(57)【要約】【課題】真空槽内部に配置された半導体ウエハの温度を正確に測定する。【解決手段】基板ホルダー１１を真空槽１２内部の上側に配置し、観測窓１３を真空槽１２の底部に設けていることから、パイロメーター１５は、半導体ウエハ１７と対向し、半導体ウエハ１７を観測窓１３の透明体１４を介して真下から見上げることになる。このため、パイロメーター１５の温度測定範囲を半導体ウエハ１７に絞り易く、半導体ウエハ１７周囲の放射輝度の影響を受けずに、半導体ウエハ１７のみの温度を正確に測定することができる。【選択図】図１
2004193340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハを真空槽内で作成する半導体製造装置において、
半導体ウエハと対向する真空槽の壁の部位に観測窓を設け、透明体を観測窓に重ねて、半導体ウエハの温度を観測窓の透明体を介して温度測定装置により測定することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
透明体を観測窓よりも大きくし、透明体の移動により観測窓に重なる該透明体の一部を変更することを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
透明体が複数の透明体片からなり、各透明体片のいずれかを選択的に観測窓に重ねることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
各透明体片をそれぞれの向きを変更可能に支持し、観測窓から外された透明体片の面が鉛直方向に沿う様に該透明体片の向きを変更することを特徴とする請求項３に記載の半導体製造装置。
【請求項５】
各透明体片を観測窓から外れる部位で積層配置しており、各透明体片のいずれかを移動させて観測窓に重ねることを特徴とする請求項３に記載の半導体製造装置。
【請求項６】
各透明体片を帯状に連結したことを特徴とする請求項３に記載の半導体製造装置。
【請求項７】
各透明体片を観測窓の周囲に配置して枢支し、各透明体片のいずれかを回転移動させて観測窓に重ねることを特徴とする請求項３に記載の半導体製造装置。
【請求項８】
観測窓から半導体ウエハへと延びる筒状体を設け、半導体ウエハ側の筒状体の一端を鉛直方向に切断したことを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項９】
観測窓から外された透明体の部分を覆うカバーを備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体製造装置。
【請求項１０】
観測窓から外された透明体の部分を加熱する加熱手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項１１】
分子線エピタキシー法又は有機金属化学気相堆積法により半導体ウエハを作成することを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれかに記載の半導体製造装置を用いた半導体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハを真空槽内で作成する半導体製造装置及びそれを用いた半導体製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子の製造技術の進歩はめざましく、気圧が１０＾−７ＰＡ以下の超高真空の真空槽内で、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法や有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法により半導体素子の素材となる高品質の結晶薄膜や非晶質薄膜（以下半導体ウエハと称する）を作成するという技術が実用化されている。例えば、ＭＢＥ装置においては、不純物が混入し難く、結晶品質やドーピングの制御性等に優れ、膜厚の制御性も良い。このため、ＭＢＥ装置は、半導体レーザ等の半導体素子の素材となる半導体ウエハの製造に広く用いられている。
【０００３】
ところで、半導体ウエハの作成に際しては、真空槽内の半導体ウエハの温度を測定する必要があり、この温度測定のために熱電対やパイロメーターを用いることが多い。
【０００４】
パイロメーターは、物体の放射輝度を温度の指標として測定する装置である。放射輝度は、物体の温度及び放射率に依存し。放射率は、物体の表面状態に応じて変化する。また、パイロメーターは、物体の周囲温度、ハウジングの温度、及び高エネルギーのイオンビームに対する感受性が高いことが知られている。
【０００５】
特許文献１に記載の装置では、図９に示す様に基板ホルダー１０１を真空槽１０２内部の上側に配置し、各セル１０３内部の蒸着材料を加熱蒸発させ、この蒸着材料を基板ホルダー１０１上に蒸着させて、半導体ウエハ１０４を作成する。また、観測窓１０５を真空槽１０２の斜め下の部位に形成し、半導体ウエハ１０４の温度を観測窓１０５を通じてパイロメーター１０６により測定している。
【０００６】
【特許文献１】
特開平４−３５０１６６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１の装置の様に観測窓１０５を真空槽１０２の斜め下の部位に形成した場合は、パイロメーター１０６が基板ホルダー１０１の半導体ウエハ１０４を斜め下から見上げることになり、パイロメーター１０６から見た半導体ウエハ１０４の視野角が狭くなる。このため、半導体ウエハ１０４周辺の放射輝度、例えば基板ホルダー１０１や真空槽１０２内壁の放射輝度をもパイロメーター１０６により測定してしまう可能性が高く、半導体ウエハ１０４の温度測定の精度が低下し、延いては半導体ウエハの製造に悪影響を及ぼし、生産性が低下するという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、真空槽内部に配置された半導体ウエハの温度を正確に測定することが可能な半導体製造装置及びそれを用いた半導体製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、半導体ウエハを真空槽内で作成する半導体製造装置において、半導体ウエハと対向する真空槽の壁の部位に観測窓を設け、透明体を観測窓に重ねて、半導体ウエハの温度を観測窓の透明体を介して温度測定装置により測定している。
【００１０】
この様な構成の本発明によれば、半導体ウエハと対向する真空槽の壁の部位に観測窓を設けている。通常は、半導体ウエハが真空槽の上側に配置されることから、半導体ウエハと対向する真空槽の壁の部位が該真空槽の底部となり、観測窓が該底部に設けられる。そして、透明体を観測窓に重ねて、半導体ウエハの温度を観測窓の透明体を介して温度測定装置により測定している。従って、温度測定装置は、半導体ウエハと対向し、半導体ウエハを観測窓の透明体を介して真下から見上げることになる。このため、温度測定装置の測定範囲を半導体ウエハに絞り易く、半導体ウエハ周囲の放射輝度の影響を受けずに、半導体ウエハのみの温度を正確に測定することができる。
【００１１】
また、本発明においては、透明体を観測窓よりも大きくし、透明体の移動により観測窓に重なる該透明体の一部を変更している。
【００１２】
真空槽底部の観測窓に透明体を重ねるので、真空槽内部の蒸着材料が透明体上に落下して、透明体が汚れ、温度測定装置の測定精度が低下する。そこで、透明体を観測窓よりも大きくし、透明体の移動により観測窓に重なる該透明体の一部を変更している。これにより、汚れていない透明体の一部を選択して観測窓に重ねることができる。この結果として、温度測定装置の測定精度を維持することができる。
【００１３】
更に、本発明においては、透明体が複数の透明体片からなり、各透明体片のいずれかを選択的に観測窓に重ねている。
【００１４】
この様に各透明体片のいずれかを選択的に観測窓に重ねれば、汚れていない透明体片を選択して観測窓に重ねることができ、温度測定装置の測定精度を維持することができる。
【００１５】
また、本発明においては、各透明体片をそれぞれの向きを変更可能に支持し、観測窓から外された透明体片の面が鉛直方向に沿う様に該透明体片の向きを変更している。
【００１６】
この様に観測窓から外された透明体片の面が鉛直方向に沿う様に該透明体片の向きを変更すれば、透明体片上の蒸着材料を落として、透明体片を清掃することができ、透明体片の再利用が可能になる。
【００１７】
更に、本発明においては、各透明体片を観測窓から外れる部位で積層配置しており、各透明体片のいずれかを移動させて観測窓に重ねている。
【００１８】
この様に各透明体片を積層配置しておき、各透明体片のいずれかを移動させて観測窓に重ねても良い。
【００１９】
また、本発明においては、各透明体片を帯状に連結している。
【００２０】
この場合は、帯状の各透明体片全体を移動させて、各透明体片のいずれかを選択的に観測窓に重ねることになる。
【００２１】
更に、本発明においては、各透明体片を観測窓の周囲に配置して枢支し、各透明体片のいずれかを回転移動させて観測窓に重ねている。
【００２２】
この様に各透明体片を観測窓の周囲に配置しておき、各透明体片のいずれかを回転移動させて観測窓に重ねても良い。
【００２３】
また、本発明においては、観測窓から半導体ウエハへと延びる筒状体を設け、半導体ウエハ側の筒状体の一端を鉛直方向に切断している。
【００２４】
この様に半導体ウエハ側の一端が鉛直方向に切断された筒状体を設ければ、蒸着材料が鉛直方向に落下することから、蒸着材料が筒状体の一端に殆ど入ることはない。このため、筒状体の他端にある観測窓の透明体が殆ど汚れずに済み、温度測定装置の測定精度を維持することができる。
【００２５】
更に、本発明においては、観測窓から外された透明体の部分を覆うカバーを備えている。
【００２６】
この様に観測窓から外された透明体の部分をカバーにより覆えば、観測窓から外された透明体の部分の汚れを防止することができ、汚れていない透明体の一部を選択して観測窓に重ねて、温度測定装置の測定精度を維持することができる。
【００２７】
また、本発明においては、観測窓から外された透明体の部分を加熱する加熱手段を備えている。
【００２８】
この様に観測窓から外された透明体の部分を加熱すれば、透明体片上の蒸着材料を蒸発させて、透明体片を清掃することができ、透明体片の再利用が可能になる。
【００２９】
更に、本発明においては、分子線エピタキシー法又は有機金属化学気相堆積法により半導体ウエハを作成している。
【００３０】
この様に分子線エピタキシー法又は有機金属化学気相堆積法を適用することができる。
【００３１】
また、本発明の半導体製造方法は、本発明の半導体製造装置を用いている。
【００３２】
すなわち、本発明は、半導体製造装置だけではなく、半導体製造装置を用いた半導体製造方法を包含する。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
【００３４】
図１は、本発明の半導体製造装置の第１実施形態を示す図である。本実施形態の半導体製造装置１０は、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法により半導体ウエハを作成するＭＢＥ装置である。
【００３５】
この半導体製造装置１０では、基板ホルダー１１を真空槽１２内部の上側に配置し、観測窓１３を真空槽１２の底部に設けて、透明体１４を観測窓１３に重ね、パイロメーター１５を観測窓１３の下方に配置し、各材料セル１６を観測窓１３の周囲に分散して真空槽１２の壁部に取付けいる。
【００３６】
各材料セル１６は、それらの内部に蒸着材料を収容しており、蒸着材料を加熱して、蒸着材料を真空槽１２内部に蒸発させる。この蒸着材料は、基板ホルダー１１下面に蒸着して堆積し、半導体ウエハ１７となる。基板ホルダー１１は、蒸着材料の蒸着中に回転駆動される。
【００３７】
パイロメーター１５は、半導体ウエハ１７の放射輝度を観測窓１３の透明体１４を介して検出し、この放射輝度に対応する半導体ウエハ１７の温度を測定する。透明体１４の材質として、半導体ウエハ１７の放射を良好に透過させるものを選択している。このため、パイロメーター１５による温度測定精度は高い。
【００３８】
半導体ウエハ１７の温度を測定しつつ、基板ホルダー１１のヒーター（図示せず）を加熱して、半導体ウエハ１７の温度を制御し、半導体ウエハ１７を成長させて行く。
【００３９】
ここでは、基板ホルダー１１を真空槽１２内部の上側に配置し、また観測窓１３を基板ホルダー１１の回転中心から外して真空槽１２の底部に設けている。パイロメーター１５は、半導体ウエハ１７と対向し、半導体ウエハ１７を観測窓１３の透明体１４を介して真下から見上げる。このため、パイロメーター１５の温度測定範囲を半導体ウエハ１７に絞り易く、半導体ウエハ１７周囲の放射輝度の影響を受けずに、半導体ウエハ１７のみの温度を正確に測定することができる。
【００４０】
尚、観測窓１３及びパイロメーター１５は、パイロメーター１５の温度測定が半導体ウエハ１７周囲の放射輝度の影響を受けなければ、基板ホルダー１１真下からずれても構わない。
【００４１】
図２は、本発明の半導体製造装置の第２実施形態を示す図である。尚、図２において、図１の装置と同様の作用を果たす部位には同じ符号を付す。
【００４２】
本実施形態の半導体製造装置１０Ａでは、図１の透明体１４の代わりに、観測窓１３よりも十分に大きな透明体２１を適用し、透明体２１の中心に支軸２２を固定し、この支軸２２を駆動装置（図示せず）により回転駆動して、透明体２１を回転させており、透明体２１の一部のみを観測窓１３に重ねている。透明体２１の回転方向は、基板ホルダー１１と同一方向であっても、逆方向であっても構わない。また、観測窓１３に重なる透明体２１の一部を露出させ、かつ観測窓１３から外れる透明体２１の他の部分を覆うカバー２３を設けている。
【００４３】
この半導体製造装置１０Ａでは、観測窓１３から外れる透明体２１の他の部分をカバー２３により覆っていることから、真空槽１２内部の蒸着材料が落下物（以下フレークと称する）となっても、フレークにより透明体２１の他の部分が汚れることがない。そして、透明体２１を回転させるため、フレークにより透明体２１の一部が汚れても、透明体２１の回転により汚れていない透明体２１の他の一部を観測窓１３に重ねることができる。これにより、パイロメーター１５の測定精度を維持することができる。
【００４４】
仮に、観測窓１３に重なる透明体２１の一部の汚れを放置しておくと、パイロメーター１５による測定温度の揺らぎ等が発生する。
【００４５】
図３は、図２の装置における透明体の変形例を示す平面図である。図３の各透明体片２１ａは、不透明な円板２４の各孔２４ａに嵌め込まれて支持されている。円板２４中心の支軸２２を観測窓１３近傍に突設し、この支軸２２を駆動装置により回転駆動して、円板２４を回転させ、各透明体片２１ａを回転移動させ、各透明体片２１ａのいずれかを観測窓１３に重ねる。各透明体片２１ａの回転方向は、基板ホルダー１１と同一方向であっても、逆方向であっても構わない。
【００４６】
尚、観測窓１３に重なる１つの透明体片２１ａを露出させ、かつ観測窓１３から外れる他の各透明体片２１ａを覆うカバー２３を設ける。
【００４７】
ここでは、円板２４を回転させることにより、観測窓１３に重なる透明体片２１ａを変更する。このため、フレークにより観測窓１３に重なる透明体片２１ａが汚れても、各透明体片２１ａの回転により汚れていない他の透明体片２１ａを観測窓１３に重ねて、パイロメーター１５の測定精度を維持することができる。
【００４８】
また、各透明体片２１ａを等間隔で設けていることから、円板２４を一定角度ずつ回転させれば、各透明体片２１ａを観測窓１３に順次重ねることができる。このため、作業員が確認せずとも、遠隔操作により円板２４を一定角度ずつ回転させれば、汚れていない透明体片２１ａを観測窓１３に重ねることができる。
【００４９】
図４は、図２の装置における透明体の他の変形例を示す斜視図である。図４の各透明体片２１ｂは、図３の各透明体片２１ａと同様に、不透明な円板２４の各孔２４ａに嵌め込まれて支持されている。円板２４の支軸２２を観測窓１３近傍に突設し、この支軸２２を駆動装置により回転駆動して、各透明体片２１ｂのいずれかを観測窓１３に重ねる。また、観測窓１３に重なる１つの透明体片２１ｂを露出させ、かつ観測窓１３から外れる他の各透明体片２１ｂを覆うカバー２３を設ける。
【００５０】
また、各透明体片２１ｂを円板２４の各孔２４ａに回転可能に支持している。汚れた透明体片２１ｂをカバー２３の内側に入れたときには、この汚れた透明体片２１ｂを回転させて、この透明体片２１ｂの面を鉛直方向に沿う様に向ける。これにより、汚れた透明体片２１ｂ上のフレークが落下して、この透明体片２１ｂが清掃され、この透明体片２１ｂの再利用が可能になる。
【００５１】
図５は、本発明の半導体製造装置の第３実施形態を示す図である。尚、図５において、図１の装置と同様の作用を果たす部位には同じ符号を付す。
【００５２】
本実施形態の半導体製造装置１０Ｂでは、観測窓１３から外れた箇所で複数の透明体片３１を重ねて配置し、各透明体片３１をカバー３２により覆っている。また、各透明体片３１を支軸３３により回転可能に支持している。各透明体片３１のいずれについても、支軸３３を回転中心とする回転により、カバー３２から出して観測窓１３に重ねたり、観測窓１３からカバー３２へと引き込むことができる。
【００５３】
ここでは、各透明体片３１を選択的に回転させることにより、観測窓１３に重なる透明体片３１を変更する。このため、フレークにより観測窓１３に重なる透明体片３１が汚れても、汚れていない他の透明体片３１を観測窓１３に重ねて、パイロメーター１５の測定精度を維持することができる。
【００５４】
また、作業員が確認せずとも、遠隔操作により各透明体片３１を選択的に回転させて、汚れていない透明体片３１を観測窓１３に重ねることができる。
【００５５】
図６は、本発明の半導体製造装置の第４実施形態を示す図である。尚、図６において、図１の装置と同様の作用を果たす部位には同じ符号を付す。
【００５６】
本実施形態の半導体製造装置１０Ｃでは、複数の透明体片４１を連結したエンドレスベルト４２を用いている。また、Ｕ字型経路４３を真空槽１２に接続し、エンドレスベルト４２をＵ字型経路４３及び真空槽１２に通し、エンドレスベルト４２を回転移動させることにより、各透明体片４１をＵ字型経路４３と真空槽１２間で移動させ、各透明体片４１のいずれかを観測窓１３に重ねている。また、Ｕ字型経路４３の底部にヒーター４４を設けている。
【００５７】
ここでは、エンドレスベルト４２を回転移動させることにより、観測窓１３に重なる透明体片４１を変更する。このため、フレークにより観測窓１３に重なる透明体片４１が汚れても、汚れていない他の透明体片４１を観測窓１３に重ねて、パイロメーター１５の測定精度を維持することができる。
【００５８】
また、エンドレスベルト４２の回転移動に伴い、汚れた透明体片４１がＵ字型経路４３の底部まで移動したときには、汚れた透明体片４１がヒーター４４により加熱されて、この透明体片４１上のフレークが蒸発し、この透明体片４１が清掃されるので、この透明体片４１の再利用が可能になる。
【００５９】
図７は、本発明の半導体製造装置の第５実施形態を示す図である。尚、図７において、図１の装置と同様の作用を果たす部位には同じ符号を付す。
【００６０】
本実施形態の半導体製造装置１０Ｄでは、一対の透明体片５１，５２を観測窓１３の両側に振り分けて配置し、各透明体片５１，５２の一辺５１ａ，５２ａを枢支し、各透明体片５１，５２を回転させることにより該各透明体片５１，５２を交互に観測窓１３に重ねている。また、観測窓１３から外れた箇所で、各透明体片５１，５２を覆うカバー５３を設けている。
【００６１】
ここでは、一方の透明体片５１を回転させて観測窓１３から外し、他方の透明体片５２を回転させて観測窓１３に重ねる。このとき、一方の透明体片５１の表裏が反転して、透明体片５１上のフレークが落下し、透明体片５１が清掃され、透明体片５１の再利用が可能になる。同様に、他方の透明体片５２を回転させて観測窓１３から外し、一方の透明体片５１を回転させて観測窓１３に重ねたときには、他方の透明体片５２の表裏が反転して、透明体片５２が清掃される。従って、各透明体片５１，５２を観測窓１３に交互に重ねて、各透明体片５１，５２を繰り返し利用することができる。
【００６２】
図８は、本発明の半導体製造装置の第６実施形態を示す図である。尚、図８において、図１の装置と同様の作用を果たす部位には同じ符号を付す。
【００６３】
本実施形態の半導体製造装置１０Ｅでは、観測窓１３を基板ホルダー１１の回転中心から適宜に外して位置決めし、筒状体６１を透明体１４と観測窓１３間に配置し、半導体ウエハ１７の放射輝度を筒状体６１及び観測窓１３の透明体１４を介してパイロメーター１５により検出している。
【００６４】
半導体ウエハ１７側の筒状体６１の一端は、鉛直方向に切断されている。フレークが鉛直方向に落下することから、筒状体６１の一端にフレークが入ることは殆どない。このため、筒状体６１の他端側に配置された透明体１４が汚れずに済む。また、真空槽１２内での機械動作が殆どなく、機械動作に伴う不純物の発生がなく、真空中での半導体ウエハ１７の成長を良好に行なうことができる。
【００６５】
尚、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、多様に変形することができる。例えば、第１乃至第６実施形態を適宜に組み合わせることができる。一例として、図３の各透明体片２１ａ、図４の各透明体片２１ｂ、図５の各透明体片３１、及び図７の各透明体片５１，５２等を観測窓１３から外れた位置で加熱することが挙げられる。また、図８の筒状体６１を図２、図５、図６、及び図７の装置等に適用しても良い。更に、本発明は、ＭＢＥ装置だけではなく、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法によりにより半導体ウエハを作成する装置にも適用することができる。また、パイロメーターとは異なる他の種類の温度測定装置を用いても構わない。更に、本発明は、半導体製造装置だけではなく、半導体製造装置を用いた半導体製造方法を包含する。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明した様に本発明によれば、半導体ウエハと対向する真空槽の壁の部位に観測窓を設けている。そして、透明体を観測窓に重ねて、半導体ウエハの温度を観測窓の透明体を介して温度測定装置により測定している。従って、温度測定装置は、半導体ウエハと対向し、半導体ウエハを観測窓の透明体を介して真っ向から見ることになる。このため、温度測定装置の測定範囲を半導体ウエハに絞り易く、半導体ウエハ周囲の放射輝度の影響を受けずに、半導体ウエハのみの温度を正確に測定することができる。
【００６７】
また、透明体の移動により観測窓に重なる該透明体の一部を変更しているので、汚れていない透明体の一部を選択して観測窓に重ねることができる。この結果として、温度測定装置の測定精度を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体製造装置の第１実施形態を示す図である。
【図２】本発明の半導体製造装置の第２実施形態を示す図である。
【図３】図２の装置における透明体の変形例を示す平面図である。
【図４】図２の装置における透明体の他の変形例を示す斜視図である。
【図５】本発明の半導体製造装置の第３実施形態を示す図である。
【図６】本発明の半導体製造装置の第４実施形態を示す図である。
【図７】本発明の半導体製造装置の第５実施形態を示す図である。
【図８】本発明の半導体製造装置の第６実施形態を示す図である。
【図９】従来の装置を例示する図である。
【符号の説明】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ  半導体製造装置
１１  基板ホルダー
１２  真空槽
１３  観測窓
１４，２１  透明体
１５  パイロメーター
１６  材料セル
１７  半導体ウエハ
２２，３３  支軸
２３，３２，５３  カバー
２４  円板
２１ａ，３１，４１，５１，５２  透明体片
４２  エンドレスベルト
４３  Ｕ字型経路
４４  ヒーター
６１  筒状体
【図１】
2004193340.tif 000003
【図２】
2004193340.tif 000004
【図３】
2004193340.tif 000005
【図４】
2004193340.tif 000006
【図５】
2004193340.tif 000007
【図６】
2004193340.tif 000008
【図７】
2004193340.tif 000009
【図８】
2004193340.tif 000010
【図９】
2004193340.tif 000011