(57)【要約】【課題】原料ガスが流れる基板周辺部分における熱膨張時の寸法変化を測定することができる気相成長装置を提供する。【解決手段】チャンバー１１内に回転可能に設けたサセプタ１３に支持した基板１４を加熱しながら原料ガス導入部１９から導入した原料ガスを、サセプタと該サセプタに対向して設けた対向板１５との間に流して基板面に薄膜を形成する気相成長装置において、対向板に光学測定用通孔２０と、光学測定用通孔を開閉する開閉部材２２と、チャンバーを貫通して設けた光路筒２１と、チャンバーに対して独立した状態で設けたレーザ変位計２４とを備える。レーザ変位計は、開閉部材を開いてサセプタまでの距離を測定するとともに、開閉部材を閉じて開閉部材までの距離を測定し、測定したサセプタまでの距離と開閉部材までの距離との関係から、サセプタと対向板との間の距離を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバーと、該チャンバー内に回転可能に設けられたサセプタと、該サセプタに対向して配置された対向板と、該対向板に設けられた原料ガス導入部と、前記サセプタに支持された基板を加熱する加熱手段とを備え、回転する前記サセプタで支持した前記基板を前記加熱手段にて加熱しながら、前記原料ガス導入部から導入した前記原料ガスを前記基板の表面に平行な方向に流すことにより、前記基板の表面に薄膜を形成する気相成長装置において、前記対向板における前記サセプタに対向した位置に設けられた光学測定用通孔と、該光学測定用通孔を開閉する開閉部材と、前記光学測定用通孔の反サセプタ側に前記チャンバーを貫通して設けられた光路筒と、該光路筒の外端部に前記チャンバーに対して独立した状態で設けられたレーザ変位計とを備え、該レーザ変位計は、前記開閉部材を開いたときに前記光学測定用通孔を介してレーザ変位計から前記サセプタまでの距離を測定するとともに、前記開閉部材を閉じたときにレーザ変位計から開閉部材までの距離を測定し、測定したサセプタまでの距離と開閉部材までの距離との関係から、サセプタと前記対向板との間の距離を算出する演算手段を備えている気相成長装置。
【請求項２】
前記開閉部材は、黒体である請求項１記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記レーザ変位計は、前記チャンバーを支持する基礎とは別に形成した基礎にて支持されている請求項１又は２記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記サセプタは、前記レーザ変位計から照射されたレーザ光をレーザ変位計に向けて反射する反射部材を備えている請求項１乃至３のいずれか１項記載の気相成長装置。
【請求項５】
前記反射部材、黒体である請求項４記載の気相成長装置。
【請求項６】
前記サセプタは、該サセプタの回転中心から等距離の位置に複数の基板を周方向に等間隔で支持し、前記原料ガス導入部は、該原料ガス導入部の中心がサセプタの回転軸線上に配置されている請求項１乃至５のいずれか１項記載の気相成長装置。
【請求項７】
前記光学測定用通孔は、前記原料ガス導入部の外周側で、かつ、前記基板支持部の内周側に設けられている請求項６記載の気相成長装置。
【請求項８】
前記加熱手段の内周側に、前記サセプタの回転中央部を冷却する冷却器が設けられている請求項６又は７記載の気相成長装置。
【請求項９】
前記対向板は、前記サセプタの面に対して直交する方向に移動可能に設けられている請求項１乃至８のいずれか１項記載の気相成長装置。
【請求項１０】
前記サセプタは、前記対向板の面に対して直交する方向に移動可能に設けられている請求項１乃至８のいずれか１項記載の気相成長装置。
【請求項１１】
前記基板の表面に形成する薄膜が窒化物系化合物半導体膜である請求項１乃至１０のいずれか１項記載の気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長装置に関し、詳しくは、回転するサセプタで支持した基板を所定温度に加熱するとともに、基板の表面に平行な方向に原料ガスを流して薄膜を形成する気相成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
気相成長装置として、チャンバー内で回転するサセプタにより支持した複数の基板を所定温度に加熱するとともに、サセプタ中心部上方に設けた原料ガス導入部から導入した原料ガスを、基板の表面に平行な方向に流して基板表面に薄膜を形成する横型自公転式の気相成長装置が知られている。このような気相成長装置において、基板の表面温度や変形（反り）状態などを光学的測定器によって観察、測定するためのビューポートを備えたものが知られている（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２０１０−２２５７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のような気相成長装置において、チャンバーやサセプタ、フローチャンネルなどの各種構成部材は、それぞれの用途や使用位置に適した材質や形状が選択されているため、基板を所定温度に加熱したときの各構成部材の熱膨張の状態がそれぞれ異なり、各構成部材の寸法や部材同士の距離が常温時とは異なった寸法になる。通常は、加熱温度が同じならば同じ状態に膨張するので、再現性に大きな影響を与えることは少ないが、度重なる温度変化の繰り返しや経年変化によって膨張時の状態に差を生じることがある。
【０００５】
したがって、各構成部材の寸法や位置を常温で正確に設定した場合でも、加熱されて膨張したときの状態が異なってしまうおそれがある。例えば、基板と、該基板に対向する面との間の寸法が異なると、基板の表面上を流れる原料ガスの状態が僅かに異なった状態になるため、薄膜の種類によっては薄膜の形成に影響を受けることがあった。
【０００６】
特に、窒化ガリウムや窒化アルミニウム等の窒化物系化合物半導体膜を形成する際には、加熱温度が数百℃から千℃を超える高温となることから、各構成部材の熱膨張による影響が大きくなる。
【０００７】
一方、特許文献１に記載されているようなビューポートを設けることにより、加熱時の基板の表面温度や変形状態を観察、測定することができ、薄膜の再現性を高めることはできるが、原料ガスが流れる基板周辺部分の熱膨張による寸法変化を知ることはできなかった。
【０００８】
そこで本発明は、原料ガスが流れる基板周辺部分における熱膨張時の寸法変化を測定することができる気相成長装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の気相成長装置は、チャンバーと、該チャンバー内に回転可能に設けられたサセプタと、該サセプタに対向して配置された対向板と、該対向板に設けられた原料ガス導入部と、前記サセプタに支持された基板を加熱する加熱手段とを備え、回転する前記サセプタで支持した前記基板を前記加熱手段にて加熱しながら、前記原料ガス導入部から導入した前記原料ガスを前記基板の表面に平行な方向に流すことにより、前記基板の表面に薄膜を形成する気相成長装置において、前記対向板における前記サセプタに対向した位置に設けられた光学測定用通孔と、該光学測定用通孔を開閉する開閉部材と、前記光学測定用通孔の反サセプタ側に前記チャンバーを貫通して設けられた光路筒と、該光路筒の外端部に前記チャンバーに対して独立した状態で設けられたレーザ変位計とを備え、該レーザ変位計は、前記開閉部材を開いたときに前記光学測定用通孔を介してレーザ変位計から前記サセプタまでの距離を測定するとともに、前記開閉部材を閉じたときにレーザ変位計から開閉部材までの距離を測定し、測定したサセプタまでの距離と開閉部材までの距離との関係から、サセプタと前記対向板との間の距離を算出する演算手段を備えていることを特徴としている。
【００１０】
さらに、本発明の気相成長装置は、前記開閉部材が黒体であること、前記レーザ変位計が前記チャンバーを支持する基礎とは別に形成した基礎にて支持されていることを特徴としている。また、前記サセプタの回転中心から等距離の位置に複数の基板が周方向に等間隔で支持され、前記原料ガス導入部の中心がサセプタの回転軸線上に配置されていること、前記光学測定用通孔が前記原料ガス導入部の外周側で、かつ、前記基板の内周側に設けられていること、前記加熱手段の内周側に前記サセプタの回転中央部を冷却する冷却器が設けられていることを特徴とし、さらに、前記対向板が前記サセプタの面に対して直交する方向に移動可能に設けられていること、前記サセプタが前記対向板の面に対して直交する方向に移動可能に設けられていることを特徴としている。加えて、前記基板の表面に形成する薄膜が窒化物系化合物半導体膜であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の気相成長装置によれば、サセプタを加熱して各構成部材が熱膨張した状態でサセプタと対向板との間の距離、すなわち、原料ガスが流れるサセプタ上方の高さ方向の寸法を知ることができるので、算出したサセプタと対向板との間の距離と、あらかじめ設定されたサセプタと対向板との間の距離との差に基づいて高さ方向の寸法を調整することにより、原料ガスを一定の状態で基板表面上に流すことができる。これにより、薄膜を安定した状態で形成することができ、得られる薄膜の再現性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の気相成長装置にてサセプタまでの距離を測定している状態の一形態例を示す説明図である。
【図２】同じく開閉部材までの距離を測定している状態の一形態例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本形態例に示す気相成長装置は、自公転式の気相成長装置であって偏平円筒状のチャンバー１１の下部に、回転軸１２によって支持された円盤状のサセプタ１３を回転可能に設けている。サセプタ１３の外周部には、サセプタ１３の回転中心から等距離の位置に複数の基板支持部材１３ａが周方向に等間隔で回転可能に配置されており、各基板支持部材１３ａで基板１４を支持した状態で、サセプタ１３の上面と基板１４の表面とが面一になるように形成されている。
【００１４】
前記サセプタ１３における基板支持部材１３ａの下方部分には、サセプタ１３を介して基板１４を加熱するための加熱手段であるヒータ１５がリング状に設けられており、該ヒータ１５の内周側には、サセプタ１３の中央部を冷却するための下部冷却器１６ａが回転軸１２を囲むようにして設けられている。前記ヒータ１５及び前記下部冷却器１６ａは、チャンバー下部材１１ａによって支持されており、チャンバー下部材１１ａを貫通した前記回転軸１２は、ステッピングモータ１２ａを用いたネジ式高さ調整機構１２ｂによって高さ調整可能に支持されており、ステッピングモータ１２ａを制御することにより、ネジ式高さ調整機構１２ｂを介して回転軸１２を軸線方向に移動させ、前記サセプタ１３を鉛直方向に移動させることができるように形成されている。また、サセプタ１３の外周側には、排気口１７が設けられている。
【００１５】
一方、チャンバー１１の上部には、上部冷却器１６ｂを介して前記サセプタ１３に対向する円盤状の対向板１８が設けられており、該対向板１８の中央には、該対向板１８を貫通した状態で原料ガス導入部１９が設けられている。この原料ガス導入部１９は、該原料ガス導入部１９の中心が前記サセプタ１３の回転軸線上に位置するように設けられており、前記対向板１８は、原料ガス導入部１９の外周部を構成する筒状部材１９ａによって吊持されている。また、筒状部材１９ａは、ステッピングモータ１９ｂを用いたネジ式高さ調整機構１９ｃによって高さ調整可能に支持されており、ステッピングモータ１９ｂを制御することにより、ネジ式高さ調整機構１９ｃを介して筒状部材１９ａを軸線方向に移動させ、前記原料ガス導入部１９及び対向板１８を鉛直方向に移動させることができるように形成されている。
【００１６】
前記対向板１８には、チャンバー１１の内部の状態を光学的に観察するための光学測定用通孔２０が設けられている。この光学測定用通孔２０は、前記原料ガス導入部１９の外周側で、かつ、サセプタ１３の前記基板支持部材１３ａの内周側に位置するように設けられており、光学測定用通孔２０の上部には、上部冷却器１６ｂ及びチャンバー１１の上面板を貫通した光路筒２１が設けられている。
【００１７】
また、光路筒２１の下端部側方で対向板１８の上面部分には、前記光学測定用通孔２０を開閉するための開閉部材２２を収納可能な収納部２３ａと開閉部材２２を収納部２３ａに出し入れするためのエアアクチュエータ２３ｂとが設けられており、開閉部材２２を収納部２３ａに収納したときに光学測定用通孔２０が開き、開閉部材２２を収納部２３ａから引き出したときに光学測定用通孔２０が閉じるように形成されている。
【００１８】
さらに、光路筒２１の上方にはレーザ変位計２４が設けられており、サセプタ１３の上面には、光学測定用通孔２０の軸線方向下方位置に対応する円周上の一部に、上面がサセプタ１３の上面と面一に形成された反射部材２５が埋め込まれている。前記開閉部材２２及び反射部材２５は、レーザ変位計２４から照射されたレーザ光をレーザ変位計２４に向けて効率よく反射可能な材料、例えば黒体で形成されるとともに、上面がレーザ光の光軸に対して直交する平面形状に形成されている。
【００１９】
前記レーザ変位計２４は、前記チャンバー１１を支持する基礎とは別に形成した基礎にて支持された支持部材２６により支持されており、基板加熱時に生じるチャンバー１１の各構成部材の熱膨張の影響を受けないように形成されている。また、市販されている通常のレーザ変位計には、基準点から各部までの距離を計測し、計測した各部までの距離の相互の関係などを求める演算手段や演算結果を表示する表示部、記憶手段などが装備されている。
【００２０】
このように形成した気相成長装置において、前記レーザ変位計２４は、図１に示すように、開閉部材２２を収納部２３ａに収納して光学測定用通孔２０を開いた状態としたときに、光路筒２１及び光学測定用通孔２０を介してレーザ変位計２４からサセプタ１３に設けた反射部材２５までの距離を測定するとともに、図２に示すように、開閉部材２２を収納部２３ａから引き出して光学測定用通孔２０を閉じた状態としたときに、レーザ変位計２４から開閉部材２２までの距離を測定する。
【００２１】
開閉部材２２は、対向板１８の上面に載置されて水平方向にスライドする状態で設けられているため、開閉部材２２の上面と対向板１８の下面との距離は常に一定であることから、レーザ変位計２４によって開閉部材２２の上面までの距離を測定することにより、レーザ変位計２４から対向板１８の下面までの距離を算出することができる。したがって、レーザ変位計２４からサセプタ１３に設けた反射部材２５までの距離から、算出したレーザ変位計２４から対向板１８の下面までの距離を減算処理することにより、サセプタ１３の上面と対向板１８の下面との間の距離を算出することができる。
【００２２】
これにより、原料ガス導入部１９からサセプタ１３の中央に導入された原料ガスが、サセプタ１３と対向板１８との間を排気口１７に向かって流れるガス流路となる部分の高さ寸法を求めることができるので、基板１４を加熱したときの各構成部材の熱膨張により、ガス流路の高さ寸法が、あらかじめ設定された基準高さ寸法と異なっていたときには、例えば、基準高さ寸法が１０ｍｍで、算出したガス流路の高さ寸法が１１ｍｍとなっていたときには、下部のステッピングモータ１２ａを制御し、ネジ式高さ調整機構１２ｂを介して回転軸１２を含むチャンバー下部材１１ａを上昇させてサセプタ１３を対向板１８の面に対して直交する方向に移動させたり、上部のステッピングモータ１９ｂを制御し、ネジ式高さ調整機構１９ｃを介して筒状部材１９ａを下降させて対向板１８をサセプタ１３の面に対して直交する方向に移動させたりすることにより、サセプタ１３と対向板１８との間のガス流路の高さ寸法を基準高さの１０ｍｍに合わせることができる。
【００２３】
したがって、加熱温度を変化させたり、原料ガスの種類や供給量を変化させたりした場合でも、所定の原料ガスをあらかじめ設定された状態で基板１４の表面上に流すことができ、得られる薄膜の再現性を向上させることができる。
【００２４】
また、あらかじめ設定された様々な温度に基板１４を加熱して薄膜を成長させているときでも、開閉部材２２を開閉させることにより、前述のようにしてガス流路の高さ寸法を確認することができるので、温度によって熱膨張状態が異なる場合でも、ガス流路の高さ寸法を規定の高さ寸法に調節して所定の薄膜を確実に形成することができる。
【００２５】
さらに、光学測定用通孔２０を、薄膜形成中に原料ガスやパージガスが流れる原料ガス導入部１９の近傍に設けているので、基板１４を高温に加熱しているときでも、光学測定用通孔２０の周辺を原料ガスや上部冷却器１６ｂなどによって冷却することができ、原料ガスが分解温度、反応温度に加熱されることはなく、反応生成物などが光学測定用通孔２０や開閉部材２２に付着して測定誤差が生じることを、より確実に防止できる。
【００２６】
同様に、反射部材２５も、ヒータ１５によって加熱されず、下部冷却器１６ａによって冷却されるサセプタ１３の中央部に設けているので、原料ガスが加熱されることはなく、反応生成物などが反射部材２５の上面に付着して測定誤差が生じることを、より確実に防止できる。
【００２７】
これにより、窒化ガリウムや窒化アルミニウム等の窒化物系化合物半導体膜を、千℃以上の高温で基板面に形成するような場合でも、測定誤差を生じることはなく、ガス流路の高さ寸法を確実に測定することができ、さらに、ガス流路の高さ寸法を規定の高さ寸法に確実に合わせることが可能である。
【００２８】
また、光学測定用通孔２０に気密性を保持する透明板を設けなくても、サセプタ１３までの距離を測定するとき以外は、開閉部材２２で光学測定用通孔２０を閉じておくことにより、内部のガスが外部に漏れ出したり、外部のガスが内部に流入したりすることを防止できる。
【００２９】
なお、サセプタ自体がレーザ光を反射する部材で形成されている場合は反射部材を省略することができ、サセプタや対向板を移動させる手段は、適宜な移動手段を採用することができる。また、原料ガス導入部は、原料ガスやパージガスの導入条件に応じて周知の多重管構造で形成することもでき、自公転式ではない気相成長装置にも適用することができる。さらに、基板の交換は、従来から行われている周知の方法で行うことができ、加熱手段には、ランプなどの周知の加熱手段を任意に用いることができる。加えて、レーザ変位計で測定した各距離の情報を気相成長装置の制御器に取り込んでサセプタや対向板を自動的に昇降させることも可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１１…チャンバー、１１ａ…チャンバー下部材、１２…回転軸、１２ａ…ステッピングモータ、１２ｂ…ネジ式高さ調整機構、１３…サセプタ、１３ａ…基板支持部材、１４…基板、１５…ヒータ、１６ａ…下部冷却器、１６ｂ…上部冷却器、１７…排気口、１８…対向板、１９…原料ガス導入部、１９ａ…筒状部材、１９ｂ…ステッピングモータ、１９ｃ…ネジ式高さ調整機構、２０…光学測定用通孔、２１…光路筒、２２…開閉部材、２３ａ…収納部、２３ｂ…エアアクチュエータ、２４…レーザ変位計、２５…反射部材、２６…支持部材
【図１】
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【図２】
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