(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気圧から減圧された処理ガス内で半導体ウエハ（７０）を加熱処理するための処理室（１５）と、
前記処理室（１５）の境界の一部を形成するように配置され、前記処理室（１５）より外側に向けて凸状となっている石英窓（１１ａ、１２ａ）と、前記石英窓（１１ａ、１２ａ）の開口端部に設けられたフランジ部（１１ｂ、１２ｂ）とで構成される石英ドーム（１１、１２）と、
Ｏリング（１３、１４）を介して前記石英ドーム（１１、１２）の前記フランジ部（１１ｂ、１２ｂ）を拘束する冷却チャンバ（２１、２２）と、
前記石英ドーム（１１、１２）を前記フランジ部（１１ｂ、１２ｂ）から前記石英窓（１１ａ、１２ａ）側に側面加圧する側面加圧機構（５０）と、
前記処理室（１５）の異常状態を検知する検知部（４０）とを備えた半導体製造装置を用いた半導体装置の製造方法であって、
前記処理室（１５）が減圧され、前記石英ドーム（１１、１２）が側面加圧され、前記処理室（１５）が加熱された状態で、前記検知部（４０）によって前記処理室（１５）の異常状態が検知されたとき、前記石英ドーム（１１、１２）に対する側面加圧を停止する工程と、
前記側面加圧の停止後、前記処理室（１５）を大気圧に戻す工程とを含んでいることを特徴とする製造方法。
【請求項２】
前記検知部（４０）には、前記Ｏリング（１３、１４）の温度を検知する温度検出手段（９１、９２）が含まれており、
前記側面加圧を停止する工程では、前記温度検出手段（９１、９２）にて前記Ｏリング（１３、１４）の温度を検出し、前記Ｏリング（１３、１４）が軟化する温度よりも前記温度検出手段（９１、９２）にて検出された温度が低い場合、前記石英ドーム（１１、１２）に対する側面加圧を停止することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記側面加圧を停止する工程を行う前に、前記処理室（１５）への不活性気体の導入を開始する工程が含まれていることを特徴とする請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記冷却チャンバ（２１、２２）の内部には、冷却水が流れるようになっており、
前記温度検出手段（９１、９２）として、前記冷却チャンバから排出される前記冷却水の温度を測定することにより、前記Ｏリング（１３、１４）の温度を検出する水温計を用いることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項５】
前記冷却チャンバ（２１、２２）の内部には、冷却水が流れるようになっており、
前記温度検出手段（９１、９２）として、前記冷却チャンバ（２１、２２）の内部であって、前記冷却水と前記Ｏリング（１３、１４）との間に配置されることで前記Ｏリング（１３、１４）の温度を検出する熱電対を用いることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項６】
前記Ｏリング（１３、１４）は複数備えられており、
前記Ｏリング（１３、１４）として、当該Ｏリング（１３、１４）が前記フランジ部（１１ｂ、１２ｂ）のうち前記石英窓（１１ａ、１２ａ）の凸側と当該凸側とは反対側とにそれぞれ配置されて前記フランジ部（１１ｂ、１２ｂ）を挟んでおり、前記複数のＯリング（１３、１４）のうちもっとも前記処理室（１５）側に位置するものにおいて、前記石英窓（１１ａ、１２ａ）の凸側とは反対側に配置されるＯリング（１４）は、前記石英窓（１１ａ、１２ａ）の凸側に配置されるＯリング（１３）よりも前記処理室（１５）側に配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の製造方法。
【請求項７】
大気圧から減圧された処理ガス内で半導体ウエハ（７０）を加熱処理するための処理室（１５）と、
前記処理室（１５）の境界の一部を形成するように配置され、前記処理室（１５）より外側に向けて凸状となっている石英窓（１１ａ、１２ａ）と、前記石英窓（１１ａ、１２ａ）の開口端部に設けられたフランジ部（１１ｂ、１２ｂ）とで構成される石英ドーム（１１、１２）と、
複数のＯリング（１３、１４）を介して前記石英ドーム（１１、１２）の前記フランジ部（１１ｂ、１２ｂ）を拘束する冷却チャンバ（２１、２２）と、
前記石英ドーム（１１、１２）を前記フランジ部（１１ｂ、１２ｂ）から前記石英窓（１１ａ、１２ａ）側に側面加圧する側面加圧機構（５０）と、
前記処理室（１５）の異常状態を検知する検知部（４０）とを備えた半導体製造装置であって、
前記Ｏリング（１３、１４）は、前記フランジ部（１１ｂ、１２ｂ）のうち前記石英窓（１１ａ、１２ａ）の凸側と当該凸側とは反対側とにそれぞれ配置されて前記フランジ部（１１ｂ、１２ｂ）を挟んでおり、前記複数のＯリング（１３、１４）のうちもっとも前記処理室（１５）側に位置するものにおいて、前記石英窓（１１ａ、１２ａ）の凸側とは反対側に配置されるＯリング（１４）は、前記石英窓（１１ａ、１２ａ）の凸側に配置されるＯリング（１３）よりも前記処理室（１５）側に配置されていることを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハに熱処理を行うための半導体製造装置およびそれを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体ウエハを処理するための半導体製造装置が、例えば特許文献１で提案されている。具体的に、特許文献１では、上部加熱口を覆うように取り付けられたウエハカバー部材および下部加熱口を覆うように取り付けられたサセプタ・アクセス部材によってウエハ反応室が設けられた反応容器により構成された半導体製造装置が提案されている。ウエハカバー部材およびサセプタ・アクセス部材は石英材料により形成された石英窓である。また、半導体ウエハは、ウエハ反応室内に配置されたサセプタの上に配置されている。
【０００３】
この装置では、石英窓を介して赤外線加熱ランプの光で加熱するようになっており、ウエハ反応室内を低い圧力にする場合に内向き（ウエハ反応室の中心部側）に発生する圧縮力に対抗するため、石英窓に湾曲部を設けたものを使用している。
【０００４】
しかし、石英窓に沿った成膜ガスの規則的な流動、および半導体ウエハ上への反応材料の均質な蒸着を促進するために平坦な窓であることが望ましい。そこで、できるだけ平坦な湾曲部を備えたカバー部材を用いるため、石英窓として中央窓部と周縁のフランジ部とから構成されるものを使用している。フランジ部は、Ｏリングを介して固定部に固定されている。
【０００５】
さらに、ウエハ反応室の内部を低圧にする場合にこのような形状の石英窓が内向きに発生する圧力に対抗できるようにするために、石英窓の周縁のフランジ部を内径方向に拘束することにより窓部の湾曲の度合いを高めている。
【０００６】
具体的に、石英窓の半径方向の拘束力を高めるために、フランジ部の側面を内径方向に加圧する側面加圧機構が設けられた半導体製造装置が知られている。この装置は、平坦な湾曲部を有する石英窓を備えており、石英窓のフランジ部の側面を石英窓の内径方向に拘束することによりウエハ反応室内の減圧時に発生する石英窓の応力に対抗することができるため、優れた均質な成膜性能を有する。
【特許文献１】特開平４−２４５４２０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、上記従来の技術では、半導体製造装置において、熱処理中に異常信号を得た異常モードにおいて、ウエハ反応室内を不活性気体で周囲気体と同じ圧力に満たす安全モード（通常モード）に移行する際に、石英窓の中央窓部と周辺フランジ部とに応力が集中している兆候がありひいては亀裂を発生させる可能性があることが発明者らの検討により明らかになった。
【０００８】
この現象は有限要素法（ＦＥＭ解析）により詳細に分析した結果わかった現象であり、半導体ウエハの成膜加熱中に、加熱されたサセプタに近接したＯリングの軟化と、側面加圧と、不活性気体による周囲気体と同じ圧力に満たすこととの複合効果が、石英窓の中央窓部と周辺フランジ部との接合部に応力を集中させ、その結果、所定の安全応力値を超えることが明らかになった。これにより、中央窓部と周辺フランジ部との接合部が破壊されてしまう可能性がある。
【０００９】
本発明は、上記点に鑑み、成膜加熱中に異常信号を得た異常モードにおいて、当該異常モードから安全モードに移行する際に石英ドームの石英窓とフランジ部との接合部に発生する応力が所定の安全応力値を超えないようにすることができる半導体製造装置およびそれを用いた半導体装置の製造方法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】
【００１０】
発明者らの検討により、半導体製造装置にて安全に熱処理を行うことができる通常モードでは、石英ドーム（１１、１２）に発生する応力は石英ドーム（１１、１２）が破壊されない限界値である安全応力値を超えないが、安全に熱処理を行うことができない異常モードでは石英ドーム（１１、１２）への側面加圧を継続することで石英ドーム（１１、１２）に安全応力値を超える応力が発生し、この応力が石英ドーム（１１、１２）を破損させる原因であることが明らかになった。以下、このことについて説明する。
【００１１】
まず、半導体ウエハ（７０）を熱処理するに際し、石英ドーム（１１、１２）は、処理室（１５）を減圧して真空にしたときに処理室（１５）の中心部側への収縮力に耐えられるように側面加圧により石英ドーム（１１、１２）の径方向に拘束されている（例えば、図１参照）。
【００１２】
また、Ｏリング（１３、１４）のうち、もっとも処理室（１５）側に位置するものは、半導体ウエハ（７０）が１２００℃まで加熱された状態ではＯリング（１３、１４）の耐熱温度である１５０℃近くまで加熱されている。これにより、Ｏリング（１３、１４）のうち処理室（１５）側のものが軟化状態となっている。
【００１３】
このような装置において、半導体ウエハ（７０）に成膜する通常モード（安全モード）の作業は、メンテを実施後１）冷却チャンバ（２１、２２）に石英ドーム（１１、１２）を締め付け、２）石英ドーム（１１、１２）に側面加圧を施し、３）処理室（１５）を真空にした後所定の圧力のＨ２を流す。４）半導体ウエハ（７０）を図示しないトランスファーチャンバ（準備室）から搬送後処理室（１５）に成長のための成膜ガスを導入して処理室（１５）を加熱し、成長膜後、トランスファーチャンバ（準備室）を介して外に半導体ウエハ（７０）を取り出す。半導体ウエハ（７０）を複数枚処理するときは、４）の作業を繰り返す。５）所定枚数成長後、メンテのため石英ドーム（１１、１２）内を大気圧まで不活性ガスで満たす。６）次に側面加圧を停止して石英ドーム（１１、１２）をはずし、装置内のパーツをメンテする。
【００１４】
ここで、１）〜５）の各工程において、装置の条件と石英ドーム（１１、１２）にかかる応力の最大値をＦＥＭ解析により計算した結果を図８に示す。６）の工程は、２）と同じ状態であるので計算を省略している。図８では、安全応力値を３．５ＭＰａとしている。安全応力値は、石英が持つ最大応力から安全係数を求めることで得た。また、１）〜５）の各工程が、図８に示される水準１〜水準５にそれぞれ対応している。そして、図８に示されるように、計算結果では、通常モードにおいて、石英ドーム（１１、１２）に発生する応力が安全応力値を超えないことがわかった。すなわち、通常モードでは、石英ドーム（１１、１２）が破壊されることはない。
【００１５】
上記の通常モード４）での作業中に装置に異常が発生した場合、装置は通常モードから異常モードに移行する。このため、処理室（１５）を不活性気体で周囲気体と同じ圧力に満たすことで装置を通常モードに移行させる。しかし、異常モードでは、側面加圧を行っている状態で石英ドーム（１１、１２）に発生する応力が安全応力値を超えるため、これが、石英ドーム（１１、１２）を破損させる原因であることがわかった。
【００１６】
すなわち、図８に示されるように、異常モードにおいて、冷却チャンバ（２１、２２）に石英ドーム（１１、１２）を締め付けてインターロックまで側面加圧（１．２×１０５Ｐａ）し、さらにＯリング（１３、１４）が常時軟化している水準６では、石英ドーム（１１、１２）に発生する最大主応力値が安全応力値を超えるという計算結果が得られた。また、異常モードにおいて、冷却チャンバ（２１、２２）に石英ドーム（１１、１２）を締め付け、さらにＯリング（１３、１４）が常時軟化している水準７も同様である。
【００１７】
ここで、発明者らは、水準７における石英ドーム（１１、１２）の変形について計算した。その結果を図９に示す。図９（ａ）は、上記水準７による石英ドーム（１１、１２）の変形前（図中破線）と変形後（図中実線）とを示した図である。この図から、石英窓（１１ａ、１２ａ）が変形し、一部の湾曲度合いが高くなっていることがわかる。また、図９（ｂ）に示されるように、石英窓（１１ａ、１２ａ）とフランジ部（１１ｂ、１２ｂ）との付け根部分（接続部）に最大応力値が発生していることが明らかになった。
【００１８】
そこで、発明者らは、処理室（１５）を減圧し、石英ドーム（１１、１２）を側面加圧し、処理室（１５）を加熱した状態で異常信号を検出したとき、処理室（１５）への不活性ガスの注入を開始した後、処理室（１５）が大気圧に戻る前に石英ドーム（１１、１２）への側面加圧を停止した。この結果、石英ドーム（１１、１２）に発生する応力はＦＥＭ解析で求めた水準８の状態と同じになり、石英ドーム（１１、１２）に発生する最大応力値は安全応力値を超えないことがわかった。そして、この制御により、装置が異常モードのときにも、石英ドーム（１１、１２）が破壊されないことが確認できた。
【００１９】
したがって、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、大気圧から減圧された処理ガス内で半導体ウエハ（７０）を加熱処理するための処理室（１５）と、処理室（１５）の境界の一部を形成するように配置され、処理室（１５）より外側に向けて凸状となっている石英窓（１１ａ、１２ａ）と、石英窓（１１ａ、１２ａ）の開口端部に設けられたフランジ部（１１ｂ、１２ｂ）とで構成される石英ドーム（１１、１２）と、Ｏリング（１３、１４）を介して石英ドーム（１１、１２）のフランジ部（１１ｂ、１２ｂ）を拘束する冷却チャンバ（２１、２２）と、石英ドーム（１１、１２）をフランジ部（１１ｂ、１２ｂ）から石英窓（１１ａ、１２ａ）側に側面加圧する側面加圧機構（５０）と、処理室（１５）の異常状態を検知する検知部（４０）とを備えた半導体製造装置を用いた半導体装置の製造方法であって、処理室（１５）が減圧され、石英ドーム（１１、１２）が側面加圧され、処理室（１５）が加熱された状態で、検知部（４０）によって処理室（１５）の異常状態が検知されたとき、石英ドーム（１１、１２）に対する側面加圧を停止する工程と、側面加圧の停止後、処理室（１５）を大気圧に戻す工程とを含んでいることを特徴とする。
【００２０】
これにより、石英ドーム（１１、１２）に側面加圧を継続して行わないようにすることができるので、処理室（１５）の異常状態が検知された異常モードにおいても石英窓（１１ａ、１２ａ）とフランジ部（１１ｂ、１２ｂ）との付け根部分に発生する応力が安全応力値を超えないようにすることができる。
【００２１】
請求項２に記載の発明では、検知部（４０）には、Ｏリング（１３、１４）の温度を検知する温度検出手段（９１、９２）が含まれており、側面加圧を停止する工程では、温度検出手段（９１、９２）にてＯリング（１３、１４）の温度を検出し、Ｏリング（１３、１４）が軟化する温度よりも温度検出手段（９１、９２）にて検出された温度が低い場合、石英ドーム（１１、１２）に対する側面加圧を停止することを特徴とする。
【００２２】
これによると、Ｏリング（１３、１４）が冷えて軟化しなくなるため、フランジ部（１１ｂ、１２ｂ）の動きを拘束することができる。これにより、フランジ部（１１ｂ、１２ｂ）が動くことに連動して石英窓（１１ａ、１２ａ）が動くことを抑制することができ、石英窓（１１ａ、１２ａ）とフランジ部（１１ｂ、１２ｂ）との接続部に発生する応力が安全応力値を超えないようにすることができる。
【００２３】
請求項３に記載の発明では、側面加圧を停止する工程を行う前に、処理室（１５）への不活性気体の導入を開始する工程が含まれていることを特徴とする。
【００２４】
これにより、石英ドーム（１１、１２）内を大気圧に戻すことができ、石英ドーム（１１、１２）の処理室（１５）が大気圧から減圧されることで石英ドーム（１１、１２）の内径方向に発生する応力を緩和することができる。
【００２５】
請求項４に記載の発明では、冷却チャンバ（２１、２２）の内部には、冷却水が流れるようになっており、温度検出手段（９１、９２）として、冷却チャンバから排出される冷却水の温度を測定することにより、Ｏリング（１３、１４）の温度を検出する水温計を用いることを特徴とする。
【００２６】
これにより、冷却水およびＯリング（１３、１４）の温度を予測することができる。また、半導体製造装置に新たな温度測定機構を設けなくても、Ｏリング（１３、１４）の温度を取得することができる。
【００２７】
請求項５に記載の発明では、冷却チャンバ（２１、２２）の内部には、冷却水が流れるようになっており、温度検出手段（９１、９２）として、冷却チャンバ（２１、２２）の内部であって、冷却水とＯリング（１３、１４）との間に配置されることでＯリング（１３、１４）の温度を検出する熱電対を用いることを特徴とする。
【００２８】
これにより、Ｏリング（１３、１４）の温度を予測することができる。また、冷却水よりも近い場所でＯリング（１３、１４）の温度を計測するため、より高精度にＯリング（１３、１４）の温度を測定することができる。
【００２９】
請求項６に記載の発明では、Ｏリング（１３、１４）は複数備えられており、Ｏリング（１３、１４）として、当該Ｏリング（１３、１４）がフランジ部（１１ｂ、１２ｂ）のうち石英窓（１１ａ、１２ａ）の凸側と当該凸側とは反対側とにそれぞれ配置されてフランジ部（１１ｂ、１２ｂ）を挟んでおり、複数のＯリング（１３、１４）のうちもっとも処理室（１５）側に位置するものにおいて、石英窓（１１ａ、１２ａ）の凸側とは反対側に配置されるＯリング（１４）は、石英窓（１１ａ、１２ａ）の凸側に配置されるＯリング（１３）よりも処理室（１５）側に配置されていることを特徴とする。
【００３０】
これによると、Ｏリング（１３、１４）が軟化したとしても、フランジ部（１１ｂ、１２ｂ）のうち処理室（１５）側の面（１６）がフランジ部（１１ｂ、１２ｂ）のうち石英窓（１１ａ、１２ａ）の凸側と当該凸側とは反対側に移動しにくくすることができる。したがって、石英窓（１１ａ、１２ａ）とフランジ部（１１ｂ、１２ｂ）との接合部に応力がかかりにくくなり、石英ドーム（１１、１２）が破壊しないようにすることができる。
【００３１】
上記では、半導体製造装置を用いた半導体装置の製造方法について述べたが、半導体製造装置についても同様のことが言える。すなわち、請求項７に記載の発明では、Ｏリング（１３、１４）は、フランジ部（１１ｂ、１２ｂ）のうち石英窓（１１ａ、１２ａ）の凸側と当該凸側とは反対側とにそれぞれ配置されてフランジ部（１１ｂ、１２ｂ）を挟んでおり、複数のＯリング（１３、１４）のうちもっとも処理室（１５）側に位置するものにおいて、石英窓（１１ａ、１２ａ）の凸側とは反対側に配置されるＯリング（１４）は、石英窓（１１ａ、１２ａ）の凸側に配置されるＯリング（１３）よりも処理室（１５）側に配置されていることを特徴とする。
【００３２】
これにより、石英ドーム（１１、１２）の石英窓（１１ａ、１２ａ）とフランジ部（１１ｂ、１２ｂ）との接合部に応力がかからないようにすることができ、石英ドーム（１１、１２）が破壊されない半導体製造装置を提供することができる。
【００３３】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００３５】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態で示される半導体製造装置は、処理室を減圧にするものおよびその制御であって、特に、半導体ウエハにエピタキシャル膜等を成膜する装置に好適である。
【００３６】
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体製造装置の概略断面図である。この図に示されるように、半導体製造装置は、石英ドーム１１、１２と、冷却チャンバ２１、２２と、成膜ガス排出機構３０と、検知部４０と、側面加圧ポンプ５０と、サセプタ６０と、シャフト６１と、回転機構６２と、ランプモジュール６３とを備えている。
【００３７】
石英ドーム１１、１２は、石英窓１１ａ、１２ａとフランジ部１１ｂ、１２ｂとで構成されている。石英窓１１ａ、１２ａは凸状の容器である。また、フランジ部１１ｂ、１２ｂは石英窓１１ａ、１２ａの開口端部に設けられたものである。
【００３８】
そして、冷却チャンバ２１、２２は、複数のＯリング１３、１４を介して石英ドーム１１、１２のフランジ部１１ｂ、１２ｂを拘束するものであり、内部に冷却水が流れる構造を有している。冷却チャンバ２１、２２はそれぞれネジ２３、２４によりねじ止めされ、フランジ部１１ｂ、１２ｂが冷却チャンバ２１、２２に強固に拘束されている。
【００３９】
具体的に、フランジ部１１ｂ、１２ｂの拘束について、図２を参照して説明する。図２は、図１のＡ部拡大断面図であり、Ｏリング１３、１４を介して冷却チャンバ２１、２２がフランジ部１１ｂ、１２ｂを拘束する様子を示したものである。なお、図２では側面加圧ポンプ５０やネジ２３、２４を省略してある。また、フランジ部１１ｂ、１２ｂ、Ｏリング１３、１４、冷却チャンバ２１、２２の関係はすべて図２に示されるものと同じであり、図１に示されるＡ部のみに限定されるものではない。
【００４０】
図２に示されるように、冷却チャンバ２１、２２内には、冷却水が流れる通路２５が設けられており、この通路２５内に冷却水が流れるようになっている。冷却水は、各冷却チャンバ２１、２２に設けられた図示しない導入口から導入され、通路２５を介して冷却チャンバ２１、２２内を通過し、図示しない排出口から排出される。
【００４１】
また、図１に示されるように、石英ドーム１１、１２のフランジ部１１ｂ、１２ｂにＯリング１３、１４を介して冷却チャンバ２１、２２が固定されたものが２つ用意され、各石英ドーム１１、１２の各石英窓１１ａ、１２ａの凹部がそれぞれ向かい合わされて、各冷却チャンバ２１、２２が接合されている。このように、石英ドーム１１、１２、Ｏリング１３、１４、および冷却チャンバ２１、２２にて閉じられた空間が処理室１５となる。処理室１５は、半導体ウエハ７０を加熱処理する部屋であり、大気圧から減圧されて処理ガス（成膜ガス）が注入される。
【００４２】
冷却チャンバ２１、２２には、成膜ガスを処理室１５に導入するための導入通路２６と、処理室１５から成膜ガスを排出するための排出通路２７とが設けられている。
【００４３】
そして、フランジ部１１ｂ、１２ｂを拘束するＯリング１３、１４は、当該Ｏリング１３、１４がフランジ部１１ｂ、１２ｂのうち石英窓１１ａ、１２ａの凸側と当該凸側とは反対側とにそれぞれ配置されてフランジ部１１ｂ、１２ｂを挟んでいる。さらに、複数のＯリング１３、１４のうちもっとも処理室１５側に位置するものにおいて、石英窓１１ａ、１２ａの凸側とは反対側、すなわち凹側に配置されるＯリング１４は、石英窓１１ａ、１２ａの凸側に配置されるＯリング１３よりも処理室１５側に配置されている。
【００４４】
成膜ガス排出機構３０は、ポンプ３１と除害装置３２とスクラバ３３とによって構成されている。これらポンプ３１、除害装置３２、スクラバ３３は一つの配管３４で接続されており、配管３４は排出通路２７に接続されている。
【００４５】
このような成膜ガス排出機構３０では、ポンプ３１によって処理室１５の成膜ガスが外部に排出される。そして、ポンプ３１と除害装置３２との間の配管３４にＮ２が導入されると共に除害装置３２にて成膜ガスが無害化され、スクラバ３３によって成膜ガス中のダストや有害ガス等が薬液等により除去されるようになっている。
【００４６】
検知部４０は、処理室１５の異常状態を検知するものであり、処理室１５からのＨ２漏れを検知するためのＨ２漏れ検知器４１と、石英ドーム１１、１２によって構成されるチャンバの温度を計測するための温度計４２と、ポンプ３１に設けられ、ポンプ３１の停止を監視するためのセンサ４３と、スクラバ３３に設けられ、スクラバ３３の停止を監視するためのセンサ４４とを備えている。
【００４７】
このような検知部４０は、Ｈ２漏れ検知器４１、温度計４２、センサ４３、４４からの信号が基準値を満たすか否かを判定し、基準値を満たさないと判定した場合、図示しない制御装置に処理室１５が異常状態にあることを示す異常信号を出力する。この異常信号には、処理室１５から水素漏れが発生したことを示す水素漏れ検知、処理室１５が規定値を超えて高温になったことを示すチャンバＯＶＥＲＴＥＭＰ、ポンプ３１が停止したことを示すポンプ異常、スクラバ３３が停止したことを示すスクラバ異常のいずれかが含まれている。これらの異常は、すべて処理室１５に関わる事項である。
【００４８】
側面加圧ポンプ５０は、フランジ部１１ｂ、１２ｂを処理室１５側に押し込むことにより、処理室１５が大気圧から減圧されることで石英窓１１ａ、１２ａにおいて処理室１５の中心部側に発生する圧縮力に石英窓１１ａ、１２ａが対抗できるように、石英窓１１ａ、１２ａの湾曲の度合いを維持もしくは高めるものである。この側面加圧ポンプ５０は、図１に示されるように冷却チャンバ２１、２２の側面に接続されており、例えばＮ２やエアーによる加圧によりフランジ部１１ｂ、１２ｂを処理室１５側に押し込むようになっている。なお、側面加圧ポンプ５０によって石英ドーム１１、１２に側面加圧を行う構成は、本発明の側面加圧機構に相当する。
【００４９】
サセプタ６０は、一面６０ａおよび他面６０ｂを有する円板状のテーブルであり、一面６０ａに複数の半導体ウエハ７０が配置されるものである。
【００５０】
シャフト６１は、サセプタ６０の他面６０ｂ側に位置すると共に、サセプタ６０の他面６０ｂに対し垂直方向に延びる棒状の部材であり、サセプタ６０を支持して処理室１５内に配置させるものである。シャフト６１のうちサセプタ６０側の上端部６１ａ側にサセプタ６０が接続され、上端部６１ａとは反対側の下端部６１ｂが回転機構６２に備え付けられている。
【００５１】
図１に示されるように、シャフト６１は、石英窓１２ａに設けられたシャフト貫通部１２ｃに差し込まれた形態になっている。これにより、シャフト６１の上端部６１ａは処理室１５内に配置され、下端部６１ｂは処理室１５の外部に配置される。
【００５２】
回転機構６２は、シャフト６１の下端部６１ｂを支持し、シャフト６１の中心軸を中心にシャフト６１を回転させるものであり、モータ等を備えた周知のものである。この回転機構６２によってシャフト６１が回転すると、これに連動してサセプタ６０も回転するようになっている。この回転機構６２にはＯリング６２ａを介してシャフト貫通部１２ｃが取り付けられ、これにより処理室１５がシールされる。
【００５３】
また、図１に示されるランプモジュール６３は、輻射熱を発する加熱源であり、処理室１５の外部に複数配置されている。具体的には、ランプモジュール６３は、各石英窓１１ａ、１２ａの凸側に配置され、サセプタ６０の一面６０ａおよび他面６０ｂを照らし、処理室１５内を加熱するようになっている。ランプモジュール６３として、例えばハロゲンランプが採用される。
【００５４】
以上が、本実施形態に係る半導体製造装置の全体構成である。この半導体製造装置において、ランプモジュール６３の照度、回転機構６２の回転速度、側面加圧ポンプ５０の制御、処理室１５への成膜ガスの注入、冷却チャンバ２１、２２の冷却水の制御、成膜ガス排出機構３０の制御、検知部４０の制御等は、図示しない制御装置により行われる。
【００５５】
次に、上記装置を用いて半導体ウエハ７０に熱処理を行う工程について説明する。まず、検知部４０によって装置の異常が検出されない通常モード（安全モード）において熱処理を行う場合について説明する。このような通常モードの処理においても、検知部４０は常に異常検知を行っている。
【００５６】
はじめに、装置のメンテが終わった後、Ｏリング１３、１４を介して石英ドーム１１、１２のフランジ部１１ｂ、１２ｂに冷却チャンバ２１、２２をはめ込み、ネジ２３、２４を介してフランジ部１１ｂ、１２ｂを締め付ける。そして、一方の冷却チャンバ２１を他方の冷却チャンバ２２に固定して処理室１５を形成する。
【００５７】
続いて、側面加圧ポンプ５０により、石英ドーム１１、１２に側面加圧を行う。また、図示しない真空ポンプにより、処理室１５を真空にする。その後Ｈ２により所定の圧力（減圧）とする。この状態で、図示しないトランスファーチャンバ（準備室）から半導体ウエハ７０を搬送し、サセプタ６０の一面６０ａに半導体ウエハ７０を配置する。半導体ウエハ７０に膜を成長させるための成膜ガスを冷却チャンバ２１、２２の導入通路２６を介して処理室１５に導入し、ランプモジュール６３によって処理室１５を加熱する。これにより、半導体ウエハ７０に膜を形成する。その後成膜ガスを止め、半導体ウエハ７０をトランスファーチャンバ（準備室）に戻し、新しい半導体ウエハ７０を搬送し半導体ウエハ７０に膜を成長する作業を繰り返す。所定枚半導体ウエハ７０に膜を成長させた後、メンテのため処理室１５を大気圧まで不活性ガスで満たす。
【００５８】
上記のように通常モードにおいて成膜ガスを流し成膜を行っている最中に、検知部４０によって異常が検出された場合、装置は通常モードから異常モードに移行する。すなわち、検知部４０において、水素漏れ検知、チャンバＯＶＥＲＴＥＭＰ、ポンプ異常、スクラバ異常のいずれかが検知され、検知部４０から図示しない制御装置に処理室１５が異常状態にあることを示す異常信号が出力される。
【００５９】
この後の異常モードにおける工程を図３に示す。まず、図示しない制御装置が異常信号を検出すると、ランプモジュール６３の駆動を停止して処理室１５の加熱を停止する。この後、安全な状態にするため処理室１５への不活性気体の導入を開始する。
【００６０】
次に、側面加圧ポンプ５０の駆動を停止し、石英ドーム１１、１２に対する側面加圧を停止する。側面加圧の停止後、処理室１５を大気圧に戻す。
【００６１】
そして、冷却チャンバ２１、２２およびＯリング１３、１４を自然冷却する。自然冷却後、一方の冷却チャンバ２１を他方の冷却チャンバ２２から外すことで処理室１５を開放し、半導体ウエハ７０を取り出す。異常信号が検知された異常の発生原因を処置する。装置が通常モードで動作できるすなわちメンテ終了後の石英ドーム１１、１２の装着作業からできるようになる。
【００６２】
このように、石英ドーム１１、１２に対する側面加圧を停止した後、処理室１５を大気圧に戻すことで、石英ドーム１１、１２に安全応力値（図８参照）を超える応力がかかることを回避し、ひいては石英ドーム１１、１２の破壊を回避する。
【００６３】
また、上述した図２に示されるＯリング１３、１４の配置によっても、石英ドーム１１、１２の破壊を回避することができる。これについて、図４を参照して説明する。
【００６４】
まず、処理室１５を加熱すると、Ｏリング１３、１４が軟化するため、冷却チャンバ２１、２２に拘束されていたフランジ部１１ｂ、１２ｂに動きの自由度が生まれる。一方、処理室１５は大気圧から減圧されているので、石英ドーム１１、１２が処理室１５の中心部側に引き寄せられる。これにより、フランジ部１１ｂ、１２ｂは、図４に示される矢印８１の方向に移動しようとする。これに伴い、石英窓１１ａ、１２ａとフランジ部１１ｂ、１２ｂとの接続部も、矢印８１とほぼ同じ矢印８２の方向に移動しようとする。これにより、当該接続部に応力が発生して当該接続部が破壊されやすくなる。
【００６５】
しかし、Ｏリング１３、１４が軟化したとしても、Ｏリング１３、１４のうちもっとも処理室１５側に位置するものにおいて、石英窓１１ａ、１２ａの凸側とは反対側に配置されるＯリング１４は、石英窓１１ａ、１２ａの凸側に配置されるＯリング１３よりも処理室１５側に配置されている。このため、Ｏリング１４が、フランジ部１１ｂ、１２ｂのうち処理室１５に面する面１６が矢印８１の方向に移動しようとする動きを拘束する。これにより、フランジ部１１ｂ、１２ｂが矢印８１の方向に移動しにくくなるので、石英窓１１ａ、１２ａとフランジ部１１ｂ、１２ｂとの接合部が矢印８２に移動しにくくなる。したがって、当該接合部に応力がかかりにくくなり、石英ドーム１１、１２の破壊が回避される。以上のように、Ｏリング１３、１４の配置を規定することで、石英ドーム１１、１２に発生する応力が安全応力値を超えないようにすることができる。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態では、半導体ウエハ７０に成膜を行っている最中に、検知部４０が装置の異常状態を検知した場合、石英ドーム１１、１２に対する側面加圧を停止した後、処理室１５を大気圧に戻すことが特徴となっている。
【００６７】
これによると、石英ドーム１１、１２への側面加圧を継続して行わないようにして、石英窓１１ａ、１２ａとフランジ部１１ｂ、１２ｂとの接続部に発生する応力が安全応力値を超えないようにすることができる。これにより、装置の異常モードにおいて、当該接続部が破壊されないようにすることができる。
【００６８】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、Ｏリング１３、１４の温度をモニタし、異常モードにおいて当該温度に基づいて石英ドーム１１、１２の側面加圧を制御することが特徴となっている。
【００６９】
このため、半導体製造装置において、検知部４０に水温計が備えられている。図５は、本実施形態において、冷却チャンバ２１、２２に水温計を設けた模式図を示したものであり、図１のＡ部に相当する断面図である。図５に示されるように、水温計９１は、例えば、冷却チャンバ２１、２２に設けられた冷却水の排出口に配置される。この水温計９１は、冷却チャンバ２１、２２から排出される冷却水の温度を測定することにより、冷却水の温度から間接的にＯリング１３、１４の温度を検出するものとして用いられる。なお、水温計９１は本発明の温度検出手段に相当する。
【００７０】
次に、上記水温計９１によって、Ｏリング１３、１４の温度をモニタしつつ、装置が異常モードに移行したときの工程について、図６を参照して説明する。
【００７１】
第１実施形態と同様に、図示しない制御装置が異常信号を検出すると、処理室１５の加熱を停止する。この後、当該制御装置は、Ｏリング１３、１４の温度が所定温度以下であるか否かを判定する。ここで、所定温度とは、少なくともＯリング１３、１４が軟化する温度以下の温度であり、判定基準となる基準値である。すなわち、当該制御装置は、水温計９１で測定されたＯリング１３、１４の温度とＯリング１３、１４が軟化する温度とを比較し、Ｏリング１３、１４が軟化する温度よりも水温計９１にて検出された温度が低い場合、処理室１５への不活性気体の導入を開始する。なお、所定温度は、石英ドーム１１、１２周辺の温度であるとさらに好ましい。
【００７２】
このように、Ｏリング１３、１４が冷えて軟化しなくなってから不活性気体を導入することについてＦＥＭ解析を行うと、石英ドーム１１、１２に発生する応力が最大応力値を超えないようにすることができる（図８の水準５と同じ応力値）。すなわち、Ｏリング１３、１４が軟化しなくなると、フランジ部１１ｂ、１２ｂの動きを拘束することができるので、フランジ部１１ｂ、１２ｂの動きに連動する石英窓１１ａ、１２ａの動きを抑制でき、ひいては石英窓１１ａ、１２ａとフランジ部１１ｂ、１２ｂとの接続部に安全応力値を超える応力が発生しないようにすることができる。
【００７３】
この後、第１実施形態と同様に、石英ドーム１１、１２に対する側面加圧を停止し、処理室１５を大気圧に戻す。そして、処理室１５を開放し、半導体ウエハ７０を取り出す。なお、処理室１５を大気圧に戻した後、石英ドーム１１、１２等を十分に自然冷却した後に、半導体ウエハ７０を取り出すようにしても良い。
【００７４】
以上のように、水温計９１でＯリング１３、１４の温度を計測し、Ｏリング１３、１４が冷めて軟化しなくなってから処理室１５に不活性気体を導入することで、石英ドーム１１、１２の破壊を回避することができる。また、冷却チャンバ２１、２２の冷却水の排出口に水温計９１を設けるだけであるので、半導体製造装置に新たな温度測定機構を設けなくても良いという利点がある。
【００７５】
（第３実施形態）
本実施形態では、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。第２実施形態では、Ｏリング１３、１４の温度を計測するものとして水温計９１を用いたが、本実施形態では、熱電対を用いることが特徴となっている。
【００７６】
図７は、本実施形態において、冷却チャンバ２１、２２に熱電対を設けた模式図を示したものであり、図１のＡ部に相当する断面図である。この図に示されるように、冷却チャンバ２１、２２において、Ｏリング１３、１４と通路２５との間に熱電対９２が埋め込まれている。通路２５には冷却水が流れるので、熱電対９２は冷却水とＯリング１３、１４との間に配置されていると言える。この熱電対９２で得られた電位差の信号は図示しない制御装置に入力されて温度に変換される。なお、熱電対９２は本発明の温度検出手段に相当する。
【００７７】
この熱電対９２を用いて、図６に示される異常モードにおける工程において、Ｏリング１３、１４の温度を計測することができる。当該熱電対９２は、通路２５を流れる冷却水よりも近い場所でＯリング１３、１４の温度を計測できるため、より高精度にＯリング１３、１４の温度を測定することができる。
【００７８】
（他の実施形態）
上記各実施形態で示された半導体製造装置の構成はそれぞれ一例を示すものであって、他の構成であっても構わない。例えば、フランジ部１１ｂ、１２ｂを拘束するためのＯリング１３、１４の数は、図１等に示される数には限られない。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体製造装置の概略断面図である。
【図２】図１のＡ部拡大断面図である。
【図３】異常モードの際の工程を示した図である。
【図４】Ｏリングの配置による効果を説明するための図である。
【図５】本発明の第２実施形態において、冷却チャンバに水温計を設けた模式図である。
【図６】第２実施形態において、異常モードの際の工程を示した図である。
【図７】本発明の第３実施形態において、冷却チャンバに熱電対を設けた模式図である。
【図８】半導体製造装置の条件と石英ドームにかかる応力の最大値をＦＥＭ解析した結果を示した図である。
【図９】（ａ）は、図８の水準７における石英ドームの変形前後を示した図であり、（ｂ）は石英窓とフランジ部との付け根部分の拡大図である。
【符号の説明】
【００８０】
１１、１２      石英ドーム
１１ａ、１２ａ  石英窓
１１ｂ、１２ｂ  フランジ部
１３、１４      Ｏリング
１５            処理室
２１、２２      冷却チャンバ
４０            検知部
５０            側面加圧ポンプ
７０            半導体ウエハ
９１            水温計
９２            熱電対
【図１】
0005145983.tif 000002
【図２】
0005145983.tif 000003
【図３】
0005145983.tif 000004
【図４】
0005145983.tif 000005
【図５】
0005145983.tif 000006
【図６】
0005145983.tif 000007
【図７】
0005145983.tif 000008
【図８】
0005145983.tif 000009
【図９】
0005145983.tif 000010