JP2011258859A

JP2011258859A - 薄膜形成装置

Info

Publication number: JP2011258859A
Application number: JP2010133763A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Hanyu; 秀則羽生; Kiichi Sugawara; 紀一菅原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-06-11
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2011-12-22

Abstract

【課題】薄膜形成の再現性を向上させる。
【解決手段】薄膜形成装置は、第１のサセプタに支持された被処理基板を搬送する搬送アームが設置された搬送室と、前記搬送室に連結され、前記搬送アームによって搬送された前記被処理基板に処理を施すことが可能な複数の処理室と、前記搬送室に連結され、前記第１のサセプタの表出面を覆う第２のサセプタを前記第１のサセプタに着脱することが可能なサセプタ交換室と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、薄膜形成装置に関する。

ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）等に代表される化合物半導体は、シリコン半導体では実現できない高速デバイス、発光デバイス等の実現が可能であることから、その需要が拡大している。
例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光デバイスでは、被処理基板上に、窒化物系の半導体多層構造体を形成する。これらの各層は、各層毎に成膜室を分けて形成される製造工程が一般的になりつつある。これは、成膜室の内壁、原料ガスの供給部に付着する反応生成物、残留ガス等による各層への汚染を極力少なくするためである。

しかしながら、各層の成膜を各成膜室毎に分けても、被処理基板を支持するサセプタは半導体多層構造体が形成されるまでに交換することなく使用される。このため、成膜処理が増す毎にサセプタの表面には各成膜室における反応生成物、残留ガス等が付着する場合がある。その結果、サセプタに付着した反応生成物、残留ガス等によって、半導体多層構造体の各層が汚染される場合がある。あるいは、サセプタに付着する反応生成物が各成膜室毎に変わってしまい、サセプタの熱輻射条件が各成膜室毎に変化して、各層における成膜条件の再現性が得られないといった問題が生じている。

特開平０６−１０４１９３号公報特開平０５−０２１３５３号公報

本発明の実施形態は、薄膜形成の再現性を向上させることが可能な薄膜形成装置を提供する。

本実施形態の薄膜形成装置は、第１のサセプタに支持された被処理基板を搬送する搬送アームが設置された搬送室と、前記搬送室に連結され、前記搬送アームによって搬送された前記被処理基板に処理を施すことが可能な複数の処理室と、前記搬送室に連結され、前記第１のサセプタの表出面を覆う第２のサセプタを前記第１のサセプタに着脱することが可能なサセプタ交換室と、を備える。

第１の実施の形態に係る薄膜形成装置の要部平面模式図である。第１の実施の形態に係る被処理基板、下側および上側サセプタの要部模式図であり、（ａ）は、被処理基板、下側および上側サセプタの要部平面模式図、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｙ断面ならびにＸ’−Ｙ’断面における、下側サセプタと上側サセプタとが接触した状態の要部断面模式図、（ｃ）は、（ａ）のＸ−Ｙ断面ならびにＸ’−Ｙ’断面における、下側サセプタと上側サセプタとが離れた状態の要部断面模式図である。第１の実施の形態に係る薄膜形成装置の処理室の要部断面模式図である。第１の実施の形態に係る薄膜形成装置のサセプタ交換室内の動作を説明する要部模式図であり、（ａ）は、下側サセプタの上側に上側サセプタが搭載された状態を説明する要部模式図、（ｂ）は、（ａ）の状態から下側サセプタおよび上側サセプタが略９０°回転する状態を説明する要部模式図、（ｃ）は、下側サセプタから上側サセプタが離れた状態を説明する要部模式図である。第１の実施の形態に係る薄膜形成装置のストッカ室の要部断面模式図である。第１の実施の形態に係る発光素子の製造過程を説明する要部断面模式図であり、（ａ）は、ｎ形半導体層の製造過程を説明する図、（ｂ）は、発光層の製造過程を説明する図、（ｃ）は、ｐ形半導体層の製造過程を説明する図、（ｄ）は、半導体多層構造体の拡大図である。第２の実施の形態に係る下側サセプタおよびスペーサの要部模式図であり、（ａ）は、スペーサの要部平面模式図および要部断面模式図、（ｂ）は、下側サセプタの要部断面模式図、（ｃ）は、下側サセプタおよびスペーサの要部断面模式図である。第２の実施の形態に係る下側サセプタ、スペーサ、および被処理基板の要部断面模式図であり、（ａ）は、第１のスペーサを用いた場合の要部断面模式図、（ｂ）は、第２のスペーサを用いた場合の要部断面模式図、（ｃ）は、第３のスペーサを用いた場合の要部断面模式図である。（ａ）は、比較例に係る下側サセプタおよび被処理基板の要部断面模式図であり、（ｂ）は、比較例に係る温度の面内分布を示すグラフである。第２の実施の形態の変形例に係る下側サセプタ、スペーサ、および被処理基板の要部断面模式図であり、（ａ）は、第４のスペーサを用いた場合の要部断面模式図、（ｂ）は、第５のスペーサを用いた場合の要部断面模式図、（ｃ）は、第６のスペーサを用いた場合の要部断面模式図である。

以下、図面を参照しつつ、本実施の形態について説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る薄膜形成装置の要部平面模式図である。
図２は、第１の実施の形態に係る被処理基板、下側および上側サセプタの要部模式図であり、（ａ）は、被処理基板、下側および上側サセプタの要部平面模式図、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｙ断面ならびにＸ’−Ｙ’断面における、下側サセプタと上側サセプタとが接触した状態の要部断面模式図、（ｃ）は、（ａ）のＸ−Ｙ断面ならびにＸ’−Ｙ’断面における、下側サセプタと上側サセプタとが離れた状態の要部断面模式図である。図１には、後述する搬送アーム６０が透視されて、この搬送アーム６０が表示されている。

図１に示すように、薄膜形成装置１は、搬送室１０と、処理室２０、２１、２２と、サセプタ交換室３０と、ストッカ室４０と、ロードロック室５０と、を有する。搬送室１０には、搬送アーム６０が設置されている。

トランスファチャンバである搬送室１０は、その主面に略垂直な方向からみて多角形をなし、薄膜形成装置１の中心に配置されている。搬送室１０のそれぞれの側面には、第１の処理室２０、第２の処理室２１、第３の処理室２２、サセプタ交換室３０、ストッカ室４０、ロードロック室５０がバルブ７０を介して連結している。これらの各室には、図示しない圧力を調整することが可能な排気系が接続されている。これにより、各室は各々指定した圧力状態を維持することができる。それぞれのバルブ７０を閉じると、搬送室１０と、処理室２０、２１、２２、サセプタ交換室３０、ストッカ室４０、ロードロック室５０とは、閉じたバルブ７０を隔てて分離される。

半導体ウェーハ等の被処理基板８０は、サセプタ９０に支持されて、ロードロック室５０から搬送室１０に搬入出される。搬送室１０の内部には、サセプタ９０に支持された被処理基板８０を搬送する搬送アーム６０が設置されている。搬送アーム６０は、駆動機構（図示しない）によって搬送室１０の中心を軸に回転し、さらに伸縮することができる。

薄膜形成装置１内に仕込まれた、被処理基板８０およびサセプタ９０は、搬送アーム６０の先端部分であるハンド部６１によって支持される。搬送アーム６０の回転と伸縮によって、サセプタ９０に支持された被処理基板８０が処理室２０、処理室２１、処理室２２、サセプタ交換室３０、ストッカ室４０、またはロードロック室５０のいずれか２つの室間において搬送室１０を経由して搬送される。

被処理基板８０を支持するサセプタ９０の構造について、図２を用いて説明する。
図２（ａ）に示すように、サセプタ９０は、複数の被処理基板８０を支持することができる。図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、第１の実施の形態に係るサセプタ９０は、第１のサセプタである下側サセプタ９１と、第２のサセプタである上側サセプタ９２と、を有する。下側サセプタ９１には、被処理基板８０を固定するための凹部９１ａが設けられている。凹部９１ａの底面積は、被処理基板８０の面積よりも大きく設計されており、被処理基板８０は、凹部９１ａ内に設置される。

下側サセプタ９１の主面と、上側サセプタ９２の主面同士を、図２（ｂ）に示すように接触させたとき、下側サセプタ９１の凹部９１ｈと、上側サセプタ９２の凸部９２ｔとが嵌合する。これにより、下側サセプタ９１の表出面（例えば、表面側）は、上側サセプタ９２によって覆われる。下側サセプタ９１と、上側サセプタ９２とは、図２（ｃ）に示すように互いに離すことができる。すなわち、上側サセプタ９２は、交換部品であり、下側サセプタ９１に取り付けたり、下側サセプタ９１から外したりすることができる。下側サセプタ９１には、切り欠き９１ｎが対向するように設けられている。この切り欠き９１ｎを下側サセプタ９１に設けた理由については、後述する。

再び、図１を用いて、薄膜形成装置１を説明する。
搬送室１０に連結された、処理室２０、処理室２１、および処理室２２では、搬送アーム６０によって搬送された被処理基板８０に処理を施すことが可能である。処理室２０、処理室２１、および処理室２２では、被処理基板８０がサセプタ９０に支持されながら処理される。処理としては、被処理基板８０に対する真空加熱処理、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）、当方性エッチング等のエッチング処理、ＣＶＤ、スパッタリング等の成膜処理、表面クリーニング、表面ブラスト、アッシング等のプラズマ処理等が挙げられる。

搬送室１０に連結された、サセプタ交換室３０においては、下側サセプタ９１の表出面を覆う上側サセプタ９２を下側サセプタ９１に着脱することが可能である。すなわち、サセプタ交換室３０においては、下側サセプタ９１に上側サセプタ９２が取り付けられたり、取り付けられた上側サセプタ９２が下側サセプタ９１から取り外されたりする。

搬送室１０に連結された、ストッカ室４０においては、未処理の上側サセプタ９２が複数個、収納されている。未処理の上側サセプタ９２とは、例えば、新品のサセプタ、被膜が表面に堆積していないサセプタ、あるいは、表面が洗浄済みのサセプタ等をいう。そのほか、ストッカ室４０には、処理された上側サセプタ９２が収納されている。

サセプタ交換室３０およびストッカ室４０により、上側サセプタ９２の下側サセプタ９１への取り付け、上側サセプタ９２の交換は、処理室２０、２１、２２のそれぞれにおいて被処理基板８０が処理される前に自動的に行うことができる。

処理室２０、２１、２２が、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）用の成膜室である場合の処理室の構成について説明する。
図３は、第１の実施の形態に係る薄膜形成装置の処理室の要部断面模式図である。
処理室２０、２１、２２のいずれかにおいては、密閉容器２５と、ガス供給機構２６と、下側サセプタ９１をさらに支持することのできるステージ２７と、被処理基板８０をステージ２７の裏面側から加熱することが可能な加熱機構（ヒータ）２８と、を備える。

処理室においては、例えば、被処理基板８０が加熱機構２８によって加熱され、ＣＶＤ用の原料ガスがガス供給機構２６から供給される。被処理基板８０の表面で原料ガスが分解することにより、被処理基板８０上に被膜が形成される。密閉容器２５内のガスは、排気管２９を通じて排気系により排気される。

サセプタ交換室３０における上側サセプタ９２の交換の手順について説明する。
図４は、第１の実施の形態に係る薄膜形成装置のサセプタ交換室内の動作を説明する要部模式図であり、（ａ）は、下側サセプタの上側に上側サセプタが搭載された状態を説明する要部模式図、（ｂ）は、（ａ）の状態から下側サセプタおよび上側サセプタが略９０°回転する状態を説明する要部模式図、（ｃ）は、下側サセプタから上側サセプタが離れた状態を説明する要部模式図である。図４（ａ）〜図４（ｃ）の各図には、それぞれの上側にサセプタ交換室３０の内部を透視した要部平面が示され、下側にサセプタ交換室３０の要部断面が示されている。

図４に示すように、搬送アーム６０の先端部分であるハンド部６１は、第１延出部６１ａと、第２延出部６１ｂとに分岐されている。第１延出部６１ａと第２延出部６１ｂとは、互いに対向している。
下側サセプタ９１に、上述した切り欠き９１ｎが設けられたことにより、第１延出部６１ａと第２延出部６１ｂとの間隔は、下側サセプタ９１の主面に対して略平行な方向の下側サセプタの最大幅（例えば、矢印Ａで示される距離）よりも狭く、下側サセプタ９１の主面に対して略平行な方向の下側サセプタの最小幅（例えば、矢印Ｂで示される距離）よりも広い。

互いに対向する第１延出部６１ａと第２延出部６１ｂとの間隔が下側サセプタ９１の主面に対して略平行な方向の下側サセプタの最大幅よりも狭いとき、ハンド部６１の第１延出部６１ａおよび第２延出部６１ｂによって、下側サセプタ９１の両端が支持される。リフタ３１は、リフタ３１の直下に配置された駆動機構３２に連結されている。

また、サセプタ交換室３０は、下側サセプタ９１を下側サセプタ９１の主面に対して略平行な方向に回転させることが可能な駆動機構３２を有する。このほか、駆動機構３２は、下側サセプタ９１を下側サセプタ９１の主面に対して略垂直な方向に移動させることができる。

先ず、サセプタ交換室３０において、下側サセプタ９１から上側サセプタ９２を取り外す手順について説明する。
図４（ａ）に示すように、被処理基板８０、下側サセプタ９１、および上側サセプタ９２が搬送アーム６０によってサセプタ交換室３０に搬送される。搬送された上側サセプタ９２は、例えば、処理済みのサセプタである。この段階では、下側サセプタ９１の切り欠き９１ｎ同士が対向する方向と、第１延出部６１ａと第２延出部６１ｂとが対向する方向とが互いに略直交している。

次に、図４（ｂ）に示すように、サセプタ交換室３０の内部に設置されたリフタ３１によって、被処理基板８０、下側サセプタ９１、および上側サセプタ９２が押し上げられる。ハンド部６１の位置は、図４（ａ）の状態と同じである。

被処理基板８０、下側サセプタ９１、および上側サセプタ９２をリフタ３１によって押し上げた後、リフタ３１を回転させることにより、被処理基板８０、下側サセプタ９１、および上側サセプタ９２を図４（ａ）の状態から略９０°回転させる。被処理基板８０、下側サセプタ９１、および上側サセプタ９２が略９０°回転した後は、下側サセプタ９１の切り欠き９１ｎ同士が対向する方向と、第１延出部６１ａと第２延出部６１ｂとが対向する方向とは、略平行状態になる。

次に、図４（ｃ）に示すように、リフタ３１を第１延出部６１ａおよび第２延出部６１ｂの位置よりもさらに下方に移動させる。ハンド部６１の位置は、図４（ｂ）の状態と同じである。下側サセプタ９１においては、切り欠き９１ｎ同士が対向する方向の幅が第１延出部６１ａと第２延出部６１ｂとの間よりも狭くなるように設計されている。従って、リフタ３１を第１延出部６１ａおよび第２延出部６１ｂの位置よりもさらに下方に移動させると、下側サセプタ９１については、ハンド部６１の第１延出部６１ａと第２延出部６１ｂとの間を通り抜け、上側サセプタ９２の両端が第１延出部６１ａおよび第２延出部６１ｂによって掛止される。すなわち、下側サセプタ９１から上側サセプタ９２が取り外される。取り外された上側サセプタ９２は、搬送アーム６０によってストッカ室４０に搬送される。ストッカ室４０からは、未処理の上側サセプタ９２が取り出され、再び搬送アーム６０によってサセプタ交換室３０に搬送される。

下側サセプタ９１に、未処理の上側サセプタ９２を取り付ける手順は、図４（ａ）〜図４（ｃ）の手順を逆に行う。
例えば、図４（ｃ）に示すように、リフタ３１によって支持された被処理基板８０および下側サセプタ９１の上方に、ハンド部６１によって支持された未処理の上側サセプタ９２を位置させる。

次に、図４（ｂ）に示すように、被処理基板８０および下側サセプタ９１を、リフタ３１によってハンド部６１の位置よりも上側に押し上げる。ハンド部６１の位置は、図４（ｃ）の状態と同じである。この段階では、下側サセプタ９１の切り欠き９１ｎ同士が対向する方向と、第１延出部６１ａと第２延出部６１ｂとが対向する方向とが略平行になっているので、下側サセプタ９１は、ハンド部６１の第１延出部６１ａと第２延出部６１ｂとの間を通り抜ける。さらに、被処理基板８０および下側サセプタ９１をリフタ３１によって押し上げると、下側サセプタ９１と上側サセプタ９２とが接触する。すなわち、下側サセプタ９１と上側サセプタ９２とが嵌合して、下側サセプタ９１に上側サセプタ９２が取り付けられる。

続いて、下側サセプタ９１、および上側サセプタ９２をリフタ３１の回転によって略９０°回転する。被処理基板８０、下側サセプタ９１、および上側サセプタ９２が略９０°回転された後は、下側サセプタ９１の切り欠き９１ｎ同士が対向する方向と、第１延出部６１ａと第２延出部６１ｂとが対向する方向とが略直行する。

次に、図４（ａ）に示すように、リフタ３１を第１延出部６１ａおよび第２延出部６１ｂの位置よりもさらに下方に移動させる。ハンド部６１の位置は、図４（ｂ）の状態と同じである。この段階では、下側サセプタ９１の切り欠き９１ｎ同士が対向する方向と、第１延出部６１ａと第２延出部６１ｂとが対向する方向とが略直行しているので、下側サセプタ９１がハンド部６１の第１延出部６１ａと第２延出部６１ｂとの間を通り抜けることはない。すなわち、下側サセプタ９１の両端が第１延出部６１ａおよび第２延出部６１ｂによって掛止される。これにより、被処理基板８０、下側サセプタ９１、および未処理の上側サセプタ９２は、第１延出部６１ａおよび第２延出部６１ｂによって支持される。

この後においては、被処理基板８０、下側サセプタ９１、および未処理の上側サセプタ９２は、搬送アーム６０によって、処理室２０、２１、２２のいずれかに搬送される。そして、被処理基板８０に処理が施される。

上側サセプタ９２を複数収納することが可能なストッカ室４０について説明する。
図５は、第１の実施の形態に係る薄膜形成装置のストッカ室の要部断面模式図である。ストッカ室４０は、密閉容器４１と、複数のトレイ部４２と、複数のトレイ部４２を一括して上下に移動することができる上下移動機構４３と、を備える。密閉容器４１の内部には、トレイ部４２が積層されている。それぞれのトレイ部４２には、上側サセプタ９２を載置することができる。ストッカ室４０は、上側サセプタ９２を多段に積み重ねることが可能な構造となっている。

ストッカ室４０は、処理室２０、２１、２２のいずれかにおいて処理された上側サセプタ９２と、処理される前の上側サセプタ９２と、を収納することが可能である。
例えば、ストッカ室４０の領域９３のトレイ部４２には、未処理の上側サセプタ９２が収納され、領域９４のトレイ部４２には、処理された上側サセプタ９２が収納される。上側サセプタ９２の搬入出は、搬送アーム６０のハンド部６１によって行われる。

未処理の上側サセプタ９２をストッカ室４０から取り出す場合には、第１延出部６１ａおよび第２延出部６１ｂが挿入される位置に領域９３のトレイ部４２を位置させた後、領域９３のトレイ部４２に収納された、未処理の上側サセプタ９２をハンド部６１によって取り出す。取り出された未処理の上側サセプタ９２は、例えば、搬送アーム６０によってサセプタ交換室３０に搬送される。

処理された上側サセプタ９２をストッカ室４０に収納する場合には、第１延出部６１ａおよび第２延出部６１ｂが挿入される位置に領域９４のトレイ部４２を位置させた後、領域９４のトレイ部４２に処理された上側サセプタ９２をハンド部６１によって収納する。

なお、ストッカ室に関しては、１つであるとは限らない。処理された上側サセプタ９２を収納する専用ストッカ室と、処理される前の上側サセプタ９２を収納する専用ストッカ室と、を搬送室１０に連結させてもよい。

次に、図１〜図５を参照しながら、サファイア基板を被処理基板８０として、薄膜形成装置１を用いて被処理基板８０の上側に、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を形成する具体的な製造過程について説明する。以下の説明では、処理室２０、２１、２２は、半導体膜を形成するためのＣＶＤ室としている。

図６は、第１の実施の形態に係る発光素子の製造過程を説明する要部断面模式図であり、（ａ）は、ｎ形半導体層の製造過程を説明する図、（ｂ）は、発光層の製造過程を説明する図、（ｃ）は、ｐ形半導体層の製造過程を説明する図、（ｄ）は、半導体多層構造体の拡大図である。

まず、サセプタ９０に、複数の被処理基板８０を設置した後、サセプタ９０に支持された被処理基板８０をロードロック室５０に搬入する。被処理基板８０は、例えば、ウェーハ状のサファイア基板である。サセプタ９０においては、下側サセプタ９１の表出面が未処理の上側サセプタ９２に覆われている（図２（ｂ）参照）。ロードロック室５０においては、大気に開放されて、被処理基板８０およびサセプタ９０がロードロック室５０に搬入された後、真空引きがなされ、不活性ガス（例えば、窒素、希ガス）の雰囲気に置換される。

次に、サセプタ９０に支持された被処理基板８０は、搬送アーム６０によって、搬送室１０を経由して処理室２０に搬送される。
処理室２０においては、被処理基板８０の上側に、ＣＶＤによって、ｎ形ＧａＮ層１００が形成される。ｎ形ＧａＮ層１００を成長させる際には、被処理基板８０の温度は、例えば、１０００℃〜１１００℃に加熱されている。この状態を、図６（ａ）に示す。
図６（ａ）に示すように、被処理基板８０の上側に、ｎ形ＧａＮ層１００が形成される。さらに、上側サセプタ９２の上側にもｎ形ＧａＮ層１００が形成される。

次に、ｎ形ＧａＮ層１００が形成された被処理基板８０は、サセプタ９０とともに、搬送アーム６０によってサセプタ交換室３０に搬送される（図４（ａ）参照）。

次に、ｎ形ＧａＮ層１００が形成された上側サセプタ９２は、下側サセプタ９１から取り外され（図４（ｂ）、（ｃ）参照）、搬送アーム６０によってストッカ室４０に搬送される。ｎ形ＧａＮ層１００が形成された上側サセプタ９２は、ストッカ室４０に収納される。この段階では、被処理基板８０および下側サセプタ９１は、サセプタ交換室３０内で待機している。

次に、搬送アーム６０によってストッカ室４０から未処理の上側サセプタ９２が取り出され、未処理の上側サセプタ９２がサセプタ交換室３０に搬送される。そして、未処理の上側サセプタ９２は、下側サセプタ９１に取り付けられる（この手順は、図４（ａ）〜図４（ｃ）の逆手順により行われる）。

次に、サセプタ９０に支持された被処理基板８０は、搬送アーム６０によって、搬送室１０を経由して処理室２１に搬送される。
処理室２１においては、ｎ形ＧａＮ層１００の上側に、ＣＶＤによって、発光層１０１が形成される。発光層１０１を成長させる際には、被処理基板８０の温度は、例えば、７００℃〜９００℃に加熱されている。この状態を、図６（ｂ）に示す。

図６（ｂ）に示すように、被処理基板８０の上側には、ｎ形ＧａＮ層１００／発光層１０１が形成される。上側サセプタ９２については、未処理のものを用いたので、上側サセプタ９２の上側には、発光層１０１が形成される。発光層１０１は、例えば、ＩｎＧａＮ層と、ＧａＮ層の多重量子井戸構造を有する。

次に、ｎ形ＧａＮ層１００／発光層１０１が形成された被処理基板８０は、サセプタ９０とともに、搬送アーム６０によってサセプタ交換室３０に搬送される（図４（ａ）参照）。

次に、発光層１０１が形成された上側サセプタ９２は、下側サセプタ９１から取り外され（図４（ｂ）、（ｃ）参照）、搬送アーム６０によってストッカ室４０に搬送される。発光層１０１が形成された上側サセプタ９２は、ストッカ室４０に収納される。この段階では、被処理基板８０および下側サセプタ９１は、サセプタ交換室３０内で待機している。

次に、サセプタ９０に支持された被処理基板８０は、搬送アーム６０によって、搬送室１０を経由して処理室２２に搬送される。
処理室２２においては、ｎ形ＧａＮ層１００／発光層１０１の上側に、ＣＶＤによって、ｐ形ＡｌＧａＮ層１０２／ｐ形ＧａＮ層１０３が形成される。ｐ形ＡｌＧａＮ層１０２／ｐ形ＧａＮ層１０３を成長させる際には、被処理基板８０の温度は、例えば、約１０００℃に加熱されている。この状態を、図６（ｃ）に示す。図６（ｄ）には、図６（ｃ）の符号１０５で囲む部分の拡大図が示されている。

図６（ｃ）、（ｄ）に示すように、被処理基板８０の上側には、ｎ形ＧａＮ層１００／発光層１０１／ｐ形ＡｌＧａＮ層１０２／ｐ形ＧａＮ層１０３がこの順に積層された半導体多層構造体１０４が形成される。上側サセプタ９２については、未処理のものを用いたので、上側サセプタ９２の上側には、ｐ形ＡｌＧａＮ層１０２／ｐ形ＧａＮ層１０３が形成される。

次に、半導体多層構造体１０４が形成された被処理基板８０は、サセプタ９０とともに、搬送アーム６０によって搬送室１０を経由してロードロック室５０に搬送される。ロードロック室５０から取り出された被処理基板８０は、さらに個片化されて、半導体多層構造体１０４を備えた発光素子が形成される。

このような薄膜形成装置１を用いて、半導体多層構造体１０４を形成すれば、処理室２０、２１、２２のそれぞれにおける処理の信頼性が向上する。

例えば、サセプタ交換室３０およびストッカ室４０を具備しない薄膜形成装置では、処理室２０、２１、２２のいずれかにおいて被処理基板８０を処理する前に、上側サセプタ９２によって下側サセプタ９１の表出面を被覆することができない。このため、被処理基板８０を支持する下側サセプタ９１の表出面は、処理室２０、２１、２２のそれぞれにおいて処理されてしまう。その結果、処理が増す毎に、下側サセプタ９１の表出面には、それぞれの処理室２０、２１、２２で処理された影響（履歴）が残ってしまう。

例えば、処理室２０、２１、２２のそれぞれがＣＶＤ室である場合、下側サセプタ９１の表出面には、それぞれの処理室２０、２１、２２において処理された反応生成物、残留ガス等が付着する。さらに、下側サセプタ９１と被処理基板８０とは、素材、表面状態、温度等が異なるため、同じ成膜条件で成膜処理を施しても、下側サセプタ９１に形成される被膜の成分と、被処理基板８０に形成される被膜の成分とが同じになるとは限らない。従って、被処理基板８０に積層される半導体多層構造体１０４の各層は、下側サセプタ９１に付着した反応生成物、残留ガス等によって汚染される場合がある。

さらに、下側サセプタ９１の表出面には、それぞれの処理室２０、２１、２２において処理された反応生成物、残留ガス等が付着するので、成膜処理をする毎に、下側サセプタ９１の表面状態が変わってしまう。このため、下側サセプタ９１の熱輻射条件が処理室２０、２１、２２のそれぞれにおいて変化してしまい、半導体多層構造体１０４を構成する各層の成膜の再現性が得られなくなる場合がある。

これに対し、薄膜形成装置１は、サセプタ交換室３０およびストッカ室４０を具備する。すなわち、薄膜形成装置１においては、処理室２０、２１、２２のいずれかにおいて被処理基板８０が処理される前に、未処理の上側サセプタ９２によって下側サセプタ９１の表出面を被覆することができる。従って、処理が増しても、下側サセプタ９１の表出面には、それぞれの処理室２０、２１、２２で処理された影響が残り難くなる。

例えば、処理室２０、２１、２２のそれぞれがＣＶＤ室である場合、下側サセプタ９１の表出面には、それぞれの処理室２０、２１、２２において処理された反応生成物、残留ガス等が付着し難くなる。その結果、被処理基板８０に積層される半導体多層構造体１０４の各層は、下側サセプタ９１に付着した反応生成物、残留ガス等によって汚染され難くなる。

さらに、下側サセプタ９１の表出面は、処理室２０、２１、２２のそれぞれにおいて処理される前に、未処理の上側サセプタ９２によって被覆される。このため、下側サセプタ９１の表出面の状態は、処理室２０、２１、２２のそれぞれにおいて処理する毎に変わることはない。

上側サセプタ９２についても、処理室２０、２１、２２のそれぞれにおいて処理される前に、未処理の上側サセプタ９２に置き換えられる。すなわち、処理室２０、２１、２２のそれぞれにおいて、被処理基板８０への成膜を開始する際には、常に未処理の上側サセプタ９２の表面が表出する。その結果、上側サセプタ９２の熱輻射条件は、処理室２０、２１、２２のそれぞれにおいて処理する毎に変化し難い。従って、半導体多層構造体１０４を構成する各層の成膜の再現性が向上する。

また、被処理基板８０として、サファイア基板の上側に予めｎ形ＧａＮ層１００が形成された基板を用いても、処理室２１でｎ形ＧａＮ層１００の上側に発光層１０１を形成し、処理室２２で発光層１０１上側にｐ形ＡｌＧａＮ層１０２／ｐ形ＧａＮ層１０３を形成することにより、同様の半導体多層構造体１０４が形成される。この場合、処理室２１において処理される前に、未処理の上側サセプタ９２によって下側サセプタ９１の表出面が被覆されるので、発光層１０１は、成膜条件を変えることなく再現性よく形成される。同様に、処理室２２において処理される前に、未処理の上側サセプタ９２によって下側サセプタ９１の表出面が被覆されるので、ｐ形ＡｌＧａＮ層１０２／ｐ形ＧａＮ層１０３は、成膜条件を変えることなく再現性よく形成される。

（第２の実施の形態）
図７は、第２の実施の形態に係る下側サセプタおよびスペーサの要部模式図であり、（ａ）は、下側サセプタの要部断面模式図、（ｂ）は、スペーサの要部平面模式図および要部断面模式図、（ｃ）は、下側サセプタおよびスペーサの要部断面模式図である。

図７（ａ）に示すように、第２の実施の形態の下側サセプタ９５には、被処理基板８０の外径よりも広い内径を有する凹部９５ａが設けられている。凹部９５ａの外周には、凹部９５ａの底面からさらに掘り下げた溝部９５ｂが設けられている。

図７（ｂ）に示す部材は、下側サセプタ９５と被処理基板８０との間に介在させるスペーサ（基板保持部材）２００である。スペーサ２００は、平面形状がリング状であり、その平面に対し略垂直な方向に凸部２００ｔが延在している。スペーサ２００の材質は、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、カーボン（Ｃ）、石英（ＳｉＯ_２）、ケイ素（Ｓｉ）、モリブデン（Ｍｏ）等である。

図７（ｃ）に示すように、スペーサ２００の凸部２００ｔと下側サセプタ９５の溝部９５ｂとを嵌合させると、スペーサ２００が下側サセプタ９５の凹部９５ａに嵌め込まれる。スペーサ２００を下側サセプタ９５の凹部９５ａに嵌め込むことにより、凹部９５ａの周辺底面の底上げが簡便になされる。スペーサ２００の上には、被処理基板８０が載置される。

処理室２０、２１、２２のいずれかにおいては、下側サセプタ９５にスペーサ２００を介して支持された被処理基板８０に対して処理をすることが可能である。

次に、スペーサ２００の板厚を変えた場合の例について説明する。
図８は、第２の実施の形態に係る下側サセプタ、スペーサ、および被処理基板の要部断面模式図であり、（ａ）は、第１のスペーサを用いた場合の要部断面模式図、（ｂ）は、第２のスペーサを用いた場合の要部断面模式図、（ｃ）は、第３のスペーサを用いた場合の要部断面模式図である。

図８（ａ）に示すように、第１のスペーサ２００Ａは、下側サセプタ９５の凹部９５ａに嵌め込まれている。さらに、下側サセプタ９５の凹部９５ａに、第１のスペーサ２００Ａを介して、被処理基板８０が設置されている。被処理基板８０の主面は、下側サセプタ９５の主面よりも低くなっている。

図８（ｂ）に示すように、第１のスペーサ２００Ａよりも板厚の厚い第２のスペーサ２００Ｂが下側サセプタ９５の凹部９５ａに嵌め込まれている。さらに、下側サセプタ９５の凹部９５ａに、第２のスペーサ２００Ｂを介して、被処理基板８０が設置されている。被処理基板８０の主面と、下側サセプタ９５の主面とは、同じ高さ（面一）になっている。

図８（ｃ）に示すように、第２のスペーサ２００Ｂよりも板厚の厚い第３のスペーサ２００Ｃが下側サセプタ９５の凹部９５ａに嵌め込まれている。さらに、下側サセプタ９５の凹部９５ａに、第３のスペーサ２００Ｃを介して、被処理基板８０が設置されている。被処理基板８０の主面は、下側サセプタ９５の主面よりも高くなっている。
このように、下側サセプタ９５は共通で、板厚の異なるスペーサ２００を凹部９５ａに嵌め込むことにより、被処理基板８０の主面の高さを簡便に変えることができる。

スペーサ２００を用いた場合の効果について説明する。
処理室２０、２１、２２における薄膜形成では、被処理基板８０が下側サセプタ９５の凹部９５ａに設置された状態で被膜が形成される。凹部９５ａの形状は、被処理基板８０の温度分布に影響する。被処理基板８０の温度分布については、被処理基板８０の中心から外周へ向けて均一になることが好ましい。

例えば、図９に、比較例として、スペーサ２００を介さずに、被処理基板８０を下側サセプタ９６の凹部９６ａに設置した場合の成膜例を示す。
図９（ａ）は、比較例に係る下側サセプタおよび被処理基板の要部断面模式図であり、図９（ｂ）は、比較例に係る温度の面内分布を示すグラフである。

図９（ａ）に示すように、比較例に係る下側サセプタ９６は、凹部９６ａが２段構造になっている。凹部９６ａ内に設けられた端部９６ｅにより被処理基板８０が支持される。このような状態で被処理基板８０に成膜を試みると、図９（ｂ）に示すように、被処理基板８０の中心部の温度に比べ、被処理基板８０の外周の温度が高くなる場合がある。これは、被処理基板８０の外周のみが下側サセプタ９６の端部９６ｅと接触することによって、下側サセプタ９６から被処理基板８０の外周に熱が伝導し易くなり、基板外周の温度が相対的に上がるためである。これにより、被膜の膜厚や組成などの膜質の分布が不均一になる場合がある。

さらに、製造ばらつきによって凹部９６ａの深さがそれぞれの下側サセプタ９６毎に変化してしまい、被処理基板８０の主面の高さと下側サセプタ９５の主面の高さの相違、原料ガスの乱流等が相互に作用して、膜質の分布が不均一になってしまう。

また、下側サセプタ９６の製造ばらつきによって、均一な形状の凹部９６ａが常に製造されるとは限らない。このため、下側サセプタ９６に支持される被処理基板８０の設置状態にばらつきが生じる。このような要因によっても膜質の面内分布が不均一になってしまう。

また、同じ下側サセプタ９６を使用する限り、常に同じ形状、材質の下側サセプタ９６が使用される。従って、共通の下側サセプタ９６を用いても、成膜条件を変える毎に、面内分布がさらにばらつく場合もある。

これに対し、スペーサ２００を下側サセプタ９５と被処理基板８０との間に介在させることにより、被処理基板８０の基板面内温度、被処理基板８０の主面の高さと下側サセプタ９５の主面の高さの相違、原料ガスの乱流等を制御できる。また、下側サセプタ９５は共通のまま、それぞれの成膜条件に対応して、膜質の面内分布の均一化を図ることができる。

具体的には、スペーサ２００の材質を選択することにより、下側サセプタ９５と被処理基板８０との間の熱伝導率、熱膨張率を簡便に変えることができる。また、スペーサ２００を用いて、被処理基板８０の主面が下側サセプタ９５の主面よりも高く設定するほど、被膜の膜厚を厚く形成することができる。

すなわち、スペーサ２００の板厚を調整することにより、それぞれの成膜条件に対応して、膜質の面内分布の均一化を図ることができる。また、スペーサ２００を用いれば、共通の下側サセプタ９５で足りるので、下側サセプタの製造コストが上昇することもない。また、下側サセプタ９６の製造ばらつきがあっても、スペーサ２００を用いれば、被処理基板８０の主面の高さを簡便に調整できる。

なお、被処理基板８０の面内温度の分布の調整については、スペーサ２００の板厚を変える手段のほかに、以下に示す手段でも対応可能である。
図１０は、第２の実施の形態の変形例に係る下側サセプタ、スペーサ、および被処理基板の要部断面模式図であり、（ａ）は、第４のスペーサを用いた場合の要部断面模式図、（ｂ）は、第５のスペーサを用いた場合の要部断面模式図、（ｃ）は、第６のスペーサを用いた場合の要部断面模式図である。

図１０（ａ）に示すように、第４のスペーサ２００Ｅの幅は、第１のスペーサ２００Ａの幅よりも広くなっている。
図１０（ｂ）に示すように、第５のスペーサ２００Ｆの幅は、第４のスペーサ２００Ｅの幅よりも広くなっている。
図１０（ｃ）に示すように、第６のスペーサ２００Ｇの幅は、第５のスペーサ２００Ｆの幅よりも広くなっている。
このようなスペーサ２００Ｅ、２００Ｆ、２００Ｇを使い分けることにより、被処理基板８０の面内温度の分布を調整することができる。

以上、具体例を参照しつつ本実施の形態について説明した。しかし、本実施の形態はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本実施の形態の特徴を備えている限り、本実施の形態の範囲に包含される。さらに、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することもできる。

１薄膜形成装置
１０搬送室
２０、２１、２２処理室
３０サセプタ交換室
３２駆動機構
４０ストッカ室
５０ロードロック室
６０搬送アーム
６１ハンド部
６１ａ第１延出部
６１ｂ第２延出部
８０被処理基板
９０サセプタ
９１下側サセプタ（第１のサセプタ）
９２上側サセプタ（第２のサセプタ）
９５下側サセプタ
９６下側サセプタ
１０４半導体多層構造体
２００、２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｅ、２００Ｆ、２００Ｇスペーサ

Claims

第１のサセプタに支持された被処理基板を搬送する搬送アームが設置された搬送室と、
前記搬送室に連結され、前記搬送アームによって搬送された前記被処理基板に処理を施すことが可能な複数の処理室と、
前記搬送室に連結され、前記第１のサセプタの表出面を覆う第２のサセプタを前記第１のサセプタに着脱することが可能なサセプタ交換室と、
を備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
前記搬送アームの先端部分は、互いに対向する第１延出部と第２延出部とに分岐され、
前記第１延出部と前記第２延出部との間隔は、前記第１のサセプタの主面に対して平行な方向の前記第１のサセプタの最大幅よりも狭く、前記第１のサセプタの主面に対して略平行な方向の前記第１のサセプタの最小幅よりも広いことを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
前記サセプタ交換室は、前記第１のサセプタを前記第１のサセプタの主面に対して略平行な方向に回転させることが可能な駆動機構を有することを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜形成装置。
前記サセプタ交換室は、前記第１のサセプタを前記第１のサセプタの主面に対して略垂直な方向に移動させることが可能な駆動機構を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の薄膜形成装置。
前記搬送室に、前記第２のサセプタを収納することが可能なストッカ室が連結され、
前記ストッカ室は、前記複数の処理室のいずれかにおいて処理された前記第２のサセプタと、処理される前の前記第２のサセプタと、を収納することが可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の薄膜形成装置。
前記複数の処理室のいずれかにおいては、前記第１のサセプタにスペーサを介して支持された前記被処理基板に対して処理をすることが可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の薄膜形成装置。