(57)【要約】【課題】反応室本体の開口部を封止する封止部材を有する反応室を備え、開口部と封止部材の間からの反応ガスの漏れを高精度に検出できる気相成長装置を提供する。【解決手段】反応室Ｍ１とその内部に反応ガスを供給するガス供給手段１５を備え、ガス供給手段１５により反応ガスを反応室Ｍ１の内部に供給することにより反応室Ｍ１に収容されたウェーハの表面に気相成長を行う気相成長装置１０であって、反応室Ｍ１は、ウェーハが収容される収容空間を形成すると共に収容空間にウェーハを導入するための開口部Ｍ３を有する反応室本体Ｍ２と、反応室本体Ｍ２の開口部Ｍ３を封止する封止部材１３とを有し、気相成長装置１０は、反応室本体Ｍ２の開口部Ｍ３に対して封止部材１３を締め付ける締め付け部材３１と、締め付け部材３１による封止部材１３の締め付け力についての開口部Ｍ３が拡がる方向のバランスの良否を判定可能な状態とするバランス判定手段とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハが収容される反応室と、該反応室の内部に反応ガスを供給するガス供給手段とを備え、該ガス供給手段により反応ガスを該反応室の内部に供給することにより、該反応室に収容された半導体ウェーハの表面に気相成長を行う気相成長装置であって、
前記反応室は、半導体ウェーハが収容される収容空間を形成すると共に該収容空間に半導体ウェーハを導入するための開口部を有する反応室本体と、該反応室本体の該開口部を封止する封止部材とを有し、
前記気相成長装置は、前記反応室本体の前記開口部に対して前記封止部材を締め付ける締め付け部材と、該締め付け部材による前記封止部材の締め付け力についての前記開口部が拡がる方向のバランスの良否を判定可能な状態とするバランス判定手段とを更に備えることを特徴とする気相成長装置。
【請求項２】
前記締め付け部材による前記封止部材の締め付け力を測定する締め付け力測定手段を更に備え、
前記締め付け部材は複数設けられ、
前記締め付け力測定手段は、複数の前記締め付け部材それぞれに対応して複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記反応室本体の前記開口部は円形であり、
複数の前記締め付け部材は、円形の前記開口部の周方向に沿って等ピッチで離間していることを特徴とする請求項２に記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記締め付け力測定手段は、前記封止部材における前記締め付け部材に締め付けられる部分の近傍に、該締め付け部材に対応して取り付けられた歪みゲージであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の気相成長装置。
【請求項５】
前記締め付け部材は、前記開口部の近傍に設けられたクランプからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハの表面に気相成長を行う気相成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウェーハ等の半導体ウェーハの表面にエピタキシャル層を成長させて、エピタキシャルウェーハを得る装置として気相成長装置が使用されている。気相成長装置は、一般的に、半導体ウェーハが収容される反応室と、反応室の内部に反応ガスを供給するガス供給手段とを備えており、ガス供給手段により反応ガスを反応室の内部に供給することにより、反応室に収容された半導体ウェーハの表面にエピタキシャル層を成長させることができる。
【０００３】
反応室は、一般的に、半導体ウェーハが収容される収容空間を形成すると共に収容空間に半導体ウェーハを導入するための開口部を有する反応室本体と、反応室本体の開口部を封止する封止部材とを備えている（例えば、下記特許文献１参照）。このような反応室を備えた気相成長装置においては、封止部材により反応室の開口部の封止を確実に行う必要がある。その理由は、封止部材による反応室の開口部の封止が確実に行われず、開口部と封止部材との間からキャリアガス（Ｈ２ガス等）、ソースガス（ＳｉＨ４ガス等）等の反応ガスが漏れる（リークする）場合には、エピタキシャルウェーハに金属汚染が発生するからである。
【０００４】
従来から、気相成長装置には、反応室本体の開口部と封止部材との間からの反応ガスの漏れ（リーク）を検出する機構（以下「ガスリーク検出機構」ともいう）が設けられている。ガスリーク検出機構は、例えば、反応室本体の開口部と封止部材との当接部分と連通する検査用連通路、検査用連通路における反応ガスの濃度などを検出するガスセンサ等から構成され、ガスセンサにより検査用連通路に存在するガスの濃度などを検出することにより、封止部材による反応室本体の開口部の封止を確認していた。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２４０７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、近年、ガスリーク検出機構で反応ガスの漏れが検出されない場合であっても、反応ガスの漏れに起因すると思われる金属汚染が発生することが多くなっている。微少なリークであっても、反応室の内部に流入した空気中に含まれる水分と反応室の内部に存在する塩素基とが共存することで、反応室の内部の金属部分の腐食を発生させ、これにより、エピタキシャルウェーハにおける金属汚染のレベルが悪化すると考えられる。従って、ガスリーク検出機構よりも高精度の検出手段によって、反応室本体の開口部と封止部材との間からの反応ガスの漏れを検出して、エピタキシャルウェーハの金属汚染を低減することが望まれている。
エピタキシャル成長装置以外の気相成長装置においても、同様のことが望まれている。
【０００７】
本発明は、半導体ウェーハが収容される収容空間を形成すると共に収容空間に半導体ウェーハを導入するための開口部を有する反応室本体、及び反応室本体の開口部を封止する封止部材を有する反応室を備えた気相成長装置において、反応室本体の開口部と封止部材との間からの反応ガスの漏れを高精度に検出することができ、エピタキシャルウェーハの金属汚染を低減する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】
【０００８】
前述の目的に対して、本発明者は、鋭意研究をした結果、封止部材の締め付け力についての反応室本体の開口部が拡がる方向のバランスの良否を判定可能な状態とすることで、反応室本体の開口部と封止部材との間からの反応ガスの漏れを検出して、エピタキシャルウェーハの金属汚染を低減できることを知見した。
【０００９】
（１）本発明の気相成長装置は、前記知見に基づいてなされたもので、半導体ウェーハが収容される反応室と、該反応室の内部に反応ガスを供給するガス供給手段とを備え、該ガス供給手段により反応ガスを該反応室の内部に供給することにより、該反応室に収容された半導体ウェーハの表面に気相成長を行う気相成長装置であって、前記反応室は、半導体ウェーハが収容される収容空間を形成すると共に該収容空間に半導体ウェーハを導入するための開口部を有する反応室本体と、該反応室本体の該開口部を封止する封止部材とを有し、前記気相成長装置は、前記反応室本体の前記開口部に対して前記封止部材を締め付ける締め付け部材と、該締め付け部材による前記封止部材の締め付け力についての前記開口部が拡がる方向のバランスの良否を判定可能な状態とするバランス判定手段とを更に備えることを特徴とする。
【００１０】
（２）前記締め付け部材による前記封止部材の締め付け力を測定する締め付け力測定手段を更に備え、前記締め付け部材は複数設けられ、前記締め付け力測定手段は、複数の前記締め付け部材それぞれに対応して複数設けられていることが好ましい。
【００１１】
（３）前記反応室本体の前記開口部は円形であり、複数の前記締め付け部材は、円形の前記開口部の周方向に沿って等ピッチで離間していることが好ましい。
【００１２】
（４）前記締め付け力測定手段は、前記封止部材における前記締め付け部材に締め付けられる部分の近傍に、該締め付け部材に対応して取り付けられた歪みゲージであることが好ましい。
【００１３】
（５）前記締め付け部材は、前記開口部の近傍に設けられたクランプからなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、半導体ウェーハが収容される収容空間を形成すると共に収容空間に半導体ウェーハを導入するための開口部を有する反応室本体、及び反応室本体の開口部を封止する封止部材を有する反応室を備えた気相成長装置において、反応室本体の開口部と封止部材との間からの反応ガスの漏れを高精度に検出することができ、エピタキシャルウェーハの金属汚染を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の気相成長装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態の気相成長装置１０を模式的に示す縦断面図である。図２は、図１に示す気相成長装置１０の一部を模式的に示す平面図である。図３は、図１に示す気相成長装置１０におけるクランプ３１の周辺を示す部分拡大図である。図４は、図１に示す気相成長装置１０におけるガスリーク検出装置２０の周辺を示す部分拡大図である。
【００１６】
図１及び図２に示すように、本実施形態の気相成長装置（エピタキシャル成長装置）１０は、半導体ウェーハが収容される反応室Ｍ１と、反応室Ｍ１の内部に反応ガスを供給するガス供給手段（ソースガス供給管１５）を備え、ガス供給手段１５により反応ガスを反応室Ｍ１の内部に供給することにより、反応室Ｍ１に収容された半導体ウェーハの表面に気相成長を行う気相成長装置である。反応室Ｍ１は、開口部Ｍ３を有する反応室本体Ｍ２と、開口部Ｍ３を封止する蓋部材１３とを備える。反応室本体Ｍ２は、半導体ウェーハが収容される収容空間を形成する。開口部Ｍ３は、該収容空間に半導体ウェーハを導入するために設けられる。
【００１７】
本実施形態の気相成長装置１０について、図１〜図４を参照しながら詳述する。本実施形態の気相成長装置１０は、バレル型（シリンダ型）の気相成長装置である。この気相成長装置１０は、ベルジャ１１と、ガスリング１２と、封止部材としての蓋部材１３と、サセプタ１４と、ガス供給手段としてのソースガス供給管１５と、加熱ランプ１７と、イグゾーストフランジ１８と、ガス排出管１９と、ガスリーク検出装置２０と、締め付け部材としてのクランプ３１と、締め付け力測定手段としての歪みゲージ４１と、を備える。
【００１８】
反応室本体Ｍ２は、ベルジャ１１、ガスリング１２等から構成される。反応室本体Ｍ２の開口部Ｍ３は、ガスリング１２の内周部の上縁から形成される。反応室Ｍ１は、反応室本体Ｍ２の開口部Ｍ３が、封止部材としての蓋部材１３により封止されて構成される。
【００１９】
ベルジャ１１は、その下側が窄まっており、その上側が拡がる釣鐘形状を有しており、石英から形成されている。ベルジャ１１の下側には、反応ガスの排出口１１ａが設けられており、ベルジャ１１の上側は、円形の開口上部１１ｂとなっており、開口上部１１ｂには、その径方向外方に延びるフランジ部１１ｃが設けられている。
【００２０】
ガスリング１２は、ベルジャ１１のフランジ部１１ｃの上に配設されるリング状の部材である。ベルジャ１１のフランジ部１１ｃの上面とガスリング１２の下面とは当接しており、ベルジャ１１のフランジ部１１ｃの上面とガスリング１２の下面との間は、Ｏリング（図示せず）などにより封止されている。
【００２１】
ガスリング１２の内周面の上縁は、反応室本体Ｍ２の開口部Ｍ３となる。反応室本体Ｍ２の開口部Ｍ３は円形となっている。
ガスリング１２には、その内周面とその外周面とを連通する第１連通路１２ａが２個設けられている。第１連通路１２ａは、反応室Ｍ１の内部と、後述するソースガス供給管１５との連通路として機能する。
【００２２】
また、ガスリング１２には、その上面とその下面とその外周面とを相互に連通する、縦断面視でＴ字形の検査用連通路１２ｂが１個設けられている。検査用連通路１２ｂは、ガスリーク検出装置２０によるガスの漏れ（リーク）を検出する際に利用される連通路である。検査用連通路１２ｂは、後述する内側Ｏリング２３ａと外側Ｏリング２３ｂとの間に位置する。
【００２３】
蓋部材１３は、反応室本体Ｍ２の開口部Ｍ３、すなわちガスリング１２の内周面の上縁を封止する部材である。蓋部材１３は、板状で、平面視で略円形である。
【００２４】
蓋部材１３の下面側における外周部には、径方向に２重に、環状の凹溝が設けられている。この２重の環状の凹溝においては、径方向内側の凹溝に内側Ｏリング２３ａが配置されており、また、径方向外側の凹溝に外側Ｏリング２３ｂが配置されている。
ガスリング１２の上面と、蓋部材１３の下面側における外周部とは当接しており、ガスリング１２の上面と蓋部材１３の下面側における外周部との間は、内側Ｏリング２３ａ、外側Ｏリング２３ｂなどにより封止されている。
【００２５】
サセプタ１４は、黒鉛から形成され、ベルジャ１１の開口上部１１ｂからベルジャ１１の内部に挿通され、ベルジャ１１の内部に設置されている。
サセプタ１４は、６角錐台形状を有している。サセプタ１４の各側面には、半導体ウェーハ（図示せず）を収容可能な収容凹部１４ａが設けられている。サセプタ１４の表面にはＳｉＣ膜が形成されている。
【００２６】
ソースガス供給管１５の一端部は、第１連結金具１５ａを介して、ガスリング１２の第１連通路１２ａに連結されている。
ソースガス供給管１５の他端部は、第１バルブ（図示せず）を介して、ソースガス（ＳｉＨ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４ガス等）の供給源（図示せず）に連結されている。前記第１バルブは、ソースガスの供給のＯＮ／ＯＦＦを切り換えるバルブである。従って、前記第１バルブを開放すると、ソースガス供給管１５、第１連通路１２ａなどを介して、ソースガスが反応室Ｍ１の内部に供給される。
【００２７】
蓋部材１３には、その上面側とその下面側を貫通する孔（図示せず）が設けられている。この孔には、パージガス（Ｈ２ガス等）の供給源（図示せず）に連結されたパージガス供給管（図示せず）が連結されている。
【００２８】
ガスリーク検出装置２０は、所定のガスの濃度などを検出することにより当該ガスの漏れ（リーク）を検出する装置である。ガスリーク検出装置２０は、リークガス導通管２０ｂ、第３連結金具２０ａを介して、ガスリング１２の検査用連通路１２ｂに連結されている。ガスリーク検出装置２０は、圧力検知器及びガス検知器を主体として構成されている。圧力検知器は、検査用連通路１２ｂの内部の気圧を検知する。ガス検知器は、検査用連通路１２ｂの内部におけるガス（Ｈ２ガス等）の濃度を検知する。
【００２９】
イグゾーストフランジ１８は、ベルジャ１１の外面における排出口１１ａ側に配設される部材である。
ガス排出管１９は、ベルジャ１１の排出口１１ａに連結されており、反応室Ｍ１の内部の反応ガスを反応室Ｍ１の外部に排出する。
加熱ランプ１７は、ベルジャ１１の周囲に設けられた加熱用のランプであり、ベルジャ１１の内部の空間（半導体ウェーハの収容空間）に位置する反応ガスを加熱する。
【００３０】
反応室Ｍ１のベルジャ１１は、気相成長装置１０のベースプレート２１に設けられた孔部に挿入されている。
ベースプレート２１の上面とベルジャ１１のフランジ部１１ｃの下面との間には、リング状のスペーサ部材２２が配設されている。
【００３１】
クランプ３１は、反応室本体Ｍ２の開口部Ｍ３に対して、封止部材である蓋部材１３を締め付ける部材である。クランプ３１は、反応室本体Ｍ２における開口部Ｍ３の近傍に設けられている。クランプ３１は、水平方向に延びる回転軸を中心に回転自在となっており、その一端部側で蓋部材１３の上面を反応室本体Ｍ２側に押し付けることができる。
【００３２】
クランプ３１の他端部側には、ピストン機構３２が回転自在に連結されている。ピストン機構３２は、クランプ３１の他端部側を上下に往復運動させることができる。そのため、ピストン機構３２が上下することにより、クランプ３１の一端部側が上下し、蓋部材１３に下向きの押し付け力を付与するか、あるいはこの押し付け力を開放することができる。
【００３３】
クランプ３１及びピストン機構３２は、ベースプレート２１に取り付けられた包囲部材３３に設けられている。包囲部材３３は、クランプ３１及びピストン機構３２の大部分を包囲している。
【００３４】
クランプ３１（３１Ａ〜３１Ｃ）は、反応室本体Ｍ２における円形の開口部Ｍ３の周方向に沿って等ピッチで複数（３個）離間して設けられている。本実施形態においては、クランプ３１は、反応室本体Ｍ２の開口部Ｍ３の周方向に沿って１２０度（＝３６０度÷３）ピッチで離間している。
【００３５】
歪みゲージ４１は、クランプ（締め付け部材）３１による蓋部材（封止部材）１３の締め付け力を測定する締め付け力測定手段の一例である。歪みゲージ４１（４１Ａ〜４１Ｃ）は、複数（３個）のクランプ３１（３１Ａ〜３１Ｃ）それぞれに対応して、複数（３個）設けられている。
歪みゲージ４１は、蓋部材１３におけるクランプ３１に締め付けられる部分の近傍に、クランプ３１に対応して取り付けられている。当該部分と歪みゲージ４１との距離は、本発明の効果が奏される範囲で適宜設定される。
【００３６】
なお、本発明においては、締め付け部材（クランプ３１）による封止部材（蓋部材１３）の締め付け力を直接測定することができれば好ましいが、実際に当該締め付け力を直接測定することは難しい。そこで、本実施形態においては、歪みゲージ４１を用い、締め付け部材（クランプ３１）により封止部材（蓋部材１３）に生じる歪み量を測定し、この歪みに基づいて、前記締め付け力を間接的に測定している。
【００３７】
また、歪みゲージ４１を用いた場合、封止部材（蓋部材１３）における締め付け部材（クランプ３１）に実際に押圧されている部分の歪み量を測定することが好ましいが、当該部分に歪みゲージ４１を取り付けることは実際には困難である。従って、前述の通り、歪みゲージ４１は、蓋部材１３におけるクランプ３１に締め付けられる部分の近傍に取り付けられている。
【００３８】
各歪みゲージ４１（４１Ａ〜４１Ｃ）により測定される歪み量は、例えば、所定の機器を介してそれぞれディスプレイなどに表示され、目視で比較できるようになっている。つまり、当該ディスプレイなどは、「締め付け部材（クランプ３１）による封止部材（蓋部材１３）の締め付け力についての反応室本体Ｍ２の開口部Ｍ３が拡がる方向のバランスの良否を判定可能な状態とするバランス判定手段」として機能する。そして、当該ディスプレイなどに表示された歪み量を監視することにより、当該締め付け力についての反応室本体Ｍ２の開口部Ｍ３が拡がる方向のバランスの良否を監視することができる。
【００３９】
なお、「反応室本体Ｍ２の開口部Ｍ３が拡がる方向」とは、開口部Ｍ３が形成する平面の延びる方向を意味し、図２においては紙面の拡がる方向であり、図１においては左右方向である。以下、単に「締め付け力のバランス」と言うときは、「締め付け部材（クランプ３１）による封止部材（蓋部材１３）の締め付け力についての反応室本体Ｍ２の開口部Ｍ３が拡がる方向のバランス」を意味する。
【００４０】
本実施形態の気相成長装置１０によれば、例えば以下のように、気相成長を行い、エピタキシャルウェーハを得ることができる。
まず、サセプタ１４における収容凹部１４ａに、気相成長が行われる半導体ウェーハ（図示せず）を収容する。そして、蓋部材１３により反応室本体Ｍ２の開口部Ｍ３を封止する。更に、クランプ３１により反応室本体Ｍ２の開口部Ｍ３に対して蓋部材１３を締め付ける。その状態において、加熱ランプ１７により、反応室Ｍ１の内部の半導体ウェーハを加熱し、これと同時に、前記第１バルブ（図示せず）を開放して、ソースガス、パージガス等の反応ガスを反応室Ｍ１の内部に供給する。反応ガスは、反応室Ｍ１の内部を上から下に向かって流れ、その結果、半導体ウェーハの表面に気相成長が行われてエピタキシャル層が形成され、エピタキシャルウェーハが得られる。
【００４１】
また、前述のエピタキシャル成長工程において、ガスリーク検出装置２０により、ガスリング１２の上面と蓋部材１３の下面との間などからの反応ガスの漏れ（リーク）を検出することができる。
【００４２】
本実施形態の気相成長装置１０によれば、例えば、以下の使用態様により、締め付け部材（クランプ３１）による封止部材（蓋部材１３）の締め付け力のバランスの良否を判定することができる。
前述のように、蓋部材１３により反応室本体Ｍ２の開口部Ｍ３を封止し且つクランプ３１により反応室本体Ｍ２の開口部Ｍ３に対して蓋部材１３を締め付けると共に、ソースガス、パージガス等の反応ガスを反応室Ｍ１の内部に供給した状態において、歪みゲージ４１により測定される歪み量をディスプレイに表示させて、当該歪み量のバランス（すなわち、クランプ３１による蓋部材１３の締め付け力のバランス）の良否を目視により判定する。
【００４３】
仮に、歪み量のバランスが不良である（崩れている）ときには、気相成長装置１０の稼働を停止させて、反応室本体Ｍ２と蓋部材１３との間でガスリークが発生した状態での気相成長（エピタキシャルウェーハの製造）を防止することができる。そして、クランプ３１による蓋部材１３の締め付け力のバランスを調整し、気相成長を再開する。
【００４４】
このように、本実施形態の気相成長装置１０においては、クランプ３１による蓋部材１３の締め付け力のバランスの良否を判定可能な状態とするバランス判定手段（ディスプレイなど）を備えるため、反応室本体Ｍ２の開口部Ｍ３と蓋部材１３との間からの反応ガスの漏れを高精度に検出することができ、クランプ３１による蓋部材１３の締め付け力のバランスを均一にした状態で気相成長を行うことができる。そのため、エピタキシャルウェーハの金属汚染を低減することができ、金属汚染レベルの良好なエピタキシャルウェーハを得ることができる。
【００４５】
以上、本発明の気相成長装置の実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に制限されるものではない。
例えば、前述した実施形態は、バレル型の気相成長装置であったが、本発明の気相成長装置は、これに制限されず、例えば、縦型の気相成長装置、枚葉式の気相成長装置に適用することができる。
クランプ３１（締め付け部材）、歪みゲージ４１（締め付け力測定手段）の構成、個数、設けられる位置などは、特に制限されない。
【００４６】
締め付け部材として、蓋部材１３（封止部材）の中央部を１箇所押し付けることにより反応室本体Ｍ２の開口部Ｍ３に蓋部材１３（封止部材）を締め付ける構成を有する締め付け部材を用いることができる。このような締め付け部材を用いる場合には、その軸部に複数の歪みゲージを取り付けたり、蓋部材１３（封止部材）における複数の位置に歪みゲージ４１を取り付けることにより、締め付け力のバランスの良否を判定することができる。
【００４７】
前記実施形態においては、バランス判定手段としてディスプレイを用い、ディスプレイに表示される歪み量のバランスを目視で確認することにより、蓋部材１３（封止部材）の締め付け力のバランスの良否を判定しているが、バランス判定手段は、これに制限されない。バランス判定手段として、例えば、締め付け力のバランスと当該気相成長装置により製造されたエピタキシャルウェーハの金属汚染レベルとの相関関係を予め求めておき、このエピタキシャルウェーハの金属汚染レベルの許容範囲を満たす締め付け力のバランスを逸脱する場合にアラームを発生する手段が挙げられる。このような手段を気相成長装置に装備すれば、その気相成長装置は、許容範囲内の金属汚染レベルでエピタキシャルウェーハの製造を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態の気相成長装置１０を模式的に示す縦断面図である。
【図２】図１に示す気相成長装置１０の一部を模式的に示す平面図である。
【図３】図１に示す気相成長装置１０におけるクランプ３１の周辺を示す部分拡大図である。
【図４】図１に示す気相成長装置１０におけるガスリーク検出装置２０の周辺を示す部分拡大図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  気相成長装置
１３  蓋部材（封止部材）
１５  ソースガス供給管（ガス供給手段）
３１  クランプ（締め付け部材）
４１  歪みゲージ（締め付け力測定手段）
Ｍ１  反応室
Ｍ２  反応室本体
Ｍ３  開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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