(57)【要約】【課題】  長寿命化とともに、低コスト化を図った基板回転機構およびその基板回転機構を備えた成膜装置を提供する。【解決手段】  自公転機構Ａは、基板Ｗを載置する基板保持部９を有し、基板Ｗを回転自在に保持する第１の処理基板保持部材１と、複数の第１の処理基板保持部材１を、回転自在に保持する第２の処理基板保持部材２と、第２の処理基板保持部材２を保持するベースプレート７とを備え、第１の処理基板保持部材１と第２の処理基板保持部材２との間、および、第２の処理基板保持部材２とベースプレート７との間に、第１の処理基板保持部材１または第２の処理基板保持部材２を回転させるための複数の球６を内部に保持した回転部材１６Ａ・１６Ｂを備え、第１の処理基板保持部材１および第２の処理基板保持部材２に、回転部材１６Ａ・１６Ｂを収容する保持溝１７ａ・１７ｂが形成されている【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を載置する載置部を有し、基板を回転自在に保持する第１の基板保持部材と、
複数の第１の基板保持部材を、回転自在に保持する第２の基板保持部材と、
第２の基板保持部材を保持する支持体とを備えた基板回転機構において、
第１の基板保持部材と第２の基板保持部材との間、および、第２の基板保持部材と支持体との間に、第１の基板保持部材または第２の基板保持部材を回転させるための複数の環状部材を内部に保持した回転部材を備え、
第１の基板保持部材および第２の基板保持部材に、上記回転部材を収容する保持溝が形成されていることを特徴とする基板回転機構。
【請求項２】
上記回転部材には、上記環状部材と回転部材との摩擦によって生じる磨耗粉を回収する回収部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の基板回転機構。
【請求項３】
上記環状部材は、内径の異なる複数のリング状部材によって保持されていることを特徴とする請求項１または２に記載の基板回転機構。
【請求項４】
上記保持溝は、第１の基板保持部材および第２の基板保持部材を貫通する貫通部を有することを特徴とする請求項１に記載の基板回転機構。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の基板回転機構を備えた成膜装置。
【請求項６】
上記載置部は、基板の成膜処理面を、鉛直方向下向きに保持することを特徴とする請求項５に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板回転機構および成膜装置に関するものであり、より詳細には、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ；Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法（以下「ＭＯＣＶＤ法」）などの各種成膜処理を、複数の基板に対して施す成膜装置に好適に利用可能な基板回転機構および、その基板回転機構を備えた成膜装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの分野において、所望の表面を形成させる成膜処理技術に対する要求がますます高まってきている。その中で特に、ＭＯＣＶＤ法は、光デバイスや高速デバイス等に有用な化合物半導体の薄膜を形成させる成膜処理技術として注目されている。
【０００３】
このＭＯＣＶＤ法に用いられる基板回転機構を備えた成膜装置では、反応性を有する原料ガスを基板表面に導入して所定の化学反応を生じさせて所望の薄膜を均一に形成させる技術が重要である。
【０００４】
ＭＯＣＶＤ法によって所望の薄膜を形成する際、反応性を有する原料ガスによって基板表面で起こる表面反応は、極めて複雑な機構を有することが知られている。すなわち、基板の温度、原料ガスの温度、流速、圧力、原料ガスに含まれる活性化学種の種類、反応系における残留ガス成分等、多数のパラメータが、前記表面反応に寄与する。このため、これらのパラメータを制御し、ＭＯＣＶＤ法によって所望の薄膜を形成することは、極めて難しいとされる。
【０００５】
このような状況のもと、ＭＯＣＶＤ法を用いる成膜装置（ＭＤＣＶＤ装置）において、前記パラメータの一定の条件下で、基板表面に所望の薄膜をより均一、かつ、より安定に形成させる手法が種々提案されている。
【０００６】
膜厚および膜の組成を均一化して薄膜を形成する手法として、一般的には、平面上で基板を回転させる方法が用いられている。例えば、ＩｎＰ基板上に、格子整合するＩｎＧａＡｓＰ薄膜を形成させる場合に、ＭＯＣＶＤ装置に含まれる反応管内の圧カ、およびキヤリアガス流量を、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の界面急峻性のみから決定し、キヤリアガスフローの上流から下流にかけて生じる膜厚および組成の均一化は、平面上で基板を回転させる方法を用いて平均化が行なわれている。
【０００７】
前記基板を回転させる手法の中で、基板の回転による膜厚および膜組成の均一化の効果をさらに高める方策として、基板を自転させるとともに、この基板を保持するサセプタを回転させてこの基板を前記サセプタの回転軸回りに公転させる、いわゆる基板の「自公転機構」を備えた手段が用いられるようになってきている（例えば、特許文献１〜４）。
【０００８】
図１１は、このような基板の自公転機構を備えた成膜装置Ｄの断面図である。図１１に示すように、成膜装置Ｄは、一般に、基板Ｗと、基板Ｗを保持する基板トレイ２００と、基板トレイ２００を保持するサセプタ３００と、基板Ｗを自転させる基板の自転機構（図示省略）と、サセプタ３００を回転させる回転シヤフトＳＣとを備えて構成されている。そして、回転シャフトにＳＣによりサセプタ３００を回転させることによって、基板トレイ２００に保持された基板Ｗに成膜処理を施す。
【０００９】
一方、特許文献５には、駆動ギアを介して、基板を回転（自転・公転）させる基板回転機構を備えた成膜装置が開示されている。図１２は、この成膜装置における基板回転機構Ｘの斜視図である。図１３は、基板回転機構Ｘの構成を模式的に示す断面図である。図１４は、図１２の基板回転機構Ｘに設けられるベアリングＢ１を支持するベアリング溝１３２・１６２の構成を模式的に示す断面図である。この基板回転機構Ｘは、ＭＯＣＶＤ法をはじめとする成膜処理装置に利用される。この成膜装置では、基板の自転と公転とを同時に行なうために、複数の基板を保持する円板形状のサセプタ（ステージ）１３０の回転（公転）を、駆動ギア１０５を介して行っている。すなわち、サセプタ１３０の回転軸Ｃ１０に一致して設けられる回転シヤフト（図１１参照）を排除し、前記基板を保持する基板トレイ１２０の外周部に歯車１２１を形成し、この歯車１２１とこの基板トレイ１２０とが保持される前記サセプタ１３０の外周部の上部に固定して配設された固定ギア１０４とが噛合するように構成されている。これにより、前記サセプタ１３０が回転（公転）すると、この基板トレイ１２０、ひいては、基板保持部１２５に保持された基板も同時に自転することが可能となる。
【００１０】
また、この成膜装置では、図１３に示すように、第１の回転機構１０１は、サセプタ１３０とベースプレート１０６の各々に設けられたベアリング溝１３２・１６２で支持されたベアリングＢ１を介してサセプタ１３０を回転自在に保持し、第２の回転機構１０２は、基板トレイ１２０とサセプタ１３０の各々設けられたベアリング溝１２３・１３３で支持されたベアリングＢ２を介して前記基板トレイ１２０を回転自在に保持する。
【００１１】
また、この成膜装置では、図１４に示すように、第１の回転機構１０１に含まれるサセプタ１３０側に設けられたベアリング溝１３２とベースプレート１０６側に設けられたベアリング溝１６２は各々、水平方向に形成された水平平面と垂直方向に形成された垂直平面を有し、サセプタ１３０側に設けられたベアリング溝１３２は、ベアリングＢ１を、このベアリングＢ１の上側の水平平面に位置する上支持部１０３ａおよびその外側の垂直平面に位置する外支持部１０３ｂの２点で支持し、ベースプレート１０６側に設けられたベアリング溝１６２は、ベアリングＢ１を、このベアリングＢ１の下側の水平平面に位置する下支持部１０６ａおよびその内側の垂直平面に位置する内支持部１０６ｂを含む少なくとも２点で支持し、上支持部１０３ａと下支持部１０６ａは各々、ベアリングＢ１の最上部と最下部に位置するとともに、外支持部と内支持部は各々、ベアリングＢ１の水平方向の両端部に位置して構成されている。
【００１２】
このようにして、特許文献５の成膜装置では、安定してサセプタを回転させ、ひいては基板を公転させることを可能としている。
【特許文献１】特開平５−１２９２０８（１９９３年５月２５日公開）
【特許文献２】特開平４−３１３２２０（１９９２年１１月５日公開）
【特許文献３】特開平９−２６６１７３（１９９７年１０月７日公開）
【特許文献４】実開平２−１３８４２２（１９９０年１１月１９日公開）
【特許文献５】特開２００２−１７９５５２（２００２年６月２１日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献５に記載の成膜装置では、図１３に示すように、基板トレイ１２０・サセプタ１３０・ベースプレート１０６に形成されたベアリング溝１２３・１３３１３２・１６２によって、ベアリングＢ１・Ｂ２を保持している。このため、基板トレイ１２０およびサセプタ１３０の回転によって、ベアリング溝１２３・１３３，１３２・１６２と、ベアリングＢ１・Ｂ２とが摩擦して磨耗しやすいという問題がある。その結果、ベアリングＢ１・Ｂ２のみならず、ベアリング溝１２３・１３３１３２・１６２が形成された基板トレイ１２０・サセプタ１３０・ベースプレート１０６も交換する必要がある。
【００１４】
具体的には、図１３に示すように、ベアリングＢ１は、サセプタ１３０側に設けられたベアリング溝１３２と、ベースプレート１０６側に設けられたベアリング溝１６２とに接触することによって保持されている。同様に、ベアリングＢ２は、基板と例１２０側に設けられたベアリング溝１２３と、サセプタ１３０側に設けられたベアリング溝１３３とに接触することによって保持されている。このため、基板を回転させる際に、ベアリング溝１３２・１６２（１２３・１３３）と、ベアリングＢ１（Ｂ２）との摩擦は避けられず、ベアリング溝１３２・１６２（１２３・１３３）の磨耗、または、ベアリングＢ１（Ｂ２）の磨耗が進行する。磨耗した状態で回転を長期間続けると、基板トレイ１２０上での基板位置が変化してしまうため、均一かつ安定な成膜処理が行えなくなってしまう。従って、ベアリングＢ１・Ｂ２のみならず、ベアリング溝１２３・１３３，１３２・１６２が形成された部材（基板トレイ１２０・サセプタ１３０・ベースプレート１０６）の交換が、頻繁に必要となる。すなわち、特許文献５の構成では、ベアリングＢ１・Ｂ２等に関わる各部材の寿命が短く、頻繁なメンテナンスが必要となるといった問題がある。
【００１５】
さらに、ベアリングＢ１（Ｂ２）とベアリング溝１３２・１６２（１２３・１３３）との摩擦によって磨耗粉が発生すると、その磨耗粉が研磨剤として作用する。その結果、ベアリング溝１３２・１６２（１２３・１３３）およびベアリングＢ１（Ｂ２）の磨耗を促進し、更にその寿命を短くするという問題も生じる。また、磨耗粉が、被処理基板側（成膜面）に混入し、膜質に影響を及ぼすという問題も生じる。
【００１６】
また、ベアリング溝１３２・１６２（１２３・１３３）が形成された部材（基板トレイ１２０・サセプタ１３０・ベースプレート１０６）は、耐熱材料、原料ガスとの低反応性材料を用いる必要があること、また、ベアリング溝１３２・１６２（１２３・１３３）には回転精度を確保するため、高精度の加工を行う必要があることなどのため、非常に高価なものである。このため、これらの部材を頻繁に交換することは、ランニングコストの上昇につながるため、好ましくない。
【００１７】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、メンテナンス時の交換部品点数を削減するとともに、低コスト化を図った基板回転機構およびその基板回転機構を備えた成膜装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明にかかる基板回転機構（本基板回転機構）は、上記の課題を解決するために、基板を載置する載置部を有し、基板を回転自在に保持する第１の基板保持部材と、複数の第１の基板保持部材を、回転自在に保持する第２の基板保持部材と、第２の基板保持部材を保持する支持体とを備えた基板回転機構において、第１の基板保持部材と第２の基板保持部材との間、および、第２の基板保持部材と支持体との間に、第１の基板保持部材または第２の基板保持部材を回転させるための複数の環状部材を内部に保持した回転部材を備え、第１の基板保持部材および第２の基板保持部材に、上記回転部材を収容する保持溝が形成されていることを特徴としている。
【００１９】
上記の構成によれば、第１の基板保持部材は、回転部材を介して、第２の基板保持部材に保持され、第２の基板保持部は、回転部材を介して、支持体に保持されている。そして、その回転部材の内部の環状部材が、第１の基板保持部材および第２の基板保持部材を回転させる。このため、回転部材を第１の基板処理部材および第２の基盤保持部材と別部材とすることができる。環状部材は、回転部材の内部に保持されているため、環状部材と回転部材との摩擦によって、回転磨耗が発生した場合には、保持溝が形成された回転部材を交換することが可能となる。それゆえ、環状部材と保持溝との回転磨耗が発生したとしても、交換するのは、回転部材のみでよい。すなわち、第１の基板保持部材および第２の基板保持部材自体、第１の基板保持部材と第２の基板保持部材のそれぞれに設置された保持溝、および支持体は交換する必要が無くなる。このため、メンテナンス時の交換部品点数を削減することができ、低コスト化を図ることが可能となる。
【００２０】
本基板回転機構において、上記回転部材には、上記環状部材と回転部材との摩擦によって生じる磨耗粉を回収する回収部が形成されていることが好ましい。
【００２１】
上記の構成によれば、回転部材に摩擦粉を回収する回収部が形成されているため摩擦粉を回収することが可能である。これにより、磨耗粉が環状部材に付着したまま、研磨剤として作用することを防止できる。そのため、環状部材６や回転部材の磨耗も低減することができ、回転機構をさらに高寿命化することが可能となる。また、摩擦粉による、基板の汚染を防止できる。
【００２２】
本基板回転機構において、上記環状部材は、内径の異なる複数のリング状部材によって保持されていることが好ましい。
【００２３】
上記の構成によれば、環状部材が、内径の異なる複数のリング状部材に保持されているため、リング状部材とリング状部材との間に、所定の間隔（空間）が形成される。このため、さらに、径の異なる１対のリングのそれぞれの間には、空間が形成される。そして、この空間が、回収部としても機能する。これによって、回転部材にその厚みを増加させることが無く回収部を配設することが可能となる。
【００２４】
また、内径の異なる複数のリング状部材によって環状部材を保持することによって、遠心力により、より削れ量（磨耗量）の多い外周側の外周側リングを単独で交換することが可能となるため、メンテナンス時の交換部品点数を削減することができ、ランニングコストの低減が可能となる。
【００２５】
本基板回転機構において、上記保持溝は、第１の基板保持部材および第２の基板保持部材を貫通する貫通部を有することが好ましい。
【００２６】
上記の構成によれば、貫通部は、第１の基板保持部材および第２の基板保持部材を貫通している。このため、回転部材を交換（取外し）するときには、例えば、貫通部の深さ以上の長さの以上のねじ等を挿入し、複数のねじを順番に均等に締めていくことによって、回転部材へ余分な応力を加えずに取り外すことが可能となる。それゆえ、回転部材へ余分な応力を加えること無く、保持溝から回転部材Ａを取り外すことが可能となる。
【００２７】
本発明にかかる成膜装置（本成膜装置）は、上記の課題を解決するために、前記いずれかの基板回転機構を備えていることを特徴としている。
【００２８】
上記の構成によれば、本基板回転機構を備えているため、第１の基板保持部材および第２の基板保持部材２自体、第１の処理基板保持部材１と第２の処理基板保持部材２のそれぞれに設置されたリング溝１７ａ、およびベースプレート７は交換する必要が無くなる。このため、低コスト化を図ることが可能となる。
【００２９】
本成膜装置において、上記載置部は、基板の成膜処理面を、鉛直方向下向きに保持することが好ましい。これにより、基板の成膜処理面にゴミ等が付着しないため、均一な成膜処理が可能となる。
【発明の効果】
【００３０】
本基板回転機構は、以上のように、第１の基板保持部材と第２の基板保持部材との間、および、第２の基板保持部材と支持体との間に、第１の基板保持部材または第２の基板保持部材を回転させるための複数の環状部材を内部に保持した回転部材を備え、第１の基板保持部材および第２の基板保持部材に、上記回転部材を収容する保持溝が形成されている。それゆえ、環状部材と保持溝との回転磨耗が発生したとしても、交換するのは、回転部材のみでよい。すなわち、第１の基板保持部材および第２の基板保持部材自体、第１の基板保持部材と第２の基板保持部材のそれぞれに設置された保持溝、および支持体は交換する必要が無くなる。このため、低コスト化を図ることが可能となるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の一形態について説明する。なお、本発明はこれに限定されるものではない。以下では、本実施形態として、本発明にかかる基板回転機構（本基板回転機構）を備えた成膜装置を例に挙げて説明する。
【００３２】
〔実施の形態１〕
まず、本実施形態の成膜装置（本成膜装置）について説明する。図７は、本成膜装置の基本構成を示す断面図（断面模式図）である。図７に示すように、成膜装置１０は、反応室Ｒ内部で、第１の処理基板保持部材１に保持された基板Ｗの表面（成膜処理面）に、所定の成膜処理を施すものである。成膜装置１０は、反応室Ｒ内に、基板Ｗと、基板Ｗを自転または公転する自公転機構（基板回転機構）Ａと、その他の必要な部分の温度を調節する温調装置ＴＡを有する温調機構ＴＣとを備えている。自公転機構Ａは、第１の処理基板保持部材１を固定ギア３によって回転させることにより、第１の処理基板保持部材１に載置された基板Ｗを自転させるとともに、この第１の処理基板保持部材１が保持される第２の処理基板保持部材２を駆動ギア４によって回転させて基板Ｗを公転させるものである。
【００３３】
なお、本実施形態において、「基板Ｗの自転」とは、基板Ｗを保持する第１の処理基板保持部材１上で回転することを示し、「基板Ｗの公転」とは、第１の処理基板保持部材１を保持する第２の処理基板保持部材２の回転軸Ｃ１を回転軸として回転することを示す。また、図７の成膜装置１０では、基板Ｗを搬送する機構、基板Ｗに施す所定の成膜処理に用いる原料を導入する機構、および反応室Ｒの内部の圧力を所定の圧力に制御する機構等は省略してある。
【００３４】
また、本基板回転機構およびそれを備えた成膜装置１０は、ＭＯＣＶＤ等の気相成長法を用いた成膜処理に、特に有効であるが、これに限定されるものではなく、この他にも、例えば、プラズマを用いた成膜処理として、プラズマＣＶＤや、スパッタリング等の成膜処理、あるいは、気相中で基板の表面にエッチング処理を施すドライエッチング等のプロセス処理に適用することも可能である。
【００３５】
次に、本基板回転機構について説明する。図１は、自公転機構Ａを備えた成膜装置１０に用いられる回転機構の主要部を模式的に示す分解斜視図であり、図２は、その拡大図である。図１に示すように、基板Ｗの自公転機構Ａは、主に、基板Ｗを保持する複数（図１では３つ）の開口を有する環状（リング形状）の第１の処理基板保持部材１と、この第１の処理基板保持部材１を球（環状部材）６を介して回転自在に保持する円板形状の第２の処理基板保持部材２と、第２の処理基板保持部材２を球６を介して回転自在に保持するベースプレート（支持体）７とから構成されている。
【００３６】
複数の第１の処理基板保持部材１は、後述のように、第２の処理基板保持部材２の回転軸Ｃ１を中心に、等距離に配置されるようになっている。言い換えれば、各第１の処理基板保持部材１の中心は、回転軸Ｃ１を中心とする同心円上に配置されるようになっている。
【００３７】
また、各第１の処理基板保持部材１の外周部には、後述する固定ギヤ３の歯３ａと噛合する歯１ａが形成されている。なお、第１の処理基板保持部材１は、この固定ギア３と第２の処理基板保持部材２との間に設けられる。
【００３８】
また、第１の処理基板保持部材１の内周部には、基板Ｗを保持するための基板保持部（載置部）９が形成されている。この基板保持部９は、第１の処理基板保持部材１の固定ギア３側の表面から、第２の処理基板保持部材２側に窪み、第１の処理基板保持部材１表面と平行な平面を有するように形成されている。
【００３９】
また、第１の処理基板保持部材１および基板保持部９の中央には開口が形成されており、この開口が、基板Ｗを基板保持部９に載置する際の基板挿入孔８となる。
【００４０】
第２の処理基板保持部材２は、第１の処理基板保持部材１と支持体との間に設けられる。また、第２の処理基板保持部材２は、円盤形状であり、複数の第１の処理基板保持部材１が保持されるようになっている。また、第２の処理基板保持部材２の外周には、駆動ギア４の歯４ａと噛合する歯２ａが形成されている。なお、第２の処理基板保持部材２の表面（第１の処理基板保持部材１と対向する面）には、第１の処理基板保持部材１を保持するための保持溝１７ａが形成されている。この保持溝１７ａには、回転部材１６Ａの一方のリング１６ａが収納される。保持溝１７ａについては、後述する。
【００４１】
ベースプレート７は、第２の処理基板保持部材２を保持するためのものである。ベースプレート７は、中央が開口した環状（リング状）の部材である。ベースプレート７の外径は、第２の処理基板保持部材２の外径よりもさらに大きくなっている。また、ベースプレート７の表面（第２の処理基板保持部材２との対向面）には、第２の処理基板保持部材２を保持するための保持溝１７ｂが形成されている。この保持溝１７ｂには、回転部材１６Ｂの一方のリング１６ｂが収納される。保持溝１７ｂについては、後述する。
【００４２】
このように、成膜装置１０の自公転機構Ａは、固定ギア３，第１の処理基板保持部材１，第２の処理基板保持部材２，ベースプレート７の順に形成されている。また、第１の処理基板保持部材１（基板保持部９），第２の処理基板保持部材２，およびベースプレート７には、ベースプレート７から基板保持部９に貫通する開口が形成されている。
【００４３】
固定ギア３は、中央が開口した環状（リング状）であり、その内周部（開口）に、第１の処理基板保持部材１の歯１ａと噛合する歯３ａが形成されている。この開口（言い換えれば、内周部の歯）は、複数の第１の処理基板保持部材１のそれぞれに、接点を有するようになっている。そして、固定ギア３の回転によって、複数の第１の処理基板保持部材１の配置状態を維持したまま、各第１の処理基板保持部材１の中心を回転軸として、回転する。すなわち、前述のように、各第１の処理基板保持部材１の基板保持部９に載置された基板Ｗは、各第１の処理基板保持部材１の回転軸を回転軸として自転する。
【００４４】
駆動ギア４は、円盤形状であり、その外周に、第２の処理基板保持部材２の外周の歯２ａと噛合う歯４ａを有している。これにより、駆動ギア４を駆動すると、第２の処理基板保持部材２が回転する。これに伴い、第２の処理基板保持部材２に保持された第１の処理基板保持部材１も回転する。第１の処理基板保持部材１は、第２の処理基板保持部材２の回転軸Ｃ１を回転軸として回転する。すなわち、前述のように、各第１の処理基板保持部材１は、回転軸Ｃ１の周囲を公転する。
【００４５】
なお、固定ギア３および駆動ギア４を駆動させる駆動機構としては、通常、用いられている駆動機構を使用することができ、例えば、比較的容易に安定した動作が実現可能な駆動機構として、磁気シールされたサーボモータやステッピングモータ等を用いることができる。
【００４６】
このように、自公転機構Ａは、第１の処理基板保持部材１と、その外周部の歯１ａと噛合う歯３ａを有する固定ギア３と、第２の処理基板保持部材２と、第２の処理基板保持部材２の外周に設けられた歯２ａと噛合する歯４ａを有する駆動ギア４と、第２の処理基板保持部材２を保持するベースプレート７とを含んで構成される。そして、基板Ｗの成膜処理を施すべき面（表面）を下方（ベースプレート７側）に向けて、第１の処理基板保持部材の基板挿入孔８を通して基板保持部９に載置された基板Ｗが、自転および公転をしながら、成膜処理が施される。
【００４７】
次に、図１〜図３に基づいて、自公転機構Ａの特徴的構成について説明する。図３は、回転部材１６Ａおよびその周囲の断面図である。自公転機構Ａは、第１の処理基板保持部材１と第２の処理基板保持部材２との間に、第１の処理基板保持部材１を回転させるための回転部材１６Ａを、第２の処理基板保持部材２とベースプレート７との間に、第２の処理基板保持部材２を回転させるための回転部材１６Ｂとを備えている。そして特に、回転部材１６Ａ・１６Ｂは、内部に、球（環状部材）６を保持していることを特徴としている。
【００４８】
本実施形態では、回転部材１６Ａ（１６Ｂ）は、１対のリング１６ａ・１６ａ（１６ｂ・１６ｂ）を組み合わせてなり、そのリング１６ａ・１６ａ（１６ｂ・１６ｂ）の内部に沿って、複数の球６が保持されている。すなわち、回転部材１６Ａ（１６Ｂ）の内部には、複数の球６が、全体としてリング状となるように、保持されている。なお、各図面では、外径の異なる１対のリング１６ａ・１６ａ（１６ｂ・１６ｂ）を組み合わせている。しかし、この外径は、同じでもよく、特に限定されるものではない。
【００４９】
より詳細には、回転部材１６Ａは、第１の処理基板保持部材１と第２の処理基板保持部材２との間に設けられ、第２の処理基板保持部材２の保持溝１７ａに収容される。１対のリング１６ａ・１６ａは、第１の処理基板保持部材１および第２の処理基板保持部材２と対向する面（外面）に接触面を有しており、内部の球６は、第１の処理基板保持部材１および第２の処理基板保持部材２に接触することはない。また、リング１６ａ・１６ａは略相似形状であり、組み合わせて対をなすことにより、内部に略閉空間が形成される。この閉空間に、球６が保持される。リング１６ａの内径は、第１の処理基板保持部材１の窪んだ基板保持部９の外径にほぼ等しくなっている。また、図示しないが、第１の処理基板保持部材１のリング１６ａと対向する面（裏側）には、リング１６ａを収容するための保持溝が形成されている。すなわち、回転部材１６Ａのリング１６ａ・１６ａは、第１の処理基板保持部材１および第２の処理基板保持部材２に形成された各保持溝に収容されるようになっている。
【００５０】
これにより、図３に示すように、第１の処理基板保持部材１と第２の処理基板保持部材２との間に設けられた、内部に球６を保持したリング１６ａ・１６ａからなる回転部材１６Ａを介して、第１の処理基板保持部材１が第２の処理基板保持部材２上に保持されることとなる。
【００５１】
回転部材１６Ｂの構造は、大きさ以外は、回転部材１６Ａと略同様の構造である。すなわち回転部材１６Ｂ、第２の処理基板保持部材２とベースプレート７との間に設けられ、ベースプレート７の保持溝１７ｂに収容される。１対のリング１６ｂ・１６ｂは、第２の処理基板保持部材２およびベースプレート７と対向する面（外面）に接触面を有しており、内部の球６は、第２の処理基板保持部材２およびベースプレート７に接触することはない。また、リング１６ｂ・１６ｂは略相似形状であり、組み合わせて対をなすことにより、内部に略閉空間が形成される。この閉空間に、球６が保持される。リング１６ｂの形状（大きさ）は、ベースプレート７の保持溝１７ｂにほぼ等しくなっている。また、図示しないが、第２の処理基板保持部材２のリング１６ｂと対向する面（裏側）にも、リング１６ｂを収容するための保持溝１７ｂが形成されている。すなわち、回転部材１６Ｂのリング１６ｂ・１６ｂは、第２の処理基板保持部材２およびベースプレート７に形成された各保持溝１７ｂに収容されるようになっている。
【００５２】
これにより、図示しないが、第１の処理基板保持部材１と第２の処理基板保持部材２との間に設けられた、内部に球６を保持したリング１６ａ・１６ａからなる回転部材１６Ａを介して、第１の処理基板保持部材１が第２の処理基板保持部材２上に保持されることとなる。
【００５３】
このように、自公転機構Ａでは、第１の処理基板保持部材１と第２の処理基板保持部材２との間、および、第２の処理基板保持部材２とベースプレート７との間に、内部に球６を有する回転部材１６Ａ・１６Ｂを備えている。これにより、第１の処理基板保持部材１および第２の処理基板保持部材２を回転自在に保持できる構成となっている。このため、回転部材１６Ａ・１６Ｂは、固定ギア３および駆動ギア７による第１の処理基板保持部材１または第２の処理基板保持部材２の回転を補助する回転補助部材ともいえる。
【００５４】
さらに、図３に示すように、回転部材１６Ａ（１６Ｂ）の内部（リング１６ａ・１６ａ（１６ｂ・１６ｂ）の各々）には、球６を保持する球保持溝１４が形成されている。リング１６ａ・１６ａ（１６ｂ・１６ｂ）は、球保持溝１４を内側に球６を挟み込むように対向するよう設置される。より詳細には、回転部材１６Ａの場合、リング１６ａ・１６ａは、第１の処理基板保持部材１と第２の処理基板保持部材２それぞれに設置された保持溝１７ａに、各々嵌め合わされている。また、回転部材１６Ｂの場合は、第２の処理基板保持部材２およびベースプレート７のそれぞれに設置された保持溝１７ｂに各々嵌め合わされている。このように、回転部材１６Ａ（１６Ｂ）は、保持溝１７ａ（１７ｂ）に収容されるため、見かけ上は、第１の処理基板保持部材１が第２の処理基板保持部材２に保持され、第２の処理基板保持部材２がベースプレート７に保持されているように見える。
【００５５】
第１の処理基板保持部材１と第２の処理基板保持部材２との間、および、第２の処理基板保持部材２とベースプレート７との間は、球６によって、若干間隔が空いている。これにより、第１の処理基板保持部材１および第２の処理基板保持部材２の回転がスムーズに進行する。
【００５６】
さらに、球保持溝１４は、特に、球６の中心の直下に、空間２３を有するような形状である。このため、第１の処理基板保持部材１または第２の処理基板保持部材２の回転により、球６と、回転部材１６ａとの摩擦によって生じる磨耗粉は、その空間２３に回収できる。つまり、この空間２３は、磨耗粉を回収するための回収部となっている。
【００５７】
球保持溝１４は、図３の構成では、その断面が、球６を内接円とする四角形に略近い形状となっている。図３の断面図では、球６が、球保持溝１４に４点で保持されている。球保持溝１４は、各リング１６ａ・１６ａに備えられており、互いに対向して配置され、球６を保持している。回転軸Ｃ１側を内側、固定ギア３側を上側とすると、球保持溝１４は、球６を、第１の処理基板保持部材１側のリング１６ａでは、内側かつ上側の上内支持部１８と外側かつ上側の上外支持部１９との２点、第２の処理基板保持部材２側のリング１６ａでは、内側かつ下側の下内支持部２０と外側かつ下側の下外支持部２１で支持するように構成されている。さらに、上内支持部１８と下外支持部２１、および、上側の上外支持部１９と下内支持部２０は、球６の中心から対称となる位置にある。
【００５８】
なお、各リング１６ａ・１６ｂは、耐熱性を有し、また、成膜に使用される原料ガスに対して、低反応性を有する材料、かつ、低摩擦係数、低被磨耗性を有する材料が用いられる。例えば、カーボン、アルミナ、窒化ホウ素、モリブデン、石英などが例示される。
【００５９】
また、回転部材１６Ａ（１６Ｂ）と保持溝１７ａ（１７ｂ）との嵌合は、隙問嵌めによってなされる場合は、回転部材１６Ａ（１６Ｂ）が回転力によって、移動しないように、キー溝、突起などによって、周方向移動を拘束するように構成する。周方向への移動を拘束するための回転部材１６Ａ（１６Ｂ）の設置方法は、このような方法に限定するものではなく、回転部材１６Ａ（１６Ｂ）が別の部材に固定・保持される方法であればよい。
【００６０】
なお、図３では、球６が、上側の上内支持部１８と上側の上外支持部１９との２点、下側の下内支持部２０と下側の下外支持部２１で支持するように構成されているが、これに限定されるものではない。
【００６１】
以上のように、本実施形態によれば、基板Ｗの自公転機構Ａは、駆動ギア４の歯４ａと第２の処理基板保持部材２の外周に形成された歯２ａとを噛合させるとともに、第２の処理基板保持部材２の回転によって、回転部材１６Ｂ内の球６を介して第１の処理基板保持部材１を、回転軸Ｃ１を回転軸として回転させる回転機構（公転機構）と、固定ギア３の歯３ａと第１の処理基板保持部材１の外周に形成された歯１ａとを噛合させるとともに、第２の処理基板保持部材２の回転によって回転部材１６Ａ内の球６を介して第１の処理基板保持部材１を回転させる回転機構（自転機構）とによって、第１の処理基板保持部材１を、基板Ｗを自公転する。
【００６２】
そして、特に、球保持溝１４が形成された回転部材１６Ａ（１６Ｂ）を、第１の処理基板保持部材１と第２の処理基板保持部材２との対向面にそれぞれに設置されたリング溝１７ａ（第２の処理基板保持部材２とベースプレート７との対向面のそれぞれに設置されたリング溝１７ｂ）に、別部品として設置することができる。このため、球６と球保持溝１４の回転磨耗が発生した場合には、球保持溝１４が形成された回転部材１６Ａ（１６Ｂ）を交換することが可能となる。それゆえ、球６と球保持溝１４の回転磨耗が発生したとしても、第１の処理基板保持部材１および第２の処理基板保持部材２自体、第１の処理基板保持部材１と第２の処理基板保持部材２のそれぞれに設置されたリング溝１７ａ、およびベースプレート７は交換する必要が無くなる。このため、メンテナンス時の交換部品点数を削減することができ、低コスト化が可能となる。
【００６３】
また、本実施形態の構成においても、球６と球保持溝１４の摩擦によって、球６および球保持溝１４の材料が削れ、磨耗粉が発生することは避けられない。上記の回転磨耗の発生による、磨耗粉を、球保持溝１４の空間２３に回収することも可能である。これにより、成膜処理時における、基板Ｗの汚染を防止できる。
【００６４】
また、複数の球６を設けることによって、基板Ｗ（被処理基板）の近傍に回転拘束する部材を設置できる為、高精度の回転が可能となる。これに対し、従来のベアリングは、回転により高温になることと、成膜のための材料ガスによる腐食とが問題となるため、被処理基板の近傍に適用できなかった。
【００６５】
なお、図３では、回転部材１６Ａについてのみ説明したが、回転部材１６Ｂについても、略同様であるためその説明を省略する。
【００６６】
以下、実施の形態２〜実施の形態４として、本実施形態の自公転機構Ａの別の構成例について、説明する。なお、基本的な構成は、実施の形態１の構成と同様であるため、以下の実施形態では、主に、異なる点について説明する。また、説明の便宜上、前記実施の形態１にて示した各部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、その説明を省略する。
【００６７】
〔実施の形態２〕
図４は、本実施形態の回転部材１６Ａの別の構成例を示す断面図であり、図８はその回転部材１６Ａにおけるリング１６ａの斜視図である。前述のように、本発明の成膜装置１０によっても、球６と球保持溝１４との摩擦によって、球６および球保持溝１４の材料が削れ、磨耗粉が発生することがある。実施の形態１の構成では、発生した磨耗粉が、球保持溝１４の空いた空間２３に溜まっていく。しかし、磨耗粉はその空間２３に留まっておらず、回転によって、球６に付着し、球６また球保持溝１４を研磨剤として削る働きを起こす。そのため、磨耗粉によって、球６や球保持溝１４の磨耗が促進され、その寿命を低減させてしまう場合がある。
【００６８】
そこで、本実施の形態では、図４および図８に示すように、第２の処理基板保持部材２側のリング１６ａの球保持溝１４における、球６の鉛直下方部（球６の真下の領域）に、磨耗粉回収溝１５が形成されていることを特徴としている。この回収溝１５は、実施の形態１の空間２３を積極的に除去して、その領域を広くしたもの（空間の深さを深くしたもの）ともいえる。この回収溝１５は、球６と球保持溝１４との接触面を除く個所（その接触面以外の球保持溝１４）に、磨耗粉回収溝１５が形成されている。回収溝１５の断面は、矩形形状、すなわち、全体として、リング１６ａとは内径の異なるリング状に形成されている。
【００６９】
本実施形態によれば、球６や球保持溝１４の摩擦によって発生した磨耗粉は、重カによって回収溝１５へ自由落下し、回収されるため、磨耗粉が球６へ付着したまま、研磨剤として作用することを防止できる。そのため、球６や球保持溝１４の磨耗も低減することができ、回転機構をさらに高寿命化することが可能となる。尚、本回収溝１５は、矩形断面に限定するものではなく、磨耗粉を回収可能な形状に構成すればよい。
【００７０】
回転部材の摩擦によって磨耗粉が生じると、その磨耗粉によって、以下の不具合が発生すると考えられる。（ａ）磨耗紛の堆積によって回転精度が悪化（縦振れ、球の乗上による脱輪など）；（ｂ）磨耗紛が球１６とリング１６ａ・１６ａの間にあるため、砥粒加工のように研磨される（但し、磨耗紛が潤滑性を有するもの（例えば、カーボン、モリブデン、二硫化モリブデン、ボロンナイトライドなど）であれば、研磨されることは無いが（ａ）の問題は残る。）。すなわち、磨耗粉が、球６とリング１６ａ・１６ａの間にあると、このような問題が発生する可能性がある。本実施形態では、回収溝１５を積極的に形成しているため、このような問題を回避できる。
【００７１】
〔実施の形態３〕
図５は、本実施形態の回転部材１６Ａのさらに別の構成例を示す断面図であり、図９その回転部材１６Ａの分解図である。
【００７２】
実施の形態２の構成例では、磨耗粉を回収するための回収溝１５の領域を広くして、効率よく磨耗粉を回収するためには、球保持溝構成リング１６Ａの厚みを厚く構成して回収溝１５を加工する必要がある。
【００７３】
しかしながら、回転部材１６Ａ（１６Ｂ）の厚みを増加させることは、回転部材１６Ａ（１６Ｂ）の重量増加を招くため、第２の処理基板保持部材２の重量が増加する。すなわち、ベースプレート７へ設置された回転部材１６Ｂへかかる負荷が増加する。負荷の増加は、回転機構の寿命を低減させるため、極力軽量化を図ることが好ましい。また、回転部材１６Ａ（１６Ｂ）に働く遠心力は、その内周側に比べて、外周側の方が大きくなるため、回転部材１６Ａ（１６Ｂ）にかかる負荷も、遠心力のより大きい、外周側に大きくかかる。このため、磨耗による削れは外周側が大きくなる。
【００７４】
そこで、本実施形態では、図５および図８に示すように、回転部材１６Ａ（各リング１６ａ・１６ａ）を内周側リング２４ａ・２４ｂと外周側リング２５ａ・２５ｂのように２分割する。内周側リング２４ａ・２４ｂは、リング溝１７ａの内周側へ嵌合され、外周側リング２５ａ・２５ｂは、リング溝１７ａの外周側へ嵌合される。内周側リング２４ａ・２４ｂと外周側リング２５ａ・２５ｂとの間には、空間が配設され、その空間が回収溝１５の機能を有する。言い換えれば、実施の形態２の空間２３および実施の形態３の回収溝１５を、保持溝１７ａ方向に第１の処理基板保持部材１または第２の処理基板保持部材２に達するまで、加工した構成ともいえる。
【００７５】
以上のように、本実施形態によれば、１対の部材から構成していた回転部材１６Ａ（１６Ｂ）、すなわち、リング１６ａ・１６ａ（１６ｂ・１６ｂ）のそれぞれを、円周方向に２分割する構成である。すなわち、リング１６ａ・１６ａのそれぞれは、径の異なる１対のリングとなる。そして、各リングには、球６との接点（接面）がある。すなわち、球６は、４つのリングによって保持される。さらに、径の異なる１対のリングのそれぞれの間には、空間が形成される。この空間が、回収溝１５として機能する。これによって、回転部材１６にその厚みを増加させることが無く回収溝１５を配設することが可能となる。このため，回転部材１６Ａの軽量化が可能となる。また、遠心力により、より削れ量（磨耗量）の多い外周側の外周側リング２５ａ・２５ｂを単独で交換することが可能となるため、メンテナンス時の交換部品点数を削減することができ、ランニングコストの低減が可能となる。
【００７６】
〔実施の形態４〕
図６は、本実施形態の回転部材１６Ａのさらに別の構成例を示す断面図であり、図１０はその回転部材１６Ａの分解図ある。前述までの実施形態では、回転部材１６Ａは、保持溝１７ａに収容されるため、回転部材１６Ａの交換時、例えば、回転部材１６Ａの洗浄のために取外しを行うようなときには、その取外しが難しく、取外し時に、回転部材１６Ａに破損する恐れがある。
【００７７】
そこで、本実施例では、保持溝１７ａのリング１６ａ・１６ａと対向する面に、保持溝１７ａへ回転部材１６Ａを設置（収容）した際、第１の処理基板保持部材１の表面から、保持溝１７ａの端面まで貫通する、複数の突き上げ孔（貫通部）２６を設けることを特徴としている。具体的には、図６および図１０に示すように、第１の処理基板保持部材１では、この突き上げ孔２６は、リング１６ａまで貫通したリング状となっている。一方、第２の処理基板保持部材２では、この突き上げ孔２６は、第２の処理基板保持部材２の円周上に複数の突き上げ孔２６が点在している。第２の処理基板保持部材２の突き上げ孔２６は、メネジ穴で構成されており、突き上げ孔２６の深さ以上の長さのオネジが配設される。回転部材１６Ａを取り外しする際には、突き上げ孔２６へ、突き上げ孔２６の深さ以上の長さのオネジを挿入し、複数のオネジを順番に均等に締めていくことによって、回転部材１６Ａへ余分な応力を加えずに取り外すことが可能となる。また、第１の処理基盤保持部材１の突き上げ孔２６も同様にして、回転部材１６Ａ（リング１６ａ）を取り外すことが可能となる。
【００７８】
以上のように、本実施例によれば、球保持溝構成リング１６へ余分な応力を加えること無く、保持溝１７から回転部材１６Ａを取り外すことが可能となる。
【００７９】
なお、本発明にかかる基板回転機構は、以下のように表現することもできる。
【００８０】
〔１〕反応室内部に回転自在に保持された被処理基板を保持し、該被処理基板に反応ガスを供給しつつ前記反応室内部を加熱し、ＣＶＤ処理方法により前記被処理基板に成膜する基板処理装置において、回転自在に保持された処理基板保持部材の回転機構は、被処理基板の近傍に複数個の球が設置されるとともに、その回転受部（回転部材１６Ａ・１６Ｂ）は、球を保持するリング状の球保持溝が形成された球保持溝構成リング（リング１６ａ・１６ｂ）と、その球保持溝構成リングを保持するリング溝（保持溝）とを備えていることを特徴とする基板回転機構。
【００８１】
この構成によると、球保持溝が形成された球保持溝構成リングを、回転機構（第１の処理基板保持部材と第２の処理基板保持部材のそれぞれ）に設置されたリング溝、第２の処理基板保持部材、ベースプレートそれぞれに設置されたリング溝に別部品として設置することができるため、球と球保持溝の回転磨耗が発生した場合には、球保持溝が形成された球保持溝構成リングを交換することが可能となり、第１の処理基板保持部材と第２の処理基板保持部材それぞれに設置されたリング溝、第２の処理基板保持部材、ベースプレートは交換する必要が無くなるため、低コスト化が可能な基板回転機構を提供することができる。
【００８２】
〔２〕上記回転受部には、球を保持する球保持溝と、球と球保持溝との接触面を除く個所に、更に回収溝が設置されたことを特徴とする上記〔１〕記載の基板回転機構。
【００８３】
〔３〕上記回転受部は、球保持溝構成リングが２分割されることを特徴とする上記〔１〕または〔２〕に記載の基板回転機構。
【００８４】
〔４〕上記回転受部を保持する回転受部保持部は、球保持溝構成リングを保持するリング溝に、球保持構成リング端面まで貫通する突き上げ孔を有することを特徴とする〔１〕，〔２〕，または〔３〕に記載の基板回転機構。
【００８５】
〔２〕の発明によると、球や球保持溝の摩擦によって発生した磨耗粉は、重力によって回収溝へ自由落下し、回収されるため、磨耗粉が球へ付着したまま、研磨剤として作用することを防止することが可能となる。そのため、球や球保持溝の磨耗も低減することができ、回転機構を高寿命化することが可能となる基板回転機構を提供することができる。
【００８６】
このように、本発明によれば、反応室内部に回転自在に保持された被処理基板を保持し、該被処理基板に反応ガスを供給しつつ前記反応室内部を加熱し、ＣＶＤ処理方法により前記被処理基板に成膜する基板処理装置において、基板回転機構の長寿命化、低コスト化が図れる基板回転機構を提供することができる。
【００８７】
〔３〕の発明によると、球保持溝構成リングを２分割することによって、球保持溝構成リングにその厚みを増加させることが無く回収溝を配設することが可能となり、軽量化が可能となる。また、より削れ量の多い外周側の外周側球保持溝構成リングを単独で交換することが可能となるため、メンテナンス時の交換部品点数を削減することができ、ランニングコストの低減が可能となる基板回転機構を提供することができる。
【００８８】
〔４〕の発明によると、球保持溝構成リングへ余分な応カを加えること無く、リング溝から球保持溝構成リングを取り外すことが可能となる基板回転機構を提供することができる。
【００８９】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明に係る基板回転機構およびそれを備えた成膜装置は、ＭＯＣＶＤ等の気相成長法を用いた成膜処理に、特に有効であるが、これに限定されるものではなく、この他にも、例えば、プラズマを用いた成膜処理として、プラズマＣＶＤや、スパッタリング等の成膜処理、あるいは、気相中で基板の表面にエッチング処理を施すドライエッチング等のプロセス処理に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の実施の一形態にかかる基板回転機構の主要部を模式的に示す分解斜視図である。
【図２】図１の基板回転機構の主要部を拡大した分解斜視拡大図である。
【図３】本発明の実施の一形態にかかる基板回転機構における回転部材の断面図である。
【図４】本発明の別の実施の一形態にかかる基板回転機構における回転部材の断面図である。
【図５】本発明の別の実施の一形態にかかる基板回転機構における回転部材の断面図である。
【図６】本発明の別の実施の一形態にかかる基板回転機構における回転部材の断面図である。
【図７】本発明の実施の一形態にかかる基板回転機構を備えた成膜装置の基本構成を示す断面図である。
【図８】図４の回転部材におけるリングの斜視図である。
【図９】図５の回転部材の分解斜視図である。
【図１０】図６の回転部材の分解斜視図である。
【図１１】従来の基板回転機構を備えた成膜装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図１２】従来の基板回転機構を備えた成膜装置の構成を模式的に示す分解斜視図である。
【図１３】図１２の基板回転機構の構成を模式的に示す断面図である。
【図１４】図１２の基板回転機構に設けられるベアリングを支持するベアリング溝の構成を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００９２】
Ａ  自公転機構（基板回転機構）
Ｗ  基板
１  第１の処理基板保持部材（第１の基板保持部材）
２  第２の処理基板保持部材（第２の基板保持部材）
６  球（環状部材）
７  ベースプレート（支持体）
９  基板保持部（載置部）
１０  成膜装置
１４  球保持溝
１５  回収溝（回収部）
１６Ａ・１６Ｂ  回転部材
１７ａ・１７ｂ  保持溝
２４ａ・２４ｂ内周側リング（リング状部材）
２５ａ・２５ｂ外周側リング（リング状部材）
２６  突き上げ孔（貫通部）
【図１】
2006128561.tif 000003
【図２】
2006128561.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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