気相成長装置
【課題】サセプタに複数枚の基板を設置して一度に複数枚の基板に薄膜を成長させる気相成長装置において、ゴミ等の介在やサセプタの設置不良を原因とする膜厚の不均一が生じない気相成長装置を得る。
【解決手段】本発明の気相成長装置１は、回転可能でかつ着脱可能なサセプタ５に複数の基板を載置して各基板に化合物半導体薄膜を成長させる気相成長装置１であって、
サセプタ５の載置状態を判定するサセプタ載置判定装置３を有し、サセプタ載置判定装置３は、回転するサセプタ５における少なくとも2カ所の高さ位置を計測する位置測定装置２２と、位置測定装置２２の計測値を入力してサセプタ５の高さ位置と傾斜が予め定めた許容値の範囲内かどうかを判定する判定手段４７とを備えたことを特徴とするものである。
【解決手段】本発明の気相成長装置１は、回転可能でかつ着脱可能なサセプタ５に複数の基板を載置して各基板に化合物半導体薄膜を成長させる気相成長装置１であって、
サセプタ５の載置状態を判定するサセプタ載置判定装置３を有し、サセプタ載置判定装置３は、回転するサセプタ５における少なくとも2カ所の高さ位置を計測する位置測定装置２２と、位置測定装置２２の計測値を入力してサセプタ５の高さ位置と傾斜が予め定めた許容値の範囲内かどうかを判定する判定手段４７とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サセプタに複数の基板を載置して気相原料を供給することで前記基板面に化合物半導体薄膜を成長させる気相成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
サセプタに保持された基板を所定温度に加熱した状態で反応炉内に原料ガスを供給し、前記基板面に薄膜を堆積（成長）させる気相成長装置として、複数枚の基板に均一に薄膜を形成するため、サセプタを回転させるとともに、該サセプタの回転に伴って基板を載置する基板載置部材（基板トレイ）を回転させ、成膜中の基板を自公転させる機構を備えた気相成長装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
気相成長装置によりＧａＮ系半導体薄膜等の化合物半導体薄膜を成長させると、反応炉内がパーティクル等の反応物で汚染される。そこで、特許文献１にも開示されているように、サセプタがパーティクル等で汚染されるのを防ぐ目的で、サセプタ上にカバーを設置することが行われる。汚染されたサセプタカバーのみを反応炉から取り出し新たなサセプタカバーを設置することで、サセプタのパーティクル等による汚染の防止、かつ安定した成膜が可能である。
カバーの取り出し方法としては、特許文献１に開示されたように、カバーのみを搬送する方法、サセプタごと取り出してカバーを交換する方法がある。
【０００４】
また、気相成長装置における基板の設置及び取り出しには種々の方法があり、基板をピン設置等でサセプタにおける基板載置部に直接に搬入、搬出する方法や、基板をトレイに載せてトレイごと搬出入する方法、あるいは基板を載置する基板載置プレートをサセプタに設置して、サセプタごと搬出入する方法、またあるいはグローブボックス内でサセプタを別場所に搬出し、そこで基板の搬入を行い、再度サセプタを搬入する方法等である。
【０００５】
上記の気相成長装置は、サセプタに複数枚の基板を設置して一度に複数枚の基板に薄膜を成長させるものであるが、サセプタに単一の基板を設置して該基板に薄膜を成長させる気相成長装置が特許文献２に開示されている。
特許文献２に開示された気相成長装置は、基板保持部材と流路構成部材底部の相対位置関係を精度よく合わせることで、被処理基板表面に均一性の膜を気相成長させる気相成長装置を提供することを目的としている。
そして、この目的を達成するために、特許文献２に開示された気相成長装置においては、被処理基板との距離を測定するレーザ変位計と、流路構成部材と基板保持部材との位置関係を調整する位置調整装置と、レーザ変位計により得られたデータに基づいて上記位置調整装置を制御する制御装置とを備え、レーザ変位計で被処理基板との距離を複数点計測して、この計測値にもとづいて位置調整装置で被処理基板の位置を所定の位置に修正するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２５５０８３号公報
【特許文献２】特許第３９６４３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特に基板温度や原料ガスのガス流速に膜特性や膜分布が敏感に影響を受ける化合物半導体薄膜を成長する気相成長装置に関しては、特に多数枚の基板を同時に成長する場合、各基板に与える温度及びガス流速のばらつきを低減することが、均一な膜厚及び組成（発光ダイオード［LED］及びレーザーダイオード［LD］では波長に相当）を得るための必須条件となる。
【０００８】
ガス流速は供給するガス量及び流路の断面積から決まることから、これらガス量や流路断面積を均一に保持することが要求される。
ところが、気相成長装置においては、特許文献１に記載されているように、気相成長処理後の汚れたカバーの交換、もしくは基板の取り出し及び設置等の目的で、サセプタを反応炉から取り外すことがある。そのため、サセプタを取り外して再び設置する間に例えば反応炉内に浮遊していたゴミ等がサセプタ設置箇所に落下して付着すると、このゴミ等が反応炉とサセプタの間に挟まってしまい、サセプタが傾いて設置されることになる。サセプタに複数の基板が載置されている場合、サセプタが傾いて設置されると各基板上における流路断面が微妙に変化し、各基板間でガス流速にばらつきが生じ、均一な膜厚及び組成を得ることができなくなる。
上記の問題は、サセプタカバーのみを取り外す場合にも、サセプタカバーとサセプタとの間にゴミ等が挟まることでも生ずる。
また、サセプタを再設置する際において、仮にゴミ等が挟まらなかったとしても、サセプタの反応炉への設置に問題があり、サセプタが微妙に傾いたような場合にも同様の問題が生ずる。
【０００９】
また、基板温度に関しても、仮に基板を加熱するヒータがサセプタの下方に設置されている場合には、サセプタが傾斜して設置されるとサセプタの各部でヒータとの距離が変わるため、この距離の差に起因して各基板に温度差が生じてしまい、その結果、基板間において膜厚や組成のばらつきが生じてしまう。
【００１０】
以上のように、サセプタ及び／又はサセプタカバーを反応炉から取り外して再設置する構造を有する気相成長装置においては、ゴミ等や設置不良に起因して均一な膜厚及び組成を得ることができない場合が生ずるという問題があった。
【００１１】
この点、特許文献２に開示されたように、基板との距離をレーザ変位計で測定して該測定値に基づいて各基板の位置が同じになるように調整することも考えられるが、複数の基板を一つのサセプタに載置している場合には、非常に複雑な構造になり現実的には実現できないことになる。
【００１２】
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、サセプタに複数枚の基板を設置して一度に複数枚の基板に薄膜を成長させる気相成長装置において、ゴミ等の介在やサセプタの設置不良を原因とする膜厚の不均一が生じない気相成長装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
（１）本発明に係る気相成長装置は、回転可能でかつ着脱可能なサセプタに複数の基板を載置して各基板に化合物半導体薄膜を成長させる気相成長装置であって、
前記サセプタの載置状態を判定するサセプタ載置判定装置を有し、該サセプタ載置判定装置は、回転する前記サセプタにおける少なくとも2カ所の高さ位置を計測する位置測定装置と、該位置測定装置の計測値を入力して前記サセプタの高さ位置と傾斜が予め定めた許容値の範囲内かどうかを判定する判定手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記位置測定装置は、前記サセプタの径方向に移動可能になっていることを特徴とするものである。
【００１５】
（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記判定手段は、前記サセプタが１回転する際の高低差が許容値であるかどうかに基づいて前記サセプタの傾斜が許容値かどうかを判定し、前記サセプタの中央部の高さに基づいて前記サセプタの嵌合が適切か否かを判定することを特徴とするものである。
【００１６】
（４）また、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のものにおいて、前記サセプタが載置されたことを検知するサセプタ載置センサを有し、前記判定手段は前記サセプタ載置センサによって前記サセプタが載置されたことが検知されたときに、前記サセプタの載置状態を判定することを特徴とするものである。
【００１７】
（５）また、上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のものにおいて、前記サセプタを搬送する搬送ロボットと、前記サセプタの交換時に前記サセプタを一時的に載置する交換テーブルと、前記サセプタの交換を行う交換ボックスとを有し、
前記判定手段によって前記サセプタの高さ位置又は傾斜が予め定めた許容値を超えていると判定されたときに、前記搬送ロボットを駆動して前記サセプタを前記交換テーブル又は前記交換ボックスに搬送する搬送ロボット制御手段を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に気相成長装置においては、サセプタの載置状態を判定するサセプタ載置判定装置を有し、該サセプタ載置判定装置は、回転する前記サセプタにおける少なくとも2カ所の高さ位置を計測する位置測定装置と、該位置測定装置の計測値を入力して前記サセプタの高さ位置と傾斜が予め定めた許容値の範囲内かどうかを判定する判定手段とを備えたことにより、サセプタ交換時におけるゴミ等の介在やサセプタの設置不良を簡易に検出することができ、この設置不良に起因する膜厚の不均一を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明におけるサセプタ載置判定装置を備えた気相成長装置の構成を説明する図である。
【図２】サセプタの載置判定の様子を説明する斜視図である。
【図３】サセプタの載置判定の処理の流れ説明するフローチャート図である。
【図４】本発明の他の実施形態にかかる気相成長装置の構成を説明する図である。
【図５】他の実施形態におけるサセプタの載置判定の処理の流れ説明するフローチャート図である。
【図６】サセプタの載置判定を行った場合の実験結果を説明する図である。
【図７】サセプタの載置判定を行わなかった場合の実験結果を説明する図である。
【図８】サセプタの載置判定を行った場合の実験結果を説明する図である。
【図９】サセプタの載置判定を行わなかった場合の実験結果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［実施の形態１］
本実施の形態に係る気相成長装置１は、回転可能でかつ着脱可能なサセプタ５に複数の基板を載置して各基板に化合物半導体薄膜を成長させる気相成長装置１であって、サセプタ５の載置状態を判定するサセプタ載置判定装置３を有している。
本発明の実施の形態の特徴はサセプタ載置判定装置３にあるが、サセプタ載置判定装置３の構成を詳細に説明する前に、気相成長装置１におけるサセプタ載置判定装置３以外の構成について説明する。
気相成長装置１は、図１に示すように、サセプタ５が着脱可能に設置されて気相成長を行う反応炉４と、サセプタ５を搬送する搬送ロボット７と、搬送ロボット７及び反応炉４が収容されるグローブボックス９と、グローブボックス９内に設置されてサセプタ５の交換時にサセプタ５を一時的に載置する交換テーブル１１と、グローブボックス９の側壁に設けられてサセプタ５の交換を行う交換ボックス１３とを備えている。
以下各構成を詳細に説明する。
【００２１】
＜サセプタ＞
サセプタ５は、中央に開口部１５を有する全体形状がドーナツ状の円盤によって構成されている。サセプタ５には、薄膜が形成される基板が載置される基板載置部１７が複数設けられている。基板載置部１７の数は特に限定されず、例えば図１においては１１個のものが図示されている。
サセプタ５の中央の開口部１５には嵌合部が設けられており、サセプタ５は開口部１５に形成された嵌合部が反応炉４側の回転軸１８に嵌合して回転する構造になっている。
【００２２】
＜反応炉＞
反応炉４はサセプタ５が着脱可能に設置されて気相成長を行うものである。反応炉４の形態は特に限定されるものではない。
反応炉４の一形態を概説すると、全体形状が偏平円筒状をしており、下部側のチャンバー本体１９と、チャンバー本体１９を開閉するチャンバー蓋（図示なし）とを備えている。チャンバー本体１９の外周縁部は本体部フランジとなっており、チャンバー蓋の蓋部フランジと当接して反応炉４を気密に閉止できるようになっている。チャンバー蓋は、昇降機構によってチャンバー本体１９に対して昇降するようになっている。また、サセプタ５には、サセプタ５の上面を覆うサセプタカバーを取り付け可能となっている。なお、図１では、チャンバー蓋は上昇している状態を表しており、チャンバー本体１９のみ図示されている。
チャンバー本体１９の中心部には、原料ガス導入ノズル（図示なし）が設置され、サセプタ５に載置された基板に原料ガスを供給できるようになっている。
【００２３】
＜搬送ロボット＞
搬送ロボット７は、グローブボックス９内に設置されて、サセプタ５を搬送する。搬送ロボット７は、図１に示すように、複数の腕２３が関節で回動可能に連結され、先端の腕２３にサセプタ５を保持する保持部２５が設けられている。
搬送ロボット７は、各腕２３を旋回させることで、サセプタ５を反応炉４、交換テーブル１１、交換ボックス１３のそれぞれに搬送することができる。
【００２４】
＜グローブボックス＞
グローブボックス９は、搬送ロボット７及び反応炉４を収容する。グローブボックス９には、窒素ガスを供給して、ボックス内を窒素雰囲気に置換できるようになっている。
【００２５】
＜交換テーブル＞
交換テーブル１１は、グローブボックス９内に設置されてサセプタ５の交換時にサセプタ５を一時的に載置するものである。図１において交換テーブル１１の中に一点鎖線で図示された図形は、交換テーブル１１に載置された状態のサセプタ５を表している。
サセプタ５のチャンバー本体１９への載置は、サセプタ５の中心開口部に設けられた嵌合部とチャンバー本体１９の回転軸１８に設けられた嵌合部を正確に位置合わせして行う必要がある。例えば交換ボックス１３において正しい位置にサセプタ５を載置すれば、その状態で搬送ロボット７によってサセプタ５を保持してチャンバー本体１９に搬送して載置すれば正確に設置できるようになっている。もっとも、交換ボックス１３までサセプタ５を戻さなくても、交換テーブル１１において、サセプタ５をチャンバー本体１９に載置するための位置合わせ手段を設けるようにしてもよい。
【００２６】
＜交換ボックス＞
交換ボックス１３はサセプタ５の交換を行うためのもので、グローブボックス９の側面に設けられている。図１において交換ボックス１３の中に一点鎖線で図示された図形は、交換ボックス１３に載置された状態のサセプタ５を表している。
交換ボックス１３において所定の位置にサセプタ５を載置し、その状態でサセプタ５を搬送ロボット７で保持してチャンバー本体１９に載置すれば、サセプタ５が正しく載置できるようにするため、交換ボックス１３には位置決め手段が設けられている。
交換ボックス１３には、真空ポンプや窒素ガス供給管が接続され、交換ボックス１３内の雰囲気を窒素雰囲気に置換できるようになっている。
【００２７】
次に、サセプタ載置判定装置３について説明する。
サセプタ載置判定装置３は、サセプタ５が載置されたことを検知するサセプタ載置センサ２１と、回転するサセプタ５における少なくとも2カ所の高さ位置を計測する位置測定装置２２と、位置測定装置２２の計測値を入力してサセプタ５の高さ位置と傾斜が予め定めた許容値の範囲内かどうかを判定する判定手段４７とを備えている。
以下、各構成を詳細に説明する。
【００２８】
＜サセプタ載置センサ＞
サセプタ載置センサ２１は、チャンバー本体１９の下面側に設置され、チャンバー本体１９にサセプタ５が載置されたことを検知する。また、サセプタ載置センサ２１は、後述する制御部４２に電気的に接続されており、サセプタ５の載置が検知された場合、その旨を制御部４２に通知する。
【００２９】
＜位置測定装置＞
位置測定装置２２は、グローブボックス９の基端側が壁面などに取り付けられ、先端が水平方向に回動可能なアーム２７と、アーム２７を回動させるアーム駆動手段（図示なし）と、アーム２７に取り付けられて自己から自己の直下にある物までの距離を測長するレーザ測長器２９と、制御部４２側に設けられてアーム駆動手段の駆動等を行う位置測定装置制御手段４５を有している。
位置測定装置２２は、位置測定装置制御手段４５によって制御され、アーム２７の先端に取り付けられたレーザ測長器２９を、アーム２７の回動によってチャンバー本体１９上方の任意の位置に移動させ、レーザ測長器２９からレーザ測長器２９の直下にあるものまでの距離を測長する。
例えばチャンバー本体１９にサセプタ５が載置されている場合、アーム２７を回動することによりレーザ測長器２９をサセプタ５の径方向任意の位置に移動でき、当該位置からその真下のサセプタ５の上面までの距離が計測可能である。
図２は、位置測定装置を制御して、レーザ測長器２９からサセプタ５の中心付近までの距離を測長している様子を表している。
【００３０】
アーム２７は、チャンバー本体１９の上方に、一端がグローブボックス９の壁面などに取り付けられ、該一端を中心に、他端（先端）が水平方向に円弧を描くように回動するようになっている。アーム２７を回動させることでサセプタ５の径方向任意の位置にレーザ測長器２９を配置できる。
なお、アーム２７は回動自在な構成としたが、伸長自在な構成や、あるいは回動可能でかつ伸長自在な構成としてもよい。
【００３１】
アーム駆動手段は、アーム２７を回動させるものであり、例えばモータ等で構成される。
なお、例えばサセプタ５の交換時等、アーム２７がチャンバー本体１９の上方にあると邪魔となる場合には、他の部材と衝突しないような位置（例えば、図１中の２点鎖線で表すような位置。以下、「退避位置」という）にアーム２７を回動させ退避させるようにする。
【００３２】
制御部４２はＭＰＵ等で構成される演算手段と、該演算手段で実行されるプログラムを記憶するためのＲＯＭ等を有している。各手段（サセプタ設置確認手段４３、位置測定装置制御手段４５、判定手段４７等）は、前記ＲＯＭ等から所定のプログラムを読み出して前記演算手段を用いて演算を行うことによって実現される。以下に前記各手段について説明する。
【００３３】
＜サセプタ設置確認手段＞
サセプタ設置確認手段４３は、サセプタ載置センサ２１の信号を入力して、サセプタ５がチャンバー本体１９に載置されたかどうかを検知する。サセプタ設置確認手段４３は、サセプタ５が載置されたことを検知すると、その旨を位置測定装置制御手段４５に通知する。
【００３４】
＜位置測定装置制御手段＞
位置測定装置制御手段４５は、位置測定装置２２を制御して、レーザ測長器２９からレーザ測長器２９の直下にあるサセプタ５上面のまでの距離（サセプタカバーを取り付けた場合はサセプタカバー上面までの距離。以下、同じ）を測長し、距離データとして取得する。この際、サセプタ５を回転させ、サセプタ５上面の複数箇所について連続して測長することもでき、このように複数箇所を連続して取得したデータ（以下、「連続測長データ」という）を得ることで、サセプタの傾斜状態を検知することができる。
【００３５】
＜判定手段＞
判定手段４７は、位置測定装置制御手段４５で取得した距離データを基に、サセプタ５の載置状態を判定するものである。判定は、サセプタ５の上面の高低差（うねり）が許容できる値であるかどうかについての判定（以下、「判定１」という）と、チャンバー本体１９とサセプタ５が正常に嵌合しているかどうかについての判定（以下、「判定２」という）を行う。
【００３６】
判定１について以下に説明する。サセプタ５の上面の高低差は、サセプタ５の外周部において最も顕著に表れる。そのため、判定１は、レーザ測長器２９をサセプタ５の外周部の上方に配置し、位置測定装置制御手段４５で取得したサセプタ５の外周部における連続測長データに基づいて行うのが好ましい。
連続測長データにおいて最大値となった箇所は、サセプタ５の上面が最も低くなっている箇所であり、また最小値となった箇所は、サセプタ５の上面が最も高くなっている箇所である。これら最大値と最小値の差が、サセプタ５の上面の高低差となる。該サセプタ５の上面の高低差がある値より大きい場合は、チャンバー本体１９とサセプタ５の間または、サセプタ５とサセプタカバーの間に、微細なゴミが挟まっている可能性がある。
【００３７】
判定手段４７には、予め、許容できる高低差を定めた閾値Ｔｄが設定されている。判定手段４７は、サセプタ５上面の高低差が閾値Ｔｄを超えた場合、チャンバー本体１９とサセプタ５の間または、サセプタ５とサセプタカバーの間に、微細なゴミが挟まっているとしてエラー判定する。この場合、判定手段４７は、モニター等で構成される表示手段４１にその旨を表示するよう通知する。この際、判定手段４７はサセプタ５の回転を停止させ、アーム２７を退避位置に戻す。
【００３８】
次に、判定２について以下に説明する。
サセプタ５が正しく嵌合しているかどうかは、サセプタ５の中心付近の高さを調べれば判定可能である。そのため、判定２は、位置測定装置制御手段４５でサセプタ５の中心付近について取得した距離データに基づいて行う。
判定手段４７には、予め、基準値Ｓと閾値Ｔｆが設定されている。ここで、基準値Ｓは、サセプタ５が正常に嵌合しているとした場合の、サセプタ５の中心付近における基準となる高さである。また、閾値Ｔｆは、サセプタ５の嵌合のずれにおける許容できる値である。
判定手段４７は、基準値Ｓと測長したレーザ測長器２９からサセプタ５の所定の位置までの距離を比較して、これらの差が閾値Ｔｆを超えた場合に、チャンバー本体１９とサセプタ５が正常に嵌合していないとしエラー判定する。この場合、判定手段４７は、表示手段４１にその旨を表示するよう通知する。その後、判定手段４７はサセプタ５の回転を停止させる。
【００３９】
判定１および判定２においてエラーと判定しない場合は、表示手段４１にサセプタ載置判定が正常に終了した旨の表示を行うように通知する。
【００４０】
なお、上記では、判定１の後に判定２を行ったが、この順番は前後してもよい。この場合、判定２で嵌合が正常であったと判定したときに判定１を行う。
【００４１】
以下、実施の形態１にかかるサセプタ載置判定装置３を用いたサセプタ載置判定方法の処理の流れを図３のフローチャートに基づいて説明する。
【００４２】
チャンバー本体１９にサセプタ５が載置されると、サセプタ設置確認手段４３が位置測定装置制御手段４５にその旨を通知する（Ｓ１）。次いで、位置測定装置制御手段４５は位置測定装置を制御して、アーム２７を制御して所定の位置に回動させる（Ｓ３）。その後、位置測定装置制御手段４５はサセプタ５を回転させ（Ｓ５）、レーザ測長器２９を用いて連続測長データを取得する（Ｓ７）。
【００４３】
判定手段４７は取得された連続測長データに基づいて判定１を行う（Ｓ９）。サセプタ５上面の高低差が閾値Ｔｄを超える場合、判定手段４７はエラーと判定し、表示手段４１にその旨を表示させる（Ｓ１１）。また、該表示と同時に、位置測定装置制御手段４５は位置測定装置を制御して、アーム２７を退避位置に移動させる（Ｓ１３）とともにサセプタ５の回転を停止させる（Ｓ１５）。
【００４４】
オペレータは手動で搬送ロボット７を制御して、サセプタ５を一旦交換テーブル１１もしくは交換ボックス１３に戻す（Ｓ１７）。オペレータはチャンバー本体１９の上やサセプタ５の裏面等を確認し、微細なゴミを清掃等によって除去する（Ｓ１９）。オペレータは再度、搬送ロボット７を制御してサセプタ５をチャンバー本体１９に戻す。その後、再度、サセプタ載置判定装置３によるサセプタ載置確認（Ｓ１）以降の処理が自動的に行われる。
【００４５】
判定１（Ｓ９）においてサセプタ５上面の高低差が正常と判定された場合、位置測定装置制御手段４５は位置測定装置２２を制御して、アーム２７の先端を所定の位置に位置させる（Ｓ２１）。その後、位置測定装置制御手段４５は、レーザ測長器２９を用いて、距離データの取得を行う（Ｓ２３）。
【００４６】
判定手段４７は、位置測定装置制御手段４５で取得された距離データに基づいて判定２を行う（Ｓ２５）。基準値Ｓと距離データを比較して、これらの差が閾値Ｔｆを超えた場合、判定手段４７はエラーと判定し、表示手段４１にその旨を表示させる（Ｓ２７）。また、該表示と同時に、位置測定装置制御手段４５は位置測定装置を制御して、アーム２７を退避位置に移動させる（Ｓ２９）とともにサセプタ５の回転を停止させる（Ｓ３１）。
【００４７】
オペレータは手動で搬送ロボット７を制御して、サセプタ５を一旦交換テーブル１１もしくは交換ボックス１３に戻す（Ｓ３３）。この際、サセプタ５は位置合わせ手段で位置合わせされる。オペレータは再度、搬送ロボット７を制御してサセプタ５をチャンバー本体１９に戻す。その後、再度、サセプタ載置判定装置３によるサセプタ載置確認（Ｓ１）以降の処理が自動的に行われる。
判定２（Ｓ２５）において、嵌合が正常であると判定されると、気相成長が開始される（Ｓ３５）。
【００４８】
［実施の形態２］
本実施の形態に係る気相成長装置５１は、実施の形態１のサセプタ載置判定装置３の構成に加えて、図４に示すように、搬送ロボット７を制御してサセプタ５を移動させる搬送ロボット制御手段４９を備えたものであり、その他の構成は、実施の形態１の気相成長装置と同様である。そのため、図４において、図１と同一部分について同一の番号を付して説明を省略する。以下、搬送ロボット制御手段４９について説明する。
【００４９】
＜搬送ロボット制御手段＞
搬送ロボット制御手段４９は、判定手段４７においてエラーと判定とした場合、搬送ロボット７を制御してサセプタ５を自動的に移動させるものである。移動の方法は判定内容によって異なる。
判定１において、エラーと判定した場合、搬送ロボット制御手段４９は、搬送ロボット７を制御して、サセプタ５を交換テーブル１１もしくは交換ボックス１３に戻す。
判定２において、エラーと判定した場合、搬送ロボット制御手段４９は、搬送ロボット７を制御して、サセプタ５を交換テーブル１１もしくは交換ボックス１３に戻す。その後、位置合わせ手段等によってサセプタ５の位置合わせが行われた後、再度、搬送ロボット７を駆動してサセプタ５をチャンバー本体１９に載置しなおす。
【００５０】
本実施の形態の気相成長装置の動作について搬送ロボット制御手段４９に着目して図５のフローチャートに基づいて説明する。
【００５１】
搬送ロボット制御手段４９はエラー判定がなされた場合にのみ動作するものであるので、まず、チャンバー本体１９とサセプタ５の間に微細なゴミが挟まっている場合について説明する。
チャンバー本体１９にサセプタ５が載置されて（Ｓ１）からサセプタ５の回転を停止させる（Ｓ１５）までは実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
サセプタ５の回転の停止（Ｓ１５）後、搬送ロボット制御手段４９は、搬送ロボット７を制御して、サセプタ５を交換テーブル１１もしくは交換ボックス１３に戻す（Ｓ３７）。Ｓ１９以降の処理は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００５２】
次に、チャンバー本体１９とサセプタ５が正常に嵌合していない場合について説明する。
チャンバー本体１９にサセプタ５が載置されて（Ｓ１）からサセプタ５の回転を停止させる（Ｓ３１）までは実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
サセプタ５の回転の停止（Ｓ３１）後、搬送ロボット制御手段４９は、搬送ロボット７を制御して、サセプタ５を交換テーブル１１もしくは交換ボックス１３に戻す（Ｓ３９）。その後、位置合わせ手段によってサセプタ５の位置合わせが行われた後、再度、サセプタ５をチャンバー本体１９に載置しなおす（Ｓ４１）。Ｓ３以降の処理は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【実施例】
【００５３】
以下、本発明の実施の形態に係るサセプタ載置判定装置３を搭載した気相成長装置の効果確認実験を行ったので以下これについて説明する。
効果確認実験は、基板載置部１７が６個あるサセプタを用いて６インチ基板上にＧａＮ薄膜の６枚同時成長を行う場合について行った。本発明例では、サセプタ載置判定装置３を用いて、サセプタの載置判定の途中で、判定１においてエラーと判定されたので、オペレータがチャンバー本体１９の上やサセプタの裏面の清掃を行うようにした。なお、判定１の閾値Ｔｄを０．４ｍｍとした。
また、比較例として、サセプタ載置判定を行わず、従来通りの気相成長を行った。
【００５４】
サセプタ載置判定装置３による判定を行った結果を図６に、比較例の結果を図７にそれぞれ示す。
図６および図７において、横軸は基板Ｎｏ.を示している。
また、図中の曲線は、基準点に対するサセプタの相対的な高さを示しており、右の縦軸にその目盛を付してある。各基板間において、基準点に対するサセプタの相対的な高さの差が大きいほど、サセプタの高低差が大きいことを意味している。
また、図中に黒丸で示したプロットは基板表面に生成されたＧａＮ薄膜の厚さを測定した結果を示しており、左の縦軸にその目盛を付してある。各プロット間のバラツキが小さいほど、各数基板においてＧａＮ薄膜の厚さを均一にできている（面間分布がよい）ことを意味している。
【００５５】
図６と図７とを比較すると、サセプタ載置判定装置３による判定を行って気相成長を行った方が、サセプタの高低差を小さく抑えることができている。また、サセプタ載置判定装置３による判定を行って気相成長を行った方が、各数基板において面間分布がよいことが分かる。
【００５６】
また、同様の本発明例と比較例について気相成長を５回ずつ実施した場合についての比較を行った。
本発明例の場合には、判定１においてエラーと判定されたため、その際、オペレータはチャンバー本体１９の上やサセプタの裏面の清掃を行った。
【００５７】
図８に本発明例の実験５回分の結果を示した。図８は縦軸がＧａＮ薄膜の厚さ、横軸が実験の実施回数を示している。また、各棒グラフは、基板表面に生成されたＧａＮ薄膜の厚さを測定した結果を基板載置部１７毎に示している。
また、図９に比較例における実験５回分の結果を示した。図９の縦軸等は図８と同様である。
【００５８】
図８を見ると、いずれの実験回の実験結果においても、ＧａＮ薄膜の厚さは概ね２．９±１μｍの範囲に収まっている。このことは、実験回数をかさねても、同程度のＧａＮ薄膜の厚さを期待でき、高い再現性が得られていることを意味する。
一方、図９を見ると、図８と比較して、各実験回の実験結果においても面間分布が不良である。また、各実験回の実験結果間において、これらの面間分布の不良度合いもばらついており、再現性が低い。
【００５９】
また、サセプタの載置判定を行って気相成長を行った場合の実験と、従来通りの方法で気相成長を行った場合の実験とで得られたそれぞれのＧａＮ薄膜を基にＬＥＤを製造し、それぞれのＬＥＤを発光させ、その光の波長の分布再現性を調べた。その結果、後者のＧａＮ薄膜を基に作成したＬＥＤの場合の波長の分布再現性はΔ１５ｎｍであったが、前者のＧａＮ薄膜を基に作成したＬＥＤの場合の波長の分布再現性はΔ５ｎｍであり、サセプタの載置判定を行うことで波長の分布再現性を抑えることができた。
【００６０】
以上のように、複数の基板に半導体薄膜を同時に成長させる気相成長装置１において、本発明に係るサセプタ載置判定装置３を用いれば、サセプタ上面の高低差がある場合これを検知することができ、清掃等で適切に対処できる。その結果として、ＧａＮ薄膜の面間分布および再現性が良好となり、各基板に与える温度及びガス流速のばらつきを低減し、均一な気相成長を行うことができる。
【符号の説明】
【００６１】
１ 気相成長装置
３ サセプタ載置判定装置
４ 反応炉
５ サセプタ
７ 搬送ロボット
９ グローブボックス
１１ 交換テーブル
１３ 交換ボックス
１５ 開口部
１７ 基板載置部
１８ 回転軸
１９ チャンバー本体
２１ サセプタ載置センサ
２２ 位置測定装置
２３ 腕
２５ 保持部
２７ アーム
２９ レーザ測長器
４１ 表示手段
４２ 制御部
４３ サセプタ設置確認手段
４５ 位置測定装置制御手段
４７ 判定手段
４９ 搬送ロボット制御手段
５１ 気相成長装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サセプタに複数の基板を載置して気相原料を供給することで前記基板面に化合物半導体薄膜を成長させる気相成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
サセプタに保持された基板を所定温度に加熱した状態で反応炉内に原料ガスを供給し、前記基板面に薄膜を堆積（成長）させる気相成長装置として、複数枚の基板に均一に薄膜を形成するため、サセプタを回転させるとともに、該サセプタの回転に伴って基板を載置する基板載置部材（基板トレイ）を回転させ、成膜中の基板を自公転させる機構を備えた気相成長装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
気相成長装置によりＧａＮ系半導体薄膜等の化合物半導体薄膜を成長させると、反応炉内がパーティクル等の反応物で汚染される。そこで、特許文献１にも開示されているように、サセプタがパーティクル等で汚染されるのを防ぐ目的で、サセプタ上にカバーを設置することが行われる。汚染されたサセプタカバーのみを反応炉から取り出し新たなサセプタカバーを設置することで、サセプタのパーティクル等による汚染の防止、かつ安定した成膜が可能である。
カバーの取り出し方法としては、特許文献１に開示されたように、カバーのみを搬送する方法、サセプタごと取り出してカバーを交換する方法がある。
【０００４】
また、気相成長装置における基板の設置及び取り出しには種々の方法があり、基板をピン設置等でサセプタにおける基板載置部に直接に搬入、搬出する方法や、基板をトレイに載せてトレイごと搬出入する方法、あるいは基板を載置する基板載置プレートをサセプタに設置して、サセプタごと搬出入する方法、またあるいはグローブボックス内でサセプタを別場所に搬出し、そこで基板の搬入を行い、再度サセプタを搬入する方法等である。
【０００５】
上記の気相成長装置は、サセプタに複数枚の基板を設置して一度に複数枚の基板に薄膜を成長させるものであるが、サセプタに単一の基板を設置して該基板に薄膜を成長させる気相成長装置が特許文献２に開示されている。
特許文献２に開示された気相成長装置は、基板保持部材と流路構成部材底部の相対位置関係を精度よく合わせることで、被処理基板表面に均一性の膜を気相成長させる気相成長装置を提供することを目的としている。
そして、この目的を達成するために、特許文献２に開示された気相成長装置においては、被処理基板との距離を測定するレーザ変位計と、流路構成部材と基板保持部材との位置関係を調整する位置調整装置と、レーザ変位計により得られたデータに基づいて上記位置調整装置を制御する制御装置とを備え、レーザ変位計で被処理基板との距離を複数点計測して、この計測値にもとづいて位置調整装置で被処理基板の位置を所定の位置に修正するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２５５０８３号公報
【特許文献２】特許第３９６４３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特に基板温度や原料ガスのガス流速に膜特性や膜分布が敏感に影響を受ける化合物半導体薄膜を成長する気相成長装置に関しては、特に多数枚の基板を同時に成長する場合、各基板に与える温度及びガス流速のばらつきを低減することが、均一な膜厚及び組成（発光ダイオード［LED］及びレーザーダイオード［LD］では波長に相当）を得るための必須条件となる。
【０００８】
ガス流速は供給するガス量及び流路の断面積から決まることから、これらガス量や流路断面積を均一に保持することが要求される。
ところが、気相成長装置においては、特許文献１に記載されているように、気相成長処理後の汚れたカバーの交換、もしくは基板の取り出し及び設置等の目的で、サセプタを反応炉から取り外すことがある。そのため、サセプタを取り外して再び設置する間に例えば反応炉内に浮遊していたゴミ等がサセプタ設置箇所に落下して付着すると、このゴミ等が反応炉とサセプタの間に挟まってしまい、サセプタが傾いて設置されることになる。サセプタに複数の基板が載置されている場合、サセプタが傾いて設置されると各基板上における流路断面が微妙に変化し、各基板間でガス流速にばらつきが生じ、均一な膜厚及び組成を得ることができなくなる。
上記の問題は、サセプタカバーのみを取り外す場合にも、サセプタカバーとサセプタとの間にゴミ等が挟まることでも生ずる。
また、サセプタを再設置する際において、仮にゴミ等が挟まらなかったとしても、サセプタの反応炉への設置に問題があり、サセプタが微妙に傾いたような場合にも同様の問題が生ずる。
【０００９】
また、基板温度に関しても、仮に基板を加熱するヒータがサセプタの下方に設置されている場合には、サセプタが傾斜して設置されるとサセプタの各部でヒータとの距離が変わるため、この距離の差に起因して各基板に温度差が生じてしまい、その結果、基板間において膜厚や組成のばらつきが生じてしまう。
【００１０】
以上のように、サセプタ及び／又はサセプタカバーを反応炉から取り外して再設置する構造を有する気相成長装置においては、ゴミ等や設置不良に起因して均一な膜厚及び組成を得ることができない場合が生ずるという問題があった。
【００１１】
この点、特許文献２に開示されたように、基板との距離をレーザ変位計で測定して該測定値に基づいて各基板の位置が同じになるように調整することも考えられるが、複数の基板を一つのサセプタに載置している場合には、非常に複雑な構造になり現実的には実現できないことになる。
【００１２】
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、サセプタに複数枚の基板を設置して一度に複数枚の基板に薄膜を成長させる気相成長装置において、ゴミ等の介在やサセプタの設置不良を原因とする膜厚の不均一が生じない気相成長装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
（１）本発明に係る気相成長装置は、回転可能でかつ着脱可能なサセプタに複数の基板を載置して各基板に化合物半導体薄膜を成長させる気相成長装置であって、
前記サセプタの載置状態を判定するサセプタ載置判定装置を有し、該サセプタ載置判定装置は、回転する前記サセプタにおける少なくとも2カ所の高さ位置を計測する位置測定装置と、該位置測定装置の計測値を入力して前記サセプタの高さ位置と傾斜が予め定めた許容値の範囲内かどうかを判定する判定手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記位置測定装置は、前記サセプタの径方向に移動可能になっていることを特徴とするものである。
【００１５】
（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記判定手段は、前記サセプタが１回転する際の高低差が許容値であるかどうかに基づいて前記サセプタの傾斜が許容値かどうかを判定し、前記サセプタの中央部の高さに基づいて前記サセプタの嵌合が適切か否かを判定することを特徴とするものである。
【００１６】
（４）また、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のものにおいて、前記サセプタが載置されたことを検知するサセプタ載置センサを有し、前記判定手段は前記サセプタ載置センサによって前記サセプタが載置されたことが検知されたときに、前記サセプタの載置状態を判定することを特徴とするものである。
【００１７】
（５）また、上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のものにおいて、前記サセプタを搬送する搬送ロボットと、前記サセプタの交換時に前記サセプタを一時的に載置する交換テーブルと、前記サセプタの交換を行う交換ボックスとを有し、
前記判定手段によって前記サセプタの高さ位置又は傾斜が予め定めた許容値を超えていると判定されたときに、前記搬送ロボットを駆動して前記サセプタを前記交換テーブル又は前記交換ボックスに搬送する搬送ロボット制御手段を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に気相成長装置においては、サセプタの載置状態を判定するサセプタ載置判定装置を有し、該サセプタ載置判定装置は、回転する前記サセプタにおける少なくとも2カ所の高さ位置を計測する位置測定装置と、該位置測定装置の計測値を入力して前記サセプタの高さ位置と傾斜が予め定めた許容値の範囲内かどうかを判定する判定手段とを備えたことにより、サセプタ交換時におけるゴミ等の介在やサセプタの設置不良を簡易に検出することができ、この設置不良に起因する膜厚の不均一を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明におけるサセプタ載置判定装置を備えた気相成長装置の構成を説明する図である。
【図２】サセプタの載置判定の様子を説明する斜視図である。
【図３】サセプタの載置判定の処理の流れ説明するフローチャート図である。
【図４】本発明の他の実施形態にかかる気相成長装置の構成を説明する図である。
【図５】他の実施形態におけるサセプタの載置判定の処理の流れ説明するフローチャート図である。
【図６】サセプタの載置判定を行った場合の実験結果を説明する図である。
【図７】サセプタの載置判定を行わなかった場合の実験結果を説明する図である。
【図８】サセプタの載置判定を行った場合の実験結果を説明する図である。
【図９】サセプタの載置判定を行わなかった場合の実験結果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［実施の形態１］
本実施の形態に係る気相成長装置１は、回転可能でかつ着脱可能なサセプタ５に複数の基板を載置して各基板に化合物半導体薄膜を成長させる気相成長装置１であって、サセプタ５の載置状態を判定するサセプタ載置判定装置３を有している。
本発明の実施の形態の特徴はサセプタ載置判定装置３にあるが、サセプタ載置判定装置３の構成を詳細に説明する前に、気相成長装置１におけるサセプタ載置判定装置３以外の構成について説明する。
気相成長装置１は、図１に示すように、サセプタ５が着脱可能に設置されて気相成長を行う反応炉４と、サセプタ５を搬送する搬送ロボット７と、搬送ロボット７及び反応炉４が収容されるグローブボックス９と、グローブボックス９内に設置されてサセプタ５の交換時にサセプタ５を一時的に載置する交換テーブル１１と、グローブボックス９の側壁に設けられてサセプタ５の交換を行う交換ボックス１３とを備えている。
以下各構成を詳細に説明する。
【００２１】
＜サセプタ＞
サセプタ５は、中央に開口部１５を有する全体形状がドーナツ状の円盤によって構成されている。サセプタ５には、薄膜が形成される基板が載置される基板載置部１７が複数設けられている。基板載置部１７の数は特に限定されず、例えば図１においては１１個のものが図示されている。
サセプタ５の中央の開口部１５には嵌合部が設けられており、サセプタ５は開口部１５に形成された嵌合部が反応炉４側の回転軸１８に嵌合して回転する構造になっている。
【００２２】
＜反応炉＞
反応炉４はサセプタ５が着脱可能に設置されて気相成長を行うものである。反応炉４の形態は特に限定されるものではない。
反応炉４の一形態を概説すると、全体形状が偏平円筒状をしており、下部側のチャンバー本体１９と、チャンバー本体１９を開閉するチャンバー蓋（図示なし）とを備えている。チャンバー本体１９の外周縁部は本体部フランジとなっており、チャンバー蓋の蓋部フランジと当接して反応炉４を気密に閉止できるようになっている。チャンバー蓋は、昇降機構によってチャンバー本体１９に対して昇降するようになっている。また、サセプタ５には、サセプタ５の上面を覆うサセプタカバーを取り付け可能となっている。なお、図１では、チャンバー蓋は上昇している状態を表しており、チャンバー本体１９のみ図示されている。
チャンバー本体１９の中心部には、原料ガス導入ノズル（図示なし）が設置され、サセプタ５に載置された基板に原料ガスを供給できるようになっている。
【００２３】
＜搬送ロボット＞
搬送ロボット７は、グローブボックス９内に設置されて、サセプタ５を搬送する。搬送ロボット７は、図１に示すように、複数の腕２３が関節で回動可能に連結され、先端の腕２３にサセプタ５を保持する保持部２５が設けられている。
搬送ロボット７は、各腕２３を旋回させることで、サセプタ５を反応炉４、交換テーブル１１、交換ボックス１３のそれぞれに搬送することができる。
【００２４】
＜グローブボックス＞
グローブボックス９は、搬送ロボット７及び反応炉４を収容する。グローブボックス９には、窒素ガスを供給して、ボックス内を窒素雰囲気に置換できるようになっている。
【００２５】
＜交換テーブル＞
交換テーブル１１は、グローブボックス９内に設置されてサセプタ５の交換時にサセプタ５を一時的に載置するものである。図１において交換テーブル１１の中に一点鎖線で図示された図形は、交換テーブル１１に載置された状態のサセプタ５を表している。
サセプタ５のチャンバー本体１９への載置は、サセプタ５の中心開口部に設けられた嵌合部とチャンバー本体１９の回転軸１８に設けられた嵌合部を正確に位置合わせして行う必要がある。例えば交換ボックス１３において正しい位置にサセプタ５を載置すれば、その状態で搬送ロボット７によってサセプタ５を保持してチャンバー本体１９に搬送して載置すれば正確に設置できるようになっている。もっとも、交換ボックス１３までサセプタ５を戻さなくても、交換テーブル１１において、サセプタ５をチャンバー本体１９に載置するための位置合わせ手段を設けるようにしてもよい。
【００２６】
＜交換ボックス＞
交換ボックス１３はサセプタ５の交換を行うためのもので、グローブボックス９の側面に設けられている。図１において交換ボックス１３の中に一点鎖線で図示された図形は、交換ボックス１３に載置された状態のサセプタ５を表している。
交換ボックス１３において所定の位置にサセプタ５を載置し、その状態でサセプタ５を搬送ロボット７で保持してチャンバー本体１９に載置すれば、サセプタ５が正しく載置できるようにするため、交換ボックス１３には位置決め手段が設けられている。
交換ボックス１３には、真空ポンプや窒素ガス供給管が接続され、交換ボックス１３内の雰囲気を窒素雰囲気に置換できるようになっている。
【００２７】
次に、サセプタ載置判定装置３について説明する。
サセプタ載置判定装置３は、サセプタ５が載置されたことを検知するサセプタ載置センサ２１と、回転するサセプタ５における少なくとも2カ所の高さ位置を計測する位置測定装置２２と、位置測定装置２２の計測値を入力してサセプタ５の高さ位置と傾斜が予め定めた許容値の範囲内かどうかを判定する判定手段４７とを備えている。
以下、各構成を詳細に説明する。
【００２８】
＜サセプタ載置センサ＞
サセプタ載置センサ２１は、チャンバー本体１９の下面側に設置され、チャンバー本体１９にサセプタ５が載置されたことを検知する。また、サセプタ載置センサ２１は、後述する制御部４２に電気的に接続されており、サセプタ５の載置が検知された場合、その旨を制御部４２に通知する。
【００２９】
＜位置測定装置＞
位置測定装置２２は、グローブボックス９の基端側が壁面などに取り付けられ、先端が水平方向に回動可能なアーム２７と、アーム２７を回動させるアーム駆動手段（図示なし）と、アーム２７に取り付けられて自己から自己の直下にある物までの距離を測長するレーザ測長器２９と、制御部４２側に設けられてアーム駆動手段の駆動等を行う位置測定装置制御手段４５を有している。
位置測定装置２２は、位置測定装置制御手段４５によって制御され、アーム２７の先端に取り付けられたレーザ測長器２９を、アーム２７の回動によってチャンバー本体１９上方の任意の位置に移動させ、レーザ測長器２９からレーザ測長器２９の直下にあるものまでの距離を測長する。
例えばチャンバー本体１９にサセプタ５が載置されている場合、アーム２７を回動することによりレーザ測長器２９をサセプタ５の径方向任意の位置に移動でき、当該位置からその真下のサセプタ５の上面までの距離が計測可能である。
図２は、位置測定装置を制御して、レーザ測長器２９からサセプタ５の中心付近までの距離を測長している様子を表している。
【００３０】
アーム２７は、チャンバー本体１９の上方に、一端がグローブボックス９の壁面などに取り付けられ、該一端を中心に、他端（先端）が水平方向に円弧を描くように回動するようになっている。アーム２７を回動させることでサセプタ５の径方向任意の位置にレーザ測長器２９を配置できる。
なお、アーム２７は回動自在な構成としたが、伸長自在な構成や、あるいは回動可能でかつ伸長自在な構成としてもよい。
【００３１】
アーム駆動手段は、アーム２７を回動させるものであり、例えばモータ等で構成される。
なお、例えばサセプタ５の交換時等、アーム２７がチャンバー本体１９の上方にあると邪魔となる場合には、他の部材と衝突しないような位置（例えば、図１中の２点鎖線で表すような位置。以下、「退避位置」という）にアーム２７を回動させ退避させるようにする。
【００３２】
制御部４２はＭＰＵ等で構成される演算手段と、該演算手段で実行されるプログラムを記憶するためのＲＯＭ等を有している。各手段（サセプタ設置確認手段４３、位置測定装置制御手段４５、判定手段４７等）は、前記ＲＯＭ等から所定のプログラムを読み出して前記演算手段を用いて演算を行うことによって実現される。以下に前記各手段について説明する。
【００３３】
＜サセプタ設置確認手段＞
サセプタ設置確認手段４３は、サセプタ載置センサ２１の信号を入力して、サセプタ５がチャンバー本体１９に載置されたかどうかを検知する。サセプタ設置確認手段４３は、サセプタ５が載置されたことを検知すると、その旨を位置測定装置制御手段４５に通知する。
【００３４】
＜位置測定装置制御手段＞
位置測定装置制御手段４５は、位置測定装置２２を制御して、レーザ測長器２９からレーザ測長器２９の直下にあるサセプタ５上面のまでの距離（サセプタカバーを取り付けた場合はサセプタカバー上面までの距離。以下、同じ）を測長し、距離データとして取得する。この際、サセプタ５を回転させ、サセプタ５上面の複数箇所について連続して測長することもでき、このように複数箇所を連続して取得したデータ（以下、「連続測長データ」という）を得ることで、サセプタの傾斜状態を検知することができる。
【００３５】
＜判定手段＞
判定手段４７は、位置測定装置制御手段４５で取得した距離データを基に、サセプタ５の載置状態を判定するものである。判定は、サセプタ５の上面の高低差（うねり）が許容できる値であるかどうかについての判定（以下、「判定１」という）と、チャンバー本体１９とサセプタ５が正常に嵌合しているかどうかについての判定（以下、「判定２」という）を行う。
【００３６】
判定１について以下に説明する。サセプタ５の上面の高低差は、サセプタ５の外周部において最も顕著に表れる。そのため、判定１は、レーザ測長器２９をサセプタ５の外周部の上方に配置し、位置測定装置制御手段４５で取得したサセプタ５の外周部における連続測長データに基づいて行うのが好ましい。
連続測長データにおいて最大値となった箇所は、サセプタ５の上面が最も低くなっている箇所であり、また最小値となった箇所は、サセプタ５の上面が最も高くなっている箇所である。これら最大値と最小値の差が、サセプタ５の上面の高低差となる。該サセプタ５の上面の高低差がある値より大きい場合は、チャンバー本体１９とサセプタ５の間または、サセプタ５とサセプタカバーの間に、微細なゴミが挟まっている可能性がある。
【００３７】
判定手段４７には、予め、許容できる高低差を定めた閾値Ｔｄが設定されている。判定手段４７は、サセプタ５上面の高低差が閾値Ｔｄを超えた場合、チャンバー本体１９とサセプタ５の間または、サセプタ５とサセプタカバーの間に、微細なゴミが挟まっているとしてエラー判定する。この場合、判定手段４７は、モニター等で構成される表示手段４１にその旨を表示するよう通知する。この際、判定手段４７はサセプタ５の回転を停止させ、アーム２７を退避位置に戻す。
【００３８】
次に、判定２について以下に説明する。
サセプタ５が正しく嵌合しているかどうかは、サセプタ５の中心付近の高さを調べれば判定可能である。そのため、判定２は、位置測定装置制御手段４５でサセプタ５の中心付近について取得した距離データに基づいて行う。
判定手段４７には、予め、基準値Ｓと閾値Ｔｆが設定されている。ここで、基準値Ｓは、サセプタ５が正常に嵌合しているとした場合の、サセプタ５の中心付近における基準となる高さである。また、閾値Ｔｆは、サセプタ５の嵌合のずれにおける許容できる値である。
判定手段４７は、基準値Ｓと測長したレーザ測長器２９からサセプタ５の所定の位置までの距離を比較して、これらの差が閾値Ｔｆを超えた場合に、チャンバー本体１９とサセプタ５が正常に嵌合していないとしエラー判定する。この場合、判定手段４７は、表示手段４１にその旨を表示するよう通知する。その後、判定手段４７はサセプタ５の回転を停止させる。
【００３９】
判定１および判定２においてエラーと判定しない場合は、表示手段４１にサセプタ載置判定が正常に終了した旨の表示を行うように通知する。
【００４０】
なお、上記では、判定１の後に判定２を行ったが、この順番は前後してもよい。この場合、判定２で嵌合が正常であったと判定したときに判定１を行う。
【００４１】
以下、実施の形態１にかかるサセプタ載置判定装置３を用いたサセプタ載置判定方法の処理の流れを図３のフローチャートに基づいて説明する。
【００４２】
チャンバー本体１９にサセプタ５が載置されると、サセプタ設置確認手段４３が位置測定装置制御手段４５にその旨を通知する（Ｓ１）。次いで、位置測定装置制御手段４５は位置測定装置を制御して、アーム２７を制御して所定の位置に回動させる（Ｓ３）。その後、位置測定装置制御手段４５はサセプタ５を回転させ（Ｓ５）、レーザ測長器２９を用いて連続測長データを取得する（Ｓ７）。
【００４３】
判定手段４７は取得された連続測長データに基づいて判定１を行う（Ｓ９）。サセプタ５上面の高低差が閾値Ｔｄを超える場合、判定手段４７はエラーと判定し、表示手段４１にその旨を表示させる（Ｓ１１）。また、該表示と同時に、位置測定装置制御手段４５は位置測定装置を制御して、アーム２７を退避位置に移動させる（Ｓ１３）とともにサセプタ５の回転を停止させる（Ｓ１５）。
【００４４】
オペレータは手動で搬送ロボット７を制御して、サセプタ５を一旦交換テーブル１１もしくは交換ボックス１３に戻す（Ｓ１７）。オペレータはチャンバー本体１９の上やサセプタ５の裏面等を確認し、微細なゴミを清掃等によって除去する（Ｓ１９）。オペレータは再度、搬送ロボット７を制御してサセプタ５をチャンバー本体１９に戻す。その後、再度、サセプタ載置判定装置３によるサセプタ載置確認（Ｓ１）以降の処理が自動的に行われる。
【００４５】
判定１（Ｓ９）においてサセプタ５上面の高低差が正常と判定された場合、位置測定装置制御手段４５は位置測定装置２２を制御して、アーム２７の先端を所定の位置に位置させる（Ｓ２１）。その後、位置測定装置制御手段４５は、レーザ測長器２９を用いて、距離データの取得を行う（Ｓ２３）。
【００４６】
判定手段４７は、位置測定装置制御手段４５で取得された距離データに基づいて判定２を行う（Ｓ２５）。基準値Ｓと距離データを比較して、これらの差が閾値Ｔｆを超えた場合、判定手段４７はエラーと判定し、表示手段４１にその旨を表示させる（Ｓ２７）。また、該表示と同時に、位置測定装置制御手段４５は位置測定装置を制御して、アーム２７を退避位置に移動させる（Ｓ２９）とともにサセプタ５の回転を停止させる（Ｓ３１）。
【００４７】
オペレータは手動で搬送ロボット７を制御して、サセプタ５を一旦交換テーブル１１もしくは交換ボックス１３に戻す（Ｓ３３）。この際、サセプタ５は位置合わせ手段で位置合わせされる。オペレータは再度、搬送ロボット７を制御してサセプタ５をチャンバー本体１９に戻す。その後、再度、サセプタ載置判定装置３によるサセプタ載置確認（Ｓ１）以降の処理が自動的に行われる。
判定２（Ｓ２５）において、嵌合が正常であると判定されると、気相成長が開始される（Ｓ３５）。
【００４８】
［実施の形態２］
本実施の形態に係る気相成長装置５１は、実施の形態１のサセプタ載置判定装置３の構成に加えて、図４に示すように、搬送ロボット７を制御してサセプタ５を移動させる搬送ロボット制御手段４９を備えたものであり、その他の構成は、実施の形態１の気相成長装置と同様である。そのため、図４において、図１と同一部分について同一の番号を付して説明を省略する。以下、搬送ロボット制御手段４９について説明する。
【００４９】
＜搬送ロボット制御手段＞
搬送ロボット制御手段４９は、判定手段４７においてエラーと判定とした場合、搬送ロボット７を制御してサセプタ５を自動的に移動させるものである。移動の方法は判定内容によって異なる。
判定１において、エラーと判定した場合、搬送ロボット制御手段４９は、搬送ロボット７を制御して、サセプタ５を交換テーブル１１もしくは交換ボックス１３に戻す。
判定２において、エラーと判定した場合、搬送ロボット制御手段４９は、搬送ロボット７を制御して、サセプタ５を交換テーブル１１もしくは交換ボックス１３に戻す。その後、位置合わせ手段等によってサセプタ５の位置合わせが行われた後、再度、搬送ロボット７を駆動してサセプタ５をチャンバー本体１９に載置しなおす。
【００５０】
本実施の形態の気相成長装置の動作について搬送ロボット制御手段４９に着目して図５のフローチャートに基づいて説明する。
【００５１】
搬送ロボット制御手段４９はエラー判定がなされた場合にのみ動作するものであるので、まず、チャンバー本体１９とサセプタ５の間に微細なゴミが挟まっている場合について説明する。
チャンバー本体１９にサセプタ５が載置されて（Ｓ１）からサセプタ５の回転を停止させる（Ｓ１５）までは実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
サセプタ５の回転の停止（Ｓ１５）後、搬送ロボット制御手段４９は、搬送ロボット７を制御して、サセプタ５を交換テーブル１１もしくは交換ボックス１３に戻す（Ｓ３７）。Ｓ１９以降の処理は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００５２】
次に、チャンバー本体１９とサセプタ５が正常に嵌合していない場合について説明する。
チャンバー本体１９にサセプタ５が載置されて（Ｓ１）からサセプタ５の回転を停止させる（Ｓ３１）までは実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
サセプタ５の回転の停止（Ｓ３１）後、搬送ロボット制御手段４９は、搬送ロボット７を制御して、サセプタ５を交換テーブル１１もしくは交換ボックス１３に戻す（Ｓ３９）。その後、位置合わせ手段によってサセプタ５の位置合わせが行われた後、再度、サセプタ５をチャンバー本体１９に載置しなおす（Ｓ４１）。Ｓ３以降の処理は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【実施例】
【００５３】
以下、本発明の実施の形態に係るサセプタ載置判定装置３を搭載した気相成長装置の効果確認実験を行ったので以下これについて説明する。
効果確認実験は、基板載置部１７が６個あるサセプタを用いて６インチ基板上にＧａＮ薄膜の６枚同時成長を行う場合について行った。本発明例では、サセプタ載置判定装置３を用いて、サセプタの載置判定の途中で、判定１においてエラーと判定されたので、オペレータがチャンバー本体１９の上やサセプタの裏面の清掃を行うようにした。なお、判定１の閾値Ｔｄを０．４ｍｍとした。
また、比較例として、サセプタ載置判定を行わず、従来通りの気相成長を行った。
【００５４】
サセプタ載置判定装置３による判定を行った結果を図６に、比較例の結果を図７にそれぞれ示す。
図６および図７において、横軸は基板Ｎｏ.を示している。
また、図中の曲線は、基準点に対するサセプタの相対的な高さを示しており、右の縦軸にその目盛を付してある。各基板間において、基準点に対するサセプタの相対的な高さの差が大きいほど、サセプタの高低差が大きいことを意味している。
また、図中に黒丸で示したプロットは基板表面に生成されたＧａＮ薄膜の厚さを測定した結果を示しており、左の縦軸にその目盛を付してある。各プロット間のバラツキが小さいほど、各数基板においてＧａＮ薄膜の厚さを均一にできている（面間分布がよい）ことを意味している。
【００５５】
図６と図７とを比較すると、サセプタ載置判定装置３による判定を行って気相成長を行った方が、サセプタの高低差を小さく抑えることができている。また、サセプタ載置判定装置３による判定を行って気相成長を行った方が、各数基板において面間分布がよいことが分かる。
【００５６】
また、同様の本発明例と比較例について気相成長を５回ずつ実施した場合についての比較を行った。
本発明例の場合には、判定１においてエラーと判定されたため、その際、オペレータはチャンバー本体１９の上やサセプタの裏面の清掃を行った。
【００５７】
図８に本発明例の実験５回分の結果を示した。図８は縦軸がＧａＮ薄膜の厚さ、横軸が実験の実施回数を示している。また、各棒グラフは、基板表面に生成されたＧａＮ薄膜の厚さを測定した結果を基板載置部１７毎に示している。
また、図９に比較例における実験５回分の結果を示した。図９の縦軸等は図８と同様である。
【００５８】
図８を見ると、いずれの実験回の実験結果においても、ＧａＮ薄膜の厚さは概ね２．９±１μｍの範囲に収まっている。このことは、実験回数をかさねても、同程度のＧａＮ薄膜の厚さを期待でき、高い再現性が得られていることを意味する。
一方、図９を見ると、図８と比較して、各実験回の実験結果においても面間分布が不良である。また、各実験回の実験結果間において、これらの面間分布の不良度合いもばらついており、再現性が低い。
【００５９】
また、サセプタの載置判定を行って気相成長を行った場合の実験と、従来通りの方法で気相成長を行った場合の実験とで得られたそれぞれのＧａＮ薄膜を基にＬＥＤを製造し、それぞれのＬＥＤを発光させ、その光の波長の分布再現性を調べた。その結果、後者のＧａＮ薄膜を基に作成したＬＥＤの場合の波長の分布再現性はΔ１５ｎｍであったが、前者のＧａＮ薄膜を基に作成したＬＥＤの場合の波長の分布再現性はΔ５ｎｍであり、サセプタの載置判定を行うことで波長の分布再現性を抑えることができた。
【００６０】
以上のように、複数の基板に半導体薄膜を同時に成長させる気相成長装置１において、本発明に係るサセプタ載置判定装置３を用いれば、サセプタ上面の高低差がある場合これを検知することができ、清掃等で適切に対処できる。その結果として、ＧａＮ薄膜の面間分布および再現性が良好となり、各基板に与える温度及びガス流速のばらつきを低減し、均一な気相成長を行うことができる。
【符号の説明】
【００６１】
１ 気相成長装置
３ サセプタ載置判定装置
４ 反応炉
５ サセプタ
７ 搬送ロボット
９ グローブボックス
１１ 交換テーブル
１３ 交換ボックス
１５ 開口部
１７ 基板載置部
１８ 回転軸
１９ チャンバー本体
２１ サセプタ載置センサ
２２ 位置測定装置
２３ 腕
２５ 保持部
２７ アーム
２９ レーザ測長器
４１ 表示手段
４２ 制御部
４３ サセプタ設置確認手段
４５ 位置測定装置制御手段
４７ 判定手段
４９ 搬送ロボット制御手段
５１ 気相成長装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能でかつ着脱可能なサセプタに複数の基板を載置して各基板に化合物半導体薄膜を成長させる気相成長装置であって、
前記サセプタの載置状態を判定するサセプタ載置判定装置を有し、該サセプタ載置判定装置は、回転する前記サセプタにおける少なくとも2カ所の高さ位置を計測する位置測定装置と、該位置測定装置の計測値を入力して前記サセプタの高さ位置と傾斜が予め定めた許容値の範囲内かどうかを判定する判定手段とを備えたことを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
前記位置測定装置は、前記サセプタの径方向に移動可能になっ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】
前記判定手段は、前記サセプタが１回転する際の高低差が許容値であるかどうかに基づいて前記サセプタの傾斜が許容値かどうかを判定し、前記サセプタの中央部の高さに基づいて前記サセプタの嵌合が適切か否かを判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記サセプタが載置されたことを検知するサセプタ載置センサを有し、前記判定手段は前記サセプタ載置センサによって前記サセプタが載置されたことが検知されたときに、前記サセプタの載置状態を判定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の気相成長装置。
【請求項５】
前記サセプタを搬送する搬送ロボットと、前記サセプタの交換時に前記サセプタを一時的に載置する交換テーブルと、前記サセプタの交換を行う交換ボックスとを有し、
前記判定手段によって前記サセプタの高さ位置又は傾斜が予め定めた許容値を超えていると判定されたときに、前記搬送ロボットを駆動して前記サセプタを前記交換テーブル又は前記交換ボックスに搬送する搬送ロボット制御手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の気相成長装置。
【請求項１】
回転可能でかつ着脱可能なサセプタに複数の基板を載置して各基板に化合物半導体薄膜を成長させる気相成長装置であって、
前記サセプタの載置状態を判定するサセプタ載置判定装置を有し、該サセプタ載置判定装置は、回転する前記サセプタにおける少なくとも2カ所の高さ位置を計測する位置測定装置と、該位置測定装置の計測値を入力して前記サセプタの高さ位置と傾斜が予め定めた許容値の範囲内かどうかを判定する判定手段とを備えたことを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
前記位置測定装置は、前記サセプタの径方向に移動可能になっ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】
前記判定手段は、前記サセプタが１回転する際の高低差が許容値であるかどうかに基づいて前記サセプタの傾斜が許容値かどうかを判定し、前記サセプタの中央部の高さに基づいて前記サセプタの嵌合が適切か否かを判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記サセプタが載置されたことを検知するサセプタ載置センサを有し、前記判定手段は前記サセプタ載置センサによって前記サセプタが載置されたことが検知されたときに、前記サセプタの載置状態を判定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の気相成長装置。
【請求項５】
前記サセプタを搬送する搬送ロボットと、前記サセプタの交換時に前記サセプタを一時的に載置する交換テーブルと、前記サセプタの交換を行う交換ボックスとを有し、
前記判定手段によって前記サセプタの高さ位置又は傾斜が予め定めた許容値を超えていると判定されたときに、前記搬送ロボットを駆動して前記サセプタを前記交換テーブル又は前記交換ボックスに搬送する搬送ロボット制御手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−１１５２１５（Ｐ２０１３−１１５２１５Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５９４８８（Ｐ２０１１−２５９４８８）
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（０００２３１２３５）大陽日酸株式会社 (642)
【出願人】（５０９０５４００５）大陽日酸イー・エム・シー株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（０００２３１２３５）大陽日酸株式会社 (642)
【出願人】（５０９０５４００５）大陽日酸イー・エム・シー株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
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