JP5432041B2 - Vapor growth equipment - Google Patents
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Description
本発明は、気相成長装置に関し、詳しくは、サセプタを介して加熱された基板上に薄膜を気相成長させる気相成長装置に関する。 The present invention relates to a vapor phase growth apparatus, and more particularly, to a vapor phase growth apparatus for vapor phase growing a thin film on a substrate heated via a susceptor.
青色発光ダイオード、緑色発光ダイオード及び紫外レーザーダイオードの材料となる窒化ガリウム(GaN)系半導体デバイスに用いられる化合物半導体等の薄膜を製造するための気相成長装置では、有機金属及びアンモニアを原料として水素又は窒素をキャリアガスとした原料ガスを加熱した基板上に供給し、基板面にGaN系薄膜を気相成長させている。 In a vapor phase growth apparatus for manufacturing thin films such as compound semiconductors used for gallium nitride (GaN) semiconductor devices, which are materials for blue light emitting diodes, green light emitting diodes, and ultraviolet laser diodes, hydrogen is produced using organic metals and ammonia as raw materials. Alternatively, a source gas using nitrogen as a carrier gas is supplied onto a heated substrate, and a GaN-based thin film is vapor-phase grown on the substrate surface.
このような気相成長装置として、基板面における原料ガスの状態等の処理条件を均一にするため、基板を公転させながら自転させる自公転型の気相成長装置が知られている。さらに、GaN系薄膜は成膜温度によって大きな影響を受けるため、複数の基板を同時に処理する場合に、基板とサセプタとの間に調整板を介在させたり、サセプタを上下に分割して分割面に高さ調整用のスペーサリングを配置し、調整板やスペーサリングの厚さを調節することによって複数の基板温度の均一化を図ることが行われている(例えば、特許文献1参照。)。 As such a vapor phase growth apparatus, a self-revolution type vapor phase growth apparatus that rotates while rotating the substrate is known in order to make the processing conditions such as the state of the source gas on the substrate surface uniform. Furthermore, since GaN-based thin films are greatly affected by the deposition temperature, when processing multiple substrates at the same time, an adjustment plate is interposed between the substrate and the susceptor, or the susceptor is divided into upper and lower surfaces to form divided surfaces. A plurality of substrate temperatures are made uniform by disposing a height adjusting spacer ring and adjusting the thickness of the adjusting plate and the spacer ring (see, for example, Patent Document 1).
しかし、調整板やスペーサリングは、これらの厚さが1mm程度で極めて薄いため、これらの製作に手間がかかるだけでなく、これらをサセプタに装着したり、取り外したりする際の取り扱いにも注意が必要だった。 However, since the adjustment plates and spacer rings are very thin with a thickness of about 1 mm, they are not only troublesome to manufacture, but also when handling them when attaching or removing them from the susceptor. It was necessary.
そこで本発明は、簡単な構造で基板温度を容易に調整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。 Therefore, an object of the present invention is to provide a vapor phase growth apparatus that can easily adjust the substrate temperature with a simple structure.
上記目的を達成するため、本発明の気相成長装置は、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、該サセプタの上面に設けられた基板載置部と、前記チャンバー内に原料ガスを導入する原料ガス導入部と、前記チャンバーの反原料ガス導入部側に設けられた排気部と、前記基板載置部に載置された基板を前記サセプタの下面側から加熱する加熱手段とを備え、前記サセプタの回転に伴って前記基板を回転させるとともに、前記原料ガス導入部から原料ガスを導入して前記加熱手段により加熱された基板の上面に薄膜を気相成長させる気相成長装置において、前記サセプタは、前記基板載置部を有する上部サセプタ部材と、前記加熱手段によって加熱される下部サセプタ部材と、前記上部サセプタ部材の下面と前記下部サセプタ部材の上面との間に形成される空間部の寸法を調節して下部サセプタ部材から上部サセプタ部材への伝熱量を調節する伝熱量調整部とを備え、前記サセプタの伝熱量調整部は、前記基板載置部の外周側の上部サセプタ部材の外周部下面と、該上部サセプタ部材の下面に対向する前記下部サセプタ部材の外周部上面とのいずれか一方の面に、他方の面に向かう突出寸法が異なる階段状当接面を有する階段部を周方向に複数形成するとともに、他方の面には、前記複数の階段部における突出寸法が同一の各階段状当接面に当接する複数の突出面を形成し、前記階段状当接面のいずれか一つの当接面と前記突出面とを当接させた際の階段状当接面の突出寸法によって前記上部サセプタ部材の下面と前記下部サセプタ部材の上面との間隔が調節可能となっていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, a vapor phase growth apparatus according to the present invention comprises a disc-shaped susceptor rotatably provided in a chamber, a substrate mounting portion provided on the upper surface of the susceptor, and a raw material in the chamber. A source gas introduction part for introducing a gas; an exhaust part provided on the side opposite to the source gas introduction part of the chamber; and a heating means for heating the substrate placed on the substrate placement part from the lower surface side of the susceptor. A vapor phase growth apparatus that rotates the substrate with the rotation of the susceptor, and introduces a source gas from the source gas introduction unit and vapor-deposits a thin film on the upper surface of the substrate heated by the heating means The susceptor includes an upper susceptor member having the substrate mounting portion, a lower susceptor member heated by the heating means, a lower surface of the upper susceptor member, and the lower susceptor. And a heat transmission controller unit for adjusting the amount of heat transfer from the lower susceptor member to the upper susceptor member dimensions of the space which is formed by adjusting between the upper surface of the wood, heat transmission controller portion of the susceptor, the Projection dimension toward the other surface on one surface of the outer peripheral surface of the upper susceptor member on the outer peripheral side of the substrate mounting portion and the upper surface of the outer periphery of the lower susceptor member facing the lower surface of the upper susceptor member A plurality of stepped portions having different stepped contact surfaces are formed in the circumferential direction, and the other surface has a plurality of protruded surfaces that contact each stepped contact surface having the same protruding dimension at the plurality of stepped portions. The lower surface of the upper susceptor member and the lower susceptor member are formed according to the protruding dimension of the stepped contact surface when the contact surface of any one of the stepped contact surfaces and the protruding surface are contacted The distance from the top surface of the It is characterized in that you are me.
また、本発明の気相成長装置は、前記サセプタが、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支持部材の外周部の周方向に複数個が等間隔で回転可能に設けられ、前記サセプタ支持部材の回転に伴い、サセプタ支持部材の中心軸を中心として公転するとともに、サセプタ中心軸を中心として自転することを特徴としている。 Further, in the vapor phase growth apparatus of the present invention, a plurality of the susceptors are rotatably provided at equal intervals in the circumferential direction of the outer peripheral portion of a disc-shaped susceptor support member rotatably provided in the chamber. As the susceptor support member rotates, it revolves around the central axis of the susceptor support member and rotates around the susceptor central axis.
本発明の気相成長装置によれば、上部サセプタ部材の下面と下部サセプタ部材の上面との間に形成される空間部の寸法を大きくすることによって基板温度を下げることができ、空間部の寸法を小さくすることによって基板温度を上げることができる。これにより、一度に複数の基板に薄膜を成長させる際の各基板の温度を均一化することができ、温度条件が厳しいGaN系薄膜も効率よく気相成長させることができる。また、上部サセプタ部材及び下部サセプタ部材は、数mm以上の厚さで形成することができるので、製作も容易であり、取扱中に破損することもほとんどない。 According to the vapor phase growth apparatus of the present invention, the substrate temperature can be lowered by increasing the size of the space formed between the lower surface of the upper susceptor member and the upper surface of the lower susceptor member. The substrate temperature can be increased by reducing the value of. Thereby, the temperature of each substrate when growing thin films on a plurality of substrates at a time can be made uniform, and a GaN-based thin film having severe temperature conditions can also be vapor-grown efficiently. Further, since the upper susceptor member and the lower susceptor member can be formed with a thickness of several mm or more, they are easy to manufacture and are hardly damaged during handling.
本形態例に示す気相成長装置は、上部中央にガス導入部11を配設した偏平円筒状のチャンバー12内に回転可能に設けられた大径円盤状のサセプタ支持部材13と、該サセプタ支持部材13の下方にリング状に設けられた加熱手段であるヒーター14と、サセプタ支持部材13の外周部に多数のボール15を介して回転可能な状態で周方向に等間隔で設けられた複数のサセプタ16と、前記チャンバー12の外周部に設けられた内歯車部材17と、前記チャンバー12の外周に設けられた排気通路18と、サセプタ支持部材13を回転させる駆動軸19とを備えた自公転型の気相成長装置である。
The vapor phase growth apparatus shown in the present embodiment includes a large-diameter disk-shaped
前記サセプタ16は、上面に基板20を載置する基板載置部21aを有するとともに、外周に前記内歯車部材17に歯合する外歯車21bを有する上部サセプタ部材21と、下面に前記ボール15をガイドするリング状のガイド溝22aを有し、下方から前記ヒーター14によって加熱される下部サセプタ部材22と、上部サセプタ部材21の下面外周部と下部サセプタ部材22の上面外周部とに対向して設けられた伝熱量調整部23とで形成されている。
The
本形態例に示す伝熱量調整部23は、下部サセプタ部材22から上部サセプタ部材21への伝熱量を3段階に調節可能に形成したものであって、前記基板載置部21aの外周側の上部サセプタ部材21の外周部下面と、該上部サセプタ部材21の外周部下面に対向する前記下部サセプタ部材22の外周部上面との双方に、対向する下部サセプタ部材22の外周部上面又は上部サセプタ部材21の外周部下面に向かう突出寸法を3段階に異なる寸法とし、開き角度を40度に設定した円弧状の階段状当接面24a,24b,24cを有する階段部24を120度の位相差で3組形成した構造を有している。この伝熱量調整部23は、各階段状当接面24a,24b,24cの当接状態を変更することにより、上部サセプタ部材21の伝熱量調整部23の内周側に位置する下面中央部と、同じく伝熱量調整部23の内周側に位置する下部サセプタ部材22の上面中央部との間に形成される空間部の大きさを調節することができるようにしている。
The heat transfer
すなわち、図3(a)に示すように、上部サセプタ部材21の突出寸法が小さい階段状当接面24aと下部サセプタ部材22の突出寸法が大きい階段状当接面24c、上部サセプタ部材21の突出寸法が中間の階段状当接面24bと上部サセプタ部材21の突出寸法が中間の階段状当接面24b、上部サセプタ部材21の突出寸法が大きい階段状当接面24cと下部サセプタ部材22の突出寸法が小さい階段状当接面24aとをそれぞれ当接させた状態では、上部サセプタ部材21の下面中央部と下部サセプタ部材22の上面中央部との間隔が最も接近した状態となり、上部サセプタ部材21の下面中央部と下部サセプタ部材22の上面中央部とが当接した状態あるいは僅かな空間が形成された状態となる。
That is, as shown in FIG. 3A, a
また、図3(b)に示すように、上部サセプタ部材21の突出寸法が中間の階段状当接面24bと下部サセプタ部材22の突出寸法が大きい階段状当接面24c、上部サセプタ部材21の突出寸法が大きい階段状当接面24cと下部サセプタ部材22の突出寸法が中間の階段状当接面24bとをそれぞれ当接させた状態にすると、上部サセプタ部材21の下面中央部と下部サセプタ部材22の上面中央部との間隔が図3(a)に示す状態の間隔より開いた状態になる。
Further, as shown in FIG. 3B, the
さらに、図3(c)に示すように、上部サセプタ部材21の突出寸法が大きい階段状当接面24cと下部サセプタ部材22の突出寸法が大きい階段状当接面24cとを当接させた状態にすると、上部サセプタ部材21の下面中央部と下部サセプタ部材22の上面中央部との間隔が図3(b)に示す状態の間隔よりも更に大きくなって最も大きい空間が形成された状態となる。
Further, as shown in FIG. 3C, the
このように、階段部24における階段状当接面24a,24b,24cの当接状態を変更して上部サセプタ部材21の下面中央部と下部サセプタ部材22の上面中央部との間に形成される空間の大きさを変えることにより、下部サセプタ部材22から上部サセプタ部材21への伝熱量を調節することができる。すなわち、上部サセプタ部材21の下面中央部と下部サセプタ部材22の上面中央部との間隔を小さくすると伝熱量を多くすることができ、上部サセプタ部材21の下面中央部と下部サセプタ部材22の上面中央部との間隔を大きくすると伝熱量を少なくすることができる。
Thus, the contact state of the stair-
したがって、サセプタ支持部材13に支持される複数のサセプタ16の基板載置部21aにそれぞれ載置されている各基板20の温度が異なっている場合、基板20の温度が目標温度に比べて低いときには、図3(a)に示すように上部サセプタ部材21と下部サセプタ部材22とを接近させた状態にすることにより伝熱量を多くして基板20の温度を高くすることができ、基板20の温度が目標温度に比べて高いときには図3(c)に示すように上部サセプタ部材21と下部サセプタ部材22とを離れた状態にすることにより伝熱量を少なくして基板20の温度を低くすることができる。
Therefore, when the temperatures of the
これにより、サセプタ16の各部の製作誤差や長時間の使用による消耗などでヒーター14から下部サセプタ部材22及び上部サセプタ部材21を介して加熱される基板20の温度が異なった場合でも、階段状当接面24a,24b,24cの当接状態を変更して下部サセプタ部材22から上部サセプタ部材21への伝熱量を調整することにより、気相成長操作中の複数の基板20の温度差を小さくすることができるなるので、均一な温度条件で薄膜を気相成長させることができる。
Thereby, even if the temperature of the
階段状当接面24a,24b,24cの突出寸法差は、基板加熱温度やサセプタ16の構造、階段状当接面の段差数などの条件に応じて適宜設定することができるが、通常は、0.1〜0.5mm程度が適当である。また、本形態例に示すように、階段状当接面24a,24b,24cを等間隔で3組設けることにより、階段状当接面24a,24b,24cを介して下部サセプタ部材22の上に載置された状態となる上部サセプタ部材21を安定した状態とすることができるとともに、伝熱量調整部23の加工工数も最小とすることができる。
The projecting dimension difference between the
なお、本形態例では、上部サセプタ部材21及び下部サセプタ部材22の双方に階段状当接面24a,24b,24cを設けているが、階段状当接面24a,24b,24cを上部サセプタ部材21及び下部サセプタ部材22の一方に設け、他方には突出寸法が最大の階段状当接面24cと同じ突出寸法あるいは大きな突出寸法を有する突出面を120度の等間隔で3カ所に突設し、該突出面を階段状当接面24a,24b,24cのいずれかに当接させることで上部サセプタ部材21と下部サセプタ部材22との間隔を調節するように形成することもできる。
In this embodiment, the stepped
図4の第2形態例に示すサセプタは、階段部24の当接面に凹凸係合部25を設け、前記階段状当接面24a,24b,24cをそれぞれ当接させたときの上部サセプタ部材21と下部サセプタ部材22との位置ずれを防止し、サセプタを逆回転することも可能な構造としたものである。
The susceptor shown in the second embodiment of FIG. 4 is provided with an
図5の第3形態例に示すサセプタは、下部サセプタ部材22の上面にドーム状凹部26を形成し、外周部に比べて相対的に伝熱量が多くなるサセプタ中央部26aにおける上下サセプタ部材間の間隔を、サセプタ外周部26bにおける上下サセプタ部材間の間隔より広くすることによってサセプタ径方向における基板20の温度分布を小さくしたものである。このようなドーム状凹部26は、下部サセプタ部材22の上面ではなく、上部サセプタ部材21の下面に形成することもでき、図6の第4形態例に示すように、上部サセプタ部材21の下面と下部サセプタ部材22の上面との双方にドーム状凹部26をそれぞれ形成することもできる。ドーム状凹部26の形状は、サセプタの直径などの条件に応じて適宜設定することができる。
The susceptor shown in the third embodiment of FIG. 5 is formed with a dome-shaped
なお、気相成長装置の構造や基板を自公転させる構造は特に限定されるものではなく、処理する基板の大きさや気相成長させる薄膜の種類などの条件に応じて適宜最適な構造を採用することが可能である。また、本発明は、自公転型の気相成長装置に限らず、基板を公転させるだけの構造を有するサセプタを備えた気相成長装置にも適用可能である。さらに、前述のような階段部を設けずに、上部サセプタ部材の下面又は下部サセプタ部材の上面に伝熱量調整部となるリング状の支持部を突設し、この支持部を介して上部サセプタ部材を支持し、支持部先端面を削ったりして支持部突出寸法を変えることにより、上部サセプタ部材と下部サセプタ部材との間に形成される空間部の大きさを調節して伝熱量を最適化することも可能である。 Note that the structure of the vapor phase growth apparatus and the structure for revolving the substrate are not particularly limited, and an optimum structure is appropriately adopted according to conditions such as the size of the substrate to be processed and the type of thin film to be vapor grown. It is possible. The present invention is not limited to a self-revolution type vapor phase growth apparatus, but can be applied to a vapor phase growth apparatus including a susceptor having a structure that only revolves a substrate. Further, without providing the above-described stepped portion, a ring-shaped support portion serving as a heat transfer amount adjustment portion is provided on the lower surface of the upper susceptor member or the upper surface of the lower susceptor member, and the upper susceptor member is interposed through this support portion. The size of the space formed between the upper susceptor member and the lower susceptor member is adjusted to optimize the heat transfer amount by changing the protrusion size of the support portion by cutting the front end surface of the support portion. It is also possible to do.
11…ガス導入部、12…チャンバー、13…サセプタ支持部材、14…ヒーター、15…ボール、16…サセプタ、17…内歯車部材、18…排気通路、19…駆動軸、20…基板、21…上部サセプタ部材、21a…基板載置部、21b…外歯車、22…下部サセプタ部材、22a…ガイド溝、23…伝熱量調整部、24…階段部、24a,24b,24c…階段状当接面、25…凹凸係合部、26…ドーム状凹部
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記サセプタの伝熱量調整部は、前記基板載置部の外周側の上部サセプタ部材の外周部下面と、該上部サセプタ部材の下面に対向する前記下部サセプタ部材の外周部上面とのいずれか一方の面に、他方の面に向かう突出寸法が異なる階段状当接面を有する階段部を周方向に複数形成するとともに、他方の面には、前記複数の階段部における突出寸法が同一の各階段状当接面に当接する複数の突出面を形成し、前記階段状当接面のいずれか一つの当接面と前記突出面とを当接させた際の階段状当接面の突出寸法によって前記上部サセプタ部材の下面と前記下部サセプタ部材の上面との間隔が調節可能となっていることを特徴とする気相成長装置。 A disk-shaped susceptor rotatably provided in the chamber, a substrate mounting portion provided on the upper surface of the susceptor, a raw material gas introducing portion for introducing a raw material gas into the chamber, and an anti-raw material gas in the chamber An exhaust section provided on the introduction section side, and heating means for heating the substrate mounted on the substrate mounting section from the lower surface side of the susceptor, and rotating the substrate as the susceptor rotates. In the vapor phase growth apparatus for vapor-phase-growing a thin film on the upper surface of the substrate heated by the heating means by introducing the source gas from the source gas introduction unit, the susceptor has an upper susceptor member having the substrate mounting unit And adjusting the size of the lower susceptor member heated by the heating means, and the space formed between the lower surface of the upper susceptor member and the upper surface of the lower susceptor member. And a heat transmission controller unit for adjusting the amount of heat transfer from the lower susceptor member to the upper susceptor member,
The heat transfer amount adjustment part of the susceptor is one of an outer peripheral part lower surface of the upper susceptor member on an outer peripheral side of the substrate mounting part and an outer peripheral part upper surface of the lower susceptor member facing the lower surface of the upper susceptor member. A plurality of stepped portions having a stepped contact surface with different projecting dimensions toward the other surface are formed on the surface in the circumferential direction, and each stepped shape having the same projecting dimensions at the plurality of stepped portions is formed on the other surface. A plurality of projecting surfaces that abut on the abutting surface are formed, and depending on the projecting dimension of the stepped contact surface when any one of the stepped contact surfaces and the projecting surface are contacted, A vapor phase growth apparatus characterized in that an interval between a lower surface of an upper susceptor member and an upper surface of the lower susceptor member can be adjusted .
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