JP2013004593A - 基板支持装置及び気相成長装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の表面温度のバラツキを抑え、基板上に品質の安定した化合物半導体結晶を成膜するための基板支持装置及び気相成長装置を提供する。
【解決手段】基板支持装置１００は、サセプタ１０１と、サセプタ１０１上に配置され基板１０５の一部を支持するスペーサ１０３と、サセプタ１０１及びスペーサ１０３上に配置され、基板１０５を収容する貫通孔１０４を備えるサセプタカバー１０２と、を有し、サセプタカバー１０２は、貫通孔１０４の所定位置に、スペーサ１０３を位置決めする位置決め部１０６を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板支持装置に関し、特に基板に化合物半導体を成膜する気相成長装置に用いられる基板支持装置に関する。

発光ダイオード素子、レーザダイオード素子等の半導体発光素子は、高密度光ディスクやフルカラーディスプレイ、さらには環境・医療分野等、広く応用が考えられている。半導体発光素子の製造方法として化学気相成長法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が一般的に用いられる。この化学気相成長法を用いて、気相成長装置は、反応ガスを反応室内の加熱された基板上で気相成長させることにより、化合物半導体結晶の薄膜を生成する。このような気相成長装置は、化合物半導体結晶の薄膜の品質を向上させながら、生産コストを抑えて、歩留りと生産能力とをどのように最大限確保するかということが常に高く要求されている。

化合物半導体結晶の成膜は、加熱した基板上に反応ガスを供給して行われる。このとき、化合物半導体結晶は該基板を支持するサセプタ上にも生成されるため、基板への成膜が終了するたびにサセプタに生成された化合物半導体結晶を除去する必要がある。サセプタ上の化合物半導体結晶の除去を行っている間は、気相成長装置を用いることができず、新たな基板上へ化合物半導体結晶を成膜することができないため生産性が低下する。また、化合物半導体結晶が生成されたサセプタを新しいサセプタと交換する場合、サセプタ間の個体差により基板に成膜される化合物半導体結晶にバラツキが生じ、歩留りが低下する。

図１４は、特許文献１に開示された基板支持装置を説明するための説明図である。特許文献１には、サセプタ（特許文献１のウエハ支持具）６３と、サセプタ６３上に配置されるサセプタカバー（特許文献１のウエハガイド）１７及びスペーサ６５を備える技術が開示されている。基板１９（特許文献１のウエハ）はスペーサ６５に支持され、サセプタカバー１７の貫通孔（特許文献１の開口）１７ｂに受け入れられる。サセプタ６３をサセプタカバー１７で覆うことで、サセプタ６３の上に化合物半導体結晶が生成されることを防いでいる。サセプタカバー１７に化合物半導体結晶が生成されるが、サセプタカバーのみ交換し洗浄することができるため、生産性や歩留りの低下を防ぐことができる。

特開２００６−１７３５６０号公報

図１５は、従来技術の課題を説明するための説明図であり、図１４に示したＩＶ−ＩＶ´線に沿った断面を表している。ヒータ（図示せず）によって加熱された基板１９上へ化合物半導体結晶の薄膜を生成するとき、化合物半導体結晶の格子定数が基板１９よりも小さいと、基板１９と化合物半導体結晶の熱膨張差によって基板１９は下向きに凸状に反る。このとき、特許文献１のようにスペーサ６５によって基板１９の下面全面を支持していると、基板１９とスペーサ６５の接触度合いが変化してしまう。即ち、基板１９が反ると、基板１９の中心部はスペーサ６５に接触するが、基板１９の外周部はスペーサ６５に接しないことから、基板１９の中心部と外周部で基板温度が異なることになる。このように基板１９の中心部と外周部で温度分布に差が発生すると、中心部の局所加熱によって基板割れが発生する恐れが有り、基板割れが発生しない場合でも、温度分布に差が発生した状態で化合物半導体結晶を成長させると成長中の条件が相違することになるため化合物半導体結晶の結晶性や厚さが不均一となり、品質が低下する問題が生じる。半導体発光素子を形成する場合は、基板１９の中心部に形成される半導体発光素子と基板１９の外周部に形成される半導体発光素子で発光波長や発光強度にバラツキが生じてしまう。

図１６は、基板支持装置の改良案を説明するための説明図である。サセプタカバー１８の貫通孔１８ａに支持部１８ｂを設け、基板１９の下面全面を支持するのではなく、基板１９の一部を支持して基板１９とサセプタ６３の間に間隙を設ける構造とする。基板１９とサセプタ６３の間の間隙によって、基板１９が下向きに凸状に反っても基板１９の中央部がサセプタ６３と接触しないようする。基板１９と支持部１８ｂの接触面積を小さくすることで、接触部分からの熱の伝達を抑制し、サセプタ６３からの放射熱によって基板１９を加熱することで、基板１９を接触度合いによらずに均一に加熱することができる。

図１７は、図１６に示した基板支持装置の改良案の課題を説明するための説明図である。化合物半導体結晶を成膜するとき、化合物半導体結晶はサセプタカバー１８にも生成されるため、サセプタカバー１８と化合物半導体結晶の熱膨張差によってサセプタカバー１８に反りが発生する。サセプタカバー１８の反りによって、支持部１８ｂによる基板１９を支持する高さが変わるため、サセプタ６３と基板１９の距離が変わり、サセプタ６３からの放射熱で加熱される基板１９の表面温度にバラツキが生じる。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、基板の表面温度のバラツキを抑制して、基板上に品質の安定した化合物半導体結晶を成膜できる基板支持装置、及び気相成長装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の基板支持装置は、基板を支持する基板支持装置であって、サセプタと、前記サセプタ上に配置され前記基板の一部を支持するスペーサと、前記サセプタ及び前記スペーサ上に配置され、前記基板を収容する貫通孔を備えるサセプタカバーと、を有し、前記サセプタカバーは、前記貫通孔の所定位置に、前記スペーサを位置決めする位置決め部を備えることを特徴としている。

前記位置決め部は、前記スペーサの一部を覆い前記スペーサの少なくとも１方向への移動を制限することが好ましい。

前記サセプタカバーは、複数の前記位置決め部を備え、複数の前記スペーサを位置決めすることが好ましい。

前記サセプタカバーは、前記貫通孔に内接する正多角形の頂点に位置するように複数の前記位置決め部を備えることが好ましい。

前記サセプタカバーは、複数の前記貫通孔を備え、複数の前記貫通孔は、同心円周上に前記位置決め部を備えることが好ましい。

前記スペーサは、前記基板と前記サセプタの間に間隙を設けるための孔を備えることが好ましい。

また、本発明の基板支持装置は、基板を支持する基板支持装置であって、サセプタと、前記サセプタ上に配置され前記基板の一部を支持する複数のスペーサと、前記サセプタ上に配置され前記基板を収容する貫通孔を備えるサセプタカバーと、前記サセプタ上に配置され前記貫通孔に収容される固定部材と、を有し、前記固定部材は、所定位置に複数の前記スペーサを位置決めする位置決め部を備えることを特徴としている。

前記位置決め部は、前記スペーサの一部を囲み前記スペーサの水平方向への移動を制限することが好ましい。

前記固定部材は、前記貫通孔の同心円に内接する正多角形の頂点に位置するように複数の前記位置決め部を備えることが好ましい。

前記固定部材は、切り欠きを備えることが好ましい。

前記サセプタカバーは、前記固定部材を位置決めすることが好ましい。

前記サセプタカバーは、複数の前記貫通孔を備え、複数の前記スペーサが同心円周上に位置するように、複数の前記貫通孔に収容される前記固定部材を位置決めすることが好ましい。

上記構成によれば、スペーサによって基板の一部を支持し基板とサセプタの間に間隙を設けることで、基板に反りが発生しても基板とスペーサの接触度合いが一定の条件で基板を支持することができる。また、サセプタ、サセプタカバー、及びスペーサをそれぞれ別体で構成しているため、サセプタカバーに反りが発生したとしても、スペーサによって基板の高さを一定の条件で基板を支持することができる。さらに、スペーサは位置決めされるため、処理の終えた基板を次の基板と交換したときにも毎回同じ条件で基板を支持することができる。

本発明によれば、位置決めされるスペーサにより基板を一定の条件で支持し、基板の表面温度のバラツキを抑えることで、基板上に品質の安定した化合物半導体結晶を成膜するための基板支持装置及び気相成長装置を提供することができる。

実施例１の基板支持装置の斜視図である。 図１のＩ−Ｏ_１−Ｉ´線に沿った断面図である。 実施例１の位置決め部を説明するための説明図である。図３（Ａ）はサセプタカバーとスペーサの断面の説明図であり、図３（Ｂ）はサセプタカバーとスペーサの底面の説明図である。 実施例１のサセプタカバーに反りが発生した場合を説明するための説明図である。 実施例１のスペーサの別の例を説明するための説明図である。 実施例２の基板支持装置の斜視図である。 図６のＩＩ−ＩＩ´線に沿った断面図である。 実施例２の位置決め部を説明するための説明図である。 実施例３の基板支持装置の斜視図である。 実施例３のスペーサ及び固定部材を説明するための説明図である。 図９のＩＩＩ−ＩＩＩ´線に沿った断面図である。 実施例４の基板支持装置の平面図である。 本発明の気相成長装置の説明図である。 従来技術の基板支持装置を説明するための説明図である。 従来技術の課題を説明するための説明図である。 従来技術の改良案を説明するための説明図である。 従来技術の改良案の課題を説明するための説明図である。

以下、本発明の実施例１について図１から図５に基づいて説明する。図１は、本実施例の基板支持装置１００の斜視図である。基板支持装置１００は、サセプタ１０１と、サセプタ１０１上に配置されるサセプタカバー１０２及びスペーサ１０３（１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ）を有する。サセプタカバー１０２は、貫通孔１０４を備える。基板１０５は、貫通孔１０４に僅かなクリアランスを持って収容され、スペーサ１０３に支持されて配置される。化合物半導体結晶は基板１０５の上面に生成される。

ここでは３つのスペーサ１０３（１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ）を記載しているが、スペーサ１０３の数に制限はなく、安定して基板１０５を支持することができる場合は２つでもよく、４つ以上でもよい。ただし、スペーサ１０３は、基板１０５との接触面からの熱伝導による基板１０５の部分加熱を抑えるため、非常に小さな形状（例えば、幅１〜３ｍｍ、長さ３〜５ｍｍ、厚み０．１〜０．５ｍｍ）とすることが好ましく、非常に小さな形状のスペーサ１０３で基板１０５を安定して支持するために、スペーサ１０３は３個以上であることが好ましい。また、スペーサ１０３は、基板１０５をムラが無く加熱するため、全て同一の形状とし、中心Ｏ_１から対称的な配置とする。ここで、中心Ｏ_１は、サセプタ１０１の上面と貫通孔１０４の中心軸との交点である。即ち、スペーサ１０３は、中心Ｏ_１を中心とする中心角がそれぞれ等しくなるように配置する。例えば、貫通孔１０４に内接する正多角形の頂点の位置に配置され、ここでは、貫通孔１０４に内接する正三角形の頂点の位置に配置されている。スペーサ１０３は、中心Ｏ_１を対称点とした点対称な位置に配置してもよい。

スペーサ１０３を小さな形状とすると、成膜処理の終えた基板を新しい基板と交換するときスペーサ１０３が移動してしまう場合があるが、スペーサ１０３を再度配置するとき、前回成膜処理を行ったときと異なる位置に配置すると、新しい基板を支持する条件が変わり、成膜時の基板の表面温度が変わってしまう場合がある。そこで本実施例は、基板の交換を行っても毎回同じ条件で基板を支持するために、サセプタカバー１０２によってスペーサ１０３を位置決めする。

図２は、図１のＩ−Ｏ_１−Ｉ´線に沿った基板支持装置１００の断面図である。サセプタカバー１０２は、一部がスペーサ１０３の上にも配置される。即ち、サセプタカバー１０２は、貫通孔１０４の所定位置に、スペーサ１０３（１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ）を位置決めするための位置決め部１０６（１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ（図示せず））を備え、位置決め部１０６はスペーサ１０３の一部を覆う。位置決め部１０６に覆われたスペーサ１０３は、径方向外側（中心Ｏ_１の同心円の半径に沿って中心Ｏ_１から遠ざかる方向）及び周方向（中心Ｏ_１の同心円の円周に沿った方向）への移動を制限される。サセプタカバー１０２は、スペーサ１０３を上述したような位置に配置するために、中心Ｏ_１から対称的な位置に位置決め部１０６を備える。ここでは、貫通孔１０４に内接する正三角形の頂点に位置するように位置決め部１０６を備える。基板１０５は、スペーサ１０３の位置決め部１０６に覆われていない部分に配置される。

スペーサ１０３は、基板１０５の中央部とサセプタ１０１の間に間隙を設けるように基板１０５の外周部を支持する。スペーサ１０３の高さは、基板１０５が下向きに凸状に反っても基板１０５とサセプタ１０１が接触しないような高さとし、例えば基板１０５に最大１５０μｍの反りが発生する場合、スペーサ１０３の高さは２００μｍとする。また、サセプタカバー１０２の高さは、反応ガスの流れを乱さずに成膜できるようにスペーサ１０３に支持された基板１０５の高さに合わせる。

位置決め部１０６とスペーサ１０３は、完全に接触していなくてもよく僅かにクリアランスを有してもよい。スペーサ１０３を配置するときは、サセプタ１０１上にサセプタカバー１０２を配置し、スペーサ１０３を径方向外側へ動かして位置決め部１０６へ挿入する。

図３は、本実施例の位置決め部１０６を説明するための説明図であり、図２の位置決め部１０６ａの周辺部分とスペーサ１０３ａを表している。図３（Ａ）は、サセプタカバー１０２の位置決め部１０６ａの周辺部分及びスペーサ１０３ａの断面を説明するための説明図であり、図３（Ｂ）は、サセプタカバー１０２の位置決め部１０６ａの周辺部分及びスペーサ１０３ａの底面（サセプタ１０１側の面）を説明する説明図である。位置決め部１０６ａは、スペーサ１０３ａの形状に合わせて形成され、位置決め部１０６ａの断面ＡＢＣは、スペーサ１０３ａの断面ＤＥＦに合わせて形成される。即ち、位置決め部１０６ａの奥行き（ＡＢの間隔）は、スペーサ１０３ａの長さ（ＥＤの間隔）よりも小さく形成される。位置決め部１０６ａにスペーサ１０３ａを挿入したとき、スペーサ１０３ａは位置決め部１０６ａの奥（ＢＣ）に当接し径方向外側への移動が制限されるが、一部が位置決め部１０６ａに覆われない状態となり、基板１０５はスペーサ１０３ａの位置決め部１０６ａに覆われていない部分へ配置される。また、位置決め部１０６ａの高さ（ＢＣの間隔）はスペーサ１０３ａの高さ（ＥＦの間隔）よりも僅かに大きくなるように形成される。同様に、位置決め部１０６ａの底面ＧＨＩＪは、スペーサ１０３ａの底面ＫＬＭＮに合わせて形成される。即ち、位置決め部１０６ａの幅（ＨＩ及びＧＪ）はスペーサ１０３ａの幅（ＬＭ及びＫＮ）よりも僅かに大きくなるように形成され、スペーサ１０３ａは位置決め部１０６ａにクリアランスを持って覆われる。スペーサ１０３ｂ、１０３ｃ及び位置決め部１０６ｂ、１０６ｃも同様である。

図４は、サセプタカバー１０２に反りが発生したときの状態を説明するための説明図である。基板１０５に化合物半導体結晶の薄膜を生成するとき、化合物半導体結晶はサセプタカバー１０２にも生成される。例えば、サセプタカバー１０２を石英で構成し、化合物半導体結晶として窒化ガリウムが生成されたとき、サセプタカバー１０２の線膨張係数は０．４×１０^−６／Ｋであり、化合物半導体結晶の線膨張係数は５．６×１０^−６／Ｋである。このようなサセプタカバー１０２と化合物半導体結晶の線膨張係数の差異によりサセプタカバー１０２に反りが発生する。図１７に示したように、基板１０５を支持する支持部がサセプタカバー１０２に一体として構成されている場合、サセプタカバー１０２の反りと共に支持部も浮き上がり基板１０５を支持する高さが変化してしまうため、サセプタ１０１の放射熱によって加熱される基板１０５の表面温度が不均一になる。同様に、スペーサ１０３が位置決め部１０６に固定された構成であっても、サセプタカバー１０２の反りによって基板１０５を支持する高さが変化してしまう。本実施例のスペーサ１０３は、位置決め部１０６に覆われているがサセプタカバー１０２から独立しているため、サセプタカバー１０２に反りが発生しても、基板１０５を支持する高さが変わらず一定であり、基板１０５の表面温度のバラツキを抑制することができる。

スペーサ１０３は、直方体として記載したが、これに限らずどのような形状でもよい。スペーサ１０３の形状に合わせ位置決め部１０６も変更可能であり、スペーサ１０３の位置を定めることができればどのように形状でもよい。また、スペーサ１０３は、径方向内側（中心Ｏ_１の同心円の半径に沿って中心Ｏ_１に近づく方向）へ移動可能であるが、成膜時に基板１０５を支持している状態では、スペーサ１０３はサセプタ１０１又は基板１０５との摩擦により移動しない。スペーサ１０３の径方向内側への移動を、スペーサ１０３と位置決め部１０６の形状によってスペーサ１０３の移動を制限してもよく、例えば図５のような形状にしてもよい。

図５は、スペーサ１０３の別の例を説明するための説明図であり、サセプタカバー１０２とスペーサ１０３の底面を表す。スペーサ１０３ａを三角柱状に形成し、このようなスペーサ１０３ａに合わせて位置決め部１０６ａ（ＰＱＲＳ）を形成したとき、位置決め部１０６ａの奥の部分（ＱＲ）の間隔を位置決め部１０６ａの入り口の部分（ＰＳ）の間隔よりも大きくして、位置決め部１０３ａが支持部材１０３ａの径方向内側への移動を制限してもよい。このような構成の場合にサセプタカバー１０２とスペーサ１０３を設置するときは、サセプタ１０１上にスペーサ１０３を配置した後、スペーサ１０３が位置決め部１０６に挿入されるようにしてサセプタ１０１にサセプタカバー１０２を配置する。

本実施例は、基板１０５の一部を支持して基板１０５とサセプタ１０１との間に間隙を設けることで、基板１０５の反りによって接触度合いが変わることを抑制し、一定の接触度合いで基板１０５を支持することができる。また、サセプタカバー１０２とスペーサ１０３は独立しており、サセプタカバー１０２に反りが発生してもスペーサ１０３の高さは変わらず、基板１０５を一定の高さで支持することができる。以上により、基板１０５の表面温度のバラツキを抑制することができ、品質の安定した化合物半導体結晶の薄膜を成膜することができる。

本実施例は、サセプタカバー１０２がスペーサ１０３を位置決めするため、成膜処理の終えた基板を新しい基板と交換しても、同じ条件で新しい基板を支持することができるため、基板間のバラツキを抑制して成膜することができる。

次に、本発明の実施例２について図６から図８に基づいて説明する。図６は、本実施例の基板支持装置２００の斜視図である。基板支持装置２００は、サセプタ２０１と、サセプタ２０１上に配置されるサセプタカバー２０２及びスペーサ２０３を有する。サセプタカバー２０２は、貫通孔２０４を備えスペーサ２０３を収容する。スペーサ２０３は、貫通孔２０４と同心円状に孔を有し、基板２０５の外周部を支持して基板２０５の中央部とサセプタ２０１の間に間隙を設ける。基板２０５は、僅かなクリアランスを持って貫通孔２０４に収容されスペーサ２０３に支持されて配置される。ここで、中心Ｏ_２は、サセプタ２０１の上面と貫通孔２０４の中心軸との交点である。

図７は、図６のＩＩ−ＩＩ´線に沿った基板支持装置２００の断面図である。サセプタカバー２０２は、一部がスペーサ２０３の上にも配置される。即ち、サセプタカバー２０２は、貫通孔２０４の所定位置に位置決め部２０６を備え、位置決め部２０６はスペーサ２０３の一部を覆い、スペーサ２０３の水平方向の移動を制限する。位置決め部２０６とスペーサ２０３は、完全に接触していなくてもよく僅かにクリアランスを有してもよい。基板２０５は、スペーサ２０３の位置決め部２０６に覆われていない部分へ配置される。実施例１と同様に、スペーサ２０３の高さは、基板２０５が下向きに凸状に反っても基板２０５とサセプタ２０１が接触しないような高さとし、サセプタカバー２０２の高さは、反応ガスの流れを乱さないようにスペーサ２０３に支持された基板２０５の高さに合わせる。

図８は、本実施例の位置決め部２０６を説明するための説明図であり、サセプタカバー２０２とスペーサ２０３をサセプタ１０１側から見た斜視図で表している。位置決め部２０６は、サセプタカバー２０２の貫通孔２０４に段差状に形成される。スペーサ２０３は、外周部を位置決め部２０６に覆われ、内側の部分で基板２０５を支持する。サセプタ２０１上にサセプタカバー２０２及びスペーサ２０３を配置するときは、サセプタ２０１上にスペーサ２０３を配置し、スペーサ２０３を収容するようにしてサセプタ２０１及びスペーサ２０３上にサセプタカバー２０２を配置する。

本実施例は、スペーサ２０３を複数の部材で構成しないため、スペーサ２０３の加工や配置作業等の取り扱いを容易に行うことができる。

次に、本発明の実施例３について図９から図１１に基づいて説明する。図９は、本実施例の基板支持装置３００の斜視図である。基板支持装置３００は、サセプタ３０１と、サセプタ３０１上に配置されるサセプタカバー３０２、スペーサ３０３（３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ）、及び固定部材３０４を有する。サセプタカバー３０２は、貫通孔３０５を備え固定部材３０４を収容する。固定部材３０４は、スペーサ３０３を、中心Ｏ_３から対称的な位置に位置決めする。基板３０６は、僅かなクリアランスを持って貫通孔３０５に収容されスペーサ３０３に支持されて配置される。ここで、中心Ｏ_３は、固定部材３０４の上面と貫通孔３０５の中心軸との交点である。

図１０は、本実施例のスペーサ３０３及び固定部材３０４を説明するための説明図である。固定部材３０４は、中心Ｏ_３を中心として貫通孔３０５と略同一の半径を有する円盤状であり、外周部が貫通孔３０５に接して配置され、水平方向の移動を制限される。固定部材３０４は、位置決め部３０７（３０７ａ、３０７ｂ、３０７ｃ）を備える。位置決め部３０７は、スペーサ３０３の一部を囲みスペーサ３０３を位置決めする。位置決め部３０７は、固定部材３０４の上面と下面を貫通する孔として形成され、スペーサ３０３は、位置決め部３０７へ挿入されることで、水平方向への移動を制限される。固定部材３０４は、位置決め部３０７から外周部へ切り欠き３０８（３０８ａ、３０８ｂ、３０８ｃ）を備え、熱膨張による変形が低減される。サセプタカバー３０２と固定部材３０４は完全に接触していなくてもよく僅かにクリアランスを有してもよい。同様に、スペーサ３０３と固定部材３０４は完全に接触していなくてもよく僅かにクリアランスを有してもよい。

３つのスペーサ３０３（３０５ａ、３０５ｂ、３０５ｃ）を記載しているが、スペーサ３０３の数に制限は無く、安定して基板３０６を支持することができる場合は２つでもよく、４つ以上でもよい。ただし実施例１と同様に、スペーサ３０３は、接触面からの熱伝導による基板３０６の部分加熱を抑えるため、小さな形状にすることが好ましく、スペーサ３０３の数は３個以上であることが好ましい。スペーサ３０３は全て同一の形状であればどのような形状でもよく、位置決め部３０７はスペーサ３０３の形状に合わせて形成される。固定部材３０４は、中心Ｏ_３から対称的な位置に位置決め部３０７を備える。即ち、中心Ｏ_３の円周上に、中心角がそれぞれ等しくなるように配置され、ここでは、中心Ｏ_３の円周（貫通孔３０５の同心円）に内接する正三角形の頂点に位置するように位置決め部３０７を備える。

図１１は、図９のＩＩＩ−ＩＩＩ´線に沿った基板支持装置３００の断面図である。サセプタカバー３０２の高さは、スペーサ３０３に支持された基板３０６の高さに合わせ、反応ガスの流れを乱さずに成膜できるようにする。固定部材３０４の高さは、スペーサ３０３の高さよりも小さくし、基板３０６は固定部材３０４との間に間隙を設けるようにして支持される。即ち、スペーサ３０３及び固定部材３０４の高さは、基板３０６が凸状に反っても基板３０６と固定部材３０４が接触しないような高さとする。固定部材３０４の切り欠き３０８の部分はサセプタカバー３０２と接しないが、切り欠き３０８の周辺部分でサセプタカバー３０２に接するため、固定部材３０４は水平方向の移動が制限される。

スペーサ３０３は、サセプタカバー３０２によって水平方向の移動を制限される固定部材３０４によって位置決めされ、水平方向への移動を制限される。固定部材３０４は、中心Ｏ_３を通る鉛直線を中心軸として回転可能であるが、サセプタ３０１との摩擦により成膜時に回転することはない。成膜処理の終えた基板を新しい基板に交換するときに固定部材３０４が回転すると、サセプタ３０１に対してスペーサ３０３の位置が変化してしまう場合があるため、貫通孔３０５が固定部材３０４を位置決めしてもよい。例えば、固定部材３０４の外周部に凸状の領域を設け、サセプタカバー３０２によって該凸状の領域を覆うことで、位置決めしてもよい。貫通孔３０５に印を設け、該印に切り欠き３０８を合わせるように、固定部材３０４を配置してもよい。

本実施例は、サセプタ３０１をサセプタカバー３０２及び固定部材３０４で覆うため、サセプタ３０１に化合物半導体結晶が付着することを効果的に防ぐことができる。

次に、本発明の実施例４について図１２に基づいて説明する。図１２は、本実施例の基板支持装置４００の平面図である。基板支持装置４００は、サセプタ４０１とサセプタ４０１上に配置されるサセプタカバー４０２及びスペーサ４０３を有し、サセプタカバー４０２は、複数の貫通孔４０４ａ、４０４ｂ、・・・、４０４ｈを備える。スペーサ４０３は、貫通孔４０４ａ、４０４ｂ、・・・、４０４ｈにそれぞれ配置される。各貫通孔４０４ａ、４０４ｂ、・・・、４０４ｈは、それぞれ基板を収容し、各基板は各貫通孔４０４ａ、４０４ｂ、・・・、４０４ｈに配置されたスペーサ４０３に支持される。１つの貫通孔の内側を見ると、実施例１から３の何れか１つと同様の構造をしており、例えば貫通孔４０４ａの内側には、実施例１と同様のスペーサ４０３（４０３ａ、４０３ｂ、４０３ｃ）が配置されており、スペーサ４０３は、位置決め部４０５（４０５ａ、４０５ｂ、４０５ｃ）によって位置決めされている。貫通孔４０４ｂ、４０４ｃ、・・・、４０４ｈの内側にも、貫通孔４０４ａに配置されたスペーサ４０３と同じ構造のスペーサ４０３が、位置決め部４０５によって位置決めされている。

同じ形状の基板を支持するために、貫通孔４０４ａ、４０４ｂ、・・・、４０４ｈはそれぞれ同じ形状をしている。各基板に成膜される薄膜の膜質を均一にするため、サセプタ４０１は中心Ｏ_４を通る鉛直線を中心軸として回転し、サセプタ４０１の回転と共にサセプタカバー４０２及びスペーサ４０３も回転する。各基板を同じ条件で支持するために、サセプタカバー４０２は中心Ｏ_４から等しい距離に貫通孔４０４ａ、４０４ｂ、・・・、４０４ｈを有する。貫通孔４０４ａ、４０４ｂ、・・・、４０４ｈは８個記載しているが、数に制限は無く何個でもよい。また、各基板を同じ条件で支持するためにスペーサ４０３も各貫通孔４０４ａ、４０４ｂ、・・・、４０４ｈの内側に同じように配置されることが好ましく、各貫通孔４０４ａ、４０４ｂ、・・・、４０４ｈに配置されたスペーサ４０３ａは中心Ｏ_４を中心とする円周上に配置され、各貫通孔４０４ａ、４０４ｂ、・・・、４０４ｈに配置されたスペーサ４０３ｂ、４０３ｃも同様に中心Ｏ_４を中心とする円周上に配置される。即ち、各貫通孔４０４ａ、４０４ｂ、・・・、４０４ｈは、中心Ｏ_４を中心とする同心円周上に位置決め部４０５ａを備える。そのため、サセプタカバー４０２は、各貫通孔４０４ａ、４０４ｂ、・・・、４０４ｈの中心Ｏ_４に最も近い位置に、位置決め部４０５ａを備え、各貫通孔４０４ａ、４０４ｂ、・・・、４０４ｈに内接する正三角形の頂点となる位置に、位置決め部４０５ｂ、４０５ｃを備える。

表１は、図１２に示した基板支持装置４００で、複数の基板に薄膜を生成した実施例における、各基板の薄膜の厚さの平均値（膜厚）と厚さの分布を示した表である。比較例は、基板支持装置４００と同様の複数の貫通孔を備え、各貫通孔が図１６に示したような支持部を備える基板支持装置で、複数の基板に薄膜を生成した例である。８個の貫通孔のうち１個にはダミー基板を配置し、残りの貫通孔に７個の基板を配置して各基板の膜厚と厚さの分布を測定した。基板支持装置４００で基板を支持した場合は、Ｐ１からＰ７の基板の間で薄膜の厚さの平均値が均一になり、複数の基板間でバラツキが抑制されている。また、基板支持装置４００で基板を支持した場合は、厚さの分布の値が小さくなり、１つの基板における厚さのバラツキも抑制されている。

スペーサが実施例３のような構成であるときも、サセプタカバーはサセプタの回転の中心軸から等しい距離に複数の貫通孔を有し、各貫通孔は同じ形状のスペーサ及び固定部材を収容する。このとき、各貫通孔のスペーサは中心Ｏ_４を中心とする同心円周上に配置されることが好ましい。そのため、サセプタカバーは、各貫通孔のスペーサが中心Ｏ_４を中心とする同心円周上に位置するように、各貫通孔の固定部材を位置決めすることが好ましい。例えば、サセプタカバーは、各貫通孔の中心Ｏ_４に最も近い位置に切り欠きの１つが位置するように、固定部材を位置決めしてもよい。また、スペーサが実施例２のような構成であっても、サセプタカバーはサセプタの回転の中心軸から等しい距離に複数の貫通孔を有し、各貫通孔は同じ形状のスペーサを収容する。

本実施例は、複数の基板を同じ条件で支持することができるため、複数の基板を同時に処理しても、基板間の特性のばらつきを抑制することができる。

以下、本発明の基板支持装置を備える気相成長装置について図１３に基づいて説明する。図１３は、本発明の気相成長装置５１０の概略を説明するための説明図である。気相成長装置５１０は、反応室５１１の内部に基板支持装置５００を有している。基板支持装置５００は、サセプタ５０１と、サセプタ５０１上に配置されるサセプタカバー５０２及びスペーサ５０３を有する。サセプタカバー５０２は基板５０５を収容する貫通孔５０４を備え、基板５０５は貫通孔５０４に収容されスペーサ５０３に支持される。スペーサ５０３は、サセプタカバー５０２の位置決め部５０６によって位置決めされる。基板支持装置５００は、実施例１から４の何れか１つに記載した基板支持装置と同じ構成であるため、詳細な説明を省略する。

反応室５１１は、内部に基板支持装置５００が設置され、基板支持装置５００を大気から隔離する。反応室５１１はガス供給管５１２が接続され、ガス供給源５１３はガス供給管５１２を介して反応ガスをキャリアガスと共に供給する。反応室５１１の上部にはシャワーヘッド５１４が設置され、供給された反応ガスは、シャワーヘッド５１４を介して反応室５１１全体へ均一に導入される。また、反応室５１１は、ガス排気管５１５を介して内部のガスの排気を行い、排気されたガスは排ガス処理装置５１６によって無害化される。

基板支持装置５００は、反応室５１１の内部にシャワーヘッド５１４と対向するように設置される。また、基板支持装置５００は回転装置５１７に備え付けられ、回転装置５１７は基板支持装置５００を回転させる。基板支持装置５００の下部にはヒータ５１８を備え、ヒータ５１８の熱はサセプタ５０１を介して基板５０５へ供給される。

気相成長装置５１０は、加熱された基板５０５に反応ガスを供給し、化合物半導体結晶の薄膜を生成する。反応ガスは、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等の有機金属ガスと、アンモニア（ＮＨ_３）、ホスフィン（ＰＨ_３）、アルシン（ＡｓＨ_３）等の水素化合物ガスの混合物であり、これらの反応ガスは、窒素（Ｎ_２）等のキャリアガスと共に反応室５１１へ導入される。例えば、反応ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）とアンモニア（ＮＨ_３）を導入して気相成長させると、基板５０５に窒化ガリウム（ＧａＮ）の薄膜が生成される。

サセプタ５０１は、ヒータ５１８からの熱を基板に供給するため、熱伝導率の高い材料であることが好ましい。また、熱伝導率が高いことに加えて、例えば、反応ガスへの耐食性、又は高温耐性（熱耐性）等も有する必要がある。このため、サセプタ５０１は、例えば、グラファイト（カーボン）、ＳｉＣコートを施したグラファイト、ＳｉＣ、モリブデン、タングステン、タンタル等のメタル材料等で構成される。

サセプタカバー５０２は、反応ガスへの耐食性を有する必要があり、例えば、石英、ＳｉＣ、パイロリティックグラファイト等の材料で構成される。サセプタカバー５０２はサセプタ５０１を覆ってサセプタ５０１が成膜面側に露出することを防ぎ、サセプタ５０１の上面に化合物半導体結晶が生成されることを防止する。基板支持装置５００が実施例３のような固定部材を有する場合は、固定部材もサセプタカバー５０２と同じ材料で構成される。

スペーサ５０３は、接触部分から基板５０５への熱伝導を抑制するため、熱伝導率が低い材料で構成されることが好ましく、例えば石英で構成される。

基板５０５は、半導体基板、ウエハ、ガラス基板、サファイア基板等が用いられる。基板５０５の形状は、円形でなくてもよい。貫通孔５０４も円形でなくてもよく、基板５０５の形状に合わせて変形可能である。

サセプタカバー５０２は、１つの部材に１つ又は複数の貫通孔５０４が形成されてもよいが、複数の部材から形成されていてもよい。複数の部材を組み合わせることで貫通孔５０４を形成するような構成でもよい。

サセプタ５０１の上面は、平面として記載しているが、サセプタカバー５０２を配置するときの位置決めのための凸部や凹部を有してもよい。

以上説明したとおり、本発明の気相成長装置は、基板５０５を一定の条件で支持し、基板の表面温度のバラツキを抑えることができるため、基板５０５上に品質の安定した化合物半導体結晶を成膜することができる。

本発明の基板支持装置及び気相成長装置は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明によれば、常に一定の条件で基板の一部を支持することができるため、基板の表面温度のムラの発生を抑制し、特性の安定した化合物半導体結晶を成膜することができる。

１００、２００、３００、４００、５００ 基板支持装置
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１ サセプタ
１０２、２０２、３０２、４０２、５０２ サセプタカバー
１０３、２０３、３０３、４０３、５０３ スペーサ
１０４、２０４、３０５、４０４ａ〜４０４ｈ、５０４ 貫通孔
１０５、２０５、３０６、５０５ 基板
１０６、２０６、３０７、４０５、５０６ 位置決め部
３０４ 固定部材
３０８ 切り欠き
５１０ 気相成長装置

Claims (13)

1. 基板を支持する基板支持装置であって、前記基板支持装置は、
   サセプタと、
   前記サセプタ上に配置され前記基板の一部を支持するスペーサと、
   前記サセプタ及び前記スペーサ上に配置され、前記基板を収容する貫通孔を備えるサセプタカバーと、を有し、
   前記サセプタカバーは、前記貫通孔の所定位置に、前記スペーサを位置決めする位置決め部を備えることを特徴とする基板支持装置。
2. 前記位置決め部は、前記スペーサの一部を覆い前記スペーサの少なくとも１方向への移動を制限することを特徴とする請求項１に記載の基板支持装置。
3. 前記サセプタカバーは、複数の前記位置決め部を備え、複数の前記スペーサを位置決めすることを特徴とする請求項２に記載の基板支持装置。
4. 前記サセプタカバーは、前記貫通孔に内接する正多角形の頂点に位置するように複数の前記位置決め部を備えることを特徴とする請求項３に記載の基板支持装置。
5. 前記サセプタカバーは、複数の前記貫通孔を備え、
   複数の前記貫通孔は、同心円周上に前記位置決め部を備えることを特徴とする請求項４に記載の基板支持装置。
6. 前記スペーサは、前記基板と前記サセプタの間に間隙を設けるための孔を備えることを特徴とする請求項２に記載の基板支持装置。
7. 基板を支持する基板支持装置であって、前記基板支持装置は、
   サセプタと、
   前記サセプタ上に配置され前記基板の一部を支持する複数のスペーサと、
   前記サセプタ上に配置され前記基板を収容する貫通孔を備えるサセプタカバーと、
   前記サセプタ上に配置され前記貫通孔に収容される固定部材と、を有し、
   前記固定部材は、所定位置に複数の前記スペーサを位置決めする位置決め部を備えることを特徴とする基板支持装置。
8. 前記位置決め部は、前記スペーサの一部を囲み前記スペーサの水平方向への移動を制限することを特徴とする請求項７に記載の基板支持装置。
9. 前記固定部材は、前記貫通孔の同心円に内接する正多角形の頂点に位置するように複数の前記位置決め部を備えることを特徴とする請求項８に記載の基板支持装置。
10. 前記固定部材は、切り欠きを備えることを特徴とする請求項９に記載の基板支持装置。
11. 前記サセプタカバーは、前記固定部材を位置決めすることを特徴とする請求項１０に記載の基板支持装置。
12. 前記サセプタカバーは、複数の前記貫通孔を備え、複数の前記スペーサが同心円周上に位置するように、複数の前記貫通孔に収容される前記固定部材を位置決めすることを特徴とする請求項１１に記載の基板支持装置。
13. 請求項１から１２の何れか１つに記載の基板支持装置を備えることを特徴とする気相成長装置。