(57)【要約】【課題】原料ガスが処理基板に到達する前に反応することを防止し、処理基板からの輻射熱の影響を最小化し、さらに、反応室におけるガスの挙動を結晶成膜にとってより良好とすることのできる成膜装置を提供する。【解決手段】加熱状態の処理基板５の表面に、複数の原料ガスを反応させて成膜を行う成膜装置であって、上記処理室１が加熱室１ａと反応室１ｂに区分され、反応室１ｂに露出している処理基板５と対向するところに、原料ガスの排気管７が反応室１ｂに連続した状態で設けられ、処理基板５の表面に対して各原料ガスをそれぞれ独立した状態で供給する供給口１１，１２が、排気管７よりも外方に位置するように配置されている。こうすることにより、処理基板５の直近で原料ガスを反応させて良好な結晶成膜が処理基板５上に形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室に配置された加熱状態の処理基板の表面に、少なくとも第１原料ガスと第２原料ガスからなる複数の原料ガスを反応させて成膜を行う成膜装置であって、
上記処理室が少なくとも処理基板によって加熱室と反応室に区分され、
上記反応室に露出している処理基板と対向するところに、原料ガスの排気管が反応室に連続した状態で設けられ、
上記処理基板の表面に対して第１原料ガスと第２原料ガスをそれぞれ独立した状態で供給する第１原料ガスと第２原料ガスの各供給口が、上記排気管よりも外方に位置するように配置されていることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
上記処理基板が配置される基板配置領域と、上記反応室に連続している排気管の断面との各形状は略円形であり、上記基板配置領域の中心は排気管の中心線上に配置されている請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
上記各供給口の外周側に反応室の外周側の空間を少なくする壁が設けられている請求項１または２記載の成膜装置。
【請求項４】
上記各供給口が、円周上に交互に配置されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項５】
上記各供給口が、等間隔で配置されている請求項４記載の成膜装置。
【請求項６】
上記各供給口が、反応室の一部を構成し処理基板の方に向って拡開しているとともに上記排気管に連続している環状部材に設けられている請求項１〜５のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項７】
上記原料ガスを各供給口に分配するガス拡散室が環状の形状で設けられている請求項１〜６のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項８】
上記ガス拡散室の内側に上記排気管が配置されている請求項７記載の成膜装置。
【請求項９】
上記排気管の断面広さは、反応室内に露出している処理基板が配置される基板配置領域の広さよりも大きい請求項１〜８のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項１０】
上記各供給口からの原料ガスの流出方向に対して処理基板の表面が略垂直となるように処理基板が配置されている請求項１〜９のいずれか一項に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも第１原料ガスと第２原料ガスからなる原料ガスにより、処理基板の表面に成膜を行う成膜装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、白色の発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子に使用されるＺｎＯエピタキシャル膜を成膜する成膜装置においては、複数の原料ガスすなわちＯ原料ガスとＺｎ原料ガスを反応させて処理基板にＺｎＯ膜の形成を行っている。
【０００３】
上記の成膜装置においては、同装置内に取付けられている処理基板に対してガスの供給口から原料ガスが吹き付けられるようになっている。この場合、上記供給口に至るまでは複数の原料ガス（Ｏ原料ガスとＺｎ原料ガス等）が反応しないように、各原料ガスを分離された流路を経て供給口に導くようにしている。しかし、上記流路のシール状態が不十分であったりすると、供給口に至るまでに原料ガスが反応し、結晶成膜（ＺｎＯの結晶成膜）が上記流路の内面等に形成され、処理基板に対する結晶性が悪化し、膜の成長速度の低下やパーティクルの堆積をまねくことになる。
【０００４】
また、供給口から複数の原料ガスを処理基板に向けて流出させても、供給口から処理基板に到達するまでに原料ガスが反応するので、処理基板の成膜に費やされる原料ガスの量がごくわずかなものとなり、原料ガスの使用量が多大となり、また、成膜時間も長くかかることになる。
【０００５】
特に、Ｏ原料ガス（Ｏ２，Ｈ２Ｏ，Ｎ２Ｏ等）を用いてＺｎＯ成膜をするような場合には、Ｏ原料ガスが気相で他のガスと反応しやすいので、処理基板上に良好な品質の結晶成膜が得られない。さらに、反応室が高真空状態であっても反応性が高いので、上記の問題は解消しにくくなる。まして、反応室が低真空状態であれば、さらに高い反応性が現われ上記の問題は一層解決しにくくなる。
【０００６】
さらに、上記供給口が処理基板からの輻射熱を受けやすい箇所に配置されているので、供給口を出たばかりの原料ガスが直ちに反応を開始し、処理基板上における結晶性が悪化する原因になっている。
【０００７】
一方、反応室においては、複数の原料ガスが処理基板に向って流動することと、排気動作で上記流動中の原料ガスを誘引する現象とが混在している。したがって、成膜形成の機能を果たさない間に原料ガスが処理基板の近傍で反応生成物を生成するので、上述の場合と同様に、処理基板における結晶性悪化、膜成長速度の低下、パーティクルの堆積等が発生する。
【特許文献１】特許第３１９８９５６号公報
【特許文献２】特開平１−１０１６２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
良好な品質の結晶成膜を処理基板上に形成するためには、成膜装置内での原料ガスの流路のシール状態を完全なものとして、複数の原料ガスが上記流路過程において反応しないようにしなければならない。また、原料ガスの供給口から処理基板に至る前に早期反応が生じないようにする必要がある。さらに、処理基板からの輻射熱の影響を最小化できる箇所に原料ガスの供給口を配置することが重要である。そして、反応室における原料ガスの挙動が排気吸引によって妨げられないようにしなければならない。
【０００９】
本発明は、上記のような事情に鑑みなされたもので、複数の原料ガスが処理基板上で成膜形成機能を果たす前に反応することを防止し、処理基板からの輻射熱の影響を最小化し、さらに、反応室におけるガスの挙動を結晶成膜にとってより良好にすることのできる成膜装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の成膜装置は、処理室に配置された加熱状態の処理基板の表面に、少なくとも第１原料ガスと第２原料ガスからなる複数の原料ガスを反応させて成膜を行う成膜装置であって、上記処理室が少なくとも処理基板によって加熱室と反応室に区分され、上記反応室に露出している処理基板と対向するところに、原料ガスの排気管が反応室に連続した状態で設けられ、上記処理基板の表面に対して第１原料ガスと第２原料ガスをそれぞれ独立した状態で供給する第１原料ガスと第２原料ガスの各供給口が、上記排気管よりも外方に位置するように配置されていることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１１】
すなわち、本発明の成膜装置は、上記処理室が少なくとも処理基板によって加熱室と反応室に区分され、上記反応室に露出している処理基板と対向するところに、原料ガスの排気管が反応室に連続した状態で設けられ、上記処理基板の表面に対して第１原料ガスと第２原料ガスをそれぞれ独立した状態で供給する第１原料ガスと第２原料ガスの各供給口が、上記排気管よりも外方に位置するように配置されている。
【００１２】
このため、上記加熱室と反応室は少なくとも処理基板によって区分され、処理基板に到達した第１原料ガスおよび第２原料ガスは結晶成膜の形成後は、加熱室やその他の箇所に流入することがないので、処理基板以外の不要な箇所に反応生成物が付着することがない。また、結晶成膜の形成後は、処理基板に対向している排気管から直ちに排気流で吸引されるので、原料ガスの流れが整然としたものとなり循環性が良好となる。
【００１３】
さらに、第１原料ガスと第２原料ガスの各供給口が上記排気管よりも外方に位置しているので、処理基板からの輻射熱が各供給口に及びにくい状態になる。これによって各供給口付近の温度が低くなり、各原料ガスの一部が混合状態になっても処理基板に到達するまでは、反応しにくい温度条件が形成され、結晶成膜の形成に供される原料ガスを増量することができる。上記各供給口の配置箇所は、換言すると、排気管の流路空間を反応室側に延長した仮想空間よりも外側において反応室に開口している。
【００１４】
上記第１原料ガスおよび第２原料ガスは上記各供給口から別々に流出するので、流動途上においても混合する量が少なくなり、処理基板に到達するまでに反応を開始することが極めて少量化される。そして、処理基板に吹き付けられた両原料ガスは、乱流を起こして処理基板に最も近い箇所で反応を開始する。この反応による反応生成物が処理基板の円周方向ならびに中心方向に拡大しながら、処理基板の全域に結晶成膜が生成される。このように、各供給口から流出した原料ガスはその略全てが結晶成膜の形成に供され、その後、処理基板の中央部付近から排気管の方へ流出する。
【００１５】
本発明の成膜装置において、上記処理基板が配置される基板配置領域と、上記反応室に連続している排気管の断面との各形状は略円形であり、上記基板配置領域の中心は排気管の中心線上に配置されている場合には、上記各供給口から流出した第１原料ガスと第２原料ガスが処理基板上に成膜をした後、上記基板配置領域の略中央部から排気管の方へ吸引排気をすることができる。
【００１６】
本発明の成膜装置において、上記各供給口の外周側に反応室の外周側の空間を少なくする壁が設けられている場合には、反応室内において成膜に有効に機能しない両原料ガスの量を少量化することができ、処理基板の結晶性が向上し膜の成長速度を高めることができる。また、上記壁の向きを変更することにより、両原料ガスの整流板としての機能を果たすことができ、処理基板に対する良好なガス流が得られる。
【００１７】
本発明の成膜装置において、上記各供給口が、円周上に交互に配置されている場合には、第１原料ガスと第２原料ガスが交互に処理基板の所定箇所に到達し、処理基板の直近でなされる両原料ガスの反応が処理基板の各反応箇所ごとに均一になされ、成膜品質の均一化にとって有効である。
【００１８】
本発明の成膜装置において、上記各供給口が、等間隔で配置されている場合には、第１原料ガスと第２原料ガスが等間隔で規則正しく処理基板の所定箇所に到達し、成膜品質の均一化にとって一層有効である。
【００１９】
本発明の成膜装置において、上記各供給口が、反応室の一部を構成し処理基板の方に向って拡開しているとともに上記排気管に連続している環状部材に設けられている場合には、各供給口は処理基板から輻射熱を受けにくい箇所に配置できて、各供給口付近の温度が低くなり、各原料ガスの一部が混合状態になっても処理基板に到達するまでは、反応しにくい温度条件が形成され、結晶成膜の形成に供される原料ガスを増量することができる。
【００２０】
本発明の成膜装置において、上記原料ガスを各供給口に分配するガス拡散室が環状の形状で設けられている場合には、第１原料ガスと第２原料ガスは、各ガス拡散室から独立した流路を経て各供給口に原料ガスを送給することができる。したがって、各ガス拡散室から各供給口に至るまでは、両原料ガスの流路が完全に分離されているので、その途上で反応するようなことがない。さらに、ガス拡散室が環状の形状とされているので、各供給口が設けられた上記環状部材との位置的対応性が良好となり、ガス拡散室から供給口への配管が簡素化され、また、上記各配管の長さを均一化できて、各供給口からのガス流出量を均一化しやすくなる。
【００２１】
本発明の成膜装置において、上記ガス拡散室の内側に上記排気管が配置されている場合には、環状のガス拡散室の内側に排気管が配置されているので、ガス拡散室と排気管との構造的なまとまりが良好となり、成膜装置をコンパクトにすることができる。
【００２２】
本発明の成膜装置において、上記排気管の断面広さは、反応室内に露出している処理基板が配置される基板配置領域の広さよりも大きい場合には、上記各供給口から流出した第１原料ガスと第２原料ガスが処理基板上に成膜をした後、上記基板配置領域の略中央部から排気管の方へ吸引排気をすることができる。特に、基板配置領域に複数の処理基板を配置して各処理基板に一斉に成膜を施す場合においても、原料ガスによる成膜完了後に基板配置領域の中央部から吸引排気ができ、結晶性や膜成長速度等の向上にとって有効である。
【００２３】
本発明の成膜装置において、上記各供給口からの原料ガスの流出方向に対して処理基板の表面が略垂直となるように処理基板が配置されている場合には、各原料ガスが反応生成物の形成にとって最も効果的な方向から処理基板に到達するので、結晶性が著しく良好なものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
つぎに、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【実施例１】
【００２５】
図１〜図４は、本発明の成膜装置の一実施例を示す。
【００２６】
図１は、成膜装置の全体構造を示す断面図である。また、図２は、図１の〔２〕−〔２〕断面図である。この装置は、内部が処理室１とされた処理容器２内に分離板３が設けられ、分離板３にあけた円形の開口４に合致させた状態で処理基板である板状のサファイア基板５が載置されている。サファイア基板５の裏面の上方に加熱ヒータＨが配置されて、上記加熱ヒータＨのリフレクタ８に包囲された状態で加熱室１ａが形成されている。また、分離板３やサファイア基板５の下側の処理室１が、各種の処理ガスが供給される反応室１ｂとされている。そして、処理室１を真空にする真空ポンプ（図示していない）が配置され、排気口６から処理室１内が真空排気されるようになっている。なお、サファイア基板５が大きな面積を有する場合には、このサファイア基板５だけで加熱室１ａと反応室１ｂを区分することができる。
【００２７】
上記反応室１ｂや後述の環状部材，排気管の接続，冷却室等を形成するために、環状ボックス１３が分離板３に接近させた箇所に配置されている。環状ボックス１３の内側に反応室１ｂが形成されている。上記反応室１ｂは、図１に示すように、サファイア基板５の直下に配置された空間であり、排気口６に連通する排気管７が接続されている。すなわち、上記排気管７は、環状ボックス１３の内側開口部から下方に延びている。上記排気管７の流路断面は、図２に示すように円形であり、符号７ａは排気管７の円形の内面形状を示している。上記開口４を経て反応室１ｂに露出している円形のサファイア基板５の中心は、排気管７の中心線Ｏ−Ｏに略一致している。また、平板状のサファイア基板５に対して上記中心線Ｏ−Ｏは垂直な位置関係とされている。
【００２８】
この実施例は、１枚のサファイア基板５の中心が中心線Ｏ−Ｏに一致している例であり、サファイア基板５が配置されている箇所が基板配置領域となっている。この例では、サファイア基板５が１枚であるから、上記基板配置領域は単一の円形であり、この円形部分の中心が排気管７の中心線Ｏ−Ｏ上に配置されている。
【００２９】
反応室１ｂに露出している円形のサファイア基板５の直径は、図１および図２に示すように、符号Ｄ１で示されている。また、排気管７の内径は、符号Ｄ２で示されている。そして、上記直径と内径の大きさは、Ｄ２＞Ｄ１なる関係に設定してある。
【００３０】
反応室１ｂを画成する部材は、主として環状部材９と壁板部材１０である。上記環状部材９は、一端を排気管７に連続し他端側をサファイア基板５の方に向って拡開したテーパ型の部材である。また、上記壁板部材１０は、反応室１ｂの外周側の空間を少なくして、すなわち反応室１ｂのデッドスペースを少なくするための仕切り部材であり、その内側の壁１０ａが上記空間を少なくするように機能している。上記壁板部材１０は、図２に示すように、上記中心線Ｏ−Ｏと同心状の短い円筒型の部材であり、また、上記環状部材９も中心線Ｏ−Ｏと同心状となっている。したがって、反応室１ｂは、図１の横断面が円形の空間であり、その中心部を中心線Ｏ−Ｏが貫通している。
【００３１】
本実施例における原料ガスは、Ｏ原料ガスとＺｎ原料ガスであり、Ｏ原料ガスとしては、Ｏ２，Ｈ２Ｏ，Ｎ２Ｏ等が使用される。また、Ｚｎ原料ガスとしては、ＤＥＺｎ（ジ・エチル亜鉛）が使用される。
【００３２】
Ｏ原料ガスすなわち第１原料ガスをサファイア基板５に向けて流出させる供給口１１と、Ｚｎ原料ガスすなわち第２原料ガスをサファイア基板５に向けて流出させる供給口１２とが、上記環状部材９に開口させてある。各供給口１１，１２は、排気管７よりも外方に位置するように配置されている。すなわち、排気管７の内径Ｄ２と同じ直径の仮想空間を反応室１ｂ側に延長し、この仮想空間の外側の環状部材９に供給口１１，１２が設けられている。
【００３３】
各供給口１１，１２は、図２に示すように、１箇所のガス供給につき環状部材９の直径方向に２つずつ並べて配置されている。そして、供給口１１と供給口１２は、環状部材９の円周上に交互にかつ等間隔で配列されている。図２は、供給口１１と１２を識別しやすくするために、供給口１２だけを梨子地で塗りつぶしてある。なお、各供給口１１，１２を、１箇所のガス供給を１個または３個以上の供給口としてもよい。
【００３４】
上記環状ボックス１３は、環状部材９と、それに連なる平板状の上部環状板１３ａと、この上部環状板１３ａの外周部に連続している円筒板１３ｂと、この円筒板１３ｂの外周部に連続している平板状の下部環状坂１３ｃと、排気管７の一部によって構成されている。また、排気管７の下部には環状の支持部材７ｂが結合され、その下部が肉厚が大きく設定された剛性の高い環状の基板１４に固定されている。したがって、反応室１ｂ，供給口１１，１２等を備えた環状ボックス１３が排気管７や支持部材７ｂを介して基板１４にしっかりと結合された構造が形成されるので、剛性の高い成膜装置が得られる。なお、処理容器２も上記基板１４に結合されているので、処理容器２の一部に形成された分離坂３や開口４と反応室１ｂとの相対位置が正確に設定できて、サファイア基板５に対する反応ガスが正確に到達し、良好な成膜ができる。
【００３５】
図４（Ａ）および図１に示すように、環状のガス拡散室１５，１６を有する環状管１５ａ，１６ａが下部環状板１３ｃに結合してある。両環状管１５ａ，１６ａは大径のものと小径のものとが内外に配置されているが、これを同径として上下に配置してもよい。そして、上記環状管１５ａ，１６ａの内側を排気管７が貫通している。装置外から内部に挿入されている第１原料ガス（Ｏ原料ガス）の供給管１７がガス拡散室１５に接続され、また、同様に装置外から内部に挿入されている第２原料ガス（Ｚｎ原料ガス）の供給管１８がガス拡散室１６に接続されている。環状管１５ａから延びている複数本の供給パイプ１９が環状ボックス１３の内部を通り二股に分かれて上記供給口１１に達している。上記二股の管路は符号１９ａで示されている。同様に、環状管１６ａから延びている複数本の供給パイプ２０が環状ボックス１３の内部を通り二股に分かれて上記供給口１２に達している。上記二股の管路は符号２０ａで示されている。なお、ガス拡散室１５，１６は、図４（Ｂ）に示すように、環状の鋳造部品で環状管１５ａと１６ａを一体的に構成し、内外の溝をガス拡散室１５，１６とすることができる。
【００３６】
図１および図３に示すように、環状部材９の背後に環状部材９と略同じ形状の区画板２１が結合され、環状部材９と区画板２１との間に冷却液を導入する冷却ジャケット２２が形成されている。上記二股の管路１９ａ，２０ａは冷却ジャケット２２をシール状態で横断する真直ぐな導管２３に接続されていて、上記の供給口１１，１２はこの導管２３の開口部によって構成されている。この導管２３から原料ガスが流出することにより、反応室１ｂにおけるガス流の指向性が形成される。
【００３７】
排気管７の外周部に冷却ジャケット２４が構成されている。装置の外部から冷却ジャケット２４に流入管２５が接続され、上記冷却ジャケット２４と冷却ジャケット２２が接続管２６で接続され、冷却ジャケット２２に接続された流出管２７が装置外に突き出ている。流入管２５から入った冷却液は、冷却ジャケット２４で排気管７内のガスを冷却し、さらに、冷却ジャケット２２に流入して二股の管路１９ａ，２０ａや反応室１ｂを冷却する。その後、流出管２７から外部へ流出する。
【００３８】
上記実施例の作用効果を列記すると、次のとおりである。
【００３９】
第１原料ガスと第２原料ガスはそれぞれ独立した供給管１７，１８からガス拡散室１５，１６へ別々に送給され、各ガス拡散室１５，１６から個別の供給パイプ１９，２０を経て供給口１１，１２に送られる。したがって、供給管１７，１８から供給口１１，１２に至るまでは、両原料ガスの流路が完全に分離されているので、その途上で反応するようなことがない。
【００４０】
上記供給口１１，１２から別々に流出した第１原料ガスおよび第２原料ガスは、上記導管２３で流出方向に指向性が付与されている。このため、供給口１１，１２から流出した第１原料ガスと第２原料ガスは、サファイア基板５に到達するまでに反応を開始することが極めて少量化される。そして、両原料ガスの流出方向は、サファイア基板５の外周側が望ましく、サファイア基板５の外周部近くに吹き付けられた両原料ガスは、乱流を起こしてサファイア基板５に最も近い箇所で反応を開始する。この反応による反応生成物がサファイア基板５の円周方向ならびに中心方向に拡大しながら、サファイア基板５の全域に結晶成膜が生成される。このように、供給口１１，１２から流出した原料ガスはその略全てが結晶成膜の形成に供され、その後、サファイア基板５の中央部付近から排気管７の方へ流出する。
【００４１】
さらに、第１原料ガスと第２原料ガスの供給口１１，１２が、排気管７の反応室１ｂ側に延長された仮想空間よりも外側において反応室１ｂに開口している。したがって、サファイア基板５からの輻射熱が供給口１１，１２に及びにくい状態になるので、供給口１１，１２付近の温度が低くなり、各原料ガスの一部が混合状態になってもサファイア基板５に到達するまでは、反応しにくい温度条件が形成され、結晶成膜の形成に供される原料ガスを増量することができる。
【００４２】
加熱室１ａと反応室１ｂは分離板３とサファイア基板５によって区分されているので、サファイア基板５に到達した両原料ガスは結晶成膜を形成後は、加熱室１ａやその他の箇所に流入することがないので、サファイア基板５以外の不要な箇所に反応生成物が付着することがない。また、結晶成膜の形成後は、直ちに排気流で吸引されるので、原料ガスの循環性が良好となる。
【００４３】
反応室１ｂの外周側の空間を壁１０ａによって少なくしているので、反応室１ｂ内において有効に機能しない両原料ガスの量を少量化することができ、サファイア基板５の結晶性が向上し膜の成長速度を高めることができる。
【００４４】
また、各供給口１１，１２は、円周方向に交互にしかも等間隔で配置されているので、第１原料ガスと第２原料ガスが規則正しく交互にサファイア基板５の所定箇所に到達し、サファイア基板５の直近でなされる両原料ガスの反応がサファイア基板５の各反応箇所ごとに均一になされ、成膜品質の均一化にとって有効である。
【００４５】
供給口１１，１２は、サファイア基板５の方に向って拡開しているテーパ型の環状部材９に設けてあるので、供給口１１，１２はサファイア基板５から輻射熱を受けにくい箇所に配置できて、供給口１１，１２付近の温度が低くなり、各原料ガスの一部が混合状態になってもサファイア基板５に到達するまでは、反応しにくい温度条件が形成され、結晶成膜の形成に供される原料ガスを増量することができる。
【００４６】
第１原料ガスと第２原料ガスは、各ガス拡散室１５，１６から独立した供給パイプ１９，２０を経て各供給口１１，１２に原料ガスを送給する。したがって、各ガス拡散室１５，１６から各供給口１１，１２に至るまでは、両原料ガスの流路が完全に分離されているので、その途上で反応するようなことがない。さらに、ガス拡散室１５，１６を形成する部材の形状が環状管１５ａ，１６ａとされているので、各供給口１１，１２が設けられた上記環状部材９との位置的対応性が良好となり、ガス拡散室１５，１６から各供給口１１，１２への配管が簡素化され、また、上記各配管の長さを均一化できて、各供給口１１，１２からのガス流出量を均一化しやすくなる。
【００４７】
なお、例えば、１０−３〜１Ｐａ（１０−５〜１０−２Ｔｏｒｒ）の高真空中におけるＺｎ原料ガス（ＤＥＺｎガス）分子の平均自由工程は５０〜１００ｍｍ程度であるので、この平均自由工程を大きくして、供給口１１，１２からサファイア基板５に到達するまでにＯ原料ガス（Ｏ２，Ｈ２Ｏ，Ｎ２Ｏ等）と反応することを、できるだけ抑制することが求められる。このために、上記Ｚｎ原料ガスの平均自由工程を、上記の真空圧力の範囲において、反応性を阻害しない範囲でできるだけ大きな領域に設定することが望ましい。具体的には、上記平均自由工程は５０ｍｍ以上が好ましく、より好ましいのは７０ｍｍ以上であり、さらに好ましいのは１００ｍｍ以上である。
【００４８】
一方、Ｚｎ原料ガスは、２００〜３００℃で分解しそれを冷却すると凝縮するので、Ｚｎ原料ガスの温度が１００℃前後となるように冷却ジャケット２２等の冷却制御が行われる。
【００４９】
また、環状ボックス１３に、環状部材９の配置、供給口１１，１２の配置、冷却ジャケット２２の形成、環状管１５ａ，１６ａを取付ける等、この環状ボックス１３を構造上の中核構造物とした構成であるから、成膜装置の最も重要な機能部分の構造がコンパクトに集約した状態で形成できる。
【実施例２】
【００５０】
図５は、本発明の成膜装置の第２の実施例を示す。
【００５１】
この実施例は、環状の上記壁板部材１０の形状が、サファイア基板５側が小径となったテーパ型とされているものである。それ以外は、上記実施例と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。
【００５２】
上記構成により、反応室１ｂの外周側の空間がより一層少なくなり、しかも供給口１１，１２からのガス流が壁板部材１０の壁１０ａによって整流され、良好なガス流がサファイア基板５の表面に干渉して高い品質の成膜が行える。それ以外は、上記実施例と同様の作用効果を奏する。
【実施例３】
【００５３】
図６乃至図９は、本発明の成膜装置の第３の実施例を示す。
【００５４】
この実施例は、基板配置領域に８枚のサファイア基板５を配置したものである。そのために、分離板３に８個の開口４を円周上に設けてある。サファイア基板５が配置されている領域は円形の領域であり、その中心が中心線Ｏ−Ｏ上に存在している。そして、図７に示すように、分離板３は円形とされ、中心線Ｏ−Ｏを中心にして回転するようになっている。この分離板３全体が回転する、いわゆる公転はいろいろな駆動機構で行うことができる。たとえば、図示していないが、分離板３の中心部に軸を結合しこの軸を回転駆動するようにする。さらに、排気管７の断面広さは、反応室１ｂ内に露出しているサファイア基板５が配置される基板配置領域の広さよりも大きく設定してある。
【００５５】
また、図８，図９に示すように、サファイア基板５自体が回転する、いわゆる自転を上記公転に追加するようにしてもよい。この場合の回転の駆動機構にはいろいろなものが採用できるが、例えば、図９に示すように、公転用の歯車２８で分離板３を回転し、他方、中央部に配置した太陽歯車２９に遊星歯車３０をかみ合わせ、各遊星歯車３０に上記開口４を設けて、ここにサファイア基板５を配置する。歯車２８を回転させると分離板３全体が公転し、それとともに各遊星歯車３０が回転してサファイア基板５が自転する。それ以外は、上記各実施例と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。
【００５６】
上記構成により、複数のサファイア基板５が、公転あるいは公転と自転をして原料ガスが、各サファイア基板５に対して均一に干渉し、各サファイア基板５にばらつきのない良好な品質の成膜がなされる。さらに、上記各供給口１１，１２から流出した第１原料ガスと第２原料ガスがサファイア基板５上に成膜をした後、上記基板配置領域の略中央部から排気管７の方へ吸引排気をすることができ、特に、基板配置領域に複数のサファイア基板５を配置して各サファイア基板５に一斉に成膜を施すのに際して、原料ガスによる成膜完了後に基板配置領域の中央部から吸引排気ができ、結晶性や膜成長速度等の向上にとって有効である。それ以外は、上記各実施例と同様の作用効果を奏する。
【実施例４】
【００５７】
図１０は、本発明の成膜装置の第４の実施例を示す。
【００５８】
この実施例は、上記各供給口１１，１２からの原料ガスの流出方向に対してサファイア基板５の表面が略垂直となるようにサファイア基板５が配置されているものである。そのために、テーパ型の環状部材９に対向する円錐型分離板３ａが設けられ、この円錐型分離板３ａにサファイア基板５が取付けられ、同基板５の表面が各供給口１１，１２からの原料ガスの流出方向に対して略垂直となるように上記分離板３ａの傾斜角度が設定されている。また、このようなサファイア基板５の配置姿勢であるために、反応室１ｂもテーパ型の空間形状となっている。それ以外は、上記各実施例と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。
【００５９】
上記構成により、各原料ガスが反応生成物の形成にとって最も効果的な方向からサファイア基板５に到達するので、結晶性が著しく良好なものとなる。また、サファイア基板５が円錐型分離板３ａに配置され排気管７の方向に対して斜めになっているので、成膜後のガス排気が円滑に排気管７の方へ流出される。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
処理基板からの輻射熱を受けにくい箇所に複数の原料ガスの供給口を設け、結晶成膜形成後に排気管の方へ吸引排気を行うものであるから、成膜化される原料ガスが著しく増量される。このように結晶性が良好で膜の成長時間が短縮されるので、この種の産業分野においての利用可能性が高く期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一実施例を示す成膜装置の断面図である。
【図２】図１の〔２〕−〔２〕断面図である。
【図３】冷却ジャケットの一部を示す断面図である。
【図４】ガス拡散室を単独で示す斜視図と断面図である。
【図５】第２の実施例を示す成膜装置の断面図である。
【図６】第３の実施例を示す成膜装置の断面図である。
【図７】図６の〔７〕−〔７〕断面図である。
【図８】複数のサファイア基板をセットした分離板の断面図である。
【図９】サファイア基板の公転および自転の駆動機構を簡略的に示す断面図である。
【図１０】第４の実施例を示す成膜装置の簡略的な断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１      処理室
１ａ    加熱室
１ｂ    反応室
２      処理容器
３      分離板
３ａ    円錐型分離板
４      開口
５      処理基板，サファイア基板
６      排気口
７      排気管
７ａ    内面
７ｂ    支持部材
Ｈ      加熱ヒータ
８      リフレクタ
９      環状部材
１０      壁板部材
１０ａ    壁
１１      供給口（Ｏ原料ガス用）
１２      供給口（Ｚｎ原料ガス用）
１３      環状ボックス
１３ａ    上部環状板
１３ｂ    円筒板
１３ｃ    下部環状板
１４      基板
１５      ガス拡散室
１５ａ    環状管
１６      ガス拡散室
１６ａ    環状管
１７      供給管
１８      供給管
１９      供給パイプ
１９ａ    二股の管路
２０      供給パイプ
２０ａ    二股の管路
２１      区画板
２２      冷却ジャケット
２３      導管
２４      冷却ジャケット
２５      流入管
２６      接続管
２７      流出管
２８      歯車
２９      太陽歯車
３０      遊星歯車
Ｄ１      サファイア基板の露出部分の直径
Ｄ２      排気管の内径
Ｏ−Ｏ    中心線
【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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【図９】
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【図１０】
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