(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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方法であって、
反応室と、
前記基板上に原料ガスを供給し、排出する流路と、
前記基板を保持する基板保持部と、
該基板保持部と前記流路とを相対的に移動させる移動手段と、
該移動手段を制御する制御手段と、
前記基板を加熱する加熱手段
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、基板保持部または流路の位置を制御することを特徴とする気相成長方法。
【請求項２】
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となるように、基板保持部の位置または流路の位置を制御することを特徴とする請求項１に記載の気相成長方法。
【請求項３】
設定される成長条件が、２以上である請求項１に記載の気相成長方法。
【請求項４】
前記成長条件が、基板の加熱温度を含む請求項１に記載の気相成長方法。
【請求項５】
前記成長条件が、反応室の内圧を含む請求項１に記載の気相成長方法。
【請求項６】
前記制御手段は、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項１に記載の気相成長方法。
【請求項７】
前記制御手段は、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項１に記載の気相成長方法。
【請求項８】
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装置であって、
反応室と、
前記基板上に原料ガスを供給し、排出する流路と、
前記基板を保持する基板保持部と、
該基板保持部と前記流路とを相対的に移動させる移動手段と、
該移動手段を制御する制御手段と、
前記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、
前記制御手段は、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、基板保持部の位置または流路の位置を制御することを特徴とする気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【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、均一なエ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、エ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】
かかる横型ＭＯＣＶＤ反応炉では、品質の良い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からの発生ガスを、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からの流出を抑制し、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く、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】
【発明が解決しようとする課題】
【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になる。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く、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いという問題がある。
【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、均一性の高いエ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ある。
【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、か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、均一性の高いエピタキシャル成長層を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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、実質的に均一なエピタキシャル成長層を形成することができるようになる。
【００１７】
か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、実質的に均一なエ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とが、１００μｍ〜２００μｍの間でずれていることが、均一なエ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。
【００１８】
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い。
【００１９】
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、かかる事態を回避し、工程を短縮化し、また、一旦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から遠い位置にあり、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。
【００２０】
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が、本発明における制御には、自動制御の他、オ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。
【００２１】
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１〜５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いる。
【００２２】
【表１】
0003638936.tif 000002
【００２３】
【表２】
0003638936.tif 000003
２以上の気相成長条件からなる製造プロセスにおいては、表３に示すようなマトリック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ｂ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いる。
【００２４】
【表３】
0003638936.tif 000004
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。
【００２５】
【表４】
0003638936.tif 000005
【００２６】
【表５】
0003638936.tif 000006
本発明の気相成長方法は、か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、高度に均一なエピタキシャル成長層を形成することができる。
【００２７】
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。
【００２８】
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を載置することによって、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いる。
【００２９】
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１２ｂ１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１２ｃ１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。
【００３０】
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いし、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。
【００３１】
チャンバ接触部材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きる。
【００３２】
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１８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、対照表から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の位置を対照表から読み出すなどの機能を果たす。入力手段３０としては、タッチパネル、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。
【００３３】
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１４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。
【００３４】
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１１ｂ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、固定関係から経路的に遠い配置、構成関係を持つ。
【００３５】
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２１が、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。
【００３６】
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ロセスを選定した。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った。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、ＣＰＵ３２により読み出した。組合せの成長条件は大きく２段階から成り、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、基板加熱ヒータ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。
【００３７】
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１６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。
【００３８】
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、設定温度になってから、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、均一性の高いエピタキシャル成長層を形成することができた。
【００３９】
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っても同様の効果が得られる。
【００４０】
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。
【００４１】
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、か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。
【００４２】
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の内圧であっ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った。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、均一性の高いエピタキシャル成長層を形成することができた。
【００４３】
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っても同様の効果が得られる。
【００４４】
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。
【００４５】
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特許請求の範囲によって示され、特許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。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【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】
【００４７】
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。
【要約】
【課題】  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。
【解決手段】  本発明は、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方法の発明であって、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装置を用い、制御手段は、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。
【選択図】        図１
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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