JP2010059520A - 気相成長装置及び気相成長方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シャワーヘッドのガス吐出孔の塞がりを防止することにより、供給される反応ガス流のばらつきの発生を抑制し、被処理基板上での膜均一性及び膜の再現性を確保し得る気相成長装置及び気相成長方法を提供する。
【解決手段】ＭＯＣＶＤ装置１０は、複数のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５を配設したシャワーヘッド２０と、シャワープレート３０に対向して設けられ、かつ複数のプレート孔３１を配設したシャワープレート３０とを備え、シャワーヘッド２０からガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５及びシャワープレート３０のプレート孔３１を通して反応室１内にガスを供給して被処理基板３に成膜する。シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５と、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５に対向するシャワープレート３０のプレート孔３１におけるヘッド側表面孔３１ａとのいずれか一方が他方よりも大きい。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば縦型シャワーヘッド型ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition） 等の気相成長装置及び気相成長方法に関するものである。

従来、化合物半導体材料を用いる発光ダイオード、半導体レーザ、宇宙用ソーラーパワーデバイス、及び高速デバイスの製造においては、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）又はトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等の有機金属ガスと、アンモニア（ＮＨ_３ ）、ホスフィン（ＰＨ_３ ）又はアルシン（ＡｓＨ_３ ）等の水素化合物ガスとを成膜に寄与する原料ガスとして成長室に導入して化合物半導体結晶を成長させるＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition） 法が用いられている。

ＭＯＣＶＤ法は、上記の原料ガスをキャリアガスと共に成長室内に導入して加熱し、所定の基板上で気相反応させることにより、その基板上に化合物半導体結晶を成長させる方法である。ＭＯＣＶＤ法を用いた化合物半導体結晶の製造においては、成長する化合物半導体結晶の品質を向上させながら、コストを抑えて、歩留まりと生産能力とをどのように最大限確保するかということが常に高く要求されている。

図１４に、ＭＯＣＶＤ法に用いられる従来の縦型シャワーヘッド型ＭＯＣＶＤ装置の一例の模式的な構成を示す。

このＭＯＣＶＤ装置においては、ガス供給源１０２から反応炉１０１の内部の成長室１１１に反応ガス及び不活性ガスを導入するためのガス配管１０３が接続されており、反応炉１０１における内部の成長室１１１の上部には該成長室１１１に反応ガス及び不活性ガスを導入するための複数のガス吐出孔を有するシャワープレート１１０がガス導入部として設置されている。

また、反応炉１０１の成長室１１１の下部中央には図示しないアクチュエータによって回転自在の回転軸１１２が設置され、この回転軸１１２の先端にはシャワープレート１１０と対向するようにしてサセプタ１０８が取り付けられている。上記サセプタ１０８の下部には該サセプタ１０８を加熱するためのヒータ１０９が取り付けられている。

さらに、反応炉１０１の下部には、該反応炉１０１における内部の成長室１１１内のガスを外部に排気するためのガス排気部１０４が設置されている。このガス排気部１０４は、パージライン１０５を介して、排気されたガスを無害化するための排ガス処理装置１０６に接続されている。

上記構成の縦型シャワーヘッド型ＭＯＣＶＤ装置において、化合物半導体結晶を成長させる場合には、まず、サセプタ１０８に基板１０７を設置し、回転軸１１２の回転によりサセプタ１０８を回転させ、ヒータ１０９の加熱によりサセプタ１０８を介して基板１０７を所定の温度に加熱する。その後、シャワープレート１１０に形成されている複数のガス吐出孔から反応炉１０１の内部の成長室１１１に反応ガス及び不活性ガスを導入する。

複数の反応ガスを供給して基板１０７上で反応せしめ薄膜を形成する方法として、従来は、シャワーヘッドの中で複数のガスを混合し、シャワープレート１１０に多数設けられているガス吐出口から基板１０７に反応ガスを噴出させる方法が採られていた。

しかし、この方法では、基板１０７及びサセプタ１０８からの熱の影響により、シャワープレート１１０の表面が加熱されてしまうため、シャワープレート１１０の表面で一部の化学反応が進行する。これにより、シャワープレート１１０の表面で生成物が形成されてしまい、シャワープレート１１０のガス吐出孔が生成物により詰まりを起こしてしまうという問題や、シャワープレート１１０の表面への付着物が基板１０７上に落下し、不良が発生する問題が生じる。

この問題を解決するため、例えば、特許文献１に開示された反応容器２００では、図１５に示すように、複数の反応ガスを個別のシャワーヘッド導管２０１・２０２によって分離した状態にて成長室２０３へ供給すると共に、それぞれのシャワーヘッド導管２０１・２０２を冷却する冷却チャンバー２０４が成長室２０３側に設けられた方法が示されている。この反応容器２００では、複数の反応ガスを別々に導入するため、シャワー表面付近ではガスの混合が少なく、またシャワー表面を冷却することが可能となり、シャワー表面近傍での気相成長が起こり難くなるため、シャワー表面への生成物付着を抑止することができるようになっている。

ところで、基板上に均一な膜厚分布及び組成比分布の薄膜を、生産性及び再現性よく成長させるには、基板上において反応ガスを均等な温度分布で気相反応させることが必要である。

また、原料ガス同士が基板到達前に反応して付加化合物が発生するのを防ぎ、薄膜へ不純物が混入するのを防止して、稼働率を向上させることが必要である。

この点、上記特許文献１に開示された図１５に示す反応容器２００では、シャワー表面での生成物付着を抑止しているものの、原料ガスの拡散によって混合されて気相反応が生ずるため、シャワー表面へ生成物は少なからず付着してしまい、定期的に洗浄しなければ目詰まりを起こしてしまう。また、付着した生成物が被処理基板上へ落下し、薄膜への不純物混入を発生させる。さらに、洗浄する場合にも、シャワーヘッド２０５自体を取り外して洗浄を行うため、交換時には成長室２０３を大気開放しなくてはならず、稼働率の低下を招く。

そこで、特許文献２に開示されたプラズマＣＶＤ成膜装置では、図１６に示すように、シャワーヘッドに対応した細孔を有するシャワープレート３０１を用い、シャワープレートをねじ留め３０２・３０２して固定し、シャワー表面を覆う方法が示されている。シャワープレート３０１の存在により付着物はカバー上に成膜されることになり、定期的にシャワープレート３０１を交換することによって、付着物の基板上への落下といった不良の発生を防いでいる。

このように、特許文献２に開示されたプラズマＣＶＤ成膜装置では、シャワー表面に対してシャワープレート３０１を取り付けることにより、付着物が生成してもシャワープレート３０１を交換するだけで容易に対応でき、シャワーヘッド自体を洗浄する場合に比べて稼働率の低下も小さくなっている。
特開平８−９１９８９号公報（１９９６年４月９日公開） 特開平１１−１３１２３９号公報（１９９９年５月１８日公開）

しかしながら、上記従来の特許文献２に開示された図１６に示すプラズマＣＶＤ成膜装置では、シャワーヘッドに設けられた複数のガス吐出孔３０３と、シャワープレート３０１に設けられた細孔３０４との位置あわせに関しては、なんら考慮されていないという問題を有している。

すなわち、現実においては、それぞれの製作寸法精度（誤差）が存在するので、全てのガス吐出孔３０３と細孔３０４との完全な位置合わせは不可能である。このため、一部のガス吐出孔３０３が塞がる可能性があり、その結果、供給される反応ガス流にばらつきが発生し、基板上での膜均一性が悪化する。また、シャワープレート３０１の固定の際にも、作業者による固定精度のばらつきや、シャワープレート３０１の個体差によって、塞がるガス吐出孔３０３が変化し、基板上での膜の再現性が悪化する。さらに、シャワーヘッドとシャワープレート３０１とのそれぞれの材質が異なる場合、熱膨張係数の違いによって、ガス吐出孔３０３と細孔３０４との位置ズレが発生する。特に、基板上に化合物半導体結晶を成長させる際、異なる温度で多層膜を成長させる場合に、その位置ズレが顕著となる。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、シャワーヘッドのガス吐出孔の塞がりを防止することにより、供給される反応ガス流のばらつきの発生を抑制し、被処理基板上での膜均一性及び膜の再現性を確保し得る気相成長装置及び気相成長方法を提供することにある。

本発明の気相成長装置は、上記課題を解決するために、複数のガス吐出孔を配設したシャワーヘッドと、上記シャワーヘッドに対向して設けられ、かつ複数のプレート孔を配設したシャワープレートとを備え、上記シャワーヘッドから、該シャワーヘッドのガス吐出孔及びシャワープレートのプレート孔を通して被処理基板を収容する成長室内にガスを供給して被処理基板に成膜する気相成長装置において、上記シャワーヘッドのガス吐出孔と該シャワーヘッドのガス吐出孔に対向するシャワープレートのプレート孔におけるヘッド側表面孔とのいずれか一方が他方よりも大きいことを特徴としている。

本発明の気相成長方法は、上記課題を解決するために、複数のガス吐出孔を配設したシャワーヘッドと、上記シャワーヘッドに対向して設けられ、かつ複数のプレート孔を配設したシャワープレートとを備え、上記シャワーヘッドから、該シャワーヘッドのガス吐出孔及びシャワープレートのプレート孔を通して被処理基板を収容する成長室内にガスを供給して被処理基板に成膜する気相成長方法であって、上記シャワーヘッドのガス吐出孔と該シャワーヘッドのガス吐出孔に対向するシャワープレートのプレート孔におけるヘッド側表面孔とのいずれか一方を他方よりも大きくし、当該ガス吐出孔及びプレート孔を通してガスを供給して成膜することを特徴としている。

上記の発明によれば、シャワーヘッドのガス吐出孔と該シャワーヘッドのガス吐出孔に対向するシャワープレートのプレート孔におけるヘッド側表面孔とのいずれか一方が他方よりも大きい。

このため、シャワーヘッドのガス吐出孔、及びシャワープレートのプレート孔におけるヘッド側表面孔のそれぞれの製作寸法精度（誤差）のため、それぞれの中心軸がずれた箇所が発生した場合においても、シャワーヘッドのガス吐出孔が塞がることが無く、供給される反応ガス流にばらつきは発生せず、被処理基板上での膜均一性を保つことができる。

また、シャワープレートの取り付け精度のマージンも広がり、位置合わせ精度が緩和される。このため、シャワープレートのシャワーヘッドへの固定の際にも、作業者による固定精度のばらつきが吸収され、一部のガス吐出孔が塞がることが無くなり、供給される反応ガス流にばらつきが発生しない。この結果、被処理基板上での膜均一性及び膜の再現性も確保される。

さらに、シャワーヘッドとシャワープレートとのそれぞれの材質が異なる場合、熱膨張係数の違いによって、シャワーヘッドのガス吐出孔、及びシャワープレートのプレート孔におけるヘッド側表面孔のそれぞれの中心軸がずれた箇所が発生した場合においても、シャワーヘッドのガス吐出孔が塞がることが無く、供給される反応ガス流にばらつきは発生せず、被処理基板上での膜均一性を保つことができる。特に、基板上に化合物半導体結晶を成長させる際、異なる温度で多層膜を成長させる場合に、顕著となる位置ズレが緩和される。

また、シャワーヘッドのガス吐出孔よりもシャワープレートのプレート孔におけるヘッド側表面孔を小さく、つまり、シャワーヘッドのガス吐出孔を大きく構成した場合には、シャワープレートのプレート孔における孔出口における流速を大きくして被処理基板へ噴出すことができる。このため、被処理基板の表面反応の制御性を確保することができる。

また、シャワーヘッドのガス吐出孔を小さく形成する加工よりも、シャワープレートのプレート孔を小さく形成する加工の方が容易であり、安価な装置とすることができる。

したがって、シャワーヘッドのガス吐出孔の塞がりを防止することにより、供給される反応ガス流のばらつきの発生を抑制し、被処理基板上での膜均一性及び膜の再現性を確保し得る気相成長装置及び気相成長方法を提供することができる。

本発明の気相成長装置では、前記シャワーヘッドのガス吐出孔に対向するシャワープレートのプレート孔におけるヘッド側表面孔の表面孔径は、上記シャワーヘッドのガス吐出孔のガス吐出孔径よりも大きいことが好ましい。

すなわち、シャワーヘッドのガス吐出孔よりもシャワープレートのプレート孔におけるヘッド側表面孔の表面孔径を小さく、つまり、シャワーヘッドのガス吐出孔を大きく構成した場合には、ガス吐出孔のピッチは変わらないが、シャワープレートのプレート孔が小さいため、反応ガスが噴出する領域は小さくなる。この結果、被処理基板上での膜均一性が悪化することが考えられる。

しかし、本発明では、シャワーヘッドのガス吐出孔に対向するシャワープレートのプレート孔におけるヘッド側表面孔の表面孔径は、シャワーヘッドのガス吐出孔のガス吐出孔径よりも大きいため、反応ガスが噴出す領域も大きくなる。したがって、被処理基板上での膜均一性を確保することができる。

本発明の気相成長装置では、前記シャワープレートのプレート孔は、前記シャワーヘッド側のヘッド側表面孔から被処理基板側に向けて孔径が狭まるテーパー形状を有していることが好ましい。

これにより、シャワープレートのプレート孔における断面積変化が緩やかとなり、プレート孔を通過するガスの流路抵抗を低減させると共に、ガス流の剥離や渦発生を低減することが可能となる。したがって、供給される反応ガス流にばらつきが発生せず、被処理基板上での膜均一性を保つことができる。

本発明の気相成長装置では、前記テーパー形状のテーパー角度は、プレート孔の孔中心軸とのなす角度が４５°以下であることが好ましい。

これにより、シャワーヘッドのガス吐出孔からのガス流がプレート孔のテーパー面に衝突するときの抵抗が小さくなる。この結果、プレート孔でのガス流の剥離や渦発生をより低減させることが可能となるため、供給される反応ガス流にばらつきが発生せず、被処理基板上での膜均一性を保つことができる。

本発明の気相成長装置では、前記シャワープレートのプレート孔は、第１プレート孔と第２プレート孔とが積層された２種類の孔径を有して形成されていると共に、前記シャワーヘッドのガス吐出孔に対向するシャワープレートの第１プレート孔におけるヘッド側表面孔のヘッド側表面孔径は、上記シャワーヘッドのガス吐出孔のガス吐出孔径よりも大きいと共に、前記被処理基板に対向するシャワープレートの第２プレート孔における基板側表面孔の基板側表面孔径は、上記シャワーヘッドのガス吐出孔のガス吐出孔径と等しいことが好ましい。

すなわち、被処理基板へ供給される原料ガス流速が低下すると、被処理基板へ原料ガスが到達する前に反応し、被処理基板の表面反応の制御が困難となり、成長膜の品質低下を招く場合があるという問題が生じる。

しかし、本発明では、被処理基板に対向するシャワープレートの第２プレート孔における基板側表面孔の基板側表面孔径は、上記シャワーヘッドのガス吐出孔のガス吐出孔径と等しいので、シャワーヘッドのガス吐出孔におけるガス流速と、第２プレート孔における基板側表面孔におけるガス流速とを等しくすることができる。この結果、シャワーヘッドのガス吐出孔におけるガス流速を低下させること無く、被処理基板へ噴出すことができるので、被処理基板の表面反応の制御性を確保することができる。

本発明の気相成長装置では、前記シャワープレートの第２プレート孔は、シャワーヘッド側から被処理基板側に向けて孔径が狭まるテーパー形状を有していることが好ましい。

これにより、シャワープレートの第２プレート孔における断面積変化が緩やかとなり、プレート孔を通過するガスの流路抵抗を低減させると共に、ガス流の剥離や渦発生を低減することが可能となる。したがって、供給される反応ガス流にばらつきが発生せず、被処理基板上での膜均一性を保つことができる。

本発明の気相成長装置では、前記シャワープレートの第１プレート孔は、前記ヘッド側表面孔径から被処理基板側に向けて孔径が狭まるテーパー形状を有していることが好ましい。

これにより、シャワープレートの第１プレート孔における断面積変化が緩やかとなり、プレート孔を通過するガスの流路抵抗を低減させると共に、ガス流の剥離や渦発生をさらに低減することが可能となる。したがって、供給される反応ガス流にばらつきが発生せず、被処理基板上での膜均一性を保つことができる。

本発明の気相成長装置では、前記テーパー形状のテーパー角度は、第１プレート孔又は第２プレート孔の孔中心軸とのなす角度が４５°以下であることが好ましい。

これにより、シャワーヘッドのガス吐出孔からのガス流が第１プレート孔又は第２プレート孔のテーパー面に衝突するときの抵抗が小さくなる。この結果、第１プレート孔又は第２プレート孔でのガス流の剥離や渦発生をより低減させることが可能となるため、供給される反応ガス流にばらつきが発生せず、被処理基板上での膜均一性を保つことができる。

本発明の気相成長装置では、前記シャワーヘッドのガス吐出孔と該シャワーヘッドのガス吐出孔に対向するシャワープレートのプレート孔におけるヘッド側表面孔とのいずれか一方が他方よりも大きいと共に、上記シャワーヘッドのガス吐出孔とシャワープレートのプレート孔におけるヘッド側表面孔とのいずれか一方が他方よりも大きい孔は、シャワーヘッドの中心よりも外側へ設置されている孔ほど大きく形成されていることが好ましい。

すなわち、シャワーヘッドのガス吐出孔及びシャワープレートのプレート孔の製作においては、通常、シャワーヘッドの中心を基準として製作される。このため、シャワーヘッドの中心を基準として、外側になるほど各孔の寸法精度は累積公差によって位置ずれが大きくなり、またその数も多くなる。この結果、シャワーヘッドのガス吐出孔は、外側の方がより塞がれてしまう。

この点、本発明では、シャワーヘッドの中心よりも外側へ設置されている孔ほど大きく形成されている。したがって、累積公差による位置ずれを吸収することができ、一部のガス吐出孔が塞がることが無くなり、供給される反応ガス流にばらつきが発生せず、被処理基板上での膜均一性が保たれる。

また、シャワーヘッドとシャワープレートとのそれぞれの材質が異なる場合、熱膨張係数の違いによって、シャワーヘッドの中心よりも外側へ設置されている孔ほど位置ズレが大きくなる。この点、本発明では、シャワーヘッドの中心よりも外側へ設置されている孔ほど大きく形成されており、シャワーヘッドのガス吐出孔が塞がることが無く、供給される反応ガス流にばらつきは発生せず、被処理基板上での膜均一性を保つことができる。特に、基板上に化合物半導体結晶を成長させる際、異なる温度で多層膜を成長させる場合に、顕著となる位置ズレが緩和される。

本発明の気相成長装置では、前記シャワーヘッドのガス吐出孔に対向するシャワープレートの表面は鏡面に加工されている一方、前記被処理基板に対向するシャワープレートの表面は、上記鏡面よりも粗面に加工されていることが好ましい。

これにより、シャワーヘッドの表面とシャワープレートの表面との密着性が向上し、被処理基板側から流入する熱をシャワーヘッド側へ逃がすことができる。この結果、被処理基板と対向するシャワープレートの表面の温度をより低下することができる。

この結果、シャワープレートの表面近傍での気相成長が起こり難くなるため、シャワープレート表面への生成物付着を抑止し、プレート孔の目詰まりを低減することができる。したがって、供給される反応ガス流にばらつきが発生せず、被処理基板上での膜均一性が保たれる。

また、シャワープレートの表面での生成物付着を抑止しているものの、原料ガスの拡散によって、原料ガスが混合され気相反応がおきるため、シャワープレートの表面へ生成物は少なからず付着してしまう。シャワープレートへ生成物が付着する以上、付着した生成物の被処理基板への落下も懸念される。そのため、被処理基板と対向するシャワープレートの表面は、表面を荒らすことによって、生成物とシャワープレートの表面との密着性（くいつき）を増すことができる。したがって、付着した生成物の被処理基板への落下を抑止することができる。

本発明の気相成長装置では、前記シャワープレートは、赤外光透過材料にて構成されていることが好ましい。

これにより、被処理基板からの輻射熱をシャワープレートでは透過させることができ、被処理基板側から流入する熱をシャワーヘッド側へ逃がすことができる。このため、被処理基板と対向するシャワープレートの表面の温度をより低下することができる。したがって、シャワープレートの表面近傍での気相成長が起こり難くなるため、シャワープレートの表面への生成物付着を抑止し、プレート孔の目詰まりを低減することができる。したがって、供給される反応ガス流にばらつきが発生せず、被処理基板上での膜均一性が保たれる。

本発明の気相成長装置では、前記赤外光透過材料は、石英であることが好ましい。

このように、赤外光透過材料を石英とすることによって、シャワープレートの熱膨張率は小さくなり、シャワーヘッドに固定した場合でも、熱膨張による破損を防ぐことができる。また、石英は優れた耐食性を有しているため、付着した生成物に対応した酸によるウェット洗浄、塩酸（ＨＣｌ）、塩素(Ｃｌ_２ )、三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３ ）等によるドライ洗浄を行うことができ、シャワープレートを繰り返し使用することができる。

本発明の気相成長装置は、以上のように、シャワーヘッドのガス吐出孔と該シャワーヘッドのガス吐出孔に対向するシャワープレートのプレート孔におけるヘッド側表面孔とのいずれか一方が他方よりも大きいものである。

また、本発明の気相成長方法は、以上のように、シャワーヘッドのガス吐出孔と該シャワーヘッドのガス吐出孔に対向するシャワープレートのプレート孔におけるヘッド側表面孔とのいずれか一方を他方よりも大きくし、当該ガス吐出孔及びプレート孔を通してガスを供給して成膜する方法である。

それゆえ、シャワーヘッドのガス吐出孔の塞がりを防止することにより、供給される反応ガス流のばらつきの発生を抑制し、被処理基板上での膜均一性及び膜の再現性を確保し得る気相成長装置及び気相成長方法を提供することができるという効果を奏する。

〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１ないし図４に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分又は相当部分を表わすものとする。

図２に、本発明の気相成長装置としてのＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ：有機金属気相堆積）装置の一例である縦型シャワーヘッド型のＭＯＣＶＤ装置１０の模式的な構成の一例を示す。

本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０は、図１に示すように、内部を大気側と隔離し、気密状態を保持する成長室としての反応室１を有する反応炉２と、上記反応室１の内部に設けられて被処理基板３を載置する基板保持部材４と、上記基板保持部材４と対向し、かつ底面にシャワープレート３０を有するシャワーヘッド２０とを備えている。

上記基板保持部材４は、回転伝達部材５の一端に備え付けられており、回転伝達部材５は、図示しない回転機構によって、自転可能となっている。また、基板保持部材４の下側には、基板加熱ヒータ６が設けられている。

上記ＭＯＣＶＤ装置１０にて被処理基板３の主表面に薄膜を形成するときは、原料ガス（以下単にガスと称する）を、シャワーヘッド２０からガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５を通し、シャワーヘッド２０の下側に設けられたシャワープレート３０のプレート孔３１を通して、反応室１へ導入する。このとき、基板加熱ヒータ６にて、基板保持部材４を介して被処理基板３が加熱され、この被処理基板３上での成膜化学反応が促進されることにより、被処理基板３上に薄膜が形成される。被処理基板３上を通過したガスは、ガス排出口１ａから排出される。

次に、本実施の形態の特徴的な構造であるシャワーヘッド２０及びシャワープレート３０の詳細構造について説明する。

上記シャワーヘッド２０は、第一ガスを充満させる第一ガス分配空間２３と、上記第一ガスとは異なる第二ガスを充満させる第二ガス分配空間２４と、上記第一ガス及び第二ガスを冷却する冷媒を充満させる冷媒空間２２とを有しており、これら各空間は、被処理基板３側から、冷媒空間２２、第一ガス分配空間２３、及び第二ガス分配空間２４の順に積層されている。そして、シャワーヘッド２０の下側つまり被処理基板３側にシャワープレート３０が設けられている。

上記第二ガス分配空間２４には第二ガスが第二ガス導入口２４ａから導入されると共に、第二ガス分配空間２４に導入された第二ガスは、第一ガス分配空間２３及び冷媒空間２２を貫通し、かつシャワープレート３０のプレート孔３１に連通するガス吐出孔Ｈ５を有する複数の第二ガス供給管２４ｂを通して、反応室１に吐出されるようになっている。

また、第一ガス分配空間２３には第一ガスが第一ガス導入口２３ａから導入されると共に、第一ガス分配空間２３に導入された第一ガスは、冷媒空間２２を貫通し、かつシャワープレート３０のプレート孔３１に連通するガス吐出孔Ｈ３を有する複数の第一ガス供給管２３ｂを通して、反応室１に吐出されるようになっている。

したがって、第一ガス及び第二ガスは、シャワーヘッド２０では混合されることなく、独立して反応室１に吐出されるようになっている。

上記シャワーヘッド２０は、図１に示すように、Ｏリング７ａによって、反応炉２と気密状態を保持するよう封止されており、シャワーヘッド２０と反応炉２とは取外し可能に構成されている。また、第一ガス分配空間２３と第二ガス分配空間２４との間には、Ｏリング７ｂが設けられ、第二ガス分配空間２４とその天板との間にもＯリング７ｃが設けられることによって、各空間が分離可能になっていると共に、各空間の気密状態が保持されている。

一方、シャワープレート３０は、シャワーヘッド２０のシャワーヘッド下部壁面２０ａにて図示しないネジ等によって密着して固定、設置されている。上記シャワープレート３０には、プレート孔３１が設けられており、本実施の形態においては、ガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５とプレート孔３１とは、必ず連通するようになっている。

すなわち、本実施の形態では、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５と、このガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５に対向するシャワープレート３０のプレート孔３１とのいずれか一方が他方よりも大きくなるように形成されている。

この構成について、図２に基づいて説明する。図２は、図１中のＡ部を示す拡大図である。

図２に示すように、シャワーヘッド２０に設置された第一ガス供給管２３ｂのガス吐出孔Ｈ３の直径、及び第二ガス供給管２４ｂのガス吐出孔Ｈ５の直径はそれぞれｄ１、ｄ２であり、直径ｄ１＝直径ｄ２となっている。

ここで、ガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５の中心軸を、それぞれ、ガス吐出孔中心軸Ｈ３_ａ・Ｈ５_ａとすると、この第一ガス供給管２３ｂと及び第二ガス供給管２４ｂとの中心間距離、つまりガス吐出孔中心軸Ｈ３_ａとガス吐出孔中心軸Ｈ５_ａとの中心軸間距離は、ｐ１となっている。

一方、シャワープレート３０には、プレート孔３１が設けられており、本実施の形態では、プレート孔３１の中心軸間距離はｐ１と等しくなっていると共に、プレート孔３１の直径をｄ３とすると、直径ｄ１＝直径ｄ２＜直径ｄ３となっている。すなわち、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５は、このガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５に対向するシャワープレート３０のプレート孔３１のヘッド側表面孔３１ａよりも小さくなるように形成されている。

上記構成によれば、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５及びプレート孔３１のそれぞれの製作寸法精度（誤差）のため、それぞれのガス吐出孔中心軸Ｈ３_ａ・Ｈ５_ａにずれた箇所が発生した場合においても、ガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５が塞がることが無く、供給される反応ガス流にばらつきは発生せず、被処理基板３上での膜均一性を保つことができる。また、シャワープレート３０の取り付け精度のマージンも広がり、位置合わせ精度が緩和されると共に、一部のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５が塞がることが無くなり、供給される反応ガス流にばらつきが発生せず、被処理基板３上での膜均一性が保たれる。さらに、複数のシャワープレート３０による運用がなされる場合は、シャワープレート３０の個体差も吸収され、被処理基板３上での膜の再現性も確保される。また、シャワープレート３０をシャワーヘッド２０に固定する際にも、作業者による固定精度のばらつきも吸収され、被処理基板３上での膜の再現性も確保される。

さらに、シャワーヘッド２０とシャワープレート３０とのそれぞれの材質が異なる場合、熱膨張係数の違いによって、ガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５のガス吐出孔中心軸Ｈ３_ａ ・Ｈ５_ａ 及びプレート孔３１の中心軸にずれた箇所が発生した場合においても、ガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５が塞がることが無く、供給される反応ガス流にばらつきは発生せず、被処理基板３上での膜均一性を保つことができる。特に、被処理基板３上に化合物半導体結晶を成長させる際、異なる温度で多層膜を成長させる場合に、顕著となる位置ズレが緩和される。

ここで、上記の説明では、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５は、このガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５に対向するシャワープレート３０のプレート孔３１よりも小さくなるように形成されていたが、必ずしもこれに限らず、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５は、このガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５に対向するシャワープレート３０のプレート孔３１のヘッド側表面孔３１ａよりも大きくなるように形成されているとすることができる。

具体的には、図３に示すように、シャワーヘッド２０に設置された第一ガス供給管２３ｂのガス吐出孔Ｈ３の直径、及び第二ガス供給管２４ｂのガス吐出孔Ｈ５の直径はそれぞれｄ１、ｄ２であり、直径ｄ１＝直径ｄ２となっている。

ここで、ガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５の中心軸を、それぞれ、ガス吐出孔中心軸Ｈ３_ａ・Ｈ５_ａとすると、この第一ガス供給管２３ｂと及び第二ガス供給管２４ｂとの中心間距離、つまりガス吐出孔中心軸Ｈ３_ａとガス吐出孔中心軸Ｈ５_ａとの中心軸間距離は、ｐ１となっている。

一方、シャワープレート３０には、プレート孔３１が設けられており、図３では、プレート孔３１の中心軸間距離はｐ１と等しくなっていると共に、プレート孔３１の直径をｄ３とすると、直径ｄ１＝直径ｄ２＞直径ｄ３となっている。すなわち、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５は、このガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５に対向するシャワープレート３０のプレート孔３１のヘッド側表面孔３１ａよりも大きくなるように形成されている。

上記構成によると、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５よりもプレート孔３１を小さく、つまり、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５を大きく構成しているので、シャワープレート孔出口における流速を大きくし、被処理基板３へ噴出すことができるため、被処理基板３の表面反応の制御性を確保することができる。また、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５を小さく形成する加工よりもプレート孔３１を小さく形成する加工の方が容易であり、安価な装置とすることができる。

なお、本実施の形態においては、シャワープレート３０のプレート孔３１は、円柱形状となっているが、必ずしもこれに限定されず、例えば、テーパー形状を有することも可能である。

例えば、図４に示すように、シャワープレート３０のプレート孔３２は、シャワーヘッド２０側のヘッド側表面孔３２ａから前記被処理基板３側に向けて孔径が狭まるテーパー形状を有している。

具体的には、図４に示すように、シャワープレート３０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５に対向するプレート孔３２におけるシャワーヘッド２０側のヘッド側表面孔３２ａの直径ｄ３はガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５の直径ｄ１・ｄ２（直径ｄ１＝直径ｄ２）よりも大きく、被処理基板３と対向する基板側表面孔３２ｂの直径ｄ４は、ガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５の直径ｄ１・ｄ２（直径ｄ１＝直径ｄ２）と等しい。したがって、プレート孔３２はテーパー形状を有するため、ヘッド側表面孔３２ａから基板側表面孔３２ｂへの流路断面積変化が緩やかとなり、プレート孔３２を通過するガスの流路抵抗を低減させると共に、ガス流の剥離や渦発生を低減することが可能となる。この結果、ガスの乱れる領域を低減し、供給される反応ガス流にばらつきが発生せず、被処理基板３上での膜均一性を保つことができる。

また、上記テーパーの角度αは、４５°以下にすることによって、ガス流の剥離や渦発生を低減することが可能となる。

このように、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０及び気相成長方法では、複数のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５を下面に配設したシャワーヘッド２０と、このシャワーヘッド２０の下面に対向して設けられ、かつ複数のプレート孔３１を配設したシャワープレート３０とを備え、シャワーヘッド２０から、このシャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５及びシャワープレート３０のプレート孔３１を通して被処理基板３を収容する反応室１内にガスを供給して被処理基板３に成膜する。

そして、本実施の形態では、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５と、このシャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５に対向するシャワープレート３０のプレート孔３１におけるヘッド側表面孔３１ａとのいずれか一方が他方よりも大きい。尚、ガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５及びプレート孔３１のヘッド側表面孔３１ａは、必ずしも断面が円形でなくてもよく、多角形、楕円等、その他の不定形であってもよい。

これにより、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５、及びシャワープレート３０のプレート孔３１におけるヘッド側表面孔３１ａのそれぞれの製作寸法精度（誤差）のため、それぞれの中心軸がずれた箇所が発生した場合においても、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５が塞がることが無く、供給される反応ガス流にばらつきは発生せず、被処理基板３上での膜均一性を保つことができる。

また、シャワープレート３０の取り付け精度のマージンも広がり、位置合わせ精度が緩和される。このため、シャワープレート３０のシャワーヘッド２０への固定の際にも、作業者による固定精度のばらつきが吸収され、一部のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５が塞がることが無くなり、供給される反応ガス流にばらつきが発生しない。この結果、被処理基板３上での膜均一性及び膜の再現性も確保される。

特に、例えば、複数のシャワープレート３０による運用がなされる場合は、シャワープレート３０の個体差も吸収され、被処理基板３上での膜の再現性も確保される。

また、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５よりもシャワープレート３０のプレート孔３１におけるヘッド側表面孔３１ａを小さく、つまり、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５を大きく構成した場合には、シャワープレート３０のプレート孔３１における孔出口における流速を大きくして被処理基板３へ噴出すことができる。このため、被処理基板３の表面反応の制御性を確保することができる。

また、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５を小さく形成する加工よりも、シャワープレート３０のプレート孔３１を小さく形成する加工の方が容易であり、安価な装置とすることができる。

したがって、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５の塞がりを防止することにより、供給される反応ガス流のばらつきの発生を抑制し、被処理基板３上での膜均一性及び膜の再現性を確保し得るＭＯＣＶＤ装置１０を提供することができる。

また、シャワープレート３０を交換するためには反応室１を大気開放することが必要になり、交換後には、反応室１の真空到達度を回復させなくてはならないので、立ち上げに時間がかかり、稼働率が低下するが、プレート孔３１の詰まりが抑制されるので、本実施の形態ではそのようなことはない。

そして、シャワープレートの表面の付着物に起因する目詰まり、反応室１への不純物混入等の問題を抑制し、被処理基板３上に均一な膜厚・組成比分布の薄膜を再現性よく成長させ得るＭＯＣＶＤ装置１０を提供することができる。

ところで、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５よりもシャワープレート３０のプレート孔３１におけるヘッド側表面孔３１ａの表面孔径を小さく、つまり、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５を大きく構成した場合には、ガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５のピッチは変わらないが、シャワープレート３０のプレート孔３１が小さいため、反応ガスが噴出する領域は小さくなる。この結果、被処理基板３上での膜均一性が悪化することが考えられる。

しかし、本実施の形態では、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５に対向するシャワープレート３０のプレート孔３１におけるヘッド側表面孔３１ａの表面孔径は、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５のガス吐出孔径よりも大きいため、反応ガスが噴出す領域も大きくなる。したがって、被処理基板３上での膜均一性を確保することができる。

また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、シャワープレート３０のプレート孔３２は、シャワーヘッド２０側のヘッド側表面孔３２ａから被処理基板３側に向けて孔径が狭まるテーパー形状を有している。

これにより、シャワープレート３０のプレート孔３２における断面積変化が緩やかとなり、プレート孔３２を通過するガスの流路抵抗を低減させると共に、ガス流の剥離や渦発生を低減することが可能となる。したがって、供給される反応ガス流にばらつきが発生せず、被処理基板３上での膜均一性を保つことができる。

また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、テーパー形状のテーパー角度αは、プレート孔３２の孔中心軸とのなす角度が４５°以下である。

これにより、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５からのガス流がプレート孔３２のテーパー面に衝突するときの抵抗が小さくなる。この結果、プレート孔３２でのガス流の剥離や渦発生をより低減させることが可能となるため、供給される反応ガス流にばらつきが発生せず、被処理基板３上での膜均一性を保つことができる。

尚、本実施の形態においては、シャワープレート３０はシャワーヘッド２０に密着している状態で、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３又はガス吐出孔Ｈ５とシャワープレート３０のプレート孔３１とが一対一にて密着して対向していることにより、ガス流れ方向が同一方向となっている。しかし、必ずしもこれに限らず、例えば、シャワープレート３０とシャワーヘッド２０とは密着せず、シャワープレート３０とシャワーヘッド２０との間に、例えばバッファ層（共通空間）があり、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３又はガス吐出孔Ｈ５とシャワープレート３０のプレート孔３１とが一対一にてバッファ層（共通空間）を介して近接して対向（中心一致）していることにより、ガス流れ方向が略同一方向となっている。ものであってもよい。

さらに、シャワーヘッド２０のシャワープレート側表面に溝が形成されており、シャワープレート３０のプレート孔３１に直上対向する部分以外がシャワープレート３０の上面と密着することにより、上記溝が水平方向に走るガス流路になっているものにおいて、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３又はガス吐出孔Ｈ５とシャワープレート３０のプレート孔３１とが一対一にて溝空間を介して近接して対向（中心一致）しているものであってもよい。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図５ないし図８に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０は、図５に示すように、シャワープレート３０のプレート孔３１の形状が、前記実施の形態１の形状とは異なっている。

すなわち、本実施の形態のシャワープレート３０のプレート孔４０は、図５に示すように、第１プレート孔４１と第２プレート孔４２とが積層された２種類の孔径を有して形成されている。そして、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５に対向するシャワープレート３０の第１プレート孔４１におけるヘッド側表面孔４１ａのヘッド側表面孔径は、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５のガス吐出孔径よりも大きい。また、前記被処理基板３に対向するシャワープレート３０の第２プレート孔４２における基板側表面孔４２ｂの基板側表面孔径は、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５のガス吐出孔径と等しい。

本実施の形態におけるシャワープレート３０のプレート孔４０の構成を、図５に基づいて詳細に説明する。図５は、前記図１のＡ部拡大図において、シャワーヘッド下部壁面２０ａとシャワープレート３０とを離した状態のＡ部拡大図である。

本実施の形態では、図５に示すように、シャワープレート３０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５に対向するヘッド側表面孔４１ａの直径ｄ３が、ガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５の直径ｄ１・ｄ２（直径ｄ１＝直径ｄ２）よりも大きく、直径ｄ１＝直径ｄ２＜直径ｄ３となっており、前記被処理基板３と対向する基板側表面孔４２ｂの直径ｄ４が、ガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５の直径ｄ１・ｄ２（直径ｄ１＝直径ｄ２）と等しく、直径ｄ１＝直径ｄ２＝直径ｄ４となっている。

直径ｄ１＝直径ｄ２＜直径ｄ４という関係であった場合、被処理基板３へ供給される原料ガス流速が低下し、被処理基板３へ原料ガスが到達する前に反応し、被処理基板３表面反応の制御が困難となり、成長膜の品質低下を招く場合があるという問題が生じる。しかし、上記構成によれば、ガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５におけるガス流速Ｖ１と、被処理基板３と対向する基板側表面孔４２ｂにおけるガス流速Ｖ２とを等しくすることができる。この結果、ガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５におけるガス流速Ｖ１を低下させること無く、被処理基板３へ噴出すことができるため、被処理基板３表面反応の制御性を確保することができる。

ところで、図５においては、ガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５に対向するヘッド側表面孔４１ａの形状は、円筒形状となっており、被処理基板３と対向する基板側表面孔４２ｂの形状も円筒形状となっている。このため、これら円筒形状の組合せによると、第１プレート孔４１の周辺や角部において、ガスの乱れる領域が存在する。

そこで、例えば、図６（ａ）（ｂ）に示すように、被処理基板３と対向する第２プレート孔４２にテーパーを設けることができる。これにより、第１プレート孔４１の周辺や角部におけるガスの乱れる領域を少なくすることができる。

しかし、図６（ａ）（ｂ）においても、同図（ａ）（ｂ）においてドットで示すようなガスの乱れる領域が存在する。

そこで、例えば、図７（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、シャワーヘッド２０に対向する第１プレート孔４１にテーパーを設けることができる。

すなわち、図７（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す構成によれば、前記被処理基板３と対向する第２プレート孔４２の基板側表面孔４２ｂの直径ｄ４は、ガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５の直径ｄ１・ｄ２（直径ｄ１＝直径ｄ２）と等しく、直径ｄ１＝直径ｄ２＝直径ｄ４となっていおり、図５に示すものと同じである。しかし、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５に対向する第１プレート孔４１のヘッド側表面孔４１ａの直径ｄ３が、ガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５の直径ｄ１・ｄ２（直径ｄ１＝直径ｄ２）よりも大きく、直径ｄ１＝直径ｄ２＜直径ｄ３となっていると共に、第１プレート孔４１にはテーパー形状を形成することにより、第２プレート孔４２に接続している。

したがって、第１プレート孔４１における、ヘッド側表面孔３２ａから第２プレート孔４２への流路断面積変化が緩やかとなり、図６（ａ）（ｂ）に示す場合よりもプレート孔４０を通過するガスの流路抵抗を低減させると共に、ガス流の剥離や渦発生を低減することが可能となる。この結果、ガスの乱れる領域を低減し、供給される反応ガス流にばらつきが発生せず、被処理基板３上での膜均一性を保つことができる。

また、本実施の形態においても、テーパーの角度αを４５°以下にすることによって、ガス流の剥離や渦発生を低減することが可能となる。

この構成により、従来では、図８（ｂ）に示すように、ガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５とプレート孔との位置ずれによって、ガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５の一部が塞がれることになっていたが、本実施の形態では、図８（ａ）に示すように、ガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５がプレート孔４０によって塞がれることはなくなる。

このように、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、シャワープレート３０のプレート孔４０は、第１プレート孔４１と第２プレート孔４２とが積層された２種類の孔径を有して形成されていると共に、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５に対向するシャワープレート３０の第１プレート孔４１におけるヘッド側表面孔４１ａのヘッド側表面孔径は、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５のガス吐出孔径よりも大きいと共に、被処理基板３に対向するシャワープレート３０の第２プレート孔４２における基板側表面孔４２ｂの基板側表面孔径は、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５のガス吐出孔径と等しい。

すなわち、被処理基板３へ供給される原料ガス流速が低下すると、被処理基板３へ原料ガスが到達する前に反応し、被処理基板３の表面反応の制御が困難となり、成長膜の品質低下を招く場合があるという問題が生じる。

しかし、本実施の形態では、被処理基板３に対向するシャワープレート３０の第２プレート孔４２における基板側表面孔４２ｂの基板側表面孔径は、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５のガス吐出孔径と等しいので、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５におけるガス流速と、第２プレート孔４２における基板側表面孔４２ｂにおけるガス流速とを等しくすることができる。この結果、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５におけるガス流速を低下させること無く、被処理基板３へ噴出すことができるので、被処理基板３の表面反応の制御性を確保することができる。

また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、シャワープレート３０の第２プレート孔４２は、シャワーヘッド２０側から被処理基板３側に向けて孔径が狭まるテーパー形状を有しているとすることが可能である。

これにより、シャワープレート３０の第２プレート孔４２における断面積変化が緩やかとなり、プレート孔４０を通過するガスの流路抵抗を低減させると共に、ガス流の剥離や渦発生を低減することが可能となる。したがって、供給される反応ガス流にばらつきが発生せず、被処理基板３上での膜均一性を保つことができる。

また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、シャワープレート３０の第１プレート孔４１は、ヘッド側表面孔４１ａから被処理基板３側に向けて孔径が狭まるテーパー形状を有しているとすることが可能である。

これにより、シャワープレート３０の第１プレート孔４１における断面積変化が緩やかとなり、プレート孔４０を通過するガスの流路抵抗を低減させると共に、ガス流の剥離や渦発生をさらに低減することが可能となる。したがって、供給される反応ガス流にばらつきが発生せず、被処理基板３上での膜均一性を保つことができる。

また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、テーパー形状のテーパー角度αは、第１プレート孔４１又は第２プレート孔４２の孔中心軸とのなす角度が４５°以下である。

これにより、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５からのガス流が第１プレート孔４１又は第２プレート孔４２のテーパー面に衝突するときの抵抗が小さくなる。この結果、第１プレート孔４１又は第２プレート孔４２でのガス流の剥離や渦発生をより低減させることが可能となるため、供給される反応ガス流にばらつきが発生せず、被処理基板３上での膜均一性を保つことができる。

〔実施の形態３〕
本発明の他の実施の形態について図９ないし図１１に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１及び実施の形態２と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１及び実施の形態２の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０は、図１０及び図１１に示すように、シャワーヘッド２０の中心よりも外側へ設置されているプレート孔５０ほど大きく形成されていることを特徴としている。

通常、例えば前記図５に示すシャワーヘッド２０におけるガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５は反応ガス流速を上げるため、その直径ｄ１・ｄ２は極力小さく構成される。この理由は、反応ガス流速が低いと、被処理基板３へ反応ガスが到達する前に、気相反応が起こり、反応ガスが消費され被処理基板３上へ成膜されなくなるためである。また、ガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５が大きく、反応ガス流速が低い場合は、反応ガスの供給量を増加したり又は反応炉内圧力を下げたりする手法によって、反応ガス流速を上げることが可能であるが、被処理基板３の表面反応の制御性を確保することができず、膜質の低下を招く恐れがあるためである。

その結果、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５の直径ｄ１・ｄ２は、０．５ｍｍ〜１ｍｍといった小径に形成される。

また、ガス吐出孔中心軸Ｈ３_ａとガス吐出孔中心軸Ｈ５_ａとの中心軸間距離ｐ１は、極力小さい方が、被処理基板３上へ均一に反応ガスを供給することが可能となる。しかし、製作上の限界（冷媒空間２２の確保、並びに第一ガス供給管２３ｂ及び第二ガス供給管２４ｂの肉厚の確保）から、例えば、直径ｄ１＝直径ｄ２＝０．５ｍｍ、肉厚０．５ｍｍ、冷媒流路幅１ｍｍとすると、最小でも２．５ｍｍ程度である。

したがって、例えば、図９に示すように、ガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５が、φ１００ｍｍの範囲に格子状設置されるとすると、１２４１個の孔が設置され、横方向には、片側最大２０個の孔数となる。ピッチ２．５ｍｍの寸法公差を±０．０２５ｍｍで実現できたとして、φ１００ｍｍの中心から最外周の孔の位置は、累積公差±０．０２５×２０＝０．５ｍｍとなり、５０±０．５ｍｍ位置となる。つまり最大で±０．５ｍｍずれる可能性が出てくる。ピッチが０．５ｍｍずれた場合、φ０．５ｍｍの孔は全く重ならず、ガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５は完全に塞がれてしまう。φ１００ｍｍの範囲でこのような状況であり、さらに大型化を実施する場合、この累積公差が大きく影響する。

そこで、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、前述したように、シャワーヘッド２０の中心よりも外側へ設置されているプレート孔５０ほど大きく形成している。

上記構成のＭＯＣＶＤ装置１０について、図１０及び図１１に基づいて説明する。図１０は、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０を示す構成図であり、図１１はシャワーヘッド下部壁面２０ａとシャワープレート３０とを離した状態の図１０におけるＢ部拡大図である。

図１０及び図１１に示すように、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５に対向するシャワープレート３０のプレート孔５０の直径ｄ３１・ｄ３２・・・・・・ｄ３ｎが、ガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５の直径ｄ１・ｄ２（直径ｄ１＝直径ｄ２）よりも大きく、直径ｄ１＝直径ｄ２＜直径ｄ３となっていると共に、シャワーヘッド中心軸２１から外側へ設置された孔ほど直径が大きく、直径ｄ３１≦直径ｄ３２≦直径ｄ３３・・・≦直径ｄ３ｎとなっている。また、被処理基板３と対向するプレート孔５０の第２プレート孔４２の直径ｄ４が、ガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５の直径ｄ１・ｄ２（直径ｄ１＝直径ｄ２）と等しく、直径ｄ１＝直径ｄ２＝直径ｄ４となっている。

シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５、及びシャワープレート３０のプレート孔５０の製作においては、通常、シャワーヘッド中心軸２１を基準として製作される。シャワーヘッド中心軸２１を基準として、外側になるほど、各孔の寸法精度は前述の累積公差によって、位置ずれが大きくなり、またその数も多くなる。したがって、ガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５は、外側の方がより塞がれてしまう可能性が高くなる。

しかし、本実施の形態の構成によれば、プレート孔５０の直径が、シャワーヘッド中心軸２１から外側へ設置されたプレート孔５０ほど、ガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５の直径ｄ１・ｄ２よりも大きく形成されるため、累積公差による位置ずれを吸収することができ、一部のガス供給孔が塞がることが無くなり、供給される反応ガス流にばらつきが発生せず、被処理基板３上での膜均一性が保たれる。特に、複数の被処理基板３を設置する大型炉においては、この累積公差が大きく影響するため、本実施形態の効果が大きくなる。

尚、例えば、前記図３に示すように、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５をプレート孔３１よりも大きくしている場合には、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５の直径を、シャワーヘッド中心軸２１から外側へ設置された孔ほど大きくすることも可能である。しかし、この場合、図４、図６（ａ）（ｂ）及び図７（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すようなテーパー形状や拡大部形状を構成することは、ガス吐出孔Ｈ３・５Ｈがストレート孔となっているので、逆に、ガス流路中に余分な拡大部を構成することとなるため、形成することは好ましくない。

このように、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５と、このシャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５に対向するシャワープレート３０のプレート孔５０におけるヘッド側表面孔４１ａとのいずれか一方が他方よりも大きいと共に、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５とシャワープレート３０のプレート孔５０におけるヘッド側表面孔４１ａとのいずれか一方が他方よりも大きい孔は、シャワーヘッド２０の中心よりも外側へ設置されている孔ほど大きく形成されている。

すなわち、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５及びシャワープレート３０のプレート孔５０の製作においては、通常、シャワーヘッド２０の中心を基準として製作される。このため、シャワーヘッド２０の中心を基準として外側になるほど、各孔の寸法精度は累積公差によって位置ずれが大きくなり、またその数も多くなる。この結果、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５は、外側の方がより塞がれてしまう。

この点、本実施の形態では、シャワーヘッド２０の中心よりも外側へ設置されている孔ほど大きく形成されている。したがって、累積公差による位置ずれを吸収することができ、一部のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５が塞がることが無くなり、供給される反応ガス流にばらつきが発生せず、被処理基板３上での膜均一性が保たれる。

また、シャワーヘッド２０とシャワープレート３０とのそれぞれの材質が異なる場合、熱膨張係数の違いによって、シャワーヘッド２０の中心よりも外側へ設置されている孔ほど位置ズレが大きくなる。この点、本発明では、シャワーヘッド２０の中心よりも外側へ設置されている孔ほど大きく形成されており、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５が塞がることが無く、供給される反応ガス流にばらつきは発生せず、被処理基板３上での膜均一性を保つことができる。特に、被処理基板３上に化合物半導体結晶を成長させる際、異なる温度で多層膜を成長させる場合に、顕著となる位置ズレが緩和される。

〔実施の形態４〕
本発明の他の実施の形態について図１２及び図１３に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１〜実施の形態３と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１〜実施の形態３の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０は、図１２に示すように、シャワープレート３０の表面粗さについて特徴を有している。図１２は、シャワープレート３０を示す断面図である。

本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０におけるシャワープレート３０は、図１２に示すように、前記シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５に対向する側の表面の表面粗さＲａ＿１は、仕上げ記号「▽▽▽▽」で示すように、鏡面加工されている。また、被処理基板３と対向する側の表面粗さＲａ＿２は、仕上げ記号「▽」で示すように、表面が荒らされている。すなわち、表面粗さＲａ＿１＜表面粗さＲａ＿２となっている。

上記構成によれば、シャワーヘッド下部壁面２０ａとシャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５に対向するシャワープレート３０のシャワーヘッド２０側の表面との密着性が向上し、被処理基板３側から流入する熱をシャワーヘッド下部壁面２０ａへ逃がすことができる。このため、被処理基板３と対向する側のシャワープレート３０の表面温度をより低下することができる。よって、シャワープレート３０における被処理基板３側の表面近傍での気相成長が起こり難くなるため、シャワープレート３０の表面への生成物付着を抑止し、プレート孔５０の目詰まりを低減し、供給される反応ガス流にばらつきが発生せず、被処理基板３上での膜均一性が保たれる。

また、シャワープレート３０の被処理基板３側の表面での生成物付着を抑止しているものの、原料ガスの拡散によって、混合され気相反応がおきるため、シャワープレート３０の被処理基板３側の表面への生成物は少なからず付着してしまう。シャワープレート３０の被処理基板３側の表面へ生成物が付着する以上、付着した生成物の被処理基板３への落下も懸念される。そのため、被処理基板３と対向するシャワープレート面は、表面を荒らすことによって、生成物とシャワープレート表面の密着性（くいつき）を増すことができるので、付着した生成物の被処理基板３への落下を抑止することができる。

また、本実施の形態では、シャワープレート３０は、赤外光を透過材料で構成され、赤外光透過材料は石英であるとすることができる。

上記構成によれば、被処理基板３及び基板保持部材４からの輻射熱をシャワープレート３０にて透過させることができ、被処理基板３側から流入する熱をシャワーヘッド下部壁面２０ａ側へ逃がすことができる。この結果、シャワープレート３０における被処理基板３と対向する表面の温度をより低下することができる。したがって、シャワープレート３０における被処理基板３と対向する表面近傍での気相成長が起こり難くなるため、シャワープレート３０における被処理基板３と対向する表面への生成物付着を抑止し、プレート孔５０の目詰まりを低減し、供給される反応ガス流にばらつきが発生せず、被処理基板３上での膜均一性が保たれる。

また、赤外光透過材料を石英とすることによって、シャワープレート３０の熱膨張率は小さくなり、シャワーヘッド２０へ固定した場合でも、熱膨張による破損を防ぐことができる。また、優れた耐食性を有しているため、付着した生成物に対応した酸によるウェット洗浄、塩酸（ＨＣｌ）によるドライ洗浄を行うことができ、シャワープレート３０を繰り返し使用することができる。

尚、他にも、赤外光透過材料としては、サファイアガラスも適用できる。しかし、非常に高価であるため、コストパフォーマンスとしては、石英の方が優れている。

このように、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、シャワーヘッド２０のガス吐出孔Ｈ３・Ｈ５に対向するシャワープレート３０の表面は鏡面に加工されている一方、被処理基板３に対向するシャワープレート３０の表面は、上記鏡面よりも粗面に加工されている。

これにより、シャワーヘッド２０の表面とシャワープレート３０の表面との密着性が向上し、被処理基板３側から流入する熱をシャワーヘッド２０側へ逃がすことができる。この結果、被処理基板３と対向するシャワープレート３０の表面の温度をより低下することができる。

この結果、シャワープレート３０の表面近傍での気相成長が起こり難くなるため、シャワープレート３０の表面への生成物付着を抑止し、プレート孔５０の目詰まりを低減することができる。したがって、供給される反応ガス流にばらつきが発生せず、被処理基板３上での膜均一性が保たれる。

また、シャワープレート３０の表面での生成物付着を抑止しているものの、原料ガスの拡散によって、原料ガスが混合され気相反応がおきるため、シャワープレート３０の表面へ生成物は少なからず付着してしまう。シャワープレート３０へ生成物が付着する以上、付着した生成物の被処理基板３への落下も懸念される。そのため、被処理基板３と対向するシャワープレート３０の表面は、表面を荒らすことによって、生成物とシャワープレート３０の表面との密着性（くいつき）を増すことができる。したがって、付着した生成物の被処理基板３への落下を抑止することができる。

また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、シャワープレート３０は、赤外光透過材料にて構成されている。

これにより、被処理基板３からの輻射熱をシャワープレート３０では透過させることができ、被処理基板３側から流入する熱をシャワーヘッド２０側へ逃がすことができる。このため、被処理基板３と対向するシャワープレート３０の表面の温度をより低下することができる。したがって、シャワープレート３０の表面近傍での気相成長が起こり難くなるため、シャワープレート３０の表面への生成物付着を抑止し、プレート孔５０の目詰まりを低減することができる。したがって、供給される反応ガス流にばらつきが発生せず、被処理基板３上での膜均一性が保たれる。

また、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１０では、赤外光透過材料は、石英であるとすることができる。このように、赤外光透過材料を石英とすることによって、シャワープレート３０の熱膨張率は小さくなり、シャワーヘッド２０に固定した場合でも、熱膨張による破損を防ぐことができる。また、石英は優れた耐食性を有しているため、付着した生成物に対応した酸によるウェット洗浄、塩酸（ＨＣｌ）、塩素(Ｃｌ_２ )、三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３ ）等によるドライ洗浄を行うことができ、シャワープレート３０を繰り返し使用することができる。

尚、本発明においては、ＭＯＣＶＤ装置を構成する反応炉、シャワープレート及びその他の部材の形状が図１に示す形状に限定されないことは言うまでもない。

また、本発明においては、図１３に示すように、内部を大気側と隔離し、気密状態を保持する成長室としての反応室１を有する反応炉２と、上記反応室１の内部に設けられて被処理基板３を載置する基板保持部材４と、上記基板保持部材４と対向し、かつ上面にシャワープレート３０を有するシャワーヘッド２０とを備えており、被処理基板３に対して、下方から反応ガスを供給するフェイスダウン型の気相成長装置としてのＭＯＣＶＤ装置６０にも適用することができる。

さらに、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説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及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。

本発明は、シャワープレート上部の空間に周辺部よりガスを導入し、シャワープレートの複数のガス吐出孔から基板表面に反応ガスを供給するシャワープレートを用いた縦型のＭＯＣＶＤ装置等の気相成長装置及び気相成長方法に利用することができる。

本発明における気相成長装置の実施の一形態を示すものであって、気相成長装置の全体構成を示す概略図である。 上記気相成長装置におけるシャワーヘッドのガス吐出孔とシャワープレートのプレート孔との関係を示すものであって、図１のＡ部分を拡大して示す要部拡大図である。 上記気相成長装置におけるシャワーヘッドのガス吐出孔とシャワープレートのプレート孔との他の関係を示すものであって、図１のＡ部分を拡大して示す他の要部拡大図である。 上記気相成長装置におけるシャワーヘッドのガス吐出孔とシャワープレートのプレート孔とのさらに他の関係を示すものであって、図１のＡ部分におけるシャワーヘッドとシャワープレートとを分離して示すさらに他の要部拡大図である。 本発明における気相成長装置の他の実施の形態を示すものであって、上記気相成長装置におけるシャワーヘッドのガス吐出孔とシャワープレートのプレート孔とのさらに他の関係を示すものであって、図１のＡ部分におけるシャワーヘッドとシャワープレートとを分離して示す要部拡大図である。 （ａ），（ｂ）は、上記シャワープレートのプレート孔の変形例を示すものであり、シャワープレートを示す要部拡大図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は、上記シャワープレートのプレート孔における他の変形例を示すものであり、シャワープレートを示す要部拡大図である。 （ａ）は本実施の形態のガス吐出孔とプレート孔との位置ずれ有無による関係を示す断面図であり、（ｂ）は、比較例としての従来のガス吐出孔とプレート孔との位置ずれ有無による関係を示す断面図である。 本発明における気相成長装置のさらに他の実施の形態を示すものであって、シャワーヘッドを示す底面図である。 上記気相成長装置の全体構成を示す概略図である。 上記気相成長装置におけるシャワーヘッドのガス吐出孔とシャワープレートのプレート孔との関係を示すものであって、図１０のＢ部分を拡大して示す要部拡大図である。 本発明における気相成長装置のさらに他の実施の形態を示すものであって、シャワープレートを示す断面図である。 本発明における気相成長装置のさらに他の実施の形態を示すものであって、気相成長装置の全体構成を示す概略図である。 従来の縦型シャワーヘッド型の気相成長装置の構成を示す断面図である。 従来の他の縦型シャワーヘッド型の気相成長装置の構成を示す断面図である。 従来のさらに他の気相成長装置の構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 反応室（成長室）
１ａ ガス排出口
２ 反応炉
３ 被処理基板
４ 基板保持部材
５ 回転伝達部材
６ 基板加熱ヒータ
１０ ＭＯＣＶＤ装置（気相成長装置）
２０ シャワーヘッド
２０ａ シャワーヘッド下部壁面
２１ シャワーヘッド中心軸
２２ 冷媒空間
２３ 第一ガス分配空間
２３ａ 第一ガス導入口
２３ｂ 第一ガス供給管
２４ 第二ガス分配空間
２４ａ 第二ガス導入口
２４ｂ 第二ガス供給管
３０ シャワープレート
３１ プレート孔
３１ａ ヘッド側表面孔
３２ プレート孔
３２ａ ヘッド側表面孔
３２ｂ 基板側表面孔
４０ プレート孔
４１ 第１プレート孔
４１ａ ヘッド側表面孔
４２ 第２プレート孔
４２ｂ 基板側表面孔
５０ プレート孔
６０ ＭＯＣＶＤ装置（気相成長装置）
ｄ１ 直径
ｄ２ 直径
ｄ３ 直径
ｄ４ 直径
ｄ３ｎ 直径
Ｈ３ ガス吐出孔
Ｈ３_ａ ガス吐出孔中心軸
Ｈ５ ガス吐出孔
Ｈ５_ａ ガス吐出孔中心軸
ｐ１ 中心軸間距離
Ｒａ＿１ 表面粗さ
Ｒａ＿２ 表面粗さ
α テーパー角度

Claims (13)

1. 複数のガス吐出孔を配設したシャワーヘッドと、上記シャワーヘッドに対向して設けられ、かつ複数のプレート孔を配設したシャワープレートとを備え、上記シャワーヘッドから、該シャワーヘッドのガス吐出孔及びシャワープレートのプレート孔を通して被処理基板を収容する成長室内にガスを供給して被処理基板に成膜する気相成長装置において、
   上記シャワーヘッドのガス吐出孔と該シャワーヘッドのガス吐出孔に対向するシャワープレートのプレート孔におけるヘッド側表面孔とのいずれか一方が他方よりも大きいことを特徴とする気相成長装置。
2. 前記シャワーヘッドのガス吐出孔に対向するシャワープレートのプレート孔におけるヘッド側表面孔の表面孔径は、上記シャワーヘッドのガス吐出孔のガス吐出孔径よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
3. 前記シャワープレートのプレート孔は、前記シャワーヘッド側のヘッド側表面孔から被処理基板側に向けて孔径が狭まるテーパー形状を有していることを特徴とする請求項２記載の気相成長装置。
4. 前記テーパー形状のテーパー角度は、プレート孔の孔中心軸とのなす角度が４５°以下であることを特徴とする請求項３記載の気相成長装置。
5. 前記シャワープレートのプレート孔は、第１プレート孔と第２プレート孔とが積層された２種類の孔径を有して形成されていると共に、
   前記シャワーヘッドのガス吐出孔に対向するシャワープレートの第１プレート孔におけるヘッド側表面孔のヘッド側表面孔径は、上記シャワーヘッドのガス吐出孔のガス吐出孔径よりも大きいと共に、
   前記被処理基板に対向するシャワープレートの第２プレート孔における基板側表面孔の基板側表面孔径は、上記シャワーヘッドのガス吐出孔のガス吐出孔径と等しいことを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
6. 前記シャワープレートの第２プレート孔は、シャワーヘッド側から被処理基板側に向けて孔径が狭まるテーパー形状を有していることを特徴とする請求項５記載の気相成長装置。
7. 前記シャワープレートの第１プレート孔は、前記ヘッド側表面孔径から被処理基板側に向けて孔径が狭まるテーパー形状を有していることを特徴とする請求項５記載の気相成長装置。
8. 前記テーパー形状のテーパー角度は、第１プレート孔又は第２プレート孔の孔中心軸とのなす角度が４５°以下であることを特徴とする請求項６又は７記載の気相成長装置。
9. 前記シャワーヘッドのガス吐出孔と該シャワーヘッドのガス吐出孔に対向するシャワープレートのプレート孔におけるヘッド側表面孔とのいずれか一方が他方よりも大きいと共に、
   上記シャワーヘッドのガス吐出孔とシャワープレートのプレート孔におけるヘッド側表面孔とのいずれか一方が他方よりも大きい孔は、シャワーヘッドの中心よりも外側へ設置されている孔ほど大きく形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の気相成長装置。
10. 前記シャワーヘッドのガス吐出孔に対向するシャワープレートの表面は鏡面に加工されている一方、
    前記被処理基板に対向するシャワープレートの表面は、上記鏡面よりも粗面に加工されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の気相成長装置。
11. 前記シャワープレートは、赤外光透過材料にて構成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の気相成長装置。
12. 前記赤外光透過材料は、石英であることを特徴とする請求項１１記載の気相成長装置。
13. 複数のガス吐出孔を配設したシャワーヘッドと、上記シャワーヘッドに対向して設けられ、かつ複数のプレート孔を配設したシャワープレートとを備え、上記シャワーヘッドから、該シャワーヘッドのガス吐出孔及びシャワープレートのプレート孔を通して被処理基板を収容する成長室内にガスを供給して被処理基板に成膜する気相成長方法であって、
    上記シャワーヘッドのガス吐出孔と該シャワーヘッドのガス吐出孔に対向するシャワープレートのプレート孔におけるヘッド側表面孔とのいずれか一方を他方よりも大きくし、当該ガス吐出孔及びプレート孔を通してガスを供給して成膜することを特徴とする気相成長方法。

Images