JP2007042845A - サセプタ及び気相成長装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内部の温度分布が均一とならない場合であっても、変形、亀裂等を防止することが出来るサセプタ及び気相成長装置を提供する。
【解決手段】基板２００の表面にガスを供給して薄膜を成長させる気相成長装置に用いられ、下方に配されたヒータ１３０により加熱され、上面にて基板２００を保持する板状のサセプタ１１０であって、延在方向について複数の分割部材１１０ａ、１１０ｂに分割可能に構成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、基板上への成膜や基板の形成等に用いるサセプタ及びこれを備えた気相成長装置に関する。

半導体の製造工程において、気相成長法（ＶＰＥ（vapor phase epitaxy））を用いて基板上に膜を形成することは一般的である。また、厚膜成長による基板自体の形成に気相成長法が用いられることもある。この種の成長法を用いた気相成長装置としては、基板を保持するサセプタと、このサセプタを支持する支持部材と、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

サセプタは平板状に形成され上面にて複数の基板を保持する。また、支持部材にはサセプタの下面と当接する平坦面が形成され、駆動部により回転駆動される。これにより、成膜時に、支持部材とともにサセプタが基板を保持した状態で回転するようになっている。

気相成長装置は、サセプタを加熱するヒータを有し、成膜時に基板がサセプタごと加熱される。基板温度を均一にするためにサセプタを複数のゾーンに分割したヒータで加熱するものが知られており、このような気相成長装置では、サセプタが、設定温度が異なる複数のヒータによって適正に温度制御される。
特表２００１−５０６８０３号公報

しかしながら、前記気相成長装置では、各ヒータごとに設定温度が異なるため、サセプタの被加熱面の温度分布が均一となり難い。これにより、サセプタ内部で部分ごとに異なった熱膨張による変形が生ずることになり、大きな内部応力が生じることがある。気相成長装置による成膜においては、急速加熱、急速冷却を繰り返すこともあることから、サセプタ内部で発生する応力により損傷したり、変形が生じるという問題点があった。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、例えば複数のゾーンに分割したヒータごとに加熱温度が異なる場合等、被加熱面の温度分布が均一とならない場合においても、変形、損傷等を防止することのできるサセプタ及びこれを備えた気相成長装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明では、
基板の表面に原料ガスを供給して成膜を行う気相成長装置に用いられ、下方に配されたヒータにより加熱され、上面にて前記基板を保持する板状のサセプタであって、
延在方向について複数の分割部材に分割可能に構成されることを特徴とする。

本発明のサセプタによれば、下方に配されたヒータにより加熱された際に、被加熱面の温度分布がばらつくと、低温部と高温部で熱膨張による変形量が異なることから、内部応力が発生する。このとき、延在方向について分割可能であることから、分割部材同士の隣接部分でずれが許容される。また、各分割部材に分断されていることから、特定箇所の変形により他の箇所が拘束されるようなこともない。
これにより、加熱・冷却時に過大な内部応力が生じることはなく、変形、損傷の発生を効果的に抑制することができる。

また、上記サセプタにおいて、
分割された前記各分割部材を、所定の順序で上側から嵌め込んで組み立てられる構成とすることができる。

このサセプタによれば、各分割部材を支持部材等の上で順次嵌め込むことにより組み立てることができる。また、組み立てられた状態から各分割部材を順次離脱させることにより分解することができる。

また、上記サセプタにおいて、
隣接する前記各分割部材のうち少なくとも１組は、隣接部分にて延在方向の相対的な変形が許容される構成とすることができる。

このサセプタによれば、分割部材同士が延在方向の相対的な変形が許容されることから、加熱・冷却時に各分割部材の変形量が大きい場合に、比較的ストレスの少ない状態で変形が許容される。ここで、サセプタが板状であることから、延在方向、すなわち分割部材の延在方向の変形量が厚さ方向に比して大きく、効果的に変形量を吸収することができる。

また、上記サセプタにおいて、
隣接する前記各分割部材のうち少なくとも１組は、隣接部分が側面視にて段状に形成され、
隣接部分が段状に形成された前記分割部材同士は、延在方向に遊びを有する構成とすることができる。

このサセプタによれば、隣接部分が段状に形成された分割部材同士は、隣接部分にて厚さ方向及び延在方向に相互に位置決めされる。
また、分割部材同士が延在方向に遊びを有することから、加熱・冷却時に各分割部材の変形量が大きい場合に、遊びの分だけストレスのない状態で変形が許容される。装置の仕様等により、比較的大きな変形量が見込まれるときは、この構成は有利である。

また、上記サセプタにおいて、
隣接する前記各分割部材のうち少なくとも１組は、隣接部分がテーパ状に形成されている構成とすることができる。

このサセプタによれば、隣接部分がテーパ状に形成された分割部材同士は、隣接部分にて厚さ方向及び延在方向に相互に位置決めされる。また、加熱・冷却時に各分割部材の変形量が大きい場合には、テーパ部でずれが生じることにより変形が許容される。ここで、サセプタが板状であることから、延在方向の変形量が厚さ方向に比して大きく、延在方向に大きく変形するとテーパ部に沿って厚さ方向に位置ずれが生じることとなる。これにより、延在方向の変形を、分割部材同士の厚さ方向の位置ずれとして許容することができ、効果的に変形量を吸収することができる。

また、上記サセプタにおいて、
略円盤状に形成され、前記各分割部材が径方向に分割される構成とすることができる。

このサセプタによれば、回転中心に位置する分割部材が円形で、この分割部材の外側に環状の分割部材が配置されることとなる。これにより、回転中心について対称に分割することができるし、各分割部材が熱により変形したとしても、回転中心について非対称に変形が生じることはない。従って、熱変形等が生じたとしても重心が回転中心から外れることはなく、回転時の挙動が安定し、実用に際して極めて有利である。

また、上記サセプタにおいて、
前記各分割部材は、前記基板が保持される領域を避けて分割されている構成とすることができる。

このサセプタによれば、加熱・冷却時に各分割部材が位置ずれを生じたとしても、基板の保持に支障は生じない。

以上、本発明の構成について説明したが、本発明はこれに限られず様々な態様を含む。例えば、本発明によれば、
上記サセプタと、
前記サセプタの下方に配され該サセプタを加熱するヒータと、を備えたことを特徴とする気相成長装置が提供される。

また、上記気相成長装置において、
前記ヒータは、複数設けられ、互いに前記サセプタの異なる領域を加熱し、
前記各分割部材は、前記各ヒータの加熱領域に応じて分割される構成とすることができる。

この気相成長装置によれば、各ヒータごとの単位面積あたりの加熱量が異なる場合に、サセプタは加熱領域ごとに表面温度が異なることとなる。ここで、サセプタを加熱領域に応じて分割したことから、各分割部材についてみれば内部温度が大きく異なるようなことはなく大きな内部応力が生じることはない。これにより、サセプタの損傷を効果的に防止することができる。

このように、本発明によれば、サセプタ被加熱面の温度分布が均一とならない場合であっても、変形、損傷等を防止することができる。従って、サセプタの長期信頼性を向上させることができる。

図１から図４は本発明の第１の実施形態を示すもので、図１は気相成長装置の概略構成説明図、図２はサセプタの上面図、図３はサセプタの断面図、図４はサセプタにおける分割部材同士の隣接部分の断面図である。

図１に示すように、この気相成長装置１００は、基板２００を保持するサセプタ１１０と、サセプタ１１０と接触してサセプタ１１０を下側から支持する回転自在な支持部材１２０と、サセプタ１１０を加熱するヒータ１３０と、支持部材１２０を回転させる駆動部１４０と、を備えている。図１に示すように、この気相成長装置１００は、チャンバー１５０内にて、サセプタ１１０に保持された基板２００の表面に原料ガスを供給して成膜を行なう。ここで、膜の成長方法としては、ＨＶＰＥ(hydride vapor phase epitaxy)であっても、ＭＯＶＰＥ（Metal-Organic vapor phase epitaxy）であってもよい。

図２に示すようにサセプタ１１０は上面視で略円形を呈し、図３に示すようにサセプタ１１０は略板状に形成される。すなわち、サセプタ１１０は略円盤状に形成されている。サセプタ１１０の上面には、基板２００を保持する複数の凹部１１２が形成される。本実施形態においては、基板２００は円盤状に形成され、これに対応して保持部としての凹部１１２も上面視で円形に形成される。図３に示すように、各凹部１１２に基板２００を保持させると、サセプタ１１０及び各基板２００の上面は略面一となる。また、図２に示すように、本実施形態においては、計６つの凹部１１２が周方向へ等間隔に並んで形成されている。

また、図３に示すように、サセプタ１１０の下面の周縁側には、下方へ向かってフランジ部１１４が突出形成され、このフランジ部１１４の先端が支持部材１２０と接触する接触部１１６をなす。フランジ部１１４は、サセプタ１１０及び支持部材１２０の回転中心について全周へわたって形成される。すなわち、接触部１１６は回転中心について周方向へ延びている。サセプタ１１０の接触部１１６は、上方へ向かって凸のテーパ状に形成され、支持部材１２０の接触部１２２と面接触をする。サセプタ１１０の材料としては、例えば、ＳｉＣ、カーボン、ＡｌＮ等が用いられる。

サセプタ１１０は、延在方向について複数の分割部材１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃに分割可能に構成される。図２に示すように、３つの分割部材１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃは径方向に分割され、回転中心に位置する第１分割部材１１０ａが円形で、第１分割部材１１０ａの外側に環状の第２分割部材１１０ｂが配置され、さらに第２分割部材１１０ｂの外側に環状の第３分割部材１１０ｃが配置されることとなる。また、各分割部材１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃは、基板２００が保持される領域である各凹部１１２を避けて分割されている。

図３に示すように、各分割部材１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃは、互いの隣接部分が側面視にて段状に形成されている。図３から明らかなように、本実施形態においては、隣接部分の下側が上側に比して径方向内側へ突出する１段の段状である。ここで、前述の接触部１１６は第３分割部材１１０ｃに形成されている。これにより、支持部材１２０に第３分割部材１１０ｃを載置した状態で、第２分割部材１１０ｂ、第１分割部材１１０ａの順序で上側から第３分割部材１１０ｃ側へ嵌め込むこむことにより、サセプタ１１０が組み立てられる。また、図４に示すように、隣接する分割部材同士は、延在方向に遊びを有するいわゆる「すきまばめ」となっている。

図１に示すように、支持部材１２０は略円筒状に形成され、支持部材１２０の上端はサセプタ１１０と接触する接触部１２２をなす。支持部材１２０の接触部１２２も、サセプタ１１０と同様に、上方へ向かって凸のテーパ状に形成されている。本実施形態においては、支持部材１２０の材質は石英である。これにより、支持部材１２０の内側が外側より視認可能となっている。
ここで、サセプタ１１０の接触部１１６には、支持部材１２０の接触部１２２と面接触した状態で、支持部材１２０の内外を連通する溝が形成されている。

図１に示すように、支持部材１２０は、チャンバー１５０に支持部材用軸受１０４により軸支されている。支持部材１２０の下端側内面には全周へわたって歯１２４が形成され、支持部材１２０は内側に配される第１歯車１５２と歯合する。

図１に示すように、第１歯車１５２は、チャンバー１５０に設けられたピン１５４を挿通し、チャンバー１５０に対して回転自在となっている。第１歯車１５２は、延在方向について一方で支持部材１２０と歯合し、他方で駆動部１４０に接続された第２歯車１５６と歯合する。

図１に示すように、第２歯車１５６は、チャンバー１５０を挿通する駆動部１４０の駆動軸１４２に固定される。第２歯車１５６及び駆動軸１４２は、サセプタ１１０及び支持部材１２０と回転中心が一致するよう配置されている。駆動部１４０はチャンバー１５０の外側で駆動し、駆動軸１４２、第２歯車１５６及び第１歯車１５２を介して、支持部材１２０及びサセプタ１１０を回転駆動する。

図１に示すように、ヒータ１３０は支持部材１２０の内側におけるサセプタ１１０の下方に配される。本実施形態においては、ヒータ１３０は２つ設けられ、互いにサセプタ１１０の異なる領域を加熱する。具体的には、回転中心に位置し上面視にて円形に形成される第１ヒータ１３０ａと、第１ヒータ１３０ａの外側に位置し上面視にて環状に形成される第２ヒータ１３０ｂとが設けられている。すなわち、第１ヒータ１３０ａはサセプタ１１０の回転中心側の領域を加熱し、第２ヒータ１３０ｂはこの領域の径方向外側の領域を加熱する。前述の第１分割部材１１０ａ及び第２分割部材１１０ｂは、第１ヒータ１３０ａ及び第２ヒータ１３０ｂの加熱領域に応じて分割されている。図３に示すように、第１ヒータ１３０ａは第１分割部材１１０ａの真下に配され、第２ヒータ１３０ｂは第２分割部材１１０ｂの真下に配され、それぞれ上面視にてほぼ重なるよう配置されている。図１に示すように、ヒータ１３０の径方向外側及び下側は、遮熱板１３２により覆われている。この遮熱板１３２は、チャンバー１５０にブラケット１３４を介して固定されている。

また、気相成長装置１００は、支持部材１２０の内側の気圧を外側の気圧よりも高圧とする内外圧調整機構１６０を具備している。内外圧調整機構１６０は、チャンバー１５０に接続され支持部材１２０の内側へ不活性ガスを流入させるガス流入管１６２と、このガス流入管１６２と接続され不活性ガスを供給する不活性ガス発生装置１６４と、を有している。この不活性ガスとしては、例えば、窒素を用いることができる。

以上のように構成された気相成長装置１００では、基板２００の薄膜を成長させる際には、ガス流通経路に薄膜形成のためのガスを流通させつつ、ガス流入管１６２から不活性ガスを導入する。そして、サセプタ１１０の各凹部１１２に基板２００を保持させた状態で、駆動部１４０を駆動してサセプタ１１０及び支持部材１２０を回転させつつ、ヒータ１３０によりサセプタ１１０ごと各基板２００を加熱する。

本実施形態のサセプタ１１０によれば、下方に配されたヒータ１３０により加熱された際に、被加熱面温度分布がばらつくと、低温部と高温部で熱膨張による変形量が異なることから、内部応力が発生する。このとき、延在方向について分割していることから、分割部材１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ同士の隣接部分でずれが許容される。また、各分割部材１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃに分断されていることから、特定箇所の変形により他の箇所が拘束されるようなこともない。
これにより、加熱・冷却時に過大な内部応力が生じることはなく、変形、損傷の発生を効果的に抑制することができる。

ここで、各分割部材１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃは基板２００が保持される領域を避けて分割されているので、加熱・冷却時に各分割部材１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃが位置ずれを生じたとしても、基板２００の保持に支障は生じない。

また、本実施形態のサセプタ１１０によれば、各分割部材１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃを支持部材１２０の上で順次嵌め込むことにより組み立てることができる。また、組み立てられた状態から各分割部材１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃを順次離脱させることにより分解することができる。ここで、分割部材１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ同士は、隣接部分が段状に形成されているので、隣接部分にて厚さ方向及び延在方向に相互に位置決めされる。

また、各分割部材１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ同士が延在方向に遊びを有することから、加熱・冷却時に各分割部材１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃの変形量が大きい場合に、遊びの分だけストレスのない状態で変形が許容される。ここで、サセプタが板状であることから、延在方向の変形量が厚さ方向に比して大きく、効果的に変形量を吸収することができる。装置の仕様等により、比較的大きな変形量が見込まれるときは、この構成は有利である。

また、本実施形態のサセプタ１１０によれば、回転中心に位置する第１分割部材１１０ａが円形で、この第１分割部材１１０ａの外側に環状の第２分割部材１１０ｂ及び第３分割部材１１０ｃが配置されることとなる。これにより、回転中心について対称に、すなわち、同心円状に分割することができるし、各分割部材１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃが熱により変形したとしても、回転中心について非対称に変形が生じることはない。従って、熱変形等が生じたとしても重心が回転中心から外れることはなく、回転時の挙動が安定し、実用に際して極めて有利である。

また、本実施形態の気相成長装置１００によれば、第１ヒータ１３０ａと第２ヒータ１３０ｂの単位面積あたりの加熱量が異なる場合に、サセプタ１１０は加熱領域ごとに被加熱面温度が異なることとなる。ここで、サセプタ１１０を加熱領域に応じて分割したことから、各分割部材１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃについてみれば被加熱面温度が大きく異なるようなことはなく大きな内部応力が生じることはない。これにより、サセプタ１１０の損傷を効果的に防止することができる。

尚、前記実施形態では、膜を形成するための原料ガスを基板２００の表面に向けて送出するものを示したが、基板２００の表面に沿って送出するものであってもよい。

また、前記実施形態においては、支持部材１２０が略円筒状に形成されたものを示したが、例えば、支持部材が回転中心に沿う軸状に形成されたものであったり、角筒状に形成されたものであってもよい。この場合、テーパーの方向を、円筒の場合と逆にすることが好ましい。

また、前記実施形態においては、各分割部材１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃの隣接部分を段状に形成したものを示したが、例えば、図５に示すように、サセプタ２１０における各分割部材２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃの隣接部分をテーパ状に形成してもよい。
このサセプタ２１０によれば、隣接部分がテーパ状に形成された分割部材２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ同士は、隣接部分にて厚さ方向及び延在方向に相互に位置決めされる。また、加熱・冷却時に各分割部材２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃの変形量が大きい場合には、テーパ部でずれが生じることにより変形が許容される。ここで、サセプタ２１０が板状であることから、延在方向の変形量が厚さ方向に比して大きく、延在方向に大きく変形するとテーパ部に沿って厚さ方向に位置ずれが生じることとなる。これにより、延在方向の変形を、各分割部材２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ同士の厚さ方向の位置ずれとして許容することができ、効果的に変形量を吸収することができる。

ここで、サセプタ１１０の各分割部材１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃの隣接部分を、段状またはテーパ状に統一する必要はなく、例えば、図６に示すように、内側の分割部材３１０ａ，３１０ｂ同士の隣接部分を段状に形成し、外側の分割部材３１０ｂ，３１０ｃ同士の隣接部分をテーパ状に形成するなどしてもよい。すなわち、隣接する各分割部材のうち少なくとも１組の隣接部分が側面視にて段状に形成されていれば前記実施形態と同様の作用効果を得ることができるし、隣接する各分割部材のうち少なくとも１組の隣接部分がテーパ状に形成されていれば前記変形例と同様の作用効果を得ることができる。いずれの形状を選択するかは、遊びによる微小なガタを許容するか、厚さ方向の位置ずれを許容するかを、装置の仕様や各部品の材質、加熱温度等を比較考量して設定するとよい。

さらに、分割部材同士の隣接部分は、例えば、図７に示すように、遊びを有する段状とし、図４の垂直面を傾斜させてテーパ面としてもよい。これによれば、遊びの量だけはストレスのない状態で変形が許容され、分割部材４１０ａ，４１０ｂ同士が接触してからは厚さ方向に位置ずれを生じることとなる。このように、隣接する前記各分割部材のうち少なくとも１組を、隣接部分にて延在方向の相対的な変形が許容されるようにすれば、比較的ストレスの少ない状態で変形が許容される。

また、前記実施形態においては、支持部材１２０を略円筒状に形成したものを示したが、支持部材１２０が軸状に形成されたものであってもよい。この場合、駆動部１４０は歯車等を介さずに直接的に支持部材１２０を回転させることとなる。このように、駆動部１４０から支持部材１２０までの駆動力伝達機構も任意であり、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

本発明の一実施形態を示す気相成長装置の概略構成説明図である。 サセプタの上面図である。 サセプタの断面図である。 サセプタにおける分割部材同士の隣接部分の断面図である。 変形例を示すサセプタの断面図である。 変形例を示すサセプタの断面図である。 変形例を示すサセプタにおける分割部材同士の隣接部分の断面図である。

符号の説明

１００ 気相成長装置
１０４ 支持部材用軸受
１１０ サセプタ
１１０ａ 分割部材
１１０ｂ 分割部材
１１０ｃ 分割部材
１１２ 凹部
１１４ フランジ部
１１６ 接触部
１２０ 支持部材
１２２ 接触部
１２４ 歯
１３０ ヒータ
１３０ａ ヒータ
１３０ｂ ヒータ
１３２ 遮熱板
１３４ ブラケット
１４０ 駆動部
１４２ 駆動軸
１５０ チャンバー
１５２ 歯車
１５４ ピン
１５６ 歯車
１６０ 内外圧調整機構
１６２ ガス流入管
１６４ 不活性ガス発生装置
２００ 基板
２１０ サセプタ
２１０ａ 分割部材
２１０ｂ 分割部材
２１０ｃ 分割部材
３１０ サセプタ
３１０ａ 分割部材
３１０ｂ 分割部材
３１０ｃ 分割部材
４１０ａ 分割部材
４１０ｂ 分割部材

Claims (9)

1. 基板の表面に原料ガスを供給して成膜を行う気相成長装置に用いられ、下方に配されたヒータにより加熱され、上面にて前記基板を保持する板状のサセプタであって、
   延在方向について複数の分割部材に分割可能に構成されることを特徴とするサセプタ。
2. 分割された前記各分割部材を、所定の順序で上側から嵌め込んで組み立てられることを特徴とする請求項１に記載のサセプタ。
3. 隣接する前記各分割部材のうち少なくとも１組は、隣接部分にて延在方向の相対的な変形が許容されるよう構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のサセプタ。
4. 隣接する前記各分割部材のうち少なくとも１組は、隣接部分が側面視にて段状に形成され、
   隣接部分が段状に形成された前記分割部材同士は、延在方向に遊びを有することを特徴とする請求項３に記載のサセプタ。
5. 隣接する前記各分割部材のうち少なくとも１組は、隣接部分がテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項３または４に記載のサセプタ。
6. 略円盤状に形成され、前記各分割部材が径方向に分割されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のサセプタ。
7. 前記各分割部材は、前記基板が保持される領域を避けて分割されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のサセプタ。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のサセプタと、
   前記サセプタの下方に配され該サセプタを加熱するヒータと、を備えたことを特徴とする気相成長装置。
9. 前記ヒータは、複数設けられ、互いに前記サセプタの異なる領域を加熱し、
   前記各分割部材は、前記各ヒータの加熱領域に応じて分割されることを特徴とする請求項８に記載の気相成長装置。

Images