JP5042966B2 - トレイ、気相成長装置及び気相成長方法 - Google Patents
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Description
本発明は、複数の被処理基板を載置、搬送することのできるトレイ、気相成長装置及び気相成長方法に関する。
近年、環境問題に対する意識が高まり、消費電力が少ない発光ダイオードによる照明器具や、二酸化炭素の排出が少ないエネルギー供給手段としてソーラーデバイスによる発電など、化合物半導体の開発、量産化が各地で期待されている。従来から、化合物半導体材料を用いる発光ダイオード、半導体レーザ、宇宙用ソーラーパワーデバイス及び高速デバイスの製造においては、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）又はトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）などの有機金属ガスと、アンモニア（ＮＨ３ ）、ホスフィン（ＰＨ３ ）又はアルシン（ＡｓＨ３ ）などの水素化合物ガスとを成膜に寄与する原料ガスとして成長室に導入して化合物半導体結晶を成長させる気相成長法が広く用いられている。
気相成長法は、上記の原料ガスをキャリアガスと共に成長室内に導入して加熱し、所定の被処理基板上で気相反応させることにより、その被処理基板上に化合物半導体結晶を成長させる方法である。気相成長法を用いた化合物半導体結晶の製造においては、成長する化合物半導体結晶の品質を向上させながら、コストを抑えて、歩留まりと生産能力とをどのように最大限確保するかということが常に高く要求されている。
図７は、気相成長法に用いられる従来の縦型シャワーヘッド型気相成長装置の一例の模式的な構成を示す。
この気相成長装置１００においては、ガス供給源１０２から反応炉１０１の内部の成長室１１１に反応ガス及びキャリアガスを導入するためのガス配管１０３が接続されており、反応炉１０１の内部の成長室１１１における上部には成長室１１１に反応ガス及びキャリアガスを導入するための複数のガス吐出孔を有するシャワープレート１１０がガス導入部として設置されている。
また、反応炉１０１の成長室１１１の下部中央には図示しないアクチュエータによって回転自在の回転軸１１２が設置され、回転軸１１２の先端にはシャワープレート１１０と対向するようにしてサセプタ１０８が取り付けられており、サセプタ１０８の下部にはサセプタ１０８を加熱するためのヒータ１０９が取り付けられている。また、反応炉１０１の下部には反応炉１０１の内部における成長室１１１内のガスを外部に排気するためのガス排気部１０４が設置されている。このガス排気部１０４は、パージライン１０５を介して、排気されたガスを無害化するための排ガス処理装置１０６に接続されている。
上記のような構成の縦型シャワーヘッド型の気相成長装置１００において、化合物半導体結晶を成長させる際には、サセプタ１０８に被処理基板１０７が設置され、その後、回転軸１１２の回転によりサセプタ１０８が回転させられる。そして、ヒータ１０９の加熱によりサセプタ１０８を介して被処理基板１０７が所定の温度に加熱され、シャワープレート１１０に形成されている複数のガス吐出孔から反応炉１０１の内部の成長室１１１に反応ガス及びキャリアガスが導入される。
上記縦型シャワーヘッド型の気相成長装置１００では、ガスの流れ方向に対する反応ガス供給量の減少が小さいため、サセプタ１０８上に設置された被処理基板１０７の表面に、ほぼ均一に反応ガスを供給することができる。それゆえ、大型化した際にも膜厚の均一性の実現が期待される。
しかし、このような縦型シャワーヘッド型の気相成長装置１００において、大量の被処理基板１０７を一度に処理するために大型化すると、サセプタ１０８における基板載置面の加工精度の影響が大きくなり、各被処理基板１０７の温度均一性が悪くなり、チップの膜厚が不均一になるという問題が生じる。すなわち、この場合、被処理基板１０７の載置面における接触状態の程度が温度の均一性に影響する。
この問題を解決するために、特許文献１には、サセプタと基板載置プレ−ト（トレイ）とを別個に形成し、組み合わせて使用する手段が開示されている。具体的には、図８示すように、サセプタ２００に設けられた収容凹部２０１に基板載置プレート２０２が取り外し可能に収容され、さらに被処理基板２０３が上記基板載置プレート２０２に載置される構成である。なお、おいては、基板載置プレート２０２は、収容凹部２０１よりも小径に形成され、上面が球面凹部となっている。
これにより、基板載置プレート２０２をサセプタ２００から分離し、被処理基板２０３の載置面の加工精度を向上して被処理基板２０３の温度の均一性を向上させると共に、欠陥が発生した際にも一部を交換することによってサセプタ２００全体の廃棄を生じず、コスト削減が期待できる。
しかしながら、特許文献１に開示された構成では、大量の被処理基板２０３を一度に処理するために大型化すると、搭載する被処理基板２０３の枚数が増える。この結果、被処理基板２０３の設置・取り出しに時間がかかり、タクトタイムが悪化する問題がある。また、サセプタ２００が被処理基板２０３以外の平面部分で露出しているため、サセプタ２００が汚れてしまった場合には、反応炉を開放してメンテナンスを行う必要があり、稼働率の低下を招く。
そこで、この問題を解決するために、特許文献２には、複数枚の被処理基板を載せて成膜処理できるサセプタの露出部に蓋体を被せるものが示されている。具体的には、図９（ａ）（ｂ）に示すように、サセプタである基板支持具３１０は被処理基板３０１が載置される凸部３１１…を有しており、この基板支持具３１０には、凸部３１１…に対応した開口３２１を有するカバー３２０が被せられるようになっている。これにより、基板支持具３１０の表面が被処理基板３０１以外で露出するということがなくなる。従って、一度に大量の上記被処理基板３０１を保持し、短時間での搬送を実現し、タクトタイムの向上を図ることができる。
また、特許文献３には、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、サセプタ４１０に形成された凸部４１１に対応する開口４２１・４２２を有し、内周部に被処理基板４０１を支持する基板支持肩部４２３が設けられたトレイ４２０が開示されている。このトレイ４２０は、図１０（ｃ）に示すように、複数枚の被処理基板４０１…を載せてこの処理室４０２に搬送できるようになっている。そして、複数枚の被処理基板４０１を搬送するときには、図１０（ａ）に示すように、トレイ４２０の基板支持肩部４２３が被処理基板４０１の縁部を保持することにより搬送できる。
一方、被処理基板４０１をサセプタ４１０の凸部４１１に載置するときには、まず、トレイ４２０を水平移動して被処理基板４０１をサセプタ４１０の凸部４１１の上方に位置付けた後、トレイ４２０を下降移動させる。ここで、サセプタ４１０に形成された凸部４１１の高さＨ２は、トレイ４２０の基板支持肩部４２３の高さＨ１よりも高くなっている。このため、トレイ４２０を下降させてサセプタ４１０の表面４１２に当接させたときには、トレイ４２０の基板支持肩部４２３と被処理基板４０１の縁部との係合が解除されるので、被処理基板４０１はサセプタ４１０に形成された凸部４１１に載置される。この結果、被処理基板４０１とサセプタ４１０の凸部４１１とを密着させ、被処理基板４０１への熱伝導を向上させることができるようになっている。なお、被処理基板４０１をサセプタ４１０の凸部４１１に載置したときには、トレイ４２０は、サセプタ４１０の凸部４１１以外を覆うカバーとしての機能を有している。
さらに、特許文献４には、図１１に示すように、被処理基板５０１の縁部及びサセプタ５１０のサセプタ側面５１１を覆うカバー５２０が開示されている。この結果、特許文献４では、複数の被処理基板５０１を確実に固定できるものとなっている。
また、特許文献５には、図１２に示すように、プレート搬送保持部材である保持リング６１０の開口段差６１１に基板載置プレート６２０を配置し、基板載置プレート６２０の露出面６２１を覆うカバーリング６３０を有するトレイ６００が開示されている。すなわち、トレイ６００は、円板状の基板載置プレート６２０、プレート搬送保持部材である保持リング６１０及びカバーリング６３０の３個の部品から構成されている。また、矩形流路底板６４０と一緒に保持リング６１０をサセプタ６５０から持ち上げるため、保持リング６１０の外側にも段差６１２が形成されている。さらに、保持リング６１０の下部にはスカート６１３が形成されている。被処理基板６０１は、基板載置プレート６２０上においてカバーリング６３０の開口内側に載置されており、このカバーリング６３０によって被処理基板６０１が基板載置プレート６２０上を前後左右に動かないようになっている。
この状態で、被処理基板６０１及びカバーリング６３０を載置した基板載置プレート６２０、並びに保持リング６１０を矩形流路底板６４０に載せて反応炉の内部に搬入し、保持リング６１０をサセプタ６５０の上に載せる。保持リング６１０のスカート６１３がサセプタ６５０の外側に嵌合すると、基板載置プレート６２０は保持リング６１０から離間する。すなわち、基板載置プレート６２０が保持リング６１０から離間するように、開口段差６１１と段差６１２との寸法が決められている。この結果、サセプタ６５０の上面に基板載置プレート６２０の下面が直接接触して保持される。そして、基板載置プレート６２０の上下面を凹凸のない構造とすることによって、サセプタ６５０と基板載置プレート６２０との密着度を高めることにより、被処理基板６０１の部分的な温度変動を抑制するようになっている。
特開平２−４３７２２号公報（１９９０年２月１４日公開）
特開２００６−１７３５６０号公報（２００６年６月２９日公開）
特開２００７−１０９７７０号公報（２００７年４月２６日公開）
特開平０６−３２２５３３号公報（１９９４年１１月２２日公開）
特開２００２−３７３８６３号公報（２００２年１２月２６日公開）
上述のとおり、図８に示す上記特許文献１では、基板載置プレート２０２をサセプタ２００から分離しているので、大型化によって被処理基板の載置面における加工精度が悪くなるという問題は解決される。また、特許文献１の問題である基板載置プレート２０２が汚れると問題については、特許文献２〜５によって解決されるものとなっている。
しかしながら、上記従来の特許文献２〜５に記載のサセプタ及びトレイでは、以下の問題点を有している。
まず、図９（ａ）（ｂ）に示す上記特許文献２では、カバー３２０の存在によりサセプタである基板支持具３１０が汚れることはない。しかし、特許文献１のようなサセプタ２００から分離した被処理基板２０３毎の基板載置プレート２０２を用いていないので、その構成上、大型化した場合の基板支持具３１０の表面における加工精度の確保が難しい。
また、図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す特許文献３に記載のトレイ４２０では、トレイ自体がカバーの役割を兼ねている。このことは、逆に、トレイ４２０に生成物が容易に付着することを示しており、メンテナンス性に問題を有する構成となっている。また、サセプタ４１０に被処理基板４０１を載置する凸部４１１を形成する必要があるため、凸部４１１の表面の加工精度及びコストの面で問題を有している。
さらに、図１１に示す特許文献４では、被処理基板５０１の縁部がカバー５２０で覆われているため、成膜有効面積が減るという問題を有している。
また、図１２に示す特許文献５に記載のトレイ６００では、カバーリング６３０は基板載置プレート６２０の周囲のみ覆っているので、基板載置プレート６２０とプレート搬送保持部材である保持リング６１０との接点が露出している。このため、この接点に形成される隙間から反応ガスが侵入し、保持リング６１０又はサセプタ６５０に生成物が固着するので、短い周期でのメンテナンスを要し、稼働率の低下を招くという問題を有している。
以上のように、上記従来のトレイでは、トレイ内部、及びトレイとサセプタとの接触面へ反応ガスが侵入して、反応物が固着し、上記トレイ内部及びサセプタを汚染する。それゆえ、接触面状態が変化し、被処理基板表面の熱均一性が悪化することにより膜厚の均一性が失われるという問題を有する。さらに、サセプタが汚染された場合にはメンテナンスのために反応炉を開放する必要があるため、稼働率が低下するという問題を有する。また、成膜有効面積が減るのはよくないという問題を有している。
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、被処理基板の成膜有効面積の減少を回避し、サセプタへの反応ガスの侵入による膜厚の均一性を損なわず、かつサセプタのメンテナンスの頻度を低減し得るトレイ、気相成長装置及び気相成長方法を提供することにある。
本発明のトレイは、上記課題を解決するために、被処理基板を載置した状態でサセプタ上に搬送するトレイにおいて、表面に少なくとも一つの凹部を有し、その凹部内に上記被処理基板を載置状態に収納する基板載置プレートと、上記基板載置プレートを搬送するときに該基板載置プレートの外周張出部を下側から保持する保持部を有する穴を備えたプレート搬送保持部材と、上記基板載置プレートの周辺部と上記プレート搬送保持部材における該基板載置プレートの周辺部からのはみ出し部分とを上から覆うカバープレートとが設けられていることを特徴としている。
上記発明によれば、基板載置プレートの周辺部とプレート搬送保持部材との隙間部分をカバープレートが覆う構成である。このため、カバープレートが基板載置プレートとプレート搬送保持部材との隙間部分からの反応ガスの侵入を確実に防ぐため、トレイ内部及びサセプタの生成物固着による汚染を防止する。また、カバープレートは、プレート搬送保持部材における、基板載置プレートの周辺部からのはみ出し部分をも覆う構成であるので、プレート搬送保持部材の上面が反応ガスによって汚染されることもない。従って、サセプタのメンテナンス間隔が長くなり、稼働率の向上を図ることができる。
また、トレイ内部及びサセプタの生成物の固着を防止することにより、サセプタと基板載置プレートとの接触面状態を良好に保つことができる。従って、基板表面の熱均一性、延いては、薄膜の膜厚を均一に保つことができる。さらに、上記カバープレートは、上記被処理基板を覆わないため、被処理基板の成膜有効面積を維持できる。
この結果、被処理基板の成膜有効面積の減少を回避し、サセプタへの反応ガスの侵入による膜厚の均一性を損なわず、かつサセプタのメンテナンスの頻度を低減し得るトレイを提供することができる。
また、本発明のトレイでは、上記基板載置プレートの周辺部には庇状に張り出す外周張出部が形成されており、上記プレート搬送保持部材の保持部は、上記基板載置プレートを搬送するときに該基板載置プレートの外周張出部を下側から保持する切り欠きにより形成された段差部からなっていると共に、上記基板載置プレートがサセプタ上に搬送されて該サセプタ上に載置されたときには、上記プレート搬送保持部材の段差部の上面が上記基板載置プレートの上記外周張出部の下面に接触しないようにして上記プレート搬送保持部材も該サセプタ上に載置されると共に、上記カバープレートは、基板載置プレートの周辺部の上面に載置されることが好ましい。すなわち、プレート搬送保持部材の段差部の上面における該プレート搬送保持部材の底面からの高さは、基板載置プレートの外周張出部の下面における該基板載置プレートの底面からの高さよりも低くなるように形成されていることが好ましい。また、プレート搬送保持部材の最上面における該プレート搬送保持部材の底面からの高さは、カバープレートを基板載置プレートの周辺部の上面に載置したときにおける該基板載置プレートの底面から該カバープレートの下面までの高さよりも低くなるように形成されていることが好ましい。
上記発明によれば、トレイがサセプタ上に設置されたときに、基板載置プレートとプレート搬送保持部材とが互いに接触しない構成である。それゆえ、基板載置プレートの底面はサセプタ上に均一に接触して載置されるため、加工精度及び熱膨張に起因するプレート搬送保持部材の反り返りや傾きの影響を受けずに、被処理基板へ均一に熱を伝えることができる。従って、被処理基板の温度均一性を保つことにより、膜厚を均一にできる。
また、本発明のトレイでは、上記カバープレートは、上記基板載置プレートがサセプタ上に搬送されて該サセプタ上に載置されたときに上記プレート搬送保持部材の側面の少なくとも上側を覆うように周辺から立ち下がる垂下部を有していることが好ましい。
上記発明によれば、カバープレートは、基板載置プレート上面の外周部分及びプレート搬送保持部材の側面の少なくとも上側を覆う構成である。それゆえ、プレート搬送保持部材の最上面とカバープレートの下面との間における隙間部分の端部からの反応ガスの侵入を確実に防ぎ、トレイ内部及びサセプタの生成物固着による汚染を防止する。また、プレート搬送保持部材はカバープレートに覆われ露出面が減少するため、生成物固着による汚染されることを防止することができる。従って、プレート搬送保持部材のメンテナンス間隔が長くなり、稼働率の向上が図ることができる。
また、本発明のトレイでは、上記基板載置プレートの外周張出部の外周縁表面には、切り欠き部が形成されており、上記切り欠き部の深さは、上記基板載置プレートがサセプタ上に搬送されて該サセプタ上に載置され、かつ基板載置プレートの外周縁表面における切り欠き部の上面にカバープレートが載置されているときに、上記基板載置プレートの上面と上記カバープレートの上面との高さが同一面上となるように形成されていることが好ましい。
上記発明によれば、基板載置プレートの上面とカバープレートの上面との高さが同一面上となるように形成されているので、トレイ上面は、段差のない平面に形成される構成である。それゆえ、反応ガスの流れが乱れず、被処理基板上での反応ガス濃度分布が均一になるため、膜厚の均一性の向上を図ることができる。
また、本発明のトレイでは、上記基板載置プレートにおける上記被処理基板を載置状態に収納する凹部内には、上記凹部よりも小径の小径凹部が形成されていることが好ましい。
上記発明によれば、被処理基板が、基板載置プレートに載置されたときには、被処理基板と基板載置プレートとの間に空間が生じる構成となっている。このため、被処理基板への熱伝導は、被処理基板と基板載置プレートとの接触面ではなく、専ら空間が媒体になる。それゆえ、被処理基板と基板載置プレートとの接触面の粗さによらず、上記被処理基板に対して均一に熱を伝えることができ。すなわち、基板載置プレートの凹部における基板載置面の加工精度の影響を受けることなく、被処理基板の温度均一性を保つことができる。従って、被処理基板上に形成される薄膜の膜厚をより均一にすることができる。
また、本発明のトレイでは、上記基板載置プレートには、上記被処理基板を載置状態に収納する凹部が複数設けられていることが好ましい。
上記発明によれば、基板載置プレートに複数の被処理基板を載置できる構成である。それゆえ、複数の被処理基板を一度に搬送して成膜することができるため、生産能力の向上を図ることができる。
また、本発明のトレイでは、上記プレート搬送保持部材の内周には、上記切り欠きにより形成された段差部から該プレート搬送保持部材の上面に向かって内径が大きくなるように立ち上がる傾斜壁が形成されていると共に、上記プレート搬送保持部材は、上記基板載置プレートを搬送するときに該基板載置プレートの外周張出部を、上記傾斜壁にて下側から保持することが好ましい。すなわち、基板載置プレートの外周張出部の外径は、プレート搬送保持部材の傾斜壁の下端内径よりも大きく形成されていることが好ましい。
上記発明によれば、搬送時に傾斜壁の傾斜面で基板載置プレートの外周張出部を保持する構成である。それゆえ、基板載置プレートの位置合わせを容易に行うことができると共に、基板載置プレート及び被処理基板に振動を与えることなく搬送することが可能となる。
また、本発明の気相成長装置は、上記課題を解決するために、上記トレイを備え、被処理基板を搭載した上記トレイを反応室内のサセプタに搬送配置し、加熱しながら該被処理基板にＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）又は光ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）にて気相成長することを特徴としている。
上記発明によれば、上記トレイを備えるため、メンテナンス性に優れ、高い生産能力を有する気相成長装置を実現することができる。
また、本発明の気相成長方法は、上記課題を解決するために、上記トレイを備え、被処理基板を搭載した上記トレイを反応室内のサセプタに搬送配置し、加熱しながら該被処理基板にＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）又は光ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）にて気相成長することを特徴としている。
上記方法によれば、上記トレイを使用するため、被処理基板上に均一な膜厚を有する薄膜を高い生産能力で形成することができる。
また、本発明の気相成長法は、上記カバープレートの上面の高さが、上記トレイがサセプタ上に載置されたときの上記基板載置プレートに載置された被処理基板の上面の高さと同一又はそれよりも低くなるようにすることが好ましい。
上記方法によれば、カバープレートの上面が基板載置プレートに載置された被処理基板の上面よりも少なくとも低く形成されたトレイを用いる。それゆえ、反応ガスの流れが乱れず、被処理基板上での反応ガス濃度分布が均一になるため、より均一な膜厚を有する薄膜を成膜することができる。
また、本発明の気相成長法では、上記基板載置プレートの上面の高さが、上記トレイがサセプタ上に載置されたときの上記基板載置プレートに載置された被処理基板の上面の高さと同一又はそれよりも低くなるようにすることが好ましい。
上記方法によれば、基板載置プレートの上面が基板載置プレートに載置された被処理基板の上面よりも少なくとも低く形成されたトレイを用いる。それゆえ、反応ガスの流れが乱れず、被処理基板上での反応ガス濃度分布が均一になるため、より均一な膜厚を有する薄膜を成膜することができる。
本発明のトレイは、以上のように、表面に少なくとも一つの凹部を有し、その凹部内に上記被処理基板を載置状態に収納する基板載置プレートと、上記基板載置プレートを搬送するときに該基板載置プレートの周辺部を下側から保持する保持部を有する穴を備えたプレート搬送保持部材と、上記基板載置プレートの周辺部と上記プレート搬送保持部材における該基板載置プレートの周辺部からのはみ出し部分とを上から覆うカバープレートとを備えるものである。
本発明の気相成長装置は、以上のように、上記記載のトレイを備え、被処理基板を搭載した上記トレイを反応室内のサセプタに搬送配置し、加熱しながら該被処理基板にＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）又は光ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）にて気相成長するものである。
本発明の気相成長方法は、以上のように、被処理基板を搭載した上記記載のトレイを用いて、該トレイを反応室内のサセプタに搬送配置し、加熱しながら該被処理基板にＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）又は光ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）にて気相成長する方法である。
それゆえ、被処理基板の成膜有効面積の減少を回避し、サセプタへの反応ガスの侵入による膜厚の均一性を損なわず、かつサセプタのメンテナンスの頻度を低減し得るトレイ、気相成長装置及び気相成長方法を提供することができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態について図１乃至６に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態の図面において、同一の参照符号は、同一部分又は相当部分を表わすものとする。
図１は、本実施の形態におけるトレイを備えた基板処理装置の一例である縦型シャワーヘッド型気相成長装置を示す構成図である。本実施の形態の気相成長装置１は、図１に示すように、中空部である成長室３を有する反応炉２と、底面にシャワープレート３１を持つシャワーヘッド３０と、回転自在の回転軸４と、該回転軸４を取り囲むようにして設置された被覆板８と、回転軸４の一端に備え付けられた支持台５と、上記支持台５上に設置されたヒータ６と、該ヒータ６上に設置されたサセプタ７とを含んでいる。さらに、サセプタ７上には、被処理基板２４が載置されたトレイ２０が設置されるようになっている。
また、上記気相成長装置１においては、図２に示すように、反応炉２は隣り合って設置されたロードロック室１３にゲートバルブ１０とを介して接続されている。ロードロック室１３内は中空であり、その内部にトレイ２０搬送するための搬送機構１６が設置されている。搬送機構１６は、シャフト１７と、その先端に取り付けられたトレイ２０の周囲を保持し、トレイ２０の搬送設置を行うための馬蹄形状のフォーク１８と、モーターなどを介してシャフトを移動させることのできる図示されない駆動部とからなる。これにより、被処理基板２４を載置したトレイ２０をフォーク１８に設置し、気相成長装置１の反応炉２内部のサセプタ７上へ搬送し、基板成膜処理を行うことができる。
上記シャワープレート３１は、サセプタ７と向かい合うようにしてそれぞれ設置されている。また、回転軸４は、図示されないアクチュエータなどによって回転自在とされており、回転軸４の回転により、サセプタ７の上面が、対向する上記シャワープレート３１と平行な状態を保ちながら回転する。反応炉２の下部には該反応炉２の成長室３内のガスを外部に排気するためのガス排気部５１が設置されており、該ガス排気部５１は、パージライン５２を介して、排気されたガスを無害化するための排ガス処理装置５３に接続されている。
また、III 族系ガス供給源４０からキャリアガスを含むIII 族系ガスが、マスフローコントローラ４８及びIII 族系ガス配管４６を介して、シャワーヘッド３０のガス混合室３３に導入される。さらに、Ｖ族系ガス供給源４１からキャリアガスを含むＶ族系ガスが、マスフローコントローラ４９及びＶ族系ガス配管４７を介して、上記シャワーヘッド３０の上記ガス混合室３３に導入される。また、水冷供給部３２には、水冷系配管３４により水冷装置３５から水冷が供給される。なお、配管に取り付けられたバルブ類に関する記載は省略している。上記ガス混合室３３で混合された原料ガスは成長室３へ導入され、このとき、ヒータ６によって、サセプタ７及びトレイ２０を介して被処理基板２４が加熱され、被処理基板２４上での成膜化学反応が促進される。これにより、被処理基板２４上に薄膜が形成される。
本実施の形態では、原料ガスは、III 族の原料ガスとＶ族の原料ガスとを用いている。III 族の原料ガスとしては、Ｇａ（ガリウム）及びＡｌ（アルミニウム）をそれぞれ含む、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）とトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）などを用いると共に、Ｖ族の原料ガスとしてはＡｓ（ヒ素）を含むアルシン（ＡｓＨ３ ）などを用いている。また、それそれぞれのキャリアガスとして、水素ガス、及び窒素ガスを用いている。そして、これらを事前に混合し、原料ガス導入口から混合ガスを供給している。
III 族系ガスは、その他にＩｎ（インジウム）を含むトリメチルガリウム（ＴＭＧ）などの有機金属ガスをよく用いることができる。また、Ｖ族系ガスとしては、その他にＮ（窒素）を含むアンモニア（ＮＨ３ ）や、Ｐ（リン）を含むホスフィン（ＰＨ３ ）などを用いることができる。
以上のような構成の気相成長装置１において、本実施の形態では、上記トレイ２０は、特徴的な構成を有している。以下、図３（ａ）（ｂ）及び図４を用いて本実施の形態におけるトレイ２０ついて詳細に説明する。図３（ａ）は、本実施の形態におけるトレイ２０がサセプタ７に設置されるときの基本的な構成を示す断面図である。
上記トレイ２０は、図３（ａ）に示すように、基板載置プレート２１と、プレート搬送保持部材２２と、カバープレート２３とから構成されている。
上記基板載置プレート２１には、被処理基板２４を収納するための凹部２１ｃが１つ形成されている。凹部２１ｃは被処理基板２４の大きさ、形状に応じて形成されている。また、凹部２１ｃの数は、特に限定されず、複数形成されてもよい。これにより、複数枚の被処理基板２４を同時に載置することができる。
本実施の形態のトレイ２０には、熱均一性の観点から、上記凹部２１ｃの基板載置面に、該凹部２１ｃよりも小径の小径凹部２１ｄがさらに形成されている。このため、被処理基板２４が、基板載置プレート２１の凹部２１ｃに載置されたときに、被処理基板２４と凹部２１ｃの基板載置面との間に空間が生じている。これにより、被処理基板２４への熱伝導は、被処理基板２４と凹部２１ｃとの接触面ではなく、専ら上記空間が媒体となって熱を被処理基板２４に伝導することになる。それゆえ、被処理基板２４と基板載置プレート２１との接触面の粗さによらず、被処理基板２４に対して均一に熱を伝えることができる。
すなわち、基板載置プレート２１の凹部２１ｃにおける基板載置面の加工精度の影響を受けることなく、被処理基板２４の温度均一性を保つことができる。従って、被処理基板２４上に形成される薄膜の膜厚を、より均一にすることができる。
また、上記基板載置プレート２１には、庇状に張り出す外周張出部２１ａが形成されている。外周張出部２１ａは、図３（ａ）に示すように、サセプタ７への設置時には、カバープレート２３が外周縁表面の上面で接触するように形成されている。これにより、反応ガスのトレイ２０内への侵入を防止することができる。
さらに、凹部２１ｃの縁部分の高さｈは、被処理基板２４の表面よりも高くならないことが好ましい。これにより、トレイ２０上の反応ガスの流れが滞ることを防止できるため、膜厚の均一化を図ることができる。
トレイ２０のサセプタ設置時に、カバープレート２３と接触する外周張出部２１ａの外周縁表面部の上面部分に、カバープレート２３の厚み分だけ切り欠いた切り欠き部２１ｂが形成されていることが好ましい。これにより、基板載置プレート２１とカバープレート２３との表面の高さを略同一にすることができる。それゆえ、トレイ２０上の反応ガスの流れが滞ることを防止できるため、膜厚の均一化を図ることができる。
このように、トレイ２０上の反応ガスの流れが乱れることを防止する観点から、トレイ２０の表面は、被処理基板２４が載置された状態において、凹凸を有さないように平面化することが好ましい。
また、上記プレート搬送保持部材２２は、図３（ａ）に示すように、基板載置プレート２１の底部を挿入可能な穴２２ｂを有している。穴２２ｂの外周部分には段差部２２ａが形成され、上記基板載置プレート２１の外周張出部２１ａと、カバープレート２３の段差部２２ａとの間に隙間を生じるよう、上記外周張出部２１ａ及び段差部２２ａとの高さが規定されている。すなわち、プレート搬送保持部材２２の段差部２２ａの上面における該プレート搬送保持部材２２の底面からの高さは、基板載置プレート２１の外周張出部２１ａの下面における該基板載置プレート２１の底面からの高さよりも低くなるように形成されている。また、プレート搬送保持部材２２の最上面における該プレート搬送保持部材２２の底面からの高さは、カバープレート２３を基板載置プレート２１の外周張出部２１ａの上面に載置したときにおける該基板載置プレート２１の底面から該カバープレート２３の下面までの高さよりも低くなるように形成されている。
上記穴２２ｂは貫通孔であることが好ましく、これにより、基板載置プレート２１を確実にサセプタ７に直接設置できる。それゆえ、トレイ２０が、サセプタ７に設置されるときに、基板載置プレート２１とプレート搬送保持部材２２とが一切接触しないため、基板載置プレート２１に対する、プレート搬送保持部材２２の加工精度及び熱膨張に起因する反り返りや傾きの影響を排除することができる。従って、穴２２ｂを貫通孔とすることにより、サセプタ７と基板載置プレート２１との接触面の粗さが粗くならないようにすることができる。
上記カバープレート２３には、基板載置プレート２１の外周部分に対応する部分に、被処理基板２４の成膜面を露出させるための貫通孔（以下、開口部２３ａとする。）が形成されている。開口部２３ａの大きさは、基板載置プレート２１の被処理基板２４を収納する上記凹部２１ｃよりも大きなものになっている。これにより、上記被処理基板２４の全表面を露出させつつ基板載置プレート２１と上記プレート搬送保持部材２２とを上から覆う構造になっている。この結果、サセプタ７に設置されたときに、図３（ａ）に示すように、カバープレート２３は、基板載置プレート２１の外周張出部２１ａによって保持され、基板載置プレート２１とプレート搬送保持部材２２との間に生じる空洞部分を完全に覆っている。これにより、トレイ２０内への反応ガスの侵入を防止することができる。
また、カバープレート２３の表面は、被処理基板２４の表面よりも高くならないことが好ましい。これにより、被処理基板２４上の反応ガスの流れが乱れることを防止できるため、膜厚の均一化を図ることができる。
さらに、上記カバープレート２３は、プレート搬送保持部材２２の側面の少なくとも上側を覆うように周辺から立ち下がる垂下部２３ｂを有していることが好ましい。これにより、プレート搬送保持部材２２の最上面とカバープレート２３の下面との間における隙間部分の端部からの反応ガスの侵入を確実に防ぎ、トレイ２０内部及びサセプタの生成物固着による汚染を効果的に防止することができる。
また、プレート搬送保持部材２２はカバープレート２３に覆われ露出面が減少するため、生成物固着による汚染されることを防止することができる。従って、プレート搬送保持部材２２自体のメンテナンス間隔も長くなり、稼働率の向上が図ることができる。
トレイ２０の素材は、特に限定されず、例えばアルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、イットリア、窒化シリコン、炭化シリコンなどのセラミクス材や、アルマイトで被覆したアルミニウム、表面にセラミクスを溶射したアルミニウム、樹脂材料で被覆したアルミニウムなどの金属などを広く用いることができる。
図３（ｂ）は、本実施の形態におけるトレイ２０が搬送されるときの基本的な構成を示す断面図である。すなわち、図３（ｂ）は、図２に示すような上記フォーク１８上に保持された状態の上記トレイ２０における各構成部の関係を示している。
基板載置プレート２１の外周張出部２１ａは、図３（ｂ）に示すように、搬送時には、カバープレート２３とは接触しないが、プレート搬送保持部材２２とは外周張出部２１ａの下側が、プレート搬送保持部材２２の段差部２２ａの上面に接触するように形成されている。これにより、基板載置プレート２１全体が、プレート搬送保持部材２２に下側から保持されて搬送されることになる。
なお、本実施の形態のトレイ２０においては、プレート搬送保持部材２２の段差部２２ａからプレート搬送保持部材２２の上面に向かって内径が大きくなるように立ち上がる傾斜壁２２ｃが形成されている。そして、基板載置プレート２１の外周張出部２１ａの外径は、プレート搬送保持部材２２の傾斜壁２２ｃの下端内径よりも大きく形成されている。
これにより、搬送時に、基板載置プレート２１の外周張出部２１ａは、傾斜壁２２ｃによって保持される。それゆえ、基板載置プレート２１の位置合わせを容易に行うことができると共に、基板載置プレート２１及び被処理基板２４に振動を与えることなく搬送することが可能となる。
図４は、本実施の形態におけるトレイ２０の平面図である。トレイ２０は、図４から明らかなように、基板載置プレート２１とプレート搬送保持部材２２との隙間部分が、カバープレート２３が完全に覆われる構成である。それゆえ、カバープレート２３が、基板載置プレート２１とプレート搬送保持部材２２との隙間部分からの反応ガスの侵入を確実に防ぐため、トレイ２０内部及びサセプタ７の生成物固着による汚染を防止する。従って、サセプタ７及びプレート搬送保持部材２２のメンテナンス間隔が長くなり、稼働率の向上が図ることができる。
本実施の形態のトレイ２０における変形例であるトレイ２０ａ〜２０ｃについて、図５（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。図５（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態のトレイ２０における変形例のトレイ２０ａ〜２０ｃを示す平面図である。
トレイ２０ａは、図５（ａ）に示すように、複数の被処理基板２４を収納できるように、凹部２１ｃが複数設けられた基板載置プレート２１を備えている構成である。プレート搬送保持部材２２とカバープレート２３とは、トレイ２０と同じ形状のものを用いることができる。このように、基板載置プレート２１の凹部２１ｃは、被処理基板２４の大きさ、形状及び枚数などに応じて形成できる。これにより、複数の被処理基板２４を一度に搬送して成膜することができるため、生産能力の向上を図ることができる。
トレイ２０ｂは、図５（ｂ）に示すように、基板載置プレート２１を複数備えている構成である。トレイ２０ｂにおいては、基板載置プレート２１の底面の大きさ、形状及び個数などに応じた前記穴２２ｂが形成されたプレート搬送保持部材２２と、基板載置プレート２１の前記凹部２１ｃの大きさ、形状及び個数などに応じた前記開口部２３ａが形成されたカバープレート２３とを備えることが好ましい。これにより、各基板載置プレート２１が、サセプタ７上に直接設置される。それゆえ、基板載置プレート２１の底面はサセプタ７上に均一に接触して設置されるため、加工精度及び熱膨張に起因する上記プレート搬送保持部材２２の反り返りや傾きの影響を受けずに、被処理基板２４へ均一に熱を伝えることができる。従って、被処理基板２４の温度均一性を保つことによって膜厚を均一にすることができる。
トレイ２０ｃは、図５（ｃ）に示すように、前記凹部２１ｃが複数設けられた基板載置プレート２１を複数備えている構成である。プレート搬送保持部材２２とカバープレート２３とは、トレイ２０ｂと同じ形状のものを用いることができる。これにより、さらに複数の被処理基板２４を一度に搬送して成膜することができるため、生産能力のさらなる向上を図ることができる。
本実施の形態のトレイ２０のさらに他の変形例について、図６（ａ）（ｂ）及び図７を用いて説明する。図６（ａ）は、他の変形例におけるトレイ２０ｄがサセプタ７に設置されたときの基本的な構成を示す断面図である。また、図６（ｂ）は、他の変形例におけるトレイ２０ｄが搬送されるときの基本的な構成を示す断面図である。
トレイ２０ｄは、図６（ａ）に示すように、トレイ２０とは異なり、プレート搬送保持部材２２の段差部２２ａからプレート搬送保持部材２２の上面に向かって内径が大きくなるように立ち上がる前記傾斜壁２２ｃが形成されていない構成である。この場合、搬送時には、図６（ｂ）に示すように、段差部２２ａの上面で、基板載置プレート２１の外周張出部２１ａの下側が保持されることになる。これにより、トレイ２０ｄを安定した状態で搬送することができる。
本実施の形態では、トレイ２０を、縦型ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）気相成長装置１に用いる場合について説明したが、これに限らず、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）又は光ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）にて気相成長させる気相成長装置１に用いることも可能である。これにより、メンテナンス性に優れ、高い生産能力を有する気相成長装置１並びに気相成長方法を実現できる。
なお、ＭＯＣＶＤは、化合物半導体結晶を成長させて薄膜を形成するものであり、プラズマＣＶＤは、反応ガスをプラズマ状態に励起して薄膜を形成するものであり、光ＣＶＤは、化学反応や熱分解を促進させるために光を照射して薄膜を形成するものである。
また、上記気相成長方法においては、トレイ２０上の反応ガスの流れが滞ることを防止する観点から、トレイ２０の表面は、被処理基板２４が載置された状態において、基板載置プレート２１及びカバープレート２３の表面の高さが、被処理基板２４の表面の高さと同一又はそれよりも低くなることが好ましい。これにより、トレイ２０上の反応ガスの流れが乱れず、被処理基板２４上での反応ガス濃度分布が均一になるため、より均一な膜厚を有する薄膜を成膜することができる。
本発明においては、トレイとその構成部材の形状、及びトレイを使用する基板処理装置の構成、及び構成する部材の形状が図１から図４に示す形状に限定されないことは言うまでもない。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明のトレイは、ＭＯＣＶＤ装置、プラズマＣＶＤ装置及び光ＣＶＤ装置などの基板処理装置において、複数枚の被処理基板を同時に処理する場合に好適に利用できる。
１ 気相成長装置
２ 反応炉
３ 成長室
６ ヒータ
７ サセプタ
８ 被覆板
１４ ロードロック室
１６ 搬送機構
１７ シャフト
１８ フォーク
２０ トレイ
２０ａ〜２０ｄ トレイ
２１ 基板載置プレート
２１ａ 外周張出部
２１ｂ 切り欠き部
２１ｃ 凹部
２１ｄ 小径凹部
２２ プレート搬送保持部材
２２ａ 穴
２２ｂ 段差部（保持部）
２２ｃ 傾斜壁
２３ カバープレート
２３ａ 開口部
２３ｂ 垂下部
２４ 被処理基板
３０ シャワーヘッド
３１ シャワープレート
３２ 水冷供給部
３３ ガス混合室
４０ III 族系ガス供給源
５３ 排ガス処理装置
２ 反応炉
３ 成長室
６ ヒータ
７ サセプタ
８ 被覆板
１４ ロードロック室
１６ 搬送機構
１７ シャフト
１８ フォーク
２０ トレイ
２０ａ〜２０ｄ トレイ
２１ 基板載置プレート
２１ａ 外周張出部
２１ｂ 切り欠き部
２１ｃ 凹部
２１ｄ 小径凹部
２２ プレート搬送保持部材
２２ａ 穴
２２ｂ 段差部（保持部）
２２ｃ 傾斜壁
２３ カバープレート
２３ａ 開口部
２３ｂ 垂下部
２４ 被処理基板
３０ シャワーヘッド
３１ シャワープレート
３２ 水冷供給部
３３ ガス混合室
４０ III 族系ガス供給源
５３ 排ガス処理装置
Claims (10)
- 被処理基板を載置した状態でサセプタ上に搬送するトレイにおいて、
表面に少なくとも一つの凹部を有し、その凹部内に上記被処理基板を載置状態に収納する基板載置プレートと、
上記基板載置プレートを搬送するときに該基板載置プレートの周辺部を下側から保持する保持部を有する穴を備えたプレート搬送保持部材と、
上記基板載置プレートの周辺部と上記プレート搬送保持部材における該基板載置プレートの周辺部からのはみ出し部分とを上から覆うカバープレートとが設けられており、
上記基板載置プレートの周辺部には庇状に張り出す外周張出部が形成されており、
上記プレート搬送保持部材の保持部は、上記基板載置プレートを搬送するときに該基板載置プレートの外周張出部を下側から保持する切り欠きにより形成された段差部からなっていると共に、
上記基板載置プレートがサセプタ上に搬送されて該サセプタ上に載置されたときには、上記プレート搬送保持部材の段差部の上面が上記基板載置プレートの上記外周張出部の下面に接触しないようにして上記プレート搬送保持部材も該サセプタ上に載置されると共に、上記カバープレートは、基板載置プレートの周辺部の上面に載置されることを特徴とするトレイ。 - 上記カバープレートは、上記基板載置プレートがサセプタ上に搬送されて該サセプタ上に載置されたときに上記プレート搬送保持部材の側面の少なくとも上側を覆うように周辺から立ち下がる垂下部を有していることを特徴とする請求項１記載のトレイ。
- 上記基板載置プレートの外周張出部の外周縁表面には、切り欠き部が形成されており、
上記切り欠き部の深さは、上記基板載置プレートがサセプタ上に搬送されて該サセプタ上に載置され、かつ基板載置プレートの外周縁表面における切り欠き部の上面にカバープレートが載置されているときに、上記基板載置プレートの上面と上記カバープレートの上面との高さが同一面上となるように形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のトレイ。 - 上記基板載置プレートにおける上記被処理基板を載置状態に収納する凹部内には、上記凹部よりも小径の小径凹部が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のトレイ。
- 上記基板載置プレートには、上記被処理基板を載置状態に収納する凹部が複数設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のトレイ。
- 上記プレート搬送保持部材の内周には、上記切り欠きにより形成された段差部から該プレート搬送保持部材の上面に向かって内径が大きくなるように立ち上がる傾斜壁が形成されていると共に、
上記プレート搬送保持部材は、上記基板載置プレートを搬送するときに該基板載置プレートの外周張出部を、上記傾斜壁にて下側から保持することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のトレイ。 - 請求項１〜６のいずれか１項に記載のトレイを備え、
被処理基板を搭載した上記トレイを反応室内のサセプタに搬送配置し、加熱しながら該被処理基板にＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）又は光ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）にて気相成長することを特徴とする気相成長装置。 - 被処理基板を搭載した請求項１〜６のいずれか１項に記載のトレイを用いて、該トレイを反応室内のサセプタに搬送配置し、加熱しながら該被処理基板にＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）又は光ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）にて気相成長することを特徴とする気相成長方法。
- 上記カバープレートの上面の高さが、上記トレイがサセプタ上に載置されたときの上記基板載置プレートに載置された被処理基板の上面の高さと同一又はそれよりも低くなるようにすることを特徴とする請求項８記載の気相成長方法。
- 上記基板載置プレートの上面の高さが、上記トレイがサセプタ上に載置されたときの上記基板載置プレートに載置された被処理基板の上面の高さと同一又はそれよりも低くなるようにすることを特徴とする請求項８記載の気相成長方法。
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