JP2013214580A - 基板支持機構、表面処理装置、表面処理方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】サセプタ上に複数の基板ホルダを有し、各基板ホルダに保持される基板を自公転させつつ当該基板の表面を処理する表面処理装置において、基板の自公転構造を極めて簡単にする。
【解決手段】駆動力を受けて回転する軸体と、前記軸体の回転を受けて、前記軸体と同軸かつ同方向に回転するサセプタと、前記サセプタに固定されたサセプタ座標から見て中心位置が不動かつ回転が可能なように前記サセプタに支持され、前記サセプタの回転に伴い前記軸体の周りを回転する基板ホルダと、前記基板ホルダを前記サセプタ座標から見て回転させる基板ホルダ回転機構と、を有し、前記軸体および前記サセプタは、回転方向における相対的な変位が許容されるものであり、前記基板ホルダ回転機構が、前記軸体と前記サセプタとの相対変位に応じて前記基板ホルダを前記サセプタ座標から見て回転する基板支持機構を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板支持機構、表面処理装置、表面処理方法およびプログラムに関する。

ウェハのような平板形の基板の表面に、洗浄、乾燥、薄膜形成、厚膜形成、エッチング、アッシング等の処理を繰り返し、トランジスタ等の半導体装置が形成される。基板の表面に、このような処理を施す装置として、処理がＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）である場合を例にとれば、特許文献１または特許文献２に記載のＣＶＤ装置が知られている。

特許文献１に記載のＣＶＤ装置は、公転発生部により外周駆動されるサセプタを回転自在に保持し、サセプタの回転軸周りに複数の基板トレイ保持部を円周状に配置する。そして、複数の基板トレイ保持部のそれぞれに、基板トレイ（基板ホルダ）を回転自在に保持する。それぞれの基板ホルダが、サセプタの回転（公転）による駆動力により回転（自転）することで、基板ホルダ上の基板が自公転する。基板を自公転させることで、基板上に形成される薄膜の均一性が向上するとされている。

特許文献２に記載のＣＶＤ装置は、複数の基板が配置される基板支持面（サセプタ）を高速度で回転させる。サセプタを高速回転することで、広い面積に渡り均一な成長速度が得られるとされている。

なお、特許文献３には、回転テーブル（サセプタ）の回転速度を変えることで、回転テーブル上のスパッタ対象をランダムに転がし、スパッタ対象上に均一にスパッタ膜を形成する技術が開示されている。

特開２００２−１７５９９２号公報 特開平１−２９７８２０号公報 特開平１０−１８３３４３号公報

特許文献１に記載の装置のように基板を自公転させることで、基板表面での温度分布、原料供給等を均一化でき、成膜速度、エッチングレート等基板表面での処理の結果を均一にすることができる。しかし、特許文献１に記載の装置は、サセプタの回転（公転）をギヤを介して基板ホルダに伝達し基板ホルダを回転（自転）させるものであるから、ギヤを複雑に組み合わせる必要がある。複雑なギヤ構造は、コストを高める要因になる。

また、基板を自公転させることで処理の均一性を高めることが可能である。しかし、基板ホルダの回転（自転）に起因して、ギヤからの磨耗粉が生じる場合がある。さらに、サセプタを高速に回転させる場合には、基板ホルダの回転（自転）により、サセプタ表面近傍のガス流れが乱流になり、処理の均一性を乱す可能性がある。すなわち、装置の用途あるいは処理の種類によっては、基板ホルダの回転を停止するメリットが、基板ホルダを回転させるメリットを上回る可能性がある。たとえば、基板の表面処理が半導体層等の層形成である場合、形成される層の種類によっては基板に反りを生じ、基板ホルダ上に設置された基板の設置安定性を低下させる場合がある。特に、サセプタが高速回転している場合に、基板の脱落等が生じる可能性が高くなる。このような場合、基板ホルダの回転を停止するメリットが、基板ホルダを回転させるメリットを上回るといえる。しかし、特許文献１に記載の装置のような従来の自公転機構では、自転駆動のためのギヤが公転運動に連動するギヤと結合されているため、サセプタを回転しつつ基板ホルダの回転を停止することは不可能であった。

また、特許文献２に記載の装置のようにサセプタを高速回転することで、基板表面の処理における均一性が向上すると期待できるところ、より高い均一性の獲得を目指して、たとえば、特許文献２に記載の装置に、特許文献１に記載の自公転機構を適用することが考えられる。しかし、特許文献２に記載の装置に特許文献１に記載の自公転機構を単純に適用したとしても、高速回転に耐え得る複雑なギヤ構造の実現は困難であり、特に、減圧環境下での使用が前提となるＣＶＤ装置への適用は不可能に近い。

さらに、基板の表面処理が、処理に用いる物質（処理剤）の熱反応を伴う場合、処理剤が基板表面に到達する前の反応を抑制するため、基板の加熱を処理剤の供給側とは反対、すなわち基板ホルダの裏側から行わなければならない場合がある。このような場合、特許文献１に記載の装置では、基板ホルダの裏側に複雑なギア構造を有するため、基板の表面あるいはサセプタの表面への熱伝達が不均一になる可能性がある。このため、基板またはサセプタの表面における処理剤の熱反応を伴う表面処理では、処理の不均一さ、たとえば堆積層の厚さの不均一さ、堆積層の質の不均一さなどが発生する可能性があった。

本発明の目的は、サセプタ上に複数の基板ホルダを有し、各基板ホルダに保持される基板を自公転させつつ当該基板の表面を処理する表面処理装置において、基板の自公転構造を極めて簡単にすることにある。特に、サセプタを高速に回転させる場合であっても基板の自転が実現できる、単純な基板の自公転機構を備えた表面処理装置を提供することにある。さらに、基板ホルダの裏側から加熱する場合であっても均一な温度分布を実現できる、基板の自公転機構を備えた表面処理装置を提供することにある。また、サセプタを回転しつつ基板ホルダの回転を停止することが可能な自公転機構を備えた表面処理装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、駆動力を受けて回転する軸体と、前記軸体の回転を受けて、前記軸体と同軸かつ同方向に回転するサセプタと、前記サセプタに固定されたサセプタ座標から見て中心位置が不動かつ回転が可能なように前記サセプタに支持され、前記サセプタの回転に伴い前記軸体の周りを回転する基板ホルダと、前記基板ホルダを前記サセプタ座標から見て回転させる基板ホルダ回転機構と、を有し、前記軸体および前記サセプタは、回転方向における相対的な変位が許容されるものであり、前記基板ホルダ回転機構が、前記軸体と前記サセプタとの相対変位に応じて前記基板ホルダを前記サセプタ座標から見て回転させる基板支持機構を提供する。

前記サセプタは、一定の単位時間当たり回転数で回転するものであってもよく、この場合、前記軸体の単位時間当たり回転数を変えることで前記基板ホルダを前記サセプタ座標から見て回転させることができる。前記基板ホルダ回転機構が、前記軸体と共に回転する第１歯車と、前記第１歯車に咬み合い、前記基板ホルダを前記サセプタ座標から見て回転させる第２歯車と、を有してもよく、この場合、前記軸体と前記サセプタとの相対変位により、前記第１歯車が前記サセプタ座標から見て回転され、当該第１歯車の前記サセプタ座標から見た回転が前記第２歯車を介して前記基板ホルダに伝えられることにより、前記基板ホルダが前記サセプタ座標から見て回転される。

本発明の第２の態様においては、上記した基板支持機構と、前記軸体を回転させる軸体回転機構と、を有する、前記基板ホルダに配置する基板を処理する表面処理装置を提供する。前記表面処理装置は、前記基板を加熱する加熱手段をさらに有してもよく、この場合、前記加熱手段は、前記処理面とは反対側のサセプタ裏側に配置されていることが好ましい。前記サセプタの毎分回転数が、３００ｒｐｍ以上であることが好ましい。前記サセプタの毎分回転数が３００ｒｐｍ以上である場合、前記基板の表面処理に利用されるガスを供給するガス供給手段をさらに有してもよく、前記ガス供給手段が、前記基板の前記処理面に向けて前記ガスを供給し、供給された前記ガスが、前記サセプタの外周に向けて排気されることが好ましい。前記基板ホルダの前記サセプタ座標から見た回転運動を測定する回転モニタをさらに有してもよく、この場合、前記サセプタ回転機構が、前記回転モニタの測定結果に応じて前記サセプタの前記回転数を制御してもよい。

本発明の第３の態様においては、上記した表面処理装置を用いた表面処理方法であって、前記基板ホルダに基板を配置する段階と、前記軸体を回転させることで前記サセプタを回転させ、前記基板ホルダを、前記軸体の周りで回転させる段階と、前記軸体と前記サセプタとの回転方向における相対位置を変えることで、前記基板ホルダを前記サセプタ座標から見て回転させつつ前記基板を処理する第１段階と、を有する表面処理方法を提供する。

前記第１段階の前、後または途中において、前記軸体と前記サセプタとの回転方向における相対位置を変えないことで前記基板ホルダを前記サセプタ座標から見て回転させず、前記サセプタ座標から見た前記基板ホルダの回転を停止したまま前記基板を処理する第２段階、をさらに有してもよい。前記第１段階および前記第２段階における前記基板の処理が、前記基板の処理面へのエピタキシャル結晶成長法による半導体層の形成であってもよく、この場合、前記第１段階において、半導体デバイスの活性領域として機能する活性層を形成し、前記第２段階において、前記基板と前記活性層との間に位置するバッファ層を形成することが好ましい。

本発明の第４の態様においては、上記した表面処理装置を制御するコンピュータに、前記軸体を回転させることで前記サセプタを回転させ、前記基板ホルダを、前記軸体の周りで回転させる機能と、前記軸体と前記サセプタとの回転方向における相対位置を変えることで、前記基板ホルダを前記サセプタ座標から見て回転させつつ前記基板を処理する機能と、を実現させるためのプログラムを提供する。前記プログラムに、前記軸体と前記サセプタとの回転方向における相対位置を変えないことで前記基板ホルダを前記サセプタ座標から見て回転させず、前記サセプタ座標から見た前記基板ホルダの回転を停止したまま前記基板を処理する機能、をさらに実現させてもよい。

基板支持機構１００の要部を示した断面図である。 基板支持機構１００の要部を示した上面図である。 表面処理装置２００の要部を示した断面図である。 表面処理装置２００の動作を説明するための要部上面図である。 表面処理装置２００の動作を説明するための要部上面図である。 表面処理装置２００の動作を説明するための要部上面図である。 実施例における軸体の回転シーケンスを説明する図である。 実施例における堆積層の厚さ分布を示すグラフである。

図１は、基板支持機構１００の要部を示した断面図であり、図２は、基板支持機構１００の要部を示した上面図である。基板支持機構１００は、後に説明する表面処理装置に利用することができ、当該表面処理装置で処理される基板を支持する。基板支持機構１００は、軸体１１０、サセプタ１２０、基板ホルダ１３０、基板ホルダ回転機構１４０を有する。

軸体１１０は、表面処理装置に備えられた軸体回転機構からの駆動力を受けて回転する。軸体回転機構については後に説明する。また、軸体１１０には、軸体１１０と共に回転する第１歯車１１２が配置されている。第１歯車１１２は、たとえば軸体１１０の外周に配置され、軸体１１０と共に回転するものであってもよく、軸体１１０と一体に形成されたものであってもよい。

サセプタ１２０は、図２に示すように円盤形状であり、プレート部１２２および押さえ部１２４を有する。円盤形のプレート部１２２の中央部および中央部周りのその他の部分には、複数の穴が形成されている。プレート部１２２の複数の穴のうち、中央部の穴には軸体１１０が褶動可能に嵌め込まれ、その他の穴には基板ホルダ１３０が褶動可能に嵌め込まれる。プレート部１２２の穴に嵌め込まれた軸体１１０および基板ホルダ１３０は、押さえ部１２４により押さえられ、プレート部１２２と押さえ部１２４とに挟まれた状態で支持される。軸体１１０および基板ホルダ１３０とプレート部１２２および押さえ部１２４との褶動部には、ベアリング、磁気浮上機構等の褶動性を高める機構を備えてもよい。摺動部を構成する材料として、グラファイトまたはボロンナイトライドなどの摺動性に優れる部材を用いても良い。このようにして、サセプタ１２０と軸体１１０および基板ホルダ１３０とが褶動可能に構成できる。

サセプタ１２０は、軸体１１０の回転を受けて、軸体１１０と同軸かつ同方向に回転する。ただし、軸体１１０およびサセプタ１２０は、回転方向における相対的な変位が許容される。つまり、サセプタ１２０は、軸体１１０と同軸かつ同方向に回転するが、サセプタ１２０の単位時間当たり回転数は軸体の単位時間当たり回転数と異なってもよい。サセプタ１２０は、軸体１１０より速く回転してもよく、軸体１１０より遅く回転してもよい。軸体１１０からサセプタ１２０への回転力の伝達は、たとえば、軸体１１０とサセプタ１２０との褶動部における摩擦によって行われる。あるいは、軸体１１０とサセプタ１２０との間の変位量（角度のずれ）が一定以上にはならないようストッパ機構を設けてもよい。

軸体１１０からサセプタ１２０への回転力の伝達を褶動部の摩擦で行う場合、サセプタ１２０と軸体１１０との間の摩擦力を増大させる機構を有してよい。この機構を有することにより軸体１１０の回転数を増減(正または負の加速）させた場合に、サセプタ１２０の回転が軸体１１０の回転に対して進んでまたは遅れて回転することを防ぐことができる。また、軸体１１０の回転数の増減に対し、急激に基板ホルダ１３０が回転することを抑制でき、基板の破損または脱落等を防ぐことができる。摩擦力を増大させる機構として、たとえば、２枚のグラファイト板をグラファイトコイルにより一定の力で押さえつけるような機構が例示される。

基板ホルダ１３０は、円盤形状を有し、処理対象である基板を保持する。なお、基板は、図２において破線で示されている。基板ホルダ１３０は、前記したように、サセプタ１２０に対し褶動可能に支持されるので、サセプタ１２０に固定した座標（サセプタ座標）から見て回転が可能なようにサセプタ１２０に支持される。また、中央部周りの穴に基板ホルダ１３０が嵌め込まれるので、基板ホルダ１３０は、サセプタ１２０の回転に伴い軸体１１０の周りを回転する。つまり、基板ホルダ１３０は、サセプタ１２０に対し回転可能であるが、その中心位置はサセプタ１２０に対し不動に支持される。基板ホルダ１３０の数として、図２では４つを例示するが、任意である。基板ホルダ１３０の数は、１つでも複数でもよい。

基板ホルダ１３０の中央部には座ぐりが形成され、当該座ぐりに平板形の基板を落とし込んで基板を保持することができる。座ぐりの平面形状は、保持する基板の外形に応じて任意の形状が選択できる。基板を保持する態様の他の例として、爪のような小さな基板押し付け部材によって基板を抑えつける態様、静電チャックまたは真空チャックにより保持する態様等が挙げられる。被処理部材である基板は、平板形状であることが必要である。当該基板は、シリコン等からなる半導体ウェハあるいは板ガラスのような板状の硬い基板であっても、プラスチックフィルムのような可撓性を有する基板であってもよい。

基板ホルダ１３０には、第1歯車１１２と咬み合い、基板ホルダ１３０をサセプタ座標から見て回転させる第２歯車１３２が配置されている。第２歯車１３２は、たとえば基板ホルダ１３０の外周に配置されてもよく、基板ホルダ１３０と一体に形成されたものであってもよい。

第1歯車１１２および第２歯車１３２は、互いに咬み合うため、軸体１１０とサセプタ１２０との間に相対変位が生じた場合には、当該相対変位を第1歯車１１２および第２歯車１３２を介して基板ホルダ１３０に伝える。それにより、基板ホルダ１３０をサセプタ座標から見て回転させる。軸体１１０とサセプタ１２０が同じ単位時間当たり回転数で回転する場合には、軸体１１０とサセプタ１２０との間に相対的な変位が生じず、第1歯車１１２が第２歯車１３２を駆動すること、つまり、基板ホルダ１３０をサセプタ座標から見て回転させることはない。しかし、軸体１１０とサセプタ１２０との間に相対変位が生じた場合には、軸体１１０とサセプタ１２０との相対変位に応じて、サセプタ座標から見て基板ホルダ１３０が回転する。すなわち、第1歯車１１２および第２歯車１３２は、軸体１１０とサセプタ１２０との相対変位に応じて基板ホルダ１３０をサセプタ座標から見て回転させる基板ホルダ回転機構１４０を構成する。なお、サセプタ１２０を一定の単位時間当たり回転数で回転させ、軸体１１０の単位時間当たり回転数を変えることで基板ホルダ１３０をサセプタ座標から見て回転させてもよい。

図３は、表面処理装置２００の要部を示した断面図である。表面処理装置２００は、前記した基板支持機構１００を利用する表面処理装置であり、基板ホルダ１３０に配置する基板を処理する。表面処理装置２００は、前記した基板支持機構１００と、加熱手段１５０と、軸体回転機構１６０と、を有する。加熱手段１５０は、処理面とは反対側のサセプタ１２０の裏側に配置され、基板を加熱する。

図３では、表面処理装置２００をＣＶＤ法に適用した場合のガス流の様子を示した。表面処理装置２００をＣＶＤ法に適用する場合、容器１８０で基板ホルダ１３０およびサセプタ１２０を囲み、容器１８０内部の処理空間と外界を分離する。容器１８０にはガス供給手段１８２が接続され、ガス供給手段１８２によりＣＶＤの原料ガスが容器内部に供給される。供給された原料ガスは、ノズル１８４により基板の処理面に向けて吹きつけられ、排気系１８６によりサセプタ１２０の外周に向けて排気され、容器１８０の外部に排出される。

図３では、表面処理装置２００をＣＶＤ法に適用した場合を示したが、表面処理装置２００には、各種の表面処理を適用できる。表面処理として、洗浄または乾燥のような基板の表面から不要物を除去する処理、酸化、窒化またはシリサイドのような基板の表面で反応させる処理、金属層、半導体層または絶縁層のようなフィルムを基板の表面に形成する処理、または、エッチングもしくはアッシングのような基板に形成したフィルムを全面的にもしくは領域選択的に除去する処理、等が例示される。具体的には、サセプタ１２０および基板の処理面への熱放射、ガス放射、プラズマ放射、イオン放射、原子放射、原子クラスター放射、ＵＶ照射、これらの任意の組み合わせが例示される。これら処理は、処理目的に応じた原料が供給された状態で行われても良い。原料は気体または液体の状態で供給される。これら表面処理の結果として、基板の処理面には、研磨、エッチング、元素拡散、窒化、炭化、酸化、層堆積等が実施される。層堆積には、エピタキシャル成長が含まれる。エッチングの方法として、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）法、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法、ＲＣＡ法、酸またはアルカリ水溶液によるウエットエッチング法が挙げられる。層堆積の方法として、熱ＣＶＤ（Thermal Chemical Vapor Deposition）法、プラズマＣＶＤ（Plasma Chemical Vapor Deposition）法、蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法が挙げられる。エピタキシャル成長の方法として、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）法が挙げられる。

軸体回転機構１６０は、軸体１１０を回転する。軸体回転機構１６０は、シャフト１６２と回転機１６４とを有する。シャフト１６２は、軸体１１０の中心に接続され、回転機１６４の回転力を軸体１１０に伝達する。回転機１６４は、軸体１１０に伝達する回転力を生成する。軸体１１０が軸体回転機構１６０により回転されることで、サセプタ１２０が回転され、基板ホルダ１３０の全体も軸体１１０の周りを回転する。

図４から図６は、表面処理装置２００の動作を説明するための要部上面図である。図４は軸体１１０およびサセプタ１２０が一定の角速度（単位時間当たりの回転数）で回転している場合を示し、図５は軸体１１０の角速度が減少している場合を示し、図６は軸体１１０の角速度が増加している場合を示している。図４から図６において、破線矢印は、紙面に対し静止している座標から見た軸体１１０およびサセプタ１２０の動きを示し、実線矢印は、サセプタ１２０に対し静止している座標から見た基板ホルダ１３０の動きを示す。軸体１１０の回転が摩擦またはストッパの作用によりサセプタ１２０に伝達され、十分な角速度を得た後に、慣性の作用によりサセプタ１２０の角速度が一定に保たれ、軸体１１０の角速度を一定にすれば、図４に示すように、軸体１１０とサセプタ１２０の相対位置に変動は生じない。このため、基板ホルダ１３０のサセプタ座標から見た回転は生じない。

図４に示す状態から、図５に示すように軸体１１０の角速度を減少させると、サセプタ１２０はその慣性により軸体１１０よりも先に進もうとするから、各基板ホルダ１３０において矢印で示すように、基板ホルダ１３０がサセプタ１２０に対して反時計方向に回転する。逆に、図６に示すように軸体１１０の角速度を増加させると、サセプタ１２０はその慣性により軸体１１０よりも遅れるから、各基板ホルダ１３０において矢印で示すように、基板ホルダ１３０がサセプタ１２０に対して時計方向に回転する。すなわち、軸体１１０の単位時間当たり回転数を変えることで、基板ホルダ１３０をサセプタ座標から見て回転させることができる。

表面処理装置２００における基板ホルダ１３０のサセプタ１２０に対する回転は、軸体１１０とサセプタ１２０との相対的位置関係に応じた回転であることに大きな特徴がある。すなわち、軸体１１０とサセプタ１２０との相対位置に変化がなければ、基板ホルダ１３０は、サセプタ１２０に対して回転しない。また、基板ホルダ１３０のサセプタ１２０に対する回転の速度は、サセプタ１２０の角速度とは関係なく、軸体１１０の角速度の変化量によって制御される。よって、サセプタ１２０が高速に回転する場合であっても、軸体１１０の角速度を、慣性運動するサセプタ１２０の角速度と同様に一定に維持するよう制御すれば、サセプタ１２０に対し基板ホルダ１３０をほぼ静止させることができる。また、軸体１１０の角速度が穏やかに変化するよう制御すれば、基板ホルダ１３０のサセプタ１２０に対する回転速度を低くすることができる。

すなわち、基板支持機構１００を用いた表面処理装置２００によれば、サセプタ１２０の回転（公転）の速度に関わらず、基板ホルダ１３０のサセプタ座標から見た回転（自転）を停止し、または低速にすることができる。この点、サセプタの回転（公転）駆動力をギヤにより伝達して基板ホルダを回転（自転）する従来の自公転機構とは大きく異なる。従来の自公転機構は、複雑なギヤ構造を有していたため、サセプタの回転（公転）を高速にすることが困難または不可能であったが、表面処理装置２００（基板支持機構１００）では、基板ホルダ１３０のサセプタ座標から見た回転がサセプタ１２０の角速度には直接依存しないので、基板ホルダ１３０のサセプタ座標から見た回転を適度な角速度に制御しつつ、サセプタ１２０の回転を高速にすることができる。また、従来の自公転機構は、サセプタの回転と基板ホルダの回転がギヤを介して結合されており、サセプタを回転させつつ基板ホルダを停止することが出来なかったが、表面処理装置２００（基板支持機構１００）では、サセプタ１２０を回転させつつ基板ホルダ１３０を停止することができる。処理の種類によっては、特段の均一性を求めない場合があり、このような場合に、基板ホルダ１３０のサセプタ座標から見た回転を停止して、第１歯車１１２および第２歯車１３２の摩耗による粉末の発生を抑制することができる。

以上の通り、表面処理装置２００（基板支持機構１００）によれば、軸体１１０およびサセプタ１２０を回転し、かつ、軸体１１０の単位時間当たり回転数（角速度）を変化させることで、単純な構造である第１歯車１１２および第２歯車１３２（基板ホルダ回転機構１４０）を用いて、基板ホルダ１３０をサセプタ１２０に対し、回転させることができる。基板ホルダ１３０に保持される基板は、サセプタ１２０および基板ホルダ１３０のサセプタ座標から見た回転により自公転することとなり、ガス流や温度分布等を均一にし、処理速度や処理の質等を均一にすることができる。表面処理装置２００（基板支持機構１００）の基板ホルダ回転機構１４０は、基板ホルダ１３０の周辺部に配置されるものであるため、加熱手段１５０を基板ホルダ１３０の裏側に配置しても、基板ホルダ回転機構１４０が邪魔にならず、基板加熱を均一に行うことができる。表面処理装置２００（基板支持機構１００）は、加熱手段１５０を基板ホルダ１３０の裏側に配置できるので、基板またはサセプタ１２０の表面における処理剤の熱反応を伴うような表面処理においても、回転機構が熱反応を妨害することが無い。

なお、基板ホルダ１３０およびサセプタ１２０の材料は、回転運動に耐え得る強度を有する材料である限り任意である。ただし、処理の種類によっては、耐熱性、耐酸性、耐アルカリ性、放射線耐性、紫外線耐性等が必要とされる場合もある。基板ホルダ１３０およびサセプタ１２０の材料として、ステンレススチール、石英ガラス、アルミナ、ＳｉＣ、グラファイト、ボロンナイトライド、シリコンナイトライド、ＳｉＣコートグラファイト等が好ましい。また、慣性体であるサセプタ１２０は十分に大きな質量を有するので慣性力も大きく、基板ホルダ１３０を駆動するトルクも大きいが、さらに安定した駆動力を得る目的で、サセプタ１２０の材料として比重が大きいものを選択することも可能である。

図３のＣＶＤ装置（ＣＶＤ法を適用した場合の表面処理装置２００）において、サセプタ１２０の単位時間当たり回転数は、３００ｒｐｍ以上であることが好ましい。供給された原料ガスは、サセプタ１２０の中心からサセプタ１２０の外周に向けて排気されるが、サセプタ１２０が、たとえば３００ｒｐｍ以上で高速回転している場合、サセプタ１２０近傍のガス流速は、雰囲気ガスの流速よりも高速となる。このため、ベルヌーイの定理によりサセプタ１２０上の圧力が周囲より低くなり、基板の処理面でのガス流が乱流にならず層流になりやすくなる。この結果、サセプタ１２０近傍の原料ガスの均一性を高めることができ、それにより処理の均一性を高めることができる。ＣＶＤ法による層形成に適用した場合、形成される層の厚さを均一にすることができる。また、層流を形成する処理面での層形成の条件を最適化すれば、処理面以外の場所での意図しない層形成を抑制でき、あるいはパーティクルの発生を抑制できる。この結果、装置のメンテナンス性を高めることができる。

上記した表面処理装置２００（基板支持機構１００）では、１つのサセプタ１２０について基板ホルダ１３０が４つ備えられた例を説明したが、基板ホルダ１３０の数は任意である。基板ホルダ１３０は、複数であってもよく、単数であってもよい。上記した表面処理装置２００（基板支持機構１００）では、１つの基板ホルダ１３０につき基板が１枚の場合を例示したが、基板ホルダ１３０には、複数の基板が保持されてもよい。基板ホルダ１３０に複数の基板が保持される場合、各基板は、基板ホルダ１３０に固定された座標から見て回転されてもよい。

基板ホルダ１３０のサセプタ座標から見た回転（基板ホルダ１３０に複数の基板を有し、当該基板が回転する場合は当該基板の回転運動を含む。以下同様。）は、１周未満であってもよく、正回転および逆回転の交互運動であってもよい。基板ホルダ１３０のサセプタ座標から見た回転方向は、サセプタ１２０の回転方向と同じであってもよく、逆であってもよい。基板ホルダ１３０の運動は、振り子運動であっても良い。基板ホルダ１３０は、連続的に回転されてもよく、断続的に回転されても良い。断続的に基板ホルダ１３０をサセプタ座標から見て回転する場合であっても、処理の均一性の向上が期待できる。

上記した表面処理装置２００（基板支持機構１００）において、基板ホルダ１３０のサセプタ座標から見た回転運動を測定する回転モニタをさらに有してもよい。この場合、軸体回転機構１６０が、回転モニタの測定結果に応じて軸体１１０の回転数を制御することができる。回転モニタとして、基板ホルダ１３０上に配置した基板の画像を、外部から観察する態様が例示される。この場合、サセプタ１２０の回転に同期した時間窓での基板の画像を解析し、基板に形成されたオリエンテーションフラットの位置を画像解析により検知できる。検出されたオリエンテーションフラットの位置から、サセプタ座標から見た基板の回転角が算出される。あるいは、回転モニタとして、基板の回転角に応じた位置に配置された光センサアレイが例示される。光センサは、たとえば出射光としてレーザ光を発し、照射物からの反射光を検出する。基板と基板ホルダとでは光の反射率が異なるので、各位置に配置された光センサアレイからの出力を比較すればオリエンテーションフラットに対応するセンサを特定できる。当該特定されたセンサの位置から、サセプタ座標から見た基板の回転角が検出される。

上記した表面処理装置２００（基板支持機構１００）を用いた表面処理方法として、以下のような方法が例示される。すなわち、基板ホルダ１３０に基板を配置し、軸体１１０を回転させることでサセプタ１２０を回転させ、基板ホルダ１３０を、軸体１１０の回転軸の周りで回転させる。次に、軸体１１０とサセプタ１２０との回転方向における相対位置を変えることで、基板ホルダ１３０をサセプタ座標から見て回転させつつ基板を処理する。このような処理方法により、表面処理装置２００（基板支持機構１００）を用いて、基板の表面を均一に処理できる。

なお、基板ホルダ１３０をサセプタ座標から見て回転させつつ基板を処理する前、後または途中に、軸体１１０とサセプタ１２０との回転方向における相対位置を変えないことで基板ホルダ１３０をサセプタ座標から見て回転させず、基板ホルダ１３０のサセプタ座標から見た回転を停止したまま基板を処理することもできる。これにより、基板ホルダ１３０をサセプタ座標から見て回転させる必要性が低い場合に、磨耗粉の発生の防止等を図ることができる。

基板ホルダ１３０をサセプタ座標から見て回転させつつ基板を処理する第１段階と基板ホルダ１３０のサセプタ座標から見た回転を停止したまま行う基板を処理する第２段階が、基板の処理面へのエピタキシャル結晶成長法による半導体層の形成である場合、第１段階において、半導体デバイスの活性領域として機能する活性層を形成し、第２段階において、基板と活性層との間に位置するバッファ層を形成することができる。半導体デバイスが電界効果トランジスタである場合、バッファ層として、ストレス制御、電気抵抗増強その他の目的のために形成される中間層が例示される。第１段階において活性層を形成することにより、膜厚均一性に優れた活性層が形成でき、電子デバイスの性能を高めることができる一方、第２段階においてバッファ層を形成することにより、磨耗粉の発生を抑制し、また、基板の反りにより基板ホルダ１３０から基板が脱離する危険を低減することができる。

また、上記した表面処理方法は、表面処理装置２００をコンピュータ制御する場合に、プログラムの発明として把握することもできる。すなわち、表面処理装置２００を制御するコンピュータに導入できるプログラムであって、当該プログラムにより、軸体１１０を回転させることでサセプタ１２０を回転させ、基板ホルダ１３０を、軸体１１０の回転軸の周りで回転させる機能と、軸体１１０とサセプタ１２０との回転方向における相対位置を変えることで、基板ホルダ１３０をサセプタ座標から見て回転させつつ基板を処理する機能と、を実現させることができる。当該プログラムは、表面処理装置２００を制御するコンピュータに、軸体１１０とサセプタ１２０との回転方向における相対位置を変えないことで基板ホルダ１３０をサセプタ座標から見て回転させず、基板ホルダ１３０のサセプタ座標から見た回転を停止したまま基板を処理する機能をさらに実現させることもできる。

（実施例）
表面処理装置２００をＭＯＣＶＤ装置として利用し、窒化ガリウム結晶層をエピタキシャル結晶成長法により形成した。基板として、４インチシリコン基板を用いた。オリエンテーションフラット（ＯＦ）がサセプタ１２０の外周側を向くように、基板を基板ホルダ１３０にセットした。成長室内にキャリアガスとして水素ガスを導入した。加熱手段１５０によりサセプタ１２０および基板ホルダ１３０を加熱した。基板の表面温度が１０５０℃に達したところで、軸体１１０の回転を開始した。軸体１１０の回転数は８００ｒｐｍとした。

サセプタ１２０の回転が軸体１１０の回転数と同じ８００ｒｐｍで定常に達した後、Ｖ族原料であるアンモニアの供給を開始し、III族原料であるトリメチルアルミニウムの供給を開始することで、アルミナイトライドからなるバッファ層をエピタキシャル成長法により形成した。バッファ層の厚さは１００ｎｍとした。

ついで、トリメチルアルミニウムの供給を停止し、III族原料であるトリメチルガリウムとｎ型ドーピングガスであるシランの供給を開始することで、窒化ガリウムからなる活性層をエピタキシャル成長法により形成した。窒化ガリウム活性層の成長時間は３０分とした。

窒化ガリウム活性層の成長中に、軸体１１０の単位時間当たり回転数を図７に示すように変調させた。軸体１１０の回転数を変調させることで、軸体１１０とサセプタ１２０の相対位置を変位させ、サセプタ座標からみて基板ホルダ１３０を回転させた。この変調は窒化ガリウム活性層を成長する３０分の間に５０回行った。変調を一回実施する時間はおよそ４．５秒であるので、３０分の成長時間のうち基板が自転している合計時間は３分４５秒である。すなわち窒化ガリウム活性層の成長中、基板ホルダ１３０はほとんどの時間停止していたといえる。

窒化ガリウム活性層のエピタキシャル成長の終了後、原料ガスの供給を停止し、基板を冷却し、容器１８０内を窒素ガスで置換した後に、基板を取り出した。取り出した基板に形成された窒化ガリウム結晶の厚さを、光学式の厚さ計（thickness meter）により測定した。

図８は、実施例における堆積層の厚さ分布を示すグラフである。厚さの測定箇所は、グラフ左下に示したように、基板の中央部を通る、オリエンテーションフラット（ＯＦ）に垂直な線に沿った点であり、０ｍｍが軸体側の端に対応する。実施例の実測点は、図８において四角のプロットで示す。比較のため、基板ホルダ１３０をサセプタ座標から見て回転させなかった場合のデータを比較例（菱形のプロット）として示した。厚さのばらつき（（最大値−最小値）／平均値）は、比較例の場合で約６５％であるのに対し、実施例の場合は、約１１％であった。表面処理装置２００（基板支持機構１００）の自公転機構により、エピタキシャル成長法により形成した窒化ガリウム結晶の厚さの均一性が向上することを確認した。

１００ 基板支持機構、１１０ 軸体、１１２ 第１歯車、１２０ サセプタ、１２２ サセプタのプレート部、１２４ サセプタの押さえ部、１３０ 基板ホルダ、１３２ 第２歯車、１４０ 基板ホルダ回転機構、１５０ 加熱手段、１６０ 軸体回転機構、１６２ シャフト、１６４ 回転機、１８０ 容器、１８２ ガス供給手段、１８４ ノズル、１８６ 排気系、２００ 表面処理装置。

Claims (13)

1. 駆動力を受けて回転する軸体と、
   前記軸体の回転を受けて、前記軸体と同軸かつ同方向に回転するサセプタと、
   前記サセプタに固定されたサセプタ座標から見て中心位置が不動かつ回転が可能なように前記サセプタに支持され、前記サセプタの回転に伴い前記軸体の周りを回転する基板ホルダと、
   前記基板ホルダを前記サセプタ座標から見て回転させる基板ホルダ回転機構と、を有し、
   前記軸体および前記サセプタは、回転方向における相対的な変位が許容されるものであり、
   前記基板ホルダ回転機構が、前記軸体と前記サセプタとの相対変位に応じて前記基板ホルダを前記サセプタ座標から見て回転させる
   基板支持機構。
2. 前記サセプタが、一定の単位時間当たり回転数で回転し、
   前記軸体の単位時間当たり回転数を変えることで前記基板ホルダを前記サセプタ座標から見て回転させる
   請求項１に記載の基板支持機構。
3. 前記基板ホルダ回転機構が、
   前記軸体と共に回転する第１歯車と、
   前記第１歯車に咬み合い、前記基板ホルダを前記サセプタ座標から見て回転させる第２歯車と、を有し、
   前記軸体と前記サセプタとの相対変位により、前記第１歯車が前記サセプタ座標から見て回転され、当該第１歯車の前記サセプタ座標から見た回転が前記第２歯車を介して前記基板ホルダに伝えられることにより、前記基板ホルダが前記サセプタ座標から見て回転される
   請求項１または請求項２に記載の基板支持機構。
4. 請求項１から請求項３の何れか一項に記載の基板支持機構と、
   前記軸体を回転させる軸体回転機構と、
   を有する、前記基板ホルダに配置する基板を処理する表面処理装置。
5. 前記基板を加熱する加熱手段をさらに有し、
   前記加熱手段が、前記基板の処理面とは反対側のサセプタ裏側に配置されている
   請求項４に記載の表面処理装置。
6. 前記サセプタの毎分回転数が、３００ｒｐｍ以上である
   請求項４または請求項５に記載の表面処理装置。
7. 前記基板の表面処理に利用されるガスを供給するガス供給手段をさらに有し、
   前記ガス供給手段が、前記基板の処理面に向けて前記ガスを供給し、
   供給された前記ガスが、前記サセプタの外周に向けて排気される
   請求項６に記載の表面処理装置。
8. 前記基板ホルダの前記サセプタ座標から見た回転運動を測定する回転モニタをさらに有し、
   前記軸体回転機構が、前記回転モニタの測定結果に応じて前記軸体の単位時間当たり回転数を制御する
   請求項４から請求項７の何れか一項に記載の表面処理装置。
9. 請求項４から請求項８の何れか一項に記載の表面処理装置を用いた表面処理方法であって、
   前記基板ホルダに基板を配置する段階と、
   前記軸体を回転させることで前記サセプタを回転させ、前記基板ホルダを前記軸体の周りで回転させる段階と、
   前記軸体と前記サセプタとの回転方向における相対位置を変えることで、前記基板ホルダを前記サセプタ座標から見て回転させつつ前記基板を処理する第１段階と、
   を有する表面処理方法。
10. 前記第１段階の前、後または途中において、前記軸体と前記サセプタとの回転方向における相対位置を変えないことで前記基板ホルダを前記サセプタ座標から見て回転させず、前記サセプタ座標から見た前記基板ホルダの回転を停止したまま前記基板を処理する第２段階、
    をさらに有する請求項９に記載の表面処理方法。
11. 前記第１段階および前記第２段階における前記基板の処理が、前記基板の処理面へのエピタキシャル結晶成長法による半導体層の形成であり、
    前記第１段階において、半導体デバイスの活性領域として機能する活性層を形成し、
    前記第２段階において、前記基板と前記活性層との間に位置するバッファ層を形成する
    請求項１０に記載の表面処理方法。
12. 請求項４から請求項８の何れか一項に記載の表面処理装置を制御するコンピュータに、
    前記軸体を回転させることで前記サセプタを回転させ、前記基板ホルダを、前記軸体の周りで回転させる機能と、
    前記軸体と前記サセプタとの回転方向における相対位置を変えることで、前記基板ホルダを前記サセプタ座標から見て回転させつつ前記基板を処理する機能と、
    を実現させるためのプログラム。
13. 前記軸体と前記サセプタとの回転方向における相対位置を変えないことで前記基板ホルダを前記サセプタ座標から見て回転させず、前記サセプタ座標から見た前記基板ホルダの回転を停止したまま前記基板を処理する機能、
    をさらに実現させるための請求項１２に記載のプログラム。

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