JP5315863B2 - 気相処理装置、気相処理方法および基板 - Google Patents

Description

この発明は、気相処理装置、気相処理方法および基板に関し、より特定的には、処理表面の欠陥を低減し、かつ、処理の均一性を向上させることが可能な気相処理装置、気相処理方法および基板に関する。

従来、基板などの処理対象物の表面に膜を形成するといった処理を行なうための気相処理装置が知られている（たとえば、特開２００２−３７１３６１号公報（以下、特許文献１と呼ぶ）、特開２００６−１３３２６号公報（以下、特許文献２と呼ぶ）参照）。特許文献１では、処理対象物としての基板表面に効率的に膜を気相成長させるため、原料ガスを基板表面に押圧するための押圧ガスを基板と対向する処理室壁部（上壁）から供給している。この押圧ガスの供給部においては、押圧ガスの供給方向を斜め下方向や水平方向に調整するため、ノズルのような器具を用いている。また、特許文献２でも、上述した押圧ガスに対応する整流ガスを処理室の上壁から処理室内部へ供給している。また、当該整流ガスの供給方向を斜め下方向へ調整するため、ノズルを用いている。
特開２００２−３７１３６１号公報 特開２００６−１３３２６号公報

上述した従来の気相処理装置では、以下のような問題があった。すなわち、複数のノズルから押圧ガス（整流ガス）が供給されているが、これらのガスは処理室の壁部（上壁）を均一に覆うようなガス層を形成しない場合があった。このようなガス層が形成されない場合、原料ガスの一部が上壁に到達し、上壁に原料ガスに起因する堆積物が付着する場合があった。このような堆積物が上壁(壁部）から剥がれて破片となると、当該破片が処理対象物の表面に付着して、多数の欠陥を形成することがあった。

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、処理表面での欠陥の発生が少ない処理を行なうことが可能な気相処理装置および気相処理方法を提供することである。

また、この発明のもう一つの目的は、上記気相処理方法を用いることで、均一性などに優れた処理を施された高品質の基板を提供することである。

この発明に従った気相処理装置は、反応ガスを流通させる処理室と、ガス導入部と、整流板とを備える。ガス導入部は、処理室の壁部において、反応ガスの流れる方向に沿って複数形成されている。整流板は、処理室の内部において、壁部の表面と平行に延びるとともにガス導入部を覆うように形成される。整流板は、ガス導入部から処理室の内部に供給されるガスを、反応ガスの流れる方向に沿った方向に流れるように案内する。整流板は、ガス導入部が形成された処理室の壁部において、反応ガスの流れる方向に対して交差する方向である幅方向に延びるように形成され、かつ、幅方向における長さが、処理室の幅方向における長さと同じになっている。

このようにすれば、整流板に案内されたガス（たとえばガス導入部が形成された壁部の表面（壁面）と整流板との間から噴出したガス）が、処理室の壁部表面にガス層を形成する。そして、このガス層が、処理室の壁部表面（たとえば処理対象物と対向する壁部表面）に反応ガスが到達する可能性を低減させる。この結果、壁部表面における反応ガスに起因する堆積物の堆積量を減少させることができる。このため、当該堆積物が壁部表面から剥がれることで形成される破片などの異物が処理室内部を浮遊し、処理対象物表面に付着する可能性を低減できる。そのため、当該異物の付着に起因する処理品質の低下を抑制できる。

また、幅方向に延在する整流板を用いるので、ガス導入部の数を極端に多くしなくても均一なガス層を形成することができる。

また、上記のような良好な（均一な）ガス層を壁部表面に形成すると、反応ガスの流れる方向における下流での反応ガスの流速増加の効果が著しい。このため、下流での処理速度（たとえば成膜処理であれば膜の成長速度）を増加することが出来る。ここで、基板支持台（サセプタ）を回転することによって処理対象物の一例である基板上の処理を均一化する（たとえば成膜処理を行なう場合には膜厚を均一化する）場合、下流での処理速度（たとえば膜の成長速度）の上昇が足りない場合には、サセプタの回転のみでは均一化が十分に出来ないことがある。しかし、本発明の気相処理装置を用いれば、下流での処理速度を増加し、基板上での処理の均一性（たとえば形成される膜の厚みや膜質の均一性）を確保することが可能になる。

この発明に従った気相処理方法は、上記気相処理装置を用いた気相処理方法であって、処理室の内部に処理対象物を配置する工程と、処理室の内部に反応ガスを供給して処理対象物に対する処理を行なう工程とを備える。処理を行なう工程では、処理対象物と対向する壁部の表面に沿って、反応ガスとは別に処理室に供給されたガスが流通する。反応ガスの流れる方向に対して交差する方向である幅方向におけるガスの流速分布は均一である。

ここで、ガスの流速分布が均一とは、幅方向におけるガスの流速のばらつきが、幅方向における平均の流速に対して１０％以内であることを意味する。また、具体的な測定方法としては、幅方向において５点の測定点について流速を測定し、その結果得られたデータから平均値を算出するとともに、得られた平均値と各データとの差の絶対値を平均値で割った値の百分率が１０％以下であれば、流速分布が均一であると判断する。

このようにすれば、壁部の表面に沿って流れるガスが当該壁部表面にガス層を形成する。そして、このガス層が、処理室の壁部表面（たとえば処理対象物と対向する壁部表面）に反応ガスが到達する可能性を低減させる。この結果、処理を行なう工程において、壁部表面にける反応ガスに起因する堆積物の堆積量を減少させることができる。このため、当該堆積物が壁部表面から剥がれることで形成される破片などの異物が処理室内部を浮遊し、処理対象物表面に付着する可能性を低減できる。そのため、当該異物の付着に起因する処理品質の低下を抑制できる。

また、上記のような良好な（均一な）ガス層を壁部表面に形成すると、反応ガスの流れる方向における下流での反応ガスの流速増加の効果が著しい。このため、下流での処理速度（たとえば成膜処理であれば膜の成長速度）を増加することが出来る。そのため、回転式のサセプタなどを用いた場合にも、基板上での処理の均一性（たとえば形成される膜の厚みや膜質の均一性）を確保することが可能になる。

この発明に従った基板は、上記気相処理方法を用いて製造される。このようにすれば、基板に対して、均一な処理を行なうことになるので、基板表面層（たとえば基板表面に形成された膜）の品質が良好な基板を得ることができる。

上述のように、本発明によれば、処理の均一性といった処理品質を向上させることができ、結果的に優れた品質の基板を得ることができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。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。

（実施の形態１）
図１は、本発明に従った気相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に示した気相処理装置の処理室の上壁をサセプタ側から見た模式図である。図３は、図２の線分ＩＩＩ−ＩＩＩにおける部分断面模式図である。図３は、図１に示した気相処理装置の処理室の上壁に形成されたガス供給口を説明するための模式図である。図１〜図３を参照して、本発明による気相処理装置の実施の形態１を説明する。

図１〜図３を参照して、本発明による気相処理装置１は、気相成長装置であって、処理室４と、処理室４の底壁の開口部７に設置されたサセプタ２と、処理室４の上壁６に形成された複数のガス供給口１３と、ガス供給口１３の出口側に設置された整流板２０と、反応ガス供給部材９と、ガス排気部材１０と、パージガスをガス供給口１３に供給するためのガス供給部１７とを備える。処理室４は、矢印１１、１２に示す反応ガスの流れる方向に対して垂直な方向における断面形状が矩形状の筒体である。

処理室４の底壁５には、平面形状が円形状の開口部７が形成されている。この開口部７の内部に、サセプタ２が配置される。サセプタ２の平面形状も円形状である。サセプタ２の上部表面は処理対象物である基板８を搭載する基板搭載面になっている。また、サセプタ２の上記基板搭載面と反対側の面である裏面の中央部には回転軸３が接続されている。回転軸３は図示しないモータなどの駆動源に接続されている。サセプタ２は、上述した駆動源からの動力が回転軸３を介して伝えられることにより、回転軸３が接続された中心部を中心として回転可能になっている。また、サセプタ２の裏面側には、サセプタ２を介して基板８を加熱するためのヒータ１６が設置されている。

処理室４の上壁６には、矢印１１、１２に示す反応ガスの流れる方向に沿って複数のガス供給口１３が形成されている。また、このガス供給口は、図２に示すように上述した反応ガスの流れる方向に対して交差する方向である幅方向（具体的には反応ガスの流れる方向に対して垂直な方向）に沿って、間隔（ピッチＰ）を隔てて複数並んだ状態で形成されている。すなわち、複数のガス供給口１３は、処理室４の上壁６にマトリクス状に整列した状態で形成されている。そして、ガス供給口１３の処理室４内部側の出口を覆うように整流板２０が形成されている。整流板２０は、図２に示すように処理室４の幅方向に沿って延在するように形成されている。図３に示すように、整流板２０は、反応ガスの流れる方向におけるガス供給口１３の上流側において上壁６に接続され、当該接続部からガス供給口１３の下流側まで上壁６と間隔を隔てて延びるように（上壁６の表面と平行に延びるように）形成されている。また、異なる観点から言えば、整流板２０は、処理室４の幅方向に並ぶ複数のガス供給口１３の上流側において上壁６に接続されている。整流板２０と上壁６との接続部は、幅方向に並ぶ複数のガス供給口１３の上流側において、幅方向に延びるように配置されている。

また、図３に示すように、ガス供給口１３の処理室４の内部側には、溝２１が形成されている。この溝２１は、図２および図３に示すように、(反応ガスの流れる方向において）ガス供給口１３の直径よりも広い幅を有するとともに、処理室４の幅方向に沿って延在するように形成されている。すなわち、この溝２１は、ガス供給口１３から供給されるパージガスを一旦蓄えるバッファ室としての機能を有している。この溝２１の高さＭは、整流板２０と処理室４の上壁６の間の距離Ｈよりも大きくなっている。また、ガス供給口１３の端部から整流板２０の先端部までの距離Ｌと、上述した整流板２０と上壁６との間の距離Ｈと、図２に示す隣接したガス供給口１３の間の距離であるピッチＰとについて、Ｌ／ＰＨ≧２０という関係を満足することが好ましい。なお、ここで長さＬ、距離Ｈ、ピッチＰのそれぞれの単位はミリメートル（ｍｍ）とする。

また、整流板２０の先端部２５は、単純な矩形状であってもよいが、図３に示すように楔型の断面形状を有するようにしてもよい。また、この先端部２５の角度は９０°以下とすることが好ましい。また、この先端部２５において鋭角となっている角部の位置は、図３に示すように整流板２０の厚み方向のほぼ中央部に位置するようにしてもよいが、他の任意の場所に先端部が位置するようにしてもよい。

ガス供給口１３のそれぞれには、ガス供給部１７からパージガスが供給される。ガス供給部１７は、それぞれのガス供給口１３について独立して流量を制御したパージガスを供給するようにしてもよい。具体的には、それぞれのガス供給口１３に繋がる配管に、それぞれ流量制御装置などを設置してもよい。また、複数のガス供給口１３を２つまたは３つ以上の複数のグループに分け、各グループ毎に共通する配管を接続し、当該配管に流量制御装置を設置することで、各グループ毎に流量を異ならせるようにしてもよい。また、処理室４の幅方向に並ぶ複数のガス供給口１３について、独立してパージガスの流量を制御するようにしてもよいし、当該幅方向に並ぶ複数のガス供給口１３を上述のように複数のグループに分け、各グループ毎にパージガスの流量を異ならせてもよい。この場合も、幅方向に並ぶ複数のガス供給口１３にそれぞれ繋がる配管、または各グループ毎に共用される配管に流量制御装置を設置することで、パージガスの流量を独立して制御することが出来る。

処理室４に反応ガスを供給する反応ガス供給部材９からは、矢印１１に示すように反応ガスが処理室４の内部へと供給される。このとき、複数種類の反応ガスを処理室４の内部に供給するため、処理室４への反応ガスの供給部におけるガス流路を厚み方向に仕切るための仕切り板１８、１９が設置されている。この２枚の仕切り板１８、１９によって、処理室４の内部へと供給されるガスの流路は入口側で厚み方向の３層に分離された状態になっている。このようにして供給された反応ガスは処理室４の内部での処理に用いられた後、ガス排気部材１０によって矢印１２に示すように処理室４の内部から排気される。

次に、図１〜図３に示した気相処理装置を用いた気相処理方法を説明する。図４は、図１に示した気相処理装置を用いて実施される気相処理方法を説明するためのフローチャートである。図４を参照して、図１に示した本発明による気相処理装置を用いた気相処理方法は、気相成長方法であって、まず準備工程（Ｓ１０）を実施する。この準備工程（Ｓ１０）においては、サセプタ２上に処理対象物である基板８を搭載する。

次に、図４に示すように処理工程（Ｓ２０）を実施する。具体的には、基板８が内部に配置された処理室４の内部を所定の圧力にまで減圧する。このとき、ガス排気部材１０を用いて、処理室４の内部の雰囲気ガスを排気することにより処理室４の内部の圧力を調整する。そして、ヒータ１６によってサセプタ２および基板８を加熱し、所定の温度条件とする。この状態で、反応ガス供給部材９から図１の矢印１１に示すように処理室４の内部に反応ガスを供給する。また、このときガス供給部１７からガス供給口１３を介して、処理室４の上壁６側から処理室４へとパージガスを供給する。

たとえば、基板８としてＧａＮ基板を用い、当該基板８上にＧａＮ膜をエピタキシャル成長させる場合、反応ガス供給部材９から供給される反応ガスとしては、アンモニアガス、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスなどを用いることができる。たとえば、処理室４の底壁５に最も近い位置の反応ガス供給部（仕切り板１９の下側）からアンモニアガスを供給する。そして、処理室４の上流側における高さ方向の中央に位置する反応ガス供給部（仕切り板１８と仕切り板１９の間）からは有機金属であるトリメチルガリウム（ＴＭＧ）とキャリアガス（水素ガス）とを供給する。そして、処理室４の上流側において、高さ方向の最も上方の反応ガス供給部（仕切り板１８の上側）からは、キャリアガス（窒素ガス）を供給する。

また、このとき、ガス供給口１３に流すパージガスとしては上述した反応ガス供給部材９から供給されるいずれかのガス（たとえば窒素ガスやアンモニアガス、またはそれらの混合ガス）を用いることができる。

この結果、基板８の表面上に所定の膜が形成される。この結果得られた基板は図５に示すように、基板８の表面上にエピタキシャル層４８が形成されたエピタキシャル層付き基板４９である。図５は、図４に示した気相処理方法を用いて形成されたエピタキシャル層付き基板を示す模式図である。

ここで、本実施例の処理を施されたエピタキシャル膜付き基板４９は光学顕微鏡観察により見られる直径５μｍ以上の欠陥の表面密度が１ｃｍ^−２以下であった。また同時に、ガス供給口１３からのパージガスの流量を最適化した場合のエピタキシャル層４８の均一性を示す指標（エピタキシャル層４８の厚みの最大値と最小値の差をそれらの中間値で割った値）は１％以下であった。なお、上述した指標を算出するためのエピタキシャル層４８の厚みのデータは、たとえば光干渉法やＸ線回折法を用いて得ることができる。具体的には、エピタキシャル層４８が形成された基板全面について、光干渉法により１ｍｍピッチでエピタキシャル層４８の厚みを測定し、基板全面についての当該測定データから厚みの最大値および最小値、さらにそれらの中間値を算出する。そして、得られたデータから、上記指標の値を算出することができる。

（実施の形態２）
図６は、本発明による気相処理装置の実施の形態２を示す模式図である。図７は、図６の線分ＶＩＩ−ＶＩＩにおける部分断面模式図である。図６および図７を参照して、本発明による気相処理装置の実施の形態２を説明する。なお、図６は図２に対応し、図７は図３に対応する。

図６および図７に示すように、本発明による気相処理装置の実施の形態２は、基本的には図１〜図３に示した気相処理装置１と同様の構造を備えるが、処理室４（図１参照）の上壁６に形成されているパージガスを供給するための構造が異なる。すなわち、図６および図７に示した気相処理装置では、図１などに示す平面形状が円形状のガス供給口１３ではなく、上壁６において幅方向に延在するようにガス供給スリット２３が形成されている点が図１〜図３に示した気相処理装置と異なっている。このような構造とすれば、処理室４の幅方向におけるパージガスの供給流量をより均一化することが可能になる。

なお、ガス供給スリット２３の下端（整流板２０側）に、図３に示したような溝を形成してもよい。当該溝は、たとえば反応ガスの流れる方向において、ガス供給スリット２３の幅より広い幅を有するようにしてもよい。この場合、当該溝がバッファ室としての役割を果たすことにより、パージガスの流速の均一性をより向上させることができる。

（実施の形態３）
図８は、本発明による気相処理装置の実施の形態３を示す断面模式図である。図８を参照して、本発明による気相処理装置の実施の形態３を説明する。なお、図８は図１に対応する。

図８に示した気相処理装置は１、基本的には図１〜図３に示した気相処理装置１と同様の構造を備えるが、処理室４の上壁６が、反応ガスの流れる方向（供給方向）を示す矢印１１、１２に沿った方向における上流側から下流側に向けて底壁５に近づくように傾斜して配置されている点が異なる。すなわち、処理室４の内部の高さは、反応ガスの供給方向における上流側から下流側に向けて、特にサセプタ２と対向する領域においては徐々に小さくなるようになっている。このようにすれば、図１〜図３に示した気相処理装置による効果に加えて、ガス供給口１３から供給されるパージガスによって反応ガス供給部材９から供給される反応ガスを基板８側へと確実に押圧することになる。このため、基板８の表面における成膜処理などの反応の均一性や成膜速度などを向上させることができる。

図９〜図１１は、図８に示した気相処理装置における整流板の先端部の形状の変形例を示す断面模式図である。図９〜図１１を参照して、図８に示した気相処理装置１における整流板２０の先端部２５の変形例を説明する。

図９に示す整流板２０の先端部２５は、断面形状が半円状になっている。また、図１０に示すように、整流板２０の先端部２５は、図示しない処理室４の上壁６（図８参照）側に向けて傾斜した端面を有する形状（すなわち、先端部２５の端面の位置が整流板２０の先端側に向かうにつれて上壁６（図８参照）側に徐々に近づくような形状）としてもよい。また、図１１に示すように先端部２５の端面が、上述した上壁６（図８参照）から徐々に離れるように傾斜していてもよい。これらの整流板２０の先端部２５の断面形状は、パージガスの流量や反応ガスの流量などに応じて適宜選択することができる。

（実施の形態４）
図１２は、本発明による気相処理装置の実施の形態４を示す断面模式図である。図１２を参照して、本発明による気相処理装置の実施の形態４を説明する。なお、図１２は図１に対応する。

図１２を参照して、気相処理装置１は、基本的には図１〜図３に示した気相処理装置１と同様の構造を備えるが、処理室４の上壁６に突出部３０が形成されている点が異なる。すなわち、処理室４の上壁６においては、ほぼサセプタ２の上流側端部３１と対向する位置に突出部３０が形成されている。当該突出部３０は、処理室４の上壁６において突出部３０より上流側の領域における上壁６の表面から、高さＨだけ底壁５に突出している。また、反応ガスの流れる方向（供給方向）において、突出部３０は幅Ｗを有している。上記高さＨおよび幅Ｗは任意に決定することができる。また、突出部３０のピーク部（突出部３０のうち最も底壁５に近くなっている部分）の位置は、反応ガスの供給方向においてサセプタ２の上流側端部３１と重なる位置、あるいは当該上流側端部３１より上流側に位置することが好ましい。突出部３０には、上壁６の他の部分と同様にガス供給口１３が形成されている。

また、突出部３０は、反応ガスの供給方向に交差する方向（幅方向）に延在するように形成されている。当該突出部３０は、上記幅方向に直線状に延びるように形成されていてもよいし、たとえばサセプタ２の外周に沿って円弧状に延びるように形成されていてもよい。また、突出部３０の下流側の端部は、サセプタ２の中央部３２より上流側に位置することが好ましい。

また、反応ガスの流れる方向に沿った方向における突出部３０の断面形状の外形（最外周部を仮想線で繋ぐことにより形成される形状）は、半円状など表面が曲線状となっていることが好ましい。この場合、ほぼ層流状態で流れている反応ガスの流れを突出部３０により乱す程度を少なくし、より効果的に反応ガスを基板８側へ向かわせることができる。

このような構成を採用することにより、図１〜図３に示した気相成長装置１と同様の効果を得られるとともに、サセプタ２の上流側において突出部３０に沿ってパージガスや反応ガスが流れることになるので、サセプタ２上に保持された基板８の表面に、サセプタ２の上流側において十分な反応ガスを供給することができる。

上述した図１２に示す気相処理装置１を用いた気相処理方法は、基本的に図１〜図３に示した気相処理装置１を用いた気相処理方法と同様である。ただし、図４に示した処理工程（Ｓ２０）に対応する工程では、基板８と対向する壁部である上壁６と対向する他の壁部である底壁５と、上壁６との間の距離について、反応ガスの流れる方向においてサセプタ２の上流側端部３１における距離が反応ガスの流れる方向においてサセプタ２の中央部３２における上記距離より小さくなっているので、そこでの反応ガスの底壁へ向かう拡散が促進され、サセプタ２の中央部３２より上流側において、基板に対する処理を促進できる。具体的には、気相処理としてたとえばＩｎＧａＮ膜の成膜処理を行なう場合、基板８上に成膜されるＩｎＧａＮの成膜速度やＩｎ組成を向上させることができる。

なお、上述した実施の形態では、気相処理装置１の例として気相成長装置を用いて説明したが、本発明の気相処理装置のガス供給口１３、溝２１、ガス供給スリット２３や整流板２０といった構成は、ドライエッチング装置など他の気相処理装置に適用してもよい。また、図９〜図１１に示した整流板の先端部の形状の変形例は、上述した図１〜図３、図６、図７および図１２に示した気相成長装置１に適用してもよい。また、上壁６の突出部３０にガス供給口１３、整流板２０などを設けていない場合でも基板に対する処理を促進できる。

上述した実施の形態と一部重複する部分もあるが、本発明の特徴的な構成を列挙する。この発明に従った気相処理装置１は、反応ガスを流通させる処理室４と、ガス導入部（ガス供給口１３、溝２１、ガス供給スリット２３）と、整流板２０とを備える。ガス導入部は、処理室４の壁部（上壁６）において、反応ガスの流れる方向（矢印１１、１２に示す方向）に沿って複数形成されている。整流板２０は、処理室４の内部においてガス導入部を覆うように形成される。整流板２０は、ガス導入部から処理室の内部に供給されるガス（パージガス）を、反応ガスの流れる方向に沿った方向に流れるように案内する。整流板２０は、ガス導入部が形成された処理室４の上壁６において、反応ガスの流れる方向に対して交差する方向である幅方向に延びるように形成されている。

このようにすれば、整流板２０に案内されたパージガス（たとえばガス導入部が形成された上壁６表面と整流板２０との間から噴出したパージガス）が、処理室４の上壁６表面にガス層を形成する。そして、このガス層が、処理室４上壁６表面に反応ガスが到達する可能性を低減させる。この結果、上壁６における反応ガスに起因する堆積物の堆積量を減少させることができる。このため、当該堆積物が上壁６表面から剥がれることで形成される破片などの異物が処理室４内部を浮遊し、処理対象物としての基板８表面に付着する可能性を低減できる。そのため、当該異物の付着に起因する成膜処理やエッチング処理などの処理品質の低下を抑制できる。

また、幅方向に延在する整流板２０を用いるので、ガス供給口１３などの数を極端に多くしなくても均一なガス層を形成することができる。また、幅方向に複数のガス導入部を形成しておき、これらの幅方向に並んだ複数のガス導入部（ガス供給口１３を覆うとともに反応ガスの流れる方向（矢印１１、１２に示す方向）の下流側に開口を有するように整流板２０が形成されているので、一層幅方向におけるパージガスの流速分布を均一化できる。

また、上記のような良好な（均一な）ガス層を上壁６表面に形成すると、反応ガスの流れる方向における下流での反応ガスの流速増加の効果が著しい。このため、下流側でのエピタキシャル膜などの成長速度）を増加することが出来る。ここで、サセプタ２を回転することによって基板８上に形成される膜の膜厚を均一化する場合に、下流での膜の成長速度の上昇が足りないときには、サセプタ２の回転のみでは膜厚の均一化が十分に出来ないことがある。しかし、本発明の気相処理装置１を用いれば、下流での成長速度を増加させ、基板８上での成膜処理の均一性（たとえば形成される膜の厚みや膜質の均一性）を確保することが可能になる。

上記気相処理装置１において、整流板２０は、ガス供給口１３やガス供給スリット２３などのガス導入部を覆うと共に上壁６表面との間に間隙を介して配置される。上壁６表面と整流板２０との間の間隙は反応ガスの流れる方向における下流側に位置する開口部を介して処理室４内部と連通している。この場合、ガス導入部から導入されたパージガスを、反応ガスの流れる方向における下流側に向けて整流板２０により確実に案内することができる。

上記気相処理装置１において、整流板２０は、図２に示すように、幅方向における長さが処理室４の幅方向における長さと同じになっている。この場合、幅方向において整流板２０が複数に分割されている場合より、案内されるパージガスの幅方向における均一性を容易に高めることができる。また、気相処理装置１のメンテナンスを行なう場合にも、処理室４の幅方向に整流板２０が分割されている場合より整流板２０を構成する部材の数を少なくできるので、メンテナンスの手間を少なくすることができる。

上記気相処理装置１において、ガス導入部（ガス供給口１３）は、図２に示すように幅方向に複数個形成されていてもよい。図３に示すように、反応ガスの流れる方向におけるガス供給口１３の後端から整流板２０の後端までの距離をＬ、整流板２０と対向する壁部（上壁６）と整流板２０との間の距離をＨ、図２に示すように幅方向において隣接するガス供給口１３の間の距離（ピッチ）をＰとしたとき、
Ｌ／ＰＨ≧２０
という関係を満足するように、整流板２０のサイズおよびガス供給口１３の配置が決定されている。この場合、整流板２０の後端からパージガスが上壁６表面に沿って放出されるまでに、幅方向においてパージガスの流速が十分に均一化する。

上記気相処理装置１において、図２および図３に示すように、ガス導入部は、上壁６に形成されたガス導入用穴としてのガス供給口１３と、バッファ室としての溝２１とを含んでいてもよい。溝２１は、ガス供給口１３に連なり、ガス供給口１３の幅より広い幅を有する。この場合、ガス供給口１３から溝２１に一旦パージガスが貯溜されることにより、ガス供給口１３から溝２１に供給されるパージガスの圧力変動などの影響を軽減して、安定した流量のパージガスを処理室４内部へと供給することができる。また、幅方向においてガス供給口１３の幅よりバッファ室としての溝２１の幅が広くなっているので、幅方向におけるパージガスの流速分布をより均一化できる。

上記気相処理装置１では、図３に示すように、整流板２０において反応ガスの流れる方向での後端部（先端部２５）は、反応ガスの流れる方向に沿った断面形状が楔形である。整流板２０の上記先端部２５の断面形状における角部のなす角度は９０°以下であってもよい。ここで、ガス供給口１３などのガス導入部から供給されたパージガスが整流板２０に沿って流れるときに、整流板２０の先端部２５において渦を発生させることがあるが、整流板２０の先端部２５を上述のように楔形にすることで、上記渦の発生を抑制することができる。また、上述のように角部のなす角度を９０°以下とすることで、特に渦発生の抑制効果を顕著にすることができる。

上記気相処理装置１は、複数のガス導入部（ガス供給口１３またはガス供給スリット２３）において、一のガス導入部と、当該一のガス導入部と異なる他のガス導入部とのそれぞれから異なる流量でパージガスを処理室４の内部に供給可能なガス供給部１７をさらに備えている。ここで、発明者は複数のガス供給口１３またはガス供給スリット２３から同じ流量のガスを供給した場合、反応ガスの流れる方向における下流側ほど上壁６表面での堆積物の発生が多くなるという知見を実験などにより得た。この場合、複数のガス供給口１３などについてガスの流量をすべて同じにして制御する場合、上記のような堆積物の発生を抑制するためには全体でガスの流量を大幅に増加させる必要がある。そこで、上記のように複数のガス供給口１３またはガス供給スリット２３のうちの一部についてガスの流量を独立して制御できれば、上記のような下流側での堆積物の発生を抑制するために必要なガス供給口１３またはガス供給スリット２３についてのみガスの流量を大きくするといった対応（たとえば、下流側に位置するガス供給口１３やガス供給スリット２３のガス流量を上流側に位置するガス供給口１３またはガス供給スリット２３のガス流量より多くする、といった対応）が可能になる。このため、効率的に処理の均一化や質の向上を図ることができる。

上記気相処理装置１では、図８に示すように、処理室４のガス導入部が形成された上壁６と対向する他の壁部（底壁５）と、整流板２０との間の距離は、反応ガスの流れる方向における下流側に向かうほど小さくなっていてもよい。この場合、底壁５側に基板８を搭載するサセプタ２などが配置される構成において、ガス層により上壁６表面を保護する機能に加えて、当該ガス層によって反応ガスを基板８側へ押圧する効果をより顕著に得ることができる。このため、基板８に対する成膜処理などの均一性をより向上させるといった効果を期待できる。

上記気相成長装置１では、図１２に示すように、処理室４の内部において処理対象物としての基板８を保持するサセプタ２をさらに備えていてもよい。処理室４においてガス導入部（ガス供給口１３）が形成された壁部（上壁６）と対向する他の壁部（底壁５）と、整流板２０との間の距離について、反応ガスの流れる方向においてサセプタ２の上流側端部３１における当該距離が、反応ガスの流れる方向においてサセプタ２の中央部３２における当該距離より小さくなっていてもよい。つまり、サセプタ２の上流側端部３１と対向する上壁６には突出部３０が形成されていてもよい。

この場合、サセプタ２の上流側端部３１近傍においては、処理室４の高さがサセプタ２の中央部３２近傍での高さより低くなるため、上流側から流れてきた反応ガスが、サセプタ２の中央部３２より上流側において、サセプタ２側（つまりサセプタ２に搭載されている処理対象物である基板８側）に近い領域を流れることになる。このため、サセプタ２の中央部３２より上流側において相対的に基板８に対する反応ガスによる処理を促進することができる。したがって、サセプタの中央部３２の上流側において処理速度が下流側より低下するといった問題の発生を抑制できる。たとえば、基板８としてＧａＮ基板を用い、当該基板８上にＩｎＧａＮ膜をエピタキシャル成長させる場合を考える。このとき、たとえば処理室４の底壁５に最も近い位置の反応ガス供給部（仕切り板１９の下側）からアンモニアガスを供給する。そして、処理室４の上流側における高さ方向の中央に位置する反応ガス供給部（仕切り板１８と仕切り板１９の間）からは有機金属であるトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびトリメチルインジウム（ＴＭＩ）とキャリアガス（水素ガス）とを供給する。そして、処理室４の上流側において、高さ方向の最も上方の反応ガス供給部（仕切り板１８の上側）からは、キャリアガス（窒素ガス）を供給する。この場合、図１２に示したような構成とすることで、サセプタ２の中央部３２より上流側において、基板８上に成膜されるＩｎＧａＮのＩｎ組成を向上させることができる。

この発明に従った気相処理方法は、処理室４の内部に処理対象物（基板８）を配置する工程（準備工程（Ｓ１０））と、処理室４の内部に反応ガスを供給して処理対象物（基板８）に対する処理を行なう工程（処理工程（Ｓ２０））とを備える。処理工程（Ｓ２０）では、基板８と対向する壁部（上壁６）の表面に沿って、反応ガスとは別に処理室４に供給されたガスが流通する。反応ガスの流れる方向に対して交差する方向である幅方向におけるガスの流速分布は均一である。

このようにすれば、上壁６表面に沿って流れるガスが当該上壁６表面にガス層を形成する。そして、このガス層が、処理室４の上壁６表面に反応ガスが到達する可能性を低減させる。この結果、処理工程（Ｓ２０）において、上壁６表面における反応ガスに起因する堆積物の堆積量を減少させることができる。このため、当該堆積物が上壁６表面から剥がれることで形成される破片などの異物が処理室４内部を浮遊し、基板８表面に付着する可能性を低減できる。そのため、当該異物の付着に起因する処理品質の低下を抑制できる。

また、上記のような良好な（均一な）ガス層を上壁６表面に形成すると、反応ガスの流れる方向における下流での反応ガスの流速増加の効果が著しい。このため、下流での処理速度（膜の成長速度）を増加することが出来る。そのため、回転式のサセプタ２を用いた場合、基板８上での処理の均一性（形成されるエピタキシャル層４８の厚みや膜質の均一性）を確保することが可能になる。

上記気相処理方法において、パージガスは、反応ガスの一部と同じガスであってもよい。ここで、反応ガスとは別に供給されたガスも、拡散によってある濃度で基板８に到達する。そのため、上述のようにすれば、処理の品質に対するパージガスの影響を低減できる。

上記気相処理方法において、処理工程（Ｓ２０）では、上記処理として基板８の表面にＶ族の元素を含む膜を形成する処理（たとえば窒化ガリウム（ＧａＮ）膜）を行なってもよく、ガスは、Ｖ族の元素を含むガスである。具体的には、Ｖ族の元素を含むガスとしてアンモニアガスなど窒素を含有するガスを用いてもよい。この場合、下流側で反応ガスにおけるＶ族元素の供給源となるガスの濃度が低下して、ＧａＮ膜などの形成速度が低下するといった問題の発生を抑制できる。

上記気相成長方法において、処理対象物を配置する工程では、処理対象物としての基板８は前記処理理室の内部においてサセプタ２に保持されてもよい。図１２に示す気相処理装置１のように、壁部としての上壁６と対向する他の壁部としての底壁５と、上壁６との間の距離について、反応ガスの流れる方向においてサセプタ２の上流側端部３１における上記距離が反応ガスの流れる方向においてサセプタ２の中央部３２における上記距離より小さくなっていてもよい。

この場合、上流側から流れてきた反応ガスが、サセプタ２の中央部３２より上流側において、サセプタ２側（つまりサセプタ２に搭載されている処理対象物である基板８側）に近い領域を流れることになる。このため、サセプタ２の中央部３２より上流側において相対的に基板８に対する反応ガスによる処理を促進することができる。したがって、サセプタの中央部３２の上流側において処理速度が下流側より低下するといった問題の発生を抑制できる。

この発明に従った基板は、エピタキシャル層付き基板４９であって、上記気相処理方法を用いて製造される。このようにすれば、基板８に対して、均一な処理を行なうことになるので、基板表面層（たとえば基板８表面に形成されたエピタキシャル層４８）の品質が良好なエピタキシャル層付き基板４９を得ることができる。

（実施例）
本発明の効果を確認するため、以下のような実験を行なった。

（実験内容について）
まず、図１〜図３に示す成膜装置を用いて成膜実験を行なった。用いた装置の条件を以下に説明する。成膜装置の流路の幅は約２１０ｍｍ、底壁５と上壁６との間の距離は約９ｍｍである。サセプタの直径は約２０５ｍｍである。通常のデバイス作製を目的とした成膜では、基板上に成長した膜の均一性を良くするために、サセプタを回転する。ガス流れ方向の成長速度、膜組成の分布を測定する場合は、サセプタの回転を停止して成膜する。基板の直径は約２５ｍｍで、サセプタに７枚載置する。基板は、サセプタ中央に１枚、その周囲にサセプタ中央を中心として点対称となるように６枚配置する。反応ガス供給部材からは３系統のガス供給を行い、仕切り板１８、１９によって３層の流れでガスを供給する。

実験では、ＧａＮ基板上にＩｎＧａＮ膜を成長した。反応ガス供給部材から供給するガスは、３層のうち一番下の層（底壁５に最も近い流路）からアンモニアガスを約２０ＳＬＭ、窒素ガスを約０．５ＳＬＭ混合して流した。また、３層のうち中間の層（仕切り板１８、１９に囲まれた流路）からＴＭＧを約３９μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＩを約１４５μｍｏｌ／ｍｉｎ、窒素を約１５ＳＬＭ混合して流した。また、３層のうち最も上の層（上壁６に最も近い流路）から窒素を約３５ＳＬＭ流した。サセプタ温度が約７６０℃になるように、サセプタ下から図示されていないヒータでサセプタを加熱した。成膜中は、サセプタの回転を止め、サセプタ上に載置した基板のうちの３枚が、流路の中心線上、つまりガス流れ方向に沿って直線状に並ぶようにサセプタの回転位置を保持した。成膜は約１時間行なった。

また、同様の実験を、図１２に示した突出部３０を形成した成膜装置においても実施した。成膜装置としては、突出部３０と底壁５の間の距離が３ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍと３条件の構造の成膜装置を用いた。なお、成膜装置における突出部３０以外の構造は、上述した図１〜図３に示した成膜装置と全て同じである。

（測定条件）
形成されたＩｎＧａＮ層の膜厚およびＩｎ組成はＸ線回折法により測定した。具体的には、得られた回折パターンに適合する膜厚とＩｎ組成の組み合わせを、Ｘ線回折シミュレーションにより求めた。測定は、基板上において流路の中心線上の位置に当たる箇所について行なった。このようにして、ガス流れ方向でのＩｎＧａＮ層の膜厚およびＩｎ組成の分布を求めた。

（実験結果）
実験結果を図１３に示す。図１３の横軸はサセプタの中心をゼロとして、上流側をマイナス、下流側をプラスとした反応ガスの流れる方向における位置（単位：ｍｍ）を示している。また、図１３の縦軸は、形成された膜（ＩｎＧａＮ膜）におけるＩｎ組成を示している。

図１３から分かるように、図１２に示すような突出部３０を形成していない場合（図１〜図３に示した成膜装置を用いた場合であって、絞り高さ９ｍｍとして表示されたデータ参照）には、上流側でのＩｎ組成が下流側でのＩｎ組成より低下している。

次に、図１２に示す突出部３０を形成した成膜装置でＩｎＧａＮ膜を成膜した場合の、当該膜中でのＩｎ組成と反応ガスの流れる方向での位置との関係について説明する。突出部３０の形状は、図１２に示すようにその断面形状がほぼ半円状である。反応ガスの流れる方向に対して交差する方向（垂直方向）に延びるように当該突出部３０は形成されている。図１３中の絞り高さとは、処理室４の底壁から突出部３０のピーク位置までの距離を意味し、当該突出部３０下に形成されるガス流路の高さに対応する。

なお、突出部３０の幅Ｗは２０５ｍｍとした。さらに、突出部３０の図１２に示す断面における中央部は、反応ガスの流れる方向においてサセプタ２の上流側端部３１から上流側へ１５ｍｍだけずれた位置となるように、突出部３０の位置は決定されている。

また、図１３における下流９ｍｍとは、サセプタ２の中央部におけるサセプタ２表面から上壁６までの距離が９ｍｍであることを意味する。

図１３に示すように、絞り高さを小さくするほど（つまり、突出部３０の高さＨを大きくするほど）上流側におけるＩｎ組成が向上することがわかる。つまり、突出部３０を形成することで、サセプタ２の中央より上流側での成膜条件を改善し、Ｉｎ組成の安定したＩｎＧａＮ膜を形成することができた。

今回開示された実施の形態および実施例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。

この発明は、気相成長装置やドライエッチング装置等、気相処理装置および当該気相処理装置を用いた気相処理方法に有利に適用される。

本発明に従った気相処理装置の実施の形態１を示す断面模式図である。 図１に示した気相処理装置の処理室の上壁をサセプタ側から見た模式図である。 図２の線分ＩＩＩ−ＩＩＩにおける部分断面模式図である。 図１に示した気相処理装置を用いて実施される気相処理方法を説明するためのフローチャートである。 図４に示した気相処理方法を用いて形成されたエピタキシャル層付き基板を示す模式図である。 本発明による気相処理装置の実施の形態２を示す模式図である。 図６の線分ＶＩＩ−ＶＩＩにおける部分断面模式図である。 本発明による気相処理装置の実施の形態３を示す断面模式図である。 図８に示した気相処理装置における整流板の先端部の形状の変形例を示す断面模式図である。 図８に示した気相処理装置における整流板の先端部の形状の変形例を示す断面模式図である。 図８に示した気相処理装置における整流板の先端部の形状の変形例を示す断面模式図である。 本発明による気相処理装置の実施の形態４を示す断面模式図である。 実験の結果を示すグラフである。

符号の説明

１ 気相処理装置、２ サセプタ、３ 回転軸、４ 処理室、５ 底壁、６ 上壁、７ 開口部、８ 基板、９ 反応ガス供給部材、１０ ガス排気部材、１１，１２ 矢印、１３ ガス供給口、１６ ヒータ、１７ ガス供給部、１８，１９ 仕切り板、２０ 整流板、２１ 溝、２３ ガス供給スリット、２５ 先端部、３０ 突出部、３１ 上流側端部、３２ 中央部、４８ エピタキシャル層、４９ エピタキシャル層付き基板。

Claims (12)

1. 反応ガスを流通させる処理室と、
   前記処理室の壁部において、前記反応ガスの流れる方向に沿って形成された複数のガス導入部と、
   前記処理室の内部において、前記壁部の表面と平行に延びるとともに前記ガス導入部を覆うように形成され、前記ガス導入部から前記処理室の内部に供給されるガスを、前記反応ガスの流れる方向に沿った方向に流れるように案内する整流板とを備え、
   前記整流板は、前記ガス導入部が形成された前記処理室の壁部において、前記反応ガスの流れる方向に対して交差する方向である幅方向に延びるように形成され、かつ、前記幅方向における長さが、前記処理室の前記幅方向における長さと同じになっている、気相処理装置。
2. 前記ガス導入部は、前記幅方向に複数個形成され、
   前記反応ガスの流れる方向における前記ガス導入部の後端から前記整流板の後端までの距離をＬ、前記整流板と対向する前記壁部と前記整流板との間の距離をＨ、前記幅方向において隣接する前記ガス導入部の間の距離をＰとしたとき、
   Ｌ／ＰＨ≧２０
   という関係を満足するように、前記整流板のサイズおよび前記ガス導入部の配置が決定されている、請求項１に記載の気相処理装置。
3. 前記ガス導入部は、
   前記壁部に形成されたガス導入用穴と、
   前記ガス導入用穴に連なり、前記ガス導入用穴の幅より広い幅を有するバッファ室とを含む、請求項１または２に記載の気相処理装置。
4. 前記整流板において前記反応ガスの流れる方向での後端部は、前記反応ガスの流れる方向に沿った断面形状が楔形であり、
   前記後端部の断面形状における角部のなす角度は９０°以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の気相処理装置。
5. 前記複数のガス導入部において、一のガス導入部と、前記一のガス導入部と異なる他のガス導入部とのそれぞれから異なる流量でガスを前記処理室の内部に供給可能なガス供給部をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の気相処理装置。
6. 前記処理室の前記ガス導入部が形成された壁部と対向する他の壁部と、前記整流板との間の距離は、前記反応ガスの流れる方向における下流側に向かうほど小さくなっている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の気相処理装置。
7. 前記処理室の内部において処理対象物を保持するサセプタをさらに備え、
   前記処理室において前記ガス導入部が形成された壁部と対向する他の壁部と、前記整流板との間の距離について、前記反応ガスの流れる方向において前記サセプタの上流側端における前記距離が、前記反応ガスの流れる方向において前記サセプタの中央部における前記距離より小さくなっている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の気相処理装置。
8. 請求項１に記載の気相処理装置を用いた気相処理方法であって、
   前記処理室の内部に処理対象物を配置する工程と、
   前記処理室の内部に反応ガスを供給して前記処理対象物に対する処理を行なう工程とを備え、
   前記処理を行なう工程では、前記処理対象物と対向する壁部の表面に沿って、前記反応ガスとは別に前記処理室に供給されたガスが流通し、
   前記反応ガスの流れる方向に対して交差する方向である幅方向における前記ガスの流速分布が均一である、気相処理方法。
9. 前記ガスは、前記反応ガスの一部と同じガスである、請求項８に記載の気相処理方法。
10. 前記処理を行なう工程では、前記処理として前記処理対象物の表面にＶ族の元素を含む膜を形成する処理を行ない、
    前記ガスは、Ｖ族の元素を含むガスである、請求項８に記載の気相処理方法。
11. 前記処理対象物を配置する工程では、前記処理対象物は前記処理理室の内部においてサセプタに保持され、
    前記壁部と対向する他の壁部と、前記壁部との間の距離について、前記反応ガスの流れる方向において前記サセプタの上流側端における前記距離が前記反応ガスの流れる方向において前記サセプタの中央部における前記距離より小さくなっている、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の気相処理方法。
12. 請求項８〜１１のいずれか１項に記載の気相処理方法を用いて製造された基板。

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