JP3964355B2

JP3964355B2 - 気相成長装置および気相成長方法

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Publication number: JP3964355B2
Application number: JP2003168657A
Authority: JP
Inventors: 俊範岡田; 伸昌田中; 豊新木
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-06-13
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2023-06-13
Also published as: JP2005005552A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、本発明は気相成長装置および気相成長方法に関するものであり、特に、均一な膜を被処理基板上に形成することができる気相成長装置と、そのような気相成長方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は、従来の横型ＭＯＣＶＤ(ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：有機金属化学気相蒸着法)装置の構造を示す縦断面図である。図１２に示すように、従来の横型ＭＯＣＶＤ装置においては、直方体形状のチャンバー１を貫通する流路構成部材７が設置され、一端にガス供給口３が形成され、他端にはガス排出口４が形成されている。流路構成部材７の略中央部には、円形の開口部１０が設けられており、開口部１０には、被処理基板１１を載置する基板保持部材１２と基板保持部材１２を保持するサセプタ１３が位置している。流路構成部材７の底板部の表面と基板保持部材１２の表面とは略同一平面を形成している。また、サセプタ１３の下部には被処理基板１１を加熱するための基板加熱ヒーター１５が設置されている。
【０００３】
被処理基板１１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）をガス供給口３から流路構成部材７で形成された反応室２へ導入する。このときサセプタ１３の下部に設けられた基板加熱ヒーター１５により被処理基板１１が加熱され、被処理基板１１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１１上に薄膜が形成される。被処理基板１１上を通過したガスは、ガス排出口４より排出される。
【０００４】
このような横型ＭＯＣＶＤ装置で品質の良い優れた結晶成長を実現させるためには、高温のサセプタ１３上にある被処理基板１１付近において、ガス供給口３から導入されて流路構成部材７を流れるガスの流速分布や温度が、空間的に均一でなければならない。そのため、流路構成部材７の内部におけるガスの流れにおいて渦や乱れが発生しないようにし、ガスが層流となるように、ガスの流し方や温度の制御および反応炉の工夫が必要である。
【０００５】
基板保持部材１２の表面と、流路構成部材７の底板部８の表面の相対位置関係によって、被処理基板１１の近傍の材料ガスの流れが大きく変化し、薄膜形成に大きな影響を及ぼす。そのため相対位置関係の精度は０．１ｍｍ以下の精度が要求され、両者の位置決め精度が非常に重要である。
【０００６】
この位置決め方法に関する第１の従来例として、基板保持部材１２の表面と流路構成部材７の底板部の表面の相対位置関係、すなわち両者間の隙間、平行度を隙間ゲージ（ブロックゲージ）等を用いて測定する方法がある。
【０００７】
また、第２の従来例として、特許文献１に記載されている位置決め方法がある。図１３にその気相成長装置の構造を示す。特許文献１には、図１３に示すような多数枚の半導体基板上に同時にエピタキシャル成長させることが可能なバレル型ＭＯＣＶＤ装置が記載されている。このバレル型ＭＯＣＶＤ装置は、ガス供給口３およびガス排出口４を備えた反応室２、被処理基板１１を保持するサセプタ１３、サセプタ１３を支持するサセプタ支持部材２７、および、サセプタを回転させる回転装置２８からなり、サセプタ１３の中心軸に対する回転軸の変位を測定する位置測定装置１９、この位置測定装置１９の信号に応じて位置を調整する位置調整装置１８、および、位置調整装置１８を制御する制御装置２３を有している。
【０００８】
このように位置測定装置１９、位置調整装置１８、および、制御装置２３を設けたことにより、サセプタ１３の回転軸と中心軸とのズレを検出し、調整して、加熱源と被処理基板１１との距離を各被処理基板１１で略等しくすることができる。それによって、不純物濃度等に起因する均一な電気的特性、および光学的特性を有するエピタキシャル層を再現性良く成長させることができる。
【０００９】
また、一般に流路構成部材７および基板保持部材１２は、次の理由から石英材料が用いられる。石英材料は、高純度化が容易で熱的にも化学的にも安定している。加工が容易で任意の形状に整形可能である。石英反応管の内面に付着した半導体材料のみを適当なエッチング液で洗浄が可能で、繰り返し使用することができる。等多くの利点がある。
【００１０】
しかしながら、石英材料で構成した流路構成部材７の壁面や、基板保持部材１２には、半導体薄膜結晶が付着して積層することが避けられない。付着した半導体薄膜結晶と石英とは、濡れ性および密着性が悪く、また、石英材料と半導体結晶材料との熱膨張率が異なることに起因して、被処理基板の昇温や降温に伴って石英管内面に付着した半導体薄膜が剥離するという現象が発生する。この剥離した半導体薄膜が、気相成長前もしくは気相成長中に成長基板面に付着した場合、要求される正常なエピタキシャル層は得られず、その後のデバイスプロセス等へ供することは不可能となってしまう。
【００１１】
また、半導体薄膜結晶の積層状態によっては、ガスの流れが乱されるといった現象も発生する。このような問題を回避するため、従来このような剥離やガスの流れを乱す半導体薄膜結晶が発生する前に、流路構成部材や基板保持部材を取り出して洗浄する方法が一般的に用いられている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平８−２１３３２９号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、相対位置関係の精度は０．１ｍｍ以下の精度が要求されている。第一の従来例においては、隙間ゲージ（ブロックゲージ）等を用いて人手により測定しているため、上記の精度を確保することが困難であり、測定者による個人差が発生するなどの問題があった。
【００１４】
また、第二の従来例のような位置測定装置１９と位置調整装置１８からなる構成は、基本的にはバレル型ＭＯＣＶＤ装置のみに適用できるものである。横型ＭＯＣＶＤ装置においても、同様に回転する基板保持部材の回転軸と中心軸にずれが生じるため、回転する基板保持部材の回転位置の測定には適用可能である。しかし、横型ＭＯＣＶＤ装置の場合、基板保持部材の実際の回転軸の位置と設計上の中心の位置のずれだけではなく、基板保持部材と流路構成部材の高さずれや、両者間の隙間を調整して、両者の相対位置関係を精度よく合わせこむ必要がある。そのため、第二の従来例に示す技術では、薄膜形成に大きな影響を及ぼす基板保持部材の表面と流路構成部材の底部の相対位置関係の測定を行うことができない。さらに、流路構成部材や基板保持部材が石英製の場合には、レーザ光を透過してしまうため、レーザ光を用いた位置測定は困難である。
【００１５】
また、流路構成部材や基板保持部材に付着して積層する半導体薄膜結晶問題を回避するためには、頻繁な流路構成部材や基板保持部材の洗浄を実施する必要がある。このような洗浄を繰り返し行うと、石英製の流路構成部材や基板保持部材は、エッチング処理によって、徐々にその寸法が変化していく。そのため、当初位置決めされた状態からずれていくという問題が発生する。しかし、このような洗浄の度に、従来のように隙間ゲージ（ブロックゲージ）等を用いて位置決めを行う場合には、その位置決めに際し、反応部が一度大気にさらされることになるため、洗浄の直後では残留酸素や残留水分がかなり存在する。このため真空ベークアウトなどの方法により残留酸素、残留水分除去を行うが、成膜可能なレベルに達するまで数時間から数十時間を要し、時間的ロスが大きく、生産性が著しく低下する。
【００１６】
一方、流路構成部材や基板保持部材を大気暴露することなく、自動搬送によって装置内外へ搬送および設置するようにすると、その設置位置精度は、自動搬送機構の位置決め精度に依存することとなる。そのため、このような方法では、位置決め精度を保証することができなかった。
【００１７】
本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、一つの目的は、基板保持部材と流路構成部材底部の相対位置関係を精度よく合わせることで、被処理基板表面に均一性の膜を気相成長させる気相成長装置を提供することであり、他の目的は、そのような気相成長方法を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この発明に基づいた気相成長装置に従えば、ガス供給口およびガス排出口に連通する反応室を構成し、そのいずれかの壁面に円形の開口部が形成された流路構成部材と、上記開口部に配設され被処理基板を保持する円形の基板保持部材と、上記基板保持部材を回転駆動させる回転装置とを備えた気相成長装置であって、上記被処理基板の主面に垂直な方向には、上記被処理基板との距離を測定するレーザ変位計を含む位置測定装置が配設され、流路構成部材および基板保持部材は石英により構成され、流路構成部材の開口部が形成された壁面および基板保持部材の表面の、上記位置測定装置による測定対象部位は、上記位置測定装置から出射するレーザ光を少なくとも測定に必要な程度に反射させるために失透状態に加工されており、上記流路構成部材と上記基板保持部材との位置関係を調整する位置調整装置および上記位置測定装置により得られたデータに基づいて上記位置調整装置を制御する制御装置を備えている。
【００１９】
上記気相成長装置によれば、レーザ変位計を含む位置測定装置を備え、その位置測定装置から出射したレーザ光がそれぞれ石英により構成された流路構成部材および基板保持部材において照射される測定対象部位が失透状態に加工されていることで、レーザ光がその測定対象部位において反射されて、測定対象部位に接触することなく、直接流路構成部材や基板保持部材の位置を測定することが可能となる。この測定結果に基づき、位置調整装置を作動させることで、実際の測定値に基づく位置調整を行なうことができる。その結果、流路構成部材と基板保持部との位置ずれによりガスの流れが乱れることを防止し、均一な膜を被処理基板上に形成することが可能となる。
【００２０】
上記気相成長装置において好ましくは、上記位置測定装置は上記流路構成部材を包囲し、気密状態を保持するチャンバーの外側に設けられている。この構成によると、チャンバーの気密性を害することなく、位置測定装置による測定を行なうことができる。
【００２１】
上記気相成長装置においてさらに好ましくは、上記位置測定装置は、上記被処理基板に対向する平面内の直交する２軸に沿って移動可能であり、上記制御装置は、上記２軸上の各点における測定値から、流路構成部材の開口部の周縁と基板保持部材との間隔を算出し、この算出結果に基づいて位置調整装置を制御する。この構成によると、位置測定装置の測定結果に基づき、基板保持部材と流路構成部材との間隔を、適切な間隔に調整することができる。
【００２２】
上記気相成長装置においてさらに好ましくは、上記位置測定装置は、流路構成部材および基板保持部材の測定対象部位の少なくとも３点について測定を行なうことが可能であり、上記制御装置は、上記少なくとも３点における測定値から、流路構成部材の開口部が形成された壁面と基板保持部材の表面との段差を算出し、この算出結果に基づいて位置調整装置を制御する。この構成によると、位置測定装置の測定結果に基づき、基板保持部材と流路構成部材の高さを、相互に適切な位置に調整することができる。
【００２３】
上記気相成長装置においてさらに好ましくは、上記位置測定装置は、画像取得装置をさらに備え、上記制御装置は、上記画像取得装置で撮影した画像を処理して算出したデータに基づいて、流路構成部材の開口部と基板保持部材との被処理基板の主表面の面内方向における位置関係を調整するよう位置調整装置を制御する。この構成によると、位置測定装置の画像取得装置で取得した画像に基づき、基板保持部材と流路構成部材との位置関係を調整することができる。
【００２４】
上記気相成長装置においてさらに好ましくは、上記画像取得装置により、上記基板保持部材の回転時の異なる位相における、少なくとも３つの画像データを取得し、上記各画像データから、各位相における基板保持部材の中心位置を算出し、上記算出した中心位置から、基板保持部材の回転時の、基板保持部材の中心の軌跡円を算出し、上記軌跡円の中心と上記開口部の中心位置とが一致するように位置調整装置を制御する。この構成によると、３枚の画像からなる画像データから、位置調整装置を制御するために必要なデータを取得することができる。
【００２５】
上記気相成長装置においてさらに好ましくは、上記制御装置は、上記画像取得装置により、上記基板保持部材１回転する間の画像を連続的に撮影して画像データを取得し、上記画像データを処理して、直交する２軸上における基板保持部材の外周と流路構成部材の開口部周縁との間隔の最大値および最小値を算出し、上記最大値および最小値が、上記の直交する２軸上において等しくなるように位置調整装置を制御する。この構成によると、連続して撮影した画像データから、位置調整装置を制御するために必要なデータを取得することができる。
【００２６】
上記気相成長装置においてさらに好ましくは、上記レーザ変位計の受光素子の前方に、上記レーザ変位計が出射するレーザ光を主に透過するバンドパスフィルタが配設されている。この構成によると、被処理基板が高温になり、被処理基板からレーザ光に干渉するような放射エネルギが放出されても、バンドパスフィルタによりそれらをカットすることができるので、その影響を回避しながら高温状態でも測定が可能である。
【００２７】
上記気相成長装置においてさらに好ましくは、上記レーザ変位計の受光素子の前方には、上記レーザ変位計の受光素子への光の入射角度を制限するスリットが配設されている。この構成によると、被処理基板が高温になり、被処理基板からレーザ光に干渉するような放射エネルギが放出されても、スリットによりレーザ光と異なる方向からの光をカットすることができるので、その影響を回避しながら高温状態でも測定が可能である。
【００２８】
この発明に基づいた気相成長方法に従えば、ガス供給口およびガス排出口に連通する反応室を構成し、そのいずれかの壁面に円形の開口部が形成された石英から構成された流路構成部材と、開口部に配設され被処理基板を保持して回転する円形の石英から構成された基板保持部材とを用いた気相成長方法であって、流路構成部材および基板保持部材において失透状態に加工された測定対象部位にレーザ光を照射して反射させることにより、流路構成部材と基板保持部材との位置関係を測定する工程と、測定された位置関係に基づいて、基板保持部材と流路構成部材との相対的な位置を調整する工程と、その相対的な位置を調整する工程の後、反応室内にガス供給口から所定のガスを供給して被処理基板の表面に所定の膜を成長させる工程とを備えている。
上記気相成長方法によれば、石英により構成された流路構成部材および基板保持部材において失透状態に加工された測定対象部位にレーザ光を照射することにより、レーザ光がその測定対象部位において反射されて、測定対象部位に接触することなく、直接流路構成部材や基板保持部材の位置を測定することが可能となる。そして、この測定結果に基づき、基板保持部材と流路構成部材との相対的な位置を調整することで、反応室内にガス供給口から供給される所定のガスの流れが乱れることが防止されて、被処理基板の表面に均一な膜を成長させることが可能となる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００３０】
（実施の形態１）
図１は本実施の形態における気相成長装置の構造を示す平面図、図２は縦断面図、図３は被処理基板周辺の構造を示す拡大図、図４はレーザ変位計による計測状態を示す説明図、図５は基板保持部材と開口部の位置を示す平面図、図６はレーザ変位計の計測結果を示すグラフである。
【００３１】
（気相成長装置の構造）
図１に示すように、この気相成長装置においては、内部を大気側と隔離し、気密状態を保持するチャンバー１の内部に筒状の流路構成部材７を配置しており、この流路構成部材７により直方体形状の反応室２を構成している。流路構成部材７の両端は、それぞれ上流側流路構成部材５および下流側流路構成部材６に連通している。上流側流路構成部材５の端部は、ガス供給口３を構成しており、下流側流路構成部材６の端部は、ガス排出口４を構成している。また、流路構成部材７は、反応室２の床を構成する平板状の底板部８と、側壁および天井を構成する天井部９の２つの部材によって構成されている。底板部８には、円形の開口部１０が形成されており、その開口部１０の内部には、被処理基板１１を載置する基板保持部材１２が設置されている。
【００３２】
基板保持部材１２は、適度な厚さを持った円盤状であり、表面には、被処理基板１１が設置されるために、被処理基板１１の寸法に適合した大きさで、被処理基板１１の厚みと等しい深さの座ぐり１２ａが形成されている。基板保持部材１２は、サセプタ１３上に取り付けられるため、その裏面には、サセプタ１３の外形寸法に適合した大きさの凹部１２ｂが配設されている。
【００３３】
サセプタ１３は円筒状に構成され、サセプタ１３は回転軸１４に取り付けられて支持されている。回転軸１４の他端は、モータ２９に連結され、これらにより回転装置が構成されており、基板保持部材１２および被処理基板１１を回転駆動させることができる。サセプタ１３の下部の回転軸１４との間には被処理基板１１を加熱するための基板加熱ヒーター１５が設置されている。また回転軸１４は、被処理基板１１の自動搬送が可能なように、上下移動可能に構成されており、軸端は駆動装置のあるチャンバー外に導出されるが、この部分は磁気シール、その他の方法でシールされている。チャンバー１の略中央部、つまり被処理基板１１の上方には、被処理基板１１が視認できるよう、ビューポート１６が設置されている。流路構成部材７は、保持台１７によって支えられており、保持台１７には、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向に位置調整が可能となるよう、位置調整装置１８が設置される。この位置調整装置１８は、油圧シリンダーなどで構成されており、後述する位置測定装置の測定データに基づいて、流路構成部材７を水平方向および高さ方向に調整する。
【００３４】
ビューポート１６の上部には、変位測定機構としてのレーザ変位計２４が、平面上を移動可能なように、ＸＹステージ３０に設置されている。レーザ変位計２４のレーザ光は、測定対象に照射され、その測定対象部位で反射したレーザ光が受光部に入射する位置を検出して、測定対象の位置を検出するものである。ただしレーザ変位計は、これに限定されるものではなく、レーザ光の反射により位置を計測するものであれば、他の方式のものでも適用可能である。
【００３５】
ビューポート１６は、レーザ光を透過するガラスで構成される。ビューポート１６のガラス面でのレーザ光の反射によって、誤測定を行わないように、レーザ変位計２４の測定レンジ外にビューポート１６のガラス面が位置している。また、ガラスの有無により、屈折率が変化し、レーザ変位計２４の出力が変化する。そのため、レーザ変位計２４の原点は、測定前にビューポート１６のガラスを介した状態で調整する。
【００３６】
流路構成部材７や基板保持部材１２は、石英によって構成されているので、通常の状態では、光を透過してしまい、レーザ変位計２４による測定は不可能である。そのため、レーザ変位計２４で位置を測定する測定対象部位は、予めレーザ光が十分に測定を行なえる程度に反射可能なように、エッチング等の処理によって失透状態に加工されている。本実施の形態では、図３に示すように、基板保持部材１２の被処理基板１１の表面と同一平面を成すように構成された表面Ａ、および、底板部８の反応室２内壁面が構成される表面Ｂに処理が施されている。この処理により、基板保持部材１２および流路構成部材７の底板部８の測定対照部位は、レーザ光を十分に反射することが可能となる。この失透状態への加工は、エッチングに限定するものではなく、薄膜成長工程や洗浄工程に悪影響を及ぼさず、光透過しないような方法であれば、表面コーティング処理を行っても良い。
【００３７】
基板保持部材１２は、基板搬送装置２０によって、下部ロードロック室２１Ｌを介して、大気側から搬入出可能に構成されている。また、流路構成部材７も流路構成部材搬送装置２２によって、大気側から搬入出可能に構成されている。
【００３８】
（気相成長装置の動作）
次に、反応室２での位置決めの流れの一例を説明する。まず、流路構成部材７である、底板部８が流路構成部材搬送装置２２によって、上部ロードロック室２１Ｕを介して、真空中のチャンバー１の内部に搬入され、所定の位置へ載置される。このとき、チャンバー１の内部には、天井部９は無く、ビューポート１６から底板部８が直接視認できる状態である。
【００３９】
次に、大気側から被処理基板１１を載置した基板保持部材１２が、下部ロードロック室２１Ｌを介して、基板搬送装置２０によって、真空中のチャンバー１の内部に搬入される。その際、サセプタ１３を支持する回転軸１４は降下しており、サセプタ１３上へ基板保持部材１２を載置可能な状態となっている。
【００４０】
その後、基板保持部材１２は、基板搬送装置２０からサセプタ１３上へ受け渡され、回転軸１４が再び上昇することで、反応室２まで移動する。この状態では、基板搬送装置２０によって決められた位置へ配置されているだけで、その相対位置関係の調整はなされていない。
【００４１】
図４および図５に基板保持部材１２と底板部８の位置関係を示す。図４に示すように、基板保持部材１２の表面Ａは、底板部８の表面Ｂと、同一平面を構成する必要がある。図５に示すように、基板保持部材１２の端部と底板部８の開口部１０の周縁間の距離も等しく保たなければならない。このように構成することによりガスの流れを乱すことなく薄膜の形成が可能となる。そのためには被処理基板１１の表面を基準平面として、これに対する流路構成部材７の位置ずれを算出する必要がある。そこで、図４に示すように、Ｘ軸またはＹ軸に沿ってレーザ変位計２４を移動させ、Ｘ軸、Ｙ軸上の各点における、表面Ａ、表面ＢのそれぞれのＺ軸座標を記録して、被処理基板１１、基板保持部材１２、および、流路構成部材７の底板部８の位置情報を得る。
【００４２】
このようにして得られた位置情報を図６に示す。図６は、横軸にＸＹステージのＸ軸またはＹ軸に沿う移動量を、縦軸にレーザ変位計２４により計測した測定対象部位との距離をプロットしたものである。したがって、横軸はＸ軸またはＹ軸上の座標を示し、縦軸はＺ軸の座標を示している。底板部８のＸ軸またはＹ軸に沿う位置における、基準平面（被処理基板１１の表面）に対する段差および傾きは、表面Ｂに対応する領域Ｂ１およびＢ２のＺ軸座標と、表面Ａに対応する領域ＡのＺ軸座標を比較することにより求められる。
【００４３】
基板保持部材１２の外周と底板部８の開口部１０の周縁との間隔は、領域Ａ，Ｂ１，Ｂ２と比較して、大きくレーザ変位計２４の出力が変化する個所であるＳ１、Ｓ２より求められる。このように基板保持部材１２の外周と底板部８の開口部１０のエッジの間には、空間が存在するため、レーザ光の反射位置が他と比較して大きく変化するため、この隙間部だけ大きく計測値が変化する。
【００４４】
以上のようなＸＹステージ３０の移動量の出力信号とレーザ変位計２４の出力信号によって、位置決めに必要な情報が得られるため、位置調整装置１８を制御する制御装置２３を介して、位置調整装置１８を駆動させ流路構成部材７の姿勢を微調整し、流路構成部材７の底板部８と基板保持部材１２との相対位置関係を調整することで、精度良く確実に位置決めすることができる。
【００４５】
最後に、天井部９が流路構成部材搬送装置２２によって、上部ロードロック室２１Ｕを介して、真空状態のチャンバー１の内部に搬入され、所定の位置へ載置される。ここでは、ビューポート１６からのレーザ光を遮らないように、天井部９を外した状態で位置決めを行っているが、天井部９が、レーザ光を十分に透過するほど透明性を有している場合や、レーザ光が通過する個所へスリット等の隙間が設けてあるような場合であれば、天井部９が所定位置に載置された状態で位置決めを行うことも可能である。
【００４６】
また、本実施の形態によれば、基板保持部材１２や底板部８への半導体薄膜結晶の洗浄工程のエッチング処理によって、徐々にその寸法が変化していった場合でも、実際の相対位置関係を位置測定装置により測定して求め、位置決めを行うので、常に実際の寸法に基づいた確実な位置決めが可能である。また変位測定機構であるレーザ変位計２４は、反応室２およびチャンバー１の外の大気側へ設置することができるため、基板保持部材１２と底板部８の相対位置関係の位置決めにおいて、反応室２を大気暴露することがない。その結果、従来のように真空ベークアウトなどの方法により残留酸素、残留水分除去を行う必要も無くなり、時間的ロスを削減し、生産性を向上させることが可能となる。
【００４７】
（実施の形態２）
次に本発明に基づく第２の実施の形態について、上記実施の形態と異なる構成のみを説明する。図７は本実施の形態の気相成長装置の構造を示す平面図、図８は画像取得装置により撮影した画像イメージ、図９は基板保持部材の回転状態を示す説明図、図１０は部分拡大した画像取得装置の画像を用いた処理方法を示す説明図、図１１は画像取得装置の画像を用いた処理方法を示す説明図である。本実施の形態においては、位置測定装置としてレーザ変位計２４、および、画像取得装置としてのＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）カメラ２５が設置されている。画像取得装置としては、上記のＣＣＤカメラの他、ＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌ−ＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）など他の方式の固体撮像素子を備えたカメラを用いてもよい。
【００４８】
上記実施の形態１では、位置測定装置としてレーザ変位計２４のみを用い、基板保持部材１２と底板部８の傾き、および開口部１０の周縁と基板保持部材１２の端部の隙間を測定しているが、その中でも隙間の測定においては、レーザ光のスポット径が精度に大きく影響するため、必要な位置合わせ精度が得られない可能性がある。
【００４９】
たとえば、底板部８の開口部１０の周縁において、レーザ光のスポット径が０．３ｍｍの場合、エッジ部分にレーザ光が当たっている状態から当たらなくなる状態まで、０．３ｍｍのストロークが存在することになる。そのため最大０．３ｍｍの誤差が含まれることになり、必要な精度０．１ｍｍを得ることができない。そこで、本実施の形態では、基板保持部材１２と底板部８のエッジ間の間隔を測定する方法として、ＣＣＤカメラ２５による画像撮影を行い、撮影された画像を処理することによって、両者の間隔を測定する。
【００５０】
図８にＣＣＤカメラ２５によって撮影される画像イメージを示す。ＣＣＤカメラ２５の選択にあたっては、円形の開口部１０の直径Ｄ１、位置決め精度の要求仕様を考慮して、適当な画素数のＣＣＤカメラが選択される。たとえば、基板保持部材１２の直径Ｄ２が８０ｍｍ、開口部１０の直径Ｄ１が８２ｍｍの場合、両者の隙間は、片側１．０ｍｍとなり、その位置決めに要求される精度が０．１ｍｍとした場合には、少なくとも１画素が０．１ｍｍ以下である必要がある。この場合、Ｄ１＝８２ｍｍ全てを画面内に収めるためには、最低８２０×８２０＝６７２，４００画素のＣＣＤカメラが必要となる。
【００５１】
次に、撮影されたＣＣＤカメラ２５の画像から、基板保持部材１２の端部と底板部８の開口部１０の周縁の間隔を求める方法について説明する。基板保持部材１２が静止した状態ならば、Ｘ軸、Ｙ軸上の間隔Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌｙ１，Ｌｙ２を算出し、これらが等しくなるように位置調整すれば良い。
【００５２】
基板保持部材１２を回転させると、通常は装置作製時の誤差等のために、わずかに偏心しながら回転する。図９に誇張して示すように、基板保持部材１２の外周は、図９に破線で示すような、ずれた位置に分布する。したがって基板保持部材１２の外周を基準とした中心Ｏ１と、基板保持部材１２を回転しさせたときの回転軸とは完全には一致しない。図９に示すように、基板保持部材１２の回転時には、基板保持部材１２の中心Ｏ１は、円形の軌跡を描きこの軌跡円の中心Ｏが実際の回転軸となる。このように、基板保持部材１２の中心Ｏ１と、軌跡円の中心すなわち回転軸Ｏとが一致していない場合には、間隔Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌｙ１，Ｌｙ２の値は、回転時の位相ごとに変化していく。したがって、最適な位置合わせを行うためには、底板部８の開口部１０の中心Ｏ２と、基板保持部材１２の実際の回転軸である、基板保持部材１２の中心Ｏ１が描く軌跡円の中心Ｏとを一致させる必要がある。
【００５３】
まず、回転の位相をずらした、少なくとも３枚のＣＣＤカメラ画像を撮影する。開口部１０の中心Ｏ２は、その開口部１０の周縁の少なくとも任意の３点を検出することで算出できる。同様に、基板保持部材１２の外周を基準とした中心Ｏ１は、基板保持部材１２の外周の少なくとも任意の３点を検出することで算出できる。これにより位相の異なる画像データ３枚から、基板保持部材１２の中心Ｏ１が描く軌跡円の中心Ｏを求めることができる。このようにして求めた軌跡円の中心Ｏと、開口部１０の中心Ｏ２の座標データから、Ｘ−Ｙ平面上での位置合わせ量を求めることができる。
【００５４】
本実施の形態においては、開口部１０の全体が入る画像データから変位量を求めているが、用いるＣＣＤカメラの画素数が必要な位置合わせ精度に不充分な場合には、部分的に拡大した画像を用いて、同様の処理を行うことで、位置合わせ量を求めることができる。図１０に部分拡大したＣＣＤカメラ画像を用いた処理方法を示す。図１０に示すような部分拡大した画像を順に撮影し、回転時の位相が異なる３枚の画像を取得する。これらの画像から上記と同様に、基板保持部材１２の中心Ｏ１が描く軌跡円の中心Ｏおよび、開口部１０の中心Ｏ２の座標を求めることができる。
【００５５】
本実施の形態の変形例について、図１１に基づき以下に説明する。図１１は、ＣＣＤカメラ２５によって撮影される画像イメージとその処理方法を示す概念図である。上述のように、基板保持部材１２の回転時には、基板保持部材１２の端部と底板部８の開口部１０の周縁の隙間の間隔（図１１に、Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌｙ１，Ｌｙ２で示す）は変動している。この影響を最小限にするには、Ｘ軸、Ｙ軸上の４箇所の隙間の間隔Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌｙ１，Ｌｙ２が、等しい範囲で変動するように調整すれば良い。この方法について、以下に説明する。
【００５６】
まず、ＣＣＤカメラ２５により、基板保持部材１２が１回転する間の画像を連続的に撮影する。これを画像処理して、図１１に示す４箇所の間隔Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌｙ１，Ｌｙ２のそれぞれの最大値および最小値を求める。次に、その最大値と最小値の差、すなわち変動幅ΔＬｘ１，ΔＬｘ２，ΔＬｙ１，ΔＬｙ２を求め、ΔＬｘ１とΔＬｘ２が等しくなる方向のＸ軸方向の移動量を求め、同様に、ΔＬｙ１とΔＬｙ２が等しくなる方向のＹ軸方向の移動量を求める。ここで求められたＸ軸、Ｙ軸方向の移動量に基づき、制御装置２３を介して位置調整装置１８を駆動させ、流路構成部材７の位置決めを行う。
【００５７】
次にレーザ変位計２４による測定方法について説明する。上記実施の形態１においては、開口部１０の周縁と、基板保持部材１２の外周の間隔もレーザ変位計２４で測定しているため、レーザ変位計２４を移動させ、Ｘ軸およびＹ軸上の各点において測定する必要がある。本実施の形態のように、ＣＣＤカメラ２５によって、上記の間隔を測定する場合は、実施の形態１のように、レーザ変位計２４を移動させながら各点において計測する必要はない。
【００５８】
基板保持部材１２と流路構成部材７の底板部８の段差を求めるだけであれば、基板保持部材１２および底板部８それぞれについて、任意の少なくとも３点のＺ軸方向の高さを計測することで、それぞれの平面座標を決定することができ、位置合わせを行うことが可能となる。したがって、実施の形態１のようにレーザ変位計２４の移動量と測定値を同期させて連続的に測定する必要は無く、ある３点におけるＺ軸の値を測定すれば足りる。
【００５９】
また、この場合、予め測定するポイントを決めておき、測定に必要な個数のレーザ変位計２４を設置しておくことで、ＸＹステージ３０を省略することもできる。尚、本実施の形態でも、実施の形態１に記載されている測定方法を用いてもよいことは言うまでも無い。
【００６０】
上記実施の形態１および２に記載したような気相成長装置においては、気相成長温度が１１００℃の高温になることもあり、この場合基板保持部材１２、サセプタ１３、底板部８が熱膨張し、それぞれの部材に用いられている材料の熱膨張係数の差、温度差により、基板保持部材１２と底板部８の相対位置関係がずれることがある。特に、底板部８は石英製であるのに対し、サセプタ１３は耐熱性および耐薬品性に優れるカーボン材料やセラミック材料で構成されている。このように底板部８とサセプタ１３とは材質が異なるため、その熱膨張率の差に起因してＺ軸の高さにずれが発生する。そのため、高温状態での位置ずれを予め測定しておき、温度に応じて高さ調整を行うことが必要である。
【００６１】
一般にレーザ変位計２４に用いられるレーザ波長は、赤色もしくは赤外領域である。加熱対象物の温度が上昇するに従って、加熱対象物から放射される放射エネルギの波長は短波長側へシフトしていく。そのため、たとえばサセプタ１３の温度が１１００℃に達した場合には、レーザ光の波長と干渉して受光部において、反射したレーザ光の検出が不可能になる。
【００６２】
そこで、上記の実施の形態に用いられる位置測定装置であるレーザ変位計２４に、レーザ光の波長を主に透過するバンドパスフィルタを、レーザ反射光の受光素子の手前に設置する。このようなバンドパスフィルタを受光素子の手前に設置することにより、放射エネルギの干渉を低減させ、高温状態での測定が可能となる。
【００６３】
また、レーザ反射光の受光素子に対する光の入射方向を制限するスリットを、受光素子の手前に設置してもよい。受光素子に上記のようなスリットを設置して、受光素子への反射したレーザ光が入射する方向以外からの不要な放射エネルギの入射を低減させることで、反射したレーザ光を主に検出することができるので、高温状態でも測定が可能となる。尚、バンドパスフィルタおよびスリットのいずれか一方を設置するようにしても良いし、両方を設置してもよい。
【００６４】
以上のように放射エネルギの干渉を防止する対策を行うことで、高温状態での位置計測が可能となる。これにより、高温状態での位置ずれを予め測定しておき、高温状態の各温度で測定データに基づき高さ調整を行うことが可能となる。
【００６５】
上記実施の形態では、流路構成部材７の床部に円形の開口部１０を形成し、その開口部１０に基板保持部材１２を介して被処理基板１１の主表面が上を向くようにしたが、開口部１０を流路構成部材７の天井部９に形成し、天井部９の天井面に開口部１０を形成し、被処理基板１１の主表面が下向きになるようにしてもよい。
【００６６】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるのではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、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。
【００６７】
【発明の効果】
本発明によると、流路構成部材と基板保持部との位置ずれを修正することができて、この位置ずれによるガスの流れが乱れを防止でき、被処理基板上に均一な膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に基づいた実施の形態１における気相成長装置の構造を示す平面図である。
【図２】この発明に基づいた実施の形態１における気相成長装置の構造を示す縦断面図である。
【図３】この発明に基づいた実施の形態１における気相成長装置の被処理基板周辺の構造を示す拡大図である。
【図４】この発明に基づいた実施の形態１における気相成長装置のレーザ変位計による計測状態を示す説明図である。
【図５】この発明に基づいた実施の形態１における気相成長装置の基板保持部材と開口部の位置を示す平面図である。
【図６】この発明に基づいた実施の形態１における気相成長装置のレーザ変位計の計測結果を示すグラフである。
【図７】この発明に基づいた実施の形態２における気相成長装置の構造を示す平面図である。
【図８】この発明に基づいた実施の形態２における画像取得装置により撮影した画像イメージである。
【図９】この発明に基づいた実施の形態２における基板保持部材の回転状態を示す説明図である。
【図１０】この発明に基づいた実施の形態２における部分拡大した画像取得装置の画像を用いた処理方法を示す説明図である。
【図１１】この発明に基づいた実施の形態２における画像取得装置の画像を用いた処理方法を示す説明図である。
【図１２】従来の技術における気相成長装置の構造を示す縦断面図である。
【図１３】従来の技術における気相成長装置の構造を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１チャンバー、２反応室、３ガス供給口、４ガス排出口、７流路構成部材、８底板部、９天井部、１０開口部、１１被処理基板、１２基板保持部材、１８位置調整装置、１９位置測定装置、２０基板搬送装置、２３制御装置、２４レーザ変位計、２５ＣＣＤカメラ（画像取得装置）。

Claims

ガス供給口およびガス排出口に連通する反応室を構成し、そのいずれかの壁面に円形の開口部が形成された流路構成部材と、前記開口部に配設され被処理基板を保持する円形の基板保持部材と、前記基板保持部材を回転駆動させる回転装置とを備えた気相成長装置であって、
前記被処理基板の主面に垂直な方向には、前記被処理基板との距離を測定するレーザ変位計を含む位置測定装置が配設され、
前記流路構成部材および前記基板保持部材は石英により構成され、
前記流路構成部材の開口部が形成された壁面および基板保持部材の表面の、前記位置測定装置による測定対象部位は、前記位置測定装置から出射するレーザ光を少なくとも測定に必要な程度に反射させるために失透状態に加工され、
前記流路構成部材と前記基板保持部材との位置関係を調整する位置調整装置、および、前記位置測定装置により得られたデータに基づいて前記位置調整装置を制御する制御装置を備えた、気相成長装置。
前記位置測定装置は、前記流路構成部材を包囲し、気密状態を保持するチャンバーの外側に設けられている、請求項１に記載の気相成長装置。
前記位置測定装置は、前記被処理基板に対向する平面内の直交する２軸に沿って移動可能であり、
前記制御装置は、前記２軸上の各点における測定値から、流路構成部材の開口部の周縁と基板保持部材との間隔を算出し、この算出結果に基づいて位置調整装置を制御する、請求項１または２に記載の気相成長装置。
前記位置測定装置は、流路構成部材および基板保持部材の測定対象部位の少なくとも３点について測定を行なうことが可能であり、
前記制御装置は、前記少なくとも３点における測定値から、流路構成部材の開口部が形成された壁面と基板保持部材の表面との段差を算出し、この算出結果に基づいて位置調整装置を制御する、請求項１〜３のいずれかに記載の気相成長装置。
前記位置測定装置は、画像取得装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記画像取得装置で撮影した画像を処理して算出したデータに基づいて、流路構成部材の開口部と基板保持部材との被処理基板の主表面の面内方向における位置関係を調整するよう位置調整装置を制御する、請求項１〜４のいずれかに記載の気相成長装置。
前記制御装置は、前記画像取得装置により、前記基板保持部材の回転時の異なる位相における、少なくとも３つの画像データを取得し、
前記各画像データから、各位相における基板保持部材の中心位置を算出し、
前記算出した中心位置から、基板保持部材の回転時の、基板保持部材の中心の軌跡円を算出し、
前記軌跡円の中心と前記開口部の中心位置とが一致するように位置調整装置を制御する、請求項５に記載の気相成長装置。
前記制御装置は、前記画像取得装置により、前記基板保持部材が１回転する間の画像を連続的に撮影して画像データを取得し、
前記画像データを処理して、直交する２軸上における基板保持部材の外周と流路構成部材の開口部周縁との間隔の最大値および最小値を算出し、
上記最大値および最小値が、上記の直交する２軸上において等しくなるように位置調整装置を制御する請求項５に記載の気相成長装置。
前記レーザ変位計の受光素子の前方には、前記レーザ変位計が出射するレーザ光を主に透過するバンドパスフィルタが配設されている、請求項１〜７のいずれかに記載の気相成長装置。
前記レーザ変位計の受光素子の前方には、前記レーザ変位計の受光素子への光の入射角度を制限するスリットが配設されている、請求項１〜８のいずれかに記載の気相成長装置。
ガス供給口およびガス排出口に連通する反応室を構成し、そのいずれかの壁面に円形の開口部が形成された石英から構成された流路構成部材と、前記開口部に配設され被処理基板を保持して回転する円形の石英から構成された基板保持部材とを用いた気相成長方法であって、
前記流路構成部材および前記基板保持部材において失透状態に加工された測定対象部位にレーザ光を照射して反射させることにより、前記流路構成部材と前記基板保持部材との位置関係を測定する工程と、
測定された前記位置関係に基づいて、前記基板保持部材と前記流路構成部材との相対的な位置を調整する工程と、
前記相対的な位置を調整する工程の後、前記反応室内に前記ガス供給口から所定のガスを供給して前記被処理基板の表面に所定の膜を成長させる工程と
を備えた、気相成長方法。