(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下方のみに開口部を有する反応炉本体と、該反応炉本体の下方に昇降可能に設けられた反応炉蓋部材と、該反応炉蓋部材の上に着脱可能に載置される反応容器とを備え、前記反応炉蓋部材は、前記反応炉本体の内部に進入する台座部と、該台座部の中央を貫通した貫通孔からなるガス通路部と、該ガス通路部の上端外周部に設けられた反応容器支持体とを備え、前記ガス通路部内には、前記反応容器の内部に反応ガスを供給する反応ガス供給経路と、反応容器の内部及び反応容器支持体の外部から排ガスを吸引して排出する排ガス排出経路とが設けられ、前記反応炉本体と前記反応炉蓋部材との間には、反応炉本体の開口部と反応炉蓋部材の外周部との間を柔軟性を有するシール材を介してシールする第１シール部と、反応炉本体の内部側と前記台座部の上端外周部との間を、固体同士の接触によりシールする第２シール部とを備えるとともに、前記第１シール部と前記第２シール部との間の台座部外周部分に形成されたガスシール部内にシールガスを供給するシールガス供給経路を備えていることを特徴とする反応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応装置に関し、詳しくは、各種部品を反応ガスに接触させて反応させるための反応装置であって、特に、発光ダイオードやレーザダイオードの発光デバイスに用いられる化合物半導体などの薄膜を製造するための気相成長装置に用いられている部品を洗浄するための洗浄装置に適した構造を有する反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種化合物半導体の薄膜を製造するための装置として、気相成長装置が知られている。気相成長装置としては、フローチャンネル内に設けたサセプタ上に基板を載置し、該基板をサセプタを介して加熱するとともに、フローチャンネル内に原料ガスを供給し、基板の上方で原料ガスを反応させて基板上に薄膜を形成するものが一般的に用いられている。このような気相成長装置では、原料ガスが反応する部分の周辺に位置する部品に、反応生成物が付着するため、定期的に気相成長装置を分解して各部品を洗浄し、付着した反応生成物を除去するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１８６３１１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、従来の気相成長装置用部品の洗浄装置では、洗浄ガスや反応生成物などの有害成分が洗浄炉内から外部に漏洩することを防止するため、合成樹脂製のシール材、例えばＯリングを使用してシール性を高めるようにしているが、Ｏリングに反応生成物が付着すると、Ｏリングの平坦性が損なわれて気密性が損なわれたり、Ｏリングが貼り付いて開閉が困難になったりするという問題があった。
【０００５】
そこで本発明は、洗浄炉として使用可能な反応炉の気密性を確保して外部への有害成分の漏洩を確実に防止できるとともに、シール材と有害成分との接触を防止して安定した気密性能を長期にわたって確保することができるシール構造を備えた反応装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の反応装置は、下方のみに開口部を有する反応炉本体と、該反応炉本体の下方に昇降可能に設けられた反応炉蓋部材と、該反応炉蓋部材の上に着脱可能に載置される反応容器とを備え、前記反応炉蓋部材は、前記反応炉本体の内部に進入する台座部と、該台座部の中央を貫通した貫通孔からなるガス通路部と、該ガス通路部の上端外周部に設けられた反応容器支持体とを備え、前記ガス通路部内には、前記反応容器の内部に反応ガスを供給する反応ガス供給経路と、反応容器の内部及び反応容器支持体の外部から排ガスを吸引して排出する排ガス排出経路とが設けられ、前記反応炉本体と前記反応炉蓋部材との間には、反応炉本体の開口部と反応炉蓋部材の外周部との間を柔軟性を有するシール材を介してシールする第１シール部と、反応炉本体の内部側と前記台座部の上端外周部との間を、固体同士の接触によりシールする第２シール部とを備えるとともに、前記第１シール部と前記第２シール部との間の台座部外周部分に形成されたガスシール部内にシールガスを供給するシールガス供給経路を備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の反応装置によれば、反応炉本体に反応炉蓋部材を組み付けた反応炉内に反応ガス供給経路から反応ガスを導入して排ガス排出経路から排出する洗浄操作中において、反応ガスや反応生成物などの有害成分を含む反応炉内のガスは、固体同士の接触によりシールする第２シール部によってシールされ、さらに、柔軟性を有するシール材を介してシールする第１シール部と固体同士の接触によりシールする第２シール部との間のガスシール部内にシールガスを供給することにより、第１シール部で確実なシール性が得られるとともに、第２シール部の固体同士の接触で生じる僅かな隙間からガスシール部内のシールガスが第２シール部を通って反応炉内に流入する状態になるので、有害成分を含む反応炉内のガスがガスシール部内に流入することはなく、第１シール部のシール材に有害成分を含むガスが接触することを防止できる。これにより、第１シール部のシール材が有害成分によって損傷することがなくなり、安定したシール性を長期にわたって確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の反応装置を洗浄装置として用いた際に洗浄対象となる部品を備えた気相成長装置の一例を示す要部の断面正面図である。
【図２】本発明の反応装置の第１形態例を示す断面正面図である。
【図３】同じく要部の断面正面図である。
【図４】同じく反応炉蓋部材を下降させた状態を示す断面正面図である。
【図５】反応炉蓋部材と反応容器との関係を示す要部の断面正面図である。
【図６】反応容器内の気相成長装置用部品の配置状態の一例を示す説明図である。
【図７】本発明の反応装置の第２形態例を示す要部の断面正面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本形態例に示す反応装置は、基板上に各種化合物半導体の薄膜を形成する気相成長装置に用いられている各種部品を洗浄するための洗浄装置として最適な構成を有するものである。図１は、洗浄対象となる部品を備えた気相成長装置の一例を示すもので、回転中心線から右側の要部を示している。この気相成長装置は、偏平円筒状のチャンバー内に、複数の基板１１を保持した円盤状のサセプタ１２を回転可能に設け、サセプタ１２を回転させながら加熱手段１３によって基板１１を所定温度に加熱するとともに、サセプタ１２の回転中心部に設けられたガス供給部１４から放射状に、所定の原料ガスを供給するように形成されている。
【００１０】
サセプタ１２の上面には、基板設置部に円形の開口を有する円盤状のサセプタカバー１５が設けられ、該サセプタカバー１５の円形開口には、プレートリング１６を介して前記基板１１が配置される。また、サセプタ１２の上方には、中央に円形開口を有する円盤状の天井板１７が設けられている。
【００１１】
薄膜形成時には、所定温度に加熱された基板１１の上方で原料ガスが反応あるいは分解して基板１１の上面に所定の薄膜を形成する。同時に、原料ガスの一部や反応生成物がサセプタカバー１５、プレートリング１６、天井板１７にも付着する。
【００１２】
図２乃至図６は、本発明の反応装置を気相成長装置用部品の洗浄用に用いた第１形態例を示している。この反応装置は、前記サセプタカバー１５、プレートリング１６、天井板１７といった気相成長装置用部品を収容する部品収容部２１ａを有する反応容器２１と、該反応容器２１を収納する反応炉３１とを備えており、反応炉３１は、反応炉本体３２と、該反応炉本体３２の下方に昇降可能に設けられた反応炉蓋部材３３とを備えている。
【００１３】
反応炉本体３２は、反応ガスや反応生成物に対する耐食性を有し、輻射熱を透過させる材料、例えば石英ガラスによって形成されたドーム部３２ａと、該ドーム部３２ａの下部開口縁に気密に装着された金属製の第１シール部材３２ｂとにより、下方にのみ開口部３２ｃを有する形状に形成されており、該反応炉本体３２の周囲及び上方は、加熱手段３４ａ及び断熱材３４ｂを備えたケース部材３４によって覆われている。また、第１シール部材３２ｂには、外部からシールガス、例えば窒素ガスを供給するシールガス供給経路３５が設けられるとともに、第１シール部材３２ｂの内周には、ドーム部３２ａの内周に沿って立設した筒状の第２シール部材３２ｄが設けられている。
【００１４】
反応炉蓋部材３３は、反応炉本体３２の下部開口部を閉塞可能な円盤状の蓋本体３３ａと、該蓋本体３３ａの上部に設けられて反応炉本体３２の内部に浸入する台座部３３ｂとを有している。前記蓋本体３３ａ及び台座部３３ｂの中央には、鉛直方向の貫通孔からなるガス通路部３６が設けられるとともに、該ガス通路部３６の上端外周部には、前記反応容器２１を支持するための反応容器支持体３７が設けられている。
【００１５】
前記ガス通路部３６の中央には、前記反応容器２１の内部に洗浄用の反応ガスを供給する反応ガス供給経路３８が設けられており、該反応ガス供給経路３８の周囲のガス通路部３６内が、反応容器２１の内部及び反応炉本体３２の内部から排ガスやパージガスを吸引して排出する排ガス排出経路３９となっている。この排ガス排出経路３９の下部には、真空ポンプなどを備えた排気経路４０が接続されている。
【００１６】
反応容器支持体３７は、ガス通路部３６の上端部に連続する筒状部３７ａと、該筒状部３７ａの上部を覆う天板部３７ｂとを有しており、天板部３７ｂの中央には、前記反応ガス供給経路３８の反応ガス吐出部３８ａが設けられている。さらに、筒状部３７ａの周壁には、前記排ガス排出経路３９に連通する複数の炉内排気孔３７ｃが設けられ、天板部３７ｂの外周部に形成した周溝の底部に前記排ガス排出経路３９に連通する複数の容器内排気孔３７ｄが設けられている。
【００１７】
前記蓋本体３３ａの外周部には、前記第１シール部材３２ｂに設けられている第１シール材当接面４１に当接する柔軟性を有するシール材として、内外一対のＯリング４２ａ，４２ｂが設けられており、台座部３３ｂの外周部上端角部には、前記第２シール部材３２ｄの上端に設けられている当接部材４３に当接する当接部３３ｃが設けられている。
【００１８】
また、反応炉蓋部材３３は、該反応炉蓋部材３３の周囲に設けられた複数の反応炉蓋部材昇降手段４４によって鉛直方向に昇降可能に設けられており、反応炉蓋部材３３を下降させたときには、反応容器２１が第１シール部材３２ｂの下端部より下方に位置するように形成され、上昇したときには、前記Ｏリング４２ａ，４２ｂが第１シール材当接面４１に当接して第１シール部となり、当接部３３ｃが当接部材４３に当接して第２シール部となるように形成されている。この第２シール部は、金属、石英ガラス、グラファイトなどの固体からなる当接部材４３と当接部３３ｃとの固体同士の接触で形成されることから、Ｏリング４２ａ，４２ｂを使用した第１シール部に比べてシール性は低くなっている。
【００１９】
前記シールガス供給経路３５は、第１シール部材３２ｂの内周と蓋本体３３ａの外周との間の第１ガス通路４５にシールガスを供給する。第１ガス通路４５に供給されたシールガスは、固体同士が当接している固体当接部４５ａに生じる僅かな隙間を通って第２ガス通路４６の下端部に流入し、第２ガス通路４６内の圧力を反応炉３１内の運転圧力より高い圧力に保持する。
【００２０】
前記反応容器２１は、前記反応容器支持体３７の上に載置される円盤状の底板２２と、該底板２２の内周部に積層される小径リング状の内周側支持部材２３と、底板２２の外周部に積層される大径リング状の外周側支持部材２４と、内周側支持部材２３と外周側支持部材２４との間に設けられる部品支持具２５と、最上部の外周側支持部材２４に載置された反応容器天板２６とを有している。部品支持具２５は、洗浄する部品の形状や大きさに対応したものが適宜に用いられる。底板２２の内周部には、前記容器内排気孔３７ｄの周溝に連通する複数の排気孔２２ａが設けられている。また、底板２２の底面には、反応容器支持体３７の外径より大きな外径を有するリング状突出部２２ｂが形成されており、該リング状突出部２２ｂの内周には、天板部３７ｂに係合して位置決めする係合段部２２ｃが設けられている。
【００２１】
最下段の部品収容部の底面を形成する底板２２の上には、サセプタカバー１５及びプレートリング１６の形状にそれぞれ対応した形状を有する複数の部品支持具２５が所定位置に配置され、該部品支持具２５に設けられた支持部及び支持段部、内周側支持部材２３の外周に設けられた支持段部、外周側支持部材２４の内周に設けられた支持段部を適宜利用してサセプタカバー１５及びプレートリング１６が支持される。また、最も大きな部品である天井板１７は、内周側支持部材２３の上端部外周に設けられた支持段部と外周側支持部材２４の上端部内周に設けられた支持段部とを利用して支持される。
【００２２】
２段目から上の部品収容部には、下段の部品収容部に収納された状態となっている天井板１７における洗浄が不要な上面に前記部品支持具２５を載置し、この部品支持具２５と内周側支持部材２３、外周側支持部材２４とによってサセプタカバー１５やプレートリング１６が前記同様にして支持される。また、最上部の外周側支持部材２４に載置した反応容器天板２６によって部品収容部２１ａの全体が覆われることにより、部品収容部２１ａが反応炉３１内から区画された状態になる。さらに、内周側支持部材２３、外周側支持部材２４及び部品支持具２５における部品当接面には、反応ガスを流通させるための溝状ガス流路がそれぞれ形成されており、この溝状ガス流路を通って反応ガスなどが流通できるように形成されている。また、最上部の外周側支持部材２４に載置した反応容器天板２６によって部品収容部２１ａの全体が覆われることにより、部品収容部２１ａが反応炉３１内から区画された状態になる。このようにして各部品を収納することにより、複数種類の気相成長装置用部品を同時に洗浄することができる。
【００２３】
反応ガス吐出部３８ａから吐出された反応ガスは、内周側支持部材２３の内周側に形成されるガス流路を反応容器天板２６の下面まで上昇し、部品当接面の前記溝状ガス流路を通って順次下方の部品収容部２１ａに流下しながら各部品の表面に付着した反応生成物などと接触し、各部品に付着した反応生成物などと反応してこれらを除去する。部品洗浄後の排ガスは、最下段の部品収容部２１ａから底板２２に設けられた前記排気孔２２ａ及び前記容器内排気孔３７ｄを通って排ガス排出経路３９に排出される。
【００２４】
さらに、反応炉３１内のガスは、前記炉内排気孔３７ｃを通って排ガス排出経路３９に排出される。これにより、反応炉３１内の圧力は、排ガス排出経路３９にガスが吸引されることによって減圧されるため、当接部材４３と当接部３３ｃとの固体同士の当接によって形成された第２シール部に生じる隙間を通って第２ガス通路４６内のシールガスが反応炉３１内に流れる状態になるので、部品収容部２１ａ内の反応ガスや排ガスが反応炉３１内に漏出しても、炉内排気孔３７ｃからシールガスと共に排気することができる。また、第２シール部の隙間からシールガスが流出する状態になっているため、排ガスが第２シール部に接触することはほとんどなく、第２ガス通路４６内に排ガスが流入することを防止できる。
【００２５】
特に、部品収容部２１ａ内の反応ガスを底板２２の排気孔２２ａから排出するようにしているので、部品収容部２１ａ内の反応ガスが反応炉３１内に漏出することがほとんどなく、排ガスが第２シール部に接触することをより確実に回避することができる。また、部品収容部２１ａ内に必要量の反応ガスを供給すればよいため、反応炉本体３２の全体に反応ガスを供給する場合に比べて反応ガスの使用量を削減することができる。
【００２６】
したがって、第２ガス通路４６のガス流れ上流側に位置する第１シール部に排ガスが到達することを確実に防止することができ、合成樹脂などの柔軟性を有する材料で形成されたＯリング４２ａ，４２ｂが排ガスによって損傷を受けることがなくなり、安定したシール性能を長期にわたって維持することができる。
【００２７】
図７は、本発明の反応装置の第２形態例を示している。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用部品洗浄用の反応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。
【００２８】
本形態例に示す反応装置における反応容器７１では、底板７２の内周部に積層される内周側支持部材７３に径方向の反応ガス導入孔７３ａを設けるとともに、底板７２の外周部に積層される外周側支持部材７４に排ガス導出孔７４ａを設けている。図７に矢印で示すように、反応ガス吐出部３８ａから内周側支持部材７３の内周側に流入した反応ガスは、内周側支持部材７３の反応ガス導入孔７３ａを通って部品収容部２１ａの各段にそれぞれ流入する。各部品に付着した反応生成物などと反応してこれらを除去した後の部品収容部２１ａ内の排ガスは、外周側支持部材７４の排ガス導出孔７４ａを通って反応容器７１の外に流出し、前記シールガスと共に炉内排気孔３７ｃを通って反応炉３１から排ガス排出経路３９に排出される。このように、反応容器７１から反応炉本体３２内に反応ガスを排出する構造の反応容器７１を使用した場合でも、第１シール部から第２シール部に排ガスが到達することを確実に防止することができる。
【００２９】
さらに、気相成長装置用部品洗浄用として利用した前記反応装置における各部品の設置位置は、気相成長装置内での配置に近く、ガスの流れも模している。そのため、付着物が多い箇所は、洗浄ガスも多く当たることになり、ムラなく効率的に洗浄できる。さらに、その時に洗浄する部品数に応じて、外周、内周支持部材を増減することにより、常に同じガス流れ条件下で洗浄できるため、ムラなく効率的に洗浄できる。さらに、処理の厄介な反応生成物、例えば塩化ガリウムが炉内周辺部に拡散することを防ぎ、沸点以上の温度を維持したまま、後段の捕集器まで排出することが可能である。
【００３０】
また、各部品に付着した反応生成物が窒化ガリウムで、これを塩素で洗浄する場合、洗浄反応生成物として塩化ガリウムが発生する。これは沸点２０１℃で、炉内などに温度の低い場所があると析出する。減圧すれば低温でも気化するが、潮解性を有しているため、付着したまま洗浄炉を開放すると、大気中の水分と反応して塩化水素を発生する。塩化水素は、さらに水分と反応して塩酸となり、洗浄炉の金属部品を腐食させる。さらに、一度潮解した付着物は、２００℃に加熱しても気化しないため、炉内に残り続け、Ｏリングを傷つけたり、炉の密閉を妨げる。下流の捕集器まで、塩化ガリウムを大気にさらさないように誘導するには、ビーター機構などの複雑な機構が必要である。このようなことから、反応炉内を前記沸点以上の温度に加熱することにより、洗浄時に発生した塩化ガリウムが析出することを防止できる。加えて、炉内のガスと接触する第２シール部を、金属、石英ガラス、グラファイトなど、特に、伝熱性の高いグラファイトで形成することにより、第２シール部を前記沸点以上にすることができ、第２シール部に塩化ガリウムのような蒸気圧が高い物質が析出することがなくなる。加えて、反応炉本体のドーム部を、輻射熱を透過させる石英ガラスで形成することにより、反応炉内を効果的に加熱することができ、下層の構成部材の温度が上昇するので、蒸気圧の高い物質を確実に除去することができる。
【００３１】
さらに、本発明の反応装置は、前記洗浄装置に限らず、各種物品と反応ガスとを接触させて各種処理を行う装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１１…基板、１２…サセプタ、１３…加熱手段、１４…ガス供給部、１５…サセプタカバー、１６…プレートリング、１７…天井板、２１…反応容器、２１ａ…部品収容部、２２…底板、２２ａ…排気孔、２２ｂ…リング状突出部、２２ｃ…係合段部、２３…内周側支持部材、２４…外周側支持部材、２５…部品支持具、２６…反応容器天板、３１…反応炉、３２…反応炉本体、３２ａ…ドーム部、３２ｂ…第１シール部材、３２ｃ…開口部、３２ｄ…第２シール部材、３３…反応炉蓋部材、３３ａ…蓋本体、３３ｂ…台座部、３３ｃ…当接部、３４…ケース部材、３４ａ…加熱手段、３４ｂ…断熱材、３５…シールガス供給経路、３６…ガス通路部、３７…反応容器支持体、３７ａ…筒状部、３７ｂ…天板部、３７ｃ…炉内排気孔、３７ｄ…容器内排気孔、３８…反応ガス供給経路、３８ａ…反応ガス吐出部、３９…排ガス排出経路、４０…排気経路、４１…第１シール材当接面、４２ａ，４２ｂ…Ｏリング、４３…当接部材、４４…反応炉蓋部材昇降手段、４５…第１ガス通路、４５ａ…固体当接部、４６…第２ガス通路、７１…反応容器、７２…底板、７３…内周側支持部材、７３ａ…反応ガス導入孔、７４…外周側支持部材、７４ａ…排ガス導出孔
【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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