成膜装置
【課題】ガスガイドプレートが貫通穴を有していても、薄膜の結晶性に対する影響が抑えられ、かつ、他の部品に反応生成物が堆積することを抑制することができる成膜装置を提供する。
【解決手段】本発明に係るＭＯＣＶＤ装置１００は、反応ガスを供給して基板の被成膜面を成膜する成膜装置であって、基板２を保持する基板保持台３と、基板保持台３に対向して配置され、基板２の被成膜面に対向する位置に貫通穴７を有するガスガイドプレート６と、基板保持台３とガスガイドプレート６との間に反応ガス８ａを流す反応ガス配管８とを備えている。ガスガイドプレート６における基板２に対向する側において、貫通穴７にガス流の下流側で接する下流側端部１３は、上流側で接する上流側端部１２よりも、基板２の被成膜面との最短距離が長い。このため、反応ガス８ａが、貫通穴７を通じて吹き出すことが抑制される。
【解決手段】本発明に係るＭＯＣＶＤ装置１００は、反応ガスを供給して基板の被成膜面を成膜する成膜装置であって、基板２を保持する基板保持台３と、基板保持台３に対向して配置され、基板２の被成膜面に対向する位置に貫通穴７を有するガスガイドプレート６と、基板保持台３とガスガイドプレート６との間に反応ガス８ａを流す反応ガス配管８とを備えている。ガスガイドプレート６における基板２に対向する側において、貫通穴７にガス流の下流側で接する下流側端部１３は、上流側で接する上流側端部１２よりも、基板２の被成膜面との最短距離が長い。このため、反応ガス８ａが、貫通穴７を通じて吹き出すことが抑制される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上にガスを利用して結晶成長させるＭＯＣＶＤ装置等の成膜装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザー素子、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子等の化合物半導体の製造には、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法；Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置が好適に用いられている。
【０００３】
一般に、ＭＯＣＶＤ装置では、反応ガスを反応室内に導入して加熱し、基板上で気相反応させることにより、その基板上に化合物半導体結晶を成長させている。基板上に再現性良く結晶成長を行うには、基板温度を所定の温度に保つことと、反応ガスを均一な濃度分布と流量で基板上に供給することが必要である。このため、結晶成長過程における基板の反りや温度を測定して確認しつつ結晶成長を進めることが望ましい。
【０００４】
基板の反りや温度を測定するためには、通常、反応ガスを封じ込めてプロセス環境を整える、チャンバと呼ばれる箱状や筒状などの反応室の外壁に、内部を視認可能なビューポートを設け、このビューポート越しに上記測定を行うことが一般的である。
【０００５】
例えば、基板の反りを測定する場合、反り測定装置が測定光を出射して、ビューポート越しに基板表面を照射し、当該基板からの反射光を受光する。基板が反ると基板の反りに応じて測定光がある反射角を有して反射されるため、受光部では基板の反りが小さい場合と大きい場合とで受光位置が異なる。反り測定装置は、受光位置の違いを利用して基板の反りを測定する。
【０００６】
ところで、ＭＯＣＶＤ装置では、反応ガスを効率よく基板近傍に流すためにガスガイドプレートを設けていることが多い。ガスガイドプレートとは、基板の被成膜面側の上部空間を、基板側の空間と反応室の内壁側の空間とに隔てる隔壁である。ガスガイドプレートが設けられているＭＯＣＶＤ装置では、成膜中に基板の反りや温度を測定するために、ガスガイドプレートに貫通穴を設け、ビューポートから当該貫通穴を介して基板の被処理面を臨み得るようになっている。
【０００７】
例えば、特許文献１に開示されたＭＯＣＶＤ装置について簡単に説明する。
【０００８】
図８（ａ）は、特許文献１のＭＯＣＶＤ装置２０１を示す側面図であり、（ｂ）はその上面図であり、（ｃ）はその断面図である。図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、ＭＯＣＶＤ装置２０１では、二重構造を構成する外管壁２０１および内管壁２０３の内側において、サセプタ２０５上に基板２０６が載置される。外管壁２０１には光の透過可能な窓２０２が設けられており、また内管壁２０３に光の通過する穴２０４が設けられている。このため、ＭＯＣＶＤ装置２０１では、窓２０２および穴２０４を介して基板２０６に光２０９を照射することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６２−１８８２１８号公報（１９８７年８月１７日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、ガスガイドプレートに貫通穴が設けられている従来のＭＯＣＶＤ装置では、基板の被成膜面側の上部空間において、基板側の空間の圧力が、反応室の内壁側の空間の圧力よりも高い場合、反応ガスが基板側の空間に留まらず、貫通穴を通じて反応室の内壁側に吹き出してしまう。この結果、基板上に得られる薄膜の結晶性などに悪影響が生じる恐れがある。
【００１１】
また、吹き出した反応ガスがビューポート近傍に到達することにより、ビューポートに反応生成物が堆積してしまい、基板の反りや温度を測定するための測定光が当該反応生成物により反射してしまう。この結果、基板の反りや温度測定から得られるデータは本来得られるはずの値とは異なった値になってしまう。
このため、ビューポートの交換や掃除が頻繁に必要になってくる。
【００１２】
さらに、ビューポートだけでなく、例えばヒーターや駆動部などの他の部品についても、反応生成物が堆積すると不具合が生じてしまい、これらの部品の交換や掃除が頻繁に必要になる。
【００１３】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガスガイドプレートが貫通穴を有していても、薄膜の結晶性に対する影響が抑えられ、かつ、他の部品に反応生成物が堆積することを抑制することができる成膜装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る成膜装置は、上記課題を解決するために、反応ガスを供給して基板の被成膜面を成膜する成膜装置であって、上記基板を保持する基板保持台と、上記基板に対向して配置され、上記基板に対向する位置に貫通穴を有するガスガイドプレートと、上記基板保持台と上記ガスガイドプレートとの間に上記反応ガスを流すガス供給手段とを備え、上記ガスガイドプレートにおける上記基板に対向する側において、上記貫通穴に対して上記反応ガスによるガス流の下流側で接する下流側端部は、上記貫通穴に対して上流側で接する上流側端部よりも、上記基板の被成膜面との最短距離が長いことを特徴としている。
【００１５】
上記構成において、ガスガイドプレートは、ガス供給手段によって供給された反応ガスが保持台上の基板の被成膜面に向かって流れるように、反応ガスの流路を規定している。また、ガスガイドプレートには、例えば基板の被成膜面を外部から望みえるように、当該被成膜面に対向する位置に貫通穴が形成されている。
【００１６】
上記構成によれば、基板に向かって流れた反応ガスは、当該基板と貫通穴との間を流れる。ガスガイドプレートにおいて下流側端部と基板との距離は、上流側端部と基板との距離よりも大きいため、基板と貫通穴との間を流れる反応ガスの流路の断面積は、貫通穴の上流側よりも下流側において大きい。すなわち、上記反応ガスの圧力は、貫通穴の上流側から下流側にかけて減少する。このため、上記反応ガスは貫通穴の上流側から下流側に向かって流れ易くなる。これによって、反応ガスが、ガスガイドプレートと基板との間の空間から貫通穴を通じて吹き出すことを抑制することができる。
【００１７】
したがって、本発明に係る成膜装置では、基板上におけるガスの濃度分布や流量の変化を抑えることができ、結果得られる薄膜の結晶性などに及ぼす影響を抑えることができる。また、ガスガイドプレートを挟んで基板とは反対側に、ビューポートやその他の部品が配置されていたとしても、これら部品と反応ガスとの接触の割合が減少するため、反応生成物による不具合を抑えることができ、交換や掃除の頻度を減少させることができる。
【００１８】
本発明に係る成膜装置は、上記基板を収容する反応室と、上記反応室の壁に設けられ、上記貫通穴を介して上記被成膜面を臨み得るビューポートとを備えることが好ましい。
【００１９】
上記構成において、反応室内における成膜中の基板について、ビューポートおよび貫通穴を介して観察や測定を行うことができる。上記構成によれば、反応ガスがビューポートに到達する割合が減少するため、ビューポートに反応生成物が堆積することが抑制される。このため、成膜中における基板の反りや温度の測定において、正確なデータを得ることができる。また、ビューポートの交換や掃除の頻度を減少させることができる。
【００２０】
本発明に係る成膜装置において、上記ガスガイドプレートは、上記基板に対向する側において、上記下流側端部を含み、かつ上記上流側端部よりも上記基板の被成膜面との最短距離が長い任意の段差領域を有することが好ましい。
【００２１】
上記構成によれば、基板に向かって流れた反応ガスは、基板と貫通穴との間を経由し、さらに上記領域に向かって流れる。この反応ガスの流れる流路の断面積は、下流側における上記領域に接する空間において、貫通穴の上流側よりも大きくなる。このため、反応ガスは貫通穴の下流側に向かってより流れ易くなる。よって、反応ガスが、ガスガイドプレートと基板との間の空間から貫通穴を通じて吹き出すことをより効果的に抑制することができる。
【００２２】
本発明に係る成膜装置において、上記段差領域における上記ガス流の下流側の終端は、上記基板における上記ガス流の下流側の終端よりも、下流側にあることが好ましい。
【００２３】
上記構成では、ガスガイドプレートにおける基板と対向する側において、基板の被成膜面との最短距離が上記領域よりも下流側において短くなる場合、反応ガスが上記領域よりも下流側に流れる際、当該反応ガスの流路断面積は減少する。このとき、当該反応ガスの圧力は増加するため、上記領域における下流側には反応ガスの吹きだまりが生じてしまう。
【００２４】
しかしながら、上記構成によれば、上記領域における下流側の終端位置は、基板の下流側の終端よりも下流側にある。このため、上記吹きだまりが生じる空間は基板よりも下流側に位置することになり、基板に対する反応ガスの吹きだまりの影響を小さくすることができる。
【００２５】
さらに、本発明に係る成膜装置において、上記ガスガイドプレートは、上記段差領域の上記終端に接する位置に、上記ガス流の下流に向かうほど上記基板の被成膜面との最短距離が短くなる傾斜面を有することが好ましい。
【００２６】
上記構成によれば、上記領域から傾斜面に向かって流れる反応ガスの流路断面積は徐々に減少する。このため、当該反応ガスの圧力は徐々に変化することになる。結果として、反応ガスの吹きだまりを抑えることができ、基板上における反応ガスの濃度分布の変化を抑えることができる。
【００２７】
また、本発明に係る成膜装置において、上記ガスガイドプレートは、上記下流側端部を含み、かつ上記ガス流の下流に向かうほど上記基板の被成膜面との最短距離が短くなる傾斜面を有してもよい。
【００２８】
上記構成によれば、傾斜面の近傍を流れる反応ガスの流路断面積は徐々に減少する。このため、当該反応ガスの圧力は徐々に変化することになる。結果として、反応ガスの吹きだまりを抑えることができ、基板上における反応ガスの濃度分布の変化を抑えることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る成膜装置は、反応ガスを供給して基板の被成膜面を成膜する成膜装置であって、ガスガイドプレートにおける基板に対向する側において、貫通穴にガス流の下流側で接する下流側端部は、上流側で接する上流側端部よりも、基板の被成膜面との最短距離が長い。このため、ガスガイドプレートが貫通穴を有していても、薄膜の結晶性に対する影響が抑えられ、かつ、他の部品に反応生成物が堆積することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】（ａ）は本実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置の概略構成を断面図であり、（ｂ）はその貫通穴を示す上面図であり、（ｃ）はその貫通穴を示す断面図である。
【図２】（ａ）は図１に示す貫通穴の変形例を示す断面図であり、（ｂ）はその上面図であり、（ｃ）はその拡大断面図である。
【図３】（ａ）は図１に示す貫通穴の他の変形例を示す断面図であり、（ｂ）はその上面図であり、（ｃ）はその拡大断面図である。
【図４】（ａ）は図１に示す貫通穴の他の変形例を示す断面図であり、（ｂ）はその上面図であり、（ｃ）はその拡大断面図である。
【図５】実施例に係るＭＯＣＶＤ装置の要部構成を示す断面図である。
【図６】（ａ）は従来のＭＯＣＶＤ装置の要部構成を示す断面図であり、（ｂ）はその貫通穴を示す上面図であり、（ｃ）はその貫通穴を示す断面図である。
【図７】実施例および比較例の解析結果を示す表である。
【図８】（ａ）は特許文献１のＭＯＣＶＤ装置を示す側面図であり、（ｂ）はその上面図であり、（ｃ）はその断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図７に基づき、詳細に説明する。
【００３２】
（ＭＯＣＶＤ装置１００の構成）
まず、本実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置（成膜装置）１００の構成について図１（ａ）を参照して説明する。図１（ａ）は、本実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置１００の概略構成を示す断面図である。
【００３３】
図１（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ装置１００は、チャンバ１、基板２を保持する保持台３、基板２を回転させる回転台４、加熱手段として保持台３の下側に配置されるヒーター５、ガスガイドプレート６、反応ガス８ａを供給する反応ガス配管８、パージガス９ａを供給するパージガス配管９、および、測定装置１１などを備えている。
【００３４】
チャンバ（反応室）１は、反応ガス８ａを供給して基板２の被処理面に結晶を成長させるための容器である。チャンバ１には、内部に配置された基板２の被成膜面を臨み得るようにビューポート１０が形成されている。ビューポート１０は、光が透過することができるような透明材料から構成される。
【００３５】
保持台（基板保持台）３は、回転台４に対して等間隔に複数配置されており、その上面には基板２が配置される。回転台４は、回転軸（図示しない）を有しており、モーター（図示しない）に駆動されることによって、保持台３に配置された基板２を回転させる。これによって、複数の基板２の間における薄膜の膜厚を均一化することができる。
【００３６】
なお、本実施形態において、保持台２は、基板２の被成膜面と回転台４の上面とが同一平面上になるように基板２を保持している。
【００３７】
ヒーター５は、成膜過程において、基板２の温度を最大１３００℃程度まで上昇させることができ、この熱によって反応ガス８ａに気相反応を生じさせる。このとき、基板２には反応ガス８ａの成分に応じた結晶薄膜が成膜される。
【００３８】
ガスガイドプレート６は、保持台３および回転台４の上面に対向して配置されている。ガスガイドプレート６は、反応ガス８ａとパージガス９ａとを仕切り、かつ反応ガス８ａを基板２近傍のみに流す構造を有する。また、ガスガイドプレート６には、基板２の中央部に対向する位置に貫通穴７が設けられている。なお、ガスガイドプレート６における貫通穴７周辺の形状については後述にて詳細に説明する。
【００３９】
反応ガス配管（ガス供給手段）８は反応ガス源に接続されており、そのガス吹き出し口は、チャンバ１の中心部において、ガスガイドプレート６と回転台４との間に配置される。このため、反応ガス配管８から供給された反応ガス８ａは、ガスガイドプレート６と回転台４との間において、チャンバ１の中心部から放射状に流れる。なお、反応ガス８ａは、例えばトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウム、またはアンモニアなどの原料成分と水素や窒素などのキャリアから成る。また、以下の説明において、「ガス流」とは、反応ガス８ａの流れを意味するものとする。
【００４０】
一方、パージガス配管９はパージガス供給源に接続されており、そのガス吹き出し口は、チャンバ１の中心部において、チャンバ１の内壁とガスガイドプレート６との間に配置される。したがって、パージガス配管９から供給されたパージガス９ａは、チャンバ１の内壁とガスガイドプレート６との間において、チャンバ１の中心部から放射状に流れる。なお、パージガス９ａは、反応ガスを含まないガスであればよく、例えば水素や窒素などを好適に使用することができる。
【００４１】
測定装置１１は、チャンバ１の外側においてビューポート１０の直上に配置されている。測定装置１１は、成膜中、ビューポート１０および貫通穴７を介して、チャンバ１内に配置された基板２の被成膜面に対してレーザー光を照射し、基板２が反射した光を受光して、結晶成長中における基板２の反りまたは温度を測定することができる。
【００４２】
（従来のガスガイドプレート１０６）
次に、従来のＭＯＣＶＤ装置におけるガスガイドプレート１０６について、図６を参照して説明する。図６（ａ）は、従来のＭＯＣＶＤ装置の要部構成を示す断面図であり、（ｂ）は従来のＭＯＣＶＤ装置におけるガスガイドプレート１０６の貫通穴１０７を示す上面図であり、（ｃ）は貫通穴１０７の中心線を含み、かつガス流速方向に平行な面における貫通穴１０７を示す断面図である。
【００４３】
図６に示すように、従来のＭＯＣＶＤ装置では、基板１０２の被成膜面とガスガイドプレート１０６との間の間隔が、貫通穴７の上流側と下流側とにおいて一定である。このため、ガスガイドプレート１０６と基板１０２との間の圧力が、ガスガイドプレート１０６とチャンバの壁（図示しない）との間の圧力よりも高い場合、図６（ａ）の矢印に示すように、反応ガス１０８が貫通穴１０７を通って吹き出てしまう。この結果、得られる薄膜の結晶性に悪影響が及んだり、ビューポート（図示しない）に反応生成物が堆積したりという不具合が生じてしまう。
【００４４】
（本実施形態のガスガイドプレート６）
次に、本実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置１００におけるガスガイドプレート６について図１（ｂ）（ｃ）を参照して説明する。図１（ｂ）は、ガスガイドプレート６の貫通穴７を示す上面図であり、（ｃ）は貫通穴７の中心線を含み、かつガス流速方向に平行な面における貫通穴７を示す断面図である。
【００４５】
なお、以下の説明において、ガス流の上流側を「上流側」と称し、ガス流の下流側を「下流側」と称する。また、以下の説明において、単に「反応ガス８ａ」と称するとき、特段の断りがない限り、基板２と貫通穴７との間を流れる反応ガス８ａについて述べるものとする。
【００４６】
図１（ｂ）（ｃ）に示すように、ガスガイドプレート６は、貫通穴７を通る線と貫通穴７の周囲に接する線とのそれぞれに沿って折り曲げられている。これによって、ガスガイドプレート６には、貫通穴７の下流側において、貫通穴７の下流側との間に段差ｄを有する段差領域６ａが形成される。
【００４７】
ここで、図１（ｃ）に示すように、ガスガイドプレート６における基盤２に対向する面において貫通穴７の縁を構成する端部のうち、上流側の端部、すなわち反応ガス配管８のガス吹き出し口に最も近い端部を上流側端部１２とする。また、下流側の端部、すなわち反応ガス配管８のガス吹き出し口に最も遠い端部を下流側端部１３とする。なお、下流側端部１３は段差領域６ａに含まれる。このとき、ガスガイドプレート６における基板２側の面と基板２表面との間の最短距離に関して、下流側端部１３における距離は、上流側端部１２における距離よりも長くなる。
【００４８】
上記構成によれば、反応ガス８ａの流路断面積は、貫通穴７の上流側から下流側にかけて増加しているため、反応ガス８ａの圧力は、貫通穴７の上流側から下流側にかけて減少している。このため、反応ガス８ａは、貫通穴７の上流側から下流側へ向かって流れやすくなっている。
【００４９】
この結果、反応ガス８ａがガスガイドプレート６の貫通穴７を通じて吹き出し難くなるため、反応ガス８ａがビューポート１０へ到達する割合も減少する。したがって、基板２上における反応ガス８ａの濃度分布や流量の変化を抑えることができ、基板２の被成膜面に得られる薄膜の結晶性への悪影響を抑制することができる。
【００５０】
また、ビューポート１０に到達する反応ガス８ａの割合を減少させることができるため、ビューポート１０に対して反応生成物が堆積することを抑制できる。このため、測定装置１１は、堆積物に測定光を阻害されることなく、成膜中における基板２の反りや温度などを正確に測定することができる。また、ビューポート１０の交換や掃除の頻度を減らすことができる。
【００５１】
さらに、反応生成物が堆積してしまうと問題になってしまう部品、例えばヒーターや駆動部などについても、反応ガス８ａが到達する割合を減少させることができるため、これらの部材の交換や掃除の頻度を減らすことができる。
【００５２】
（ガスガイドプレート６の他の例）
ガスガイドプレート６の下流側端部１３を含む端部の形状は、種々の変形が可能である。ガスガイドプレート６の他の例について図２〜図４を参照して説明する。
【００５３】
なお、以下に記載する各変形例と上述した実施形態とは、ガスガイドプレート６における基板２側の面と基板２表面との間の最短距離に関して、下流側端部１３における距離は上流側端部１２における距離よりも長くなる点において共通している。このため、上述した本実施形態の効果は、全て以下の各変形例にも適用される。
【００５４】
図２に示すように、ガスガイドプレート６は、基板２に対向する側において、下流側端部１３を含み、かつ上流側端部１２との間に段差を有する段差領域６ｂを有していてもよい。なお、段差領域６ｂは、ガスガイドプレート６における任意の領域の厚みを薄く形成することによりを実現することができる。本変形例によれば、ガスガイドプレート６において段差領域６ｂのみを加工すればよいため、加工にかかるコストを抑えることができる。
【００５５】
図２に示す変形例において、反応ガス８ａが、段差領域６ｂからさらに下流側に流れる際、反応ガス８ａの流路断面積は減少するため、反応ガス８ａの圧力は増加する。これにより、段差領域６ｂの下流側には反応ガス８ａの吹きだまりが生じてしまう。しかし、本変形例によれば、反応ガス８ａの流速方向において、段差領域６ｂの下流側の終端は、基板２の下流側の終端よりも下流側にある。このため、吹きだまりが生じる空間は基板２よりも下流側になり、基板２の直上に対する反応ガス８ａの吹きだまりの影響を小さくすることができる。
【００５６】
また、図３に示すように、ガスガイドプレート６は、基板２に対向する側において、上記の段差領域６ｂと同様の構成である段差領域６ｃと、段差領域６ｃの下流側に形成された傾斜面１４とを有していてもよい。本変形例によれば、ガスガイドプレート６において段差領域６ｃおよび傾斜面１４を加工すればよいため、加工にかかるコストを抑えることができる。
【００５７】
図３に示す変形例では、傾斜面１４近傍の空間における反応ガス８ａの流路断面積は、下流に向かうほど徐々に減少している。このため、反応ガス８ａが段差領域６ｃから下流側に流れる際、反応ガス８ａの圧力は徐々に変化することになる。結果として、反応ガス８ａの吹きだまりを抑えることができ、基板２上における反応ガスの濃度分布の変化を抑えることができる。
【００５８】
また、図４に示すように、ガスガイドプレート６は、基板２に対向する側において、下流側端部１３を含む傾斜面１５を有していてもよい。本実施例によれば、ガスガイドプレート６の加工を要する範囲が、図２および図３に示す変形例よりも小さいため、加工に係るコストをより抑えることができる。
【００５９】
図４に示す変形例では、反応ガス８ａの流速方向において、傾斜面１５の下流側の終端位置が、基板２の中心位置と下流側の端部との間にある。このような構造においても、傾斜面１５近傍の空間における反応ガス８ａの流路断面積は、下流に向かうほど徐々に減少している。このため、反応ガス８ａが貫通穴７の下流側に流れる際、反応ガス８ａの圧力は徐々に変化することになる。結果として、反応ガス８ａの吹きだまりを抑えることができ、基板２上における反応ガスの濃度分布の変化を抑えることができる。
【００６０】
なお、ガスガイドプレート６の平面における段差領域６ａの形状については、図面において図示した形状に限定されず、下流側端部１３からガス流の下流側に広がる領域であればよい。また、段差の大きさについても特に限定されず、例えば１ｍｍであってもよいし、１０ｍｍであってもよい。
【００６１】
なお、本実施形態において、ガスガイドプレート６の貫通穴７の形状や大きさは、測定装置１１が基板２の温度や反りを測定する時に、基板２からの放射や反射を直接観測できるのであれば特に限定されず、任意の形状や大きさであってもよい。また、ガスガイドプレート６において、反応ガス８ａが流れない面（チャンバ１の内壁に対向する面）は、貫通穴７の上流側と下流側とにおいて一致していなくてもよい。
【実施例】
【００６２】
次に実施例を示して本発明の効果を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００６３】
本実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置１００を実施例とし、従来技術に係るＭＯＣＶＤ装置を比較例として、ガスガイドプレートの貫通穴付近における反応ガスの流速のシミュレーションを行った。
【００６４】
図５は、実施例として用いたＭＯＣＶＤ装置１００の要部構成を示す図である。図５に示すように、ガスガイドプレート６は段差領域６ｂを有するものとする。反応ガス８ａの流速方向における貫通穴７の長さｌは３ｍｍである。ガスガイドプレート６における貫通穴７の上流側の厚みｔは５ｍｍであり、下流側の段差領域６ｂの段差ｄは１ｍｍである。また、段差領域６ｂの下流側の端部は、反応ガス８ａの流速方向において、基板２の端部より下流にある。
【００６５】
一方、比較例は、図６に示す構成を有するものとする。ガスガイドプレート１０６は、段差を有さず、ガスガイドプレート６と基板２との間隔はすべて同じである。また、ガスガイドプレート１０６の厚みは５ｍｍである。なお、反応ガス１０８の流速方向における貫通穴１０７の長さは、実施例と同じく３ｍｍである。
【００６６】
実施例および比較例の各シミュレーション条件として、ＭＯＣＶＤ装置に供給する反応ガスの流速を４．５ｍ／ｓとし、パージガスの流速を０．００７５ｍ／ｓとした。なお、シミュレーションは２次元で行い、貫通穴の奥行き方向の形状はスリット形状とした。
【００６７】
シミュレーションでは、ガスガイドプレートの貫通穴の直上における、基板の被成膜面に対する法線方向の流速の最大値について測定した。その結果を図７に示す。
【００６８】
図７に示すように、実施例では、貫通穴７の直上における、基板２の被成膜面に対する法線方向の最大流速は、０．０７ｍ／ｓであった。なお、貫通穴７の直下の圧力は０．３８Ｐａであり、貫通穴７の直上の圧力は０．２３Ｐａであった。
【００６９】
一方、比較例では、貫通穴１０７の直上における、基板１０２の被成膜面に対する法線方向の最大流速は、０．３１ｍ／ｓであった。なお、貫通穴１０７の直下の圧力は０．６３Ｐａであり、貫通穴１０７の直上の圧力は０．２９Ｐａであった。
【００７０】
上記結果によれば、実施例では、比較例に比して、貫通穴７の直上における、基板２の被成膜面に対する法線方向の反応ガス８ａの流速を、１／４以下に抑えることができることが分かった。これは、貫通穴１０７の直下の圧力が低くなることにより、反応ガス８ａが貫通穴７を通ってビューポート１０側に吹き出すことが効果的に抑制されていることを表している。
【００７１】
これにより、反応ガス８ａがビューポート１０へ到達する割合も下がり、ビューポート１０の交換や掃除の頻度を１／４以下にすることができる。また、基板２上におけるガスの濃度分布や流量の変化を抑えることができ、結果得られる薄膜の結晶性などに及ぼす影響を抑えることができる。
【００７２】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、化合物半導体分野で用いられる成膜装置として好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１ チャンバ
２ 基板
３ 保持台
４ 回転台
５ ヒーター
６ ガスガイドプレート
６ａ〜６ｃ 段差領域
７ 貫通穴
８ 反応ガス配管
８ａ 反応ガス
９ パージガス配管
９ａ パージガス
１０ ビューポート
１１ 測定装置
１２ 上流側端部
１３ 下流側端部
１４、１５ 傾斜面
１００ ＭＯＣＶＤ装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上にガスを利用して結晶成長させるＭＯＣＶＤ装置等の成膜装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザー素子、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子等の化合物半導体の製造には、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法；Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置が好適に用いられている。
【０００３】
一般に、ＭＯＣＶＤ装置では、反応ガスを反応室内に導入して加熱し、基板上で気相反応させることにより、その基板上に化合物半導体結晶を成長させている。基板上に再現性良く結晶成長を行うには、基板温度を所定の温度に保つことと、反応ガスを均一な濃度分布と流量で基板上に供給することが必要である。このため、結晶成長過程における基板の反りや温度を測定して確認しつつ結晶成長を進めることが望ましい。
【０００４】
基板の反りや温度を測定するためには、通常、反応ガスを封じ込めてプロセス環境を整える、チャンバと呼ばれる箱状や筒状などの反応室の外壁に、内部を視認可能なビューポートを設け、このビューポート越しに上記測定を行うことが一般的である。
【０００５】
例えば、基板の反りを測定する場合、反り測定装置が測定光を出射して、ビューポート越しに基板表面を照射し、当該基板からの反射光を受光する。基板が反ると基板の反りに応じて測定光がある反射角を有して反射されるため、受光部では基板の反りが小さい場合と大きい場合とで受光位置が異なる。反り測定装置は、受光位置の違いを利用して基板の反りを測定する。
【０００６】
ところで、ＭＯＣＶＤ装置では、反応ガスを効率よく基板近傍に流すためにガスガイドプレートを設けていることが多い。ガスガイドプレートとは、基板の被成膜面側の上部空間を、基板側の空間と反応室の内壁側の空間とに隔てる隔壁である。ガスガイドプレートが設けられているＭＯＣＶＤ装置では、成膜中に基板の反りや温度を測定するために、ガスガイドプレートに貫通穴を設け、ビューポートから当該貫通穴を介して基板の被処理面を臨み得るようになっている。
【０００７】
例えば、特許文献１に開示されたＭＯＣＶＤ装置について簡単に説明する。
【０００８】
図８（ａ）は、特許文献１のＭＯＣＶＤ装置２０１を示す側面図であり、（ｂ）はその上面図であり、（ｃ）はその断面図である。図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、ＭＯＣＶＤ装置２０１では、二重構造を構成する外管壁２０１および内管壁２０３の内側において、サセプタ２０５上に基板２０６が載置される。外管壁２０１には光の透過可能な窓２０２が設けられており、また内管壁２０３に光の通過する穴２０４が設けられている。このため、ＭＯＣＶＤ装置２０１では、窓２０２および穴２０４を介して基板２０６に光２０９を照射することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６２−１８８２１８号公報（１９８７年８月１７日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、ガスガイドプレートに貫通穴が設けられている従来のＭＯＣＶＤ装置では、基板の被成膜面側の上部空間において、基板側の空間の圧力が、反応室の内壁側の空間の圧力よりも高い場合、反応ガスが基板側の空間に留まらず、貫通穴を通じて反応室の内壁側に吹き出してしまう。この結果、基板上に得られる薄膜の結晶性などに悪影響が生じる恐れがある。
【００１１】
また、吹き出した反応ガスがビューポート近傍に到達することにより、ビューポートに反応生成物が堆積してしまい、基板の反りや温度を測定するための測定光が当該反応生成物により反射してしまう。この結果、基板の反りや温度測定から得られるデータは本来得られるはずの値とは異なった値になってしまう。
このため、ビューポートの交換や掃除が頻繁に必要になってくる。
【００１２】
さらに、ビューポートだけでなく、例えばヒーターや駆動部などの他の部品についても、反応生成物が堆積すると不具合が生じてしまい、これらの部品の交換や掃除が頻繁に必要になる。
【００１３】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガスガイドプレートが貫通穴を有していても、薄膜の結晶性に対する影響が抑えられ、かつ、他の部品に反応生成物が堆積することを抑制することができる成膜装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る成膜装置は、上記課題を解決するために、反応ガスを供給して基板の被成膜面を成膜する成膜装置であって、上記基板を保持する基板保持台と、上記基板に対向して配置され、上記基板に対向する位置に貫通穴を有するガスガイドプレートと、上記基板保持台と上記ガスガイドプレートとの間に上記反応ガスを流すガス供給手段とを備え、上記ガスガイドプレートにおける上記基板に対向する側において、上記貫通穴に対して上記反応ガスによるガス流の下流側で接する下流側端部は、上記貫通穴に対して上流側で接する上流側端部よりも、上記基板の被成膜面との最短距離が長いことを特徴としている。
【００１５】
上記構成において、ガスガイドプレートは、ガス供給手段によって供給された反応ガスが保持台上の基板の被成膜面に向かって流れるように、反応ガスの流路を規定している。また、ガスガイドプレートには、例えば基板の被成膜面を外部から望みえるように、当該被成膜面に対向する位置に貫通穴が形成されている。
【００１６】
上記構成によれば、基板に向かって流れた反応ガスは、当該基板と貫通穴との間を流れる。ガスガイドプレートにおいて下流側端部と基板との距離は、上流側端部と基板との距離よりも大きいため、基板と貫通穴との間を流れる反応ガスの流路の断面積は、貫通穴の上流側よりも下流側において大きい。すなわち、上記反応ガスの圧力は、貫通穴の上流側から下流側にかけて減少する。このため、上記反応ガスは貫通穴の上流側から下流側に向かって流れ易くなる。これによって、反応ガスが、ガスガイドプレートと基板との間の空間から貫通穴を通じて吹き出すことを抑制することができる。
【００１７】
したがって、本発明に係る成膜装置では、基板上におけるガスの濃度分布や流量の変化を抑えることができ、結果得られる薄膜の結晶性などに及ぼす影響を抑えることができる。また、ガスガイドプレートを挟んで基板とは反対側に、ビューポートやその他の部品が配置されていたとしても、これら部品と反応ガスとの接触の割合が減少するため、反応生成物による不具合を抑えることができ、交換や掃除の頻度を減少させることができる。
【００１８】
本発明に係る成膜装置は、上記基板を収容する反応室と、上記反応室の壁に設けられ、上記貫通穴を介して上記被成膜面を臨み得るビューポートとを備えることが好ましい。
【００１９】
上記構成において、反応室内における成膜中の基板について、ビューポートおよび貫通穴を介して観察や測定を行うことができる。上記構成によれば、反応ガスがビューポートに到達する割合が減少するため、ビューポートに反応生成物が堆積することが抑制される。このため、成膜中における基板の反りや温度の測定において、正確なデータを得ることができる。また、ビューポートの交換や掃除の頻度を減少させることができる。
【００２０】
本発明に係る成膜装置において、上記ガスガイドプレートは、上記基板に対向する側において、上記下流側端部を含み、かつ上記上流側端部よりも上記基板の被成膜面との最短距離が長い任意の段差領域を有することが好ましい。
【００２１】
上記構成によれば、基板に向かって流れた反応ガスは、基板と貫通穴との間を経由し、さらに上記領域に向かって流れる。この反応ガスの流れる流路の断面積は、下流側における上記領域に接する空間において、貫通穴の上流側よりも大きくなる。このため、反応ガスは貫通穴の下流側に向かってより流れ易くなる。よって、反応ガスが、ガスガイドプレートと基板との間の空間から貫通穴を通じて吹き出すことをより効果的に抑制することができる。
【００２２】
本発明に係る成膜装置において、上記段差領域における上記ガス流の下流側の終端は、上記基板における上記ガス流の下流側の終端よりも、下流側にあることが好ましい。
【００２３】
上記構成では、ガスガイドプレートにおける基板と対向する側において、基板の被成膜面との最短距離が上記領域よりも下流側において短くなる場合、反応ガスが上記領域よりも下流側に流れる際、当該反応ガスの流路断面積は減少する。このとき、当該反応ガスの圧力は増加するため、上記領域における下流側には反応ガスの吹きだまりが生じてしまう。
【００２４】
しかしながら、上記構成によれば、上記領域における下流側の終端位置は、基板の下流側の終端よりも下流側にある。このため、上記吹きだまりが生じる空間は基板よりも下流側に位置することになり、基板に対する反応ガスの吹きだまりの影響を小さくすることができる。
【００２５】
さらに、本発明に係る成膜装置において、上記ガスガイドプレートは、上記段差領域の上記終端に接する位置に、上記ガス流の下流に向かうほど上記基板の被成膜面との最短距離が短くなる傾斜面を有することが好ましい。
【００２６】
上記構成によれば、上記領域から傾斜面に向かって流れる反応ガスの流路断面積は徐々に減少する。このため、当該反応ガスの圧力は徐々に変化することになる。結果として、反応ガスの吹きだまりを抑えることができ、基板上における反応ガスの濃度分布の変化を抑えることができる。
【００２７】
また、本発明に係る成膜装置において、上記ガスガイドプレートは、上記下流側端部を含み、かつ上記ガス流の下流に向かうほど上記基板の被成膜面との最短距離が短くなる傾斜面を有してもよい。
【００２８】
上記構成によれば、傾斜面の近傍を流れる反応ガスの流路断面積は徐々に減少する。このため、当該反応ガスの圧力は徐々に変化することになる。結果として、反応ガスの吹きだまりを抑えることができ、基板上における反応ガスの濃度分布の変化を抑えることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る成膜装置は、反応ガスを供給して基板の被成膜面を成膜する成膜装置であって、ガスガイドプレートにおける基板に対向する側において、貫通穴にガス流の下流側で接する下流側端部は、上流側で接する上流側端部よりも、基板の被成膜面との最短距離が長い。このため、ガスガイドプレートが貫通穴を有していても、薄膜の結晶性に対する影響が抑えられ、かつ、他の部品に反応生成物が堆積することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】（ａ）は本実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置の概略構成を断面図であり、（ｂ）はその貫通穴を示す上面図であり、（ｃ）はその貫通穴を示す断面図である。
【図２】（ａ）は図１に示す貫通穴の変形例を示す断面図であり、（ｂ）はその上面図であり、（ｃ）はその拡大断面図である。
【図３】（ａ）は図１に示す貫通穴の他の変形例を示す断面図であり、（ｂ）はその上面図であり、（ｃ）はその拡大断面図である。
【図４】（ａ）は図１に示す貫通穴の他の変形例を示す断面図であり、（ｂ）はその上面図であり、（ｃ）はその拡大断面図である。
【図５】実施例に係るＭＯＣＶＤ装置の要部構成を示す断面図である。
【図６】（ａ）は従来のＭＯＣＶＤ装置の要部構成を示す断面図であり、（ｂ）はその貫通穴を示す上面図であり、（ｃ）はその貫通穴を示す断面図である。
【図７】実施例および比較例の解析結果を示す表である。
【図８】（ａ）は特許文献１のＭＯＣＶＤ装置を示す側面図であり、（ｂ）はその上面図であり、（ｃ）はその断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図７に基づき、詳細に説明する。
【００３２】
（ＭＯＣＶＤ装置１００の構成）
まず、本実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置（成膜装置）１００の構成について図１（ａ）を参照して説明する。図１（ａ）は、本実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置１００の概略構成を示す断面図である。
【００３３】
図１（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ装置１００は、チャンバ１、基板２を保持する保持台３、基板２を回転させる回転台４、加熱手段として保持台３の下側に配置されるヒーター５、ガスガイドプレート６、反応ガス８ａを供給する反応ガス配管８、パージガス９ａを供給するパージガス配管９、および、測定装置１１などを備えている。
【００３４】
チャンバ（反応室）１は、反応ガス８ａを供給して基板２の被処理面に結晶を成長させるための容器である。チャンバ１には、内部に配置された基板２の被成膜面を臨み得るようにビューポート１０が形成されている。ビューポート１０は、光が透過することができるような透明材料から構成される。
【００３５】
保持台（基板保持台）３は、回転台４に対して等間隔に複数配置されており、その上面には基板２が配置される。回転台４は、回転軸（図示しない）を有しており、モーター（図示しない）に駆動されることによって、保持台３に配置された基板２を回転させる。これによって、複数の基板２の間における薄膜の膜厚を均一化することができる。
【００３６】
なお、本実施形態において、保持台２は、基板２の被成膜面と回転台４の上面とが同一平面上になるように基板２を保持している。
【００３７】
ヒーター５は、成膜過程において、基板２の温度を最大１３００℃程度まで上昇させることができ、この熱によって反応ガス８ａに気相反応を生じさせる。このとき、基板２には反応ガス８ａの成分に応じた結晶薄膜が成膜される。
【００３８】
ガスガイドプレート６は、保持台３および回転台４の上面に対向して配置されている。ガスガイドプレート６は、反応ガス８ａとパージガス９ａとを仕切り、かつ反応ガス８ａを基板２近傍のみに流す構造を有する。また、ガスガイドプレート６には、基板２の中央部に対向する位置に貫通穴７が設けられている。なお、ガスガイドプレート６における貫通穴７周辺の形状については後述にて詳細に説明する。
【００３９】
反応ガス配管（ガス供給手段）８は反応ガス源に接続されており、そのガス吹き出し口は、チャンバ１の中心部において、ガスガイドプレート６と回転台４との間に配置される。このため、反応ガス配管８から供給された反応ガス８ａは、ガスガイドプレート６と回転台４との間において、チャンバ１の中心部から放射状に流れる。なお、反応ガス８ａは、例えばトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウム、またはアンモニアなどの原料成分と水素や窒素などのキャリアから成る。また、以下の説明において、「ガス流」とは、反応ガス８ａの流れを意味するものとする。
【００４０】
一方、パージガス配管９はパージガス供給源に接続されており、そのガス吹き出し口は、チャンバ１の中心部において、チャンバ１の内壁とガスガイドプレート６との間に配置される。したがって、パージガス配管９から供給されたパージガス９ａは、チャンバ１の内壁とガスガイドプレート６との間において、チャンバ１の中心部から放射状に流れる。なお、パージガス９ａは、反応ガスを含まないガスであればよく、例えば水素や窒素などを好適に使用することができる。
【００４１】
測定装置１１は、チャンバ１の外側においてビューポート１０の直上に配置されている。測定装置１１は、成膜中、ビューポート１０および貫通穴７を介して、チャンバ１内に配置された基板２の被成膜面に対してレーザー光を照射し、基板２が反射した光を受光して、結晶成長中における基板２の反りまたは温度を測定することができる。
【００４２】
（従来のガスガイドプレート１０６）
次に、従来のＭＯＣＶＤ装置におけるガスガイドプレート１０６について、図６を参照して説明する。図６（ａ）は、従来のＭＯＣＶＤ装置の要部構成を示す断面図であり、（ｂ）は従来のＭＯＣＶＤ装置におけるガスガイドプレート１０６の貫通穴１０７を示す上面図であり、（ｃ）は貫通穴１０７の中心線を含み、かつガス流速方向に平行な面における貫通穴１０７を示す断面図である。
【００４３】
図６に示すように、従来のＭＯＣＶＤ装置では、基板１０２の被成膜面とガスガイドプレート１０６との間の間隔が、貫通穴７の上流側と下流側とにおいて一定である。このため、ガスガイドプレート１０６と基板１０２との間の圧力が、ガスガイドプレート１０６とチャンバの壁（図示しない）との間の圧力よりも高い場合、図６（ａ）の矢印に示すように、反応ガス１０８が貫通穴１０７を通って吹き出てしまう。この結果、得られる薄膜の結晶性に悪影響が及んだり、ビューポート（図示しない）に反応生成物が堆積したりという不具合が生じてしまう。
【００４４】
（本実施形態のガスガイドプレート６）
次に、本実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置１００におけるガスガイドプレート６について図１（ｂ）（ｃ）を参照して説明する。図１（ｂ）は、ガスガイドプレート６の貫通穴７を示す上面図であり、（ｃ）は貫通穴７の中心線を含み、かつガス流速方向に平行な面における貫通穴７を示す断面図である。
【００４５】
なお、以下の説明において、ガス流の上流側を「上流側」と称し、ガス流の下流側を「下流側」と称する。また、以下の説明において、単に「反応ガス８ａ」と称するとき、特段の断りがない限り、基板２と貫通穴７との間を流れる反応ガス８ａについて述べるものとする。
【００４６】
図１（ｂ）（ｃ）に示すように、ガスガイドプレート６は、貫通穴７を通る線と貫通穴７の周囲に接する線とのそれぞれに沿って折り曲げられている。これによって、ガスガイドプレート６には、貫通穴７の下流側において、貫通穴７の下流側との間に段差ｄを有する段差領域６ａが形成される。
【００４７】
ここで、図１（ｃ）に示すように、ガスガイドプレート６における基盤２に対向する面において貫通穴７の縁を構成する端部のうち、上流側の端部、すなわち反応ガス配管８のガス吹き出し口に最も近い端部を上流側端部１２とする。また、下流側の端部、すなわち反応ガス配管８のガス吹き出し口に最も遠い端部を下流側端部１３とする。なお、下流側端部１３は段差領域６ａに含まれる。このとき、ガスガイドプレート６における基板２側の面と基板２表面との間の最短距離に関して、下流側端部１３における距離は、上流側端部１２における距離よりも長くなる。
【００４８】
上記構成によれば、反応ガス８ａの流路断面積は、貫通穴７の上流側から下流側にかけて増加しているため、反応ガス８ａの圧力は、貫通穴７の上流側から下流側にかけて減少している。このため、反応ガス８ａは、貫通穴７の上流側から下流側へ向かって流れやすくなっている。
【００４９】
この結果、反応ガス８ａがガスガイドプレート６の貫通穴７を通じて吹き出し難くなるため、反応ガス８ａがビューポート１０へ到達する割合も減少する。したがって、基板２上における反応ガス８ａの濃度分布や流量の変化を抑えることができ、基板２の被成膜面に得られる薄膜の結晶性への悪影響を抑制することができる。
【００５０】
また、ビューポート１０に到達する反応ガス８ａの割合を減少させることができるため、ビューポート１０に対して反応生成物が堆積することを抑制できる。このため、測定装置１１は、堆積物に測定光を阻害されることなく、成膜中における基板２の反りや温度などを正確に測定することができる。また、ビューポート１０の交換や掃除の頻度を減らすことができる。
【００５１】
さらに、反応生成物が堆積してしまうと問題になってしまう部品、例えばヒーターや駆動部などについても、反応ガス８ａが到達する割合を減少させることができるため、これらの部材の交換や掃除の頻度を減らすことができる。
【００５２】
（ガスガイドプレート６の他の例）
ガスガイドプレート６の下流側端部１３を含む端部の形状は、種々の変形が可能である。ガスガイドプレート６の他の例について図２〜図４を参照して説明する。
【００５３】
なお、以下に記載する各変形例と上述した実施形態とは、ガスガイドプレート６における基板２側の面と基板２表面との間の最短距離に関して、下流側端部１３における距離は上流側端部１２における距離よりも長くなる点において共通している。このため、上述した本実施形態の効果は、全て以下の各変形例にも適用される。
【００５４】
図２に示すように、ガスガイドプレート６は、基板２に対向する側において、下流側端部１３を含み、かつ上流側端部１２との間に段差を有する段差領域６ｂを有していてもよい。なお、段差領域６ｂは、ガスガイドプレート６における任意の領域の厚みを薄く形成することによりを実現することができる。本変形例によれば、ガスガイドプレート６において段差領域６ｂのみを加工すればよいため、加工にかかるコストを抑えることができる。
【００５５】
図２に示す変形例において、反応ガス８ａが、段差領域６ｂからさらに下流側に流れる際、反応ガス８ａの流路断面積は減少するため、反応ガス８ａの圧力は増加する。これにより、段差領域６ｂの下流側には反応ガス８ａの吹きだまりが生じてしまう。しかし、本変形例によれば、反応ガス８ａの流速方向において、段差領域６ｂの下流側の終端は、基板２の下流側の終端よりも下流側にある。このため、吹きだまりが生じる空間は基板２よりも下流側になり、基板２の直上に対する反応ガス８ａの吹きだまりの影響を小さくすることができる。
【００５６】
また、図３に示すように、ガスガイドプレート６は、基板２に対向する側において、上記の段差領域６ｂと同様の構成である段差領域６ｃと、段差領域６ｃの下流側に形成された傾斜面１４とを有していてもよい。本変形例によれば、ガスガイドプレート６において段差領域６ｃおよび傾斜面１４を加工すればよいため、加工にかかるコストを抑えることができる。
【００５７】
図３に示す変形例では、傾斜面１４近傍の空間における反応ガス８ａの流路断面積は、下流に向かうほど徐々に減少している。このため、反応ガス８ａが段差領域６ｃから下流側に流れる際、反応ガス８ａの圧力は徐々に変化することになる。結果として、反応ガス８ａの吹きだまりを抑えることができ、基板２上における反応ガスの濃度分布の変化を抑えることができる。
【００５８】
また、図４に示すように、ガスガイドプレート６は、基板２に対向する側において、下流側端部１３を含む傾斜面１５を有していてもよい。本実施例によれば、ガスガイドプレート６の加工を要する範囲が、図２および図３に示す変形例よりも小さいため、加工に係るコストをより抑えることができる。
【００５９】
図４に示す変形例では、反応ガス８ａの流速方向において、傾斜面１５の下流側の終端位置が、基板２の中心位置と下流側の端部との間にある。このような構造においても、傾斜面１５近傍の空間における反応ガス８ａの流路断面積は、下流に向かうほど徐々に減少している。このため、反応ガス８ａが貫通穴７の下流側に流れる際、反応ガス８ａの圧力は徐々に変化することになる。結果として、反応ガス８ａの吹きだまりを抑えることができ、基板２上における反応ガスの濃度分布の変化を抑えることができる。
【００６０】
なお、ガスガイドプレート６の平面における段差領域６ａの形状については、図面において図示した形状に限定されず、下流側端部１３からガス流の下流側に広がる領域であればよい。また、段差の大きさについても特に限定されず、例えば１ｍｍであってもよいし、１０ｍｍであってもよい。
【００６１】
なお、本実施形態において、ガスガイドプレート６の貫通穴７の形状や大きさは、測定装置１１が基板２の温度や反りを測定する時に、基板２からの放射や反射を直接観測できるのであれば特に限定されず、任意の形状や大きさであってもよい。また、ガスガイドプレート６において、反応ガス８ａが流れない面（チャンバ１の内壁に対向する面）は、貫通穴７の上流側と下流側とにおいて一致していなくてもよい。
【実施例】
【００６２】
次に実施例を示して本発明の効果を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００６３】
本実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置１００を実施例とし、従来技術に係るＭＯＣＶＤ装置を比較例として、ガスガイドプレートの貫通穴付近における反応ガスの流速のシミュレーションを行った。
【００６４】
図５は、実施例として用いたＭＯＣＶＤ装置１００の要部構成を示す図である。図５に示すように、ガスガイドプレート６は段差領域６ｂを有するものとする。反応ガス８ａの流速方向における貫通穴７の長さｌは３ｍｍである。ガスガイドプレート６における貫通穴７の上流側の厚みｔは５ｍｍであり、下流側の段差領域６ｂの段差ｄは１ｍｍである。また、段差領域６ｂの下流側の端部は、反応ガス８ａの流速方向において、基板２の端部より下流にある。
【００６５】
一方、比較例は、図６に示す構成を有するものとする。ガスガイドプレート１０６は、段差を有さず、ガスガイドプレート６と基板２との間隔はすべて同じである。また、ガスガイドプレート１０６の厚みは５ｍｍである。なお、反応ガス１０８の流速方向における貫通穴１０７の長さは、実施例と同じく３ｍｍである。
【００６６】
実施例および比較例の各シミュレーション条件として、ＭＯＣＶＤ装置に供給する反応ガスの流速を４．５ｍ／ｓとし、パージガスの流速を０．００７５ｍ／ｓとした。なお、シミュレーションは２次元で行い、貫通穴の奥行き方向の形状はスリット形状とした。
【００６７】
シミュレーションでは、ガスガイドプレートの貫通穴の直上における、基板の被成膜面に対する法線方向の流速の最大値について測定した。その結果を図７に示す。
【００６８】
図７に示すように、実施例では、貫通穴７の直上における、基板２の被成膜面に対する法線方向の最大流速は、０．０７ｍ／ｓであった。なお、貫通穴７の直下の圧力は０．３８Ｐａであり、貫通穴７の直上の圧力は０．２３Ｐａであった。
【００６９】
一方、比較例では、貫通穴１０７の直上における、基板１０２の被成膜面に対する法線方向の最大流速は、０．３１ｍ／ｓであった。なお、貫通穴１０７の直下の圧力は０．６３Ｐａであり、貫通穴１０７の直上の圧力は０．２９Ｐａであった。
【００７０】
上記結果によれば、実施例では、比較例に比して、貫通穴７の直上における、基板２の被成膜面に対する法線方向の反応ガス８ａの流速を、１／４以下に抑えることができることが分かった。これは、貫通穴１０７の直下の圧力が低くなることにより、反応ガス８ａが貫通穴７を通ってビューポート１０側に吹き出すことが効果的に抑制されていることを表している。
【００７１】
これにより、反応ガス８ａがビューポート１０へ到達する割合も下がり、ビューポート１０の交換や掃除の頻度を１／４以下にすることができる。また、基板２上におけるガスの濃度分布や流量の変化を抑えることができ、結果得られる薄膜の結晶性などに及ぼす影響を抑えることができる。
【００７２】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、化合物半導体分野で用いられる成膜装置として好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１ チャンバ
２ 基板
３ 保持台
４ 回転台
５ ヒーター
６ ガスガイドプレート
６ａ〜６ｃ 段差領域
７ 貫通穴
８ 反応ガス配管
８ａ 反応ガス
９ パージガス配管
９ａ パージガス
１０ ビューポート
１１ 測定装置
１２ 上流側端部
１３ 下流側端部
１４、１５ 傾斜面
１００ ＭＯＣＶＤ装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスを供給して基板の被成膜面を成膜する成膜装置であって、
上記基板を保持する基板保持台と、
上記基板に対向して配置され、上記基板に対向する位置に貫通穴を有するガスガイドプレートと、
上記基板保持台と上記ガスガイドプレートとの間に上記反応ガスを流すガス供給手段とを備え、
上記ガスガイドプレートにおける上記基板に対向する側において、上記貫通穴に対して上記反応ガスによるガス流の下流側で接する下流側端部は、上記貫通穴に対して上流側で接する上流側端部よりも、上記基板の被成膜面との最短距離が長いことを
特徴とする成膜装置。
【請求項２】
上記基板を収容する反応室と、
上記反応室の壁に設けられ、上記貫通穴を介して上記被成膜面を臨み得るビューポートとを備えることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
上記ガスガイドプレートは、上記基板に対向する側において、上記下流側端部を含み、かつ上記上流側端部よりも上記基板の被成膜面との最短距離が長い任意の段差領域を有することを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
【請求項４】
上記段差領域における上記ガス流の下流側の終端は、上記基板における上記ガス流の下流側の終端よりも、下流側にあることを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
【請求項５】
上記ガスガイドプレートは、上記段差領域の下流側の終端に接する位置に、上記ガス流の下流に向かうほど上記基板の被成膜面との最短距離が短くなる傾斜面を有することを特徴とする請求項３または４に記載の成膜装置。
【請求項６】
上記ガスガイドプレートは、上記下流側端部を含み、かつ上記ガス流の下流に向かうほど上記基板の被成膜面との最短距離が短くなる傾斜面を有することを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
【請求項１】
反応ガスを供給して基板の被成膜面を成膜する成膜装置であって、
上記基板を保持する基板保持台と、
上記基板に対向して配置され、上記基板に対向する位置に貫通穴を有するガスガイドプレートと、
上記基板保持台と上記ガスガイドプレートとの間に上記反応ガスを流すガス供給手段とを備え、
上記ガスガイドプレートにおける上記基板に対向する側において、上記貫通穴に対して上記反応ガスによるガス流の下流側で接する下流側端部は、上記貫通穴に対して上流側で接する上流側端部よりも、上記基板の被成膜面との最短距離が長いことを
特徴とする成膜装置。
【請求項２】
上記基板を収容する反応室と、
上記反応室の壁に設けられ、上記貫通穴を介して上記被成膜面を臨み得るビューポートとを備えることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
上記ガスガイドプレートは、上記基板に対向する側において、上記下流側端部を含み、かつ上記上流側端部よりも上記基板の被成膜面との最短距離が長い任意の段差領域を有することを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
【請求項４】
上記段差領域における上記ガス流の下流側の終端は、上記基板における上記ガス流の下流側の終端よりも、下流側にあることを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
【請求項５】
上記ガスガイドプレートは、上記段差領域の下流側の終端に接する位置に、上記ガス流の下流に向かうほど上記基板の被成膜面との最短距離が短くなる傾斜面を有することを特徴とする請求項３または４に記載の成膜装置。
【請求項６】
上記ガスガイドプレートは、上記下流側端部を含み、かつ上記ガス流の下流に向かうほど上記基板の被成膜面との最短距離が短くなる傾斜面を有することを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２４９５１６（Ｐ２０１１−２４９５１６Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２０４１７（Ｐ２０１０−１２０４１７）
【出願日】平成２２年５月２６日（２０１０．５．２６）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２６日（２０１０．５．２６）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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