(57)【要約】【課題】基板に形成される結晶の基板の円周方向における膜厚ばらつきを低減し、歩留まりを向上させること。【解決手段】リアクタ内で基板に化合物半導体結晶を成長させる結晶成長装置であって、基板が保持される基板保持具と、基板保持具が載置されるサセプタと、サセプタに接続された回転軸と、基板保持具の中心と回転軸の中心との間の位置ずれを計測する計測手段とを有する、結晶成長装置が提供される。【選択図】図３
2016001732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リアクタ内で基板に化合物半導体結晶を成長させる結晶成長装置であって、
前記基板が保持される基板保持具と、
前記基板保持具が載置されるサセプタと、
前記サセプタに接続された回転軸と、
前記基板保持具の中心と前記回転軸の中心との間の位置ずれを計測する計測手段と
を有する、
結晶成長装置。
【請求項２】
前記基板保持具を前記サセプタに載置する基板搬送手段と、
前記計測手段により計測された前記基板保持具の中心と前記回転軸の中心との間の位置ずれに基づいて、前記基板搬送手段の動作を制御する制御部と
を更に有する、
請求項１に記載の結晶成長装置。
【請求項３】
前記リアクタは、石英リアクタであり、
前記計測手段は、前記石英リアクタを介して非接触で前記位置ずれを計測する、
請求項１又は２に記載の結晶成長装置。
【請求項４】
前記結晶成長装置は、ビューポートを更に有し、
前記計測手段は、前記ビューポートを介して非接触で前記位置ずれを計測する、
請求項１又は２に記載の結晶成長装置。
【請求項５】
前記計測手段は、レーザ変位計を含む、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の結晶成長装置。
【請求項６】
リアクタ内で基板に化合物半導体結晶を成長させる結晶成長装置であって、
前記基板が保持される基板保持具と、
前記基板保持具が載置されるサセプタと、
前記サセプタに接続された回転軸と
を有し、
前記基板保持具の外径が、前記サセプタの外径以下である、
結晶成長装置。
【請求項７】
前記サセプタは、前記基板保持具が載置される側の面に凸部及び／又は凹部を有し、
前記基板保持具は、前記凸部及び／又は凹部に嵌めこまれることにより前記サセプタに載置される、
請求項６に記載の結晶成長装置。
【請求項８】
前記基板保持具は、前記基板が保持される側の一方の面から他方の面に向かって外径が小さくなるテーパ形状を有し、
前記サセプタは、前記基板保持具が載置される側の面にテーパ形状の凹部を有し、
前記基板保持具は、前記凹部に嵌めこまれることにより前記サセプタに載置される、
請求項６に記載の結晶成長装置。
【請求項９】
前記サセプタを昇降させる昇降機構を更に有する、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の結晶成長装置。
【請求項１０】
前記基板は、１枚取り基板である、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の結晶成長装置。
【請求項１１】
ＭＯＣＶＤ法により前記基板に化合物半導体結晶を成長させる、
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の結晶成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
化合物半導体結晶は、高速動作、発光機能、高い光電変換効率等の特徴を有することから、電界効果型トランジスタ、発光ダイオード、半導体レーザ、面発光レーザ、受光素子等の化合物半導体装置に用いられている。化合物半導体結晶は、例えば、有機金属化学気相蒸着（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置等の結晶成長装置により形成される。
【０００３】
従来、サセプタと、基板を装着するためにサセプタに配置された基板トレイとを備えた気相成長装置において、基板トレイとサセプタとを異なる回転軸で回転させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の技術において、基板が載置されたトレイとサセプタとの間に位置ずれが生じた場合には、基板に形成される化合物半導体結晶の基板の円周方向における膜厚にばらつきが生じる可能性がある。
【０００５】
そこで、本発明では、基板に形成される化合物半導体結晶の基板の円周方向における膜厚ばらつきを低減し、歩留まりを向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、リアクタ内で基板に化合物半導体結晶を成長させる結晶成長装置であって、前記基板が保持される基板保持具と、前記基板保持具が載置されるサセプタと、前記サセプタに接続された回転軸と、前記基板保持具の中心と前記回転軸の中心との間の位置ずれを計測する計測手段とを有する、結晶成長装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、基板に形成される化合物半導体結晶の基板の円周方向における膜厚ばらつきを低減し、歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係る結晶成長装置の概略構成を例示する図。
【図２】第１実施形態に係る結晶成長装置の回転軸近傍の概略構成を例示する図。
【図３】第１実施形態に係る結晶成長装置の搬送系の概略構成を例示する図。
【図４】第１実施形態に係る結晶成長装置における基板保持具とサセプタとの間の位置関係を説明する図。
【図５】第１実施形態に係る結晶成長装置における効果を説明する図。
【図６】第１実施形態に係る結晶成長装置における効果を説明する図。
【図７】第２実施形態に係る結晶成長装置の搬送系の概略構成を例示する図。
【図８】第３実施形態に係る結晶成長装置における効果を説明する図。
【図９】実施例に係る基板の円周方向の膜厚分布と歩留まりの評価結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
【００１０】
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態に係る結晶成長装置について説明する。図１は、第１実施形態に係る結晶成長装置の概略構成を例示する図である。図２は、第１実施形態に係る結晶成長装置の回転軸近傍の概略構成を例示する図である。
【００１１】
第１実施形態に係る結晶成長装置は、リアクタ内で基板に化合物半導体結晶を成長させる結晶成長装置であって、例えば図１に示すように、ＭＯＣＶＤ法により基板ＷにIII−Ｖ族の化合物半導体結晶を成長させる結晶成長装置として構成されている。
【００１２】
結晶成長装置は、例えば石英製又はアルミニウム、ステンレス等の金属製の円筒型チャンバ（以下「リアクタ１０」という。）を有している。リアクタ１０内では、被処理体としての基板Ｗに対して、結晶成長反応が施される。
【００１３】
リアクタ１０内には、基板保持具１２が載置されるサセプタ１３が設けられており、基板保持具１２には、基板Ｗが保持される。サセプタ１３には、リアクタ１０内に一部が挿入された回転軸１４が接続されており、回転軸１４が回転するとサセプタ１３及びサセプタ１３上に基板保持具１２を介して保持された基板Ｗが回転する。
【００１４】
サセプタ１３の内部には、図２に示す固定軸１５に接続された図示しないヒータが設けられている。固定軸１５は、ベアリング１６を介して回転軸１４と接続されている。ヒータは、基板Ｗを間接的に加熱する。すなわち、ヒータの熱がサセプタ１３及び基板保持具１２を介して基板Ｗに伝わる。これにより、基板Ｗの温度は任意に調整可能となっている。
【００１５】
リアクタ１０の天井部には、III族系ガスをリアクタ１０に供給するためのIII族系ガス供給部３１と、Ｖ族系ガスをリアクタ１０に供給するためのＶ族系ガス供給部５１とが設けられている。
【００１６】
III族系ガス供給部３１には、III族元素を含むIII族系ガスの供給源となるIII族系ガス供給源３２が、III族系ガス供給管３３を介して接続されている。
【００１７】
III族系ガス供給源３２は、例えば、III族系ガスを供給するIII族の原料が保管された温度調節可能な恒温層を含む保管部３４ａ、３４ｂと、保管部３４ａ、３４ｂにキャリアガスを供給するキャリアガス供給管３５ａ、３５ｂとを有する。また、キャリアガス供給管３５ａ、３５ｂと保管部３４ａ、３４ｂとの間には、キャリアガスの供給流量が制御可能なマスフローコントローラ（ＭＦＣ）等の流量制御器３６ａ、３６ｂが設けられている。
【００１８】
III族系ガスは、保管部３４ａ、３４ｂにおいて温度が一定に保たれたIII族の原料中に、キャリアガス供給管３５ａ、３５ｂから供給されたキャリアガス、例えば水素（Ｈ２）をバブリングすることにより生成される。生成されたIII族系ガスは、III族系ガス供給管３３を介して、III族系ガス供給部３１からリアクタ１０に供給される。
【００１９】
III族の原料としては、ガリウム（Ｇａ）の原料としてのトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、アルミニウム（Ａｌ）の原料としてのトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、インジウム（Ｉｎ）の原料としてのトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）等が挙げられる。
【００２０】
Ｖ族系ガス供給部５１には、Ｖ族元素を含むＶ族系ガスの供給源となるＶ族系ガス供給源５２が、Ｖ族系ガス供給管５３を介して接続されている。
【００２１】
Ｖ族系ガス供給源５２は、例えば、Ｖ族元素を含むＶ族系ガスを含むガスボンベ５４を有する。また、ガスボンベ５４とリアクタ１０との間には、Ｖ族系ガスの供給流量が制御可能なマスフローコントローラ（ＭＦＣ）等の流量制御器５６が設けられている。
【００２２】
Ｖ族系ガスとしては、例えば、水素化物ガスが挙げられ、具体的にはヒ素（Ａｓ）の原料としてのアルシン（ＡｓＨ３）、リン（Ｐ）の原料としてのホスフィン（ＰＨ３）、窒素（Ｎ２）の原料としてのアンモニア（ＮＨ３）等のガスが挙げられる。
【００２３】
リアクタ１０の下部には、排気管６０が設けられている。排気管６０には、図示しない排気装置が接続されており、リアクタ１０内を所定の真空度まで減圧する。
【００２４】
また、結晶成長装置は、前述した基板Ｗの搬入及び搬出を行うためのロードロック室を有する。
【００２５】
以下、ロードロック室を含む結晶成長装置の搬送系について、図３を参照しながら説明する。図３は、第１実施形態に係る結晶成長装置の搬送系の概略構成を例示する図である。
【００２６】
図３に示すように、ロードロック室７０は、ゲートバルブ７１を介してリアクタ１０と仕切られている。また、ロードロック室７０は、図示しない基板搬送手段を備えており、リアクタ１０内で結晶成長処理される基板Ｗの処理前及び処理後の出し入れを行う。具体的には、処理前の基板Ｗをロードロック室７０からリアクタ１０へ搬入し、処理後の基板Ｗをリアクタ１０からロードロック室７０に搬出する。
【００２７】
リアクタ１０の下部には、ゲートバルブ７１とリアクタ１０とを接続する金属製のリアクタ下部フランジ７２が設けられている。そして、サセプタ１３は、リアクタ１０とリアクタ下部フランジ７２との間を上下に移動可能に配置されている。なお、図３では、サセプタ１３が下降した状態で、リアクタ下部フランジ７２内に保持されている。
【００２８】
リアクタ下部フランジ７２には、リアクタ下部フランジ７２内を外部から観察するためのビューポート７２ｐが設けられており、リアクタ下部フランジ７２内のサセプタ１３に載置された基板保持具１２を外部から観察可能になっている。ビューポート７２ｐとしては、特に限定されるものではなく、例えば石英ガラスと金属製フランジとを接合させたものを用いることができる。
【００２９】
また、結晶成長装置は、基板保持具１２の中心１２ｃと回転軸１４の中心１４ｃとの間の位置ずれを計測するための計測手段８０を有する。基板保持具１２の中心１２ｃと回転軸１４の中心１４ｃとの間の位置関係については後述する。
【００３０】
計測手段８０は、基板保持具１２の中心１２ｃと回転軸１４の中心１４ｃとの間の位置ずれを計測する。計測手段８０は、図３に示すように、リアクタ下部フランジ７２の外部に、ビューポート７２ｐを介して非接触で基板保持具１２の中心１２ｃと回転軸１４の中心１４ｃとの間の位置ずれを計測可能に設けられている。
【００３１】
計測手段８０としては、レーザ変位計を好適に用いることができる。計測手段８０としてレーザ変位計を用いた場合には、レーザ変位計の光源から出射されるレーザ光が、ビューポート７２ｐを介してリアクタ下部フランジ７２内の基板保持具１２に照射される。そして、レーザ光は、基板保持具１２で反射され、レーザ変位計の受光素子によって反射光として検出される。
【００３２】
このとき、基板保持具１２の中心１２ｃが回転軸１４の中心１４ｃからずれるようにサセプタ１３上に載置されることにより、基板保持具１２とレーザ変位計との距離が変化すると、レーザ変位計の受光素子上の反射光の結像位置が変化する。そして、レーザ変位計は、反射光の結像位置の変化に基づいて、基板保持具１２とレーザ変位計との間の距離を検出する。結果として、レーザ変位計は、基板保持具１２の中心１２ｃと回転軸１４の中心１４ｃとの間の位置ずれを計測する。
【００３３】
また、結晶成長装置は、前述した各部を制御するための制御部１００を有する。すなわち、結晶成長装置は、制御部１００により、結晶成長装置の回転軸１４、ヒータ、III族系ガス供給源３２、Ｖ族系ガス供給源５２、排気装置、圧力調整バルブ、基板搬送手段、計測手段８０等を制御することで、結晶成長装置の動作を実行する。
【００３４】
制御部１００は、例えばメモリ、ＣＰＵを有し、記憶部１１０に記憶されたプログラムを読み取り、そのプログラムに含まれる命令（コマンド）に従って、結晶成長装置の動作を実行する。また、結晶成長装置の動作を行うプログラムは、コンピュータで読取可能な記憶媒体、例えば磁気ディスク、光学ディスク、フラッシュメモリ等に記憶されて、記憶部１１０にインストールされる。
【００３５】
以下、制御部１００による計測手段８０及び基板搬送手段の制御について説明する。
【００３６】
制御部１００は、基板保持具１２の位置を計測するように計測手段８０の動作を制御する。また、制御部１００は、計測手段８０により計測された基板保持具１２の実際の位置と、予め記憶部１１０に記憶された基板保持具１２の基準位置とを比較し、基板保持具１２の実際の位置が所定の範囲に収まっているか否かの判定を行う。そして、制御部１００は、判定結果に従って、基板搬送手段の動作を制御する。
【００３７】
そして、基板保持具１２の実際の位置が所定の範囲に収まっている場合には、制御部１００は、基板搬送手段の基準位置を変更することなく、処理を継続する。一方、基板保持具１２の実際の位置が所定の範囲に収まっていない場合には、制御部１００は、基板搬送手段の動作にフィードバックすることにより基板保持具１２の載置されている位置を修正後、処理を継続する。
【００３８】
次に、第１実施形態に係る結晶成長装置の動作の一例について、図３を参照しながら説明する。
【００３９】
まず、制御部１００は、ロードロック室７０に載置された、基板Ｗが保持された基板保持具１２を保持するように基板搬送手段の動作を制御する。
【００４０】
続いて制御部１００は、ゲートバルブ７１を開くように図示しない駆動部の動作を制御し、ロードロック室７０からリアクタ下部フランジ７２に基板保持具１２を搬入するように基板搬送手段の動作を制御する。次に、制御部１００は、基板保持具１２をリアクタ下部フランジ７２内のサセプタ１３上に載置するように基板搬送手段の動作を制御する。
【００４１】
基板保持具１２の載置が完了すると、制御部１００は、ゲートバルブ７１を閉じるように図示しない駆動部の動作を制御する。また、制御部１００は、基板保持具１２の位置を計測するように計測手段８０の動作を制御する。そして、制御部１００は、計測された基板保持具１２の実際の位置と、予め記憶部１１０に記憶された基板保持具１２の基準位置とを比較し、基板保持具１２の実際の位置が所定の範囲に収まっているか否かを判定する。
【００４２】
基板保持具１２の実際の位置が所定の範囲内に収まっていた場合には、制御部１００は、基板搬送手段の動作にフィードバックすることなく、処理を継続する。一方、基板保持具１２の実際の位置が所定の範囲に収まっていない場合には、制御部１００は、基板搬送手段の動作にフィードバックすることにより基板保持具１２の載置されている位置を修正後、処理を継続する。
【００４３】
このため、基板保持具１２の実際の位置が所定の範囲内に収まっていない場合においても、基板保持具１２の位置が所定の範囲に収まるように修正することができる。
【００４４】
続いて制御部１００は、基板保持具１２が載置されたサセプタ１３を、リアクタ下部フランジ７２からリアクタ１０の結晶成長位置まで上昇させるように図示しない駆動手段の動作を制御する。次に、制御部１００は、リアクタ１０内においてサセプタ１３に接続された回転軸１４を回転させるように図示しない駆動手段の動作を制御する。
【００４５】
続いて制御部１００は、III族系ガス供給源３２、Ｖ族系ガス供給源５２、排気装置、圧力調整バルブ、ヒータ等の動作を制御することにより、基板Ｗに対して所定の結晶成長処理を行う。具体的には、リアクタ１０内にIII族系ガス及びＶ族系ガスを供給するようにIII族系ガス供給源３２及びＶ族系ガス供給源５２の動作を制御する。また、制御部１００は、リアクタ１０内を所定の圧力に調整するように、図示しない排気装置及び圧力調整バルブの動作を制御する。また、制御部１００は、基板Ｗを所定の温度に加熱するようにサセプタ１３の内部に設けられた図示しないヒータの動作を制御する。
【００４６】
なお、前述した回転軸１４の回転、ガスの供給、圧力の調整及び基板Ｗの加熱を実施する順番は、特に限定されるものではない。
【００４７】
そして、制御部１００は、プログラムに基づく所定の処理時間が経過すると、結晶成長処理を終了させるように、III族系ガス供給源３２、Ｖ族系ガス供給源５２、排気装置、圧力調整バルブ、ヒータ等の動作を制御する。
【００４８】
続いて制御部１００は、サセプタ１３に接続された回転軸１４の回転を停止させるように図示しない駆動手段の動作を制御する。次に、制御部１００は、基板保持具１２が載置されたサセプタ１３を、リアクタ１０の結晶成長位置からリアクタ下部フランジ７２まで下降させるように図示しない駆動手段の動作を制御する。
【００４９】
続いて制御部１００は、ゲートバルブ７１を開けるように図示しない駆動手段の動作を制御し、リアクタ下部フランジ７２内の基板保持具１２を保持し、基板保持具１２をロードロック室７０に搬出するように基板搬送手段の動作を制御する。そして、ロードロック室７０に基板保持具１２が搬出されると、制御部１００は処理を終了する。
【００５０】
次に、第１実施形態に係る結晶成長装置の作用・効果について説明する。
【００５１】
まず、結晶成長装置のリアクタ１０内に設けられた基板保持具１２とサセプタ１３との間の位置関係について、図４を参照しながら説明する。図４は、結晶成長装置における基板保持具１２とサセプタ１３との間の位置関係を例示する図である。
【００５２】
なお、図４において、１２ｃは基板保持具１２の中心を表し、１４ｃは回転軸１４の中心を表し、矢印は回転軸１４の回転方向を表す。また、図４において、ａは、基板保持具１２における回転軸１４の中心１４ｃから基板保持具１２の周に直交するように引いた線分の長さの最大値を表す。また、図４において、ｂは、基板保持具１２における回転軸１４の中心１４ｃから基板保持具１２の周に直行するように引いた線分の長さの最小値を表す。
【００５３】
前述したように、基板保持具１２は、基板搬送手段により搬送されることにより、サセプタ１３上に載置される。このため、基板保持具１２は、図４に示すように、基板保持具１２の中心１２ｃと回転軸１４の中心１４ｃとの間の位置がずれた（偏った）状態でサセプタ１３上に載置されることがある。
【００５４】
ここで、基板保持具１２の中心１２ｃと回転軸１４の中心１４ｃとの位置ずれをδＣとし、δＣを以下の式（Ａ）で定義する。
【００５５】
δＣ＝（ａ−ｂ）／２  …（Ａ）
すなわち、式（Ａ）に示すように、基板保持具１２の中心１２ｃと回転軸１４の中心１４ｃとの位置ずれが大きい場合には、長さａと長さｂとの差ａ−ｂが大きくなるため、位置ずれδＣが大きくなる。一方、基板保持具１２の中心１２ｃと回転軸１４の中心１４ｃとの位置ずれが小さい場合には、長さａと長さｂとの差ａ−ｂが小さくなるため、位置ずれδＣが小さくなる。
【００５６】
次に、基板Ｗに形成される化合物半導体結晶の膜厚分布について、図５を参照しながら説明する。図５は、第１実施形態に係る結晶成長装置における効果を説明する図である。具体的には、図５は、第１実施形態に係る結晶成長装置において、リアクタ１０内に、III族系ガス供給部３１及びＶ族系ガス供給部５１から各々、III族系ガス及びＶ族系ガスを供給したときのガスの流れを示した図である。
【００５７】
なお、図５において、矢印はガスの流れを表し、説明の便宜上、矢印の太さはガス流量の大きさを表す。すなわち、図５において、矢印の太さが太い領域ではガス流量が大きく、矢印の太さが細い領域ではガス流量が小さいことを表す。
【００５８】
図５に示すように、第１実施形態に係る結晶成長装置においては、基板保持具１２の中心１２ｃと回転軸１４の中心１４ｃとの間の位置ずれがない、又はほとんどない（δＣが小さい）。このため、リアクタ１０上部から供給されたガスは、リアクタ１０上部から基板Ｗに向けて図中下方向に流れる。そして、基板Ｗに向けて図中下方向に流れたガスは、基板Ｗ上面で均等又は略均等に基板保持具１２の外周方向（図中左右方向）に拡がる。そして、基板保持具１２の外周方向に拡がったガスは、基板保持具１２の外周部とリアクタ１０の内周部との隙間Ｇを通って、リアクタ１０の下部に設けられた排気管６０へと流れる。
【００５９】
すなわち、リアクタ１０上部から供給されたガスは、基板Ｗ上部で均等又は略均等に基板保持具１２の外周方向に拡がるため、ガスの流れに偏りが発生しない。このため、基板保持具１２に保持された基板Ｗに形成される化合物半導体結晶の基板Ｗの円周方向における膜厚ばらつきを低減することができる。結果として、歩留まりを向上させることができる。
【００６０】
次に、第１実施形態に係る結晶成長装置の比較のために、第１実施形態の計測手段８０を備えていない結晶成長装置を用いて、基板Ｗに化合物半導体結晶を形成した場合の化合物半導体結晶の膜厚分布について、図６を参照しながら説明する。
【００６１】
図６は、第１実施形態に係る結晶成長装置における効果を説明する図である。具体的には、図６は、第１実施形態の計測手段８０を備えていない結晶成長装置において、リアクタ１０内に、III族系ガス供給部３１及びＶ族系ガス供給部５１から各々、III族系ガス及びＶ族系ガスを供給したときのガスの流れを示した図である。
【００６２】
なお、図６においても、図５と同様に、矢印はガスの流れを表し、説明の便宜上、矢印の太さはガス流量の大きさを表す。すなわち、図６において、矢印の太さが太い領域ではガス流量が大きく、矢印の太さが細い領域ではガス流量が小さいことを表す。
【００６３】
結晶成長装置が計測手段８０を備えていない場合、図６に示すように、基板保持具１２の中心１２ｃと回転軸１４の中心１４ｃとの間に位置ずれが発生している（δＣが大きい）。すなわち、基板保持具１２の外周部とリアクタ１０の内周部との隙間Ｇが均等ではない。
【００６４】
そして、リアクタ１０上部から供給されたガスがリアクタ１０上部から基板Ｗに向けて図中下方向に流れた後、基板Ｗ上部で基板保持具１２の外周方向に拡がると、ガスの流れに偏りが発生する。具体的には、隙間Ｇが狭い領域と比較して、隙間Ｇが広い領域には多くのガスが流れる。
【００６５】
これにより、基板保持具１２に保持された基板Ｗに形成される化合物半導体結晶の膜厚は、ガスの流れが大きい領域、すなわち、隙間Ｇが広い領域に近い部分で厚くなる。一方、基板保持具１２に保持された基板Ｗに形成される化合物半導体結晶の膜厚は、ガスの流れが小さい領域、すなわち、隙間Ｇが狭い領域に近い部分で薄くなる。このため、基板保持具１２に保持された基板Ｗに形成される化合物半導体結晶の基板Ｗの円周方向における膜厚ばらつきが大きくなる。
【００６６】
以上に説明したように、第１実施形態に係る結晶成長装置によれば、基板Ｗが保持される基板保持具１２と、基板保持具１２が載置されるサセプタ１３と、サセプタ１３に接続された回転軸１４と、基板保持具１２の中心１２ｃと回転軸１４の中心１４ｃとの間の位置ずれを計測する計測手段８０とを有する。このため、基板Ｗに形成される化合物半導体結晶の基板Ｗの円周方向における膜厚ばらつきを低減し、歩留まりを向上させることができる。
【００６７】
また、第１実施形態に係る結晶成長装置によれば、計測手段８０がリアクタ下部フランジ７２の外部に、ビューポート７２ｐを介して非接触で基板保持具１２の中心１２ｃと回転軸１４の中心１４ｃとの間の位置ずれを計測可能に設けられている。このため、計測手段８０に堆積物等が付着することがない。
【００６８】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る結晶成長装置について説明する。
【００６９】
第２実施形態に係る結晶成長装置は、リアクタ１０が石英リアクタである点で、第１実施形態に係る結晶成長装置と相違する。また、第２実施形態に係る結晶成長装置は、計測手段８０がリアクタ１０外部に、リアクタ１０を介して非接触で基板保持具１２の中心１２ｃと回転軸１４の中心１４ｃとの間の位置ずれを計測可能に設けられている点で、第１実施形態に係る結晶成長装置と相違する。
【００７０】
なお、第２実施形態に係る結晶成長装置は、上記相違点以外は第１実施形態と同様の構成を有する。このため、以下の説明では、第１実施形態と相違する点を中心に説明する。
【００７１】
図７は、第２実施形態に係る結晶成長装置の搬送系の概略構成を例示する図である。
【００７２】
図７に示すように、第２実施形態に係る結晶成長装置は、リアクタ１０外部に、リアクタ１０を介して非接触で基板保持具１２の中心１２ｃと回転軸１４の中心１４ｃとの間の位置ずれを計測可能な計測手段８０を有する。
【００７３】
計測手段８０は、基板保持具１２が載置されたサセプタ１３が、リアクタ下部フランジ７２からリアクタ１０の結晶成長位置まで上昇した後に、基板保持具１２の位置を計測する。
【００７４】
これにより、第２実施形態に係る結晶成長装置によれば、第１実施形態に係る結晶成長装置と同様に、基板保持具１２の中心１２ｃと回転軸１４の中心１４ｃとの間の位置ずれを計測することができる。このため、基板Ｗに形成される化合物半導体結晶の基板Ｗの円周方向における膜厚ばらつきを低減し、歩留まりを向上させることができる。
【００７５】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る結晶成長装置について説明する。
【００７６】
第３実施形態に係る結晶成長装置は、基板保持具１２の外径が、サセプタ１３の外径以下である点、及び、計測手段８０を有していない点で、第１実施形態に係る結晶成長装置と相違する。
【００７７】
なお、第３実施形態に係る結晶成長装置は、上記相違点以外は第１実施形態と同様の構成を有する。このため、以下の説明では、第１実施形態と相違する点を中心に説明する。
【００７８】
図８は、第３実施形態に係る結晶成長装置における効果を説明する図である。
【００７９】
図８に示すように、第３実施形態に係る結晶成長装置は、基板Ｗが保持される基板保持具１２と、基板保持具１２が載置されるサセプタ１３と、サセプタ１３に接続された回転軸１４とを有する。
【００８０】
本実施形態に係る基板保持具１２の外径Ｄ１２は、サセプタ１３の外径Ｄ１３以下である。
【００８１】
サセプタ１３には、基板保持具１２が載置される側の面に１又は複数の凸部及び／又は凹部が形成され、基板保持具１２には、サセプタ１３の凸部及び／又は凹部と対応するように、サセプタ１３に載置される側の面に１又は複数の凹部及び／又は凸部が形成され、基板保持具１２の１又は複数の凹部及び／又は凸部がサセプタ１３の１又は複数の凸部及び／凹部に嵌めこまれることにより、基板保持具１２とサセプタ１３とが位置決めされる形態であることが好ましい。
【００８２】
図８では、サセプタ１３は、基板保持具１２が載置される側の面に１つの凹部１３ａを有する。一方、基板保持具１２は、サセプタ１３の凹部１３ａと対応するように、サセプタ１３に載置される側の面に１つの凸部１２ａを有する。そして、基板保持具１２の凸部１２ａがサセプタ１３の凹部１３ａに嵌めこまれることにより、基板保持具１２とサセプタ１３とが位置決めされ、基板保持具１２がサセプタ１３に載置される。
【００８３】
凸部１２ａの形状としては、例えば図８に示すように、基板Ｗが保持される側の一方の面から他方の面に向かって外径が小さくなるテーパ形状であることが好ましい。凹部１３ａの形状としては、例えば図８に示すように、基板保持具１２が載置される側に向かって外径が大きくなるテーパ形状であることが好ましい。これにより、リアクタ下部フランジ７２においてサセプタ１３上に、サセプタ１３の上方側からサセプタ１３に向かって下降させながら基板保持具１２を載置する場合、テーパの傾斜面により基板保持具１２の中心１２ｃと回転軸１４の中心１４ｃとの間に多少の位置ずれがあったとしても、この位置ずれを吸収することができ、位置決めが容易となる。
【００８４】
以上に説明したように、第３実施形態に係る結晶成長装置では、基板保持具１２の外径Ｄ１２がサセプタ１３の外径Ｄ１３以下である。このため、リアクタ１０の内周部との隙間Ｇがサセプタ１３の外径Ｄ１３によって決まることになり、基板保持具１２の中心１２ｃと回転軸１４の中心１４ｃとの間に位置ずれが生じた場合であっても隙間Ｇが変化しないため、ガスの流れに偏りが発生しない。結果として、基板保持具１２に保持された基板Ｗに形成される化合物半導体結晶の基板Ｗの円周方向における膜厚ばらつきを低減することができ、歩留まりを向上させることができる。
【００８５】
なお、第３実施形態では、計測手段８０を有していない形態について説明したが、第１実施形態で説明した計測手段８０を組み合わせた構成とすることもできる。この場合、サセプタ１３に対して基板保持具１２が載置される位置の精度を特に高めることができる。
【実施例】
【００８６】
［実施例１］
次に、前述した第１実施形態に係る結晶成長装置を用いて、基板Ｗとしての直径が３インチ（７６．２ｍｍ）のＧａＡｓ基板に、化合物半導体結晶としてのアルミニウムガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）を結晶成長させた。ここで、実施例１に係る結晶成長装置は、図３に示すように、基板保持具１２の中心１２ｃと回転軸１４の中心１４ｃとの間の位置ずれを計測する計測手段８０を有する。
【００８７】
以下、第１実施形態に係る結晶成長装置を用いた化合物半導体結晶の結晶成長方法について具体的に説明する。
【００８８】
まず、ゲートバルブ７１を開口して基板搬送手段に載置された基板Ｗが保持された基板保持具１２をロードロック室７０からリアクタ下部フランジ７２に搬入し、サセプタ１３上に載置する。次に、計測手段８０は、基板保持具１２の位置を計測する。
【００８９】
次に、制御部１００は、計測された基板保持具１２の実際の位置と、予め記憶部１１０に記憶された基板保持具１２の基準位置とを比較し、基板保持具１２の実際の位置が所定の範囲に収まっているか否かを判定する。
【００９０】
基板保持具１２の実際の位置が所定の範囲内に収まっていた場合には、制御部１００は、基板搬送手段の動作にフィードバックすることなく、処理を継続する。一方、基板保持具１２の実際の位置が所定の範囲に収まっていない場合には、制御部１００は、基板搬送手段の動作にフィードバックすることにより基板保持具１２の載置されている位置を修正後、処理を継続する。
【００９１】
このため、基板保持具１２の実際の位置が所定の範囲内に収まっていない場合においても、基板保持具１２の位置が所定の範囲に収まるように修正することができる。
【００９２】
基板保持具１２の搬入後、ゲートバルブ７１が閉じられる。
【００９３】
次に、基板保持具１２が載置されたサセプタ１３を、リアクタ下部フランジ７２からリアクタ１０の結晶成長位置まで上昇させる。また、リアクタ１０内においてサセプタ１３に接続された回転軸１４を回転させることにより、基板Ｗ、基板保持具１２、サセプタ１３を回転させる。
【００９４】
次に、前述した保管部３４ａ、３４ｂの温度、キャリアガスとしてのＨ２の圧力及び流量を制御することによって、III族系ガス供給部３１からＴＭＡｌガス及びＴＭＧａガスを所定の流量でリアクタ１０に供給する。また、Ｖ族系ガス供給部５１からＡｓＨ３ガスを所定の流量でリアクタ１０に供給する。
【００９５】
次に、図示しない排気装置によりリアクタ１０内の圧力を減圧し、図示しない圧力調整バルブを調整することにより、リアクタ１０内を所定の圧力に調整する。また、サセプタ１３の内部に設けられた図示しないヒータにより基板Ｗを加熱する。
【００９６】
ＴＭＡｌ［（ＣＨ３）３Ａｌ］ガス、ＴＭＧａ［（ＣＨ３）３Ｇａ］ガス及びＡｓＨ３ガスは、ＧａＡｓ基板上で以下の式（Ｂ）に示されるように反応し、ＡｌＧａＡｓがＧａＡｓ基板の結晶方位を維持しながらＧａＡｓ基板上に結晶成長する。
ｘ（ＣＨ３）３Ａｌ＋（１−ｘ）（ＣＨ３）３Ｇａ＋ＡｓＨ３→ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ＋３ＣＨ４↑  …（Ｂ）
以上の方法により、実施例１のＡｌＧａＡｓ結晶をＧａＡｓ基板上に成長させた。また、ＧａＡｓ基板上に成長させたＡｌＧａＡｓ結晶の膜厚を測定した。
【００９７】
［比較例１］
実施例１の計測手段８０を備えていない点以外は、実施例１と同様の結晶成長装置を用いて、比較例１のＡｌＧａＡｓ結晶をＧａＡｓ基板上に成長させた。また、ＧａＡｓ基板上に成長させたＡｌＧａＡｓ結晶の膜厚を測定した。
【００９８】
［評価結果］
次に、実施例１及び比較例１で作製したＡｌＧａＡｓ結晶の評価結果について、図９を参照しながら説明する。
【００９９】
図９（ａ）は、実施例１のＡｌＧａＡｓ結晶の膜厚分布を測定した結果である。また、図９（ｂ）は、比較例１のＡｌＧａＡｓ結晶の膜厚分布を測定した結果である。図９（ａ）及び（ｂ）において、左側に示す円形部分はＧａＡｓ基板を表し、右側に示す「ｈｉｇｈ」はＡｌＧａＡｓ結晶の膜厚が厚いことを表し、「ｌｏｗ」はＡｌＧａＡｓ結晶の膜厚が薄いことを表す。
【０１００】
図９（ａ）に示すように、実施例１におけるＧａＡｓ基板上のＡｌＧａＡｓ結晶の膜厚は、同心円状に近い分布となっていることが確認できた。一方、図９（ｂ）に示すように、比較例１におけるＧａＡｓ基板上のＡｌＧａＡｓ結晶の膜厚は、同心円状からずれた分布となっていることが確認できた。
【０１０１】
例えば、図９（ｂ）において、右上部分の膜厚と左下部分の膜厚とを比較すると、右上部分で厚く、左下部分で薄くなっている。すなわち、実施例１における基板Ｗの円周方向の膜厚ばらつきは、比較例１における基板Ｗの円周方向の膜厚ばらつきと比較して低減していることが確認できた。
【０１０２】
次に、ＧａＡｓ基板に形成されたＡｌＧａＡｓ結晶のＧａＡｓ基板の円周方向における膜厚分布を評価するために、図９（ａ）及び（ｂ）を用いて、膜厚の数値化を行った。具体的には、ＧａＡｓ基板の中心から半径方向に２５ｍｍの点を含む円周を、８等分したときの点におけるＡｌＧａＡｓ結晶の膜厚を各々測定した。そして、測定した各々の膜厚のうち最大値と最小値とを用いて、（最大値−最小値）／平均値を算出し、円周方向の膜厚分布とした。ここで、平均値としては、図９（ａ）又は（ｂ）におけるＧａＡｓ基板全体に形成されたＡｌＧａＡｓ結晶の膜厚の平均値を用いた。
【０１０３】
図９（ｃ）は、実施例１及び比較例１に係るＧａＡｓ基板に形成されたＡｌＧａＡｓ結晶のＧａＡｓ基板の円周方向における膜厚分布と歩留まりの評価結果である。図９（ｃ）において、Ｘ軸（横軸）はＧａＡｓ基板に形成されたＡｌＧａＡｓ結晶のＧａＡｓ基板の円周方向における膜厚分布であり、Ｙ軸（縦軸）は歩留まりである。また、図９（ｃ）において、黒菱形印は実施例１でＧａＡｓ基板上に形成されたＡｌＧａＡｓ結晶についてのプロットであり、白菱形印は比較例１でＧａＡｓ基板上に形成されたＡｌＧａＡｓ結晶についてのプロットである。
【０１０４】
図９（ｃ）に示すように、実施例１でＧａＡｓ基板上に形成されたＡｌＧａＡｓ結晶（黒菱形印）においては、基板保持具１２の中心１２ｃと回転軸１４の中心１４ｃとの位置ずれδＣは、いずれも１００μｍ以下であった。一方、図９（ｃ）に示すように、比較例１でＧａＡｓ基板上に形成されたＡｌＧａＡｓ結晶（白菱形印）においては、基板保持具１２の中心１２ｃと回転軸１４の中心１４ｃとの位置ずれδＣは、いずれも１００μｍより大きかった。
【０１０５】
また、図９（ｃ）に示すように、δＣが１００μｍ以下の場合、ＧａＡｓ基板に形成されたＡｌＧａＡｓ結晶のＧａＡｓ基板の円周方向における膜厚分布が１％以下と小さく、歩留まりは高い値を維持し、良好であることが確認できた。一方、図９（ｃ）に示すように、δＣが１００μｍよりも大きい場合、ＧａＡｓ基板に形成されたＡｌＧａＡｓ結晶のＧａＡｓ基板の円周方向における膜厚分布は１％より大きいことが確認できた。また、歩留まりはＧａＡｓ基板に形成されたＡｌＧａＡｓ結晶のＧａＡｓ基板の円周方向の膜厚分布と負の相関を示すことが確認できた。
【０１０６】
すなわち、実施例１においては、ＧａＡｓ基板に形成されるＡｌＧａＡｓ結晶のＧａＡｓ基板の円周方向における膜厚ばらつきを低減し、歩留まりを向上させることができた。
【０１０７】
以上、結晶成長装置を実施形態及び実施例により説明したが、本発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。
【０１０８】
例えば、本実施形態では、ＭＯＣＶＤ法により基板に化合物半導体結晶を成長させる結晶成長装置について説明したが、本発明はこの点において限定されず、回転機構を有するサセプタ１３上に基板保持具１２を載置して結晶成長させる種々の装置に適用できる。結晶成長装置としては、例えば、分子線エピタキシ（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法により、基板に化合物半導体結晶を成長させる結晶成長装置等が挙げられる。
【０１０９】
また、本実施形態では、基板にIII−Ｖ族半導体結晶を成長させる形態について説明したが、これに限定されず、II−ＶI族半導体結晶を成長させる形態であっても良い。この場合、III族元素を含むIII族系ガスに代えて、例えばマグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、水銀（Ｈｇ）等のII族元素を含むII族系ガスを用いる。また、Ｖ族元素を含むＶ族系ガスに代えて、例えば酸素（Ｏ２）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）等のＶI族元素を含むＶI族系ガスを用いる。
【０１１０】
また、結晶成長装置は、サセプタ１３を昇降させる昇降機構を有することが好ましい。これにより、結晶成長装置は、昇降機構によりサセプタ１３を昇降させることで、基板Ｗの半径方向における膜厚ばらつきを調整することができる。具体的には、基板Ｗの周辺部における膜厚が基板Ｗの中心部における膜厚よりも厚い場合、昇降機構によりサセプタ１３を下降させることで、基板Ｗの周辺部と基板Ｗの中心部との間の膜厚差を小さくすることができる。また、基板Ｗの周辺部における膜厚が基板Ｗの中心部における膜厚よりも薄い場合、昇降機構によりサセプタ１３を上昇させることで、基板Ｗの周辺部と基板Ｗの中心部との間の膜厚差を小さくすることができる。結果として、基板Ｗに形成される化合物半導体結晶の基板Ｗの半径方向における膜厚ばらつきを低減することができる。
【０１１１】
なお、昇降機構によるサセプタ１３の昇降動作を行うタイミングとしては、特に限定されるものではないが、例えば基板Ｗに対して所定の結晶成長処理を行うことで基板Ｗに形成される化合物半導体結晶の膜厚分布を確認した後とすることができる。また、例えば結晶成長処理を行う前とすることができる。結晶成長処理を行う前に昇降動作を行う場合、予め結晶成長処理を行うプロセス条件ごとに最適とされるサセプタ１３の昇降位置となるように、昇降機構によりサセプタ１３を昇降させることが好ましい。
【符号の説明】
【０１１２】
１０    リアクタ
１２    基板保持具
１２ａ  凸部
１３    サセプタ
１３ａ  凹部
１４    回転軸
７２ｐ  ビューポート
８０    計測手段
１００  制御部
Ｗ  基板
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１３】
【特許文献１】特開２０１０−１９２７２０号公報
【図１】
2016001732.tif 000003
【図２】
2016001732.tif 000004
【図３】
2016001732.tif 000005
【図４】
2016001732.tif 000006
【図５】
2016001732.tif 000007
【図６】
2016001732.tif 000008
【図７】
2016001732.tif 000009
【図８】
2016001732.tif 000010
【図９】
2016001732.tif 000011