２と均熱部材９とを接触させるための環状部材であるリング状突起４３および４８が、均熱部材９または基板保持部１２に形成されていた。すなわち、単一の部材によって、環状部材が構成されていた。しかし、この環状部材は、複数の部材を組み合せて構成してもよい。図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は、複数の突起から、この環状部材を形成した例を示す図である。
【００８０】
図１３（ａ）〜図１３（ｃ）の構成では、環状部材として、均熱部材５１の外周部に、複数の小型突起群（環状部材，突起）５２が形成されている。図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は、それぞれ、小型突起群付均熱部材５１の上面図、側面図、斜視図である。リング状突起が形成された均熱部材９の替わりに、小型突起群５２が形成された均熱部材５１を用いても、同様の効果が得られる。
【００８１】
なお、リング状突起４３が形成された均熱部材９を用いた場合には、図２(a)に示した空間３２は、その他の部分とはほぼ閉塞された状態になるのに対し、小型突起群５２付均熱部材５１を用いた場合には空間３２は小型突起５２の間を通じてその他の部分と気体が流通可能な状態になる。被処理基板１１の処理内容によっては、被処理基板１１、均熱部材９、あるいは基板保持部１２から放出される物質が悪影響を及ぼす為に、被処理基板１１の近傍に閉塞された空間が存在することが好ましくない場合がある。そのような場合には、小型突起群５２が形成された均熱部材５１の使用が有益である。
【００８２】
なお、この小型突起群５２を基板保持部１２側に設けることも、もちろん可能である。
【００８３】
以下、本実施形態の気相成長装置により、被処理基板１１を加熱した際の被処理基板１１の成膜面側の温度分布の測定結果について、従来の気相成長装置を用いた場合と比較して説明する。
【００８４】
図７は、基板保持部１２を成膜面側から見た温度測定範囲を示す図である。被処理基板１１の温度は、パイロメータ（放射温度計）を用いて、パイロメータをガス供給口３側から、ガス排出口４側へ移動させ、２．５ｍｍピッチにて測定した。なお、測定の際には、サセプタ１３を回転、つまり、被処理基板１１を自転（１５ｒｐｍ）させながら測定を実施した。また、パイロメータは、焦点における直径がφ６ｍｍであるため、被処理基板１１外周部においては、基板保持爪１９および被処理基板１１のオリエンテーションフラット２６の影響を受けるため、評価範囲は被処理基板１１中心から±２０ｍｍの領域とした。また、被処理基板１１の加熱条件は、基板加熱ヒータ１５の加熱領域を変化させ、被処理基板１１の温度分布が最も小さくなる条件とした。
【００８５】
まず、図１０および図１１に示す従来の気相成長装置における、図７矢印部の被処理基板１１の温度測定結果を示す。横軸の負方向が図７の矢印での左方向、横軸の正方向が図７の矢印での右方向である。基板保持部１１２の材料として、熱伝導率の大きい窒化ホウ素を用い、均熱部材１０９には、ＳｉＣ製の平形円板を用いている。従来装置の場合、被処理基板１１１の温度分布は、本来対称であるべきが横軸の正負方向で非対称になっている（図４および図１２（ｄ）参照）。図８は、このような気相成長装置を用い、被処理基板１１１を加熱したときの、温度測定結果を示すグラフである。図８に示すように、例えば＋１０ｍｍ位置の温度は基準温度＋約０．５℃であるのに対し、−１０ｍｍ位置の温度は基準温度−０．６℃である。また±２０ｍｍ範囲の温度差は５．２℃と大きい。
【００８６】
図９は、図５（ａ）および図５（ｂ）の気相成長装置を用いた時の、被処理基板１１の温度測定結果を示すグラフである。リング状突起４９付基板保持部４８の材料は、前述の従来構成の基板保持部１１２と同様の熱伝導率の大きい窒化ホウ素を用い、均熱部材９には、平板型ＳｉＣ製の均熱部材９を用いている。被処理基板１１の温度分布は、正方向と負方向で対称になっており、±２０ｍｍ範囲における温度差は、１．７℃であった。
【００８７】
以上の結果から、本発明の気相成長装置の構造をとることにより、被処理基板１１の温度の非対称性が抑制されて温度安定性がよくなり均一性が向上することが確認できた。
【００８８】
なお、本実施形態では、横型のフェースダウン型気相成長装置について説明したが、それに限定されるものではなく、種々のフェースダウン型気相成長装置に適用することができる。例えば、円形横型のフェースダウン型気相成長装置（例えば、特開平９−２２６１７３号公報参照），円形縦型のフェースダウン型気相成長装置（例えば、特開平２−２２２５２６号公報参照）などに適用することができる。
【００８９】
また、本実施形態では、基板保持部１２は、１つの被処理基板１１を保持しているが、基板保持部１２は、複数の被処理基板１１を保持するものであってもよい。この場合、複数の被処理基板１１は、基板保持部１２に同一円周上に配置されてもよいし、同心円状に配置されてもよい。また、基板保持部１２が複数の被処理基板１１を保持する場合、基板保持部１２自体が、図示しない回転装置によって回転（公転）するとともに、各被処理基板１１も、図示しない回転装置によって回転（自転）するように構成してもよい。
【００９０】
また、本発明の気相成長装置は、被処理基板を均一に加熱するための基板加熱装置であるともいえる。例えば、この基板加熱装置は、加熱処理（成膜処理等）を施す被処理基板と、被処理基板を加熱するための基板加熱部と、被処理基板と基板加熱部との間に配置され、被処理基板の温度を均一にするための均熱部材と、被処理基板の加熱面（被処理面）を鉛直下向きに被処理基板を保持するとともに、均熱部材と被処理基板との間に隙間が形成されるように均熱部材を保持する基板保持部とを備え、上記均熱部材と基板保持部とが、環状部材を介して互いに接しており、上記環状部材の内側に、被処理基板が配置されるようになっている構成であってもよい。この構成でも、均熱部材および被処理基板が位置ずれしたとしても、被処理基板を安定して均一に加熱することができる。
【００９１】
本発明は上述した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る。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合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。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
以上のように、本発明によれば、均熱部材および被処理基板に位置ずれが生じても、被処理基板の温度分布を均一にできるため、品質の良い優れた結晶成長を実現する気相成長装置を提供することができる。本発明の気相成長装置は、様々な種類の材料の結晶成長に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の実施の一形態にかかる気相成長装置の基本構成を示す断面図である。
【図２】図１の気相成長装置において、均熱部材が基板保持部の中心に配置された場合の被処理基板周辺の拡大図であり、図２（ａ）は断面図、図２（ｂ）は均熱部材と基板保持部との接触部の下面図である。
【図３】図１の気相成長装置において、均熱部材が基板保持部の中心から位置ずれして配置された場合の被処理基板周辺の拡大図であり、図３（ａ）は断面図、図３（ｂ）は均熱部材と基板保持部との接触部の下面図である。
【図４】平板形状の均熱部材を用いる従来の気相成長装置の被処理基板周辺の断面図である。
【図５】図１の気相成長装置における被処理基板周辺の断面図である。
【図６】従来の気相成長装置の基本構成を示す断面図である。
【図７】図１の基板保持部を成膜面側から見た温度測定範囲を示す図である。
【図８】従来の気相成長装置を用いた時の、被処理基板の温度測定結果を示すグラフである。
【図９】図１の気相成長装置を用いた時の、被処理基板の温度測定結果を示すグラフである。
【図１０】従来のフェースダウン型横型ＭＯＣＶＤ装置の構造を示す縦断面図である。
【図１１】特許文献１の気相成長装置の構造を示す断面図である。
【図１２】従来の気相成長装置における被処理基板周辺の断面図である。
【図１３】図１の気相成長装置における、別の均熱部材の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００９４】
１  チャンバ（反応炉）
２  反応室
３  ガス供給口
４  ガス排出口
５  上流側流路構成部材
６  下流側流路構成部材
７  流路構成部材
８  中流側流路構成部材
９  均熱部材
１０  開口部
１１  被処理基板
１２  基板保持部
１３  サセプタ
１４  駆動軸
１５  基板加熱ヒータ（基板加熱部）
１６  昇降機構
１７  凸部
１８  基板開口部
１９  基板保持爪
２１  鍔部
２３  外周発熱領域
２４  内周発熱領域
２５  隙間
２６  オリエンテーションフラット
２７  最外周部
３２  空間
４０  露出部
４１  熱制御部材９と被処理基板１１の接触部分
４２  熱制御部材９と被処理基板１１の非対称な接触部分
４３  リング状突起（環状部材）
４４  リング状突起４３と基板保持部１２の接触部分
４５  リング状突起４３と基板保持部１２の接触部分
４６  均熱部材９と基板保持部１２の非対称な接触部分
４８  基板保持部
４９  リング状突起（環状部材）
５０  均熱部材９の外径線
５１  均熱部材
５２  小型突起（環状部材、突起）
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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