JP2008192865A

JP2008192865A - 気相成長装置

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Publication number: JP2008192865A
Application number: JP2007026311A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Yano; 良樹矢野; Nakao Akutsu; 仲男阿久津; Akira Yamaguchi; 晃山口
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2007-02-06
Filing date: 2007-02-06
Publication date: 2008-08-21
Anticipated expiration: 2027-02-06
Also published as: JP4836819B2

Abstract

【課題】高温時の熱変形を許容しながらフローチャンネルを所定の位置に確実に位置決めすることができ、薄膜製造効率の大幅な向上が図れる気相成長装置を提供する。
【解決手段】フローチャンネル支持部材２３に支持される底板（プレート１８）とチャンネル部材１９とからなる着脱フローチャンネル１３の前記プレートに、ガス流れ方向に対して上流側の位置の基準となる上流側位置基準部２０ａと、ガス流れ方向に交差する一側方向の位置の基準となる側方側位置基準部１８ａとを設けるとともに、上流側位置基準部に当接してプレートのガス流れ方向上流側の位置決めを行う上流側位置決め部と、側方側位置基準部に当接してプレートのガス流れ方向に交差する一側方向の位置決めを行う側方側位置決め部と、プレートを上流側位置決め部及び側方側位置決め部の方向に向けて押圧する押圧手段３４とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、気相成長装置に関し、詳しくは、基板を載置したサセプタをフローチャンネルの底板に形成した開口部に挿入し、前記基板を加熱した状態で前記フローチャンネル内に水平方向に気相原料を供給することにより、前記基板面に薄膜を気相成長させる横型の気相成長装置に関する。

発光ダイオード、レーザダイオード等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（反応管）内に設けられるサセプタの上面に基板を支持し、サセプタの裏面に配置したヒーターによってサセプタを加熱し、該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、基板上に気相原料ガスを供給して薄膜を気相成長させる気相成長装置が知られている。このような気相成長装置では、一般に、前記フローチャンネルを筐体（炉体、密閉容器）内に収納して大気の侵入を防止するとともに、気相原料ガスの外部への漏洩を防止している（例えば、特許文献１参照。）。

通常、前記フローチャンネルは、筐体内に配設されたフローチャンネル支持部材の上面に着脱可能に載置された状態で支持されており、気相成長装置のメンテナンスの際には、フローチャンネルを取り外して内面に付着した反応生成物を除去する清掃作業を行っている。しかし、フローチャンネルを取り外して再び取り付けるときに若干の位置ズレが発生することがあり、フローチャンネルに位置ズレが発生した状態で成膜を行うと、製造する薄膜の性能が異なってしまうことがあるため、フローチャンネルを取り付けた後に試験的な成膜を行い、成膜条件を校正する必要があった（例えば、特許文献２参照。）。
特開２０００−１１４１８０号公報（段落０００２，図９）特開２００３−８６５２１号公報（段落０００５，０００６）

前記フローチャンネルは、成膜時に高温に加熱されたサセプタや基板からの熱を受けて熱変形を起こすことが考えられるため、フローチャンネルを筐体等に強固に位置決めした状態で固定することは困難であり、熱変形に対応するための余裕を考慮した設計を行わざるを得ない。このため、従来は、メンテナンス後の校正作業が必須なものとなっており、薄膜製造効率の向上には限界があった。また、フローチャンネルの位置決めを少しでも簡単に行えるように、フローチャンネルの下面とフローチャンネル支持部材の上面とに凹凸係合部を設けることも行われているが、耐熱性等を考慮して一般的に石英ガラスで形成されているフローチャンネルやフローチャンネル支持部材に精密な位置合わせを行えるような凹凸係合部を形成することは極めて困難であった。

そこで本発明は、高温時の熱変形を許容しながらフローチャンネルを所定の位置に確実に位置決めすることができ、薄膜製造効率の大幅な向上が図れ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、筐体に固定されたフローチャンネル支持部材に支持される底板と、該底板上に載置される下向きコ字状のチャンネル部材とからなるフローチャンネルの前記底板に形成した開口部に基板を載置したサセプタを挿入し、前記基板を加熱した状態で前記フローチャンネル内に水平方向に気相原料ガスを供給することにより、前記基板面に薄膜を気相成長させる気相成長装置において、前記底板に、ガス流れ方向に対して上流側の位置の基準となる上流側位置基準部と、ガス流れ方向に交差する一側方向の位置の基準となる側方側位置基準部とを設けるとともに、前記筐体に、前記上流側位置基準部に当接して前記底板のガス流れ方向上流側の位置決めを行う上流側位置決め部と、前記側方側位置基準部に当接して前記底板のガス流れ方向に交差する一側方向の位置決めを行う側方側位置決め部と、前記底板を前記上流側位置決め部及び側方側位置決め部の方向に向けて押圧する押圧手段とを設けたことを特徴としている。

さらに、本発明の気相成長装置は、前記上流側位置基準部が前記底板のガス流れ方向上流側の両側縁からガス流れ方向に対してそれぞれ直交する方向に突出した状態で一体形成されていること、前記側方側位置基準部が前記底板のガス流れ方向上流側及び下流側の底板一側縁であることを特徴としている。また、前記底板が、ガス流れ方向下流側で、前記側方側位置基準部の反対側の側縁からガス流れ方向に対して直交する方向に突出した被押圧部を備えるとともに、前記押圧手段は、前記被押圧部のガス流れ方向下流側の端縁と、該端縁に対してガス流れ方向下流側に連続する底板側縁とを同時に押圧する状態で設けられていることを特徴としている。さらに、前記押圧手段が前記フローチャンネルの上方位置を回動中心として回動可能に吊り下げられ、下端部に前記底板を押圧する押圧部を備えた振り子部材であることを特徴としている。

本発明の気相成長装置によれば、フローチャンネルをあらかじめ設定された位置に設置することができるので、フローチャンネルの設置位置の再現性が保たれ、再現性のある成膜を行うことができるとともに、フローチャンネルセット後の校正作業が不要となることから、薄膜の製造効率を大幅に向上させることができる。

図１は本発明の一形態例を示す気相成長装置の断面平面図、図２は同じく断面正面図、図３は同じく断面側面図、図４及び図５は押圧手段の一例を説明するための図であって、図４は概略正面図、図５は概略平面図である。

この気相成長装置は、図示しない筐体の内部に収納されるフローチャンネル１１を、気相原料供給側でガス流れ方向の上流側Ｇ１に設けられる上流側フローチャンネル１２と、該上流側フローチャンネル１２の下流側に連設される着脱フローチャンネル１３と、該着脱フローチャンネル１３の下流側Ｇ２に連設される下流側フローチャンネル１４とに分割形成したものであって、前記上流側フローチャンネル１２及び下流側フローチャンネル１４は、前記筐体に固定された状態となっており、着脱フローチャンネル１３は、着脱可能な状態で筐体内に設置されている。

また、着脱フローチャンネル１３は、基板トレーを介して基板１５を載置したサセプタ１６が挿入される開口部１７を有する底板（プレート）１８と、このプレート１８の上面に着脱可能に載置される下向きコ字状のチャンネル部材１９とによって両端が開口した断面角形のトンネル状に形成されている。

前記チャンネル部材１９は、水平方向の天板１９ａの両側に一対の側板１９ｂ，１９ｂを鉛直方向に対向させてそれぞれ設けたものであって、着脱フローチャンネル１３の組立時には。側板１９ｂ，１９ｂの下端がプレート１８の上面に載置された状態になる。また、チャンネル部材１９の上流端には、上流側フローチャンネル１２の下流端外面に沿う形状の重合片１９ｃが設けられている。

前記プレート１８は、前記チャンネル部材１９を取り外した状態を描いた図１に示すように、中央に前記開口部１７を有するとともに、ガス流れ方向に対する上流側端部及び下流側端部を除く中央部側縁に平面視長方形状の位置決め突片２０，２０がそれぞれ水平方向に一体形成されている。両位置決め突片２０のガス流れ方向上流側は、着脱フローチャンネル１３内のガス流れ方向に対してそれぞれ直交する方向に形成されており、位置決め突片２０のガス流れ方向上流側の端面は、このプレート１８のガス流れ方向に対して上流側の位置の基準となる上流側位置基準部２０ａ，２０ａとなっている。

また、位置決め突片２０が設けられていないプレート１８のガス流れ方向に対する上流側端部及び下流側端部の一側縁は、このプレート１８のガス流れ方向に交差する一側方向の位置の基準となる側方側位置基準部１８ａ，１８ａとなっている。さらに、側方側位置基準部１８ａ，１８ａと反対側に位置するプレート１８の他側面におけるガス流れ方向下流側の側縁と位置決め突片２０のガス流れ方向下流側の端面とには、平面視略Ｌ字状の被押圧部１８ｂが形成されている。

一方、筐体内には、前記上流側フローチャンネル１２、下流側フローチャンネル１４、ヒータ２１、リフレクタ２２、フローチャンネル支持部材２３が複数の支柱２４によって筐体に固定された状態で配置されており、前記サセプタ１６は回転軸２５によって回転可能に支持されている。前記フローチャンネル支持部材２３は、その上面に前記プレート１８を着脱可能に載置した状態で支持するものであって、さらに、フローチャンネル支持部材２３には、前記上流側位置基準部２０ａ，２０ａ及び側方側位置基準部１８ａ，１８ａにそれぞれ対応する位置の３箇所に位置決め部材３１，３２，３３がそれぞれ設けられている。

ガス流れ方向上流側に位置する２本の位置決め部材３１，３２は、それぞれのガス流れ方向下流側の面３１ａ，３２ａが、プレート１８の前記上流側位置基準部２０ａ，２０ａに当接して上流側位置決め部として機能する。また、プレート１８の一側方に位置する２本の位置決め部材３２，３３は、それぞれのプレート側の面３２ｂ，３３ａがプレート１８の前記側方側位置基準部１８ａ，１８ａに当接して側方側位置決め部として機能する。

また、プレート１８の前記被押圧部１８ｂには、該被押圧部１８ｂに対して、上流側位置決め部となる前記位置決め部材３１，３２の各下流側の面３１ａ，３２ａの方向、及び、側方側位置決め部となる前記位置決め部材３２，３３の各プレート側の面３２ｂ，３３ａの方向に向けて押圧力Ｆを与える押圧手段３４が設けられている。すなわち、押圧手段３４は、前記被押圧部１８ｂの一つとなるガス流れ方向下流側の端縁１８ｃと、該端縁１８ｃに対してガス流れ方向下流側に連続する底板側縁１８ｄとを同時に押圧し、プレート１８の上流側位置基準部２０ａ，２０ａを位置決め部材３１，３２の各下流側の面３１ａ，３２ａに、側方側位置基準部１８ａ，１８ａを位置決め部材３２，３３の各プレート側の面３２ｂ，３３ａに、それぞれ当接させる方向に押圧する状態で設けられている。

前記押圧手段３４は、プレート１８を前述のように押圧できるものならば任意の押圧手段を使用することができ、スプリング等の弾性部材やシリンダーを直接又は間接的に使用することも可能であるが、成膜時の高温に耐えられること、気相原料ガスに侵されないこと、パーティクルを発生させないことなどを考慮して選択することが望ましい。

これらの条件を考慮した押圧手段として、図４及び図５に示すような振り子部材４１を挙げることができる。この振り子部材４１は、アーム４２の上端に吊下げ部４３を、下端部に押圧部４４となる球形の錘を設けたものであって、前記吊下げ部４３が、フローチャンネル１１の上方位置を回動中心４３ａとして適宜な吊下げ具（図示せず）に回動可能に吊り下げられている。また、アーム４２は、下部を適当に屈曲させることにより、アーム４２とフローチャンネル１１とが干渉しないようにしている。

前記回動中心４３ａの位置は、押圧部４４によってプレート１８の前記被押圧部１８ｂを前述の方向に押圧できる位置ならば任意に選定でき、筐体の天井部に前記吊下げ具を直接設けたり、筐体に設けた適宜な支持部材に前記吊下げ具を取り付けたりすることができる。例えば、前記サセプタ１６の回転軸線の延長線上に回動中心４３ａを位置させることにより、押圧部４４には、錘への重力の作用によって前記端縁１８ｃと前記底板側縁１８ｄとを同時に押圧する力が作用する。

また、前記位置決め部材３１，３２，３３及び押圧手段３４、振り子部材４１の材質は任意に選択することが可能であるが、基板１５を高温に加熱することを考慮するとともに、気相原料との接触を考慮すると、耐熱性、耐食性に優れたサファイア、石英ガラス、ステンレス鋼、ＳｉＣ又はカーボンで形成することが好ましい。特に、位置精度が要求される位置決め部材３１，３２，３３は、熱伸縮による位置ズレを抑えるため、熱膨張係数の小さな材料で形成することが望ましい。

一方、着脱フローチャンネル１３を構成する前記チャンネル部材１９は、前記重合片１９ｃを上流側フローチャンネル１２の下流端外面に係合させることにより、ある程度の精度で所定位置に設置することができるので、プレート１８のような位置基準部や位置決め部材を設ける必要は特にないが、前記プレート１８と同様の位置基準部や位置決め部材及び押圧手段を設けることもできる。また、本形態例においても、前記位置決め部材３２，３３のプレート側の面３２ｂ，３３ａと着脱フローチャンネル１３の一側面とを当接させることにより、着脱フローチャンネル１３の側方向の位置決めを行うことができる。

このように形成した気相成長装置において、着脱フローチャンネル１３のメンテナンス後に、プレート１８をフローチャンネル支持部材２３の上に載置して上流側フローチャンネル１２と下流側フローチャンネル１４との間に配置した状態で、振り子部材４１の押圧部４４をプレート１８の被押圧部１８ｂに当接させることにより、振り子部材４１の押圧部４４が回動中心４３ａの真下に戻ろうとする力でプレート１８を位置決め部材３１，３２，３３の方向に向けて押圧する。

これにより、プレート１８の上流側位置基準部２０ａ，２０ａが上流側位置決め部である位置決め部材３１，３２のガス流れ方向下流側の面３１ａ，３２ａにそれぞれ当接するとともに、側方側位置基準部１８ａ，１８ａが側方側位置決め部である位置決め部材３２，３３のプレート側の面３２ｂ，３３ａにそれぞれ当接した状態となり、プレート１８が所定位置に保持された状態となる。また、プレート１８を含む着脱フローチャンネル１３は、振り子部材４１の押圧部４４によって押圧されているのみであるから、高温に加熱されたときに着脱フローチャンネル１３が熱膨張しても、押圧部４４は押圧力を維持しながら自然に移動するので、着脱フローチャンネル１３に無理な力が加わって破損するおそれもない。

したがって、着脱フローチャンネル１３の着脱を繰り返しても、プレート１８を常に所定位置に位置決めできるので、フローチャンネル１１の設置位置、特にフローチャンネル１１の底部側を流れて基板１５の上面に供給される気相原料ガスの流れに大きな影響を与えるプレート１８の設置位置の再現性が保たれ、再現性のある成膜を行うことができる。さらに、着脱フローチャンネル１３を取り付けた後の校正作業を省略することができ、メンテナンス後に直ちに成膜操作を再開することができるので、薄膜の製造効率を大幅に向上させるとができ、薄膜の製造コストを削減することが可能となる。

なお、押圧手段である振り子部材の錘と押圧部とを別に設けるようにしてもよく、プレートを上流側に押圧する押圧手段とプレートを一側方に押圧する押圧手段とを別個に設けることも可能である。さらに、位置決め部材は断面正方形の角材を使用したが、丸棒やパイプを利用することもでき、プレート側の各位置基準部を円弧面とすることも可能である。また、位置決め部材や押圧手段は、通常は、フローチャンネルを収納した筐体の壁面、天井面、底面に、直接あるいは適宜な支持部材を介して間接的に取り付ければよく、上流側フローチャンネルや下流側フローチャンネル、ヒーター支持部材やリフレクター等の部材あるいはこれらに付随する各種部材を利用して取り付けることも可能である。

本発明の一形態例を示す気相成長装置の断面平面図である。同じく断面正面図である。同じく断面側面図である。押圧手段の一例を説明するための概略正面図である。同じく概略正面図である。

符号の説明

１１…フローチャンネル、１２…上流側フローチャンネル、１３…着脱フローチャンネル、１４…下流側フローチャンネル、１５…基板、１６…サセプタ、１７…開口部、１８…プレート、１８ａ…側方側位置基準部、１８ｂ…被押圧部、１８ｃ…端縁、１８ｄ…底板側縁、１９…チャンネル部材、１９ａ…天板、１９ｂ…側板、１９ｃ…重合片、２０…位置決め突片、２０ａ…上流側位置基準部、２１…ヒータ、２２…リフレクタ、２３…フローチャンネル支持部材、２４…支柱、２５…回転軸、３１，３２，３３…位置決め部材、３１ａ，３２ａ…位置決め部材３１，３２のガス流れ方向下流側の面、３２ｂ，３３ａ…位置決め部材３２，３３のプレート側の面、３４…押圧手段、４１…振り子部材、４２…アーム、４３…吊下げ部、４３ａ…回動中心、４４…押圧部

Claims

筐体に固定されたフローチャンネル支持部材に支持される底板と、該底板上に載置される下向きコ字状のチャンネル部材とからなるフローチャンネルの前記底板に形成した開口部に基板を載置したサセプタを挿入し、前記基板を加熱した状態で前記フローチャンネル内に水平方向に気相原料ガスを供給することにより、前記基板面に薄膜を気相成長させる気相成長装置において、前記底板に、ガス流れ方向に対して上流側の位置の基準となる上流側位置基準部と、ガス流れ方向に交差する一側方向の位置の基準となる側方側位置基準部とを設けるとともに、前記筐体に、前記上流側位置基準部に当接して前記底板のガス流れ方向上流側の位置決めを行う上流側位置決め部と、前記側方側位置基準部に当接して前記底板のガス流れ方向に交差する一側方向の位置決めを行う側方側位置決め部と、前記底板を前記上流側位置決め部及び側方側位置決め部の方向に向けて押圧する押圧手段とを設けたことを特徴とする気相成長装置。
前記上流側位置基準部は、前記底板のガス流れ方向上流側の両側縁からガス流れ方向に対してそれぞれ直交する方向に突出した状態で一体形成さ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。
前記側方側位置基準部は、前記底板のガス流れ方向上流側及び下流側の底板一側縁であることを特徴とする請求項１又は２記載の気相成長装置。
前記底板は、ガス流れ方向下流側で、前記側方側位置基準部の反対側の側縁からガス流れ方向に対して直交する方向に突出した被押圧部を備えるとともに、前記押圧手段は、前記被押圧部のガス流れ方向下流側の端縁と、該端縁に対してガス流れ方向下流側に連続する底板側縁とを同時に押圧する状態で設けられていることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の気相成長装置。
前記押圧手段は、前記フローチャンネルの上方位置を回動中心として回動可能に吊り下げられ、下端部に前記底板を押圧する押圧部を備えた振り子部材であることを特徴とする請求項４記載の気相成長装置。