JP5791329B2 - 気相成長装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板を加熱しながら気相原料を供給して基板上に薄膜を堆積させる気相成長装置に関する。

サセプタに保持された基板を所定温度に加熱した状態で反応室内に原料ガスを供給し、前記基板面に薄膜を堆積（成長）させる気相成長装置として、複数枚の基板に均一に薄膜を形成するため、サセプタを回転させるとともに、該サセプタの回転に伴って基板を載置する基板載置部材（基板トレイ）を回転させ、成膜中の基板を自公転させる機構を備えた気相成長装置が知られている（特許文献１参照）。

図４は特許文献１に開示された気相成長装置７０の断面図である。特許文献１に開示された気相成長装置７０は、上部中央にガス導入管７１を配設した偏平円筒状のチャンバー７２内に、円盤状のカーボンからなるサセプタ７３と、該サセプタ７３の外周部分の同心円上に等間隔で配置された複数の基板ホルダー７４と、サセプタ７３の上方に対向配置されてチャンバー７２内を上下に区画し、サセプタ７３側に反応室７５を形成する仕切板７６とを備えている。

チャンバー７２は、反サセプタ側の上方が開口したチャンバー本体７７と、該チャンバー本体７７の周壁上部にＯリングを介して気密に装着されるチャンバー蓋７８とに分割形成されている。チャンバー本体７７の底部中央部には、サセプタ７３を回転させるための回転駆動軸７９が設けられ、該回転駆動軸７９でサセプタ７３を回転させることにより、基板８０を保持した基板ホルダー７４がサセプタ７３の中心に対して公転するとともに、サセプタ７３の外周に設けられた自転歯車機構によって自転する仕組みになっている。
また、基板ホルダー７４の下方には、基板８０を加熱するためのヒーター８１がリング状に配設され、サセプタ７３の外周側にはリング状の排気通路８２が設けられている。

サセプタ７３が設置されるチャンバー内は汚染をきらうため、グローブボックスというボックス内に収容されており、外気にさらすことができない。そのため、サセプタ７３の交換は、グローボックスの側面に設けられ内部環境を窒素雰囲気に調整できる交換ボックスにおいて行われる。

サセプタの交換を自動搬送装置によって行う例が、特許文献２に記載されている。
特許文献２においては、サセプタ７３自体の搬送について詳細は記載されていないが、概ね以下のように行われる。
グローブボックス内に設置された搬送ロボットによって、反応炉内にあるサセプタを保持して交換ボックスに搬送する。一方、交換ボックスで待機している２枚目のサセプタを交換ボックスから交換テーブルへ搬送する。交換テーブルで基板ホルダ（基板トレイ）上に基板を載置した後、交換テーブルから反応炉へサセプタを搬送する。このように、１枚目のサセプタで成長させている間、２枚目のサセプタは交換ボックスで待機しているという２枚運用である。

特開２００８―２６２９６７号公報 特開２０１０―２５５０８３号公報

従来例において搬送ロボットは、交換ボックス内のサセプタを載置された位置（位相）のままでサセプタを搬送してチャンバーにセットする。
サセプタのチャンバーへのセットは、サセプタの中心開口部に設けられた嵌合部とチャンバーの回転軸側に設けられた嵌合部を正確に位置合わせして行う必要がある。
そのため、サセプタを交換ボックス内に載置した際に位置ずれが生じていると、サセプタが回転軸に正しく嵌らない事態が生ずる。
また、サセプタをグローブボックス内の例えば交換テーブルに載置してからチャンバーに搬送する場合において、交換テーブル上で意図せずにサセプタの位相がずれてしまった場合には、上記と同様の問題が生ずる。

サセプタがチャンバー内に正しくにセットされないと、正常な気相成長が不可能となるため、サセプタをチャンバーに正しくセットすることは必須である。
しかしながら、従来例では、サセプタの位置合わせは交換ボックスにおいて作業者が行っていたが、この作業は慎重を期する必要から作業効率が悪いという問題がある。
また、仮に交換ボックスにおいて位置ずれが生じていたような場合には、サセプタの位置合わせをやり直す必要があるが、そのためには一旦サセプタを交換ボックスに戻して位置合わせをした後、再度サセプタを搬送し直す必要がある。
しかし、サセプタを再搬送するとなると、時間を要し、生産効率が低下するという問題がある。

本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、サセプタの交換の際にサセプタの位置ずれの問題が生じない気相成長装置を得ることを目的としている。

（１）本発明に係る気相成長装置は、全体形状がドーナツ状の円盤によって構成され、中央の開口部に嵌合部を有するサセプタと、該サセプタの前記嵌合部が嵌合する回転軸を有し、該サセプタが着脱可能に設置されて気相成長を行う反応炉と、前記サセプタを搬送する搬送ロボットと、該搬送ロボット及び前記反応炉が収容されるグローブボックスと、該グローブボックス内に設置されてサセプタの交換時にサセプタを一時的に載置する交換テーブルと、前記グローボックスの側壁に設けられてサセプタの交換を行う交換ボックスとを備えた気相成長装置であって、
前記サセプタは位置検出のための２つのマーカーが形成され、
前記交換テーブルは、前記サセプタが載置されると回転して所定の回転位置で停止することで前記サセプタの回転方向の位置を、前記反応炉の回転軸の正しい位置に位置合わせする位置決め装置を備えてなり、
該位置決め装置は、前記交換テーブルに載置された前記サセプタを回転させる回転機構と、前記交換テーブルの近傍に設けられて前記サセプタに設けられた前記２つのマーカーを検出する２つのセンサと、該２つのセンサの信号を入力して前記交換テーブルの回転位置を制御する制御装置とを備えてなることを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記マーカーはサセプタごとに異なっており、サセプタの個体識別機能を有することを特徴とするものである。

本発明においては、グローブボックス内に設置した交換テーブルがサセプタの回転方向の位置を決める位置決め装置を備えているので、作業者が交換ボックスでサセプタの位置決めをする必要がなく、作業効率が高くなると共に、位置決めの不備による作業効率の低下がない。

本発明の一実施の形態に係る気相成長装置の全体構成の説明図である。 本発明の一実施の形態に係るサセプタの説明図である。 本発明の一実施の形態に係る気相成長装置の要部の説明図である。 従来の気相成長装置の説明図である。

本実施の形態に係る気相成長装置１は、図１に示すように、サセプタ３が着脱可能に設置されて気相成長を行う反応炉５と、サセプタ３を搬送する搬送ロボット７と、搬送ロボット７及び反応炉５が収容されるグローブボックス９と、グローブボックス９内に設置されてサセプタ３の交換時にサセプタ３を一時的に載置する交換テーブル１１と、グローブボックス９の側壁に設けられてサセプタ３の交換を行う交換ボックス１３とを備えた気相成長装置１であって、交換テーブル１１はサセプタ３が載置されると回転して所定の回転位置で停止することでサセプタ３の回転方向の位置を決める位置決め装置１５（図３参照）を備えてなるものである。
以下詳細に説明する。

＜サセプタ＞
サセプタ３は、図２に示すように、中央に開口部１７を有する全体形状がドーナツ状の円盤によって構成されている。
サセプタ３には基板載置部が設置される複数のポケット１９が設けられている。ポケット１９の数は特に限定されず、例えば図１においては１１個のものが図示され、図２では７個のものが図示されている。
サセプタ３の中央の開口部１７には嵌合部２１が設けられており、サセプタ３は開口部１７に形成された嵌合部２１が反応炉５側の回転軸側に嵌合して回転する構造になっている。

サセプタ３における裏面側であって位置決め基準となるひとつのポケット１９の両側には、図２に示すように、マーカー２３が形成されている。マーカー２３を後述するセンサ３１によって検出することで、このポケット１９の位置を検出できるようになっている。マーカー２３は、センサ３１が識別できる程度の凹形状（例えば10mm×6mmの楕円、深さ5mm）になっている。
ポケット１９に設置される基板載置部は、自転可能になっており、基板載置部に薄膜が形成される基板が載置される。
サセプタ３は、反応炉５にセットされると、図示しない駆動機構によってサセプタ３全体が公転（回転）し、この公転に連動して基板載置部が自転する機構になっている。

＜反応炉＞
反応炉５はサセプタ３が着脱可能に設置されて気相成長を行うものである。反応炉５の形態は特に限定されるものではなく、例えば特許文献１、２に記載されたものが適用できる。
反応炉５の一形態を概説すると、全体形状が偏平円筒状をしており、下部側のチャンバー本体と、チャンバー本体を開閉するチャンバー蓋とを備えている。
チャンバー本体の中心部には、原料ガス導入ノズルが設置され、サセプタ３に載置された基板に原料ガスを供給できるようになっている。原料ガス導入は、例えば特許文献１のように上方から導入する形態でもよいし、特許文献２のように下方から導入する形態でもよい。
チャンバー本体の外周縁部は本体部フランジとなっており、チャンバー蓋の蓋部フランジと当接して反応炉５を気密に閉止できるようになっている。
チャンバー蓋は、昇降機構によってチャンバー本体に対して昇降するようになっている。

＜搬送ロボット＞
搬送ロボット７は、グローブボックス９内に設置されて、サセプタ３を搬送する。搬送ロボット７は、図２に示すように、複数の腕２５が関節で回転可能に連結され、先端の腕２５にサセプタ３を保持する保持部２７が設けられている。
搬送ロボット７は、各腕２５を旋回させることで、サセプタ３を反応炉５、交換テーブル１１、交換ボックス１３のそれぞれに搬送することができる。

＜グローブボックス＞
グローブボックス９は、搬送ロボット７及び反応炉５を収容する。グローブボックス９には、窒素ガスを供給して、ボックス内を窒素雰囲気に置換できるようになっている。
グローブボックス９の側面には、サセプタ３の交換を行う交換ボックス１３が設けられている。交換ボックス１３には、真空ポンプや窒素ガス供給管が接続され、交換ボックス１３内の雰囲気を窒素雰囲気に置換できるようになっている。

＜交換テーブル＞
交換テーブル１１は、グローブボックス９内に設置されてサセプタ３の交換時にサセプタ３を一時的に載置するものである。交換テーブル１１には、後述する位置決め装置１５が搭載されている。

＜位置決め装置＞
位置決め装置１５は、交換テーブル１１に載置されたサセプタ３を回転させる回転機構２９と、交換テーブル１１の近傍に設けられてサセプタ３に設けられたマーカー２３を検出するセンサ３１と、センサ３１の信号を入力して交換テーブル１１の回転位置を制御する制御装置３３とを備えている。

上記のように構成された本実施の形態におけるサセプタ３の交換時の動作を説明する。
交換用のサセプタ３が交換ボックス１３内に載置される。このとき、従来例ではサセプタ３の位置決めを交換ボックス１３で行うようにしていたので、作業者はサセプタ３の位置（位相）合わせをする必要があった。しかし、本実施の形態では、交換テーブル１１においてサセプタ３の位置合わせが行われるので、交換ボックス１３にサセプタ３を載置する際には、位置合わせを行う必要がない。

交換ボックス１３にサセプタ３が載置されると、搬送ロボット７がサセプタ３を保持して交換テーブル１１の位置まで搬送して交換テーブル１１にサセプタ３を載置する。サセプタ３が載置されると交換テーブル１１が回転し、センサ３１がサセプタ３の裏面のマーカー２３を検出して検出信号を制御装置３３に送信する。制御装置３３はセンサ３１からの検出信号を入力して、マーカー検出位置が所定の位置になるように回転機構２９を制御して交換テーブル１１を所定の位置に停止する。交換テーブル１１が所定の位置で停止することで、交換テーブル１１に載置されているサセプタ３の位置（位相）合わせが完了する。

サセプタ３の位置合わせが完了すると、サセプタ３のポケット１９に基板載置部及び基板等がセットされる。そして、基板等のセットが完了すると、搬送ロボット７によってサセプタ３が保持されて反応炉５に搬送され、サセプタ３の開口部１７を反応炉５の回転軸に位置合わせして設置される。このとき、サセプタ３の位相が交換テーブル１１において正しい位置に位置合わせされているので、サセプタ３の位相ずれによりサセプタ３が反応炉５の回転軸に嵌らないということがない。

以上のように、本実施の形態においては、交換テーブル１１においてサセプタ３の位置合わせを自動で行うようにしたので、以下のような効果を奏する。
まず、交換テーブル１１において、作業者がサセプタ３の位置合わせをする必要がなくなるので、作業効率が向上する。
また、交換テーブル１１においてサセプタ３の位置を自動的に正しい位置に合わせるため、反応炉５にサセプタ３をセットする際に位置ずれのためにサセプタ３のセットができないということがない。
この点、従来例では、交換ボックス１３におけるサセプタ３の位置が正しくなっていない場合には、反応炉５にサセプタ３が正しくセットされず、再度、交換ボックス１３に戻して位置合わせを行ったあとで、再度搬送しなければならず、無駄な時間を要することになり生産効率が低下していた。
これに対して、本実施の形態では、このような無駄な時間が発生しないので、生産効率が向上するという効果がある。

なお、上記の実施の形態においては、サセプタ３に設けるマーカー２３はサセプタ３の位置を認識するためにのみ使用した。
しかし、マーカー２３の形状をサセプタ３ごとに変えるようにして、サセプタ３の位置の認識に加えてサセプタ３を個体識別ができるようにしてもよい。このようにすれば、サセプタ３ごとに反応条件等を予め設定した気相成長プログラムを準備しておくことで、当該サセプタ３に最も適した条件での気相成長反応を実施することができる。

本発明は、特に化合物半導体を成膜する半導体製造装置に関し、該装置によって製造される半導体の品質向上に利用できる。

１ 気相成長装置
３ サセプタ
５ 反応炉
７ 搬送ロボット
９ グローブボックス
１１ 交換テーブル
１３ 交換ボックス
１５ 位置決め装置
１７ 開口部
１９ ポケット
２１ 嵌合部
２３ マーカー
２５ 腕
２７ 保持部
２９ 回転機構
３１ センサ
３３ 制御装置
７０ 気相成長装置
７１ ガス導入管
７２ チャンバー
７３ サセプタ
７４ 基板ホルダー
７５ 反応室
７７ チャンバー本体
７８ チャンバー蓋
７９ 回転駆動軸
８０ 基板
８１ ヒーター
８２ 排気通路

Claims (2)

1. 全体形状がドーナツ状の円盤によって構成され、中央の開口部に嵌合部を有するサセプタと、該サセプタの前記嵌合部が嵌合する回転軸を有し、該サセプタが着脱可能に設置されて気相成長を行う反応炉と、前記サセプタを搬送する搬送ロボットと、該搬送ロボット及び前記反応炉が収容されるグローブボックスと、該グローブボックス内に設置されてサセプタの交換時にサセプタを一時的に載置する交換テーブルと、前記グローブボックスの側壁に設けられてサセプタの交換を行う交換ボックスとを備えた気相成長装置であって、
   前記サセプタは位置検出のための２つのマーカーが形成され、
   前記交換テーブルは、前記サセプタが載置されると回転して所定の回転位置で停止することで前記サセプタの回転方向の位置を、前記反応炉の回転軸の正しい位置に位置合わせする位置決め装置を備えてなり、
   該位置決め装置は、前記交換テーブルに載置された前記サセプタを回転させる回転機構と、前記交換テーブルの近傍に設けられて前記サセプタに設けられた前記２つのマーカーを検出する２つのセンサと、該２つのセンサの信号を入力して前記交換テーブルの回転位置を制御する制御装置とを備えてなることを特徴とする気相成長装置。
2. 前記マーカーはサセプタごとに異なっており、サセプタの個体識別機能を有することを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
   

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