JP5089906B2 - 縦型化学気相成長装置 - Google Patents

Description

本発明は、縦型化学気相成長装置に関する。

従来、化学気相成長法、特にプラズマ化学気相成長法（以下、プラズマＣＶＤ法という）や、触媒化学気相成長法（以下、触媒ＣＶＤ法という）を実施する成膜装置が薄膜形成に用いられている。このような成膜装置のひとつに、縦型プラズマＣＶＤ装置がある（例えば、特許文献１参照）。この装置は、基板を水平に保持する成膜装置よりも装置の設置面積が少ないため、基板の大型化に対応しつつも装置設置面積の縮小を実現できるものとして知られている。
特公平６−５０７３５号公報（特許請求の範囲）

しかし、基板の両面に効率的に成膜することが望まれる場合、上記装置では、基板を装置内に搬入してから搬出するまでの１サイクル中に基板の片面しか成膜できず、効率的に基板の両面を成膜しにくいという問題がある。

そこで、本発明の課題は上記従来技術の問題点を解決することにあり、装置内に基板の反転手段を設けることにより、基板を装置内に搬入してから搬出するまでの１サイクル中に、基板の両面に効率よく成膜することができる縦型化学気相成長装置を提供することにある。

本発明の縦型化学気相成長装置は、ガス導入手段及び排気手段を有した成膜チャンバーと、基板を保持する基板ホルダーと、基板ホルダーを搬送する搬送手段と、前記基板ホルダーを反転させる反転手段とを備えたことを特徴とする。本装置は、基板の反転手段を備えているので、両面成膜可能である。

この反転手段は、成膜チャンバー内に設けられることが好ましい。成膜チャンバー内で基板の反転を行なうことにより、基板の反転に際し基板を大気中に搬出する必要が無いので、成膜工程に時間がかからず、効率的に成膜でき、装置の設置面積も少ない。

前記反転手段は、基板ホルダーの搬送中に回転軸を中心に基板ホルダーを搬送方向に対して１８０°回転させる回転手段を含むことを特徴とする。基板の反転を搬送中に行なうので成膜工程に時間がかからないため、効率よく成膜できる。回転手段が、基板ホルダーに設けられた１以上の第１の突起物と、成膜チャンバー内部に設けられた１以上の第２の突起物とで構成され、基板ホルダーの搬送中にこれら第１及び第２の突起物が相互に接触することにより、前記基板ホルダーを回転させるようにすることが好ましい。

前記反転手段が、回転を１８０°で停止させる停止手段を含むことを特徴とする。停止手段としては、基板ホルダーの側面に設けられた磁性体からなることが好ましい。また、停止手段が、基板ホルダーの側面に設けられたオーバーラップフィンであることが好ましい。

また、本発明の縦型化学気相成長装置は、触媒ＣＶＤ法を実施するために、前記成膜チャンバー内の所定の位置に触媒線を配置したことを特徴とする。

さらに、本発明の縦型化学気相成長装置は、プラズマＣＶＤ法を実施すべく、前記成膜チャンバー内の所定の位置にプラズマ発生手段を配置したことを特徴とする。

上記装置が、ロードロックチャンバー、加熱チャンバー及び冷却チャンバーを少なくとも備えることが好ましい。

また、上記装置が、ロードロックチャンバーと、加熱チャンバーと、冷却チャンバーと、反転手段を有する基板反転チャンバーとを少なくとも備えることが好ましい。反転手段を有する基板反転チャンバーを備えることで、基板の反転に際し基板を大気中に搬出する必要がないので、成膜工程に時間がかからず、効率的に成膜でき、装置の設置面積も少ない。

本発明の縦型化学気相成長装置は、ロードロックチャンバーと、加熱チャンバーと、冷却チャンバーと、ガス導入手段及び排気手段を有し、所定の位置に触媒線を配置する成膜チャンバーと、基板を保持する基板ホルダーと、基板ホルダーを搬送する搬送手段と、基板ホルダーを反転させる反転手段とを備え、前記反転手段が、成膜チャンバー内に設けられ、基板ホルダーの搬送中に回転軸を中心に基板ホルダーを搬送方向に対して１８０°回転させる回転手段と、回転を１８０°で停止させる停止手段とを含み、前記回転手段が、前記基板ホルダーに設けられた１以上の第１の突起物と、前記成膜チャンバーの内部に設けられた１以上の第２の突起物とで構成され、これらの第１の突起物と第２の突起物とが相互に接触することにより、前記基板ホルダーを回転させるようにしたことを特徴とする。

本発明の縦型化学気相成長装置は、ロードロックチャンバーと、加熱チャンバーと、冷却チャンバーと、ガス導入手段及び排気手段を有し、所定の位置にプラズマ発生手段を配置する成膜チャンバーと、基板を保持する基板ホルダーと、基板ホルダーを搬送する搬送手段と、前記基板ホルダーを反転させる反転手段を備えた基板反転チャンバーとを備え、前記反転手段が、基板ホルダーの搬送中に回転軸を中心に基板ホルダーを搬送方向に対して１８０°回転させる回転手段と、回転を１８０°で停止させる停止手段とを含み、前記回転手段が、前記基板ホルダーに設けられた１以上の第１の突起物と、前記成膜チャンバーの内部に設けられた１以上の第２の突起物とで構成され、これらの第１の突起物と第２の突起物とが相互に接触することにより、前記基板ホルダーを回転させるようにしたことを特徴とする。

本発明の縦型化学気相成長装置によれば、成膜工程にかかる時間が短いため成膜効率がよく、かつ、設置面積が少ないという優れた効果を奏する。

本発明の第１の実施の形態にかかる縦型化学気相成長装置（以下、縦型ＣＶＤ装置という）について説明する。本装置は、触媒ＣＶＤ法によって基板の両面に成膜するインライン式の縦型ＣＶＤ装置であり、少なくとも５個のチャンバー、即ち、ロードロックチャンバー、加熱チャンバー、基板の表面に成膜する第１成膜チャンバー、基板の裏面に成膜する第２成膜チャンバー及び冷却チャンバーから構成される。各チャンバーはゲートバルブを介して連結されており、これらのチャンバーは排気手段を備えている。

第１成膜チャンバー内には、触媒線が装置底面に対して垂直に設置され、この触媒線に効率的に原料ガスを供給する原料ガス導入手段が設けられている。第２成膜チャンバーは、基板を反転させる反転空間と基板に成膜を行なう成膜空間とからなる。反転空間には、反転手段が設けられている。また、成膜空間には、触媒線が装置底面に対して垂直に設置されており、かつ、この触媒線に効率的に原料ガスを供給する原料ガス導入手段が設けられている。
基板は、基板ホルダーに保持され、この基板ホルダーを２つ以上、装置底面に対して垂直となるように基板トレイに並べて設置する。この基板トレイを２枚、互いに基板の表面が対向するように並べて、ロードロックチャンバーから順に搬送し、以下の工程で基板の両面に成膜を行なう。

初めに、各基板トレイをロードロックチャンバーに搬送し、ロードロックチャンバー内を排気した後に、ゲートバルブを開いて加熱チャンバーへ各基板トレイを搬送する。加熱チャンバーにおいて、赤外線ランプ等のヒーターにより各基板トレイを所定温度まで加熱する。その後、各基板トレイを第１成膜チャンバーに搬送する。２枚の基板トレイを、触媒線を挟んでその表面が対向するように搬送し、触媒線と原料ガスとの接触分解反応によって生成された生成物を基板の表面に堆積させて、基板表面に成膜を行う。次いで、成膜された基板表面を互いに対向させたまま、基板トレイを第２成膜チャンバー内に搬送する。第２成膜チャンバー内の反転空間に基板を搬送し、反転空間に設けられた基板反転手段によって基板の反転が行なわれ、２枚の基板トレイは、基板の裏面が互いに対向することとなる。そして、成膜空間に触媒線を挟んでその裏面が対向するように基板トレイを搬送した後、基板裏面に成膜が行なわれる。成膜後、基板トレイは冷却チャンバーに搬送され、所定温度まで冷却された後に外部に取り出される。

このようにして、本発明の縦型ＣＶＤ装置は、基板の反転手段を成膜チャンバー内に設けているので、効率よく成膜することができる。

本発明の第２の実施の形態に係る縦型ＣＶＤ装置に関し、基板の搬送の状態を説明するために、装置の模式的上面図を図１に示す。本装置は、触媒ＣＶＤ法を用いて、基板の各面に２層ずつ成膜するための装置である。本装置は、８個のチャンバー、即ち、ロードロックチャンバー１、基板及び基板トレイを加熱するための第１加熱チャンバー２、加熱した基板の基板温度を均一にするための第２加熱チャンバー３、基板Ｓ（図１中では図示せず）の面Ｓ１に第１の膜を形成する第１成膜チャンバー４、基板Ｓの面Ｓ２に第２の膜を形成するための反転手段を備えた第２成膜チャンバー５、基板Ｓの面Ｓ１上に形成された第１の膜上に第３の膜を形成するための反転手段を備えた第３成膜チャンバー６、基板Ｓの面Ｓ２に形成された第２の膜上に第４の膜を形成するための反転手段を備えた第４成膜チャンバー７及び冷却チャンバー８から構成される。各チャンバーはゲートバルブ９を介して連結されており、これらのチャンバーは排気手段を備えている。

これらの第１〜第４の膜はそれぞれ異なった膜であっても、２つ以上が同一の膜でもよい。なお、本実施の形態においては基板の各面に２層形成するが、基板の各面に２層以上形成するように本発明の縦型ＣＶＤ装置を構成することも可能である。

そして、この装置に、基板を本装置の底面に対して垂直に保持する基板トレイ１０を、２列に並べて、互いに基板Ｓの面Ｓ１を向き合わせるようにして、初めに、ロードロックチャンバー１に搬送する。ロードロックチャンバー１内を排気し、次いで、基板トレイ１０をゲートバルブ９を開いて第１加熱チャンバー２へ搬送し、その後、第２加熱チャンバー３に搬送する。第１加熱チャンバーにおいては、図示しない赤外線ランプ等のヒーターにより基板トレイ１０に保持された基板Ｓの面Ｓ１及び面Ｓ２がそれぞれ所定温度まで加熱され、第２加熱チャンバーにおいては、パネルヒーターにより基板及び基板トレイ温度を均一にする。その後、基板トレイ１０を、第１成膜チャンバー４に搬送して基板の面Ｓ１に第１の膜を形成し、次いで、第２成膜チャンバー５に搬送し、搬送途中で反転手段によって基板Ｓを反転させて、互いに基板Ｓの面Ｓ２が向き合うようにし、この面Ｓ２に第２の膜を形成する。そして、基板トレイ１０を、第３成膜チャンバー６に搬送し、搬送途中で反転手段により基板Ｓを反転させて第１の膜上に第３の膜を形成し、最後に、基板トレイ１０を第４成膜チャンバー７に搬送し、搬送途中で反転手段により基板Ｓを反転させて第２の膜上に第４の膜を形成する。膜形成後、基板トレイ１０は冷却チャンバー８で所定温度まで冷却され、外部に取り出され、後工程を行なう装置に搬送される。なお、冷却チャンバー８の代わりに後工程を行なう成膜チャンバーを連結し、各シリコン膜形成後、続けて後工程を行なう装置構成とすることもできる。

以下、基板Ｓの面Ｓ２に第２の膜を形成するための反転手段を備えた第２成膜チャンバー５について説明する。図２は、第２成膜チャンバー５内の基板の反転空間５１及び成膜空間５２を模式的に示す平面図である。なお、図２において図１と同じ構成要素については、同じ参照番号を付す。

成膜チャンバー５は、基板の反転を行なう反転空間５１と、基板Ｓに第２の膜を形成する成膜空間５２とからなる。反転空間５１には、後述する基板ホルダー１０１に設けられたギア１０５と噛合って基板ホルダーを回転させるラック５３が対向して２つ設けられている。成膜空間５２には、その中央に複数の触媒線５４（図２中では例として７本）が一列、成膜チャンバー５の底面に対して垂直に、かつ２枚の基板の間に設けられている。各触媒線５４は、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｉｒなどの高融点金属からなる。また、各触媒線５４は、直線状又はコイル状に構成されている。触媒ＣＶＤ法とは、所定の温度に加熱されたこれらの触媒線５４に、成膜用ガスを接触させ分解反応させて得た生成物を基板上に堆積させて所望の膜を形成するものである。そこで、成膜空間５２には図示しないガス導入手段が設けられており、ガス導入手段によって触媒線５４に効率的に原料ガスを供給する。成膜用ガスは、成膜目的に応じて様々なガスを用いることができ、例えば、シラン、水素、ホスフィン、ジボラン、アンモニア、窒素などを用いることができる。

このように構成された第２成膜チャンバー５の反転空間５１内に、第１成膜チャンバー４（図２中図示せず）からゲートバルブ９（図２中図示せず）を通過させて、第１成膜チャンバー４で成膜された基板を保持した２枚の基板トレイ１０を搬送する。この基板トレイ１０が第２成膜チャンバー５の反転空間５１内に搬送された状態を説明するための第２成膜チャンバー５のＸ−Ｘ断面図を図３に示す。図３を参照すると、基板トレイ１０は、少なくとも２枚の基板ホルダー１０１（図３中では例として７つ）と、これらの各基板ホルダー１０１を並列に、かつ第２成膜チャンバー５の底面に対して垂直に保持する枠１０２とからなり、枠１０２にはキャリア１０２１が取り付けられ、このキャリア１０２１を第２成膜チャンバー５に敷設されたレール５５上を移動させて基板トレイ１０を搬送することが可能となるように構成されている。

各基板ホルダー１０１は、１以上の開口１０１１（図３中では例として１０個）を設けた平板１０３からなり、各開口１０１１に図示しない保持手段によって基板Ｓが保持されている。開口１０１１を設けることで基板ホルダー１０１が反転した場合に基板Ｓ両面に生成物が堆積して膜を形成することが可能である。この平板１０３には、第２成膜チャンバー５の底面に対して垂直であり、かつ、好ましくは基板ホルダー１０１の中心を通る回転軸１０４が設けられている。回転軸１０４を中心として各基板ホルダー１０１を回転して基板を反転せしめるので、小さな回転空間があれば基板を反転させることができるという利点を有する。回転軸１０４の上部には、ラックと噛み合って回転するギア１０５が設けられている。回転軸１０４の下部１０４１には、図示しない軸受けが設けられていて、この軸受けには真空潤滑油が必要に応じて塗られていてもよく、この場合、回転軸の回転をよりスムーズに行なうことが可能である。ギア１０５を有する基板ホルダー１０１を枠１０２で保持する場合に、ギア１０５とラック５３とが噛合うことができるように、枠１０２には、ギア用窓１０６が設けられている。

また、この基板ホルダー１０１の平板１０３は、ステンレス鋼材、例えばＳＵＳ３０４材や磁性を含んだＳＵＳ４３０材等、又は軽量のアルミニウム材、例えばＡＬ５０５２材からなり、非常に軽いため、回転容易であるが熱によってたわみやすい。そこで熱によるたわみを軽減するために、基板ホルダー１０１の拡大正面図である図４に示すように、基板ホルダー１０１を短い２つの平板１０３ａ及び平板１０３ｂから構成してもよい。この場合に、基板ホルダー１０１のＹ−Ｙ縦断面を拡大して示す図５のように、平板１０３ａの凹部に平板１０３ｂの凸部をはめ込んで接続し構成してもよい。このように短い板を２枚接続して構成すれば、長い１枚の板によって基板ホルダー１０１を構成した場合よりも、熱によるたわみが少ない。本実施の形態では基板ホルダー１０１を２枚の平板から構成したが、基板ホルダー１０１は、３枚以上の平板から構成してもよい。

そして、各基板ホルダー１０１の側面には、後述するように、回転を１８０°で停止するための停止手段としてのオーバーラップフィン１０７が１以上設けられている。図４中では例として平板１０３ａ及び１０３ｂの各側面毎に１つずつ設けている）。オーバーラップフィン１０７には、例えば、磁性体であるサマリウムコバルト、フェライト、ネオジム等が適量埋め込まれており、隣接する基板ホルダー１０１間の各オーバーラップフィン１０７が相互に引き合うことができるように構成されている。

図２及び図３に示すように、各基板トレイ１０は所定の位置まで搬送されると、ギア１０５と所定の高さに設置されたラック５３とが噛合って、搬送中に各基板ホルダー１０３が順次反転される。つまり、第１成膜チャンバー４において第１の膜が形成された基板Ｓの面Ｓ１を対向させたまま第２成膜チャンバー５に搬送された２枚の基板トレイ１０は、ラック５３とギア１０５とが噛合って各基板ホルダー１０１が順次反転し、面Ｓ１と面Ｓ２とが逆転して全ての面Ｓ２同士が対向するようになる。このようにして、面Ｓ２同士が対向した状態で成膜空間５２の破線で示す位置まで基板トレイ１０が搬送され、載置されて成膜が開始され、面Ｓ２に成膜される。図３を参照して説明すれば、反転空間５１内を搬送されている各基板ホルダー１０１中、左から２番目の基板ホルダー１０１が反転中であり、一番左の基板ホルダー１０１はギア１０５とラック５３とが噛合い、反転を始めるところであって、基板面Ｓ１が触媒線５４側（図３中手前）を向いており、右から１〜５番目の各基板ホルダー１０１は反転が終了して基板面Ｓ２が触媒線５４側を向いている。

上記の構成の装置には、触媒線と成膜用ガスとを接触させ分解反応させて得た生成物の基板裏面（触媒線に対向していない面）への付着を完全に防止するために、図示しない付着防止手段を設けることが好ましい。付着防止手段としては、例えば、成膜空間内に、基板裏面を成膜雰囲気と隔てるための仕切り板を基板トレイの裏面に接するように設けてもよい。また、基板トレイの各開口部に開閉自在な扉、またはスライド自在な扉を設けてもよい。

この基板ホルダー１０１の反転する状態を、図６を用いて説明する。図６は、１つの基板ホルダー１０１の反転している状態を示す上面図である。図６（ａ）に示したように、初めに、各基板ホルダー１０１は、基板の面Ｓ１を内側に向けて、矢印Ａで表す搬送方向に図示しない搬送手段によって搬送され、所定の位置まで搬送されると、基板ホルダー１０１の上部に設けられたギア１０５と、第２成膜チャンバー５内（図６中では図示せず）に設置されたラック５３とが互いに噛み合う。

ギア１０５とラック５３とが噛合った場合に、基板ホルダー１０１は搬送手段によって図中の矢印Ａの方向に搬送されているので、基板ホルダー１０１、即ち基板Ｓは回転する（図６（ｂ）参照）。その後、ギア１０５とラック５３とが噛み合って回転軸１０４を中心に１８０°回転し、ギア１０５とラック５３との噛合わせが外れる（図６（ｃ）参照）。

この回転手段としてのギア１０５及びラック５３だけでは、基板Ｓが１８０°回転して停止することが難しい場合には、基板Ｓ上に成膜された膜の膜質及び膜厚が一定とならないという問題が生じる恐れがある。

そこで、基板ホルダー１０１を１８０°回転させて停止させるべく、基板ホルダー１０１には停止手段としてオーバーラップフィン１０７が設けられてもよい。この場合、基板ホルダー１０１が約１８０°回転すると、回転した基板ホルダー１０１に設けられたオーバーラップフィン１０７と、隣接する基板ホルダー１０１のオーバーラップフィン１０７とが互いに引き合って、オーバーラップフィン１０７間の引力がつりあう場所、即ち回転した基板ホルダー１０１の回転角度が１８０°となる場所で基板ホルダー１０１の回転が停止し、その結果、基板Ｓは面Ｓ２をそれぞれ触媒線５４（図６中図示せず）側に向けて停止する（図６（ｄ）参照）。なお、仮にギア１０５とラック５３とが回転角度１８０°をややこえて外れた場合であっても、隣接するオーバーラップフィン１０７間の引力により、回転角度が正確に１８０°となる位置に基板ホルダー１０１が戻ってくる。このように、オーバーラップフィン１０７は回転を停止すると共に、回転角度の調整としての役割も果たすものである。

このように、基板Ｓを反転空間５１で１８０°回転させ、その回転を停止した後、各基板Ｓの面Ｓ２が触媒線５４側を向いた状態で成膜空間へ基板Ｓを搬送する。そして、各基板Ｓの面Ｓ２上に第２の膜を成膜した後に、ゲートバルブ９を通過させて第３成膜チャンバー６へと基板Ｓを搬送する。第３成膜チャンバー６では基板Ｓの面Ｓ１に第３の膜を成膜するため、第３成膜チャンバー６内に設けられた反転空間で基板Ｓを反転し、面Ｓ１を触媒線に対向するようにして、成膜空間に基板Ｓを搬送し、面Ｓ１に第３の膜を形成する。その後、第４成膜チャンバー７の反転空間で基板Ｓを反転し、面Ｓ２を触媒線を挟んで互いに対向するようにして、成膜空間に基板Ｓを搬送し、面Ｓ２に第４の膜を成膜し、最後に基板Ｓを冷却チャンバー８に搬送して基板Ｓを冷却する。

本実施の形態においては、互いに向き合う基板ホルダー１０１の距離が、各基板Ｓの回転半径の２倍よりも大きい場合、即ち、互いに向き合う基板ホルダー１０１が同時に回転しても接触しない場合について説明したが、基板Ｓの大きさによっては、互いに向き合う基板ホルダー１０１が同時に回転すると接触してしまう場合が考えられる。このような場合には、２つのラックのうち、一方のラック５３の位置を他方のラック５３の位置に対し搬送方向にずらすことで、一方の基板ホルダー１０１の回転を他方の基板ホルダー１０１の回転とずらして、接触しないようにすればよい。

本実施形態においては、２つのラック５３の位置を基板トレイ１０と第２成膜チャンバー５の側壁との間としたが、ラック５３を互いに対向する二つの基板トレイ１０間に一つ配置してもよい。この場合には、各基板ホルダー１０１の回転は、本実施の形態とは逆方向の回転になる。

本発明の縦型ＣＶＤ装置の反転手段の別の実施の態様について図７を参照して説明する。図７（ａ）〜（ｃ）は、ピン１０８ａ及び１０８ｂを設けた一の基板ホルダー１０１が反転する状態を示す上面図である。この別の実施の態様では、図７に示したように、回転手段として、ギアのかわりに２本のピン１０８ａ及び１０８ｂを回転軸１０４に設け、ラック５３の代わりに突起物５６ａ及び５６ｂを基板の反転を行なう各チャンバー内に設けたものである。この場合の基板Ｓの反転について、以下、説明する。

初めに、基板ホルダー１０１を、矢印Ａの搬送方向に図示しない搬送手段によって搬送する。その後、所定の位置まで搬送されると、回転軸１０４の上部に設けられたピン１０８ａと、チャンバー内に設けられた突起物５６ａとが互いに接触する（図７（ａ）参照）。基板ホルダー１０１は搬送手段によって矢印Ａの方向に搬送されているので、基板ホルダー１０１は図中の矢印で示した方向に回転する（図７（ｂ）参照）。その後、基板ホルダー１０１が回転しながら矢印Ａの方向に搬送されると、２番目のピン１０８ｂと２番目の突起物５６ｂとが接触して、基板ホルダー１０１は回転を続ける。基板ホルダー１０１は搬送手段によって成膜空間へと搬送されながら、回転軸１０４を中心に約１８０°回転したところで相互に隣接するオーバーラップフィン１０７の引力（磁力）により回転が終了する（図７（ｃ）参照）。この場合は、基板トレイの搬送速度によってピン１０８ａ及び１０８ｂと突起物５６ａ及び５６ｂとの接触による回転角度が決定されるものであるから、搬送速度によって適宜ピン及び突起物の数を決定することができる。

反転手段として、搬送しながら回転する回転手段及びその回転を停止する停止手段とを挙げたが、基板を搬送中に回転させることができるものであれば、どんなものでもよい。

また、成膜チャンバーに反転空間５１を設けずに、成膜空間５２のみとすることも可能である。この場合、成膜チャンバーに触媒線５４を挟んで対向するように１対の基板ホルダー１０１が搬送され、その後、静止した状態で基板ホルダー１０１をその場で公知の反転手段により反転させ、搬送された状態と逆の基板面をそれぞれ触媒線５４側に向ける。次いで、ガス導入手段により、所定のガスが導入され、基板Ｓ上に成膜される。この場合に、公知の反転手段としては、例えば、回転軸１０４にモーターを取り付けて、モーターを駆動させて制御しながら１８０°回転させればよい。さらに、反転空間５１と成膜空間５２とを入れ替えて、即ち、成膜空間５２で成膜後に反転空間５１に搬送し、基板ホルダー１０１を反転させて次のチャンバーに搬送するような構成にしてもよい。

本発明の装置はこのように基板の各面に多層の成膜を効率的に行なうことができるので、太陽電池やディスプレイデバイスの製造にも用いることができる。また、成膜目的に合わせて様々な変更を加えることが可能である。例えば、膜の種類によって、成膜チャンバーの数を増減させたり、加熱チャンバーを１つとして、１の加熱チャンバーで基板の両面を均一に加熱するように構成したりすることも可能である。

また、１つのチャンバー内で両面に同一の材料からなる膜を形成することも可能である。例えば、上記の実施の形態で示した第１の膜及び第２の膜の材料を同一とし、これらの膜を形成するチャンバーを分けずに１つのチャンバーで両面に同一の材料からなる膜を形成することも可能である。即ち、チャンバー内を、第１の成膜空間、基板の反転空間、及び第２の成膜空間で構成し、第１の成膜空間に面Ｓ１を対向させるように２つの基板トレイを搬送し、基板Ｓの面Ｓ１に成膜した後に、基板の反転空間で基板ホルダーを回転させて面Ｓ２を対向させ、そのまま第２の成膜空間に搬送し、面Ｓ２上に成膜することも可能である。この場合に、上記のモーターによる反転手段を第１の成膜空間に設ければ、第１の成膜空間で面Ｓ１に成膜後、その場で基板Ｓを反転させ、次いで面Ｓ２に成膜することができ、反転空間と第２の成膜空間が不要となるので、より省スペース化が可能となる。

また、上記の実施の形態においては、第２成膜チャンバー５及び第４成膜チャンバー７でそれぞれ基板Ｓの面Ｓ２に成膜を行なうこととしたが、第１成膜チャンバー４及び第２成膜チャンバー５で面Ｓ１に成膜し、その後、第３成膜チャンバー６内の反転空間で基板Ｓを反転させ、面Ｓ２に成膜した後、第４成膜チャンバー７にそのまま搬送して再度面Ｓ２に成膜することとすれば、基板の反転手段を第３成膜チャンバー６のみに設けることができ、より装置の省スペース化を図ることが可能である。

上記の各実施の形態においては、触媒ＣＶＤ法を実施する装置を説明したが、以下、プラズマＣＶＤ法を用いて両面成膜を行なう縦型ＣＶＤ装置を説明する。プラズマＣＶＤ法を用いて成膜を行なう場合には、成膜チャンバー内でプラズマを発生させるので、成膜チャンバー内に基板の反転手段を設けると、この基板反転手段の部材が原因となって異常放電が発生しやすい。そこで、基板の反転手段を成膜チャンバー外に設けることが必要となってくる。

図８に、プラズマＣＶＤ法を採用した縦型ＣＶＤ装置における基板の搬送の状態を説明するための装置の上面図を示す。なお、図８において図１と同じ構成要素については図１と同じ参照番号を付す。この縦型プラズマＣＶＤ装置は、基板Ｓ（図８中では図示せず）の表面Ｓ１に成膜する工程に必要な６個のチャンバー１、２、３、４、５及び８からなる面Ｓ１成膜装置１１、基板Ｓの裏面Ｓ２に成膜する工程に必要な６個のチャンバー１、２、３、６、７及び８からなる面Ｓ２成膜装置１２、及び基板Ｓを反転させる基板反転空間１３とからなる。面Ｓ１成膜装置１１は、ロードロックチャンバー１、第１加熱チャンバー２、第２加熱チャンバー３、面Ｓ１上に第１の膜を形成する第１成膜チャンバー４、面Ｓ１の第１の膜上に第２の膜を形成する第２成膜チャンバー５及び冷却チャンバー８とから構成される。これらの各チャンバーはゲートバルブ９を介して連結されている。面Ｓ２成膜装置１２は、ロードロックチャンバー１、第１加熱チャンバー２、第２加熱チャンバー３、面Ｓ２上に第３の膜を形成する第３成膜チャンバー６、面Ｓ２の第３の膜上に第４の膜を形成する第４成膜チャンバー７及び冷却チャンバー８とから構成される。これらの各チャンバーは、ゲートバルブ９を介して連結されている。

以下、この図８に示した装置を用いて各面に２層ずつ成膜する場合を説明する。２つの基板トレイ１０のそれぞれに基板Ｓ（図示せず）を取り付け、各基板Ｓの面Ｓ１が所定の間隔を空けて対向するように基板トレイ１０を２列に並べて矢印で示した進行方向に搬送し、初めにロードロックチャンバー１に挿入しロードロックチャンバー１内を排気する。なお、図８に示した装置で成膜を行なう場合、基板トレイおよび基板ホルダー（図示せず）は、ＳＵＳ３０４材からなる。ゲートバルブ９を開いて第１加熱チャンバー２及び第２加熱チャンバー３へ順次搬送してヒーター（図示せず）により基板Ｓを所定の温度に加熱した後、第１成膜チャンバー４に搬送する。第１成膜チャンバー４の中央には、図示しないプラズマ発生手段が第１成膜チャンバー底面に対して垂直に設けられており、このプラズマ発生手段を挟むようにして２枚の基板トレイ１０を搬送し、基板トレイ１０を載置し、プラズマを発生させ、２つの基板の面Ｓ１上に第１の膜を形成する。

この場合にも、成膜チャンバー内のガスが基板裏面（プラズマ発生手段に対向していない面）に周りこんだプラズマの影響により、基板裏面に膜を形成することを完全に防止するために、図示しない付着防止手段を設けることが好ましい。付着防止手段としては、例えば、成膜空間内に、基板裏面を成膜雰囲気と隔てるための仕切り板を基板トレイの裏面に接するように設けてもよい。また、基板トレイの各開口部に開閉自在な扉、またはスライド自在な扉を設けてもよい。これらの付着防止手段も、プラズマ発生時の異常放電の原因とはならないように構成される。

次いで、基板トレイは第２の膜を形成する第２成膜チャンバー５に搬送され、基板面Ｓ１上に形成された第１の膜上に第２の膜を形成する。その後、基板トレイ１０を冷却チャンバー８に搬送する。

基板温度が下がった後、冷却チャンバー８を大気圧に戻して基板トレイ１０を取り出し、基板Ｓの面Ｓ２に成膜するために、基板反転空間１３において基板Ｓを反転させ、その基板Ｓの面Ｓ２が互いに対向するようにする。反転空間１３における基板の反転は、上記縦型触媒ＣＶＤ法を実施する装置で説明した基板反転手段によるものでもよく、また、他の公知の基板反転手段（基板移載機など）を用いてもよい。そして、この基板トレイ１０を、面Ｓ２成膜装置１２まで搬送し、面Ｓ２成膜装置１２のロードロックチャンバー１に入れ、以下、第１加熱チャンバー２、第２加熱チャンバー３、面Ｓ２上に第３の膜を形成する第３成膜チャンバー６、面Ｓ２の第３の膜上に第４の膜を形成する第４成膜チャンバー７及び冷却チャンバー８に順次搬送し、面Ｓ１成膜装置１１で行なった処理と同様の処理を繰り返し行い、各基板Ｓの面Ｓ２に成膜する。この後、基板Ｓの両面に後工程を行なう。

上記の縦型プラズマＣＶＤ装置では、基板の反転空間１３を真空チャンバー外に設置したので、ロードロックチャンバー１、第１加熱チャンバー２、第３加熱チャンバー３及び冷却チャンバー８をそれぞれ二組必要としたが、基板の反転を行なう基板反転チャンバー１４を設ければ、基板を大気中に開放する必要がないので、ロードロックチャンバー１、第１加熱チャンバー２、第３加熱チャンバー３及び冷却チャンバー８をそれぞれ二組必要とせず、効率がよい。このような縦型プラズマＣＶＤ装置の構成を示す上面図を図９に示す。

図９では、９個のチャンバー、即ち、ロードロックチャンバー１、第１加熱チャンバー２、第２加熱チャンバー３、基板（図示せず）の面Ｓ１に第１の膜を形成する第１成膜チャンバー４，基板Ｓの面Ｓ１上に形成された第１の膜上に第２の膜を形成する第２成膜チャンバー５、基板を搬送中に反転させる反転手段を設けた基板反転用チャンバー１４、基板反転用チャンバーで反転した基板の面Ｓ２に第３の膜を形成する第３成膜チャンバー６、基板Ｓの面Ｓ２に形成された第３の膜上に第４の膜を形成する第４成膜チャンバー７及び冷却チャンバー８から構成される。各チャンバーはゲートバルブ９を介して連結されており、これらのチャンバーは排気手段を備えた真空チャンバーであることが好ましい。

そして、基板をロードロックチャンバーから搬送し、第１加熱チャンバーで基板を加熱した後に、第１成膜チャンバー及び第２成膜チャンバーで面Ｓ１に成膜した後に、反転手段を有する基板反転チャンバーに搬送する。基板反転チャンバーにおいて、搬送中に基板を反転させた後に、第３成膜チャンバー及び第４成膜チャンバーで面Ｓ２に成膜し、最後に冷却チャンバーで基板を冷却する。この場合の基板の反転は、上記触媒ＣＶＤ法を実施する装置で説明した基板反転手段により行なうことが好ましい。このようにして装置を構成すれば、プラズマＣＶＤ法を実施する装置であっても非常に効率よく成膜することが可能である。

本発明の縦型ＣＶＤ装置は、基板の反転手段を有していることから基板の両面に簡単に、かつ効率よく成膜を行なうことができ、また、基板の反転を搬送中に行なうことができるので、処理チャンバーの数の低減とともに、スループットの高い成膜工程を実現することができる。従って、本発明の縦型ＣＶＤ装置は、半導体技術分野における各種成膜に用いることができる。

本発明の縦型ＣＶＤ装置に基板を搬送する状態を示す模式的平面図である。 本発明の縦型ＣＶＤ装置の第２成膜チャンバー５内の構成を示す模式的平面図である。 本発明の縦型ＣＶＤ装置の第２成膜チャンバー５内に搬送された基板トレイの状態を示す第２成膜チャンバー５の模式的断面図である。 本発明の縦型ＣＶＤ装置の基板ホルダー１０１を示す模式正面図である。 本発明の縦型ＣＶＤ装置の基板ホルダー１０１のＹ−Ｙ断面を示す断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の縦型ＣＶＤ装置に設けられた反転手段による反転を上から見た様子を示す模式図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の縦型ＣＶＤ装置に設けられた別の反転手段による反転を上から見た様子を示す模式図である。 本発明の縦型ＣＶＤ装置に基板を搬送する状態を示す模式的平面図である。 本発明の別の縦型ＣＶＤ装置に基板を搬送する状態を示す模式的平面図である。

符号の説明

５ 第２成膜チャンバー
１０ 基板トレイ
５１ 反転空間
５２ 成膜空間
５３ ラック
５４ 触媒線
１０１ 基板ホルダー
１０４ 回転軸
１０５ ギア
Ｓ 基板

Claims (10)

1. ガス導入手段及び排気手段を有する成膜チャンバーと、基板を保持する基板ホルダーと、基板ホルダーを搬送する搬送手段と、前記基板ホルダーを反転させる反転手段とを備え、
   前記反転手段が、前記基板ホルダーの搬送中に回転軸を中心に前記基板ホルダーを搬送方向に対して１８０°回転させる回転手段を含み、
   前記回転手段が、前記基板ホルダーに設けられた１以上の第１の突起物と、前記成膜チャンバーの内部に設けられた１以上の第２の突起物とで構成され、前記基板ホルダーの搬送中にこれら第１及び第２の突起物が相互に接触することにより、前記基板ホルダーを回転させるようにしたことを特徴とする縦型化学気相成長装置。
2. 前記反転手段が、回転を１８０°で停止させる停止手段を含むことを特徴とする請求項１記載の縦型化学気相成長装置。
3. 前記停止手段が、基板ホルダーの側面に設けられた磁性体からなることを特徴とする請求項２記載の縦型化学気相成長装置。
4. 前記停止手段が、基板ホルダーの側面に設けられたオーバーラップフィンであることを特徴とする請求項２または３記載の縦型化学気相成長装置。
5. 前記成膜チャンバー内の所定の位置に、触媒線を配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の縦型化学気相成長装置。
6. 前記成膜チャンバー内の所定の位置に、プラズマ発生手段を配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の縦型化学気相成長装置。
7. ロードロックチャンバー、加熱チャンバー及び冷却チャンバーを備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の縦型化学気相成長装置。
8. ロードロックチャンバーと、加熱チャンバーと、冷却チャンバーと、反転手段を有する基板反転チャンバーとを少なくとも備えたことを特徴とする請求項１、３〜７のいずれか１項記載の縦型化学気相成長装置。
9. ロードロックチャンバーと、加熱チャンバーと、冷却チャンバーと、ガス導入手段及び排気手段を有し、所定の位置に触媒線を配置する成膜チャンバーと、基板を保持する基板ホルダーと、基板ホルダーを搬送する搬送手段と、基板ホルダーを反転させる反転手段とを備え、
   前記反転手段が、成膜チャンバー内に設けられ、基板ホルダーの搬送中に回転軸を中心に基板ホルダーを搬送方向に対して１８０°回転させる回転手段と、回転を１８０°で停止させる停止手段とを含み、
   前記回転手段が、前記基板ホルダーに設けられた１以上の第１の突起物と、前記成膜チャンバーの内部に設けられた１以上の第２の突起物とで構成され、これらの第１の突起物と第２の突起物とが相互に接触することにより、前記基板ホルダーを回転させるようにしたことを特徴とする縦型化学気相成長装置。
10. ロードロックチャンバーと、加熱チャンバーと、冷却チャンバーと、ガス導入手段及び排気手段を有し、所定の位置にプラズマ発生手段を配置する成膜チャンバーと、基板を保持する基板ホルダーと、基板ホルダーを搬送する搬送手段と、前記基板ホルダーを反転させる反転手段を備えた基板反転チャンバーとを備え、
    前記反転手段は、基板ホルダーの搬送中に回転軸を中心に基板ホルダーを搬送方向に対して１８０°回転させる回転手段と、回転を１８０°で停止させる停止手段とを含み、
    前記回転手段が、前記基板ホルダーに設けられた１以上の第１の突起物と、前記成膜チャンバーの内部に設けられた１以上の第２の突起物とで構成され、これらの第１の突起物と第２の突起物とが相互に接触することにより、前記基板ホルダーを回転させるようにしたことを特徴とする縦型化学気相成長装置。