(57)【要約】【課題】  処理性能の低下を抑制しつつ、反応管内に生じた反応生成物による不具合を解消する半導体処理装置および半導体処理方法を提供する。【解決手段】  ＭＯＣＶＤ装置１０は、チャンバ１１と、基板１４が設置される処理空間５０を規定し、チャンバ１１内に配置される反応管１２と、反応管１２の外側に設けられ、反応管１２内を観測するパイロメータ２５とを備える。処理空間５０には、基板１４を処理する反応ガスが流通する。反応管１２には、パイロメータ２５と基板１４との間に位置して開口部２７が形成されている。ＭＯＣＶＤ装置１０は、さらに、開口部２７とパイロメータ２５との間に位置して設けられ、開口部２７を通じて処理空間５０に連通する閉塞空間７０を形成する仕切り板２８を備える。【選択図】        図１
2007043022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室と、
処理対象物が設置される内部空間を規定し、前記処理室内に配置される反応管と、
前記反応管の外側に設けられ、前記反応管内を観測する非接触センサとを備える半導体処理装置であって、
前記内部空間には、前記処理対象物を処理する反応ガスが流通し、
前記反応管には、前記非接触センサと前記処理対象物との間に位置して開口部が形成されており、さらに、
前記開口部と前記非接触センサとの間に位置して設けられ、前記開口部を通じて前記内部空間に連通する略閉塞空間を形成する仕切り部材を備える、半導体処理装置。
【請求項２】
前記反応管は、反応ガスが前記内部空間に供給される供給口と、反応ガスが前記内部空間から排出される排出口とを有し、
前記処理対象物は、前記供給口と前記排出口との間に配置される、請求項１に記載の半導体処理装置。
【請求項３】
前記処理対象物から前記非接触センサに向けて、前記処理対象物を観測するための観測媒体が束となって発せられ、
前記開口部は、前記開口部の開口面における前記観測媒体の束の断面積以上の開口広さを有する、請求項１または２に記載の半導体処理装置。
【請求項４】
前記略閉塞空間に配置され、前記開口部を取り囲むとともに、前記開口部から前記内部空間とは反対側に延びる略筒状部材をさらに備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体処理装置。
【請求項５】
前記内部空間の圧力を検出する第１の圧力検出部と、
前記略閉塞空間の圧力を検出する第２の圧力検出部と、
前記略閉塞空間の圧力を調整する圧力調整部とをさらに備え、
前記圧力調整部は、前記第１および第２の圧力検出部でそれぞれ検出された前記内部空間および前記略閉塞空間の圧力値に基づいて、前記内部空間および前記略閉塞空間の圧力差を減少させるように前記略閉塞空間の圧力を調整する、請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体処理装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体処理装置を用いた半導体処理方法であって、
前記非接触センサにより前記処理対象物を観測する、半導体処理方法。
【請求項７】
処理室と、
処理対象物が設置される内部空間を規定し、前記処理室内に配置される反応管と、
前記反応管の外側に設けられ、前記処理対象物に向けて光を照射する光照射部とを備える半導体処理装置であって、
前記内部空間には、前記処理対象物を処理する反応ガスが流通し、
前記反応管には、前記光照射部と前記処理対象物との間に位置して開口部が形成されており、さらに、
前記開口部と前記光照射部との間に位置して設けられ、前記開口部を通じて前記内部空間に連通する略閉塞空間を形成する仕切り部材を備える、半導体処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的には、半導体処理装置および半導体処理方法に関し、より特定的には、処理対象物が設置された反応管内に反応ガスを流し、処理対象物に対して、成膜、エッチング、酸化などの処理を行なう半導体処理装置、およびその装置を用いた半導体処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
気相成長（ＣＶＤ：chemical-vapor deposition）装置は、ガスを用いて成膜を行なう半導体処理装置の１つであり、従来から半導体製造の分野で広く使用されている。この気相成長装置では、成膜対象となる基板を予め、加熱しておき、基板に向かって１種類もしくは複数種の材料ガスを流す。基板の周りで加熱された材料ガスは、化学反応を起こし、基板上に成膜を行なう。
【０００３】
図１０は、従来の気相成長装置を示す断面図である。図１０を参照して、気相成長装置では、ガスの流れが成膜の品質に大きな影響を与える。このため、ガス流れを制御するための石英等で形成された反応管１０２が、金属製の気密チャンバ１０１に収められ、その反応管１０２内に基板１０４が配置される。材料ガスは、材料ガス供給器１１２から材料ガス導入管１１０を経て、反応管１０２内の空間１２０に供給される。材料ガスは、空間１２０で層流として流され、材料ガス排出管１１１から外部に排出される。
【０００４】
反応管１０２は、ガスの密閉能力を有さない。このため、反応管１０２の外側であって、チャンバ１０１の内側にある空間１３０には、反応管１０２から漏れ出した材料ガスが滞留する。図中の気相成長装置では、この反応管１０２から漏れ出した材料ガスが成膜に悪影響を与えないように、比較的少量の不活性ガスが、不活性ガス供給口１１３から空間１３０に導入されている。不活性ガスは、空間１３０を流れた後、不活性ガス排出口１１４から外部に排出される。
【０００５】
一方、このような気相成長装置においては、成膜の適切な制御を行なうため、基板１０４の温度や成膜された膜の厚みなどを、処理中に測定できることが重要である。このため、図１０中に示すように、温度を測定するためのパイロメータや、膜厚を測定するためのエリプソメータなどの非接触センサ１１５が、チャンバ１０１の外部に設置される。
【０００６】
非接触センサ１１５を用いた場合、チャンバ１０１の壁面に設けられたビューポート１１６および透明な石英製の反応管１０２越しに、基板１０４の測定が行なわれる。しかしながら、気相成長装置では、材料ガスの流れによって、反応管１０２内に不要な反応生成物が発生する。このため、一般的に、反応管１０２の内壁や基板トレイ１０７など基板の表面以外の場所に付着物１０５が生じる。特に、有機金属ガスを材料ガスの１種として用いる有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）装置などでは、この傾向が顕著となる。
【０００７】
また別に、特開平３−７５３８９号公報には、終点検出用センサへの入力光の減衰を防ぎ、終点検出精度を向上させることを目的としたドライエッチング装置が開示されている（特許文献１）。また、実開平５−７６４号公報には、成膜過程において反応容器内に生成される析出物の影響を抑え、基材温度の測定精度を高めることを目的とした蒸着装置が開示されている（特許文献２）。また、特開昭６１−１６３６３２号公報には、ビューポート上のガラス板が分子線によって汚染されることを防止し、かつ装置の故障を防止することを目的とした分子線エピタキシャル成長装置が開示されている（特許文献３）。
【特許文献１】特開平３−７５３８９号公報
【特許文献２】実開平５−７６４号公報
【特許文献３】特開昭６１−１６３６３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図１０を参照して説明したように、反応管１０２の内壁に付着物１０５が生じると、当所透明であった反応管１０２の表面がやがて曇ってしまう。このため、非接触センサ１１５に入力する観測光の透過が、反応管１０２の表面で妨げられ、非接触センサ１１５による測定が、測定不可能あるいは測定に大きな誤差を伴うという問題が生じる。
【０００９】
このような付着物の発生を防止する方法としては、上記の特許文献１に開示されているように加熱を用いたり、特許文献２に開示されているように不活性ガスを導入する等の方法がある。
【００１０】
しかしながら、反応管１０２を加熱すると、基板１０４の近傍の温度分布が乱れ、基板上の膜成長に悪影響を与えるおそれがある。また、加熱を行なうため設けたヒータによって、観測が阻害されるおそれも生じる。
【００１１】
また、不活性ガスを導入する方法では、反応管１０２内の空間１２０に不活性ガスを流すことになるため、基板１０４の近傍において材料ガスの流れが乱れ、基板上の膜成長に悪影響を与えるおそれがある。また、付着物の発生を抑えたい基板の直上に、不活性ガスの導入口を設置することが難しい場合もある。このため、所望の位置で付着物の発生を十分に抑えることができなかったり、不活性ガスの導入機構を別途、設ける必要が生じたりする。
【００１２】
一方、特許文献３に開示された分子線エピタキシャル成長装置は、基板の処理にガス流を伴わないＭＢＥ（molecular beam epitaxy：電子線エピタキシー）装置である。図１１は、特許文献３に開示された分子線エピタキシャル成長装置を示す断面図である。
【００１３】
図１１を参照して、この装置には、チャンバ２０１内の空間に、蒸散するガスを冷却吸着するためのシュラウド２０７と、チャンバ２０１から外部に突出するビューポート２０４とが設けられている。チャンバ２０１内の空間には、基板２１０が収容されている。ビューポート２０４の底面には、ガラス板２０５が設けられている。チャンバ２０１の外部に設置された赤外線温度計２０６により、ガラス板２０５を介して装置内部が観察される。
【００１４】
この装置には、さらに、シュラウド２０７からチャンバ２０１内の空間に突出し、開口部２１１が形成された筒２０９が設けられている。開口部２１１は、基板２１０の中心点２１２を、ガラス板２０５を通して見込む立体角を規制する大きさに開口している。チャンバ２０１内は、たとえば、１０−８Ｐａ以下の超高真空の分子流領域に設定される。このため、チャンバ２０１内では、気体分子の存在密度が低く、分子間の相互作用が大きく働かない。このため、筒２０９に囲まれた閉塞空間に気体分子が入り込んだとしても抵抗力が作用しない。また、チャンバ２０１内は、超高真空下にあるため、付着物は、ガス流とは無関係に直線的に飛来する。
【００１５】
このようなＭＢＥ装置の構造を、図１０中に示す気相成長装置に転用しようとすると、筒２０９が、図１０中の反応管１０２から空間１２０に突出するように配置されることとなる。この場合、反応管１０２は、材料ガスの流れを整流に保つための機能部品であるため、空間１２０に突出する筒２０９が材料ガスの流れを乱してしまう。このため、成膜性能が低下するおそれが生じる。
【００１６】
図１２は、図１０中の気相成長装置の改良例を示す断面図である。図１２を参照して、反応管１０２に開口部１４０を設け、その開口部１４０を通じて測定を行なう方法が、他の解決策として考えられる。
【００１７】
しかしながら、反応管１０２内の空間１２０およびチャンバ１０１内の空間１３０には、材料ガスおよび不活性ガスの流れがそれぞれ存在する。このため、単に反応管１０２に開口部１４０を形成しただけでは、空間１２０を流れる材料ガスが、開口部１４０を通じて反応管１０２の外側に流出したり（図中、矢印１５０に示すガス流れ）、空間１３０に流れる不活性ガスが、開口部１４０を通じて反応管１０２の内側に流入したりする（図中、矢印１６０に示すガス流れ）。このため、開口部１４０の近傍で反応管１０２内の材料ガスの濃度が低下する、あるいはガス流れが乱れるといった問題が発生し、基板１０４上の成膜に悪影響を与えるおそれが生じる。
【００１８】
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、処理性能の低下を抑制しつつ、反応管内に生じた反応生成物による不具合を解消する半導体処理装置および半導体処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
この発明の１つの局面に従った半導体処理装置は、処理室と、処理対象物が設置される内部空間を規定し、処理室内に配置される反応管と、反応管の外側に設けられ、反応管内を観測する非接触センサとを備える半導体処理装置である。内部空間には、処理対象物を処理する反応ガスが流通する。反応管には、非接触センサと処理対象物との間に位置して開口部が形成されている。半導体処理装置は、さらに、開口部と非接触センサとの間に位置して設けられ、開口部を通じて内部空間に連通する略閉塞空間を形成する仕切り部材を備える。
【００２０】
なお、ここで言う略閉塞空間には、開口部を除いた位置で厳密に閉塞されている空間のほか、微小な隙間や孔等によって外部と連通する箇所を局所的に有する空間も含まれる。
【００２１】
このように構成された半導体処理装置によれば、仕切り部材によって形成された略閉塞空間には、積極的なガス流れが存在しない。このため、内部空間と略閉塞空間との間で開口部を通じて行き来するガス流れを抑制し、内部空間において反応ガスの流れに乱れが生じることを防止できる。また、非接触センサによる処理対象物の観測は、反応管に形成された開口部を通じて行なわれる。このため、反応ガスの流れに起因して反応管の内壁に付着する反応生成物によって、処理対象物の観測が妨げられるということがない。したがって、本発明によれば、処理対象物に対する処理性能の低下を招くことなく、処理対象物の正確な観測を行なうことができる。
【００２２】
また、反応管は、反応ガスが内部空間に供給される供給口と、反応ガスが内部空間から排出される排出口とを有する。処理対象物は、供給口と排出口との間に配置される。このように構成された半導体処理装置によれば、処理対象物を処理するための反応ガスの流れが供給口から排出口に向けて形成される半導体処理装置において、上記の効果を得ることができる。
【００２３】
また、処理対象物から非接触センサに向けて、処理対象物を観測のための観測媒体が束となって発せられる。好ましくは、開口部は、開口部の開口面における観測媒体の束の断面積以上の開口広さを有する。このように構成された半導体処理装置によれば、処理対象物から非接触センサに向かう観測媒体が、開口部を通過する際に、開口部の周縁によって遮られることを防止できる。これにより、処理対象物の正確な観測を行なうことができる。
【００２４】
また好ましくは、半導体処理装置は、略閉塞空間に配置され、開口部を取り囲むとともに、開口部から内部空間とは反対側に延びる略筒状部材をさらに備える。このように構成された半導体処理装置によれば、略筒状部材を設けることによって、開口部を通過するガス流れの管路抵抗が増大する。このため、開口部を通過するガス流れをさらに効果的に抑制することができる。
【００２５】
また好ましくは、半導体処理装置は、内部空間の圧力を検出する第１の圧力検出部と、略閉塞空間の圧力を検出する第２の圧力検出部と、略閉塞空間の圧力を調整する圧力調整部とをさらに備える。圧力調整部は、第１および第２の圧力検出部でそれぞれ検出された内部空間および略閉塞空間の圧力値に基づいて、内部空間および略閉塞空間の圧力差を減少させるように略閉塞空間の圧力を調整する。このように構成された半導体処理装置によれば、内部空間と略閉塞空間との間の圧力差に起因して開口部を通過するガス流れが発生することを防止できる。
【００２６】
この発明に従った半導体処理方法は、上述のいずれかに記載の半導体処理装置を用いた半導体処理方法であり、非接触センサにより処理対象物を観測する。このように構成された半導体処理方法によれば、正確に実施された処理対象物の観測結果に基づいて、半導体装置の制御を精緻に行なうことができる。
【００２７】
この発明の別の局面に従った半導体処理装置は、処理室と、処理対象物が設置される内部空間を規定し、処理室内に配置される反応管と、反応管の外側に設けられ、処理対象物に向けて光を照射する光照射部とを備える半導体処理装置である。内部空間には、処理対象物を処理する反応ガスが流通する。反応管には、光照射部と処理対象物との間に位置して開口部が形成されている。半導体処理装置は、さらに、開口部と光照射部との間に位置して設けられ、開口部を通じて内部空間に連通する略閉塞空間を形成する仕切り部材を備える。
【００２８】
なお、ここで言う略閉塞空間については、上記の略閉塞空間と同様に理解する。
このように構成された半導体処理装置によれば、仕切り部材によって形成された略閉塞空間には、積極的なガス流れが存在しない。このため、内部空間と略閉塞空間との間で開口部を通じて行き来するガス流れを抑制し、内部空間において反応ガスの流れに乱れが生じることを防止できる。また、光照射部で照射された光は、開口部を通じて処理対象物に達する。このため、反応ガスの流れに起因して反応管の内壁に付着する反応生成物によって、光の進行が妨げられるということがない。したがって、本発明によれば、処理対象物に対する処理性能の低下を招くことなく、光照射部で照射された光を処理対象物に確実に到達させることができる。
【発明の効果】
【００２９】
以上説明したように、この発明に従えば、処理性能の低下を抑制しつつ、反応管内に生じた反応生成物による不具合を解消する半導体処理装置および半導体処理方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。
【００３１】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１におけるＭＯＣＶＤ装置を示す断面図である。なお、本実施の形態では、図中に示すＭＯＣＶＤ装置を例に挙げて説明するが、これに限定されず、他の成膜装置やエッチング装置、酸化装置、表面改質装置などの、処理に気体の流動を伴う半導体処理装置に、本発明を適用することができる。
【００３２】
図１を参照して、ＭＯＣＶＤ装置１０は、基板１４の成長面１４ａに、ＧａＮ（窒化ガリウム）膜を成膜する装置である。ＭＯＣＶＤ装置１０は、チャンバ１１と、チャンバ１１内に配置され、処理空間５０を規定する反応管１２と、チャンバ１１の外側に配置されたパイロメータ２５とを備える。処理空間５０は、反応管１２の内壁１２ｃに囲まれた位置に形成されており、処理空間５０には、処理対象物である基板１４が配置される。
【００３３】
チャンバ１１は、筐体形状を有し、たとえばアルミニウムやステンレス鋼から形成されている。チャンバ１１内の雰囲気は、１０３Ｐａから１０５Ｐａ程度の圧力を有する粘性流領域に置かれる。
【００３４】
反応管１２は、石英などの高温・反応性雰囲気に対して耐性を有する材料により形成されている。反応管１２は、略矩形断面を有する筒形状に形成されており、一方端１２ｍから他方端１２ｎに向けて水平方向に延びている。反応管１２の底部１２ｑには、基板１４を保持する基板ホルダ１７が設けられている。反応管１２は、反応管１２の頂部１２ｐとチャンバ１１との間に隙間が存在するようにチャンバ１１内に位置決めされている。
【００３５】
基板１４は、成長面１４ａが処理空間５０に露出するように設けられている。基板１４は、一方端１２ｍと他方端１２ｎとの間の中程に位置して設けられている。基板１４の裏側には、基板１４を加熱するための基板加熱ヒータ１３が設けられている。
【００３６】
なお、本実施の形態では、成長面１４ａが鉛直上方向に面するように基板１４が配置される装置を例に挙げたが、これに限定されず、成長面１４ａが鉛直下方向に面するように基板１４が配置される装置であっても良い。この場合、ＭＯＣＶＤ装置は、図１中に示す構成が上下反対に入れ替わった構成を備える。
【００３７】
反応管１２の一方端１２ｍには、処理空間５０に向けて材料ガスを供給する材料ガス供給器２２が、材料ガス導入管２０を介して接続されている。反応管１２の他方端１２ｎには、材料ガスを処理空間５０から排出する材料ガス排出管２１が接続されている。このような構成により、材料ガスは、処理空間５０において一方端１２ｍから他方端１２ｎに向けて矢印５１に示す方向に流れ、この間、基板１４の近傍を通過する。基板１４の近傍を通過する際、材料ガスは、成長面１４ａが延在する方向にほぼ平行に流れる。
【００３８】
なお、図中では、材料ガス導入管２０は１本のみ示されているが、複数本設けられていても良い。
【００３９】
チャンバ１１の内側であって、反応管１２の外側には、空間６０が規定されている。チャンバ１１には、空間６０に向けて不活性ガスを供給する不活性ガス供給口２３と、空間６０から不活性ガスを排出する不活性ガス排出口２４とが別々の箇所に接続されている。
【００４０】
反応管１２には、基板１４とパイロメータ２５との間に位置して開口部２７が形成されている。開口部２７は、基板１４に対向する位置であって、基板１４の直上に形成されている。開口部２７は、反応管１２の頂部１２ｐに形成されている。開口部２７は、一方端１２ｍと他方端１２ｎとの間に形成されている。開口部２７が処理空間５０に開口する面は、材料ガスが流れる矢印５１に示す方向に平行に延在している。開口部２７が処理空間５０に開口する反応管１２の内壁１２ｃの法線方向と、反応管１２内のガスの流れ方向とが交差している。
【００４１】
チャンバ１１には、パイロメータ２５と開口部２７との間に位置してビューポート２６が設けられている。ビューポート２６は、たとえば、石英ガラスやサファイアガラスから形成されている。基板１４とパイロメータ２５とを結ぶ線上には、開口部２７およびビューポート２６が、基板１４から近い順に並んで配置されている。
【００４２】
チャンバ１１内には、開口部２７とパイロメータ２５との間に位置して、仕切り板２８が設けられている。仕切り板２８は、チャンバ１１の内壁１１ｃと、開口部２７の近傍にある反応管１２とを繋ぐように設けられている。仕切り板２８は、内壁１１ｃから頂面１２ａに向かって延びる筒形状を有する。仕切り板２８の上端は、溶接によって、内壁１１ｃに固定されており、仕切り板２８の下端は、反応管１２の頂面１２ａとほぼ隙間がない位置に位置決めされている。仕切り板２８は、処理空間５０の内側に突出せず、処理空間５０の外側に突出するように設けられている。このような構成により、仕切り板２８は、チャンバ１１内に、開口部２７を通じて処理空間５０に連通する閉塞空間７０を形成している。
【００４３】
なお、仕切り板２８が有する筒形状の断面は、円形であっても良いし、多角形であっても良いし、その他の閉じた形状であっても良い。また、仕切り板２８をチャンバ１１に固定する方法は、溶接に限られず、締結や嵌合等の様々な方法を用いることができる。
【００４４】
閉塞空間７０は、処理空間５０以外のチャンバ１１内の空間（つまり空間６０）およびチャンバ１１外の空間に対して、ほぼ閉塞された空間に形成されている。また、閉塞空間７０は、処理空間５０に対しても、開口部２７を除いた位置で閉塞された空間に形成されている。したがって、閉塞空間７０におけるガスの出入りは、開口部２７に限定されている。閉塞空間７０の容積は、処理空間５０および空間６０のいずれの容積よりも小さい。
【００４５】
パイロメータ２５は、チャンバ１１の上方に、チャンバ１１から離れた位置に設置されている。基板１４は、その温度に対応して放射光（多くは赤外線）を放射する。放射光は、開口部２７およびビューポート２６を順に通過して、パイロメータ２５に達する。パイロメータ２５では、その放射光を受光し、その量および／または波長を分析することによって、基板１４の温度を算出する。
【００４６】
基板１４に対して成膜を実施する場合、材料ガス供給器２２から材料ガス導入管２０を経由して、材料ガスであるＴＭＧ（トリメチルガリウム）およびＮＨ３が、キャリアガスである水素もしくは窒素と共に処理空間５０に導入される。処理空間５０に導入された材料ガスは、ガス流れを拘束し、整流する反応管１２の一方端１２ｍから他方端１２ｎに向かって流れる。この間、基板１４の近傍を流れる材料ガスは、基板加熱ヒータ１３によって加熱され、活性化される。これにより、材料ガスは、気相中で中間化学反応を起こし、１０００℃付近の高温となった基板１４の表面に接触した時点で、成長面１４ａに所定のＧａＮ結晶膜を生成する。材料ガスは、基板１４上を通過した後、材料ガス排出管２１から外部に排出される。
【００４７】
この成膜時に供給された材料ガスの一部は、処理空間５０にＧａ、Ｎ、Ｃ、Ｈなどから構成される反応生成物を生じさせる。その反応生成物は、反応管１２内の材料ガス流れに乗って移動し、反応管１２の内壁１２ｃや基板ホルダ１７の表面上に付着する。結果、内壁１２ｃや基板ホルダ１７の表面上には、反応管１２内のガス流れに起因した付着物１５が生じる。
【００４８】
一方、反応管１２から漏れ出た材料ガスが滞留し、成膜に悪影響を与えないように、チャンバ１１内の空間６０には、比較的少量の不活性ガスが、不活性ガス供給口２３から導入される。不活性ガスは、空間６０を循環した後、不活性ガス排出口２４から外部に排出される。
【００４９】
本実施の形態では、処理空間５０および空間６０とは異なり、閉塞空間７０に強制的にガスが供給されるということがない。また、閉塞空間７０は、容積が比較的小さいため、対流の起こり難い構造に形成されている。加えて、閉塞空間７０におけるガスの出入りが、開口部２７に限定されているため、閉塞空間７０に同時に出入りするガス流れの発生が抑制される。また、閉塞空間７０は、ほぼ閉塞された状態に形成されているため、ガスが流入すると、閉塞空間７０の内圧が上昇し、それ以上のガスの流入が妨げられる。また逆に、開口部２７を通じてガスが流出すると、閉塞空間７０の内圧が減少し、それ以上のガスの流出が妨げられる。したがって、閉塞空間７０は、積極的なガス流れが発生しない構造に形成されている。
【００５０】
なお、本実施の形態では、溶接によって仕切り板２８をチャンバ１１に固定したが、仕切り板２８とチャンバ１１との間に僅かな隙間が存在し、閉塞空間７０が、完全な密閉状態とならないような固定方法であっても採り得る。この場合においても、開口部２７を通過するガス流量を低減させる効果を、一定の割合で得ることができる。
【００５１】
また、反応管１２から延出された仕切り板２８が、チャンバ１１の内壁１１ｃに固定されておらず、仕切り板２８とチャンバ１１との間に僅かな隙間が存在する構造であっても、閉塞空間７０が実質的に閉塞な状態に維持されているのであれば良い。同様に、仕切り板２８が、反応管１２から延出された第１の部分と、チャンバ１１から延出され、第１の部分と接して固定される第２の部分とから構成されていても良い。この場合、閉塞空間７０が実質的に閉塞な状態に維持されているのであれば、第１の部分と第２の部分とが、近接しているだけでも良く、第１の部分と第２の部分とが内周、外周に位置して互いに重なり合う構造であっても良い。また、仕切り板２８は、反応管１２やチャンバ１１から延出されるのではなく、独立した部材であっても良い。
【００５２】
続いて、図１のＭＯＣＶＤ装置の構成に基づいて実施したシミュレーションについて説明を行なう。ここでは、コンピュータを用いた流体シミュレーションにより、閉塞空間７０においてガス流れの発生を防止する上述の効果を確認した。図２から図４は、シミュレーションにおいて、図１中のＭＯＣＶＤ装置を簡略化した形状を示す断面図である。図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線上に沿った断面に相当し、図３は、図１中に示す断面に相当し、図４は、図１中のＩＶ−ＩＶ線上に沿った断面に相当する。
【００５３】
図２から図４を参照して、本シミュレーションでは、チャンバ１１内の空間６０の大きさを、高さ１００ｍｍ、幅２００ｍｍ、長さ３５０ｍｍとし、反応管１２内の処理空間５０の大きさを、高さ１０ｍｍ、幅１５０ｍｍ、長さ３００ｍｍとした。開口部２７の開口面を、１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさを有する正方形とし、仕切り板２８により形成された閉塞空間７０の断面形状を、８０ｍｍ×１００ｍｍの大きさを有する矩形形状とした。仕切り板２８と反応管１２との間に、１ｍｍの隙間を設定した。
【００５４】
また、空間６０および処理空間５０は、１気圧（1.01325×105Ｐａ）の窒素ガスで満たされていることとした。反応管１２の一方端１２ｍ側には、流速１ｍ／ｓを有する１気圧の窒素ガスが流入するガス流入条件３１を設定し、反応管１２の他方端１２ｎ側には、ガスの自由な放出を許容するガス流出条件３２を設定した。チャンバ１１の表面および反応管１２の表面には、これらの表面上でガスの流速がゼロとなるノースリップウォールの条件を設定した。
【００５５】
これらの条件設定のもと、処理空間５０から開口部２７を通過するガスの流量（図３中の矢印６１に示す方向に流れるガスの流量）を、図２から図４に示すＭＯＣＶＤ装置の実施例と、図２から図４に示すＭＯＣＶＤ装置から仕切り板２８を取り除いた場合の比較例との各々について算出した。結果、実施例では、開口部２７を通過するガスの流量が、５４１ｍｍ３／ｓとなり、比較例では、開口部２７を通過するガスの流量が、１２２９ｍｍ３／ｓとなった。この結果から、仕切り板２８を設けることによって、開口部２７を通過するガスの流量を、ほぼ０．４４倍に低減できることを確認できた。
【００５６】
この発明の実施の形態１における半導体処理装置としてのＭＯＣＶＤ装置１０は、処理室としてのチャンバ１１と、処理対象物としての基板１４が設置される内部空間としての処理空間５０を規定し、チャンバ１１内に配置される反応管１２と、反応管１２の外側に設けられ、反応管１２内を観測する非接触センサとしてのパイロメータ２５とを備える半導体処理装置である。処理空間５０には、基板１４を処理する反応ガスが流通する。反応管１２には、パイロメータ２５と基板１４との間に位置して開口部２７が形成されている。ＭＯＣＶＤ装置１０は、さらに、開口部２７とパイロメータ２５との間に位置して設けられ、開口部２７を通じて処理空間５０に連通する閉塞空間７０を形成する仕切り板２８を備える。
【００５７】
閉塞空間７０は、１ｋＰａ以上の圧力を有する粘性流圧力域に設定されている。処理空間５０では、基板１４の処理面としての成長面１４ａに対して略平行に反応ガスが流れている。開口部２７は、開口部２７が処理空間５０に開口する面が、反応ガスの流れ方向に略平行に延在するように形成されている。仕切り板２８は、反応管１２から処理空間５０とは反対側に突出するように設けられている。
【００５８】
このように構成された、この発明の実施の形態１におけるＭＯＣＶＤ装置１０によれば、仕切り板２８を設けることによって、開口部２７を通じた処理空間５０からのガスの出入りが抑制される。このため、処理空間５０のガス流れが大きく乱されるということがない。また、本実施の形態では、仕切り板２８が処理空間５０の外側に突出するように設けられているため、仕切り板２８によって処理空間５０のガス流れが乱されるということもない。このため、基板１４の成長面１４ａに対して、所望の成膜処理を行なうことができる。
【００５９】
また、基板１４で発せられた放射光は、開口部２７を通過してパイロメータ２５に達する。このため、反応管１２の内壁１２ｃに付着物１５が生じていても、放射光の進行が付着物１５によって遮られるということがなく、基板１４の正確な温度を測定することができる。さらに、このパイロメータ２５で得られた測定値をＭＯＣＶＤ装置１０の制御部にフィードバックすることによって、温度やガス流量などの膜の成長条件を精緻に制御することできる。これにより、高品位な成膜処理を実現することができる。
【００６０】
なお、本実施の形態では、筒状の反応管１２が水平に配置された筒形横型のＭＯＣＶＤ装置１０について説明したが、これに限定されず、たとえば、円形横型の半導体処理装置に本発明を適用することもできる。この円形横型の半導体処理装置では、反応管が、互いに距離を隔てて上下に配置された２枚の円板から構成されている。基板は、下側の円板上に配置される。反応ガスは、上側の円板の中心付近から上下の円板間の空間に導入され、円板の半径方向に流れる間、基板を処理する。また、上下の円板間の空間に、反応ガスを円板の半径方向に案内する複数の仕切り部材が設けられていても良い。
【００６１】
また、本実施の形態では、チャンバ１１の外側にパイロメータ２５を設けたが、これに限定されず、たとえば、基板１４の成長面１４ａ上に形成された膜厚を測定するためのエリプソメータを設けても良い。また、光学式の非接触センサに限られず、磁場式や電位差検出式等の非接触センサを設けても良い。また、非接触センサによる測定対象は、処理対象物である基板１４に限られず、たとえば、反応管１２の内壁１２ｃの温度など、成膜制御に有用な対象であっても良い。
【００６２】
また、図１中のパイロメータ２５が設けられた位置に、反応管１２内における反応を促進させるため処理対象物である基板１４に向けて光を照射する光照射部としての光源３０が設けられていても良い。
【００６３】
図５は、図１中の２点鎖線Ｖで囲まれた位置を模式的に表わした断面図である。図５を参照して、図中には、基板１４から発せられる放射光の光束が、円錐台形状の観測光束３３として表わされている。開口部２７の開口広さは、パイロメータ２５の観測光束３３の進行を妨げないように決定されていることが好ましい。
【００６４】
開口部２７が円形に開口する場合を想定すると、開口部２７の開口面の直径は、開口部２７における観測光束３３の直径以上に設定される。たとえば、レンズ径５ｍｍを有し、測定距離２００ｍｍにおける測定径が２ｍｍであるパイロメータ２５が、基板１４から２００ｍｍ離れた位置に設置されており、基板１４から開口部２７までの距離が２０ｍｍであるとすると、開口部２７における観測光束３３の直径は、２．３ｍｍとなる。この場合、開口部２７の開口面の直径が２．３ｍｍ未満であると、付着物１５によって透過性を失った反応管１２により、観測光の一部が遮断される。したがって、パイロメータ２５への入光量が減少し、測定精度が低下することを防ぐため、開口部２７の開口面の直径を２．３ｍｍ以上に設定する。
【００６５】
（実施の形態２）
図６は、この発明の実施の形態２におけるＭＯＣＶＤ装置を示す断面図である。本実施の形態におけるＭＯＣＶＤ装置は、実施の形態１におけるＭＯＣＶＤ装置１０と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造についてはその説明を繰り返さない。
【００６６】
図６を参照して、本実施の形態では、閉塞空間７０に筒状部材２９が設けられている。筒状部材２９は、開口部２７を取り囲むように周方向に延在し、反応管１２からチャンバ１１に向かって延びている。筒状部材２９は、反応管１２の頂面１２ａに溶接等の手段により固定されている。筒状部材２９は、反応管１２から閉塞空間７０に延出し、チャンバ１１から離間した位置まで延びている。
【００６７】
筒状部材２９を設けることによって、開口部２７を通過するガスの管路抵抗が増大する。これにより、開口部２７を通過するガス流量が減少するため、処理空間５０でガス流れに乱れが生じることをより効果的に抑えることができる。管路抵抗をより増大させるためには、筒状部材２９の長さは、長い方が好ましく、筒状部材２９の内径は、パイロメータ２５の観測光束を遮らない範囲で小さい方が好ましい。
【００６８】
なお、筒状部材２９の断面形状は、真円に限られず、多角形もしくは曲線を含む形状であっても良い。また、筒状部材２９は、その周方向の一部の範囲で切り欠かれた開口部を有していても良い。この場合、筒状部材の断面形状は、Ｃ形状となる。また、たとえば、筒状部材２９が、矩形の断面形状を有し、溶接によって接合された４枚の板材から形成されていたとすると、板材間の接合部分に隙間が生じても良い。これらの場合にも、開口部２７を通過するガスの管路抵抗を増大させる効果を、一定の割合で得ることができる。
【００６９】
また、筒状部材２９を反応管１２に固定する方法は、溶接に限定されず、締結や嵌合など様々な方法であっても良い。また、反応管１２と筒状部材２９との間に僅かな隙間が存在し得る固定方法であっても、開口部２７を通過するガスの管路抵抗を増大させる効果を、同様に得ることができる。
【００７０】
このように構成された、この発明の実施の形態２におけるＭＯＣＶＤ装置によれば、実施の形態１に記載の効果と同様の効果を得ることができる。加えて、処理空間５０からのガスの出入りが効果的に抑制され、さらに高品位な成膜処理を実現することができる。
【００７１】
（実施の形態３）
図７は、この発明の実施の形態３におけるＭＯＣＶＤ装置を示す断面図である。本実施の形態におけるＭＯＣＶＤ装置は、実施の形態１におけるＭＯＣＶＤ装置１０と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造についてはその説明を繰り返さない。
【００７２】
図７を参照して、本実施の形態におけるＭＯＣＶＤ装置は、処理空間５０の圧力を検出する圧力センサ４１と、閉塞空間７０の圧力を検出する圧力センサ４２と、閉塞空間７０に接続され、閉塞空間７０の圧力を調整する圧力調整機構３６と、圧力調整機構３６に電気的に接続され、圧力センサ４１および４２で検出された圧力値に基づいて、圧力調整機構３６を制御する制御部３５とをさらに備える。
【００７３】
圧力センサ４１および圧力センサ４２は、それぞれ処理空間５０および閉塞空間７０に配置されている。圧力調整機構３６は、所定の方向に伸縮自在な伸縮部３７と、伸縮部３７に設けられ、伸縮部３７とともに閉塞空間７０に連通する空間８０を形成する可動部３８とから構成されている。可動部３８は、伸縮部３７が伸縮する方向に移動可能に設けられており、可動部３８が移動することによって、空間８０の容積Ｖが変化する。
【００７４】
制御部３５には、圧力センサ４１の出力圧力値Ｐ１と、圧力センサ４２の出力圧力値Ｐ２とが入力される。制御部３５は、出力圧力値Ｐ１と出力圧力値Ｐ２とを比較し、Ｐ１＞Ｐ２の場合には、空間８０の容積Ｖを縮小させる方向に移動するように可動部３８に信号を送り、Ｐ１＜Ｐ２の場合には、空間８０の容積Ｖを拡大させる方向に移動するように可動部３８に信号を送る。結果、処理空間５０と閉塞空間７０との間で常時、圧力差が存在しないように、圧力調整機構３６が制御される。
【００７５】
図８は、図７中のＭＯＣＶＤ装置の第１の変形例を示す断面図である。図８を参照して、本変形例では、圧力調整機構３６が、閉塞空間７０に連通する空間９０を形成する容器４５と、不活性ガス導入管４６および不活性ガス排出管４７を介して容器４５に接続され、空間９０の圧力Ｐ３を調整する不活性ガス吸排気部４４とから構成されている。不活性ガス吸排気部４４は、不活性ガス吸排気部４４を制御する制御部３５に電気的に接続されている。
【００７６】
制御部３５は、出力圧力値Ｐ１と出力圧力値Ｐ２とを比較し、Ｐ１＞Ｐ２の場合には、不活性ガス導入管４６を通じて不活性ガスを空間９０に供給するように不活性ガス吸排気部４４に信号を送る。これにより、空間９０の圧力Ｐ３を増大させる。Ｐ１＜Ｐ２の場合には、制御部３５は、不活性ガス排出管４７を通じて空間９０から不活性ガスを吸引するように不活性ガス吸排気部４４に信号を送る。これにより、空間９０の圧力Ｐ３を減少させる。結果、処理空間５０と閉塞空間７０との間で常時、圧力差が存在しないように、圧力調整機構３６が制御される。
【００７７】
図９は、図７中のＭＯＣＶＤ装置の第２の変形例を示す断面図である。図９を参照して、本変形例では、ＭＯＣＶＤ装置が、２つの圧力調整機構３６ａおよび３６ｂを備える。圧力調整機構３６ａは、閉塞空間７０に連通する空間９５を形成する容器５２と、閉塞空間７０と空間９５とを結ぶ管路上に設置された調節バルブ５３とから構成されている。同様に、圧力調整機構３６ｂは、閉塞空間７０に連通する空間９６を形成する容器５４と、閉塞空間７０と空間９６とを結ぶ管路上に設置された調節バルブ５５とから構成されている。
【００７８】
空間９５の圧力Ｐ３ａは、予測される圧力Ｐ１の変動内の最低圧力よりも若干低い値に設定されている。空間９６の圧力Ｐ３ｂは、予測される圧力Ｐ１の変動内の最低圧力よりも若干高い値に設定されている。調節バルブ５３および５５は、制御部３５に電気的に接続されている。
【００７９】
調節バルブ５３および５５は、通常、閉鎖した状態に保持されている。制御部３５は、出力圧力値Ｐ１と出力圧力値Ｐ２とを比較し、Ｐ１＞Ｐ２の場合には、調節バルブ５５を開放するように信号を発信する。これにより、空間９６の不活性ガスが閉塞空間７０に流入し、圧力Ｐ２が高くなる。Ｐ１＜Ｐ２の場合には、制御部３５は、調節バルブ５３を開放するように信号を発信する。これにより、閉塞空間７０のガスが空間９５に吸入され、圧力Ｐ２が低くなる。結果、処理空間５０と閉塞空間７０との間で常時、圧力差が存在しように、圧力調整機構３６ａおよび３６ｂが制御される。
【００８０】
このように構成された、この発明の実施の形態３におけるＭＯＣＶＤ装置によれば、実施の形態１に記載の効果と同様の効果を得ることができる。加えて、処理空間５０からのガスの出入りが効果的に抑制され、さらに高品位な成膜処理を実現することができる。
【００８１】
なお、以上に説明した実施の形態１から３におけるＭＯＣＶＤ装置の構造を適宜、組み合わせて、別のＭＯＣＶＤ装置を構成しても良い。
【００８２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】この発明の実施の形態１におけるＭＯＣＶＤ装置を示す断面図である。
【図２】シミュレーションにおいて、図１中のＭＯＣＶＤ装置を簡略化した形状を示す断面図であり、図１中のＩＩ−ＩＩ線上に沿った断面に相当する図である。
【図３】シミュレーションにおいて、図１中のＭＯＣＶＤ装置を簡略化した形状を示す断面図であり、図１中に示す断面に相当する図である。
【図４】シミュレーションにおいて、図１中のＭＯＣＶＤ装置を簡略化した形状を示す断面図であり、図１中のＩＶ−ＩＶ線上に沿った断面に相当する図である。
【図５】図１中の２点鎖線Ｖで囲まれた位置を模式的に表わした断面図である。
【図６】この発明の実施の形態２におけるＭＯＣＶＤ装置を示す断面図である。
【図７】この発明の実施の形態３におけるＭＯＣＶＤ装置を示す断面図である。
【図８】図７中のＭＯＣＶＤ装置の第１の変形例を示す断面図である。
【図９】図７中のＭＯＣＶＤ装置の第２の変形例を示す断面図である。
【図１０】従来の気相成長装置を示す断面図である。
【図１１】特開昭６１−１６３６３２号公報に開示された分子線エピタキシャル成長装置を示す断面図である。
【図１２】図１０中の気相成長装置の改良例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８４】
１０  ＭＯＣＶＤ装置、１１  チャンバ、１２  反応管、１４  基板、２０  材料ガス導入管、２１  材料ガス排出管、２２  材料ガス供給器、２５  パイロメータ、２７  開口部、２８  仕切り板、２９  筒状部材、３０  光源、３３  観測光束、３６，３６ａ，３６ｂ  圧力調整機構、４１，４２  圧力センサ、５０  処理空間、７０  閉塞空間。
【図１】
2007043022.tif 000003
【図２】
2007043022.tif 000004
【図３】
2007043022.tif 000005
【図４】
2007043022.tif 000006
【図５】
2007043022.tif 000007
【図６】
2007043022.tif 000008
【図７】
2007043022.tif 000009
【図８】
2007043022.tif 000010
【図９】
2007043022.tif 000011
【図１０】
2007043022.tif 000012
【図１１】
2007043022.tif 000013
【図１２】
2007043022.tif 000014