JPH093649A

JPH093649A - 薄膜気相成長装置

Info

Publication number: JPH093649A
Application number: JP17433895A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Shinozaki; 弘行篠崎; Yukio Fukunaga; 由紀夫福永; Takeshi Murakami; 武司村上; Kiwamu Tsukamoto; 究塚本
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1995-06-16
Filing date: 1995-06-16
Publication date: 1997-01-07

Abstract

(57)【要約】【目的】高誘電体の薄膜気相成長を安定した条件下で
行うとともに、基板の出し入れが容易で成膜作業を能率
良く行うことができる薄膜気相成長装置を提供する。【構成】基板Ｓを外界と隔離した雰囲気内に収容する
反応室３と、反応室３内において基板Ｓを支持する基板
支持部材８と、成膜に必要な反応ガスを基板Ｓに向けて
噴射する反応ガス供給手段６と、反応室３内の気体を外
部に排出する排気手段４と、中空に形成されたロータ１
１を有する基板高速回転手段９と、基板３の裏面側に設
けられ、基板３を押し上げて基板３と基板支持手８段の
間に隙間を形成する基板突き出し部材３４，４２とを有
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は薄膜気相成長装置に係
り、特に、チタン酸バリウム／ストロンチウム等の高誘
電率薄膜を気相成長させるのに好適な反応ガス噴射ヘッ
ド及びこれを備えた薄膜気相成長装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体産業における集積回路の集
積度の向上はめざましく、現状のメガビットオーダか
ら、将来のギガビットオーダを睨んだＤＲＡＭの研究開
発が行われている。かかるＤＲＡＭの製造のために必要
な大容量素子の製造に用いる誘電体薄膜として、誘電率
が１０以下であるシリコン酸化膜やシリコン窒化膜に替
えて、誘電率が２０程度である五酸化タンタル（Ｔa₂Ｏ
₅ ）薄膜、あるいは誘電率が３００程度であるチタン酸
バリウム（ＢaＴiＯ₃ ）、チタン酸ストロンチウム（Ｓ
rＴiＯ₃）又はこれらの混合物であるチタン酸バリウム
ストロンチウム等の金属酸化物薄膜材料が有望視されて
いる。

【０００３】ところで、このような高誘電体を気相成長
させて形成する場合、従来の薄膜と比べて成膜速度が遅
いという製造上の問題点がある。このような問題点を解
決するものとして、特開平７−５８０３６号公報記載の
技術がある。これは、外界と雰囲気を異にする反応室
と、該反応室に配置されて薄膜を形成する基材を載架し
て回転するサセプタとを具備する薄膜形成装置におい
て、サセプタを浮上させるための磁気軸受を有する浮上
機構と、該サセプタを高速で回転するための駆動機構を
具備するものである。

【０００４】これによって、薄膜を形成する基材を載架
するサセプタを磁気軸受を有する浮上機構で浮上支持す
る、つまり回転体の懸架、支持に接触式の軸受を用いて
いないので、回転体の遠心強度の許容する限度内でサセ
プタの回転速度を自由に増加させることができる。ここ
では、サセプタは、中実のロータを用いた磁気軸受兼用
モータにより回転自在に支持されている。サセプタには
ヒータやチャック機構が設けられており、これに電力を
供給するためのスリップリングが設けられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、高誘電体の
気相成長においては、材料である原料ガスの気相の温度
範囲や、反応温度が他の原料と比べて非常に狭く、かつ
その温度が高いという特徴があるので、反応室内の雰囲
気温度、基板の温度を別々にしかも厳しく制御する必要
がある。従って、そのような温度制御手段を設けるため
に反応室の構造が複雑になる傾向があり、そのため、基
板を出し入れするための搬送路や、それを通って基板を
サセプタに着脱するロボットアームなどの設計の自由度
があまり残されていない。

【０００６】本発明は上述した事情に鑑みて為されたも
ので、高誘電体の薄膜気相成長を安定した条件下で行う
とともに、基板の出し入れが容易で成膜作業を能率良く
行うことができる薄膜気相成長装置を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、基板を外界と隔離した雰囲気内に収容する反応室
と、反応室内において基板を支持する基板支持部材と、
成膜に必要な反応ガスを基板に向けて噴射する反応ガス
供給手段と、前記反応室内の気体を外部に排出する排気
手段と、中空に形成されたロータを有する基板高速回転
手段と、基板の裏面側に設けられ、基板を押し上げるこ
とによって基板と基板支持手段の間に隙間を形成する基
板突き出し部材とを有することを特徴とする請求項１に
記載の薄膜気相成長装置である。

【０００８】請求項２に記載の発明は、前記基板突き出
し部材が前記ロータの中空部を挿通する連結部材に支持
され、前記中空部の外端側には、この連結部材を昇降さ
せる昇降駆動機構が設けられていることを特徴とする請
求項１に記載の薄膜気相成長装置である。請求項３に記
載の発明は、上記基板の裏面側位置に、該基板を加熱す
るヒータが取り付けられていることを特徴とする請求項
１又は２に記載の薄膜気相成長装置である。

【０００９】請求項４に記載の発明は、前記ヒータが前
記突き出し部材と一体に昇降するようになっていること
を特徴とする請求項３に記載の薄膜気相成長装置であ
る。請求項５に記載の発明は、前記昇降駆動機構が、送
りねじ機構を用いる機構であることを特徴とする請求項
１ないし４のいずれかに記載の薄膜気相成長装置であ
る。請求項６に記載の発明は、前記昇降駆動機構に、前
記連結部材の上下動に伴い伸縮して該連結部材を覆い、
上記反応室に通じる空間を外気と遮蔽する被覆部材が設
けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいず
れかに記載の薄膜気相成長装置である。

【００１０】

【作用】請求項１に記載の発明においては、外界と隔離
した雰囲気を持つ反応室内において、基板支持部材によ
り基板が支持され、中空に形成されたロータを有する基
板高速回転手段により高速回転させられた状態で、反応
ガス供給手段により反応ガスが基板に向けて噴射され、
成膜が行われる。反応の副生成物のガスは排気手段によ
り排気される。反応の終了後、基板突き出し部材が基板
を裏側から押し上げ、基板と基板支持手段の間に隙間を
形成し、この隙間に例えばロボットアームの先端が挿入
され、基板が持ち上げられて搬出される。なお、新たな
基板を挿入する際に、ロボットアームが基板を把持した
状態でサセプタ上の所定位置まで進入し、そこで突き出
し部材を上昇させて基板を突き出し部材に移送し、降下
させてサセプタ上に載せるようにしてもよい。

【００１１】請求項２に記載の発明においては、突き出
し部材が中空部を通して外部の昇降駆動装置に接続さ
れ、駆動される。請求項３に記載の発明においては、基
板の裏面側位置に設置したヒータが基板を加熱し、基板
を直接的に加熱する。ヒータは基板の裏側にあるので、
基板の表面で起きる反応の影響を受けにくい。

【００１２】請求項４に記載の発明においては、前記ヒ
ータが突き出し部材と一体に昇降するように設けられて
いるので、構造が省略でき、機構が簡単となる。請求項
５に記載の発明においては、昇降駆動機構において送り
ねじ機構が用いられており、比較的小さい駆動源で円滑
かつ確実な昇降が行われる。なお、送りねじの間にボー
ルを介在させたボールねじを用いてもよい。請求項６に
記載の発明においては、被覆部材が連結部材の上下動に
伴い伸縮して連結部材を覆い、上記反応室に通じる空間
を外気と遮蔽する。いわゆるベローズ及びそれと同効の
ものが用いられる。

【００１３】

【実施例】図１及び図２は、本発明の薄膜気相成長装置
Ａを示す。この薄膜気相成長装置Ａにおいては、釜状の
容器１と支持台２で囲まれて反応室３が構成されてい
る。反応室３は気密に構成され、生成ガスを排気する排
気口４が設けられ、また、容器１の壁には熱媒体流路５
が形成されて、これに加熱流体や冷却流体が流され、容
器壁や反応室３内を所定温度に保つようにしている。そ
して、これらの熱媒体流路５には、所定位置に熱電対や
流量調整弁が設けられており、これらは制御手段（図示
略）に接続されて駆動制御され、容器１の内部の温度が
設定値になるように自動制御されるようになっている。

【００１４】容器１の頂部には、原料ガスと酸化ガスを
混合して反応室３内に噴射する反応ガス噴射ヘッド６が
装着されている。支持台２の中央開口部には、やはり熱
媒体流路５を有する筒状部７が上方に突出して設けら
れ、この中に基板Ｓを支持するサセプタ（基板支持部
材）８が設けられている。このサセプタ８は、基板と熱
伝導率の差が小さい素材から構成され、基板の縁部を収
容する段差が内側に形成された中空円板状部材であり、
支持台２の下側に設置した磁気軸受兼用モータ９によっ
て回転自在に支持されている。

【００１５】この磁気軸受兼用モータ９は、支持台２の
下側に設置した筒状のケーシング１０に組み込まれてお
り、中央の中空軸状のロータ１１と、ケーシング１０内
側に組み込まれたステータ１２とから構成されている。
ロータ１１には、磁性材料からなるディスクＤが外方に
突出して形成され、ステータ１２には上記ディスクＤに
対応する位置に制御コイルＣが設置され、これには制御
装置２０から制御電流が供給されるようになっている。
磁気軸受兼用モータ９は、上側から順に、上ラジアル磁
気軸受１３、モータ１４、下ラジアル磁気軸受１５、ア
キシャル磁気軸受１６が構成されており、所定箇所に隙
間の寸法や傾斜角度を検出するセンサが設けられ、最下
端には回転を検出するエンコーダ１７が設けられ、これ
らの出力は制御装置２０に入力されている。ロータ１１
は、支持台２の開口部を貫通して反応室３内に突出し、
その上部には底板１８と筒状側壁１９からなるサセプタ
支持部材２１が設けられている。

【００１６】ケーシング１０の底板２２の下側には、こ
れと間隔を置いてねじ固定板２３が設けられ、このねじ
固定板２３と底板２２の間には複数本のねじ部材２４が
軸受２５により回転自在に支持されている。そして、底
板２２とネジ固定板２３の間には、それぞれのねじ部材
２４と螺合するナット２６を有する可動板２７が設けら
れている。ねじ部材２４とナットの間にはボールが介在
していわゆるボールねじとなっており、摩擦や遊びを軽
減させている。底板２２の下側には駆動モータ２８が設
けられており、その出力軸２９は動力伝達機構３０を介
してねじ部材２４の一つに連結されており、駆動モータ
２８の作動により可動板２７が上下動するようになって
いる。

【００１７】この可動板２７には、底板２２の開口部と
ロータ１１の中空部を貫通して上記サセプタ支持部材２
１の内側に突出する支柱２９が立設されている。この支
柱２９の頂部には、基板Ｓの裏面側にヒータ３０を支持
するヒータ支持部材３１が設けられ、また、温度計測用
の熱電対３２が設置され、ヒータ３０と熱電対３２は支
柱２９の内部を通る電線によって基板温度調整器３３に
接続されている。このヒータ支持部材３１には、上方に
向けて４つの突き出しピン３４が形成されている。な
お、可動板２７と底板２２の間の部分には、支柱２９を
覆うようにベローズ３５が設けられており、ケーシング
１０内の空間を外気と遮蔽している。

【００１８】また、反応室３の所定位置には、図２に模
式的に示すように、ゲートバルブ３６を介してロボット
チャンバ３７が設けられ、さらにこれにはゲートバルブ
３８を介して第２チャンバ３９が設けられている。ロボ
ットチャンバ３７には基板搬送用ロボット４０が設けら
れており、これは例えば、ロボットチャンバ３７内にお
いて走行自在、あるいは旋回自在とされ、基板を把持す
るアームを備えている。

【００１９】次に、上記のように構成された本発明の薄
膜気相成長装置の作用を説明する。熱電対３２により計
測された基板Ｓ又はヒータ３０の温度に基づいて、温度
調整器３３により、基板温度が、例えば５５０゜Ｃでプ
ラスマイナス１％程度に制御されている。ヒータ３０
は、基板Ｓを裏面から輻射によって加熱する。また、反
応ガスの温度を制御するために、熱媒体流路５に流れる
熱媒体の温度と流量が調整される。これにより、例え
ば、反応容器１内壁の温度が２５０〜２６０゜Ｃでプラ
スマイナス２％程度に制御される。

【００２０】基板高速回転装置、つまり磁気軸受兼用モ
ータ９を駆動することにより、基板Ｓがサセプタ８とと
もに高速回転する。ここにおいて、センサの検出信号に
基づき、制御装置２０より、磁気軸受やモータに制御信
号が発せられ、サセプタ８の回転数や姿勢が制御され
る。この実施例では、高速回転装置のロータ１１が中空
軸として形成されているので、強度を維持しつつ軽量と
なっており、また振動の固有値も小さいので、軸の安定
な制御が容易である。

【００２１】このようにして、反応室３と基板Ｓの温度
をそれぞれ個別に制御し、基板Ｓを円滑に高速回転させ
た状態で成膜処理が行われる。金属原料ガス及びオゾン
（Ｏ₃ ）等の酸素含有ガスは、ガス導入管４１から導入
され、反応ガス噴射ヘッド６の内部の空間で混合され、
ノズルから反応室３内に噴射される。反応室３内で、金
属原料ガスと酸素含有ガスとが反応して、チタン酸バリ
ウムあるいはチタン酸ストロンチウム等の金属酸化物分
子が形成され、半導体等の基板Ｓ上に金属酸化物薄膜が
成長して堆積する。反応が終了したガスや余剰ガスは、
生成ガス排気口４を介して反応室から排出される。

【００２２】１つの基板の処理が終了すると、駆動モー
タ２８が作動して可動板２７及びヒータ支持部材３１を
上昇させる。これに伴い、突き出しピン３４が上昇し
て、基板Ｓをサセプタ８との間に隙間ができるまで持ち
上げる。次に、ゲートバルブ３６が開となって、搬送ロ
ボット４０のアームがサセプタ８と基板Ｓの間の隙間に
進入し、そこで、再度駆動モータ２８が作動して可動板
２７を下降させると、基板Ｓはアームの上に残る。そし
て搬送ロボット４０がロボットチャンバ３７に後退し、
ゲートバルブ３６が閉じられる。この工程が第２のチャ
ンバ３９との間で行われて、基板Ｓが外部に排出され、
新たな基板Ｓに対してこの一連の工程が逆に行われて基
板Ｓが反応室３内のサセプタ８に載せられる。

【００２３】図３及び図４は、この発明の他の実施例を
示すもので、突き出しピン４２がヒータ３０とは別体に
昇降するようになっている。すなわち、ケーシング１０
の底部には固定板４３が取り付けられ、これにロータ１
１の中空部を挿通する支柱４４が立設され、これの上端
にヒータ支持部材３１が設けられている。ケーシング１
０の底板２２の下側には、先の実施例と同様に送りねじ
機構を介して可動板２７が上下動可能に設けられ、この
可動板２７には、筒状の連結部材４５が取り付けられて
いる。この連結部材４５は、支柱４４の外側にこれを囲
むように配置され、その先端には４本の屈曲する突き出
しピン４２が取り付けられている。この連結部材４５と
上記固定板４３が交差する部分では、それぞれの一部が
切り欠かれており、その切欠部を互いに挿通して干渉を
排除している。

【００２４】このように構成された第２の実施例の薄膜
気相成長装置において、基板Ｓが持ち上げられる工程
は、第１の実施例の場合と同様である。この実施例にお
いては、ヒータ３０が上昇することなく、突き出しピン
４２だけが上昇する。成膜処理が終了すればヒータ３０
の電源は切られるが、ヒータ３０自体の温度は急には下
がらないので、第１の実施例の場合には搬送ロボット４
０のアーム４０ａがヒータ３０からの加熱を受ける。し
かし、この実施例では、ヒータ３０は下がったままなの
で、アーム４０ａが加熱を受けることがない。

【００２５】

【発明の効果】請求項１に記載の発明においては、基板
突き出し部材が基板を裏側から押し上げ、基板と基板支
持手段の間に隙間を形成するので、搬送路が狭かった
り、ロボットアームの動作が不自由である場合にも、基
板の出し入れが容易となり、作業能率の向上が図れる。
請求項２に記載の発明においては、突き出し部材を高速
回転装置の一部である中空部を通して形成でき、簡単な
構造で突き出し部材を設置することができる。請求項３
に記載の発明においては、ヒータが基板の裏側にあり、
基板の表面で起きる反応の影響を受けにくく、耐用性が
高い。

【００２６】請求項４に記載の発明においては、ヒータ
が突き出し部材と一体に昇降するように設けられている
ので、機構が簡単となり、設備コストを低減できる。請
求項５に記載の発明においては、昇降駆動機構において
送りねじ機構が用いられており、比較的小さい駆動源で
円滑かつ確実な昇降が行われる。請求項６に記載の発明
においては、被覆部材によって反応室に影響を与えずに
突き出し部材を外部から遠隔駆動することができ、装置
の実用性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例の薄膜気相成長装置の実
体的構成を示す断面図である。

【図２】図１の実施例の薄膜気相成長装置の概略構成を
示すブロック図である。

【図３】この発明の第２実施例の薄膜気相成長装置の実
体的構成を示す断面図である。

【図４】図３の実施例の薄膜気相成長装置の要部を拡大
して示す図面である。

【符号の説明】

１反応容器３反応室４排気口６反応ガス噴射ヘッド（反応ガス供給手段）８サセプタ（基板支持部材）９磁気軸受兼用モータ（基板高速回転手段）１１ロータ２６ねじ部材２７可動板２８駆動モータ３０ヒータ３４，４２突き出し部材３５ベローズ（被覆部材）４５連結部材Ｓ基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者塚本究東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板を外界と隔離した雰囲気内に収容す
る反応室と、反応室内において基板を支持する基板支持部材と、成膜に必要な反応ガスを基板に向けて噴射する反応ガス
供給手段と、前記反応室内の気体を外部に排出する排気手段と、中空に形成されたロータを有する基板高速回転手段と、基板の裏面側に設けられ、基板を押し上げて基板と基板
支持手段の間に隙間を形成する基板突き出し部材とを有
することを特徴とする請求項１に記載の薄膜気相成長装
置。
【請求項２】前記基板突き出し部材は前記ロータの中
空部を挿通する連結部材に支持され、前記中空部の外端
側には、この連結部材を昇降させる昇降駆動機構が設け
られていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜気相
成長装置。
【請求項３】上記基板の裏面側位置に、該基板を加熱
するヒータが取り付けられていることを特徴とする請求
項１又は２に記載の薄膜気相成長装置。
【請求項４】前記ヒータは、前記突き出し部材と一体
に昇降するようになっていることを特徴とする請求項３
に記載の薄膜気相成長装置。
【請求項５】前記昇降駆動機構は、送りねじ機構を用
いる機構であることを特徴とする請求項１ないし４のい
ずれかに記載の薄膜気相成長装置。
【請求項６】前記駆動機構には、前記連結部材の上下
動に伴い伸縮して該連結部材を覆い、上記反応室に通じ
る空間を外気と遮蔽する被覆部材が設けられていること
を特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の薄膜
気相成長装置。