特許 7724080 基板処理装置及び成膜基板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-08-06

(45)【発行日】2025-08-15

(54)【発明の名称】基板処理装置及び成膜基板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20250807BHJP

   C23C 16/458 20060101ALI20250807BHJP

【ＦＩ】

H01L21/205

C23C16/458

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021087398

(22)【出願日】2021-05-25

(65)【公開番号】P2022180738

(43)【公開日】2022-12-07

【審査請求日】2024-03-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000190105

【氏名又は名称】信越エンジニアリング株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000002060

【氏名又は名称】信越化学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100207756

【弁理士】

【氏名又は名称】田口 昌浩

(74)【代理人】

【識別番号】100129746

【弁理士】

【氏名又は名称】虎山 滋郎

(74)【代理人】

【識別番号】100135758

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 高志

(74)【代理人】

【識別番号】100154391

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 康義

(72)【発明者】

【氏名】内山 一栄

(72)【発明者】

【氏名】大谷 義和

(72)【発明者】

【氏名】堀越 彰雄

(72)【発明者】

【氏名】久保田 芳宏

(72)【発明者】

【氏名】川合 信

【審査官】宇多川 勉

(56)【参考文献】

【文献】特開平０４－１２０７２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１０２４８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１７９６００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１００２６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０５５８５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－１０２３１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｃ２３Ｃ １６／４５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

反応容器、
前記反応容器内に設置され、複数の基板を載せ置いて保持する基板保持部、及び
隣接する基板同士の間隔を保ちながら、前記基板保持部と前記複数の基板を接触及び離間させる基板保持部上下機構、
を備える基板処理装置であって、
前記基板保持部上下機構は、前記複数の基板を載せて押し上げる基板移動部であり、
前記基板保持部は、軸線を中心とする円周に沿って並べられた複数の基板接触部を備え、
前記基板処理装置は、前記基板保持部を前記軸線を中心に回転させる基板保持部回転機構、及び
前記基板移動部を上下動させる駆動機構をさらに備え、
前記駆動機構は、前記基板保持部が１回転する度に、前記基板移動部を、１回もしくは複数回、上下動させることを特徴とする基板処理装置。

【請求項2】

前記反応容器は、ガス導入口及びガス排出口を備えることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項3】

前記基板を加熱するための加熱装置をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板処理装置。

【請求項4】

前記反応容器を減圧するポンプをさらに備えることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の基板処理装置。

【請求項5】

反応容器内の基板保持部に複数の基板を載せ置いて保持し、
隣接する基板同士の間隔を保ちながら、前記基板保持部と前記複数の基板を接触及び離間させることにより前記複数の基板を上下させ、
前記複数の基板を、軸線を中心とする円周に沿って並べられた複数の基板接触部に載せ置き、基板の中心を前記軸線に揃えて整列させ、
前記軸線を中心に前記基板保持部を回転させ、
前記基板保持部が１回転する度に、前記基板を、１回もしくは複数回、上下動させることを特徴とする成膜基板の製造方法。

【請求項6】

前記反応容器に、反応ガスを導入し、前記基板の表面に成膜することを特徴とする請求項５に記載の成膜基板の製造方法。

【請求項7】

前記反応容器を減圧にして前記膜を減圧気相成長させることを特徴とする請求項５又は６に記載の成膜基板の製造方法。

【請求項8】

前記基板接触部と前記基板とは前記基板の外周端部から２０ｍｍ以下の範囲で接することを特徴とする請求項５～７のいずれか１項に記載の成膜基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は種々の膜材で各種基板の一部もしくは全体を均一に成膜するための基板処理装置に関したものであり、特には複数の基板を多段の基板保持部に載せ置いて隣接する基板同士の間隔を保ちながら、複数の基板を１枚毎に成膜する装置及び、その装置を用いた成膜基板の製造方法に関するものである。より詳細には、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＡｌＮ等の半導体基板、ＬＴ、ＬＮ等の強誘電体基板や石英、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＡｌＮ、コランダム等のセラミックスなどの各種基板の一部、もしくは全体をＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ、非晶質Ｓｉ、ポリＳｉ、単結晶Ｓｉなどの各種膜材で成膜する際、均一成膜ができなかったり、基板と基板保持部との接する膜の薄い部分、あるいは成膜されない部分のいわゆる「治具痕」が発生したり、基板と治具との固着が発生したりすることを抑制できる基板処理装置、さらにはその装置を用いた成膜基板の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

各種の工業製品、なかんずく半導体関連製品は各種基板をベース基板として、その一部もしくは全体を種々の機能を持つ膜材で成膜し、各種の機能製品が作られている。そのため、各種の成膜を行う基板処理装置が使われる。これらの成膜は基板処理装置内でベース基板上に各種の原料ガスを供給し、化学反応を起こして成膜する。装置は通常、１軸の回転機構を持ち、その軸線が水平方向に延びるように基板を載置する横型、あるいはその軸線が鉛直方向に延びるように基板を載置する縦型などの各種様式が存在する。
いずれの様式においても、成膜の最重要項目は通常、膜質の均質性と膜厚の均一性である。膜質の均質性と膜厚の均一性は、一般的に基板周辺に、いかに均質・均等な各種原料ガスの供給と混合、分散ができるかに掛かっている。この均質・均等な原料ガスの供給と混合、分散には成膜基板の回転が最も効果的である。
しかしながら、横型ではウエハー状基板を基板保持部に保持したまま、回転を加えることは難かしく、あえて実施しようとすれば、せいぜい基板端面を強く挟み保持しつつ、回転する方法などである。一方、縦型では基板保持部に基板を載置した状態で、基板保持部に付随する回転機構で基板保持部全体を回転する等である。しかし、そのような場合でも、横型では端面を強く挟み保持した部分や縦型では基板保持部に基板を載置した治具に接する部分は、デッド・スペースとなり、いずれにおいても均質・均等な原料ガスの供給と混合、分散は難しく、時に原料ガスが行き届かず、成膜されないか、あるいは、されても極めて薄い、いわゆる、「治具痕」が生じたり、あるいはその逆に強く挟み保持した部分や治具に接した部分周辺では、原料ガスの局部的に濃い部分が生じ、それらの部分が異常に厚く成膜され、基板と基板保持部とが「固着」したりする等のトラブルが発生することが多い。これらは基板と基板保持部との接触部分が存在する限り、避けられない現象とされていた。この基板の「治具痕」あるいは固着などにより、商品価値が下がったり、あるいはそれらの周辺や時には基板の全部が治具に貼り付いたりして使えないこともあり、製造上、特に量産上で大きな問題となっている。

【0003】

これらの問題を解決すべく、これまで、先行の種々の改善方法が提案されているが、未だ完全に解決できていない。
特許文献１は高周波コイルに依る電磁力を用い、基材を浮上させ、基材全面に均一成膜を行う方法であるが、浮上の電磁力は比較的小さく、設備が大掛かりで、消費電力も大きく、極めて効率が悪い。
特許文献２は支持台に熱分解炭素あるいはＳｉＣの蒸着膜でミクロな凹凸を形成し、基材と支持台との間に反応ガスを侵入させ、基材と支持台との接する部分にも蒸着膜を形成させることが提案されているが、やはり接する部分は完全に蒸着されず、一部は蒸着膜がない部分も生じるという難点がある。
特許文献３は基板中央部に貫通孔を有する単数若しくは複数の基材を芯棒で懸架し、連続的に移動することにより、均質な成膜を形成するものである。したがって、本法は貫通孔は必須であり、種々の成膜が多用される半導体用基板には貫通孔がないため、適用できず、形状が限られた極めて限定的な方法である。
特許文献4は単数の基材の全面をＣＶＤコーテングするため、基材裏面に０．５ｍｍ位の尖頭を有する黒鉛等の支持部材で基材を保持し、間歇的にハンマー等で衝撃を加えることにより、多少とも接触部を変位させつつ、成膜する方法である。しかしながら、極細い尖頭で基材を保持するため、成膜が進むとともに間歇的な衝撃により、尖頭が段々と摩耗し、接触部分が拡大したり、折角、綺麗に成膜した所を傷付けたり、あるいは基材が途中で落下したりして、成膜品の特性を落としたり、商品価値を下げたり、あるいは成膜を中断させたりのトラブルが頻発しやすい等の欠点がある。
上記のような実情に鑑み、結局、現状の成膜では止むなく成膜を途中、一時中断し、一括、反応温度を下げて冷却した後、基板の置き治具と基板との接触部分、いわゆる「当たり部分」を１枚毎、手で置き変えた後に、必要に応じて成膜する雰囲気を真空引きして、再度、加熱し恒温を確認後、成膜を再スタートする操作を何度も繰り返すことなどの非効率な成膜作業が未だになされている。これらの操作は極めて煩雑で多くの労力やエネルギーを消費し、極めて効率が悪く、その上、多くの時間を要し、成膜コストを大幅上昇させる原因ともなっている。また、この様な操作を繰り返すことにより成膜する基板へのゴミの影響も発生しやすくなり、クリーン環境を維持するのに多くの手間がかかる。しかも、この作業は基板が単数や、少量の複数ならば未だ対応可能だが、大量に複数仕込む量産では、対応困難であり、多くの機能性製品の実用化への大きな隘路となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開昭５０－３３１８４号公報

【文献】特開昭６１－１２４５７２号公報

【文献】特開昭６３－１３４６６３号公報

【文献】特開平８－１００２６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

そこで本発明者らは上記問題の解決と量産性を主眼として（１）複数の基板を、（２）多段の基板保持部に載置し、（３）同時に成膜する、装置とその成膜方法を確立すべく、鋭意検討した結果、本発明に到達したものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は上記の目的を達成するために以下の成膜装置を提供するものである。さらにはこの成膜装置を用いて「治具痕」あるいは固着などのトラブルを解消した成膜方法を併せて確立したものである。即ち、
［１］反応容器、前記反応容器内に設置され、複数の基板を載せ置いて保持する基板保持部、及び隣接する基板同士の間隔を保ちながら、前記基板保持部と前記複数の基板を接触及び離間させる基板保持部上下機構、を備えることを特徴とする基板処理装置。
［２］前記基板保持部上下機構は、前記複数の基板を載せて押し上げる基板移動部であることを特徴とする上記［１］に記載の基板処理装置。
［３］前記基板移動部を上下動させる駆動機構を備えることを特徴とする上記［２］に記載の基板処理装置。
［４］前記基板保持部及び前記基板保持部上下機構の少なくとも１つの部材を振動させる振動素子をさらに備えることを特徴とする上記［１］～［３］のいずれか１つに記載の基板処理装置。
［５］前記振動素子は、１０ｋＨｚ以上の周波数の振動を発生する超音波振動素子であることを特徴とする上記［４］に記載の基板処理装置。
［６］前記反応容器は、ガス導入口及びガス排出口を備えることを特徴とする上記［１］～［５］のいずれか１つに記載の基板処理装置。
［７］前記基板を加熱するための加熱装置をさらに備えることを特徴とする上記［１］～［６］のいずれか１つに記載の基板処理装置。
［８］前記反応容器を減圧するポンプをさらに備えることを特徴とする上記［１］～［７］のいずれか１つに記載の基板処理装置。
［９］前記基板保持部は、軸線を中心とする円周に沿って並べられた複数の基板接触部を備えることを特徴とする上記［１］～［８］のいずれか１つに記載の基板処理装置。
［１０］前記軸線が鉛直方向に延びていることを特徴とする上記［９］に記載の基板処理装置。
［１１］前記基板保持部を前記軸線を中心に回転させる基板保持部回転機構をさらに備えることを特徴とする上記［９］又は［１０］に記載の基板処理装置。
［１２］前記軸線が水平方向に延びていることを特徴とする上記［９］に記載の基板処理装置。
［１３］反応容器内の基板保持部に複数の基板を載せ置いて保持し、
隣接する基板同士の間隔を保ちながら、前記基板保持部と前記複数の基板を接触及び離間させることにより前記複数の基板を上下させることを特徴とする成膜基板の製造方法。
［１４］前記反応容器に、反応ガスを導入し、前記基板の表面に成膜することを特徴とする上記［１３］に記載の成膜基板の製造方法。
［１５］前記反応容器を減圧にして前記膜を減圧気相成長させることを特徴とする上記［１３］又は［１４］に記載の成膜基板の製造方法。
［１６］前記複数の基板を、軸線を中心とする円周に沿って並べられた複数の基板接触部に載せ置き、基板の中心を前記軸線に揃えて整列させることを特徴とする上記［１３］～［１５］のいずれか１つに記載の成膜基板の製造方法。
［１７］前記基板接触部と前記基板とは前記基板の外周端部から２０ｍｍ以下の範囲で接することを特徴とする上記［１６］に記載の成膜基板の製造方法。
［１８］前記軸線が鉛直方向に延びていることを特徴とする上記［１６］又は［１７］に記載の成膜基板の製造方法。
［１９］前記軸線を中心に前記基板保持部を回転させることを特徴とする上記［１６］～［１８］のいずれか１つに記載の成膜基板の製造方法。
［２０］前記軸線が水平方向に延びている事を特徴とする上記［１６］又は［１７］に記載の成膜基板の製造方法。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、成膜した基板の無成膜部分をなくしたり、成膜した基板の「治具痕」を軽減したり、あるいは基板と基板保持部との固着などのトラブルを解消したりすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本発明の第１の実施形態の基板処理装置を説明するための図であり、基板移動部で基板を保持している状態の図である。

【図2】図２は、本発明の第１の実施形態の基板処理装置を説明するための図であり、基板保持部で基板を保持している状態の図である。

【図3】図３は、基板保持部の概略図である。

【図4】図４は、基板移動部の概略図である。

【図5】図５は、基板保持部と基板移動部とを組み合わせた状態を示す概略図である。

【図6】図６（ａ）は、本発明の第１の実施形態の基板処理装置における基板移動部で基板を保持している状態の側面図であり、図６（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の基板処理装置における基板移動部で基板を保持している状態の上面図である。

【図7】図７（ａ）は、本発明の第１の実施形態の基板処理装置における基板接触部で基板を保持している状態の側面図であり、図７（ｂ）は、本発明の第１の実施形態の基板処理装置における基板接触部で基板を保持している状態の上面図である。

【図8】図８は、本発明の第１の実施形態の基板処理装置を説明するための図であり、昇降ベースの配置図例である。

【図9】図９は、本発明の第１の実施形態の基板処理装置の変形例を説明するための図であり、回転機構２つある場合の図である。

【図10】図１０は、本発明の第２の実施形態の基板処理装置を説明するための図であり、図１０（ａ）は基板保持部で基板を保持している状態の図であり、図１０（ｂ）は基板移動部で基板を保持している状態の図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［第１の実施形態］
（基板処理装置）
図１～７を参照して、本発明の第１の実施形態の基板処理装置を説明する。図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施形態の基板処理装置１Ａは、反応容器１０、反応容器１０内に設置され、複数の基板２０を載せ置いて保持する基板保持部３０及び隣接する基板同士の間隔を保ちながら、基板保持部３０と複数の基板２０を接触及び離間させる基板保持部上下機構４０を備える。基板保持部上下機構４０は、複数の基板２０を載せて押し上げる基板移動部４０であることが好ましい。

【0010】

図３に示すように、基板保持部３０は、軸線Ｚを中心とする円周に沿って並べられた複数の基板接触部３１を備える。軸線Ｚは鉛直方向に延びている。また、図４に示すように、基板移動部４０も、軸線Ｚを中心とする円周に沿って並べられた複数の基板接触部４１を備える。図５に示すように、基板保持部３０の円板部３３における凹部３４と基板移動部４０の支柱４３とは係合している。これにより、基板保持部３０を、軸線Ｚを中心に回転させると、基板移動部４０は軸線Ｚを中心に回転する。なお、図５において、図を見やすくするために、基板保持部３０の基板接触部３１及び基板移動部４０の基板接触部４１を省略する。

【0011】

図１及び図２に示すように、基板処理装置１Ａは、基板保持部３０を軸線Ｚを中心に回転させる基板保持部回転機構７０をさらに備える。

【0012】

図１及び図２に示すように、基板保持部上下機構４０は、複数の基板２０を載せて押し上げる基板移動部４０であることが好ましい。

【0013】

図１及び図２に示すように、基板処理装置１Ａは、基板移動部４０を上下動させる駆動機構５０を備える。

【0014】

図１及び図２に示すように、反応容器１０は、ガス導入口１１及びガス排出口１２を備える。

【0015】

図１及び図２に示すように、基板処理装置１Ａは、基板２０を加熱するための加熱装置６０をさらに備える。

【0016】

基板処理装置１Ａは、反応容器１０を減圧する不図示のポンプをさらに備える。

【0017】

基板処理装置１Ａは、基板保持部３０及び基板保持部上下機構４０の少なくとも１つの部材を振動させる不図示の振動素子をさらに備える。振動素子は、１０ｋＨｚ以上の周波数の振動を発生する超音波振動素子であることが好ましい。

【0018】

（成膜基板の製造方法）
本発明の第１の実施形態の成膜基板の製造方法は、反応容器１０内の基板保持部３０に複数の基板２０を載せ置いて保持し、隣接する基板同士の間隔を保ちながら、基板保持部３０と複数の基板２０を接触及び離間させることにより複数の基板を上下させることを特徴とする。

【0019】

本発明の第１の実施形態の成膜基板の製造方法では、反応容器１０に、反応ガスを導入し、基板の表面に成膜する。

【0020】

本発明の第１の実施形態の成膜基板の製造方法では、反応容器１０を減圧にして膜を減圧気相成長させる。

【0021】

本発明の第１の実施形態の成膜基板の製造方法では、複数の基板２０を、軸線Ｚを中心とする円周に沿って並べられた複数の基板接触部３１に載せ置き、基板２０の中心を軸線Ｚに揃えて整列させる。基板保持部回転機構７０を駆動させることにより軸線Ｚは鉛直方向に延びている。軸線Ｚを中心に基板保持部３０を回転させる。

【0022】

基板接触部３１と基板２０とは基板２０の外周端部から２０ｍｍ以下の範囲で接する。

【0023】

以下にφ８インチＡｌＮセラミックス基板（厚み７２５μｍ）上にＧａＮエピ用基板を作製する際の前段階の成膜を例に挙げて、本発明の第１の実施形態の基板処理装置１Ａ及び成膜基板の製造方法を具体的に説明する。ＡｌＮセラミックス基板はＧａＮと熱膨張率が近いため、ベース基板として選ばれ、後述の封止後、種基板を貼り合わせて、ＧａＮエピ用基板を作製することが行われている。しかし、ベース基板のセラミックスは、純度が低く、そのまま、使用するとセラミックス中の金属不純物が拡散し、その後のエピ膜に悪影響を与える。そこで、この防止策として、ＡｌＮセラミックス基板をＳｉＯ_２やＳｉ_３Ｎ_４等の種々の膜で全体を包み込み、完全に封止することが必要不可欠となっている。

【0024】

図１及び図２に示すように、基板処理装置１Ａは、ガス導入口１１及びガス排出口１２を有する反応容器１０、不図示のポンプ、最大１３００℃まで加熱できる加熱装置６０、並びに８枚の基板２０を載せることができる基板保持部３０及び基板移動部４０を備える。基板保持部３０は、基板保持部回転機構７０で１０ｒｐｍの回転速度で回転している。一方、基板移動部４０は基板保持部３０と連動して回転する。そして、上下部材５０（駆動機構５０）は、基板移動部４０に上下動を与える。具体的には、図８に示すように、駆動機構５０である上下部材５０は、凸部５１で基板移動部４０を押し上げて、基板移動部４０に複数の基板２０を載せるようにすることができ（図１及び図６参照）、平坦部５２で基板移動部４０を下げて、基板保持部３０に複数の基板２０を載せるようにすることができる（図２及び図７参照）。なお、上下部材５０は、凸部５１及び平坦部５２を有していても、ベアリング９０により、回転可能としている。

【0025】

＜基板のセット＞
予め、反応容器１０内部は、加熱装置６０により反応プロセスとなる温度の近傍まで加熱しておく。加熱装置６０は、反応容器１０の外側に反応容器１０を囲うように配置されており、不図示の制御部からの指令によって反応容器１０内が一定の温度になるように制御される。

【0026】

断熱材８０、基板保持部３０、基板移動部４０、及び駆動機構５０を含む基板設置部を、反応容器１０から上下方向に相対的に切り離せるようにする。これにより、反応容器１０から基板設置部を外すことにより、基板保持部３０に基板投入手段(図示せず)をアクセスできる状態にする。なお、基板投入手段を用いず、手動での基板２０を基板保持部３０に投入することも可能である。また、基板セット時には反応容器１０と基板設置部とを上下方向に相対的に切り離ししたが、横方向への切り離しや、扉開閉による方法や、ゲート弁の開閉による方法など、他の手段も可能である。なお、基板設置部のベースは断熱材８０に限らず、金属フランジやセラミックスフランジなどほかの素材でもよい。

【0027】

不図示基板投入手段により、複数の基板２０を、隣接する基板同士の間隔を保ちながら基板保持部３０の基板接触部３１である保持爪部３１に載置する。なお、保持爪部３１と基板２０とは基板２０の外周端部から２０ｍｍ以下の範囲で接することが好ましい。また、基板保持部３０の保持爪部３１に載せる以外にも、基板移動部４０の基板接触部４１である移動爪部４１に載せることも可能である。なお、保持爪部４１と基板２０とは基板２０の外周端部から２０ｍｍ以下の範囲で接することが好ましい。また、基板２０の載置は、爪状のものでなくても可能である。さらに、基板２０の載置位置も板状基板の裏面端部に限られたものではない。

【0028】

載置完了後、基板設置部を反応容器１０に向けて、上下方向に相対的に挿入設置し、反応容器シール部(図示せず)により、反応容器１０の内部と外部の気体通過遮断をする。

【0029】

反応容器１０内の基板２０の温度が上昇し、目的の温度にするとともに、反応容器内を不図示のポンプにより真空排気し、反応容器内の真空度をプロセスの真空度まで到達させる。不図示のポンプには、例えば、ドライポンプ、回転ポンプ、ターボ分子ポンプなどが挙げられる。反応容器１０の真空排気は、ポンプを用いて、弁による開閉を通じて行われる。なお、ポンプは上記のもの単独によらず、これらを併用したり、クライオポンプを用いたりするなど他の手段でもよい。

【0030】

加熱装置６０は、反応容器１０の外側に反応容器１０を囲うように配置するものに限られない。例えば、加熱装置６０は、赤外線により加熱する加熱装置やマイクロ波により加熱する加熱装置であってもよい。

【0031】

なお、反応プロセスは真空及び加熱は必須ではない。他の常圧プロセスや常温プロセスでも可能である。加圧及び加熱の順番は、上記以外の手順でも可能である。

【0032】

＜成膜プロセス＞
上述したように、上下部材５０（駆動機構５０）は、凸部５１で基板移動部４０を押し上げて、基板移動部４０に複数の基板２０を載せるようにすることができ、平坦部５２で基板移動部４０を下げて、基板保持部３０に複数の基板２０を載せるようにすることができる。このような上下動を行う方式としては、上下部材５０とベアリング９０を使用した方式でなくても、カムやシリンダーや上下動モーターなどを用いた上下機構でもよい。また、ベアリング９０は球状のものでなくてもよい。また、ベアリング９０を設置場所に固定しなくてもよい。

【0033】

＜基板支持部の交番動作の実施＞
基板保持部３０が軸線Ｚを中心に回転運動するにように連通された基板保持部回転機構７０により基板保持部３０を回転させる。

【0034】

基板移動部４０は基板保持部３０に対して、軸線Ｚを中心とする回転運動に対しては連動するように、基板移動部４０の支柱４３は基板保持部３０の円板部３３の凹部３４と係合されており（図５～図７参照）、上下運動に対しては相対的に往復可動するように設置されている。なお、図９に示すように、基板保持部３０が基板保持部回転機構７０により回転し、基板移動部４０は基板移動部回転機構７０Ａと回転伝達機構７１Ａとにより回転するようにしてもよい。

【0035】

基板移動部４０における軸線方向の一端面である基板移動部底板５０は、上下部材５０（駆動機構５０）として機能する。基板移動部底板５０には、軸線Ｚを中心とした円周状に沿って、回転運動をさせる際の一部期間に基板移動部４０が軸線Ｚの上下方向に発生するような、凸部５１及び平坦部５２が設けられている（図８参照）。基板移動部底板５０と対向して基板設置部のベースとなる断熱材８０に、設置場所が固定で回転自在にそれ自体が回転する球状のベアリング９０が設置されている。

【0036】

基板移動部４０と、それに回転連動するように係合された基板保持部３０が、基板保持部回転機構７０により回転運動をする間に、ベアリング９０に接する基板移動部底板５０の部位として凸部５１が存在する部分と平坦部５２が存在する部分とが交番的に発生し、それに伴って基板移動部４０は基板保持部３０に対して相対的に上下動作を繰り返す。図８（ｂ）では、基板移動部底板５０の凸部５１及び平坦部５２が、基板移動部４０が上昇時間と下降時間が同じ時間になるように設定されているが、それに限らず上昇時間の方が下降時間より長く設定したり、短く設定したりすることも（図８（ｃ）参照）、凸部５１及び平坦部５２の配置によって自由に変更することが可能である。また、上下動の高さや配置する数も凸部５１の設定によって変更することが可能である。

【0037】

基板移動部４０が下降している時間には、図７に示すように基板２０は基板保持部３０の保持爪部３１の上に載せ置かれているが、基板移動部４０が上昇している時間には、図６に示すように、基板２０は基板移動部４０の移動爪部４１に載せ替えられ、これらの時間が基板移動部底板５０の凸部５１及び平坦部５２の配置による基板移動部４０の上下動作に応じて交番的に繰り返し行われる。

【0038】

＜反応プロセス（成膜）＞
上記のように、反応容器１０内を目的の真空度と温度にし、基板移動部４０は基板保持部３０を回転運動させながら基板移動部４０を上下動させている状態で、プロセスガスを反応容器１０内に導入する。

【0039】

プロセスガスの導入は、ガス導入口１１から、反応容器内全体に行き渡るように導入され、ガス排出口１２から排出される。導入されるガスの量と排出されるガスの量のバランスをとることによって、反応容器内のプロセス圧力を目的の値になるように調整される。

【0040】

プロセスガスは、真空中での高温状態でイオンやラジカルなどの前駆体に形成され、その一部が複数載せ置かれた基板２０の表面に付着することで成膜される。

【0041】

この時、瞬間的には基板２０を載置している保持爪部３１または移動爪部４１の基板接触部分で前駆体が基板表面に到達できず、その部分では接触している期間では成膜に寄与できない。しかし、基板保持部回転機構７０により基板保持部３０と基板移動部４０が回転動作することに伴って、基板移動部４０が基板保持部３０より相対的に上下動作することで、基板２０を接触する保持爪部３１と移動爪部４１とで交番的に入れ替わり、接触していない方の爪と基板との間では反応ガスの前駆体が進入することができるため、成膜に寄与することができる。

【0042】

プロセスガスの導入中に常時同じ場所で爪部の上に載置されている従来方式では、基板の爪部との接触部で成膜が行われなかったが、本発明の第１の実施形態の基板処理装置１Ａでは基板２０の接触部が保持爪部３１と移動爪部４１とで交番的に入れ替わるため、その周期に応じて基板全体にわたり成膜することが可能となる。

【0043】

また、成膜プロセス中に基板保持部３０や基板移動部４０に振動を与えることも可能である。図示はしないが、基板保持部３０や基板移動部４０のどちらか、または両方に超音波の振動を与えることにより、保持爪部３０や移動爪部４０が基板を支持している間に、僅かながら爪部３１，４１と基板２０との間に隙間を形成できることから、プロセスガスの前駆体が成膜への反応に寄与することが可能となる。そのため、基板２０の表面に形成する膜の均一性を高めることができる。

【0044】

ガス導入口１１は断熱材８０の開口部だけとは限らず、導入管などを通じて反応容器１０の高さ方向の中間部や上部から導入でもよい。また、反応容器１０を二重構造にすることによってその隙間からガスを導入する方法でもよい。

【0045】

また、第１の実施形態の基板処理装置１Ａでは、基板移動部４０を上下動作させることによって、基板２０を保持する保持爪部３１と移動爪部４１とを交番的に入れ替えたが、基板保持部３０を上下動させたり、基板移動部４０と基板保持部３０の両方を上下動させたりしてもよい。

【0046】

また、基板移動部４０と基板保持部３０の２つの治具による交番的な動きではなく、複数の基板保持部３０としたり、複数の基板移動部４０を配置して、３つ以上の爪部を交番的に基板に接触させたりすることも可能である。この場合には、１つの爪部で保持する時間的な比率が減少するため、接触することによる前駆体が寄与しない時間の比率の影響が少なくなり、より均一な膜を基板表面に形成することが可能となる。

【0047】

振動の発生源は超音波振動子に限らず、希釈ガスの導入による振動やバイブレーターなどの物理的な振動によるものでもよい。

【0048】

（第１の実施形態の変形例）
基板移動部と同様に、基板保持部も上下動作するようにしてもよい。例えば、基板保持部に載置した基板に、上昇してきた基板移動部の移動爪部が接触した瞬間に基板移動部の上昇を止める。そして、基板保持部を下降させる。所定の時間経過後、基板保持部を上昇させ、基板移動部に載置した基板に、上昇してきた基板保持部の保持爪部が接触した瞬間に基板保持部の上昇を止める。そして、基板移動部を下降させる。この動作を繰り返しても、基板は上下せず、同じ高さで保持される。これにより、基板を同じ高さに保持した状態で基板を成膜することができる。この場合、隣接する基板同士の間隔を保ちながら、基板保持部と基板を接触及び離間させる基板保持部上下機構は、基板保持部及び基板移動部の組み合わせにより実現される。

【0049】

［第２の実施形態］
以下、本発明の第２の実施形態の基板処理装置及び成膜基板の製造方法を説明する。本発明の第２の実施形態の基板処理装置及び成膜基板の製造方法の説明は、本発明の第１の実施形態の基板処理装置及び成膜基板の製造方法と異なる点を主に説明する。

【0050】

（基板処理装置）
本発明の第１の実施形態の基板処理装置１Ａ及び成膜基板の製造方法では、軸線Ｚが鉛直方向に延びていた。しかし、図１０に示すように、本発明の第２の実施形態の基板処理装置１Ｂ及び成膜基板の製造方法では、軸線Ｙは水平方向に延びている。

【0051】

本発明の第２の実施形態の基板処理装置１Ｂは横型炉の例であり、図１０に示すように、本発明の第２の実施形態の基板処理装置１Ｂでは、基板２０の保持状態が本発明の第１の実施形態の基板処理装置１Ａと異なる。反応容器１０に原料ガス導入口１１及びガス排出口１２、不図示のポンプ及び８枚の複数基板２０を具備し、図１０に示すように、下部回転軸１００の偏心カム１１０で基板保持部３０、及び基板移動部４０を、それぞれ交互（交番）に載置、保持しつつ、３ｒｐｍの回転をしている。回転軸１００の偏心カム１１０は回転軸と連動する駆動機構であり、基板移動部４０を交互に動かすものである。偏心カム１１０により、基板保持部３０、及び基板移動部４０を、図１０に示すように交互に駆動する。各基板保持部３０は８枚の基板２０を交互に載せ、偏心カム１１０の上下動で、基板保持部３０が切り替わる。

【0052】

第２の実施形態の基板処理装置１Ｂは、第１の実施形態の基板処理装置１Ａと比較して、炉の構成が横型となっており、基板接触部が爪部によるものではなく基板保持部３０や基板移動部４０の支柱３２，４２によって基板が支持されている。

【0053】

また、第１の実施形態の基板処理装置１Ａでは、基板支持部の交番動作が基板保持部３０や基板移動部４０の回転で上下部材５０のベアリング９０との当たり位置を上下させることにより、相対的な上下動作を行って基板２０の支持を保持爪部３１と移動爪部４１とで交番的に入れ替えていたが、第２の実施形態の基板処理装置１Ｂでは、基板保持部３０の上下動位置は固定とし、駆動機構７０Ｂによる回転軸の回転動作によって偏心カム１１０を用いて基板移動部４０を交番的に上下動させている。

【0054】

このことによって、基板２０を支持する基板保持部３０や基板移動部４０の支柱３２，４２が交番的に入れ替わり、第１の実施形態の基板処理装置１Ａと同様な効果がある。

【0055】

第２の実施形態の基板処理装置１Ｂは、では、基板移動部４０と基板保持部３０の基板２０との接触箇所を交番的に入れ替えたが、基板移動部４０と基板保持部３０の２つの治具による交番的な動きではなく、複数の基板保持部としたり、複数の基板移動部を配置したりして、３つ以上の接触箇所を交番的に入れ替えることも可能である。この場合には、１つの接触箇所で保持する時間的な比率が減少するため、接触することによる前駆体が寄与しない時間の比率の影響が少なくなり、より均一な膜を基板表面に形成することが可能となる。

【0056】

また、第２の実施形態の基板処理装置１Ｂには加熱装置を付けていないが、第１の実施形態の基板処理装置１Ａと同様に加熱装置を付けることも可能である。

【0057】

本発明の第１の実施形態の基板処理装置１Ａ及び本発明の第２の実施形態の基板処理装置１Ｂは、本発明の基板処理装置の一例である。したがって、本発明の基板処理装置は、本発明の第１の実施形態の基板処理装置１Ａ及び本発明の第２の実施形態の基板処理装置１Ｂに限定されない。

【0058】

本発明の第１の実施形態の成膜基板の製造方法及び本発明の第２の実施形態の成膜基板の製造方法は、本発明の成膜基板の製造方法の一例である。したがって、本発明の成膜基板の製造方法は、本発明の成膜基板の製造方法及び本発明の第２の実施形態の成膜基板の製造方法に限定されない。

【符号の説明】

【0059】

１Ａ，１Ｂ 基板処理装置
１０ 反応容器
２０ 基板
３０ 基板保持部
３１ 基板接触部（保持爪部）
３２，４２，４３ 支柱
３３ 円板部
３４ 凹部
４０ 基板保持部上下機構（基板移動部）
４１ 基板接触部（移動爪部）
５０ 駆動機構（上下部材，基板移動部底板）
５１ 凸部
５２ 平坦部
６０ 加熱装置
７０ 基板保持部回転機構
７０Ａ 基板移動部回転機構
７１，７１Ａ 回転シール
７２Ａ 回転伝達機構
８０ 断熱材
９０ ベアリング
１００ 下部回転軸
１１０ 偏心カム
１２０ 軸受け

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】