(57)【要約】      （修正有）【課題】例えばＧａＮ等の結晶を成長させる場合において、同時に複数の結晶を製造させ、結晶製造の生産性を向上させることが可能な結晶製造装置及び結晶製造方法を提供する。【解決手段】基板２００を処理する処理室２０１と、処理室２０１内で複数の基板２００を保持する基板保持台２１７と、処理室２０１内に所定のガスを供給するガス供給部と、処理室２０１内のガスを排出するガス排出部と、を備え、基板保持台２１７は、複数の支柱２１７ａと、支柱２１７ａの長手方向に複数設けられる基板保持棚２１７ｂと、複数の基板保持棚２１７ｂにそれぞれ立設される基板保持部支持体２１７ｃと、基板保持部支持体２１７ｃにそれぞれ設けられ、基板２００を保持する基板保持部２１７ｄと、を備える。【選択図】図１
2011011942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理室と、
前記処理室内で複数の前記基板を保持する基板保持台と、
前記処理室内に所定のガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内のガスを排出するガス排出部と、を備え、
前記基板保持台は、
複数の支柱と、
前記支柱の長手方向に複数設けられる基板保持棚と、
複数の前記基板保持棚にそれぞれ立設される基板保持部支持体と、
前記基板保持部支持体にそれぞれ設けられ、前記基板を保持する基板保持部と、を備える
ことを特徴とする結晶製造装置。
【請求項２】
複数の支柱と、前記支柱の長手方向に複数も受けられる基板保持棚と、複数の前記基板保持棚にそれぞれ立設される基板保持部支持体と、前記基板保持部支持体にそれぞれ設けられる基板保持部と、を備える基板保持台における前記基板保持部に基板を保持させ、前記基板保持台を処理室内に搬送する工程と、
前記処理室内にガス供給部から所定のガスを供給しつつ、前記処理室内のガスをガス排出部から排出して前記基板上に結晶を成長させる工程と、を有する
ことを特徴とする結晶製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶製造装置及び結晶製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）等の物質の単結晶は、溶融液から成長させることが困難である。ＧａＮの単結晶を製造する方法として、例えば、ＧａＮと格子定数の近いサファイヤ等の単結晶からなる下地基板の上に、ガリウム（Ｇａ）を含むガスと窒素（Ｎ）を含むガスとを供給し、この下地基板上にＧａＮの単結晶をヘテロエピタキシャル成長させた後、得られたＧａＮの単結晶を下地基板から剥離する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２２５１８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば特許文献１に示すような従来技術では、同時に複数の結晶を製造することは困難であり、高い生産性が得られ難いという課題があった。
【０００５】
そこで本発明は、例えばＧａＮ等の結晶を成長させる場合において、同時に複数の結晶を製造することができ、結晶製造の生産性を向上させることが可能な結晶製造装置及び結晶製造方法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】
【０００６】
本発明の一態様によれば、基板を処理する処理室と、前記処理室内で複数の前記基板を保持する基板保持台と、前記処理室内に所定のガスを供給するガス供給部と、前記処理室内のガスを排出するガス排出部と、を備え、前記基板保持台は、複数の支柱と、前記支柱の長手方向に複数設けられる基板保持棚と、複数の前記基板保持棚にそれぞれ立設される基板保持部支持体と、前記基板保持部支持体にそれぞれ設けられ、前記基板を保持する基板保持部と、を備える結晶製造装置が提供される。
【０００７】
本発明の他の態様によれば、複数の支柱と、前記支柱の長手方向に複数も受けられる基板保持棚と、複数の前記基板保持棚にそれぞれ立設される基板保持部支持体と、前記基板保持部支持体にそれぞれ設けられる基板保持部と、を備える基板保持台における前記基板保持部に基板を保持させ、前記基板保持台を処理室内に搬送する工程と、前記処理室内にガス供給部から所定のガスを供給しつつ、前記処理室内のガスをガス排出部から排出して前記基板上に結晶を成長させる工程と、を有する結晶製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る結晶製造装置及び結晶製造方法によれば、例えばＧａＮ等の結晶を成長させる場合において、同時に複数の結晶を製造することができ、結晶製造の生産性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る結晶製造装置の処理炉の縦断面図であり、結晶成長前の状態を示している。
【図２】本発明の一実施形態に係る結晶製造装置の処理炉の縦断面図であり、結晶成長後の状態を示している。
【図３】本発明の一実施形態に係るボートの斜視拡大図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るボートの縦断面拡大図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るボートの縦断面図であり、（ａ）は組み立て後の状態を示し、（ｂ）は分解後の状態を示している。
【図６】本発明の一実施形態に係る結晶製造工程の一工程を示す模式図であり、（ａ）はボートにウエハが保持されている様子を、（ｂ）は成長した結晶が基板保持具内を満たし、基板保持具外に溢れ出した様子を、（ｃ）は成長した結晶が基板保持具を中心とする球を形成する様子をそれぞれ示している。
【図７】従来の結晶製造工程の一工程を示す模式図である。
【図８】従来の結晶製造工程の他の一工程を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜本発明の一実施形態＞
以下に本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
（１）結晶製造装置の構成
図１は、本実施形態に係る結晶製造装置の処理炉２０２の縦断面図であり、結晶成長前の状態を示している。図２は、本実施形態に係る結晶製造装置のホットウォール型の処理炉２０２の縦断面図であり、結晶成長後の状態を示している。図１，図２に示すように、処理炉２０２は、基板としてのウエハ２００を処理する処理室２０１と、処理室２０１内で複数のウエハ２００を保持する基板保持台としてのボート２１７と、処理室２０１内に所定のガスを供給する後述のガス供給部と、処理室２０１内のガスを排出する後述のガス排出部と、を備えている。なお、ウエハ２００は、例えばＧａＮ単結晶からなる基板、あるいはＧａＮと格子定数の近いサファイヤ等の単結晶からなる基板として構成されている。
【００１２】
（処理室）
処理室２０１は反応管２０４内に設けられている。反応管２０４は、上端が閉塞し、下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管２０４は、例えば石英（ＳｉＯ２）やＳｉ酸化膜（ＳｉＯ２膜）によりコーティングされたシリコン（Ｓｉ）等の耐熱性材料により構成されている。処理室２０１内にはウエハ２００を保持した上述のボート２１７が収容可能に構成されている。
【００１３】
反応管２０４の下端部には、反応管２０４の下端開口を気密に閉塞可能な保持体としてのベース２５７が設けられている。ベース２５７は、例えばステンレス等の金属により、円盤状に形成されている。ベース２５７の上面には、反応管２０４の下端に当接するシール部材としてのＯリング２２０が設けられている。
【００１４】
ベース２５７の下には、炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９は、例えばステンレス等の金属により円盤状に形成されている。シールキャップ２１９は、ボートエレベータ１１５により後述するボート２１７を処理室２０１内に搬入する際に、ベース２５７、Ｏリング２２０を介して反応管２０４の下端を気密に閉塞するように構成されている。
【００１５】
シールキャップ２１９の下側中心付近には、ボート２１７を回転させる回転機構２５４が設置されている。回転機構２５４の回転軸２５５は、シールキャップ２１９とベース２５７とを貫通し、後述する断熱筒２１８を介してボート２１７に接続されている。
【００１６】
（ボート）
図３は、本発明の一実施形態に係る基板保持台としてのボート２１７の斜視拡大図である。図４は、本発明の一実施形態に係るボート２１７の縦断面拡大図である。
【００１７】
基板保持台としてのボート２１７は、複数本（本実施形態では４本）の支柱２１７ａと、支柱２１７ａの長手方向に複数（本実施形態では５枚）設けられる基板保持棚２１７ｂと、複数の基板保持棚２１７ｂにそれぞれ立設される基板保持部支持体２１７ｃと、基板保持部支持体２１７ｃにそれぞれ設けられ、ウエハ２００を保持する基板保持部２１７ｄと、を備えている。
【００１８】
複数の支柱２１７ａは、互いに平行になるように垂直方向にそれぞれ立設されている。また、複数枚の基板保持棚２１７ｂは、垂直方向に互いに所定の間隔を保ちつつ、それぞれ水平姿勢で保持されている。また、複数本の基板保持部支持体２１７ｃは、基板保持棚２１７ｂの略中央にそれぞれ垂直方向に立設されている。そして、基板保持部２１７ｄは基板保持部支持体２１７ｃにより下方から支持されており、基板保持部２１７ｄのウエハ２００の保持面は水平になるように構成されている。すなわち、ボート２１７は、複数枚のウエハ２００を、水平姿勢でかつ互いに中心を揃えた状態で整列させて保持するようになっている。ボート２１７を構成する各部は、例えば石英や炭化珪素（ＳｉＣ）にＳｉＯ２膜がコーティングされた材料等の耐熱性非金属材料により構成されている。
【００１９】
後述するように、基板保持部２１７ｄに保持されたウエハ２００上には、例えばＧａＮ等の結晶が成長することになる。図６は、後述する結晶製造工程の一工程を示す模式図であり、（ａ）はボート２１７にウエハ２００が保持されている様子を、（ｂ）は成長した結晶３００が基板保持部２１７ｄ内を満たし、基板保持部２１７ｄ外へ溢れ出した様子を、（ｃ）は成長した結晶３００が基板保持部２１７ｄを中心とする球を形成する様子をそれぞれ示している。
【００２０】
成長させた結晶３００中における欠陥のない領域を増大させるため、本実施形態においては、基板保持部２１７ｄを円筒形状とし、基板保持部２１７ｄに保持されたウエハ２００の外周を基板保持部２１７ｄの外周部によって囲うように構成している。すなわち、図３、図４に示すように、基板保持部２１７ｄを、下端が閉塞し、上端が開口した円筒形状に形成するようにしている。そして、ウエハ２００を、基板保持部２１７ｄの底部上面に水平姿勢で載置するようにし、基板保持部２１７ｄの底部上面に載置されたウエハ２００の外周が基板保持部２１７ｄの円筒内側壁によって囲われるようにしている。なお、ウエハ２００の外周を囲う基板保持部２１７ｄの側壁（筒部）の高さ（ａ）は、ウエハ２００の厚さ（ｔ）よりも大きくなるように構成されている。基板保持部２１７ｄの側壁（筒部）の高さ（ａ）を、ウエハ２００の厚さ（ｔ）よりも大きくすることによって、成長させた結晶３００中における欠陥のない領域を増大させることが出来る。
【００２１】
また、図６（ｃ）に示すように、結晶３００の成長が進行すると、基板保持部２１７ｄ及び基板保持部支持体２１７ｃの上部は、球状の結晶３００中に包含されることになる。従って、成長させた球状の結晶３００をボート２１７から取り出すには、基板保持部支持体２１７ｃを基板保持棚２１７ｂから取り外す必要がある。そこで本実施形態においては、基板保持棚２１７ｂと基板保持部支持体２１７ｃとを着脱自在に構成している。具体的には、基板保持棚２１７ｂ或いは基板保持部支持体２１７ｃのいずれか一方にネジ穴を設けると共に、他方にネジ棒を形成するようにしている。そして、これらネジ穴とネジ棒とを嵌め合わせることで、基板保持棚２１７ｂと基板保持部支持体２１７ｃとを着脱自在に固定するようにしている（ネジ式による固定）。図５は、本実施形態に係るボート２１７の縦断面図であり、（ａ）は組み立て後の状態を示し、（ｂ）は分解後の状態を示している。
【００２２】
なお、本発明は係る形態に限定されず、例えば、基板保持棚２１７ｂ或いは基板保持部支持体２１７ｃのいずれか一方に鍵穴を設け、他方に前記鍵穴に適合する鍵構造を設けるようにしてもよい。そして、これら鍵穴と鍵構造とを嵌め合わせることにより、基板保持棚２１７ｂと基板保持部支持体２１７ｃとを客脱可能に固定するようにしてもよい（キー式による固定）。また、本発明は、基板保持棚２１７ｂと基板保持部支持体２１７ｃとを着脱自在に構成する場合に限定されない。例えば、成長させた球状のＧａＮの結晶をボート２１７から取り外す際には、基板保持部支持体２１７ｃの露出部（根元部分等）を切断するようにしてもよい。係る場合、基板保持部支持体２１７ｃを例えば中空形状に形成したり、基板保持部支持体２１７ｃの下端部外周に切り込みを予め設けたりしておくことで、基板保持部支持体２１７ｃの露出部（根元部分等）を容易に切断できるようにすることが好ましい。
【００２３】
なお、成長した球状の結晶３００が、基板保持棚２１７ｂから転落してしまうことを回避するため、本実施形態においては、基板保持棚２１７ｂの外周部等に、球状の結晶３００の転がりを抑制する転がり抑制部２１７ｅを設けている。転がり抑制部２１７ｅは、例えば図４、図６に示すように、基板保持棚２１７ｂの外周部を囲う円筒壁として構成することが出来る。
【００２４】
（回転機構及びボートエレベータ）
ボート２１７の下方には、断熱部材としての断熱筒２１８が、ボート２１７を下方から支持するように設けられている。断熱筒２１８は、例えば石英や炭化珪素等の耐熱性材料により、円筒形状に形成されている。断熱筒２１８は、後述するヒータ２０６からの熱を反応管２０４の下端側に伝達し難く構成されている。断熱筒２１８は、回転機構２５４の回転軸２５５により下方から支持されている。回転機構２５４を作動させることにより、ボート２１７に保持された複数枚のウエハ２００を、処理室２０１内で回転させることが可能に構成されている。
【００２５】
シールキャップ２１９の下側周縁は、昇降機構であるボートエレベータ１１５のアームに連結されている。ボートエレベータ１１５は、反応管２０４の外部に垂直に設置されている。ボートエレベータ１１５は、シールキャップ２１９を垂直方向に昇降させるように構成されている。すなわち、ボートエレベータ１１５は、処理室２０１内に対してボート２１７を搬入搬出可能となっている。回転機構２５４及びボートエレベータ１１５は、後述するコントローラ２４０の駆動制御部２３７に電気的に接続されている。
【００２６】
（ガス供給部）
反応管２０４の下端部には、ガス導入部２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃが設けられている。ガス導入部２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃの下流端には、細管２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃが接続されている。細管２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃは、反応管２０４の下方から反応管２０４の天井部２３３に至るまで、反応管２０４の外壁に沿って垂直に設けられている。細管２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃの下流端は、反応管２０４の天井部２３３に開口するように形成されたガス導入口２３３ａ，２３３ｂ，２３３ｃにそれぞれ接続されている。ガス導入部２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃから導入されたガスは、細管２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃ内を流通し、ガス導入口２３３ａ，２３３ｂ，２３３ｃから処理室２０１内に導入されるようになっている。
【００２７】
ガス導入部２３０ａ，２３０ｂ，２３０ｃの上流側には、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ，２３２ｃがそれぞれ接続されている。ガス供給管２３２ａの上流側には、ガリウム塩化物含有ガスとして例えば塩化ガリウム（ＧａＣｌ３）を含むガスを供給するガリウム含有ガス供給管２６１が接続されている。ガス供給管２３２ｂの上流側には、窒素含有ガス
として例えばアンモニア（ＮＨ３）ガスを供給する窒素含有ガス供給管２７１が接続されている。ガス供給管２３２ｃの上流側には、エッチングガスとして例えば塩酸（ＨＣｌ）ガスを供給するエッチングガス供給管２８１が接続されている。
【００２８】
ガリウム含有ガス供給管２６１には、上流側から順に、ＨＣｌガス供給源２６２、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ２６３、開閉弁であるバルブ２６４、ガリウム（Ｇａ）融液を貯留したＧａ融液タンク２６５が設けられている。ＨＣｌガス供給源２６２から供給されたＨＣｌガスは、バルブ２６４の開動作により、マスフローコントローラ２６３により所定の流量に調整されつつ、ガリウム含有ガス供給管２６１内を流通し、Ｇａ融液タンク２６５内に供給される。Ｇａ融液タンク２６５内では、供給されたＨＣｌガスと貯留されていたＧａ融液とが反応し、ＧａＣｌ３が生成される。ガリウム含有ガス供給管２６１を流れたＧａＣｌ３を含むガスは、ガス供給管２３２ａ、ガス導入部２３０ａ、細管２３４ａ、ガス導入口２３３ａを介して処理室２０１内に導入されるようになっている。
【００２９】
窒素含有ガス供給管２７１には、上流側から順に、ＮＨ３ガス供給源２７２、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ２７３、開閉弁であるバルブ２７４が設けられている。ＮＨ３ガス供給源２７２から供給されたＮＨ３ガスは、バルブ２７４の開動作により、マスフローコントローラ２７３により所定の流量に調整されつつ、窒素含有ガス供給管２７１内を流通し、ガス供給管２３２ｂ、ガス導入部２３０ｂ、細管２３４ｂ、ガス導入口２３３ｂを介して処理室２０１内に導入されるようになっている。
【００３０】
エッチングガス供給管２８１には、上流側から順に、ＨＣｌガス供給源２８２、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ２８３、開閉弁であるバルブ２８４が設けられている。ＨＣｌガス供給源２８２から供給されたＨＣｌガスは、バルブ２８４の開動作により、マスフローコントローラ２８３により所定の流量に調整されつつ、エッチングガス供給管２８１内を流通し、ガス供給管２３２ｃ、ガス導入部２３０ｃ、細管２３４ｃ、ガス導入口２３３ｃを介して処理室２０１内に導入されるようになっている。
【００３１】
主に、ガリウム含有ガス供給管２６１、ＨＣｌガス供給源２６２、マスフローコントローラ２６３、バルブ２６４、Ｇａ融液タンク２６５、ガス供給管２３２ａ、ガス導入部２３０ａ、細管２３４ａ、ガス導入口２３３ａにより、本実施形態に係るガリウム含有ガス供給部が構成されている。また主に、窒素含有ガス供給管２７１、ＮＨ３ガス供給源２７２、マスフローコントローラ２７３、バルブ２７４、ガス供給管２３２ｂ、ガス導入部２３０ｂ、細管２３４ｂ、ガス導入口２３３ｂにより、本実施形態に係る窒素含有ガス供給部が構成されている。また主に、エッチングガス供給管２８１、ＨＣｌガス供給源２８２、マスフローコントローラ２８３、バルブ２８４、ガス供給管２３２ｃ、ガス導入部２３ｃ０、細管２３４ｃ、ガス導入口２３３ｃにより、本実施形態に係るエッチングガス供給部が構成されている。そして、主に、ガリウム含有ガス供給部、窒素含有ガス供給部、エッチングガス供給部により、処理室２０１内に所定のガスを供給するガス供給部が構成されている。
【００３２】
（ガス排出部）
また、反応管２０４の下端部であってガス導入部２３０と対向する位置に、ガス排気部２３１が設けられている。ガス排気部２３１には、ガス排気管２２９が接続されている。ガス排気管２２９には、上流側から順に、圧力検出器としての圧力センサ２４５、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブとして構成された圧力調整装置２４２、真空ポンプとして構成された排気装置２４６が設けられている。圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいて圧力調整装置２４２の弁開度をフィードバック制御することにより、処理室２０１内の圧力を所定の圧力に調整可能なように構成さ
れている。
【００３３】
主に、排気口２３１ａ、ガス排気部２３１、ガス排気管２２９、圧力センサ２４５、圧力調整装置２４２及び排気装置２４６により、処理室２０１内のガス（雰囲気）を排気するガス排出部が構成されている。圧力センサ２４５及び圧力調整装置２４２は、後述するコントローラ２４０の圧力制御部２３６に電気的に接続されている。
【００３４】
（加熱部）
均熱管２０５の下端部には、ヒータベース２５１が設けられている。ヒータベース２５１は、加熱部としてのヒータ２０６を下方から支持している。ヒータ２０６は、円筒形状に形成されている。ヒータ２０６は、反応管２０４の外側に同心円状に配設されている。ヒータ２０６は、反応管２０４を介して、処理室２０１内のウエハ２００を加熱するようになっている。なお、ヒータ２０６は鉛直方向に複数のゾーンに分割されている、ヒータ２０６を構成する複数のゾーンの温度は、それぞれ独立して制御できるように構成されている。尚、ヒータ２０６の発熱体は、好適には、二ケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ２）材料等で形成され、抵抗加熱式を採用すると均熱性が向上する。
【００３５】
また、ヒータ２０６と反応管２０４との間には、温度検出器としての温度センサ２０６ａが設置されている。ヒータ２０６は、温度センサ２０６ａの温度情報に基づき制御されるようになっている。ヒータ２０６及び温度センサ２０６ａは、後述するコントローラ２４０の温度制御部２３８に電気的に接続されている。
【００３６】
（制御系）
制御部としてのコントローラ２４０は、駆動制御部２３７、ガス流量制御部２３５、圧力制御部２３６、温度制御部２３８、及びこれらを制御して結晶製造装置全体を制御する主制御部２３９を備えている。また、コントローラ２４０は、操作部及び入出力部（共に図示しない）を更に備えている。
【００３７】
駆動制御部２３７は、回転機構２５４及びボートエレベータ１１５にそれぞれ電気的に接続されている。駆動制御部２３７は、回転機構２５４の動作を制御し、所定のタイミングにてボート２１７を回転させるようにしている。また、駆動制御部２３７は、ボートエレベータ１１５の動作を制御し、処理室２０１内外に所定のタイミングでボート２１７を搬送するようにしている。
【００３８】
ガス流量制御部２３５は、マスフローコントローラ２６３，２７３，２８３及びバルブ２６４，２７４，２８４にそれぞれ電気的に接続されている。ガス流量制御部２３５は、マスフローコントローラ２６３，２７３，２８３による流量調整動作と、バルブ２６４，２７４，２８４の開閉動作を制御することにより、処理室２０１内へのガス供給を所定のタイミングかつ所定の流量で行うようにしている。
【００３９】
圧力制御部２３６は、圧力センサ２４５及び圧力調整装置２４２にそれぞれ電気的に接続されている。圧力制御部２３６は、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいて圧力調整装置２４２の弁開度を制御し、処理室２０１内の圧力が所定のタイミングで所定の圧力となるようにしている。
【００４０】
温度制御部２３８は、温度センサ２０６ａ及びヒータ２０６にそれぞれ電気的に接続されている。温度制御部２３８は、温度センサ２０６ａにより検出された温度情報に基づいてヒータ２０６への通電具合を御し、処理室２０１内の温度及びウエハ２００の温度が所定のタイミングで所定の温度となるようにしている。
【００４１】
（２）結晶製造工程
次に、上記構成に係る処理炉２０２を用いて、ウエハ２００上に例えばＧａＮの結晶を成長させる工程を有する結晶製造工程について説明する。尚、以下の説明において、結晶製造装置を構成する各部の動作はコントローラ２４０により制御される。
【００４２】
（搬入工程（Ｓ１０））
先ず、ボート２１７が備える複数の基板保持棚２１７ｂのそれぞれに、基板保持部支持体２１７ｃを取り付けておく。具体的には、基板保持棚２１７ｂ或いは基板保持部支持体２１７ｃのいずれか一方に設けられたネジ穴と、他方に設けられたネジ棒とを嵌め合わせることで、基板保持棚２１７ｂに基板保持部支持体２１７ｃを取り付けておく。
【００４３】
そして、取り付けた基板保持部支持体２１７ｃにより下方から支持される基板保持部２１７ｄのそれぞれにウエハ２００を保持させる（ウエハチャージ）。上述したように、ウエハ２００の外周を囲う基板保持部２１７ｄの側壁（筒部）の高さ（ａ）は、ウエハ２００の厚さ（ｔ）よりも大きくなるように構成されている。そのため、基板保持部２１７ｄの底部上面に水平姿勢で載置されたウエハ２００の外周は、基板保持部２１７ｄの円筒内側壁によって囲われることとなる。
【００４４】
次に、コントローラ２４０（駆動制御部２３７）の制御に基づいてボートエレベータ１１５を駆動させ、ボート２１７を上昇させる。これにより、図１に示すように、複数枚のウエハ２００を保持したボート２１７が処理室２０１内に搬入（ボートローディング）される。このとき、シールキャップ２１９は、ベース２５７、Ｏリング２２０を介して反応管２０４の下端を閉塞する。これにより、処理室２０１は気密に封止される。
【００４５】
（圧力調整工程（Ｓ２０）及び昇温工程（Ｓ３０））
処理室２０１内へのボート２１７の搬入が完了したら、処理室２０１内が所定の圧力となるよう処理室２０１内の雰囲気を排気する。具体的には、排気装置２４６により排気しつつ、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいて圧力調整装置２４２のバルブの開度をフィードバック制御し、処理室２０１内を所定の圧力とする。そして、回転機構２５４を作動させ、処理室２０１内に搬入されたウエハ２００の回転を開始する。なお、ウエハ２００の回転は、後述する結晶成長工程（Ｓ４０）が終了するまで継続する。
【００４６】
また、処理室２０１内が所定温度となるようヒータ２０６によって加熱する。具体的には、温度センサ２０６ａにより検出された温度情報に基づいてヒータ２０６への通電具合を制御して、処理室２０１内を所定の温度とする。
【００４７】
なお、処理室２０１内の圧力条件及び温度条件は、後述する結晶成長工程（Ｓ４０）において、ウエハ２００上にのみＧａＮの結晶が選択的に成長し、処理室２０１内壁上やボート２１７表面上にはＧａＮの結晶が成長しない条件とすることが好ましい。
【００４８】
（結晶成長工程（Ｓ４０））
結晶成長工程（Ｓ４０）では、処理室２０１内にガス供給部から所定のガスを供給しつつ、処理室２０１内のガスをガス排出部から排出して、ウエハ２００上にＧａＮの結晶３００を成長させる。
【００４９】
具体的には、まず、処理室２０１内へのＧａＣｌ３を含むガスの供給を開始する。すなわち、バルブ２６４を開け、ＨＣｌガス供給源２６２から供給されたＨＣｌガスを、マスフローコントローラ２６３により所定の流量に調整しつつ、ガリウム含有ガス供給管２６１内を流通させ、Ｇａ融液タンク２６５内に供給する。Ｇａ融液タンク２６５内では、供給されたＨＣｌガスと貯留されていたＧａ融液とが反応し、ＧａＣｌ３が生成される。ガ
リウム含有ガス供給管２６１を流れたＧａＣｌ３を含むガスは、ガス供給管２３２ａ、ガス導入部２３０ａ、細管２３４ａ、ガス導入口２３３ａを介して処理室２０１内に供給される。
【００５０】
処理室２０１内へのＧａＣｌ３を含むガスの供給と並行して、処理室２０１内へのＮＨ３ガスの供給を開始する。すなわち、バルブ２７４を開け、ＮＨ３ガス供給源２７２から供給されたＮＨ３ガスを、マスフローコントローラ２７３により所定の流量に調整しつつ、窒素含有ガス供給管２７１内を流通させ、ガス供給管２３２ｂ、ガス導入部２３０ｂ、細管２３４ｂ、ガス導入口２３３ｂを介して処理室２０１内に供給する。
【００５１】
ＧａＣｌ３を含むガスとＮＨ３ガスとが処理室２０１内で気相反応することにより、ウエハ２００上へのＧａＮの結晶３００の成長（気相成長）が開始される。成長が開始されると、ＧａＮの結晶３００は、ウエハ２００上で主に水平方向に成長する。その後、図６（ｂ）に示すように、成長した結晶３００は、基板保持部２１７ｄ内を満たし、その後、基板保持部２１７ｄ外へ溢れ出して成長する。そして、さらに結晶成長を継続させると、図６（ｃ）に示すように、結晶３００は基板保持部２１７ｄを中心とする球を形成することになる。その結果、ウエハ２００、基板保持部２１７ｄ、及び基板保持部支持体２１７ｃの上部は、球状の結晶３００中に包含されることになる。
【００５２】
処理室２０１内の圧力は、好ましくは減圧〜大気圧の範囲内（例えば５０Ｐａ以上０．１ＭＰａ以下）とするのが好ましく、成長領域におけるＧａＣｌ３、ＮＨ３及びＨＣｌの各分圧を、常圧下においてそれぞれ１００〜２０００Ｐａ、２９００〜１０００Ｐａ及び１０〜７００Ｐａとするのが好ましい。これにより結晶欠陥が少なく、Ｓｉドープ量が適切な範囲に制御されたＧａＮ結晶が得られる。例えば、ＧａＣｌ３を含むガスの供給速度を２０〜２００ｓｃｃｍとし、ＮＨ３ガスの供給速度を３００〜１０００ｓｃｃｍとし、ＨＣｌガスの供給速度を２〜７０ｓｃｃｍとするのが好ましい。
【００５３】
成長領域の温度を８００℃以上１１５０℃未満の範囲内に制御するのが好ましい。成長領域の温度を８００℃未満とすると、ＧａＮ結晶の成長速度が遅くなり過ぎてしまう。一方、成長領域の温度を１１５０℃以上とすると、上述のように原料ガスの反応性が高くなり過ぎてしまう。なお、成長領域の温度は８５０℃以上１１００℃以下に制御するのがより好ましい。
【００５４】
なお、上述したように、本実施形態においては、ウエハ２００の外周を囲う基板保持部２１７ｄの側壁（筒部）の高さ（ａ）は、ウエハ２００の厚さ（ｔ）よりも大きくなるように構成されている。すなわち、本実施形態においては、結晶３００の成長が開始されてから基板保持部２１７ｄ内が結晶３００に満たされる迄の時間が、基板保持部２１７ｄの側壁（筒部）の高さは低く設定された場合に比べて長く確保されることになる。これにより、成長させた結晶３００中における欠陥のない領域を増大させることが可能となる。例えば、図６（ｃ）に示すように、結晶３００中における欠陥は、符号３００ｅで示す線付近に主に発生することとなり、符号３００ｅで示す線よりも下方側の領域には殆ど発生せず、結晶３００中における欠陥のない領域を増大させることが出来る。
【００５５】
結晶３００が所定の大きさに成長したら、バルブ２６４を閉めて処理室２０１内へのＧａＣｌ３を含むガスの供給を停止すると共に、バルブ２７４を閉めて処理室２０１内へのＮＨ３ガスの供給を停止する。そして、処理室２０１内の排気を継続し、処理室２０１内に残留しているＧａＣｌ３を含むガス、ＮＨ３ガス、反応生成物等を排気する。
【００５６】
（大気圧復帰工程（Ｓ５０））
結晶成長工程（Ｓ４０）が完了したら、ボート２１７の回転を停止させてウエハ２００
の回転を停止する。そして、処理室２０１内の圧力を大気圧に復帰させつつ、ウエハ２００を降温させる。具体的には、図示しないパージガス供給部から処理室２０１内に不活性ガスとしてのＮ２ガスを供給しつつ、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいて圧力調整装置２４２のバルブの開度をフィードバック制御し、処理室２０１内の圧力を大気圧に昇圧する。そして、ヒータ２０６への通電量を制御して、球状に成長した結晶３００の温度を降温させる。
【００５７】
（搬出工程（Ｓ６０））
その後、コントローラ２４０（駆動制御部２３７）の制御に基づいてボートエレベータ１１５を駆動させ、ボート２１７を降下させる。そして、成長させた球状の結晶３００をボート２１７から取り出す。なお、上述したように、基板保持部２１７ｄ及び基板保持部支持体２１７ｃの上部は、球状に成長した結晶３００中に包含されている。そのため、球状に成長した結晶３００をボート２１７から取り出すには、基板保持部支持体２１７ｃを基板保持棚２１７ｂから取り外す必要がある。本実施形態においては、基板保持棚２１７ｂ或いは基板保持部支持体２１７ｃのいずれか一方に設けられたネジ穴と、他方に設けられたネジ棒との嵌め合わせを解くことにより、基板保持棚２１７ｂから基板保持部支持体２１７ｃを容易に取り外すことが出来る。
【００５８】
なお、球状の結晶３００をボート２１７から取り出す際には、基板保持棚２１７ｂの外周部を囲う円筒壁として構成された転がり抑制部２１７ｅが、結晶３００の転がりを防止するように構成されている。
【００５９】
その後、球状の結晶３００中に含まれているウエハ２００、基板保持部２１７ｄ、及び基板保持部支持体２１７ｃから、結晶３００を剥離して、本実施形態に係る結晶製造工程を終了する。
【００６０】
（３）本実施形態に係る効果
本実施形態によれば以下に示す１つ又は複数の効果を奏する。
【００６１】
（ａ）本実施形態に係るボート２１７は、複数の支柱２１７ａと、支柱２１７ａの長手方向に複数設けられる基板保持棚２１７ｂと、複数の基板保持棚２１７ｂにそれぞれ立設される基板保持部支持体２１７ｃと、基板保持部支持体２１７ｃにそれぞれ設けられ、ウエハ２００を保持する基板保持部２１７ｄと、を備えている。そして、本実施形態に係る結晶製造工程では、ボート２１７に複数のウエハ２００を装填し、各ウエハ２００上にＧａＮの結晶を成長させる。すなわち、本実施形態によれば、同時に複数の結晶３００を製造することができ、結晶３００の生産性を向上させることが可能となる。
【００６２】
参考までに、従来の結晶製造装置の構成、及び係る装置を用いた従来の結晶製造工程について、図７、図８を用いて説明する。
【００６３】
図７に示すように、従来の結晶製造装置は、反応管４１０内の一端側（図中右側）に炭化珪素（ＳｉＣ）から成るサセプタ４２０を備えていた。サセプタ４２０は、サファイヤからなる下地基板４００を保持するように構成されていた。サセプタ４２０上に保持された下地基板４００は、反応管４１０の外周を囲うように設けられたヒータ（ＲＦコイル）４５０により加熱されるように構成されていた。また、反応管４１０内には、反応管４１０内の他端（図中左側）側から下地基板４００に向けて延在するＧａＣｌガス供給管４３０と、ＮＨ３ガス供給管４４０と、が設けられていた。ＧａＣｌガス供給管４３０には、Ｇａ融液を貯留するＧａ融液タンク４３１が設けられていた。そして、下地基板４００をヒータ４５０により加熱しつつ、反応管４１０内にＧａＣｌガス供給管４３０からＧａＣｌガスを供給すると共に、反応管４１０内にＮＨ３ガス供給管４４０からＮＨ３ガスを供
給することにより、下地基板４００上にＧａＮの結晶５００を製造するようにしていた。なお、図８（ａ）に示すように、結晶５００を製造する際には、下層側の結晶５００ｂを成長させた後、結晶５００ｂ上に微細孔マスク（ナノマスク）５００ｎを自己形成させ、その後、上層側の結晶５００ａを成長させるようにする場合もあった。係る場合、下層側の結晶５００ｂに発生した転位５００ｅが、上層側の結晶５００ａに継承されてしまうことを抑制出来る。また、微細孔マスク５００ｎと上層側の結晶５００ａとの界面にボイド５００ｖが形成されることから、結晶５００を冷却する際に、熱応力により上層側の結晶５００ａを自然剥離させることが出来る。
【００６４】
しかしながら、図７、図８に示す従来技術では、同時に複数の結晶を製造することは困難であり、高い生産性が得られ難いという課題があった。これに対して本実施形態によれば、同時に複数の結晶３００を製造することができ、結晶３００の生産性を向上させることが可能となる。
【００６５】
（ｂ）本実施形態においては、ウエハ２００の外周を囲う基板保持部２１７ｄの側壁（筒部）の高さ（ａ）が、ウエハ２００の厚さ（ｔ）よりも大きくなるように構成されている。これにより、上述の結晶成長工程（Ｓ４０）において、結晶３００の成長が開始されてから基板保持部２１７ｄ内が結晶３００に満たされる迄の時間を、基板保持部２１７ｄの側壁（筒部）の高さは低く設定された場合に比べて長く確保することが可能となる。その結果、成長させた結晶３００中における欠陥のない領域を増大させることが可能となる。例えば、図６（ｃ）に示すように、結晶３００中における欠陥は、符号３００ｅで示す線付近に主に発生することとなり、符号３００ｅで示す線よりも下方側の領域には殆ど発生せず、結晶３００中における欠陥のない領域を増大させることが可能となる。
【００６６】
（ｃ）上述したように、結晶成長工程（Ｓ４０）を実施すると、ウエハ２００、基板保持部２１７ｄ、及び基板保持部支持体２１７ｃの上部は、球状の結晶３００中に包含されることになる。その為、上述の搬出工程（Ｓ６０）において、成長させた球状の結晶３００をボート２１７から取り出すには、基板保持部支持体２１７ｃを基板保持棚２１７ｂから取り外す必要がある。本実施形態によれば、基板保持棚２１７ｂと基板保持部支持体２１７ｃとは着脱自在に構成されている。すなわち、基板保持棚２１７ｂ或いは基板保持部支持体２１７ｃのいずれか一方にネジ穴を設けると共に、他方にネジ棒を形成するようにし、これらネジ穴とネジ棒とを嵌め合わせることで、基板保持棚２１７ｂと基板保持部支持体２１７ｃとを着脱自在に固定するようにしている。従って、本実施形態によれば、基板保持棚２１７ｂから基板保持部支持体２１７ｃを容易に取り外すことができ、成長させた球状の結晶３００をボート２１７から容易かつ迅速に取り出すことが可能であり、結晶成長の生産性がさらに向上する。
【００６７】
なお、基板保持棚２１７ｂと基板保持部支持体２１７ｃとをキー式により固定することで着脱自在に構成した場合であっても、上記と同様の効果を奏することが可能である。また、基板保持部支持体２１７ｃを例えば中空形状に形成したり、基板保持部支持体２１７ｃの下端部外周に切り込みを予め設けたりしておくことで、基板保持部支持体２１７ｃの露出部（根元部分等）を容易に切断できるようにした場合には、上記と同様の効果に加え、成長した結晶３００の熱膨張により、圧縮応力が働き、球状の結晶３００を容易に取り外すことができるという効果をさらに奏することが可能である。
【００６８】
（ｄ）本実施形態によれば、基板保持棚２１７ｂの外周部に、例えば基板保持棚２１７ｂの外周部を囲う円筒壁として構成された転がり抑制部２１７ｅを設けている。その結果、上述の搬出工程（Ｓ６０）において球状の結晶３００をボート２１７から取り出す際に、結晶３００の転がりを抑制することができ、結晶３００の転落を回避できる。
【００６９】
（ｅ）本実施形態によれば、抵抗加熱方式等のホットウォール型の処理炉において、反応管２０４内壁やボート２１７等の表面をＳｉＯ２もしくはＳｉ酸化膜で構成する。そして、結晶成長工程（Ｓ４０）における処理室２０１内の圧力条件及び温度条件を、ＧａＮ等からなるウエハ２００上にのみＧ結晶３００が選択的に成長し、処理室２０１内壁上やボート２１７表面上には結晶３００が成長しない条件とすることができる。すなわち、反応管２０４内壁やボート２１７等にＧａＮ等からなる薄膜を成膜させないようにしつつ、下地基板としてのウエハ２００上にのみＧａＮ等の薄膜を厚く成膜させることができ、バルクの単結晶としての結晶３００を容易に製造することが可能となる。
【００７０】
（ｆ）本実施形態によれば、下地基板としてのウエハ２００を、例えばＧａＮ単結晶からなる基板とすることができる。このように、同じ物質の上にエピタキシャル成長させると、成長させることによる幾何学的選択効果（ジオメトリカルセレクション）により欠陥を減少させることができる。そして、薄膜を厚く成長させるほど欠陥を減少させることができる。そして、成長させる方向によっては欠陥を著しく減少させることができる。また、成長させた結晶３００のうち、欠陥の少ない部位を次の下地基板とし、これを繰り返すことにより、殆ど欠陥のない結晶３００を得ることが可能となる。
【００７１】
＜本発明の他の実施形態＞
本実施形態においては、上述の結晶成長工程（Ｓ４０）と、処理室２０１内にエッチングガスとしてのＨＣｌガスを供給するエッチング工程（Ｓ４１）と、を交互に繰り返したり、結晶成長工程（Ｓ４０）とエッチング工程（Ｓ４１）とを並行して実施したりする点が、上述の実施形態と異なる。その他は、上述の実施形態と同じである。
【００７２】
具体的には、上述の結晶成長工程（Ｓ４０）を所定時間実施した後、処理室２０１内にエッチングガスとしてのＨＣｌガスを供給するエッチング工程（Ｓ４１）を所定時間実施することとし、結晶成長工程（Ｓ４０）とエッチング工程（Ｓ４１）とを１サイクルとしてこのサイクルを繰り返すようにしている。または、結晶３００が所望の大きさに到達するまで、上述の結晶成長工程（Ｓ４０）とエッチング工程（Ｓ４１）とを並行して同時に実施するようにしている。
【００７３】
なお、エッチング工程（Ｓ４０）では、バルブ２８４を開け、ＨＣｌガス供給源２８２から供給されたＨＣｌガスを、マスフローコントローラ２８３により所定の流量に調整しつつ、エッチングガス供給管２８１内を流通させ、ガス供給管２３２ｃ、ガス導入部２３０ｃ、細管２３４ｃ、ガス導入口２３３ｃを介して処理室２０１内に供給させるようにする。
【００７４】
結晶３００は、ウエハ２００上に形成された初期成長核を基に成長していく。ここで、結晶成長工程（Ｓ４０）と交互に、或いは並行してエッチング工程（Ｓ４１）を実施することにより、ウエハ２００上に形成された初期成長核のうち、比較的小さな初期成長核を除去することができる。そして、大きな初期成長核のみがウエハ２００上に存在する状態（低初期核密度の状態）を得ることができる。係る状態で結晶３００を成長させることにより、例えば結晶３００中における転位密度を抑制することが出来るなど、結晶３００中の欠陥の発生を抑制することが可能となる。
【００７５】
なお、エッチング工程（Ｓ４１）を実施することにより、結晶３００の成長速度が低下してしまう場合もある。そのため、結晶３００の成長の初期段階でのみエッチング工程（Ｓ４１）を実施することとし、大きな初期成長核のみがウエハ２００上に存在する状態（低初期核密度の状態）を得ることができたらエッチング工程（Ｓ４１）の実施を停止することとしてもよい。
【００７６】
＜本発明の更に他の実施形態＞
以上、本発明の実施の形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００７７】
上述の実施形態では、塩化ガリウム（ＧａＣｌ３）を含むガス（ガリウム塩化物含有ガス）、アンモニア（ＮＨ３）ガス（窒素含有ガス）、エッチングガスを、別々に設けられたガス供給管２３２ａ〜２３２ｃ、細管２３４ａ〜２３４ｃ、ガス導入部２３０ａ〜２３０ｃ、ガス導入口２３３ａ〜２３３ｃを介して反応管２０４内にそれぞれ供給することとした。しかしながら、本発明は係る形態に限定されない。例えば、ガリウム塩化物含有ガスと窒素含有ガスとを同じガス供給管、細管、ガス導入部、ガス導入口を介して供給するようにしてもよい。但し、ＧａＣｌ３とＮＨ３とは反応し易いため、上述の実施形態の様に反応管２０４内に別々に供給するようにすることで、ガス供給管、細管、ガス導入部、ガス導入口内が詰まってしまったり、これらの内部にて異物が発生してしまったりすることを抑制できる。
【００７８】
上述の実施形態では、反応管２０４内へのガス供給を、ガス供給管２３２ａ〜２３２ｃ、細管２３４ａ〜２３４ｃ、ガス導入部２３０ａ〜２３０ｃ、ガス導入口２３３ａ〜２３３ｃを介して行うようにしていたが、本発明は係る形態に限定されない。すなわち、ヒータ２０６上端に複数の貫通孔を設け、該貫通孔を貫通させるようにガス供給管２３３ａ〜２３３ｃを設け、該ガス供給管２３３ａ〜２３３ｃの下流端を反応管２０４の天井部に設けたガス導入口２３３ａ〜２３３ｃにそれぞれ接続するように構成してもよい。
【００７９】
例えば、本発明は、処理室２０１内にシリコン（Ｓｉ）を含有するガスと、炭素（Ｃ）を含有するガスとを供給し、ウエハ２００上に炭化珪素（ＳｉＣ）の結晶を製造する場合にも好適に適用可能である。係る場合、ウエハ２００上にのみＳｉＣの結晶を選択的に成長させ、処理室２０１内壁上やボート２１７表面上にはＳｉＣの結晶を成長させないようにするため、シリコン（Ｓｉ）を含有するガスや炭素（Ｃ）を含有するガスとして、塩素（Ｃｌ）やフッ素（Ｆ）を更に含有するガスを用いるか、或いは、処理室２０１内に塩素（Ｃｌ）やフッ素（Ｆ）を含有するガスを別途供給するようにすることが好ましい。
【００８０】
また、本発明は、処理室２０１内にアルミニウム（Ａｌ）を含有するガスと、ＮＨ３などの窒素（Ｎ）を含有するガスとを供給し、ウエハ２００上に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の結晶を製造する場合にも好適に適用可能である。
【００８１】
また、本発明は、反応管２０４やボート２１７が石英（ＳｉＯ２）により構成されている場合に限らず、ＳｉＣ、Ｓｉ、Ｓｉ含浸ＳｉＣ、ＳｉＣコートカーボンのいずれか１種類、もしくは２種類以上で構成されており、これらの表面がＳｉ酸化膜によりコーティングされている場合にも好適に適用可能である。また、反応管２０４やボート２１７が石英（ＳｉＯ２）により構成されており、これらの表面がＳｉ酸化膜によりコーティングされている場合にも好適に適用可能である。これらの場合、特にＧａＮの結晶をコーティング膜（Ｓｉ酸化膜）上に成長させないようにすることができる。
【００８２】
＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
【００８３】
本発明の一態様によれば、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内で複数の前記基板を保持する基板保持台と、
前記処理室内に所定のガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内のガスを排出するガス排出部と、を備え、
前記基板保持台は、
複数の支柱と、
前記支柱の長手方向に複数設けられる基板保持棚と、
複数の前記基板保持棚にそれぞれ立設される基板保持部支持体と、
前記基板保持部支持体にそれぞれ設けられ、基板を保持する基板保持部と、を備える
結晶製造装置が提供される。
【００８４】
本発明の他の態様によれば、複数の支柱と、前記支柱の長手方向に複数も受けられる基板保持棚と、複数の前記基板保持棚にそれぞれ立設される基板保持部支持体と、前記基板保持部支持体にそれぞれ設けられる基板保持部と、を備える基板保持台における前記基板保持部に基板を保持させ、前記基板保持台を処理室内に搬送する工程と、
前記処理室内にガス供給部から所定のガスを供給しつつ、前記処理室内のガスをガス排出部から排出して前記基板上に結晶を成長させる工程と、を有する
ことを特徴とする結晶成長方法が提供される。
【００８５】
好ましくは、前記基板保持部支持体は棒状に形成されている。
【００８６】
また好ましくは、前記基板保持部支持体は中空棒状に形成されている。
【符号の説明】
【００８７】
２００    ウエハ（基板）
２０１    処理室
２１７    ボート（基板保持台）
２１７ａ  支柱
２１７ｂ  基板保持棚
２１７ｃ  基板保持部支持体
２１７ｄ  基板保持部
【図４】
2011011942.tif 000003
【図５】
2011011942.tif 000004
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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