(57)【要約】【課題】気相成長によって基板表面に薄膜を均一に形成し、且つ基板端部での微小なクラックの発生を抑制する。【解決手段】被処理基板２５の外周端面と凹部３７の側壁との被処理基板２５の表面方向への間隙Ｓ１を、１.３ｍｍ以上、且つ３.０ｍｍ以下に設定する。上記間隔Ｓ１を１.３ｍｍ以上にすることにより、被処理基板２５の外周端近傍に成長する薄膜の膜厚低下を抑制して、微小なクラックの発生を抑制する。さらに、上記間隔Ｓ１を３.０ｍｍ以下にすることにより、間隔Ｓ１内に露出している基板保持部材２４の表面に反応生成物が付着するのを防止する。こうして、被処理基板２５を凹部３７内に再現性良く載置して、成長される薄膜の特性を均一に維持する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応炉内に、
基板収納部を有すると共に、上記基板収納部内に載置された被処理基板を保持する基板保持部材と、
上記被処理基板を加熱する基板加熱ヒーターと、
ガス吐出孔を有すると共に、上記ガス吐出孔から上記被処理基板の表面に原料ガスおよびキャリアガスを供給するガス供給部と
を備え、
上記基板収納部は、この基板収納部内に載置される上記被処理基板の外周端部と上記基板収納部の側壁との間の間隔の上記被処理基板の表面と平行方向の寸法が、１.３ｍｍ以上、且つ３.０ｍｍ以下になるように形成されている
ことを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
請求項１に記載の気相成長装置において、
上記基板収納部内に載置されている上記被処理基板の表面と上記基板収納部の側壁の上端とにおける上記被処理基板の表面に垂直な方向への差が０.５ｍｍ以下である
ことを特徴とする気相成長装置。
【請求項３】
請求項１あるいは請求項２に記載の気相成長装置において、
上記基板収納部は、上記基板保持部材の表面における上記被処理基板が載置される箇所に形成された凹部である
ことを特徴とする気相成長装置。
【請求項４】
請求項３に記載の気相成長装置において、
上記基板保持部材の表面における上記凹部の周囲にカバープレートが設置されており、
上記基板収納部は、上記カバープレートで囲まれた領域と上記凹部とでなる
ことを特徴とする気相成長装置。
【請求項５】
請求項１あるいは請求項２に記載の気相成長装置において、
上記基板保持部材の表面における上記被処理基板が載置される箇所の周囲に設置されたカバープレートを備え、
上記基板収納部は、上記基板保持部材の表面における上記カバープレートで囲まれた領域である
ことを特徴とする気相成長装置。
【請求項６】
請求項４あるいは請求項５に記載の気相成長装置において、
上記カバープレートは、石英あるいは炭化ケイ素で形成されている
ことを特徴とする気相成長装置。
【請求項７】
基板保持部材と基板加熱ヒーターとガス供給部とを備えた反応炉内において、
上記基板保持部材における基板収納部内に、被処理基板を、上記被処理基板の外周端部と上記基板収納部の側壁との間の間隔の上記被処理基板の表面と平行方向の寸法が、１.３ｍｍ以上、且つ３.０ｍｍ以下になるように載置し、
上記基板加熱ヒーターによって上記被処理基板を加熱し、
上記ガス供給部によって、ガス吐出孔から上記被処理基板の表面に原料ガスおよびキャリアガスを供給して、
上記被処理基板の表面に薄膜を成長させ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】
この発明は、例えばＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長法)等の化学的気相成長法によって基板表面に薄膜を形成する気相成長装置および気相成長方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、化合物半導体材料を用いる発光ダイオード,半導体レーザ,宇宙用ソーラーパワーデバイスおよび高速デバイスの製造においては、トリメチルガリウム(ＴＭＧ)あるいは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(ＮＨ3),ホスフィン(ＰＨ3)あるいはアルシン(ＡsＨ3)等の水素化合物とを、成膜に寄与する原料ガスとして成長室に導入して化合物半導体結晶を成長させるＭＯＣＶＤが用いられている。
【０００３】
上記ＭＯＣＶＤは、上記原料ガスをキャリアガスと共に成長室内に導入して加熱し、所定の基板上に気相反応させることによって、上記基板上に化合物半導体結晶を成長させる方法である。ＭＯＣＶＤを用いた化合物半導体結晶の製造においては、成長する化合物半導体結晶の品質を向上させながら、コストを抑えて、歩留りと生産能力とをどのように最大限確保するか、ということが常に高く要求されている。
【０００４】
上記ＭＯＣＶＤによりウエハ表面に薄膜を形成する薄膜成長装置として、特許第４３４３５８０号公報の図７および図８(特許文献１)に開示されているようなものがある。この薄膜成長装置におけるＭＯＣＶＤ装置の模式的な構成を簡略化して図７に示す。また、図７における基板保持部材の構成を簡略化して図８に示す。
【０００５】
上記従来の薄膜成長装置におけるＭＯＣＶＤ装置１においては、ガス供給源(図示せず)から薄膜成長室２に原料ガスおよびキャリアガスを導入するためのガス配管(図示せず)が配設されており、薄膜成長室２の上部には薄膜成長室２に原料ガスおよびキャリアガスを導入するための複数のガス吐出孔(図示せず)を有するガス供給部３が設置されている。
【０００６】
また、上記薄膜成長室２の下部中央には、アクチュエータ(図示せず)によって自在に回転される回転機構４が設置されており、この回転機構４の先端にはガス供給部３と対向するようにウエハホルダ５が取り付けられている。ウエハホルダ５の下部にはこのウエハホルダ５を加熱するためのヒーター６が設けられている。
【０００７】
さらに、上記薄膜成長室２の下部側方には、薄膜成長室２内のガスを排気するためのガス排気部(図示せず)が設置されている。
【０００８】
上記構成のＭＯＣＶＤ装置１において、化合物半導体結晶を成長させる場合には、先ずウエハホルダ５にウエハ７を設置し、回転機構４の回転によってウエハホルダ５を回転させ、ヒーター６の加熱によりウエハホルダ５を介してウエハ７を所定の温度に加熱する。その後、ガス供給部３に設けられている上記複数のガス吐出孔から薄膜成長室２に原料ガスおよびキャリアガスを導入する。
【０００９】
図８に示すように、上記ウエハホルダ５には凹部８が形成されており、凹部８にはウエハ７が載置される。その場合、図８に示すように、凹部８の直径は円板状のウエハ７の直径より大きく形成されており、ウエハ７を載置した状態で凹部８とウエハ７との間隙を利用して、ピンセット等でウエハ７のセットや取出しが行われる。
【００１０】
上記特許文献１の図７および図８に開示された従来の薄膜成長装置においては、凹部８の深さとウエハ７０の厚さとが同じになるようにウエハホルダ５が形成されており、ウエハホルダ５の表面とウエハ７の表面とが略同一平面になるようにしている。こうして、ウエハ７の外周端部近傍の領域におけるガス流の乱れを抑制しようとしている。
【００１１】
しかしながら、上記ウエハ７を載置した状態で凹部８とウエハ７との間に間隙が形成されているため、ウエハホルダ５の回転に伴ってウエハ７に発生する遠心力に対する凹部８の側面の反力等によってウエハ７が変形し、ウエハ７が凹部８の側面から離反するという問題がある。
【００１２】
そこで、そのような問題を解決するために、特開平１１‐１４５０６５号公報(特許文献２)に開示された気相薄膜形成装置においては、図９に示すように、ウエハホルダ１１に、ウエハ基体(図示せず)より僅かに大きい直径を有して上記ウエハ基体を収容するウエハ基体収容座１１aを設け、ウエハホルダ１１の上面上におけるウエハ基体収容座１１aの周縁に沿って突起部１２を設けている。そして、ウエハホルダ１１の回転に伴って、上記ウエハ基体が、遠心力の作用でウエハ基体収容座１１aの側壁に当たり、上記側壁の反力等によってウエハ基体収容座１１aの側壁上端を超えて浮き上がっても、上記ウエハ基体が突起部１２によってウエハホルダ１１から飛び出すのを防止している。
【００１３】
しかしながら、特許文献１に開示された従来の薄膜成長装置におけるＭＯＣＶＤ装置１においては、以下のような問題がある。
【００１４】
すなわち、上記凹部８からウエハ７をピンセット等によって取出し可能なように、凹部８の直径をウエハ７の直径よりも大きく形成する必要である。そのため。凹部８とウエハ７とによって間隙が形成され、ウエハホルダ５の表面とウエハ７の表面とが連続した一平面とはならない。したがって、ガスの流れが上記間隙によって乱されることになり、正常な薄膜の気相成長が阻害され、ウエハ７の表面に均一に薄膜を形成することが困難になるという問題がある。
【００１５】
また、特許文献２に開示された従来の気相薄膜形成装置においては、上記ウエハ基体収容座１１aの周縁に沿って設けられた突起部１２によってガスの流れが乱れ、正常な薄膜の気相成長が阻害され、上記ウエハ基体の表面に均一に薄膜を形成することが困難となるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特許第４３４３５８０号公報
【特許文献２】特開平１１‐１４５０６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
そこで、この発明の課題は、気相成長によって基板表面に薄膜を均一に形成することが可能であり、且つ基板端部での微小なクラックの発生を抑制することを可能にする気相成長装置および気相成長方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するため、この発明の気相成長装置は、
反応炉内に、
基板収納部を有すると共に、上記基板収納部内に載置された被処理基板を保持する基板保持部材と、
上記被処理基板を加熱する基板加熱ヒーターと、
ガス吐出孔を有すると共に、上記ガス吐出孔から上記被処理基板の表面に原料ガスおよびキャリアガスを供給するガス供給部と
を備え、
上記基板収納部は、この基板収納部内に載置される上記被処理基板の外周端部と上記基板収納部の側壁との間の間隔の上記被処理基板の表面と平行方向の寸法が、１.３ｍｍ以上、且つ３.０ｍｍ以下になるように形成されている
ことを特徴としている。
【００１９】
上記構成によれば、基板保持部材の基板収納部内に載置された被処理基板に対して気相成長を行う際に、上記被処理基板の外周端部と上記基板収納部の側壁との間の間隔の上記被処理基板の表面と平行方向の寸法を１.３ｍｍ以上にすることにより、上記被処理基板の外周端近傍に成長する薄膜の膜厚低下を抑制して、微小なクラックの発生を抑制することができる。したがって、上記薄膜が成長された基板に基づいて作製される半導体デバイスの製造歩留を向上させることが可能になる。
【００２０】
さらに、上記寸法を３.０ｍｍ以下にすることにより、上記被処理基板の外周端面と上記基板収納部の側壁との隙間内に露出している上記基板保持部材の表面に、反応生成物が付着することを防止することができる。したがって、上記被処理基板を上記基板収納部内に再現性良く載置することができ、成長される薄膜の特性を安定して維持することが可能になる。
【００２１】
また、１実施の形態の気相成長装置では、
上記基板収納部内に載置されている上記被処理基板の表面と上記基板収納部の側壁の上端とにおける上記被処理基板の表面に垂直な方向への差が０.５ｍｍ以下である。
【００２２】
この実施の形態によれば、上記被処理基板の表面と上記基板収納部の側壁の上端との高さの差を０.５ｍｍ以下にしている。したがって、上記被処理基板の表面に成長される薄膜の膜厚のばらつきを小さくすることができる。
【００２３】
また、１実施の形態の気相成長装置では、
上記基板収納部は、上記基板保持部材の表面における上記被処理基板が載置される箇所に形成された凹部である。
【００２４】
この実施の形態によれば、上記基板保持部材の凹部内に上記被処理基板を載置して保持する場合に、上記被処理基板の外周端近傍に成長する薄膜に対する微小なクラックの発生を抑制することができる。さらに、上記被処理基板を上記凹部内に再現性良く載置することができ、成長される薄膜の特性を安定して維持することが可能になる。
【００２５】
また、１実施の形態の気相成長装置では、
上記基板保持部材の表面における上記凹部の周囲にカバープレートが設置されており、
上記基板収納部は、上記カバープレートで囲まれた領域と上記凹部とでなる。
【００２６】
この実施の形態によれば、上記基板保持部材のカバープレートで囲まれた領域の上記凹部内に上記被処理基板を載置して保持する場合に、上記被処理基板の外周端近傍に成長する薄膜に対する微小なクラックの発生を抑制することができる。また、上記被処理基板を上記カバープレートで囲まれた領域の上記凹部内に再現性良く載置することができ、成長される薄膜の特性を安定して維持することが可能になる。
【００２７】
さらに、上記基板保持部材における上記凹部の周囲の表面を上記カバープレートで被覆することによって、上記表面が高温下で上記原料ガスや上記キャリアガスに接触することを抑制できる。したがって、上記基板保持部材の寿命を長くして、気相成長のコストを低減することができる。
【００２８】
また、１実施の形態の気相成長装置では、
上記基板保持部材の表面における上記被処理基板が載置される箇所の周囲に設置されたカバープレートを備え、
上記基板収納部は、上記基板保持部材の表面における上記カバープレートで囲まれた領域である。
【００２９】
この実施の形態によれば、上記基板保持部材のカバープレートで囲まれた領域内に上記被処理基板を載置して保持する場合に、上記被処理基板の外周端近傍に成長する薄膜に対する微小なクラックの発生を抑制することができる。また、上記被処理基板を上記カバープレートで囲まれた領域内に再現性良く載置することができ、成長される薄膜の特性を安定して維持することが可能になる。
【００３０】
さらに、上記基板保持部材における上記被処理基板が載置される箇所の周囲の表面を上記カバープレートで被覆することにより、上記表面が高温下で上記原料ガスや上記キャリアガスに接触することを抑制できる。したがって、上記基板保持部材の寿命を長くして、気相成長のコストを低減することができる。
【００３１】
また、１実施の形態の気相成長装置では、
上記カバープレートは、石英あるいは炭化ケイ素で形成されている。
【００３２】
この実施の形態によれば、上記カバープレートを、石英あるいは炭化ケイ素で形成したので、上記カバープレートの熱膨張率を小さくでき、上記カバープレートの表面に付着した反応生成物を除去する際にエッチング等によるダメージを受け難くできる。
【００３３】
また、この発明の気相成長方法は、
基板保持部材と基板加熱ヒーターとガス供給部とを備えた反応炉内において、
上記基板保持部材における基板収納部内に、被処理基板を、上記被処理基板の外周端部と上記基板収納部の側壁との間の間隔の上記被処理基板の表面と平行方向の寸法が、１.３ｍｍ以上、且つ３.０ｍｍ以下になるように載置し、
上記基板加熱ヒーターによって上記被処理基板を加熱し、
上記ガス供給部によって、ガス吐出孔から上記被処理基板の表面に原料ガスおよびキャリアガスを供給して、
上記被処理基板の表面に薄膜を成長させることを特徴としている。
【００３４】
上記構成によれば、基板保持部材の基板収納部内に載置された被処理基板に対して気相成長を行う際に、上記被処理基板の外周端部と上記基板収納部の側壁との間の間隔の上記被処理基板の表面と平行方向の寸法を１.３ｍｍ以上にすることにより、上記被処理基板の外周端近傍に成長する薄膜の膜厚低下を抑制して、微小なクラックの発生を抑制することができる。したがって、上記薄膜が成長された基板に基づいて作製される半導体デバイスの製造歩留を向上させることが可能になる。
【００３５】
さらに、上記寸法を３.０ｍｍ以下にすることにより、上記被処理基板の外周端面と上記基板収納部の側壁との隙間内に露出している上記基板保持部材の表面に、反応生成物が付着することを防止することができる。したがって、上記被処理基板を上記基板収納部内に再現性良く載置することができ、成長される薄膜の特性を安定して維持することが可能になる。
【発明の効果】
【００３６】
以上より明らかなように、この発明の気相成長装置および気相成長方法によれば、基板保持部材の基板収納部内に載置される被処理基板の外周端部と上記基板収納部の側壁との間の間隔の上記被処理基板の表面と平行方向の寸法を、１.３ｍｍ以上にしたので、気相成長を行う際に、上記被処理基板の外周端近傍に成長する薄膜の膜厚低下を抑制して、微小なクラックの発生を抑制することができる。この微小なクラックは上記被処理基板の面内中心方向に成長することや、成長された上記薄膜の応力を緩和してその薄膜上に作成したデバイスの特性に影響を及ぼすことが考えられる。したがって、この発明を用いることによって、半導体デバイスの製造歩留を向上させることが可能になる。
【００３７】
さらに、上記寸法を３.０ｍｍ以下にしたので、上記被処理基板の外周端面と上記基板収納部の側壁との隙間内に露出している上記基板保持部材の表面に、反応生成物が付着することを防止することができる。したがって、上記被処理基板を上記基板収納部内に再現性良く載置することができ、成長される薄膜の特性を安定に維持することが可能になる。
【００３８】
さらに、上記寸法を３.０ｍｍ以下にしている。したがって、上記基板保持部材の回転に伴って上記被処理基板に発生する遠心力に対する基板収納部の側面の反力等によって上記被処理基板が変形し、上記被処理基板が上記基板収納部の側面から離反することも防止される。そのため、上記基板収納部の周縁に沿って上記被処理基板の飛び出しを防止するための反突起部を設ける必要が無く、上記突起部によるガス流の乱れも発生することはなく、被処理基板２５の表面に均一に薄膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】この発明の気相成長装置における概略構成図である。
【図２】図１における基板保持部材表面の凹部と被処理基板との位置関係を示す図である。
【図３】図２に示す被処理基板の表面に形成される微小なクラックおよびピットを示す図である。
【図４】微小なクラックの有無およびピットの有無と膜厚比率との相関を示す図である。
【図５】図２に示す間隙と膜厚比率との関係を示す図である。
【図６】カバープレートを用いる場合の基板保持部材の変形例を示す図である。
【図７】従来のＭＯＣＶＤ装置の模式的な構成を示す図である。
【図８】図７における基板保持部材を示す図である。
【図９】従来の気相薄膜形成装置におけるウエハホルダを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。尚、この発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。また、説明に使用する図面は、一部分を誇張して表現した箇所が存在するものであり、図面内の寸法,寸法比率および位置関係は必ずしも正しいものではない。
【００４１】
図１は、本実施の形態の気相成長装置における概略構成図である。図１において、本気相成長装置２１は、中空部である成長室を有する反応炉２２と、ガス吐出孔を配設したガス供給部２３と、被処理基板２５を載置する基板保持部材２４と、基板保持部材２４を回転駆動する回転機構２６と、基板保持部材２４を介して被処理基板２５を加熱するヒーター２７を備えている。
【００４２】
また、上記気相成長装置２１においては、ロードロック室(図示せず)およびゲートバルブ(図示せず)を備えており、反応炉２２内の上記成長室に大気を導入することなく、被処理基板２５を基板保持部材２４に載置することが可能な構造になっている。
【００４３】
上記基板保持部材２４は、ガス供給部２３と対向するように配置されている。また、回転機構２６は、アクチュエータ(図示せず)等によって、基板保持部材２４を、基板保持部材２４の表面に垂直な方向を回転軸として回転させる。反応炉２２における側壁の下部には、反応炉２２の上記成長室内のガスを外部に排気するためのガス排気ライン２８の一端が接続されており、ガス排気ライン２８の他端は、パージライン２９を介して、排気されたガスを無害化するための排ガス処理装置３０に接続されている。
【００４４】
また、III族系ガス供給源３１から、キャリアガスを含むIII族系ガスが、第１マスフローコントローラ３２およびIII族系ガス配管３３を介して、ガス供給部２３内のガス混合室(図示せず)に導入される。さらに、Ｖ族系ガス供給源３４から、キャリアガスを含むＶ族系ガスが、第２マスフローコントローラ３５およびＶ族系ガス配管３６を介して、ガス供給部２３内の上記ガス混合室に導入される。
【００４５】
上記ガス供給部２３に導入されたIII族系ガス,Ｖ族系ガスおよびキャリアガスは、ガス吐出孔より反応炉２２内の上記成長室に吐出される。その際に、ヒーター２７によって基板保持部材２４を介して被処理基板２５が加熱され、被処理基板２５の表面で気相成長反応が促進される。こうして、被処理基板２５の表面に薄膜が成長されるのである。
【００４６】
本実施の形態においては、原料ガスとして、III族の原料ガスとＶ族の原料ガスとを用いている。上記III族の原料ガスとしては、Ｇa(ガリウム)を含むトリメチルガリウム(ＴＭＧ)を用いている。また、上記Ｖ族の原料ガスとしては、アンモニア(ＮＨ3)ガスを用いている。さらに、夫々のキャリアガスとして、水素ガスおよび窒素ガスを用いている。また、被処理基板２５としては、サファイア基板を用いている。
【００４７】
上記構成の気相成長装置２１を用いた気相成長では、気相成長の条件を２段階に分けており、各段階での条件は以下の通りである。
【００４８】
１段階目：反応炉２２の上記成長室内の圧力＝５３.３ｋＰa、III族ガス供給量(キャリアガス含む)＝６３ＳＬＭ、Ｖ族ガス供給量(キャリアガス含む)＝２７５ＳＬＭ、基板加熱温度＝１２４５℃。
【００４９】
２段階目：反応炉２２の上記成長室内の圧力＝２６.７ｋＰa、III族ガス供給量(キャリアガス含む)＝３０ＳＬＭ、Ｖ族ガス供給量(キャリアガス含む)＝１５０ＳＬＭ、基板加熱温度＝１２９５℃。
【００５０】
また、上記気相成長を行った際に用いた気相成長装置２１において、上記ガス供給部２３は、壁面に多数のガス吐出孔を備えて、III族ガスとＶ族ガスとを上記壁面から一様に供給することができるシャワー型構造のガス供給機構を有している。尚、上記気相成長においては、基板保持部材２４上に載置された被処理基板２５と、この被処理基板２５に対向して配置されたガス供給部２３の底面との距離を、１２.５ｍｍに設定している。
【００５１】
さらに、上記気相成長を行う際に、図２に示すように、上記基板保持部材２４の表面に形成された上記基板収納部の一例としての凹部３７と、凹部３７の内部に載置された被処理基板２５とを、図のような位置関係にしている。
【００５２】
具体的には、上記被処理基板２５の外周端部と凹部３７の側壁との間隔の被処理基板２５の表面と平行方向の寸法Ｓ１(以下、間隙Ｓ１と言う)を、１.３ｍｍ以上、且つ３.０ｍｍ以下に設定する。さらに、被処理基板２５の表面と、凹部３７の側壁の上端を含む凹部３７の周囲の基板保持部材２４の表面(以下、単に凹部３７の周囲の基板保持部材２４の表面と言う)との高さ方向の差Ｈ１を０.５ｍｍ以下に設定する。
【００５３】
以下、上記間隙Ｓ１と上記高さの差Ｈ１との範囲を上述の範囲に設定した理由について説明する。
【００５４】
発明者らは、当初、上記被処理基板２５と凹部３７との間隙Ｓ１が小さい程、被処理基板２５の外周端面に沿って流れるガスの状態を乱すことがなく、被処理基板２５の表面に形成される薄膜の膜厚のばらつきを小さくできると考え、間隙Ｓ１が１ｍｍ以下になるように凹部３７を設計して気相成長を行った。しかしながら、気相成長後の被処理基板２５の表面を観察してみると、図３に示すような微小なクラック４２やピット状の凹み４３が被処理基板２５の外周端の近傍の薄膜に発生していた。
【００５５】
このピット状の凹み４３が形成されている被処理基板２５の外周端近傍の上記薄膜の膜厚を測定した結果、微小なクラック４２の有無およびピット状の凹み４３(以下、単にピット４３と言う)の有無と上記薄膜の膜厚との間には、図４に示すような相関があることが分かった。図４の横軸は、被処理基板２５の外周端から０.２ｍｍの位置での膜厚と外周端から５ｍｍの位置での膜厚との比率である「膜厚比率」を示している。
【００５６】
気相成長後の上記被処理基板２５の表面の観察結果によって、微小なクラック４２はピット４３が形成されている箇所で発生しており、ピット４３が形成されていない箇所では発生していないことが確認された。また、ピット４３が形成されているため微小なクラック４２が発生する可能性がある箇所の上記膜厚比率は０.８以下となっており、ピット４３は、被処理基板２５の外周端部での膜厚が小さく、気相成長の成長レートが低い箇所で発生していることが確認された。一方、ピット４３が形成されておらず微小なクラック４２も発生していない箇所では、上記膜厚比率が略０.８以上であることが確認された。
【００５７】
上述の観察結果より、上記微小なクラック４２の発生が被処理基板２５の外周端部の膜厚が小さい箇所で起きていることから、微小なクラック４２の発生には被処理基板２５の外周端部の表面におけるガスの流れの状態が影響していると考え、被処理基板２５と凹部３７の側壁との間隙Ｓ１と、上記膜厚比率との関係を調べた。すなわち、凹部３７の直径を変化させることにより上記間隙Ｓ１を種々変化させて上記気相成長を行った。その結果を図５に示す。
【００５８】
図５の縦軸は、図４の横軸と同じ「膜厚比率」であり、被処理基板２５の外周端から０.２ｍｍの位置での膜厚と被処理基板２５の外周端から５ｍｍの位置での膜厚との比率である。また、図５の横軸は、被処理基板２５の外周端面と凹部３７の側壁との間隙Ｓ１の距離である。図５より、上記膜厚比率が０.８以上であってピット４３が形成されない範囲を呈する上記間隙Ｓ１の範囲は、１.３ｍｍ以上であることが分かる。
【００５９】
また、上記間隙Ｓ１を３.０ｍｍより広くした場合には、間隙Ｓ１内に露出している基板保持部材２４の表面において、反応生成物の付着が顕著に確認された。このように、基板保持部材２４の表面に反応生成物の付着がある場合には、被処理基板２５が上記付着物に乗り上げると、ヒーター２７による加熱状態が上記乗り上げ状態によって変化し、再現性の良い安定した気相成長を行うことができなくなる。
【００６０】
以上の２つの理由から、上記被処理基板２５の外周端部と凹部３７の側壁との被処理基板２５の表面方向への間隙Ｓ１を、１.３ｍｍ以上、且つ３.０ｍｍ以下に設定するのである。
【００６１】
尚、上述のように、上記間隙Ｓ１を３.０ｍｍ以下に設定している。したがって、基板保持部材２４の回転に伴って被処理基板２５に発生する遠心力に対する凹部３７の側面の反力等によって被処理基板２５が変形し、被処理基板２５が凹部３７の側面から離反することも防止される。そのため、図９に示す上記従来の気相薄膜形成装置のごとく、凹部３７の周縁に沿って突起部を設ける必要が無く、上記突起部によるガス流の乱れも発生することはなく、被処理基板２５の表面に均一に薄膜を形成することができる。
【００６２】
また、上記被処理基板２５の表面と凹部３７の周囲の基板保持部材２４の表面との高さ方向の差Ｈ１については、以下の理由から０.５ｍｍ以下に設定する。すなわち、上記高さ方向の差Ｈ１が０.５ｍｍを超えた場合、被処理基板２５の表面内の膜厚のばらつきが５.０％となった。一方、上記高さ方向の差Ｈ１を０.５ｍｍとした場合には、上記膜厚のばらつきが２.５％となり、被処理基板２５の表面内の広い範囲で膜厚差の小さい気相成長を行うことができた。尚、上記膜厚のばらつきは、
σ(標準偏差)/平均値×１００(％)
の計算式によって求めている。
【００６３】
以上の理由から、上記被処理基板２５の表面と基板保持部材２４の表面との高さ方向の差Ｈ１を、０.５ｍｍ以下に設定するのである。
【００６４】
尚、上述のように、上記間隙Ｓ１を３.０ｍｍ以下に設定し、且つ上記差Ｈ１を０.５ｍｍ以下に設定している。したがって、基板保持部材２４の表面と被処理基板２５の表面とは略連続した一平面を形成している。そのために、ガスの流れが上記間隙Ｓ１によって乱されることもない。
【００６５】
上記実施の形態においては、上記基板保持部材２４における凹部３７の周囲の表面で原料ガスが接触する状態で気相成長を行っているが、必ずしもこのような構成に限るものではない。
【００６６】
上記実施の形態の場合、上記基板保持部材２４における凹部３７の周囲の表面に原料ガスが反応して反応生成物が生成される。この反応生成物の付着量が多くなると、基板保持部材２４の上記表面に密着することなく粉状となって付着し、正常な気相成長が出来ない状態となる。そのため、定期的に基板保持部材２４を反応炉２２外に取出し、専用の加熱炉を用いて１０００℃以上の焼成を行い、基板保持部材２４に付着した反応生成物を除去する必要がある。
【００６７】
しかしながら、近年、上記被処理基板２５のサイズの大型化および多数枚化が進行しており、被処理基板２５を載置する基板保持部材２４も大面積化している。大型化した基板保持部材２４を反応炉２２の外に取出す機構やそれを加熱処理するための装置を準備することにはコストを要する。
【００６８】
そこで、図６(a)に示すように、上記基板保持部材２４における凹部３７の周囲の表面をカバープレート３８で被覆して、気相成長を行うことも可能である。この場合には、気相成長を複数回行った後、上記反応生成物が付着したカバープレート３８のみを反応炉２２の外に取出し、付着した反応生成物をエッチング装置やサンドブラストを用いて除去することが可能になる。
【００６９】
また、高価な上記基板保持部材２４における凹部３７の周囲の表面がカバープレート３８で被覆されることによって、上記表面が高温下で原料ガスや水素ガスに接触することが抑制される。したがって、基板保持部材２４の寿命を長くすることが可能になり、気相成長のためのコストを抑制することができる。
【００７０】
この発明においては、上述のようなカバープレート３８を用いた場合においても、被処理基板２５の外周端部とカバープレート３８の内側壁との被処理基板２５の表面方向への間隙Ｓ２を、１.３ｍｍ以上、且つ３.０ｍｍ以下に設定する。また、好ましくは、被処理基板２５の表面とカバープレート３８の内側壁上端を含むカバープレート３８の表面との高さ方向の差Ｈ２を、０.５ｍｍ以下に設定するのである。
【００７１】
尚、上記カバープレート３８の材質としては、石英あるいは炭化ケイ素(ＳiＣ)が好ましい。その理由は、熱膨張率が小さいため、および、表面に付着した反応生成物を除去する際にエッチング等によるダメージを受け難いためである。
【００７２】
また、上記カバープレート３８と基板保持部材２４と凹部３２と被処理基板２５との関係は、図６(a)に示すような状態とは限らない。
【００７３】
例えば、図６(b)に示すように、上記基板保持部材２４に凹部３２を形成しない状態であっても良い。その場合であっても、基板保持部材２４における被処理基板２５の載置箇所の周囲にカバープレート３９を設置し、被処理基板２５の外周端部とカバープレート３９の内側壁との間隙Ｓ２を、１.３ｍｍ以上、且つ３.０ｍｍ以下に設定する。また、好ましくは、被処理基板２５の表面とカバープレート３９の内側壁上端を含むカバープレート３９の表面との差Ｈ２を、０.５ｍｍ以下に設定するのである。こうすることによって、図６(a)に示す状態と同様の効果を得ることができる。
【００７４】
あるいは、図６(c)に示すように、上記基板保持部材２４に凹部３２を形成せず、基板保持部材２４における被処理基板２５の搭載箇所の周囲に上記搭載箇所よりも低い段部４０を形成した状態であっても良い。その場合であっても、段部４０にカバープレート４１を設置し、被処理基板２５の外周端部とカバープレート４１の内側壁との間隙Ｓ２を、１.３ｍｍ以上、且つ３.０ｍｍ以下に設定する。また、好ましくは、被処理基板２５の表面とカバープレート４１の内側壁上端を含むカバープレート４１の表面との差Ｈ２を、０.５ｍｍ以下に設定するのである。こうすることによって、図６(a)に示す状態と同様の効果を得ることができる。
【００７５】
ここで、図２および図６においては、上記基板保持部材２４と被処理基板２５との接触箇所が平面状になっているが、必ずしも平面接触に限るものではない。使用する被処理基板２５のサイズによっては、基板保持部材２４における被処理基板２５との接触箇所のみを凸状に形成し、被処理基板２５が熱膨張で反った場合でも被処理基板２５内が均一に加熱されるように構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、加熱した基板上に原料ガスを供給して基板表面に気相成長を行う気相成長装置として有用であり、ＭＯＣＶＤ装置等に利用することができる。
【符号の説明】
【００７７】
２１…気相成長装置、
２２…反応炉、
２３…ガス供給部、
２４…基板保持部材、
２５…被処理基板、
２６…回転機構、
２７…ヒーター、
２８…ガス排気ライン、
２９…パージライン、
３０…排ガス処理装置、
３１,３４…ガス供給源、
３２,３５…マスフローコントローラ、
３３,３６…ガス配管、
３７…凹部、
３８,３９,４１…カバープレート、
４０…段部、
４２…クラック、
４３…ピット。
【図１】
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【図２】
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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８】
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【図９】
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【図３】
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