JP2001110794A - 薄膜気相成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的簡単な構成で、整流効果が高く、しか
も成膜ガスによって生成される析出物の付着を極力防止
した成膜室を構成できるようにした薄膜気相成長装置を
提供する。 【解決手段】 気密な成膜室１０に、基板Ｗを保持する
基板保持部１２と、該基板保持部１２を少なくとも成膜
位置と搬送位置の間で昇降させる昇降機構１４と、基板
Ｗに向けて成膜ガスを噴射するガス噴射ヘッド１６と、
成膜室１０の側壁１８の搬送位置に対応する高さに開口
する基板搬送口２０と、成膜室１０の側壁１８の成膜位
置の下方で開口する排気口２２とが設けられた薄膜気相
成長装置において、成膜室１０には、基板保持部１２と
一体に昇降して反応済みガスの流れを調整する可動整流
板７２が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は薄膜気相成長装置に
係り、特に、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウ
ム、又はチタン酸バリウムストロンチウム（以下、チタ
ン酸バリウム／ストロンチウムと総称する）等の高誘電
体又は強誘電体薄膜を基板上に気相成長させる薄膜気相
成長装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体産業における集積回路の集
積度の向上はめざましく、現状のメガビットオーダか
ら、将来のギガビットオーダを睨んだＤＲＡＭの研究開
発が行われている。かかるＤＲＡＭの製造のためには、
小さな面積で大容量が得られるキャパシタ素子が必要で
ある。このような大容量素子の製造に用いる誘電体薄膜
として、比誘電率が１０以下であるシリコン酸化膜やシ
リコン窒化膜に替えて、比誘電率が２０程度である五酸
化タンタル(Ｔａ_２Ｏ_５)薄膜、あるいは比誘電率が３０
０程度であるチタン酸バリウム(ＢａＴｉＯ_３)、チタン
酸ストロンチウム(ＳｒＴｉＯ_３)又はこれらの混合物で
あるチタン酸バリウムストロンチウム等の金属酸化物薄
膜材料が有望視されている。

【０００３】図５及び図６は、このような金属酸化物薄
膜を基板上に気相成長させる際に使用される薄膜気相成
長装置の従来の一般的な構成を示す図である。図５及び
図６に示すように、薄膜気相成長装置は、全体がほぼ筒
状に形成された気密な成膜室１０と、基板Ｗを保持する
基板ホルダ１２と、該基板ホルダ１２を少なくとも成膜
位置と搬送位置の間で昇降させる昇降機構１４と、成膜
室１０の頂部より基板Ｗに向けて成膜ガスを噴射するガ
ス噴射ヘッド１６と、成膜室１０の側壁１８の搬送位置
に対応する高さに開口する基板搬送口２０と、成膜室１
０の側壁１８の成膜位置の下方で開口する排気口２２と
を備えている。排気口２２と基板搬送口２０は、側壁１
８の周方向に沿った所定の位置に１個づつ設けられてい
る。

【０００４】前記基板ホルダ１２は、内部にヒータ等の
加熱手段を有する円板状のサセプタ２４と、これを昇降
機構１４に連結する支柱２６とを有している。ガス噴射
ヘッド１６は、基板Ｗよりやや大きい円板状のノズル盤
２８を有し、このノズル盤２８には、複数のノズル孔
（図示せず）が均等に分散配置されている。

【０００５】前記成膜室１０は、円筒状の側壁１８と、
中央に基板昇降機構１４を取付けるための開口部が形成
された底板３０及び天板を兼ねるガス噴射ヘッド１６と
により気密に構成され、必要箇所にはシール部材である
Ｏリング３２やベローズ３４が配されている。底板３０
の所定の位置には複数のピン３６が突設され、サセプタ
２４の該ピン３６に対応する位置には上下に連通する通
孔が形成されて、サセプタ２４が搬送位置に位置する時
に基板Ｗをピン３６によりサセプタ２４の上方に持上げ
た状態で保持するようになっている。

【０００６】基板搬送口２０はゲート弁３８を介して搬
送室４０に連結され、搬送室４０の内部に配置されたロ
ボットのロボットアーム４２及びこれに連結されたロボ
ットハンド４４が基板搬送口２０を通じて成膜室１０の
内部に延びるようになっている。また、排気口２２に
は、真空ポンプ４６に接続された排気管４８が連結さ
れ、この排気管４８に開閉弁５０と圧力調整弁５２が設
けられている。

【０００７】成膜室１０には、反応済みガスを前記排気
口２２に導く流路を形成する整流板５４が配置固定され
ている。この整流板５４は、基板ホルダ１２の昇降経路
を取り囲む内筒部５６と、側壁１８の内周面に沿って延
びる外筒部５８と、排気口２２及び基板搬送口２０の下
方位置で成膜室１０の内部空間を上下に仕切る仕切部６
０と、反応済みガスを排気口２２に導く排気流路Ｐを形
成する内側整流部６２及び外側整流部６４とから構成さ
れている。内筒部５６及び外筒部５８の前記基板搬送口
２０と対向する位置には、ロボットハンド４４で保持さ
れた基板Ｗが通過できるようにした開口部５６ａ及び５
８ａが設けられている。

【０００８】このような構成の薄膜気相成長装置によ
り、先ずサセプタ２４を、図５に示す搬送位置に置き、
基板搬送口２０を通過させたロボットハンド４４により
サセプタ２４上に基板Ｗを載せ、昇降機構１４を駆動さ
せてサセプタ２４を図６を示す成膜位置まで上昇させ
る。この状態で、サセプタ２４により基板Ｗを成膜温度
まで昇温させ、熱媒体により所定温度に維持されたガス
噴射ヘッド１６より原料ガスと反応ガスの混合ガスを基
板Ｗに向けて噴射する。すると、噴射された原料ガスと
反応ガスは、基板Ｗ上で反応して成膜し、反応済みガス
は、基板Ｗ上を放射状に流れて内側整流部６２と外側整
流部６４の間に形成された排気流路Ｐに流れ、排気口２
２より排気される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５及
び図６に示す従来の薄膜気相成長装置にあっては、整流
板５４の内筒部５６及び外筒部５８に基板Ｗを出し入れ
するための開口部５６ａ及び５８ａが形成され、しかも
整流板５４の内筒部５６の内径はサセプタ２４の外径よ
り僅かに大きく設定されて、サセプタ２４と内筒部５６
との間に隙間が生じているため、図６に示すように、開
口部５６ａ，５８ａ内をガスが流通してしまうばかり
か、サセプタ２４と内筒部５６との間の隙間からガスが
下方に流れ込み、これによって、ガスの流れが乱れ、し
かも原料ガス（成膜ガス）によって生成される析出物が
サセプタ２４の下面や成膜室１０の下部壁面にも付着し
易くなって、成膜室内のパーティクルの発生源となると
いう問題があった。

【００１０】なお、整流板の開口部にカバーを上下動自
在に取付けて、このカバーで整流板の開口部を塞ぐよう
にしたものも開発されているが、この場合、カバーを上
下動させるための駆動機構を別個に設ける必要があっ
て、装置の複雑化や大型化を招くばかりでなく、制御も
複雑となる。

【００１１】本発明は上記事情に鑑みて為されたもの
で、比較的簡単な構成で、整流効果が高く、しかも成膜
ガスによって生成される析出物の付着を極力防止した成
膜室を構成できるようにした薄膜気相成長装置を提供す
ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜気相成長装
置は、気密な成膜室に、基板を保持する基板保持部と、
該基板保持部を少なくとも成膜位置と搬送位置の間で昇
降させる昇降機構と、基板に向けて成膜ガスを噴射する
ガス噴射ヘッドと、成膜室の側壁の前記搬送位置に対応
する高さに開口する基板搬送口と、成膜室の側壁の前記
成膜位置の下方で開口する排気口とが設けられた薄膜気
相成長装置において、前記成膜室には、前記基板保持部
と一体に昇降して反応済みガスの流れを調整する可動整
流板が設けられていることを特徴とする。

【００１３】本発明によれば、成膜中における反応済み
ガスの流れを可動整流板で規制して、高い整流効果を得
るとともに、成膜室の内部に駆動部を設ける必要をなく
して、装置の小型コンパクト化を図ることができる。

【００１４】また、前記可動整流板は、前記基板保持部
が成膜位置に位置する時に、前記基板搬送口を塞ぎ、前
記排気口を開口させるように構成されていることを特徴
とする。これにより、成膜時に基板搬出口内をガスが流
通することを阻止しながら、反応済みガスを排気口から
外部に排出することができる。

【００１５】また、前記可動整流板は、その下面側で前
記基板保持部に係止されて保持されていることを特徴と
する。これにより、可動整流板を持上げることで、基板
保持部との係止を解いて、例えばクリーニング時に可動
整流板を成膜室から容易に抜き出すことができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
乃至図４を参照して説明する。なお、前記図５及び図６
に示す従来例と同一部材または相当部材には同一符号を
付して、その重複した説明を省略する。

【００１７】図１乃至図３は、本発明の第１の実施形態
の気相成長装置を示す図であり、図１は薄膜気相成長装
置における基板搬送時の状態を示す断面図であり、図２
は成膜時の状態を示す断面図である。薄膜気相成長装置
の気密な成膜室１０の内部には、反応済みガスを排気口
２２に導く流路を形成するための固定整流板７０と可動
整流板７２とが上下に備えられている。

【００１８】固定整流板７０は、成膜室１０の側壁１８
の内周面のほぼ全長に亘って延びる筒状部７４と、該筒
状部７４の上端に連結された環状板部７６と、外側整流
部７８とを有し、筒状部７４において底板３０に載置さ
れるか、又は、側壁１８に載置されている。筒状部７４
の基板搬送口２０に対向する位置には基板搬送用の開口
部７４ａが設けられており、排気口２２に対向する位置
には排気用の開口部７４ｂが設けられている。

【００１９】可動整流板７２は、サセプタ２４の外周面
に沿ってこの下方まで延出する内筒部８０と、この内筒
部８０と同心状の外筒部８２と、内筒部８０と外筒部８
２の下端を結んで成膜室１０の内部空間を上下に仕切る
仕切部８４と、前記外側整流部７８との間に排気流路Ｐ
を形成する内側整流部８６とを有している。図３は可動
整流板を基板保持部に取付けた状態を示す図である。図
３に示すように、内筒部８０の内周面には、内方に突出
する係止部８０ａが設けられ、サセプタ２４の下方に配
置した円板状のリフレクタ８８の周縁部上面に該係止部
８０ａを係止させることで、可動整流板７２は基板ホル
ダ１２に固定され基板ホルダ１２と一体に昇降するよう
になっている。従って、クリーニング時には可動整流板
７２を上方に持上げることで、係止部８０ａとリフレク
タ８８との係止を解いて、成膜室１０から容易に抜出す
ことができる。

【００２０】可動整流板７２の内筒部８０の上端には、
内筒部８０とサセプタ２４との間の隙間を上方から覆う
カバー部９０が前記内部整流板部８６と連続して設けら
れている。カバー部９０の上面と外筒部８２の上端面
は、サセプタ２４の上面と面一となるようになってい
る。

【００２１】図１および図２に示すように、外筒部８２
は、その外径が固定整流板７０の筒状部７４の内径より
も僅かに小さく設定されている。そして、可動整流板７
２が基板ホルダ１２と一体に上昇して成膜位置に位置し
た時に排気口２２と対向する位置に排気用の開口部８２
ａが設けられ、また基板搬送位置に位置した時に前記筒
状部７４の排気用の開口部７４ｂが外筒部８２によって
塞がれるようになっている。

【００２２】なお、固定整流板７０の筒状部７４と可動
整流板７２の外筒部８２の間に僅かの隙間を設けてコン
ダクタンスを小さくすることで、可動整流板７２の移動
時のこすれを防止するとともに、ガスの洩れを極力防ぐ
ことができる。

【００２３】以上のように構成した薄膜気相成長装置の
作用を説明する。先ず、基板ホルダ１２が図１に示す搬
送位置に位置する時に、基板搬送口２０を通過させたロ
ボットハンド４４により基板Ｗをサセプタ２４上に載せ
た後、ロボットハンド４４は搬送室４０内に退避する。
この時、可動整流板７２はサセプタ２４と共に下方位置
にあって、内筒部８０の上端面及びカバー部９０の上面
がサセプタ２４と面一となっているため、この基板Ｗの
搬送が可動整流板７２によって阻害されることはない。
また筒状部７４の排気用の開口部７４ｂは、外筒部８２
によって塞がれ、これによって、サセプタ２４の上面付
近のガスの流れが少なくなって、パーティクルの巻き上
げが防止される。

【００２４】次に、昇降機構１４を駆動させて、基板ホ
ルダ１２を可動整流板７２と一体に図２を示す成膜位置
まで上昇させる。すると、固定整流板７０の筒状部７４
の基板搬送用の開口部７４ａの前面に可動整流板７２の
外筒部８２が位置して、この外筒部８２によって基板搬
送口２０が塞がれ、筒状部７４の排気用の開口部７４ｂ
の前面に外筒部８２の排気用の開口部８２ａが位置し
て、排気口２２が開口する。また、固定整流板７０の外
側整流部７８と可動整流板７２の内側整流部８６との間
に排気流路Ｐが形成される。

【００２５】この状態で、サセプタ２４により基板Ｗを
成膜温度まで昇温させ、熱媒体により所定温度に維持し
たガス噴射ヘッド１６より原料ガスと反応ガスの混合ガ
スを基板Ｗに向けて噴射して、噴射された原料ガスと反
応ガスを基板Ｗ上で反応させて基板Ｗの表面に薄膜を成
長させる。すると、反応済みガスは、基板Ｗ上を放射状
に流れて外側整流部７８と内側整流部８６との間に形成
された排気流路Ｐに流れ、排気口２２より排気される。
従って、基板搬送口２０が塞がれているので、ガスの流
れがスムーズで、しかも反応ガスの流路が限定されて、
サセプタ２４の裏側や成膜室１０下部の昇降機構１４等
には流れにくくなっているので、これらの箇所での原料
成分や反応生成物の付着やそれに起因する汚染等が防止
される。固定整流板７０や可動整流板７２に原料成分や
反応生成物が付着した場合には、成膜室１０の頂部のガ
ス噴射ヘッド１６を開き、固定整流板７０の狭持を解い
てこれを上方に持上げ、しかる後に、可動整流板７２を
上方に持ち上げることで成膜室１０から取出し、清掃や
交換等を行なうことにより、成膜処理を継続することが
できる。

【００２６】図４は、本発明の第２の実施の形態の薄膜
気相成長装置を示す図である。図４に示すように、可動
整流板７２の内筒部８０の上端に、カバー兼係止部９２
を内側整流部８６と連続して設け、このカバー兼係止部
９２の下面内周縁部を基板Ｗと干渉しない位置でサセプ
タ２４の上面外周縁部に係止させることで、可動整流板
７２は基板ホルダ１２に固定され基板ホルダ１２と一体
に昇降するようになっている。その他の構成は、前記第
１の実施の形態のものと同様である。

【００２７】この実施の形態よれば、可動整流板７２の
外筒部８２とサセプタ２４との間の隙間の上方がカバー
兼係止部９２で完全に覆われるため、サセプタ２４の裏
面側に析出物が堆積することがより確実に防止される。

【００２８】なお、前記各実施の形態においては、固定
整流板を設けた例を示しているが、この固定整流板は必
ずしも必要ではない。また、可動整流板の形状等につい
ても、基本的に上下する基板ホルダ（基板保持部）と一
体となって上下移動し、上方に移動した成膜時に排気口
のみを開口させて、それ以外の開口部を遮蔽し、下方に
移動した搬送時には、少なくとも基板搬送口を開口する
機能を有するものであればよい。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
成膜中における反応済みガスの流れを可動整流板で規制
して、高い整流効果を得るとともに、成膜室の内部に駆
動部を設ける必要をなくして、装置の小型コンパクト化
を図ることができる。しかも成膜ガスによって生成され
る析出物の成膜室壁面や基板搬送口等の付着を減少さ
せ、これによりパーティクルの発生を抑えるとともに、
クリーニングサイクルを伸ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の薄膜気相成長装置に
おける基板搬送時の状態を示す断面図である。

【図２】本発明の第１の実施形態の薄膜気相成長装置に
おける成膜時の状態を示す断面図である。

【図３】本発明の第１の実施形態の薄膜気相成長装置に
おける可動整流板を基板保持部で保持した状態を示す断
面図である。

【図４】本発明の第２の実施形態の薄膜気相成長装置に
おける可動整流板を基板保持部で保持した状態を示す断
面図である。

【図５】従来の薄膜気相成長装置における基板搬送時の
状態を示す断面図である。

【図６】従来の薄膜気相成長装置における成膜時の状態
を示す断面図である。

【符号の説明】

１０ 成膜室 １２ 基板ホルダ（基板保持部） １４ 昇降機構 １６ ガス噴射ヘッド ２０ 基板搬送口 ２２ 排気口 ２４ サセプタ ４６ 真空ポンプ ４８ 排気管 ７０ 固定整流板 ７２ 可動整流板 ７４ 筒状部 ７４ａ，７４ｂ 開口部 ７８ 外側整流部 ８０ 内筒部 ８０ａ 係止部 ８２ 外筒部 ８２ａ 開口部 ８４ 仕切部 ８６ 内側整流部 ８８ リフレクタ ９０ カバー部 ９２ カバー兼係止部 Ｐ 排気流路 Ｗ 基板

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 BA46 EA04 EA08 GA02 KA12 LA01 5F045 AB40 BB15 DP03 EF05 EF14 EF17 EM10

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気密な成膜室に、基板を保持する基板保
   持部と、該基板保持部を少なくとも成膜位置と搬送位置
   の間で昇降させる昇降機構と、基板に向けて成膜ガスを
   噴射するガス噴射ヘッドと、成膜室の側壁の前記搬送位
   置に対応する高さに開口する基板搬送口と、成膜室の側
   壁の前記成膜位置の下方で開口する排気口とが設けられ
   た薄膜気相成長装置において、 前記成膜室には、前記基板保持部と一体に昇降して反応
   済みガスの流れを調整する可動整流板が設けられている
   ことを特徴とする薄膜気相成長装置。
2. 【請求項２】 前記可動整流板は、前記基板保持部が成
   膜位置に位置する時に、前記基板搬送口を塞いて、前記
   排気口を開口させるように構成されていることを特徴と
   する請求項１記載の薄膜気相成長装置。
3. 【請求項３】 前記可動整流板は、その下面側で前記基
   板保持部に係止されて保持されていることを特徴とする
   請求項１または２記載の薄膜気相成長装置。