JPH1136077A - 基板保持部材及びそれを用いた薄膜気相成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板上に汚染の無い品質の高い成膜処理を安
定に行うことができるような成膜装置を提供する。 【解決手段】 気密な成膜室１０と、成膜室内に保持さ
れた基板Ｗに向けて成膜原料ガスを噴射するガス噴射ヘ
ッド１６と、該成膜室内において基板を加熱する加熱部
１２と、前記加熱部と前記基板の間に着脱自在に配置さ
れた基板保持部材２０とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に、チタン酸バ
リウム／ストロンチウム等の高誘電体又は強誘電体薄膜
を基板上に気相成長させる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の製造のためには、
小さな面積で大容量が得られるキャパシタ素子が必要で
ある。このよう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(Ｔa₂Ｏ₅)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(ＳrＴiＯ₃)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】このような金属酸化物薄膜を基板上に気相
成長させる際には、図１０に示すように、気密な成膜室
１０の内部に配置したサセプタ（加熱保持部）１２上に
基板Ｗを載置し、このサセプタ１２の内部に内蔵された
ヒータ等の加熱手段１４によって基板Ｗを所定温度に加
熱しつつ、成膜室１０の内部に設置したシャワヘッド
（原料噴射ノズル）１６から原料ガスと反応ガス（酸素
含有ガス）との混合ガスを基板Ｗに向けて噴射するよう
にしている。

【０００４】このような成膜過程においては、成膜が基
板のみでなく、サセプタ１２の上面のような周辺部分に
も付着してしまう。このような付着物はパーティクルの
発生や基板の汚れに繋がり、また、付着物が基板とサセ
プタの間に隙間を形成し、伝熱を不均一にする結果、成
膜が不均一になってしまう。

【０００５】これを防止するために、同図に示すよう
に、基板Ｗの外形より僅かに大きな内形を有する中空円
板状の防着板１８でサセプタ１２の外周縁部を覆い、こ
れによって、サセプタ１２の上面への成膜原料の付着を
防止することも行われている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例にあっては、基板Ｗと防着板１８の間に公差や誤差
があるため、基板Ｗの外周面と防着板１８の内周面との
間に隙間Ｃが生じ、この隙間Ｃの内部に成膜原料ガスの
付着物が堆積することを防止することができなかった。
処理の終わった成膜室を高度の真空に曝して付着物を昇
華させることが可能であれば、付着物の除去を容易に行
うことができるが、例えば、Ｂａ，Ｓｒの酸化物あるい
はハロゲン化物は沸点が高く、このような方法で除去す
ることは困難である。

【０００７】この発明は上記に鑑み、基板上に汚染の無
い品質の高い成膜処理を安定に行うことができるような
成膜装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、気密な成膜室と、成膜室内に保持された基板に向け
て成膜原料ガスを噴射するガス噴射ヘッドと、該成膜室
内において基板を加熱する加熱部と、前記加熱部と前記
基板の間に着脱自在に配置された基板保持部材とを有す
ることを特徴とする薄膜気相成長装置である。

【０００９】これにより、成膜処理に伴って基板保持部
材の上面に付着物が堆積しても、基板保持部材を加熱部
から取り外して清浄な基板保持部材と交換することによ
り、基板と基板保持部材の間に付着物の無い状態で基板
の成膜処理を継続することができる。従って、付着物か
ら発生するパーティクルによって基板が汚染されたり、
付着物が基板と加熱部の間に介在して加熱部から基板へ
の伝熱が不均一になるような事態を防止することができ
る。

【００１０】請求項２に記載の発明は、前記基板保持部
材を前記成膜室と外部の間で出し入れする搬送機構を有
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。この搬送機構は、基板保持部材の形状や大き
さによって所定の形態のものが選ばれる。薄膜気相成長
装置に付属する基板搬送機構を兼用するものでもよく、
あるいは別個に設けても良い。

【００１１】請求項３に記載の発明は、前記基板保持部
材の周縁部には、基板保持部材を搬送する搬送部材と係
合する係合部が設けられていることを特徴とする請求項
１に記載の基板保持部材である。これにより、搬送部材
と基板保持部材の係合により基板保持部材の交換を容易
に行い、しかも自動化を図ることができる。

【００１２】請求項４に記載の発明は、前記基板保持部
材は前記加熱部の熱を輻射により前記基板に伝達可能な
透明体で構成さ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。これにより、加熱部から
の輻射により基板が加熱されるので、熱伝導による寄与
率を下げることにより、基板保持部材の外縁部と加熱部
との間に付着物が侵入して隙間ができても加熱の不均一
が起きにくい。

【００１３】請求項５に記載の発明は、前記基板保持部
材は前記加熱部の熱を熱伝導により前記基板に伝達可能
な熱伝導性の良い材料で構成されていることを特徴とす
る請求項１に記載の基板保持部材である。この場合は、
基板と基板保持部材、基板保持部材と加熱部のいずれに
も隙間ができると熱伝達が不均一になるので、基板保持
部材と加熱部の間に付着物が生成しないような工夫をす
るのが望ましく、例えば、加熱部の全面を基板保持部材
で覆ったり、基板保持部材と加熱部の間にラビリンスを
形成したりする。

【００１４】請求項６に記載の発明は、成膜室において
基板に向けて成膜原料ガスを噴射して基板上に成膜する
薄膜気相成長装置において基板を保持し加熱する基板保
持加熱装置であって、加熱手段を有する加熱部と、該加
熱部と前記基板の間に着脱自在に配置された基板保持部
材とを有することを特徴とする基板保持加熱装置であ
る。

【００１５】請求項７に記載の発明は、成膜室において
基板に向けて成膜原料ガスを噴射して基板上に成膜する
薄膜気相成長装置において加熱手段を有する加熱部と前
記基板の間に着脱自在に配置される基板保持部材であっ
て、前記加熱部の熱を輻射により前記基板に伝達可能な
透明体で構成されていることを特徴とする基板保持部材
である。

【００１６】請求項８に記載の発明は、成膜室において
基板に向けて成膜原料ガスを噴射して基板上に成膜する
薄膜気相成長装置において加熱手段を有する加熱部と前
記基板の間に着脱自在に配置される基板保持部材であっ
て、前記加熱部の熱を熱伝導により前記基板に伝達可能
な熱伝導性の良い材料で構成されていることを特徴とす
る基板保持部材である。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１乃至図３は、本発明の第１の
実施の形態を示すもので、成膜室１０の内部には、加熱
手段としてヒータ１４が内蔵されたサセプタ（加熱保持
部）１２が配置され、このサセプタ１２の上面には、円
板状の基板ホルダ（基板保持部材）２０が着脱自在に載
置されている。この基板ホルダ２０は、例えば石英ガラ
ス等の耐熱性を有する透明体で構成され、主にサセプタ
１２からの輻射によってこの上面に載置される基板Ｗが
加熱されるようになっている。基板ホルダ２０は薄い方
が伝熱性を向上させることができる。

【００１８】基板ホルダ２０には、その上面に基板Ｗを
載置保持する平坦な基板載置部２２が設けられ、外周面
には、縁部に突出する係合部２４がその全周に亘って設
けられている。また、基板ホルダ２０には上下に挿通す
る複数の突き出し孔２６が設けられ、一方、サセプタ１
２には上方に突出可能な突き出しピン（図示略）が設け
られ、該突き出しピンを突き出し孔２６に挿通すること
により基板Ｗを基板ホルダ２０から持ち上げるようにな
っている。

【００１９】このような構成の成膜装置においては、サ
セプタ１２の上面に基板ホルダ２０を載置し、図示しな
い開閉ゲートを介してロボットハンドにより基板ホルダ
２０の基板載置部２２に基板Ｗを載置する。そして、ヒ
ータ１４により基板Ｗを加熱しつつ、成膜原料ガスと反
応ガス、あるいはこれらとキャリアガスの混合ガスをシ
ャワーヘッド１６から基板ホルダ２０に向けて噴射する
ことによって、基板Ｗの表面に薄膜が形成される。

【００２０】この際、基板ホルダ２０の上面の基板Ｗに
よって覆われていない箇所にも気相成長反応が起こる。
このような付着がパーティクルの発生、基板Ｗへの熱伝
導の不均一等の面から見て問題とならないものである間
は、基板ホルダ２０をそのまま用いる。つまり、サセプ
タ１２に設けられた突き出しピンを突き出し孔に突き出
して基板Ｗを基板ホルダ２０から上に持ち上げ、ホルダ
２０と基板Ｗの間の隙間にロボットハンドを挿入して基
板Ｗを持ち上て取り出し、新たな基板Ｗを逆の工程で基
板ホルダ２０上に載置し、ガス噴射を行なう。この実施
の形態では、サセプタ１２から基板Ｗへの熱の移動を基
板ホルダ２０を通した輻射で行なうようにしているの
で、基板ホルダ２０とサセプタ１２の間に隙間ができて
も基板Ｗ内での加熱の不均一は生じにくい。

【００２１】このような成膜を所定回数行って、基板ホ
ルダ２０の上面にある程度の付着物が堆積した時には、
これを基板Ｗを交換する場合と同じようにロボットハン
ドで交換する。すなわち、ロボットハンド３０を成膜室
１０に挿入し、係合部２４の下方に差し込んでサセプタ
１２の上面から基板ホルダ２０を持ち上げ、成膜室１０
の近傍に設置した予備室に運ぶ。逆の工程で、予備室に
置いた基板ホルダ２０を成膜室１０のサセプタ１２に戻
し、基板Ｗを供給して処理を継続する。この新たな基板
ホルダ２０の上面に予め成膜すべき基板Ｗをセットして
おけば工程が短縮される。

【００２２】予備室に、図２に示すように、突き出しピ
ン３４を有する基板持上げ機３２を設置しておくと、取
り出された基板ホルダ２０及び基板Ｗの処理が容易とな
る。つまり、図３に示すように、基板持上げ機３２を上
昇させ、この突き出しピン３４を突き出し孔２４内に挿
通して基板Ｗを持ち上げ、同時に基板ホルダ２０を持上
げ機３２に下ろす。この状態で、ロボットハンド３０の
後退、上昇、前進の動作により基板Ｗを保持してこれを
次工程に搬送する。

【００２３】取り出された基板ホルダ２０は、予備室あ
るいは別の場所で付着物の除去、洗浄、乾燥等を行い、
次回の交換用とする。なお、基板ホルダ２０の基板載置
部２２を凹凸のないフラットな面に形成することによ
り、付着物の洗浄による除去を容易に行うことができ
る。なお、係合部２４ａは、図４に示すように、基板ホ
ルダ２０の外周面の全周あるいは一部に設けた溝として
もよい。

【００２４】上述した実施の形態では、基板ホルダ２０
の交換を基板交換機構であるロボットハンド３０及び図
示しない開閉ゲートを用いて行っており、これにより、
別の交換機構を設ける場合に比べて装置コストが低下す
る。しかしながら、基板ホルダ２０は基板Ｗ自体より大
径であり、従って、これを出し入れする開閉ゲートの間
口やロボットハンド３０の能力等は、基板Ｗのみを出し
入れする場合よりも大きくなる。

【００２５】図５（ａ）に示すのは、そのような間口の
大径化を可能な限り抑えるもので、係合部を基板ホルダ
２０の周縁部上面から同一方向に延出する一対の鉤状の
突起２４ｃに形成している。この構成においては、図５
（ｂ）に示すように、先端が傾斜したロボットハンドを
用いてその先端部を突起２４ｃに係合させて基板ホルダ
２０を持ち上げる。従って、突起２４ｃが側方に出ない
状態で基板ホルダ２０を搬送することができるので、開
閉ゲートの間口の拡大を抑えることができる。

【００２６】図６に示すのは、基板ホルダ２０の他の実
施の形態であり、ここでは基板載置部２２ａを、基板Ｗ
とほぼ同じ大きさの平坦な面と、これに滑らかに連続し
て傾斜する傾斜部３６とから構成している。これによ
り、平坦な基板Ｗを載置する際、基板Ｗが基板ホルダ２
０の上面を滑ってしまうことを防止しつつ、基板ホルダ
２０の洗浄の容易性を損なわないようにしている。

【００２７】この発明では、基板ホルダ２０を取り出し
可能に設けてこれの付着物を除去可能としているが、サ
セプタ１２は容易に取り出すことができないので、付着
物の除去は容易ではない。そこで、サセプタ１２の表面
への付着を抑制する、あるいは付着に対処することがで
きるような実施の形態を以下に示す。

【００２８】図７の実施の形態では、基板ホルダ２０ａ
がリング状に形成されており、従って基板Ｗはその裏面
をサセプタ１２に向けて露出させて基板載置部に保持さ
れている。また、下面には先端の断面が鋭角である脚部
３８が周方向に延びて形成されており、脚部３８の下端
がサセプタ１２の上面と線接触するようになっている。
これにより、原料ガスの内側空間への流入を防止してサ
セプタ１２の上面への付着を防止しつつ、サセプタ１２
表面に多少の付着物があっても基板ホルダの姿勢が変化
しにくいようになっている。

【００２９】この実施の形態では、基板Ｗの加熱は主に
サセプタ１２から基板ホルダ２０ａを透過する輻射によ
り行われる。基板ホルダ２０ａを介する熱伝導は基板Ｗ
の局部的温度変動を招くので小さいことが好ましく、従
って、基板載置部２２ｂの幅Ａは、極力狭くすることが
望ましい。また、基板ホルダ２０ａを形成するガラス等
の材質も、熱伝導率が小さい方が好ましい。

【００３０】図８は、この発明のさらに他の実施の形態
を示すもので、円板状の基板ホルダ２０ｂの裏面側縁部
に外方及び下方に延びる被覆壁４１を形成し、これによ
り基板Ｗとほぼ同じ平面形状を有する空隙部４０が設け
られている。そして、この空隙部４０の縁部に、先の実
施の形態と同様の先端断面が鋭角をなす環状の脚部４２
が設けられている。

【００３１】この実施の形態でも、基板Ｗの加熱は主に
サセプタ１２からの輻射により行われ、基板ホルダ２０
ｂの空隙部が基板Ｗと同じ平面形状であるので基板ホル
ダ２０ｂへの熱伝導による局所的影響は小さくなってお
り、より均一な加熱がなされる。また、被覆壁４１及び
脚部４２によるラビリンス構造によりサセプタ１２の表
面が成膜室内空間から遮蔽されており、サセプタ１２へ
の付着防止効果も高い。さらに、この実施の形態では、
サセプタ１２側にもその外周縁を覆う被覆板４４が取り
付けられ、原料ガスが基板ホルダ２０ｂの空隙部４０内
に入り込んで付着物を生成することが防止される。

【００３２】図９は、この発明のさらに他の実施の形態
を示すもので、この基板ホルダ２０ｃは、例えばインコ
ネルやモリブデンあるいはＳｉＣ等の耐熱性、耐酸化性
が高く、かつ熱伝導性の良い金属やセラミックスで構成
されている。この基板ホルダ２０ｃはサセプタ１２より
やや大きく形成され、その縁部下面には、下方に延びて
サセプタ１２の上部に嵌合する環状の係合部２４ｅが設
けられている。

【００３３】この実施の形態においては、サセプタ１２
からの熱は熱伝導により基板ホルダ２０ｃに伝えられ、
この基板ホルダ２０ｃを介する伝熱で基板Ｗが加熱され
る。このように熱伝導で伝熱する基板ホルダ２０ｃで
は、サセプタ１２との間に隙間が生じると前述したよう
に基板Ｗの加熱が不均一になる。この実施の形態では、
サセプタ１２の上表面を完全に被覆しているので、この
面への付着による隙間の形成が防止され、熱伝導による
基板Ｗの均一な加熱が行われる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、基板保持部材を適宜加熱部から取り外して清浄な基
板保持部材と交換することにより、基板と基板保持部材
の間に付着物の無い状態で基板の成膜処理を継続するこ
とができ、付着物から発生するパーティクルによって基
板が汚染されたり、付着物が基板と加熱部の間に介在し
て加熱部から基板への伝熱が不均一になるような事態を
防止して、基板上に汚染の無い品質の高い成膜処理を安
定に行うことができる。基板保持部材の搬送は通常薄膜
気相成長装置に付属する基板搬送機構を兼用することに
より、装置コストを上昇することもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の薄膜気相成長装置
を示す断面図である。

【図２】基板保持部材で基板を保持した状態を一部を破
断して示す図である。

【図３】基板保持部材を基板持上げ機に乗せた状態を一
部を破断して示す図である。

【図４】基板保持部材の変形例を一部を破断して示す図
である。

【図５】（ａ）基板保持部材の他の変形例を一部を破断
して示す図、（ｂ）同じくそれを搬送する工程を示す図
である。

【図６】基板保持部材の更に他の変形例を一部を破断し
て示す図である。

【図７】本発明の他の実施の形態の基板保持部材を一部
を破断して示す図である。

【図８】基板保持部材のさらに他の実施の形態を一部を
破断して示す図である。

【図９】基板保持部材のさらに他の実施の形態を一部を
破断して示す図である。

【図１０】従来の薄膜気相成長装置を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１０ 成膜室 １２ サセプタ（加熱部） １４ ヒータ（加熱手段） １６ シャワーヘッド ２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 基板ホルダ（基板保持
部材） ２２，２２ａ，２２ｂ 基板載置部 ２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ 係合
部 ２６ 突き出し孔 ３２ 基板持上げ機 ３４ 突き出しピン

フロントページの続き (72)発明者 中田 勉 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 (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気密な成膜室と、 成膜室内に保持された基板に向けて成膜原料ガスを噴射
   するガス噴射ヘッドと、 該成膜室内において基板を加熱する加熱部と、 前記加熱部と前記基板の間に着脱自在に配置された基板
   保持部材とを有することを特徴とする薄膜気相成長装
   置。
2. 【請求項２】 前記基板保持部材を前記成膜室より外に
   搬出する搬出機構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。
3. 【請求項３】 前記基板保持部材の周縁部には、基板保
   持部材を搬送する搬送部材と係合する係合部が設けられ
   ていることを特徴とする請求項１に記載の基板保持部
   材。
4. 【請求項４】 前記基板保持部材は前記加熱部の熱を輻
   射により前記基板に伝達可能な透明体で構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜気相成長装置。
5. 【請求項５】 前記基板保持部材は前記加熱部の熱を熱
   伝導により前記基板に伝達可能な熱伝導性の良い材料で
   構成されていることを特徴とする請求項１に記載の基板
   保持部材。
6. 【請求項６】 成膜室において基板に向けて成膜原料ガ
   スを噴射して基板上に成膜する薄膜気相成長装置におい
   て基板を保持し加熱する基板保持加熱装置であって、 加熱手段を有する加熱部と、該加熱部と前記基板の間に
   着脱自在に配置された基板保持部材とを有することを特
   徴とする基板保持加熱装置。
7. 【請求項７】 成膜室において基板に向けて成膜原料ガ
   スを噴射して基板上に成膜する薄膜気相成長装置におい
   て加熱手段を有する加熱部と前記基板の間に着脱自在に
   配置される基板保持部材であって、 前記加熱部の熱を輻射により前記基板に伝達可能な透明
   体で構成されていることを特徴とする基板保持部材。
8. 【請求項８】 成膜室において基板に向けて成膜原料ガ
   スを噴射して基板上に成膜する薄膜気相成長装置におい
   て加熱手段を有する加熱部と前記基板の間に着脱自在に
   配置される基板保持部材であって、 前記加熱部の熱を熱伝導により前記基板に伝達可能な熱
   伝導性の良い材料で構成されていることを特徴とする基
   板保持部材。