気相成長装置および結晶膜の形成方法
【課題】基板へのダスト付着を抑制または防止して、高歩留まりで高品質な化合物半導体デバイスを製造する。
【解決手段】グローブボックス室内部にリアクタ３が内蔵された開閉自在なチャンバ５が設けられ、チャンバ５内のリアクタ３で基板４の表面に所定の材料膜を成膜する気相成長装置１において、グローブボックス室上部よりパージガスを導入してグローブボックス室下部のダストトラップ部８を介してその下部よりパージガスが排気されるように構成されている。
【解決手段】グローブボックス室内部にリアクタ３が内蔵された開閉自在なチャンバ５が設けられ、チャンバ５内のリアクタ３で基板４の表面に所定の材料膜を成膜する気相成長装置１において、グローブボックス室上部よりパージガスを導入してグローブボックス室下部のダストトラップ部８を介してその下部よりパージガスが排気されるように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に結晶膜を形成させる気相成長装置およびこれを用いた結晶膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＶＤ法などの気相成長法は、結晶膜の形成には欠かせない技術である。有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）は、気相結晶成長方法のうちの一つで、主に半導体結晶成長に用いられる。
【０００３】
ＭＯＣＶＤは、材料ガスや水素、窒素、アルゴンなどのキャリアガス流量を制御するガス計量ユニット、ヒータで成長基板の温度を制御し成長基板上に材料ガスを反応成長させるリアクターユニット、真空ポンプ、圧力制御器でリアクタ圧力を制御する排気ユニットで構成されている。ＭＯＣＶＤは、ガス計量ユニットで所望の流量に調整された有機金属を中心とした原料ガスを所望の圧力、温度に制御したチャンバ内で熱分解、反応させ、成長基板上に所望の半導体結晶を得るための装置である。例えば、ＩＩＩ−Ｖ族半導体の場合、一般的にはＩＩＩ族原料に有機金属を用い、Ｖ族原料に特殊材料ガスを用いる。加熱されたチャンバ内に導入された原料が熱分解することにより、適切な反応基が成長基板に供給されて半導体結晶成長が行われる。
【０００４】
図８は、従来の気相成長装置の一構成例を模式的に示す縦断面図である。
【０００５】
図８において、従来の気相成長装置１００において、図示しないガス制御装置から、ガス供給部としてのノズル１０１を介して供給される原料ガスがチャンバ１０２内で熱分解され、チャンバ１０２内の回転軸で支持されるサセプター１０３上に設置された成長基板１０４に所望の材料膜を形成する。その後、原料ガスは排気ガスとして排気ポート１０５を通じて図示しない排気ポンプによりチャンバ１０２内から排出される。排気ガス中には大量に反応副生成物や未反応物が含まれるため、排気ポンプの上流にこれらを専用に捕獲するための図示しないトラップ機構を配置する。また、排気ガス中には砒素などの有害な物質が含まれることが多いので、最下流に図示しない専用の除害設備が設置される。
【０００６】
次に、成長基板１０４の上方には、防着板１０６が蓋部材１０７と共に設けられ、シリンダ手段１０８により蓋部材１０７が防着板１０６と共に上下に移動自在に設けられている。蓋部材１０７が上方向に移動してチャンバ１０２内の雰囲気がグローボックス室１０９内に拡散する。サセプター１０３上に設置された成長基板１０４が搬送ロボット１１０により入口１１１から取り除かれる。この取り除かれた成長基板１０４は搬送ロボット１１０により別の入口１１２からカセット１１３内に収容される。
【０００７】
このとき、蓋部材１０７が開いており、不活性ガスであるパージガスがグローブボックス室内に下方の供給ポート１１４から供給され、成膜に寄与した原料ガスと共にパージガスが上方の排気ポート１１５から排気される。同様に、搬送室やカセット室においても、不活性ガスであるパージガスが供給ポート１１７から供給されて排気ポート１１８から排気される。
【０００８】
逆に、カセット１１２内の未処理の基板１１６は、搬送ロボット１１０により入口１１２から取り出された後に、その未処理の基板１１６は入口１１１からサセプター１０３上に設置される。入口１１１、１１２が閉じられ、シリンダ手段１０８により蓋部材１０７が防着板１０６と共に下方向に移動する。これにより、チャンバ１０２の空間が構成されて、次の成膜工程が行われる。
【０００９】
定期的に、グローブ１１９内に手を差し込んで各種のメンテナンスを行うことができるようになっている。また、成長基板１０４を回収する際に、ダスト１２０がサセプター１０３の周囲に飛散する。
【００１０】
このような従来の気相成長装置１００およびこれを用いた結晶膜の形成方法については、特許文献１，２などで提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−２０６１６７号公報
【特許文献２】特開２００７−１７０８１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記従来の気相成長装置１００では、グローブボックス室内での成長基板１０４の出し入れの際の成長基板１０４の表面へのダスト付着が問題になっていた。
【００１３】
特許文献１，２では、基板表面に所定の材料膜を成膜する気相成長装置については記載されているが、パージガスの流れやダストの基板表面への付着については考慮されていない。
【００１４】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、基板へのダスト付着を抑制または防止して、高歩留まりで高品質な化合物半導体デバイスを製造することができる気相成長装置およびこれを用いた結晶膜の形成方法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】
【００１５】
本発明の従来の気相成長装置は、グローブボックス室内部にリアクタが内蔵された開閉自在なチャンバ部が設けられ、該チャンバ部内の該リアクタで基板表面に所定の材料膜を成膜する気相成長装置において、該グローブボックス室上部よりパージガスを導入して該グローブボックス室下部のダストトラップ部を介してその下部より該パージガスが排気されるように構成されているものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００１６】
また、好ましくは、本発明の気相成長装置におけるダストトラップ部の底面および側面の少なくともいずれかに前記パージガスを排気する排気ポートが設けられている。
【００１７】
さらに、好ましくは、本発明の気相成長装置におけるダストトラップ部の底面の上方位置にはダストを通過させるメッシュ板が設けられている。
【００１８】
さらに、好ましくは、本発明の気相成長装置におけるダストトラップ部は、前記チャンバ部内のリアクタの下面よりも低い位置に設けられている。
【００１９】
さらに、好ましくは、本発明の気相成長装置におけるダストトラップ部は、前記チャンバ部の外部周辺にあって、前記グローブボックス室の平面視４角形の４角部または４角を含む領域にそれぞれ設けられている。
【００２０】
さらに、好ましくは、本発明の気相成長装置におけるダストトラップ部は、前記チャンバ部の外部周辺全部に該チャンバ部を囲むように設けられている。
【００２１】
さらに、好ましくは、本発明の気相成長装置における均一なダウンフローを発生させるようにパージガスを分散させる分散手段が前記グローブボックス室の天面側に設けられている。
【００２２】
さらに、好ましくは、本発明の気相成長装置におけるブローブボックス室の隣には入口を介して搬送室が設けられ、該搬送室内には、前記基板を前記リアクタの所定位置に搬送すると共に、処理基板を該リアクタの所定位置から取り出し可能とする搬送手段が設けられ、該搬送室内に、該搬送手段の下面よりも低い位置にダストを捕らえるダストトラップ部が設けられている。
【００２３】
さらに、好ましくは、本発明の気相成長装置における搬送室の上部よりパージガスを導入して該搬送室の下部の前記ダストトラップ部を介してその下部より前記パージガスが排気されるように構成されている。
【００２４】
さらに、好ましくは、本発明の気相成長装置におけるメッシュ板の断面形状が前記グローブボックス室側を頂点にした断面三角形状または、該グローブボックス室側を短辺にした断面台形状である。
【００２５】
さらに、好ましくは、本発明の気相成長装置におけるメッシュ板の穴形状は、平面視で円形、楕円形または４角形などの多角形であり、穴側面には前記グローブボックス室側に開くテーパが付いている。
【００２６】
さらに、好ましくは、本発明の気相成長装置において、前記排気ポートが前記ダストトラップ部の側面に設けられ、該ダストトラップ部の底面を受けるトレー手段が外部に引き出し可能に設けられている。
【００２７】
さらに、好ましくは、本発明の気相成長装置において、前記排気ポートによるガス排気量と、前記グローブボックス室上部よりパージガスを導入する供給ポートによるガス供給量との関係は、ガス排気量をガス供給量に比べて多くして、該グローブボックス室内部の原料ガス雰囲気を外部に出さないように減圧している。
【００２８】
本発明の従来の結晶膜の形成方法は、本発明の上記気相成長装置を用いて基板上に結晶膜を形成するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２９】
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。
【００３０】
本発明においては、グローブボックス室内部にリアクタが内蔵された開閉自在なチャンバ部が設けられ、チャンバ部内の該リアクタで基板表面に所定の材料膜を成膜する気相成長装置において、グローブボックス室上部よりパージガスを導入してグローブボックス室下部のダストトラップ部を介してその下部よりパージガスが排気されるように構成されている。
【００３１】
このように、グローブボックス上部よりパージガスを導入し、ダストトラップを介して下部より排気することによりウエハ出し入れの際の基板へのダスト付着を抑制または防止することが可能となる。このように、例えばＭＯＣＶＤなどのダストを抑制し、高品質な化合物半導体デバイスを高歩留まりで製造することが可能となる。
【発明の効果】
【００３２】
以上により、本発明によれば、グローブボックス室の上部よりパージガスを導入し、ダストトラップ部を介してその下部より排気するため、ウエハ表面に付着するダスト数が低減され、エピの欠陥も低減することができる。これによって、高歩留まりで高品質な化合物半導体デバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態１における気相成長装置の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【図２】図１の気相成長装置の要部構成例を模式的に示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態２における気相成長装置の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【図４】本発明の実施形態２における気相成長装置の変形例を模式的に示す縦断面図である。
【図５】本発明の実施形態３における気相成長装置の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【図６】本発明の実施形態３における気相成長装置の変形例を模式的に示す縦断面図である。
【図７】本発明の実施形態３における気相成長装置の別の変形例を模式的に示す縦断面図である。
【図８】従来の気相成長装置の一構成例を模式的に示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下に、本発明の気相成長装置およびこれを用いた結晶膜の形成方法の実施形態１〜３について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図における構成部材のそれぞれの厚みや長さなどは図面作成上の観点から、図示する構成に限定されるものではない。
【００３５】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１における気相成長装置の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。図２は、図１の気相成長装置の要部構成例を模式的に示す平面図である。
【００３６】
図１および図２において、本実施形態１の気相成長装置１は、図示しないガス制御装置から原料ガスを、ガス供給管２１を介して供給して原料ガス（不活性ガスに成膜材料の原料ガスなどを含む混合ガスであるが、ここでは原料ガスという）を供給するガス供給部としてのガス供給管先端のノズル２と、供給された原料ガスが熱分解され、回転自在に軸支された平面視円形のリアクタ３上に設置されたサファイヤ基板などの基板４上に所望の材料膜を形成可能とするチャンバ部としてのチャンバ５と、チャンバ５の外部周辺のグローブボックス室の天面に不活性ガス（例えばＮ２）であるパージガスを供給する供給ポート６および、チャンバ５の外部周辺の底面部分に不活性ガスであるパージガスを吸引して排気する排気ポート７と、チャンバ５のリアクタ３（反応炉）の下面よりも低い位置であって、リアクタ３の周辺底面部のよりも低い位置にダスト８２を捕らえるダストトラップ部８とを有し、グローブボックス室の内部に開閉自在なチャンバ５内で基板表面に所定の材料膜を成膜する。
【００３７】
チャンバ５は、平面視円形のリアクタ３の外周側のチャンバ５内の底面に排気ポート５１が設けられ、先端部がＴ字状に分かれて各ノズル２からリアクタ３上の中央両側に原料ガスが供給される。原料ガスは、リアクタ３上の基板４の表面と防着板５３との間を通過して、リアクタ３の外周側から排気ガスとしてその下方の排気ポート５１を通じて図示しない排気ポンプによりチャンバ５内から外部に排出される。ガス供給管２１を介してノズル２からチャンバ５内に供給される原料ガス量と、排気ポート５１から排気される原料ガス量とを調整することによりチャンバ５内の原料ガスによる圧力を調整することができる。この排気ガス中には砒素などの有害な物質が含まれることが多いので、最下流に図示しない専用の除害設備が設置される。また、リアクタ３およびその上の基板４の上方を覆ってチャンバ５内の空間を構成する蓋部材５２が設けられると共に、ガス供給管２１が通る中央部分以外のリアクタ３およびその上の基板４の上方を覆うように防着板５３がドーナツ状に設けられている。そのドーナツ状の中央部をガス供給管２１が貫通している。さらに、グローブボックス室の天井面外部に設けられた二つのシリンダ手段５４は、そのロッドの先端部が蓋部材５２の天面外側に固定されて、蓋部材５２を防着板５３と共に上下動させるように構成されている。さらに、チャンバ５において、リアクタ３が設けられる底面部分にヒータが設けられて、結晶膜の形成方法として、原料ガスとしてアンモニアガスやＧａ系ガスに窒素ガスを混合した混合ガスを供給してチャンバ５の内部温度を結晶成長時（エピタキシャル成長時）には摂氏１０００度程度にして熱分解させて結晶成長させ、結晶成長が終われば、原料ガスを止めて不活性ガスである窒素ガスだけを供給し続けて、蓋部材５２を開くときには内部温度が摂氏３００度程度まで冷やされている。これらの原料ガスを含む混合ガスの供給・排気とヒータによりチャンバ５内の温度と圧力を制御している。１回の結晶成長で４〜１０μｍ程度の膜厚で成膜させるが、結晶成長を例えば５回繰り返すと、基板４以外の周りの部材にも２０〜５０μｍ程度の膜厚で厚く成膜されてしまい、これに温度サイクルがかかって剥がれやすくなって細かいダスト８２となる。
【００３８】
供給ポート６および排気ポート７は、シリンダ手段５４により蓋部材５２が上方向に上がって基板４がリアクタ３上から取り除かれたり基板４がリアクタ３上に新たに載置されたりするときに、チャンバ５内に残った原料ガス雰囲気の他、そのチャンバ５内に付着した原料膜が剥がれてダスト８２になってグローボックス室内に飛散されると共に、特に、基板４の出し入れでダスト８２が周りに飛散しても、ダウンフローによりダスト８２を舞い上げることなく下方にダスト８２を移動させてダストトラップ部８に集める役目を果たしている。この供給ポート６は、不活性ガスであるパージガスを放射状に周囲に広がって分散するように供給される。蓋部材５２を防着板５３と共に上に上げたときに、チャンバ５を構成していた空間内の原料ガスの体積分がグローブボックス室内に拡散した後に、入口１１が開いたときに入口１１から外部に、残った原料ガス雰囲気やダスト８２が出ない程度の排気量で複数箇所の排気ポート７から原料ガス雰囲気をパージガスと共に排気できる程度の排気量が必要である。
【００３９】
ダストトラップ部８は、図２に示すように、チャンバ５の外部周辺であって、グローブボックス室の平面視４角形の４角部（ここでは図２の各４角形領域）または４角を含む領域に所定の大きさでそれぞれ設けられていてもよく、チャンバ５の外部周辺全部にチャンバ５を囲むように設けられていてもよい。ダストトラップ部８の底面部中央位置には排気ポート７が設けられ、排気ポート７が複数ある場合は、排気ポート７は所定間隔を空けて設けられ、その上方位置に、通気性があってダスト８２を通過させるメッシュ板８１が、排気ポート７により内部を負圧にして、一旦、捕獲されたダスト８２が再びメッシュ板８１の外部のブローブボックス室内に戻らないようにしている。メッシュ板８１のメッシュのサイズは０．５ｍｍ角程度である。メッシュ板８１の穴形状は、平面視で円形、楕円形または４角形であるが、ここでは平面視で４角形としている。
【００４０】
ダストトラップ部８を、チャンバ５のリアクタ（反応炉）の下面よりも低い位置に設けるのは、ダストトラップ部８が、チャンバ５のリアクタ（反応炉）よりも高い位置にあれば、リアクタ３の周辺底面部からダストトラップ部８に段差ができてその段差部にダスト８２が溜まってしまうためである。メッシュ板８１の上にダスト８２が付着した場合にもチャンバ５のリアクタ（反応炉）の下面よりも低い位置に設けた方が、ダスト８２が舞い上がって基板４に付着し難い。
【００４１】
ブローブボックス室の隣には入口１１を介して搬送室が設けられ、搬送室内には搬送ロボット１２が設けられている。この搬送室の隣には入口１３を介してカセット室が設けられ、このカセット室内にはカセット１４が設けられている。カセット１４には成膜処理された基板４の他に、成膜処理前の基板１５が収容されている。これらの基板４、１５は入口１３とは反対側の別の入口１６側からカセット１４内に出し入れされる。
【００４２】
蓋部材５２が開いており、不活性ガスであるパージガスがグローブボックス室内に上方の供給ポート６から供給され、成膜に寄与した原料ガスと共にパージガスが下方にあるダストトラップ部８内の排気ポート７から排気される。シリンダ手段５４により蓋部材５２が上方向に上がると、チャンバ５内の原料ガス雰囲気がグローボックス室内に拡散されるが、このとき、基板４の出し入れ時にダスト８２が飛散しても、ダウンフローでダスト８２を舞い上げるのを抑制している。
【００４３】
同様に、搬送室において、天面に設けられた供給ポート１７から不活性ガスであるパージガスが供給され、底面に設けられた排気ポート１８によりパージガスを吸引するダウンフローになっている。また、カセット室においても、不活性ガスであるパージガスが供給ポート１９から供給されてダウンフローで排気ポート２０から排気される。
【００４４】
定期的に、グローブ２２内に手を差し込んで各種（防着板５３の交換など）のメンテナンスを行うことができるようになっている。また、基板４を回収する際に、ダスト８２がリアクタ３の周囲に飛散する。このダスト８２の基板４の表面への飛散をダウンフローにより抑えている。
【００４５】
以上により、本実施形態１によれば、グローブボックス室内部にリアクタ３が内蔵された開閉自在なチャンバ５が設けられ、チャンバ５内のリアクタ３で基板４の表面に所定の材料膜を成膜する気相成長装置１において、グローブボックス室上部よりパージガスを導入してグローブボックス室下部のダストトラップ部８を介してその下部よりパージガスが排気されるように構成されている。
【００４６】
このように、グローブボックス室の上部よりパージガスを導入し、ダストトラップ部８を介してその下部より排気するため、基板４（ウエハ）の出し入れの際の基板４へのダスト付着を抑制または防止することができる。このように、例えばＭＯＣＶＤなどのダストを抑制し、高品質な化合物半導体デバイスを高歩留まりで製造することができる。
【００４７】
本実施形態１の気相成長装置１を用いた結晶膜の形成方法として、結晶膜が形成された基板４上にダスト８２の付着が少なく、ＬＥＤ素子などの高品質な化合物半導体デバイスを高歩留まりで製造することができる。
【００４８】
（実施形態２）
上記実施形態１では、チャンバ５の周辺領域の天面に供給ポート６を設けたが、本実施形態２では、チャンバ５の上方の天面にも後述の供給ポート６Ａを設けた場合について説明する。
【００４９】
図３は、本発明の実施形態２における気相成長装置の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。なお、図３では、図１の構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５０】
図３において、本実施形態２の気相成長装置１Ａにおいて、上記実施形態１の場合と異なるのは、チャンバ５上方のグローブボックス室の天面にも供給ポート６Ａを設けた点である。供給ポート６、６Ａは同じものであってもよいし異なっていてもよい。これによって、チャンバ５上方の天面に設けられた中央部分の各供給ポート６Ａからダストトラップ部８内の排気ポート７へのダウンフローも形成されて、よりダウンフローが、グローブボックス室の天面からより均一にダストトラップ部８に向かってダスト８２を舞い上げずにダストトラップ部８内に捕獲し易くなっている。
【００５１】
要するに、均一なダウンフローを発生させるようにパージガスを分散させるように、分散手段として、供給ポート６に加えて、供給ポート６Ａがリアクタ３上方の天面に設けられている
図４は、本発明の実施形態２における気相成長装置の変形例を模式的に示す縦断面図である。なお、図４では、図２の構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５２】
図４において、本実施形態２の気相成長装置１Ｂにおいて、図２の気相成長装置１Ａの場合と異なるのは、グローブボックス室の天面に設けた供給ポート６、６Ａの下方位置に、所定の空間を空けてメッシュ手段で構成された分散手段としての分散板２３をその天面全面に設けた点である。これによって、グローブボックス室の天面に設けられた各供給ポート６、６Ａから不活性ガスであるパージガスが供給され、その天面と分散板２３間の空間部分にパージガスが充満した後に、グローブボックス室の天面全面に配置された分散板２３全面からパージガスが均一にグローブボックス室内に供給される。
【００５３】
これによって、分散板２３全面からダストトラップ部８内の排気ポート７への室全体で均一なダウンフローが形成される。これによって、よりダウンフローが、グローブボックス室の天面からより均一にダストトラップ部８に向かってダスト８２を巻き上げずにダストトラップ部８内に捕獲し易くすることができて、基板４へのダスト付着を抑制または防止して、高歩留まりで高品質な化合物半導体デバイスを製造することができる。
【００５４】
また、本実施形態２の図４では、ブローブボックス室の隣には入口１１を介して搬送室が設けられ、搬送室内には搬送ロボット１２が設けられているが、搬送室内にも、搬送ロボット１２の下面よりも低い位置であって、搬送ロボット１２の周辺底面部のよりも低い位置にダスト８２を捕らえるダストトラップ部８Ｂが設けられている。要するに、グローブボックス室に隣接する搬送室上部よりパージガスを導入して搬送室下部のダストトラップ部８Ｂを介してその下部よりパージガスが排気されている。
【００５５】
ダストトラップ部８Ｂは、図２の場合と同様に、搬送ロボット１２の外部周辺であって、搬送室の平面視４角形の４角部（ここでは図２の各４角形領域）または４角を含む領域に所定の大きさでそれぞれ設けられていてもよく、搬送ロボット１２の外部周辺全部に搬送ロボット１２を囲むように設けられていてもよい。ダストトラップ部８Ｂの底面部中央位置には排気ポート７１８Ｂが設けられ、排気ポート１８Ｂが複数ある場合は、排気ポート１８Ｂは所定間隔を空けて設けられ、その上方位置にメッシュ板８１Ｂが、排気ポート１８Ｂにより内部を負圧にして、一旦、捕獲されたダストが再びメッシュ板８１Ｂの外部の搬送室内に戻らないようにしている。メッシュ板８１Ｂのメッシュのサイズは０．５ｍｍ角程度である。この排気ポート１８Ｂに対応して搬送室の天面に供給ポート１７が新設されている。これによって、搬送室内で均一なダウンフローを生じさせてダストの舞い上がりを抑えている。
【００５６】
（実施形態３）
上記実施形態１，２では、グローブボックス室の上部よりパージガスを導入し、グローブボックス下部にダストトラップ部８を設け、ダストトラップ部８の底面に排気ポート７を設け、ダストトラップ部８の底面の上方位置にメッシュ板８１を設けた場合について説明したが、本実施形態３では、このダストトラップ部８の変形例について説明する。
【００５７】
図５は、本発明の実施形態３における気相成長装置の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。なお、図５では、図３の構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５８】
図５において、本実施形態３の気相成長装置１Ｃにおいて、上記実施形態１、２の場合と異なるのは、ダストトラップ部８Ｃのメッシュ板８１Ｃの断面形状である。上記実施形態１、２のメッシュ板８１の断面形状が４角形であったのに対して、本実施形態３ではメッシュ板８１Ｃの断面形状が上を頂点にした断面三角形状である。これは、排気ポート７がパージガスを吸引してメッシュ板８１Ｃ下方のダストトラップ領域を負圧にしてダスト８２を外部のグローブボックス室から取り込む際に、ダスト８２をダストトラップ領域に入れやすく、一旦入れたダスト８２を、断面三角形状の底面によって外部に戻さないように構成されている。これによって、より確実にダスト８２をダストトラップ部８Ｃに捕獲することができる。
【００５９】
なお、メッシュ板８１Ｃの断面形状が上を頂点にした断面三角形状に限らず、断面台形状であってもよい。要するに、メッシュ板８１Ｃの断面形状がグローブボックス室側を頂点にした断面三角形状であるかまたはグローブボックス室側を短辺にした断面台形状であればよい。
【００６０】
また、メッシュ板８１Ｃのメッシュのサイズは０．５ｍｍ程度である。メッシュ板８１Ｃの穴形状は、平面視で円形、楕円形または４角形などの多角形であり、穴内側面にはグローブボックス室側（図５では上）に開くテーパが付いている。穴のサイズについては、穴形状が平面視で円形の場合に直径が０．５ｍｍ程度、穴形状が平面視で楕円形の場合に長径または短径が０．５ｍｍ、穴形状が平面視で矩形の場合に長辺または短辺の長さが０．５ｍｍである。
【００６１】
図６は、本発明の実施形態３における気相成長装置の変形例を模式的に示す縦断面図である。なお、図６では、図１の構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６２】
図６において、本実施形態３の気相成長装置１Ｄにおいて、上記実施形態１の場合と異なるのは、図１のダストトラップ部８では、排気ポート７をダストトラップ部８の底面に設けたのに対して、本実施形態３のダストトラップ部８Ｄでは、排気ポート７Ｄをダストトラップ部８Ｄの側面に設けた点が異なっている。これは、排気ポート７がパージガスを吸引してダストトラップ部８内にダスト８２を取り込んで、排気ポート７が設けられたダストトラップ部８の底面に堆積した場合に、排気ポート７の開口がダスト８２で埋まって機能しなくなるのを防止するために、本実施形態３のダストトラップ部８Ｄでは、排気ポート７Ｄをダストトラップ部８Ｄの側面に設けている。このように、排気ポート７Ｄをダストトラップ部８Ｄの側面に設けたので、本実施形態３の気相成長装置１Ｄを連続運転して、ダスト８２が多い場合にも排気ポート７Ｄが詰まって機能しなくなるのを防止することができる。
【００６３】
図７は、本発明の実施形態３における気相成長装置の別の変形例を模式的に示す縦断面図である。なお、図７では、図６の構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６４】
図７において、本実施形態３の気相成長装置１Ｅにおいて、上記実施形態３の変形例の場合と異なるのは、排気ポート７Ｄをダストトラップ部８Ｄの側面に設け、トレー８３を手前側に引き出して取り出すことができるようにしている。ダスト８２を受けるトレー手段としてのトレー８３内に溜まったダスト８２を定期的に取り出してクリーニングすることができる。特に隅部のクリーニングは困難なため、引き抜き式のトレー８３とすることによってメンテナンスが容易になる。
【００６５】
要するに、排気ポート７Ｄがダストトラップ部８Ｅの側面に設けられており、ダストトラップ部８Ｅの底面を受けるように上方に開いたトレー手段としてのトレー８３が外部に引き出し可能に設けられている。トレー８３の上に開いた凹部はメッシュ板８１に対向している。
【００６６】
なお、本実施形態３では、排気ポート７Ｄをダストトラップ部８Ｄの側面に設け、上記実施形態１，２では、排気ポート７をダストトラップ部８の底面に設けたが、これに限らず、排気ポート７をダストトラップ部の底面に設けかつ排気ポート７Ｄをダストトラップ部の側面に設けてもよい。要するに、ダストトラップ部の底面および側面の少なくともいずれかに排気ポートが設けられていればよい。
【００６７】
なお、上記実施形態１〜３では、特に説明しなかったが、排気ポート７、７Ｄによるガス排気量と、供給ポート６、６Ａによるガス供給量との関係は、ガス排気量をガス供給量に比べて多くして、グローブボックス室内部のアンモニアガスやガリウム系ガスなどの原料ガス雰囲気を外部に完全に出さないために、減圧ぎみに設定している。
【００６８】
また、上記実施形態１〜３では、特に説明しなかったが装置故障時などに使用する、緊急排気用排気口は、グローブボックス上部に追加してもよい。
【００６９】
以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜３を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１〜３に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１〜３の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、基板上に結晶膜を形成させる気相成長装置およびこれを用いた結晶膜の形成方法の分野において、グローブボックス室の上部よりパージガスを導入し、ダストトラップ部８を介してその下部より排気するため、基板へのダスト付着を抑制または防止して、高歩留まりで高品質な化合物半導体デバイスを製造することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１、１Ａ〜１Ｅ 気相成長装置
２ ノズル
２１ ガス供給管
３ リアクタ
４、１５ 基板（ウエハ）
５ チャンバ
５１ 排気ポート
５２ 蓋部材
５３ 防着板
５４ シリンダ手段
６、６Ａ 供給ポート
７、７Ｄ 排気ポート
８、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ ダストトラップ部
８１，８１Ｂ、８１Ｃ、 メッシュ板
８２ ダスト
８３ トレー
１１、１３，１６ 入口
１２ 搬送ロボット
１４ カセット
１７，１９ 供給ポート
１８、１８Ｂ、２０ 排気ポート
２２ グローブ
２３ 分散板（分散手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に結晶膜を形成させる気相成長装置およびこれを用いた結晶膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＶＤ法などの気相成長法は、結晶膜の形成には欠かせない技術である。有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）は、気相結晶成長方法のうちの一つで、主に半導体結晶成長に用いられる。
【０００３】
ＭＯＣＶＤは、材料ガスや水素、窒素、アルゴンなどのキャリアガス流量を制御するガス計量ユニット、ヒータで成長基板の温度を制御し成長基板上に材料ガスを反応成長させるリアクターユニット、真空ポンプ、圧力制御器でリアクタ圧力を制御する排気ユニットで構成されている。ＭＯＣＶＤは、ガス計量ユニットで所望の流量に調整された有機金属を中心とした原料ガスを所望の圧力、温度に制御したチャンバ内で熱分解、反応させ、成長基板上に所望の半導体結晶を得るための装置である。例えば、ＩＩＩ−Ｖ族半導体の場合、一般的にはＩＩＩ族原料に有機金属を用い、Ｖ族原料に特殊材料ガスを用いる。加熱されたチャンバ内に導入された原料が熱分解することにより、適切な反応基が成長基板に供給されて半導体結晶成長が行われる。
【０００４】
図８は、従来の気相成長装置の一構成例を模式的に示す縦断面図である。
【０００５】
図８において、従来の気相成長装置１００において、図示しないガス制御装置から、ガス供給部としてのノズル１０１を介して供給される原料ガスがチャンバ１０２内で熱分解され、チャンバ１０２内の回転軸で支持されるサセプター１０３上に設置された成長基板１０４に所望の材料膜を形成する。その後、原料ガスは排気ガスとして排気ポート１０５を通じて図示しない排気ポンプによりチャンバ１０２内から排出される。排気ガス中には大量に反応副生成物や未反応物が含まれるため、排気ポンプの上流にこれらを専用に捕獲するための図示しないトラップ機構を配置する。また、排気ガス中には砒素などの有害な物質が含まれることが多いので、最下流に図示しない専用の除害設備が設置される。
【０００６】
次に、成長基板１０４の上方には、防着板１０６が蓋部材１０７と共に設けられ、シリンダ手段１０８により蓋部材１０７が防着板１０６と共に上下に移動自在に設けられている。蓋部材１０７が上方向に移動してチャンバ１０２内の雰囲気がグローボックス室１０９内に拡散する。サセプター１０３上に設置された成長基板１０４が搬送ロボット１１０により入口１１１から取り除かれる。この取り除かれた成長基板１０４は搬送ロボット１１０により別の入口１１２からカセット１１３内に収容される。
【０００７】
このとき、蓋部材１０７が開いており、不活性ガスであるパージガスがグローブボックス室内に下方の供給ポート１１４から供給され、成膜に寄与した原料ガスと共にパージガスが上方の排気ポート１１５から排気される。同様に、搬送室やカセット室においても、不活性ガスであるパージガスが供給ポート１１７から供給されて排気ポート１１８から排気される。
【０００８】
逆に、カセット１１２内の未処理の基板１１６は、搬送ロボット１１０により入口１１２から取り出された後に、その未処理の基板１１６は入口１１１からサセプター１０３上に設置される。入口１１１、１１２が閉じられ、シリンダ手段１０８により蓋部材１０７が防着板１０６と共に下方向に移動する。これにより、チャンバ１０２の空間が構成されて、次の成膜工程が行われる。
【０００９】
定期的に、グローブ１１９内に手を差し込んで各種のメンテナンスを行うことができるようになっている。また、成長基板１０４を回収する際に、ダスト１２０がサセプター１０３の周囲に飛散する。
【００１０】
このような従来の気相成長装置１００およびこれを用いた結晶膜の形成方法については、特許文献１，２などで提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−２０６１６７号公報
【特許文献２】特開２００７−１７０８１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記従来の気相成長装置１００では、グローブボックス室内での成長基板１０４の出し入れの際の成長基板１０４の表面へのダスト付着が問題になっていた。
【００１３】
特許文献１，２では、基板表面に所定の材料膜を成膜する気相成長装置については記載されているが、パージガスの流れやダストの基板表面への付着については考慮されていない。
【００１４】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、基板へのダスト付着を抑制または防止して、高歩留まりで高品質な化合物半導体デバイスを製造することができる気相成長装置およびこれを用いた結晶膜の形成方法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】
【００１５】
本発明の従来の気相成長装置は、グローブボックス室内部にリアクタが内蔵された開閉自在なチャンバ部が設けられ、該チャンバ部内の該リアクタで基板表面に所定の材料膜を成膜する気相成長装置において、該グローブボックス室上部よりパージガスを導入して該グローブボックス室下部のダストトラップ部を介してその下部より該パージガスが排気されるように構成されているものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００１６】
また、好ましくは、本発明の気相成長装置におけるダストトラップ部の底面および側面の少なくともいずれかに前記パージガスを排気する排気ポートが設けられている。
【００１７】
さらに、好ましくは、本発明の気相成長装置におけるダストトラップ部の底面の上方位置にはダストを通過させるメッシュ板が設けられている。
【００１８】
さらに、好ましくは、本発明の気相成長装置におけるダストトラップ部は、前記チャンバ部内のリアクタの下面よりも低い位置に設けられている。
【００１９】
さらに、好ましくは、本発明の気相成長装置におけるダストトラップ部は、前記チャンバ部の外部周辺にあって、前記グローブボックス室の平面視４角形の４角部または４角を含む領域にそれぞれ設けられている。
【００２０】
さらに、好ましくは、本発明の気相成長装置におけるダストトラップ部は、前記チャンバ部の外部周辺全部に該チャンバ部を囲むように設けられている。
【００２１】
さらに、好ましくは、本発明の気相成長装置における均一なダウンフローを発生させるようにパージガスを分散させる分散手段が前記グローブボックス室の天面側に設けられている。
【００２２】
さらに、好ましくは、本発明の気相成長装置におけるブローブボックス室の隣には入口を介して搬送室が設けられ、該搬送室内には、前記基板を前記リアクタの所定位置に搬送すると共に、処理基板を該リアクタの所定位置から取り出し可能とする搬送手段が設けられ、該搬送室内に、該搬送手段の下面よりも低い位置にダストを捕らえるダストトラップ部が設けられている。
【００２３】
さらに、好ましくは、本発明の気相成長装置における搬送室の上部よりパージガスを導入して該搬送室の下部の前記ダストトラップ部を介してその下部より前記パージガスが排気されるように構成されている。
【００２４】
さらに、好ましくは、本発明の気相成長装置におけるメッシュ板の断面形状が前記グローブボックス室側を頂点にした断面三角形状または、該グローブボックス室側を短辺にした断面台形状である。
【００２５】
さらに、好ましくは、本発明の気相成長装置におけるメッシュ板の穴形状は、平面視で円形、楕円形または４角形などの多角形であり、穴側面には前記グローブボックス室側に開くテーパが付いている。
【００２６】
さらに、好ましくは、本発明の気相成長装置において、前記排気ポートが前記ダストトラップ部の側面に設けられ、該ダストトラップ部の底面を受けるトレー手段が外部に引き出し可能に設けられている。
【００２７】
さらに、好ましくは、本発明の気相成長装置において、前記排気ポートによるガス排気量と、前記グローブボックス室上部よりパージガスを導入する供給ポートによるガス供給量との関係は、ガス排気量をガス供給量に比べて多くして、該グローブボックス室内部の原料ガス雰囲気を外部に出さないように減圧している。
【００２８】
本発明の従来の結晶膜の形成方法は、本発明の上記気相成長装置を用いて基板上に結晶膜を形成するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２９】
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。
【００３０】
本発明においては、グローブボックス室内部にリアクタが内蔵された開閉自在なチャンバ部が設けられ、チャンバ部内の該リアクタで基板表面に所定の材料膜を成膜する気相成長装置において、グローブボックス室上部よりパージガスを導入してグローブボックス室下部のダストトラップ部を介してその下部よりパージガスが排気されるように構成されている。
【００３１】
このように、グローブボックス上部よりパージガスを導入し、ダストトラップを介して下部より排気することによりウエハ出し入れの際の基板へのダスト付着を抑制または防止することが可能となる。このように、例えばＭＯＣＶＤなどのダストを抑制し、高品質な化合物半導体デバイスを高歩留まりで製造することが可能となる。
【発明の効果】
【００３２】
以上により、本発明によれば、グローブボックス室の上部よりパージガスを導入し、ダストトラップ部を介してその下部より排気するため、ウエハ表面に付着するダスト数が低減され、エピの欠陥も低減することができる。これによって、高歩留まりで高品質な化合物半導体デバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態１における気相成長装置の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【図２】図１の気相成長装置の要部構成例を模式的に示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態２における気相成長装置の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【図４】本発明の実施形態２における気相成長装置の変形例を模式的に示す縦断面図である。
【図５】本発明の実施形態３における気相成長装置の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【図６】本発明の実施形態３における気相成長装置の変形例を模式的に示す縦断面図である。
【図７】本発明の実施形態３における気相成長装置の別の変形例を模式的に示す縦断面図である。
【図８】従来の気相成長装置の一構成例を模式的に示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下に、本発明の気相成長装置およびこれを用いた結晶膜の形成方法の実施形態１〜３について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図における構成部材のそれぞれの厚みや長さなどは図面作成上の観点から、図示する構成に限定されるものではない。
【００３５】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１における気相成長装置の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。図２は、図１の気相成長装置の要部構成例を模式的に示す平面図である。
【００３６】
図１および図２において、本実施形態１の気相成長装置１は、図示しないガス制御装置から原料ガスを、ガス供給管２１を介して供給して原料ガス（不活性ガスに成膜材料の原料ガスなどを含む混合ガスであるが、ここでは原料ガスという）を供給するガス供給部としてのガス供給管先端のノズル２と、供給された原料ガスが熱分解され、回転自在に軸支された平面視円形のリアクタ３上に設置されたサファイヤ基板などの基板４上に所望の材料膜を形成可能とするチャンバ部としてのチャンバ５と、チャンバ５の外部周辺のグローブボックス室の天面に不活性ガス（例えばＮ２）であるパージガスを供給する供給ポート６および、チャンバ５の外部周辺の底面部分に不活性ガスであるパージガスを吸引して排気する排気ポート７と、チャンバ５のリアクタ３（反応炉）の下面よりも低い位置であって、リアクタ３の周辺底面部のよりも低い位置にダスト８２を捕らえるダストトラップ部８とを有し、グローブボックス室の内部に開閉自在なチャンバ５内で基板表面に所定の材料膜を成膜する。
【００３７】
チャンバ５は、平面視円形のリアクタ３の外周側のチャンバ５内の底面に排気ポート５１が設けられ、先端部がＴ字状に分かれて各ノズル２からリアクタ３上の中央両側に原料ガスが供給される。原料ガスは、リアクタ３上の基板４の表面と防着板５３との間を通過して、リアクタ３の外周側から排気ガスとしてその下方の排気ポート５１を通じて図示しない排気ポンプによりチャンバ５内から外部に排出される。ガス供給管２１を介してノズル２からチャンバ５内に供給される原料ガス量と、排気ポート５１から排気される原料ガス量とを調整することによりチャンバ５内の原料ガスによる圧力を調整することができる。この排気ガス中には砒素などの有害な物質が含まれることが多いので、最下流に図示しない専用の除害設備が設置される。また、リアクタ３およびその上の基板４の上方を覆ってチャンバ５内の空間を構成する蓋部材５２が設けられると共に、ガス供給管２１が通る中央部分以外のリアクタ３およびその上の基板４の上方を覆うように防着板５３がドーナツ状に設けられている。そのドーナツ状の中央部をガス供給管２１が貫通している。さらに、グローブボックス室の天井面外部に設けられた二つのシリンダ手段５４は、そのロッドの先端部が蓋部材５２の天面外側に固定されて、蓋部材５２を防着板５３と共に上下動させるように構成されている。さらに、チャンバ５において、リアクタ３が設けられる底面部分にヒータが設けられて、結晶膜の形成方法として、原料ガスとしてアンモニアガスやＧａ系ガスに窒素ガスを混合した混合ガスを供給してチャンバ５の内部温度を結晶成長時（エピタキシャル成長時）には摂氏１０００度程度にして熱分解させて結晶成長させ、結晶成長が終われば、原料ガスを止めて不活性ガスである窒素ガスだけを供給し続けて、蓋部材５２を開くときには内部温度が摂氏３００度程度まで冷やされている。これらの原料ガスを含む混合ガスの供給・排気とヒータによりチャンバ５内の温度と圧力を制御している。１回の結晶成長で４〜１０μｍ程度の膜厚で成膜させるが、結晶成長を例えば５回繰り返すと、基板４以外の周りの部材にも２０〜５０μｍ程度の膜厚で厚く成膜されてしまい、これに温度サイクルがかかって剥がれやすくなって細かいダスト８２となる。
【００３８】
供給ポート６および排気ポート７は、シリンダ手段５４により蓋部材５２が上方向に上がって基板４がリアクタ３上から取り除かれたり基板４がリアクタ３上に新たに載置されたりするときに、チャンバ５内に残った原料ガス雰囲気の他、そのチャンバ５内に付着した原料膜が剥がれてダスト８２になってグローボックス室内に飛散されると共に、特に、基板４の出し入れでダスト８２が周りに飛散しても、ダウンフローによりダスト８２を舞い上げることなく下方にダスト８２を移動させてダストトラップ部８に集める役目を果たしている。この供給ポート６は、不活性ガスであるパージガスを放射状に周囲に広がって分散するように供給される。蓋部材５２を防着板５３と共に上に上げたときに、チャンバ５を構成していた空間内の原料ガスの体積分がグローブボックス室内に拡散した後に、入口１１が開いたときに入口１１から外部に、残った原料ガス雰囲気やダスト８２が出ない程度の排気量で複数箇所の排気ポート７から原料ガス雰囲気をパージガスと共に排気できる程度の排気量が必要である。
【００３９】
ダストトラップ部８は、図２に示すように、チャンバ５の外部周辺であって、グローブボックス室の平面視４角形の４角部（ここでは図２の各４角形領域）または４角を含む領域に所定の大きさでそれぞれ設けられていてもよく、チャンバ５の外部周辺全部にチャンバ５を囲むように設けられていてもよい。ダストトラップ部８の底面部中央位置には排気ポート７が設けられ、排気ポート７が複数ある場合は、排気ポート７は所定間隔を空けて設けられ、その上方位置に、通気性があってダスト８２を通過させるメッシュ板８１が、排気ポート７により内部を負圧にして、一旦、捕獲されたダスト８２が再びメッシュ板８１の外部のブローブボックス室内に戻らないようにしている。メッシュ板８１のメッシュのサイズは０．５ｍｍ角程度である。メッシュ板８１の穴形状は、平面視で円形、楕円形または４角形であるが、ここでは平面視で４角形としている。
【００４０】
ダストトラップ部８を、チャンバ５のリアクタ（反応炉）の下面よりも低い位置に設けるのは、ダストトラップ部８が、チャンバ５のリアクタ（反応炉）よりも高い位置にあれば、リアクタ３の周辺底面部からダストトラップ部８に段差ができてその段差部にダスト８２が溜まってしまうためである。メッシュ板８１の上にダスト８２が付着した場合にもチャンバ５のリアクタ（反応炉）の下面よりも低い位置に設けた方が、ダスト８２が舞い上がって基板４に付着し難い。
【００４１】
ブローブボックス室の隣には入口１１を介して搬送室が設けられ、搬送室内には搬送ロボット１２が設けられている。この搬送室の隣には入口１３を介してカセット室が設けられ、このカセット室内にはカセット１４が設けられている。カセット１４には成膜処理された基板４の他に、成膜処理前の基板１５が収容されている。これらの基板４、１５は入口１３とは反対側の別の入口１６側からカセット１４内に出し入れされる。
【００４２】
蓋部材５２が開いており、不活性ガスであるパージガスがグローブボックス室内に上方の供給ポート６から供給され、成膜に寄与した原料ガスと共にパージガスが下方にあるダストトラップ部８内の排気ポート７から排気される。シリンダ手段５４により蓋部材５２が上方向に上がると、チャンバ５内の原料ガス雰囲気がグローボックス室内に拡散されるが、このとき、基板４の出し入れ時にダスト８２が飛散しても、ダウンフローでダスト８２を舞い上げるのを抑制している。
【００４３】
同様に、搬送室において、天面に設けられた供給ポート１７から不活性ガスであるパージガスが供給され、底面に設けられた排気ポート１８によりパージガスを吸引するダウンフローになっている。また、カセット室においても、不活性ガスであるパージガスが供給ポート１９から供給されてダウンフローで排気ポート２０から排気される。
【００４４】
定期的に、グローブ２２内に手を差し込んで各種（防着板５３の交換など）のメンテナンスを行うことができるようになっている。また、基板４を回収する際に、ダスト８２がリアクタ３の周囲に飛散する。このダスト８２の基板４の表面への飛散をダウンフローにより抑えている。
【００４５】
以上により、本実施形態１によれば、グローブボックス室内部にリアクタ３が内蔵された開閉自在なチャンバ５が設けられ、チャンバ５内のリアクタ３で基板４の表面に所定の材料膜を成膜する気相成長装置１において、グローブボックス室上部よりパージガスを導入してグローブボックス室下部のダストトラップ部８を介してその下部よりパージガスが排気されるように構成されている。
【００４６】
このように、グローブボックス室の上部よりパージガスを導入し、ダストトラップ部８を介してその下部より排気するため、基板４（ウエハ）の出し入れの際の基板４へのダスト付着を抑制または防止することができる。このように、例えばＭＯＣＶＤなどのダストを抑制し、高品質な化合物半導体デバイスを高歩留まりで製造することができる。
【００４７】
本実施形態１の気相成長装置１を用いた結晶膜の形成方法として、結晶膜が形成された基板４上にダスト８２の付着が少なく、ＬＥＤ素子などの高品質な化合物半導体デバイスを高歩留まりで製造することができる。
【００４８】
（実施形態２）
上記実施形態１では、チャンバ５の周辺領域の天面に供給ポート６を設けたが、本実施形態２では、チャンバ５の上方の天面にも後述の供給ポート６Ａを設けた場合について説明する。
【００４９】
図３は、本発明の実施形態２における気相成長装置の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。なお、図３では、図１の構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５０】
図３において、本実施形態２の気相成長装置１Ａにおいて、上記実施形態１の場合と異なるのは、チャンバ５上方のグローブボックス室の天面にも供給ポート６Ａを設けた点である。供給ポート６、６Ａは同じものであってもよいし異なっていてもよい。これによって、チャンバ５上方の天面に設けられた中央部分の各供給ポート６Ａからダストトラップ部８内の排気ポート７へのダウンフローも形成されて、よりダウンフローが、グローブボックス室の天面からより均一にダストトラップ部８に向かってダスト８２を舞い上げずにダストトラップ部８内に捕獲し易くなっている。
【００５１】
要するに、均一なダウンフローを発生させるようにパージガスを分散させるように、分散手段として、供給ポート６に加えて、供給ポート６Ａがリアクタ３上方の天面に設けられている
図４は、本発明の実施形態２における気相成長装置の変形例を模式的に示す縦断面図である。なお、図４では、図２の構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５２】
図４において、本実施形態２の気相成長装置１Ｂにおいて、図２の気相成長装置１Ａの場合と異なるのは、グローブボックス室の天面に設けた供給ポート６、６Ａの下方位置に、所定の空間を空けてメッシュ手段で構成された分散手段としての分散板２３をその天面全面に設けた点である。これによって、グローブボックス室の天面に設けられた各供給ポート６、６Ａから不活性ガスであるパージガスが供給され、その天面と分散板２３間の空間部分にパージガスが充満した後に、グローブボックス室の天面全面に配置された分散板２３全面からパージガスが均一にグローブボックス室内に供給される。
【００５３】
これによって、分散板２３全面からダストトラップ部８内の排気ポート７への室全体で均一なダウンフローが形成される。これによって、よりダウンフローが、グローブボックス室の天面からより均一にダストトラップ部８に向かってダスト８２を巻き上げずにダストトラップ部８内に捕獲し易くすることができて、基板４へのダスト付着を抑制または防止して、高歩留まりで高品質な化合物半導体デバイスを製造することができる。
【００５４】
また、本実施形態２の図４では、ブローブボックス室の隣には入口１１を介して搬送室が設けられ、搬送室内には搬送ロボット１２が設けられているが、搬送室内にも、搬送ロボット１２の下面よりも低い位置であって、搬送ロボット１２の周辺底面部のよりも低い位置にダスト８２を捕らえるダストトラップ部８Ｂが設けられている。要するに、グローブボックス室に隣接する搬送室上部よりパージガスを導入して搬送室下部のダストトラップ部８Ｂを介してその下部よりパージガスが排気されている。
【００５５】
ダストトラップ部８Ｂは、図２の場合と同様に、搬送ロボット１２の外部周辺であって、搬送室の平面視４角形の４角部（ここでは図２の各４角形領域）または４角を含む領域に所定の大きさでそれぞれ設けられていてもよく、搬送ロボット１２の外部周辺全部に搬送ロボット１２を囲むように設けられていてもよい。ダストトラップ部８Ｂの底面部中央位置には排気ポート７１８Ｂが設けられ、排気ポート１８Ｂが複数ある場合は、排気ポート１８Ｂは所定間隔を空けて設けられ、その上方位置にメッシュ板８１Ｂが、排気ポート１８Ｂにより内部を負圧にして、一旦、捕獲されたダストが再びメッシュ板８１Ｂの外部の搬送室内に戻らないようにしている。メッシュ板８１Ｂのメッシュのサイズは０．５ｍｍ角程度である。この排気ポート１８Ｂに対応して搬送室の天面に供給ポート１７が新設されている。これによって、搬送室内で均一なダウンフローを生じさせてダストの舞い上がりを抑えている。
【００５６】
（実施形態３）
上記実施形態１，２では、グローブボックス室の上部よりパージガスを導入し、グローブボックス下部にダストトラップ部８を設け、ダストトラップ部８の底面に排気ポート７を設け、ダストトラップ部８の底面の上方位置にメッシュ板８１を設けた場合について説明したが、本実施形態３では、このダストトラップ部８の変形例について説明する。
【００５７】
図５は、本発明の実施形態３における気相成長装置の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。なお、図５では、図３の構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５８】
図５において、本実施形態３の気相成長装置１Ｃにおいて、上記実施形態１、２の場合と異なるのは、ダストトラップ部８Ｃのメッシュ板８１Ｃの断面形状である。上記実施形態１、２のメッシュ板８１の断面形状が４角形であったのに対して、本実施形態３ではメッシュ板８１Ｃの断面形状が上を頂点にした断面三角形状である。これは、排気ポート７がパージガスを吸引してメッシュ板８１Ｃ下方のダストトラップ領域を負圧にしてダスト８２を外部のグローブボックス室から取り込む際に、ダスト８２をダストトラップ領域に入れやすく、一旦入れたダスト８２を、断面三角形状の底面によって外部に戻さないように構成されている。これによって、より確実にダスト８２をダストトラップ部８Ｃに捕獲することができる。
【００５９】
なお、メッシュ板８１Ｃの断面形状が上を頂点にした断面三角形状に限らず、断面台形状であってもよい。要するに、メッシュ板８１Ｃの断面形状がグローブボックス室側を頂点にした断面三角形状であるかまたはグローブボックス室側を短辺にした断面台形状であればよい。
【００６０】
また、メッシュ板８１Ｃのメッシュのサイズは０．５ｍｍ程度である。メッシュ板８１Ｃの穴形状は、平面視で円形、楕円形または４角形などの多角形であり、穴内側面にはグローブボックス室側（図５では上）に開くテーパが付いている。穴のサイズについては、穴形状が平面視で円形の場合に直径が０．５ｍｍ程度、穴形状が平面視で楕円形の場合に長径または短径が０．５ｍｍ、穴形状が平面視で矩形の場合に長辺または短辺の長さが０．５ｍｍである。
【００６１】
図６は、本発明の実施形態３における気相成長装置の変形例を模式的に示す縦断面図である。なお、図６では、図１の構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６２】
図６において、本実施形態３の気相成長装置１Ｄにおいて、上記実施形態１の場合と異なるのは、図１のダストトラップ部８では、排気ポート７をダストトラップ部８の底面に設けたのに対して、本実施形態３のダストトラップ部８Ｄでは、排気ポート７Ｄをダストトラップ部８Ｄの側面に設けた点が異なっている。これは、排気ポート７がパージガスを吸引してダストトラップ部８内にダスト８２を取り込んで、排気ポート７が設けられたダストトラップ部８の底面に堆積した場合に、排気ポート７の開口がダスト８２で埋まって機能しなくなるのを防止するために、本実施形態３のダストトラップ部８Ｄでは、排気ポート７Ｄをダストトラップ部８Ｄの側面に設けている。このように、排気ポート７Ｄをダストトラップ部８Ｄの側面に設けたので、本実施形態３の気相成長装置１Ｄを連続運転して、ダスト８２が多い場合にも排気ポート７Ｄが詰まって機能しなくなるのを防止することができる。
【００６３】
図７は、本発明の実施形態３における気相成長装置の別の変形例を模式的に示す縦断面図である。なお、図７では、図６の構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６４】
図７において、本実施形態３の気相成長装置１Ｅにおいて、上記実施形態３の変形例の場合と異なるのは、排気ポート７Ｄをダストトラップ部８Ｄの側面に設け、トレー８３を手前側に引き出して取り出すことができるようにしている。ダスト８２を受けるトレー手段としてのトレー８３内に溜まったダスト８２を定期的に取り出してクリーニングすることができる。特に隅部のクリーニングは困難なため、引き抜き式のトレー８３とすることによってメンテナンスが容易になる。
【００６５】
要するに、排気ポート７Ｄがダストトラップ部８Ｅの側面に設けられており、ダストトラップ部８Ｅの底面を受けるように上方に開いたトレー手段としてのトレー８３が外部に引き出し可能に設けられている。トレー８３の上に開いた凹部はメッシュ板８１に対向している。
【００６６】
なお、本実施形態３では、排気ポート７Ｄをダストトラップ部８Ｄの側面に設け、上記実施形態１，２では、排気ポート７をダストトラップ部８の底面に設けたが、これに限らず、排気ポート７をダストトラップ部の底面に設けかつ排気ポート７Ｄをダストトラップ部の側面に設けてもよい。要するに、ダストトラップ部の底面および側面の少なくともいずれかに排気ポートが設けられていればよい。
【００６７】
なお、上記実施形態１〜３では、特に説明しなかったが、排気ポート７、７Ｄによるガス排気量と、供給ポート６、６Ａによるガス供給量との関係は、ガス排気量をガス供給量に比べて多くして、グローブボックス室内部のアンモニアガスやガリウム系ガスなどの原料ガス雰囲気を外部に完全に出さないために、減圧ぎみに設定している。
【００６８】
また、上記実施形態１〜３では、特に説明しなかったが装置故障時などに使用する、緊急排気用排気口は、グローブボックス上部に追加してもよい。
【００６９】
以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜３を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１〜３に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１〜３の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、基板上に結晶膜を形成させる気相成長装置およびこれを用いた結晶膜の形成方法の分野において、グローブボックス室の上部よりパージガスを導入し、ダストトラップ部８を介してその下部より排気するため、基板へのダスト付着を抑制または防止して、高歩留まりで高品質な化合物半導体デバイスを製造することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１、１Ａ〜１Ｅ 気相成長装置
２ ノズル
２１ ガス供給管
３ リアクタ
４、１５ 基板（ウエハ）
５ チャンバ
５１ 排気ポート
５２ 蓋部材
５３ 防着板
５４ シリンダ手段
６、６Ａ 供給ポート
７、７Ｄ 排気ポート
８、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ ダストトラップ部
８１，８１Ｂ、８１Ｃ、 メッシュ板
８２ ダスト
８３ トレー
１１、１３，１６ 入口
１２ 搬送ロボット
１４ カセット
１７，１９ 供給ポート
１８、１８Ｂ、２０ 排気ポート
２２ グローブ
２３ 分散板（分散手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グローブボックス室内部にリアクタが内蔵された開閉自在なチャンバ部が設けられ、該チャンバ部内の該リアクタで基板表面に所定の材料膜を成膜する気相成長装置において、
該グローブボックス室上部よりパージガスを導入して該グローブボックス室下部のダストトラップ部を介してその下部より該パージガスが排気されるように構成されている気相成長装置。
【請求項２】
前記ダストトラップ部の底面および側面の少なくともいずれかに前記パージガスを排気する排気ポートが設けられている請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記ダストトラップ部の底面の上方位置にはダストを通過させるメッシュ板が設けられている請求項１または２に記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記ダストトラップ部は、前記チャンバ部内のリアクタの下面よりも低い位置に設けられている請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項５】
前記ダストトラップ部は、前記チャンバ部の外部周辺にあって、前記グローブボックス室の平面視４角形の４角部または４角を含む領域にそれぞれ設けられている請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項６】
前記ダストトラップ部は、前記チャンバ部の外部周辺全部に該チャンバ部を囲むように設けられている請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項７】
均一なダウンフローを発生させるようにパージガスを分散させる分散手段が前記グローブボックス室の天面側に設けられている請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項８】
前記ブローブボックス室の隣には入口を介して搬送室が設けられ、該搬送室内には、前記基板を前記リアクタの所定位置に搬送すると共に、処理基板を該リアクタの所定位置から取り出し可能とする搬送手段が設けられ、該搬送室内に、該搬送手段の下面よりも低い位置にダストを捕らえるダストトラップ部が設けられている請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項９】
前記搬送室の上部よりパージガスを導入して該搬送室の下部の前記ダストトラップ部を介してその下部より前記パージガスが排気されるように構成されている請求項８に記載の気相成長装置。
【請求項１０】
前記メッシュ板の断面形状が前記グローブボックス室側を頂点にした断面三角形状または、該グローブボックス室側を短辺にした断面台形状である請求項３に記載の気相成長装置。
【請求項１１】
前記メッシュ板の穴形状は、平面視で円形、楕円形または４角形などの多角形であり、穴側面には前記グローブボックス室側に開くテーパが付いている請求項１０に記載の気相成長装置。
【請求項１２】
前記排気ポートが前記ダストトラップ部の側面に設けられ、該ダストトラップ部の底面を受けるトレー手段が外部に引き出し可能に設けられている請求項２に記載の気相成長装置。
【請求項１３】
前記排気ポートによるガス排気量と、前記グローブボックス室上部よりパージガスを導入する供給ポートによるガス供給量との関係は、ガス排気量をガス供給量に比べて多くして、該グローブボックス室内部の原料ガス雰囲気を外部に出さないように減圧している請求項２に記載の気相成長装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれかに記載の気相成長装置を用いて基板上に結晶膜を形成する結晶膜の形成方法。
【請求項１】
グローブボックス室内部にリアクタが内蔵された開閉自在なチャンバ部が設けられ、該チャンバ部内の該リアクタで基板表面に所定の材料膜を成膜する気相成長装置において、
該グローブボックス室上部よりパージガスを導入して該グローブボックス室下部のダストトラップ部を介してその下部より該パージガスが排気されるように構成されている気相成長装置。
【請求項２】
前記ダストトラップ部の底面および側面の少なくともいずれかに前記パージガスを排気する排気ポートが設けられている請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記ダストトラップ部の底面の上方位置にはダストを通過させるメッシュ板が設けられている請求項１または２に記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記ダストトラップ部は、前記チャンバ部内のリアクタの下面よりも低い位置に設けられている請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項５】
前記ダストトラップ部は、前記チャンバ部の外部周辺にあって、前記グローブボックス室の平面視４角形の４角部または４角を含む領域にそれぞれ設けられている請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項６】
前記ダストトラップ部は、前記チャンバ部の外部周辺全部に該チャンバ部を囲むように設けられている請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項７】
均一なダウンフローを発生させるようにパージガスを分散させる分散手段が前記グローブボックス室の天面側に設けられている請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項８】
前記ブローブボックス室の隣には入口を介して搬送室が設けられ、該搬送室内には、前記基板を前記リアクタの所定位置に搬送すると共に、処理基板を該リアクタの所定位置から取り出し可能とする搬送手段が設けられ、該搬送室内に、該搬送手段の下面よりも低い位置にダストを捕らえるダストトラップ部が設けられている請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項９】
前記搬送室の上部よりパージガスを導入して該搬送室の下部の前記ダストトラップ部を介してその下部より前記パージガスが排気されるように構成されている請求項８に記載の気相成長装置。
【請求項１０】
前記メッシュ板の断面形状が前記グローブボックス室側を頂点にした断面三角形状または、該グローブボックス室側を短辺にした断面台形状である請求項３に記載の気相成長装置。
【請求項１１】
前記メッシュ板の穴形状は、平面視で円形、楕円形または４角形などの多角形であり、穴側面には前記グローブボックス室側に開くテーパが付いている請求項１０に記載の気相成長装置。
【請求項１２】
前記排気ポートが前記ダストトラップ部の側面に設けられ、該ダストトラップ部の底面を受けるトレー手段が外部に引き出し可能に設けられている請求項２に記載の気相成長装置。
【請求項１３】
前記排気ポートによるガス排気量と、前記グローブボックス室上部よりパージガスを導入する供給ポートによるガス供給量との関係は、ガス排気量をガス供給量に比べて多くして、該グローブボックス室内部の原料ガス雰囲気を外部に出さないように減圧している請求項２に記載の気相成長装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれかに記載の気相成長装置を用いて基板上に結晶膜を形成する結晶膜の形成方法。
【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２０１３−６９８１８（Ｐ２０１３−６９８１８Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０６６４７（Ｐ２０１１−２０６６４７）
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【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２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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