(57)【要約】【課題】稼働率を低下させずに異物を抑えることができるガス捕捉体と、それを備えた半導体製造装置を提供する。【解決手段】減圧気相成長装置１では、半導体ウェハ搭載されるボート１４とリアフランジ５との間に、フロントフランジ４側から流れてきた材料ガスを捕捉するガス捕捉体１６が配置されている。ガス捕捉体１６は、一本の筒状の大径石英管と、それぞれ筒状の複数の石英細管とによって形成されている。複数の石英細管は、大径石英管内に配置されている。複数の石英細管のそれぞれは、互いに接着されておらず、水平に配置された大径石英管の内壁に石英細管を順次載置することによって配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応管を備えた半導体製造装置に用いられるガス捕捉体であって、
第１管体と、
前記第１管体の内側にそれぞれ配置され、前記第１管体よりも細い複数の第２管体と
を備えた、ガス捕捉体。
【請求項２】
前記第１管体の一端側には把手が取り付けられた、請求項１記載のガス捕捉体。
【請求項３】
熱電対が配置された第３管体と、
前記第１管体に配置され、前記第３管体を挿通させて支持する支持体と
を備えた、請求項１または２に記載のガス捕捉体。
【請求項４】
複数の前記第２管体は、互いに接着させない状態で配置された、請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス捕捉体。
【請求項５】
複数の前記第２管体は、相対的に口径の大きい大径管体と口径の小さい小径管体とを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス捕捉体。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス捕捉体を備えた半導体製造装置であって、
被処理物が収容されて水平に配置される反応管と、
前記反応管の一端側に接続されるガス供給系と、
前記反応管の他端側に接続されるガス排気系と
を有し、
前記ガス捕捉体は、前記反応管内において、前記被処理物が収容される領域と前記他端側との間に配置された、半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス捕捉体およびそれを備えた半導体製造装置に関し、特に、反応管に配置されて、流れてきた材料ガスを捕捉するガス捕捉体と、そのようなガス捕捉体を備えた半導体製造装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置は、さまざまな半導体製造装置によるプロセスを経て製造される。半導体製造装置の一つに、減圧下において、半導体ウェハの表面に絶縁膜等の所定の膜を気相成長させる減圧気相成長装置（ＬＰＣＶＤ：Low Pressure Chemical Vapor Deposition）がある。減圧気相成長装置では、反応管内に複数の半導体ウェハが配置され、所定の温度と圧力のもとで、その反応管内に膜となる材料ガスが供給される。
【０００３】
反応管内に供給された材料ガスによって、半導体ウェハの表面では所定の膜が形成される。所定の膜が形成された後、反応管から半導体ウェハが取出され、取出された半導体ウェハは、次の工程へ送られることになる。なお、このような減圧下で膜を気相成長させる半導体製造装置を開示した特許文献として、特許文献１および特許文献２がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０７−２０１７６０号公報
【特許文献２】特開平０５−１１２８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の減圧気相成長装置では、次のような問題点があった。
半導体装置の製造プロセスでは、歩留まりを上げるとともに、半導体装置としての信頼性を向上させるために、半導体ウェハの表面に異物を付着させないことが重要とされる。
【０００６】
減圧気相成長装置では、反応管内で消費されなかった材料ガスは、排気配管から真空ポンプを経て減圧気相成長装置の外へ排出される。排気配管や真空ポンプを材料ガスが流れることによって、排気配管の内壁や真空ポンプ内には膜が異物として堆積することになる。排気配管の内壁に堆積した膜は、圧力変動、温度変動、振動などによって、排気配管の内壁から剥がれることがある。剥がれた膜は異物となって、半導体ウェハの表面に付着し、半導体装置の歩留まりを低下させる要因の一つになり得る。
【０００７】
また、排気配管の内壁に膜が異物として堆積することで、排気配管が詰まりやすくなり、反応管内の圧力制御が良好に行われなくなることがある。このため、反応管や排気配管等を定期的に洗浄する必要がある。
【０００８】
ところが、反応管や排気配管等の洗浄を頻繁に行うことで、半導体ウェハに付着する異物を抑えることができるものの、半導体装置の量産性の観点からは、半導体製造装置の稼働率を低下させてしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、一つの目的は、稼働率を低下させずに異物を抑えることができるガス捕捉体を提供することであり、他の目的は、そのようなガス捕捉体を備えた半導体製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るガス捕捉体は、反応管を備えた半導体製造装置に用いられるガス捕捉体であって、第１管体と複数の第２管体とを備えている。複数の第２管体は、第１管体の内側にそれぞれ配置され、第１筒状体よりも細い。
【００１１】
本発明に係る半導体製造装置は、上記ガス捕捉体を備えた半導体製造装置であって、反応管、ガス供給系、ガス排気系とを有している。反応管は水平に配置されて、被処理物が収容される。ガス供給系は、反応管の一端側に接続される。ガス排気系は、反応管の他端側に接続される。ガス捕捉体は、反応管内において、被処理物が収容される領域と他端側との間に配置される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るガス捕捉体によれば、半導体製造装置に導入される材料ガスが消費されて、排気系の異物を低減することができる。これにより、半導体製造装置のメンテナンス頻度を下げて稼働率を上げることができる。
【００１３】
本発明に係る半導体製造装置によれば、半導体製造装置に導入される材料ガスがガス捕捉体によって消費されて、ガス排気系に堆積する異物を低減することができる。これにより、半導体製造装置のメンテナンス頻度を下げて稼働率を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係るガス捕捉体を備えた減圧気相成長装置を示す、一部断面を含む側面図である。
【図２】同実施の形態において、ガス捕捉体を示す斜視図である。
【図３】同実施の形態において、減圧気相成長装置の動作を説明するための、一部断面を含む側面図である。
【図４】同実施の形態において、変形例に係るガス捕捉体を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係るガス捕捉体を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係るガス捕捉体を示す斜視図である。
【図７】同実施の形態において、熱電対装着石英細管と保持部材を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１
実施の形態１に係るガス捕捉体と、そのガス捕捉体を備えた横型の減圧気相成長装置について説明する。図１に示すように、減圧気相成長装置１では、半導体ウェハ１５が投入される石英の反応管２がほぼ水平に配置されている。反応管２の前方側の開口端には、フロントフランジ４が取り付けられ、後方側の開口端には、リアフランジ５が取り付けられている。反応管２内では、複数の半導体ウェハ１５は、石英から形成されたボート１４に載置される。
【００１６】
反応管２の周囲には、石英管２内を所定の温度に加熱するヒータ３が取り付けられている。フロントフランジ４には、ガス供給系６が接続され、リアフランジ５には、ガス排気系９が接続されている。ガス供給系６は、ガス供給部７および供給配管８を備えている。ガス排気系９は、排気配管１０、排気バルブ１１、真空ポンプ１３および圧力制御機構１２を備えている。
【００１７】
ボート１４とリアフランジ５との間には、フロントフランジ４側から流れてきた材料ガスを捕捉するガス捕捉体１６が配置されている。図２に示すように、ガス捕捉体１６は、一本の筒状の大径石英管１７と、それぞれ筒状の複数の石英細管１８とによって形成されている。複数の石英細管１８は、大径石英管１７内に配置されている。複数の石英細管１８のそれぞれは、互いに接着されておらず、複数の石英細管１８は、水平に配置された大径石英管１７の内壁に石英細管１８を順次載置することによって配置されている。
【００１８】
次に、上述した減圧気相成長装置１による処理の一例について説明する。まず、フロントフランジ４に設けられたフロントポート（図示せず）が開けられて、図３に示すように、複数の半導体ウェハ１５が搭載されたボート１４が反応管２内に搬入される。反応管２のリアフランジ５側には、ガス捕捉体１６が配置されており、搬入された半導体ウェハ１５に対して、ガス捕捉体１６は材料ガスの流れの下流側に位置することになる。
【００１９】
次に、フロントポートが閉じられて、真空ポンプ１３によって反応管２内が真空引きされる。反応管２内の真空度は圧力制御機構１２によって計測される。また、ヒータ３によって反応管２が加熱される。反応管２の温度は、熱電対１９によって計測される。反応管２内の真空度が所定の真空度に達し、また、反応管２が所定の温度に達すると、ガス供給系６から材料ガスが供給されて反応管２内に導入される。
【００２０】
反応管２内に導入された材料ガスは、矢印Ｙ１に示すように、リアフランジ５側に向かって流れる間に、半導体ウェハ１５の表面において消費されて、半導体ウェハ１５の表面に絶縁膜または導電膜等の所定の膜（図示せず）が形成される。消費されずに残った材料ガス等は、リアフランジ５からガス排気系９を経て（矢印Ｙ２参照）、減圧気相成長装置１の外へ排気される（矢印Ｙ３参照）。
【００２１】
上述した減圧気相成長装置１では、ボート１４に載置された複数の半導体ウェハ１５とリアフランジ５との間に、ガス捕捉体１６が配置されている。消費されなかった材料ガス等は、そのガス捕捉体１６の大径石英管１７とその内側に配置された石英細管１８とを流れることになる。材料ガス等が大径石英管１７と石英細管１８を流れる間に、大径石英管１７の表面と石英細管１８の表面において消費されて、これらの表面に膜が形成される。ガス捕捉体１６において材料ガスが消費されることで、排気配管１０等を単位時間当たりに流れる材料ガスの量（成分）が、ガス捕捉体が配置されていない場合に比べて、少なくなる。
【００２２】
これにより、異物となる膜の堆積速度を抑えることができ、一定の時間内に、排気配管１０の内壁や真空ポンプ１３内に堆積する異物としての膜を低減させることができる。その結果、膜の剥がれに起因する異物の発生を抑えて、半導体ウェハ１５の表面に付着する異物の数を低減することができ、半導体装置の歩留まり向上に寄与することができる。
【００２３】
また、排気配管１０等のガス排気系９が詰まりにくくなって、反応管２内の圧力制御を良好に行うことができるようになる。さらに、一定の時間内に堆積する異物としての膜が低減されることで、反応管等を定期的に洗浄するサイクルを長くすることができ、減圧気相成長装置１の稼働率も上げることができる。
【００２４】
一方、材料ガスが消費されて膜が成長したガス捕捉体１６は、排気配管１０を取り外すことなく、リアフランジ５のリアポート（図示せず）から取り出し、所定の洗浄液に浸漬させる等のメンテナンス処理を行った後、リアポートから入れることで、容易に、メンテナンス作業を行うことができる。また、あらかじめ、新たなガス捕捉体を別途用意しておくことで、メンテナンス時間を最小限に抑えることができる。
【００２５】
さらに、大径石英管１７の内壁に、石英細管１８を単に積み上げて配置させることで、複数の石英細管が一体化されている場合と比べて、石英細管１８の劣化に対して、部分的な補修や石英細管の取り換え等の作業を容易に行うことができる。
【００２６】
また、図４に示すように、ガス捕捉体１６では、大径石英管１７内に配置される石英細管１８の口径を変えることで、石英細管１８の表面積を変えることができ、ガス捕捉体１６における材料ガスの消費量（ガスの吸着量）を制御することができる。さらに、必要に応じて、相対的に口径の大きい石英細管と口径の小さい石英細管とを混ぜて配置するようにしてもよい。
【００２７】
実施の形態２
実施の形態２に係るガス捕捉体と、その捕捉体を備えた減圧気相成長装置について説明する。
【００２８】
図５に示すように、ガス捕捉体１６では、大径石英管１７に、一対の把手２０が取り付けられている。把手２０は石英からなり、大径石英管１７の端部に溶接によって固定されている。なお、これ以外の構成については、図２に示すガス捕捉体１６と同様なので、同一部材には同一符号を付しその説明を繰り返さないこととする。また、ガス捕捉体１６が配置される横型の減圧気相成長装置についても、図１に示す減圧気相成長装置と同様なので、必要である場合の除きその説明を繰り返さないこととする。
【００２９】
次に、上述したガス捕捉体１６を備えた減圧気相成長装置による処理について簡単に説明する。この処理は、前述した減圧気象成長装置の場合と実質的に同じである。複数の半導体ウェハ１５が搭載されたボート１４が反応管２内に搬入された後、反応管２内が所定の真空度に達するとともに、反応管２が所定の温度に達した状態で、反応管２内に材料ガスが導入される。導入された材料ガスは、主として、半導体ウェハ１５の表面と、ガス捕捉体１６とにおいて消費され、その後、ガス排気系９を経て減圧気相成長装置１の外へ排気される（図３参照）。
【００３０】
上述したガス捕捉体１６を備えた減圧気相成長装置では、実施の形態１において説明した、半導体ウェハ１５の表面に付着する異物の数を低減することができる等の効果に加えて、以下のような効果を得ることができる。
【００３１】
すなわち、膜が成長したガス捕捉体１６を洗浄したり交換する等のメンテナンス作業を行う際に、把手２０を手で掴んで作業を行うことができる。これにより、メンテナンス作業を安全に、しかも、確実に行うことができ、作業効率を上げて、減圧気相成長装置の稼働率の向上にさらに寄与することができる。
【００３２】
実施の形態３
実施の形態３に係るガス捕捉体と、その捕捉体を備えた減圧気相成長装置について説明する。
【００３３】
図６および図７に示すように、ガス捕捉体１６では、大径石英管１７内に、複数の石英細管１８とともに、熱電対（図示せず）が装着された熱電対装着石英細管２１が配置されている。熱電対装着石英細管２１は、中空部を有する保持部材２２によって保持されている。保持部材２２は石英からなり、大径石英管１７に溶接されている。熱電対装着石英細管２１は、保持部材２２の中空部に挿通することによって保持される。
【００３４】
なお、これ以外の構成については、図２に示すガス捕捉体１６と同様なので、同一部材には同一符号を付しその説明を繰り返さないこととする。また、ガス捕捉体１６が配置される横型の減圧気相成長装置についても、図１に示す減圧気相成長装置と実質的に同様なので、必要である場合の除きその説明を繰り返さないこととする。
【００３５】
次に、上述したガス捕捉体１６を備えた減圧気相成長装置による処理について簡単に説明する。この処理は、前述（実施の形態１）した減圧気象成長装置の場合と実質的に同じである。複数の半導体ウェハ１５が搭載されたボート１４が反応管２内に搬入された後、反応管２内が所定の真空度に達するとともに、反応管２が所定の温度に達した状態で、反応管２内に材料ガスが導入される。導入された材料ガスは、主として、半導体ウェハ１５の表面と、ガス捕捉体１６とにおいて消費され、その後、ガス排気系９を経て減圧気相成長装置１の外へ排気される（図３参照）。
【００３６】
上述したガス捕捉体１６を備えた減圧気相成長装置では、実施の形態１において説明した、半導体ウェハ１５の表面に付着する異物の数を低減することができる等の効果に加えて、以下のような効果を得ることができる。
【００３７】
まず、一般に、減圧気相成長装置では、反応管の周囲を取り囲むヒータに取り付けられた熱電対によって計測される温度に基づいて、反応管内の温度が制御されることになる。
【００３８】
上述した減圧気相成長装置１では、ガス捕捉体１６に、複数の石英細管１８とともに、熱電対が装着された熱電対装着石英細管２１が配置されている。反応管２内にガス捕捉体１６が配置された状態において、熱電対装着石英細管２１に装着された熱電対（図示せず）が、たとえば、反応管２内におけるフロント側、中央部、リア側の所定の位置に配置されることになる。
【００３９】
これにより、反応管２の外側の熱電対１９によって計測される温度と、反応管２の内部の熱電対によって計測される温度との相関関係を確認することができる。その結果、より精度の高い温度制御を行うことができ、より安定した成膜に寄与することができる。
【００４０】
今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、特に、横型の減圧気相成長装置に有効に利用される。
【符号の説明】
【００４２】
１  減圧気相成長装置、２  反応管、３  ヒータ、４  フロントフランジ、５  リアフランジ、６  ガス供給系、７  ガス供給部、８  供給配管、９  ガス排気系、１０  排気配管、１１  排気バルブ、１２  圧力制御機構、１３  真空ポンプ、１４  ボート、１５  半導体ウェハ、１６  ガス捕捉体、１７  大径石英管、１８  石英細管、１９  熱電対、２０  把手、２１  熱電対装着石英細管、２２  保持部材、Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３  矢印。 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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