JPH0550725U - 気相成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 トレイを用いる基板の搬送機構はトレイから
の水分、ガスの放出により薄膜が汚染される原因になっ
ていた。トレイからの水分、ガスの放出を少なくするこ
とが目的である。 【構成】 トレイを２分割してトレイからウエハを容易
に分離できるようにした。トレイを外部に取り出す必要
がないようになった。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、カ−ボン製サセプタ上に基板を戴せこの基板を加熱しこの上に薄 膜を成長させるようにした気相成長装置において基板を戴せるべきトレイの形状 に工夫を加えたものである。

【０００２】

【従来の技術】

気相成長装置は、石英製などの成長室に於いて、半導体基板などの上に、原料 ガスを導き気相反応を起こさせて薄膜を成長させるものである。成長室の内部に は回転軸によって支持されたサセプタがある。これはカ−ボンで作る事が多い。 熱容量が大きくて、上面に基板を戴せるようになっている。基板を加熱するため ヒ−タがサセプタの内部に設けられることがある。この場合は、渦巻状の通路を 持つ抵抗加熱ヒ−タであることが多い。またサセプタの内部にそのような空間を 採ることができない場合は、成長室の外部に誘電加熱コイルを設ける。 ヒ−タの他に光によって基板を加熱するものもある。

【０００３】 また、原料ガスにしても多様であって、Ｖ族元素の水素化物、III 族元素の有 機化合物、III 族元素の塩化物を水素とともに導入する事がある。あるいはケイ 素Ｓｉ、ホウ素Ｂの水素化物を原料とすることもある。原料ガスが有機金属化合 物である場合はＭＯＣＶＤ又はＯＭＶＰＥという。 このように気相成長装置には多くの種類のものがある。基板をサセプタで保持 するが、１枚の基板を保持するものと複数枚の基板を保持するものがある。１枚 の基板をサセプタで保持し気相成長させるものは枚葉式という。 １枚の薄膜成長のたびに成長室を開いていたのでは、能率が悪いし、内部が汚 染されるし、作業環境も悪化させるので、成長室の真空を破ることなく何度も何 枚も成長を続けるようにしている。この場合は搬送装置によって、自動的に基板 を運ばなければならない。薄い基板であるので、そのままであると搬送装置によ って把持しこれを運ぶというのが難しい。特にＧａＡｓなどのIII −Ｖ族化合物 半導体基板は機械的強度が低いので機械的手段ではこれを把持することができず 簡単に割れてしまう。 これを避けるため、基板はトレイに入れ、トレイをフォ−クなどの搬送機構に よって搬送するようにしているものがある。例えば実開平３−１０５２８号は、 カ−ボントイレの上にウエハを置き、このトレイをサセプタの上に戴せて気相成 長させるものを提案している。先端が２股に分岐したフォ−クを水平に移動させ 、トレイの下側面をフォ−クで支えてこれを運搬するようになっている。そして カセット室の棚にトレイごと順次収容してゆくことができる。このようにすれば 、成長室の真空を破ることなく、何枚もの基板の上に連続して気相成長を行うこ とができる。優れて高能率である。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、たとえトレイによってウエハを真空中で搬送するようにしたと ころで、いつかはトレイとともにウエハを外部へ取り出さなくてはならない。と ころがトレイはカ−ボン製であるから、多孔質であって、大気中にさらすと、大 気中の水分を吸着しやすい。水分以外にも多様なガスを吸着する。このため再度 トレイにウエハを置いて真空室に入れた場合に、トレイから多くの水分やガスが 出てくる。このため真空度の高まりが遅くなって作業能率を下げる。また、トレ イに残留した水分その他の不純物が気相成長中にトレイから浸出し、ウエハ面に 付着することもある。そうなると、薄膜に不純物が混入し、薄膜の品質を低下さ せる。 トレイを大気中にさらすことなく、連続的に気相成長できるような装置が望ま れる。本発明はトレイからウエハを取外してウエハのみをカセットに収容できる ようにした気相成長装置を提供する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

本考案においては、トレイを内外二重構造にして、内部トレイが外部トレイの 上に戴った状態で組み合わされるようにする。そして、内部トレイを下からシャ フトで持ち上げることによって内部トレイとウエハのみを持ち上げることができ るようにした。この状態で側方からウエハのみを把持する搬送機構を差し入れて ウエハのみを持ち上げる。こうしてウエハをトレイから分離して、ウエハのみを カセットの中へ収容してゆく。内部トレイは降下させて外部トレイに嵌込んで再 び一体化することができる。

【０００６】

【作用】

トレイを内外二重構造にして、内部トレイが外部トレイの上に戴った状態であ るから、外部トレイを円弧状の先端を持つフォ−クなどで支持した場合、外部ト レイ、内部トレイ、基板はフォ−クの上に一体となって保持される。しかし直下 から小さい上端面を持つシャフトで内部トレイ、基板のみを持ち上げることがで きる。こうすると、外部トレイから内部トレイを分離できる。内部トレイの外径 をウエハの外径より小さくしておくので、側方からフォ−クなどでウエハのみを 保持することができる。こうなるとウエハと、内部トレイが分離できる。結局、 ウエハはトレイから分離できたことになる。このウエハをカセットの中へ順次収 容してゆくようにする。 内部トレイはシャフトを降下させて外部トレイの穴に再び嵌込む。一体化した トレイは再び使用できる。上の凹部に基板を置いて、同じ手段によって気相成長 する。トレイの上にウエハを置くのも真空中で行うようにする。これは先程の脱 離の場合を逆に行う。 ひとつのトレイを繰り返し使用して、Ｎ枚のウエハの気相成長を連続して行う ことができる。そしてＮ枚の成長が終わると、カセットにＮ枚の基板が収容され ている。そこでカセット室と成長室の間のゲ−トバルブを閉じて、カセット室の みを大気圧にする。そしてカセット室を開いてウエハを取り出す。トレイは大気 にさらされる事がないから、大気中の水分やガスを吸着しない。従ってトレイに 付いた水分やガスなどにより、基板の上に成長させた薄膜の中に不純物が混入す るという惧れがない。また真空度を上げてゆくときトレイからの脱ガスが問題に ならない。

【０００７】

【実施例】 図１は本考案の気相成長装置に用いるトレイの断面図である。トレイＴは外部 トレイ１と内部トレイ２とを組み合わせてなる。このように内外に二分割されて いて両者を分離したり合体したりできるのが特長である。内部トレイは下から持 ち上げると外部トレイから外れるようになっている。トレイＴの下方中央部はサ セプタの上にトレイを安定して戴置するための凹部１２になっている。トレイＴ の上面中央部は基板（ウエハ）３を置くためのウエハ凹部１３になっている。 図２は基板３、内部トレイ２、外部トレイ１を互いに分離した状態の断面図で ある。内部トレイ２、外部トレイ１の形状がより分かりやすく図示されているか らこれによって各部の構造を説明する。 基板３は化合物半導体ウエハなどであって、この上に薄膜を気相成長させた後 の状態である。基板３のみを基板搬送機構４によって持ち上げている。トレイＴ の外部トレイ１はトレイ搬送機構５によって支持されている。トレイＴの内部ト レイ２は基板支持シャフト６によって持ち上げられている。 外部トレイ１は円盤状の部材であり、中央部に大きい開口を有する。開口縁１ ４は他の部分より薄くなっている。開口縁１４は段部１５を介して前記ウエハ凹 部１３に連続する。ウエハ凹部１３の直径Ｄ₀ と段部の直径Ｄ₁ 、開口縁の直径 Ｄ₂ の間には Ｄ₀ ＞Ｄ₁ ＞Ｄ₂ （１） の関係がある。ウエハの直径ＷはＤ₀ ＞Ｗ＞Ｄ₁ であってＤ₀ より僅かに小さい 。

【０００８】 内部トレイ２は円板状であるが、薄肉部１６と厚肉部１７とよりなっている。 薄肉部１６の直径Ｅ₁ は、外部トレイ１の段部１５の直径Ｄ₁ より少し小さい。 薄肉部１６は段部１５に嵌合する。内部トレイ２の厚肉部１７の直径Ｅ₂ は、外 部トレイ１の開口縁１４の直径Ｄ₂ より僅かに小さい。さらに基板支持シャフト ６の頂面の円形部１８の直径Ｆは、開口縁１４の内径Ｄ₂ より小さく Ｆ＜Ｄ₂ （２） である。嵌合部での内外の円板部の差を無視すれば、直径の大小関係は、 Ｄ₀ ＝Ｗ＞Ｄ₁ ＝Ｅ₁ ＞Ｄ₂ ＝Ｅ₂ ＞Ｆ （３） というように単純化して書くことができる。こうであるから下方から基板支持シ ャフト６を上昇させると、上頂円形部１８が内部トレイ２と基板３のみを持ち上 げることができるのである。また、基板搬送機構４は前端が分岐したフォ−ク状 の部材であるが、これの支持部１９の内径Ｇは、ウエハの直径Ｗより小さく、内 部トレイ２の薄肉部１６の直径Ｅ₁ よりも大きいので Ｗ＞Ｇ＞Ｅ₁ （４） と書くことができる。

【０００９】 図３は気相成長装置の全体の平面図で、図４は正面図である。成長室Ｂを中心 として左右にカセット室Ａ、搬送室Ｃがある。いずれも真空に引くことができる 空間である。搬送室Ｃは、基板を外部から導入する部分である。ここで基板をト レイに戴せる。成長室Ｂは基板の上に薄膜を成長させるべき空間である。カセッ ット室Ａは、処理済の基板を多数収容しておくべき空間である。これら３つの空 間をトレイ搬送機構５が自在に通過しうるようになっており、トレイＴを搬送室 Ｃから成長室Ｂへ、成長室Ｂからカセット室Ａへというふうに搬送することがで きるようになっている。 カセット室Ａには、基板搬送機構４があって、水平に基板のみを搬送する事が できる。また、トレイ搬送機構５の運動軌跡の終端近くにあたる位置に昇降自在 の基板支持シャフト６が設けられる。既に述べたように、基板支持シャフト６の 上頂部は、外部トレイ１の開口縁１４の内径Ｄ₂ より小さい直径を持っている。 従って、トレイＴが直上にある時、基板支持シャフト６を上昇させると、内部ト レイ２と基板３のみを基板支持シャフト６によって持ち上げることができる。カ セット室Ａにはさらに多数の棚２０を持つカセット７がある。これは昇降自在の 部材である。カセット７は、前記基板搬送機構４の運動範囲内にある。 成長室Ｂの中央には、薄膜成長のためのサセプタ８が回転軸２１の上に設けら れる。回転軸２１は昇降回転自在である。サセプタ８の内部にヒ−タを設けても よいのであるが、この例では成長室Ｂの外部に高周波コイル１１があって、サセ プタ８、トレイ１、基板３を高周波誘導加熱するようになっている。 独立して真空に引くことのできるカセット室Ａ、成長室Ｂ、搬送室Ｃの間には ゲ−トバルブ９、１０が開閉自在に設けられる。この例では、カセット室Ａにの みカセット７と基板搬送機構４、基板支持シャフト６が設けられているが、これ らは搬送室Ｃにもう一組設置しても良い。そうすれば、未処理の基板を搬送室内 のカセット７に入れておき、これを順次取り出して気相成長させ、さらにカセッ ト室Ａへ送ってカセットへ収容するというような事が可能である。

【００１０】 図４のように基板３を嵌込んだひとつのトレイ１が、トレイ搬送機構５に戴っ ているとする。この状態からの操作を説明する。成長室Ｂ、カセット室Ａは真空 に引いてあるか、または不活性ガス雰囲気にしてある。搬送室Ｃの蓋（図示しな い）が閉じられて、搬送室の内部も真空になっているか、または不活性ガス雰囲 気になっている。ゲ−トバルブ１０を開き、トレイ搬送機構５によって、トレイ Ｔを成長室Ｂへ運ぶ。サセプタ８が下降位置にある。トレイＴを回転軸２１の上 方にとどめ、回転軸２１を上昇させる。サセプタ８が、トレイＴの下方の凹部１ ２に入ってゆく。トレイ搬送機構５の先端は二股に分岐しており、サセプタ８の 上昇の邪魔にはならない。 さらにサセプタを上昇させると、トレイＴがトレイ搬送機構５から離れる。ト レイ搬送機構５を引っ込めて、搬送室Ｃへもどす。ゲ−トバルブ１０を閉じる。 サセプタ８、トレイＴ、基板３を所定の高さに保持し、高周波コイル１１によっ て加熱する。原料ガスを上部から導入する。下部から廃ガスは吸収される。気相 反応が起こって、加熱された基板の上に反応生成物の薄膜が堆積してゆく。気相 成長が終わったとする。ゲ−トバルブ１０を開き、トレイ搬送機構５を成長室Ｂ へ延伸する。そしてサセプタ８の直下に位置させる。サセプタ８を下降させる。 トレイＴがトレイ搬送機構５の上に乗る。さらに下降させる。トレイＴがサセプ タ８から離れる。 反対側のゲ−トバルブ９を開く。トレイ搬送機構５を進めてカセット室Ａに入 れる。トレイＴが基板支持シャフトの直上に位置するようにする。基板支持シャ フト６を上昇させる。これの上端の円形部１８が内部トレイ２の下面に接触する 。さらに基板支持シャフト６を上昇させると、内部トレイ２と基板３が、外部ト レイ１から離隔して持ち上げられる。次いで側方から基板搬送機構４が延びてく る。これは、支持部１９の内径Ｇが内部トレイ２の外径Ｅ₁ より大きいので、基 板３の左右側方のみを支持することができる。基板支持シャフト６を少し下げる 。内部トレイ２が基板３の下面から離隔する。そこで基板搬送機構４はさらに延 伸して対向方向にあるカセット７の空いた棚２０に基板３を入れる。カセット７ は徐々に昇降できるから、棚２０の少し上方に基板３が運ばれた状態でカセット ７を上げると、基板３が棚２０の側方の段部に支持されるようになる。

【００１１】 基板支持シャフト６をさらに下げる。内部トレイ２が外部トレイ１の段部１５ 、開口縁１４に嵌合し、両者は一体化する。基板搬送機構４を引っ込める。トレ イＴのみが戴っているトレイ搬送機構５を搬送室Ｃまで引き戻す。ゲ−トバルブ ９、１０を閉じる。以上で気相成長の一サイクルが終了する。搬送室Ｃでは、カ セット（図示せず）に未処理の基板３が入っているので、これをトレイＴの上に 置く。このための手段としてはカセット室Ａの内部の機構と同様のものが利用さ れる。 このようにすると、トレイを外部に出す必要がないので、トレイに水分やガス が付着しない。トレイはカ−ボン製で、この上にＳｉＣをコ−ティングしたもの であるが、表面状態はざらついており、正味の表面積は大きいから水分やガスを 吸着しやすく、これが不純物となって薄膜を汚染する惧れがあった。本考案はト レイを外部に出さないから不純物による汚染の可能性が減少する。高品質の薄膜 気相成長を高能率で行うことができる。

【００１２】

【考案の効果】

カ−ボン製のトレイを外部に出すことなく、連続して気相成長を行うことがで きる。本考案によれば、トレイに付着した水分やガスが薄膜に混入するという惧 れがないので高純度の気相成長が可能となる。 また、真空に引くときもカ−ボントレイからの脱ガス、脱水分が少ないから、 真空到達時間が短縮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例にかかるトレイの組み合わせ状
態の断面図。

【図２】本考案の実施例にかかるトレイが内外トレイに
分離し、基板も離れている状態を示す断面図。

【図３】気相成長装置全体の略平面図。

【図４】気相成長装置全体の略正面図。

【符号の説明】

１ 外部トレイ ２ 内部トレイ ３ 基板 ４ 基板搬送機構 ５ トレイ搬送機構 ６ 基板支持シャフト ７ カセット ８ サセプタ ９ ゲ−トバルブ １０ ゲ−トバルブ １１ 高周波コイル １２ 凹部 １３ 凹部 １４ 開口縁 １５ 段部 １６ 薄肉部 １７ 厚肉部 １８ 円形部 １９ 支持部 ２０ 棚 ２１ 回転軸 Ａ カセット室 Ｂ 成長室 Ｃ 搬送室 Ｔ トレイ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空に引くことができ内部で原料ガスを
   気相反応させ薄膜を基板３の上に成長させるための成長
   室Ｂと、成長室Ｂの中に設けられ昇降回転可能であって
   上部が水平面になっているサセプタ８と、サセプタ８の
   上面に戴置され上面に気相成長のための基板３を保持す
   る内外二重構造のトレイＴと、トレイＴ及び基板３を加
   熱するため成長室Ｂの外部又は内部に設けたヒ−タと、
   成長室Ｂに続いて設けられ真空に引くことのできるカセ
   ット室Ａと、成長室Ｂに続いて設けられ真空に引くこと
   のできる搬送室Ｃと、カセット室Ａと成長室Ｂの間に設
   けられるゲ−トバルブ９と、成長室Ｂと搬送室Ｃとの間
   に設けられるゲ−トバルブ１０と、搬送室Ｃ、成長室
   Ｂ、カセット室Ａの間で前記トレイＴを保持してこれを
   搬送するトレイ搬送機構５と、カセット室Ａに設けられ
   複数の棚を上下方向に有し基板３のみを棚に差し込んで
   これらを収容する昇降自在で竪長のカセット７と、トレ
   イ搬送機構５の運動軌跡上であってカセット７の近傍に
   設けられ上面が平坦で昇降可能な基板支持シャフト６
   と、基板支持シャフト６とカセット７との間で基板３の
   みを保持しこれを平行移動させる基板搬送機構４とより
   なり、前記内外二重構造のトレイＴは外部トレイ１の上
   に内部トレイ２が戴っている状態で組み合わされてお
   り、下方から基板支持シャフト６を上昇させると内部ト
   レイ２と基板３のみが持ち上がるようにしてあり、基板
   ３を戴せたトレイＴをカセット室へ搬送した時は，基板
   支持シャフト６を上昇させて内部トレイ２と基板３のみ
   を持ち上げ、さらに基板搬送機構４によって基板３のみ
   を把持し、これをカセット７へ収容するようにした事を
   特徴とする気相成長装置。