JP2007266121A - 気相成長装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 公転サセプタ内に配置できる自転サセプタの個数を増加する。
【解決手段】 反応容器２内に回転自在に配置され、反応容器２内にエピタキシャル成長室を区画する公転サセプタ４と、前記公転サセプタ４内の外周部に円周方向に沿って間隔を隔てて設けられた複数の開口部と、各開口部９に回転自在に嵌合され、基板１１と、ヒータの加熱により当該基板を均一に加熱する均熱板１５とを収容する筒状の自転サセプタ１０と、前記自転サセプタ１０の外周部に設けられたフランジ１２と、前記フランジ１２を前記公転サセプタ４に回転自在に支持する軸受１３と、前記均熱板１５の外周部に設けられ、前記軸受１３の上方に配置される外歯車部１７と、前記反応容器２内面に設けられ前記外歯車部１７と噛み合う内歯車部１８と、前記公転サセプタを回転させる回転駆動装置と、を備え、前記外歯車部１７と前記内歯車部１８との噛み合わせ部２３を前記反応容器２の内面側に近接させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、サセプタに保持された基板の表面に沿って原料ガスを流し、前記基板の表面に半導体結晶をエピタキシャル成長させる気相成長装置に関するものである。

図１０は従来のこの種、気相成長装置の構造を示す概略断面図、図１１は図１０のＣ部拡大図、図１２は公転サセプタに対する自転サセプタのレイアウトを示す平面図、図１３は図１２のＤ部拡大図である。
図１０に図示されるように、モータ２１に連結された回転軸２０は、気相成長装置１の反応容器２の上部を貫通して反応容器２内に挿入されており、公転サセプタ４は、反応容器２内に配置されていて、回転軸２０の先端部に支持されている。
公転サセプタ４の下方には、原料ガス２２が流通するエピタキシャル成長室５が形成され、上方側には加熱源としてヒータ１６が配置されている。
公転サセプタ４内の外周部には周方向に沿って間隔を隔てて開口部９が形成されており、各開口部９には自転サセプタ１０が回転自在に嵌合している。
図１０乃至図１３に示されるように、各自転サセプタ１０の外周部には外歯車部３７が形成されており、反応容器２の内面に固設された内歯車部３８とそれぞれ噛合している。
図１０に示されるように、自転サセプタ１０は、基板１１を嵌合する筒状に形成されており、自転サセプタ１０の下部には、これに嵌合した基板１１を支持するための支持部（図示せず）が設けられており、基板１１の嵌合後、均熱板３５が取り付けられる。
均熱板３５の上端部外周面には自転サセプタ１０の上端面に着座するフランジ部１４が形成されている。前記ヒータ１６を加熱すると、均熱板３５が昇温され、基板１１が均一に加熱される。
反応容器２の底面中央部にはエピタキシャル成長室５内に原料ガスを導入するための原料ガス導入口７が開口しており、基板の成長面の中心を下方側から臨んでいる。ガス排出口８は、エピタキシャル成長室５を区画する反応容器２の側壁に形成されている。
前記モータ２１を駆動し、公転サセプタ４の回転により、自転サセプタ１０を公転させながら自転させ、ヒータ１６による加熱により基板１１を均一に加熱した後に、原料ガス導入口７からエピタキシャル成長室５に原料ガス２２を導入すると、原料ガス２２が半径方向外側のガス排出口８へ向けて流れ、ヒータ１６によって加熱された基板１１上で熱分解する。この結果、基板１１の表面にはエピタキシャル層が成長する。

特開平１０−２１９４４７号公報（基板を自転公転させる機構を有する点等）

しかしながら、図１１に示すように、基板１１を保持する自転サセプタ１０に外歯車部３７が一体に設けられ、且つこの外歯車部３７は軸受１３よりも外側に位置しているため、自転サセプタ１０の中心位置が公転サセプタ４の中心側に寄ることになり、自転サセプタ１０の直径が基板１１の大きさよりもかなり大きくなってしまう。

公転サセプタ４の面内に配置できる自転サセプタ１０の数が少ないと、一つの気相成長装置により一回の工程で生産される製品の数、つまり表面に半導体結晶の薄膜が成長された基板１１の数が少なくなり、生産性が低くなる。

本発明は、公転サセプタの大きさを一定とした場合に、公転サセプタ内に配置する自転サセプタの個数を増加させることを目的とする。

第１の発明は、反応容器内に回転自在に配置され、反応容器内にエピタキシャル成長室を区画する公転サセプタと、前記公転サセプタ内の外周部に円周方向に沿って間隔を隔てて設けられた複数の開口部と、各開口部に回転自在に嵌合され、基板と、ヒータの加熱により当該基板を均一に加熱する均熱板とを収容する筒状の自転サセプタと、前記自転サセプタの外周部に設けられたフランジと、前記フランジを前記公転サセプタに回転自在に支持する軸受と、前記均熱板の外周部に設けられ、前記軸受の上方に配置される外歯車部と、前記反応容器内面に設けられ前記外歯車部と噛み合う内歯車部と、前記公転サセプタを回転させる回転駆動装置と、を備え、前記外歯車部と前記内歯車部との噛み合わせ部を前記反応容器の内面側に近接させるように構成したものである。

公転サセプタを回転させると均熱板が回転（公転）し、この均熱板と接触する面に働く力により自転サセプタが一緒に回転（自転）する。そして、均熱板の外歯車部と内歯車部の噛み合わせ部は、自転サセプタのフランジを公転サセプタ上に支持する軸受の上方に配置しているので、噛み合わせ部の位置を公転サセプタの外周面より半径方向外側に配置した場合に比べ、その差分だけ自転サセプタの半径が小さくなる。このため、自転サセプタの中心位置が、公転サセプタの面内で、半径方向外側に寄り、結果として公転サセプタの面内に配置される自転サセプタの数が増加する。

第２の発明は、第１の発明において、前記自転サセプタのフランジの半径方向長さが前記軸受の軸受幅に相当する程度まで短く形成され、短くされた分だけ前記自転サセプタの中心位置が前記公転サセプタの面内で半径方向外側に寄せられているものである。
この構成によれば、自転サセプタの中心位置が公転サセプタの面内で半径方向外側に寄るので、より多くの自転サセプタを公転サセプタの周辺部に環状に並べて配置することが可能となる。

第３の発明は、第２の発明において、前記内歯車部と噛み合う前記外歯車部の歯底円が、前記自転サセプタの筒状の内周面より前記均熱板の内側に位置するものである。
これによれば、自転サセプタのフランジの半径方向長さが短い場合でも、歯の強度や寸法形状に関し、外歯車部の歯設計の自由度が大きくなる。

第４の発明は、第２の発明において、前記自転サセプタのフランジの外周端面と前記公転サセプタの外周端面が同一面に揃えられ、この揃えられた面が前記内歯車部の歯底円に略一致するものである。
これによれば、反応容器内面に設けられた内歯車部の歯底円の位置を一定と考えたとき、これに自転サセプタのフランジの外周端面と前記公転サセプタの外周端面を最も接近させたことになるので、自転サセプタの中心位置が公転サセプタの面内で最大限半径方向外側に寄り、より多くの自転サセプタが公転サセプタ内に配置される。

第５の発明は、反応容器内に回転自在に配置され、反応容器内にエピタキシャル成長室を区画する公転サセプタと、前記公転サセプタ内の外周部に円周方向に沿って間隔を隔てて設けられた複数の開口部と、各開口部に回転自在に嵌合され、基板と、ヒータの加熱により当該基板を均一に加熱する均熱板とを収容する筒状の自転サセプタと、前記自転サセプタの外周部に設けられたフランジと、前記フランジを前記公転サセプタに回転自在に支持する軸受と、前記均熱板の外周部に設けられ、前記軸受の上方に配置される外歯車部と、これら外歯車部の内側に配置され、これら外歯車部と噛み合う自転用外歯車と、前記自転用外歯車を駆動する第１の駆動装置と、前記公転サセプタの外周部に設けられる公転用外歯車部と、前記公転用外歯車部と噛み合わされる駆動歯車と、前記駆動歯車を回転駆動する第２の駆動装置と、を備え、前記公転用外歯車部と前記駆動歯車との噛み合わせ部を前記反応容器の内面側に近接させるように構成したものである。
均熱板の外周部に設けられる外歯車部が、自転サセプタのフランジを支持する軸受の上方に位置されているので、均熱板の外歯車部の位置を軸受より半径方向外側に定めた場合に比べ、その差分だけ、自転サセプタの中心位置が、公転サセプタの面内で、半径方向外側に寄り、結果として公転サセプタの面内に配置される自転サセプタの数が増加する。

第６の発明は、第５の発明において、前記均熱板の外歯車部の歯先円が前記公転サセプタの外周端面に略一致する構成にしたものである。
公転サセプタの半径を一定と考えたとき、これに均熱板の外歯車部の歯先円を最も接近させたことになるので、公転サセプタの面内で自転サセプタの中心位置が最大限半径方向外側に寄り、より多くの自転サセプタが公転サセプタ内に配置される。

本発明によれば、均熱板の外歯車部と内歯車部の噛み合わせ部、又は均熱板に形成する外歯車部の位置が、自転サセプタのフランジを公転サセプタ上に支持する軸受の上方に配置されているので、噛み合わせ部又は外歯車部が前記軸受より半径方向外側に位置する場合と比較して、その差分だけ自転サセプタの半径が小さくなる。このため自転サセプタの中心位置が、公転サセプタの面内で半径方向外側に寄り、結果として公転サセプタの面内に配置される自転サセプタの数が増加し、気相成長装置の生産性が向上する。

以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る気相成長装置の断面を示す断面図、図２は図１のＡ部拡大図ある。

図１に示されるように、気相成長装置１の反応容器２の内面には、リング状基部３が設けられ、このリング状基部３内に円板状の公転サセプタ４が回転自在に配置されている。
リング状基部３は公転サセプタ４に連続した気密な連続壁を形成するように公転サセプタ４の外周部を取り囲んでおり、リング状基部３と公転サセプタ４を挟んで上方側にヒータ室６が形成され、下方側に、原料ガス２２が流通するエピタキシャル成長室５が形成されている。
反応容器２の底部中央には原料ガス導入口７が設けられ、また、反応容器２の外周部にはガス排出口８が設けられている。

前記公転サセプタ４の面内の外周部には、複数の開口部９が円周方向に沿って間隔を隔てて設けられ、各開口部９には筒状の自転サセプタ１０が回転自在に嵌合されている。この自転サセプタ１０は、内部下端に基板１１を保持する筒状のホルダから成り、ホルダ下端に設けた爪１０ａにより、基板１１が成長面を下向きにして支持される。また前記自転サセプタ１０のホルダ上端にはフランジ１２が形成され、フランジ１２の下面との間に介在させた軸受１３を介して、それぞれ公転サセプタ４上に回転自在に支持されている。これらの自転サセプタ１０は、公転サセプタ４の面内で公転サセプタ４の外周部に環状に並べて配置される。

前記自転サセプタ１０には、フランジ部１４を有する均熱板１５が上方から嵌め込まれ、このフランジ部１４が前記自転サセプタ１０のフランジ１２に支持されている。この均熱板１５は前記ヒータ室６に設けたヒータ１６により加熱され、基板１１を加熱して基板１１の面内温度分布を均一にするようになっている。

前記均熱板１５の外周部には、前記軸受１３の上方に配置されるように、外歯車部１７が設けられている。また公転サセプタ４の外周部を取り囲む前記リング状基部３の内周面３ａには、均熱板１５の高さ位置に対応させて内歯車部１８が設けられ、前記外歯車部１７と噛み合っている。自転サセプタ１０のフランジ１２の外周端面１２ａと、公転サセプタ４の外周端面４ａは同一面に揃えられており、この揃えた面は内歯車部１８の歯底円１９に略一致している。

前記公転サセプタ４を回転させる回転駆動装置はモータ２１と回転軸２０で構成されており，公転サセプタ４は回転軸２０を介してモータ２１に連結され、モータ２１を介して固定系に支持されている。
モータ２１の駆動により回転する回転軸２０と一体となって公転サセプタ４が回転すると均熱板１５が回転（公転）され、この均熱板１５との接触面に働く回転力により自転サセプタ１０が連れ周り回転（自転）する。従って、自転サセプタ１０に支持された基板１１が公転と自転を行う。
原料ガス２２は、図１の矢印方向に公転サセプタ４の中心部の原料ガス導入口７から導入されて半径方向外側のガス排出口８へ向けて流れ、ヒータ１６によって加熱された基板１１上で熱分解し、結晶成長が行われる。

図２に示すように、前記均熱板１５の外歯車部１７と内歯車部１８の噛み合わせ部２３の位置は、公転サセプタ４の外周面より半径方向内側に配置されており、また、噛み合わせ部２３の位置が前記公転サセプタ４の外周面より半径方向外側に定められた図１０の場合と比較すると、その差分だけ、自転サセプタ１０の中心位置が、公転サセプタ４の面内で半径方向外側に寄せられている。

図３に、前記公転サセプタ４、自転サセプタ１０、均熱板１５、基板１１及び内歯車部１８の位置関係を示す。また、図４に、図３の自転サセプタ１０の外歯車部１７と反応容器内面の内歯車部１８との噛み合わせ部２３周辺（Ｂ部）を拡大して示す。
従来（図１２）は、公転サセプタ４の外周部に対する基板１１（直径７６ｍｍ）の配置数が１２枚であったが、図３に示すように、この実施形態では、１４枚とすることができ、生産性は約１７％向上した。

以下、添付図面を参照して本発明に係る他の実施の形態を説明する。なお、実施の形態と同一構成部については詳細な説明を省略し、異なる構成について説明するものとする。

（第２の実施の形態）
図５に本発明に係る気相成長装置の第２の実施形態を示す。
この実施の形態では、自転サセプタ１０を薄肉化することで、さらに基板１１の配置枚数を増加させるようにしている。
図５に示すように、自転サセプタ１０のフランジ１２の半径方向長さが軸受１３の軸受幅ｄに相当する程度まで薄肉化され、その分、自転サセプタ１０の中心位置が公転サセプタ４の面内で半径方向外側に寄せられている。この結果、内歯車部１８と噛み合う外歯車部１７の歯底円２４が、自転サセプタ１０の筒状の内周面１０ｂより均熱板１５の内側に配置され、基板１１（直径７６ｍｍ）を計１５枚配置することが可能となった。

（第３の実施の形態）
図７に、本発明に係る気相成長装置の第３の実施形態を示す。
第１の実施形態（図１参照）ではモータ２１によって、公転サセプタ４を回転する構成としたが、この実施の形態では、公転サセプタ４の外周に公転用外歯車部２５を形成し、公転用外歯車部２５に噛み合う駆動歯車２６を駆動軸２７を介してモータ２８によって回転駆動する構成としている。
このようにしても、均熱板１５の外歯車部１７と反応容器内面の内歯車部１８との噛み合わせ部２３を軸受１３上に配置することが可能となり、その分、反応容器２の内面に寄せることができるので、公転サセプタ４に対する自転サセプタ１０の配置数を従来よりも増加させることができる。

（実施形態４）
図８は本発明の第４の実施形態を示す。この第４の実施形態において、公転サセプタ４の回転駆動装置は図７と同一構成であるが、自転サセプタ１０を自転させる駆動装置が異なっている。
すなわち、この第４の実施形態に係る気相成長装置１では、環状に配置された自転サセプタ１０の各均熱板１５の内側に、自転用外歯車２９が配置され、これに各均熱板１５の外歯車部１７が噛み合っている。自転用外歯車２９は、駆動軸３１を介してモータ３０に連結されており、第１のモータ３０を介して固定系に支持されている。駆動軸３１とモータ３０とは第１の駆動装置を構成している。
モータ３２を回転させ、回転駆動軸３２と一体に公転サセプタ４を回転させながら、公転サセプタ４の公転用外歯車部２５と噛み合う駆動歯車２６を、第２の駆動装置としての第２のモータ３２と駆動軸３３により回転駆動すると、自転用サセプタ４が公転しながら自転する。
各均熱板１５の外周部に設けた外歯車部１７は、軸受１３の上方に配置されており、公転用外歯車部２５と駆動歯車２６との噛み合わせ部は反応容器２の内面側に近接している。また均熱板１５の外歯車部１７の歯先円は、公転サセプタ４の外周端面に略一致する構成になっている。
このため、均熱板１５の外歯車部１７が軸受１３より半径方向外側に配置された分、自転サセプタ１０の中心位置が、公転サセプタ４の面内で半径方向外側に近接するので、この分、自転用サセプタ１０の配置数を増加させることができる。

図９は比較例として、図８と同種の気相成長装置１を示す。
図９に示すように、比較例は、各均熱板１５の外周部に設けられる外歯車部１７が、軸受１３よりも半径方向外側に設けている点で、図８で説明した気相成長装置１と相違している。
つまり、この比較例では、軸受１３の外側に、均熱板１５の外歯車部１７が位置しているので、この分、自転サセプタ１０の中心を外側に移動することができず、公転サセプタ４に対する自転サセプタ１０の配置数が少なくなる。
しかし、図８に示した気相成長装置１では、均熱板１５の外歯車部１７が自転サセプタ１０の軸受１３の上方に配置され、均熱板１５の外歯車部１７を軸受１３より半径方向外側に配置した場合との差だけ、自転サセプタ１０の中心位置が、公転サセプタ４の面内で半径方向外側に寄せるようにしているので、このような課題が解消される。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、自転サセプタ１０は均熱板１５との接触面、具体的には、フランジ１２とフランジ部１４との対接面に、自重及び摩擦係数により働く力、均熱板１５の外周面と自転サセプタ１０の内周面との接触面との間に働く力により均熱板１５と一緒に連れ回り回転をするが、この一体的な回転を確実にするため、フランジ１２とフランジ部１４との対接面に、互いに嵌合し合う凹凸を形成しておくこともできるし、均熱板１５の基部の外周面と自転サセプタ１０のホルダの内周面とをスプラインで嵌合して回転駆動力を伝達してもよい。

本発明の第１の実施形態に係る気相成長装置の概略断面図である。 図１のＡ部拡大図である。 図１の反応容器内部における公転サセプタ、自転サセプタ及び内歯車部の位置関係を示す図である。 図３のＢ部拡大図である。 本発明の第２の実施形態に係る歯車の噛み合わせ部の断面拡大図である。 本発明の第２の実施形態に係る公転サセプタ、自転サセプタ及び内歯車部の位置関係を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る気相成長装置の断面を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る気相成長装置の断面を示す断面図である。 比較例に係る気相成長装置の断面を示す断面図である。 従来技術に係る気相成長装置の断面を示す断面図である。 図１０のＣ部拡大図である。 従来技術に係る公転サセプタ、自転サセプタ及び内歯車部の関係を示す図である。 図１２のＤ部拡大図である。

符号の説明

１ 気相成長装置
２ 反応容器
３ リング状基部
４ 公転サセプタ
５ エピタキシャル成長室
７ 原料ガス導入口
８ ガス排出口
９ 開口部
１０ 自転サセプタ
１０ｂ 内周面
１１ 半導体基板
１２ フランジ
１３ 軸受
１５ 均熱板
１７ 外歯車部
１８ 内歯車部
１９ 歯底円
２３ 噛み合わせ部
２４ 歯底円
２５ 外歯車部（公転用外歯車部）
２９ 自転用外歯車

Claims (6)

1. 反応容器内に回転自在に配置され、反応容器内にエピタキシャル成長室を区画する公転サセプタと、
   前記公転サセプタ内の外周部に円周方向に沿って間隔を隔てて設けられた複数の開口部と、
   各開口部に回転自在に嵌合され、基板と、ヒータの加熱により当該基板を均一に加熱する均熱板とを収容する筒状の自転サセプタと、
   前記自転サセプタの外周部に設けられたフランジと、
   前記フランジを前記公転サセプタに回転自在に支持する軸受と、
   前記均熱板の外周部に設けられ、前記軸受の上方に配置される外歯車部と、
   前記反応容器内面に設けられ前記外歯車部と噛み合う内歯車部と、
   前記公転サセプタを回転させる回転駆動装置と、
   を備え、
   前記外歯車部と前記内歯車部との噛み合わせ部を前記反応容器の内面側に近接させるように構成したことを特徴とする気相成長装置。
2. 前記自転サセプタのフランジの半径方向長さが前記軸受の軸受幅に相当する程度まで短く形成され、短くされた分だけ前記自転サセプタの中心位置が前記公転サセプタの面内で半径方向外側に寄せられていることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
3. 前記内歯車部と噛み合う前記外歯車部の歯底円が、前記自転サセプタの筒状の内周面より前記均熱板の内側に位置することを特徴とする請求項２記載の気相成長装置。
4. 前記自転サセプタのフランジの外周端面と前記公転サセプタの外周端面が同一面に揃えられ、この揃えられた面が前記内歯車部の歯底円に略一致することを特徴とする請求項２記載の気相成長装置。
5. 反応容器内に回転自在に配置され、反応容器内にエピタキシャル成長室を区画する公転サセプタと、
   前記公転サセプタ内の外周部に円周方向に沿って間隔を隔てて設けられた複数の開口部と、
   各開口部に回転自在に嵌合され、基板と、ヒータの加熱により当該基板を均一に加熱する均熱板とを収容する筒状の自転サセプタと、
   前記自転サセプタの外周部に設けられたフランジと、
   前記フランジを前記公転サセプタに回転自在に支持する軸受と、
   前記均熱板の外周部に設けられ、前記軸受の上方に配置される外歯車部と、
   これら外歯車部の内側に配置され、これら外歯車部と噛み合う自転用外歯車と、
   前記自転用外歯車を駆動する第１の駆動装置と、
   前記公転サセプタの外周部に設けられる公転用外歯車部と、
   前記公転用外歯車部と噛み合わされる駆動歯車と、
   前記駆動歯車を回転駆動する第２の駆動装置と、
   を備え、
   前記公転用外歯車部と前記駆動歯車との噛み合わせ部を前記反応容器の内面側に近接させるように構成したことを特徴とする気相成長装置。
6. 前記均熱板の外歯車部の歯先円が前記公転サセプタの外周端面に略一致することを特徴とする請求項５記載の気相成長装置。

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