気相成長装置及び気相成長方法
【課題】 シャワープレートの熱膨張による反りと温度上昇を防止し、シャワープレート上での生成物の成長を抑制して、被処理基板上に品質の安定した化合物半導体結晶を成膜できる気相成長装置を提供する。
【解決手段】 シャワーヘッドを保護するためのシャワープレートを備えた気相成長装置であって、シャワープレートは、複数のプレート孔を有する中央プレートと、中央プレートを保持する周辺プレートからなり、中央プレートの端面と、中央プレートの端面と向かい合う周辺プレートの側面との間に空間部を設け、空間部は中央プレートの熱膨張による伸長以上の空間を備えることを特徴とする。
【解決手段】 シャワーヘッドを保護するためのシャワープレートを備えた気相成長装置であって、シャワープレートは、複数のプレート孔を有する中央プレートと、中央プレートを保持する周辺プレートからなり、中央プレートの端面と、中央プレートの端面と向かい合う周辺プレートの側面との間に空間部を設け、空間部は中央プレートの熱膨張による伸長以上の空間を備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、縦型シャワーヘッド型ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等のシャワープレート、気相成長装置及び気相成長方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、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、及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）又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）又はアルシン（ＡｓＨ３）等の水素化合物ガスとを成膜に寄与する反応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（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が用いられている。
【０００３】
ＭＯＣＶＤ法は、上記の反応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る方法である。ＭＯＣＶＤ法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、歩留ま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】
図１６に、ＭＯＣＶＤ法に用いられる従来の縦型シャワーヘッド型ＭＯＣＶＤ装置の一例の模式的な構成を示す。このＭＯＣＶＤ装置においては、ガス供給源１０１から反応炉１０２の内部の成長室１０３に反応ガス及びキャリアガスを導入するためのガス配管１０４が接続されており、反応炉１０２における内部の成長室１０３の上部には該成長室１０３に反応ガス及びキャリアガスを導入するための複数のガス吐出孔を配設したシャワーヘッド１０５がガス導入部として設置されている。
【０００５】
また、成長室１０３の下部には、基板１０６を載置するためのサセプタ１０７が、シャワーヘッド１０５と対向するように設置されている。サセプタ１０７は、基板１０６を加熱するためのヒータ１０８を備え、図示しないアクチュエータによって回転軸１０９を中心に回転自在となっている。
【０００６】
さらに、反応炉１０２の下部には、成長室１０３内のガスを外部に排気するためのガス排気部１１０が設置されている。このガス排気部１１０は、パージライン１１１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１１２に接続されている。
【０００７】
上記構成の縦型シャワーヘッド型ＭＯＣＶＤ装置において、化合物半導体結晶を成長させる場合には、まず、サセプタ１０７に基板１０６を設置し、サセプタ１０７を回転させ、ヒータ１０８により基板１０６を所定の温度に加熱する。その後、シャワーヘッド１０５に配設されている複数のガス吐出孔から成長室１０３に反応ガス及びキャリアガス（不活性ガス）を導入する。
【０００８】
シャワーヘッドの具体例について、特許文献１を例示して説明する。特許文献１に開示されているシャワーヘッド２００は、図１７に示すように、成長室２０１に複数の反応ガスを別々に導入する第１導管２０２及び第２導管２０３と、第１導管２０２及び第２導管２０３を冷却する冷却チャンバー２０４を備えている。特許文献１のシャワーヘッド２００によれば、反応ガスを成長室２０１に別々に導入し、次いで、それらを混合し、加熱した基板２０５に近接した位置で均質な混合物を形成することができる、と記載されている。
【０００９】
しかしながら、特許文献１のシャワーヘッド２００は、基板２０５と対向する面（以下、シャワー表面と記す）に、成長室２０１で反応したガスによる生成物が付着し、その生成物が堆積してガス吐出孔を覆い目詰まりが生じるという問題が発生する。また、シャワー表面に堆積した生成物が基板２０５上に落下し、不良が発生するという問題が生じる。
【００１０】
このような問題を解決する手段として、例えば、特許文献２に開示の技術が挙げられる。特許文献２には、図１８に示すように、上部電極の底面を電極カバー３０１で覆ったシャワーヘッドが開示されている。電極カバー３０１は、上部電極のガス噴出細孔３０２と重なるように同径の細孔３０３が設けられており、上部電極にネジ３０４で固定されている。特許文献２のシャワーヘッドでは、この電極カバー３０１に付着した生成物が堆積する前に、電極カバー３０１を交換することにより、生成物が落下し基板上の薄膜に取り込まれるのを防ぐことができる。
【００１１】
また、同様の構成として、特許文献３には、図１９に示すように、プロセス室を上流部分と下流部分とに分離するシャワーヘッド７２が開示されている。シャワーヘッド７２は、ウエハーの直径に近似した直径を有するアルミニウムの小さな板材であり、大きなリング７３に交換可能に取り付けられ、限定されプロセス空間より大きくない構成となっている。このため、異なった寸法のウエハー及び異なった処理条件で使用するために種々のシャワーヘッドを交換することができ、また、小さいシャワーヘッドの使用は費用を減らしプロセスの大きな融通性を提供し、プロセスガスの流れを基板の直上の空間内に集中させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平８−９１９８９号公報
【特許文献２】特開平１１−１３１２３９号公報
【特許文献３】特表２００２−５１１５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
シャワーヘッドは、例えば、特許文献１の冷却チャンバー２０４のように、ガス吐き出し部の周辺を冷却することにより、反応生成物の成長を抑制しているが、特許文献２のシャワーヘッドでは、被処理基板に対向して配置される電極カバー３０１が温度上昇しやすく、特に中央部や表面部は高温となり局所的な熱膨張が発生する。そして、電極カバー３０１の周囲は上部電極にネジ３０４で固定されているので、図２０に示すように、電極カバー３０１の中央部が下部電極側に反り、上部電極との接触が不十分な状態となる。このため、上部電極から電極カバー３０１への冷却が妨げられ、電極カバー３０１の温度は益々上昇することになる。
【００１４】
電極カバー３０１は高温になると、反応ガスの望まない気相反応が促進されて反応生成物が堆積しやすくなるため、電極カバー３０１を頻繁に交換しなければならず生産能力が低下する問題があった。また、電極カバー３０１上での望ましくない気相反応は、被処理基板上での気相反応を妨げ、化合物半導体結晶の品質、成膜速度、歩留まりを低下させる問題があった。さらに、電極カバー３０１が反ると上部電極との間に隙間が生じ、上部電極の表面に反応生成物が堆積される問題もあった。
【００１５】
特許文献３に開示されているシャワーヘッド７２も、アルミニウムからなる平らな円板形で構成されており、シャワーヘッド７２の温度上昇により反りが生じる。
【００１６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、シャワープレートの熱膨張による反りと温度上昇を防止し、シャワープレート上での生成物の成長を抑制して、被処理基板上に品質の安定した化合物半導体結晶を成膜できる気相成長装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の気相成長装置は、シャワーヘッドを保護するためのシャワープレートを備えた気相成長装置であって、シャワープレートは、複数のプレート孔を有する中央プレートと、中央プレートを保持する周辺プレートからなり、中央プレートの端面と、中央プレートの端面と向かい合う周辺プレートの側面との間に空間部を設け、空間部は中央プレートの熱膨張による伸長以上の空間を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
シャワープレートの熱膨張による反りと温度上昇を防止し、シャワープレート上での生成物の成長を抑制して、被処理基板上に品質の安定した化合物半導体結晶を成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明における気相成長装置の実施の一形態を示すものであって、気相成長装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】実施例１のシャワープレートの平面図及び断面図である。
【図３】図１のＡ部を拡大した断面図である。
【図４】実施例２のシャワープレートの分解斜視図である。
【図５】実施例３のシャワープレートを設置した気相成長装置において、図１のＡ部と同じ領域を拡大して示す断面図である。
【図６】実施例４の気相成長装置の全体構成を示す概略図である。
【図７】実施例４のシャワープレートの平面図及び断面図である。
【図８】実施例４の位置決めピンの断面図及び斜視図である。
【図９】図６のＢ部を拡大した断面図である。
【図１０】実施例４のシャワープレートの別の形態を示す斜視図である。
【図１１】図６のＢ部に別のシャワープレートを用いた断面図である。
【図１２】実施例５のシャワープレートの変形例を示す分解斜視図である。
【図１３】実施例５のシャワープレートにおける保持部を拡大した断面図である。
【図１４】実施例６のシャワープレートにおける保持部を拡大した断面図である。
【図１５】実施例６のシャワープレートに位置決めピンを用いた断面図である。
【図１６】従来技術である気相成長装置の概略構成を示す断面図である。
【図１７】従来技術である気相成長装置のシャワーヘッドの一例を示す断面図である。
【図１８】従来技術である気相成長装置のシャワープレートの一例を示す断面図である。
【図１９】従来技術である気相成長装置のシャワーヘッドの他の一例を示す断面図である。
【図２０】従来技術である気相成長装置のシャワープレートの反りを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２０】
本発明の一実施形態について図１に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分又は相当部分を表わすものとする。
【００２１】
図１に、本発明の気相成長装置として、ＭＯＣＶＤ装置１００の模式的な構成の一例を示す。図１に示すように、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１００は、内部を大気側と隔離する反応炉１を備えており、反応炉１内部には、反応室隔壁２によって分離された反応外部空間３と反応室４が設けられている。反応外部空間３には、パージガス供給管５が接続されており、パージガス（Ｎ２ガス、Ｈ２ガス）が導入されている。反応室４には、被処理基板６を載置する基板保持部７が備えられている。
【００２２】
基板保持部７は、回転伝達部８の一端に備え付けられており、図示しない回転機構により回転可能となっている。また、基板保持部７の下側には、被処理基板６を加熱するための基板加熱ヒータ９が設けられている。
【００２３】
反応炉１の上部には、シャワーヘッド１０が取外し可能に配設されている。反応炉１とシャワーヘッド１０は、Ｏリング１１ａでシールされており、反応炉１の内部をガス排出口１２から排気して気密状態に保持できるようなっている。
【００２４】
シャワーヘッド１０は、第１ガスを充満させる第１ガス分配空間１３と、第１ガスとは異なる第２ガスを充満させる第２ガス分配空間１４を備え、第１ガス分配空間１３と第２ガス分配空間１４との間には、Ｏリング１１ｂが設けられ、第２ガス分配空間１４とその天板１４ｃとの間にもＯリング１１ｃが設けられて、各空間が分離可能になっていると共に、各空間の気密状態が保持されている。また、シャワーヘッド１０の下部には、冷媒が充満される冷媒空間１５を備えており、下部壁面１０ａは全面が冷媒空間１５で冷却されているため、温度が均一となるようにコントロールされている。
【００２５】
シャワーヘッド１０の下部壁面１０ａには、生成物の付着を防止するシャワープレート２０が被処理基板６を保持する基板保持部７と対向するように配置されネジ１６で固定されている。シャワープレート２０の詳細については後述するが、複数のプレート孔２１ａを有する中央プレート２１と、中央プレート２１を保持して下部壁面１０ａに当接させる周辺プレート２２から構成されている。
【００２６】
被処理基板６に化合物半導体結晶を成膜するときは、第１ガス分配空間１３に、例えば、III族の元素を含む第１ガスが、第１ガス導入口１３ａから導入され、冷媒空間１５を貫通する複数の第１ガス供給管１３ｂを通って冷却された後、第１ガス供給管１３ｂのガス吐出孔Ｈ１に連通する中央プレート２１のプレート孔２１ａから反応室４に導入される。
【００２７】
また、第２ガス分配空間１４には、例えば、Ｖ族の元素を含む第２ガスが、第２ガス導入口１４ａから導入され、冷媒空間１５を貫通する複数の第２ガス供給管１４ｂを通って冷却された後、第２ガス供給管１４ｂのガス吐出孔Ｈ２に連通する中央プレート２１のプレート孔２１ａから反応室４に導入される。
【００２８】
このように、第１ガスと第２ガスは、シャワーヘッド１０の内部で混合されることなく、別々に反応室４に導入されるようになっているため、シャワーヘッド１０の内部で気相反応が生じることが防止されている。
【００２９】
基板保持部７に保持された被処理基板６は、基板加熱ヒータ９で高温に加熱され、反応室４に導入された第１ガスと第２ガスは、高温の被処理基板６上に到達すると気相反応が促進され、被処理基板６上に化合物半導体薄膜が成膜される。なお、被処理基板６上を通過した反応ガスはガス排出口１２から排出され、図示しない排ガス処理装置にて無害化される。
【００３０】
次に、図１から図３を用いて、本発明の特徴的な構造であるシャワープレート２０について詳細に説明する。図２は、シャワープレート２０を被処理基板６側から見た平面図（ａ）とＢ−Ｂ部における断面図（ｂ）である。また、図３は、図１に示すＭＯＣＶＤ装置１００のＡ部を拡大した断面図である。
【００３１】
図２に示すように、シャワープレート２０は、複数のプレート孔２１ａを有する中央プレート２１と、中央プレート２１を保持して下部壁面１０ａに当接させる周辺プレート２２により構成されている。中央プレート２１は、シャワーヘッド１０のガス吐出孔Ｈ１、Ｈ２と対応するように複数のプレート孔２１ａが設けられており、シャワーヘッド１０に対して、各プレート孔２１ａがガス吐出孔Ｈ１、Ｈ２に重なるように配置される。したがって、ガス吐出孔Ｈ１、Ｈ２と各プレート孔２１ａは、同軸となり反応ガスを反応室４へ導入できるようになっている。
【００３２】
周辺プレート２２は、中央プレート２１の端部２１ｂを周辺で保持して、中央プレート２１をシャワーヘッド１０の下部壁面１０ａに当接させるものである。周辺プレート２２には、周辺プレート２２をシャワーヘッド１０の下部壁面１０ａにネジ１６で固定するためのネジ孔２２ａと、中央プレート２１の端面と向き合う側面に中央プレート２１を保持するための保持部２２ｂが切り欠き状に形成されている。
【００３３】
中央プレート２１の端部が周辺プレート２２の保持部２２ｂに保持された状態で、中央プレート２１の端面と、前記中央プレート２１の端面２１ｃと向かい合う周辺プレート２２の側面２２ｃとの間に所定の空間部２３が設けられている。この空間部２３は、中央プレート２１が熱膨張したときの伸長分以上の空間になっている。
【００３４】
周辺プレート２２は、各プレート孔２１ａがガス吐出孔Ｈ１、Ｈ２に重なるように配置された中央プレート２１を保持しながら、シャワーヘッド１０の下部壁面１０ａにネジ１６で固定される。
【００３５】
図３は、図１に示した気相成長装置１００におけるＡ部を拡大したものであり、シャワープレート２０がシャワーヘッド１０の下部壁面１０ａに取り付けられた状態を示している。図３に示すように、シャワープレート２０が中央プレート２１と周辺プレート２２に分割される部分は、成膜時に高温に加熱される基板保持部７（以下、加熱領域と記す）の外側（以下、非加熱領域と記す）の領域に配置されている。
【００３６】
シャワープレート２０は、中央プレート２１が加熱領域に配置されており、成膜時に温度上昇するが、周辺プレートは非加熱領域に配置されており、中央プレート２１よりも低温に保たれているので、中央プレート２１と周辺プレート２２には温度勾配が生じる。ここで、シャワープレート２０は、中央プレート２１と周辺プレート２２に分割されているので、中央プレート２１から周辺プレート２２への熱伝導が抑えられ、中央プレート２１、周辺プレート２２、それぞれの温度分布が小さくなり、プレートの一部が高温になって熱膨張することによる反りを防止できる。
【００３７】
また、中央プレート２１は、図３に示すように、シャワーヘッド１０の下部壁面１０ａとは直接固定されず、周辺プレート２２の第１の保持部２２ｂの接触面の摩擦力によって保持された状態となっており、中央プレート２１が温度上昇して熱膨張すると、伸長分は摩擦力に勝って空間部２３に移動することができる。このため、中央プレート２１には熱膨張による内部応力が加わることがなく、中央プレート２１に反りが生じるのを防止することができる。
【００３８】
このように、中央プレート２１は、成膜中も熱膨張による反りが防止され、シャワーヘッド１０の下部壁面１０ａと接触した状態で保持されるため、温度を低温にコントロールすることができる。したがって、中央プレート２１表面での生成物の成長が抑制されるとともに、被処理基板６上の成膜速度の低下も防止される。また、プレート孔２１ａに生成物の目詰まりや、被処理基板６上に生成物の落下が生じ難くなり、中央プレート２１を頻繁に交換する必要がなくなり、気相成長装置の生産能力を向上させることができる。
【００３９】
また、中央プレート２１と周辺プレート２２との分割部は、中央プレート２１の端部と周辺プレート２２の第１の保持部２２ｂが重なり、被処理基板６側からシャワーヘッド下部壁面１０ａが覗かないように遮蔽されているので、反応室４からシャワーヘッド１０側への反応ガスの逆流が阻止され、シャワーヘッド１０の下部壁面１０ａに生成物が付着されることがない。このため、シャワーヘッド１０に対する清掃等のメンテナンスを減らすことができる。
【００４０】
なお、実施例１では、中央プレート２１の端部に段差を設けて、周辺プレート２２の保持部２２ｂと嵌合するように重ねているが、中央プレート２１の端部は段差の無い形状であってもよい。
【００４１】
また、中央プレート２１の端部と周辺プレート２２の保持部２２ｂには、プレート孔２１ａをガス吐出孔Ｈ１、Ｈ２に容易に位置合わせできるように、位置合わせマーカーや、放射状に中心部へ向う凹凸による係合部などを設けてもよい。
【実施例２】
【００４２】
図４は、実施例２のシャワープレート２０の分解斜視図である。実施例２では、中央プレート２１、または、周辺プレート２２の構成が異なっており、他の構成については実施例１と同じであるため詳細な説明は省略する。図４に示すように、中央プレート２１は、径方向に中央部で２分割され、それぞれの分割端に形成された切り欠き部２１ｄが、互いの側面を離して隙間を保有するように嵌合されて第１の嵌合部２４が設けられている。
【００４３】
また、周辺プレート２２は、４分割され、それぞれの分割端に形成された切り欠き部２２ｄが、互いの側面を離して隙間を保有するように嵌合されて第２の嵌合部２５が設けられている。なお、図４では、周辺プレート２２のねじ孔２２ａは省略されているが、各プレート片に少なくも１つのねじ孔２２ａが設けられている。
【００４４】
上記の構成によれば、中央プレート２１が熱膨張により伸長したときには、伸長分は空間部２３に吸収されるとともに、第１の嵌合部２４に設けられた隙間によっても吸収されるため、中央プレート２１の伸長分が大きくなっても反りを防止することができる。
【００４５】
また、周辺プレート２２が熱膨張により伸長したときには、伸長分は空間部２３に吸収されるとともに、第２の嵌合部２５に設けられた隙間によっても吸収されるため、周辺プレート２２の伸長分が大きくなっても反りを防止することができる。
【００４６】
また、中央プレート２１、周辺プレート２２が複数のプレート片に分割されていることにより、一つの部材として作製する場合よりも、構成部品（プレート片）のサイズを小さくすることができる。その結果、装置が大型化したときにおいても、中央プレート２１や周辺プレート２２の作製コストを低減できる効果も得られる。
【００４７】
また、中央プレート２１の第１の嵌合部２４は、互いの切り欠き部２１ｄの接触面が重なり、被処理基板６側からシャワーヘッド下部壁面１０ａが覗かないように遮蔽されているので、反応室４に導入された反応ガスがシャワーヘッド１０側への逆流が阻止され、シャワーヘッド１０の下部壁面１０ａへの生成物の成長が防止されている。このため、シャワーヘッド１０に対する清掃等のメンテナンスを減らすことができる。
【００４８】
同様に、周辺プレート２２の第２の嵌合部２５も、互いの切り欠き部２２ｄの接触面が重なり、被処理基板６側からシャワーヘッド下部壁面１０ａが覗かないように遮蔽されているので、反応室４に導入された反応ガスがシャワーヘッド１０側への逆流が阻止され、シャワーヘッド１０の下部壁面１０ａへの生成物の成長が防止されている。このため、シャワーヘッド１０に対する清掃等のメンテナンスを減らすことができる。
【００４９】
なお、周辺プレート２２は、４分割された構成について説明したが、４分割以上で分割された構成であってもよく、分割数が増えることにより、熱膨張による伸長を均等に吸収することができる。
【実施例３】
【００５０】
図５は、実施例３の気相成長装置であり、図１におけるＡ部と同じ個所を拡大した断面図である。実施例３では、中央プレート２１の端部２１ｂと周辺プレート２２の保持部２２ｂとの保持部の構成が異なっており、他の構成については実施例１と同じであるため詳細な説明は省略する。
【００５１】
実施例３の気相成長装置は、図５に示すように、中央プレート２１の端部２１ｂと周辺プレート２２の保持部２２ｂとの接触面に、潤滑性を有する潤滑性部材２６が設けられていることが特徴となっている。潤滑性部材２６は、中央プレート２１の端部２１ｂと周辺プレート２２の保持部２２ｂとの接触面における摩擦力を均一にして、中央プレート２１が熱膨張した伸長分を空間部２３へスムーズに移動させることができる。このため、中央プレート２１の端部２１ｂが保持部２２ｂとの接触面で引っかかってしまい、中央プレート２１が偏って移動することにより、ガス吐出孔Ｈ１、Ｈ２とプレート孔２１ａがずれて孔を塞いだり、空間部２３が減少して熱膨張による伸長分が吸収できなくなったりすることを防止できる。
【００５２】
また、潤滑性部材２６が設けられることにより、中央プレート２１の端部２１ｂと周辺プレート２２の第１の保持部２２ｂとの間で熱抵抗が大きくなり、加熱領域に配置された中央プレート２１から非加熱領域に配置された周辺プレート２２への熱移動を分断するため、中央プレート２１と周辺プレート２２のそれぞれ全体の温度をより均一に保つことができ、一部が局所的に熱膨張して反りに至ることを防止できる。
【００５３】
潤滑性部材２３の材料は、高純度カーボン、熱分解炭素被膜カーボン、熱分解炭素、窒化ホウ素のいずれかによって構成される材料が望ましい。これらの材料は、潤滑性を有するとともに、Ｈ２やＮＨ３ガスに対する耐食性、熱に対する耐熱性等も備えているため、気相成長装置の反応炉１の内部環境に適合し、シャワープレート２０と併設することが可能である。
【実施例４】
【００５４】
実施例４は、実施例１のＭＯＣＶＤ装置１００において、シャワーヘッド１０のガス吐出孔Ｈ１（Ｈ２）と中央プレート２１のプレート孔２１ａの位置を合わせるための位置決め機構を備えたものであり、実施例１と共通の構成については同じ符号を付記して詳細な説明は省略する。
【００５５】
図６は、実施例４のＭＯＣＶＤ装置１００の概略構成を示す図である。図６に示すように、実施例４のＭＯＣＶＤ装置１００は、シャワーヘッド１０のガス吐出孔Ｈ１、Ｈ２と中央プレート２１のプレート孔２１ａの位置を合わせる位置決めピン２７が中央プレート２１に設けられている。
【００５６】
図７（ａ）は、実施例４のシャワープレート２０の平面図であり、位置決めピン２７が中央プレート２１に設けられる位置を示している。位置決めピン２７は、図７（ａ）に示すように、中央プレート２１の中心近傍に設置される。
【００５７】
図７（ｂ）は、シャワープレート２０の断面図であり、位置決めピン２７が中央プレート２１に設置された状態を示している。位置決めピン２７は、中央プレート２１のプレート孔２１ａに反応室側から貫入されて、先端のピン部２８がプレート孔２１ａからシャワーヘッド側に突出して設置されている。この突出したピン部２８を、シャワーヘッド１０のガス吐出孔Ｈ１（若しくはＨ２）に嵌入することにより、プレート孔２１ａとガス吐出孔Ｈ１、Ｈ２の位置を容易に合わせることができる。なお、位置決めピン２７で位置を合わせるとともに、ガス吐出孔Ｈ１（若しくはＨ２）に固定してもよい。
【００５８】
位置決めピン２７は、図７（ａ）に示すように、中央プレート２１の中心部近傍に設置されることで、中央プレート２１が熱膨張により外側へ伸張するのを妨げず、熱膨張した伸長分は空間部２３へ移動して吸収され、中央プレート２１の反りを防止することができる。
【００５９】
また、位置決めピン２７は、ガス吐出孔Ｈ１（若しくはＨ２）に固定されるか、若しくは、中央プレート２１の少なくとも２か所に設置されることにより、中央プレート２１の回転方向の動きを拘束し、中央プレート２１の回転に伴うガス吐出孔Ｈ１、Ｈ２とプレート孔２１ａとの位置ずれを防止することができる。
【００６０】
図８は、位置決めピン２７の断面図及び斜視図である。位置決めピン２７は、先端のピン部２８から、係止ねじ２９、頭部３０の順に一体形成されたボルト状の部材である。また、位置決めピン２７は、ピン部２８から頭部３０の中心軸部を貫通する貫通孔３１を有している。
【００６１】
係止ねじ２９には雄ネジ加工されており、中央プレート２１のプレート孔２１ａを雌ネジ加工することにより、係止ねじ２９をプレート孔２１ａにネジ止めできるようになっている。また、ネジ止めの際に、位置決めピン２７の頭部３０を工具等で把持できるように、例えば六角形状となっている。なお、頭部３０は本形状に限定されるものではなく、スリワリ形状、２面取り形状等であってもよく、締結工具に合わせた形状であればよい。
【００６２】
図９は、図６の要部Ｂを拡大して示したものであり、中央プレート２１のプレート孔２１ａとシャワーヘッド１０のガス吐出孔Ｈ１（若しくはＨ２）を位置決めピン２７により位置合わせした状態を示している。中央プレート２１は、位置決めピン２７がネジ止めされ、中央プレート２１からピン部２８が突出するため、このピン部２８を位置決め機構としてガス吐出孔Ｈ１（若しくはＨ２）に嵌入することにより、プレート孔２１ａと吐出孔Ｈ１（若しくはＨ２）との位置を合わせることができる。
【００６３】
そして、位置決めピン２７が設置されたプレート孔２１ａとガス吐出孔Ｈ１（Ｈ２）は、位置決めピン２７が貫通孔３１を有することにより、互いの孔が塞がれることがなく、位置決めピン２７が設置された箇所においても、反応ガスを反応室４に導入することができる。
【００６４】
また、貫通孔３１に反応ガスが流れて冷却されるため、位置決めピン２７の近傍の温度上昇を抑制することができる。このため、温度上昇による気相反応を生じさせず、生成物の付着を防止することができる。
【００６５】
なお、ガス吐出孔Ｈ１（Ｈ２）の孔径よりも貫通孔３１の孔径が小さくなるため、ピン部２８の先端で反応ガスの流速が変化し、反応ガスの流れに淀みが生じることがあり、このような反応ガスの淀みは、シャワーヘッド１０内部で生成物を生じさせる。
【００６６】
このため、図８に示すように、貫通孔３１には、ピン部２８の先端３２に向って、貫通孔３１の孔径が大きくなるテーパー部３３が設けられている。テーパー部３３を有することにより、ガス吐出孔Ｈ１（Ｈ２）から貫通孔３１に向って孔径の変化が小さくなるため、ピン部２８の先端３２での反応ガスの流れの淀みが解消され、シャワーヘッド１０の内部への生成物の付着を防止することができる。
【００６７】
図１０は、位置決めピン２７の別の形態として、中央プレート２１と位置決めピン２７が一体的に形成された構造を示す斜視図である。図１０に示すように、削り出し加工や溶接加工により、中央プレート２１にピン部２８を一体的に形成することも可能である。ただし、上記したように、中央プレート２１と位置決めピン２７を別体で構成する方が、製作コストや製作精度の面では有利である。
【００６８】
また、位置決めピン２７の別の形態として、シャワーヘッド１０側に位置決めピン２７を設けることも可能である。例えば、シャワーヘッド１０の下部壁面１０ａから第１ガス供給管１３ｂ（第２ガス供給管１４ｂ）を突出させ、中央プレート２１のプレート孔２１ａの孔径を拡げ、突出した第１ガス供給管１３ｂをプレート孔２１ａに勘入することで、上記の位置決めピン２７と同様に位置合わせと位置ずれの防止を行なうことができる。
【００６９】
図１１は、中央プレート２１にザグリ部３４を設けて、位置決めピン２７の頭部３０の突出をなくした構造を示す断面図である。図１１に示すように、中央プレート２１の位置決めピン２７が設置される箇所にザグリ部３４を形成して、位置決めピン２７の頭部３０をザグリ部３４に納めてもよい。このように、中央プレート２１の表面を平坦にすることにより、位置決めピン２７の頭部３０が突出して反応室４内での反応ガスの流れが阻害されることを防止でき、被処理基板６上での成膜レート、膜の均一性、再現性等を向上することができる。
【実施例５】
【００７０】
実施例５は、被処理基板を複数枚処理するような大型のＭＯＣＶＤ装置１００に適したシャワープレート２０である。実施例２で説明したシャワープレート２０と分割の構造が異なっており、他の構成については実施例２と同じであるため詳細な説明は省略する。
【００７１】
図１２は、実施例５のシャワープレート２０の分解斜視図を示す。ＭＯＣＶＤ装置１００が大型になるにつれてシャワープレート２０も大きくなり、シャワープレート２０を製造する際や、付着した生成物を清掃する際には、扱いやすいように小さく分割できることが望ましい。
【００７２】
このため、実施例５のシャワープレート２０は、シャワープレート２０が３個以上に分割され、複数の小さな扇形状のプレート片からなる構造となっている。また、各プレート片は、均等の大きさで分割されることにより、各プレート片の熱膨張量のばらつきを小さくし、中央プレート２１が不均一に反って平坦性が損なわれることを防止している。
【００７３】
図１２に示すように、中央プレート２１は、例えば、中央プレート２１を中心から径方向へ４分割した構造となっている。中央プレート２１を中心から均等に３個以上で分割した場合、各プレート片の中央側が下方に撓み、シャワーヘッド１０との間に隙間が生じやすくなる。このため、各プレート片には中心側に被係止部３５を形成し、シャワーヘッド１０には、各プレート片の被係止部３５を係止する係止部４０を設けている。
【００７４】
被係止部３５は、各プレート片の中央側の端面に断面がコの字状の凹溝部３６が形成されている。また、係止部４０は、凸縁部４１を有する円柱体からなり、シャワーヘッド下部壁面１０ａの中央部にねじ（図示なし）等によって固定されている。
【００７５】
図１３は、各プレート片の被係止部３５が、係止部４０に係止された状態を示す断面図である。被係止部３５の凹溝部３６の内部に、係止部４０の凸縁部４１が嵌合されることにより、係止部４０に生成物の付着が防止されるともに、中央プレート２１の各プレート片を中央側でシャワーヘッド１０に接触させて係止することができる。
【実施例６】
【００７６】
実施例６は、実施例５のシャワープレート２０と同様に、中央プレート２１を３個以上に分割し、複数の小さな扇形状のプレート片からなる構造となっており、各プレート片には中心側に被係止部３５を形成している。また、シャワーヘッド１０には、各プレート片の被係止部３５を係止する係止部４０を設けている。ここで、実施例５とは被係止部３５および係止部４０の構造が異なっており、他の構成については実施例５と同じであるため詳細な説明は省略する。
【００７７】
図１４は、実施例６の被係止部３５と係止部４０の断面構造を示す。被係止部３５は、各プレート片の中央側端部に貫通穴３７が形成されている。また、係止部４０は、シャワーヘッド下部壁面１０ａの中央部に、上記貫通穴３７と対応するねじ穴４２が形成されている。そして、各プレート片の貫通穴３７をシャワーヘッド１０のねじ穴４２にねじ４３で係止することにより、各プレート片の中央側をシャワーヘッド１０に接触させて保持している。
【００７８】
実施例６に示した構造であれば、被係止部３５と係止部４０を製作し易く、また、清掃や補修などのメンテナンスを行ない易い構造にすることができる。
【００７９】
なお、実施例６において、被係止部３５の貫通穴３７を係止したねじ４３が突出しないように凹部３８の中に形成してもよい。
【００８０】
また、被係止部３５としてプレート片のプレート孔２１ａを貫通穴３７に用い、係止部４０としてガス吐出孔Ｈ１（Ｈ２）にねじ穴４２を設けて、実施例４で示した貫通孔３１を有する位置決めピン２７のようなねじ４３で係止してもよい。
【００８１】
図１５は、被係止部３５とするプレート孔２１ａを係止部４０とするガス吐出孔Ｈ１に、貫通孔３１を有しねじ加工された位置決めピン２７で係止した状態を示す。この場合、係止した位置決めピン２７の貫通孔３１に反応ガスが流れることにより、被係止部３５と係止部４０が冷却されて温度上昇を抑制することができる。
【００８２】
以上、各実施例について説明したが、本発明においては、ＭＯＣＶＤ装置１００を構成する反応炉１、シャワープレート２０及びその他部材が各実施例に示す構成に限定されないことは言うまでもない。
【００８３】
例えば、シャワープレート２０は、熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、また、熱膨張係数が６×１０Ｅ−６／℃以下であることが望ましい。熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることにより、シャワープレート２０の表面温度が低く保たれ、裏面との温度差が小さくなる。また、熱膨張係数が６×１０Ｅ−６／℃以下であることにより、熱膨張し難くなり伸長量が小さくなる。このため、シャワープレート２０の反りが防止され、シャワープレート２０の表面で生成物が成長することを抑制し、被処理基板６上での成膜レート、膜均一性及び膜の再現性を確保し得る気相成長装置及び気相成長方法を提供することができる。
【００８４】
また、前記シャワープレート２０を構成する中央プレート２１と周辺プレート２２の材料は、モリブデンもしくはタングステン、高純度カーボン、ＳｉＣ皮膜カーボン、ＴａＣ皮膜カーボン、熱分解炭素被膜カーボン、熱分解炭素のいずれかが望ましい。これらの材料は、高熱伝導率、低熱膨張係数の素材であるため、上記のようにシャワープレート２０の反りを防止する効果を奏するとともに、Ｈ２やＮＨ３ガスに対する耐食性を有しているため、シャワープレート２０の耐久性を向上することができる。このため、シャワープレート２０の交換頻度を減らせるので、タクトの短縮及びコストダウンを図ることができる。
【００８５】
また、位置決めピン２７の材料もシャワープレート２０と同様に、モリブデンもしくはタングステン、高純度カーボン、ＳｉＣ皮膜カーボン、ＴａＣ皮膜カーボン、熱分解炭素被膜カーボン、熱分解炭素のいずれかが望ましい。これらの材料は、高熱伝導率、低熱膨張係数の素材であり、位置決めピン２７とシャワープレート２０との間に熱膨張差が生じないため、位置決めピン２７が緩んだり、シャワープレート２０が歪んだりすることが防止される。また、Ｈ２やＮＨ３ガスに対する耐食性を有しているため、位置決めピン２７の耐久性を向上することができる。このため、位置決めピン２７の交換頻度を減らせるので、タクトの短縮及びコストダウンを図ることができる。
【００８６】
また、本発明は、被処理基板を複数枚処理する多枚炉を備える大型装置においても顕著な効果をもたらす。例えば、６インチ基板１枚を処理する単枚炉では、シャワーヘッド１０ならびにシャワープレート２０の直径は、約１５０ｍｍ程度となるが、６インチ基板を７枚処理する多枚炉では、最緻密に配置しても、その直径は、３倍の４５０ｍｍにも達し、シャワープレート２０の熱膨張による伸長分は３倍に増加してしまう。また、シャワープレート２０に温度分布が存在した場合は、さらに熱膨張による変形の寄与が大きくなってしまう。
【００８７】
本発明によれば、シャワーヘッド１０およびシャワープレート２０の直径が大きくなる大型装置においても、シャワープレート２０の反りが防止され、シャワープレート２０の表面温度が高温とならないため、シャワープレート２０の表面に形成される生成物の成長を抑制し、被処理基板６上での成膜レート、膜均一性及び膜の再現性を確保することができる。
【００８８】
さらに、今回開示された実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８９】
１ 反応炉
４ 反応室（成長室）
６ 被処理基板
７ 基板保持部
９ 基板加熱ヒータ
１０ シャワーヘッド
２０ シャワープレート
２１ 中央プレート
２１ａ プレート孔
２２ 周辺プレート
２２ａ ネジ孔
２２ｂ 保持部
２３ 空間部
２４ 第１の嵌合部
２５ 第２の嵌合部
２６ 潤滑性部材
２７ 位置決めピン
３５ 被係止部
４０ 係止部
１００ ＭＯＣＶＤ装置（気相成長装置）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、縦型シャワーヘッド型ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等のシャワープレート、気相成長装置及び気相成長方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、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、及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）又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）又はアルシン（ＡｓＨ３）等の水素化合物ガスとを成膜に寄与する反応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（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が用いられている。
【０００３】
ＭＯＣＶＤ法は、上記の反応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る方法である。ＭＯＣＶＤ法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、歩留ま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】
図１６に、ＭＯＣＶＤ法に用いられる従来の縦型シャワーヘッド型ＭＯＣＶＤ装置の一例の模式的な構成を示す。このＭＯＣＶＤ装置においては、ガス供給源１０１から反応炉１０２の内部の成長室１０３に反応ガス及びキャリアガスを導入するためのガス配管１０４が接続されており、反応炉１０２における内部の成長室１０３の上部には該成長室１０３に反応ガス及びキャリアガスを導入するための複数のガス吐出孔を配設したシャワーヘッド１０５がガス導入部として設置されている。
【０００５】
また、成長室１０３の下部には、基板１０６を載置するためのサセプタ１０７が、シャワーヘッド１０５と対向するように設置されている。サセプタ１０７は、基板１０６を加熱するためのヒータ１０８を備え、図示しないアクチュエータによって回転軸１０９を中心に回転自在となっている。
【０００６】
さらに、反応炉１０２の下部には、成長室１０３内のガスを外部に排気するためのガス排気部１１０が設置されている。このガス排気部１１０は、パージライン１１１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１１２に接続されている。
【０００７】
上記構成の縦型シャワーヘッド型ＭＯＣＶＤ装置において、化合物半導体結晶を成長させる場合には、まず、サセプタ１０７に基板１０６を設置し、サセプタ１０７を回転させ、ヒータ１０８により基板１０６を所定の温度に加熱する。その後、シャワーヘッド１０５に配設されている複数のガス吐出孔から成長室１０３に反応ガス及びキャリアガス（不活性ガス）を導入する。
【０００８】
シャワーヘッドの具体例について、特許文献１を例示して説明する。特許文献１に開示されているシャワーヘッド２００は、図１７に示すように、成長室２０１に複数の反応ガスを別々に導入する第１導管２０２及び第２導管２０３と、第１導管２０２及び第２導管２０３を冷却する冷却チャンバー２０４を備えている。特許文献１のシャワーヘッド２００によれば、反応ガスを成長室２０１に別々に導入し、次いで、それらを混合し、加熱した基板２０５に近接した位置で均質な混合物を形成することができる、と記載されている。
【０００９】
しかしながら、特許文献１のシャワーヘッド２００は、基板２０５と対向する面（以下、シャワー表面と記す）に、成長室２０１で反応したガスによる生成物が付着し、その生成物が堆積してガス吐出孔を覆い目詰まりが生じるという問題が発生する。また、シャワー表面に堆積した生成物が基板２０５上に落下し、不良が発生するという問題が生じる。
【００１０】
このような問題を解決する手段として、例えば、特許文献２に開示の技術が挙げられる。特許文献２には、図１８に示すように、上部電極の底面を電極カバー３０１で覆ったシャワーヘッドが開示されている。電極カバー３０１は、上部電極のガス噴出細孔３０２と重なるように同径の細孔３０３が設けられており、上部電極にネジ３０４で固定されている。特許文献２のシャワーヘッドでは、この電極カバー３０１に付着した生成物が堆積する前に、電極カバー３０１を交換することにより、生成物が落下し基板上の薄膜に取り込まれるのを防ぐことができる。
【００１１】
また、同様の構成として、特許文献３には、図１９に示すように、プロセス室を上流部分と下流部分とに分離するシャワーヘッド７２が開示されている。シャワーヘッド７２は、ウエハーの直径に近似した直径を有するアルミニウムの小さな板材であり、大きなリング７３に交換可能に取り付けられ、限定されプロセス空間より大きくない構成となっている。このため、異なった寸法のウエハー及び異なった処理条件で使用するために種々のシャワーヘッドを交換することができ、また、小さいシャワーヘッドの使用は費用を減らしプロセスの大きな融通性を提供し、プロセスガスの流れを基板の直上の空間内に集中させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平８−９１９８９号公報
【特許文献２】特開平１１−１３１２３９号公報
【特許文献３】特表２００２−５１１５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
シャワーヘッドは、例えば、特許文献１の冷却チャンバー２０４のように、ガス吐き出し部の周辺を冷却することにより、反応生成物の成長を抑制しているが、特許文献２のシャワーヘッドでは、被処理基板に対向して配置される電極カバー３０１が温度上昇しやすく、特に中央部や表面部は高温となり局所的な熱膨張が発生する。そして、電極カバー３０１の周囲は上部電極にネジ３０４で固定されているので、図２０に示すように、電極カバー３０１の中央部が下部電極側に反り、上部電極との接触が不十分な状態となる。このため、上部電極から電極カバー３０１への冷却が妨げられ、電極カバー３０１の温度は益々上昇することになる。
【００１４】
電極カバー３０１は高温になると、反応ガスの望まない気相反応が促進されて反応生成物が堆積しやすくなるため、電極カバー３０１を頻繁に交換しなければならず生産能力が低下する問題があった。また、電極カバー３０１上での望ましくない気相反応は、被処理基板上での気相反応を妨げ、化合物半導体結晶の品質、成膜速度、歩留まりを低下させる問題があった。さらに、電極カバー３０１が反ると上部電極との間に隙間が生じ、上部電極の表面に反応生成物が堆積される問題もあった。
【００１５】
特許文献３に開示されているシャワーヘッド７２も、アルミニウムからなる平らな円板形で構成されており、シャワーヘッド７２の温度上昇により反りが生じる。
【００１６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、シャワープレートの熱膨張による反りと温度上昇を防止し、シャワープレート上での生成物の成長を抑制して、被処理基板上に品質の安定した化合物半導体結晶を成膜できる気相成長装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の気相成長装置は、シャワーヘッドを保護するためのシャワープレートを備えた気相成長装置であって、シャワープレートは、複数のプレート孔を有する中央プレートと、中央プレートを保持する周辺プレートからなり、中央プレートの端面と、中央プレートの端面と向かい合う周辺プレートの側面との間に空間部を設け、空間部は中央プレートの熱膨張による伸長以上の空間を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
シャワープレートの熱膨張による反りと温度上昇を防止し、シャワープレート上での生成物の成長を抑制して、被処理基板上に品質の安定した化合物半導体結晶を成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明における気相成長装置の実施の一形態を示すものであって、気相成長装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】実施例１のシャワープレートの平面図及び断面図である。
【図３】図１のＡ部を拡大した断面図である。
【図４】実施例２のシャワープレートの分解斜視図である。
【図５】実施例３のシャワープレートを設置した気相成長装置において、図１のＡ部と同じ領域を拡大して示す断面図である。
【図６】実施例４の気相成長装置の全体構成を示す概略図である。
【図７】実施例４のシャワープレートの平面図及び断面図である。
【図８】実施例４の位置決めピンの断面図及び斜視図である。
【図９】図６のＢ部を拡大した断面図である。
【図１０】実施例４のシャワープレートの別の形態を示す斜視図である。
【図１１】図６のＢ部に別のシャワープレートを用いた断面図である。
【図１２】実施例５のシャワープレートの変形例を示す分解斜視図である。
【図１３】実施例５のシャワープレートにおける保持部を拡大した断面図である。
【図１４】実施例６のシャワープレートにおける保持部を拡大した断面図である。
【図１５】実施例６のシャワープレートに位置決めピンを用いた断面図である。
【図１６】従来技術である気相成長装置の概略構成を示す断面図である。
【図１７】従来技術である気相成長装置のシャワーヘッドの一例を示す断面図である。
【図１８】従来技術である気相成長装置のシャワープレートの一例を示す断面図である。
【図１９】従来技術である気相成長装置のシャワーヘッドの他の一例を示す断面図である。
【図２０】従来技術である気相成長装置のシャワープレートの反りを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２０】
本発明の一実施形態について図１に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分又は相当部分を表わすものとする。
【００２１】
図１に、本発明の気相成長装置として、ＭＯＣＶＤ装置１００の模式的な構成の一例を示す。図１に示すように、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置１００は、内部を大気側と隔離する反応炉１を備えており、反応炉１内部には、反応室隔壁２によって分離された反応外部空間３と反応室４が設けられている。反応外部空間３には、パージガス供給管５が接続されており、パージガス（Ｎ２ガス、Ｈ２ガス）が導入されている。反応室４には、被処理基板６を載置する基板保持部７が備えられている。
【００２２】
基板保持部７は、回転伝達部８の一端に備え付けられており、図示しない回転機構により回転可能となっている。また、基板保持部７の下側には、被処理基板６を加熱するための基板加熱ヒータ９が設けられている。
【００２３】
反応炉１の上部には、シャワーヘッド１０が取外し可能に配設されている。反応炉１とシャワーヘッド１０は、Ｏリング１１ａでシールされており、反応炉１の内部をガス排出口１２から排気して気密状態に保持できるようなっている。
【００２４】
シャワーヘッド１０は、第１ガスを充満させる第１ガス分配空間１３と、第１ガスとは異なる第２ガスを充満させる第２ガス分配空間１４を備え、第１ガス分配空間１３と第２ガス分配空間１４との間には、Ｏリング１１ｂが設けられ、第２ガス分配空間１４とその天板１４ｃとの間にもＯリング１１ｃが設けられて、各空間が分離可能になっていると共に、各空間の気密状態が保持されている。また、シャワーヘッド１０の下部には、冷媒が充満される冷媒空間１５を備えており、下部壁面１０ａは全面が冷媒空間１５で冷却されているため、温度が均一となるようにコントロールされている。
【００２５】
シャワーヘッド１０の下部壁面１０ａには、生成物の付着を防止するシャワープレート２０が被処理基板６を保持する基板保持部７と対向するように配置されネジ１６で固定されている。シャワープレート２０の詳細については後述するが、複数のプレート孔２１ａを有する中央プレート２１と、中央プレート２１を保持して下部壁面１０ａに当接させる周辺プレート２２から構成されている。
【００２６】
被処理基板６に化合物半導体結晶を成膜するときは、第１ガス分配空間１３に、例えば、III族の元素を含む第１ガスが、第１ガス導入口１３ａから導入され、冷媒空間１５を貫通する複数の第１ガス供給管１３ｂを通って冷却された後、第１ガス供給管１３ｂのガス吐出孔Ｈ１に連通する中央プレート２１のプレート孔２１ａから反応室４に導入される。
【００２７】
また、第２ガス分配空間１４には、例えば、Ｖ族の元素を含む第２ガスが、第２ガス導入口１４ａから導入され、冷媒空間１５を貫通する複数の第２ガス供給管１４ｂを通って冷却された後、第２ガス供給管１４ｂのガス吐出孔Ｈ２に連通する中央プレート２１のプレート孔２１ａから反応室４に導入される。
【００２８】
このように、第１ガスと第２ガスは、シャワーヘッド１０の内部で混合されることなく、別々に反応室４に導入されるようになっているため、シャワーヘッド１０の内部で気相反応が生じることが防止されている。
【００２９】
基板保持部７に保持された被処理基板６は、基板加熱ヒータ９で高温に加熱され、反応室４に導入された第１ガスと第２ガスは、高温の被処理基板６上に到達すると気相反応が促進され、被処理基板６上に化合物半導体薄膜が成膜される。なお、被処理基板６上を通過した反応ガスはガス排出口１２から排出され、図示しない排ガス処理装置にて無害化される。
【００３０】
次に、図１から図３を用いて、本発明の特徴的な構造であるシャワープレート２０について詳細に説明する。図２は、シャワープレート２０を被処理基板６側から見た平面図（ａ）とＢ−Ｂ部における断面図（ｂ）である。また、図３は、図１に示すＭＯＣＶＤ装置１００のＡ部を拡大した断面図である。
【００３１】
図２に示すように、シャワープレート２０は、複数のプレート孔２１ａを有する中央プレート２１と、中央プレート２１を保持して下部壁面１０ａに当接させる周辺プレート２２により構成されている。中央プレート２１は、シャワーヘッド１０のガス吐出孔Ｈ１、Ｈ２と対応するように複数のプレート孔２１ａが設けられており、シャワーヘッド１０に対して、各プレート孔２１ａがガス吐出孔Ｈ１、Ｈ２に重なるように配置される。したがって、ガス吐出孔Ｈ１、Ｈ２と各プレート孔２１ａは、同軸となり反応ガスを反応室４へ導入できるようになっている。
【００３２】
周辺プレート２２は、中央プレート２１の端部２１ｂを周辺で保持して、中央プレート２１をシャワーヘッド１０の下部壁面１０ａに当接させるものである。周辺プレート２２には、周辺プレート２２をシャワーヘッド１０の下部壁面１０ａにネジ１６で固定するためのネジ孔２２ａと、中央プレート２１の端面と向き合う側面に中央プレート２１を保持するための保持部２２ｂが切り欠き状に形成されている。
【００３３】
中央プレート２１の端部が周辺プレート２２の保持部２２ｂに保持された状態で、中央プレート２１の端面と、前記中央プレート２１の端面２１ｃと向かい合う周辺プレート２２の側面２２ｃとの間に所定の空間部２３が設けられている。この空間部２３は、中央プレート２１が熱膨張したときの伸長分以上の空間になっている。
【００３４】
周辺プレート２２は、各プレート孔２１ａがガス吐出孔Ｈ１、Ｈ２に重なるように配置された中央プレート２１を保持しながら、シャワーヘッド１０の下部壁面１０ａにネジ１６で固定される。
【００３５】
図３は、図１に示した気相成長装置１００におけるＡ部を拡大したものであり、シャワープレート２０がシャワーヘッド１０の下部壁面１０ａに取り付けられた状態を示している。図３に示すように、シャワープレート２０が中央プレート２１と周辺プレート２２に分割される部分は、成膜時に高温に加熱される基板保持部７（以下、加熱領域と記す）の外側（以下、非加熱領域と記す）の領域に配置されている。
【００３６】
シャワープレート２０は、中央プレート２１が加熱領域に配置されており、成膜時に温度上昇するが、周辺プレートは非加熱領域に配置されており、中央プレート２１よりも低温に保たれているので、中央プレート２１と周辺プレート２２には温度勾配が生じる。ここで、シャワープレート２０は、中央プレート２１と周辺プレート２２に分割されているので、中央プレート２１から周辺プレート２２への熱伝導が抑えられ、中央プレート２１、周辺プレート２２、それぞれの温度分布が小さくなり、プレートの一部が高温になって熱膨張することによる反りを防止できる。
【００３７】
また、中央プレート２１は、図３に示すように、シャワーヘッド１０の下部壁面１０ａとは直接固定されず、周辺プレート２２の第１の保持部２２ｂの接触面の摩擦力によって保持された状態となっており、中央プレート２１が温度上昇して熱膨張すると、伸長分は摩擦力に勝って空間部２３に移動することができる。このため、中央プレート２１には熱膨張による内部応力が加わることがなく、中央プレート２１に反りが生じるのを防止することができる。
【００３８】
このように、中央プレート２１は、成膜中も熱膨張による反りが防止され、シャワーヘッド１０の下部壁面１０ａと接触した状態で保持されるため、温度を低温にコントロールすることができる。したがって、中央プレート２１表面での生成物の成長が抑制されるとともに、被処理基板６上の成膜速度の低下も防止される。また、プレート孔２１ａに生成物の目詰まりや、被処理基板６上に生成物の落下が生じ難くなり、中央プレート２１を頻繁に交換する必要がなくなり、気相成長装置の生産能力を向上させることができる。
【００３９】
また、中央プレート２１と周辺プレート２２との分割部は、中央プレート２１の端部と周辺プレート２２の第１の保持部２２ｂが重なり、被処理基板６側からシャワーヘッド下部壁面１０ａが覗かないように遮蔽されているので、反応室４からシャワーヘッド１０側への反応ガスの逆流が阻止され、シャワーヘッド１０の下部壁面１０ａに生成物が付着されることがない。このため、シャワーヘッド１０に対する清掃等のメンテナンスを減らすことができる。
【００４０】
なお、実施例１では、中央プレート２１の端部に段差を設けて、周辺プレート２２の保持部２２ｂと嵌合するように重ねているが、中央プレート２１の端部は段差の無い形状であってもよい。
【００４１】
また、中央プレート２１の端部と周辺プレート２２の保持部２２ｂには、プレート孔２１ａをガス吐出孔Ｈ１、Ｈ２に容易に位置合わせできるように、位置合わせマーカーや、放射状に中心部へ向う凹凸による係合部などを設けてもよい。
【実施例２】
【００４２】
図４は、実施例２のシャワープレート２０の分解斜視図である。実施例２では、中央プレート２１、または、周辺プレート２２の構成が異なっており、他の構成については実施例１と同じであるため詳細な説明は省略する。図４に示すように、中央プレート２１は、径方向に中央部で２分割され、それぞれの分割端に形成された切り欠き部２１ｄが、互いの側面を離して隙間を保有するように嵌合されて第１の嵌合部２４が設けられている。
【００４３】
また、周辺プレート２２は、４分割され、それぞれの分割端に形成された切り欠き部２２ｄが、互いの側面を離して隙間を保有するように嵌合されて第２の嵌合部２５が設けられている。なお、図４では、周辺プレート２２のねじ孔２２ａは省略されているが、各プレート片に少なくも１つのねじ孔２２ａが設けられている。
【００４４】
上記の構成によれば、中央プレート２１が熱膨張により伸長したときには、伸長分は空間部２３に吸収されるとともに、第１の嵌合部２４に設けられた隙間によっても吸収されるため、中央プレート２１の伸長分が大きくなっても反りを防止することができる。
【００４５】
また、周辺プレート２２が熱膨張により伸長したときには、伸長分は空間部２３に吸収されるとともに、第２の嵌合部２５に設けられた隙間によっても吸収されるため、周辺プレート２２の伸長分が大きくなっても反りを防止することができる。
【００４６】
また、中央プレート２１、周辺プレート２２が複数のプレート片に分割されていることにより、一つの部材として作製する場合よりも、構成部品（プレート片）のサイズを小さくすることができる。その結果、装置が大型化したときにおいても、中央プレート２１や周辺プレート２２の作製コストを低減できる効果も得られる。
【００４７】
また、中央プレート２１の第１の嵌合部２４は、互いの切り欠き部２１ｄの接触面が重なり、被処理基板６側からシャワーヘッド下部壁面１０ａが覗かないように遮蔽されているので、反応室４に導入された反応ガスがシャワーヘッド１０側への逆流が阻止され、シャワーヘッド１０の下部壁面１０ａへの生成物の成長が防止されている。このため、シャワーヘッド１０に対する清掃等のメンテナンスを減らすことができる。
【００４８】
同様に、周辺プレート２２の第２の嵌合部２５も、互いの切り欠き部２２ｄの接触面が重なり、被処理基板６側からシャワーヘッド下部壁面１０ａが覗かないように遮蔽されているので、反応室４に導入された反応ガスがシャワーヘッド１０側への逆流が阻止され、シャワーヘッド１０の下部壁面１０ａへの生成物の成長が防止されている。このため、シャワーヘッド１０に対する清掃等のメンテナンスを減らすことができる。
【００４９】
なお、周辺プレート２２は、４分割された構成について説明したが、４分割以上で分割された構成であってもよく、分割数が増えることにより、熱膨張による伸長を均等に吸収することができる。
【実施例３】
【００５０】
図５は、実施例３の気相成長装置であり、図１におけるＡ部と同じ個所を拡大した断面図である。実施例３では、中央プレート２１の端部２１ｂと周辺プレート２２の保持部２２ｂとの保持部の構成が異なっており、他の構成については実施例１と同じであるため詳細な説明は省略する。
【００５１】
実施例３の気相成長装置は、図５に示すように、中央プレート２１の端部２１ｂと周辺プレート２２の保持部２２ｂとの接触面に、潤滑性を有する潤滑性部材２６が設けられていることが特徴となっている。潤滑性部材２６は、中央プレート２１の端部２１ｂと周辺プレート２２の保持部２２ｂとの接触面における摩擦力を均一にして、中央プレート２１が熱膨張した伸長分を空間部２３へスムーズに移動させることができる。このため、中央プレート２１の端部２１ｂが保持部２２ｂとの接触面で引っかかってしまい、中央プレート２１が偏って移動することにより、ガス吐出孔Ｈ１、Ｈ２とプレート孔２１ａがずれて孔を塞いだり、空間部２３が減少して熱膨張による伸長分が吸収できなくなったりすることを防止できる。
【００５２】
また、潤滑性部材２６が設けられることにより、中央プレート２１の端部２１ｂと周辺プレート２２の第１の保持部２２ｂとの間で熱抵抗が大きくなり、加熱領域に配置された中央プレート２１から非加熱領域に配置された周辺プレート２２への熱移動を分断するため、中央プレート２１と周辺プレート２２のそれぞれ全体の温度をより均一に保つことができ、一部が局所的に熱膨張して反りに至ることを防止できる。
【００５３】
潤滑性部材２３の材料は、高純度カーボン、熱分解炭素被膜カーボン、熱分解炭素、窒化ホウ素のいずれかによって構成される材料が望ましい。これらの材料は、潤滑性を有するとともに、Ｈ２やＮＨ３ガスに対する耐食性、熱に対する耐熱性等も備えているため、気相成長装置の反応炉１の内部環境に適合し、シャワープレート２０と併設することが可能である。
【実施例４】
【００５４】
実施例４は、実施例１のＭＯＣＶＤ装置１００において、シャワーヘッド１０のガス吐出孔Ｈ１（Ｈ２）と中央プレート２１のプレート孔２１ａの位置を合わせるための位置決め機構を備えたものであり、実施例１と共通の構成については同じ符号を付記して詳細な説明は省略する。
【００５５】
図６は、実施例４のＭＯＣＶＤ装置１００の概略構成を示す図である。図６に示すように、実施例４のＭＯＣＶＤ装置１００は、シャワーヘッド１０のガス吐出孔Ｈ１、Ｈ２と中央プレート２１のプレート孔２１ａの位置を合わせる位置決めピン２７が中央プレート２１に設けられている。
【００５６】
図７（ａ）は、実施例４のシャワープレート２０の平面図であり、位置決めピン２７が中央プレート２１に設けられる位置を示している。位置決めピン２７は、図７（ａ）に示すように、中央プレート２１の中心近傍に設置される。
【００５７】
図７（ｂ）は、シャワープレート２０の断面図であり、位置決めピン２７が中央プレート２１に設置された状態を示している。位置決めピン２７は、中央プレート２１のプレート孔２１ａに反応室側から貫入されて、先端のピン部２８がプレート孔２１ａからシャワーヘッド側に突出して設置されている。この突出したピン部２８を、シャワーヘッド１０のガス吐出孔Ｈ１（若しくはＨ２）に嵌入することにより、プレート孔２１ａとガス吐出孔Ｈ１、Ｈ２の位置を容易に合わせることができる。なお、位置決めピン２７で位置を合わせるとともに、ガス吐出孔Ｈ１（若しくはＨ２）に固定してもよい。
【００５８】
位置決めピン２７は、図７（ａ）に示すように、中央プレート２１の中心部近傍に設置されることで、中央プレート２１が熱膨張により外側へ伸張するのを妨げず、熱膨張した伸長分は空間部２３へ移動して吸収され、中央プレート２１の反りを防止することができる。
【００５９】
また、位置決めピン２７は、ガス吐出孔Ｈ１（若しくはＨ２）に固定されるか、若しくは、中央プレート２１の少なくとも２か所に設置されることにより、中央プレート２１の回転方向の動きを拘束し、中央プレート２１の回転に伴うガス吐出孔Ｈ１、Ｈ２とプレート孔２１ａとの位置ずれを防止することができる。
【００６０】
図８は、位置決めピン２７の断面図及び斜視図である。位置決めピン２７は、先端のピン部２８から、係止ねじ２９、頭部３０の順に一体形成されたボルト状の部材である。また、位置決めピン２７は、ピン部２８から頭部３０の中心軸部を貫通する貫通孔３１を有している。
【００６１】
係止ねじ２９には雄ネジ加工されており、中央プレート２１のプレート孔２１ａを雌ネジ加工することにより、係止ねじ２９をプレート孔２１ａにネジ止めできるようになっている。また、ネジ止めの際に、位置決めピン２７の頭部３０を工具等で把持できるように、例えば六角形状となっている。なお、頭部３０は本形状に限定されるものではなく、スリワリ形状、２面取り形状等であってもよく、締結工具に合わせた形状であればよい。
【００６２】
図９は、図６の要部Ｂを拡大して示したものであり、中央プレート２１のプレート孔２１ａとシャワーヘッド１０のガス吐出孔Ｈ１（若しくはＨ２）を位置決めピン２７により位置合わせした状態を示している。中央プレート２１は、位置決めピン２７がネジ止めされ、中央プレート２１からピン部２８が突出するため、このピン部２８を位置決め機構としてガス吐出孔Ｈ１（若しくはＨ２）に嵌入することにより、プレート孔２１ａと吐出孔Ｈ１（若しくはＨ２）との位置を合わせることができる。
【００６３】
そして、位置決めピン２７が設置されたプレート孔２１ａとガス吐出孔Ｈ１（Ｈ２）は、位置決めピン２７が貫通孔３１を有することにより、互いの孔が塞がれることがなく、位置決めピン２７が設置された箇所においても、反応ガスを反応室４に導入することができる。
【００６４】
また、貫通孔３１に反応ガスが流れて冷却されるため、位置決めピン２７の近傍の温度上昇を抑制することができる。このため、温度上昇による気相反応を生じさせず、生成物の付着を防止することができる。
【００６５】
なお、ガス吐出孔Ｈ１（Ｈ２）の孔径よりも貫通孔３１の孔径が小さくなるため、ピン部２８の先端で反応ガスの流速が変化し、反応ガスの流れに淀みが生じることがあり、このような反応ガスの淀みは、シャワーヘッド１０内部で生成物を生じさせる。
【００６６】
このため、図８に示すように、貫通孔３１には、ピン部２８の先端３２に向って、貫通孔３１の孔径が大きくなるテーパー部３３が設けられている。テーパー部３３を有することにより、ガス吐出孔Ｈ１（Ｈ２）から貫通孔３１に向って孔径の変化が小さくなるため、ピン部２８の先端３２での反応ガスの流れの淀みが解消され、シャワーヘッド１０の内部への生成物の付着を防止することができる。
【００６７】
図１０は、位置決めピン２７の別の形態として、中央プレート２１と位置決めピン２７が一体的に形成された構造を示す斜視図である。図１０に示すように、削り出し加工や溶接加工により、中央プレート２１にピン部２８を一体的に形成することも可能である。ただし、上記したように、中央プレート２１と位置決めピン２７を別体で構成する方が、製作コストや製作精度の面では有利である。
【００６８】
また、位置決めピン２７の別の形態として、シャワーヘッド１０側に位置決めピン２７を設けることも可能である。例えば、シャワーヘッド１０の下部壁面１０ａから第１ガス供給管１３ｂ（第２ガス供給管１４ｂ）を突出させ、中央プレート２１のプレート孔２１ａの孔径を拡げ、突出した第１ガス供給管１３ｂをプレート孔２１ａに勘入することで、上記の位置決めピン２７と同様に位置合わせと位置ずれの防止を行なうことができる。
【００６９】
図１１は、中央プレート２１にザグリ部３４を設けて、位置決めピン２７の頭部３０の突出をなくした構造を示す断面図である。図１１に示すように、中央プレート２１の位置決めピン２７が設置される箇所にザグリ部３４を形成して、位置決めピン２７の頭部３０をザグリ部３４に納めてもよい。このように、中央プレート２１の表面を平坦にすることにより、位置決めピン２７の頭部３０が突出して反応室４内での反応ガスの流れが阻害されることを防止でき、被処理基板６上での成膜レート、膜の均一性、再現性等を向上することができる。
【実施例５】
【００７０】
実施例５は、被処理基板を複数枚処理するような大型のＭＯＣＶＤ装置１００に適したシャワープレート２０である。実施例２で説明したシャワープレート２０と分割の構造が異なっており、他の構成については実施例２と同じであるため詳細な説明は省略する。
【００７１】
図１２は、実施例５のシャワープレート２０の分解斜視図を示す。ＭＯＣＶＤ装置１００が大型になるにつれてシャワープレート２０も大きくなり、シャワープレート２０を製造する際や、付着した生成物を清掃する際には、扱いやすいように小さく分割できることが望ましい。
【００７２】
このため、実施例５のシャワープレート２０は、シャワープレート２０が３個以上に分割され、複数の小さな扇形状のプレート片からなる構造となっている。また、各プレート片は、均等の大きさで分割されることにより、各プレート片の熱膨張量のばらつきを小さくし、中央プレート２１が不均一に反って平坦性が損なわれることを防止している。
【００７３】
図１２に示すように、中央プレート２１は、例えば、中央プレート２１を中心から径方向へ４分割した構造となっている。中央プレート２１を中心から均等に３個以上で分割した場合、各プレート片の中央側が下方に撓み、シャワーヘッド１０との間に隙間が生じやすくなる。このため、各プレート片には中心側に被係止部３５を形成し、シャワーヘッド１０には、各プレート片の被係止部３５を係止する係止部４０を設けている。
【００７４】
被係止部３５は、各プレート片の中央側の端面に断面がコの字状の凹溝部３６が形成されている。また、係止部４０は、凸縁部４１を有する円柱体からなり、シャワーヘッド下部壁面１０ａの中央部にねじ（図示なし）等によって固定されている。
【００７５】
図１３は、各プレート片の被係止部３５が、係止部４０に係止された状態を示す断面図である。被係止部３５の凹溝部３６の内部に、係止部４０の凸縁部４１が嵌合されることにより、係止部４０に生成物の付着が防止されるともに、中央プレート２１の各プレート片を中央側でシャワーヘッド１０に接触させて係止することができる。
【実施例６】
【００７６】
実施例６は、実施例５のシャワープレート２０と同様に、中央プレート２１を３個以上に分割し、複数の小さな扇形状のプレート片からなる構造となっており、各プレート片には中心側に被係止部３５を形成している。また、シャワーヘッド１０には、各プレート片の被係止部３５を係止する係止部４０を設けている。ここで、実施例５とは被係止部３５および係止部４０の構造が異なっており、他の構成については実施例５と同じであるため詳細な説明は省略する。
【００７７】
図１４は、実施例６の被係止部３５と係止部４０の断面構造を示す。被係止部３５は、各プレート片の中央側端部に貫通穴３７が形成されている。また、係止部４０は、シャワーヘッド下部壁面１０ａの中央部に、上記貫通穴３７と対応するねじ穴４２が形成されている。そして、各プレート片の貫通穴３７をシャワーヘッド１０のねじ穴４２にねじ４３で係止することにより、各プレート片の中央側をシャワーヘッド１０に接触させて保持している。
【００７８】
実施例６に示した構造であれば、被係止部３５と係止部４０を製作し易く、また、清掃や補修などのメンテナンスを行ない易い構造にすることができる。
【００７９】
なお、実施例６において、被係止部３５の貫通穴３７を係止したねじ４３が突出しないように凹部３８の中に形成してもよい。
【００８０】
また、被係止部３５としてプレート片のプレート孔２１ａを貫通穴３７に用い、係止部４０としてガス吐出孔Ｈ１（Ｈ２）にねじ穴４２を設けて、実施例４で示した貫通孔３１を有する位置決めピン２７のようなねじ４３で係止してもよい。
【００８１】
図１５は、被係止部３５とするプレート孔２１ａを係止部４０とするガス吐出孔Ｈ１に、貫通孔３１を有しねじ加工された位置決めピン２７で係止した状態を示す。この場合、係止した位置決めピン２７の貫通孔３１に反応ガスが流れることにより、被係止部３５と係止部４０が冷却されて温度上昇を抑制することができる。
【００８２】
以上、各実施例について説明したが、本発明においては、ＭＯＣＶＤ装置１００を構成する反応炉１、シャワープレート２０及びその他部材が各実施例に示す構成に限定されないことは言うまでもない。
【００８３】
例えば、シャワープレート２０は、熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、また、熱膨張係数が６×１０Ｅ−６／℃以下であることが望ましい。熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることにより、シャワープレート２０の表面温度が低く保たれ、裏面との温度差が小さくなる。また、熱膨張係数が６×１０Ｅ−６／℃以下であることにより、熱膨張し難くなり伸長量が小さくなる。このため、シャワープレート２０の反りが防止され、シャワープレート２０の表面で生成物が成長することを抑制し、被処理基板６上での成膜レート、膜均一性及び膜の再現性を確保し得る気相成長装置及び気相成長方法を提供することができる。
【００８４】
また、前記シャワープレート２０を構成する中央プレート２１と周辺プレート２２の材料は、モリブデンもしくはタングステン、高純度カーボン、ＳｉＣ皮膜カーボン、ＴａＣ皮膜カーボン、熱分解炭素被膜カーボン、熱分解炭素のいずれかが望ましい。これらの材料は、高熱伝導率、低熱膨張係数の素材であるため、上記のようにシャワープレート２０の反りを防止する効果を奏するとともに、Ｈ２やＮＨ３ガスに対する耐食性を有しているため、シャワープレート２０の耐久性を向上することができる。このため、シャワープレート２０の交換頻度を減らせるので、タクトの短縮及びコストダウンを図ることができる。
【００８５】
また、位置決めピン２７の材料もシャワープレート２０と同様に、モリブデンもしくはタングステン、高純度カーボン、ＳｉＣ皮膜カーボン、ＴａＣ皮膜カーボン、熱分解炭素被膜カーボン、熱分解炭素のいずれかが望ましい。これらの材料は、高熱伝導率、低熱膨張係数の素材であり、位置決めピン２７とシャワープレート２０との間に熱膨張差が生じないため、位置決めピン２７が緩んだり、シャワープレート２０が歪んだりすることが防止される。また、Ｈ２やＮＨ３ガスに対する耐食性を有しているため、位置決めピン２７の耐久性を向上することができる。このため、位置決めピン２７の交換頻度を減らせるので、タクトの短縮及びコストダウンを図ることができる。
【００８６】
また、本発明は、被処理基板を複数枚処理する多枚炉を備える大型装置においても顕著な効果をもたらす。例えば、６インチ基板１枚を処理する単枚炉では、シャワーヘッド１０ならびにシャワープレート２０の直径は、約１５０ｍｍ程度となるが、６インチ基板を７枚処理する多枚炉では、最緻密に配置しても、その直径は、３倍の４５０ｍｍにも達し、シャワープレート２０の熱膨張による伸長分は３倍に増加してしまう。また、シャワープレート２０に温度分布が存在した場合は、さらに熱膨張による変形の寄与が大きくなってしまう。
【００８７】
本発明によれば、シャワーヘッド１０およびシャワープレート２０の直径が大きくなる大型装置においても、シャワープレート２０の反りが防止され、シャワープレート２０の表面温度が高温とならないため、シャワープレート２０の表面に形成される生成物の成長を抑制し、被処理基板６上での成膜レート、膜均一性及び膜の再現性を確保することができる。
【００８８】
さらに、今回開示された実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８９】
１ 反応炉
４ 反応室（成長室）
６ 被処理基板
７ 基板保持部
９ 基板加熱ヒータ
１０ シャワーヘッド
２０ シャワープレート
２１ 中央プレート
２１ａ プレート孔
２２ 周辺プレート
２２ａ ネジ孔
２２ｂ 保持部
２３ 空間部
２４ 第１の嵌合部
２５ 第２の嵌合部
２６ 潤滑性部材
２７ 位置決めピン
３５ 被係止部
４０ 係止部
１００ ＭＯＣＶＤ装置（気相成長装置）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャワーヘッドを保護するためのシャワープレートを備えた気相成長装置であって、
前記シャワープレートは、複数のプレート孔を有する中央プレートと、前記中央プレートを保持する周辺プレートからなり、
前記中央プレートの端面と、前記中央プレートの端面と向かい合う前記周辺プレートの側面との間に空間を設け、
前記空間部は、前記中央プレートの熱膨張による伸長以上の空間部を備えることを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
前記周辺プレートの側面に、前記中央プレートの端部を保持する保持部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記周辺プレートの保持部と前記中央プレートとが接する部分に、潤滑性部材が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】
前記潤滑性部材は、高純度カーボン、熱分解炭素、窒化ホウ素のいずれかを含む素材で構成されていることを特徴とする請求項３に記載のシャワープレート。
【請求項５】
前記中央プレートまたは前記周辺プレートは、複数のプレート片からなり、各プレート片は嵌合部を有し、前記嵌合部で重なっていることを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項６】
前記中央プレートまたは前記周辺プレートは、モリブデン、タングステン、高純度カーボン、ＳｉＣ皮膜カーボン、ＴａＣ皮膜カーボン、熱分解炭素のいずれかを含む素材で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項７】
前記シャワーヘッドのガス吐出孔と前記中央プレートのプレート孔の位置を合わせるための位置決め機構を備えたことを特徴する請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の気相成長装置。
【請求項８】
前記位置決め機構は、前記中央プレートに設けられた突起部であり、
前記突起部が前記ガス吐出孔に嵌入されることを特徴とする請求項７記載の気相成長装置。
【請求項９】
前記突起部は、前記中央プレートの中央近傍に設けられたことを特徴とする請求項８記載の気相成長装置。
【請求項１０】
前記突起部は、前記中央プレートのプレート孔に固定された位置決めピンであることを特徴とする請求項８に記載の気相成長装置。
【請求項１１】
前記突起部は、前記中央プレートと一体形成されていることを特徴とする請求項８に記載の気相成長装置。
【請求項１２】
前記突起部は、突出方向に貫通孔を有することを特徴とする請求項８乃至請求項１１のいずれかに記載の気相成長装置。
【請求項１３】
前記貫通孔は、突出側にテーパー部を有することを特徴とする請求項１２に記載の気相成長装置。
【請求項１４】
シャワーヘッドを保護するためのシャワープレートであって、
前記シャワーヘッドのガス吐出孔と前記シャワープレートのプレート孔の位置を合わせるための位置決め機構を備えたことを特徴とするシャワープレート。
【請求項１５】
前記位置決め機構は、前記シャワープレートに設けられた突起部であり、
前記突起部が前記ガス吐出孔に嵌入されることを特徴とする請求項１４記載のシャワープレート。
【請求項１６】
前記突起部は、前記シャワープレートの中央近傍に設けられたことを特徴とする請求項１５記載のシャワープレート。
【請求項１７】
前記突起部は、前記シャワープレートのプレート孔に固定された位置決めピンであることを特徴とする請求項１６に記載のシャワープレート。
【請求項１８】
前記突起部は、雌ネジ加工された前記プレート孔に、雄ネジ加工された位置決めピンが固定されることを特徴とする請求項１７に記載のシャワープレート。
【請求項１９】
シャワーヘッドのガス吐出孔と中央プレートのプレート孔が同軸となるように、前記シャワーヘッドに前記中央プレートを配置し、前記中央プレートを保持する周辺プレートを前記シャワーヘッドに固定するステップと、
前記ガス吐出孔及び前記プレート孔を通じて、反応ガス及びキャリアガスを成長室に供給するステップと、
前記シャワーヘッドと対抗する基板を回転させ、ヒータで加熱して成膜するステップとを含み、
前記加熱時に、前記中央プレートをその側面方向に設けられた空間に向かって熱膨張させることにより、前記中央プレートの反りを防止することを特徴とする気相成長方法。
【請求項２０】
前記中央プレートの端面と、前記中央プレートの端面と向かい合う前記周辺プレートの側面との間に、前記中央プレートの熱膨張による伸長以上の空間部を設けるステップとを含むことを特徴とする請求項１９に記載の気相成長方法。
【請求項２１】
前記中央プレートは、３個以上に分割された複数のプレート片からなり、
前記複数のプレート片の中心側に形成された被係止部が、前記シャワーヘッドに設けられた係止部に係止されていることを特徴とする請求項５に記載の気相成長装置。
【請求項２２】
前記複数の各プレート片は、ほぼ均等に分割された扇形状となっていることを特徴とする請求項２１に記載の気相成長装置。
【請求項２３】
前記係止部は、凸縁部を有する円柱体からなり、
前記被係止部は、プレート片端面に形成された凹溝部であり、
前記凸縁部と前記凹溝部が嵌合されて係止されることを特徴とする請求項２１に記載の気相成長装置。
【請求項２４】
前記中央プレートは、３個以上に分割された複数のプレート片からなり、
前記複数のプレート片の中心側に形成された貫通穴が、前記シャワーヘッドに設けられたねじ穴に、ねじで係止されることを特徴とする請求項５に記載の気相成長装置。
【請求項２５】
前記貫通穴は前記プレート片のプレート孔であり、前記シャワーヘッドのガス吐出孔に設けられたねじ穴に、貫通孔を有するねじで係止されることを特徴とする請求項２４に記載の気相成長装置。
【請求項１】
シャワーヘッドを保護するためのシャワープレートを備えた気相成長装置であって、
前記シャワープレートは、複数のプレート孔を有する中央プレートと、前記中央プレートを保持する周辺プレートからなり、
前記中央プレートの端面と、前記中央プレートの端面と向かい合う前記周辺プレートの側面との間に空間を設け、
前記空間部は、前記中央プレートの熱膨張による伸長以上の空間部を備えることを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
前記周辺プレートの側面に、前記中央プレートの端部を保持する保持部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記周辺プレートの保持部と前記中央プレートとが接する部分に、潤滑性部材が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】
前記潤滑性部材は、高純度カーボン、熱分解炭素、窒化ホウ素のいずれかを含む素材で構成されていることを特徴とする請求項３に記載のシャワープレート。
【請求項５】
前記中央プレートまたは前記周辺プレートは、複数のプレート片からなり、各プレート片は嵌合部を有し、前記嵌合部で重なっていることを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項６】
前記中央プレートまたは前記周辺プレートは、モリブデン、タングステン、高純度カーボン、ＳｉＣ皮膜カーボン、ＴａＣ皮膜カーボン、熱分解炭素のいずれかを含む素材で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項７】
前記シャワーヘッドのガス吐出孔と前記中央プレートのプレート孔の位置を合わせるための位置決め機構を備えたことを特徴する請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の気相成長装置。
【請求項８】
前記位置決め機構は、前記中央プレートに設けられた突起部であり、
前記突起部が前記ガス吐出孔に嵌入されることを特徴とする請求項７記載の気相成長装置。
【請求項９】
前記突起部は、前記中央プレートの中央近傍に設けられたことを特徴とする請求項８記載の気相成長装置。
【請求項１０】
前記突起部は、前記中央プレートのプレート孔に固定された位置決めピンであることを特徴とする請求項８に記載の気相成長装置。
【請求項１１】
前記突起部は、前記中央プレートと一体形成されていることを特徴とする請求項８に記載の気相成長装置。
【請求項１２】
前記突起部は、突出方向に貫通孔を有することを特徴とする請求項８乃至請求項１１のいずれかに記載の気相成長装置。
【請求項１３】
前記貫通孔は、突出側にテーパー部を有することを特徴とする請求項１２に記載の気相成長装置。
【請求項１４】
シャワーヘッドを保護するためのシャワープレートであって、
前記シャワーヘッドのガス吐出孔と前記シャワープレートのプレート孔の位置を合わせるための位置決め機構を備えたことを特徴とするシャワープレート。
【請求項１５】
前記位置決め機構は、前記シャワープレートに設けられた突起部であり、
前記突起部が前記ガス吐出孔に嵌入されることを特徴とする請求項１４記載のシャワープレート。
【請求項１６】
前記突起部は、前記シャワープレートの中央近傍に設けられたことを特徴とする請求項１５記載のシャワープレート。
【請求項１７】
前記突起部は、前記シャワープレートのプレート孔に固定された位置決めピンであることを特徴とする請求項１６に記載のシャワープレート。
【請求項１８】
前記突起部は、雌ネジ加工された前記プレート孔に、雄ネジ加工された位置決めピンが固定されることを特徴とする請求項１７に記載のシャワープレート。
【請求項１９】
シャワーヘッドのガス吐出孔と中央プレートのプレート孔が同軸となるように、前記シャワーヘッドに前記中央プレートを配置し、前記中央プレートを保持する周辺プレートを前記シャワーヘッドに固定するステップと、
前記ガス吐出孔及び前記プレート孔を通じて、反応ガス及びキャリアガスを成長室に供給するステップと、
前記シャワーヘッドと対抗する基板を回転させ、ヒータで加熱して成膜するステップとを含み、
前記加熱時に、前記中央プレートをその側面方向に設けられた空間に向かって熱膨張させることにより、前記中央プレートの反りを防止することを特徴とする気相成長方法。
【請求項２０】
前記中央プレートの端面と、前記中央プレートの端面と向かい合う前記周辺プレートの側面との間に、前記中央プレートの熱膨張による伸長以上の空間部を設けるステップとを含むことを特徴とする請求項１９に記載の気相成長方法。
【請求項２１】
前記中央プレートは、３個以上に分割された複数のプレート片からなり、
前記複数のプレート片の中心側に形成された被係止部が、前記シャワーヘッドに設けられた係止部に係止されていることを特徴とする請求項５に記載の気相成長装置。
【請求項２２】
前記複数の各プレート片は、ほぼ均等に分割された扇形状となっていることを特徴とする請求項２１に記載の気相成長装置。
【請求項２３】
前記係止部は、凸縁部を有する円柱体からなり、
前記被係止部は、プレート片端面に形成された凹溝部であり、
前記凸縁部と前記凹溝部が嵌合されて係止されることを特徴とする請求項２１に記載の気相成長装置。
【請求項２４】
前記中央プレートは、３個以上に分割された複数のプレート片からなり、
前記複数のプレート片の中心側に形成された貫通穴が、前記シャワーヘッドに設けられたねじ穴に、ねじで係止されることを特徴とする請求項５に記載の気相成長装置。
【請求項２５】
前記貫通穴は前記プレート片のプレート孔であり、前記シャワーヘッドのガス吐出孔に設けられたねじ穴に、貫通孔を有するねじで係止されることを特徴とする請求項２４に記載の気相成長装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１２−２１６７４４（Ｐ２０１２−２１６７４４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４３６３６（Ｐ２０１１−１４３６３６）
【出願日】平成２３年６月２９日（２０１１．６．２９）
【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２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２９日（２０１１．６．２９）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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