WO2005034220A1

WO2005034220A1 - 気相成長方法および気相成長装置

Info

Publication number: WO2005034220A1
Application number: PCT/JP2004/014201
Authority: WO
Inventors: Masayasu Futagawa; Noriko Kakimoto
Original assignee: Sharp Kabushiki Kaisha
Priority date: 2003-10-06
Filing date: 2004-09-29
Publication date: 2005-04-14
Also published as: TWI246118B; JP3638936B1; JP2005116689A; TW200531156A; US20070134413A1; CN1864246A

Abstract

　成長条件が異なっても、均一性の高いエピタキシャル層を形成することができる気相成長方法を提供する。反応室（２）内で原料ガス（１５）により基板（７）上に薄膜を形成する気相成長方法であって、反応室（２）と、基板（７）上に原料ガス（１５）を供給し、排出する流路（５）と、基板（７）を保持する基板保持部と、基板保持部と流路（５）とを相対的に移動させる移動手段（１２）と、移動手段（１２）を制御する制御手段（１３）と、基板（７）を加熱する加熱手段（１０）を備える装置を用い、制御手段（１３）は、結晶成長前に予め、成長条件毎の、流路（５）と基板保持部の相対的な位置を計測し、計測した位置データを保存しており、設定される成長条件と保存している位置データに基づき、流路（５）と基板（７）との相対的な位置の変化が小さくなるように、基板保持部もしくは流路（５）の位置を制御することを特徴とする。

Description

明細書

気相成長方法および気相成長装置

技術分野

[0001] 本発明は、気相成長方法および気相成長装置に関し、特に、均一なェピタキシャル成長層を形成する気相成長方法および気相成長装置に関するものである。

背景技術

[0002] 半導体の製造方法において、基板の表面に酸化膜、窒化膜またはシリコン膜などの薄膜を形成する装置には、熱 CVD装置、プラズマ CVD装置、ェピタキシャル成長装置などが用いられる（特許文献 1参照)。図 6に、従来より知られている MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属化学気相蒸着)装置の 1例を示す。この MOCVD装置は、原料ガスが流路を横方向に水平に流れることから一般に横型 MOCVD装置と呼称される。横型 MOCVD装置は、図 6に示すように、直方体形状のチャンバ 1で構成される反応室 2と、反応室 2を貫通する流路 5を有する。流路 5は、一端にガス供給口 3が設けられ、他端にはガス排出口 4が設けられている。また、流路の略中央部には、開口部 6が形成されており、開口部 6には、サセプタ 9 が設置され、サセプタ 9は、被処理基板 7を保持する基板保持部材 8を有する。また、サセプタ 9の下部には、被処理基板 7を加熱するための基板加熱ヒータ 10が、設置されている。

[0003] これらの配置関係は、流路 5内の基板保持側の底面 20と、基板保持部材 8の表面 21とが、同一平面上に位置するように設置されている (特許文献 2参照)。さらに、基板保持部材 8に形成した凹部に被処理基板 7を載置し、基板保持部材 8の表面 21と、基板の結晶成長面 22とが同一の平面となるようにすることによって、被処理基板 7 の結晶成長面 22も、同一平面上に位置するように設置される場合もある（特許文献 3 参照)。基板の成膜時においては、原料ガス 15がガス供給口 3から流路 5内へ導入され、基板加熱ヒータ 10によって、被処理基板 7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 7上に薄膜形成を行なう。そして、被処理基板 7上を通過した原料ガス 15は、ガス排出口 4より排出される構造となっている。 [0004] 力かる横型 MOCVD反応炉では、品質の良、優れた結晶成長を実現させるために、流路 5内を流れる原料ガス 15が、高温のサセプタ 9上にある被処理基板 7付近で、原料ガス 15の流速分布や温度が空間的に均一であり、原料ガス 15の流れに渦や乱れが発生しない層流となるように、原料ガス 15の流し方や温度の制御、反応炉の各種構成などに工夫が必要である。なかでも、基板保持部材 8の表面 21と流路 5内の基板保持側の底面 20の相対的な位置関係によって、被処理基板 7近傍の原料ガス 15の流れが大きく変化し、薄膜の均一な形成に大きな影響を及ぼすため、相対的な位置関係の精度は 0. 1mm以下の精度が要求され、位置決め精度が非常に重要な課題となる。

[0005] このため、製造プロセスにおける静的な状態を改良する方法として、たとえば、サセプタの上流側に、サセプタに近接して、原料ガスを予備加熱するための加熱手段を設けて、加熱時の上昇気流により、乱流化した原料ガスを層流に復帰させ、基板上で原料ガスが層流となるようにする手段が開示されている。また、再乱流化する位置をより下流側に移動させて、基板上の層流化を確実なものとするために、サセプタの下流側にも、サセプタに近接して、加熱手段を設ける方法も有効とある (特許文献 2 参照)。

[0006] 同様に、製造プロセスにおける静的な状態を改良する方法として、たとえば、基板を保持するトレーを回転させながら気相成長させ、また、トレーを配置する凹部の内周面と、トレーの外周面との間隙を、原料ガスの上流側より下流側で大きくする技術が開示されている。これにより、トレーを配置する凹部力もの発生ガスを、間隙の大きい下流側の間隙から流出させ、間隙の小さい上流側力の流出を抑制し、成長する薄膜に発生ガスが取り込まれないようにし、高品質なウェハを得ることができるとある（特許文献 3参照)。

[0007] また、横型 MOCVD装置においては、流路内の基板が載置されている側に対向する側の底面と基板との相対位置を、薄膜形成中に大きく変更することにより、異なるガス流に交互に曝して、異なる簿膜を交互に成長させる技術が開示されている（特許文献 4参照)。さらに、薄膜形成後の改良方法としては、抵抗ヒータなどの加熱手段を設けたサセプタを冷却するための冷却ガス噴出部をサセプタの外周近傍に設けた気相成長装置が開示されている。この装置によれば、冷却ガスを利用してサセプタを迅速に降温することができるので、均一性や膜質を損なうことなぐスループットを向上させることができるとある (特許文献 5参照)。

特許文献 1：特許第 3338884号公報

特許文献 2：特開平 5- 283339号公報

特許文献 3：特開平 11-67670号公報

特許文献 4:特開平 5— 175141号公報

特許文献 5：特開 2000 - 114180号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] このように気相成長装置では、高品質な結晶成長を実現する上で、被処理基板近傍における原料ガスの均一な流れが重要であるため、高精度な構成部品を用いるとともに、高精度に構成部品の位置決めを行ない、理想的な原料ガスの流れが得られるように組み立てが行なわれる。

[0009] さて、近年、より高度な結晶成長を行なうために、たとえば、異なる特性の膜を連続して積層成膜する目的で、結晶成長を行なう処理プロセス中に、被処理基板の温度を変更することが行なわれている。しかし、その場合には、つぎのような課題がある。図 7に示すように、被処理基板 7の温度の変更は、基板加熱ヒータ 10への供給電力の変更によって行なわれるが、加熱により、基板加熱ヒータ 10、被処理基板 7の他、サセプタ 9、基板保持部材 8、流路 5などの周辺部品において、すべての温度が変化すること〖こなる。しかし、それぞれの構成部品がすべて同一の材料により製作されていることはほとんど無ぐそれぞれの構成部品はそれぞれ固有の線膨張係数を有している。また、各構成部品は、様々な寸法を有し、更に、他の構成部品と相対的に固定される箇所も様々に異なっている。したがって、ある温度変化による寸法変化は、変化量および方向が、構成部品により様々に異なる。そのため、被処理基板 7のある特定の温度において、背景技術で述べたように、基板保持部材 8の表面 21と、流路 5内の基板保持側の底面 20の相対位置関係の精度を、 0. 1mm以下になるように精密に組み立てを行なったとしても、被処理基板 7の別の温度においては、その精度を維持することはできない。

[0010] たとえば、ある温度状態を示す図 6では、基板保持部材 8の表面 21と、流路 5内の基板保持側の底面 20の相対位置関係は、同一平面上に位置している。しかし、被処理基板 7の温度が上昇した状態を示す図 7では、基板加熱ヒータ 10からの発熱量が増加し、サセプタ 9および基板保持部材 8が熱膨張することによって、被処理基板 7の位置が、図 7に示すように、上方向に変化している。この結果、ガス 15の流れは、サセプタ 9の上流側付近に始まる乱れを生ずる。つまり、ある被処理基板温度において理想的に設定した構成部品の位置関係は、別の被処理基板温度では維持されない。したがって、気相成長装置に求められる理想的なガス流状態を、複数の被処理基板温度を有する結晶成長処理プロセスでは、継続的には維持できないという問題がある。

[0011] 同様に、より高度な結晶成長を行なうために、結晶成長を行なう処理プロセス中に、反応室内部の気圧（内圧）を変更することも行なわれている。この場合も、反応室内部の気圧の変化によって、たとえば、反応室を構成するチャンバが変形し、内部の構成部品の位置関係が変化する。したがって、被処理基板の温度が変化する場合と同様に、反応室内部の気圧を変更する処理プロセスにおいても、気相成長装置に求められる理想的なガス流状態を維持できなヽという問題がある。

[0012] 本発明の課題は、製造プロセス中の動的状態を微調整することにより、均一性の高ぃェピタキシャル層を形成する気相成長方法および気相成長装置を提供することにめる。

課題を解決するための手段

[0013] 本発明の気相成長装置は、反応室内で原料ガスにより基板上に薄膜を形成する装置であって、反応室と、基板上に原料ガスを供給し排出する流路と、基板を保持する基板保持部と、基板保持部と流路とを相対的に移動させる移動手段と、移動手段を制御する制御手段と、基板を加熱する加熱手段を備える気相成長装置であって、制御手段が、結晶成長前に予め、成長条件毎の、流路と基板保持部の相対的な位置を計測し、計測した位置データを保存しており、設定される成長条件と保存している位置データに基づき、流路と基板との相対的な位置の変化が小さくなるように、基板保持部または流路の位置を制御することを特徴とする。

[0014] 本発明の気相成長方法は、力かる装置を用いる成長方法であって、制御手段が、結晶成長前に予め、成長条件毎の、流路と基板保持部の相対的な位置を計測し、計測した位置データを保存しており、設定される成長条件と保存している位置データに基づき、流路と基板との相対的な位置の変化が小さくなるように、基板保持部または流路の位置を制御することを特徴とする。

発明の効果

[0015] 本発明によれば、成長条件が異なっても、流路と基板の相対的な位置の変化が小さいため、均一性の高いェピタキシャル成長層を形成することができる。

図面の簡単な説明

[0016] [図 1]本発明を適用した横型 MOCVD装置を説明する模式図である。

[図 2]本発明を適用した横型 MOCVD装置において、第 1の実施例で被処理基板を第 1の温度に加熱した状態を説明する模式図である。

[図 3]本発明を適用した横型 MOCVD装置において、第 1の実施例で被処理基板を第 1の温度に加熱した後、移動手段を動作させて位置の調整を行なった後の状態を説明する模式図である。

[図 4]本発明を適用した横型 MOCVD装置において、第 2の実施例で反応室の内圧を変化させた後の状態を説明する模式図である。

[図 5]本発明を適用した横型 MOCVD装置において、第 2の実施例で反応室の内圧を変化させた後、移動手段を動作させて位置の調整を行った後の状態を説明する模式図である。

[図 6]従来の横型 MOCVD装置を説明する模式図である。

[図 7]従来の横型 MOCVD装置を説明する模式図である。

[図 8]本発明における制御手段の構成を説明する模式図である。

符号の説明

[0017] 1 チャンバ、 2 反応室、 5 流路、 7 基板、 10 加熱ヒータ、 12 移動手段、 13 制御手段、 14 フランジ、 15 原料ガス、 16 対照表、 17 センサ、 20 流路内の基板保持側の底面、 21 基板保持部材の表面、 22 基板の結晶成長面。発明を実施するための最良の形態

[0018] 本発明の気相成長装置の典型的な例を図 1に示す。本装置は、横型 MOCVD装置などに代表され、原料ガス 15により基板 7上に薄膜を形成する。本装置は、反応室 2と、基板 7上に原料ガス 15を供給し、排出する流路 5と、基板保持部と、基板保持部、もしくは流路を相対的に移動させる移動手段 12と、移動手段 12を制御する制御手段 13と、基板を加熱する加熱手段 10を備える。制御手段 13は、結晶成長前に予め、成長条件毎の、流路と基板保持部の相対的な位置を計測し、計測した位置データを保存しており、設定される成長条件と保存している位置データに基づき、流路と基板との相対的な位置の変化が小さくなるように、基板保持部、もしくは流路の位置を制御することを特徴とする。したがって、本装置によれば、気相成長に際して設定される基板の加熱温度または反応室の内圧などの成長条件に合せて、流路と基板との相対的な位置の変化が小さくなるように調整することができるので、基板上で原料ガスが層流を形成しやすくなり、実質的に均一なェピタキシャル成長層を形成することがでさるよう〖こなる。

[0019] 力かる本発明の効果を達成する上で、図 1に示すように、流路 5内の基板保持側の底面 20と、基板 7の結晶成長面 22とが略同一平面となるように、基板保持部または流路の位置を調整する態様が好ましい。ここに、略同一平面とは、完全に同一の平面である場合のみならず、基板上で原料ガスが層流を形成しやすくなり、実質的に均一なェピタキシャル成長層を形成することができる点で、実質的に同一の平面である場合が含まれる。たとえば、流路 5内の基板保持側の底面 20と基板 7の結晶成長面 22と力 100 μ m— 200 μ mの間でずれていること力均一なェピタキシャル成長層を形成するうえで適当であるならば、その状態を略同一平面と定義する。

[0020] また、本発明によれば、より高度な結晶成長を行なうために、結晶成長を行なう処理プロセス中に、成長条件を変更するような態様、すなわち、結晶の成長条件が 2以上である場合においても、基板上での乱流を抑制し、理想的なガス流状態を確保することができる。さらに、各種の成長条件のなかでも、基板の加熱温度または反応室内の内圧は、流路と基板の相対的な位置関係の変化に及ぼす影響が大きいため、設定される成長条件に含めることが好まし、。 [0021] 装置が設定条件に至った後に、基板保持部の位置制御を行なうと、基板保持部と流路のクリアランスが小さい場合には、基板保持部と流路が接触する虞がある。したがって、カゝかる事態を回避し、工程を短縮化し、また、ー且位置制御をした後に、微調整をすることが可能となるため、基板保持部の位置制御は、設定された成長条件に至る前に完了する態様が好ましい。ここに、設定された成長条件に至る前に制御を完了する態様には、設定条件に至る途中に位置制御を完了する態様の他、設定条件に至るタイミングに同期して位置制御を完了する態様などが含まれる。反応室が設定条件になった後に、結晶成長を開始できるが、たとえば、基板保持部の脚部分などは反応室力遠い位置にあり、熱伝導が遅いため、基板保持部の位置が定常状態に至るまでに多くの時間を要する場合がある。したがって、装置の稼動効率を上げる点から、基板保持部の位置制御は、設定された成長条件に至った後も行なう態様が好ましい。

[0022] 制御手段に内蔵している位置データは、結晶成長前に予め、基板の加熱温度、反応室の内圧などの様々な結晶成長条件における、流路と基板保持部の相対的な位置を計測して得られたデータであり、基板保持部と流路との相対的位置は、便宜上、フランジの位置などを計測することにより表すことができる。また、位置データは、対照表の形で保存することもできる力本発明における制御には、自動制御の他、ォペレータによるマニュアル制御も含まれるから、マニュアル制御しやすいように、たとえば、グラフの形で保存することもできる。

[0023] たとえば、流路と基板保持部との相対的位置データを、対照表で表した例を表 1一 5に示す。表 1には、成長条件として、基板の加熱温度、反応室の内圧および原料ガスの種類を設定した場合のフランジの位置データが表されている。また、表 2には、表 1に表された成長条件を組合せた場合の例が表されて！/、る。

[0024] [表 1] 基板の Cl O室原料ガス

成長条件位置デ一タ

加熱温度の内圧の種類

条件 1 内圧 1 ガス 1 データ 1

条件 2 ；内圧 1 ガス 1 データ 2

条件 3 mix.3 内圧 2 ガス 1 データ 3

条件 4 ；皿 fee 内圧 3 ガス 2 デ一タ 4

第 1の第 2の第 3の

組合せ条件

成長条件成長条件成長条件

組合せ条件 1 条件 1 条件 2

組合せ条件 2 条件 2 条件 3

組合せ条件 3 条件 2 条件 4

組合せ条件 4 条件 3 条件 1 条件 2

[0026] 2以上の気相成長条件力なる製造プロセスにおいては、表 3に示すようなマトリツタス状の対照表が有利である。表 3に示す対照表では、第 1の列と第 1の行に各種の成長条件を特定し、たとえば、 1つの製造プロセス中で、成長条件 aから成長条件へ変更する場合の基板保持部の移動量 (以下、「差分」ともいう。）abは、第 1行の成長条件 _aの列と、第 1列の成長条件 bの行が交差する欄に記載されている。また、成長条件 bから成長条件 aへ変更する場合の差分 baは、第 1行の成長条件 bの列と、第 1 列の成長条件 aの行が交差する欄に記載されて、る。

[0027] [表 3]

[0028] また、設定温度へ遷移する途中に複数回の位置変更を行なうような場合、あるいは、成膜開始後も、サセプタの脚部の熱膨張などに対応するために、複数回の位置変更を行なう必要があるような場合には、 1行 1列の欄に設定変更後の経過時間 Nを記載した表 4を使用すると有利である。表 5は、成長条件 aから成長条件 bへ変更する場合の差分 abと、成長条件 aから成長条件 cへ変更する場合の差分 acを、条件変更後の経過時間（分）に合せて列記したものであり、このように必要に応じて様々な対照表を使用することができる。

[0029] [表 4]

[0030] [表 5]

[0031] 本発明の気相成長方法は、力かる装置を用いて行なう成長方法であって、制御手段が、結晶成長前に予め、成長条件毎の、流路と基板保持部の相対的な位置を計測し、計測した位置データを保存しており、設定される成長条件と保存している位置データに基づき、流路と基板との相対的な位置の変化が小さくなるように基板保持部、もしくは流路の位置を制御することを特徴とする。本発明の方法により、高度に均一なェピタキシャル成長層を形成することができる。

[0032] (実施例 1)

本実施例では、図 1に示す横型 MOCVD装置を用い、反応室内で原料ガスにより基板上に薄膜を形成する気相成長を行なった。この気相成長装置は、直方体形状のチャンバ 1で構成される反応室 2と、反応室 2を貫通して、被処理基板 7上に原料ガス 15を供給し、排出する流路 5を有する。流路 5には、一端にガス供給口 3と、他端にガス排出口 4とが設けられ、流路 5の略中央部には、開口部 6が形成されている。開口部 6には、被処理基板 7を載置し、保持する基板保持部材 8と、基板保持部材 8を支持するサセプタ 9が設置され、基板保持部材 8とサセプタ 9により、基板保持部を構成する。サセプタ 9の下部には、被処理基板 7を加熱するための基板加熱ヒータ 10が設置され、被処理基板 7の温度を検知するセンサ 17が、基板保持部材 8内部に設置されている。

[0033] 各構成要素の配置関係は、流路 5内の基板保持側の底面 20と、基板保持部材 8の表面 21とが、略同一平面上に位置するように設置されている。さらに、被処理基板の厚みを考慮して、基板保持部材 8に形成した凹部に、被処理基板 7を載置すること〖こよって、被処理基板 7の結晶成長面 22も、流路 5内の基板保持側の底面 20および基板保持部材 8の表面 21と、略同一平面上に位置するように設置されている。サセプタ 9と基板加熱ヒータ 10を支持するフランジ 14は、反応室 2を構成するチャンバ 1 に、伸張収縮自在なベローズ 11を介して接続されて、る。

[0034] チャンバ 1の外部に移動手段 12が設置されている。移動手段 12は、本体部材 12a と、フランジ接触部材 12bと、チャンバ接触部材 12cと、これらを駆動させる駆動手段 (図示していない。）を有する。本実施例では、駆動手段として、モータを使用したが、他の手段も用いることができる。フランジ 14は、フランジ接触部材 12bに対して、フランジ接触部 12b 1で接触し、チャンバ 1は、チャンバ接触部材 12cに対して、チャンバ接触部 12clで接触している。本体部材 12aに対して、フランジ接触部材 12bは、相対的移動を行なうことができ、また、本体部材 12aに対して、チャンバ接触部材 12c は、相対的移動を行なうことができる。これらの相対的移動の構成には、ボールネジ · ナット組み合わせ、ガイド'ガイドレール組み合わせまたは油圧ピストンなどを用いる組み合わせが可能である。

[0035] チャンバ接触部材 12cに対して本体部材 12aを上方に移動すれば、フランジ 14は、チャンバ 1に対して相対的に近接する。近接のためには、本体部材 12aに対してフランジ接触部材 12bを上方に移動させてもよいし、チャンバ接触部材 12cに対する本体部材 12aの上方移動と、本体部材 12aに対するフランジ接触部材 12bの上方移動を共に行なってもよいし、チャンバ接触部材 12cに対する本体部材 12aの下方移動を行なうと同時に本体部材 12aに対するフランジ接触部材 12bのより大きな上方移動を行なってもよ、し、本体部材 12aに対するフランジ接触部材 12bの下方移動を行なうと同時にチャンバ接触部材 12cに対する本体部材 12aのより大きな上方移動を行なってもよい。 [0036] ；接触部材 12cに対して本体部材 12aを下方に移動すれば、フランジ 14はチャンバ 1に対して相対的に遠隔する。遠隔のためには、近接と同様、各種の駆動方法が可能であり、任意の方法を選択することができる。このように、移動手段 12は、フランジ 14を、図 1の上下方向、すなわち、基板表面に対して垂直方向に移動させることがでさる。

[0037] 移動手段 12を制御する制御手段 13のシステム構成を図 8に示す。制御手段 13は、少なくとも、基板加熱ヒータ 10の設定温度に対するフランジ 14の位置データを内蔵している。本実施例では、位置データは、図 8に示すような対照表 16である。このような対照表 16は、制御手段 13が有する記憶手段 18などに格納される。この制御手段 13は、入力手段 30と、記憶手段 18と、温度制御手段 31と、 CPU32などを備える。入力手段 30は、設定温度を含む成膜条件の 1または 2以上を入力する。記憶手段 1 8は、入力された設定温度などの成膜条件を記憶したり、センサで検知された検知温度を記憶したり、対照表力も読み出されたフランジ 14の位置を記憶したりする。温度制御手段 31は、設定温度に対して基板加熱ヒータの温度を制御する。 CPU32は、記憶手段にアクセスして、温度情報に応じたフランジ 14の位置を対照表力も読み出すなどの機能を果たす。入力手段 30としては、タツチパネル、キーボードまたは数字選択ダイヤルなどを使用することができるが、本実施例では、キーボードを使用した。

[0038] 結晶成長前に予め、基板の加熱温度などの様々な成長条件毎の、流路と基板保持部の相対的な位置を計測し、計測した位置データを対照表に記録し、保存した。具体的には、それぞれの基板加熱ヒータ 10の温度において、流路 5内の基板保持側の底面 20と、基板の結晶成長面 22が、略同一平面上に位置するようにフランジ 1 4の位置を調整し、そのときのフランジ 14の位置を計測し、位置データを対照表 16に記載した。また、流路 5内の基板保持側の底面 20と、基板の結晶成長面 22が、略同一平面上に位置するようにするための調整は、レーザビームを流路 5内の基板保持側の底面 20と、基板成長面 22のそれぞれに照射し、その反射ビームを観察することによって計測される相対位置情報を用いることで行った。

[0039] サセプタ 9は、上下方向で見ると、基板搭載側は自由端で、反対側がフランジ 14に固定されている。フランジ 14は、サセプタ 9の脚部 9aに固定され、また、ベローズ 11 の一端 11aに固定されている。ベローズ 11の基板側に近いもう一端 l ibは、チャンバ 1の下方から突き出ているポート 19に固定されている。ポート 19の内部には、サセプタ 9の脚部 9aが配置されている。このように流路 5と基板保持部材 8とは、直線的距離としては非常に近くても、固定関係力経路的に遠い配置、構成関係を持つ。

[0040] こうした配置 ·構成関係のため、長尺の脚部 9aを持ち、熱膨張率が大きいサセプタ 9は、ベローズ 11の伸縮がなければ、図 2に示すように、高温になるに従って、流路 5 内の基板保持側の底面 20に対して、基板保持部材 8の表面 21が突出することになる。したがって、流路 5内の基板保持側の底面 20に対して、基板保持部材 8の表面 2 1力略同一平面上にあるようにするには、ベローズの伸展が必要であり、フランジ 14 をチャンバ 1に対して遠隔させる必要がある。この遠隔は、移動手段 12によって行ない、フランジ 14の位置データを対照表に入力し、保存した。

[0041] 本実施例では、成長条件として、第 1の基板温度と第 2の基板温度からなる製造プ口セスを選定した。まず、図 1に示すように、常温で被処理基板 7を基板保持部材 8へ搬送し、基板保持部材 8の凹部に基板を載置したところ、基板の結晶成長面 22と、流路 5内の基板保持側の底面 20と、基板保持部材 8の表面 21とが略同一平面となつた。つぎに、図 8に示すように、入力手段 30により、オペレータが、設定した温度条件の組合せを入力した後、記憶手段 18に格納されていた組合せの成長条件を、 CP U32により読み出した。組合せの成長条件は大きく 2段階力も成り、 CPU32により、第 1の設定温度情報が、温度制御手段 31に伝えられ、温度制御手段 31は、基板カロ熱ヒータ 10に電力を投入するとともに、センサ 17からの温度情報の取り込みを開始した。記憶手段 18は、センサからの温度情報を刻々と記憶した。温度制御手段 31は、第 1の設定温度と検出された温度情報の比較により、基板加熱ヒータ 10への電力投入量を制御して、被処理基板 7の温度を第 1の設定温度まで昇温させ、その温度を維持した。

[0042] つづいて、図 2に示すように、被処理基板 7の温度が上昇すると、周辺部品の温度も上昇するため、各周辺部品が熱膨張し、被処理基板 7の結晶成長面 22が上向きに移動し、結果として、流路 5内の基板保持側の底面 20と、被処理基板 7の結晶成長面 22が、略同一平面上に位置するという条件が満たされなくなった。その結果、仮にこの状態で原料ガス 15を流路 5内に導入すると、流路 5内の基板保持側の底面 20 に対して基板保持部材 8が突出するので、原料ガス 15の流れが乱れることになる。そこで、図 8に示すように、制御手段 13の CPUは、記憶手段 18に格納された対照表 1 6にアクセスし、第 1の設定温度に対するフランジの位置情報を、対照表から読み出した後、読み出されたフランジの位置情報により、常温状態の初期のフランジ位置情報と比較し、その差分 (基板保持部の移動量)を、駆動手段 12dに命令し、流路と基板の相対的な位置の変化が小さくなるように、本体部材などを移動させた。すなわち、図 3に示すように、移動手段を駆動し、フランジを下向きに移動させることで、流路内の基板保持側の底面と、基板の結晶成長面が略同一平面上に位置するように調整することができた。

つぎに、第 1の成長条件により気相成長を行なうため、第 1の原料ガス 15がガス供給口 3から流路 5へ導入され、サセプタ 9の下部に設けられた基板加熱ヒータ 10により被処理基板 7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 7上に第 1の薄膜形成を行なった。被処理基板 7上を通過した原料ガス 15はガス排出口 4より排出した。第 1の成膜の終了後、被処理基板の温度を第 2の温度に変更した。被処理基板の温度が第 2の温度になると、周辺部品の温度も変化するため、各周辺部品の熱膨張量が変化し、結果として、被処理基板の温度が第 1の温度であった場合に調整された流路内の基板保持側の底面と基板の結晶成長面が略同一平面上に位置するという条件を再び満たされなくなった。このため、図 8に示すように、制御手段 13 は、内蔵する基板加熱ヒータの温度に対するフランジの位置情報を、対照表 16により再び読み出し、読み出された第 2のフランジの位置情報により、第 1のフランジの位置情報と比較して、 CPUは、駆動手段 12dに、差分 (基板保持部の移動量)を稼働するように命令した。フランジを移動し、設定温度になつてから、第 2の原料ガスを装置内部に導入し、第 2の成膜を行なった。このような作業により、成膜温度の異なる第 1の成膜と第 2の成膜の両者において、流路内の基板保持側の底面と、基板の結晶成長面とが略同一平面上に位置するという好ましい条件を満たすことが出来、気相成長条件を変更するような高度のプロセスにおいても、均一性の高いェピタキシャル成長層を形成することができた。 [0044] なお、本実施例では基板側を移動させることで流路内の基板保持側の底面と、基板の結晶成長面が略同一平面上に位置するように調整している。しかし、流路側を移動させることによつても同様の効果が得られる。

[0045] また、本実施例では、熱膨張によって基板と流路との位置ずれが基板表面に垂直な方向に発生する場合を示している。しかし、基板表面に平行な方向に位置ずれが発生する場合であっても、垂直の場合と同様に、基板、もしくは流路を移動させることによって、基板と流路との相対位置を維持することができる。

[0046] (実施例 2)

本実施例では、成長条件として第 1の反応室の内圧と、第 2の反応室の内圧からなる製造プロセスを選定した。まず、実施例 1と同様の横型 MOCVD装置を用い、結晶成長前に予め、反応室の様々な内圧に対する、流路と基板保持部との相対的な位置を計測し、計測した位置データを対照表 16に記録し、保存した。基板保持部の位置の制御は、つぎのように行なった。たとえば、図 4に示すように、反応室 2を一定の内圧に設定すると、反応室 2を構成するチャンバ 1が大気圧との圧力差によって膨らみ、チャンバ 1内の各構成部品の位置関係も変化する結果、被処理基板 7の結晶成長面 22の位置が下向きに移動し、流路 5内の基板保持側の底面 20と、被処理基板 7の結晶成長面 22が略同一平面上に位置しなくなった。そこで、図 8に示すように、制御手段 13は、反応室 2の様々な内圧に対するフランジ 14の位置データを、結晶成長前に予め、計測し、保存しているので、力かる位置データが保存されている対照表 16により、設定される成長条件と保存している位置データに基づき、図 5に示すように、移動手段 12を駆動し、フランジ 14を上向きに移動させ、流路と基板との相対的な位置の変化が小さくなるように、基板保持部の位置を制御した。その結果、流路内の基板保持側の底面 20と、基板の結晶成長面 22を略同一平面上に位置するように調整できた。その後、実施例と同様に、第 1の成膜プロセスを実行した。

[0047] つぎに、第 2の成膜を行なうために反応室 2を第 2の内圧に変更した。すると、反応室 2を構成するチャンバ 1が大気圧との圧力差によって変形し、チャンバ内部の各構成部品の位置関係も再び変化する。その結果、反応室 2の内圧が第 1の内圧であつた場合に調整された流路 5内の基板保持側の底面と、被処理基板 7の結晶成長面が略同一平面上に位置するという条件が再び満たされなくなった。そこで、図 8に示すように、制御手段 13は、設定される反応室 2の内圧と保存しているフランジの位置データに基づき、移動手段を駆動させ、フランジを移動し、流路と基板との相対的な位置の変化が小さくなるように、基板保持部の位置を制御した。その結果、流路内の基板保持側の底面と被処理基板の結晶成長面が略同一平面上に位置するようになつた。その後、実施例 1と同様に、第 2の成膜を実行した。したがって、気相成長条件を変更するような高度のプロセスにおいても、均一性の高いェピタキシャル成長層を形成することができた。

[0048] なお、本実施例では基板側を移動させることで流路内の基板保持側の底面と、基板の結晶成長面が略同一平面上に位置するように調整している。しかし、流路側を移動させることによつても同様の効果が得られる。

[0049] また、本実施例では、圧力変化によって基板と流路との位置ずれが基板表面に垂直な方向に発生する場合を示している。しかし、基板表面に平行な方向に位置ずれが発生する場合であっても、垂直の場合と同様に、基板、もしくは流路を移動させることによって、基板と流路との相対位置を維持することができる。

[0050] 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請求の範囲によって示され、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。

Claims

請求の範囲

[1] 反応室（2)内で原料ガス（15)により基板 (7)上に薄膜を形成する気相成長方法であって、

反応室 (2)と、

前記基板 (7)上に原料ガス（15)を供給し、排出する流路 (5)と、

前記基板 (7)を保持する基板保持部と、

該基板保持部と前記流路 (5)とを相対的に移動させる移動手段（12)と、該移動手段（12)を制御する制御手段（13)と、

前記基板 (7)を加熱する加熱手段（10)

を備える装置を用いる気相成長方法であって、

前記制御手段（13)は、結晶成長前に予め、成長条件毎の、流路 (5)と基板保持部の相対的な位置を計測し、計測した位置データを保存しており、

設定される成長条件と保存して、る位置データに基づき、流路 (5)と基板 (7)との相対的な位置の変化が小さくなるように、基板保持部または流路（5)の位置を制御することを特徴とする気相成長方法。

[2] 流路内の基板保持側の底面（20)と基板の結晶成長面（22)とが略同一平面となるように、基板保持部の位置または流路（5)の位置を制御することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の気相成長方法。

[3] 設定される成長条件が、 2以上である請求の範囲第 1項に記載の気相成長方法。

[4] 前記成長条件が、基板 (7)の加熱温度を含む請求の範囲第 1項に記載の気相成長方法。

[5] 前記成長条件が、反応室 (2)の内圧を含む請求の範囲第 1項に記載の気相成長方法。

[6] 前記制御手段（13)は、設定された成長条件に至る前に前記制御を完了する請求の範囲第 1項に記載の気相成長方法。

[7] 前記制御手段（13)は、設定された成長条件に至った後も前記制御を行なう請求の範囲第 1項に記載の気相成長方法。

[8] 反応室（2)内で原料ガス（15)により基板 (7)上に薄膜を形成する気相成長装置であって、

反応室 (2)と、

前記基板 (7)を保持する基板保持部と、

前記基板 (7)を加熱する加熱手段（10)

を備える気相成長装置であって、

設定される成長条件と保存して、る位置データに基づき、流路 (5)と基板 (7)との相対的な位置の変化が小さくなるように、基板保持部の位置または流路 (5)の位置を制御することを特徴とする気相成長装置。