JP2005068502A

JP2005068502A - 気相成長装置

Info

Publication number: JP2005068502A
Application number: JP2003300983A
Authority: JP
Inventors: Toshinori Okada; 俊範岡田; Nobumasa Tanaka; 伸昌田中; Yutaka Araki; 豊新木
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-08-26
Filing date: 2003-08-26
Publication date: 2005-03-17

Abstract

【課題】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
。
【解決手段】被処理基板１１の主面に垂直な方向には、被処理基板１１との距
離を測定するレーザ変位計２４を含む位置測定装置が配設され、流路構成部材７
の開口部１０が形成された壁面および基板保持部材１２の表面の、位置測定装置
による測定対象部位は、位置測定装置から出射するレーザ光を少なくとも測定に
必要な程度に反射することが可能となるように構成されており、流路構成部材７
と基板保持部材１２との位置関係を調整する位置調整装置１８および位置調整装
置を制御する制御装置２３を備えるように構成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、本発明は気相成長装置に関するものであり、特に、均一な膜を被
処理基板上に形成することができる気相成長装置に関する。

図１２は、従来の横型ＭＯＣＶＤ(ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉ
ｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：有機金属化学気相蒸着法)装置の
構造を示す縦断面図である。図１２に示すように、従来の横型ＭＯＣＶＤ装置に
おいては、直方体形状のチャンバー１を貫通する流路構成部材７が設置され、一
端にガス供給口３が形成され、他端にはガス排出口４が形成されている。流路構
成部材７の略中央部には、円形の開口部１０が設けられており、開口部１０には
、被処理基板１１を載置する基板保持部材１２と基板保持部材１２を保持するサ
セプタ１３が位置している。流路構成部材７の底板部の表面と基板保持部材１２
の表面とは略同一平面を形成している。また、サセプタ１３の下部には被処理基
板１１を加熱するための基板加熱ヒーター１５が設置されている。

被処理基板１１の主表面に薄膜を形成するときは、原料ガス（以下単にガスと
称する）をガス供給口３から流路構成部材７で形成された反応室２へ導入する。
このときサセプタ１３の下部に設けられた基板加熱ヒーター１５により被処理基
板１１が加熱され、被処理基板１１上での成膜化学反応が促進されることにより
、被処理基板１１上に薄膜が形成される。被処理基板１１上を通過したガスは、
ガス排出口４より排出される。

このような横型ＭＯＣＶＤ装置で品質の良い優れた結晶成長を実現させるため
には、高温のサセプタ１３上にある被処理基板１１付近において、ガス供給口３
から導入されて流路構成部材７を流れるガスの流速分布や温度が、空間的に均一
でなければならない。そのため、流路構成部材７の内部におけるガスの流れにお
いて渦や乱れが発生しないようにし、ガスが層流となるように、ガスの流し方や
温度の制御および反応炉の工夫が必要である。

基板保持部材１２の表面と、流路構成部材７の底板部８の表面の相対位置関係
によって、被処理基板１１の近傍の材料ガスの流れが大きく変化し、薄膜形成に
大きな影響を及ぼす。そのため相対位置関係の精度は０．１ｍｍ以下の精度が要
求され、両者の位置決め精度が非常に重要である。

この位置決め方法に関する第１の従来例として、基板保持部材１２の表面と流
路構成部材７の底板部の表面の相対位置関係、すなわち両者間の隙間、平行度を
隙間ゲージ（ブロックゲージ）等を用いて測定する方法がある。

また、第２の従来例として、特許文献１に記載されている位置決め方法がある
。図１３にその気相成長装置の構造を示す。特許文献１には、図１３に示すよう
な多数枚の半導体基板上に同時にエピタキシャル成長させることが可能なバレル
型ＭＯＣＶＤ装置が記載されている。このバレル型ＭＯＣＶＤ装置は、ガス供給
口３およびガス排出口４を備えた反応室２、被処理基板１１を保持するサセプタ
１３、サセプタ１３を支持するサセプタ支持部材２７、および、サセプタを回転
させる回転装置２８からなり、サセプタ１３の中心軸に対する回転軸の変位を測
定する位置測定装置１９、この位置測定装置１９の信号に応じて位置を調整する
位置調整装置１８、および、位置調整装置１８を制御する制御装置２３を有して
いる。

このように位置測定装置１９、位置調整装置１８、および、制御装置２３を設
けたことにより、サセプタ１３の回転軸と中心軸とのズレを検出し、調整して、
加熱源と被処理基板１１との距離を各被処理基板１１で略等しくすることができ
る。それによって、不純物濃度等に起因する均一な電気的特性、および光学的特
性を有するエピタキシャル層を再現性良く成長させることができる。

また、一般に流路構成部材７および基板保持部材１２は、次の理由から石英材
料が用いられる。石英材料は、高純度化が容易で熱的にも化学的にも安定してい
る。加工が容易で任意の形状に整形可能である。石英反応管の内面に付着した半
導体材料のみを適当なエッチング液で洗浄が可能で、繰り返し使用することがで
きる。等多くの利点がある。

しかしながら、石英材料で構成した流路構成部材７の壁面や、基板保持部材１
２には、半導体薄膜結晶が付着して積層することが避けられない。付着した半導
体薄膜結晶と石英とは、濡れ性および密着性が悪く、また、石英材料と半導体結
晶材料との熱膨張率が異なることに起因して、被処理基板の昇温や降温に伴って
石英管内面に付着した半導体薄膜が剥離するという現象が発生する。この剥離し
た半導体薄膜が、気相成長前もしくは気相成長中に成長基板面に付着した場合、
要求される正常なエピタキシャル層は得られず、その後のデバイスプロセス等へ
供することは不可能となってしまう。

また、半導体薄膜結晶の積層状態によっては、ガスの流れが乱されるといった
現象も発生する。このような問題を回避するため、従来このような剥離やガスの
流れを乱す半導体薄膜結晶が発生する前に、流路構成部材や基板保持部材を取り
出して洗浄する方法が一般的に用いられている。
特開平８−２１３３２９号公報

上記のように、相対位置関係の精度は０．１ｍｍ以下の精度が要求されている
。第一の従来例においては、隙間ゲージ（ブロックゲージ）等を用いて人手によ
り測定しているため、上記の精度を確保することが困難であり、測定者による個
人差が発生するなどの問題があった。

また、第二の従来例のような位置測定装置１９と位置調整装置１８からなる構
成は、基本的にはバレル型ＭＯＣＶＤ装置のみに適用できるものである。横型Ｍ
ＯＣＶＤ装置においても、同様に回転する基板保持部材の回転軸と中心軸にずれ
が生じるため、回転する基板保持部材の回転位置の測定には適用可能である。し
かし、横型ＭＯＣＶＤ装置の場合、基板保持部材の実際の回転軸の位置と設計上
の中心の位置のずれだけではなく、基板保持部材と流路構成部材の高さずれや、
両者間の隙間を調整して、両者の相対位置関係を精度よく合わせこむ必要がある
。そのため、第二の従来例に示す技術では、薄膜形成に大きな影響を及ぼす基板
保持部材の表面と流路構成部材の底部の相対位置関係の測定を行うことができな
い。さらに、流路構成部材や基板保持部材が石英製の場合には、レーザ光を透過
してしまうため、レーザ光を用いた位置測定は困難である。

また、流路構成部材や基板保持部材に付着して積層する半導体薄膜結晶問題を
回避するためには、頻繁な流路構成部材や基板保持部材の洗浄を実施する必要が
ある。このような洗浄を繰り返し行うと、石英製の流路構成部材や基板保持部材
は、エッチング処理によって、徐々にその寸法が変化していく。そのため、当初
位置決めされた状態からずれていくという問題が発生する。しかし、このような
洗浄の度に、従来のように隙間ゲージ（ブロックゲージ）等を用いて位置決めを
行う場合には、その位置決めに際し、反応部が一度大気にさらされることになる
ため、洗浄の直後では残留酸素や残留水分がかなり存在する。このため真空ベー
クアウトなどの方法により残留酸素、残留水分除去を行うが、成膜可能なレベル
に達するまで数時間から数十時間を要し、時間的ロスが大きく、生産性が著しく
低下する。

一方、流路構成部材や基板保持部材を大気暴露することなく、自動搬送によっ
て装置内外へ搬送および設置するようにすると、その設置位置精度は、自動搬送
機構の位置決め精度に依存することとなる。そのため、このような方法では、位
置決め精度を保証することができなかった。

本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、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する。

この発明に基づいた気相成長装置に従えば、ガス供給口およびガス排出口に連
通する反応室を構成し、そのいずれかの壁面に円形の開口部が形成された流路構
成部材と、上記開口部に配設され被処理基板を保持する円形の基板保持部材と、
上記基板保持部材を回転駆動させる回転装置とを備えた気相成長装置であって、
上記被処理基板の主面に垂直な方向には、上記被処理基板との距離を測定するレ
ーザ変位計を含む位置測定装置が配設され、上記流路構成部材の開口部が形成さ
れた壁面および基板保持部材の表面の、上記位置測定装置による測定対象部位は
、上記位置測定装置から出射するレーザ光を少なくとも測定に必要な程度に反射
することが可能となるように構成されており、上記流路構成部材と上記基板保持
部材との位置関係を調整する位置調整装置および上記位置測定装置により得られ
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を備えている。

上記気相成長装置によれば、レーザ変位計を含む位置測定装置を備えているの
で、測定対象部位に接触することなく、直接流路構成部材や基板保持部材の位置
を測定することが可能となる。この測定結果に基づき、位置調整装置を作動させ
ることで、実際の測定値に基づく位置調整を行なうことができる。その結果、流
路構成部材と基板保持部との位置ずれによりガスの流れが乱れることを防止し、
均一な膜を被処理基板上に形成することが可能となる。

上記気相成長装置において好ましくは、上記位置測定装置は上記流路構成部材
を包囲し、気密状態を保持するチャンバーの外側に設けられている。この構成に
よると、チャンバーの気密性を害することなく、位置測定装置による測定を行な
うことができる。

上記気相成長装置においてさらに好ましくは、上記位置測定装置は、上記被処
理基板に対向する平面内の直交する２軸に沿って移動可能であり、上記制御装置
は、上記２軸上の各点における測定値から、流路構成部材の開口部の周縁と基板
保持部材との間隔を算出し、この算出結果に基づいて位置調整装置を制御する。
この構成によると、位置測定装置の測定結果に基づき、基板保持部材と流路構成
部材との間隔を、適切な間隔に調整することができる。

上記気相成長装置においてさらに好ましくは、上記位置測定装置は、流路構成
部材および基板保持部材の測定対象部位の少なくとも３点について測定を行なう
ことが可能であり、上記制御装置は、上記２軸上の各点における測定値から、流
路構成部材の開口部が形成された壁面と基板保持部材の表面との段差を算出し、
この算出結果に基づいて位置調整装置を制御する。この構成によると、位置測定
装置の測定結果に基づき、基板保持部材と流路構成部材の高さを、相互に適切な
位置に調整することができる。

上記気相成長装置においてさらに好ましくは、上記位置測定装置は、画像取得
装置をさらに備え、上記制御装置は、上記画像取得装置で撮影した画像を処理し
て算出したデータに基づいて、流路構成部材の開口部と基板保持部材との被処理
基板の主表面の面内方向における位置関係を調整するよう位置調整装置を制御す
る。この構成によると、位置測定装置の画像取得装置で取得した画像に基づき、
基板保持部材と流路構成部材との位置関係を調整することができる。

上記気相成長装置においてさらに好ましくは、上記画像取得装置により、上記
基板保持部材の回転時の異なる位相における、少なくとも３つの画像データを取
得し、上記各画像データから、各位相における基板保持部材の中心位置を算出し
、上記算出した中心位置から、基板保持部材の回転時の、基板保持部材の中心の
軌跡円を算出し、上記軌跡円の中心と上記開口部の中心位置とが一致するように
位置調整装置を制御する。この構成によると、３枚の画像からなる画像データか
ら、位置調整装置を制御するために必要なデータを取得することができる。

上記気相成長装置においてさらに好ましくは、上記制御装置は、上記画像取得
装置により、上記基板保持部材１回転する間の画像を連続的に撮影して画像デー
タを取得し、上記画像データを処理して、直交する２軸上における基板保持部材
の外周と流路構成部材の開口部周縁との間隔の最大値および最小値を算出し、上
記最大値および最小値が、上記の直交する２軸上において等しくなるように位置
調整装置を制御する。この構成によると、連続して撮影した画像データから、位
置調整装置を制御するために必要なデータを取得することができる。

上記気相成長装置においてさらに好ましくは、上記レーザ変位計の受光素子の
前方に、上記レーザ変位計が出射するレーザ光を主に透過するバンドパスフィル
タが配設されている。この構成によると、被処理基板が高温になり、被処理基板
からレーザ光に干渉するような放射エネルギが放出されても、バンドパスフィル
タによりそれらをカットすることができるので、その影響を回避しながら高温状
態でも測定が可能である。

上記気相成長装置においてさらに好ましくは、上記レーザ変位計の受光素子の
前方には、上記レーザ変位計の受光素子への光の入射角度を制限するスリットが
配設されている。この構成によると、被処理基板が高温になり、被処理基板から
レーザ光に干渉するような放射エネルギが放出されても、スリットによりレーザ
光と異なる方向からの光をカットすることができるので、その影響を回避しなが
ら高温状態でも測定が可能である。

上記気相成長装置においてさらに好ましくは、上記流路構成部材および上記基
板保持部材は、石英により構成されており、測定対象部位は失透状態に加工され
ている。測定対象部位を失透状態に加工することで、流路構成部材および基板保
持部材が石英で構成されている場合であっても、レーザ光を用いた測定が可能と
なる。

本発明によると、流路構成部材と基板保持部との位置ずれを修正することがで
きて、この位置ずれによるガスの流れが乱れを防止でき、被処理基板上に均一な
膜を形成することができる。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は本実施の形態における気相成長装置の構造を示す平面図、図２は縦断面
図、図３は被処理基板周辺の構造を示す拡大図、図４はレーザ変位計による計測
状態を示す説明図、図５は基板保持部材と開口部の位置を示す平面図、図６はレ
ーザ変位計の計測結果を示すグラフである。

（気相成長装置の構造）
図１に示すように、この気相成長装置においては、内部を大気側と隔離し、気
密状態を保持するチャンバー１の内部に筒状の流路構成部材７を配置しており、
この流路構成部材７により直方体形状の反応室２を構成している。流路構成部材
７の両端は、それぞれ上流側流路構成部材５および下流側流路構成部材６に連通
している。上流側流路構成部材５の端部は、ガス供給口３を構成しており、下流
側流路構成部材６の端部は、ガス排出口４を構成している。また、流路構成部材
７は、反応室２の床を構成する平板状の底板部８と、側壁および天井を構成する
天井部９の２つの部材によって構成されている。底板部８には、円形の開口部１
０が形成されており、その開口部１０の内部には、被処理基板１１を載置する基
板保持部材１２が設置されている。

基板保持部材１２は、適度な厚さを持った円盤状であり、表面には、被処理基
板１１が設置されるために、被処理基板１１の寸法に適合した大きさで、被処理
基板１１の厚みと等しい深さの座ぐり１２ａが形成されている。基板保持部材１
２は、サセプタ１３上に取り付けられるため、その裏面には、サセプタ１３の外
形寸法に適合した大きさの凹部１２ｂが配設されている。

サセプタ１３は円筒状に構成され、サセプタ１３は回転軸１４に取り付けられ
て支持されている。回転軸１４の他端は、モータ２９に連結され、これらにより
回転装置が構成されており、基板保持部材１２および被処理基板１１を回転駆動
させることができる。サセプタ１３の下部の回転軸１４との間には被処理基板１
１を加熱するための基板加熱ヒーター１５が設置されている。また回転軸１４は
、被処理基板１１の自動搬送が可能なように、上下移動可能に構成されており、
軸端は駆動装置のあるチャンバー外に導出されるが、この部分は磁気シール、そ
の他の方法でシールされている。チャンバー１の略中央部、つまり被処理基板１
１の上方には、被処理基板１１が視認できるよう、ビューポート１６が設置され
ている。流路構成部材７は、保持台１７によって支えられており、保持台１７に
は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向に位置調整が可能となるよう、位置調整装置１８が設置さ
れる。この位置調整装置１８は、油圧シリンダーなどで構成されており、後述す
る位置測定装置の測定データに基づいて、流路構成部材７を水平方向および高さ
方向に調整する。

ビューポート１６の上部には、変位測定機構としてのレーザ変位計２４が、平
面上を移動可能なように、ＸＹステージ３０に設置されている。レーザ変位計２
４のレーザ光は、測定対象に照射され、その測定対象部位で反射したレーザ光が
受光部に入射する位置を検出して、測定対象の位置を検出するものである。ただ
しレーザ変位計は、これに限定されるものではなく、レーザ光の反射により位置
を計測するものであれば、他の方式のものでも適用可能である。

ビューポート１６は、レーザ光を透過するガラスで構成される。ビューポート
１６のガラス面でのレーザ光の反射によって、誤測定を行わないように、レーザ
変位計２４の測定レンジ外にビューポート１６のガラス面が位置している。また
、ガラスの有無により、屈折率が変化し、レーザ変位計２４の出力が変化する。
そのため、レーザ変位計２４の原点は、測定前にビューポート１６のガラスを介
した状態で調整する。

流路構成部材７や基板保持部材１２は、石英によって構成されているので、通
常の状態では、光を透過してしまい、レーザ変位計２４による測定は不可能であ
る。そのため、レーザ変位計２４で位置を測定する測定対象部位は、予めレーザ
光が十分に測定を行なえる程度に反射可能なように、エッチング等の処理によっ
て失透状態に加工されている。本実施の形態では、図３に示すように、基板保持
部材１２の被処理基板１１の表面と同一平面を成すように構成された表面Ａ、お
よび、底板部８の反応室２内壁面が構成される表面Ｂに処理が施されている。こ
の処理により、基板保持部材１２および流路構成部材７の底板部８の測定対照部
位は、レーザ光を十分に反射することが可能となる。この失透状態への加工は、
エッチングに限定するものではなく、薄膜成長工程や洗浄工程に悪影響を及ぼさ
ず、光透過しないような方法であれば、表面コーティング処理を行っても良い。

基板保持部材１２は、基板搬送装置２０によって、下部ロードロック室２１Ｌ
を介して、大気側から搬入出可能に構成されている。また、流路構成部材７も流
路構成部材搬送装置２２によって、大気側から搬入出可能に構成されている。

（気相成長装置の動作）
次に、反応室２での位置決めの流れの一例を説明する。まず、流路構成部材７
である、底板部８が流路構成部材搬送装置２２によって、上部ロードロック室２
１Ｕを介して、真空中のチャンバー１の内部に搬入され、所定の位置へ載置され
る。このとき、チャンバー１の内部には、天井部９は無く、ビューポート１６か
ら底板部８が直接視認できる状態である。

次に、大気側から被処理基板１１を載置した基板保持部材１２が、下部ロード
ロック室２１Ｌを介して、基板搬送装置２０によって、真空中のチャンバー１の
内部に搬入される。その際、サセプタ１３を支持する回転軸１４は降下しており
、サセプタ１３上へ基板保持部材１２を載置可能な状態となっている。

その後、基板保持部材１２は、基板搬送装置２０からサセプタ１３上へ受け渡
され、回転軸１４が再び上昇することで、反応室２まで移動する。この状態では
、基板搬送装置２０によって決められた位置へ配置されているだけで、その相対
位置関係の調整はなされていない。

図４および図５に基板保持部材１２と底板部８の位置関係を示す。図４に示す
ように、基板保持部材１２の表面Ａは、底板部８の表面Ｂと、同一平面を構成す
る必要がある。図５に示すように、基板保持部材１２の端部と底板部８の開口部
１０の周縁間の距離も等しく保たなければならない。このように構成することに
よりガスの流れを乱すことなく薄膜の形成が可能となる。そのためには被処理基
板１１の表面を基準平面として、これに対する流路構成部材７の位置ずれを算出
する必要がある。そこで、図４に示すように、Ｘ軸またはＹ軸に沿ってレーザ変
位計２４を移動させ、Ｘ軸、Ｙ軸上の各点における、表面Ａ、表面Ｂのそれぞれ
のＺ軸座標を記録して、被処理基板１１、基板保持部材１２、および、流路構成
部材７の底板部８の位置情報を得る。

このようにして得られた位置情報を図６に示す。図６は、横軸にＸＹステージ
のＸ軸またはＹ軸に沿う移動量を、縦軸にレーザ変位計２４により計測した測定
対象部位との距離をプロットしたものである。したがって、横軸はＸ軸またはＹ
軸上の座標を示し、縦軸はＺ軸の座標を示している。底板部８のＸ軸またはＹ軸
に沿う位置における、基準平面（被処理基板１１の表面）に対する段差および傾
きは、表面Ｂに対応する領域Ｂ１およびＢ２のＺ軸座標と、表面Ａに対応する領
域ＡのＺ軸座標を比較することにより求められる。

基板保持部材１２の外周と底板部８の開口部１０の周縁との間隔は、領域Ａ，
Ｂ１，Ｂ２と比較して、大きくレーザ変位計２４の出力が変化する個所であるＳ
１、Ｓ２より求められる。このように基板保持部材１２の外周と底板部８の開口
部１０のエッジの間には、空間が存在するため、レーザ光の反射位置が他と比較
して大きく変化するため、この隙間部だけ大きく計測値が変化する。

以上のようなＸＹステージ３０の移動量の出力信号とレーザ変位計２４の出力
信号によって、位置決めに必要な情報が得られるため、位置調整装置１８を制御
する制御装置２３を介して、位置調整装置１８を駆動させ流路構成部材７の姿勢
を微調整し、流路構成部材７の底板部８と基板保持部材１２との相対位置関係を
調整することで、精度良く確実に位置決めすることができる。

最後に、天井部９が流路構成部材搬送装置２２によって、上部ロードロック室
２１Ｕを介して、真空状態のチャンバー１の内部に搬入され、所定の位置へ載置
される。ここでは、ビューポート１６からのレーザ光を遮らないように、天井部
９を外した状態で位置決めを行っているが、天井部９が、レーザ光を十分に透過
するほど透明性を有している場合や、レーザ光が通過する個所へスリット等の隙
間が設けてあるような場合であれば、天井部９が所定位置に載置された状態で位
置決めを行うことも可能である。

また、本実施の形態によれば、基板保持部材１２や底板部８への半導体薄膜結
晶の洗浄工程のエッチング処理によって、徐々にその寸法が変化していった場合
でも、実際の相対位置関係を位置測定装置により測定して求め、位置決めを行う
ので、常に実際の寸法に基づいた確実な位置決めが可能である。また変位測定機
構であるレーザ変位計２４は、反応室２およびチャンバー１の外の大気側へ設置
することができるため、基板保持部材１２と底板部８の相対位置関係の位置決め
において、反応室２を大気暴露することがない。その結果、従来のように真空ベ
ークアウトなどの方法により残留酸素、残留水分除去を行う必要も無くなり、時
間的ロスを削減し、生産性を向上させることが可能となる。

（実施の形態２）
次に本発明に基づく第２の実施の形態について、上記実施の形態と異なる構成
のみを説明する。図７は本実施の形態の気相成長装置の構造を示す平面図、図８
は画像取得装置により撮影した画像イメージ、図９は基板保持部材の回転状態を
示す説明図、図１０は部分拡大した画像取得装置の画像を用いた処理方法を示す
説明図、図１１は画像取得装置の画像を用いた処理方法を示す説明図である。本
実施の形態においては、位置測定装置としてレーザ変位計２４、および、画像取
得装置としてのＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）カメラ
２５が設置されている。画像取得装置としては、上記のＣＣＤカメラの他、ＣＭ
ＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌ−ＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎ
ｄｕｃｔｏｒ）など他の方式の固体撮像素子を備えたカメラを用いてもよい。

上記実施の形態１では、位置測定装置としてレーザ変位計２４のみを用い、基
板保持部材１２と底板部８の傾き、および開口部１０の周縁と基板保持部材１２
の端部の隙間を測定しているが、その中でも隙間の測定においては、レーザ光の
スポット径が精度に大きく影響するため、必要な位置合わせ精度が得られない可
能性がある。

たとえば、底板部８の開口部１０の周縁において、レーザ光のスポット径が０
．３ｍｍの場合、エッジ部分にレーザ光が当たっている状態から当たらなくなる
状態まで、０．３ｍｍのストロークが存在することになる。そのため最大０．３
ｍｍの誤差が含まれることになり、必要な精度０．１ｍｍを得ることができない
。そこで、本実施の形態では、基板保持部材１２と底板部８のエッジ間の間隔を
測定する方法として、ＣＣＤカメラ２５による画像撮影を行い、撮影された画像
を処理することによって、両者の間隔を測定する。

図８にＣＣＤカメラ２５によって撮影される画像イメージを示す。ＣＣＤカメ
ラ２５の選択にあたっては、円形の開口部１０の直径Ｄ１、位置決め精度の要求
仕様を考慮して、適当な画素数のＣＣＤカメラが選択される。たとえば、基板保
持部材１２の直径Ｄ２が８０ｍｍ、開口部１０の直径Ｄ１が８２ｍｍの場合、両
者の隙間は、片側１．０ｍｍとなり、その位置決めに要求される精度が０．１ｍ
ｍとした場合には、少なくとも１画素が０．１ｍｍ以下である必要がある。この
場合、Ｄ１＝８２ｍｍ全てを画面内に収めるためには、最低８２０×８２０＝６
７２，４００画素のＣＣＤカメラが必要となる。

次に、撮影されたＣＣＤカメラ２５の画像から、基板保持部材１２の端部と底
板部８の開口部１０の周縁の間隔を求める方法について説明する。基板保持部材
１２が静止した状態ならば、Ｘ軸、Ｙ軸上の間隔Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌｙ１，Ｌｙ
２を算出し、これらが等しくなるように位置調整すれば良い。

基板保持部材１２を回転させると、通常は装置作製時の誤差等のために、わず
かに偏心しながら回転する。図９に誇張して示すように、基板保持部材１２の外
周は、図９に破線で示すような、ずれた位置に分布する。したがって基板保持部
材１２の外周を基準とした中心Ｏ１と、基板保持部材１２を回転しさせたときの
回転軸とは完全には一致しない。図９に示すように、基板保持部材１２の回転時
には、基板保持部材１２の中心Ｏ１は、円形の軌跡を描きこの軌跡円の中心Ｏが
実際の回転軸となる。このように、基板保持部材１２の中心Ｏ１と、軌跡円の中
心すなわち回転軸Ｏとが一致していない場合には、間隔Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌｙ１
，Ｌｙ２の値は、回転時の位相ごとに変化していく。したがって、最適な位置合
わせを行うためには、底板部８の開口部１０の中心Ｏ２と、基板保持部材１２の
実際の回転軸である、基板保持部材１２の中心Ｏ１が描く軌跡円の中心Ｏとを一
致させる必要がある。

まず、回転の位相をずらした、少なくとも３枚のＣＣＤカメラ画像を撮影する
。開口部１０の中心Ｏ２は、その開口部１０の周縁の少なくとも任意の３点を検
出することで算出できる。同様に、基板保持部材１２の外周を基準とした中心Ｏ
１は、基板保持部材１２の外周の少なくとも任意の３点を検出することで算出で
きる。これにより位相の異なる画像データ３枚から、基板保持部材１２の中心Ｏ
１が描く軌跡円の中心Ｏを求めることができる。このようにして求めた軌跡円の
中心Ｏと、開口部１０の中心Ｏ２の座標データから、Ｘ−Ｙ平面上での位置合わ
せ量を求めることができる。

本実施の形態においては、開口部１０の全体が入る画像データから変位量を求
めているが、用いるＣＣＤカメラの画素数が必要な位置合わせ精度に不充分な場
合には、部分的に拡大した画像を用いて、同様の処理を行うことで、位置合わせ
量を求めることができる。図１０に部分拡大したＣＣＤカメラ画像を用いた処理
方法を示す。図１０に示すような部分拡大した画像を順に撮影し、回転時の位相
が異なる３枚の画像を取得する。これらの画像から上記と同様に、基板保持部材
１２の中心Ｏ１が描く軌跡円の中心Ｏおよび、開口部１０の中心Ｏ２の座標を求
めることができる。

本実施の形態の変形例について、図１１に基づき以下に説明する。図１１は、
ＣＣＤカメラ２５によって撮影される画像イメージとその処理方法を示す概念図
である。上述のように、基板保持部材１２の回転時には、基板保持部材１２の端
部と底板部８の開口部１０の周縁の隙間の間隔（図１１に、Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌ
ｙ１，Ｌｙ２で示す）は変動している。この影響を最小限にするには、Ｘ軸、Ｙ
軸上の４箇所の隙間の間隔Ｌｘ１，Ｌｘ２，Ｌｙ１，Ｌｙ２が、等しい範囲で変
動するように調整すれば良い。この方法について、以下に説明する。

まず、ＣＣＤカメラ２５により、基板保持部材１２が１回転する間の画像を連
続的に撮影する。これを画像処理して、図１１に示す４箇所の間隔Ｌｘ１，Ｌｘ
２，Ｌｙ１，Ｌｙ２のそれぞれの最大値および最小値を求める。次に、その最大
値と最小値の差、すなわち変動幅ΔＬｘ１，ΔＬｘ２，ΔＬｙ１，ΔＬｙ２を求
め、ΔＬｘ１とΔＬｘ２が等しくなる方向のＸ軸方向の移動量を求め、同様に、
ΔＬｙ１とΔＬｙ２が等しくなる方向のＹ軸方向の移動量を求める。ここで求め
られたＸ軸、Ｙ軸方向の移動量に基づき、制御装置２３を介して位置調整装置１
８を駆動させ、流路構成部材７の位置決めを行う。

次にレーザ変位計２４による測定方法について説明する。上記実施の形態１に
おいては、開口部１０の周縁と、基板保持部材１２の外周の間隔もレーザ変位計
２４で測定しているため、レーザ変位計２４を移動させ、Ｘ軸およびＹ軸上の各
点において測定する必要がある。本実施の形態のように、ＣＣＤカメラ２５によ
って、上記の間隔を測定する場合は、実施の形態１のように、レーザ変位計２４
を移動させながら各点において計測する必要はない。

基板保持部材１２と流路構成部材７の底板部８の段差を求めるだけであれば、
基板保持部材１２および底板部８それぞれについて、任意の少なくとも３点のＺ
軸方向の高さを計測することで、それぞれの平面座標を決定することができ、位
置合わせを行うことが可能となる。したがって、実施の形態１のようにレーザ変
位計２４の移動量と測定値を同期させて連続的に測定する必要は無く、ある３点
におけるＺ軸の値を測定すれば足りる。

また、この場合、予め測定するポイントを決めておき、測定に必要な個数のレ
ーザ変位計２４を設置しておくことで、ＸＹステージ３０を省略することもでき
る。尚、本実施の形態でも、実施の形態１に記載されている測定方法を用いても
よいことは言うまでも無い。

上記実施の形態１および２に記載したような気相成長装置においては、気相成
長温度が１１００℃の高温になることもあり、この場合基板保持部材１２、サセ
プタ１３、底板部８が熱膨張し、それぞれの部材に用いられている材料の熱膨張
係数の差、温度差により、基板保持部材１２と底板部８の相対位置関係がずれる
ことがある。特に、底板部８は石英製であるのに対し、サセプタ１３は耐熱性お
よび耐薬品性に優れるカーボン材料やセラミック材料で構成されている。このよ
うに底板部８とサセプタ１３とは材質が異なるため、その熱膨張率の差に起因し
てＺ軸の高さにずれが発生する。そのため、高温状態での位置ずれを予め測定し
ておき、温度に応じて高さ調整を行うことが必要である。

一般にレーザ変位計２４に用いられるレーザ波長は、赤色もしくは赤外領域で
ある。加熱対象物の温度が上昇するに従って、加熱対象物から放射される放射エ
ネルギの波長は短波長側へシフトしていく。そのため、たとえばサセプタ１３の
温度が１１００℃に達した場合には、レーザ光の波長と干渉して受光部において
、反射したレーザ光の検出が不可能になる。

そこで、上記の実施の形態に用いられる位置測定装置であるレーザ変位計２４
に、レーザ光の波長を主に透過するバンドパスフィルタを、レーザ反射光の受光
素子の手前に設置する。このようなバンドパスフィルタを受光素子の手前に設置
することにより、放射エネルギの干渉を低減させ、高温状態での測定が可能とな
る。

また、レーザ反射光の受光素子に対する光の入射方向を制限するスリットを、
受光素子の手前に設置してもよい。受光素子に上記のようなスリットを設置して
、受光素子への反射したレーザ光が入射する方向以外からの不要な放射エネルギ
の入射を低減させることで、反射したレーザ光を主に検出することができるので
、高温状態でも測定が可能となる。尚、バンドパスフィルタおよびスリットのい
ずれか一方を設置するようにしても良いし、両方を設置してもよい。

以上のように放射エネルギの干渉を防止する対策を行うことで、高温状態での
位置計測が可能となる。これにより、高温状態での位置ずれを予め測定しておき
、高温状態の各温度で測定データに基づき高さ調整を行うことが可能となる。

上記実施の形態では、流路構成部材７の床部に円形の開口部１０を形成し、そ
の開口部１０に基板保持部材１２を介して被処理基板１１の主表面が上を向くよ
うにしたが、開口部１０を流路構成部材７の天井部９に形成し、天井部９の天井
面に開口部１０を形成し、被処理基板１１の主表面が下向きになるようにしても
よい。

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解
釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実
施の形態のみによって解釈されるのではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて
画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更
が含まれる。

この発明に基づいた実施の形態１における気相成長装置の構造を示す平面図である。この発明に基づいた実施の形態１における気相成長装置の構造を示す縦断面図である。この発明に基づいた実施の形態１における気相成長装置の被処理基板周辺の構造を示す拡大図である。この発明に基づいた実施の形態１における気相成長装置のレーザ変位計による計測状態を示す説明図である。この発明に基づいた実施の形態１における気相成長装置の基板保持部材と開口部の位置を示す平面図である。この発明に基づいた実施の形態１における気相成長装置のレーザ変位計の計測結果を示すグラフである。この発明に基づいた実施の形態２における気相成長装置の構造を示す平面図である。この発明に基づいた実施の形態２における画像取得装置により撮影した画像イメージである。この発明に基づいた実施の形態２における基板保持部材の回転状態を示す説明図である。この発明に基づいた実施の形態２における部分拡大した画像取得装置の画像を用いた処理方法を示す説明図である。この発明に基づいた実施の形態２における画像取得装置の画像を用いた処理方法を示す説明図である。従来の技術における気相成長装置の構造を示す縦断面図である。従来の技術における気相成長装置の構造を示す縦断面図である。

符号の説明

１チャンバー、２反応室、３ガス供給口、４ガス排出口、７流路構
成部材、８底板部、９天井部、１０開口部、１１被処理基板、１２基
板保持部材、１８位置調整装置、１９位置測定装置、２０基板搬送装置、
２３制御装置、２４レーザ変位計、２５ＣＣＤカメラ（画像取得装置）。

Claims

ガス供給口およびガス排出口に連通する反応室を構成し、そ
のいずれかの壁面に円形の開口部が形成された流路構成部材と、前記開口部に配
設され被処理基板を保持する円形の基板保持部材と、前記基板保持部材を回転駆
動させる回転装置とを備えた気相成長装置であって、
前記被処理基板の主面に垂直な方向には、前記被処理基板との距離を測定する
レーザ変位計を含む位置測定装置が配設され、
前記流路構成部材の開口部が形成された壁面および基板保持部材の表面の、前
記位置測定装置による測定対象部位は、前記位置測定装置から出射するレーザ光
を少なくとも測定に必要な程度に反射することが可能であり、
前記流路構成部材と前記基板保持部材との位置関係を調整する位置調整装置、
および、前記位置測定装置により得られたデータに基づいて前記位置調整装置を
制御する制御装置を備えた、気相成長装置。
前記位置測定装置は、前記流路構成部材を包囲し、気密状態
を保持するチャンバーの外側に設けられている、請求項１に記載の気相成長装置
。
前記位置測定装置は、前記被処理基板に対向する平面内の直
交する２軸に沿って移動可能であり、
前記制御装置は、前記２軸上の各点における測定値から、流路構成部材の開口
部の周縁と基板保持部材との間隔を算出し、この算出結果に基づいて位置調整装
置を制御する、請求項１または２に記載の気相成長装置。
前記位置測定装置は、流路構成部材および基板保持部材の測
定対象部位の少なくとも３点について測定を行なうことが可能であり、
前記制御装置は、前記２軸上の各点における測定値から、流路構成部材の開口
部が形成された壁面と基板保持部材の表面との段差を算出し、この算出結果に基
づいて位置調整装置を制御する、請求項１〜３のいずれかに記載の気相成長装置
。
前記位置測定装置は、画像取得装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記画像取得装置で撮影した画像を処理して算出したデータ
に基づいて、流路構成部材の開口部と基板保持部材との被処理基板の主表面の面
内方向における位置関係を調整するよう位置調整装置を制御する、請求項１〜４
のいずれかに記載の気相成長装置。
前記制御装置は、前記画像取得装置により、前記基板保持部
材の回転時の異なる位相における、少なくとも３つの画像データを取得し、
前記各画像データから、各位相における基板保持部材の中心位置を算出し、
前記算出した中心位置から、基板保持部材の回転時の、基板保持部材の中心の
軌跡円を算出し、
前記軌跡円の中心と前記開口部の中心位置とが一致するように位置調整装置を
制御する、請求項５に記載の気相成長装置。
前記制御装置は、前記画像取得装置により、前記基板保持部
材が１回転する間の画像を連続的に撮影して画像データを取得し、
前記画像データを処理して、直交する２軸上における基板保持部材の外周と流
路構成部材の開口部周縁との間隔の最大値および最小値を算出し、
上記最大値および最小値が、上記の直交する２軸上において等しくなるように
位置調整装置を制御する請求項５に記載の気相成長装置。
前記レーザ変位計の受光素子の前方には、前記レーザ変位計
が出射するレーザ光を主に透過するバンドパスフィルタが配設されている、請求
項１〜７のいずれかに記載の気相成長装置。
前記レーザ変位計の受光素子の前方には、前記レーザ変位計
の受光素子への光の入射角度を制限するスリットが配設されている、請求項１〜
８のいずれかに記載の気相成長装置。
前記流路構成部材および前記基板保持部材は、石英により
構成されており、測定対象部位は失透状態に加工されている、請求項１〜９のい
ずれかに記載の気相成長装置。