JP2022068478A - Film deposition device - Google Patents

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裕太 窪内
Yuta Kubouchi
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Abstract

To provide a film deposition device which includes a rotary member of a film deposition object substrate, capable of being repeatedly used by suppressing breakage during film deposition.SOLUTION: A film deposition device includes: a film deposition chamber for forming a film on a film deposition object substrate by a chemical vapor deposition method; a raw material gas introduction port for introducing a raw material gas into the film deposition chamber; a raw material gas exhaust port for exhausting a raw material gas from the film deposition chamber; a rotary shaft for rotatably holding the film deposition object substrate; and rotation driving means for rotating the rotary shaft. The rotary shaft includes a first gear for receiving power transmitted from the rotation driving means. The rotation driving means includes a second gear that meshes with the first gear, for transmitting power. Each of the first gear and the second gear includes a plurality of tooth parts provided side by side in an annular manner, and a tooth bottom part for connecting between dedendums of the tooth parts. In the first gear and the second gear, each tooth part has a first silicon carbide layer formed on a surface of the tooth part.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、成膜装置に関し、例えば、化学気相成長法(以下、「CVD法」とする場合がある)により支持基板上に炭化ケイ素(以下、「SiC」とする場合がある)多結晶膜を形成することのできる、成膜装置に関する。 The present invention relates to a film forming apparatus, for example, a silicon carbide (hereinafter, may be referred to as “SiC”) polycrystal on a support substrate by a chemical vapor deposition method (hereinafter, may be referred to as “CVD method”). The present invention relates to a film forming apparatus capable of forming a film.

SiCは、ケイ素(以下、「Si」とする場合がある)と炭素で構成される化合物半導体材料である。SiCは、絶縁破壊電界強度がSiの10倍であり、バンドギャップがSiの3倍と優れているだけでなく、デバイスの作製に必要なp型、n型の制御が広い範囲で可能であること等から、Siの限界を超えるパワーデバイス用材料として期待されている。 SiC is a compound semiconductor material composed of silicon (hereinafter, may be referred to as "Si") and carbon. SiC has an insulation breakdown electric field strength 10 times that of Si and an excellent bandgap of 3 times that of Si, and it is possible to control the p-type and n-type required for manufacturing devices in a wide range. Therefore, it is expected as a material for power devices that exceeds the limit of Si.

しかしながら、SiC半導体は、広く普及するSi半導体と比較し、大面積のSiC単結晶基板が得られず、工程も複雑であることから、Si半導体と比較して大量生産ができず、高価であった。 However, as compared with the widely used Si semiconductor, the SiC semiconductor cannot be mass-produced as compared with the Si semiconductor because a large-area SiC single crystal substrate cannot be obtained and the process is complicated, so that the SiC semiconductor is expensive. rice field.

SiC半導体のコストを下げるため、様々な工夫が行われてきた。例えば、特許文献1には、SiC基板の製造方法であって、少なくとも、マイクロパイプの密度が30個/cm2以下のSiC単結晶基板とSiC多結晶基板を準備し、前記単結晶基板と前記多結晶炭化ケイ素基板とを貼り合わせる工程を行い、その後、単結晶基板を薄膜化する工程を行い、多結晶基板上に単結晶層を形成した基板を製造することが記載されている。 Various measures have been taken to reduce the cost of SiC semiconductors. For example, Patent Document 1 describes a method for manufacturing a SiC substrate, in which at least a SiC single crystal substrate and a SiC polycrystalline substrate having a micropipe density of 30 pieces / cm2 or less are prepared, and the single crystal substrate and the polycrystal substrate are prepared. It is described that a substrate in which a single crystal layer is formed on a polycrystalline substrate is manufactured by performing a step of bonding with a crystalline silicon carbide substrate and then a step of thinning the single crystal substrate.

更に、特許文献1には、SiC単結晶基板とSiC多結晶基板とを貼り合わせる工程の前に、SiC単結晶基板に水素イオン注入を行って水素イオン注入層を形成する工程を行い、SiC単結晶基板とSiC多結晶基板とを貼り合わせる工程の後、SiC単結晶基板を薄膜化する工程の前に、350℃以下の温度で熱処理を行い、SiC単結晶基板を薄膜化する工程を、水素イオン注入層にて機械的に剥離する工程とするSiC基板の製造方法が記載されている。 Further, in Patent Document 1, before the step of bonding the SiC single crystal substrate and the SiC single crystal substrate, a step of injecting hydrogen ions into the SiC single crystal substrate to form a hydrogen ion injection layer is performed to form a SiC single crystal substrate. After the step of bonding the crystal substrate and the SiC single crystal substrate, and before the step of thinning the SiC single crystal substrate, the step of performing heat treatment at a temperature of 350 ° C. or lower to thin the SiC single crystal substrate is hydrogen. A method for manufacturing a SiC substrate, which is a step of mechanically peeling off with an ion injection layer, is described.

このような方法により、1つのSiC単結晶インゴットからより多くのSiC基板が得られるようになった。 By such a method, more SiC substrates can be obtained from one SiC single crystal ingot.

特開2009-117533号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-117533 特許第3857446号Patent No. 3857446

しかしながら、特許文献1に記載の方法で製造されたSiC貼り合わせ基板は、その大部分がSiC多結晶基板である。このため、SiC貼り合わせ基板が、研磨等のハンドリングの際に損傷しないように、機械的な強度を有するよう十分な厚さのSiC多結晶基板を使用しなければならない。 However, most of the SiC bonded substrates manufactured by the method described in Patent Document 1 are SiC polycrystalline substrates. Therefore, it is necessary to use a SiC polycrystalline substrate having a sufficient thickness so that the SiC bonded substrate is not damaged during handling such as polishing and has mechanical strength.

従来、前記SiC多結晶基板は、CVD法によって多数の黒鉛製支持基板(成膜対象基板)上にSiC多結晶膜を成膜した後、SiC多結晶膜で被覆された各支持基板を、SiC多結晶膜の端面を研削する等によりSiC多結晶膜の側面から露出させ、それから酸化雰囲気で焼成する等の手段により、支持基板をSiC多結晶膜から分離し、その後、SiC多結晶膜を平面研削および、必要に応じて研磨加工を施すことで、所望の厚みおよび面状態のSiC多結晶基板を得ていた(例えば、特許文献2)。 Conventionally, in the SiC polycrystalline substrate, a SiC polycrystalline film is formed on a large number of graphite-made support substrates (deposited substrates) by a CVD method, and then each support substrate coated with the SiC polycrystalline film is made of SiC. The support substrate is separated from the SiC polycrystalline film by means such as grinding the end face of the polycrystalline film to expose it from the side surface of the SiC polycrystalline film and then firing in an oxidizing atmosphere, and then the SiC polycrystalline film is flattened. By grinding and polishing if necessary, a SiC polycrystalline substrate having a desired thickness and surface condition was obtained (for example, Patent Document 2).

しかしながら、上記記載の手法では、多数の支持基板をCVD成膜装置の成膜室内に投入して成膜した際に、成膜室内の温度分布や、成膜ガスの濃度勾配により、成膜されるSiC多結晶膜の膜厚に大きなバラつきが生じるおそれがあり、このバラつきが成膜工程の長時間化、成膜後のSiC多結晶膜の平面研削の際の研削量の増加等により、SiC多結晶膜の生産性を低下させ、製造コストを増加させる要因となっていた。 However, in the method described above, when a large number of support substrates are put into the film forming chamber of the CVD film forming apparatus to form a film, the film is formed due to the temperature distribution in the film forming chamber and the concentration gradient of the film forming gas. There is a possibility that the film thickness of the SiC polycrystal film will vary greatly, and this variation will result in a longer film formation process and an increase in the amount of grinding during surface grinding of the SiC polycrystal film after film formation. It was a factor that lowered the productivity of the polycrystal film and increased the manufacturing cost.

また、例えば、膜厚を均一にするために、支持基板を回転させる回転軸を有する支持基板保持具を成膜室内に設置することが考えられる。この場合、回転軸等の支持基板を回転させる部品が成膜中に破損して支持基板の回転が止まると、成膜した膜の厚さを均一にすることが難しくなり、基板の生産性が低下することがある。また、部品のコストの観点から、一度だけではなく、部品を何度も繰り返して用いることができることが望ましい。以上のことから、支持基板を回転させる回転駆動手段を構成する部品には強度が求められる。 Further, for example, in order to make the film thickness uniform, it is conceivable to install a support substrate holder having a rotation shaft for rotating the support substrate in the film forming chamber. In this case, if the parts that rotate the support substrate, such as the rotating shaft, are damaged during film formation and the rotation of the support substrate stops, it becomes difficult to make the thickness of the film formed uniform, and the productivity of the substrate increases. May decrease. Further, from the viewpoint of the cost of the parts, it is desirable that the parts can be used not only once but repeatedly many times. From the above, strength is required for the parts constituting the rotation driving means for rotating the support substrate.

よって、本発明は、成膜中の破損を抑制して繰り返し用いることができる、成膜対象基板の回転駆動手段を備える成膜装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a film forming apparatus provided with a rotation driving means of a film forming target substrate, which can be used repeatedly while suppressing damage during film forming.

本発明の成膜装置は、化学気相成長法によって成膜対象基板に成膜する成膜室と、前記成膜室へ原料ガスを導入する原料ガス導入口と、前記成膜室から原料ガスを排出する原料ガス排出口と、前記成膜対象基板を回転可能に保持する回転軸と、前記回転軸を回転させる回転駆動手段と、を備え、前記回転軸は、前記回転駆動手段から伝達される動力を受ける第1歯車を有し、前記回転駆動手段は、前記第1歯車とかみ合って動力を伝達する第2歯車を有し、前記第1歯車および前記第2歯車が、それぞれ、環状に複数並んで設けられた歯部と、前記歯部の歯元同士の間をつなぐ歯底部と、を有し、前記第1歯車および前記第2歯車において、前記歯部が、それぞれ、当該歯部の表面に形成された第1炭化ケイ素層を有する。 The film forming apparatus of the present invention has a film forming chamber for forming a film on a substrate to be formed by a chemical vapor phase growth method, a raw material gas introduction port for introducing a raw material gas into the forming chamber, and a raw material gas from the forming chamber. A raw material gas discharge port for discharging the The rotary drive means has a second gear that meshes with the first gear to transmit power, and the first gear and the second gear are annularly formed. It has a plurality of tooth portions provided side by side and a tooth bottom portion connecting between the tooth roots of the tooth portions, and in the first gear and the second gear, the tooth portions are the tooth portions, respectively. It has a first silicon carbide layer formed on the surface of the.

本発明の成膜装置は、前記歯底部が、それぞれ、当該歯底部の表面に形成された第2炭化ケイ素層を有し、前記第1炭化ケイ素層と前記第2炭化ケイ素層とが一体であってもよい。 In the film forming apparatus of the present invention, each of the tooth bottom portions has a second silicon carbide layer formed on the surface of the tooth bottom portion, and the first silicon carbide layer and the second silicon carbide layer are integrally integrated. There may be.

本発明の成膜装置は、前記第1炭化ケイ素層の厚さが、200μm~1000μmであってもよい。 In the film forming apparatus of the present invention, the thickness of the first silicon carbide layer may be 200 μm to 1000 μm.

本発明の成膜装置は、前記回転軸および前記回転駆動手段が、黒鉛製であってもよい。 In the film forming apparatus of the present invention, the rotation shaft and the rotation driving means may be made of graphite.

本発明の成膜装置は、前記成膜室へ原料ガスを導入する原料ガス導入口と、前記成膜室から原料ガスを排出する原料ガス排出口と、をさらに備え、前記回転軸が、前記成膜室の室内において、前記原料ガス導入口と前記原料ガス排出口との間で、長手方向が前記原料ガスの流れる方向と直交するように配され、前記原料ガスの流れる方向に回転し、前記成膜対象基板を前記原料ガスの流れる方向に回転可能に、かつ、前記成膜対象基板の成膜対象面が前記原料ガスの流れる方向と平行となるように保持してもよい。 The film forming apparatus of the present invention further includes a raw material gas introduction port for introducing the raw material gas into the film forming chamber and a raw material gas discharging port for discharging the raw material gas from the film forming chamber, and the rotating shaft is the same. In the film forming chamber, between the raw material gas introduction port and the raw material gas discharge port, the longitudinal direction is arranged so as to be orthogonal to the flow direction of the raw material gas, and the raw material gas is rotated in the flow direction. The film-forming target substrate may be held so as to be rotatable in the direction in which the raw material gas flows and the film-forming target surface of the film-forming target substrate is parallel to the flow direction of the raw material gas.

本発明の成膜装置であれば、互いにかみ合う第1歯車と第2歯車の強度が高くなることから、成膜対象基板を回転させる回転駆動手段を構成する部材の成膜中における破損を抑制して繰り返し用いることができる。 In the film forming apparatus of the present invention, since the strength of the first gear and the second gear that mesh with each other becomes high, damage during film formation of the member constituting the rotation driving means for rotating the film forming target substrate is suppressed. Can be used repeatedly.

成膜中においてウエハ形状の成膜対象基板100が回転軸200に保持される態様の一例を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows an example of a mode in which a wafer-shaped film-forming target substrate 100 is held by a rotating shaft 200 during film-forming. 成膜中においてウエハ形状の複数の成膜対象基板100が回転軸200に保持される態様の一例を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows an example of a mode in which a plurality of wafer-shaped film-forming target substrates 100 are held by a rotating shaft 200 during film formation. 図2とは異なる態様の、成膜中においてウエハ形状の複数の成膜対象基板100が回転軸200に保持される態様の一例を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows an example of the aspect which is different from FIG. 図3とは異なる態様の、成膜中においてウエハ形状の複数の成膜対象基板100が回転軸200に保持される態様の一例を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows an example of the aspect which is different from FIG. 本発明の一実施形態にかかる成膜装置1000の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the film forming apparatus 1000 which concerns on one Embodiment of this invention. ギアボックス530内のギアの構成を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the gear in a gearbox 530. 図6に示したギアの変形例を示す図である。It is a figure which shows the deformation example of the gear shown in FIG. 図6に示したギアの断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the gear shown in FIG. 比較例1において用いたギアを示す図である。It is a figure which shows the gear used in the comparative example 1. FIG.

[成膜装置]
本発明の一実施形態にかかる成膜装置について図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
[Film formation device]
The film forming apparatus according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments.

本実施形態の成膜装置は、化学気相成長法によって成膜対象基板(支持基板)に成膜して基板を製造する用途に適用することができる。本実施形態の成膜装置は、例えば、炭化ケイ素(SiC)基板、窒化ガリウム(GaN)基板、シリコン(Si)基板の製造に好適に用いることができる。以下においては、炭化ケイ素多結晶基板を製造する場合を例示して説明する。 The film-forming apparatus of the present embodiment can be applied to applications in which a film is formed on a film-forming target substrate (supporting substrate) by a chemical vapor deposition method to manufacture the substrate. The film forming apparatus of this embodiment can be suitably used for manufacturing, for example, a silicon carbide (SiC) substrate, a gallium nitride (GaN) substrate, and a silicon (Si) substrate. In the following, a case of manufacturing a silicon carbide polycrystalline substrate will be described as an example.

本実施形態の成膜装置は、化学気相成長法によって、成膜対象基板の成膜対象面に所定の物質の薄膜を成膜することのできる装置である。例えば、カーボン製支持基板を成膜対象基板とし、これらの支持基板に任意の炭化ケイ素多結晶膜や炭化ケイ素単結晶膜を成膜することができる。 The film forming apparatus of the present embodiment is an apparatus capable of forming a thin film of a predetermined substance on the film forming target surface of the film forming target substrate by the chemical vapor deposition method. For example, a carbon support substrate can be used as a film-forming target substrate, and an arbitrary silicon carbide polycrystalline film or silicon carbide single crystal film can be formed on these support substrates.

このような成膜装置としては、以下に挙げる成膜室、原料ガス導入口、原料ガス排出口、回転軸および回転駆動手段を備える。 Such a film forming apparatus includes the following film forming chamber, raw material gas introduction port, raw material gas discharge port, rotary shaft, and rotary drive means.

〈成膜室〉
成膜室は、室内に成膜対象基板を設置し、化学気相成長法によって成膜対象基板に薄膜を成膜する。成膜室の内部形状は、直方体状や筒状等、任意の形状をとることができる。
<Membrane formation room>
In the film forming chamber, a film-forming target substrate is installed in the room, and a thin film is formed on the film-forming target substrate by a chemical vapor deposition method. The internal shape of the film forming chamber can be any shape such as a rectangular parallelepiped shape or a cylindrical shape.

また、成膜室は黒鉛製であることが好ましい。黒鉛であれば直方体状や筒状への加工が容易であり、また、成膜時に不活性雰囲気下とすることで、高温となる成膜条件に十分な耐久性を持つことができる。 Further, the film forming chamber is preferably made of graphite. If graphite is used, it can be easily processed into a rectangular parallelepiped shape or a cylindrical shape, and by creating an inert atmosphere at the time of film formation, it is possible to have sufficient durability under high temperature film formation conditions.

成膜室は、後述する原料ガス導入口や原料ガス排出口を備える。これらの口の配置部分は特に限定されないが、例えば、原料ガス導入口が成膜室の床部にあり、原料ガス排出口が成膜室の天井部にあると、成膜工程中に原料ガスが下から上へ上下方向に流れる。 The film forming chamber is provided with a raw material gas introduction port and a raw material gas discharge port, which will be described later. The arrangement portion of these ports is not particularly limited, but for example, if the raw material gas introduction port is on the floor of the film forming chamber and the raw material gas discharge port is on the ceiling of the film forming chamber, the raw material gas is placed during the film forming process. Flows from bottom to top in the vertical direction.

〈原料ガス導入口〉
原料ガス導入口は、成膜室へ原料ガスを導入する。例えば、カーボン製支持基板を成膜する場合には、Si系ガスとC系ガスを別々の原料ガス導入口を用いて成膜室へ導入してもよく、事前にこれらを混合した混合ガスを成膜室へ導入してもよい。また、原料ガスはキャリアガスに同伴され、さらにドーパントガスと同伴してもよい。
<Raw material gas inlet>
The raw material gas inlet introduces the raw material gas into the film forming chamber. For example, when forming a film on a carbon support substrate, Si-based gas and C-based gas may be introduced into the film forming chamber using separate raw material gas inlets, and a mixed gas in which these are mixed in advance may be introduced. It may be introduced into the film forming chamber. Further, the raw material gas is accompanied by the carrier gas and may be further accompanied by the dopant gas.

原料ガス導入口を端部に有する原料ガス導入管としては、例えば、カーボン製支持基板を成膜する場合には、黒鉛製の管やステンレス製の管等、任意の管を用いることができる。 As the raw material gas introduction pipe having the raw material gas introduction port at the end, for example, when a carbon support substrate is formed, any pipe such as a graphite pipe or a stainless steel pipe can be used.

なお、原料が析出して原料ガス導入口が塞がれないように、原料ガス導入口の温度を制御できるよう、原料ガス導入管を適宜加熱できるヒーターや冷却できるクーラー等の温度制御手段を備えてもよい。 In addition, a temperature control means such as a heater that can appropriately heat the raw material gas introduction pipe and a cooler that can cool the raw material gas introduction pipe is provided so that the temperature of the raw material gas introduction port can be controlled so that the raw material does not precipitate and the raw material gas introduction port is not blocked. You may.

〈原料ガス排出口〉
原料ガス排出口は、成膜室から原料ガスを排出する。原料ガス排出口を端部に有する原料ガス排出管としては、黒鉛製の管やステンレス製の管等、任意の管を用いることができる。
<Raw material gas outlet>
The raw material gas discharge port discharges the raw material gas from the film forming chamber. As the raw material gas discharge pipe having the raw material gas discharge port at the end, any pipe such as a graphite pipe or a stainless steel pipe can be used.

なお、原料が析出して原料ガス排出口が塞がれないように、原料ガス排出口の温度を制御できるよう、原料ガス排出管を適宜加熱できるヒーターや冷却できるクーラー等の温度制御手段を備えてもよい。 A temperature control means such as a heater that can appropriately heat the raw material gas discharge pipe and a cooler that can cool the raw material gas discharge pipe is provided so that the temperature of the raw material gas discharge port can be controlled so that the raw material does not precipitate and the raw material gas discharge port is not blocked. You may.

〈回転軸〉
回転軸は、成膜対象基板の成膜対象面への炭化ケイ素膜の成膜の偏りを少なくするために、成膜対象基板を回転可能に保持するものである。成膜の偏りをより少なくするために、回転軸は、原料ガスの流れる方向に回転し、成膜対象基板を原料ガスの流れる方向に回転可能に、かつ、成膜対象基板の成膜対象面が原料ガスの流れる方向と平行に保持することが好ましい。
<Axis of rotation>
The rotation axis rotatably holds the film-forming target substrate in order to reduce the bias of the silicon carbide film formation on the film-forming target surface of the film-forming target substrate. In order to reduce the bias of film formation, the rotation axis rotates in the direction in which the raw material gas flows so that the film-forming target substrate can rotate in the direction in which the raw material gas flows, and the film-forming target surface of the film-forming target substrate. Is preferably held parallel to the flow direction of the raw material gas.

成膜工程中において、原料ガスは、成膜室内において原料ガス導入口から原料ガス排出口へ向かって流れる。そこで、成膜対象基板の成膜対象面が原料ガスの流れる方向と平行に保持する場合、回転軸は、成膜室の室内において、原料ガス導入口と原料ガス排出口との間で、長手方向が原料ガスの流れる方向と直交するように配される。回転軸がこのように配されることで、原料ガスの流れる方向に回転可能となり、さらに、成膜対象基板を原料ガスの流れる方向に回転可能に、かつ、成膜対象基板の成膜対象面が原料ガスの流れる方向と平行に保持することができる。 During the film forming process, the raw material gas flows from the raw material gas introduction port to the raw material gas discharge port in the film forming chamber. Therefore, when the film formation target surface of the film formation target substrate is held parallel to the flow direction of the raw material gas, the axis of rotation is longitudinally formed between the raw material gas introduction port and the raw material gas discharge port in the film formation chamber. The direction is arranged so as to be orthogonal to the direction in which the raw material gas flows. By arranging the rotation axes in this way, it becomes possible to rotate in the direction in which the raw material gas flows, and further, the film-forming target substrate can be rotated in the direction in which the raw material gas flows, and the film-forming target surface of the film-forming target substrate. Can be held parallel to the direction in which the raw material gas flows.

(固定部)
回転軸は、成膜対象基板を串刺して固定する固定部を備えることができる。例えば、回転軸本体の長手方向全体に亘ってネジ切り加工がされており、この回転軸本体を成膜対象基板の中心に開いた開口部へ通すことで、成膜対象基板を串刺しにし、さらにナットやワッシャーからなる固定部材を用いて成膜対象基板の両面から固定部材を締結することで、成膜対象基板を固定することができる。
(Fixed part)
The rotating shaft may be provided with a fixing portion for skewering and fixing the film-forming target substrate. For example, threading is performed over the entire longitudinal direction of the rotating shaft body, and by passing this rotating shaft body through an opening opened in the center of the film forming target substrate, the film forming target substrate is skewered and further. The film-forming target substrate can be fixed by fastening the fixing members from both sides of the film-forming target substrate using a fixing member made of a nut or a washer.

例えば、カーボン製支持基板を成膜する場合には、回転軸本体や固定部材は、黒鉛製であることが好ましい。黒鉛製であれば、ネジ切り加工や、ナット状やワッシャー状への加工が容易であり、また、成膜時に不活性雰囲気下とすることで、高温となる成膜条件に十分な耐久性を持つことができる。 For example, when forming a carbon support substrate, it is preferable that the rotating shaft body and the fixing member are made of graphite. If it is made of graphite, it can be easily threaded, nut-shaped or washer-shaped, and by creating an inert atmosphere during film formation, it has sufficient durability against high-temperature film formation conditions. Can have.

図1に、固定部による成膜対象基板の固定の態様の一例として、成膜中においてウエハ形状の成膜対象基板100が回転軸200に保持される態様の一例を示す概略図を示す。 FIG. 1 shows a schematic view showing an example of a mode in which the wafer-shaped film-forming target substrate 100 is held by the rotary shaft 200 during film formation as an example of the mode of fixing the film-forming target substrate by the fixing portion.

成膜対象基板100は、その中心に回転軸200を挿通可能な開口部110を有しており、成膜対象基板100の成膜対象面120となるおもて面120aとうら面120bを有している。 The film-forming target substrate 100 has an opening 110 in which a rotation shaft 200 can be inserted, and has a front surface 120a and a back surface 120b which are film-forming target surfaces 120 of the film-forming target substrate 100. are doing.

図1において、成膜対象基板100は、開口部110に回転軸200が挿通され、おもて面120aとうら面120bから、固定部材として2つのナット210を用いて回転軸200に締結することにより、回転軸200に保持されている。 In FIG. 1, the film-forming target substrate 100 has a rotating shaft 200 inserted through an opening 110, and is fastened to the rotating shaft 200 from the front surface 120a and the back surface 120b using two nuts 210 as fixing members. Is held by the rotating shaft 200.

回転軸200およびナット210は、化学気相成長法による成膜に耐えられる素材のものを使用することができ、例えばカーボン製の回転軸200およびナット210を使用することが出来る。 As the rotary shaft 200 and the nut 210, materials that can withstand film formation by the chemical vapor deposition method can be used, and for example, a carbon rotary shaft 200 and the nut 210 can be used.

回転軸200が、例えば矢印Aのように逆時計回りに回転することで、成膜対象基板100を矢印Aのように逆時計回りに回転させることができる。また、回転軸200の回転方向は限定されるものではなく、回転軸200を時計回りに回転させてもよい。 By rotating the rotation shaft 200 counterclockwise as shown by the arrow A, for example, the film-forming target substrate 100 can be rotated counterclockwise as shown by the arrow A. Further, the rotation direction of the rotation shaft 200 is not limited, and the rotation shaft 200 may be rotated clockwise.

なお、成膜処理中の成膜対象基板の回転速度は特に限定されないが、例えば0.1rpm~60rpmに設定することができる。回転速度が0.1rpmより遅い場合には、成膜した膜の厚みが著しく偏る場合があり、また、60rpmより速い場合には回転軸200が損傷するおそれや、回転による気流が発生して成膜に不具合の生じるおそれがある。また、成膜対象基板100のおもて面120aとうら面120bが成膜対象面120であり、成膜対象面120から垂直に出るベクトルを面法線300とする。 The rotation speed of the film-forming target substrate during the film-forming process is not particularly limited, but can be set to, for example, 0.1 rpm to 60 rpm. If the rotation speed is slower than 0.1 rpm, the thickness of the film formed may be significantly uneven, and if it is faster than 60 rpm, the rotation shaft 200 may be damaged or an air flow may be generated due to rotation. There is a risk that the film will malfunction. Further, the front surface 120a and the back surface 120b of the film-forming target substrate 100 are the film-forming target surfaces 120, and the vector vertically exiting from the film-forming target surface 120 is defined as the surface normal line 300.

また、原料ガスが流れる方向を矢印Bで示している。原料ガスとしては、膜を成膜することができれば、特に限定されず、一般的に使用される原料ガスを用いることができる。例えば、炭化ケイ素の多結晶膜を成膜する場合には、Si系原料ガス、C系原料ガスを用いる。Si系原料ガスとしては、例えば、シラン(SiH)を用いることができるほか、SiHCl、SiHCl、SiHCl、SiClなどのエッチング作用があるClを含む塩素系Si原料含有ガス(クロライド系原料)を用いることもできる。C系原料ガスとしては、例えば、メタン(CH)、プロパン(C)、アセチレン(C)を用いることができる。 Further, the direction in which the raw material gas flows is indicated by an arrow B. The raw material gas is not particularly limited as long as a film can be formed, and a generally used raw material gas can be used. For example, when forming a polycrystalline film of silicon carbide, a Si-based raw material gas and a C-based raw material gas are used. As the Si-based raw material gas, for example, silane (SiH 4 ) can be used, and a chlorine-based Si raw material-containing gas containing Cl having an etching action such as SiH 3 Cl, SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , and SiCl 4 . (Chloride-based raw material) can also be used. As the C-based raw material gas, for example, methane (CH 4 ), propane (C 3 H 8 ), and acetylene (C 2 H 2 ) can be used.

炭化ケイ素以外の多結晶膜を成膜する場合には、成膜する多結晶膜に応じて他の原料ガスを用いることができる。例えば、シリコンの多結晶膜を成膜する場合には、モノシランガス、SiHガス等を用いることができる。窒化ガリウムの多結晶膜を成膜する場合には、トリメチルガリウム:Ga(CHガス、アンモニア:NHガス等を用いることができる。 When forming a polycrystalline film other than silicon carbide, another raw material gas can be used depending on the polycrystalline film to be formed. For example, when forming a silicon polycrystal film, monosilane gas, SiH4 gas, or the like can be used. When forming a polycrystalline film of gallium nitride, trimethylgallium: Ga (CH 3 ) 3 gas, ammonia: NH 3 gas and the like can be used.

また、原料ガスはキャリアガスを同伴してもよい。膜の成膜を阻害することなく、原料ガスを成膜対象基板100へ展開することができれば、一般的に使用されるキャリアガスを用いることができる。例えば、炭化ケイ素多結晶膜を成膜する場合には、熱伝導率に優れ、SiCに対してエッチング作用がある水素(H)を用いることができる。 Further, the raw material gas may be accompanied by a carrier gas. If the raw material gas can be spread on the film-forming target substrate 100 without inhibiting the film formation, a commonly used carrier gas can be used. For example, when forming a silicon carbide polycrystalline film, hydrogen (H 2 ), which has excellent thermal conductivity and has an etching action on SiC, can be used.

また、これら原料ガスおよびキャリアガスと同時に、第3のガスとして、不純物ドーピングガスを同時に供給することもできる。例えば、導電型をn型とする場合には窒素(N)、p型とする場合にはトリメチルアルミニウム(TMA)を用いることができる。 Further, at the same time as these raw material gas and carrier gas, an impurity doping gas can be simultaneously supplied as a third gas. For example, nitrogen (N 2 ) can be used when the conductive type is n-type, and trimethylaluminum (TMA) can be used when the p-type is used.

本実施形態の成膜装置にて成膜する場合には、成膜対象基板100の成膜対象面120の面法線300と、原料ガスの流れる方向Bを直交させると共に、面法線300と成膜対象基板100が回転する回転軸200が平行となる方向に成膜対象基板100を回転させて成膜することが好ましい。このように、成膜対象基板100を回転させながら、成膜対象面120に沿うように原料ガスを供給して成膜することで、原料ガスが成膜対象面120に偏って供給されることを抑制することができるため、成膜対象基板100の成膜対象面120の同一面内における膜厚のバラつきを抑制することができる。 When forming a film with the film forming apparatus of the present embodiment, the surface normal line 300 of the film forming target surface 120 of the film forming target substrate 100 and the direction B in which the raw material gas flows are orthogonal to each other, and the surface normal line 300 is used. It is preferable to rotate the film-forming target substrate 100 in a direction in which the rotation axis 200 on which the film-forming target substrate 100 rotates is parallel to form a film. In this way, while rotating the film-forming target substrate 100, the raw material gas is supplied along the film-forming target surface 120 to form a film, so that the raw material gas is unevenly supplied to the film-forming target surface 120. Therefore, it is possible to suppress variations in the film thickness within the same surface of the film formation target surface 120 of the film formation target substrate 100.

なお、原料ガスの流れる方向は、任意に設定することができる。原料ガスの流れる方向は、例えば、成膜対象面120と平行となる方向でもよく、また、図1に示す矢印Bのように鉛直方向であってもよく、水平方向であってもよい。 The direction in which the raw material gas flows can be arbitrarily set. The direction in which the raw material gas flows may be, for example, a direction parallel to the film forming target surface 120, a vertical direction as shown by an arrow B in FIG. 1, or a horizontal direction.

また、図2に、成膜中においてウエハ形状の複数の成膜対象基板100が回転軸200に保持される態様の一例を示す概略図を示す。本発明の成膜装置にて成膜する場合には、図2に示すように複数の成膜対象基板100を成膜する方法であってもよい。一度の処理で成膜可能な枚数の成膜対象基板100を、成膜装置の成膜室中に設置することで、成膜効率を上げることができる。 Further, FIG. 2 shows a schematic view showing an example of a mode in which a plurality of wafer-shaped film-forming target substrates 100 are held on the rotating shaft 200 during film-forming. When forming a film with the film forming apparatus of the present invention, a method of forming a plurality of film forming target substrates 100 may be used as shown in FIG. By installing the number of film-forming target substrates 100 capable of forming a film in one process in the film-forming chamber of the film-forming apparatus, the film-forming efficiency can be improved.

ここで、複数の成膜対象基板100の中心軸130のいずれもが、回転軸200と一致するように設置して成膜することが好ましい。すなわち、いずれの成膜対象基板100も、その中心に回転軸200を挿通可能な開口部110を有しており、開口部110に回転軸200を挿通して串刺し状に複数の成膜対象基板100を配置し、複数のナット210を用いて回転軸200に締結して固定される。このような配置とすることで、複数の成膜対象基板100の中心軸130のいずれもが、回転軸200の回転軸と一致させることができ、いずれの成膜対象基板100についても成膜条件を揃えることができるため、原料ガスがいずれの成膜対象面120に対しても偏って供給されることを抑制できることで、いずれの成膜対象基板100においても、成膜対象面120の同一面内における膜厚のバラつきを抑制することができる。 Here, it is preferable that all of the central axes 130 of the plurality of film-forming target substrates 100 are installed so as to coincide with the rotating shaft 200 to form a film. That is, each of the film-forming target substrates 100 has an opening 110 in which the rotary shaft 200 can be inserted, and a plurality of film-forming target substrates are skewered by inserting the rotary shaft 200 through the opening 110. The 100 is arranged and fastened to and fixed to the rotating shaft 200 using a plurality of nuts 210. With such an arrangement, any of the central axes 130 of the plurality of film-forming target substrates 100 can be aligned with the rotation axis of the rotating shaft 200, and the film-forming conditions for any of the film-forming target substrates 100. Since it is possible to prevent the raw material gas from being unevenly supplied to any of the film forming target surfaces 120, the same surface of the film forming target surface 120 is formed on any of the film forming target substrates 100. It is possible to suppress the variation in the film thickness inside.

そして、図2に示すように一度の処理で複数の成膜対象基板100を成膜する場合には、複数の成膜対象基板100の基板間距離140が等間隔であることが好ましい。基板間距離140が等間隔であることにより、いずれの成膜対象面120に対しても原料ガスを偏りなく均等に供給できるため、成膜対象基板100の成膜対象面120の同一面内における膜厚のバラつきを更に抑制することができる。 Then, as shown in FIG. 2, when a plurality of film-forming target substrates 100 are formed by one process, it is preferable that the distances 140 between the substrates of the plurality of film-forming target substrates 100 are evenly spaced. Since the distances 140 between the substrates are evenly spaced, the raw material gas can be uniformly and evenly supplied to any of the film-forming target surfaces 120, so that the film-forming target surface 120 of the film-forming target substrate 100 is in the same plane. The variation in film thickness can be further suppressed.

(把持部)
回転軸は、成膜対象基板の端部を把持する把持部を備えることができる。例えば、上記の固定部と同様に、回転軸本体の長手方向全体に亘ってネジ切り加工がされており、さらにナットやワッシャーからなる把持部材を用いて、成膜対象基板の両面からその端部を挟み、その後、把持部材を締結することで、成膜対象基板の端部を把持することができる。また、ナットやワッシャーに代えて、回転軸本体を中通しする開口部を有するスペーサーを把持部材とすることもでき、スペーサーで成膜対象基板の端部を両面から挟みこむことで把持することができる。
(Grip part)
The rotating shaft may include a gripping portion that grips the end portion of the film-forming target substrate. For example, as in the case of the above-mentioned fixing portion, thread cutting is performed over the entire longitudinal direction of the rotating shaft body, and further, using a gripping member consisting of a nut or a washer, the end portions thereof are formed from both sides of the substrate to be film-formed. By sandwiching and then fastening the gripping member, the end portion of the film-forming target substrate can be gripped. Further, instead of a nut or washer, a spacer having an opening through which the rotating shaft body is passed can be used as a gripping member, and the spacer can be used to grip the end of the substrate to be film-formed by sandwiching it from both sides. can.

例えば、カーボン製支持基板を用いて多結晶膜を成膜する場合には、回転軸本体や把持部材は、黒鉛製であることが好ましい。黒鉛製であれば、ネジ切り加工や、ナット状やワッシャー状への加工が容易であり、また、成膜時に不活性雰囲気下とすることで、高温となる成膜条件に十分な耐久性を持つことができる。 For example, when a polycrystalline film is formed using a carbon support substrate, it is preferable that the rotating shaft body and the gripping member are made of graphite. If it is made of graphite, it can be easily threaded, nut-shaped or washer-shaped, and by creating an inert atmosphere during film formation, it has sufficient durability against high-temperature film formation conditions. Can have.

図3に、固定部による成膜対象基板の固定の態様の一例として、図2とは異なる態様の、成膜中においてウエハ形状の複数の成膜対象基板100が回転軸200に保持される態様の一例を示す概略図を示す。本発明の製造装置で成膜する場合には、図3に示すように複数の成膜対象基板100を成膜する方法で行うことにより、一度の処理で成膜可能な枚数の成膜対象基板100を、成膜装置の成膜室中に設置することで、成膜効率を上げることができる。また、図3に示す態様の場合には、複数の成膜対象基板100が回転対称に回転軸200に配置された回転対称基板群400を構成する。各成膜対象基板100は、固定手段として一対のナット210によって回転軸200に把持して固定されている。固定手段としては、特に限定されないが、例えば中通ししたナット210の他にも、ワッシャー等によって成膜対象基板100を挟んで把持することにより、成膜対象基板100を固定することができる。 FIG. 3 shows, as an example of a mode of fixing the film-forming target substrate by the fixing portion, a mode different from that of FIG. 2 in which a plurality of wafer-shaped film-forming target substrates 100 are held by the rotary shaft 200 during film formation. A schematic diagram showing an example is shown. When forming a film with the manufacturing apparatus of the present invention, as shown in FIG. 3, by forming a plurality of film-forming target substrates 100, the number of film-forming target substrates that can be formed in one process is formed. By installing 100 in the film forming chamber of the film forming apparatus, the film forming efficiency can be improved. Further, in the case of the embodiment shown in FIG. 3, a plurality of film-forming target substrates 100 form a rotationally symmetric substrate group 400 in which the plurality of film-forming target substrates 100 are arranged rotationally symmetrically on the rotating shaft 200. Each film-forming target substrate 100 is gripped and fixed to the rotating shaft 200 by a pair of nuts 210 as fixing means. The fixing means is not particularly limited, but for example, in addition to the nut 210 that has been passed through, the film-forming target substrate 100 can be fixed by sandwiching and gripping the film-forming target substrate 100 with a washer or the like.

回転対称基板群400は、同一平面上にある複数の成膜対象基板100から構成されており、図3では4枚の成膜対象基板100を示しているが、これに限定されず、2~8枚程度で任意の枚数の成膜対象基板100により回転対称基板群400を構成し、回転対称基板群400を一対のナット210によって回転軸200に把持して固定することができる。複数の成膜対象基板100によって回転対称基板群400を構成し、これを回転させることにより、いずれの成膜対象基板100についても成膜条件を揃えることができる。そのため、原料ガスがいずれの成膜対象面120に対しても偏って供給されることを抑制できることで、いずれの成膜対象基板100においても、成膜対象面120の同一面内における膜厚のバラつきを抑制することができる。 The rotationally symmetric substrate group 400 is composed of a plurality of film-forming target substrates 100 on the same plane, and FIG. 3 shows four film-forming target substrates 100, but the present invention is not limited to this, and 2 to 2 to A rotationally symmetric substrate group 400 can be formed by an arbitrary number of film-forming target substrates 100 with about eight sheets, and the rotationally symmetric substrate group 400 can be gripped and fixed to the rotation shaft 200 by a pair of nuts 210. By forming a rotationally symmetric substrate group 400 with a plurality of film-forming target substrates 100 and rotating the rotationally symmetric substrate group 400, the film-forming conditions can be made uniform for any of the film-forming target substrates 100. Therefore, it is possible to prevent the raw material gas from being unevenly supplied to any of the film formation target surfaces 120, so that the film thickness of the film formation target surface 120 in the same surface of any film formation target substrate 100 can be achieved. Variation can be suppressed.

また、図4に、図3とは異なる態様の、成膜中においてウエハ形状の複数の成膜対象基板100が回転軸200に保持される態様の一例を示す概略図を示す。ここで、複数の回転対称基板群400の回転軸410のいずれもが一致することが好ましい。すなわち、いずれの回転対称基板群400の成膜対象基板100も、同一の回転軸200に固定する配置を取る。このような配置とすることで、複数の回転対称基板群400の回転軸410のいずれもが、回転軸200の回転軸と一致させることができ、いずれの成膜対象基板100についても成膜条件を揃えることができるため、原料ガスがいずれの成膜対象面120に対しても偏って供給されることを抑制できることで、いずれの成膜対象基板100においても、成膜対象面120の同一面内における膜厚のバラつきを抑制することができる。 Further, FIG. 4 shows a schematic view showing an example of a mode different from that of FIG. 3 in which a plurality of wafer-shaped film-forming target substrates 100 are held on the rotating shaft 200 during film formation. Here, it is preferable that all of the rotation axes 410 of the plurality of rotationally symmetric substrate groups 400 match. That is, the film-forming target substrate 100 of any of the rotationally symmetric substrate groups 400 is arranged to be fixed to the same rotating shaft 200. With such an arrangement, any of the rotation axes 410 of the plurality of rotationally symmetric substrate groups 400 can be matched with the rotation axis of the rotation axis 200, and the film formation conditions for any of the film formation target substrates 100. Since it is possible to prevent the raw material gas from being unevenly supplied to any of the film formation target surfaces 120, the same surface of the film formation target surface 120 can be prevented in any of the film formation target substrates 100. It is possible to suppress the variation in the film thickness inside.

そして、図4に示すように一度の処理で複数の回転対称基板群400の成膜対象基板100を成膜する場合には、複数の回転対称基板群400の間における基板間距離420が等間隔であることが好ましい。基板間距離420が等間隔であることにより、いずれの成膜対象面120に対しても原料ガスを偏りなく均等に供給できるため、成膜対象基板100の成膜対象面120の同一面内における膜厚のバラつきを更に抑制することができる。基板間距離420を等間隔にすることは、例えばナット210の幅を調整することや、ナット210の他にスペーサー等を用いることにより可能である。 Then, as shown in FIG. 4, when the film-forming target substrates 100 of the plurality of rotationally symmetric substrate groups 400 are formed by one process, the distances 420 between the substrates among the plurality of rotationally symmetric substrate groups 400 are evenly spaced. Is preferable. Since the distances 420 between the substrates are evenly spaced, the raw material gas can be uniformly and evenly supplied to any of the film-forming target surfaces 120, so that the film-forming target surface 120 of the film-forming target substrate 100 is in the same plane. The variation in film thickness can be further suppressed. It is possible to make the distances 420 between the boards evenly spaced, for example, by adjusting the width of the nut 210 or by using a spacer or the like in addition to the nut 210.

以上のように、成膜対象基板100を回転させながら成膜を行うことにより、成膜対象基板の成膜対象面の同一面内における膜厚のバラつきを抑制することができる。これにより、成膜時間の短縮、平面研削における研削量の削減等により、生産性の向上や製造コストを低減させることができる。 As described above, by performing the film formation while rotating the film-forming target substrate 100, it is possible to suppress the variation in the film thickness within the same surface of the film-forming target surface of the film-forming target substrate. As a result, productivity can be improved and manufacturing cost can be reduced by shortening the film forming time and reducing the amount of grinding in surface grinding.

〈回転駆動手段〉
回転駆動手段は、成膜対象基板を保持する回転軸を回転するものである。原動機としてモーターを用いることができる。後述するように、モーターから延びるシャフトに設けられた歯車と回転軸に設けられた歯車とがかみ合うことで、シャフトの回転の向きを変えて回転軸を回転させることにより、回転軸に保持された支持基板を回転させることができる。
<Rotation drive means>
The rotation driving means rotates the rotation axis that holds the film-forming target substrate. A motor can be used as the prime mover. As will be described later, the gears provided on the shaft extending from the motor and the gears provided on the rotating shaft mesh with each other to change the direction of rotation of the shaft and rotate the rotating shaft, thereby being held by the rotating shaft. The support substrate can be rotated.

なお、特に、回転駆動手段を構成するシャフト等の部材が成膜室内に設けられる場合には、これらの部材は黒鉛製であることが好ましい。黒鉛製であれば、加工が容易であり、また、黒鉛製であれば、成膜時に不活性雰囲気下とすることで、高温となる成膜条件に十分な耐久性を持つことができる。回転駆動手段が成膜室の筐体より外部に備えられる場合には、成膜環境に対応できる素材である必要は無く、金属製やFRP製等の、常温常圧で大気雰囲気下において一般的に使用することのできる回転駆動手段であればよい。 In particular, when a member such as a shaft constituting the rotation driving means is provided in the film forming chamber, it is preferable that these members are made of graphite. If it is made of graphite, it is easy to process, and if it is made of graphite, it can have sufficient durability under high temperature film forming conditions by creating an inert atmosphere at the time of film formation. When the rotation driving means is provided outside the housing of the film forming chamber, it does not need to be a material that can cope with the film forming environment, and is generally made of metal, FRP, etc. under normal temperature and pressure in an atmospheric atmosphere. Any rotation driving means that can be used for

ここで、回転駆動手段を構成する部品が成膜中に破損して成膜対象基板の回転が止まると、成膜した膜の厚さを均一にすることが難しくなり、基板の生産性が低下することがある。また、部品のコストの観点から、一度だけではなく、何度も繰り返して用いることができることが望ましい。以上のことから、支持基板を回転させる回転駆動手段を構成する部品、特に、最も力が加わる、回転軸の第1歯車と、回転軸の第1歯車にかみ合って回転軸を回転させるシャフトの第2歯車には、強度が求められる。ところが、成膜室内の成膜環境に適用するために、回転駆動手段を構成する、第1歯車と第2歯車を含む部材を黒鉛製にした場合、何度も繰り返して用いることができる強度をもたせることが難しかった。 Here, if the components constituting the rotation driving means are damaged during film formation and the rotation of the film-forming target substrate is stopped, it becomes difficult to make the thickness of the film-formed film uniform, and the productivity of the substrate is lowered. I have something to do. Further, from the viewpoint of the cost of parts, it is desirable that the parts can be used not only once but repeatedly many times. From the above, the parts constituting the rotary drive means for rotating the support substrate, in particular, the first gear of the rotary shaft to which the most force is applied and the first gear of the shaft that meshes with the first gear of the rotary shaft to rotate the rotary shaft. Two gears are required to have strength. However, in order to apply it to the film forming environment in the film forming chamber, when the member including the first gear and the second gear constituting the rotation driving means is made of graphite, the strength that can be used over and over again is increased. It was difficult to hold it.

本実施形態の成膜装置における回転駆動手段は、成膜対象基板を保持するとともに、第1歯車を有する回転軸と、第1歯車にかみ合って前記回転軸を回転させる第2歯車を有する。また、第1歯車および第2歯車において、歯部が、それぞれ、当該歯部の表面に形成された第1炭化ケイ素層を有するものである。これにより、第1歯車と第2歯車の強度が高くすることができる。以上のことから、互いにかみ合う第1歯車と第2歯車とが黒鉛製であっても、成膜対象基板を回転させる回転部材(回転軸および回転駆動手段)の成膜中における破損を抑制して、回転部材を繰り返し用いることができる。 The rotation driving means in the film forming apparatus of the present embodiment has a rotating shaft having a first gear and a second gear that engages with the first gear to rotate the rotating shaft while holding the film forming target substrate. Further, in the first gear and the second gear, each tooth portion has a first silicon carbide layer formed on the surface of the tooth portion. As a result, the strength of the first gear and the second gear can be increased. From the above, even if the first gear and the second gear that mesh with each other are made of graphite, damage during film formation of the rotating member (rotary shaft and rotation driving means) that rotates the film-forming target substrate is suppressed. , The rotating member can be used repeatedly.

また、前述の第1歯車および第2歯車が、それぞれ、歯部を保持する円板部をさらに有し、円板部が、それぞれ、当該円板部の表面に形成され、第1炭化ケイ素層と一体の第2炭化ケイ素層を有していてもよい。このような歯車は、円板部と歯部とが一体にされた部材の表面に炭化ケイ素層を形成することにより製造することができる。これにより、回転部材の強度がより高くなり、回転部材の成膜中における破損を抑制して繰り返し用いることができる。 Further, the above-mentioned first gear and the second gear each further have a disk portion for holding the tooth portion, and the disk portion is formed on the surface of the disk portion, respectively, and the first silicon carbide layer is formed. It may have a second silicon carbide layer integrated with. Such a gear can be manufactured by forming a silicon carbide layer on the surface of a member in which a disk portion and a tooth portion are integrated. As a result, the strength of the rotating member becomes higher, and the rotating member can be used repeatedly while suppressing damage during film formation.

(その他の構成)
成膜装置としては、上記以外の構成を備えることができる。例えば、成膜室内の温度を制御するヒーター、ヒーターの外側にあり、成膜装置の外装となる水冷されたステンレス製の筐体等を備えることができる。
(Other configurations)
The film forming apparatus may be provided with a configuration other than the above. For example, a heater that controls the temperature in the film forming chamber, a water-cooled stainless steel housing that is outside the heater and is an exterior of the film forming apparatus, and the like can be provided.

(成膜装置1000)
以下、本発明の一実施形態である成膜装置について、図面を参照しつつ説明する。図5に、本発明の一実施形態である成膜装置として、成膜装置1000の概略断面図を示す。
(Film formation device 1000)
Hereinafter, the film forming apparatus according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 shows a schematic cross-sectional view of the film forming apparatus 1000 as the film forming apparatus according to the embodiment of the present invention.

成膜装置1000は、成膜室1010の底面から原料ガスを導入し、天井より排出するホットウォール型の熱CVD装置であり、原料ガスが上下方向に流れる構造を有する。成膜装置1000は、複数のナット210を用いて回転軸200に回転可能に保持された成膜対象基板100を成膜する成膜室1010と、成膜室1010へ原料ガスやキャリアガスを導入する導入口1020と、成膜室1010より排出された原料ガスやキャリアガスを成膜装置1000の外部へ排気する排気口1030と、成膜室1010より排出された原料ガスやキャリアガスを排気口1030へ導入する排出ガス導入室1040と、排出ガス導入室を覆うボックス1050と、ボックス1050の外部より成膜室1010内の温度を制御するヒーター1060と、ヒーター1060の外側にあり、成膜装置1000の外装となる水冷されたステンレス製の筐体1100と、を備える。 The film forming apparatus 1000 is a hot wall type thermal CVD apparatus that introduces the raw material gas from the bottom surface of the film forming chamber 1010 and discharges it from the ceiling, and has a structure in which the raw material gas flows in the vertical direction. The film forming apparatus 1000 introduces the raw material gas and the carrier gas into the film forming chamber 1010 for forming the film forming target substrate 100 rotatably held on the rotating shaft 200 by using a plurality of nuts 210, and the film forming chamber 1010. The introduction port 1020, the exhaust port 1030 for exhausting the raw material gas and the carrier gas discharged from the film forming chamber 1010 to the outside of the film forming apparatus 1000, and the exhaust port 1030 for the raw material gas and the carrier gas discharged from the film forming chamber 1010. The exhaust gas introduction chamber 1040 to be introduced into the 1030, the box 1050 covering the exhaust gas introduction chamber, the heater 1060 that controls the temperature inside the film forming chamber 1010 from the outside of the box 1050, and the film forming apparatus outside the heater 1060. A water-cooled stainless steel housing 1100, which serves as an exterior of 1000, is provided.

また、成膜装置1000には、回転軸200を回転させる回転駆動手段として、筐体1100の外壁の上部中央に接地するモーター500から、シャフト520がモーター500から筐体1100、ボックス1050、排出ガス導入室1040を貫通して、成膜室1010の内部に伸びている。また、成膜室1010の内部にギアボックス530があって、ギアボックス530より左右に回転軸200が伸びて、ギアボックス530の左右で成膜対象基板100を保持している。さらに、回転軸の両端がベアリング510によりボックス1050に固定されている。 Further, in the film forming apparatus 1000, as a rotation driving means for rotating the rotating shaft 200, the motor 500 grounded at the center of the upper part of the outer wall of the housing 1100, the shaft 520 is from the motor 500 to the housing 1100, the box 1050, and the exhaust gas. It penetrates the introduction chamber 1040 and extends into the film forming chamber 1010. Further, there is a gearbox 530 inside the film forming chamber 1010, and the rotation shaft 200 extends to the left and right from the gearbox 530 to hold the film forming target substrate 100 on the left and right of the gearbox 530. Further, both ends of the rotating shaft are fixed to the box 1050 by bearings 510.

なお、回転軸200の回転数は、回転数を制御できるスイッチ等により制御可能であり、ブレーキ等の機械的または電気的制御手段によっても回転を制御することができる。また、回転軸200のギアボックス530とは反対にある端部は、ボックス1050の外壁に接地するベアリング510により、回転軸200の回転を阻害しないようボックス1050に固定されている。 The rotation speed of the rotating shaft 200 can be controlled by a switch or the like that can control the rotation speed, and the rotation can also be controlled by a mechanical or electrical control means such as a brake. Further, the end portion of the rotating shaft 200 opposite to the gearbox 530 is fixed to the box 1050 by a bearing 510 grounded to the outer wall of the box 1050 so as not to hinder the rotation of the rotating shaft 200.

図6に、ギアボックス530内のギアの構成を示す概略図を示す。ギアボックス530の内部では、シャフト520の端部付近に設けられた第2歯車520aと、回転軸200においてその長手方向の両端から等距離の部分またはその部分の付近に設けられた第1歯車200aが噛み合うように備えられており、シャフト520による水平方向の回転(矢印C)を回転軸200の上下方向の回転(矢印D)に変換することができる。 FIG. 6 shows a schematic diagram showing the configuration of the gears in the gearbox 530. Inside the gearbox 530, a second gear 520a provided near the end of the shaft 520 and a first gear 200a provided on the rotating shaft 200 at a distance equal to or near both ends in the longitudinal direction thereof. Are provided so as to mesh with each other, and the horizontal rotation by the shaft 520 (arrow C) can be converted into the vertical rotation of the rotation shaft 200 (arrow D).

また、本実施形態において、回転軸200とシャフト520は黒鉛製である。これにより、ギアボックス530が成膜室1010内に設けられていても、成膜環境に適用することができる。 Further, in the present embodiment, the rotary shaft 200 and the shaft 520 are made of graphite. As a result, even if the gearbox 530 is provided in the film forming chamber 1010, it can be applied to the film forming environment.

ここで、図8(A)は、第1歯車200aのすべての歯部201の中心軸を通るとともに回転軸200の回転方向と平行な面における、第1歯車200aの断面図である。図8(A)において、記号Rは、歯部201の直径を示している。第1歯車200aは、回転駆動手段であるシャフト520から伝達される動力を受ける平歯車である。 Here, FIG. 8A is a cross-sectional view of the first gear 200a on a plane that passes through the central axes of all the tooth portions 201 of the first gear 200a and is parallel to the rotation direction of the rotation shaft 200. In FIG. 8A, the symbol R indicates the diameter of the tooth portion 201. The first gear 200a is a spur gear that receives power transmitted from a shaft 520 that is a rotation driving means.

図6、図8(A)に示すように、第1歯車200aは、回転軸200の周方向の表面に環状に複数(本実施形態においては8本)等間隔に並んで設けられた円柱状の歯部201と、歯部201の歯元202同士の間をつなぐ歯底部203と、を有する。歯底部203は、全体として円環状に形成されている。また、歯部201は、それぞれ、歯部201の表面に形成された第1炭化ケイ素層201aを有する。また、歯底部203は、歯底部203の表面に形成された第2炭化ケイ素層203aを有し、第1炭化ケイ素層201aと第2炭化ケイ素層203aとは一体である。 As shown in FIGS. 6 and 8 (A), the first gear 200a is a columnar column provided on the surface of the rotating shaft 200 in the circumferential direction in an annular shape (8 in the present embodiment) arranged at equal intervals. It has a tooth portion 201 and a tooth bottom portion 203 connecting between the tooth roots 202 of the tooth portion 201. The tooth bottom portion 203 is formed in an annular shape as a whole. Further, each of the tooth portions 201 has a first silicon carbide layer 201a formed on the surface of the tooth portions 201. Further, the tooth bottom portion 203 has a second silicon carbide layer 203a formed on the surface of the tooth bottom portion 203, and the first silicon carbide layer 201a and the second silicon carbide layer 203a are integrated.

また、図8(B)は、第2歯車520aのすべての歯部521の中心軸を通るとともにシャフト520の回転方向と平行な面における、第2歯車520aの断面図である。図8(B)において、記号rは、歯部521の直径を示している。第2歯車520aは、第1歯車200aとかみ合って動力を伝達する平歯車である。 Further, FIG. 8B is a cross-sectional view of the second gear 520a on a plane that passes through the central axes of all the tooth portions 521 of the second gear 520a and is parallel to the rotation direction of the shaft 520. In FIG. 8B, the symbol r indicates the diameter of the tooth portion 521. The second gear 520a is a spur gear that meshes with the first gear 200a to transmit power.

図6、図8(B)に示すように、第2歯車520aは、シャフト520の周方向の表面に環状に複数(本実施形態においては4本)等間隔に並んで設けられた円柱状の歯部521と、歯部521の歯元522同士の間をつなぐ歯底部523と、を有する。歯底部5233は、全体として円環状に形成されている。また、歯部521は、それぞれ、歯部521の表面に形成された第1炭化ケイ素層521aを有する。また、歯底部523は、歯底部523の表面に形成された第2炭化ケイ素層523aを有し、第1炭化ケイ素層521aと一体の第2炭化ケイ素層523aとは一体である。 As shown in FIGS. 6 and 8B, the second gear 520a is a columnar column provided on the surface of the shaft 520 in the circumferential direction in an annular shape (four in the present embodiment) arranged at equal intervals. It has a tooth portion 521 and a tooth bottom portion 523 connecting between the tooth roots 522 of the tooth portion 521. The tooth bottom 5233 is formed in an annular shape as a whole. Further, each of the tooth portions 521 has a first silicon carbide layer 521a formed on the surface of the tooth portion 521. Further, the tooth bottom portion 523 has a second silicon carbide layer 523a formed on the surface of the tooth bottom portion 523, and is integrated with the second silicon carbide layer 523a integrated with the first silicon carbide layer 521a.

図6に示すように、ギアボックス530内において、第1歯車200aの歯部201と第2歯車520aの歯部521とが外接することにより、第1歯車200aと第2歯車520aとがかみ合い、(回転駆動手段)シャフト520からの動力を第2歯車520aに伝達して、回転軸200を回転させることができる。 As shown in FIG. 6, in the gearbox 530, the tooth portion 201 of the first gear 200a and the tooth portion 521 of the second gear 520a are in contact with each other, so that the first gear 200a and the second gear 520a are engaged with each other. (Rotation drive means) The power from the shaft 520 can be transmitted to the second gear 520a to rotate the rotary shaft 200.

なお、本実施形態においては、第1歯車200aが歯数の多いギア、第2歯車520aが歯数の少ないピニオンとして構成されているが、歯車の大小関係は特に限定されない。また、歯車の形状、歯車の構成等は本実施形態に限定されず、適宜変更することができる。 In the present embodiment, the first gear 200a is configured as a gear having a large number of teeth, and the second gear 520a is configured as a pinion having a small number of teeth, but the size relationship of the gears is not particularly limited. Further, the shape of the gear, the configuration of the gear, and the like are not limited to this embodiment and can be changed as appropriate.

また、第1炭化ケイ素層と第2炭化ケイ素層の厚さは、例えば200μm~1000μm程度とすることができる。薄すぎると、強度が不十分となることがあり、厚すぎると、駆動可能な機械寸法公差を逸脱することがある。よって、上記範囲とすることにより、第1歯車200aと第2歯車520aの強度を十分に高めることができ、また、駆動可能な機械寸法公差を逸脱することを抑制することができる。 The thickness of the first silicon carbide layer and the second silicon carbide layer can be, for example, about 200 μm to 1000 μm. If it is too thin, it may have insufficient strength, and if it is too thick, it may deviate from the driveable mechanical dimensional tolerance. Therefore, by setting the above range, the strength of the first gear 200a and the second gear 520a can be sufficiently increased, and the deviation from the driveable mechanical dimensional tolerance can be suppressed.

また、上記のような第1炭化ケイ素層と第2炭化ケイ素層の形成方法は特に限定されないが、第1炭化ケイ素層と第2炭化ケイ素層は、部材に対して化学気相成長法により炭化ケイ素多結晶膜を成膜することにより形成することができる。 Further, the method for forming the first silicon carbide layer and the second silicon carbide layer as described above is not particularly limited, but the first silicon carbide layer and the second silicon carbide layer are carbonized with respect to the member by the chemical vapor deposition method. It can be formed by forming a silicon polycrystal film.

例えば、成膜装置1000に成膜対象基板100を設置せず、炭化ケイ素層のないシャフトと回転軸を設置したうえで成膜装置1000を運転し(いわゆる成膜装置1000の空運転を行い)、第2歯車と第1歯車の表面に炭化ケイ素多結晶膜を成膜することにより、第1炭化ケイ素層と第2炭化ケイ素層を形成してもよい。なお、第1炭化ケイ素層、第2炭化ケイ素層を形成するときに、炭化ケイ素層が不要の箇所には表面にマスキングしておき炭化ケイ素層を形成したあとにマスキングを除去することにより、所望の箇所にのみ炭化ケイ素層を形成することができる。 For example, the film forming target substrate 100 is not installed in the film forming apparatus 1000, but the film forming apparatus 1000 is operated after installing the shaft and the rotating shaft without the silicon carbide layer (so-called idle operation of the film forming apparatus 1000). The first silicon carbide layer and the second silicon carbide layer may be formed by forming a silicon carbide polycrystal film on the surfaces of the second gear and the first gear. When forming the first silicon carbide layer and the second silicon carbide layer, it is desirable to mask the parts where the silicon carbide layer is unnecessary on the surface and remove the masking after forming the silicon carbide layer. The silicon carbide layer can be formed only at the location of.

成膜装置1000においては、このようなモーター500、シャフト520、ギアボックス530内の第1歯車521、第2歯車201を備える回転駆動手段によって、モーターの駆動によりシャフト520が回転し、さらに、回転軸200を回転させることができる。 In the film forming apparatus 1000, the shaft 520 is rotated by the drive of the motor by the rotary drive means including the motor 500, the shaft 520, the first gear 521 in the gearbox 530, and the second gear 201, and further, the rotation is further performed. The shaft 200 can be rotated.

なお、上述の実施形態においては、第1歯車200aと第2歯車520aの表面全体に炭化ケイ素層が形成されている例を示したが、歯部のみに炭化ケイ素層が形成されていてもよい。 In the above-described embodiment, the example in which the silicon carbide layer is formed on the entire surface of the first gear 200a and the second gear 520a is shown, but the silicon carbide layer may be formed only on the tooth portion. ..

図7は、上述したギアボックス530内のギアの変形例を示す図である。図7に示すギアは、回転軸に設けられた第1歯車200bと、シャフト520に設けられた第2歯車と、を有する。上述したギアボックス530内のギア(図6)とは異なり、第1歯車200bは、炭化ケイ素層として、歯部201の表面に形成された第1炭化ケイ素層201aのみを有するが、第2炭化ケイ素層203aを有しない。また、第2歯車520bは、炭化ケイ素層として、歯部521の表面に形成された第1炭化ケイ素層521aのみを有するが、第2炭化ケイ素層523aを有しない。このように、第1歯車と第2歯車において最も力が加わる箇所は歯部201、521であることから、図7に示すように、第1歯車200aと第2歯車520aには、歯部201、521のみに炭化ケイ素層(すなわち、第1炭化ケイ素層201a、521aのみ)が形成されていてもよい。 FIG. 7 is a diagram showing a modified example of the gear in the gearbox 530 described above. The gear shown in FIG. 7 has a first gear 200b provided on the rotating shaft and a second gear provided on the shaft 520. Unlike the gear in the gearbox 530 described above (FIG. 6), the first gear 200b has only the first silicon carbide layer 201a formed on the surface of the tooth portion 201 as the silicon carbide layer, but the second carbide layer. It does not have a silicon layer 203a. Further, the second gear 520b has only the first silicon carbide layer 521a formed on the surface of the tooth portion 521 as the silicon carbide layer, but does not have the second silicon carbide layer 523a. As described above, since the portion where the force is most applied in the first gear and the second gear is the tooth portion 201 521, as shown in FIG. 7, the tooth portion 201 is applied to the first gear 200a and the second gear 520a. A silicon carbide layer (that is, only the first silicon carbide layers 201a and 521a) may be formed only on the 521.

なお、上述した実施形態の成膜装置において、成膜室内には、基板へのコンタミを防止するために、可能な限り、目的の基板を構成する物質以外の物質が存在しないようにすることが好ましい。すなわち、炭化ケイ素多結晶基板を製造する場合には、成膜装置を構成する材料として、炭化ケイ素と、成膜後に除去可能な黒鉛等以外の物質を用いないことが好ましい。このことから、前述した実施形態と同様の成膜装置を用いて窒化ガリウム(GaN)基板、シリコン(Si)基板等の炭化ケイ素以外の基板を製造する場合には、ギアボックス内の歯車が有する炭化ケイ素層に替えて、窒化ガリウム層、シリコン層を設けることができる。 In the film forming apparatus of the above-described embodiment, in order to prevent contamination of the substrate, it is possible to prevent substances other than the substances constituting the target substrate from being present in the film forming chamber. preferable. That is, when manufacturing a silicon carbide polycrystalline substrate, it is preferable not to use a substance other than silicon carbide and graphite or the like that can be removed after the film formation as a material constituting the film forming apparatus. Therefore, when a substrate other than silicon carbide such as a gallium nitride (GaN) substrate and a silicon (Si) substrate is manufactured by using the same film forming apparatus as the above-described embodiment, the gear in the gearbox has. A gallium nitride layer and a silicon layer can be provided instead of the silicon carbide layer.

[基板の製造方法の一例]
次に、前述した実施形態の成膜装置を用いた基板の製造方法について、その一例を説明する。以下の説明においては、図5に示した成膜装置1000を用いて、炭化ケイ素多結晶基板を製造する方法を例示する。
[Example of substrate manufacturing method]
Next, an example of a method for manufacturing a substrate using the film forming apparatus of the above-described embodiment will be described. In the following description, a method for manufacturing a silicon carbide polycrystalline substrate by using the film forming apparatus 1000 shown in FIG. 5 will be exemplified.

まず、図5に示す成膜装置1000の成膜室1010において、複数の成膜対象基板100を回転軸200に固定する。そして、成膜室1010内から大気を除去するために、ロータリーポンプ等で成膜室1010内を真空引きした後、Ar等の不活性ガスで成膜室1010内を大気圧に戻し、不活性ガスを流しながら成膜室1010内を反応温度まで昇温させる。成膜室1010内が反応温度に達したら、不活性ガスを止め、モーター500を動かして回転軸200を回転させることにより、成膜対象基板100を回転させながら原料ガスおよびキャリアガス等を成膜室1010内へ流す。これにより、成膜対象基板100に膜を成膜することができる。 First, in the film forming chamber 1010 of the film forming apparatus 1000 shown in FIG. 5, a plurality of film forming target substrates 100 are fixed to the rotating shaft 200. Then, in order to remove the atmosphere from the film forming chamber 1010, the inside of the film forming chamber 1010 is evacuated with a rotary pump or the like, and then the inside of the film forming chamber 1010 is returned to atmospheric pressure with an inert gas such as Ar to be inert. The temperature inside the film forming chamber 1010 is raised to the reaction temperature while flowing gas. When the inside of the film forming chamber 1010 reaches the reaction temperature, the inert gas is stopped, the motor 500 is moved to rotate the rotating shaft 200, and the raw material gas, the carrier gas and the like are formed while rotating the film-forming target substrate 100. Flush into room 1010. As a result, a film can be formed on the film-forming target substrate 100.

また、基板の製造方法として、炭化ケイ素多結晶基板の製造方法を例として挙げると、かかる製造方法は、以下に説明する露出工程と燃焼除去工程を更に含む。 Further, taking a method for manufacturing a silicon carbide polycrystalline substrate as an example as a method for manufacturing a substrate, such a manufacturing method further includes an exposure step and a combustion removal step described below.

〈露出工程〉
露出工程の一例としては、上記した成膜方法により得た、表面に炭化ケイ素多結晶膜が成膜したカーボン支持基板に対し、成膜した炭化ケイ素多結晶膜の端部を除去してカーボン支持基板を露出させる工程が挙げられる。この工程により、カーボン支持基板が露出され、後述する燃焼除去工程によりカーボン支持基板を気化させ易くなる。
<Exposure process>
As an example of the exposure process, the carbon carbide support substrate obtained by the above-mentioned film forming method and having the silicon carbide polycrystal film formed on the surface is supported by removing the end portion of the formed silicon carbide polycrystal film. The process of exposing the substrate can be mentioned. By this step, the carbon support substrate is exposed, and it becomes easy to vaporize the carbon support substrate by the combustion removal step described later.

成膜工程によって、カーボン支持基板の側壁には炭化ケイ素多結晶膜が成膜されるため、これを例えば端面加工装置に投入して、成膜した炭化ケイ素多結晶膜の端面から内側へ2~4mm研削して、カーボン支持基板の端面を露出させることができる。なお、炭化ケイ素多結晶膜の成膜前に、カーボン支持基板の外周部をリング状の黒鉛等でマスクしておけば、端面加工は不要であり、この場合には、マスクを除去することが露出工程となる。 A silicon carbide polycrystal film is formed on the side wall of the carbon support substrate by the film forming process. The end face of the carbon support substrate can be exposed by grinding by 4 mm. If the outer peripheral portion of the carbon support substrate is masked with ring-shaped graphite or the like before the formation of the silicon carbide polycrystalline film, end face processing is not required. In this case, the mask can be removed. It is an exposure process.

または、所望の直径(例えば、6インチ径)となるように、表面に炭化ケイ素多結晶膜が成膜したカーボン支持基板をコアドリル等でくり抜くことで、カーボン支持基板を側面外周において露出させることができる。 Alternatively, the carbon support substrate can be exposed on the outer periphery of the side surface by hollowing out a carbon support substrate having a silicon carbide polycrystalline film formed on the surface thereof with a core drill or the like so as to have a desired diameter (for example, 6 inch diameter). can.

〈燃焼除去工程〉
燃焼除去工程の一例としては、大気雰囲気中において、圧力を1気圧、温度800℃の条件下に、露出工程後のカーボン支持基板を100時間以上保持する工程が挙げられる。本工程により、カーボン支持基板を燃焼させて除去できるため、炭化ケイ素多結晶基板を得ることができる。
<Combustion removal process>
As an example of the combustion removal step, there is a step of holding the carbon support substrate after the exposure step for 100 hours or more under the conditions of a pressure of 1 atm and a temperature of 800 ° C. in the atmosphere. Since the carbon support substrate can be burned and removed by this step, a silicon carbide polycrystalline substrate can be obtained.

(研磨工程)
炭化ケイ素多結晶基板の製造方法では、燃焼除去工程後、成膜した炭化ケイ素多結晶膜の表面を研磨する研磨工程を含んでもよい。炭化ケイ素多結晶基板は、半導体の製造に用いられる基板とするのであれば、半導体製造プロセスで使用できる面精度が必要となる。そこで、本工程により、炭化ケイ素基板の表面を平滑化することが好ましい。
(Polishing process)
The method for producing a silicon carbide polycrystalline substrate may include a polishing step of polishing the surface of the formed silicon carbide polycrystalline film after the combustion removal step. If the silicon carbide polycrystalline substrate is used as a substrate for semiconductor manufacturing, surface accuracy that can be used in the semiconductor manufacturing process is required. Therefore, it is preferable to smooth the surface of the silicon carbide substrate by this step.

例えば、炭化ケイ素基板をダイアモンドスラリーでラップ処理し、ダイアモンドとアルミナとの混合スラリーでハードポリッシュした後に、シリカスラリー(コロイダルシリカ、pH11)でポリッシュするという工程を経て、炭化ケイ素基板の表面を平滑化することができる。 For example, the surface of the silicon carbide substrate is smoothed through a step of wrapping the silicon carbide substrate with a diamond slurry, hard polishing with a mixed slurry of diamond and alumina, and then polishing with a silica slurry (coloidal silica, pH 11). can do.

(その他の工程)
上述した製造方法においては、上記の工程以外にも、他の工程を含むことができる。例えば、研磨工程による炭化ケイ素基板への付着物を除去するための洗浄工程等が挙げられる。また、本発明の基板の製造方法としては、炭化ケイ素多結晶基板とは異なる基板を製造する場合において、基板を製造するための任意の工程を含むことができる。
(Other processes)
In the above-mentioned manufacturing method, other steps may be included in addition to the above-mentioned steps. For example, a cleaning step for removing deposits on the silicon carbide substrate by the polishing step can be mentioned. Further, the method for manufacturing a substrate of the present invention may include an arbitrary step for manufacturing a substrate in the case of manufacturing a substrate different from the silicon carbide polycrystalline substrate.

本実施形態の成膜装置であれば、互いにかみ合う第1歯車と第2歯車とが黒鉛製であっても、第1歯車と第2歯車の強度が高くなることから、成膜対象基板を回転させる回転部材(回転軸および回転駆動手段)の成膜中における破損を抑制して繰り返し用いることができる。よって、成膜装置の部品コストを低減することにより、基板の製造コストを抑えることができる。 In the film forming apparatus of the present embodiment, even if the first gear and the second gear that mesh with each other are made of graphite, the strength of the first gear and the second gear is high, so that the film forming target substrate is rotated. It is possible to suppress damage during film formation of the rotating member (rotating shaft and rotating driving means) to be used repeatedly. Therefore, by reducing the component cost of the film forming apparatus, the manufacturing cost of the substrate can be suppressed.

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成できる他の構成等を含み、前述した実施形態の変形等も本発明に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes other configurations and the like that can achieve the object of the present invention, and the present invention also includes modifications and the like of the above-mentioned embodiment.

その他、本発明を実施するための最良の構成、方法等は、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に説明されているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。従って、上記に開示した形状、材質等を限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質等の限定の一部、もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。 In addition, the best configuration, method, etc. for carrying out the present invention are disclosed in the above description, but the present invention is not limited thereto. That is, although the present invention has been particularly described mainly with respect to a specific embodiment, the shape, material, quantity, and the like, without departing from the scope of the technical idea and purpose of the present invention, as compared with the above-described embodiments. In other detailed configurations, those skilled in the art can make various modifications. Therefore, the description limiting the shape, material, etc. disclosed above is merely an example for facilitating the understanding of the present invention, and does not limit the present invention. Therefore, those shapes, materials, etc. The description by the name of the member excluding a part or all of the limitation such as is included in the present invention.

以下、本発明の実施例について比較例を挙げて具体的に説明する。ここでは、成膜対象
基板としてカーボン支持基板を使用し、カーボン支持基板に炭化ケイ素多結晶膜を成膜し
た。なお、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。
Hereinafter, examples of the present invention will be specifically described with reference to comparative examples. Here, a carbon support substrate was used as the film-forming target substrate, and a silicon carbide polycrystalline film was formed on the carbon support substrate. The present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
炭化ケイ素多結晶膜の成膜に使用した成膜装置1000としては、成膜室1010の底面から原料ガスを導入し、天井より排出するホットウォール型の熱CVD装置用いた。また、前述の実施形態において説明したように、第1歯車200aと第2歯車520aとに、第1炭化ケイ素層(厚さ500μm)と第2炭化ケイ素層(厚さ500μm)とが形成されている回転駆動手段を用いた。成膜対象基板100としては、厚み5mmで直径400mmのウエハ形状であり、中心に直径50mmの開口部110を有するカーボン支持基板を使用した。図2、図5に示す態様のように、成膜対象基板100を、その面法線300が回転軸200と平行であり、かつ原料ガスの流れる方向と直交するように、成膜室1010内に配置した。成膜に使用した成膜対象基板100は6枚であり、各成膜対象基板100の向かい合う成膜対象面120の基板間距離140がいずれも20mmとなるように、回転軸200に串刺し状に固定した。なお、成膜対象基板100の間を通過する原料ガスの流れが均等となるように、成膜室1010の内壁と、その内壁と対向する成膜対象面120との距離も20mmとなるように設置した。
(Example 1)
As the film forming apparatus 1000 used for forming the silicon carbide polycrystalline film, a hot wall type thermal CVD apparatus was used in which the raw material gas was introduced from the bottom surface of the film forming chamber 1010 and discharged from the ceiling. Further, as described in the above-described embodiment, the first silicon carbide layer (thickness 500 μm) and the second silicon carbide layer (thickness 500 μm) are formed on the first gear 200a and the second gear 520a. The rotary drive means used is used. As the film-forming target substrate 100, a carbon support substrate having a wafer shape with a thickness of 5 mm and a diameter of 400 mm and an opening 110 having a diameter of 50 mm at the center was used. As shown in FIGS. 2 and 5, the film forming target substrate 100 is placed in the film forming chamber 1010 so that its surface normal line 300 is parallel to the rotation axis 200 and is orthogonal to the flow direction of the raw material gas. Placed in. The number of the film-forming target substrates 100 used for film formation is 6, and the film-forming target surfaces 120 facing each other are skewered on the rotating shaft 200 so that the distance between the substrates is 20 mm. Fixed. The distance between the inner wall of the film forming chamber 1010 and the film forming target surface 120 facing the inner wall is also 20 mm so that the flow of the raw material gas passing between the film forming target substrates 100 becomes uniform. installed.

成膜室1010内を排気ポンプにより真空引きを行って減圧状態とした後、Arガスを導入して成膜室1010内の圧力を大気圧に戻し、Arガスをフローさせながら、成膜室1010内を1400℃まで加熱した。原料ガスとして、SiCl、CHを使用し、キャリアガスとしてHを用いた。成膜対象基板100をいずれも1rpmの回転速度で回転させながら、ガスの流量比がSiCl:CH:H=1:1:10となる条件で、成膜対象面120のおもて面120aとうら面120bに対し、2.5時間の成膜を実施した。このときの成膜室1010内の圧力は、20kPaとなるよう圧力制御を実施した。 After the inside of the film forming chamber 1010 is evacuated by an exhaust pump to reduce the pressure, Ar gas is introduced to return the pressure in the film forming chamber 1010 to atmospheric pressure, and the Ar gas is allowed to flow in the film forming chamber 1010. The inside was heated to 1400 ° C. SiCl 4 and CH 4 were used as the raw material gas, and H 2 was used as the carrier gas. The front surface of the film-forming target surface 120 is under the condition that the gas flow rate ratio is SiCl 4 : CH 4 : H 2 = 1: 1:10 while rotating the film-forming target substrate 100 at a rotation speed of 1 rpm. Film formation was carried out for 2.5 hours on the surface 120a and the back surface 120b. At this time, the pressure in the film forming chamber 1010 was controlled to be 20 kPa.

成膜工程終了後、炭化ケイ素多結晶膜が成膜した成膜対象基板100を内径が151mmのコアドリルを用いて、1枚の成膜対象基板100から直径150mmの基板を4枚くりぬいた。くりぬいた各基板の外周部は、成膜対象基板100であるカーボン支持基板が露出した状態である。この基板を大気雰囲気で800℃、100時間以上加熱することで、カーボン支持基板を燃焼除去し、1枚の成膜対象基板100あたり合計8枚の炭化ケイ素多結晶基板を分離した。残り5枚の炭化ケイ素多結晶膜が成膜した成膜対象基板100についても、同様の露出工程と燃焼除去工程による処理をすることで、1バッチ当たり合計48枚の炭化ケイ素多結晶基板を得た。 After the film forming step was completed, four substrates having a diameter of 150 mm were hollowed out from one film-forming target substrate 100 using a core drill having an inner diameter of 151 mm for the film-forming target substrate 100 on which the silicon carbide polycrystalline film was formed. The outer peripheral portion of each hollowed-out substrate is in a state where the carbon support substrate, which is the film-forming target substrate 100, is exposed. By heating this substrate in an atmospheric atmosphere at 800 ° C. for 100 hours or more, the carbon support substrate was burnt off, and a total of eight silicon carbide polycrystalline substrates were separated per 100 film-forming target substrates. The film-forming target substrate 100 on which the remaining 5 silicon carbide polycrystalline films were formed was also treated by the same exposure step and combustion removal step to obtain a total of 48 silicon carbide polycrystalline substrates per batch. rice field.

上記の製造工程を1回として、同じシャフト520と回転軸200を繰り返し用いて、製造工程を30回繰り返して行った。なお、1回目の製造工程には、新品のシャフトと回転軸を用いた。その結果、シャフトと回転軸の歯車には損傷、破損はなく、目視にて確認したところ、さらに製造に用いることができる状態であった。また、得られた炭化ケイ素多結晶基板の厚さを確認したところ、最も薄い箇所は130μm、最も厚い箇所は400μmであった。また、基板を目視にて確認したところ、後工程において問題となるような異常等はなく、良好な基板が得られたことが分かった。 The manufacturing process was repeated 30 times by repeatedly using the same shaft 520 and the rotating shaft 200 with the above manufacturing process as one time. A new shaft and a rotating shaft were used in the first manufacturing process. As a result, the gears of the shaft and the rotating shaft were not damaged or damaged, and when visually confirmed, they were in a state where they could be further used for manufacturing. Moreover, when the thickness of the obtained silicon carbide polycrystalline substrate was confirmed, the thinnest part was 130 μm and the thickest part was 400 μm. Further, when the substrate was visually confirmed, it was found that a good substrate was obtained without any abnormalities that would cause a problem in the subsequent process.

(比較例1)
成膜装置において、第1歯車と第2歯車とに、第1炭化ケイ素層と第2炭化ケイ素層とが形成されていない回転駆動手段を用いたこと以外は前述の実施例1と同様にして炭化ケイ素多結晶基板を製造した。
(Comparative Example 1)
In the film forming apparatus, the same as in the above-described first embodiment except that the rotation driving means in which the first silicon carbide layer and the second silicon carbide layer are not formed is used for the first gear and the second gear. A silicon carbide polycrystalline substrate was manufactured.

すなわち、比較例1の成膜装置においては、図9に示すギアを用いた。図9に示すギアは、回転駆動手段(シャフト720)から伝達される動力を受ける第1歯車600aを有する回転軸と、第1歯車600aとかみ合って動力を伝達する第2歯車720aを有するシャフト720と、を有する。第1歯車600aは歯部601を有し、第2歯車720aは歯部721を有しており、歯部601、721の表面には炭化ケイ素層は形成されていない。第1歯車600aの歯部600と第2歯車720aの歯部721がかみ合うことにより、シャフト720の回転(矢印E)を回転軸の回転(矢印F)に変換することができる。 That is, in the film forming apparatus of Comparative Example 1, the gear shown in FIG. 9 was used. The gear shown in FIG. 9 is a shaft 720 having a rotary shaft having a first gear 600a that receives power transmitted from a rotary drive means (shaft 720) and a second gear 720a that meshes with the first gear 600a to transmit power. And have. The first gear 600a has a tooth portion 601 and the second gear 720a has a tooth portion 721, and the silicon carbide layer is not formed on the surfaces of the tooth portions 601 and 721. By engaging the tooth portion 600 of the first gear 600a and the tooth portion 721 of the second gear 720a, the rotation of the shaft 720 (arrow E) can be converted into the rotation of the rotation shaft (arrow F).

このような成膜装置を用いて製造工程を繰り返し行ったところ、製造24回目において回転が停止した。回転が停止した成膜工程後に成膜装置内を確認したところ、第2歯車が破損しており、これによりモーターの回転を回転軸に伝えることができずに、回転軸の回転が停止したことが分かった。また、得られた炭化ケイ素多結晶基板の厚さを確認したところ、最も薄い箇所は100μm、最も厚い箇所は460μmであり、得られた基板には成膜の偏りがあったことが分かった。 When the manufacturing process was repeated using such a film forming apparatus, the rotation stopped at the 24th manufacturing. When the inside of the film forming apparatus was checked after the film forming process where the rotation stopped, the second gear was damaged, which made it impossible to transmit the rotation of the motor to the rotating shaft, and the rotation of the rotating shaft stopped. I understood. Moreover, when the thickness of the obtained silicon carbide polycrystalline substrate was confirmed, the thinnest part was 100 μm and the thickest part was 460 μm, and it was found that the obtained substrate had a bias in film formation.

(まとめ)
本発明の例示的態様である成膜装置1000を用いた実施例1の結果から、第1歯車と第2歯車に炭化ケイ素層を形成することにより、互いにかみ合う第1歯車と第2歯車の強度が高くなり、成膜対象基板を回転させる回転駆動手段を構成する部材の成膜中における破損を抑制して、妥当な交換時期まで繰り返し用いることができることが示された。また、このような回転駆動手段を用いて成膜対象基板を回転させながら成膜させることにより、炭化ケイ素多結晶膜の成膜の偏りを抑制して、同一面内における膜厚のバラつきを抑制して、生産性の向上や製造コストを低減させることができることが示された。
(summary)
From the result of Example 1 using the film forming apparatus 1000 which is an exemplary embodiment of the present invention, the strength of the first gear and the second gear that mesh with each other by forming the silicon carbide layer on the first gear and the second gear. It was shown that the member constituting the rotation driving means for rotating the film-forming target substrate can be suppressed from being damaged during film formation and can be used repeatedly until an appropriate replacement time. Further, by forming a film while rotating the film-forming target substrate using such a rotation driving means, it is possible to suppress the unevenness of the film formation of the silicon carbide polycrystalline film and suppress the variation in the film thickness within the same plane. It was shown that the productivity can be improved and the manufacturing cost can be reduced.

1000、1001 成膜装置
1010 成膜室
1020 導入口
1030 排気口
1040 ガス導入室
1050 ボックス
1060 ヒーター
1100 筐体
200 回転軸
200a、200b 第1歯車
201 歯部
202 歯元
203 歯底部
201a 第1炭化ケイ素層
203a 第2炭化ケイ素層
500 モーター
520 シャフト
530 ギアボックス
520a、520b 第2歯車
521 歯部
522 歯元
523 歯底部
521a 第1炭化ケイ素層
523a 第2炭化ケイ素層
100 成膜対象基板
1000, 1001 Film forming equipment 1010 Film forming chamber 1020 Introducing port 1030 Exhaust port 1040 Gas introduction chamber 1050 Box 1060 Heater 1100 Housing 200 Rotating shaft 200a, 200b 1st gear 201 Tooth part 202 Tooth root 203 Tooth bottom part 201a 1st silicon carbide Layer 203a Second silicon carbide layer 500 Motor 520 Shaft 530 Gearbox 520a, 520b Second gear 521 Tooth portion 522 Tooth root 523 Tooth bottom portion 521a First silicon carbide layer 523a Second silicon carbide layer 100 Substrate to be deposited

Claims (5)

化学気相成長法によって成膜対象基板に成膜する成膜室と、
前記成膜室へ原料ガスを導入する原料ガス導入口と、
前記成膜室から原料ガスを排出する原料ガス排出口と、
前記成膜対象基板を回転可能に保持する回転軸と、
前記回転軸を回転させる回転駆動手段と、を備え、
前記回転軸は、前記回転駆動手段から伝達される動力を受ける第1歯車を有し、
前記回転駆動手段は、前記第1歯車とかみ合って動力を伝達する第2歯車を有し、
前記第1歯車および前記第2歯車が、それぞれ、環状に複数並んで設けられた歯部と、前記歯部の歯元同士の間をつなぐ歯底部と、を有し、
前記第1歯車および前記第2歯車において、前記歯部が、それぞれ、当該歯部の表面に形成された第1炭化ケイ素層を有する、成膜装置。
A film forming chamber for forming a film on the substrate to be deposited by the chemical vapor deposition method,
A raw material gas inlet for introducing the raw material gas into the film forming chamber and
The raw material gas discharge port that discharges the raw material gas from the film forming chamber and
A rotation axis that rotatably holds the film-forming target substrate, and
A rotary drive means for rotating the rotary shaft is provided.
The rotary shaft has a first gear that receives power transmitted from the rotary drive means.
The rotary drive means has a second gear that meshes with the first gear to transmit power.
The first gear and the second gear each have a tooth portion provided side by side in an annular shape and a tooth bottom portion connecting between the tooth roots of the tooth portion.
A film forming apparatus in which the tooth portion of the first gear and the second gear has a first silicon carbide layer formed on the surface of the tooth portion, respectively.
前記歯底部が、それぞれ、当該歯底部の表面に形成された第2炭化ケイ素層を有し、前記第1炭化ケイ素層と前記第2炭化ケイ素層とが一体である、請求項1に記載の成膜装置。 The first aspect of claim 1, wherein each of the tooth bottom portions has a second silicon carbide layer formed on the surface of the tooth bottom portion, and the first silicon carbide layer and the second silicon carbide layer are integrated. Film forming equipment. 前記第1炭化ケイ素層の厚さが、200μm~1000μmである、請求項1または2に記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to claim 1 or 2, wherein the thickness of the first silicon carbide layer is 200 μm to 1000 μm. 前記回転軸および前記回転駆動手段が、黒鉛製である、請求項1~3のいずれか1項に記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the rotary shaft and the rotary drive means are made of graphite. 前記回転軸が、前記成膜室の室内において、前記原料ガス導入口と前記原料ガス排出口との間で、長手方向が前記原料ガスの流れる方向と直交するように配され、前記原料ガスの流れる方向に回転し、前記成膜対象基板を前記原料ガスの流れる方向に回転可能に、かつ、前記成膜対象基板の成膜対象面が前記原料ガスの流れる方向と平行となるように保持する、請求項1~4のいずれか1項に記載の成膜装置。 The rotation axis is arranged between the raw material gas introduction port and the raw material gas discharge port in the chamber of the film forming chamber so that the longitudinal direction is orthogonal to the flow direction of the raw material gas, and the raw material gas is arranged. It rotates in the flow direction and holds the film-forming target substrate so as to be rotatable in the direction in which the raw material gas flows and the film-forming target surface of the film-forming target substrate is parallel to the flow direction of the raw material gas. , The film forming apparatus according to any one of claims 1 to 4.
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