JPH09181004A - 基板処理装置および基板処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】切替え前のガスと切替え後のガスとが混合しな
いようにすることを目的としている。 【解決手段】処理容器１内に設置される基板３０に複数
のガスを複数の分解容器２，３内でそれぞれ分解して供
給し基板３０に所定の処理を施す基板処理装置におい
て、複数のガスを切替えて処理容器１内の基板３０にそ
れぞれ供給するための切替え手段としての弁装置５０，
５１を分解容器２，３の近傍に設け、弁装置５０，５１
の開閉制御により切替え前のガスと切替え後のガスとが
混合しないようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上にＭＯＣＶ
Ｄ等による薄膜気相成長あるいはＣＢＥ、プラズマＣＶ
Ｄ等の処理を行う基板処理装置および基板処理方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より基板上に各種の処理を行う基板
処理装置が用いられているが、これら基板処理装置のう
ち、以下では一例としてＭＯＣＶＤ（有機金属気相成
長）装置を取上げて説明する。

【０００３】ＭＯＣＶＤ装置も様々な仕様の装置が開発
されているが、図５には原料ガスとしてＶ族ガスおよび
III 族ガスを用いるもので、Ｖ族ガス導入用クラッキン
グセルを複数備え、またIII 族ガス導入用ノズルを備え
た従来装置について例示する。

【０００４】図５において、気相成長装置の処理容器１
の上方にはＶ族ガスをクラッキングするためのクラッキ
ングセル２，３が例えば２個、また、III 族ガスを導入
するためのノズル５が、１個それぞれ下方にガスを供給
するように配設されている。クラッキングセル２，３内
には、ヒータ６，７、 T-C（熱電対）温度計８，９が内
蔵されており、これらは、T-C 温度計８，９の出力に応
じてヒータ６，７の温度を一定温度に制御するためのク
ラッキングセルコントローラ１０に配線により接続され
て取付けられている。

【０００５】また、クラッキングセル２，３には、クラ
ッキングセル２，３内の圧力を測定するための圧力計１
１，１２が設けられると共に、Ｖ族ガスを供給するため
のボンベ、例えばアルシンガスを収容したアルシンホン
ベ１５およびフォスフィンガスを収容したフォスフィン
ボンベ１６が取付けられ、それぞれのガスボンベ１５，
１６から供給されるガスは自動弁１７，１８および流量
計１９，２０を通してクラッキングセル２，３内に導入
されるように構成されている。同様にしてIII族ガス導
入用のノズル５にはIII 族ガスボンベ２１が自動弁２２
および流量計２３を介して接続され、III 族ガス導入用
のノズル５にIII 族ガスが供給される。

【０００６】一方、処理容器１内の下部には支持棒２５
に支持されたサセプタ２６が配設され、このサセプタ２
６上には結晶基板３０が載置される。サセプタ２６の下
方には、サセプタ２６を介して結晶基板３０を一定温度
に保持するためのヒータ３１設けられ、このヒータ３１
は処理容器１外部のヒータコントローラ３２に接続され
て温度制御される。

【０００７】また、処理容器１の側壁には、圧力計３３
および放射温度計３４が取付けられ、これらの出力がヒ
ータコントローラ３２に入力されるように接続されてい
る。そして、処理容器１内を一定圧力にするために処理
容器に設けられた排気口３６の下流側に圧力コントロー
ルバルブ３７を介してロータリポンプ３８が取付けられ
ている。

【０００８】上記のように構成された従来の気相成長装
置を使用して、結晶基板上に薄膜を成長させる場合につ
いて説明する。まず、処理容器１内をロータリポンプ３
８で例えば0.1Torr に保持しておき、結晶基板３０の温
度を上昇させるためのヒータ３１用の電源ＳＷを投入
し、ヒータコントローラ３２により結晶基板３０の温度
が所定温度に保持されるように制御する。

【０００９】次に、クラッキングセル２，３用の電源Ｓ
Ｗを投入し、クラッキングセルコントローラ１０により
クラッキングセル１内を所定温度に保持する。この時、
アルシン用およびホスフィン用のそれぞれのクラッキン
グセル２，３内のヒータ６，７の温度をT-C 温度計８，
９により測定して監視し、クラッキングセルコントロー
ラ１０により一定温度となるように制御している。

【００１０】次にアルシンボンベ１５からアルシン（Ａ
ｓＨ₃ ）を自動弁１７および流量計１９を通してクラッ
キングセル２内へ所定流量供給してクラッキングさせた
後、処理容器１内へ導入させる。放射温度計３４の出力
により、結晶基板３０の温度が所定温度に保持された後
に、III 族ガスボンベ２１用の自動弁２２を開けて例え
ばＴＭＧ（トリメチルガリウム）を流入させ、結晶基板
３０上にＧａＡｓの薄膜を気相成長させる。ここでは、
III 族ガスの一例としてＴＭＧをあげたが、例えばＴＭ
Ａ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩ（トリメチルイ
ンジウム）等の有機金属ガスを混合し、あるいは単独で
流入させる場合（図示省略）もある。

【００１１】結晶基板３０上に所定膜厚の薄膜を成長さ
せた後、アルシン用の自動弁１７を閉にし、次に、フォ
スフィンボンベ１６の自動弁１８を開け、フォスフィン
ガスを流量計１９を通して所定流量クラッキングセル３
内に導入する。クラッキングセル３内でフォスフィンガ
スをクラッキングした後に処理容器１内に導入し、結晶
基板３０上にＧａＰの薄膜を気相成長させる。または必
要に応じてＴＭＡ，ＴＭＩ等を同時に流入してＩｎＧａ
ＡｌＰ等、目的に応じた薄膜を結晶基板３０上に形成す
る。

【００１２】このような従来装置にあっては、アルシン
ガスの供給を停止するため、アルシンガス用の自動弁１
７を閉にしても、クラッキングセル２内に残留している
アルシンが処理容器１内に長時間に亘って流出し結晶基
板３０上に徐々に達してしまい、次に導入したホスフィ
ンガスと混合し、結晶基板３０上の薄膜が良好なヘテロ
構造とならない問題が生じていた。結晶基板３０上の薄
膜が良好なヘテロ構造にならないと、表面モホロジーが
悪化し、このような結晶基板３０を用いて例えばレーザ
やＬＥＤを製造した場合に、発振しなかったり、発振し
ても強度が弱かったりする等の問題があった。このよう
な問題は、クラッキングセル内のガス圧力が高いほど顕
著となる。

【００１３】また、このようなガス切替え時のガス混合
の問題は、上記に説明したＭＯＣＶＤ装置のみならず、
ＣＢＥ、プラズマＣＶＤ装置等の基板処理装置でも同様
に生じている問題である。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の基板処理装置にあっては、供給するガスの切替え
を行った後も、クラッキングセル内に残留した切替え前
のガスと切替え後のガスとが混合してしまう。その結
果、処理容器内に混合ガスが流入して結晶基板上に達す
るため、良好なヘテロ構造の半導体薄膜が得られないと
いう問題点が生じていた。したがって例えばレーザやＬ
ＥＤを製造する場合などは、発振しない、発振しても強
度が弱い等の問題があった。

【００１５】本発明は上記問題点を考慮してなされたも
ので、ガスの切替えを行った後、切替え前のガスと切替
え後のガスとが混合しないように改良を施した基板処理
装置および基板処理方法を提供することを目的としてい
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明においては、処理容器内に設置される基板に複
数のガスを複数の分解容器内でそれぞれ分解して供給し
前記基板に所定の処理を施す基板処理装置において、前
記複数のガスを切替えて前記処理容器内の前記基板にそ
れぞれ供給するための切替え手段を前記分解容器の近傍
に設けることにより、切替えにより供給を停止されたガ
スが分解容器から長時間に亘って漏れ出すことを防止
し、切替え前のガスと切替え後のガスとが混合しないよ
うに構成したことを特徴としている。

【００１７】また切替え手段としては、前記分解容器に
設けられたガス供給口を開閉する弁手段、あるいは前記
分解容器に設けられたガス導入口を開閉する弁手段のい
ずれか少なくとも一方を含んで構成し、この弁手段の開
閉を制御することにより供給の停止されたガスが分解容
器から処理容器内に漏れ出すことを防止する構成を採用
している。

【００１８】また切替え手段は、前記分解容器に形成さ
れた排気口に接続されるガス排気手段を含んで構成し、
分解容器内に残留している切替え前のガスを排気し、切
替え後のガス混合することを防止するように構成してい
る。

【００１９】さらに、切替え手段としては、分解容器に
設けられたガス供給口を開閉する弁手段、あるいは前記
分解容器に設けられたガス導入口を開閉する弁手段の少
なくともどちらか一方の弁手段と、前記分解容器に形成
された排気口に接続されるガス排気手段と、前記弁手段
を閉じた後に前記ガス排気手段により前記分解容器内を
排気するように制御する制御手段とを備え、供給が停止
されたガスは、弁手段を閉じて分解容器内に閉じ込めた
後に排気手段により排気し、後に供給されるガスと混合
することを防止している。

【００２０】また上記目的を達成するために、処理容器
内に設置される基板に複数のガスを複数の分解容器内で
それぞれ分解して供給し前記基板に所定の処理を施す基
板処理方法において、前記分解容器内で分解される複数
のガスの混合を防止しながらそれぞれのガスを切替えて
供給することを特徴としている。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例に
ついて、図面を参照して詳細に説明する。 （第１の実施の形態）図１は、本発明に関わる基板処理
装置としてＭＯＣＶＤ装置を例示したものであり、図５
に示した従来装置と同一部分には同一符号を付して説明
する。

【００２２】この第１の実施の形態が特徴とする構成
は、クラッキングセル２，３のガス供給口２ａ，３ａを
開閉するための弁装置を設け、ガスの切替えを瞬時に行
えるように構成したことである。この弁装置の構成・作
用については以下に順を追って説明する。

【００２３】図１に示した基板処理装置は、処理容器１
を備え、この処理容器１の上部には導入されるＶ族ガス
をクラッキングするためのクラッキングセル２，３が設
けられ、またＩＩＩ族ガスを導入するためのノズル５が
これらクラッキングセル２，３の間に配置されている。
これらのクラッキングセル２，３およびノズル５を通し
て原料ガスが処理容器１内に導入される。クラッキング
セル２，３内には、ヒータ６，７、 T-C（熱電対）温度
計８，９が内蔵されており、ヒータ６，７は、T-C 温度
計８，９の出力に応じてヒータ６，７の温度を所定温度
に制御するためのクラッキングセルコントローラ１０に
より制御される。また、クラッキングセル２，３には、
クラッキングセル２，３内の圧力を測定するための圧力
計１１，１２が設けられている。

【００２４】そして、クラッキングセル２にはＶ族ガス
を供給するためのボンベ、例えばアルシンガスを収容し
たアルシンホンベ１５が配管系を介して取付けられ、ア
ルシンボンベ１５から配管系を介して供給されるアルシ
ンガスは自動弁１７および流量計１９を通してクラッキ
ングセル２内に導入されるように構成されている。

【００２５】同様にクラッキングセル３には他のＶ族ガ
スを供給するためのボンベ、例えばフォスフィンガスを
収容したホスフィンボンベ１６が配管系を介して取付け
られ、フォスフィンボンベ１６から配管系を介して供給
されるフォスフィンガスは自動弁１８および流量計２０
を通してクラッキングセル３内に導入されるように構成
されている。

【００２６】またIII 族ガス導入用のノズル５にはIII
族ガスを供給するためのボンベ、例えばＴＭＧガスを収
容したIII 族ガスボンベ２１が配管系を介して取付けら
れ、III 族ガスボンベ２１から配管系を介して供給され
るＴＭＧは自動弁２２および流量計２３を通してノズル
５へ導入される。

【００２７】一方、処理容器１内の下部には支持棒２５
に支持されたサセプタ２６が配設され、このサセプタ２
６上には結晶基板３０が載置される。サセプタ２６の下
方には、サセプタ２６を介して結晶基板３０を所定温度
に保持するためのヒータ３１が設けられ、このヒータ３
１は処理容器１外部のヒータコントローラ３２に接続さ
れ、処理容器１の側壁に設けられた放射温度計３４の出
力に応じて温度制御される。また処理容器１の側壁には
処理容器内の圧力を測定する圧力計３３も取付けられて
いる。そして、処理容器１に設けられた排気口３６の下
流側に処理容器１内を一定圧力にするために圧力コント
ロールバルブ３７を介してロータリポンプ３８が取付け
られている。

【００２８】次に、この第１の実施の形態の特徴構成で
ある弁装置について説明する。すなわち、処理容器１の
上部に設けられたクラッキングセル２，３のガス供給口
２ａ，３ａを開閉するために、これら供給口２ａ，３ａ
の下部に弁体５０，５１を配置している。これら弁体５
０，５１には、支持棒５２，５３の一端が取付けられ、
この支持棒５２，５３の他端はクラッキングセル２，３
内を気密に貫通して上方に延び、上下駆動機構５４，５
５に接続されている。この上下駆動機構５４，５５によ
り支持棒５２，５３が上下に駆動され、弁体５０，５１
がガス供給口２ａ，３ａを開閉する。

【００２９】なお、この弁体５０，５１は高温・腐食性
雰囲気中でも使用が可能なように、石英やセラミックス
等を主体とした部材より成り、シール性能を向上させる
ためにその形状は、ラビリンス等を形成することが望ま
しい。また石英やセラミックス以外でも、高温・腐食性
雰囲気で所定のシール性能が得られるものであればどの
ようなものでも良い。

【００３０】上下駆動機構５４，５５は、アルシンボン
ベ１５，フォスフィンボンベ１６の配管系にそれぞれ介
挿される自動弁１７，１８の開閉を制御するガス切替え
コントローラ５７に接続されており、ガスの切替えを司
る自動弁１７，１８の開閉に応じて上下駆動機構５４，
５５を駆動し、弁体５０，５１によるガス供給口２ａ，
３ａの開閉を制御している。

【００３１】上記のように構成された基板処理装置を用
いて、結晶基板３０に薄膜を形成する基板処理方法につ
いて説明する。まず、ガス切替えコントローラ５７によ
りフォスフィンガス導入用のクラッキングセル３の弁体
５１を閉にしておき、アルシン導入用のクラッキングセ
ル２の弁体５０を開にしておく。次に、処理容器１内を
ロータリポンプ３８で例えば0.1Torr に保持しておき、
結晶基板３０の温度を上昇させるためのヒータ用電源Ｓ
Ｗを投入し、ヒータコントローラ３２により結晶基板３
０の温度を所定温度に保持するように制御する。

【００３２】次に、クラッキングセル用電源ＳＷを投入
し、クラッキングセルコントーラ１０でアルシンガス導
入用およびフォスフィンガス導入用の各々のクラッキン
グセル２，３内のヒータ６，７の温度を、T-C 温度計
８，９の監視により所定温度に保持する。次にアルシン
ボンベ１５からアルシンを配管系を通して自動弁１７、
流量計１９によりクラッキングセル２内へ所定流量流入
してクラッキングさせる。その後、クラッキングセル２
のガス供給口２ａから処理容器１内へ流入させる。

【００３３】放射温度計３４の指示により結晶基板３０
の温度が所定温度で安定しているのを確認した後に、II
I 族ガスボンベ２１の配管系に介挿されている自動弁２
２を開けて、例えばＴＭＧを流入させ、結晶基板３０上
にＧａＡｓの薄膜を気相成長させる。ここでは、III 族
ガスの一例としてＴＭＧを例示したが、例えばＴＭＩ，
ＴＭＡ等の有機金属ガス（図示省略）を混合させるか、
または単独で流入させる場合もある。

【００３４】次に、ＧａＡｓの薄膜が所定の膜厚になっ
た後（例えば、薄膜成長時間で膜厚を管理）に、アルシ
ンガス導入用の自動弁１７をガス切替えコントローラ５
７によって閉止すると共に上下駆動機構５４を駆動して
弁体５０を閉じる。またそれと共に、フォスフィン導入
用のクラッキングセル３の弁体５１を上下駆動機構５５
を駆動して開にし、フォスフィンボンベ１６に連結され
る配管系に介挿された自動弁１８を開にして流量計２０
によりフォスフィンを所定流量クラッキングセル３内に
導入クラッキングさせる。その後、クラッキングセル３
の供給口３ａから処理容器１内に導入させて結晶基板３
０上にＧａＰの薄膜を形成する。または、ＴＭＡ、ＴＭ
Ｉ等を同時に流入して例えばＩｎＧａＡｌＰ等、目的に
応じた薄膜を形成する。この時に、アルシンガス導入用
の自動弁１７をガス切替えコントローラ５７によって閉
止して弁体５０を閉じるのと前後してＴＭＧの供給も停
止し、その後、フォスフィン導入用の弁体５１を開に
し、フォスフィンボンベ１６に連結される配管系に介挿
された自動弁１８を開にしてフォスフィンを所定流量ク
ラッキングセル３内に導入させるのと前後してＴＭＧの
供給を再開するように制御しても良い。

【００３５】そして、所定の薄膜を成長させた後は、ま
ず、III 族ガスの供給を停止し、結晶基板３０を加熱し
ているヒータ３１を停止し、所定温度まで結晶基板温度
が低下した後に、Ｖ族ガスの供給を停止する。そして、
処理容器１内を例えば水素雰囲気に置換し、結晶基板３
０の交換を行うことで一連の処理が完了する。

【００３６】ここで、図１では弁体５０，５１は、処理
容器１とクラッキングセル２，３との間、すなわちクラ
ッキングセル２，３の外側に設けてあるが、クラッキン
グセル２，３内に弁体５０，５１を配置する構成でも同
様な作用・効果が得られる。また、この弁体５０，５１
はどのような形式の弁でも良く、そして、完全な密閉機
能を有する弁装置である必要は無く、多少のガスのリー
クがあっても良い。

【００３７】このように、第１の実施の形態に示した基
板処理装置および基板処理方法によれば、ガスの切替え
制御をクラッキングセル２，３に設けた弁体５０，５１
を備えた弁装置により瞬時に行うことが可能となり、良
好な基板処理を行うことができる。

【００３８】（第２の実施の形態）図２は、本発明に関
わる基板処理装置として第１の実施の形態と同様にＭＯ
ＣＶＤ装置を例示したものであり、図１および図５に示
した装置と同一部分には同一符号を付して説明する。

【００３９】この第２の実施の形態が特徴とする構成
は、クラッキングセル２，３の排気を行うことでクラッ
キングセル２，３内に残留するガスを排出し、ガスの切
替えを瞬時に行えるように構成したことである。この排
気を行う手段についての構成・作用については以下に順
を追って説明する。

【００４０】図２に示した基板処理装置も図１に示した
第１の実施の形態で説明した基板処理装置と同様に、処
理容器１を備えこの処理容器１の上部には導入されるＶ
族ガスをクラッキングするためのクラッキングセル２，
３が設けられ、またIII 族ガスを導入するためのノズル
５がこれらクラッキングセル２，３の間に配置されてい
る。これらのクラッキングセル２，３およびノズル５を
通して原料ガスが処理容器１内に導入される。クラッキ
ングセル２，３内には、ヒータ６，７、 T-C（熱電対）
温度計８，９が内蔵されており、ヒータ６，７は、T-C
温度計８，９の出力に応じてヒータ６，７の温度を所定
温度に制御するためのクラッキングセルコントローラ１
０により制御される。また、クラッキングセル２，３に
は、クラッキングセル２，３内の圧力を測定するための
圧力計１１，１２が設けられている。

【００４１】そして、クラッキングセル２にはＶ族ガス
を供給するためのボンベ、例えばアルシンガスを収容し
たアルシンホンベ１５が配管系を介して取付けられ、ア
ルシンボンベ１５から配管系を介して供給されるアルシ
ンガスは自動弁１７および流量計１９を通してクラッキ
ングセル２内に導入されるように構成されている。

【００４２】同様にクラッキングセル３には他のＶ族ガ
スを供給するためのボンベ、例えばフォスフィンガスを
収容したホスフィンボンベ１６が配管系を介して取付け
られ、フォスフィンボンベ１６から配管系を介して供給
されるフォスフィンガスは自動弁１８および流量計２０
を通してクラッキングセル３内に導入されるように構成
されている。

【００４３】またIII 族ガス導入用のノズル５にはIII
族ガスを供給するためのボンベ、例えばＴＭＧガスを収
容したIII 族ガスボンベ２１が配管系を介して取付けら
れ、III 族ガスボンベ２１から配管系を介して供給され
るＴＭＧは自動弁２２および流量計２３を通してノズル
５へ導入される。

【００４４】一方、処理容器１内の下部には支持棒２５
に支持されたサセプタ２６が配設され、このサセプタ２
６上には結晶基板３０が載置される。サセプタ２６の下
方には、サセプタ２６を介して結晶基板３０を所定温度
に保持するためのヒータ３１が設けられ、このヒータ３
１は処理容器１外部のヒータコントローラ３２に接続さ
れ、処理容器１の側壁に設けられた放射温度計３４の出
力に応じて温度制御される。また処理容器１の側壁には
処理容器内の圧力を測定する圧力計３３も取付けられて
いる。そして、処理容器１に設けられた排気口３６の下
流側に処理容器１内を一定圧力にするために圧力コント
ロールバルブ３７を介してロータリポンプ３８が取付け
られている。

【００４５】次に、この第２の実施の形態の特徴構成で
あるクラッキングセルの排気手段にについて説明する。
すなわち、処理容器１の上部に設けられたクラッキング
セル２，３の側壁には排気口２ｂ，３ｂが設けられ、こ
れら排気口２ｂ，３ｂは配管系を介してロータリポンプ
６０に繋がっている。排気口２ｂ，３ｂとロータリポン
プ６０とを連結する配管系の途中には自動弁６１，６２
が介挿されており、これら自動弁６１，６２はガス切替
えコントローラ５７により開閉制御される。またガス切
替えコントローラ５７は、ロータリポンプ６０の電源Ｓ
Ｗを自動弁６１，６２との関連においてＯＮ−ＯＦＦ制
御する。またガス切替えコントローラ５７は、第１の実
施の形態と同様に、アルシンボンベ１５，フォスフィン
ボンベ１６の配管系にそれぞれ介挿される自動弁１７，
１８の開閉も制御しており、結局これら自動弁１７，１
８および自動弁６１，６２さらにロータリポンプ６０は
以下に示すように関連的に制御される。

【００４６】すなわち上記のように構成された基板処理
装置を用いて、結晶基板３０に薄膜を形成する基板処理
方法について説明する。まず、処理容器１内をロータリ
ポンプ３８で例えば0.1Torr に保持しておき、結晶基板
３０の温度を上昇させるためのヒータ用電源ＳＷを投入
し、ヒータコントローラ３２により結晶基板３０の温度
を所定温度に保持するように制御する。

【００４７】次に、クラッキングセル用電源ＳＷを投入
し、クラッキングセルコントーラ１０でアルシンガス導
入用およびフォスフィンガス導入用の各々のクラッキン
グセル２，３内のヒータ６，７の温度を、T-C 温度計
８，９の監視により所定温度に保持する。次にガス切替
えコントローラ５７により自動弁１７を開とし、アルシ
ンボンベ１５からアルシンを配管系を通して自動弁１
７、流量計１９によりクラッキングセル２内へ所定流量
流入してクラッキングさせる。その後、クラッキングセ
ル２のガス供給口２ａから処理容器１内へ流入させる。

【００４８】放射温度計３４の指示により結晶基板３０
の温度が所定温度で安定しているのを確認した後に、II
I 族ガスボンベの配管系に介挿されている自動弁２２を
開けて、例えばＴＭＧを流入させ、結晶基板３０上にＧ
ａＡｓの薄膜を気相成長させる。ここでは、III 族ガス
の一例としてＴＭＧを例示したが、例えばＴＭＩ，ＴＭ
Ａ等の有機金属ガス（図示省略）を混合させるか、また
は単独で流入させる場合もある。

【００４９】次に、ＧａＡｓの薄膜が所定の膜厚になっ
た後（例えば、薄膜成長時間で膜厚を管理）に、アルシ
ンガス導入用の自動弁１７をガス切替えコントローラ５
７によって閉止すると共に自動弁６１を開とし、ロータ
リポンプ６０によりクラッキングセル２内に残留してい
るアルシンガスを排気する。排気が完了した時点でガス
切替えコントローラにより自動弁６１を閉じ、またロー
タリポンプ６０を停止する。

【００５０】上記アルシンの排気と平行して、ガス切替
えコントローラ５７により、フォスフィンボンベ１６に
連結される配管系に介挿された自動弁１８を開にして流
量計２０によりフォスフィンを所定流量クラッキングセ
ル３内に導入しクラッキングさせる。その後、クラッキ
ングセル３の供給口３ａから処理容器１内に導入させて
結晶基板３０上にＧａＰの薄膜を形成する。または、Ｔ
ＭＡ、ＴＭＩ等を同時に流入して例えばＩｎＧａＡｌＰ
等、目的に応じた薄膜を形成する。

【００５１】そして、所定の薄膜を成長させた後は、ま
ず、III 族ガスの供給を停止し、結晶基板３０を加熱し
ているヒータ３１を停止し、所定温度まで結晶基板温度
が低下した後に、Ｖ族ガスの供給を停止する。そして、
処理容器１内を例えば水素雰囲気に置換し、結晶基板３
０の交換を行うことで一連の処理が完了する。

【００５２】このように、第２の実施の形態に示した基
板処理装置および基板処理方法によれば、ガスの切替え
制御をクラッキングセル２，３に設けた排気口２ｂ，３
ｂに配管系を介して連結されるロータリポンプ６０によ
りクラッキングセル２，３内を瞬時に排気することによ
り、ガス切替えを瞬時に行うことが可能となり、良好な
基板処理を行うことができる。

【００５３】（第３の実施の形態）次に図３は、本発明
の第３の実施の形態に係る基板処理装置について示した
もので、図１、図２および図５と同一部分については同
一符号を付して説明は省略する。

【００５４】この第３の実施の形態が特徴とする部分
は、第１の実施の形態で示した通りのクラッキングセル
２，３のガス供給口２ａ，３ａを開閉するための弁装置
を設けガスの切替えを瞬時に行えるようにした構成、お
よびクラッキングセル２，３の排気を行うことでクラッ
キングセル２，３内に残留するガスを排出し、ガスの切
替えを瞬時に行えるようにした構成の双方を組合わせて
採用したことにある。

【００５５】つまり、第３の実施の形態の特徴部分につ
いてのみ以下説明すると、まず処理容器１の上部に設け
られたクラッキングセル２，３のガス供給口２ａ，３ａ
を開閉するために、これら供給口２ａ，３ａの下部に弁
体５０，５１を配置している。これら弁体５０，５１に
は、支持棒５２，５３の一端が取付けられ、この支持棒
５２，５３の他端はクラッキングセル２，３内を気密に
貫通して上方に延び、上下駆動機構５４，５５に接続さ
れている。この上下駆動機構５４，５５により支持棒５
２，５３が上下に駆動され、弁体５０，５１がガス供給
口２ａ，３ａを開閉する。

【００５６】なお、この弁体５０，５１は高温・腐食性
雰囲気中でも使用が可能なように、石英やセラミックス
等を主体とした部材より成り、シール性能を向上させる
ためにその形状は、ラビリンス等を形成することが望ま
しい。また石英やセラミックス以外でも、高温・腐食性
雰囲気で所定のシール性能が得られるものであればどの
ようなものでも良い。

【００５７】また上下駆動機構５４，５５は、アルシン
ボンベ１５，フォスフィンボンベ１６の配管系にそれぞ
れ介挿される自動弁１７，１８の開閉を制御するガス切
替えコントローラ５７に接続されており、ガスの切替え
を司る自動弁１７，１８の開閉に応じて上下駆動機構５
４，５５を駆動し、弁体５０，５１によるガス供給口２
ａ，３ａの開閉を制御している。

【００５８】また、処理容器１の上部に設けられたクラ
ッキングセル２，３の側壁には排気口２ｂ，３ｂが設け
られ、これら排気口２ｂ，３ｂは配管系を介してロータ
リポンプ６０に繋がっている。排気口２ｂ，３ｂとロー
タリポンプ６０とを連結する配管系の途中には自動弁６
１，６２が介挿されており、これら自動弁６１，６２は
ガス切替えコントローラ５７により開閉制御される。ま
たガス切替えコントローラ５７は、ロータリポンプ６０
の電源ＳＷを自動弁６１，６２との関連においてＯＮ−
ＯＦＦ制御する。またガス切替えコントローラ５７は、
第１の実施の形態と同様に、アルシンボンベ１５，フォ
スフィンボンベ１６の配管系にそれぞれ介挿される自動
弁１７，１８の開閉も制御しており、結局これら自動弁
１７，１８および自動弁６１，６２さらにロータリポン
プ６０は以下に示すように関連的に制御される。

【００５９】すなわち上記のように構成された第３の実
施の形態に係る基板処理装置を用いて、結晶基板３０に
薄膜を形成する基板処理方法について説明する。まず、
ガス切替えコントローラ５７によりフォスフィンガス導
入用のクラッキングセル３の弁体５１を閉にしておき、
アルシン導入用のクラッキングセル２の弁体５０を開に
しておく。次に、処理容器１内をロータリポンプ３８で
例えば0.1Torr に保持しておき、結晶基板３０の温度を
上昇させるためのヒータ用電源ＳＷを投入し、ヒータコ
ントローラ３２により結晶基板３０の温度を所定温度に
保持するように制御する。

【００６０】次に、クラッキングセル用電源ＳＷを投入
し、クラッキングセルコントーラ１０でアルシンガス導
入用およびフォスフィンガス導入用の各々のクラッキン
グセル２，３内のヒータ６，７の温度を、T-C 温度計
８，９の監視により所定温度に保持する。次にガス切替
えコントローラ５７により自動弁１７を開とし、アルシ
ンボンベ１５からアルシンを配管系を通して自動弁１
７、流量計１９によりクラッキングセル２内へ所定流量
流入してクラッキングさせる。その後、クラッキングセ
ル２のガス供給口２ａから処理容器１内へ流入させる。

【００６１】放射温度計３４の指示により結晶基板３０
の温度が所定温度で安定しているのを確認した後に、Ｉ
ＩＩ族ガスボンベの配管系に介挿されている自動弁２２
を開けて、例えばＴＭＧを流入させ、結晶基板３０上に
ＧａＡｓの薄膜を気相成長させる。ここでは、ＩＩＩ族
ガスの一例としてＴＭＧを例示したが、例えばＴＭＩ，
ＴＭＡ等の有機金属ガス（図示省略）を混合させるか、
または単独で流入させる場合もある。

【００６２】次に、ＧａＡｓの薄膜が所定の膜厚になっ
た後（例えば、薄膜成長時間で膜厚を管理）に、アルシ
ンガス導入用の自動弁１７をガス切替えコントローラ５
７によって閉止すると共に上下駆動機構５４を駆動して
弁体５０を閉じる。弁体５０を閉じる動作と並行してガ
ス切替えコントローラ５７によって閉止すると共に自動
弁６１を開とし、ロータリポンプ６０によりクラッキン
グセル２内に残留しているアルシンガスを排気する。排
気が完了した時点でガス切替えコントローラにより自動
弁６１を閉じ、またロータリポンプ６０を停止する。

【００６３】上記アルシンの排気と平行して、フォスフ
ィン導入用のクラッキングセル３の弁体５１を上下駆動
機構５５を駆動して開にし、フォスフィンボンベ１６に
連結される配管系に介挿された自動弁１８を開にして流
量計２０によりフォスフィンを所定流量クラッキングセ
ル３内に導入クラッキングさせる。その後、クラッキン
グセル３の供給口３ａから処理容器１内に導入させて結
晶基板３０上にＧａＰの薄膜を形成する。または、ＴＭ
Ａ、ＴＭＩ等を同時に流入して例えばＩｎＧａＡｌＰ
等、目的に応じた薄膜を形成する。この時に、アルシン
ガス導入用の自動弁１７をガス切替えコントローラ５７
によって閉止して弁体５０を閉じ、ロータリポンプ６０
によりクラッキングセル２内に残留しているアルシンガ
スを排気するのと前後してＴＭＧの供給も停止し、その
後、フォスフィン導入用の弁体５１を開にし、フォスフ
ィンボンベ１６に連結される配管系に介挿された自動弁
１８を開にしてフォスフィンを所定流量クラッキングセ
ル３内に導入させるのと前後してＴＭＧの供給を再開す
るように制御しても良い。

【００６４】そして、所定の薄膜を成長させた後は、ま
ず、III 族ガスの供給を停止し、結晶基板３０を加熱し
ているヒータ３１を停止し、所定温度まで結晶基板温度
が低下した後に、Ｖ族ガスの供給を停止する。そして、
処理容器１内を例えば水素雰囲気に置換し、結晶基板３
０の交換を行うことで一連の処理が完了する。

【００６５】ここで、図１では弁体５０，５１は、処理
容器１とクラッキングセル２，３との間、すなわちクラ
ッキングセル２，３の外側に設けてあるが、クラッキン
グセル２，３内に弁体５０，５１を配置する構成でも同
様な作用・効果が得られる。また、この弁体５０，５１
はどのような形式の弁でも良く、そして、完全な密閉機
能を有する弁装置である必要は無く、多少のガスのリー
クがあっても良い。

【００６６】このように、第３の実施の形態に示した基
板処理装置および基板処理方法によれば、ガスの切替え
制御をクラッキングセル２，３に設けた弁体５０，５１
を備えた弁装置を設けると共にクラッキングセル２，３
に設けた排気口２ｂ，３ｂに配管系を介して連結される
ロータリポンプ６０を設けたことによりクラッキングセ
ル２，３内を瞬時に排気することにより、ガスの切替え
を瞬時に行うことが可能となり、良好な基板処理を行う
ことができる。

【００６７】（第４の実施の形態）次に図４は、本発明
の第４の実施の形態に係る基板処理装置について示した
もので、図１、図２、図３および図５と同一部分につい
ては同一符号を付して、説明は省略する。

【００６８】この第４の実施の形態が特徴とする部分
は、第１の実施の形態で示したクラッキングセル２，３
のガス供給口２ａ，３ａを開閉するための弁装置の形式
を他の形式に変更し、第１の実施の形態とほぼ同一のガ
スの切替えを瞬時に行えるようにする作用・効果を得る
ことにある。

【００６９】つまり、第１の実施の形態と基本的な構成
は同一であるため、図１に示した弁装置と異なる弁装置
の構成・作用・効果についてのみ説明する。この第４の
実施の形態では、処理容器１の上部に設けられたクラッ
キングセル２，３内にＶ族ガスを供給する配管系に自動
弁６５，６６が設けられ、この自動弁６５，６６を第１
の実施の形態で示した弁体５０，５１と同様な開閉制御
を行うことによりガスの切替えを早く行うようにしてい
る。特に自動弁６５，６６はクラッキングセル２，３の
ガス導入口の直前に配置されると共に、図示は省略する
がクラッキングセル２，３の体積を必要最低限の大きさ
となるように設計し、自動弁６５，６６を閉じた後にク
ラッキングセル２，３内に滞留するガス量が最小となる
ように構成している。

【００７０】このように弁装置としての自動弁６５，６
６をクラッキングセル２，３のガス導入口の直前に設
け、実質的にクラッキングセル２，３のガス導入口を開
閉制御するような構成であっても、自動弁６５，６６を
閉じた後はクラッキングセル２，３内に滞留しているガ
スはロータリポンプ３８により短時間のうちに排気され
るので、実質的にガスの切替えをスピーディに行うこと
ができる。この第４の実施の形態では、弁装置をクラッ
キングセル２，３内あるいはガス供給口２ａ，３ａの近
傍に配置する他の実施の形態と比較して、弁装置を配管
系に設けることができるので高温腐食性雰囲気の影響を
受け難く弁装置の選択の自由度が増すと共に、弁装置の
寿命・信頼性の観点から望ましい構成である。

【００７１】なお、この第４の実施の形態では、第２の
実施の形態および第３の実施の形態で説明した通りのク
ラッキングセル２，３の側壁に設けた排気口２ｂ，３ｂ
を設け、配管系を介してロータリポンプ６０で排気する
構成と組合わせて採用することで、ガスの切替えを瞬時
に達成することが可能になる。

【００７２】以上本発明の実施の形態について説明して
きたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものでは
ない。特に、本発明の基板処理装置は、上記に説明した
ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）装置にその適用を限定
されるものでは無く、同様に複数のガスをそれぞれ分解
して処理容器内の基板へ供給して基板の処理を行う薄膜
気相成長あるいはＣＢＥ、プラズマＣＶＤ等の基板処理
装置に適用が可能である。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば基
板処理に利用されるガスの切替えを瞬時に行うことがで
きるので、ガスの混合を防止することができ、良好な基
板処理を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の基板処理装置の第１の実施の形態と
して示す気相成長装置の概略構成図。

【図２】 本発明の基板処理装置の第２の実施の形態と
して示す気相成長装置の概略構成図。

【図３】 本発明の基板処理装置の第３の実施の形態と
して示す気相成長装置の概略構成図。

【図４】 本発明の基板処理装置の第４の実施の形態と
して示す気相成長装置の概略構成図。

【図５】 従来の基板処理装置の一例として示す気相成
長装置の概略構成図。

【符号の説明】

１ 処理容器 ２ クラッキングセル ３ クラッキングセル ５ ノズル ６ ヒータ ７ ヒータ ８ T-C 温度計 ９ T-C 温度計 １０ クラッキングセルコントローラ １５ アルシンボンベ（Ｖ族ガスボンベ） １６ フォスフィンボンベ（Ｖ族ガスボンベ） １７ 自動弁 １８ 自動弁 ２１ III 族ガスボンベ ２２ 自動弁 ２５ 支持棒 ２６ サセプタ ３０ 結晶基板 ３１ ヒータ ３２ ヒータコントローラ ３６ 排気口 ３７ コントロールバルブ ３８ ロータリポンプ ５０ 弁体（弁装置） ５１ 弁体（弁装置） ５２ 支持棒 ５３ 支持棒 ５４ 上下駆動機構 ５５ 上下駆動機構 ５７ ガス切替えコントローラ ６０ ロータリポンプ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】処理容器内に設置される基板に複数のガス
   を複数の分解容器内でそれぞれ分解して供給し前記基板
   に所定の処理を施す基板処理装置において、 前記複数のガスを切替えて前記処理容器内の前記基板に
   それぞれ供給するための切替え手段を前記分解容器の近
   傍に設けたことを特徴とする基板処理装置。
2. 【請求項２】前記切替え手段は、前記分解容器に設けら
   れたガス供給口を開閉する弁手段、あるいは前記分解容
   器に設けられたガス導入口を開閉する弁手段のいずれか
   少なくとも一方を含んで構成されていることを特徴とす
   る請求項１記載の基板処理装置。
3. 【請求項３】前記切替え手段は、前記分解容器に形成さ
   れた排気口に接続されるガス排気手段を含んで構成され
   ていることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
4. 【請求項４】前記切替え手段は、前記分解容器から前記
   処理容器内へのガス供給口を開閉する弁手段と、前記分
   解容器に形成された排気口に接続されるガス排気手段
   と、前記弁手段を閉じた後に前記ガス排気手段により前
   記分解容器内を排気するように制御する制御手段とを備
   えていることを特徴とする請求項１記載の基板処理装
   置。
5. 【請求項５】処理容器内に設置される基板に複数のガス
   を複数の分解容器内でそれぞれ分解して供給し前記基板
   に所定の処理を施す基板処理方法において、 前記分解容器内で分解される複数のガスの混合を防止し
   ながらそれぞれのガスを切替えて供給することを特徴と
   する基板処理方法。