WO2012172920A1 - 基板支持装置及び気相成長装置 - Google Patents

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WO2012172920A1
WO2012172920A1 PCT/JP2012/062756 JP2012062756W WO2012172920A1 WO 2012172920 A1 WO2012172920 A1 WO 2012172920A1 JP 2012062756 W JP2012062756 W JP 2012062756W WO 2012172920 A1 WO2012172920 A1 WO 2012172920A1
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susceptor
spacer
substrate support
cover
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PCT/JP2012/062756
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俊範 岡田
坂上 英和
Original Assignee
シャープ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a substrate support device, and more particularly to a substrate support device used in a vapor phase growth apparatus for forming a compound semiconductor on a substrate.
  • Semiconductor light-emitting elements such as light-emitting diode elements and laser diode elements are considered to be widely applied to high-density optical discs and full-color displays, and further to the environment or medical fields.
  • Chemical vapor deposition (CVD) is generally used as a method for manufacturing a semiconductor light emitting device. Using this chemical vapor deposition method, the vapor deposition apparatus generates a thin film of a compound semiconductor crystal by vapor-phase growth of a reaction gas on a heated substrate in the reaction chamber. In such a vapor phase growth apparatus, there is always a high demand for how to secure the maximum yield and production capacity while reducing the production cost while improving the quality of the compound semiconductor crystal thin film. .
  • the film formation of the compound semiconductor crystal is performed by supplying a reaction gas onto a heated substrate.
  • the compound semiconductor crystal is also generated on the susceptor that supports the substrate, it is necessary to remove the compound semiconductor crystal generated on the susceptor every time film formation on the substrate is completed.
  • the vapor phase growth apparatus cannot be used, and the compound semiconductor crystal cannot be formed on a new substrate, resulting in a decrease in productivity.
  • the susceptor on which the compound semiconductor crystal is generated is replaced with a new susceptor, the compound semiconductor crystal formed on the substrate varies due to individual differences between the susceptors, and the yield decreases.
  • FIG. 14A is an exploded perspective view for explaining the substrate support apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2006-173560 (Patent Document 1).
  • FIG. 14B is a perspective view for explaining the substrate support apparatus disclosed in Patent Document 1.
  • FIG. Patent Document 1 discloses a technique including a susceptor (wafer support tool of Patent Document 1) 63, a susceptor cover (wafer guide of Patent Document 1) 17 and a spacer 65 disposed on the susceptor 63.
  • the substrate 19 (the wafer of Patent Document 1) is supported by the spacer 65 and received in the through-hole (opening of Patent Document 1) 17b of the susceptor cover 17.
  • Covering the susceptor 63 with the susceptor cover 17 prevents a compound semiconductor crystal from being formed on the susceptor 63. Although a compound semiconductor crystal is generated on the susceptor cover 17, only the susceptor cover can be replaced and cleaned, so that a reduction in productivity and yield can be prevented.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining the problems of the prior art, and is a cross-sectional view seen from the direction of arrows IV-IV ′ in FIG. 14B.
  • a compound semiconductor crystal thin film is formed on a substrate 19 heated by a heater (not shown) and the lattice constant of the compound semiconductor crystal is smaller than that of the substrate 19, as shown in FIG.
  • the substrate 19 is warped downward and convex due to the difference in thermal expansion of the crystal.
  • the degree of contact between the substrate 19 and the spacer 65 changes. That is, when the substrate 19 is warped, the central portion of the substrate 19 contacts the spacer 65 and the outer peripheral portion of the substrate 19 does not contact the spacer 65, so that a difference in substrate temperature occurs between the central portion and the outer peripheral portion of the substrate 19. .
  • the substrate cracks due to local heating of the central portion. Even if the substrate does not crack, if the compound semiconductor crystal is grown in a state where the temperature distribution of the substrate 19 is different, the crystallinity and thickness of the compound semiconductor crystal are not uniform because the conditions during the growth are different. As a result, the quality of the compound semiconductor crystal decreases. Further, when forming a semiconductor light emitting element, the emission wavelength and the emission intensity vary between the semiconductor light emitting element formed at the center of the substrate 19 and the semiconductor light emitting element formed at the outer periphery of the substrate 19.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram for explaining an improvement plan of the substrate support apparatus. As shown in FIG. 16, in the improved plan, the entire bottom surface of the substrate 19 is not supported, but a support portion 18 b is provided in the through hole 18 a of the susceptor cover 18 to support a part of the substrate 19. A gap is provided between the two and 63.
  • the central portion of the substrate 19 is prevented from coming into contact with the susceptor 63 even when the substrate 19 warps downward in a convex shape.
  • the substrate 19 is heated by the radiant heat from the susceptor 63 while the heat transfer from the contact portion is suppressed by reducing the contact area between the substrate 19 and the support portion 18 b. Without heating, the substrate 19 can be heated uniformly.
  • FIG. 17 is an explanatory diagram for explaining the problem of the improvement plan of the substrate support apparatus shown in FIG.
  • the compound semiconductor crystal is also generated in the susceptor cover 18, so that the susceptor cover 18 is warped due to a difference in thermal expansion between the susceptor cover 18 and the compound semiconductor crystal, as shown in FIG. .
  • the support height of the substrate 19 by the support portion 18b changes due to the warp of the susceptor cover 18, the distance between the susceptor 63 and the substrate 19 changes, and the surface temperature of the substrate 19 heated by the radiant heat from the susceptor 63 changes. Variations occur.
  • the present invention has been made in order to solve the above problems, and its purpose is to suppress a variation in the surface temperature of the substrate, and to provide a substrate support device capable of forming a compound semiconductor crystal having a stable quality on the substrate, And providing a vapor phase growth apparatus.
  • a substrate support apparatus is a substrate support apparatus for supporting a substrate, and is disposed on a susceptor, a spacer disposed on the susceptor and supporting a part of the substrate, and the susceptor and the spacer. And a susceptor cover having a through hole for accommodating the substrate.
  • the susceptor cover has a positioning portion that positions the spacer at a predetermined position of the through hole.
  • the positioning portion covers a part of the spacer and restricts the movement of the spacer in at least one direction.
  • the susceptor cover has a plurality of positioning portions.
  • a susceptor cover has a some positioning part in the position of the vertex of the regular polygon inscribed in a through-hole.
  • the susceptor cover has a plurality of the through holes.
  • Each of the plurality of through holes has a plurality of positioning portions on a concentric circumference.
  • the spacer has a hole for providing a gap between the substrate and the susceptor.
  • a substrate support apparatus is a substrate support apparatus for supporting a substrate, and is disposed on a susceptor, a plurality of spacers disposed on the susceptor and supporting a part of the substrate, and the susceptor. And a susceptor cover having a through hole for accommodating the substrate, and a fixing member disposed on the susceptor and accommodated in the through hole.
  • the fixing member has a positioning portion that positions the plurality of spacers at predetermined positions.
  • the positioning portion surrounds a part of the spacer and restricts the movement of the spacer in the horizontal direction.
  • the fixing member has a plurality of positioning portions at the positions of the apexes of a regular polygon inscribed in the concentric circles of the through holes.
  • the fixing member has a notch. In one embodiment of the present invention, the susceptor cover positions the fixing member.
  • the susceptor cover has a plurality of through-holes, and positions the fixing members accommodated in the plurality of through-holes so that the plurality of spacers are located on the concentric circumference.
  • a vapor phase growth apparatus includes any of the above substrate support apparatuses.
  • the degree of contact between the substrate and the spacer even when the substrate is warped by supporting a part of the substrate with the spacer and providing a gap between the substrate and the susceptor.
  • the substrate can be supported with a constant value.
  • the susceptor, the susceptor cover, and the spacer are configured separately, even when the susceptor cover is warped, the substrate can be supported at a certain height by the spacer.
  • the spacer since the spacer is positioned, the substrate can be supported by the spacer at the same position every time when the processed substrate is replaced with the next substrate.
  • the present invention it is possible to form a compound semiconductor crystal having a stable quality on a substrate by supporting the substrate with the positioned spacer under a certain condition and suppressing variations in the surface temperature of the substrate.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the substrate support device taken along the line IO 1 -I ′ of FIG. It is sectional drawing for demonstrating the periphery part of the positioning part in a susceptor cover, and the cross section of a spacer. It is a bottom view explaining the peripheral part of the positioning part in a susceptor cover, and the bottom face (surface on the susceptor side) of a spacer. It is explanatory drawing for demonstrating a state when curvature generate
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the substrate support apparatus taken along line III-III ′ of FIG. 9. It is a top view of the board
  • FIG. 1 is an exploded perspective view for explaining a substrate support device disclosed in Japanese Patent Laying-Open No. 2006-173560 (Patent Document 1). It is a perspective view for demonstrating the board
  • FIG. It is explanatory drawing for demonstrating the subject of a prior art, and is sectional drawing seen from the IV-IV 'line arrow direction of FIG. 14B. It is explanatory drawing for demonstrating the improvement plan of a board
  • the substrate support apparatus 100 includes a susceptor 101, a susceptor cover 102 disposed on the susceptor 101, and spacers 103 (103a, 103b, 103c).
  • the susceptor cover 102 has a through hole 104.
  • the substrate 105 is accommodated in the through hole 104 with a slight clearance and is supported by the spacer 103.
  • the compound semiconductor crystal is generated on the upper surface of the substrate 105.
  • the three spacers 103 (103a, 103b, 103c) are provided.
  • the number of the spacers 103 is not limited, and may be two if the substrate 105 can be supported stably, or There may be four or more.
  • the spacer 103 has a very small shape (for example, a width of 1 to 3 mm, a length of 3 to 5 mm, and a thickness of 0.1 to 0) in order to suppress partial heating of the substrate 105 due to heat conduction from the contact surface with the substrate 105. 0.5 mm).
  • the number of the spacers 103 is three or more.
  • the spacers 103 are all arranged in the same shape and symmetrically arranged from the center O 1 .
  • the center O 1 is an intersection of the upper surface of the susceptor 101 and the central axis of the through hole 104.
  • the spacer 103 is arranged at the vertex of a regular polygon inscribed in the through hole 104.
  • the spacer 103 is disposed at the position of the apex of an equilateral triangle inscribed in the through hole 104.
  • the spacer 103 may be arranged at a point-symmetrical position with the center O 1 as a symmetric point.
  • the spacer 103 When the spacer 103 has a small shape, the spacer 103 is easily moved when the substrate after the film formation process is replaced with a new substrate. When the moved spacer 103 is placed again, if the spacer 103 is placed at a position different from the previous film forming process, the conditions for supporting the new substrate are different from the support conditions for the previously processed substrate. The surface temperature of the substrate changes. Therefore, in this embodiment, the spacer 103 is positioned by the susceptor cover 102 in order to support the substrate under the same conditions every time the substrate is replaced.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a substrate support device taken along the I-O 1 -I' line in FIG.
  • a part of the susceptor cover 102 is disposed on the spacer 103. That is, the susceptor cover 102 has a positioning portion 106 (106a, 106b, 106c (not shown)) for positioning the spacer 103 (103a, 103b, 103c) at a predetermined position of the through hole 104.
  • the positioning unit 106 covers a part of the spacer 103. Spacer 103 covered with the positioning portion 106, radially outward (direction away from the center O 1 along a radius of the center O 1 concentrically) and the circumferential direction (direction along the circumference of the concentric center O 1) Restricted movement.
  • the susceptor cover 102 has a positioning portion 106 at a symmetrical position from the center O 1 in order to arrange the spacer 103 at the position described above.
  • the positioning portion 106 is provided at the apex of an equilateral triangle inscribed in the through hole 104.
  • the substrate 105 is placed on a portion of the spacer 103 that is not covered with the positioning portion 106.
  • the spacer 103 supports the outer peripheral portion of the substrate 105 so as to provide a gap between the central portion of the substrate 105 and the susceptor 101.
  • the height of the spacer 103 is set such that the substrate 105 and the susceptor 101 do not come into contact with each other even when the substrate 105 warps downward in a convex shape. For example, when the substrate 105 warps up to 150 ⁇ m, the height of the spacer 103 is 200 ⁇ m.
  • the height of the susceptor cover 102 is set according to the height of the substrate 105 supported by the spacer 103 so that the film can be formed without disturbing the flow of the reaction gas.
  • the positioning unit 106 and the spacer 103 may not be in complete contact with each other, and may have a slight clearance between them.
  • the spacer 103 first, the susceptor cover 102 is arranged on the susceptor 101. Thereafter, the spacer 103 disposed on the susceptor 101 through the through hole 104 of the susceptor cover 102 is moved radially outward and inserted into the positioning portion 106.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view for explaining the peripheral portion of the positioning portion and the cross section of the spacer in the susceptor cover.
  • FIG. 3B is a bottom view for explaining the peripheral portion of the positioning portion in the susceptor cover and the bottom surface of the spacer (surface on the susceptor side).
  • the positioning part 106a is formed according to the shape of the spacer 103a. As shown in FIG. 3A, the ABC portion of the cross section of the positioning portion 106a is formed in accordance with the DEF portion of the cross section of the spacer 103a. The depth of the positioning portion 106a (the length of the AB portion) is formed shorter than the length of the spacer 103a (the length of the ED portion). As a result, when the spacer 103a is inserted into the positioning portion 106a, the spacer 103a comes into contact with the back (BC portion) of the positioning portion 106a and is restricted from moving radially outward, and a part of the spacer 103a is placed on the positioning portion 106a. It is not covered. As described above, the substrate 105 is placed on a portion of the spacer 103a that is not covered with the positioning portion 106a.
  • the height of the positioning portion 106a (the length of the BC portion) is formed to be slightly higher than the height of the spacer 103a (the length of the EF portion).
  • the GHIJ portion on the bottom surface of the positioning portion 106a is formed to match the KLMN portion on the bottom surface of the spacer 103a.
  • the width of the positioning portion 106a (the length of the HI portion and the GJ portion) is formed to be slightly wider than the width of the spacer 103a (the length of the LM portion and the KN portion).
  • the spacer 103a is covered by the positioning portion 106a with a clearance.
  • the spacers 103b and 103c and the positioning portions 106b and 106c are the same applies.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a state when the susceptor cover is warped.
  • the compound semiconductor crystal is also generated on the susceptor cover 102.
  • susceptor cover 102 is made of quartz and gallium nitride is produced as a compound semiconductor crystal
  • the coefficient of linear expansion of susceptor cover 102 is 0.4 ⁇ 10 ⁇ 6 / K
  • the coefficient of linear expansion of the compound semiconductor crystal is Is 5.6 ⁇ 10 ⁇ 6 / K. Due to the difference in linear expansion coefficient between the susceptor cover 102 and the compound semiconductor crystal, the susceptor cover 102 is warped as shown in FIG.
  • the support portion that supports the substrate 105 is integrally formed with the susceptor cover 102, the support portion rises with the warp of the susceptor cover 102, and the height for supporting the substrate 105 changes.
  • the surface temperature of the substrate 105 heated by the radiant heat 101 becomes non-uniform.
  • the spacer 103 is fixed to the positioning portion 106, the height at which the substrate 105 is supported is changed by the warp of the susceptor cover 102.
  • the spacer 103 of this embodiment is covered with the positioning portion 106 but independent of the susceptor cover 102. Therefore, even if the susceptor cover 102 is warped, the height at which the substrate 105 is supported is constant and the variation in the surface temperature of the substrate 105 can be suppressed.
  • the spacer 103 is a rectangular parallelepiped, but the shape of the spacer 103 is not limited to this and may be any shape.
  • the shape of the positioning portion 106 is appropriately set according to the shape of the spacer 103, and the shape of the positioning portion 106 may be any shape as long as the position of the spacer 103 can be determined.
  • Spacer 103 in the state is movable, which supports the substrate 105 during deposition is radially inward (toward the center O 1 along a radius of the center O 1 concentric), the spacer 103 is a susceptor 101 or It does not move due to friction with the substrate 105.
  • the movement of the spacer 103 inward in the radial direction may be limited by the shape of the spacer 103 and the positioning portion 106.
  • the spacer 103 and the positioning portion 106 may have a shape shown in FIG.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining another example of the spacer.
  • the bottom surfaces of the susceptor cover 102 and the spacer 103 are shown.
  • the spacer 103a is formed in a triangular prism shape and the positioning part 106a (PQRS) is formed in accordance with such a spacer 103a
  • the distance between the rear part (QR) of the positioning part 106a is set to the positioning part 106a.
  • the positioning portion 106a may limit the movement of the spacer 103a inward in the radial direction by making it larger than the interval between the entrance portions (PS) of 106a.
  • the susceptor cover 102 When installing the susceptor cover 102 and the spacer 103 having such a configuration, after the spacer 103 is disposed on the susceptor 101, the susceptor cover 102 is disposed on the susceptor 101 so that the spacer 103 is inserted into the positioning portion 106. To do.
  • the substrate 105 by supporting a part of the substrate 105 and providing a gap between the substrate 105 and the susceptor 101, it is possible to suppress a change in the degree of contact between the substrate 105 and the susceptor 101 due to the warp of the substrate 105.
  • the substrate 105 can be supported with a certain degree of contact.
  • the susceptor cover 102 and the spacer 103 are independent from each other, and even if the susceptor cover 102 is warped, the height of the spacer 103 does not change, and the substrate 105 can be supported at a constant height.
  • variation in the surface temperature of the substrate 105 can be suppressed, and a thin film of a compound semiconductor crystal with stable quality can be formed.
  • the new substrate can be supported by the spacer 103 under the same conditions even if the substrate after film formation is replaced with a new substrate. It is possible to form a film while suppressing variations in the thickness.
  • FIG. 6 is a perspective view of the substrate support apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • the substrate support apparatus 200 according to the second embodiment of the present invention includes a susceptor 201, a susceptor cover 202 disposed on the susceptor 201, and a spacer 203.
  • the susceptor cover 202 has a through hole 204 and accommodates the spacer 203.
  • the spacer 203 has a hole concentric with the through hole 204, supports the outer peripheral portion of the substrate 205, and provides a gap between the central portion of the substrate 205 and the susceptor 201.
  • the substrate 205 is accommodated in the through hole 204 with a slight clearance and supported by the spacer 203.
  • the center O 2 is an intersection of the upper surface of the susceptor 201 and the central axis of the through hole 204.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the substrate support apparatus as seen from the direction of the arrow II-II ′ in FIG.
  • a part of the susceptor cover 202 is disposed on the spacer 203.
  • the susceptor cover 202 includes a positioning portion 206 at a predetermined position of the through hole 204.
  • the positioning unit 206 covers a part of the spacer 203 and restricts the movement of the spacer 203 in the horizontal direction.
  • the positioning unit 206 and the spacer 203 may not be in complete contact with each other, and may have a slight clearance between each other.
  • the substrate 205 is placed on a portion of the spacer 203 that is not covered with the positioning portion 206. Similar to the first embodiment, the height of the spacer 203 is set such that the substrate 205 and the susceptor 201 do not come into contact with each other even when the substrate 205 is warped downward. The height of the susceptor cover 202 is set according to the height of the substrate 205 supported by the spacer 203 so that the film can be formed without disturbing the flow of the reaction gas.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining the positioning portion of the present embodiment.
  • FIG. 8 is a perspective view of the susceptor cover 202 and the spacer 203 viewed from the susceptor 101 side (bottom surface side).
  • the positioning portion 206 is formed in a step shape in the through hole 204 of the susceptor cover 202.
  • the spacer 203 is covered with the positioning portion 206 at the outer peripheral portion, and supports the substrate 205 at the inner peripheral portion.
  • the spacer 203 is first disposed on the susceptor 201, and then the susceptor cover 202 is disposed on the susceptor 201 and the spacer 203 so as to accommodate the spacer 203. .
  • the spacer 203 is not composed of a plurality of members, the processing and arrangement work of the spacer 203 can be easily performed.
  • FIG. 9 is a perspective view of the substrate supporting apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • the substrate support apparatus 300 includes a susceptor 301, a susceptor cover 302 disposed on the susceptor 301, spacers 303 (303 a, 303 b, 303 c), and a fixing member 304.
  • the susceptor cover 302 has a through hole 305 and accommodates the fixing member 304.
  • the fixing member 304 positions the spacer 303 at a symmetrical position from the center O 3 .
  • the substrate 306 is accommodated in the through hole 305 with a slight clearance and is supported by the spacer 303.
  • the center O 3 is an intersection of the upper surface of the fixing member 304 and the central axis of the through hole 305.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining the spacer and the fixing member of the present embodiment.
  • the fixing member 304 has a disk shape having a radius substantially the same as that of the through hole 305 around the center O 3 , and the outer peripheral portion is disposed in contact with the through hole 305 so that the horizontal direction is set. Movement is restricted.
  • the fixing member 304 has a positioning portion 307 (307a, 307b, 307c).
  • the positioning unit 307 positions the spacer 303 so as to surround a part of the spacer 303.
  • the positioning portion 307 is formed as a hole that penetrates the upper surface and the lower surface of the fixing member 304.
  • the spacer 303 is restricted from moving in the horizontal direction by being inserted into the positioning portion 307.
  • the fixing member 304 has a notch 308 (308a, 308b, 308c) that leads from the positioning portion 307 to the outer edge, and the notch 308 reduces deformation due to thermal expansion.
  • the susceptor cover 302 and the fixing member 304 may not be completely in contact with each other, and may have a slight clearance between them.
  • the spacer 303 and the fixing member 304 may not be completely in contact with each other, and may have a slight clearance between them.
  • three spacers 303 (305a, 305b, 305c) are arranged.
  • the number of the spacers 303 is not limited, and two spacers may be used if the substrate 306 can be stably supported. Or four or more.
  • the spacer 303 preferably has a small shape in order to suppress partial heating of the substrate 306 due to heat conduction from the contact surface.
  • the number of the spacers 303 is preferably three or more.
  • the spacers 303 may have any shape as long as they have the same shape, and the positioning portion 307 is formed in accordance with the shape of the spacer 303.
  • the fixing member 304 has a positioning portion 307 at a symmetrical position from the center O 3 . That is, the positioning portions 307 are arranged on the circumference of the center O 3 so that the center angles between the positioning portions 307 adjacent to each other are equal. In this embodiment, the positioning portion 307 is arranged at the apex of an equilateral triangle inscribed in the circumference of the center O 3 (concentric circle of the through hole 305).
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the substrate supporting apparatus taken along line III-III ′ of FIG.
  • the height of the susceptor cover 302 is set in accordance with the height of the substrate 306 supported by the spacer 303 so that the film can be formed without disturbing the flow of the reaction gas.
  • the height of the fixing member 304 is lower than the height of the spacer 303.
  • the substrate 306 is supported by the spacer 303 so as to provide a gap between the substrate 306 and the fixing member 304. That is, the height of the spacer 303 and the fixing member 304 is set to a height at which the substrate 306 and the fixing member 304 do not come into contact with each other even when the substrate 306 is warped.
  • the portion of the notch 308 of the fixing member 304 does not contact the susceptor cover 302, but the peripheral portion on the tip side of the notch 308 contacts the susceptor cover 302, so that the fixing member 304 is restricted from moving in the horizontal direction.
  • the spacer 303 is positioned by a fixing member 304 that is restricted from moving in the horizontal direction by the susceptor cover 302, so that the movement in the horizontal direction is restricted.
  • the fixing member 304 can rotate about a vertical line passing through the center O 3 as a central axis, but does not rotate during film formation due to friction with the susceptor 301. Since the position of the spacer 303 with respect to the susceptor 301 may change when the fixing member 304 rotates when replacing the substrate after film formation processing with a new substrate, the through hole 305 positions the fixing member 304. Also good.
  • positioning may be performed by providing a convex region on the outer peripheral portion of the fixing member 304 and covering the convex region with the susceptor cover 302.
  • a mark may be provided in the through hole 305, and the fixing member 304 may be disposed so that the notch 308 is aligned with the mark.
  • the susceptor 301 is covered with the susceptor cover 302 and the fixing member 304, it is possible to effectively prevent the compound semiconductor crystal from adhering to the susceptor 301.
  • FIG. 12 is a plan view of the substrate supporting apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the substrate support apparatus 400 includes a susceptor 401, a susceptor cover 402 and a spacer 403 disposed on the susceptor 401.
  • the susceptor cover 402 includes a plurality of through holes 404a to 404h.
  • the spacer 403 is disposed in each of the plurality of through holes 404a to 404h.
  • the through holes 404a to 404h each accommodate a substrate.
  • Each substrate is supported by a spacer 403 disposed in each of the through holes 404a to 404h.
  • each through hole 404a to 404h has the same structure as any one of the first to third embodiments.
  • spacers 403 (403a, 403b, 403c) similar to those in the first embodiment are disposed inside the through hole 404a.
  • the spacer 403 is positioned by a positioning portion 405 (405a, 405b, 405c).
  • the spacer 403 having the same structure as the spacer 403 disposed in the through hole 404a is positioned by the positioning portion 405.
  • each of the through holes 404a to 404h has the same shape.
  • the susceptor 401 rotates about the vertical line passing through the center O 4 as the central axis, and the susceptor cover 402 and the spacer 403 also rotate as the susceptor 401 rotates.
  • the susceptor cover 402 has through holes 404a to 404h at an equal distance from the center O 4 .
  • eight through holes 404a to 404h are provided, but the number of through holes is not limited and any number may be used.
  • the spacer 403 is preferably arranged in the same manner inside each of the through holes 404a to 404h.
  • the spacers 403a disposed in the through holes 404a to 404h are disposed on a circumference centered on the center O 4 .
  • the spacers 403b and 403c arranged in the respective through holes 404a to 404h are also arranged on the circumference centered on the center O 4 .
  • each of the through holes 404a to 404h includes a positioning portion 405a on a concentric circumference centered on the center O 4 .
  • the susceptor cover 402 has a positioning portion 405a at a position closest to the center O 4 of each through-hole 404a to 404h, and is located at the apex of an equilateral triangle inscribed in each through-hole 404a to 404h. And positioning portions 405b and 405c.
  • Table 1 shows average values (thicknesses) and thicknesses of the thin films of each substrate in Examples in which thin films were generated on a plurality of substrates using the substrate support apparatus shown in FIG. 12 and Comparative Examples described later. It is the table
  • the comparative example is an example in which a plurality of through holes similar to those of the substrate support apparatus 400 are provided, and thin films are generated on a plurality of substrates using a substrate support apparatus in which each through hole includes the support portion illustrated in FIG.
  • a dummy substrate is arranged in one of the eight through holes, and seven substrates P1 to P7 are arranged in the remaining through holes. The film thickness and thickness distribution were measured.
  • the average value of the thin film thickness is uniform among the substrates P1 to P7, and the variation among the plurality of substrates is suppressed.
  • the thickness distribution value is reduced, and variations in the thickness of one substrate are suppressed.
  • the susceptor cover has a plurality of through holes at an equal distance from the central axis of rotation of the susceptor, and each through hole has the same shape spacer and fixing member.
  • the spacers of the respective through holes are preferably arranged on a concentric circumference with the center O 4 as the center.
  • the susceptor cover preferably positions the fixing member of each through-hole so that the spacer of each through-hole is located on a concentric circumference centered on the center O 4 .
  • the fixing member may be positioned such that one of the cutouts is positioned closest to the center O 4 of each through hole.
  • the susceptor cover has a plurality of through holes at the same distance from the central axis of rotation of the susceptor, and each through hole has a spacer having the same shape. Accommodate.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining the configuration of the vapor phase growth apparatus of the present invention.
  • the vapor phase growth apparatus 510 has a substrate support apparatus 500 inside a reaction chamber 511.
  • the substrate support device 500 includes a susceptor 501, a susceptor cover 502 disposed on the susceptor 501, and a spacer 503.
  • the susceptor cover 502 has a through hole 504 that accommodates the substrate 505.
  • the substrate 505 is accommodated in the through hole 504 and supported by the spacer 503.
  • the spacer 503 is positioned by the positioning portion 506 of the susceptor cover 502. Since the substrate support device 500 has the same configuration as the substrate support device described in any one of the first to fourth embodiments, detailed description thereof will not be repeated.
  • the substrate support device 500 is installed, and the substrate support device 500 is isolated from the atmosphere.
  • a gas supply pipe 512 is connected to the reaction chamber 511.
  • the gas supply source 513 supplies the reaction gas together with the carrier gas into the reaction chamber 511 through the gas supply pipe 512.
  • a shower head 514 is installed in the upper part of the reaction chamber 511.
  • the supplied reaction gas is uniformly introduced into the entire reaction chamber 511 through the shower head 514.
  • the reaction chamber 511 is exhausted with an internal gas via a gas exhaust pipe 515, and the exhausted gas is rendered harmless by the exhaust gas treatment device 516.
  • the substrate support device 500 is installed inside the reaction chamber 511 so as to face the shower head 514. Further, the substrate support device 500 is provided in the rotation device 517. The rotation device 517 rotates the substrate support device 500. A heater 518 is provided below the substrate support device 500. Heat from the heater 518 is supplied to the substrate 505 through the susceptor 501.
  • a reactive gas is supplied to the heated substrate 505 to generate a thin film of a compound semiconductor crystal.
  • the reaction gas is a mixture of an organic metal gas such as trimethylgallium (TMG) or trimethylaluminum (TMA) and a hydrogen compound gas such as ammonia (NH 3 ), phosphine (PH 3 ), or arsine (AsH 3 ).
  • TMG trimethylgallium
  • TMA trimethylaluminum
  • a hydrogen compound gas such as ammonia (NH 3 ), phosphine (PH 3 ), or arsine (AsH 3 ).
  • a carrier gas such as nitrogen (N 2 ).
  • N 2 nitrogen
  • the susceptor 501 is preferably made of a material having high thermal conductivity in order to supply heat from the heater 518 to the substrate. Further, the material of the susceptor 501 needs to have, for example, corrosion resistance to a reaction gas or high-temperature resistance (heat resistance) in addition to high thermal conductivity. Therefore, the susceptor 501 is made of, for example, graphite (carbon), SiC-coated graphite, SiC, molybdenum, tungsten, or a metal material such as tantalum.
  • the susceptor cover 502 needs to have corrosion resistance to the reaction gas, and is made of, for example, a material such as quartz, SiC, or pyrolytic graphite.
  • the susceptor cover 502 covers the susceptor 501 and prevents the susceptor 501 from being exposed to the film formation surface side, and prevents compound semiconductor crystals from being generated on the upper surface of the susceptor 501.
  • the fixing member is also made of the same material as the susceptor cover 502.
  • the spacer 503 is preferably made of a material having low thermal conductivity in order to suppress heat conduction from the contact portion to the substrate 505, for example, quartz.
  • the substrate 505 a semiconductor substrate, a wafer, a glass substrate, a sapphire substrate, or the like is used.
  • the shape of the substrate 505 may not be circular.
  • the shape of the through hole 504 may not be circular, and is appropriately set according to the shape of the substrate 505.
  • the susceptor cover 502 may be formed of a single member and may have one or a plurality of through holes 504, or may be formed of a plurality of members.
  • the susceptor cover 502 may have a structure in which the through hole 504 is configured by combining a plurality of members.
  • the upper surface of the susceptor 501 of the embodiment is a flat surface, a convex portion or a concave portion for positioning when the susceptor cover 502 is disposed may be formed on the upper surface of the susceptor 501.
  • the vapor phase growth apparatus of the present invention supports the substrate 505 under certain conditions and can suppress variations in the surface temperature of the substrate, so that a compound semiconductor crystal with stable quality can be formed on the substrate 505.
  • the substrate support apparatus and the vapor phase growth apparatus of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope shown in the claims, and technologies disclosed in different embodiments, respectively. Embodiments obtained by appropriately combining technical means are also included in the technical scope of the present invention.
  • the present invention since a part of the substrate can be always supported under certain conditions, it is possible to suppress the occurrence of uneven surface temperature of the substrate and to form a compound semiconductor crystal having stable characteristics.

Abstract

 基板支持装置は、サセプタ(101)と、サセプタ(101)上に配置されて基板(105)の一部を支持するスペーサ(103)と、サセプタ(101)及びスペーサ(103)上に配置され、基板(105)を収容する貫通孔(104)を有するサセプタカバー(102)とを備える。サセプタカバー(102)は、貫通孔(104)の所定位置にスペーサ(103)を位置決めする位置決め部を有する。

Description

基板支持装置及び気相成長装置
 本発明は、基板支持装置に関し、特に基板に化合物半導体を成膜する気相成長装置に用いられる基板支持装置に関する。
 発光ダイオード素子、レーザダイオード素子等の半導体発光素子は、高密度光ディスクおよびフルカラーディスプレイ、さらには環境または医療分野等に広く応用されることを考えられている。半導体発光素子の製造方法として化学気相成長法(CVD:Chemical Vapor Deposition)が一般的に用いられる。この化学気相成長法を用いて、気相成長装置は、反応ガスを反応室内の加熱された基板上で気相成長させることにより、化合物半導体結晶の薄膜を生成する。このような気相成長装置は、化合物半導体結晶の薄膜の品質を向上させながら、生産コストを抑えて、歩留りと生産能力とをどのように最大限確保するかということが常に高く要求されている。
 化合物半導体結晶の成膜は、加熱した基板上に反応ガスを供給して行われる。このとき、化合物半導体結晶は基板を支持するサセプタ上にも生成されるため、基板への成膜が終了するたびにサセプタに生成された化合物半導体結晶を除去する必要がある。サセプタ上の化合物半導体結晶の除去を行っている間は気相成長装置を用いることができず、新たな基板上へ化合物半導体結晶を成膜することができないため生産性が低下する。また、化合物半導体結晶が生成されたサセプタを新しいサセプタと交換する場合、サセプタ間の個体差により基板に成膜される化合物半導体結晶にバラツキが生じ、歩留りが低下する。
 図14Aは、特開2006-173560号公報(特許文献1)に開示された基板支持装置を説明するための分解斜視図である。図14Bは、特許文献1に開示された基板支持装置を説明するための斜視図である。特許文献1には、サセプタ(特許文献1のウエハ支持具)63と、サセプタ63上に配置されるサセプタカバー(特許文献1のウエハガイド)17及びスペーサ65を備える技術が開示されている。
 図14A,14Bに示すように、基板19(特許文献1のウエハ)はスペーサ65に支持され、サセプタカバー17の貫通孔(特許文献1の開口)17bに受け入れられる。サセプタ63をサセプタカバー17で覆うことで、サセプタ63の上に化合物半導体結晶が生成されることを防いでいる。サセプタカバー17に化合物半導体結晶が生成されるが、サセプタカバーのみ交換し洗浄することができるため、生産性および歩留りの低下を防ぐことができる。
特開2006-173560号公報
 図15は、従来技術の課題を説明するための説明図であり、図14BのIV-IV´線矢印方向から見た断面図である。ヒータ(図示せず)によって加熱された基板19上へ化合物半導体結晶の薄膜を生成するとき、化合物半導体結晶の格子定数が基板19よりも小さいと、図15に示すように、基板19と化合物半導体結晶の熱膨張差によって基板19は下向きに凸状に反る。
 このとき、特許文献1に記載のようにスペーサ65によって基板19の下面全面を支持していると、基板19とスペーサ65との接触度合いが変化する。即ち、基板19が反ると、基板19の中心部はスペーサ65に接触し、基板19の外周部はスペーサ65に接しないため、基板19の中心部と外周部とで基板温度に差が生ずる。
 このように基板19の中心部と外周部との温度分布に差が生ずると、中心部の局所加熱によって基板割れが発生する恐れが有る。また、基板割れが発生しない場合でも、基板19の温度分布に差が生じた状態で化合物半導体結晶を成長させると、成長中の条件が相違するため化合物半導体結晶の結晶性および厚さが不均一となって、化合物半導体結晶の品質が低下する。さらに、半導体発光素子を形成する場合は、基板19の中心部に形成される半導体発光素子と基板19の外周部に形成される半導体発光素子とで、発光波長および発光強度にバラツキが生じる。
 図16は、基板支持装置の改良案を説明するための説明図である。図16に示すように、改良案においては基板19の下面全面を支持するのではなく、サセプタカバー18の貫通孔18aに支持部18bを設けて基板19の一部を支持し、基板19とサセプタ63との間に間隙を設ける。
 基板19とサセプタ63との間の間隙により、基板19が下向きに凸状に反った場合にも、基板19の中央部がサセプタ63と接触しないようする。基板19と支持部18bとの接触面積を小さくすることで接触部分からの熱の伝達を抑制しつつ、サセプタ63からの放射熱によって基板19を加熱することで、サセプタ63との接触度合いによらずに基板19を均一に加熱することができる。
 図17は、図16に示した基板支持装置の改良案の課題を説明するための説明図である。化合物半導体結晶を成膜するとき、化合物半導体結晶はサセプタカバー18にも生成されるため、図17に示すように、サセプタカバー18と化合物半導体結晶の熱膨張差によってサセプタカバー18に反りが発生する。サセプタカバー18の反りによって、支持部18bによる基板19の支持高さが変わるため、サセプタ63と基板19との間の距離が変わり、サセプタ63からの放射熱により加熱される基板19の表面温度にバラツキが生じる。
 本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、基板の表面温度のバラツキを抑制して、基板上に品質の安定した化合物半導体結晶を成膜できる基板支持装置、及び気相成長装置を提供することにある。
 本発明の第1の局面に基づく基板支持装置は、基板を支持する基板支持装置であって、サセプタと、サセプタ上に配置されて基板の一部を支持するスペーサと、サセプタ及びスペーサ上に配置され、基板を収容する貫通孔を有するサセプタカバーとを備える。サセプタカバーは、貫通孔の所定位置にスペーサを位置決めする位置決め部を有する。
 本発明の一形態においては、位置決め部は、スペーサの一部を覆ってスペーサの少なくとも1方向への移動を制限する。
 本発明の一形態においては、サセプタカバーは、複数の位置決め部を有する。
 本発明の一形態においては、サセプタカバーは、貫通孔に内接する正多角形の頂点の位置に複数の位置決め部を有する。
 本発明の一形態においては、サセプタカバーは、複数の前記貫通孔を有する。複数の貫通孔の各々は、同心円周上に複数の位置決め部を有する。
 本発明の一形態においては、スペーサは、基板とサセプタとの間に間隙を設けるための孔を有する。
 本発明の第2の局面に基づく基板支持装置は、基板を支持する基板支持装置であって、サセプタと、サセプタ上に配置されて基板の一部を支持する複数のスペーサと、サセプタ上に配置されて基板を収容する貫通孔を有するサセプタカバーと、サセプタ上に配置されて貫通孔に収容される固定部材とを備える。固定部材は、所定位置に複数のスペーサを位置決めする位置決め部を有する。
 本発明の一形態においては、位置決め部は、スペーサの一部を囲んでスペーサの水平方向への移動を制限する。
 本発明の一形態においては、固定部材は、貫通孔の同心円に内接する正多角形の頂点の位置に複数の位置決め部を有する。
 本発明の一形態においては、固定部材は切り欠きを有する。
 本発明の一形態においては、サセプタカバーが固定部材を位置決めする。
 本発明の一形態においては、サセプタカバーは、複数の貫通孔を有し、かつ、複数のスペーサが同心円周上に位置するように複数の貫通孔に収容される固定部材を位置決めする。
 本発明に基づく気相成長装置は、上記のいずれかに記載の基板支持装置を備える。
 上記の構成を有する基板支持装置においては、基板の一部をスペーサによって支持して基板とサセプタとの間に間隙を設けることで、基板に反りが発生した場合にも基板とスペーサとの接触度合いを一定にして基板を支持することができる。また、サセプタ、サセプタカバー、及びスペーサをそれぞれ別体で構成しているため、サセプタカバーに反りが発生したとしても、スペーサによって基板を一定の高さで支持することができる。さらに、スペーサを位置決めしているため、処理の終えた基板を次の基板と交換したときにも毎回同じ位置で基板をスペーサによって支持することができる。
 本発明によれば、位置決めしたスペーサにより基板を一定の条件で支持して、基板の表面温度のバラツキを抑えることで、基板上に品質の安定した化合物半導体結晶を成膜することができる。
本発明の実施例1の基板支持装置の斜視図である。 図1のI-O1-I´線に沿った基板支持装置の断面図である。 サセプタカバーにおける位置決め部の周辺部分及びスペーサの断面を説明するための断面図である。 サセプタカバーにおける位置決め部の周辺部分及びスペーサの底面(サセプタ側の面)を説明する底面図である。 サセプタカバーに反りが発生したときの状態を説明するための説明図である。 スペーサの別の例を説明するための説明図である。 本発明の実施例2の基板支持装置の斜視図である。 図6のII-II´線矢印方向から見た基板支持装置の断面図である。 同実施例の位置決め部を説明するための説明図である。 本発明の実施例3の基板支持装置の斜視図である。 同実施例のスペーサ及び固定部材を説明するための説明図である。 図9のIII-III´線に沿った基板支持装置の断面図である。 本発明の実施例4の基板支持装置の平面図である。 本発明の気相成長装置の構成を説明するための説明図である。 特開2006-173560号公報(特許文献1)に開示された基板支持装置を説明するための分解斜視図である。 特許文献1に開示された基板支持装置を説明するための斜視図である。 従来技術の課題を説明するための説明図であり、図14BのIV-IV´線矢印方向から見た断面図である。 基板支持装置の改良案を説明するための説明図である。 図16に示した基板支持装置の改良案の課題を説明するための説明図である。
 (実施例1)
 以下、本発明の実施例1について図1から図5に基づいて説明する。図1は、本発明の実施例1の基板支持装置の斜視図である。図1に示すように、本発明の実施例1の基板支持装置100は、サセプタ101、サセプタ101上に配置されるサセプタカバー102及びスペーサ103(103a、103b、103c)を備える。サセプタカバー102は、貫通孔104を有する。基板105は、貫通孔104内に僅かなクリアランスを持って収容されてスペーサ103に支持される。化合物半導体結晶は、基板105の上面に生成される。
 本実施例においては3つのスペーサ103(103a、103b、103c)を設けているが、スペーサ103の数に制限はなく、安定して基板105を支持することができる場合は2つでもよく、または4つ以上でもよい。
 ただし、スペーサ103は、基板105との接触面からの熱伝導による基板105の部分加熱を抑えるため、非常に小さな形状(例えば、幅1~3mm、長さ3~5mm、厚み0.1~0.5mm)であることが好ましい。この非常に小さな形状のスペーサ103で基板105を安定して支持するために、スペーサ103は3個以上であることが好ましい。
 また、基板105をムラ無く加熱するために、スペーサ103を全て同一の形状として中心O1から対称的に配置する。ここで、中心O1は、サセプタ101の上面と貫通孔104の中心軸との交点である。互いに隣接するスペーサ103同士の間の中心O1を中心とする中心角が、それぞれ等しくなるように3つのスペーサ103(103a、103b、103c)を配置する。例えば、貫通孔104に内接する正多角形の頂点の位置にスペーサ103を配置する。本実施形態においては、貫通孔104に内接する正三角形の頂点の位置にスペーサ103を配置している。もしくは、中心O1を対称点とした点対称な位置にスペーサ103を配置してもよい。
 スペーサ103を小さな形状とすると、成膜処理の終えた基板を新しい基板と交換する際にスペーサ103が移動しやすくなる。移動したスペーサ103を再度配置するとき、前回成膜処理を行ったときと異なる位置にスペーサ103を配置すると、新しい基板を支持する条件が前回処理した基板の支持条件とは異なるため、成膜時の基板の表面温度が変化する。そこで本実施例においては、基板の交換を行っても毎回同じ条件で基板を支持するために、サセプタカバー102によってスペーサ103を位置決めする。
 図2は、図1のI-O1-I´線に沿った基板支持装置の断面図である。図2に示すように、サセプタカバー102は、その一部がスペーサ103の上に配置される。即ち、サセプタカバー102は、貫通孔104の所定位置に、スペーサ103(103a、103b、103c)を位置決めするための位置決め部106(106a、106b、106c(図示せず))を有している。
 位置決め部106は、スペーサ103の一部を覆う。位置決め部106に覆われたスペーサ103は、径方向外側(中心O1の同心円の半径に沿って中心O1から遠ざかる方向)及び周方向(中心O1の同心円の円周に沿った方向)への移動を制限される。
 サセプタカバー102は、スペーサ103を上述した位置に配置するために、中心O1から対称的な位置に位置決め部106を有する。本実施形態においては、上述のように、貫通孔104に内接する正三角形の頂点に位置決め部106を有する。基板105は、スペーサ103の位置決め部106に覆われていない部分に載置される。
 スペーサ103は、基板105の中央部とサセプタ101との間に間隙を設けるように基板105の外周部を支持する。スペーサ103の高さを、基板105が下向きに凸状に反った場合にも基板105とサセプタ101とが接触しない高さとする。例えば、基板105に最大150μmの反りが発生する場合、スペーサ103の高さは200μmとする。また、サセプタカバー102の高さは、反応ガスの流れを乱さずに成膜できるように、スペーサ103に支持された基板105の高さに合わせて設定される。
 位置決め部106とスペーサ103とは、完全に接触していなくてもよく、互いの間に僅かなクリアランスを有していてもよい。スペーサ103を配置するときは、まず、サセプタ101上にサセプタカバー102を配置する。その後、サセプタカバー102の貫通孔104内を通過させてサセプタ101上に配置したスペーサ103を径方向外側へ動かして位置決め部106へ挿入する。
 図3Aは、サセプタカバーにおける位置決め部の周辺部分及びスペーサの断面を説明するための断面図である。図3Bは、サセプタカバーにおける位置決め部の周辺部分及びスペーサの底面(サセプタ側の面)を説明する底面図である。
 位置決め部106aは、スペーサ103aの形状に合わせて形成される。図3Aに示すように、位置決め部106aの断面のABC部は、スペーサ103aの断面のDEF部に合わせて形成される。位置決め部106aの奥行き(AB部の長さ)は、スペーサ103aの長さ(ED部の長さ)よりも短く形成される。これにより、位置決め部106aにスペーサ103aを挿入したとき、スペーサ103aは位置決め部106aの奥(BC部)に当接して径方向外側への移動が制限され、スペーサ103aの一部は位置決め部106aに覆われていない状態となる。上述のように、基板105は、スペーサ103aの位置決め部106aに覆われていない部分へ載置される。
 また、位置決め部106aの高さ(BC部の長さ)は、スペーサ103aの高さ(EF部の長さ)よりも僅かに高くなるように形成される。
 図3Bに示すように、位置決め部106aの底面のGHIJ部は、スペーサ103aの底面のKLMN部に合わせて形成される。位置決め部106aの幅(HI部及びGJ部の長さ)はスペーサ103aの幅(LM部及びKN部の長さ)よりも僅かに広くなるように形成される。これにより、スペーサ103aは位置決め部106aにクリアランスを持って覆われる。スペーサ103b、103c及び位置決め部106b、106cにおいても同様である。
 図4は、サセプタカバーに反りが発生したときの状態を説明するための説明図である。基板105に化合物半導体結晶の薄膜を生成すると、化合物半導体結晶はサセプタカバー102にも生成される。例えば、サセプタカバー102を石英で構成し、化合物半導体結晶として窒化ガリウムが生成されたとき、サセプタカバー102の線膨張係数は0.4×10-6/Kであり、化合物半導体結晶の線膨張係数は5.6×10-6/Kである。このようなサセプタカバー102と化合物半導体結晶との線膨張係数の差異により、図4に示すようにサセプタカバー102に反りが発生する。
 図17に示すように基板105を支持する支持部がサセプタカバー102に一体として構成されている場合、サセプタカバー102の反りと共に支持部が浮き上がって基板105を支持する高さが変化するため、サセプタ101の放射熱によって加熱される基板105の表面温度が不均一になる。同様に、スペーサ103が位置決め部106に固定された構成であっても、サセプタカバー102の反りによって基板105を支持する高さが変化する。
 本実施例のスペーサ103は、位置決め部106に覆われているがサセプタカバー102から独立している。そのため、サセプタカバー102に反りが発生しても、基板105を支持する高さが変わらず一定であり、基板105の表面温度のバラツキを抑制することができる。
 本実施例においては、スペーサ103を直方体としたが、スペーサ103の形状はこれに限らずどのような形状でもよい。スペーサ103の形状に合わせて位置決め部106の形状は適宜設定され、位置決め部106の形状はスペーサ103の位置を定めることができればどのような形状でもよい。
 スペーサ103は径方向内側(中心O1の同心円の半径に沿って中心O1に近づく方向)へ移動可能であるが、成膜時に基板105を支持している状態では、スペーサ103はサセプタ101又は基板105との摩擦により移動しない。スペーサ103の径方向内側への移動をスペーサ103と位置決め部106との形状によって制限してもよく、スペーサ103および位置決め部106を例えば後述する図5に示す形状にしてもよい。
 図5は、スペーサの別の例を説明するための説明図である。図5においては、サセプタカバー102とスペーサ103の底面を表している。図5に示すように、スペーサ103aを三角柱状に形成し、このようなスペーサ103aに合わせて位置決め部106a(PQRS)を形成したとき、位置決め部106aの奥の部分(QR)の間隔を位置決め部106aの入り口の部分(PS)の間隔よりも大きくして、位置決め部106aがスペーサ103aの径方向内側への移動を制限するようにしてもよい。
 このような構成のサセプタカバー102およびスペーサ103を設置するときは、サセプタ101上にスペーサ103を配置した後、スペーサ103が位置決め部106に挿入されるようにしてサセプタ101上にサセプタカバー102を配置する。
 本実施例においては、基板105の一部を支持して基板105とサセプタ101との間に間隙を設けることで、基板105の反りによって基板105とサセプタ101との接触度合いが変わることを抑制し、一定の接触度合いで基板105を支持することができる。また、サセプタカバー102とスペーサ103とは互いに独立しており、サセプタカバー102に反りが発生してもスペーサ103の高さは変わらず、基板105を一定の高さで支持することができる。以上により、基板105の表面温度のバラツキを抑制することができ、品質の安定した化合物半導体結晶の薄膜を成膜することができる。
 本実施例においては、サセプタカバー102がスペーサ103を位置決めするため、成膜処理の終えた基板を新しい基板と交換しても、同じ条件で新しい基板をスペーサ103により支持することができ、基板間のバラツキを抑制して成膜できる。
 (実施例2)
 本発明の実施例2について図6から図8に基づいて説明する。図6は、本発明の実施例2の基板支持装置の斜視図である。図6に示すように、本発明の実施例2の基板支持装置200は、サセプタ201、サセプタ201上に配置されるサセプタカバー202及びスペーサ203を備える。
 サセプタカバー202は、貫通孔204を有してスペーサ203を収容する。スペーサ203は、貫通孔204と同心円状の孔を有し、基板205の外周部を支持して基板205の中央部とサセプタ201との間に間隙を設ける。基板205は、僅かなクリアランスを持って貫通孔204に収容されてスペーサ203に支持される。ここで、中心O2は、サセプタ201の上面と貫通孔204の中心軸との交点である。
 図7は、図6のII-II´線矢印方向から見た基板支持装置の断面図である。図7に示すように、サセプタカバー202の一部は、スペーサ203の上に配置される。サセプタカバー202は、貫通孔204の所定位置に位置決め部206を備えている。位置決め部206は、スペーサ203の一部を覆ってスペーサ203の水平方向の移動を制限する。位置決め部206とスペーサ203とは、完全に接触していなくてもよく、互いの間に僅かにクリアランスを有してもよい。
 基板205は、スペーサ203の位置決め部206に覆われていない部分へ載置される。実施例1と同様に、スペーサ203の高さを、基板205が下向きに凸状に反っても基板205とサセプタ201とが接触しない高さとする。サセプタカバー202の高さは、反応ガスの流れを乱さずに成膜できるように、スペーサ203に支持された基板205の高さに合わせて設定される。
 図8は、本実施例の位置決め部を説明するための説明図である。図8においては、サセプタカバー202およびスペーサ203をサセプタ101側(底面側)から見た斜視図で表している。
 図8に示すように、位置決め部206は、サセプタカバー202の貫通孔204に段差状に形成される。スペーサ203は、外周部を位置決め部206に覆われ、内周部で基板205を支持する。
 サセプタ201上にサセプタカバー202及びスペーサ203を配置するときは、まずサセプタ201上にスペーサ203を配置し、次にスペーサ203を収容するように、サセプタ201及びスペーサ203上にサセプタカバー202を配置する。
 本実施例においては、スペーサ203を複数の部材で構成しないため、スペーサ203の加工および配置作業等の取り扱いを容易に行うことができる。
 (実施例3)
 本発明の実施例3について図9から図11に基づいて説明する。図9は、本発明の実施例3の基板支持装置の斜視図である。図9に示すように、基板支持装置300は、サセプタ301、サセプタ301上に配置されるサセプタカバー302、スペーサ303(303a、303b、303c)、及び固定部材304を備える。
 サセプタカバー302は、貫通孔305を有して固定部材304を収容する。固定部材304は、スペーサ303を、中心O3から対称的な位置に位置決めする。基板306は、僅かなクリアランスを有して貫通孔305に収容されてスペーサ303に支持される。ここで、中心O3は、固定部材304の上面と貫通孔305との中心軸との交点である。
 図10は、本実施例のスペーサ及び固定部材を説明するための説明図である。図10に示すように、固定部材304は、中心O3を中心として貫通孔305と略同一の半径を有する円盤状であり、外周部が貫通孔305に接して配置されることにより水平方向の移動を制限されている。
 固定部材304は、位置決め部307(307a、307b、307c)を有する。位置決め部307は、スペーサ303の一部を囲んでスペーサ303を位置決めする。位置決め部307は、固定部材304の上面と下面とを貫通する孔として形成されている。スペーサ303は、位置決め部307へ挿入されることで水平方向への移動を制限されている。
 また、固定部材304は、位置決め部307から外縁へ通じる切り欠き308(308a、308b、308c)を有し、この切り欠き308により熱膨張による変形が低減される。サセプタカバー302と固定部材304とは完全に接触していなくてもよく、互いの間に僅かにクリアランスを有していてもよい。同様に、スペーサ303と固定部材304とは完全に接触していなくてもよく、互いの間に僅かにクリアランスを有していてもよい。
 本実施例においては、3つのスペーサ303(305a、305b、305c)を配置しているが、スペーサ303の数に制限は無く、安定して基板306を支持することができる場合は2つでもよく、または4つ以上でもよい。
 ただし実施例1と同様に、スペーサ303は、接触面からの熱伝導による基板306の部分加熱を抑えるため、小さな形状であることが好ましい。この小さな形状のスペーサ303で基板306を安定して支持するために、スペーサ303は3個以上であることが好ましい。
 スペーサ303は全て同一の形状であればどのような形状でもよく、位置決め部307はスペーサ303の形状に合わせて形成される。固定部材304は、中心O3から対称的な位置に位置決め部307を有する。即ち、位置決め部307は、中心O3の円周上に、互いに隣接する位置決め部307同士の間の中心角がそれぞれ等しくなるように配置されている。本実施例においては、中心O3の円周(貫通孔305の同心円)に内接する正三角形の頂点に位置決め部307を配置している。
 図11は、図9のIII-III´線に沿った基板支持装置の断面図である。図11に示すように、サセプタカバー302の高さは、反応ガスの流れを乱さずに成膜できるように、スペーサ303に支持された基板306の高さに合わせて設定される。
 固定部材304の高さは、スペーサ303の高さよりも低い。基板306は、固定部材304との間に間隙を設けるようにスペーサ303により支持される。即ち、スペーサ303及び固定部材304の高さを、基板306が凸状に反っても基板306と固定部材304とが接触しない高さとする。固定部材304の切り欠き308の部分はサセプタカバー302と接しないが、切り欠き308の先端側の周辺部分がサセプタカバー302に接することにより、固定部材304は水平方向の移動が制限される。
 スペーサ303は、サセプタカバー302によって水平方向の移動を制限される固定部材304によって位置決めされることにより、水平方向への移動を制限される。固定部材304は、中心O3を通る鉛直線を中心軸として回転可能であるが、サセプタ301との摩擦により成膜時に回転することはない。成膜処理の終えた基板を新しい基板に交換するときに固定部材304が回転すると、サセプタ301に対するスペーサ303の位置が変化する場合があるため、貫通孔305が固定部材304を位置決めするようにしてもよい。
 例えば、固定部材304の外周部に凸状の領域を設け、サセプタカバー302によってこの凸状の領域を覆うことで位置決めしてもよい。または、貫通孔305に印を設け、この印に切り欠き308を合わせるように固定部材304を配置してもよい。
 本実施例においては、サセプタ301をサセプタカバー302及び固定部材304で覆うため、サセプタ301に化合物半導体結晶が付着することを効果的に防ぐことができる。
 (実施例4)
 本発明の実施例4について図12に基づいて説明する。図12は、本発明の実施例4の基板支持装置の平面図である。図12に示すように、基板支持装置400は、サセプタ401、サセプタ401上に配置されるサセプタカバー402及びスペーサ403を備える。
 サセプタカバー402は、複数の貫通孔404a~404hを備える。スペーサ403は、複数の貫通孔404a~404hのそれぞれに配置される。貫通孔404a~404hは、それぞれ基板を収容する。各基板は、各貫通孔404a~404hに配置されたスペーサ403に支持される。
 各貫通孔404a~404hの内側は、実施例1から3の何れか1つと同様の構造を有する。例えば、貫通孔404aの内側には、実施例1と同様のスペーサ403(403a、403b、403c)が配置されている。スペーサ403は、位置決め部405(405a、405b、405c)によって位置決めされている。他の貫通孔404b~404hの内側においても、貫通孔404aに配置されたスペーサ403と同じ構造のスペーサ403が、位置決め部405によって位置決めされている。
 同じ形状の基板を支持するために、貫通孔404a~404hはそれぞれ同じ形状をしている。各基板に成膜される薄膜の膜質を均一にするため、サセプタ401は中心O4を通る鉛直線を中心軸として回転し、サセプタ401の回転と共にサセプタカバー402及びスペーサ403も回転する。各基板を同じ条件で支持するために、サセプタカバー402は中心O4から等しい距離に貫通孔404a~404hを有する。本実施例においては、貫通孔404a~404hを8個設けているが、貫通孔の数に制限は無く何個でもよい。
 各基板を同じ条件で支持するためにスペーサ403は、各貫通孔404a~404hの内側に同じように配置されることが好ましい。各貫通孔404a~404hに配置されたスペーサ403aは、中心O4を中心とする円周上に配置される。各貫通孔404a~404hに配置されたスペーサ403b、403cも同様にそれぞれ中心O4を中心とする円周上に配置される。
 即ち、各貫通孔404a~404hは、中心O4を中心とする同心円周上に位置決め部405aを備える。本実施例においては、サセプタカバー402は、各貫通孔404a~404hの中心O4に最も近い位置に位置決め部405aを有し、各貫通孔404a~404hに内接する正三角形の頂点となる位置に、位置決め部405b、405cを有する。
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 表1は、図12に示した基板支持装置を用いて複数の基板に薄膜を生成した実施例および後述する比較例における、各基板の薄膜の厚さの平均値(膜厚)と厚さの分布とを示した表である。比較例は、基板支持装置400と同様の複数の貫通孔を備え、各貫通孔が図16に示した支持部を備える基板支持装置を用いて複数の基板に薄膜を生成した例である。
 実施例および比較例における薄膜の厚さの測定において、8個の貫通孔のうち1個にはダミー基板を配置し、残りの貫通孔にP1~P7の7個の基板を配置して各基板における膜厚と厚さの分布を測定した。
 表1に示すように、基板支持装置400で基板を支持した場合は、P1~P7の基板の間で薄膜の厚さの平均値が均一になり、複数の基板間でバラツキが抑制されている。また、基板支持装置400で基板を支持した場合は、厚さの分布の値が小さくなり、1つの基板における厚さのバラツキも抑制されている。
 本実施例においてスペーサが実施例3のような構成であるときも、サセプタカバーはサセプタの回転の中心軸から等しい距離に複数の貫通孔を有し、各貫通孔は同じ形状のスペーサ及び固定部材を収容する。このとき、各貫通孔のスペーサは中心O4を中心とする同心円周上に配置されることが好ましい。
 そのため、サセプタカバーは、各貫通孔のスペーサが中心O4を中心とする同心円周上に位置するように、各貫通孔の固定部材を位置決めすることが好ましい。例えば、サセプタカバーは、各貫通孔の中心O4に最も近い位置に切り欠きの1つが位置するように、固定部材を位置決めしてもよい。
 また、本実施例においてスペーサが実施例2のような構成であっても、サセプタカバーはサセプタの回転の中心軸から等しい距離に複数の貫通孔を有し、各貫通孔は同じ形状のスペーサを収容する。
 本実施例においては、複数の基板を同じ条件で支持することができるため、複数の基板を同時に処理しても、各基板に生成される薄膜間の特性のばらつきを抑制することができる。
 以下、本発明の基板支持装置を備える気相成長装置について図13に基づいて説明する。図13は、本発明の気相成長装置の構成を説明するための説明図である。図13に示すように、気相成長装置510は、反応室511の内部に基板支持装置500を有している。
 基板支持装置500は、サセプタ501、サセプタ501上に配置されるサセプタカバー502及びスペーサ503を備える。サセプタカバー502は、基板505を収容する貫通孔504を有する。基板505は、貫通孔504に収容されてスペーサ503に支持される。スペーサ503は、サセプタカバー502の位置決め部506によって位置決めされる。基板支持装置500については、実施例1から4の何れか1つに記載した基板支持装置と同じ構成であるため、詳細な説明を繰り返さない。
 反応室511は、内部に基板支持装置500が設置され、基板支持装置500を大気から隔離する。反応室511にはガス供給管512が接続される。ガス供給源513は、ガス供給管512を介して反応ガスをキャリアガスと共に反応室511内に供給する。
 反応室511の上部にはシャワーヘッド514が設置される。供給された反応ガスは、シャワーヘッド514を介して反応室511内の全体へ均一に導入される。また、反応室511は、ガス排気管515を介して内部のガスの排気が行われ、排気されたガスは排ガス処理装置516によって無害化される。
 基板支持装置500は、反応室511の内部においてシャワーヘッド514と対向するように設置される。また、基板支持装置500は回転装置517に備え付けられる。回転装置517は基板支持装置500を回転させる。基板支持装置500の下部にはヒータ518が設けられる。ヒータ518の熱は、サセプタ501を介して基板505へ供給される。
 気相成長装置510においては、加熱された基板505に反応ガスを供給し、化合物半導体結晶の薄膜を生成する。反応ガスは、トリメチルガリウム(TMG)、トリメチルアルミニウム(TMA)等の有機金属ガスと、アンモニア(NH3)、ホスフィン(PH3)、アルシン(AsH3)等の水素化合物ガスとの混合物である。これらの反応ガスは、窒素(N2)等のキャリアガスと共に反応室511へ導入される。例えば、反応ガスとしてトリメチルガリウム(TMG)およびアンモニア(NH3)を導入して気相成長させると、基板505に窒化ガリウム(GaN)の薄膜が生成される。
 サセプタ501は、ヒータ518からの熱を基板に供給するために熱伝導率の高い材料で構成されていることが好ましい。また、サセプタ501の材料は、熱伝導率が高いことに加えて、例えば、反応ガスへの耐食性、又は高温耐性(熱耐性)等も有する必要がある。このため、サセプタ501は、例えば、グラファイト(カーボン)、SiCコートを施したグラファイト、SiC、モリブデン、タングステンまたはタンタル等のメタル材料等で構成される。
 サセプタカバー502は、反応ガスへの耐食性を有する必要があり、例えば、石英、SiCまたはパイロリティックグラファイト等の材料で構成される。サセプタカバー502はサセプタ501を覆ってサセプタ501が成膜面側に露出することを防ぎ、サセプタ501の上面に化合物半導体結晶が生成されることを防止する。基板支持装置500が実施例3のような固定部材を有する場合は、固定部材もサセプタカバー502と同じ材料で構成される。
 スペーサ503は、接触部分から基板505への熱伝導を抑制するために熱伝導率が低い材料で構成されることが好ましく、例えば石英で構成される。
 基板505としては、半導体基板、ウエハ、ガラス基板、サファイア基板等が用いられる。基板505の形状は、円形でなくてもよい。貫通孔504の形状も円形でなくてもよく、基板505の形状に合わせて適宜設定される。
 サセプタカバー502は、1つの部材から形成されて1つ又は複数の貫通孔504を有していてもよいし、複数の部材から形成されていてもよい。また、サセプタカバー502は、複数の部材を組み合わせることで貫通孔504が構成されるような構造を有していてもよい。
 実施例のサセプタ501の上面は平面であるが、サセプタ501の上面に、サセプタカバー502を配置するときの位置決めのための凸部や凹部が形成されていてもよい。
 以上説明したとおり、本発明の気相成長装置は、基板505を一定の条件で支持し、基板の表面温度のバラツキを抑えることができるため、基板505上に品質の安定した化合物半導体結晶を成膜することができる。
 本発明の基板支持装置及び気相成長装置は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
 本発明によれば、常に一定の条件で基板の一部を支持することができるため、基板の表面温度のムラの発生を抑制し、特性の安定した化合物半導体結晶を成膜することができる。
 17,18,102,202,302,402,502 サセプタカバー、18a,104,204,305,404a~404h,504 貫通孔、18b 支持部、19,105,205,306,505 基板、63,101,201,301,401,501 サセプタ、65,103,103a,103b,203,303,403,403a,403b,503 スペーサ、100,200,300,400,500 基板支持装置、106,106a,106b,206,307,405,405a,405b,506 位置決め部、304 固定部材、308 切り欠き、510 気相成長装置、511 反応室、512 ガス供給管、513 ガス供給源、514 シャワーヘッド、515 ガス排気管、516 排ガス処理装置、517 回転装置、518 ヒータ。

Claims (13)

  1.  基板を支持する基板支持装置であって、
     サセプタ(101,201,401)と、
     前記サセプタ(101,201,401)上に配置されて前記基板の一部を支持するスペーサ(103,203,403)と、
     前記サセプタ(101,201,401)及び前記スペーサ(103,203,403)上に配置され、前記基板を収容する貫通孔(104,204,404a~404h)を有するサセプタカバー(102,202,402)と
    を備え、
     前記サセプタカバー(102,202,402)は、前記貫通孔(104,204,404a~404h)の所定位置に前記スペーサ(103,203,403)を位置決めする位置決め部(106,206,405)を有する、基板支持装置。
  2.  前記位置決め部(106,206,405)は、前記スペーサ(103,203,403)の一部を覆って前記スペーサ(103,203,403)の少なくとも1方向への移動を制限する、請求項1に記載の基板支持装置。
  3.  前記サセプタカバー(102,402)は、複数の前記位置決め部(106,405)を有する、請求項2に記載の基板支持装置。
  4.  前記サセプタカバー(102,402)は、前記貫通孔(104,404a~404h)に内接する正多角形の頂点の位置に複数の前記位置決め部(106,405)を有する、請求項3に記載の基板支持装置。
  5.  前記サセプタカバー(402)は、複数の前記貫通孔(404a~404h)を有し、
     複数の前記貫通孔(404a~404h)の各々は、同心円周上に複数の前記位置決め部(405)を有する、請求項4に記載の基板支持装置。
  6.  前記スペーサ(203)は、前記基板と前記サセプタ(201)との間に間隙を設けるための孔を有する、請求項2に記載の基板支持装置。
  7.  基板を支持する基板支持装置であって、
     サセプタ(301)と、
     前記サセプタ(301)上に配置されて前記基板の一部を支持する複数のスペーサ(303)と、
     前記サセプタ(301)上に配置されて前記基板を収容する貫通孔(305)を有するサセプタカバー(302)と、
     前記サセプタ(301)上に配置されて前記貫通孔(305)に収容される固定部材(304)と
    を備え、
     前記固定部材(304)は、所定位置に複数の前記スペーサ(303)を位置決めする位置決め部(307)を有する、基板支持装置。
  8.  前記位置決め部(307)は、前記スペーサ(303)の一部を囲んで前記スペーサ(303)の水平方向への移動を制限する、請求項7に記載の基板支持装置。
  9.  前記固定部材(304)は、前記貫通孔(305)の同心円に内接する正多角形の頂点の位置に複数の前記位置決め部(307)を有する、請求項8に記載の基板支持装置。
  10.  前記固定部材(304)は切り欠き(308)を有する、請求項9に記載の基板支持装置。
  11.  前記サセプタカバー(302)が前記固定部材(304)を位置決めする、請求項10に記載の基板支持装置。
  12.  前記サセプタカバーは、複数の前記貫通孔を有し、かつ、複数の前記スペーサが同心円周上に位置するように複数の前記貫通孔に収容される前記固定部材を位置決めする、請求項11に記載の基板支持装置。
  13.  請求項1から12の何れか1つに記載の基板支持装置を備える、気相成長装置。
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