JP2013172153A - Ｍｏｃｖｄ反応器用シャワーヘッド、ｍｏｃｖｄ反応器、ｍｏｃｖｄ装置及び洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】改良されたシャワーヘッド、ＭＯＣＶＤ反応器及びＭＯＣＶＤ装置を提供すること。
【解決手段】ＭＯＣＶＤ反応器用シャワーヘッドは、実施形態の一例において、厚さ方向に貫通する複数の反応ガス供給路が形成され、且つ冷却構造を有するシャワーヘッド本体部と、シャワーヘッド本体部に着脱可能に取り付けられ、シャワーヘッド本体部における各反応ガス供給路の形成位置に対応する部位に、厚さ方向に貫通する１対ｎのマニホールド構造が形成され、且つ冷却構造を有さないシールド板を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＭＯＣＶＤ反応器に用いられた取り外し可能なシャワーヘッド、シャワーヘッドを備えたＭＯＣＶＤ反応器、ＭＯＣＶＤ反応器の関連部品をｉｎ−ｓｉｔｕ洗浄可能なＭＯＣＶＤ装置、及び洗浄方法に関するものである。

ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置の一例として、マルチチャンバー構成のクラスタ装置がある。例えば、ＭＯＣＶＤ装置は、ＭＯＣＶＤ反応器、ロードロック（ｌｏａｄ ｌｏｃｋ）チャンバー、搬送チャンバーを備える。ここで、ＭＯＣＶＤ反応器が一定の稼動期間を経過した場合、シャワーヘッドやサセプタなどの部材の上に所定厚さの堆積物が付着するため、除去する必要がある。

従来、ＭＯＣＶＤ反応器におけるサセプタに対するクリーニングは、処理すべきサセプタを洗浄装置に移送し、化学洗浄にて堆積物を除去することで行われる。また、ＭＯＣＶＤ反応器におけるシャワーヘッドに対するクリーニングは、ＭＯＣＶＤ反応器内において、例えば、ブラシと掃除機を用いる物理的洗浄にて堆積物を除去することで行われる。このように、サセプタに対するクリーニングとシャワーヘッドに対するクリーニングとは、異なる場所で異なる洗浄方式にて行われる。

しかしながら、上記の洗浄方法では、洗浄する際、チャンバーを大気開放しなければならず、また、シャワーヘッドのブラシ洗浄では精密に堆積物を除去できない。そうすると、洗浄作業にかかる時間が長くなったり、品質のコントロールが困難になったりするなどの結果、ＭＯＣＶＤ装置による持続的量産を妨げ、半導体装置によるスループットに悪影響をもたらすことがある。

そこで、基板処理用チャンバー内に配置された基板の上に、一層又は複数層のＩＩＩ族元素含有層を堆積するステップと、基板処理チャンバーから基板を移出するステップと、ハロゲン含有ガスを基板処理チャンバーに進入させるステップと、基板処理チャンバーの１つ又は複数の内部表面（反応チャンバーの内壁面及びシャワーヘッド表面等）から不要な堆積物の少なくとも一部を除去するステップとを含むＭＯＣＶＤチャンバーに対するｉｎ−ｓｉｔｕ洗浄方法が提案されている。

また、従来、ＭＯＣＶＤ反応の過程においてＭＯＣＶＤ反応器におけるシャワーヘッドに付着する堆積膜の量を減少させることを目的として、シャワーヘッドに冷却手段を設置するいわゆるコールドウォール（ｃｏｌｄ ｗａｌｌ）対策が講じられている。シャワーヘッドに付着する堆積物の性状が剥離しやすいクズ状の性質に近い結果、ブラシを用いた物理的洗浄方法により堆積物を容易に除去できる利点が得られる。一方、剥離しやすいクズ状の性質であるためパーティクルとしてプロセスに悪影響を及ぼす結果、シャワーヘッドに対する洗浄作業が頻繁になる。

そこで、プラズマＣＶＤ法によって基板の表面上に薄膜を成膜する際に用いられるカソード電極であって、原料ガスが導かれるガス分散空間形成部に取り外しし可能に取り付けられ、ガス分散空間形成部の原料ガスを表面から流出させるシャワーヘッド型平板電極と、外周を外枠部とするような形状で複数のガス流通孔が形成された外枠付き仕切り板とを備え、シャワーヘッド型平板電極に外枠付き仕切り板を取り外し可能に固定することにより構成している非一体型カソード電極が提案されている。

中華民国專利公開第２０１１０７５２２号 特開２０１０−３７６２４号公報

しかしながら、従来の非一体型カソード電極では、外枠付き仕切り板は厚さのごく薄いシート材であり、且つ、隣接するシャワーヘッド型平板電極に密接している結果、板温度をシャワーヘッド型平板電極から独立して調整できないという問題がある。

また、従来のシャワーヘッドでは、例えば、加工コストがかかり、経済性の問題を有する。例えば、３層構造物の隔壁に所定数量の開口が穿設され、更に、例えば、溶接加工又は放電加工（ＥＤＭ）により所定数量（通常は千本以上）のガス管が開口に固設され、加工コストがかかる。

開示するシャワーヘッドは、１つの実施態様において、厚さ方向に貫通する複数の反応ガス供給路が形成され、且つ冷却構造を有するシャワーヘッド本体部を有する。また、開示するシャワーヘッドは、１つの実施態様において、前記シャワーヘッド本体部に着脱可能に取り付けられ、前記シャワーヘッド本体部における各反応ガス供給路の形成位置に対応する部位に、厚さ方向に貫通する１対ｎのマニホールド構造が形成され、且つ冷却構造を有さないシールド板を有する。

上記構成によれば、冷却構造により降温されたシャワーヘッド本体部に比べ、シールド板は冷却構造を有さないため、シャワーヘッド本体部の温度から独立してシールド板の温度を膜状堆積物の付着可能な高温に調整することができると共に、堆積物の付着した下部部材を容易に取り外して洗浄を行うことにより、洗浄作業にかかる時間を節約できると共に、特定のガスチャンネル構造を採用することで、シャワーヘッドに対する加工を簡潔にすることができ、製造コストの低減したＭＯＣＶＤ反応器用シャワーヘッドを提供することが可能となる。

また、開示するＭＯＣＶＤ反応器は、１つの実施態様において、上下動及び回転可能なローターと、前記ローター上に載せられ、基板を載置するためのサセプタと、前記サセプタの下面に設けられ、前記サセプタを介して前記基板を加熱するためのヒーターと、反応器内部の上側に設けられ、前記サセプタと対向するように配置されたシャワーヘッドを備え、前記シャワーヘッドが、上記のシャワーヘッドである。

上記構成によれば、現有の反応器構成に合わせ、シャワーヘッド部材を容易に取り外し、部材の交換に必要な作業時間を短縮化できるＭＯＣＶＤ反応器を提供することができる。

また、開示するＭＯＣＶＤ装置は、１つの実施態様において、上記のＭＯＣＶＤ反応器と、被洗浄物を支持するための被洗浄物支持台と、被洗浄物を加熱するための加熱板と、洗浄用ガスを洗浄チャンバー内に導入するための洗浄用ガス導入ラインを含む洗浄チャンバーと、ロードロックチャンバーと、前記ＭＯＣＶＤ反応器、前記洗浄チャンバー及び前記ロードロックチャンバーとに連結され、機械ロボットが内部に設置される搬送チャンバーとを備える。

上記構成によれば、ＭＯＣＶＤ反応器におけるサセプタ及びシャワーヘッド部材に対しｉｎ−ｓｉｔｕの化学洗浄を行うことで、スループットの向上したＭＯＣＶＤ装置を提供することができる。

また、開示する洗浄方法は、１つの実施態様において、ＭＯＣＶＤ反応器、洗浄チャンバー、及び搬送チャンバーを備えるＭＯＣＶＤ装置における、該ＭＯＣＶＤ反応器が有するサセプタ及びシャワーヘッド部材に対し化学洗浄を行う洗浄方法であって、前記ＭＯＣＶＤ反応器によるＭＯＣＶＤ処理が終了した後、前記ＭＯＣＶＤ反応器における前記サセプタ及び前記シャワーヘッド部材を前記搬送チャンバーを介して前記洗浄チャンバーに移送するステップと、洗浄ガスを用いて前記サセプタ及び前記シャワーヘッド部材に対し洗浄を行うステップとを含む。

上記構成によれば、ＭＯＣＶＤ反応器におけるサセプタ及びシャワーヘッド部材に対しｉｎ−ｓｉｔｕの化学洗浄を行うことで、ＭＯＣＶＤ装置によるスループットを向上することができる。

改良されたシャワーヘッド、ＭＯＣＶＤ反応器及びＭＯＣＶＤ装置を提供することが可能になるという効果を奏する。

図１は、第１の実施形態に係るシャワーヘッドの概略構成を模式的に示す図である。 図２は、第１の実施形態に係るシャワーヘッド表面（シールド板表面）のガス穴の分布を示す図である。 図３は、第１の実施形態に係るシャワーヘッドの細部構成を示す部分断面図である。 図４は、第１の実施形態におけるシャワーヘッドにおける反応ガスの流れを概略的に示す図である。 図５は、第１の実施形態におけるＭＯＣＶＤ反応器の概略断面図である。 図６は、第１の実施形態におけるＭＯＣＶＤ反応器からシールド板を取り外す動作を模式的に示す図である。 図７は、第１の実施形態におけるＭＯＣＶＤ反応器からサセプタを移送する動作を模式的に示す図である。 図８は、第１の実施形態におけるＭＯＣＶＤ装置全体の概略正面図である。 図９は、第１の実施形態における洗浄チャンバーの概略断面図である。 図１０は、別の実施形態におけるシャワーヘッド構造の一例を示す断面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係るシャワーヘッドについて説明する。図１（Ａ）〜（Ｃ）は、第１の実施形態に係るシャワーヘッド１の概略構成を模式的に示す図である。図１（Ａ）に示すように、このシャワーヘッド１はシャワーヘッド本体部２と、図示しない部材結合手段（例えばスナッピング材、ねじ部材、真空吸引機構など）によりシャワーヘッド本体部２に着脱自在に取り付けられたシールド板３を備える。

シャワーヘッド本体部２には、等距離に離れて厚さ方向に貫通する複数の反応ガス供給路４が形成される。また、シャワーヘッド本体部２は、シールド板３のシャワーヘッド本体部２の各反応ガス供給路４の形成位置に対応する箇所に、シールド板３の厚さ方向に貫通する複数のマニホールド構造５が形成される。

図１（Ａ）に示すように、マニホールド構造５には、ガスチャンネル連通室５ｂ及び下部ガスチャンネル５ｃが含まれる。ガスチャンネル連通室５ｂは、シャワーヘッド本体部２の反応ガス供給路４とシールド板３の下部ガスチャンネル５ｃとを連通するように形成される。ここで、ガスチャンネル連通室５ｂの底面からシールド板３の下表面まで貫通した下部ガスチャンネル５ｃのチャンネル数は、ｎ（ｎ≧２）となる。この結果、シャワーヘッド本体部２からの単一のガス流をｎ本のガス流に分岐させることが可能となる。従って、シャワーヘッドにおける３層構造物中に多数の開口を穿設してそれぞれガス管を取り付ける手法と比較して、第１の実施形態によれば、シャワーヘッド本体部２に穿設する開口の数量を１／ｎ倍に低減することができると共に、反応ガスチャンネル連通部材の使用量も最小限に抑えることができるので、シャワーヘッドの作製時間及び製造コストの低減に有利となる。

シャワーヘッドから複数種類の反応ガスを供給する場合について説明する。例えば、２種類の反応ガスを用いる場合を例に説明する。この場合、シャワーヘッド本体部２の反応ガス供給路４は、相互に交錯配列するように第１の反応ガス供給路と第２の反応ガス供給路に区分され、夫々第１の反応ガス供給源、第２の反応ガス供給源（未図示）に接続されることで、第１の反応ガス、第２の反応ガスが供給される。

マニホールド構造の形状及びその下部ガスチャンネル５ｃのチャンネル数ｎは、特に限定されるものではなく、マニホールドの役割を果たすことができれば任意の構造や任意の数であって良い。例えば、シャワーヘッド１から第１の反応ガスと第２の反応ガスをより均一に混合して成膜対象物へ供給する上では、以下に説明する構造を用いることが好ましい。すなわち、マニホールド構造５の斜視図を示す図１（Ｂ）に示されるように、ガスチャンネル連通室５ｂを十字形状体に加工し、十字形状体の四つの端部及び中心部（合計５箇所）に夫々下部ガスチャンネル５ｃを設置することが好ましい。また、シャワーヘッド１を底面から見る図１（Ｃ）に示されるように、第１の反応ガスが供給されるマニホールド構造Ａと第２の反応ガスが供給されるマニホールド構造Ｂを交錯配列することが好ましい。

図２は、第１の実施形態に係るシャワーヘッド１表面（シールド板表面）のガス穴の分布を示す図である。図に示されるように、十字形状体であるガスチャンネル連通室を有するマニホールド構造Ａとマニホールド構造Ｂとは、マニホールド構造Ａのガス穴（すなわち第１の反応ガスが供給される下部ガスチャンネルのガス穴）と、マニホールド構造Ｂのガス穴（すなわち第２の反応ガスが供給される下部ガスチャンネルのガス穴）とが等間隔にて交錯配列するようにマトリックス状に配置されている。なお、図２では、マニホールド構造Ａとマニホールド構造Ｂとを点線にて示す。また、マニホールド構造Ａのガス穴は、例えば、第１の反応ガスが供給される下部ガスチャンネルのガス穴となる。また、マニホールド構造Ｂのガス穴は、例えば、第２の反応ガスが供給される下部ガスチャンネルのガス穴となる。ここで、加工例を１つ挙げると、シールド板としてはステンレス材が採用される。また、第１の反応ガスが供給される下部ガスチャンネルのガス穴の数と、第２の反応ガスが供給される下部ガスチャンネルのガス穴の数は、夫々７３７９個となる。また、下部ガスチャンネルの穴径は、約０．６〜１．６ｍｍとなる。

図３は、第１の実施形態に係るシャワーヘッドの細部構成を示す部分断面図である。図３に示されるように、第１の実施形態では、温度分布の不均一によるシールド板３の反りに伴うガス漏れを解消することを目的として、上下微動可能な中空ピン８が、マニホールド構造５のキャップ部材５ｄに当接され、シャワーヘッド本体部２における反応ガス供給路の途中に嵌設される。第１の実施形態では、シャワーヘッドにおけるガス導入構造を簡素化することを目的として、シールド板３のうちシャワーヘッド本体部２に対面する面側に窪み部６が凹設される。窪み部６は、シールド板３におけるマニホールド構造５全域を包括するように形成される。

なお、図３のマニホールド構造５は、図１（Ａ）に示すマニホールド構造５と比較して、ガスチャンネル連通室５ｂ及び下部ガスチャンネル５ｃに加えて、キャップ部材５ｄの中央部に穿設された上部ガスチャンネル５ａも有する。上部ガスチャンネル５ａと下部ガスチャンネル５ｃとは、ガスチャンネル連通室５ｂを介して連通している。図１（Ｂ）及び図３を参照すると、マニホールド構造５を作製する際、図１（Ｂ）の加工イメージのように、シールド板３に十字形状のガスチャンネル連通室５ｂを凹設する。その後、ガスチャンネル連通室５ｂの底部に対し下部ガスチャンネル５ｃを形成するための穴加工を行い、そして、ガスチャンネル連通室５ｂの上部を覆うようにその中空十字形状体の中心部に上部ガスチャンネル５ａが穿設されたキャップ部材５ｄを覆設する。この結果、シールド板３に対して簡単な加工でマニホールド構造５を設置することが可能となる。

なお、第１の実施形態では、シールド板３に設けられてシャワーヘッド本体部２の第１の反応ガス供給路７Ａに対応するマニホールド構造５は、反応ガスチャンネル連通部材とする中空ピン８を経由して第１の反応ガス供給路７Ａに連通している。中空ピン８は、図３の左側拡大図に示すように、ピン部８ａと、フランジ８ｂと、フランジ８ｂの上部に環設されてシーリング部材であるＯ−リング９を嵌合するための凹環部８ｃを備える。また、凸部２ａ及び凹部２ｂが、シャワーヘッド本体部２における反応ガス供給路の途中であって、中空ピン８を収容する部位（中空ピン収納空間）に設けられている。従って、中空ピン８は、フランジ８ｂの外周部でシャワーヘッド本体部２の凸部２ａに当接する。また、ピン部８ａは、シールド板３の窪み部上面に当接するように中空ピン収納空間の底面から延出される。また、中空ピン８の頂面は、本体部２の凹部２ｂに嵌合された弾性部材であるＣ−リング９’の下面に配置された部材９”（Ｏ−リング抑え板）に当接している。この構成によれば、中空ピン８がＯ−リング９の弾性により上下微動可能にシャワーヘッド本体部２に収容されることになる。また、中空ピン８の底面は、シャワーヘッド本体部２の第１の反応ガス供給路７Ａとシールド板３のマニホールド構造５を連通するように、シールド板３の上端面に当接することになる。更に、中空ピン８の上下微動により、シールド板３の反りに応じて中空ピン８とシールド板３のマニホールド構造５とを当接し続けることで、中空ピン８から反応ガスが漏れて他の反応ガスと混合することを防止可能となる。

一方、第２の反応ガス供給路７Ｂは、反応ガスチャンネル連通部材を介さずに、シールド板３の窪み部６を経由してマニホールド構造５に第２の反応ガスを供給する。この構成によれば、反応ガスチャンネル連通部材の設置数量を減少し、製造コストを低減することができる。なお、上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、第１の反応ガス供給路７Ａ及び第２の反応ガス供給路７Ｂを共に反応ガスチャンネル連通部材を介してシールド板３のマニホールド構造５に連通しても良い。

第１の実施形態によれば、シャワーヘッドを冷却する水冷機構（冷却水供給路７Ｃ）は、シールド板３側には設けられず、シャワーヘッド本体部２側のみに設けられる。これにより、シールド板３の温度は原料ガスが分解しない程度の温度にヒーターの輻射熱によって５００℃以上に加熱される結果、成膜過程においてシールド板３の表面に形成された堆積物は、従来のようなシャワーヘッド表面から脱落しやすいクズ状物ではなく緻密な膜状物となる。また、この結果、クズ状物からのパーティクルが反応器内に浮遊して反応器の内壁や関連部材に付着する事態を避けることが可能となる。そうすると、その後、膜状の堆積物を付着したシールド板３を後述する洗浄チャンバーに移送し洗浄を行うことで、シールド板３上の堆積物を除去すればよくなる。

図４は、第１の実施形態に係るシャワーヘッド１における反応ガスの流れを概略的に示す図である。図４に示す例では、反応ガスチャンネル連通部材を介してシールド板３のマニホールド構造（未図示）に連通する第１の反応ガス供給路７ＡにはＩＩＩ族反応ガスが流通される。また、図４に示す例では、反応ガスチャンネル連通部材を介さずにシールド板３の窪み部６を介してマニホールド構造に連通する第２の反応ガス供給路７Ｂには、Ｖ族反応ガスが流通されている。また、シャワーヘッド本体部２を冷却するための冷却水供給路７Ｃはシャワーヘッド本体部２の下半部内に設けられている。

上述したように、第１の実施形態によれば、シャワーヘッド１におけるシャワーヘッド本体部２にのみ冷却構造を設けて、シールド板３に冷却構造を設けない構成を採用することで、シールド板３の温度をシャワーヘッド本体部２の温度から独立して膜状物形成に適する５００℃以上に維持させている。この場合、シールド板３の窪み部６を介してマニホールド構造に流入する反応ガス（図４の場合はＶ族反応ガスを指す）の温度によって、シールド板３に多少な温度変動をもたらすことがある。

このことを踏まえ、シールド板３の温度変動を抑えると共に、所要に応じてシールド板３の温度を随時に調節することを目的とする構成を採用しても良い。例えば、図４に示す構成を用いて説明すると、第２の反応ガス供給路７Ｂの上流端に、第２の反応ガス供給路７Ｂを流通するＶ族反応ガスを所定温度に加熱するヒーターなどからなる予備加熱手段（未図示）を設けても良い。なお、Ｖ族反応ガスを加熱する所定温度とは、例えば、８０〜１２０℃である。

通常、シャワーヘッド内に流通するＩＩＩ族反応ガスはやや高温に晒すと分解しやすい傾向になる。そこで、図４に示すシャワーヘッド１においては、第１の反応ガス供給路７Ａを流通する第１の反応ガス（ＩＩＩ族反応ガス）の温度を水冷構造により、例えば４０℃に維持させている。

以下、図５〜図７を参照して、第１の実施形態におけるＭＯＣＶＤ反応器１０について説明する。図５に示すように、ＭＯＣＶＤ反応器１０の主要構成としては、ＭＯＣＶＤ反応器１０内に上下動且つ回転可能なローター１１と、ローター１１上に設置され、基板を載置するためのサセプタ１２と、サセプタ１２の下面に設けられ、サセプタ１２を介して基板を加熱するためのヒーター１３と、ＭＯＣＶＤ反応器１０の内部上側にサセプタ１２と対向するように配置されて、シャワーヘッド本体部２及びシャワーヘッド本体部２の底面全体を覆うように形成されたシールド板３を有するシャワーヘッド１とが含まれる。また、ＭＯＣＶＤ反応器１０の底部側面には、ガス排気用の排気口２５が設けられる。ここで、ローター１１およびサセプタ１２は、相対的に回転可能に構成されていればよい。

ＭＯＣＶＤ反応器１０では、成膜処理を行う際、基板を載せたサセプタ１２をローター１１の回転に連動して回転させると共に、ＭＯＣＶＤ反応器１０の内部上側に設けられたシャワーヘッド１のガス穴から基板へ成膜用ガスを供給することで、基板が成膜（例えば窒化ガリウム膜）される。

また、サセプタ１２の下面にはヒーター１３が設けられる。ヒーター１３からの熱をサセプタ１２を介して基板へ伝達することで、基板を成膜処理に適した温度に加熱することができる。

一旦、ＭＯＣＶＤ反応器１０での成膜処理が終了し、サセプタ１２及びシャワーヘッド１に対し洗浄を行う場合について説明する。この場合、サセプタ１２及びシャワーヘッド本体部２から取り外しされたシールド板３は、ＭＯＣＶＤ反応器１０の側面に設置された進出口１９を経由して、後述の洗浄チャンバーに移送されて洗浄される。

また、シールド板３の着脱作業を容易にすることを目的として、図５に示すように、例えばローター１１の側壁とＭＯＣＶＤ反応器１０との間にライナー支持具２１により支持されたライナー２０を介設する。この結果、ライナー２０の頂部２０ａを例えばシールド板３の下面周縁部に設けられた凹溝（未図示）に挿入することで、シールド板３をライナー２０により支持可能となる。また、ライナー２０を支持するライナー支持具２１及びローター１１は、いずれについても、未図示の駆動手段により矢印方向に上下動することができる。

図６に示す例では、シャワーヘッド本体部２からシールド板３を取り外す場合には、シャワーヘッド本体部２に取り付けられたシールド板３をシャワーヘッド本体部２から取り外し、未図示の駆動手段により、シールド板３を支持しているライナー２０を、ライナー支持具２１の下方移動に連動して下降させる。なお、この際、サセプタ１２もローター１１の下方移動に連動して下降する。そうすると、シールド板３は、ＭＯＣＶＤ反応器１０の側面にある進出口１９の高さ位置まで移動し、後述の搬送チャンバーからの機械ロボットＲに受け渡され、洗浄チャンバーへ移送される。

次に、図７に示すように、未図示の駆動手段によりサセプタ１２をローター１１に連動して進出口１９の高さ位置まで上昇させた後、機械ロボットＲに受け渡されてＭＯＣＶＤ反応器１０から洗浄チャンバーに移送する。

洗浄処理されたシールド板３をシャワーヘッド本体部２へ装着しようとする場合について説明する。この場合、シールド板３が載置された機械ロボットＲを進出口１９からＭＯＣＶＤ反応器１０内へ進入させ、機械ロボットＲの下方に待機するライナー２０を上昇させてシールド板３を受け渡す。その後、シールド板３をシャワーヘッド本体部２に装着するために必要な高さまでライナー２０を上昇させ、未図示の結合手段にてシールド板３をシャワーヘッド本体部２に固定する。

図８及び図９を参照して、第１の実施形態におけるＭＯＣＶＤ装置３０について説明する。第１の実施形態におけるＭＯＣＶＤ装置３０は、ＭＯＣＶＤ反応器３１から取り出したサセプタ１２及びシャワーヘッドの一部の部材であるシールド板３に対し同時に化学洗浄を行える洗浄チャンバー３２が増設されている。

図８に示すように、第１の実施形態におけるＭＯＣＶＤ装置３０は、ＭＯＣＶＤ反応器３１と、洗浄チャンバー３２と、生産性を向上するために必要に応じて追加装着されたＭＯＣＶＤ反応器３３と、ロードロックチャンバー３４と、搬送チャンバー３５とを備える。また、ＭＯＣＶＤ装置３０は、ＭＯＣＶＤ反応器３１、洗浄チャンバー３２、ＭＯＣＶＤ反応器３３に夫々付設されたガス供給・用力モジュール３１Ａ、３２Ａ、３３Ａを備える。

ここで、ガス供給・用力モジュール３１Ａ、３３Ａは、夫々ＭＯＣＶＤ反応器３１、３３へ反応ガスや水などを供給するものでもあり、ＭＯＣＶＤ反応器３１、３３を駆動する電源装置でもある。また、ガス供給・用力モジュール３２Ａは、洗浄チャンバー３２へ洗浄用ガスや水などを供給するものでもあり、洗浄チャンバー３２を駆動する電源装置でもある。なお、ＭＯＣＶＤ反応器３１、３３の具体的な構成については、上記説明したものと同一であるので、それに関する説明を省略する。

図９に示すように、第１の実施形態における洗浄チャンバー３２は、サセプタ１２を支持するサセプタ支持台４２と、サセプタ支持台４２の上面外周側に設置されたサセプタ支持具４１と、シールド板３を支持するシールド板支持台４５と、シールド板支持台４５の上面外周側に設置されたシールド板支持具４４と、所定の距離をおいて上下側に分設された加熱板４６と、洗浄用ガスを洗浄チャンバー３２内に導入する洗浄用ガス導入ライン４７とを備える。また、洗浄チャンバー３２は、側面に、機械ロボットＲによりサセプタ１２及びシールド板３を洗浄チャンバー３２へ搬入出するための進出口４８が設けられる。また、洗浄チャンバー３２は、底部側面近傍に、排気口４９が設けられる。

サセプタ支持具４１及びシールド板支持具４４は、外部から洗浄チャンバー３２に進入したサセプタ１２及びシールド板３を両加熱板４６の間に架設することを目的として、下側の加熱板４６全体を包括できる寸法で形成される。また、上側の加熱板４６は、シールド板３を均一に加熱することを目的として、シールド板３の大きさに近いサイズを有することが好ましい。

また、サセプタ１２及びシールド板３を両加熱板４６の間に架設する方法としては、サセプタ支持具４１及びシールド板支持具４４による支持方法がある。また、他にも、例えばクランプやハンギングなどの固持手段によりサセプタ１２及びシールド板３のうち少なくとも１つを固持しても良い。この場合、サセプタ支持具４１及びシールド板支持具４４の設置は減少されたり、不要となったりする。

第１の実施形態では、洗浄用ガス導入ライン４７から洗浄チャンバー３２に導入し、サセプタ１２及びシールド板３を洗浄するための洗浄ガスとしては、水素ガス、若しくは塩素ガスと窒素ガスとの混合ガスが挙げられる。洗浄ガスとして水素ガスを用いる場合には、両加熱板４６の間に配置されたサセプタ１２及びシールド板３を１０００℃以上に加熱し、この状態で２時間洗浄を行う。また、洗浄ガスとして塩素ガスと窒素ガスとの混合ガスを用いる場合には、塩素ガス０．６ｓｌｍ、窒素ガス１．０ｓｌｍとの混合比率で該混合ガスを洗浄チャンバー３２内に導入し、両加熱板４６の間に配置されたサセプタ１２及びシールド板３を８００℃以上に加熱し、この状態で１時間洗浄を行う。

図８の説明に戻る。ロードロックチャンバー３４は、基板をＭＯＣＶＤ装置３０から移入出する以外にも、後述のような、成膜処理された基板を載置したサセプタを一時保管する役割も有している。

搬送チャンバー３５は、ゲートバルブ（未図示）を介してＭＯＣＶＤ反応器３１、３３、洗浄チャンバー３２及びロードロックチャンバー３４とそれぞれ連結される。また、搬送チャンバー３５は、内部に機械ロボットＲが設けられる。機械ロボットＲは、ＭＯＣＶＤ反応器３１、３３と洗浄チャンバー３２とロードロックチャンバー３４との間でサセプタ１２を搬送すると共に、ＭＯＣＶＤ反応器３１、３３と洗浄チャンバー３２との間でシールド板３を搬送する。

以下では、図８及び図９を参照して、第１の実施形態における基板成膜処理の経過及び基板成膜処理終了後の洗浄処理の経過を説明する。

まず、処理対象とする基板をサセプタ１２に載せ、サセプタ１２をロードロックチャンバー３４内に搬入する。そして、ロードロックチャンバー３４に対し真空吸引を行った後、搬送チャンバー３５の機械ロボットＲにより基板を乗せたサセプタ１２をＭＯＣＶＤ反応器３１（３３）内に搬入し、所定温度まで昇温してから基板に対しＭＯＣＶＤ処理を行い始める。基板処理終了後、ＭＯＣＶＤ反応器３１（３３）の室内温度を４００℃以下に降温し、搬送チャンバー３５の機械ロボットＲにより処理後の基板を載せたサセプタ１２をロードロックチャンバー３４に移送し冷却を行う。

サセプタ１２の冷却過程において、ロードロックチャンバー３４内に待機している次の反応に使用する新しい基板を載せたその他のサセプタ１２を、搬送チャンバー３５の機械ロボットＲによりＭＯＣＶＤ反応器３１（３３）内に搬入し、所定温度まで昇温してから新たなＭＯＣＶＤ処理を開始する。このような処理経過を繰り返して実行することで、複数の基板に対しＭＯＣＶＤ処理をすることができる。

次に、第１の実施形態における洗浄処理の経過を説明する。上述の処理に続き、ＭＯＣＶＤ反応器３１（３３）内での反応が終了した後、シールド板３をシャワーヘッドから解放させてＭＯＣＶＤ反応器３１（３３）の側面に設けられた進出口１９の高さ位置まで降下させ、搬送チャンバー３５の機械ロボットＲに受け渡されて洗浄チャンバー３２に移送する。そして、サセプタ１２を進出口１９の高さ位置まで上昇させ、機械ロボットＲに受け渡してロードロックチャンバー３４に移送し冷却する。冷却が終了した後、サセプタ１２から処理後の基板を取り出し、サセプタ１２のみをロードロックチャンバー３４内に留置し、図８に示すように、搬送チャンバー３５の機械ロボットＲによりサセプタ１２を洗浄チャンバー３２に搬送する。

サセプタ１２とシールド板３が洗浄チャンバー３２の両加熱板４６の間に架設されたまま（図９参照）、洗浄チャンバー３２の進出口４８を閉鎖し、サセプタ１２とシールド板３を所定温度に加熱し、洗浄用ガス導入ライン４７を介して洗浄ガスを導入し所定時間の洗浄を行う。なお、洗浄ガスとは、例えば、水素ガス、あるいは、塩素ガスと窒素ガスの混合ガスである。

洗浄後、洗浄チャンバー３２側壁の進出口４８をオープンし、搬送チャンバー３５の機械ロボットＲによりサセプタ１２をロードロックチャンバーに移送して待機させる。又は、サセプタ１２をシールド板３と共に洗浄チャンバー３２内で一時保管され、ＭＯＣＶＤ反応器３１の新しい基板に対するＭＯＣＶＤ処理終了後、再び機械ロボットＲによりＭＯＣＶＤ反応室３１内に搬入し装着される。

（第２の実施形態）
以上、第１の実施形態におけるシャワーヘッド、ＭＯＣＶＤ反応器及びＭＯＣＶＤ装置について図面を参照しながら具体的に説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、上述した第１の実施形態は、一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜に変形、追加、修正を行っても良い。

例えば、成膜反応に３種類の反応ガスが用いられる場合、シャワーヘッド本体部に第３の反応ガス供給路を増設すると共に、第１〜第３の反応ガス供給路のうち２以上の反応ガス供給路を反応ガスチャンネル連通部材を経由してシールド板のマニホールド構造に連通するようにシャワーヘッドを構成しても良い。

また、例えば、上述した実施形態では、シールド板のマニホールド構造についてガスチャンネル連通室が十字形状体に成形された例を挙げたが、これに限定されるものではない。例えば、反応ガスを均一に供給する目的を達成できれば、ガスチャンネル連通室をその他の形状に成形させても良く、また、ガスチャンネル連通室同士をマトリックス状以外のパタンで配置することも可能である。

また、例えば、上述した実施形態では、ＭＯＣＶＤ反応器におけるシールド板を上下動させる手段についてライナーが挙げられたが、これに限定されるものではない。例えば、シャワーヘッド本体上にシールド板を上下動するための吊り下げ機構を設置することも可能である。この場合、ライナーの設置は不要となる。

また、例えば、上述した実施形態では、ＭＯＣＶＤ装置が、洗浄チャンバーの内部に加熱板を有する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ＭＯＣＶＤ装置は、遠赤外線加熱、マイクロ波加熱などにより被洗浄物を加熱することも可能である。この場合、洗浄チャンバー内部の構造をより簡素化できる。

また、例えば、図８に示す例では、ＭＯＣＶＤ反応器及び洗浄チャンバーの搬送チャンバーに対する接続位置の一例を示したが、これに限定されるものではない。

また、例えば、洗浄チャンバーは必ずしもロードロックチャンバーに連結する必要はなく、別構成でオペレータが洗浄物を搬送して洗浄しても良い。

図１０は、別の実施形態におけるシャワーヘッド構造の一例を示す断面図である。図１０に示す例では、ＭＯＣＶＤ装置における反応器に用いられているシャワーヘッド１００は、シャワーヘッド１００の底面にガス穴が均一に配置される。また、シャワーヘッド１００は、複数種類の反応ガスを反応器内に導入することを目的として、例えば、上部から順番に、ＩＩＩ族反応ガスを導入するための１層目であるＩＩＩ族反応ガス導入層１１０と、Ｖ族反応ガスを導入するための２層目であるＶ族反応ガス導入層１２０と、シャワーヘッド表面を冷却するための３層目である冷却水（冷媒）流通層１３０とが設置される。ここで、シャワーヘッド１００には、３層構造物の隔壁に所定数量の開口が穿設され、更に、例えば、溶接加工又は放電加工（ＥＤＭ）により所定数量（通常は千本以上）のガス管が開口に固設される。

図１０に示すように、シャワーヘッド全体を水冷機構により降温させ、シャワーヘッド表面にクズ性質の沈積物を付着させるシャワーヘッド１００と比較して、上述した実施形態によれば、シールド板に水冷機構を設けず、シールド板表面に多量の膜状沈積物を有意に付着させ、その後洗浄チャンバーで該膜状沈積物を除去する手法を採用する。この結果、クズ性質の堆積物がシャワーヘッド表面から脱落して浮遊物の形で反応器内に浮遊し反応器の内壁や係る部材に付着してしまう事態を避けることができる。

また、上述した実施形態におけるシャワーヘッドによれば、シャワーヘッド本体の下方に１対ｎのマニホールド構造を有するシールド板を設置する。この結果、シャワーヘッド本体部に開設すべきガスチャンネル数を元来の１／ｎ倍にすることができる。また、この結果、シャワーヘッドに対する加工は機械加工及び通常の溶接により達成できる。また、この結果、製造コストは従来の半分以下になり、しかも加工品の不良率及び納期を短縮することができる。

また、従来、ＭＯＣＶＤ反応器におけるシャワーヘッドに対するクリーニングは、毎回の成膜プロセス終了後に、反応器を降温させ基板を回收した後、マニュアル方式（グローブボックス）でシャワーヘッドをクリーニング、ベーキングした後再度クリーニングし、その後基板を載せてプロセスを開始していた。これに対して、上述した実施形態におけるＭＯＣＶＤ装置によれば、洗浄チャンバーが増設されている。この結果、反応チャンバーの温度を機械ロボットが搬送できる温度（約４００℃）まで降温できれば次のプロセスに入ることができ、ＭＯＣＶＤ装置の稼動に不必要な待機時間を大幅に短縮できる（例えば３時間を節約できる）ので、装置のスループットの向上を図ることが可能となる。また、従来、ＭＯＣＶＤ反応器におけるシャワーヘッドに対するクリーニングは、高温下で行われているため、シャワーヘッドに取り付けられたゴム材のシーリング部品（例えばＯ−リング）が高温により劣化しやすくなる。これに対して、上述した実施形態におけるＭＯＣＶＤ装置によれば、シーリング部品を頻繁に交換する必要がなく、メンテナンス費用及びメンテナンス頻度を低減させることができる。

１ シャワーヘッド
２ シャワーヘッド本体部
２ａ 凸部
２ｂ 凹部
３ シールド板
４ 反応ガス供給路
５ マニホールド構造
５ａ 上部ガスチャンネル
５ｂ ガスチャンネル連通室
５ｃ 下部ガスチャンネル
５ｄ キャップ部材
７Ａ 第１の反応ガス供給路
７Ｂ 第２の反応ガス供給路
７Ｃ 冷却水供給路
８ 中空ピン
８ａ ピン部
８ｂ フランジ
８ｃ 凹環部
８ 反応ガスチャンネル連通部材
９ Ｏ−リング
１０ ＭＯＣＶＤ反応器
１１ ローター
１２ サセプタ
１３ ヒーター
１９ 進出口
２０ ライナー
２１ ライナー支持具
２５ 排気口
３０ ＭＯＣＶＤ装置
３１ ＭＯＣＶＤ反応器
３２ 洗浄チャンバー
３２Ａ ガス供給・用力モジュール
３３ ＭＯＣＶＤ反応器
３４ ロードロックチャンバー
３５ 搬送チャンバー
４１ サセプタ支持具
４２ サセプタ支持台
４４ シールド板支持具
４５ シールド板支持台
４６ 加熱板
４７ 洗浄用ガス導入ライン
４８ 進出口
４９ 排気口

Claims (19)

1. 厚さ方向に貫通する複数の反応ガス供給路が形成され、且つ冷却構造を有するシャワーヘッド本体部と、
   前記シャワーヘッド本体部に着脱可能に取り付けられ、前記シャワーヘッド本体部における各反応ガス供給路の形成位置に対応する部位に、厚さ方向に貫通する１対ｎのマニホールド構造が形成され、且つ冷却構造を有さないシールド板と
   を備えることを特徴とするＭＯＣＶＤ反応器用シャワーヘッド。
2. 前記シャワーヘッド本体部の反応ガス供給路は、相互に交錯配列するように形成された第１の反応ガス供給路及び第２の反応ガス供給路を有することを特徴とする請求項１記載のＭＯＣＶＤ反応器用シャワーヘッド。
3. 前記マニホールド構造は、ｎ本の下部ガスチャンネルと、前記下部ガスチャンネルと前記シャワーヘッド本体部との間に介設され、前記下部ガスチャンネルと前記シャワーヘッド本体部の前記反応ガス供給路を連通するためのガスチャンネル連通室とを有することを特徴とする請求項１又は２記載のＭＯＣＶＤ反応器用シャワーヘッド。
4. 前記マニホールド構造は、１本の上部ガスチャンネルと、ｎ本の下部ガスチャンネルと、前記上部ガスチャンネルと前記下部ガスチャンネルとの間に介設され、前記上部ガスチャンネルと前記下部ガスチャンネルとを連通するためのガスチャンネル連通室とを有することを特徴とする請求項１又は２記載のＭＯＣＶＤ反応器用シャワーヘッド。
5. 前記シールド板は、前記シャワーヘッド本体部に対面する面に、マニホールド構造領域全体を包括するように凹設された窪み部を有し、
   前記シャワーヘッド本体部における前記第１の反応ガス供給路と前記第２の反応ガス供給路の少なくとも１つは、反応ガスチャンネル連通部材を介して前記シールド板のマニホールド構造と連通していることを特徴とする請求項２記載のＭＯＣＶＤ反応器用シャワーヘッド。
6. 前記反応ガスチャンネル連通部材を介さずに前記シールド板のマニホールド構造に直接連通する反応ガス供給路は、前記シールド板の前記窪み部を介して前記マニホールド構造に連通することを特徴とする請求項５記載のＭＯＣＶＤ反応器用シャワーヘッド。
7. 前記シールド板の表面温度は、５００℃以上に維持されていることを特徴とする請求項１又は２記載のＭＯＣＶＤ反応器用シャワーヘッド。
8. 前記反応ガスチャンネル連通部材を介さずに前記シールド板のマニホールド構造に直接連通する反応ガス供給路の上流端に、反応ガスを所定温度までに加熱する予備加熱手段が設けられることを特徴とする請求項６記載のＭＯＣＶＤ反応器用シャワーヘッド。
9. 前記反応ガスチャンネル連通部材を介して前記シールド板のマニホールド構造と連通する反応ガス供給路に流通する反応ガスは、熱により分解しない温度に維持されていることを特徴とする請求項５記載のＭＯＣＶＤ反応器用シャワーヘッド。
10. 前記反応ガスチャンネル連通部材は、ピン部とフランジ部を有する中空ピンであり、該中空ピンは、前記フランジ部の底面が前記シャワーヘッド本体部における中空ピン収納空間の底面凸部に当接するように該中空ピン収納空間内に収納され、前記ピン部が、前記中空ピンの上側に設けられた弾性部材により上下微動可能に前記シールド板の前記窪み部の上面に当接するように前記中空ピン収納空間の底面から延出されたことを特徴とする請求項５記載のＭＯＣＶＤ反応器用シャワーヘッド。
11. 前記マニホールド構造は、１本の上部ガスチャンネルと、ｎ本の下部ガスチャンネルと、前記上部ガスチャンネルと前記下部ガスチャンネルとの間に介設され、前記上部ガスチャンネルと前記下部ガスチャンネルとを連通するためのガスチャンネル連通室とを有し、
    前記マニホールド構造の前記ガスチャンネル連通室は、十字形状体に形成され、
    前記下部ガスチャンネルは、前記十字形状体の底面の四つの端部及び中心部からシールド板の表面に延設され、
    前記シャワーヘッド本体部から第１の反応ガスが供給されるガスチャンネル連通室と、第２の反応ガスが供給されるガスチャンネル連通室とは、相互にマトリックス状に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載のＭＯＣＶＤ反応器用シャワーヘッド。
12. 上下動及び回転可能なローターと、前記ローター上に載せられ、基板を載置するためのサセプタと、前記サセプタの下面に設けられ、前記サセプタを介して前記基板を加熱するためのヒーターと、反応器内部の上側に設けられ、前記サセプタと対向するように配置されたシャワーヘッドを備えるＭＯＣＶＤ反応器において、
    前記シャワーヘッドは、請求項１又は２記載のシャワーヘッドであることを特徴とするＭＯＣＶＤ反応器。
13. 前記ローターの側壁と前記ＭＯＣＶＤ反応器の内壁との間に介設され、前記シールド板の下面周縁部を頂部で支持するライナーと、前記ライナーを下方から支持する上下動可能なライナー支持具とを有することを特徴とする請求項１２記載のＭＯＣＶＤ反応器。
14. 前記シールド板の下面周縁部には、前記ライナーの頂部を嵌合するための凹溝が形成されたことを特徴とする請求項１３記載のＭＯＣＶＤ反応器。
15. 請求項１２〜１４のいずれか１項に記載のＭＯＣＶＤ反応器と、
    被洗浄物を支持するための被洗浄物支持台と、被洗浄物を加熱するための加熱板と、洗浄用ガスを洗浄チャンバー内に導入するための洗浄用ガス導入ラインを含む洗浄チャンバーと、
    ロードロックチャンバーと、
    前記ＭＯＣＶＤ反応器、前記洗浄チャンバー及び前記ロードロックチャンバーとに連結され、機械ロボットが内部に設置される搬送チャンバーと
    を備えることを特徴とするＭＯＣＶＤ装置。
16. 前記被洗浄物は、サセプタ及びシールド板であって、
    前記被洗浄物支持台は、上面の内外側に分設された内側支持具と外側支持具により前記サセプタと前記シールド板を夫々前記両加熱板の間に架設していることを特徴とする請求項１５記載のＭＯＣＶＤ装置。
17. ＭＯＣＶＤ反応器、洗浄チャンバー、及び搬送チャンバーを備えるＭＯＣＶＤ装置における、該ＭＯＣＶＤ反応器が有するサセプタ及びシャワーヘッド部材に対し化学洗浄を行う洗浄方法であって、
    前記ＭＯＣＶＤ反応器によるＭＯＣＶＤ処理が終了した後、前記ＭＯＣＶＤ反応器における前記サセプタ及び前記シャワーヘッド部材を前記搬送チャンバーを介して前記洗浄チャンバーに移送するステップと、
    洗浄ガスを用いて前記サセプタ及び前記シャワーヘッド部材に対し洗浄を行うステップと
    を有することを特徴とする洗浄方法。
18. 前記洗浄ガスは水素ガスであって、
    前記サセプタ及び前記シャワーヘッド部材は、１０００℃以上に加熱されることを特徴とする請求項１７記載の洗浄方法。
19. 前記洗浄ガスは、塩素ガスと窒素ガスとの混合ガスであって、
    前記サセプタ及び前記シャワーヘッド部材は、８００℃以上に加熱されることを特徴とする請求項１７記載の洗浄方法。

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