JP6411231B2

JP6411231B2 - 気相成長装置

Info

Publication number: JP6411231B2
Application number: JP2015012594A
Authority: JP
Inventors: 山口　晃; 晃山口; 康右内山
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2015-01-26
Filing date: 2015-01-26
Publication date: 2018-10-24
Anticipated expiration: 2035-01-26
Also published as: JP2016139663A

Description

本発明は、気相成長装置に関し、詳しくは、偏平円筒状のチャンバー内に円盤状のサセプタを回転可能に設け、該サセプタ上に配置した複数の基板に対して同時に気相成長処理を行う気相成長装置に関する。

複数の基板に同時に気相成長処理を行う気相成長装置として、偏平円筒状のチャンバー内に、複数の基板を保持した円盤状のサセプタを回転可能に設け、サセプタを回転させながら加熱手段によって基板を所定温度に加熱するとともに、サセプタの回転中心部から放射状に原料ガスを供給することにより、複数の基板上面に薄膜を形成する気相成長装置が知られている。このように、サセプタを回転させる気相成長装置では、通常、チャンバーの下部中央を貫通した回転軸の上端部にサセプタの中心部を載置し、サセプタを水平方向に保持して回転させるように形成するとともに、サセプタ上面に対向するチャンバー上壁の内部に、サセプタの上面に平行な天井板を配置し、この天井板とサセプタとの間の空間を原料ガスの流路としている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１４−１６５２８２号公報

金属や石英ガラスで形成され、チャンバー内に固定された状態になる天井板や回転軸は、あらかじめ精密に加工された後、所定の状態、例えば鉛直方向や水平方向を設定して組み付けられるが、サセプタの内周部に発生した製作寸法誤差などにより、サセプタ載置部に載置したサセプタが僅かに傾斜してしまうことがある。このサセプタの傾斜のため、原料ガス流路となるサセプタ上面と天井板との平行度が狂ってしまい、サセプタの周方向位置によって流路の上下寸法が異なることになり、各基板上面を流れる原料ガスの流速が一定にならず、複数の基板に形成した薄膜の膜質が不均一になることがあった。特に、カーボンなどの表面に炭化珪素（ＳｉＣ）をコーティングしたサセプタの場合は、総じて寸法精度が低いため、サセプタが傾斜して天井板との平行度が狂いやすいという問題があった。

一方、サセプタ載置部とサセプタとの間に薄板状のスペーサーを挿入してサセプタの傾斜角度を調節することも考えられるが、チャンバー内へのサセプタの搬入、サセプタの傾斜角度の測定、チャンバー内からサセプタの搬出、スペーサーの設置、チャンバー内へのサセプタの搬入、サセプタの傾斜角度の測定という操作を繰り返さなければならず、角度調節に長時間を要するという問題がある。

そこで本発明は、サセプタの傾斜角度の調節を効率よく短時間で行うことができ、サセプタに保持した複数の基板に形成される膜質の均質化を図ることができる気相成長装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の気相成長装置は、偏平円筒状のチャンバーの下部中央を貫通した回転軸の上端部に円盤状のサセプタの中心部を載置し、前記回転軸によって前記サセプタを回転させる気相成長装置において、前記回転軸の上端部に、前記サセプタの内周部を着脱可能に載置するサセプタ載置部材を着脱可能に設け、サセプタの内周部下面とサセプタ載置部材の上面とに、互いに係合して回転力を伝達するための凹凸係合部を設けるとともに、サセプタの内周部下面とサセプタ載置部材の上面との間に、サセプタの傾斜角度を調節するための調節量が異なる複数の角度調節部材を選択して着脱可能な径方向に長い調節部材挿入溝を周方向の複数箇所に設けたことを特徴としている。

さらに、本発明の気相成長装置は、前記角度調節部材が、前記調節部材挿入溝の底面に沿って径方向に移動可能な板状の本体部と、該本体部のサセプタ載置部中心側端部から上方に突出した摘み部とを有するＬ字状に形成され、前記調節部材挿入溝の径方向の長さは、前記本体部が前記サセプタの内周部の下方に挿入された調節位置と、前記本体部が前記サセプタの内周から外れて溝開口から取出可能な着脱位置とに前記角度調節部材が移動可能な長さに設定されていることを特徴とし、前記角度調節部材が前記調節位置にあるときに、前記摘み部よりサセプタ載置部中心側の調節部材挿入溝内に着脱可能に充填される充填部材を備えていることを特徴としている。

本発明の気相成長装置によれば、サセプタ載置部材にサセプタを載置して傾斜角度を測定し、周方向の複数箇所に設けた調節部材挿入溝の内、傾斜方向下部側に位置する調節部材挿入溝に適宜な調節量を有する角度調節部材を選択して挿入することにより、サセプタの傾斜角度を調節して天井板との平行度を確保することができる。一つの角度調節部材を挿入しても角度調節が十分ではない場合は、挿入した角度調節部材を抜き取って調節量が異なる別の角度調節部材を選択して調節部材挿入溝に再挿入したり、他の調節部材挿入溝に適宜な調節量を有する他の角度調節部材を選択して挿入したりすることにより、サセプタ載置部材にサセプタを載置した状態のまま、サセプタの角度調節を行うことが可能である。これにより、サセプタの角度調節を短時間で効率よく行うことができ、サセプタに保持した複数の基板に形成される膜質の均質化を容易に図ることができる。

本発明の気相成長装置の一形態例を示す要部の平面図である。図１のII−II断面図である。図１のIII−III断面図である。角度調節部材の着脱状態を示す説明図である。サセプタに保持した複数の基板面高さをそれぞれ測定してサセプタの傾斜状態を測定している状態を示す説明図である。角度調節前後における基板面高さの変化を示す図である。本発明を適用可能な気相成長装置の一例を示す要部の断面図である。

図１乃至図７は本発明の気相成長装置の一形態例を示すもので、まず、図７に示すように、本形態例に示す気相成長装置は、石英ガラス製の偏平円筒状のチャンバー１１の底面部分を貫通した鉛直方向の回転軸１２の上端部に、サセプタ載置部材１３を介して円盤状のサセプタ１４の内周部を支持している。前記回転軸１２の内部には、原料ガス導入部１５が設けられ、該原料ガス導入部１５の上端には、原料ガスをサセプタ１４に保持された基板１６の上面に平行な方向に流すための原料ガス噴出部１７が周状に設けられ、チャンバー１１の外周部には、ガス排出部１８が設けられている。

また、水平方向に支持されるサセプタ１４の下方には、回転軸１２を囲むようにしてヒーター１９が設けられ、サセプタ１３の上面には、複数の基板収容部を周方向に等間隔で形成したサセプタカバー２０が着脱可能な状態で載置されている。さらに、前記チャンバー１１の上壁内面には、サセプタ上面に平行な方向となる水平方向の天井板２１がサセプタ１４に対向して設けられている。天井板２１を含むチャンバー上部部材１１ａは、図示しない昇降手段によって昇降可能に設けられており、チャンバー上部部材１１ａを上昇させることにより、基板１６の交換を含むサセプタ１４の搬入、搬出及びサセプタ１４の角度測定、角度調節が可能な状態となるように形成されている。

回転軸１２及びサセプタ載置部材１３は、金属やガラスなどの研削仕上げ加工によって所定の寸法精度が得られる材料で形成されており、チャンバー１１内の所定の位置に所定の状態で組み付けることができるように設定されている。したがって、回転軸１２の上端部にサセプタ載置部材１３を載置した状態では、サセプタ載置部材１３が傾斜することはなく、サセプタ載置部材１３は、回転軸１２の軸線に対して直角な方向に載置され、上面は水平方向となる。

回転軸１２の上端部に載置したサセプタ載置部材１３の外周面下半部には、サセプタ１４の内周部を載置するための支持段部１３ａが設けられ、サセプタ１４の内周面上半部には、前記載置段部１３ａ上に支持される載置段部１４ａが設けられている。前記支持段部１３ａの上面には、円柱状の突状係合部２２が周方向に等間隔で複数個が設けられるとともに、支持段部１３ａからサセプタ載置部材１３の径方向中間部にわたって、径方向の溝からなる調節部材挿入溝２３が周方向に等間隔で複数箇所に設けられている。

突状係合部２２は、図２に示すように、前記載置段部１４ａの下面に設けられた凹状係合部２４内に嵌入することにより、回転軸１２の回転力をサセプタ載置部材１３からサセプタ１４に確実に伝達するとともに、角度調節後に、サセプタ載置部材１３に対してサセプタ１４が回動し、サセプタ１４の角度が再び狂ってしまうことを防止する。

調節部材挿入溝２３は、図３及び図４に示すように、サセプタ１４の角度を調節する角度調節部材２５を載置段部１４ａの下方に挿入するためのもので、角度調節部材２５は、前記調節部材挿入溝２３の溝の底面に沿って径方向に移動可能な板状の本体部２５ａと、該本体部２５ａのサセプタ載置部中心側端部から上方に突出した摘み部２５ｂとを有するＬ字状に形成されている。この角度調節部材２５も、寸法精度や熱伝導率を考慮すると、石英ガラスで形成することが望ましい。

調節部材挿入溝２３の径方向の長さは、前記本体部２５ａが前記載置段部１４ａの下方に挿入された図３に示す調節位置と、前記本体部２５ａが前記サセプタ１４の内周から外れて調節部材挿入溝２３の上部開口から取出可能な図４に示す着脱位置とに前記角度調節部材２５が移動可能な長さに設定されている。また、調節部材挿入溝２３の溝幅は、角度調節部材２５の幅寸法に対応して形成され、調節部材挿入溝２３内で角度調節部材２５が幅方向に移動しないように設定されている。

さらに、調節部材挿入溝２３内には、角度調節部材２５を前記調節位置に移動させたときに、前記摘み部２５ｂとサセプタ載置部中心側の溝端面との間に形成される凹部内に、該凹部に対応した形状の充填部材２６が着脱可能に充填され、角度調節部材２５を調節位置に保持するとともに、調節部材挿入溝２３の上面をサセプタ載置部材１３の上面と面一の状態にしている。この充填部材２６も、寸法精度や熱伝導率を考慮すると、石英ガラスで形成することが望ましい。また、サセプタ載置部材１３及びサセプタ１４の上面には、前記サセプタカバー２０が載置されて平面状態になる。

角度調節部材２５は、前記本体部２５ａの厚さが異なるものが複数個用意されており、通常、サセプタ１４の傾斜角度測定前には、本体部２５ａの厚さが調節部材挿入溝２３の溝の深さと同一のブランク部材をあらかじめ挿入しておき、充填部材２６を前記凹部内に充填した状態としておく。そして、サセプタ１４の傾斜状態を測定した後、傾斜方向下部側に位置する調節部材挿入溝２３内の充填部材２６及びブランク部材を抜き取った後、本体部２５ａが適宜な厚さを有する角度調節部材２５を載置段部１４ａの下方に挿入して本体部２５ａでサセプタ１４の一側方を上昇させることにより、サセプタ１４の傾斜角度を調節して天井板２１とサセプタ１４の上面とが平行になるようにし、調節後に充填部材２６を充填する。

この角度調節部材２５による調節時に、角度調節量が不足していたときには、摘み部２５ｂを適宜な治具、工具で掴み、角度調節部材２５を着脱位置に移動させて調節部材挿入溝２３から抜き取り、本体部２５ａの厚さが大きく、角度調節量が大きな他の角度調節部材２５を調節部材挿入溝２３に再び挿入すればよい。すなわち、サセプタ載置部材１３に載置したサセプタ１４の上面の傾斜状態を測定し、傾斜方向下部側に位置する調節部材挿入溝２３に角度調節部材２５を挿入した後、サセプタ１４の上面の傾斜状態を再び測定する操作を、必要に応じて調節量が異なる角度調節部材２５を用いて適宜繰り返して行うことにより、サセプタ１４の上面を天井板２１に平行な状態に調節することができる。このとき、サセプタ１４は、サセプタ載置部材１３に載置した状態のままで角度調節部材２５の着脱を行えばよいので、サセプタ１４の上面を天井板２１と平行にするための角度調節作業を角度調節部材２５の着脱のみによって容易に行うことができる。

このようにしてサセプタ１４の角度を調節することにより、サセプタ１４の上面と天井板２１とを十分に平行な状態にすることができ、サセプタ１４に保持した複数の基板１６上を流れる原料ガスの流速などの条件を一定にすることができる。これにより、複数の基板１６に形成する薄膜の膜質を均一にすることができ、薄膜の生産効率を向上させることができる。

サセプタ１４の傾斜角度の測定は、図５に示すように、各基板１４の高さを、高さ測定器（距離計）２７で光学的に測定することによって容易に行うことができ、傾斜方向下部側の調節部材挿入溝２３を簡単に特定することができるとともに、高さの調節量を算出することも可能であり、使用する角度調節部材２５の本体部２５ａの厚さを特定することもできる。

また、角度調節部材２５を調節部材挿入溝２３の溝内に挿入することにより、サセプタ１４の角度調節を行う本体部２５ａを適度な厚さで形成することができるので、サセプタ載置部材１３とサセプタ１４との間にシート状のスペーサーを挟む場合に比べて、角度調節部材２５の取り扱いが容易であり、本体部２５ａの厚さも精密に製作することが可能となる。さらに、本体部２５ａの先端上部側角部を面取り加工しておくことにより、載置段部１４ａの下方への挿入を容易に行うことができる。

加えて、本形態例に示すように、回転軸１２とサセプタ１４との間にサセプタ載置部材１３を介在させ、サセプタ載置部材１３を熱伝導率の低い材料、例えば石英ガラスで形成することにより、サセプタ１４の内周部からサセプタ載置部材１３への熱伝導によってサセプタ１４の内周部の温度が低下することを抑えることができるとともに、サセプタ載置部材１３の温度上昇によって原料ガスがサセプタ載置部材１３の部分で反応してしまうことも抑えることができる。また、角度調節後のサセプタ載置部材１３とサセプタ１４とを一体にして取り扱うことにより、基板交換でサセプタ１４を搬出、搬入してもサセプタ１４の角度を所定の状態に保つことができ、角度調節の回数を大幅に少なくすることができる。

次に、直径が７００ｍｍで、１０枚の基板を保持するサセプタ１４の角度を、サセプタを着脱しながらスペーサーにより調節する従来の場合と、本発明を適用した前記形態例に示す構成で調節する場合とにおいて、調節に要する時間、調節精度、各基板１６に形成された薄膜の膜厚のそれぞれを測定した結果を説明する。

まず、従来の場合、サセプタの高低差を０．３ｍｍまで小さくするのに約６時間、０．２ｍｍまで小さくするのに約１２時間を要したのに対し、本発明の場合は、約１時間で高低差を０．０７ｍｍにすることができた。また、１０枚の基板に形成した各薄膜の平均膜厚を測定した結果、従来の場合の膜厚差が０．４μｍであったのに対し、本発明の場合は０．２５μｍとなり、複数の基板に形成される薄膜の均一性が向上していた。高低差（高さ測定器からの距離）と平均膜厚との関係を図６に示す。

なお、角度調節部材の全体を板状に形成し、前記摘み部に代えて溝や通孔などを形成することもできる。また、充填部材を用いずに、角度調節部材を適宜な手段で調節位置に固定することもできる。さらに、チャンバー内の各部の構成は任意であり、例えば、自公転型の気相成長装置にも適用でき、原料ガスをチャンバー上方から導入するものであってもよい。

１１…チャンバー、１１ａ…チャンバー上部部材、１２…回転軸、１３…サセプタ載置部材、１３ａ…支持段部、１４…サセプタ、１４ａ…載置段部、１５…原料ガス導入部、１６…基板、１７…原料ガス噴出部、１８…ガス排出部、１９…ヒーター、２０…サセプタカバー、２１…天井板、２２…突状係合部、２３…調節部材挿入溝、２４…凹状係合部、２５…角度調節部材、２５ａ…本体部、２５ｂ…摘み部、２６…充填部材、２７…高さ測定器

Claims

偏平円筒状のチャンバーの下部中央を貫通した回転軸の上端部に円盤状のサセプタの中心部を載置し、前記回転軸によって前記サセプタを回転させる気相成長装置において、前記回転軸の上端部に、前記サセプタの内周部を着脱可能に載置するサセプタ載置部材を着脱可能に設け、サセプタの内周部下面とサセプタ載置部材の上面とに、互いに係合して回転力を伝達するための凹凸係合部を設けるとともに、サセプタの内周部下面とサセプタ載置部材の上面との間に、サセプタの傾斜角度を調節するための調節量が異なる複数の角度調節部材を選択して着脱可能な径方向に長い調節部材挿入溝を周方向の複数箇所に設けたことを特徴とする気相成長装置。
前記角度調節部材は、前記調節部材挿入溝の底面に沿って径方向に移動可能な板状の本体部と、該本体部のサセプタ載置部中心側端部から上方に突出した摘み部とを有するＬ字状に形成され、前記調節部材挿入溝の径方向の長さは、前記本体部が前記サセプタの内周部の下方に挿入された調節位置と、前記本体部が前記サセプタの内周から外れて溝開口から取出可能な着脱位置とに前記角度調節部材が移動可能な長さに設定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。
前記角度調節部材が前記調節位置にあるときに、前記摘み部よりサセプタ載置部中心側の調節部材挿入溝内に着脱可能に充填される充填部材を備えていることを特徴とする請求項２記載の気相成長装置。