WO2013061649A1 - 気相成長装置 - Google Patents

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WO2013061649A1
WO2013061649A1 PCT/JP2012/065482 JP2012065482W WO2013061649A1 WO 2013061649 A1 WO2013061649 A1 WO 2013061649A1 JP 2012065482 W JP2012065482 W JP 2012065482W WO 2013061649 A1 WO2013061649 A1 WO 2013061649A1
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susceptor
protrusion
rotating shaft
vapor phase
peripheral surface
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PCT/JP2012/065482
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俊範 岡田
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シャープ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a vapor phase growth apparatus for forming a thin film on a substrate to be processed.
  • Light emitting diodes, semiconductor lasers, solar power devices for space, and high-speed devices are manufactured by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) using compound semiconductor materials.
  • MOCVD Metal Organic Chemical Vapor Deposition
  • 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 ) are formed into a film. Used as a contributing source gas.
  • the MOCVD method is a method in which a compound semiconductor crystal is grown on a substrate to be processed by introducing the above-described source gas into a film forming chamber together with a carrier gas, heating the mixture, and performing a gas phase reaction on the substrate to be processed.
  • Patent Document 1 JP-A-2008-252106
  • Patent Document 2 JP-A-2008-171933
  • the semiconductor manufacturing apparatus described in Patent Document 2 includes a rotatable susceptor that holds a substrate to be processed and a rotating shaft that transmits a rotational force to the susceptor.
  • a rotating shaft coupling portion is disposed at a tip portion facing the susceptor of the rotating shaft.
  • a connecting member is disposed at the center of the main surface facing the rotation axis of the susceptor.
  • This configuration makes it possible to transmit the rotational force of the rotating shaft to the susceptor without adopting a configuration in which the rotating shaft and the susceptor are integrally formed or the rotating shaft and the susceptor are joined. As a result, it is difficult for heat to be transferred from the susceptor to the rotating shaft, and a temperature drop in a portion in contact with the rotating shaft is suppressed.
  • a vapor phase growth apparatus for processing by the MOCVD method is required to improve material yield and processing capability in order to suppress the manufacturing cost while improving the quality of the compound semiconductor crystal. Therefore, the vapor phase growth apparatus has been increased in size so that as many substrates as possible having a large diameter can be processed at a high quality in a lump.
  • a susceptor on which the substrate to be processed is placed becomes large. Further, in order to improve the processing capability, the substrate to be processed is spread and processed from the center to the end of the large susceptor. Therefore, it is necessary to rotate the large susceptor while stably supporting the in-plane temperature distribution of the susceptor.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a vapor phase growth apparatus that can rotate while stably supporting a susceptor while achieving uniform in-plane temperature distribution of the susceptor.
  • a vapor phase growth apparatus includes a film formation chamber, a gas supply unit that supplies a source gas for film formation into the film formation chamber, and a heater that heats the substrate to be processed in the film formation chamber.
  • the vapor phase growth apparatus transmits a rotational force to the susceptor, a rotatable susceptor on which a substrate to be processed is placed in a film forming chamber, a support portion that supports the edge of the susceptor from below through a heat insulating member, and the like.
  • the rotating shaft has a protrusion at a position eccentric from the central axis of the rotating shaft at the end on the susceptor side.
  • the susceptor has a recess on the lower surface into which the protrusion is loosely inserted.
  • the rotating shaft and the susceptor are in contact with only a part of the outer peripheral surface of the protrusion and a part of the inner peripheral surface of the recess.
  • the outer peripheral surface of the projecting portion has a tapered shape in which the diameter of the projecting portion increases as it approaches the susceptor.
  • the inner peripheral surface of the recess has a tapered shape along the outer peripheral surface of the protrusion.
  • the protrusion is detachably provided on the rotating shaft.
  • the protrusion is made of a material having a lower thermal conductivity than the material constituting the rotating shaft.
  • a support part has a thrust bearing structure.
  • the heat insulating member includes a first engagement portion that engages with the susceptor in the circumferential direction and the radial direction of the susceptor, and a second engagement portion that engages with the support portion in the circumferential direction and the radial direction of the susceptor.
  • the susceptor has a first engaged portion that engages with the first engaging portion.
  • the support portion has a second engaged portion that engages with the second engaging portion.
  • the heat insulating member is made of quartz.
  • the susceptor can be rotated while being stably supported while the in-plane temperature distribution of the susceptor is made uniform.
  • FIG. 1 It is sectional drawing which shows the structure of the MOCVD apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. It is a partial cross section figure which shows the structure of the protrusion part of a rotating shaft, and the recessed part of a susceptor. It is a perspective view which shows the structure of the protrusion part of a rotating shaft. It is a disassembled perspective view which shows the structure of the protrusion part of a rotating shaft, and the recessed part of a susceptor. It is a partial cross section figure showing the composition of the projection concerning the 1st modification of the embodiment. It is a partial cross section figure which shows the structure of the support part which concerns on the same embodiment.
  • a vapor phase growth apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.
  • the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
  • a vertical showerhead type MOCVD apparatus will be described as an example of a vapor phase growth apparatus.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of an MOCVD apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the MOCVD apparatus 10 includes a film forming chamber 1 in which the inside is kept airtight.
  • the film forming chamber 1 has an exhaust port 1a for exhausting a source gas, which will be described later, in the lower part.
  • the ceiling of the film forming chamber 1 is composed of a shower head 20 described later.
  • the side wall portion of the film forming chamber 1 and the shower head 20 are hermetically connected with the O-ring 2 interposed therebetween.
  • the MOCVD apparatus 10 includes a rotatable susceptor 4 on which a substrate to be processed 3 is placed in a film forming chamber 1, a shower head 20 that is a gas supply unit that supplies a film forming source gas into the film forming chamber 1, In addition, a heater 6 for heating the substrate 3 to be processed is provided in the film forming chamber 1.
  • the MOCVD apparatus 10 includes a support portion 11 that supports the edge of the susceptor 4 from below via a heat insulating member 12, and a rotating shaft 5 that transmits a rotational force to the susceptor 4.
  • the shower head 20 faces the susceptor 4.
  • the upper part of the shower head 20 is connected to one end of a pipe 15 into which the source gas is introduced.
  • the other end of the pipe 15 is connected to a gas cylinder (not shown) storing a source gas and a mass flow controller.
  • a plurality of openings for ejecting the source gas are provided on the lower surface of the shower head 20.
  • the heater 6 is located below the susceptor 4.
  • a multi-zone heater that can individually heat a plurality of areas in the plane of the heater 6 is used.
  • a reflector 14 that reflects the heat of the heater 6 is provided below and on the side of the heater 6.
  • the rotating shaft 5 is located below the susceptor 4 so that the central axis of the rotating shaft 5 overlaps the center of the susceptor 4.
  • the rotating shaft 5 is connected to a rotation driving unit (not shown) and is rotatable about the axis.
  • the support portion 11 is attached to the inner peripheral surface of the cylindrical member 13.
  • the support part 11 has a thrust bearing structure, and includes an upper member 11a, a lower member 11c, and a plurality of spherical bodies 11b sandwiched between the upper member 11a and the lower member 11c.
  • a groove for holding a plurality of spherical bodies 11b is formed in each of the upper member 11a and the lower member 11c.
  • a groove having a V-shaped cross section or an inverted V-shape is formed.
  • the shape of the groove is not particularly limited as long as it can hold the spherical body 11b.
  • the upper member 11a and the lower member 11c are combined with each other via a plurality of spherical bodies 11b so as to be rotatable.
  • the susceptor 4 is placed on the upper surface of the upper member 11a via the heat insulating member 12.
  • the heat insulating member 12 is made of quartz.
  • the support portion 11 is configured so that the heat insulating member 12 and the upper member 11 a also rotate together with the susceptor 4.
  • the cylindrical member 13 is configured to cover the outside of the support portion 11. Therefore, since the source gas in the film forming chamber 1 is exhausted from the exhaust port 1a along the outer surface of the cylindrical member 13, it is possible to suppress adhesion of particles that are reaction products with the source gas to the support portion 11. it can.
  • a source gas is supplied from the shower head 20 to the film forming chamber 1.
  • the substrate to be processed 3 is heated by the heater 6 through the susceptor 4.
  • a chemical reaction occurs on the heated substrate 3 to be processed, whereby a thin film is formed on the substrate 3 to be processed.
  • the gas that has passed over the substrate 3 is exhausted from the exhaust port 1a.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing the structure of the protrusion of the rotating shaft and the recess of the susceptor.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the structure of the protrusion of the rotating shaft.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view showing the structure of the protrusion of the rotating shaft and the recess of the susceptor.
  • the protrusion 7 has a substantially cylindrical outer shape, and its diameter is dt.
  • two recesses 8 into which the protrusions 7 are loosely inserted are provided at positions deviated by a distance D from the center of the susceptor 4.
  • the recess 8 is circular in plan view, and its inner diameter is Dt.
  • the diameter dt of the protrusion 7 and the inner diameter Dt of the recess 8 satisfy the relationship Dt> dt. Therefore, the protrusion 7 can be inserted into the recess 8 without bringing the outer peripheral surface of the protrusion 7 into contact with the inner peripheral surface of the recess 8.
  • a gap of a distance h is ensured between the end surface of the protrusion 7 and the bottom surface of the recess 8 in the central axis direction of the rotation shaft 5.
  • a gap of a distance H is secured between the end 5a of the rotating shaft 5 and the opening end of the recess 8. That is, the susceptor 4 and the rotating shaft 5 are not in contact with each other when the protrusion 7 is loosely inserted into the recess 8.
  • the rotating shaft 5 and the susceptor 4 are in contact with only a part of the outer peripheral surface of the protrusion 7 and a part of the inner peripheral surface of the recess 8. That is, a part of the outer peripheral surface of the protrusion 7 presses a part of the inner peripheral surface of the recess 8, whereby the power of the rotation driving unit is transmitted to the susceptor 4 via the rotating shaft 5.
  • the rotating shaft 5 does not have a support function for the susceptor 4.
  • the susceptor 4 and the rotating shaft 5 have a minimum contact area necessary for rotating the susceptor 4 only when rotating. With this configuration, thermal diffusion from the susceptor 4 to the rotating shaft 5 can be suppressed. As a result, the temperature drop at the center of the susceptor 4 can be suppressed.
  • two protrusions 7 and two recesses 8 are provided, but one or more may be provided.
  • the number of the protrusions 7 can be set as appropriate.
  • the shape of the protrusion 7 and the recess 8 is circular in plan view, but may be elliptical in plan view.
  • the contact surface pressure between the susceptor 4 and the rotating shaft 5 may be a shape that can secure a sufficient safety factor with respect to the yield point of each material of the susceptor 4 and the rotating shaft 5.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing the configuration of the protrusion according to the first modification of the present embodiment.
  • the end 5 a of the rotating shaft 5 is provided with a hole 7 a that fits with the lower portion of the protrusion 7.
  • the protrusion 7 is connected to the rotating shaft 5 by fitting the lower portion thereof with the hole 7 a and is detachably provided on the rotating shaft 5.
  • the protrusion 7 is made of a member different from the rotating shaft 5, a thermal resistance is generated between the protruding portion 7 and the rotating shaft 5, so that the heat diffusion from the protruding portion 7 to the rotating shaft 5 is suppressed. it can. As a result, it is possible to further suppress the temperature drop at the center of the susceptor 4.
  • the material constituting the protrusion 7 is resistant in an atmosphere of N 2 , H 2 and NH 3 at a temperature of about 1100 ° C., and has a lower thermal expansion coefficient and thermal conductivity than the material constituting the rotating shaft 5.
  • Quartz is a material that satisfies this condition.
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing the configuration of the support portion according to the present embodiment. As shown in FIG. 6, in this embodiment, since the edge of the susceptor 4 is supported from below by the support portion 11, the large susceptor 4 can be stably supported.
  • the support portion 11 supports the susceptor 4 via the heat insulating member 12. Therefore, thermal resistance is generated at the contact interface between the susceptor 4 and the heat insulating member 12 and at the contact interface between the heat insulating member 12 and the upper member 11 a of the support portion 11. As a result, heat diffusion from the susceptor 4 to the support portion 11 can be suppressed.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view showing the structure of a part of the heat insulating member of the support portion according to this embodiment.
  • the heat insulating member 12 is formed in a ring shape having a flat upper surface and a lower surface.
  • a flat surface for placing the heat insulating member 12 is formed on the upper surface of the upper member 11a.
  • the heat insulating member 12 is placed on the upper member 11a so that the flat surface and the lower surface of the heat insulating member 12 are in contact with each other.
  • the susceptor 4 is placed on the heat insulating member 12 so that the upper surface of the heat insulating member 12 and the lower surface of the edge of the susceptor 4 are in contact with each other.
  • the positions of the susceptor 4 and the heat insulating member 12 are constrained by the frictional resistance of the contact portion between the susceptor 4 and the heat insulating member 12.
  • the positions of the heat insulating member 12 and the upper member 11a are restricted by the frictional resistance of the contact portion between the heat insulating member 12 and the upper member 11a.
  • the material constituting the heat insulating member 12 is resistant in an atmosphere of N 2 , H 2 and NH 3 at a temperature of about 1100 ° C., and has a lower thermal expansion coefficient and thermal conductivity than the material constituting the upper member 11a. Is preferred. Quartz is a material that satisfies this condition. By constituting the heat insulating member 12 from quartz, heat diffusion from the susceptor 4 to the support portion 11 can be further suppressed. As a result, a temperature drop at the edge of the susceptor 4 can be suppressed.
  • the susceptor 4 In order to solve the problem of slipping that occurs when the susceptor 4 having a radius larger than a predetermined value is used as described above, the susceptor 4, the upper member 11 a of the support portion 11, and the heat insulating member 12 according to the second modification of the present embodiment. Has the following configuration.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view showing configurations of a susceptor, an upper member of a support portion, and a heat insulating member according to a second modification of the present embodiment.
  • FIG. 9 is an exploded perspective view showing the IX portion of FIG. 8 in an enlarged manner. In FIG. 8, a part of the susceptor 4 is cut and illustrated.
  • the heat insulating member 12 includes a first engagement portion 16 a that engages with the susceptor 4 in the circumferential direction and radial direction of the susceptor 4, and a support portion 11 in the circumferential direction and radial direction of the susceptor 4.
  • a second engaging portion 16b that engages with the upper member 11a.
  • a key portion 16 including a first engaging portion 16a protruding from a part of the upper surface of the heat insulating member 12 and a second engaging portion 16b protruding from a part of the outer peripheral surface of the heat insulating member 12 is provided. It has been.
  • the susceptor 4 has a first engaged portion 17 that engages with the first engaging portion 16a.
  • a first engaged portion 17 including a notch that can be engaged so as to hold the first engaging portion 16 a is provided at a part of the lower portion of the edge of the susceptor 4.
  • the upper member 11a of the support portion 11 has a second engaged portion 18 that engages with the second engaging portion 16b.
  • a second engaged portion 18 formed of a notch that can be engaged so as to hold the second engaging portion 16b is provided on a part of the inner peripheral surface of the upper member 11a.
  • the susceptor 4 according to the present embodiment is supported from below by the support portion 11, but is not restrained from above. Moreover, the outer peripheral surface of the projection part 7 which concerns on this embodiment, and the inner peripheral surface of the recessed part 8 are extended in the perpendicular direction. When the contact portion between the outer peripheral surface of the protrusion 7 and the inner peripheral surface of the recess 8 extends in the vertical direction, a vertically upward force does not act on the susceptor 4.
  • the susceptor 4 and the rotating shaft 5 according to the third modification of the present embodiment have the following configuration.
  • FIG. 10 is a partial cross-sectional view showing a configuration of a protrusion according to a third modification of the present embodiment.
  • the outer peripheral surface of the protruding portion 7 has a tapered shape in which the diameter of the protruding portion 7 increases as it approaches the susceptor 4.
  • the diameter of the tip of the protrusion 7 is b1 and the diameter of the base of the protrusion 7 is b2, the relationship b1> b2 is satisfied.
  • the inner peripheral surface of the recess 8 has a tapered shape so as to follow the outer peripheral surface of the protrusion 7. If the angle formed between the outer peripheral surface of the protrusion 7 and the vertical direction is ⁇ °, the angle formed between the inner peripheral surface of the recess 8 and the vertical direction is also ⁇ °.
  • B1 the hole diameter on the opening side of the recess 8
  • B2 the hole diameter on the back side of the recess 8
  • B1> b1 is configured so that the protrusion 7 can be loosely inserted into the recess 8.
  • the susceptor 4 is not restrained from above. Therefore, as shown in FIGS. 2 and 6, the susceptor 4 can be lifted by moving the rotating shaft 5 upward by a vertical drive mechanism that can be driven in the direction of the arrow. In a state where the susceptor 4 is lifted, the lower surface of the susceptor 4 can be supported and transported by a transport mechanism (not shown).
  • the susceptor 4 In the state where the susceptor 4 is lifted, the susceptor 4 is supported by the rotating shaft 5 only at the center. If the susceptor 4 is lifted only by the engagement of the recess 8 of the susceptor 4 and the protrusion 7 of the rotating shaft 5, an excessive load is locally applied to the protrusion 7 when an external force is applied to the susceptor 4. The projection 7 may be damaged.
  • a projecting portion 19 is provided at the lower portion of the central portion of the susceptor 4 according to the present embodiment.
  • the dimension of the recess 8 is set so that the susceptor 4 and the rotating shaft 5 are in contact with each other above the center of gravity 21 of the susceptor 4.
  • the bottom surface of the recess 8 is formed so as to be positioned above the center of gravity 21 of the susceptor 4 by a distance a.
  • the recess 8 is formed so that the distance H> the distance h. With this configuration, the susceptor 4 can be lifted stably by the rotating shaft 5.
  • the protrusion 19 is heated to a higher temperature. As a result, the temperature drop at the center of the susceptor 4 can be suppressed.
  • the temperature drop at the center and the edge of the susceptor 4 is suppressed, so that the in-plane temperature distribution can be made uniform.
  • the susceptor 4 can be rotated by the rotating shaft 5 in a state where the susceptor 4 is stably supported by the support portion 11. As a result, a film having a uniform quality and thickness can be stably formed on the substrate 3 to be processed.
  • the support portion 11 has a thrust bearing structure, but when the heat insulating member 12 has self-lubricating properties, the susceptor 4 and the heat insulating member 12 slide,
  • the support portion 11 may have a structure that does not move.
  • the heat insulating member 12 may be formed of a plurality of spherical bodies, and a groove portion that holds the heat insulating member 12 may be formed in the lower part of the edge of the susceptor 4 and the upper part of the support part 11.

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Abstract

　成膜室(１)と、成膜室(１)内に成膜用の原料ガスを供給するガス供給部(２０)と、成膜室(１)内において被処理基板(３)を加熱するヒータ(６)とを備える。また、成膜室(１)内において被処理基板(３)が載置される回転可能なサセプタ(４)と、サセプタ(４)の縁を下方から断熱部材(１２)を介して支持する支持部(１１)と、サセプタ(４)に回転力を伝達する回転軸(５)とを備える。回転軸(５)は、サセプタ(４)側の端部において、この回転軸(５)の中心軸から偏心した位置に突起部を有する。サセプタ(４)は、突起部が遊挿される凹部を下面に有する。

Description

気相成長装置
　本発明は、被処理基板上に薄膜を形成する気相成長装置に関する。
　化合物半導体材料を用いたＭＯＣＶＤ(Metal　Organic　Chemical　Vapor　Deposition)法により、発光ダイオード、半導体レーザ、宇宙用ソーラーパワーデバイス、および、高速デバイスなどが製造されている。
　ＭＯＣＶＤ法においては、トリメチルガリウム(ＴＭＧ)またはトリメチルアルミニウム(ＴＭＡ)などの有機金属ガスと、アンモニア(ＮＨ3)、ホスフィン(ＰＨ3)またはアルシン(ＡｓＨ3)などの水素化合物ガスとを成膜に寄与する原料ガスとして用いる。
　ＭＯＣＶＤ法は、上記の原料ガスをキャリアガスと共に成膜室内に導入して加熱し、被処理基板上で気相反応させることにより、被処理基板上に化合物半導体結晶を成長させる方法である。
　ＭＯＣＶＤ法によって所望の薄膜を形成する際、反応性を有する原料ガスによって被処理基板表面で生起される表面反応は、極めて複雑なメカニズムを有することが知られている。すなわち、原料ガスの温度、流速、圧力、原料ガスに含まれる活性化学種の種類、反応系における残留ガス成分、および、被処理基板の温度など、多数のパラメータが、上記表面反応に寄与する。そのため、ＭＯＣＶＤ法でこれらのパラメータを制御して所望の薄膜を形成させることは極めて難しい。
　ＭＯＣＶＤ法において好適な結晶成長を実現するためには、被処理基板を均一な面内温度分布で加熱する必要がある。高精度の加熱温度制御を目的とした半導体製造装置を開示した先行文献として、特開２００８－２５２１０６号公報(特許文献１)および特開２００８－１７１９３３号公報(特許文献２)がある。
　特許文献１に記載されたＣＶＤ装置においては、回転軸を通る熱放散を最小化するために、回転軸の上端が、上面から下方に延びるキャビティを有する構造、または、サセプタのくぼみの平坦面が回転軸の上面と接触しない構造を有している。
　特許文献２に記載された半導体製造装置においては、被処理基板を保持する回転可能なサセプタと、サセプタに回転力を伝える回転軸とを備える。回転軸のサセプタに面する先端部には回転軸連結部が配置される。サセプタの回転軸に面する主面の中央部には、連結部材が配置される。回転軸を回転させることにより、連結部材の側面を回転軸連結部の側面が押圧してサセプタを回転させることが可能となるように、回転軸はサセプタの主面の中央部上に配置される。
　この構成により、回転軸とサセプタとを一体に成形する、または、回転軸とサセプタとを接合するといった構成を採用せずに、回転軸の回転力をサセプタに伝達可能にしている。その結果、サセプタから回転軸へ熱が伝わりにくくして、回転軸に接触している部分の温度低下を抑制している。
特開２００８－２５２１０６号公報 特開２００８－１７１９３３号公報
　ＭＯＣＶＤ法により処理する気相成長装置には、化合物半導体結晶の品質を向上しつつ製造コストを抑えるために、材料の歩留まりおよび処理能力を向上することが求められる。そのため、可能な限り多くの大口径の被処理基板を一括して高品質に処理可能なように、気相成長装置の大型化が図られている。
　大型の気相成長装置においては、大口径の被処理基板を多く処理するために、被処理基板を載置するサセプタが大型となる。また、処理能力を向上するために、大型のサセプタの中心部から端部まで被処理基板が敷き詰められて処理される。そのため、サセプタの面内温度分布の均一化を図りつつ、大型のサセプタを安定して支持した状態で回転させなければならない。
　本発明は上記の問題点に鑑みなされたものであって、サセプタの面内温度分布の均一化を図りつつ、サセプタを安定して支持した状態で回転できる気相成長装置を提供することを目的とする。
　本発明に基づく気相成長装置は、成膜室と、成膜室内に成膜用の原料ガスを供給するガス供給部と、成膜室内において被処理基板を加熱するヒータとを備える。また、気相成長装置は、成膜室内において被処理基板が載置される回転可能なサセプタと、サセプタの縁を下方から断熱部材を介して支持する支持部と、サセプタに回転力を伝達する回転軸とを備える。回転軸は、サセプタ側の端部において、この回転軸の中心軸から偏心した位置に突起部を有する。サセプタは、突起部が遊挿される凹部を下面に有する。
　好ましくは、サセプタの回転時において、回転軸とサセプタとは、突起部の外周面の一部と凹部の内周面の一部とのみにおいて接触する。
　好ましくは、突起部の外周面は、サセプタに近づくに従って突起部の径が大きくなるテーパー形状を有する。凹部の内周面は、突起部の外周面に沿うようにテーパー形状を有する。
　好ましくは、突起部は、回転軸に着脱可能に設けられている。
　好ましくは、突起部は、回転軸を構成する材料より低い熱伝導率を有する材料で構成されている。
　本発明の一形態においては、支持部は、スラスト軸受構造を有する。
　好ましくは、断熱部材は、サセプタの周方向および径方向においてサセプタと係合する第１係合部、および、サセプタの周方向および径方向において支持部と係合する第２係合部を有する。サセプタは、第１係合部と係合する第１被係合部を有する。支持部は、第２係合部と係合する第２被係合部を有する。
　本発明の一形態においては、断熱部材は、石英で構成されている。
　本発明によれば、サセプタの面内温度分布の均一化を図りつつ、サセプタを安定して支持した状態で回転できる。
本発明の一実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置の構成を示す断面図である。 回転軸の突起部およびサセプタの凹部の構造を示す一部断面図である。 回転軸の突起部の構造を示す斜視図である。 回転軸の突起部およびサセプタの凹部の構造を示す分解斜視図である。 同実施形態の第１変形例に係る突起部の構成を示す一部断面図である。 同実施形態に係る支持部の構成を示す一部断面図である。 同実施形態に係る支持部の一部おより断熱部材の構造を示す分解斜視図である。 同実施形態の第２変形例に係るサセプタ、支持部の上側部材および断熱部材の構成を示す分解斜視図である。 図８のＩＸ部を拡大して示す分解斜視図である。 同実施形態の第３変形例に係る突起部の構成を示す一部断面図である。
　以下、本発明の一実施形態に係る気相成長装置について説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。また、気相成長装置の一例として、縦型シャワーヘッド型のＭＯＣＶＤ装置について説明する。
　図１は、本発明の一実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置の構成を示す断面図である。図１に示すように、ＭＯＣＶＤ装置１０は、内部が気密に保持される成膜室１を備える。成膜室１は、後述する原料ガスを排気するための排気口１ａを下部に有する。また、成膜室１の天井部は、後述するシャワーヘッド２０で構成されている。成膜室１の側壁部とシャワーヘッド２０とは、Ｏリング２を間に挟んで気密に連結されている。
　ＭＯＣＶＤ装置１０は、成膜室１内において被処理基板３が載置される回転可能なサセプタ４、成膜室１内に成膜用の原料ガスを供給するガス供給部であるシャワーヘッド２０、および、成膜室１内において被処理基板３を加熱するヒータ６を備える。また、ＭＯＣＶＤ装置１０は、サセプタ４の縁を下方から断熱部材１２を介して支持する支持部１１と、サセプタ４に回転力を伝達する回転軸５とを備える。
　シャワーヘッド２０は、サセプタ４と対向している。シャワーヘッド２０の上部は、原料ガスが導入される配管１５の一端と接続されている。配管１５の他端には、原料ガスを貯蔵した図示しないガスボンベおよびマスフローコントローラなどが接続されている。シャワーヘッド２０の下面には、原料ガスを噴出するための複数の開口が設けられている。
　ヒータ６は、サセプタ４の下方に位置している。本実施形態においては、ヒータ６の面内における複数エリアを個別に加熱可能なマルチゾーンヒータを用いている。ヒータ６の下方および側方には、ヒータ６の熱を反射するリフレクタ１４が設けられている。
　回転軸５は、回転軸５の中心軸がサセプタ４の中心と重なるように、サセプタ４の下方に位置している。回転軸５は、図示しない回転駆動部と連結され、軸中心に回転可能にされている。
　支持部１１は、筒状部材１３の内周面に取り付けられている。本実施形態に係る支持部１１は、スラスト軸受構造を有し、上側部材１１ａ、下側部材１１ｃ、および上側部材１１ａと下側部材１１ｃとの間に挟持された複数の球状体１１ｂを含む。
　上側部材１１ａおよび下側部材１１ｃの各々には、複数の球状体１１ｂを保持する溝が形成されている。本実施形態においては、横断面Ｖ字状または逆Ｖ字状の溝が形成されているが、球状体１１ｂを保持できる形状であれば特に溝の形状は限定されない。上側部材１１ａおよび下側部材１１ｃは、複数の球状体１１ｂを介して互いに回転移動可能に組み合わされている。
　上側部材１１ａの上面に、断熱部材１２を介してサセプタ４が載置されている。本実施形態においては、断熱部材１２は、石英で構成されている。サセプタ４が回転すると、断熱部材１２および上側部材１１ａもサセプタ４と一緒に回転するように、支持部１１が構成されている。
　筒状部材１３は、支持部１１の外側を覆うように構成されている。そのため、筒状部材１３の外表面に沿って成膜室１内の原料ガスが排気口１ａから排気されるため、支持部１１に原料ガスとの反応生成物であるパーティクルが付着することを抑制できる。
　本実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置１０により被処理基板３に薄膜を形成する際には、原料ガスをシャワーヘッド２０から成膜室１へ供給する。このとき、サセプタ４を介してヒータ６により被処理基板３を加熱する。加熱された被処理基板３上で化学反応が起こることにより、被処理基板３上に薄膜が形成される。被処理基板３上を通過したガスは、排気口１ａから排気される。
　以下、サセプタ４を回転および支持する構造について詳細に説明する。
　図２は、回転軸の突起部およびサセプタの凹部の構造を示す一部断面図である。図３は、回転軸の突起部の構造を示す斜視図である。図４は、回転軸の突起部およびサセプタの凹部の構造を示す分解斜視図である。
　図２～４に示すように、回転軸５のサセプタ４側の端部５ａにおいて、回転軸５の中心軸から距離Ｄだけ偏心した位置に、２つの突起部７が設けられている。突起部７は、略円柱状の外形を有し、その直径はｄｔである。
　サセプタ４の下面４ａにおいて、サセプタ４の中心から距離Ｄだけ偏心した位置に、突起部７が遊挿される２つの凹部８が設けられている。凹部８は、平面視において円形であり、その内径はＤｔである。
　突起部７の直径ｄｔと凹部８の内径Ｄｔとは、Ｄｔ＞ｄｔの関係を満たす。そのため、突起部７の外周面と凹部８の内周面とを接触させずに、凹部８内に突起部７を挿入可能である。
　また、回転軸５の中心軸方向において、突起部７の端面と凹部８の底面との間には、距離ｈの隙間が確保される。回転軸５の端部５ａと凹部８の開口端との間には、距離Ｈの隙間が確保される。すなわち、突起部７が凹部８内に遊挿された状態では、サセプタ４と回転軸５とは接触していない。
　サセプタ４の回転時において、回転軸５とサセプタ４とは、突起部７の外周面の一部と凹部８の内周面の一部とのみにおいて接触する。すなわち、突起部７の外周面の一部が、凹部８の内周面の一部を押圧することにより、回転駆動部の動力が回転軸５を介してサセプタ４に伝達される。
　上記のように、回転軸５は、サセプタ４の支持機能を有していない。サセプタ４と回転軸５とは、回転時にのみ、サセプタ４を回転させるために必要最小限の接触面積を有している。この構成により、サセプタ４から回転軸５への熱拡散を抑制できる。その結果、サセプタ４の中心部における温度低下を抑制できる。
　本実施形態においては、突起部７および凹部８をそれぞれ２つ設けているが、それぞれ１つ以上設けられていればよい。回転動力の伝達に必要なトルクから突起部７の必要強度を求めることによって、突起部７の個数を適宜設定することができる。
　また、突起部７および凹部８の形状を平面視円形としているが、平面視楕円形であってもよい。サセプタ４と回転軸５との接触面圧が、サセプタ４および回転軸５の各々の材料の降伏点に対して十分な安全率を確保できる形状であればよい。
　図５は、本実施形態の第１変形例に係る突起部の構成を示す一部断面図である。図５に示すように、第１変形例においては、回転軸５の端部５ａに、突起部７の下部と嵌合する穴部７ａが設けられている。突起部７は、下部が穴部７ａと嵌合することにより回転軸５と連結され、回転軸５に着脱可能に設けられている。
　この構成により、突起部７の外周面と凹部８の内周面とが繰り返し接触して、突起部７に摩耗または破損が発生した場合、突起部７のみを交換することにより復旧でき、回転軸５の交換が不要となる。
　また、突起部７を回転軸５とは別の部材で構成することにより、突起部７と回転軸５との間に熱抵抗が生じるため、突起部７から回転軸５への熱拡散を抑制できる。その結果、サセプタ４の中心部における温度低下をさらに抑制できる。
　突起部７を構成する材料としては、約１１００℃の温度のＮ2、Ｈ2およびＮＨ3雰囲気下において耐性を有し、回転軸５を構成する材料より熱膨張係数および熱伝導率の低いものが好適である。この条件を満たす材料としては石英がある。突起部７を石英で構成することにより、サセプタ４から回転軸５への熱拡散をさらに抑制できる。
　図６は、本実施形態に係る支持部の構成を示す一部断面図である。図６に示すように、本実施形態においては、支持部１１によりサセプタ４の縁を下方から支持しているため、大型のサセプタ４を安定して支持することができる。
　支持部１１は、断熱部材１２を介してサセプタ４を支持している。そのため、サセプタ４と断熱部材１２との接触界面、および、断熱部材１２と支持部１１の上側部材１１ａとの接触界面に熱抵抗が生じる。その結果、サセプタ４から支持部１１への熱拡散を抑制できる。
　図７は、本実施形態に係る支持部の一部おより断熱部材の構造を示す分解斜視図である。図７に示すように、断熱部材１２は、平坦な上面および下面を有するリング状に形成されている。
　上側部材１１ａの上面には、断熱部材１２を載置するための平坦面が形成されている。この平坦面と断熱部材１２の下面とが接触するように、上側部材１１ａ上に断熱部材１２が載置される。また、断熱部材１２の上面とサセプタ４の縁の下面とが接触するように、断熱部材１２上にサセプタ４が載置される。
　上記の構造により、サセプタ４と断熱部材１２とは、サセプタ４と断熱部材１２との接触部の摩擦抵抗によって互いの位置が拘束されている。断熱部材１２と上側部材１１ａとは、断熱部材１２と上側部材１１ａとの接触部の摩擦抵抗によって互いの位置が拘束されている。
　断熱部材１２を構成する材料としては、約１１００℃の温度のＮ2、Ｈ2およびＮＨ3雰囲気下において耐性を有し、上側部材１１ａを構成する材料より熱膨張係数および熱伝導率の低いものが好適である。この条件を満たす材料としては石英がある。断熱部材１２を石英で構成することにより、サセプタ４から支持部１１への熱拡散をさらに抑制できる。その結果、サセプタ４の縁における温度低下を抑制できる。
　サセプタ４の縁においては、サセプタ４の半径が大きくなるに従って、回転の周速度が速く、また、遠心力が大きくなる。サセプタ４の周速度が所定値以上大きくなると、摩擦抵抗のみでは拘束できなくなり、サセプタ４と断熱部材１２との間、または、断熱部材１２と上側部材１１ａとの間において、周方向の滑りによる位置ずれが発生する。
　同様に、サセプタ４の遠心力が所定値以上大きくなると、摩擦抵抗のみでは拘束できなくなり、サセプタ４と断熱部材１２との間、または、断熱部材１２と上側部材１１ａとの間において、径方向の滑りによる位置ずれが発生する。
　上記のように周方向または径方向に滑りが発生した場合、それぞれの部材の硬さの違いによって、硬さの低い部材が摩耗して摩耗粉が発生する。摩耗粉が被処理基板３上に付着すると、被処理基板３に形成される薄膜の品質が低下する。また、上記の摩耗および位置ずれが発生すると、サセプタ４とヒータ６との間の距離がサセプタ４の面内で不均一に変化し、サセプタ４の面内温度分布の均一性が低下する。
　このように半径が所定値より大きなサセプタ４を用いる場合に発生する滑りの問題を解決するために、本実施形態の第２変形例に係るサセプタ４、支持部１１の上側部材１１ａおよび断熱部材１２は下記の構成を有している。
　図８は、本実施形態の第２変形例に係るサセプタ、支持部の上側部材および断熱部材の構成を示す分解斜視図である。図９は、図８のＩＸ部を拡大して示す分解斜視図である。図８においては、サセプタ４の一部をカットして図示している。
　図８，９に示すように、断熱部材１２は、サセプタ４の周方向および径方向においてサセプタ４と係合する第１係合部１６ａ、および、サセプタ４の周方向および径方向において支持部１１の上側部材１１ａと係合する第２係合部１６ｂを有する。具体的には、断熱部材１２の上面の一部に突出した第１係合部１６ａ、および、断熱部材１２の外周面の一部に突出した第２係合部１６ｂからなる鍵部１６が設けられている。
　サセプタ４は、第１係合部１６ａと係合する第１被係合部１７を有する。具体的には、サセプタ４の縁の下部の一部に、第１係合部１６ａを抱くように係合可能な切り欠きからなる第１被係合部１７が設けられている。
　支持部１１の上側部材１１ａは、第２係合部１６ｂと係合する第２被係合部１８を有する。具体的には、上側部材１１ａの内周面の一部に、第２係合部１６ｂを抱くように係合可能な切り欠きからなる第２被係合部１８が設けられている。
　この構成により、サセプタ４と断熱部材１２とは互いの位置が強固に拘束され、また、断熱部材１２と上側部材１１ａとは互いの位置が強固に拘束される。その結果、サセプタ４と断熱部材１２との間、および、断熱部材１２と上側部材１１ａとの間において、サセプタ４の周方向および径方向の滑りによる位置ずれが発生することを防止できる。
　本実施形態に係るサセプタ４は、支持部１１により下方から支持されているが、上方からは拘束されていない。また、本実施形態に係る突起部７の外周面および凹部８の内周面は、鉛直方向に延在している。突起部７の外周面と凹部８の内周面との接触部が、鉛直方向に延在している際は、サセプタ４に鉛直上向きの力が作用することはない。
　しかし、回転軸５によるサセプタ４への回転動力の伝達回数が多くなると、突起部７の外周面または凹部８の内周面のいずれか硬さの低い方に、摩耗または欠けが生じることがある。特に、突起部７の角部には、応力が集中して、摩耗または欠けが生じやすい。
　突起部７の外周面に摩耗または欠けが生じて、突起部７の外周面上に凹部８の内周面が乗り上げるような状態になった場合、サセプタ４に鉛直上向きの力が作用する。その場合、サセプタ４に上下方向の振動が発生して、サセプタ４の面内温度分布が不均一となり、また、成膜室１内における材料ガスの流れに乱れが生じる。その結果、被処理基板３上に均一な膜を形成することができない。
　このようなサセプタ４の振動の問題を解決するために、本実施形態の第３変形例に係るサセプタ４および回転軸５は下記の構成を有している。
　図１０は、本実施形態の第３変形例に係る突起部の構成を示す一部断面図である。図１０に示すように、第３変形例においては、突起部７の外周面は、サセプタ４に近づくに従って突起部７の径が大きくなるテーパー形状を有している。突起部７の先端部の径をｂ１、突起部７の根元部の径をｂ２とすると、ｂ１＞ｂ２の関係を満たす。
　一方、凹部８の内周面は、突起部７の外周面に沿うようにテーパー形状を有している。突起部７の外周面と鉛直方向とのなす角をθ°とすると、凹部８の内周面と鉛直方向とのなす角もθ°である。
　凹部８の開口側の穴径をＢ１、凹部８の奥側の穴径をＢ２とすると、Ｂ１＜Ｂ２の関係を満たす。また、Ｂ１＞ｂ１となるように構成して、突起部７を凹部８内へ遊挿可能としている。
　この構成により、回転軸５が回転した際に、突起部７および凹部８のテーパー面同士が接触して常に鉛直下向き方向の力がサセプタ４に作用する。その結果、サセプタ４が上下に振動することを抑制できる。
　以下、本実施形態に係るサセプタ４の搬送方法について説明する。上述の通り、サセプタ４は上方からは拘束されていない。そのため、図２，６に示すように、回転軸５を矢印方向に駆動可能な上下駆動機構で上方に移動させることにより、サセプタ４を持ち上げることが可能である。サセプタ４を持ち上げた状態において、図示しない搬送機構によりサセプタ４の下面を支持して搬送することができる。
　サセプタ４を持ち上げた状態においては、サセプタ４は回転軸５によって中心部のみ支持されている。仮に、サセプタ４の凹部８と回転軸５の突起部７とのみの係合によりサセプタ４を持ち上げた場合、サセプタ４に外力が負荷された際に突起部７に局所的に過大荷重が作用して突起部７が損傷する恐れがある。
　そこで、図２に示すように、本実施形態に係るサセプタ４の中心部の下部には、回転軸５本体の先端部を収容する突出部１９が設けられている。この構成により、サセプタ４に外力が負荷された際に回転軸５の本体も荷重を受けることになり、突起部７に集中荷重が作用することを防止できる。
　また、サセプタ４の重心２１よりも上方において、サセプタ４と回転軸５とが接触するように、凹部８の寸法が設定されている。具体的には、凹部８の底面が、サセプタ４の重心２１より距離ａだけ上方に位置するように形成されている。また、距離Ｈ＞距離ｈとなるように凹部８が形成されている。この構成により、回転軸５で安定してサセプタ４を持ち上げることができる。
　また、ヒータ６と突出部１９との間の距離は、ヒータ６とサセプタ４の下面４ａとの間の距離よりも短くなるため、突出部１９はより高温に加熱される。その結果、サセプタ４の中心部における温度低下を抑制できる。
　本実施形態に係る気相成長装置においては、サセプタ４の中心部および縁における温度低下が抑制されるため、面内温度分布の均一化を図ることができる。また、支持部１１でサセプタ４を安定して支持した状態で、回転軸５により回転させることができる。その結果、被処理基板３上に質および厚さの均一な膜を安定して成膜できる。
　なお、本実施形態においては、支持部１１がスラスト軸受構造を有していたが、断熱部材１２が自己潤滑性を有している場合には、サセプタ４と断熱部材１２とが摺動し、支持部１１は移動しない構造であってもよい。
　または、断熱部材１２が複数の球状体で構成され、サセプタ４の縁の下部および支持部１１の上部に断熱部材１２を保持する溝部が形成されていてもよい。
　今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、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が含まれることが意図される。
　１　成膜室、１ａ　排気口、２　リング、３　被処理基板、４　サセプタ、４ａ　下面、５　回転軸、５ａ　端部、６　ヒータ、７　突起部、７ａ　穴部、８　凹部、１０　ＭＯＣＶＤ装置、１１　支持部、１１ａ　上側部材、１１ｂ　球状体、１１ｃ　下側部材、１２　断熱部材、１３　筒状部材、１４　リフレクタ、１５　配管、１６　鍵部、１６ａ　第１係合部、１６ｂ　第２係合部、１７　第１被係合部、１８　第２被係合部、１９　突出部、２０　シャワーヘッド、２１　重心。

Claims (8)

  1. 　成膜室(１)と、
    　前記成膜室(１)内に成膜用の原料ガスを供給するガス供給部(２０)と、
    　前記成膜室(１)内において被処理基板(３)を加熱するヒータ(６)と、
    　前記成膜室(１)内において被処理基板(３)が載置される回転可能なサセプタ(４)と、
    　前記サセプタ(４)の縁を下方から断熱部材(１２)を介して支持する支持部(１１)と、
    　前記サセプタ(４)に回転力を伝達する回転軸(５)と
    を備え、
    　前記回転軸(５)は、前記サセプタ(４)側の端部において、該回転軸(５)の中心軸から偏心した位置に突起部(７)を有し、
    　前記サセプタ(４)は、前記突起部(７)が遊挿される凹部(８)を下面に有する、気相成長装置。
  2. 　前記サセプタ(４)の回転時において、前記回転軸(５)と前記サセプタ(４)とは、前記突起部(７)の外周面の一部と前記凹部(８)の内周面の一部とのみにおいて接触する、請求項１に記載の気相成長装置。
  3. 　前記突起部(７)の前記外周面は、前記サセプタ(４)に近づくに従って前記突起部(７)の径が大きくなるテーパー形状を有し、
    　前記凹部(８)の前記内周面は、前記突起部(７)の前記外周面に沿うようにテーパー形状を有する、請求項２に記載の気相成長装置。
  4. 　前記突起部(７)は、前記回転軸(５)に着脱可能に設けられている、請求項１に記載の気相成長装置。
  5. 　前記突起部(７)は、前記回転軸(５)を構成する材料より低い熱伝導率を有する材料で構成されている、請求項４に記載の気相成長装置。
  6. 　前記支持部(１１)は、スラスト軸受構造を有する、請求項１に記載の気相成長装置。
  7. 　前記断熱部材(１２)は、前記サセプタ(４)の周方向および径方向において前記サセプタ(４)と係合する第１係合部(１６ａ)、および、前記周方向および前記径方向において前記支持部(１１)と係合する第２係合部(１６ｂ)を有し、
    　前記サセプタ(４)は、前記第１係合部(１６ａ)と係合する第１被係合部(１７)を有し、
    　前記支持部(１１)は、前記第２係合部(１６ｂ)と係合する第２被係合部(１８)を有する、請求項６に記載の気相成長装置。
  8. 　前記断熱部材(１２)は、石英で構成されている、請求項１に記載の気相成長装置。
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