特許 6661437 気相成長装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6661437

(24)【登録日】2020年2月14日

(45)【発行日】2020年3月11日

(54)【発明の名称】気相成長装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20200227BHJP

   C23C 16/46 20060101ALI20200227BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20200227BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/205

   C23C16/46

   H01L21/68 N

【請求項の数】8

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2016-64867(P2016-64867)

(22)【出願日】2016年3月29日

(65)【公開番号】特開2017-183365(P2017-183365A)

(43)【公開日】2017年10月5日

【審査請求日】2018年12月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000231235

【氏名又は名称】大陽日酸株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】特許業務法人 志賀国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100094400

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 三義

(74)【代理人】

【識別番号】100152146

【弁理士】

【氏名又は名称】伏見 俊介

(72)【発明者】

【氏名】山口 晃

【審査官】 長谷川 直也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１８８２８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２７５２５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２７２７０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０３９２２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５３４８２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２２２７３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５、２１／３１、２１／３６５、２１／４６９、

２１／６７−２１／６８３、２１／８６、

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

チャンバー内に回転可能に設けられた円盤状のサセプタと、
前記サセプタの外周部の周方向に複数設けられた円形の開口部と、
前記開口部内にそれぞれ設けられた軸受部と、
前記軸受部に設けられた周溝上に、回転可能に設けられた転動部材と、
外周側に外歯車を有するとともに、前記転動部材を前記軸受部とで挟み込む外歯車部材と、
前記開口部の中心を中心軸とする回転対称体であり、当該開口部を閉塞するとともに、外周部の少なくとも一部が前記外歯車部材上に載置されて当該外歯車部材と共に回転可能に設けられた均熱部材と、
前記外歯車部材の外歯車に噛合する歯車を有するリング状の固定歯車部材と、
前記サセプタの裏面側に設けられ、当該サセプタと、前記開口部から前記裏面側に露出する前記均熱部材を加熱する加熱手段と、
前記サセプタの表面側の中央に設けられた原料ガス導入ノズルと、を備えた気相成長装置であって、
前記均熱部材は、前記開口部を閉塞するように設けた際に、前記サセプタの回転軸方向において、当該均熱部材の表面の高さが当該サセプタの表面の高さと同じ位置であり、当該均熱部材の裏面の外周部の高さが当該サセプタの裏面の高さと同じ位置であるとともに、
前記均熱部材の裏面には、中心側から前記外周部側の間のいずれかの位置に周方向の全体に亘るように薄肉部が設けられており、
前記薄肉部を断面視した際に、少なくとも前記外周部側の側面が、曲面によって構成され、前記曲面の曲率半径が、前記薄肉部の前記外周部からの深さ以上である、気相成長装置。

【請求項2】

前記薄肉部が、前記均熱部材の裏面の中央部を含み、前記中央部から前記外周部側に亘って連続して設けられている、請求項１に記載の気相成長装置。

【請求項3】

前記中央部が平坦面である、請求項２に記載の気相成長装置。

【請求項4】

前記薄肉部の厚さが、前記均熱部材の前記外周部側の厚さの１／２以上である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の気相成長装置。

【請求項5】

前記均熱部材の表面側の中央に、成膜対象である基板を載置するための溝部が設けられており、
前記溝部に前記基板を載置した際に、前記サセプタの回転軸方向において、当該基板の表面の高さが、前記均熱部材の表面の高さ、及び当該サセプタの表面の高さと同じ位置である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の気相成長装置。

【請求項6】

前記均熱部材が、２以上の部材によって構成される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の気相成長装置。

【請求項7】

前記加熱手段が、前記サセプタの中心側から外周側に向かって、複数に分割されている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の気相成長装置。

【請求項8】

前記サセプタの回転軸と同軸上に、当該サセプタの表面を覆うように設けられたサセプタカバーを備える、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の気相成長装置。

【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】

基板上に化合物半導体の薄膜を形成する際、気相成長装置が用いられている。一般的に、気相成長装置では、複数の基板上に均一に薄膜を形成する必要があるため、成膜中の基板を自公転させる機構を備えている。ここで、基板の自公転機構とは、基板を載置するサセプタを回転（公転）させるとともに、該サセプタの回転に伴って個々の基板をそれぞれ回転（自転）させる仕組みをいう。

【0003】

自公転機構を備えた気相成長装置では、載置された基板を保持すると同時に、基板の面内を均一に加熱するために均熱板を備えているのが一般的である。均熱板は、基板の熱分布に影響するため、様々な形状及び材質が検討されている。さらに、近年の高い生産性の要求によって基板の大口径化が進んでいるため、これに伴う基板の面内温度の均一性が重要となっている。

【0004】

ところで、特許文献１には、従来の気相成長装置の一例として、均熱板を小型化して生産性を高めた気相成長装置の構成が開示されている。具体的には、特許文献１に開示された均熱板を自転させる気相成長装置では、サセプタ上に設置された均熱板が高温で安定して回転させるために玉軸受け構造となっており、カーボンやセラミックの転動部材を介して均熱板を回転させる構成となっている。また、加熱手段からの熱を効率よく基板に伝えるために、均熱板の裏面を加熱手段が設けられた側に露出させて、輻射を直接受けるような構造となっている。

【0005】

しかしながら、特許文献１に開示された気相成長装置の構成では、転動部材の転がり摩擦によって転動部材の表面、または軸受部の転動部材の軌道面（周溝の当たり面）が摩耗すると、この摩耗面が原料ガスによって腐食してしまうという問題があった。摩耗面の腐食により、形状の変化や粉塵を発生させるため、均熱板の回転不具合や成膜の際に膜中への不純物混入などの不具合が生じてしまうという課題があった。

【0006】

転動部材の表面、または軸受部の転動部材の軌道面の摩耗を少なくするためには、転動部材への荷重を減らすこと、すなわち均熱板の重量を小さくすることが考えられる。特に、材質を変えずに重量を減らすためには、均熱板を薄くすることが挙げられる。しかしながら、サセプタは強度を保つために一定の厚みが必要であることに対して、均熱板だけを薄くしてしまうと、均熱板の裏面の全体がサセプタの裏面に対して凹む形状となってしまう。たとえば、窒化ガリウム（ＧａＮ）膜を成長させる際の、加熱温度が１０００℃以上の条件では、単に肉厚を薄くした均熱板を用いた場合、サセプタの裏面側に設けられた加熱手段からの輻射が凹み部分（段部）に影を作ってしまうため、その影響によって均熱板上に載置された基板に均等に熱が加わらないという問題があった。特に、基板の外周部の温度が大きく下がってしまうため、基板の面内温度分布の均一性が悪化してしまうという課題があった。

【0007】

そこで、特許文献２には、加熱された基板の面内温度の分布を均一化させるための均熱板（均熱部材）の構成について開示されている。具体的には、特許文献２には、サセプタよりも均熱板を薄くした形状として、円柱状とテーパー状の２種類が開示されている。円柱状の均熱板では、上述したように、加熱手段からの輻射が凹み段部に影を作るため、均熱板の外周部、すなわち基板の外周部の温度が大きく下がってしまうという課題があった。一方、テーパー状の均熱板では、自転機構を構成するための回転歯車や転動部材などとともに配置するには適した形状ではないという課題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特許第５４３６０４３号公報

【特許文献2】特許第５２６３２４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、自転機構の摩耗に対する耐久性を改善するとともに、基板表面の面内温度分布の均一性を担保することが可能な気相成長装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を備える。
（１） チャンバー内に回転可能に設けられた円盤状のサセプタと、
前記サセプタの外周部の周方向に複数設けられた円形の開口部と、
前記開口部内にそれぞれ設けられた軸受部と、
前記軸受部に設けられた周溝上に、回転可能に設けられた転動部材と、
外周側に外歯車を有するとともに、前記転動部材を前記軸受部とで挟み込む外歯車部材と、
前記開口部の中心を中心軸とする回転対称体であり、当該開口部を閉塞するとともに、外周部の少なくとも一部が前記外歯車部材上に載置されて当該外歯車部材と共に回転可能に設けられた均熱部材と、
前記外歯車部材の外歯車に噛合する歯車を有するリング状の固定歯車部材と、
前記サセプタの裏面側に設けられ、当該サセプタと、前記開口部から前記裏面側に露出する前記均熱部材を加熱する加熱手段と、
前記サセプタの表面側の中央に設けられた原料ガス導入ノズルと、を備えた気相成長装置であって、
前記均熱部材は、前記開口部を閉塞するように設けた際に、前記サセプタの回転軸方向において、当該均熱部材の表面の高さが当該サセプタの表面の高さと同じ位置であり、当該均熱部材の裏面の外周部の高さが当該サセプタの裏面の高さと同じ位置であるとともに、
前記均熱部材の裏面には、中心側から前記外周部側の間のいずれかの位置に周方向の全体に亘るように薄肉部が設けられており、
前記薄肉部を断面視した際に、少なくとも前記外周部側の側面が、１段以上の傾斜面または曲面によって構成される、気相成長装置。

【0011】

（２） 前記薄肉部が、均熱部材の裏面の中央部を含み、中央部から外周部側に亘って連続して設けられている、前項（１）に記載の気相成長装置。

【0012】

（３） 前記中央部が平坦面である、前項（２）に記載の気相成長装置。

【0013】

（４） 前記薄肉部の厚さが、前記均熱部材の前記外周部側の厚さの１／２以上である、前項（１）乃至（３）のいずれか一項に記載の気相成長装置。

【0014】

（５） 前記薄肉部を断面視した際に、前記外周部側の側面を曲面とした場合、前記曲面の曲率半径が、前記薄肉部の前記外周部からの深さ以上である、前項（１）乃至（４）のいずれか一項に記載の気相成長装置。

【0015】

（６） 前記均熱部材の表面側の中央に、成膜対象である基板を載置するための溝部が設けられており、
前記溝部に前記基板を載置した際に、前記サセプタの回転軸方向において、当該基板の表面の高さが、前記均熱部材の表面の高さ、及び当該サセプタの表面の高さと同じ位置である、前項（１）乃至（５）のいずれか一項に記載の気相成長装置。

【0016】

（７） 前記均熱部材が、２以上の部材によって構成される、前項（１）乃至（６）のいずれか一項に記載の気相成長装置。

【0017】

（８） 前記加熱手段が、前記サセプタの中心側から外周側に向かって、複数に分割されている、前項（１）乃至（７）のいずれか一項に記載の気相成長装置。

【0018】

（９） 前記サセプタの回転軸と同軸上に、当該サセプタの表面を覆うように設けられたサセプタカバーを備える、前項（１）乃至（８）のいずれか一項に記載の気相成長装置。

【発明の効果】

【0019】

本発明の気相成長装置は、回転対称体であって、自転機構を構成する転動部材を軸受部とで挟み込む外歯車部材上に外周部の少なくとも一部が載置される均熱部材が、裏面の外周部の高さがサセプタの裏面の高さと同じ位置であるとともに、この裏面の中心側から外周部側の間のいずれかの位置に周方向の全体に亘るように薄肉部が設けられる構成となっている。これにより、従来の薄肉部が設けられていない均熱部材と比較して軽量であるため、自転機構の摩耗に対する耐久性を改善することができる。

【0020】

また、均熱部材に設けた薄肉部を断面視した際に、少なくとも外周部側の側面が、１段以上の傾斜面または曲面となるように構成されている。このように、薄肉部の外周部側が熱を受ける面積を大きくする形状となっているため、均熱部材の表面に基板を載置した際に、基板表面の面内温度分布の均一性を担保することができる。

【0021】

さらに、加熱手段によって加熱される均熱部材の裏面側に薄肉部が設けられているため、昇温速度を効率化し、生産性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明を適用した一実施形態である気相成長装置の構成を示す斜視図である。

【図2】本発明を適用した一実施形態である気相成長装置の一部を拡大した断面模式図である。

【図3】本発明を適用した一実施形態である気相成長装置を構成する均熱部材の周辺を拡大した断面模式図である。

【図4】本発明を適用した一実施形態である気相成長装置を構成する均熱部材の拡大断面図である。

【図5】本発明を適用した一実施形態である気相成長装置を構成する均熱部材の周辺の構成を示す断面模式図である。

【図6】本発明を適用した一実施形態である気相成長装置を構成するサセプタと、自転機構の構成を拡大した平面図である。

【図7】本発明を適用した一実施形態である気相成長装置を構成するサセプタの開口部と加熱手段との関係を説明するための平面図である。

【図8】本発明を適用した一実施形態である気相成長装置を構成する均熱部材の変形例を示す拡大断面図である。

【図9】本発明を適用した一実施形態である気相成長装置を構成するサセプタカバーを示す断面図である。

【図10】本発明の検証試験に用いた均熱板の構成を示す断面図である。

【図11】本発明の検証試験において、均熱板の形状と基板保持部の面内温度分布との関係を示す図である。

【図12】本発明の検証試験において、従来の昇温ステップを用いた際の実施例１と比較例１の昇温速度を示す図である。

【図13】本発明の検証試験に用いた均熱板の構成を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明を適用した一実施形態である気相成長装置について、これに用いる均熱部材とあわせて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

【0024】

＜気相成長装置＞
先ず、本発明を適用した一実施形態である気相成長装置の構成の一例について説明する。図１は、本発明を適用した一実施形態である気相成長装置の構成を示す斜視図である。また、図２は、本実施形態の気相成長装置の一部を拡大した断面図である。さらに、図３は、本実施形態の気相成長装置を構成する均熱板（均熱部材）の周辺を拡大した断面図である。

【0025】

図１〜図３に示すように、本実施形態の気相成長装置３１は、チャンバー１内に回転可能に設けられた円盤状のサセプタ２と、サセプタ２の外周部の周方向に複数設けられた円形の開口部２Ａと、開口部２Ａ内の内周側底部にそれぞれフランジ状に設けられた軸受部２ａと、軸受部２ａのフランジ状部分の平坦面上に設けられた周溝２ｂ上に、回転可能に設けられた転動部材４と、外周側に外歯車５ａを有するとともに、転動部材４を軸受部２Ａとで挟み込む外歯車部材５と、開口部２Ａを閉塞するとともに、外歯車部材５と共に回転可能に設けられた均熱板（均熱部材）７と、外歯車部材５の外歯車５ａに噛合する歯車８ａを有するリング状の固定歯車部材８と、サセプタ２の裏面側に設けられ、当該サセプタ２の裏面と、開口部２Ａから上記裏面側に露出する均熱板７の裏面とを加熱する分割抵抗体（加熱手段）９と、サセプタ２の表面側の中央に設けられた原料ガス導入ノズル３３と、を備えて、概略構成されている。

【0026】

より具体的には、図１に示すように、本実施形態の気相成長装置３１は、中央に原料ガス導入ノズル３３を配設した偏平円筒状のチャンバー本体１ｂ内に、円盤状のカーボンからなり、外周部分に同心円上となるように等間隔で設けられた複数の開口部２Ａを有するサセプタ２と、サセプタ２の開口部２Ａにそれぞれ配置された複数の均熱板（均熱部材）７と、配置されている。また、それらの上方には、チャンバー内に一様な天井を区画形成する円盤状の天井板４１が対向配置されている。

【0027】

図３に示すように、均熱板７の上面（表面側）には、成膜対象となる基板６を載置するための基板保持部（溝部）７ａが設けられている。

【0028】

また、図２に示すように、前述した基板保持部７ａに基板６を載置した際に、サセプタ２の回転軸方向において、基板６の表面（上面）の高さが、均熱板７の表面（上面）の高さ、及びサセプタ２の上面の高さと同じ高さとなり、一様の面を形成する。そして、その一様の面に対向するように、天井板４１を配置することにより、その一様の面と天井板に挟まれた空間が原料ガス流路１０となって、サセプタ２の中心側の原料ガス導入ノズル３３から基板６に平行に原料ガスをサセプタ２の全周方向に供給し、サセプタ２の外周側の排気口４５から排出される。

【0029】

チャンバー１は、図２に示すように、サセプタ２が格納されるチャンバー本体１ｂと、このチャンバー本体１ｂの周壁上部にＯリング４２を介して気密に装着されるチャンバー蓋１ａとに分割可能に設けられている。

【0030】

また、図１及び図２に示すように、チャンバー本体１ｂの内部には、サセプタ２を回転させるため機能が設けられている。サセプタ２を回転させる機能としては、従来から諸々開示されているが、本実施形態ではサセプタ２の外周側に動力機構が設けられ、筒状のサセプタ回転用フレーム４６が、サセプタ２の外周に勘合している。これにより、サセプタ回転用フレーム４６に設けられたサセプタ回転用の動力（図示略）から得られた回転力で回転用フレーム４６が回転し、これに勘合するサセプタ２が回転する。

【0031】

サセプタ２を回転させる機能としては、他にも例えば、上記特許文献１に開示されるような中心軸を基準とした、サセプタの中心側より回転力を得て回転させる方法としてもよい。

【0032】

サセプタ２を回転させることにより、基板６を保持した均熱板７がサセプタ２の中心に対して公転するとともに、均熱板７に設けられた自転機構により均熱板７自身が自転する。具体的には、図３に示すように、サセプタ２の内側に設けられた固定歯車部材８と、均熱板７の外周部の裏面側に配置される自転機構の外歯車部材５とがかみ合って、均熱板７は回転動力を得て、自転機構の転動部材４により摩擦抵抗が小さくなっていて自転する仕組みになっている。

【0033】

図１及び図２に示すように、サセプタ２および均熱板７の下方には、基板６を加熱するための分割抵抗体（加熱手段）９がリング状に分割されて配設されている。この分割抵抗体９によって、均熱板７が裏面側（底面側）から加熱され、加熱された均熱板７を熱源として基板６が加熱される。

【0034】

なお、本実施形態の気相成長装置３１では、重力方向に対してサセプタ２の上面側に基板６の成長面を配置している構成を一例として説明するが、基板６をサセプタ２の下面側に設置する気相成長装置、すなわち上下が反転した構成であっても、同じ課題を解決する手段となりえる。

【0035】

＜均熱板＞
図４及び図５に示すように、均熱板７は、サセプタ２の外周部分に設けられた貫通穴である開口部２Ａを閉塞するように設けられている。具体的には、図５に示すように、均熱板７は、外歯車部材７を介して、開口部２Ａに配設される。また、均熱板７は、開口部２Ａ内に設けた際に、この開口部２Ａの中心を中心軸とする円盤状の回転対称体である。

【0036】

均熱板７の上面（表面側）には、図４及び図５に示すように、基板６を載置するための基板保持部（溝部）７ａが設けられている。具体的には、この基板保持部７ａは、均熱板７の上面の中央部分を基板６の厚さ分だけ掘り下げられた凹み部である。

【0037】

均熱板７の上部側の外周部には、フランジ部７Ａが設けられている。また、フランジ部７Ａの底面の一部には、下向きの係止段部７ｂが設けられている。これにより、均熱板７を外歯車部材５上に載置した際に、外歯車部材５の内周側に上向きに設けられた係止段部５ｂに係止段部７ｂが係止されて、均熱板７と外歯車部材５とが共に回転することが可能となる。

【0038】

均熱板７は、基板６に分割抵抗体（加熱手段）９からの熱を間接的に伝えることができるものであれば、材質は特に限定されない。具体的には、例えば、シリコンカーバイド、グラファイト、シリコンカーバイドでコーティングしたグラファイト、石英、窒化アルミニウム、窒化ボロン等が挙げられる。

【0039】

図３〜４に示すように、均熱板７の厚みｄは、サセプタ２の表面から裏面の厚さＤｓと同じとなるように設けられている。これにより、図３に示すように、均熱板７が開口部２Ａを閉塞するように設けた際に、サセプタ２の回転軸方向において、均熱板７の表面（上面）の高さがサセプタの表面（上面）の高さと同じ位置となり、均熱板７の裏面（底面）の外周部７ｃの高さがサセプタ２の裏面（底面）の高さと同じ位置となる。

【0040】

均熱板７の裏面（底面）には、中心側（回転対称体の回転中心側）から外周部側の間のいずれかの位置に、周方向の全体に亘るように薄肉部７Ｂが設けられている。この薄肉部７Ｂは、サセプタ２の回転軸方向における、均熱板７の表面（上面）からの厚みが均熱板７の厚みｄよりも薄くなるように掘り下げられた凹み部である。したがって、薄肉部７Ｂが設けられた均熱板７は、この掘り下げられた部分に相当する質量分だけ、薄肉部７Ｂが設けられていない均熱板よりも軽量化される。

【0041】

本実施形態における薄肉部７Ｂは、図４に示すように、均熱板７の裏面の中央部７ｄから外周部７ｃ側に亘って連続するように設けられている。具体的には、薄肉部７Ｂの形状は、中央部７ｄが平坦面となっている。また、薄肉部７Ｂの外周部７ｃ側の側面７ｅは、断面視した際（均熱板７の中心軸に沿って断面）に、中央部７ｄとの境界がＲ（アール）形状となる曲面によって構成されている。このように、薄肉部７Ｂの外周部７ｃ側の側面７ｅが熱を受ける面積を大きくする形状となっているため、均熱板７の表面に基板６を載置して加熱した際に、基板表面の面内温度分布の均一性を担保することができる。

【0042】

均熱板７の裏面の中央部の厚み（すなわち、薄肉部７Ｂを構成する平坦面である中央部７ｄの厚み）は、外周部７ｃ側の厚み未満（すなわち、ｄ未満）、半分以上（１／２ｄ以上）であることが好ましい。また、薄肉部７Ｂを構成するアール形状である側面７ｅの曲率半径は、均熱板７の中央部７ｄの掘り下げられた厚み（深さ）以上であることが好ましい。

【0043】

なお、均熱板の裏面外周部７ｃとなる部分の、サセプタ２の回転軸と垂直方向の幅ｔは、耐久性が担保される厚みであれば、特に限定されるものではないが、できるだけ薄い方が好ましい。具体的には、例えば、５ｍｍ程度とすることができる。

【0044】

＜自転機構＞
図３及び図５に示すように、軸受部２ａは、開口部２Ａ内の内周側の底部に、フランジ状に設けられている。また、軸受部２ａのフランジ状部分の平坦面上には、周方向に一周するように周溝２ｂが設けられている。そして、周溝２ｂ上には、複数の転動部材４が周溝２ｂを一周するように設けられている。

【0045】

外歯車部材５は、外周部の上面側にリング状の外歯車５ａを有している。また、外歯車部材５の内周面には、均熱板７に設けられた下向きの係止段部７ｂに対応した、上向きの係止段部５ｂが設けられている。

【0046】

図６は、本実施形態の気相成長装置３１を構成するサセプタ２と、自転機構の構成を説明するための平面図である。
また、図６（ｂ）には、転動部材４の軸受部２ａへの組み付けの様子が示されている。さらに、図６（ｃ）には、外歯車部材５および固定歯車部材８のサセプタ２への組み付けの様子が示されている。

【0047】

なお、自転機構である外歯車部材５は、上述した特許文献１に開示されているような、均熱板の外周側に一体に形成されるものであってもよい。また、固定歯車８は、サセプタが中心軸回転の場合には、特許文献１に開示されているように、サセプタの外周側に設けられていてもよい。

【0048】

＜加熱手段＞
図７は、本実施形態を構成するサセプタ２の開口部２Ａと、加熱手段である分割抵抗体９との関係を説明するための平面図である。
図１及び図７に示すように、分割抵抗体（加熱手段）９は、チャンバー本体１ｂ内において、サセプタ２の裏面側に配置されており、サセプタ２の裏面側からサセプタ２と共に均熱板７を加熱するように設けられている。

【0049】

分割抵抗体９は、円周方向にリング状に分割された電気的抵抗体（９ａ〜９ｆ）から構成されている。これらの電気的抵抗体９ａ〜９ｆは、基板６の面内の温度分布を均一にできるように、それぞれに流れる電流を個別に制御できるようになっており、開口部２Ａ内を部分的に個別に加熱できるようになっている。なお、本実施形態では抵抗体の分割数を６分割とした構成を一例として説明しているが、基板の大きさに合わせた均熱板の径などによって、分割数も適宜変更してもよい。

【0050】

分割抵抗体９は、サセプタ２および均熱板７を介して基板６を加熱することになるため、基板温度を１０００℃以上にするためには、抵抗体の温度としては１４００℃以上が要求される。さらに、原料ガスに対する耐食性も考慮して、このような抵抗体の材質は熱分解窒化ホウ素（ＰＢＮ）や炭化珪素（ＳｉＣ）をグラファイトに積層コーティングしたものが用いられる。

【0051】

以上説明したように、本実施形態の気相成長装置３１によれば、回転対称体であって、自転機構を構成する転動部材４を軸受部２ａとで挟み込む外歯車部材５上に外周部の少なくとも一部が載置される均熱板７が、裏面の外周部７ｃの高さがサセプタ２の裏面の高さと同じ位置であるとともに、この裏面の中心側から外周部７ｃ側にわたって薄肉部７Ｂが設けられる構成となっている。これにより、従来の薄肉部が設けられていない均熱板と比較して軽量であるため、自転機構を構成する転動部材４等の摩耗に対する耐久性を改善することができる。

【0052】

また、薄肉部７Ｂの外周部７ｃ側の側面７ｅは、断面視した際に、中央部７ｄとの境界がＲ（アール）形状となる曲面によって構成されている。このように、薄肉部７Ｂの外周部７ｃ側が熱を受ける面積を大きくする形状となっているため、均熱板７の表面に基板６を載置した際に、基板６の表面の面内温度分布の均一性を担保することができる。

【0053】

さらに、分割抵抗体９によって加熱される均熱板７の裏面側に薄肉部７Ｂが設けられているため、この薄肉部が設けられていない均熱板と比較して、昇温速度を効率化し、生産性を高めることができる。

【0054】

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上述した実施形態の気相成長装置３１では、薄肉部７Ｂが、均熱板７の裏面の中央部７ｄから外周部７ｃ側に亘って連続するように設けられており、中央部７ｄが平坦面、かつ外周部７ｃ側の側面７ｅが断面視した際に、中央部７ｄとの境界がＲ（アール）形状となる曲面によって構成された構成を一例として説明したが、これに限定されるものではない。具体的には、例えば、薄肉部７Ｂの中央部７ｄが、平坦面でなくてもよい。また、外周部７ｃ側の側面７ｅが断面視した際に、中央部７ｄとの境界が１段以上の傾斜面によって構成されていてもよい。

【0055】

また、薄肉部７Ｂは、均熱板７の裏面において、中心側から外周部側の間のいずれかの位置に周方向の全体に亘るように設けられていればよく、中央部７ｄが薄肉部７Ｂに含まれない構成、例えば、環状（ドーナツ状、リング状）の溝であってもよい。

【0056】

また、本実施形態の気相成長装置３１では、図４に示すように、均熱板７が単一の部材で構成されており、均熱板７の上面の中央部分を基板６の厚さ分だけ掘り下げることにより、基板６を載置するための基板保持部７ａが設けられた構成について説明したが、これに限定されるものではない。

【0057】

具体的には、例えば、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、均熱板が２以上の部材によって構成されていてもよい。また、基板保持部７ａは、図８（ａ）に示すように、別体のプレートリング７Ｃを均熱板７の上面の外周側に配置することによって形成される凹み部分としてもよい。また、図８（ｂ）に示すように、均熱板７の表面（上面）の全体を覆う形状であって、均熱効果を有する別体の基板トレイ７Ｄに形成された凹み部分としてもよい。

【0058】

なお、図８（ａ）に示すように、均熱板７がプレートリング７Ｃを有する構成である場合、プレートリング７Ｃの基板表面側の表面位置から均熱板７の裏面までの厚みｄｐが、サセプタ２の厚さＤｓと同じであればよい。また、図８（ｂ）に示すように、均熱板７が基板トレイ７Ｄを有する構成である場合、基板トレイ７Ｄの基板表面側の表面位置から均熱板７の裏面までの厚みｄｔが、サセプタ２の厚さＤｓと同じであればよい。

【0059】

また、均熱板が２以上の部材によって構成される場合、均熱板の裏面（底面）の外周部上に、熱のばらつきを補正あるいは補填するために、別体の傾斜（アール形状を設けた）リングを配置し、これによって形成される凹み部分を薄肉部としてもよい。

【0060】

また、本実施形態の気相成長装置３１では、図３に示すように、サセプタ２が単一の部材である構成を一例として説明したが、これに限定されるものではない。具体的には、例えば、図９に示すように、サセプタ２の表面に、石英やグラファイト製のサセプタカバー１１を設ける構成としてもよい。サセプタ２の表面にサセプタカバー１１を設けることにより、サセプタ２の表面に生成物が付着しないようにすることができる。

【0061】

なお、図９に示すように、サセプタ２の表面にサセプタカバー１１を有する構成である場合、サセプタ２とサセプタカバー１１との合計の厚みＤｓ＋ｃが、均熱板７の厚みｄと同じであればよい。

【0062】

また、サセプタカバー１１以外にも、原料ガス導入ノズル３３から均熱板７までの間に設置される、本実施形態における固定歯車部材８や、原料ガスの温度上昇を抑えるためにサセプタ２の表面を石英などの赤外線透過率の高い部材でカバーするような構成の場合においても、厚みにおいては、それぞれ同様に考えられる。

【0063】

以下、本発明の効果を、具体例を用いて詳細に説明する。
＜検証試験１＞
８インチ基板に対応した均熱板を有する気相成長装置において、図１０（ａ）〜（ｃ）及び図１３（ｂ）に示すような４種類の均熱板を用いて、基板の面内温度の均一性を確認した。なお、肉厚において、それぞれ基板保持部の深さは微小であるため、無視した。

【0064】

（実施例１）
図１０（ａ）に示すように、均熱板７の裏面に薄肉部７Ｂ（平坦面、アール形状：曲率半径Ａ）を設けた。なお、外周部の肉厚は２Ａであり、中央部の肉厚はＡであった。

【0065】

（実施例２）
図１３（ｂ）に示すように、均熱板７の裏面に薄肉部７Ｂ（平坦面、アール形状：曲率半径２Ａ）を設けた。なお、外周部の肉厚は２Ａであり、中央部の肉厚はＡであった。

【0066】

（比較例１）
図１０（ｂ）に示すように、均熱板７の裏面に薄肉部を設けなかった。なお、外周部及び中央部の肉厚は、いずれも２Ａであった。

【0067】

（比較例２）
図１０（ｃ）に示すように、均熱板７の裏面に薄肉部７Ｂ（平坦面のみ）を設けた。なお、外周部及び中央部の肉厚は、いずれもＡであった。

【0068】

加熱手段となる分割抵抗体は、図７と同様に、６分割とした。また、これらの投入電力比は、従来型の均熱板の標準比率を用いた。下記表１は、従来型の投入電力の標準比率である。

【0069】

【表1】

【0070】

なお、温度の測定は、サセプタが公転する際に、基板中心位置が通過する位置で連続的に測定した。温度測定には、ファイバー式放射温度計を用いた。また、基板の面内温度分布の評価は、基板保持部における最低温度と最高温度の温度差Δ（デルタ）が小さい方が良いとした。

【0071】

図１１は、均熱板の形状と基板保持部の面内温度分布との関係を示す図である。また、下記表２に、均熱板形状における基板保持部の最低温度と最高温度との温度差Δを示す。

【0072】

【表2】

【0073】

図１１に示すように、比較例１と実施例１を比較すると、実施例１は、基板の外周側にあたる部分の温度は低く、内周側にあたる部分の温度は高くなるが、中央部はわずかに温度が低くなり温度差Δは６℃程度であった。一方、比較例１は温度差Δが８℃程度になり、実施例１の面内温度分布がより良い結果となった。さらに、比較例２をみると、温度差Δは１５℃もあり、特に基板の外周側にあたる部分の温度低下が顕著であった。これは上述したとおり、加熱手段からの輻射が凹み段部に影を作るため、その影響から均熱板の裏面外周部に十分に熱が加わらなかったためであると推察される。

【0074】

また、実施例１の基板保持部の中心位置の温度がその周囲温度よりも低下していることから、中心部の厚みをこれ以上薄くすると、中心位置の温度がより低下することが考えられ、面内温度分布が悪くなる懸念があった。このため、均熱板の中心部の厚みは外周部の厚みの半分以上であることが望ましいことが確認された。

【0075】

図１２は、従来の昇温ステップを用いた際の、実施例１と比較例１との昇温速度の比較である。図１２に示すように、参照場所の温度が１０００℃に加熱されるまでは３ステップを、１０００℃を維持するために１ステップを、それらを合わせた計４ステップを用いて温度制御した。それぞれのステップには、それぞれに目標の投入電力比を設定し、参照温度が設定値に近づくように投入電力制御を行って昇温した。昇温ステップ１をみると、実施例１は温度が上がりやすく、比較例１が６００℃に到達するのにおよそ５分であったものが、実施例１では３分ほどで到達した。

【0076】

このことは、裏面を抉った（掘り下げた）、すなわち、薄肉部を設けた均熱板は熱容量が従来よりも小さくなっているため、従来の均熱板に対応した投入電力設定は余剰であることを示している。したがって、投入電力を従来通りとすれば、より昇温速度を速くでき、昇温速度を従来通りとすれば、投入電力を少なくする省力化が可能であることがわかった。

【0077】

＜検証試験２＞
図１３に示すように、実施例１と実施例２とは、断面視した際に、均熱板の平坦面である中央部と外周側の側面部との境界となるアール形状の曲率半径が違っており、実施例２の方が大きな曲率半径となっている。このため、図１１及び表２に示すように、面内温度分布の評価では、共に温度差Δが６℃程度となり、差異がみられなかった。

【0078】

ところで、本発明の課題から、均熱板の重さを軽くするためには、このアール形状の曲率半径を小さくする方が、抉り取られる体積が大きくなるので、より軽くなることが期待される。しかしながら、アール形状が抉り深さより小さくなると、より比較例２の形状に近くなっていくので、面内温度分布が悪くなることが明らかである。よって、アール形状の曲率半径は、抉り深さと同等程度、もしくはそれ以上とすることが好ましいことがわかった。

【0079】

本発明の均熱板は、従来の薄肉部が設けられていない均熱板との重量比で５０〜６０％となり、軽量化が達成できた。これにより、転動部材ならびに周溝の摩耗に対する耐久性が向上することが期待される。また、薄肉部の外周部側の形状をアール形状とすることにより、基板の温度分布の面内均一性を向上させることができ、さらに昇温速度の効率化が可能であることがわかった。

【産業上の利用可能性】

【0080】

本発明の気相成長装置は、基板面に対して平行な方向に原料ガスを供給しながら、基板上に化合物半導体薄膜を気相成長させる際に適した装置等に利用可能性を有する。

【符号の説明】

【0081】

１・・・チャンバー
１ａ・・・チャンバー蓋
１ｂ・・・本体
２・・・サセプタ
２Ａ・・・開口部
２ａ・・・軸受部
２ｂ・・・周溝
４・・・転動部材
５・・・外歯車部材
５ａ・・・外歯車
６・・・基板
７・・・均熱板（均熱部材）
７Ａ・・・フランジ部
７Ｂ・・・薄肉部
７Ｃ・・・プレートリング
７Ｄ・・・基板トレイ
７ａ・・・基板保持部（溝部）
７ｂ・・・係止段部
７ｃ・・・外周部
７ｄ・・・中央部
７ｅ・・・側面
８・・・固定歯車部材
８ａ・・・歯車
９・・・分割抵抗体（加熱手段）
１０・・・原料ガス流路
３１・・・気相成長装置
３３・・・原料ガス導入ノズル
４１・・・天井板
４２・・・Ｏリング
４５・・・排気口
４６・・・サセプタ回転用フレーム

【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13】