結晶成長装置および結晶成長方法
【課題】 チャンバに向けて基板を搬送するときに、簡易な構成で、基板の表面に付着した酸素などのチャンバ外部の気体がチャンバ内に持ち込まれるのを防止することができる結晶成長装置を提供する。
【解決手段】 基板９表面に結晶を成長させる空間となるチャンバ２と、チャンバ２に向けて基板９が搬出されるリフター室３との間には、基板９がリフター室３からチャンバ２に向けて搬送される通路となる搬送路形成部４が形成される。そして、搬送路形成部４内には、基板９が搬送される搬送方向に平行に延びる筒状であり、基板９が通過可能な案内管５が形成される。そして、気体供給手段６から供給されてチャンバ２内に充填される不活性ガスが、案内管５を通過して搬送される基板９の表面に沿うように接触して流れる。
【解決手段】 基板９表面に結晶を成長させる空間となるチャンバ２と、チャンバ２に向けて基板９が搬出されるリフター室３との間には、基板９がリフター室３からチャンバ２に向けて搬送される通路となる搬送路形成部４が形成される。そして、搬送路形成部４内には、基板９が搬送される搬送方向に平行に延びる筒状であり、基板９が通過可能な案内管５が形成される。そして、気体供給手段６から供給されてチャンバ２内に充填される不活性ガスが、案内管５を通過して搬送される基板９の表面に沿うように接触して流れる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄板状の基板の表面に結晶を析出させて成長させる結晶成長装置および結晶成長方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄板状の基板に結晶を成長させる方法として、たとえば、特許文献１には、結晶リボン法およびＥＦＧ（Edge-defined Film-fed Growth）法が記載されている。これらの方法を実現する結晶成長装置は、基板の厚み方向に結晶を成長させるのではなく、基板の厚み方向に垂直な向きに結晶を成長させるので、生産性が低いという問題がある。特許文献２には、成長させる結晶の原料が溶融された融液に基板を浸漬し、基板の厚み方向の表面上に原料を凝固成長させて、高い生産性を達成する結晶成長装置が開示されている。
【０００３】
以上のような基板の表面に結晶を成長させる結晶成長装置では、成長させる結晶の原料となる融液を貯留する坩堝が、筐体状のチャンバ内に配置される。そして、チャンバ内に搬送された基板を、坩堝内に貯留される融液に浸漬することによって、基板表面に結晶を成長させる。このとき、酸素などのチャンバ外部の気体が、チャンバ内に搬送された基板の表面に付着した状態で、チャンバ内に持ち込まれる場合がある。
【０００４】
結晶を成長させる空間となるチャンバ内において、化学的に活性の高い酸素などの濃度が高くなると、融液に不純物が混入して、純度および結晶性において質の高い結晶を成長させることができなくなる。また、融液を貯留する坩堝は、坩堝を形成する材料が融液に混交するコンタミネーションを防ぐために、石英ガラスまたはカーボンを用いて形成される。特に使い捨て用の坩堝の場合には、石英ガラスよりもカーボンの方がコストが低いので、カーボンを用いて形成されることが多い。また、チャンバ内に配置される部材も、同様の理由からカーボンを用いて形成されることが多い。カーボンは、酸素雰囲気において４００℃以上の高温になると酸化して気体の二酸化炭素に変化するので（化学反応式：Ｃ＋Ｏ２→ＣＯ２）、チャンバ内の酸素濃度が高くなると、カーボンによって形成される坩堝および部材が消耗してしまう。
【０００５】
そこで、一般的に結晶成長装置では、チャンバ内を真空にするとともに、不活性ガスをチャンバ内に供給することによって、チャンバ内の酸素濃度を低下させている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３２２８９２号公報
【特許文献１】特開２００４−２５０２８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述のような結晶成長装置では、チャンバ内を真空に保つために、ロードロック室、ゲートバルブおよび真空ポンプなどの真空環境用の装置が必要となる。このような真空環境用の装置が必要となるので、結晶成長装置が複雑化および大型化して設備面積が大きくなるという問題が生じる。
【０００８】
したがって本発明の目的は、チャンバに向けて基板を搬送するときに、簡易な構成で、基板の表面に付着した酸素などのチャンバ外部の気体がチャンバ内に持ち込まれるのを防止することができる結晶成長装置を提供することである。また、その結晶成長装置を用いて、チャンバ内に搬送させた基板の表面に結晶を成長させる結晶成長方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、筐体状に形成されて、基板が搬入される開口となる基板搬入開口部を有し、前記基板搬入開口部から搬入される基板の表面に結晶を成長させる空間となるチャンバと、
チャンバ内に不活性ガスを供給する気体供給手段と、
筐体状に形成されて、前記チャンバに向けて基板を搬出する開口となる基板搬出開口部を有するリフター室と、
筒状に形成されて、一方の開口端部が前記リフター室の基板搬出開口部に接続され、他方の開口端部が前記チャンバの基板搬入開口部に接続されて、前記チャンバと前記リフター室とが連通するように形成され、基板が前記基板搬出開口部から前記基板搬入開口部に向けて搬送される通路となる搬送路形成部とを含んで構成され、
前記搬送路形成部内には、前記気体供給手段から供給されて前記チャンバ内に充填される不活性ガスが、前記搬送路形成部内を通過して搬送される基板の表面に、沿うように接触して流れるように構成される案内管が設けられることを特徴とする結晶成長装置である。
【００１０】
また本発明は、前記案内管は、基板が搬送される搬送方向に平行に延びる筒状であり、搬送方向上流側端部が自由端で、搬送方向下流側端部が外方に向けて屈曲して前記搬送路形成部に内接するように固定されて、基板が通過可能に形成されることを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、チャンバ内に充填される不活性ガスが、前記チャンバの基板搬入開口部から前記リフター室の基板搬出開口部に向けて流れて、前記案内管を通過して搬送される基板の表面に沿うように接触して流れるように構成され、
前記案内管の開口面積が、前記基板搬入開口部の開口面積以下となるように形成されることを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、チャンバ内に充填される不活性ガスが、前記チャンバの基板搬入開口部から前記リフター室の基板搬出開口部に向けて流れるとき、
不活性ガスが装置外部に排気される開口となる気体排気開口部が、前記基板搬出開口部よりも不活性ガスが流れる方向の下流側であり、かつ前記基板搬出開口部から所定の距離遠ざかる位置に形成されることを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、前記チャンバ内における前記気体供給開口部と前記基板搬入開口部との間に、前記不活性ガスが前記基板搬入開口部に向けて流れるのを案内する第１気体案内部材を配設することを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、前記案内管の固定端側に、前記気体供給手段から前記気体供給開口部を介して前記チャンバ内に供給された前記不活性ガスが、前記基板搬入開口部から前記案内管に向けて流れるのを案内する第２気体案内部材を配設することを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、前記案内管を通過する際の前記不活性ガスの流速Ｕ（ｍ／ｓｅｃ）は、前記案内管の断面の代表長さをＬ（ｍ）、前記不活性ガスの動粘性係数をν（ｍ２／ｓｅｃ）としたときに、１０００×ν／Ｌ＜Ｕ＜１８００×ν／Ｌであることを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、前記不活性ガスの種類は、アルゴン、ヘリウム、ネオン、窒素であることを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、前記結晶成長装置を用いて、チャンバ内に搬送させた基板の表面に結晶を成長させる結晶成長方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、基板の表面に結晶を成長させる空間となるチャンバと、チャンバに向けて基板が搬出されるリフター室との間には、基板がリフター室からチャンバに向けて搬送される通路となる搬送路形成部が形成される。そして、気体供給手段から供給されてチャンバ内に充填される不活性ガスが、搬送路形成部内の案内管を通過して搬送される基板の表面に沿うように接触して流れる。そのため、真空環境用の装置を用いない簡易な構成であっても、基板表面に付着した酸素などのチャンバ外部の気体を、案内管を通過する際に、不活性ガスの流れで基板表面から除去することができ、チャンバ外部の気体がチャンバ内に持ち込まれるのを防止することができる。
【００１９】
また本発明によれば、搬送路形成部内には、基板が搬送される搬送方向に平行に延びる筒状であり、基板が通過可能な案内管が形成される。このように案内管が形成されるので、気体供給手段から供給されてチャンバ内に充填される不活性ガスが、搬送路形成部内の案内管を通過して搬送される基板の表面に沿うように接触して流れる。そのため、基板表面に付着した酸素などのチャンバ外部の気体を、案内管を通過する際に、不活性ガスの流れで基板表面から除去することができ、チャンバ外部の気体がチャンバ内に持ち込まれるのを防止することができる。
【００２０】
また本発明によれば、チャンバに充填される不活性ガスは、チャンバの基板搬入開口部からリフター室の基板搬出開口部に向けて流れて、案内管を通過して搬送される基板の表面に沿うように接触して流れる。このとき、案内管の開口面積が、基板搬入開口部の開口面積以下となるように形成されている。そのため、チャンバに充填される不活性ガスが基板搬入開口部から案内管に向けて流れるときの流速が大きくなる。したがって、不活性ガスは、流速が大きい状態で、案内管を通過して搬送される基板の表面に沿うように接触して流れるので、より効率的に、基板表面に付着した酸素などのチャンバ外部の気体を基板表面から除去することができる。
【００２１】
また本発明によれば、チャンバ内に充填される不活性ガスが、チャンバの基板搬入開口部からリフター室の基板搬出開口部に向けて流れるとき、不活性ガスが装置外部に排気される開口となる気体排気開口部が、基板搬出開口部よりも不活性ガスが流れる方向の下流側であり、かつ基板搬出開口部から所定の距離遠ざかる位置に形成される。そのため、案内管内を流れる不活性ガスの流れが、気体排気開口部を介して外乱によって乱れるのを抑制することができ、案内管を通過して搬送される基板の表面に安定して不活性ガスを流すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は、本発明の実施の一形態である結晶成長装置１の構成を示す断面図である。結晶成長装置１は、金属または半導体から成る固体原料が溶融された融液に、薄板状の基板９を浸漬して、基板９の厚み方向一表面上に金属または半導体の結晶を凝固成長させる装置である。本実施の形態では、結晶成長装置１においては、シリコンが溶融されたシリコン融液に基板９を浸漬して、基板９表面にシリコン結晶を凝固成長させて、薄板状のシリコン基板を製造する装置である。結晶成長装置１は、チャンバ２と、リフター室３と、搬送路形成部４と、気体供給手段６とを含んで構成される。
【００２３】
チャンバ２は、筐体状に形成されて、気体供給開口部２１と、基板搬入開口部２２とを有する。気体供給開口部２１は、不活性ガスが後述する気体供給手段６によってチャンバ２内に供給される開口であり、チャンバ２の上壁面に形成される。基板搬入開口部２２は、後述するリフター室３から搬出される基板６がチャンバ２内に搬入される開口であり、チャンバの側壁面に形成される。また、チャンバ２内には、前記シリコン融液を貯留するための、たとえばカーボングラファイトから成る坩堝（不図示）が配置され、チャンバ２内の酸素濃度を測定する酸素濃度測定器（不図示）が設置されている。チャンバ２は、不活性ガスが充填された状態で、基板搬入開口部２２から搬入された基板９が坩堝に貯留されるシリコン融液に浸漬され、基板９表面にシリコンから成る結晶を凝固成長させる空間である。
【００２４】
リフター室３は、筐体状に形成されて、基板搬出開口部３１と、気体排気開口部３２とを有する。リフター室３内には、装置外部から基板９が供給されるが、その基板９の表面には、酸素を含む外部気体が付着している。基板搬出開口部３１は、チャンバ２に形成される基板搬入開口部２２に向けて、装置外部から供給された基板９を搬出する開口であり、リフター室３の側壁面に形成される。リフター室３内には、基板９を鉛直方向上方に運搬する鉛直方向運搬手段（不図示）と、水平方向に運搬する水平方向運搬手段（不図示）とが配置されている。リフター室３は、基板９が、鉛直方向運搬手段によって鉛直方向上方に運搬され、その後水平方向運搬手段によって水平方向に運搬されて、基板搬出開口部３１から搬出される空間を形成する。ここで、基板搬出開口部３１と、チャンバ２に形成される基板搬入開口部２２とは、鉛直方向にずれていない位置に互いに形成されている。また、気体排気開口部３２は、詳細は後述するが、チャンバ２から搬送路形成部４を介してリフター室３に流入する不活性ガスが、装置外部に排気される開口である。
【００２５】
搬送路形成部４は、筒状に形成されて、一方の端部がリフター室３の基板搬出開口部３１に接続され、他方の端部がチャンバ２の基板搬入開口部２２に接続されて、チャンバ２とリフター室３とを連通するように形成される。そして、搬送路形成部４は、基板９が搬送手段（不図示）によって、基板搬出開口部３１から基板搬入開口部２２に向けて水平方向に搬送される通路となる。搬送路形成部４内には、案内管５が形成される。案内管５は、基板が搬送される搬送方向に平行に延びる筒状であり、搬送方向上流側端部が自由端で、搬送方向下流側端部が外方に向けて屈曲して搬送路形成部４に固定されて、基板９が通過可能に形成される。
【００２６】
気体供給手段６は、アルゴンガス、ヘリウムガス、ネオンガス、窒素ガスなどの不活性ガスを、気体供給開口部２１を介してチャンバ２内に供給する。本実施の形態では、容量が２ｍ３に設定されるチャンバ２に対する不活性ガスの供給流量は、６００Ｌ／ｍｉｎ程度に設定される。アルゴンガス気体供給手段６から供給されてチャンバ２内に充填された不活性ガスは、チャンバ２の基板搬入開口部２２から搬送路形成部４内に流入し、案内管５を通過する。そして、基板搬出開口部３１からリフター室３内に流入し、気体排気開口部３２から装置外部に排気される。
【００２７】
次に、結晶成長装置１において、基板９が搬送されるときの、不活性ガスの流れを以下に説明する。結晶成長装置１においては、装置外部からリフター室３内に供給された基板９は、基板９表面が水平面と平行となるように、基板搬出開口部３１を介してリフター室３から搬出される。そして、基板９は、搬送路形成部４内の案内管５内を、基板９表面が水平面と平行となるように搬送されて通過して、チャンバ２の基板搬入開口部２２に向けて搬送される。このとき、チャンバ２内に充填される不活性ガスが、基板９の搬送方向とは反対方向に流れて、案内管５を通過して搬送される基板９の表面に沿うように接触して流れる。
【００２８】
ここで、基板９の厚み方向に対応した案内管５の開口高さを調整することによって、不活性ガスを効果的に、案内管５を通過して搬送される基板９の表面に沿うように接触して流すことができる。本実施の形態では、案内管５の開口高さは、基板９の厚みに対して、１．１〜１．５倍に設定される。さらに、案内管５の開口幅を、基板９の幅手方向の長さに対して、１．１〜１．５倍に設定することによって、さらに不活性ガスを効果的に、案内管５を通過して搬送される基板９の表面に沿うように接触して流すことができる。この案内管５内における不活性ガスの流れによって、基板９表面に付着した酸素を含む外部気体が搬送途中の基板９表面から脱離し、チャンバ２内に外部気体が持ち込まれるのを防止する。
【００２９】
ここで、不活性ガスの流れによって、案内管５内を通過する基板９に付着した外部気体を脱離させる脱離能力は、案内管５内において基板９が不活性ガスと接触する接触時間と、案内管５内における不活性ガスの流速とに影響される。基板９が案内管５内において不活性ガスと接触する接触時間は、案内管５の搬送方向の長さＸと、基板９の搬送速度とによって調整することができる。本実施の形態では、基板９の搬送速度は、１５秒間に１枚の基板９が案内管５内を通過する速度に設定される。そして、案内管５の搬送方向の長さＸは、基板９の搬送方向に延びる長さに対して０．５〜２倍に設定される。０．５倍以上に設定されることによって、基板９に付着した外部気体を脱離させる脱離能力を充分に確保することができ、２倍以下に設定されることによって、必要以上に案内管５の長さが長くなるのが防止されて、設備面積が大きくなるのを防止することができる。
【００３０】
案内管５内における不活性ガスの流速は、基板搬入開口部２２の開口面積に対する案内管５の開口面積の割合によって調整することができる。本実施の形態では、基板搬入開口部２２の開口面積に対する案内管５の開口面積の割合は、７５〜１００％の範囲に設定される。７５％以上に設定されることによって、案内管５内を流れる不活性ガスの圧力損失が大きくなり過ぎて渦が発生し、外部気体が巻き込まれることを防止することができる。また、１００％以下に設定されることによって、チャンバ２内に充填される不活性ガスが基板搬入開口部２２から案内管５に向けて流れるときの流速が大きくなる。そのため、流速が大きい状態で不活性ガスが、案内管５内を通過して搬送される基板９表面に沿うように接触して流れるので、より効率的に基板９表面に付着した外部気体を基板９表面から脱離させることができる。
【００３１】
案内管５を通過して搬送され、表面に付着した外部気体が脱離された基板９は、基板搬入開口部２２を介してチャンバ２内に搬入される。チャンバ２内に搬入された基板９は、坩堝内に貯留されるシリコン融液に浸漬されて、基板９表面においてシリコン結晶が凝固成長する。
【００３２】
また、基板９表面から脱離した外部気体は、案内管５を通過してリフター室３に形成される気体排気開口部３２に向けて流れる不活性ガスの流れによって、気体排気開口部３２から装置外に排気される。このとき、装置外の温度変化などの外的要因によって、気体排気開口部３２から排気される排気能力が乱れる場合がある。そこで、結晶成長装置１においては、気体排気開口部３２は、基板搬出開口部３１よりも不活性ガスが流れる方向の下流側であり、かつ基板搬出開口部３１から所定の距離遠ざかる位置に形成される。これによって、案内管５内を通過する不活性ガスの流れが、気体排気開口部３２を介して外乱によって乱れるのを抑制することができ、案内管５を通過して搬送される基板９の表面に安定して不活性ガスを流すことができる。
【００３３】
また、気体排気開口部３２が形成される鉛直方向の位置は、使用する不活性ガスの比重によって調整する。たとえば、不活性ガスとして空気よりも比重が大きいアルゴンガスを使用する場合、気体排気開口部３２の開口中心が、基板搬出開口部３１の開口中心よりも鉛直方向下方にずれた位置となるように、気体排気開口部３２を形成する。また、不活性ガスとして空気よりも比重が小さいヘリウムガスを使用する場合、気体排気開口部３２の開口中心が、基板搬出開口部３１の開口中心よりも鉛直方向上方にずれた位置となるように、気体排気開口部３２を形成する。
【００３４】
また、気体排気開口部３２における排気流量は、装置内における不活性ガスの滞留時間を考慮して調整する。不活性ガスの装置内における滞留時間が長くなると、基板９表面に付着する外部気体を脱離させる脱離能力を向上させることができるが、滞留時間が長くなり過ぎると、脱離した外部気体が基板９表面に再付着する可能性がでてくる。気体排気開口部３２における排気流量は、気体排気開口部３２の開口度を調整可能なダンパなどを設置することによって調整することができる。本実施の形態では、排気流量が３００Ｌ／ｍｉｎ程度となるように、ダンパの開口度を調整している。
【００３５】
図２は、チャンバ２内に基板９が搬入されたときの酸素濃度の変化を示すグラフである。図２においてグラフの横軸は経過時間を示し、縦軸はチャンバ２内の酸素濃度（ｐｐｍ）を示す。図２（ａ）は、案内管５が配設される本発明の結晶成長装置１における酸素濃度変化を示すグラフであり、図２（ｂ）は、案内管５が配設されていない従来技術の結晶成長装置における酸素濃度変化を示すグラフである。
【００３６】
気体供給手段６から供給されてチャンバ２内に不活性ガスが充填されると、チャンバ２内の酸素濃度は、１０ｐｐｍ程度となる。このような状態で、チャンバ２内への複数枚の基板９の搬入が開始されると、チャンバ２内の酸素濃度が上昇する。これは、前述したように、装置外部から供給された基板９の表面には酸素を含む外部気体が付着しており、この外部気体がチャンバ２内に持ち込まれるためである。案内管５が配設されていない従来技術の結晶成長装置においては、図２（ｂ）に示すように、基板９が搬送されている間におけるチャンバ内の酸素濃度は、一定せずに不安定であり、５０ｐｐｍをはるかに超える酸素濃度となる場合がある。これに対して、案内管５が配設される本発明の結晶成長装置１においては、図２（ａ）に示すように、基板９が搬送されている間におけるチャンバ２内の酸素濃度は、５０ｐｐｍ以下に安定している。この結果からも、案内管５内における不活性ガスの流れによって、基板９表面に付着した酸素を含む外部気体が搬送途中の基板９表面から脱離し、チャンバ２内に外部気体が持ち込まれるのを防止されているのがわかる。また、チャンバ２内への基板９の搬入が停止されると、チャンバ２内の酸素濃度は低下して１０ｐｐｍ程度となる。
【００３７】
また、図１に示すように、気体供給手段６から気体供給開口部２１を介してチャンバ２内に供給された不活性ガスが、基板搬入開口部２２に向けて流れるのを案内する第１気体案内部材７を、チャンバ２内における気体供給開口部２１と基板搬入開口部２２との間に配設してもよい。これによって、チャンバ２内に充填される不活性ガスが、基板搬入開口部２２を介して案内管５に向けて流れるときの流路抵抗を小さくすることができ、より効率的に、基板９表面に付着した酸素を含む外部気体を基板９表面から除去することができる。
【００３８】
また、気体供給手段６から気体供給開口部２１を介してチャンバ２内に供給された不活性ガスが、基板搬入開口部２２から案内管５に向けて流れるのを案内する第２気体案内部材８を案内管５の固定端側に配設してもよい。
【００３９】
また、リフター室３の気体排気開口部３２に、気体を吸引する吸引手段を配設してもよい。これによって、チャンバ２内に充填される不活性ガスが、強制的に案内管５を流過して気体排気開口部３２から排気される。したがって、気体供給開口部２１と気体排気開口部３２とを結ぶ、不活性ガスが流れる流路における流路抵抗が大きい場合であっても、チャンバ２内に充填される不活性ガスを強制的に案内管５を流過して流すことができ、基板９表面に付着した酸素を含む外部気体を基板９表面から除去することができる。
【００４０】
また、図１に示すように、チャンバ２の基板搬入開口部２２に、チャンバ２と搬送路形成部４との間を仕切る開閉可能なチャンバ開閉手段２３を配設してもよい。さらに、リフター室３の基板搬出開口部３１に、リフター室３と搬送路形成部４との間を仕切る開閉可能なリフター開閉手段３３を配設してもよい。
【００４１】
また、不活性ガスが案内管５を通過する際の流速は、高速過ぎると流れが乱流になり基板９が渦を巻き込んで、チャンバ２の内部に空気を持ち込むので望ましくないが、その一方で、流速が低速過ぎると、基板９の表面に付着した空気分子の除去能力が低下して望ましくないので、適切な流速が存在する。一般に流れの状態（層流および乱流）は、無次元のレイノルズ数Ｒｅ＝Ｕ・Ｌ／νで決定され、レイノルズ数Ｒｅ＜１８００の場合に層流になる。ここで、Ｕは流速（ｍ／ｓｅｃ）、Ｌは案内管５の断面の代表長さ（ｍ）、νは不活性ガスの動粘性係数（ｍ２／ｓｅｃ）である。本発明における、適切なレイノルズ数の範囲の実験結果は、案内管５内に基板９が存在しない状態で、１０００＜Ｒｅ＝Ｕ・Ｌ／ν＜１８００なので、適切な流速Ｕの範囲は、１０００×ν／Ｌ＜Ｕ＜１８００×ν／Ｌとなる。以下に具体例を示す。案内管５の断面が矩形で長辺０．３（ｍ）、短辺０．１（ｍ）とすると、その代表長さＬ＝（断面積／周長）×４＝（０．３×０．１／（２×（０．３＋０．１）））×４＝０．１５（ｍ）。不活性ガスがアルゴンの場合、その動粘性係数ν＝１４．０×１０−６（ｍ２／ｓｅｃ）なので、ν／Ｌ＝１４．０×１０−６／０．１５＝９３．３×１０−６（ｍ／ｓｅｃ）。よって、適切な流速Ｕの範囲は、０．０９３（ｍ／ｓｅｃ）＜Ｕ＜０．１７（ｍ／ｓｅｃ）となる。以上の議論では、基板９の搬送速度は不活性ガスの流速よりも十分に小さくて無視できるものと仮定したが、基板９の搬送速度が不活性ガスの流速に比べて無視できない程度に大きくなった場合は、上記流速を基板９の表面に対する相対速度と読み替えることにより、全く同様の議論が成立する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の一形態である結晶成長装置１の構成を示す断面図である。
【図２】チャンバ２内に基板９が搬入されたときの酸素濃度の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１ 結晶成長装置
２ チャンバ
３ リフター室
４ 搬送路形成部
５ 案内管
６ 気体供給手段
７ 第１気体案内部材
８ 第２気体案内部材
９ 基板
２１ 気体供給開口部
２２ 基板搬入開口部
２３ チャンバ開閉手段
３１ 基板搬出開口部
３２ 気体排気開口部
３３ リフター開閉手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄板状の基板の表面に結晶を析出させて成長させる結晶成長装置および結晶成長方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄板状の基板に結晶を成長させる方法として、たとえば、特許文献１には、結晶リボン法およびＥＦＧ（Edge-defined Film-fed Growth）法が記載されている。これらの方法を実現する結晶成長装置は、基板の厚み方向に結晶を成長させるのではなく、基板の厚み方向に垂直な向きに結晶を成長させるので、生産性が低いという問題がある。特許文献２には、成長させる結晶の原料が溶融された融液に基板を浸漬し、基板の厚み方向の表面上に原料を凝固成長させて、高い生産性を達成する結晶成長装置が開示されている。
【０００３】
以上のような基板の表面に結晶を成長させる結晶成長装置では、成長させる結晶の原料となる融液を貯留する坩堝が、筐体状のチャンバ内に配置される。そして、チャンバ内に搬送された基板を、坩堝内に貯留される融液に浸漬することによって、基板表面に結晶を成長させる。このとき、酸素などのチャンバ外部の気体が、チャンバ内に搬送された基板の表面に付着した状態で、チャンバ内に持ち込まれる場合がある。
【０００４】
結晶を成長させる空間となるチャンバ内において、化学的に活性の高い酸素などの濃度が高くなると、融液に不純物が混入して、純度および結晶性において質の高い結晶を成長させることができなくなる。また、融液を貯留する坩堝は、坩堝を形成する材料が融液に混交するコンタミネーションを防ぐために、石英ガラスまたはカーボンを用いて形成される。特に使い捨て用の坩堝の場合には、石英ガラスよりもカーボンの方がコストが低いので、カーボンを用いて形成されることが多い。また、チャンバ内に配置される部材も、同様の理由からカーボンを用いて形成されることが多い。カーボンは、酸素雰囲気において４００℃以上の高温になると酸化して気体の二酸化炭素に変化するので（化学反応式：Ｃ＋Ｏ２→ＣＯ２）、チャンバ内の酸素濃度が高くなると、カーボンによって形成される坩堝および部材が消耗してしまう。
【０００５】
そこで、一般的に結晶成長装置では、チャンバ内を真空にするとともに、不活性ガスをチャンバ内に供給することによって、チャンバ内の酸素濃度を低下させている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３２２８９２号公報
【特許文献１】特開２００４−２５０２８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述のような結晶成長装置では、チャンバ内を真空に保つために、ロードロック室、ゲートバルブおよび真空ポンプなどの真空環境用の装置が必要となる。このような真空環境用の装置が必要となるので、結晶成長装置が複雑化および大型化して設備面積が大きくなるという問題が生じる。
【０００８】
したがって本発明の目的は、チャンバに向けて基板を搬送するときに、簡易な構成で、基板の表面に付着した酸素などのチャンバ外部の気体がチャンバ内に持ち込まれるのを防止することができる結晶成長装置を提供することである。また、その結晶成長装置を用いて、チャンバ内に搬送させた基板の表面に結晶を成長させる結晶成長方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、筐体状に形成されて、基板が搬入される開口となる基板搬入開口部を有し、前記基板搬入開口部から搬入される基板の表面に結晶を成長させる空間となるチャンバと、
チャンバ内に不活性ガスを供給する気体供給手段と、
筐体状に形成されて、前記チャンバに向けて基板を搬出する開口となる基板搬出開口部を有するリフター室と、
筒状に形成されて、一方の開口端部が前記リフター室の基板搬出開口部に接続され、他方の開口端部が前記チャンバの基板搬入開口部に接続されて、前記チャンバと前記リフター室とが連通するように形成され、基板が前記基板搬出開口部から前記基板搬入開口部に向けて搬送される通路となる搬送路形成部とを含んで構成され、
前記搬送路形成部内には、前記気体供給手段から供給されて前記チャンバ内に充填される不活性ガスが、前記搬送路形成部内を通過して搬送される基板の表面に、沿うように接触して流れるように構成される案内管が設けられることを特徴とする結晶成長装置である。
【００１０】
また本発明は、前記案内管は、基板が搬送される搬送方向に平行に延びる筒状であり、搬送方向上流側端部が自由端で、搬送方向下流側端部が外方に向けて屈曲して前記搬送路形成部に内接するように固定されて、基板が通過可能に形成されることを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、チャンバ内に充填される不活性ガスが、前記チャンバの基板搬入開口部から前記リフター室の基板搬出開口部に向けて流れて、前記案内管を通過して搬送される基板の表面に沿うように接触して流れるように構成され、
前記案内管の開口面積が、前記基板搬入開口部の開口面積以下となるように形成されることを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、チャンバ内に充填される不活性ガスが、前記チャンバの基板搬入開口部から前記リフター室の基板搬出開口部に向けて流れるとき、
不活性ガスが装置外部に排気される開口となる気体排気開口部が、前記基板搬出開口部よりも不活性ガスが流れる方向の下流側であり、かつ前記基板搬出開口部から所定の距離遠ざかる位置に形成されることを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、前記チャンバ内における前記気体供給開口部と前記基板搬入開口部との間に、前記不活性ガスが前記基板搬入開口部に向けて流れるのを案内する第１気体案内部材を配設することを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、前記案内管の固定端側に、前記気体供給手段から前記気体供給開口部を介して前記チャンバ内に供給された前記不活性ガスが、前記基板搬入開口部から前記案内管に向けて流れるのを案内する第２気体案内部材を配設することを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、前記案内管を通過する際の前記不活性ガスの流速Ｕ（ｍ／ｓｅｃ）は、前記案内管の断面の代表長さをＬ（ｍ）、前記不活性ガスの動粘性係数をν（ｍ２／ｓｅｃ）としたときに、１０００×ν／Ｌ＜Ｕ＜１８００×ν／Ｌであることを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、前記不活性ガスの種類は、アルゴン、ヘリウム、ネオン、窒素であることを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、前記結晶成長装置を用いて、チャンバ内に搬送させた基板の表面に結晶を成長させる結晶成長方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、基板の表面に結晶を成長させる空間となるチャンバと、チャンバに向けて基板が搬出されるリフター室との間には、基板がリフター室からチャンバに向けて搬送される通路となる搬送路形成部が形成される。そして、気体供給手段から供給されてチャンバ内に充填される不活性ガスが、搬送路形成部内の案内管を通過して搬送される基板の表面に沿うように接触して流れる。そのため、真空環境用の装置を用いない簡易な構成であっても、基板表面に付着した酸素などのチャンバ外部の気体を、案内管を通過する際に、不活性ガスの流れで基板表面から除去することができ、チャンバ外部の気体がチャンバ内に持ち込まれるのを防止することができる。
【００１９】
また本発明によれば、搬送路形成部内には、基板が搬送される搬送方向に平行に延びる筒状であり、基板が通過可能な案内管が形成される。このように案内管が形成されるので、気体供給手段から供給されてチャンバ内に充填される不活性ガスが、搬送路形成部内の案内管を通過して搬送される基板の表面に沿うように接触して流れる。そのため、基板表面に付着した酸素などのチャンバ外部の気体を、案内管を通過する際に、不活性ガスの流れで基板表面から除去することができ、チャンバ外部の気体がチャンバ内に持ち込まれるのを防止することができる。
【００２０】
また本発明によれば、チャンバに充填される不活性ガスは、チャンバの基板搬入開口部からリフター室の基板搬出開口部に向けて流れて、案内管を通過して搬送される基板の表面に沿うように接触して流れる。このとき、案内管の開口面積が、基板搬入開口部の開口面積以下となるように形成されている。そのため、チャンバに充填される不活性ガスが基板搬入開口部から案内管に向けて流れるときの流速が大きくなる。したがって、不活性ガスは、流速が大きい状態で、案内管を通過して搬送される基板の表面に沿うように接触して流れるので、より効率的に、基板表面に付着した酸素などのチャンバ外部の気体を基板表面から除去することができる。
【００２１】
また本発明によれば、チャンバ内に充填される不活性ガスが、チャンバの基板搬入開口部からリフター室の基板搬出開口部に向けて流れるとき、不活性ガスが装置外部に排気される開口となる気体排気開口部が、基板搬出開口部よりも不活性ガスが流れる方向の下流側であり、かつ基板搬出開口部から所定の距離遠ざかる位置に形成される。そのため、案内管内を流れる不活性ガスの流れが、気体排気開口部を介して外乱によって乱れるのを抑制することができ、案内管を通過して搬送される基板の表面に安定して不活性ガスを流すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は、本発明の実施の一形態である結晶成長装置１の構成を示す断面図である。結晶成長装置１は、金属または半導体から成る固体原料が溶融された融液に、薄板状の基板９を浸漬して、基板９の厚み方向一表面上に金属または半導体の結晶を凝固成長させる装置である。本実施の形態では、結晶成長装置１においては、シリコンが溶融されたシリコン融液に基板９を浸漬して、基板９表面にシリコン結晶を凝固成長させて、薄板状のシリコン基板を製造する装置である。結晶成長装置１は、チャンバ２と、リフター室３と、搬送路形成部４と、気体供給手段６とを含んで構成される。
【００２３】
チャンバ２は、筐体状に形成されて、気体供給開口部２１と、基板搬入開口部２２とを有する。気体供給開口部２１は、不活性ガスが後述する気体供給手段６によってチャンバ２内に供給される開口であり、チャンバ２の上壁面に形成される。基板搬入開口部２２は、後述するリフター室３から搬出される基板６がチャンバ２内に搬入される開口であり、チャンバの側壁面に形成される。また、チャンバ２内には、前記シリコン融液を貯留するための、たとえばカーボングラファイトから成る坩堝（不図示）が配置され、チャンバ２内の酸素濃度を測定する酸素濃度測定器（不図示）が設置されている。チャンバ２は、不活性ガスが充填された状態で、基板搬入開口部２２から搬入された基板９が坩堝に貯留されるシリコン融液に浸漬され、基板９表面にシリコンから成る結晶を凝固成長させる空間である。
【００２４】
リフター室３は、筐体状に形成されて、基板搬出開口部３１と、気体排気開口部３２とを有する。リフター室３内には、装置外部から基板９が供給されるが、その基板９の表面には、酸素を含む外部気体が付着している。基板搬出開口部３１は、チャンバ２に形成される基板搬入開口部２２に向けて、装置外部から供給された基板９を搬出する開口であり、リフター室３の側壁面に形成される。リフター室３内には、基板９を鉛直方向上方に運搬する鉛直方向運搬手段（不図示）と、水平方向に運搬する水平方向運搬手段（不図示）とが配置されている。リフター室３は、基板９が、鉛直方向運搬手段によって鉛直方向上方に運搬され、その後水平方向運搬手段によって水平方向に運搬されて、基板搬出開口部３１から搬出される空間を形成する。ここで、基板搬出開口部３１と、チャンバ２に形成される基板搬入開口部２２とは、鉛直方向にずれていない位置に互いに形成されている。また、気体排気開口部３２は、詳細は後述するが、チャンバ２から搬送路形成部４を介してリフター室３に流入する不活性ガスが、装置外部に排気される開口である。
【００２５】
搬送路形成部４は、筒状に形成されて、一方の端部がリフター室３の基板搬出開口部３１に接続され、他方の端部がチャンバ２の基板搬入開口部２２に接続されて、チャンバ２とリフター室３とを連通するように形成される。そして、搬送路形成部４は、基板９が搬送手段（不図示）によって、基板搬出開口部３１から基板搬入開口部２２に向けて水平方向に搬送される通路となる。搬送路形成部４内には、案内管５が形成される。案内管５は、基板が搬送される搬送方向に平行に延びる筒状であり、搬送方向上流側端部が自由端で、搬送方向下流側端部が外方に向けて屈曲して搬送路形成部４に固定されて、基板９が通過可能に形成される。
【００２６】
気体供給手段６は、アルゴンガス、ヘリウムガス、ネオンガス、窒素ガスなどの不活性ガスを、気体供給開口部２１を介してチャンバ２内に供給する。本実施の形態では、容量が２ｍ３に設定されるチャンバ２に対する不活性ガスの供給流量は、６００Ｌ／ｍｉｎ程度に設定される。アルゴンガス気体供給手段６から供給されてチャンバ２内に充填された不活性ガスは、チャンバ２の基板搬入開口部２２から搬送路形成部４内に流入し、案内管５を通過する。そして、基板搬出開口部３１からリフター室３内に流入し、気体排気開口部３２から装置外部に排気される。
【００２７】
次に、結晶成長装置１において、基板９が搬送されるときの、不活性ガスの流れを以下に説明する。結晶成長装置１においては、装置外部からリフター室３内に供給された基板９は、基板９表面が水平面と平行となるように、基板搬出開口部３１を介してリフター室３から搬出される。そして、基板９は、搬送路形成部４内の案内管５内を、基板９表面が水平面と平行となるように搬送されて通過して、チャンバ２の基板搬入開口部２２に向けて搬送される。このとき、チャンバ２内に充填される不活性ガスが、基板９の搬送方向とは反対方向に流れて、案内管５を通過して搬送される基板９の表面に沿うように接触して流れる。
【００２８】
ここで、基板９の厚み方向に対応した案内管５の開口高さを調整することによって、不活性ガスを効果的に、案内管５を通過して搬送される基板９の表面に沿うように接触して流すことができる。本実施の形態では、案内管５の開口高さは、基板９の厚みに対して、１．１〜１．５倍に設定される。さらに、案内管５の開口幅を、基板９の幅手方向の長さに対して、１．１〜１．５倍に設定することによって、さらに不活性ガスを効果的に、案内管５を通過して搬送される基板９の表面に沿うように接触して流すことができる。この案内管５内における不活性ガスの流れによって、基板９表面に付着した酸素を含む外部気体が搬送途中の基板９表面から脱離し、チャンバ２内に外部気体が持ち込まれるのを防止する。
【００２９】
ここで、不活性ガスの流れによって、案内管５内を通過する基板９に付着した外部気体を脱離させる脱離能力は、案内管５内において基板９が不活性ガスと接触する接触時間と、案内管５内における不活性ガスの流速とに影響される。基板９が案内管５内において不活性ガスと接触する接触時間は、案内管５の搬送方向の長さＸと、基板９の搬送速度とによって調整することができる。本実施の形態では、基板９の搬送速度は、１５秒間に１枚の基板９が案内管５内を通過する速度に設定される。そして、案内管５の搬送方向の長さＸは、基板９の搬送方向に延びる長さに対して０．５〜２倍に設定される。０．５倍以上に設定されることによって、基板９に付着した外部気体を脱離させる脱離能力を充分に確保することができ、２倍以下に設定されることによって、必要以上に案内管５の長さが長くなるのが防止されて、設備面積が大きくなるのを防止することができる。
【００３０】
案内管５内における不活性ガスの流速は、基板搬入開口部２２の開口面積に対する案内管５の開口面積の割合によって調整することができる。本実施の形態では、基板搬入開口部２２の開口面積に対する案内管５の開口面積の割合は、７５〜１００％の範囲に設定される。７５％以上に設定されることによって、案内管５内を流れる不活性ガスの圧力損失が大きくなり過ぎて渦が発生し、外部気体が巻き込まれることを防止することができる。また、１００％以下に設定されることによって、チャンバ２内に充填される不活性ガスが基板搬入開口部２２から案内管５に向けて流れるときの流速が大きくなる。そのため、流速が大きい状態で不活性ガスが、案内管５内を通過して搬送される基板９表面に沿うように接触して流れるので、より効率的に基板９表面に付着した外部気体を基板９表面から脱離させることができる。
【００３１】
案内管５を通過して搬送され、表面に付着した外部気体が脱離された基板９は、基板搬入開口部２２を介してチャンバ２内に搬入される。チャンバ２内に搬入された基板９は、坩堝内に貯留されるシリコン融液に浸漬されて、基板９表面においてシリコン結晶が凝固成長する。
【００３２】
また、基板９表面から脱離した外部気体は、案内管５を通過してリフター室３に形成される気体排気開口部３２に向けて流れる不活性ガスの流れによって、気体排気開口部３２から装置外に排気される。このとき、装置外の温度変化などの外的要因によって、気体排気開口部３２から排気される排気能力が乱れる場合がある。そこで、結晶成長装置１においては、気体排気開口部３２は、基板搬出開口部３１よりも不活性ガスが流れる方向の下流側であり、かつ基板搬出開口部３１から所定の距離遠ざかる位置に形成される。これによって、案内管５内を通過する不活性ガスの流れが、気体排気開口部３２を介して外乱によって乱れるのを抑制することができ、案内管５を通過して搬送される基板９の表面に安定して不活性ガスを流すことができる。
【００３３】
また、気体排気開口部３２が形成される鉛直方向の位置は、使用する不活性ガスの比重によって調整する。たとえば、不活性ガスとして空気よりも比重が大きいアルゴンガスを使用する場合、気体排気開口部３２の開口中心が、基板搬出開口部３１の開口中心よりも鉛直方向下方にずれた位置となるように、気体排気開口部３２を形成する。また、不活性ガスとして空気よりも比重が小さいヘリウムガスを使用する場合、気体排気開口部３２の開口中心が、基板搬出開口部３１の開口中心よりも鉛直方向上方にずれた位置となるように、気体排気開口部３２を形成する。
【００３４】
また、気体排気開口部３２における排気流量は、装置内における不活性ガスの滞留時間を考慮して調整する。不活性ガスの装置内における滞留時間が長くなると、基板９表面に付着する外部気体を脱離させる脱離能力を向上させることができるが、滞留時間が長くなり過ぎると、脱離した外部気体が基板９表面に再付着する可能性がでてくる。気体排気開口部３２における排気流量は、気体排気開口部３２の開口度を調整可能なダンパなどを設置することによって調整することができる。本実施の形態では、排気流量が３００Ｌ／ｍｉｎ程度となるように、ダンパの開口度を調整している。
【００３５】
図２は、チャンバ２内に基板９が搬入されたときの酸素濃度の変化を示すグラフである。図２においてグラフの横軸は経過時間を示し、縦軸はチャンバ２内の酸素濃度（ｐｐｍ）を示す。図２（ａ）は、案内管５が配設される本発明の結晶成長装置１における酸素濃度変化を示すグラフであり、図２（ｂ）は、案内管５が配設されていない従来技術の結晶成長装置における酸素濃度変化を示すグラフである。
【００３６】
気体供給手段６から供給されてチャンバ２内に不活性ガスが充填されると、チャンバ２内の酸素濃度は、１０ｐｐｍ程度となる。このような状態で、チャンバ２内への複数枚の基板９の搬入が開始されると、チャンバ２内の酸素濃度が上昇する。これは、前述したように、装置外部から供給された基板９の表面には酸素を含む外部気体が付着しており、この外部気体がチャンバ２内に持ち込まれるためである。案内管５が配設されていない従来技術の結晶成長装置においては、図２（ｂ）に示すように、基板９が搬送されている間におけるチャンバ内の酸素濃度は、一定せずに不安定であり、５０ｐｐｍをはるかに超える酸素濃度となる場合がある。これに対して、案内管５が配設される本発明の結晶成長装置１においては、図２（ａ）に示すように、基板９が搬送されている間におけるチャンバ２内の酸素濃度は、５０ｐｐｍ以下に安定している。この結果からも、案内管５内における不活性ガスの流れによって、基板９表面に付着した酸素を含む外部気体が搬送途中の基板９表面から脱離し、チャンバ２内に外部気体が持ち込まれるのを防止されているのがわかる。また、チャンバ２内への基板９の搬入が停止されると、チャンバ２内の酸素濃度は低下して１０ｐｐｍ程度となる。
【００３７】
また、図１に示すように、気体供給手段６から気体供給開口部２１を介してチャンバ２内に供給された不活性ガスが、基板搬入開口部２２に向けて流れるのを案内する第１気体案内部材７を、チャンバ２内における気体供給開口部２１と基板搬入開口部２２との間に配設してもよい。これによって、チャンバ２内に充填される不活性ガスが、基板搬入開口部２２を介して案内管５に向けて流れるときの流路抵抗を小さくすることができ、より効率的に、基板９表面に付着した酸素を含む外部気体を基板９表面から除去することができる。
【００３８】
また、気体供給手段６から気体供給開口部２１を介してチャンバ２内に供給された不活性ガスが、基板搬入開口部２２から案内管５に向けて流れるのを案内する第２気体案内部材８を案内管５の固定端側に配設してもよい。
【００３９】
また、リフター室３の気体排気開口部３２に、気体を吸引する吸引手段を配設してもよい。これによって、チャンバ２内に充填される不活性ガスが、強制的に案内管５を流過して気体排気開口部３２から排気される。したがって、気体供給開口部２１と気体排気開口部３２とを結ぶ、不活性ガスが流れる流路における流路抵抗が大きい場合であっても、チャンバ２内に充填される不活性ガスを強制的に案内管５を流過して流すことができ、基板９表面に付着した酸素を含む外部気体を基板９表面から除去することができる。
【００４０】
また、図１に示すように、チャンバ２の基板搬入開口部２２に、チャンバ２と搬送路形成部４との間を仕切る開閉可能なチャンバ開閉手段２３を配設してもよい。さらに、リフター室３の基板搬出開口部３１に、リフター室３と搬送路形成部４との間を仕切る開閉可能なリフター開閉手段３３を配設してもよい。
【００４１】
また、不活性ガスが案内管５を通過する際の流速は、高速過ぎると流れが乱流になり基板９が渦を巻き込んで、チャンバ２の内部に空気を持ち込むので望ましくないが、その一方で、流速が低速過ぎると、基板９の表面に付着した空気分子の除去能力が低下して望ましくないので、適切な流速が存在する。一般に流れの状態（層流および乱流）は、無次元のレイノルズ数Ｒｅ＝Ｕ・Ｌ／νで決定され、レイノルズ数Ｒｅ＜１８００の場合に層流になる。ここで、Ｕは流速（ｍ／ｓｅｃ）、Ｌは案内管５の断面の代表長さ（ｍ）、νは不活性ガスの動粘性係数（ｍ２／ｓｅｃ）である。本発明における、適切なレイノルズ数の範囲の実験結果は、案内管５内に基板９が存在しない状態で、１０００＜Ｒｅ＝Ｕ・Ｌ／ν＜１８００なので、適切な流速Ｕの範囲は、１０００×ν／Ｌ＜Ｕ＜１８００×ν／Ｌとなる。以下に具体例を示す。案内管５の断面が矩形で長辺０．３（ｍ）、短辺０．１（ｍ）とすると、その代表長さＬ＝（断面積／周長）×４＝（０．３×０．１／（２×（０．３＋０．１）））×４＝０．１５（ｍ）。不活性ガスがアルゴンの場合、その動粘性係数ν＝１４．０×１０−６（ｍ２／ｓｅｃ）なので、ν／Ｌ＝１４．０×１０−６／０．１５＝９３．３×１０−６（ｍ／ｓｅｃ）。よって、適切な流速Ｕの範囲は、０．０９３（ｍ／ｓｅｃ）＜Ｕ＜０．１７（ｍ／ｓｅｃ）となる。以上の議論では、基板９の搬送速度は不活性ガスの流速よりも十分に小さくて無視できるものと仮定したが、基板９の搬送速度が不活性ガスの流速に比べて無視できない程度に大きくなった場合は、上記流速を基板９の表面に対する相対速度と読み替えることにより、全く同様の議論が成立する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の一形態である結晶成長装置１の構成を示す断面図である。
【図２】チャンバ２内に基板９が搬入されたときの酸素濃度の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１ 結晶成長装置
２ チャンバ
３ リフター室
４ 搬送路形成部
５ 案内管
６ 気体供給手段
７ 第１気体案内部材
８ 第２気体案内部材
９ 基板
２１ 気体供給開口部
２２ 基板搬入開口部
２３ チャンバ開閉手段
３１ 基板搬出開口部
３２ 気体排気開口部
３３ リフター開閉手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体状に形成されて、基板が搬入される開口となる基板搬入開口部を有し、前記基板搬入開口部から搬入される基板の表面に結晶を成長させる空間となるチャンバと、
チャンバ内に不活性ガスを供給する気体供給手段と、
筐体状に形成されて、前記チャンバに向けて基板を搬出する開口となる基板搬出開口部を有するリフター室と、
筒状に形成されて、一方の開口端部が前記リフター室の基板搬出開口部に接続され、他方の開口端部が前記チャンバの基板搬入開口部に接続されて、前記チャンバと前記リフター室とが連通するように形成され、基板が前記基板搬出開口部から前記基板搬入開口部に向けて搬送される通路となる搬送路形成部とを含んで構成され、
前記搬送路形成部内には、前記気体供給手段から供給されて前記チャンバ内に充填される不活性ガスが、前記搬送路形成部内を通過して搬送される基板の表面に、沿うように接触して流れるように構成される案内管が設けられることを特徴とする結晶成長装置。
【請求項２】
前記案内管は、基板が搬送される搬送方向に平行に延びる筒状であり、搬送方向上流側端部が自由端で、搬送方向下流側端部が外方に向けて屈曲して前記搬送路形成部に内接するように固定されて、基板が通過可能に形成されることを特徴とする請求項１に記載の結晶成長装置。
【請求項３】
チャンバ内に充填される不活性ガスが、前記チャンバの基板搬入開口部から前記リフター室の基板搬出開口部に向けて流れて、前記案内管を通過して搬送される基板の表面に沿うように接触して流れるように構成され、
前記案内管の開口面積が、前記基板搬入開口部の開口面積以下となるように形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の結晶成長装置。
【請求項４】
チャンバ内に充填される不活性ガスが、前記チャンバの基板搬入開口部から前記リフター室の基板搬出開口部に向けて流れるとき、
不活性ガスが装置外部に排気される開口となる気体排気開口部が、前記基板搬出開口部よりも不活性ガスが流れる方向の下流側であり、かつ前記基板搬出開口部から所定の距離遠ざかる位置に形成されることを特徴とする請求項３に記載の結晶成長装置。
【請求項５】
前記チャンバ内における前記気体供給開口部と前記基板搬入開口部との間に、前記不活性ガスが前記基板搬入開口部に向けて流れるのを案内する第１気体案内部材を配設することを特徴とする請求項１または２に記載の結晶成長装置。
【請求項６】
前記案内管の固定端側に、前記気体供給手段から前記気体供給開口部を介して前記チャンバ内に供給された前記不活性ガスが、前記基板搬入開口部から前記案内管に向けて流れるのを案内する第２気体案内部材を配設することを特徴とする請求項１または２に記載の結晶成長装置。
【請求項７】
前記案内管を通過する際の前記不活性ガスの流速Ｕ（ｍ／ｓｅｃ）は、前記案内管の断面の代表長さをＬ（ｍ）、前記不活性ガスの動粘性係数をν（ｍ２／ｓｅｃ）としたときに、１０００×ν／Ｌ＜Ｕ＜１８００×ν／Ｌであることを特徴とする請求項１または２に記載の結晶成長装置。
【請求項８】
前記不活性ガスの種類は、アルゴン、ヘリウム、ネオン、窒素であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の結晶成長装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の結晶成長装置を用いて、チャンバ内に搬送させた基板の表面に結晶を成長させる結晶成長方法。
【請求項１】
筐体状に形成されて、基板が搬入される開口となる基板搬入開口部を有し、前記基板搬入開口部から搬入される基板の表面に結晶を成長させる空間となるチャンバと、
チャンバ内に不活性ガスを供給する気体供給手段と、
筐体状に形成されて、前記チャンバに向けて基板を搬出する開口となる基板搬出開口部を有するリフター室と、
筒状に形成されて、一方の開口端部が前記リフター室の基板搬出開口部に接続され、他方の開口端部が前記チャンバの基板搬入開口部に接続されて、前記チャンバと前記リフター室とが連通するように形成され、基板が前記基板搬出開口部から前記基板搬入開口部に向けて搬送される通路となる搬送路形成部とを含んで構成され、
前記搬送路形成部内には、前記気体供給手段から供給されて前記チャンバ内に充填される不活性ガスが、前記搬送路形成部内を通過して搬送される基板の表面に、沿うように接触して流れるように構成される案内管が設けられることを特徴とする結晶成長装置。
【請求項２】
前記案内管は、基板が搬送される搬送方向に平行に延びる筒状であり、搬送方向上流側端部が自由端で、搬送方向下流側端部が外方に向けて屈曲して前記搬送路形成部に内接するように固定されて、基板が通過可能に形成されることを特徴とする請求項１に記載の結晶成長装置。
【請求項３】
チャンバ内に充填される不活性ガスが、前記チャンバの基板搬入開口部から前記リフター室の基板搬出開口部に向けて流れて、前記案内管を通過して搬送される基板の表面に沿うように接触して流れるように構成され、
前記案内管の開口面積が、前記基板搬入開口部の開口面積以下となるように形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の結晶成長装置。
【請求項４】
チャンバ内に充填される不活性ガスが、前記チャンバの基板搬入開口部から前記リフター室の基板搬出開口部に向けて流れるとき、
不活性ガスが装置外部に排気される開口となる気体排気開口部が、前記基板搬出開口部よりも不活性ガスが流れる方向の下流側であり、かつ前記基板搬出開口部から所定の距離遠ざかる位置に形成されることを特徴とする請求項３に記載の結晶成長装置。
【請求項５】
前記チャンバ内における前記気体供給開口部と前記基板搬入開口部との間に、前記不活性ガスが前記基板搬入開口部に向けて流れるのを案内する第１気体案内部材を配設することを特徴とする請求項１または２に記載の結晶成長装置。
【請求項６】
前記案内管の固定端側に、前記気体供給手段から前記気体供給開口部を介して前記チャンバ内に供給された前記不活性ガスが、前記基板搬入開口部から前記案内管に向けて流れるのを案内する第２気体案内部材を配設することを特徴とする請求項１または２に記載の結晶成長装置。
【請求項７】
前記案内管を通過する際の前記不活性ガスの流速Ｕ（ｍ／ｓｅｃ）は、前記案内管の断面の代表長さをＬ（ｍ）、前記不活性ガスの動粘性係数をν（ｍ２／ｓｅｃ）としたときに、１０００×ν／Ｌ＜Ｕ＜１８００×ν／Ｌであることを特徴とする請求項１または２に記載の結晶成長装置。
【請求項８】
前記不活性ガスの種類は、アルゴン、ヘリウム、ネオン、窒素であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の結晶成長装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の結晶成長装置を用いて、チャンバ内に搬送させた基板の表面に結晶を成長させる結晶成長方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００９−２４９２２３（Ｐ２００９−２４９２２３Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９８６２３（Ｐ２００８−９８６２３）
【出願日】平成２０年４月４日（２００８．４．４）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月４日（２００８．４．４）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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