(57)【要約】【課題】効率的に成膜処理を行うことのできる成膜装置と、効率的な成膜方法とを提供する。【解決手段】有機金属気相成長法により、成膜室内に載置される基板Ｗに成膜処理を行う成膜装置１は、成膜室を３以上備え、第１の成膜室２と第２の成膜室１０２と第３の成膜室２０２は、互いに独立に、少なくとも原料ガスの組成と、原料ガスの流量と、室内の温度と、室内の圧力とが制御され、それぞれが異なる膜を基板Ｗ上に形成するよう構成されている。成膜室２、１０２、２０２の外部には、成膜処理を終えた後のサセプタを洗浄する洗浄部５が設けられている。【選択図】図１
2010251705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機金属気相成長法により、成膜室内に載置される基板に成膜処理を行う成膜装置であって、
前記成膜室を３室以上備え、
前記３室以上の成膜室は、互いに独立に、少なくとも原料ガスの組成と、原料ガスの流量と、室内の温度と、室内の圧力とが制御され、それぞれが異なる膜を基板上に形成するよう構成されたことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記３室以上の成膜室は、少なくとも１つの成膜室でｎ型ＧａＮ層の膜を基板上に形成し、少なくとも１つの成膜室で多重量子井戸（ＭＱＷ；Ｍｕｌｔｉ  Ｑｕａｎｔｕｍ−ｗｅｌｌ）活性層の膜を基板上に形成し、さらに少なくとも１つの成膜室でｐ型ＧａＮ層の膜を基板に形成するよう構成されており、
１枚の基板を前記３室以上の成膜室の間で搬送させて膜を形成することにより、青色発光ダイオードの構成材を製造するよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記３室以上の成膜室は、それぞれヒータを備えており、
前記ヒータは、ＳｉＣヒータ、タングステン（Ｗ）ヒータ、モリブデン（Ｍｏ）ヒータおよびＲＦコイルよりなる群から選ばれるいずれか１つを選択したものとすることを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記基板が載置されるサセプタを前記成膜室の間で自動的に搬送する搬送手段と、
前記成膜室の外部に設けられて、前記成膜処理を終えた後の前記サセプタを洗浄する洗浄部とを有することを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれかに記載の成膜装置。
【請求項５】
前記３室以上の成膜室のそれぞれに隣接する基板待機部を有し、
前記基板待機部には、前記３室以上の成膜室から搬出された基板を加熱する加熱手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項６】
前記３室以上の成膜室は、それぞれ、前記基板が載置されるサセプタを回転可能なサセプタ台を備えており、
前記サセプタ台が回転することによって前記基板を回転させながら成膜処理を行うよう構成されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項７】
前記サセプタは複数の基板を載置できるよう構成されたことを特徴とする請求項６に記載の成膜装置。
【請求項８】
基板が載置されたサセプタを３室以上の異なる成膜室内に順次自動的に搬送し、各成膜室内でそれぞれ異なる条件で、有機金属気相成長法により、それぞれ異なる膜を、順次前記基板上に積層した後、前記サセプタの表面に付着した膜を前記成膜室の外部に設けられた洗浄部で除去する成膜方法であって、
前記異なる積層膜は、ｎ型ＧａＮ層と、多重量子井戸（ＭＱＷ；Ｍｕｌｔｉ  Ｑｕａｎｔｕｍ−ｗｅｌｌ）活性層の膜と、ｐ型ＧａＮ層の膜とであることを特徴とする成膜方法。
【請求項９】
前記基板を回転させながら前記基板上に成膜処理を行うことを特徴とする請求項８に記載の成膜方法。
【請求項１０】
前記３室以上の異なる成膜室内のそれぞれに前記基板を複数搬入し、これらの基板に対して同時に成膜処理を行うことを特徴とする請求項８または９に記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置および成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エピタキシャル成長は、薄膜結晶成長技術の一つであり、基板の上にこの基板の結晶面の原子配列を保った状態で結晶成長させることを言う。エピタキシャル成長には、減圧エピタキシャル気相成長や、原料として有機金属やガスを用いる有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法）などがあり、これらは、大気と異なる圧力や雰囲気の下で基板を処理する。特許文献１には、減圧エピタキシャル気相成長に用いられる装置であって、大気側に開閉可能なゲートを備えた出入口ポートと、出入口ポートに連接するプラットフォームと、プラットフォームに連接する複数の反応チャンバとを備えたマルチチャンバ型の枚葉処理装置が開示されている。
【０００３】
特許文献１の装置では、処理チャンバで基板が処理されている間に、出入口ポートのゲートが開かれて、処理済みの基板と未処理の基板との受け渡しが行われる。その後、ゲートが閉じられ、出入口ポート内の圧力または雰囲気がプラットフォーム内の圧力または雰囲気と同じになってから、これらの間にあるゲートが開かれる。そして、いずれか１つの処理チャンバの処理が終了した後に、この処理チャンバとプラットフォームとを接続するゲートが開いて、処理チャンバ内にある処理済みの基板と出入口ポート内にある未処理の基板との受け渡しが行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−５５１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の枚葉型の成膜装置では、各処理チャンバ内に基板が１枚ずつ搬入され、１枚毎の基板について各処理チャンバ内で同様の成膜処理が行われていた。例えば、特許文献１の装置では、出入口ポートに１枚の基板が搬入された後、プラットフォーム
を介して処理チャンバ内にこの基板が搬入される。処理チャンバ内では、搬入された１枚の基板について成膜処理が行われる。処理を終えた後は、基板が処理チャンバ内から取り出され、プラットフォームを介して出入口ポートへと搬出される。一方、処理チャンバ内へは別の１枚の基板が搬入され、この基板について成膜処理が行われる。
【０００６】
したがって、この従来技術に基づき、例えば、青色発光ダイオードの構成材をＭＯＣＶＤ法にしたがって作製しようとする場合、バッファ層の形成されたサファイア基板の上に、ｎ型ＧａＮ層、多重量子井戸（ＭＱＷ；Ｍｕｌｔｉ  Ｑｕａｎｔｕｍ−ｗｅｌｌ）活性層およびｐ型ＧａＮ層を同一の処理チャンバ内で順次積層して成膜処理していた。
【０００７】
しかし、同一の処理チャンバ内で異なる膜の成膜処理を行う場合、例えば、ドーパントにＳｉ等を用いたｎ型ＧａＮ層、ドーパントにＳｉやＭｇ等を用いたＩｎＧａＮ層を含むこともあるＭＱＷ活性層およびドーパントにＭｇ等を用いたｐ型ＧａＮ層を形成する各プロセスの間には、処理チャンバ内におけるドーパントや原料ガスの置換のための時間が必要となる。ここで、ガス置換が十分に行われないと、得られる製品の性能が劣化する。したがって、ガス置換にかける時間を安易に短縮することは許されない。つまり、得られる製品の性能を高レベルに維持しようとすると、ガス置換の時間を十分に長くする必要があり、装置の実質的な稼働率を十分に向上させることができなかった。その結果、成膜処理をして得られる製品のスループットを向上するのは困難であった。
【０００８】
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、効率的に成膜処理を行うことのできる成膜装置と成膜方法を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の目的は、効率的に高い品質で成膜処理を行うことのできるＭＯＣＶＤ装置およびＭＯＣＶＤ法に従う成膜方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様は、有機金属気相成長法により、成膜室内に載置される基板に成膜処理を行う成膜装置であって、
前記成膜室を３室以上備え、
前記３室以上の成膜室は、互いに独立に、少なくとも原料ガスの組成と、原料ガスの流量と、室内の温度と、室内の圧力とが制御され、それぞれが異なる膜を基板上に形成するよう構成されたことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の第１の態様では、３室以上の成膜室は、少なくとも１つの成膜室でｎ型ＧａＮ層の膜を基板上に形成し、少なくとも１つの成膜室でＭＱＷ（ＭＱＷ；Ｍｕｌｔｉ  Ｑｕａｎｔｕｍ−ｗｅｌｌ）活性層の膜を基板上に形成し、さらに少なくとも１つの成膜室でｐ型ＧａＮ層の膜を基板に形成するよう構成されており、
１枚の基板を３室以上の成膜室の間で搬送させて膜を形成することにより、青色発光ダイオードの構成材を製造するよう構成することができる。
【００１３】
また、本発明の第１の態様では、３室以上の成膜室は、それぞれヒータを備えており、ヒータは、ＳｉＣヒータ、タングステン（Ｗ）ヒータ、モリブデン（Ｍｏ）ヒータおよびＲＦコイルよりなる群から選ばれるいずれか１を選択したものとすることができる。
特に、多重量子井戸活性層の膜を形成する成膜室にＳｉＣヒータを用い、
ｎ型ＧａＮ層の膜およびｐ型ＧａＮ層の膜を形成する成膜室に、それぞれ、タングステン（Ｗ）ヒータ、モリブデン（Ｍｏ）ヒータおよびＲＦコイルよりなる群から選ばれるいずれか１のヒータを用いることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の第１の態様では、成膜室の間で基板が載置されるサセプタを自動的に搬送する搬送手段と、
成膜室の外部に設けられて、成膜処理を終えた後のサセプタを洗浄する洗浄部とを有することができる。
【００１５】
また、本発明の第１の態様では、３室以上の成膜室のそれぞれに隣接する基板待機部を有することができる。この場合、基板待機部には、３室以上の成膜室から搬出された基板を加熱する加熱手段が設けられていることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の第１の態様では、３室以上の成膜室は、それぞれ、基板が載置されるサセプタを回転可能なサセプタ台を有することができる。この場合、成膜装置は、サセプタ台が回転することによって基板を回転させながら成膜処理を行うよう構成されていることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の第１の態様では、サセプタは複数の基板を載置できるよう構成されていることが好ましい。
【００１８】
本発明の第２の態様は、基板が載置されたサセプタを３室以上の異なる成膜室内に順次自動的に搬送し、各成膜室内でそれぞれ異なる条件で、有機金属気相成長法により、それぞれ異なる膜を、順次基板上に積層した後、サセプタの表面に付着した膜を成膜室の外部に設けられた洗浄部で除去する成膜方法であって、
異なる積層膜は、ｎ型ＧａＮ層と、多重量子井戸（ＭＱＷ；Ｍｕｌｔｉ  Ｑｕａｎｔｕｍ−ｗｅｌｌ）活性層の膜と、ｐ型ＧａＮ層の膜とであることを特徴とする成膜方法に関する。
【００１９】
本発明の第２の態様では、基板を回転させながら基板上に成膜処理を行うことが好ましい。
【００２０】
また、本発明の第２の態様では、３室以上の異なる成膜室内のそれぞれに基板を複数搬入し、これらの基板に対して同時に成膜処理を行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の第１の態様によれば、ＭＯＣＶＤ法により１の基板に複数の層を成膜する場合において、各層を構成する膜のそれぞれについて異なる成膜室を選択して成膜することが可能となる。したがって、各層に応じたガスを１つの成膜室内で置換しながら成膜する必要がないので、ガス置換に必要な時間を短縮でき、また、不十分なガス置換による不純物などの影響も低減できる。それ故、高い効率で高品質の成膜を行うことが可能となる。
【００２２】
本発明の第２の態様によれば、ＭＯＣＶＤ法により１枚の基板に複数の層を成膜する成膜方法において、各層の成膜をそれぞれ別の成膜室で行うので、ガス置換の時間を短縮できる。また、成膜後に基板を載置するサセプタの洗浄を行うので、サセプタに付着した異物の影響を低減できる。したがって、高い効率で高品質の成膜を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施の形態における成膜装置の模式的な平面図である。
【図２】本実施の形態の成膜方法により製造される部材の層構成の一例を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、本実施の形態における成膜装置の模式的な平面図である。この図に示すように、成膜装置１は、サセプタ上に載置された基板の表面に膜を形成する第１の成膜室２、第２の成膜室１０２、および第３の成膜室２０２と、第１の開閉部３を介して第１の成膜室２に接続し、第２の開閉部１０３を介して第２の成膜室１０２に接続し、第３の開閉部２０３を介して第３の成膜室２０２と接続する基板待機部４と、各成膜室から基板待機部４を通って取り出されたサセプタ、特に第３の成膜室２０２から基板待機部４を通って取り出されたサセプタを洗浄する洗浄部５とを有する。
【００２５】
成膜装置１は、ＭＯＣＶＤ法により、成膜室内に載置される基板に成膜処理を行うものであるが、その特徴の一つは、上述のように、サセプタ上に載置された基板の表面に膜を形成する成膜室が第１から第３まで、３つ設けられていることである。そして、第１の成膜室２、第２の成膜室１０２および第３の成膜室２０２では、それぞれが導入口と排気口を供え、それぞれ異なる、所望の組成となるように調製された原料ガスを、適当に調整された圧力条件の下、適当な流量で各成膜室に導入することができる。そして、各成膜室のそれぞれが、成膜処理時の加熱温度や、原料ガスおよびキャリアガスとの反応性を考慮して選択されたヒータを備え、室内の温度を調整し、適当な成膜条件となるようそれぞれ独立に制御され、基板の表面に所望の層がそれぞれ形成されるよう成膜処理が行われる。このとき、成膜装置１では、第１の成膜室２で成膜処理された後、第２の成膜室１０２で異なる層の成膜処理が行われ、最後に第３の成膜室２０２でさらに異なる層の成膜処理がなされて、基板の一連の成膜処理が終了するように構成されている。
【００２６】
成膜装置１の別の特徴の１つは、第１の成膜室２、第２の成膜室１０２および第３の成膜室２０２内に複数の基板を搬入し、これらの基板に対して同時に成膜処理を行う点にある。すなわち、本発明では、枚葉処理とバッチ処理を組み合わせて成膜を行う。これにより、従来の枚葉型成膜装置で１枚ずつ行っていた処理が複数枚ずつ行えるようになるので、成膜装置１の稼働率を向上させることができる。
【００２７】
成膜装置１のさらに別の特徴は、第１の成膜室２、第２の成膜室１０２および第３の成膜室２０２のそれぞれに連接する基板待機部４を設けた点にある。基板待機部４には、第１の成膜室２、第２の成膜室１０２および第３の成膜室２０２から搬出されたサセプタおよび基板を加熱する加熱手段を設けることが可能であり、その場合、第１の成膜室２、第２の成膜室１０２および第３の成膜室２０２のそれぞれ内部の温度が比較的高い状態で第１の開閉部３、第２の開閉部１０３および第３の開閉部２０３を開いて、基板やサセプタを対応する第１の成膜室２、第２の成膜室１０２および第３の成膜室２０２のそれぞれから取り出すことができる。すなわち、第１の成膜室２、第２の成膜室１０２および第３の成膜室２０２のそれぞれの内部の温度が十分に降下するのを待つ必要がないので、成膜装置１の稼働率を向上させて、成膜処理の効率を高めることができる。
【００２８】
成膜装置１の他の特徴は、サセプタを第３の成膜室２０２から搬出して洗浄部５で洗浄する点にある。これにより、サセプタを洗浄する度に成膜処理を中断する必要がなくなり、連続した成膜処理の実施が可能となり、成膜処理の効率を高めることができる。
【００２９】
本実施の形態においては、第１の成膜室２から第３の成膜室２０２までの一連の成膜処理が１回終わるごとに基板と一緒にサセプタを第３の成膜室２０２から搬出する。尚、所定の回数までは基板のみを搬出し、所定の回数になったところで基板と一緒にサセプタを搬出することも可能である。サセプタを搬出するタイミングは、サセプタの表面に形成される膜の厚さによって決定するのがよい。例えば、サセプタ上に堆積した膜の厚さが１００μｍとなったところで、基板と一緒に取り出して、サセプタを洗浄することができる。本発明によれば、サセプタをどのタイミングで搬出しても成膜処理の効率に殆ど影響を与えることがない。
【００３０】
次に、成膜装置１の動作と本発明による成膜方法について、図１および図２を用いて詳
しく説明する。
【００３１】
第１の成膜室２、第２の成膜室１０２および第３の成膜室２０２のそれぞれ室内で基板Ｗを支持するサセプタＳは、サセプタ待機チャンバ６内に収納されている。サセプタ待機チャンバ６内のサセプタＳは、第１の成膜室２、第２の成膜室１０２、第３の成膜室２０２および基板待機部４の外部に設けられた洗浄部５で洗浄されたものである。成膜処理を行う際には、サセプタ搬送用ロボット７によって、サセプタ待機チャンバ６からサセプタＳを取り出し、基板−サセプタ載置部８に載置する。
【００３２】
一方、成膜処理が行われる基板Ｗは、カセット９に収納されている。膜形成を行う際には、基板搬送用ロボット１０によって、カセット９から基板Ｗを取り出し、基板−サセプタ載置部８にあるサセプタＳ上に載置する。ここで、基板Ｗの搬送には、例えば、気体を噴出することにより非接触の状態で基板を搬送可能なベルヌーイチャックなどの方式を採用することができる。また、基板Ｗとしては、例えば、青色発光ダイオードなどの用途で使用されるサファイア（α−Ａｌ２Ｏ３）、炭化珪素（ＳｉＣ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などを挙げることができる。そして、例えばサファイア基板においては、基板上に高品質の膜形成を行うため、表面に１０ｎｍ程度の厚さのアモルファスＧａＮバッファ層を形成する。このアモルファスＧａＮバッファ層は、５００℃程度で水素ガスによる水素ラジカルクリーニングをした後、水素ガスをキャリアガスとし、１．３３×１０４〜２．６７×１０４Ｐａ（１００〜２００Ｔｏｒｒ）程度の低圧下、５００℃程度の低温度でサファイア基板上に形成することが可能である。このアモルファスＧａＮバッファ層は、形成後の温度条件によっては、多結晶のＧａＮバッファ層になる場合が多い。
【００３３】
尚、本発明の別の実施形態として、成膜装置において、第１の成膜室、第２の成膜室および第３の成膜室とは別にプラズマＣＶＤ法による成膜を行う成膜室を設け、サファイア基板の表面に上述の条件でアモルファスＧａＮバッファ層を成膜し、そのバッファ層の形成された基板を使用して、第１の成膜室、第２の成膜室および第３の成膜室でそれぞれ固有の成膜処理を行うように構成することも可能である。
【００３４】
基板−サセプタ載置部８は、第４の開閉部１１を介して基板待機部４に接続している。また、第５の開閉部１２または第６の開閉部２２を開くことにより、外部から基板ＷやサセプタＳを基板−サセプタ載置部８内に搬出入することができる。したがって、上述した基板ＷおよびサセプタＳを基板−サセプタ載置部８内に載置する際には、第４の開閉部１１を閉じた状態で第５の開閉部１２または第６の開閉部２２を開き、これらを基板−サセプタ載置部８内に搬入する。基板−サセプタ待機部８を設けることにより、外部の空気が成膜室２に直接侵入しないようにすることができる。すなわち、空気中の水分や有機物が第１の成膜室２、第２の成膜室１０２および第３の成膜室２０２のそれぞれの内部に入り込んで、成膜処理に悪影響を及ぼすのを防ぐことができる。尚、第５の開閉部１２と第６の開閉部２２はいずれか一方のみでもよく、基板ＷとサセプタＳを共通の開閉部から搬出入できるようにしてもよい。
【００３５】
成膜装置１には、複数の基板が載置されたサセプタを複数投入することができる。本実施の形態では、基板Ｗ１が載置されたサセプタＳ１と、基板Ｗ２が載置されたサセプタＳ２と、基板Ｗ３が載置されたサセプタＳ３と、基板Ｗ４が載置されたサセプタＳ４とが投入されている。具体的には、図１に示すように、基板−サセプタ載置部８にサセプタＳ１が、基板待機部４にサセプタＳ２が、第１の成膜室２にサセプタＳ３が、第２の成膜室１０２にサセプタＳ４がそれぞれ搬入されている。ここで、基板Ｗ１は成膜未処理の基板、基板Ｗ２は成膜処理済みの基板、基板Ｗ３および基板Ｗ４は成膜処理中の基板であるとする。以下では、基板Ｗ１とサセプタＳ１を中心に説明する。
【００３６】
本実施の形態におけるサセプタは、複数の基板を載置可能な構造となっている。例えば、図１に示すサセプタＳには、基板Ｗを載置するための基板載置部Ｓｗｓが４個設けられていて、同時に４枚の基板Ｗが載置できるようになっている。サセプタＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４のそれぞれにも、基板Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４が４枚ずつ載置されている。サセプタをこのような構造とすることによって、４枚の基板を同時に基板−サセプタ載置部８内に搬入することができる。
【００３７】
サセプタに載置可能な基板の数、すなわち、基板載置部Ｓｗｓの数は、基板の大きさなどに応じて適宜決定することができる。また、各成膜室で形成される膜の膜厚均一性や成膜処理の効率性などの点からも決定される。基板載置部Ｓｗｓの数を多くすることによって、成膜室に搬入される基板の数が多くなり過ぎると、基板上に形成される膜の膜厚均一性は低下する。一方、基板載置部Ｓｗｓの数が少な過ぎると、成膜室にあまり基板を搬入することができなくなり、成膜処理の効率性が低下する。青色発光ダイオード用途のためのサファイア基板の場合、基板載置部Ｓｗｓの数を４個〜５個程度とすることがより好ましい。
【００３８】
基板Ｗ１が載置されたサセプタＳ１を基板−サセプタ載置部８に搬入した後は、第５の開閉部１２および第６の開閉部２２を閉じる。そして、真空ポンプなどを用いて排気口１３から基板−サセプタ載置部８内の空気を排出する。次いで、導入口１４を通じて基板−サセプタ載置部８内にキャリアガスである水素ガスを導入する。尚、導入口１４は、配管（図示せず）を通じて水素ガスが入ったボンベおよび窒素ガスが入ったボンベに接続しており、基板−サセプタ載置部８内にキャリアガスである水素ガスまたは窒素ガスを導入できるようになっている。
【００３９】
基板待機部４にも、導入口１５と排気口１６が設けられている。導入口１５は、配管（図示せず）を通じて水素ガスが入ったボンベおよび窒素ガスが入ったボンベに接続しており、基板待機部４内にキャリアガスである水素ガスまたは窒素ガスを導入できるようになっている。また、排気口１６は、配管（図示せず）を通じて真空ポンプ（図示せず）に接続しており、基板待機部４内のガスがここから排出されるようになっている。
【００４０】
基板待機部４には、本発明の搬送手段である基板−サセプタ搬送用ロボット１７が設けられている。基板−サセプタ搬送用ロボット１７は、例えば、カーボンにシリコンコートされた耐熱性の材料から構成されている。また、基板−サセプタ搬送用ロボット１７のサセプタが載置される部分には、加熱手段であるヒータを設けることも可能であり、各成膜室から取り出された直後の高温のサセプタや基板が載置されても急激な温度変化を生じさせないような構造とすることも可能である。
【００４１】
基板Ｗ１が載置されたサセプタＳ１を基板−サセプタ載置部８に搬入した後は、基板−サセプタ載置部８内の圧力と雰囲気が基板待機部４内と略等しくなったところで第４の開閉部１１を開く。ここで、基板−サセプタ載置部８内に、基板の周縁部下面を支持する部材を上下２段に平行に配置し固定しておくことによって、サセプタＳ１と成膜処理を終えた後のサセプタＳ２の交換をスムーズに行うことができる。具体的には、まず、基板−サセプタ搬送用ロボット１７によって、第３の成膜室２０２から第３の開閉部２０３を通して搬出された、一連の成膜処理を終えた基板Ｗ２の載置されたサセプタＳ２を、基板−サセプタ載置部８内に搬入して下段に位置する部材の上に載置する。そして、第３の開閉部２０３と第４の開閉部１１は閉じる。
【００４２】
次に、第２の成膜室１０２内での処理が終了したら、第２の開閉部１０３を開き、基板−サセプタ搬送用ロボット１７によって、基板Ｗ４が載置されたサセプタＳ４を基板待機部４内に搬送する。このとき、基板−サセプタ搬送用ロボット１７でサセプタＳ４が載置される部分の温度をヒータで上げておくことにより、高温になっている基板Ｗ４やサセプタＳ４に急激な温度変化が加えられるのを防ぐことができる。次いで、第３の開閉部２０３を開けて、基板−サセプタ搬送用ロボット１７によって、基板Ｗ４が載置されたサセプタＳ４を第３の成膜室２０２内に搬入する。そして、第３の開閉部２０３と第２の開閉部１０３は閉じる。
【００４３】
次に、第１の成膜室２内での処理が終了したら、第１の開閉部３を開き、基板−サセプタ搬送用ロボット１７によって、基板Ｗ３が載置されたサセプタＳ３を基板待機部４内に搬送する。このとき、基板−サセプタ搬送用ロボット１７でサセプタＳ３が載置される部分の温度をヒータで上げておくことにより、高温になっている基板Ｗ３やサセプタＳ３に急激な温度変化が加えられるのを防ぐことができる。次いで、第２の開閉部１０３を開けて、基板−サセプタ搬送用ロボット１７によって、基板Ｗ３が載置されたサセプタＳ３を第２の成膜室１０２内に搬入する。そして、第２の開閉部１０３と第１の開閉部３は閉じる。
【００４４】
次に、基板−サセプタ載置部８の第４の開閉部を開き、基板−サセプタ搬送用ロボット１７によって、基板Ｗ１が載置されたサセプタＳ１を基板待機部４内に搬送する。次いで、第１の開閉部３を開けて、基板−サセプタ搬送用ロボット１７によって、基板Ｗ１が載置されたサセプタＳ１を第１の成膜室２内に搬入する。そして、第４の開閉部１１と第１の開閉部３を閉じる。
【００４５】
そして第１の成膜室２には、導入口１８と排気口１９が設けられている。導入口１８は、配管（図示せず）を通じて原料ガスが入ったボンベやキャリアガスである窒素ガスもしくは水素ガスが供給可能なボンベに接続しており、必要に応じてこれらのガスが適量供給されるようになっている。また、排気口１９は、配管（図示せず）を通じて真空ポンプ（図示せず）に接続しており、第１の成膜室２内のガスがここから排出され、また、適当な減圧環境を作り出すことができるようになっている。サセプタＳ１は、第１の成膜室２内に設置された回転可能なサセプタ台（図示せず）の上に載置される。基板Ｗ１は、成膜処理時の加熱温度や供給される原料ガスおよび反応ガスと反応しないことなどを考慮して選択されたヒータ（図示せず）によって加熱できるようになっており、第１の成膜室２内にサセプタＳ１が置かれた後は、第１の開閉部３を閉じた状態で所定の成膜処理が行われる。図１の例では、同時に４枚の基板に対して成膜処理を行うことができる。
【００４６】
そして第２の成膜室１０２には、導入口１１８と排気口１１９が設けられている。導入口１１８は、配管（図示せず）を通じて原料ガスが入ったボンベやキャリアガスである窒素ガスもしくは水素ガスが供給可能なボンベに接続しており、必要に応じてこれらのガスが適量供給されるようになっている。また、排気口１１９は、配管（図示せず）を通じて真空ポンプ（図示せず）に接続しており、第２の成膜室１０２内のガスがここから排出され、また、適当な減圧環境を作り出すことができるようになっている。
【００４７】
サセプタＳ３は、第２の成膜室１０２内に設置された回転可能なサセプタ台（図示せず）の上に載置される。基板Ｗ３は、成膜処理時の加熱温度や供給される原料ガスおよび反応ガスと反応しないことなどを考慮して選択されたヒータ（図示せず）によって加熱できるようになっており、第２の成膜室１０２内にサセプタＳ３が置かれた後は、第２の開閉部１０３を閉じた状態で所定の成膜処理が行われる。図１の例では、同時に４枚の基板に対して成膜処理を行うことができる。
【００４８】
そして第３の成膜室２０２には、導入口２１８と排気口２１９が設けられている。導入口２１８は、配管（図示せず）を通じて原料ガスが入ったボンベやキャリアガスである窒素ガスもしくは水素ガスが供給可能なボンベに接続しており、必要に応じてこれらのガスが適量供給されるようになっている。また、排気口２１９は、配管（図示せず）を通じて真空ポンプ（図示せず）に接続しており、第３の成膜室２０２内のガスがここから排出され、また、適当な減圧環境を作り出すことができるようになっている。
【００４９】
サセプタＳ４は、第３の成膜室２０２内に設置された回転可能なサセプタ台（図示せず）の上に載置される。基板Ｗ４は、成膜処理時の加熱温度や供給される原料ガスおよび反応ガスと反応しないことなどを考慮して選択がされたヒータ（図示せず）によって加熱できるようになっており、第３の成膜室２０２内にサセプタＳ４が置かれた後は、第３の開閉部２０３を閉じた状態で所定の成膜処理が行われる。図１の例では、同時に４枚の基板に対して成膜処理を行うことができる。
【００５０】
そしてその後、サセプタＳ１上の基板Ｗ１について説明すると、上述したサセプタＳ３上の基板Ｗ３と同様に第２の成膜室１０２への搬入がなされ、上述したサセプタＳ３上の基板Ｗ３と同様の成膜処理がなされる。そしてその後、第３の成膜室２０２への搬入がなされる。そして、上述したサセプタＳ４上の基板Ｗ４と同様の成膜処理がなされる。こうして一連の成膜処理を済ませた後、基板−サセプタ搬送用ロボット１７によって、第３の成膜室２０２から第３の開閉部２０３を通して搬出される。そして、サセプタＳ１と基板Ｗ１を取り出した後は、第３の開閉部２０３を閉じ、室内（基板待機部４内）のヒータの温度を徐々に下げていく。サセプタＳ１や基板Ｗ１が十分に冷却したら、第４の開閉部１１を開け、基板−サセプタ搬送用ロボット１７によって、サセプタＳ１と基板Ｗ１を基板−サセプタ載置部８内に搬送し、所定位置に載置する。
【００５１】
次に、第４の開閉部１１を閉じ、導入口１４から窒素ガスを流して基板−サセプタ載置部８内を大気圧まで戻す。次いで、第５の開閉部１２を開けて、基板搬送用ロボット１０で成膜済の基板Ｗ１をカセット９の所定位置に収納する。一方、サセプタＳ１は、第６の開閉部２２からサセプタ搬送用ロボット７によって洗浄部５に搬送される。
【００５２】
洗浄部５では、サセプタＳ１の表面に形成された膜のエッチング除去が行われる。詳細は図示しないが、洗浄部５にはプラズマ反応チャンバが設けられている。ヒータによりサセプタを所定の温度に加熱するとともに、プラズマ反応チャンバ内のガスを排気口から排出して導入口からエッチングガスを導入する。エッチングガスとしては、例えば、ＣＦ４、Ｎ２ＯおよびＳｉＨ４の混合ガスや、ＳＦ４とＯ２の混合ガスなどを用いることができる。プラズマ反応部に設けられた電極に高周波を印加してプラズマを発生させることにより、サセプタＳ１の表面に堆積した膜や汚れをエッチング除去して、サセプタＳ１を清浄化することができる。尚、エッチングガスとしてＣｌＦ３ガスを使用すれば、加熱が不要となるので、洗浄部５にヒータを設ける必要がなくなる。サセプタＳ１の洗浄を終えた後は、サセプタ搬送用ロボット７によって、洗浄済のサセプタＳ１をサセプタ待機チャンバ６に搬送する。
【００５３】
尚、説明を省いたが、基板Ｗ２が載置されたサセプタＳ２や、基板Ｗ３が載置されたサセプタＳ３や、基板Ｗ４が載置されたサセプタＳ４についても、基板Ｗ１が載置されたサセプタＳ１と同様にして基板−サセプタ載置部８から大気中に取り出される。その後、基板Ｗ２や基板Ｗ３や基板Ｗ４は、カセット９の所定位置に収納される。また、サセプタＳ２やサセプタＳ３やサセプタＳ４は、洗浄部５で表面に付着した膜や汚れを除去された後、サセプタ待機チャンバ６に収納される。洗浄部５での洗浄は、各成膜室で他の基板が処理されている間に行われる。すなわち、洗浄のために成膜処理が中断されることがないので、第１〜第３の各成膜室での稼働率を向上させて効率良く成膜することができる。一方、次に成膜処理が行われる基板ＷとサセプタＳが、カセット９とサセプタ待機チャンバ６から取り出され、上記と同様にして、基板待機部４や基板−サセプタ載置部８に搬入される。
【００５４】
次に、サセプタＳ１に載置された基板Ｗ１について、第１〜第３の各成膜室内で行われる成膜処理、成膜方法についてより詳細に説明する。
【００５５】
サセプタＳ１に載置された基板Ｗ１に対し行われる成膜処理は、上述の成膜装置１を使用し、ＭＯＣＶＤ法により、青色発光ダイオードの構成材を製造するよう構成されたものである。図２は、本実施の形態の成膜方法により製造される部材の層構成の一例を示す模式的な断面図である。
【００５６】
基板には、サファイア基板を使用することができる。本実施の形態では、サファイア基板として、上述のように、基板上に高品質の膜形成を行うため、表面に１０ｎｍ程度の厚さのアモルファスＧａＮバッファ層を備えるものを使用する。このアモルファスＧａＮバッファ層は、５００℃程度で水素ガスによるサファイア基板表面の水素ラジカルクリーニングをした後、水素ガスをキャリアガスとし、１．３３×１０４〜２．６７×１０４Ｐａ（１００〜２００Ｔｏｒｒ）程度の低圧下、５００℃程度の低温度でサファイア基板上に形成することが可能である。
【００５７】
このバッファ層の形成されたサファイア基板を上述のようにサセプタ上に載置し、成膜装置１の第１の成膜室２に搬入する。そして、第１の成膜室２内にあるサセプタ台の上に載置する。第１の成膜室２には、高温プロセスに好適なタングステンヒータが設けられている。そして、１．３３×１０４〜２．６７×１０４Ｐａ（１００〜２００Ｔｏｒｒ）程度の減圧下、キャリアガスである水素ガスを流しながら、サファイア基板を１０５０℃±１℃の高温に加熱する。尚、基板加熱のために設けられたヒータには、高温プロセスに好適なＲＦコイルやモリブデンヒータを選択して使用することも可能である。そして、原料ガスを導入しつつサファイア基板の載置されたサセプタ台を回転させることにより、全てのサファイア基板を回転させ、全てのサファイア基板の上に均一な厚さのｎ型ＧａＮ層の成膜を行う。ここで、原料ガスの導入は、第１の成膜室２の上部に設けられたシャワーヘッド（図示せず）から、サファイア基板に対して垂直にフローするように行う。また、例えば、３００ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍの高速でサセプタ台を回転させながら成膜する。ｎ型ＧａＮ層の厚さは、例えば３〜４μｍとすることができる。原料ガスとしては、例えば、ＩＩＩ族原料ガスにトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を用い、Ｖ族原料ガスにアンモニア（ＮＨ３）を用い、ｎ型ドーパントにはＳｉを用いる。
【００５８】
サファイア基板上へのｎ型ＧａＮ層の成膜の後、サセプタ上の処理済み基板を第１の成膜室２から搬出し、第２の成膜室１０２に搬入する。そして、第２の成膜室１０２内にあるサセプタ台の上に載置する。そして、常圧条件下、キャリアガスである窒素ガスを流しながら、サファイア基板を（７００℃〜８００℃）±１℃の比較的低温に加熱する。このとき、第２の成膜室１０２には、ＳｉＣヒータが基板加熱のために配設されている。
【００５９】
第２の成膜室１０２内に、タングステンヒータ、モリブデンヒータまたはＲＦコイルを使用した場合、それらの構成材料であるタングステンなどと窒素が加熱下で反応し、ヒータの劣化（脆化）が発生するおそれがある。このため、第２の成膜室１０２内では、ＳｉＣヒータを選択して使用することが好ましい。また、ＳｉＣヒータは、その製造方法により設計の自由度が高いという特徴を備えており、さらに、サセプタ面内で均一な温度分布を得やすい。したがって、均一な特性の薄膜を形成するのに適している。また、ＳｉＣヒータの構成材料であるＳｉＣは、一般に不純物の少ない材料であるので、基板上での成膜処理に悪影響を及ぼすおそれが小さいという特徴も併せ持っている。以上より、窒素ガスをキャリアガスとして使用する第２の成膜室１０２内のヒータとして、ＳｉＣヒータは好適である。
【００６０】
原料ガスを導入しつつ、サファイア基板の載置されたサセプタ台を回転させることにより、全てのサファイア基板を回転させ、全てのサファイア基板の上に均一な形態のＭＱＷ活性層の成膜を行う。ここで、原料ガスの導入は、第２の成膜室１０２の上部に設けられたシャワーヘッド（図示せず）から、サファイア基板に対して垂直にフローするように行う。また、例えば、３００ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍの高速でサセプタ台を回転させながら成膜する。本実施形態におけるＭＱＷ活性層は、ＩｎＧａＮを含むＭＱＷ構造を備えており、電子と正孔とが再結合することにより発せられる光を増幅する作用を有する層である。ＭＱＷ活性層は、数ｎｍ〜数十ｎｍの複数のＩｎＧａＮ層と、数ｎｍ〜数十ｎｍの複数のＧａＮ層または先のＩｎＧａＮ層とはＩｎの組成比が異なる（Ｉｎ）ＧａＮ層とが交互に２０層程度積層されて構成された多層膜である。上記のＩｎＧａＮ層は、Ｉｎ組成比を１５％程度とすることにより、バンドギャップが比較的小さくなるとされており、ＭＱＷ活性層における井戸層構造を可能にしている。上記（Ｉｎ）ＧａＮ層は、ＭＱＷ活性層のバリア層を形成している。ＭＱＷ活性層の成膜のための原料ガスとしては、例えば、ＩＩＩ族原料ガスにトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を用い、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用い、Ｖ族原料ガスにアンモニア（ＮＨ３）を用いる。
【００６１】
尚、上述のように、第１〜第３の各成膜室には、それぞれ、キャリアガスや原料ガスを室内に導入するための導入口が設けられている。そして、成膜室内の導入口の先端にシャワーヘッド（図示せず）が設けられている。シャワーヘッドは、均一に原料ガスを成膜室内にある基板上に供給するため、成膜室外から配管で供給された原料ガスをシャワーヘッド内部のバッファを介して複数の貫通孔から排出する。このとき、通常成膜室内は、上述の第１の成膜室２のように、１０００℃以上の高温となるため、シャワーヘッドは、通常、アルミニウム合金などの金属製とされ、水冷構造などをとる必要があった。しかし、第２の成膜室１０２内は（７００℃〜８００℃）±１℃と比較的低温であるため、水冷構造を採用する必要は無く、石英などの高純度の部材を採用し、シャワーヘッドを製造することが可能である。そのため、第２の成膜室１０２は、他の高温プロセスに係る成膜室に比べ比較的簡素な構造とすることができ、また成膜室内への金属の露出が少なくなり、成膜時における汚染の影響を低減させることも可能となる。
【００６２】
サファイア基板上へのＭＱＷ活性層の成膜の後、サセプタ上の処理済み基板を第２の成膜室１０２から搬出し、第３の成膜室２０２に搬入する。そして、第３の成膜室２０２内にあるサセプタ台の上に載置する。第３の成膜室２０２には高温プロセスに好適なタングステンヒータが選択されて配設されている。そして、おおよそ常圧の環境（若干の減圧環境）の下、キャリアガスである水素ガスを流しながら、第１および第２の成膜室で成膜処理を施したサファイア基板を１０００℃±１℃の高温に加熱する。尚、基板加熱のために設けられたヒータは高温プロセスに好適なＲＦコイルやモリブデンヒータを選択して使用することも可能である。
【００６３】
そして、原料ガスを導入しつつ、サファイア基板の載置されたサセプタ台を回転させることにより、全てのサファイア基板を回転させ、全てのサファイア基板の上に均一な厚さのｐ型半導体層の成膜を行う。ここで、原料ガスの導入は、第３の成膜室２０２の上部に設けられたシャワーヘッド（図示せず）から、サファイア基板に対して垂直にフローするように行う。例えば、３００ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍの高速でサセプタ台を回転させながら成膜する。ｐ型半導体層は、ｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層とを順次積層して構成された膜であり、第１および第２の成膜室で成膜処理を施したサファイア基板上のＭＱＷ活性層の上に１μｍ程度の厚さを持って均一に成膜される。原料ガスとしては、例えば、ＩＩＩ族原料ガスにトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を用い、ＩＶ族原料ガスにアンモニア（ＮＨ３）を用い、ｐ型ドーパントにはＭｇを用いる。
【００６４】
サファイア基板上へのｐ型半導体層の成膜により、サファイア基板上には、ｎ型ＧａＮ層と、ＭＱＷ活性層と、ｐ型半導体層であるｐ型ＡｌＧａＮ層およびｐ型ＧａＮ層とが順次成膜され、成膜処理は終了する。そして、この成膜処理済みの基板は、第３の成膜室２０２から搬出され、基板−サセプタ搬送用ロボット１７によって、基板−サセプタ載置部８内に搬送され所定位置に載置される。
【００６５】
そして、上述のように、基板搬送用ロボット１０により、成膜済のサファイア基板をカセット９の所定位置に収納し、一方、サセプタは、サセプタ搬送用ロボット７によって洗浄部５に搬送され、洗浄がなされる。
【００６６】
以上より、ＭＯＣＶＤ法により、青色発光ダイオードの構成材を製造する成膜方法を説明したが、必要なｎ型半導体層とＭＱＷ活性層とｐ型半導体層の成膜工程を個別の成膜室を用いて実施している。従来装置を使用した従来成膜方法によれば、一つの成膜室で全成膜工程を実施するため、ｎ型の膜とｐ型の膜を形成する工程の間では、ドーパントガスの置換が必須となる。このガス置換が十分でないと、得られる構成材の性能劣化が生じてしまうからである。しかし、本実施形態の成膜装置を用いた成膜方法では、各工程に対応した個別の成膜室を使用することを可能としており、ガス置換に要する時間を短縮でき成膜工程の高効率化が可能となり、また、得られる構成材の性能についてもそれを高めること容易となる。
【００６７】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。
【００６８】
例えば、上述した実施の形態において、基板としてサファイアを用いているが、発光効率などを向上するには、アンドープのＧａＮ基板を用いた方がよい。
【００６９】
また、上述した実施の形態の発光ダイオードの構成は、半導体レーザ構成と殆ど同じであることから、ＧａＮ半導体レーザにも適用できることは言うまでもなく、ＧａＰ、ＧａＡｌＡｓ系の発光ダイオードにも適用可能である。
【００７０】
さらに、上記実施の形態では、光デバイスについて説明したが、本発明は、ＧａＡｓ系のＨＢＴ（Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＧａＡｌＡｓ系のＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの電子デバイスにも適用可能である。また、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に限らず、ＩＶ族系Ｓｉ−Ｇｅ電子デバイスにも適用可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１  成膜装置
２  第１の成膜室
３  第１の開閉部
４  基板待機部
５  洗浄部
６  サセプタ待機チャンバ
７  サセプタ搬送用ロボット
８  基板−サセプタ載置部
９  カセット
１０  基板搬送用ロボット
１１  第４の開閉部
１２  第５の開閉部
１３，１６，１９、１１９、２１９  排気口
１４，１５，１８、１１８、２１８  導入口
１７  基板−サセプタ搬送用ロボット
２２  第６の開閉部
１０２  第２の成膜室
１０３  第２の開閉部
２０２  第３の成膜室
２０３  第３の開閉部
Ｗ、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４  基板
Ｓ、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４  サセプタ
Ｓｗｓ  基板載置部
【図１】
2010251705.tif 000003
【図２】
2010251705.tif 000004