JP2022527623A - 化学蒸着装置 - Google Patents

Abstract

反応チャンバ（１０５）を含む化学蒸着装置が開示され、反応チャンバ（１０５）は基板（１０１）を支持するための複数のベースを含み、複数のベース（１０２）はディスク状であり、プロセスガスがパイプラインを通って反応チャンバに入り、複数のベース（１０２）の各々のベース（１０２）は互いに並列に配置され、各ベース（１０２）の円中心は同じ直線上にあり、基板（１０１）を支持する各ベース（１０２）の上面は、互いに平行であるか、または同じ平面上にあり、各ベース（１０２）の回転軸は同じ平面上にあり、各ベース（１０２）は互いに対して独立して回転し、プロセスガスは、各ベース（１０２）の上面に沿って、各ベース（１０２）の円中心の接続線に垂直な方向に流れる。【選択図】図１

Description

本発明は、化学蒸着の分野に関するものであり、具体的には、化学蒸着装置に関するものである。

化学蒸着（ＣＶＤ）は、半導体およびフラットパネルディスプレイの分野で広く使用されている薄膜成長技術である。蒸着技術の成長率は比較的低い。同時に、反応温度が高いため、金属反応チャンバの構成要素を作製するために、通常、グラファイト、石英、セラミックスなどの非金属材料が大量に使用される。そのような材料の処理技術によって制限されて、反応チャンバ内のそのような構成要素のコストは非常に高く、その結果、膜形成のコストは比較的高い。

従来技術では、高温ＣＶＤの製造コストの問題を解決する１つの方法は、マルチピースプレート構造を使用することである。大きなディスクベースでは、大量の基板が中心対称に配置される。膜形成の均一性を改善するために、一般的な慣行は、ディスクベースが中心の周りを回転して、同じ半径での膜形成をより一貫性のあるものにすることである。利点は、膜形成のコストが、１つの基板を備えたシングルピース設計のコストよりも低いことであるが、膜形成の均一性もまた、１つの基板を備えたシングルピース設計の膜形成の均一性よりも低いことである。

膜形成の均一性とは、基板上の異なる物理的位置での膜厚や抵抗などの指定されたパラメータの一貫性を指す。通常、偏差を測定および計算するために、基板上のいくつかの点が用いられる。

他の従来技術は、上記のマルチピース構造に改良を加えており、この方法は、大きなディスクベース上の各々の基板の下で独立して回転することができる遊星回転ディスクを配置することである。空気浮上技術を使用して大きなディスクベースを回転させる場合、各々の遊星回転ディスクは、独立した遊星回転のために大きなディスクベース上に浮かせることができる。この技術は、遊星設計とも呼ばれる。この方法は、膜形成の均一性を改善することができるが、明らかな欠点も有する。例えば、ディスクベースの空気浮上パイプラインは、穴の開いたグラファイト材料でできているため、製造コストが相対的に高い。回転速度を独立して制御することは困難であるため、膜形成の再現性が低下する。また、基板のサイズが大きくなると、基板と小さなディスクベースの自重が大きくなり、ディスクの空気浮上回転を実現することが難しくなる。したがって、この方法を大型基板に使用することは困難である。

この問題を解決するために、本発明は、大量の基板が配置され、高い生産性と高い膜形成の均一性を有する新しいタイプの化学蒸着反応装置を提供する。

第１の態様によれば、反応チャンバを含む化学蒸着装置であって、反応チャンバは、基板を支持するための複数のベースを含み、複数のベースはディスク状であり、プロセスガスがパイプラインを通って反応チャンバに入り、
複数のベース内のベースは並列に配置され、ベースの円中心は同じ直線上にあり、
基板を支持するベースの上面は、互いに平行であるか、または同じ平面上にあり、
ベースの回転軸は同じ平面上にあり、ベースは互いに対して独立して回転し、
プロセスガスが、各々のベースの上面に沿って、ベースの円中心の接続線に垂直な方向に流れる、化学蒸着装置が開示される。

さらに、内側ボックスが、反応チャンバとベースとの間にさらに含まれ、内側ボックスの形状は、直方体を含み、反応ガスは、ベースの上面と内側ボックスの断面とを使用して切断することによって得られる長方形の短辺に相対的に平行な方向にベースの上面に沿って流れる。

さらに、隣接するベースは、互いに反対の方向に回転する。

さらに、化学蒸着装置は、質量流量計をさらに含み、共通の質量流量計は、複数のベースに使用され、質量流量計は、プロセスガスをベースに分配し、パイプラインには調整バルブが配置されており、このパイプラインを通ってプロセスガスが質量流量計からベースに流れる。

さらに、化学蒸着装置は、搬送チャンバおよび機械式搬送アームをさらに含み、搬送チャンバが多角形であり、搬送チャンバの少なくとも１つの側面に基板の搬送ステーションが設けられており、残りの側面の各々に反応チャンバが設けられており、機械式搬送アームは、搬送チャンバ内に配置され、基板を反応チャンバの複数のベースに搬送する。

さらに、機械式搬送アームは、反応チャンバ内のベースの円中心の接続線に平行な方向に沿って移動するようにさらに構成される。

さらに、ベース延長部がベース間に充填され、ベース延長部の材料は、ベースの材料と同じであり、ベース延長部の上面とベースの上面は同じ平面上にある。

さらに、ベース延長部の上面は、シールド、突起、くぼみ、ガイドフィン、および位置決め点のうちの１つまたは複数を含む。

さらに、ベース延長部の上面とベースの上面との間には高低差があり、機械的構造を用いて手動または自動で高低差を調整することができる。

さらに、内側ボックスは、非金属製の高温耐熱性かつ耐腐食性の材料でできている。

さらに、反応チャンバと内側ボックスとの間に加熱体が提供され、加熱体は、赤外線ランプ源、抵抗ヒーターを含み、抵抗ヒーターは、金属抵抗ヒーターまたはグラファイト抵抗ヒーターを含む。

さらに、金属抵抗ヒーターまたはグラファイト抵抗ヒーターの駆動方法は、誘導コイルの高周波を使用して金属またはグラファイトを励起して、金属抵抗ヒーターまたはグラファイト抵抗ヒーターに熱を発生させることをさらに含む。

さらに、抵抗ヒーターはらせん状である。

さらに、抵抗ヒーターは、以下のヒーター：
ベースの円中心を中心とするリングヒーター、
ベースの円中心を中心とするアークヒーター、
ベースの円中心を中心とする複数のリング上に分布されているか、またはベースの円中心を中心とするハニカムパターンに分布されているポイントヒーター、および、
ベースの円中心の接続線に垂直または平行な方向に分布されているか、またはベースの半径方向に沿って分布されているラインヒーターのうちの少なくとも１つをさらに含む。

さらに、加熱体と反応チャンバとの間に断熱材が提供される。

従来技術と比較して、本発明の実施形態の主な相違点および効果は以下の通りである。

本出願の実施形態では、２つ以上のディスクベースが化学蒸着装置内に低コストで配置され、これらのディスクベースは、パイプラインを使用することによってガスフローコントローラまたはより少ないヒーターを共有することができる。このようにして、より多くのディスクベースで膜形成を行うことができ、反応チャンバおよび反応チャンバを支持する他の装置のコストが大幅に削減され、その結果、装置のセット全体の製造コストが削減される。同時に、反応ガスの消費量および加熱のためのエネルギーも削減できるため、膜形成のための消耗品の量も削減できる。さらに、上記の低コストのソリューションを実施しながら、シングルピースのディスクベースと同じ膜均一性を実現する。

本発明の一実施形態に係る化学蒸着装置の上面図である。 本発明の一実施形態に係る化学蒸着装置の質量流量計の概略接続図である。 本発明の一実施形態に係る化学蒸着装置の加熱体の形状および配置の垂直断面の概略図である。 本発明の一実施形態に係る化学蒸着装置の加熱体の形状および配置の上面図である。 本発明の一実施形態に係る化学蒸着装置の別の加熱体の形状および配置の上面図である。 本発明の一実施形態に係る化学蒸着装置の別の加熱体の形状および配置の垂直断面の概略図である。 本発明の一実施形態に係る化学蒸着装置の別の加熱体の形状および配置の上面図である。 本発明の一実施形態に係る化学蒸着装置の弧状（アーク状）加熱体の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る化学蒸着装置の完全なディスクらせんヒーターの概略図である。 本発明の一実施形態に係る化学蒸着装置の完全なディスクらせんヒーターのゾーン分割の概略図である。 本発明の一実施形態に係る化学蒸着装置の熱源と反応チャンバとの間に断熱容器を配置することの概略図である。 本発明の一実施形態に係る化学蒸着装置の熱源と反応チャンバとの間に断熱層を配置することの概略図である。 本発明の一実施形態に係る化学蒸着装置のパイプライン構成の概略図である。 本発明の一実施形態に係る化学蒸着装置の別のパイプライン構成の概略図である。 本発明の一実施形態に係る化学蒸着装置の簡略化された三次元概略図である。 本発明の一実施形態に係る化学蒸着システムの概略図である。

本発明の実施形態の目的および技術的解決策をより明確にするために、本発明の実施形態の技術的解決策は、本発明の実施形態の添付の図面を参照して明確かつ完全に説明される。明らかに、記載された実施形態は、本発明の実施形態の一部であるが、すべての実施形態ではない。本発明の記載された実施形態に基づいて、創造的な努力なしに当業者によって得られた他のすべての実施形態は、本発明の保護範囲に含まれるものとする。

本発明において、反応チャンバは、金属真空、低圧、常圧、または高圧容器を含み、また、上記の容器、およびノズル、グラファイトベース、石英、またはセラミックス部品などの容器内のスペア部品、および熱化学蒸着を実行するのに適したヒーターを含む。より広い意味で、反応チャンバはまた、反応ガスを供給するためのパイプライン、バルブ、質量流量計、回路なども含むことができ、本発明は、本明細書に限定されない。

本発明では、ベースは通常、金属、セラミックス、石英、高純度グラファイト、または炭化物被覆グラファイトなどの高温耐熱性材料でできている。ベースは、シリコンウェーハまたは他の材料の基板を支持する回転可能なディスクを含むことができるか、またはシリコンウェーハまたは他の基板およびディスクの外側の他の回転不可能な部品を支持する回転可能なディスクを含むことができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る化学蒸着装置の上面図である。図１では、１０１は処理される基板であり、１０２はディスクベースであり、１０３はベース延長部であり、１０４は内側ボックスであり、１０５は反応チャンバである。

本発明の一実施形態によれば、複数のディスクベース１０２を並列に配置することができる。ディスクベース１０２に含まれる基板１０１の直径は、１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍなどである。場合によっては、基板１０１は、矩形のシート（長方形または正方形）とすることもできる。基板１０１の材料は、金属、ガラス、石英、シリコン、ゲルマニウム、サファイア、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、ヒ化ガリウム、炭化ケイ素、グラフェンなどとすることができる。

一例として、ディスクベース１０２の直径は、通常、基板１０１の直径の１．１～１．５倍である。一般的に、より小さい基板１０１は、より大きなディスクベース１０２上に配置することもできる。例えば、１５０ｍｍの基板１０１は、元々２００ｍｍの基板１０１と一致するベース上に配置することができ、２００ｍｍの基板１０１は、元のより大きなベース上に適切なくぼみが掘られていれば、３００ｍｍのベース上に配置することもできる。

本発明の実施形態によれば、ディスクベース１０２の円中心は同じ直線上にあり、ディスクベース１０２（またはベースの表面上に配置された基板１０１）の上面は同じ平面上にあるか、または、これらのディスクベース１０２（または基板１０１）の上面は互いに平行であり、ディスクベース１０２の回転軸は同じ平面上にある。単一のディスクベース１０２は、その中心の周りに回転する。反応ガスまたはプロセスガスは、ディスクベース１０２（または基板１０１）の表面に沿って、ディスクベース１０２の円中心の接続線の垂直方向に流れる。

別の一例として、３つを超えるディスクベース１０２が存在する場合、３つを超えるディスクベース１０２のうちの１つの円中心は、他のディスクベース１０２の円中心の接続線からわずかにずれることが許容される。わずかなずれは、プロセス性能、すなわち膜形成の均一性に大きな影響を有さない。堆積される膜には、シリコン、ゲルマニウム、サファイア、酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、ヒ化ガリウム、炭化ケイ素、グラフェンなどが含まれる。

図１に示されるように、隣接するディスクベース１０２は、同じ方向または反対方向に回転することができる。回転速度は０～６０ＲＰＭの範囲である。好ましくは、隣接するベース１０２は反対方向に回転する。隣接するディスクベース１０２が反対方向に回転する場合、例えば、時計回りに回転するディスクベース１０２は、反時計回りに回転するベースに隣接しており、反対に、反時計回りに回転するベース１０２は、時計回りに回転するベースに隣接している。この場合、隣接するディスクベース１０２の隣接するエッジ部分の線速度の方向は、平行に同じ方向を指すので、反応ガスの乱れを最小限に抑えることができ、良好な層流を維持することができる。

また、ディスクベース１０２によって覆われていないギャップが、ディスクベース１０２の上面の延長面に提供される。均一な温度分布を維持するために、ディスクベース１０２と同じまたは類似の材料で作られた平坦な部品が、これらのギャップを覆うために使用され得る。これらのギャップを覆う部品は、ベース延長部１０３と呼ばれる。プロセス処理が反応チャンバ１０５内で実行される場合、部品の上面および小さなディスクベース１０２（基板１０１）の上面は、同じ平面上にあるか、または多くてもわずかな高低差しかない。わずかな高低差は、プロセス性能、すなわち、膜形成の均一性に大きな影響を与えず、高低差を調整することによって反応チャンバ１０５のガス流量を制御することができ、高低差を調整することは、可能なプロセス調整方法であり、高低差は、機械的構造を使用して手動または自動で調整できる。それは、図１には示されていないが、ベース延長部１０３の表面上には、プロセス要件に基づいて設計された、シールド、突起、くぼみ、ガイドフィン、位置決め点（ブロック）などを提供することができ、膜形成の均一性を改善するのを助長するために、反応チャンバ１０５内のガスの分布および温度を調整するために使用することができる。

次に、図２は、質量流量計の概略接続図である。図２では、３０１はプロセスガスを供給するガス源（ガスボンベ、ガスタンクなど）、３０２はガス流量を制御する質量流量計、３０３はスロットルバルブである。図２に示されるように、複数のディスクベース１０２または複数のディスクベース１０２内のいくつかのディスクベース１０２に対して、共通の質量流量計３０２を使用することができ、同じ質量流量計３０２から流出するガスは、ガス配管を使用することにより、ディスクベース１０２に均等に分配され、処理のためにディスクベース１０２の上面上を流れ、膜形成の均一性を確保する。質量流量計３０２の後にそれぞれのディスクベース１０２に流入するガス配管は、ガス流量等にわずかに異なる影響を与えるので、質量流量計３０２から流出した後、それぞれのディスクベース１０２に流入する前のそれぞれのパイプラインに、調整バルブ、例えば、スロットルバルブ３０３を配置することができ、スロットルバルブ３０３は、手動ニードルバルブまたは作動されるスロットルバルブとすることができる。スロットルバルブ３０３は、最終的な膜形成の均一性を補償するために、流量計の後のパイプラインの偏差を補償するために使用される。任意選択で、より多くのスロットルバルブを各々のディスクベース１０２の断面に追加的に設計して、単一のディスクベース１０２（基板１０１）を通って流れるプロセスガス流を、独立した制御のためにより多くのゾーンに分割することができる。

本発明の一実施形態によれば、ディスクベース１０２などは、ステンレス鋼またはアルミニウムなどの金属製の密閉容器内に配置することができる。いくつかのシナリオでは、金属製の密閉容器は、反応チャンバ１０５とも呼ばれる。反応チャンバ１０５の内壁の短辺は、１２５ｍｍ～８１０ｍｍであり、長辺は、短辺の長さのおよそ整数倍であり、倍数はディスクベース１０２の数である。反応チャンバ１０５は、フランジおよびフランジのバルブを使用することによって外部から隔離されている。冷却水は、パイプラインを介して反応チャンバ１０５に接続され、プロセスガスはノズルを介して接続され、電源はディスクベース１０２の電極および駆動シャフトを介して接続され、化学蒸着に必要なプロセス環境または条件を提供する。直方体または直方体に類似した形状が反応チャンバ１０５内に設計される。例えば、基本形状は、直方体上に開口部、穴、または段差と、空気圧に耐えるか、または他の形状の部品を接続するためのアーチ型上面とを有する内側ボックス１０４である。内側ボックス１０４は、ディスクベース１０２およびベース延長部１０３を収容することができる。同様に、内側ボックス１０４は、フランジおよびフランジのバルブを使用することによって外部から隔離され、冷却水は、パイプラインを介して内側ボックス１０４に接続され、プロセスガスはノズルを介して接続され、電源はディスクベース１０２の電極および駆動シャフトを介して接続される。

内側ボックス１０４では、反応ガスは、ディスクベース１０２（基板１０１）の表面に沿って、この平面と内側ボックスの断面を用いて切断して得られた長方形の短辺に平行な方向に流れるか、またはディスクベース１０２（基板１０１）に沿って、ディスクベース１０２の円中心の接続線に垂直な方向に流れる。

内側ボックス１０４は、高温に、場合によっては腐食性のプロセスガス環境にさらされるため、内側ボックス１０４は、通常、石英、ガラス、セラミックス、グラファイト、およびコーティングされたグラファイトなどの非金属製の高温耐熱性および耐腐食性の材料で作られている。

基板１０１を必要な反応／プロセス温度に加熱するために、反応チャンバ１０５と内側ボックス１０４との間に加熱体（熱源）が設けられており、基板１０１のプロセス温度範囲は、１００～２８００℃である。加熱体は、赤外線ランプ源、金属またはグラファイトまたはコーティングされたグラファイト抵抗ヒーターとすることができる。グラファイトまたはコーティングされたグラファイトまたは金属抵抗ヒーターは、電源に直接接続することができるか、または誘導コイルの高周波などを使用して熱を発生させることによってグラファイトまたは金属を励起することができる。加熱体は、基板１０１を直接的または間接的に加熱することができる。例えば、赤外線は、石英製の内側ボックス１０４を直接透過して、ディスクベース１０２および基板１０１を直接加熱することができる。内側ボックス１０４の材料が、赤外線を強く吸収する特性を示す場合、セラミックスまたはコーティングされたグラファイトの内側ボックス１０４は、間接的に加熱され、内側ボックス１０４が抵抗ヒーターによって放射された熱を吸収した後、再びディスクベース１０２に熱を放射してディスクベース１０２と基板１０１を加熱する。

図３～図１０を参照すると、本発明の一実施形態における加熱体（熱源）の形状および配置が記載されている。

一例では、上部ライン熱源および下部アーク熱源が点（小平面）熱源と組み合わされ、加熱体（熱源）の形状および配置が図３および図４に示されており、加熱体２０１は、ディスクベース１０２の円中心の接続線に垂直または平行なラインヒーター、すなわち、長い帯状の熱源であり、２０３は、点熱源またはより小さな線または平面熱源である。加熱体２０２は、ディスクベース１０２の円中心を中心として使用するリングヒーター、またはリング上に配置されたアークヒーター（熱源）のセクション、または完全なディスクヒーター、例えば、らせんヒーターである。

上記の例の修正において、上部ライン熱源は下部放射状ライン熱源と組み合わされ、加熱体（熱源）の形状および配置が図５に示されている。加熱体２０４は、ディスクベース１０２の放射状ラインヒーター、すなわち、短い帯状の熱源である。

別の一例では、上部ライン熱源と下部ライン熱源が互いに垂直であり、加熱体（熱源）の形状と配置が図６および図７に示されている。加熱体２０５は、ディスクベースの円中心の接続線に垂直なラインヒーター（すなわち、長い帯状の熱源）である。

本発明の一実施形態によれば、加熱体２０２は、図８～図１０に示されるようなリングヒーターの任意の１つまたは組み合わせとすることができる。図８に示されるように、加熱体は、ディスクベース１０２の円中心を中心として使用するリング上の弧（アーク）とすることができる。

別の一例として、図９に示されるように、加熱体はらせん状であり、らせんはリングまたは完全な円を形成し、リングまたは円の円中心は、ディスクベース１０２の円中心と同じである。さらに、図１０に示されるように、２０２－１は最も外側のリングらせん抵抗ヒーターであり、２０２－２は内側のより小さなリングらせんヒーターであり、２０２－３は中央のより小さなディスク状のらせんヒーターである。このように、完全なディスク状ヒーターは、中央で２つのリング状ヒーター２０２－１、２０２－２、および小さなディスク状ヒーター２０２－３に分割され、各々のヒーターは独立して制御され、ディスクベースの温度のゾーン制御を実現する。

らせん抵抗ヒーターは、高温プロセスに大きな影響を与える。高温プロセスでは、抵抗ヒーターを作製するためにグラファイトまたはグラファイトコーティング材料を使用するのが一般的な慣例である。グラファイトヒーターは、通常、グラファイト材料の大きな一片を直接切断して得られるものであり、グラファイトは弾力性にも欠けるため、温度上昇プロセス中での熱膨張によって引き起こされる応力を吸収するバネに類似した構造を形成することは困難である。グラファイトは、簡単な機械切削によってらせん構造に加工できる。らせん構造は、中心から半径が徐々に拡大する円に単純に類似することができる。らせん構造は、実際の円と比較して、円周の１０倍以上を得ることができる。同時に、熱膨張が発生すると、らせんの各々の長さまで均一に応力を解放できるため、単位長さあたりの応力が最小限に抑えられる。このようにして、ヒーターの寿命が改善され、装置の安定性が改善され、コストが削減される。

また、加熱体は、点熱源またはより小さな線または平面熱源とすることができ、ディスクベース１０２の円中心を中心として用いて複数のリング上に分布されるか、または加熱体は点熱源とすることができ、ハニカムパターンで分布され、点熱源の中心はディスクベース１０２の円中心である。これは本発明において限定されない。

さらに、上記の加熱体は、必要に応じて直列または並列に接続することができる。いくつかのヒーターが直列または並列に接続された後、いくつかのヒーターは、直列または並列に接続された他のヒーターから別々に独立して制御され、ディスクベース１０２上で温度のゾーン制御を実施して、膜形成のより良好な均一性を達成するようにする。

具体的には、ディスクベース１０２の円中心の接続線に平行な単一ラインヒーターは、２つのベースを同時に加熱し、同じ電源を使用することができる。例えば、サイリスタまたはＩＧＢＴなどのパワーモジュールを使用して制御することで、ヒーターの製造コストを削減できる。ディスクベース１０２の円中心の接続線に垂直なラインヒーター、および他の中心対称加熱体（熱源）は、他のディスクベース１０２の対応する部分の加熱体と直列または並列に接続することができ、同じ加熱電源を使用して制御することで、加熱電源の製造コストを効果的に削減し、膜形成の良好な均一性を依然として得ることができる。

上記のヒーターの配置、いくつかの組み合わせは次のように説明されている。

ラインヒーター（すなわち、長い帯状の熱源）が使用される。ディスクベース１０２の円中心の接続線に平行なラインヒーターがディスクの上方に配置され、ディスクベース１０２の円中心の接続線に垂直なラインヒーターがディスクの下方に配置される。あるいはまた、逆に、ディスクベース１０２の円中心の接続線に垂直なラインヒーターがディスクの上方に配置され、ディスクベース１０２の円中心の接続線に平行なラインヒーターがディスクの下方に配置される。ポイントヒーター（点熱源）またはリングヒーターは、補足および調整のためにラインヒーター（すなわち、長い帯状の熱源）として別の場所に配置される。あるいはまた、ディスクベース１０２の円中心の接続線に平行なラインヒーターがディスクの上方に配置され、ポイントヒーター（点熱源）またはリング熱源がディスクの下方に配置される。あるいはまた、交換が行われる。

ヒーターの熱は、石英で作られた内側ボックスなどの内側ボックス１０４を直接通過して、ディスクベース１０２および基板１０１を加熱することができるか、または、コーティングされたグラファイトで作られた内側ボックスなどの内側ボックス１０４を間接的に加熱し、次に内側ボックス１０４の放射によってディスクベース１０２および基板１０１を間接的に加熱することができる。反応ガスが加熱された基板の表面の上を流れるとき、反応ガスは基板の表面上に膜を形成することができる、すなわち、化学蒸着が発生する。

赤外線センサまたは熱電対などの温度測定装置を使用して、基板の様々な部分の温度を検出し、基板の温度が均一になるように、プロセス要件に従って様々な加熱体／熱源の電力を制御できること、すなわちゾーン制御が可能であることが理解できる。

本発明の一実施形態によれば、図１１および図１２に示されるように、高反射率または高放射率材料２０８、例えば、焼結または他の成形プロセスによって得られる、金メッキプレートなどの酸化物、窒化物、または炭化物材料を、ヒーターと反応チャンバ１０５との間に設けることができ、これらの材料は、熱放射を遮断し、エネルギー消費を低減し、同時に、金属反応チャンバ１０５の表面の温度を低減して、保護の役割を果たすことができる。図１１は、完全に囲まれた反射ボックス２０８である。図１２では、２つのプレート２０８のみが、上部および下部に２つの大きな表面積を有する表面上に提供される。反射率（放射率）の高い材料は、単一の材料片とすることができる。例えば、１つの薄いシートが反応チャンバ１０５の前面を遮蔽するか、または複数の薄いシートが異なる平面または領域を遮蔽して組み合わせを形成する。あるいはまた、高反射率（放射率）の材料は、内側ボックス１０４または反応チャンバ１０５と同様の完全に閉じた容器とすることができるか、または高反射率（放射率）材料は、スプレー、堆積、または取り付けによって、反応チャンバ１０５（金属容器）の内面または内側ボックス１０４の外面に取り付けることができる。

本発明の一実施形態によれば、図１３および図１４は、本発明のパイプラインの構成である。図１２および図１３では、４０１は、基板を搬送するための機械式搬送アームであり、４０２は、基板を保管するためのカセットであり、４０３は、機械式搬送アームの直線動作のためのガイドレールである。

一例として、多角形の搬送チャンバを配置することができ、多角形は、三角形、四辺形、五角形、六角形、七角形、または最大で八角形である。基板１０１を外方に搬送するシステムの搬送ステーションとしての多角形の１つまたは２つの側面を除いて、多角形の残りの側面の各々は、上記の複数のディスクベース１０２の反応チャンバ１０５を備えている。機械式搬送アーム４０１は多角形の中心点に配置され、機械式搬送アーム４０１は多角形の中心の周りを３６０度回転することができ、機械式搬送アーム４０１は同時に半径方向に前後に移動することができる。機械式搬送アーム４０１は、多角形の各々の側面のディスクベース１０２内に半径方向に伸びて基板１０１を搬送し、次に、ディスクベース１０２が反応チャンバ１０５内に配置されていない多角形の位置（側面）に回転して、システムから基板１０１を搬送する。反対に、機械式搬送アーム４０１は、多角形搬送チャンバを介して、基板１０１を外部から反応チャンバ１０５内のディスクベース１０２に搬送する。

図１３に示されるように、搬送チャンバは四辺形であり、その中心は機械式搬送アーム４０１であり、２つのディスクベース１０２を有する反応チャンバ１０５が３つの側面の各々に提供され、第４の側面は基板１０１を搬送するためのカセット４０２である。機械式搬送アーム４０１は、カセット４０２に格納された基板１０１を反応チャンバ１０５に搬送するか、または基板１０１を反応チャンバ１０５からカセット４０２に搬送する。

図１４に示されるように、上記のように、複数のディスクベース１０２の円中心は、同じ直線上に配置される。これらのディスクベース１０２の１つの側面に機械式転写アーム４０１が配置されている。機械式搬送アーム４０１のベースは、ディスクベース１０２の円中心の接続線に平行な方向に沿って移動することができる。これらのディスクベース１０２の円中心の接続線に平行な方向に沿って各々のディスクベース１０２へ移動する前に、機械式搬送アームのベース上のアームは、基板１０１を反応チャンバ１０５に搬送し、基板１０１をディスクベース１０２上に配置するか、または基板１０１を反応チャンバ１０５から搬送することができる。カセット４０２は、ディスクベース１０２に対して機械式搬送アーム４０１の反対側に配置されてもよく、または機械式搬送アーム４０１の両端部に配置されてもよい。

図１５および図１６を参照すると、化学蒸着プロセスシステムが簡単に説明されている。このシステムは、本発明の一実施形態に係る化学蒸着装置を含む。図１５は、本発明の実施形態を設計するときに確立された三次元モデルである。図１５は、三次元モデルの簡略版であり、反応チャンバ１０５、基板１０１、ディスクベース１０２、ベース延長部１０３、およびディスクベースの回転機構のみが図１５には示されている。

図１６は、化学蒸着プロセスシステムの概略接続図である。５０１は、反応チャンバおよび他のユニットを制御するための、産業用コンピュータ、シングルチップマイクロコンピュータ、プログラマブルＰＬＣ、イーサネットコントローラ、画像マンマシンインターフェースなどを含む装置の制御ユニットである。５０２は、ガスキャビネット、質量流量計、様々なガスチャネルバルブ、ガス分配器などを含むガスモジュールである。５０３は、ベースを回転および持ち上げる機械式制御ユニットである。５０４は、例えば、機械式アーム、カセット制御システムなどの基板輸送システムである。５０５は、ヒーター電源シリコン制御サイリスタまたはＩＧＢＴまたは他のパワーモジュール、温度測定センサ、温度制御アルゴリズムユニットなどである。５０６は、例えば、安全インターロック、（減圧下の）ポンプ用制御機構、熱排気ファンなどの追加の補助ユニットである。

結論として、本発明では、２つ以上のディスクベースを低コストで配置することができ、これらのディスクベースは、パイプラインを使用することによってガスフローコントローラまたはより少ないヒーターを共有することができる。このようにして、より多くのディスクベース上で膜形成を行うことができ、反応チャンバおよびガス制御ループ、ヒーター、ヒーター電源、および反応チャンバを支持する基板搬送システムのコストが大幅に削減されるため、装置のセット全体の製造コストが削減される。同時に、加熱エネルギーの消費量も削減できるため、膜形成のための消耗品の量も削減できる。また、上記の低コストのソリューションを実施しながら、シングルピースのディスクベースと同じ膜均一性を実現する。

多くの具体的な詳細は、ここに提供される明細書で説明されている。しかしながら、本発明の実施形態は、これらの特定の詳細なしで実施できることを理解することができる。場合によっては、本明細書の理解を曖昧にしないために、よく知られた方法、構造、および技術は、詳細に示されていない。

同様に、本開示を合理化し、本発明の様々な態様のうちの１つまたは複数を理解するのを助長するために、例示の目的で作成された本発明の実施形態の前述の説明において、本発明の様々な構成が時々単一の実施形態、図面、またはそれらのそれぞれの説明にグループ化されることを理解すべきである。しかしながら、開示の方法は、以下の意図：特許請求された本発明は、各々の請求項で明確に開示されたものよりも多くの構成を必要とすることを反映するものとして解釈されるべきではない。より正確には、以下の特許請求の範囲に反映されるように、本発明の態様は、以前に開示された単一の実施形態のすべての構成よりも少ない。したがって、特定の実施方法に従う請求項は、特定の実施方法を確実に組み込んでいる。各々の請求項は、本発明の別個の一実施形態として機能する。

当業者は、実施形態の装置内のモジュールが適応的に変更され、これらの実施形態のものとは異なる１つまたは複数の装置に配置することができることを理解することができる。実施形態におけるモジュールまたはユニットまたはコンポーネントは、モジュールまたはユニットまたはコンポーネントに組み合わせることができ、さらに、複数のサブモジュールまたはサブユニットまたはサブコンポーネントに分割することができる。これらの構成および／またはプロセスまたはユニットの少なくともいくつかが相互に排他的であるという事実を除いて、（添付の特許請求の範囲、要約書、および添付の図面を含む）本明細書においてそのような方法で開示される任意の方法または装置のすべての開示された構成およびすべてのプロセスまたはユニットは、任意の組み合わせモードで組み合わせることができる。特に明記しない限り、（添付の特許請求の範囲、要約、および添付の図面を含む）本明細書に開示されている各々の構成は、同じ、同等の、または同様の目的を果たす代替の構成に置き換えることができる。

また、本明細書に記載のいくつかの実施形態は、別の構成を含む代わりに別の実施形態に含まれるいくつかの構成を含むが、異なる実施形態の構成の組み合わせは、本発明の範囲内にあり、異なる実施形態を形成することを意味することを、当業者は理解できる。例えば、特許請求の範囲において、特許請求された実施形態のいずれか１つは、任意の組み合わせモードで使用することができる。

前述の実施形態は、本発明を限定するのではなく、本発明を説明することを意図しており、当業者は、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、代替の実施形態を設計できることを留意すべきである。特許請求の範囲では、括弧内の符号は特許請求の範囲に制限を構成するものではない。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という単語は、特許請求の範囲に列挙されていない要素またはステップの存在を排除するものではない。要素の前にある「ａ／ａｎ」または「ｏｎｅ」という単語は、そのような要素が複数存在することを排除するものではない。本発明は、いくつかの異なる要素を含むハードウェアおよび適切にプログラミングされたコンピュータによって実施することができる。いくつかの装置を列挙するユニットクレームでは、いくつかの装置は、同じハードウェアアイテムによって具体的に実施することができる。第１、第２、第３などの単語の使用は、順序を示すものではない。これらの単語は名前として解釈することができる。

様々な態様および実施形態が本明細書に開示されているが、他の態様および実施形態は当業者には明らかである。本明細書に開示される様々な態様および実施形態は、例示を目的とするものであり、限定することを意図するものではなく、真の範囲は、添付の特許請求の範囲およびそのような請求項によって許可される均等物の全範囲によって示されるべきである。本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的としており、限定することを意図するものではないことをさらに理解すべきである。

Claims (15)

1. 反応チャンバを含む化学蒸着装置であって、前記反応チャンバは、基板を支持するための複数のベースを含み、前記複数のベースはディスク状であり、プロセスガスがパイプラインを通って前記反応チャンバに入り、
   前記複数のベースの各々のベースは互いに並列に配置され、前記ベースの円中心は同じ直線上にあり、
   前記基板を支持する前記ベースの上面は、互いに平行であるか、または同じ平面上にあり、
   前記ベースの回転軸は同じ平面上にあり、前記ベースは互いに対して独立して回転し、
   前記プロセスガスは、前記ベースの前記上面に沿って、前記ベースの前記円中心の接続線に垂直な方向に流れる、化学蒸着装置。
2. 内側ボックスが、前記反応チャンバと前記ベースとの間にさらに含まれ、前記内側ボックスの形状は、直方体を含み、
   前記反応ガスは、前記ベースの前記上面に沿って流れ、前記上面と前記内側ボックスの断面とを使用して切断することによって得られる長方形の短辺に相対的に平行な方向に流れる、請求項１に記載の化学蒸着装置。
3. 隣接する前記ベースは、互いに反対方向に回転する、請求項１に記載の化学蒸着装置。
4. 前記化学蒸着装置は、質量流量計をさらに含み、前記質量流量計は、前記複数のベースに使用され、前記質量流量計は、前記プロセスガスを前記ベースに分配し、
   前記パイプラインには調整バルブが配置されており、前記パイプラインを通って前記プロセスガスが前記質量流量計から前記ベースに流れる、請求項１に記載の化学蒸着装置。
5. 前記化学蒸着装置は、搬送チャンバおよび機械式搬送アームをさらに含み、前記搬送チャンバが多角形であり、前記搬送チャンバの少なくとも１つの側面に前記基板の搬送ステーションが設けられており、残りの側面の各々に前記反応チャンバが設けられており、
   前記機械式搬送アームは、前記搬送チャンバ内に配置され、前記基板を前記反応チャンバの前記複数のベースに搬送する、請求項１に記載の化学蒸着装置。
6. 前記機械式搬送アームは、前記反応チャンバ内の前記ベースの前記円中心の前記接続線に平行な方向に沿って移動するようにさらに構成される、請求項５に記載の化学蒸着装置。
7. ベース延長部が前記ベース間に充填され、前記ベース延長部の材料は、前記ベースの材料と同じであり、前記ベース延長部の上面と前記ベースの上面は同じ平面上にある、請求項１に記載の化学蒸着装置。
8. 前記ベース延長部の前記上面は、シールド、突起、くぼみ、ガイドフィン、または位置決め点のうちの１つまたは複数を含む、請求項７に記載の化学蒸着装置。
9. 前記ベース延長部の前記上面と前記ベースの前記上面との間には高低差があり、機械的構造を用いて手動または自動で前記高低差を調整することができる、請求項７に記載の化学蒸着装置。
10. 前記内側ボックスは、非金属製の高温耐熱性かつ耐腐食性の材料でできている、請求項２に記載の化学蒸着装置。
11. 前記反応チャンバと前記内側ボックスとの間に加熱体が提供され、前記加熱体は、赤外線ランプ源、抵抗ヒーターを含み、前記抵抗ヒーターは、金属抵抗ヒーターまたはグラファイト抵抗ヒーターを含む、請求項２に記載の化学蒸着装置。
12. 前記金属抵抗ヒーターまたは前記グラファイト抵抗ヒーターの駆動モードは、誘導コイルの高周波を使用して金属またはグラファイトを励起して、前記金属抵抗ヒーターまたは前記グラファイト抵抗ヒーターに熱を発生させることをさらに含む、請求項１１に記載の化学蒸着装置。
13. 前記抵抗ヒーターはらせん状である、請求項１１に記載の化学蒸着装置。
14. 前記抵抗ヒーターは、以下のヒーター：
    前記ベースの前記円中心を中心とするリングヒーター、
    前記ベースの前記円中心を中心とするアークヒーター、
    前記ベースの前記円中心を中心とする複数のリング上に分布されているか、または前記ベースの前記円中心を中心とするハニカムパターンに分布されているポイントヒーター、および、
    前記ベースの前記円中心の前記接続線に垂直または平行な方向に分布されているか、または前記ベースの半径方向に沿って分布されているラインヒーターのうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項１１に記載の化学蒸着装置。
15. 前記加熱体と前記反応チャンバとの間に断熱材が提供され、前記断熱材は高放射率材または高反射率材である、請求項１１に記載の化学蒸着装置。

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