(57)【要約】      （修正有）【課題】所定の位置に基板を配置するためのサセプタを備えた気相成長装置において、回転時におけるサセプタの偏心を検知する方法を提供する。【解決手段】  サセプタ１の回転軸８の周囲を取り囲んで導電性の偏心検知部材５を設け、この導電性の偏心検知部材５とサセプタ１の回転軸８間の接触による電気的な導通の有無により、サセプタ１が偏心したかどうかを検知する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガス等のガス流路となるフローチャネルの壁内の所定位置に開口部を設け、この開口部に基板を保持したサセプタを嵌め込み、このサセプタをこれに固定の回転軸により開口部内で回転させつつ基板上に半導体の薄膜を成長する気相成長装置において、
上記サセプタの回転軸の周囲を取り囲んで導電性の偏心検知部材を設け、この導電性の偏心検知部材とサセプタの回転軸間の接触による電気的な導通の有無により、サセプタが偏心したかどうかを検知することを特徴とする気相成長装置のサセプタ偏心検知方法。
【請求項２】
請求項１記載の気相成長装置のサセプタ偏心検知方法において、
サセプタの回転軸と導電性の偏心検知部材の接触の有無により、回転時のサセプタの回転軸の偏心量が、許容される膜厚分布又は比抵抗分布の範囲を超えたかどうかを検知することを特徴とする気相成長装置のサセプタ偏心検知方法。
【請求項３】
請求項１記載の気相成長装置のサセプタ偏心検知方法において、
サセプタの回転軸と導電性の偏心検知部材の接触の有無により、回転時にサセプタがフローチャネルの開口部に擦れたかどうかを検知することを特徴とする気相成長装置のサセプタ偏心検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応炉内に設置されたサセプタに基板を配置して、各基板上に単結晶、多結晶、あるいはアモルファスの薄膜を気相成長させる装置におけるサセプタの偏心検知方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰなどの化合物半導体エピタキシャル結晶の積層構造はＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）やＨＢＴ（ヘテロ接合バイポーラトランジスタ）等の電子デバイスやＬＥＤ、レーザーといった発光デバイスとして広く使用されている。これらの化合物半導体の電子・発光デバイスは、一般的にまずＧａＡｓなどの基板にＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）などの結晶成長法を用いて所望の組成、厚さの化合物半導体結晶を順次エピタキシャル成長させる。
【０００３】
基板上に薄膜を形成させるエピタキシャル成長法の一種である気相成長法において、膜厚分布、比抵抗分布等が均一な高品質の結晶を成長させるため、原料ガス濃度や流れが複数の基板表面で均一になるよう、基板を配置したサセプタを回転させながら成長させる方法がある。そのうち結晶成長面が下向きになるように結晶成長装置（反応炉）内に基板を固定する方式（例えば、特許文献１参照）はフェイスダウンタイプと呼ばれている。フェイスダウンタイプは原料ガスを基板に供給する際に余分な対流が生じにくいため微細な積層構造作成に優れ、また炉内に蓄積した堆積物が基板表面に舞い降りることが少ないため、表面不良も生じにくいという利点を有している。
【０００４】
図３は、従来のフェイスダウンタイプの気相成長装置（反応炉）の一部を示した縦断面図である。
【０００５】
気相成長装置（反応炉）内の上下方向の中間部には、原料ガス等のガス流路となるフローチャネル２０を構成すべく、片側に原料ガス供給口（入口）２１、反対側にガス排気口（出口）２２を備えた横型反応管２が配置されている。このフローチャネル２０の上壁内、つまり横型反応管２の上壁内には、その中心部にフローチャネルの開口部９が設けられ、このフローチャネルの開口部９に、複数の半導体基板４を保持するサセプタ１が回転可能に嵌め込まれている。
【０００６】
サセプタ１は円板形をしており、その円板面内には同一円上に均等に複数の円形の開口６が設けられ、各々の開口６内には、エピタキシャル成長の対象である結晶成長用基板としての半導体基板（ウェハ）４がその表面（結晶成長面）を下向きにして収納配置される。この半導体基板４を開口６内に載置し支持する構造を得るため、開口６の下面周縁部には、開口６の中心方向に一部が張り出した金属製のツメ７から成る基板支持部が設けられており、半導体基板４は、この基板支持部に外周部が支えられて開口６の下面に保持される。なお、開口６内において、半導体基板４の上には必要に応じて均熱板が設けられる。
【０００７】
フェイスダウンタイプのＭＯＶＰＥ法にてエピタキシャル成長する場合、上記半導体基板４を支持するサセプタ１を、その回転軸８をモータで回転しつつ、上方のヒータ（図示せず）によりサセプタ１を介して半導体基板４を加熱し、サセプタ１と平行に原料ガスを流して半導体基板（ウェハ）４上に所望の構造のエピタキシャル膜を成長させる。
【０００８】
上記構造において、サセプタ１はグラファイトで形成されたものである。フローチャネル２０を形成する反応管２は石英ガラスで形成された軸方向に扁平な角筒状のものである。原料ガスはフローチャネル２０の中を通ってサセプタ１に到達し、ヒータによって高温に加熱されているサセプタ下方で熱分解し、分解したガス分子が半導体基板４に到達して膜の形成が行われる。ここで、フローチャネル２０の内部からの原料ガスの流出や、フローチャネル２０外部への不純物およびパーティクルの流入を防止するために、サセプタ１と反応管２の嵌め合わせ部に生じる隙間３はできる限り狭くする方がよい。
【特許文献１】特開平１０−２５１９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、サセプタを含む回転機構は、複数の部品で構成されているために組み立て状態での精度確保が難しく、気相成長における高温下では回転時に偏心が生じ易い。
【００１０】
偏心が許容範囲を越えた場合、膜厚分布、比抵抗分布が、ウェハの同一面内、もしくはウェハ間で、特性差が生じるという問題がある。さらに、偏心が顕著な場合、サセプタとフローチャネルが擦れ、これによって発生する黒鉛粉が基板上に成長中の薄膜に取り込まれ、品質低下を招くという問題がある。
【００１１】
このような事態が発生すると、サセプタ及びフローチャネルの交換、及び回転機構を構成する部品について位置調整を実施する必要がある。しかし、成長時において偏心を定量的に判定することは難しく、この結果、低品質の薄膜を継続的に生産してしまうという問題がある。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、所定の位置に基板を配置するためのサセプタを備えた気相成長装置において、回転時におけるサセプタの偏心を検知する方法を提供し、良品歩留の低下を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１４】
請求項１の発明に係る気相成長装置のサセプタ偏心検知方法は、原料ガス等のガス流路となるフローチャネルの壁内の所定位置に開口部を設け、この開口部に基板を保持したサセプタを嵌め込み、このサセプタをこれに固定の回転軸により開口部内で回転させつつ基板上に半導体の薄膜を成長する気相成長装置において、上記サセプタの回転軸の周囲を取り囲んで導電性の偏心検知部材を設け、この導電性の偏心検知部材とサセプタの回転軸間の接触による電気的な導通の有無により、サセプタが偏心したかどうかを検知することを特徴とする。
【００１５】
上記導電性の偏心検知部材は、サセプタの回転軸の周囲を取り囲む導電性のリングから成ることが好ましい。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１記載の気相成長装置のサセプタ偏心検知方法において、サセプタの回転軸と導電性の偏心検知部材の接触の有無により、回転時のサセプタの回転軸の偏心量が、許容される膜厚分布又は比抵抗分布の範囲を超えたかどうかを検知することを特徴とする。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１記載の気相成長装置のサセプタ偏心検知方法において、サセプタの回転軸と導電性の偏心検知部材の接触の有無により、回転時にサセプタがフローチャネルの開口部に擦れたかどうかを検知することを特徴とする。
【００１８】
＜発明の要点＞
本発明の要点は、サセプタの回転軸部付近に、グラファイト等の導電性材料で構成された偏心検知部材を設置することで、この偏心検知部材とサセプタとの間で電気回路を構成し、その導通を検出可能とし、これによってサセプタの偏心が許容できる範囲を越えているか検知する点にある。
【００１９】
図１は、サセプタ１がフローチャネルの開口部９にセットされている状態を示している。本発明によれば、サセプタ１と、反応管２と、グラファイト等の導電性材料からなる偏心検知部材５とで電気的回路が構成される。サセプタ１は回転軸８を含めグラファイトからなる。
【００２０】
図２は、サセプタ１に偏心が発生した状態を示す断面図であり、サセプタ１とフローチャネルの開口部９の間の隙間３ａと３ｂとで隙間間隔が異なっている。ここでサセプタ１と偏心検知部材５の双方を外部で電流検出回路１０を介して電源に接続しておけば、図２に示すようにサセプタ１に偏心が生じた状態においては、偏心検知部材５にサセプタ１が接触して電気的閉回路が形成され、これを検知信号にすることにより、サセプタ１の偏心が許容範囲を越えているか判定することが可能である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、次のような優れた効果が得られる。
【００２２】
請求項１に記載の発明によれば、導電性の偏心検知部材とサセプタの回転軸間の接触による電気的な導通の有無により、回転中にサセプタが偏心したかどうかを検知することができる。
【００２３】
また、請求項２に記載の発明によれば、サセプタの回転軸と導電性の偏心検知部材が接触するまでの間隔を適正に設定することにより、回転時のサセプタの回転軸の偏心量が、許容される膜厚分布又は比抵抗分布の範囲を超えたときに、その旨の検知を報知することができる。従って、早期にその対策を採ることができ、低品質の薄膜を継続的に生産してしまうという問題を回避して、ウェハの同一面内又はウェハ間における膜厚分布や比抵抗分布の均一化を図ることができる。
【００２４】
同様に、請求項３に記載の発明によれば、サセプタの回転軸と導電性の偏心検知部材が接触するまでの間隔を適正に設定することにより、回転時にサセプタがフローチャネルの開口部に擦れたときに、その旨の検知を報知することができる。従って、従来の覗き窓から擦れの有無をチェックする方法に較べ、サセプタがフローチャネルの開口部に擦れるという異常を直ちに検知することができ、早期にその対策を採ることができる。従って、本発明によれば、従来の低品質の薄膜を継続的に生産してしまうという問題を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００２６】
図１は、本実施形態に係るフェイスダウンタイプの気相エピタキシャル成長装置を示したものである。この成長装置は、基本的には図３と同じ構成であり、原料ガス等のガス流路となるフローチャネル２０の上部壁、つまり横型反応管２の上壁内に設けた円形の開口部９に、複数の半導体基板４を保持する円形のサセプタ１を回転可能に嵌め込み、原料ガスが流通する横型反応管２の上部壁の一部として機能させている。サセプタ１は回転軸８を含めグラファイトからなる。
【００２７】
この円形のサセプタ１の面内には、気相エピタキシャル成長の対象である半導体基板４とほぼ同じ形状の複数個の開口６が、サセプタ１と同心の一つの円周上に沿って、周方向に配設されており、この開口６内には、半導体基板４がその結晶成長面を下向きにして収納され、かつ下部のツメ７から成る基板支持部により支持されている。
【００２８】
そしてＭＯＶＰＥ法にてエピタキシャル成長する場合、上記半導体基板４を支持するサセプタ１を、その回転軸８をモータで回転しつつ、上方のヒータ（図示せず）によりサセプタ１を介して半導体基板４を加熱し、サセプタ１と平行に原料ガスを流して半導体基板（ウェハ）４上に、半導体の単結晶、多結晶、あるいはアモルファスといった薄膜を気相成長させる構造となっている。
【００２９】
しかし、従来の成長装置と異なり、グラファイトからなるサセプタ１の回転軸８の周囲を取り囲んで、導電性の偏心検知部材５を設けてある。この導電性の偏心検知部材５は、具体的にはサセプタ１の回転軸８の周囲を取り囲む導電性のグラファイト製のリングから成る。そして、サセプタ１の回転軸８が偏心した際に、この導電性のリング（偏心検知部材５）と接触して、サセプタ１の回転軸８と偏心検知部材５とが電気的に導通するように構成されている。
【００３０】
この偏心検知部材５とサセプタ１の双方を外部で電源に接続しておけば、図２に示す偏心が生じている状態においては電気的閉回路が形成される。即ち、電流が流れている状態を偏心が生じているとして検知することによって、気相成長中のサセプタ偏心が許容範囲を越えているか判定することが可能である。
【００３１】
図１はサセプタ１の回転軸８と導電性の偏心検知部材５とが非導通（ＯＦＦ）にある状態を、そして図２は両者が接触して導通（ＯＮ）した状態を示す図である。サセプタ１の回転軸８と導電性の偏心検知部材５とは、それぞれを電流検出回路１０を介して外部の電源に接続されている。このため、回転軸８と偏心検知部材５の両者が図２の如く接触して擦れた状態となった場合には、電気的な閉回路（電気回路）が形成される。すなわちＯＮ状態となり、電流が流れる。従って、これを電流検出回路１０により検出し、検出信号として出力することにより、サセプタ１の回転軸８の偏心を検出することができ、またその応答する際の偏心量を予め設定しておくことにより、間接的に、所定偏心量の超過や、サセプタ１とフローチャネルの開口部９との擦れを検出することが可能である。例えば、サセプタの回転軸の偏心量が、許容される膜厚分布又は比抵抗分布の範囲（偏心の許容範囲）を超えたとき、サセプタの回転軸が導電性の偏心検知部材に接触するように（間隔を）設定することで、その異常を検出したときには、生産を中止し、膜厚分布又は比抵抗分布が許容範囲を超えたウェハを多量に生産してしまう不都合を防止することができる。
【００３２】
次に、本発明の効果を確認するため、上記サセプタ偏心検知方法を実際の気相成長に適用してみた。
【００３３】
サセプタに基板をセットして気相成長を実施後、基板を取り出すまでを１バッジとし、数バッジ繰り返して気相成長を実施したところ、あるバッジにおいてサセプタ１と偏心検知部材５の間で通電が確認された。取り出した基板の表面状態を確認したところ、前のバッジに比べ極端に悪化していた。また、そのバッジの全てのウェハ（基板）についての特性を評価し比較したところ、ウェハ間で特性差があるのを確認した。このため、サセプタの偏心を極力少なくなるよう調整して生産を再開したところ、通常の表面状態に改善した。
【００３４】
以上から、気相成長中のサセプタ１の偏心を、サセプタ１の回転軸８と偏心検知部材５間の通電により検知することができ、歩留低下の防止に効果的であることが判明した。
【００３５】
上記実施形態においては、サセプタの直径方向に原料ガスが流れるフェイスダウンタイプを例にして説明したが、本発明はサセプタ１の中心から半径方向に原料ガスが流れるフェイスダウンタイプについても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明のサセプタ偏心検知方法におけるサセプタの回転軸と偏心検知部材の非導通状態を示した図である。
【図２】本発明のサセプタ偏心検知方法におけるサセプタの回転軸と偏心検知部材の導通状態を示した図である。
【図３】従来技術の気相成長装置を示した断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  サセプタ
２  反応管
３  隙間
３ａ  隙間
３ｂ  隙間
４  半導体基板（ウェハ）
５  偏心検知部材
６  開口
７  ツメ
８  回転軸
９  開口部
１０  電流検出回路
２０  フローチャネル
２１  原料ガス供給口
２２  ガス排気口
【図１】
2006318957.tif 000003
【図２】
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【図３】
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