JP2008153519A - Vapor deposition apparatus, and vapor deposition method - Google Patents

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Takao Nakamura
孝夫 中村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vapor deposition apparatus and vapor deposition method that allow formation of a film having an excellent film quality. <P>SOLUTION: A processing apparatus 1 as the vapor deposition apparatus comprises a susceptor 5, a reaction tube 3, a cooling member (a gap between an outer periphery member 6 and an inner periphery member 8 of an upper wall 4 of the reaction tube, and a cooling material 10), and a heater 9. The susceptor 5 holds a substrate 7 on the surface of which a film is formed by the vapor deposition method. The reaction tube 3 has therein the substrate 7 held by the susceptor, and the upper wall 4 of the reaction tube as a transparent window for observing the substrate 7. The cooling member cools the upper wall 4 of the reaction tube. The heater 9 heats the substrate 7. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、気相成長装置および気相成長方法に関し、より特定的には、基板の表面に気相反応成長法を用いて膜を形成する気相成長装置および気相成長方法に関する。   The present invention relates to a vapor phase growth apparatus and a vapor phase growth method, and more particularly to a vapor phase growth apparatus and a vapor phase growth method for forming a film on a surface of a substrate using a vapor phase reactive growth method.

従来、基板の表面に気相反応成長法を用いて膜を形成する気相成長装置(以下、成膜装置ともいう)および気相成長方法(以下、成膜方法ともいう)が知られている(たとえば、非特許文献1参照)。非特許文献1では、MOCVD装置を用いてサファイア基板上に窒化ガリウム系半導体を成長させることが開示されている。また、上記のような成膜装置または成膜方法、あるいはこのような成膜方法により形成された膜の処理工程において、加熱方法としてランプやエキシマレーザを用いた加熱方法が利用されることも従来知られている(たとえば、特許文献1および特許文献2参照)。特許文献1では、非晶質半導体膜を結晶化させる装置において、複数のチャンバを連結し、1つのチャンバで成膜処理を行ない、次のチャンバで赤外線ランプによる加熱を行ない、その次のチャンバでエキシマレーザなどを用いた加熱を行なうことにより多結晶半導体膜を得ることが開示されている。また、特許文献2では、成膜装置であって、2つの連結されたチャンバを備え、第1のチャンバで基板を搭載する基板保持台に内臓されたヒータによって基板を加熱しながら当該第1のチャンバ内にジクロロシランガスを供給し、当該基板表面にジクロロシランの単分子層を形成する。その後、基板を第2のチャンバに移動して、当該第2のチャンバ内にてアンモニアガスを供給しながら基板保持台に内蔵されたヒータおよびエキシマランプを用いて基板を加熱する。こ結果、基板表面ではジクロロシラン分子とアンモニア分子とが反応し、窒化シリコンの単分子層が形成される。
特開平6−342757号公報 特開2005−19499号公報 江川孝志、「名古屋工業大学・有機金属気相成長技術(大陽日酸)寄附研究部門の研究活動」、大陽日酸技報 No.23(2004)、p2−7
Conventionally, a vapor phase growth apparatus (hereinafter also referred to as a film formation apparatus) and a vapor phase growth method (hereinafter also referred to as a film formation method) that form a film on the surface of a substrate using a vapor phase reactive growth method are known. (For example, refer nonpatent literature 1). Non-Patent Document 1 discloses growing a gallium nitride based semiconductor on a sapphire substrate using an MOCVD apparatus. In addition, a heating method using a lamp or an excimer laser is also conventionally used as a heating method in a film forming apparatus or a film forming method as described above, or a processing step for a film formed by such a film forming method. Known (for example, refer to Patent Document 1 and Patent Document 2). In Patent Document 1, in an apparatus for crystallizing an amorphous semiconductor film, a plurality of chambers are connected, a film forming process is performed in one chamber, an infrared lamp is heated in the next chamber, and the next chamber is used. It is disclosed that a polycrystalline semiconductor film is obtained by heating using an excimer laser or the like. Further, in Patent Document 2, the film forming apparatus includes two connected chambers, and the first chamber is heated while the substrate is heated by a heater built in a substrate holder on which the substrate is mounted. A dichlorosilane gas is supplied into the chamber to form a dichlorosilane monomolecular layer on the surface of the substrate. Thereafter, the substrate is moved to the second chamber, and the substrate is heated using a heater and an excimer lamp built in the substrate holder while supplying ammonia gas in the second chamber. As a result, dichlorosilane molecules and ammonia molecules react on the surface of the substrate to form a monolayer of silicon nitride.
JP-A-6-342757 JP-A-2005-19499 Takashi Egawa, “Research Activities of Nagoya Institute of Technology, Metalorganic Chemical Vapor Deposition Technology (Taiyo Nippon Sanso)”, Taiyo Nippon Sanso Technical Report No. 23 (2004), p2-7

非特許文献1に示したように窒化ガリウム系半導体を形成するときに、たとえばAlGaN膜の原料ガスとしてトリメチルガリウム(TMG)ガス、トリメチルアルミニウム(TMA)ガスおよびアンモニア(NH)ガスを用いる。そして、窒化ガリウム系半導体を形成するために基板を加熱するときに、基板の周囲の雰囲気温度も上昇するが、この場合にTMAはアンモニアと気相反応を起こすことが知られている。この気相反応は、TMAとアンモニアとが結合してTMA−NHの附加化合物を形成し、当該反応が気相において次々と起こり粒子状物質が形成されるというものである。このような気相反応が起きると、原料ガスにおけるTMA以外の有機金属も粒子上に堆積するため、原料ガスがこの気相反応に起因して消費され、基板表面での成膜が十分に行なえないという問題があった。 As shown in Non-Patent Document 1, when forming a gallium nitride-based semiconductor, for example, trimethylgallium (TMG) gas, trimethylaluminum (TMA) gas, and ammonia (NH 3 ) gas are used as source gases for the AlGaN film. When the substrate is heated to form a gallium nitride based semiconductor, the ambient temperature around the substrate also rises. In this case, TMA is known to cause a gas phase reaction with ammonia. In this gas phase reaction, TMA and ammonia are combined to form an additive compound of TMA-NH 3 , and the reaction occurs one after another in the gas phase to form particulate matter. When such a gas phase reaction occurs, organic metals other than TMA in the source gas are also deposited on the particles, so that the source gas is consumed due to the gas phase reaction and film formation on the substrate surface can be sufficiently performed. There was no problem.

このような気相反応の発生を抑制するため、原料ガスの流量を増加させたり、処理装置の反応容器(反応管)の圧力を下げたりすることで原料ガスの流速を上げることが有効である。一方で、形成される膜の品質を向上させるためには、成膜温度を高くする必要がある。そのため、上述のようなエキシマレーザなどを用いて基板表面を直接加熱し、基板表面での成膜温度を高める一方、基板全体への入熱量を抑制することで基板周囲の雰囲気の温度上昇を極力抑制するということも発明者は検討した。しかし、窒化ガリウム系半導体を形成する成膜装置では、基板が搭載された基板保持部材(サセプタ)と対向するチャンバの内周壁面の温度がサセプタからの輻射熱により上昇しやすいため、当該内周壁面に膜が成長する場合がある。このように膜が成長すると、基板保持部材と対向するチャンバの部分を石英などの透明部材によって構成していても、当該膜によってチャンバの上記部分が遮られ、結果的にエキシマレーザなどを基板に照射できず、また、放射温度計などを用いて基板表面の温度を測定することも困難になる。また、このようにチャンバの内周壁面に膜が成長すると、その膜の成長状態によってチャンバ内部の温度条件が影響を受けて変化する場合があった。この場合、基板上へ形成される膜の成膜条件が変わることになるので、基板上に成長する膜の膜質が劣化する場合があった。特に、窒化物の膜を形成する場合には成膜温度が1000℃以上となり、また、成長する膜の種類によっても成膜温度に差がある(たとえば、GaN膜やAlGaN膜であれば成膜温度は1000℃以上であり、InGaN膜であれば成膜温度は800℃程度である)。そのため、成膜温度の制御は形成される膜の膜質の管理にとり極めて重要である。   In order to suppress the occurrence of such a gas phase reaction, it is effective to increase the flow rate of the raw material gas by increasing the flow rate of the raw material gas or reducing the pressure of the reaction vessel (reaction tube) of the processing apparatus. . On the other hand, in order to improve the quality of the formed film, it is necessary to increase the film formation temperature. For this reason, the substrate surface is directly heated using an excimer laser as described above to increase the film forming temperature on the substrate surface, while suppressing the amount of heat input to the entire substrate to minimize the temperature rise in the atmosphere around the substrate. The inventor also examined the suppression. However, in a film forming apparatus for forming a gallium nitride based semiconductor, the temperature of the inner peripheral wall surface of the chamber facing the substrate holding member (susceptor) on which the substrate is mounted is likely to rise due to radiant heat from the susceptor. In some cases, a film grows. When the film grows in this way, even if the portion of the chamber facing the substrate holding member is made of a transparent member such as quartz, the portion of the chamber is blocked by the film, and as a result, excimer laser or the like is applied to the substrate. Irradiation is not possible, and it becomes difficult to measure the temperature of the substrate surface using a radiation thermometer or the like. Further, when a film grows on the inner peripheral wall surface of the chamber as described above, the temperature condition inside the chamber may be affected and change depending on the growth state of the film. In this case, since the film forming conditions of the film formed on the substrate are changed, the film quality of the film grown on the substrate may be deteriorated. In particular, when forming a nitride film, the film forming temperature is 1000 ° C. or more, and there is a difference in the film forming temperature depending on the type of film to be grown (for example, a film is formed for a GaN film or an AlGaN film). The temperature is 1000 ° C. or higher. In the case of an InGaN film, the film forming temperature is about 800 ° C.). Therefore, the control of the film formation temperature is extremely important for the management of the film quality of the formed film.

この発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、この発明の目的は、優れた膜質の膜を形成することが可能な気相成長装置および気相成長方法を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a vapor phase growth apparatus and a vapor phase growth method capable of forming a film having excellent film quality. It is to be.

この発明に従った気相成長装置は、基板保持部材と反応容器と冷却部材と加熱部材とを備える。基板保持部材は、気相成長法により表面に膜が形成される基板を保持する。反応容器は、基板保持部材により保持される基板が内部に配置され、当該基板を観察するための透明窓部を有する。冷却部材は、透明窓部を冷却する。加熱部材は基板を加熱する。   A vapor phase growth apparatus according to the present invention includes a substrate holding member, a reaction vessel, a cooling member, and a heating member. The substrate holding member holds a substrate on which a film is formed by a vapor deposition method. In the reaction container, a substrate held by a substrate holding member is disposed inside, and has a transparent window for observing the substrate. The cooling member cools the transparent window. The heating member heats the substrate.

この場合、透明窓部が冷却部材によって冷却されるので、基板を加熱部材により加熱することで、基板の近傍の雰囲気温度が基板からの輻射熱によって上昇しても、当該透明窓部の内周表面の温度を成膜可能な温度の下限(成膜下限温度)より低い状態に保つことが出来る。このため、透明窓部の内周表面での膜の形成を抑制できる。   In this case, since the transparent window portion is cooled by the cooling member, even if the ambient temperature in the vicinity of the substrate rises by radiant heat from the substrate by heating the substrate by the heating member, the inner peripheral surface of the transparent window portion This temperature can be kept lower than the lower limit of the film forming temperature (the film forming lower limit temperature). For this reason, formation of the film | membrane on the inner peripheral surface of a transparent window part can be suppressed.

また、このように透明窓部の内周表面での膜の形成を抑制できるので、当該膜が形成されることによって反応容器の内部の成膜条件(たとえば温度条件など)が不安定になる可能性を低減できる。つまり、反応容器の内部の成膜条件を再現性よく安定させることができるので、結果的に形成される膜の膜質を向上させることができる。   In addition, since the formation of a film on the inner peripheral surface of the transparent window portion can be suppressed in this way, the film formation conditions (for example, temperature conditions) inside the reaction vessel may become unstable due to the formation of the film. Can be reduced. That is, since the film formation conditions inside the reaction vessel can be stabilized with good reproducibility, the film quality of the film formed as a result can be improved.

また、透明窓部の内周表面に膜が形成されないので、透明窓部を介して基板の表面温度などをパイロメータなどの測温装置によって測定することができる。そのため、成膜条件の制御性を向上させることができる。この結果、形成される膜の膜質を高品質に保つことが出来る。   In addition, since no film is formed on the inner peripheral surface of the transparent window portion, the surface temperature of the substrate can be measured by a temperature measuring device such as a pyrometer through the transparent window portion. Therefore, the controllability of the film forming conditions can be improved. As a result, the quality of the formed film can be kept high.

また、透明窓部を介して加熱部材によりエネルギー線を基板表面に照射することで、基板の表面を局所的に加熱することも可能になる。   In addition, it is possible to locally heat the surface of the substrate by irradiating the substrate surface with energy rays through the transparent window portion.

ここで、気相成長装置とは、膜を成長させるための成膜材料(原料)を気体(原料ガス)の状態で供給し、気体状態の当該原料から任意の方法で所定の膜を成長させる装置を意味し、たとえばCVD装置などの成膜装置が挙げられる。   Here, the vapor phase growth apparatus supplies a film forming material (raw material) for growing a film in a gas (raw material gas) state and grows a predetermined film from the raw material in a gaseous state by an arbitrary method. An apparatus means, for example, a film forming apparatus such as a CVD apparatus.

この発明に従った気相成長方法は、透明窓部を有する反応容器の内部に、気相成長法により表面に膜が形成される基板を準備する工程と、成膜工程とを備える。成膜工程では、透明窓部の温度が、基板の表面に形成される膜の成膜下限温度より低く、かつ、基板の表面温度が成膜下限温度以上の状態で、膜の原料ガスを基板の表面と対向する領域に供給する。   The vapor phase growth method according to the present invention includes a step of preparing a substrate on which a film is formed by a vapor phase growth method inside a reaction vessel having a transparent window, and a film formation step. In the film forming step, the temperature of the transparent window is lower than the film forming lower limit temperature of the film formed on the surface of the substrate and the substrate surface temperature is equal to or higher than the film forming lower limit temperature. Is supplied to a region facing the surface of the substrate.

この場合、透明窓部の温度を成膜下限温度以下にするので、基板を加熱部材により加熱することで、基板の近傍の雰囲気温度が基板からの輻射熱によって上昇しても、透明窓部の内周表面での膜の形成を抑制できる。   In this case, since the temperature of the transparent window portion is set to the film formation lower limit temperature or less, even if the ambient temperature in the vicinity of the substrate rises due to radiant heat from the substrate by heating the substrate with the heating member, Formation of a film on the peripheral surface can be suppressed.

また、このように透明窓部の内周表面での膜の形成を抑制できるので、当該膜が形成されることによって反応容器の内部の成膜条件(たとえば温度条件など)が不安定になる可能性を低減できる。つまり、反応容器の内部の成膜条件を再現性よく安定させることができるので、結果的に形成される膜の膜質を向上させることができる。   In addition, since the formation of a film on the inner peripheral surface of the transparent window portion can be suppressed in this way, the film formation conditions (for example, temperature conditions) inside the reaction vessel may become unstable due to the formation of the film. Can be reduced. That is, since the film formation conditions inside the reaction vessel can be stabilized with good reproducibility, the film quality of the film formed as a result can be improved.

また、透明窓部の内周表面に膜が形成されないので、透明窓部を介して基板の表面温度をパイロメータなどの測温装置によって測定することができる。そのため、成膜条件の制御性を向上させることができる。この結果、形成される膜の膜質を高品質に保つことが出来る。また、透明窓部の内周表面に膜が形成されないので、透明窓部を介して加熱部材によりエネルギー線を基板表面に照射することも可能になる。   In addition, since no film is formed on the inner peripheral surface of the transparent window, the surface temperature of the substrate can be measured by a temperature measuring device such as a pyrometer through the transparent window. Therefore, the controllability of the film forming conditions can be improved. As a result, the quality of the formed film can be kept high. Further, since no film is formed on the inner peripheral surface of the transparent window portion, it is possible to irradiate the substrate surface with energy rays through the transparent window portion by the heating member.

ここで、成膜下限温度とは、基板表面に形成されるべき膜の成膜が可能な温度の下限を意味する。たとえば、形成する膜がAlGaN膜である場合には、成膜下限温度は400℃である。   Here, the film formation lower limit temperature means the lower limit of the temperature at which the film to be formed on the substrate surface can be formed. For example, when the film to be formed is an AlGaN film, the film forming lower limit temperature is 400 ° C.

本発明によれば、透明窓部の内周表面での膜の形成を抑制できるので、反応容器の内部の成膜条件を安定させることができるため、形成される膜の膜質を向上させることができる。   According to the present invention, since the film formation on the inner peripheral surface of the transparent window can be suppressed, the film formation conditions inside the reaction vessel can be stabilized, so that the film quality of the formed film can be improved. it can.

次に図面を用いて、本発明の実施の形態および実施例について説明する。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番号を付しその説明は繰返さない。   Next, embodiments and examples of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

(実施の形態1)
図1は、本発明に従った気相成長装置の一例である処理装置の実施の形態1を示す断面模式図である。図2は、図1の線分II−IIにおける断面模式図である。図3は、図2の線分III−IIIにおける断面模式図である。図1〜図3を参照して、本発明に従った処理装置の実施の形態1を説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a first embodiment of a processing apparatus which is an example of a vapor phase growth apparatus according to the present invention. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along line III-III in FIG. A first embodiment of a processing apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図1〜図3を参照して、処理装置1は、たとえばGaN系半導体膜を形成するためのOMVPE(Organo Metallic Vapor Phase Epitaxy)装置であって、石英などの透明部材からなる反応管3と、当該反応管3の反応管底壁11に配置され、処理対象物である基板7を保持するためのサセプタ5と、サセプタ5の裏面側に配置されたヒータ9とを備える。また、反応管3において、サセプタ5と対向する上壁である反応管上壁4は、外周側に位置する外周部材6と、内周側に位置する内周部材8とからなる。内周部材8は、当該外周部材6と間隔を隔ててほぼ平行に伸びるように形成されている。外周部材6と内周部材8との間の間隙には、冷却材10が流通可能になっている。   1 to 3, a processing apparatus 1 is an OMVPE (Organo Metallic Vapor Phase Epitaxy) apparatus for forming, for example, a GaN-based semiconductor film, and includes a reaction tube 3 made of a transparent member such as quartz, A susceptor 5 that is disposed on the reaction tube bottom wall 11 of the reaction tube 3 and holds the substrate 7 that is a processing target, and a heater 9 that is disposed on the back side of the susceptor 5 are provided. In the reaction tube 3, the reaction tube upper wall 4, which is an upper wall facing the susceptor 5, includes an outer peripheral member 6 positioned on the outer peripheral side and an inner peripheral member 8 positioned on the inner peripheral side. The inner peripheral member 8 is formed so as to extend substantially in parallel with the outer peripheral member 6 at a distance. In the gap between the outer peripheral member 6 and the inner peripheral member 8, the coolant 10 can flow.

外周部材6と内周部材8との間の間隙には、図1の矢印20で示す原料ガスの流通方向での上流側に位置する入口16と、下流側に位置する出口17とが形成されている。また、当該間隙は、サセプタ5を覆うように、サセプタ5と平面的に重なるとともにサセプタ5の平面形状より大きい領域に延在するように配置されている。ここで、外周部材6および内周部材8はたとえば石英からなり、外周部材6の厚みは1mm、内周部材8の厚みは1mm、外周部材6と内周部材8の間の間隙の厚みは10mmとすることができる。   In the gap between the outer peripheral member 6 and the inner peripheral member 8, an inlet 16 located on the upstream side in the flow direction of the raw material gas indicated by an arrow 20 in FIG. 1 and an outlet 17 located on the downstream side are formed. ing. Further, the gap is arranged so as to cover the susceptor 5 so as to overlap the susceptor 5 in a plan view and to extend in a region larger than the planar shape of the susceptor 5. Here, the outer peripheral member 6 and the inner peripheral member 8 are made of, for example, quartz, the outer peripheral member 6 has a thickness of 1 mm, the inner peripheral member 8 has a thickness of 1 mm, and the gap between the outer peripheral member 6 and the inner peripheral member 8 has a thickness of 10 mm. It can be.

外周部材6と内周部材8との間の間隙には、入口16から冷却材10が導入され、出口17から当該冷却材10が排出される。この冷却材10は、出口17から排出された後、反応管3の外部に配置された図示しない熱交換器に出口17から接続された配管を介して導入される。当該熱交換器においては、外周部材6と内周部材8との間の間隙にて、外周部材6および内周部材8から吸熱することにより温度が上昇した冷却材10が、外部の空気などと熱交換することにより冷却される。そして、冷却された冷却材10は、再び上記間隙へ入口16を介して還流される。冷却材10としては、従来公知の任意の液体または気体を用いることができる。また、熱交換器の構成としても、従来公知の任意の構成を用いることができる。   The coolant 10 is introduced from the inlet 16 into the gap between the outer peripheral member 6 and the inner peripheral member 8, and the coolant 10 is discharged from the outlet 17. After being discharged from the outlet 17, the coolant 10 is introduced into a heat exchanger (not shown) disposed outside the reaction tube 3 through a pipe connected from the outlet 17. In the heat exchanger, in the gap between the outer peripheral member 6 and the inner peripheral member 8, the coolant 10 whose temperature has been increased by absorbing heat from the outer peripheral member 6 and the inner peripheral member 8 is exchanged with external air or the like. It is cooled by exchanging heat. Then, the cooled coolant 10 is returned to the gap through the inlet 16 again. As the coolant 10, any conventionally known liquid or gas can be used. Also, any conventionally known configuration can be used as the configuration of the heat exchanger.

反応管3の反応管上壁4の外側であって、サセプタ5と対向する位置には測温部材13が配置されている。測温部材13は、基板7の表面温度を測定するものである。測温部材13としては、たとえばパイロメータなど非接触方式の温度計を用いることができる。また、測温部材13は制御部材15に接続されている。   A temperature measuring member 13 is disposed outside the upper tube 4 of the reaction tube 3 and at a position facing the susceptor 5. The temperature measuring member 13 measures the surface temperature of the substrate 7. As the temperature measuring member 13, for example, a non-contact type thermometer such as a pyrometer can be used. The temperature measuring member 13 is connected to the control member 15.

また、反応管上壁4の内周部材8の内周表面の温度を測定するため、測温部材14が当該内周表面に接触するように配置されている。測温部材14としては、たとえば熱電対などを用いることができる。測温部材14も制御部材15に接続されている。   Further, in order to measure the temperature of the inner peripheral surface of the inner peripheral member 8 of the reaction tube upper wall 4, the temperature measuring member 14 is arranged so as to contact the inner peripheral surface. As the temperature measuring member 14, a thermocouple etc. can be used, for example. The temperature measuring member 14 is also connected to the control member 15.

制御部材15は、ヒータ9に接続されている。制御部材は、測温部材13からの温度データに基づいて、ヒータ9に供給される電力を制御する。この結果、基板表面の温度を所定の温度範囲に入るように制御することが出来る。たとえば、測温部材13により測定される温度データの目標値(あるいは目標数値範囲)を予め設定しておき、実際に測定された温度データがその目標値より高ければヒータ9に供給する電力量を小さくし、一方、実際に測定された温度データがその目標値より低ければヒータ9に供給する電力量を大きくするといった制御を制御部材15により行なうことができる。   The control member 15 is connected to the heater 9. The control member controls the power supplied to the heater 9 based on the temperature data from the temperature measuring member 13. As a result, the substrate surface temperature can be controlled to fall within a predetermined temperature range. For example, a target value (or target numerical value range) of temperature data measured by the temperature measuring member 13 is set in advance, and if the actually measured temperature data is higher than the target value, the amount of electric power supplied to the heater 9 is set. On the other hand, if the actually measured temperature data is lower than the target value, the control member 15 can perform control such that the amount of power supplied to the heater 9 is increased.

また、矢印20で示す原料ガスの供給は、図示しないガス供給部材により行なわれる。ガス供給部材としては、従来公知の任意の構成の装置を用いることができる。たとえば、原料ガスを蓄積しているタンクと、当該タンクから反応管3へ原料ガスを移送する配管と、配管の経路途中に配置されたマスフローコントローラなどの流量制御部材および原料ガスの供給の開始/停止を制御するための弁などからガス供給部材は構成されていてもよい。   Further, the supply of the source gas indicated by the arrow 20 is performed by a gas supply member (not shown). As the gas supply member, a conventionally known apparatus having an arbitrary configuration can be used. For example, a tank in which source gas is accumulated, a pipe for transferring the source gas from the tank to the reaction tube 3, a flow rate control member such as a mass flow controller arranged in the path of the pipe, and the start of supply of the source gas / The gas supply member may be composed of a valve for controlling the stop.

次に、図4を参照しながら、本発明に従った気相成長方法の一例としての、図1〜図3に示した処理装置1を用いて基板7の表面に膜を形成する成膜方法を説明する。図4は、図1〜図3に示した処理装置を用いた成膜方法を説明するためのフローチャートである。   Next, referring to FIG. 4, a film forming method for forming a film on the surface of the substrate 7 using the processing apparatus 1 shown in FIGS. 1 to 3 as an example of the vapor phase growth method according to the present invention. Will be explained. FIG. 4 is a flowchart for explaining a film forming method using the processing apparatus shown in FIGS.

図4に示すように、本発明に従った成膜方法では、まず基板準備工程(S10)を実施する。基板準備工程(S10)では、反応管3の内部においてサセプタ5上に基板7を配置する。その後、反応管3の内部の雰囲気の圧力を所定の値に制御する。このような圧力の制御は、反応管3に接続された図示しない圧力調整部材によって行なうことができる。このような圧力調整部材は、従来公知の任意の構成を採用することができる。たとえば、圧力調整部材として、反応管3に接続された配管、当該配管に接続された排気ポンプ、配管の経路上に配置された開閉弁などからなる装置を用いることができる。   As shown in FIG. 4, in the film forming method according to the present invention, first, a substrate preparation step (S10) is performed. In the substrate preparation step (S 10), the substrate 7 is disposed on the susceptor 5 inside the reaction tube 3. Thereafter, the pressure of the atmosphere inside the reaction tube 3 is controlled to a predetermined value. Such pressure control can be performed by a pressure adjusting member (not shown) connected to the reaction tube 3. A conventionally well-known arbitrary structure can be employ | adopted for such a pressure adjustment member. For example, a device comprising a pipe connected to the reaction tube 3, an exhaust pump connected to the pipe, an on-off valve arranged on the pipe path, or the like can be used as the pressure adjusting member.

次に、冷却工程を開始する(S20)。具体的には、反応管上壁4の外周部材6と内周部材8との間の間隙に冷却材10を流通させ、反応管上壁4の冷却を開始する。この結果、反応管上壁4を、所定の温度(たとえば、有機金属が分解する温度である200℃以下の所定の温度)にすることができる。   Next, a cooling process is started (S20). Specifically, the coolant 10 is circulated in the gap between the outer peripheral member 6 and the inner peripheral member 8 of the reaction tube upper wall 4, and cooling of the reaction tube upper wall 4 is started. As a result, the reaction tube upper wall 4 can be set to a predetermined temperature (for example, a predetermined temperature of 200 ° C. or lower, which is a temperature at which the organic metal decomposes).

また、上記冷却工程の開始(S20)と同時または当該工程(S20)の開始後に、サセプタ加熱工程を開始する(S30)。具体的には、制御部材15からヒータ9への電力の投入を開始することにより、ヒータ9からの発熱を開始して、サセプタ5および当該サセプタ5を介して基板7を加熱する。また、サセプタ加熱工程を開始(S30)すると同時に、測温部材13による基板7の表面温度の測定も開始する。測温部材13により測定された基板7の表面温度データは、制御部材15に入力される。また、測温部材14による反応管上壁4の内周部材8の温度の測定も開始する。測温部材14により測定された内周部材8の内周表面温度も制御部材15に入力される。   Further, the susceptor heating step is started (S30) simultaneously with the start of the cooling step (S20) or after the start of the step (S20). Specifically, by starting to apply power from the control member 15 to the heater 9, heat generation from the heater 9 is started, and the substrate 7 is heated via the susceptor 5 and the susceptor 5. Further, simultaneously with the start of the susceptor heating step (S30), the measurement of the surface temperature of the substrate 7 by the temperature measuring member 13 is also started. The surface temperature data of the substrate 7 measured by the temperature measuring member 13 is input to the control member 15. Further, the measurement of the temperature of the inner peripheral member 8 of the reaction tube upper wall 4 by the temperature measuring member 14 is also started. The inner peripheral surface temperature of the inner peripheral member 8 measured by the temperature measuring member 14 is also input to the control member 15.

次に、温度条件が所定の条件を満足しているかどうかを確認する確認工程(S40)を実施する。具体的には、測温部材14により測定される内周部材8の表面温度が、基板7の表面に形成される膜の成膜下限温度より低く、かつ、測温部材13により測定される基板7の表面温度が上記成膜下限温度より高いという条件を満足するかどうかを確認する。この確認工程(S40)において、上述した条件を満足しないと判断された場合(NOと判断された場合)、再度確認工程(S40)が実施される。   Next, a confirmation step (S40) for confirming whether or not the temperature condition satisfies a predetermined condition is performed. Specifically, the surface temperature of the inner peripheral member 8 measured by the temperature measuring member 14 is lower than the film formation lower limit temperature of the film formed on the surface of the substrate 7 and the substrate measured by the temperature measuring member 13. It is confirmed whether or not the condition that the surface temperature of No. 7 is higher than the film forming lower limit temperature is satisfied. In this confirmation step (S40), when it is determined that the above-described conditions are not satisfied (when NO is determined), the confirmation step (S40) is performed again.

一方、この確認工程(S40)で、上述した条件を満足すると判断された場合(YESと判断された場合)、成膜工程(S50)が実施される。具体的には、図示しないガス供給部材により反応管3の内部に、形成されるべき膜の原料となる原料ガスが流される。この原料ガスが基板7の表面で反応することにより、所定の膜を基板7の表面に成膜することができる。また、このとき、反応管上壁4は冷却材10によって冷却されているので、反応管上壁4の内周部材8の内周表面には膜が形成されることはない。このため、反応管上壁4を介して測温部材13により基板7の表面温度を正確に測定できる。そして、測温部材13の測定結果に基づいてヒータ9を制御することにより、結果的に基板7の表面温度の制御精度を高めることができる。この結果、成膜条件の再現性が高まり、形成される膜を利用したデバイス(発光素子など)の歩留りが向上する。   On the other hand, when it is determined in the confirmation step (S40) that the above-described conditions are satisfied (when YES is determined), a film formation step (S50) is performed. Specifically, a raw material gas serving as a raw material for a film to be formed is caused to flow inside the reaction tube 3 by a gas supply member (not shown). This source gas reacts on the surface of the substrate 7, whereby a predetermined film can be formed on the surface of the substrate 7. At this time, since the reaction tube upper wall 4 is cooled by the coolant 10, no film is formed on the inner peripheral surface of the inner peripheral member 8 of the reaction tube upper wall 4. For this reason, the surface temperature of the substrate 7 can be accurately measured by the temperature measuring member 13 through the reaction tube upper wall 4. And by controlling the heater 9 based on the measurement result of the temperature measuring member 13, the control accuracy of the surface temperature of the board | substrate 7 can be raised as a result. As a result, the reproducibility of the film forming conditions is improved, and the yield of devices (such as light emitting elements) using the formed film is improved.

また、成膜工程(S50)を実施しているときに、定期的に上記確認工程(S40)を実施してもよい。この場合、確認工程(S40)で上述した温度条件を満足しないと判断された場合には、成膜工程を停止する、および/またはヒータ9への電力投入量を調整したり、冷却材10の流量や温度設定を変更したりすることにより、温度条件が所定の条件を満足するような制御を行なう。また、当該確認工程(S40)で上述した温度条件を満足すると判断される場合には、成膜工程を続行する。   Further, when the film forming step (S50) is being performed, the confirmation step (S40) may be periodically performed. In this case, if it is determined in the confirmation step (S40) that the temperature condition described above is not satisfied, the film formation step is stopped and / or the amount of power input to the heater 9 is adjusted, or the coolant 10 By changing the flow rate or temperature setting, control is performed so that the temperature condition satisfies a predetermined condition. If it is determined in the confirmation step (S40) that the temperature condition described above is satisfied, the film forming step is continued.

次に、図5〜図9を参照して、図1〜図3に示した処理装置の変形例を説明する。図5〜図9は、図1〜図3に示した本発明による処理装置の実施の形態1の第1〜第5の変形例を説明する断面模式図である。なお、図5〜図8は図3に対応し、図9は図1に対応する。   Next, a modification of the processing apparatus shown in FIGS. 1 to 3 will be described with reference to FIGS. 5 to 9 are schematic cross-sectional views illustrating first to fifth modifications of the first embodiment of the processing apparatus according to the present invention shown in FIGS. 5 to 8 correspond to FIG. 3, and FIG. 9 corresponds to FIG.

図5を参照して、図1〜図3に示した本発明による処理装置の実施の形態1の第1の変形例を説明する。図5に示した処理装置は、基本的に図1〜図3に示した処理装置と同様の構成を備えるが、反応管上壁4の外周部材6と内周部材8との間に形成された間隙への入口16と出口17との配置が図1〜図3に示した処理装置1とは異なっている。つまり、図5に示した処理装置では、入口16および出口17が、それぞれ反応管3での原料ガスの流通方向(図1の矢印20で示した方向)と交差する方向(具体的には直交する方向)に面するように配置されている。このようにしても、図1〜図3に示した処理装置と同様の効果を得ることができる。なお、図5に示した処理装置では、入口16および出口17が直線上に並ぶように配置されているが、入口16および出口17の配置は他の配置でもよい。たとえば、原料ガスの流通方向に交差する方向において、入口16と出口17とが重ならないように(シフトして)配置されていてもよい。   With reference to FIG. 5, a first modification of the first embodiment of the processing apparatus according to the present invention shown in FIGS. 1 to 3 will be described. The processing apparatus shown in FIG. 5 basically has the same configuration as the processing apparatus shown in FIGS. 1 to 3, but is formed between the outer peripheral member 6 and the inner peripheral member 8 of the reaction tube upper wall 4. The arrangement of the inlet 16 and the outlet 17 in the gap is different from that of the processing apparatus 1 shown in FIGS. That is, in the processing apparatus shown in FIG. 5, the inlet 16 and the outlet 17 each intersect the direction (specifically orthogonal) of the flow direction of the source gas in the reaction tube 3 (the direction indicated by the arrow 20 in FIG. 1). In the direction to face). Even if it does in this way, the effect similar to the processing apparatus shown in FIGS. 1-3 can be acquired. In the processing apparatus shown in FIG. 5, the inlet 16 and the outlet 17 are arranged in a straight line, but the inlet 16 and the outlet 17 may be arranged in other ways. For example, the inlet 16 and the outlet 17 may be arranged so as not to overlap (shifted) in a direction intersecting with the flow direction of the source gas.

図6を参照して、図1〜図3に示した本発明による処理装置の実施の形態1の第2の変形例を説明する。図6に示した処理装置は、基本的に図1〜図3に示した処理装置と同様の構成を備えるが、反応管上壁4の外周部材6と内周部材8との間に形成された間隙の内部に複数の壁部19が形成されている点が異なる。この壁部19は、冷却材10の流路を屈曲させて当該間隙の内部をくまなく冷却材10が流通するように形成されている。具体的には、複数の壁部19は、入口16から出口17に向かう方向に対して交差する方向(直交する方向)に延びるように形成されている。また、複数の壁部19は、入口16から出口17に向かう方向において互いに間隔を隔てて並ぶように配置されている。さらに、複数の壁部19は、入口16から出口17に向かう方向に対して交差する方向において対向するように配置される反応管上壁4の2つの側壁から、延びるように配置されている。さらに、複数の壁部19は、入口16から出口17に向かう方向において、上記2つの側壁から延びる壁部19が交互に配置されている。この結果、冷却材10の流路は複数の屈曲部を有する(ジグザグ状の)形状となる。このようにしても、図1〜図3に示した処理装置と同様の効果を得ることができる。さらに、反応管上壁4の間隙内部を冷却材10がまんべんなく流れるので、反応管上壁4をより均一に冷却することができる。   With reference to FIG. 6, the 2nd modification of Embodiment 1 of the processing apparatus by this invention shown in FIGS. 1-3 is demonstrated. The processing apparatus shown in FIG. 6 basically has the same configuration as the processing apparatus shown in FIGS. 1 to 3, but is formed between the outer peripheral member 6 and the inner peripheral member 8 of the reaction tube upper wall 4. The difference is that a plurality of wall portions 19 are formed inside the gap. The wall portion 19 is formed so that the coolant 10 flows through the inside of the gap by bending the flow path of the coolant 10. Specifically, the plurality of wall portions 19 are formed so as to extend in a direction intersecting (orthogonal direction) with respect to the direction from the inlet 16 toward the outlet 17. The plurality of wall portions 19 are arranged so as to be spaced apart from each other in the direction from the inlet 16 to the outlet 17. Further, the plurality of wall portions 19 are disposed so as to extend from two side walls of the reaction tube upper wall 4 disposed so as to face each other in a direction intersecting with the direction from the inlet 16 toward the outlet 17. Further, the wall portions 19 are alternately arranged with the wall portions 19 extending from the two side walls in the direction from the inlet 16 to the outlet 17. As a result, the flow path of the coolant 10 has a shape having a plurality of bent portions (zigzag shape). Even if it does in this way, the effect similar to the processing apparatus shown in FIGS. 1-3 can be acquired. Furthermore, since the coolant 10 flows through the gaps in the reaction tube upper wall 4 evenly, the reaction tube upper wall 4 can be cooled more uniformly.

次に、図7を参照して、図1〜図3に示した本発明による処理装置の実施の形態1の第3の変形例を説明する。図7に示した処理装置は、基本的に図5に示した処理装置と同様の構成を備えるが、図6に示した処理装置と同様に、反応管上壁4の外周部材6と内周部材8との間に形成された間隙の内部に複数の壁部19が形成されている点が異なる。図7に示した処理装置では、壁部19は原料ガスの流れる方向(図1の矢印20で示す方向)とほぼ平行に延びるように形成されている。また、図7に示した処理装置では、反応管上壁4の側壁と接触しない(独立した)壁部19と、当該側壁から延びるように形成された壁部19とが、入口16から出口17に向かう方向において間隔を隔てて並ぶように配置されている。このような構成によっても、図6に示した処理装置と同様の効果を得ることができる。   Next, with reference to FIG. 7, the 3rd modification of Embodiment 1 of the processing apparatus by this invention shown in FIGS. 1-3 is demonstrated. The processing apparatus shown in FIG. 7 basically has the same configuration as the processing apparatus shown in FIG. 5, but, like the processing apparatus shown in FIG. 6, the outer peripheral member 6 and the inner periphery of the reaction tube upper wall 4. The difference is that a plurality of wall portions 19 are formed inside a gap formed between the members 8. In the processing apparatus shown in FIG. 7, the wall portion 19 is formed so as to extend substantially in parallel with the direction in which the source gas flows (the direction indicated by the arrow 20 in FIG. 1). In the processing apparatus shown in FIG. 7, the wall portion 19 that does not contact (independently) the side wall of the reaction tube upper wall 4 and the wall portion 19 formed so as to extend from the side wall are provided from the inlet 16 to the outlet 17. It arrange | positions so that it may rank with a space | interval in the direction which goes to. Even with such a configuration, the same effect as that of the processing apparatus shown in FIG. 6 can be obtained.

次に、図8を参照して、図1〜図3に示した本発明による処理装置の実施の形態1の第4の変形例を説明する。図8に示した処理装置は、基本的に図6に示した処理装置と同様の構成を備えるが、入口16と出口17の配置が図6に示した処理装置とは逆になっている点が異なる。この場合、図6に示した処理装置では反応管上壁4の間隙に流れる冷却材10は、反応管3内での反応ガスの流通方向の上流側から下流側に向かって流れることになるのに対して、図8に示した処理装置では、冷却材10の流れる方向が反応ガスの上記流通方向の下流側から上流側に向かう方向となる。このような構成によっても、図6に示した処理装置と同様の効果を得ることができるとともに、反応管3内部の温度条件が原料ガスの流れ方向でより均一化することにより、形成される膜の膜質や膜厚をより均一化できる。   Next, with reference to FIG. 8, the 4th modification of Embodiment 1 of the processing apparatus by this invention shown in FIGS. 1-3 is demonstrated. The processing apparatus shown in FIG. 8 basically has the same configuration as the processing apparatus shown in FIG. 6, except that the arrangement of the inlet 16 and the outlet 17 is opposite to that of the processing apparatus shown in FIG. Is different. In this case, in the processing apparatus shown in FIG. 6, the coolant 10 flowing in the gap between the reaction tube upper walls 4 flows from the upstream side to the downstream side in the reaction gas flow direction in the reaction tube 3. On the other hand, in the processing apparatus shown in FIG. 8, the direction in which the coolant 10 flows is the direction from the downstream side to the upstream side in the flow direction of the reaction gas. Even with such a configuration, the same effect as that of the processing apparatus shown in FIG. 6 can be obtained, and a film formed by making the temperature condition inside the reaction tube 3 more uniform in the flow direction of the source gas. The film quality and film thickness can be made more uniform.

次に、図9を参照して、図1〜図3に示した本発明による処理装置の実施の形態1の第5の変形例を説明する。図9に示した処理装置は、基本的に図1〜図3に示した処理装置と同様の構成を備えるが、反応管上壁4の冷却方法が異なっている。すなわち、図9に示した処理装置1では、反応管上壁4の外周表面に接触するように透明部材からなる接触部材23が配置されている。接触部材23の端部には冷却部24が配置されている。冷却部24としては、接触部材23の熱を除去できれば任意の構成を用いることができる。たとえば、冷却部24としてペルチェ素子や、内部に冷却材の流通路が形成された冷却体などを用いることができる。この接触部材23と冷却部24とから固体冷却部材22が構成されている。このような構成の処理装置1によっても、図1〜図3に示した処理装置と同様の効果を得ることができる。また、図9に示した処理装置1では、図1〜図3に示した処理装置よりも反応管上壁4の構成を簡略化できる。   Next, with reference to FIG. 9, the 5th modification of Embodiment 1 of the processing apparatus by this invention shown in FIGS. 1-3 is demonstrated. The processing apparatus shown in FIG. 9 basically has the same configuration as the processing apparatus shown in FIGS. 1 to 3, but the method for cooling the reaction tube upper wall 4 is different. That is, in the processing apparatus 1 shown in FIG. 9, the contact member 23 made of a transparent member is disposed so as to contact the outer peripheral surface of the reaction tube upper wall 4. A cooling unit 24 is disposed at the end of the contact member 23. As the cooling unit 24, any configuration can be used as long as the heat of the contact member 23 can be removed. For example, a Peltier element or a cooling body in which a coolant flow path is formed can be used as the cooling unit 24. The contact member 23 and the cooling unit 24 constitute a solid cooling member 22. Also with the processing apparatus 1 having such a configuration, the same effects as those of the processing apparatus shown in FIGS. 1 to 3 can be obtained. Moreover, in the processing apparatus 1 shown in FIG. 9, the structure of the reaction tube upper wall 4 can be simplified compared with the processing apparatus shown in FIGS.

(実施の形態2)
図10は、本発明に従った気相成長装置の一例である処理装置の実施の形態2を示す断面模式図である。図10を参照して、本発明に従った処理装置の実施の形態2を説明する。
(Embodiment 2)
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a second embodiment of a processing apparatus which is an example of a vapor phase growth apparatus according to the present invention. A second embodiment of the processing apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.

図10を参照して、処理装置1は基本的には図1〜図3に示した処理装置と同様の構成を備えるが、反応管上壁4の外周側であって、サセプタ5と対向する領域に加熱用のランプ25が配置されている点が図1〜図3に示した処理装置1と異なる。ランプ25は制御部材15に接続されている。ランプ25は、制御部材15によりその投入電力を制御される。このため、制御部材15により、ランプ25から出射する光の光量や光の出射のON/OFFを制御することができる。ランプ25としては、任意の光源を用いることができる。たとえば、ランプ25としてハロゲンランプを用いることができる。このようなランプ25を用いて基板7の表面を加熱することができる。このため、図10に示した処理装置1では、図1〜図3に示した処理装置と同様の効果を得られるとともに、ヒータ9での発熱量を低減できる。つまり、基板7の表面温度を所定の成膜可能温度にまで上昇させるために、ヒータ9のみを用いる場合より、ヒータ9での発熱量を小さくできる。この結果、ヒータ9の寿命を延ばすことが出来る。また、基板7の表面温度を、基板7を構成する材料の融点に近いような高温にする場合、ヒータ9のみでは基板7全体が溶融するおそれがあった。しかし、ランプ25を用いることで、基板7の表面のみをランプ25によって優先的に高温に加熱できる一方、基板7の厚み方向中央部や裏面側の温度が過剰に高くなることを防止できる。   Referring to FIG. 10, processing apparatus 1 basically has the same configuration as the processing apparatus shown in FIGS. 1 to 3, but is on the outer peripheral side of reaction tube upper wall 4 and faces susceptor 5. The point which the lamp | ramp 25 for a heating is arrange | positioned in the area | region differs from the processing apparatus 1 shown in FIGS. The lamp 25 is connected to the control member 15. The input power of the lamp 25 is controlled by the control member 15. Therefore, the control member 15 can control the amount of light emitted from the lamp 25 and ON / OFF of light emission. An arbitrary light source can be used as the lamp 25. For example, a halogen lamp can be used as the lamp 25. Such a lamp 25 can be used to heat the surface of the substrate 7. For this reason, in the processing apparatus 1 shown in FIG. 10, while being able to acquire the effect similar to the processing apparatus shown in FIGS. 1-3, the emitted-heat amount in the heater 9 can be reduced. That is, the amount of heat generated by the heater 9 can be made smaller than when only the heater 9 is used to raise the surface temperature of the substrate 7 to a predetermined film forming temperature. As a result, the life of the heater 9 can be extended. Further, when the surface temperature of the substrate 7 is set to a high temperature close to the melting point of the material constituting the substrate 7, the entire substrate 7 may be melted only by the heater 9. However, by using the lamp 25, only the surface of the substrate 7 can be preferentially heated to a high temperature by the lamp 25, while it is possible to prevent the temperature at the central portion of the substrate 7 in the thickness direction or the back side from becoming excessively high.

図11は、図10に示した本発明による処理装置の実施の形態2の変形例を示す断面模式図である。図11を参照して、本発明に従った処理装置の実施の形態2の変形例を説明する。   FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a modification of the second embodiment of the processing apparatus according to the present invention shown in FIG. A modification of the second embodiment of the processing apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.

図11を参照して、処理装置1は、基本的には図10に示した処理装置1と同様の構成を備えるが、ランプの構成が図10に示した処理装置と異なっている。つまり、図11に示した処理装置1では、ランプとして3つのランプ25a〜25cが配置されている。これらの複数のランプ25a〜25cは、矢印20で示される原料ガスの流れ方向に沿った方向に並ぶように配置されている。ランプ25a〜25cはそれぞれ制御部材15に接続されている。なお、図11では3つのランプ25a〜25cが配置されているが、ランプの数は3つに限られず、2つ、または4つ以上であってもよい。また、複数のランプを反応管3の外部にマトリックス状に配置してもよい。   Referring to FIG. 11, processing device 1 basically has the same configuration as processing device 1 shown in FIG. 10, but the configuration of the lamp is different from the processing device shown in FIG. 10. That is, in the processing apparatus 1 shown in FIG. 11, three lamps 25a to 25c are arranged as lamps. The plurality of lamps 25 a to 25 c are arranged so as to be aligned in a direction along the flow direction of the source gas indicated by the arrow 20. Each of the lamps 25 a to 25 c is connected to the control member 15. In FIG. 11, three lamps 25a to 25c are arranged, but the number of lamps is not limited to three, and may be two or four or more. A plurality of lamps may be arranged outside the reaction tube 3 in a matrix.

ここで、図11に示したように、3つのランプ25a〜25cを配置した場合には、制御部材15によりこれらのランプ25a〜25cの出力(出射する光の光量)を変更することができる。たとえば、反応管3の内部を流通する原料ガスの温度上昇や拡散を考慮し、上流側に位置するランプ25aから下流側に位置するランプ25cまで、徐々にランプの出力を下げる(投入される電力量を下げる)ことで、ヒータ9のみを用いて基板7を加熱する場合より、結果的に基板温度(サセプタ温度)や反応の均一性を向上させることができる。この効果を、図12を用いてより詳しく説明する。   Here, as shown in FIG. 11, when three lamps 25 a to 25 c are arranged, the control member 15 can change the outputs (the amount of emitted light) of these lamps 25 a to 25 c. For example, considering the temperature rise and diffusion of the raw material gas flowing inside the reaction tube 3, the output of the lamp is gradually lowered from the lamp 25a located on the upstream side to the lamp 25c located on the downstream side (power to be input) As a result, the substrate temperature (susceptor temperature) and the uniformity of the reaction can be improved as compared with the case where the substrate 7 is heated using only the heater 9. This effect will be described in more detail with reference to FIG.

図12は、基板の加熱にヒータのみを用いた場合と複数のランプを用いた場合との、原料ガスの流れ方向におけるサセプタ温度の変化を模式的に示すグラフである。図12を参照して、横軸はサセプタ5における原料ガスの流れ方向における位置、つまりサセプタ5において最も原料ガスの流れ方向の上流側からの距離を示している。なお、原点はサセプタ5における原料ガスの流れ方向の上流側の端部の位置である。また、縦軸はサセプタ5の温度(℃)である。なお、サセプタ5の温度については、図11などにおいて図示しない測温部材(たとえば熱電対)をサセプタ5の表面において原料ガスの流れ方向に複数個並べて配置し、温度データを測定してもよい。また、サセプタ5の温度について、図11に示した測温部材13によりサセプタ5の表面温度の温度分布を測定することにより当該温度データを測定してもよい。   FIG. 12 is a graph schematically showing changes in the susceptor temperature in the flow direction of the source gas when only the heater is used for heating the substrate and when a plurality of lamps are used. Referring to FIG. 12, the horizontal axis indicates the position of the susceptor 5 in the flow direction of the source gas, that is, the distance from the upstream side of the susceptor 5 in the flow direction of the source gas. The origin is the position of the upstream end of the susceptor 5 in the flow direction of the source gas. The vertical axis represents the temperature (° C.) of the susceptor 5. As for the temperature of the susceptor 5, temperature data may be measured by arranging a plurality of temperature measuring members (for example, thermocouples) not shown in FIG. 11 and the like in the raw material gas flow direction on the surface of the susceptor 5. Further, the temperature data of the susceptor 5 may be measured by measuring the temperature distribution of the surface temperature of the susceptor 5 with the temperature measuring member 13 shown in FIG.

図12に示すように、ヒータ9のみを用いてサセプタ5および基板7を加熱する場合には、原料ガスの流れ方向において局所的に加熱状況を変更することは難しいため、原料ガスの流れ方向において下流側に行くほどサセプタ5の温度は上昇する傾向にある。一方、図11に示すように3つのランプ25a〜25cを用いて、かつ、上述のように、上流側に位置するランプ25aから下流側に位置するランプ25cまで、徐々にランプの出力を下げることにより、結果的に原料ガスの流れ方向におけるサセプタの温度を均一に保つことが出来る。このため、形成される膜の膜厚や膜質の均一性を高めることができる。   As shown in FIG. 12, when the susceptor 5 and the substrate 7 are heated using only the heater 9, it is difficult to locally change the heating state in the flow direction of the source gas. The temperature of the susceptor 5 tends to rise as it goes downstream. On the other hand, as shown in FIG. 11, three lamps 25a to 25c are used, and as described above, the output of the lamp is gradually lowered from the lamp 25a located on the upstream side to the lamp 25c located on the downstream side. As a result, the temperature of the susceptor in the flow direction of the source gas can be kept uniform. For this reason, the uniformity of the film thickness and film quality of the film | membrane formed can be improved.

また、図10や図11のように、ヒータ9とランプ25(またはランプ25a〜25c)を併用すれば、図13に示すように、基板7上での膜の成膜速度を、反応ガスの流れ方向において直線的に変化する(具体的には単調減少する)ように調整することができる。この効果を、図13を用いてより詳細に説明する。図13は、基板の加熱にヒータのみを用いた場合と複数のランプを併用した場合との、原料ガスの流れ方向におけるGaN成長速度(成膜速度)の変化を模式的に示すグラフである。図13を参照して、横軸はサセプタ5に固定された基板7における原料ガスの流れ方向における位置、つまり基板7において最も原料ガスの流れ方向の上流側からの距離を示している。なお、原点は基板7における原料ガスの流れ方向の上流側の端部の位置である。また、縦軸はGaN成長速度(成膜速度)(単位:μm/時間)を示している。また、このときサセプタ5は回転せず固定された状態である。図13は、GaN基板表面にGaN膜を形成した場合の成長速度のデータを示している。   10 and 11, when the heater 9 and the lamp 25 (or lamps 25a to 25c) are used in combination, as shown in FIG. The flow direction can be adjusted so as to change linearly (specifically, monotonously decrease). This effect will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 13 is a graph schematically showing changes in the GaN growth rate (film formation rate) in the flow direction of the source gas when only the heater is used for heating the substrate and when a plurality of lamps are used in combination. Referring to FIG. 13, the horizontal axis indicates the position of the substrate 7 fixed to the susceptor 5 in the flow direction of the source gas, that is, the distance from the upstream side of the flow direction of the source gas most in the substrate 7. The origin is the position of the upstream end of the substrate 7 in the flow direction of the source gas. The vertical axis indicates the GaN growth rate (deposition rate) (unit: μm / hour). At this time, the susceptor 5 is fixed without rotating. FIG. 13 shows growth rate data when a GaN film is formed on the GaN substrate surface.

図13に示すように、基板7の加熱にヒータ9のみを用いる場合には、原料ガスの流れ方向におけるGaN膜の成長速度は曲線状に変化するような分布を示す。一方、ヒータ9と3つのランプ25a〜25cを併用する場合の、原料ガスの流れ方向におけるGaN膜の成長速度は、図13ではランプ3ゾーンと表示され、実線で示されたグラフに示すように、直線状の分布を示し、いわゆる単調減少している。このようにGaN膜の成長速度について直線状の分布とすることができれば、サセプタ5を回転(公転)させることによって、サセプタ5上に配置された基板7の表面での成膜速度分布を均一化できる。このため、サセプタ5を回転させるだけで(つまり、サセプタ5に加えて基板7も回転(自転)させる自公転機構を用いることなく)、基板7の表面に形成される膜の膜厚分布を均一化できる。このため、本発明によれば、処理装置1の構成として自公転機構を採用する場合より、処理装置1の構成を簡略化できる。また、自公転機構を採用しないので、基板7の自転のための歯車などをサセプタ5に配置する必要が無い。このため、サセプタ5上に配置する基板7の枚数を、自公転機構を採用する場合より多くすることが可能になる。つまり、サセプタ5の面積が同じ場合に、より多くの基板7を一度に処理することができる。   As shown in FIG. 13, when only the heater 9 is used to heat the substrate 7, the growth rate of the GaN film in the flow direction of the source gas shows a distribution that changes in a curved line. On the other hand, when the heater 9 and the three lamps 25a to 25c are used in combination, the growth rate of the GaN film in the flow direction of the source gas is indicated as lamp 3 zone in FIG. Shows a linear distribution, which is a so-called monotonic decrease. Thus, if the growth rate of the GaN film can be made a linear distribution, the film formation rate distribution on the surface of the substrate 7 disposed on the susceptor 5 is made uniform by rotating (revolving) the susceptor 5. it can. For this reason, the film thickness distribution of the film formed on the surface of the substrate 7 can be made uniform only by rotating the susceptor 5 (that is, without using a self-revolving mechanism that rotates (spins) the substrate 7 in addition to the susceptor 5). Can be For this reason, according to this invention, the structure of the processing apparatus 1 can be simplified rather than the case where a self-revolving mechanism is employ | adopted as a structure of the processing apparatus 1. FIG. Further, since the auto-revolution mechanism is not employed, it is not necessary to arrange a gear for rotating the substrate 7 on the susceptor 5. For this reason, it is possible to increase the number of substrates 7 arranged on the susceptor 5 as compared with the case where the self-revolving mechanism is employed. That is, when the area of the susceptor 5 is the same, more substrates 7 can be processed at a time.

図14は、図10に示した本発明による処理装置の実施の形態2の他の変形例を示す断面模式図である。図14を参照して、本発明に従った処理装置の実施の形態2の他の変形例を説明する。   FIG. 14 is a schematic sectional view showing another modification of the second embodiment of the processing apparatus according to the present invention shown in FIG. Referring to FIG. 14, another modification of the second embodiment of the processing apparatus according to the present invention will be described.

図14を参照して、処理装置1は、基本的には図11に示した処理装置1と同様の構成を備えるが、冷却材供給部材35とガス供給部材32とが明示されている点が、図11に示した処理装置と異なっている。すなわち、図14に示した処理装置1では、反応管上壁4の外周部材6と内周部材8との間に冷却材10を供給するための冷却材供給部材35が制御部材15に接続された状態で配置されている。また、図14に示した処理装置1では、成膜のための原料ガスを反応管3の内部に供給するためのガス供給部材32が、制御部材15に接続された状態で配置されている。ここで冷却材供給部材35は、外周部材6と内周部材8との間に冷却材10を供給するための部材であって、具体的には冷却材10を外周部材6と内周部材8との間の間隙に送出するためのポンプや、当該間隙から排出された(温度の上昇した)冷却材10から熱を除去するための熱交換器などを含む。また、ガス供給部材32は、従来周知の任意の構成を採用できる。たとえば、ガス供給部材32は、原料ガスを蓄積するタンクや当該タンクから所定量の原料ガスを所定圧力で供給するためのコントローラなどを含んでいてもよい。   Referring to FIG. 14, the processing apparatus 1 basically has the same configuration as the processing apparatus 1 shown in FIG. 11, except that the coolant supply member 35 and the gas supply member 32 are clearly shown. 11 is different from the processing apparatus shown in FIG. That is, in the processing apparatus 1 shown in FIG. 14, the coolant supply member 35 for supplying the coolant 10 between the outer peripheral member 6 and the inner peripheral member 8 of the reaction tube upper wall 4 is connected to the control member 15. It is arranged in the state. Further, in the processing apparatus 1 shown in FIG. 14, a gas supply member 32 for supplying a source gas for film formation into the reaction tube 3 is arranged in a state of being connected to the control member 15. Here, the coolant supply member 35 is a member for supplying the coolant 10 between the outer peripheral member 6 and the inner peripheral member 8. Specifically, the coolant 10 is connected to the outer peripheral member 6 and the inner peripheral member 8. And a heat exchanger for removing heat from the coolant 10 discharged from the gap (temperature rise). The gas supply member 32 can employ any conventionally known configuration. For example, the gas supply member 32 may include a tank for accumulating the source gas, a controller for supplying a predetermined amount of the source gas from the tank at a predetermined pressure, and the like.

このような構成の処理装置1では、上記図11に示した処理装置1と同様の効果を得ることができるとともに、冷却材供給部材35を制御部材15によって制御することにより、反応管上壁4の冷却状態を制御することができる。具体的には、冷却材供給部材35を介して冷却材10の供給量や温度を制御することで、反応管上壁4の内周部材8の表面温度を制御することができる。そして、この内周部材8の表面温度を制御することにより、当該内周部材8の表面(サセプタ5に対向する側の表面)に接触する原料ガスの温度も間接的に制御することができる。   In the processing apparatus 1 having such a configuration, the same effect as that of the processing apparatus 1 shown in FIG. 11 can be obtained, and the coolant supply member 35 is controlled by the control member 15, whereby the reaction tube upper wall 4. The cooling state can be controlled. Specifically, the surface temperature of the inner peripheral member 8 of the reaction tube upper wall 4 can be controlled by controlling the supply amount and temperature of the coolant 10 via the coolant supply member 35. Then, by controlling the surface temperature of the inner peripheral member 8, the temperature of the source gas contacting the surface of the inner peripheral member 8 (the surface on the side facing the susceptor 5) can also be indirectly controlled.

また、ガス供給部材32によって、反応管3の内部に供給する原料ガスの流量を調整することができる。このため、冷却材供給部材35による内周部材8の表面温度の制御と、ガス供給部材32による原料ガスの供給量の制御とを組合せることによって、サセプタ5に対向する部分における原料ガスの温度を制御する(サセプタ5に対向する部分における原料ガスの温度分布を原料ガスの流れ方向および/または流れ方向に垂直な方向において均一化する)ことができる。この結果、サセプタ5に搭載された基板7の表面温度分布や当該表面での反応についてより均一化することが可能になる。   Further, the flow rate of the source gas supplied into the reaction tube 3 can be adjusted by the gas supply member 32. For this reason, by combining the control of the surface temperature of the inner peripheral member 8 by the coolant supply member 35 and the control of the supply amount of the raw material gas by the gas supply member 32, the temperature of the raw material gas at the portion facing the susceptor 5 is combined. Can be controlled (the temperature distribution of the source gas in the portion facing the susceptor 5 is made uniform in the flow direction of the source gas and / or in the direction perpendicular to the flow direction). As a result, the surface temperature distribution of the substrate 7 mounted on the susceptor 5 and the reaction on the surface can be made more uniform.

また、3つのランプ25a〜25cについて、図11に示した処理装置1において説明したように、制御部材15によりこれらのランプ25a〜25cの出力を個別に変更することで、反応管3の内部を流通する原料ガスの温度上昇や拡散を考慮して、上流側のランプ25aから下流側のランプ25cまで、徐々にランプの出力を下げるといった制御を行なうことにより、基板温度(サセプタ温度)や反応の均一性をより向上させることができる。   Moreover, about the three lamps 25a-25c, as demonstrated in the processing apparatus 1 shown in FIG. 11, the inside of the reaction tube 3 is changed by changing the output of these lamps 25a-25c individually by the control member 15. In consideration of the temperature rise and diffusion of the flowing source gas, by controlling the lamp output gradually from the upstream lamp 25a to the downstream lamp 25c, the substrate temperature (susceptor temperature) and reaction Uniformity can be further improved.

上述した図10、図11および図14に示した処理装置1において、ランプ25、25a〜25cの出射する光の波長が紫外領域の波長を含む(出射する光が紫外線を含む、より好ましくは主成分として紫外線を出射する)ことが好ましい。この場合、基板7の表面近傍のみで、ランプ25、25a〜25cから出射した光が吸収されるので、基板7の表面のみを効果的に加熱することができる。このため、基板7全体の温度(たとえば厚み方向中央部や裏面側の温度)をあまり上昇させることなく、基板7の表面のみを、たとえば基板7の材料の融点に近いような高温にすることができる。このため、成膜温度が高温の条件で高品質の膜が得られるAlGaN系の膜を形成する場合に、特に上述した処理装置1は有効である。   In the processing apparatus 1 shown in FIG. 10, FIG. 11 and FIG. 14 described above, the wavelength of the light emitted from the lamps 25, 25a to 25c includes a wavelength in the ultraviolet region (the emitted light includes ultraviolet rays, more preferably It is preferable to emit ultraviolet rays as a component. In this case, since the light emitted from the lamps 25 and 25a to 25c is absorbed only near the surface of the substrate 7, only the surface of the substrate 7 can be effectively heated. For this reason, without increasing the temperature of the whole substrate 7 (for example, the temperature in the center in the thickness direction or the back side), only the surface of the substrate 7 is set to a high temperature that is close to the melting point of the material of the substrate 7, for example. it can. Therefore, the above-described processing apparatus 1 is particularly effective when forming an AlGaN-based film from which a high-quality film can be obtained under a high film formation temperature.

なお、基板7としてGaN基板を用いる場合には、ランプ25、25a〜25cとしてHgランプ(波長253nm)を用いることが好ましい。また、基板7としてよりワイドバンドギャップの材料を用いる場合には、たとえば誘電体バリアランプを用いることができる。たとえば、基板7としてAlN基板やサファイア基板を用いる場合には、波長172nmの誘電体バリアランプを用いることができる。   When a GaN substrate is used as the substrate 7, it is preferable to use Hg lamps (wavelength 253 nm) as the lamps 25 and 25a to 25c. Further, when a wider band gap material is used as the substrate 7, for example, a dielectric barrier lamp can be used. For example, when an AlN substrate or a sapphire substrate is used as the substrate 7, a dielectric barrier lamp having a wavelength of 172 nm can be used.

(実施の形態3)
図15は、本発明に従った気相成長装置の一例である処理装置の実施の形態3を示す断面模式図である。図15を参照して、本発明に従った処理装置の実施の形態3を説明する。
(Embodiment 3)
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing a third embodiment of the processing apparatus which is an example of the vapor phase growth apparatus according to the present invention. A third embodiment of the processing apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.

図15を参照して、処理装置1は基本的には図1〜図3に示した処理装置と同様の構成を備えるが、反応管上壁4の外周側に基板7を加熱するための加熱部材としてのレーザ光源27および光学系29が配置されている点が図1〜図3に示した処理装置1と異なる。具体的には、図15に示した処理装置1では、反応管上壁4の外周側であってサセプタ5と対向する位置に光学系29が配置されている。光学系29には、レーザ光源27から出射したレーザ光が入射する。光学系29およびレーザ光源27は制御部材15に接続されている。光学系29では、レーザ光源27から入射したレーザ光の進行方向を変更することにより、サセプタ5上の基板7の表面にレーザ光を入射させる。また、光学系29は、出射するレーザ光の進行方向を任意に変更できる。そのため、光学系29から出射されるレーザ光は、図15の矢印30に示すように基板7表面を走査するように照射される。このような構成によっても、図10に示した処理装置と同様の効果を得ることが出来る。なお、光学系29としては、従来公知の任意の機構を採用することができる。このような装置によっても、図11に示した処理装置と同様の効果を得ることができる。   Referring to FIG. 15, the processing apparatus 1 basically has the same configuration as the processing apparatus shown in FIGS. 1 to 3, but heating for heating the substrate 7 on the outer peripheral side of the reaction tube upper wall 4. The laser light source 27 and the optical system 29 as members are different from the processing apparatus 1 shown in FIGS. Specifically, in the processing apparatus 1 shown in FIG. 15, the optical system 29 is disposed at a position on the outer peripheral side of the reaction tube upper wall 4 and facing the susceptor 5. Laser light emitted from the laser light source 27 is incident on the optical system 29. The optical system 29 and the laser light source 27 are connected to the control member 15. In the optical system 29, the laser light is incident on the surface of the substrate 7 on the susceptor 5 by changing the traveling direction of the laser light incident from the laser light source 27. The optical system 29 can arbitrarily change the traveling direction of the emitted laser light. Therefore, the laser light emitted from the optical system 29 is irradiated so as to scan the surface of the substrate 7 as indicated by an arrow 30 in FIG. Even with such a configuration, the same effect as that of the processing apparatus shown in FIG. 10 can be obtained. As the optical system 29, any conventionally known mechanism can be adopted. Even with such an apparatus, the same effect as the processing apparatus shown in FIG. 11 can be obtained.

なお、レーザ光源27としては、任意のレーザ光源を用いることができる。たとえば、レーザ光源27として、エキシマレーザを出射するレーザ光源を用いてもよい。この場合、エキシマレーザはns(ナノ秒)単位のパルス幅のパルスレーザとして基板7に照射することができる。このため、基板7の温度を高い精度で制御することができる。また、エキシマレーザはそのエネルギー密度を比較的高くすることが出来るため、基板7へ照射することにより基板7の表面温度を局所的に2000℃近くまで上昇させることができる。このため、基板7の表面温度の制御範囲を実用上十分な範囲で制御でき、また比較的高温領域にまでその制御範囲を広げることができる。   As the laser light source 27, any laser light source can be used. For example, a laser light source that emits an excimer laser may be used as the laser light source 27. In this case, the excimer laser can irradiate the substrate 7 as a pulse laser having a pulse width in units of ns (nanoseconds). For this reason, the temperature of the substrate 7 can be controlled with high accuracy. Further, since the excimer laser can have a relatively high energy density, the surface temperature of the substrate 7 can be locally increased to nearly 2000 ° C. by irradiating the substrate 7. For this reason, the control range of the surface temperature of the substrate 7 can be controlled within a practically sufficient range, and the control range can be extended to a relatively high temperature region.

なお、基板7に照射されるレーザ光については、たとえばレーザ光源27でのレーザ出力、パルス状のレーザの周波数、あるいは光学系29での基板7表面へのレーザ光のフォーカスを調整することで、基板7の表面について局所的に温度を変更することができる。このため、サセプタ5において自公転機構などを採用することなく、基板7表面の温度分布を均一化することが可能になる。この場合、自公転機構に代えて光学系29などが設備として増えることになるが、当該光学系29自体は室温で動作すればよいため、耐熱性の材料から構成されるサセプタ5の自公転機構を設置する場合より、処理装置1の製造コストを低減できる。   Regarding the laser light irradiated to the substrate 7, for example, by adjusting the laser output from the laser light source 27, the frequency of the pulsed laser, or the focus of the laser light on the surface of the substrate 7 in the optical system 29, The temperature can be locally changed on the surface of the substrate 7. For this reason, it is possible to make the temperature distribution on the surface of the substrate 7 uniform without employing a self-revolving mechanism or the like in the susceptor 5. In this case, the optical system 29 and the like are increased as equipment instead of the self-revolving mechanism. However, since the optical system 29 only needs to operate at room temperature, the self-revolving mechanism of the susceptor 5 made of a heat-resistant material. The manufacturing cost of the processing apparatus 1 can be reduced compared with the case where the apparatus is installed.

たとえば、レーザ光源27としてKrF(246nm)エキシマレーザを用いた場合で、基板7としてGaN基板を用いると、基板7の表面で当該レーザ光がほとんど吸収され、基板7の表面のみを効果的に加熱できる。   For example, when a KrF (246 nm) excimer laser is used as the laser light source 27 and a GaN substrate is used as the substrate 7, the laser light is almost absorbed by the surface of the substrate 7, and only the surface of the substrate 7 is effectively heated. it can.

次に、図16を参照して、図15に示した処理装置の実施の形態3の変形例を説明する。図16は、図15に示した本発明による処理装置の実施の形態3の変形例を示す断面模式図である。図16を参照して、本発明に従った処理装置の実施の形態3の変形例を説明する。   Next, a modification of the third embodiment of the processing apparatus shown in FIG. 15 will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a schematic sectional view showing a modification of the third embodiment of the processing apparatus according to the present invention shown in FIG. A modification of the third embodiment of the processing apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.

図16を参照して、処理装置1は、基本的には図15に示した処理装置と同様の構成を備えるが、成膜のための原料ガスを反応管3の内部に供給するためのガス供給部材32が明示され、当該ガス供給部材32とレーザ光源27および光学系29とが同期するように制御部材15により制御される点が図15に示された処理装置と異なっている。具体的には、図16に示した処理装置1では、ガス供給部材32が制御部材15に接続され、当該制御部材15によってガス供給部材32の動作が制御される。ガス供給部材32の構成としては、従来周知の任意の構成を採用できる。そして、図16に示した処理装置1では、図17に示すようにレーザの照射タイミングと原料ガスの供給タイミングとが同期するように制御部材15により制御される。以下、図17を参照しながらより詳細に説明する。   Referring to FIG. 16, processing apparatus 1 basically has the same configuration as the processing apparatus shown in FIG. 15, but a gas for supplying a raw material gas for film formation into reaction tube 3. It differs from the processing apparatus shown in FIG. 15 in that the supply member 32 is clearly shown and the gas supply member 32 is controlled by the control member 15 so that the laser light source 27 and the optical system 29 are synchronized. Specifically, in the processing apparatus 1 shown in FIG. 16, the gas supply member 32 is connected to the control member 15, and the operation of the gas supply member 32 is controlled by the control member 15. As the configuration of the gas supply member 32, any conventionally known configuration can be adopted. In the processing apparatus 1 shown in FIG. 16, the control member 15 controls the laser irradiation timing and source gas supply timing to be synchronized as shown in FIG. Hereinafter, it will be described in more detail with reference to FIG.

図17は、図16に示した処理装置において成膜処理を行なう際の、原料ガス(TMA)の供給タイミングと基板に対するレーザ光の照射タイミングおよび基板表面温度の変化を示したタイミングチャートである。図17に示すように、基板表面の温度が所定のベース温度に調整された状態において、まず時点T1にて原料ガス(TMA)の供給を開始する。その後、時点T2において、制御部材15からレーザ光源27および光学系29を制御することにより、基板7表面へのレーザ光の照射を開始する。この結果、基板7の表面温度は上昇し、ベース温度より高い所定の成膜温度に設定される。このように、基板7の表面温度が成膜温度に上昇した状態で、原料ガスが供給されるので、基板7の表面において所定の膜(たとえばGaN膜あるいはAlGaN膜、もしくはInGaN膜)が形成される。その後、時点T3で原料ガスの供給が停止される。その後、時点T4でレーザ光の照射を停止する。この結果、基板7の表面温度もベース温度に低下する。   FIG. 17 is a timing chart showing changes in the supply timing of the source gas (TMA), the irradiation timing of the laser beam to the substrate, and the substrate surface temperature when the film forming process is performed in the processing apparatus shown in FIG. As shown in FIG. 17, in a state where the temperature of the substrate surface is adjusted to a predetermined base temperature, supply of the source gas (TMA) is first started at time T1. Thereafter, at the time T2, the laser light source 27 and the optical system 29 are controlled from the control member 15 to start irradiation of the laser beam onto the surface of the substrate 7. As a result, the surface temperature of the substrate 7 rises and is set to a predetermined film formation temperature higher than the base temperature. As described above, since the source gas is supplied in a state where the surface temperature of the substrate 7 is raised to the film forming temperature, a predetermined film (for example, a GaN film, an AlGaN film, or an InGaN film) is formed on the surface of the substrate 7. The Thereafter, the supply of the raw material gas is stopped at time T3. Thereafter, the laser beam irradiation is stopped at time T4. As a result, the surface temperature of the substrate 7 is also lowered to the base temperature.

そして、このようなサイクルを複数回繰返す。つまり、時点T5(または時点T9)で再び原料ガス(TMA)の供給を開始する。その後、時点T6(または時点T10)において、基板7表面へのレーザ光の照射を開始する。この結果、基板7の表面温度は上昇し、ベース温度より高い所定の成膜温度に設定される。このように、基板7の表面温度が成膜温度に上昇した状態で、原料ガスが供給されるので、基板7の表面において所定の膜が形成される。その後、時点T7(または時点T11)で原料ガスの供給が停止される。その後、時点T8(または時点T12)でレーザ光の照射を停止する。   Such a cycle is repeated a plurality of times. That is, the supply of the raw material gas (TMA) is started again at time T5 (or time T9). Thereafter, at time T6 (or time T10), irradiation of the laser beam onto the surface of the substrate 7 is started. As a result, the surface temperature of the substrate 7 rises and is set to a predetermined film formation temperature higher than the base temperature. Thus, since the source gas is supplied in a state where the surface temperature of the substrate 7 is raised to the film forming temperature, a predetermined film is formed on the surface of the substrate 7. Thereafter, the supply of the raw material gas is stopped at time T7 (or time T11). Thereafter, the laser beam irradiation is stopped at time T8 (or time T12).

このように、レーザ光の照射と原料ガスの供給とを同期させたサイクルを繰返すことにより、通常のヒータ9のみを用いた基板7の加熱では難しいような、基板7の表面温度の急峻な変化を実現できる。また、レーザ光のエネルギーや照射サイクル数(照射周波数)を制御することで、基板7の表面温度を任意に制御することができるので、急峻な界面を持つ、異なる組成の層を積層することができる。   In this way, by repeating the cycle in which the laser beam irradiation and the supply of the source gas are synchronized, a sharp change in the surface temperature of the substrate 7 is difficult, which is difficult to heat the substrate 7 using only the normal heater 9. Can be realized. In addition, since the surface temperature of the substrate 7 can be arbitrarily controlled by controlling the energy of the laser light and the number of irradiation cycles (irradiation frequency), it is possible to stack layers of different compositions having steep interfaces. it can.

たとえば、InGaN系とGaNまたはAlGaN系との組成の層からなる超格子の製造などが可能になる。この場合、InGaN系の層を形成する場合の成膜温度をたとえば800℃とし、GaNまたはAlGaN系の層を形成する場合の成膜温度をたとえば1050℃とすることができる。図15や図16に示した処理装置では、このような異なる成膜温度を短時間で実現することが可能である。さらに、図15や図16に示した処理装置1では、レーザ光を基板7表面に対して走査するように照射できるので、基板7の表面における領域ごとの照射頻度を変更することで、図11に示した処理装置1と同様に、原料ガスの流れによる基板表面の温度勾配を補償するように基板7の表面温度を制御できる。   For example, it is possible to manufacture a superlattice composed of layers having a composition of InGaN and GaN or AlGaN. In this case, the film formation temperature when forming the InGaN-based layer can be set to 800 ° C., for example, and the film formation temperature when forming the GaN or AlGaN-based layer can be set to 1050 ° C., for example. In the processing apparatus shown in FIGS. 15 and 16, such different film forming temperatures can be realized in a short time. Further, in the processing apparatus 1 shown in FIG. 15 and FIG. 16, the laser beam can be irradiated so as to scan the surface of the substrate 7, so that by changing the irradiation frequency for each region on the surface of the substrate 7, Similar to the processing apparatus 1 shown in FIG. 1, the surface temperature of the substrate 7 can be controlled so as to compensate for the temperature gradient of the substrate surface due to the flow of the source gas.

また、図16に示した処理装置1によって、図17で説明したような成膜方法を実施することで、原料ガスの利用効率を高めることができる。また、原料ガスの種類と成膜温度とをそれぞれ個別に制御できるので、異なる膜質の膜を積層する場合に、当該膜の間の膜質の変化を急峻にすることができる。   Moreover, the utilization efficiency of source gas can be improved by implementing the film-forming method as demonstrated in FIG. 17 with the processing apparatus 1 shown in FIG. In addition, since the type of the source gas and the film formation temperature can be individually controlled, when the films having different film qualities are stacked, the change in the film quality between the films can be made steep.

上述した実施の形態1〜3においては、冷却材10としては任意の液体および気体を用いることができる。また、上述した実施の形態2および3において、図5〜図9に示した反応管上壁4の冷却構造を採用していもよい。また上述した実施の形態1〜3において、冷却材10として液体を用いる場合には水を用いてもよい。また、冷却材10として気体を用いる場合には水素、ヘリウム、窒素(たとえば液体窒素から気化させた窒素)を用いてもよい。また、図9に示した固体冷却部材22の接触部材23は、反応管上壁4の全体を覆うように配置された板状であってもよいが、反応管上壁4の上部表面を部分的に覆うような構造(たとえば、平面形状がメッシュ状)であってもよい。この場合、接触部材23を構成する材料としては熱伝導率の高い材料、特に比較的安価な銅やアルミニウムを用いてもよい。   In Embodiments 1 to 3 described above, any liquid and gas can be used as the coolant 10. Moreover, in Embodiment 2 and 3 mentioned above, you may employ | adopt the cooling structure of the reaction tube upper wall 4 shown in FIGS. Moreover, in Embodiment 1-3 mentioned above, when using a liquid as the coolant 10, you may use water. Further, when a gas is used as the coolant 10, hydrogen, helium, or nitrogen (for example, nitrogen vaporized from liquid nitrogen) may be used. Further, the contact member 23 of the solid cooling member 22 shown in FIG. 9 may be plate-shaped so as to cover the entire reaction tube upper wall 4, but the upper surface of the reaction tube upper wall 4 is partially covered. Such a structure (for example, the planar shape is a mesh shape) may be used. In this case, as the material constituting the contact member 23, a material having high thermal conductivity, particularly relatively inexpensive copper or aluminum may be used.

上述した実施の形態と一部重複する部分もあるが、この発明の実施の形態を羅列的に挙げて説明する。この発明に従った気相成長装置としての処理装置1は、基板保持部材としてのサセプタ5と反応容器としての反応管3と冷却部材(反応管上壁4の外周部材6と内周部材8との間の間隙、冷却材10、冷却材供給部材35、または図9の固体冷却部材22)と加熱部材(ヒータ9、ランプ25、25a〜25c、レーザ光源27および光学系29)とを備える。サセプタ5は、気相成長法により表面に膜が形成される基板7を保持する。反応管3は、サセプタにより保持される基板7が内部に配置され、当該基板7を観察するための透明窓部(反応管上壁4)を有する。冷却部材(反応管上壁4の外周部材6と内周部材8との間の間隙、冷却材10、または図9の固体冷却部材22)は、透明窓部(反応管上壁4)を冷却する。加熱部材(ヒータ9、ランプ25、25a〜25c、レーザ光源27および光学系29)は基板を加熱する。   Although there is a part which overlaps with embodiment mentioned above, embodiment of this invention is enumerated and demonstrated. A processing apparatus 1 as a vapor phase growth apparatus according to the present invention includes a susceptor 5 as a substrate holding member, a reaction tube 3 as a reaction vessel, a cooling member (an outer peripheral member 6 and an inner peripheral member 8 of the reaction tube upper wall 4). , The coolant 10, the coolant supply member 35, or the solid cooling member 22 in FIG. 9) and a heating member (heater 9, lamps 25, 25a to 25c, laser light source 27, and optical system 29). The susceptor 5 holds a substrate 7 on which a film is formed by a vapor deposition method. The reaction tube 3 includes a substrate 7 held by a susceptor and has a transparent window portion (reaction tube upper wall 4) for observing the substrate 7. The cooling member (the gap between the outer peripheral member 6 and the inner peripheral member 8 of the reaction tube upper wall 4, the coolant 10, or the solid cooling member 22 in FIG. 9) cools the transparent window (the reaction tube upper wall 4). To do. Heating members (heater 9, lamps 25, 25a to 25c, laser light source 27, and optical system 29) heat the substrate.

この場合、反応管上壁4が冷却材10などによって冷却されるので、基板7をヒータ9などにより加熱することで、基板7の近傍の雰囲気温度が基板7からの輻射熱によって上昇しても、当該反応管上壁4の内周表面の温度を成膜可能な温度の下限(成膜下限温度)より低い状態に保つことが出来る。このため、反応管上壁4の内周表面での膜の形成を抑制できる。   In this case, since the reaction tube upper wall 4 is cooled by the coolant 10 or the like, even if the ambient temperature in the vicinity of the substrate 7 is increased by radiant heat from the substrate 7 by heating the substrate 7 with the heater 9 or the like, The temperature of the inner peripheral surface of the reaction tube upper wall 4 can be kept lower than the lower limit of the film forming temperature (deposition lower limit temperature). For this reason, the formation of a film on the inner peripheral surface of the reaction tube upper wall 4 can be suppressed.

また、このように反応管上壁4の内周表面での膜の形成を抑制できるので、当該膜が形成されることによって反応管3の内部の成膜条件(たとえば温度条件など)が不安定になる可能性を低減できる。つまり、反応管3の内部の成膜条件を再現性よく安定させることができるので、結果的に形成される膜の膜質を向上させることができる。   Further, since the formation of a film on the inner peripheral surface of the reaction tube upper wall 4 can be suppressed in this way, the film formation conditions (for example, temperature conditions) inside the reaction tube 3 are unstable due to the formation of the film. The possibility of becoming can be reduced. That is, since the film formation conditions inside the reaction tube 3 can be stabilized with good reproducibility, the film quality of the film formed as a result can be improved.

また、反応管上壁4の内周表面に膜が形成されないので、透明部材からなる反応管上壁4を介して基板7の表面温度などをパイロメータなどの測温部材13によって測定することができる。そのため、成膜条件の制御性を向上させることができる。この結果、形成される膜の膜質を高品質に保つことが出来る。   Further, since no film is formed on the inner peripheral surface of the reaction tube upper wall 4, the surface temperature of the substrate 7 can be measured by the temperature measuring member 13 such as a pyrometer through the reaction tube upper wall 4 made of a transparent member. . Therefore, the controllability of the film forming conditions can be improved. As a result, the quality of the formed film can be kept high.

また、図10、図11、図14、図15などに示すように、反応管上壁4を介して加熱部材の一部(ランプ25、25a〜25c、レーザ光源27および光学系29)によりエネルギー線を基板7の表面に照射することで、基板7の表面を局所的に加熱することも可能になる。   Further, as shown in FIGS. 10, 11, 14, 15 and the like, energy is supplied by a part of the heating member (lamps 25, 25a to 25c, laser light source 27, and optical system 29) via the reaction tube upper wall 4. By irradiating the surface of the substrate 7 with lines, the surface of the substrate 7 can be locally heated.

上記処理装置1において、加熱部材は、反応管上壁4を介して基板7にエネルギー線(可視光や紫外線など)を照射することにより基板7を加熱する照射加熱部材(ランプ25、25a〜25c、レーザ光源27および光学系29)を含んでいてもよい。この場合、エネルギー線の照射により基板7の表面を局所的に加熱することが可能になる。このため、電熱ヒータなどからなるヒータ9のみを用いて基板7全体を加熱する場合より、基板7からの輻射熱の熱量を低減できる。この結果、当該輻射熱に起因する原料ガスの不必要な反応(たとえば、原料ガスにTMAやアンモニアを用いた場合の気相反応など)の発生を抑制できる。したがって、原料ガスの利用効率を向上させることができるとともに、形成される膜の膜質の劣化を防止できる。   In the processing apparatus 1, the heating member is an irradiation heating member (lamps 25, 25 a to 25 c) that heats the substrate 7 by irradiating the substrate 7 with energy rays (such as visible light or ultraviolet rays) via the reaction tube upper wall 4. A laser light source 27 and an optical system 29) may be included. In this case, the surface of the substrate 7 can be locally heated by irradiation with energy rays. For this reason, compared with the case where the whole board | substrate 7 is heated only using the heater 9 which consists of an electric heater etc., the calorie | heat amount of the radiant heat from the board | substrate 7 can be reduced. As a result, it is possible to suppress the occurrence of an unnecessary reaction of the source gas due to the radiant heat (for example, a gas phase reaction when TMA or ammonia is used as the source gas). Therefore, the utilization efficiency of the source gas can be improved and the film quality of the formed film can be prevented from being deteriorated.

上記処理装置1において、照射加熱部材(ランプ25、25a〜25c、レーザ光源27および光学系29)は、パルス状のエネルギー線(レーザ光)を基板に照射してもよい。この場合、パルス状のレーザ光を基板7に照射するので、レーザ光の照射により基板7に与えられる熱量の制御を精度よく行なうことができる。このため、基板7表面の温度制御をより高精度に行なうことができる。この結果、形成される膜の膜質を良好なものとすることができる。   In the processing apparatus 1, the irradiation heating member (lamps 25, 25a to 25c, laser light source 27, and optical system 29) may irradiate the substrate with pulsed energy rays (laser light). In this case, since the substrate 7 is irradiated with pulsed laser light, the amount of heat given to the substrate 7 by irradiation with the laser light can be controlled with high accuracy. For this reason, the temperature control of the surface of the substrate 7 can be performed with higher accuracy. As a result, the film quality of the formed film can be improved.

上記処理装置1において、照射加熱部材(ランプ25、25a〜25c、レーザ光源27および光学系29)は、エネルギー線として、基板7を構成する材料の透過波長より短い波長の成分を含むエネルギー線を基板に照射してもよい。この場合、基板7に照射されたエネルギー線の大部分を、基板7の表面層で吸収させることができる。このため、エネルギー線の照射によって基板7の表面層を局所的に加熱することができる。したがって、ヒータ9などを用いて基板7全体を加熱する場合より、基板7から周囲へ伝えられる輻射熱の熱量を低減できるので、原料ガスの寄生反応などの発生をより効果的に抑制できる。   In the processing apparatus 1, the irradiation heating members (lamps 25, 25 a to 25 c, the laser light source 27, and the optical system 29) use energy rays including a component having a wavelength shorter than the transmission wavelength of the material constituting the substrate 7 as energy rays. The substrate may be irradiated. In this case, most of the energy rays irradiated on the substrate 7 can be absorbed by the surface layer of the substrate 7. For this reason, the surface layer of the board | substrate 7 can be heated locally by irradiation of an energy ray. Therefore, since the amount of radiant heat transmitted from the substrate 7 to the surroundings can be reduced as compared with the case where the entire substrate 7 is heated using the heater 9 or the like, the occurrence of a parasitic reaction of the source gas can be more effectively suppressed.

また、このように基板7の表面層のみを加熱するので、基板7全体が溶融することなく、基板7の表面層のみを、基板7を構成する材料の融点に近いような高温に加熱することも可能になる。このため、成膜温度として基板7を構成する材料の融点に近いような高温を採用することができる。   Further, since only the surface layer of the substrate 7 is heated in this way, the entire surface of the substrate 7 is not melted, and only the surface layer of the substrate 7 is heated to a high temperature close to the melting point of the material constituting the substrate 7. Will also be possible. For this reason, a high temperature close to the melting point of the material constituting the substrate 7 can be adopted as the film formation temperature.

ここで、基板7の表面のみを加熱する場合、基板7を構成する材料の吸収係数により、基板7に照射された光の吸収長(基板7において当該光が照射された表面から、当該光のうち90%について吸収される位置までの深さ)が決まる。たとえば、吸収係数が1×10cm−1であれば、吸収長は1μmとなる。また、基板7がGaN基板である場合について検討すると、理想的なGaNの場合、吸収端は365nmとなるが、GaN基板においては上記波長以上の波長範囲においても吸収が起こる。このため、基板7の吸収係数に応じて最適の波長を選択することができる。たとえば、波長が248nmのエキシマレーザを用いる場合、GaN基板での吸収係数は1×10cm−1を超えることから、GaN基板の表面のみ(表面から深さ1μm以下の領域のみ)を加熱することができる。 Here, when only the surface of the substrate 7 is heated, the absorption length of the light irradiated on the substrate 7 (from the surface irradiated with the light on the substrate 7 from the surface irradiated with the light is determined by the absorption coefficient of the material constituting the substrate 7. Of these, the depth to the position where 90% is absorbed is determined. For example, if the absorption coefficient is 1 × 10 4 cm −1 , the absorption length is 1 μm. Further, considering the case where the substrate 7 is a GaN substrate, the absorption edge is 365 nm in the case of ideal GaN, but the GaN substrate absorbs even in the wavelength range above the above wavelength. For this reason, an optimum wavelength can be selected according to the absorption coefficient of the substrate 7. For example, when an excimer laser with a wavelength of 248 nm is used, the absorption coefficient of the GaN substrate exceeds 1 × 10 4 cm −1 , so only the surface of the GaN substrate (only the region having a depth of 1 μm or less from the surface) is heated. be able to.

上記処理装置1において、照射加熱部材(ランプ25、25a〜25c、レーザ光源27および光学系29)は、レーザ光源27と走査部材(光学系29)とを含んでいてもよい。レーザ光源27はエネルギー線としてのエキシマレーザを出射してもよい。光学系29は、レーザ光源27から出射されたエキシマレーザを、基板7の表面に対して走査しながら照射するため、エキシマレーザの進行方向を変更してもよい。   In the processing apparatus 1, the irradiation heating members (lamps 25, 25 a to 25 c, the laser light source 27 and the optical system 29) may include the laser light source 27 and a scanning member (optical system 29). The laser light source 27 may emit an excimer laser as an energy beam. The optical system 29 may irradiate the excimer laser emitted from the laser light source 27 while scanning the surface of the substrate 7, and thus the traveling direction of the excimer laser may be changed.

この場合、エキシマレーザの基板7における照射位置を光学系29によって制御することが出来るので、基板7表面の温度分布を均一化するようにエキシマレーザの走査状態を調整することができる。このため、基板7表面の温度分布をより均一化することができる。   In this case, since the irradiation position of the excimer laser on the substrate 7 can be controlled by the optical system 29, the scanning state of the excimer laser can be adjusted so as to make the temperature distribution on the surface of the substrate 7 uniform. For this reason, the temperature distribution on the surface of the substrate 7 can be made more uniform.

また、エキシマレーザを基板7表面に対して走査しながら照射できるので、基板7自体を回転させたりするといった装置構成(たとえば基板7を搭載するサセプタ5を回転させる機構など)を採用しなくても、基板7の温度分布を均一化することができる。このため、処理装置1の装置構成を簡略化することができる。   Further, since the excimer laser can be irradiated while scanning the surface of the substrate 7, it is not necessary to employ an apparatus configuration that rotates the substrate 7 itself (for example, a mechanism that rotates the susceptor 5 on which the substrate 7 is mounted). The temperature distribution of the substrate 7 can be made uniform. For this reason, the apparatus configuration of the processing apparatus 1 can be simplified.

上記処理装置1において、照射加熱部材(ランプ25、25a〜25c、レーザ光源27および光学系29)は、図15や図16に示すようにエネルギー線としてのエキシマレーザを出射するレーザ光源27を含んでいてもよい。レーザ光源27から出射されるエキシマレーザの波長は、基板7を透過しない波長範囲内の値となるように設定されていてもよい。この場合、エキシマレーザによって基板7の表面層を効率的に加熱することができる。   In the processing apparatus 1, the irradiation heating members (lamps 25, 25a to 25c, the laser light source 27, and the optical system 29) include a laser light source 27 that emits an excimer laser as an energy beam as shown in FIGS. You may go out. The wavelength of the excimer laser emitted from the laser light source 27 may be set to be a value within a wavelength range that does not transmit through the substrate 7. In this case, the surface layer of the substrate 7 can be efficiently heated by the excimer laser.

上記処理装置1は、原料供給部材(ガス供給部材32)と制御部材15とを備えていてもよい。ガス供給部材32は、反応容器(反応管3)の内部に、基板7の表面に形成されるガスの原料となる原料ガスを供給するためのものである。制御部材15は、ガス供給部材32と加熱部材(ヒータ9、ランプ25、25a〜25c、レーザ光源27および光学系29)とを制御するためのものであってもよい。   The processing apparatus 1 may include a raw material supply member (gas supply member 32) and a control member 15. The gas supply member 32 is for supplying a raw material gas, which is a raw material of the gas formed on the surface of the substrate 7, into the reaction vessel (reaction tube 3). The control member 15 may be for controlling the gas supply member 32 and the heating member (heater 9, lamps 25, 25a to 25c, laser light source 27, and optical system 29).

この場合、制御部材15によってガス供給部材32により反応管3の内部に原料ガスが供給されるタイミングを制御することができる。また、制御部材15によって、ランプ25などの照射加熱部材より基板7表面に照射されるエネルギー線の照射タイミングを制御することもできる。この結果、図17に示すように、原料ガスの供給タイミングとエネルギー線の照射タイミングとを同期させることで、原料ガスが流れているときのみ基板7表面を所定の温度に加熱することができる。そのため、より効率的に膜の形成を行なうことができる。   In this case, the timing at which the source gas is supplied into the reaction tube 3 by the gas supply member 32 can be controlled by the control member 15. The control member 15 can also control the irradiation timing of the energy rays that are irradiated onto the surface of the substrate 7 from the irradiation heating member such as the lamp 25. As a result, as shown in FIG. 17, the surface of the substrate 7 can be heated to a predetermined temperature only when the source gas is flowing by synchronizing the supply timing of the source gas and the irradiation timing of the energy beam. Therefore, the film can be formed more efficiently.

上記処理装置1は、原料供給部材(ガス供給部材32)と、制御部材15とを備えていてもよい。ガス供給部材32は、反応容器(反応管3)の内部に、基板7の表面に形成されるガスの原料となる原料ガスを供給するためのものである。制御部材15は、ガス供給部材32と冷却部材(図14の冷却材供給部材35または図9の固体冷却部材22)とを制御してもよい。この場合、反応管3の内部に供給される原料ガスの流通条件(流量など)と冷却部材((図14の冷却材供給部材35または図9の固体冷却部材22)により冷却される透明窓部(反応管上壁4)の温度とを、制御部材15によって制御することで、サセプタ5と対向する領域での原料ガスの温度条件をたとえば原料ガスの流れ方向において均一化することができる。この結果、原料ガスが接触する基板7の表面温度の均一性をより向上させることが可能になる。なお、上述した制御部材15は、ガス供給部材32および冷却部材に加えて、加熱部材(ヒータ9、ランプ25、25a〜25c、レーザ光源27および光学系29)を制御してもよい。この場合、加熱部材による加熱条件も制御することによって、基板7の表面温度の均一性をより向上させることができる。   The processing apparatus 1 may include a raw material supply member (gas supply member 32) and a control member 15. The gas supply member 32 is for supplying a raw material gas, which is a raw material of the gas formed on the surface of the substrate 7, into the reaction vessel (reaction tube 3). The control member 15 may control the gas supply member 32 and the cooling member (the coolant supply member 35 in FIG. 14 or the solid cooling member 22 in FIG. 9). In this case, the transparent window portion cooled by the flow conditions (flow rate and the like) of the source gas supplied into the reaction tube 3 and the cooling member (the cooling material supply member 35 in FIG. 14 or the solid cooling member 22 in FIG. 9). By controlling the temperature of the (reaction tube upper wall 4) by the control member 15, the temperature condition of the source gas in the region facing the susceptor 5 can be made uniform, for example, in the flow direction of the source gas. As a result, it becomes possible to further improve the uniformity of the surface temperature of the substrate 7 in contact with the raw material gas.In addition to the gas supply member 32 and the cooling member, the control member 15 described above is a heating member (heater 9). The lamps 25, 25a to 25c, the laser light source 27, and the optical system 29) may be controlled, in which case the surface temperature uniformity of the substrate 7 is also controlled by controlling the heating conditions by the heating member. Ri can be improved.

上記処理装置1において、基板7はGaNを含み、原料供給部材(ガス供給部材32)は、原料ガスとして、AlGaN膜を成長させるために用いられるガス(たとえばトリメチルガリウム(TMG)ガス、TMAガス、アンモニアガスなど)を基板の表面に対向する領域に供給してもよい。   In the processing apparatus 1, the substrate 7 contains GaN, and the raw material supply member (gas supply member 32) is used as a raw material gas to grow an AlGaN film (for example, trimethylgallium (TMG) gas, TMA gas, Ammonia gas or the like) may be supplied to a region facing the surface of the substrate.

この場合、AlGaN膜の形成温度は比較的高温になることから、原料ガスの寄生反応や反応管3の内周表面での膜の成長などが問題になるため、本発明が特に有効である。   In this case, since the formation temperature of the AlGaN film is relatively high, parasitic reactions of the source gas and film growth on the inner peripheral surface of the reaction tube 3 become problems, and the present invention is particularly effective.

この発明に従った気相成長方法としての成膜方法は、透明窓部(反応管上壁4)を有する反応容器(反応管3)の内部に、気相成長法により表面に膜が形成される基板7を準備する工程(図4の基板準備工程(S10))と、成膜工程(S50)とを備える。成膜工程(S50)では、反応管上壁4の温度が、基板7の表面に形成される膜の成膜下限温度より低く、かつ、基板7の表面温度が成膜下限温度以上の状態で、膜の原料ガスを基板の7表面と対向する領域に供給する。   In the film forming method as the vapor phase growth method according to the present invention, a film is formed on the surface by the vapor phase growth method inside the reaction vessel (reaction tube 3) having the transparent window (reaction tube upper wall 4). A step of preparing the substrate 7 to be prepared (substrate preparation step (S10) in FIG. 4) and a film forming step (S50). In the film formation step (S50), the temperature of the reaction tube upper wall 4 is lower than the film formation lower limit temperature of the film formed on the surface of the substrate 7 and the surface temperature of the substrate 7 is equal to or higher than the film formation lower limit temperature. The source gas for the film is supplied to a region facing the surface of the substrate 7.

この場合、反応管上壁4の温度を成膜下限温度以下にするので、基板7を加熱部材(ヒータ9、ランプ25、25a〜25c、レーザ光源27および光学系29)により加熱することで、基板7の近傍の雰囲気温度が基板7からの輻射熱によって上昇しても、反応管上壁4の内周表面での膜の形成を抑制できる。   In this case, since the temperature of the reaction tube upper wall 4 is set to be equal to or lower than the film formation lower limit temperature, the substrate 7 is heated by a heating member (heater 9, lamps 25, 25a to 25c, laser light source 27, and optical system 29). Even if the ambient temperature in the vicinity of the substrate 7 rises due to radiant heat from the substrate 7, film formation on the inner peripheral surface of the reaction tube upper wall 4 can be suppressed.

また、このように反応管上壁4の内周表面での膜の形成を抑制できるので、当該膜が形成されることによって反応管3の内部の成膜条件(たとえば温度条件など)が不安定になる可能性を低減できる。つまり、反応管3の内部の成膜条件を再現性よく安定させることができるので、結果的に形成される膜の膜質を向上させることができる。   Further, since the formation of a film on the inner peripheral surface of the reaction tube upper wall 4 can be suppressed in this way, the film formation conditions (for example, temperature conditions) inside the reaction tube 3 are unstable due to the formation of the film. The possibility of becoming can be reduced. That is, since the film formation conditions inside the reaction tube 3 can be stabilized with good reproducibility, the film quality of the film formed as a result can be improved.

また、反応管上壁4の内周表面に膜が形成されないので、反応管上壁4を介して基板7の表面温度をパイロメータなどの測温部材13によって測定することができる。そのため、成膜条件の制御性を向上させることができる。この結果、形成される膜の膜質を高品質に保つことが出来る。   Further, since no film is formed on the inner peripheral surface of the reaction tube upper wall 4, the surface temperature of the substrate 7 can be measured by the temperature measuring member 13 such as a pyrometer through the reaction tube upper wall 4. Therefore, the controllability of the film forming conditions can be improved. As a result, the quality of the formed film can be kept high.

また、反応管上壁4の内周表面に膜が形成されないので、反応管上壁4を介してランプ25などによりエネルギー線を基板7表面に照射することも可能になる。   In addition, since no film is formed on the inner peripheral surface of the reaction tube upper wall 4, it becomes possible to irradiate the surface of the substrate 7 with energy rays by the lamp 25 or the like through the reaction tube upper wall 4.

上記成膜方法において、成膜工程(S50)では、図10、図11、図14〜図16などに示すように反応管上壁4を介して基板7にエネルギー線を照射することにより基板7が加熱されていてもよい。この場合、成膜反応が起きる基板7の表面をエネルギー線によって直接的に加熱することができるので、エネルギー線の波長などを適切に選択することにより、当該基板7の表面のみを加熱することが可能になる。この結果、ヒータ9のみを用いて基板7全体を加熱する場合より、基板7から周囲への輻射熱の熱量を低減できる。したがって、基板7の周囲での原料ガスの不要な反応(たとえば寄生反応)の発生を確実に抑制できる。   In the film forming method, in the film forming step (S50), the substrate 7 is irradiated with energy rays through the reaction tube upper wall 4 as shown in FIG. 10, FIG. 11, FIG. May be heated. In this case, since the surface of the substrate 7 where the film-forming reaction occurs can be directly heated by energy rays, only the surface of the substrate 7 can be heated by appropriately selecting the wavelength of the energy rays. It becomes possible. As a result, the amount of radiant heat from the substrate 7 to the surroundings can be reduced as compared with the case where only the heater 9 is used to heat the entire substrate 7. Therefore, it is possible to reliably suppress the occurrence of unnecessary reaction (for example, parasitic reaction) of the source gas around the substrate 7.

また、上記成膜方法において、成膜工程(S50)では、図15〜図17に示したように、パルス状のエネルギー線(レーザ光)を基板7に照射してもよい。この場合、エネルギー線の照射により基板7に与えられる熱量の制御を精度よく行なうことができる。   In the film forming method, in the film forming step (S50), the substrate 7 may be irradiated with pulsed energy rays (laser light) as shown in FIGS. In this case, it is possible to accurately control the amount of heat given to the substrate 7 by irradiation with energy rays.

上記成膜方法において、成膜工程(S50)では、エネルギー線として基板7を構成する材料の透過波長より短い波長の成分を含むエネルギー線を基板7に照射してもよい。この場合、基板7に照射されたエネルギー線の大部分を、基板7の表面層で吸収させることができる。このため、エネルギー線の照射によって基板7の表面層を局所的に加熱することができる。   In the film forming method, in the film forming step (S50), the substrate 7 may be irradiated with energy rays including a component having a wavelength shorter than the transmission wavelength of the material constituting the substrate 7 as energy rays. In this case, most of the energy rays applied to the substrate 7 can be absorbed by the surface layer of the substrate 7. For this reason, the surface layer of the substrate 7 can be locally heated by irradiation with energy rays.

また、このように基板7の表面層のみを加熱するので、基板7全体が溶融することなく、基板7の表面層のみを、基板7を構成する材料の融点に近いような高温に加熱することも可能になる。したがって、このような高温の条件によって優れた膜質を実現できるような膜の形成に、上記成膜方法は特に有効である。   Further, since only the surface layer of the substrate 7 is heated in this way, the entire surface of the substrate 7 is not melted, and only the surface layer of the substrate 7 is heated to a high temperature close to the melting point of the material constituting the substrate 7. Will also be possible. Therefore, the film forming method is particularly effective for forming a film that can realize excellent film quality under such high temperature conditions.

上記成膜方法において、成膜工程(S50)では、図15、図16に示すように、エネルギー線としてエキシマレーザを基板7の表面に対して走査しながら照射してもよい。この場合、基板7表面の温度分布を均一化するようにエキシマレーザの走査状態を光学系29を用いて調整することにより、基板7を固定したままの状態であっても基板表面の温度分布をより均一化することができる。   In the film forming method, in the film forming step (S50), as shown in FIGS. 15 and 16, an excimer laser may be irradiated as energy rays while scanning the surface of the substrate 7. In this case, by adjusting the scanning state of the excimer laser using the optical system 29 so as to make the temperature distribution on the surface of the substrate 7 uniform, the temperature distribution on the surface of the substrate can be adjusted even when the substrate 7 remains fixed. It can be made more uniform.

また、上記成膜方法において、成膜工程(S50)では、当該基板7を透過しない波長範囲内の値となるように波長が設定されたエキシマレーザを、基板7の表面に照射してもよい。この場合、エキシマレーザが基板7の表面層においてほとんど吸収されることになるので、基板7の表面層を効率的に加熱することができる。   In the film forming method, in the film forming step (S50), the surface of the substrate 7 may be irradiated with an excimer laser whose wavelength is set to a value within a wavelength range that does not transmit the substrate 7. . In this case, since the excimer laser is almost absorbed by the surface layer of the substrate 7, the surface layer of the substrate 7 can be efficiently heated.

上記成膜方法において、成膜工程(S50)では、図17に示すように、エネルギー線(レーザ光)の照射時期と原料ガスの供給タイミングとを同期させてもよい。この場合、原料ガス(TMAガス)が流れているときのみエネルギー線を基板7に照射して基板7表面を所定の温度に加熱することができる。そのため、より効率的に膜の形成を行なうことができる。   In the film forming method, in the film forming step (S50), as shown in FIG. 17, the irradiation timing of the energy beam (laser light) and the supply timing of the source gas may be synchronized. In this case, the surface of the substrate 7 can be heated to a predetermined temperature by irradiating the substrate 7 with energy rays only when the source gas (TMA gas) is flowing. Therefore, the film can be formed more efficiently.

また、上記成膜方法において、成膜工程(S50)では、基板7の表面温度条件に基づいて、原料ガスの流通条件(流量など)と透明窓部の冷却条件とを調整してもよい。この場合、基板7と対向する領域における原料ガスの温度分布を均一化するように、原料ガスの流通条件や透明窓部の冷却条件を調整することで、原料ガスが接触する基板7の表面温度の均一性を向上させることができる。   In the film forming method, in the film forming step (S50), the flow conditions (flow rate and the like) of the source gas and the cooling conditions of the transparent window may be adjusted based on the surface temperature conditions of the substrate 7. In this case, the surface temperature of the substrate 7 in contact with the source gas is adjusted by adjusting the flow condition of the source gas and the cooling condition of the transparent window so that the temperature distribution of the source gas in the region facing the substrate 7 is made uniform. Can improve the uniformity.

上記成膜方法において、基板7はGaNを含んでいてもよく、原料ガスはAlGaN膜を成長させるために用いられるガスであってもよい。この場合、AlGaN膜の形成温度は比較的高温になることから、原料ガスの寄生反応や反応容器の内周表面での膜の成長などが問題になるため、本発明が特に有効である。   In the film forming method, the substrate 7 may contain GaN, and the source gas may be a gas used for growing an AlGaN film. In this case, since the formation temperature of the AlGaN film becomes relatively high, the parasitic reaction of the source gas, the growth of the film on the inner peripheral surface of the reaction vessel, and the like become problems, and the present invention is particularly effective.

この発明に従った基板は、ベース基板(基板7)と、当該ベース基板上に上記気相成長方法を用いて形成された膜とを備える。このようにすれば、優れた膜質の膜を有する基板を得ることが出来る。   A substrate according to the present invention includes a base substrate (substrate 7) and a film formed on the base substrate by using the vapor phase growth method. In this way, a substrate having an excellent film quality film can be obtained.

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実施の形態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。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above-described embodiment but by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

本発明は、たとえばGaN系、AlGaN系、InGaN系などの膜を形成する気相成長装置および気相成長方法において特に有利に適用される。   The present invention is particularly advantageously applied to a vapor phase growth apparatus and a vapor phase growth method for forming a film of, for example, GaN, AlGaN, or InGaN.

本発明に従った気相成長装置の一例である処理装置の実施の形態1を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows Embodiment 1 of the processing apparatus which is an example of the vapor phase growth apparatus according to this invention. 図1の線分II−IIにおける断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram in line segment II-II of FIG. 図2の線分III−IIIにおける断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram in line segment III-III of FIG. 図1〜図3に示した処理装置を用いた成膜方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the film-forming method using the processing apparatus shown in FIGS. 図1〜図3に示した本発明による処理装置の実施の形態1の第1の変形例を説明する断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram explaining the 1st modification of Embodiment 1 of the processing apparatus by this invention shown in FIGS. 1-3. 図1〜図3に示した本発明による処理装置の実施の形態1の第2の変形例を説明する断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram explaining the 2nd modification of Embodiment 1 of the processing apparatus by this invention shown in FIGS. 1-3. 図1〜図3に示した本発明による処理装置の実施の形態1の第3の変形例を説明する断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram explaining the 3rd modification of Embodiment 1 of the processing apparatus by this invention shown in FIGS. 1-3. 図1〜図3に示した本発明による処理装置の実施の形態1の第4の変形例を説明する断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram explaining the 4th modification of Embodiment 1 of the processing apparatus by this invention shown in FIGS. 1-3. 図1〜図3に示した本発明による処理装置の実施の形態1の第5の変形例を説明する断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram explaining the 5th modification of Embodiment 1 of the processing apparatus by this invention shown in FIGS. 1-3. 本発明に従った気相成長装置の一例である処理装置の実施の形態2を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows Embodiment 2 of the processing apparatus which is an example of the vapor phase growth apparatus according to this invention. 図10に示した本発明による処理装置の実施の形態2の変形例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the modification of Embodiment 2 of the processing apparatus by this invention shown in FIG. 基板の加熱にヒータのみを用いた場合と複数のランプを用いた場合との、原料ガスの流れ方向におけるサセプタ温度の変化を模式的に示すグラフである。It is a graph which shows typically the change of the susceptor temperature in the flow direction of source gas in the case where only a heater is used for heating a substrate, and the case where a plurality of lamps are used. 基板の加熱にヒータのみを用いた場合と複数のランプを併用した場合との、原料ガスの流れ方向におけるGaN成長速度(成膜速度)の変化を模式的に示すグラフである。It is a graph which shows typically the change of the GaN growth rate (film-forming speed | rate) in the flow direction of source gas with the case where only a heater is used for the heating of a board | substrate, and the case where several lamps are used together. 図10に示した本発明による処理装置の実施の形態2の他の変形例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the other modification of Embodiment 2 of the processing apparatus by this invention shown in FIG. 本発明に従った気相成長装置の一例である処理装置の実施の形態3を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows Embodiment 3 of the processing apparatus which is an example of the vapor phase growth apparatus according to this invention. 図15に示した本発明による処理装置の実施の形態3の変形例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the modification of Embodiment 3 of the processing apparatus by this invention shown in FIG. 図16に示した処理装置において成膜処理を行なう際の、原料ガス(TMA)の供給タイミングと基板に対するレーザ光の照射タイミングおよび基板表面温度の変化を示したタイミングチャートである。FIG. 17 is a timing chart showing changes in source gas (TMA) supply timing, laser beam irradiation timing to the substrate, and substrate surface temperature when performing the film forming process in the processing apparatus shown in FIG. 16.

符号の説明Explanation of symbols

1 処理装置、3 反応管、4 反応管上壁、5 サセプタ、6 外周部材、7 基板、8 内周部材、9 ヒータ、10 冷却材、11 反応管底壁、13,14 測温部材、15 制御部材、16 入口、17 出口、19 壁部、20,30 矢印、22 固体冷却部材、23 接触部材、24 冷却部、25,25a〜25c ランプ、27 レーザ光源、29 光学系、32 ガス供給部材、35 冷却材供給部材。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Processing apparatus, 3 reaction tube, 4 reaction tube upper wall, 5 susceptor, 6 outer peripheral member, 7 board | substrate, 8 inner peripheral member, 9 heater, 10 coolant, 11 reaction tube bottom wall, 13, 14 temperature measuring member, 15 Control member, 16 inlet, 17 outlet, 19 wall, 20, 30 arrow, 22 solid cooling member, 23 contact member, 24 cooling unit, 25, 25a to 25c lamp, 27 laser light source, 29 optical system, 32 gas supply member 35 Coolant supply member.

Claims (10)

気相成長法により表面に膜が形成される基板を保持する基板保持部材と、
前記基板保持部材により保持される前記基板が内部に配置され、前記基板を観察するための透明窓部を有する反応容器と、
前記透明窓部を冷却する冷却部材と、
前記基板を加熱する加熱部材とを備える、気相成長装置。
A substrate holding member for holding a substrate on which a film is formed by vapor deposition;
A reaction vessel having a transparent window for observing the substrate, wherein the substrate held by the substrate holding member is disposed inside;
A cooling member for cooling the transparent window,
A vapor phase growth apparatus comprising: a heating member that heats the substrate.
前記加熱部材は、前記透明窓部を介して前記基板にエネルギー線を照射することにより前記基板を加熱する照射加熱部材を含む、請求項1に記載の気相成長装置。   The vapor deposition apparatus according to claim 1, wherein the heating member includes an irradiation heating member that heats the substrate by irradiating the substrate with an energy ray through the transparent window portion. 前記照射加熱部材は、パルス状の前記エネルギー線を前記基板に照射する、請求項2に記載の気相成長装置。   The vapor deposition apparatus according to claim 2, wherein the irradiation heating member irradiates the substrate with the pulsed energy beam. 前記照射加熱部材は、前記エネルギー線として前記基板を構成する材料の透過波長より短い波長の成分を含むエネルギー線を前記基板に照射する、請求項2または3に記載の気相成長装置。   The vapor deposition apparatus according to claim 2 or 3, wherein the irradiation heating member irradiates the substrate with energy rays including a component having a wavelength shorter than a transmission wavelength of a material constituting the substrate as the energy rays. 前記照射加熱部材は、
前記エネルギー線としてのエキシマレーザを出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたエキシマレーザを、前記基板の表面に対して走査しながら照射するため、前記エキシマレーザの進行方向を変更する走査部材とを含む、請求項2〜4のいずれか1項に記載の気相成長装置。
The irradiation heating member is
A laser light source that emits an excimer laser as the energy beam;
The scanning member which changes the advancing direction of the excimer laser in order to irradiate the excimer laser emitted from the laser light source while scanning the surface of the substrate. The vapor phase growth apparatus described in 1.
前記照射加熱部材は、前記エネルギー線としてのエキシマレーザを出射するレーザ光源を含み、
前記レーザ光源から出射されるエキシマレーザの波長は、前記基板を透過しない波長範囲内の値となるように設定されている、請求項2〜4のいずれか1項に記載の気相成長装置。
The irradiation heating member includes a laser light source that emits an excimer laser as the energy beam,
5. The vapor phase growth apparatus according to claim 2, wherein the wavelength of the excimer laser emitted from the laser light source is set to have a value within a wavelength range that does not transmit through the substrate.
前記反応容器の内部に、前記基板の表面に形成されるガスの原料となる原料ガスを供給するための原料供給部材と、
前記原料供給部材と前記加熱部材とを制御するための制御部材とをさらに備える、請求項1〜6のいずれか1項に記載の気相成長装置。
A raw material supply member for supplying a raw material gas, which is a raw material of a gas formed on the surface of the substrate, into the reaction vessel;
The vapor phase growth apparatus according to claim 1, further comprising a control member for controlling the raw material supply member and the heating member.
前記反応容器の内部に、前記基板の表面に形成されるガスの原料となる原料ガスを供給するための原料供給部材と、
前記原料供給部材と前記冷却部材とを制御するための制御部材とをさらに備える、請求項1〜6のいずれか1項に記載の気相成長装置。
A raw material supply member for supplying a raw material gas, which is a raw material of a gas formed on the surface of the substrate, into the reaction vessel;
The vapor phase growth apparatus according to any one of claims 1 to 6, further comprising a control member for controlling the raw material supply member and the cooling member.
前記基板はGaNを含み、
前記原料供給部材は、前記原料ガスとして、AlGaN膜を成長させるために用いられるガスを前記基板の表面に対向する領域に供給する、請求項7または8に記載の気相成長装置。
The substrate comprises GaN;
The vapor deposition apparatus according to claim 7 or 8, wherein the raw material supply member supplies, as the raw material gas, a gas used for growing an AlGaN film to a region facing the surface of the substrate.
透明窓部を有する反応容器の内部に、気相成長法により表面に膜が形成される基板を準備する工程と、
前記透明窓部の温度が、前記基板の表面に形成される前記膜の成膜下限温度より低く、かつ、前記基板の表面温度が前記成膜下限温度以上の状態で、前記膜の原料ガスを前記基板の表面と対向する領域に供給する成膜工程とを備える、気相成長方法。
Preparing a substrate on the surface of which a film is formed by vapor deposition, inside a reaction vessel having a transparent window;
In the state where the temperature of the transparent window is lower than the film formation lower limit temperature of the film formed on the surface of the substrate and the surface temperature of the substrate is equal to or higher than the film formation lower limit temperature, the source gas of the film is changed. A vapor deposition method comprising: a film forming step of supplying a region facing the surface of the substrate.
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