JP3763016B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、気相反応を用いて結晶膜あるいはその他の薄膜の生成を行う基板処理(CVD:Chemical Vapor Deposition)装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば枚葉式の基板処理装置は、基板を一枚ずつ反応炉へ搬入し、反応炉でこれを９００度以上に加熱しながら、原料ガスを供給し、気相反応を用いて結晶膜あるいはその他の薄膜の生成を行った後、基板を冷却し、これを反応炉外に搬出するものである。
【０００３】
反応炉内では、基板はカーボンあるいは石英からなるサセプタ上に載置され、加熱は、その片面（上あるいは下）あるいは両面（上下）を、例えば、ランプ、ヒータ、誘導加熱用コイルといった加熱手段を用いて行われる。この加熱には、基板を直接的に加熱するものと、サセプタを加熱することにより基板を間接的に加熱するものが知られている。また、冷却には、自然冷却またはサセプタ上にある基板の片面（上あるいは下）あるいは両面（上下）に冷却ガス供給手段により冷却ガスを供給するものが知られている。
【０００４】
サセプタは、原料ガスの濃度分布や基板の熱分布のムラを減らすために回転させられる。サセプタ支持機構としては、次のようなものが知られている。
【０００５】
（１）サセプタの基板載置面に対し直角に支柱の一端を接合し、支柱に回転力を与えることでサセプタを回転させる。
【０００６】
（２）サセプタの中心に支柱をサセプタの基板載置面に対して直角に挿通させるともに、サセプタと支柱を固定する固定具を使用し、サセプタを支柱で支持する。
【０００７】
（３）サセプタの下方に位置しかつ基板載置面に対して直角方向を向く支柱の一端部に、基板載置面に対して斜めにサセプタに向かいかつサセプタを３点支持する３本の支持棒を設け、支柱の回転を介してサセプタを回転させる。支持棒は、サセプタの基板載置面に対して平行になっている場合もある。
【０００８】
上記（１）、（２）および（３）は、サセプタ下面側へハロゲンランプや誘導加熱用コイルを設置する場所を確保するために用いられるが、特に（３）の支持棒が基板載置面に対して斜めになっている例は、ハロゲンランプ照射時に支柱端部がその照射の邪魔にならないように配慮されたものである。上記（１）および（２）は、サセプタを中心で支えるため、サセプタ付近では支柱にはそれなりの太さを要し、よってサセプタとの接触面積が大きくなるが、上記（３）は、３点で支持するため、サセプタとの接触部の面積を小さくすることができる。このサセプタの他の部材との接触面積は、加熱に影響を及ぼし、加熱したサセプタにより間接的に基板を加熱する場合、サセプタとの接触面積が小さい（３）は、サセプタからサセプタ支持構造への放熱を減らすことができるという利点を有している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のうち、熱的に有利な（３）のようなサセプタを支持するサセプタ支持機構とサセプタとの接触面積を小さくした方式を採用し、反応処理後の基板を少なくともサセプタ側から冷却する場合においては、冷却ガスの供給について検討しなければならない。反応処理後の基板の品質を維持するためには、処理面には塵等を含まない冷却ガスを直接供給することが望ましく、その反対の面側からの冷却ガスが処理面に触れるのは避けることが望ましい。よって、この反対の面側に供給される冷却ガスの圧力は、処理面側に供給される冷却ガスの圧力より小さくする必要がある。このように、反対の面側に供給される冷却ガスの圧力を上げにくいことと、冷却ガスが周囲の温度により加熱される前にサセプタに供給されることが望ましいことのために、サセプタに反対の面側の冷却ガス供給手段を近づけることが考えられる。また、できるだけ均一に冷却するために、ガス吹き出し口は複数均等に配置することが考えられる。ところがこのような形で実施することを考えると、支持棒に近づいたガス吹き出し口からの冷却ガスは、直接サセプタに吹き付けられるのではなく、支持棒にさえぎられることが考えられる。
【００１０】
そこで、本目的は、このようなサセプタ下方からのサセプタへの冷却ガスの吹き付けにおいても、冷却効果を損なわないサセプタ支持機構を有する基板処理装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明による基板処理装置は、基板を支持する基板支持手段と、基板を加熱する加熱手段と、基板表面に原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、基板支持手段に冷却ガスを供給する冷却ガス供給手段とを備えている基板処理装置において、冷却ガス供給手段は、基板支持手段下方に配置される下側冷却部を有し、基板支持手段は、基板を載せるサセプタと、支柱の上端部から三方にのびるサセプタ支持腕とを有し、基板支持手段の各支持腕は、垂直板状でかつ支柱に接合された基端部よりも高さが低い先端部を有し、サセプタの下面と平行とされた上面の先端部にサセプタを支持する突起が形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
加熱手段としては、ヒータ、ランプ、誘導加熱用コイルなどが適宜使用され、これらのうちのいずれかが基板支持手段上方もしくは下方または両方に配置され、基板の上方もしくはサセプタの下方から加熱が行われる。
【００１３】
原料ガス供給手段は、例えば、誘導加熱用コイル内に設けられかつガス供給源に接続されたガス流路およびガス吹き出し口によって構成される。
【００１４】
サセプタは、カーボン、石英等で製作され、これを支持する支柱の下部には、これを回転させるモータ（ステッピングモータまたはサーボモータなど）が設けられており、サセプタがモータによって回転させられることにより、原料ガス流や加熱手段の位置等による原料ガスの分布および熱の分布の影響が緩和される。
【００１５】
冷却ガス供給手段の下側冷却部は、例えば、熱反射板内に設けられかつ冷却ガス供給源に接続されたガス流路およびガス吹き出し口によって構成される。この場合の熱反射板は、加熱処理中には、サセプタの裏面あるいは上方に設けられた加熱手段（例えば誘導加熱用コイル）に対向して、加熱手段その他の被加熱部分から放出される熱エネルギを反射する加熱手段を兼ねることができる。下側冷却部は、また、冷却ガス供給源に接続されたガス流路およびガス吹き出し口を内部に有する誘導加熱用コイル等の加熱手段であってもよく、これとは別に専用に設けられ、冷却ガス供給口をサセプタ支持腕より下方に有するものであってもよい。
【００１６】
冷却ガス供給手段は、例えば、誘導加熱用コイル内に設けられたガス流路およびガス吹き出し口によって構成される上側冷却部をさらに有していることがある。この場合の誘導加熱用コイルは、基板加熱手段を兼ねており、また、接続されたガス供給源を切り替えることで、そのガス流路は、冷却ガス供給用だけでなく、原料ガス供給用としても使用される。
【００１７】
サセプタ支持腕は、例えば、台形の垂直板状もしくは略台形の垂直板状とされる。支柱は、垂直（鉛直）であり、支持腕の平面（台形状の場合には台形の面）は、支柱の軸と平行である。
【００１８】
この発明の基板処理装置によると、サセプタ支持腕を垂直板状とすることにより、その厚みが小さくなり、よって、下側ガス供給手段からの冷却ガスがより多くサセプタに接触することとなり、冷却効果の改善ができる。また、サセプタに接触する支持腕を板状にし薄くすることで、これ自身の熱容量も減少させることができ、よって基板に接触するサセプタおよびサセプタに接触する部材の総合的な熱容量の低下が図れ、結果として、基板の冷却速度を改善することができる。
【００１９】
上記基板処理装置において、加熱手段は、支持腕下方に配置される下側加熱部としての熱反射板または誘導加熱用コイルをさらに有し、下側冷却部は、下側加熱部内に設けられた冷却ガス流路と上方に開口した複数のガス吹き出し口とを有していることが好ましい。
【００２０】
複数のガス吹き出し口のうち、サセプタ支持腕の下方に位置するガス吹き出し口は、垂直上向きすなわち支持腕の板面と平行であることが好ましい。
【００２１】
このようにすると、加熱時には熱反射板による加熱効果が加わるとともに、サセプタ支持腕が垂直板状であることが、加熱効果の改善に寄与し、熱反射板をサセプタに近づけることが容易であることと相まって、極めて高い加熱および冷却効率を得ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は、図示しない水冷の容器に納められたこの発明による基板処理装置の主要部の概略を示すもので、基板処理装置は、円筒状外断熱壁(2)、円筒状内断熱壁(3)および基板搬入出用開閉扉(4)を有する反応炉(1)と、外断熱壁(2)の頂部に設けられた第１加熱手段（加熱手段の上側加熱部）(5)と、内断熱壁(3)の頂部に位置する基板支持手段(6)と、基板(S)表面に原料ガスおよび冷却ガスを供給する上側ガス供給手段（原料ガス供給手段兼冷却ガス供給手段の上側冷却部）(7)と、内断熱壁(3)内の基板支持手段(6)下方に設けられた第２加熱手段（加熱手段の下側加熱部）(8)と、基板支持手段(6)を支持してこれを所要の方向に移動させる駆動手段(9)と、基板(S)を反応炉(1)内に搬入しかつ処理後の基板(S)を搬出する搬送ロボット(10)と、冷却ガスを基板支持手段(6)の下方から吹き出す下側ガス供給手段（冷却ガス供給手段の下側冷却部）(11)と、基板(S)を基板支持手段から持ち上げる基板持ち上げ手段(12)とを備えている。
【００２４】
この基板処理装置は、気相反応を用いて結晶膜あるいはその他の薄膜の生成を行うもので、気相反応を生じさせる部分を反応部(1a)と呼び、反応部(1a)とは別な場所である下方に、基板(S)を反応炉(1)外と受け渡しする搬入出部(1b)を備えている。
【００２５】
外断熱壁(2)および内断熱壁(3)内には、冷却水流路(2a)(3a)がそれぞれ設けられている。
【００２６】
第１加熱手段(5)は、誘導加熱用コイル（高周波コイルともいう）(21)を有している。誘導加熱用コイル(21)は、図２および図３に詳しく示すように、導電体が平面状の渦巻き形状になされたもので、それぞれ上方に開口したガス流路(23)および冷却水流路(24)が渦巻き状に形成されたコイル本体(22)と、コイル本体(22)に上から被せられて各流路(23)(24)の開口を塞ぐ蓋(25)とからなる。図２（ａ）では、蓋(25)を省略して、コイル本体(22)だけを示している。図中、(26)は絶縁用の間隙であり、この間隙(26)は、渦巻き形状を形成している各導電体部分の径方向の幅が端部等特殊な部分を除いて一定になるように設けられている。
【００２７】
コイル本体(22)の渦巻き形状は、単純な渦巻きではなく、同心円を主体として形成されている。これを図４を参照して説明すると、
渦巻き形状は、第１の中心軸(C1)を中心とする３／４円の扇形とされた第１の領域(22a)と、第１の中心軸(C1)とは異なる第２の中心軸(C2)を中心とする１／４円の扇形とされた第２の領域(22b)と、第２の中心軸(C2)を第１の中心軸(C1)から偏心させたことにより生じる隙間を埋める長方形の第３の領域(22c)とを備えている。
【００２８】
第１領域(22a)には、第１の中心軸(C1)を中心とする同心円上に内側から順に１からｎ番目までの円弧状導電体要素（Ｅ１〜Ｅｎ）が並べられており、その外周の半径がＲ、内周の半径がｒとされている。図４において、第１領域(22a)の一方の半径部を(R1)、同他方の半径部を(R2)としている。第２の中心軸(C2)は、第１領域(22a)の扇形の一方の半径部(R1)に沿って第１の中心軸(C1)から距離Ｄ（Ｄは、導電体１本分の幅）だけ離れた位置に設けられている。第２の領域(22b)には、第２の中心軸(C2)を中心とする同心円上に内側から順に１から（ｎ−１）番目までの円弧状導電体要素（Ｆ１〜Ｆｎ−１）が並べられており、その外周の半径が（Ｒ−Ｄ）、内周の半径がｒとされている。こうして、第２の領域(22b)には、第１領域(22a)の扇形の一方の半径部(R1)に突き合わされている一方の半径部(R1)と、同他方の半径部(R2)と所定間隙をおいた他方の半径部(R3)とが形成されている。第３の領域(22c)は、第１領域(22a)の他方の半径部(R2)と第２領域(22b)の他方の半径部(R3)との間に設けられており、第２領域(22b)の１から（ｎ−１）番目までの導電体要素（Ｆ１〜Ｆｎ−１）と第１領域(22a)の１から（ｎ−１）番目までの導電体要素（Ｅ１〜Ｅｎ−１）とを対応するもの同士スムーズに接続する導電体要素（Ｇ１〜Ｇｎ−１）が並べられている。第３の領域(22c)の導電体要素（Ｇ１〜Ｇｎ−１）は、第２の領域(22b)の中心角β°が第１の領域の中心角をα°としてβ＝（３６０−α）とされていることから、直線状をなしている。
【００２９】
コイル本体(22)には、上記の導電体要素（Ｅ１〜Ｅｎ、Ｆ１〜Ｆｎ−１、Ｇ１〜Ｇｎ−１）に加えて、第１の中心軸(C1)を中心とする半径Ｒの円周面と第２および第３領域(22b)(22c)の外周面との間に、誘導加熱用コイル(21)を円盤状にするための外周エプロン部(27)が設けられており、第１の中心軸(C1)を中心とする半径ｒの円周面と第２および第３領域(22b)(22c)の内周面との間に、コイル中央部の孔を円筒状にするための内周エプロン部(28)が設けられている。これにより、コイル本体(22)は、全体として、中央に円形の貫通孔（中心空間部）を有する円盤状に形成されており、外断熱壁(2)の頂部に設けられた円形の収納部に容易にかつ隙間なく（正確には、熱膨張を考慮した若干の均一なギャップを保って）収めることができる形状とされている。
【００３０】
コイル本体(22)のコイル面の基板(S)に対向する側（対向面）には、図３に示すように、ガス流路に通じる複数のガス吹き出し口(29)(30)が設けられている。図５（ａ）に詳しく示すように、コイル本体(22)の中心空間部周縁に設けられている複数のガス吹き出し口(29)は、真下ではなく、中心に向かって傾斜するように形成されている。これらのガス吹き出し口(29)の傾斜角(K1)(k2)は、設けられる位置に応じて変更されている。また、図５（ｂ）（ｃ）に詳しく示すように、コイル本体(22)の中心空間部周縁以外の対向面に設けられているガス吹き出し口(30)は、真下ではなく、周方向に向かって傾斜するように形成されている。この結果、誘導加熱用コイル(21)対向面におけるガス吹き出し方向は、図３に矢印で示すように、コイル(21)の内周部では、中心に向かい、その他の部分では、渦巻きの旋回方向に向かって吹き出されるようになされている。
【００３１】
誘導加熱用コイル(21)のガス流路(23)およびガス吹き出し口(29)(30)は、気相反応処理時の原料ガスの吹き出し用として使用されるとともに、気相反応処理後の冷却ガスの吹き出し用としても使用されている。すなわち、このガス流路(23)およびガス吹き出し口(29)(30)と、ガス流路に接続される外部の配管、その配管に接続された複数のガス配管およびそれらガス配管に接続された原料ガスと冷却ガスそれぞれのガス供給源と、それぞれのガス供給圧力調整部と、ガス切り替え手段とが組み合わされることにより、誘導加熱用コイル(21)に一部内蔵されたガス供給手段(7)は、基板(S)表面に原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、冷却ガスを基板支持手段の上方から吹き出す上側ガス供給手段とを兼ねる構成とされている。
【００３２】
基板支持手段(6)は、図６および図７に拡大して示すように、基板(S)を載せる円形の凹所を上面に有している円形板状のサセプタ(31)と、支柱(33)の上端部からそれぞれ等間隔で略水平方向の３方にのびるサセプタ支持腕(32)とを備えている。各支持腕(32)は、板の面が台形の垂直板状とされており、支柱(33)に接合された基端部よりも高さ（垂直方向の長さ）が低い先端部を有している。各支持腕(32)の上面（水平）は、サセプタ(31)の下面と平行であり、その上面の先端部に、サセプタ(31)を３点支持する突起(32a)がそれぞれ１つ設けられている。各腕(32)の断面形状は、図６（ｂ）に示すように、方形であってもよく、また同図（ｃ）に示すように、楕円形であってもよい。そして、各腕(32)の中間部分の断面形状が厚みｄよりも高さＤの方が大きくなされ、厚みｄが極力薄くなるようになされている。なお、図６中、(43)は、サセプタ(31)下方に設けられたピン受けの位置を示すものである。
【００３３】
第２加熱手段(8)は、表面が金、銀、アルミニウムなどの金属製メッキが施されかつ鏡面である熱反射板(35)とされている。熱反射板(35)は、中央に貫通孔を有する円盤状に形成されている。図１に示すように、熱反射板(35)の上部には、冷却ガスを垂直上方に向けて吹き出す冷却ガス流路(36)が設けられており、この冷却ガス流路(36)が下側のガス供給手段(11)とされている。また、熱反射板(35)の下部には、熱反射板(35)を冷却するための冷却水流路(37)が設けられている。
【００３４】
なお、図示省略したが、第２加熱手段として、ピン受け(43)と干渉しないように配置された第１加熱手段と同様の誘導加熱用コイルを用いてもよい。
【００３５】
駆動手段(9)は、熱反射板(35)の中央の貫通孔に挿通されてその上端部がサセプタ支持腕(32)の中央部に一体化されている支柱(33)と、支柱(33)を垂直軸回りに回転させるステッピングモータあるいはサーボモータからなるモータ(38)と、支柱(33)を上下方向に移動させる昇降装置(39)と、昇降装置(39)を駆動するための制御部とを備えている。
【００３６】
搬送ロボット(10)は、枚葉式のものであり、内断熱壁(3)内に出入りするための水平方向移動と、サセプタ(31)との間で基板(S)を移し替えるための上下方向移動を行うことができる。
【００３７】
基板持ち上げ手段(12)は、サセプタ(31)の中心から等距離で周方向に１２０°間隔をおいた基板載置面の計３個所に設けられた段付きの貫通孔(41)と、この貫通孔(41)に上下移動可能にかつ頂部が基板載置面を越えないように収められた頭付きのピン(42)と、サセプタ(31)の下方に設けられかつサセプタ(31)のピン(42)の配置と同心でかつ同径の１２０°間隔で設けられた固定状ピン受け(43)とを備えている。
【００３８】
サセプタ(31)は、上述のように、気相反応処理を行っている間、モータ(38)によって回転させられるが、処理終了時には、図１および図７に示すように、ピン(42)のちょうど真下にピン受け(43)が位置するように停止させられる。この状態でサセプタ(31)が下方に移動させられると、図７（ｂ）に示すように、ピン(42)の下端がピン受け(43)に当接し、さらに、サセプタ(31)が下方に移動させられることによって、基板(S)がピン(42)の頂部によってサセプタ(31)から持ち上げられる。この段階で、基板(S)を受け得る高さに位置させられている搬送ロボット(10)が前進させられ、基板(S)下に挿入させられる。搬送ロボット(10)は、この後上方に移動して、基板(S)を受け取り、基板(S)を保持した状態で後退する。
【００３９】
基板処理装置の制御部(40)には、図８に示すように、ガス供給圧力調整部(44)と、上下移動量調整部(45)とが設けられている。ガス供給圧力調整部(44)は、上側のガス供給手段(7)のガス供給圧力および下側のガス供給手段(11)のガス供給圧力をそれぞれ別個に調整するもので、誘導加熱用コイル(21)のガス流路(23)に接続された配管に設けられているバルブなど介して、誘導加熱用コイル(21)に設けられたガス吹き出し口(29)(30)から吹き出される冷却ガスの下向きの圧力を調整するとともに、熱反射板(35)のガス流路(36)に接続された配管に設けられているバルブなどを介して、熱反射板(35)のガス吹き出し口から吹き出される冷却ガスの上向きの圧力を調整している。上下移動量調整部(44)は、サセプタ(31)および熱反射板(35)の上下移動量を昇降装置(39)を介してそれぞれ別個に制御するものである。この制御部(40)によると、反応処理後、基板支持手段(6)を反応部(1a)から搬入出部(1b)へ移動させる際に、サセプタ(31)の下降量および下側ガス冷却手段の下降量に応じて上側ガス供給手段(7)の供給圧を下側ガス供給手段(11)の供給圧より高める制御が行なわれる。したがって、サセプタ(31)および熱反射板(35)が下降することにより、誘導加熱用コイル(21)から基板(S)までの距離が長くなり、基板(S)付近における冷却ガスの上向き圧力と下向き圧力とのバランスが、下向き圧力が低下することによって崩れることなく、制御部(40)によってこのバランスを保つことができる。これにより、基板(S)に吹き付けられて下方に移動した排ガスが再び基板(S)に当たることによって生じる基板(S)の汚染を防止することができる。なお、上記圧力は、基板(S)の位置における圧力のバランスにより調整される。
【００４０】
図９および図１０は、この基板処理装置で使用されている冷却機構の他の実施形態を示している。
【００４１】
この実施形態では、３つのピン受け(43)は、昇降装置（図示略）によって、上下移動可能とされており、サセプタ(31)には、複数の通気孔(46)が貫通状に設けられている。そして、処理が終了して、ピン(42)のちょうど真下にピン受け(43)が位置するようにサセプタ(31)の回転が停止させられると、この状態で３つのピン受け(43)が上方に移動させられる。図９に示すように、ピン受け(43)は熱反射板(35)に設けられた貫通孔を通過して反応部(1a)に至り、ピン(42)の下端に当接する。そして、このピン(42)がピン受け(43)によって上方に移動させられることによって、基板(S)がサセプタ(31)から持ち上げられる。この段階で、上側および下側のガス供給手段(7)(11)から冷却ガスが吹き付けられ、基板(S)およびサセプタ(31)が冷却される。サセプタ(31)には、通気孔(46)が設けられいるので、基板(S)は、サセプタ(31)の通気孔(46)を通過した冷却ガスによっても冷却される。サセプタ（例えばカーボン製）(31)は熱容量が大きいため、冷却されにくいが、基板(S)は、サセプタ(31)とは接触していないため、サセプタ(31)の影響を受けることなく冷却される。
【００４２】
サセプタ(31)の通気孔(46)は、例えば、図９（ｂ）に示すようにランダムに設けてもよく、また、同図（ｃ）に示すように放射状に設けてもよい。
【００４３】
なお、この実施形態では、全てのピン受け(43)を上昇させているが、上昇させるピン受け(43)は、１つでもよく、この場合には、１つのピン(42)だけによって持ち上げられた基板(S)は、外周面の１点でサセプタ(31)に接触することになる。こうして、基板(S)とサセプタ(31)とは、点接触すなわち実質的には接触していないようになり、基板(S)は、サセプタ(31)の影響を受けることなく冷却される。
【００４４】
また、ピン受け(43)のみを上方移動させるのではなく、サセプタ(31)も下降させる相対移動を行ってもよい。
【００４５】
サセプタ(31)とピン受け(43)とは、図９の位置関係を保ったまま下方の搬入出部(1b)に垂直に移動させられる。この間にも冷却ガスの吹き付けは継続される。そして、冷却された基板(S)は、搬入出部(1b)から搬送ロボット(10)によって搬出される。
【００４６】
この実施形態の基板処理装置の制御部(40)には、図１０に示すように、ガス供給圧力調整部(44)と、上下移動量調整部(45)とが設けられている。ガス供給圧力調整部(44)は、上側のガス供給手段(7)のガス供給圧力および下側のガス供給手段(11)のガス供給圧力をそれぞれ別個に調整するもので、誘導加熱用コイル(21)のガス流路(23)に接続された配管に設けられているバルブなど介して、誘導加熱用コイル(21)に設けられたガス吹き出し口(29)(30)から吹き出される冷却ガスの下向きの圧力を調整するとともに、熱反射板(35)のガス流路(36)に接続された配管に設けられているバルブなどを介して、熱反射板(35)のガス吹き出し口から吹き出される冷却ガスの上向きの圧力を調整している。上下移動量調整部(44)は、サセプタ(31)、ピン受け(43)および熱反射板(35)の上下移動量を昇降装置(39)を介してそれぞれ別個に調整するものである。
【００４７】
この制御部(40)によると、反応処理後、まず、ピン受け(43)が上方に移動させられ、図９の状態で、冷却作業が開始される。そして、冷却作業を継続しながら、サセプタ(31)が下方に移動させられる。この際、サセプタ(31)、ピン受け(43)および熱反射板(35)は、図９の位置関係を保ったまま、つまり、サセプタ(31)とピン受け(43)と熱反射板(35)とが同時に同じ速さで下降させられ、搬入出部(1b)に移動させられる。サセプタ(31)を反応部(1a)から搬入出部(1b)へ移動させる際には、サセプタ(31)の下降量および熱反射板(35)の下降量に応じて上側ガス供給手段(7)の供給圧を下側ガス供給手段(11)の供給圧より高める制御が行なわれる。したがって、サセプタ(31)および熱反射板(35)が下降することにより、誘導加熱用コイル(21)から基板(S)までの距離が長くなり、基板(S)付近における冷却ガスの上向き圧力と下向き圧力とのバランスが、制御部(40)によって保たれる。これにより、基板(S)に吹き付けられて下方に移動した排ガスが再び基板(S)に当たることによって生じる基板(S)の汚染を防止することができる。
【００４８】
図５に示したガス吹き出し口(29)(30)の開口側の部分には、図１１に示すように、ねじ溝(51)(52)が施されることがある。図１１の（ａ）に示すねじ溝(51)が施された孔は、コイルの中心軸方向に向かって傾斜させられており、図１１の（ｂ）に示すねじ溝(52)が施された孔は、コイル面の半径方向に直角の方向に傾斜させられている。これらのねじ溝(51)(52)には、必要に応じて、おねじ部材(54)(55)(56)が着脱自在にねじ込まれる。おねじ部材(54)(55)(56)としては、ガス吹き出し口を完全に塞ぐもの(54)と、ねじ込み方向に貫通孔(55a)(56a)を有しこの貫通孔(55a)(56a)がガス吹き出し孔として使用されるものとが適宜使用される。
【００４９】
図１２（ａ）（ｂ）は、図１１で示されたねじ溝(51)(52)がおねじ部材(54)によって完全に塞がれているものを示している。このおねじ部材(54)は、市販のものが使用可能であり、例えば、基板(S)のサイズを大きいものから小さいものに変えた場合に、コイル(21)の外周縁部にあるガス吹き出し用ねじ溝(51)(52)を塞ぐために使用される。これにより、不要な部分への原料ガスの供給は停止し、原料ガスの無駄および成長した結晶による基板(S)の品質低下を防止することができる。
【００５０】
図１３（ａ）（ｂ）は、ねじ込み方向に貫通孔(55a)を有するおねじ部材(55)を示している。このおねじ部材(55)によると、その貫通孔(55a)がガス吹き出し孔として使用される。貫通孔(55a)の中心とおねじ部材(55)の中心とは一致させられている。したがって、ねじ溝(51)(52)の中心方向にガスを吹き出すことができる。
【００５１】
図１４（ａ）（ｂ）は、ねじ込み方向に貫通孔(56a)を有するおねじ部材(56)の他の例を示している。このおねじ部材(56)では、貫通孔(56a)の中心は、おねじ部材(56)の中心には一致しておらず、所定方向に傾斜させられている。このおねじ部材(56)によると、その貫通孔(56a)の方向がねじ溝(51)(52)の方向とは異なっており、これにより、誘導加熱用コイル(21)にあけられたねじ溝(51)(52)の方向とは異なった方向にガスを吹き出させることができる。したがって、貫通の方向を変えたいときには異なる貫通孔(56a)のおねじ部材(56)に代えることによって変更することができる。ねじ溝(51)(52)を有する孔は、必ずしも斜めに形成されている必要はなく、コイル面に対して直角であってもよい。そして、図１４（ｂ）に示すように、コイル面に対して直角の孔に施されたねじ溝(52)と傾斜貫通孔(56a)を有するおねじ部材(56)とが組み合わされることにより、傾斜方向のガス吹き出し口を得ることができる。
【００５２】
なお、おねじ部材(54)(55)(56)の頭頂部はコイル面より外に出ないようにすることが望ましい。
【００５３】
上記おねじ部材(54)(55)(56)は、種々の仕様のものを用意することが可能であり、その貫通孔(55a)(56a)の方向や太さ、形状の変更を基板(S)や原料ガスに応じて変更することにより、誘導加熱用コイル(21)はそのまま使用し、おねじ部材(54)(55)(56)を変更するだけで基板処理の仕様の変更に対応することができる。
【００５４】
おねじ部材は、誘導加熱用コイル(21)に悪影響を与えないよう、高周波コイルと同じ材質が用いられ、例えば、銅製の誘導加熱用コイル(21)に対応して銅製または黄銅製などとされる。
【００５５】
なお、図示省略したが、おねじ部材に設ける貫通孔は、らせん状でもよく、これにより、らせん状貫通孔から吹き出すガスを旋回流とし、基板(S)上の原料ガスが均一な乱流状態を得ることに寄与させることができる。
【００５６】
コイル本体(22)の内周部に設けられているガス吹き出し口(29)は、図５（ａ）に示すものでは、コイル(21)の対向面に設けられているが、コイル本体(22)の内周部に設けられるガス吹き出し口は、図１５に示すように、内周面に設けられることがより好ましい。図１５（ａ）に示すガス吹き出し口(57)は、コイル本体(22)の中心空間部内周面に設けられており、コイル(21)の中心軸を中心としてほぼ均等角度に配され、ガス吹き出し口(57)の方向は、対向面外側に向かいかつコイル(21)の中心軸方向に向かう方向とされている。そして、これらのガス吹き出し口(57)の方向は、それらがコイル(21)の中心軸上の１点でかつ基板(S)の上で結ばれるようになされている。また、図１５（ｂ）に示すガス吹き出し口(58)は、コイル本体(22)の中心空間部内周面に設けられており、コイル(21)の中心軸を中心としてほぼ均等角度に配され、ガス吹き出し口(58)の方向は、水平面内でかつコイル(21)の中心軸方向に対して傾斜する方向とされている。
【００５７】
上記の誘導加熱用コイル(21)の中心部にはコイルをなす導電体が存在しないため、この部分に均一に原料ガスを供給することは難しいものであるが、ガス吹き出し口(57)(58)を上記のように設けることにより コイル(21)中心部の下であっても原料ガスを十分に供給し気相反応処理時の均一性を向上させることができる。
【００５８】
なお、コイル本体(22)の中心空間部に設けられるガス吹き出し口については、図５（ａ）に示したもの(29)と図１５（ａ）（ｂ）に示したもの(57)(58)とを両方設けてもよく、いずれか一方だけを設けてもよい。
【００５９】
図２および図３に示した誘導加熱用コイル(21)は、その内周端と外周端とに電源接続端子が接続され、高周波電源によって駆動される。この場合には、高周波電源は１つとされるが、基板(S)上の温度均一化を目的として、以下のような電源接続を行うことができる。
【００６０】
図１６（ａ）は、それぞれ互いに絶縁された３つの電気的制御ブロック(g1)(g2)(g3)からなる誘導加熱用コイル(61)を示している。各電気的制御ブロック(g1)(g2)(g3)は、それぞれほぼ同心円状になされており、一番径が小さい電気的制御ブロック(g1)の外側に中間の径の電気的制御ブロック(g2)が絶縁用間隔を置いて配置され、この外側に一番径が大きい電気的制御ブロック(g3)が絶縁用間隔を置いて配置されることにより、各電気的制御ブロック(g1)(g2)(g3)ごとに制御可能なコイルが形成されている。このコイル(61)の各電気的制御ブロック(g1)(g2)(g3)は、同図（ｂ）に示すように、それぞれ別個の高周波電源(p1)(p2)(p3)によって駆動される。
【００６１】
図１６（ｃ）には、共通の端子(C)(D)によって区画された３つの電気的制御ブロック(g1)(g2)(g3)からなる誘導加熱用コイル(21)を示している。コイル自体は、例えば、図２〜図４に示したものと同じものが使用され、電源接続端子(A)(B)(C)(D)は、コイル(21)の内周端および外周端のほかに、その中間の２個所にも設けられている。これにより、各電気的制御ブロック(g1)(g2)(g3)は、それぞれほぼ同心円状になされているとともに、内周端の接続端子(A)とこれに近い方の端子(C)とによって、内側電気的制御ブロック(g1)が形成され、外周端の接続端子(B)とこれに近い方の端子(D)とによって、外側電気的制御ブロック(g3)が形成され、中間の２つの接続端子(C)(D)によって中間電気的制御ブロック(g2)が形成されている。各電気的制御ブロック(g1)(g2)(g3)は、同図（ｄ）に示すように、それぞれ別個の高周波電源(p1)(p2)(p3)によって駆動される。
【００６２】
高周波電源（高周波発振機）には、例えば、電力用半導体スイッチング素子であるＩＧＢＴ（ゲート絶縁型バイポーラトランジスタ）が使用される。この電源により、各電気的制御ブロックそれぞれに少なくとも周波数が異なりかつ電流の大きさも制御可能な交流電源が供給される。
【００６３】
図１６（ｂ）（ｄ）の各高周波電源(p1)(p2)(p3)は、その周波数が異なるようになされている。これにより、高周波電源(p1)(p2)(p3)の高周波同士の干渉が生じにくい（生じない）ようになされており、干渉することがない電源が供給できるようになっている。そして、これらの高周波電源(p1)(p2)(p3)は、誘導加熱実施中において、被加熱対象である基板(S)上における温度分布が低い部分に対応して、その電流値を独立して調整可能である。したがって、駆動電源をそれぞれ調整することにより、簡単に基板(S)の温度分布のムラを低減することができる。この調整は、電気的な微調整が可能であるため、無段階変化とすることができるとともに、瞬時に切り替えることもでき、また、各ブロックごとの微調整も可能である。そして、清掃のための分解後に再組立する場合でも、同じ制御をするように設定するだけでその再現性を確保することができる。
【００６４】
図１７は、図１６に示した各誘導加熱用コイル(21)(61)の各電気的制御ブロック(g1)(g2)(g3)を別個に制御した誘導加熱と１つの電源だけを用いた誘導加熱とを比較するもので、１つの電源だけの場合には、同図に破線で示すように、被加熱対象(T)の温度分布は、その中央部と外周部が特に低く、その間にある中間部が高い不均一なものとなっているのに対し、各電気的制御ブロック(g1)(g2)(g3)を別個に制御した誘導加熱によると、同図に実線で示すように、被加熱対象(T)の温度分布の不均一が緩和されほぼ均一となっている。
【００６５】
図１８は、被加熱対象(T)の温度分布を均一化するための誘導加熱用コイル(62)の他の構成を示すもので、この誘導加熱用コイル(62)は、同図上部に示すように、図２および図３に示したコイルと同じ形状の平面状コイル部(63)に軸方向コイル部(u)が付加されたものとされている。軸方向コイル部(u)は、電気的制御ブロックの１つであって、平面状コイル部(63)に隣接するとともに中心空間部に隣接して、平面状コイル部(63)の少なくとも一方（図示は、対向面の反対側）に１以上の巻き数を有しているものである。平面状コイル部(63)と円筒状部分(u)とは、絶縁または一端を共通に接地されており、各部分(63)(u)は、異なる電源（図示略）によって制御されている。この誘導加熱用コイル(62)によっても、図１６に示したものと同様、被加熱対象(T)の温度分布の不均一が緩和されほぼ均一な加熱を行うことができる。
【００６６】
図１９には、４以上の電気的制御ブロックからなるコイルの一例を示している。このコイル(64)は、互いに絶縁された２つの共通化ブロック(65a)(65b)からなる平面状コイル部(65)と、平面状コイル部(65)の中心空間部に沿うように設けられた軸方向コイル部(u)とを備えており、各共通化ブロック(65a)(65b)は、それぞれがほぼ同心円状とされるとともに、その中間部分に共通の端子(C)(D)が設けられることによって、それぞれ２つの電気的制御ブロック(g1)(g2)および(g3)(g4)に区画されている。これらに接続端子(E)(F)を有する軸方向コイル部(u)が加えられることにより、コイル(64)は、計５つの電気的制御ブロック(g1)(g2)(g3)(g4)(u)によって形成されている。各電気的制御ブロック(g1)(g2)(g3)(g4)(u)は、同図（ｂ）に示すように、それぞれ別個の高周波電源(p1)(p2)(p3)(p4)(p5)によって駆動される。接続端子Ｃ、ＤおよびＥは、互いに接続されて、その端部で接地されている。これらにより、部品点数の減少が図られている。
【００６７】
上記の制御を容易に行うために、ガス注入口に接続されるガス注入管（図１で符号(7)が付されている）は、複数設けられ、電源接続端子を兼ねるように導電体製とされている。そして、各ガス注入管は、電気的に絶縁されて互いにまとめられ、１つのガス供給源（図示略）に接続されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による基板処理装置の主要部の概要を示す垂直断面図である。
【図２】（ａ）は、誘導加熱用コイルの上面を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図である。
【図３】誘導加熱用コイルの下面を示す底面図である。
【図４】誘導加熱用コイルの詳細形状を説明するための平面図である。
【図５】誘導加熱用コイルに設けられたガス吹き出し口の拡大断面図であり、（ａ）は中心空間部に面する導電体要素の垂直断面図であり、（ｂ）は中心空間部以外に面する導電体要素の垂直断面図（径方向）であり、（ｃ）は（ｂ）のC-C線に沿う断面図（周方向）である。
【図６】基板支持手段の要部を拡大した図で、（ａ）は、平面図、（ｂ）および（ｃ）は、垂直横断面図である。
【図７】基板処理装置における基板搬入出の状態を示す模式図で，（ａ）は処理時の状態、（ｂ）は搬送ロボットによる基板受け取り時の状態を示す。
【図８】基板処理装置の制御部を示すブロック図である。
【図９】基板処理装置の冷却機構の一実施形態を示す垂直断面図である。
【図１０】図９に示す基板処理装置の制御部を示すブロック図である。
【図１１】ガス吹き出し口に設けられたねじ溝を示す拡大断面図である。
【図１２】図１１に示すねじ溝にねじ込まれるおねじ部材の一例を示す拡大断面図である。
【図１３】図１１に示すねじ溝にねじ込まれるおねじ部材の他の例を示す拡大断面図である。
【図１４】図１１に示すねじ溝にねじ込まれるおねじ部材のさらに他の例を示す拡大断面図である。
【図１５】（ａ）は、誘導加熱用コイルに設けられるガス吹き出し口の他の例を示す拡大断面図（中心空間部に面する導電体要素の垂直断面図）であり、（ｂ）は、誘導加熱用コイルに設けられるガス吹き出し口のさらに他の例を示す拡大断面図（中心空間部に面する導電体要素の水平断面図）である。
【図１６】（ａ）は、コイルを形成する電気的制御ブロックの一例を示す模式図で、（ｂ）は、（ａ）の配線図であり、（ｃ）は、コイルを形成する電気的制御ブロックの他の例を示す模式図で、（ｄ）は、（ｃ）の配線図である。
【図１７】図１６に示したコイルによる加熱の様子を示す図である。
【図１８】他のコイルによる加熱の様子を示す図である。
【図１９】（ａ）は、コイルを形成する電気的制御ブロックのさらに他の例を示す模式図で、（ｂ）は、（ａ）の配線図である。
【符号の説明】
(5) 第１加熱手段（加熱手段の上側加熱部）
(6) 基板支持手段
(7) 上側ガス供給手段（原料ガス供給手段兼冷却ガス供給手段の上側冷却部）
(8) 第２加熱手段（加熱手段の下側加熱部）
(11) 下側ガス供給手段（冷却ガス供給手段の下側冷却部）
(31) サセプタ
(32) サセプタ支持腕
(32a) 突起
(33) 支柱
(35) 熱反射板
(36) 冷却ガス流路
(S) 基板

Claims (2)

1. 基板を支持する基板支持手段と、基板を加熱する加熱手段と、基板表面に原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、基板支持手段に冷却ガスを供給する冷却ガス供給手段とを備えている基板処理装置において、
   冷却ガス供給手段は、基板支持手段下方に配置される下側冷却部を有し、基板支持手段は、基板を載せるサセプタと、支柱の上端部から三方にのびるサセプタ支持腕とを有し、基板支持手段の各支持腕は、垂直板状でかつ支柱に接合された基端部よりも高さが低い先端部を有し、サセプタの下面と平行とされた上面の先端部にサセプタを支持する突起が形成されていることを特徴とする基板処理装置。
2. 加熱手段は、支持腕下方に配置される下側加熱部としての熱反射板または誘導加熱用コイルを有し、下側冷却部は、下側加熱部内に設けられた冷却ガス流路と上方に開口した複数のガス吹き出し口とを有している請求項１記載の基板処理装置。

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