JPWO2010147053A1 - 気相成長装置 - Google Patents

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Abstract

外歯車と内歯車とを自動的に噛み合い状態にすることができる自公転型の気相成長装置であって、円盤状のサセプタの外周部周方向に回転可能に設けられた複数の外歯車部材と、該外歯車部材に噛合する内歯車を備えたリング状の固定内歯車部材との少なくともいずれか一方の歯車部材の歯側面に、両歯車部材が非噛み合い状態の位置から噛み合い状態の位置へと移動したときに、他方の歯車部材の歯側面に当接して両歯車部材を噛み合い状態にガイドするためのガイド斜面を設ける。

Description

本発明は、気相成長装置に関し、詳しくは、基板を自公転させながら基板面に半導体薄膜を気相成長させる自公転型の気相成長装置に関する。
一度に多数枚の基板に気相成長させる気相成長装置として、公転サセプタの外周部周方向に複数の自転サセプタを配置し、該自転サセプタの外周部に外歯車を設け、チャンバ内に設けた固定内歯車と前記外歯車とを噛み合わせることによって成膜中の基板を自公転させる自公転型気相成長装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2007−243060号公報
前述のような自公転型の気相成長装置において、基板交換作業や保守作業のために公転サセプタを取り外すと、固定内歯車と外歯車との噛み合いが外れるため、作業後に公転サセプタを取り付ける際に、固定内歯車と外歯車とを手作業で所定の状態に噛み合わせなければならず、自転サセプタの数が多い場合には、噛み合い状態を確認するだけでも手間や時間が掛かっていた。また、固定内歯車と外歯車とが非噛み合い状態のときには自転サセプタが大きく傾いた状態になり、歯車に大きな力が作用して歯車に欠けが生じるおそれもあった。
そこで本発明は、外歯車と内歯車とを自動的に噛み合い状態にすることができる自公転型の気相成長装置を提供することを目的としている。
本発明の気相成長装置の第1の構成は、チャンバー内に回転可能に設けられた円盤状のサセプタと、該サセプタの外周部周方向に回転可能に設けられた複数の外歯車部材と、該外歯車部材に噛合する内歯車を備えたリング状の固定内歯車部材とを備えた自公転機構を有する気相成長装置において、前記サセプタ及び前記内歯車部材の少なくともいずれか一方を、前記外歯車部材と前記内歯車部材とが互いに噛み合う噛み合い状態の位置と両歯車部材が回転軸線方向に離間した非噛み合い状態の位置とに、回転軸線方向に移動可能に形成するとともに、両歯車部材の少なくともいずれか一方の歯車部材の歯側面に、両歯車部材が前記非噛み合い状態の位置から前記噛み合い状態の位置へと移動したときに、他方の歯車部材の歯側面に当接して両歯車部材を前記噛み合い状態にガイドするためのガイド斜面を設けている。
本発明の気相成長装置の第2の構成は、チャンバー内に回転可能に設けられた円盤状のサセプタと、該サセプタの外周部周方向に回転可能に設けられた複数の外歯車部材と、該外歯車部材に噛合する内歯車を備えたリング状の固定内歯車部材とを備えた自公転機構を有する気相成長装置において、前記サセプタを支持して回転させる軸部材の上面とサセプタの中央部下面との間に上下一対のサセプタ高さ調節部材が対向して設けられ、該サセプタ高さ調節部材は、各サセプタ高さ調節部材の対向面に、対向するサセプタ高さ調節部材に向かって突出する突出面が周方向にそれぞれ形成され、突出面同士を当接させたときに前記サセプタを成膜時より高い位置に支持して前記外歯車部材と前記内歯車部材とが噛み合った状態となり、突出寸法が小さな突出面同士を当接させたときに前記サセプタを成膜時の位置に支持して前記外歯車部材と前記内歯車部材とが所定の噛み合い状態となるように形成されている。
本発明の気相成長装置の第3の構成は、チャンバー内に回転可能に設けられた円盤状のサセプタと、該サセプタの外周部周方向に回転可能に設けられた複数の外歯車部材と、該外歯車部材に噛合する内歯車を備えたリング状の固定内歯車部材とを備えた自公転機構を有する気相成長装置において、前記サセプタ及び前記内歯車部材の少なくともいずれか一方を、前記外歯車部材と前記内歯車部材とが互いに噛み合う噛み合い状態の位置と両歯車部材が回転軸線方向に離間した非噛み合い状態の位置とに、回転軸線方向に移動可能に形成するとともに、両歯車部材の少なくともいずれか一方の歯車部材の歯側面に、両歯車部材が前記非噛み合い状態の位置から前記噛み合い状態の位置へと移動したときに、他方の歯車部材の歯側面に当接して両歯車部材を前記噛み合い状態にガイドするためのガイド斜面を設け、前記サセプタを支持して回転させる軸部材の上面とサセプタの中央部下面との間に上下一対のサセプタ高さ調節部材が対向して設けられ、該サセプタ高さ調節部材は、各サセプタ高さ調節部材の対向面に、突出寸法が異なる突出面が周方向にそれぞれ形成され、突出寸法が大きな突出面同士を当接させたときに前記サセプタを成膜時より高い位置に支持して前記外歯車部材と前記内歯車部材が前記ガイド斜面で噛み合った状態となり、突出寸法が大きな突出面と突出寸法が小さな突出面とを当接させたときに前記サセプタを成膜時の位置に支持して前記外歯車部材と前記内歯車部材とが所定の噛み合い状態となるように形成されている。
本発明の気相成長装置の第1の構成によれば、サセプタを取り付けるときに、外歯車部材と内歯車部材とが非噛み合い状態の位置から噛み合い状態の位置に移動する際に、ガイド斜面によって両歯車部材を噛み合い状態にガイドすることができる。通常は、サセプタに対して自由回転状態で設けられている外歯車部材がいずれかの方向に僅かに回動するだけで、両歯車部材が噛み合い状態に確実にガイドされる。したがって、手作業によるかみ合わせ作業を解消してサセプタの着脱を自動化することも可能となる。
本発明の気相成長装置の第2の構成によれば、サセプタを取り付けるときに、サセプタ高さ調節部材でサセプタを成膜時より高い位置支持した状態とすることにより、外歯車部材と内歯車部材とが非噛み合い状態となっていても外歯車部材が大きく傾くことはなく、歯車に欠けが生じることがなくなる。サセプタを成膜時より高い位置に支持した状態で軸部材によりサセプタを回転させることにより、外歯車部材と内歯車部材とが非噛み合い状態から噛み合い状態となるので、サセプタ高さ調節部材でサセプタを成膜時の位置に支持した状態とすることにより、外歯車部材と内歯車部材とを所定の噛み合い状態にすることができるとともに、チャンバー内におけるサセプタの位置を所定の高さにすることができる。
本発明の気相成長装置の第3の構成によれば、歯車に欠けが生じることをより確実に防止できるとともに、外歯車部材と内歯車部材とを非噛み合い状態から噛み合い状態への移行をより確実に行うことができる。
本発明の気相成長装置の第1形態例を示す断面正面図である。 サセプタと外歯車部材とが相対的に回転軸線方向に移動した状態を示す要部の断面正面図である。 歯車部材の歯側面に設けたガイド斜面の一形状例を示す平面図である。 同じく歯車部材の歯の部分を示す正面図である。 図3のV−V断面図である。 歯車部材の歯側面に設けたガイド斜面の他の形状例を示す平面図である。 同じく歯車部材の歯の部分を示す正面図である。 図6のVIII−VIII断面図である。 本発明の気相成長装置の第2形態例を示す断面正面図である。 サセプタ高さ調節部材を示す断面正面図である 軸部材の上面に設けたサセプタ高さ調節部材の平面図である。 サセプタの中央部下面に設けたサセプタ高さ調節部材の底面図である。 サセプタ高さ調節部材によりサセプタを成膜時より高い位置に支持した状態を示す説明図である。 サセプタ高さ調節部材によりサセプタを成膜時の位置に支持した状態を示す説明図である。
図1乃至図8に示す気相成長装置は、本発明の第1形態例を示すものである。この気相成長装置は、チャンバー11内に円盤状のサセプタ12を回転可能に設けるとともに、該サセプタ12の外周部周方向に形成された複数の円形開口12a内にそれぞれ設けられたリング状の軸受部材13と、各軸受部材13上に複数の転動部材(ボール)13aを介してそれぞれ回転可能に載置された外歯車部材(自転サセプタ)14と、該外歯車部材14に噛合するリング状の固定内歯車部材15と、前記外歯車部材14の表面に保持された基板16を前記サセプタ12の裏面側から加熱する加熱手段(ヒーター)17と、前記基板16の表面に平行な方向に原料ガスを導くフローチャンネル18とを備えている。
前記サセプタ12の中央下部には、該サセプタ12を回転させるための軸部材19が設けられており、前記フローチャンネル18の中央上部には、フローチャンネル18内に原料ガスを導入するガス導入部20が設けられ、フローチャンネル18の外周には、複数のガス排出部21が設けられている。
軸受部材13及び外歯車部材14を組み付けて外歯車部材14に基板16を保持した状態で、軸受部材13の下面及び外歯車部材14の下面とサセプタ12の下面とが面一になり、外歯車部材14の外周部上面及び基板16の上面とサセプタ12の上面とが面一になるように形成されている。
サセプタ12と固定内歯車部材15とは、いずれか一方又は双方が回転軸線方向(上下方向)に移動可能に設けられており、基板交換作業や保守作業などの際には、図2に示すように、軸受部材13及び外歯車部材14がサセプタ12と共に固定内歯車部材15の上方に離れた位置になり、外歯車部材14の外歯車14aと固定内歯車部材15の内歯車15aとは、図1に示す噛み合い状態の位置から図2に示す非噛み合い状態の位置になる。
基板交換作業や保守作業などを終えた後、サセプタ12と固定内歯車部材15とを組み付ける際に、非噛み合い状態の外歯車部材14の外歯車14aと固定内歯車部材15の内歯車15aとを噛み合い状態にするため、外歯車14a及び内歯車15aの少なくともいずれか一方の歯車部材の歯側面に、他方の歯車部材の歯側面に当接して両歯車部材を前記噛み合い状態にガイドするためのガイド斜面を設けている。
図3乃至図5に示すガイド斜面31は、歯車部材32の歯33の一方の側面を山形の傾斜面としたものであって、このようなガイド斜面31を外歯車部材14の外歯車14aと固定内歯車部材15の内歯車15aとの対向側面にそれぞれ設けておくことにより、図2に示す非噛み合い状態の位置から図1に示す噛み合い状態の位置に移動する際に、両者の歯の位置がずれていた場合は、両歯車の歯側面に設けたガイド斜面31同士が当接した状態になる。このとき、固定内歯車部材15がチャンバー11に固定されており、外歯車部材14が軸受部材13によりサセプタ12に自由回転可能な状態で設けられているため、外歯車部材14の外歯車14aがガイド斜面31にガイドされることによって外歯車部材14が僅かに回動することにより、外歯車14aの歯が内歯車15aの歯間に入り込み、外歯車14aと内歯車15aとが所定の噛み合い状態になる。
また、図6乃至図8に示すガイド斜面41は、歯車部材42の歯43の一方の側面を全体的に傾斜面としたものであって、対向する外歯車14aと内歯車15aとには、両者の当接時に同一方向に傾斜するガイド斜面41をそれぞれ設けておく。これにより、ガイド斜面41同士が当接したときに、両ガイド斜面41の傾斜に沿って外歯車14aが移動するように外歯車部材14が僅かに回動し、外歯車14aの歯が内歯車15aの歯間に入り込んで両歯車14a,15aとが所定の噛み合い状態になる。
このように、非噛み合い状態の歯車の歯を噛み合い状態にガイドするためのガイド斜面31又はガイド斜面41を設けておくことにより、軸受部材13及び外歯車部材14を装着したサセプタ12と固定内歯車部材15とを組み付ける際に、外歯車14aの歯と内歯車15aの歯とがずれた非噛み合い状態になっていても、ガイド斜面によって外歯車14aの歯と内歯車15aの歯とを自動的に、かつ、確実に所定の噛み合い状態とすることができる。また、サセプタ12を適当な速度で回転させながら固定内歯車部材15を組み付けることにより、両歯車14a,15aの噛み合いをより円滑に行うことができる。サセプタ12を回転させるにあたっては、例えば、成膜時の回転速度より遅い回転速度で2〜3回転程度回転させてもよいし、一方向のみ回転させてもよい。
なお、各構成部材の形状や組み合わせは、気相成長装置の大きさや一度に処理する基板の枚数、基板の大きさ、原料ガスの種類などに応じて適宜設定することができ、チャンバーの開閉機構やサセプタの搬送機構は任意である。また、歯車の状態によっては、ガイド斜面をいずれか一方の歯の側面に設けるだけでもよく、ガイド斜面は曲面であってもよい。
図9乃至図14に示す気相成長装置は、本発明の第2形態例を示すものである。なお、以下の説明において、前記第1形態例に示した気相成長装置の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
本形態例に示す気相成長装置は、基本的には、前記第1形態例に示した気相成長装置と同じ構成を有している。チャンバー11内に回転可能に設けられる円盤状のサセプタ12は、軸部材19の上面とサセプタ12の中央部下面とにそれぞれ設けられた石英製の上下一対のサセプタ高さ調節部材51,61を介して軸部材19に支持されている。
軸部材19の上面に設けた下部サセプタ高さ調節部材51は、上面外周部の周方向に、対向する上部サセプタ高さ調節部材61に向かって上方に突出した3個の突出部52と、各突出部52の間に形成される3個の凹部53とを交互に3組形成した階段状凹凸部54が120度間隔で設けられている。また、階段状凹凸部54の内周側には、上部サセプタ高さ調節部材61に向かって上方に突出したリング状突出部55が形成され、リング状突出部55の内周側には、下部サセプタ高さ調節部材51を軸部材19の上面に取り付けるための8個のビス56を挿通するビス孔57が周方向の8箇所に等間隔で形成されている。下部サセプタ高さ調節部材51は石英製であり、軸部材19はカーボン製である。このように、異質な材質の部材同士を接合するために、両者を機械的に接合している。
一方、サセプタ12の中央部下面に設けた上部サセプタ高さ調節部材61は、前記リング状突出部55の外径に対応した内径を有する円形開口部62が中央部に形成され、該円形開口部62の外周上面に、サセプタ12の中央部下面に形成した嵌合凹部12bの内径に対応した外径を有するリング状の嵌合突出部63が上方に向かって突設されている。この嵌合突出部63の裏面には、前記下部サセプタ高さ調節部材51の突出部52及び凹部53に対応する階段状凹凸部64が形成されている。さらに、階段状凹凸部64の外周には、前記下部サセプタ高さ調節部材51の外径に対応した内径を有するリング状突出部65が下方に向かって突設され、該リング状突出部65の外周に上部サセプタ高さ調節部材61をサセプタ12の中央部下面に取り付けるためのフランジ66が設けられている。上部サセプタ高さ調節部材61は石英製であり、サセプタ12はSiCコートされたカーボン製である。このように、異質な材質の部材同士を接合するために、上部サセプタ高さ調節部材61にフランジ66を設け、例えば、図示しないビス孔とビスとを用いて機械的に接合している。
上部サセプタ高さ調節部材61の前記階段状凹凸部64は、周方向に所定間隔で形成された凹部67と、下部サセプタ高さ調節部材51に向かって下方に2段階に突出した第1突出部68a及び第2突出部68bを有する階段状の突出部68と、該突出部68よりも下方に突出した回り止め凸部69とが周方向に120度間隔で3組設けられている。
上部サセプタ高さ調節部材61の凹部67の大きさは、下部サセプタ高さ調節部材51の前記突出部52を収容可能な大きさを有しており、下部サセプタ高さ調節部材51の凹部53の大きさは、上部サセプタ高さ調節部材61の突出部68及び回り止め凸部69を収容可能な大きさを有している。
前記突出部68における第1突出部68a及び第2突出部68bの突出高さは、前記外歯車部材14及び前記固定内歯車部材15の厚さや前記ガイド斜面の有無に応じて適宜な高さに設定されている。また、各突出部52,68a,68b及び回り止め凸部69は、軸部材19の上面にサセプタ高さ調節部材51,61を介してサセプタ12を載置した状態で軸部材19を正方向(成膜時の回転方向)に回転させたときに、各突出部52,68a,68b及び回り止め凸部69の立ち上がり部(段差部)同士が当接して軸部材19の回転をサセプタ12に伝達する機能を有している。
サセプタ12を取り外して基板交換作業や保守作業などを終えた後、サセプタ12を軸部材19の上にセットする際には、図13に示すように、下部サセプタ高さ調節部材51の突出部52の先端面と、上部サセプタ高さ調節部材61の突出部68の先端面、本形態例では第1突出部68a及び第2突出部68bのいずれか一方の先端面とを当接させた状態とする。このように両突出部52,68の先端面同士を当接させることにより、軸部材19に対してサセプタ12が成膜時の高さより高い位置に支持された状態になる。
このように、サセプタ12を成膜時の高さより高い位置に支持することにより、サセプタ12の外周部に位置する外歯車部材(自転サセプタ)14が固定内歯車部材15より高い位置となり、外歯車部材14の下部と固定内歯車部材15の上部とが僅かに噛み合った状態、例えば1〜2mm噛み合った状態にすることができる。したがって、外歯車部材14と内歯車部材15とが非噛み合い状態で、外歯車部材14の外歯車14aが内歯車部材15の内歯車15aの上に乗り上げた状態となっていても、外歯車部材14が大きく傾くことはなく、歯車に欠けが生じることがなくなる。
さらに、外歯車部材14と内歯車部材15とが非噛み合い状態になっていても、サセプタ12を成膜時より高い位置に支持した状態で軸部材19を正転させると、前述のように両突出部52,68の立ち上がり部同士が当接して軸部材19の回転がサセプタ12に伝達され、サセプタ12の回転に伴って外歯車部材14が固定内歯車部材15の内周側を移動するので、外歯車14aと内歯車15aとが噛み合う位置になると、内歯車15aの上に乗り上げた状態になっていた外歯車14aが内歯車15aと噛み合って図13に示す状態となる。
したがって、サセプタ12を軸部材19の上にセットした後、サセプタ12を回転させることにより、例えば、成膜時の回転速度より遅い回転速度で1回転程度回転させることにより、内歯車15aの上に乗り上げた状態になっていた外歯車14aの歯が内歯車15aの歯の間に落ち込み、外歯車部材14と内歯車部材15とが噛み合った状態にすることができる。
外歯車部材14と内歯車部材15とが噛み合い状態になった後、軸部材19を逆方向に回転させると、サセプタ高さ調節部材51,61には逆方向への回り止めとなる突出部や回り止め凸部が設けられていないので、サセプタ12がほとんど回転しない状態で軸部材19が逆方向に回転する。これにより、図14に示すように、下部サセプタ高さ調節部材51の突出部52が上部サセプタ高さ調節部材61の凹部67に収容されるとともに、上部サセプタ高さ調節部材61の突出部68及び回り止め凸部69が下部サセプタ高さ調節部材51の凹部53に収容された状態になる。
このように各突出部68,52を各凹部53,67にそれぞれ収容することにより、サセプタ12は、成膜時の高さに対応した位置に支持された状態になり、固定内歯車部材15に対して外歯車部材14が下降することにより、外歯車部材14と固定内歯車部材15とが、所定の成膜時の噛み合い状態になる。
また、前記第1形態例で示したガイド斜面が設けられているときには、サセプタ12を成膜時より高い位置に支持したときに外歯車部材14と固定内歯車部材15とがガイド斜面の部分で噛み合うようにサセプタ12の高さを設定することにより、外歯車部材14と固定内歯車部材15とをより確実に噛み合い状態にすることができる。
なお、突出部は1段だけでもよく、回り止め凸部は上下のサセプタ高さ調節部材のいずれかに設ければよい。
11…チャンバー、12…サセプタ、12a…円形開口、12b…嵌合凹部、13…軸受部材、13a…転動部材、14…外歯車部材、14a…外歯車、15…固定内歯車部材、15a…内歯車、16…基板、17…加熱手段、18…フローチャンネル、19…軸部材、20…ガス導入部、21…ガス排出部、31,41…ガイド斜面、32,42…歯車部材、33,43…歯、51…下部サセプタ高さ調節部材、52…突出部、53…凹部、54…階段状凹凸部、55…リング状突出部、56…ビス、57…ビス孔、61…上部サセプタ高さ調節部材、62…円形開口部、63…嵌合突出部、64…階段状凹凸部、65…リング状突出部、66…フランジ、67…凹部、68…突出部、68a…第1突出部、68b…第2突出部、69…回り止め凸部

Claims (3)

  1. チャンバー内に回転可能に設けられた円盤状のサセプタと、該サセプタの外周部周方向に回転可能に設けられた複数の外歯車部材と、該外歯車部材に噛合する内歯車を備えたリング状の固定内歯車部材とを備えた自公転機構を有する気相成長装置において、前記サセプタ及び前記内歯車部材の少なくともいずれか一方を、前記外歯車部材と前記内歯車部材とが互いに噛み合う噛み合い状態の位置と両歯車部材が回転軸線方向に離間した非噛み合い状態の位置とに、回転軸線方向に移動可能に形成するとともに、両歯車部材の少なくともいずれか一方の歯車部材の歯側面に、両歯車部材が前記非噛み合い状態の位置から前記噛み合い状態の位置へと移動したときに、他方の歯車部材の歯側面に当接して両歯車部材を前記噛み合い状態にガイドするためのガイド斜面を設けた気相成長装置。
  2. チャンバー内に回転可能に設けられた円盤状のサセプタと、該サセプタの外周部周方向に回転可能に設けられた複数の外歯車部材と、該外歯車部材に噛合する内歯車を備えたリング状の固定内歯車部材とを備えた自公転機構を有する気相成長装置において、前記サセプタを支持して回転させる軸部材の上面とサセプタの中央部下面との間に上下一対のサセプタ高さ調節部材が対向して設けられ、該サセプタ高さ調節部材は、各サセプタ高さ調節部材の対向面の周方向に、対向するサセプタ高さ調節部材に向かって突出する突出部と該突出部の間に形成される凹部とを交互に複数組形成し、前記一対のサセプタ高さ調節部材の突出部先端面同士を当接させたときに前記サセプタを成膜時より高い位置に支持して前記外歯車部材と前記内歯車部材とが僅かに噛み合った状態とし、前記一対のサセプタ高さ調節部材の突出部を前記凹部内に位置させたときに前記サセプタを成膜時の位置に支持して前記外歯車部材と前記内歯車部材とが所定の噛み合い状態となる気相成長装置。
  3. チャンバー内に回転可能に設けられた円盤状のサセプタと、該サセプタの外周部周方向に回転可能に設けられた複数の外歯車部材と、該外歯車部材に噛合する内歯車を備えたリング状の固定内歯車部材とを備えた自公転機構を有する気相成長装置において、前記サセプタ及び前記内歯車部材の少なくともいずれか一方を、前記外歯車部材と前記内歯車部材とが互いに噛み合う噛み合い状態の位置と両歯車部材が回転軸線方向に離間した非噛み合い状態の位置とに、回転軸線方向に移動可能に形成するとともに、両歯車部材の少なくともいずれか一方の歯車部材の歯側面に、両歯車部材が前記非噛み合い状態の位置から前記噛み合い状態の位置へと移動したときに、他方の歯車部材の歯側面に当接して両歯車部材を前記噛み合い状態にガイドするためのガイド斜面を設け、前記サセプタを支持して回転させる軸部材の上面とサセプタの中央部下面との間に上下一対のサセプタ高さ調節部材が対向して設けられ、該サセプタ高さ調節部材は、各サセプタ高さ調節部材の対向面の周方向に、対向するサセプタ高さ調節部材に向かって突出する突出部と該突出部の間に形成される凹部とを交互に複数組形成し、前記一対のサセプタ高さ調節部材の突出部先端面同士を当接させたときに前記サセプタを成膜時より高い位置に支持して前記外歯車部材と前記内歯車部材とが前記ガイド斜面で噛み合った状態とし、前記一対のサセプタ高さ調節部材の突出部を前記凹部内に位置させたときに前記サセプタを成膜時の位置に支持して前記外歯車部材と前記内歯車部材とが所定の噛み合い状態となる気相成長装置。
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