(57)【要約】      （修正有）【課題】結晶成長中において基板の形状を計測し、かつ原料ガスの流れの乱れを少なくすることができるＭＯＣＶＤ装置を提供する。【解決手段】本発明のＭＯＣＶＤ装置は、原料ガス３８ａを供給して基板３３の被処理面に結晶を成長させ、基板３３の被処理面に面した壁に、基板３３の被処理面の中央部を望み得る窓３０ｃを有する反応室３０と、反応室３０に設けられ、基板３３を載置して回転（移動）させるための回転台（移動台）３１と、回転台３１によって回転する基板３３の被処理面に、窓３０ｃを介してレーザー光４０ａを垂直に照射するとともに、被処理面から反射したレーザー光４０ｂを、窓３０ｃを介して受光して、ドップラー効果を利用して基板３３の回転速度を計測するための第１の速度計測手段４０と、第１の速度計測手段４０による計測結果を処理して基板３３の形状情報を出力するための処理手段４１とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスを供給して被処理基板の被処理面に結晶を成長させるための反応室を備えたＭＯＣＶＤ装置において、
上記被処理基板の被処理面に面した反応室の壁は、上記被処理面の中央部を臨み得る窓を少なくとも一つ有し、
上記反応室に設けられ、被処理基板を載置して移動させることができる移動台と、
上記移動台によって移動する上記被処理基板の被処理面に、上記窓を介してレーザー光を垂直に照射するとともに、被処理面から反射したレーザー光を、上記窓を介して受光して、ドップラー効果を利用して被処理基板の被処理面に対する法線方向での移動速度を計測する第１の速度計測手段と、
上記第１の速度計測手段による計測結果を処理して被処理基板の形状情報を出力するようになっている処理手段とを備えることを特徴とするＭＯＣＶＤ装置。
【請求項２】
上記反応室内における上記被処理基板の被処理面側の上部空間を、当該被処理基板側の空間と反応室の内壁側の空間とに隔てる隔壁を備え、
上記隔壁は、反応室の壁の窓から上記被処理面の中央部を臨み得るように、開口部を少なくとも一つ有することを特徴とする請求項１に記載のＭＯＣＶＤ装置。
【請求項３】
上記移動台の移動速度を計測する第２の速度計測手段を備え、
上記処理手段は、上記第１の速度計測手段による計測結果を上記第２の速度計測手段による計測結果で処理することで被処理基板の形状情報を出力するようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載のＭＯＣＶＤ装置。
【請求項４】
上記移動台は、被処理基板の被処理面の中央部を避けた被処理面に対して垂直な回転軸を中心として、被処理基板を回転させることができるようになっていることを特徴とする請求項１，２または３に記載のＭＯＣＶＤ装置。
【請求項５】
上記処理手段が出力する上記形状情報に基づいて、装置の動作を制御するための制御パラメータを変更させるようになっている制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１，２，３または４に記載のＭＯＣＶＤ装置。
【請求項６】
上記制御パラメータには、被処理基板温度、原料ガス流量、原料ガス温度、被処理基板回転数、もしくはそれらの組み合わせが含まれていることを特徴とする請求項５に記載のＭＯＣＶＤ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハなどの基板上にガスを利用して結晶成長させるＭＯＣＶＤ装置に関し、特に、反応室の内部における基板の形状を結晶成長中に計測可能な計測装置を備えたＭＯＣＶＤ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザー素子、ＬＥＤ（発光ダイオード：Light Emitting Diode）素子等の化合物半導体の製造には、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法；Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置もしくはＭＢＥ（分子線エピタキシー法；Molecular Beam Epitaxy）装置が広く用いられている。
【０００３】
特に、ＭＯＣＶＤ装置は有機金属やその他のガスを用いて結晶成長を行う装置であって、ＭＢＥ装置と比較して生産性、メンテナンス性が良いことから、工業的に素子を量産する場合には一般にＭＯＣＶＤ装置が使用されている。
【０００４】
例えば、図６は、従来のＭＯＣＶＤ装置の一例を示す概略の構成図である。このＭＯＣＶＤ装置は、原料ガス１２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。
【０００５】
この横型ＭＯＣＶＤ装置１は、図６に示すように、反応室２と、反応室２を貫通する原料ガス１２の流路とを有している。流路は、一端にガス吹き出し口１１が設けられ、他端に排出経路１４が設けられている。また、流路の略中央部には開口部が形成されており、開口部には載置プレート５が設置され、載置プレート５は基板３もしくは基板３を保持する基板保持部材を有している。また、載置プレート５の下部には基板３を加熱するためのヒーター８が設置されている。
【０００６】
原料ガス１２は、結晶膜の原料としてガス吹き出し口１１から供給されて、載置プレート５上に載置されかつヒーター８によって加熱された基板３上を通過した後、排気経路１４より排気される。その結果、基板３上の近傍で所望の化学反応が行われることによって基板３上に所望の結晶成長が実行される。
【０００７】
なお、載置プレート５は回転機構によって回転する場合もある。また、載置プレート５の周囲には、反応室２内部の空間を隔てる略平行な隔壁１０が設けられている。
【０００８】
このようなＭＯＣＶＤ装置１は、同時に結晶成長できる基板の枚数が１〜３枚程度と少ないが、装置の構造が単純で規模も小さく、また原料ガス１２の流れの均一性が得やすいため、研究目的から高品質結晶の生産まで広く用いられている。
【０００９】
また、図７は、従来のＭＯＣＶＤ装置の他の一例を示す概略の構成図である。このＭＯＣＶＤ装置１’において、図８に示すように、反応室２の内部には複数枚（本例では６枚）の基板３が、回転台４の上面に設けられた複数の載置プレート５に載せられている。
【００１０】
図７に示すように、回転台４は回転軸６の上端に支持されており、回転軸６はモーター７によって回転するようになっている。また、回転台４の上面に設けられた複数の載置プレート５は、それぞれ自転するように構成されている。
【００１１】
載置プレート５が自転する仕組みとしては、特許文献１に記載のようなギヤの噛み合わせによって回転台４の回転と同期して回転する方法や、特許文献２に記載のような載置プレート５の下より回転駆動用ガスを供給して載置プレート５を浮上・回転させる方法などがある。したがって、載置プレート５上に載せられた基板３は、回転台４の回転と、載置プレート５の自転とで、自転および公転をすることになる。
【００１２】
この基板３を自転および公転させる仕組みは、結晶成長層の均一性を向上させるために設けられたもので、結晶成長中にこれらによって基板３を自転および公転させることにより、成長する結晶成長層（膜）の均一性を高めることができる。
【００１３】
さらに、回転台４の下方には、ヒーター８が配置されており、ヒーター８によって基板３を加熱するようになっている。回転台４の上方には、反応室２内部の空間を隔てる略平行な隔壁１０が設けられている。
【００１４】
反応室２の上部には供給配管９が接続されている。この供給配管９の一端はガス供給器１３に接続されており、他端は回転台４と隔壁１０との間に配置され、ガス吹き出し口１１となっている。従って、回転台４の回転軸上から回転台４表面に沿って放射状に、原料ガス１２が結晶膜の原料として供給される。
【００１５】
ガス供給器１３から供給配管９を介して供給された原料ガス１２は、載置プレート５上に載せられかつヒーター８によって加熱された基板３上を通過後、回転台４の外周に設けられた排気経路１４より排気される。その結果、基板３上の近傍で所望の化学反応が行われることによって基板３上に所望の結晶成長が実行される。
【００１６】
なお、ＭＯＣＶＤ装置１’においては、自転および公転の仕組みを有する装置、自転のみの仕組みしかない装置、公転のみの仕組みしかない装置、どちらの仕組みも存在しない装置がある。また、隔壁１０が存在しない装置もある。
【００１７】
ＭＯＣＶＤ装置１’は、同時に結晶成長できる基板の枚数が多いため、結晶の生産量の拡大に従って生産現場に普及しつつあるが、ＭＯＣＶＤ装置１と比較して材料ガスや温度の均一性に課題がある。
【００１８】
また、ＭＯＣＶＤ装置において、基板３を加熱し、基板３表面に結晶膜を成長させる際に、結晶成長層と基板との熱膨張差や格子不整合が原因で、基板３が反る場合がある。
【００１９】
特に、ＧａＮ系化合物半導体を中心とするIII 族窒化物の成膜では、基板が反ることが知られている。例えば、特許文献３には基板が反ることで発生する問題やその解決方法が記載されている。
【００２０】
しかしながら、特許文献３は結晶成長後の基板の反りとそれに伴う課題のみに注目しており、ＭＯＣＶＤ装置の内部における結晶成長中での基板の反りと、それに伴う課題については一切記載（着目）されていない。
【００２１】
結晶成長後に通常の環境下で行う基板の反り測定であれば、例えば特許文献４に記載のように、レーザー光を用いた三角測量の原理を用いた方法を使用することができる。
【００２２】
三角測量の原理を用いた方法として、仮に、反応室２内の基板の反りを計測することを考えた場合の各機器の配置を図９に概略図として示す。
【００２３】
図９に示すように、レーザー発振器１６から発射された計測用レーザー光１７は、反応室２に設けられた窓１８から反応室２内に入射し、ガスの乱れを抑えるガス整流板となる隔壁１０に設けられた穴部１９を通って載置プレート５上に載せられた基板３に照射される。基板３に照射された計測用レーザー光１７は基板３表面で反射し、穴部１９と窓１８とを通って受光素子２０に到達する。
【００２４】
三角測量の原理を用いた方法は高精度な計測が可能であり、計測器の入手も容易なことから様々な用途に広く使用されている。しかしながら、計測には「レーザー光が往復可能な光学的に透明な領域」が必要となる。つまり、図９では、穴部１９と窓１８とが「レーザー光が往復可能な光学的に透明な領域」にあたる。
【００２５】
また、別の計測手段として、例えば特許文献５（特に図１）や特許文献６（特に図５）に記載されている「光てこ法」が考えられる。
【００２６】
さらに、図１０は、従来の計測器を用いて基板の反り状態を計測する原理を説明する図である。つまり、平行なレーザー光を基板に入射して、基板から反射したレーザースポットを計測器で測定し、レーザースポット間の距離変位を検出することで、基板の反り状態を測定する方法である。図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、基板に照射される平行なレーザー光間の距離をΔＸ０ とし、基板から反射されるレーザー光間の距離をΔＸＤ とした場合、ΔＸ０ と測定したΔＸＤ とを比較することで、基板の反り状態を判断することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２７】
【特許文献１】特開２００２−１７５９９２号公報（２００２年６月２１日公開）
【特許文献２】特表２００４−５１３２４３号公報（２００４年４月３０日公表）
【特許文献３】特開２００５−７２５６１号公報  （２００５年３月１７日公開）
【特許文献４】特開平１０−２６７６４８号公報  （１９９８年１０月９日公開）
【特許文献５】特開２００７−１９１７６１号公報（２００７年８月２日公開）
【特許文献６】ＵＳ７，３７４，９６０  （２００８年５月２９日公開、２００８年５月２０日登録）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
しかしながら、特許文献４に記載のようなレーザー光を用いた三角測量は、原料ガスが流れる流路に上述した「レーザー光が往復可能な光学的に透明な領域」を設ける必要があり、かつレーザー光を用いた三角測量はレーザー光の往路と復路とが異なることから、そのどちらもが通過可能な大きな窓１８を反応室２に設ける必要があり、かつ隔壁１０を有するＭＯＣＶＤ装置の場合は隔壁１０に大きな穴部１９を設ける必要がある。したがって、ガス整流板となる隔壁１０に大きな穴を開けるため、ガスの流れが乱れるとともに、ガス成分が変化する、または、ビューポート汚染が生じるなどの悪影響を及ぼす。
【００２９】
一方で、ＭＯＣＶＤ装置は原料にガスを使用することはすでに述べたが、原料ガスの組成分布や流速分布が結晶特性に大きく影響することが知られており、安定な生産にはこれら分布を極力乱さないようにしなければならない。
【００３０】
また、例えば、図９における隔壁１０の穴部１９を、例えば石英のような透明な物質（透明部材）で塞ぐ方法や、隔壁１０そのものを廃止する方法も考えられるが、実際の結晶成長プロセスでは隔壁１０内面に不透明な膜が形成されることが分かっており、穴部１９を透明な物質で塞いでも、透明な物質がすぐに不透明となってしまうため、「レーザー光が往復可能な光学的に透明な領域」が失われてしまうという課題がある。
【００３１】
さらに、隔壁１０を廃止し、窓１８の構成要素である透明部材に原料ガス１２の作用によって生成物が付着しないように、図９に示すように、反応室２内部から窒素ガス等のパージガス２８を透明部材に吹き付ける方法も考えられる。しかしながら、パージガス２８によって原料ガス１２の流れが乱れ、結晶成長の結果に悪影響を及ぼすという課題が新たに生じる。
【００３２】
また、特許文献５，６に記載の方法も、三角測量の原理を用いた方法と同様に、「レーザー光が往復可能な光学的に透明な領域」を設ける必要があり、かつ、互いの距離が明確な複数のレーザー光を基板に照射する必要がある。さらに、三角測量の原理を用いた方法と同様に、大きな窓１８を反応室２に設ける必要があり、かつ、隔壁１０を有するＭＯＣＶＤ装置の場合は大きな穴部１９を隔壁１０に設ける必要があるという課題がある。
【００３３】
そして、上記二つの計測手段のどちらも、基板に照射したレーザー光の戻り光の戻り位置を計測する方法であって、戻り光の戻り位置を計測するためにＣＣＤ（電荷結合素子：Charge Coupled Device) や２（４）分割光ディテクタ、ＰＳＤ（光位置センサ：Position Sensitive Detector）を使用する。
【００３４】
ところが、これらのセンサは基本的に光強度を計測するので、結晶成長中の基板のように高温の物体を計測する場合は基板からの温度輻射がベースノイズとして作用する。このため、計測信号のＳ／Ｎ比が低下してしまい、精度のよい計測が困難になるという課題もある。
【００３５】
また、図１０のように、基板の反り状態を、レーザーを照射して反射光の間隔変動を検出することで測定すると、原料ガスによる揺らぎが発生して、測定誤差が大きくなる可能性もある。
【００３６】
このように、これまで結晶成長中に発生する基板の反りという課題については、存在は知られていたものの、結晶成長中に発生する基板の反りを計測する有効な手段が無かったため、結晶成長終了後の結果から試行錯誤して基板の反りを抑制する方法しか実質的には行われていなかった。
【００３７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、結晶成長中に発生する基板の反りの計測が可能となりかつ原料ガスの流れを乱さない、ドップラー効果を用いた基板の形状の計測装置、その計測装置を備えたＭＯＣＶＤ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３８】
上記目的を達成するために、本願のＭＯＣＶＤ装置は、原料ガスを供給して被処理基板の被処理面に結晶を成長させるための反応室を備えたＭＯＣＶＤ装置において、上記被処理基板の被処理面に面した反応室の壁は、上記被処理面の中央部を臨み得る窓を少なくとも一つ有し、上記反応室に設けられ、被処理基板を載置して移動させることができる移動台と、上記移動台によって移動する上記被処理基板の被処理面に、上記窓を介してレーザー光を垂直に照射するとともに、被処理面から反射したレーザー光を、上記窓を介して受光して、ドップラー効果を利用して被処理基板の被処理面に対する法線方向での移動速度を計測する第１の速度計測手段と、上記第１の速度計測手段による計測結果を処理して被処理基板の形状情報を出力するようになっている処理手段とを備えることを特徴としている。
【００３９】
上記構成によれば、レーザー光によるドップラー効果を利用した第１の速度計測手段を用いることから、レーザー光の往路と復路とが一致していても計測可能であるので、反応室の被処理基板の被処理面に面して形成された窓の大きさを、例えば数ｍｍ以下に小さくする（従来よりも小さくする）ことができる。したがって、ＭＯＣＶＤ装置では、原料ガスの作用によって窓の構成要素である例えば透明部材に不透明な膜が付着することを防止するために、窓の反応室内側をパージガス雰囲気とする仕組みが必要であるが、上記構成によれば、反応室の内部から窓の透明部材に吹き付けるパージガスの量を最小限にすることができる。それゆえ、ＭＯＣＶＤ装置内を流れる原料ガスの流れを上記パージガスの影響によって乱すことなく、被処理基板の形状を計測することができる。
【００４０】
また、レーザー光によるドップラー効果を利用して、光強度ではなく周波数のシフトを計測対象とするため、被処理基板の温度による輻射の影響を受けにくいことから、結晶成長中において、被処理基板の形状を、精度よく計測することができる。
【００４１】
上記ＭＯＣＶＤ装置は、反応室内における被処理基板の被処理面側の上部空間を、当該被処理基板側の空間と反応室の内壁側の空間とに隔てる隔壁を備え、当該隔壁は、反応室の壁の窓から上記被処理面の中央部を臨み得るように、開口部を少なくとも一つ有することが好ましい。
【００４２】
上記構成によれば、隔壁によって反応室の窓と被処理基板とを隔てることができるので、窓の構成要素である例えば透明部材に悪影響を与える原料ガスの量が極少量になり、さらに、レーザー光の往路と復路とが一致している場合には隔壁の穴の大きさを例えば数ｍｍ以下に小さくする（従来よりも小さくする）ことができる。従って、ＭＯＣＶＤ装置内を流れる原料ガスの流れを乱すことなく、被処理基板の形状を計測することができる。
【００４３】
上記ＭＯＣＶＤ装置は、移動台の移動速度を計測する第２の速度計測手段を備え、上記処理手段は、上記第１の速度計測手段による計測結果を上記第２の速度計測手段による計測結果で処理することで被処理基板の形状情報を出力するようになっていることが好ましい。
【００４４】
上記構成によれば、移動台の移動速度の変動が被処理基板の形状の計測結果に与える影響を排除することができる。
【００４５】
上記ＭＯＣＶＤ装置において、移動台は、被処理基板の被処理面の中央部を避けた被処理面に対して垂直な回転軸を中心として、被処理基板を回転させることができるようになっていることが好ましい。
【００４６】
上記構成によれば、ＭＯＣＶＤ装置によって、原料ガスを被処理基板の被処理面に導入して結晶を成長する際に、所望の薄膜をより安定に形成し、かつ、薄膜の膜厚および膜の組成を均一化することができる。
【００４７】
上記ＭＯＣＶＤ装置は、処理手段が出力する上記形状情報に基づいて、装置の動作を制御するための制御パラメータを変更させるようになっていることが好ましい。
【００４８】
また、制御パラメータとしては、例えば、被処理基板温度、原料ガス流量、原料ガス温度、被処理基板回転数、もしくはそれらの組み合わせが含まれていることが好ましい。
【００４９】
上記構成によれば、処理手段が出力する形状情報に基づいてＭＯＣＶＤ装置の制御パラメータを変更させるので、被処理基板の破損などの回復不可能な事態となる前に回復対応を行い、被処理基板の回復不可能な破損を回避することができるので、コストを低減することができる。また、上記のように、変更させる制御パラメータは、計測、制御、管理が容易であり、再現性のよい結晶成長を行うことができる。
【００５０】
その結果、結晶成長中において、被処理基板の形状を計測することができるようになるため、反りなどを抑制する結晶成長条件を、反り量を計測しながら制御することができ、適切な条件を見出すことによって、高品質の結晶成長を行うことができるようになる。
【発明の効果】
【００５１】
本発明によれば、レーザー光によるドップラー効果を利用した第１の速度計測手段を用いることから、レーザー光の往路と復路とが一致していても計測可能であるので、反応室の被処理基板の被処理面に面して形成された窓の大きさを、例えば数ｍｍ以下に小さくすることができる。したがって、反応室の内部から窓の透明部材に吹き付けるパージガスの量を最小限にすることができる。それゆえ、ＭＯＣＶＤ装置内を流れる原料ガスの流れを上記パージガスの影響によって乱すことなく、被処理基板の形状を計測することができる。つまり、従来技術において、レーザー光が通過する窓を小さくすることができないために計測できなかった結晶成長中における被処理基板の形状を、精度よく計測することができる。
【００５２】
また、レーザー光によるドップラー効果を利用して、光強度ではなく周波数のシフトを計測対象とするため、被処理基板の温度による輻射の影響を受けにくいことから、結晶成長中において、被処理基板の形状を、精度よく計測することができる。
【００５３】
さらに、本発明によれば、被処理基板の破損などの回復不可能な事態となる前に回復対応を行い、被処理基板の回復不可能な破損を回避することができるので、コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置の一例を示す構成図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置の変形例を示す構成図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置において、被処理基板が回転台に設置された状態を示す平面図である。
【図４】図４は、本発明の第２実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置の一例を示す構成図である。
【図５】図５は、本発明の第３実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置の一例を示す構成図である。
【図６】図６は、従来技術に係るＭＯＣＶＤ装置の一例を示す概略の構成図である。
【図７】図７は、従来技術に係るＭＯＣＶＤ装置の他の一例を示す概略の構成図である。
【図８】図８は、従来技術に係るＭＯＣＶＤ装置において、被処理基板が回転台に設置された状態を示す平面図である。
【図９】図９は、従来技術に係るＭＯＣＶＤ装置が、レーザー光を用いた三角測量の原理を用いた方法で基板の反りを計測する場合の構成を説明する説明図である。
【図１０】図１０は、従来技術において基板の反り状態を計測する原理を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００５６】
（１）第１実施形態
まず、図１〜３を参照して、本発明の第１実施形態におけるＭＯＣＶＤ装置の構成について説明する。
【００５７】
ＭＯＣＶＤ装置の概略の構成を表す図１に示すように、本実施形態におけるＭＯＣＶＤ装置１００は、基板（被処理基板）の被処理面に結晶成長を実行する反応装置と、反応装置に計測用レーザー光を照射して、結晶成長中において反応装置の基板の反りを計測する計測装置とを有している。
【００５８】
反応装置は、原料ガスを供給して基板の被処理面に結晶を成長させるための容器となる反応室３０、反応室３０の内部に配置される回転台（移動台）３１、回転台３１の上面に載置される複数の載置プレート３２、加熱手段として回転台３１の下側に配置されるヒーター３４、回転台３１の下側に接続される回転軸３５、回転軸３５を駆動するモーター３６、供給配管３７を介して反応室３０の内部に原料ガス３８ａを供給するガス供給手段３８、および、反応室３０の内部を排気する排気手段（図示せず）などを備えている。基板３３は、載置プレート３２の上面に配置されるようになっている。
【００５９】
反応室３０には、ガス供給手段３８から供給される結晶成長に必要な原料ガス３８ａの入り口となる供気口（ガス吹き出し口）３０ａ、排気手段（図示せず）に接続されて、反応室３０内部の原料ガス等を排出するための排気口３０ｂ、および、計測装置から照射される計測用レーザー光が透過可能な窓３０ｃが形成されている。供気口３０ａは、基板３３の被処理面に向かって原料ガス３８ａを吹き出すことができるように、上記基板３３の被処理面に面した反応室３０の壁に形成されている。
【００６０】
供給配管３７は、その一端がガス供給手段３８に接続されており、他端は供気口３０ａを通って反応室３０の上部から内部に挿入されている。そして、挿入された先端は、反応室３０の上壁と回転台３１との間に位置して、ガス吹き出し口３７ａとなっている。したがって、ガス供給手段３８から供給された原料ガス３８ａは、供給配管３７を経由して、回転台３１の回転軸上から回転台３１表面に沿って放射状に、結晶膜の原料として供給される。反応後のガス（原料ガス等）は、排気口３０ｂに接続されている排気管（図示せず）などを経由して、反応室３０から外部に排出される。
【００６１】
窓３０ｃは、計測用レーザー光が基板３３の被処理面を垂直（実質的に垂直であると見なすことができる場合も含む）に照射することができるように、上記基板３３の被処理面に面したその被処理面の中央部（実質的に中央部であると見なすことができる近傍部分も含む）を臨み得るように反応室３０の壁に形成されている。排気口３０ｂは、基板３３からみて供気口３０ａの反対側に形成されている。上記窓３０ｃは、反応室３０内部へ向かって計測用レーザー光が照射される場所であるので、計測用レーザー光が透過することができるように、例えば石英のような透明な物質（透明部材）で構成されている。
【００６２】
ヒーター３４は、基板３３を加熱するための加熱手段として、回転台３１の下側に設置されている。本実施形態においては、加熱手段として、ヒーター３４を反応室３０に内蔵して設置したが、これに限らず、例えば、反応室３０全体を加熱するためにヒーターあるいはコイルなどの加熱手段を反応室３０の外周部に設置してもよい。
【００６３】
そして、反応室３０に、窓３０ｃの構成要素である透明部材に原料ガス３８ａの作用によって生成物（不透明な膜）が付着することを防止するために、反応室３０内部から窒素ガス等のパージガスを透明部材に吹き付ける（反応室３０内側をパージガス雰囲気とする）ためのパージ装置（図示せず）を必要に応じて設置することができる。パージ装置の構成は公知であるので、その説明は省略する。
【００６４】
回転台３１は、円盤状に形成されており、下側に接続された回転軸３５によって回転可能であり、反応室３０の内部に設置されている。回転台３１は、モーター３６が回転軸３５を駆動することによって、任意の速度で回転するようになっている。
【００６５】
回転軸３５は、回転台３１の底部中央部に接続されている。当該回転軸３５は、下端に設けられたモーター３６の駆動により回転台３１を回転させることにより、載置プレート３２の上面に配置されている基板３３を回転（公転）させるようになっている。本実施形態においては、回転軸３５の下端に設けられたモーター３６を反応室３０の外部に配置しているが、これに限らず、反応室３０の内部に配置することもできる。また、載置プレート３２は、基板３３を回転（自転）させることができるように回転機構（図示せず）を備えている。したがって、基板３３は、被処理面に結晶を成長させるときに、自転および公転を行うようになっている。これにより、原料ガス３８ａを基板３３の被処理面に導入して結晶を成長する際に、所望の薄膜をより安定に形成し、かつ、薄膜の膜厚および膜の組成を均一化することができる。
【００６６】
図３に示すように、回転台３１上面の外周部分には、複数の載置プレート３２が回転台３１の同心円上に等間隔で配置されており、各々の載置プレート３２の上面には基板３３が配置されている。すなわち、回転台３１には、基板３３がそれぞれ設置されている複数（本実施形態では６つ）の載置プレート３２が、互いに隙間Ｓｐを介して等間隔に一定の円周上（同心円上）に並べられている。したがって、回転台３１を回転させると、６つの基板３３の中心３３ａは、軌跡Ｌｐを辿るようになっている。
【００６７】
基板３３は、載置プレート３２の上面に直接配置される場合の他に、載置プレート３２の上面に直接配置しないで、例えば石英や窒化ホウ素などで形成された基板ホルダー（図示せず）を介して配置される場合もある。基板３３は少なくとも、結晶が成長される被処理面が、例えば、ＧａＡｓやＩｎＰ、ＧａＮ、サファイアからなっている。
【００６８】
なお、ＭＯＣＶＤ装置１００を用いて基板３３の被処理面に結晶を成長させるための具体的な工程（製造方法）は公知であるので、その説明は省略する。
【００６９】
図１に示すように、計測装置は、反応装置内の基板３３の被処理面に対する法線方向での移動速度を計測するための第１の速度計測手段４０と、第１の速度計測手段４０による計測結果を予め設定された処理方法によって処理して基板３３の形状情報（反り状態などの情報）を出力するための処理手段４１とを備えている。また、ＭＯＣＶＤ装置１００は、上記処理手段４１が出力する上記形状情報に基づいて、反応装置の動作を制御するための制御パラメータを変更させるようになっている制御手段（図示せず）を備えている。
【００７０】
第１の速度計測手段４０は、レーザー光によるドップラー効果の原理を用いた速度計測手段である。そして、レーザー光によるドップラー効果の原理を用いた速度計測手段とは、計測用レーザー光を対象物に照射して当該対象物で反射した戻り光を受光し、対象物の速度によって戻り光の周波数がシフト（変化）するドップラー効果を用いて、対象物の速度（この場合、対象物の反り状態によって当該対象物の中央部と周縁部とで僅かに変化する速度の違い）を計測する速度計測手段である。
【００７１】
第１の速度計測手段４０は、照射した計測用レーザー光４０ａが窓３０ｃを透過して反応室３０内部の基板３３に到達し、かつ、基板３３で反射して窓３０ｃを透過した戻り光４０ｂを受光することができる位置に配置されている。より具体的には、第１の速度計測手段４０は、計測用レーザー光４０ａが図３に示す前記軌跡Ｌｐ上の一点（すなわち、６つの基板３３の中心３３ａ）に、垂直（実質的に垂直であると見なすことができる場合も含む）に照射されるように配置されている。
【００７２】
したがって、回転台３１を回転させると、複数の基板３３の被処理面における軌跡Ｌｐ上の一点に、順番に計測用レーザー光４０ａが照射され、戻り光４０ｂが受光されるので、第１の速度計測手段４０によって複数の基板３３ごとの反り状態が、順番に速度情報等の計測結果として計測される。
【００７３】
処理手段４１は、第１の速度計測手段４０から入力される計測結果を処理して基板３３の形状情報（反り状態などの情報）を出力する手段である。つまり、処理手段４１は、第１の速度計測手段４０から入力される速度情報等の計測結果を時間積分して位置情報に変更することで、反応装置内における基板３３のそれぞれの形状情報（反り状態などの情報）を得て、制御手段に出力する。
【００７４】
以上のように、レーザー光によるドップラー効果を利用した第１の速度計測手段４０を用いることから、計測用レーザー光４０ａと戻り光４０ｂとの光路（往路および復路）が一致していても計測可能であるので、反応室３０内の基板３３の被処理面に面して形成された窓３０ｃの大きさを、例えば数ｍｍ以下に小さくする（従来よりも小さくする）ことができる。したがって、ＭＯＣＶＤ装置１００では、パージ装置から供給されるパージガスの量を最小限にすることができる。それゆえ、反応装置内を流れる原料ガス３８ａの流れを上記パージガスの影響によって乱すことなく、基板３３の形状を計測することができる。また、基板３３の被処理面に、良好な結晶成長を実現することができる。
【００７５】
また、レーザー光によるドップラー効果を利用して、光強度ではなく周波数のシフトを計測対象とするため、基板３３の温度による輻射の影響を受けにくいことから、結晶成長中において、基板３３の形状を、精度よく計測することができる。
【００７６】
なお、ＭＯＣＶＤ装置１００の代りに、図２に示すように、上記反応室３０の壁と上記基板３０の被処理面との間、すなわち、反応室３０の壁と上記回転台３１との間に、上記レーザー光が通過可能な穴部３９ａが少なくとも一つ開いた隔壁３９が形成されたＭＯＣＶＤ装置１００’を用いることもできる。
【００７７】
上記隔壁３９は、ガス透過性が低い部材からなっており、反応室３０の上壁および回転台３１と平行（実質的に平行であると見なすことができる場合も含む）に形成され、反応室３０内部の空間を上下に隔てるように配置されている。つまり、隔壁３９により、基板３３の被処理面側の上部空間を、基板３３側の空間と反応室３０の内壁側の空間とに隔てる。
【００７８】
また、上記穴部３９ａは、計測用レーザー光４０ａおよび戻り光４０ｂが透過できるように、反応室３０の窓３０ｃに対応する位置、すなわち、当該窓３０ｃから基板３３の被処理面の中央部を臨み得るようになっている位置に形成されている。さらに、ガス吹き出し口３７ａは、隔壁３９と回転台３１との間に配置される。したがって、ガス供給手段３８から供給された原料ガス３８ａは、隔壁３９と回転台３１との間において、供給配管３７を経由して、回転台３１の回転軸上から回転台３１表面に沿って放射状に、結晶膜の原料として供給される。
【００７９】
上記構成において、隔壁３９の穴部３９ａの大きさを、例えば数ｍｍ以下に小さくする（従来よりも小さくする）ことができる。したがって、ＭＯＣＶＤ装置１００’では、パージ装置から供給されるパージガスの量を最小限にすることができる。それゆえ、反応装置内を流れる原料ガス３８ａの流れを上記パージガスの影響によって乱すことなく、基板３３の形状を計測することができる。また、基板３３の被処理面に、良好な結晶成長を実現することができる。
【００８０】
（２）第２実施形態
次に、図４を参照して、本発明の第２実施形態におけるＭＯＣＶＤ装置２００の構成について説明する。ここで、ＭＯＣＶＤ装置２００の反応装置は、第１実施形態におけるＭＯＣＶＤ装置１００’の反応装置と基本的に同じ構成を備えているので、それに対する説明は省略する。
【００８１】
図４に示すように、本実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置２００の計測装置は、反応装置内の基板３３の被処理面に対する法線方向での移動速度を計測するための第１の速度計測手段４０と、回転軸３５の回転（移動）速度を計測するための第２の速度計測手段４２と、第１の速度計測手段４０および第２の速度計測手段４２による計測結果を予め設定された処理方法によって処理して基板３３の形状情報（反り状態などの情報）を出力するための処理手段４１とを備えている。また、ＭＯＣＶＤ装置２００は、上記処理手段４１が出力する上記形状情報に基づいて、反応装置の動作を制御するための制御パラメータを変更させるようになっている制御手段（図示せず）を備えている。なお、第２の速度計測手段４２は、回転軸３５あるいは回転台３１の任意の位置に設置することができる。
【００８２】
第２の速度計測手段４２は、回転台３１の回転速度の僅かな変動を計測するために設置されている。つまり、回転軸３５の回転によって回転台３１が回転される際には、回転台３１に僅かな回転変動が発生し、この回転変動は、回転台３１上に配置された基板３３の回転速度の計測に、或る程度の影響を与える。したがって、処理手段４１において基板３３の形状情報（反り状態などの情報）を得る際には、第２の速度計測手段４２による回転台３１の回転変動の計測結果も考慮することで、回転台３１の回転変動による計測誤差の発生を避け、精度のよい計測を行うことができる。
【００８３】
本実施形態において、処理手段４１が行う予め設定された処理方法としては、第１の速度計測手段４０による計測結果を、第２の速度計測手段４２による計測結果で除する処理が挙げられる。つまり、処理手段４１は、第１の速度計測手段４０から入力される速度情報等の計測結果を、第２の速度計測手段４２から入力される回転変動の計測結果で除して計測データを算出した後、当該計測データを時間積分して位置情報に変更することで、反応装置内における基板３３のそれぞれの形状情報（反り状態などの情報）を得て、制御手段に出力する。
【００８４】
なお、第２の速度計測手段を、エンコーダ等の回転角度計測手段と、当該回転角度計測手段から入力されるデータを時間微分する微分処理手段との組み合わせで構成してもよい。また、上記微分処理手段を、第２の速度計測手段に設ける代りに、処理手段４１に設けてもよい。
【００８５】
上記構成によれば、回転台３１の回転変動が基板３３の形状の計測結果に与える影響を排除することができるので、精度のよい計測を行うことができる。
【００８６】
（３）第３実施形態
次に、図５を参照して、本発明の第３実施形態におけるＭＯＣＶＤ装置３００の構成について説明する。ここで、ＭＯＣＶＤ装置３００の反応装置は、第２実施形態におけるＭＯＣＶＤ装置２００の反応装置と基本的に同じ構成を備えているので、それに対する説明は省略する。
【００８７】
図５に示すように、本実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置３００の計測装置は、処理手段４１から入力される基板３３の形状情報（信号）に基づいて、反応装置の動作を制御するための制御パラメータ４３ａを変更させる制御手段４３を備えている。上記制御手段４３は、ガス供給手段３８やヒーター３４、モーター３６等を介して反応装置を制御するようになっている。
【００８８】
上記制御パラメータ４３ａは、制御手段４３に格納されている。制御パラメータ４３ａとしては、例えば、基板温度、原料ガス流量、原料ガス温度、基板回転数、もしくはそれらの組み合わせが挙げられる。これら制御パラメータ４３ａは、計測、制御、管理が容易であり、したがって、再現性のよい結晶成長を行うことができる。
【００８９】
制御パラメータ４３ａの種類や数は、結晶成長への影響、基板の反り状態を引き起こす要因、原料ガス供給等の各種タイミングなどを考慮して適宜決定されるが、本実施形態においては、制御パラメータ４３ａが基板温度および原料ガス流量である場合を例に挙げて説明する。この場合には、基板の反り量は、原料ガスによる基板冷却効果とヒーターによる基板加熱効果とのバランスによって制御することができる。したがって、基板の反り量が基板の破損などの回復不可能な事態を引き起こす前に、原料ガスによって基板を冷却し、回復対応を行うことができる。
【００９０】
つまり、ＭＯＣＶＤ装置３００の計測装置は、第１の速度計測手段４０および第２の速度計測手段４２から入力される計測結果を処理手段４１で処理して得た基板３３の形状情報（信号）を制御手段４３に入力し、当該制御手段４３が入力された信号に応じてその内部の制御パラメータ４３ａを変更させるようになっている。そして、制御手段４３は、変更させた制御パラメータ４３ａに基づいて、基板温度および原料ガス流量を調節して反応装置を制御し、その結果として基板３３の反り量を制御することができるようになっている。
【００９１】
すなわち、上記構成によれば、結晶成長中において、変更された制御パラメータ４３ａによって基板３３の反り状態の程度（基板の形状）を計測することができるようになるため、基板の破損などの回復不可能な事態となる前に回復対応を行い、基板の回復不可能な破損を回避することができるので、コストを低減することができる。また、基板の反りなどを抑制する結晶成長条件を、反り量を計測しながら制御することができ、適切な条件を見出すことによって、高品質の結晶成長を行うことができるようになる。
【００９２】
上記第１〜３実施形態に係る計測装置における第１の速度計測手段４０は、レーザー光によるドップラー効果を用いた速度計測手段であるので、基板３３に照射される計測用レーザー光４０ａの光路と、基板３３からの戻り光４０ｂの光路とが一致していても計測可能であるという特性を有している。このため、反応装置において、レーザー光が通過する光路に設ける必要がある窓３０ｃや穴部３９ａの大きさを、ごく小さく（数ｍｍ以下に）することができる。具体的には、例えば、窓３０ｃの直径を約３０ｍｍに、穴部３９ａの直径を約１ｍｍにすることができる。もちろん、窓３０ｃおよび穴部３９ａの大きさはこの値に限定されるものではなく、反応装置の設計に応じて適切な値が選ばれる。
【００９３】
したがって、窓３０ｃや穴部３９ａの大きさを小さくする（従来よりも小さくする）ことができるため、パージ装置から供給されるパージガスの量を最小限にすることができる。それゆえ、反応装置内を流れる原料ガス３８ａの流れを上記パージガスの影響によって乱すことなく、基板３３の形状を計測することができる。また、基板３３の被処理面に、良好な結晶成長を実現することができる。
【００９４】
また、上記第１〜３実施形態においては、被処理基板である基板３３が回転（自転および公転）状態にある場合の基板の形状を計測することを一例として説明したが、例えば、基板３３が回転台（移動台）３１とともに回転以外の移動を行って結晶成長を実現した場合においても、本願発明に係るＭＯＣＶＤ装置によって基板の形状を計測することが可能である。
【００９５】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる形態例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明は、半導体ウェハなどの基板上にガスを利用して結晶成長させるＭＯＣＶＤ装置に好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００９７】
３０              反応室
３０ａ            供気口
３０ｂ            排気口
３０ｃ            窓
３１              回転台（移動台）
３２              載置プレート
３３              基板（被処理基板）
３４              ヒーター
３５              回転軸
３６              モーター
３７              供給配管
３８              ガス供給手段
３８ａ            原料ガス
３９              隔壁
３９ａ            穴部
４０              第１の速度計測手段
４１              処理手段
４２              第２の速度計測手段
４３              制御手段
４３ａ            制御パラメータ
１００，１００’，２００，３００    ＭＯＣＶＤ装置
【図１】
2010258383.tif 000003
【図２】
2010258383.tif 000004
【図３】
2010258383.tif 000005
【図４】
2010258383.tif 000006
【図５】
2010258383.tif 000007
【図６】
2010258383.tif 000008
【図７】
2010258383.tif 000009
【図８】
2010258383.tif 000010
【図９】
2010258383.tif 000011
【図１０】
2010258383.tif 000012