JP2023026116A - 分割リフレクタ、リフレクタユニット、及び気相成長装置 - Google Patents

Abstract

【目的】耐久性が向上できる分割リフレクタを提供する。【構成】実施形態の分割リフレクタは、気相成長装置に用いられ、円板状の内側部分と、内側部分の周囲に設けられた外側部分を含み、外側部分は、内周から外周に至る第１のスリットと、内周から外周に至る第２のスリットと、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、ガスを供給して成膜を行う気相成長装置に用いられる分割リフレクタ、リフレクタユニット、及び気相成長装置に関する。

高品質な半導体膜を成膜する方法として、ウェハ等の基板に気相成長により単結晶膜を成長させるエピタキシャル成長技術がある。エピタキシャル成長技術を用いる気相成長装置では、常圧又は減圧に保持された反応室内の支持部にウェハを載置する。

そして、このウェハを加熱しながら、成膜の原料となるソースガス等のプロセスガスを、反応室上部から反応室内のウェハ表面に供給する。ウェハ表面ではソースガスの熱反応が生じ、ウェハ表面にエピタキシャル単結晶膜が成膜される。

ウェハ表面に形成されるエピタキシャル単結晶膜の特性は、ウェハの温度に依存する。このため、ウェハ面内の温度の高い均一性を達成することが望まれる。特許文献１には、ウェハを加熱するヒータの下方にリフレクタを設け、リフレクタを上下移動させることにより、ウェハの温度分布を制御する気相成長装置が記載されている。

ヒータの下方にリフレクタを設けた場合、リフレクタの中の温度勾配により熱応力が発生し、リフレクタの耐久性が低下するおそれがある。特許文献２には、リフレクタにスリットを設け、熱応力によるリフレクタの破損を防止する気相成長装置が記載されている。

特開２０１３－５１３５１号公報 特開２０１５－１９１９６０号公報

本発明が解決しようとする課題は、耐久性が向上できる分割リフレクタ、リフレクタユニット及び気相成長装置を提供することにある。

本発明の一態様の分割リフレクタは、気相成長装置に用いられ、円板状の内側部分と、前記内側部分の周囲に設けられた外側部分を含み、前記外側部分は、内周から外周に至る第１のスリットと、前記内周から前記外周に至る第２のスリットと、を有する。

上記態様の分割リフレクタにおいて、前記内側部分は前記外側部分に支持されることが好ましい。

上記態様の分割リフレクタにおいて、前記外側部分は前記外周に切り欠き部を有し、前記第１のスリットは前記内周から前記切り欠き部に至ることが好ましい。

本発明の一態様のリフレクタユニットは、上記態様の分割リフレクタと、前記分割リフレクタを支持し、前記分割リフレクタの前記内側部分より最外周の直径が大きい下部リフレクタと、を備える。

本発明の一態様の気相成長装置は、反応室と、前記反応室内に設けられ基板を載置するホルダと、前記ホルダの下方に設けられる環状のアウトヒータと、前記アウトヒータの下方に設けられるインヒータと、前記インヒータの下方に設けられ、円板状の内側部分と、前記内側部分の周囲に設けられた外側部分を含み、前記外側部分は、内周から外周に至る第１のスリットと、前記内周から前記外周に至る第２のスリットと、を有する分割リフレクタと、を備える。

本発明によれば、耐久性が向上できる分割リフレクタ、リフレクタユニット、及び気相成長装置を提供することができる。

第１の実施形態の気相成長装置の模式断面図。 第１の実施形態のリフレクタユニットの模式図。 第１の実施形態のリフレクタユニットの模式図。 第１の実施形態のリフレクタユニットの模式図。 第１の実施形態のリフレクタユニットの模式図。 第１の実施形態のリフレクタユニットの模式図。 第１の実施形態のリフレクタユニットの模式図。 第１の実施形態のリフレクタユニットの第１の変形例の模式図。 第１の実施形態のリフレクタユニットの第２の変形例の模式図。 第１の実施形態のリフレクタユニットの第３の変形例の模式図。 第１の実施形態のリフレクタユニットの第４の変形例の模式図。 第２の実施形態のリフレクタユニットの模式図。 第２の実施形態のリフレクタユニットの模式図。 第３の実施形態のリフレクタユニットの模式図。 第４の実施形態のリフレクタユニットの模式図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。

本明細書中、同一又は類似の部材について、同一の符号を付す場合がある。

本明細書中、気相成長装置が成膜可能に設置された状態での重力方向を「下」と定義し、その逆方向を「上」と定義する。したがって、「下部」とは、基準に対し重力方向の位置、「下方」とは基準に対し重力方向を意味する。そして、「上部」とは、基準に対し重力方向と逆方向の位置、「上方」とは基準に対し重力方向と逆方向を意味する。また、「縦方向」とは重力方向である。

また、本明細書中、「プロセスガス」とは、基板上への成膜のために用いられるガスの総称であり、例えば、ソースガス、キャリアガス、希釈ガス等を含む概念とする。

（第１の実施形態）
第１の実施形態の分割リフレクタは、気相成長装置に用いられ、円板状の内側部分と、内側部分の周囲に設けられた外側部分を含み、外側部分は、内周から外周に至る第１のスリットと、内周から外周に至る第２のスリットと、を有する。

また、第１の実施形態の気相成長装置は、反応室と、反応室内に設けられ基板を載置するホルダと、ホルダの下方に設けられる環状のアウトヒータと、アウトヒータの下方に設けられるインヒータと、インヒータの下方に設けられ、円板状の内側部分と、内側部分の周囲に設けられた外側部分を含み、外側部分は、内周から外周に至る第１のスリットと、内周から外周に至る第２のスリットと、を有する分割リフレクタと、を備える。

図１は、第１の実施形態の気相成長装置の模式断面図である。第１の実施形態の気相成長装置は、例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いる枚葉型のエピタキシャル成長装置である。

第１の実施形態の気相成長装置は、反応室１０、第１のガス供給路１１、第２のガス供給路１２、第３のガス供給路１３を備えている。反応室１０は、ホルダ１４、回転体ユニット１６、回転軸１８、回転駆動機構２０、シャワープレート２２、インヒータ２４、アウトヒータ２６、リフレクタユニット３０、支持柱３４、固定台３６、固定軸３８、ガス排出口４０を備えている。リフレクタユニット３０は、上部リフレクタ３１（分割リフレクタ）と下部リフレクタ３２を含む。

第１のガス供給路１１、第２のガス供給路１２、及び第３のガス供給路１３は、反応室１０にプロセスガスを供給する。

第１のガス供給路１１は、例えば、反応室１０にＩＩＩ族元素の有機金属とキャリアガスを含む第１のプロセスガスを供給する。第１のプロセスガスは、ウェハＷ上にＩＩＩ－Ｖ族半導体の膜を成膜する際の、ＩＩＩ族元素を含むガスである。

ＩＩＩ族元素は、例えば、ガリウム（Ｇａ）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｉｎ（インジウム）である。また、有機金属は、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）である。

第２のガス供給路１２は、例えば、反応室１０にアンモニア（ＮＨ_３）を含む第２のプロセスガスを供給する。第２のプロセスガスは、ウェハ上にＩＩＩ－Ｖ族半導体の膜を成膜する際の、Ｖ族元素を含むガスである。Ｖ族元素は、例えば、窒素（Ｎ）である。

第３のガス供給路１３は、例えば、第１のプロセスガス及び第２のプロセスガスを希釈する希釈ガスを反応室１０へ供給する。希釈ガスで、第１のプロセスガス及び第２のプロセスガスを希釈することにより、反応室１０に供給されるＩＩＩ族元素及びＶ族元素の濃度を調整する。希釈ガスは、例えば、不活性ガスである。希釈ガスは、例えば、水素ガス、窒素ガス、アルゴンガス、又は、上記ガスの混合ガスである。

反応室１０は、例えば、ステンレス製で円筒状の壁面１７を備える。シャワープレート２２は反応室１０の上部に設けられる。シャワープレート２２には、複数のガス噴出孔が設けられる。複数のガス噴出孔から反応室１０内にプロセスガスが供給される。

ホルダ１４は、反応室１０の内部に設けられる。ホルダ１４には、基板の一例であるウェハＷが載置可能である。ホルダ１４は、例えば、環状である。ホルダ１４には、例えば、中心部に開口部が設けられる。

ホルダ１４は、回転体ユニット１６の上部に固定される。回転体ユニット１６は、回転軸１８に固定される。ホルダ１４は、間接的に回転軸１８に固定される。

ホルダ１４の材料は、例えば、セラミックスである。ホルダ１４の材料となるセラミックスは、例えば、炭化珪素、タンタルカーバイド、窒化ホウ素、窒化ケイ素である。ホルダ１４の材料として、カーボンを用いることも可能である。ホルダ１４の材料として、カーボンに、例えば、炭化珪素、タンタルカーバイド、窒化ホウ素等のセラミックスを被覆した材料を用いることも可能である。

回転軸１８は、回転駆動機構２０によって回転可能である。回転駆動機構２０により、回転軸を回転させることによりホルダ１４を回転させることが可能である。ホルダ１４を回転させることにより、ホルダ１４に載置されたウェハＷを回転させることが可能である。

回転駆動機構２０により、ウェハＷを、例えば、５０ｒｐｍ以上３０００ｒｐｍ以下の回転数で回転させることができる。回転駆動機構２０は、例えば、モータとベアリングで構成される。

インヒータ２４とアウトヒータ２６は、ホルダ１４の下方に設けられる。インヒータ２４とアウトヒータ２６は、回転体ユニット１６内に設けられる。アウトヒータ２６は、インヒータ２４とホルダ１４との間に設けられる。

アウトヒータ２６は、ホルダ１４の下方に設けられる。インヒータ２４は、アウトヒータ２６の下方に設けられる。

インヒータ２４とアウトヒータ２６は、ホルダ１４に保持されたウェハＷを加熱する。インヒータ２４は、ウェハＷの少なくとも中心部を加熱する。アウトヒータ２６は、ウェハＷの外周部やホルダ１４を加熱する。ウェハＷを加熱する際、例えば、アウトヒータ２６の温度はインヒータ２４の温度よりも高く設定される。

インヒータ２４は、例えば、円板状である。アウトヒータ２６は、例えば、環状である。アウトヒータ２６の内周径は、インヒータ２４の外周径よりも小さい。

リフレクタユニット３０は、インヒータ２４とアウトヒータ２６の下方に設けられる。リフレクタユニット３０とホルダ１４との間に、インヒータ２４とアウトヒータ２６が設けられる。

リフレクタユニット３０は、上部リフレクタ３１（分割リフレクタ）と下部リフレクタ３２を含む。インヒータ２４と下部リフレクタ３２との間に、上部リフレクタ３１が設けられる。

リフレクタユニット３０は、インヒータ２４とアウトヒータ２６から下方に放射される熱を反射し、ウェハＷの加熱効率を向上させる。また、リフレクタユニット３０は、リフレクタユニット３０より下方の部材が加熱されることを防止する。

リフレクタユニット３０は、例えば、複数の支持柱３４によって、固定台３６に固定される。固定台３６は、例えば、固定軸３８によって支持される。

回転体ユニット１６内には、ウェハＷをホルダ１４から脱着させるために、突き上げピン（図示せず）が設けられる。突き上げピンは、例えば、リフレクタユニット３０、及び、インヒータ２４を貫通する。

ガス排出口４０は、反応室１０の底部に設けられる。ガス排出口４０は、ウェハＷ表面でソースガスが反応した後の余剰の反応生成物、及び、余剰のプロセスガスを反応室１０の外部に排出する。

また、反応室１０の壁面１７には、図示しないウェハ出入口及びゲートバルブが設けられている。ウェハ出入口及びゲートバルブにより、ウェハＷを反応室１０内に搬入したり、反応室１０外に搬出したりすることが可能である。

図２、図３、図４、図５、図６、及び図７は、第１の実施形態のリフレクタユニットの模式図である。

図２（ａ）は、リフレクタユニット３０の上部リフレクタ３１の模式上面図である。図２（ｂ）は、上部リフレクタ３１の模式断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡＡ’断面である。図２（ｃ）は、上部リフレクタ３１の模式断面図である。図２（ｃ）は、図２（ａ）のＢＢ’断面である。

図３（ａ）は、リフレクタユニット３０の上部リフレクタ３１の一部の模式上面図である。図３（ａ）は、図２（ａ）の領域Ｘの模式上面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＣＣ’断面である。

図４（ａ）は、上部リフレクタ３１の外側部分３１ｙの模式上面図である。図４（ｂ）は、上部リフレクタ３１の内側部分３１ｘの模式上面図である。

図５（ａ）は、リフレクタユニット３０の上部リフレクタ３１の模式上面図である。図５（ｂ）は、リフレクタユニット３０の下部リフレクタ３２の模式上面図である。

図６（ａ）は、リフレクタユニット３０の上部リフレクタ３１の模式上面図である。図６（ｂ）は、リフレクタユニット３０の一部の模式断面図である。図６（ｂ）は、説明の都合上、同一平面内に存在しない構成を、仮想的に同一平面内に存在するごとく図示している。図６（ｃ）は図６（ｂ）に示した第１のスペーサ３３ａの変形例を示したものである。

図７は、リフレクタユニット３０の断面図である。図７には、インヒータ２４及びアウトヒータ２６を示す。

第１の実施形態のリフレクタユニット３０は、上部リフレクタ３１と下部リフレクタ３２を含む。上部リフレクタ３１は、内側部分３１ｘと外側部分３１ｙを含む。

リフレクタユニット３０は、第１のスペーサ３３ａ、第２のスペーサ３３ｂ及び第３のスペーサ３３ｄを含む。これらのスペーサは最小限上部リフレクタ３１を安定して保持できる位置に配置されていれば、それ以外の位置では配置しなくてもよい。例えば、第２のスペーサ３３ｂと第３のスペーサ３３ｄを３か所ずつ配置した場合、第１のスペーサ３３ａの一部または全部は配置しなくてもよい。また例えば、第２のスペーサ３３ｂと第１のスペーサ３３ａを３か所ずつ配置した場合、第３のスペーサ３３ｄの一部または全部は配置しなくてもよい。

内側部分３１ｘは、支持突起Ｓｐ（Ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｐｒｏｔｒｕｓｉｏｎ）を含む。

外側部分３１ｙは第１の部分３１ｙａと第２の部分３１ｙｂを含む。外側部分３１ｙは第１のスリットＳＬ１と第２のスリットＳＬ２を含む。外側部分３１ｙは、スペーサ穴Ｈ１、支持柱穴Ｈ２、及び突き上げピン穴Ｈ３を含む。外側部分３１ｙは支持凹部Ｓｒ（Ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｒｅｃｅｓｓ）を含む。

下部リフレクタ３２は、支持柱穴Ｈ２、及び突き上げピン穴Ｈ３を含む。

上部リフレクタ３１は、下部リフレクタ３２の上方に設けられる。上部リフレクタ３１は、インヒータ２４と下部リフレクタ３２との間に設けられる。

上部リフレクタ３１とインヒータ２４との間の距離は、例えば、５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。上部リフレクタ３１と下部リフレクタ３２との間の距離は、例えば、２ｍｍ以上６ｍｍ以下である。上部リフレクタ３１と下部リフレクタ３２との間の距離は、例えば、上部リフレクタ３１とインヒータ２４との間の距離よりも小さい。

上部リフレクタ３１の厚さは、例えば、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下である。

上部リフレクタ３１の内側部分３１ｘは、円板状である。内側部分３１ｘは、外周に複数の支持突起Ｓｐを含む。支持突起Ｓｐにより、内側部分３１ｘは、外側部分３１ｙに支持される。図２（ａ）は、支持突起Ｓｐが４個の場合を示すが、支持突起Ｓｐを３個又は５個以上とすることも可能である。

上部リフレクタ３１の外側部分３１ｙは、内側部分３１ｘの周囲に設けられる。外側部分３１ｙは、例えば、環状である。

外側部分３１ｙは、内周に複数の支持凹部Ｓｒを含む。支持凹部Ｓｒに、内側部分３１ｘの支持突起Ｓｐが載置される。支持凹部Ｓｒにより、内側部分３１ｘは、外側部分３１ｙに支持される。図２（ａ）は、支持凹部Ｓｒが４個の場合を示すが、支持突起Ｓｐの数に応じて、支持凹部Ｓｒを３個又は５個以上とすることも可能である。

外側部分３１ｙは第１のスリットＳＬ１と第２のスリットＳＬ２を含む。第１のスリットＳＬ１は、外側部分３１ｙの内周から外周に至る。また、第２のスリットＳＬ２は、外側部分３１ｙの内周から外周に至る。

外側部分３１ｙは、第１のスリットＳＬ１及び第２のスリットＳＬ２によって、第１の部分３１ｙａと第２の部分３１ｙｂに分割される。第１の部分３１ｙａと第２の部分３１ｙｂとの間に、内側部分３１ｘが設けられる。スリットの数を、例えば、３つ以上とすることも可能である。

第１のスリットＳＬ１の第１の部分３１ｙａから第２の部分３１ｙｂに向かう方向の幅は、例えば、１ｍｍ以下である。第２のスリットＳＬ２の第１の部分３１ｙａから第２の部分３１ｙｂに向かう方向の幅は、例えば、１ｍｍ以下である。

上部リフレクタ３１の内側部分３１ｘと外側部分３１ｙとの間の距離は、例えば、０．３ｍｍ以上１ｍｍ以下である。内側部分３１ｘと外側部分３１ｙとの境界は、アウトヒータ２６の内周端の直下の近傍に設けられる。内側部分３１ｘと外側部分３１ｙは、アウトヒータ２６の内周端の直下の近傍で分離されている。

上部リフレクタ３１の内側部分３１ｘの直径（図７中のｄ１）は、例えば、アウトヒータ２６の内径（図７中のｄ２）の８０％以上１１０％以下である。上部リフレクタ３１の内側部分３１ｘの直径ｄ１と、アウトヒータ２６の内径ｄ２との差は、例えば、２５ｍｍ以下である。

下部リフレクタ３２は、上部リフレクタ３１の下方に設けられる。下部リフレクタ３２は、上部リフレクタ３１に対向する。下部リフレクタ３２は、円板状である。

下部リフレクタ３２の最外周の直径（図７中のｄ３）は、上部リフレクタ３１の内側部分３１ｘの最外周の直径ｄ１よりも大きい。下部リフレクタ３２の直径ｄ３は、アウトヒータ２６の内径ｄ２よりも大きい。下部リフレクタ３２は、上部リフレクタ３１の外側部分３１ｙを支持する。

下部リフレクタ３２の厚さは、例えば、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下である。

図６（ｂ）に示すように、第１のスペーサ３３ａは、外側部分３１ｙと下部リフレクタ３２との間に設けられる。第１のスペーサ３３ａは、外側部分３１ｙのスペーサ穴Ｈ１を貫通する。第１のスペーサ３３ａによって、外側部分３１ｙは下部リフレクタ３２に支持される。また、第１のスペーサ３３ａは図６（ｃ）に示すように、下側に突起を設けてもよい。この場合、下部リフレクタ３２には第１のスペーサ３３ａに下側の突起に対応した位置にも上記の突起を受け入れるためのスペーサ穴Ｈ１を設ける。

図６（ｂ）に示すように、支持柱３４は、下部リフレクタ３２の支持柱穴Ｈ２、及び外側部分３１ｙの支持柱穴Ｈ２を貫通する。下部リフレクタ３２は、支持柱３４によって支持される。

図６（ｂ）に示すように、第２のスペーサ３３ｂは、外側部分３１ｙと下部リフレクタ３２との間に設けられる。第２のスペーサ３３ｂは、例えば、環状である。第２のスペーサ３３ｂは、支持柱３４の周囲に設けられる。第２のスペーサ３３ｂによって、外側部分３１ｙは下部リフレクタ３２に支持される。図６（ｂ）に示すように、第３のスペーサ３３ｄは、外側部分３１ｙと下部リフレクタ３２との間に設けられる。第３のスペーサ３３ｄは、例えば、環状である。第３のスペーサ３３ｄは、突き上げピン４２の周囲に設けられる。第３のスペーサ３３ｄによって、外側部分３１ｙは下部リフレクタ３２に支持される。

図６（ｂ）に示すように、突き上げピン４２は、下部リフレクタ３２の突き上げピン穴Ｈ３、及び外側部分３１ｙの突き上げピン穴Ｈ３を貫通する。

上部リフレクタ３１及び下部リフレクタ３２は、耐熱性の高い材料で形成される。上部リフレクタ３１及び下部リフレクタ３２は、例えば、１０００℃以上の温度に対する耐熱性を有する。

上部リフレクタ３１及び下部リフレクタ３２の材料は、例えば、炭化珪素である。上部リフレクタ３１の材料として、その他のセラミックス、例えば、タンタルカーバイド、窒化ホウ素、窒化ケイ素を用いることも可能である。上部リフレクタ３１及び下部リフレクタ３２の材料として、カーボンを用いることも可能である。上部リフレクタ３１及び下部リフレクタ３２の材料として、カーボンに、例えば、炭化珪素、タンタルカーバイド、窒化ホウ素等のセラミックスを被覆した材料を用いることも可能である。上部リフレクタ３１及び下部リフレクタ３２の材料として、高融点金属を用いることも可能である。高融点金属は、例えば、タングステン、モリブデン、チタン（Ｔｉ）及びジルコニウム（Ｚｒ）を含有するモリブデン合金（ＴＺＭ合金）である。

なお、第１のスペーサ３３ａ、第２のスペーサ３３ｂ及び第３のスペーサ３３ｄの材料にも、上部リフレクタ３１及び下部リフレクタ３２の材料と同様の材料を用いることが可能である。

次に、第１の実施形態の気相成長装置を用いた気相成長方法の一例について説明する。

以下、窒化インジウムガリウム膜（ＩｎＧａＮ膜）と、窒化ガリウム膜（ＧａＮ膜）とが複数積層された積層膜を、下地ＧａＮ膜上に形成する場合を例に説明する。上記の積層膜は、例えば、Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ（ＬＥＤ）の発光層に用いられるＭｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ（ＭＱＷ）層である。

最初に、ウェハＷを、反応室１０内に搬入する。次に、ウェハＷを、ホルダ１４に載置する。

次に、ウェハＷを回転駆動機構２０により回転させながら、ホルダ１４の下方に設けられたインヒータ２４及びアウトヒータ２６により、ウェハＷが、例えば、１０００℃以上１１００℃以下となるように加熱する。

次にウェハＷの温度を例えば１０５０℃とし、ウェハ上にＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用いて、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）及びＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）のバッファ層を成膜した後、下地ＧａＮ膜を成長させる。次に、この下地ＧａＮ膜上にＩｎＧａＮ膜とＧａＮ膜を交互に成膜してＭＱＷ層を形成する。

ＩｎＧａＮ膜を成膜する場合、ウェハＷの温度を例えば８５０℃とし、反応室１０に第１のガス供給路１１から、例えば、窒素ガスをキャリアガスとするＴＭＧとＴＭＩの混合ガスを供給する。また、反応室１０に、第２のガス供給路１２から、例えば、アンモニアを供給する。また、反応室１０に、第３のガス供給路１３から、希釈ガスとして、例えば、窒素ガスを供給する。

ＧａＮ膜を成膜する場合、ウェハＷの温度を例えば９００℃とし、反応室１０に第１のガス供給路１１から、例えば、窒素ガスをキャリアガスとするＴＭＧを供給する。また、反応室１０に、第２のガス供給路１２から、例えば、アンモニアを供給する。また、反応室１０に、第３のガス供給路１３から、希釈ガスとして、例えば、窒素ガスを供給する。

ＭＱＷ層を形成した後、インヒータ２４及びアウトヒータ２６による加熱を停止し、ウェハＷの温度を下げる。その後、ウェハＷを反応室１０から搬出する。

次に、第１の実施形態のリフレクタユニット及び気相成長装置の作用及び効果について説明する。

ウェハ表面に形成されるエピタキシャル単結晶膜の特性は、ウェハの温度に依存する。このため、ウェハ面内の温度の高い均一性を達成することが望まれる。

第１の実施形態の気相成長装置は、ウェハＷを加熱するヒータとして、インヒータ２４とアウトヒータ２６を備える。ウェハＷの少なくとも中心部をインヒータ２４で加熱し、ウェハＷの外周部やホルダ１４をアウトヒータ２６で加熱することにより、ウェハ面内の温度の均一性が高くなる。

また、第１の実施形態の気相成長装置は、インヒータ２４とアウトヒータ２６の下方にリフレクタユニット３０を備える。第１の実施形態の気相成長装置は、リフレクタユニット３０を備えることで、ウェハＷの加熱効率が向上する。また、リフレクタユニット３０より下方の部材が加熱されるのを防止し、部材の加熱による劣化を抑制する。

インヒータ２４とアウトヒータ２６の下方にリフレクタユニット３０を設けた場合、リフレクタユニット３０の中の温度勾配により熱応力が発生する。熱応力により、リフレクタユニット３０の耐久性が低下し破壊するおそれがある。特に、インヒータ２４に直接対向する上部リフレクタ３１には、高い熱応力が発生しやすい。したがって、耐久性が低下し破壊するおそれが高い。

上部リフレクタ３１の温度は、インヒータ２４及びアウトヒータ２６の両方で加熱される外周側が高くなり、中心部に向けて低くなる。上部リフレクタ３１の中の温度勾配は、アウトヒータ２６の内周端の直下の近傍で、特に大きくなる。したがって、アウトヒータ２６の内周端の直下の近傍の熱応力が大きくなる。よって、アウトヒータ２６の内周端の直下の近傍で上部リフレクタ３１が破壊するおそれが高い。

第１の実施形態の上部リフレクタ３１は、内側部分３１ｘと外側部分３１ｙに分割されている。内側部分３１ｘと外側部分３１ｙは、アウトヒータ２６の内周端の直下の近傍で分割されている。

したがって、上部リフレクタ３１の中の温度勾配がアウトヒータ２６の内周端の直下の近傍で大きくなったとしても、上部リフレクタ３１の中の熱応力は小さくなる。よって、上部リフレクタ３１の耐久性が向上し、リフレクタユニット３０の耐久性、及び気相成長装置の耐久性が向上する。

さらに、上部リフレクタ３１の外側部分３１ｙは、第１のスリットＳＬ１と第２のスリットＳＬ２により２つに分割されている。すなわち、外側部分３１ｙは、第１の部分３１ｙａと第２の部分３１ｙｂに分割されている。なお、これらの第１のスリットＳＬ１、又は第２のスリットＳＬ２は、熱応力を均等にするために回転対称に設けられることが好ましい。

外側部分３１ｙが、第１の部分３１ｙａと第２の部分３１ｙｂに分割されることで、外側部分３１ｙの中の熱応力は小さくなる。よって、上部リフレクタ３１の外側部分３１ｙの耐久性が向上し、リフレクタユニット３０の耐久性、及び気相成長装置の耐久性が向上する。

２つに分割された外側部分３１ｙは、第１のスペーサ３３ａ、第２のスペーサ３３ｂ、及び第３のスペーサ３３ｄを用いて下部リフレクタ３２の上に支持される。また、外側部分３１ｙと分割された内側部分３１ｘは、外側部分３１ｙに支持される。したがって、分割された上部リフレクタ３１は、簡易な構造で支持できる。よって、リフレクタユニット３０及び気相成長装置の製造コストが抑制できる。

実際に試験を重ねた結果、上部リフレクタ３１の耐久性を向上させる観点からは、上部リフレクタ３１の内側部分３１ｘの直径ｄ１は、アウトヒータ２６の内径ｄ２の８０％以上１１０％以下であることが好ましく、８５％以上１０５％以下であることがより好ましいことが分かった。これは、検証により、６インチウェハを成膜処理する場合のアウトヒータ２６の内径を１６０ｍｍとしたとき、上部リフレクタ３１の直径１４５ｍｍ近傍の位置で最も壊れやすいことを見出したことによるものである。更に試験を重ねた結果、上部リフレクタ３１の内側部分３１ｘの直径ｄ１が、アウトヒータ２６の内径ｄ２の８５％以上であることがより好ましく、９５％以下であることさらに好ましいことが分かった。上記条件を充足することで、内側部分３１ｘと外側部分３１ｙとの境界が、アウトヒータ２６の内周端の直下に近づき、上部リフレクタ３１の中の熱応力が小さくなる。よって、上部リフレクタ３１の耐久性が更に向上する。

上部リフレクタ３１の耐久性を向上させる観点から、上部リフレクタ３１の内側部分３１ｘの直径ｄ１と、アウトヒータ２６の内径ｄ２との差は、２０ｍｍ以下であることが好ましく、１５ｍｍ以下であることがより好ましい。上記条件を充足することで、内側部分３１ｘと外側部分３１ｙとの境界が、アウトヒータ２６の内周端の直下に近づき、上部リフレクタ３１の中の熱応力が小さくなる。よって、上部リフレクタ３１の耐久性が更に向上する。

（第１の変形例）
図８は、第１の実施形態のリフレクタユニットの第１の変形例の模式図である。図８は、図３に対応する図である。図８（ａ）は、第１の変形例の上部リフレクタ３１の一部の模式上面図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）のＤＤ’断面である。

上部リフレクタ３１の内側部分３１ｘは、外周に複数の支持凹部Ｓｒを含む。上部リフレクタ３１の外側部分３１ｙは、内周に複数の支持突起Ｓｐを含む。例えば、第１の部分３１ｙａは、内周に支持突起Ｓｐを含む。

支持凹部Ｓｒは、支持突起Ｓｐの上に載置される。支持凹部Ｓｒ及び支持突起Ｓｐにより、内側部分３１ｘは、外側部分３１ｙに支持される。

（第２の変形例）
図９は、第１の実施形態のリフレクタユニットの第２の変形例の模式図である。図９は、第２の変形例の上部リフレクタ３１の一部の模式断面図である。

上部リフレクタ３１の内側部分３１ｘは、外周の上面に複数の支持部材３１ｚが接合される。支持部材３１ｚは、外側部分３１ｙの上に載置される。例えば、支持部材３１ｚは、第１の部分３１ｙａの上に載置される。支持部材３１ｚにより、内側部分３１ｘは、外側部分３１ｙに支持される。

（第３の変形例）
図１０は、第１の実施形態のリフレクタユニットの第３の変形例の模式図である。図１０は、第３の変形例の上部リフレクタ３１の一部の模式断面図である。

上部リフレクタ３１の外側部分３１ｙは、内周の下面に複数の支持部材３１ｚが接着される。例えば、支持部材３１ｚは、第１の部分３１ｙａの下面に接着される。支持部材３１ｚの上に、内側部分３１ｘが載置される。支持部材３１ｚにより、内側部分３１ｘは、外側部分３１ｙに支持される。

（第４の変形例）
図１１は、第１の実施形態のリフレクタユニットの第４の変形例の模式図である。図１１は、図３に対応する図である。図１１（ａ）は、第４の変形例の上部リフレクタ３１の一部の模式上面図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＥＥ’断面である。

上部リフレクタ３１の内側部分３１ｘは、外周に第１の環状支持突起Ｓｐ１を含む。上部リフレクタ３１の外側部分３１ｙは、第２の環状支持突起Ｓｐ２を含む。例えば、第１の部分３１ｙａは、内周に第２の環状支持突起Ｓｐ２を含む。

第１の環状支持突起Ｓｐ１は、第２の環状支持突起Ｓｐ２の上に載置される。第１の環状支持突起Ｓｐ１及び第２の環状支持突起Ｓｐ２により、内側部分３１ｘは外周全周で外側部分３１ｙに支持される。

以上、第１の実施形態及び変形例によれば、第１のリフレクタを分割することで、第１のリフレクタに発生する熱応力が小さくなり、リフレクタユニット及び気相成長装置の耐久性が向上できる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態の気相成長装置用のリフレクタユニットは、上部リフレクタの内側部分は、下部リフレクタに支持される点で、第１の実施形態のリフレクタユニットと異なる。第２の実施形態の気相成長装置は、第２の実施形態のリフレクタユニットを備える。以下、第１の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。

図１２及び図１３は、第２の実施形態のリフレクタユニットの模式図である。

図１２（ａ）は、上部リフレクタ３１の外側部分３１ｙの模式上面図である。図１２（ｂ）は、上部リフレクタ３１の内側部分３１ｘの模式上面図である。図１２は、第１の実施形態の図４に対応する図である。

図１３（ａ）は、リフレクタユニット３０の上部リフレクタ３１の模式上面図である。図１３（ｂ）は、リフレクタユニット３０の一部の模式断面図である。図１３（ｂ）は、説明の都合上、同一平面内に存在しない構成を、仮想的に同一平面内に存在するごとく図示している。図１３は、第１の実施形態の図６に対応する図である。

第２の実施形態のリフレクタユニット３０は、上部リフレクタ３１と下部リフレクタ３２を含む。上部リフレクタ３１は、内側部分３１ｘと外側部分３１ｙを含む。

リフレクタユニット３０は、第２のスペーサ３３ｂ、第３のスペーサ３３ｄ、及び第４のスペーサ３３ｃを含む。

内側部分３１ｘは、第１の切り欠きＮ１を含む。

外側部分３１ｙは第１の部分３１ｙａと第２の部分３１ｙｂを含む。外側部分３１ｙは第１のスリットＳＬ１と第２のスリットＳＬ２を含む。外側部分３１ｙは、支持柱穴Ｈ２、及び突き上げピン穴Ｈ３を含む。外側部分３１ｙは第２の切り欠きＮ２を含む。

下部リフレクタ３２は、支持柱穴Ｈ２、及び突き上げピン穴Ｈ３を含む。

上部リフレクタ３１は、下部リフレクタ３２の上方に設けられる。上部リフレクタ３１は、インヒータ２４と下部リフレクタ３２との間に設けられる。

上部リフレクタ３１の内側部分３１ｘは、円板状である。上部リフレクタ３１の外側部分３１ｙは、内側部分３１ｘの周囲に設けられる。外側部分３１ｙは、例えば、環状である。

図１３（ｂ）に示すように、支持柱３４は、下部リフレクタ３２の支持柱穴Ｈ２、及び外側部分３１ｙの支持柱穴Ｈ２を貫通する。下部リフレクタ３２は、支持柱３４によって支持される。

図１３（ｂ）に示すように、第２のスペーサ３３ｂは、外側部分３１ｙと下部リフレクタ３２との間に設けられる。第２のスペーサ３３ｂは、例えば、環状である。第２のスペーサ３３ｂは、支持柱３４の周囲に設けられる。第２のスペーサ３３ｂによって、外側部分３１ｙは下部リフレクタ３２に支持される。

図１３（ｂ）に示すように、突き上げピン４２は、下部リフレクタ３２の突き上げピン穴Ｈ３、及び外側部分３１ｙの突き上げピン穴Ｈ３を貫通する。図１３（ｂ）に示すように、第３のスペーサ３３ｄは、外側部分３１ｙと下部リフレクタ３２との間に設けられる。第３のスペーサ３３ｄは、例えば、環状である。第３のスペーサ３３ｄは、突き上げピン４２の周囲に設けられる。第３のスペーサ３３ｄによって、外側部分３１ｙは下部リフレクタ３２に支持される。

図１３（ｂ）に示すように、第４のスペーサ３３ｃは、内側部分３１ｘと外側部分３１ｙとの境界に位置する第２の支持領域Ｓ２において、内側部分３１ｘと下部リフレクタ３２との間に設けられる。また、第４のスペーサ３３ｃは、第２の支持領域Ｓ２において、外側部分３１ｙと下部リフレクタ３２との間に設けられ、内側部分３１ｘ及び外側部分３１ｙを支持する。第４のスペーサ３３ｃによって、内側部分３１ｘ及び外側部分３１ｙは下部リフレクタ３２に支持される。

第４のスペーサ３３ｃは、内側部分３１ｘと外側部分３１ｙとの境界に位置する第１の支持領域Ｓ１においても第２の支持領域Ｓ２と同様に、内側部分３１ｘと下部リフレクタ３２との間に設けられる。また、第４のスペーサ３３ｃは、第１の支持領域Ｓ１においても第２の支持領域Ｓ２と同様に、外側部分３１ｙと下部リフレクタ３２との間に設けられ、内側部分３１ｘ及び外側部分３１ｙを支持する。第４のスペーサ３３ｃによって、内側部分３１ｘ及び外側部分３１ｙは下部リフレクタ３２に支持される。

以上、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様、第１のリフレクタを分割することで、第１のリフレクタに発生する熱応力が小さくなり、リフレクタユニット及び気相成長装置の耐久性が向上できる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態の気相成長装置用のリフレクタユニットは、第１のリフレクタは外周に切り欠き部を有し、第１のスリットは内周から切り欠き部に至る点で、第１の実施形態のリフレクタユニットと異なる。第３の実施形態の気相成長装置は、第３の実施形態のリフレクタユニットを備える。以下、第１の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。

図１４は、第３の実施形態のリフレクタユニットの模式図である。図１４は、リフレクタユニット３０の上部リフレクタ３１の模式上面図である。図１４は、第１の実施形態の図２（ａ）に対応する図である。

第３の実施形態のリフレクタユニット３０は、上部リフレクタ３１と下部リフレクタ３２を含む。上部リフレクタ３１は、内側部分３１ｘと外側部分３１ｙを含む。

リフレクタユニット３０は、第１のスペーサ３３ａ、第２のスペーサ３３ｂ、及び第３のスペーサ３３ｄを含む。

内側部分３１ｘは、支持突起Ｓｐを含む。

外側部分３１ｙは第１の部分３１ｙａと第２の部分３１ｙｂを含む。外側部分３１ｙは第１のスリットＳＬ１と第２のスリットＳＬ２を含む。外側部分３１ｙは、スペーサ穴Ｈ１、支持柱穴Ｈ２、及び突き上げピン穴Ｈ３を含む。外側部分３１ｙは支持凹部Ｓｒを含む。

上部リフレクタ３１の内側部分３１ｘは、円板状である。内側部分３１ｘは、外周に複数の支持突起Ｓｐを含む。支持突起Ｓｐにより、内側部分３１ｘは、外側部分３１ｙに支持される。

上部リフレクタ３１の外側部分３１ｙは、内側部分３１ｘの周囲に設けられる。外側部分３１ｙは、例えば、環状である。

外側部分３１ｙは、内周に複数の支持凹部Ｓｒを含む。支持凹部Ｓｒに、内側部分３１ｘの支持突起Ｓｐが載置される。支持凹部Ｓｒにより、内側部分３１ｘは、外側部分３１ｙに支持される。

外側部分３１ｙは第１の切り欠き部Ｎｘ（切り欠き部）及び第２の切り欠き部Ｎｙを含む。第１の切り欠き部Ｎｘ及び第２の切り欠き部Ｎｙは、例えば、インヒータ２４及びアウトヒータ２６に接続される電極を通すために設けられる。

外側部分３１ｙは第１のスリットＳＬ１と第２のスリットＳＬ２を含む。第１のスリットＳＬ１は、外側部分３１ｙの内周から第１の切り欠き部Ｎｘに至る。また、第２のスリットＳＬ２は、外側部分３１ｙの内周か第２の切り欠き部Ｎｙに至る。

外側部分３１ｙは、第１のスリットＳＬ１及び第２のスリットＳＬ２によって、第１の部分３１ｙａと第２の部分３１ｙｂに分割される。第１の部分３１ｙａと第２の部分３１ｙｂとの間に、内側部分３１ｘが設けられる。

外側部分３１ｙは、第１の切り欠き部Ｎｘ及び第２の切り欠き部Ｎｙを有する箇所で、強度が弱くなる。第３の実施形態のリフレクタユニット３０は、外側部分３１ｙの第１の切り欠き部Ｎｘを有する箇所に第１のスリットＳＬ１、外側部分３１ｙの第２の切り欠き部Ｎｙを有する箇所に第２のスリットＳＬ２を設ける。

外側部分３１ｙの強度が弱くなる部分に、第１のスリットＳＬ１及び第２のスリットＳＬ２を設けることで、上部リフレクタ３１の外側部分３１ｙの耐久性が向上する。よって、リフレクタユニット３０の耐久性、及び気相成長装置の耐久性が向上する。

以上、第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様、上部リフレクタを分割することで、上部リフレクタに発生する熱応力が小さくなり、リフレクタユニット及び気相成長装置の耐久性が向上できる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態の気相成長装置用のリフレクタユニットは、第１の実施形態と第２の実施形態の構造を部分的に採用する。

図１５は、第４の実施形態のリフレクタユニットの模式図である。図１５は、リフレクタユニット３０の上部リフレクタ３１の模式上面図である。図１５は、第１の実施形態の図６（ａ）に対応する図である。

第４の実施形態のリフレクタユニットでは、上部リフレクタ３１の外側部分３１ｙは第２の実施形態と同様に、第２のスペーサ３３ｂ、第３のスペーサ３３ｄ、及びＳ２部で第４のスペーサ３３ｃにより下部リフレクタに支持されている。一方、上部リフレクタ３１の内側部分３１ｘは、第１の実施形態と同様に、支持突起Ｓｐにより上部リフレクタ３１の外側部分３１ｙに支持されており、さらにＳ２部で第４のスペーサ３３ｃにより下部リフレクタ３２に支持されている。

以上、第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様、上部リフレクタを分割することで、上部リフレクタに発生する熱応力が小さくなり、リフレクタユニット及び気相成長装置の耐久性が向上できる。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。上記、実施形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、各実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもかまわない。

実施形態では、リフレクタユニットが下部リフレクタを含む場合を例に説明したが、リフレクタユニットが下部リフレクタを含まない構成とすることも可能である。また、実施形態では下部リフレクタは分割可能な構造ではない場合について説明したが、下部リフレクタも分割可能な構造であってもよい。

またリフレクタユニットは３つ以上のリフレクタで構成されていてもよい。その場合、ヒータに最も近いリフレクタはこれまで説明した分割可能な構造のリフレクタである必要があるが、それ以外のリフレクタは分割可能な構造であってもそうでなくてもよい。

実施形態では、ＧａＮ膜上に窒化インジウムガリウム膜と、窒化ガリウム膜とが複数積層された積層膜をエピタキシャル成長させる場合を例に説明したが、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）等、その他のＩＩＩ－Ｖ族の窒化物系半導体の単結晶膜等の成膜にも本発明を適用することが可能である。また、ＧａＡｓ等のＩＩＩ－Ｖ族の半導体にも本発明を適用することが可能である。さらに、本発明は、その他の膜の成膜にも適用することが可能である。

また、実施形態では、プロセスガスがシャワープレート内で混合される場合を例に説明したが、プロセスガスがシャワープレートに入る前に混合される構成であってもかまわない。また、プロセスガスがシャワープレートから反応室内に噴出されるまで分離された状態となる構成であってもかまわない。

実施形態では、装置構成等で本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成等を適宜選択して用いることができる。その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての分割リフレクタ、リフレクタユニット及び気相成長装置は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等物の範囲によって定義されるものである。

１０ 反応室
１４ ホルダ
２４ インヒータ
２６ アウトヒータ
３０ リフレクタユニット
３１ 上部リフレクタ（分割リフレクタ）
３１ｘ 内側部分
３１ｙ 外側部分
３２ 下部リフレクタ
Ｎｘ 第１の切り欠き部（切り欠き部）
ＳＬ１ 第１のスリット
ＳＬ２ 第２のスリット
Ｗ ウェハ（基板）

Claims (5)

1. 気相成長装置に用いられ、円板状の内側部分と、前記内側部分の周囲に設けられた外側部分を含み、前記外側部分は、内周から外周に至る第１のスリットと、前記内周から前記外周に至る第２のスリットと、を有する分割リフレクタ。
2. 前記内側部分は前記外側部分に支持される請求項１記載の分割リフレクタ。
3. 前記外側部分は前記外周に切り欠き部を有し、前記第１のスリットは前記内周から前記切り欠き部に至る請求項１又は請求項２記載の分割リフレクタ。
4. 請求項１ないし請求項３いずれか一項記載の分割リフレクタと、
   前記分割リフレクタを支持し、前記分割リフレクタの前記内側部分より最外周の直径が大きい下部リフレクタと、
   を備えるリフレクタユニット。
5. 反応室と、
   前記反応室内に設けられ基板を載置するホルダと、
   前記ホルダの下方に設けられる環状のアウトヒータと、
   前記アウトヒータの下方に設けられるインヒータと、
   前記インヒータの下方に設けられ、円板状の内側部分と、前記内側部分の周囲に設けられた外側部分を含み、前記外側部分は、内周から外周に至る第１のスリットと、前記内周から前記外周に至る第２のスリットと、を有する分割リフレクタと、
   を備える気相成長装置。

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