JP2020043260A

JP2020043260A - 多結晶膜の成膜方法、基板載置機構および成膜装置

Info

Publication number: JP2020043260A
Application number: JP2018170585A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　崇志; Takashi Sato; 崇志佐藤
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2018-09-12
Filing date: 2018-09-12
Publication date: 2020-03-19

Abstract

【課題】多結晶膜の応力や固着による基板の破損を抑制することができ、工業的に歩留りの高い成膜を実現することが可能な、多結晶膜の成膜方法等を提供する。【解決手段】基板に多結晶膜を成膜する方法であって、基板を載置する載置部を備える基板ホルダーに前記基板を載置する載置工程と、前記載置工程後、化学蒸着によって前記基板に前記多結晶膜を成膜する成膜工程と、を含み、前記成膜工程では、前記多結晶膜の成膜中に前記載置部に振動を伝えて前記基板を浮かせることにより、当該基板と前記載置部との距離の最大値を０．５〜１．５ｍｍにして、前記基板と前記載置部との固着を防止する、多結晶膜の成膜方法。【選択図】図４

Description

本発明は、多結晶膜の成膜方法、基板載置機構および成膜装置に関する。

多結晶膜の材料として用いられる炭化珪素は、珪素と炭素で構成される化合物半導体材料である。絶縁破壊電界強度が珪素の１０倍であり、バンドギャップが珪素の３倍と優れているだけでなく、デバイスの作製に必要なｐ型、ｎ型の制御が広い範囲で可能であることなどから、珪素の限界を超えるパワーデバイス用材料として期待されている。

また、炭化珪素は、より薄い厚さでも高い耐電圧が得られるため、薄く構成することにより、ＯＮ抵抗が小さく、低損失の半導体が得られることが特徴である。

しかしながら、炭化珪素半導体は、広く普及するＳｉ半導体と比較し、大面積のウェハが得られず、製造工程も複雑であることから、Ｓｉ半導体と比較して大量生産ができず、高価であった。

そこで、炭化珪素半導体のコストを下げるため、様々な工夫が行われてきた。例えば、特許文献１には、炭化珪素基板の製造方法が開示されており、その特徴として、少なくとも、マイクロパイプの密度が３０個／ｃｍ²以下の単結晶炭化珪素基板と多結晶炭化珪素基板とを貼り合わせる工程を行い、その後、単結晶炭化珪素基板を薄膜化する工程を行うことで、多結晶炭化珪素基板上に単結晶炭化珪素層を形成した基板を製造することが記載されている。

更に、特許文献１には、単結晶炭化珪素基板と多結晶炭化珪素基板とを貼り合わせる工程の前に、単結晶炭化珪素基板に水素イオン注入を行って水素イオン注入層を形成する工程を行い、単結晶炭化珪素基板と多結晶炭化珪素基板とを貼り合わせる工程の後、単結晶炭化珪素基板を薄膜化する工程の前に、３５０℃以下の温度で熱処理を行い、単結晶炭化珪素基板を薄膜化する工程を、水素イオン注入層にて機械的に剥離する工程とする炭化珪素基板の製造方法が記載されている。

このような方法により、１つの炭化珪素の単結晶のインゴットから、より多くの炭化珪素ウェハが得られるようになった。

特開２００９−１１７５３３

しかしながら、上記の炭化珪素ウェハの製造方法は、水素イオン注入を行って薄いイオン注入層が形成された単結晶炭化珪素基板と、多結晶炭化珪素基板と、を貼り合わせたのちに加熱して単結晶炭化珪素基板を剥離することによって製造されているので、炭化珪素ウェハは、厚さの大部分が多結晶炭化珪素基板である。このため、炭化珪素ウェハは、研磨などハンドリングの際に損傷しないよう機械的な強度を有するよう十分な厚さの多結晶炭化珪素の基板を使用する。そのため、多結晶炭化珪素の基板の厚さとしては、半導体として機能するために必要な厚さよりも厚いものを用いなければならない。

また、従来この多結晶炭化珪素基板は、ＣＶＤ法（化学気相成長法）等の気相成長法で、所定の厚さまで多結晶膜の成膜を実施することで得ていた。しかしながら、気相成長法での成膜速度は、一時間あたり数〜数十μｍであり、機械的強度を有する多結晶炭化珪素基板を得るためには、数十時間の成膜時間が必要となり、生産性の面で問題がある。

そして、多結晶炭化珪素基板をＣＶＤ法で作製する際、熱ＣＶＤ法で作製することが一般的であり、この際、炉内を１３００℃以上の熱環境として、ここにＳｉＨ₄等のＳｉ系原材料ガス、ＣＨ₄等のＣ系原材料ガスと、不純物ガスである窒素ガス、キャリアガスである水素ガスを導入し、熱反応により、多結晶炭化珪素を母材の基板のおもて面とうら面の両面上に析出させて、多結晶炭化珪素基板を得ている。

多結晶炭化珪素基板は、半導体である単結晶炭化珪素を貼り合せて使用されるものであるため、金属汚染がないことが要求されている。上記の理由から、金属汚染を生じない材料で、高温の環境に耐えうる材料として、母材を保持する材料は、高純度カーボン材等が使用されている。

しかしながら、カーボン材料は、高温に耐えうるものの、機械的強度は弱く、ばね性を有することが難しいため、蒸着対象となる母材であるＳｉ基板またはカーボン基板等をカーボン材で固定する際は、カーボン材のナット等の治具で母材を挟み込み固定するか、爪状の載置部等に乗せる等の方法が取られている。この状態で、多結晶炭化珪素等の成膜を実施し、炭化珪素等を析出させると、母材であるＳｉ基板またはカーボン基板とともにカーボン製の固定治具や載置部にも炭化珪素（ＳｉＣ）等が析出し、固定治具や載置部と母材とが炭化珪素等によって固着する。

このように固定治具等と母材とが固着した場合、多結晶膜を成膜終了後に母材を高温環境から冷却する際に生じる多結晶膜の収縮等により、固定治具等と多結晶膜との間に生じる応力によって、多結晶膜や母材の破壊が生じてしまう場合がある。

また、応力等による多結晶膜の割れが生じない母材についても、固定治具等との固着部分を取り外す際に、固定治具等の固定部分を欠損させて母材から取り外す必要があり、固着部分の多結晶膜が欠損してしまうため、多結晶膜が母材に成膜した基板として円形状の基板を得ることができない。

このように、多結晶炭化珪素基板等をＳｉ基板またはカーボン基板等の上にＣＶＤ成膜法によって厚膜を形成することにより製造する方法において、多結晶炭化珪素等が基板上に析出する際、基板を保持する部分と母材となる基板との間に、多結晶炭化珪素等が析出することにより、基板が治具等の保持部分と固着してしまうことで、析出した多結晶炭化珪素等が冷却による収縮等の際に生ずる応力を緩和できず、基板の破壊を生じてしまう場合がある。この多結晶炭化珪素膜等が成膜した基板の破壊によって、基板の歩留まりが著しく低下し、基板のコストを大きく押し上げている。そのため、基板の破壊の問題を解決することが、多結晶炭化珪素基板の作製にあたり強くのぞまれている。

上記の問題点に鑑み、本発明では、多結晶膜の応力や固着による基板の破損を抑制することができ、工業的に歩留りの高い成膜を実現することが可能な、多結晶膜の成膜方法等を提供することを目的とする。

本発明者らは、熱ＣＶＤ法等により多結晶膜を母材へ厚膜に形成する際に、固定治具等が母材となるＳｉ基板またはカーボン基板等へ固着しない方法について鋭意研究を重ねた結果、母材となる基板を載置する載置部に振動を伝えて基板を跳ね上げて浮かせつつ、多結晶膜を基板へ蒸着することにより、基板と載置部との間に固着を生じさせることなく、所定の厚膜の多結晶膜を基板上に成膜できることを確認した。

上記課題を解決するために、本発明の多結晶膜の成膜方法は、基板に多結晶膜を成膜する方法であって、基板を載置する載置部を備える基板ホルダーに前記基板を載置する載置工程と、前記載置工程後、化学蒸着によって前記基板に前記多結晶膜を成膜する成膜工程と、を含み、前記成膜工程では、前記多結晶膜の成膜中に前記載置部に振動を伝えて前記基板を浮かせることにより、当該基板と前記載置部との距離の最大値を０．５〜１．５ｍｍにして、前記基板と前記載置部との固着を防止する。

前記振動の周波数が５〜３０Ｈｚであってもよい。

振動による前記基板の回転量が０．５〜５ｍｍ／秒であってもよい。

前記基板がＳｉ基板またはカーボン基板であってもよい。

前記多結晶膜は、炭化珪素、窒化チタン、窒化アルミニウム、炭化チタンまたはダイヤモンドライクカーボンの膜であってもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の基板載置機構は、基板を載置する載置部を備える基板ホルダーと、前記基板ホルダーを吊持するロッドと、前記載置部に振動を伝える加振手段と、を備える。

また、上記課題を解決するために、本発明の成膜装置は、上記の基板載置機構を備える。

本発明によれば、多結晶膜の成膜時に、載置部に振動を伝えて基板を跳ね上げて浮かせることにより、基板と載置部との固着を防ぐことができる。その結果、多結晶膜の応力や固着による基板の破損を抑制することができ、工業的に歩留りの高い成膜を実現することができる。

本発明の基板載置機構を備えた成膜装置の概略断面図である。固定治具を有する基板ホルダーにより基板を保持する態様を示す図である。載置部を有する基板ホルダーにより基板を保持する態様を示す図である。振動により基板５００が浮く態様を示す側面図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

［成膜方法］
本発明の成膜方法は、基板に多結晶膜を成膜する方法であって、載置工程と、成膜工程とを含む。

（基板）
多結晶膜を成膜する対象となる基板としては、特に限定されないが、例えばＳｉ基板またはカーボン基板を挙げることができる。

（多結晶膜）
基板に成膜する多結晶膜としては、特に限定されないが、例えば炭化珪素、窒化チタン、窒化アルミニウム、炭化チタンまたはダイヤモンドライクカーボンの膜を挙げることができる。

〈載置工程〉
本工程は、基板を載置する載置部を備える基板ホルダーに基板を載置する工程である。図２、３を参照しつつ、基板ホルダーについて説明する。

〈基板ホルダー〉
基板ホルダーは、母材となる基板を保持するものであり、原料ガスやキャリアガスが導入される成膜装置のチャンバー内に設置されるものである。図２に、固定治具を有する基板ホルダーにより基板を保持する態様を示す。図２（ａ）は、基板ホルダー１００の側面図である。基板ホルダー１００は、鉛直方向と平行な２つの柱１１０を備えている。２つの柱１１０は、上部と下部で連結されていてもよい。柱１１０は、０．３ｍｍ〜５ｍｍ程度の基板５００を上下より把持して締結することができるよう、上座金１２１ａと下座金１２１ｂからなる一対の座金１２１を有し、また、上座金１２１ａの上部および下座金１２１ｂの下部に位置し、座金１２１による基板５００の締結状態を調節可能とする上ナット１２２ａと下ナット１２２ｂからなる一対のナット１２２を有している。これらの座金１２１とナット１２２が固定治具１２０となって、基板５００を上下より把持している。１つの柱１１０において、固定治具１２０を複数備えることができ、これにより、基板５００を複数把持することができる。また、柱１１０、座金１２１、ナット１２２は、１３００℃〜１６００℃程度の温度に対して耐熱性を有するものを使用することができ、具体的には、カーボン製、炭化珪素製、またはこれらの複合材料を加工したものを使用することができる。

図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡＡ線で切断したＡＡ断面図である。基板ホルダー１００は、基板５００の中心線上に２つの柱１１０が位置するように配置されており、基板５００を２か所で把持している。なお、基板５００の把持は２か所に限定されず、３か所や、図２（ｃ）に示す基板ホルダー１５０のように、基板５００の中心線上に４つの柱１１０を配置して、基板５００を４か所で把持してもよく、５か所以上で把持することもできる。

図２（ａ）に示すように、固定治具１２０によって基板５００を上下より把持した状態で、例えば原料ガスやキャリアガスを導入して化学蒸着によって多結晶膜を成膜した場合、基板５００の表面のみならず、固定治具１２０や柱１１０の表面にも、０．３ｍｍ〜３ｍｍ程度の多結晶膜６００が連続膜となって成膜する（図２（ｄ））。そのため、基板５００と固定治具１２０が多結晶膜６００によって固着してしまう。前述したように、冷却による多結晶膜６００の収縮による固定治具１２０と多結晶膜６００との間の応力で多結晶膜６００や基板５００が破壊されてしまう場合がある。また、固着後に基板５００を固定治具１２０から取り外すためには、固定治具１２０の座金１２１やナット１２２を欠損させることとなる。そして、基板５００において、固定治具１２０によって把持された部分には多結晶膜６００は成膜されないこととなる。

図３に、載置部を有する基板ホルダーにより基板を保持する態様を示す。図３（ａ）は、基板ホルダー２００の側面図である。基板ホルダー２００は、鉛直方向と平行な２つの柱２１０を備えている。２つの柱２１０は、上部と下部で連結されていてもよい。柱２１０は、基板５００を載置することができるよう、例えば爪状に突起した載置部２２０を有している。１つの柱２１０において、載置部２２０を複数備えることができ、これにより、基板ホルダー２００は基板５００を複数保持することができる。また、柱２１０、載置部２２０は、１３００℃〜１６００℃程度の温度に対して耐熱性を有するものを使用することができ、具体的には、カーボン製、炭化珪素製、またはこれらの複合材料を加工したものを使用することができる。

図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡＡ線で切断したＡＡ断面図である。基板ホルダー２００は、基板５００の中心線上に２つの柱２１０が位置するように配置されており、基板５００を２か所で保持している。なお、基板５００の保持は２か所に限定されず、３か所や、図３（ｃ）に示す基板ホルダー２５０のように、基板５００の中心線上に４つの柱２１０を配置して、基板５００を４か所で保持してもよく、５か所以上で保持することもできる。また、多結晶膜６００の成膜を阻害しないよう、円環状の載置部２２１によって、基板５００の外周端全体を載置することもできる図３（ｄ）。

図３（ａ）に示すように、載置部２２０によって基板５００を保持した状態で、例えば原料ガスやキャリアガスを導入して化学蒸着によって多結晶膜を成膜した場合、基板５００の表面のみならず、固定治具１２０や柱１１０の表面にも、多結晶膜６００が連続膜となって成膜する（図３（ｅ））。そのため、基板５００と載置部２２０が多結晶膜６００によって固着してしまう。そうすると、冷却による多結晶膜６００の収縮による載置部２２０と多結晶膜６００との間の応力で多結晶膜６００や基板５００が破壊されてしまう場合がある。また、固着後に基板５００を載置部２２０から取り外すためには載置部２２０を欠損させることとなる。そして、基板５００において、載置部２２０によって把持された部分には多結晶膜６００は成膜されないこととなる。そのため、後述する成膜工程において、振動により基板５００を浮かせることが重要となる。

〈成膜工程〉
本工程は、載置工程により基板を基板ホルダーに載置した後、化学蒸着によって基板に多結晶膜を成膜する工程である。化学蒸着の具体例としては、加熱した基板５００上に、多結晶膜６００の成分を含む原料ガスやキャリアガス等を供給し、基板５００の表面や気相での化学反応により、多結晶膜を堆積する方法が挙げられる。

（原料ガス）
多結晶膜を成膜することができれば、特に限定されず、一般的に使用される原料ガスを用いることができる。例えば、炭化珪素の多結晶膜を形成する場合には、ＳｉＣｌ₄ガス、ＳｉＣｌ₃ＣＨ₃ガス、ＣＨ₄ガス、Ｃ₃Ｈ₈ガス等を用いることができる。窒化チタンの多結晶膜を形成する場合には、ＴｉＣｌ₄ガス、Ｎ₂ガス等を用いることができる。窒化アルミニウムの多結晶膜を形成する場合には、ＡｌＣｌ₃ガス、ＮＨ₃ガス等を用いることができる。炭化チタンの多結晶膜を形成する場合には、ＴｉＣｌ₄ガス、ＣＨ₄ガス等を用いることができる。ダイヤモンドライクカーボンの多結晶膜を形成する場合には、アセチレン等の炭化水素ガスを用いることができる。

（キャリアガス）
多結晶膜の成膜を阻害することなく、原料ガスを基板へ展開することができれば、一般的に使用されるキャリアガスを用いることができる。例えば、Ｈ₂ガス等をキャリアガスとして用いることができる。

成膜工程では、多結晶膜６００の成膜中に載置部２２０に振動を伝えて基板５００を浮かせることにより、基板５００と載置部２２０との距離ｄの最大値を０．５〜１．５ｍｍにして、基板５００と載置部２２０との固着を防止する（図４）。

基板５００と載置部２２０との距離ｄの最大値が０．５ｍｍ未満であると、例えば多結晶膜を高速で成膜するために成膜速度を速めた場合において、基板５００と載置部２２０とが固着してしまうおそれがある。また、距離ｄの最大値が１．５ｍｍよりも大きい場合には、浮いた基板５００が載置部２２０へ落下する際の衝撃が大きくなることで、基板５００が破損してしまうおそれがある。このような固着と破損を考慮すると、距離ｄの最大値を１ｍｍ程度に制御することが好ましい。距離ｄの制御は、載置部２２０へ伝える振動力を制御することにより可能である。

振動は、基板５００が全体として浮くように伝えることが可能であり（図４（ａ））、また、一方の載置部２２０には基板５００が接しており、他方の載置部２２０には基板５００が接していないように、基板５００を浮かせることもできる（図４（ｂ））。

振動の周波数は、載置部２２０の形状や大きさ、または基板５００の大きさや質量により、任意に制御することができるが、５〜３０Ｈｚとすることが好ましい。ここで、周波数は、例えば５Ｈｚの場合、基板５００が１秒間に５回の上下往復運動をするように、振動を伝えることを意味する。３０Ｈｚの場合は、基板５００が１秒間に３０回の上下往復運動をすることとなる。

周波数が５Ｈｚ未満の場合、多結晶膜６００の成膜によって基板５００と載置部２２０とが固着するおそれがある。また、周波数が３０Ｈｚを超えると、上下往復運動が早くなりすぎて一定の規則正しさによる往復運動を維持することが困難となり、ランダムな運動が生じて基板５００が載置部２２０と接触を維持する時間が長くなることで、基板５００と載置部２２０とが固着するおそれがある。

また、載置部２２０へ伝える振動としては、基板５００を上下往復運動させる上下振動のほかに、基板５００を水平方向へ回転運動させる回転振動を付加することができる。基板５００にこのような回転運動をさせれば、基板５００において同一の部分が載置部２２０へ繰り返し接触することで成膜のムラが生じることを予防することができ、多結晶膜が薄い部分となる保持の跡を無くし、基板５００全体に多結晶膜６００を均一な厚膜に形成することができる。

なお、載置部２２０において、基板５００を載置する載置面２２０ａの面積は、多結晶膜６００を成膜する成膜条件を考慮して適宜調整することができる。例えば、基板５００の外周の方が中心部より厚く成膜される成膜条件の場合には、載置面２２０ａの面積を大きくすることで、外周と中心部との成膜される多結晶膜６００の膜厚の差を調整することができる。また、基板５００の外周と中心部とで差異がなく成膜される条件の場合には、載置面２２０ａを小さくすることにより、保持の跡をより目立たなくすることができる。

このように、載置面２２０ａの面積を小さくすることや、回転振動を加えることで、厚みの均一な多結晶膜６００を基板５００の両面に得ることができる。そのため、多結晶膜が成膜した基板の製造にあたり、その品質、歩留りに好影響を与えることができる。

ここで、回転振動の付加による、基板５００の回転量は、０．５〜５ｍｍ／秒であることが好ましい。図３（ｂ）で説明すると、回転量は、基板５００の円周上にある点Ｘが１秒後に円周上にある点Ｙへ移動した場合の、点Ｘから点Ｙまでの円周上の移動距離である。

基板５００の回転量が０．５〜５ｍｍ／秒であれば、厚みの均一な多結晶膜６００を基板５００の両面に得ることが容易となる。回転量が０．５ｍｍ／秒よりもが小さい場合、１秒あたりの移動距離が小さく、成膜条件によっては、周方向の膜厚ムラや膜質ムラが発生するおそれがある。また、回転量が５ｍｍ／秒よりも速くすることは、この条件を満たすための機構が現実的に難しく、また、条件を満たしたとしても、わずかながら成膜のレートが低下するおそれがある。なお、回転量が０．５〜５ｍｍ／秒でなくても、成膜条件を適切に設定することで、厚みの均一な多結晶膜６００を得ることはできる。

〈その他の工程〉
本発明の成膜方法は、載置工程および成膜工程以外にも、他の工程を含むことができる。例えば、載置工程と成膜工程との間に基板を所定温度に加熱する加熱工程や、化学蒸着前の基板に、成膜を阻害するような何らかの反応が生じないよう、基板を不活性雰囲気下とするべく、アルゴン等の不活性ガスを流通させる工程等が挙げられる。

なお、本発明の成膜方法は、図２に示す固定治具１２０を有する基板ホルダー１００を用いることによっても実施可能である。図２（ｅ）に示すように、上座金１２１ａと下座金１２１ｂとで基板５００を把持せずに、基板５００を下座金１２１ｂへ載置し、基板５００と上座金１２１ａとの間は基板５００が浮くことができるように隙間を空ける態様とする。これにより、下座金１２１ｂへ振動を伝えることで基板５００を浮かせることができる。

［基板載置機構］
次に、上記した本発明の多結晶膜の成膜方法を実施することのできる、本発明の基板載置機構について説明する。その基板載置機構は、基板ホルダーと、ロッドと、加振手段とを備える。これらの構成を備えることで、基板を浮かせることができ、基板と載置部との固着を防止することができる。以下、図１に概略断面図として示す、本発明の基板載置機構を備えた成膜装置の一例を参照しつつ、説明する。

〈基板ホルダー〉
基板ホルダーについては、成膜方法の項目において説明した図２または図３の基板ホルダー１００または２００を用いることができる。図１の成膜装置１０００では、基板ホルダーの一例として、基板ホルダー２００を示している。

〈ロッド〉
ロッド３００は、基板ホルダーを吊持するカーボン製のロッドである。成膜装置１０００では、基板ホルダー２００の天井部２３０をロッド３００の下部３１０に取り付けることにより、ロッド３００は基板ホルダー２００を吊り下げて保持する。ただし、ロッド３００はカーボン製のほかにも、成膜条件に対して安定な性質を持つＳｉＣ製のロッドも使用することができる。

〈加振手段〉
加振手段４００は、振動を発生し、載置部２２０にその振動を伝える手段である。図１では、加振手段４００はロッド３００の上部３２０とつながっており、加振手段４００で発生した振動が、順に、ロッド３００、基板ホルダー２００の天井部２３０、柱２１０と伝わって載置部２２０に到達する構成となっている。載置部２２０に伝えられた振動は、さらに基板５００に伝えられることで、基板５００を浮かせて基板５００と載置部２２０との固着を防止することができる。

なお、図１の成膜装置１０００では、加振手段４００がロッド３００を介して載置部２２０へ振動を伝える構成となっているが、本発明はこれに限定されない。加振手段４００を直接基板ホルダー２００に接続する態様や、載置部２２０へ直接接続する態様もとり得る。また、成膜装置１０００の筐体１１００の外表面１１００ａに加振手段４００を接続し、成膜装置１０００ごと振動させることで、基板５００と載置部２２０との固着を防止することもできる。

加振手段としては、基板５００と載置部２２０との固着を防止できる振動を発生させることができるものであれば、特に限定されない。例えば、振動モータ、機械式発振器、電磁発振器、圧電式発振器等を加振手段として用いることができ、基板５００を変位させる量や振動数を考慮すると、振動モータや電磁発振器を用いることができる。

〈その他の構成〉
本発明の基板載置機構は、基板ホルダー、ロッドおよび加振手段以外にも、他の構成を備えることができる。例えば、加振手段用の電源等を備えることができる。

［成膜装置］
本発明の成膜装置は、上記した本発明の基板載置機構を備える。これにより、成膜中に基板を浮かせることができ、基板と載置部との固着を防止することができる。

また、本発明の成膜装置は、基板載置機構以外にも、他の構成を備えることができる。例えば、図１の成膜装置１０００は、基板５００に多結晶膜６００を成膜する成膜室１０１０、成膜室１０１０へ原料ガスやキャリアガスを導入する導入口１０２０、成膜室１０１０より排出された原料ガスやキャリアガスを成膜装置１０００の外部へ排気する排気口１０３０、成膜室１０１０より排出された原料ガスやキャリアガスを排気口１０３０へ導入する排出ガス導入室１０４０、排出ガス導入室を覆うボックス１０５０、ボックス１０５０の外部より成膜室１０１０内の温度を制御するヒーター１０６０、ヒーター１０６０および加振手段４００の外側にあり、成膜装置１０００の外装となる水冷されたステンレス製の筐体１１００を備えることができる。

以下、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例の内容に何ら限定されるものではない。

（実施例１）
図３に示す基板ホルダー２００、太さ５ｍｍのカーボン製のロッド３００、加振手段４００（電磁式発振器）を備える基板載置機構を備える、図１に示す成膜装置１０００を使用し、図３（ｃ）に示すように基板５００を４つの載置部２２０で保持する４点保持法で、基板５００（直径４インチで厚み０．５ｍｍのカーボン基板）に多結晶膜６００として厚み０．３ｍｍの炭化珪素膜を基板５００の両面に成膜した。成膜条件は、成膜室１０１０内の圧力を２５ｋＰａ、温度を１３５０℃とし、ＳｉＣｌ₄ガスとＣＨ₄ガスを各８００ｓｃｃｍ、キャリアガスとして水素ガスを５０００ｓｃｃｍ（１気圧、０℃での値に換算したガス流量）で導入し、１０時間の成膜を実施した。成膜工程における振動の周波数は１０Ｈｚとして、基板５００と載置部２２０との距離ｄの最大値が０．５ｍｍとなるように、上下振動により基板５００を跳ね上げた。回転振動は、付加しなかった。５枚の基板５００を基板ホルダー２００にセットすることにより、多結晶膜６００を製膜した成膜基板は一度に５枚作製した。成膜後、基板５００と載置部２２０との固着の有無、成膜基板の反りや破損の有無、多結晶膜６００が薄い部分となる保持の跡の有無およびその程度を確認した。

（実施例２）
基板５００と載置部２２０との距離ｄの最大値が１．０ｍｍとなるように、上下振動を加えた以外は、実施例１と同様の手法で成膜基板を５枚作製した。

（実施例３）
基板５００と載置部２２０との距離ｄの最大値が１．５ｍｍとなるように、上下振動を加えた以外は、実施例１と同様の手法で成膜基板を５枚作製した。

（実施例４）
基板５００と載置部２２０との距離ｄの最大値が１．０ｍｍとなるように、上下振動を加えると共に、基板５００の回転量が０．０５ｍｍ／Ｈｚ（振動の周波数は１０Ｈｚであるため、すなわち０．５ｍｍ／秒）となるように基板５００へ回転振動を加えた以外は、実施例１と同様の手法で成膜基板を５枚作製した。

（実施例５）
基板５００と載置部２２０との距離ｄの最大値が１．０ｍｍとなるように、上下振動を加えると共に、基板５００の回転量が０．５ｍｍ／Ｈｚ（振動の周波数は１０Ｈｚであるため、すなわち５ｍｍ／秒）となるように基板５００へ回転振動を加えた以外は、実施例１と同様の手法で成膜基板を５枚作製した。

（実施例６）
基板５００と載置部２２０との距離ｄの最大値が１．０ｍｍとなるように、上下振動を加え、振動の周波数を５Ｈｚにした以外は、実施例１と同様の手法で成膜基板を５枚作製した。

（実施例７）
基板５００と載置部２２０との距離ｄの最大値が１．０ｍｍとなるように、上下振動を加え、振動の周波数を３０Ｈｚにした以外は、実施例１と同様の手法で成膜基板を５枚作製した。

（比較例１）
図２に示す基板ホルダー１００、太さ５ｍｍのカーボン製のロッド３００、加振手段４００を備える基板載置機構を備える、図１に示す成膜装置１０００を使用し、図２（ｃ）に示すように基板５００を４つの固定治具１２０で基板５００（直径４インチで厚み０．５ｍｍのカーボン基板）を締結して保持する４点保持法で、基板５００に多結晶膜６００として厚み０．３ｍｍの炭化珪素膜を基板５００の両面に成膜した。また、基板５００に振動を加えなかった。これらの条件以外は、実施例１と同様の手法で成膜基板を５枚作製した。

（比較例２）
基板５００に振動を加えない以外は、実施例１と同様の手法で成膜基板を５枚作製した。

（比較例３）
基板５００と載置部２２０との距離ｄの最大値が０．３ｍｍとなるように、上下振動を加えた以外は、実施例１と同様の手法で成膜基板を５枚作製した。

実施例１〜７および比較例１〜３における成膜条件と、基板５００と載置部２２０との固着の有無、成膜基板の反りや破損の有無およびその程度、多結晶膜６００が薄い部分となる保持の跡の有無およびその程度を確認した結果を表１に示す。

表１の反り値の評価は、成膜による基板５００の反りを厚み方向への変動値として、５枚の基板５００の反りの平均を示した。そして、表１の割れた基板の数の評価は、成膜により割れた基板５００の数を表しており、「０／５」は、５枚の基板５００において割れた基板は０であることを示した。また、表１の保持跡の評価において、保持跡が無いものを「無」、載置部２２０（または座金１２１）に載置された部分の多結晶膜の厚さが０．２ｍｍと薄いために保持跡が認められるものを「小」、載置部２２０（または座金１２１）に載置された部分の多結晶膜の厚さが０．１ｍｍと薄いために保持跡が認められるものを「中」、載置部２２０（または座金１２１）に載置された部分に多結晶膜が成膜されておらず、保持跡が認められるものを「大」と評価した。

（結果）
比較例１、２に示すように、基板５００振動を加えずに成膜した場合は、固定治具１２０や載置部２２０と、基板５００との間に固着が発生した。そして、固着部分をきっかけとして、成膜基板を冷却することによる収縮により、基板５００の割れが生じてしまった。そして、基板５００へ振動を加えた場合であっても、基板５００と載置部２２０との距離ｄの最大値が０．３ｍｍの場合には、固着を抑制する効果が表れず、固着が発生し、基板５００に割れが生じてしまった（比較例３）。また、基板５００が固着した場合には、その反りも大きくなる結果となった（比較例１〜３）。

これに対して、実施例１〜７に示すように、基板５００と載置部２２０との距離ｄの最大値が０．５ｍｍ以上となるように振動を付与した場合には、載置部２２０と基板５００との間で固着の発生が防止され、固着による応力が緩和され、基板５００の割れは発生せず、良好な結果が得られた。特に、実施例４、５に示すように、上下振動に加えて回転振動を加えることにより、基板５００そのものが基板ホルダー２００で回転することで、成膜中において基板５００の載置される部分が常に移動するため、保持の跡がない成膜基板を得ることができた。

［まとめ］
上記の実施例の結果から、本発明によれば、カーボン基板に炭化珪素膜を成膜する際に生じていた基板と載置部との固着を防ぐことができ、その結果、多結晶膜の応力や固着による基板の破損を抑制することができる効果が得られたことは明らかである。実施例では、その一例として、カーボン基板に炭化珪素の多結晶膜を成膜する場合について紹介したが、本発明の効果は、この場合のみならず、カーボン基板やＳｉ基板等に対し、炭化珪素、窒化チタン、窒化アルミニウム、炭化チタンまたはダイヤモンドライクカーボン等の多結晶膜を成膜する場合においても、得られるものである。

１００基板ホルダー
１１０柱
１２０固定治具
１２１座金
１２１ａ上座金
１２１ｂ下座金
１２２ナット
１２２ａ上ナット
１２２ｂ下ナット
１５０基板ホルダー
２００基板ホルダー
２１０柱
２２０載置部
２２０ａ載置面
２２１載置部
２３０天井部
２５０基板ホルダー
３００ロッド
３２０上部
４００加振手段
５００基板
６００多結晶膜
１０００成膜装置
１０１０成膜室
１０２０導入口
１０３０排気口
１０４０排出ガス導入室
１０５０ボックス
１０６０ヒーター
１１００筐体
１１００ａ外表面
ｄ距離
Ｘ点
Ｙ点

Claims

基板に多結晶膜を成膜する方法であって、
基板を載置する載置部を備える基板ホルダーに前記基板を載置する載置工程と、
前記載置工程後、化学蒸着によって前記基板に前記多結晶膜を成膜する成膜工程と、を含み、
前記成膜工程では、前記多結晶膜の成膜中に前記載置部に振動を伝えて前記基板を浮かせることにより、当該基板と前記載置部との距離の最大値を０．５〜１．５ｍｍにして、前記基板と前記載置部との固着を防止する、多結晶膜の成膜方法。
前記振動の周波数が５〜３０Ｈｚである、請求項１記載の多結晶膜の成膜方法。
振動による前記基板の回転量が０．５〜５ｍｍ／秒である、請求項１または２に記載の多結晶膜の成膜方法。
前記基板がＳｉ基板またはカーボン基板である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の多結晶膜の成膜方法。
前記多結晶膜は、炭化珪素、窒化チタン、窒化アルミニウム、炭化チタンまたはダイヤモンドライクカーボンの膜である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の多結晶膜の成膜方法。
基板を載置する載置部を備える基板ホルダーと、
前記基板ホルダーを吊持するロッドと、
前記載置部に振動を伝える加振手段と、
を備える、基板載置機構。
請求項６に記載の基板載置機構を備える、成膜装置。