JPH06151324A - 気相成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】水平に置かれ下面側から加熱される被成膜基板
上面へ反応ガスを水平に導く, 反応炉容器内の石英ガラ
スからなる内管を反応炉容器から取り出して洗浄した後
の装置再運転までの時間を短縮する。 【構成】反応炉容器４内へ内管７を挿入あるいは反応炉
容器４外へ内管７を取り出す搬送手段を備え内管７を次
工程まで内部で待機させる準備室３１を反応炉容器４に
付設し、反応炉容器４を大気開放することなく反応炉容
器４への内管７の出し入れを可能にして、内管７挿入後
の反応炉容器４のベーキング工程を不要化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、主に化合物半導体膜
を被成膜基板上に気相成長させる有機金属気相成長装置
を対象としたものであり、より詳しくは、被成膜基板が
載置される水平な伝熱面を備えた平板状のサセプタと、
サセプタの下面側からサセプタを加熱する抵抗加熱式の
加熱手段と、反応ガスを水平方向に前記被成膜基板上面
へ導く, 石英ガラスからなる流れ構成用の導入管および
該導入管に接続する内管を収容する反応炉容器とを備え
てなる反応炉と、前記被成膜基板およびサセプタを反応
炉容器内へ挿入しあるいは反応炉容器外へ取り出すため
の搬送手段を設けたロードロック装置とを備えた気相成
長装置の構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３に、この種の気相成長装置における
反応炉の従来の構成例を示す。被成膜基板１は、水平な
伝熱面を備えたサセプタ２に載置, 装着され、サセプタ
２は上下移動ならびに中心軸まわりに回転運動の可能な
サセプタ加熱用の抵抗加熱式ヒータ３に搭載されてい
る。反応ガスは反応炉容器４の端部に設けられた反応ガ
ス入口５から入り、反応炉容器４内に収納された石英ガ
ラスからなる流れ構成用の導入管６およびこの導入管６
に接続する内管７により被成膜基板１の上面へと導かれ
る。反応ガスはヒータ３で加熱されたサセプタ２および
被成膜基板１により加熱・熱分解され、拡散して被成膜
基板１へ到達し、膜を形成する。被成膜基板１の上面を
通過したガスはガス排出口８から反応炉容器外へ排出さ
れる。反応炉容器４と導入管６および内管７との間の空
間には、スイープガス入口９から導入された水素ガス
(または窒素ガスあるいは不活性ガス) が流され、この
空間への反応ガスの漏れ出しを防止している。

【０００３】反応炉容器４の反応ガス入口５に相対する
端部には開口扉１０が設置されており、反応炉容器４の
内部の導入管６および内管７の組み込みあるいは取出し
の際に開かれ、組込み後あるいは取出し後に再び閉じら
れる。ヒータ３は、軸受１１により中心軸まわりに回転
自在に支持されており、駆動モータ１２により回転駆動
される。軸受１１の上部には軸封部１３が配設され、こ
の軸封部１３の上面と反応炉容器４の下方への突出部下
面との間にベローズ１７を介装して反応炉容器４の内部
を気密に保持するとともに、軸受１１と軸封部１３とを
図示しない駆動機構により上下移動させることにより、
ヒータ３の上下移動を可能としている。反応炉容器４の
下方への突出部側壁には開口１４が形成され、被成膜基
板１を装着したサセプタ２の反応炉容器４への挿入ある
いは反応炉容器４からの取出しを可能にしている。

【０００４】図３(b) は図３(a) に側面断面を示した反
応炉の平面断面要部を示したものである。反応ガス入口
５から導入された反応ガスは、三角形状の拡がり部を有
する導入管６で幅広の層流となり、サセプタ２に装着さ
れた被成膜基板１の上面へと導かれ、膜形成に寄与した
後、残りのガスがガス排出口８から反応炉容器４外へ排
出される。

【０００５】図４はこの種の気相成長装置における，被
成膜基板装着のサセプタ搬送用ロードロック装置の従来
の構成例を示す。右方端に水平方向の伸縮可能なベロー
ズを備えたロードロック容器２１の内部に、被成膜基板
(図示せず) を装着したサセプタ２を積載するためのサ
ポート２２が気密シール２３を介して上下移動可能に配
されている。ロードロック容器２１の左方端はゲートバ
ルブ２４を介し、反応炉容器４の下方への突出部側壁か
ら水平方向に突設された下部連結ブロック２５に接続さ
れる。ロードロック容器２１右方端のベローズの右方端
面を閉鎖する端板には搬送アーム２６が固定され、この
端板を駆動モータ２７により水平方向に移動させること
により、サセプタ２がゲートバルブ２４と下部連結ブロ
ック２５とを通して反応炉容器４内へ搬送される。成膜
前の被成膜基板のロードロック容器２１内への挿入、な
らびに成膜後の被成膜基板のロードロック容器２１から
の取出しは、サポート２２の上部に設置された挿入扉２
８を開閉して行われる。また、ロードロック容器２１内
の真空排気および不活性ガスへの置換は、不活性ガス供
給口２９および真空排気口３０を用いての真空排気, ガ
ス供給により行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この種の気相成長装置
では、被成膜基板に高品質の膜形成を行うためには、被
成膜基板を予め清浄に保持するとともに、反応炉容器内
を清浄に保持した状態で被成膜基板をサセプタに装着で
きるようにすることが必須条件となる。このために、従
来の気相成長装置では、被成膜基板およびサセプタ搬送
用ロードロック装置を気相成長装置の一部として反応炉
容器に組み付けることにより、予め清浄にした被成膜基
板をロードロック装置内に大気から遮断した状態で待機
させ、ロードロック装置と反応炉容器との間のゲートバ
ルブを開いて反応炉容器内へ被成膜基板を搬送, 装着す
る方式として清浄度を確保している。

【０００７】しかしながら、このようにして被成膜基板
および反応炉容器内の清浄度を確保するようにした装置
でも、なお、被成膜基板への膜成長に際し、被成膜基板
上面側で熱分解した反応ガスによる反応生成物が、反応
ガスの流路となる石英ガラスからなる内管の内壁面に堆
積する。長期にわたり使用をつづけると堆積物が増大
し、堆積物の部分的剥離による膜表面の汚染が原因とな
って膜品質の低下を生じる。従って、一定期間の膜成長
運転ごとに内管を反応炉容器から取り出して堆積物の除
去・クリーニングを行う必要がある。従来の気相成長装
置本体に付属させたロードロック装置では、装置本体へ
の装着位置や、被搬送物の寸法, 重量に関した搬送能力
から、内管を搬送することができないため、反応炉容器
の端部に設置の開口扉を開き、反応炉容器内を大気開放
して内管の出し入れを行うようにしている。このため
に、反応炉容器の内壁面に大気中の水分や酸素が付着
し、クリーニングされた内管の装着後に長時間のベーキ
ングを行い、反応炉容器内部を清浄化することが必要で
あった。このため、気相成長装置は長時間にわたり膜成
長運転が不可能となり、装置の稼働率が低下してしまう
という問題点があった。

【０００８】この発明の目的は、反応炉容器内の内管の
出し入れに伴う気相成長装置の膜成長運転不可能時間を
短縮し、装置の稼働率低下が抑制される気相成長装置の
構成を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明においては、本発明が対象とする冒頭記載
の構成による気相成長装置を、前記流れ構成用の内管を
反応炉容器内へ挿入あるいは反応炉容器外へ取り出すた
めの搬送手段を備えるとともに内管を次工程まで内部で
待機させる準備室が反応炉容器に付設されている装置と
する。

【００１０】ここで、前記準備室を真空排気可能に構成
するとともに、該準備室内に、流れ構成用内管を反応炉
容器内へ挿入するのに先立ち、あらかじめ内管を加熱処
理するための手段として赤外線ランプを組み込むように
すると好適である。さらに、前記準備室を反応炉容器に
着脱可能に構成すればさらに好適である。

【００１１】

【作用】この発明は、従来のロードロック装置が被成膜
基板やサセプタ等、比較的小型, 軽量物を搬送対象とし
ているのに対し、その効果に着目して、大型の重量物で
ある，石英ガラスからなる内管を搬送対象としたロード
ロック装置を配設した点に特徴を有する。すなわち、気
相成長装置を、流れ構成用の内管を反応炉容器内へ挿入
あるいは反応炉容器外へ取り出すための搬送手段を備え
るとともに内管を次工程まで内部で待機させる準備室が
反応炉容器に付設されている装置とし、この準備室に不
活性ガス供給系および真空排気系を組み込むことによ
り、長期にわたる膜成長により反応炉容器内部に組み込
みの内管に反応生成物の堆積が進み内管の取り出し・洗
浄が必要となったときには、準備室を付設の真空排気系
および不活性ガス供給系によりパージングしたのち、反
応炉容器と準備室との間に設けられるゲートバルブを開
けて搬送機構により内管を準備室へ取り出し、然る後ゲ
ートバルブを閉める方式をとることが可能となる。ま
た、洗浄済みの内管を反応炉容器内部に組み込む際に
は、同様に準備室を付設の真空排気系および不活性ガス
供給系によりパージングしたのち、ゲートバルブを開け
て搬送機構により内管を反応炉容器内部に組み込み、然
る後ゲートバルブを閉める方式をとることが可能とな
る。このように、上記の準備室の設置により上記方式に
て内管の出し入れを行えば、反応炉容器が大気に曝され
ることが防止されるので、反応炉容器内部の大気による
汚染すなわち水分やごみや酸素等の付着がない。したが
って、従来の装置で実施していた長時間の反応炉容器の
ベーキング操作が不要となり、気相成長装置の実効的な
稼働率が向上する。

【００１２】なお、上記の準備室に内管の予備加熱用ヒ
ータを付設するようにし、かつこのヒータを赤外線ラン
プとすることにより、反応炉容器内部への組み込みに際
し、事前に準備室において内管を赤外線ランプで加熱処
理できるので、洗浄済み内管を準備室に挿入する際に内
管表面に付着した水分や酸素等をヒータからの汚染物質
の発生なく除去することができ、高品質の膜成長に有効
である。

【００１３】また、上記の内管の出し入れ操作は、反応
生成物の堆積に応じて実施されるものである。従って、
準備室を反応炉容器から取り外し可能の構造とし、内管
の出し入れ操作時のみ接続して使用するものとすれば、
効果的な空間活用が可能となる利点がある。

【００１４】

【実施例】図１に、本発明による気相成長装置構成の第
１の実施例を示す。本図は本発明に係わる要部のみを示
したもので反応炉容器より下部の構成部分は省略されて
いる。反応炉容器４の一端に設けられた反応ガス入口５
から供給される反応ガスは、流れ構成用の導入管６およ
び内管７により被成膜基板１の上面へと導かれる。被成
膜基板１はサセプタ２に装着され、上下移動ならびに回
転運動の可能な抵抗加熱式のヒータ３に搭載され加熱さ
れる。反応炉容器４の下方への突出部側壁には、被成膜
基板１を装着したサセプタ２を搬送するための図示され
ていないロードロック装置に連結する開口部１４が設け
られている。反応炉容器４の反応ガス入口５に相対する
端面には内管７の搬送が可能な開口部１５が設けられ、
この開口部１５はゲートバルブ１６を介して準備室３１
に連結されている。準備室３１は内管７を反応炉容器４
との間で搬送するための内管搬送アーム３２と本内管搬
送アーム３２を駆動するための駆動機構３３とを備えて
いる。駆動機構３３は、図１(b) に示すように、先端に
内管搬送アーム３２ (図１(a))を支持する駆動棒３３１
と、駆動棒３３１をその軸方向２点で支承する軸受３３
２と、駆動棒３３１に形成されたキー溝３３１ａに垂直
に挿入されて駆動棒３３１の軸まわり回転を阻止するま
わり止めピン３３３と、モータ３３８により回転駆動さ
れる傘歯車３３６と、この傘歯車３３６と噛み合い駆動
棒３３１周面のねじと螺合するナット３３５と、軸受３
３２を準備室３１に気密に出し入れ駆動する駆動手段３
３７とを主要構成部材として構成されている。なお、モ
ータ３３８の固定子は軸受３３２と一体化されている。

【００１５】内管７を図１(a) の位置から装置外部へ取
り出すには、まず、準備室３１を真空引きし、所定の真
空度に達したところでゲートバルブ１６を開き、駆動手
段３３７を操作して駆動棒３３１先端に固定された内管
搬送アーム３２が内管７を下からすくい上げることので
きる高さとなるまで軸受３３２を出し入れ駆動する。し
かる後、モータ３３８を電源に接続して傘歯車３３６を
回転駆動し、これと噛み合うナット３３５を回転させ
る。ナット３３５は位置が固定されているので、駆動棒
３３１が軸方向に、かつまわり止めピン３３３により軸
まわり非回転に移動して内管搬送アーム３２を内管７の
下側へ移動させる。内管７を下側からすくい上げる位置
まで移動したところでモータ３３８を止めて移動を停止
させ、つづいて駆動手段３３７を操作して内管７をすく
い上げ、所定の高さまですくいあげたところで駆動手段
３３７の電源を断ち、つづいてモータ３３８を逆方向に
回転させて内管７を準備室３１内へ取り出す。しかる後
ゲートバルブ１６を閉じ、真空排気口３５から空気を準
備室３１内へ導入して準備室３１内を大気圧とし、準備
室３１の側壁に形成されている内管引出し用窓 (図示せ
ず）を開放して内管７を大気中へ取り出す。なお、準備
室３１には不活性ガスを導入するためのガス入口３４が
設けられている。

【００１６】さらに、準備室３１の内部には、内管７を
加熱処理するための赤外線ランプ３６が組み込まれてい
る。赤外線ランプ３６には、直管形のものを用い、これ
を複数本、一平面内に平行に並べて面熱源を形成させ、
背面に反射板を配して赤外線ランプ３６の熱を無駄なく
内管７の加熱に利用するようにしている。図２に、本発
明による気相成長装置構成の第２の実施例を示す。本図
は本発明に係わる要部のみを示したもので反応炉容器４
の端部にゲートバルブ１６を介して連結される準備室３
１の, 第１の実施例とは別の構成を示す。準備室３１と
ゲートバルブ１６とを、取り外し可能な接続フランジ３
７を介して連結している。また、準備室３１は専用の搬
送架台３８に積載されている。

【００１７】

【発明の効果】本発明においては、気相成長装置の構成
を上述の構成としたので、次のような効果が得られる。
請求項第１項の装置では、反応炉容器に不活性ガスによ
るパージング、ガス置換の可能な内管用の準備室を設け
たので、反応炉容器を大気に開放することなく反応炉容
器の内管の取り出し、組み込みが可能となり、組み込み
後に反応炉容器の長時間にわたるベーキング操作を行う
必要がなく、膜成長運転ができないダウンタイムが極め
て短くなり、使用効率のよい気相成長装置が得られる。

【００１８】請求項第２項の装置では、さらに準備室内
に赤外線ランプを設置したので、反応炉容器へ挿入する
のに先立ち洗浄後の内管を加熱処理することが可能とな
り、内管表面がより清浄な状態で膜成長運転に入ること
ができるので、より高品質の膜成長が可能な気相成長装
置が得られる。また、請求項第３項の装置では、準備室
を反応炉容器から着脱可能に構成したので、有害な反応
ガスを使用する膜成長運転に際し、装置全体の要収納空
間が小さく限定できてまわりに広い空間が確保でき、操
作性が高く、かつ安全性確保の容易な気相成長装置が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による気相成長装置構成の第１の実施例
を示すもので、同図(a) は装置要部の側面図、同図(b)
は同図(a) 中の要部詳細図

【図２】本発明による気相成長装置構成の第２の実施例
を示す要部側面図

【図３】従来の気相成長装置構成の一例を示すもので、
同図(a) は装置本体の側面断面図、同図(b) は装置要部
の平面断面図

【図４】従来の気相成長装置における、被成膜基板装着
のサセプタ搬送用ロードロック装置の構成例を示す側面
断面図

【符号の説明】

１ 基板（被成膜基板） ２ サセプタ ３ ヒータ ４ 反応炉容器 ７ 内管 １６ ゲートバルブ ２１ ロードロック容器 ２２ サポート ２４ ゲートバルブ ２６ 搬送アーム ３１ 準備室 ３２ 内管搬送アーム ３３ 駆動機構 ３４ ガス入口 ３５ 排気口 ３６ 赤外線ランプ ３７ 接続フランジ ３８ 搬送架台

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被成膜基板が載置される水平な伝熱面を備
   えた平板状のサセプタと、サセプタの下面側からサセプ
   タを加熱する抵抗加熱式の加熱手段と、反応ガスを水平
   方向に前記被成膜基板上面へ導く, 石英ガラスからなる
   流れ構成用の導入管および該導入管に接続する内管を収
   容する反応炉容器とを備えてなる反応炉と、前記被成膜
   基板およびサセプタを反応炉容器内へ挿入しあるいは反
   応炉容器外へ取り出すための搬送手段を設けたロードロ
   ック装置とを備えた気相成長装置において、前記流れ構
   成用の内管を反応炉容器内へ挿入あるいは反応炉容器外
   へ取り出すための搬送手段を備えるとともに内管を次工
   程まで内部で待機させる準備室が反応炉容器に付設され
   ていることを特徴とする気相成長装置。
2. 【請求項２】請求項第１項に記載の装置において、準備
   室を真空排気可能に構成するとともに、該準備室内に、
   流れ構成用内管を反応炉容器内へ挿入するのに先立ち、
   あらかじめ内管を加熱処理するための手段として赤外線
   ランプを組み込んだことを特徴とする気相成長装置。
3. 【請求項３】請求項第１項または第２項に記載の装置に
   おいて、準備室を反応炉容器に着脱可能に構成したこと
   を特徴とする気相成長装置。