DE102010012430A1

DE102010012430A1 - Beschichtungsvorrichtung und Beschichtungsverfahren

Info

Publication number: DE102010012430A1
Application number: DE102010012430A
Authority: DE
Inventors: Shinichi Numazu-shi Mitani; Kunihiko Numazu-shi Suzuki; Toshiro Numazu-shi Tsumori
Original assignee: Nuflare Technology Inc
Current assignee: Nuflare Technology Inc
Priority date: 2009-03-24
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2010-10-07
Also published as: JP2010251705A; US20100248458A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine Beschichtungsvorrichtung bereit, die eine Abscheidungsverarbeitung effizient ausführen kann, und stellt ebenso ein effizientes Beschichtungsverfahren bereit.
Eine Beschichtungsvorrichtung 1 zum Ausführen einer Abscheidungsverarbeitung an in einer Beschichtungskammer platzierten Substraten W mittels metallorganisch-chemischer Gasphasenabscheidung umfasst drei oder mehr Beschichtungskammern, zum Beispiel eine erste Beschichtungskammer 2, eine zweite Beschichtungskammer 102 und eine dritte Beschichtungskammer 202. Diese Beschichtungskammern sind derart aufgebaut, dass jede Beschichtungskammer unabhängig von den anderen Beschichtungskammern gesteuert wird, um einen unterschiedlichen Film an den Substraten W mittels Steuerns von zumindest der Zusammensetzung des Materialgases, der Strömungsrate des Materialgases, der Temperatur und des Drucks in der Beschichtungskammer auszubilden. Eine Reinigungseinheit 5 ist außerhalb der Beschichtungskammern 2, 102, 202 vorgesehen, um den Suszeptor nach der Abscheidungsverarbeitung zu reinigen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beschichtungsvorrichtung und ein Beschichtungsverfahren
Stand der Technik
Epitaxialzüchtung, die eine der Dünnfilm-Kristallzüchtungstechniken ist, betrifft ein Verfahren zum Züchten eines Kristalls an einem Substrat, so dass die Atomanordnung des Kristalls zu derjenigen einer Kristallebene des Substrats passend gemacht wird. Die Arten der bekannten Epitaxialzüchtung umfassen EpitaxialGasphasenabscheidung mit reduziertem Druck und MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition; Metallorganisch-chemische Gasphasenabscheidung), das organisches Metall und Gas als Rohmaterialien verwendet. Diese Verfahren verarbeiten Substrate in von der Atmosphäre verschiedenen Atmosphären und Drücken. Die veröffentlichte japanische Patentveröffentlichung Nr. 5-55148 (1993) offenbart eine Einzelwafer-Verarbeitungsvorrichtung mit Mehrfachkammer, die für eine Epitaxial-Gasphasenabscheidung mit reduziertem Druck verwendet wird. Diese Vorrichtung umfasst einen I/O-Anschluss, oder Kammer, mit einem Tor, das mit einer Atmosphärenseite verbunden ist, und geöffnet und geschlossen werden kann, und umfasst ebenso eine zum I/O-Anschluss benachbarte und mit diesem verbundene Plattform und eine Vielzahl von zur Plattform benachbarten und mit dieser verbundenen Reaktionskammern.
Bei der in der obigen Veröffentlichung offenbarten Vorrichtung wird das Tor des I/O-Anschlusses geöffnet und ein verarbeitetes Substrat und ein zu verarbeitendes Substrat werden zur Atmosphärenseite und von dieser übertragen, wenn andere Substrate in den Verarbeitungskammern verarbeitet werden. Nach dieser Übertragung wird das Tor des I/O-Anschlusses geschlossen, und dann wird das Tor zwischen dem I/O-Anschluss und der Plattform geöffnet, nachdem der Druck oder die Atmosphärenbedingungen im I/O-Anschluss identisch zu demjenigen in der Plattform wurden. Dann wird bei Fertigstellung der Verarbeitung in einer der Verarbeitungskammern das zwischen dieser Verarbeitungskammer und der Plattform verbundene Tor geöffnet, und das verarbeitete Substrat in der Verarbeitungskammer wird zum I/O-Anschluss übertragen, und zur gleichen Zeit wird ein zu verarbeitendes Substrat vom I/O-Anschluss zur Verarbeitungskammer übertragen.
Bei einer konventionellen Einzelwaferverarbeitungs-Beschichtungsvorrichtung wird lediglich ein einzelnes Substrat zu einer Zeit in jede Verarbeitungskammer gebracht, und diese Substrate werden in den Verarbeitungskammern der gleichen Beschichtung oder der gleichen Abscheidungsverarbeitung unterworfen. Zum Beispiel wird in der in der obigen Patentveröffentlichung offenbarten Vorrichtung ein einzelnes Substrat zu einer Zeit in den I/O-Anschluss übertragen, und wird dann durch die Plattform in eine Verarbeitungskammer übertragen. Das Substrat wird dann einer Abscheidungsverarbeitung in der Verarbeitungskammer unterworfen. Nach Beendigung der Verarbeitung wird das Substrat aus der Verarbeitungskammer geborgen und durch die Plattform in den I/O-Anschluss übertragen. Zu dieser Zeit wird ein anderes Substrat in die Verarbeitungskammer übertragen, und nachfolgend einer Abscheidungsverarbeitung unterworfen.
Wenn zum Beispiel eine Blaulicht emittierende Diodenkomponente unter Verwendung dieser konventionellen Technik mittels MOCVD hergestellt wird, werden somit eine n-GaN-Lage, eine MQW(Multi-Quantentopf)-Aktivlage und eine p-GaN-Lage sequentiell an einem Saphirsubstrat mit einer darin ausgeformten Pufferlage unter Verwendung der gleichen Verarbeitungskammer abgeschieden.
Um jedoch verschiedene Filme in der gleichen Verarbeitungskammer abzulagern, was zum Beispiel bedeutet, eine Si-dotierte n-GaN-Lage, eine MQW-Aktivlage, die eine Si- oder Mg-dotierte InGaN-Lage aufweisen kann, und eine Mg-dotierte p-GaN-Lage in der gleichen Verarbeitungskammer auszuscheiden, ist es notwendig, einen Dotierungsstoff mit einer anderen zu ersetzen, und ebenso ein Materialgas mit einem anderen zu ersetzen, wenn zwischen diesen Abscheidungsverarbeitungen umgeschaltet wird, was Zeit benötigt. Es ist klar, dass, falls ein solcher Gasaustausch nicht ausreichend beendet wurde, dies zu einer Schwächung der Leistung des Produkts führt. Deshalb sollte die auf den Gasaustausch verwendete Zeit nicht reduziert werden, bis sicher ist, dass kein Problem auftritt. Das bedeutet, um die Leistung des Produkts auf einem hohen Niveau zu halten, ist es notwendig, die auf den Gasaustausch verwendete Zeit ausreichend zu erhöhen. Es wurde jedoch herausgefunden, dass dies eine ausreichende Erhöhung der Betriebsrate der Vorrichtung verhindert. Als ein Ergebnis wurde es schwierig, den Durchsatz des durch die Abscheidungsverarbeitung ausgebildeten Produkts zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen Probleme durchgeführt. Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Beschichtungsvorrichtung und ein Beschichtungsverfahren bereitzustellen, die eine Abscheidungsverarbeitung effizient ausführen können.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine MOCVD-Vorrichtung und ein MOCVD-Beschichtungsverfahren bereitzustellen, die eine Hochqualitätsabscheidung effizient ausbilden können.
Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich.
Inhalt der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Beschichtungsvorrichtung zum Ausführen einer Abscheidungsverarbeitung an einem in einer Beschichtungskammer platzierten Substrat durch eine metallorganisch-chemische Gasphasenabscheidung drei oder mehr Beschichtungskammern. Die drei oder mehr Beschichtungskammern sind derart aufgebaut, dass jede Beschichtungskammer unabhängig von der anderen Beschichtungskammer gesteuert wird, um durch Steuern von zumindest der Zusammensetzung des Materialgases, der Stromrate des Materialgases, der Temperatur und dem Druck in der Beschichtungskammer einen unterschiedlichen Film am Substrat auszubilden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bei einem Beschichtungsverfahren ein Suszeptor mit einem daran befestigten Substrat automatisch von einer zur anderen der drei oder mehreren unterschiedlichen Beschichtungskammern derart übertragen, dass ein unterschiedlicher Film in einer Lage am Substrat in jeder Beschichtungskammer unter unterschiedlichen Bedingungen mittels metallorganisch-chemische Gasphasenabscheidung abgeschieden wird. Ein an der Fläche des Suszeptors angebrachter Film wird unter Verwendung einer außerhalb der drei oder mehreren Beschichtungskammern vorgesehenen Reinigungseinheit entfernt. Die an das Substrat gelegten unterschiedlichen Filme sind eine n-GaN-Lage, eine Multi-Quantentopf(MQW)-Aktivlage und eine p-GaN-Lage.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Draufsicht einer Beschichtungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen beispielhaften Lagenaufbau eines durch ein Beschichtungsverfahren der vorliegenden Erfindung hergestelltes Bauteil zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
1 ist eine schematische Draufsicht einer Beschichtungsvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in dieser Figur gezeigt, umfasst die Beschichtungsvorrichtung 1: eine erste Beschichtungskammer 2, eine zweite Beschichtungskammer 102 und eine dritte Beschichtungskammer 202 zum Ausbilden eines Films an den Flächen der an einem Suszeptor befestigten Substrate; eine Substratstandby-Einheit 4, die durch eine erste Toreinheit 3 mit der ersten Beschichtungskammer 2, durch eine zweite Toreinheit 103 mit der zweiten Beschichtungskammer 102 und durch eine dritte Toreinheit 203 mit der dritten Beschichtungskammer 202 verbunden ist; und eine Reinigungseinheit 5 zum Reinigen des von jeder Beschichtungskammer durch die Substratstandby-Einheit 4 geborgenen Suszeptors, im Besonderen des von der dritten Beschichtungskammer 302 durch die Substratstandby-Einheit 4 geborgenen Suszeptor.
Die Beschichtungsvorrichtung 1 führt eine Abscheidungsverarbeitung an in ihren Beschichtungskammern platzierten Substraten mittels MOCVD aus, und eines der Merkmale dieser Beschichtungsvorrichtung 1 ist, dass sie drei Beschichtungskammern umfasst, nämlich die erste bis dritte Beschichtungskammer, jede zum Ausbilden eines Films an den Flächen der an einem Suszeptor befestigten Substraten. Die erste Beschichtungskammer 2, die zweite Beschichtungskammer 102 und die dritte Beschichtungskammer 202 weisen jeweils einen Einführanschluss und einen Auslassanschluss auf, was es gestattet, dass ein unterschiedliches Materialgas der gewünschten Zusammensetzung in jede Beschichtungskammer bei einer geeigneten Strömungsrate unter geeignet eingestellten Druckbedingungen eingeführt wird. Weiter umfasst jede Beschichtungskammer einen Erwärmer, der unter Beachtung der Erwärmungstemperatur bei der Abscheidungsverarbeitung und seiner Reaktivität mit dem Materialgas und Trägergas ausgewählt ist, und jede Beschichtungskammer wird derart unabhängig gesteuert, dass die Temperatur in der Kammer eingestellt wird, um geeignete Abscheidungsbedingungen zu erreichen, unter denen eine Abscheidungsverarbeitung ausgeführt wird, um eine gewünschte Lage an den Flächen der Substrate auszubilden. Die Beschichtungsvorrichtung 1 ist derart aufgebaut, dass, nachdem eine Lage an Substraten in der ersten Beschichtungskammer 2 abgeschieden wurde, eine weitere Lage an den gleichen Substraten in der zweiten Beschichtungskammer 102, und dann noch eine weitere Lage an den Substraten in der dritten Beschichtungskammer 202 abgeschieden wird, wodurch eine Reihe von Abscheidungsverarbeitungen an den Substraten beendet wird.
Ein weiteres Merkmal der Beschichtungsvorrichtung 1 ist, dass eine Vielzahl von Substraten in jede der ersten Beschichtungskammer 2, der zweiten Beschichtungskammer 102 und der dritten Beschichtungskammer 202 übertragen werden, und diese Substrate in jeder Beschichtungskammer simultan einer Abscheidungsverarbeitung ausgesetzt werden. Das bedeutet, die vorliegende Erfindung gestattet es, dass eine Abscheidungsverarbeitung an Substraten auf eine Weise ausgeführt wird, die eine Kombination einer Einzel-Substrat- Verarbeitungsart und einer Chargen-Verarbeitungsart ist. Dies bedeutet, dass die Beschichtungsvorrichtung 1 eine Abscheidungsverarbeitung an einer Vielzahl von Substraten zugleich ausführen kann, wohingegen eine konventionelle Beschichtungsvorrichtung der Einzel-Wafer-Verarbeitungsart eine Abscheidungsverarbeitung an lediglich einem Substrat zu einer Zeit ausführen kann. Auf diese Weise ist es möglich, die Betriebsrate der Beschichtungsvorrichtung 1 zu erhöhen.
Noch ein weiteres Merkmal der Beschichtungsvorrichtung 1 ist, dass sie eine zur ersten Beschichtungskammer 2, zur zweiten Beschichtungskammer 102 und zur dritten Beschichtungskammer 202 benachbarte und mit diesen verbundene Substratstandby-Einheit 4 umfasst. Die Substratstandby-Einheit 4 kann mit Erwärmungseinheiten zum Erwärmen der Suszeptoren und der Substrate, die aus der ersten Beschichtungskammer 2, der zweiten Beschichtungskammer 102 und der dritten Beschichtungskammer 202 geborgen wurden, versehen sein. In einem solchen Fall kann die erste Toreinheit 3, die zweite Toreinheit 103 und die dritte Toreinheit 203 geöffnet werden, um Substrate und Suszeptoren von der ersten Beschichtungskammer 2, der zweiten Beschichtungskammer 102 und der dritten Beschichtungskammer 202 entsprechend zu bergen, während das Innere dieser Kammern noch relativ warm ist. Das bedeutet, es besteht keine Notwendigkeit, darauf zu warten, dass die Temperatur in der ersten bis dritten Beschichtungskammer 2, 102 und 202 ausreichen fällt, was es ermöglicht, die Betriebsrate der Beschichtungsvorrichtung 1 zu erhöhen, und die Effizienz der Abscheidungsverarbeitung zu verbessern.
Noch ein weiteres Merkmal der Beschichtungsvorrichtung 1 ist, dass die Suszeptoren aus der dritten Beschichtungskammer 202 geborgen und mittels der Reinigungseinheit 5 gereinigt werden. Dies erübrigt die Notwendigkeit, die Abscheidungsverarbeitungen jedes Mal zu unterbrechen, wenn ein Suszeptor gereinigt wird, was es ermöglicht, die Reihe der Abscheidungsverarbeitungen kontinuierlich auszuführen und hierdurch die Effizienz dieser Verarbeitungen zu verbessern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Substrate und Suszeptoren, an denen Substrate befestigt sind, aus der dritten Beschichtungskammer 202 geborgen, nachdem die Substrate einer Reihe von Abscheidungsverarbeitungen in der ersten bis dritten Beschichtungskammer 2, 102 und 202 unterworfen wurden. Es ist anzumerken, dass lediglich Substrate von der dritten Beschichtungskammer 202 geborgen werden können, nachdem sie der Reihe von Abscheidungsverarbeitungen unterworfen wurden, bis die Suszeptoren in einer vorbestimmten Anzahl von Abscheidungsverarbeitungen verwendet wurden, woraufhin der Suszeptor und die Substrate hieran beide aus der dritten Beschichtungskammer 202 geborgen werden können. Der Zeitpunkt, wann der Suszeptor geborgen wird, wird bevorzugt durch die Dicke des an der Fläche des Suszeptors ausgebildeten Films bestimmt. Zum Beispiel kann der Suszeptor zusammen mit dem Substrat hieran von der dritten Beschichtungskammer 202 geborgen werden, um den Suszeptor zu reinigen, wenn die Dicke des am Suszeptor abgeschiedenen Films 100 μm erreicht hat. Gemäß der vorliegenden Erfindung beeinflusst der Zeitpunkt, wenn der Suszeptor geborgen wird, im Wesentlichen nicht die Effizienz jeder Abscheidungsverarbeitung.
Der Betrieb der Beschichtungsvorrichtung 1 und ein Beschichtungsverfahren der vorliegenden Erfindung werden im Detail unter Bezug auf 1 und 2 beschrieben.
Ein Suszeptor S, der zum Stützen von Substraten W in der ersten Beschichtungskammer 2, der zweiten Beschichtungskammer 102 und der dritten Beschichtungskammer 202 zu verwenden ist, wird in einer Suszeptorstandby-Kammer 6 gelagert. Der Suszeptor S wird in der Suszeptorstandby-Kammer 6 platziert, nachdem der Suszeptor durch die außerhalb der ersten bis dritten Beschichtungskammer 2, 102 und 202 und der Substratstandby-Einheit 4 vorgesehenen Reinigungseinheit 5 gereinigt ist. Wenn eine Abscheidungsverarbeitung zu initiieren ist, birgt ein Suszeptorübertragungsroboter 7 den Suszeptor S aus der Suszeptorstandby-Kammer 6 und platziert ihn in einer Substrat/Suszeptor-Rüsteinheit 8.
Auf der anderen Seite werden einer Abscheidungsverarbeitung zu unterwerfende Substrate W in einer Kassette 9 gelagert. Wenn eine Abscheidungsverarbeitung zu initiieren ist, birgt ein Substrattransferroboter 10 die Substrate W aus der Kassette 9, und platziert diese am Suszeptor S in der Substrat/Suszeptor-Rüsteinheit 8. Es ist anzumerken, dass die Übertragung der Substrate W zum Beispiel unter Verwendung eines Bernoulli-Futters ausgeführt werden kann, welches ein Substrat tragen kann, ohne es durch ein Auswerfgas zu berühren. Weiter können die Substrate W zum Beispiel Saphir (α-Al₂O₃), Silikonkarbid (SiC), Zinkoxid (ZnO), usw., sein, die zur Herstellung von Blaulicht emittierenden Dioden verwendet werden. Im Falle von Saphirsubstraten wird zum Beispiel eine amorphe GaN-Pufferlage von ungefähr 10 nm Dicke an den Flächen der Substrate ausgebildet, damit Hochqualitätsfilme nachfolgend über den Substraten ausgebildet werden können. Diese amorphe GaN-Pufferlage kann an den Saphirsubstraten unter einem niedrigen Druck von ungefähr 1,33 × 10⁴ – 2,67 × 10⁴ Pa (100–200 Torr) und bei einer niedrigen Temperatur von ungefähr 500°C unter Verwendung von Wasserstoffgas als ein Trägergas ausgebildet werden, nachdem ein Wasserstoffradikalreinigen unter Verwenden eines Wasserstoffgases bei einer Temperatur von ungefähr 500°C an den Substraten aufgebracht wird. Diese amorphe GaN-Pufferlage wandelt sich oft in eine polykristalline GaN-Pufferlage um, abhängig von den Temperaturbedingungen, denen die amorphe GaN-Lage nach ihrer Ausbildung ausgesetzt wird.
Es sollte klar sein, dass in anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Beschichtungsvorrichtung zusätzlich zu der ersten bis dritten Beschichtungskammer eine Beschichtungskammer zur Abscheidung mittels Plasma-CVD umfassen kann. Mit dieser Anordnung kann in dieser Beschichtungskammer eine amorphe GaN-Pufferlage an den Flächen von Saphirsubstraten unter den obigen Bedingungen ausgebildet werden, und diese Substrate mit den daran ausgebildeten Pufferlagen können dann in jeder der ersten bis dritten Beschichtungskammer einer spezifischen Abscheidungsverarbeitung unterworfen werden.
Die Substrat/Suszeptor-Rüsteinheit 8 ist durch eine vierte Toreinheit 11 mit der Substratstandby-Einheit 4 verbunden. Weiter können die Substrate W und die Suszeptoren S zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Substrat/Suszeptoreinheit 8 durch öffnen einer fünften Toreinheit 12 oder einer sechsten Toreinheit 22 übertragen werden. Wenn die Substrate W und der Suszeptor S von außerhalb in der Substrat/Suszeptor-Rüsteinheit 8 zu platzieren sind, wird die vierte Toreinheit 11 deshalb geschlossen oder verbleibt geschlossen, und die fünfte Toreinheit 12 oder die sechste Toreinheit 22 wird geöffnet, damit die Substrate und der Suszeptor in die Substrat/Suszeptor-Rüsteinheit 8 übertragen werden können. Somit kann die Substrat/Suszeptor-Rüsteinheit 8 dazu verwendet werden, um zu verhindern, dass eine externe Luft direkt die Beschichtungskammer 2 eintritt. Das bedeutet, Feuchtigkeit und organische Gegenstände in der Luft können daran gehindert werden, in die erste Beschichtungskammer 2, die zweite Beschichtungskammer 102 und die dritte Beschichtungskammer 202 einzutreten und die Abscheidungsverarbeitung negativ zu beeinflussen. Es ist anzumerken, dass die Beschichtungsvorrichtung 1 lediglich eine der fünften und sechsten Toreinheiten 12 und 22 umfassen kann, und dass die Substrate W und der Suszeptor S beide durch diese Toreinheit übertragen werden können.
Eine Vielzahl von Suszeptoren, die jeweils eine Vielzahl von daran befestigten Substraten aufweisen, können an der Beschichtungsvorrichtung 1 bereitgestellt werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Beschichtungsvorrichtung 1 so gezeigt, dass sie darin einen Suszeptor S₁ mit Substraten W₁ daran, einen Suszeptor S₂ mit Substraten W₂ daran, einen Suszeptor S₃ mit Substraten W₃ daran und einen Suszeptor S₄ mit Substraten W₄ daran hierin platziert aufweist. Im Besonderen ist, wie in 1 gezeigt, der Suszeptor S₁ in der Substrat/Suszeptor-Rüsteinheit 8 platziert, der Suszeptor S₂ ist in der Substratstandby-Einheit 4 platziert, der Suszeptor S₃ ist in der ersten Kammer 2 platziert, und der Suszeptor S₄ ist in der zweiten Kammer 102 platziert. Es ist klar, dass die Substrate W₁ Substrate sind, die noch keiner Abscheidungsverarbeitung ausgesetzt wurden, die Substrate W₂ Substrate sind, die einer Reihe von Abscheidungsverarbeitungen ausgesetzt wurden, und die Substrate W₃ und W₄ Substrate sind, die einer Abscheidungsverarbeit^ung ausgesetzt wurden. Die folgende Beschreibung wird sich auf die Substrate W₁ und den Suszeptor S₁ konzentrieren.
Die Suszeptoren der vorliegenden Ausführungsform sind derart aufgebaut, dass eine Vielzahl von Substraten daran befestigt werden kann. Zum Beispiel weist der in 1 gezeigte Suszeptor S 4 Substratbefestigungsabschnitte S_ws auf, an denen 4 Substrate W gleichzeitig entsprechend befestigt werden können. Ebenso sind an den Suszeptoren S₁, S₂, S₃ und S₄ entsprechend 4 Substrate W₁, 4 Substrate W₂, 4 Substrate W₃, und 4 Substrate W₄ befestigt. Somit gestattet es der Aufbau der Suszeptoren, dass 4 Substrate simultan in die Substrat/Suszeptor-Rüsteinheit 8 übertragen werden können.
Die maximale Anzahl der Substrate, die an jedem Suszeptor befestigt werden kann, was bedeutet, die Anzahl der Substratbefestigungsabschnitte S_ws, des Suszeptors, kann durch die Größe der Substrate bestimmt werden. Weiter kann die Anzahl der Substratbefestigungsabschnitte S_ws jedes Suszeptors durch die benötigte Dickengleichmäßigkeit des in jeder Beschichtungskammer ausgebildeten Films oder der benötigten Effizient der Abscheidungsverarbeitung in jeder Beschichtungskammer bestimmt werden. Je mehr Substratbefestigungsabschnitte S_ws, desto mehr Substrate können in die Beschichtungskammer eingebracht werden. Falls jedoch zu viele Substrate an den Beschichtungskammern bereitgestellt werden, wird es einigen Gleichmäßigkeits-Mangel der Dicke des an jedem Substrat ausgebildeten Films geben. Falls jedoch auf der anderen Seite die Anzahl der Substratbefestigungsabschnitte S_ws zu klein ist, kann lediglich eine begrenzte Anzahl von Substraten an den Beschichtungskammern bereitgestellt werden, was zu einer verringerten Effizienz der Abscheidungsverarbeitungen führt. In dem Fall, wo Saphirsubstrate für die Herstellung von Blaulicht emittierenden Dioden verarbeitet werden, ist die Anzahl der Substratbefestigungsabschnitte S_ws jedes Suszeptors bevorzugt ungefähr 4–5.
Die fünfte Toreinheit 12 und die sechste Toreinheit 22 werden geschlossen, nachdem der Suszeptor S1 mit den daran befestigten Substraten W1 in die Substrat/Suszeptor-Rüsteinheit 8 übertragen wird. Luft wird dann durch einen Auslassanschluss 13 unter Verwendung einer Vakuumpumpe, usw., aus der Substrat/Suszeptor-Rüsteinheit 8 evakuiert. Als nächstes wird ein als ein Trägergas dienendes Wasserstoffgas durch einen Einführanschluss 14 in die Substrat/Suszeptor-Rüsteinheit 8 eingeführt. Es sei angemerkt, dass der Einführanschluss 14 durch ein Rohr (nicht gezeigt) mit einer ein Wasserstoffgas aufnehmenden Stahlflasche und mit derjenigen Stickstoffgas aufnehmenden derart verbunden ist, dass ein Wasserstoffgas oder ein Stickstoffgas als ein Trägergas in die Substrat/Suszeptor-Rüsteinheit 8 eingeführt werden kann.
Die Substratstandby-Einheit 4 weist ebenso einen Einführungsanschluss 15 und einen Auslassanschluss 16 auf. Der Einführungsanschluss 15 ist durch ein Rohr (nicht gezeigt) mit einer ein Wasserstoffgas aufnehmenden Stahlflansche und mit derjenigen Stickstoffgas aufnehmenden derart verbunden, dass das Wasserstoffgas oder das Stickstoffgas als ein Trägergas in die Substratstandby-Einheit 4 eingeführt werden kann. Weiter ist der Auslassanschluss 16 durch ein Rohr (nicht gezeigt) derart mit einer Vakuumpumpe (nicht gezeigt) verbunden, dass ein Gas von der Substratstandby-Einheit 4 evakuiert werden kann.
Der als Übertragungseinheiten der vorliegenden Erfindung dienende Substrat/Suszeptor-Übertragungsroboter 17 ist in der Substratstandby-Einheit 4 installiert. Der Substrat/Suszeptor-Übertragungsroboter 17 ist aus einem wärmebeständigen Material gefertigt, z. B. siliziumbeschichtetes Karbon. Der Substrat/Suszeptor-Übertragungsroboter 17 kann aufgebaut sein, dass er einen Erwärmer (oder Erwärmungseinheiten) in dem Abschnitt hiervon zum Befestigen eines Suszeptors hieran derart aufweist, dass der Suszeptor und die Substrate daran gehindert werden können, einer radikalen Temperaturänderung zu unterlaufen, wenn sie am Roboter befestigt sind, selbst wenn sie gerade aus den Beschichtungskammern geborgen wurden und demnach immer noch warm sind.
Nachdem der Suszeptor S₁ mit den daran befestigten Substraten W₁ in die Substrat/Suszeptor-Rüsteinheit 8 übertragen wurde, wird die vierte Toreinheit 11 geöffnet, wenn der Druck und die atmosphärischen Bedingungen in der Substrat/Suszeptor-Rüsteinheit 8 im Wesentlichen identisch sind zu denen in der Substratstandby-Einheit 4. Es sei angemerkt, dass die Substrat/Suszeptor-Rüsteinheit 8 darin zwei parallele obere und untere Bauteile fixiert hat, jedes zum Stützen der unteren Flächen der Umfangsabschnitte der Substrate, um das Tauschen des Suszeptors S₁ und des Suszeptors S₂ zu erleichtern, der gerade in der Reihe der Abscheidungsverarbeitungen verwendet wurde. Im Besonderen wird als erstes der Suszeptor S₂ mit den Substraten W₂ daran, der mittels dem Substrat/Suszeptor-Übertragungsroboter 17 durch die dritte Toreinheit 203 aus der dritten Beschichtungskammer 202 geborgen wurde, nachdem die Substrate W₂ der Reihe von Abscheidungsverarbeitungen unterworfen wurden, in die Substrat/Suszeptor-Rüsteinheit 8 übertragen und wird dann am unteren Bauteil befestigt. Die dritte Toreinheit 203 und die vierte Toreinheit 11 werden dann geschlossen.
Nachdem die Verarbeitung in der zweiten Beschichtungskammer 102 beendet wurde, wird als nächstes die zweite Toreinheit 103 geöffnet und der Suszeptor S₄ mit den daran befestigten Substraten W₄ wird mittels dem Substrat/Suszeptor-Übertragungsroboter 17 in die Substratstandby-Einheit 4 übertragen. Zu dieser Zeit kann der Abschnitt des Substrat/Suszeptor-Übertragungsroboter 17, an dem der Suszeptor S₄ befestigt ist, mittels eines Erwärmers vorab erwärmt werden, um die warmen Substrate W₄ und den warmen Suszeptor S₄ daran zu hindern, eine radikale Temperaturveränderung zu unterlaufen. Dann wird die dritte Toreinheit 203 geöffnet und der Suszeptor S₄ mit den Substraten W₄ daran wird durch den Substrat/Suszeptor-Übertragungsroboter 17 in die dritte Beschichtungskammer 202 übertragen. Die dritte Toreinheit 203 und die zweite Toreinheit 103 werden dann geschlossen.
Nachdem die Verarbeitung in der ersten Beschichtungskammer 2 beendet wurde, wird als nächstes die erste Toreinheit 3 geöffnet und der Suszeptor S₃ mit den daran befestigten Substraten W₃ wird durch den Substrat/Suszeptor-Übertragungsroboter 17 in die Substratstandby-Einheit 4 übertragen. Zu dieser Zeit kann der Abschnitt des Substrat/Suszeptor-Übertragungsroboters 17, an dem der Suszeptor S₃ befestigt ist, vorab durch einen Erwärmer erwärmt werden, um die warmen Substrate W₃ und den warmen Suszeptor S₃ daran zu hindern, eine radikale Temperaturveränderung zu unterlaufen. Dann wird die zweite Toreinheit 103 geöffnet, und der Suszeptor S₃ mit den Substraten W₃ daran wird durch den Substrat/Suszeptor-Übertragungsroboter 17 in die zweite Beschichtungskammer 102 übertragen. Die zweite Toreinheit 103 und die erste Toreinheit 3 werden dann geschlossen.
Als nächstes wird die vierte Toreinheit der Substrat/Suszeptor-Rüsteinheit 8 geöffnet und der Suszeptor S₁ mit den daran befestigten Substraten W₁ wird durch den Substrat/Suszeptor-Übertragungsroboter 17 in die Substratstandby-Einheit 4 übertragen. Die erste Toreinheit 3 wird dann geöffnet, und der Suszeptor 51 mit den Substraten W₁ daran wird durch den Substrat/Suszeptor-Übertragungsroboter 17 in die erste Beschichtungskammer 2 übertragen. Die vierte Toreinheit 11 und die erste Toreinheit 3 werden dann geschlossen.
Die erste Beschichtungskammer 2 weist einen Einführungsanschluss 18 und einen Auslassanschluss 19 auf. Der Einführungsanschluss 18 ist durch ein Rohr (nicht gezeigt) mit einer ein Materialgas aufnehmenden Stahlflasche und mit einer Stahlflasche verbunden, von der ein als ein Trägergas dienendes Stickstoffgas oder Wasserstoffgas bereitgestellt werden kann. Eine geeignete Menge eines solchen Gases wird wie nötig bereitgestellt. Weiter ist der Auslassanschluss 19 durch ein Rohr (nicht gezeigt) derart mit einer Vakuumpumpe (nicht gezeigt) verbunden, dass durch den Auslassanschluss 19. ein Gas aus der ersten Beschichtungskammer 2 evakuiert werden kann, und derart, dass eine geeignete, reduzierte Druckumgebung erzeugt werden kann. Der Suszeptor S₁ ist an einem in der ersten Beschichtungskammer 2 installierten, drehbaren Suszeptortisch (nicht gezeigt) befestigt. Die Substrate W₁ können durch einen Erwärmer (nicht gezeigt) erwärmt werden, der ausgewählt wird, indem die Erwärmungstemperatur bei der Abscheidungsverarbeitung und seine Nicht-Reaktionsfähigkeit mit dem bereitgestellten Materialgas und Reaktantgas beachtet wird. Nachdem der Suszeptor S₁ mit den Substraten W₁ daran in der ersten Beschichtungskammer 2 platziert wurde, werden die Substrate W₁ einer vorbestimmten Abscheidungsverarbeitung unterworfen, wobei die erste Toreinheit 3 geschlossen ist. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel können 4 Substrate zur gleichen Zeit einer Abscheidungsverarbeitung unterworfen werden.
Die zweite Beschichtungskammer 102 weist einen Einführungsanschluss 118 und einen Auslassanschluss 119 auf. Der Einführungsanschluss 118 ist durch ein Rohr (nicht gezeigt) mit einer ein Materialgas aufnehmenden Stahlflasche und mit einer Stahlflansche verbunden, von der ein als ein Trägergas dienendes Stickstoffgas oder Wasserstoffgas bereitgestellt werden kann. Eine geeignete Menge eines solchen Gases wird wie benötigt bereitgestellt. Weiter ist der Auslassanschluss 119 durch ein Rohr (nicht gezeigt) derart mit einer Vakuumpumpe (nicht gezeigt) verbunden, dass ein Gas durch den Auslassverschluss 119 aus der zweiten Beschichtungskammer 102 evakuiert werden kann, und derart, dass eine geeignete, reduzierte Druckumgebung erzeugt werden kann.
Der Suszeptor 53 ist an einem in der zweiten Beschichtungskammer 102 installierten, drehbaren Suszeptortisch (nicht gezeigt) befestigt. Die Substrate W₃ können durch einen Erwärmer (nicht gezeigt) erwärmt werden, der ausgewählt ist, indem die Erwärmungstemperatur bei der Abscheidungsverarbeitung und seine Nicht-Reaktionsfähigkeit mit dem bereitgestellten Materialgas und Reaktantgas beachtet wird. Nachdem der Suszeptor S₃ mit den Substraten W3 daran in der zweiten Beschichtungskammer 102 platziert wurde, werden diese Substrate W₃ einer vorbestimmten Abscheidungsverarbeitung unterworfen, wobei die zweite Toreinheit 103 geschlossen ist. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel können 4 Substrate zur gleichen Zeit einer Abscheidungsverarbeitung unterworfen werden.
Die dritte Beschichtungskammer 202 weist einen Einführungsanschluss 218 und einen Auslassanschluss 219 auf. Der Einführungsanschluss 218 ist durch ein Rohr (nicht gezeigt) mit einer ein Materialgas aufnehmenden Stahlflasche und mit einer Stahlflasche verbunden, von der ein als ein Trägergas dienendes Stickstoffgas oder Wasserstoffgas bereitgestellt wird. Eine geeignete Menge eines solchen Gases wird wie benötigt bereitgestellt. Weiter ist der Auslassanschluss 219 durch ein Rohr (nicht gezeigt) derart mit einer Vakuumpumpe (nicht gezeigt) verbunden, das ein Gas aus der dritten Beschichtungskammer 202 evakuiert werden kann, und derart, dass eine geeignete reduzierte Druckumgebung erzeugt werden kann.
Der Suszeptor S₄ ist an einem in der dritten Beschichtungskammer 202 installierten, drehbaren Suszeptortisch (nicht gezeigt) befestigt. Die Substrate W₄ können durch einen Erwärmer (nicht gezeigt) erwärmt werden, der ausgewählt ist, indem die Erwärmungstemperatur bei der Abscheidungsverarbeitung und seine Nicht-Reaktionsfähigkeit mit dem bereitgestellten Materialgas und Reaktantgas beachtet wird. Nachdem der Suszeptor S₄ mit den Substraten W₄ daran in der dritten Beschichtungskammer 202 platziert wurde, werden diese Substrate S₄ einer vorbestimmten Abscheidungsverarbeitung unterworfen, wobei die die dritte Toreinheit 203 geschlossen ist. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel können 4 Substrate zur gleichen Zeit einer Abscheidungsverarbeitung unterworfen werden.
Die Substrate W₁ am Suszeptor S₁ werden nun weiter beschrieben. Diese Substrate W₁, zusammen mit dem Suszeptor S₁, an dem sie befestigt sind, werden auf die gleiche Weise in die zweite Beschichtungskammer 102 übertragen, wie in Verbindung mit den Substraten W₃ am Suszeptor S₃ zuvor beschrieben, und werden der gleichen Abscheidungsverarbeitung unterworfen, wie die Substrate W₃ am Suszeptor S₃, wie vorangehend beschrieben, unterworfen. Die Substrate W₁, zusammen mit dem Suszeptor S₁, an dem sie befestigt sind, werden dann in die dritte Beschichtungskammer 202 übertragen und der gleichen Abscheidungsverarbeitung unterworfen, wie diejenige, der die Substrate W₄ am Suszeptor S₄ _, wie zuvor beschrieben, unterworfen wurden. Nachdem sie somit der Reihe von Abscheidungsverarbeitung unterworfen wurden, werden die Substrate W₁, zusammen mit dem Suszeptor S₁, an dem sie befestigt sind, mittels des Substrat/Suszeptor-Übertragungsroboters 17 durch die dritte Toreinheit 203 aus der dritten Beschichtungskammer 202 geborgen. Nachdem der Suszeptor S₁ mit den Substraten W₁ daran aus der dritten Beschichtungskammer 302 geborgen wurde, wird die dritte Toreinheit 203 geschlossen und die Temperatur des Erwärmers in der Substratstandby-Einheit 4 wird schrittweise abgesenkt. Nachdem der Suszeptor S₁ und die Substrate W₁ ausreichend abgekühlt sind, wird die vierte Toreinheit 11 geöffnet und der Suszeptor S₁ mit den Substraten W₁ daran wird in die Substrat/Suszeptor-Rüsteinheit 8 übertragen und mittels des Substrat/Suszeptor-Übertragungsroboters 17 an einem vorbestimmten Ort befestigt.
Als nächstes wird die vierte Toreinheit 11 geschlossen und ein Stickstoffgas wird durch den Einführungsanschluss 14 in die Substrat/Suszeptor-Rüsteinheit 8 eingeführt, um den Druck in der Substrat/Suszeptor-Rüsteinheit 8 zurück auf einen atmosphärischen Druck zu erhöhen. Die fünfte Toreinheit 12 wird dann geöffnet, und die Substrate W₁, die der Reihe von Abscheidungsverarbeitung unterworfen wurde, werden mittels des Substratübertragungsroboters 10 an einem vorbestimmten Ort in der Kassette 9 platziert. Der Suszeptor S₁ auf der anderen Seite wird mittels des Suszeptor-Übertragungsroboters 7 durch die sechste Toreinheit 22 in die Reinigungseinheit 5 übertragen.
In der Reinigungseinheit 5 wird der an der Fläche des Suszeptors S₁ ausgebildete Film weggeätzt. Obwohl nicht im Detail gezeigt, umfasst die Reinigungseinheit 5 eine Plasmareaktionskammer. Der Suszeptor wird durch einen Erwärmer auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt, und zu der gleichen Zeit wird ein Gas durch einen Auslassanschluss aus der Plasmareaktionskammer evakuiert, und ein Ätzgas wird durch den Einführungsanschluss in die Plasmareaktionskammer eingeführt. Das Ätzgas kann zum Beispiel eine Gasmischung aus CF₄, NO₂ und SiH₄, oder eine Gasmischung aus SF₄ und O₂ sein. Eine hohe Frequenzspannung wird an den in der Plasmareaktionssektion vorgesehenen Elektroden aufgebracht, um ein Plasma zu erzeugen und hierdurch den Film und Schmutz, der an der Fläche des Suszeptors S₁ abgeschieden ist, weg zu ätzen, und den Suszeptor S₁ zu reinigen. Es sei angemerkt, dass, falls ClF₃-Gas als das Ätzgas verwendet wird, die Ätzverarbeitung kein Erwärmen benötigt, was die Notwendigkeit nach einem Erwärmer in der Reinigungseinheit 5 erübrigt. Bei Beenden der Reinigung des Suszeptors S₁ wird der gereinigte Suszeptor S₁ mittels des Suszeptor-Übertragungsroboters 7 in die Suszeptorstandby-Kammer 6 übertragen.
Obwohl oben nicht beschrieben, werden der Suszeptor S₂ mit den Substraten W₂ daran, der Suszeptor S₃ mit den Substraten W₃ daran und der Suszeptor S₄ mit den Substraten W₄ daran ebenso auf gleiche Weise von der Substrat/Suszeptor-Rüsteinheit 8 in die Atmosphäre übertragen, wie der Suszeptor S₁ mit den Substraten W₁ daran. Die Substrate W₂, W₃ und W₄ werden dann an einem vorbestimmten Ort in der Kassette 9 platziert. Die Suszeptoren S₂, S₃ und S₄, auf der anderen Seite, werden in der Suszeptorstandby-Kammer 6 platziert, nachdem der an ihren Flächen angebrachte Film und Schmutz in der Reinigungseinheit 5 entfernt wurde. Die Reinigungsverarbeitung in der Reinigungseinheit 5 wird ausgeführt, während andere Substrate in den Beschichtungskammern verarbeitet werden. Das bedeutet, die Reinigungsverarbeitung erfordert nicht, dass die Abscheidungsverarbeitungen unterbrochen werden, wodurch die Betriebsrate der ersten bis dritten Beschichtungskammer erhöht wird und die Abscheidungsverarbeitungen effizient ausgeführt werden. Auf der anderen Seite werden die nacheinander den Abscheidungsverarbeitungen unterworfenen Substrate W und die Suszeptoren S für diese Substrate W aus der Kassette 9 und der Suszeptorstandby-Kammer 6 entsprechend geborgen, und auf die gleiche Weise wie oben beschrieben in die Substratstandby-Einheit 4 und die Substrat/Suszeptor-Rüsteinheit 8 übertragen.
Es wird im Detail die Abscheidungsverarbeitung und das Abscheidungsverfahren beschrieben, das an den an dem Suszeptor S₁ befestigten Substraten W₁ in jeder der ersten bis dritten Beschichtungskammer ausgeführt wird.
Die Abscheidungsverarbeitungen, denen die am Suszeptor S₁ befestigten Substrate W₁ unterworfen werden, können in der obigen Beschichtungsvorrichtung 1 mittels MOCVD eine Blaulicht emittierende Diodenkomponente herzustellen. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen beispielhaften Lagenaufbau eines durch ein Beschichtungsverfahren der vorliegenden Erfindung hergestelltes Bauteil zeigt.
Die Substrate können Saphirsubstrate sein. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform weisen diese Saphirsubstrate eine ungefähr 10 nm Dicke amorphe GaN-Pufferlage auf, die an der Fläche hiervon ausgebildet ist, um Hochqualitätsfilme nacheinander über den Substraten ausbilden zu können. Diese amorphe GaN-Pufferlage kann an Saphirsubstraten unter einem niedrigen Druck von ungefähr 1,33 × 10⁴ – 2,67 × 10⁴ Pa (100–200 Torr) und bei einer niedrigen Temperatur von ungefähr 500°C unter Verwendung von Wasserstoffgas als ein Trägergas ausgebildet werden, nachdem eine Wasserstoffradikalreinigung an den Flächen der Saphirsubstrate unter Verwendung von Wasserstoffgas bei einer Temperatur von ungefähr 500°C aufgebracht wurde.
Diese Saphirsubstrate mit der daran ausgebildeten Pufferlage sind wie zuvor beschrieben an einem Suszeptor befestigt, und der Suszeptor mit den Substraten daran wird in der Beschichtungsvorrichtung 1 in die erste Beschichtungskammer 2 übertragen, und an einem Suszeptortisch der ersten Beschichtungskammer 2 befestigt. Die erste Beschichtungskammer 2 weist einen Wolframerwärmer auf, der für eine Verwendung bei Hochtemperaturverarbeitungen geeignet ist. Die Saphirsubstrate werden dann auf eine hohe Temperatur von 1050 ± 1°C unter einem reduzierten Druck von ungefähr 1,33 × 10⁴ – 2,67 × 10⁴ Pa (100–200 Torr) erwärmt, während ein als ein Trägergas dienendes Wasserstoffgas in die erste Beschichtungskammer 2 eingeführt wird. Es sei angemerkt, dass der Erwärmer zum Erwärmen der Substrate eine RF-Spule oder ein Molybdänerwärmer sein kann, die ebenso zur Verwendung bei Hochtemperaturverarbeitungen geeignet sind. Ein Materialgas wird dann in die erste Beschichtungskammer 2 eingeführt, während alle Saphirsubstrate gedreht werden, indem der Suszeptortisch, an dem sie befestigt sind, gedreht wird, wodurch eine n-GaN-Lage mit einer gleichmäßigen Dicke an allen Saphirsubstraten abgeschieden wird. Es sei angemerkt, dass das Materialgas von einem an der Oberseite der ersten Beschichtungskammer 2 vorgesehenen Duschkopf (nicht gezeigt) derart eingeführt wird, dass das Gas senkrecht zu den Saphirsubstraten strömt. Weiter wird der Suszeptortisch gedreht, zum Beispiel bei einer hohen Geschwindigkeit von 300–1000 U/min bei der Abscheidungsverarbeitung. Die Dicke der n-GaN-Lage kann zum Beispiel 3–4 μm betragen. Das Materialgas kann zum Beispiel Trimethyl-Gallium (TMG) als ein Materialgas der dritten Gruppe umfassen, Ammoniak (NH₃) als das Materialgas der vierten Gruppe, und Si als den n-Dotierstoff.
Nach der Abscheidung der n-GaN-Lage an den Saphirsubstraten wird der Suszeptor mit den verarbeiteten Substraten daran aus der ersten Beschichtungskammer 2 geborgen, und wird in die zweite Beschichtungskammer 102 übertragen. Der Suszeptor mit den Substraten daran wird dann in der zweiten Beschichtungskammer 102 am Suszeptortisch befestigt. Die Saphirsubstrate werden dann auf eine relativ geringe Temperatur von (700–800°C) ± 1°C unter normalen Druckbedingungen erwärmt, während ein als ein Trägergas dienendes Stickstoffgas in die zweite Beschichtungskammer eingeführt wird. Es sei angemerkt, dass die zweite Beschichtungskammer 102 einen SiC-Erwärmer zum Erwärmen der Substrate aufweist.
Falls ein Wolframerwärmer, ein Molybdänerwärmer oder ein RF-Erwärmer in der zweiten Beschichtungskammer 102 verwendet wird, könnten seine bildenden Materialien, wie Wolfram, unter erwärmten Bedingungen mit Stickstoff reagieren, was zu einer Verschlechterung (oder Versprödung) des Erwärmers führt. Deshalb wird bevorzugt ein SiC-Erwärmer in der zweiten Beschichtungskammer 102 verwendet. Weiter sind SiC-Erwärmer durch ihren hohen Grad an Designfreiheit wegen ihres Herstellungsverfahrens gekennzeichnet, und gestatten es, dass eine gleichmäßige Temperaturverteilung über die Fläche des Suszeptors leicht aufgebaut werden kann. Deshalb sind sie zum Bilden von Dünnfilmen mit gleichmäßigen Eigenschaften geeignet. Darüber hinaus, nachdem das SiC-Material des SiC-Erwärmers im Allgemeinen wenige Verunreinigungen enthält, bedingt ein SiC-Erwärmer kein signifikantes Risiko, dass die Abscheidungsverarbeitung an den Substraten negativ beeinflusst wird. Deshalb sind SiC-Erwärmer für eine Verwendung in der zweiten Beschichtungskammer 102 geeignet, wo Stickstoffgas als ein Trägergas verwendet wird.
Ein Materialgas wird in die zweite Beschichtungskammer 102 eingeführt, während alle Saphirsubstrate mittels Drehens des Suszeptortisches, an dem sie befestigt sind, gedreht werden, wodurch eine gleichmäßige MQW-Aktivlage an allen Saphirsubstraten abgeschieden wird. Es sei angemerkt, dass das Materialgas von einem an der Oberseite der zweiten Beschichtungskammer 102 vorgesehenen Duschkopf (nicht gezeigt) derart eingeführt wird, dass das Gas senkrecht zu den Saphirsubstraten strömt. Weiter wird der Suszeptortisch gedreht, zum Beispiel bei einer hohen Geschwindigkeit von 300–1000 U/min bei der Abscheidungsverarbeitung. Die MQW-Aktivlage der vorliegenden Ausführungsform weist eine InGaN enthaltende MQW-Struktur auf, und dient dazu, das als ein Ergebnis der Rekombination von Elektronen und Löchern erzeugte Licht zu verstärken. Die MQW-Aktivlage ist ein mehrlagiger Film, der ungefähr 20 alternierende Lagen umfasst, einige wenige nm bis einige wenige zehn nm Dicke, von zwei verschiedenen Materialien, nämlich InGaN und GaN, oder alternativ InGaN und (In)GaN, die unterschiedliche In-Mol-Prozentsätze aufweisen. Die InGaN-Lagen haben einen In-Mol-Prozentsatz von ungefähr 15%, und haben deshalb eine relativ kleine Bandlücke, was es der MQW-Aktivlage gestattet, eine gute Lagenstruktur zu haben. Die (In)GaN-Lagen bilden Begrenzungslagen in der MQW-Aktivlage aus. Das Materialgas zum Abscheiden der MQW-Aktivlage kann zum Beispiel Trimethyl-Gallium (TMG) als ein Materialgas der III Gruppe, Trimethyl-Indium (TMI) und Ammoniak (NH₃) als ein Materialgas der V Gruppe umfassen.
Jede der ersten bis dritten Beschichtungskammern weist, wie zuvor beschrieben, einen Einführungsanschluss zum Einführen eines Trägergases und eines Materialgases in die Kammer auf. Weiter ist ein Duschkopf (nicht gezeigt) an der Spitze des Einführungsanschlusses in jeder Beschichtungskammer vorgesehen. Damit der Duschkopf das Materialgas gleichmäßig über die Substrate in der Beschichtungskammer aufbringen kann, gelangt das Materialgas, das extern durch ein Rohr der Beschichtungskammer bereitgestellt wurde, durch den Puffer im Duschkopf, und wird dann aus einer Vielzahl von Durchgangslöchern des Duschkopfes ausgestoßen. Zu dieser Zeit befindet sich das Innere der Beschichtungskammer üblicherweise bei einer hohen Temperatur von 1000°C oder mehr, wie in dem zuvor beschriebenen Fall mit der zweiten Beschichtungskammer 2. Deshalb muss der Duschkopf im Allgemeinen aus Metall gefertigt sein, wie einer Aluminiumlegierung, und muss eine wassergekühlte Struktur aufweisen. Nachdem sich jedoch das Innere der zweiten Beschichtungskammer 102 bei einer relativ geringen Temperatur von (700–800°C) ± 1°C befindet, muss der Duschkopf dieser Kammer keine wassergekühlte Struktur aufweisen, und kann aus einem hochgradig reinen Material, zum Beispiel Quarz usw., hergestellt sein. Deshalb kann die zweite Beschichtungskammer 102 eine verglichen mit anderen Beschichtungskammern, in denen eine Hochtemperaturverarbeitung ausgeführt wird, simple Struktur aufweisen. Darüber hinaus, nachdem weniger Metall dem Inneren der Beschichtungskammer ausgesetzt ist, kann die Abscheidungsverarbeitung in der Kammer durch weniger Verunreinigungen beeinflusst werden.
Nach der Abscheidung der MQW-Aktivlage an den Saphirsubstraten wird der Suszeptor mit den verarbeiteten Substraten daran aus der zweiten Beschichtungskammer 102 geborgen, und wird in die dritte Beschichtungskammer 202 übertragen. Der Suszeptor mit den Substraten daran wird dann in der dritten Beschichtungskammer 202 am Suszeptortisch befestigt. Die dritte Beschichtungskammer 202 weist einen Wolframerwärmer auf, der für eine Verwendung bei Hochtemperaturverarbeitungen geeignet ist. Die Saphirsubstrate, die den Abscheidungsverarbeitungen in der ersten und zweiten Beschichtungskammer unterworfen wurden, werden dann auf eine hohe Temperatur von 1000 ± 1°C unter im Wesentlichen normalen Druckbedingungen (leicht reduzierten Druckbedingungen) erwärmt, während ein als ein Trägergas dienendes Wasserstoffgas in die dritte Beschichtungskammer eingeführt wird. Es sei angemerkt, dass der Erwärmer zum Erwärmen der Substrate eine RF-Spule oder ein Molybdänerwärmer sein kann, die ebenso zur Verwendung bei Hochtemperaturverarbeitungen geeignet sind.
Ein Materialgas wird dann in die dritte Beschichtungskammer 202 eingeführt, während alle Saphirsubstrate mittels Drehens des Suszeptortisches, an dem sie befestigt sind, gedreht werden, wodurch eine p-Halbleiterlage mit einer gleichmäßigen Dicke an allen Saphirsubstraten abgeschieden wird. Es sei angemerkt, dass das Materialgas aus dem an der Oberseite der dritten Beschichtungskammer 202 vorgesehenen Duschkopf (nicht gezeigt) derart eingeführt wird, dass das Gas senkrecht zu den Saphirsubstraten strömt. Weiter wird der Suszeptortisch gedreht, zum Beispiel bei einer Geschwindigkeit von 300–1000 U/min bei der Abscheidungsverarbeitung. Die p-Halbleiterlage besteht aus einer p-AlGaN-Lage und einer an der p-AlGaN-Lage abgeschiedenen p-GaN-Lage. Die p-Halbleiterlage weist eine Dicke von ungefähr 1 μm auf, und ist an der MQW-Aktivlage an den Saphirsubstraten ausgebildet, die in der ersten und zweiten Beschichtungskammer der Abscheidungsverarbeitung unterworfen wurden. Das Materialgas kann zum Beispiel Trimethyl-Gallium (TMC) und Trimethyl-Aluminium (TMA) als das Materialgas der III Gruppe, Ammoniak (NH₃) als das Materialgas der V Gruppe und Mg als den p-Dotierstoff umfassen.
Die Abscheidung der p-Halbleiterlage an den Saphirsubstraten beendet die Reihe der Abscheidungsverarbeitungen. Die resultierenden Saphirsubstrate weisen nacheinander daran abgegeschiedenen die n-GaN-Lage, die MQW-Aktivlage und den p-Halbleiter auf, der die p-AlGaN-Lage und die an der p-AlGaN-Lage abgeschiedene p-GaN-Lage umfasst. Diese verarbeiteten Substrate werden dann aus der dritten Beschichtungskammer 202 geborgen, in die Substrat/Suszeptor-Rüsteinheit 8 übertragen und mittels des Substrat/Suszeptor-Übertragungsroboters 17 an einem vorbestimmten Ort befestigt.
Die verarbeiteten Saphirsubstrate werden dann, wie zuvor beschrieben, mittels des Substrat-Übertragungsroboters 10 an einem vorbestimmten Ort in der Kassette 9 platziert. Auf der anderen Seite wird der Suszeptor mittels des Suszeptor-Übertragungsroboters 7 in die Reinigungseinheit 5 übertragen, und mittels der Reinigungseinheit 5 gereinigt.
Dies beendet die Beschreibung des Beschichtungsverfahrens zum Herstellen einer Blaulicht emittierenden Diodenkomponente mittels MOCVD. Bei diesem Verfahren werden eine n-Halbleiterlage, eine MQW-Aktivlage und eine p-Halbleiterlage in separaten Beschichtungskammern abgeschieden. Gemäß einem konventionellen Beschichtungsverfahren unter Verwendung einer konventionellen Beschichtungsvorrichtung werden alle diese Abscheidungsverarbeitungen in einer einzelnen Beschichtungskammer ausgeführt. Das bedeutet, dass es notwendig ist, ein Dotierstoffgas mit einem anderen zu ersetzen, wenn zwischen den Verarbeitungen zum Ausbilden eines n-Films und derjenigen zum Ausbilden eines p-Films umgeschaltet wird. Falls ein solcher Gaseraustausch nicht ausreichend beendet wurde, weist die resultierende Komponente ein verschlechtertes Ergebnis auf. Auf der anderen Seite gestattet das Beschichtungsverfahren unter Verwendung der Beschichtungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform jeder Abscheidungsverarbeitung, dass diese in einer separaten Beschichtungskammer ausgeführt wird, wodurch die für ein Gasersetzen benötigte Zeit reduziert wird. Dies ermöglicht es, die Effizienz der Abscheidungsverarbeitungen zu erhöhen, und erleichtert ein Verbessern des Ergebnisses der hergestellten Komponente.
Es ist klar, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die zuvor beschriebene Ausführungsform beschränkt ist, nachdem verschiedene Alternierungen hieran ausgeführt werden können, ohne vom Gedanken und Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Zum Beispiel, obwohl die obige Ausführungsform Saphirsubstrate verwendet, ist es klar, dass andere Ausführungsformen undotierte GaN-Substrate anstelle der Saphirsubstrate verwenden können, um die Leuchteffizienz zu verbessern.
Weiter, nachdem der Aufbau der zuvor beschriebenen Licht emittierenden Diode der vorliegenden Ausführungsform im Wesentlichen ähnlich zu Halbleiterlaseraufbauten ist, kann die vorliegende Ausführungsform nicht nur auf GaN-Halbleiterlaser angewandt werden, sondern auch auf GaP- und GaAlAs-basierte, Licht emittierenden Dioden.
Weiter, obwohl die obige Ausführungsform unter Bezugnahme auf optische Einrichtungen beschrieben wurde, ist klar, dass die folgende Erfindung auf elektronische Einrichtungen wie GaAs-basierte HBTs (Heterojunction Bipolar Transistors; Heteroübergang-Bipolar-Transistoren) und GaAlAs-basierte HEMTs (High Electron Mobility Transistors; Hoch-Elektron-Mobilität-Transistoren) angewandt werden kann.
Weiter ist die vorliegende Erfindung nicht auf Komponentenhalbleiter der III–V Gruppe beschränkt, sondern kann an auf der IV Gruppe basierten Si-Ge-Elektronikeinrichtungen angewandt werden.
Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung können wie folgt zusammengefasst werden.
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Beschichtungsvorrichtung bereitgestellt, die derart aufgebaut ist, dass wenn eine Vielzahl von Lagen an einem Substrat mittels MOCVD ausgebildet werden, jede Lage in einer separaten Beschichtungskammer am Substrat abgeschieden werden kann. Es ist somit nicht notwendig, diese Lagen in der gleichen Beschichtungskammer abzuscheiden, was den Austausch des einen Gases mit einem anderen erfordert, wenn zwischen den Abscheidungsverarbeitungen dieser Lagen umgeschaltet wird. Dies führt zu einer reduzierten benötigten Zeit für einen Gasaustausch. Weiter ist es möglich, Unreinheiten zu reduzieren, die wegen einem unzureichenden Gasaustausch vorliegen, und hierdurch effizient eine Hochqualitätsabscheidung auszubilden.
Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Beschichtungsverfahren zum Abscheiden einer Vielzahl von Lagen an einem Substrat mittels MOCVD bereitgestellt, wobei jede Lage in einer separaten Beschichtungskammer am Substrat abgeschieden wird. Dies gestattet eine Reduktion der für einen Gasaustausch benötigten Zeit. Weiter wird der Suszeptor, an dem das Substrat befestigt ist, nach der Beendigung der Reihe von Abscheidungsverarbeitungen am Substrat gereinigt, wodurch am Suszeptor angebrachte Fremdgegenstände reduziert werden. Deshalb ist es möglich, effizient eine Hochqualitätsabscheidung auszubilden.
Offensichtlich sind viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung im Lichte der obigen Lehre möglich. Es ist deshalb klar, dass der Bereich der angefügten Ansprüche der Erfindung anders umgesetzt werden kann als dies spezifisch beschrieben ist.
Die gesamte Offenbarung einer japanischen Patentanmeldung Nr. 2009-071133 , eingereicht am 24. März 2009, umfassend die Beschreibung, die Ansprüche, die Zeichnungen und die Zusammenfassung, auf der die Priorität der vorliegenden Anmeldung basiert, werden hierin unter Bezugnahme in ihrer Gesamtheit eingefügt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 5-55148 [0002]
- JP 2009-071133 [0066]

Claims

Beschichtungsvorrichtung zum Ausführen einer Abscheidungsverarbeitung an einem in einer Beschichtungskammer platzierten Substrat mittels metallorganisch-chemischer Gasphasenabscheidung, wobei die Beschichtungsvorrichtung drei oder mehr der Beschichtungskammern umfasst, wobei die drei oder mehr Beschichtungskammern (2, 102, 202) derart aufgebaut sind, dass jede Beschichtungskammer unabhängig von den anderen Beschichtungskammern gesteuert wird, um mittels Steuerns von zumindest der Zusammensetzung des Materialgases, der Strömungsrate des Materialgases, der Temperatur und des Drucks in der Beschichtungskammer einen unterschiedlichen Film am Substrat auszubilden.
Beschichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der: zumindest eine der drei oder mehr Beschichtungskammern (2, 102, 202) eingerichtet ist, eine n-GaN-Lage an einem Substrat auszubilden, zumindest eine der drei oder mehr Beschichtungskammern eingerichtet ist, eine MQW(Multi-Quantentopf)-Aktivlage an einem Substrat auszubilden, und zumindest eine der drei oder mehr Beschichtungskammern eingerichtet ist, eine p-GaN-Lage an einem Substrat auszubilden; und das gleiche Substrat zwischen den drei oder mehr Beschichtungskammern (2, 102, 202) übertragen wird, um mittels Ausbildens eines Films am Substrat in jeder Beschichtungskammer eine Blaulicht emittierende Diodenkomponente herzustellen.
Beschichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der: jede der drei oder mehr Beschichtungskammern (2, 102, 202) einen Erwärmer aufweist; und der Erwärmer aus der Gruppe ausgewählt ist, aufweisend: einen SiC-Erwärmer, einen Wolfram(W)-Erwärmer, einen Molybdän(Mo)-Erwärmer, und eine RF-Spule.
Beschichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, weiter umfassend: Übertragungseinheiten (17) zum automatischen Übertragen eines Suszeptors, an dem die Substrate befestigt sind, zwischen den drei oder mehr Beschichtungskammern, und eine außerhalb der drei oder mehr Beschichtungskammern vorgesehene Reinigungseinheit (5), um den Suszeptor nach einer Abscheidungsverarbeitung zu reinigen.
Beschichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, weiter umfassend: eine benachbart der drei oder mehr Beschichtungskammern (2, 102, 202) gelegene Substratstandby-Einheit (4), wobei die Substratstandby-Einheit (4) Erwärmungseinheiten zum Erwärmen des Substrats aufweist, nachdem das Substrat aus den drei oder mehr Beschichtungskammern (2, 102, 202) geborgen wurde.
Beschichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der: jede der drei oder mehr Beschichtungskammern (2, 102, 202) einen Suszeptortisch (20) umfasst, der den Suszeptor drehen kann, an dem das Substrat befestigt ist, und die Abscheidungsverarbeitung ausgeführt wird, während das Substrat mittels Drehens des Suszeptortisches (20) gedreht wird.
Beschichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei welcher der Suszeptor eine Vielzahl von Substraten daran befestigen kann.
Beschichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 7, bei der: jede der drei oder mehr Beschichtungskammern (2, 102, 202) einen Suszeptortisch (20) umfasst, der den Suszeptor drehen kann, und die Abscheidungsverarbeitung ausgeführt wird, während die Vielzahl der Substrate mittels Drehens des Suszeptortisches (20) gedreht wird.
Beschichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 7, weiter umfassend: Übertragungseinheiten (17) zum automatischen Übertragen des Suszeptors zwischen den drei oder mehr Beschichtungskammern (2, 102, 202), und eine außerhalb der drei oder mehr Beschichtungskammern (2, 102, 202) vorgesehene Reinigungseinheit (5), um den Suszeptor nach der Abscheidungsverarbeitung zu reinigen.
Beschichtungsverfahren, umfassend: automatisches Übertragen eines Suszeptors mit einem daran befestigten Substrat von einer zur anderen von drei oder mehr unterschiedlichen Beschichtungskammern (2, 102, 202), so dass ein unterschiedlicher Film in einer Lage an dem Substrat in jeder Beschichtungskammer (2, 102, 202) unter unterschiedlichen Bedingungen mittels metallorganisch-chemischer Gasphasenabscheidung abgeschieden wird, und Entfernen eines an der Fläche des Suszeptors angebrachten Films unter Verwendung einer außerhalb der drei oder mehr Beschichtungskammern (2, 102, 202) vorgesehenen Reinigungseinheit (5), wobei die an dem Substrat gelegten unterschiedlichen Filme eine n-GaN-Lage, eine Multi-Quantentopf(MQW)-Aktivlage und eine p-GaN-Lage sind.
Beschichtungsverfahren gemäß Anspruch 10, weiter umfassend: Ausführen einer Abscheidungsverarbeitung an dem Substrat, während das Substrat gedreht wird.
Beschichtungsverfahren gemäß Anspruch 10, weiter umfassend: Übertragen einer Vielzahl der Substrate in jede der drei oder mehr Beschichtungskammern (2, 102, 202), und Ausführen einer Abscheidungsverarbeitung an der Vielzahl der Substrate simultan in jeder der drei oder mehr Beschichtungskammern.