(57)【要約】 【課題】  被処理基板の周辺領域におけるガスの温度分布を均一化し、被処理基板に形成される薄膜の組成および厚さのばらつきを軽減する気相成長装置を提供する。【解決手段】  ガスを原料として被処理基板２１上に薄膜を形成する気相成長装置２０には、反応管２３内に被処理基板２１の成膜面に沿う方向に導入されるガスを加熱する加熱手段３７が備えられる。加熱手段３７に備わる制御手段３０は、反応管２３内の所定位置の温度を測定する温度センサ２６の検出出力に応じて、ヒータ電源２８と駆動手段２９とを動作制御し、ガス加熱ヒータ２７の位置と発熱量とを個別に調整して導入ガスを加熱する。反応管２３内の好適位置で好適温度に加熱されたガスは、被処理基板２１付近において均一な温度分布を形成する。【選択図】      図１
2005322837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜原料成分を含有するガスを被処理基板が設けられる反応管に導入し、導入されるガスを加熱することによって化学反応させながら被処理基板の成膜される面に沿う方向に流して成膜原料成分を被処理基板上に成長させる気相成長装置において、
反応管内に導入されるガスを加熱する加熱手段を備え、
加熱手段は、
反応管内の被処理基板よりもガスの流過方向上流側に設けられる複数のガス加熱ヒータと、複数のガス加熱ヒータを個別に温度制御する制御手段とを含むことを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
加熱手段は、複数のガス加熱ヒータを個別に移動させることのできる駆動手段をさらに含み、
加熱手段に備わる制御手段が、複数のガス加熱ヒータが個別に移動するように駆動手段の動作を制御することを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
【請求項３】
ガス加熱ヒータは、
板状の形状を有し、板平面の延びる方向がガスの流過方向と平行になるように、かつ被処理基板の被処理面に対する法線方向に複数個が配置されることを特徴とする請求項１または２記載の気相成長装置。
【請求項４】
複数のガス加熱ヒータは、
該ガス加熱ヒータの表面を通過するガスの流速に応じてガス流過方向の寸法がそれぞれ異なることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の気相成長装置。
【請求項５】
複数のガス加熱ヒータは、
該ガス加熱ヒータの表面を通過するガスの流速に応じてガス流過方向における被処理基板からの離反距離がそれぞれ異なる位置に配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の気相成長装置。
【請求項６】
成膜原料成分を含有するガスを被処理基板が設けられる反応管に導入するガス導入ステップと、導入されるガスを加熱することによって化学反応させながら被処理基板の成膜される面に沿う方向に流して成膜原料成分を被処理基板上に成長させる成膜ステップとを含む気相成長方法において、
反応管内に導入されるガスの加熱は、反応管内の被処理基板よりもガスの流過方向上流側に設けられて個別に温度制御される複数のガス加熱ヒータによって行われることを特徴とする気相成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長装置および気相成長方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザなどの半導体デバイスの製造方法として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等の有機金属ガスと、アンモニア、ホスフィン、アルシン等の水素化合物とを原料として化合物半導体薄膜を形成する有機金属化学気相蒸着法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：略称ＭＯＣＶＤ法）が行なわれている。ＭＯＣＶＤ法は、前述の原料を反応炉内に導入して混合し、被処理基板上で熱化学反応させることによって被処理基板上で薄膜を形成するものである。
【０００３】
ＭＯＣＶＤ法を用いる装置の１つとして、横型ＭＯＣＶＤ装置がある。横型ＭＯＣＶＤ装置は、反応炉内に反応管を水平方向に設け、反応管内に載置される被処理基板に対し、ガスを水平方向に反応管内に導入して被処理基板上で反応させるものである。したがって、ガスの流れが、被処理基板の成膜される面に沿った層流状になり、膜厚、膜質の面内均一性が良いという利点があるので、横型ＭＯＣＶＤ装置は一般的に広く用いられている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
図８は、従来の典型的な横型ＭＯＣＶＤ装置１の反応炉２まわりの構成を説明する模式図である。従来の横型ＭＯＣＶＤ装置１では、反応炉２を水平方向に貫通して角筒状の反応管３が設けられる。反応管３は、一端部が反応炉２外に臨んで開口し、成膜原料成分を含有するガスを反応管３内に導入するガス導入口４を構成し、また他端部が反応炉２外に臨んで開口し、成膜原料成分を含有するガスを反応管３外に排出するガス排気口５を構成する。
【０００５】
反応管３の長手方向の略中央部には被処理基板６を載置するサセプタ７が設けられる。また、サセプタ７の下部には、被処理基板６を加熱するためのヒータ８が設けられる。被処理基板６の表面に成膜するに際しては、ガスをガス導入口４から矢符９に示す方向に反応管３内へ導入し、サセプタ７の下部に設けられるヒータ８によって被処理基板６を加熱し、成膜化学反応を促進して被処理基板６上に薄膜形成を行なう。薄膜形成に使用され、被処理基板６上を通過したガスはガス排気口５から矢符１０方向に排出される。
【０００６】
このような従来のＭＯＣＶＤ装置１においては、前述のように成膜時に反応管３内に導入されたガスが、被処理基板６の周辺において、ヒータ８によって加熱された被処理基板６およびサセプタ７によって間接的に昇温され、熱化学反応が促進することによって被処理基板６上に薄膜が形成される。したがって、成膜時にガスが反応管３内に所定濃度で供給されるとともに、被処理基板６上において常に温度状態が均熱であることが、被処理基板６面内において組成および膜厚が均一で良好な薄膜を形成する上で必要な条件である。
【０００７】
しかしながら、被処理基板６上において常に温度状態、より詳しくは被処理基板６の成膜されるべき表面（以後、便宜上成膜面と呼ぶ）上の平面的温度分布を均熱にすることは、以下のような理由から困難である。（ａ）ガスは、反応管３内で流過方向の上流側から下流側へ流動しているので、被処理基板６の成膜面の中心に対して上流側と下流側とでガスの温度差が生じやすくなる。（ｂ）ガスの流過方向に対して垂直な面内においては、反応管３の中心部と側壁部とでガスの流速差が生じ、中心部が高速となり側壁部が低速となるので、反応管３の長手方向の任意の位置におけるガスの滞在時間が中央部と側壁部とで異なり、反応管３のガスの流過方向に垂直な方向においても温度差が発生する。（ｃ）被処理基板６はヒータ８によって加熱され、成膜面の中心部における熱伝導損失が成膜面の外周部における熱伝導損失よりも小さいので、成膜面の中心部の温度が成膜面の外周部の温度よりも高くなるという温度差が発生する。
【０００８】
図９は従来の横型ＭＯＣＶＤ装置１の反応炉２における熱シミュレーションによる解析結果を示す模式図であり、図１０は図９に示す熱シミュレーションによる解析結果を切断面線Ｘ−Ｘから見た断面図である。図９は、反応管３に或る一定の流速でガスを導入した場合の熱シミュレーションによる解析結果を、被処理基板６の成膜面に平行な平面における温度分布として示す。また図１０は、前記熱シミュレーションによる解析結果を、被処理基板６の中心を通り、ガス流過方向に切断する断面における温度分布として示す。図９に示すように、被処理基板６の成膜面上における温度分布は、ガス流過方向においては上流側領域の方が下流側領域よりも低温となり、サセプタ７の半径方向においては中心部よりも外周部の方が低温となる。
【０００９】
熱シミュレーションによる解析結果に示すように被処理基板６の周辺部では、温度分布が均一にならないので、被処理基板６の周辺における熱化学反応の反応性に領域差が生じる。たとえば、図９においては、被処理基板６の上流側に三日月状に、被処理基板６のその他の部分よりもやや温度の低い部分が発生している。その結果、被処理基板６上に形成される薄膜の組成および膜厚がばらつき、半導体デバイスの品質低下、歩留低下が生じるという問題がある。
【００１０】
このような問題を解決し反応管内の温度分布の均一化を図る従来技術に、第１のサセプタと第１のサセプタに対向するように第２のサセプタとを設け、第１のサセプタを原料ガスが反応を生じない温度に維持し、第２のサセプタを原料ガスが反応を生じる温度に維持するというものがある（特許文献２参照）。
【００１１】
特許文献２に開示される技術では、第１のサセプタと第２のサセプタとを各々の所定温度に加熱することができるので、ある定められた流速でガスが導入される場合には温度分布を均一化できる。しかしながら、２つのサセプタの装着位置が設計位置に固定されるので、ガスの流速等が変化したとき、いずれの流速のガスに対しても温度分布を均一化するべく対応することが困難であるという問題がある。また、第２のサセプタに成膜物質が付着することがあるが、この付着物が直下にある基板上に落下して付着するという問題がある。
【００１２】
また温度分布の均一化を図る従来技術として、本願で対象とする横型ＭＯＣＶＤとは異なるけれども、被処理基板の成膜面に対する法線方向にガスを流す縦型ＭＯＣＶＤにおいて、被処理基板直上に小孔群を有する整流板を設け、この整流板の温度を、整流板に設置したヒータと冷却用配管とによって制御するというものがある（特許文献３参照）。
【００１３】
しかしながら、特許文献３に開示される技術では、温度分布の均一化が図られるとしても、成膜に用いられるガスが被処理基板の成膜面に対して垂直に流過する縦型ＭＯＣＶＤであるので、基本的にガスと成膜面との均一な接触が難しいという問題があり、温度分布の均一化を図るだけでは、組成および膜厚の均一な薄膜を形成することが困難という問題がある。
【００１４】
【特許文献１】特開２００１−１８５４８８号公報
【特許文献２】特開平５−４７６７４号公報
【特許文献３】特開平９−８７０９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、反応管内に被処理基板の成膜面に沿う方向に導入されるガスを加熱することによって、被処理基板付近におけるガスの温度分布が均一となるように制御し、被処理基板に形成される薄膜の組成および膜厚のばらつきを軽減する気相成長装置および気相成長方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、成膜原料成分を含有するガスを被処理基板が設けられる反応管に導入し、導入されるガスを加熱することによって化学反応させながら被処理基板の成膜される面に沿う方向に流して成膜原料成分を被処理基板上に成長させる気相成長装置において、
反応管内に導入されるガスを加熱する加熱手段を備え、
加熱手段は、
反応管内の被処理基板よりもガスの流過方向上流側に設けられる複数のガス加熱ヒータと、複数のガス加熱ヒータを個別に温度制御する制御手段とを含むことを特徴とする気相成長装置である。
【００１７】
また本発明は、加熱手段は、複数のガス加熱ヒータを個別に移動させることのできる駆動手段をさらに含み、
加熱手段に備わる制御手段が、複数のガス加熱ヒータが個別に移動するように駆動手段の動作を制御することを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、ガス加熱ヒータは、板状の形状を有し、板平面の延びる方向がガスの流過方向と平行になるように、かつ被処理基板の被処理面に対する法線方向に複数個が配置されることを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、複数のガス加熱ヒータは、該ガス加熱ヒータの表面を通過するガスの流速に応じてガス流過方向の寸法がそれぞれ異なることを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、複数のガス加熱ヒータは、該ガス加熱ヒータの表面を通過するガスの流速に応じてガス流過方向における被処理基板からの離反距離がそれぞれ異なる位置に配置されることを特徴とする。
【００２１】
また本発明は、成膜原料成分を含有するガスを被処理基板が設けられる反応管に導入するガス導入ステップと、導入されるガスを加熱することによって化学反応させながら被処理基板の成膜される面に沿う方向に流して成膜原料成分を被処理基板上に成長させる成膜ステップとを含む気相成長方法において、
反応管内に導入されるガスの加熱は、反応管内の被処理基板よりもガスの流過方向上流側に設けられて個別に温度制御される複数のガス加熱ヒータによって行われることを特徴とする気相成長方法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、反応管内に導入されるガスを加熱する加熱手段は、反応管内の被処理基板よりもガスの流過方向上流側に設けられる複数のガス加熱ヒータと、複数のガス加熱ヒータを個別に温度制御する制御手段とを含んで構成される。複数のガス加熱ヒータを個別に温度制御することによって、反応管内に導入されたガスの温度分布を、被処理基板付近において均一化することができる。このことによって、被処理基板の被処理面である成膜面に形成される薄膜の組成および膜厚のばらつきを軽減し、デバイスの品質を向上し歩留を改善することができる。
【００２３】
また本発明によれば、加熱手段は、複数のガス加熱ヒータを個別に移動させることのできる駆動手段をさらに含み、制御手段が、駆動手段の動作を制御して複数のガス加熱ヒータを個別に移動させる。このことによって、ガス加熱ヒータを反応管内の任意の位置に配置することができる。したがって、導入されるガス流速が速い場合には、被処理基板よりもガス流過方向上流側に比較的長い距離だけ離反した位置にガス加熱ヒータを配置し、ガスの流速が遅い場合には、被処理基板に近接した位置にガス加熱ヒータを配置することによって、導入されるガス流速に関わらず、被処理基板上におけるガスの温度を常に所望の温度にすることが可能になる。
【００２４】
また本発明によれば、ガス加熱ヒータは、板状の形状を有し、板平面の延びる方向がガスの流過方向と平行になるように、かつ被処理基板の成膜面に対する法線方向に複数個が配置される。このことによって、ガス流過方向に対して垂直な方向のガス温度分布を一層均一化することが可能になる。
【００２５】
また本発明によれば、複数のガス加熱ヒータは、該ガス加熱ヒータの表面を通過するガスの流速に応じてガス流過方向の寸法がそれぞれ異なるように形成され、また該ガス加熱ヒータの表面を通過するガスの流速に応じてガス流過方向における被処理基板からの離反距離がそれぞれ異なる位置に配置される。このことによって、ガス加熱ヒータを通過するガスの流速に応じて加熱することができるので、たとえば反応管の中央部でガス流速が早く、反応管の側壁近傍部でガス流速が遅いという反応管内におけるガスの流速差が存在する場合であっても、被処理基板付近におけるガスの温度分布を均一化することが可能になる。
【００２６】
また本発明によれば、被処理基板の成膜面に形成される薄膜の組成および膜厚のばらつきを軽減し、デバイスの品質を向上し歩留を改善することのできる気相成長方法が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、本発明の実施の第１形態である気相成長装置２０の反応炉２２まわりの構成を簡略化して示す側面から見た断面図である。気相成長装置２０は、大略、反応炉２２と、反応管２３と、被処理基板２１を載置するサセプタ２４と、サセプタ２４の下部に設けられるヒータ２５と、被処理基板２１の近傍に設けられる温度センサ２６と、複数のガス加熱ヒータ２７と、ガス加熱ヒータ２７に電力を供給するヒータ電源２８と、ガス加熱ヒータ２７を移動させる駆動手段２９と、ヒータ電源２８および駆動手段２９の動作を制御する制御手段３０とを含む。この気相成長装置２０としては、たとえば半導体基板に薄膜形成処理を施すことに用いられる半導体処理装置などがある。
【００２８】
反応炉２２は、直方体形状を有する筐体であり、たとえば金属製の殻体に耐火物等が内張りされて形成される。反応炉２２の長手方向の両端において対向する側面部には、互いに対向する位置に貫通孔がそれぞれ形成され、この貫通孔に反応管２３が挿通するようにして装着される。反応管２３は、角筒形状を有し、耐熱性を有する材料、たとえば石英、アルミナなどから成る。反応管２３は、一方の端部であるガス導入口３３から、被処理基板２１の成膜面上に成膜するための成膜原料成分を含有するガスが、被処理基板２１の被処理面である成膜面に沿う方向である矢符３４方向に導入され、他方の端部であるガス排気口３５から、成膜処理に用いられたガスが矢符３６方向に排気される。
【００２９】
反応管２３のガス導入口３３へは、高圧ガスボンベ等のガス供給源、ガス供給源に接続される圧力／流量調整弁およびガス供給源と反応管２３とに接続されるガス供給管路を含んで構成されるガス供給手段によって、ガスが供給されるが、このガス供給手段については図示を省略する。
【００３０】
反応管２３が反応炉２２に装着された状態で、反応炉２２の底面部３１を臨む側の面であって反応管２３の長手方向略中央部に開口部３２が形成され、開口部３２の形成される部分に反応炉２２の底面部３１から立上がるようにしてヒータ２５が設けられる。ヒータ２５は、たとえば抵抗発熱体などから成り、不図示の回転駆動手段によって回転可能に設けられ、また不図示の電源から電力供給されて発熱することができる。このヒータ２５の上にサセプタ２４が装着される。サセプタ２４は、保持部材であり、その上に載置される被処理基板２１を保持することができる。ヒータ２５に電力供給して発熱させるとともに回転駆動させることによって、サセプタ２４が加熱および回転駆動され、さらにサセプタ２４に載置される被処理基板２１が、反応炉２２内で回転しながら加熱昇温される。
【００３１】
反応管２３の内部空間には、被処理基板２１が配置される位置よりもガスの流過方向上流側に、反応管２３内に導入されるガスを加熱する複数のガス加熱ヒータ２７が設けられる。より詳細には、ガス加熱ヒータ２７は、ガス導入口３３から離間して、被処理基板２１の近傍に配置され、被処理基板２１の直上に位置する部分が無いように設けられる。本実施の形態のガス加熱ヒータ２７は、板状の形状を有し、板平面の延びる方向がガスの流過方向と平行になるように、かつ被処理基板２１の成膜面に対する少なくとも法線方向に複数個が配置される。ガス加熱ヒータ２７は、たとえば抵抗発熱体などからなり、ヒータ電源２８から供給される電力によって発熱することができる。複数のガス加熱ヒータ２７は、それぞれがヒータ電源２８に接続される。ヒータ電源２８には、ヒータ電源２８の動作を制御する制御手段３０が接続され、制御手段３０は、ヒータ電源２８の動作を制御することによって、個々のガス加熱ヒータ２７に対する電力供給量を調整し、その発熱温度を制御する。
【００３２】
なお、ガス加熱ヒータ２７は、成膜面に対して平行な平面内において複数個が配置されるように構成されてもよい。
【００３３】
また、複数のガス加熱ヒータ２７は、それぞれが細径棒状のヒータ支持部材３８によって、反応管２３中で支持される。各ヒータ支持部材３８は、ガス加熱ヒータ２７の支持位置である反応管２３の内部から、反応管２３の軸線と平行方向にガス導入口３３の外方まで延び、駆動手段２９にそれぞれ接続される。駆動手段２９は、たとえば電動機とその出力軸に接続される歯車列などからなり、各ヒータ支持部材３８を、個別に移動させることができる。前述の制御手段３０は、駆動手段２９の動作を制御することによって、ヒータ支持部材３８ひいてはヒータ支持部材３８に支持されるガス加熱ヒータ２７を、反応管２３内において成膜面に平行な平面内で個別に移動させることができる。
【００３４】
なお、各ヒータ支持部材３８は、反応管２３の壁であって、各ガス加熱ヒータ２７の配置位置から最も近い壁（側壁、天井壁、床壁のいずれであってもよい）を介して反応管２３の外部へ導出されるように構成されてもよい。このような構成によれば、各ヒータ支持部材３８が反応管２３内に存在する部分を少なくすることができるので、各ヒータ支持部材３８によるガス流れが乱れる可能性を減少させることができるとともに、各ヒータ支持部材３８に成膜物質が付着することに起因する問題を低減することができる。
【００３５】
ガス加熱ヒータ２７と、ヒータ支持部材３８と、ヒータ電源２８と、駆動手段２９と、制御手段３０とは、加熱手段３７を構成する。
【００３６】
サセプタ２４を臨んで反応管２３の開口部３２付近には、複数の温度センサ２６が設けられる。温度センサ２６は、反応管２３の壁部に埋設され、特に重要である被処理基板２１近傍のガスの流れを乱さないようになっている。温度センサ２６は、たとえば接触式の温度計であり、サセプタ２４近傍、すなわち被処理基板２１近傍の温度を測定し、その測定出力を制御手段３０へ送出する。この温度センサ２６は、サセプタ２４を臨んで複数個が設けられるので、制御手段３０では、複数の温度センサ２６による出力から、被処理基板２１付近の温度分布データを得ることができる。
【００３７】
なお、反応管２３の外部において、被処理基板２１の上方または側方に非接触式の温度センサを設けてもよい。たとえば、被処理基板２１の上方部位に反射光測定型または散乱光測定型の温度センサを設けてもよい。また反応管２３の外部であって被処理基板２１の一方の側方部位に光源を配置し、反応管２３の外部であって被処理基板２１の他方の側方部位に吸収光測定型の受光部を配置する温度センサを設けてもよい。これらの温度センサも、複数個の設置および／または走査によって、被処理基板２１付近の温度分布を測定することができる。
【００３８】
制御手段３０は、たとえば中央処理装置（ＣＰＵ）を備える処理回路であり、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなる記憶部をも含んで構成される。記憶部には、気相成長装置２０の全体動作を制御するプログラムが予めストアされている。記憶部には、特に、被処理基板２１付近の温度分布に応じて定められるガス加熱ヒータ２７の位置および発熱量に関する設定値が、予めテーブルデータとしてストアされる。制御手段３０は、温度センサ２６により検出される温度分布データに応じて、所定のテーブルデータを記憶部から読出してヒータ電源２８および駆動手段２９の動作を制御し、ガス加熱ヒータ２７を反応管２３内で好適位置へ移動させるとともに、適正量に発熱させる。
【００３９】
以下、気相成長装置２０による被処理基板２１に対する成膜動作について説明する。成膜時、まずガスが、ガス導入口３３から反応管２３内へ導入される。ガス導入口３３から反応管２３内へ導入されたガスは、被処理基板２１よりもガス流過方向上流側に設けられる複数のガス加熱ヒータ２７によって加熱された後さらに流過して被処理基板２１が載置される付近に到達する。被処理基板２１付近に達したガスは、ヒータ２５からサセプタ２４および被処理基板２１を介して放射される輻射熱およびガス中の熱伝導で温められる。
【００４０】
ガス加熱ヒータが設けられない場合には、ヒータ２５によって温められるガスの流れによって、被処理基板２１付近の成膜面に対する法線方向または成膜面に平行な面内方向で、通常温度分布のばらつきが生じる。しかしながら、本発明の気相成長装置２０のように、個別に温度制御および位置制御が可能なガス加熱ヒータ２７を設けることによって、たとえば被処理基板２１付近におけるガス温度の低温域には、ガス加熱ヒータ２７によって加熱されたガスが流入して熱が補われ、ガス温度の高温域には、ガス加熱ヒータ２７による加熱が抑制されたガスが流入して降温され、被処理基板２１付近の温度分布のばらつきが解消されて均熱性が向上する。
【００４１】
このような温度分布の均熱制御は、制御手段３０が、ヒータ電源２８および駆動手段２９の動作を制御することによって行われる。たとえば、被処理基板２１付近の温度検出ポイントにおいて、ガスを一定温度上昇させるためのガス加熱ヒータ２７へ供給する電力量と、そのポイントのガス流過方向上流側にあるガス加熱ヒータ２７をガスが通過する際の流量および流速との関係を予め求めておくことによって、またガス加熱ヒータ２７によるガス加熱位置との関係を求めておくことによって、前述のテーブルデータを作成し、温度センサ２６からの検出出力に応答して、テーブルデータに従って制御手段３０が、ガス加熱ヒータ２７の温度と位置とを個別に制御して、被処理基板２１付近における温度分布の均一性を実現する。
【００４２】
このように被処理基板２１のガス流過方向上流側に配置したガス加熱ヒータ２７の温度および位置を制御し、被処理基板２１付近におけるガスの温度分布を均一化する制御を行うことによって、被処理基板２１の成膜面に組成と膜厚とが均一な高品質の気相成長膜が形成される。
【００４３】
図２は、本発明の実施の第２形態である気相成長装置４０の反応炉２２まわりの構成を簡略化して示す上面から見た断面図である。本実施の形態の気相成長装置４０は、実施の第１形態の気相成長装置２０に類似し、対応する部分については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００４４】
本実施の形態の気相成長装置４０は、加熱手段４１に備わる複数（本実施の形態では９個）のガス加熱ヒータ４２に特徴を有する。本実施の形態のガス加熱ヒータ４２は、平面形状が長方形状の平板であり、９個がいずれも等しい寸法に形成される。９個のガス加熱ヒータ４２は、いずれも被処理基板２１の成膜面に平行な平面内に設けられ、ガス流速に応じて被処理基板２１からの離反距離、より厳密には被処理基板２１の中心を通りガス流過方向に対して垂直な仮想平面４３からの離反距離が異なるように配置される。すなわちガス加熱ヒータ４２は、反応管２３の側壁部へ近づくのに伴ってガス流過方向上流側への前記離反距離が短く、反応管２３の側壁部から遠ざかるのに伴ってガス流過方向上流側への前記離反距離が長くなるように配置されることを特徴とする。
【００４５】
９個のガス加熱ヒータ４２をこのように配置することによって、ガス流速が速い反応管２３の中央部付近では、ガスが導入後早いタイミングで加熱されるので、充分に加熱された状態で被処理基板２１へ達し、ガス流速が遅い反応管２３の側壁部付近では、ガスが導入後反応管２３の中央部に比べて遅いタイミングで加熱されるけれども、ガス流速が遅いので中央部と同等に充分に加熱された状態で被処理基板２１へ達し、被処理基板２１付近における温度分布の均一性、特に被処理基板２１面内の温度分布の均一性が保たれる。
【００４６】
なお、図２において破線４４で囲まれる範囲は、ガス加熱ヒータ４２を設置しない状態に比較して、昇温が一定以上ある範囲を示している（ハッチングによる図示とは異なり、絶対的な温度を示すものではない）。
【００４７】
気相成長装置４０におけるガス加熱ヒータ４２の前記仮想平面２３からの離反距離および発熱量は、可変であり、導入されるガスの流量および流速に応じて、予め定められるテーブルデータに従い制御手段３０が所定の位置および発熱量になるように制御する。
【００４８】
図３は本発明の実施の第３形態である気相成長装置４５の反応炉２２まわりの構成を簡略化して示す側面から見た断面図であり、図４は図３に示す気相成長装置４５の被処理基板２１付近の拡大上面図である。本実施の形態の気相成長装置４５は、実施の第１形態の気相成長装置２０に類似し、対応する部分については、同一の参照符号を付して説明を省略する。なお、図３以降の本発明の実施形態を表す図面においては、煩雑化を避けるために制御手段３０、駆動手段２９、ヒータ電源２８、温度センサ２６およびこれらの接続に係る部分の図示を省略している。
【００４９】
本実施の形態の気相成長装置４５は、加熱手段に備わる複数（本実施の形態では７個×２）のガス加熱ヒータ４６に特徴を有する。本実施の形態のガス加熱ヒータ４６は、平面形状が長方形状の平板であり、平面形状における長手方向の長さが最も長い１個の第１ガス加熱ヒータ４６ａと、長手方向の長さが２番目に長い２個の第２ガス加熱ヒータ４６ｂと、長手方向の長さが３番目に長い２個の第３ガス加熱ヒータ４６ｃと、長手方向の長さが最も短い２個の第４ガス加熱ヒータ４６ｄとからなる組を、２組含んで構成される。
【００５０】
７個からなる１組のガス加熱ヒータ４６は、いずれも被処理基板２１の成膜面に平行な平面内に設けられ、反応管２３の中央部から側壁部へ近づくに伴って、長手方向の長さが順じ短くなるように配置される。すなわち、反応管２３の中央部には、第１ガス加熱ヒータ４６ａが配置され、両方の側壁部へ向うのにつれて第２ガス加熱ヒータ４６ｂ、第３ガス加熱ヒータ４６ｃ、第４ガス加熱ヒータ４６ｄの順に、第１ガス加熱ヒータ４６ａに関して線対称に配置されることを特徴とする。
【００５１】
このようにガス加熱ヒータ４６を配置することによって、ガス流速が速い反応管２３の中央部付近では、ガス流過方向に長い第１ガス加熱ヒータ４６ａによって加熱され、ガス流速が遅い反応管２３の側壁部付近では、ガス流過方向に短い第４ガス加熱ヒータ４６ｄによって加熱されるので、反応管２３内の反応管幅方向の位置に関わらず、ガスをほぼ同じ時間加熱することができる。このことによって、導入されたガスは、ほぼ等しい温度に加熱されて被処理基板２１付近に達するので、被処理基板２１付近における温度分布の均一性が保たれる。
【００５２】
図５は、本発明の実施の第４形態である気相成長装置５０の反応炉２２まわりの構成を簡略化して示す側面から見た断面図である。本実施の形態の気相成長装置５０は、実施の第１形態の気相成長装置２０に類似し、対応する部分については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００５３】
本実施形態の気相成長装置５０は、加熱手段に備わるガス加熱ヒータ５１（５１ａ，５１ｂ）の断面形状に特徴を有する。ガス加熱ヒータ５１は、平面形状が長方形であり、その長手方向がガス流過方向と平行になるように配置され、長手方向の断面形状が流線型を有するように形成されることを特徴とする。このような形状に形成されるガス加熱ヒータ５１は、気流に対して整流作用を発現することができる。したがって、反応管２３内に導入されるガスは、ガス加熱ヒータ５１を通過する際、乱流を発生することなく、また反応管２３の中央部と側壁部との流速差が減少されて、被処理基板２１付近へ達することができる。このことによって、一層効率的に被処理基板２１に形成される膜の組成および膜厚の均一性を向上させることができる。
【００５４】
図６は、本発明の実施の第５形態である気相成長装置５５の反応炉２２まわりの構成を簡略化して示す側面から見た断面図である。本実施の形態の気相成長装置５５は、実施の第４形態の気相成長装置５０に類似し、対応する部分については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００５５】
本実施形態の気相成長装置５５は、不図示の駆動手段によって、ガス加熱ヒータ５１が、ガス流過方向（矢符５６方向）に加えて、被処理基板２１の成膜面の法線方向（矢符５７方向）にも移動することが可能なように構成されることを特徴とする。
【００５６】
このことによって、プロセス条件の変更、また成膜時の反応管２３内における状態変化（温度分布、ガス流速、ガス濃度などの変化）が生じた場合であっても、ガス加熱ヒータ５１を矢符５６，５７方向に自在に移動させて、ガス加熱ヒータ５１を通過するガスの導入角度、ガス加熱ヒータ５１と被処理基板２１との離隔距離等を変更することができるので、被処理基板２１付近における温度分布を均一化するための制御精度を一層高めることが可能になる。
【００５７】
図７は、本発明の実施の第６形態である気相成長装置６０の反応炉６１まわりの構成を簡略化して示す図である。図７（ａ）は、反応炉６１まわりの断面図であり、図７（ｂ）は、反応炉６１まわりの断面斜視図であり、図７（ｃ）は、反応炉６１まわりの分解斜視図である。なお、図７（ｃ）では構成を判りやすくするために、紙面に向って手前側の構成を省略して示す。
【００５８】
本実施の形態の気相成長装置６０は、いわゆる円形横型区切構造のＭＯＣＶＤ装置であり、多層構造を有するガス導入管６２と、ガス導入管６２に対して直交するようにして設けられる円盤状の反応炉６１とを含んで構成される。
【００５９】
本実施の形態のガス導入管６２は、３層管であり、最外層を構成する第１層管６２ａの内方に第２層管６２ｂが設けられ、第２層管６２ｂのさらに内方に第３層管６２ｃが設けられる。なお本実施の形態では、ガス導入管は３層管であるけれども、これに限定されることなく、２層管または４層管以上の多層管構造であってもよい。第１層管６２ａに形成されるフランジ部が反応炉６１の天板部６３を構成する。第２層管６２ｂおよび第３層管６２ｃには、反応炉６１の内部空間においてそれぞれフランジ部６４，６５が形成される。ガス導入管６２にこれらのフランジ部６４，６５が形成されることによって、反応炉６１の天板６３および反応炉６１の底部６６に対して垂直方向に導入されるガスが、フランジ部６４，６５および底部６６に衝突し、その流方向を９０度転換されて、矢符７１，７２方向に示す被処理基板２１の成膜面に沿う方向の層流となり、被処理基板２１付近へ供給される。
【００６０】
反応炉６１内には、ガス導入管６２に形成されるフランジ部６４，６５まわりに放射状に複数の扇形状区画部材６７が設けられる。扇形状区画部材６７は、たとえばアルミナなどの耐火材から成る略三角柱状の部材であり、三角柱の高さは両底面が反応炉６１の底部６６と天板６３とに接することができる高さＨになるように、またフランジ部６４，６５を臨む挟角を構成する側面の反応炉６１半径方向の長さが、反応炉６１の半径よりも短い長さＬになるように形成される。
【００６１】
本実施の形態では、８個（図７（ｃ）では手前側を省略しているので４個のみ図示）の扇形状区画部材６７が、隣り合う扇形状区画部材６７同士の間隔がＷになるようにして、前述のようにフランジ部６４，６５まわりに放射状に配置される。
【００６２】
このようにして、フランジ部６４，６５を臨む挟角を構成する側面と、反応炉６１の天板６３と、底部６６とによって、高さＨ、幅Ｗ、長さＬのガス流路６８が８個形成される。したがって、本実施の形態の気相成長装置６０では、反応炉６１と扇形状区画部材６７とが前述の実施の形態における反応管でもある。被処理基板２１は、その成膜面がこれらのガス流路６８に臨んで、反応炉６１の半径方向周縁部付近に配置される。したがって、本実施の形態では、すべてのガス流路６８に被処理基板２１が配置されると、８個が配置されることになる。
【００６３】
このように構成されるガス導入管６２と反応炉６１とにおいて、実施の第１形態と構成を同じくする加熱手段が設けられる。すなわち各ガス流路６８において、被処理基板２１とガス導入管６２のフランジ部６４，６５との間に、被処理基板２１の成膜面に対する法線方向に２個のガス加熱ヒータ２７が配置される。
【００６４】
ガス導入管６２から被処理基板２１の成膜面に沿う方向である矢符７１，７２方向に反応炉６１内に導入されたガスは、温度と位置とが制御された２個のガス加熱ヒータ２７で加熱制御され、被処理基板２１付近において均一な温度分布を形成し、成膜面に組成および膜厚の均一な薄膜を形成する。特に本実施の形態の気相成長装置６０では、同時に８個の被処理基板２１に成膜処理することができるので、組成および膜厚の均一な高品質の薄膜形成基板を極めて高能率に生産することが可能になる。
【００６５】
以上に述べたように本実施の形態では、制御手段は、温度センサの検出出力に応答してヒータ電源および駆動手段の動作を制御するけれども、これに限定されることなく、たとえば反応管内のガス流速を検出する流速センサ等を設け、流速センサの検出出力を併用してガス加熱ヒータを制御するようにしてもよい。また実施の第６形態では、円形横型区切構造のＭＯＣＶＤ装置において、扇形状区画部材で反応管を区切る構成を例示するが、区画部材による区切りは必ずしも設置されていなくてもかまわず、反応管の区切りの有無により制約されることはない。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施の第１形態である気相成長装置２０の反応炉２２まわりの構成を簡略化して示す側面から見た断面図である。
【図２】本発明の実施の第２形態である気相成長装置４０の反応炉２２まわりの構成を簡略化して示す上面から見た断面図である。
【図３】本発明の実施の第３形態である気相成長装置４５の反応炉２２まわりの構成を簡略化して示す側面から見た断面図である。
【図４】図３に示す気相成長装置４５の被処理基板２１付近の拡大上面図である。
【図５】本発明の実施の第４形態である気相成長装置５０の反応炉２２まわりの構成を簡略化して示す側面から見た断面図である。
【図６】本発明の実施の第５形態である気相成長装置５５の反応炉２２まわりの構成を簡略化して示す側面から見た断面図である。
【図７】本発明の実施の第６形態である気相成長装置６０の反応炉６１まわりの構成を簡略化して示す図である。
【図８】従来の典型的な横型ＭＯＣＶＤ装置１の反応炉２まわりの構成を説明する模式図である。
【図９】従来の横型ＭＯＣＶＤ装置１の反応炉２における熱シミュレーションによる解析結果を示す模式図であり、
【図１０】図９に示す熱シミュレーションによる解析結果を切断面線Ｘ−Ｘから見た断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
２０，４０，４５，５０，５５，６０  気相成長装置
２１  被処理基板
２２，６１  反応炉
２３  反応管
２４  サセプタ
２５  ヒータ
２６  温度センサ
２７，４２，４６，５１  ガス加熱ヒータ
２８  ヒータ電源
２９  駆動手段
３０  制御手段
３３  ガス導入口
３５  ガス排気口
３７，４１  加熱手段
３８  ヒータ支持部材
６２  ガス導入管
６７  扇形状区画部材
６８  ガス流路
【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１】
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【図２】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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