JP2009302223A - Substrate heating apparatus and crystal growth apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、基板加熱装置およびこれを用いる結晶成長装置に関し、詳しくは、高温加熱環境下でサファイア基板、シリコンカーバイト基板などの基板上に半導体結晶（ＡｌＧａＮやＡｌＮ、ＧａＮ等）をヘテロエピタキシャル成長させるＭＯＶＰＥ法、ＨＶＰＥ法等による結晶成長装置において、基板加熱装置の小型化ができ、基板加熱装置のヒータ交換が容易で、しかも交換後においてもサセプタに対する加熱再現性が高い基板加熱装置に関する。
The present invention relates to a substrate heating apparatus and a crystal growth apparatus using the same, and more specifically, semiconductor crystals (AlGaN, AlN, GaN, etc.) are heteroepitaxially grown on a substrate such as a sapphire substrate or a silicon carbide substrate in a high temperature heating environment. BACKGROUND OF THE
ＭＯＶＰＥ法による結晶成長装置、ＨＶＰＥ法による結晶成長装置にあっては、例えば、サセプタの上に基板を水平に載置し、上部から原料ガスを流し込んで基板上に単結晶を成長させる。この場合に、特に中心部から周辺部に渡って成長結晶の均一性を確保しなければならず、そのためには、通常、サセプタ上の基板の温度を１２００°Ｃ以上の高温でかつ均一な温度に保持なければならない。
しかも、窒化物系材料を使用して結晶を成長させる場合には、結晶成長温度がより高くなるので基板加熱装置に大きな電力を供給しなければならなくなる。しかし、サセプタの加熱温度が高くなればなるほど、加熱装置の端部から逃げる熱（抜熱）が大きくなり、その分、均一な温度での基板加熱が難しくなる問題がある。
そこで、サセプタの加熱温度を高くした場合の大きな電力の供給問題を解決するものとして、サセプタの背面に平面ヒータを二重に設けて、２枚の平面ヒータを直列接続してサセプタを加熱する結晶成長装置が公知である（特許文献１）。
In addition, when a crystal is grown using a nitride-based material, the crystal growth temperature becomes higher, so that a large electric power must be supplied to the substrate heating apparatus. However, the higher the heating temperature of the susceptor, the greater the heat (heat removal) that escapes from the end of the heating device, which makes it difficult to heat the substrate at a uniform temperature.
Therefore, as a solution to the problem of supplying a large electric power when the heating temperature of the susceptor is increased, a crystal that heats the susceptor by providing two flat heaters in series on the back of the susceptor and connecting the two flat heaters in series A growth apparatus is known (Patent Document 1).
この種の結晶成長装置におけるサセプタに要求される温度は、１２００°Ｃ以上であり、平面ヒータの加熱では抜熱が大きくなるため、特許文献１では二重に平面ヒータを設けているが、２枚の平面ヒータをそれぞれに保持しなければならない関係でヒータ交換時に作業性が悪い欠点がある。
しかも、特許文献１では２枚の平面ヒータを直列接続しているので、電気的な端子接続個所が多くなり、金属製のボルトとナットによる端子接続となる関係で、１２００°Ｃ以上の高温環境でのボルトとナット、そしてこれらと端子のそれぞれ個所で融着が発生し易い。
さらに、ヒータ交換後には平面ヒータの位置ずれ、接続状態のずれなどが生じ易く、サセプタに対する加熱再現性が低くなってサセプタの均一な加熱が難しくなる欠点がある。しかも、温度ずれも生じ易い。そのため、ヒータの交換作業は、それなりの熟練を要しかつ手間がかかるものとなっている。
この発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決するものであって、ＭＯＶＰＥ法、ＨＶＰＥ法等による結晶成長装置において、基板加熱装置の小型化ができ、基板加熱装置のヒータ交換が容易な基板加熱装置およびこれを用いる結晶成長装置を提供することにある。
この発明の他の目的は、交換後においてもサセプタに対する加熱再現性が高い基板加熱装置およびこれを用いる結晶成長装置を提供することにある。
The temperature required for the susceptor in this type of crystal growth apparatus is 1200 ° C. or higher, and heat removal from the flat heater increases. Therefore, in
In addition, in
Further, after replacing the heater, there is a drawback that the position of the flat heater is displaced, the connection state is displaced, and the like, and the reproducibility of heating with respect to the susceptor is lowered, making it difficult to uniformly heat the susceptor. Moreover, a temperature shift is likely to occur. Therefore, the replacement work of the heater requires some skill and takes time.
An object of the present invention is to solve such problems of the prior art. In a crystal growth apparatus using the MOVPE method, the HVPE method, etc., the substrate heating apparatus can be reduced in size, and the heater of the substrate heating apparatus can be replaced. An object of the present invention is to provide an easy substrate heating apparatus and a crystal growth apparatus using the same.
Another object of the present invention is to provide a substrate heating apparatus having high reproducibility of heating to a susceptor even after replacement, and a crystal growth apparatus using the same.
このような目的を達成するための第１の発明の基板加熱装置および結晶成長装置の特徴は、サセプタに載置された基板をサセプタの背面に設けられたヒータによりサセプタを介して加熱する基板加熱装置において、
ヒータが、第１のヒータパターンを有し、第１のヒータパターンの両端部に接続されヒータに固定された下向きの嵌合孔あるいは嵌合溝を有する複数の接続端子部材と、足部が支持部材に起立して固定され嵌合孔あるいは嵌合溝に嵌合する頭部を有する複数の電極支柱とを備えていて、
複数の電極支柱がヒータの外形より内側の空間に配置され、各電極支柱の頭部が各接続端子部材の嵌合孔あるいは嵌合溝に嵌合することで着脱可能にヒータが複数の電極支柱に接続され、複数の電極支柱の少なくとも２本を介してヒータに電力が供給されるものである。
また、第２の発明は、前記の第１のヒータパターンの両端部に接続されヒータに固定された下向きの複数本の電極ロッドと、上向きの嵌合孔あるいは嵌合溝を有し複数の支持部材にそれぞれ起立して固定された複数の接続端子部材とを備えていて、
複数の接続端子部材がヒータの外形より内側の空間に配置され、各電極ロッドが各接続端子部材の嵌合孔あるいは嵌合溝に嵌合することで着脱可能にヒータが接続端子部材に接続され、複数の接続端子部材の少なくとも２つを介してヒータに電力が供給されるものである。
A feature of the substrate heating apparatus and the crystal growth apparatus according to the first invention for achieving such an object is that the substrate mounted on the susceptor is heated by the heater provided on the back surface of the susceptor via the susceptor. In the device
The heater has a first heater pattern, a plurality of connection terminal members having downward fitting holes or fitting grooves connected to both ends of the first heater pattern and fixed to the heater, and a foot portion supporting A plurality of electrode struts having heads that are fixed upright and are fitted to fitting holes or fitting grooves;
A plurality of electrode struts are arranged in a space inside the outer shape of the heater, and the heater is detachable by fitting the head of each electrode strut into the fitting hole or fitting groove of each connection terminal member. The power is supplied to the heater via at least two of the plurality of electrode columns.
In addition, the second invention includes a plurality of downward electrode rods connected to both ends of the first heater pattern and fixed to the heater, and a plurality of support holes having upward fitting holes or fitting grooves. A plurality of connection terminal members each standing and fixed to the member,
A plurality of connection terminal members are arranged in a space inside the outer shape of the heater, and the heaters are detachably connected to the connection terminal members by fitting the electrode rods into the fitting holes or fitting grooves of the connection terminal members. The electric power is supplied to the heater via at least two of the plurality of connection terminal members.
このように、第１の発明にあっては、第１のヒータパターンを介してヒータに垂下されて固定された複数の接続端子部材をヒータに設けて、接続端子部材に設けた嵌合孔あるいは嵌合溝を介して支持部材に固定された複数の電極支柱に着脱可能に結合してヒータを支持している。
また、第２の発明にあっては、接続端子部材を支持部材側に設ける一方、ヒータに垂下された複数の電極ロッドを設けて、接続端子部材に設けた嵌合孔あるいは嵌合溝を介して複数の支持部材に着脱可能に結合してヒータを支持している。
ところで、嵌合孔あるいは嵌合溝で嵌合することで、嵌合面では一方は他方の２面以上で狭持される関係で接触することになるのでボルト結合と同様に強固な接続が可能になる。特に、嵌合孔とする場合にはその効果が大きい。
これら発明にあっては、接続端子部材も電極支柱もヒータの外形より内側の空間に配置できるので基板加熱装置の小型化ができる。しかも、ヒータが電極支柱に着脱可能に結合されているので、基板加熱装置のヒータ交換が容易となる。
また、複数の嵌合孔による結合により交換後においてもヒータの接続位置ずれが生じ難く、かつヒータの接続状態も再現されるので、サセプタに対する加熱再現性が高いものにできる。
特に、ヒータを平板ヒータとしてこれが円板状であるときにはその直径方向に沿って複数の接続端子部材を配置することで、交換後のヒータの位置ずれが少ない基板加熱装置を実現できる。
さらに、平板ヒータの外側に無底箱型ヒータを設けるようにして、これらヒータにより加熱するようにすれば、ヒータ全体の外形を大きくしなくても、高い加熱温度を得ることができ、小型な基板加熱装置を実現できる。
しかも、嵌合孔の径を電極ロッドあるいは電極支柱の外径より大きくして、これらの間の径の差を電極ロッドあるいは電極支柱が加熱温度による熱膨張により嵌合孔に密着するようにすれば、４００°Ｃ以上の温度となる基板加熱装置では稼働状態における熱膨張により確実な端子接続ができ、かつ、非稼働状態ではヒータが簡単に着脱できる。
その結果、基板加熱装置の小型化ができ、基板加熱装置のヒータ交換が容易で、しかも交換後においてもサセプタに対する加熱再現性が高い基板加熱装置およびこれを用いる結晶成長装置を容易に実現することがでる。
Thus, in the first invention, a plurality of connection terminal members suspended and fixed to the heater via the first heater pattern are provided in the heater, and the fitting holes provided in the connection terminal member or The heater is supported by being detachably coupled to a plurality of electrode columns fixed to the support member via the fitting groove.
In the second invention, the connection terminal member is provided on the support member side, and a plurality of electrode rods suspended from the heater are provided via the fitting holes or fitting grooves provided in the connection terminal member. The plurality of support members are detachably coupled to support the heater.
By the way, by fitting with a fitting hole or a fitting groove, one of the fitting surfaces comes into contact with the other two surfaces or more, so that a strong connection is possible as with bolt connection. become. In particular, when the fitting hole is used, the effect is great.
In these inventions, since the connection terminal member and the electrode support can be disposed in the space inside the outer shape of the heater, the substrate heating apparatus can be reduced in size. In addition, since the heater is detachably coupled to the electrode column, the heater of the substrate heating apparatus can be easily replaced.
In addition, since the connection position of the heater hardly changes even after replacement due to the coupling by the plurality of fitting holes, and the connection state of the heater is reproduced, the heating reproducibility for the susceptor can be improved.
In particular, when the heater is a flat plate heater and is a disk, a plurality of connection terminal members are arranged along the diameter direction of the heater, thereby realizing a substrate heating apparatus with little displacement of the heater after replacement.
Furthermore, if a bottomless box type heater is provided outside the flat plate heater and heated by these heaters, a high heating temperature can be obtained without increasing the overall outer shape of the heater. A substrate heating apparatus can be realized.
In addition, the diameter of the fitting hole is made larger than the outer diameter of the electrode rod or electrode column, and the difference in diameter between them is adjusted so that the electrode rod or electrode column closely contacts the fitting hole due to thermal expansion due to the heating temperature. For example, in a substrate heating apparatus having a temperature of 400 ° C. or higher, reliable terminal connection can be achieved by thermal expansion in an operating state, and the heater can be easily attached and detached in a non-operating state.
As a result, the substrate heating apparatus can be reduced in size, the heater of the substrate heating apparatus can be easily replaced, and a substrate heating apparatus with high reproducibility of heating to the susceptor even after replacement and a crystal growth apparatus using the same can be easily realized. I get out.
図１は、この発明を適用した基板加熱装置の平面図、図２は、図１のＡ−Ａ断面からみた基板加熱装置の部分斜視図、図３Ａ（ａ）は、図１のＡ−Ａ断面からみた基板加熱装置のヒータ組立状態の部分斜視図、図３Ａ（ｂ）は、図１のＡ−Ａ断面からみた基板加熱装置のヒータ部分取外状態の部分斜視図、図３Ｂは、接続端子部材を電極支柱側に設けた図３Ａ（ｂ）に対応するヒータ部分取外状態の部分斜視図、図４は、筒型ヒータによる加熱効果について説明図、そして図５は、サセプタ上に載置された基板内面の温度分布についての説明図である。
図１において、１０は、基板加熱装置であって、円板状の平板ヒータ１とこれの外周に沿って外側に設けられた筒型ケージヒータ２とを有している。
平板ヒータ１は、カーボンヒータであって、１枚の円板カーボンから溝１ａを機械カッティングで切り取って形成された所定の幅を持った一筆書きのヒータパターン３が形成された円板状のものである。この平板ヒータ１のカーボンは、ＰＢＮ（パイロリティックボロンナイトライド）でコーティングされている。
ヒータパターン３の一筆書きの形状は、円板の中心Ｏを通る直径に重ねた直径線Ｄに対して半円状の円弧パターン３ａ〜３ｅを直径線Ｄを基準として図面において上下対称に設けてある。それぞれのパターンを直径線Ｄの手前で折り返して接続することで対称になるようにそれぞれ折り返し重ね書きし、最内周の半円状の円弧パターン３ｅを対称となる相手方の円弧パターン３ｅに接続することで一筆書きを完成している。
1 is a plan view of a substrate heating apparatus to which the present invention is applied, FIG. 2 is a partial perspective view of the substrate heating apparatus as viewed from the AA cross section of FIG. 1, and FIG. 3A (a) is an AA of FIG. FIG. 3A (b) is a partial perspective view of the substrate heating apparatus in a state where the heater is removed, and FIG. 3B is a connection view. FIG. 4 is a partial perspective view of the heater part removed state corresponding to FIG. 3A (b) in which the terminal member is provided on the electrode column side, FIG. 4 is an explanatory view of the heating effect by the cylindrical heater, and FIG. 5 is mounted on the susceptor It is explanatory drawing about the temperature distribution of the board | substrate inner surface set | placed.
In FIG. 1,
The
The stroke pattern of the
さらに、最内周の半円状の円弧パターン３ｅの内側に１／４円弧パターン３ｆが円板の中心部に形成されていて、この１／４円弧パターン３ｆの一端が直径線Ｄに沿って外周に延び、最外周の半円状の円弧パターン３ａにそれぞれ対称になるように接続されている。 １／４円弧パターン３ｆの他方の端部には電源供給端子となる円形の端子パッドパターン３ｇ，３ｈがそれぞれ形成され、中心部には、溝１ａに連通する半円形の空間３ｉ，３ｊがパターンの内側にそれぞれ設けられている。
端子パッドパターン３ｇ，３ｈは、後述するように電極ロッド５ａ，５ｂ（図２参照）の頭部にカーボン製のねじ５ｃ，５ｄ（図２参照）を介してそれぞれ結合されて電気的に接続されるが、ヒータパターン説明の都合この図ではこの接続状態は省略してある。
平板ヒータ１の厚さは、５インチ基板のサセプタの場合（以下数値範囲についてはすべて５インチ基板用のサセプタの場合である。）には、１ｍｍ〜３ｍｍの範囲であって、各円弧のパターン幅は、３ｍｍ〜８ｍｍの範囲であり、溝１ａの間隔は、１ｍｍ〜３ｍｍの範囲にある。
Further, a 1/4
As will be described later, the
The thickness of the
筒型ケージヒータ２は、同様にＰＢＮコーティングされたカーボンヒータであって、図２に示すように、円筒の側面に沿って繰り返し折り返された短冊状の一筆書きでヒータパターン４が側面に沿って形成された円筒ヒータである。これは、平板ヒータ１の２つの半円状の円弧３ａが形成する円板の外側にこれらを囲むように配置されている。
ここでは、筒型ケージヒータ２の側面の高さは、平板ヒータ１の厚さより大きい。これにより、筒型ケージヒータ２は、側面方向に距離を稼ぐことができるので、平板ヒータの外周の円形パターンヒータよりも発熱量を大きく採ることが可能になる。
その厚さは、５ｍｍ〜８ｍｍであり、高さは、５０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲にあって、図２に示されるように筒型ケージヒータ２の側面において前後から交互に縦に切り溝２ａが設けられ、１本として形成された給電のライン幅が５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲になっている。
The
Here, the height of the side surface of the
The thickness is 5 mm to 8 mm, the height is in the range of 50 mm to 100 mm, and as shown in FIG. The line width of the power supply formed as one line is in the range of 5 mm to 10 mm.
図２は、図１のＡ−Ａ断面からみた部分斜視図であって、基板加熱装置１０は、Ａ−Ａ断面対してほぼ対称に同様な構造のものが設けられて平面からみて図１に示すような円形の形態になる。
図２に示すように、平板ヒータ１の周囲を筒型ケージヒータ２が取り囲んでいる。平板ヒータ１の外周と筒型ケージヒータ２との間隔Δｄは、２ｍｍ〜５ｍｍの範囲にある。
電極ロッド５ａ，５ｂは、モリブデン製でその頭部にはモリブデン製のナット５ｅ，５ｆが固定され、このナット５ｅ，５ｆとカーボン製の雄ねじ５ｃ，５ｄとを端子パッドパターン３ｇ，３ｈを介して螺合結合することで、平板ヒータ１の端子パッドパターン３ｇ，３ｈが電極ロッド５ａ，５ｂに接続されてかつ平板ヒータ１がこの電極ロッド５ａ，５ｂを介して支持される。これにより、電極ロッド５ａ，５ｂを介して平板ヒータ１が電源に接続され、平板ヒータ１が電力供給を受ける。
なお、電極ロッド５ａ，５ｂは、雄ねじ５ｃ，５ｄ部分を頭として足の長いモリブデン製ボルトとして、このボルトを端子パッドパターン３ｇ，３ｈに通してナット５ｅ，５ｆを螺合させて端子パッドパターン３ｇ，３ｈを挟んで平板ヒータ１に固定されてもよい。
2 is a partial perspective view seen from the AA cross section of FIG. 1, and the
As shown in FIG. 2, a
The
The
図３Ａ（ａ）は、図１のＡ−Ａ断面からみた基板加熱装置のヒータ組立状態の部分斜視図である。この図３Ａ（ａ）に示すように、電極ロッド５ａ，５ｂは、接続端子部材５ｇ，５ｈに接続されている。
接続端子部材５ｇ，５ｈは、カーボン製の逆さ有底円筒部材であって、断面円形の嵌合孔５ｉ，５ｊ（図３Ａ（ｂ）参照）が設けられている。なお、嵌合孔５ｉは、接続端子部材５ｇが接続端子部材６ｄの陰となっているので図面では見えていない。接続端子部材を電極支柱側に設けた図３Ｂではその孔が見えている。
有底の頭部には雌ねじが切られていて、これに皿雄ねじ５ｋ，５Lがブラケット５ｎ，５ｍを介して螺合結合することでブラケット５ｍ，５ｎの一方の端部が接続端子部材５ｇ，５ｈに固定される。
ブラケット５ｍ，５ｎの他方の端部は、電極ロッド５ａ，５ｂの足部分にナット結合により狭持されて固定されている。この電極ロッド５ａ，５ｂの足部分にはナットが結合するようにねじ切りがされている。これにより、接続端子部材５ｇ，５ｈは、電極ロッド５ａ，５ｂを介してヒータパターン３の両端部に接続されている。
その結果、２つの接続端子部材５ｇ，５ｈは、平板ヒータ１の直径線Ｄ（図１参照）に直角な直径線の方向において所定間隔ｄ1だけ離れて平板ヒータ１から垂れ下がって嵌合孔５ｉ，５ｊが下向きになるようにそれぞれ配置される。
FIG. 3A (a) is a partial perspective view of the heater assembly state of the substrate heating apparatus as viewed from the AA cross section of FIG. As shown in FIG. 3A (a), the
The
The bottomed head is internally threaded, and countersunk
The other ends of the
As a result, the two
接続端子部材５ｇ，５ｈの下に位置する電極支柱５ｏ，５ｐは、丸棒のロッドであって、電極支柱５ｏ，５ｐの足部分は、支持円板５ｑに固定された絶縁部材のＴ字プレート５ｒのＴ字の胴部分に設けられたスリーブを介して嵌合固定され、それにより所定間隔ｄ1を置いて垂直に起立している。そして、嵌合孔５ｉ，５ｊに電極支柱５ｏ，５ｐの頭部がそれぞれ嵌合している。なお、平板ヒータ１への電力の供給は、２つの電極支柱５ｏ，５ｐを介して行われる。
ここでは、嵌合孔５ｉ，５ｊの孔径が電極支柱５ｏ，５ｐの外径より少し大きく、これらの間の径の差は、電極支柱５ｏ，５ｐが加熱温度４００°Ｃ〜１７００°Ｃの範囲での熱膨張により膨張して嵌合孔５ｉ，５ｊに密着する範囲に選択されている。その径の差は、例えば、１０μｍ〜３０μｍ程度である。
The
Here, the hole diameters of the
図２に戻り、筒型ケージヒータ２は、両端部２ｃ，２ｄがカーボン製の皿雄ねじ２ｅ、２ｆを介して給電バー６ａ，６ｂに接続され、給電バー６ａ，６ｂを介して電源に接続され、電力供給を受ける。なお、筒型ケージヒータ２の給電バー６ａ，６ｂとの接続面は、ＰＢＮコーティングされていない。
図２〜図４に示すように、給電バー６ａ，６ｂは、モリブデン製のクランクバーであって、クランク状に立ち上がった先端部を有し、この先端部は、筒型ケージヒータ２の内壁との接触を確保するために、内壁と同じ曲率も持つ弧として接触面が形成され、この弧の部分に雌ねじが切られている。そこで、これに皿雄ねじ２ｅ、２ｆが筒型ケージヒータ２を介して雌ねじに螺合することで筒型ケージヒータ２の両端部２ｃ，２ｄの内壁面と給電バー６ａ，６ｂとの接触面が接触してこれらが接続され、接触面積が大きく確保される。
Returning to FIG. 2, both ends 2c and 2d of the
As shown in FIGS. 2 to 4, the power supply bars 6 a and 6 b are molybdenum crank bars and have a tip portion that rises in a crank shape, and this tip portion is connected to the inner wall of the
給電バー６ａ，６ｂの後端部は、接続端子部材６ｃ，６ｄに接続されている。接続端子部材６ｃ，６ｄは、カーボン製の逆さ有底円筒部材であって、接続端子部材５ｇ，５ｈと同様な接続端子部材である。
これらには、嵌合孔６ｅ，６ｆ（図３Ａ（ｂ）参照）が設けられ、有底の頭部に雌ねじが切られている。そこで、これに給電バー６ａ，６ｂの後端部が皿雄ねじ６ｇ，６ｈを介して雌ねじに螺合することで給電バー６ａ，６ｂの後端部が接続端子部材６ｃ，６ｄに固定されている。
その結果、接続端子部材６ｃ，６ｄは、平板ヒータ１の直径線Ｄに沿って所定間隔ｄ2だけ離れて配置され、それぞれに給電バー６ａ，６ｂに結合され、これらを介してヒータパターン４の両端部に接続されている。
The rear ends of the power feeding bars 6a and 6b are connected to the
These are provided with
As a result, the
一方、電極支柱６ｉ，６ｊは、電極支柱５ｏ，５ｐと同様な丸棒のロッドであって、絶縁部材のＴ字プレート５ｒのＴ字の頭部分に所定間隔ｄ2を置いて垂直に起立して足部がＴ字の頭部分に設けられたスリーブを介して嵌合固定され、それにより所定間隔ｄ2を置いて垂直に起立している。そして、嵌合孔６ｅ，６ｆに電極支柱６ｉ，６ｊの頭部がそれぞれ嵌合している。
ここで、嵌合孔６ｅ，６ｆの孔径は、電極支柱６ｉ，６ｊの外径より少し大きく、これらの間の径の差は、前記したように電極支柱６ｉ，６ｊが加熱温度４００°Ｃ〜１７００°Ｃによる熱膨張で膨張して嵌合孔６ｅ，６ｆに密着する範囲にあって、その径の差は、例えば、１０μｍ〜３０μｍ程度である。
なお、筒型ケージヒータ２への電力の供給は、２つの電極支柱６ｉ，６ｊを介して行われる。
On the other hand, the
Here, the hole diameters of the
Note that power is supplied to the
このように、嵌合孔５ｉ，５ｊの孔径と電極支柱５ｏ，５ｐ、そして嵌合孔６ｅ，６ｆの孔径と電極支柱６ｉ，６ｊとに差があることで、基板加熱装置１０は、加熱状態にないときには接続端子部材５ｇ，５ｈと接続端子部材６ｃ，６ｄとを介して平板ヒータ１と筒型ケージヒータ２とがそれぞれに電極支柱５ｏ，５ｐと電極支柱６ｉ，６ｊとが容易に着脱することが可能になる。しかも、ここでは、接続端子部材５ｇ，５ｈと接続端子部材６ｃ，６ｄとはカーボン製であり、電極支柱５ｏ，５ｐと電極支柱６ｉ，６ｊとはモリブデン製であるので、これらの間で融着も発生しない。
図３Ａ（ｂ）は、平板ヒータ１と筒型ケージヒータ２とを同時に取外した状態を示している。
Thus, there is a difference between the hole diameters of the
FIG. 3A (b) shows a state in which the
また、前記したように平板ヒータ１が電極ロッド５ａ，５ｂと接続され、そして筒型ケージヒータ２の両端部２ｃ，２ｄが給電バー６ａ，６ｂと接続される。これらもそれぞれにモリブデン製のねじとカーボン製のねじとの結合接続となるので、同様にこれらの間でも融着が防止されて取付け、取外しがし易くなる。
その他の取外しが必要な接続個所もここではそれぞれにモリブデン製のねじとカーボン製のねじとが結合接続されることになる。このことにより、金属同士の結合とせずに、金属とカーボンとの結合とされるので、高温状態における金属同士の融着がなくなり、これらの間での癒着が防止されて他の個所でもそれぞれに取付け、取外しがし易くなる。
ところで、この実施例では、電極ロッド５ａ，５ｂ側に接続端子部材５ｇ，５ｈをブラケット５ｎ，５ｍを介して設けているが、逆にブラケット５ｎ，５ｍを電極支柱５ｏ，５ｐ側に設けて接続端子部材５ｇ，５ｈを嵌合孔５ｉ，５ｊを上にして電極支柱５ｏ，５ｐ側に設けることができる。
図３Ｂは、その実施例であって、接続端子部材を電極支柱側に設けた図３Ａ（ｂ）に対応するヒータ部分取外状態の部分斜視図である。図３Ｂでは、電極ロッド５ａ，５ｂを嵌合孔５ｉ，５ｊに上から嵌合して着脱可能に平板ヒータ１を支持することになる。
各実施例で示すように、この発明では、接続端子部材５ｇ，５ｈと接続端子部材６ｃ，６ｄ、そして電極支柱５ｏ，５ｐと電極支柱６ｉ，６ｊも平板ヒータ１あるいは筒型ケージヒータ２の外形より内側の空間に配置できるので基板加熱装置１０の小型化ができる。
Further, as described above, the
Here, other connection points that need to be removed are each connected to a molybdenum screw and a carbon screw. As a result, since the metal and carbon are not bonded to each other, there is no fusion between the metals in a high temperature state, and adhesion between these is prevented, and each other part is also prevented. Easy to install and remove.
In this embodiment, the
FIG. 3B is a partial perspective view of the embodiment, showing a heater partial removal state corresponding to FIG. 3A (b) in which the connection terminal member is provided on the electrode column side. In FIG. 3B, the
As shown in each embodiment, in the present invention, the
図４は、結晶成長装置に組込まれた状態の結晶成長装置の部分縦断面図であって、この図４に示すように、筒型ケージヒータ２の下部２ｇは、円筒状の支持部材７の頭部７ａに設けられたＵ字型の円形溝７ａに嵌合することでこれにより支持されている。
支持部材７は、ＢＮ（ボロンナイトライド）製であり、基板加熱装置１０は全体で円筒体９ａを構成していて、円筒体９ａの中心部には、Ｎ2等のパージガスが導入されるノズル１５が設けられている。
また、先の電極ロッド５ａ，５ｂと給電バー６ａ，６ｂもこの円筒体９ａの内部に配置されることで給電部が外側となることなく、全体が小型化されている。
支持部材７をＢＮ製としているので、これが絶縁性部材となり、かつ熱伝導率も低く、筒型ケージヒータ２は支持部材７から絶縁状態で支持される。
支持円板５ｑは、円筒体９ａの底部に配置され、結晶成長装置２０のフレームあるいは固定ベースに固定される。
FIG. 4 is a partial longitudinal sectional view of the crystal growth apparatus in a state incorporated in the crystal growth apparatus. As shown in FIG. 4, the
The
Further, the
Since the
The
図４に示すように、基板加熱装置１０は、均熱板を介すことなくサセプタ８の背面に２ｍｍ〜５ｍｍ程度の間隔を置いてその平板ヒータ１と筒型ケージヒータ２とが配置され、サセプタ８を直接加熱する。
しかも、筒型ケージヒータ２の頭部は、平板ヒータ１の外周表面側からの抜熱を補うために平板ヒータ１の表面より１ｍｍ程度突出して配置される。これにより、平板ヒータ１の表面側からの抜熱を補うことができる。
円板状のサセプタ８は、垂直方向後ろ側に延びたフランジ８ａを有し、全体がキャップ状をしている。その厚さは、１ｍｍ〜５ｍｍである。サセプタ８には、これより外径が少し小さい円板状のサファイア基板、シリコンカーバイト基板などの基板１１が載置され、この基板１１の上部から原料ガス１２が供給されて基板１１に対して結晶成長が行われる。
As shown in FIG. 4, the
In addition, the head of the
The disc-shaped
フランジ８ａの後端部は、円筒状のカーボンヒータカバー９ｃに結合してこれによりサセプタ８が支持されることで全体で底部を除いて内部が密閉状態となる円筒体９ｂが形成されている。
この円筒体９ｂが支持部材７と基板加熱装置１０とからなる内側の円筒体９ａをカバーし、これら円筒体９ａ，９ｂの間の空間には、パージガスを供給する空間が設けられている。
円筒体９ｂは、これの外側に設けられた円筒の石英の反応管１３に内蔵され、上部から原料ガス１２がサセプタ８に載置された基板１１にダウンフローとして供給される。さらに、反応管１３の周囲には、所定の間隔を置いて断熱材層１４が設けられている。なお、原料ガス１２は横方向から供給されてもよい。
ところで、平板ヒータ１あるいは筒型ケージヒータ２を交換する場合には、例えば、外側にある反応管１３を取外し、円筒状のカーボンヒータカバー９ｃの上にフランジ８ａで結合しているサセプタ８を取外して筒型ケージヒータ２を外すことになる。筒型ケージヒータ２は、円筒状の支持部材７の頭部７ａに設けられたＵ字型の円形溝７ａに嵌合して支持されているので容易にこれを取外すことができる。筒型ケージヒータ２を外すと、平板ヒータ１も接続端子部材５ｇ，５ｈを介して電極支柱５ｏ，５ｐ等に嵌合しているので、容易に取外すことができる。
また、反応管１３を取外すことなく、円筒状のカーボンヒータカバー９ｃとサセプタ８の円筒から平板ヒータ１と筒型ケージヒータ２を支持している支持円板５ｑを引抜いてこれらのヒータを結晶成長装置から取出すうようにすることも可能である。
The rear end portion of the
The
The
By the way, when exchanging the
Further, without removing the
図５は、筒型ケージヒータによる加熱効果についての説明図である。
図５（ａ），（ｂ）は、５インチ基板を載置する基板加熱装置１０における厚さ５ｍｍのサセプタ８における温度分布についての説明図である。
測定された温度特性は、平板ヒータ１と筒型ケージヒータ２との距離を平板ヒータ１の外周の側面から５ｍｍ以下に設定してサセプタ８を表面に熱電対を多数埋め込んだ温度測定用のサセプタに置換えてサセプタの表面とその周辺との温度分布を測定した結果である。
円板状の平板ヒータ１を１２００°Ｃ以上の所定の温度になるように加熱すると、細線で示すような砲弾状の温度分布１６が得られる。
これに対して筒型ケージヒータ２だけを同様に加熱すると、細線で示すようなドーナッツ状で山形の温度分布１７が得られる。
そこで、これら両者の加熱の和が平均化するように平板ヒータ１と筒型ケージヒータ２との距離を５ｍｍ以下に選択して筒型ケージヒータ２の加熱電力を調整して、これらを同時に加熱すると太点線１８で示すような均一性の高い温度特性を５インチの基板の範囲全域で得ることができる。
FIG. 5 is an explanatory diagram of the heating effect of the cylindrical cage heater.
FIGS. 5A and 5B are explanatory diagrams of temperature distribution in the
The measured temperature characteristic is that the distance between the
When the disk-shaped
On the other hand, when only the
Therefore, if the distance between the
これに対して図５（ｂ）に示すように、平板ヒータ１と筒型ケージヒータ２との距離を５ｍｍより大きく採ると、筒型ケージヒータ２に対応した部分の山型温度分布と砲弾型温度分布との距離が離れていき、太点線１８の特性は、均一性がくずれてきて、周辺部の温度が高くなって平板ヒータ１の周辺部に落ち込み１９が発生する。これにより均一性が採れない温度分布に変化していく。
そこで、実施例の５インチ基板の条件では、平板ヒータ１と筒型ケージヒータ２との距離を５ｍｍ以下としたときに筒型ケージヒータ２の加熱を調整することで、均一性を確保できる図５（ａ）に示すような太点線１８を得ることができる。
On the other hand, as shown in FIG. 5B, when the distance between the
Therefore, under the conditions of the 5-inch substrate of the embodiment, uniformity can be ensured by adjusting the heating of the
以上説明してきたが、実施例では、電極ロッドと接続端子部材との間を嵌合孔を介して嵌合して着脱可能にしているが、この発明は、電極ロッドと接続端子部材との間を嵌合溝を介して着脱可能に結合してもよい。
また、実施例では、電極支柱と接続端子部材については、丸棒と円筒との関係で断面円形の嵌合孔としているが、電極支柱と接続端子部材のそれぞれの形状は断面矩形や三角形のものであってもよく、嵌合孔あるいは嵌合溝もそれに応じた形状のものであってもよい。
さらに、実施例では平板ヒータも筒型ケージヒータもそれぞれ独立に着脱可能になっているが、この発明ではいずれか一方のヒータだけ着脱可能できるようにして他方は従来の接続状態のものであってもよい。一方のヒータだけであっても、基板加熱装置の小型化ができ、基板加熱装置のヒータ交換が容易となるからである。
また、実施例では、平板ヒータに電極ロッドを介して接続端子部材を取付けているが、この発明は、平板ヒータに直接接続端子部材を取付けるようにしてもよい。
さらに、実施例の各ヒータパターンは、カーボンがＰＢＮコーティングされているものであるが、各ヒータパターンのカーボンは、ＰＢＮコーティングされていなくてもよい。
実施例の平板ヒータのヒータパターンは一例であって、実施例のものに限定されるものではない。例えば、同心円上のものを一筆書き結合してもよい。また、渦巻き状にしてもよい。もちろん、前記したように、ヒータパターンを内周と外周でそれぞれに分割して給電できるようなパターンとしてもよい。さらに、同心円状の多数のヒータパターンを独立に設けて、各同心円のヒータを個々に加熱して独立に発熱量をコントロールしてもよい。
さらに、実施例では５インチ基板についてのサセプタを中心に説明しているが、この発明は、２インチ以下の基板に対応する径のサセプタに適用されてもよし、５インチ以上基板を載置する径のサセプタに適用されてもよい。さらに温度は、１２００°Ｃ以下の４００°程度の高温であってもよいことはもちろんである。
ところで、この明細書および特許請求の範囲におけるサセプタの背面とは、サセプタの後ろ側だけではなく、サセプタの裏面も含む概念である。
なぜなら、実施例における平板ヒータ１と筒型ケージヒータ２は、ＰＢＮコーティングされたカーボン製であので、絶縁性を持つ。したがって、サセプタがＢＮ製，ＳＵＳ製等の金属製であってもこれの裏面に直接接触させることが可能であるからである。なお、この場合、端子パッドパターン３ｇ，３ｈを電極ロッド５ａ，５ｂに固定するカーボン製のねじ５ｃ，５ｄの頭部は、ＰＢＮでコーティングするとよい。
As described above, in the embodiment, the electrode rod and the connection terminal member are fitted and detachable through the fitting holes. However, the present invention provides a connection between the electrode rod and the connection terminal member. May be detachably coupled via a fitting groove.
In addition, in the embodiment, the electrode strut and the connection terminal member have a circular cross-sectional fitting hole due to the relationship between the round bar and the cylinder, but each of the electrode strut and the connection terminal member has a rectangular cross section or a triangular shape. The fitting hole or the fitting groove may have a shape corresponding thereto.
Further, in the embodiment, the flat plate heater and the cylindrical cage heater can be attached and detached independently, but in the present invention, only one of the heaters can be attached and detached, and the other can be in a conventional connection state. Good. This is because even if only one heater is used, the substrate heating apparatus can be downsized and the heater of the substrate heating apparatus can be easily replaced.
In the embodiment, the connection terminal member is attached to the flat plate heater via the electrode rod. However, in the present invention, the connection terminal member may be directly attached to the flat plate heater.
Furthermore, although each heater pattern of an Example is what carbon is PBN coated, the carbon of each heater pattern does not need to be PBN coated.
The heater pattern of the flat plate heater of the embodiment is an example, and is not limited to the embodiment. For example, concentric circles may be combined with a single stroke. Moreover, you may make it spiral. Of course, as described above, the heater pattern may be divided into an inner periphery and an outer periphery so that power can be supplied. Further, a large number of concentric heater patterns may be provided independently, and each concentric heater may be individually heated to control the amount of heat generated independently.
Furthermore, although the embodiments have been described mainly with respect to a susceptor for a 5-inch substrate, the present invention may be applied to a susceptor having a diameter corresponding to a substrate of 2 inches or less, and a substrate of 5 inches or more is placed. It may be applied to a diameter susceptor. Furthermore, the temperature may of course be as high as about 400 °, which is 1200 ° C. or less.
By the way, the back surface of the susceptor in this specification and claims is a concept including not only the back side of the susceptor but also the back surface of the susceptor.
This is because the
１…平板ヒータ１ａ…、溝、２…筒型ケージヒータ、
２ｅ、２ｆ…皿雄ねじ、３，４…ヒータパターン、
３ａ〜３ｆ…円弧パターン、３ｇ，３ｈ…端子パッドパターン、
４ａ〜４ｆ…、５ａ，５ｂ…電極ロッド、
５ｃ，５ｄ…カーボン製の雄ねじ、５ｅ，５ｆ…ナット、
５ｇ，５ｈ，６ｃ，６ｄ…接続端子部材、
５ｉ，５ｊ，６ｅ，６ｆ…嵌合孔、５ｏ，５ｐ，６ｉ，６ｊ…電極支柱
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｅ…給電バー、
７…支持部材、８…サセプタ、９ａ，９ｂ…円筒体、
１０…基板加熱装置、１１…基板、１２…原料ガス、
１３…反応管、１４…断熱材層、１５…ノズル、
２０…結晶成長装置。
DESCRIPTION OF
2e, 2f ... countersunk male screw, 3, 4 ... heater pattern,
3a to 3f ... arc pattern, 3g, 3h ... terminal pad pattern,
4a to 4f, 5a, 5b, electrode rods,
5c, 5d: male male screw, 5e, 5f: nut,
5g, 5h, 6c, 6d ... connection terminal member,
5i, 5j, 6e, 6f ... fitting hole, 5o, 5p, 6i, 6j ...
7 ... support member, 8 ... susceptor, 9a, 9b ... cylindrical body,
10 ... Substrate heating device, 11 ... Substrate, 12 ... Raw material gas,
13 ... reaction tube, 14 ... heat insulating material layer, 15 ... nozzle,
20: Crystal growth apparatus.
Claims (15)
前記ヒータは、第１のヒータパターンを有し、
前記第１のヒータパターンの両端部に接続され前記ヒータに固定された下向きの嵌合孔あるいは嵌合溝を有する複数の接続端子部材と、
足部が支持部材に起立して固定され前記嵌合孔あるいは嵌合溝に嵌合する頭部を有する複数の電極支柱とを備え、
前記複数の電極支柱は、前記ヒータの外形より内側の空間に配置され、
各前記電極支柱の頭部が各前記接続端子部材の前記嵌合孔あるいは嵌合溝に嵌合することで着脱可能に前記ヒータが前記複数の電極支柱に接続され、前記複数の電極支柱の少なくとも２本を介して前記ヒータに電力が供給される基板加熱装置。 In the substrate heating apparatus that heats the substrate placed on the susceptor via the susceptor by a heater provided on the back surface of the susceptor,
The heater has a first heater pattern;
A plurality of connection terminal members having downward fitting holes or fitting grooves connected to both ends of the first heater pattern and fixed to the heater;
A plurality of electrode struts having a head portion standing on a support member and fixed to the fitting hole or the fitting groove;
The plurality of electrode columns are arranged in a space inside the outer shape of the heater,
The heaters are detachably connected to the plurality of electrode columns by fitting the heads of the electrode columns to the fitting holes or the fitting grooves of the connection terminal members, and at least of the plurality of electrode columns. A substrate heating apparatus in which electric power is supplied to the heater through two wires.
前記ヒータは、第１のヒータパターンを有し、
前記第１のヒータパターンの両端部に接続され前記ヒータに固定された下向きの複数本の電極ロッドと、
上向きの嵌合孔あるいは嵌合溝を有し複数の支持部材にそれぞれ起立して固定された複数の接続端子部材とを備え、
前記複数の接続端子部材は、前記ヒータの外形より内側の空間に配置され、
各前記電極ロッドが各前記接続端子部材の前記嵌合孔あるいは嵌合溝に嵌合することで着脱可能に前記ヒータが前記接続端子部材に接続され、前記複数の接続端子部材の少なくとも２つを介して前記ヒータに電力が供給される基板加熱装置。 In the substrate heating apparatus that heats the substrate placed on the susceptor via the susceptor by a heater provided on the back surface of the susceptor,
The heater has a first heater pattern;
A plurality of downward electrode rods connected to both ends of the first heater pattern and fixed to the heater;
A plurality of connection terminal members each having an upward fitting hole or fitting groove and fixed to a plurality of supporting members,
The plurality of connection terminal members are arranged in a space inside the outer shape of the heater,
The heaters are detachably connected to the connection terminal members by fitting the electrode rods into the fitting holes or fitting grooves of the connection terminal members, and at least two of the plurality of connection terminal members are connected. A substrate heating apparatus in which electric power is supplied to the heater via the substrate.
前記平板ヒータは円板状のものであり、
前記無底箱型ヒータは、円筒の側面に沿って繰り返し折り返された短冊状の一筆書きで１本の第２のヒータパターンが形成された円筒ヒータである請求項９記載の基板加熱装置。 The plurality of electrode rods and the electrode column are each made of molybdenum round bars, and the plurality of connection terminal members are made of carbon,
The flat plate heater is disk-shaped,
The substrate heating apparatus according to claim 9, wherein the bottomless box heater is a cylindrical heater in which one second heater pattern is formed by a strip-like one-stroke drawing that is repeatedly folded along a side surface of the cylinder.
各前記電極支柱の頭部を各前記接続端子部材の前記嵌合孔に嵌合することで着脱可能に前記平板ヒータと前記円筒ヒータとが前記複数の電極支柱でそれぞれに支持され、前記複数の電極支柱の少なくとも２本を介して前記平板ヒータに電力が供給され、少なくとも他の２本を介して前記円筒ヒータに電力が供給される請求項１０記載の基板加熱装置。 Further, each of the second heater patterns has a plurality of electrode bars connected to both ends of the second heater pattern and extending inside the cylinder, and at least two of the plurality of connection terminal members are connected to the electrode bar. Hanging down so as to be parallel to the plurality of connection terminal members fixed and coupled to the plurality of electrode rods, respectively.
The flat plate heater and the cylindrical heater are respectively supported by the plurality of electrode columns so as to be detachable by fitting the heads of the electrode columns to the fitting holes of the connection terminal members. The substrate heating apparatus according to claim 10, wherein electric power is supplied to the flat plate heater through at least two electrode columns, and electric power is supplied to the cylindrical heater through at least two other electrode columns.
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