(57)【要約】      （修正有）【課題】トラップ装置におけるフィルターカートリッジの交換に起因する化合物半導体エピタキシャルウェハの製造スループットの低下を解決し、製造スループット向上に寄与できる化合物半導体気相成長装置を提供する。【解決手段】化合物半導体気相成長装置２００は、単結晶基板５上に化合物半導体結晶膜を気相エピタキシャル成長させる気相成長装置であって、反応炉２からの排気ガス流路１０に配設され前記排気ガスに含有される反応ダストを捕獲するためのトラップ装置２３を具備し、前記トラップ装置２３内には前記反応ダストを捕獲するためのフィルターカートリッジ３２が複数組収容されている。【選択図】図２
2011018793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶基板上に化合物半導体結晶膜を気相エピタキシャル成長させる気相成長装置であって、反応炉からの排気ガスの流路に配設され前記排気ガスに含有される反応ダストを捕獲するためのトラップ装置を具備し、
前記トラップ装置内には前記反応ダストを捕獲するためのフィルターカートリッジが複数組収容されていることを特徴とする化合物半導体気相成長装置。
【請求項２】
請求項１に記載の化合物半導体気相成長装置において、
前記複数組のフィルターカートリッジは前記排気ガス流路に対して切替自在に配設され、
前記トラップ装置は前記複数組のフィルターカートリッジを切り替えるための切替機構を具備していることを特徴とする化合物半導体気相成長装置。
【請求項３】
請求項２に記載の化合物半導体気相成長装置において、
前記切替機構が昇降方式であることを特徴とする化合物半導体気相成長装置。
【請求項４】
請求項２に記載の化合物半導体気相成長装置において、
前記切替機構がリボルバー方式であることを特徴とする化合物半導体気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体の気相成長装置に関し、特に単結晶基板上に化合物半導体結晶膜を気相エピタキシャル成長させる化合物半導体気相成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ピックアップ光源用の半導体レーザーや携帯電話受信アンテナ用のHEMT（High Electron Mobility Transistor）等の電子部品において、化合物半導体エピタキシャルウェハが広く用いられている。近年、電子部品の高性能化・低価格化に伴って、化合物半導体エピタキシャルウェハに対してもより高品質かつ低コストで製造する技術が求められている。
【０００３】
化合物半導体エピタキシャルウェハは、有機金属気相成長法(MOVPE法)を用いて作製されることが多い。MOVPE法とは、反応炉内のサセプタ上に設置した単結晶基板を加熱して、そこにIII族原料ガス、V族原料ガス、及びドーパント原料ガスをキャリヤガスと共に供給し、反応炉内で混合ガスを熱分解させて単結晶基板上に結晶膜をエピタキシャル成長させる方法である。
【０００４】
図1は、従来の化合物半導体気相成長装置の構成例を示した模式図である。図1に示したように、従来の化合物半導体気相成長装置100は、ガスの流れに沿って上流側より、原料供給系1、反応炉2、トラップ装置3、真空ポンプ4が配設された構成になっている。反応炉2は、複数の単結晶基板5をセットするサセプタ6と、ガス流路を形成する石英管7と、サセプタ6を加熱するヒータ8と、反応炉2内のガス圧力を計測する圧力計9とを備えている。
【０００５】
トラップ装置3と真空ポンプ4との間の排気ガス流路10には窒素ガス導入ポート11が配設されており、窒素ガス導入ポート11は圧力計9からの信号を受けて開度調整するバルブ12を備えている。化合物半導体エピタキシャルウェハの製造中は、一般的に、真空ポンプ4・圧力計9・バルブ12を用いて反応炉2内を一定の減圧状態に保つように制御される。
【０００６】
MOVPE法による化合物半導体エピタキシャルウェハの製造においては、反応ガスや砒素化合物の微結晶粉末（総称して、反応ダストと称す）が排気ガス中に混入して流れてくるため、該反応ダストを真空ポンプ4が取り込まないようにトラップ装置3を用いて捕獲する。トラップ装置3は、フィルターハウジング31内に、例えば複数の抵抗板33から構成されるフィルターカートリッジ32が収容されている。
【０００７】
ここで、1組のフィルターカートリッジ32で捕獲できる反応ダスト量は有限であることから、許容量を超えるとフィルターカートリッジ32（すなわち、トラップ装置3）が閉塞して反応炉2内の圧力制御が不能となり、高品質なエピタキシャルウェハの製造が困難になる。そのため、通常、フィルターカートリッジ32（トラップ装置3）が閉塞する前にフィルターカートリッジ32の交換が行われる。
【０００８】
フィルターカートリッジ32の交換にあたっては、トラップ装置3（すなわち、フィルターハウジング31）内を不活性なガスで置換した後、トラップ装置3を大気開放する。この場合、反応炉2内にも大気が混入することから、フィルターカートリッジ32交換の後に反応炉2内の清浄度回復のためのベーキングが行われる。高品質なエピタキシャルウェハを製造するためにトラップ装置3のメインテナンスを頻繁に行うと、それに伴う付加工程が多くエピタキシャルウェハ製造のスループットが低下する（すなわち、低コスト化を阻害する）問題があった。
【０００９】
そのような問題に対し、特許文献1では、フィルターを排気配管に配設した化合物半導体気相成長装置において、該フィルターのフィルターハウジング内のフィルターカートリッジに回転機構を配設し、前記フィルターカートリッジに該回転機構を作動させることを特徴とする化合物半導体気相成長装置が開示されている。特許文献1によると、フィルターカートリッジを回転させることにより、析出物がフィルターカートリッジに局所的に凝集して付着することを防ぎ、フィルターカートリッジの本来持つフィルタリング能力一杯まで使用することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−１０６９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
化合物半導体エピタキシャルウェハの低コスト化を更に進めるためには、製造のスループットをより一層向上させることが望まれる。以上のような背景の下、本発明の目的は、トラップ装置におけるフィルターカートリッジの交換に起因する化合物半導体エピタキシャルウェハの製造スループットの低下を解決し、製造スループット向上に寄与できる化合物半導体気相成長装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記目的を達成するため、単結晶基板上に化合物半導体結晶膜を気相エピタキシャル成長させる気相成長装置であって、反応炉からの排気ガスの流路に配設され前記排気ガスに含有される反応ダストを捕獲するためのトラップ装置を具備し、前記トラップ装置内には前記反応ダストを捕獲するためのフィルターカートリッジが複数組収容されていることを特徴とする化合物半導体気相成長装置を提供する。
【００１３】
また、本発明は上記目的を達成するため、上記の本発明に係る化合物半導体気相成長装置において、以下のような改良や変更を加えることができる。
（1）前記複数組のフィルターカートリッジは前記排気ガス流路に対して切替自在に配設され、前記トラップ装置は前記複数組のフィルターカートリッジを切り替えるための切替機構を具備している。
（2）前記切替機構が昇降方式である。
（3）前記切替機構がリボルバー方式である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、複数組のフィルターカートリッジが排気ガス流路に対して切替自在にトラップ装置内に収容されているため、該トラップ装置を大気開放することなしにフィルターカートリッジの切り替えが可能となる。これは、トラップ装置のメインテナンス間隔を飛躍的に増大させることにつながり、その結果、化合物半導体エピタキシャルウェハの製造のスループット向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の化合物半導体気相成長装置の構成例を示した模式図である。
【図２】本発明に係る化合物半導体気相成長装置の構成の1例を示した模式図である。
【図３】試験用エピタキシャルウェハの構造を示す断面模式図である。
【図４】反応炉内ガス圧力とエピタキシャル成長回数との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明はここで取り上げた実施形態に限定されるものではない。
【００１７】
本発明に係る化合物半導体気相成長装置は、トラップ装置内に複数組のフィルターカートリッジが収容され、該複数組のフィルターカートリッジを排気ガス流路に対して切り替えるための切替機構を具備している特徴を有し、その点において従来の化合物半導体気相成長装置と異なる。図2は、本発明に係る化合物半導体気相成長装置の構成の1例を示した模式図である。
【００１８】
図2に示したように、本発明に係る化合物半導体気相成長装置200は、ガスの流れに沿って上流側より、原料供給系1、反応炉2、トラップ装置23、真空ポンプ4が配設された構成になっている。反応炉2は、複数の単結晶基板5をセットするサセプタ6と、ガス流路を形成する石英管7と、サセプタ6を加熱するヒータ8と、反応炉2内のガス圧力を計測する圧力計9とを備えている。トラップ装置23と真空ポンプ4との間の排気ガス流路10には窒素ガス導入ポート11が配設されており、窒素ガス導入ポート11は圧力計9からの信号を受けて開度調整するバルブ12を備えている。
【００１９】
トラップ装置23は、フィルターハウジング25内に、例えば複数の抵抗板33から構成されるフィルターカートリッジ32が複数組（図2では3組）収容されている。また、トラップ装置23は、複数組のフィルターカートリッジ32を排気ガス流路10に対して切り替えるための切替機構24を具備している。
【００２０】
図2においては、図中の上下方向に3組連結されたフィルターカートリッジ32がフィルターハウジング25内に収容され、最下段のフィルターカートリッジ32に操作棒241が接続されている。操作棒241とフィルターハウジング25との間は、例えばOリング243によって気密性が確保できるようにシールされている。操作棒241はナット244等によって操作棒固定架台242に固定されており、操作棒241を昇降させる（フィルターカートリッジ32を昇降させる）ことによって、トラップ装置23（すなわち、フィルターハウジング25）を大気開放することなしにフィルターカートリッジ32の切り替えが可能となっている。
【００２１】
なお、図2には昇降方式の切替機構の場合を例示したが、本発明における昇降方式は、水平方向スライドを包含するものとする。また、昇降方向や水平方向などの直線移動のみでなく、リボルバー方式のように回転移動（円移動）によって切り替えるタイプでもよい。リボルバー方式においては、排気ガス流路10と接続されていないフィルターカートリッジ32を化合物半導体気相成長装置の稼動中でも交換することが可能となるため、トラップ装置を大気開放する間隔を更に延ばすことができる利点がある。
【実施例】
【００２２】
本発明に係る化合物半導体気相成長装置を用いることによる化合物半導体エピタキシャルウェハの製造スループットの向上効果を確認するため、以下のような試験を行った。
【００２３】
図1に示した従来の化合物半導体気相成長装置と図2に示した本発明に係る化合物半導体気相成長装置とを用い、それぞれ反応炉2内のガス圧力をモニターしながら図3に示した構造の試験用エピタキシャルウェハを連続して製造した。図3は、試験用エピタキシャルウェハの構造を示す断面模式図である。
【００２４】
評価は、反応炉2内のガス圧力を78〜82 Torrの範囲内に制御可能であったエピタキシャル成長回数によって行った。結果を図4に示す。図4は、反応炉内ガス圧力とエピタキシャル成長回数との関係を示したグラフである。
【００２５】
図4に示したように、従来の化合物半導体気相成長装置は、13回目のエピタキシャル成長において反応炉内ガス圧力を所定の範囲に制御できなくなった。すなわち、従来の化合物半導体気相成長装置の連続成長回数は12回であった。
【００２６】
これに対し、図2に示した本発明に係る化合物半導体気相成長装置では、1段目のフィルターカートリッジが13回目のエピタキシャル成長で所定のガス圧力範囲を超え、2段目のフィルターカートリッジが24回目のエピタキシャル成長で所定のガス圧力範囲を超え、3段目のフィルターカートリッジが33回目のエピタキシャル成長で所定のガス圧力範囲を超えた。すなわち、所定のガス圧力範囲内に制御できたエピタキシャル成長回数は合計30回であり、適切なタイミングでフィルターカートリッジの切り替えを行えば、連続30回のエピタキシャル成長が可能であることを意味する。
【００２７】
以上のことから、本発明に係る化合物半導体気相成長装置は、従来技術よりも多くの回数で連続成長することが可能であり、化合物半導体エピタキシャルウェハの製造スループットを向上させる効果があることが実証された。これにより、高品質な化合物半導体エピタキシャルウェハをより低コストで製造することができる。
【符号の説明】
【００２８】
100，200…化合物半導体気相成長装置、
1…原料供給系、2…反応炉、3，23…トラップ装置、4…真空ポンプ、
5…単結晶基板、6…サセプタ、7…石英管、8…ヒータ、9…圧力計、
10…排気ガス流路、11…窒素ガス導入ポート、12…バルブ、
24…切替機構、25…フィルターハウジング、
241…操作棒、242…操作棒固定架台、243…Oリング、244…ナット、
31…フィルターハウジング、32…フィルターカートリッジ、33…抵抗板。
【図１】
2011018793.tif 000003
【図２】
2011018793.tif 000004
【図３】
2011018793.tif 000005
【図４】
2011018793.tif 000006