気相成長装置
【課題】原料ガス中の酸素を効果的に除去することで、酸素濃度の少ないエピタキシャル膜を得ることができる気相成長装置を提供する。
【解決手段】気相成長装置１０は、原料ガスを供給する原料ガス供給部３と、原料ガス供給部と接続され、原料ガスを用いて基板に成膜するための反応室２と、酸素除去手段１とを有している。酸素除去手段１は、原料ガス供給部３と反応室２の少なくともいずれか一方に設けられ、固体電解質６を用いて原料ガスから酸素を除去する。
【解決手段】気相成長装置１０は、原料ガスを供給する原料ガス供給部３と、原料ガス供給部と接続され、原料ガスを用いて基板に成膜するための反応室２と、酸素除去手段１とを有している。酸素除去手段１は、原料ガス供給部３と反応室２の少なくともいずれか一方に設けられ、固体電解質６を用いて原料ガスから酸素を除去する。
【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】
基板などの処理対象物の表面にエピタキシャル膜を成膜するための装置の一つとして気相成長装置が知られている。気相成長装置によれば、原料ガスを基板が配置された反応室へ流し込み基板上に所望の膜を形成することができる。ここで原料ガス中や装置の配管内に不純物（例えば水分、酸素等）が含まれていると、それらが反応室内の雰囲気に混入してしまうおそれがある。結果として、基板に成膜しているエピタキシャル膜に酸素が混入してしまうため良好なエピタキシャル膜を得ることができなくなるおそれがある。
【０００３】
たとえば特開２００３−２２４０７９号公報（特許文献１）においては、気相成長装置の配管内に付着した水分を除去するために、配管の外側にテープヒータを巻きつけて配管の温度を１００℃以上２００℃以下に加熱することで水分を蒸発させて取除き、反応室内の雰囲気へ混入する水分量を低減することができる気相成長装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２２４０７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、気相成長装置は多数の複雑な形状をしている配管やバルブ等を有しているため、これらの箇所に対して上述のようなテープヒータを取付けることは困難であり、これらの箇所では水分を完全に除去するのは難しかった。
【０００６】
また配管を加熱することで除去された水分は、ガスの流れに乗って成長室を通過して排気される。その際、水分は反応室内の温度の低い領域などに再付着してしまうことがある。そのため、基板に成膜するときにエピタキシャル膜の中へ上記水分などに由来する酸素が取り込まれてしまい良好なエピタキシャル膜を形成することが難しかった。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、原料ガス中の酸素を効果的に除去することで、酸素濃度の少ないエピタキシャル膜を得ることができる気相成長装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る気相成長装置は、原料ガスを供給する原料ガス供給部と、原料ガス供給部と接続され、原料ガスを用いて基板に成膜するための反応室と、原料ガス供給部と反応室の少なくともいずれか一方に設けられ、固体電解質を用いて原料ガスから酸素を除去する酸素除去手段とを備えている。酸素除去手段は、原料ガス供給部と反応室の少なくともいずれか一方に設けられ、固体電解質を用いて原料ガスから酸素を除去する。
【０００９】
この気相成長装置によれば、原料ガス供給部および反応室の少なくともいずれか一方において、酸素を効率的に除去することができる。そのため、酸素濃度の少ないエピタキシャル膜を得ることが可能である。
【００１０】
より好ましくは、本発明に係る気相成長装置の原料ガス供給部は原料ガスを格納する原料ガス格納部と、原料ガス格納部と反応室とをつなぐ配管部とを含んでおり、酸素除去手段は配管部に設けられている。
【００１１】
この気相成長装置によれば、酸素除去手段は配管部に設けられているため、反応室内の構造を改造することなく酸素除去手段を設けることができる。そのため、比較的簡便に酸素を除去することが可能である。
【００１２】
より好ましくは、本発明に係る気相成長装置の反応室は基板を保持する基板保持面を有するサセプタを含み、酸素除去手段はサセプタの端部に設けられている。
【００１３】
この気相成長装置によれば、より基板に近い場所で酸素を除去することができるため、より酸素濃度の少ないエピタキシャル膜を得ることが可能である。
【００１４】
より好ましくは、本発明に係る気相成長装置の反応室は互いに間隔を隔てて配置され基板を保持する複数の小型サセプタを含み、酸素除去手段は複数の小型サセプタの間に設けられている。
【００１５】
この気相成長装置によれば、酸素除去手段が複数の小型サセプタの間に設けられているため、より基板に近い場所で酸素を除去することができる。そのため、より酸素濃度の少ないエピタキシャル膜を得ることが可能である。
【００１６】
より好ましくは、本発明に係る気相成長装置の反応室は基板を保持する基板保持面を有するサセプタを含み、酸素除去手段は反応室内での原料ガスの流通経路においてサセプタの直前に設けられている。
【００１７】
この気相成長装置によれば、酸素除去手段を可動部であるサセプタではなく動作部のない反応管に設けるので、酸素除去手段の取付が容易になる。
【００１８】
より好ましくは、本発明に係る気相成長装置は基板を加熱する熱源をさらに備え、酸素除去手段により原料ガスから酸素を除去するための熱エネルギーは、熱源から供給される。
【００１９】
この気相成長装置によれば、酸素除去手段に供給する熱源と、基板に供給する熱源を共通化することができるので、気相成長装置の構造がシンプルになる。
【００２０】
より好ましくは、酸素除去手段は筒状の固体電解質を含み、固体電解質の内側面および外側面の一方に正電極が設けられ、他方に負電極が設けられている。
【００２１】
この気相成長装置によれば、固体電解質の形状が筒状なので、たとえば固体電解質の内周側に原料ガスを流したときに、固体電解質の内周面に位置する電極にまんべんなく原料ガスを接触させることができる。そのため、より効率的に酸素を除去することできるので、より酸素濃度の少ないエピタキシャル膜を得ることが可能である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る気相成長装置は、原料ガス中の酸素を効果的に除去することで、酸素濃度の少ないエピタキシャル膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る気相成長装置を示す概念図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る気相成長装置を示す断面模式図である。
【図３】酸素除去手段の原理を示す概念模式図である。
【図４】酸素除去手段の構成の一例を示す概略平面図である。
【図５】酸素除去手段の構成の一例を示す概略断面図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る気相成長装置の一部を示す概略平面図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る気相成長装置の一部を示す概略断面図である。
【図８】本発明の実施の形態４に係る気相成長装置の一部を示す概略平面図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係る気相成長装置の一部を示す概略断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態５に係る気相成長装置の一部を示す概略平面図である。
【図１１】本発明の実施の形態５に係る気相成長装置の一部を示す概略断面図である。
【図１２】本発明に係る気相成長装置の一部を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明については繰り返さない。
【００２５】
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１の構成について図１を用いて説明する。図１に示すように、気相成長装置１０は、原料ガス供給部３と、反応室２と、酸素除去手段１とを主に有している。原料ガス供給部３は、基板に形成される膜の原料を供給する部分である。反応室２は、原料ガス供給部３と接続されている。反応室２は、基板が配置され、原料ガス供給部３から供給された原料ガスを用いて所望の膜を基板に形成する部分である。酸素除去手段１は固体電解質を用いて酸素を除去する部分である。酸素除去手段１は反応室２および原料ガス供給部３の少なくともいずれかに設けられている。言い換えれば、酸素除去手段１は反応室２および原料ガス供給部３のどちらか一方だけに設けられていても良いし、双方に設けられていても良い。実施の形態１の気相成長装置１０によれば、原料ガスから酸素を効果的に除去できるので、酸素濃度の少ないエピタキシャル膜を得ることが可能である。
【００２６】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２の構成について図２を用いて説明する。
【００２７】
図２に示すように、気相成長装置１０は、原料ガス供給部３と、反応室２と、酸素除去手段１とを主に有している。また、酸素除去手段１は原料ガス供給部３に設けられている。反応室２は、サセプタ２０と、ヒータ２３と、反応管２４と、リング部２５、２６と、架台２７と、サセプタガイド２８と、サセプタホルダ２９と、回転軸３０と、ジョイント３１と、モータ３２とを主に有している。サセプタ２０は基板を保持しつつヒータ２３からの熱を基板に伝達する部分である。ヒータ２３は、基板を加熱して原料ガスを用いて基板に成膜するために設けられている。ヒータの設定温度はたとえば１０００℃程度である。
【００２８】
具体的には、反応管２４の底壁には開口部が形成されている。当該開口部には図２に示すようにサセプタ２０が配置されている。また、反応管２４の底壁下には、リング部２５が配置されている。リング部２５にはリング部開口部が形成されており、当該リング部開口部の内周面に摺動可能に接触するように環状のリング部２６が配置されている。反応管２４の底壁に形成された開口部が、上記リング部開口部と平面的に重なるように、反応管２４とリング部２５とは位置決めされる。開口部および上記リング部開口部の平面形状は例えば円形状である。
【００２９】
リング部２６は、リング部２５に形成されたリング部開口部の内周面に沿って延びる側壁部と、当該側壁部の端部（上端部）において内周側に突出するフランジ部とを含む。リング部２６の内周側にはサセプタガイド２８が配置されている。サセプタガイド２８の外周部は、リング部２６のフランジ部における下部表面および側壁部の内周表面に接触して固定されている。サセプタガイド２８の形状は環状であって、その下部表面には環状の溝が形成されている。また、サセプタガイド２８の下には架台２７が配置されている。架台２７には環状に延びる凸部が形成されている。当該凸部は上記サセプタガイド２８の下部表面の溝に嵌め込まれた状態になっている。このようにサセプタガイド２８の溝に架台２７の凸部が嵌め込まれた状態となることで、サセプタガイド２８が架台２７に対して位置決めされている。
【００３０】
サセプタガイド２８の上部表面上には、サセプタホルダ２９が配置されている。サセプタホルダ２９の平面形状は環状（たとえば円環状）である。サセプタガイド２８の内周側に形成された開口部の幅（直径）より、サセプタホルダ２９の内周側に形成された開口部の幅（直径）の方が小さくなっている。
【００３１】
そして、サセプタホルダ２９の内周側の開口部を塞ぐようにサセプタ２０が配置されている。サセプタ２０の外周部がサセプタホルダ２９上に重なるように、サセプタ２０の配置は決定されている。サセプタ２０は、反応管２４の開口部内部に配置された状態となっている。異なる観点から言えば、反応管２４の底壁はリング部２５上からサセプタホルダ２９と部分的に重なる位置にまで延在している。また異なる観点から言えば、底壁に形成された開口部の内周側壁は、サセプタホルダ２９上に位置する。
【００３２】
サセプタ２０の下部表面における中央部には、回転軸３０が接続されている。回転軸３０はジョイント３１を介してモータ３２に接続されている。モータ３２が駆動することにより、回転軸３０が回転する。その結果、サセプタ２０は回転軸３０を中心として回転する。サセプタ２０、サセプタホルダ２９、サセプタガイド２８およびリング部２６は互いに気密に接続され、サセプタ２０とサセプタホルダ２９が一体となって回転する。なお、サセプタガイド２８とサセプタホルダ２９とは摺動可能に接続されている。
【００３３】
サセプタ２０の下部（回転軸３０が接続された側）には、ヒータ２３が配置されている。ヒータ２３は、サセプタガイド２８の開口部の内周側に配置されている。
【００３４】
反応管２４は原料ガスＧ１が流入する部分である。リング部２５、２６はサセプタガイド２８を取り囲むように設けられている。リング部２５、２６は、基板が設けられている側の空間と基板が設けられていない側（すなわちヒータ２３が設けられている側）の空間の間をシールする。すなわち、基板が設けられている空間には原料ガス供給部から原料ガスＧ１が供給されて反応室２の反応管２４へ流入する。一方、基板が設けられていない空間には、水素ガス供給部から水素ガスＧ２が供給されてくる。原料ガスＧ１と水素ガスＧ２とが混合しないようにリング部２５、２６でシールしている。
【００３５】
具体的には、リング部２５のリング部開口部の内周面に対向するように、リング部２６の側壁部外周面が配置されている。リング部２６はリング部２５のリング部開口部の内周面に沿って摺動可能となっているが、リング部２６の側壁部外周面とリング部２５のリング部開口部の内周面との間の隙間は極めて小さく設定されている。また、リング部２６の側壁部は、図２のリング開口部の内周面に沿った方向における長さが十分長くなるように形成されていることから、当該リング部２５とリング部２６との間の隙間は十分な気密性を有する。
【００３６】
リング部２５は、たとえばニッケルから作られていても良いし、モリブデン、炭化珪素またはカーボンから作られていても良い。リング部２６の材料としては、セルメット（登録商標）などの金属多孔質を用いることができる。好ましくは、金属多孔質は、ニッケル、クロム、鉄、銅、ステンレス銅、マンガン、モリブデン、タングステン、チタンおよびアルミニウムの少なくともいずれかを含有する。より好ましくは、金属多孔質は、ニッケル、クロム、鉄、銅、ステンレス銅、マンガン、モリブデン、タングステン、チタン、およびアルミニウムのうち、いずれか１つの元素を有する金属、または複数の元素を有する合金である。なお、原料ガスがアンモニアなどの腐食性ガスを含む場合は、上記元素のうち銅およびアルミニウムの使用を避けることが好ましい。
【００３７】
次に、本発明の実施の形態２の作用効果について説明する。
本実施の形態２に係る気相成長装置１０によれば、酸素除去手段１が原料ガス供給部３と反応室２とを繋ぐ配管部に設けられているため、反応室２内の構造を改造することなく簡易に原料ガスから酸素を除去することができ、酸素濃度の少ないエピタキシャル膜を得ることが可能である。
【００３８】
次に、酸素除去手段が酸素を除去する原理について図３を用いて説明する。
酸素除去手段１は、固体電解質６と、正電極７と、負電極８とを主に有する。酸素除去手段１は、固体電解質６の一方の表面に正電極７が設けられ、他方の表面に負電極８が設けられている。正電極７と負電極８との間に電源を接続し、電圧を印加した状態で正電極７側に酸素を含んだ原料ガスＧ１が流れてくると、酸素は還元されて酸素イオン（Ｏ２−）になる。その酸素イオンが負電極８側へ移動し、負電極８側に供給されている水素ガスと反応して水が生成される。これはいわゆる酸素と水素を使って電気を起こす燃料電池と同様の原理である。
【００３９】
固体電解質６の材料としては、たとえばＺｒＯ２系セラミック、ＬａＧａＯ３系セラミック、ＣｅＯ２系セラミック、ＳｒＣｅＯ３系セラミックおよびＣａＺｒＯ３系セラミック等が挙げられる。固体電解質６の厚みは、たとえば２ｍｍ〜８ｍｍの範囲とすることができる。正電極７の材料としては、ＬＳＭ（ランタンストロンチウムマグネート）、ＬＳＣＦ（ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物）およびＢＳＣＦ（バリウムストロンチウムコバルト鉄酸化物）などが挙げられる。負電極８の材料としては、ニッケル、あるいは、ニッケルとＺｒＯ２系セラミックス等との複合体が挙げられる。正電極７および負電極８の厚みとしては、共に１００ｕｍ〜４００ｕｍの範囲内とすることができる。固体電解質６には酸素と親和性の強い材料（たとえばチタン）をゲッター材として混ぜたものを使用してもよい。
【００４０】
酸素除去手段１により酸素を除去するためには、固体電解質６を、たとえば６００℃以上の高温に保つことが必要である。あるいは、正電極７と負電極８の間に電源９を設けて両者の間に電流を流すことで酸素を除去するためのドライビングフォースを与えることが可能である。
【００４１】
次に、酸素除去手段１の具体例について図４および図５を用いて説明する。酸素除去手段１は、固体電解質６と、正電極７と、負電極８と、内壁部材と、外槽とを備える。固体電解質６は、筒状の形状をしており、たとえば円筒状である。また、断面が多角形状の筒でも良い。固体電解質６の内側面には筒状の固体電解質６の内側面の形状に沿うようにして筒状の正電極７が設けられる。また固体電解質６の外側面には筒状の固体電解質６の外側面の形状に沿うようにして負電極８が設けられている。外槽の内部には、外槽の内周表面と間隔を隔てて負電極側空間１２を形成するように内壁部材が配置されている。内壁部材には、正電極７および負電極８が設けられた固体電解質６が固定されている。負電極８が負電極側空間１２に露出するように、固体電解質６は内壁部材に固定されている。また、内壁部材の内周側に露出するように正電極７は配置されている。つまり、内壁部材の内周側の空間は正電極側空間１１となっている。外槽の上方端部には配管５３が接続されている。配管５３は負電極側空間１２につながるように形成されている。また、外槽の上部壁には配管５１、５２が接続されている。配管５１、５２は正電極側空間１１につながるように形成されている。正電極側空間１１の内部において、外槽の上部壁から配管５１の先端部までの距離は、上部壁から配管５２の先端部までの距離より短くなっている。また、外槽の中央部から見て配管５３が接続された部分と反対側の端部（図５における外槽の右側下方端部）には配管５４が接続されている。配管５４は負電極側空間１２につながるように形成されている。水素ガスＧ２は、配管５３を通じて負電極側空間１２に供給され、負電極側空間１２を通過して配管５４を通じて酸素除去手段１から排出される。正電極７と負電極８との間に電圧が印加された状態で、酸素を含む原料ガスＧ１は配管５１を通じて供給されて、正電極側空間１１を通過して、配管５２を通じて酸素除去手段１から排出される。酸素を含む原料ガスＧ１が正電極側空間１１に入ったときに、酸素が正電極７側で還元されて酸素イオン（Ｏ２−）になる。酸素イオンは固体電解質６を通じて負電極８側に移動して、負電極８側で水素と反応して水になる。このようにして酸素を含む原料ガスから酸素が除去される。また負電極側で生成した水は水素ガスＧ２とともに配管５４を通じて酸素除去手段１から排出される。
【００４２】
上述のように、正電極側空間１１は、正電極７が露出して設けられている空間であり、酸素ガスを含む原料ガスＧ１が通過する部分である。負電極側空間１２は負電極８が露出して設けられている部分であり、水素ガスＧ２が通過する部分である。
【００４３】
なお、正電極７と負電極８の位置を反対にすることも可能であるが、その場合でも、正電極７が露出している正電極側空間１１に酸素を含む原料ガスＧ１が通過し、負電極８が露出している負電極側空間１２には水素ガスＧ２が通過する。
【００４４】
次に、酸素除去手段１の作用効果について説明する。
酸素除去手段１を使用すれば、正電極側空間１１に流入するガスＧ１から酸素を効果的に除去することが可能である。
【００４５】
なお、本明細書では主に気相成長装置における原料ガスから酸素を除去する手段として本発明を使用することを説明するが、気相成長装置以外にも適用が可能である。たとえば酸素を含むガスから酸素を除去してガスの純度を高めるような精製装置としても本発明による酸素除去手段１を用いることができる。
【００４６】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３に係る気相成長装置１０の構成について、図６および図７を用いて説明する。気相成長装置１０の反応室は基板を保持する基板保持面２２を有するサセプタ２０を含み、酸素除去手段１はサセプタ２０の端部に設けられている。サセプタ２０は図６に示した方向からみると略円形である。ここでサセプタ２０の端部とは円の外周側の端部のことである。基板保持面２２は、サセプタ２０に設けられ基板を保持する面である。
【００４７】
サセプタ２０の端部（外周部）に設けられた酸素除去手段１は、基本的に上述した固体電解質６と正電極７と負電極８とにより構成されている。具体的には、サセプタ２０の外周部に負電極８が配置されている。負電極８はサセプタ２０の端面の下部（裏面側）上に配置され、サセプタ２０の外周を周回するように環状に形成されている。そして、サセプタ２０の端面上において、負電極８と接触するように固体電解質６が形成されている。固体電解質６も、サセプタ２０の外周を周回するように環状に形成されている。なお、固体電解質６を、複数の固体電解質部分を連結することで構成してもよい。そして、サセプタ２０の上部表面（基板保持面２２が形成された面）の外周端部から固体電解質６の外周面上を介してサセプタ２０の裏面側にまで延在するように、正電極７が形成されている。正電極７は固体電解質６と接触しているとともに、負電極８とも接触している。つまり、図７に示した負電極８と正電極７とが直接的に対向配置された部分（サセプタ２０の外周端部における裏面側）では、負電極８と正電極７とが直接接触している。なお、負電極８と正電極７との間に外部から電圧を印加する場合には、負電極８と正電極７とが直接的に対向する部分には絶縁部材を配置し、負電極８と正電極７とが直接接触する（短絡する）ことを防止することが好ましい。
【００４８】
酸素除去手段１は、図６に示すようにサセプタ２０の外周を全て囲うように設けられているのが好ましい。これにより、より広い面積にわたり酸素を除去することが可能になる。また、酸素除去手段１は、サセプタ２０の端部に間欠的に設けることもできるし、サセプタの端部の一箇所に設けることもできる。これにより、酸素除去手段１の構造が比較的シンプルになる。
【００４９】
なお、図６および図７に示した酸素除去手段１により原料ガス中の酸素を除去する具体的な方法については後述する。
【００５０】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４に係る気相成長装置１０の構成について、図８および図９を用いて説明する。気相成長装置１０の反応室２は互いに間隔を隔てて配置され基板を保持する複数の小型サセプタ２１を有し、酸素除去手段１は複数の小型サセプタ２１の間に設けられている。酸素除去手段１は、図８に示すように複数の小型サセプタ２１の全ての外周を囲うように設けられているのが好ましい。これにより、広い領域で酸素を除去することが可能である。また、酸素除去手段１は、たとえばの２つの小型サセプタ２１を連結するように設けることもできる。これにより、２つの小型サセプタを固定することで強度を高めることが可能になる。さらに、酸素除去手段１は、２つの小型サセプタの外周と接することなく設けられていても構わない。また、酸素除去手段１は、それぞれの小型サセプタ２１の外周を囲うように設けられ、それぞれの酸素除去手段１は接していないように設けることもできる。これにより、それぞれの小型サセプタ２１の強度を補強しつつ、基板の直前で効率的に酸素を除去することが可能である。
【００５１】
ここで、図８および図９に示した気相成長装置では、複数の小型サセプタ２１が、酸素除去手段１に形成された開口部に嵌め込まれた状態になっている。具体的には、平面形状が円形状であって複数の開口部が形成された固体電解質６の、当該開口部のそれぞれに小型サセプタ２１が配置されている。固体電解質６の一方の表面（図９に示した固体電解質６の下部表面）を覆うように、負電極８が形成されている。また、固体電解質６の他方の表面（図９に示した固体電解質６の上部表面を覆うとともに、固体電解質６の外周端面上にまで延在するように正電極７が形成されている。正電極７の外周端部は負電極８の端部と接触している。なお、負電極８と正電極７との間に外部から電圧を印加する場合には、負電極８と正電極７とが直接的に対向する部分には絶縁部材を配置し、負電極８と正電極７とが直接接触する（短絡する）ことを防止することが好ましい。
【００５２】
（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５に係る気相成長装置１０の構成について、図１０および図１１を用いて説明する。酸素除去手段１は、原料ガスの供給経路においてサセプタ２０の直前に設けられている。より具体的には、原料ガスＧ１は紙面の左から右へ流れていく。酸素除去手段１は、サセプタ２０の左側に位置する反応管２４の端部付近に設けられている。
【００５３】
具体的には、気相成長装置の反応管２４の底面において、サセプタ２０が配置された開口部に隣接して酸素除去手段１が配置されている。酸素除去手段１は、基本的に上述した固体電解質６と正電極７と負電極８とにより構成されている。酸素除去手段１は、反応管２４の底面に形成された凹部の内部に配置されている。当該凹部は、サセプタ２０が配置された開口部に対して、原料ガスＧ１の流通方向における上流側に配置されている。凹部の底部を覆うように負電極８が形成されている。負電極８の平面形状は、基本的に凹部の平面形状と同様である。そして、凹部の平面形状は、図１０に示すように四角形の一辺が内周側に凹んだ曲線とった形状である。当該曲線は、サセプタ２０の外周形状に沿ったものとなっている。
【００５４】
そして、負電極８上に固体電解質６が配置されている。なお、固体電解質６においてサセプタ２０に近い側の端面の位置は、上記凹部の側面との間に間隙を形成するように、側面から離れた位置となっている。そして、正電極７は固体電解質６の上部表面を覆うとともに、固体電解質６のサセプタ２０に近い側の端面上にまで延在するように形成されている。なお、正電極７のうち固体電解質６の端面上に位置する部分は、その外周部が凹部の側面に接触している。また、正電極７の端部（固体電解質６の端面上に延在した部分における負電極８側の端部）は、負電極８と接触している。なお、負電極８と正電極７との間に外部から電圧を印加する場合には、負電極８と正電極７とが直接的に対向する部分には絶縁部材を配置し、負電極８と正電極７とが直接接触する（短絡する）ことを防止することが好ましい。
【００５５】
そして、凹部の底部では、負電極８下に水素ガスＧ２を流通させるためのガス流通室が形成されている。当該ガス流通室には、反応管２４の下側の空間（水素ガスＧ２が供給される空間）とガス流通室とをつなぐ２本の配管が接続されている。なお、配管は２本に限らず、３本以上の複数本としてもよい。
【００５６】
酸素除去手段１を可動部であるサセプタ２０ではなく動作部のない反応管２４に設けるので、酸素除去手段１の取付が容易になる。また、酸素除去手段１は、サセプタ２０の外周部に沿って円板状のサセプタ２０の半円を取り囲むように設けられている。これにより、基板の直前で酸素を効率良く除去することが可能である。また、酸素除去手段１は反応管２４に間欠的に複数設けても良いし、反応管２４の一部に設けても良い。これにより、酸素除去手段１の構造が比較的シンプルになる。
【００５７】
次に、図６〜図１１に示した酸素除去手段１を加熱する方法について図１２を用いて説明する。
【００５８】
上述したように、固体電解質６を用いて酸素を除去するためには酸素除去手段１の温度を一定の温度以上にするか、あるいは、正電極７と負電極８の間に電源９を設けて両者の間に電流を流すことで酸素を除去するためのドライビングフォースを与えることが必要である。
【００５９】
酸素除去手段１を加熱する場合、ヒータ２３等の外部熱源により加熱することができる。酸素除去手段１を基板の近くに配置する場合、基板を加熱するヒータ２３を用いて、酸素除去手段１を加熱することが可能である。図１２に示すように、ヒータ２３の熱がたとえば輻射Ｒ１により基板に伝達し、同じヒータ２３から出た熱がたとえば輻射Ｒ２により酸素除去手段１に伝達する。このような気相成長装置１０によれば、酸素除去手段１用の電源が不要となり、かつ酸素除去手段１を加熱する熱源と基板を加熱する熱源を共通化できるので、装置の構造がシンプルになる。
【００６０】
今回開示された実施の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特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、気相成長装置に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１ 酸素除去手段、２ 反応室、３ 原料ガス供給部、４ 原料ガス格納部、５ 配管部、６ 固体電解質、７ 正電極、８ 負電極、９ 電源、１０ 気相成長装置、１１ 正電極側空間、１２ 負電極側空間、２０ サセプタ、２１ 小型サセプタ、２２ 基板保持面、２３ ヒータ、２４ 反応管、２５，２６ リング部、２７ 架台、２８ サセプタガイド、２９ サセプタホルダ、３０ 回転軸、３１ ジョイント、３２ モータ、５１，５２，５３，５４ 配管、Ｇ１ 酸素を含む原料ガス、Ｇ２ 水素ガス。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板などの処理対象物の表面にエピタキシャル膜を成膜するための装置の一つとして気相成長装置が知られている。気相成長装置によれば、原料ガスを基板が配置された反応室へ流し込み基板上に所望の膜を形成することができる。ここで原料ガス中や装置の配管内に不純物（例えば水分、酸素等）が含まれていると、それらが反応室内の雰囲気に混入してしまうおそれがある。結果として、基板に成膜しているエピタキシャル膜に酸素が混入してしまうため良好なエピタキシャル膜を得ることができなくなるおそれがある。
【０００３】
たとえば特開２００３−２２４０７９号公報（特許文献１）においては、気相成長装置の配管内に付着した水分を除去するために、配管の外側にテープヒータを巻きつけて配管の温度を１００℃以上２００℃以下に加熱することで水分を蒸発させて取除き、反応室内の雰囲気へ混入する水分量を低減することができる気相成長装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２２４０７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、気相成長装置は多数の複雑な形状をしている配管やバルブ等を有しているため、これらの箇所に対して上述のようなテープヒータを取付けることは困難であり、これらの箇所では水分を完全に除去するのは難しかった。
【０００６】
また配管を加熱することで除去された水分は、ガスの流れに乗って成長室を通過して排気される。その際、水分は反応室内の温度の低い領域などに再付着してしまうことがある。そのため、基板に成膜するときにエピタキシャル膜の中へ上記水分などに由来する酸素が取り込まれてしまい良好なエピタキシャル膜を形成することが難しかった。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、原料ガス中の酸素を効果的に除去することで、酸素濃度の少ないエピタキシャル膜を得ることができる気相成長装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る気相成長装置は、原料ガスを供給する原料ガス供給部と、原料ガス供給部と接続され、原料ガスを用いて基板に成膜するための反応室と、原料ガス供給部と反応室の少なくともいずれか一方に設けられ、固体電解質を用いて原料ガスから酸素を除去する酸素除去手段とを備えている。酸素除去手段は、原料ガス供給部と反応室の少なくともいずれか一方に設けられ、固体電解質を用いて原料ガスから酸素を除去する。
【０００９】
この気相成長装置によれば、原料ガス供給部および反応室の少なくともいずれか一方において、酸素を効率的に除去することができる。そのため、酸素濃度の少ないエピタキシャル膜を得ることが可能である。
【００１０】
より好ましくは、本発明に係る気相成長装置の原料ガス供給部は原料ガスを格納する原料ガス格納部と、原料ガス格納部と反応室とをつなぐ配管部とを含んでおり、酸素除去手段は配管部に設けられている。
【００１１】
この気相成長装置によれば、酸素除去手段は配管部に設けられているため、反応室内の構造を改造することなく酸素除去手段を設けることができる。そのため、比較的簡便に酸素を除去することが可能である。
【００１２】
より好ましくは、本発明に係る気相成長装置の反応室は基板を保持する基板保持面を有するサセプタを含み、酸素除去手段はサセプタの端部に設けられている。
【００１３】
この気相成長装置によれば、より基板に近い場所で酸素を除去することができるため、より酸素濃度の少ないエピタキシャル膜を得ることが可能である。
【００１４】
より好ましくは、本発明に係る気相成長装置の反応室は互いに間隔を隔てて配置され基板を保持する複数の小型サセプタを含み、酸素除去手段は複数の小型サセプタの間に設けられている。
【００１５】
この気相成長装置によれば、酸素除去手段が複数の小型サセプタの間に設けられているため、より基板に近い場所で酸素を除去することができる。そのため、より酸素濃度の少ないエピタキシャル膜を得ることが可能である。
【００１６】
より好ましくは、本発明に係る気相成長装置の反応室は基板を保持する基板保持面を有するサセプタを含み、酸素除去手段は反応室内での原料ガスの流通経路においてサセプタの直前に設けられている。
【００１７】
この気相成長装置によれば、酸素除去手段を可動部であるサセプタではなく動作部のない反応管に設けるので、酸素除去手段の取付が容易になる。
【００１８】
より好ましくは、本発明に係る気相成長装置は基板を加熱する熱源をさらに備え、酸素除去手段により原料ガスから酸素を除去するための熱エネルギーは、熱源から供給される。
【００１９】
この気相成長装置によれば、酸素除去手段に供給する熱源と、基板に供給する熱源を共通化することができるので、気相成長装置の構造がシンプルになる。
【００２０】
より好ましくは、酸素除去手段は筒状の固体電解質を含み、固体電解質の内側面および外側面の一方に正電極が設けられ、他方に負電極が設けられている。
【００２１】
この気相成長装置によれば、固体電解質の形状が筒状なので、たとえば固体電解質の内周側に原料ガスを流したときに、固体電解質の内周面に位置する電極にまんべんなく原料ガスを接触させることができる。そのため、より効率的に酸素を除去することできるので、より酸素濃度の少ないエピタキシャル膜を得ることが可能である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る気相成長装置は、原料ガス中の酸素を効果的に除去することで、酸素濃度の少ないエピタキシャル膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る気相成長装置を示す概念図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る気相成長装置を示す断面模式図である。
【図３】酸素除去手段の原理を示す概念模式図である。
【図４】酸素除去手段の構成の一例を示す概略平面図である。
【図５】酸素除去手段の構成の一例を示す概略断面図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る気相成長装置の一部を示す概略平面図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る気相成長装置の一部を示す概略断面図である。
【図８】本発明の実施の形態４に係る気相成長装置の一部を示す概略平面図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係る気相成長装置の一部を示す概略断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態５に係る気相成長装置の一部を示す概略平面図である。
【図１１】本発明の実施の形態５に係る気相成長装置の一部を示す概略断面図である。
【図１２】本発明に係る気相成長装置の一部を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明については繰り返さない。
【００２５】
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１の構成について図１を用いて説明する。図１に示すように、気相成長装置１０は、原料ガス供給部３と、反応室２と、酸素除去手段１とを主に有している。原料ガス供給部３は、基板に形成される膜の原料を供給する部分である。反応室２は、原料ガス供給部３と接続されている。反応室２は、基板が配置され、原料ガス供給部３から供給された原料ガスを用いて所望の膜を基板に形成する部分である。酸素除去手段１は固体電解質を用いて酸素を除去する部分である。酸素除去手段１は反応室２および原料ガス供給部３の少なくともいずれかに設けられている。言い換えれば、酸素除去手段１は反応室２および原料ガス供給部３のどちらか一方だけに設けられていても良いし、双方に設けられていても良い。実施の形態１の気相成長装置１０によれば、原料ガスから酸素を効果的に除去できるので、酸素濃度の少ないエピタキシャル膜を得ることが可能である。
【００２６】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２の構成について図２を用いて説明する。
【００２７】
図２に示すように、気相成長装置１０は、原料ガス供給部３と、反応室２と、酸素除去手段１とを主に有している。また、酸素除去手段１は原料ガス供給部３に設けられている。反応室２は、サセプタ２０と、ヒータ２３と、反応管２４と、リング部２５、２６と、架台２７と、サセプタガイド２８と、サセプタホルダ２９と、回転軸３０と、ジョイント３１と、モータ３２とを主に有している。サセプタ２０は基板を保持しつつヒータ２３からの熱を基板に伝達する部分である。ヒータ２３は、基板を加熱して原料ガスを用いて基板に成膜するために設けられている。ヒータの設定温度はたとえば１０００℃程度である。
【００２８】
具体的には、反応管２４の底壁には開口部が形成されている。当該開口部には図２に示すようにサセプタ２０が配置されている。また、反応管２４の底壁下には、リング部２５が配置されている。リング部２５にはリング部開口部が形成されており、当該リング部開口部の内周面に摺動可能に接触するように環状のリング部２６が配置されている。反応管２４の底壁に形成された開口部が、上記リング部開口部と平面的に重なるように、反応管２４とリング部２５とは位置決めされる。開口部および上記リング部開口部の平面形状は例えば円形状である。
【００２９】
リング部２６は、リング部２５に形成されたリング部開口部の内周面に沿って延びる側壁部と、当該側壁部の端部（上端部）において内周側に突出するフランジ部とを含む。リング部２６の内周側にはサセプタガイド２８が配置されている。サセプタガイド２８の外周部は、リング部２６のフランジ部における下部表面および側壁部の内周表面に接触して固定されている。サセプタガイド２８の形状は環状であって、その下部表面には環状の溝が形成されている。また、サセプタガイド２８の下には架台２７が配置されている。架台２７には環状に延びる凸部が形成されている。当該凸部は上記サセプタガイド２８の下部表面の溝に嵌め込まれた状態になっている。このようにサセプタガイド２８の溝に架台２７の凸部が嵌め込まれた状態となることで、サセプタガイド２８が架台２７に対して位置決めされている。
【００３０】
サセプタガイド２８の上部表面上には、サセプタホルダ２９が配置されている。サセプタホルダ２９の平面形状は環状（たとえば円環状）である。サセプタガイド２８の内周側に形成された開口部の幅（直径）より、サセプタホルダ２９の内周側に形成された開口部の幅（直径）の方が小さくなっている。
【００３１】
そして、サセプタホルダ２９の内周側の開口部を塞ぐようにサセプタ２０が配置されている。サセプタ２０の外周部がサセプタホルダ２９上に重なるように、サセプタ２０の配置は決定されている。サセプタ２０は、反応管２４の開口部内部に配置された状態となっている。異なる観点から言えば、反応管２４の底壁はリング部２５上からサセプタホルダ２９と部分的に重なる位置にまで延在している。また異なる観点から言えば、底壁に形成された開口部の内周側壁は、サセプタホルダ２９上に位置する。
【００３２】
サセプタ２０の下部表面における中央部には、回転軸３０が接続されている。回転軸３０はジョイント３１を介してモータ３２に接続されている。モータ３２が駆動することにより、回転軸３０が回転する。その結果、サセプタ２０は回転軸３０を中心として回転する。サセプタ２０、サセプタホルダ２９、サセプタガイド２８およびリング部２６は互いに気密に接続され、サセプタ２０とサセプタホルダ２９が一体となって回転する。なお、サセプタガイド２８とサセプタホルダ２９とは摺動可能に接続されている。
【００３３】
サセプタ２０の下部（回転軸３０が接続された側）には、ヒータ２３が配置されている。ヒータ２３は、サセプタガイド２８の開口部の内周側に配置されている。
【００３４】
反応管２４は原料ガスＧ１が流入する部分である。リング部２５、２６はサセプタガイド２８を取り囲むように設けられている。リング部２５、２６は、基板が設けられている側の空間と基板が設けられていない側（すなわちヒータ２３が設けられている側）の空間の間をシールする。すなわち、基板が設けられている空間には原料ガス供給部から原料ガスＧ１が供給されて反応室２の反応管２４へ流入する。一方、基板が設けられていない空間には、水素ガス供給部から水素ガスＧ２が供給されてくる。原料ガスＧ１と水素ガスＧ２とが混合しないようにリング部２５、２６でシールしている。
【００３５】
具体的には、リング部２５のリング部開口部の内周面に対向するように、リング部２６の側壁部外周面が配置されている。リング部２６はリング部２５のリング部開口部の内周面に沿って摺動可能となっているが、リング部２６の側壁部外周面とリング部２５のリング部開口部の内周面との間の隙間は極めて小さく設定されている。また、リング部２６の側壁部は、図２のリング開口部の内周面に沿った方向における長さが十分長くなるように形成されていることから、当該リング部２５とリング部２６との間の隙間は十分な気密性を有する。
【００３６】
リング部２５は、たとえばニッケルから作られていても良いし、モリブデン、炭化珪素またはカーボンから作られていても良い。リング部２６の材料としては、セルメット（登録商標）などの金属多孔質を用いることができる。好ましくは、金属多孔質は、ニッケル、クロム、鉄、銅、ステンレス銅、マンガン、モリブデン、タングステン、チタンおよびアルミニウムの少なくともいずれかを含有する。より好ましくは、金属多孔質は、ニッケル、クロム、鉄、銅、ステンレス銅、マンガン、モリブデン、タングステン、チタン、およびアルミニウムのうち、いずれか１つの元素を有する金属、または複数の元素を有する合金である。なお、原料ガスがアンモニアなどの腐食性ガスを含む場合は、上記元素のうち銅およびアルミニウムの使用を避けることが好ましい。
【００３７】
次に、本発明の実施の形態２の作用効果について説明する。
本実施の形態２に係る気相成長装置１０によれば、酸素除去手段１が原料ガス供給部３と反応室２とを繋ぐ配管部に設けられているため、反応室２内の構造を改造することなく簡易に原料ガスから酸素を除去することができ、酸素濃度の少ないエピタキシャル膜を得ることが可能である。
【００３８】
次に、酸素除去手段が酸素を除去する原理について図３を用いて説明する。
酸素除去手段１は、固体電解質６と、正電極７と、負電極８とを主に有する。酸素除去手段１は、固体電解質６の一方の表面に正電極７が設けられ、他方の表面に負電極８が設けられている。正電極７と負電極８との間に電源を接続し、電圧を印加した状態で正電極７側に酸素を含んだ原料ガスＧ１が流れてくると、酸素は還元されて酸素イオン（Ｏ２−）になる。その酸素イオンが負電極８側へ移動し、負電極８側に供給されている水素ガスと反応して水が生成される。これはいわゆる酸素と水素を使って電気を起こす燃料電池と同様の原理である。
【００３９】
固体電解質６の材料としては、たとえばＺｒＯ２系セラミック、ＬａＧａＯ３系セラミック、ＣｅＯ２系セラミック、ＳｒＣｅＯ３系セラミックおよびＣａＺｒＯ３系セラミック等が挙げられる。固体電解質６の厚みは、たとえば２ｍｍ〜８ｍｍの範囲とすることができる。正電極７の材料としては、ＬＳＭ（ランタンストロンチウムマグネート）、ＬＳＣＦ（ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物）およびＢＳＣＦ（バリウムストロンチウムコバルト鉄酸化物）などが挙げられる。負電極８の材料としては、ニッケル、あるいは、ニッケルとＺｒＯ２系セラミックス等との複合体が挙げられる。正電極７および負電極８の厚みとしては、共に１００ｕｍ〜４００ｕｍの範囲内とすることができる。固体電解質６には酸素と親和性の強い材料（たとえばチタン）をゲッター材として混ぜたものを使用してもよい。
【００４０】
酸素除去手段１により酸素を除去するためには、固体電解質６を、たとえば６００℃以上の高温に保つことが必要である。あるいは、正電極７と負電極８の間に電源９を設けて両者の間に電流を流すことで酸素を除去するためのドライビングフォースを与えることが可能である。
【００４１】
次に、酸素除去手段１の具体例について図４および図５を用いて説明する。酸素除去手段１は、固体電解質６と、正電極７と、負電極８と、内壁部材と、外槽とを備える。固体電解質６は、筒状の形状をしており、たとえば円筒状である。また、断面が多角形状の筒でも良い。固体電解質６の内側面には筒状の固体電解質６の内側面の形状に沿うようにして筒状の正電極７が設けられる。また固体電解質６の外側面には筒状の固体電解質６の外側面の形状に沿うようにして負電極８が設けられている。外槽の内部には、外槽の内周表面と間隔を隔てて負電極側空間１２を形成するように内壁部材が配置されている。内壁部材には、正電極７および負電極８が設けられた固体電解質６が固定されている。負電極８が負電極側空間１２に露出するように、固体電解質６は内壁部材に固定されている。また、内壁部材の内周側に露出するように正電極７は配置されている。つまり、内壁部材の内周側の空間は正電極側空間１１となっている。外槽の上方端部には配管５３が接続されている。配管５３は負電極側空間１２につながるように形成されている。また、外槽の上部壁には配管５１、５２が接続されている。配管５１、５２は正電極側空間１１につながるように形成されている。正電極側空間１１の内部において、外槽の上部壁から配管５１の先端部までの距離は、上部壁から配管５２の先端部までの距離より短くなっている。また、外槽の中央部から見て配管５３が接続された部分と反対側の端部（図５における外槽の右側下方端部）には配管５４が接続されている。配管５４は負電極側空間１２につながるように形成されている。水素ガスＧ２は、配管５３を通じて負電極側空間１２に供給され、負電極側空間１２を通過して配管５４を通じて酸素除去手段１から排出される。正電極７と負電極８との間に電圧が印加された状態で、酸素を含む原料ガスＧ１は配管５１を通じて供給されて、正電極側空間１１を通過して、配管５２を通じて酸素除去手段１から排出される。酸素を含む原料ガスＧ１が正電極側空間１１に入ったときに、酸素が正電極７側で還元されて酸素イオン（Ｏ２−）になる。酸素イオンは固体電解質６を通じて負電極８側に移動して、負電極８側で水素と反応して水になる。このようにして酸素を含む原料ガスから酸素が除去される。また負電極側で生成した水は水素ガスＧ２とともに配管５４を通じて酸素除去手段１から排出される。
【００４２】
上述のように、正電極側空間１１は、正電極７が露出して設けられている空間であり、酸素ガスを含む原料ガスＧ１が通過する部分である。負電極側空間１２は負電極８が露出して設けられている部分であり、水素ガスＧ２が通過する部分である。
【００４３】
なお、正電極７と負電極８の位置を反対にすることも可能であるが、その場合でも、正電極７が露出している正電極側空間１１に酸素を含む原料ガスＧ１が通過し、負電極８が露出している負電極側空間１２には水素ガスＧ２が通過する。
【００４４】
次に、酸素除去手段１の作用効果について説明する。
酸素除去手段１を使用すれば、正電極側空間１１に流入するガスＧ１から酸素を効果的に除去することが可能である。
【００４５】
なお、本明細書では主に気相成長装置における原料ガスから酸素を除去する手段として本発明を使用することを説明するが、気相成長装置以外にも適用が可能である。たとえば酸素を含むガスから酸素を除去してガスの純度を高めるような精製装置としても本発明による酸素除去手段１を用いることができる。
【００４６】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３に係る気相成長装置１０の構成について、図６および図７を用いて説明する。気相成長装置１０の反応室は基板を保持する基板保持面２２を有するサセプタ２０を含み、酸素除去手段１はサセプタ２０の端部に設けられている。サセプタ２０は図６に示した方向からみると略円形である。ここでサセプタ２０の端部とは円の外周側の端部のことである。基板保持面２２は、サセプタ２０に設けられ基板を保持する面である。
【００４７】
サセプタ２０の端部（外周部）に設けられた酸素除去手段１は、基本的に上述した固体電解質６と正電極７と負電極８とにより構成されている。具体的には、サセプタ２０の外周部に負電極８が配置されている。負電極８はサセプタ２０の端面の下部（裏面側）上に配置され、サセプタ２０の外周を周回するように環状に形成されている。そして、サセプタ２０の端面上において、負電極８と接触するように固体電解質６が形成されている。固体電解質６も、サセプタ２０の外周を周回するように環状に形成されている。なお、固体電解質６を、複数の固体電解質部分を連結することで構成してもよい。そして、サセプタ２０の上部表面（基板保持面２２が形成された面）の外周端部から固体電解質６の外周面上を介してサセプタ２０の裏面側にまで延在するように、正電極７が形成されている。正電極７は固体電解質６と接触しているとともに、負電極８とも接触している。つまり、図７に示した負電極８と正電極７とが直接的に対向配置された部分（サセプタ２０の外周端部における裏面側）では、負電極８と正電極７とが直接接触している。なお、負電極８と正電極７との間に外部から電圧を印加する場合には、負電極８と正電極７とが直接的に対向する部分には絶縁部材を配置し、負電極８と正電極７とが直接接触する（短絡する）ことを防止することが好ましい。
【００４８】
酸素除去手段１は、図６に示すようにサセプタ２０の外周を全て囲うように設けられているのが好ましい。これにより、より広い面積にわたり酸素を除去することが可能になる。また、酸素除去手段１は、サセプタ２０の端部に間欠的に設けることもできるし、サセプタの端部の一箇所に設けることもできる。これにより、酸素除去手段１の構造が比較的シンプルになる。
【００４９】
なお、図６および図７に示した酸素除去手段１により原料ガス中の酸素を除去する具体的な方法については後述する。
【００５０】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４に係る気相成長装置１０の構成について、図８および図９を用いて説明する。気相成長装置１０の反応室２は互いに間隔を隔てて配置され基板を保持する複数の小型サセプタ２１を有し、酸素除去手段１は複数の小型サセプタ２１の間に設けられている。酸素除去手段１は、図８に示すように複数の小型サセプタ２１の全ての外周を囲うように設けられているのが好ましい。これにより、広い領域で酸素を除去することが可能である。また、酸素除去手段１は、たとえばの２つの小型サセプタ２１を連結するように設けることもできる。これにより、２つの小型サセプタを固定することで強度を高めることが可能になる。さらに、酸素除去手段１は、２つの小型サセプタの外周と接することなく設けられていても構わない。また、酸素除去手段１は、それぞれの小型サセプタ２１の外周を囲うように設けられ、それぞれの酸素除去手段１は接していないように設けることもできる。これにより、それぞれの小型サセプタ２１の強度を補強しつつ、基板の直前で効率的に酸素を除去することが可能である。
【００５１】
ここで、図８および図９に示した気相成長装置では、複数の小型サセプタ２１が、酸素除去手段１に形成された開口部に嵌め込まれた状態になっている。具体的には、平面形状が円形状であって複数の開口部が形成された固体電解質６の、当該開口部のそれぞれに小型サセプタ２１が配置されている。固体電解質６の一方の表面（図９に示した固体電解質６の下部表面）を覆うように、負電極８が形成されている。また、固体電解質６の他方の表面（図９に示した固体電解質６の上部表面を覆うとともに、固体電解質６の外周端面上にまで延在するように正電極７が形成されている。正電極７の外周端部は負電極８の端部と接触している。なお、負電極８と正電極７との間に外部から電圧を印加する場合には、負電極８と正電極７とが直接的に対向する部分には絶縁部材を配置し、負電極８と正電極７とが直接接触する（短絡する）ことを防止することが好ましい。
【００５２】
（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５に係る気相成長装置１０の構成について、図１０および図１１を用いて説明する。酸素除去手段１は、原料ガスの供給経路においてサセプタ２０の直前に設けられている。より具体的には、原料ガスＧ１は紙面の左から右へ流れていく。酸素除去手段１は、サセプタ２０の左側に位置する反応管２４の端部付近に設けられている。
【００５３】
具体的には、気相成長装置の反応管２４の底面において、サセプタ２０が配置された開口部に隣接して酸素除去手段１が配置されている。酸素除去手段１は、基本的に上述した固体電解質６と正電極７と負電極８とにより構成されている。酸素除去手段１は、反応管２４の底面に形成された凹部の内部に配置されている。当該凹部は、サセプタ２０が配置された開口部に対して、原料ガスＧ１の流通方向における上流側に配置されている。凹部の底部を覆うように負電極８が形成されている。負電極８の平面形状は、基本的に凹部の平面形状と同様である。そして、凹部の平面形状は、図１０に示すように四角形の一辺が内周側に凹んだ曲線とった形状である。当該曲線は、サセプタ２０の外周形状に沿ったものとなっている。
【００５４】
そして、負電極８上に固体電解質６が配置されている。なお、固体電解質６においてサセプタ２０に近い側の端面の位置は、上記凹部の側面との間に間隙を形成するように、側面から離れた位置となっている。そして、正電極７は固体電解質６の上部表面を覆うとともに、固体電解質６のサセプタ２０に近い側の端面上にまで延在するように形成されている。なお、正電極７のうち固体電解質６の端面上に位置する部分は、その外周部が凹部の側面に接触している。また、正電極７の端部（固体電解質６の端面上に延在した部分における負電極８側の端部）は、負電極８と接触している。なお、負電極８と正電極７との間に外部から電圧を印加する場合には、負電極８と正電極７とが直接的に対向する部分には絶縁部材を配置し、負電極８と正電極７とが直接接触する（短絡する）ことを防止することが好ましい。
【００５５】
そして、凹部の底部では、負電極８下に水素ガスＧ２を流通させるためのガス流通室が形成されている。当該ガス流通室には、反応管２４の下側の空間（水素ガスＧ２が供給される空間）とガス流通室とをつなぐ２本の配管が接続されている。なお、配管は２本に限らず、３本以上の複数本としてもよい。
【００５６】
酸素除去手段１を可動部であるサセプタ２０ではなく動作部のない反応管２４に設けるので、酸素除去手段１の取付が容易になる。また、酸素除去手段１は、サセプタ２０の外周部に沿って円板状のサセプタ２０の半円を取り囲むように設けられている。これにより、基板の直前で酸素を効率良く除去することが可能である。また、酸素除去手段１は反応管２４に間欠的に複数設けても良いし、反応管２４の一部に設けても良い。これにより、酸素除去手段１の構造が比較的シンプルになる。
【００５７】
次に、図６〜図１１に示した酸素除去手段１を加熱する方法について図１２を用いて説明する。
【００５８】
上述したように、固体電解質６を用いて酸素を除去するためには酸素除去手段１の温度を一定の温度以上にするか、あるいは、正電極７と負電極８の間に電源９を設けて両者の間に電流を流すことで酸素を除去するためのドライビングフォースを与えることが必要である。
【００５９】
酸素除去手段１を加熱する場合、ヒータ２３等の外部熱源により加熱することができる。酸素除去手段１を基板の近くに配置する場合、基板を加熱するヒータ２３を用いて、酸素除去手段１を加熱することが可能である。図１２に示すように、ヒータ２３の熱がたとえば輻射Ｒ１により基板に伝達し、同じヒータ２３から出た熱がたとえば輻射Ｒ２により酸素除去手段１に伝達する。このような気相成長装置１０によれば、酸素除去手段１用の電源が不要となり、かつ酸素除去手段１を加熱する熱源と基板を加熱する熱源を共通化できるので、装置の構造がシンプルになる。
【００６０】
今回開示された実施の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特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、気相成長装置に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１ 酸素除去手段、２ 反応室、３ 原料ガス供給部、４ 原料ガス格納部、５ 配管部、６ 固体電解質、７ 正電極、８ 負電極、９ 電源、１０ 気相成長装置、１１ 正電極側空間、１２ 負電極側空間、２０ サセプタ、２１ 小型サセプタ、２２ 基板保持面、２３ ヒータ、２４ 反応管、２５，２６ リング部、２７ 架台、２８ サセプタガイド、２９ サセプタホルダ、３０ 回転軸、３１ ジョイント、３２ モータ、５１，５２，５３，５４ 配管、Ｇ１ 酸素を含む原料ガス、Ｇ２ 水素ガス。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
前記原料ガス供給部と接続され、前記原料ガスを用いて基板に成膜するための反応室と、
前記原料ガス供給部と前記反応室の少なくともいずれか一方に設けられ、固体電解質を用いて前記原料ガスから酸素を除去する酸素除去手段とを備える、気相成長装置。
【請求項２】
前記原料ガス供給部は前記原料ガスを格納する原料ガス格納部と、前記原料ガス格納部と前記反応室とをつなぐ配管部とを含み、
前記酸素除去手段は前記配管部に設けられている、請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記反応室は前記基板を保持する基板保持面を有するサセプタを含み、
前記酸素除去手段は前記サセプタの端部に設けられている、請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記反応室は互いに間隔を隔てて配置され前記基板を保持する複数の小型サセプタを含み、
前記酸素除去手段は複数の前記小型サセプタの間に設けられている、請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項５】
前記反応室は前記基板を保持する基板保持面を有するサセプタを含み、
前記酸素除去手段は前記反応室内での前記原料ガスの流通経路において前記サセプタの直前に設けられている、請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項６】
前記基板を加熱する熱源をさらに備え、
前記酸素除去手段により前記原料ガスから前記酸素を除去するための熱エネルギーは、前記熱源から供給される、請求項１〜５のいずれかに記載の気相成長装置。
【請求項７】
前記酸素除去手段は筒状の前記固体電解質を含み、
前記固体電解質の内側面および外側面の一方に正電極が設けられ、他方に負電極が設けられている、請求項１または２に記載の気相成長装置。
【請求項１】
原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
前記原料ガス供給部と接続され、前記原料ガスを用いて基板に成膜するための反応室と、
前記原料ガス供給部と前記反応室の少なくともいずれか一方に設けられ、固体電解質を用いて前記原料ガスから酸素を除去する酸素除去手段とを備える、気相成長装置。
【請求項２】
前記原料ガス供給部は前記原料ガスを格納する原料ガス格納部と、前記原料ガス格納部と前記反応室とをつなぐ配管部とを含み、
前記酸素除去手段は前記配管部に設けられている、請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記反応室は前記基板を保持する基板保持面を有するサセプタを含み、
前記酸素除去手段は前記サセプタの端部に設けられている、請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記反応室は互いに間隔を隔てて配置され前記基板を保持する複数の小型サセプタを含み、
前記酸素除去手段は複数の前記小型サセプタの間に設けられている、請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項５】
前記反応室は前記基板を保持する基板保持面を有するサセプタを含み、
前記酸素除去手段は前記反応室内での前記原料ガスの流通経路において前記サセプタの直前に設けられている、請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項６】
前記基板を加熱する熱源をさらに備え、
前記酸素除去手段により前記原料ガスから前記酸素を除去するための熱エネルギーは、前記熱源から供給される、請求項１〜５のいずれかに記載の気相成長装置。
【請求項７】
前記酸素除去手段は筒状の前記固体電解質を含み、
前記固体電解質の内側面および外側面の一方に正電極が設けられ、他方に負電極が設けられている、請求項１または２に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１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−８７９８（Ｐ２０１３−８７９８Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３９６３３（Ｐ２０１１−１３９６３３）
【出願日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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