JP5829161B2 - 気相成長装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板を加熱しながら気相原料を供給して基板上に薄膜を堆積させる気相成長装置に関する。

半導体基板上に半導体薄膜を成長させる方法であるエピタキシャル成長法では、高温の反応炉内に原料ガスを供給し、熱分解と気相反応により薄膜を成長させる。このような、エピタキシャル成長法を実施するための装置である気相成長装置においては、半導体基板を加熱するヒータが設けられる。このようなヒータは、成膜時にサセプタ上に載置される半導体基板の面内温度を可能な限り均一に加熱できることが望まれる。
従来のヒータとして、複数に分割された分割ヒータを電気的かつ機械的に接続して構成する電気抵抗式面状ヒータが提案されている（特許文献１参照）。
特許文献１においては、各分割ヒータを電気的かつ機械的に連結する端子を、所定の保持部材に固定することにしている（特許文献１の段落［００１０］参照）。

特開平１０−２０８８５５号公報

分割ヒータを連結する端子を保持部に固定すると、分割ヒータが熱膨張したときに端子部に熱応力が発生し、端子部が破損したり、あるいは分割ヒータが変形したりし、均等加熱ができなくなるという問題がある。

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、変形や端子の破損がなく、均等加熱ができる分割ヒータを備えた気相成長装置を得ることを目的としている。

（１）本発明に係る気相成長装置は、チャンバー内に設置されたサセプタに基板を載置して該基板を面状の抵抗加熱ヒータで加熱しながら前記基板に薄膜を堆積させる気相成長装置であって、
前記抵抗加熱ヒータは複数に分割された分割ヒータを、連結部材を介して電気的かつ機械的に接続して構成され、
前記連結部材は、前記チャンバー側の部材に固定可能に形成された固定連結部材と、前記チャンバー側の部材に対して相対移動可能に形成された可動連結部材とによって構成されていることを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記分割ヒータは扇形に形成されてなり、
前記抵抗加熱ヒータは、複数の分割ヒータを周方向に連結して環状ヒータを形成すると共に、複数の環状ヒータを径方向に複数配置してなり、径方向の少なくとも一つの環状ヒータにおいて、固定連結部材と可動連結部材とが交互に配置されていることを特徴とするものである。

（３）また、上記（２）に記載のものにおいて、前記可動連結部材は、径方向の外方が開放するスリットが設けられていることを特徴とするものである。

（４）また、上記（２）又は（３）に記載のものにおいて、前記可動連結部材は、前記可動連結部材の上面に、前記分割ヒータを連結している状態で径方向に伸びる凸条部が設けられていることを特徴とするものである。

（５）また、上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のものにおいて、前記抵抗加熱ヒータ下方に遮熱板を有し、前記固定連結部材は前記遮熱板に固定され、前記可動連結部材は前記遮熱板上に載置されていることを特徴とするものである。

本発明に係る気相成長装置においては、チャンバー内に設置されたサセプタに基板を載置して該基板を面状の抵抗加熱ヒータで加熱しながら前記基板に薄膜を堆積させる気相成長装置であって、前記抵抗加熱ヒータは複数に分割された分割ヒータを、連結部材を介して電気的かつ機械的に接続して構成され、前記連結部材は、前記チャンバー側の部材に固定可能に形成された固定連結部材と、前記チャンバー側の部材に対して相対移動可能に形成された可動連結部材とによって構成されていることにより、変形や端子の破損がなく、均等加熱ができる分割ヒータを備えた気相成長装置を得ることができる。

実施の形態に係る気相成長装置の一部を説明する説明図であって、抵抗加熱ヒータの設置状態を説明する図である。 実施の形態に係る気相成長装置の立断面図である。 実施の形態に係る抵抗加熱ヒータの一部品を説明する説明図である。 実施の形態に係る気相成長装置の一部を説明する説明図であって、抵抗加熱ヒータの設置部を説明する図である。 実施の形態に係る連結部材を説明する説明図である。 実施の形態に係る他の連結部材を説明する説明図である。 実施の形態に係る気相成長装置における連結部材周辺の立断面図である。 実施の形態に係る連結部材の他の態様を説明する説明図である（その１）。 実施の形態に係る連結部材の他の態様を説明する説明図である（その２）。

本実施の形態に係る気相成長装置１を図１〜図７に基づいて説明する。
本実施の形態に係る気相成長装置１は、チャンバー３内に設置されたサセプタ５に基板７を載置して基板７を面状の抵抗加熱ヒータ９で加熱しながら基板７に薄膜を堆積させる気相成長装置１であって（図２参照）、抵抗加熱ヒータ９は複数に分割された分割ヒータ１１を（図１参照）、その一部は固定連結部材１５、他の一部は可動連結部材１７（図４参照）を介して電気的かつ機械的に接続して構成されていることを特徴とするものである。
本実施の形態の特徴は抵抗加熱ヒータ９及びその設置方法にあるが、これらの特徴を詳細に説明する前に、気相成長装置１の概要を図２に基づいて説明する。

気相成長装置１は、図２に示すように、偏平円筒状のチャンバー３内に円盤状のサセプタ５を回転可能に設けるとともに、該サセプタ５の外周部に複数の基板保持部材１９を回転可能に設けた自公転型の気相成長装置１であって、サセプタ５は、チャンバー３の底面部分を貫通した回転軸２１により支持されている。チャンバー３の下部には複数の分割ヒータ１１が設けられており、分割ヒータ１１の下方には複数の遮熱板１３が設けられている。また、チャンバー３のサセプタ５表面側中央部には、原料ガス導入部２３が設けられ、外周部には排気部２５が設けられている。

上述の気相成長装置１で基板７の上面に薄膜を気相成長させる際には、回転軸２１を所定速度で回転させてサセプタ５を回転させると、このサセプタ５の回転と連動して基板保持部材１９が自転し、これによって基板７が自公転する状態となる。

一方、分割ヒータ１１を作動させてサセプタ５及び基板保持部材１９を介して基板７を所定温度に加熱した状態で、原料ガス導入部２３から所定の原料ガスをチャンバー３内のサセプタ５上面側に導入し、外周の排気部２５から排出することにより、複数の基板７の上面に所定の薄膜を均一に堆積させることができる。
次に、本実施の形態の特徴である抵抗加熱ヒータ９及びその設置方法について詳細に説明する。

＜抵抗加熱ヒータ＞
抵抗加熱ヒータ９は、サセプタ５に載置された基板７を加熱するためのものである。
抵抗加熱ヒータ９は、図１に示すように複数の環状ヒータ（内側から順に第１環状ヒータ３３、第２環状ヒータ３５）からなる。第１環状ヒータ３３および第２環状ヒータ３５は、図３に示すような複数の分割ヒータ１１を、その一部は固定連結部材１５、他の一部は可動連結部材１７を介して、周方向に電気的かつ機械的に連結して形成されている。
第１環状ヒータ３３および第２環状ヒータ３５は、それぞれ独立してヒータパワーを制御することができる。

分割ヒータ１１は、ＳｉＣヒータ等で構成されており、図３に示すように、扇形の板状に形成されている。分割ヒータ１１の両端には、分割ヒータ１１を固定するためのボルト締結孔３７が設けられている。ボルト締結孔３７が設けられている部位は分割ヒータ１１の端子部となっており、これらを電気的に接続して通電すれば、分割ヒータ１１全体に通電させることができ均一に発熱させることができる。なお、図３は形状を簡略化したものを図示しているが、実際には、分割ヒータ１１の全体が均一に加熱されるような形状となっている。

また、外周側の中間部には、分割ヒータ１１が熱膨張して破損することを防止するための隙間３９を有している。この隙間３９があることによって加熱時に熱膨張してもわずかに撓むことができ、それ故、破損をある程度防止することができるようになっている。

分割ヒータ１１は、ボルト締結孔３７で固定連結部材１５または可動連結部材１７にボルト４１によって固定されることで、他の分割ヒータ１１と連結して第１環状ヒータ３３および第２環状ヒータ３５を形成している（図１参照）。なお、固定連結部材１５及び可動連結部材１７の構造は後述する。
隣り合う分割ヒータ１１同士は、分割ヒータ１１同士が接触してショートしないように所定の間隔をあけて設置されている。図１に示すように、第１環状ヒータ３３および第２環状ヒータ３５は、６枚の分割ヒータ１１で構成されている。図１において、固定連結部材１５と締結しているボルト４１は黒丸で示しており、可動連結部材１７と締結しているボルト４１は白丸で示している。

ここで固定連結部材１５および可動連結部材１７の配置について図４に基づいて説明する。図４は、図１における分割ヒータ１１が設置されていない状態を図示したものである。固定連結部材１５および可動連結部材１７は、図４中に点線で示した２つの同心円上に配置されている。
内側の同心円上には、周方向に固定連結部材１５と可動連結部材１７が交互に６つ配置されている。これらは、６枚の分割ヒータ１１を連結して第１環状ヒータ３３を形成するためのものである。
外側の同心円上には、周方向に固定連結部材１５と可動連結部材１７が交互に６つ配置されている。これらは、６枚の分割ヒータ１１を連結して第２環状ヒータ３５を形成するためのものである。
第１環状ヒータ３３および第２環状ヒータ３５において、分割ヒータ１１は一端が可動連結部材１７に設置されていることになる。
そのため、第１環状ヒータ３３および第２環状ヒータ３５において、分割ヒータ１１が加熱されて熱膨張すると、可動連結部材１７が径外方向に移動し、熱ひずみを吸収することができ、分割ヒータ１１の変形や、連結部の破損を防止できる。

次に、上記の抵抗加熱ヒータ９が設置される固定連結部材１５と可動連結部材１７、および固定連結部材１５と可動連結部材１７が固定または載置される遮熱板１３について詳細に説明する。
＜固定連結部材と可動連結部材＞
固定連結部材１５と可動連結部材１７は、複数の分割ヒータ１１を周方向に電気的かつ機械的に連結して第１環状ヒータ３３および第２環状ヒータ３５を形成すると共に、分割ヒータ１１を遮熱板１３に接触しないように支持するためのものである。
本実施の形態において固定連結部材１５と可動連結部材１７は、カーボンで構成されている。

固定連結部材１５は、図５に示すように、平面視略楕円状の柱状の形状をしており、両端に分割ヒータ１１をボルト４１で固定するためのボルト締結孔５１を有している。
固定連結部材１５は、遮熱板１３の板上に設けられた凹部にはめ込まれて固定される。

可動連結部材１７は、遮熱板１３の板上に載置される。そのため、分割ヒータ１１が熱膨張する際に、遮熱板１３上を滑るようにして移動し、分割ヒータ１１の熱ひずみによる破損を防止することができる。

可動連結部材１７は、外形は固定連結部材１５とほぼ同一であるが、図６に示すように、両ボルト締結孔５１の中間位置には幅方向に伸びる凸条部５３が設けられている。凸条部５３は幅方向に伸びる形状であるため、可動連結部材１７を、分割ヒータ１１同士を連結可能なように載置すると、凸条部５３は径方向と一致するようになっている。
凸条部５３は、分割ヒータ１１の熱膨張時に隣り合う分割ヒータ１１同士を接触させないための隔壁としての役割を担っている。詳細に説明すると次のとおりである。可動連結部材１７で連結されている箇所は可動部であるため、分割ヒータ１１が熱膨張すると径外方向へ移動する。このとき、隣り合う分割ヒータ１１の内周側の角同士が近づく方向に移動して接触するのを凸条部５３によって確実に防止する。

＜遮熱板＞
遮熱板１３は、分割ヒータ１１の発する熱が分割ヒータ１１の下方に伝わらないように遮熱するためのものである。
遮熱板１３は、図４に示すように、円状の平板からなり、図２に示すように、分割ヒータ１１の下方にチャンバー３内を覆うように、所定の間隔をあけて複数枚設置されている。
上から１枚目の遮熱板１３には、図４に示すように開口部５５が設けられており、固定連結部材１５と可動連結部材１７は、２枚目の遮熱板１３の板面上に固定または載置されている。
この意味で、遮熱板１３は本発明においてチャンバー側の部材に相当する。
可動連結部材１７が遮熱板１３に載置されている様子を図７に基づいて説明する。図７は、ある可動連結部材１７の近傍の立断面を図示したものであり、３枚の遮熱板１３が図示されている。図７に示すように、上から１枚目の遮熱板１３には開口部５５が設けられており、可動連結部材１７は、２枚目の遮熱板１３に載置されている。開口部５５は、可動連結部材１７が２枚目の遮熱板１３の板面を移動しても、１枚目の遮熱板１３と接触しないような大きさに設定されている。

以上のように構成された本実施の気相成長装置１を用いて気相成長させる方法の一例を、固定連結部材１５と可動連結部材１７の動作と共に説明する。
基板保持部材１９に基板７を保持させたサセプタ５を回転軸２１に設置し、回転軸２１を回転させ基板７を自公転させるとともに、原料ガスを導入し分割ヒータ１１を動作させる。分割ヒータ１１の温度上昇に伴って、分割ヒータ１１が径外方向に熱膨張する。この時、第１環状ヒータ３３および第２環状ヒータ３５において、分割ヒータ１１の一端は可動連結部材１７に設置されているため、可動連結部材１７が径外方向に移動し、発生する分割ヒータ１１の熱ひずみを吸収することができる。
また、開口部５５は可動連結部材１７の移動を見込んだ大きさに設定されているため、１枚目の遮熱板１３と可動連結部材１７とが接触して可動連結部材１７の移動を妨げることがない。
以上のように、本発明に係る気相成長装置１を用いれば、加熱時において熱ひずみによる分割ヒータ１１の変形や端子の破損がなく、基板７を均等加熱することができる。

本発明の気相成長装置１による作用効果について、具体的な実施例に基づいて説明する。
本実施例では、気相成長装置１による作用効果を確認するために、抵抗加熱ヒータ９（第１環状ヒータ３３および第２環状ヒータ３５）を所定温度に加熱して、第１環状ヒータ３３および第２環状ヒータ３５を形成する分割ヒータ１１の変形や端子の状態を観察する実験を行った。
本実施例においては、分割ヒータ１１はＳｉＣヒータとし、加熱温度は１２００℃とした。
実験の結果、第１環状ヒータ３３は径外方向に３ｍｍ膨張し、第２環状ヒータ３５は径外方向に４ｍｍ膨張した。第１環状ヒータ３３および第２環状ヒータ３５は、分割ヒータ１１の一端が可動連結部材１７に設置されているため、可動連結部材１７ごと径外方向に移動して上記の熱ひずみを吸収することができ、分割ヒータ１１の破損等は生じなかった。
以上のように、本発明に係る気相成長装置１を用いれば、加熱時において熱ひずみによる分割ヒータ１１の変形や端子の破損がなく、基板７を均等加熱することができる。

なお、上述した実施の形態では、図６に示す可動連結部材１７を用いた例を示したが、本発明における可動連結部材はこれに限られない。例えば、図８に示す可動連結部材６１ように、可動連結部材６１が径方向の外方に開放できるようにスリット６３を設けてもよい。この場合、可動連結部材６１が移動するとともに、可動連結部材６１自体が変形することによって、分割ヒータ１１の熱ひずみを吸収することができ、より確実に分割ヒータ１１の破損を防止することができる。
また、図９に示す可動連結部材６５ように、さらに変形しやすいように内周側にもスリット６３を設けてもよい。
なお、スリット６３の数や位置は図８、図９に図示したものに限られず、可動連結部材の大きさに応じて適宜変更してもよい。

また、上記の実施の形態では、可動連結部材１７を載置し、固定連結部材１５を固定するチャンバー側の部材として遮熱板１３を例示したが、本発明に係るチャンバー側の部材は遮熱板１３に限られるものではなく、チャンバー側にあって可動連結部材１７を移動可能に載置し、固定連結部材１５を固定できる部材であれば特に限定されるものではない。

１ 気相成長装置
３ チャンバー
５ サセプタ
７ 基板
９ 抵抗加熱ヒータ
１１ 分割ヒータ
１３ 遮熱板
１５ 固定連結部材
１７ 可動連結部材
１９ 基板保持部材
２１ 回転軸
２３ 原料ガス導入部
２５ 排気部
３３ 第１環状ヒータ
３５ 第２環状ヒータ
３７ ボルト締結孔
３９ 隙間
４１ ボルト
５１ ボルト締結孔
５３ 凸条部
５５ 開口部
６１ 可動連結部材
６３ スリット
６５ 可動連結部材

Claims (5)

1. チャンバー内に設置されたサセプタに基板を載置して該基板を面状の抵抗加熱ヒータで加熱しながら前記基板に薄膜を堆積させる気相成長装置であって、
   前記抵抗加熱ヒータは複数に分割された分割ヒータを、連結部材を介して電気的かつ機械的に接続して構成され、
   前記連結部材は、前記チャンバー側の部材に固定可能に形成された固定連結部材と、前記チャンバー側の部材に対して相対移動可能に形成された可動連結部材とによって構成されていることを特徴とする気相成長装置。
2. 前記分割ヒータは扇形に形成されてなり、
   前記抵抗加熱ヒータは、複数の分割ヒータを周方向に連結して環状ヒータを形成すると共に、複数の環状ヒータを径方向に複数配置してなり、径方向の少なくとも一つの環状ヒータにおいて、固定連結部材と可動連結部材とが交互に配置されていることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
3. 前記可動連結部材は、径方向の外方が開放するスリットが設けられていることを特徴とする請求項２記載の気相成長装置。
4. 前記可動連結部材は、前記可動連結部材の上面に、前記分割ヒータを連結している状態で径方向に伸びる凸条部が設けられていることを特徴とする請求項２又は３記載の気相成長装置。
5. 前記抵抗加熱ヒータ下方に遮熱板を有し、前記固定連結部材は前記遮熱板に固定され、前記可動連結部材は前記遮熱板上に載置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の気相成長装置。

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