JP2012216744A - Vapor growth device and vapor growth method - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a shower plate, a vapor phase growth apparatus, and a vapor phase growth method, such as a vertical shower head type MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition).
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。 Conventionally, in the manufacture of light-emitting diodes, semiconductor lasers, space solar power devices, and high-speed devices using compound semiconductor materials, organometallic gases such as trimethylgallium (TMG) or trimethylaluminum (TMA), ammonia (NH3), A MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method is used in which a compound semiconductor crystal is grown by introducing a hydrogen compound gas such as phosphine (PH3) or arsine (AsH3) into a growth chamber as a reaction gas contributing to film formation. .
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。 The MOCVD method is a method in which a compound semiconductor crystal is grown on a substrate by introducing the above-mentioned reaction gas together with a carrier gas into a growth chamber and heating it to cause a gas phase reaction on a predetermined substrate. In the production of compound semiconductor crystals using MOCVD, there is always a high demand for how to secure the maximum yield and production capacity while reducing costs while improving the quality of growing compound semiconductor crystals. Has been.
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。 FIG. 16 shows a schematic configuration of an example of a conventional vertical shower head type MOCVD apparatus used in the MOCVD method. In this MOCVD apparatus, a gas pipe 104 for introducing a reaction gas and a carrier gas from a gas supply source 101 to a growth chamber 103 inside the reaction furnace 102 is connected, and the inside of the growth chamber 103 inside the reaction furnace 102 is connected. A shower head 105 provided with a plurality of gas discharge holes for introducing a reaction gas and a carrier gas into the growth chamber 103 is installed as a gas introduction part at the upper part.
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。 In addition, a susceptor 107 for placing the substrate 106 is installed below the growth chamber 103 so as to face the shower head 105. The susceptor 107 includes a heater 108 for heating the substrate 106, and is rotatable about a rotation shaft 109 by an actuator (not shown).
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。 Further, a gas exhaust unit 110 for exhausting the gas in the growth chamber 103 to the outside is installed at the lower part of the reaction furnace 102. The gas exhaust unit 110 is connected via a purge line 111 to an exhaust gas treatment device 112 for rendering the exhausted gas harmless.
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。 In the case of growing a compound semiconductor crystal in the vertical showerhead type MOCVD apparatus having the above configuration, first, the substrate 106 is set on the susceptor 107, the susceptor 107 is rotated, and the substrate 106 is heated to a predetermined temperature by the heater 108. To do. Thereafter, a reaction gas and a carrier gas (inert gas) are introduced into the growth chamber 103 from a plurality of gas discharge holes provided in the shower head 105.
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。 A specific example of the shower head will be described with reference to Patent Document 1. As shown in FIG. 17, the shower head 200 disclosed in Patent Document 1 includes a first conduit 202 and a second conduit 203 that separately introduce a plurality of reaction gases into the growth chamber 201, and a first conduit 202 and a second conduit. A cooling chamber 204 for cooling the two conduits 203 is provided. According to the shower head 200 of Patent Document 1, reactive gases can be separately introduced into the growth chamber 201, and then mixed to form a homogeneous mixture at a position close to the heated substrate 205. Have been described.
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。 However, in the shower head 200 of Patent Document 1, a product due to the gas reacted in the growth chamber 201 adheres to a surface facing the substrate 205 (hereinafter referred to as a shower surface), and the product accumulates to discharge gas. The problem occurs that the holes are clogged. In addition, the product deposited on the shower surface falls on the substrate 205, causing a problem that a defect occurs.
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。 As a means for solving such a problem, for example, a technique disclosed in Patent Document 2 can be cited. Patent Document 2 discloses a shower head in which the bottom surface of an upper electrode is covered with an electrode cover 301 as shown in FIG. The electrode cover 301 is provided with a pore 303 having the same diameter so as to overlap the gas ejection pore 302 of the upper electrode, and is fixed to the upper electrode with a screw 304. In the shower head of Patent Document 2, it is possible to prevent the product from dropping and being taken into the thin film on the substrate by replacing the electrode cover 301 before the product attached to the electrode cover 301 is deposited. .
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。 As a similar configuration, Patent Document 3 discloses a shower head 72 that separates a process chamber into an upstream portion and a downstream portion, as shown in FIG. The shower head 72 is a small aluminum plate having a diameter similar to the diameter of the wafer, and is attached to a large ring 73 in a replaceable manner. The shower head 72 is limited and not larger than the process space. This allows different showerheads to be replaced for use with different size wafers and different processing conditions, and the use of smaller showerheads reduces costs and provides greater process flexibility. The gas flow can be concentrated in the space directly above the substrate.
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。 The shower head suppresses the growth of the reaction product by cooling the periphery of the gas discharge part as in the cooling chamber 204 of Patent Document 1, for example. The temperature of the electrode cover 301 arranged to face the substrate is likely to increase. In particular, the central portion and the surface portion become high temperature and local thermal expansion occurs. Since the periphery of the electrode cover 301 is fixed to the upper electrode with screws 304, as shown in FIG. 20, the center of the electrode cover 301 warps to the lower electrode side, and the contact with the upper electrode is insufficient. It becomes. For this reason, cooling from the upper electrode to the electrode cover 301 is hindered, and the temperature of the electrode cover 301 is increased further.
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。 When the temperature of the electrode cover 301 becomes high, an undesired gas phase reaction of the reaction gas is promoted and reaction products are likely to be deposited. Therefore, there is a problem that the electrode cover 301 must be replaced frequently and the production capacity is lowered. It was. Further, the undesirable gas phase reaction on the electrode cover 301 hinders the gas phase reaction on the substrate to be processed, and there is a problem that the quality of the compound semiconductor crystal, the film forming speed, and the yield are lowered. Further, when the electrode cover 301 is warped, a gap is formed between the upper electrode and the reaction product is deposited on the surface of the upper electrode.
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。 The shower head 72 disclosed in Patent Document 3 is also formed in a flat disk shape made of aluminum, and warpage occurs due to the temperature rise of the shower head 72.
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。 The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and its purpose is to prevent warpage and temperature rise due to thermal expansion of the shower plate, and to suppress the growth of the product on the shower plate, An object of the present invention is to provide a vapor phase growth apparatus capable of forming a compound semiconductor crystal with stable quality on a substrate to be processed.
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。 The vapor phase growth apparatus of the present invention is a vapor phase growth apparatus provided with a shower plate for protecting a shower head, and the shower plate includes a central plate having a plurality of plate holes and a peripheral plate for holding the central plate. The space portion is provided between the end surface of the center plate and the side surface of the peripheral plate facing the end surface of the center plate, and the space portion has a space larger than the expansion due to the thermal expansion of the center plate.
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。 Warpage and temperature rise due to thermal expansion of the shower plate can be prevented, growth of the product on the shower plate can be suppressed, and a compound semiconductor crystal with stable quality can be formed on the substrate to be processed.
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。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the drawings of the present invention, the same reference numerals represent the same or corresponding parts.
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。 FIG. 1 shows an example of a schematic configuration of an MOCVD apparatus 100 as a vapor phase growth apparatus of the present invention. As shown in FIG. 1, the MOCVD apparatus 100 of the present embodiment includes a reaction furnace 1 that isolates the inside from the atmosphere side, and a reaction external space separated by a reaction chamber partition wall 2 in the reaction furnace 1. 3 and reaction chamber 4 are provided. A purge gas supply pipe 5 is connected to the reaction external space 3 and purge gas (N 2 gas, H 2 gas) is introduced. The reaction chamber 4 is provided with a substrate holder 7 on which the substrate 6 to be processed is placed.
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。 The substrate holding unit 7 is provided at one end of the rotation transmitting unit 8 and can be rotated by a rotation mechanism (not shown). A substrate heater 9 for heating the substrate 6 to be processed is provided below the substrate holder 7.
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。 A shower head 10 is detachably disposed on the upper portion of the reaction furnace 1. The reaction furnace 1 and the shower head 10 are sealed by an O-ring 11a, and the inside of the reaction furnace 1 can be exhausted from the gas discharge port 12 to be kept airtight.
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。 The shower head 10 includes a first gas distribution space 13 that is filled with a first gas, and a second gas distribution space 14 that is filled with a second gas different from the first gas, and the first gas distribution space 13 and the second gas. An O-ring 11b is provided between the distribution space 14 and an O-ring 11c is provided between the second gas distribution space 14 and the top plate 14c so that each space can be separated. The airtight state of each space is maintained. In addition, the lower part of the shower head 10 is provided with a refrigerant space 15 filled with refrigerant, and the lower wall surface 10a is cooled by the refrigerant space 15 so that the temperature is controlled to be uniform. .
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。 On the lower wall surface 10 a of the shower head 10, a shower plate 20 that prevents adhesion of products is disposed so as to face the substrate holding portion 7 that holds the substrate 6 to be processed, and is fixed with screws 16. Although details of the shower plate 20 will be described later, the shower plate 20 includes a central plate 21 having a plurality of plate holes 21a and a peripheral plate 22 that holds the central plate 21 and makes contact with the lower wall surface 10a.
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。 When a compound semiconductor crystal is formed on the substrate 6 to be processed, for example, a first gas containing a group III element is introduced into the first gas distribution space 13 from the first gas introduction port 13a. After cooling through the plurality of first gas supply pipes 13b penetrating, the reaction gas is introduced into the reaction chamber 4 from the plate holes 21a of the central plate 21 communicating with the gas discharge holes H1 of the first gas supply pipe 13b.
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。 Further, for example, a second gas containing a group V element is introduced into the second gas distribution space 14 from the second gas introduction port 14 a and passes through the plurality of second gas supply pipes 14 b penetrating the refrigerant space 15. After being cooled, the gas is introduced into the reaction chamber 4 from the plate hole 21a of the central plate 21 communicating with the gas discharge hole H2 of the second gas supply pipe 14b.
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。 As described above, the first gas and the second gas are introduced into the reaction chamber 4 separately without being mixed inside the shower head 10, so that the gas phase reaction occurs inside the shower head 10. Is prevented from occurring.
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。 When the substrate 6 to be processed held by the substrate holder 7 is heated to a high temperature by the substrate heater 9 and the first gas and the second gas introduced into the reaction chamber 4 reach the substrate 6 to be processed at a high temperature. The gas phase reaction is promoted, and a compound semiconductor thin film is formed on the substrate 6 to be processed. The reaction gas that has passed over the substrate 6 to be processed is discharged from the gas discharge port 12 and made harmless by an exhaust gas processing apparatus (not shown).
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。 Next, the shower plate 20 which is a characteristic structure of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 2A is a plan view of the shower plate 20 as viewed from the substrate 6 to be processed, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line BB. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of part A of the MOCVD apparatus 100 shown in FIG.
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。 As shown in FIG. 2, the shower plate 20 includes a central plate 21 having a plurality of plate holes 21a and a peripheral plate 22 that holds the central plate 21 and makes contact with the lower wall surface 10a. The central plate 21 is provided with a plurality of plate holes 21a so as to correspond to the gas discharge holes H1 and H2 of the shower head 10, and each plate hole 21a is formed in the gas discharge holes H1 and H2 with respect to the shower head 10. Arranged to overlap. Accordingly, the gas discharge holes H1 and H2 and the plate holes 21a are coaxial and can introduce the reaction gas into the reaction chamber 4.
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。 The peripheral plate 22 holds the end portion 21b of the central plate 21 at the periphery, and makes the central plate 21 contact the lower wall surface 10a of the shower head 10. The peripheral plate 22 includes a screw hole 22a for fixing the peripheral plate 22 to the lower wall surface 10a of the shower head 10 with a screw 16, and a holding portion 22b for holding the central plate 21 on a side surface facing the end surface of the central plate 21. Is formed in a notch shape.
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。 In a state where the end portion of the central plate 21 is held by the holding portion 22b of the peripheral plate 22, a predetermined space is provided between the end surface of the central plate 21 and the side surface 22c of the peripheral plate 22 facing the end surface 21c of the central plate 21. A portion 23 is provided. This space portion 23 is a space equal to or larger than the extension when the central plate 21 is thermally expanded.
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。 The peripheral plate 22 is fixed to the lower wall surface 10a of the shower head 10 with screws 16 while holding the central plate 21 disposed so that the plate holes 21a overlap the gas discharge holes H1 and H2.
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。 FIG. 3 is an enlarged view of part A in the vapor phase growth apparatus 100 shown in FIG. 1, and shows a state where the shower plate 20 is attached to the lower wall surface 10 a of the shower head 10. As shown in FIG. 3, the portion where the shower plate 20 is divided into a central plate 21 and a peripheral plate 22 is outside the substrate holding portion 7 (hereinafter referred to as a heating region) heated to a high temperature during film formation (hereinafter referred to as a heating region). It is arranged in a region (referred to as a non-heated region).
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。 In the shower plate 20, the central plate 21 is arranged in the heating region and the temperature rises at the time of film formation, but the peripheral plate is arranged in the non-heating region and is kept at a lower temperature than the central plate 21, A temperature gradient is generated between the central plate 21 and the peripheral plate 22. Here, since the shower plate 20 is divided into a central plate 21 and a peripheral plate 22, heat conduction from the central plate 21 to the peripheral plate 22 is suppressed, and the temperature distribution of the central plate 21 and the peripheral plate 22 is different. It becomes small and the curvature by a part of plate becoming high temperature and thermally expanding can be prevented.
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。 Further, as shown in FIG. 3, the central plate 21 is not directly fixed to the lower wall surface 10a of the shower head 10, and is held by the frictional force of the contact surface of the first holding portion 22b of the peripheral plate 22. Thus, when the center plate 21 rises in temperature and thermally expands, the extension can overcome the frictional force and move to the space 23. For this reason, internal stress due to thermal expansion is not applied to the center plate 21, and it is possible to prevent the center plate 21 from warping.
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。 Thus, the center plate 21 is prevented from warping due to thermal expansion during film formation and is held in contact with the lower wall surface 10a of the shower head 10, so that the temperature can be controlled to a low temperature. Therefore, the growth of the product on the surface of the central plate 21 is suppressed, and the decrease in the film forming rate on the substrate 6 to be processed is prevented. Further, clogging of the product in the plate hole 21a and dropping of the product on the substrate 6 to be processed are less likely to occur, and it becomes unnecessary to frequently replace the central plate 21, thereby improving the production capacity of the vapor phase growth apparatus. be able to.
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。 Further, in the divided portion of the central plate 21 and the peripheral plate 22, the end portion of the central plate 21 and the first holding portion 22b of the peripheral plate 22 overlap so that the shower head lower wall surface 10a does not look into the substrate 6 to be processed. Therefore, the backflow of the reaction gas from the reaction chamber 4 to the shower head 10 side is prevented, and the product is not attached to the lower wall surface 10 a of the shower head 10. For this reason, maintenance such as cleaning for the shower head 10 can be reduced.
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。 In the first embodiment, a step is provided at the end of the central plate 21 and overlapped with the holding portion 22b of the peripheral plate 22, but the end of the central plate 21 has a shape without a step. May be.
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。 In addition, the end of the central plate 21 and the holding portion 22b of the peripheral plate 22 are provided with alignment markers and unevenness toward the central portion so that the plate hole 21a can be easily aligned with the gas discharge holes H1 and H2. An engaging portion or the like may be provided.
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。 FIG. 4 is an exploded perspective view of the shower plate 20 of the second embodiment. In the second embodiment, the configuration of the central plate 21 or the peripheral plate 22 is different, and the other configurations are the same as those of the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted. As shown in FIG. 4, the central plate 21 is divided into two at the central portion in the radial direction, and the notches 21 d formed at the respective divided ends are fitted so that the side surfaces are separated from each other and have a gap. Thus, a first fitting portion 24 is provided.
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。 Further, the peripheral plate 22 is divided into four parts, and the notch parts 22d formed at the respective divided ends are fitted so as to separate the side surfaces from each other and have a gap, thereby providing the second fitting part 25. It has been. In FIG. 4, the screw holes 22a of the peripheral plate 22 are omitted, but at least one screw hole 22a is provided in each plate piece.
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。 According to the above configuration, when the center plate 21 expands due to thermal expansion, the extension is absorbed by the space portion 23 and also by the gap provided in the first fitting portion 24. Even if the extension of the plate 21 increases, warping can be prevented.
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。 Further, when the peripheral plate 22 expands due to thermal expansion, the extension is absorbed by the space portion 23 and also by the gap provided in the second fitting portion 25. Warpage can be prevented even when the size of the film increases.
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。 Further, since the central plate 21 and the peripheral plate 22 are divided into a plurality of plate pieces, the size of the component (plate piece) can be reduced as compared with the case where the plate is produced as one member. As a result, even when the apparatus is increased in size, an effect of reducing the manufacturing cost of the central plate 21 and the peripheral plate 22 can be obtained.
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。 Further, the first fitting portion 24 of the central plate 21 is shielded so that the contact surfaces of the notch portions 21d overlap each other and the shower head lower wall surface 10a is not looked into from the processed substrate 6 side. The reaction gas introduced into the chamber 4 is prevented from flowing back to the shower head 10 side, and the product growth on the lower wall surface 10a of the shower head 10 is prevented. For this reason, maintenance such as cleaning for the shower head 10 can be reduced.
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。 Similarly, the second fitting portion 25 of the peripheral plate 22 is also shielded so that the contact surfaces of the notch portions 22d overlap each other and the shower head lower wall surface 10a does not look into the substrate 6 to be processed. The reaction gas introduced into the reaction chamber 4 is prevented from flowing back to the shower head 10 side, and the product growth on the lower wall surface 10a of the shower head 10 is prevented. For this reason, maintenance such as cleaning for the shower head 10 can be reduced.
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。 In addition, although the peripheral plate 22 demonstrated the structure divided | segmented into 4 parts, the structure divided | segmented into 4 parts or more may be sufficient, and the expansion | extension by thermal expansion can be absorbed equally by increasing the number of division | segmentation. .
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。 FIG. 5 is a vapor phase growth apparatus according to the third embodiment, and is an enlarged cross-sectional view of the same portion as the part A in FIG. In the third embodiment, the configuration of the holding portions of the end portion 21b of the central plate 21 and the holding portion 22b of the peripheral plate 22 is different, and the other configurations are the same as those of the first embodiment, so detailed description thereof is omitted. .
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。 As shown in FIG. 5, the vapor phase growth apparatus according to the third embodiment is provided with a lubrication member 26 having lubricity on the contact surface between the end 21 b of the central plate 21 and the holding portion 22 b of the peripheral plate 22. It is a feature. The lubrication member 26 makes the frictional force at the contact surface between the end portion 21b of the central plate 21 and the holding portion 22b of the peripheral plate 22 uniform, and smoothly moves the extension portion of the central plate 21 thermally expanded to the space portion 23. Can be made. For this reason, the end portion 21b of the central plate 21 is caught on the contact surface with the holding portion 22b, and the central plate 21 moves in an uneven manner, so that the gas discharge holes H1 and H2 and the plate hole 21a are displaced to block the holes. It is possible to prevent the space 23 from being reduced and the extension due to thermal expansion from being absorbed.
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。 In addition, the provision of the lubricating member 26 increases the thermal resistance between the end portion 21b of the central plate 21 and the first holding portion 22b of the peripheral plate 22, and from the central plate 21 disposed in the heating region. Since the heat transfer to the peripheral plate 22 arranged in the non-heated region is divided, the entire temperature of the central plate 21 and the peripheral plate 22 can be kept more uniform, and a part of the plate thermally expands locally. It is possible to prevent warping.
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。 The material of the lubricating member 23 is preferably a material composed of any one of high purity carbon, pyrolytic carbon-coated carbon, pyrolytic carbon, and boron nitride. These materials have lubricity, corrosion resistance against H2 and NH3 gas, heat resistance against heat, and the like, so they are suitable for the internal environment of the reactor 1 of the vapor phase growth apparatus and are provided with the shower plate 20. It is possible.
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。 The fourth embodiment includes a positioning mechanism for aligning the gas discharge holes H1 (H2) of the shower head 10 and the plate holes 21a of the central plate 21 in the MOCVD apparatus 100 of the first embodiment. 1 are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted.
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。 FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration of the MOCVD apparatus 100 according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 6, in the MOCVD apparatus 100 according to the fourth embodiment, the central plate 21 is provided with positioning pins 27 for aligning the gas discharge holes H <b> 1 and H <b> 2 of the shower head 10 and the plate hole 21 a of the central plate 21. .
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。 FIG. 7A is a plan view of the shower plate 20 according to the fourth embodiment, and shows positions where the positioning pins 27 are provided on the central plate 21. The positioning pin 27 is installed in the vicinity of the center of the center plate 21 as shown in FIG.
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。 FIG. 7B is a sectional view of the shower plate 20 and shows a state in which the positioning pins 27 are installed on the central plate 21. The positioning pin 27 is inserted into the plate hole 21a of the central plate 21 from the reaction chamber side, and the pin portion 28 at the tip protrudes from the plate hole 21a to the shower head side. By fitting the protruding pin portion 28 into the gas discharge hole H1 (or H2) of the shower head 10, the positions of the plate hole 21a and the gas discharge holes H1 and H2 can be easily aligned. Note that the positioning pin 27 may be used to align the position and may be fixed to the gas discharge hole H1 (or H2).
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。 As shown in FIG. 7A, the positioning pin 27 is installed in the vicinity of the center portion of the central plate 21, so that the central plate 21 does not prevent the central plate 21 from extending outward due to thermal expansion, and the thermally expanded portion. Can move to the space 23 and be absorbed to prevent the center plate 21 from warping.
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。 Further, the positioning pin 27 is fixed to the gas discharge hole H1 (or H2), or is installed at at least two places on the central plate 21, thereby restraining the movement of the central plate 21 in the rotational direction, It is possible to prevent displacement between the gas discharge holes H1 and H2 and the plate hole 21a accompanying the rotation of the central plate 21.
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。 FIG. 8 is a cross-sectional view and a perspective view of the positioning pin 27. The positioning pin 27 is a bolt-shaped member that is integrally formed in the order of the locking screw 29 and the head portion 30 from the pin portion 28 at the tip. Further, the positioning pin 27 has a through hole 31 penetrating from the pin portion 28 through the central shaft portion of the head 30.
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。 The locking screw 29 is male threaded, and the locking screw 29 can be screwed to the plate hole 21a by machining the plate hole 21a of the central plate 21 with a female screw. In addition, for example, a hexagonal shape is used so that the head 30 of the positioning pin 27 can be gripped with a tool or the like when screwing. The head 30 is not limited to this shape, and may be a slit shape, a two-chamfered shape, or the like, as long as it is a shape that matches the fastening tool.
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。 FIG. 9 is an enlarged view of the main part B of FIG. 6, and shows a state in which the plate hole 21 a of the central plate 21 and the gas discharge hole H 1 (or H 2) of the shower head 10 are aligned by the positioning pin 27. Show. Since the positioning pin 27 is screwed to the central plate 21 and the pin portion 28 protrudes from the central plate 21, the plate portion 21a is inserted into the gas discharge hole H1 (or H2) as a positioning mechanism. And the discharge hole H1 (or H2) can be aligned.
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。 The plate hole 21a in which the positioning pin 27 is installed and the gas discharge hole H1 (H2) are not blocked by each other because the positioning pin 27 has the through hole 31, and the positioning pin 27 is installed. The reaction gas can also be introduced into the reaction chamber 4 at the places where the operation is performed.
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。 Further, since the reaction gas flows through the through hole 31 and is cooled, an increase in temperature in the vicinity of the positioning pin 27 can be suppressed. For this reason, it is possible to prevent the adhesion of the product without causing a gas phase reaction due to a temperature rise.
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。 In addition, since the hole diameter of the through-hole 31 is smaller than the hole diameter of the gas discharge hole H1 (H2), the flow velocity of the reaction gas changes at the tip of the pin portion 28, and the reaction gas flow may be stagnation. Such stagnation of the reaction gas generates a product inside the shower head 10.
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。 For this reason, as shown in FIG. 8, the through hole 31 is provided with a tapered portion 33 in which the diameter of the through hole 31 increases toward the tip 32 of the pin portion 28. By having the taper portion 33, the change in the hole diameter from the gas discharge hole H1 (H2) toward the through hole 31 is reduced, so that the stagnation of the flow of the reaction gas at the tip 32 of the pin portion 28 is eliminated, and the shower head It is possible to prevent the product from adhering to the inside.
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。 FIG. 10 is a perspective view showing a structure in which the center plate 21 and the positioning pins 27 are integrally formed as another form of the positioning pins 27. As shown in FIG. 10, it is also possible to integrally form the pin portion 28 on the central plate 21 by machining or welding. However, as described above, it is more advantageous in terms of manufacturing cost and manufacturing accuracy that the central plate 21 and the positioning pin 27 are formed separately.
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。 As another form of the positioning pin 27, the positioning pin 27 can be provided on the shower head 10 side. For example, the first gas supply pipe 13b (second gas supply pipe 14b) is protruded from the lower wall surface 10a of the shower head 10, the diameter of the plate hole 21a of the central plate 21 is enlarged, and the protruding first gas supply pipe 13b is plate-shaped. By fitting into the hole 21a, alignment and misalignment can be prevented in the same manner as the positioning pin 27 described above.
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。 FIG. 11 is a cross-sectional view showing a structure in which a counterbore portion 34 is provided on the center plate 21 and the protrusion of the head 30 of the positioning pin 27 is eliminated. As shown in FIG. 11, a counterbore part 34 may be formed at a location where the positioning pin 27 of the central plate 21 is installed, and the head 30 of the positioning pin 27 may be placed in the counterbore part 34. Thus, by flattening the surface of the central plate 21, it is possible to prevent the head 30 of the positioning pin 27 from protruding and obstruct the flow of the reaction gas in the reaction chamber 4. The film forming rate, film uniformity, reproducibility, etc. can be improved.
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。 The fifth embodiment is a shower plate 20 suitable for a large MOCVD apparatus 100 that processes a plurality of substrates to be processed. The shower plate 20 described in the second embodiment is different in the structure of division, and the other configurations are the same as those in the second embodiment, so detailed description thereof is omitted.
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。 FIG. 12 is an exploded perspective view of the shower plate 20 of the fifth embodiment. As the MOCVD apparatus 100 becomes larger, the shower plate 20 also becomes larger. When the shower plate 20 is manufactured or when the attached product is cleaned, it is desirable that the shower plate 20 can be divided into small pieces so as to be easily handled.
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。 For this reason, the shower plate 20 of the fifth embodiment has a structure in which the shower plate 20 is divided into three or more pieces and is composed of a plurality of small fan-shaped plate pieces. Also, each plate piece is divided into equal sizes to reduce variation in the amount of thermal expansion of each plate piece and prevent the center plate 21 from being unevenly warped and losing flatness. Yes.
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。 As shown in FIG. 12, the central plate 21 has a structure in which the central plate 21 is divided into four in the radial direction from the center, for example. When the center plate 21 is equally divided into three or more from the center, the center side of each plate piece is bent downward, and a gap is easily generated between the center plate 21 and the shower head 10. For this reason, each plate piece is provided with a locked portion 35 on the center side, and the shower head 10 is provided with a locking portion 40 for locking the locked portion 35 of each plate piece.
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。 The locked portion 35 is formed with a concave groove portion 36 having a U-shaped cross section on the end face on the center side of each plate piece. Moreover, the latching | locking part 40 consists of a cylindrical body which has the convex edge part 41, and is being fixed to the center part of the shower head lower wall surface 10a with a screw | thread (not shown).
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。 FIG. 13 is a cross-sectional view showing a state in which the locked portion 35 of each plate piece is locked to the locking portion 40. By fitting the convex edge portion 41 of the locking portion 40 inside the recessed groove portion 36 of the locked portion 35, the product is prevented from adhering to the locking portion 40, and each of the central plates 21. The plate piece can be locked by being brought into contact with the shower head 10 at the center side.
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。 In the sixth embodiment, like the shower plate 20 of the fifth embodiment, the central plate 21 is divided into three or more pieces and is composed of a plurality of small fan-shaped plate pieces. The to-be-latched part 35 is formed. The shower head 10 is provided with a locking portion 40 that locks the locked portion 35 of each plate piece. Here, the structure of the to-be-latched part 35 and the latching | locking part 40 differs from Example 5, and since it is the same as that of Example 5 about another structure, detailed description is abbreviate | omitted.
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。 FIG. 14 shows a cross-sectional structure of the locked portion 35 and the locking portion 40 of the sixth embodiment. As for the to-be-latched part 35, the through-hole 37 is formed in the center side edge part of each plate piece. In addition, the locking portion 40 is formed with a screw hole 42 corresponding to the through hole 37 in the central portion of the shower head lower wall surface 10a. Then, the through hole 37 of each plate piece is locked to the screw hole 42 of the shower head 10 with a screw 43, whereby the center side of each plate piece is held in contact with the shower head 10.
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。 If it is the structure shown in Example 6, it can be set as the structure which is easy to manufacture the to-be-latched part 35 and the latching | locking part 40, and can perform maintenance, such as cleaning and repair, easily.
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。 In the sixth embodiment, the screw 43 that locks the through hole 37 of the locked portion 35 may be formed in the recess 38 so as not to protrude.
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。 Further, the plate hole 21a of the plate piece is used for the through hole 37 as the locked portion 35, and the screw hole 42 is provided in the gas discharge hole H1 (H2) as the locking portion 40, so that the through hole 31 shown in the fourth embodiment is used. It may be locked by a screw 43 such as a positioning pin 27 having
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。 FIG. 15 shows a state in which the plate hole 21 a serving as the locked portion 35 is locked to the gas discharge hole H1 including the locking portion 40 by the positioning pin 27 having the through hole 31 and threaded. In this case, when the reaction gas flows into the through hole 31 of the locked positioning pin 27, the locked portion 35 and the locking portion 40 are cooled, and the temperature rise can be suppressed.
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。 As mentioned above, although each Example was described, it cannot be overemphasized that the reactor 1, the shower plate 20, and other members which comprise the MOCVD apparatus 100 are not limited to the structure shown in each Example in this invention.
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。 For example, the shower plate 20 desirably has a thermal conductivity of 100 W / (m · K) or more and a thermal expansion coefficient of 6 × 10E-6 / ° C. or less. When the thermal conductivity is 100 W / (m · K) or more, the surface temperature of the shower plate 20 is kept low, and the temperature difference from the back surface becomes small. Moreover, when the thermal expansion coefficient is 6 × 10E−6 / ° C. or less, thermal expansion is difficult and the amount of elongation is small. For this reason, the warp of the shower plate 20 is prevented, the growth of the product on the surface of the shower plate 20 is suppressed, and the film formation rate, film uniformity and film reproducibility on the substrate 6 to be processed are ensured. An obtained vapor phase growth apparatus and vapor phase growth method can be provided.
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。 The material of the central plate 21 and the peripheral plate 22 constituting the shower plate 20 is preferably any of molybdenum or tungsten, high purity carbon, SiC coated carbon, TaC coated carbon, pyrolytic carbon coated carbon, and pyrolytic carbon. . Since these materials are materials having high thermal conductivity and low thermal expansion coefficient, they have the effect of preventing the warp of the shower plate 20 as described above, and have corrosion resistance against H2 and NH3 gas. The durability of 20 can be improved. For this reason, since the replacement frequency of the shower plate 20 can be reduced, tact time reduction and cost reduction can be achieved.
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。 Further, like the shower plate 20, the material of the positioning pin 27 is preferably molybdenum or tungsten, high-purity carbon, SiC-coated carbon, TaC-coated carbon, pyrolytic carbon-coated carbon, or pyrolytic carbon. These materials are materials having a high thermal conductivity and a low thermal expansion coefficient, and since there is no difference in thermal expansion between the positioning pin 27 and the shower plate 20, the positioning pin 27 is loosened or the shower plate 20 is distorted. It is prevented. Moreover, since it has corrosion resistance with respect to H2 and NH3 gas, durability of the positioning pin 27 can be improved. For this reason, since the replacement frequency of the positioning pin 27 can be reduced, the tact time can be shortened and the cost can be reduced.
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。 In addition, the present invention brings about a remarkable effect even in a large apparatus including a multi-furnace furnace that processes a plurality of substrates to be processed. For example, in a single furnace that processes one 6-inch substrate, the diameter of the shower head 10 and the shower plate 20 is about 150 mm, but in a multi-furnace furnace that processes seven 6-inch substrates, it is arranged most closely. Even so, the diameter reaches three times 450 mm, and the extension due to the thermal expansion of the shower plate 20 increases three times. Further, when there is a temperature distribution in the shower plate 20, the contribution of deformation due to thermal expansion is further increased.
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。 According to the present invention, even in a large apparatus in which the diameters of the shower head 10 and the shower plate 20 are increased, the warp of the shower plate 20 is prevented and the surface temperature of the shower plate 20 does not become high. The growth of the formed product can be suppressed, and the film formation rate, film uniformity, and film reproducibility on the substrate 6 can be ensured.
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。 Further, it should be understood that the embodiments disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
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）
1 Reactor 4 Reaction chamber (growth chamber)
6 Substrate 7 Substrate holding part 9 Substrate heater 10 Shower head 20 Shower plate 21 Central plate 21a Plate hole 22 Peripheral plate 22a Screw hole 22b Holding part 23 Space part 24 First fitting part 25 Second fitting part 26 Lubricating member 27 Positioning pin 35 Locked portion 40 Locking portion 100 MOCVD apparatus (vapor phase growth apparatus)
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。気相成長装置は、被処理基板が載置され、加熱される基板保持部をさらに備える。基板保持部と対面する範囲を加熱領域と規定し、その加熱領域の周りの範囲を非加熱領域と規定した場合に、中央プレートが加熱領域に配置され、周辺プレートが非加熱領域に配置される。 The vapor phase growth apparatus of the present invention is a vapor phase growth apparatus provided with a shower plate for protecting a shower head, and the shower plate includes a central plate having a plurality of plate holes and a peripheral plate for holding the central plate. The space portion is provided between the end surface of the center plate and the side surface of the peripheral plate facing the end surface of the center plate, and the space portion has a space larger than the expansion due to the thermal expansion of the center plate . The vapor phase growth apparatus further includes a substrate holder on which a substrate to be processed is placed and heated. When the area facing the substrate holding part is defined as a heating area and the area around the heating area is defined as a non-heating area, the central plate is disposed in the heating area and the peripheral plate is disposed in the non-heating area. .
Claims (25)
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。 A vapor phase growth apparatus having a shower plate for protecting a shower head,
The shower plate is composed of a central plate having a plurality of plate holes and a peripheral plate for holding the central plate,
A space is provided between an end surface of the central plate and a side surface of the peripheral plate facing the end surface of the central plate,
The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein the space portion includes a space portion that is longer than the expansion due to thermal expansion of the central plate.
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。 The positioning mechanism is a protrusion provided on the center plate,
The vapor phase growth apparatus according to claim 7, wherein the protrusion is fitted into the gas discharge hole.
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。 A shower plate for protecting the shower head,
A shower plate comprising a positioning mechanism for aligning the gas discharge holes of the shower head and the plate holes of the shower plate.
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。 The positioning mechanism is a protrusion provided on the shower plate,
The shower plate according to claim 14, wherein the protrusion is fitted into the gas discharge hole.
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。 Arranging the central plate in the shower head so that the gas discharge hole of the shower head and the plate hole of the central plate are coaxial, and fixing a peripheral plate holding the central plate to the shower head;
Supplying a reaction gas and a carrier gas to the growth chamber through the gas discharge hole and the plate hole;
Rotating the substrate facing the shower head and heating with a heater to form a film,
At the time of heating, the center plate is thermally expanded toward a space provided in a side surface direction thereof to prevent warping of the center plate.
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。 The central plate consists of a plurality of plate pieces divided into three or more,
6. The vapor phase growth apparatus according to claim 5, wherein a locked portion formed on a center side of the plurality of plate pieces is locked to a locking portion provided in the shower head.
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。 The locking portion is a cylindrical body having a convex edge portion,
The locked portion is a concave groove formed on one end face of the plate,
The vapor phase growth apparatus according to claim 21, wherein the convex edge portion and the concave groove portion are fitted and locked.
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。 The central plate consists of a plurality of plate pieces divided into three or more,
6. The vapor phase growth apparatus according to claim 5, wherein a through hole formed on a center side of the plurality of plate pieces is locked to a screw hole provided in the shower head with a screw.
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