JP2543795Y2

JP2543795Y2 - 気相成長装置

Info

Publication number: JP2543795Y2
Application number: JP11001191U
Authority: JP
Inventors: 清久保田; 佳孝瀬戸口
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1991-12-12
Filing date: 1991-12-12
Publication date: 1997-08-13
Anticipated expiration: 2006-12-12
Also published as: JPH0550725U

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この考案は、カ−ボン製サセプタ
上に基板を戴せこの基板を加熱しこの上に薄膜を成長さ
せるようにした気相成長装置において基板を戴せるべき
トレイの形状に工夫を加えたものである。

【０００２】

【従来の技術】気相成長装置は、石英製などの成長室に
於いて、半導体基板などの上に、原料ガスを導き気相反
応を起こさせて薄膜を成長させるものである。成長室の
内部には回転軸によって支持されたサセプタがある。こ
れはカ−ボンで作る事が多い。熱容量が大きくて、上面
に基板を戴せるようになっている。基板を加熱するため
ヒ−タがサセプタの内部に設けられることがある。この
場合は、渦巻状の通路を持つ抵抗加熱ヒ−タであること
が多い。またサセプタの内部にそのような空間を採るこ
とができない場合は、成長室の外部に誘電加熱コイルを
設ける。ヒ−タの他に光によって基板を加熱するものも
ある。

【０００３】また、原料ガスにしても多様であって、Ｖ
族元素の水素化物、III 族元素の有機化合物、III 族元
素の塩化物を水素とともに導入する事がある。あるいは
ケイ素Ｓｉ、ホウ素Ｂの水素化物を原料とすることもあ
る。原料ガスが有機金属化合物である場合はＭＯＣＶＤ
又はＯＭＶＰＥという。このように気相成長装置には多
くの種類のものがある。基板をサセプタで保持するが、
１枚の基板を保持するものと複数枚の基板を保持するも
のがある。１枚の基板をサセプタで保持し気相成長させ
るものは枚葉式という。１枚の薄膜成長のたびに成長室
を開いていたのでは、能率が悪いし、内部が汚染される
し、作業環境も悪化させるので、成長室の真空を破るこ
となく何度も何枚も成長を続けるようにしている。この
場合は搬送装置によって、自動的に基板を運ばなければ
ならない。薄い基板であるので、そのままであると搬送
装置によって把持しこれを運ぶというのが難しい。特に
ＧａＡｓなどのIII −Ｖ族化合物半導体基板は機械的強
度が低いので機械的手段ではこれを把持することができ
ず簡単に割れてしまう。これを避けるため、基板はトレ
イに入れ、トレイをフォ−クなどの搬送機構によって搬
送するようにしているものがある。例えば実開平３−１
０５２８号は、カ−ボントイレの上にウエハを置き、こ
のトレイをサセプタの上に戴せて気相成長させるものを
提案している。先端が２股に分岐したフォ−クを水平に
移動させ、トレイの下側面をフォ−クで支えてこれを運
搬するようになっている。そしてカセット室の棚にトレ
イごと順次収容してゆくことができる。このようにすれ
ば、成長室の真空を破ることなく、何枚もの基板の上に
連続して気相成長を行うことができる。優れて高能率で
ある。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、たとえ
トレイによってウエハを真空中で搬送するようにしたと
ころで、いつかはトレイとともにウエハを外部へ取り出
さなくてはならない。ところがトレイはカ−ボン製であ
るから、多孔質であって、大気中にさらすと、大気中の
水分を吸着しやすい。水分以外にも多様なガスを吸着す
る。このため再度トレイにウエハを置いて真空室に入れ
た場合に、トレイから多くの水分やガスが出てくる。こ
のため真空度の高まりが遅くなって作業能率を下げる。
また、トレイに残留した水分その他の不純物が気相成長
中にトレイから浸出し、ウエハ面に付着することもあ
る。そうなると、薄膜に不純物が混入し、薄膜の品質を
低下させる。トレイを大気中にさらすことなく、連続的
に気相成長できるような装置が望まれる。本発明はトレ
イからウエハを取外してウエハのみをカセットに収容で
きるようにした気相成長装置を提供する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本考案においては、トレ
イを内外二重構造にして、内部トレイが外部トレイの上
に戴った状態で組み合わされるようにする。そして、内
部トレイを下からシャフトで持ち上げることによって内
部トレイとウエハのみを持ち上げることができるように
した。この状態で側方からウエハのみを把持する搬送機
構を差し入れてウエハのみを持ち上げる。こうしてウエ
ハをトレイから分離して、ウエハのみをカセットの中へ
収容してゆく。内部トレイは降下させて外部トレイに嵌
込んで再び一体化することができる。

【０００６】

【作用】トレイを内外二重構造にして、内部トレイが外
部トレイの上に戴った状態であるから、外部トレイを円
弧状の先端を持つフォ−クなどで支持した場合、外部ト
レイ、内部トレイ、基板はフォ−クの上に一体となって
保持される。しかし直下から小さい上端面を持つシャフ
トで内部トレイ、基板のみを持ち上げることができる。
こうすると、外部トレイから内部トレイを分離できる。
内部トレイの外径をウエハの外径より小さくしておくの
で、側方からフォ−クなどでウエハのみを保持すること
ができる。こうなるとウエハと、内部トレイが分離でき
る。結局、ウエハはトレイから分離できたことになる。
このウエハをカセットの中へ順次収容してゆくようにす
る。内部トレイはシャフトを降下させて外部トレイの穴
に再び嵌込む。一体化したトレイは再び使用できる。上
の凹部に基板を置いて、同じ手段によって気相成長す
る。トレイの上にウエハを置くのも真空中で行うように
する。これは先程の脱離の場合を逆に行う。ひとつのト
レイを繰り返し使用して、Ｎ枚のウエハの気相成長を連
続して行うことができる。そしてＮ枚の成長が終わる
と、カセットにＮ枚の基板が収容されている。そこでカ
セット室と成長室の間のゲ−トバルブを閉じて、カセッ
ト室のみを大気圧にする。そしてカセット室を開いてウ
エハを取り出す。トレイは大気にさらされる事がないか
ら、大気中の水分やガスを吸着しない。従ってトレイに
付いた水分やガスなどにより、基板の上に成長させた薄
膜の中に不純物が混入するという惧れがない。また真空
度を上げてゆくときトレイからの脱ガスが問題にならな
い。

【０００７】

【実施例】図１は本考案の気相成長装置に用いるトレイ
の断面図である。トレイＴは外部トレイ１と内部トレイ
２とを組み合わせてなる。このように内外に二分割され
ていて両者を分離したり合体したりできるのが特長であ
る。内部トレイは下から持ち上げると外部トレイから外
れるようになっている。トレイＴの下方中央部はサセプ
タの上にトレイを安定して戴置するための凹部１２にな
っている。トレイＴの上面中央部は基板（ウエハ）３を
置くためのウエハ凹部１３になっている。図２は基板
３、内部トレイ２、外部トレイ１を互いに分離した状態
の断面図である。内部トレイ２、外部トレイ１の形状が
より分かりやすく図示されているからこれによって各部
の構造を説明する。基板３は化合物半導体ウエハなどで
あって、この上に薄膜を気相成長させた後の状態であ
る。基板３のみを基板搬送機構４によって持ち上げてい
る。トレイＴの外部トレイ１はトレイ搬送機構５によっ
て支持されている。トレイＴの内部トレイ２は基板支持
シャフト６によって持ち上げられている。外部トレイ１
は円盤状の部材であり、中央部に大きい開口を有する。
開口縁１４は他の部分より薄くなっている。開口縁１４
は段部１５を介して前記ウエハ凹部１３に連続する。ウ
エハ凹部１３の直径Ｄ₀ と段部の直径Ｄ₁ 、開口縁の直
径Ｄ₂ の間にはＤ₀ ＞Ｄ₁ ＞Ｄ₂ （１）の関係がある。ウエハの直径ＷはＤ₀ ＞Ｗ＞Ｄ₁ であっ
てＤ₀ より僅かに小さい。

【０００８】内部トレイ２は円板状であるが、薄肉部１
６と厚肉部１７とよりなっている。薄肉部１６の直径Ｅ
₁ は、外部トレイ１の段部１５の直径Ｄ₁ より少し小さ
い。薄肉部１６は段部１５に嵌合する。内部トレイ２の
厚肉部１７の直径Ｅ₂ は、外部トレイ１の開口縁１４の
直径Ｄ₂ より僅かに小さい。さらに基板支持シャフト６
の頂面の円形部１８の直径Ｆは、開口縁１４の内径Ｄ₂
より小さくＦ＜Ｄ₂ （２）である。嵌合部での内外の円板部の差を無視すれば、直
径の大小関係は、Ｄ₀ ＝Ｗ＞Ｄ₁ ＝Ｅ₁ ＞Ｄ₂ ＝Ｅ₂ ＞Ｆ（３）というように単純化して書くことができる。こうである
から下方から基板支持シャフト６を上昇させると、上頂
円形部１８が内部トレイ２と基板３のみを持ち上げるこ
とができるのである。また、基板搬送機構４は前端が分
岐したフォ−ク状の部材であるが、これの支持部１９の
内径Ｇは、ウエハの直径Ｗより小さく、内部トレイ２の
薄肉部１６の直径Ｅ₁ よりも大きいのでＷ＞Ｇ＞Ｅ₁ （４）と書くことができる。

【０００９】図３は気相成長装置の全体の平面図で、図
４は正面図である。成長室Ｂを中心として左右にカセッ
ト室Ａ、搬送室Ｃがある。いずれも真空に引くことがで
きる空間である。搬送室Ｃは、基板を外部から導入する
部分である。ここで基板をトレイに戴せる。成長室Ｂは
基板の上に薄膜を成長させるべき空間である。カセッッ
ト室Ａは、処理済の基板を多数収容しておくべき空間で
ある。これら３つの空間をトレイ搬送機構５が自在に通
過しうるようになっており、トレイＴを搬送室Ｃから成
長室Ｂへ、成長室Ｂからカセット室Ａへというふうに搬
送することができるようになっている。カセット室Ａに
は、基板搬送機構４があって、水平に基板のみを搬送す
る事ができる。また、トレイ搬送機構５の運動軌跡の終
端近くにあたる位置に昇降自在の基板支持シャフト６が
設けられる。既に述べたように、基板支持シャフト６の
上頂部は、外部トレイ１の開口縁１４の内径Ｄ₂ より小
さい直径を持っている。従って、トレイＴが直上にある
時、基板支持シャフト６を上昇させると、内部トレイ２
と基板３のみを基板支持シャフト６によって持ち上げる
ことができる。カセット室Ａにはさらに多数の棚２０を
持つカセット７がある。これは昇降自在の部材である。
カセット７は、前記基板搬送機構４の運動範囲内にあ
る。成長室Ｂの中央には、薄膜成長のためのサセプタ８
が回転軸２１の上に設けられる。回転軸２１は昇降回転
自在である。サセプタ８の内部にヒ−タを設けてもよい
のであるが、この例では成長室Ｂの外部に高周波コイル
１１があって、サセプタ８、トレイ１、基板３を高周波
誘導加熱するようになっている。独立して真空に引くこ
とのできるカセット室Ａ、成長室Ｂ、搬送室Ｃの間には
ゲ−トバルブ９、１０が開閉自在に設けられる。この例
では、カセット室Ａにのみカセット７と基板搬送機構
４、基板支持シャフト６が設けられているが、これらは
搬送室Ｃにもう一組設置しても良い。そうすれば、未処
理の基板を搬送室内のカセット７に入れておき、これを
順次取り出して気相成長させ、さらにカセット室Ａへ送
ってカセットへ収容するというような事が可能である。

【００１０】図４のように基板３を嵌込んだひとつのト
レイ１が、トレイ搬送機構５に戴っているとする。この
状態からの操作を説明する。成長室Ｂ、カセット室Ａは
真空に引いてあるか、または不活性ガス雰囲気にしてあ
る。搬送室Ｃの蓋（図示しない）が閉じられて、搬送室
の内部も真空になっているか、または不活性ガス雰囲気
になっている。ゲ−トバルブ１０を開き、トレイ搬送機
構５によって、トレイＴを成長室Ｂへ運ぶ。サセプタ８
が下降位置にある。トレイＴを回転軸２１の上方にとど
め、回転軸２１を上昇させる。サセプタ８が、トレイＴ
の下方の凹部１２に入ってゆく。トレイ搬送機構５の先
端は二股に分岐しており、サセプタ８の上昇の邪魔には
ならない。さらにサセプタを上昇させると、トレイＴが
トレイ搬送機構５から離れる。トレイ搬送機構５を引っ
込めて、搬送室Ｃへもどす。ゲ−トバルブ１０を閉じ
る。サセプタ８、トレイＴ、基板３を所定の高さに保持
し、高周波コイル１１によって加熱する。原料ガスを上
部から導入する。下部から廃ガスは吸収される。気相反
応が起こって、加熱された基板の上に反応生成物の薄膜
が堆積してゆく。気相成長が終わったとする。ゲ−トバ
ルブ１０を開き、トレイ搬送機構５を成長室Ｂへ延伸す
る。そしてサセプタ８の直下に位置させる。サセプタ８
を下降させる。トレイＴがトレイ搬送機構５の上に乗
る。さらに下降させる。トレイＴがサセプタ８から離れ
る。反対側のゲ−トバルブ９を開く。トレイ搬送機構５
を進めてカセット室Ａに入れる。トレイＴが基板支持シ
ャフトの直上に位置するようにする。基板支持シャフト
６を上昇させる。これの上端の円形部１８が内部トレイ
２の下面に接触する。さらに基板支持シャフト６を上昇
させると、内部トレイ２と基板３が、外部トレイ１から
離隔して持ち上げられる。次いで側方から基板搬送機構
４が延びてくる。これは、支持部１９の内径Ｇが内部ト
レイ２の外径Ｅ₁ より大きいので、基板３の左右側方の
みを支持することができる。基板支持シャフト６を少し
下げる。内部トレイ２が基板３の下面から離隔する。そ
こで基板搬送機構４はさらに延伸して対向方向にあるカ
セット７の空いた棚２０に基板３を入れる。カセット７
は徐々に昇降できるから、棚２０の少し上方に基板３が
運ばれた状態でカセット７を上げると、基板３が棚２０
の側方の段部に支持されるようになる。

【００１１】基板支持シャフト６をさらに下げる。内部
トレイ２が外部トレイ１の段部１５、開口縁１４に嵌合
し、両者は一体化する。基板搬送機構４を引っ込める。
トレイＴのみが戴っているトレイ搬送機構５を搬送室Ｃ
まで引き戻す。ゲ−トバルブ９、１０を閉じる。以上で
気相成長の一サイクルが終了する。搬送室Ｃでは、カセ
ット（図示せず）に未処理の基板３が入っているので、
これをトレイＴの上に置く。このための手段としてはカ
セット室Ａの内部の機構と同様のものが利用される。こ
のようにすると、トレイを外部に出す必要がないので、
トレイに水分やガスが付着しない。トレイはカ−ボン製
で、この上にＳｉＣをコ−ティングしたものであるが、
表面状態はざらついており、正味の表面積は大きいから
水分やガスを吸着しやすく、これが不純物となって薄膜
を汚染する惧れがあった。本考案はトレイを外部に出さ
ないから不純物による汚染の可能性が減少する。高品質
の薄膜気相成長を高能率で行うことができる。

【００１２】

【考案の効果】カ−ボン製のトレイを外部に出すことな
く、連続して気相成長を行うことができる。本考案によ
れば、トレイに付着した水分やガスが薄膜に混入すると
いう惧れがないので高純度の気相成長が可能となる。ま
た、真空に引くときもカ−ボントレイからの脱ガス、脱
水分が少ないから、真空到達時間が短縮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例にかかるトレイの組み合わせ状
態の断面図。

【図２】本考案の実施例にかかるトレイが内外トレイに
分離し、基板も離れている状態を示す断面図。

【図３】気相成長装置全体の略平面図。

【図４】気相成長装置全体の略正面図。

【符号の説明】

１外部トレイ２内部トレイ３基板４基板搬送機構５トレイ搬送機構６基板支持シャフト７カセット８サセプタ９ゲ−トバルブ１０ゲ−トバルブ１１高周波コイル１２凹部１３凹部１４開口縁１５段部１６薄肉部１７厚肉部１８円形部１９支持部２０棚２１回転軸Ａカセット室Ｂ成長室Ｃ搬送室Ｔトレイ

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】真空に引くことができ内部で原料ガスを
気相反応させ薄膜を基板３の上に成長させるための成長
室Ｂと、成長室Ｂの中に設けられ昇降回転可能であって
上部が水平面になっているサセプタ８と、サセプタ８の
上面に戴置され上面に気相成長のための基板３を保持す
る内外二重構造のトレイＴと、トレイＴ及び基板３を加
熱するため成長室Ｂの外部又は内部に設けたヒ−タと、
成長室Ｂに続いて設けられ真空に引くことのできるカセ
ット室Ａと、成長室Ｂに続いて設けられ真空に引くこと
のできる搬送室Ｃと、カセット室Ａと成長室Ｂの間に設
けられるゲ−トバルブ９と、成長室Ｂと搬送室Ｃとの間
に設けられるゲ−トバルブ１０と、搬送室Ｃ、成長室
Ｂ、カセット室Ａの間で前記トレイＴを保持してこれを
搬送するトレイ搬送機構５と、カセット室Ａに設けられ
複数の棚を上下方向に有し基板３のみを棚に差し込んで
これらを収容する昇降自在で竪長のカセット７と、トレ
イ搬送機構５の運動軌跡上であってカセット７の近傍に
設けられ上面が平坦で昇降可能な基板支持シャフト６
と、基板支持シャフト６とカセット７との間で基板３の
みを保持しこれを平行移動させる基板搬送機構４とより
なり、前記内外二重構造のトレイＴは外部トレイ１の上
に内部トレイ２が戴っている状態で組み合わされてお
り、下方から基板支持シャフト６を上昇させると内部ト
レイ２と基板３のみが持ち上がるようにしてあり、基板
３を戴せたトレイＴをカセット室へ搬送した時は，基板
支持シャフト６を上昇させて内部トレイ２と基板３のみ
を持ち上げ、さらに基板搬送機構４によって基板３のみ
を把持し、これをカセット７へ収容するようにした事を
特徴とする気相成長装置。