JP5478723B2 - 成膜装置 - Google Patents
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Description
本発明は、成膜装置に係り、特にＣＶＤ技術の分野に関する。
現在、窒化ガリウム（ＧａＮ）は、発光ダイオードなどの電子素子の材料に用いられている。窒化ガリウムの結晶を作製するためには有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法の成膜装置が使用されている。
図８はＭＯＣＶＤ法に使用する従来の成膜装置１１０の内部構成図を示している。
成膜装置１１０は、真空槽１１２と、基板１４０を保持する基板保持台１４１と、第一、第二の原料ガスが通る第一、第二の配管１３２ａ、１３２ｂとを有している。
真空槽１１２には真空排気装置１１３が接続され、真空槽１１２内は真空排気可能に構成されている。
成膜装置１１０は、真空槽１１２と、基板１４０を保持する基板保持台１４１と、第一、第二の原料ガスが通る第一、第二の配管１３２ａ、１３２ｂとを有している。
真空槽１１２には真空排気装置１１３が接続され、真空槽１１２内は真空排気可能に構成されている。
第一、第二の配管１３２ａ、１３２ｂは真空槽１１２内に配置され、一端に設けられた第一、第二の放出孔１２２ａ、１２２ｂはそれぞれ基板保持台１４１上の基板１４０に向けられている。第一、第二の配管１３２ａ、１３２ｂの他端はそれぞれ真空槽１１２の壁面を気密に貫通して真空槽１１２の外側まで延ばされ、第一、第二の原料ガスを放出する第一、第二のガス供給部１３５ａ、１３５ｂに接続されている。
基板保持台１４１には電熱器１４２が取り付けられ、電熱器１４２には電源装置１４４が電気的に接続されている。電源装置１４４から電熱器１４２に直流電圧を印加すると、電熱器１４２は発熱して、基板保持台１４１の表面に保持された基板１４０を加熱するようになっている。
基板保持台１４１の裏面には裏面と直角に回転軸１４６が取り付けられ、回転軸１４６には回転軸１４６を回転軸１４６の中心軸線を中心に回転させる回転装置１４７が接続されている。回転装置１４７によって回転軸１４６を回転させると、基板保持台１４１と基板１４０は一緒に基板１４０の表面と平行に回転するようになっている。
成膜装置１１０を使って基板１４０の表面にＧａＮの薄膜を形成する方法を説明する。
真空槽１１２内を真空排気し、以後真空排気を継続する。基板保持台１４１に基板１４０を載置し、基板１４０を基板１４０の表面と平行に回転させておく。
基板１４０を加熱しながら、基板１４０の表面に向けて第一、第二の放出孔１２２ａ、１２２ｂから第一の原料ガスであるアンモニア（ＮＨ3）と、第二の原料ガスであるトリメチルガリウム（ＴＭＧａ、（ＣＨ3）3Ｇａ）とをそれぞれ放出し、混合させると、
（ＣＨ3）3Ｇａ＋ＮＨ3→ＧａＮ＋３ＣＨ4
の化学反応により基板１４０の表面にＧａＮが成膜される。ＧａＮと一緒に生成されたＣＨ4は真空排気装置１１３によって真空槽１１２の外側に真空排気される。
真空槽１１２内を真空排気し、以後真空排気を継続する。基板保持台１４１に基板１４０を載置し、基板１４０を基板１４０の表面と平行に回転させておく。
基板１４０を加熱しながら、基板１４０の表面に向けて第一、第二の放出孔１２２ａ、１２２ｂから第一の原料ガスであるアンモニア（ＮＨ3）と、第二の原料ガスであるトリメチルガリウム（ＴＭＧａ、（ＣＨ3）3Ｇａ）とをそれぞれ放出し、混合させると、
（ＣＨ3）3Ｇａ＋ＮＨ3→ＧａＮ＋３ＣＨ4
の化学反応により基板１４０の表面にＧａＮが成膜される。ＧａＮと一緒に生成されたＣＨ4は真空排気装置１１３によって真空槽１１２の外側に真空排気される。
第一、第二の原料ガスは混ざると反応するので、第一、第二の原料ガスを基板１４０に到達するまで反応させないためには、第一、第二の配管１３２ａ、１３２ｂの第一、第二の放出孔１２２ａ、１２２ｂを基板１４０の表面から１０〜４０ｍｍの距離に近づけて、第一、第二の原料ガスを基板１４０の表面の直前で混合させる必要がある。さらに、基板１４０の表面に均質に成膜するために、第一、第二の放出孔１２２ａ、１２２ｂを基板１４０と対面する平面上に行列状に交互に配置して、第一、第二の原料ガスを基板１４０の表面に均一な割合で放出する必要がある。
また成膜中は基板１４０を１１００℃の高温に加熱するのだが、第一、第二の配管１３２ａ、１３２ｂを基板１４０に近づけると、第一、第二の配管１３２ａ、１３２ｂが加熱され、第一、第二の配管１３２ａ、１３２ｂの内部で原料ガスが分解する虞がある。そのため、第一、第二の配管１３２ａ、１３２ｂを冷却する冷却手段が必要である。
以上の要件を満たすためには、成膜装置の原料ガス放出部の構造は、例えば層状構造を有し、数万個の放出孔を細管で形成するなど複雑な構造をとる必要があり、製作が困難であるという課題があった。
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、従来より製作が容易な構造により、複数の原料ガスを冷却しながら混合させずに基板上に放出できる原料ガス放出部を有する成膜装置を提供することにある。
上記課題を解決するために本発明は、真空槽と、前記真空槽内に配置され、複数の放出孔が設けられた中空の放出容器と、前記放出容器の中空の部分に配置された複数の管状の導入部と、各前記導入部に原料ガスを供給するガス供給部と、前記放出容器の前記放出孔と対面する位置に基板を保持する基板保持部と、前記放出容器の前記中空の部分に配置され、外周側面に複数の副貫通孔が設けられた複数の副配管と、一端が前記副貫通孔に接続され、他端が前記放出孔に接続され、前記副貫通孔と前記放出孔とを連通させる複数の接続管と、を有し、各前記導入部の外周側面は前記放出容器の前記中空の部分に面する壁面に密着され、各前記導入部の前記密着する部分には前記導入部の内部空間と前記放出孔とを連通させる貫通孔が設けられ、前記副貫通孔の外周部分は前記放出容器の前記中空の部分に面する前記壁面と離間され、前記ガス供給部は、第一、第二の原料ガスを放出する第一、第二のガス供給部を有し、前記導入部は前記第一のガス供給部に接続され、前記副配管は前記第二のガス供給部に接続された成膜装置である。
本発明は成膜装置であって、各前記導入部は、前記放出容器の前記中空の部分に面する前記壁面に、互いに平行に向けられて等間隔に配置された成膜装置である。
本発明は成膜装置であって、前記放出容器の容器壁には導入口と排出口とが設けられ、前記導入口から前記放出容器の前記中空の部分に温度管理された冷媒が導入され、前記排出口から前記冷媒が排出されるように構成された成膜装置である。
本発明は成膜装置であって、前記副配管と前記導入部とは、前記冷媒中に浸されるように構成された成膜装置である。
本発明は成膜装置であって、前記基板保持部に保持された前記基板からは、前記導入部よりも前記副配管の方が離れて位置された成膜装置である。
本発明は成膜装置であって、前記副配管の方が、前記導入部よりも前記冷媒との接触面積が大きくされた成膜装置である。
本発明は成膜装置であって、前記第二の原料ガスは、前記第一の原料ガスよりも熱で分解しやすいガスである成膜装置である。
本発明は成膜装置であって、各前記導入部は、前記放出容器の前記中空の部分に面する前記壁面に、互いに平行に向けられて等間隔に配置された成膜装置である。
本発明は成膜装置であって、前記放出容器の容器壁には導入口と排出口とが設けられ、前記導入口から前記放出容器の前記中空の部分に温度管理された冷媒が導入され、前記排出口から前記冷媒が排出されるように構成された成膜装置である。
本発明は成膜装置であって、前記副配管と前記導入部とは、前記冷媒中に浸されるように構成された成膜装置である。
本発明は成膜装置であって、前記基板保持部に保持された前記基板からは、前記導入部よりも前記副配管の方が離れて位置された成膜装置である。
本発明は成膜装置であって、前記副配管の方が、前記導入部よりも前記冷媒との接触面積が大きくされた成膜装置である。
本発明は成膜装置であって、前記第二の原料ガスは、前記第一の原料ガスよりも熱で分解しやすいガスである成膜装置である。
放出容器の中空の部分に冷媒を入れて導入部を冷媒中に浸すと、導入部の内側を流れる原料ガスの冷却効果を高めて熱分解を防止できる。
原料ガスを放出する数万本の細管をろう付加工するという従来の製作方法に比べて、簡便な方法で原料ガス放出部を製作できる。
原料ガスを放出する数万本の細管をろう付加工するという従来の製作方法に比べて、簡便な方法で原料ガス放出部を製作できる。
本発明の成膜装置の構造を説明する。図１は成膜装置１０の内部構成図、図２は同Ａ−Ａ線切断断面図を示している。
成膜装置１０は、真空槽１２と、基板４０を保持する基板保持台（基板保持部）４１と、放出口２２から原料ガスを放出する原料ガス放出部２０とを有している。
真空槽１２の槽壁には排気口１２ａが設けられ、排気口１２ａには真空排気装置１３が接続されている。真空排気装置１３は真空槽１２内を真空排気できるように構成されている。
成膜装置１０は、真空槽１２と、基板４０を保持する基板保持台（基板保持部）４１と、放出口２２から原料ガスを放出する原料ガス放出部２０とを有している。
真空槽１２の槽壁には排気口１２ａが設けられ、排気口１２ａには真空排気装置１３が接続されている。真空排気装置１３は真空槽１２内を真空排気できるように構成されている。
基板保持台４１は真空槽１２内に配置され、放出口２２と対面する表面に基板４０を保持できるように構成されている。
基板保持台４１には電熱器４２が取り付けられ、電熱器４２には電源装置４４が電気的に接続されている。電源装置４４から電熱器４２に直流電圧を印加すると、電熱器４２は発熱して、基板保持台４１に保持された基板４０を加熱するようになっている。
基板保持台４１には電熱器４２が取り付けられ、電熱器４２には電源装置４４が電気的に接続されている。電源装置４４から電熱器４２に直流電圧を印加すると、電熱器４２は発熱して、基板保持台４１に保持された基板４０を加熱するようになっている。
基板保持台４１の裏面には裏面に対して直角に回転軸４６の一端が取り付けられている。回転軸４６の他端は真空槽１２の槽壁を気密に貫通して真空槽１２の外側まで延ばされ、回転装置４７に接続されている。回転装置４７はここではモーターを有し、回転軸４６を回転軸４６の中心軸線を中心として回転可能に構成されている。
回転装置４７によって回転軸４６を回転させると、基板保持台４１と、基板保持台４１に保持された基板４０は一緒に、基板保持台４１の裏面、すなわち基板４０の表面と平行に、言い換えると基板４０の表面に対して直角な回転軸線を中心に回転するようになっている。
原料ガス放出部２０の第一例の構造を説明する。
原料ガス放出部２０は、複数の放出孔２２が設けられた中空の放出容器２１と、放出容器２１の中空の部分２５に配置された管状の複数の導入部３１ａ1〜３１ａ3、３１ｂ1〜３１ｂ3とを有している。
原料ガス放出部２０の第一例の構造を説明する。
原料ガス放出部２０は、複数の放出孔２２が設けられた中空の放出容器２１と、放出容器２１の中空の部分２５に配置された管状の複数の導入部３１ａ1〜３１ａ3、３１ｂ1〜３１ｂ3とを有している。
各導入部３１ａ1〜３１ａ3、３１ｂ1〜３１ｂ3の外周側面は放出容器２１の中空の部分２５に面する壁面に密着され、各導入部３１ａ1〜３１ａ3、３１ｂ1〜３１ｂ3の前記壁面に密着する部分には導入部３１ａ1〜３１ａ3、３１ｂ1〜３１ｂ3の内部空間と放出孔２２とを連通させる貫通孔３２ａ1〜３２ａ3、３２ｂ1〜３２ｂ3が設けられている。
原料ガス放出部２０の各導入部３１ａ1〜３１ａ3、３１ｂ1〜３１ｂ3は、外周側面に貫通孔３２ａ1〜３２ａ3、３２ｂ1〜３２ｂ3が設けられた配管である。
図３（ａ）〜（ｄ）は原料ガス放出部２０の作製方法を説明するための模式図である。各配管（導入部）３１ａ1〜３１ａ3、３１ｂ1〜３１ｂ3の構造は同じであり、符号３１ａ1の配管（導入部）で代表して説明する。
放出容器２１は平板形状の底板２１ａを有している。
原料ガス放出部２０の各導入部３１ａ1〜３１ａ3、３１ｂ1〜３１ｂ3は、外周側面に貫通孔３２ａ1〜３２ａ3、３２ｂ1〜３２ｂ3が設けられた配管である。
図３（ａ）〜（ｄ）は原料ガス放出部２０の作製方法を説明するための模式図である。各配管（導入部）３１ａ1〜３１ａ3、３１ｂ1〜３１ｂ3の構造は同じであり、符号３１ａ1の配管（導入部）で代表して説明する。
放出容器２１は平板形状の底板２１ａを有している。
図３（ａ）を参照し、底板２１ａの表面に一端が閉口された配管３１ａ1を互いに平行に等間隔に配置する。ここでは、底板２１ａの表面に互いに平行な複数本の窪みをあらかじめ等間隔に形成し、各窪みに沿って配管３１ａ1をそれぞれ配置しているが、本発明はこれに限定されず、平面状の底板２１ａの表面に窪みを形成せずに配管３１ａ1を配置してもよい。
図３（ｂ）を参照し、底板２１ａの表面と配管３１ａ1の外周側面との間に溶けたろう２９を流し入れた後、ろう２９を冷まして固め、いわゆるろう付加工により、底板２１ａの表面と配管３１ａ1の外周側面とを固定する。
図３（ｃ）を参照し、底板２１ａの表面のうち配管３１ａ1の外周側面とろう付加工で密着する部分の裏面側から底板２１ａの裏面と直角に、底板２１ａと、配管３１ａ1の壁面とを連続して貫通する孔を、レーザー加工又は機械加工により形成する。
形成した孔のうち底板２１ａに形成された部分が放出孔２２であり、配管３１ａ1に形成された部分が貫通孔３２ａ1である。ろう２９の部分も配管３１ａ1の一部とみなすと、配管３１ａ1の外周側面のうち貫通孔３２ａ1の外周（周囲）部分は、底板２１ａの表面に密着している。
形成した孔のうち底板２１ａに形成された部分が放出孔２２であり、配管３１ａ1に形成された部分が貫通孔３２ａ1である。ろう２９の部分も配管３１ａ1の一部とみなすと、配管３１ａ1の外周側面のうち貫通孔３２ａ1の外周（周囲）部分は、底板２１ａの表面に密着している。
各配管３１ａ1〜３１ａ3、３１ｂ1〜３１ｂ3の孔の位置関係を説明すると、図２を参照し、放出容器２１の壁面と配管３１ａ1〜３１ａ3、３１ｂ1〜３１ｂ3の側壁とを連続して貫通する孔を、複数の放出孔２２が放出容器２１の一の壁面上で互いに等間隔に離間して行列状に配列するように、各配管３１ａ1〜３１ａ3、３１ｂ1〜３１ｂ3に沿って等間隔に形成する。ここで「行列状に配列する」とは、互いに平行で等間隔の第一の直線Ｌ1〜Ｌ4と、互いに平行で等間隔であり、第一の直線Ｌ1〜Ｌ4と交差する第二の直線Ｍ1〜Ｍ5との各交点に配置されることをいう。
配管３１ａ1と底板２１ａとの固定方法は上記方法（第一の方法）に限定されず、図４（ａ）に示すように、配管３１ａ1の外周側面にあらかじめ貫通孔３２ａ1を等間隔で形成しておき、底板２１ａにあらかじめ放出孔２２を貫通孔３２ａ1の中心間隔と同じ間隔で形成しておき、配管３１ａ1と底板２１ａとを、各貫通孔３２ａ1とそれぞれ異なる放出孔２２とが対面する（連通する）ように位置合わせした後、図４（ｂ）に示すように、配管３１ａ1の外周側面と底板２１ａの表面とをろう付加工して固定してもよい（第二の方法）。
しかしながら、第二の方法では、放出孔２２の数が増大すると位置合わせが困難になり、また、ろう付加工の際に溶けたろう２９が放出孔２２の内側にはみ出て放出孔２２を塞ぐ虞があるため、第一の方法の方が簡便であり好ましい。
第二の方法の場合には、図４（ｃ）に示すように、配管３１ａ1の外周側面に貫通孔３２ａ1を、一つの貫通孔３２ａ1の外周が複数の放出孔２２の外側を取り囲むような大きさに形成しておき、一つの貫通孔３２ａ1の内側に複数の放出孔２２が位置する（一つの貫通孔３２ａ1が複数の放出孔２２と連通する）ように位置合わせした後、図４（ｄ）に示すように、配管３１ａ1の外周側面と底板２１ａの表面とをろう付加工して、一つの貫通孔３２ａ1をそれぞれ複数の放出孔２２と連通させてもよい。
この場合には、放出孔２２の数が増大しても位置合わせは容易であり、また配管３１ａ1の外周側面と底板２１ａの表面とを放出孔２２の外周から離間した位置でろう付加工するので、ろう２９が放出孔２２の内側にはみ出る可能性が低減する。
また、第二の方法の場合には、図４（ｅ）に示すように、一つの放出孔２２の外周を、複数の貫通孔３２ａ1の外側を囲むような大きさに形成し、一つの放出孔２２の内側に複数の貫通孔３２ａ1が位置する（一つの放出孔２２が複数の貫通孔３２ａ1と連通する）ように位置合わせした後、図４（ｆ）に示すように、配管３１ａ1の外周側面と底板２１ａの表面とをろう付加工して、一つの放出孔２２を複数の貫通孔３２ａ1と連通させてもよい。
次いで、図３（ｄ）を参照し、底板２１ａの表面上に、凸状に膨出した形状（一端が蓋された筒形状）の蓋部２１ｂを、配管３１ａ1を覆うように配置し、蓋部２１ｂの縁を底板２１ａの外周に密着して固定し、配管３１ａ1の開口端である一端を蓋部２１ｂの壁面を気密に貫通させて蓋部２１ｂの外側に露出させる。
底板２１ａと蓋部２１ｂとで中空の放出容器２１が構成される。
底板２１ａと蓋部２１ｂとで中空の放出容器２１が構成される。
原料ガス放出部２０の第二例の構造を説明する。
図５は原料ガス放出部２０の第二例の内部構成図、図６は同Ｂ−Ｂ線切断断面図を示している。原料ガス放出部２０の第二例の構造のうち第一例の構造と同じ部分には同じ符号を付して説明を省略する。原料ガス放出部２０の第二例は、符号３１ａ1〜３１ａ3、３１ｂ1〜３１ｂ3の導入部の代わりに、符号３３ａ1〜３３ａ3、３３ｂ1〜３３ｂ3の導入部を有している。
各導入部３３ａ1〜３３ａ3、３３ｂ1〜３３ｂ3の外周側面は放出容器２１の中空の部分２５に面する壁面に密着され、各導入部３３ａ1〜３３ａ3、３３ｂ1〜３３ｂ3の前記壁面に密着する部分には導入部３３ａ1〜３３ａ3、３３ｂ1〜３３ｂ3の内部空間と放出孔２２とを連通させる貫通孔３９ａ1〜３９ａ3、３９ｂ1〜３９ｂ3が設けられている。
原料ガス放出部２０の各導入部３３ａ1〜３３ａ3、３３ｂ1〜３３ｂ3は、溝であり、溝の開口が貫通孔３９ａ1〜３９ａ3、３９ｂ1〜３９ｂ3を成している。
図５は原料ガス放出部２０の第二例の内部構成図、図６は同Ｂ−Ｂ線切断断面図を示している。原料ガス放出部２０の第二例の構造のうち第一例の構造と同じ部分には同じ符号を付して説明を省略する。原料ガス放出部２０の第二例は、符号３１ａ1〜３１ａ3、３１ｂ1〜３１ｂ3の導入部の代わりに、符号３３ａ1〜３３ａ3、３３ｂ1〜３３ｂ3の導入部を有している。
各導入部３３ａ1〜３３ａ3、３３ｂ1〜３３ｂ3の外周側面は放出容器２１の中空の部分２５に面する壁面に密着され、各導入部３３ａ1〜３３ａ3、３３ｂ1〜３３ｂ3の前記壁面に密着する部分には導入部３３ａ1〜３３ａ3、３３ｂ1〜３３ｂ3の内部空間と放出孔２２とを連通させる貫通孔３９ａ1〜３９ａ3、３９ｂ1〜３９ｂ3が設けられている。
原料ガス放出部２０の各導入部３３ａ1〜３３ａ3、３３ｂ1〜３３ｂ3は、溝であり、溝の開口が貫通孔３９ａ1〜３９ａ3、３９ｂ1〜３９ｂ3を成している。
原料ガス放出部２０の作製方法を説明すると、ここでは一端が閉じられた溝（導入部）３３ａ1〜３３ａ3、３３ｂ1〜３３ｂ3の開口（貫通孔）３９ａ1〜３９ａ3、３９ｂ1〜３９ｂ3が底板２１ａの表面と対面する向きで、溝３３ａ1〜３３ａ3、３３ｂ1〜３３ｂ3の縁を底板２１ａの表面に密着させて、ろう付加工により固定する。次いで、底板２１ａの裏面からレーザー加工又は機械加工により放出孔２２を形成して、溝３３ａ1〜３３ａ3、３３ｂ1〜３３ｂ3の内部空間と放出孔２２とを連通させる。次いで、蓋部２１ｂを溝３３ａ1〜３３ａ3、３３ｂ1〜３３ｂ3の側面を覆うように配置し、蓋部２１ｂの縁を底板２１ａの外周に密着して固定し、溝３３ａ1〜３３ａ3、３３ｂ1〜３３ｂ3の開口端を蓋部２１ｂの壁面を気密に貫通させて蓋部２１ｂの外側に露出させ、中空の放出容器２１を形成する。
第一例の構造では、一の配管３１ａ1〜３１ａ3、３１ｂ1〜３１ｂ3の半径を広げると隣接する他の配管と接触するため、配管の内径面積を所定値以上に広げることができない。一方、第二例の構造では、溝３３ａ1〜３３ａ3、３３ｂ1〜３３ｂ3の深さを大きくすることで、溝の内径面積を広げることができ、溝の内側を通る原料ガスのコンダクタンスを増加させることができるという利点がある。
図１、図５を参照し、原料ガス放出部２０の放出容器２１は真空槽１２内で、放出孔２２が設けられた壁面が基板保持台４１に保持された基板４０の表面と平行に対面できる位置に配置されている。
図２、図６を参照し、複数の導入部（配管３１ａ1〜３１ａ3、３１ｂ1〜３１ｂ3又は溝３３ａ1〜３３ａ3、３３ｂ1〜３３ｂ3）のうち、少なくとも一の導入部（ここでは符号３１ａ1〜３１ａ3の配管又は符号３３ａ1〜３３ａ3の溝）の開口端には第一の外部配管３８ａ1〜３８ａ3の一端が気密に接続され、他の導入部（符号３１ｂ1〜３１ｂ3の配管又は符号３３ｂ1〜３３ｂ3の溝）の開口端には第二の外部配管３８ｂ1〜３８ｂ3の一端が気密に接続されている。
第一、第二の外部配管３８ａ1〜３８ａ3、３８ｂ1〜３８ｂ3の他端はそれぞれ真空槽１２の壁面を気密に貫通して真空槽１２の外側まで延ばされ、第一、第二の原料ガスを放出する第一、第二のガス供給部３５ａ、３５ｂに接続されている。ここでは第二の原料ガスは第一の原料ガスと混ざると反応するガスである。
ここでは第一のガス供給部３５ａに接続された導入部（符号３１ａ1〜３１ａ3の配管又は符号３３ａ1〜３３ａ3の溝）と、第二のガス供給部３５ｂに接続された導入部（符号３１ｂ1〜３１ｂ3の配管又は符号３３ｂ1〜３３ｂ3の溝）とは、放出容器２１の中空の部分２５に面する壁面に、交互に並んで配置され、互いに異なる放出口２２から放出された第一、第二の原料ガスは均一な割合で混合するようになっている。
ここでは第一のガス供給部３５ａに接続された導入部（符号３１ａ1〜３１ａ3の配管又は符号３３ａ1〜３３ａ3の溝）と、第二のガス供給部３５ｂに接続された導入部（符号３１ｂ1〜３１ｂ3の配管又は符号３３ｂ1〜３３ｂ3の溝）とは、放出容器２１の中空の部分２５に面する壁面に、交互に並んで配置され、互いに異なる放出口２２から放出された第一、第二の原料ガスは均一な割合で混合するようになっている。
第一例の構造の原料ガス放出部２０は、一本の配管３１ａ1〜３１ａ3、３１ｂ1〜３１ｂ3と一本の外部配管３８ａ1〜３８ａ3、３８ｂ1〜３８ｂ3とが分離可能である場合に限定されず、一本の配管３１ａ1〜３１ａ3、３１ｂ1〜３１ｂ3と一本の外部配管３８ａ1〜３８ａ3、３８ｂ1〜３８ｂ3とが一本の連続した管で形成されている場合も本発明に含まれる。
図１、図５を参照し、放出容器２１の壁面には導入口２３ａと排出口２３ｂとが設けられている。導入口２３ａと排出口２３ｂにはそれぞれ第一、第二の冷媒管５２ａ、５２ｂが接続され、第一、第二の冷媒管５２ａ、５２ｂは真空槽１２の壁面を気密に貫通して、真空槽１２の外側に配置された冷媒循環装置５１に接続されている。
冷媒循環装置５１は、導入口２３ａから放出容器２１の中空の部分２５に温度管理された冷媒を導入して、各導入部（配管３１ａ1〜３１ａ3、３１ｂ1〜３１ｂ3又は溝３３ａ1〜３３ａ3、３３ｂ1〜３３ｂ3）の外周側面を冷媒と接触させ、各導入部を冷媒中に浸した後、排出口２３ｂから冷媒を排出して、すなわち放出容器２１の中空の部分２５に冷媒を循環させるように構成されている。
本発明の原料ガス放出部２０は、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、放出容器２１の中空の部分２５に配置された複数の副配管３６ｂ1〜３６ｂ3を有していてもよい。各副配管３６ｂ1〜３６ｂ3の外周側面には複数の副貫通孔３７ｂ1〜３７ｂ3が設けられ、外周側面の副貫通孔３７ｂ1〜３７ｂ3の外周部分は底板２１ａの表面と離間されている。
原料ガス放出部２０の製作方法を説明すると、底板２１ａの表面に垂直に複数の接続管３４1〜３４3の一端をろう付加工で固定し、接続管３４1〜３４3の他端に副配管３６ｂ1〜３６ｂ3の外周側面をろう付加工で固定して、次いで底板２１ａの裏面側からレーザー加工又は機械加工により、接続管３４1〜３４3の内側を通り、底板２１ａと副配管３６ｂ1〜３６ｂ3の壁面とを貫通する孔（すなわち放出孔２２と副貫通孔３７ｂ1〜３７ｂ3）を形成する。副配管３６ｂ1〜３６ｂ3の外周側面の副貫通孔３７ｂ1〜３７ｂ3の外周部分は放出容器２１の壁面から離間され、副貫通孔３７ｂ1〜３７ｂ3と放出孔２２は接続管３４1〜３４3を介して連通される。なお、導入部（配管３１ａ1〜３１ａ3又は溝３３ａ1〜３３ａ3）は上述の説明と同様の方法で加工する。
冷媒循環装置５１により放出容器２１の中空の部分２５に液体の冷媒を循環させる場合には、冷媒の水面の高さを副配管３６ｂ1〜３６ｂ3の高さと導入部（配管３１ａ1〜３１ａ3又は溝３３ａ1〜３３ａ3）の高さの両方よりも高い位置に維持させて、副配管３６ｂ1〜３６ｂ3と導入部とを冷媒中に浸しながら循環させる。
副配管３６ｂ1〜３６ｂ3の方が導入部（配管３１ａ1〜３１ａ3又は溝３３ａ1〜３３ａ3）よりも、冷媒との接触面積が大きく、かつ基板４０から離れて位置するので、冷却されやすい。従って第二の原料ガスが第一の原料ガスよりも熱で分解しやすい場合には、第一の原料ガスを導入部に流し、第二の原料ガスを副配管３６ｂ1〜３６ｂ3に流すと、第二の原料ガスの熱分解を防止できるので好ましい。たとえば原料ガスとして有機金属ガスとＮＨ3ガスを用いる場合には、ＮＨ3ガスを導入部に流し、有機金属ガスを副配管３６ｂ1〜３６ｂ3に流すとよい。
本発明の成膜装置１０を用いて基板４０の表面にＧａＮの薄膜を形成する方法を説明する。
ここでは原料ガス放出部２０には配管３１ａ1〜３１ａ3、３１ｂ1〜３１ｂ3を有する第一例の構造のものを使用するが、溝３３ａ1〜３３ａ3、３３ｂ1〜３３ｂ3を有する第二例の構造の原料ガス放出部２０や、副配管３６ｂ1〜３６ｂ3を有する構造の原料ガス放出部２０を使用する場合も使用方法は同じである。
ここでは原料ガス放出部２０には配管３１ａ1〜３１ａ3、３１ｂ1〜３１ｂ3を有する第一例の構造のものを使用するが、溝３３ａ1〜３３ａ3、３３ｂ1〜３３ｂ3を有する第二例の構造の原料ガス放出部２０や、副配管３６ｂ1〜３６ｂ3を有する構造の原料ガス放出部２０を使用する場合も使用方法は同じである。
図１、図２を参照し、真空槽１２内を真空排気する。以後、真空排気を継続して真空槽１２内の真空雰囲気を維持する。
不図示の搬送ロボットにより、真空槽１２内に基板４０を搬入し、基板４０を基板保持台４１上に載置する。
不図示の搬送ロボットにより、真空槽１２内に基板４０を搬入し、基板４０を基板保持台４１上に載置する。
基板保持台４１と基板４０とを一緒に、基板４０の表面と平行に（すなわち基板４０の表面に対して直角な回転軸線を中心に）回転させ、以後基板４０の回転を継続する。放出容器２１の中空の部分２５に温度管理された冷媒を導入し、各配管３１ａ1〜３１ａ3、３１ｂ1〜３１ｂ3を冷媒中に浸して冷却させ、以後中空の部分２５に冷媒を循環させて冷却を継続する。
電熱器４２を発熱させて、基板４０を加熱する。
電熱器４２を発熱させて、基板４０を加熱する。
第二のガス供給部３５ｂでは液体のＴＭＧａをＨ2ガス又はＮ2ガスによりバブリングして、第二の原料ガスであるＴＭＧａガスを放出させ、第一のガス供給部３５ａから第一の原料ガスであるＮＨ3ガスを放出させる。第一の原料ガスは符号３１ａ1〜３１ａ3の配管を通り、第二の原料ガスは符号３１ｂ1〜３１ｂ3の配管を通って、放出容器２１のそれぞれ異なる放出孔２２から基板４０の表面に向けて放出される。
放出された第一、第二の原料ガスは基板４０の表面上で混合して、基板表面にＧａＮの薄膜が生成される。ＧａＮと一緒に生成される副生成物は排気口１２ａから真空槽１２の外側に真空排気される。
複数の放出孔２２は放出容器２１の壁面に、互いに等間隔に離間して行列状に配列されているので、各放出孔２２から放出された第一、第二の原料ガスは基板４０上で均一な割合で混合し、基板４０の表面には均質な薄膜が成膜される。
放出容器２１の中空の部分２５には冷媒が循環され、各配管３１ａ1〜３１ａ3、３１ｂ1〜３１ｂ3の外周側面は冷媒と接触して冷却されている。そのため各配管３１ａ1〜３１ａ3、３１ｂ1〜３１ｂ3は基板４０が発する熱によって加熱されても昇温せず、各配管３１ａ1〜３１ａ3、３１ｂ1〜３１ｂ3の内部で第一、第二の原料ガスが熱分解されることが防止されている。
基板４０の表面にあらかじめ定められた膜厚の薄膜を形成した後、第一、第二のガス供給部３５ａ、３５ｂからの第一、第二の原料ガスの供給を停止し、ＧａＮの薄膜の形成を終了する。
薄膜を成膜した後、回転装置４７による基板４０の回転を停止し、電熱器４２による基板４０の加熱を停止して、不図示の搬送ロボットにより基板４０を真空槽１２の外側に搬出し、次工程に渡す。
次いで成膜装置１０の真空槽１２内に別の基板４０を不図示の搬送ロボットにより搬入して上記方法で成膜を繰り返す。
薄膜を成膜した後、回転装置４７による基板４０の回転を停止し、電熱器４２による基板４０の加熱を停止して、不図示の搬送ロボットにより基板４０を真空槽１２の外側に搬出し、次工程に渡す。
次いで成膜装置１０の真空槽１２内に別の基板４０を不図示の搬送ロボットにより搬入して上記方法で成膜を繰り返す。
上記説明では第二のガス供給部３５ｂは、液体のＴＭＧａをＨ2ガス又はＮ2ガスでバブリングしてＴＭＧａガスを第二の原料ガスとして放出したが、本発明は、ＴＭＧａと、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）と、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）と、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）と、シラン（ＳｉＨ4）と、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ2Ｍｇ）とをそれぞれ異なる反応容器内でバブリングして、各反応容器のバルブを開閉することで、一種類の有機金属ガス又は二種類以上の有機金属ガスの混合ガスを第二の原料ガスとして放出するように構成してもよい。
この場合には、真空槽１２内にサファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ又はＧａＮの基板４０を搬入した後、同じ真空槽１２内で基板４０上にＬＴ−ＧａＮ層と、ＧａＮ層と、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層と、ＧａＮ／ＩｎＧａＮ多層膜層と、Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮ層とを順に積層することができ、すなわち発光ダイオード素子の積層構造を作製できる。
１０……成膜装置
１２……真空槽
２１……放出容器
２２……放出孔
２５……中空の部分
２３ａ……導入口
２３ｂ……排出口
３１ａ1〜３１ａ3、３１ｂ1〜３１ｂ3……導入部（配管）
３２ａ1〜３２ａ3、３２ｂ1〜３２ｂ3……貫通孔
３３ａ1〜３３ａ3、３３ｂ1〜３３ｂ3……導入部（溝）
３５ａ……第一のガス供給部
３５ｂ……第二のガス供給部
３６ｂ1〜３６ｂ3……副配管
３７ｂ1〜３７ｂ3……副貫通孔
３９ａ1〜３９ａ3、３９ｂ1〜３９ｂ3……貫通孔（開口）
４１……基板保持部（基板保持台）
１２……真空槽
２１……放出容器
２２……放出孔
２５……中空の部分
２３ａ……導入口
２３ｂ……排出口
３１ａ1〜３１ａ3、３１ｂ1〜３１ｂ3……導入部（配管）
３２ａ1〜３２ａ3、３２ｂ1〜３２ｂ3……貫通孔
３３ａ1〜３３ａ3、３３ｂ1〜３３ｂ3……導入部（溝）
３５ａ……第一のガス供給部
３５ｂ……第二のガス供給部
３６ｂ1〜３６ｂ3……副配管
３７ｂ1〜３７ｂ3……副貫通孔
３９ａ1〜３９ａ3、３９ｂ1〜３９ｂ3……貫通孔（開口）
４１……基板保持部（基板保持台）
Claims (7)
- 真空槽と、
前記真空槽内に配置され、複数の放出孔が設けられた中空の放出容器と、
前記放出容器の中空の部分に配置された複数の管状の導入部と、
各前記導入部に原料ガスを供給するガス供給部と、
前記放出容器の前記放出孔と対面する位置に基板を保持する基板保持部と、
前記放出容器の前記中空の部分に配置され、外周側面に複数の副貫通孔が設けられた複数の副配管と、
一端が前記副貫通孔に接続され、他端が前記放出孔に接続され、前記副貫通孔と前記放出孔とを連通させる複数の接続管と、
を有し、
各前記導入部の外周側面は前記放出容器の前記中空の部分に面する壁面に密着され、
各前記導入部の前記密着する部分には前記導入部の内部空間と前記放出孔とを連通させる貫通孔が設けられ、
前記副貫通孔の外周部分は前記放出容器の前記中空の部分に面する前記壁面と離間され、
前記ガス供給部は、第一、第二の原料ガスを放出する第一、第二のガス供給部を有し、
前記導入部は前記第一のガス供給部に接続され、前記副配管は前記第二のガス供給部に接続された成膜装置。 - 各前記導入部は、前記放出容器の前記中空の部分に面する前記壁面に、互いに平行に向けられて等間隔に配置された請求項１記載の成膜装置。
- 前記放出容器の容器壁には導入口と排出口とが設けられ、前記導入口から前記放出容器の前記中空の部分に温度管理された冷媒が導入され、前記排出口から前記冷媒が排出されるように構成された請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の成膜装置。
- 前記副配管と前記導入部とは、前記冷媒中に浸されるように構成された請求項３記載の成膜装置。
- 前記基板保持部に保持された前記基板からは、前記導入部よりも前記副配管の方が離れて位置された請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の成膜装置。
- 前記副配管の方が、前記導入部よりも前記冷媒との接触面積が大きくされた請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の成膜装置。
- 前記第二の原料ガスは、前記第一の原料ガスよりも熱で分解しやすいガスである請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の成膜装置。
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