気相成長装置
【課題】気相成長装置において、基板面内の温度差を低減する。
【解決手段】シャフト８には突起部であるガイド板１４を設け、ガイド板１４に電磁波が照射される位置にヒーター７を配置する。ガイド板１４がヒーター７からの電磁波によって加熱される。ガイド板１４はシャフト８に取付けられているので、ガイド板１４からシャフト８に熱が移動しシャフト８は高温となる。シャフト８が高温となるので、サセプター６からシャフト８に移動する熱が少なくなり、サセプター６のシャフト８との取付部の温度が低下することが無く、サセプターの温度が均一となる。
【解決手段】シャフト８には突起部であるガイド板１４を設け、ガイド板１４に電磁波が照射される位置にヒーター７を配置する。ガイド板１４がヒーター７からの電磁波によって加熱される。ガイド板１４はシャフト８に取付けられているので、ガイド板１４からシャフト８に熱が移動しシャフト８は高温となる。シャフト８が高温となるので、サセプター６からシャフト８に移動する熱が少なくなり、サセプター６のシャフト８との取付部の温度が低下することが無く、サセプターの温度が均一となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）は、原料ガスをキャリアガスとともに成膜室内に導入して加熱し、所定の被処理基板上で気相反応させることにより、その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。
【０００３】
図７に、気相成長法に用いられる従来の縦型シャワーヘッド型気相成長装置の一例の模式的な構成を示す。この気相成長装置においては、ガス供給源から、反応炉２の内部の成膜室４に、ガス供給部９から原料ガスおよびキャリアガスを導入するためのガス配管１０が接続されており、反応炉２の内部の成膜室４の上部には成膜室４に原料ガスおよびキャリアガスを導入するための複数のノズルを有するシャワーヘッドがガス導入部３として設置されている。また、反応炉２の成膜室４の下部中央にはアクチュエータ（図示せず）によって回転自在のシャフト８が設置され、シャフト８の先端にはシャワーヘッド（ガス導入部３）と対向するようにしてサセプター６が取り付けられており、サセプター６の下方にはサセプター６を加熱するためのヒーター７が取り付けられている。また、反応炉２の下部には成膜室４内のガスを外部に排気するためのガス排出部１１が設置されており、ガス排出部１１は、パージライン１３を介して、排気されたガスを無害化するための排ガス処理装置１２に接続されている。
【０００４】
上記のような構成の気相成長装置において、化合物半導体結晶の成長の際には、サセプター６に被処理基板５が１つ以上複数設置され、その後、シャフト８の回転によりサセプター６が回転させられる。そして、ヒーター加熱によりサセプター６を介して被処理基板５が所定の温度に加熱される。シャワーヘッドに形成されている複数のノズルから成膜室４に原料ガスおよびキャリアガスが導入されると、導入された原料ガスは、被処理基板５からの熱により加熱され、化学反応が起こり、被処理基板５上に半導体結晶が成長し、成膜される。
【０００５】
サセプター６を回転させる理由は、結晶を均一に成長させるためである。気相成長装置による成膜は、原料ガスによって基板表面で生起される極めて複雑な反応メカニズムを有することが知られている。すなわち、被処理基板５の温度、原料ガスの温度、流速、圧力、原料ガスに含まれる活性化ガス種の種類、及び反応系における残留ガス成分等の多数のパラメータが、前記化学反応に寄与する。成膜室４内のガスの組成や温度は必ずしも均一でなく、その所在によりバラツキがある。そのため、成膜室４内で被処理基板５を移動させずに反応させると、各被処理基板５および各被処理基板５の各所はそれぞれが触れている各所在のガスの組成や温度により結晶成長する。その結果、薄膜の品質もまた不均一なものになる。これを解決するため、多くの気相成長装置では、前記のようにサセプター６を回転させ、サセプター６上の各被処理基板５および各被処理基板５上の各所が異なる所在のガスに次々と触れるようにすることにより、各被処理基板５の反応が平均的に進むようにする機構を備えている。具体的には、被処理基板５をサセプター６の中心を中心とした回転（被処理基板５にとっては公転運動）、さらには各被処理基板５の中心を中心とした回転（被処理基板５にとっては自転運動）をさせながら結晶成長を行うことで、高品質の結晶を得ることができる。
【０００６】
また、前記化学反応には被処理基板５の加熱が必要であるのは前述した通りであるが、各被処理基板５および各被処理基板５の各所での反応を一様とするためは、被処理基板５の温度もまた一様とすることが必要である。被処理基板５加熱の方法にはヒーター７が用いられるが、ヒーター７はサセプター６やシャフト８には取付けずに、反応炉２外壁側に固定し、輻射熱によって間接的にサセプター６、シャフト８、または被処理基板５を熱する形態とすることが望ましい。もし仮にサセプター６やシャフト８にヒーター７を取付けた場合、サセプター６やシャフト８の回転に連動してヒーター７もまた回転することとなる。この場合、ヒーター７の放射分布に局所的なムラがあると、被処理基板５上の温度ムラの原因となる。ヒーター７を反応炉２側に固定し、回転するサセプター６を輻射熱によって温める形態であるならば、ヒーター７の放射分布に多少のムラがあったとしても、サセプター６の回転によって（少なくとも回転方向については）その温度を平均化することができる。また、気相成長装置の機構上、回転するサセプター６やシャフト８にヒーター７を取付けるより動かない反応炉２側に取付ける方が容易かつ低コストである。
【０００７】
ただし、上記に説明した気相成長装置には欠点がある。サセプター６はヒーター７により高温に保たれている。それに対して、シャフト８はベアリング等によって反応炉２外壁側に回転自在に支持されており、それらの支持部から熱伝導によって熱が移動しやすい。また、シャフト８はシャフト８を回転させるための（図示しない）回転機構に固定されており、そこでも熱が移動しやすい。シャフト８や反応炉外壁や回転機構を直接加熱する手段は特に存在しないので、それらの温度はサセプター６と比較して低いものとなっている。上記の気相成長装置は、高温のサセプター６と低温のシャフト８とが取付けられているので、熱はサセプター６側からシャフト８側へと逃げる。そのため、サセプター６のシャフト８との取付部周辺（通常はサセプター６の中心付近）は他より温度が低くなりやすく、サセプター６のシャフト８との取付部周辺では、均一な薄膜を作成することが難しかった。
【０００８】
図８は、従来技術の気相成長装置のシャフト８周辺構造を示す断面図である。円筒形状のシャフト８の一端に円盤形状のサセプター６の裏面がその中心軸を一致するように取付けられ、さらにサセプター６のおもて面中央に基板５を載置する窪みがあり、窪みの中に基板５が載置されている。ヒーター７は環形であり、シャフト８が環の孔を通過するように配置されている。ヒーター７は２つあり、環径の大きいものがヒーター７ｂ、環径の小きいものがヒーター７ａである。ヒーター７ａから放射された電磁波は主としてサセプター６裏面に照射される。シャフト８にも一部の電磁波が照射されるが、シャフト８の表面積はサセプター６の表面積と比較し狭いうえ、回転機構や反応炉２に伝導により熱が逃げるので、サセプター６と比較してシャフト８の温度は低くなる。サセプター６の中央部はシャフト８に取付けられているので、サセプター６中央部からシャフト８に向かって熱伝導により熱が移動するため、サセプター６中央部は、その周辺と比較して温度が低い状態となる。
【０００９】
上記に説明した従来技術の気相成長装置の熱移動をシュミレーションした結果を図９に示す。図９は図８に示す反応炉２を、サセプター６中心を中心軸として、片断面を回転させた３次元モデルについてヒーター７投入電力およびガス流量などプロセス条件を入力した時の、熱流動解析結果である。
【００１０】
図９のシミュレーションに用いたサセプター６と基板５とのモデルの模式図を図１０に示す。図１０は円盤状のサセプター６のおもて面中央に円形の基板５ａが載置され、その周囲にサセプター６中心から６０度ずつ離れて６つの円形の基板５ｂが回転対称に載置されていることを表している。図９はサセプター６中心からの距離をＸ軸、温度をＹ軸とし、基板５ないしサセプター６の表面温度をプロットしたグラフである。図９のグラフから、サセプター６の中心で温度が低く、そこから距離０．０４まで温度が上昇してピークをとなり、そこより距離が遠くなると逆に温度が低下するのが見てとれる。この傾向はサセプター６の表面、基板５の表面のいずれでも同じである。基板５の表面の場合、面内温度差は約８℃である。サセプター６の中心温度が距離０．０４の温度と比較して低いのは、前述した通りシャフト８に熱が逃げるからである。また、距離０．０４が温度のピークとなるのは、サセプター６の中心の温度を上昇させるためサセプター６の中心付近により強く放射を当てるようにヒーター７ａを配置したためである。これにより、サセプター６のシャフト８との取付部付近の温度の低下はある程度緩和されるものの、逆にその周辺の距離０．０４付近の温度が高くなりすぎるという結果になる。以上、説明した通り、基板５の表面の温度を均一に保つことは難しい。
【００１１】
そのため、上記の問題を解決するために様々な工夫がなされている。
特開２００８−２５２１０６号公報（特許文献１）では、図１１に示すようにシャフト８に接近した位置にヒーター７ｃを配置し、シャフト８を高温に保つことで、サセプター６のシャフト８との取付部の温度低下を防いでいる。
【００１２】
また、特開２０００−３２３５５６号公報（特許文献２）では、サセプターと接触部材の熱伝導率をサセプターより低くすることで、サセプターに接触する部材からの熱の移動を防いでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−２５２１０６号公報（出願人/ビーコ）
【特許文献２】特開２０００−３２３５５６号公報（出願人/コマツ電子金属株式会社）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
特開２００８−２５２１０６号公報（特許文献１）では、サセプター加熱用ヒーターとは別に、シャフト加熱用ヒーターを必要とするため、構造が複雑になり、高コストになりやすく、信頼性の低下の原因ともなる。また、シャフトは回転半径が小さく表面積が狭いため、サセプターのシャフトとの取付部の温度低下を十分に防止するためには、シャフト上での放射照度を十分に大きくする必要がある。そのためにはシャフト加熱用ヒーターとして放射輝度／放射強度の高いヒーターを採用し、かつシャフトに近接させてヒーターを配置したり、ヒーターからの放射がシャフト上で集光し、シャフト上で高い放射照度となるよう配置したりする必要がある。そのため、サセプター加熱用ヒーターとシャフト加熱用ヒーターとでは配置すべき位置や要求される放射輝度／強度が全く異なるため、兼用することが困難であった。
【００１５】
また、特開２０００−３２３５５６号公報（特許文献２）では、部材同士が接触している限り、接触部の温度低下が全くなくなるとは考え難く、結局接触部付近では所望の結晶を得ることが難しい。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、被処理基板を保持するサセプターと、サセプターを支持しサセプターと一体して回転するシャフトと、前記被処理基板にガスを導入するガス導入部と、電磁波を放射しサセプターまたは被処理基板を加熱するヒーターと、を備えた気相成長装置において、シャフトには突起部であるガイド板が取付けられ、前記ガイド板に電磁波が照射される位置にヒーターが配置されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明は、前記ガイド板に電磁波が照射される位置に配置された前記ヒーターが前記サセプターまたは前記被処理基板に電磁波が照射される位置に設置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ガイド板に電磁波が照射される位置にヒーターが配置されているので、ガイド板がヒーターからの電磁波によって加熱される。また、ガイド板はシャフトに取付けられているので、ガイド板からシャフトに熱が移動しシャフトは高温となる。ガイド板はシャフトから突出する突起部であるので、その表面積をシャフトより広くすることができる。ヒーターからより広範囲の放射を受けることができるため、ヒーターによって直接シャフトを加熱する場合より放射照度を低くするこができ、放射強度または放射輝度の低いヒーターを使用することができる。シャフトが高温となるので、サセプターからシャフトに移動する熱が少なくなり、サセプターのシャフトとの取付部の温度が低下することが無く、サセプターの温度が均一となる。そのため、サセプターに保持された基板もまた表面温度が均一となる。表面温度が均一である基板に対しガス導入部から気相成長に必要なガスを導入すると、均一な品質の結晶が成長するので、均一な品質の薄膜を生成することができる。
【００１９】
本発明によれば、サセプターの加熱とシャフトの加熱とが１つのヒーターによって可能となる。気相成長装置の構造を単純にすることができるため、本発明の気相成長装置は製造コストを削減することができ、かつ故障率を低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例に係る反応炉の構成を模式的に示す断面図
【図２】実施例に係るサセプター、ガイド板、ヒーター周辺の構成を示す断面図
【図３】実施例のシミュレーション結果
【図４】シミュレーションに用いたサセプターと基板とのモデルの模式図
【図５】実施例に係るサセプター、ガイド板、ヒーター周辺の構成を示す断面図
【図６】本実施例に係る反応炉の構成を模式的に示す断面図
【図７】従来の気相成長装置の構成を模式的に示す断面図
【図８】従来技術の気相成長装置に係るサセプター、ガイド板、ヒーター周辺の構成を示す断面図
【図９】従来技術の気相成長装置のシミュレーション結果
【図１０】シミュレーションに用いたサセプターと基板とのモデルの模式図
【図１１】従来の反応炉の構成を模式的に示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施の形態について図１ないし図６に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、本発明の気相成長装置１の実施の形態である縦型シャワーヘッド型気相成長装置の反応炉２の断面の模式図である。
【００２３】
この気相成長装置１においては、反応炉外壁１５によって大気と隔離され気密状態を保持され成膜室４と、被処理基板５（以後、単に「基板」とも言う）を載置することによって基板５を保持するサセプター６と、前記基板５を加熱するヒーター７と、成膜室４内において基板５に向けて複数の原料ガスを供給するガス導入部３（シャワーへッド）と、によって、反応炉２を構成している。
【００２４】
ガス導入部には３には、（図示しない）ガス供給部９から原料ガスおよびキャリアガスを導入するための（図示しない）ガス配管１０が接続されており、反応炉２の下部には成膜室４内のガスを外部に排気するためのガス排出部１１が設置されており、ガス排出部１１は、（図示しない）パージライン１３を介して、排気されたガスを無害化するための（図示しない）排ガス処理装置１２に接続されている。
【００２５】
サセプター６は、基板５を保持する台である。一つのサセプター６に複数枚の基板５を載置して保持しても良い。図１においては、サセプター６は平面である基板５を載置する関係上、上面が平面であるものが望ましい。また、安定して回転させるためには、回転軸に対し回転対称であることが望ましく、一般的には円である。従って、サセプター６は円盤形状とすることが多い。基板５を複数枚、載置する場合は、サセプター６の回転運動の安定と成膜の均一性のため、前記回転軸に対し、回転対称に載置することが望ましい。また、上面に基板５を安定的に載置し固定するための窪み、ツメ、吸盤等の固定機構を設けてもよい。本実施の形態においては、サセプター６の基板５を載置する側の面をサセプター６の「おもて面」、その反対側の面を「裏面」と呼ぶ。
【００２６】
ガス導入部３は、サセプター６のおもて面に対向する位置に配置されている。これは、サセプター６のおもて面に載置された基板５に対しガスを供給するためである。
【００２７】
シャフト８はサセプター６を支持する部位である。また、サセプター６と一体として回転する部位であり、その回転半径はサセプター６より小さい。安定して回転させるためには、回転軸に対し回転対称であることが望ましく、一般的には円柱形状であり、その中心軸を回転軸とする。円柱の一端が、サセプター６の裏面の中心にその回転軸を一致するように取付けられ、他端は、図示しない回転機構に固定されている。なお、サセプター６とシャフト８との取付部に関しては熱伝導の低い素材を用いたり、必要とされる強度を確保しつつ可能なかぎり接触面積を小さくしたりする等の方法によってサセプター６とシャフト８との間の熱の移動量を少なくする取付方法を用いる方が望ましい。シャフト８には、回転機構から前記円柱形状の中心軸を中心とする回転運動が伝達され、回転可能する。さらに、前記回転運動をサセプター６に伝達することによってサセプター６を回転させることができる。
【００２８】
ガイド板１４とはシャフト８の両端の間（すなわち、回転機構とサセプター６との間）にあるシャフト８の周囲に取付けられた突起部である。ガイド板１４の回転半径はシャフト８の回転半径より大きく、ガイド板１４とサセプター６との間にあるシャフト８の部分は、その両側にあるガイド板１４、サセプター６のいずれよりも回転半径が小さい。ガイド板１４はシャフト８を安定して回転させるため、回転軸に対し回転対称の形状および配置位置であることが望ましく、図１においては円盤状の形状であるが、これのみならず、例えば、傘状、茶碗形状、星型、プロペラ形状等であっても良い。図１においては、ガイド板１４はヒーター７の上側にあるが、これに限定されず、ヒーター７の下側にあっても良い。また、ガイド板１４とサセプター６とを一体として構成し、ガイド板１４にシャフトを取付ける構成であっても良い。
【００２９】
本発明のヒーター７は、電磁波を放射する手段であって、前記電磁波が加熱対象に照射されることによって加熱対象を加熱するものである。電磁波としては、マイクロ波、赤外線、可視光線、紫外線等、様々は波長分布のものが考えられるが、加熱対象を適切に加熱できるものであればどのような電磁波であってもよく、また電磁波の発生方法としてもマグネトロン、電熱線、蛍光管、プラズマ発生器、ＬＥＤ、レーザ発振器等、どのようなものであっても良い。また、ヒーター７の形状としては、本実施の形態ではドーナツ形状を採用しているが、これに限定されるものではない。ヒーター７は１つだけでなく、複数であっても良い。ヒーター７からの放射が主としてサセプター６の裏面とガイド板１４とに対し照射する位置にヒーター７を配置する。ヒーター７は、基板５を加熱することを目的としているが、基板５のあるサセプター６のおもて面と対向する位置にはガス導入部３があるため、サセプター６のおもて面に対向する位置にヒーター７を設置することは難しい。そのため、サセプター６の裏面に対向する位置にヒーター７を設け、サセプター６に対し電磁波を放射し加熱する。基板５はサセプター６の上に載置されているので、伝導によってサセプター６から基板５に熱が伝わり、基板５は高温に保たれる。効率的にヒーター７からサセプター６に熱を伝えるため、ヒーター７からの電磁波を主に受けるサセプター６の表面については、前記電磁波を吸収しやすい素材ないし表面加工されたものを用いることが望ましい。また、サセプター６におもて面から裏面に通じる貫通孔を空け、サセプター６のおもて面側の貫通孔上に基板５を置き、サセプター６の裏面側からヒーター７で孔を通して基板５裏面に直接電磁波を当てることにより、基板５を直接加熱しても良い。
【００３０】
ヒーター７から放射される電磁波の一部はガイド板１４にも照射される。ヒーター７から放射される電磁波によってガイド板１４は加熱され、その熱がガイド板１４からシャフト８に伝導することにより、シャフト８の温度が高く保たれるので、サセプター６からシャフト８へと逃げる熱量を小さくなり、サセプター６のシャフト８との取付部（すなわちサセプター６の中央部）付近の温度の低下を防ぐことができる。効率的にヒーター７からガイド板１４に熱を伝えるため、ヒーター７からの電磁波を主に受けるガイド板１４の表面については、前記電磁波を吸収しやすい素材ないし表面加工されたものを用いることが望ましい。
【００３１】
基板５の主表面に薄膜を形成するときは、原料ガスを、ガス導入部３を介して、反応室へ導入する。基板５はヒーター７によって加熱されているので、被処理基板５上での成膜化学反応が促進されることになり、被処理基板５上に薄膜が形成される。被処理基板５上を通過したガスは、ガス排出部１１より排出される。
【実施例１】
【００３２】
本実施例の第一の特徴は、シャフト８からヒーター８とサセプター６との間にある空間に向かって突起部であるガイド板１４を設けたことにある。
【００３３】
本実施例の構造および熱移動を、本実施例のシャフト８周辺構造を示す断面図である図２を用いて説明する。図２に示すように本実施例の構造は、従来技術である図８の構成に対し、ガイド板１４を追加したものである。円筒形状のシャフト８の一端に円盤形状のサセプター６の裏面がその中心軸を一致するように取付けられ、さらにサセプター６のおもて面中央に基板５を載置する窪みがあり、窪みの中に基板５が載置されている。ヒーター７は環形であり、シャフト８が環の孔を通過するように配置されている。ヒーター７は２つあり、環径の大きいものがヒーター７ｂ、環径の小きいものがヒーター７ａである。ヒーター７ａから放射された電磁波は主としてサセプター６裏面とガイド板１４とに照射される。
【００３４】
ガイド板１４は、シャフト８の両端の間（すなわち、サセプター６に取付けられている一端と図示されない回転機構に固定されている他端との間）にあり、シャフト８の周囲に取付けられた突起である。図２の例では、ガイド板１４は円盤状である。ヒーター７ａから放射される電磁波の一部はガイド板１４に照射されるためのガイド板１４は加熱され、高温となる。ガイド板１４はシャフト８に取付けられているため、ガイド板１４からシャフト８に向けて熱伝導により熱が移動し、シャフト８の温度もまた図８の従来例と比較して高く保たれる。以上の作用は、ガイド板１４がシャフト８と比較して、表面積が広い、またはヒーター７ａにより近い、またはヒーターからの放射方向に対しその表面の法線が垂直に近いためである。そのため、ガイド板１４はシャフト８に比べてより多くの電磁波を吸収し、高温となることができる。なお、ガイド板１４の表面に前記電磁波をより吸収しやすくする表面加工ないし素材を用いることにより前記の作用はより大きくすることができる。以上の作用により、シャフト８の温度は高く保たれるため、サセプター６からシャフト８に移動する熱は少なくなり、サセプター６のシャフト８取付部付近の温度の低下がより小さくなり、サセプター６のおもて面および基板５表面の温度をより均一にすることができるようになる。
【００３５】
また、ガイド板１４をヒーターとサセプター６との間に配置することによって、ヒーターから放射された電磁波がガイド板１４に当たる分、サセプター６には当たらなくなる。そのため、サセプター６に当たる電磁波を減少させることができ、サセプター６のシャフト８との取付部付近の周囲の温度が高くなりすぎるのを防ぐことができる。
【００３６】
図２の構成の熱移動をシュミレーションした結果を図３に示す。図３のシミュレーションに用いたサセプター６と基板５とのモデルの模式図を図４に示す。図４は円盤状のサセプター６のおもて面中央に円形の基板５ａが載置され、その周囲にサセプター６中心軸から６０度ずつ離れて６つの円形の基板５ｂが回転対称に載置されていることを表している。図３はサセプター６の中心軸からの距離をＸ軸、温度をＹ軸とし、基板５ないしサセプター６の表面温度をプロットしたグラフである。図９と比較し、サセプター６の中心からの距離が０から０.０８までの温度の変化が小さくなっていることが判る。この傾向はサセプター６の表面、基板５の表面のいずれでも同じである。基板５の表面の場合、面内温度差が４℃以内であり、図９に示した従来技術温度と比較して温度が一定に近い状態となっているのが判る。
【００３７】
なお、ガイド板１４とシャフト８との取付部に関しては熱伝導の高い素材を用いたり、接触面積を大さくしたりする等の方法によってガイド板１４とシャフト８との間の熱の移動量を大きくする取付方法を用いる方が望ましい。
【００３８】
また、ガイド板１４はその形状や大きさが容易に変更可能なよう構成される方が望ましい。そのための方法としては、ネジ等の取り外し可能な締結手段によって形状や大きさの異なる他のガイド板１４と交換可能なように構成したり、ガイド板１４にさらに他のガイド板１４を取付けられるよう構成したり、ガイド板１４をあらかじめ切断ないし切削容易な素材または形状とする等の方法がある。その理由の１つは、ガイド板１４の最適な大きさや形状を、気相成長装置の稼動前に予測することが困難であるためである。ガス、サセプター６、ヒーター、ガイド板１４、サセプター６の回転速度、基板５などの様々な条件によって基板５の温度は変化する。そのため、設計時点で装置稼動時の基板５の表面温度を正確に予測することは困難であり、装置を稼動しながら現物合せでの試行錯誤が必要となる。ガイド板１４をその形状や大きさが容易に変更可能なよう構成しておけば、実際の稼動状態での基板５表面温度や本装置の生産物（化合物半導体結晶）を 観察した後に、ガイド板１４を容易に修正することができるので、ガイド板１４の最適な形状やサイズを容易に見つけることができ、最適な条件での実施が可能となる。
【００３９】
２つ目の理由は、１つの気相成長装置で様々な製品を生産するためである。成長させる結晶の組成、特性、厚さや、基板５のサイズや形状といった生産物に関する仕様や、基板５の配置位置、成膜室４に導入するガスの組成、求められる結晶成長速度、サセプター６の回転速度などの生産上の条件が変れば、それに伴い、上記結晶を均一に成長させるのに適切な基板５の温度や温度を一定に保たなければならない領域の形状や面積も異なる。従って、適切なガイド板１４の形状やサイズも製品毎に異なる。ガイド板１４を容易に変更可能なよう構成すると、１つの気相成長装置で各製品を生産するために最適なガイド板１４を適時選択できるようになるため、１つの気相成長装置で様々な種類の製品を均一な品質で生産可能となる。
【００４０】
サセプター６、シャフト８、ガイド板１４の熱伝導率について検討する。温度を一定に保ちたい場合、熱伝導率の高い素材、形態を用いることが好適である。本発明においては、基板５の温度を一定に保つため、少なくもとサセプター６の基板５と接触する部位の温度は可能なかぎり一定に保つ方が望ましい。従って、少なくもとサセプター６の基板５と接触する部位、通常はサセプター６全体について、熱伝導率の高い素材を用いるべきである。具体的には、８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましく、 素材の例としてはカーボン等を用いればよい。なお、カーボンの熱伝導率は一般的には１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である。
【００４１】
また、熱の移動を抑えて意図時に温度差を大きくしたい場合は、熱伝導率の低い素材を用いるべきである。本発明においては、サセプター６の熱がシャフト８を介して他に熱が移動することを防止するため、シャフト８や、シャフト８とサセプター６との取付部については熱伝導率の低い素材を用いるべきである。具体的には３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが好ましく、 素材の例としては石英等を用いればよく、少なくともサセプター６より熱伝導率の低い素材を用いる方が望ましい。なお、石英の熱伝導率は一般的には１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である。
【００４２】
また、ガイド板１４の熱伝導率は高い方が望ましい。ガイド板１４の熱伝導率が低いとガイド板１４から他に（主にシャフト８に）熱が逃げにくいので、ガイド板、特にシャフトから遠いガイド板の外周部は高温となる。この場合、ガイド板１４が接しているガスに対し移動する熱量と輻射で周囲に移動する熱量とが増え、結果としてガイド板１４からシャフト８に伝導で移動する熱量が減少する。このため、ガイド板１４の効果が小さくなる。従って、ガイド板１４の熱伝導率は高い方が望ましい。具体的には８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましく、 素材の例としてはカーボン等を用いればよい。なお、カーボンの熱伝導率は一般的には１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である。
【実施例２】
【００４３】
シャフト上部8a（ガイド板１４とサセプター６との間にあるシャフト８の部位）とガイド板１４とサセプター６とを一体として構成し、ガイド板１４にシャフト下部8a（ガイド板１４と回転機構との間にあるシャフト８の部位）を取付ける構成であっても良い。本実施の形態の断面図を図５に示す。図５に示す形状とすることによって、ヒーター７ａから放射される電磁波の一部はガイド板１４に照射されるためのガイド板１４は加熱され、高温となる。ガイド板１４はシャフト８に取付けられているため、ガイド板１４からシャフト８に向けて熱伝導により熱が移動し、シャフト８の温度もまた図８の従来例と比較して高く保たれる。以上の作用は、ガイド板１４がシャフト８と比較して、表面積が広い、またはヒーター７ａにより近い、またはヒーターからの電磁放射方向に対しその表面の法線が垂直に近いためである。そのため、ガイド板１４はシャフト８に比べてより多くの電磁波を吸収し、高温となることができる。なお、ガイド板１４の表面に前記電磁波をより吸収しやすくする表面加工ないし素材を用いることにより前記の作用はより大きくすることができる。以上の作用により、シャフト８の温度は高く保たれるため、サセプター６からシャフト８に移動する熱は少なくなり、サセプター６のシャフト８取付部付近の温度の低下がより小さくなり、サセプター６のおもて面および基板５の表面の温度をより均一にすることができるようになる。また、本実施例の場合、ガイド板１４をサセプター６と一体として構成しているので、部品点数を減らすことができ、本発明の装置の製造コストの削減が可能である。
【実施例３】
【００４４】
図６に本実施例に係る反応炉の構成を模式的に示す断面図を示す。図６に示した反応炉
は、ガイド板の取付け位置が実施例１と異なること以外は実施例１と同じである。ガイド板１４をヒーター７の下側に（すなわち、サセプター１４の反対側に）配置されている。この場合、をヒーター７から上方に放射される電磁波がガイド板１４に遮蔽されることなくサセプター６に照射され、また、ヒーター７から下方に照射される電磁波がガイド板１４に照射されるので、下方に照射される電磁波を無駄なくサセプターおよびシャフトの加熱に用いることができるので、エネルギー効率が良い。
【符号の説明】
【００４５】
１ 気相成長装置
２ 反応炉
３ ガス導入部
４ 成膜室
５ 被処理基板
６ サセプター
７ ヒーター
８ シャフト
９ ガス供給部
１０ ガス配管
１１ ガス排出部
１２ 排ガス処理装置
１３ パージライン
１４ ガイド板
１５ 反応炉外壁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）は、原料ガスをキャリアガスとともに成膜室内に導入して加熱し、所定の被処理基板上で気相反応させることにより、その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。
【０００３】
図７に、気相成長法に用いられる従来の縦型シャワーヘッド型気相成長装置の一例の模式的な構成を示す。この気相成長装置においては、ガス供給源から、反応炉２の内部の成膜室４に、ガス供給部９から原料ガスおよびキャリアガスを導入するためのガス配管１０が接続されており、反応炉２の内部の成膜室４の上部には成膜室４に原料ガスおよびキャリアガスを導入するための複数のノズルを有するシャワーヘッドがガス導入部３として設置されている。また、反応炉２の成膜室４の下部中央にはアクチュエータ（図示せず）によって回転自在のシャフト８が設置され、シャフト８の先端にはシャワーヘッド（ガス導入部３）と対向するようにしてサセプター６が取り付けられており、サセプター６の下方にはサセプター６を加熱するためのヒーター７が取り付けられている。また、反応炉２の下部には成膜室４内のガスを外部に排気するためのガス排出部１１が設置されており、ガス排出部１１は、パージライン１３を介して、排気されたガスを無害化するための排ガス処理装置１２に接続されている。
【０００４】
上記のような構成の気相成長装置において、化合物半導体結晶の成長の際には、サセプター６に被処理基板５が１つ以上複数設置され、その後、シャフト８の回転によりサセプター６が回転させられる。そして、ヒーター加熱によりサセプター６を介して被処理基板５が所定の温度に加熱される。シャワーヘッドに形成されている複数のノズルから成膜室４に原料ガスおよびキャリアガスが導入されると、導入された原料ガスは、被処理基板５からの熱により加熱され、化学反応が起こり、被処理基板５上に半導体結晶が成長し、成膜される。
【０００５】
サセプター６を回転させる理由は、結晶を均一に成長させるためである。気相成長装置による成膜は、原料ガスによって基板表面で生起される極めて複雑な反応メカニズムを有することが知られている。すなわち、被処理基板５の温度、原料ガスの温度、流速、圧力、原料ガスに含まれる活性化ガス種の種類、及び反応系における残留ガス成分等の多数のパラメータが、前記化学反応に寄与する。成膜室４内のガスの組成や温度は必ずしも均一でなく、その所在によりバラツキがある。そのため、成膜室４内で被処理基板５を移動させずに反応させると、各被処理基板５および各被処理基板５の各所はそれぞれが触れている各所在のガスの組成や温度により結晶成長する。その結果、薄膜の品質もまた不均一なものになる。これを解決するため、多くの気相成長装置では、前記のようにサセプター６を回転させ、サセプター６上の各被処理基板５および各被処理基板５上の各所が異なる所在のガスに次々と触れるようにすることにより、各被処理基板５の反応が平均的に進むようにする機構を備えている。具体的には、被処理基板５をサセプター６の中心を中心とした回転（被処理基板５にとっては公転運動）、さらには各被処理基板５の中心を中心とした回転（被処理基板５にとっては自転運動）をさせながら結晶成長を行うことで、高品質の結晶を得ることができる。
【０００６】
また、前記化学反応には被処理基板５の加熱が必要であるのは前述した通りであるが、各被処理基板５および各被処理基板５の各所での反応を一様とするためは、被処理基板５の温度もまた一様とすることが必要である。被処理基板５加熱の方法にはヒーター７が用いられるが、ヒーター７はサセプター６やシャフト８には取付けずに、反応炉２外壁側に固定し、輻射熱によって間接的にサセプター６、シャフト８、または被処理基板５を熱する形態とすることが望ましい。もし仮にサセプター６やシャフト８にヒーター７を取付けた場合、サセプター６やシャフト８の回転に連動してヒーター７もまた回転することとなる。この場合、ヒーター７の放射分布に局所的なムラがあると、被処理基板５上の温度ムラの原因となる。ヒーター７を反応炉２側に固定し、回転するサセプター６を輻射熱によって温める形態であるならば、ヒーター７の放射分布に多少のムラがあったとしても、サセプター６の回転によって（少なくとも回転方向については）その温度を平均化することができる。また、気相成長装置の機構上、回転するサセプター６やシャフト８にヒーター７を取付けるより動かない反応炉２側に取付ける方が容易かつ低コストである。
【０００７】
ただし、上記に説明した気相成長装置には欠点がある。サセプター６はヒーター７により高温に保たれている。それに対して、シャフト８はベアリング等によって反応炉２外壁側に回転自在に支持されており、それらの支持部から熱伝導によって熱が移動しやすい。また、シャフト８はシャフト８を回転させるための（図示しない）回転機構に固定されており、そこでも熱が移動しやすい。シャフト８や反応炉外壁や回転機構を直接加熱する手段は特に存在しないので、それらの温度はサセプター６と比較して低いものとなっている。上記の気相成長装置は、高温のサセプター６と低温のシャフト８とが取付けられているので、熱はサセプター６側からシャフト８側へと逃げる。そのため、サセプター６のシャフト８との取付部周辺（通常はサセプター６の中心付近）は他より温度が低くなりやすく、サセプター６のシャフト８との取付部周辺では、均一な薄膜を作成することが難しかった。
【０００８】
図８は、従来技術の気相成長装置のシャフト８周辺構造を示す断面図である。円筒形状のシャフト８の一端に円盤形状のサセプター６の裏面がその中心軸を一致するように取付けられ、さらにサセプター６のおもて面中央に基板５を載置する窪みがあり、窪みの中に基板５が載置されている。ヒーター７は環形であり、シャフト８が環の孔を通過するように配置されている。ヒーター７は２つあり、環径の大きいものがヒーター７ｂ、環径の小きいものがヒーター７ａである。ヒーター７ａから放射された電磁波は主としてサセプター６裏面に照射される。シャフト８にも一部の電磁波が照射されるが、シャフト８の表面積はサセプター６の表面積と比較し狭いうえ、回転機構や反応炉２に伝導により熱が逃げるので、サセプター６と比較してシャフト８の温度は低くなる。サセプター６の中央部はシャフト８に取付けられているので、サセプター６中央部からシャフト８に向かって熱伝導により熱が移動するため、サセプター６中央部は、その周辺と比較して温度が低い状態となる。
【０００９】
上記に説明した従来技術の気相成長装置の熱移動をシュミレーションした結果を図９に示す。図９は図８に示す反応炉２を、サセプター６中心を中心軸として、片断面を回転させた３次元モデルについてヒーター７投入電力およびガス流量などプロセス条件を入力した時の、熱流動解析結果である。
【００１０】
図９のシミュレーションに用いたサセプター６と基板５とのモデルの模式図を図１０に示す。図１０は円盤状のサセプター６のおもて面中央に円形の基板５ａが載置され、その周囲にサセプター６中心から６０度ずつ離れて６つの円形の基板５ｂが回転対称に載置されていることを表している。図９はサセプター６中心からの距離をＸ軸、温度をＹ軸とし、基板５ないしサセプター６の表面温度をプロットしたグラフである。図９のグラフから、サセプター６の中心で温度が低く、そこから距離０．０４まで温度が上昇してピークをとなり、そこより距離が遠くなると逆に温度が低下するのが見てとれる。この傾向はサセプター６の表面、基板５の表面のいずれでも同じである。基板５の表面の場合、面内温度差は約８℃である。サセプター６の中心温度が距離０．０４の温度と比較して低いのは、前述した通りシャフト８に熱が逃げるからである。また、距離０．０４が温度のピークとなるのは、サセプター６の中心の温度を上昇させるためサセプター６の中心付近により強く放射を当てるようにヒーター７ａを配置したためである。これにより、サセプター６のシャフト８との取付部付近の温度の低下はある程度緩和されるものの、逆にその周辺の距離０．０４付近の温度が高くなりすぎるという結果になる。以上、説明した通り、基板５の表面の温度を均一に保つことは難しい。
【００１１】
そのため、上記の問題を解決するために様々な工夫がなされている。
特開２００８−２５２１０６号公報（特許文献１）では、図１１に示すようにシャフト８に接近した位置にヒーター７ｃを配置し、シャフト８を高温に保つことで、サセプター６のシャフト８との取付部の温度低下を防いでいる。
【００１２】
また、特開２０００−３２３５５６号公報（特許文献２）では、サセプターと接触部材の熱伝導率をサセプターより低くすることで、サセプターに接触する部材からの熱の移動を防いでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−２５２１０６号公報（出願人/ビーコ）
【特許文献２】特開２０００−３２３５５６号公報（出願人/コマツ電子金属株式会社）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
特開２００８−２５２１０６号公報（特許文献１）では、サセプター加熱用ヒーターとは別に、シャフト加熱用ヒーターを必要とするため、構造が複雑になり、高コストになりやすく、信頼性の低下の原因ともなる。また、シャフトは回転半径が小さく表面積が狭いため、サセプターのシャフトとの取付部の温度低下を十分に防止するためには、シャフト上での放射照度を十分に大きくする必要がある。そのためにはシャフト加熱用ヒーターとして放射輝度／放射強度の高いヒーターを採用し、かつシャフトに近接させてヒーターを配置したり、ヒーターからの放射がシャフト上で集光し、シャフト上で高い放射照度となるよう配置したりする必要がある。そのため、サセプター加熱用ヒーターとシャフト加熱用ヒーターとでは配置すべき位置や要求される放射輝度／強度が全く異なるため、兼用することが困難であった。
【００１５】
また、特開２０００−３２３５５６号公報（特許文献２）では、部材同士が接触している限り、接触部の温度低下が全くなくなるとは考え難く、結局接触部付近では所望の結晶を得ることが難しい。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、被処理基板を保持するサセプターと、サセプターを支持しサセプターと一体して回転するシャフトと、前記被処理基板にガスを導入するガス導入部と、電磁波を放射しサセプターまたは被処理基板を加熱するヒーターと、を備えた気相成長装置において、シャフトには突起部であるガイド板が取付けられ、前記ガイド板に電磁波が照射される位置にヒーターが配置されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明は、前記ガイド板に電磁波が照射される位置に配置された前記ヒーターが前記サセプターまたは前記被処理基板に電磁波が照射される位置に設置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ガイド板に電磁波が照射される位置にヒーターが配置されているので、ガイド板がヒーターからの電磁波によって加熱される。また、ガイド板はシャフトに取付けられているので、ガイド板からシャフトに熱が移動しシャフトは高温となる。ガイド板はシャフトから突出する突起部であるので、その表面積をシャフトより広くすることができる。ヒーターからより広範囲の放射を受けることができるため、ヒーターによって直接シャフトを加熱する場合より放射照度を低くするこができ、放射強度または放射輝度の低いヒーターを使用することができる。シャフトが高温となるので、サセプターからシャフトに移動する熱が少なくなり、サセプターのシャフトとの取付部の温度が低下することが無く、サセプターの温度が均一となる。そのため、サセプターに保持された基板もまた表面温度が均一となる。表面温度が均一である基板に対しガス導入部から気相成長に必要なガスを導入すると、均一な品質の結晶が成長するので、均一な品質の薄膜を生成することができる。
【００１９】
本発明によれば、サセプターの加熱とシャフトの加熱とが１つのヒーターによって可能となる。気相成長装置の構造を単純にすることができるため、本発明の気相成長装置は製造コストを削減することができ、かつ故障率を低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例に係る反応炉の構成を模式的に示す断面図
【図２】実施例に係るサセプター、ガイド板、ヒーター周辺の構成を示す断面図
【図３】実施例のシミュレーション結果
【図４】シミュレーションに用いたサセプターと基板とのモデルの模式図
【図５】実施例に係るサセプター、ガイド板、ヒーター周辺の構成を示す断面図
【図６】本実施例に係る反応炉の構成を模式的に示す断面図
【図７】従来の気相成長装置の構成を模式的に示す断面図
【図８】従来技術の気相成長装置に係るサセプター、ガイド板、ヒーター周辺の構成を示す断面図
【図９】従来技術の気相成長装置のシミュレーション結果
【図１０】シミュレーションに用いたサセプターと基板とのモデルの模式図
【図１１】従来の反応炉の構成を模式的に示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施の形態について図１ないし図６に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、本発明の気相成長装置１の実施の形態である縦型シャワーヘッド型気相成長装置の反応炉２の断面の模式図である。
【００２３】
この気相成長装置１においては、反応炉外壁１５によって大気と隔離され気密状態を保持され成膜室４と、被処理基板５（以後、単に「基板」とも言う）を載置することによって基板５を保持するサセプター６と、前記基板５を加熱するヒーター７と、成膜室４内において基板５に向けて複数の原料ガスを供給するガス導入部３（シャワーへッド）と、によって、反応炉２を構成している。
【００２４】
ガス導入部には３には、（図示しない）ガス供給部９から原料ガスおよびキャリアガスを導入するための（図示しない）ガス配管１０が接続されており、反応炉２の下部には成膜室４内のガスを外部に排気するためのガス排出部１１が設置されており、ガス排出部１１は、（図示しない）パージライン１３を介して、排気されたガスを無害化するための（図示しない）排ガス処理装置１２に接続されている。
【００２５】
サセプター６は、基板５を保持する台である。一つのサセプター６に複数枚の基板５を載置して保持しても良い。図１においては、サセプター６は平面である基板５を載置する関係上、上面が平面であるものが望ましい。また、安定して回転させるためには、回転軸に対し回転対称であることが望ましく、一般的には円である。従って、サセプター６は円盤形状とすることが多い。基板５を複数枚、載置する場合は、サセプター６の回転運動の安定と成膜の均一性のため、前記回転軸に対し、回転対称に載置することが望ましい。また、上面に基板５を安定的に載置し固定するための窪み、ツメ、吸盤等の固定機構を設けてもよい。本実施の形態においては、サセプター６の基板５を載置する側の面をサセプター６の「おもて面」、その反対側の面を「裏面」と呼ぶ。
【００２６】
ガス導入部３は、サセプター６のおもて面に対向する位置に配置されている。これは、サセプター６のおもて面に載置された基板５に対しガスを供給するためである。
【００２７】
シャフト８はサセプター６を支持する部位である。また、サセプター６と一体として回転する部位であり、その回転半径はサセプター６より小さい。安定して回転させるためには、回転軸に対し回転対称であることが望ましく、一般的には円柱形状であり、その中心軸を回転軸とする。円柱の一端が、サセプター６の裏面の中心にその回転軸を一致するように取付けられ、他端は、図示しない回転機構に固定されている。なお、サセプター６とシャフト８との取付部に関しては熱伝導の低い素材を用いたり、必要とされる強度を確保しつつ可能なかぎり接触面積を小さくしたりする等の方法によってサセプター６とシャフト８との間の熱の移動量を少なくする取付方法を用いる方が望ましい。シャフト８には、回転機構から前記円柱形状の中心軸を中心とする回転運動が伝達され、回転可能する。さらに、前記回転運動をサセプター６に伝達することによってサセプター６を回転させることができる。
【００２８】
ガイド板１４とはシャフト８の両端の間（すなわち、回転機構とサセプター６との間）にあるシャフト８の周囲に取付けられた突起部である。ガイド板１４の回転半径はシャフト８の回転半径より大きく、ガイド板１４とサセプター６との間にあるシャフト８の部分は、その両側にあるガイド板１４、サセプター６のいずれよりも回転半径が小さい。ガイド板１４はシャフト８を安定して回転させるため、回転軸に対し回転対称の形状および配置位置であることが望ましく、図１においては円盤状の形状であるが、これのみならず、例えば、傘状、茶碗形状、星型、プロペラ形状等であっても良い。図１においては、ガイド板１４はヒーター７の上側にあるが、これに限定されず、ヒーター７の下側にあっても良い。また、ガイド板１４とサセプター６とを一体として構成し、ガイド板１４にシャフトを取付ける構成であっても良い。
【００２９】
本発明のヒーター７は、電磁波を放射する手段であって、前記電磁波が加熱対象に照射されることによって加熱対象を加熱するものである。電磁波としては、マイクロ波、赤外線、可視光線、紫外線等、様々は波長分布のものが考えられるが、加熱対象を適切に加熱できるものであればどのような電磁波であってもよく、また電磁波の発生方法としてもマグネトロン、電熱線、蛍光管、プラズマ発生器、ＬＥＤ、レーザ発振器等、どのようなものであっても良い。また、ヒーター７の形状としては、本実施の形態ではドーナツ形状を採用しているが、これに限定されるものではない。ヒーター７は１つだけでなく、複数であっても良い。ヒーター７からの放射が主としてサセプター６の裏面とガイド板１４とに対し照射する位置にヒーター７を配置する。ヒーター７は、基板５を加熱することを目的としているが、基板５のあるサセプター６のおもて面と対向する位置にはガス導入部３があるため、サセプター６のおもて面に対向する位置にヒーター７を設置することは難しい。そのため、サセプター６の裏面に対向する位置にヒーター７を設け、サセプター６に対し電磁波を放射し加熱する。基板５はサセプター６の上に載置されているので、伝導によってサセプター６から基板５に熱が伝わり、基板５は高温に保たれる。効率的にヒーター７からサセプター６に熱を伝えるため、ヒーター７からの電磁波を主に受けるサセプター６の表面については、前記電磁波を吸収しやすい素材ないし表面加工されたものを用いることが望ましい。また、サセプター６におもて面から裏面に通じる貫通孔を空け、サセプター６のおもて面側の貫通孔上に基板５を置き、サセプター６の裏面側からヒーター７で孔を通して基板５裏面に直接電磁波を当てることにより、基板５を直接加熱しても良い。
【００３０】
ヒーター７から放射される電磁波の一部はガイド板１４にも照射される。ヒーター７から放射される電磁波によってガイド板１４は加熱され、その熱がガイド板１４からシャフト８に伝導することにより、シャフト８の温度が高く保たれるので、サセプター６からシャフト８へと逃げる熱量を小さくなり、サセプター６のシャフト８との取付部（すなわちサセプター６の中央部）付近の温度の低下を防ぐことができる。効率的にヒーター７からガイド板１４に熱を伝えるため、ヒーター７からの電磁波を主に受けるガイド板１４の表面については、前記電磁波を吸収しやすい素材ないし表面加工されたものを用いることが望ましい。
【００３１】
基板５の主表面に薄膜を形成するときは、原料ガスを、ガス導入部３を介して、反応室へ導入する。基板５はヒーター７によって加熱されているので、被処理基板５上での成膜化学反応が促進されることになり、被処理基板５上に薄膜が形成される。被処理基板５上を通過したガスは、ガス排出部１１より排出される。
【実施例１】
【００３２】
本実施例の第一の特徴は、シャフト８からヒーター８とサセプター６との間にある空間に向かって突起部であるガイド板１４を設けたことにある。
【００３３】
本実施例の構造および熱移動を、本実施例のシャフト８周辺構造を示す断面図である図２を用いて説明する。図２に示すように本実施例の構造は、従来技術である図８の構成に対し、ガイド板１４を追加したものである。円筒形状のシャフト８の一端に円盤形状のサセプター６の裏面がその中心軸を一致するように取付けられ、さらにサセプター６のおもて面中央に基板５を載置する窪みがあり、窪みの中に基板５が載置されている。ヒーター７は環形であり、シャフト８が環の孔を通過するように配置されている。ヒーター７は２つあり、環径の大きいものがヒーター７ｂ、環径の小きいものがヒーター７ａである。ヒーター７ａから放射された電磁波は主としてサセプター６裏面とガイド板１４とに照射される。
【００３４】
ガイド板１４は、シャフト８の両端の間（すなわち、サセプター６に取付けられている一端と図示されない回転機構に固定されている他端との間）にあり、シャフト８の周囲に取付けられた突起である。図２の例では、ガイド板１４は円盤状である。ヒーター７ａから放射される電磁波の一部はガイド板１４に照射されるためのガイド板１４は加熱され、高温となる。ガイド板１４はシャフト８に取付けられているため、ガイド板１４からシャフト８に向けて熱伝導により熱が移動し、シャフト８の温度もまた図８の従来例と比較して高く保たれる。以上の作用は、ガイド板１４がシャフト８と比較して、表面積が広い、またはヒーター７ａにより近い、またはヒーターからの放射方向に対しその表面の法線が垂直に近いためである。そのため、ガイド板１４はシャフト８に比べてより多くの電磁波を吸収し、高温となることができる。なお、ガイド板１４の表面に前記電磁波をより吸収しやすくする表面加工ないし素材を用いることにより前記の作用はより大きくすることができる。以上の作用により、シャフト８の温度は高く保たれるため、サセプター６からシャフト８に移動する熱は少なくなり、サセプター６のシャフト８取付部付近の温度の低下がより小さくなり、サセプター６のおもて面および基板５表面の温度をより均一にすることができるようになる。
【００３５】
また、ガイド板１４をヒーターとサセプター６との間に配置することによって、ヒーターから放射された電磁波がガイド板１４に当たる分、サセプター６には当たらなくなる。そのため、サセプター６に当たる電磁波を減少させることができ、サセプター６のシャフト８との取付部付近の周囲の温度が高くなりすぎるのを防ぐことができる。
【００３６】
図２の構成の熱移動をシュミレーションした結果を図３に示す。図３のシミュレーションに用いたサセプター６と基板５とのモデルの模式図を図４に示す。図４は円盤状のサセプター６のおもて面中央に円形の基板５ａが載置され、その周囲にサセプター６中心軸から６０度ずつ離れて６つの円形の基板５ｂが回転対称に載置されていることを表している。図３はサセプター６の中心軸からの距離をＸ軸、温度をＹ軸とし、基板５ないしサセプター６の表面温度をプロットしたグラフである。図９と比較し、サセプター６の中心からの距離が０から０.０８までの温度の変化が小さくなっていることが判る。この傾向はサセプター６の表面、基板５の表面のいずれでも同じである。基板５の表面の場合、面内温度差が４℃以内であり、図９に示した従来技術温度と比較して温度が一定に近い状態となっているのが判る。
【００３７】
なお、ガイド板１４とシャフト８との取付部に関しては熱伝導の高い素材を用いたり、接触面積を大さくしたりする等の方法によってガイド板１４とシャフト８との間の熱の移動量を大きくする取付方法を用いる方が望ましい。
【００３８】
また、ガイド板１４はその形状や大きさが容易に変更可能なよう構成される方が望ましい。そのための方法としては、ネジ等の取り外し可能な締結手段によって形状や大きさの異なる他のガイド板１４と交換可能なように構成したり、ガイド板１４にさらに他のガイド板１４を取付けられるよう構成したり、ガイド板１４をあらかじめ切断ないし切削容易な素材または形状とする等の方法がある。その理由の１つは、ガイド板１４の最適な大きさや形状を、気相成長装置の稼動前に予測することが困難であるためである。ガス、サセプター６、ヒーター、ガイド板１４、サセプター６の回転速度、基板５などの様々な条件によって基板５の温度は変化する。そのため、設計時点で装置稼動時の基板５の表面温度を正確に予測することは困難であり、装置を稼動しながら現物合せでの試行錯誤が必要となる。ガイド板１４をその形状や大きさが容易に変更可能なよう構成しておけば、実際の稼動状態での基板５表面温度や本装置の生産物（化合物半導体結晶）を 観察した後に、ガイド板１４を容易に修正することができるので、ガイド板１４の最適な形状やサイズを容易に見つけることができ、最適な条件での実施が可能となる。
【００３９】
２つ目の理由は、１つの気相成長装置で様々な製品を生産するためである。成長させる結晶の組成、特性、厚さや、基板５のサイズや形状といった生産物に関する仕様や、基板５の配置位置、成膜室４に導入するガスの組成、求められる結晶成長速度、サセプター６の回転速度などの生産上の条件が変れば、それに伴い、上記結晶を均一に成長させるのに適切な基板５の温度や温度を一定に保たなければならない領域の形状や面積も異なる。従って、適切なガイド板１４の形状やサイズも製品毎に異なる。ガイド板１４を容易に変更可能なよう構成すると、１つの気相成長装置で各製品を生産するために最適なガイド板１４を適時選択できるようになるため、１つの気相成長装置で様々な種類の製品を均一な品質で生産可能となる。
【００４０】
サセプター６、シャフト８、ガイド板１４の熱伝導率について検討する。温度を一定に保ちたい場合、熱伝導率の高い素材、形態を用いることが好適である。本発明においては、基板５の温度を一定に保つため、少なくもとサセプター６の基板５と接触する部位の温度は可能なかぎり一定に保つ方が望ましい。従って、少なくもとサセプター６の基板５と接触する部位、通常はサセプター６全体について、熱伝導率の高い素材を用いるべきである。具体的には、８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましく、 素材の例としてはカーボン等を用いればよい。なお、カーボンの熱伝導率は一般的には１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である。
【００４１】
また、熱の移動を抑えて意図時に温度差を大きくしたい場合は、熱伝導率の低い素材を用いるべきである。本発明においては、サセプター６の熱がシャフト８を介して他に熱が移動することを防止するため、シャフト８や、シャフト８とサセプター６との取付部については熱伝導率の低い素材を用いるべきである。具体的には３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが好ましく、 素材の例としては石英等を用いればよく、少なくともサセプター６より熱伝導率の低い素材を用いる方が望ましい。なお、石英の熱伝導率は一般的には１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である。
【００４２】
また、ガイド板１４の熱伝導率は高い方が望ましい。ガイド板１４の熱伝導率が低いとガイド板１４から他に（主にシャフト８に）熱が逃げにくいので、ガイド板、特にシャフトから遠いガイド板の外周部は高温となる。この場合、ガイド板１４が接しているガスに対し移動する熱量と輻射で周囲に移動する熱量とが増え、結果としてガイド板１４からシャフト８に伝導で移動する熱量が減少する。このため、ガイド板１４の効果が小さくなる。従って、ガイド板１４の熱伝導率は高い方が望ましい。具体的には８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましく、 素材の例としてはカーボン等を用いればよい。なお、カーボンの熱伝導率は一般的には１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度である。
【実施例２】
【００４３】
シャフト上部8a（ガイド板１４とサセプター６との間にあるシャフト８の部位）とガイド板１４とサセプター６とを一体として構成し、ガイド板１４にシャフト下部8a（ガイド板１４と回転機構との間にあるシャフト８の部位）を取付ける構成であっても良い。本実施の形態の断面図を図５に示す。図５に示す形状とすることによって、ヒーター７ａから放射される電磁波の一部はガイド板１４に照射されるためのガイド板１４は加熱され、高温となる。ガイド板１４はシャフト８に取付けられているため、ガイド板１４からシャフト８に向けて熱伝導により熱が移動し、シャフト８の温度もまた図８の従来例と比較して高く保たれる。以上の作用は、ガイド板１４がシャフト８と比較して、表面積が広い、またはヒーター７ａにより近い、またはヒーターからの電磁放射方向に対しその表面の法線が垂直に近いためである。そのため、ガイド板１４はシャフト８に比べてより多くの電磁波を吸収し、高温となることができる。なお、ガイド板１４の表面に前記電磁波をより吸収しやすくする表面加工ないし素材を用いることにより前記の作用はより大きくすることができる。以上の作用により、シャフト８の温度は高く保たれるため、サセプター６からシャフト８に移動する熱は少なくなり、サセプター６のシャフト８取付部付近の温度の低下がより小さくなり、サセプター６のおもて面および基板５の表面の温度をより均一にすることができるようになる。また、本実施例の場合、ガイド板１４をサセプター６と一体として構成しているので、部品点数を減らすことができ、本発明の装置の製造コストの削減が可能である。
【実施例３】
【００４４】
図６に本実施例に係る反応炉の構成を模式的に示す断面図を示す。図６に示した反応炉
は、ガイド板の取付け位置が実施例１と異なること以外は実施例１と同じである。ガイド板１４をヒーター７の下側に（すなわち、サセプター１４の反対側に）配置されている。この場合、をヒーター７から上方に放射される電磁波がガイド板１４に遮蔽されることなくサセプター６に照射され、また、ヒーター７から下方に照射される電磁波がガイド板１４に照射されるので、下方に照射される電磁波を無駄なくサセプターおよびシャフトの加熱に用いることができるので、エネルギー効率が良い。
【符号の説明】
【００４５】
１ 気相成長装置
２ 反応炉
３ ガス導入部
４ 成膜室
５ 被処理基板
６ サセプター
７ ヒーター
８ シャフト
９ ガス供給部
１０ ガス配管
１１ ガス排出部
１２ 排ガス処理装置
１３ パージライン
１４ ガイド板
１５ 反応炉外壁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板を保持するサセプターと、サセプターを支持しサセプターと一体して回転するシャフトと、前記被処理基板にガスを導入するガス導入部と、電磁波を放射してサセプターまたは被処理基板を加熱するヒーターと、を備えた気相成長装置において、
シャフトには突起部であるガイド板が設けられ、前記ガイド板に電磁波が照射される位置にヒーターが配置されていることを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
前記ガイド板に電磁波が照射される位置に配置された前記ヒーターは前記サセプターまたは前記被処理基板に電磁波が照射される位置に設置されていることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
【請求項１】
被処理基板を保持するサセプターと、サセプターを支持しサセプターと一体して回転するシャフトと、前記被処理基板にガスを導入するガス導入部と、電磁波を放射してサセプターまたは被処理基板を加熱するヒーターと、を備えた気相成長装置において、
シャフトには突起部であるガイド板が設けられ、前記ガイド板に電磁波が照射される位置にヒーターが配置されていることを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
前記ガイド板に電磁波が照射される位置に配置された前記ヒーターは前記サセプターまたは前記被処理基板に電磁波が照射される位置に設置されていることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−３８１６（Ｐ２０１１−３８１６Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４７２９１（Ｐ２００９−１４７２９１）
【出願日】平成２１年６月２２日（２００９．６．２２）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２２日（２００９．６．２２）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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