(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記可動ノズル壁部材を上動させることで前記天井板を上昇させた状態で、該天井板を受け取って前記チャンバーの外に搬送可能な搬送アームを備えたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の気相成長装置。
【背景技術】
【0002】
気相成長法は、薄膜の原料をガス状態にして基板上に供給し、化学反応により基板表面に原料を堆積させる薄膜形成法である。例えば、青色発光ダイオード、緑色発光ダイオードや紫色レーザダイオードの材料となる窒化ガリウム系半導体薄膜は、原料として有機金属を用いるMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属気相成長)法により製造される。
【0003】
気相成長法を利用して半導体薄膜を成膜する気相成長装置としては、例えば、特許文献1に開示されるものがある。特許文献1の気相成長装置は、チャンバー本体とチャンバー蓋とで上下に分割可能に構成され、該チャンバー本体と該チャンバー蓋を合わせると気相成長の反応炉となるチャンバーと、該チャンバーに複数枚の基板を載置したサセプタを設置し、チャンバー本体中央に配置されたノズルから、半導体薄膜の材料を含む原料ガスを全方位に供給して基板上に半導体薄膜を気相成長させる自公転型の気相成長装置である。
【0004】
上記のように複数枚の基板に同時に半導体薄膜を気相成長させるためには、原料ガスが各基板上を均等に流れるように流路を形成する必要がある。そこで特許文献1の気相成長装置では、天井板(特許文献1中においては基板対向面部33)を用いて原料ガスの流路を形成している。
【0005】
特許文献1の気相成長装置の天井板は中央に開口部を有する円環状板からなり、その周縁部がチャンバー本体に設けられた支持部材によって支持されることで、流路を形成している(特許文献1の段落[0028]および
図1を参照)。なお、天井板の中央の開口部にはチャンバー蓋側の他の部材が入り込んで塞がれている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかし、特許文献1に記載の天井板は、気相成長時にその外周部が支持部材で支持されるようになっているが、天井板の中央部と他の部材との配置関係が明確でなく、場合によっては、天井板の中央の開口部と、前記チャンバー蓋側の他の部材との間にわずかな隙間ができて、その隙間から原料ガスが漏れ出る可能性がある。
【0008】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、流路からガスが漏れ出ることなく気相成長を行うことができる気相成長装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
(1)本発明に係る気相成長装置は、チャンバー本体とチャンバー蓋で構成されたチャンバー内に設置された基板上に原料ガスを供給して前記基板上に薄膜を成長させる気相成長装置であって、
前記チャンバー本体側に設置されて前記基板を保持するサセプタと、
該サセプタとの間に所定の間隔を離して対向配置されて前記原料ガスの流路を形成する天井板と、
前記チャンバー本体の中央部に設置されて、前記原料ガスを前記原料ガスの流路に供給するノズル装置とを備えてなり、
前記ノズル装置は、その上端部に、前記天井板の中央部が載置される載置部を有し、前記天井板は、その中央部が前記載置部に載置されることで前記ノズル装置に保持されることを特徴とするものである。
【0010】
(2)また、上記(1)に記載のものにおいて、前記天井板は、その中央部に開口部を有し、
前記ノズル装置の上端部には前記開口部に挿入可能な凸部が形成され、該凸部の周辺部が前記載置部となっていることを特徴とするものである。
【0011】
(3)また、上記(2)に記載のものにおいて、前記凸部は上方に向かって縮径するテーパ状になっていることを特徴とするものである。
【0012】
(4)また、上記(1)乃至(3)のいずれかに記載のものにおいて、前記ノズル装置は、径方向に所定間隔を離して複数配置されて原料ガスのガス導入路を形成するノズル壁部材を有し、最も内側のノズル壁部材が上下動可能な可動ノズル壁部材になっており、前記載置部は該可動ノズル壁部材の上端部に形成されていることを特徴とするものである。
【0013】
(5)また、上記(4)に記載のものにおいて、前記可動ノズル壁部材を上動させることで前記天井板を上昇させた状態で、該天井板を受け取って前記チャンバーの外に搬送可能な搬送アームを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0014】
本発明においては、ノズル装置の上部で天井板を支持することにより、流路からガスが漏れ出ることなく気相成長を行うことができる。
【発明を実施するための形態】
【0016】
本発明の一実施の形態にかかる気相成長装置1は、
図1に示すように、チャンバー本体3とチャンバー蓋4とに上下に分割可能なチャンバー2と、円板状からなりチャンバー本体3側に着脱可能に設置されて、気相成長のための基板5を保持する基板保持部7b(
図2参照)を備えるサセプタ7と、サセプタ7における基板保持部7b以外の部位を覆うようにサセプタ7上に載置されるサセプタカバー9と、サセプタ7との間に所定の間隔を離して対向配置されて原料ガスの流路Lを形成する天井板11と、チャンバー本体の中央部に設置されて天井板11を支持するとともに原料ガスを原料ガスの流路Lに供給するノズル装置13と、天井板11の外周部が載置される天井板外周支持部17と、サセプタ7、サセプタカバー9および天井板11の搬入出を行う搬送アーム19と、制御部(図示略)とを有している。
以下、各構成を
図1〜
図5に基づいて詳細に説明する。
【0017】
<チャンバー>
チャンバー2は、
図1に示すように、概形が偏平して両端が閉じた円筒状からなる。チャンバー2は、有底円筒状からなるチャンバー本体3と、チャンバー本体3の開口側を覆う有底円筒状からなるチャンバー蓋4とに上下に分割可能になっている。
チャンバー本体3は、開口側を上にして固定して設けられている。チャンバー蓋4は、開口側を下にしてチャンバー本体3の上方に昇降可能に設けられている。
チャンバー本体3とチャンバー蓋4は、
図1に示すように、チャンバー蓋4を下降させて開口部同士を合わせることで密閉された円筒状になり、基板5(
図2参照)上に半導体薄膜を成膜するための反応炉となる。
チャンバー本体3およびチャンバー蓋4の材質には、耐食性に優れたステンレスを用いることができる。
なお、上記では、チャンバー蓋4は上下方向のみに移動するものを例として説明したが、所定の位置まで上下方向に移動するとともに水平方向に移動してもよい。
【0018】
<サセプタ>
サセプタ7は、
図2の平面図に示すように、中央にノズル装置13の上部が挿通可能な開口部7aを有する円環板状からなり、チャンバー本体3内に設けられたサセプタ回転機構8に着脱可能にかつ回転可能に設置されている(
図1参照)。
開口部7aの周りには、薄膜が形成される基板5が載置される基板載置部7bが周方向に等間隔に複数設けられている。なお、
図2は基板載置部7bに基板5を載置した状態を示している。
なお、サセプタ7の材質には、例えばカーボンを用いることができる。また、基板5の材質は、成膜する半導体薄膜の材料に合わせて選択される。
【0019】
<サセプタカバー>
サセプタカバー9は、
図3の平面図に示すように、平面視でサセプタ7とほぼ同形の円環板状からなり、中央にノズル装置13の上部が挿入可能な開口部9aと、開口部9aの周りに複数の開口部9bとを有している。
サセプタカバー9は、サセプタ7上に載置されて原料ガスによる汚染や酸化等からサセプタ7を保護するものである。サセプタカバー9がサセプタ7上に載置されると、サセプタカバー9の上面とサセプタ7の基板載置部7bに載置された基板5との上面とが面一になるようになっており、これらの面と天井板11の下面とで原料ガスの流路Lが形成されている。なお、サセプタカバー9の材質には、例えば石英が用いられる。
【0020】
<天井板>
天井板11は、
図4に示すように、中央には後述するノズル装置13の凸部14が挿入可能な開口部11aを有する円板からなる。
図1は、天井板11の開口部11aにノズル装置13の凸部14が挿入されて、天井板11はノズル装置13の中央に載置されて支持される状態を図示したものである。
上記のように天井板11がノズル装置13に載置されると、天井板11の下面とサセプタカバー9の上面とで、半導体薄膜を成膜するための原料ガスの流路Lを形成する(
図1参照)。このとき、天井板11は自重でノズル装置13と隙間なく当接しており、原料ガスが流路Lから漏れ出ることを防止している。
なお、天井板11の材質には、例えば石英を用いることができる。
【0021】
<ノズル装置>
ノズル装置13は、チャンバー本体3の中央に設置されて、原料ガスの流路Lに原料ガスを供給する。
ノズル装置13は、
図1に示すように、径方向に所定間隔を離して複数配置されて原料ガスのガス導入路Fを形成するノズル壁部材(可動ノズル壁部材13a、固定ノズル壁部材13b、固定ノズル壁部材13c、固定ノズル壁部材13d)を有している。
【0022】
可動ノズル壁部材13aは、所定の径の円柱からなる本体部16と、本体部16の上端にあって外方に張り出す張出部18を有し、張出部18の上面に天井板11の中央部が載置される載置部12が形成されている。
固定ノズル壁部材13bは、可動ノズル壁部材13aの円柱の直径よりも大径の管状からなり、一端が外方に張り出した形状になっている。
固定ノズル壁部材13cは、固定ノズル壁部材13bよりも大径の管状からなり、一端が外方に張り出した形状になっている。
固定ノズル壁部材13dは、固定ノズル壁部材13cよりもさらに大径の管状からなり、一端が外方に張り出した形状になっている。
【0023】
ノズル装置13は、可動ノズル壁部材13aを最も内側にして、可動ノズル壁部材13aの外側に径方向に所定の間隔を離して固定ノズル壁部材13bが配置されており、可動ノズル壁部材13bの外側に径方向に所定の間隔を離して固定ノズル壁部材13cが配置されており、さらに、可動ノズル壁部材13cの外側に径方向に所定の間隔を離して固定ノズル壁部材13dが配置されている。
【0024】
このように上記各ノズル壁部材(可動ノズル壁部材13a、固定ノズル壁部材13b、固定ノズル壁部材13cおよび固定ノズル壁部材13d)を入れ子状に配置することで、各部材の隣り合う部材同士で空間が形成され、該各空間が流路Lに原料ガスを導入するガス導入路Fになっている。各ガス導入路Fには、図示しない原料ガス供給部から原料ガスが供給される。例えば、成膜する半導体薄膜が窒化ガリウムである場合には、原料ガス供給部からそれぞれ有機金属ガスと、アンモニアガスと、パージガスとが供給される(
図1中の矢印参照)。
【0025】
ノズル装置13から供給される原料ガスは、サセプタカバー9の上面と天井板11の下面とで形成される原料ガスの流路L内を、チャンバー本体3の中央から外周に向かって流れて、チャンバー本体3の外周に設けられた排出口3aから排出される(
図1中の矢印参照)。これにより、サセプタ7に載置された基板5の表面上に半導体薄膜が形成される。
なお、原料ガスの材料は、成膜する半導体薄膜の種類等に合わせて選択される。
【0026】
可動ノズル壁部材13aの載置部12の上端部の中央には載置部12よりも小径の略円盤状からなり天井板11の開口部11aに挿入可能な凸部14が形成されている。天井板11が載置部に載置された際に、開口部11aに凸部14が挿入されることで天井板11の水平方向の位置がずれないようになっている。
凸部14は上方に向かって次第に縮径しており、凸部14の側面がテーパ面14aとなっている。テーパ面14aは天井板11の開口部11aに凸部14が挿入される際に、天井板11をガイドして天井板11の水平方向の位置決めを容易にする役割を担っている。
【0027】
可動ノズル壁部材13aは、上下動可能に設けられており、固定ノズル壁部材13b、固定ノズル壁部材13cおよび固定ノズル壁部材13dは、チャンバー本体3側に固定されている。
可動ノズル壁部材13aの上下動はパルスモータ等を有する上下動装置15によって行われる。上下動装置15はパルスモータ等によって可動ノズル壁部材13aの上下位置を高精度(サブミリオーダ)に調整可能になっている。
可動ノズル壁部材13aは、載置部12で天井板11を支持した状態で上下動可能となっており、天井板11の上下位置を調整することで流路Lの高さを高精度に調整可能になっている。
【0028】
なお、ノズル装置13は、
図1に示す構成に限定されるものではなく、天井板11を支持して上下動可能であるとともに、原料ガスの流路Lに原料ガスを供給可能な構成であればどのようなものでもよい。
【0029】
<天井板外周支持部>
天井板外周支持部17は、
図1に示すように、天井板11の外周側にあって、チャンバー本体3またはチャンバー蓋4のいずれか一方に着脱可能になっている。
天井板外周支持部17がチャンバー蓋4に装着されると、チャンバー2の開閉時に、チャンバー蓋4の昇降に伴って天井板外周支持部17が昇降するようになっている。このとき天井板11の外周部が天井板外周支持部17によって支持されて、天井板11も昇降する。天井板外周支持部17をチャンバー蓋41に装着した状態でチャンバー蓋を上昇させた状態を
図6に示す。
【0030】
他方、天井板外周支持部17がチャンバー本体3に装着されると、チャンバー2の開閉時に、天井板外周支持部17に天井板11が載置されたまま、チャンバー蓋4のみを上昇させることができる。
このように、天井板外周支持部17は、チャンバー2の昇降にともなって天井板11を昇降させるか否かによって、チャンバー本体3またはチャンバー蓋4に選択的に装着される。
【0031】
<搬送アーム>
搬送アーム19は、チャンバー2外に設置され、サセプタ7、サセプタカバー9、天井板11のいずれか1つ以上または全部をチャンバー2の内外に搬送する。
搬送アーム19は、
図5に示すように平面視が略U字状の板を、
図1に示すように上下2段(上段部19aおよび下段部19b)有している。上段部19aおよび下段部19bは、U字の曲線部で連結部19cによって連結されている。上段部19aは天井板11が載置可能になっている。
【0032】
下段部19bにはサセプタ7またはサセプタカバー9が重ねられたサセプタ7が載置可能になっている。
また、上段部19aおよび下段部19bは、
図5に示すように平面視でほぼ同じ大きさになっており、サセプタ7やサセプタカバー9を載置すると、これらの外周部がはみ出すような大きさに設定されている。
【0033】
可動ノズル壁部材13aを上動させた状態で搬送アーム19をチャンバー本体3の上方に進入させると、可動ノズル壁部材13aが搬送アーム19のU字の曲線部内側に入り込んでぶつからないようになっている。
可動ノズル壁部材13aを上動させて可動ノズル壁部材13aに載置された天井板11を上昇させた状態で、搬送アーム19をチャンバー本体3の上方に位置させて、可動ノズル壁部材13aを下動させれば、天井板11が搬送アーム19の上段部19aに載置される。このようにして、搬送アーム19は可動ノズル壁部材19aから天井板11を受け取ることができる。また、天井板11を受け取った後に、搬送アーム19をチャンバー2の外に移動させることで、天井板11を搬出可能となっている。
【0034】
上段部19aと下段部19bの間隔、すなわち連結部19cの高さは、ノズル装置13の可動ノズル壁部材13aの可動範囲を勘案して、搬送アーム19の上段部19aおよび下段部19bとの間で搬送対象の部材の受け渡しが円滑に行われるように設定される。
【0035】
<制御部>
制御部は、チャンバー蓋4、ノズル装置13、天井板外周支持部17、搬送アーム19の動作を制御する。具体的には例えば、チャンバー蓋4の昇降、ノズル装置13の可動ノズル壁部材13aの上下動、天井板外周支持部17のチャンバー本体3またはチャンバー蓋4への装着、搬送アーム19のチャンバー2内外への搬送の動作を制御する。なお、制御部の設置場所は、ノズル装置13、天井板外周支持部17、搬送アーム19の動作の制御が可能であれば、特に限定されない。
【0036】
以上のように構成された本実施の形態の気相成長装置1において、気相成長後に使用後のサセプタ7等の交換を行う場合の天井板11に関連する動作について説明する。
気相成長後の状態は、
図1と同様の状態である。つまり、チャンバー2は閉じており、天井板11は可動ノズル壁部材13aによって支持されている。
この状態から、天井板外周支持部17をチャンバー蓋4に装着して、チャンバー蓋4を上昇させる(
図6参照)。このとき、天井板11は、
図6に示すように、天井板外周支持部17によって外周部を支持され、チャンバー蓋4とともに上昇している。この状態で搬送アーム19等を用いてサセプタ7等の交換を行う。
【0037】
次に、チャンバー蓋4を下降させ、チャンバー2を閉じた状態にする。このとき、天井板11は、チャンバー蓋4の下降に伴って下降し、天井板11の開口部11aに可動ノズル壁部材13aの凸部14が再び挿入されて、天井板11が可動ノズル壁部材13aの載置部12によって支持される。このとき天井板11と可動ノズル壁部材13aとが隙間なく当接しているため、流路Lから原料ガスが漏れ出ることがない。
【0038】
また、上述したとおり、天井板11の上下方向の位置を調整することで流路Lの高さを微調整可能となっている。流路Lの高さを毎回同じ値に設定すれば、原料ガスの流れ具合を毎回一定にすることができ、気相成長の再現性が高くすることができる。
【0039】
以上のようにしてサセプタ7等の交換が終了する。この状態で再び気相成長を行うことができる。
【0040】
以上のように、本実施の形態においては、サセプタ7等の交換後においても、可動ノズル壁部材13aの載置部12によって天井板11が支持されて、天井板11と可動ノズル壁部材13aとが隙間なく当接しているので、流路Lから原料ガスが漏れ出ることなく気相成長を行うことができる。
【0041】
次に、気相成長装置1における天井板11を搬入する方法の一例を、気相成長装置1の動作と共に説明する。
各工程における気相成長装置1の構成要素の動作は、制御部により制御する。
【0042】
図7は、気相成長装置1の各部材の初期位置を示す図であり、気相成長処理後に、
図1の状態からチャンバー蓋4を搬送アーム19の上段部19aよりも高い位置まで上昇させることでチャンバー2を開いた後、使用後の天井板11を搬出した後の状態である。搬出の方法については後述する。
図7に示すように、サセプタ7はサセプタ回転機構8に支持されている。このサセプタ7にはサセプタカバー9が載置されている。また、サセプタ7の基板載置部7bには基板5が載置されている。可動ノズル壁部材13aの位置は、気相成長処理時と同位置である。天井板外周支持部17は、チャンバー本体3に装着されている。搬送アーム19はチャンバー2の外に待機しており、チャンバー2の上段部19aには使用前の天井板11が載置されている。
【0043】
まず、搬送アーム19を水平方向に移動させて、チャンバー本体3の上方に位置させる。
次に、可動ノズル壁部材13aを上動させて、搬送アーム19の上段部19aに載置されている天井板11を可動ノズル壁部材13aで突き上げて支持する(
図8参照)。こうすることによって天井板11が搬送アーム19から可動ノズル壁部材13aに受け渡される。その後、搬送アーム19を水平方向に移動させてチャンバー2の外に出す。
【0044】
次に、可動ノズル壁部材13aを下動させて天井板11の外周部を天井板外周支持部17の凹部に納める(
図9参照)。こうすることによって、天井板11の下面とサセプタカバー9の上面とで、原料ガスの流路Lが形成される。このとき、天井板11と可動ノズル壁部材13aとが隙間なく当接しているので、流路Lから原料ガスが漏れ出ることなく気相成長を行うことができる。また、流路Lの高さを毎回同じ高さになるように天井板11の上下位置を調整すれば、気相成長の再現性を向上させることができる。
【0045】
このようにして天井板11の搬入および設置が完了する。その後、チャンバー蓋4を下降させてチャンバー2を閉じれば、再び気相成長を行うことができる。
天井板11の搬出は、上記の搬入および設置を逆の順番で行うことで実施できる。つまり、可動ノズル壁部材13aに支持されている天井板11を、可動ノズル壁部材13aによって上昇させる。次に搬送アーム19をチャンバー本体2の上方かつ、上昇した天井板11の下方に位置させる。次いで、可動ノズル壁部材13aを下動させることで、搬送アーム19の上段部19aに天井板11を載置する。こうすることで天井板11を可動ノズル壁部材13aから搬送アーム19に受け渡す。次いで、搬送アーム19をチャンバー2の外に移動させる。以上のようにして、使用後の天井板11がチャンバー2外へ搬出される。搬出された天井板11は洗浄することができる。
【0046】
以上のように、本実施の形態においては、ノズル装置13の上部である可動ノズル壁部材13aによって天井板11が支持された状態で天井板11の上下位置を調整することができるので、流路Lの高さを毎回同じに設定することができ、それ故、気相成長の再現性が高くすることができる。