JP2008153409A

JP2008153409A - 気相成長装置

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Publication number: JP2008153409A
Application number: JP2006339355A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Koseki; 修一小関; Kunimasa Uematsu; 邦全植松; Nakao Akutsu; 仲男阿久津; Hiroki Tokunaga; 裕樹徳永
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2006-12-18
Filing date: 2006-12-18
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2026-12-18
Also published as: JP4870542B2

Abstract

【課題】基板搬送等の際にチャンバー蓋を開閉しても、ガス導入管の位置を変動させることなく、原料ガスの反応室への導入状態を適正に保つ。
【解決手段】気相成長装置は、上部中央にガス導入管１１を配設した偏平円筒状のチャンバー１２内に、円盤状のサセプタ１３と、サセプタの外周部分に配置された複数の基板ホルダー１４と、サセプタの上方に対向配置されてチャンバー内を上下に区画し、サセプタ側に反応室１５を形成する隔壁である天井板１６とを備えている。チャンバーは、チャンバー本体１７とチャンバー蓋１９とで形成され、チャンバー蓋の中央部には、ガス導入管が挿通されるガイド筒２７を有し、ガイド筒とガス導入管の上部との間に円筒状のベローズ３３が設けられる。チャンバー蓋は、ベローズを伸縮させて上下動可能に形成され、チャンバー蓋を開閉する際にガス導入管やチャンバー本体は移動しない。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板上に半導体薄膜を堆積させる気相成長装置に係り、詳しくは、自公転する複数の基板を外周部に保持したサセプタと、サセプタの中心部から外周部の基板面に向けて原料ガスを供給するガス導入管の先端のズル部とをチャンバー内に収容した気相成長装置に関する。

気相成長装置として、偏平円筒状に形成したチャンバー内の下部にサセプタを回転可能に配設し、該サセプタの外周部に基板を保持する基板ホルダーを自公転可能に配置するとともに、チャンバー内の上部にサセプタ中心部から外周部に向けて原料ガスを導入するガス導入部を配設した、いわゆる自公転方式の気相成長装置が知られている。この気相成長装置は、所定温度に加熱したサセプタを回転させることによって前記基板ホルダーに保持した基板を自公転させながら、前記ガス導入部から所定の原料ガスをチャンバー内に導入することにより、基板面上に薄膜を成長させる（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００６−１０８３１２

しかし、上述のように、チャンバー蓋にガス導入管が装着されていると、チャンバー蓋の開閉を繰り返すことにより、チャンバー蓋の位置がずれることがあった。このチャンバー蓋の位置の変動に伴って、ガス導入管の位置も変動し、原料ガスの導入速度やバランスが変化し、薄膜の成長に悪影響が出る虞があった。また、成膜の制御のために、ガス導入管のチャンバー内への突出量を調節して原料ガスの導入状態を変更しようとする際には、チャンバー蓋に取り付けたガス導入管を交換しなければならず、非常に手間が掛かっていた。

そこで本発明は、基板の搬送やチャンバーの保守の際にチャンバー蓋を開閉しても、ガス導入管の位置を変動させることがなく、原料ガスの導入状態を常に適正な状態に保つことのできる気相成長装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の気相成長装置は、外周部に複数の基板を保持して回転する円盤状のサセプタと、前記サセプタの表面に対向配置されてサセプタ中心部から外周部に向けて原料ガスを導入するガス導入管とを偏平円筒状のチャンバー内に収容した気相成長装置において、前記チャンバーを、前記サセプタ側に配置されて反サセプタ側が開口したチャンバー本体と、該チャンバー本体の前記開口に気密に装着されるチャンバー蓋とに分割形成し、該チャンバー蓋の中央部に前記ガス導入管を挿通する挿通口を設けるとともに、該挿通口の開口縁と前記ガス導入管の上部との間に円筒状の伸縮部材を気密に取り付け、前記チャンバー蓋を上下動可能に形成したことを特徴とし、また、前記チャンバー蓋を上下方向に移動させる昇降手段を備ることもできる。さらに、前記ガス導入管が管軸線方向に移動可能に設けられていてもよい。

また、前記サセプタと前記チャンバー蓋との間に、前記チャンバー内を上下に区画してサセプタ側に反応室を形成する隔壁を備え、該隔壁は、中央部に前記ガス導入管を挿通する挿通口を有するとともに、周方向に複数に分割形成することもでき、前記隔壁は、内周側が前記ガス導入管の下端部外周側に設けられた隔壁支持部に載置され、外周側が前記チャンバー本体の周壁内周側に設けられた隔壁支持部に載置されていると好適である。

本発明の気相成長装置によれば、チャンバー蓋は、ガス導入管のチャンバー本体との位置関係を保持した状態で上下動して開閉されることから、ガス導入管の設置位置が変わることがなく、チャンバー蓋を開閉して基板の搬送やチャンバーの保守等を行った後でも、原料ガスの導入状態を常に適正に保つことができる。

また、ガス導入管を上下方向に移動可能に設けることにより、ガス導入管のチャンバー内への突出量を簡単に調節することができることから、原料ガスの導入状態を簡単に変更することができる。

さらに、前記チャンバー内を区画する隔壁を周方向に複数に分割形成することにより、チャンバー蓋を開いたときの隔壁の着脱を容易に行うことができる。また、隔壁の内周側をガス導入管に、外周側をチャンバー本体にそれぞれ載置させたことにより、ガス導入管の上下方向の移動にも対応できる。

まず、図１及び図２は本発明の気相成長装置の第１形態例を示すもので、図１は気相成長装置の断面正面図、図２は天井板の平面図である。

この気相成長装置は、上部中央にガス導入管１１を配設した偏平円筒状のチャンバー１２内に、円盤状のサセプタ１３と、該サセプタ１３の外周部分の同心円上に等間隔で配置された複数の基板ホルダー１４と、前記サセプタ１３の上方に対向配置されてチャンバー１２内を上下に区画し、サセプタ１３側に反応室１５を形成する隔壁である天井板１６とを備えている。

チャンバー１２は、反サセプタ側の上方が開口したチャンバー本体１７と、該チャンバー本体１７の周壁上部にＯリング１８を介して気密に装着されるチャンバー蓋１９とに分割形成されている。チャンバー本体１７の底部中央部には、サセプタ１３を回転させるための回転駆動軸２０が設けられ、該回転駆動軸２０でサセプタ１３を回転させることにより、基板２１を保持した前記基板ホルダー１４がサセプタ１３の中心に対して公転するとともに、サセプタ１３の外周に設けられた自転歯車機構２２によって自転する。

また、基板ホルダー１４の下方には、基板２１を加熱するための加熱手段として、リフレクター２３に収納されたヒーター２４がリング状に配設され、リフレクター２３の下部には、冷却水配管２５ａが接続された冷却水通路２５が設けられている。さらに、前記サセプタ１３の外周側にはリング状の排気通路２６が設けられ、該排気通路２６に連通する複数の排気管２６ａがチャンバー本体１７の底部を貫通して設けられている。

前記チャンバー蓋１９の中央部には、前記ガス導入管１１を挿通するための挿通口１９ａが設けられ、該挿通口１９ａの開口縁には、円筒状のガイド筒２７が気密に設けられている。チャンバー蓋１９の下方には中央に通孔を有する円盤状に形成された２枚の断熱板２８が設けられている。この断熱板２８には、チャンバー蓋１９設けられた覗き窓２９に対応したスリット２８ａが設けれており、覗き窓２９から反応室１５内の状況や、基板２１の状況を確認できるようにしている。さらに、チャンバー蓋１９には、冷却水配管３０ａが接続された冷却水通路３０が設けられている。

前記天井板１６は、図２に示されるように、外周側に配置される大径リング状の外周側天井板１６ａと、その内周側に配置されて周方向に分割された複数の分割体１６ｂからなる小径リング状の内周側天井板１６ｃと、ガス導入管１１の下端に設けられた中央天井板１６ｄとで形成されており、外周側天井板１６ａは、その外周縁がチャンバー本体１７の周壁内周に設けられた隔壁支持部１７ａに載置された状態で所定位置に固定される。また、内周側天井板１６ｃの各分割体１６ｂの上面内周側と外周側とには摘み部１６ｅが突設されており、各分割体１６ｂは、その外周縁が外周側天井板１６ａの内周縁上に載置され、その内周縁は中央天井板１６ｄの外周縁上に設けられた隔壁支持部１６ｆに載置されて着脱可能に形成されている。

ガス導入管１１は、保護管１１ａの内側に径の異なる複数の管を同心状に配置して複数のガス流路を形成した多重管１１ｂを収納したもので、多重管１１ｂの上部には多重管１１ｂ内の各流路に所定の原料ガスをそれぞれ導入するためのガス導入継手１１ｃが設けられている。前記保護管１１ａは、上部に設けられた上部フランジ１１ｄによって前記多重管１１ｂの上部を気密に保持するとともに、図示しない支持部材により所定位置に保持され、チャンバー本体１７に対する相対的位置が固定されている。

また、保護管１１ａの下端に設けられた下部フランジ１１ｅには、前記中央天井板１６ｄが取り付けられており、中央天井板１６ｄの中央に設けられた挿通口１６ｇの上端に前記多重管１１ｂにおける最も外周に配設された管の下端部が気密に接合されている。前記多重管１１ｂの内周側に配設された管の下端部は、サセプタ１３の近くで拡開し、サセプタ１３の中心部から外周部に向けてサセプタ上面と平行に原料ガスを導入するノズル部１１ｆを形成している。

前記チャンバー蓋１９は、外周部に設けた複数のブラケット３１を介して昇降手段３２に取り付けられるとともに、チャンバー蓋１９の中央部に突設したガイド筒２７と前記ガス導入管１１の上部に設けた上部フランジ１１ｄとの間には、円筒状の伸縮部材であるベローズ３３が気密に取り付けられている。なお、昇降手段３２には、スクリュー等の任意の直線移動手段を採用することができる。

この気相成長装置で基板２１上に薄膜を成長させる際には、基板２１を基板ホルダー１４に保持させ、チャンバー本体１７の上部にＯリング１８を介してチャンバー蓋１９を気密に取り付けた後、排気通路２６を介してチャンバー１２内を排気し、回転駆動軸２０を作動させてサセプタ１３を回転させることにより基板２１を自公転させながら、ヒーター２４を作動させて基板２１を所定温度に加熱するとともに、ガス導入管１１の多重管１１ｂに所定の原料ガスを供給することによって行う。なお、多重管１１ｂに供給する原料ガスの種類は特に限定されるものではなく、成膜する薄膜の種類に応じて任意に選択することができる。また、多重管の構成は、導入する原料ガスの種類、その他の成膜条件に応じて適宜に設定することができる。

ガス導入管１１のノズル部１１ｆから反応室１５内に導入された原料ガスは、サセプタ１３と天井板１６との間を中央部から外周部に向かって流れ、高温に加熱されたサセプタ１３の部分で原料ガス中の反応成分が熱分解し、基板２１の表面に所定の薄膜が堆積する。未反応の原料ガスは、サセプタ１３の外周から排気通路２６を経て排気管２６ａから排出される。これにより、基板２１の表面に所定の薄膜が形成される。

基板２１に所定の薄膜を形成した後、基板２１を搬送する際やチャンバー１２の保守を行う際に、昇降手段３２を上方向に作動させてブラケット３１と共にチャンバー蓋１９を上昇させると、天井板１６やサセプタ１３を含むチャンバー本体１７側の部品及びガス導入管１１は移動することなく、チャンバー蓋１９のみがベローズ３３を縮めながら上昇する。

このようにしてチャンバー蓋１９を上昇させることにより、天井板１６の各分割体１６ｂを摘み部１６ｅを利用して簡単に取り外すことができ、すべての分割体１６ｂを取り外すことにより、その下方に位置する基板２１の交換を容易に行うことができる。また、チャンバー１２内の保守点検も容易に行うことができる。

基板２１を交換した後、各分割体１６ｂの外周縁を外周側天井板１６ａの内周縁上に、内周縁をガス導入管１１の下部フランジ１１ｅの外周上面に、それぞれ載置して天井板１６により反応室１５を区画形成した後、昇降手段３２を下方向に作動させ、チャンバー蓋１９を下降させてチャンバー本体１７に気密に装着する。このチャンバー蓋１９の下降の際には、ベローズ３３が伸びることによってチャンバー蓋１９のみが下降する。

したがって、チャンバー蓋１９の開閉の際にチャンバー本体１７側の部品及びガス導入管１１が移動することはないので、反応室１５内におけるノズル部１１ｆの位置は変化せず、繰り返しの成膜操作における再現性を高めることができる。また、天井板１６を複数の分割体１６ｂで形成し、各分割体１６ｂの内外周縁を中央天井板１６ｄの隔壁支持部１６ｆ上及び外周側天井板１６ａの内周縁上に載置するだけとしたので、天井板１６における基板交換に必要な部分の開閉を簡便に行うことができる。

図３は、本発明の第２形態例を示す気相成長装置の断面正面図で、第１形態例と同様の構成要素を示すものには、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。

この第２形態例では、ガス導入管１１の下端を拡開して前記中央天井板を兼ねる大径フランジ１１ｈを形成し、この大径フランジ１１ｈの外周縁に、前記天井板１６の分割体１６ｂの内周縁を載置させている。

図４は、本発明の第３形態例を示す気相成長装置の断面正面図を示すもので、ガス導入管１１の上部を昇降手段３２にて支持し、ガス導入管１１をチャンバー蓋１９とは別に上下方向に移動できるように形成している。これにより、反応室１５におけるガス導入管１１の上下位置を調節することができ、原料ガスの導入状態を簡単に変更することができることから、成膜の制御を容易に行うことができる。

また、分割体１６ｂの内周縁を固定することなく、大径フランジ１１ｈの外周縁に載置しただけとしたので、ガス導入管１１を１ｍｍ程度上下動させても分割体１６ｂに無理な力が加わることがなく、隣接する分割体１６ｂ同士の間に隙間が発生したとしても極めて小さなものであり、原料ガスが漏洩することはほとんどない。

本発明の第１形態例を示す気相成長装置の断面正面図である。同じく天井板を示す平面図である。本発明の第２形態例を示す気相成長装置の断面正面図である。本発明の第３形態例を示す気相成長装置の断面正面図である。

符号の説明

１１…ガス導入管、１１ａ…保護管、１１ｂ…多重管、１１ｃ…ガス導入継手、１１ｄ…上部フランジ、１１ｅ…下部フランジ、１１ｆ…ノズル部、１１ｈ…大径フランジ、１２…チャンバー、１３…サセプタ、１３ａ…中央開口部、１４…基板ホルダー、１５…反応室、１６…天井板、１６ａ…外周側天井板、１６ｂ…分割体、１６ｃ…内周側天井部、１６ｄ…中央天井板、１６ｅ…摘み部、１６ｆ…隔壁支持部、１６ｇ…挿通孔、１７…チャンバー本体、１８…Ｏリング、１９…チャンバー蓋、１９ａ…挿通孔、２０…回転駆動軸、２１…基板、２２…自転歯車機構、２３…リフレクター、２４…ヒーター、２５…冷却水通路、２５ａ…冷却水配管、２６…排気通路、２６ａ…排気管、２７…ガイド筒、２８…断熱板、２９…覗き窓、３０…冷却水通路、３０ａ…冷却水配管、３１…ブラケット、３２…昇降手段、３３…ベローズ

Claims

外周部に複数の基板を保持して回転する円盤状のサセプタと、前記サセプタの表面に対向配置されてサセプタ中心部から外周部に向けて原料ガスを導入するガス導入管とを偏平円筒状のチャンバー内に収容した気相成長装置において、前記チャンバーを、前記サセプタ側に配置されて反サセプタ側が開口したチャンバー本体と、該チャンバー本体の前記開口に気密に装着されるチャンバー蓋とに分割形成し、該チャンバー蓋の中央部に前記ガス導入管を挿通する挿通口を設けるとともに、該挿通口の開口縁と前記ガス導入管の上部との間に円筒状の伸縮部材を気密に取り付け、前記チャンバー蓋を上下動可能に形成したことを特徴とする気相成長装置。
前記チャンバー蓋を上下方向に移動させる昇降手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
前記ガス導入管が管軸線方向に移動可能に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の気相成長装置。
前記サセプタと前記チャンバー蓋との間に、前記チャンバー内を上下に区画してサセプタ側に反応室を形成する隔壁を備え、該隔壁は、中央部に前記ガス導入管を挿通する挿通口を有するとともに、周方向に複数に分割形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の気相成長装置。
前記隔壁は、内周側が前記ガス導入管の外周側に設けられた隔壁支持部に載置され、外周側が前記チャンバー本体の周壁内周側に設けられた隔壁支持部に載置されていることを特徴とする請求項４記載の気相成長装置。