(57)【要約】【課題】  原料ガスの流れを等方的にするとともに、チャンバサイズを小さくできる成膜装置を提供する。【解決手段】  基板１０が基板ホルダ２０に収容されたサセプタ３０が下降すると、クラッチ機構３００が結合する。駆動用モータ２２０を駆動すると自転用シャフト２１０が回転し、これがクラッチ機構３００を介してセンターギア２００に伝達され、センターギア２００が回転する。すると、センターギア２００に周面が歯合する基板ホルダ２０が回転し、基板１０が自転する。一方、駆動用モータ３２０を駆動すると、公転用シャフト３１０が回転し、これが公転用クラッチ５００を介してサセプタ３０に伝達されてサセプタ３０が回転して、基板１０が公転する。基板１０の自転及び公転が行われている状態で、導入口１１２からプロセスガスを導入して、基板１０の表面に所望の薄膜を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜用のガス導入部と排気部を有し、成膜用の基板が基板ホルダに収容されており、該基板ホルダが回転自在に複数サセプタに設置されており、該サセプタがチャンバ内に設けられている成膜装置であって、
前記複数の基板ホルダに歯合するセンターギアを前記サセプタの中心に配置するとともに、前記センターギアを自転用シャフトに接合して回転駆動することで、前記基板の自転を行い、
前記自転用シャフトの外側に公転用シャフトを設けるとともに、該公転用シャフトを前記サセプタに接合して該サセプタを回転駆動することで、前記基板の公転を行う、
ことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記自転用シャフト及び前記公転用シャフトにクラッチ機構を設けたことを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
前記クラッチ機構を、前記サセプタを上下動可能とする構造としたことを特徴とする請求項１又は２記載の成膜装置。
【請求項４】
前記自転用シャフト及び前記公転用シャフトを独立して駆動するためのモータ手段を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記公転用シャフトと前記サセプタとの間に断熱構造を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記サセプタの周囲に、スリット状もしくは等間隔で連続する孔状の等方排気部を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に気相成長などによって成膜を行う成膜装置に関し、更に具体的には、基板の自転・公転を行う回転駆動機構の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
成膜する基板を回転させる背景技術としては、例えば、下記特許文献１記載の「基板回転機構を備えた成膜装置」がある。これは、サセプタをベースプレートで回転自在に保持し、公転発生部によって外周駆動させて回転させる。一方、リング形状の基板トレイをサセプタに複数配された基板トレイ保持部で回転自在に保持し、自転発生部により回転させることで、公転発生部と自転発生部により基板が自公転するようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１７５９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した背景技術では、最外周に公転発生部である駆動ギアがあるため、原料ガスの流れのパターンが、公転の周方向で等方的でなくなってしまう。また、駆動ギアがサセプタの外周側に配置されており、チャンバをサセプタの径方向に広げる必要があり、チャンバサイズが大きくなってしまい、サセプタ外周にギアパターンを形成するためにコスト高や耐久性の低下を招く恐れがある。
【０００５】
本発明は、以上のような点に着目したもので、原料ガスの流れを等方的にすることができるとともに、チャンバサイズを小さくできる成膜装置を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、成膜用のガス導入部と排気部を有し、成膜用の基板が基板ホルダに収容されており、該基板ホルダが回転自在に複数サセプタに設置されており、該サセプタがチャンバ内に設けられている成膜装置であって、前記複数の基板ホルダに歯合するセンターギアを前記サセプタの中心に配置するとともに、前記センターギアを自転用シャフトに接合して回転駆動することで、前記基板の自転を行い、前記自転用シャフトの外側に公転用シャフトを設けるとともに、該公転用シャフトを前記サセプタに接合して該サセプタを回転駆動することで、前記基板の公転を行うことを特徴とする。すなわち、サセプタの中心側で基板の自転駆動及び公転駆動が行われる。
【０００７】
主要な形態の一つによれば、前記自転用シャフト及び前記公転用シャフトにクラッチ機構を設け、更には、前記クラッチ機構を、前記サセプタを上下動可能とする構造としたことを特徴とする。他の形態によれば、前記自転用シャフト及び前記公転用シャフトを独立して駆動するためのモータ手段を設けたことを特徴とする。更に他の形態によれば、前記公転用シャフトと前記サセプタとの間に断熱構造を設けたことを特徴とする。更に他の形態によれば、前記サセプタの周囲に、スリット状もしくは等間隔で連続する孔状の等方排気部を設けたことを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、基板の自転及び公転のいずれもサセプタの中心側で行うことしたので、成膜用ガスの流れをチャンバ内で等方的にすることができ、基板内及び基板間で膜質の均一化を図ることができる。また、チャンバの小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１の主要断面を示す図である。
【図２】前記実施例及び背景技術における平面の様子を示す図である。
【図３】前記実施例におけるクラッチ機構を示す図である。
【図４】前記実施例におけるクラッチ機構を示す図である。
【図５】前記実施例と背景技術のチャンバを比較して示す図である。
【図６】本発明の実施例２の主要部を示す図である。
【図７】本発明の実施例３の主要部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１１】
最初に、図１〜図５を参照しながら、本発明の実施例１について説明する。図１には、本実施例にかかる成膜装置の主要断面が示されており、図２(A)には図１の矢印II−II線に沿って矢印方向に見た図が示されている。これらの図において、成膜される円板状の基板１０は、基板ホルダ（基板トレイ）２０の中央に設けられた凹部２１に収容されるようになっている。複数の基板ホルダ２０は、サセプタ３０に等角度で放射状に設けられた複数の開口３１に、ベアリング２２を介して回転可能に設置されている。サセプタ３０は、ベアリング３２を介して円筒状の支持台４０上に回転可能に支持されており、支持台４０は、チャンバ１００の底面に固定されている。
【００１２】
チャンバ１００の中心にはセンターギア２００が設けられており、このセンターギア２００は、基板ホルダ２０の外周に設けられたギアと歯合するようになっている。センターギア２００の中心軸は自転用シャフト２１０となっており、この自転用シャフト２１０にはクラッチ機構３００が介在している。これにより、駆動用モータ２２０の回転駆動力が、自転用シャフト２１０及びクラッチ機構３００を介してセンターギア２００に伝達されるようになっている。クラッチ３００は、自転用クラッチ４００と公転用クラッチ５００によって構成されている。
【００１３】
一方、前記サセプタ３０の中心を上述した自転用シャフト２１０が回転自在に貫通しており、該自転用シャフト２１０を囲むように、円筒状の公転用シャフト３１０が設けられて、前記サセプタ３０に接合している。この公転用シャフト３１０にもクラッチ機構３００が介在している。これにより、駆動用モータ３２０の回転駆動力が、公転用シャフト３１０及びクラッチ機構３００を介してサセプタ３０に伝達されるようになっている。
【００１４】
自転用シャフト２１０と公転用シャフト３１０との間には、Ｏリングや磁性流体等によるシーリング（真空封止）２１２が設けられており、公転用シャフト３１０とチャンバ１００との間には、シーリング３１２が設けられている。これらにより、チャンバ１００内の気密性が保たれるとともに、自転用シャフト２１０と公転用シャフト３１０が、それぞれ独立して回転駆動できるようになっている。
【００１５】
チャンバ１００は、全体が円筒状に形成されており、内部上側には対向板１１０が設けられており、上面中央には、プロセスガス（材料ガス）導入口１１２が前記対向板１１０を貫通して更に内部に連通するように設けられている。一方、チャンバ１００の下側端部であって、前記支持台４０の外周側には、リング状のスリットである等方排気部１２０が設けられており、この等方排気部１２０は、チャンバ１００の側部下側に等間隔で設けた複数の排気口１２２に接続している。なお、等方排気部１２０を、スリット状ではなく、図２(B)に示すように、周上に等間隔で設けた多数の排気孔１２４としてもよい。
【００１６】
更に、上述したサセプタ３０の下側には、基板加熱用のヒーター１３０が設けられており、このヒーター１３０とチャンバ１００との間、及び公転用シャフト３１０との間には、前記ヒーター１３０の熱を反射するリフレクタ１３２が設けられている。
【００１７】
次に、図３〜図４を参照して、上述したクラッチ機構３００について説明する。図３(A)には自転用クラッチ４００の一例の斜視図が示されており、同図(B)，(C)は各部の主要面の様子が示されている。図４には、クラッチ機構３００の全体の様子が示されている。これらの図において、自転用クラッチ４００は、凹クラッチ板４１０と凸クラッチ板４２０によって構成されており、これら凹凸クラッチ板４１０，４２０が対向して自転用シャフト２１０に介装されている。凹クラッチ板４１０には、円環部４１４が設けられており、これに係合溝４１２が形成されている。一方、凸クラッチ板４２０には、突起４２２が設けられている。これらの突起４２２が、前記係合溝４１２に嵌まり込んで係合することで、自転用シャフト２１０の回転がセンターギア２００に伝達されるようになっている。公転用クラッチ５００も同様であり、凹クラッチ板５１０と凸クラッチ板５２０によって構成されているが、凹凸クラッチ板４１０，４２０と比較して、中央に自転用シャフト２１０が回転自在に貫通するための開口５１６，５２６が設けられている点で異なる。
【００１８】
次に、本実施例の全体的な動作を説明する。基板１０が基板ホルダ２０に収容されたサセプタ３０は、中心を合わせて図の上方から下降される。すると、自転用クラッチ４００では、凹クラッチ板４１０と凸クラッチ板４２０が係合し、公転用クラッチ５００では、凹クラッチ板５１０と凸クラッチ板５２０が係合する。また、サセプタ３０の周面が、ベアリング３２を介して支持台４０に支持される。この状態で、駆動用モータ２２０を駆動すると、自転用シャフト２１０が回転し、これが自転用クラッチ４００を介してセンターギア２００に伝達されて、センターギア２００が回転するようになる。すると、センターギア２００に周面が歯合する基板ホルダ２０がサセプタ３０上で回転するようになる。このようにして、基板１０の自転が行われる。一方、、駆動用モータ３２０を駆動すると、公転用シャフト３１０が回転し、これが公転用クラッチ５００を介してサセプタ３０に伝達されて、サセプタ３０が回転するようになる。このようにして、基板１０の公転が行われる。
【００１９】
以上のようにして、基板１０の自転及び公転が行われている状態で、ヒーター１３０に通電を行って基板１０を所望の温度に加熱するとともに、導入口１１２からプロセスガスを導入して、基板１０の表面に所望の薄膜を形成する。このとき、プロセスガスは、図１に矢印で示すように、サセプタ３０の中心から周端方向に流れ、等方排気部１２０を通って排気口１２２からチャンバ外に排気される。等方排気部１２０は、図２(A)に示したように、全周にわたってスリット状に形成されているので、プロセスガスは、中心から周端に向かって等方的に流れるようになる。
【００２０】
図５には、本実施例と上述した背景技術のチャンバサイズを比較して示す図である。同図(A)は図１に示した本実施例の場合であり、同図(B)は背景技術の場合で、公転用ギア６０がサセプタ３０の周端側に設けられており、駆動用モータ６２の駆動力が公転用シャフト６４を介して公転用ギア６０に伝達され、サセプタ３０が公転する。両者を比較すると、同図(B)では、公転用ギア６０があるために、本実施例よりも、チャンバ１１１が大きくなってしまう。一方、プロセスガスの流れを平面で見ると、図２(C)に示すように、公転用ギア６０によって流れが妨げられる箇所（矢印Ｆ２Ａ）と、妨げられない箇所（矢印Ｆ２Ｂ）があることから、不均一となり、等方的ではなくなってしまう。このように、本実施例では、チャンバ１００のサイズを小さくすることができるのみならず、プロセスガスの流れも均一となる。
【００２１】
以上のように、本実施例によれば、自転・公転のいずれもセンターシャフト駆動としたので、
ａ，プロセスガスの流れをチャンバ内で等方的にすることができ、基板内及び基板間で膜質の均一化を図ることができる。
ｂ，チャンバサイズの小型化を図ることができる。
ｃ，クラッチを設けることで、駆動シャフトに対してサセプタをセンターギアごと着脱することができ、サセプタの自動搬送を簡便に行うことができる。
ｄ，基板の自転及びサセプタの公転の速度を任意に設定することができる。
【実施例２】
【００２２】
次に、図６を参照しながら、本発明の実施例２について説明する。上述したように、サセプタ３０はヒーター１３０で加熱されるため、高温の状態となるが、シャフト２１０，３１０及びクラッチ機構３００は比較的低温である。このため、それらが高温のサセプタ３０に接すると、温度差からクラックが入って破損するなどの可能性がある。そこで、本実施例のサセプタ５０では、その中央付近において、公転用クラッチ５００の凹クラッチ板５１０との間に、分割部材５２を設けている。分割部材５２は、自転用シャフト２１０が回転自在に貫通する開口５４を備えたドーナツ形状となっており、周端側がサセプタ５０に接合している。また、サセプタ５０との間に断熱空間５６が設けられている。このように、サセプタ５０と公転用クラッチ５００との間に分割部材５２を設けることで、分割部材５２を熱を通しにくい素材とすることができ、また、断熱空間５６によって熱が逃げるようになることから、公転用クラッチ５００や公転用シャフト３１０への熱伝導が低減され、それらの破損が低減されるようになる。
【実施例３】
【００２３】
次に、図７を参照しながら、本発明の実施例３について説明する。本実施例は、クラッチ機構３００の他の形態を示すものである。図７(A)の例は、自転用クラッチ６００の凹クラッチ板６１０に、中央開口６１４を形成するとともに、切欠部６１２を形成した例である。この切欠部６１２に、凸クラッチ板６２０の突起６２２が嵌まり込むことで、自転用シャフト２１０の回転がセンターギア２００に伝達されるようになる。同図(B)の例は、自転用クラッチ７００の凹クラッチ板７１０に、前記例と同様に、中央開口７１４を形成するとともに、切欠部７１２を形成した例である。本例の凸クラッチ板７２０は、前記中央開口７１４に収まる円板７２４と、切欠部７１２に収まる突起７２２による形状となっている。本例によれば、凸クラッチ板７２０の全体を、凹クラッチ板７１０の切欠部７１２と中央開口７１４に嵌め込むことで、自転用シャフト２１０の回転がセンターギア２００に伝達されるようになる。なお、公転用クラッチとする場合は、凹凸のクラッチ板の中央に、自転用シャフト２１０が回転自在に貫通する開口を形成する。
【００２４】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例で示した形状，寸法も一例であり、必要に応じて適宜変更してよい。
(2)前記実施例では、自公転式の気相成膜装置を例に挙げて説明したが、本発明は、水平方向に成膜空間が形成される反応炉全般に適用可能である。
(3)前記実施例では、成膜用のプロセスガスのみを示したが、他にパージガスなどについても同様である。
(4)前記実施例で示したクラッチ構造も一例であり、同様の効果を奏する範囲内で適宜設計変更可能である。
(5)前記実施例は、基板１０の膜形成面が上側を向いている例であるが、下側を向いているフェイスダウンの装置に対しても、同様に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明によれば、基板の自転及び公転のいずれもサセプタの中心側で行うことしたので、成膜用ガスの流れをチャンバ内で等方的にすることができ、基板内及び基板間で膜質の均一化を図ることができる。また、チャンバの小型化を図ることができるので、各種の成膜装置に好適である。
【符号の説明】
【００２６】
１０：基板
２０：基板ホルダ
２１：凹部
２２：ベアリング
３０：サセプタ
３１：開口
３２：ベアリング
４０：支持台
５０：サセプタ
５２：分割部材
５４：開口
５６：断熱空間
６０：公転用ギア
６２：駆動用モータ
６４：公転用シャフト
１００：チャンバ
１１０：対向板
１１１：チャンバ
１１２：導入口
１２０：等方排気部
１２２：排気口
１２４：排気孔
１３０：ヒーター
１３２：リフレクタ
２００：センターギア
２１０：自転用シャフト
２２０：駆動用モータ
３００：クラッチ機構
３１０：公転用シャフト
３１２：シーリング
３２０：駆動用モータ
４００：自転用クラッチ
４１０：凹クラッチ板
４１２：係合溝
４１４：円環部
４２０：凸クラッチ板
４２２：突起
５００：公転用クラッチ
５１０：凹クラッチ板
５１６，５２６：開口
５２０：凸クラッチ板
６００：自転用クラッチ
６１０：凹クラッチ板
６１２：切欠部
６１４：中央開口
６２０：凸クラッチ板
６２２：突起
７００：自転用クラッチ
７１０：凹クラッチ板
７１２：切欠部
７１４：中央開口
７２０：凸クラッチ板
７２２：突起
７２４：円板
【図１】
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【図２】
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【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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