JPH1036970A - 薄膜気相成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウエハ−を搬送装置によって自動的に搬送す
るようにした薄膜気相成長装置において反応生成物が剥
落してウエハ−を汚染しない構造の装置を提供するこ
と。ベローズの伸縮も含めて、全装置高さのより小さい
装置を提供する事。 【構成】 基板の上に薄膜成長させるリアクタ（成長
室）の上に基板を隣接する真空室から搬入し真空室へ搬
送する移送室を設ける。成長室と移送室の間は昇降する
可動蓋によって仕切る事ができる。可動蓋を下げ成長室
を密閉して気相成長する。可動蓋を上げてサセプタを移
送室に上げて搬送装置（フォーク）によって基板を移動
させる。リアクタ内壁に付着した生成物が落剥して搬送
途中のウエハ−を汚染することはない。サセプタの昇降
のストロークが短くなり、装置の全高さをより低くする
事ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＭＯＣＶＤ装置などの
薄膜気相成長装置に関する。特にリアクタ（成長室）と
移送室の関係が新規であって、パーティクルによる試料
汚染のない装置を与える。さらに全装置高さの低い小型
の装置を与えることを目的とする。

【０００２】

【従来の技術】ＣＶＤ装置、ＭＯＣＶＤ装置は、真空中
で加熱したウエハに原料ガスを流し、気相反応を起こさ
せ反応生成物をウエハ上に堆積させるようにするもので
ある。基板を支持する治具をサセプタという。サセプタ
は回転、昇降可能である。リアクタを開いて反応済みの
ウエハを除き、未反応のウエハを装填するのでは、リア
クタの内部の真空が一旦破れてしまう。

【０００３】そこでリアクタを開かずに、ウエハを自動
的に交換できるようにした装置が用いられる。ウエハ
（基板）の交換装置を移送装置という。これは水平方向
の搬送路と、搬送路の内部を移動できるフォークと、搬
送路とリアクタ内部空間を仕切るゲートバルブ、リアク
タの上部、下部空間を仕切る可動蓋などを含む。

【０００４】ウエハに薄膜成長させるときのサセプタの
高さをＧとする。交換の為にウエハを移動させるための
搬送時のサセプタの高さをＦとする。従来は、成長時高
さＧが、搬送時高さＦよりも高かった。つまりＧ＞Ｆで
ある。

【０００５】図１によって従来例にかかるＭＯＣＶＤ装
置の構成例を説明する。円錐型上の頂部と円筒形状の胴
部を持つリアクタ１は、反応空間を与えるものである。
これは高周波加熱方式のものを示す。その場合はリアク
タは絶縁体でなければならないから石英製である。リア
クタの外周には高周波コイル４が設けられる。円錐形の
頂部の最上部は原料ガス入り口２となっており、ここか
ら原料ガスが導入される。ＭＯＣＶＤの場合は、原料ガ
スの一部が有機金属ガスになっている。

【０００６】リアクタ１の下方に、排気口３が側方に延
びている。さらにその下方には円筒形の移送室８が設置
される。試料基板Ｃを保持するトレイＢはサセプタ５の
上に戴置される。サセプタ５はカーボンの保持台であ
る。サセプタは垂直の棒であるシャフト７の頂点に固定
してある。シャフト７はリアクタ１、移送室８を鉛直に
貫く。シャフト７は昇降回転自在である。シャフト７の
昇降により試料基板Ｃがリアクタ１、移送室８の間を昇
降できる。回転することによって試料基板Ｃの円周方法
の膜厚膜質の均一性が向上する。

【０００７】シャフト７の下方には水平の底板１５が設
けられる。底板１５は、シャフト７の相対回転を許す
が、相対昇降は禁止する。つまりシャフト７の昇降に伴
って底板１５が昇降する。しかしシャフト７は回転する
ことができる。回転シール１６が底板１５とシャフト７
の間に設けられる。回転シールはシャフトの回転を許し
しかも空気の漏れを禁ずる。移送室８の下端と底板１５
とはべローズ１１によって連結される。べローズ１１と
移送室８の下端フランジとはＯリング１７によって封止
される。べローズ１１と底板１５の間はＯリング１７’
によって封ぜられる。

【０００８】移送室８にも排気口１４があって独立の真
空排気装置（図示しない）につながれている。べローズ
１１は伸縮自在であるから、移送室８の内部の真空を保
持できる。シャフト７の昇降回転の駆動力は外部から与
えられる。簡単のため外部の昇降回転機構は図示しな
い。シャフト７が上昇すると底板１５、サセプタ５、ト
レイＢ、基板Ｃが一体となって上昇する。べローズ１１
が縮む。実線で示した位置が上昇位置である。破線で示
すのが下降位置である。

【０００９】シャフト７の中間高さ、移送室８と反応室
であるリアクタ１の境界付近に水平の可動蓋６が固定さ
れる。シャフト７が上昇位置にあるときは、可動蓋６が
リアクタ１の下端の排気口すぐ下のフランジ１９にＯリ
ング１８を介して接触する。この場合はリアクタ１の内
部空間が、可動蓋６によって封止され、移送室８から切
り放される。シャフト７が上昇位置の時はサセプタ５が
リアクタ１の上部にあって高周波コイルによってサセプ
タが加熱されやすい高さにある。

【００１０】また原料ガス入り口２の直下に基板Ｃがあ
り、原料ガスの流れが基板Ｃに当たって広がるようにな
っている。底板１５は持ち上がっており、移送室８の下
端から底板１５までの距離がＳになっている。排気口１
４につながる別個の真空排気装置によって、移送室８の
内部も真空引きされている。

【００１１】シャフトが下降位置にある時は、可動蓋６
はリアクタ１のフランジから遠く下方に離れる。サセプ
タ５は搬送出口１３の辺りまで下がる。移送室８の出
口、ゲートバルブ９を貫いて横に延びる一点鎖線は搬送
レベルをしめす。このレベルを搬送装置（フォーク）が
水平運動する。べローズ１１は延びきって、底板１５は
最下端にある。底板１５の移送室８からの距離はＳ＋Ｌ
である。つまり上昇位置よりもＬだけ余分に延びてい
る。側方からゲートバルブ１０を通って延びるフォーク
（図示しない）によって、サセプタ５の上の薄膜形成の
終わったウエハＣをトレイと共に持ち上げる。サセプタ
を少し持ち上げておいて、フォークの二股分岐をサセプ
タの両側に差し入れサセプタを下げると、トレイがフォ
ークの分岐に乗る。

【００１２】そこでフォークを引き込んでウエハを準備
室１０のほうへと取り去る。準備室でウエハを交換す
る。フォークには未処理ウエハ／トレイを乗せて、再び
ゲートバル９を越えて移送室へと送り込む。サセプタ５
を少し持ち上げるとサセプタ５の上にトレイ／未処理ウ
エハが乗る。フォークを引いてゲートバルブを閉じる。
これが基板の交換作業である。シャフト７を上昇させる
とサセプタは実線で示す位置になる。高周波加熱し原料
ガスを送り込み薄膜形成をする。

【発明が解決しようとする課題】

【００１３】このような装置には二つの難点がある。一
つは、サセプタの昇降距離が長いので、装置が縦に長く
なりすぎるということである。もう一つは生成物が搬送
中の試料を汚染する可能性があるということである。そ
れぞれの欠点についてさらに説明する。

【００１４】移送室の中にサセプタを下げて試料を交換
することができる。リアクタの中にサセプタを上げて試
料に薄膜形成することができる。サセプタの昇降長さは
Ｌに等しい。これが大きすぎるという難点があるのであ
る。リアクタの上方で薄膜成長するが、リアクタの下端
に排気口３があって、さらにその下に移送室がある。移
送室といっても初めに準備室につながる大きいパイプ部
分があり、さらにその下に基板交換位置がある。上下の
サセプタの高さの差が大きすぎるのである。上昇下降の
ストロークＬが大きすぎる。リアクタ１、移送室の部分
を台に固定するが、べローズが下降するため広く長い空
間を取っておかなければならない。全体としての高さＨ
が高すぎる。

【００１５】もうひとつの難点は、ウエハの移送時高さ
が、成長時高さよりも低いので、反応生成物が、搬送中
のウエハの表面に落ちウエハを汚染するということであ
る。原料ガスが基板Ｃに当たってここで生成物を一部堆
積するのであるが、残りの生成物１２はリアクタ１の内
壁に付着する。気相反応がリアクタの上部で起こってし
まうから、それより下方の壁面に生成物が付く。薄膜形
成を繰り返すことによって生成物の堆積厚みが次第に増
えてくる。衝撃によりあるいは自然に生成物が剥離して
落下することがある。これはパーティクルということも
ある。

【００１６】成長中のウエハ位置は十分に高いからこの
上にはパーティクルが落ちない。しかし搬送時のウエハ
位置は低い、内壁に付いた生成物が剥離すると搬出中の
既処理ウエハあるいは、搬入された未処理ウエハの上に
生成物が落下する。するとこの試料はパーティクルによ
って汚染され不良品になる。

【００１７】装置の全高さがより低く小型の薄膜気相成
長装置を提供すること本発明の第１の目的である。さら
に、搬送中の試料がパーティクルによって汚染されない
ようにした薄膜気相成長装置を提供することが本発明の
第２の目的である。

【課題を解決するための手段】

【００１８】本発明は、成長室の上方に移送室を設け
る。成長位置よりも搬送位置を高くする。移送室を成長
室より上方に設ける。つまり従来のものと反対になる。
ためにウエハが生成物の落下によって汚染されない。ま
た装置高さもより低くできる。

【００１９】真空排気装置につながった成長室（リアク
タ）のすぐ上に移送室を設け、移送室と成長室の上端の
間には可動蓋が昇降し、可動蓋が成長室のフランジに接
触することによって成長室と移送室が遮断され、可動蓋
が離れることによって成長室と移送室が連通するように
なっている。可動蓋を上昇下降させるためべローズと上
板が用いられる。サセプタを支持する回転シャフト底板
とべローズの組み合わせによって真空を保持しつつ昇降
できるようになっている。可動蓋とシャフトが独立に昇
降し、それぞれの昇降空間をべローズによって真空維持
するようになっているのである。サセプタを引き下げ、
可動蓋を下げた、下降位置でウエハに薄膜成長をする。
サセプタを持ち上げ、可動蓋を上げてウエハを搬送する
ようにする。ウエハを交換した後、サセプタを下げて定
位置に止め薄膜成長する。

【００２０】搬送高さＦの方が、成長高さＧよりも高い
（Ｆ＞Ｇ）ので、パーティクルによる汚染がなくなる。
また必要なサセプタの上昇下降のストロークが短くなる
から装置の高さが減少し小型の薄膜成長装置とすること
ができる。

【発明の実施の形態】

【００２１】図２は本発明の実施例にかかる薄膜成長装
置の断面図である。円筒形のリアクタ（成長室）２１は
装置の概略中間高さにある。リアクタ２１はウエハの上
に薄膜を成長させる空間である。真空に引くことができ
る。そのため側方には排気口２３があって真空排気装置
につながっている。

【００２２】抵抗加熱ヒ−タ２４を内蔵するサセプタ２
５が成長室２１の中に昇降自在に設けられる。サセプタ
２５を下から保持するシャフト２７は回転昇降自在であ
る。シャフト２７の下方は水平の底板３５を貫く。回転
シール３６によってシャフトは回転可能であるが気体の
通過を禁止するように保持される。シャフト２７は底板
３５とともに昇降する。べローズ３１が、リアクタ２１
の底部３２とシャフト２７の底板３５の間に伸縮自在に
設けられる。べローズ３１、底板３５、底部３２、リア
クタ２１の側周部によって囲まれる空間はリアクタ２１
の上フランジに可動蓋２６が接触しているときに密封さ
れた空間となる。薄膜成長はこの空間が可動蓋によって
封止された状態において行う。

【００２３】可動蓋２６は円錐形の金属であるが上方へ
行くに従い直径の狭くなる形状である。上端部は細い筒
部３７となっている。筒部３７のさらに上端は水平の上
板３８を貫いている。回転シール４０があって、筒部３
７はこれによって回転自在に上板３８に対して支持され
る。筒部３７の上方は外部の原料ガス源につながる原料
ガス入り口２２となっている。

【００２４】成長室（リアクタ）２１のすぐ上には円筒
形のチャンバである移送室２８が設けられる。移送室２
８の一方の側面には連絡路３３が形成してある。ここは
ゲートバルブ２９を介して準備室３０につながってい
る。ゲートバルブ２９を開くと準備室３０の側から搬送
装置のフォークが移送室２８の内部まで伸びてくる。一
点鎖線で示すレベルが搬送レベルである。移送室２８も
独自の真空排気装置によって真空引きすることができ
る。そのために上方の壁面にはガス排気口３４がある。
ここからガスを吸引し移送室２８を真空に引くことがで
きる。移送室２８の上端のフランジ４２と上板３８の間
にはべローズ３９が伸縮自在に設けられる。

【００２５】べローズ３９と上板３８の間にはＯリング
４１が設けられる。べローズ３９と移送室の上フランジ
４２の間にはＯリング４３が介在する。上板３８、原料
ガス入り口２２、可動蓋２６は一体となって昇降するこ
とができる。可動蓋２６が上昇位置にあると可動蓋２６
は移送室の上方に浮いている。これはなんの役割もしな
い。原料ガス入り口２２も上がってしまう。原料ガスボ
ンベと入り口２２は柔軟なパイプによってつながれてい
るから、原料ガス入り口が昇降しても差し支えない。こ
のとき原料ガスは導入されない。べローズ３９は伸びた
状態である。この時サセプタ２５、シャフト２７も上昇
位置にある（破線で示す）。

【００２６】サセプタ２５、シャフト２７が引き下げら
れた下降位置にあるとする。この時可動蓋２６も下降位
置に引き下げられる。可動蓋２６が、成長室（リアク
タ）２１の上フランジに接触する。成長室２１、べロー
ズ３１、底板３５、可動蓋２６によって囲まれる空間が
密閉空間になる。排気口２３からガスを排気する。密封
空間が真空になる。密封空間の中にサセプタ２５、トレ
イＢ、ウエハＣが存在する。ヒ−タ２４に通電し内部か
らサセプタ２５を加熱する。上方から筒部３７を通じて
原料ガスを導入する。原料ガスが加熱されたウエハの上
方で気相反応し生成物がウエハＣに堆積する。これが目
的となる薄膜である。生成物はリアクタ２１の壁面にも
付着する。

【００２７】薄膜成長が終わると、ヒ−タ加熱を中止
し、原料ガスの供給を停止する。可動蓋２６を上板３８
とともに持ち上げる。破線の位置まで可動蓋２６が上昇
する。同時に或いは直後にシャフト２７を押し上げる。
破線に示す位置までサセプタが持ち上がると、ゲートバ
ルブ２９が開き、準備室３０の側からフォーク（図示せ
ず）が延びてくる。フォークの分岐した先端がサセプタ
の側面に回り込む。

【００２８】サセプタ２５を下げると、フォークのうえ
にトレイＢが乗る。フォークを引いて準備室３０にウエ
ハ−／トレイを取り出す。カセット（図示しない）のト
レイごとのせる。つぎに未処理のウエハ−をカセットか
ら取り出してフォークの先に載せる。フォークを延ば
し、ゲートバルブ２９を通って、シャフトの直上の位置
で止める。シャフト２７を上に上げる。サセプタ２５が
トレイＢを持ち上げるので、トレイＢはフォークから離
れる。フォークを引き戻す。ゲートバルブを閉じる。

【００２９】サセプタ２５を下げて実線の高さで止め
る。同時に可動蓋２６がリアクタ２１の上端のフランジ
に密接する。ヒ−タ２４によってサセプタを適当な温度
に加熱する。原料ガス入口２２から原料ガスを導入し気
相反応を熱によっておこし生成物をウエハ−の上に堆積
させる。

【００３０】このように、成長室の上に移送室を設けて
いるから、成長室の内壁に付いた生成物が剥離して落下
しても移送中のウエハ−を汚染しない。また準備室を汚
染することもない。

【００３１】さらにサセプタを支持するシャフトのスト
ロークが短くなる。本発明の場合はベローズをふたつ使
って可動蓋とサセプタの両方を同時に叉は連続して上昇
あるいは下降させる。両方のストロークＬ’は等しい。
ところがサセプタの昇降量が図１の装置の半分以下にで
きる。移送室の上方に排気口があり、サセプタのストロ
ークから外れる。移送室でも搬送の位置を低くできる
し、成長室での成長位置を高くすることができる。

【００３２】ベローズが延びきったときの装置の最大の
高さは、図１の全高さをＨとして、約０．８Ｌに縮小す
ることができる。装置を小型化することができる。サセ
プタを加熱する手段が図１のように高周波加熱であって
も良いが、実施例のようにヒ−タによる内部加熱にする
とより一層リアクタの外部構造を簡略化することができ
る。装置高さをさらに減らすことができる。

【発明の効果】

【００３３】ウエハ−を隣接する準備室に搬送するため
の移送室が、ウエハ−上に薄膜を成長させるためのリア
クタよりも上方にある。ためにリアクタの壁面などに付
着している生成物の一部が剥落してもウエハ−を汚染し
ない。高品質の薄膜を得る事ができる。さらにサセプタ
昇降のストロークが短くなり装置の高さが減少する。よ
り小型の装置になる。有用な発明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来例に掛かる薄膜気相成長装置の概略断面
図。

【図２】本発明の実施例に掛かる薄膜気相成長装置の概
略断面図。

【符号の説明】

１ リアクタ ２ 原料ガス入口 ３ 排気口 ４ 高周波コイル ５ サセプタ ６ 可動蓋 ７ 回転シャフト ８ 移送室 ９ ゲートバルブ １０ 準備室 １１ ベローズ １２ 反応生成物 １３ 搬送出口 １４ 排気口 １５ 底板 １６ 回転シール １７ Ｏリング １８ Ｏリング １９ フランジ ２０ Ｏリング ２１ リアクタ ２２ 原料ガス入口 ２３ 排気口 ２４ 抵抗加熱ヒ−タ ２５ サセプタ ２６ 可動蓋 ２７ シャフト ２８ 移送室 ２９ ゲートバルブ ３０ 準備室 ３１ ベローズ ３２ 底部 ３３ 連絡路 ３４ 排気口 ３５ 底板 ３６ 回転シール ３７ 筒部 ３８ 上板 ３９ ベローズ ４０ 回転シール ４１ Ｏリング ４２ 移送室上端フランジ ４３ Ｏリング

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料を戴置でき昇降可能なサセプタと、
   サセプタのうえに載せられた試料の上に気相反応してで
   きた生成物の薄膜を形成するための空間であるリアクタ
   と、リアクタの上部に設けられ隣接真空室と連通し真空
   室からサセプタの上へ未処理ウエハ−を搬入しサセプタ
   の上から処理済み試料を取り除き隣接する真空室へ搬出
   する移送室と、筒部と円錐形部よりなりリアクタと移送
   室の間に昇降自在に設けられ下降位置においてリアクタ
   の上部を閉ざし筒部を通して原料ガスを導入することの
   できる可動蓋とよりなることを特徴とする薄膜気相成長
   装置。
2. 【請求項２】 サセプタの内部に抵抗加熱ヒ−タが内蔵
   され、リアクタがステンレス製であ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。