JP6135272B2

JP6135272B2 - 基板固定冶具

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Publication number: JP6135272B2
Application number: JP2013088402A
Authority: JP
Inventors: 幸司西塚; 秋田　勝史; 勝史秋田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2013-04-19
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2033-04-19
Also published as: JP2014212245A

Description

本発明は、基板固定冶具およびエピタキシャル基板に関し、特に、気相成長装置に用いられる基板固定冶具および該気相成長装置を用いて製造されたエピタキシャル層を含むエピタキシャル基板に関する。

従来、基板の表面に気相成長法によりエピタキシャル層を成膜する気相成長装置が知られている。気相成長装置によれば、たとえば有機金属化合物や水素化合物などを含む原料ガスが反応室内に導入され、反応室内に設置された基板付近で原料ガスの反応および分解が進行し、当該基板の成長面上に所定のエピタキシャル層が形成される。

気相成長装置における基板の保持形態には、基板の成長面が鉛直方向上向きに保持されるフェースアップ方式や、基板の成長面が鉛直方向下向きに保持されるフェイスダウン方式等がある。

フェイスダウン方式は、反応室内で生成される反応生成物が成長表面に付着することを抑制でき、かつ加熱された原料ガスが基板の成長面に効率よく供給される点でフェースアップ方式よりも優れるため、多くの気相成長装置に採用されている。

フェイスダウン方式を採用した気相成長装置においては、基板を保持するための冶具（以下、基板固定冶具という）に爪が形成されている。具体的には、基板の成長面の下方から爪を接触させて基板の落下を防止し、基板を保持している。一般に従来の基板固定冶具は、基板の落下防止の観点から、爪部を基板の成長面に面接触させている。

特開２００８−３０８７４７号公報には、自公転サセプタを備えたフェイスダウン方式の気相成長装置に用いる基板固定冶具が開示されている。この基板固定冶具では、基板保持爪の先端部の爪部が基板の表面と接触している。

特開２００８−３０８７４７号公報

しかしながら、爪部と基板とが接触している領域では、爪部によりエピタキシャル層の成長が阻害される。そのため、作製されたエピタキシャル基板において、爪部と基板とが接触していた領域（爪痕部）は正常成長領域（基板中央部など、爪部の影響を受けない領域）と比較してエピタキシャル層の品質や特性の異なる異常成長領域となる。また、爪部と基板とが接触している領域の周辺領域においても、爪部により反応ガスの乱れが発生することにより、作製されたエピタキシャル基板において、クロスハッチ等の異常成長領域が形成されるという問題があった。

また、該異常成長領域は、正常成長領域と比べて格子整合率が異なることにより異常な応力が発生し、正常成長領域にもクラックが伝搬するという問題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の主たる目的は、フェイスダウン方式の気相成長装置を用いて製造されるエピタキシャル基板において、異常成長領域が形成されることによるチップ歩留まりの低下を抑制することができる、基板固定冶具およびそれを用いて作成された基板を提供することにある。

本発明に従った基板固定冶具は、基板を保持した状態で、気相成長装置に取り付け可能な基板固定冶具である。該基板固定冶具は、基板において成長面の反対側に位置する裏面と対向し、基板の外径よりも大きい保持部と、保持部と接続されており、基板を保持した状態において基板の周囲から基板の成長面上に延びて基板と接触する複数の爪部と、基板固定冶具に保持された基板において、基板の結晶方位を示す部位の保持部に対する位置を決定する位置決め部材とを備える。位置決め部材は、爪部が基板においてチップが形成される領域から１．５ｍｍ以上離れるように、上記部位の保持部に対する位置を決定する。

本発明によれば、フェイスダウン方式の気相成長装置を用いて製造されるエピタキシャル基板において、異常成長領域が形成されることによるチップ歩留まりの低下を抑制することができる。

実施の形態１に係る基板固定冶具の平面図である。図１中線分ＩＩ−ＩＩにおける断面図である。図２中矢印ＩＩＩから見た断面図である。図１中線分ＩＶ−ＩＶにおける断面図である。実施の形態１に係る基板固定冶具を備えた気相成長装置を説明するための断面図である。実施の形態１に係る基板固定冶具の変形例を示す平面図である。実施の形態１に係る基板固定冶具の他の変形例を示す断面図である。実施の形態２に係る基板固定冶具の平面図である。図８中線分ＩＸ−ＩＸにおける断面図である。実施の形態２に係る基板固定冶具の変形例を示す平面図である。図１０中線分ＸＩ−ＸＩにおける断面図である。実施の形態２に係る基板固定冶具の他の変形例を示す平面図である。実施の形態２に係る基板固定冶具のさらに他の変形例を示す平面図である。実施の形態２に係る基板固定冶具の位置決め部材の変形例を示す平面図である。実施の形態２に係る基板固定冶具の位置決め部材の他の変形例を示す平面図である。実施の形態３に係る基板固定冶具の平面図である。図１６中線分ＸＶＩＩ−ＸＶＩＩにおける断面図である。図１６中線分ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩにおける断面図である。実施の形態１〜３に係る基板固定冶具を備えた気相成長装置で製造されたエピタキシャル層を含むエピタキシャル基板の概略図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について、説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
はじめに、図１および図２を参照して、実施の形態１に係る基板固定冶具について説明する。実施の形態１に係る基板固定冶具１００は、フェイスダウン方式である気相成長装置に取り付け可能に構成されている。基板固定冶具１００は保持部１と爪部２とを備える。図１は、基板１０を保持している状態において、基板１０の表面（成長面）１０Ａ側から見たときの基板固定冶具１００の概略図である。図２は、図１中の線分ＩＩ−ＩＩにおける断面図であり、基板１０を保持している状態を示している。

保持部１は、基板１０の裏面１０Ｂの全面と対向する表面３Ａを有する均熱部材３と、均熱部材３に対して爪部２を固定する外周部材４とからなる。

均熱部材３の平面形状は円形状であり、均熱部材３の外径は基板１０の外径よりも大きく設けられている。均熱部材３は、基板１０の表面１０Ａ側において、基板１０の径方向に形成された段差を有している。具体的には、均熱部材３は、基板１０の裏面１０Ｂの全面と対向する表面３Ａを有する中央領域３ａと、基板１０の外周側において中央領域３ａに対して階段状に形成された外縁領域３ｂとからなる。中央領域３ａの厚みは外縁領域３ｂの厚みよりも薄く設けられている。均熱部材３の表面３Ａと反対側の裏面３Ｂにおいて、中央領域３ａと外縁領域３ｂとは同一面を形成している。均熱部材３を構成する材料は、熱伝導率の高い任意の材料とすることができるが、たとえばカーボン、炭化珪素（ＳｉＣ）、ＳｉＣを表面にコーティングしたカーボン（ＳｉＣコートカーボン）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、およびニッケル（Ｎｉ）のうちから少なくとも１つを選択することができる。

外周部材４は、均熱部材３が嵌合可能な開口部を有している。言い換えると、外周部材４は、その内周が均熱部材３（外縁領域３ｂ）の外周全体に沿って均熱部材３と接するように設けられている。外周部材４の外径は、均熱部材３の外径に応じて決まる。外周部材４は、基板１０の径方向において段差を有している。具体的には、外周部材４は、内周側に薄肉領域４ａを、外周側に薄肉領域４ａよりも厚みの厚い厚肉領域４ｂ有する。

外周部材４と均熱部材３とは、外周部材４の開口部に均熱部材３が嵌め込まれたときに爪部２を保持することを可能とするように構成されている。具体的には、図２を参照して、たとえば均熱部材３の表面３Ａを下向きとして外周部材４に嵌め込んだときに、均熱部材３の中央領域３ａと外周部材４の厚肉領域４ｂとによって爪部２の一部が挟持されることにより、爪部２は基板１０の表面１０Ａに平行な方向（水平方向）において固定されている。また、均熱部材３の外縁領域３ｂと外周部材４の薄肉領域４ａと厚肉領域４ｂとによって爪部２の一部挟持されることにより、爪部２は基板１０の表面１０Ａに垂直な方向（鉛直方向）において固定されている。

爪部２は、上述のように、均熱部材３と外周部材４とに挟み込まれるように保持部１と接続されることにより、基板固定冶具１００において固定されている。爪部２は、均熱部材３に形成された段差形状に符合する領域と外周部材４に形成された段差形状に符合する領域とを併せ持っている。

爪部２は、基板固定冶具１００を平面視したときに、基板１０の表面１０Ａ上に突き出ている突出部２ａと、表面１０Ａ上に突き出ていない非突出部２ｂとからなる。突出部２ａは、一定の間隔を空けて複数個設けられている。たとえば、隣り合う突出部２ａは、中心角を６０度として周方向において等間隔に６つ配置されている。突出部２ａには、外周部材４と均熱部材３とによって固定された状態において、平面視したときに基板固定冶具１００の中央部側に位置する端部２ｅが形成されている。爪部２を構成する材料としては、たとえば、カーボン、ＳｉＣ、ＳｉＣコートカーボン、窒化珪素（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、およびＢＮとＡｌＮとの複合材のうちから少なくとも１つ選択することができる。

突出部２ａの端部２ｅは、基板固定冶具１００が基板１０を保持している状態において、表面１０Ａに対して平行な方向において、基板１０の外縁部（表面１０Ａの端部）よりも距離ａだけ基板１０の内側に突き出ている。このとき距離ａは０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である。端部２ｅは、基板１０の表面１０Ａに対して垂直な方向において、表面１０Ａよりも距離Ｈだけ突き出ている。このとき距離Ｈは０．５ｍｍ以上である。端部２ｅは、基板１０の表面１０Ａの中心を通る線分に対して垂直な面を有している。

図２を参照して、突出部２ａには、基板固定冶具１００が基板１０を保持している状態において、基板１０と対向する領域に傾斜面２Ａが形成されている。つまり、爪部２は、突出部２ａの傾斜面２Ａにおいて基板１０の外縁部と当接する。このとき、爪部２は、基板１０の外縁部に傾斜面２Ａが当接したときに、基板１０の裏面１０Ｂが均熱部材３の表面と接触するように設けられている。また、均熱部材３の表面３Ａを下向きとして外周部材４に嵌め込んだときに、突出部２ａは、表面３Ａ側において外周部材４よりも下方に突出していてもよい。

傾斜面２Ａは、端部２ｅから基板固定冶具１００の外周側に延びるように形成されている。傾斜面２Ａは基板１０の表面１０Ａ（あるいは均熱部材３の表面）に対して傾斜角θだけ傾いている。傾斜角θは、その正接関数ｔａｎθが０．１以上１．０以下となるように形成されている。

図３を参照して、傾斜面２Ａは、傾斜面２Ａが延びる方向に垂直な面内において円弧状に形成されている。傾斜面２Ａの曲率半径は任意の値とすることができるが、小さい方が好ましい。基板１０の周方向における突出部２ａの端部２ｅの幅は、０．７ｍｍ以上５．０ｍｍ以下程度とすればよい。

図４を参照して、爪部２において非突出部２ｂが形成されている領域では、爪部２は基板１０の表面１０Ａ上に突き出していない。当該他の領域における爪部２の端部２ｅは、基板１０の外縁部に沿うように設けられている。また、均熱部材３の表面３Ａを下向きとして外周部材４に嵌め込んだときに、非突出部２ｂと外周部材４とは、表面３Ａ側において同一面を形成していてもよい。

次に、図５を参照して、本実施の形態の基板固定冶具１００を備える気相成長装置３０の構造について説明する。気相成長装置３０は、筒状の反応管３１と、反応管３１の上部壁面に形成された開口部に配置されているサセプタ３４と、サセプタ３４の上部に配置されたヒータ３５と、反応管３１の内部に原料ガスなどを供給するためのガス供給部材３２と、反応管３１の内部から反応済みのガスや雰囲気ガスなどを排出するための排気部材３３と、サセプタ３４のサセプタ本体を回転させるためのモータなどの駆動部材（図示せず）と、当該駆動部材、ガス供給部材３２、排気部材３３、ヒータ３５などを制御するための制御部（図示せず）とを備える。本実施の形態の基板固定冶具１００は、外周部材４がサセプタ３４と接続されることにより気相成長装置に固定される。

以上のように、本実施の形態に係る基板固定冶具１００は、基板１０の表面１０Ａに対して傾斜角θだけ傾いた突出部２ａの傾斜面２Ａが、基板１０の外縁部（角部）と当接することにより基板１０をフェイスダウン方式で保持することができる。そのため、突出部２ａと基板１０の表面１０Ａとの接触部の面積を低減することができ、線接触（あるいは点接触）に近い接触状態を実現することができる。また、突出部２ａと基板１０の表面１０Ａとの接触部を基板１０の外縁部とすることができる。そのため、気相成長によって得られるエピタキシャル基板の径方向において爪痕部をチップ形成領域から最大限に遠ざけることができ、この結果、爪痕部によるチップ歩留まりへの影響を低減することができる。

さらに、傾斜面２Ａの傾斜角θが１／１０≦ｔａｎθであって、突出部２ａの端部２ｅと基板１０の外縁部との距離ａが５ｍｍ以下であるため、反応管３１を流通する反応ガスの流れが爪部２によって乱されることを抑制することができる。また、突出部２ａと基板１０の表面１０Ａとが接触せずに対向する領域（基板１０を表面１０Ａ側から平面視したときに爪部２によって隠れる領域。言い換えると、基板１０の外縁部から基板１０の内側に距離ａだけ入った領域）にも反応ガスを流通させることができる。その結果、基板１０の表面１０Ａにおいて、突出部２ａとの接触部の周辺領域における異常成長を抑制でき、得られるエピタキシャル基板において、爪痕部の周辺に異常成長領域が形成されることを抑制することができる。さらに、上述のように、得られるエピタキシャル基板において、爪痕部はその外縁部に形成されるため、爪痕部の周辺領域において微小な異常成長領域が形成された場合においても、該異常成長領域はチップ形成領域から充分に離れているため、異常成長領域によるチップ歩留まりへの影響を低減することができる。

また、突出部２ａの端部２ｅの幅が０．７ｍｍ以上５．０ｍｍ以下程度であるため、突出部２ａと基板１０の表面１０Ａとが接触せずに対向する領域において、反応ガスは基板１０の径方向および周方向から容易に流入することができる。このため、基板１０の表面１０Ａにおいて、突出部２ａとの接触部の周辺領域における異常成長をより効果的に抑制でき、得られるエピタキシャル基板において、爪痕部の周辺に異常成長領域が形成されることを抑制することができる。

さらに、突出部２ａの端部２ｅと基板１０の外縁部との距離ａを０．５ｍｍ以上とすることにより、基板固定冶具１００から基板１０が落下することを確実に防止することができる。また、傾斜面２Ａの傾斜角θをｔａｎθ≦１とすることにより、基板固定冶具１００から基板１０が落下する可能性を低減できる。

また、傾斜面２Ａは、傾斜面２Ａが延びる方向に垂直な面内において円弧状に形成されている（曲面状に形成されている）ため、基板１０の周方向においても突出部２ａと基板１０の表面１０Ａとの接触部を狭小化することができる。さらに、爪部２と基板１０の表面１０Ａとが接触せずに対向する領域において、基板１０の周方向から反応ガスを容易に流通させることができる。

本実施の形態において、基板固定冶具１００は均熱部材３が基板１０の裏面１０Ｂと接触するように構成されているが、これに限られるものでない。たとえば、基板固定冶具１００は、均熱部材３の表面が基板１０の裏面１０Ｂと接触せずに対向するように設けられていてもよい。この場合、たとえば、基板１０の表面１０Ａに垂直な方向における爪部２の長さを変更することによって、あるいは、均熱部材の厚みを変更することによって、均熱部材３と基板１０の裏面１０Ｂとの間隔を決定してもよい。

本実施の形態において、傾斜面２Ａは、傾斜面２Ａが延びる方向に垂直な面内において円弧状に形成されていたが、これに限られるものではない。たとえば、傾斜面２Ａは平面状に形成されていてもよい。このようにしても、基板１０の径方向においては突出部２ａと基板１０の表面１０Ａとの接触部を狭小化することができるため、接触部の面積を低減することができる。

本実施の形態において、基板１０の周方向における爪部２の端部２ｅの幅は、０．７ｍｍ以上５．０ｍｍ以下程度であったが、これに限られるものではない。図６を参照して、たとえば、基板１０の表面１０Ａ上に突き出ている突出部２ａが、基板１０の全周に渡って設けられていてもよい。この場合、爪部２は、基板１０の外縁部と全周に渡って当接している。このような構成では、爪部２と基板１０の表面１０Ａとが接触せずに対向する領域において、反応ガスは基板１０の径方向から流入することになるが、爪部２の傾斜角θ、距離ａ、距離Ｈを上述した範囲内とすることにより、基板１０の表面１０Ａにおいて、爪部２との接触部の周辺領域における異常成長をより効果的に抑制できる。そのため、得られるエピタキシャル基板において、爪痕部の周辺に異常成長領域が形成されることを抑制することができる。

また、本実施の形態において、端部２ｅは基板１０の表面１０Ａに対して垂直な面を有しているが、これに限られるものではない。たとえば、端部２ｅは基板１０の内側に凸形状を有していてもよい。このようにすることで、距離ａを一定以上として基板１０の落下を抑制しながら、突出部２ａと基板１０の表面１０Ａとが接触せずに対向する領域を狭小化することができる。

また、爪部２、均熱部材３および外周部材４は、均熱部材３および外周部材４に形成された段差形状に合わせて爪部２を挟持可能とするように構成されていたが、これに限られるものではない。爪部２を固定可能である限りにおいて、任意の構成とすることができる。また、外周部材４は、気相成長装置におけるサセプタが自公転型である場合には、公転するために設けられている外周歯車と噛み合わされて、自転するために設けられている内周歯車として構成されていてもよい。このようにすれば、自公転型のフェイスダウン方式の気相成長装置においても、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

また、爪部２は、基板１０の外縁部と傾斜角θを有して当接する限りにおいて、任意の構成とすることができる。たとえば、傾斜面２Ａが、基板１０の径方向において曲率半径を有する曲面状に形成されていてもよい。この場合、傾斜角θは、該曲面の曲率中心から爪部２と基板１０の外縁部との接点にまで延びる線分に対する垂線と、基板１０の表面１０Ａとのなす角度とする。また、図７を参照して、爪部２は、球体２ｃと、球体２ｃを保持する保持部材２ｄとで構成されていてもよい。この場合、傾斜角θは、球体２ｃと基板１０の外縁部との接点における、球体２ｃの接線と基板１０の表面１０Ａとのなす角度とする。このとき、爪部２（保持部材２ｄ）の端部２ｅは該接線上に位置するように形成されてもよい。あるいは、球体２ｃを保持可能な限りにおいて、該接線よりも基板１０の外周側に端部２ｅが位置するように構成してもよい。このようにすれば、爪部２と基板１０の表面１０Ａとの接触部を狭小化でき、点接触に近い状態とすることができる。さらに、爪部２と基板１０の表面１０Ａとが接触せずに対向する領域をより小さくすることができる。なお、基板１０の裏面１０Ｂと均熱部材３の表面３Ａとは接触せずに対向していればよい。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２に係る基板固定冶具およびエピタキシャル基板は、基本的には実施の形態１と同様の構成を備えるが、爪部２を、エピタキシャル基板におけるチップ形成領域１１の配置に応じて配置する点で異なる。

図８および図９を参照して、基板固定冶具２００は、基本的には図１〜図７に示した基板固定冶具１００と同様の構成を備えるとともに、基板１０の結晶方位を示す部位（オリエンテーションフラット（ＯｒｉｅｎｔａｔｉｏｎＦｌａｔ）。以下、ＯＦという）を位置決めする位置決め部材５をさらに備えている。

位置決め部材５は、爪部２の非突出部２ｂと接続固定されている。具体的には、非突出部２ｂにおいて基板１０側であって、中央領域３ａより下方に露出した面に位置決め部材５が固定されている。均熱部材３の表面３Ａを下向きとして外周部材４に嵌め込んだときに、爪部２、外周部材４、および位置決め部材５は、表面３Ａ側において同一面を形成している。位置決め部材５は、爪部２を介して、均熱部材３および外周部材４に固定されている。

位置決め部材５の平面形状の外形は弓型状に設けられている。位置決め部材５は、均熱部材３の中央領域３ａにおいて基板１０に対し所定の間隔を隔てて位置するように設けられている。

位置決め部材５は、複数の突出部２ａとそれぞれ所定の位置関係となるように設けられている。具体的には、各突出部２ａが、基板１０の表面１０Ａ上に将来形成されるチップ形成領域１１からいずれもできるだけ遠く離れて配置されるように（少なくとも重ならないように）、基板固定冶具１００に対して基板１０のＯＦの位置を拘束するように設けられている。

このようにすれば、チップ形成領域１１が基板１０の結晶方位に応じて基板１０の表面１０Ａ上に形成される場合において、基板１０のＯＦを基準として突出部２ａを将来のチップ形成領域１１から遠く離れた領域に配置することができる。具体的には、位置決め部材５と突出部２ａとの位置関係を、エピタキシャル基板におけるＯＦとチップ形成領域１１との位置関係から、該チップ形成領域１１となる基板１０の表面１０Ａ上の領域から遠く離れた位置（少なくとも所定の距離だけ離れた位置）に突出部２ａを配置することができるように決定することができる。

たとえば、図１０を参照して、チップ形成領域１１の外形が方形である場合には、チップ形成領域１１の外形を規定する各辺の中央部分と突出部２ａとが対向するように、突出部２ａと位置決め部材５との位置関係を決定すればよい。このとき、位置決め部材５は爪部２の非突出部２ｂと接続固定されていてもよい。図１１を参照して、位置決め部材５は、傾斜面２Ａにおいて基板１０の外縁部よりも外周側に埋め込まれて、傾斜面２Ａよりも上方に位置する部分により基板１０のＯＦが位置決め可能に構成されていてもよい。

また、図１２を参照して、たとえば、チップ形成領域１１がエピタキシャル基板の外周側に部分的に迫り出した十字形を含むような外形である場合には、チップ形成領域１１のうち、基板の外縁部から最も離れた領域に位置している部分と対向するように突出部２ａと位置決め部材５との位置関係を決定すればよい。

なお、図１３を参照して、たとえば、チップ形成領域１１の外形が円形である場合には、突出部２ａはＯＦに対して任意の位置に配置されてもよい。この場合は、突出部２ａの端部２ｅを基板１０の内側に凸形状（たとえば曲面形状）とするのが好ましい。これにより、突出部２ａによるチップ形成領域１１への影響を最小限に抑えることができる。

また、基板１０が基板固定冶具２００内で移動もしくは回転しようとする場合にも、位置決め部材５が基板１０のＯＦと接触することにより、基板１０の移動もしくは回転を抑制することができる。

このように、本実施の形態に係る基板固定冶具２００によれば、気相成長によって得られるエピタキシャル基板の周方向において爪痕部をチップ形成領域１１から最大限に遠ざけることができるため、爪痕部によるチップ歩留まりへの影響をより効果的に低減することができる。

本実施の形態において、位置決め部材５は、上述のように爪部２において任意の領域に接続されていても良い。たとえば、突出部２ａと非突出部２ｂのいずれにも接続されていてもよい。

本実施の形態において、位置決め部材５の形状は弓型状であったが、これに限られるものではない。位置決め部材５は基板１０の結晶方位を示す部位の形状に応じて任意の形状とすることができる。たとえば、位置決め部材５は、非突出部２ｂから基板１０の内側に凸形状を有する部材として構成されていてもよい。図１４および図１５を参照して、位置決め部材５は、たとえば半円形であってもよいし、方形であってもよい。また、図１４および図１５を参照して、位置決め部材５は、非突出部２ｂから基板１０の内側に凸形状を有する複数の部材として構成されていてもよい。なお、図１４および図１５は、位置決め部材５の変形例を示す図であり、図８中の位置決め部材５と同様の見方で、かつ位置決め部材５に係る部分のみを図示した図である。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態に係る基板固定冶具２００は、フェイスダウン方式である気相成長装置に取り付け可能に構成されている。図１６、図１７および図１８を参照して、基板固定冶具２００は保持部１と爪部２とを備える。図１６は、基板１０を保持している状態において、基板１０の表面（成長面）１０Ａ側から見たときの基板固定冶具２００の概略図である。図１７は、図１６中の線分ＸＶＩＩ−ＸＶＩＩにおける断面図であり、基板１０を保持している状態を示している。図１８は、図１６中の線分ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩにおける断面図であり、基板１０を保持している状態を示している。

均熱部材３の平面形状は円形状であり、均熱部材３の外径は基板１０の外径よりも大きく設けられている。均熱部材３は、基板１０の表面１０Ａ側において、基板１０の径方向に形成された段差を有している。具体的には、均熱部材３は、基板１０の裏面１０Ｂの全面と対向する表面３Ａを有する中央領域３ａと、基板１０の外周側において中央領域３ａに対して階段状に形成された外縁領域３ｂとからなる。中央領域３ａの厚みは外縁領域３ｂの厚みよりも薄く設けられている。均熱部材３の表面３Ａと反対側の裏面３Ｂにおいて、中央領域３ａと外縁領域３ｂとは同一面を形成している。均熱部材３を構成する材料は、熱伝導率の高い任意の材料とすることができるが、たとえば、カーボン、ＳｉＣ、ＳｉＣコートカーボン、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｉの内から選択される少なくとも一つである。

外周部材４は、均熱部材３が嵌合可能な開口部を有している。言い換えると、外周部材４は、その内周が均熱部材３（外縁領域３ｂ）の外周全体に沿って均熱部材３と接するように設けられている。外周部材４の外径は、均熱部材３の外径に応じて決まる。外周部材４は、基板１０の径方向において段差を有している。具体的には、外周部材４は、内周側に薄肉領域４ａを、外周側に薄肉領域４ａよりも厚みの厚い厚肉領域４ｂ有し、均熱部材３の表面３Ａを下向きとして外周部材４に嵌め込んだときに、表面３Ａ側において同一面を形成しており、断面形状がＬ字形状である。

外周部材４と均熱部材３とは、外周部材４の開口部に均熱部材３が嵌め込まれたときに爪部２を保持することを可能とするように構成されている。具体的には、図９を参照して、たとえば均熱部材３の表面３Ａを下向きとして外周部材４に嵌め込んだときに、均熱部材３の中央領域３ａと外周部材４の厚肉領域４ｂとによって挟持されることにより、爪部２は基板１０の表面１０Ａに平行な方向（水平方向）に固定されている。また、均熱部材３の外縁領域３ｂと外周部材４の薄肉領域４ａと厚肉領域４ｂとによって挟持されることにより、爪部２は基板１０の表面１０Ａに垂直な方向（鉛直方向）に固定されている。

爪部２は、上述のように、均熱部材３と外周部材４とに挟み込まれるように保持部１と接続されることにより、基板固定冶具２００において固定されている。爪部２は、均熱部材３に形成された段差形状に符合する領域と外周部材４に形成された段差形状に符合する領域とを併せ持っている。

爪部２は、基板固定冶具２００を平面視したときに、基板１０の表面１０Ａ上に突き出ている突出部２ａと、表面１０Ａ上に突き出ていない非突出部２ｂとからなる。突出部２ａは、一定の間隔を空けて複数個設けられている。たとえば、隣り合う突出部２ａは、中心角を６０度として等間隔に６つ配置されている。突出部２ａには、外周部材４と均熱部材３とによって固定された状態において、平面視したときに基板固定冶具２００の中央部側に位置する端部２ｅが形成されている。

突出部２ａの端部２ｅは、基板固定冶具２００が基板１０を保持している状態において、表面１０Ａに対して平行な方向において、基板１０の外縁部（表面１０Ａの端部）よりも距離ａだけ基板１０の内側に突き出ている。本実施の形態に係る基板固定冶具２００は、突出部２ａにおいて、基板１０の外縁部から距離ａだけ基板１０の内側に突き出ている領域は、基板１０の表面１０Ａと面接触している。

位置決め部材５は、爪部２の非突出部２ｂと接続固定されている。具体的には、非突出部２ｂにおいて基板１０側であって、中央領域３ａより下方に露出した面に位置決め部材５が固定されている。均熱部材３の表面３Ａを下向きとして外周部材４に嵌め込んだときに、爪部２、外周部材４、および位置決め部材５は、表面３Ａ側において同一面を形成している。つまり、位置決め部材５は、爪部２を介して、保持部１（均熱部材３および外周部材４）に固定されている。

位置決め部材５の平面形状は弓型状に設けられている。位置決め部材５は、均熱部材３の中央領域３ａにおいて基板１０に対し所定の間隔を隔てて位置するように設けられている。

位置決め部材５は、複数の突出部２ａとそれぞれ所定の位置関係となるように設けられている。具体的には、各突出部２ａが基板１０の表面１０Ａ上に将来形成されるチップ形成領域１１といずれも重ならないように、位置決め部材５は基板固定冶具２００に対して基板１０のＯＦの位置を拘束するように設けられている。好ましくは、位置決め部材５は、各突出部２ａがチップ形成領域１１から十分に離れるように、基板固定冶具２００に対して基板１０のＯＦの位置を拘束するように設けられている。このとき、爪部２の突出部２ａとチップ形成領域１１との距離は、１．５ｍｍ以上離れているのが好ましい。

このようにすれば、チップ形成領域１１が基板１０の結晶方位に応じて配置される場合において、基板１０のＯＦを基準として突出部２ａを将来のチップ形成領域１１と少なくとも重ならない領域に配置することができる。具体的には、位置決め部材５と突出部２ａとの位置関係を、エピタキシャル基板におけるＯＦとチップ形成領域１１との位置関係から、該チップ形成領域１１となる基板１０の表面１０Ａ上の領域と少なくとも重ならない領域に突出部２ａを配置することができるように決定することができる。

以上のように、本実施の形態に係る基板固定冶具２００は、チップ形成領域１１と基板１０のＯＦとの位置関係を予め求めておき、当該位置関係に基づき、ＯＦの位置決めをする位置決め部材５と基板１０の表面１０Ａと接触する突出部２ａとの位置関係が決定されている。そのため、突出部２ａと基板１０の表面１０Ａとの接触部を将来のチップ形成領域１１と重ならない領域に形成することができる。そのため、気相成長によって得られるエピタキシャル基板において爪痕部をチップ形成領域１１上に形成することを防止することができる。また、各突出部２ａがチップ形成領域１１から１．５ｍｍ以上離れるように、基板固定冶具２００に対して基板１０のＯＦの位置を拘束するように設けることもできる。これにより、突出部２ａと基板１０の表面１０Ａとの接触部を将来のチップ形成領域１１から十分に遠ざけることができ、爪痕部によるチップ歩留まりへの影響をより低減することができる。

本実施の形態においては、位置決め部材５は、基板１０のＯＦを基準として突出部２ａを将来のチップ形成領域１１と少なくとも重ならない領域に配置するように設けられているが、これに限られるものではない。たとえば、位置決め部材５は、突出部２ａがチップ形成領域１１上の特定の領域に接触するように位置決めしてもよい。このようにしても、気相成長中における基板１０の移動や回転を抑制することができるため、チップ形成領域１１上の当該領域以外に爪痕部が形成されることを防止することができる。そのため、チップ形成領域１１において異常成長領域によるチップ歩留まりの低下を抑えることができる。

図１９を参照して、実施の形態１および実施の形態２に係る基板固定冶具１００、２００を備える気相成長装置を用いて形成されたエピタキシャル層１２を含むエピタキシャル基板１４は、上述のように異常成長領域が外縁部に形成されかつ微小であるため、異常成長領域によるチップ歩留まりの低下を抑制することができる。また、実施の形態３に係る基板固定冶具２００を備える気相成長装置を用いて形成されたエピタキシャル層１２を含むエピタキシャル基板１４は、上述のようにチップ形成領域１１上に爪痕部が形成されないため、異常成長領域によるチップ歩留まりの低下を抑制することができる。

ここで、上述した実施の形態と一部重複する部分もあるが、本発明の特徴的な構成を列挙する。

本発明に従った基板固定冶具２００は、基板１０を保持した状態で、気相成長装置に取り付け可能な基板固定冶具であって、基板１０において成長面（表面１０Ａ）の反対側に位置する裏面１０Ｂと対向し、基板１０の外径よりも大きい保持部１と、保持部１と接続されており、基板１０を保持した状態において基板１０の周囲から基板１０の成長面（表面１０Ａ）上に延びて基板１０と接触する複数の爪部２と、基板固定冶具２００に保持された基板において、基板１０の結晶方位を示す部位（たとえば、ＯＦ）の保持部１に対する位置を決定する位置決め部材５とを備えている。

これにより、基板固定冶具２００において、爪部２と位置決め部材５とは保持部１において所定の位置関係を有するように構成されている。そのため、基板１０の表面１０Ａ上において爪部２が基板１０の表面１０Ａと接触する領域を、基板１０の結晶方位を示す部位に対して所定の位置に位置決めすることができる。つまり、基板１０の表面１０Ａ上において、爪部２と基板１０とが接触していた領域（爪痕部）を基板１０の結晶方位に対して所定の位置に位置決めすることができる。また、たとえば気相成長中において、基板１０が基板固定冶具２００内で移動もしくは回転しようとする場合にも、位置決め部材５が基板１０のＯＦと接触することにより、基板１０の移動もしくは回転を抑制することができる。その結果、異常成長領域が形成されることによるチップ歩留まりの低下を抑制することができる。

位置決め部材５は、爪部２が基板１０においてチップが形成される領域１１と重ならないように、基板１０の結晶方位を示す部位（たとえば、ＯＦ）の保持部１に対する位置を決定してもよい。

これにより、チップ形成領域１１が基板１０の結晶方位に応じて配置される場合において、基板１０の結晶方位を示す部位（たとえば、ＯＦ）を基準として突出部２ａを将来のチップ形成領域１１と重ならない領域に配置することができる。この結果、気相成長によって得られるエピタキシャル基板において爪痕部をチップ形成領域１１上に形成することを防止することができる。

位置決め部材５は、爪部２が領域から１．５ｍｍ以上離れるように、基板１０の結晶方位を示す部位（たとえば、ＯＦ）の保持部１に対する位置を決定してもよい。

これにより、突出部２ａを将来のチップ形成領域１１から十分に離れた領域に配置することができ、爪痕部によるチップ歩留まりへの影響をより低減することができる。

上記の基板固定冶具２００を備える気相成長装置を用いて製造されたエピタキシャル層１２を含むエピタキシャル基板１４は、チップ形成領域１１上に爪痕部が形成されないため、異常成長領域によるチップ歩留まりの低下を抑制することができる。

本発明に従った基板１０固定冶具１００は、基板１０を保持した状態で、気相成長装置に取り付け可能な基板固定冶具であって、基板１０において成長面（表面１０Ａ）の反対側に位置する裏面１０Ｂと対向し、基板１０の外径よりも大きい保持部１と、保持部１と接続されており、基板１０を保持した状態において基板１０の周囲から基板１０の成長面（表面１０Ａ）上に延びて基板１０と接触する複数の爪部２とを備えている。爪部２は基板１０の成長面（表面１０Ａ）に対して傾斜している面（傾斜面２Ａ）を含み、基板１０を保持した状態において、傾斜している面は基板１０における成長面（表面１０Ａ）の外縁部の少なくとも一部と接触している。

これにより、基板１０の表面１０Ａに対して傾斜角θだけ傾いた突出部２ａの傾斜面２Ａが、基板１０の外縁部と当接することにより基板１０をフェイスダウン方式で保持することができる。そのため、突出部２ａと基板１０の表面１０Ａとの接触部の面積を低減することができ、線接触に近い接触状態を実現することができる。また、突出部２ａと基板１０の表面１０Ａとの接触部を基板１０においてその外縁部とすることができる。そのため、気相成長によって得られるエピタキシャル基板の径方向において爪痕部をチップ形成領域１１から十分に遠ざけることができるため、爪痕部によるチップ歩留まりへの影響を低減することができる。

基板１０の成長面（表面１０Ａ）に対し垂直な方向において、傾斜している面（傾斜面２Ａ）と成長面（表面１０Ａ）との最大距離ｈは０．５ｍｍ以上であり、基板１０の成長面（表面１０Ａ）に対し平行な方向において、成長面（表面１０Ａ）の中央側に位置する爪部２の端部と、基板１０の外縁部との距離ａは０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であってもよい。

これにより、反応管３１を流通する反応ガスの流れが爪部２によって乱されることを抑制することができる。また、突出部２ａと基板１０の表面１０Ａとが接触せずに対向する領域（基板１０を表面１０Ａ側から平面視したときに爪部２によって隠れる領域。言い換えると、基板１０の外縁部から基板１０の内側に距離ａだけ入った領域）にも反応ガスを流通させることができる。その結果、基板１０の表面１０Ａにおいて、突出部２ａとの接触部の周辺領域における異常成長を抑制でき、得られるエピタキシャル基板において、爪痕部の周辺に異常成長領域が形成されることを抑制することができる。さらに、上述のように、得られるエピタキシャル基板において、爪痕部はその外縁部に形成されるため、爪痕部の周辺領域において微小な異常成長領域が形成された場合においても、該異常成長領域はチップ形成領域１１から充分に離れているため、異常成長領域によるチップ歩留まりへの影響を低減することができる。また、基板固定冶具１００から基板１０が落下することを防止することができる。

基板１０の成長面（表面１０Ａ）に対して傾斜している面（傾斜面２Ａ）がなす角度θは、０．１≦ｔａｎθ≦１．０という関係式を満足してもよい。

これにより、反応管３１を流通する反応ガスの流れが爪部２によって乱されることをより効果的に抑制することができる。また、突出部２ａと基板１０の表面１０Ａとが接触せずに対向する領域にも反応ガスを流通させることができる。その結果、基板１０の表面１０Ａにおいて、突出部２ａとの接触部の周辺領域における異常成長を抑制でき、得られるエピタキシャル基板において、爪痕部の周辺に異常成長領域が形成されることを抑制することができる。また、基板固定冶具１００から基板１０が落下することを防止することができる。

基板１０固定冶具に保持された基板１０において、基板１０の結晶方位を示す部位の保持部１に対する位置を決定する位置決め部材５をさらに備えてもよい。

これにより、位置決め部材５と突出部２ａとの位置関係を、エピタキシャル基板におけるＯＦとチップ形成領域１１との位置関係から、該チップ形成領域１１となる基板１０の表面１０Ａ上の領域から遠く離れた位置に突出部２ａを配置することができるように決定することができる。そのため、気相成長によって得られるエピタキシャル基板において爪痕部をチップ形成領域１１から十分に遠ざけることができるため、爪痕部によるチップ歩留まりへの影響を低減することができる。

傾斜している面（傾斜面２Ａ）は、基板１０側に凸形状である曲面となっている領域を含み、爪部２は当該領域において基板１０の外縁部と接触していてもよい。このようにすれば、爪部２と基板１０の表面１０Ａとが接触せずに対向する領域をより小さくすることができる。

爪部２は球状の部分を含んでいてもよい。これにより、爪部２と基板１０の表面１０Ａとが接触せずに対向する領域をより小さくすることができる。

上記の基板固定冶具１００、２００を備える気相成長装置を用いて製造されたエピタキシャル層１２を含むエピタキシャル基板１４は、異常成長領域が外縁部に形成されかつ微小であるため、異常成長領域によるチップ歩留まりの低下を抑制することができる。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。

１保持部、２爪部、２Ａ傾斜面、２ａ突出部、２ｂ非突出部、２ｃ球体、２ｄ保持部材、２ｅ端部、３均熱部材、３Ａ表面、３Ｂ裏面、３ａ中央領域、３ｂ外縁領域、４外周部材、４ａ薄肉領域、４ｂ厚肉領域、５位置決め部材、１０基板、１０Ａ表面、１０Ｂ裏面、１１チップ形成領域、３０気相成長装置、３１反応管、３２ガス供給部材、３３排気部材、３４サセプタ、３５ヒータ、１００基板固定冶具。

Claims

基板を保持した状態で、気相成長装置に取り付け可能な基板固定冶具であって、
前記基板において成長面の反対側に位置する裏面と対向し、前記基板の外径よりも大きい保持部と、
前記保持部と接続されており、前記基板を保持した状態において前記基板の周囲から前記基板の前記成長面上に延びて前記基板と接触する複数の爪部と、
前記基板固定冶具に保持された前記基板において、前記基板の結晶方位を示す部位の前記保持部に対する位置を決定する位置決め部材とを備え、
前記位置決め部材は、前記爪部が前記基板においてチップが形成される領域から１．５ｍｍ以上離れるように、前記部位の前記保持部に対する位置を決定する、基板固定冶具。