(57)【要約】      （修正有）【課題】基板温度を容易に調整することができる気相成長方法及び気相成長装置を提供する。【解決手段】気相成長方法は、厚みが略同一である前記複数の基板保持部材６、６’に保持される被処理基板７に対して複数のエピタキシャル成長膜を成膜する第一の工程と、前記第一の工程において成膜した複数のエピタキシャル成長膜の発光波長を測定する第一の測定工程と、前記第一の測定工程において測定した発光波長にもとづき、前記複数の基板保持部材の厚み６’を変更し、該厚みを変更した基板保持部材に保持される被処理基板７に対してエピタキシャル成長膜を成膜する第二の工程と、前記第二の工程において成膜したエピタキシャル成長膜の発光波長を測定する第二の測定工程と、前記第二の測定工程において測定した結果にもとづき、基板保持部材の厚みを決定する工程とを備えることを特徴とする。【選択図】図１
2013118240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板保持部材が保持する複数の被処理基板に対してエピタキシャル成長によってエピタキシャル成長膜を成膜する気相成長方法であって、
厚みが略同一である前記複数の基板保持部材に保持される被処理基板に対して複数のエピタキシャル成長膜を成膜する第一の工程と、
前記第一の工程において成膜した複数のエピタキシャル成長膜の発光波長を測定する第一の測定工程と、
前記第一の測定工程において測定した発光波長にもとづき、前記複数の基板保持部材の厚みを変更し、該厚みを変更した基板保持部材に保持される被処理基板に対してエピタキシャル成長膜を成膜する第二の工程と、
前記第二の工程において成膜したエピタキシャル成長膜の発光波長を測定する第二の測定工程と、
前記第二の測定工程において測定した結果にもとづき、基板保持部材の厚みを決定する工程とを備えることを特徴とする気相成長方法。
【請求項２】
複数の基板保持部材が保持する複数の被処理基板に対してエピタキシャル成長によってエピタキシャル成長膜を成膜する気相成長装置であって、
前記複数の基板保持部材に保持された複数の被処理基板が略同一平面状にあり、かつ、前記複数の基板保持部材のうち、少なくとも一つの基板保持部材の厚みが異なっていることを特徴とする気相成長装置。
【請求項３】
前記基板保持部材は、該基板保持部材を載置するサセプタに対向して設けられていることを特徴とする請求項２に記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記基板保持部材と前記サセプタとの間に隙間を有することを特徴とする請求項３に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、気相成長方法及び気相成長装置に関するもので、基板温度を容易に調整することができる気相成長方法及び気相成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の分野において、基板の表面に所望の膜を形成する成膜処理技術は、重要な製造技術の一つである。この成膜処理技術において、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）は、光デバイスや高速デバイスなどの有効な化合物半導体の薄膜を形成することができる成膜処理技術として注目されている。当該成膜処理技術は、被処理基板の表面上に原料ガスを供給し、該原料ガスが熱分解されることで、基板の表面上に薄膜を形成し、該形成した薄膜から発光素子等の製造を行なう。
【０００３】
また、前記熱分解は、基板温度、原料ガス温度、流速、圧力等に依存し、成膜される膜の特性に大きく影響を与える。これらのうち、特に基板温度は、発光素子の発光波長に大きく影響を与える。
【０００４】
ところで、近年では、生産性向上の観点から、上記成膜処理技術を用いて、一度に複数の被処理基板上に薄膜を形成することができる気相成長装置も普及してきている。
【０００５】
図５は、従来の気相成長装置としてのＭＯＣＶＤ装置１６の概略について示しており、反応室２、上部ガス流路形成部材３、ガス導入口４、サセプタ５、基板保持部材１７、ヒータ９、サセプタ回転軸１０、ガス排気口１１から構成され、基板保持部材１７には、被処理基板７が載置され、基板表面上に薄膜が形成される。
【０００６】
図５中の矢印は、ガス導入口４より供給される原料ガスが流れる向きについて示しており、上部ガス流路部材３と対向して配置されるサセプタ５との間の空間を被処理基板７の表面を通って流れ、ガス排気口１１より排出される。
【０００７】
サセプタ５は、円柱状に形成されており、底部をサセプタ回転軸１０によって支持されており、反応室外に設けたモータ（図示せず）によって回転（以下、公転と称呼する）させられるようになっている。更に、基板保持部材１７にも回転（以下、自転と称呼する）させるための回転機構（図示せず）を備えており、前記公転と同時に自転も行う。
【０００８】
ヒータ９は、反応室２の下方に設置されており、被処理基板７を加熱して薄膜の形成を促す。
【０００９】
また、図６は、上述した従来のＭＯＣＶＤ装置の一部平面図であり、基板保持部材１７はサセプタ５の同心円状に等間隔で４つ載置され、それぞれの基板保持部材１７は被処理基板７を保持する。
【００１０】
上述したように、従来のＭＯＣＶＤ装置は、公転及び自転を行なうことによって、それぞれの被処理基板に均一に熱を伝えることができる。
【００１１】
また、上述した従来のＭＯＣＶＤ装置に関連して、特許文献１には、同時に複数の基板上に半導体薄膜を成長させるための量産用の有機金属気相成長装置に関する発明であって、原料ガスの流速を一定に保つことによって、高効率で均一な半導体薄膜を成長させることができる量産用有機金属気相成長装置について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平９−２６６１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述したような従来の気相成長装置では、例えば、サセプタなどの構成部材に関し、当該部材を加工する際の加工精度の誤差や、使用による部材の消耗、または昇温による部材の変形などが生じたときには基板位置が変化し、基板に対する熱の伝わり方が変化してしまう。これにより、成膜特性に影響を与え、ひいては製造される発光素子において、所望の発光波長が得られない結果となっていた。
【００１４】
こういった場合、基板を加熱するヒータのバランスを調整して、基板に対して伝わる熱の大きさを加減するような対策が考えられる。
【００１５】
しかしながら、量産性を向上させるために前記基板を複数有している装置であって、複数の基板のうち、一つの基板に関してのみの基板位置が変化しているようなときには、ヒータのバランスを調整することで、当該基板にのみ伝わる熱の大きさを調整することは容易ではない。
【００１６】
そこで、本発明は係る課題を解決するためになされたものであり、基板に伝わる熱の大きさを容易に調整することができる気相成長方法及び気相成長装置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】
【００１７】
本発明に係る気相成長方法は、複数の基板保持部材が保持する複数の被処理基板に対してエピタキシャル成長によってエピタキシャル成長膜を成膜する気相成長方法であって、厚みが略同一である前記複数の基板保持部材に保持される被処理基板に対して複数のエピタキシャル成長膜を成膜する第一の工程と、前記第一の工程において成膜した複数のエピタキシャル成長膜の発光波長を測定する第一の測定工程と、前記第一の測定工程において測定した発光波長にもとづき、前記複数の基板保持部材の厚みを変更し、該厚みを変更した基板保持部材に保持される被処理基板に対してエピタキシャル成長膜を成膜する第二の工程と、前記第二の工程において成膜したエピタキシャル成長膜の発光波長を測定する第二の測定工程と、前記第二の測定工程において測定した結果にもとづき、基板保持部材の厚みを決定する工程とを備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る気相成長装置は、複数の基板保持部材が保持する複数の被処理基板に対してエピタキシャル成長によってエピタキシャル成長膜を成膜する気相成長装置であって、前記複数の基板保持部材に保持された複数の被処理基板が略同一平面状にあり、かつ、前記複数の基板保持部材のうち、少なくとも一つの基板保持部材の厚みが異なっていることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る気相成長装置は、前記基板保持部材は、該基板保持部材を載置するサセプタに対向して設けられていることを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る気相成長装置は、前記基板保持部材と前記サセプタとの間に隙間を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る気相成長方法及び気相成長装置によれば、基板に伝わる熱の大きさを容易に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例１に係るＭＯＣＶＤ装置の概略を示す断面図。
【図２】基板保持部材を中心にして拡大して示す断面図。
【図３】基板保持部材の厚みと発光波長との相関関係を示す説明図。
【図４】基板保持部材の厚みを決定するまでの手順を示すフローチャート。
【図５】従来技術に関する説明図。
【図６】従来技術に関する説明図。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２３】
本発明の実施例１について、図１を用いて説明する。図１は、本発明に係るＭＯＣＶＤ装置の概略の構成を示している。ＭＯＣＶＤ装置１は、反応室２、上部ガス流路形成部材３、ガス導入口４、サセプタ５、基板保持部材６、基板保持部材６’、隙間部８、ヒータ９、サセプタ回転軸１０、ガス排気口１１から構成される。また、基板保持部材６には、被処理基板７が載置され、前記基板表面上に薄膜が形成される。
【００２４】
反応室２は、原料ガスを供給して結晶成長を行なう容器であり、前記原料ガスは、ガス供給系（図示せず）よりガス導入口４を通じて供給される。前記ガス導入口４は、原料ガスを吹き出させる吹き出し口であって、反応室２の内部に挿入されており、ガス供給管（図示せず）に接続されていて、前記ガス供給管の他端はガス供給系に接続されている。
【００２５】
反応室２の上部には、原料ガスの流路を定める上部ガス流路部材３が配置されていて、供給される原料ガスは、図１中の矢印で示すように、前記上部ガス流路部材３と対向して配置されるサセプタ５との間の空間を被処理基板７の表面を通って流れ、ガス排気口１１より排出される。
【００２６】
サセプタ５は、円盤状に形成されており、サセプタ５は、底部をサセプタ回転軸１０によって支持されており、回転（以下、公転と称呼する）させられるようになっている。また、サセプタ回転軸１０は、反応室２の外部に設けたモータ（図示せず）によって駆動され、任意の速度で回転させられるようになっている。
【００２７】
基板保持部材６は、サセプタ５上に載置され、上面にサファイア、ＧａＮなどからなる被処理基板７を保持する。また、後述するように外歯車を備えていて、上述した公転を行なうときに同時に回転（以下、自転と称呼する）を行う。前記自転については、例えば、特開２００２−１７５９９２号公報で開示されているように、ギヤの噛み合わせによって、前記サセプタの公転と同期させて回転することなどによって実現される。
【００２８】
上述したように、公転及び自転を行なうことによって、それぞれの被処理基板を熱的に等価に加熱することができる。
【００２９】
また、詳細については後述するが、前記基板保持部材６は着脱可能な部材であり、予め厚みの異なる基板保持部材を複数用意しておき、被処理基板に伝わる熱の大きさに応じて、厚みの異なる基板保持部材に交換する。図１において、紙面に向かって右側の基板保持部材６’については、厚みの異なる基板保持部材に交換した後の様子を示している。
【００３０】
また、前記基板保持部材６と前記サセプタ５との間には隙間部８を有している。
【００３１】
ヒータ９は、反応室２の下方に設置されており、被処理基板７が加熱されることで、成膜化学反応が促進されて被処理基板７上の薄膜の形成が促される。尚、前記ヒータ９は反応室２に内蔵して設置したとして記載しているが、これに限らず反応室２の外周部に設置されるとしてもよい。
【００３２】
図２は、図１を用いて上述したＭＯＣＶＤ装置における特に基板保持部材６’を中心に拡大して示していて、６’は基板保持部材、７は被処理基板、８は隙間部、５はサセプタ、１２は外歯車、１３はベアリング、１４は内歯車、１５は台であり、既に上述した内容と重複する説明は省略する。
【００３３】
被処理基板７は、基板保持部材６’に載置される。基板保持部材６’は、外歯車１２を備えており、ベアリング１３を介して自転するように形成されている。
【００３４】
サセプタ５は、ベアリング１３を挟持するための溝を備えており、前記ベアリング１３は、前記サセプタ５が備える溝によって挟持されていて、基板保持部材６’を回転可能に支持する。
【００３５】
８は隙間部であり、基板保持部材の厚みｄを変えることで変化する。１４は内歯車であり、台１５に固定され、基板保持部材６’が備える外歯車１２を回転させる。
【００３６】
図３（Ａ）は、上述したＭＯＣＶＤ装置における各基板保持部材と、該基板保持部材に保持された被処理基板に対して形成した薄膜について、測定した発光波長の基準発光波長からのずれとの相関関係を示しており、図３（Ａ）中の記号◇で表す。前記発光波長は、被処理基板に対してエピタキシャル成長によって形成したエピタキシャル成長膜について測定した発光波長であり、より具体的には光を照射して測定したｐｌ（ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）発光波長である。また、前記基準発光波長は、基準となる所望の発光波長であって、図３（Ａ）で示すように、縦軸の０から始まる横軸に対して平行な直線が前記基準発光波長に該当する。
【００３７】
横軸の基板セットポジションＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、図５を用いて上述したような、各基板保持部材６が保持する各被処理基板７のいずれかの位置に対応している。尚、記号◇で示す各基板保持部材の厚みは全て同一であるものとする。
【００３８】
基板セットポジションＣにおいて示す記号◇は、基準発光波長から２．５ｎｍ程度長波長側にずれている。これは、サセプタ、基板保持部材などの構成部材が、当該部材を加工する際の加工精度の誤差や、繰り返し使用することによる部材の消耗、または昇温による部材の位置ずれなどが生じたときに、被処理基板に対する熱の伝わり方が変化してしまい、成膜特性に影響を与えることが主な原因であると考えられる。
【００３９】
すなわち、被処理基板に対する熱の伝わり方が変化することで、活性層中のインジウムの組成比が変化するため、発光波長が変化し、基準発光波長からのずれを生じる。被処理基板が高温になると活性層中に取り込まれるインジウム原子が減少し、発光波長が基準発光波長から短波長側へとずれる。
【００４０】
上記基準発光波長からのずれを解消するため、基板保持部材の厚みを変更することで被処理基板に対して伝わる熱の大きさを変化させる。具体的には、予め厚みの異なる基板保持部材をいくつか準備しておき、前記基板保持部材を順に変更して薄膜の形成を行う。この際、基板保持部材の厚みを変更しない被処理基板に対しても同時に薄膜の形成を行ってもよいし、行わなくてもよい。尚、基板保持部材の厚みを厚くすると、被処理基板に伝わる熱は大きくなり、薄くすると伝わる熱は小さくなる。
【００４１】
そして、基板保持部材の厚みを変更して形成した薄膜の発光波長と基板保持部材の厚みとの相関関係を得て、該相関関係にもとづいて、基準発光波長からのずれが少ない基板保持部材の厚みを決定する。
【００４２】
本実施例においては、後述するが、図３（Ｂ）に示すように、記号◇で示すように基板保持部材の厚みの変更を５０μｍ厚くしたときと４０μｍ厚くしたときの２回行っており、相関関係として、これら測定点と基板保持部材の厚みがｄである基準点をおよそ通過する反比例の関係を示す直線を得た。尚、図３において、基準となる厚みがｄのときの基板保持部材に対し、該基板保持部材よりも厚い基板保持部材に交換したときの厚みの差分を差分Δｄと表現している。
【００４３】
図３（Ｂ）は、基板保持部材の厚みの差分Δｄと発光波長の変化についての相関関係を示していて、基板保持部材を厚くすると、発光波長はより短波長側にシフトすることが分かる。例えば、差分Δｄを４０μｍとすると、発光波長は基準発光波長から、およそ２ｎｍ短波長側へシフトすることが分かる。また、差分Δｄを５０μｍとすると、発光波長は３．５ｎｍ短波長側へシフトしている。上述した相関関係を得ることで、最適な基板保持部材の厚みを決定することができる。
【００４４】
図３（Ａ）における記号□は、図３（Ｂ）を用いて説明した相関関係にもとづいて、差分Δｄを４０μｍとしたときの基準発光波長からのずれとの相関を示していて、記号◇で示す基板保持部材の厚みを変更する前の測定点と比較して短波長側へシフトしており、基準発光波長からのずれを抑制できることが分かる。
【００４５】
尚、本実施例においては、基板保持部材の厚みを４０μｍ厚くしたときと、５０μｍ厚くしたときの２つの測定点を得ているが、これに限られるものではない。
【００４６】
上述したように、最適な厚みの基板保持部材を決定し、被処理基板表面上にエピタキシャル成長によってエピタキシャル成長膜の形成を行い、該形成した成長膜を用いて、発光素子の製造を行う。該発光素子の製造工程の概要としては、所定のエッチング処理を施した後、電極、ボンディングパットを形成して金属配線を接続して発光素子とする。上述した発光素子の製造方法としては、種々の好適な周知技術を用いることができるものであり、例えば、特開２００５−１５９２９７号公報に開示されているような手法を用いることができる。
【００４７】
図４は、上述した基板保持部材の厚みを決定するまでの手順についてフローチャートとして示している。ステップＳ１において、被処理基板に対してエピタキシャル成長によって薄膜の形成を行い、ステップＳ２において前記形成した薄膜の発光波長の測定を行う。
【００４８】
ステップＳ３において、厚みの異なる基板保持部材を用いて薄膜の形成を行い、発光波長と基板保持部材の厚みとの相関関係を得る。尚、ステップＳ３は繰り返し行ってもよい。ステップＳ４においては、前記相関関係にもとづいて最適な基板保持部材の厚みを決定する。
【００４９】
尚、本実施例において発光波長の測定に関し、形成したエピタキシャル成長膜についてのｐｌ発光波長を測定するとしたが、これに限らず、エピタキシャル成長膜にエッチング、電極の形成など所定の処理を施して発光素子とし、該発光素子について例えばｅｌ（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）発光波長を測定するとしてもよい。
【００５０】
１  ＭＯＣＶＤ装置
２  反応室
３  上部ガス流路形成部材
４  ガス導入口
５  サセプタ
６  基板保持部材
６’基板保持部材
７  被処理基板
８  隙間部
９  ヒータ
１０  サセプタ回転軸
１１  ガス排気口
【図１】
2013118240.tif 000003
【図２】
2013118240.tif 000004
【図３】
2013118240.tif 000005
【図４】
2013118240.tif 000006
【図５】
2013118240.tif 000007
【図６】
2013118240.tif 000008