(57)【要約】【課題】薄膜をウエハ表面に均一に形成することが可能であり、ウエハがウエハホルダに安定して保持され取出しを容易に行うことができる。【解決手段】薄膜形成装置３１において、ウエハホルダ３２にはウエハ３３が載置される凹部３７が形成され、さらに凹部３７の底面部３８には貫通孔３９が形成される。凹部３７とウエハ３３とによって形成される間隙Ｇは１ｍｍ未満であるので、雰囲気ガスの流れが乱れることなく薄膜をウエハ表面４７に均一に形成することができる。また圧力調整手段４９によって薄膜が形成される一方のウエハ表面４７にかかる圧力に対して他方のウエハ表面４８にかかる圧力が小さくなるように調整されて、ウエハ３３がウエハホルダ３２に安定して保持される。また貫通孔３９に突上げ手段５６を挿通させてウエハ３３を突上げることによって凹部３７からウエハ３３を容易にかつ確実に取出すことが可能になる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜を構成する原子を含む揮発性化合物を気化させたガスとキャリアガスとの混合ガスである雰囲気ガスを加熱されたウエハ表面に供給し、雰囲気ガスとウエハとの化学反応によって前記原子を含む薄膜をウエハ表面に形成する薄膜形成装置において、
ウエハを内部空間に収納する容器と、
容器の内部空間に雰囲気ガスを供給するガス供給手段と、
容器の内部空間に存在するガスを排気するガス排出手段と、
ウエハが載置される凹部が形成され、さらに凹部の底面部には貫通孔が形成されるウエハホルダと、
ウエハホルダのウエハが載置される側と反対側の外周縁部に装着される保持体と、
貫通孔が形成され、前記保持体を介してウエハホルダが装着されるサセプタと、
中空空間が形成される円柱状の回転軸であって、中空空間がサセプタに形成される貫通孔に連通するようにサセプタに設けられる回転軸と、
前記回転軸の軸線まわりに、サセプタを回転させる回転駆動手段と、
前記回転軸に備わり、薄膜が形成される一方のウエハ表面にかかる圧力に対して他方のウエハ表面にかかる圧力が小さくなるように調整する圧力調整手段と、
前記サセプタを加熱する加熱手段とを備え、
前記ウエハホルダに形成される凹部と凹部に載置されたウエハとによって形成される間隙は１ｍｍ未満であることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】
前記ウエハホルダに形成される凹部の深さと、凹部に載置されるウエハの回転軸の軸線方向における厚さとの差は、１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
【請求項３】
前記圧力調整手段は、排気手段であり、
前記排気手段は、前記凹部にウエハが載置された状態で、ウエハホルダ、サセプタおよび保持体によって形成される空間に存在するガスを前記回転軸を介して排気し、他方のウエハ表面にかかる圧力が一方のウエハ表面にかかる圧力よりも小さくなるように調整することを特徴とする請求項１または２記載の薄膜形成装置。
【請求項４】
前記保持体には、ガス流路である複数のガス排出孔が形成され、
前記圧力調整手段は、給気手段であり、
前記給気手段は、前記凹部にウエハが載置された状態で、ウエハホルダ、サセプタおよび保持体によって形成される空間に、前記雰囲気ガスに比べて流速が速く圧力が低くなるように前記回転軸を介してガスを供給し、他方のウエハ表面にかかる圧力が一方のウエハ表面にかかる圧力よりも小さくなるように調整することを特徴とする請求項１または２記載の薄膜形成装置。
【請求項５】
前記ウエハホルダに形成される貫通孔に対応して進退自在に設けられる突上げ手段と、
突上げ手段を進退させる直線駆動手段とをさらに含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項６】
前記１〜５のいずれかに記載の薄膜形成装置を準備し、
雰囲気ガスとして有機金属化合物を気化させたガスとキャリアガスとの混合ガスを供給し、有機金属化学的気相成長法によって、ウエハ表面に薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜形成装置に関し、化学的気相成長法によってウエハ表面に薄膜を形成する薄膜形成装置である。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大規模集積回路（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ；略称：ＬＳＩ）などのシリコン（元素記号：Ｓｉ）系半導体素子に加え、ヒ化ガリウム（化学式：ＧａＡｓ）などの化合物半導体を用いた高速用電子デバイスや半導体レーザ、発光ダイオードなどの発光素子の需要が拡大しており、半導体素子はあらゆる産業にとって不可欠なものとなっている。
【０００３】
このような半導体素子を製造するためには、半導体素子の基板となるウエハ上にたとえば半導体、絶縁体または金属などからなる薄膜を形成する工程が必要である。薄膜形成方法としては、薄膜を構成する原子を含む揮発性化合物を気化させ、気化させた揮発性化合物を加熱されたウエハ表面上に供給し、揮発性化合物がウエハ表面上でたとえば分解、還元、酸化および置換などの化学反応を起こすことによって薄膜が形成される化学的気相成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；略称：ＣＶＤ）法が知られている。ＣＶＤ法には、たとえばプラズマＣＶＤ法または有機金属化学的気相成長（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；略称：ＭＯＣＶＤ）法などがあり、これらの方法は、たとえば抵抗率などの電気特性、透過率、反射率などの光学特性といった薄膜特性が優れるまたは薄膜特性のばらつきが少ない薄膜を形成する方法として広く利用されている。
【０００４】
このような化学的気相成長法によって薄膜を形成する薄膜形成装置としては、単数または複数のウエハをウエハホルダ上に載置し、薄膜成長室内にウエハホルダを搬送してウエハの表面に薄膜を形成する構成のものが多く用いられている。多くの産業分野において、薄膜特性のばらつきが少なく信頼性に優れる薄膜形成装置が望まれており、信頼性に優れる薄膜の形成には、バッチごとにまたは同一の処理が行われる全てのバッチにおいて形成される薄膜の薄膜特性の再現性および均一性を充分良好なものとすることが不可欠である。ウエハ表面全体において均一な薄膜特性を示す薄膜形成の手段の１つとして、ウエハホルダを回転させ雰囲気ガスをウエハ表面に均一に供給することが行われている。
【０００５】
図７は従来の薄膜形成装置１の構成を簡略化して示す要部断面図であり、図８は従来の薄膜形成装置１に備わるウエハホルダ２の構成を簡略化して示す切断端面図である。
【０００６】
従来の薄膜形成装置１は、薄膜の形成が行われる薄膜成長室３と、薄膜成長室３にウエハ５を出入させるに際し薄膜成長室３に大気が流入することを防ぐために減圧を行う側室４と、薄膜が形成されたウエハ５をウエハホルダ２から取出すウエハ取出し室６とからなる。ウエハホルダ２には凹部７が形成され、凹部７にはウエハ５が載置される。ウエハ５が載置されたウエハホルダ２が図示しない搬送ロボットによって側室４に搬送されると、扉８が閉じ図示しない真空ポンプを備える排気手段によってガス排出口９を介して側室４の内部空間に存在するガスが排気されて減圧され、ウエハホルダ２がゲートバルブ１０を介して予め内部空間に存在するガスが排気されている薄膜成長室３へ図示しない搬送ロボットによって搬送される。
【０００７】
薄膜成長室３には、薄膜を構成する原子を含む揮発性化合物を気化したガスとキャリアガスとの混合ガスである雰囲気ガスを薄膜成長室３内へ供給するガス供給手段１１と、たとえばスピンドルモータを備える回転軸１２を有し、ウエハホルダ２を回転させる回転駆動手段１３と、ウエハホルダ２を加熱する加熱手段１４と、図示しない真空ポンプによって薄膜成長室３の内部空間に存在するガスを排気するガス排出口１５とを備える。
【０００８】
凹部７の深さＤ１は、回転軸１２の軸線方向１６におけるウエハの厚さＴ１よりも大きく形成されており、ウエハホルダ２が回転駆動手段１３によって回転されてウエハ５に発生する遠心力は凹部７の側面に負荷され、その反力の作用でウエハ５は凹部７から離脱することなく保持される。
【０００９】
ウエハ表面１７に薄膜が形成された後、ウエハ５を保持するウエハホルダ２はゲートバルブ１８を介して図示しない搬送ロボットによってウエハ取出し室６に搬送される。たとえば円柱状に形成される凹部７の直径Ｒ１は、円板状のウエハ５の直径Ｒ２に対して大きく形成されており、ウエハ５を凹部７に載置した状態で凹部７とウエハ５とによって形成される１〜２ｍｍ程度の間隙Ｇ１を利用して、たとえばピンセットなどによってウエハ５が凹部７から取出される。
【００１０】
前述した従来の薄膜形成装置１には以下の問題がある。従来の薄膜形成装置１は、ウエハホルダ２に形成される凹部７の深さＤ１が回転軸１２の軸線方向１６におけるウエハ５の厚さＴ１よりも大きい。このことによって、ウエハ５の外周縁領域ではガス供給手段１１から供給される雰囲気ガスの流れが乱れるので、ウエハ５の中心部と外周縁領域とでは雰囲気ガスの流れが異なり、ウエハ表面１７に薄膜を均一に形成することが困難であるという問題がある。また凹部７とウエハ５とによって間隙Ｇ１が形成されるので、雰囲気ガスの流れが間隙Ｇ１によって乱れて薄膜の正常な成長が阻害され、ウエハ表面１７に薄膜を均一に形成することが困難であるという問題がある。
【００１１】
この問題を解決するもう１つの従来技術では、凹部の深さと回転軸の軸線方向におけるウエハの厚さとを同じにしている（特許文献１参照）。
【００１２】
図９はもう１つの従来の薄膜形成装置に備わるウエハホルダ１９の構成を簡略化して示す図であり、図１０は図９に示すウエハホルダ１９の切断端面図である。もう１つの薄膜形成装置において、ウエハホルダ１９に形成される凹部２０の深さＤ２とウエハ５の厚さＴ２とは同じであり、凹部２０周辺のウエハホルダ１９の表面２１に突起部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄが形成される。このような構成によれば、ウエハホルダ１９の表面２１とウエハ表面１７とはほぼ同一平面内に存在するので、ウエハ５の外周縁領域における雰囲気ガスの流れの乱れが抑制される。また、ウエハホルダ１９の回転に伴ってウエハ５に発生する遠心力に対する凹部２０の側面の反力などによってウエハ５が変形しウエハ５が凹部２０の側面から離反した場合であっても、突起部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄによってウエハ５が凹部２０から離脱することなくウエハホルダ１９に保持される。
【００１３】
しかしながら、もう１つの従来の薄膜形成装置においても、凹部２０からウエハ５をピンセットなどによって取出すことができるように凹部２０の直径Ｒ３をウエハ５の直径Ｒ２に対して大きく形成することが必要である。このため、凹部２０とウエハ５とによって間隙Ｇ２が形成され、ウエハホルダ１９の表面２１とウエハ表面１７とが連続した一平面とはならない。このことによって、雰囲気ガスの流れが間隙Ｇ２によって乱れるので薄膜の正常な成長が阻害され、ウエハ表面１７に薄膜を均一に形成することが困難であるという問題がある。また、凹部２０周辺に形成される突起部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄによって雰囲気ガスの流れが乱れ薄膜の正常な成長が阻害されるので、ウエハ表面１７に薄膜を均一に形成することが困難であるという問題がある。
【００１４】
【特許文献１】
特開平１１−１４５０６５号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、薄膜をウエハ表面に均一に形成することが可能であり、ウエハがウエハホルダに安定して保持され取出しが容易な薄膜形成装置を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、薄膜を構成する原子を含む揮発性化合物を気化させたガスとキャリアガスとの混合ガスである雰囲気ガスを加熱されたウエハ表面に供給し、雰囲気ガスとウエハとの化学反応によって前記原子を含む薄膜をウエハ表面に形成する薄膜形成装置において、
ウエハを内部空間に収納する容器と、
容器の内部空間に雰囲気ガスを供給するガス供給手段と、
容器の内部空間に存在するガスを排気するガス排出手段と、
ウエハが載置される凹部が形成され、さらに凹部の底面部には貫通孔が形成されるウエハホルダと、
ウエハホルダのウエハが載置される側と反対側の外周縁部に装着される保持体と、
貫通孔が形成され、前記保持体を介してウエハホルダが装着されるサセプタと、
中空空間が形成される円柱状の回転軸であって、中空空間がサセプタに形成される貫通孔に連通するようにサセプタに設けられる回転軸と、
前記回転軸の軸線まわりに、サセプタを回転させる回転駆動手段と、
前記回転軸に備わり、薄膜が形成される一方のウエハ表面にかかる圧力に対して他方のウエハ表面にかかる圧力が小さくなるように調整する圧力調整手段と、
前記サセプタを加熱する加熱手段とを備え、
前記ウエハホルダに形成される凹部と凹部に載置されたウエハとによって形成される間隙は１ｍｍ未満であることを特徴とする薄膜形成装置である。
【００１７】
本発明に従えば、ウエハはウエハホルダの凹部に載置され、容器内でウエハホルダは保持体によってウエハが載置される側と反対側の外周縁部で保持されてサセプタに保持体を介して装着される。加熱手段によってサセプタが加熱されてウエハホルダおよびウエハが加熱され、回転駆動手段によって回転軸の軸線まわりにサセプタを回転させることによってウエハホルダが回転する。このとき薄膜が形成される一方のウエハ表面にかかる圧力に対して他方のウエハ表面にかかる圧力が小さくなるように圧力調整手段によって調整することによって、回転軸の軸線方向に平行であり凹部の底面部に押付ける方向の力がウエハに働くので、ウエハがウエハホルダに保持される。雰囲気ガスが、回転しているウエハホルダ上のウエハにガス供給手段によって供給され、雰囲気ガスとウエハとが化学反応を起こしてウエハ表面に薄膜を形成する。容器の内部空間に存在するガスはガス排出手段によって排出される。ウエハホルダが有する凹部と凹部に載置されるウエハとによって形成される間隙は１ｍｍ未満であるので、ウエハの外周縁領域において前記間隙によって雰囲気ガスの流れが乱れることがない。このことによって、雰囲気ガスはウエハ表面で均一に化学反応を起こし、ウエハ表面に均一な薄膜を形成することができる。また、凹部の底面部には貫通孔が形成されるので、たとえば棒状体を貫通孔に挿通させてウエハを突上げることによって薄膜形成後のウエハを凹部から容易に取出すことができる。
【００１８】
また本発明は、前記ウエハホルダに形成される凹部の深さと、凹部に載置されるウエハの回転軸の軸線方向における厚さとの差は、１００μｍ以下であることを特徴とする。
【００１９】
本発明に従えば、ウエハホルダが有する凹部の深さと回転軸の軸線方向におけるウエハの厚さとの差は１００μｍ以下であるので、ウエハホルダの表面とウエハ表面とがほぼ同一平面を形成する。このことによって、雰囲気ガスの流れがウエハ表面で乱れることがないので、薄膜をウエハ表面に均一に形成することが可能になる。
【００２０】
また本発明は、前記圧力調整手段は、排気手段であり、
前記排気手段は、前記凹部にウエハが載置された状態で、ウエハホルダ、サセプタおよび保持体によって形成される空間に存在するガスを前記回転軸を介して排気し、他方のウエハ表面にかかる圧力が一方のウエハ表面にかかる圧力よりも小さくなるように調整することを特徴とする。
【００２１】
本発明に従えば、圧力調整手段である排気手段は、ウエハホルダに形成される凹部にウエハが載置された状態でウエハホルダ、サセプタおよび保持体によって形成される空間に存在するガスを回転軸を介して排気する。このように、前記空間に存在するガスが排気されることによって前記空間の圧力は低下し、薄膜が形成される一方のウエハ表面にかかる圧力に対して他方のウエハ表面にかかる圧力が小さくなる。このことによって、回転軸の軸線方向に平行であり凹部の底面部に押付ける方向の力がウエハに働くので、ウエハホルダが回転してもウエハが凹部から離脱することなく安定してウエハホルダに保持される。
【００２２】
また本発明は、前記保持体には、ガス流路である複数のガス排出孔が形成され、
前記圧力調整手段は、給気手段であり、
前記給気手段は、前記凹部にウエハが載置された状態で、ウエハホルダ、サセプタおよび保持体によって形成される空間に、前記雰囲気ガスに比べて流速が速く圧力が低くなるように前記回転軸を介してガスを供給し、他方のウエハ表面にかかる圧力が一方のウエハ表面にかかる圧力よりも小さくなるように調整することを特徴とする。
【００２３】
本発明に従えば、ガスの流路である複数のガス排出孔が保持体に形成され、圧力調整手段である給気手段は、凹部にウエハが載置された状態で、ウエハホルダ、サセプタおよび保持体によって形成される空間に、雰囲気ガスに比べて流速が速く圧力が低くなるように回転軸を介してガスを供給する。このように、前記空間に雰囲気ガスに比べて流速が速くなるように回転軸を介してガスを供給することによって前記空間の圧力は低下し、薄膜が形成される一方のウエハ表面にかかる圧力に対して他方のウエハ表面にかかる圧力が小さくなる。このことによって、回転軸の軸線方向に平行であり凹部の底面部に押付ける方向の力がウエハに働くので、ウエハホルダを回転してもウエハが凹部から離脱することなく安定してウエハホルダに保持される。
【００２４】
また本発明は、前記ウエハホルダに形成される貫通孔に対応して進退自在に設けられる突上げ手段と、
突上げ手段を進退させる直線駆動手段とをさらに含むことを特徴とする。
【００２５】
本発明に従えば、突上げ手段はウエハホルダに形成される貫通孔に対応して進退自在であり、直線駆動手段は突上げ手段を進退させる。このことによって、ウエハをウエハホルダに装着した状態でウエハと凹部とによって形成される間隙が小さい場合であっても、突上げ手段を貫通孔に挿通させウエハを突上げることによって凹部からウエハを容易かつ確実に取出すことが可能になる。
【００２６】
また本発明は、前記いずれかに記載の薄膜形成装置を準備し、
雰囲気ガスとして有機金属化合物を気化させたガスとキャリアガスとの混合ガスを供給し、有機金属化学的気相成長法によって、ウエハ表面に薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成方法である。
【００２７】
本発明に従えば、前記いずれかに記載の薄膜形成装置を用い、有機金属化学的気相成長法によって薄膜の形成を行うので、薄膜特性に優れまた薄膜特性にばらつきの少ない薄膜をウエハ表面に形成することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施の形態である薄膜形成装置３１の構成を簡略化して示す要部断面図であり、図２はウエハホルダ３２の構成を簡略化して示す平面図であり、図３は図２に示す切断面線Ｉ−Ｉ’から見た切断端面図である。
【００２９】
薄膜形成装置３１は、ウエハ３３を内部空間に収納する容器である薄膜成長室３４と、薄膜成長室３４の内部空間に雰囲気ガスを供給するガス供給手段３５と、薄膜成長室３４の内部空間に存在するガスを排気するガス排出手段３６と、ウエハ３３が載置される凹部３７が形成され、さらに凹部３７の底面部３８には貫通孔３９が形成されるウエハホルダ３２と、ウエハホルダ３２のウエハ３３が載置される側と反対側の外周縁部に装着される保持体４０と、貫通孔４１が形成され保持体４０を介してウエハホルダ３２が装着されるサセプタ４２と、中空空間４３が形成される円柱状の回転軸４４であって中空空間４３がサセプタ４２に形成される貫通孔４１に連通するようにサセプタ４２に設けられる回転軸４４と、回転軸４４の軸線４５まわりにサセプタ４２を回転させる回転駆動手段４６と、回転軸４４に備わり薄膜が形成される一方のウエハ表面４７にかかる圧力に対して他方のウエハ表面４８にかかる圧力が小さくなるように調整する圧力調整手段４９と、サセプタ４２を加熱する加熱手段５０とを備える。
【００３０】
また薄膜形成装置３１は、薄膜成長室３４にウエハ３３を出入させるに際し薄膜成長室３４に大気が流入することを防ぐために減圧を行う側室５１と、薄膜が形成されたウエハ３３をウエハホルダ３２から取出すウエハ取出し室５２とをさらに備える。側室５１は、ゲートバルブ５３を開いたとき内部空間が薄膜成長室３４の内部空間と連通するように設けられ、ウエハ取出し室５２は、ゲートバルブ５４を開いたとき内部空間が薄膜成長室３４の内部空間と連通するように設けられる。
【００３１】
ウエハ３３は、たとえばシリコン、ヒ化ガリウムなどからなる円板状の基板であり、たとえばエピタキシャル薄膜などの薄膜が表面に形成される。ウエハホルダ３２は、たとえばカーボン（化学式：Ｃ）、モリブデン（化学式：Ｍｏ）などからなる平面形状が円形状の部材であり、ウエハ３３が載置される円柱状の凹部３７が形成される。凹部３７の底面部３８の中心には貫通孔３９が形成される。
【００３２】
また凹部３７は、凹部３７と凹部３７に載置されたウエハ３３とによって形成される間隙Ｇが１ｍｍ未満、すなわち凹部３７の直径Ｒ４とウエハ３３の直径Ｒ５との差が２ｍｍ未満となるように形成される。このことによって、ウエハ３３の外周縁領域において前記間隙Ｇによって雰囲気ガスの流れが乱れることがなく、雰囲気ガスがウエハ３３表面で均一に化学反応を起こし、ウエハ表面４７に均一な薄膜を形成することができる。
【００３３】
また凹部３７は、凹部３７の深さＤと凹部３７に載置されるウエハ３３の回転軸４４の軸線４５方向における厚さＴとの差が１００μｍ以下となるように形成される。このことによって、ウエハホルダ３２の表面７０とウエハ表面４７とがほぼ同一平面を形成し、雰囲気ガスの流れがウエハ表面４７で乱れることがないので、薄膜をウエハ表面４７に均一に形成することが可能になる。
【００３４】
ガス供給手段３５は、薄膜を構成するたとえばトリメチルガリウム（化学式：Ｇａ（ＣＨ３）３）、トリメチルアルミニウム（化学式：Ａｌ（ＣＨ３）３）などの金属のメチル化物、エチル化物またはイソブチル化物などの有機金属化合物を気化させたガスと、たとえば窒素ガス（化学式：Ｎ２）、アルゴンガス（化学式：Ａｒ）または水素ガス（化学式：Ｈ２）などのキャリアガスとを混合した雰囲気ガスを、流量を制御しながら薄膜成長室３４の内部空間へ供給する。ガス供給手段３５は、ウエハホルダ３２が載置されるサセプタ４２を臨む位置に設けられ、雰囲気ガスは、サセプタ４２の方向へ流れるように噴出されて供給される。
【００３５】
ガス排出手段３６は、たとえばドライポンプなどの真空ポンプを備え、薄膜成長室３４の内部空間に存在するガスを排出量を制御しながら排出する。また、ガス排出手段３６は、ウエハ３３が載置されたウエハホルダ３２が側室５１から薄膜成長室３４に搬送される前に、ゲートバルブ５４を開けて薄膜成長室３４の内部空間およびウエハ取出し室５２の内部空間に存在するガスを予め排出する。
【００３６】
薄膜成長室３４の内部空間の圧力は、ガス排出手段３６によって制御されるガス排出量と、ガス供給手段３５によって制御されるガス供給量とのバランスによって調整され、２〜１５ｋＰａに調整される。
【００３７】
保持体４０は、たとえばカーボンからなるリング状の部材であり、ウエハホルダ３２のウエハ３３が載置される側と反対側の外周縁部に装着される。サセプタ４２は、たとえばモリブデンなどからなり、ウエハホルダ３２と同一の平面形状を有する部材である。またサセプタ４２の中心には貫通孔４１が形成される。
【００３８】
回転軸４４は、中空空間４３が形成される円筒状の形状を有する可動性の部材であり、サセプタ４２に形成される貫通孔４１に連通するようにサセプタ４２に設けられる。回転駆動手段４６は、たとえばスピンドルモータなどの回転モータを備え、２個のプーリーとベルトなどによって回転モータと回転軸４４とが連動して回転するように構成される。回転軸４４を軸線４５まわりに回転させることによって回転軸４４の軸線４５まわりにサセプタ４２が回転し、サセプタに装着されるウエハホルダ３２が回転する。
【００３９】
加熱手段５０は、複数の加熱ヒータと、ウエハホルダ３２の温度を検出する図示しない温度センサとヒータ電源の出力を制御する図示しない制御手段とを備える。加熱ヒータ５０は、サセプタ４２を臨んでガス供給手段３５とは反対の側に配置されサセプタ４２を加熱する。温度センサの検出出力に応答して制御手段によって加熱ヒータの温度が制御される。このような構成によって、サセプタ４２に装着されるウエハホルダ３２およびウエハホルダ３２に載置されるウエハ３３を所望の温度に加熱することができる。
【００４０】
圧力調整手段４９は、排気手段４９であり、たとえばドライポンプなどの真空ポンプを備える。排気手段４９は、たとえば図示しないカプラなどの回転自在の接続具によって回転軸４４に接続される。ウエハホルダ３２の凹部３７にウエハ３３が載置された状態で、ウエハホルダ３２、サセプタ４２および保持体４０によって形成される空間５５に存在するガスを回転軸４４を介して排気する。このことによって、前記空間５５の圧力が低下し１５０Ｐａ以下となる。
【００４１】
図４は、ウエハ取出し室５２の構成を簡略化して示す要部断面図である。ウエハ取出し室５２には、ウエハホルダ３２に形成される貫通孔３９に対応して進退自在に設けられる突上げ手段５６と、突上げ手段５６を進退させる直線駆動手段５７とが備わる。突上げ手段５６は、たとえば棒状の部材であり、直線駆動手段５７によって進退自在に駆動される。直線駆動手段５７は、たとえばシリンダおよびピストンによって構成され、突上げ手段５６を進退させる。ウエハ３３が載置されたウエハホルダ３２を載置台６０に載置し、凹部３７の貫通孔３９に突上げ手段５６を挿通させウエハ３３を突上げることによって、ウエハ３３と凹部３７とによって形成される間隙Ｇが小さい場合であっても、凹部３７からウエハ３３を容易かつ確実に取出すことが可能になる。
【００４２】
本実施の形態の薄膜形成装置３１において、薄膜は以下のように形成される。凹部３７にウエハ３３が載置されたウエハホルダ３２は、図示しない搬送ロボットによって側室５１へ搬送される。ウエハホルダ３２が搬送されると、扉５８が閉じ図示しない真空ポンプによってガス排出口５９を介して側室５１の内部空間に存在するガスが排気され減圧される。その後ウエハホルダ３２は、ガス排出手段３６によって予め内部空間のガスが排気された薄膜成長室３４へ図示しない搬送ロボットによってゲートバルブ５３を介して搬送される。搬送されたウエハホルダ３２は、保持体４０を介してサセプタ４２に装着される。
【００４３】
次に薄膜成長室３４の内部空間には、ガス供給手段３５によって雰囲気ガスが供給される。このとき、薄膜成長室３４の内部空間の圧力は、ガス供給手段３５およびガス排出手段３６によって２〜１５ｋＰａに調整される。ウエハホルダ３２、サセプタ４２および保持体４０によって形成された空間５５内に存在するガスは排気手段４９によって排気され、空間内の圧力が１５０Ｐａ以下に低下し、前記空間５５の圧力と薄膜成長室３４の内部空間の圧力との差が約２〜１５ｋＰａとなる。したがって、薄膜が形成される一方のウエハ表面４７にかかる圧力に対して他方のウエハ表面４８にかかる圧力は小さくなる。
【００４４】
このことによって、回転軸４４の軸線４５方向に平行であり凹部３７の底面部３８に押付ける力がウエハ３３に働くので、ウエハホルダ３２がたとえば最大毎分１５００回転の回転数で回転してもウエハ３３が凹部３７から離脱することなく安定してウエハホルダ３２に保持される。
【００４５】
ウエハホルダ３２が所望の温度になるように加熱手段５０によってサセプタ４２を加熱し、回転駆動手段４６によってサセプタ４２を回転させてウエハホルダ３２およびウエハ３３を回転させる。ガス供給手段３５によって供給された雰囲気ガスは、回転しているウエハホルダ３２に達しウエハホルダ３２の外周縁部の方向へ向きを変えて流れる。このとき雰囲気ガスの流れは、間隙Ｇおよび凹部３７の深さＤとウエハ３３の厚さＴとの差によって乱れることがなく、雰囲気ガスがウエハ表面４７で分解、還元、酸化および置換などの化学反応を均一に起こしてウエハ表面４７に薄膜が均一に形成される。反応後の雰囲気ガスおよび未反応の雰囲気ガスはガス排出手段３６によって速やかに排出される。
【００４６】
ウエハホルダ３２は、図示しない搬送ロボットによってゲートバルブ５４を介してウエハ取出し室５２に搬送され、載置台６０に載置される。ウエハホルダ３２の貫通孔３９へ突上げ手段５６が挿通され、直進駆動手段５７によって突上げ手段５６を駆動することによってウエハ３３が突上げられてウエハホルダ３２からウエハ３３が取出される。取出されたウエハ３３は、図示しない搬送ロボットによって再び薄膜成長室３４、側室５１を通過して装置外へ搬送される。
【００４７】
以上本実施の形態の薄膜形成装置３１は、ウエハ表面４７に均一な薄膜を形成することができる。また薄膜形成後のウエハ３３を凹部３７から容易に取出すことができる。また本実施の形態の薄膜形成装置３１を用い、有機金属化学的気相成長法によって薄膜の形成を行うので、薄膜特性に優れまた薄膜特性にばらつきの少ない薄膜をウエハ表面４７に形成することができる。
【００４８】
また薄膜形成装置３１は、側室５１を備えることなくウエハホルダ３２を直接薄膜成長室３４へ搬送する構成であってもよい。側室５１を備えない薄膜形成装置の場合、ウエハホルダ３２を薄膜成長室３４へ搬送した後、ガス排出手段３６によって薄膜成長室３４の内部空間およびウエハ取出し室５２の内部空間に存在するガスを排出すればよい。
【００４９】
図５は、本発明の第２の実施の形態である薄膜形成装置６１の構成を簡略化して示す要部断面図である。本実施の形態の薄膜形成装置６１は、第１の実施の形態の薄膜形成装置３１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して説明を省略する。注目すべきは、保持体６２にはガス流路である複数のガス排出孔６３が形成され、圧力調整手段６４は給気手段６４であることである。
【００５０】
給気手段６４は、ウエハホルダ３２、サセプタ４２および保持体６２によって形成される空間５５に、ガス供給手段３５によって供給される雰囲気ガスに比べて流速が速く圧力が低くなるように回転軸４４を介してたとえば水素ガスなどのガスを供給する。
【００５１】
保持体６２には複数のガス排出孔６３が形成されているので、回転軸４４を介して空間５５に供給された水素ガスは、前記空間５５の中心からガス排出孔６３へ向かって流れ、薄膜成長室３４の内部空間へ排出される。薄膜が形成される一方のウエハ表面４７に対する雰囲気ガスの流れおよび他方のウエハ表面４８に対する水素ガスの流れは層流である。このとき、一方のウエハ表面４７に対する雰囲気ガスの流速よりも他方のウエハ表面４８に対する水素ガスの流速が大きくなるように、ガス供給手段３５および給気手段６４によって供給されるガスの流量をそれぞれ設定する。たとえば給気手段６４によって供給されるガスの流量を０．２〜３Ｌ／ｍｉｎに設定し、ガス排出手段３６によって供給される雰囲気ガスの流量を３０〜１５０Ｌ／ｍｉｎに設定する。
【００５２】
ウエハホルダ３２とサセプタ４２との距離は２ｍｍ程度であるので、ウエハホルダ３２、サセプタ４２および保持体６２によって形成される空間５５の容量は、薄膜成長室３４の内部空間の容量に対して非常に小さい。このため、給気手段６４によって供給されるガスの流量をたとえば１Ｌ／ｍｉｎに設定しても、前記空間５５を流れるガスの流速を薄膜成長室３４の内部空間を流れる雰囲気ガスの流速の約５０倍の値に容易に設定することができる。
【００５３】
ウエハ表面にかかる圧力は、ウエハ表面に流れるガスの流速が大きいほうが小さいので、薄膜が形成される一方のウエハ表面４７にかかる圧力に対して他方のウエハ表面４８にかかる圧力が小さくなる。なお、複数のガス排出孔６３から薄膜成長室３４の内部空間に排出される水素ガスは、回転しているウエハホルダ３２上を流れてウエハホルダ３２の外周縁部に達した雰囲気ガスとともにガス排出手段３６の方向へ流れて排出される。このため、給気手段６４によって供給された水素ガスが薄膜成長室３４全体の圧力および一方のウエハ表面４７にかかる圧力に影響を与えることはない。
【００５４】
このことによって、回転軸４４の軸線４５方向に平行であり凹部３７の底面部３８に押付ける方向の力がウエハ３３に働くので、ウエハホルダ３２がたとえば最大毎分１５００回転の回転数で回転してもウエハ３３が凹部３７から離脱することなく安定してウエハホルダ３２に保持される。
【００５５】
以下本発明の実施例を説明する。薄膜形成例は例示であって、これに限定されるものではない。
【００５６】
（実施例１）
第１の実施の形態の薄膜形成装置３１を準備し、以下のようにウエハ表面４７にエピタキシャル薄膜を形成した。ウエハ３３には、ウエハホルダ３２に形成される凹部３７に載置したときの回転軸４４の軸線４５方向における厚さＴが３５０μｍ、直径が２インチ（５．０８ｃｍ）である円板状のヒ化ガリウムウエハを用いた。ウエハホルダ３２に形成される凹部３７の深さＤは、ウエハ３３の厚さＴと同じ３５０μｍとした。また凹部３７は、凹部３７の直径Ｒ４がウエハ３３の直径Ｒ５に対して０．５ｍｍ大きくなるように形成、すなわち凹部３７と凹部３７に載置されたウエハ３３とによって形成される間隙Ｇが０．２５ｍｍとなるように形成した。薄膜を構成する有機金属化合物としては、アルミニウムガリウムヒ素（化学式：ＡｌＧａＡｓ）を用いた。
【００５７】
凹部３７にウエハ３３が載置されたウエハホルダ３２を搬送ロボットによって側室５１に搬送した。側室５１の内部空間に存在するガスを排気した後薄膜成長室３４へウエハホルダ３２を搬送ロボットによって搬送し、保持体４０を介してサセプタ４２に載置した。その後、ガス供給手段３５によって薄膜成長室３４の内部空間に雰囲気ガスを供給した。ウエハホルダ３２、サセプタ４２および保持体４０によって形成される空間５５に存在するガスを排気手段４９によって排気し、前記空間５５の圧力を１００Ｐａとした。またガス供給手段３５およびガス排出手段３６によって調整された薄膜成長室３４の内部空間の圧力は、６ｋＰａであった。
【００５８】
次にウエハホルダ３２の温度が７００℃となるように加熱手段５０によってサセプタ４２を加熱し、回転駆動手段４６によって回転軸４４の軸線４５まわりにサセプタ４２を回転させた。毎分最大１５００回転の回転数でサセプタ４２とともにウエハホルダ３２が回転しても、ウエハ３３は、ウエハホルダ３２の凹部３７から離脱することなく保持された。雰囲気ガスと加熱されたウエハ３３との化学反応によってウエハ表面４７にエピタキシャル薄膜を形成した。ウエハホルダ３２を搬送ロボットによってウエハ取出し室５２に搬送し載置台６０に載置後、凹部３７の貫通孔３９に突上げ手段５６を挿通し直線駆動手段５７によって突上げ手段５６を駆動してウエハホルダ３２からウエハ３３を取出した。
【００５９】
（実施例２）
本発明の第２の実施の形態の薄膜形成装置６１を準備し、以下のようにウエハ表面４７にエピタキシャル薄膜を形成した。ウエハ３３、ウエハホルダ３２および有機金属化合物は実施例１と同じのものを用いた。
【００６０】
ウエハ３３が凹部３７に載置されたウエハホルダ３２を搬送ロボットによって側室５１へ搬送し、側室５１の内部空間に存在するガスを排気した後搬送ロボットによってウエハホルダ３２を薄膜成長室３４へ搬送した。保持体６２を介してウエハホルダ３２をサセプタ４２に装着した後、給気手段６４によって、ウエハホルダ３２、サセプタ４２および保持体６２によって形成された空間５５に流量１Ｌ／ｍｉｎで水素ガスを流した。ガス供給手段３５によって薄膜成長室３４の内部空間に供給される雰囲気ガスの流量は１００Ｌ／ｍｉｎであった。このとき、水素ガスの流速は、雰囲気ガスの流速の約５０倍であった。
【００６１】
次にウエハホルダ３２の温度が７００℃となるように加熱手段５０によってサセプタ４２を加熱し、回転駆動手段４６によって回転軸４４の軸線４５まわりにサセプタ４２を回転させた。毎分最大１５００回転の回転数でサセプタ４２とともにウエハホルダ３２が回転しても、ウエハ３３は、ウエハホルダ３２の凹部３７から離脱することなく保持された。雰囲気ガスと加熱されたウエハ３３との化学反応によって、ウエハ表面４７にエピタキシャル薄膜を形成した。ウエハホルダ３２を搬送ロボットによってウエハ取出し室５２へ搬送し載置台６０に載置後、凹部３７の貫通孔３９に突上げ手段５６を挿通し直線駆動手段５７によって突上げ手段５６を駆動してウエハホルダ３２からウエハ３３を取出した。
【００６２】
（比較例１）
薄膜形成装置１を準備し、以下のようにウエハ表面１７にエピタキシャル薄膜を形成した。ウエハ５および有機金属化合物は、実施例１および実施例２と同じものを用いた。ウエハホルダ２に形成される凹部７の深さＤ１は、回転軸１２の軸線１６方向におけるウエハ５の厚さＴ１よりも１８０μｍ大きい５３０μｍとし、凹部７の直径Ｒ１はウエハ５の直径Ｒ２に対して３ｍｍ大きい、すなわち凹部７とウエハホルダ２とによって形成される間隙Ｇ１が１．５ｍｍとなるように形成した。
【００６３】
凹部７にウエハ５が載置されたウエハホルダ２を搬送ロボットによって側室４へ搬送し、側室４の内部空間に存在するガスを排気した後、搬送ロボットによってウエハホルダ２を薄膜成長室３へ搬送した。薄膜成長室３において加熱手段１４によってウエハホルダ２を７００℃に加熱し、回転駆動手段１３によって回転軸１２の軸線１６まわりにウエハホルダ２を回転させた。毎分最大１５００回転の回転数でウエハホルダ２を回転させても、ウエハ５は、ウエハホルダ２の凹部７から離脱することなく保持された。雰囲気ガスと加熱されたウエハ５との化学反応によって、ウエハ表面１７にエピタキシャル薄膜を形成した。ウエハホルダ２を搬送ロボットによってウエハ取出し室６に搬送し、ピンセットによってウエハを取出した。
【００６４】
（比較例２）
ウエハホルダ２に形成される凹部７の深さＤ１を７００μｍとする以外は、比較例１と同様にしてウエハ表面１７にエピタキシャル薄膜を形成した。
【００６５】
実施例１、実施例２、比較例１および比較例２において、ウエハ表面に形成されたエピタキシャル薄膜の厚さ（以後、膜厚と呼ぶ）を走査型電子顕微鏡によってそれぞれ測定した。ウエハの中心における膜厚を１として、各ウエハの中心部からの距離における膜厚の値をそれぞれ規格化した。
【００６６】
図６は、ウエハに形成されたエピタキシャル薄膜の厚さを示す図である。第１ライン６５は、実施例１においてエピタキシャル薄膜が形成されたウエハ３３と膜厚との関係を示す。実施例２におけるエピタキシャル薄膜が形成されたウエハ３３と膜厚との関係は、実施例１と同じ値を示したので、前記関係を示すラインが第１ライン６５と重畳している。このため、実施例２におけるエピタキシャル薄膜が形成されたウエハ３３と膜厚との関係は、第１ライン６６によって示す。第３ライン６７は、比較例１においてエピタキシャル薄膜が形成されたウエハ５と膜厚との関係を示し、第４ライン６８は、比較例２においてエピタキシャル薄膜が形成されたウエハ５と膜厚との関係を示す。
【００６７】
実施例１および実施例２のエピタキシャル薄膜は、ウエハ３３の中心部から外周縁部に至るまで均一な膜厚を示した。これに対し、比較例１および比較例２のエピタキシャル薄膜は、ウエハ５の中心部と比較して外周縁部において膜厚の減少を示し、膜厚は均一ではなかった。この不均一性は、凹部７の深さＤ１と凹部７に載置されるウエハ５の回転軸１２の軸線１６方向におけるウエハ５の厚さＴ１との差が大きい比較例２のエピタキシャル薄膜の方が、比較例１のエピタキシャル薄膜より顕著であった。
【００６８】
以上のように、凹部３７とウエハ３３とによって形成される間隙Ｇが１ｍｍ未満であり、凹部３７の深さＤと回転軸４４の軸線４５方向におけるウエハ３３の厚さＴとの差が１００μｍ以下となるように凹部３７を形成することによって、均一なエピタキシャル薄膜が得られた。また、エピタキシャル薄膜が形成される一方のウエハ表面４７に対して他方のウエハ表面４８にかかる圧力を小さくすることによって、ウエハ３３がウエハホルダ３２に安定して保持された。
【００６９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ウエハホルダには凹部が形成され、凹部と凹部に載置されるウエハとによって形成される間隙は１ｍｍ未満であり、また凹部の深さと凹部に載置されたウエハの回転軸の軸線方向における厚さとの差は１００μｍ以下である。このことによって、雰囲気ガスの流れは乱れることがなく、雰囲気ガスはウエハ表面で均一に化学反応を起こすので、ウエハ表面に均一な薄膜を形成することが可能になる。
【００７０】
また本発明によれば、圧力調整手段によってウエハホルダ、サセプタおよび保持体によって形成される空間に存在するガスを排気する、または保持体にガス排気孔を形成して前記空間にガスを供給し前記空間へガスを流すので、薄膜が形成される一方のウエハ表面に対して他方のウエハ表面にかかる圧力が小さくなる。このことによって、回転軸の軸線方向に平行であり凹部の底面に押付ける方向の力がウエハに働き、ウエハホルダが回転してもウエハが凹部から離脱することなく安定してウエハホルダに保持される。
【００７１】
また本発明によれば、凹部に形成される貫通孔に突上げ手段を挿通し直線駆動手段によって駆動させてウエハを突上げることによって、凹部からウエハを容易かつ確実に取出すことが可能になる。
【００７２】
また本発明によれば、薄膜特性に優れまた薄膜特性にばらつきの少ない薄膜をウエハ表面に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である薄膜形成装置３１の構成を簡略化して示す要部断面図である。
【図２】ウエハホルダ３２の構成を簡略化して示す平面図である。
【図３】図２に示す切断面線Ｉ−Ｉ’から見た切断端面図である。
【図４】ウエハ取出し室５２の構成を簡略化して示す要部断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態である薄膜形成装置６１の構成を簡略化して示す要部断面図である。
【図６】ウエハに形成されたエピタキシャル薄膜の厚さを示す図である。
【図７】従来の薄膜形成装置１の構成を簡略化して示す要部断面図である。
【図８】従来の薄膜形成装置１に備わるウエハホルダ２の構成を簡略化して示す切断端面図である。
【図９】もう１つの従来の薄膜形成装置に備わるウエハホルダ１９の構成を簡略化して示す図である。
【図１０】図９に示すウエハホルダ１９の切断端面図である。
【符号の説明】
３１，６１  薄膜形成装置
３２  ウエハホルダ
３３  ウエハ
３４  薄膜成長室
３５  ガス供給手段
３６  ガス排出手段
３７  凹部
３８  底面部
３９  貫通孔
４０，６２  保持体
４２  サセプタ
４４  回転軸
４５  回転軸の軸線
４６  回転駆動手段
４７  一方のウエハ表面
４８  他方のウエハ表面
４９，６４  圧力調整手段
５０  加熱手段
５１  側室
５２  ウエハ取出し室
５５  ウエハホルダ、サセプタおよび保持体によって形成される空間
５６  突上げ手段
５７  直線駆動手段
６３  ガス排気孔
【図１】
2004335861.tif 000003
【図２】
2004335861.tif 000004
【図３】
2004335861.tif 000005
【図４】
2004335861.tif 000006
【図５】
2004335861.tif 000007
【図６】
2004335861.tif 000008
【図７】
2004335861.tif 000009
【図８】
2004335861.tif 000010
【図９】
2004335861.tif 000011
【図１０】
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