JP2006049770A

JP2006049770A - 気相成長装置

Info

Publication number: JP2006049770A
Application number: JP2004232293A
Authority: JP
Inventors: Akira Yamaguchi; 晃山口
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2004-08-09
Filing date: 2004-08-09
Publication date: 2006-02-16

Abstract

【課題】基板を効率よく均一に加熱でき、膜質、膜厚の再現性が良好で、ランプやヒーター、サセプタの寿命及びメンテナンス周期の長期化が図れ、さらに、各種基板への対応も容易な基板支持構造を有する気相成長装置を提供する。
【解決手段】平滑面で形成したサセプタ１１の表面に、該サセプタ１１にて支持する基板１７の外径に対応した基板保持用切欠孔１９を有するとともに、前記基板１７の厚さに対応した厚さを有する基板保持部材１８を設置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、気相成長装置に関し、詳しくは、サセプタで支持した基板の表面に気相原料を供給し、サセプタを介して基板を加熱しながら基板表面に気相原料を供給して薄膜を堆積させる気相成長装置に関する。

発光ダイオードやレーザダイオードの発光デバイスや電子デバイスに用いられる化合物半導体等の薄膜を製造するための気相成長装置として、石英ガラス等で形成されたフローチャンネル内に設けられるサセプタの上面に基板を支持し、膜質を平均化する目的で前記サセプタを回転させながら、ヒーターやランプ、高周波誘導加熱コイル等にて加熱されるサセプタを介して前記基板を所定温度に加熱するとともに、基板上に気相原料を供給して薄膜を堆積させる気相成長装置が知られている。

前記基板は、サセプタ上に直接設置されることもあるが、基板搬送等の理由により、石英ガラス等で形成したトレイを介してサセプタ上に設置することもある。トレイの材質は、高温に耐えるとともに気相原料による腐食にも耐えられるもので、石英や炭化ケイ素、窒化ホウ素等をコーティングしたカーボン等が使用される。

さらに、このような気相成長装置では、処理中のサセプタの回転によって基板が移動することを防止するため、サセプタあるいはトレイの上面に、基板の外径よりも僅かに大きな内径を有し、基板の厚さに対応した深さの円形の基板支持凹部を形成するようにしている。基板支持凹部の形状は、サセプタあるいはトレイと、基板との各熱膨張率の違いや、製作時の寸法公差を考慮して設定される。

このような基板支持凹部に基板をセットすることにより、薄膜を堆積させる基板面は、サセプタの表面あるいは前記トレイの表面と略同じ高さとなり、原料ガスの流れを乱すことなく均一な膜を堆積させることができる（例えば、特許文献１参照。）。
特開平６−３１０４３８号公報

サセプタに基板支持凹部を直接形成した場合は、トレイを使用する場合に比べて基板の加熱効率が良好で、基板表面を所定の温度まで加熱する際のヒーターやランプ、サセプタの温度が低くて済み、ヒーター等の耐久性を上げられるという利点がある。しかし、サセプタは、装置からの取り出しが面倒であり、サセプタに付着した反応生成物や分解生成物の清掃が難しく、サセプタ表面に付着した反応生成物や分解生成物が次第に堆積し、これが膜質や均一性に影響を及ぼしたり、サセプタ自体が腐食したりすることがあるので、サセプタの交換周期が短くなるという問題がある。

さらに、基板支持凹部は、支持する基板の外径や厚さに対応して形成されているため、異なる基板を処理するためには、その基板に対応する基板支持凹部を形成した高価なサセプタを用意しなければならず、また、サセプタを交換するのに多大な手間と時間とを必要としていた。

一方、基板支持凹部を形成したトレイは、装置から容易に取り出すことができるため、トレイ上に付着した反応生成物や分解生成物の清掃が容易で、これが膜質や均一性に影響を及ぼしたり、トレイ自体が腐食したりすることはないが、サセプタの熱がトレイを介して基板に伝わるため、サセプタで基板を直接支持する場合に比べて基板の加熱効率が悪くなり、基板表面を所定の温度まで加熱する際のヒーターやランプ、サセプタの温度が比較的高温となり、ヒーター等の耐久性が低下するという問題がある。

また、石英で形成したトレイは高温で熱変形を起こすことがあり、さらに、炭化ケイ素で形成したトレイは熱伝導が良すぎるために熱損失が大きくなり、基板の温度分布が悪くなるという問題もある。

そこで本発明は、基板を効率よく均一に加熱でき、膜質、膜厚の再現性が良好で、ランプやヒーター、サセプタの寿命及びメンテナンス周期の長期化が図れ、さらに、各種基板への対応も容易な基板支持構造を有する気相成長装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の気相成長装置は、加熱手段により加熱されるサセプタの表面に基板を支持し、該サセプタを介して前記基板を加熱するとともに、該基板の表面に気相原料を供給して薄膜を堆積させる気相成長装置において、平滑面で形成したサセプタの表面に、該サセプタにて支持する基板の外径に対応した基板保持用切欠孔を有するとともに、前記基板の厚さに対応した厚さを有する基板保持部材を設置したことを特徴としている。

本発明の気相成長装置によれば、基板をサセプタで直接加熱するので、加熱効率が良好で、ヒーターやサセプタの温度を比較的低く抑えることができる。また、処理中のサセプタ表面が基板保持部材及び基板で覆われるため、サセプタに反応生成物や分解生成物が付着することが抑えられ、サセプタの清掃周期や交換周期を大幅に延長することができる。さらに、各種基板の外径や厚さに対応した基板保持部材を用意しておくことで、サセプタはそのままで、基板保持部材のみを交換することによって各種基板に対応することができる。

図１乃至図３は本発明の気相成長装置の一形態例を示すもので、図１は要部の断面正面図、図２は基板保持部材に基板をセットした状態を示す平面図、図３は基板保持部材の断面図である。また、図４及び図５は基板保持部材の他の形状例を示すもので、図４は基板保持部材に基板をセットした状態を示す平面図、図５は図４のＶ−Ｖ線断面図である。

サセプタ１１は、サセプタ支持軸１２の上端に支持された円盤状のものであって、その裏面部分には、サセプタ１１を介して基板を所定温度に加熱するためのヒーター１３が設けられている。また、サセプタ１１の下部やヒーター１３の周囲には、ヒーター１３の熱をサセプタ１１に効率よく伝えるための箱型のリフレクター１４が設けられており、リフレクター１４の底板には、前記サセプタ支持軸１２の貫通孔が設けられるとともに、ヒーター１３に電力を供給する電極ロッド１５が貫通しており、さらに、リフレクター１４にヒーター１３を固定するための支持部材１６が設けられている。

平滑面で形成されたサセプタ１１の上面（表面）には、基板１７を保持するための基板保持部材１８が着脱可能な状態で載置されている。この基板保持部材１８は、基板１７を保持するための６個の基板保持用切欠孔１９を有するものであって、基板保持部材１８の厚さは基板１７の厚さに対応しており、貫通孔からなる基板保持用切欠孔１９の内径は基板１７の外径に対応している。さらに、基板保持用切欠孔１９には、基板１７の外周に設けられている切り落とし部１７ａの切り落とし寸法に対応した突出量を有する基板回転防止用突起１９ａが設けられている。このような基板保持部材１８は、高温に耐えられる石英等で形成することができる。

また、フローチャンネル２１の底壁には、サセプタ１１の上部、基板保持部材１８を挿入するための円形開口部２２が設けられており、上面に基板保持部材１８を載置し、各基板保持用切欠孔１９に基板１７をセットしたサセプタ１１の上部を円形開口部２２に挿入することにより、基板１７の表面（成膜面）がフローチャンネル２１の底壁上面と略面一になるようにしている。この状態で、ヒーター１３によりサセプタ１１を所定温度に加熱しながら、サセプタ支持軸１２によってサセプタ１１を所定速度で回転させるとともに、フローチャンネル２１内に所定の気相原料を供給することにより、基板１７の表面に所定の半導体薄膜を堆積させる。

気相成長処理中の基板１７は、基板保持部材１８の基板保持用切欠孔１９内に保持されるため、サセプタ１１の回転による基板１７の移動が防止され、さらに、基板回転防止用突起１９ａによって基板保持用切欠孔１９内での基板１７の回転も防止される。また、基板１７の裏面がサセプタ１１の上面に直接接触しているので、基板１７をサセプタ１１で直接加熱することができ、加熱効率にも優れている。したがって、従来のトレイを用いた場合に比べてヒーター１３やサセプタ１１の温度を比較的低く抑えることができ、これらの耐久性を向上させることができる。

また、気相成長処理中のサセプタ１１の上面は、基板１７及び基板保持部材１８によって覆われているため、サセプタ１１の上面に反応生成物や分解生成物が付着することがなく、これらの除去のためのメンテナンス周期を延長しても膜質や均一性に悪影響を及ぼすこともない。一方、基板保持部材１８の上面には反応生成物や分解生成物が付着するが、基板保持部材１８は基板交換の際に外部に取り出すことができるので、基板保持部材１８に付着した反応生成物や分解生成物は容易に除去することができる。

そして、サセプタ１１に載置可能な範囲の各種基板の外径や厚さに対応した基板保持用切欠孔をそれぞれ製作しておくことにより、例えば、図１乃至図３に示した基板１７よりも外径の大きな基板３１を処理する際には、この基板３１の外径に対応した内径を有する３個の基板保持用切欠孔３２を形成した基板保持部材３３を用意しておくことにより、サセプタ１１に載置する基板保持部材を小径基板用の基板保持部材１８から大径基板用の基板保持部材３３に交換するだけで外径の大きな基板３１を処理することができる。また、同一の基板であっても、処理枚数の異なる条件にも対応可能である。

したがって、各種基板の厚さに対応した厚さで、各種基板の外径に対応した基板保持用切欠孔を有する基板保持部材を各種基板毎に用意しておくことにより、異なる基板に対する処理を連続的に行うことができ、装置の稼働率を大幅に向上させることができる。

なお、基板の厚さが極めて薄く、強度の点から基板保持部材を基板の厚さと同じ厚さに形成することが困難な場合は、基板保持部材を厚めに形成し、基板保持用切欠孔内に基板をセットする際に、サセプタと基板との間に、基板と同材質のスペーサーを設けるようにしてもよい。また、基板保持部材は、複数に分割形成することが可能であり、例えば直径方向の直線を基準に分割した半円形状のものを組み合わせることもできる。

さらに、本形態例では、サセプタ支持軸１２が鉛直方向に設けられている横型の気相成長装置を例示したが、サセプタ支持軸１２が傾斜しているものや、水平方向に設けられている気相成長装置にも適用することができる。また、サセプタ１１の加熱も、ランプや高周波誘導加熱コイルで行うことができる。

本発明の一形態例を示す気相成長装置の要部の断面正面図である。基板保持部材に基板をセットした状態を示す平面図である。基板をセットした基板保持部材の断面図である。基板保持部材の他の形状例を示す平面図である。図４のＶ−Ｖ線断面図である。

符号の説明

１１…サセプタ、１２…サセプタ支持軸、１３…ヒーター、１４…リフレクター、１５…電極ロッド、１６…支持部材、１７…基板、１８…基板保持部材、１９…基板保持用切欠孔、２１…フローチャンネル、２２…円形開口部、３１…基板、３２…基板保持用切欠孔、３３…基板保持部材

Claims

加熱手段により加熱されるサセプタの表面に基板を支持し、該サセプタを介して前記基板を加熱するとともに、該基板の表面に気相原料を供給して薄膜を堆積させる気相成長装置において、平滑面で形成したサセプタの表面に、該サセプタにて支持する基板の外径に対応した基板保持用切欠孔を有するとともに、前記基板の厚さに対応した厚さを有する基板保持部材を設置したことを特徴とする気相成長装置。