JPH06267871A - 気相成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 化合物半導体を成長させる縦型の気相成長装
置において、成長に伴って発生するダストが成長室を汚
染する。デイスクバルブを持ちこれにより成長室を遮断
する形式の装置ではダストがバルブについてリ−クを引
き起こす原因になる。これを清掃するのも難しい。ダス
トの悪影響を除き、清掃を容易にすることが目的であ
る。 【構成】 成長室の内部に幾つかに分割したカバ−を設
ける。分割カバ−は回転シャフトを覆うように配置され
る。ダストはこれらのカバ−内に溜る。分割カバ−は縦
に幾つかに分割されているので、外部へ取り出すことが
できる。これによりダストの清掃が簡単にできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は縦型の気相成長装置に
関する。縦型の気相成長装置というのは、縦長の気相成
長室の中に、半導体基板を水平に置いたサセプタを設
け、原料ガスを上から下へ流し、気相反応を起こさせる
ことによって、前記基板の上に薄膜を形成するものであ
る。

【０００２】原料ガスとしては、トリメチルガリウム等
の有機金属や、アルシンなどの水素化物が用いられるこ
とが多い。これらの原料ガスは、気相成長室の中で反応
して薄膜を形成するとともに、余剰の原料ガスが反応す
ることによって、気相成長室内にダストを発生する。発
生したダストは気相成長室の内壁に付着堆積し、さらに
この一部が剥離して、下方に落下する。これらのダスト
は定期的に清掃除去されなければならない。ダストは気
相成長室の内壁に強固に付着しており、狭い気相成長室
の中でその拭き取り除去を行うのは困難な作業である。
また、ダストには、砒素などの有害物質が含まれている
ことが多く危険な作業でもある。また、気相成長の均一
性を高めるために、サセプタを回転させる場合には、気
相成長室下部に回転シャフトが導入される。この場合
に、シャフトと軸受部の間にダストが入り込むと、回転
抵抗を増大させたり、リ−クの原因となったりする。

【０００３】さらに、デイスクバルブを持つ縦型の気相
成長装置の場合、バルブのＯリングがダストにより汚染
されると、リ−クを生ずることになる。このように，反
応生成物の一部であるダストは有害であって、機構的な
故障の原因となる。ダストを容易に除去できるようにし
た機構が強く希求される。

【０００４】

【従来の技術】特開昭６３−１９０３２７号（昭和６３
年８月５日公開）は、ダストが回転シャフトの軸受部な
どに落ちないような工夫を提案している。図７に縦断面
図を示す。回転昇降できるサセプタの外径より大きい直
径の内筒を、シャフトの周囲に設置する。さらにサセプ
タの回転シャフトに、受け皿を取り付ける。受け皿と内
筒とは狭い隙間を介して近接している。ダストが発生し
ても受け皿があるので、シャフトの軸受部には落とさな
い。受け皿と内筒の間の隙間からダストが入るのを防ぐ
ため内筒の内部下方から清浄ガスを吹き込む。これは隙
間から上方へ噴出するので、ダストが隙間から入り難く
なる。こうして、サセプタ回転シャフトの軸受部や駆動
部にダストが付着するのを防いでいる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】特開昭６３−１９０３
２７号は、回転する受け皿と、固定された内筒の隙間か
らダストが入らないようパ−ジガス（清浄ガス）を吹き
出させている。このようにすると、上から下へ流れる原
料ガスの流れが、下から上へ吹き出すパ−ジガスによっ
て乱され、気相成長反応が擾乱を受ける。パ−ジガスの
流量を減らせば気相成長への悪影響は軽減されるが、隙
間からシャフトの軸受部へダストが落下する惧れがあ
る。

【０００６】また、単純な構造の縦型の気相成長装置で
は、このように内筒を固定して設けることができるが、
内部にデイスクバルブを持つタイプの装置では、内筒を
固定して設けることができない。ここで、デイスクバル
ブというのは、サセプタの回転シャフトを囲むようにし
た上方の開口した円筒状の弁体で、気相成長室を閉じる
ことができるようにしたものである。気相成長室に隣接
して搬送チャンバを設け、真空中で半導体基板を交換で
きるようにした装置に於いては、気相反応を行う間は気
相成長室と搬送チャンバとの間を遮断しなければならな
い。また基板交換時は、気相成長室と搬送チャンバが互
いに連通していなくてはならない。

【０００７】このような訳で、サセプタの運動とは独立
の昇降運動をするデイスクバルブを設けるとより便利だ
ということになる。デイスクバルブの弁体の先端に、内
外２重のＯリング、パッキンを設けると、ダストの侵入
を有効に防ぎ、真空を維持する上に効果的である。しか
し、単に２重のシ−ルをするだけであると、シ−ルの間
に有毒ガス、危険なガスが溜り、気相成長室を開いた時
にこれが室内（生活空間）に放散されることになるので
危険である。

【０００８】気相成長装置に於いて、原料ガスの流れを
乱すことなく、容易にダストを収集し除去できる装置を
提供することが第１の請求項に記載した発明の目的であ
る。また、気相成長室を開放した時に危険の少ない装置
を提供することが第２の請求項に記載した発明の目的で
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の気相成長装置
は、複数のダストカバ−を気相成長室下部に取り付け、
気相成長中に発生するダストが気相成長室下部に付着堆
積するのを防ぎ、さらにダストが剥離した場合にも、落
としたダストがこれらダストカバ−の何れかに堆積でき
るようにする。さらに、これらのダストカバ−の全てま
たは大部分は容易に取り外しができて、ダストを除去で
きるようにする。

【００１０】ダストカバ−の配置は、デイスクバルブを
使用するものにあっては、このバルブを閉路し気相成長
中において、上方から見て、ダストカバ−が相互に重な
り合っていて、他の部材が露出しないようにする。しか
も、横方向からみてもダストカバ−が重なり合い、ダス
トが軸受部やＯリングに回り込むことのないようにす
る。

【００１１】気相成長室は、反応容器、排気チャンバ，
デイスクバルブの内面により構成される。さらに、デイ
スクバルブが開いている場合には、搬送チャンバと一体
の空間を形成する。このうち、ダストが付着する可能性
があるのは、サセプタより下部の反応容器、排気チャン
バ、デイスクバルブのそれぞれ内面である。従って、こ
のダストが付着する可能性がある内面のほぼ全面をダス
トカバ−で覆うことが本発明の特徴である。ただし、反
応容器が石英で作られている場合には、酸によるエッチ
ングが簡単にダストを除去できるので、反応容器内面を
ダストカバ−で覆う必要はない。

【００１２】排気チャンバ、デイスクバルブの内面を覆
う、ダストカバ−の形態は次のようになる。 排気チャンバの内壁面を覆うような円筒状の排気チャ
ンバカバ− デイスクバルブの弁体の内壁面を覆うような有底内外
二重壁円筒のデイスクカバ− デイスクカバ−の内筒とシャフトの隙間を塞ぐための
下縁を有する有孔円盤状の回転カバ− 回転カバ−の孔とシャフトの間の隙間を塞ぐためのシ
ャフトに固着されたカバ−受け の４部分よりなる。ただし、これらのうち、排気チャン
バカバ−は一部材であっても良いが、上下または左右に
分割できるようにしても良い。幾つかに分割できる方が
着脱に便利である。またデイスクカバ−も２つ割りにす
ることができる。内外で２分割することにしても良い。

【００１３】回転カバ−、カバ−受けなどは取り外し得
るようにするため、２つ割り、或は３つ割り以上にする
ことができる。排気チャンバが小さいか、あるいは省略
されて排気がデイスクバルブを通して行われるような気
相成長装置においては、デイスクカバ−と排気チャンバ
カバ−を同一部材とすることもできる。この場合、デイ
スクバルブを開いた場合に、排気チャンバの内面がダス
トカバ−が覆われなくなるが、気相成長中は必ずデイス
クバルブが閉じているので、排気チャンバ内面にダスト
が付着堆積する惧れはない。つまり、気相成長中の気相
成長室の下部のほぼ全面をダストカバ−で覆うことが本
発明を実現する上で重要な項目である。さらにデイスク
バルブの弁体には、シ−ルを二重に設ける。単に二重に
するのではなく、外側で真空シールし、内側でダストの
みをシールするようにする。このため内側のシールは充
分な隙間管理を行っている。内側のシールは、ダストは
遮断できるがガスは通るようにするのである。

【００１４】

【作用】ダストカバ−により、気相成長装置の排気チャ
ンバ、デイスクバルブの内部空間が覆われる。上方から
見て、ダストカバ−によって覆われていない部品がな
い。気相成長の際、反応生成物のダストが大量に発生し
ても、これらは全てダストカバ−によって遮られ、気相
成長室の下方内面、サセプタ回転シャフトの軸受部や回
転フィ−ドスル−部には至らないために、シャフトの機
構部がダストから守られる。ダストの堆積により機構部
が故障をするということはない。

【００１５】本発明の場合、ダストは殆ど全てダストカ
バ−に付着、堆積することになる。従って、装置を開
き、ダストカバ−を取り外すことにより、容易にダスト
を除去することができる。デイスクバルブは２重のシー
ルになっており、内側のシールはダストを通さずガスの
みを通すようになっている。このため、真空に引いた時
２重シールの間にガスが溜らない。容器を開いた時に、
溜ったガスが出てきて危険だということがない。

【００１６】

【実施例】図面によって本発明の実施例に係る気相成長
装置の構造を説明する。図１は基板交換時の気相成長装
置の縦断面図である。図２は気相成長を行っている時の
同じものの縦断面図である。例えば石英製である縦長の
反応容器１は上部にガス導入口を持ち、ここから原料ガ
スを供給することにより、気相成長が行われる。石英反
応容器１の外周には，高周波コイル２が設けられる。こ
れに高周波電流を流すことにより、反応容器１内のグラ
ファイトでできたサセプタ４に誘導電流が流れ発熱し、
さらに半導体基板３が加熱される。

【００１７】基板３はＧａＡｓ、Ｓｉなどの半導体ウエ
ハである。搬送装置で基板をサセプタ４の上に置いた
り、ここから取り外したりするのである。サセプタ４は
縦長の回転シャフト７によって支持される。回転シャフ
ト７は自由に回転、昇降することができる。反応容器１
の上方には、原料ガス導入口２１が開いている。反応容
器１の外周には冷却水ジャケット２２が設けられる。

【００１８】反応容器１の下方には，Ｏリング２３を介
して排気チャンバ５が設けられる。これは反応容器１か
らガスを排出するためのものである。排気チャンバ５を
貫いて排気管２４が設けられる。これの先に真空排気装
置（図示せず）が設置されている。

【００１９】排気チャンバ５に隣接して基板交換のため
の搬送チャンバ６が設けられる。これは横方向に延びる
空間で、独自に真空排気することができる。簡便な装置
では、排気チャンバに替えてグロ−ブボックスが用いら
れる場合もある。排気チャンバ５と、搬送チャンバ６と
は広い開口によって連通している。また周縁のフランジ
部ではＯリング１１を介して気密に結合されている。

【００２０】搬送チャンバ６は一部が下方へ膨らんだ空
間になっており、この部分の空間に、デイスクバルブ９
が昇降自在に設けられる。デイスクバルブ９はサセプタ
の回転シャフト７と同心位置に設けられる。デイスクバ
ルブ９は独立に昇降できるが、搬送チャンバ６との間に
フィ−ドスル−１０が介装してあって，真空を保ちなが
ら昇降するようになっている。デイスクバルブ９は、直
径の大きい円筒状の弁体２７の下により直径の小さい有
底円筒状の有底筒体２８を結合した形状をしている。有
底筒体２８の底部には穴があり、これをサセプタの回転
シャフト７が貫通している。回転シャフト７と穴の間に
はフィ−ドスル−２６が介装され、真空を保ちながら、
回転シャフト７が自由に昇降回転できるようになってい
る。

【００２１】以上が気相成長装置の本体部の構成であ
る。次にダストカバ−について説明する。排気チャンバ
５の内壁に沿って、略円筒形の排気チャンバカバ−１４
が設けられる。これは排気チャンバ５の内壁にダストが
付着するのを防ぐ。排気チャンバカバ−１４の下部は内
側へ出た段部３０を介しより直径の狭い内縁部３１とな
っている。排気チャンバ５にも段部３２があり、段部３
０がこれに当たっている。段部３２、３０の作用によっ
て、排気チャンバカバ−１４が支持される。排気チャン
バカバ−は着脱の便のため２つ割り、または３つ割り、
或は４つ割りとすることができる。

【００２２】排気管２４に当たる所は穴２９が穿孔して
ある。デイスクバルブ９の弁体２７の内面を覆うため
に、内外２重円筒のデイスクカバ−１３が設けられる。
内外２重円筒の間には底があって、ここに落下したダス
トを溜めることができる。デイスクカバ−１３は、単に
弁体２７の内部に置かれているだけである。デイスクカ
バ−１３の内筒３３を上から覆うように下方に垂下され
た下縁３４を有する有孔円盤状の回転カバ−１２が設け
られる。サセプタが下降している時、回転カバ−１２は
デイスクカバ−１３の内筒３３の上に乗っている。

【００２３】下縁３４の方が内筒３３より広いので、下
縁３４により内筒３３を覆うことができる。回転カバ−
１２の中央には、回転シャフトを通すための穴３５が穿
たれる。この実施例では単なる円筒形の穴ではなく、円
錐形の内向傾斜穴３５となっている。サセプタの回転シ
ャフト７の適当な位置に円盤状のカバ−受け１５が固着
されている。カバ−受け１５の周面は、外向きに傾斜し
た周面になっている。この外向傾斜面３６は、回転カバ
−１２の内向傾斜穴３５にピッタリ嵌りこむようになっ
ている。これによって回転カバ−１２がカバ−受け１５
に係止される。

【００２４】次にその作用を説明する。図２のように、
サセプタ４が上昇位置にあり、デイスクバルブ９が閉じ
られている時に気相成長が行われる。この時、ダストカ
バ−は相互に重なりあっており、ダストがシャフト７の
下方へ漏れないようになっている。排気チャンバカバ−
１４の内縁部３１がデイスクカバ−１３の外筒の上端を
覆っている。隙間は残るが、ここを通るにはダストが上
向きに進行しなければならない。ダストは自重で落下す
るので、この隙間に入ることはない。カバ−受け１５が
回転カバ−１２の内向傾斜穴３５に嵌合し、これを少し
持ち上げている。カバ−受け１５、回転カバ−１２共
に、シャフト７と一体となって回転する。

【００２５】回転カバ−１２の下縁３４が、デイスクカ
バ−１３の内筒３３の上端を覆っている。デイスクカバ
−１３は静止しており、回転カバ−１２は回転している
ので、この間に隙間がなくてはならない。隙間は存在す
るが、これも上向きに生じた隙間であり、ダストは通過
できない。回転カバ−１２の内向傾斜穴３５とカバ−受
け１５の外向傾斜面３６との間には、隙間が生じないよ
うにする。これは傾斜角を同一にすればよい。もし生じ
れば、ここの隙間だけは下向きのものになるので、隙間
とならないようにすべきである。

【００２６】このような状態で気相成長をするので、ダ
ストがシャフト下部に入らない。排出されなかったダス
トはダストカバ−の何れかに付着堆積する。図１に示す
ものは、ウエハ交換時の配置である。サセプタ４、デイ
スクバルブ９が下降位置にある。フォ−ク８により、サ
セプタ４から処理済み基板３を取り外し、未処理基板を
載せることが出来る。これは人手によらず行われる。グ
ロ−ブボックスを備えた装置では、フォ−ク８の代わり
にグロ−ブ３８により、人手によって交換作業を行うこ
ともできる。さらに反応容器１、排気チャンバ５を取り
外せば、回転カバ−１２、デイスクカバ−１３、排気チ
ャンバカバ−１４、カバ−受け１５を外して、外部でこ
れらを清掃することができる。

【００２７】図３、図４は他の実施例を示す。則ち、こ
こには、３分割されたダストカバ−を有する気相成長装
置を例示している。図３は基板交換時の気相成長装置の
縦断面図である。図４は気相成長を行っている時の同じ
ものの縦断面図である。図１、図２と同一部分には同一
符号を付している。この気相成長装置は、排気チャンバ
を持たない。そのため、搬送チャンバ６の上縁にフラン
ジを設け、ここにＯリング２３を介して反応容器１を設
置している。

【００２８】この実施例では、デイスクカバ−１３の外
筒１３ａを排気管２４を越えて上方に延伸している。則
ち、反応容器１の下端に届く程まで延伸している。こう
することにより、ダストカバ−は回転カバ−１２、デイ
スクカバ−１３、カバ−受け１５の３部材で構成でき、
部材数を減ずることが可能となる。この３部材の一つ若
しくは複数を軸方向に複数分割して取り付け、取り外し
を容易にすることもできる。この気相成長装置では、反
応容器１を取り外せば、回転カバ−１２、デイスクカバ
−１３、カバ−受け１５を外して、外部でこれらを清掃
することができる。デイスクバルブ９の弁体２７の上端
面に内外２重シール４２、４３が設けられる。

【００２９】図５、図６にこの部分の拡大断面図を示
す。弁体２７の上端のフランジ部３９に、同心円をなす
よう内外２重の溝４０、４１が穿たれている。ここに
は、Ｏリングまたはパッキンが装入される。内溝４０に
は太さのより小さいＯリング（又はパッキン）４２が嵌
め込まれる。外溝４１には太さのより大きいＯリング
（又はパッキン）４３が嵌め込まれる。閉弁時の状態が
図６に示される。内側のＯリング４２はもともと太さが
小さいものであり、弁座４４に押しつけられるとき、充
分な隙間管理が行われる。このため、ガスが通過しう
る。しかしダストは通さない。外側のＯリング４３はよ
り太さの大きいものであるので、閉弁時のつぶししろが
大きい。これはガスを通さないので、真空シールするこ
とが出来る。

【００３０】内側のＯリング４２はガスを通すので、内
外Ｏリングの間の空間４５は真空に排気される。例えば
有毒ガスがここに残留すると、開弁したとき危険であ
る。しかし本発明では、空間４５も真空に引けるので、
そのような危険がない。機能に着目していえば、内側の
Ｏリング４２はダストシール、外側のＯリングは真空シ
ールということができる。なお、Ｏリング４２とＯリン
グ４３の太さを同一とし、内溝４０を外溝４１より深く
することによっても、Ｏリング４２の隙間管理を行うこ
とができる。Ｏリング４２はダストシールとして機能す
る。また、Ｏリング４２は市販のものに直径方向に沿う
多数の微細な溝乃至傷を設けて構成することもできる。
ダストはＯリング４２で阻止され、空間４５のガスは溝
乃至傷を介して排気される。

【００３１】さらに、シール４２は連続気泡を有する材
料で構成しても良い。この場合、ダストはシール４２で
阻止され、空間４５の排気は連続気泡を介して行われ
る。以上の実施例では排気チャンバ５を設けた場合を説
明した。しかし、排気チャンバを持たない気相成長装置
も考えられ、そこでは当然のことながら、排気チャンバ
カバ−１４が省略される。ここにも本発明は適用出来
る。

【００３２】

【発明の効果】 請求項１によれば、ダストカバ−は複数分割されてい
て相互に重なり合っているので気相成長室の下方内面を
ダストから保護すると共にダストを受け止め，且つ気相
成長室の開放によって外部に取り出すことが出来る。こ
のため保守が容易である。 請求項２によれば内側のシールと外側のシールの間に
気相成長用のガスが残存する事がなく安全であり、しか
も外側のシールがダストにさらされることがなく、ダス
トによって汚染したり気密洩れを起こしたりするのを防
止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る気相成長装置の基板交換
時の縦断面図。

【図２】図１と同じ気相成長装置の気相成長時の縦断面
図。

【図３】本発明の他の実施例に係る気相成長装置の基板
交換時の縦断面図。

【図４】図３と同じ気相成長装置の気相成長時の縦断面
図。

【図５】開弁時のデイスクバルブフランジ部の一部拡大
断面図。

【図６】閉弁時のデイスクバルブフランジ部の一部拡大
断面図。

【図７】特開昭６３−１９０３２７号に示された装置の
縦断面図。

【符号の説明】

１ 反応容器 ２ 高周波コイル ３ ウエハ ４ サセプタ ５ 排気チャンバ ６ 搬送チャンバ ７ 回転シャフト ８ フォ−ク ９ デイスクバルブ １０ フィ−ドスル− １１ Ｏリング １２ 回転カバ− １３ デイスクカバ− １３ａ 外筒 １４ 排気チャンバカバ− １５ カバ−受け ２１ 原料ガス入口 ２２ 冷却水ジャケット ２３ Ｏリング ２４ 排気管 ２６ フィ−ドスル− ２７ 弁体 ２８ 有底筒体 ２９ 穴 ３０ 段部 ３１ 内縁部 ３２ 段部 ３３ 内筒 ３４ 下縁 ３５ 内向傾斜穴 ３６ 外向傾斜面 ３８ グロ−ブ ３９ フランジ部 ４０ 溝 ４１ 溝 ４２ ダストシール ４３ 真空シール

フロントページの続き (72)発明者 西川 公人 京都府京都市右京区梅津高畝町47番地日新 電機株式会社内 (72)発明者 小野田 正敏 京都府京都市右京区梅津高畝町47番地日新 電機株式会社内 (72)発明者 村田 道夫 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気 工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 柿野 裕治 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気 工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 信田 鉄夫 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気 工業株式会社横浜製作所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気相成長室の内部に半導体基板を支持す
   るサセプタを配設すると共に、ガスを供給し前記基板上
   に成膜する気相成長装置において、前記サセプタより下
   方の気相成長室内面をダストカバ−で覆ってなり、前記
   カバ−を半径方向及び軸方向に重なりを持つ複数に分割
   し、前記気相成長室の下方内面をダストから保護して成
   ると共に、前記気相成長室の開放によって前記分割し
   た、ダストカバ−が取り出せるように構成した事を特徴
   とする気相成長装置。
2. 【請求項２】 気相成長室の内部に半導体基板を支持す
   るサセプタを配設すると共に、ガスを供給し前記基板上
   に成膜する気相成長装置において、前記気相成長室の開
   閉可能なフランジ部に内外２重のシ−ルを設け、外側の
   シ−ルは真空を維持し、内側のシ−ルはダストを通さず
   ガスを通して成ることを特徴とする気相成長装置。