JP7053773B2 - チャンバ分離型エピ成長装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ウエハ上にエピ層を成長させるために使用されるエピ成長装置に関する。
一般に、非常に薄い半導体薄膜であるエピ層を成長させる装置としては、代表的に、分子線エピタキシー（Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）装置、有機金属化学気相蒸着（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）装置、イオンビーム蒸着（Ion-beamassisted deposition：ＩＢＡＤ）装置、パルスレーザー蒸着（Pulsed Laser Deposition：ＰＬＤ）装置などがある。
これらが混合された形態のエピ成長装置の１つとしては、酸化物蒸発源及び電子ビーム蒸発装置、レーザを用いた酸化物蒸発装置及び蒸発源、酸素及びヒ素供給装置などが１つのチャンバ内に備えられた装置であって、酸化物蒸発源と酸素供給装置及びヒ素イオン供給装置が物理的に分離されずに、小面積工程に適合する装置として最大２インチ基板２枚の工程が可能な装置がある。
このような装置を利用して高品質のエピ層を成長させるためには、エピ層が成長する真空チャンバの圧力を１０－８～１０－１１ｔｏｒｒレベルの超高真空環境として維持することが非常に重要である。しかしながら、蒸発源を全て消耗して取り替えが必要な場合、超高真空状態の真空チャンバの環境を常圧に変換してから蒸発源を取り替え、再び超高真空状態に変化させなければならない。ここで、１ｍ以上の大面積工程が可能な、例えば、４インチ基板４０枚を装着できるエピ層成長装置の真空チャンバ体積は最大３６００ｍ３であって常圧から再び１０－８～１０－１１ｔｏｒｒレベルの超高真空環境にするためには３０時間以上の時間がかかる。
また、真空環境の変化が頻繁に発生する場合、真空チャンバに装着される部品の老朽化が早く進み、真空チャンバ自体も疲労累積によるリーク現象が発生して寿命が短くなる問題及びこれにより反応チャンバの真空状態を１０－８～１０－１１ｔｏｒｒレベルの超高真空状態で維持しにくい問題が存在する。
さらに、エピ層成長のために酸素を使用する場合、酸素による酸化が発生して蒸発源に良くない影響を及ぼすことになる。生産性を確保するための１ｍ以上の大面積基板上にエピ層を成長させる工程を行うエピ成長装置においては酸素の使用量が多いため、酸素量の増加による蒸発源及び装着された部品の酸化問題がより深刻になる。
本発明の一目的は、大面積又は大量の基板を扱いながらも、蒸発源取り替え時に真空調節に要する時間を画期的に短縮できる、チャンバ分離型エピ成長装置を提供することにある。
本発明の他の一目的は、大面積又は大量の基板においてエピ層成長のために多量の酸素を供給するにもかかわらず、その酸素により主要部品が酸化することを防止できる、チャンバ分離型エピ成長装置を提供することにある。
前述した課題を実現するための本発明の一側面によるチャンバ分離型エピ成長装置は、成長空間を備える反応チャンバと、前記成長空間に配置され、基板が装着されるように形成される基板装着ユニットと、前記成長空間と独立した空間で金属酸化物を処理して、前記金属酸化物から発生した金属イオンと酸素イオンが前記基板に供給されるようにする金属酸化物処理ユニットと、前記基板に向くように設置されて、前記基板にヒ素イオンを供給するヒ素供給ユニットと、前記基板に向くように設置されて、基体状態の酸素分子を解離して前記基板に酸素ラジカルを供給する酸素供給ユニットと、前記反応チャンバ及び前記金属酸化物処理ユニットに対する真空状態を独立的に調節する真空調節ユニットとを含む。
ここで、前記金属酸化物処理ユニットは、前記成長空間と独立した蒸発空間を備える金属酸化物処理チャンバと、前記成長空間に向くように前記蒸発空間に配置され、前記金属酸化物である酸化亜鉛板が設置される装着台と、前記酸化亜鉛板に向かって電子ビームを照射して、前記酸化亜鉛板から亜鉛イオンと酸素イオンが蒸発するようにする電子ビーム照射器と、前記蒸発空間を前記成長空間に連通させて、蒸発された前記亜鉛イオンと前記酸素イオンが前記成長空間内に位置する前記基板に向かって移動するようにするゲートバルブとを含む。
ここで、前記真空調節ユニットは、前記成長空間に対して作用する第１ポンプと、前記蒸発空間に対して作用する第２ポンプとを含み、前記第２ポンプは、前記ゲートバルブの閉状態で前記蒸発空間の真空状態を前記成長空間と独立的に調節するように作動する。
ここで、前記ゲートバルブは、前記基板のサイズに比例するサイズに選択される。
ここで、前記金属酸化物処理チャンバは、前記蒸発源の取り替えのために前記装着台に対する接近を許容する取り替えドアをさらに含む。
ここで、前記基板装着ユニット及び前記電子ビーム照射器は、前記反応チャンバの上部に該当するレベルに位置し、前記装着台は、前記反応チャンバの下方に該当するレベルに位置してもよい。
ここで、前記金属酸化物処理ユニットは、前記蒸発空間に設置されて、前記酸化亜鉛板の蒸発状態を撮影するカメラをさらに含む。
ここで、前記ヒ素供給ユニットは、ヒ素をイオン化するために５００℃ないし１１００℃の範囲で作動して、前記ヒ素イオンとしてＡｓ２ ＋を供給する。
ここで、前記基板装着ユニットを基準に、前記酸素供給ユニットと前記ヒ素供給ユニットとは互いに反対側に位置する。
前記のように構成される本発明に係るチャンバ分離型エピ成長装置によれば、エピ層が成長する反応チャンバと金属酸化物から金属イオン及び酸素イオンが蒸発するようにする金属酸化物処理ユニットは互いに独立的な空間に区別され、後者の真空状態が前者と独立的に調節されることにより、大面積又は大量の基板に対するエピ層成長が行われながらも蒸発源の取り替えの時に金属酸化物処理ユニット側に対してのみ独立的に真空状態の調節が可能であるため、全体的に真空状態が調節される場合に比べてその所要時間が画期的に短縮できる。また、真空状態の変化が頻繁に発生することによる部品の老朽化及び疲労累積によるリーク現象を減らすことができる。
また、金属酸化物処理ユニットが反応チャンバと構造的に分離されることにより、反応チャンバ内に供給される酸素により金属酸化物処理ユニット側の部品が酸化することを効果的に遮断することができる。
本発明の一実施例によるチャンバ分離型エピ成長装置１００に対する概念図の一例である。 図１のチャンバ分離型エピ成長装置１００に対する一方向からの断面図である。 図１のチャンバ分離型エピ成長装置１００に対する他の方向からの断面図である。 図１の金属酸化物処理ユニット１５０に対する透視斜視図である。
以下、本発明の好ましい実施例によるチャンバ分離型エピ成長装置について、添付した図面を参照して詳細に説明する。本明細書では、相異なる実施例でも同一・類似の構成に対しては同一・類似の参照番号を付与し、その説明は最初の説明に代える。
図１は、本発明の一実施例によるチャンバ分離型エピ成長装置１００に対する概念図の一例であり、図２は、図１のチャンバ分離型エピ成長装置１００に対する一方向からの断面図であり、図３は、図１のチャンバ分離型エピ成長装置１００に対する他の方向からの断面図である。
本図面を参照すると、チャンバ分離型エピ成長装置１００は、反応チャンバ１１０、基板装着ユニット１３０、金属酸化物処理ユニット１５０、酸素供給ユニット１７０、ヒ素供給ユニット１８０、駆動ユニット１９０、ヒータユニット２１０、及び真空調節ユニット２３０を選択的に含んで構成できる。
反応チャンバ１１０は成長空間１１１を備え、その成長空間１１１においては高純度酸化亜鉛薄膜成長工程が行われる。成長空間１１１は、多量又は大面積のウエハを収容するために、最小３６００Ｌの体積を有する。圧力の観点から、成長空間１１１は、基本的に１０－８～１０－９ｔｏｒｒ、成長進行時は１０－５～１０－６ｔｏｒｒレベルの真空状態となる。このために、成長空間１１１には真空調節ユニット２３０の第１ポンプ２３１が連通する。第１ポンプ２３１は一対であって、成長空間１１１の両側にそれぞれ設置されてもよい。
このような反応チャンバ１１０はロードロックチャンバ（Loadlock chamber）（図示せず）に連結される。ロードロックチャンバは２つの空間に分割して１０－３ｔｏｒｒレベルの真空度を維持する基板保管領域と、１０－８～１０－９ｔｏｒｒレベルの真空度を維持する基板移送領域とに分離される。そのロードロックチャンバは、基板Ｗが装着された基板装着ユニット１３０の移送のための自動搬送装置、金属酸化物のガス放出（outgassing）時間短縮のための予熱ユニット、最小５つの基板ホルダを保管できるスロットなどを備える。ロードロックチャンバの真空度は、工程の進行中に反応チャンバ１１０の真空レベルである１０－８～１０－９ｔｏｒｒレベルを維持できる。ロードロックチャンバと反応チャンバ１１０との間の基板Ｗの移送はロボットにより行われる。
基板装着ユニット１３０は成長空間１１１に配置され、基板Ｗが装着される構成である。基板装着ユニット１３０は、１ｍ以上の大面積基板、又は多量（例えば、４０枚以上）の４インチサファイア基板を装着できるサイズを有する。基板装着ユニット１３０は、ロードロックチャンバから搬送されて反応チャンバ１１０に設置されたクレードル（cradle）に取り付けられる。このために、クレードルと基板装着ユニット１３０の連結部位に電磁石を４ヶ所に設置してそれらを取り付けた後、エピ層成長時には上部に位置するヒータユニット２１０に近接して基板Ｗの温度が５５０～８００℃を維持する位置まで上に移動できる。基板装着ユニット１３０がロードロックチャンバに搬送されるためには、エピ層成長工程完了後にクレードルを８０ｍｍ程度下げてから電磁石の磁場を解除して搬送システムに基板装着ユニット１３０が安着できるように製作し、これを搬送してロードロックチャンバに備えられたスロットに保管できる。基板装着ユニット１３０の位置制御のために基板装着ユニット１３０がクレードルに取り付けられる位置及びエピ層成長工程のために上部に移動すべき位置に位置センサを設置して基板装着ユニット１３０の正確な位置を制御することができる。
金属酸化物処理ユニット１５０は蒸発源である金属酸化物を処理して、その金属酸化物から発生した金属イオンと酸素イオンが基板Ｗに供給されるようにする構成である。金属酸化物処理ユニット１５０は、反応チャンバ１１０と構造的に分離されて反応チャンバ１１０の外側に設置される。それにより、前記金属酸化物に対する処理は成長空間１１１と独立した空間で行われ、その結果、生成された金属イオンと酸素イオンは成長空間１１１に供給されて基板Ｗに蒸着される。
酸素供給ユニット１７０は、気体状態の酸素分子を解離して基板Ｗに酸素ラジカル（Ｏ）を供給する構成である。これは、基板Ｗに向くように反応チャンバ１１０に設置される。
酸化亜鉛単結晶の成長時、理論的にはＺｎ：Ｏの比率が１：１にならなければならないが、酸化亜鉛薄膜の特性上、実際に成分分析をするとＯの比率がＺｎに比べて低い現象が自然に発生する。従って、Ｚｎ：Ｏの比率を１：１に合わせるために、酸素供給ユニット１７０を介して基板Ｗに酸素ラジカルを供給する。供給される酸素は、Ｏ２ではなく熱又はプラズマにより解離された状態の酸素ラジカルが供給されるべきである。
酸素供給ユニット１７０としては、好ましくはＲＦプラズマ解離装置が使用されてもよく、これは反応チャンバ１１０の下部に装着される構造である。ＲＦプラズマ解離装置は、酸素ラジカル供給初期にスピッティング（spitting）現象又はクロッギング（clogging）現象を防止するために、その端部にシャッターを備えてもよい。また、それは、酸素ラジカルを成長空間１１１内に噴射するためにノズルを備え、Ｏ２の解離のためにＲＦプラズマソース及び電源供給装置、インピーダンスマッチングシステムなどを備える装置である。プラズマシステムとしてはダイレクトプラズマ又はリモートプラズマを選択しても構わないが、本実施例ではプラズマによる影響を最小にするためにリモートプラズマ方式を採択した。
効率的にＯ２を解離するために、ＲＦプラズマパワーは３００～７５０Ｗの範囲で使用可能であり、４インチの基板４０枚を一度に処理する工程の場合、好ましくは１００Ｗが適当である。酸素ラジカルの供給のための酸素供給ユニット１７０の吐出口と基板Ｗとの間の距離は８００～１４００ｍｍであり，好ましくは８００ｍｍである。
さらに，酸素供給ユニット１７０から供給される酸素ラジカルによる周辺部品の酸化を防止するために，金属酸化物処理ユニット１５０は反応チャンバ１１０の成長空間１１１と分離するように反応チャンバ１１０の外側に設置され，その内部空間｛蒸発空間１５２（図４）｝において蒸発が行われるように構成される。それにより、金属酸化物の蒸発のための空間と酸素ラジカルが供給される空間｛成長空間１１１｝が互いに重ならない空間的分離が行われ、蒸発のための構成に酸素が供給されることを最小にすることができる。
ヒ素供給ユニット１８０は基板Ｗにヒ素イオンを供給するための構成である。それは反応チャンバ１１０の底面に設置されて基板Ｗに向くように配置される。
ヒ素供給ユニット１８０としては、例えば、クヌーセンセル（Knudsen cell（K-cell））が使用できる。それは、常温で固体であるヒ素を５００～１１００℃の温度範囲、好ましくは、６００℃～１１００℃で分解して、Ａｓ２ ＋状態のイオンとして基板Ｗに供給する。ヒ素イオン中にＡｓ４ ＋を基板Ｗに供給する場合は、Ｚｎ－Ｏ－Ａｓ間の化学結合が合わないため、高品質のｐ－型酸化亜鉛膜は作られない。従って、前記温度範囲でＡｓ２ ＋を作り出すことが重要である。ヒ素供給ユニット１８０は、ヒ素イオンの量（究極的にはＡｓ２ ＋ドーピング濃度）を１０１７～１０２１個／ｃｍ３の範囲でエピ薄膜の特性に合うように調節できる調節バルブをさらに有してもよい。
ヒ素を分解して基板に供給する初期にＡｓ２ ＋受容体のスピッティング（spitting）現象による不純物濃度の増加を制御するために、ヒ素供給ユニット１８０は独自のシャッターを備え、ヒ素分解のために熱を加えるヒータユニットを備えてもよい。また、ヒ素供給ユニット１８０はヒ素を保存できる保存器を備えてもよい。
ヒ素供給ユニット１８０は、基板装着ユニット１３０を基準に酸素供給ユニット１７０の反対側に位置する。それにより、酸素供給ユニット１７０から吐出される酸素ラジカルによる酸化から比較的に自由である。
駆動ユニット１９０は基板装着ユニット１３０を駆動するための構成である。駆動ユニット１９０は、基板装着ユニット１３０に接続されたまま反応チャンバ１１０に設置される。駆動ユニット１９０は、具体的に、基板装着ユニット１３０が垂直方向（Ｖ）に沿って反応チャンバ１１０の底面から遠くなるか近くなる方向に移動するようにする。さらに、駆動ユニット１９０は、基板装着ユニット１３０を回転方向（Ｒ）に沿って回転させることもできる。
具体的には、駆動ユニット１９０は、垂直方向（Ｖ）に沿って基板装着ユニット１３０を上下５０～１００ｍｍ、好ましくは、８０ｍｍを移動させる。また、基板Ｗに均一な薄膜蒸着のために、駆動ユニット１９０は基板装着ユニット１３０を５～５０ｒｐｍの速度、好ましくは、１０ｒｐｍで回転させる。この場合、駆動ユニット１９０は前記クレードルのみを回転させて、実質的に基板装着ユニット１３０の全体が回転するようにする。
ヒータユニット２１０は、基板Ｗを加熱するために基板装着ユニット１３０に対応して備えられる。ヒータユニット２１０は、反応チャンバ１１０や駆動ユニット１９０に設置されて成長空間１１１に位置する。ヒータユニット２１０は７５０℃ないし１０００℃で作動して、成膜中に基板Ｗの温度が５５０℃ないし８００℃を維持できるようにする。基板Ｗの全体の温度を均一に維持するために、ヒータユニット２１０は１～４個が設置されてもよく、設置されたヒータユニット２１０はそれぞれ独立的に温度を制御する。ヒータユニット２１０は真空上で輻射熱により基板Ｗに熱を伝達するように設計される。
真空調節ユニット２３０は、反応チャンバ１１０と金属酸化物処理ユニット１５０に対する真空状態を独立的に調節するための構成である。このために、真空調節ユニット２３０は、成長空間１１１に対して作用する第１ポンプ２３１を有する。また、真空調節ユニット２３０は、金属酸化物処理ユニット１５０の金属酸化物処理チャンバ１５１（図４参照）に対して作用する第２ポンプ（図示せず）を有する。ここで、第１ポンプ２３１と第２ポンプは互いに独立的に作動するように調節できる。
以上の金属酸化物処理ユニット１５０については、図４を参照してより具体的に説明する。図４は、図１の金属酸化物処理ユニット１５０に対する透視斜視図である。
本図面（及び図１ないし図３）を参照すると、金属酸化物処理ユニット１５０は、金属酸化物処理チャンバ１５１、装着台１５３、電子ビーム照射器１５５、ゲートバルブ１５７、及びカメラ１５９を選択的に含んで構成される。
本実施例において金属酸化物を処理するとは、それに電子ビームを照射して金属イオンと酸素イオンが蒸発して基板Ｗに向かって移動するようにすることである。このような処理は、金属酸化物処理チャンバ１５１、具体的に、その内部空間である蒸発空間１５２において行われる。金属酸化物処理チャンバ１５１は、反応チャンバ１１０の外側に反応チャンバ１１０とは独立した構造物であって、蒸発空間１５２が成長空間１１１とは独立的な空間となるようにする。蒸発空間１５２は、成長空間１１１より小さいサイズを有する。大まかな例示として、前者は後者に比べて約１／４程度のボリュームを有する。
前記金属酸化物は具体的な一例として酸化亜鉛板Ｔであり、酸化亜鉛パウダーを焼結して製作されたものであってもよい。それにより、金属イオンはＺｎ２＋であり、酸素イオンはＯ２－であってもよい。酸化亜鉛板Ｔの直径は８インチで、厚さは２インチであり、１００％気化した場合を仮定すると、９００ｃｍ３の容量を有する。これは数ヵ月を使用可能な容量であって、量産工程への適用に適した量になる。酸化亜鉛板Ｔにおいて、照射された電子ビームにより固体状態から気体状態に昇華される領域の酸化亜鉛の温度は１０００～１５００℃の間であり、溶点は１９５０℃である。
酸化亜鉛板Ｔは装着台１５３に設置されてもよい。装着台１５３は蒸発空間１５２に設置されて、成長空間１１１、具体的には基板装着ユニット１３０に向くように配置される。このために、装着台１５３は反応チャンバ１１０の下側に該当するレベルに位置する。
酸化亜鉛板Ｔの上には、電子ビーム照射により生成された亜鉛及び酸素気体の供給初期にスピッティング（spitting）現象又はクロッギング（clogging）現象を防止するために、その端部にシャッターを備えてもよい。シャッターは、電子ビームが照射される領域に合わせて移動できるようにモーターによる制御が可能であり、サイズは２ないし９インチで、好ましくは４インチのサイズを有する円形である。
酸化亜鉛はセラミック系列物質であって、熱伝導率が金属の１４％レベルである５Ｗ／ｍＫ程度に過ぎないほど熱伝導率が低い物質である。電子ビームの照射により局部的に高い温度を有する蒸発領域とその他の領域の温度差により酸化亜鉛板Ｔに生じる熱的ストレスによる変形を防止しなければならない。そのために、酸化亜鉛板Ｔの周囲の温度勾配を最小化するためのヒータユニット（図示せず）を設置してもよい。このようなヒータユニットは、酸化亜鉛板Ｔを囲むように装着台１５３に設置され、酸化亜鉛板Ｔの温度領域を少なくとも５つ以上にそれぞれ区分して各領域の温度差が３００℃を超えないように差等加熱することが好ましい。
酸化亜鉛板Ｔの均一な侵食プロファイル（erosion profile）を作って酸化亜鉛板Ｔの使用効率を増加させる方法として、一定の使用周期間隔で酸化亜鉛板Ｔを回転させる器具１５４が装着台１５３にさらに備えられてもよい。酸化亜鉛板Ｔの回転角度は４５°で、その取り替えのときまで計８回回転できる。
酸化亜鉛板Ｔに電子ビームを照射する電子ビーム照射器１５５は蒸発空間１５２の上部に設置される。このような電子ビーム照射器１５５は基板装着ユニット１３０とほぼ同一のレベルであり、反応チャンバ１１０の上部に該当するレベルに位置する。
電子ビーム照射器１５５は電子ビームを酸化亜鉛板Ｔにダイレクト（direct）方式で照射する構成である。前記照射角度は、好ましくは２０°以内の角度となってもよい。電子ビームの加速電圧が高い場合、酸化亜鉛板Ｔに照射された後に発生する二次電子（secondary electron）の量を最小にすることが重要であり、電子ビームの照射角度が４０°を超える場合、発生する二次電子の比率が急激に増加して５０％レベルに達して、酸化亜鉛蒸発効率、酸化亜鉛板Ｔの使用効率、反応チャンバ１１０の壁の汚染などに悪影響を及ぼす要因として作用するので、照射角度を２０°以内に調節することが好ましい。
電子ビーム照射器１５５から照射される電子ビームを５～３０ｋＶの範囲の加速電圧及び最大２Ａの放出電流を使用することにより、最大パワーは６０ｋＷとなる。好ましくは、３０ｋＶの加速電圧及び１Ａの放出電流を使用する３０ｋＷが最大パワーとなる。
酸化亜鉛板Ｔは、金属酸化物処理チャンバ１５１から生成された亜鉛イオンと酸素イオンの反応チャンバ１１０への円滑な供給のために一定の角度を有するように設置されなければならず、好ましくは１５～３０°の傾きを有し、傾きの方向は反応チャンバ１１０と金属酸化物処理チャンバ１５１の連結通路であるゲートバルブ１５７を向かうようにする。
酸化亜鉛板Ｔと電子ビーム照射器１５５との間の距離は、６００ないし１８００ｍｍの間で可能であり、最大１８００ｍｍを超えてはならない。また、基板装着ユニット１３０に装着された基板の数が多い場合（例えば、４インチが１０８枚）、酸化亜鉛板Ｔと基板Ｗとの間の距離は８００ないし１８００ｍｍが適当である。その距離が８００ｍｍ以下である場合、基板Ｗの全体に均一なエピ層の成長が不可能であり、１８００ｍｍ以上になる場合、均一なエピ層の成長が可能であっても蒸着速度が遅くなりすぎる短所が存在する。
ゲートバルブ１５７は、成長空間１１１と蒸発空間１５２とを区分する隔壁に設置され、蒸発空間１５２を選択的に成長空間１１１に連通させる構成である。酸化亜鉛板Ｔから蒸発した亜鉛イオンと酸素イオンは、ゲートバルブ１５７が開放されると、成長空間１１１に移動することができる。ゲートバルブ１５７のサイズは基板Ｗのサイズに比例する。例えば、ゲートバルブ１５７は金属酸化物処理チャンバ１５１のサイズに応じて５インチ程度のサイズに選択されるが、１ｍ以上の大面積基板上に（例えば、４インチ基板４０枚のサイズ）エピ層を成長させる場合は蒸着効率を高めるために１４インチ以上のサイズに選択されてもよい。
カメラ１５９は蒸発空間１５２に設置されて酸化亜鉛板Ｔの蒸発状態を撮影する構成である。カメラ１５９から得られるイメージに基づいて、管理者は酸化亜鉛板Ｔの取り替えの時期を特定することができる。さらに、金属酸化物処理チャンバ１５１には、酸化亜鉛板Ｔの取り替えのために作業者が装着台１５３に接近することを許容する取り替えドア（図示せず）が設置されてもよい。
さらに、真空調節ユニット２３０から第２ポンプ（図示せず）に連結されるポンプポート２３５、２３６が金属酸化物処理チャンバ１５１に設置されてもよい。
このような構成によれば、成長空間１１１と蒸発空間１５２はそれぞれ第１ポンプ２３１又は第２ポンプにより独立的に制御され、工程進行時には両空間とも１０－８ｔｏｒｒ以下のレベルの超高真空状態を維持しなければならない。
蒸着工程時には、蒸発空間１５２の酸化亜鉛板Ｔから生成された気体が成長空間１１１に円滑に移動できるようにゲートバルブ１５７をオープンして隔壁を開けて工程を行わなければならない。酸化亜鉛板Ｔを取り替える場合は、成長空間１１１の超高真空状態を維持したままゲートバルブ１５７を閉じ、蒸発空間１５２の真空状態のみを常圧に変換した後、取り替え作業を行う。
具体的に、４インチ基板４０枚を装着できるエピ成長装置の場合、従来の一体型チャンバ体積は最小３６００Ｌと計算され、本実施例のようなチャンバ分離型構造の場合、反応チャンバ１１０と金属酸化物処理チャンバ１５１の体積比率は７８：２２としてそれぞれ２８０８Ｌと７９２Ｌとなる。一体型チャンバ構造においては、３６００Ｌの体積を有するチャンバを常圧からさらに１０－９ｔｏｒｒレベルの超高真空状態に変換するために３０時間以上がかかったが、本実施例によるチャンバ分離型構造においては、金属酸化物処理チャンバ１５１のみを常圧から超高真空状態に変換させることに２時間程度がかかる。反応チャンバ１１０は超高真空状態を維持し続けていたので、金属酸化物処理チャンバ１５１を常圧状態から超高真空に変換させる２時間後に後続工程の進行が可能になる。
また、反応チャンバ１１０から注入される大部分の酸素及びイオンは上部に位置する基板Ｗの方に移動し、金属酸化物処理チャンバ１５１内に位置する酸化亜鉛板Ｔ、装着台１５３、電子ビーム照射器１５５などに移動する量は極めて少ない。このように、蒸発空間１５２への酸素及びイオンの逆流入を防止することにより、酸化亜鉛板Ｔなどを酸化から保護することができる。それにより、酸化亜鉛板Ｔを長く使えるようになる。
前記のようなチャンバ分離型エピ成長装置は前述したような実施例の構成と動作方式に限定されるものではない。前記実施例は、各実施例の全部又は一部が選択的に組み合わされて様々な変形ができるように構成されてもよい。
１００：チャンバ分離型エピ成長装置
１１０：反応チャンバ
１３０：基板装着ユニット
１５０：金属酸化物処理ユニット
１７０：酸素供給ユニット
１８０：ヒ素供給ユニット
１９０：駆動ユニット
２１０：ヒータユニット
２３０：真空調節ユニット

Claims (7)

  1. 成長空間を備える反応チャンバと、
    前記成長空間に配置され、基板が装着されるように形成される基板装着ユニットと、
    前記成長空間と独立した空間において金属酸化物を処理して、前記金属酸化物から発生した金属イオンと酸素イオンが前記基板に供給されるようにする金属酸化物処理ユニットと、
    前記基板に向くように設置されて、前記基板にヒ素イオンを供給するヒ素供給ユニットと、
    前記基板に向くように設置されて、前記基板に追加的に酸素ラジカルを供給する酸素ラジカル供給ユニットと、
    前記反応チャンバ及び前記金属酸化物処理ユニットに対する真空状態を独立的に調節する真空調節ユニットを含み、
    前記金属酸化物処理ユニットは、
    前記成長空間と独立的な蒸発空間を備える金属酸化物処理チャンバと、
    前記成長空間に向くように前記蒸発空間に配置され、前記金属酸化物である酸化亜鉛板が設置される装着台と、
    前記酸化亜鉛板に向かって電子ビームを照射して、前記酸化亜鉛板から亜鉛イオンと酸素イオンが蒸発するようにする電子ビーム照射器と、
    前記蒸発空間を前記成長空間に連通させて、蒸発された前記亜鉛イオンと前記酸素イオンが前記成長空間内に位置する前記基板に向かって移動するようにするゲートバルブとを含み、
    前記基板装着ユニット及び前記電子ビーム照射器は、前記反応チャンバの上部に該当するレベルに位置し、
    前記装着台は、前記反応チャンバの下側に該当するレベルに位置する、チャンバ分離型エピ成長装置。
  2. 成長空間を備える反応チャンバと、
    前記成長空間に配置され、基板が装着されるように形成される基板装着ユニットと、
    前記成長空間と独立した空間において金属酸化物を処理して、前記金属酸化物から発生した金属イオンと酸素イオンが前記基板に供給されるようにする金属酸化物処理ユニットと、
    前記基板に向くように設置されて、前記基板にヒ素イオンを供給するヒ素供給ユニットと、
    前記基板に向くように設置されて、前記基板に追加的に酸素ラジカルを供給する酸素ラジカル供給ユニットと、
    前記反応チャンバ及び前記金属酸化物処理ユニットに対する真空状態を独立的に調節する真空調節ユニットを含み、
    前記金属酸化物処理ユニットは、
    前記成長空間と独立的な蒸発空間を備える金属酸化物処理チャンバと、
    前記成長空間に向くように前記蒸発空間に配置され、前記金属酸化物である酸化亜鉛板が設置される装着台と、
    前記酸化亜鉛板に向かって電子ビームを照射して、前記酸化亜鉛板から亜鉛イオンと酸素イオンが蒸発するようにする電子ビーム照射器と、
    前記蒸発空間を前記成長空間に連通させて、蒸発された前記亜鉛イオンと前記酸素イオンが前記成長空間内に位置する前記基板に向かって移動するようにするゲートバルブとを含み、
    前記金属酸化物処理ユニットは、
    前記蒸発空間に設置されて、前記酸化亜鉛板の蒸発状態を撮影するカメラをさらに含む、チャンバ分離型エピ成長装置。
  3. 前記真空調節ユニットは、
    前記成長空間に対して作用する第１ポンプと、
    前記蒸発空間に対して作用する第２ポンプと、を含み、
    前記第２ポンプは、
    前記ゲートバルブの閉状態で前記蒸発空間の真空状態を前記成長空間と独立的に調節するように作動する、請求項１又は２に記載のチャンバ分離型エピ成長装置。
  4. 前記ゲートバルブは、
    前記基板のサイズに比例するサイズに選択される、請求項１又は２に記載のチャンバ分離型エピ成長装置。
  5. 前記金属酸化物処理チャンバは、
    蒸発源の取り替えのために前記装着台に対する接近を許容する取り替えドアをさらに含む、請求項１又は２に記載のチャンバ分離型エピ成長装置。
  6. 成長空間を備える反応チャンバと、
    前記成長空間に配置され、基板が装着されるように形成される基板装着ユニットと、
    前記成長空間と独立した空間において金属酸化物を処理して、前記金属酸化物から発生した金属イオンと酸素イオンが前記基板に供給されるようにする金属酸化物処理ユニットと、
    前記基板に向くように設置されて、前記基板にヒ素イオンを供給するヒ素供給ユニットと、
    前記基板に向くように設置されて、前記基板に追加的に酸素ラジカルを供給する酸素ラジカル供給ユニットと、
    前記反応チャンバ及び前記金属酸化物処理ユニットに対する真空状態を独立的に調節する真空調節ユニットを含み、
    前記ヒ素供給ユニットは、
    ヒ素をイオン化するために５００℃ないし１１００℃の範囲で作動して、前記ヒ素イオンとしてＡｓ２ ＋を供給する、チャンバ分離型エピ成長装置。
  7. 成長空間を備える反応チャンバと、
    前記成長空間に配置され、基板が装着されるように形成される基板装着ユニットと、
    前記成長空間と独立した空間において金属酸化物を処理して、前記金属酸化物から発生した金属イオンと酸素イオンが前記基板に供給されるようにする金属酸化物処理ユニットと、
    前記基板に向くように設置されて、前記基板にヒ素イオンを供給するヒ素供給ユニットと、
    前記基板に向くように設置されて、前記基板に追加的に酸素ラジカルを供給する酸素ラジカル供給ユニットと、
    前記反応チャンバ及び前記金属酸化物処理ユニットに対する真空状態を独立的に調節する真空調節ユニットを含み、
    前記基板装着ユニットを基準に、酸素供給ユニットと前記ヒ素供給ユニットとが互いに反対側に位置する、チャンバ分離型エピ成長装置。
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