JP6363927B2 - 気相成長装置における基板搬送方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、主に半導体膜を基板上に成長させる気相成長装置における基板搬送方法及び装置に関する。

気相成長装置は、基板が載置されたサセプタを反応炉内に設置し、サセプタを回転させながら反応炉内に反応ガス（例えばトリメチルガリウムとアンモニア）を導入し、反応ガスを高温に加熱されたサセプタ上で熱分解させて、基板面に分解したガス分子を堆積させて膜形成を行う装置である。
このような気相成長装置が特許文献１に開示されている。
特許文献１の実施の形態１として開示された気相成長装置では、成膜室に隣接してグローブボックスを設け、成膜室への基板の搬入及び成膜室からの基板の搬出を手動にて行うようにしている。
また、特許文献１の実施の形態２として開示された気相成長装置では、成膜室に隣接して基板搬送室を設け、さらに基板搬送室に隣接して搬入室及び搬出室を設け、成膜室への基板の搬入及び成膜室からの基板の搬出を自動で行うようにしている。

特開２００５−２３６０９３号公報

特許文献１の実施の形態１、２のいずれも成膜室から処理済みの基板を取り出して、引き続き未処理の基板をサセプタに設置するというものである。この場合、一度の気相成長で処理する基板が単数の場合には大きな問題はないが、一度に複数枚の基板を処理する場合には、処理済みの基板の取り出しと、未処理の基板のサセプタへの設置に時間を要し、この基板の入れ替えの間は成膜処理をすることができず、スループットが低下するという課題が残されていた。

また、炉内において、基板の交換作業を行うと、作業中に炉内に溜まったパーティクルを巻き上げてしまい、巻き上がったパーティクルが基板に付着する可能性があり、特に処理枚数が多い場合にはこの問題が顕著となる。

さらに、特許文献１の実施の形態１のものでは、成膜室への基板の搬入及び成膜室からの基板の搬出を手動で行っているため、成膜後、作業可能な程度まで温度が低下するのを待たなければならず、この点でもスループットの低下を免れない。
他方、特許文献１の実施の形態２のものでは、基板の搬出入を自動で行うとしているため、成膜後に温度が低下するまで待つ必要がないと考えられるが、特許文献１で具体的にどのようにして基板の搬出入を自動で行うのかについては開示がなく、具体的な装置の開発が望まれていた。

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、一度に複数枚の基板に成膜処理を行う気相成長装置において、パーティクルの付着を抑制できると共にスループットを飛躍的に向上させることができる基板搬送方法及び該基板搬送方法を実現できる気相成長装置を提供することを目的としている。

発明者は上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、一度に複数枚の基板の成膜処理を行う場合、成膜処理が完了した際に反応炉内にあるサセプタに直接基板を載せ換えるのではなく、処理済みの基板をサセプタ又はサセプタカバーと共に炉内に搬出して、新たに設けた基板仮置き室に仮置きし、該基板仮置き室において、処理済みの基板の回収と未処理の基板のセットを行うと共に、この作業中に、待機させておいた別の複数枚の未処理の基板をサセプタ又はサセプタカバーと共に反応炉内に搬入するようにすればよいと考えた。
本発明はかかる考えに基づくものであり、具体的には以下の構成を備えている。

（１）本発明に係る気相成長装置の基板搬送方法は、サセプタに設置された複数枚の基板プレート上又は、サセプタを覆うサセプタカバーに設置された複数枚のトレイ上のそれぞれに基板を載置し、反応炉室内で複数枚の基板上に、気相成長法により薄膜を成膜する気相成長装置における基板搬送方法であって、
成膜が行われた処理済の基板の回収又は未処理の基板をセットするために基板を仮置きする基板仮置き室と、該基板仮置き室と前記反応炉室との間に介在して前記反応炉室と前記基板仮置き室との間で前記基板の搬送を行う搬送ロボットが設置されている搬送室とを設け、
反応炉室内で気相成長処理が行われている間に、前記反応炉室外において未処理の基板を載置した前記サセプタ又は前記サセプタカバーを待機させておく待機工程と、
気相成長処理が終了したときに処理済みの基板を載置した前記サセプタ又は前記サセプタカバーを炉外に取り出して前記基板仮置き室に搬送する基板搬出工程と、
前記待機工程で待機させておいた未処理の基板を載置した前記サセプタ又は前記サセプタカバーを前記反応炉室内に搬入する基板搬入工程と、
前記基板搬出工程で前記基板仮置き室に搬出された処理済みの基板の回収と未処理の基板を前記サセプタ又は前記サセプタカバーに載せ換える基板載せ換え工程と、を備えたことを特徴とするものである。

（２）本発明に係る気相成長装置は、サセプタに設置された複数枚の基板プレート上又は、サセプタを覆うサセプタカバーに設置された複数枚のトレイ上のそれぞれに基板を載置し、複数枚の基板上に、気相成長法により薄膜を成膜する機能を備えた反応炉室と、
成膜が行われた処理済の基板又は未処理の基板を前記サセプタ又は前記サセプタカバーと共に仮置きする基板仮置き室と、
該基板仮置き室に付随して設けられて処理済の基板を回収するための基板回収用カセット室と、
前記基板仮置き室に付随して設けられて未処理の基板を搬入するための基板搬入用カセット室と、
該前記基板仮置き室と前記反応炉室との間に介在して前記反応炉室と前記基板仮置き室との間で前記基板の搬送を行う搬送ロボットが設置されている搬送室と、
前記基板仮置き室に仮置きされている処理済みの基板を前記基板回収用カセット室に搬送し、前記基板搬入用カセット室から未処理の基板を前記基板仮置き室に搬出して前記サセプタ又は前記サセプタカバーに載置する基板入替装置とを有し、
前記搬送ロボットは、
前記反応炉内で気相成長処理が行われている間に、前記未処理の基板が載置された前記サセプタ又は前記サセプタカバーを待機場に搬送する機能と、
気相成長処理が終了したときに処理済みの基板を載置した前記サセプタ又は前記サセプタカバーを炉外に取り出して前記基板仮置き室に搬送する機能と、
前記待機場に待機させておいた未処理の基板を載置した前記サセプタ又は前記サセプタカバーを前記反応炉内に搬入する機能とを有することを特徴とするものである。

（３）また、上記（２）に記載のもにおいて、前記基板入替装置は、前記サセプタ又は前記サセプタカバーを載置する載置機構と、該載置機構に載置された前記サセプタに設置されている前記基板プレート又は前記サセプタカバーに設置されている前記トレイを昇降させる昇降装置と、該昇降装置によって上昇した前記基板プレート又は前記トレイに載置されている基板を保持して前記基板回収用カセット室に搬送し、前記基板搬入用カセット室から基板を搬出して前記昇降装置に載置する搬送アームを備えていることを特徴とするものである。

（４）また、上記（３）に記載のものにおいて、前記昇降装置は前記基板プレート又は前記トレイを下方から押し上げて上昇させる昇降アームを有し、前記載置機構は載置されたサセプタ又はサセプタカバーの位置を前記昇降アームの位置と合わせる第１位置合わせ機構を有することを特徴とするものである。

（５）また、上記（４）に記載のものにおいて、前記第１位置合わせ機構は、前記載置機構に載置されているサセプタ又はサセプタカバーの中心位置出しをする第１中心位置出し機構と、前記サセプタ又は前記サセプタカバーを回転させて回転方向の位置を調整する第１回転位置調整機構を備えて構成されていることを特徴とするものである。

（６）また、上記（３）乃至（５）のいずれかに記載のものにおいて、前記昇降装置は、前記基板プレート又は前記トレイに載置されている基板を突き上げて支持する突き上げ支持機構を有していることを特徴とするものである。

（７）また、上記（６）に記載のものにおいて、前記突き上げ支持機構は、前記基板プレート又は前記トレイの下方から上方に上昇する突き上げ棒を有し、前記基板プレート又は前記トレイに設けられた貫通孔に前記突き上げ棒を貫通させて前記基板を突き上げることを特徴とするものである。

（８）また、上記（７）に記載のものにおいて、前記突き上げ支持機構は、前記貫通孔と前記突き上げ棒の位置を合わせる第２位置合わせ機構を有していることを特徴とするものである。

（９）また、上記（８）に記載のものにおいて、前記第２位置合わせ機構は、前記基板プレート又は前記トレイの中心位置出しをする第２中心位置出し機構と、前記基板プレート又は前記トレイを回転させて回転方向の位置を調整する第２回転位置調整機構を備えて構成されていることを特徴とするものである。

（１０）また、上記（３）乃至（５）に記載のものにおいて、前記基板プレート又は前記トレイは、前記基板を載置する基板載置部の面積が前記基板よりも小さく設定され、前記基板を載置したときに前記基板の外周部の少なくとも一部が前記基板載置部から突出するように構成され、前記搬送アームは前記基板における前記基板載置部から突出した部位を把持する把持部を有していることを特徴とするものである。

本発明においては、反応炉室内で気相成長処理が行われている間に、前記反応炉室外において未処理の基板を載置した前記サセプタ又は前記サセプタカバーを待機させておく待機工程と、気相成長処理が終了したときに処理済みの基板を載置した前記サセプタ又は前記サセプタカバーを炉外に取り出して前記基板仮置き室に搬送する基板搬出工程と、基板が搬出された前記反応炉室内に前記待機工程で待機させておいた未処理の基板を載置した前記サセプタ又は前記サセプタカバーを前記反応炉室内に搬入する基板搬入工程と、前記基板搬出工程で前記基板仮置き室に搬出された処理済みの基板の回収と未処理の基板を前記サセプタ又は前記サセプタカバーに載せ換える基板載せ換え工程と、を備えたことにより、サセプタ等から基板の回収とサセプタ等への基板の載置という基板の交換作業を反応炉室内で行う必要がなくなり、成膜処理が完了した後すぐに次の成膜処理を開始することができ、スループットが飛躍的に向上すると共に反応炉内でのパーティクルの舞い上がりもなく、基板にパーティクルが付着することもない。

本発明の一実施の形態に係る気相成長装置を説明する説明図である。 図１に示した気相成長装置を構成する基板仮置き室の内部構造の説明図である（その１）。 図１に示した気相成長装置を構成する基板仮置き室の内部構造の説明図である（その２）。 本発明の一実施の形態に係る基板入替装置の全体構成を説明する説明図である。 本発明の一実施の形態に係る基板入替装置の構成の一部を説明する説明図である（その１）。 本発明の一実施の形態に係る基板入替装置の構成の一部を説明する説明図である（その２）。 本発明の一実施の形態に係る基板入替装置の動作説明図である（その１）。 本発明の一実施の形態に係る基板入替装置の動作説明図である（その２）。 本発明の一実施の形態に係る基板入替装置の動作説明図である（その３）。 本発明の一実施の形態に係る基板入替装置の動作説明図である（その４）。 本発明の一実施の形態に係る基板入替装置の動作説明図である（その５）。 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る（その１）。 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る（その２）。 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る（その３）。 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る（その４）。 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る（その５）。 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る（その６）。 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る（その７）。 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る（その８）。 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る（その９）。 本発明の一実施の形態に係る基板入替装置の他の態様の説明図である（その１）。 本発明の一実施の形態に係る基板入替装置の他の態様の説明図である（その２）。 本発明の一実施の形態に係る基板入替装置の他の態様の説明図である（その３）。 図２３に示した本発明の一実施の形態に係る基板入替装置の他の態様の説明図であり、トレイ２９を平面視した図である。 本発明の一実施の形態に係る気相成長装置における待機場の他の態様を説明する説明図である。

まず、本発明に係る基板搬送方法を実現する気相成長装置１について説明し、該気相成長装置１の動作説明と共に基板搬送方法を説明する。

本発明の一実施の形態に係る気相成長装置１は、図１に示すように、反応炉３が設置された反応炉室５と、成膜が行われた処理済の基板６Ｂの回収及び未処理の基板６Ａをセットするための基板仮置き室７と、基板仮置き室７に付随して設けられて処理済み基板６Ｂを回収するための基板回収用カセット室９と、基板仮置き室７に付随して設けられて未処理の基板６Ａを搬入するための基板搬入用カセット室１１と、基板仮置き室７と反応炉室５との間に介在して基板６を反応炉室５と基板仮置き室７との間で搬送を行う搬送ロボット７５が設置されている搬送室１３と、搬送室１３に隣接して設けられサセプタ（図示なし）及び／又はサセプタカバー１５等を交換するための交換ボックス１７と、各機器の動作を制御する制御部１８とを備えている。

そして、反応炉室５と搬送室１３との間は開閉可能な第１仕切り扉１９で、また搬送室１３と基板仮置き室７との間は開閉可能な第２仕切り扉２１で、さらに搬送室１３と交換ボックス１７との間は開閉可能な第３仕切り扉２３でそれぞれ仕切られている。
また、基板仮置き室７と基板回収用カセット室９との間は第１ゲートバルブ２５で、基板仮置き室７と基板搬入用カセット室１１との間は第２ゲートバルブ２７で、それぞれ仕切られている。

以下、各室及び各室に設置されている機器類について説明する。
なお、基板６を載置する方法としては、サセプタカバー１５にトレイ２９（図４参照）を設け、トレイ２９に基板６を載置する方法と、サセプタ８７（図２２参照）に基板プレート８９（図２２参照）を設け、該基板プレート８９に基板６を載置する方法があるが、以下の説明では、サセプタカバー１５に設けたトレイ２９に基板６を載置する方法を前提に説明する。
本明細書において、基板６のうち処理済みのものには基板６Ｂ、未処理のものには基板６Ａとし、基板６Ｂと基板６Ａの両方を含む場合には基板６と表記する。

＜反応炉室＞
反応炉室５は反応炉３が設置される室であり、反応炉３ではサセプタを覆うサセプタカバー１５に設置された複数枚のトレイ２９上のそれぞれに基板６を載置し、複数枚の基板６Ａ上に原料ガスを供給して前記基板６Ａ上に薄膜を成長させる反応が行われる。薄膜の種類としては、一般式ＡｌｘＩｎｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（ただしｘ、ｙは０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｘ＋ｙ＜１である。）で表記される窒化物半導体が挙げられる。

＜基板仮置き室＞
基板仮置き室７は、サセプタカバー１５と共に搬送されてきた成膜が行われた処理済の基板６Ｂの回収するため、あるいは未処理の基板６Ａをサセプタカバー１５に載置してサセプタカバー１５と共に仮置きするための室である。

基板仮置き室７は、室内にダウンフローの気流を生じさせるファンフィルターユニット３１（以下、「ＦＦＵ３１」という）と、部屋の側壁部に設けられて気流が通流できる気流通流部３３（図３参照）とを有し、ダウンフローした気流が気流通流部３３を上昇してさらにダウンフローする循環流が形成できるようになっている。
基板仮置き室７内を気密にし、水分、酸素の混入を防止しつつ、基板６上空より下方へダウンフローの流れを作ることで、基板６に落下するパーティクルの量を減らすことができる。
なお、基板仮置き室７は大気暴露されることがなく、真空引きを行って不活性ガスに置換するいわゆる真空置換が不要なので、ダウンフローの気流を常時生じさせることができ、基板６へのパーティクルの付着を確実に防止できる。

上記のように、基板仮置き室７には、搬送室１３に設けられている真空排気の機能が設けられていないが、この理由は以下の通りである。
基板仮置き室７には、基板入替装置３５が設けられており、比較的容積の大きな室となっている。このような容積の大きな室に対して真空引きを行った後、窒素ガスを封入するといういわゆる真空置換を行うと、それだけで相当な時間を必要とし、スループットが低下する。そこで、本発明では、基板仮置き室７を、搬送室１３との間は第２仕切り扉２１で仕切り、基板回収用カセット室９との間は第１ゲートバルブ２５で、基板搬入用カセット室１１との間は第２ゲートバルブ２７でそれぞれ仕切るようにして、基板仮置き室７自体は大気暴露しない密封可能な室とすることで、基板仮置き室７の真空置換を不要としてスループットの低下を防止している。

基板仮置き室７には、サセプタカバー１５を保持して、サセプタカバー１５に載置された処理済みの基板６Ｂを基板回収用カセット室９に搬送し、また基板搬入用カセット室１１から未処理の基板６Ａを取り出してサセプタカバー１５に載置する基板入替装置３５（図４参照）が設置されている。

基板入替装置３５は、図４に示すように、サセプタカバー１５を載置する載置部３７を有する基板載置機構３６と、載置部３７に載置されたサセプタカバー１５に設置されているトレイ２９を昇降させる昇降装置３９と、昇降装置３９によって上昇したトレイ２９に載置されている基板６を保持して基板回収用カセット室９に搬送し、基板搬入用カセット室１１から基板６を搬出して昇降装置３９に載置する搬送アーム４１を備えている。
各構成を詳細に説明する。

《基板載置機構》
基板載置機構３６は、載置部３７に載置されたサセプタカバー１５の位置を後述する昇降アーム５１の位置と合わせる第１位置合わせ機構４２を有している。
第１位置合わせ機構４２は、載置部３７に載置されたサセプタカバー１５の中心位置出しをする第１中心位置出し機構４３と回転方向の位置を調整する第１回転位置調整機構４５から構成されている。
第１中心位置出し機構４３は、図４に示すように、載置されているサセプタカバー１５の外周部を、複数の方向（少なくとも３方向）から径内方向に押すことで、サセプタカバー１５を中心位置に位置出しする。
また、第１回転位置調整機構４５は、回転支持台４６と第１センサ４７で構成されており、載置部３７に載置されているサセプタカバー１５を回転させながら第１センサ４７によってサセプタカバー１５に形成された第１凹部４９（図５参照）を検出し、第１凹部４９が検出されると、載置部３７が所定位置で回転を停止することで回転方向の位置調整ができる。

《昇降装置》
昇降装置３９は、サセプタカバー１５に設置されているトレイ２９を上方に持ち上げる昇降アーム５１と、トレイ２９に載置されている基板６を突き上げて支持する突き上げ支持機構５３を有している。
昇降アーム５１は、載置部３７に載置されているサセプタカバー１５の下方から上方に延出して、サセプタカバー１５に設置されているトレイ２９を上方に持ち上げる。
突き上げ支持機構５３は、昇降アーム５１の先端部に設けられ、昇降アーム５１に支持されているトレイ２９上の基板６を突き上げる機能を有している。
突き上げ支持機構５３は、トレイ２９に設けられた貫通孔６５（図６参照）を貫通して基板６を突き上げる突き上げ棒５５と、トレイ２９に設けられた貫通孔６５の位置と突き上げ棒５５の位置を位置合わせする第２位置合わせ機構５７を有している。

第２位置合わせ機構５７は、昇降アーム５１に支持されているトレイ２９の中心位置出しをする第２中心位置出し機構５８と回転方向の位置を調整する第２回転位置調整機構５９から構成されている。
第２中心位置出し機構５８は、図６に示すように、昇降アーム５１に支持されているトレイ２９の外周部を、複数の方向（少なくとも３方向）から径内方向に押すことで、トレイ２９の中心位置に位置出しする。
また、第２回転位置調整機構５９は、昇降アーム５１に支持されているトレイ２９を回転させる回転支持部６０と第２センサ６１を有し、トレイ２９を回転支持部６０で支持して回転させながら第２センサ６１によってトレイ２９に形成された第２凹部６３（図６参照）を検出し、第２凹部６３が検出されると、回転支持部６０が所定位置で回転を停止することで回転方向の位置調整ができる。

《搬送アーム》
搬送アーム４１は、トレイ２９から上方に突き上げられている基板６を保持して基板回収用カセット室９に搬送し、また基板搬入用カセット室１１から基板６を搬出して突き上げ棒５５上に載置する機能を有している。

上記のように構成された基板入替装置３５の動作を、処理済みの基板６Ｂを回収する場合と、未処理の基板６Ａを載置する場合について説明する。
《処理済みの基板を回収する場合》
トレイ２９に処理済みの基板６Ｂが載置されたサセプタカバー１５が基板仮置き室７に搬入されると、載置部３７に載置され、サセプタカバー１５の中心位置出しと回転位置調整が行われる。これによって、昇降装置３９の昇降アーム５１を上昇させることでトレイ２９を持ち上げることができるようになる。

昇降アーム５１を上昇させ、基板６Ｂが載置されたトレイ２９を持ち上げた状態で、トレイ２９の中心位置出しと、回転方向の位置出しをして、突き上げ棒５５がトレイ２９の貫通孔６５に挿入可能な状態にする。
この状態で、突き上げ棒５５を突き上げると、基板６Ｂがトレイ２９から突き上げられる。トレイ２９の上方に突き上げられた基板６Ｂを、搬送アーム４１によって保持して基板回収用カセット室９に搬送する。
次に、同様の動作によって、他のトレイ２９に載置されている基板６Ｂを回収し、全ての基板６Ｂを回収することで回収動作が終了する。

《未処理の基板を載置する場合》
交換ボックス１７で洗浄済みのものに交換されたサセプタカバー１５が基板仮置き室７に搬入されると、載置部３７に載置され、サセプタカバー１５の中心位置出しと回転位置調整が行われる。これによって、昇降装置３９の昇降アーム５１でトレイ２９を持ち上げることが可能となる。
昇降アーム５１を上昇させ、トレイ２９を持ち上げ、この状態で、トレイ２９の中心位置出しと、回転方向の位置調整をして、突き上げ棒５５がトレイ２９の貫通孔６５に挿入可能にする。
この状態で、突き上げ棒５５を突き上げると、トレイ２９の貫通孔６５を貫通して突き上げ棒５５の先端がトレイ２９から突き出た状態となる。この状態で、基板搬入用カセット室１１から搬送アーム４１によって、基板６Ａを保持して突き上げ棒５５の上に未処理の基板６Ａを載置する。その後、突き上げ棒５５を下げて基板６Ａをトレイ２９上に載置し、さらに昇降アーム５１を下げてトレイ２９をサセプタカバー１５上に載置する。
次に、同様の動作によって、他のトレイ２９にも未処理の基板６Ａを載置し、全てのトレイ２９に未処理の基板６Ａが載置されると載置動作が終了する。

＜基板回収用カセット室及び基板搬入用カセット室＞
基板回収用カセット室９は、基板仮置き室７に隣接して設けられ、基板仮置き室７に仮置きされた基板６Ｂを回収するための室である。
基板搬入用カセット室１１は、基板仮置き室７に隣接して設けられ、未処理の基板６Ａを搬入するための室である。
前述したように、基板回収用カセット室９と基板仮置き室７の間には第１ゲートバルブ２５が設けられ、基板搬入用カセット室１１と基板仮置き室７の間には第２ゲートバルブ２７が設けられている。

基板回収用カセット室９及び基板搬入用カセット室１１には、室内のガスを吸気して排気するための第１排気管６７が設けられ、第１排気管６７には第１真空ポンプ６９が接続されると共に、バルブV1、V2が設けられている。

基板回収用カセット室９には、第１ガス導入管７１が設けられ、N2ガス又はＣＤＡ（クリーンドライエア）を選択的に供給することが可能になっている。
また、基板搬入用カセット室１１には、第２ガス導入管７３が設けられ、N2ガス又はＣＤＡ（クリーンドライエア）を選択的に供給することが可能になっている。

＜搬送室＞
搬送室１３は、反応炉室５と基板仮置き室７との間、反応炉室５と交換ボックス１７の間及び基板仮置き室７と交換ボックス１７の間に介在してサセプタカバー１５に載置された基板６及び／又はサセプタカバー１５を、それぞれの室間で搬送する搬送ロボット７５が設置されている室である。
搬送室１３には、窒素ガスを供給するための窒素ガス供給管７７が接続されている。また、室内のガスを吸気して排気するための第２排気管７９が接続され、第２排気管７９には第２真空ポンプ８１が接続されている。
窒素ガス供給管７７にはバルブV3が、第２排気管７９にはバルブV4がそれぞれ設けられている。

搬送ロボット７５は、サセプタカバー１５を、反応炉室５と基板仮置き室７との間で搬送室１３を経由して搬送し、また基板仮置き室７と交換ボックス１７との間で搬送室１３を経由して搬送する機能を有している。
具体的には、反応炉３内で気相成長処理が行われている間に、未処理の基板６Ａが載置されたサセプタカバー１５を待機場９３（図１３、図２３参照）に搬出する機能と、気相成長処理が終了したときに処理済みの基板６Ｂを載置したサセプタカバー１５を炉外に取り出して基板仮置き室７に搬送する機能と、反応炉３内に待機場９３に待機させておいた未処理の基板６Ａを載置したサセプタカバー１５を反応炉３内に搬入する機能とを有している。

＜交換ボックス＞
交換ボックス１７は、サセプタ８７及び／又はサセプタカバー１５を交換するための室である。
交換ボックス１７には、室外と連通させて室内の気圧を大気圧と同じにするため外気連通管８３が設けられている。

＜制御部＞
制御部１８は、操作者からの動作支持の入力に基づいて、第１仕切り扉１９〜第３仕切り扉２３、第１ゲートバルブ２５、第２ゲートバルブ２７、搬送ロボット７５及び基板入替装置３５の動作制御を行う機能を有している。なお、図面において、制御部１８から各機器への制御線は図面が煩雑になるので図示を省略している。

次に、以上のように構成された気相成長装置１を用いた基板搬送方法を、図１、図１２〜図２０に基づいて説明する。
なお、以下に示す動作は、制御部１８が上記の機能に基づいて各機器の動作制御を行うことで実現される。

図１は、基板６を載置したサセプタカバー１５を反応炉３内に配置して成膜処理を行うと共に既に交換された洗浄済のサセプタカバー１５が交換ボックス１７に設置している状態を示している。サセプタカバー１５は、基板６を乗せるためのトレイ２９（図７参照）を有しており、基板６はトレイ２９に載置される。
図１に示す状態では、交換ボックス１７は大気雰囲気となっており、第３仕切り扉２３は閉じられ、交換ボックス１７自体は閉じた空間となっている。
基板仮置き室７はＦＦＵによる気流循環でダウンフローが常に行われている。基板搬入用カセット室１１には基板６Ａが設置され、適宜N2による真空置換が行われている。

図１の状態から、成膜処理を行っている間に、搬送ロボット７５によって交換ボックス１７内のサセプタカバー１５を基板仮置き室７に搬送し、基板仮置き室７において、基板入替装置３５によってサセプタカバー１５のトレイ２９上に未処理の基板６Ａを載置する（図１２参照）。
次に、図１３に示すように、未処理の基板６Ａを載置したサセプタカバー１５を搬送ロボット７５によって搬送室１３に搬送して待機する。本実施の形態では、図１３に示す搬送室１３の搬送ロボット７５の上が本発明の待機場９３となる。

成膜処理が終了すると、図１４に示すように、成膜処理が終了した基板６Ｂを載置したサセプタカバー１５を搬送室１３に搬出すると共に未処理の基板６Ａを載置したサセプタカバー１５を反応炉３に搬入する。
図１４に示した２枚のサセプタカバー１５の入れ替え方法については、例えば反応炉室５内にサセプタカバー１５を仮置きできる場所を設けておき、搬送ロボット７５によって未処理の基板６Ａを載置したサセプタカバー１５を反応炉室５内に仮置きして、その状態で処理済みの基板６Ｂを載置したサセプタカバー１５を搬送ロボット７５で搬出し、その後、仮置きしているサセプタカバー１５を反応炉３の所定の場所に設置するようにすればよい。

上記のように、成膜処理が終了すると、次に処理すべき未処理の基板６Ａを載置しているサセプタカバー１５をすぐに反応炉３内に搬入して、次の処理を開始できる。このように、成膜処理の後、温度が下がるのを待つ必要がなく、反応炉３を開放した状態で、基板６を一枚ずつ入れ替えする必要もないので、スループットが飛躍的に向上する。また、サセプタカバー１５の搬出入のみであるため、パーティクルが舞い上がることもなく、基板がパーティクルによって汚染されるのを抑制することもできる。

次に、図１５に示すように、反応炉３では次の成膜処理を開始すると共に、処理済みの基板６Ｂを載置したサセプタカバー１５を基板仮置き室７に搬送する。さらに、図１６に示すように、成膜処理を行っている間に、基板仮置き室７において、処理済みの基板６Ｂを基板回収ボックスに回収する。次に、基板６Ｂを回収したサセプタカバー１５を搬送ロボット７５で搬送室１３を経由して（図１７参照）、交換ボックス１７まで搬送する（図１８参照）。
交換ボックス１７では、洗浄済みのサセプタカバー１５に交換する（図１９参照）。この状態が、図１に示す状態と同じ状態となり、引き続き、図１２以降の処理を繰り返す。

上記の説明のように、成膜処理が終了すると、次に処理すべき未処理の基板６Ａをすぐに反応炉３内に搬入して、次の処理を開始できるので、成膜処理の後、温度が下がるのを待つ必要がなく、反応炉３を開放した状態で、基板６を一枚ずつ入れ替えする必要もないので、スループットが飛躍的に向上する。
また、処理済みの基板６Ｂを載置したサセプタカバー１５を、搬送室１３を介して基板仮置き室７に搬送し、さらに基板回収用カセット室９に処理済みの基板６Ｂを回収して、基板６Ｂの回収が完了したサセプタカバー１５を交換ボックス１７に戻すという一連の工程の中で、基板仮置き室７が大気暴露されることはなく、それ故に基板仮置き室７を真空置換する必要がないので、スループットが向上する。
また、上記の一連の工程において、サセプタカバー１５や基板６Ｂは窒素雰囲気の中にあり、表面の酸化が防止されており、この環境の実現とスループットの向上の両立が図られている。

上記の実施の形態では、基板入替装置３５において、基板６を突き上げ棒５５で突き上げて搬送する場合について説明した。このため、基板６の入替の際にトレイ２９に設けた貫通孔６５に突き上げ棒５５を挿通させる必要があり、そのためトレイ２９の中心位置と回転方向の位置を突き上げ棒５５が挿通可能な位置に位置合わせをする必要があった。
そこで、図２１に示すように、トレイ２９における基板６を載置する部位に円形の溝部８４ａを設けることにより、基板６が当接する基板載置部８４の面積を基板６よりも小さく設定し、基板６を載置したときに基板６の外周部がその全周に亘って基板載置部８４から突出するようにし、搬送アーム４１が基板６における基板載置部８４から突出した部位を把持する把持部８５を有するように構成してもよい。
これによって、貫通孔６５と突き上げ棒５５の位置合わせをする必要がなくなる。

搬送アーム４１に把持部８５を設ける態様は、図２２に示すように、ギア機構９１を有するサセプタ８７に基板プレート８９を設置して、基板プレート８９に基板６を載置する場合にも適用できる。この場合、上記のトレイ２９に基板６が載置される場合と同様に、基板プレート８９における基板６を載置する基板載置部８８の面積を基板６よりも小さく設定し、基板６を載置したときに基板６の外周部が基板載置部８８から突出するように構成し、基板６における基板載置部８８から突出した部位を把持部８５で把持するようにすればよい。

もっとも、図２１に示した態様の場合、基板６の周縁部がその全周に亘ってトレイ２９又は基板プレート８９と当接しなくなるため、基板６を加熱する際にその周縁部の温度が低くなることが考えられる。そこで、このような状態を避けるためには、図２３、図２４に示すように、基板載置部８４における基板６の周縁部が載置される一部にのみ把持部８５の先端が挿入可能な凹部９０を設け、基板６の周縁部の一部が基板載置部８４から突出するようにし、この凹部９０に把持部８５の先端を挿入して基板６を把持するようにしてもよい。
なお、図２３、図２４はトレイ２９についての図面であるが、基板プレート８９についても同様の構成を採用することができる。

また、突き上げ棒５５によって基板６を突き上げる態様に関し、上記の説明では、サセプタカバー１５に設けたトレイ２９に基板６を載置する方法を前提に説明したが、本発明は、サセプタ８７に設けた基板プレート８９に基板６を載置する方法の場合も含んでおり、実施の形態の上記の説明におけるサセプタカバー１５がサセプタ８７にトレイ２９が基板プレート８９にそれぞれ代わるだけである。

また、上記の説明では、反応炉室５の態様として、反応炉室５とは別に反応炉３が設置される室を例に挙げて説明したが、本発明の反応炉室５は、サセプタカバー１５又はサセプタに保持された基板６上に原料ガスを供給して基板６上に薄膜を成長させる機能を有しておればよく、反応炉室５自体が反応炉３そのものとなっているような態様も含む。
この場合の反応炉室５は、反応炉３本体の壁が反応炉室５の壁となり、内部にファンフィルターユニット３１などを設置する空間などはなく、直接サセプタ８７及び／又はサセプタカバー１５を設置するヒーター部分が設けられ、また気相成長に用いられるガスの導入、排気は反応炉室５に対して直接行われる構造である。

そのため、この構造の場合には、仕切り弁の開閉のみで、サセプタカバー１５及び／又はサセプタ８７を反応炉室５内に搬入し、または搬出するため、上記の実施の形態で説明したように、仕切り弁の開閉に加えて反応炉３の蓋の開閉をすることなく、気相成長が可能であり、この点でも、パーティクルの低減並びにスループットのさらなる向上を図ることができる。

さらにこの構造では、上記の実施の形態に比べ、より容積が小さく、気密性の高い機密構造を容易に実現できるので、いわゆる真空置換によるパーティクルの低減効果が期待できる。

もっとも、反応炉室５自体が反応炉３そのものとなっている場合には、上記の実施の形態で説明したように、反応炉室５内に未処理の基板６Ａを載置したサセプタカバー１５を仮置きすることができない。そのため、待機場９３で待機している未処理の基板６Ａを載置したサセプタカバー１５を直接反応炉内に搬送しなければならず、サセプタカバー１５を反応炉室５に仮置きすることができない。
そのため、この場合には、成膜処理がされた基板６Ｂを載置しているサセプタカバー１５を反応炉室５から搬出して基板仮置き室７に搬入して基板入替装置３５に載置した後で、未処理の基板を載置したサセプタカバー１５を反応炉室５に搬入することになる。このため、上記の実施の形態のように、搬送室１３の搬送ロボット７５を待機場９３とすることができないので、例えば、図２５に示すように、搬送室１３内に搬送ロボット７５上ではなくサセプタカバー１５を仮置きできるスペースを設けて、該スペースを待機場９３とすればよい。
このように、待機場９３は、搬送室１３の搬送ロボット７５の上であってもよいし、搬送室１３の搬送ロボット７５とは別の場所であってもよく、あるいは基板仮置き室７における基板入替装置３５とは別の場所であってもよい。

１ 気相成長装置
３ 反応炉
５ 反応炉室
６ 基板
６A 未処理の基板
６B 処理済みの基板
７ 基板仮置き室
９ 基板回収用カセット室
１１ 基板搬入用カセット室
１３ 搬送室
１５ サセプタカバー
１７ 交換ボックス
１８ 制御部
１９ 第１仕切り扉
２１ 第２仕切り扉
２３ 第３仕切り扉
２５ 第１ゲートバルブ
２７ 第２ゲートバルブ
２９ トレイ
３１ ファンフィルターユニット
３３ 気流通流部
３５ 基板入替装置
３６ 載置機構
３７ 載置部
３９ 昇降装置
４１ 搬送アーム
４２ 第１位置合わせ機構
４３ 第１中心位置出し機構
４５ 第１回転位置調整機構
４６ 回転支持台
４７ 第１センサ
４９ 第１凹部
５１ 昇降アーム
５３ 突き上げ支持機構
５５ 突き上げ棒
５７ 第２位置合わせ機構
５８ 第２中心位置出し機構
５９ 第２回転位置調整機構
６０ 回転支持部
６１ 第２センサ
６３ 第２凹部
６５ 貫通孔
６７ 第１排気管
６９ 第１真空ポンプ
７１ 第１ガス導入管
７３ 第２ガス導入管
７５ 搬送ロボット
７７ 窒素ガス供給管
７９ 第２排気管
８１ 第２真空ポンプ
８３ 外気連通管
８４ 基板載置部（トレイ）
８５ 把持部
８７ サセプタカバー
８８ 基板載置部（基板プレート）
８９ 基板プレート
９０ 凹部
９１ ギア機構
９３ 待機場
V1〜V7 バルブ

Claims (8)

1. サセプタに設置された複数枚の基板プレート上又は、サセプタを覆うサセプタカバーに設置された複数枚のトレイ上のそれぞれに基板を載置し、複数枚の基板上に、気相成長法により薄膜を成膜する機能を備えた反応炉室と、
   成膜が行われた処理済の基板又は未処理の基板を前記サセプタ又は前記サセプタカバーと共に仮置きする基板仮置き室と、
   該基板仮置き室に付随して設けられて処理済の基板を回収するための基板回収用カセット室と、
   前記基板仮置き室に付随して設けられて未処理の基板を搬入するための基板搬入用カセット室と、
   該前記基板仮置き室と前記反応炉室との間に介在して前記反応炉室と前記基板仮置き室との間で前記基板の搬送を行う搬送ロボットが設置されている搬送室と、
   前記基板仮置き室に仮置きされている処理済みの基板を前記基板回収用カセット室に搬送し、前記基板搬入用カセット室から未処理の基板を前記基板仮置き室に搬出して前記サセプタ又は前記サセプタカバーに載置する基板入替装置とを有し、
   前記搬送ロボットは、
   前記反応炉内で気相成長処理が行われている間に、前記未処理の基板が載置された前記サセプタ又は前記サセプタカバーを待機場に搬送する機能と、
   気相成長処理が終了したときに処理済みの基板を載置した前記サセプタ又は前記サセプタカバーを炉外に取り出して前記基板仮置き室に搬送する機能と、
   前記待機場に待機させておいた未処理の基板を載置した前記サセプタ又は前記サセプタカバーを前記反応炉内に搬入する機能とを有し、
   前記基板入替装置は、前記サセプタ又は前記サセプタカバーを載置する載置機構と、該載置機構に載置された前記サセプタに設置されている前記基板プレート又は前記サセプタカバーに設置されている前記トレイを昇降させる昇降装置と、該昇降装置によって上昇した前記基板プレート又は前記トレイに載置されている基板を保持して前記基板回収用カセット室に搬送し、前記基板搬入用カセット室から基板を搬出して前記昇降装置に載置する搬送アームを備えていることを特徴とする気相成長装置。
2. 前記昇降装置は前記基板プレート又は前記トレイを下方から押し上げて上昇させる昇降アームを有し、前記載置機構は載置されたサセプタ又はサセプタカバーの位置を前記昇降アームの位置と合わせる第１位置合わせ機構を有することを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
3. 前記第１位置合わせ機構は、前記載置機構に載置されているサセプタ又はサセプタカバーの中心位置出しをする第１中心位置出し機構と、前記サセプタ又は前記サセプタカバーを回転させて回転方向の位置を調整する第１回転位置調整機構を備えて構成されていることを特徴とする請求項２記載の気相成長装置。
4. 前記昇降装置は、前記基板プレート又は前記トレイに載置されている基板を突き上げて支持する突き上げ支持機構を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の気相成長装置。
5. 前記突き上げ支持機構は、前記基板プレート又は前記トレイの下方から上方に上昇する突き上げ棒を有し、前記基板プレート又は前記トレイに設けられた貫通孔に前記突き上げ棒を貫通させて前記基板を突き上げることを特徴とする請求項４記載の気相成長装置。
6. 前記突き上げ支持機構は、前記貫通孔と前記突き上げ棒の位置を合わせる第２位置合わせ機構を有していることを特徴とする請求項５記載の気相成長装置。
7. 前記第２位置合わせ機構は、前記基板プレート又は前記トレイの中心位置出しをする第２中心位置出し機構と、前記基板プレート又は前記トレイを回転させて回転方向の位置を調整する第２回転位置調整機構を備えて構成されていることを特徴とする請求項６記載の気相成長装置。
8. 前記基板プレート又は前記トレイは、前記基板を載置する基板載置部の面積が前記基板よりも小さく設定され、前記基板を載置したときに前記基板の外周部の少なくとも一部が前記基板載置部から突出するように構成され、前記搬送アームは前記基板における前記基板載置部から突出した部位を把持する把持部を有し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。