(57)【要約】【課題】  気成長によって形成された薄膜の品質を向上させることができるとともに、製品ごとの薄膜の品質のばらつきを小さくすることができ、かつ、動作中に被処理物が損傷してしまうおそれが低減された気相成長装置を提供する。【解決手段】  気相成長装置は、チャンバ１内で基板保持器具１８を水平方向および垂直方向のそれぞれに独立して移動させることが可能な２つの垂直・水平方向搬送機構１００を備えている。２つの垂直・水平方向搬送機構１００のそれぞれは軸４５を有している。２つの軸４５の下端には、連結部材３２が取り付けられている。２つの垂直・水平移動機構１００は、基板保持器具１８が連結部材３２に保持された状態で、回転台９の基板保持器具設置孔１３および反応管５の開口部６を介して、基板保持器具１８を反応管５内に挿入する。【選択図】        図１
2007077465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、
前記チャンバを貫通するように設けられ、その内部を気相成長のための反応ガスが流れる反応区画路と、
前記チャンバ内の空間と前記反応区画路内の空間とを連通させるように前記反応区画路に設けられた円形の開口部と、
被処理基板が搭載された状態で前記開口部を介して前記反応区画路内に挿入される円筒形の被処理基板保持器具と、
前記反応区画路内に挿入された前記被処理基板保持器具を前記開口部の中心軸まわりに回転させる回転台と、
前記チャンバ内で前記被処理基板保持器具を鉛直方向および水平方向に移動させる鉛直・水平搬送機構と、
前記被処理基板保持器具の中心軸と前記回転台の回転中心軸とを一致させるように前記鉛直・水平搬送機構を制御する制御装置とを備えた、気相成長装置。
【請求項２】
前記鉛直・水平搬送機構は、それぞれ独立して駆動する複数の独立搬送機構からなり、
前記制御装置は、前記複数の独立搬送機構に同一の動作をさせる、請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記鉛直・水平搬送機構に鉛直方向の移動および水平方向の移動のそれぞれを独立して行なわせる、請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記鉛直・水平搬送機構に鉛直方向の移動および水平方向の移動を同時に行なわせる、請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項５】
前記鉛直・水平搬送機構は、それぞれ鉛直方向および水平方向のいずれにも移動し得る複数の駆動部材を有しており、
前記複数の駆動部材が連結部材によって連結されており、
前記被処理基板保持器具は、前記連結部材に搭載された状態で前記開口部まで移動する、請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項６】
前記連結部材は、モリブデンからなっているか、または、モリブデンよりも耐食性および耐熱性に優れた部材からなる、請求項５に記載の気相成長装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記複数の駆動部材のそれぞれを独立して制御する、請求項５に記載の気相成長装置。
【請求項８】
前記制御装置は、前記複数の駆動部材を独立して制御することにより、前記連結部材の姿勢を変更する、請求項７に記載の気相成長装置。
【請求項９】
前記制御装置は、前記回転台の回転中心軸と前記被処理基板保持部材の中心軸とが一致するように前記連結部材の姿勢を調整した後、該姿勢を維持しながら前記開口部に前記被処理基板保持器具を挿入する、請求項８に記載の気相成長装置。
【請求項１０】
前記連結部材には、バランスウエイトが取り付けられている、請求項５に記載の気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜を基板上に成長させるための気相成長装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、気相成長装置の一例であるＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学気相蒸着法）装置は、化合物半導体の製造において広く利用されている。このＭＯＣＶＤ装置によれば、有機金属化合物および水素化合物などを生成するための原料ガスが反応区画路内に導入され、反応区画路内に設置された基板付近で原料ガスの反応および分解が進行し、基板表面上に所定の薄膜が形成される。
【０００３】
前述の基板の保持形態としては、フェースアップ型、フェースダウン型、および横置きのバレル型等がある。フェースダウン型とは、薄膜が形成される表面が下向きになっている状態で基板が保持される形態を意味する。一方、フェースダウン型とは、薄膜が形成される表面が上向きになっている状態で基板が保持される形態を意味する。
【０００４】
フェースダウン型のＭＯＣＶＤ装置は、反応生成物が落下し、薄膜が形成される基板の表面に付着してしまうことがなく、かつ、加熱された原料ガスが、薄膜が形成される基板の表面に効率よく供給される。したがって、フェースアップ型のＭＯＣＶＤ装置よりもフェースダウン型のＭＯＣＶＤ装置の方が採用される場合が多くなっている。
【０００５】
特開平９−１６２１２８号公報、特開平１１−１２０８５号公報、および特開２００２−１７５９９２号公報のそれぞれには、一般的なフェースダウン型ＭＯＣＶＤ装置が開示されている。
【０００６】
以下、図５〜図９を用いて、従来のフェースダウン型のＭＯＣＶＤ装置の構成を説明する。
【０００７】
図５に示すように、従来のフェースダウン型のＭＯＣＶＤは、処理室２を囲む直方体形状のチャンバ１と、処理室２およびチャンバ１を貫通する反応区画路５とを有している。反応区画路５においては、その一端にガス供給口３が設けられ、その他端にガス排出口４が設けられている。
【０００８】
反応区画路５の略中央部の上側に位置する面には、円形の開口部６が設けられている。開口部６の上方には、外周部にギアを有する回転台９が設けられている。回転台９には、被処理基板１９を保持する基板保持器具１８が載置される。
【０００９】
回転台９においては、ギア付円盤部９ａが、複数個の球体１０を介して、円環状のベース９ｂによって、回転可能に支持されている。回転台９の外周部には駆動用ギアが設けられている。回転台９の中央部には回転台９を貫通する基板保持器具設置孔１３が設けられている。薄膜が基板の表面に形成されるときには、回転機構３００が駆動用ギアと噛み合うギアを回転させてギア付円盤部９ａを回転させる。
【００１０】
回転台９の上方には被処理基板１９を加熱するための基板加熱ヒータ１４が設置されている。基板加熱ヒータ１４は、ロッド６８を介して、フランジ１５に固定されている。ロッド６８は、チャンバ１の上面のポート４４を貫通している。基板加熱ヒータ１４は、チャンバ１の内側に設置されている。一方、前述のフランジ１５は、チャンバ１の上部に伸張収縮自在なベローズ１６を介して接続されているとともに、昇降機構１７によって、移動可能に支持されているため、チャンバ１に近づいたり、チャンバ１から遠ざかったりすることができる。そのため、基板加熱ヒータ１４は、フランジ１５の移動に伴って移動可能であり、薄膜が被処理基板１９の表面に形成されるときには、被処理基板１９に近づき、それ以外のときには、被処理基板１９から遠ざかる。
【００１１】
また、ＭＯＣＶＤ装置が使用されるときには、被処理基板１９は、基板保持器具１８に載置される。その後、被処理基板１９は、基板保持器具１８とともに、大気雰囲気から中間室へ搬送される。この中間室は、通常、パスボックスと呼ばれる。
【００１２】
なお、図５においては、気相成長装置の全体構造の理解の容易のために、鉛直搬送機構８０の詳細構造の描画は省略されている。
【００１３】
次に、図６〜図８を用いて、ＭＯＣＶＤ装置および基板保持器具の構造をより詳細に説明する。
【００１４】
ＭＯＣＶＤ装置は、図６に示すように、チャンバ１と、チャンバ１に隣接するグローブボックス２２と、グローブボックス２２に隣接するパスボックス２０とを備えている。パスボックス２０にはパスボックス２０内の気体を吸引するポンプ２１が取り付けられている。したがって、ＭＯＣＶＤ装置が使用される前においては、パスボックス２０の状態は、大気雰囲気になっているが、基板保持器具１８がパスボックス２０内に設置された後には、パスボックス２０の扉２２ａ等が閉ざされ、ポンプ２１によって、パスボックス２０内に存在している空気が排出され、パスボックス２０内は真空状態になる。この状態で、不活性ガス（通常は窒素）がパスボックス２０内に導入され、パスボックス２０内は不活性ガス雰囲気になる。
【００１５】
一方、このグローブボックス２２内の空間は、常に、大気から隔離され、窒素雰囲気になっている。グローブボックス２２には、扉２３が設置されており、グローブボックスの扉２３が開かれると、パスボックス２０内の空間とグローブボックス２２内の空間とが連通する。その後、基板保持器具１８が、パスボックス２０からグローブボックス２２へ移送される。このとき、パスボックス２０内の空間は、グローブボックス２２内の空間と同様に、窒素雰囲気になっているため、酸素のような大気成分がパスボックス２０内に侵入することはない。
【００１６】
また、グローブボックス２２には、伸縮性を有する左右の手に対応する２つのグローブ２４が設けられている。グローブ２４は、グローブボックス２２の壁に、内側に向かって延びるように設けられている。したがって、グローブボックス２２内の空間は、大気から隔離されている。また、作業員は、左右のグローブ２４に左右の手を挿入して、基板保持器具１８を水平搬送機構２５に載置する作業を行なうことができる。
【００１７】
また、グローブボックス２２の開口部２６にはＯリングが設けられており、大気がグローブボックス２２内へ侵入しない構造を有している。また、開口部２６には内側に開く扉２７が設けられており、その扉２７を開くことにより、チャンバ１内の空間とグローブボックス２２内の空間とが連通する。
【００１８】
基板保持器具１８は、グローブ２４を介して握持され、水平搬送機構（スライド機構）２５に搭載される。具体的には、基板保持器具１８は、水平搬送機構２５の先端に取り付けられたフォーク４０と呼ばれる部分に設置される。この水平搬送機構２５は、図５に示すように、スライド機構を有しており、チャンバ１内へ基板保持器具１８を挿入することが可能である。
【００１９】
次に、図７を用いて、鉛直搬送機構８０を説明する。
鉛直搬送機構８０は、チャンバ１の上部に設置された棒状の駆動部材４５と、駆動部材４５が挿入されたベローズ５５とを有している。駆動部材４５の上端にはフランジ４３が設けられている。ベローズ５５の上端は、フランジ４３の下側に取り付けられている。また、駆動部材４５は、フランジ４３を介して、Ｌ型の金具５４に連結されている。また、金具５４はボールネジガイド５１に取り付けられている。したがって、フランジ４３およびボールネジガイド５１に案内されながら、駆動部材４５に沿った方向に移動することが可能である。フランジ４３の移動は、ボールネジを用いた搬送機構によって、制御される。なお、フランジ４３が駆動部材４５に沿って移動しているときには、ベローズ５５は伸縮する。
【００２０】
基板保持器具１８は、水平搬送機構２５に搭載された状態で、水平搬送機構２５によって、チャンバ１内へ搬送される。基板保持器具１８は、チャンバ１内に搬送されると、鉛直搬送機構８０の２つの駆動部材４５の先端に取り付けられた馬蹄型金具からなる連結部材３２にセットされる。
【００２１】
基板保持器具１８が、水平搬送機構２５の先端のフォーク４０に設置された状態で、グローブボックス２２から連結部材３２の上方まで搬送される。その状態で、連結部材３２が上昇することにより、基板保持器具１８がフォーク４０から持ち上げられる。その後、フォーク４０は、基板保持器具１８を保持していない状態で、チャンバ１内からグローブボックス２２内へ戻る。
【００２２】
一方、基板保持器具１８は、連結部材３２に設置された状態で、回転台９へ向かって下降する。基板保持器具１８は、図７に示すように、載置用フランジ３３を有しているため、基板保持器具設置孔１３に挿入されたときに、載置用フランジ３３が回転台９によって係止される。それにより、基板保持器具１８の搬送が終了する。図９には、搬送が完了した状態が示されている。
【００２３】
次に、原料ガスがガス供給口３から反応区画路５内へ導入され、基板加熱ヒータ１４によって被処理基板１９が加熱され、被処理基板１９の表面で成膜化学反応が促進されることにより被処理基板１９上に薄膜が形成される。
【００２４】
薄膜が形成されるときには、回転機構３００によって、被処理基板１９が回転台９のギア付円盤部９ａとともに回転させられるため、被処理基板１９の処理表面上の薄膜の均一性が向上する。
【００２５】
次に、図８を用いて、基板保持器具１８を詳細に説明する。
基板保持器具１８は、円筒形状を有しており、円筒の外周面から突出する搬送用フランジ１３４および載置用フランジ３３が設けられており、円筒の底面には基板装着孔３５が設けられている。また、被処理基板１９は、円筒の底面において被処理面が下向きになるように装着され、基板装着孔３５において露出している。基板装着孔３５には被処理基板１９を係止する複数の爪３６が設けられている。爪３６は、円周上にほぼ等間隔に３個以上設けられている。
【００２６】
載置用フランジ３３は、基板保持器具１８の円筒形状部が回転台９の基板保持器具設置孔１３を介して反応区画路５内に挿入されたときに、載置用フランジ３３が回転台９によって係止される。そのため、基板保持器具１８が基板保持器具設置孔１３を通って落下するおそれはない。また、回転台９の基板保持器具設置孔１３と、反応区画路５の開口部６とは、平面視において、重なっているため、被処理基板１９の被処理面（下面）は、基板保持器具設置孔１３および開口部６を介して、反応区画路５内に挿入される。その後、原料ガスは、ガス供給口３から反応区画路５内へ導入され、被処理基板１９の下面に接触しながら流れ、ガス排出口４から排出される。
【００２７】
薄膜形成処理が終了した後においては、前述の手順とは逆の手順で、被処理基板１９が処理室２から外部へ取り出される。
【００２８】
前述のようなフェースダウン型のＭＯＣＶＤ装置においては、原料ガスがガス供給口３から反応区画路５内へ導入されときに、被処理基板１９の付近での原料ガスの流速分布および温度分布が３次元的に均一であることが必要である。つまり、原料ガスの流れに渦および乱れが発生しないように、すなわち、原料ガスの流れが層流になるように、原料ガスの流し方、温度の制御、および反応区画路の形状などを設定することが、被処理基板１９上での品質が優れた結晶成長を実現させるために必要である。
【００２９】
次に、図９を用いて、従来のフェースダウン型のＭＯＣＶＤ装置の被処理基板１９、基板保持器具１８、および、回転台９を詳細に説明する。
【００３０】
基板保持器具設置孔１３の内径は、基板保持器具１８の挿入の容易さを考慮して、基板保持器具１８の外径よりもわずかに大きく設定されている。したがって、基板保持器具８が回転台９に設置された状態では、基板保持器具１８の直径と基板保持器具設置孔１３の直径との差の大きさの隙間が必然的に生じる。通常、基板保持器具１８と反応区画路５の開口部６との間には、幅ｔの隙間３７が存在する。そのため、原料ガスが、隙間３７を介して、反応区画路５内から外部へ漏れ出したり、反応区画路５の外部のガスが反応区画路５内に侵入したりする現象が発生する。この現象が発生すると、反応区画路５内の原料ガスの流れに渦および乱れが生じてしまう。したがって、基板保持器具１８と反応区画路５との間の隙間３７はできるだけ小さくする必要がある。
【００３１】
また、回転台９の回転に伴って隙間３７の大きさが変動すると、被処理基板１９の周方向の膜厚または膜特性にばらつきが生じる。そのため、隙間３７の大きさが変動しないようにする必要がある。そのためには、基板保持器具１８の回転軸が振動しないようにする必要がある。したがって、基板保持器具１８の円筒形状部の回転中心軸と反応区画路５の円形の開口部６の中心軸とを一致させる必要がある。
【００３２】
また、回転台９の回転中に、基板保持器具１８の回転中心軸と反応区画路５の開口部６の中心軸とが一致している状態を維持するためには、基板保持器具１８が回転台９に対して移動しないように、両者の位置関係を固定する必要がある。
【００３３】
ところが、基板保持器具１８の１回の搬送ごとに、高い精度で、基板保持器具１８の回転中心軸と反応区画路５の開口部６の中心軸との位置関係を固定することは困難である。
【００３４】
したがって、従来の被処理基板１９と基板保持器具１８を一体として搬送する形式のＭＯＣＶＤ装置においては、基板保持器具１８の回転中心軸と開口部６の中心軸とがずれることに起因して、互いの間の隙間３７の大きさが変動するため、均一な薄膜を形成することができないという問題がある。
【特許文献１】特開平９−１６２１２８号公報
【特許文献２】特開平１１−１２０８５号公報
【特許文献３】特開２００２−１７５９９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３５】
前述のようなフェースダウン型のＭＯＣＶＤ装置においては、グローブボックス２２からチャンバ１内へ被処理基板１９が搭載された基板保持器具１８を水平方向に移動させる水平搬送機構２５、および、水平搬送機構２５から基板保持器具１８を受け取り、さらに基板保持器具１８を鉛直方向に移動させる鉛直搬送機構８０が設けられている。一方、グローブ２４を用いて基板保持器具１８を移動させようとしても、チャンバ１内の基板保持器具１８が搭載されている位置まで手が届かない。
【００３６】
また、薄膜を形成するために基板保持器具１８がかなりの高温状態になっている。そのため、薄膜形成が終了した後、基板保持器具１８の温度が、基板保持器具１８をグローブ２４を介して手で持つことができる温度に低下するまでに非常に長い時間を要してしまう。したがって、生産効率を考慮して、通常、基板保持器具１８は搬送機構によって搬送される。
【００３７】
また、水平搬送機構２５、鉛直搬送機構８０、および回転台９のそれぞれが取り付けられている基準部品は異なっている。水平搬送機構２５はグローブボックス２２に設置されている。鉛直搬送機構８０はチャンバ１の上部の天板に設置されている。回転台９はチャンバ１の底板に設置されている。したがって、それぞれの正確な位置調整、基板保持器具１８の回転台９の開口部６への適正な挿入、および、基板保持器具１８の回転軸と反応区画路５の中心軸との正確な位置合わせのために、多大な時間および作業者の熟練した技術が必要である。
【００３８】
また、前述の位置合わせまたは位置調整の終了後、基板保持器具１８の搬送を実施すると、特に回転台９に基板保持器具１８を載置する際に、駆動モータの振動によって基板保持器具１８の位置ずれが生じてしまうという問題がある。
【００３９】
基板保持器具１８と開口部６との間の隙間３７を径方向に大きくしたり、回転台９の基板保持器具設置孔１３の直径を大きくしたりすれば、基板保持器具１８の回転台９の開口部６への適正な挿入の問題は解消される。しかしながら、隙間３７が大きくなると、原料ガスが隙間３７を介して反応区画路５内からチャンバ１内へ漏れ出してしまうため、反応区画路５内の原料ガスの流れが乱れてしまう。また、開口部６が大きくなると、基板保持器具１８の回転中心軸と開口部６の中心軸との位置ずれ量が大きくなってしまう。これにより、基板保持器具１８が開口部６に挿入された状態で回転中心軸周りに回転すると、原料ガスの流れに乱れが生じ、被処理基板１９の表面に形成される薄膜の質が劣化したり、被処理基板１９ごとに位置ずれに起因した膜質のばらつきが発生したりしまうという問題が生じる。
【００４０】
また、通常、図９に示すように、回転台９は、ギア付円盤部９ａとベース９ｂとを有しており、ギア付円盤部９ａとベース９ｂとの間にボールベアリングとして機能する複数の球体１０が挟まれている。
【００４１】
ギア付円盤部９ａおよびベース９ｂには、それぞれ、開口部６の円形と同心円の円周上にＶ型の溝３９ａおよび３９ｂが形成されている。複数の球体１０は、溝３９ａおよび３９ｂによって挟まれており、溝３９ａおよび３９ｂのそれぞれと同様に、開口部６の円形と同心円の円周上に並べられている。したがって、ベース９ｂが固定された状態で、回転機構３００の動力によって、球体１０とともにギア付円盤部９ａが回転する。
【００４２】
この構造によれば、Ｖ溝３９ａおよび３９ｂと球体１０との間の隙間３８には、不要なごみまたは生成物等が流れ込み、ギア付円盤部９ａの回転を阻害してしまう。より具体的には、球体１０同士が上下に重なってしまうために、ギア付円盤部９ａが持ち上げられてしまうという事態が発生する。その結果、ギア付円盤部９ａが回転軌道から外れて、破損してしまう恐れがある。
【００４３】
本発明は、上述の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、気成長によって形成された薄膜の品質を向上させることができるとともに、製品ごとの薄膜の品質のばらつきを小さくすることができ、かつ、動作中に被処理物が損傷してしまうおそれが低減された気相成長装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００４４】
本発明の気相成長装置は、チャンバと、チャンバを貫通するように設けられ、その内部を気相成長のための反応ガスが流れる反応区画路とを備えている。反応区画路にはチャンバ内の空間と反応区画路内の空間とを連通させるように円形の開口部が設けられている。円筒形の被処理基板保持器具は、被処理基板が搭載された状態で開口部を介して反応区画路内に挿入される。回転台は、反応区画路内に挿入された被処理基板保持器具を開口部の中心軸まわりに回転させる。鉛直・水平搬送機構は、チャンバ内で被処理基板保持器具を鉛直方向および水平方向に移動させる。制御装置は、被処理基板保持器具の中心軸と回転台の回転中心軸とを一致させるように鉛直・水平搬送機構を制御する。
【００４５】
上記の構成によれば、被処理基板保持器具の中心軸と回転台の回転中心軸とを一致させる作業が容易になる。その結果、その作業のための時間を大幅に短縮することができる。また、被処理基板保持器具の中心軸と回転台の回転中心軸とを高い精度で一致させることができる。そのため、回転台上で回転している被処理基板保持器具が大きく振動することが防止される。それにより、被処理基板保持器具と回転台との間の隙間の大きさが変化することが防止される。その結果、反応区画路内での反応ガスの流れに乱れが生じない。したがって、被処理基板上に良質な結晶構造を有する薄膜を成長させることが可能になる。
【００４６】
また、鉛直・水平搬送機構が、それぞれ独立して駆動する複数の独立搬送機構からなり、制御装置が、複数の独立搬送機構に同一の動作をさせてもよい。これによれば、複数の独立搬送機構を用いて被処理基板保持器具を支持することができるため、被処理基板保持器具の搬送中の姿勢を安定させることができる。また、独立搬送機構ごとに異なる動作をさせないため、被処理基板保持器具の搬送のための制御が容易になる。
【００４７】
また、制御装置が、鉛直・水平搬送機構に鉛直方向の移動および水平方向の移動のそれぞれを独立して行なわせてもよい。これによれば、前述の位置合わせを容易に行なうことができる。そのため、回転台と被処理基板保持器具との間の隙間の大きさを高い精度で調節することが可能になる。
【００４８】
また、制御装置が、鉛直・水平搬送機構に鉛直方向の移動および水平方向の移動を同時に行なわせてもよい。これによれば、短時間で前述の位置合わせを行なうことができる。
【００４９】
また、鉛直・水平搬送機構が、それぞれ鉛直方向および水平方向のいずれにも移動し得る複数の駆動部材を有しており、複数の駆動部材が連結部材によって連結されており、被処理基板保持器具が、連結部材に搭載された状態で開口部まで移動してもよい。これによれば、被処理基板保持器具を支持して開口部まで移動させる部材の構造が簡略化される。
【００５０】
また、連結部材が、モリブデンからなっているか、または、モリブデンよりも耐食性および耐熱性に優れた部材からなってもよい。
【００５１】
また、制御装置が、複数の駆動部材のそれぞれを独立して制御してもよい。これによれば、前述の被処理基板保持器具の中心軸と回転台の回転中心軸とを高い精度で一致させることができる。
【００５２】
また、制御装置が、複数の駆動部材を独立して制御することにより、連結部材の姿勢を変更してもよい。これによれば、回転台の回転中心軸と被処理基板保持器具の中心軸とを容易に一致させることができる。
【００５３】
また、制御装置が、回転台の回転中心軸と被処理基板保持部材の中心軸とが一致するように連結部材の姿勢を調整した後、その姿勢を維持しながら開口部に被処理基板保持器具を挿入してもよい。これによれば、簡単な制御で回転台に被処理基板保持器具を挿入することができる。
【００５４】
また、連結部材には、バランスウエイトが取り付けられていてもよい。これによれば、被処理基板保持器具の有無に起因して複数の駆動部材に対する連結部材の姿勢が変化することが防止される。
【発明の効果】
【００５５】
本発明の気相成長装置によれば、気成長によって形成された薄膜の品質を向上させることができるとともに、製品ごとの薄膜の品質のばらつきを小さくすることができ、かつ、動作中に被処理物が損傷してしまうおそれが低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態の気相成長装置を説明する。
なお、以下の実施の形態１および２の気相成長装置ならびに前述の従来の気相成長装置は、同一の参照符号が付されている部位については、同様の構造および／または機能を有しているため、特に必要がなければ、その説明は繰り返さない。
【００５７】
（実施の形態１）
まず、図１〜図４を用いて、本発明の実施の形態の気相成長装置を説明する。
【００５８】
図１に示すように、チャンバ１の上部には天板４１が取り付けられており、その天板４１上には、２つのベース台４２が設けられている。２つのベース台４２のそれぞれには鉛直・水平搬送機構１００が載置されている。２つの鉛直・水平搬送機構１００は、協働して、基板保持器具１８を水平方向および鉛直方向のそれぞれに移動させるものである。２つの鉛直・水平搬送機構１００は、それぞれ、鉛直方向に延び、ボールネジの動力によって移動する駆動部材４５を有している。２つの駆動部材４５は、それぞれ、フランジ４３に取り付けられている。また、天板４１の中央部には、ポート４４が設けられており、ポート４４を介して、基板加熱ヒータ１４を移動させるためのロッド６８がチャンバ１内に挿入されている。本実施の形態の気相成長装置は、１つの基板保持器具１８に１枚の被処理基板１９を搭載し、１回の工程において、１枚の被処理基板１９に薄膜を形成する単枚炉である。そのため、駆動部材４５は２本のみ設けられている。
【００５９】
なお、図１においては、気相成長装置の全体構造の理解の容易のために、鉛直・水平搬送機構１００の詳細構造の描画は省略されている。
【００６０】
次に、図２を用いて、鉛直・水平搬送機構１００を詳細に説明する。
図２に示すように、鉛直・水平搬送機構１００は、直方体ブロックからなるベース台４２を有している。ベース台４２は、ポート３４から所定の距離をおいて設けられている。ベース台４２は、天板４１に溶接されていても、ネジ止めされていてもよい。ただし、ネジ止めの場合には、ベース台４２の位置決めのために位置決めピン等が用いられる必要がある。また、ネジ止めの場合には、組み立てによる誤差等が生じ易いため、ベース台４２は天板４１に溶接されていることが望ましい。
【００６１】
ベース台４２上には、駆動部材４５を水平方向に移動させるためのボールネジガイド４６が設けられている。ボールネジガイド４６は、ベース台４２に位置決めピンによって、取り付けられている。ボールネジガイド４６のサイズは、駆動部材４５の移動距離に応じて決定されている。
【００６２】
本実施の形態においては、駆動部材４５の水平方向の移動距離は、その他の機構の組み立て誤差を吸収するために、±１０ｍｍ、すなわち、２０ｍｍ程度以上であることが必要である。なお、駆動部材４５の水平移動距離は、後述する水平移動部５６の最大変位量によっても制限される。
【００６３】
また、ボールネジガイド４６上には、駆動ブロック４９が設けられている。駆動ブロック４９には、駆動部材４５を鉛直方向に移動させるためのボールネジガイドブロック４８が取り付けられている。また、ボールネジガイドブロック４８には、Ｌアングル５０が取り付けられている。Ｌアングル５０には、鉛直方向移動用のボールネジガイド５１が取り付けられている。
【００６４】
また、Ｌアングル５０は、ボールネジガイドブロック４８にネジ止めされ、駆動ブロック４９に対して高精度に位置決めされている。ネジ止めによる締結を行なっているのは、ボールネジガイドブロック４８は、非常に高い精度で設置される必要がある部品であり、溶接による局所的な温度変化によって、設置精度に誤差が生じることを防止するために、駆動ブロック４９およびＬアングル５０とは溶接することができないからである。また、ボールネジガイド４６は、移動するものであるため、寿命が短い。そのため、定期的な交換のために、ボールネジガイド４６をベース台４２に着脱自在に設置する必要がある。したがって、Ｌアングル５０は、ボールネジガイドブロック４８にネジ止めされていることが望ましい。
【００６５】
また、鉛直移動用のボールネジガイド５１は、水平移動用のボールネジガイド４６とは異なり、基板保持器具１８を回転台９まで移動させるものであるため、ある程度の量だけ駆動部材４５を移動させ得るものである必要がある。本実施の形態では、回転台９に基板保持器具１８を搭載させるために、駆動部材４５を３００ｍｍだけ移動させる必要があるものとする。
【００６６】
鉛直移動用のボールネジガイド５１は、位置決めピン等によって、高い精度で、Ｌアングル５０に取り付けられている。なお、鉛直方向移動用のボールネジガイド５１のＬアングル５０への取り付け方法およびその取り付け方法を採用する理由は、前述の水平移動用のボールネジガイド４６のベース台４２への取り付け方法およびその取り付け方法を採用する理由と同様である。
【００６７】
また、鉛直移動用のボールネジガイド５１にはガイドブロック５３が取り付けられている。さらに、ガイドブロック５３には、Ｌ型の金具５４が取り付けられている。Ｌ型の金具５４には、駆動部材４５の上端のフランジ４３が取り付けられている。Ｌ型の金具５４は、前述のＬアングル５０と同等に、高い精度で加工されている。その加工誤差は、ボールネジガイド５１と同様に２０μｍ以内である。
【００６８】
また、本実施の形態のＭＯＣＶＤにおいても、従来のＭＯＣＶＤ装置と同様に、チャンバ１の内部と外部とを分離するために、金属のベローズ５５が駆動部材４５の周りに設けられている。また、ベローズ５５は、フランジ４３の下面とポート３４の上面との間に取り付けられている。ただし、本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置においては、ベローズ５５は、水平移動部５６および鉛直移動部５７からなっている点が従来のＭＯＣＶＤ装置と大きく異なっている。水平移動部５６と鉛直移動部５７との間には、中間部材５９が設けられており、中間部材５９は、Ｌアングル５０の中央部に金具５８によって固定されている。したがって、駆動部材４５を水平方向に移動させたときには、中間部材５９が水平方向に移動し、水平移動部５６のみが図２において平行四辺形状に変形する。一方、駆動部材４５を鉛直方向に移動させたときには、鉛直移動部５７のみが鉛直方向に伸縮する。なお、駆動部材４５の鉛直方向の移動および水平方向の移動は、ボールネジによって行なわれる。制御装置２００は、ボールネジを制御することによって、２つの駆動部材４５の鉛直方向の移動および水平方向の移動のそれぞれを独立して制御する。
【００６９】
さらに、駆動部材４５の上端のフランジ４３には、鉛直移動部５７の最上部が下側からネジ止めされており、Ｌ型の金具５４が上側からネジ止めされている。したがって、ベローズ５５を介して、チャンバ１の内部の雰囲気とチャンバ１の外部の大気雰囲気とが完全に分離されている。
【００７０】
上記のような本実施の形態のＭＯＣＶＤ装置によれば、鉛直移動用のボールネジガイド５１および水平移動用のボールネジガイド４６の双方が用いられているため、複雑な機構を用いることなしに、駆動部材４５を３次元的に移動させることが可能になっている。
【００７１】
また、２つの鉛直・水平搬送機構１００は、同じ部品によって構成されているため、部品点数の削減が図られている。
【００７２】
次に、図１、図３および図４を用いて、２本の駆動部材４５の先端同士を連結する連結部材３２を説明する。
【００７３】
２本の駆動部材４５の下端は、それぞれ、連結部材３２の両端の近傍に接続されている。連結部材３２は、基板保持器具１８を保持しながら移動して回転台９に装着するための金具である。一方、チャンバ１の天板４１とチャンバ１の底板６１とを高い精度の位置関係で組み立てることは非常に困難である。特に、天板４１および底板６１は、それぞれ、チャンバ１の側壁にＯリングによって締結されているため、Ｏリングのネジの締め付け具合等によって、互いの傾きを同一にすることは極めて困難である。そのため、連結部材３２と回転台９との位置関係の調整を行なうことによって、その基板保持器具１８の中心軸と回転台９の回転中心軸とを一致させる必要がある。
【００７４】
次に、基板保持器具１８の中心軸と、回転台９の中心軸とを一致させる方法を説明する。
【００７５】
前述のように、連結部材３２は、その両端の近傍が２本の駆動部材４５の先端に取り付けられている。本実施の形態においては、制御装置２００は、２本の駆動部材４５を独立して制御することが可能である。また、制御装置２００は、２本の駆動部材４５の水平方向の移動と鉛直方向の移動とを独立して制御することができる。ただし、通常、制御装置２００は、２本の駆動部材４５に同一の動きをさせる。このとき、連結部材３２は、基板保持器具１８を保持しながら水平方向に移動した後、回転台９に向かって鉛直方向に下降する。
【００７６】
一方、制御装置２００は、基板保持器具１８の下端を回転台９の上面の近傍まで下降させたときに、回転台９の回転中心軸に対して基板保持器具１８の中心軸が傾いていれば、２本の駆動部材４５のいずれか一方を単独で移動させて、回転台９の回転中心軸の方向と基板保持器具１８の中心軸の方向とを一致させる。この回転台９の回転中心軸に対する基板保持器具１８の中心軸の傾きは、レーザ変位計または隙間ゲージ（ブロックゲージ）等で計測される。特に、レーザ変位計が用いられる場合には、回転台９の回転中心軸に対する基板保持器具１８の中心軸の傾きに基づいて、連結部材３２の姿勢の変更量が明確に数値によって表わされる。したがって、制御装置２００は、連結部材３２の姿勢の変更量に基づいて、２本の駆動部材４５の姿勢を調整することが可能である。
【００７７】
次に、回転台９の回転中心軸に対する基板保持器具１８の中心軸の傾きが修正された後、回転台９に対する基板保持器具１８の水平方向の位置決めが行なわれる。このとき、水平方向の位置決めは、２本の駆動部材４５を水平方向に移動させることにより、容易に行なうことが可能である。
【００７８】
前述のように、制御装置２００は、回転台９の回転中心軸と基板保持器具１８の中心軸とを一致させるための制御を行なう。そのために、制御装置２００は、反応区画路５の開口部６と、基板保持器具１８の側面との隙間３７をＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラを用いて観察する。このとき、制御装置２００は、少なくとも２箇所の隙間３７が所定値になったことにより、回転台９の回転中心軸と基板保持器具１８の中心軸とが一致したと判断する。また、制御装置２００は、隙間３７の大きさを確認しながら、２本の駆動部材４５を水平方向に移動させる。
【００７９】
上記本実施の形態の気相成長装置によれば、回転台９の回転中心軸と基板保持器具１８の中心軸との位置合わせによって、回転台９と基板保持器具１８とが接触することなく、基板保持器具設置孔１３内に基板保持器具１８が挿入される。また、回転台９と基板保持器具１８との位置関係を高い精度で設定することができる。そのため、回転台９と基板保持器具１８との隙間３７の幅ｔが変動することに起因する反応区画路５内での原料ガスの流れの乱れの発生を防止することができる。その結果、安定した結晶性を有する薄膜が基板上に形成される。
【００８０】
また、基板保持器具１８の位置が基板保持器具１８を回転台９に設置するごとに異なることが防止される。そのため、薄膜の結晶性が基板ごとに異なるという不具合が防止される。その結果、基板上に形成される薄膜の結晶の再現性が向上する。
【００８１】
（実施の形態２）
次に、図３および図４を用いて、連結部材３２を説明する。
【００８２】
実施の形態１で説明したように、連結部材３２は、図３および図４に示すように、グローブボックス２２の水平搬送機構２５から受け取った基板保持器具１８を回転台９まで搬送するためのものであり、基板保持器具１８を保持したり回転台９へ移したりするものである。そのため、連結部材３２は、馬蹄形部、すなわち、Ｕ字型部をしており、馬蹄形部の重心は、常に、Ｕ字の開放端ではなく、Ｕ字の閉鎖端側に偏って存在する。
【００８３】
したがって、連結部材３２は、基板保持器具１８を保持しているか否かに関わらず、自身の重量バランスの偏りのために、その姿勢が変化し、その中心軸の位置がずれてしまうという問題を有している。
【００８４】
前述の連結部材３２の重量バランスの不均一性の問題を解消するために、連結部材３２には、その重心位置と基板保持器具１８の中心軸６７の位置とが一致するように、バランスウエイト７８が取り付けられている。そのため、重量バランスの変化、すなわち、基板保持器具１８が連結部材３２に搭載れているか否かによって、回転台９の回転中心軸と基板保持器具１８の中心軸６７とがずれてしまうことが防止される。その結果、安定した結晶性を有する薄膜が基板上に形成される。
【００８５】
また、連結部材３２の下面を回転台９の上面に近づけた状態で、基板保持器具１８を連結部材３２から回転台９へ移し変えれば、被処理基板１９が損傷することを防止することができる。
【００８６】
なお、連結部材３２は、モリブデンからなっているか、または、モリブデンよりも耐食性および耐熱性に優れた部材からなっていることが望ましい。
【００８７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、化合物半導体等を製造するための気相成長装置として利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】実施の形態のＭＯＣＶＤ装置の断面模式図である。
【図２】実施の形態の鉛直・水平搬送機構の断面図である。
【図３】実施の形態の連結部材と基板保持器具との関係を示す断面図である。
【図４】実施の形態の連結部材と基板保持器具との関係を示す上面図である。
【図５】従来のＭＯＣＶＤ装置の断面模式図である。
【図６】従来のＭＯＣＶＤ装置のレイアウトを示す図である。
【図７】従来の鉛直搬送機構の拡大断面図である。
【図８】従来の形態の基板保持器具の断面図である。
【図９】従来の連結部材、回転台、および基板保持器具の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００９０】
１  チャンバ、５  反応区画路、６  開口部、１８  基板保持器具、１９  被処理基板、９  回転台、３２  連結部材、４５  駆動部材、１００  鉛直・水平搬送機構、２００  制御装置。
【図１】
2007077465.tif 000003
【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】
2007077465.tif 000008
【図７】
2007077465.tif 000009
【図８】
2007077465.tif 000010
【図９】
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