JP2010062382A - 気相成長装置及び気相成長方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】気相成長装置1は、反応炉14内の被処理基板15を載置するための基板保持部材16に対向して配置されて被処理基板15に向かって第1ガスを供給するために設けられたシャワープレート2と、シャワープレート2に対して基板保持部材16の反対側に配置されて被処理基板15に向かって第2ガスを供給するために設けられたシャワープレート3とを備え、シャワープレート2には、被処理基板15に向かって第1ガスが流れるガス流路4aが形成されており、シャワープレート3は、被処理基板15に向かって第2ガスを流すために設けられてシャワープレート3から突出してガス流路4aの内部に挿入されたガス導管5を有しており、ガス導管5は、シャワープレート3に着脱可能に設けられている。
【選択図】図1
Description
図1は、実施の形態1に係る気相成長装置1の構成を示す断面図である。気相成長装置1は、縦型シャワーヘッド型MOCVD装置によって構成されている。気相成長装置1は、反応炉14を備えている。反応炉14の中には、被処理基板15を載置した円盤状の基板保持部材16が設けられている。基板保持部材16の下側には、軸状の回転伝達部材20が結合されており、図示しない駆動機構により、被処理基板15の表面に垂直な回転伝達部材20の周りに回転可能に基板保持部材16が設けられている。基板保持部材16の下側には、基板保持部材16を加熱する加熱ヒータ17がさらに設けられている。
図5は、実施の形態2に係る気相成長装置1aの構成を示す断面図である。前述した構成要素と同一の構成要素には、同一の参照符号を付している。従って、これらの構成要素の詳細な説明は省略する。
図6は、実施の形態3に係る気相成長装置に設けられたガス供給部の構成を示す拡大断面図である。ガス導管5aの流路出口27aの反対端の外周には、雄ネジ加工が施してある。ガス導管5aに形成された雄ネジの流路出口27a側には、フランジ40が形成されている。
他の機構としては、図7(a)及び図7(b)に示すように、ガス導入管5aの上部に、フランジ40を設け、すきまばめ、中間ばめ、しまりばめ等の『はめあい』によって、取り外し(着脱)可能に構成することができる。しかし、すきまばめ、中間ばめの場合は、取り外しが容易である点で好ましい。しまりばめの場合は、ガス圧力等によって、予期できない外れや位置ズレが発生するおそれが無い点で好ましい。
更に、第1ガス流路4aの直径をd1、フランジ40の直径をd2とすると、その関係は、d1>d2となるように構成されている。d1<d2であった場合、シャワープレート2と、シャワープレート3を分離しなければ、ガス導管5aを交換することは不可能であるが、d1>d2であるため、シャワープレート2と、シャワープレート3を組付けた状態で、反応室19側より、ガス導管5aを第一ガス流路出口25を通じて、ネジ部を外し、取り出し、再度、締結することができる。
上記構成により、Oリング等の真空封止部の取外しが不要で、メンテナンス性が向上する。また、真空封止部を取外すと、リークの危険性が増し、必ずリークチェックを行う必要があり、稼働率低下を招くが、その心配がなくなる。
また、ガス導管5aの外径は、ネジ部より大きくしても、小さくしてもよく、第1ガス流路4aの直径d1以下であれば、自由に設定することができるため、流速や流量等の成長条件が広くなり、成長レートや効率、膜厚均一性の高い成長条件が可能となる。
図7(a)に示すように、ガス導管5aの先端部(反応室19側)には、凹部51が形成されている。また、図7(b)に示すように、凸部52を形成しても良い。このように、凹部51や凸部52を形成することで、反応室19側より、治具を挿入して、ガス導管5aの回転拘束が可能となるので、容易にガス導管5aの交換が可能となる。
また、図8(b)にガス導管5aの交換治具53を示す。交換治具53には、ガス導管5aのガス流路4bへ挿入される円柱状の治具挿入部54が設置され、ガス導管5aの先端部(反応室19側)の凹部51と嵌合する治具突起部55が治具挿入部54の根元に設置されている。上記構成によると、ガス導管5aを交換する際、ガス導管5aのガス流路4bへ挿入される治具挿入部54によって、ガス導管5aが落下する恐れが無くなる。また、凹部51と治具突起部55が勘合することによって、回転拘束を行い、ネジ部の回転を行うことができる。また、交換治具53の外径d3を第1ガス流路4aの直径をd1と略等しく設定することで、ガス導管5aに対して平行に挿入することが容易となり、ガス導管5aに余分な力をかけることなく取外しができる(ガス導管5aは非常に細くなるため、曲がりが発生する可能性がある。また、ネジ部に応力がかかると、かじりの原因となり、取外しが困難となる。かじりやすいのは、真空部品であり、また反応ガスが流れる箇所であるため、不純物の混入を防止するため、油(グリース)は使用することができず、非常にクリーンに洗浄されているためである)。
また、凹部51と治具凸部55の凹凸関係は逆でも良いし、回転拘束ができれば、1箇所でも2箇所でもそれ以上でも良い。
図9(a)は上記気相成長装置のガス供給部に設けられたガス導管5aの構成を示す斜視図であり、(b)は他のガス導管5bの構成を示す斜視図である。図9(a)に示す構成によると、ガス導管5aの流路出口に複数個の孔6を形成することによって、第2ガスの噴出しをより広げることが可能となり(パイプ形状の場合、直線状に噴出すのみである)、各孔6からの第二ガス流出速度は、従来よりも増加し、かつ、狭ピッチの細かな噴出しが実現できる。このため、流出した第二ガスの乱れが増加し、より、第一ガスとの混合性が向上する。また、被処理基板面上のガス濃度分布を均一化することができ、被処理基板表面反応の制御性を向上させ、つまり、成膜厚や組成比を向上させると共に、原料利用効率を向上させることができる。
図10は、実施の形態4に係る気相成長装置1bの構成を示す断面図である。気相成長装置1bは、MOCVD装置の第4の実施形態である縦型シャワーヘッド型MOCVD装置である。
2 シャワープレート(第1シャワープレート)
3 シャワープレート(第2シャワープレート)
4a、4b ガス流路
5 ガス導管
6 孔
7 ベース
8 上方プレート(カバープレート)
9 ガス分配空間(第1ガス分配空間)
10 ガス分配空間(第2ガス分配空間)
11 冷媒流路
12 混合室
13 昇降機構
14 反応炉
15 被処理基板
16 基板保持部材
51 凹部
52 凸部
53 交換治具
54 治具挿入部
55 治具突起部
Claims (13)
- 反応炉内の被処理基板を載置する基板保持部材に対向して配置されて前記被処理基板に向かって第1ガスを供給する第1シャワープレートと、
前記第1シャワープレートに対して前記基板保持部材の反対側に配置されて前記被処理基板に向かって第2ガスを供給する第2シャワープレートとを備えた気相成長装置であって、
前記第1シャワープレートには、前記被処理基板に向かって前記第1ガスが流れるガス流路が形成されており、
前記第2シャワープレートは、前記第2シャワープレートから突出して前記ガス流路の内部に挿入されて前記被処理基板に向かって前記第2ガスを流すガス導管を有しており、
前記ガス導管は、前記第2シャワープレートに着脱可能に設けられていることを特徴とする気相成長装置。 - 前記ガス導管の出口には、複数の孔が形成されている請求項1記載の気相成長装置。
- 前記第1シャワープレートと前記第2シャワープレートとの間に前記第1ガスを前記ガス流路に供給する第1ガス分配空間が形成され、
前記第2シャワープレートは、前記第1ガス分配空間が露出するように前記第1シャワープレートから取り外し可能に設けられている請求項1記載の気相成長装置。 - 前記第2シャワープレートは、ベースとカバープレートとを有し、
前記ベースと前記カバープレートとの間に第2ガス分配空間が形成され、
前記カバープレートは、前記第2ガス分配空間が露出するように前記ベースから取り外し可能に設けられている請求項1記載の気相成長装置。 - 前記ガス導管の温度を調整する冷媒を流す冷媒流路が前記第2シャワープレートに形成されている請求項1記載の気相成長装置。
- 前記第1ガスは、III族ガスを含み、
前記第2ガスは、V族ガスを含む請求項1記載の気相成長装置。 - 前記ガス導管の長手方向に沿って前記ガス導管と前記ガス流路とを相対的に昇降させる昇降機構を設けた請求項1記載の気相成長装置。
- 前記昇降機構は、前記第1シャワープレートと前記第2シャワープレートとを前記ガス導管の長手方向に沿って相対的に昇降させる請求項7記載の気相成長装置。
- 前記昇降機構は、前記ガス導管と前記第2シャワープレートとを前記ガス導管の長手方向に沿って相対的に昇降させる請求項7記載の気相成長装置。
- 前記ガス導管は、前記第2シャワープレートと嵌合するフランジを有し、
前記ガス導管の前記フランジの外径は、前記ガス流路の内径よりも小さい請求項1記載の気相成長装置。 - 前記ガス導管の先端には、前記ガス導管の交換冶具と嵌合する溝または突起が形成されている請求項1記載の気相成長装置。
- 前記第1シャワープレートは、前記ガス導管の先端の前方において前記ガス流路の内壁により形成されて前記第1ガスと前記第2ガスとを混合する混合室を有している請求項1記載の気相成長装置。
- 反応炉内の被処理基板を載置する基板保持部材に対向して配置された第1シャワープレートであって、前記被処理基板に向かって第1ガスが流れるガス流路が形成された第1シャワープレートによって、前記被処理基板に向かって第1ガスを供給し、
前記第1シャワープレートに対して前記基板保持部材の反対側に配置された第2シャワープレートであって、第2シャワープレートから突出して前記ガス流路の内部に挿入されて前記被処理基板に向かって第2ガスを流すガス導管を有する第2シャワープレートによって、前記被処理基板に向かって前記第2ガスを供給する気相成長方法であって、
前記ガス導管は、前記第2シャワープレートに着脱可能に設けられていることを特徴とする気相成長方法。
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