JP2013053355A

JP2013053355A - 気相成長装置

Info

Publication number: JP2013053355A
Application number: JP2011193100A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Yano; 良樹矢野; Kazumasa Ikenaga; 和正池永; Akira Yamaguchi; 晃山口
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2011-09-05
Filing date: 2011-09-05
Publication date: 2013-03-21

Abstract

【課題】基板表面の面内温度分布を解消し、基板表面に形成する薄膜の面内均一性を向上させて歩留まりを改善することができる気相成長装置を提供する。
【解決手段】基板保持部材２０に設けた基板保持凹部２３に基板２２を保持し、加熱手段によって加熱される基板保持部材を介して基板を加熱するとともに、基板上に原料ガスを供給して基板表面に薄膜を形成する気相成長装置において、基板保持凹部は、基板の裏面に平行な平面部２６と、平面部から上方に突出して上端に基板載置部２７ａが設けられた基板支持凸部２７と、基板支持凸部に隣接する平面部に設けられた凹溝部２８とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、気相成長装置に関し、詳しくは、加熱手段によって加熱される基板保持部材を介して基板を加熱する気相成長装置に関する。

加熱手段によって加熱される基板保持部材を介して基板を加熱する気相成長装置において、基板の温度均一性及び温度再現性を向上させるため、基板保持部材（基板ホルダ）と基板との間に複数個の微小な支持突起を介在させ、基板保持部材と基板との接触面積をできる限り小さくして接触熱伝導を最小限とした基板支持構造が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００８−９１６１５号公報

しかし、特許文献１に記載された基板支持構造では、全体的な基板温度の均一化を図ることは可能であるが、支持突起を介して基板保持部材に接触する部分及びその周辺の温度が高くなるため、この部分に形成された薄膜を製品として使用することができず、歩留まりが低下するという問題がある。

そこで本発明は、基板の温度均一性を更に向上させて基板表面の面内温度分布を解消し、基板表面に形成する薄膜の面内均一性を向上させて歩留まりを改善することができる気相成長装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の気相成長装置は、基板保持部材に設けた基板保持凹部に基板を保持し、加熱手段によって加熱される前記基板保持部材を介して前記基板を加熱するとともに、該基板上に原料ガスを供給して前記基板の表面に薄膜を形成する気相成長装置において、前記基板保持凹部は、前記基板の裏面に平行な平面部と、該平面部から上方に突出して上端に基板載置部が設けられた基板支持凸部と、該基板支持凸部の隣接する前記平面部に設けられた凹溝部とを備えていることを特徴としている。

さらに、本発明の気相成長装置は、前記基板支持凸部が円柱状に形成されていること、前記凹溝部が、前記円柱状の基板支持凸部の周囲にリング状に設けられていることを特徴としている。

本発明の気相成長装置によれば、基板支持凸部に隣接する平面部に設けた凹溝部の底面と基板の裏面との距離が、平面部と基板の裏面との距離よりも離れた状態になるため、平面部からの輻射加熱量に比べて凹溝部からの輻射加熱量が小さくなり、基板支持凸部との接触によって温度が上昇しやすい部分の周辺の加熱量が減少することから、基板支持凸部に接触した部分の温度とその周辺の温度とを平均化することができる。また、基板支持凸部を円柱状に形成することによって、基板支持凸部と基板との接触面積を小さくすることができ、さらに、円柱状の基板支持凸部の周囲にリング状に凹溝部を設けることにより、基板支持凸部に接触している基板部分の周囲全体の加熱量を少なくできるので、基板支持凸部に接触した部分の温度とその周辺の温度とをより確実に平均化することができる。

本発明の気相成長装置の第１形態例を示す要部の断面図である。同じく基板保持部材と基板との関係を示す平面図である。図２のIII−III断面図である。本発明の気相成長装置の第２形態例における基板保持部材と基板との関係を示す平面図である。図４のＶ−Ｖ断面図である。本発明の気相成長装置の第２形態例における基板保持部材と基板との関係を示す平面図である。図６のVII−VII断面図である。

まず、図１乃至図３に示す第１形態例において、本形態例に示す気相成長装置は、自公転機構を備えた自公転型気相成長装置であって、石英ガラスで覆われた偏平円筒状のチャンバー１１内に、チャンバー１１の底面部分を貫通した回転軸１２により支持された円盤状の回転部材１３を回転可能に設け、前記チャンバー１１の中央上部に原料ガス導入部１４を設けるとともに、チャンバ１１の外周部にガス排出部１５を設けている。回転部材１３の下方には、回転軸１２を囲むようにしてヒーター１６や温度計１７が設けられるとともに、ヒーター１６の周囲にはリフレクター１８が設けられている。

回転部材１３の上面外周部には、平面視円形の収容凹部１３ａが周方向に等間隔で設けられており、各収容凹部１３ａ内には、リング状の転動溝１９ａ、１９ｂ内を転動する転動部材１９を介して基板保持部材２０を回転可能に支持するガイド部材２１がそれぞれ収容されている。基板保持部材２０の上面には、基板２２を保持するための基板保持凹部２３が形成され、基板保持部材２０の下部外周には、回転部材１３の外周に設けられたリング状の固定歯車部材２４に形成された内歯車２４ａに歯合する外歯車２０ａが形成されている。また、外歯車２０ａ及び内歯車２４ａの上部には、各歯車を覆うカバー材２５が設けられている。

前記基板保持凹部２３の底面部には、前記基板２２の裏面に平行な平面部２６と、該平面部２６から上方に突出した複数の基板支持凸部２７と、該基板支持凸部２７の周囲に設けられた凹溝部２８とが設けられている。基板支持凸部２７は、上端に基板載置部２７ａを有する円柱状に形成されており、円形状の平面部２６における外周部の周方向に等間隔で４箇所に設けられている。基板保持凹部２３の深さ及び基板支持凸部２７の高さは、基板支持凸部２７の基板載置部２７ａに基板２２を載置したときに、基板２２の裏面と平面部２６との間に、接触熱伝導を防止するのに十分な距離を形成するとともに、基板２２の上面、回転部材１３の上面、基板保持部材２０の上面、カバー材２５の上面が面一になるように設定されている。

円柱状に形成した基板支持凸部２７の直径や高さは、基板２２の材質や直径、薄膜成長時の基板加熱温度などの条件によって異なるが、通常は、直径が１〜５ｍｍ、好ましくは３ｍｍ程度、高さが５０〜２００μｍ、好ましくは１００μｍ程度である。この基板支持凸部２７の設置数は、基板２２を安定した状態で支持できればよく、通常は、３〜６個、好ましくは４個程度である。さらに、基板支持凸部２７における直径を小さくすることによって接触熱伝導面積をより小さくすることができるが、加工が困難であったり、使用中に破損したりするおそれがある。

また、凹溝部２８の開口幅及び深さは、基板支持凸部２７の直径や高さ、基板２２の材質や直径、基板加熱温度などの条件に応じて最適な寸法に設定され、例えば、基板支持凸部２７の直径が３ｍｍ、高さが１００μｍの場合は、開口幅及び深さは共に１ｍｍ程度が最適である。この凹溝部２８の開口幅及び深さを小さくしすぎると、凹溝部２８を設けた効果を十分に発揮することが困難となり、開口幅及び深さを大きくしすぎても凹溝部２８を設けた効果を十分に発揮することができない。

この気相成長装置を使用して基板２２の表面に薄膜を形成する際には、基板２２を基板支持凸部２７に載置して基板保持凹部２３内に基板２２を保持した状態とし、ヒーター１６により回転部材１３や基板保持部材２０を介して基板２２をあらかじめ設定された温度に加熱しながら、ガス導入部１４からチャンバ１１内に原料ガスを導入し、排気ガスをガス排出部１５を通してチャンバ１１内から排出する。このとき、回転軸１２によって回転部材１３を回転駆動することにより、回転軸１２を中心として基板保持部材２０が公転するとともに、基板保持部材２０の外歯車２０ａが内歯車２４ａに噛み合って基板保持部材２０が自転することにより、基板保持部材２０に保持された基板２２がチャンバー１１内で自公転する状態になる。

基板加熱時における基板保持部材２０は、基板２２の設定温度より高い温度となっており、基板支持凸部２７と接触している部分及び凹溝部２８に対向する部分を除いた基板２２の大部分は、平面部２６からの放射熱伝導によって均一に加熱された状態となる。一方、基板支持凸部２７に載置された基板裏面部分は、基板載置部２７ａからの接触熱伝導によって加熱され、基板支持凸部２７の周囲に設けられた凹溝部２８に対向する基板裏面部分は、凹溝部２８の底面からの放射熱伝導によって加熱された状態となる。

したがって、平面部２６からの放射熱伝導によって加熱される基板裏面の加熱量に対して、基板載置部２７ａからの接触熱伝導によって加熱される基板裏面部分の加熱量は多くなり、基板２２の裏面と凹溝部２８の底面との間の距離が、基板２２の裏面と平面部２６との間の距離に比べて離れている凹溝部２８に対向する基板裏面部分の放射熱伝導による加熱量は少なくなる。

このため、基板２２の裏面においては、基板保持凹部２３の平面部２６に対向した部分の温度に比べて、基板支持凸部２７の基板載置部２７ａに接した部分の温度が高く、凹溝部２８に対向した部分の温度が低くなる傾向となるが、温度の高い部分と低い部分とが隣接しているため、基板２２の内部で熱伝導が発生し、基板載置部２７ａに接した温度の高い部分から凹溝部２８に対向した温度の低い部分に熱エネルギーが移動する。

これにより、基板載置部２７ａに接した部分の温度が低下するとともに、凹溝部２８に対向した部分の温度が上昇し、基板２２の表面では、基板載置部２７ａに接した部分の温度と凹溝部２８に対向した部分の温度とが平均化され、両者の温度が平面部２６に対向した部分の温度に近付くことになる。すなわち、基板支持凸部２７の周囲に凹溝部２８を設け、これらの形状や寸法を最適に設定することにより、基板２２の表面における面内温度分布を解消することができ、基板２２の表面に形成する薄膜の面内均一性を向上させることができ、歩留まりを改善することができる。

図４及び図５は、本発明の第２形態例を示すもので、以下の説明において、前記第１形態例に示した気相成長装置の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

本形態例では、基板保持凹部２３における平面部２６の外周部に、周方向に等間隔で４箇所に基板支持凸部３１を設けるとともに、平面部２６の外周縁にリング状に連続した凹溝部３２を形成している。このように、平面部２６の外周縁に凹溝部３２を形成することによっても、基板支持凸部３１からの接触熱伝導によって温度が高くなる部分の温度を低くすることができ、基板２２の表面における面内温度分布を解消することが可能である。

図６及び図７は、本発明の第２形態例を示すもので、本形態例では、基板保持凹部２３における平面部２６の外周部に、リング状に連続した基板支持凸部４１を設けるとともに、該基板支持凸部４１の外周に隣接させてリング状に凹溝部４２を形成している。このように、基板支持凸部４１及び凹溝部４２をリング状に形成することによっても、基板支持凸部３１からの接触熱伝導によって温度が高くなる部分の温度を低くすることができ、基板２２の表面における面内温度分布を解消することが可能である。

なお、各凹溝部の断面形状は４角形に限るものではなく、Ｖ字状、Ｕ字状の溝であってもよい。また、第２形態例及び第３形態例では、基板支持凸部に隣接させて凹溝部を形成することもできる。また、複数の凹溝部を二重、三重にして設けることもでき、リング状に連続させることなく円弧状に形成することもできる。さらに、基板支持凸部の基板載置部や凹溝部は、平面視が円形である必要はなく、多角形状であってもよく、基板載置部が球面状になっていてもよい。また、各形態例では、自公転型の気相成長装置で回転部材と基板保持部材とを別体で形成したものを例示しているが、自転のみあるいは公転のみの気相成長装置で、基板保持部材と回転部材とが一体となっているものであってもよく、基板を回転させないものであってもよい。

１１…チャンバー、１２…回転軸、１３…回転部材、１３ａ…収容凹部、１４…ガス導入部、１５…ガス排出部、１６…ヒーター、１７…温度計、１８…リフレクター、１９…転動部材、１９ａ，１９ｂ…転動溝、２０…基板保持部材、２０ａ…外歯車、２１…ガイド部材、２２…基板、２３…基板保持凹部、２４…固定歯車部材、２４ａ…内歯車、２５…カバー材、２６…平面部、２７…基板支持凸部、２７ａ…基板載置部、２８…凹溝部、３１，４１…基板支持凸部、３２，４２…凹溝部

Claims

基板保持部材に設けた基板保持凹部に基板を保持し、加熱手段によって加熱される前記基板保持部材を介して前記基板を加熱するとともに、該基板上に原料ガスを供給して前記基板の表面に薄膜を形成する気相成長装置において、前記基板保持凹部は、前記基板の裏面に平行な平面部と、該平面部から上方に突出して上端に基板載置部が設けられた基板支持凸部と、該基板支持凸部に隣接する前記平面部に設けられた凹溝部とを備えている気相成長装置。
前記基板支持凸部が円柱状に形成されている請求項１記載の気相成長装置。
前記凹溝部が前記円柱状の基板支持凸部の周囲にリング状に設けられている請求項２記載の気相成長装置。