JP4642918B1

JP4642918B1 - 半導体基板の回転保持装置

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Publication number: JP4642918B1
Application number: JP2009190790A
Authority: JP
Inventors: 暁山本
Original assignee: MICRO SYSTEM CORPORATION
Current assignee: MICRO SYSTEM CORPORATION
Priority date: 2009-08-20
Filing date: 2009-08-20
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2029-08-20
Also published as: JP2011044532A

Abstract

【課題】有機金属気相成長法により反応炉内において半導体基板に気相状態で膜を形成する場合に、ガスホイール法を用いることなく半導体基板への高品質な膜の形成が可能であって、気相物質を供給した反応炉を開き人手による基板の出し入れを行う必要がないと共に、反応炉に供給される気相物質の供給効率を向上させることができる半導体基板の保持装置及び半導体基板の保持装置の搬送装置を提供する。
【解決手段】サセプタ１２は回転駆動軸１５に対して上下方向において着脱可能に固定されると共に、半導体基板が載置される複数の基板ホルダ１４が配置される開口部１３は、上記サセプタ１２の厚さ方向において貫通して形成され、上記サセプタ１２の下方には上記基板ホルダ１５が上下方向において解除可能に係合して、上記サセプタ１２の回転により基板ホルダ１４が回転しうる係合部１６が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体基板の回転保持装置及び半導体基板の回転保持装置の搬送装置に係り、特に、有機金属気相成長法により半導体基板に気相状態で膜を形成するために使用される半導体基板の回転保持装置及び半導体基板の回転保持装置の搬送装置に関する。

従来より、半導体の表面に薄膜を形成する場合に、化学的気相成長方法（ＣＶＤ）が使用されている。化学的気相成長方法は、複数種類の気相物質を反応炉内で半導体素子に供給し、高温で反応させることにより薄膜を形成するものである。

このような有機金属気相成長法により、反応炉内において半導体基板の表面に気相状態で膜を形成する場合には、反応炉内に半導体基板の回転保持装置を配置して使用している。
図２２及び図２３に示すように、このような従来の半導体基板の回転保持装置６０は、円盤状に形成されて回転動するサセプタ６１と、円盤状に形成され、上記サセプタ６１に開設された複数の開口部６２内に着脱可能に配置されると共に上記サセプタ６１の回転により上記開口部６２内で回転するように形成され、上面部には半導体基板が載置される複数の基板ホルダ６３とを有している。

上記サセプタ６１は、薄型円盤状に形成され、リング状フレーム部６４の開口部６５内に同一平面上に配置されている。上記サセプタ６１は中心部裏面側において回転軸部６６に固定され、回転軸部６６の回転動により上記開口部６５内において回転動する。上記リング状フレーム部６４の開口部６５の内周面部には開口部６５の内方へ向かって突設された歯部６７が厚さ方向に沿って全周に亘って形成され、平歯車６８を構成している。

一方、図２２に示すように、上記サセプタ６１には全周縁方向に沿って、１１個の開口部６２が開設され、上記開口部６２内には、夫々、基板ホルダ６３が回転動可能であって、かつ着脱可能に配置されている。上記基板ホルダ６３の周縁には上記歯部６７と歯合する歯部７１が、基板ホルダ６３の厚さ方向に沿って外方に向かって突設され、上記同様に平歯車６９を構成している。

その結果、上記回転軸部６６の回転動によりサセプタ６１が回転する場合には、上記基板ホルダ６３は、歯部７１のリング状フレーム部６４の歯部６７との歯合により上記開口部６２内において回転し、サセプタ６１と基板ホルダ６３２とは、いわゆる遊星機構を形成する。
そして、上記基板ホルダ６３上に半導体基板が載置され、反応炉内において所定の環境下において複数種類の気相物質を半導体素子に供給し、高温で反応させることにより半導体基板上に膜を形成するものである。

しかしながら、半導体基板の表面に気相状態で膜を形成する場合に、上記各基板ホルダ６３上に半導体基板が載置されたサセプタ６１を、例えば、ロボットアームを使用して搬送することを想定した場合、サセプタ６１を上記リング状フレーム部６４の上方へ搬送し、上記リング状フレーム部６４の開口部６５内に配置するためには、上記リング状フレーム部６４の内周面部に厚さ方向に沿って設けられた歯部６７に対して、全ての基板ホルダ６３の歯部６９を上下方向において歯合させる必要がある。
その結果、上記リング状フレーム部６４の歯部６７への、基板ホルダ６３の歯部６７を適切かつスムーズに歯合させることは困難であることから、ロボットアームを有する搬送装置を使用して反応炉へサセプタ１を搬送することは困難である。

従って、従来は、反応炉内における半導体基板への膜形成作業が完了した場合、次の新たな半導体基板に交換する場合には、その都度、反応炉を開放して人手を介して膜形成が完了した半導体基板を取り出し、かつ新たな半導体基板を基板ホルダ上に配置することが必要であった。
その結果、膜が形成された半導体基板の交換作業が非常に煩雑であり、生産効率が良好ではない、という不具合が存していた。

また、上記反応炉内は窒素の密閉空間となっており、本来、水分や酸素を排除する必要があり、上記のように半導体基板の交換時にその都度、反応炉を開放して作業を行った場合には、その都度、外気が混入することから、窒素による密閉空間を形成しなおす必要があり作業効率が低い、という問題点も存していた。

さらに、従来のような平歯車を用いた遊星機構による半導体基板の回転保持装置６０にあっては、リング状フレーム部６４の平歯車６８に対して基板ホルダ６３の平歯車６９を適切に歯合させる必要性があることから、基板ホルダ６３の大きさは所定の直径に形成する必要があり、その結果、サセプタ６１の直径も所定規模の大きさとなる。
その結果、径方向に配置された各基板ホルダ６３の間が大きく離間してしまい、サセプタ６１の中央部に大きな空隙Ｓが形成されてしまうことから、反応炉内において複数種類の気相物質が供給された場合であっても、上記空隙Ｓに滞留する気相物質は基板の膜形成に有効に寄与しないことから、気相物質の供給効率が良好ではない、という不具合が存していた。

また、従来、上記基板ホルダの裏面側に形成された溝部にガスを供給して基板ホルダーをサセプタから浮上させた状態で回転させると共にサセプタをも回転動させる、いわゆる「ガスホイール法」も提案されていた。
しかしながら、このような「ガスホイール法」にあっては、ガスを供給しながら基板ホルダーをサセプタから浮上させつつ回転動させるように構成されていることから、半導体基板に膜を形成するための気相物質とは異なるガスが供給されることから、基板ホルダー近傍において供給される膜形成のための気相物質の流れを阻害し、膜の形成が充分に行われない場合がある、という問題点を有していた。

本発明の課題は、有機金属気相成長法により反応炉内において半導体基板に気相状態で膜を形成する場合に、ガスホイール法を用いることなく半導体基板への高品質な膜の形成が可能であって、気相物質を供給した反応炉を開き人手による基板の出し入れを行う必要がなく生産効率を向上させることができると共に、反応炉に供給される気相物質の供給効率を向上させることができる半導体基板の保持装置及び半導体基板の保持装置の搬送装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明にあっては、有機金属気相成長法により半導体基板に気相状態で膜を形成するために反応炉内において使用され、円盤状に形成されて回転動するサセプタと、円盤状に形成され、上記サセプタに開設された複数の開口部内に着脱可能に配置されると共に上記サセプタの回転により上記開口部内で回転するように形成され、上面部には半導体基板が載置される複数の基板ホルダと、上記サセプタの下方に設けられ、上記サセプタを回転させる回転駆動軸とを有する半導体基板の回転保持装置であって、上記サセプタは回転駆動軸に対して上下方向において着脱可能に固定されると共に、上記開口部は、上記サセプタの厚さ方向において貫通して形成され、上記サセプタの下方には上記基板ホルダが上下方向において解除可能に係合して、上記サセプタの回転により基板ホルダを上記開口部内において回転させる係合部が設けられ、上記係合部は平面リング状の支持部材により形成され、上記支持部材の上面部には、周方向に沿って一定間隔を置いて複数の第一の係合突起が放射状に配設されると共に、上記基板ホルダの下面部には、上記第一の係合突起に係合しうる複数の第二の係合突起が周縁部に沿って放射状に配設され、上記開口部内に上記基板ホルダが配置された場合には、上記第二の係合突起は上記開口部下方に突出配置されて上記第一の係合突起と係合することを特徴とする。

従って、本請求項１に係る半導体基板の回転保持装置にあっては、上記サセプタは回転駆動軸に対して上下方向において着脱可能に固定されていると共に、上記開口部は、上記サセプタの厚さ方向において貫通して形成され、上記サセプタの下方には上記基板ホルダが上下方向において解除可能に係合して、上記サセプタの回転により基板ホルダが回転しうる係合部が設けられ、サセプタ、基板ホルダ及び係合部により遊星機構が構成されていることから、サセプタは基板ホルダを保持した状態で回転駆動軸に対して上下方向において着脱ができる。
その結果、搬送装置を装備することにより上記サセプタを搬送して回転駆動軸から取り外して搬送することができると共に、サセプタを搬送して回転駆動軸に装着することができる。
また、上記第一の係合突起は上記第二の係合突起に対して上下方向において係合させることができると共に、上下方向において係合を解除することが可能となる。

請求項２記載の発明にあっては、上記第一の係合突起は、上記係合部の厚さ方向に沿って上方に突出する複数の細長直方体により形成されると共に、上記第二の係合突起は、基板ホルダの厚さ方向に沿って下方に突出する複数の細長直方体により形成されていることを特徴とする。

従って、請求項２記載の発明にあっては、細長直方体状に形成された第一の係合突起と細長直方体状に形成された第二の係合突起とが上下方向において係合する。

請求項３に記載された発明にあっては、上記互いに隣接する第一の係合突起の間隔寸法は、上記第二の幅寸法以上の幅寸法よりも大きな間隔寸法に形成されていると共に、上記互いに隣接する第二の係合突起の間隔寸法は、上記第一の係合突起の幅寸法よりも大きな間隔寸法に形成され、上記第一の係合突起と上記第二の係合突起は相互に間隙を以って係合することを特徴とする。

従って、請求項３記載の発明にあっては、基板ホルダを有するサセプタが上記回転駆動軸に固定され、基板ホルダの下面部に形成された係合突起部が上記係合部の係合突起との間に配置された場合には、上記第一の係合突起と上記第二の係合突起とは、相互に空隙を以った状態で配置される。

請求項４記載の発明にあっては、上記開口部は、直径寸法が上記サセプタの半径寸法と略同一に形成され、互いに等間隔に３つ開設され、上記開口部には上記基板ホルダが夫々配置されていることを特徴とする。
従って、請求項４記載の発明にあっては、上記いずれの基板ホルダも互いに近接して配置される。

請求項５記載の発明にあっては、上記回転駆動軸の上端部には、複数の突起部が設けられると共に、上記サセプタの中心部には、上記突起部が上下方向において解除可能に挿入係合されうる複数の凹部が形成されていることを特徴とする。

従って、請求項５記載の発明にあっては、サセプタは上記複数の凹部を上記回転駆動軸の上端部に形成された複数の突起部に係合させることにより、サセプタを上記回転駆動軸に接合させることができると共に、上記サセプタを上記回転駆動軸から取り外すことができる。

請求項１記載の発明にあっては、上記サセプタは回転駆動軸に対して上下方向において着脱可能に固定されると共に、上記開口部は、上記サセプタの厚さ方向において貫通して形成され、上記サセプタの下方には上記基板ホルダが上下方向において解除可能に係合して、上記サセプタの回転により基板ホルダが回転しうる係合部が設けられていることから、従来のように、有機金属気相成長法により反応炉内において半導体基板に気相状態で膜を形成する場合に、ガスホイール法を用いることなく、半導体基板への高品質な膜の形成を可能となる。

また、サセプタは回転駆動軸に対して上下方向において着脱可能に固定されると共に、従来のように平歯車を使用した遊星機構を使用せず、基板ホルダと上記係合部とが上下方向において係合する遊星機構を構成していることから、上記サセプタの、上記回転駆動軸に対する上下方向における取り外し及び取り付けが可能となり、反応炉内で気相物質が供給され膜が形成された半導体基板を、反応炉を開放して人手を介して取り出すと共に、新たに処理する半導体基板を基板ホルダに装着する必要がなく、基板ホルダ上に半導体基板を載置した状態でサセプタを搬送装置を使用して反応炉から取り出すことができる。

また、膜形成処理を行う半導体基板を載置した基板ホルダをサセプタに配置した状態で搬送装置を使用して反応炉内へ搬送して設置することができるため、反応炉への半導体基板の搬入及び搬出効率を向上させることができ、その結果、半導体基板の膜形成に関する処理効率を向上させることができる。

さらに、膜形成が完了した半導体基板を反応炉から取り出すために、その都度、反応炉を開放する必要がないことから、反応炉内に供給される気相物質を無駄にすることがなく、気相物質の供給効率を向上させることができる。

請求項２記載の発明にあっては、基板ホルダを開口部内に配置したサセプタを回転駆動軸へ上下方向において接合する場合および取り外す場合、第一の係合突起と第二の係合突起とを容易に係合させることができると共に、上記第一の係合突起と第二の係合突起とは容易に係合を解除することができる。

請求項３記載の発明にあっては、基板ホルダを有するサセプタが上記回転駆動軸に固定されると共に基板ホルダの下面部に形成された係合突起部が上記係合部の係合突起との間に配置された場合には、上記第一の係合突起と上記第二の係合突起とは、相互に間隙を以った状態で配置されることから、上記サセプタと基板ホルダとは径寸法が異なることから曲率が相違することにより、第二の係合突起と上記第一の係合突起との配置角度は異なることから、仮に、サセプタの回転駆動軸への装着時に、第二の係合突起が隣接する第一の係合突起の間い配置されず、第一の係合突起上に配置された場合であっても、サセプタが回転することにより、振動又は慣性力により第一の係合突起は位置が移動して、一対の第一の係合突起の間に配置され、第二の係合突起は第一の係合突起に確実に係合する。

請求項４記載の発明にあっては、上記基板ホルダは、上記サセプタの周方向に沿って三機、互いに等間隔に設けられ、上記基板ホルダの直径寸法は上記サセプタの半径寸法と略同一に形成されていることから、基板ホルダがサセプタの大部分を占め、従来のように平歯車により遊星機構を構成した場合とは異なり、サセプタの中心部において各基板ホルダの間に大きな空隙部が形成されることはない。

その結果、反応炉内において複数種類の気相物質が供給された場合に、上記気相物質が空隙部に滞留して基板の膜形成に有効に寄与しない、という事態を防止でき、その結果、気相物質が無駄になることがなく、気相物質の供給効率を向上させることができる。

請求項５記載の発明にあっては、サセプタは上記複数の凹部を上記回転駆動軸の上端部に形成された複数の突起部に係合させることにより、サセプタを上記回転駆動軸に接合させることができると共に、上記サセプタを上記回転駆動軸から取り外すことができるため、容易にサセプタを回転駆動軸へ取り付けかつ、取り外すことができる。

本発明に係る半導体基板の回転保持装置の一実施の形態を平面的に示す概念図である。本発明に係る半導体基板の回転保持装置の一実施の形態を示し、図１の2―2線相当断面図である。本発明に係る半導体基板の回転保持装置の一実施の形態を示し、基板ホルダスリップリングを示す横断面である。本発明に係る半導体基板の回転保持装置の一実施の形態を示し、サセプタ本体を示す平面図である。本発明に係る半導体基板の回転保持装置の一実施の形態を示し、図４の5―5線相当断面図である。本発明に係る半導体基板の回転保持装置の一実施の形態を示し、サセプタ本体を示す裏面図である。本発明に係る半導体基板の回転保持装置の一実施の形態を示し、図１の2―2線相当断面図であって、ヒータの配置状態を示す図である。本発明に係る半導体基板の回転保持装置の一実施の形態を示し、係合部を示す平面図である。本発明に係る半導体基板の回転保持装置の一実施の形態を示し、図８の9―9線断面図である。本発明に係る半導体基板の回転保持装置の一実施の形態を示し、サセプタスリップリングを示す横断面である。本発明に係る半導体基板の回転保持装置の一実施の形態を示し、基板ホルダを示す平面図である。本発明に係る半導体基板の回転保持装置の一実施の形態を示し、図１１のＣ−Ｃ線相当断面図である。本発明に係る半導体基板の回転保持装置の一実施の形態を示し、基板ホルダを示す裏面図である。本発明に係る半導体基板の回転保持装置及び搬送装置の一実施の形態を示し、搬送装置を使用してサセプタを搬送し、回転駆動軸に装着する場合を示す2―2線相当概念断面図である。本発明に係る半導体基板の回転保持装置及び搬送装置の一実施の形態を示し、搬送装置を使用してサセプタを搬送して回転駆動軸に装着し、係合突起部が完全に係合せず、サセプタが僅かに傾斜した状態を示す概念断面図である。本発明に係る半導体基板の回転保持装置及び搬送装置の一実施の形態を示し、搬送装置を使用してサセプタを搬送して回転駆動軸に装着し、係合突起部が完全に係合せず、サセプタが傾斜した状態で回転させている状態を示す概念断面図である。本発明に係る半導体基板の回転保持装置及び搬送装置の一実施の形態を示し、搬送装置を使用してサセプタを搬送して回転駆動軸に装着し、係合突起部が係合し、サセプタが水平な状態で回転している状態を示す概念断面図である。本発明に係る半導体基板の回転保持装置及び搬送装置の一実施の形態を示す2―2線相当断面図である。本発明に係る半導体基板の回転保持装置及び搬送装置の一実施の形態を示し、搬送装置を使用してサセプタを搬送して半導体基板を交換する場合を示す概念断面図であって、搬送アーム部によりサセプタを持ち上げる状態を示す図である。本発明に係る半導体基板の回転保持装置及び搬送装置の一実施の形態を示し、搬送装置を使用してサセプタを搬送して半導体基板を交換する場合を示す概念断面図であって、搬送アーム部によりサセプタを持ち上げた状態を示す図である。本発明に係る半導体基板の回転保持装置及び搬送装置の一実施の形態を示し、搬送装置を使用してサセプタを搬送して半導体基板を交換する場合を示す概念断面図であって、サセプタの取り外しを完了した状態を示す図である。従来の半導体基板の回転保持装置及び搬送装置の一実施の形態を示す平面図である。従来の半導体基板の回転保持装置及び搬送装置の一実施の形態を示し、図２２のＤ−Ｄ線相当断面図である。

以下添付図面に示す実施の形態に基づき、本発明を詳細に説明する。

〔全体構成〕
図１及び図２に示すように、本実施の形態に係る半導体基板の回転保持装置１０は、有機金属気相成長法により半導体基板に気相状態で膜を形成するために反応炉内において使用され、円盤状に形成されて回転動するサセプタ１２と、円盤状に形成され、上記サセプタ１２に開設された３つの開口部１３内に着脱可能に配置されると共に上記サセプタ１２の回転により上記開口部１３内で回転するように形成され、上面部には半導体基板が載置される複数の基板ホルダ１４と、上記サセプタ１２の下方に設けられ、上記サセプタ１２を回転させる回転駆動軸１５とを有している。

上記サセプタ１２は回転駆動軸１５に対して上下方向において着脱可能に固定されると共に、上記開口部１３は上記サセプタ１２の厚さ方向において貫通して形成され、上記サセプタ１２の下方には上記基板ホルダ１４が上下方向において解除可能に係合して、上記サセプタ１１の回転により基板ホルダ１４が回転しうる係合部１６が設けられている。

〔サセプタ〕
図１及び図２に示すように、上記サセプタ１２は、薄型円盤状のサセプタ本体１７と、上記サセプタ本体１７の周縁上縁部において全周に亘って固定されるサセプタリング１８とにより構成されている。
本実施の形態にあっては、図４及び図５に示すように、サセプタ１２は直径１４５ｍｍに形成され、上記開口部１３は、直径寸法は５５．２ｍｍであって、中心間半径Ｌは３７ｍｍであって、互いに等間隔に３つ開設され、上記開口部１３には上記基板ホルダ１４が夫々配置されている。本実施の形態にあっては、上記開口部１３は、互いに１２０度の角度位置に配置されている。

図５に示すように、上記開口部１３はサセプタ本体１７の厚さ方向に沿って貫通して開設され、断面形状はサセプタ裏面方向に向かって収縮するテーパ状に形成されている。

上記開口部１３には、図３に示す基板ホルダスリップリング１９が配設されている。上記基板ホルダスリップリング１９はガラス状カーボン製で、平面略リング状に形成され、内部に基板ホルダ１４を回転可能に収納しうるように構成されている。

図３に示すように、上記基板ホルダスリップリング１９は、上記開口部１３の断面形状と同一の外方断面輪郭形状を有し、内周部には段部２０が形成されている。

〔サセプタ・接合部〕
図４〜図６に示すように、上記サセプタ本体１７は、裏面側中心部に突設された上記回転駆動軸１５との接合部２１と、周縁下部に形成された周縁突部２２とを備えている。

上記接合部２１はサセプタ１２の下方に形成された短円筒状の膨出部２３と、上記膨出部２３内に形成され、裏面方向に開口する２個の凹部２４，２４とからなる。上記一対の凹部２４，２４は直径方向において一対に形成されている。また、表面部の周縁には、図２に示す上記サセプタリング１８が固定される段部２５が形成されている。

〔サセプタ・回転軸部〕
図２に示すように、上記回転駆動軸１５は全体細長円柱状に形成され、反応炉内において適宜の回転駆動部に接合されて配設されている。

上端部には、サセプタ１２の接合受部２６が形成されている。図１４及び図２１に示すように、上記接合受部２６は、回転駆動軸本体部２７よりも太径に形成され、接合上端面部２８の周縁部から上方に突設され、上記膨出部を外方から保持する円環状保持部２９と、上記円環状保持部２９の内部に上方へ向かって突設され、上記２個の凹部内に係合配置される２個の突起部３０，３０とからなる。

従って、サセプタ１２が上記回転駆動軸１５に接合された場合には、上記２個の突起部３０，３０が上記２個の凹部２４，２４内に係合配置されることにより、回転駆動軸１５の回転駆動力がサセプタ１２に伝達されてサセプタ１２が回転する。
また、図７に示すように、上記回転駆動軸１５の周囲には、上記サセプタ１２を下方から加熱するように複数のヒータ３１が、サセプタ１２の径方向の略全域に亘って配設されている。

〔係合部〕
図２、図７、図１４、図２０又は図２１に示すように、上記サセプタ１２の周縁部下方には、サセプタ１２が上記回転駆動軸１５に接合された場合に基板ホルダ１４に係合して基板ホルダ１４を回転させる係合部１６が配設されている。

図８及び図９に示すように、上記係合部１６は平面リング状の支持部材により形成され、外径は１３２．６ｍｍ、内径は１１７ｍｍに形成されている。係合部１６は、側方断面逆Ｌ字状に形成されたサセプタ載置部３２と、上記サセプタ載置部３２の上面部に放射状に多数形成された第一の係合突起３３と、上記第一の係合突起３３の長さ方向外方において上記サセプタ載置部３２上に配設される、図１０に示す、円環状のサセプタスリップリング３４とにより構成されている。

上記第一の係合突起３３は、上記係合部１６の厚さ方向に沿って上方に突出する複数の細長直方体であって、長さ寸法３．５ｍｍ、幅寸法１ｍｍ高さ寸法１．３ｍｍに形成され、本実施の形態にあっては全体として６０個形成されている。
上記第一の係合突起３３は、上記係合部１６の上面部３５の幅方向内側半部に形成され、幅方向外側半部には、サセプタ載置部３２上に、図１０に示すサセプタスリップリング３４が固定される。
上記サセプタスリップリング３４は平面リング状に形成され、配設された場合には、上記サセプタ本体１７の周縁下面部に当接してサセプタ１２が円滑に回転するように構成されている。

〔基板ホルダ〕
図１１〜図１３に示すように、上記開口部１３に配置される基板ホルダ１４は、小型であって薄型の円盤状に形成され、基板ホルダ本体部３６と、上記基板ホルダ本体部３６の上部により大径に形成された基板載置部３７とにより構成されている。

上記基板ホルダ本体部３６の下面部の周縁には、上記サセプタ載置部３７に形成された第一の係合突起３３に係合しうる第二の係合突起３８が、多数放射状に形成されている。また、上記基板載置部３７の上面部の略全域に亘って基板を載置するための凹部３９が形成されている。
上記基板載置部３７の厚さ寸法は、図３に示す上記基板ホルダスリップリング１９の段部２０の表面と基板ホルダスリップリング１９の表面４４との間隔寸法と同一に形成され、上記基板ホルダ本体部３６の厚さ寸法は、上記段部表面と基板ホルダスリップリング１９の裏面４５との間の間隔寸法と同一に形成されている。

従って、基板ホルダ１４を上記サセプタ１２の開口部１３に固定された基板ホルダスリップリング１９内に収めた場合には、上記基板載置部３７の表面部は、基板ホルダスリップリング１９の表面４４と同一面上に配置されると共に、上記第二の係合突起３８は基盤ホルダスリップリング１９の裏面４５の下方に突出して配置され、上記の第一の係合突起３３と係合しうるように構成されている。
第二の係合突起３８は、上記第一の係合突起３３と同様に、長さ寸法３．５ｍｍ、幅寸法１ｍｍ、高さ寸法１．３ｍｍに形成され、本実施の形態にあっては全体として２４個、放射状に配設されている。

本実施の形態にあっては、基板ホルダ１４はＳｉＣ（炭化珪素）製であって、上記凹部３９は２インチ基板１枚をはめ込むことができる大きさに形成されている。

図１に示すように、上記基板ホルダ１２は、上記サセプタ１２の周方向に沿って三機、互いに等間隔に配設され、上記基板ホルダ１４の直径寸法は上記サセプタ１２の周縁突部２２と接合部２１との間の間隔寸法と略同一に形成されている。

上記互いに隣接する第一の係合突起３３，３３の間隔寸法は、上記第二の係合突起３８の幅寸法よりも大きな間隔寸法に形成されていると共に、上記互いに隣接する第二の係合突起３８，３８の間隔寸法は、上記第一の係合突起３３の幅寸法よりも大きな間隔寸法に形成されている。
その結果、上記第一の係合突起３３と上記第二の係合突起３８は相互に間隙を以って係合するように構成されている。

〔搬送装置〕
また、図１４及び図１５に示すように、サセプタ搬送装置４１は、上記サセプタ１２を保持する一対の搬送アーム部４２，４２を備えている。上記搬送アーム部４２，４２は、上記サセプタ１２の周縁突部２２を保持するように構成されており、周縁突部２２を下方から支持できるように内側断面略Ｌ字形状の支持部４３が設けられている。

本実施の形態にあっては、上記搬送アーム部４２，４２は、サセプタ１２の搬送時にはサセプタ１２の直径方向において一対に配置されるように構成されている。
上記サセプタ搬送装置４１は、図示外の適宜の構成のアクチュエータと、当該アクチュエータにより駆動される搬送アーム部４２，４２と、搬送アーム部４２，４２がサセプタの周縁突部２２を把持するように移動制御できるように、上記アクチュエータに検出信号を送付する適宜の構成のセンサーとを備え、反応炉外部に置いてあるサセプタ１２を把持して反応炉内へ搬送し、回転駆動軸１５に接合させると共に、係合部１６に係合させると共に、サセプタ１２を回転駆動軸１５から取り外し、反応炉外部へ搬送することもできるように構成されている。

〔作用〕
以下に、本実施の形態に係る半導体基板の回転保持装置を使用して半導体基板に有機金属気相成長法により半導体基板に気相状態で膜を形成する場合について説明する。
先ず、上記サセプタ１２の３つの開口部１３，１３，１３に、夫々、図３に示す基板ホルダスリップリング１９，１９，１９をはめ込む。その後、図１及び図２に示すように、夫々の開口部１３，１３，１３に各々基板ホルダ１４を、上記基板ホルダスリップリング１９上に固定する。

この場合、上記基板ホルダ１４の基板載置部３７の周縁下部４０は、上記基板ホルダスリップリング１９の段部２０に係合し回転可能な状態で配置される。また、２インチの半導体基板は上記基板ホルダ１４の上部に形成された、基板ホルダ載置部３７の凹部３９に係合した状態で固定される。

その後、サセプタ搬送装置４１を用いてサセプタ１２を反応炉内に搬送する。図１４に示すように、サセプタ搬送装置４１は、図示外のアクチュエータにより搬送アーム部４２，４２を駆動させて、搬送アーム部４２，４２によりサセプタ１２の周縁突部２２を保持して、サセプタ１２の裏面部に形成された接合部２１が、反応炉内に配設された回転駆動軸１５の直上に至る位置まで搬送し、その後、アクチュエータにより搬送アーム部４２，４２を下降させて、接合受部２６の円環状保持部２９が接合部２１の膨出部２３を抱持すると共に、上記接合部２１の一対の凹部２４，２４内に上記回転駆動軸１５の一対の突起部３０，３０が挿入配置させる。これにより、サセプタ１２は上記接合部２１及び接合受部２６を介して回転駆動軸１５に接合され、回転駆動軸１５の回転駆動力がサセプタ１２に伝達される。

また、上記サセプタ本体部１７はサセプタスリップリング３４を介して係合部１６上に載置されると共に、上記基板ホルダ１４の第二の係合突起３８は、夫々、係合部１６上に形成された第一の係合突起３３の間に配置される。
この状態で、回転駆動軸１５が回転駆動部からの回転駆動力により、例えば、毎分２回転で回転し始めると、サセプタ１２が係合部１６のサセプタスリップリング３４上で毎分２回転で回転を開始する。この場合、３機の基板ホルダ１７の第二の係合突起３８は係合部１６の第一の係合突起３３と係合していることから、サセプタ１２の回転に伴い、上記３機の基板ホルダ１７も開口部１３内において回転し始める。

なお、サセプタ１２の接合部２１が接合受部２６に接合される際に、上記３機の基板ホルダ１７の内のいずれかの基板ホルダ１７の第二の係合突起３８が上記第一の係合突起３３上に重なって配置される場合もある。
このように第二の係合突起３８が第一の係合突起３３に重なって配置された場合には、図１５に示すように、サセプタ１２の重なって配置された側の端部Ａが係合部１６上においてやや高くなり、第二の係合突起３８が第一の係合突起３３の間に配置された端部Ｂが低く、径方向に沿って僅かに斜めになった状態で係合部１６上に配置されることとなる。本実施の形態にあっては、端部Ａが斜めに持ち上がる高さは１．１ｍｍである。

この状態で、回転駆動軸１５が回転駆動部からの回転駆動力により、例えば、毎分２回転で回転し始めると、サセプタ１２は係合部１６のサセプタスリップリング３４上で毎分２回転で回転を開始する。この場合、３機の基板ホルダ１７のいずれかの第二の係合突起３８は係合部１６の第一の係合突起３３と係合していることから、仮に、第二の係合突起３８が上記第一の係合突起３３上に重なって配置された状態の場合であっても、サセプタ２１の回転による慣性及び振動により、図１７に示すように、第二の係合突起３８上に配置されていた第一の係合突起３３は第二の係合突起３８上から落下して、第二の係合突起３８に係合する。

本実施の形態にあっては、上記互いに隣接する第一の係合突起３３，３３の間隔寸法は、上記第二の係合突起３８の幅寸法よりも大きな間隔寸法に形成されていると共に、上記互いに隣接する第二の係合突起３８，３８の間隔寸法は、上記第一の係合突起３３の幅寸法よりも大きな間隔寸法に形成されていることから、第一の係合突起３３と第二の係合突起３８とが遊嵌状態で係合することから、上記のように、いずれかの第一の係合突起３８が第二の係合突起３３上に載置されていた場合であっても、サセプタ１２の回転により容易に係合状態を確保することができる。

その後、回転駆動軸１５の回転を毎分１０回転に上昇させ、これにより各基板ホルダ１４は毎分１０回転で、サセプタ１２上で周回運動を行いながら、同時に毎分２５回転で開口部１３内で回転する。
そして、有機金属気相成長法に基づいて、例えば、水素ガス、アンモニアガス及びトリメチルガリウム（ＴＭＧ）の混合ガスを、密閉された反応炉内に供給し、１１００℃の温度条件下において、３機の基板ホルダ１４上に配置された半導体基板上に窒化ガリウムの結晶を成長させる。

このようにして、半導体基板上に窒素ガリウムの結晶が膜状に形成された場合には、図１８〜図２１に示すように、回転駆動軸１５の回転を停止させた後、上記と逆の手順により、サセプタ搬送装置４１により搬送アーム部４２，４２を駆動させることにより、搬送アーム部４２，４２をサセプタ１２の周縁突部２２の下方から接近させ、搬送アーム部４２の支持部４３により周縁突部２２を下方から支持して、サセプタ１２を上方へ持ち上げ、反応炉外へ搬出するものである。

〔実施例の効果〕
従って、本実施の形態にあっては、上記のように、サセプタ１２は回転駆動軸１５に対して上下方向において着脱可能に固定されると共に、従来のように平歯車を使用した遊星機構を使用せず、基板ホルダ１４の下面部に形成された第二の係合突起３８と上記係合部１６の上面に形成された第一の係合突起３３とが上下方向において係合する遊星機構を構成していることから、上記サセプタ１２の、上記回転駆動軸１５に対する上下方向における取り外し及び取り付けが容易に可能となる。

その結果、従来のように、反応炉内で気相物質が供給され膜が形成された半導体基板を、反応炉を開放して人手を介して取り出すと共に、新たに処理する半導体基板を反応炉内にあるサセプタ１２上の基板ホルダ１２に装着する必要がなく、基板ホルダ１２上に半導体基板を載置した状態でサセプタ１２をサセプタ搬送装置４１を使用して反応炉から取り出すことができ、また、新たに膜形成処理を行う半導体基板１１を載置した基板ホルダ１４をサセプタ１２に配置した状態でサセプタ搬送装置４１を使用して反応炉内へ搬送して設置することができる。

また、半導体基板は上記基板ホルダ１４上に載置された状態で、遊星機構により、基板ホルダ１４上で回転しながら、さらに、サセプタ１２上において周回運動を行うため、反応炉内において各半導体基板に作用する温度分布を均一にすることができると共に、形成される膜圧分布を均一化することができる。

また、本実施の形態にあっては、従来のような平歯車による遊星機構とは異なり、サセプタ１２の厚さ方向における係合突起３３，３８同士の係合により遊星機構を構成していることから、従来の平歯車による遊星機構を利用した半導体基板の回転保持装置とは異なり、サセプタ１２の径を小さくすることができる。

その結果、上記基板ホルダ１４が配置される開口部１３は、直径寸法が上記サセプタ１２の半径寸法と略同一に形成され、互いに等間隔に３つ開設され、上記開口部１３に上記基板ホルダ１４が夫々配置されていることから、従来のように平歯車により遊星機構を構成した場合とは異なり、サセプタの中心部において各基板ホルダの間に大きな空隙部が形成されることはない。
その結果、反応炉内において複数種類の気相物質が供給された場合に、上記気相物質が空隙部に滞留して基板の膜形成に有効に寄与しない、という事態を防止でき、その結果、気相物質が無駄になることがなく、気相物質の供給効率を向上させることができる。

本発明は、広く、化学的気相成長法における半導体基板に膜を形成する半導体製造装置及び半導体基板の回転保持装置の搬送装置に広く適用することができる。

１０半導体基板の回転保持装置
１２サセプタ
１３開口部
１４基板ホルダ
１５回転駆動軸
１６係合部（支持部材）
１７サセプタ本体
１８サセプタリング
１９基板ホルダスリップリング
２０段部
２１接合部
２２周縁突部
２３膨出部
２４凹部
２５段部
２６接合受部
２７回転駆動軸本体部
２８接合上端面部
２９円環状保持部
３０突起部
３１ヒータ
３２サセプタ載置部
３３第一の係合突起
３４サセプタスリップリング
３５上面部
３６基板ホルダ本体部
３７基板載置部
３８第二の係合突起
３９凹部
４０周縁下部
４１サセプタ搬送装置
４２搬送アーム部
４３支持部
４４表面
４５裏面
６０半導体基板の回転保持装置
６１サセプタ
６２開口部
６３基板ホルダ
６４リング状フレーム部
６５開口部
６６回転軸部
６７歯部
６８平歯車
６９平歯車
７１歯部

Claims

有機金属気相成長法により半導体基板に気相状態で膜を形成するために反応炉内において使用され、円盤状に形成されて回転動するサセプタと、円盤状に形成され、上記サセプタに開設された複数の開口部内に着脱可能に配置されると共に上記サセプタの回転により上記開口部内で回転するように形成され、上面部には半導体基板が載置される複数の基板ホルダと、上記サセプタの下方に設けられ、上記サセプタを回転させる回転駆動軸とを有する半導体基板の回転保持装置であって、
上記サセプタは回転駆動軸に対して上下方向において着脱可能に固定されると共に、上記開口部は、上記サセプタの厚さ方向において貫通して形成され、
上記サセプタの下方には上記基板ホルダが上下方向において解除可能に係合して、上記サセプタの回転により基板ホルダを上記開口部内において回転させる係合部が設けられ、
上記係合部は平面リング状の支持部材により形成され、上記支持部材の上面部には、周方向に沿って一定間隔を置いて複数の第一の係合突起が放射状に配設されると共に、上記基板ホルダの下面部には、上記第一の係合突起に係合しうる複数の第二の係合突起が周縁部に沿って放射状に配設され、上記開口部内に上記基板ホルダが配置された場合には、上記第二の係合突起は上記開口部下方に突出配置されて上記第一の係合突起と係合することを特徴とする半導体基板の回転保持装置。
上記第一の係合突起は、上記係合部の厚さ方向に沿って上方に突出する複数の細長直方体により形成されると共に、上記第二の係合突起は、基板ホルダの厚さ方向に沿って下方に突出する複数の細長直方体により形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体基板の回転保持装置。
上記互いに隣接する第一の係合突起の間隔寸法は、上記第二の係合突起の幅寸法よりも大きな間隔寸法に形成されていると共に、上記互いに隣接する第二の係合突起の間隔寸法は、上記第一の係合突起の幅寸法よりも大きな間隔寸法に形成され、上記第一の係合突起と上記第二の係合突起は相互に間隙を以って係合することを特徴とする請求項２記載の半導体基板の回転保持装置。
上記開口部は、直径寸法が上記サセプタの半径寸法と略同一に形成され、互いに等間隔に３つ開設され、上記開口部には上記基板ホルダが夫々配置されていることを特徴とする請求項１記載の半導体基板の回転保持装置。
上記回転駆動軸の上端部には、複数の突起部が設けられると共に、上記サセプタの中心部には、上記突起部が上下方向において解除可能に挿入係合されうる複数の凹部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体基板の回転保持装置の回転保持装置。