JPH03141634A - 分子線結晶成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は１分子線結晶成長装置のソルダーフリー基板ホ
ルダの改良に関し。

基板ホルダの大気中での不純物ガスの取込みをなくシ、
成長した結晶の品質の低下を防ぐことを目的とし。

成膜用基板と、前記基板を支持するブロックと。

前記基板を加熱する手段と、前記基板の表面に分子線を
照射する手段を備えた分子線結晶成長装置において、前
記成長装置内に固定され、前記分子線に対し前記基板の
表面のみが表出するように前記ブロックの表面を覆う遮
蔽板を設けるように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は１分子線結晶成長装置のソルダーフリーホルダ
の改良に関する。

７半導体素子を作成する上で結晶成長は基礎技術として
広（利用されている。その中でＭＢＥ法はＧａＡｓ等の
化合物半導体に利用されており、光素子やＧａＡｓＦＥ
Ｔ、ＨＥＭＴ等の作成に利用されている。ＭＢＥ法とは
超高真空中で金属ソースを加熱し１分子線を発生させ、
加熱した基板上に照射させで結晶成長する技術である。

最近では、金属ソースの替わりに化合物ガスを利用した
ガスソースＭＢＥ法も開発されている。

近年、衛星放送等のマイクロ波関係にＨＥＭＴ素子が利
用されている。この素子の製造技術として、全現在はと
んどの企業がＭＢＥ法を利用している。

また、ＧａＡｓＦＥＴやＨＥＭＴ素子を利用したコンピ
ュータの研究も行なわれており、ＭＢＥ技術も今や研究
段階から実用段階へと進んできている。

この様な背景の中、ＭＢＥ装置も高効率化を求められる
様に成ってきており、多数枚同時成長ＭＢＥ装置も作成
されている。

〔従来の技術〕

第３図は従来例の説明図である。

第４図は従来例の多数枚成長用ソルダーフリーホルダで
ある。

第３図、第４図において、２１はブロック、２２はＩｎ
ソルダー、２３は基板、２４はヒーター、２５は基板支
持金具、２６は止めねじ、２７は板、２８はリング。

２９は止めリングである。

従来、ＭＢＥ装置における基板マウント機構は第３図（
ａ）に示すように、基Ｆｉ２３をインジウム（Ｉｎ）ソ
ルダー２２でブロック２１に張り付けていた。

この方法は現在でも広く利用されているが、成長後に基
板裏面のラッピングを行なわなくてはならず、その時に
基板の破損等による歩留りの低下が）懸念される。

また、基板ホルダにＩｎが付いているため、成長毎にホ
ルダの洗浄を行なう必要があり、非常に効率が悪かった
。

この欠点を解決しようとして考え出されたものが、第３
図（ｂ）、（ｃ）に示すソルダーフリーホルダである。

第３図（ｂ）に示すのは、初期のソルダーフリーホルダ
であり１　ブロック２１上にＭｕｆｆ支持金具２５と止
めねじ２６或いはピンで基板２３を固定したものである
。

このホルダでは基板２３とブロック２１の間に接触して
いる部分としていない部分があるため、基板２３の温度
分布が非常に悪くなる。

第３図（Ｃ）に示すソルダーフリーホルダは。

その点を改良したものであり、ブロック２１と基板２３
の間に熱伝導の悪いリング２８や板２７を入れ、ブロッ
ク２１と基板２３を熱的に絶縁させ、基板２３はヒータ
２４からの直接的な輻射により加熱しようとした物であ
る。

リング２８や板２７に例えばＰＢＮやグラファイトを使
用した場合、ＰＢＮやグラファイトからの脱ガスが基板
２３表面に当たり、結晶成長時に成長層に不純物として
取り込むため、結晶の品質を低下させる。

この欠点を解決しようとして考え出されたものが、第３
図（ｄ）、（ｅ）に示すホルダである。

第３図（ｄ）に断面図、第３図（ｅ）に平面図で示すソ
ルダーフリーホルダは、前記の二つの問題点である温度
分布の悪化と結晶品質の低下を同時に解決しようとして
発明された物である。（特許８７ＰＯ７７３８参照） この構造の場合、基板２３と接触している基板支持金具
２５の面積が非常に小さいため、ブロック２１からの熱
伝導は小さく表面にＰＢＮ等の板を使用していないため
、結晶の品質低下は起こらない。

また、ヒータ２４や基板裏面の板２７からの脱ガスも基
板２３の横から抜けてしまうため、結晶の品質低下は起
こらない。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、このホルダを洗浄せずに使用していると、成長
時にブロック表面に付着した堆積物が基板取り出し時に
空気中の酸素等の不純物ガスを取り込んでしまう。

この取り込まれた不純物ガスは次回の成長時の基板の加
熱時に放出され、成長結晶に取り込まれ。

結晶の品質の低下を招く。

第４図は第３図（ｄ）に示したソルダーフリーホルダを
多数枚成長ＭＢＥ装置に応用した物である。第４図（ａ
）は平面図、第４図（ｂ）はホルダの中央部でカントし
た断面図である。

多数枚の場合、ウェハーの形状は円形のため。

ホルダ表面の露出する面積も大きく、堆積物の量も多く
なり、より一層、不純物ガスを取込みやすくなる。

〔課題を解決するための手段〕

従って、結晶成長時に基板上には結晶が成長し。

ホルダのブロックには堆積物が付着しない様に。

ブロック表面をいつもクリーンな状態にしておけばよい
。

本発明は、ホルダの基板装着部以外をマスクし。

大気中に取り出すホルダのブロック表面への堆積物の付
着を無くすことにより、大気中での不純物ガスの取込み
を無くシ、成長結晶の品質の低下を防ぐ様にした物であ
る。

第１図は本発明の原理説明図及び一実施例の基板ホルダ
の構成図、第２図は分子線結晶成長装置（ＭＢＥ）の構
成図である。

図において、１はブロック、２は基板支持金具。

３は遮蔽板、４は基板、５は板、６は基板ホルダ。

７は基板窓、８は回転機構、９はマニピュレータ。

１０は成長室、１１は分子線源、１２はヒータ、１３は
液体窒素シュラウド、　１４は反射板、１５は基板取り
出し室、　１６は基板取り出し口、１７は基板搬送機構
である。

前記課題を解決するためには１本発明のように。

ブロックｌと基板支持金具２と遮蔽板３とを有し該ブロ
ック１は基板４を支持する数組からなる基板支持金具２
が取り付けられるものであり、該基板支持金具２は一組
で一枚の基板４を支持するものであり、該遮蔽板３は分
子線結晶成長装置の成長室１０内の基板の回転機構８に
常時取り付けられ。

分子線源ｌ】より該基板４以外の基板ホルダ６を遮蔽す
るものであり、結晶成長時、該遮蔽板６の基板窓７に該
基板４を表出させることを特徴とす、る分子線結晶装置
用基板ホルダ６を使用する。

即ち３分子線結晶成長装置において１分子線源１１と基
板ホルダ６の間に遮蔽板（マスク）３を置き、その遮蔽
板３によって、基板ボルダ６の基板部以外は分子線ｔ１
．１１から見えないようにすればよい。つまり、外部に
取り出す基板ホルダ６の表面に成長材料分子が付かない
様な構造にすればよい。

そうすれば、結晶成長中には基板ホルダ６のブロック１
等の基板面以外が遮蔽され１分子線が当たらないため、
堆積物がなく、不純物ガスによる基板４の汚染が防止で
きることとなる。

〔作用〕

本発明では、基板ホルダのブロック表面が見えない様に
マスクすることにより、外部に取り出すホルダのブロッ
ク表面への堆積物の付着を無＜シ。

高品質の結晶を安定して作成できる。

〔実施例〕

第１図は２本発明の一実施例の基板ホルダの構成図、第
２図はＭＢＥ装置の構成図である。

図において、■はブロック、２は基板支持金具。

３は遮蔽板、４は基板、５は仮、６は基板ホルダ。

７は基板窓、８は回転機構、９はマニピュレータ。

１０は成長室、　１１は分子線源、１２はヒーター、　
１３は液体窒素シュラウド、１４は反射板、１５は基板
取り出し室、１６は基板取り出し口、１７は基板搬送機
構、１８は遮蔽板ホルダ、１９はゲートバルブである。

第２図（ａ）は装置の平面図、第２図（ｂ）は装置の成
長室の断面図を示す。

ＭＢＥ装置は１０−１０Ｔｏｒｒの超高真空で使用する
ため、基板４を装着した基板ホルダ６の出し入れのため
の基板取り出し室１５を備えており、基板ホルダ６はゲ
ートバルブ１９を開いて、基板搬送機構１７により成長
室１０内の回転機構８に横方向より挿入してセットされ
る。

４枚の基板４を角形基板ホルダ６に装着した一実施例を
第４図に示す。

回転機構８はマニピュレーター９の軸の周囲に嵌め込ま
れて、結晶成長時に回転する構造となっている。

マニピュレーター９の先端にはヒーター１２が取り付け
られ、結晶成長時に基板４を加熱するとともに、基板ホ
ルダ６を上下に移動することができる。

遮蔽板３は基板ホルダ６のブロック１と殆ど同じ形をし
ており、基板ホルダ６の基板部と同じところに、基板窓
７が開けられ、基板ホルダ６を遮蔽板３に重ねると、基
板４が遮蔽板３の基板窓７の中にすっぽり入り２表面が
少し、出るようになっている。

基板ホルダ６と遮蔽板３はマニピュレーター９に装着さ
れており、上下に移動できるとともに。

回転機構８により、結晶成長時には基板ホルダ６と遮蔽
板３が一体となって回転する。

実際の成長時に基板４の交換のために大気中に取り出さ
れるのは基板ホルダ６のみであり、遮蔽板３は常時回転
機構８に装着されたままである。

このような構成にすると、基板ホルダにはほとんど成長
材料分子が付着することはなく従って堆積物がなく、何
回でもクリーンな状態で使用することができる。

また、遮蔽板３を取り出すことは可能であり。

必要に応じて成長室１０を大気圧にするときには簡単に
取り出して洗浄することも可能である。

第１図、第２図において、基板ホルダ６及び遮蔽板３の
材料をモリブデン（Ｍｏ）　、基板支持金具の材料をタ
ンタル（Ｔａ）、基板４であるウェハの裏のｖｉ５を焼
結窒化硼素（ＰＢＮ）として、基板４を６６０°Ｃに加
熱し９分子線源として、　Ｇａを１　、０００°Ｃ，Ａ
ｓを３００°Ｃに加熱して１０−　”　Ｔｏｒｒの真空
中で分子線結晶成長を１時間行なって、１μｍの厚さに
、砒化ガリウムを成長させる時、基板ホルダ６を洗浄す
ることなく、１００回成長した結果、基板ホルダ６には
殆ど、結晶の堆積は見られず、高品質な結晶が安定的に
得ることができた。

〔発明の効果〕

以上説明した様に１本発明によれば、大気中に取り出す
基板ホルダのブロック表面をいつもクリーンな状態にす
ることが出来るため、成長結晶の品質を低下させること
なく、また基板ホルダのブロックの洗浄及び脱ガスをす
ることなく、何回でも基板ホルダを使用することができ
る。

従って、結晶の作成工程の簡略化ができ、また高品質の
結晶を安定に作成することができる。

である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の基板ホルダの構成図 第２図はＭＢＥ装置の構成図。 第３図は従来例の説明図 第４図は従来例の多数枚成長用ソルダーフリーホルダで
ある。 図において。 １はブロック、　　　　２は基板支持金具。 ３は遮蔽板、　　　　　４は基板。 ５は板、　　　　　　　６は基板ホルダ。 ７は基板窓、　　　　　８は回転機構。 ９はマニピュレーター １０は成長室。 １２はヒーター １４は反射板。 １６は基板取り出し口 １８は遮蔽板ホルダ １１は分子線源。 １３は液体窒素シュラウド。 １５は基板取り出し室。 １７は基板搬送機構。 木兇明の一′Ｘ７！例の靭ホ〕レダのネ和戊凹Ｍ８Ｅ莱
置の端ｙ＆図 第 図 従 来 例 の花明 口 第３図（での１） Ｄ 探来り」 の 斃 ８月 図 第３図（業の２．） 従来例の号悦牧戒蚤用ソルダーフリーホλレダ第　４　
図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　成膜用基板（４）と、 前記基板を支持するブロック（１）と、 前記基板を加熱する手段（１２）と、 前記基板の表面に分子線を照射する手段を備えた分子線
   結晶成長装置において、 前記成長装置内に固定され、前記分子線に対し前記基板
   の表面のみが表出するように前記ブロックの表面を覆う
   遮蔽板（３）を設けたことを特徴とする分子線結晶成長
   装置。