JP5260375B2 - 気相成長装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板を加熱しながら気相原料を供給して基板上に薄膜を堆積させる気相成長装置に関する。

サセプタに保持された基板を所定温度に加熱した状態で反応室内に原料ガスを供給し、前記基板面に薄膜を堆積（成長）させる気相成長装置として、複数枚の基板に均一に薄膜を形成するため、サセプタを回転させるとともに、該サセプタの回転に伴って基板を載置する基板載置部材（基板トレイ）を回転させ、成膜中の基板を自公転させる機構を備えた気相成長装置が知られている。

図６は特許文献１に開示された気相成長装置７０の断面図である。特許文献１に開示された気相成長装置７０は、上部中央にガス導入管７１を配設した偏平円筒状のチャンバー７２内に、円盤状のカーボンからなるサセプタ７３と、該サセプタ７３の外周部分の同心円上に等間隔で配置された複数の基板ホルダー７４と、サセプタ７３の上方に対向配置されてチャンバー７２内を上下に区画し、サセプタ７３側に反応室７５を形成する仕切板７６（本発明の「対向面部材」に相当）とを備えている。

チャンバー７２は、反サセプタ側の上方が開口したチャンバー本体７７と、該チャンバー本体７７の周壁上部にＯリングを介して気密に装着されるチャンバー蓋７８とに分割形成されている。チャンバー本体７７の底部中央部には、サセプタ７３を回転させるための回転駆動軸７９が設けられ、該回転駆動軸７９でサセプタ７３を回転させることにより、基板８０を保持した基板ホルダー７４がサセプタ７３の中心に対して公転するとともに、サセプタ７３の外周に設けられた自転歯車機構によって自転する仕組みになっている。

また、基板ホルダー７４の下方には、基板８０を加熱するためのヒーター８１がリング状に配設され、サセプタ７３の外周側にはリング状の排気通路８２が設けられている。
仕切板７６は、周方向及び径方向に複数に分割形成されており、外周側に配置される大径リング状の外周側仕切板７６ａ（本発明の「基板対向面部支持部」に相当）と、その内周側で周方向に分割された複数の扇形の分割体を組み合わせた小径リング状の内周側仕切板７６ｂ（本発明の「基板対向面部」に相当）とで形成されている。外周側仕切板７６ａは、その外周縁がチャンバー本体７７の周壁内周に載置された状態で所定位置に固定される。内周側仕切板７６ｂは、基板８０に対向する位置に配置されており、その外周縁が外周側仕切板７６ａの内周縁上に載置されるとともに、その内周縁がガス導入管７１の下端に設けられたノズル８４の外周縁上に載置されて着脱可能に形成され、上面には摘み部７６ｃが突設されている。

チャンバー蓋７８は、外周部に設けた複数のブラケット８６ａを介して昇降手段８６に取り付けられ、ガス導入管７１の上部に設けた上部フランジ７１ａとの間に円筒状のベローズ８７を気密に取り付けており、昇降手段８６を上昇方向に作動させてベローズ８７を縮ませながらチャンバー蓋７８を上昇させることにより、チャンバー本体７７の開口を開放できるように形成されている。

上記のように構成された気相成長装置７０を使用して基板８０に薄膜を成長させる際には、１回の成膜操作が終了したときに、チャンバー蓋７８を上昇させ、仕切扉３１を開いて薄膜が形成された基板８０を取り出すとともに、内周側仕切板７６ｂを取り外し、あらかじめ用意した新品又は洗浄後の清浄な状態の内周側仕切板７６ｂをチャンバー７２内の所定位置に配置するとともに、新たな基板８０を所定位置に設置した状態で次の成膜操作を開始する。

特開２００８―２６２９６７号公報

特許文献１の気相成長装置７０においては、成膜操作終了後に基板８０を取り出す際に、チャンバー蓋７８を上昇させ、仕切板７６を露出させる。そして、仕切板７６を構成している内周側仕切板７６ｂを取り外し、内周側仕切板７６ｂの下方に載置されている基板８０を露出させて取り出す。
このように、特許文献１の発明では、基板８０を取り出す際に、内周側仕切板７６ｂを毎回別の新たな内周側仕切板７６ｂに取り替えるものであり、この場合には、それでよいかもしれない。
しかしながら、基板８０の取り出しの際に、毎回内周側仕切板７６ｂを取り外して新たなものに取り替えることをしない場合も多々ある。
このような場合において、特許文献１のような構造であれば、基板８０の取り出しの際に内周側仕切板７６ｂを別途取り外さなければならず、作業工程が多く作業効率が悪くなる。また、内周側仕切板７６ｂの取外しは通常は搬送用ロボットで行うことになり、搬送用ロボットの使用頻度が高くなり、その寿命が短くなる可能性もある。

また、特許文献１のような構造ではなく、内周側仕切板７６ｂをチャンバー蓋７８側にボルトで固定するようにしたものもある。
このような構造であれば、基板８０の出し入れ作業の際に、チャンバー蓋７８を開放すれば、基板８０を露出させることができるので、別途、内周側仕切板７６ｂを取り外す作業は不要となる。
しかしながら、内周側仕切板７６ｂの清掃や取り替えの度ごとにボルトを緩めて取り外す作業が必要となり煩雑である。

上記のように、内周側仕切板（基板対向面部）の取外しを容易にしたもの（特許文献１）の場合には、基板の取り出しの際に毎回内周側仕切板（基板対向面部）を別途取り外す必要があり、他方、基板の取り出しを容易にしたものの場合には、内周側仕切板（基板対向面部）の取り外しが煩雑となっていた。
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、内周側仕切板（基板対向面部）の取り外しを容易にすると共に基板取り出しの効率化を図り、作業性に優れた気相成長装置を得ることを目的とするものである。

（１）本発明に係る気相成長装置は、チャンバー本体と、該チャンバー本体に設けられて前記チャンバー本体を開閉するチャンバー蓋と、前記チャンバー本体内に設置されて基板が載置されるサセプタと、該サセプタに対向配置される対向面部材とを備え、前記サセプタに前記基板を載置した状態で前記基板を加熱し、前記対向面部材と前記サセプタとで形成される流路に原料ガスを供給することによって前記基板に薄膜を堆積させる気相成長装置であって、
前記対向面部材を前記サセプタに載置された基板に対向配置される基板対向面部と、該基板対向面部の周縁部を支持する基板対向面部支持部を備えて構成すると共に、前記対向面部材に設けられて該対向面部材を前記チャンバー本体側に載置する脚部と、前記チャンバー蓋に設けられて前記対向面部材に対して係脱自在の係止片部を有し、かつ前記対向面部材を保持できる係合保持機構と、該係合保持機構を駆動して前記係止片部の前記対向面部材に対する係脱を行うアクチュエータとを備えたことを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記脚部は、前記対向面部材の外周縁に形成されていると共に、前記対向面部材が載置されるときに、前記チャンバー本体側にガイドされて該対向面部材を正しい位置にガイドするがガイド部を備えていることを特徴とするものである。

（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記係合保持機構が回転により係脱自在となっており、該係合保持機構を回転駆動するロータリーアクチュエータを備えていることを特徴とするものである。

（４）また、上記（１）〜（３）のいずれかに記載のものにおいて、前記サセプタは、自身が公転すると共に、前記基板を支持して自転可能な複数の基板戴置部を備えてなることを特徴とするものである。

本発明においては、対向面部材に設けられて該対向面部材を前記チャンバー本体側に載置する脚部と、チャンバー蓋に設けられて前記対向面部材に対して係脱自在でかつ前記対向面部材を保持できる係合保持機構とを備えたことにより、チャンバー蓋を開放するときに対向面部材をチャンバー蓋と共に取り外したり、チャンバー本体側に残置したりすることを選択できる。
したがって、基板を取り出す際にはチャンバー蓋の開放と共に対向面部材を取り外すことにより、別途、対向面部材を外す手間が省け、操作の効率化が図れる。また、対向面部材における基板対向面部を交換する場合には、チャンバー蓋の開放の際に対向面部材を残置させることにより、基板対向面部を容易に取り外すことができる。
このように、本発明によれば、基板対向面部の取り外しを容易にできると共に基板取り出しの効率化が実現される。

本発明の一実施の形態に係る気相成長装置の説明図であり、従来例を示した図６のＡ部に相当する部分を示すものである。 図１の丸で囲んだＢ部の拡大図である。 図１に示した気相成長装置の矢視Ａ−Ａ断面図である。 本発明の一実施の形態に係る気相成長装置の動作説明図であり、チャンバー蓋を対向面部材と共に上昇させた状態を示している。 本発明の一実施の形態に係る気相成長装置の動作説明図であり、チャンバー蓋を対向面部材を残置させて上昇させた状態を示している。 従来の気相成長装置の説明図である。

以下、本発明の一実施様態に係る気相成長装置を図１〜図５を用いて説明する。
本実施の形態に係る気相成長装置１は、図１〜図５に示すように、チャンバー本体３と、該チャンバー本体３に設けられて前記チャンバー本体３を開閉するチャンバー蓋５とを有するチャンバー７と、該チャンバー７内に設置されて基板９が載置されるサセプタ１１と、該サセプタ１１に対向配置される対向面部材１３と、チャンバー蓋５に設けられて対向面部材１３に対して係脱自在でかつ前記対向面部材１３を保持できる係合保持機構１５を備えている。なお、本実施の形態の気相成長装置１においては、原料ガスを供給する原料ガス導入ノズル１７は、チャンバー本体３側に設けられ、下方から上方に向かって原料ガスが流れるという構造になっている。
以下、気相成長装置１の主な構造を詳細に説明する。

＜チャンバー＞
チャンバー７は、全体形状が偏平円筒状をしており、下部側のチャンバー本体３と、チャンバー本体３を開閉するチャンバー蓋５とを備えている。
チャンバー本体３の中心部には、原料ガス導入ノズル１７が設置され、サセプタ１１に載置された基板９に原料ガスを供給できるようになっている。
チャンバー本体３の外周縁部は本体部フランジ１９となっており、チャンバー蓋５の蓋部フランジ２１と当接してチャンバー７を気密に閉止できるようになっている（図１参照）。
チャンバー本体３の外縁部であって蓋部フランジ２１の内側には、供給された原料ガスの排出流路となるリング状の溝部２３が形成されている。そして、溝部２３の外壁上端部が対向面部材１３の支持部２５となっている。
チャンバー本体３には、サセプタ１１が公転（回転）可能に設置されており、サセプタ１１における基板載置部２９の下方には、基板９を加熱するためのヒーター２７が設置されている。

チャンバー蓋５は、図示しない昇降機構によってチャンバー本体３に対して昇降するようになっている。また、チャンバー蓋５の外周縁部には、蓋部フランジ２１が形成され、この蓋部フランジ２１が本体部フランジ１９に対向配置されている。

＜サセプタ＞
サセプタ１１は全体形状が円板状をしており、上述したように、チャンバー７内に公転可能に設置されている。サセプタ１１には自転可能な複数の基板載置部２９が設けられ、この基板載置部２９に薄膜が形成される基板９が載置されている。
サセプタ１１は、図示しない駆動機構によって全体が公転（回転）し、この公転に連動して基板載置部２９が自転する機構になっている。

＜対向面部材＞
対向面部材１３は、全体形状が略円板状をしており、外周端部には下方に向かって延出する脚部３１が形成されている。この脚部３１をチャンバー本体３部の支持部２５に載置することにより、対向面部材１３は、サセプタ１１との間に原料ガス流路３２を形成する。
脚部３１の下端は、図２に示すように、最外周から径方向内側に向かって平面部３３が形成され、この平面部３３の内端から径方向内側に向かって傾斜する傾斜面を有するガイド片部３５が形成されている。
また、対向面部材１３の周縁部には、径方向内方に向かって凹陥する係止溝３６が全周に亘って形成されている。

対向面部材１３は、サセプタ１１の基板載置部２９に載置された基板９に対して対向配置される基板対向面部３７と、基板対向面部３７の周縁部を支持する基板対向面部支持部３９から構成されている。
基板対向面部３７は、その周縁部が基板対向面部支持部３９に支持され、上方に持ち上げることによって基板対向面部支持部３９から取り外しができるようになっている。

＜係合保持機構＞
係合保持機構１５は、チャンバー蓋５に設けられて対向面部材１３に対して係脱自在でかつ前記対向面部材１３を保持するものである。
係合保持機構１５は、軸部４３と、該軸部４３の下端部に形成された水平方向に延出する係止片部４５と、軸部４３を回動させる駆動部であるロータリーアクチュエータ４７とを備えている（図１〜図３参照）。係合保持機構１５は、図３に示すように、軸部４３を回動させることにより、係止片部４５を対向面部材１３の係止溝３６に係合させたり、離脱させたりすることができる。

上記のように構成された本実施の形態の気相成長装置１の動作を説明する。
気相成長装置１を使用して基板９に薄膜を成長させる場合、図１に示すように、基板載置部２９に基板９を載置し、対向面部材１３をサセプタ１１に対向配置し、チャンバー蓋５を閉める。そして、サセプタ１１を公転させると共に基板載置部２９を自転させ、ヒーター２７によって基板９を加熱し、この状態で原料ガスを流す。

基板９に所定の薄膜が形成されると、係合保持機構１５の係止片部４５を対向面部材１３の係止溝３６に係合させた状態でチャンバー蓋５を上昇させる。チャンバー蓋５を上昇させることにより、図４に示すように、対向面部材１３がチャンバー蓋５と共に持ち上げられ、基板９が露出する。
したがって、特許文献１のように、基板９を取り出す際に別途、基板対向面部３７（内周側仕切板１６ｂ）を取り外す動作が不要であり、効率的な取り出し作業ができる。
また、基板対向面部３７を別途取外しするとなると、搬送ロボットを動作させる必要があるが、その場合には基板取り出しの前に毎回ロボットの駆動が必要になり、ロボットの短寿命化の原因ともなるが、本実施の形態ではそのようなことがない。

薄膜が形成された基板９が取り出されると、新しい基板９を基板載置部２９にセットして、チャンバー蓋５を下降させて蓋を閉じる。このとき、対向面部材１３は係合保持機構１５に保持された状態でチャンバー蓋５と共に下降する。そして、対向面部材１３の外周端部に設けられた脚部３１が、チャンバー本体３部側の支持部２５に載置される。このとき、脚部３１にはガイド片部３５が設けられており、対向面部材１３が下降するときに、ガイド片部３５が脚部３１に当接して対向面部材１３が正しい位置になるようにガイドする。また、載置された状態では、ガイド片部３５は対向面部材１３が不用意に動かないようにその動きを規制する作用を有する。
このように、脚部３１にガイド片部３５を設けていることから、対向面部材１３を正確な位置に再現性よく載置させることができ、これによりサセプタ１１と対向面部材１３との間で形成される原料ガス流路３２が再現性よく形成できるので、薄膜品質の安定性が向上する。

基板９に対する薄膜の成長を数回実施すると、基板対向面部３７を交換するために取り外す必要がある。
この場合、チャンバー蓋５を閉じている状態で、ロータリーアクチュエータ４７を駆動して、係合保持機構１５の軸部４３を回動させ、係止片部４５を係止溝３６から外す（図３参照）。この状態で、チャンバー蓋５を上昇させると、図５に示すように、対向面部材１３をチャンバー本体３部側に残置した状態でチャンバー蓋５を開放することができる。
この状態で、搬送用ロボットなどによって、生成物の付着した基板対向面部３７の上面を吸引保持して取り外し、別の洗浄済みの基板対向面部３７を、同じ位置にセットする。

新しい基板対向面部３７がセットされると、チャンバー蓋５を下降させ、さらにロータリーアクチュエータ４７を駆動して対向面部材１３の係止溝３６に係止片部４５を係合させる。この状態において新たな基板９がセットされている場合には、上述したのと同様に、基板９上に薄膜の形成工程を実行する。

以上のように、本実施の形態においては、対向面部材１３に脚部３１を設けて対向面部材１３をチャンバー本体３に載置できるようにすると共に、チャンバー蓋５側に対向面部材１３に対して係脱自在でかつ対向面部材１３を保持できる係合保持機構１５とを設けたので、チャンバー蓋５を開放するときに対向面部材１３をチャンバー蓋５と共に取り外したり、チャンバー本体３側に残置したりすることを選択的に行うことができる。
したがって、基板９を取り出す際にはチャンバー蓋５の開放と共に対向面部材１３を取り外すことにより、別途、対向面部材１３を外す手間が省け、操作の効率化が図れる。他方、対向面部材１３における基板対向面部３７を交換する場合には、チャンバー蓋５の開放の際に対向面部材１３をチャンバー本体３側に残置させることにより、基板対向面部３７を容易に取り外すことができる。
このように、本実施の形態によれば、基板対向面部３７の取り外しを容易にできると共に基板９の取り出しの効率化が実現される。

本発明は、特に化合物半導体を成膜する半導体製造装置に関し、該装置の操作性向上に利用できる。

１ 気相成長装置 ３ チャンバー本体 ５ チャンバー蓋
７ チャンバー ９ 基板 １１ サセプタ
１３ 対向面部材 １５ 係合保持機構 １７ 原料ガス導入ノズル
１９ 本体部フランジ ２１ 蓋部フランジ ２３ 溝部
２５ 支持部 ２７ ヒーター ２９ 基板載置部
３１ 脚部 ３２ 原料ガス流路 ３３ 平面部
３５ ガイド片部 ３６ 係止溝 ３７ 基板対向面部
３９ 基板対向面部支持部 ４３ 軸部 ４５ 係止片部
４７ ロータリーアクチュエータ

Claims (4)

1. チャンバー本体と、該チャンバー本体に設けられて前記チャンバー本体を開閉するチャンバー蓋と、前記チャンバー本体内に設置されて基板が載置されるサセプタと、該サセプタに対向配置される対向面部材とを備え、前記サセプタに前記基板を載置した状態で前記基板を加熱し、前記対向面部材と前記サセプタとで形成される流路に原料ガスを供給することによって前記基板に薄膜を堆積させる気相成長装置であって、
   前記対向面部材を前記サセプタに載置された基板に対向配置される基板対向面部と、該基板対向面部の周縁部を支持する基板対向面部支持部を備えて構成すると共に、前記対向面部材に設けられて該対向面部材を前記チャンバー本体側に載置する脚部と、前記チャンバー蓋に設けられて前記対向面部材に対して係脱自在の係止片部を有し、かつ前記対向面部材を保持できる係合保持機構と、該係合保持機構を駆動して前記係止片部の前記対向面部材に対する係脱を行うアクチュエータとを備えたことを特徴とする気相成長装置。
2. 前記脚部は、前記対向面部材の外周縁に形成されていると共に、前記対向面部材が載置されるときに、前記チャンバー本体側にガイドされて該対向面部材を正しい位置にガイドするがガイド部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置。
3. 前記係合保持機構が回転により係脱自在となっており、該係合保持機構を回転駆動するロータリーアクチュエータを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の気相成長装置。
4. 前記サセプタは、自身が公転すると共に、前記基板を支持して自転可能な複数の基板戴置部を備えてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の気相成長装置。
   

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