JP2014003251A - Vapor growth device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気相成長装置に関し、詳細には、基板回転機構を有する気相成長装置に関する。 The present invention relates to a vapor phase growth apparatus, and more particularly, to a vapor phase growth apparatus having a substrate rotation mechanism.
結晶膜を基板上に成長する方法には、化学的気相成長(CVD)法等があり、基板加熱を伴うCVD法は熱CVD法等として知られている。近年、高温条件(例えば1000℃以上)で基板を加熱して行う気相成長が増加しており、青色若しくは紫外LED又は青色若しくは紫外レーザーダイオードを製作するためのIII族窒化物半導体の気相成長もその一つである。例えば、III族窒化物半導体結晶膜の成長は、トリメチルガリウム、トリメチルインジウム、またはトリメチルアルミニウム等の有機金属ガスをIII族金属源として、アンモニアを窒素源として用い、1000℃以上の高温に加熱されたシリコン(Si)、サファイア(Al2O3)又は窒化ガリウム(GaN)等の基板上に結晶膜を気相成長する熱CVD法により行われることがある。 As a method for growing a crystal film on a substrate, there is a chemical vapor deposition (CVD) method or the like, and a CVD method involving substrate heating is known as a thermal CVD method or the like. In recent years, vapor phase growth performed by heating a substrate under high temperature conditions (for example, 1000 ° C. or more) is increasing, and vapor phase growth of a group III nitride semiconductor for producing a blue or ultraviolet LED or a blue or ultraviolet laser diode. Is one of them. For example, the growth of a group III nitride semiconductor crystal film was heated to a high temperature of 1000 ° C. or higher using an organic metal gas such as trimethylgallium, trimethylindium, or trimethylaluminum as a group III metal source and ammonia as a nitrogen source. In some cases, the thermal CVD method is used in which a crystal film is vapor-phase grown on a substrate such as silicon (Si), sapphire (Al 2 O 3 ), or gallium nitride (GaN).
気相成長装置には、基板の結晶成長面を上向きに配置するもの(フェイスアップ型)、基板の結晶成長面を下向きに配置するもの(フェイスダウン型)がある。また、1バッチあたり1枚の基板上に結晶膜を成長させる気相成長装置があるが、生産性を向上するために1バッチあたり複数枚の基板上に結晶膜を成長させる気相成長装置も知られている。これらの気相成長装置においては、基板を自転させることにより、基板面内で均一な膜厚及び膜質の結晶膜を成長させることができる。また、基板を自公転させることにより、同一基板面内だけでなく各基板間においても均一な膜厚及び膜質を得ることができる。このような気相成長装置において、成膜条件を最適化するために、基板の自転速度と公転速度の比率を適宜変化させられるように、基板の自転機構と公転機構は別々に設けられることが望ましく、例えば特許文献1に記載されている気相成長装置において、基板自転機構と基板公転機構は別々に設けられている。
As the vapor phase growth apparatus, there are an apparatus in which the crystal growth surface of the substrate is arranged upward (face-up type) and an apparatus in which the crystal growth surface of the substrate is arranged downward (face-down type). In addition, there is a vapor phase growth apparatus that grows a crystal film on one substrate per batch, but there is also a vapor phase growth apparatus that grows a crystal film on multiple substrates per batch in order to improve productivity. Are known. In these vapor phase growth apparatuses, a crystal film having a uniform film thickness and film quality can be grown on the substrate surface by rotating the substrate. In addition, by rotating and revolving the substrate, a uniform film thickness and film quality can be obtained not only within the same substrate plane but also between the substrates. In such a vapor phase growth apparatus, the substrate rotation mechanism and the revolution mechanism may be provided separately so that the ratio between the rotation speed and the revolution speed of the substrate can be appropriately changed in order to optimize the film forming conditions. Desirably, for example, in the vapor phase growth apparatus described in
基板回転機構が備えられた気相成長装置において、基板は回転自在に保持されることが望ましく、例えば特許文献2に記載されている気相成長装置において、基板を保持する複数の基板ホルダーは、サセプタにより回転自在に保持され、このサセプタは、サセプタ保持板により回転自在に保持されている。このような基板回転機構において、回転部材(基板ホルダー及びサセプタ)を基台(サセプタ及びサセプタ保持板)により回転自在に保持するための手段として、ベアリングを用いることが多く、例えば特許文献2に記載されている気相成長装置のように、回転部材の下面と基台の上面のそれぞれに設けられた溝によりベアリングボールを挟持して各回転部材を回転自在に保持する構成が多く用いられる。
従来、このような基板回転機構を有する気相成長装置において、溝に配置されたベアリングボールは、回転部材と基台で挟持することにより保持されているだけなので、回転の偏心、反応性ガスによるベアリングの劣化、急な温度上昇による構成材料の寸法変化、あるいは振動や摩擦等によりボールが溝から脱落しやすいという問題があった。そのため、反応性ガスが存在し高温の環境となる気相成長中においても、ベアリングボールの脱落が抑制される気相成長装置が求められてきた。
すなわち、本発明が解決しようとする課題は、反応性ガスが存在し高温(例えば1000℃以上)の環境となる気相成長中においても、ベアリングボールの脱落を抑制できる気相成長装置を提供することである。
Conventionally, in a vapor phase growth apparatus having such a substrate rotating mechanism, the bearing ball disposed in the groove is only held by being sandwiched between the rotating member and the base, and therefore, due to eccentricity of rotation and reactive gas. There is a problem that the ball is likely to drop out of the groove due to deterioration of the bearing, dimensional change of the constituent material due to a sudden temperature rise, vibration or friction. For this reason, there has been a demand for a vapor phase growth apparatus that can prevent bearing balls from dropping even during vapor phase growth in which a reactive gas is present and a high temperature environment.
That is, the problem to be solved by the present invention is to provide a vapor phase growth apparatus capable of suppressing bearing ball dropout even during vapor phase growth in which a reactive gas exists and is in a high temperature environment (for example, 1000 ° C. or higher). That is.
本発明の発明者らは、このような課題を解決すべく鋭意検討した結果、リング状のベアリングボール保持具により保持された複数のベアリングボールを介して、基台に対し回転自在に保持される回転部材が備えられた基板回転機構を有する気相成長装置において、前記リング状のベアリングボール保持具の内周側にベアリングボールを収納する複数の凹部を備えることにより前述の課題を解決できることを見出し、本発明の気相成長装置に到達した。 As a result of intensive studies to solve such problems, the inventors of the present invention are held rotatably with respect to the base via a plurality of bearing balls held by a ring-shaped bearing ball holder. In a vapor phase growth apparatus having a substrate rotation mechanism provided with a rotating member, it has been found that the above-mentioned problems can be solved by providing a plurality of recesses for receiving bearing balls on the inner peripheral side of the ring-shaped bearing ball holder. The vapor phase growth apparatus of the present invention has been reached.
すなわち本発明は、リング状のベアリングボール保持具により保持された複数のベアリングボールを介して、基台に対し回転自在に保持される回転部材が備えられた基板回転機構を有する気相成長装置であって、前記リング状のベアリングボール保持具が、内周側にベアリングボールを収納する複数の凹部を備えてなることを特徴とする気相成長装置である。 That is, the present invention is a vapor phase growth apparatus having a substrate rotating mechanism provided with a rotating member that is rotatably held with respect to a base via a plurality of bearing balls held by a ring-shaped bearing ball holder. The ring-shaped bearing ball holder is provided with a plurality of recesses for housing the bearing balls on the inner peripheral side.
本発明の気相成長装置において、回転部材は、リング状のベアリングボール保持具により保持された複数のベアリングボールを介して、基台に対し回転自在に保持されるため、回転部材の回転中におけるベアリングボールの脱落が抑制される。さらに、リング状のベアリングボール保持具は、内周側にベアリングボールを収納する複数の凹部を備えているので、回転の偏心等により生じる水平方向の力によるベアリングボールの脱落が効果的に抑制される。
また、本発明の気相成長装置において、凹部の突起の長さをベアリングボールの径より小さく設定することにより、回転部材の回転中に、突起が回転部材または基台の側面と接触しなくなるので、回転部材を小さい回転駆動力で回転させることができる。
In the vapor phase growth apparatus of the present invention, the rotating member is rotatably held with respect to the base via the plurality of bearing balls held by the ring-shaped bearing ball holder, so that the rotating member is being rotated. Dropping of the bearing ball is suppressed. Furthermore, since the ring-shaped bearing ball holder is provided with a plurality of recesses for housing the bearing balls on the inner peripheral side, the falling off of the bearing balls due to the horizontal force caused by rotational eccentricity is effectively suppressed. The
Further, in the vapor phase growth apparatus of the present invention, by setting the length of the protrusion of the recess smaller than the diameter of the bearing ball, the protrusion does not come into contact with the side surface of the rotating member or the base during the rotation of the rotating member. The rotating member can be rotated with a small rotational driving force.
本発明は、リング状のベアリングボール保持具により保持された複数のベアリングボールを介して、基台に対し回転自在に保持される回転部材が備えられた基板回転機構を有する気相成長装置に適用される。以下、本発明を、図1〜図6に基づいて詳細に説明するが、本発明がこれらにより限定されることはない。
尚、図1は、本発明の気相成長装置の一例を示す垂直断面構成図であり、図2は、図1のA部拡大図であり。図3は、図1のB−B断面構成図であり、図4は、図1のC−C断面構成図である。図5は、図1の気相成長装置において基板ホルダー回転板を回転自在に保持するために用いられる複数のベアリングボールを保持できるベアリングボール保持具を示す上方からの斜視図であり、図6は、図5のD部拡大図である。
The present invention is applied to a vapor phase growth apparatus having a substrate rotation mechanism provided with a rotating member that is rotatably held with respect to a base via a plurality of bearing balls held by a ring-shaped bearing ball holder. Is done. Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on FIGS. 1-6, this invention is not limited by these.
1 is a vertical sectional view showing an example of the vapor phase growth apparatus of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of a portion A in FIG. 3 is a cross-sectional configuration view taken along the line BB in FIG. 1, and FIG. 4 is a cross-sectional configuration diagram taken along the line CC in FIG. 5 is a perspective view from above showing a bearing ball holder that can hold a plurality of bearing balls used to rotatably hold a substrate holder rotating plate in the vapor phase growth apparatus of FIG. FIG. 6 is an enlarged view of a part D in FIG. 5.
本発明の気相成長装置が有する基板回転機構に備えられる回転部材の少なくとも1つは、リング状のベアリングボール保持具により保持された複数のベアリングボールを介して、基台に対し回転自在に保持され、前記リング状のベアリングボール保持具は、内周側にベアリングボールを収納する複数の凹部を備えている。本発明に用いられる前述の回転部材は、基板を保持する基板ホルダー、基板ホルダー回転駆動器からの回転駆動力を基板ホルダーに伝達する基板ホルダー回転板、及び複数の基板ホルダーを保持するサセプタから選ばれる回転部材である。 At least one of the rotating members provided in the substrate rotating mechanism of the vapor phase growth apparatus of the present invention is rotatably held with respect to the base via a plurality of bearing balls held by a ring-shaped bearing ball holder. The ring-shaped bearing ball holder includes a plurality of recesses for housing the bearing balls on the inner peripheral side. The rotating member used in the present invention is selected from a substrate holder that holds a substrate, a substrate holder rotating plate that transmits a rotation driving force from the substrate holder rotation driver to the substrate holder, and a susceptor that holds a plurality of substrate holders. Rotating member.
本発明の気相成長装置において、基板ホルダー回転板は、例えば基板ホルダー回転駆動軸から伝達される回転駆動力により回転される際に、基板ホルダー回転駆動軸にわずかでも偏心があると、偏心により生じる水平方向の力によってベアリングボールが溝から脱落し易くなるため、基板ホルダー回転板は、他の回転部材よりも優先してベアリングボール保持具を用いることが特に好ましい。
本発明に用いられる回転部材は、円盤状またはリング状の形状であることが好ましいが、そのような形状に限定されることはない。また、本発明に用いられる回転部材は、回転駆動力を伝達するため、または回転駆動力の伝達を受けるために、その外周または内周等に歯車が備えられていることが好ましいが、伝達の手段として歯車が備えられている構成に限定されることはない。
In the vapor phase growth apparatus of the present invention, when the substrate holder rotating plate is rotated by the rotational driving force transmitted from the substrate holder rotating driving shaft, for example, if the substrate holder rotating driving shaft is slightly eccentric, Since the bearing ball easily falls off the groove due to the generated horizontal force, the substrate holder rotating plate is particularly preferably used with the bearing ball holder in preference to the other rotating members.
The rotating member used in the present invention preferably has a disk shape or a ring shape, but is not limited to such a shape. The rotating member used in the present invention is preferably provided with a gear on the outer periphery or the inner periphery in order to transmit the rotational driving force or receive the rotational driving force. It is not limited to the structure provided with the gear as a means.
本発明の基板回転機構は、基板自転機構と基板公転機構を含む機構からなり、例えば図1〜4の気相成長装置に備えられる機構を挙げることができる。この基板回転機構には、回転部材として基板ホルダー3、基板ホルダー回転板6及びサセプタ9が設けられ、サセプタ9及びサセプタ保持板18が基台として機能を発揮するように設けられ、基板ホルダー3及び基板ホルダー回転板6はサセプタ9に対し、サセプタ9はサセプタ保持板18に対し、各々、リング状のベアリングボール保持具1により保持された複数のベアリングボール2を介して回転自在に保持されている。基板自転機構は、反応炉12の中心部に設けられ外周に歯車6bを有する基板ホルダー回転板6を介して、基板ホルダー回転駆動器8から、基板ホルダー回転板6の周囲に設けられ外周に歯車3aを有する複数の基板ホルダー3に回転駆動力を伝達することにより、基板ホルダー3を回転させる構成を有している。また、基板公転機構は、外周に歯車17aを有するサセプタ回転板17を介して、外周に歯車9aaを有するサセプタ9に回転駆動力を伝達することにより、サセプタ9を回転させる構成を有している。
The substrate rotation mechanism of the present invention includes a mechanism including a substrate rotation mechanism and a substrate revolution mechanism, and examples thereof include a mechanism provided in the vapor phase growth apparatus of FIGS. In this substrate rotation mechanism, a
本発明の気相成長装置において、基板ホルダーは、通常は直径2インチ以上、好ましくは直径3インチ以上、より好ましくは直径4インチ以上の基板を1枚保持できるように設定されていることが好ましいが、このような設定に限定されることはない。また、基板ホルダーは、円盤状、リング状、または円筒状の形状を有することが好ましいが、このような形状に限定されることはない。 In the vapor phase growth apparatus of the present invention, the substrate holder is preferably set so as to hold one substrate having a diameter of usually 2 inches or more, preferably 3 inches or more, more preferably 4 inches or more. However, it is not limited to such a setting. The substrate holder preferably has a disk shape, a ring shape, or a cylindrical shape, but is not limited to such a shape.
図1〜4の気相成長装置において、各基板ホルダー3は、基板ホルダー3の下面及びサセプタ9の上面のそれぞれに刻まれたベアリング溝(3b、9ab)により挟持され、図5と同様のベアリングボール保持具に保持されている複数のベアリングボール2を介して、サセプタ9に対し回転自在に保持されている。このベアリングボール保持具は、図5と同様のベアリングボール保持具であるが、ベアリングボール及び凹部の個数、並びに寸法等が適宜変化されている。各基板ホルダー3はリング状、または円筒状の形状を有し、基板5の結晶成長面が下向きとなるように基板5を保持しているが、本発明に用いられる基板ホルダーは、このような基板を下向きに保持する基板ホルダーに限定されることはなく、例えば、上向きまたは横向きに保持する基板ホルダーでもよい。
1-4, each
本発明の気相成長装置において、複数の基板ホルダーを自転させる際には、例えば、外周に歯車を有する基板ホルダー回転板を反応炉の中心部に設け、基板ホルダー回転板を介して、基板ホルダー回転駆動器から、基板ホルダー回転板の周囲に設けられ外周に歯車を有する複数の基板ホルダーに回転駆動力を伝達することにより、基板及び基板ホルダーを自転させることができる。 In the vapor phase growth apparatus of the present invention, when rotating a plurality of substrate holders, for example, a substrate holder rotating plate having a gear on the outer periphery is provided at the center of the reaction furnace, and the substrate holder is interposed via the substrate holder rotating plate. The substrate and the substrate holder can be rotated by transmitting the rotational driving force from the rotation driver to a plurality of substrate holders provided around the substrate holder rotating plate and having gears on the outer periphery.
本発明の気相成長装置において、基板ホルダー回転板は、円盤状、リング状、または円筒状の形状を有することが好ましいが、このような形状に限定されることはない。また、基板ホルダー回転板は、直径100〜500mm、厚さ3〜20mmの円盤状であることが特に好ましいが、このような大きさ及び形状に限定されることはない。図1〜4の気相成長装置において、円盤状の基板ホルダー回転板6は、基板ホルダー回転板6の下面及びサセプタ9の上面にそれぞれ刻まれたベアリング溝(6c、9ba)により挟持され、図5のベアリングボール保持具1に保持されている複数のベアリングボール2を介して、サセプタ9に対し回転自在に保持されている。
In the vapor phase growth apparatus of the present invention, the substrate holder rotating plate preferably has a disk shape, a ring shape, or a cylindrical shape, but is not limited to such a shape. In addition, the substrate holder rotating plate is particularly preferably a disk shape having a diameter of 100 to 500 mm and a thickness of 3 to 20 mm, but is not limited to such a size and shape. 1-4, the disc-shaped substrate
本発明において回転部材を保持する基台は、円盤状、リング状、または円筒状の形状であることが好ましいが、このような形状に限定されることはない。例えば図1〜4の気相成長装置において、基板ホルダー3及び基板ホルダー回転板6を保持する基台として円盤状のサセプタ9が設けられており、サセプタ9を保持する基台としてリング状のサセプタ保持板18が設けられている。また、本発明に用いられる回転部材は、図1〜4の気相成長装置におけるサセプタ9のように、他の回転部材を保持する基台としての機能も有することもできる。
In the present invention, the base for holding the rotating member preferably has a disk shape, a ring shape, or a cylindrical shape, but is not limited to such a shape. For example, in the vapor phase growth apparatus of FIGS. 1 to 4, a disk-shaped
本発明の気相成長装置において、サセプタは、円盤状、リング状、または円筒状の形状であることが好ましいが、このような形状に限定されることはない。また、サセプタは、外径300〜1000mm、厚さ5〜30mmの円盤状であり、6〜15個の基板ホルダーを保持できることが特に好ましいが、このような大きさ、形状、及び基板ホルダー数に限定されることはない。 In the vapor phase growth apparatus of the present invention, the susceptor preferably has a disk shape, a ring shape, or a cylindrical shape, but is not limited to such a shape. In addition, the susceptor has a disk shape with an outer diameter of 300 to 1000 mm and a thickness of 5 to 30 mm, and it is particularly preferable that 6 to 15 substrate holders can be held. There is no limit.
図1〜4の気相成長装置において、サセプタ9は、円盤状のサセプタ9の下面及びリング状のサセプタ保持板18の上面にそれぞれ刻まれたベアリング溝(9ab’、18a)により挟持され、図5と同様のベアリングボール保持具に保持されている複数のベアリングボール2を介して、サセプタ保持板18に対し回転自在に保持されている。このベアリングボール保持具は、図5と同様のベアリングボール保持具であるが、ベアリングボール及び凹部の個数、並びに寸法等が適宜変化されている。
1-4, the
また、本発明の気相成長装置において、サセプタは、メンテナンスを容易にする等の目的で、分離可能な複数の部材から構成されてもよく、例えば、円盤状のサセプタを円盤状部材とリング状部材から構成することができる。この場合、円盤状部材をリング状部材の空間部に設置することによりサセプタを形成することができる。また、円盤状部材により基板ホルダー回転板を保持し、リング状部材により複数の基板ホルダーを保持する構成が特に好ましいが、このような構成に限定されることはない。サセプタを構成する円盤状部材は、直径100〜500mm、厚さ3〜20mmの円盤状であることが好ましいが、このような大きさに限定されることはない。サセプタを構成するリング状部材は、外径300〜1000mm、内径100〜500mm、厚さ5〜30mmのリング状であり、6〜15個の基板ホルダーを保持できることが好ましいが、このような大きさ及び基板ホルダー数に限定されることはない。 In the vapor phase growth apparatus of the present invention, the susceptor may be composed of a plurality of separable members for the purpose of facilitating maintenance, for example, a disk-shaped susceptor may be formed into a disk-shaped member and a ring-shaped member. It can be comprised from a member. In this case, the susceptor can be formed by installing the disk-shaped member in the space of the ring-shaped member. In addition, a configuration in which the substrate holder rotating plate is held by a disk-shaped member and a plurality of substrate holders is held by a ring-shaped member is particularly preferable, but the configuration is not limited thereto. The disk-shaped member constituting the susceptor is preferably a disk having a diameter of 100 to 500 mm and a thickness of 3 to 20 mm, but is not limited to such a size. The ring-shaped member constituting the susceptor has a ring shape with an outer diameter of 300 to 1000 mm, an inner diameter of 100 to 500 mm, and a thickness of 5 to 30 mm, and is preferably capable of holding 6 to 15 substrate holders. The number of substrate holders is not limited.
図1〜4の気相成長装置において、サセプタ9を構成するリング状部材9aと円盤状部材9bは分離可能な別々の部材として設けられ、円盤状部材9bの外周上部に周辺部に向かって設けられた突出部と、リング状部材9aの内周下部に中心部に向かって設けられた突出部を重ね合せることにより、円盤状部材9bがリング状部材9aにより保持されてサセプタ9が形成されている。本発明に用いられるベアリングボール保持具は、図5に示すように、リング状の形状を有している。このようなベアリングボール保持具は、分割できない一体の部材として構成されてもよく、分割可能な複数の部材から構成されてもよい。尚、本発明に用いられるベアリングボールの径は1〜10mmであることが好ましいが、そのような大きさに限定されることはない。
1-4, the ring-shaped
本発明に用いられるベアリングボール保持具の内周側には、ベアリングボールを収納する複数の凹部が備えられている。例えば、図5、6に示すように、ベアリングボール保持具の内周側に設けられた隣り合う突起により、ベアリングボールを収納する凹部が形成される。このように、各凹部は、ベアリングボール保持具の上面から下面にかけて、ベアリングボール保持具の内周に半径方向に形成された切欠からなることができる。各凹部は、ベアリングボールを1個ずつ収納できる凹部であることが好ましい。また、各凹部は、回転部材をより安定して保持できるように、ベアリングボール保持具を構成するリングの円周方向に等間隔で設けられることが好ましいが、等間隔に限定されることはない。 A plurality of recesses for receiving bearing balls are provided on the inner peripheral side of the bearing ball holder used in the present invention. For example, as shown in FIGS. 5 and 6, a recess for housing the bearing ball is formed by adjacent protrusions provided on the inner peripheral side of the bearing ball holder. As described above, each recess can be formed by a notch formed in the radial direction on the inner periphery of the bearing ball holder from the upper surface to the lower surface of the bearing ball holder. Each recess is preferably a recess that can accommodate one bearing ball. In addition, the recesses are preferably provided at equal intervals in the circumferential direction of the ring constituting the bearing ball holder so that the rotating member can be held more stably, but are not limited to equal intervals. .
本発明に用いられるベアリングボール保持具において、凹部は、ベアリングボールを挿入できる挿入口をベアリングボール保持具の内周側に有し、凹部の挿入口の径は、ベアリングボールの径より大きく設定される。凹部の挿入口の径を、ベアリングボールの径より大きく設定することにより、図2、5、6に示すように、ベアリングボール2を凹部1aに深く収納でき、ベアリングボール2の脱落を効果的に抑制することができる。尚、凹部の挿入口の径は、ベアリングボールの径より0.1〜1mm大きいことが好ましいが、そのような径に限定されることはない。
In the bearing ball holder used in the present invention, the recess has an insertion port into which the bearing ball can be inserted on the inner peripheral side of the bearing ball holder, and the diameter of the insertion port of the recess is set larger than the diameter of the bearing ball. The By setting the diameter of the insertion port of the recess larger than the diameter of the bearing ball, the bearing
また、本発明に用いられるベアリングボール保持具において、凹部が前述のような切欠から構成されることにより、ベアリングボールが凹部の切欠を通して回転部材及び基台に接し、回転部材がベアリングボールを介して基台に対し回転自在に保持されることが可能になる。ベアリングボールの脱落を効果的に抑制するために、少なくともベアリングボール保持具の上面における切欠の幅が、ベアリングボールの径より小さいことが好ましく、ベアリングボール保持具の上面及び下面における切欠の幅が、ベアリングボールの径より小さいことが特に好ましい。例えば図5、6のベアリングボール保持具1においては、ベアリングボール保持具の上面及び下面における切欠の幅はベアリングボールの径より小さく設定され、図2に示すように、凹部1aに挿入されたベアリングボール2がベアリングボール保持具1により保持され、ベアリングボール2が凹部1aの切欠1cを通して回転部材(基板ホルダー回転板6)及び基台(サセプタ9)に接している。尚、ベアリングボール保持具の上面及び下面における切欠の幅は、ベアリングボールの径より0.5〜3mm小さいことが好ましいが、そのような幅に限定されることはない。
Further, in the bearing ball holder used in the present invention, the recess is constituted by the notch as described above, so that the bearing ball contacts the rotating member and the base through the notch of the recess, and the rotating member passes through the bearing ball. It can be held rotatably with respect to the base. In order to effectively suppress the falling of the bearing ball, it is preferable that at least the width of the notch on the upper surface of the bearing ball holder is smaller than the diameter of the bearing ball, and the width of the notch on the upper and lower surfaces of the bearing ball holder is It is particularly preferable that the diameter is smaller than the diameter of the bearing ball. For example, in the
本発明に用いられるベアリングボール保持具に設けられる凹部の側面は、保持されるベアリングボールの形状及び大きさに対応した形状に設定されることが好ましいが、このような形状に限定されることはない。例えば、図5のベアリングボール保持具1に設けられている凹部1aの側面は、保持されるベアリングボールの形状及び大きさに対応して湾曲した形状に設定されている。本発明に用いられるベアリングボール保持具の厚さは、ベアリングボールの径より小さく設定され、このような設定により、各ベアリングボールが各凹部の切欠を通して回転部材及び基台に接し、ベアリングボールを介して回転部材が基台に対し回転自在に保持される。本発明に用いられるベアリングボール保持具の厚さは、保持されるベアリングボールの径の30〜90%であることが好ましいが、このような厚さに限定されることはない。
The side surface of the recess provided in the bearing ball holder used in the present invention is preferably set to a shape corresponding to the shape and size of the bearing ball to be held, but is not limited to such a shape. Absent. For example, the side surface of the recess 1a provided in the
本発明に用いられるベアリングボール保持具に設けられる凹部の突起の長さは、ベアリングボールの径より小さく設定されることが好ましいが、そのような設定に限定されることはない。このような突起の長さは、ベアリングボールの径の50〜90%であることが好ましいが、このような長さに限定されることはない。
本発明において、複数のベアリングボールを保持したベアリングボール保持具は、ベアリングボール保持具の外周がベアリング溝の側壁等に接するように設置されることが好ましい。このような構成により、ベアリングボール保持具及びそれに保持されたベアリングボールの脱落が効果的に抑制される。例えば図2において、複数のベアリングボール2を保持したベアリングボール保持具1は、ベアリングボール保持具1の外周がベアリング溝(6c、9ba)の側壁に接するように設置されている。
The length of the protrusion of the recess provided in the bearing ball holder used in the present invention is preferably set smaller than the diameter of the bearing ball, but is not limited to such setting. The length of such a protrusion is preferably 50 to 90% of the diameter of the bearing ball, but is not limited to such a length.
In the present invention, the bearing ball holder holding a plurality of bearing balls is preferably installed such that the outer periphery of the bearing ball holder is in contact with the side wall of the bearing groove. With such a configuration, it is possible to effectively prevent the bearing ball holder and the bearing ball held thereon from falling off. For example, in FIG. 2, the bearing
本発明に用いられるベアリングボール保持具は、カーボン、窒化ホウ素(BN)、二硫化モリブデン(MoS2)、二硫化タングステン(WS2)及びそれらの組み合わせから選択される材質からなることが好ましいが、このような材質に限定されることはない。これらの材質は、潤滑性、耐腐食性及び耐熱性に優れているため、ベアリングボール保持具とベアリングボールの摩擦を低減してベアリングボール保持具からのベアリングボールの脱落をさらに抑制でき、気相成長装置内部のような環境下での使用にも耐久性がある。尚、BNは耐腐食性及び耐熱性に特に優れているため、本発明に用いられるベアリングボール保持具は、BNからなることが特に好ましい。 The bearing ball holder used in the present invention is preferably made of a material selected from carbon, boron nitride (BN), molybdenum disulfide (MoS 2 ), tungsten disulfide (WS 2 ), and combinations thereof. It is not limited to such a material. Since these materials are excellent in lubricity, corrosion resistance and heat resistance, the friction between the bearing ball holder and the bearing ball can be reduced to further prevent the bearing ball from falling off the bearing ball holder. It is also durable for use in environments such as inside growth equipment. In addition, since BN is particularly excellent in corrosion resistance and heat resistance, the bearing ball holder used in the present invention is particularly preferably made of BN.
本発明に用いられるベアリングボールは、カーボン、BN、MoS2、WS2及びそれらの組み合わせから選択される材質であることが好ましいが、これらの材質に限定されることはなく、ベアリングボール保持具を前述のような潤滑性に優れた材質に設定することにより、カーボン、BN、MoS2、WS2、アルミナ、炭化ケイ素(SiC)、窒化ケイ素(Si3N4)及びそれらの組み合わせから選択される材質であることも好ましい。尚、アルミナは強度、耐腐食性及び耐熱性に特に優れ、BNは潤滑性、耐腐食性及び耐熱性に特に優れているため、本発明に用いられるベアリングボールは、アルミナまたはBNであることが特に好ましい。 The bearing ball used in the present invention is preferably a material selected from carbon, BN, MoS 2 , WS 2 and combinations thereof, but is not limited to these materials, and the bearing ball holder By selecting the material having excellent lubricity as described above, the material is selected from carbon, BN, MoS 2 , WS 2 , alumina, silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si 3 N 4 ), and combinations thereof. A material is also preferable. Since alumina is particularly excellent in strength, corrosion resistance and heat resistance, and BN is particularly excellent in lubricity, corrosion resistance and heat resistance, the bearing ball used in the present invention may be alumina or BN. Particularly preferred.
次に、図1〜4の気相成長装置をさらに詳細に説明する。図1〜4の気相成長装置には、前述のようなベアリングボール保持具1、ベアリングボール2、基板ホルダー3、基板ホルダー回転板6、サセプタ9、サセプタ保持板18の他に、サセプタの対面10、基板ホルダー3に載置され基板5を加熱する均熱板4、均熱板4を加熱するヒータ11、サセプタ9とサセプタの対面10の間隙からなる反応炉12、反応炉12へ原料ガスを供給する原料ガス導入部13、反応炉12から反応ガスを排出する反応ガス排出部14も備えられており、基板ホルダー3の回転により基板5が自転し、サセプタ9の回転により基板5が公転する。
Next, the vapor phase growth apparatus shown in FIGS. 1-4 includes the bearing
基板ホルダー回転駆動器8からの回転駆動力は、まず、磁性流体シール等の手段により反応容器19の密封性を損なわないように回転自在にシールされた基板ホルダー回転駆動軸7に伝達される。基板ホルダー回転駆動軸7の基板ホルダー回転板6側の先端には複数本のツメ7aが設けられており、ツメ7aが、基板ホルダー回転板6の上面に設けられた穴6aに差し込まれることにより着脱可能に噛み合わさり、回転駆動力が基板ホルダー回転板6に伝達される。複数の基板ホルダー3が、原料ガス導入部13の周囲に設けられており、基板ホルダー回転板6の外周に設けられた歯車6bと各基板ホルダー3の歯車3aが噛み合わさることにより各基板ホルダー3に回転駆動力が伝達され、各基板5は自転し、各基板面内において均一な膜質及び膜厚の結晶膜を得ることができる。
First, the rotational driving force from the substrate holder
また、サセプタ回転駆動器15からの回転駆動力は、まず、磁性流体シール等の手段により反応容器19の密封性を損なわないように回転自在にシールされたサセプタ回転駆動軸16を介して、サセプタ回転駆動軸16のサセプタ側先端に固定されたサセプタ回転板17に伝達される。サセプタ9の周縁部(リング状部材9aの外周)には歯車9aaが設けられ、サセプタ回転板17の周縁部には歯車17aが設けられており、それらが互いに噛み合わさることによりサセプタ回転駆動器15からの回転駆動力はサセプタ9に伝達されて、サセプタ9は回転する。このようにしてサセプタ9を回転させることにより基板5は公転し、各基板面間において均一な膜質及び膜厚の結晶膜を得ることができる。
In addition, the rotational driving force from the
各ベアリング溝(6c、9ab、9ab’、9ba、18a)の鉛直方向の断面は、半円形、三角形又は四角形であることが好ましいが、このような断面に限定されることはない。また、各歯車(3a、6b、9aa、17a)は、平歯車構造を有することが好ましいが、平歯車構造に限定されることはない。各ベアリング溝には、各ベアリングボール2の少なくとも一部分が収納される。ベアリングボール保持具を用いる際には、ベアリングボール保持具の少なくとも一部分もベアリング溝に収納されることが好ましいが、収納されることに限定されることはない。
The vertical cross section of each bearing groove (6c, 9ab, 9ab ', 9ba, 18a) is preferably semicircular, triangular or quadrangular, but is not limited to such cross section. Each gear (3a, 6b, 9aa, 17a) preferably has a spur gear structure, but is not limited to a spur gear structure. Each bearing groove accommodates at least a part of each
結晶膜を生成するための気相成長反応は反応容器19内部の反応炉12において行われる。反応炉12の中心部には原料ガス導入部13が設けられ、原料ガスは原料ガス導入部13から放射状に吹き出し、基板5の結晶成長面に対して水平に供給されるが、このような構成に限定されることはない。気相成長反応は、反応炉12において、ヒータ11により均熱板4を介して基板5を加熱しながら、原料ガス導入部13から原料ガスを供給することにより行われ、基板5の結晶成長面には結晶膜が形成される。気相成長反応に用いられた原料ガスは、そのまま反応ガスとして反応ガス排出部14から排出される。尚、本発明は、反応炉の中央部から原料ガスを供給し、周辺部から外部に排出する気相成長装置に限定されることはなく、例えば反応炉の一端から原料ガスを供給し、反応後のガスを他の一端から外部に排出する気相成長装置に適用することもできる。
The vapor phase growth reaction for generating the crystal film is performed in the
気相成長中、基板5は、基板ホルダー3の回転により常時自転することが好ましく、基板ホルダー3及びサセプタ9の回転により常時自転及び公転することがより好ましい。基板ホルダー3及びサセプタ9の回転方向及び回転速度は、それぞれ、基板ホルダー回転駆動器8及びサセプタ回転駆動器15の回転方向及び回転速度を変化させることにより、任意に設定することができる。各基板間において均一な膜厚及び膜質を得るために、各基板ホルダー3は、原料ガス導入部13を中心とする同一円周上に配置され、原料ガス導入部13からの距離を等しくすることが好ましいが、そのような構成に限定されることはない。
During vapor phase growth, the
ベアリングボール保持具1及びベアリングボール2に用いられる好ましい材質は前述のとおりである。反応容器19を構成する材質には、金属又は合金が挙げられるが、これらの材質に限定されることはない。基板ホルダー3、基板ホルダー回転板6、サセプタ9(リング状部材9a、円盤状部材9b)、サセプタの対面10及びサセプタ回転板17は、カーボン系材料又はカーボン系材料をセラミック系材料でコーティングしたものが好ましいが、そのような材質に限定されることはない。ヒータ11はカーボンヒータ又はセラミックヒータが好ましいが、これらのヒータに限定されることはない。基板ホルダー回転駆動軸7及びサセプタ回転駆動軸16は、金属、合金、金属酸化物、カーボン系材料、セラミック系材料、カーボン系材料をセラミック系材料でコーティングしたもの、またはこれらの組み合わせが好ましいが、そのような材質に限定されることはない。
The preferred materials used for the bearing
ここで、金属の例には、アルミニウム等があるが、アルミニウムに限定されることはなく、合金の例には、ステンレスまたはインコネル等があるが、これらに限定されることはない。カーボン系材料の例には、カーボン、パイオロリティックグラファイト(PG)、グラッシカーボン(GC)等があるが、これらに限定されることはない。セラミックス系材料の例には、アルミナ、SiC、Si3N4、BN等があるが、これらに限定されることはない。 Here, examples of the metal include aluminum and the like, but are not limited to aluminum. Examples of the alloy include stainless steel and Inconel, but are not limited thereto. Examples of the carbon-based material include carbon, pyrolytic graphite (PG), and glassy carbon (GC), but are not limited thereto. Examples of ceramic materials include, but are not limited to, alumina, SiC, Si 3 N 4 , BN, and the like.
反応容器19を構成する材質はステンレスが特に好ましい。基板ホルダー3、基板ホルダー回転板6、サセプタ9(リング状部材9a、円盤状部材9b)、サセプタの対面10及びサセプタ回転板17は、SiCコートカーボン、ヒータ11はカーボンヒータ、サセプタ回転駆動軸16はステンレスであることが特に好ましい。基板ホルダー回転駆動軸7は、強度を確保するために基板ホルダー回転駆動器側部分をインコネル製とし、基板ホルダー回転板6との噛み合わせを取る際の破損等を防止するために基板ホルダー回転板側部分をSiCコートカーボン製とし、ネジ等で両者を固定することにより一体化したものが好ましく、ツメ7aは、SiCコートカーボン製で、基板ホルダー回転駆動軸7の基板ホルダー回転板側部分の端面にあらかじめ一体として形成されていることが好ましい。
The material constituting the
次に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明がこれらにより限定されるものではない。 EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited by these.
[実施例1]
(ベアリングボール保持具の製作)
図5に示すリング状のベアリングボール保持具1(BN製、内径202mm(突起を含む)、外径221mm、厚さ3mmのリング状)を製作した。ベアリングボール保持具1の内周側のみに設けた隣り合う突起1d(長さ3.5mm)により、各凹部1aを形成した。各凹部1aは、直径4.4mmの円形の挿入口をベアリングボール保持具の内周側に有し、水平方向に3.5mmの深さを有し、3.2mmの幅の切欠をベアリングボール保持具の上面及び下面に有していた。各凹部1aの側面は、後述するベアリングボール2の形状及び大きさに対応するように湾曲した形状とした。このような凹部をベアリングボール保持具1の円周方向に等間隔で75個設けた。
[Example 1]
(Production of bearing ball holder)
A ring-shaped bearing ball holder 1 (made of BN, inner diameter 202 mm (including protrusions), outer diameter 221 mm,
(気相成長装置の製作)
次に、図1〜4に示す気相成長装置を製作した。まず、前述のようなベアリングボール保持具1の各凹部1aにベアリングボール2(アルミナ製、直径4mmの球状)を1個ずつ収納し、ベアリングボール保持具1により保持した複数のベアリングボール2を用いて、基板ホルダー回転板6(SiCコートカーボン製、直径255mm(歯車6bを含む)、厚さ8.5mm)を円盤状部材9b(SiCコートカーボン製、直径240mm(突出部を含む)、厚さ5mm)により回転自在に保持した。さらに、基板ホルダー回転板6を保持した円盤状部材9bをリング状部材9a(SiCコートカーボン製、外径720mm(歯車9aを含む)、内径210mm(突出部を含む)、厚さ11mmのリング状、基板ホルダー6個を保持可能)により保持してサセプタ9を形成した。ベアリングボール及び凹部の個数、並びに寸法等が適宜変化された同様のベアリングボール保持具を製作し、同じ大きさ及び材質のベアリングボールを用いて各基板ホルダー3及びサセプタ9を回転自在に保持した。
(Production of vapor phase growth equipment)
Next, the vapor phase growth apparatus shown in FIGS. First, one bearing ball 2 (made of alumina, spherical with a diameter of 4 mm) is stored in each recess 1a of the bearing
(気相成長実験)
このような気相成長装置を用いて、基板の結晶成長面に窒化ガリウム(GaN)の成長を行った。まず、基板ホルダー3に基板5(直径6インチ、サファイア)を1枚ずつセットし、基板5の自転(10rpm)及び公転(1rpm)を開始した。尚、すべての成長が終了し、内部の温度が室温付近に下がるまで、基板5の自転及び公転をこれらの速度で継続し、反応容器19の中を大気圧に保った。
(Vapor phase growth experiment)
Using such a vapor phase growth apparatus, gallium nitride (GaN) was grown on the crystal growth surface of the substrate. First, the substrate 5 (
その後、原料ガス導入部13から水素を流しながら基板5の温度を1050℃まで昇温させ、基板5のアニールを行った。続いて、ヒータ11の温度を510℃まで下げて、原料ガスとしてトリメチルガリウム(TMG)とアンモニア、キャリアガスとして水素を用いて、サファイア基板5の上にGaNからなる膜厚20nmのバッファー層の成長を行い、バッファー層成長後に、TMGのみ供給を停止し、ヒータ11の温度を1050℃まで上昇させた。その後、原料ガス導入部13から、TMGとアンモニアの他に、キャリアガスとして水素と窒素を供給して、アンドープGaNの成長を1時間行った。
Thereafter, the
以上のようにGaNを成長させた後、ヒータ11の温度を下げて内部を室温付近まで冷却してから基板5の自公転を停止した。基板5の自公転の開始から終了まで、基板ホルダー回転駆動器8及びサセプタ回転駆動器15は正常に作動した。その後に、反応容器19を開放し、基板5を取り出したところ、基板5の上にはGaNの形成が確認された。また、反応容器19の中の各部品を目視で点検したところ、腐食、破損等の異常はなく、ベアリングボール2の脱落も確認されず、すべてのベアリングボール2がベアリングボール保持具に保持されたまま状態であった。
After growing GaN as described above, the temperature of the
[比較例1]
(気相成長装置の製作)
図7のように、基板ホルダー回転板6の下面に設けられたベアリング溝6cとサセプタ9(円盤状部材9b)の上面に設けられたベアリング溝9baにより100個のベアリングボール2を直接挟持して、ベアリングボール保持具1を用いずに基板ホルダー回転板6を回転自在に保持した以外は、実施例と同様にして気相成長装置を製作した。
[Comparative Example 1]
(Production of vapor phase growth equipment)
As shown in FIG. 7, 100
(気相成長実験)
このような気相成長装置を用いて、実施例1と同様に気相成長実験を行った。しかし、アンドープGaNの成長中に、基板ホルダー回転駆動器8の警報装置が異常を検出したため、気相成長実験を中断した。ヒータ11の温度を下げて内部を室温付近まで冷却してから反応容器19を開放し、反応容器19の中の各部品を目視で点検したところ、腐食、破損等の異常はなかったが、基板ホルダー回転板6を回転自在に保持するために用いた100個のベアリングボール2の内1個が脱落し、基板ホルダー回転板6と基板ホルダー3の噛み合わせ(3a、6b)の間に挟まっていた。
(Vapor phase growth experiment)
Using such a vapor phase growth apparatus, a vapor phase growth experiment was conducted in the same manner as in Example 1. However, during the growth of undoped GaN, the gas phase growth experiment was stopped because the alarm device of the substrate
本発明の気相成長装置は、例えば、青色又は紫外の発光ダイオード又はレーザーダイオード等の製造に用いられるIII族窒化物半導体の気相成長装置として好適である。 The vapor phase growth apparatus of the present invention is suitable, for example, as a group III nitride semiconductor vapor phase growth apparatus used for manufacturing blue or ultraviolet light emitting diodes or laser diodes.
1 ベアリングボール保持具
1a 凹部
1b 挿入口
1c 切欠
1d 突起
2 ベアリングボール
3 基板ホルダー
3a 歯車
3b ベアリング溝
4 均熱板
5 基板
6 基板ホルダー回転板
6a 穴
6b 歯車
6c ベアリング溝
7 基板ホルダー回転駆動軸
7a ツメ
8 基板ホルダー回転駆動器
9 サセプタ
9a リング状部材
9aa 歯車
9ab、9ab’ ベアリング溝
9b 円盤状部材
9ba ベアリング溝
10 サセプタの対面
11 ヒータ
12 反応炉
13 原料ガス導入部
14 反応ガス排出部
15 サセプタ回転駆動器
16 サセプタ回転駆動軸
17 サセプタ回転板
17a 歯車
18 サセプタ保持板
18a ベアリング溝
19 反応容器
20 蛇腹
DESCRIPTION OF
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012139360A JP2014003251A (en) | 2012-06-21 | 2012-06-21 | Vapor growth device |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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Family
ID=50036121
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Cited By (1)
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CN109881179A (en) * | 2019-04-19 | 2019-06-14 | 江苏可润光电科技有限公司 | A kind of package Parylene coating process and coating apparatus entirely |
-
2012
- 2012-06-21 JP JP2012139360A patent/JP2014003251A/en active Pending
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