JP2005142200A - 気相成長装置および気相成長方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 気相成長装置において、半導体ウエハ表面の温度制御を正確に行なうことができるようにする。
【解決手段】 気相成長装置は、複数の被処理基板としての半導体ウエハ１を保持するためのホルダ１０と、ホルダ１０を保持して回転させることができる回転台２と、半導体ウエハ１を加熱するための加熱手段としてのヒータ３と、回転台２の回転によって半導体ウエハ１が描く軌跡上において半導体ウエハ１の温度を検出するための温度検出手段としての赤外線検出器５と、赤外線検出器５によって検出した情報を含む判断材料に基づいてヒータ３を制御するための加熱制御手段としての制御部１４とを備える。ホルダ１０は、赤外線検出器５によって識別することができる基準マークを有し、基準マークは、回転台２の回転によって半導体ウエハ１と同じ軌跡上を移動する。
【選択図】 図１

Description

本発明は加熱しながら半導体ウエハなどの基板上に膜を成長させるための気相成長装置および気相成長方法に関する。

半導体レーザ素子の製造などに用いられる従来の気相成長装置（ＭＯＣＶＤ装置やＭＢＥ装置）の一例を図１９に示す。この気相成長装置１００はＭＯＣＶＤ装置であり、反応室６の内部において複数枚の半導体ウエハ１が回転台２の上面に載せられている。回転台２は、回転軸８の上端に支持されており、回転軸８はモータ４によって回転するようになっている。回転台２の下方にはヒータ３が配置されており、ヒータ３によって半導体ウエハ１を加熱するようになっている。反応室６の上部には配管７が接続されており、この配管７からは、矢印２５で示すように、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）などの有機金属とアルシンなどのハイドライドガスとの混合ガスが膜の原料として供給される。反応室６の側面上部には、赤外線検出器（パイロメータ）５が半導体ウエハ１に向くように設置されている。一般に物質から放出される赤外線の強度はその物質の温度に依存するので、この赤外線検出器５によって、半導体ウエハ１の表面の温度を非接触で検出することができる。

次に、気相成長装置１００の動作について説明する。配管７より供給された混合ガスは、ヒータ３により回転台２を介して加熱された半導体ウエハ１上で熱分解し、半導体ウエハ１上に結晶成長を生じさせる。たとえば半導体ウエハ１としてＧａＡｓ基板を用い、ＴＭＧとアルシンからなる混合ガスを用い、半導体ウエハ温度を約７００℃とすることによりＧａＡｓが結晶成長する。また、ＴＭＧ、ジエチルジンク（ＤＥＺ）およびアルシンからなる混合ガスを用いると、ｐ型の導電型を示すＧａＡｓが、また、ＴＭＧとトリメチルインジウム（ＴＭＩ）とホスフィンからなる混合ガスを用いるとＧａＩｎＰが、それぞれ結晶成長する。この結晶成長過程において半導体ウエハ１の温度が変化した場合、前者においてはｐ型ＧａＡｓのキャリア濃度が変化し、後者においてはＧａＩｎＰのバンドギャップが変化する。このような事態を防止するため、気相成長装置１００では、赤外線検出器５の検出データをヒータ３の出力にフィードバックすることにより半導体ウエハ１の温度を一定に制御することが行なわれる。また、回転軸８およびモータ４は成長層の均一性を向上させるために設けられたもので、結晶成長中にこれらによって半導体ウエハ１を回転させることにより、成長する膜の均一性を高めることができる。

この気相成長装置１００の例では、図２０に示すように回転台２上に複数の半導体ウエハ１が配置されている。この状態で赤外線検出器５（図１９参照）は半導体ウエハ１の中央部からの赤外線を検出するように向きを調整して設置し、成長層の均一性を向上させるためにモータ４により回転台２を自転させると、赤外線検出器５の検出スポットの中心線の軌跡Ｌｐは図２０に示すようになる。ここで、半導体ウエハ１同士が離間して配置されていると、軌跡Ｌｐは半導体ウエハ１の表面だけでなく回転台２の直接露出する表面をも通過するため、赤外線検出器５は半導体ウエハ１からの赤外線と回転台２からの赤外線とを交互に検出することになる。このことは、赤外線検出器５の半導体ウエハ１表面の温度判断の正確さを悪化させる。このことが原因となって、製造される半導体レーザ素子の特性が悪化し、歩留まりが低下するという問題があった。

上記問題を解決する技術が、たとえば特開２００１−３５８０８３号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１に開示される化学気相成長装置（ＭＯＣＶＤ装置）は、載置台の下側に温度検知手段を備える。この化学気相成長装置は、この温度検知手段および赤外線検出手段からの検出情報に基いて加熱手段であるヒータでの加熱温度を制御する制御手段を備えている。さらに赤外線検出手段からの赤外線検出情報受信時にこれと異なる異種情報の受信を載置台の回転に同期して間欠的に禁止する異種情報受信禁止手段を備える。異種情報受信禁止手段が、載置台の回転に同期して赤外線検出手段の取付孔の開閉を間欠交互に繰り返すことで、赤外線検出手段には、半導体ウエハからの赤外線のみが入射される。

化学気相成長装置（ＭＯＣＶＤ装置）において、複数枚の半導体ウエハをウエハホルダに搭載してこのホルダをチャンバ内の回転台に取り付け、回転させることは、特開２００２−１６４２８４号公報（特許文献２）に開示されている。

特開平４−３６４７１９号公報（特許文献３）には、化学気相成長装置（ＭＢＥ装置）において、非成膜性材料で覆われた輻射体を載置台の外周部や中心部に配置したり、載置台の上面全面を覆うように配置したりすることが開示されている。
特開２００１−３５８０８３号公報 特開２００２−１６４２８４号公報 特開平４−３６４７１９号公報

特許文献１に開示されている装置において載置台に複数の半導体ウエハを配置することを想定したとしても、反応室内の載置台に向けて１枚１枚の半導体ウエハを搬送することは効率が悪い。また、反応室内にある載置台の凹部に１枚１枚の半導体ウエハを正確に設置するためには半導体ウエハを反応室内で正確に位置決めし、取り扱うための特殊な機構を要する。そこで、改善するために、特許文献２に提案されたようなウエハホルダを用いることとして、このウエハホルダを回転台としての載置台に設置することが考えられる。しかし、この場合であっても、回転台に対するウエハホルダの姿勢、特に回転方向に関する初期角度を毎回一定にすることができなければ、フォトエンコーダなどで検出される回転角の検出値と半導体ウエハの実際の配置との関係が正確でなくなる。

そこで、特許文献３に示される非成膜性材料で覆われた輻射体を回転角度の検出手段として利用できるかどうかについて検討すると、特許文献３に示されているようにこの輻射体を載置台の外周部や中心部に配置する場合、半導体ウエハの温度情報を入手する温度検出手段が検出対象としている部位の軌跡上には輻射体が存在するわけではないので、輻射体の位置を検出するために、別の温度検出手段が必要となってしまう。

また、特許文献３に記載されているように、載置台の上面全面を覆うように非成膜性材料を配置することも考えられる。しかし、「非成膜性材料」とはいえ化学反応的な成膜がされない、または、化学反応的な成膜速度が遅いに過ぎないのであって、機械的な付着は徐々に発生する。このため、当初は位置を検出できていても、成膜回数を経るに従って、異物が付着した非成膜性材料の部位と成膜された成膜可能材料の部位との区別が困難になり、次第に回転角度の検出が困難になってくる。このため、載置台を取り外してのクリーニングを行なう必要が生じ、その間は反応室は使用できないので、装置の稼動率が低くなるという問題があった。

そこで、本発明は、このような問題を引き起こさず、赤外線検出手段による半導体ウエハ表面の温度制御を正確に行なうことができる気相成長装置および気相成長方法を提供することを目的とする。特に、半導体レーザ素子の製造など半導体ウエハの温度を特に厳しく管理する必要のある用途に用いられるＭＯＣＶＤ装置、ＭＢＥ装置に好適な気相成長装置および気相成長方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に基づく気相成長装置は、複数の被処理基板を保持するためのホルダと、上記ホルダを保持して回転させることができる回転台と、上記被処理基板を加熱するための加熱手段と、上記回転台の回転によって上記被処理基板が描く軌跡上において上記被処理基板の温度を検出するための温度検出手段と、上記温度検出手段によって検出した情報を含む判断材料に基づいて上記加熱手段を制御するための加熱制御手段とを備え、上記ホルダは、上記温度検出手段によって識別することができる基準マークを有し、上記基準マークは、上記回転台の回転によって上記被処理基板と同じ軌跡上を移動する。この構成を採用することにより、ホルダの回転台に対する回転台に対する取付け時の向きにかかわらず被処理基板としての半導体ウエハの存在する位置を正確に把握することができる。こうして把握した位置情報を利用して、温度の検出を行なうことができるので、温度制御を精度良く行なうことができ、得られる製品の歩留りを上げることができる。

上記発明において好ましくは、上記被処理基板以外の部分において上記温度検出手段が温度検出を行なうことを、上記温度検出手段が検出した上記基準マークの位置情報に基づいて制限する検出制限手段を備える。この構成を採用することにより、検出スポットがたどる軌跡のうち必要な部分においてのみ温度の検出を行なうことができるので、温度制御を精度良く行なうことができ、得られる製品の歩留りを上げることができる。

上記発明において好ましくは、上記温度検出手段が検出した温度情報のうち上記被処理基板以外の部分に関するものを上記加熱制御手段が利用することを、上記温度検出手段が検出した上記基準マークの位置情報に基づいて制限する情報利用制限手段を備える。この構成を採用することにより、入力される温度情報のうち必要な部分のみを利用して制御を行なうこととなるので、温度制御を精度良く行なうことができ、得られる製品の歩留りを上げることができる。

上記発明において好ましくは、上記検出制限手段は、上記被処理基板の周縁部において上記温度検出手段が温度検出を行なうことを、上記温度検出手段が検出した上記基準マークの位置情報に基づいて制限することができる。この構成を採用することにより、被処理基板の位置が多少ずれていても、温度検出を行なう部位は確実に被処理基板の範囲内とすることができるので、温度制御をさらに精度良く行なうことができ、得られる製品の歩留りを上げることができる。

上記発明において好ましくは、上記温度検出手段が検出した温度情報のうち上記被処理基板の周縁部に関するものを上記加熱制御手段が利用することを、上記温度検出手段が検出した上記基準マークの位置情報に基づいて制限する周縁部情報排除手段を備える。この構成を採用することにより、加熱制御手段が利用する温度情報は確実に被処理基板の範囲内から得られたものとすることができるので、温度制御をさらに精度良く行なうことができ、得られる製品の歩留りを上げることができる。

上記発明において好ましくは、上記基準マークは、ダミー基板である。この構成を採用することにより、ホルダの構造やホルダに対して被処理基板を着脱する機構が従来のままであっても被処理基板の中にダミー基板を混在させるだけで本発明の効果を得ることができ、温度制御を精度良く行なうことができ、得られる製品の歩留りを上げることができる。

上記発明において好ましくは、上記基準マークは、上記ホルダを貫通する貫通孔を含む。この構成を採用することにより、簡単な構造で基準マークを構成することができ、ホルダの部品点数を減らすことができ、ホルダの製作を簡単にすることができる。

上記発明において好ましくは、上記回転台が内部に配置されている反応室と、上記被処理基板を保持した状態の上記ホルダを上記反応室に搬入し、上記反応室から搬出するための搬送機構と、上記ホルダを上記回転台に設置するためのホルダ設置機構とを備え、上記ホルダへの上記被処理基板の設置を上記反応室の外で行なうことが可能となっている。この構成を採用することにより、ホルダへの半導体ウエハの設置作業が反応室の外で行なえるので、他のホルダに対して反応室内で膜形成処理が行なわれている最中であっても、ホルダへの半導体ウエハの設置作業を並行して進めることができ、その結果、反応室の稼動率を高めることができる。

上記発明において好ましくは、上記ホルダへの上記被処理基板の設置を上記反応室の外で行なうための基板設置手段を備える。この構成を採用することにより、基板設置手段を備えているので、ホルダへの半導体ウエハの設置作業を効率良く進めることができる。

上記目的を達成するため、本発明に基づく気相成長方法は、上述のいずれかに記載の気相成長装置を用いて、上記加熱制御手段によって上記加熱手段を制御しながら上記被処理基板の主表面に膜を形成する。この方法を採用することにより、ホルダの回転台に対する回転台に対する取付け時の向きにかかわらず被処理基板としての半導体ウエハの存在する位置を正確に把握することができる。こうして把握した位置情報を利用して、温度の検出を行なうことができるので、温度制御を精度良く行なうことができ、得られる製品の歩留りを上げることができる。

本発明によれば、ホルダの回転台に対する回転台に対する取付け時の向きにかかわらず被処理基板としての半導体ウエハの存在する位置を正確に把握することができる。こうして把握した位置情報を利用して、検出手段または温度情報に操作を加えることによって真に有効な情報のみが温度制御に用いられるようにすることができる。したがって、温度制御を精度良く行なうことができ、得られる製品の歩留りを上げることができる。

（実施の形態１）
（構成）
図１〜図３を参照して、本発明に基づく実施の形態１における気相成長装置（ＭＯＣＶＤ装置）について説明する。この気相成長装置１０１は、図１に示すように、反応室６と、加熱制御手段としての制御部１４と、検出制限部１５とを備える。反応室６の内部には、回転台２を備える。回転台２の上側にはホルダ１０が配置されている。ホルダ１０は、たとえばモリブデンからなる。ホルダ１０の上面には被処理基板としての半導体ウエハ１が設置される。半導体ウエハ１としては、たとえばＧａＡｓやＩｎＰからなるものを対象とする。回転台２の下側には加熱手段としてのヒータ３が配置されている。回転台２の下側には支持筒９があり、支持筒９の内部には回転台２に接続された回転軸８が通っている。回転軸８の下端にはモータ４が設けられている。モータ４は反応室６の外部にあってもよい。

反応室６の上端には反応ガスを反応室６内に向けて供給するための供給口１１が設けられている。供給口１１の先には配管７を介してガス供給器１２が配置されている。このほかに反応室６の上部の壁面には取付穴１３が設けられている。取付穴１３から延びる管の先には、温度検出手段として赤外線検出器５が配置されている。ただし、この管の途中にはチョッパ１６が設けられており、チョッパ１６の開閉によって、管の中の光の透過の可否を切り換えることにより、赤外線検出器５の受光の可否を切り替えるようになっている。このチョッパ１６に対しては、別に設けられた検出制限部１５から開閉の指示を送るように構成されている。

ここでは、図１の例に従った上下関係を前提に説明したが、上下関係はこのとおりには限らず、たとえば、反応室全体が上下逆になった構造であってもよい。

（基準マーク）
ホルダ１０を平面的に見たところを図２に示す。図２に示すように、ホルダ１０の表面には複数の半導体ウエハ１が隙間Ｓｐをそれぞれ挟むようにして一定の円周上に並べられている。赤外線検出器５が赤外線を検出する領域（以下、「検出スポット」という。）は図２において小さな正方形で示されている。このホルダ１０を回転させると、この検出スポットは軌跡Ｌｐをたどることとなる。この軌跡Ｌｐの途中に割り込むように基準マーク１７が配置されている。基準マーク１７は、ホルダ１０の表面に設けられた、赤外線放出特性が他と著しく異なる部分であり、表面に印刷されたマークなどに限らない。たとえば、石英の部材をホルダ１０表面に埋め込むかまたは貼り付けることによって形成され得る。軌跡Ｌｐが確実に基準マーク１７を横切るように、基準マーク１７は半径方向に長いものであることが好ましい。

図１に示すように、赤外線検出器５で検出したデータは制御部１４に送られるようになっている。制御部１４は、演算部１４ａと、加熱制御部１４ｂと、位置特定部１４ｃとを含む。赤外線検出器５から送られてきたデータは、演算部１４ａに入力されるようになっている。演算部１４ａは計算結果を加熱制御部１４ｂと位置特定部１４ｃとに伝えるようになっている。加熱制御部１４ｂは受け取った温度情報を基にヒータ３の動作を制御する構成となっている。

（動作）
図２に示すように複数の半導体ウエハ１をホルダ１０に設置して、このホルダ１０を図１に示すように回転台２に載せる。この載せる作業の様子を図３に示す。回転台２の上面にはピン１８が２本突出している。ホルダ１０は、位置調整部材１９によって矢印の向きに押圧されることによって、図３中に二点鎖線で示すように、ピン１８に当接し、位置決めされる。

モータ４によって回転台２を一定速度で回転させながら、ヒータ３で回転台２、ホルダ１０および半導体ウエハ１を加熱する。その結果、反応室６内の温度が上がる。赤外線検出器５および制御部１４によるヒータ３の制御を開始する。

赤外線検出器５は、ホルダ１０上の１点に向いた姿勢で固定されており、この状態で検出が行なわれる。回転台２が回転することにより、ホルダ１０が回転するので、軌跡Ｌｐに沿って検出が行なわれ、検出データは制御部１４に向けて出力される。軌跡Ｌｐは半導体ウエハ１の表面だけでなく隙間Ｓｐに露出したホルダ１０の表面も通過するため、赤外線検出器５は半導体ウエハ１からの赤外線と隙間Ｓｐからの赤外線とを交互に検出することになる。この検出データは演算部１４ａにおいて計算されることによって温度情報に変換される。ホルダ１０をある程度回転させた時点で、位置特定部１４ｃは、それまでに得られた温度情報をもとに基準マーク１７の位置を特定する。ホルダ１０はモリブデンなどからなり、基準マーク１７は、石英など、赤外線放出特性がホルダ１０の材料とは著しく異なる部分であるので、位置特定部１４ｃは温度情報から基準マーク１７の位置を特定することができる。ここで、位置特定部１４ｃは、基準マーク１７の位置を特定するに当たって、温度情報に基づいて行なうのではなく、赤外線検出器５から得られる赤外線検出量の情報から直接行なうこととしてもよい。

こうして基準マーク１７の位置が一旦特定されれば、１回転の角度のうちどの範囲に半導体ウエハ１が存在してどの範囲に隙間Ｓｐが存在するかを把握することができる。この情報は検出制限部１５に伝えられる。検出制限部１５は、以後この情報に基づいて、現在の検出スポットが半導体ウエハ１上なのか隙間Ｓｐの中なのかを判断し、前者であればチョッパ１６を開け、後者であればチョッパ１６を閉じる動作を行なう。

こうして、ホルダ１０を回転させながら、チョッパ１６の開閉を繰返し、検出スポットが半導体ウエハ１上にある期間のみ赤外線検出器５に赤外線が届くようにして、検出を続ける。赤外線検出器５が検出したデータは、演算部１４ａにおいて計算されることによって温度情報に変換されて加熱制御部１４ｂに送られる。加熱制御部１４ｂは、この温度情報に基づいてヒータ３の動作状態を調節する。こうして、半導体ウエハ１の温度が一定になるようにフィードバック制御を行なうことができる。

（作用・効果）
本実施の形態における気相成長装置１０１では、温度検出手段としての赤外線検出器５によって検出される基準マーク１７の位置を参考に、ホルダ１０の回転台に対する取付け時の向きにかかわらず被処理基板としての半導体ウエハ１の存在する位置を正確に把握することができる。この気相成長装置では、こうして把握した位置情報を利用して、回転台の回転運動によって検出スポットがたどる軌跡のうち必要な部分においてのみ温度の検出を行なうことができるので、検出データが正確に被処理基板表面の温度を反映したものとなる。このように正確な温度情報に基づくので、温度制御を精度良く行なうことができ、得られる製品の歩留りを上げることができる。

また、反応室６内への半導体ウエハ１の設置は１枚ずつばらばらに行なうのではなく、予め反応室６外でホルダ１０に対して設置したものを持ちこんで、ホルダ１０を回転台２に対して位置決めするのみであるので、作業が迅速に行なえ、装置の稼動率を上げることができる。また、位置決めに関しても反応室６内ではホルダ１０の位置決めを行なうだけでよいので、精度良く行なうことができる。さらに、この気相成長装置では、ホルダ１０の位置決めがピン１８と位置調整部材１９とによって行なわれるので、ホルダ１０を回転台２に対して、毎回同じ位置に正確にかつ簡単に設置することができる。

（ダミー基板）
なお、本実施の形態では、基準マークはホルダに設けられた線状の基準マーク１７としたが、これ以外に、基準マークをダミー基板の配置によって実現してもよい。その例を図４に示す。「ダミー基板」とは、被処理基板と同じ形状および大きさであって、材質が異なるなどして、その結果、赤外線放射特性が被処理基板と著しく異なる基板である。図４の例では、ホルダ１０上において通常の半導体ウエハ１に混ぜるようにしてダミー基板２０を配置している。この場合も、位置特定部１４ｃは、ダミー基板２０の存在を識別することができるので、半導体ウエハ１の配置情報を導き出すことができ、検出スポットがたどる軌跡のうち必要な部分においてのみ温度の検出を行なうようにすることができる。よって、上述の例と同様の効果を得ることができる。

（貫通孔など）
基準マークのさらに他の例について説明する。図５に示すように貫通孔２１を基準マークとしてもよい。図５に示すホルダ１０は、被処理基板をまだ設置していない状態であり、上面には被処理基板を設置するための複数の凹部２３が設けられている。外周面には、ハンドがホルダ１０を把持する際に利用するための窪み２２が設けられている。図５では窪み２２は１つのみ見えているが、この窪み２２の反対側にも同じような窪みが配置されている。貫通孔２１は、半径方向の長手形状であり、ホルダ１０を板厚方向に貫通している。

このホルダ１０に半導体ウエハ１を設置し、回転台２に載せた状態の平面図を図６に示す。図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線に関する矢視断面図を図７に示す。図６におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に関する矢視断面図を図８に示す。図８に示されるように基準マークとしての貫通孔２１においては、回転台２の表面が直接露出している。

あるいは、基準マークのさらに他の例としては、図９に示すように、貫通孔にメッシュ素材を張ったメッシュ部２４を設け、このメッシュ部２４を基準マークとしてもよい。

これらの場合においては、石英などのような異なる材料からなる部品を用いなくても、貫通孔２１やメッシュ部２４においては、その幾何学的な形状の違いから自ずと赤外線放射特性が他の部分と大きく異なることとなり、位置特定部１４ｃは、基準マークの位置を容易かつ正確に導き出すことができる。したがって、これらの場合においても、上述の例と同様の効果を得ることができる。特に図５に示したように貫通孔を設けるだけで基準マークを構成することはホルダの部品点数の削減にもつながる。

（実施の形態２）
（構成）
図１０を参照して、本発明に基づく実施の形態２における気相成長装置（ＭＯＣＶＤ装置）について説明する。この気相成長装置１０２は、基本的に実施の形態１で説明したものと同様であるが、いくらか異なる部分がある。

この気相成長装置１０２では、実施の形態１で示したようなチョッパ６や検出制限部１５（図１参照）に相当するものは設けられておらず、検出制限部もない。赤外線検出器５は、常に検出スポットから赤外線を受光するようになっている。赤外線検出器５で検出したデータは制御部１４に送られるようになっている。制御部１４は、演算部１４ａと、加熱制御部１４ｂと、位置特定部１４ｃと、情報利用制限部１４ｄとを含む。赤外線検出器５から送られてきたデータは、演算部１４ａに入力され、ここで計算される。演算部１４ａは計算結果を一方では位置特定部１４ｃに伝え、他方では加熱制御部１４ｂへと伝えるようになっている。情報利用制限部１４ｄは加熱制御部１４ｂが演算部１４ａから受け取る情報の利用を制限することができるようになっている。

（動作）
本実施の形態においても、半導体ウエハ１の設置の仕方は実施の形態１で説明したものと同様である。モータ４によって回転台２を一定速度で回転させながら、ヒータ３で回転台２、ホルダ１０および半導体ウエハ１を加熱する。その結果、反応室６内の温度が上がる。赤外線検出器５および制御部１４によるヒータ３の制御を開始する。

赤外線検出器５は、ホルダ１０上の１点に向いた姿勢で固定されているので、軌跡Ｌｐに沿って赤外線を検出する。軌跡Ｌｐは半導体ウエハ１の表面だけでなく隙間Ｓｐに露出したホルダ１０の表面も通過するため、赤外線検出器５は半導体ウエハ１からの赤外線と隙間Ｓｐからの赤外線とを交互に検出することになる。赤外線検出器５が検出したデータは、演算部１４ａにおいて計算されることによって温度情報に変換される。ホルダ１０をある程度回転させた時点で、位置特定部１４ｃは、それまでに得られた温度情報をもとに基準マーク１７の位置を特定する。実施の形態１と同様に位置特定部１４ｃは温度情報から基準マーク１７の位置を特定することができる。ここで、位置特定部１４ｃは、基準マーク１７の位置を特定するに当たって、温度情報に基づいて行なうのではなく、赤外線検出器５から得られる赤外線検出量の情報から直接行なうこととしてもよい。

こうして基準マーク１７の位置が一旦特定されれば、１回転の角度のうちどの範囲に半導体ウエハ１が存在してどの範囲に隙間Ｓｐが存在するかを把握することができる。この情報は情報利用制限部１４ｄに伝えられる。情報利用制限部１４ｄは、以後この情報に基づいて現在の検出スポットが半導体ウエハ１上なのか隙間Ｓｐの中なのかを判断し、前者であれば加熱制御部１４ｂに対して演算部１４ａから受け取る情報の利用を許可し、後者であれば加熱制御部１４ｂに対して演算部１４ａから受け取る情報の利用を制限する。

こうして、ホルダ１０を回転させながら、加熱制御部１４ｂに対して演算部１４ａから受け取る情報の利用の許可と制限とを繰返し、検出スポットが半導体ウエハ１上にある期間の情報のみが利用されるようにして、加熱制御部１４ｂによる制御を続ける。加熱制御部１４ｂは、利用できる温度情報に基づいてヒータ３の動作状態を調節する。こうして、半導体ウエハ１の温度が一定になるようにフィードバック制御を行なうことができる。

（作用・効果）
本実施の形態における気相成長装置１０２においても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。本実施の形態では、チョッパの開閉という機械的動作を伴なわず、制御部１４の内部での情報処理によって有効な情報のみを抽出して制御を行なうこととなるので、機構を簡単にすることができ、故障もしにくくなる。

（実施の形態３）
本発明に基づく実施の形態３としては、実施の形態１，２のさらに改良例について説明する。上述の実施の形態１，２では、現在の検出スポットが半導体ウエハ１上なのか隙間Ｓｐの中なのかを判断して、赤外線の受光の可否または温度情報の利用の可否を決定することとしていた。しかし、より信頼性を高めるためには、検出スポットが半導体ウエハ１の表面にあるときの情報でありさえすればよいというのではなく、半導体ウエハ１の周縁部を除いた部分に関する情報だけを対象とすることが好ましい。そのため、本実施の形態では、周縁部情報排除手段を備える。周縁部情報排除手段によって、半導体ウエハ１の周縁部に対応する情報は制限される結果、加熱制御部１４ｂにとっては半導体ウエハ１の周縁部以外の部分に対応する部分のデータだけを利用できるようになっている。周縁部とは、半導体ウエハ１のうち外周の近傍の部分を意味する。

周縁部情報排除手段を実現することは、実施の形態２の気相成長装置であれば、情報利用制限部１４ｄの設定次第で可能である。実施の形態１の気相成長装置であれば、検出制限部をそのままにしておいて新たに情報利用制限手段を設けてもよい。また、検出制限部の設定自体を変更して、検出スポットが半導体ウエハ１の表面に入ってからしばらくしてからチョッパを開き、半導体ウエハ１の表面から出る少し前にチョッパを閉じるようにすることによっても実現できる。

（作用・効果）
実施の形態２の気相成長装置を基に改良を加えて本実施の形態における構成とした場合について説明する。たとえば、図１１に示すように、半導体ウエハ１がホルダ１０に対して正しい位置に設置されて位置ずれがない場合は、温度検出手段においては図１２に示すように温度情報のグラフ３１が得られる。グラフ３１の中には基準マークに起因して特異部２８が表れている。本実施の形態では、半導体ウエハ１の周縁部を除いた部分に関する情報だけを対象とするので、グラフ３１のうち加熱制御部１４ｂが利用対象とするのは区間２９ａ〜２９ｄの部分だけとなる。区間２９ａ〜２９ｄは特異部２８の位置を基準に決定される。

あるいは、図１３に示すように、半導体ウエハ１がホルダ１０に対して正しい位置に設置されておらず、位置ずれがある場合は、特異部２８の位置から定まる区間２９ａ〜２９ｄの部分の情報だけを加熱制御部１４ｂが利用対象とすることになるが、区間２９ａ〜２９ｄは、各半導体ウエハ１の周縁部を除いた部分を対象として設定されたものであるので、多少の位置ずれがあっても、図１４に示すように区間２９ａ〜２９ｄは確実に半導体ウエハ１が存在する区間内に収まることになる。

本実施の形態においては、周縁部情報排除手段によって周縁部に対応する情報が取り除かれて加熱制御部１４ｂに入力されるデータは区間２９ａ〜２９ｄの部分だけを抽出したものであり、これは図１５に示すとおりとなる。加熱制御部１４ｂは、図１５に示すグラフから現在の半導体ウエハ１の表面の温度を知得し、ヒータ３を制御する。本実施の形態では、加熱制御部１４が判断に用いるデータは、確実に半導体ウエハ１が存在する区間内で検出されたもののみとなるので、検出データが正確に被処理基板表面の温度を反映したものとなる。このように本実施の形態では、被処理基板の位置が多少ずれていても、確実に被処理基板の表面から温度情報を取り出すことができる。したがって、きわめて正確な温度情報に基づくので、本実施の形態では、温度制御をさらに精度良く行なうことができ、得られる製品の歩留りを上げることができる。

（実施の形態４）
（構成）
図１６を参照して、本発明に基づく実施の形態４における気相成長装置（ＭＢＥ装置）について説明する。この気相成長装置は、図１６に示すように反応室６を備え、反応室６の内部およびその周辺の構成は、図１７に示すようになっている。

この気相成長装置（ＭＢＥ装置）は、図１７の断面概略図に示すように、真空チャンバ５０内に、材料を加熱することにより基板としての半導体ウエハ１に分子線を照射する働きをする分子線セル５１と、基板を保持するためのホルダ１０ｋと、ホルダ１０ｋを保持して回転するための回転台２ｋと、ヒータ３とを備える。ヒータ３は、半導体ウエハ１、ホルダ１０ｋおよび回転台２ｋを加熱するためのものである。分子線セル５１の数は、作製する材料系により異なるが、一般に複数個搭載する。この気相成長装置は、分子線セル５１からの分子線を必要に応じ遮蔽するための基板用シャッタ５３を基板の近傍に備える。また、分子線の照射を制御するためのセル用シャッタ５２が、各々の分子線セル５１の直上に取り付けられている。さらに、分子線セル５１から放出された余剰材料および真空チャンバ内の不純物ガスを吸着し、成膜雰囲気の清浄化を図るためにシュラウド５４が設置されている。また、基板が対向する側に設けられた取付穴１３に温度検出手段としての赤外線検出器５が設けられている。赤外線検出器５からは検出データが制御部１４に送られるようになっている。温度検出手段、制御部、ホルダ、ヒータなどの詳細は、実施の形態１〜３のいずれかで説明したものと同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。

本実施の形態における気相成長装置は、反応室６の外側にさらに付帯設備を備える。たとえば、搬送室７０、前処理室７１、後処理室７２、ホルダ供給室７３、基板供給室７４および基板着脱室７５を備える。各室同士の間は図１６に示すように互いに接続されているが、接続部分にはそれぞれゲートバルブ７６が設けられており、必要に応じて気密性を確保することができるようになっている。

搬送室７０の内部には搬送レール８１が設けられており、この搬送レール８１の上を回転台７７が走行するようになっている。回転台７７の上には、マニピュレータ７８が搭載されている。マニピュレータ７８はホルダ１０ｋ（図１７参照）を取り扱うためのものである。マニピュレータ７８は、搬送室７０に隣接する各室にまで伸ばすことができる伸縮アーム（図示せず）を備えており、伸縮アームの先端にはホルダ１０ｋを載せるためのハンド（図示せず）が設けられている。搬送室７０およびその内部の設備は、半導体ウエハ１を保持した状態のホルダ１０ｋを反応室６に搬入し、反応室６から搬出するための搬送機構を構成する。

基板着脱室７５の内部では、中央にホルダ支持台８３が配置されており、その周りを取り囲むように搬送レール８２が設けられている。この搬送レール８２の上を回転台７９が走行するようになっている。回転台７９の上には、マニピュレータ８０が搭載されている。マニピュレータ８０は被処理基板を取り扱うためのものである。この例においては、被処理基板は半導体ウエハ１（図１７参照）である。マニピュレータ８０は、基板着脱室７５のホルダ支持台８３にホルダ１０ｋが置かれたときに、ホルダ１０ｋ上にまで届き、なおかつ、隣接する基板供給室７４にまで伸ばすことができる伸縮アーム（図示せず）を備えており、伸縮アームの先端には半導体ウエハ１を載せるためのハンド（図示せず）が設けられている。基板着脱室７５およびその内部の設備は、ホルダ１０ｋへの半導体ウエハ１の設置を反応室６の外で行なうための基板設置手段を構成する。

本実施の形態における気相成長装置では、回転台２ｋの下面に周方向に沿って複数の穿孔６２が配置されている。そのうち１つの断面を図１８に示す。穿孔６２は、その内部に周方向に沿って延びる洞房部６２ｄを有する。すなわち、断面で見ると図１８に示すようにＬ字形になっている。一方、ホルダ１０ｋの裏面には、穿孔６２に対応するように突起６３が複数設けられている。突起６３は、屈曲部６３ｔを有することにより、側方から見てＬ字形となっている。これらの穿孔６２および突起６３は、ホルダ１０ｋを回転台２ｋに設置するためのホルダ設置機構を構成する。

（動作）
本実施の形態における気相成長装置の動作について説明する。最初の状態では、マニピュレータ７８はまだホルダ１０ｋを保持しておらず、ホルダ１０ｋがホルダ供給室７３内にあり、半導体ウエハ１は基板供給室７４内にあるものとする。

回転台７７が搬送レール８１の上を図中右に向かって走行し、マニピュレータ７８がホルダ供給室７３内に用意されたホルダ１０ｋを受け取り、このホルダ１０ｋを基板着脱室７５に搬入し、ホルダ支持台８３の上に載置する。マニピュレータ８０は基板供給室７４から半導体ウエハ１を１枚ずつ取り出し、回転台７９が搬送レール８２の上を適宜走行して作業しやすい位置に移動し、ホルダ支持台８３の上に載置されたホルダ１０ｋ上の半導体ウエハ１を設置すべき箇所に半導体ウエハ１を設置する。マニピュレータ８０はこの動作を繰返し、１つのホルダ１０ｋ内に設置すべき半導体ウエハ１の数だけ繰返す。ホルダ１０ｋに所望の半導体ウエハ１をすべて設置し終えたら、マニピュレータ７８が搬送室７０から伸縮アームを伸ばし、ホルダ１０ｋを受け取り、搬送室７０側に回収する。マニピュレータ７８は、ホルダ１０ｋを前処理室７１内へと搬入する。こうして、ホルダ１０ｋに設置された半導体ウエハ１は前処理室７１内で処理される。マニピュレータ７８は、前処理室７１からホルダ１０ｋを受け取り、搬送室７０側に回収する。回転台７７が搬送レール８１の上を図中左に向かって反応室６の前まで走行する。マニピュレータ７８は、伸縮アームを伸ばし、ホルダ１０ｋを反応室６内へと搬入する。反応室６内の回転台２ｋ（図１７参照）に載置されたホルダ１０ｋは、ホルダ設置機構としての穿孔６２の開口部６２ａに突起６３を挿入した状態で回転台２ｋを少し回転させることにより、突起６３の屈曲部６３ｔが穿孔６２の洞房部６２ｄに入り込んで嵌合するので、回転台２ｋ上の正しい位置へと位置決めされる。こうして、反応室６内ではモータ４が回転台２ｋを回転させ始め、加熱制御手段としての制御部１４によって加熱手段としてのヒータ３を制御しながら被処理基板としての半導体ウエハ１の表面に膜を形成することができる。

膜の形成が終わったら、マニピュレータ７８が反応室６からホルダ１０ｋを搬出し、後処理室７２へと搬入する。ホルダ１０ｋに設置された半導体ウエハ１は後処理室７２において処理される。

（作用・効果）
本実施の形態における気相成長装置によれば、ホルダ１０ｋへの半導体ウエハ１の設置から膜形成後のホルダ１０ｋの次工程への移送までを自動的に行なうことができる。しかも、ホルダ１０ｋへの半導体ウエハ１の設置は、被処理基板設置作業専用のスペースである基板着脱室７５で行なうので、１つのホルダ１０ｋに多数の半導体ウエハ１を設置しなければならないような場合であっても、効率良く設置作業を行なうことができる。この基板着脱室７５は、反応室６の外にあるので、ホルダ１０ｋへの半導体ウエハ１の設置作業は、他のホルダ１０ｋに対して反応室６内で膜形成処理が行なわれている最中であっても並行して進めることができ、その結果、反応室６の稼動率を高めることができる。

特に、ホルダ１０ｋに半導体ウエハ１を着脱する作業には時間がかかるため、反応室６内でこれを行なおうとすると、途中で温度が変化し、設置精度などに影響を及ぼすため、従来であれば着脱の前後に温度を安定させるための待ち時間も必要であったが、本実施の形態では、着脱作業は反応室６の外で行なえるので、温度安定のための待ち時間が不要であり、作業を迅速に行なうことができる。

また、本実施の形態における気相成長方法は、上述のいずれかの気相成長装置を用いて、加熱制御手段としての制御部１４によって加熱手段であるヒータ３を制御しながら被処理基板である半導体ウエハ１の主表面に膜を形成するものであって、このような方法によれば、半導体ウエハ１の表面温度を正確に制御することができるので、得られる製品の歩留りを上げることができる。

なお、本実施の形態では、基板設置手段としていくつかの設備を備えた気相成長装置の例を示したが、このような設備を備えていなくても、基板設置作業を反応室の外で行なうことが可能な気相成長装置であればよい。

なお、ホルダに反応生成物が付着して、基準マークの認識がしにくくなってきたときには、ホルダを装置外に取り出し、クリーニングを行なうことが必要となるが、本実施の形態では、複数のホルダを使用して順次反応室６内に搬入して作業を行なうものであるので、十分な数のホルダを用意しておけば、反応室６内における処理を滞らせることなく、ホルダのクリーニングを行なうことができる。

なお、上記各実施の形態では、被処理基板が半導体ウエハ１である例を示したが、被処理基板が他の種類の基板であっても本発明は同様に適用することができる。

なお、上記各実施の形態では、温度検出手段が基板から放射される赤外線を受光することにより温度を検出する赤外線検出器である例を示したが、可視波長の観察光を基板へ照射し、その散乱光を受光して波長分析することにより温度を検出する波長分析温度計や、その他の温度検出手段を適用することもできる。その場合は、基準マークの、利用する光などに対する材料などの特性が、ホルダとは著しく異なるように構成すればよい。

なお、今回開示した上記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。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を含むものである。

本発明に基づく実施の形態１における気相成長装置の概念図である。 本発明に基づく実施の形態１における気相成長装置で用いられるホルダに半導体ウエハを設置した状態の平面図である。 本発明に基づく実施の形態１におけるホルダを回転台に載せる作業の説明図である。 本発明に基づく実施の形態１におけるホルダの基準マークをダミー基板によって実現した例を示す平面図である。 本発明に基づく実施の形態１におけるホルダの他の例を示す斜視図である。 図５に示したホルダに半導体ウエハを設置し、回転台に載せた状態の平面図である。 図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線に関する矢視断面図である。 図６におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に関する矢視断面図である。 本発明に基づく実施の形態１におけるホルダのさらに他の例を示す平面図である。 本発明に基づく実施の形態２における気相成長装置の概念図である。 半導体ウエハがホルダに対して正しい位置に設置されている状態を示す説明図である。 図１１に示す状態でホルダを１回転させたときに得られる温度情報のグラフである。 半導体ウエハがホルダに対して正しい位置に設置されていない状態を示す説明図である。 図１３に示す状態でホルダを１回転させたときに得られる温度情報のグラフである。 本発明に基づく実施の形態３において加熱制御部１４ｂに入力されるデータのグラフである。 本発明に基づく実施の形態４における気相成長装置の概念図である。 本発明に基づく実施の形態４における気相成長装置が備える反応室の断面概略図である。 図１７に示した回転台に対してホルダを設置する機構について説明するための部分拡大断面図である。 従来技術に基づく気相成長装置の概念図である。 従来技術に基づく気相成長装置における回転台の上に半導体ウエハを設置した状態の説明図である。

符号の説明

１ 半導体ウエハ、２，２ｋ 回転台、３ ヒータ、４ モータ、５ 赤外線検出器、６ 反応室、７ 配管、８ 回転軸、９ 支持筒、１０，１０ｋ ホルダ、１１ 供給口、１２ ガス供給器、１３ 取付穴、１４ 制御部、１４ａ 演算部、１４ｂ 加熱制御部、１４ｃ 位置特定部、１４ｄ 情報利用制限部、１５ 検出制限部、１６ チョッパ、１７ 基準マーク、１８ ピン、１９ 位置調整部材、２０ ダミー基板、２１ 貫通孔、２２ （チャック用の）窪み、２３ （被処理基板設置用の）凹部、２４ メッシュ部、２５ （混合ガスの供給を示す）矢印、２７ （検出対象となる領域を示す）破線、２８ （基準マークに起因してグラフに表れる）特異部、２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄ （利用対象となる）区間、３０ （１周期分の）データ、３１ グラフ、５０ 真空チャンバ、５１ 分子線セル、５２ セル用シャッタ、５３ 基板用シャッタ、５４ シュラウド、６２ 穿孔、６２ａ 開口部、６２ｄ 洞房部、６３ 突起、６３ｔ 屈曲部、７０ 搬送室、７１ 前処理室、７２ 後処理室、７３ ホルダ供給室、７４ 基板供給室、７５ 基板着脱室、７６ ゲートバルブ、７７ 回転台、７８ （ホルダを取り扱うための）マニピュレータ、７９ 回転台、８０ （基板を取り扱うための）マニピュレータ、８１，８２ 搬送レール、８３ ホルダ支持台、１００，１０１，１０２ 気相成長装置、Ｌｐ 軌跡、Ｓｐ 隙間。

Claims (10)

1. 複数の被処理基板を保持するためのホルダと、
   前記ホルダを保持して回転させることができる回転台と、
   前記被処理基板を加熱するための加熱手段と、
   前記回転台の回転によって前記被処理基板が描く軌跡上において前記被処理基板の温度を検出するための温度検出手段と、
   前記温度検出手段によって検出した情報を含む判断材料に基づいて前記加熱手段を制御するための加熱制御手段とを備え、
   前記ホルダは、前記温度検出手段によって識別することができる基準マークを有し、前記基準マークは、前記回転台の回転によって前記被処理基板と同じ軌跡上を移動する、気相成長装置。
2. 前記被処理基板以外の部分において前記温度検出手段が温度検出を行なうことを、前記温度検出手段が検出した前記基準マークの位置情報に基づいて制限する検出制限手段を備える、請求項１に記載の気相成長装置。
3. 前記温度検出手段が検出した温度情報のうち前記被処理基板以外の部分に関するものを前記加熱制御手段が利用することを、前記温度検出手段が検出した前記基準マークの位置情報に基づいて制限する情報利用制限手段を備える、請求項１に記載の気相成長装置。
4. 前記検出制限手段は、前記被処理基板の周縁部において前記温度検出手段が温度検出を行なうことを、前記温度検出手段が検出した前記基準マークの位置情報に基づいて制限することができる、請求項２に記載の気相成長装置。
5. 前記温度検出手段が検出した温度情報のうち前記被処理基板の周縁部に関するものを前記加熱制御手段が利用することを、前記温度検出手段が検出した前記基準マークの位置情報に基づいて制限する周縁部情報排除手段を備える、請求項１から３のいずれかに記載の気相成長装置。
6. 前記基準マークは、ダミー基板である、請求項１から５のいずれかに記載の気相成長装置。
7. 前記基準マークは、前記ホルダを貫通する貫通孔を含む、請求項１から５のいずれかに記載の気相成長装置。
8. 前記回転台が内部に配置されている反応室と、
   前記被処理基板を保持した状態の前記ホルダを前記反応室に搬入し、前記反応室から搬出するための搬送機構と、
   前記ホルダを前記回転台に設置するためのホルダ設置機構とを備え、
   前記ホルダへの前記被処理基板の設置を前記反応室の外で行なうことが可能である、請求項１から７のいずれかに記載の気相成長装置。
9. 前記ホルダへの前記被処理基板の設置を前記反応室の外で行なうための基板設置手段を備える、請求項８に記載の気相成長装置。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の気相成長装置を用いて、前記加熱制御手段によって前記加熱手段を制御しながら前記被処理基板の主表面に膜を形成する、気相成長方法。

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