(57)【要約】【課題】サセプターのうち基板が配置される範囲内を均一な温度に維持できる成膜装置を提供する。【解決手段】  回転部３０により板部２１を筒部２２と一緒に回転させながら、ヒーター２３によって板部２１と筒部２２とを加熱し、原料ガス導入部１３から真空槽１１内に原料ガスを導入し、板部２１の表面に配置された基板５１に薄膜を形成する成膜装置１０であって、板部２１のうち、基板５１が配置される範囲より外側には、基板５１が配置される範囲の厚みより厚みが薄い第一の熱抵抗部分４１が環状に設けられており、基板５１が配置される範囲内から外側に熱が逃げにくくなっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽と、
前記真空槽内を真空排気する真空排気部と、
前記真空槽内に原料ガスを導入する原料ガス導入部と、
前記真空槽内に配置され、表面に基板が配置される板部と、
前記板部の前記表面とは逆の裏面で一端の開口が蓋された筒部と、
前記筒部の内側に配置され、前記板部の前記裏面と前記筒部の内周面とにそれぞれ対向されたヒーターと、
前記筒部の前記一端とは逆の他端に設けられ、前記筒部を前記筒部の中心軸線を中心に回転させる回転部と、
を有し、
前記回転部により前記板部を前記筒部と一緒に回転させながら、前記ヒーターによって前記板部と前記筒部とを加熱し、前記原料ガス導入部から前記真空槽内に原料ガスを導入し、前記板部の前記表面に配置された基板に薄膜を形成する成膜装置であって、
前記板部のうち、前記基板が配置される範囲より外側には、前記基板が配置される範囲の厚みより厚みが薄い第一の熱抵抗部分が環状に設けられた成膜装置。
【請求項２】
前記板部と前記筒部は分離可能に構成された請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
前記筒部のうち、前記ヒーターの前記他端側の端部よりも前記他端に近い位置には、前記ヒーターと対面する部分の厚みより厚みが薄い第二の熱抵抗部分が、前記筒部の側面を一周して環状に設けられた請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の成膜装置。
【請求項４】
前記板部は、表面がＳｉＣで覆われたグラファイトである請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の成膜装置。
【請求項５】
前記板部は、９００℃以上１３００℃以下に加熱される請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を加熱しながら成膜する成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＬＥＤは白熱電球に比べて消費電力が小さく、寿命が長いという特質を持ち、次世代照明として注目されている。ＬＥＤはサファイア基板上にｎ層と発光層とｐ層とからなる積層膜がエピタキシャル結晶成長により形成される。エピタキシャル成長にはＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）がよく用いられている。
【０００３】
図６はＭＯＶＰＥ法に用いられる従来の成膜装置１００の内部構成図である。
従来の成膜装置１００は、真空槽１１１と、真空槽１１１内を真空排気する真空排気部１１２と、真空槽１１１内に原料ガスを導入する原料ガス導入部１１３と、底部表面に基板１５１が載置される椀状のサセプター１２１と、サセプター１２１の内側に配置され、サセプター１２１の底部裏面に対向されたヒーター１２３と、サセプター１２１の底部側とは逆側の端部に設けられ、サセプター１２１を支持する支持部１３１とを有している。
サセプター１２１の材質はグラファイトであり、支持部１３１の材質は石英である。
【０００４】
この成膜装置１００を用いて薄膜を形成するには、まず複数枚の基板１５１を真空槽１１１内に搬入し、サセプター１２１の底部表面に配置する。
真空排気部１１２により真空槽１１１内を真空排気して真空雰囲気を形成する。以後真空排気を継続して真空槽１１１内の真空雰囲気を維持する。
【０００５】
ヒーター１２３には加熱用電源１３３が電気的に接続されている。加熱用電源１３３からヒーター１２３に電力を供給して、ヒーター１２３を発熱させる。
ヒーター１２３からの熱輻射によりサセプター１２１が加熱され、サセプター１２１からの熱伝導により基板１５１が加熱される。
原料ガス導入部１１３から真空槽１１１内に原料ガスを導入すると、導入された原料ガスは基板１５１上で熱により化学反応して結晶化し、薄膜が形成される。
【０００６】
基板１５１を加熱する工程では、サセプター１２１の底部表面を９００℃以上１３００℃以下に加熱する必要があるのだが、サセプター１２１の外周側面からの熱輻射や支持部１３１への熱伝導により熱が逃げるため、サセプター１２１の底部表面では外周に近いほど温度が下がりやすく、基板１５１が配置される範囲内を温度差１℃以内の均一な温度に維持することは困難であった。また、サセプター１２１のうち底部部分と側面部分の温度差が５００℃以上になるとサセプター１２１が破損するおそれがあった。
【０００７】
そこで、ヒーター１２３のうち側面部分に近い位置のヒーターの負荷を大きくして、サセプター１２１の側面部分の温度を上げる方法が考えられるが、支持部１３１の材質は石英であり、９００℃以上のサセプター１２１と接触すると支持部１３１が破損するおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−１８８１１号公報
【特許文献２】再公表特許２００８／０１６０４７号公報
【特許文献３】再公表特許２００７／０６６４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、サセプターのうち基板が配置される範囲内を均一な温度に維持できる成膜装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明は、真空槽と、前記真空槽内を真空排気する真空排気部と、前記真空槽内に原料ガスを導入する原料ガス導入部と、前記真空槽内に配置され、表面に基板が配置される板部と、前記板部の前記表面とは逆の裏面で一端の開口が蓋された筒部と、前記筒部の内側に配置され、前記板部の前記裏面と前記筒部の内周面とにそれぞれ対向されたヒーターと、前記筒部の前記一端とは逆の他端に設けられ、前記筒部を前記筒部の中心軸線を中心に回転させる回転部と、を有し、前記回転部により前記板部を前記筒部と一緒に回転させながら、前記ヒーターによって前記板部と前記筒部とを加熱し、前記原料ガス導入部から前記真空槽内に原料ガスを導入し、前記板部の前記表面に配置された基板に薄膜を形成する成膜装置であって、前記板部のうち、前記基板が配置される範囲より外側には、前記基板が配置される範囲の厚みより厚みが薄い第一の熱抵抗部分が環状に設けられた成膜装置である。
本発明は成膜装置であって、前記板部と前記筒部は分離可能に構成された成膜装置である。
本発明は成膜装置であって、前記筒部のうち、前記ヒーターの前記他端側の端部よりも前記他端に近い位置には、前記ヒーターと対面する部分の厚みより厚みが薄い第二の熱抵抗部分が、前記筒部の側面を一周して環状に設けられた成膜装置である。
本発明は成膜装置であって、前記板部は、表面がＳｉＣで覆われたグラファイトである成膜装置である。
本発明は成膜装置であって、前記板部は、９００℃以上１３００℃以下に加熱される成膜装置である。
【００１１】
グラファイトの３５０℃以上４００℃以下の温度範囲での線膨張率は５．０×１０-6／Ｋであり、熱伝導率は１３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。ＳｉＣの２５℃（室温）以上４００℃以下の温度範囲での線膨張率は４．０×１０-6／Ｋであり、熱伝導率は８４Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
【発明の効果】
【００１２】
板部と筒部とから成るサセプターの板部のうち基板が配置される範囲内を均一な温度に維持できるので、各基板に形成される薄膜の膜質差を小さくでき、歩留まりを向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の成膜装置の内部構成図
【図２】板部の裏面の平面図
【図３】第一、第二の熱抵抗部分の断面形状の別例を説明をするための図
【図４】第一の熱抵抗部分と接触部との位置関係の別例を説明するための図
【図５】板部と筒部とが分離された状態を説明するための図
【図６】従来の成膜装置の内部構成図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜成膜装置の構造＞
本発明の成膜装置の構造を説明する。
図１は成膜装置１０の内部構成図である。
【００１５】
成膜装置１０は、真空槽１１と、真空槽１１内を真空排気する真空排気部１２と、真空槽１１内に原料ガスを導入する原料ガス導入部１３と、真空槽１１内に配置され、表面に基板５１が配置される板部２１と、板部２１の表面とは逆の裏面で一端の開口が蓋された筒部２２と、筒部２２の内側に配置され、板部２１の裏面と筒部２２の内周面とにそれぞれ対向されたヒーター２３と、筒部２２の一端とは逆の他端に設けられ、筒部２２を筒部２２の中心軸線を中心に回転させる回転部３０とを有している。
【００１６】
原料ガス導入部１３はここでは、一面に複数の放出孔１３ｃが設けられた放出容器１３ａと、放出容器１３ａに接続され、放出容器１３ａ内に原料ガスを供給する原料ガス源１３ｂとを有している。
【００１７】
放出容器１３ａのうち、放出孔１３ｃが設けられた面は真空槽１１内に露出されており、原料ガス源１３ｂから放出容器１３ａ内に原料ガスを供給すると、供給された原料ガスは各放出孔１３ｃから真空槽１１内に放出されるようになっている。
板部２１と筒部２２の材質はここでは表面がＳｉＣで覆われたグラファイトであり、９００℃以上１３００℃以下の温度に加熱されても損傷しないようになっている。
【００１８】
図２は板部２１の裏面の平面図である。
板部２１はここでは円板形状であり、表面に複数枚の基板５１が配置される範囲が設けられた基板配置部４５を有している。
【００１９】
また、板部２１の裏面のうち基板配置部４５より外側の外周部分には後述する筒部２２の長手方向の一端と環状に接触できる環状の接触部４６が設けられている。図１を参照し、接触部４６の厚みは基板配置部４５の厚みと同じか基板配置部４５の厚みより薄くされている。
【００２０】
板部２１は放出容器１３ａの放出孔１３ｃが設けられた面と対面する位置に配置され、板部２１の表面は放出孔１３ｃが設けられた面と対向されている。  
筒部２２はここでは内周直径が板部２１の直径より小さい円筒形状であり、中心軸線が板部２１の中心を通り板部２１の表面に対して直角な中心軸線と一致された状態で、長手方向の一端が板部２１の裏面の接触部４６に環状に接触されて取り付けられ、筒部２２の一端の開口は板部２１の裏面で蓋されている。
【００２１】
回転部３０は、回転筒３１とモーター３２とを有している。
回転筒３１の材質はここでは石英であり、中心軸線が筒部２２の中心軸線と一致された状態で、長手方向の一端が筒部２２のうち板部２１側とは逆側の端部に固定されている。
【００２２】
回転筒３１のうち筒部２２側とは逆側の端部は、真空槽１１の壁面に設けられた開口を通って真空槽１１の外側まで延ばされ、モーター３２に接続されている。
モーター３２は動力を回転筒３１に伝達して、回転筒３１を回転筒３１の中心軸線を中心に回転できるように構成されている。
モーター３２により回転筒３１を回転させると、筒部２２と板部２１も一緒に筒部２２の中心軸線を中心に回転するようになっている。
【００２３】
真空槽１１の壁面の開口と回転筒３１の外周側面との間の隙間には磁気シール３４が配置されて隙間は塞がれており、回転筒３１を回転させても真空槽１１の気密性が維持されるようになっている。
【００２４】
ヒーター２３はここでは、円板形状の第一のヒーター２３ａと、内周直径が第一のヒーター２３ａの直径より大きいリング状の第二のヒーター２３ｂと、内周直径が第二のヒーター２３ｂの外周直径より大きい筒状の第三のヒーター２３ｃとを有している。第三のヒーター２３ｃの長手方向の長さは、筒部２２の長手方向の長さより短くされている。
【００２５】
第一〜第三のヒーター２３ａ〜２３ｃは、それぞれの中心軸線が一致された状態で、筒部２２の内側に配置され、第一、第二のヒーター２３ａ、２３ｂの表面は板部２１の裏面とそれぞれ対面され、第三のヒーター２３ｃの外周側面は筒部２２の内周面と対面されている。
【００２６】
第一〜第三のヒーター２３ａ〜２３ｃは板部２１と筒部２２とからそれぞれ離間されており、回転部３０により板部２１と筒部２２とを一緒に回転させても、第一〜第三のヒーター２３ａ〜２３ｃは真空槽１１に対して静止するようになっている。
【００２７】
第一〜第三のヒーター２３ａ〜２３ｃには加熱用電源３３が電気的に接続されている。加熱用電源３３から第一〜第三のヒーター２３ａ〜２３ｃに電力を供給すると、第一〜第三のヒーター２３ａ〜２３ｃは発熱して輻射熱を放出するようになっている。板部２１の裏面と筒部２２の内周面は放出された輻射熱を受けるとそれぞれ加熱される。
【００２８】
第一、第二のヒーター２３ａ、２３ｂと板部２１の裏面との間の間隔と、第三のヒーター２３ｃと筒部２２の内周面との間の間隔はそれぞれ狭いほど、輻射熱による加熱効率が大きいため好ましい。
【００２９】
板部２１は中心からの距離に応じて異なる複数のヒーターで加熱されることにより、板部２１のうち基板配置部４５より外側の外周部分から熱が失われやすい場合でも、外周側のヒーター（ここでは第二のヒーター２３ｂ）の出力を増加させれば、基板配置部４５内を均一な温度に加熱できるようになっている。
【００３０】
板部２１が第一、第二のヒーター２３ａ、２３ｂにより加熱されるだけでなく、筒部２２も第三のヒーター２３ｃにより加熱されることにより、板部２１と筒部２２の温度差を小さくすることができ、板部２１から筒部２２に移動する熱量を少なくできる。
【００３１】
板部２１のうち、基板配置部４５より外側には、基板配置部４５の厚みより厚みが薄い第一の熱抵抗部分４１が環状に設けられている。
ここでは第一の熱抵抗部分４１は、板部２１のうち、裏面側が窪む形状で設けられているが、表面側が窪む形状で設けられていてもよいし、表面側と裏面側の両方から窪む形状で設けられていてもよい。窪みの断面形状は、ここでは図１に示すように「コ」字形状（一辺が欠けた四角形状）であるが、図３に示すように「Ｕ」字形状（円弧形状）でもよい。
また、ここでは第一の熱抵抗部分４１は接触部４６の内周より内側に設けられているが、図４に示すように第一の熱抵抗部分４１の一部が接触部４６にされていてもよい。
【００３２】
基板配置部４５内から基板配置部４５より外側の外周部分に向かって径方向に移動する熱に対して、第一の熱抵抗部分４１では基板配置部４５よりも厚みが薄いために熱のコンダクタンスが小さくなっており、熱の移動速度が低下するようになっている。
そのため、基板配置部４５内から熱が逃げにくく、基板配置部４５内はヒーター２３で加熱されることにより均一な温度に維持できるようになっている。
【００３３】
本実施例では、板部２１と筒部２２は分離可能に構成されている。図５は板部２１と筒部２２とが分離された状態の概略図である。板部２１の接触部４６は板部２１と筒部２２との間の切れ目になっている。
そのため、板部２１と筒部２２とが一体に形成されて切れ目が存在しない場合に比べて、板部２１と筒部２２との接触面積が小さく、板部２１から筒部２２に向かって移動する熱に対して熱のコンダクタンスが小さくなっており、板部２１のうち基板配置部４５より外側の外周部分から熱が逃げにくくなっている。
【００３４】
接触部４６が板部２１の裏面の外周まで延ばされている場合には、接触部４６の厚みが薄いほど板部２１の外周側面の面積が小さくなるため、板部２１の外周側面からの熱輻射が少なくなり、板部２１のうち基板配置部４５より外側の外周部分からはさらに熱が逃げにくくなって好ましい。
【００３５】
また後述する成膜工程により板部２１表面に付着物が付着して汚れても、板部２１と筒部２２は分離可能であり、成膜工程後に板部２１だけを真空槽１１の外側に搬出して洗浄したり、別の板部２１に交換することができるため、メンテナンスが容易である。
【００３６】
本実施例では、図１を参照し、筒部２２のうち、第三のヒーター２３ｃの回転筒３１側の端部よりも回転筒３１に近い位置には、第三のヒーター２３ｃと対面する部分の厚みより厚みが薄い第二の熱抵抗部分４２が、筒部２２の側面を一周して環状に設けられている。
【００３７】
ここでは第二の熱抵抗部分４２は筒部２２の内周側面側が窪む形状で設けられているが、外周側面側が窪む形状で設けられていてもよいし、内周側面側と外周側面側の両方から窪む形状で設けられていてもよい。窪みの断面形状は、ここでは「コ」字形状（一辺が欠けた四角形状）であるが、「Ｕ」字形状（円弧形状）でもよい（図３参照）。
【００３８】
筒部２２のうち第三のヒーター２３ｃと対面する部分から回転筒３１側に移動する熱に対して、第二の熱抵抗部分４２では第三のヒーター２３ｃと対面する部分よりも筒部２２の厚みが薄く熱のコンダクタンスが小さくなっており、熱の移動速度が低下するようになっている。
そのため、筒部２２のうち第三のヒーター２３ｃと対面する部分を加熱しても回転筒３１には熱が伝わりにくく、回転筒３１が熱により損傷することを防止できる。
【００３９】
＜成膜装置を用いた成膜方法＞
上述の成膜装置１０を用いて基板５１に薄膜を形成する成膜方法を説明する。
真空槽１１内に基板５１を搬入し、板部２１のうち基板配置部４５表面に接触して、基板５１を配置する。本実施例では基板５１にサファイア基板を使用するが、本発明は基板５１の材質がサファイアの場合に限定されない。
真空排気部１２により真空槽１１内を真空排気して、真空雰囲気を形成する。以後、真空排気部１２による真空排気を継続して、真空槽１１内の真空雰囲気を維持する。
【００４０】
回転部３０により板部２１を筒部２２と一緒に、筒部２２の中心軸線を中心に回転させる。すると、基板５１も板部２１と一緒に筒部２２の中心軸線を中心に回転する。以後、回転部３０による板部２１の回転を継続する。
【００４１】
加熱用電源３３から第一〜第三のヒーター２３ａ〜２３ｃに電力を供給して、第一〜第三のヒーター２３ａ〜２３ｃを発熱させる。
板部２１の裏面と筒部２２の内周面のうち第一〜第三のヒーター２３ａ〜２３ｃと対面する部分は、第一〜第三のヒーター２３ａ〜２３ｃからの輻射熱を受けて加熱される。板部２１と筒部２２は回転部３０により回転されており、第一〜第三のヒーター２３ａ〜２３ｃの配置に関わらず板部２１と筒部２２のうち中心軸線から同一距離の部分は均一に加熱される。
【００４２】
板部２１の内部では熱伝導により裏面から表面に向かって熱が伝わる。ここでは板部２１表面が９００℃以上１３００℃以下になるように加熱する。板部２１表面からの熱伝導により基板５１が加熱される。
【００４３】
筒部２２内部でも熱伝導により内周側面から外周側面に向かって熱が伝わる。
板部２１の外周側面と筒部２２の外周側面は真空槽１１内に露出されており、熱輻射により板部２１の外周側面と筒部２２の外周側面からは熱が失われる。
【００４４】
基板配置部４５は第一の熱抵抗部分４１で取り囲まれている。板部２１のうち第一の熱抵抗部分４１の厚みは基板配置部４５の厚みより薄く、板部２１のうち基板配置部４５より外側の外周部分の温度が下がっても、基板配置部４５内から外周部分には熱が逃げにくくなっている。そのため、基板配置部４５内は温度差１℃以内の均一な温度に維持され、各基板５１は均一な温度に加熱される。
【００４５】
また筒部２２のうち第二の熱抵抗部分４２の厚みは第三のヒーター２３ｃと対面する部分の厚みより薄く、第三のヒーター２３ｃと対面する部分から回転筒３１に熱が伝わりにくくなっている。そのため、回転筒３１が９００℃以上に加熱されて損傷することが防止される。
【００４６】
原料ガス源１３ｂから放出容器１３ａ内に原料ガスを供給する。原料ガスには加熱された基板５１上で化学反応できるガスを使用し、ここではＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガスとＮＨ3ガスを使用するが、本発明は原料ガスがＴＭＧガスとＮＨ3ガスの場合に限定されない。
【００４７】
供給された原料ガスは放出孔１３ｃから真空槽１１内に放出され、加熱された基板５１の表面に到達し、基板５１の熱により化学反応して結晶化し、基板５１の表面に薄膜が形成される。ここではＧａＮの薄膜が形成される。
【００４８】
回転部３０により板部２１を回転させており、板部２１表面の中心から同一距離に配置された複数の基板５１には均一な量の原料ガスが到達して均一な膜厚の薄膜が形成される。
板部２１のうち基板配置部４５内は均一な温度に維持されており、各基板５１は均一な温度に加熱され、各基板５１に形成される薄膜の膜質差は小さくなる。
【００４９】
各基板５１の表面に所定の膜厚の薄膜を形成したのち、原料ガス源１３ｂからの原料ガスの放出を停止させる。加熱用電源３３から第一〜第三のヒーター２３ａ〜２３ｃへの電力の供給を停止する。回転部３０による板部２１の回転を停止する。
【００５０】
真空排気部１２による真空排気を停止し、真空槽１１内を大気に曝す。成膜済みの基板５１を真空槽１１の外側に搬出し、後工程に回す。
未成膜の基板５１を真空槽１１内に搬入し、上述の成膜工程を繰り返す。
【符号の説明】
【００５１】
１０……成膜装置
１１……真空槽
１２……真空排気部
１３……原料ガス導入部
２１……板部
２２……筒部
２３……ヒーター
３０……回転部
４１……第一の熱抵抗部分
４２……第二の熱抵抗部分
５１……基板
【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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