JP2002234793A - 半導体製造装置 - Google Patents
半導体製造装置Info
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- JP2002234793A JP2002234793A JP2001030684A JP2001030684A JP2002234793A JP 2002234793 A JP2002234793 A JP 2002234793A JP 2001030684 A JP2001030684 A JP 2001030684A JP 2001030684 A JP2001030684 A JP 2001030684A JP 2002234793 A JP2002234793 A JP 2002234793A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 エピタキシャル成長の反応中に、エピタキシ
ャル成長炉内に置かれた成長ウエハのエピタキシャル成
長の状況を観察して、その結果を制御系にフィードバッ
クする。 【解決手段】 ＭＯＣＶＤ装置等の構成要素をなす反応
炉（エピタキシャル成長炉）内で成長中のモニタウエハ
１３を、Ｘ線発生装置２からの特性Ｘ線で第１結晶３を
介してスキャンし、基板（ウエハ）とモニタウエハ１３
との回折ピークを回折Ｘ線検出装置で検出し、その結果
を、エピタキシャル成長を制御する制御系にフィードバ
ックする。特性Ｘ線の入射角の角速度は、所定の角速度
ωを維持してスキャンするが、この角速度ωを、モニタ
ウエハ１３を保持している静止サセプター１１の回転の
角速度ω’と比較した場合に、ω＞＞ω’が成立するよ
うに機械系を設定している。
ャル成長炉内に置かれた成長ウエハのエピタキシャル成
長の状況を観察して、その結果を制御系にフィードバッ
クする。 【解決手段】 ＭＯＣＶＤ装置等の構成要素をなす反応
炉（エピタキシャル成長炉）内で成長中のモニタウエハ
１３を、Ｘ線発生装置２からの特性Ｘ線で第１結晶３を
介してスキャンし、基板（ウエハ）とモニタウエハ１３
との回折ピークを回折Ｘ線検出装置で検出し、その結果
を、エピタキシャル成長を制御する制御系にフィードバ
ックする。特性Ｘ線の入射角の角速度は、所定の角速度
ωを維持してスキャンするが、この角速度ωを、モニタ
ウエハ１３を保持している静止サセプター１１の回転の
角速度ω’と比較した場合に、ω＞＞ω’が成立するよ
うに機械系を設定している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置に
関し、特に、エピタキシャル成長炉等の反応容器（リア
クター) を備えた半導体製造装置に関する。
関し、特に、エピタキシャル成長炉等の反応容器（リア
クター) を備えた半導体製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、成膜工程では、半導体製造装置と
して、有機金属気相成長法を使用した装置、即ちＭＯＣ
ＶＤ（Metal Organically Chemical Vapor Depositio
n）装置が常用されている。
して、有機金属気相成長法を使用した装置、即ちＭＯＣ
ＶＤ（Metal Organically Chemical Vapor Depositio
n）装置が常用されている。
【０００３】基板上の化合物をエピタキシャル成長させ
る場合は、反応容器（リアクター)として、エピタキシ
ャル成長炉を備えたＭＯＣＶＤ装置が使用されている。
また、エピタキシャル成長の結果（格子定数等）は、該
成長工程の完了後、若しくは、一時中断時に、Ｘ線回折
装置を使用して検査している。
る場合は、反応容器（リアクター)として、エピタキシ
ャル成長炉を備えたＭＯＣＶＤ装置が使用されている。
また、エピタキシャル成長の結果（格子定数等）は、該
成長工程の完了後、若しくは、一時中断時に、Ｘ線回折
装置を使用して検査している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
ＭＯＣＶＤ装置を使用した半導体製造装置では、Ｘ線回
折装置によるエピタキシャル成長の検査を、エピタキシ
ャル成長工程の完了後、若しくは、一時中断時に実施し
ているので、成膜工程において、万一、大量のロットに
成膜不良が生じつつある状況が生じた場合でも、これを
回避できないといった問題点があった。
ＭＯＣＶＤ装置を使用した半導体製造装置では、Ｘ線回
折装置によるエピタキシャル成長の検査を、エピタキシ
ャル成長工程の完了後、若しくは、一時中断時に実施し
ているので、成膜工程において、万一、大量のロットに
成膜不良が生じつつある状況が生じた場合でも、これを
回避できないといった問題点があった。
【０００５】また、材料や反応炉の雰囲気等の微妙な変
化にリアルタイムで対応することなく、事前にプログラ
ムされた所定の制御方法により、画一的に成長させるの
で、得られるエピタキシャル層の特性や品質には、ロッ
ト単位のムラが生じていた。
化にリアルタイムで対応することなく、事前にプログラ
ムされた所定の制御方法により、画一的に成長させるの
で、得られるエピタキシャル層の特性や品質には、ロッ
ト単位のムラが生じていた。
【０００６】本発明は、以上のような従来の半導体製造
装置における問題点に鑑みてなされたものであり、エピ
タキシャル成長の反応中に、エピタキシャル成長炉内に
置かれた成長ウエハのエピタキシャル成長の状況を観察
して、その結果を制御系にフィードバックすることがで
きる半導体製造装置を提供することを目的とする。
装置における問題点に鑑みてなされたものであり、エピ
タキシャル成長の反応中に、エピタキシャル成長炉内に
置かれた成長ウエハのエピタキシャル成長の状況を観察
して、その結果を制御系にフィードバックすることがで
きる半導体製造装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明では上記の課題を
解決するために、原料ガスの供給を受けて試料基板上に
エピタキシャル層を成長させるエピタキシャル成長炉を
備えた半導体製造装置において、前記エピタキシャル成
長炉内の受け皿に、静止または略静止しているモニタウ
エハを載置する手段と、前記モニタウエハにおけるエピ
タキシャル成長の状況を、Ｘ線回折装置でリアルタイム
に観察して観察結果を得る手段と、前記観察結果を、前
記エピタキシャル成長を制御する制御系にフィードバッ
クする手段とを備えたことを特徴とする半導体製造装置
が提供される。
解決するために、原料ガスの供給を受けて試料基板上に
エピタキシャル層を成長させるエピタキシャル成長炉を
備えた半導体製造装置において、前記エピタキシャル成
長炉内の受け皿に、静止または略静止しているモニタウ
エハを載置する手段と、前記モニタウエハにおけるエピ
タキシャル成長の状況を、Ｘ線回折装置でリアルタイム
に観察して観察結果を得る手段と、前記観察結果を、前
記エピタキシャル成長を制御する制御系にフィードバッ
クする手段とを備えたことを特徴とする半導体製造装置
が提供される。
【０００８】即ち、本発明では、ＭＯＣＶＤ装置等の反
応炉（エピタキシャル成長炉）内において成長中の試料
を、リアルタイムで分析できるＸ線回折装置を備え、該
エピタキシャル成長炉内の受け皿（公転サセプター）上
の試料として、静止、若しくは、Ｘ線回折装置からの特
性Ｘ線の入射角の角速度よりも十分に遅い角速度で回転
するモニタ用サセプターを載置し、該モニタウエハを、
エピタキシャル成長中に、Ｘ線回折装置で観察し、かつ
ＭＯＣＶＤ装置等の制御ユニットに、上記分析結果をフ
ィードバックすることで、得られるエピタキシャル層の
組成が、全ての成長ウエハにおいて均一で、かつ所定の
目標通りとなるエピタキシャル成長の実現を可能にして
いる。
応炉（エピタキシャル成長炉）内において成長中の試料
を、リアルタイムで分析できるＸ線回折装置を備え、該
エピタキシャル成長炉内の受け皿（公転サセプター）上
の試料として、静止、若しくは、Ｘ線回折装置からの特
性Ｘ線の入射角の角速度よりも十分に遅い角速度で回転
するモニタ用サセプターを載置し、該モニタウエハを、
エピタキシャル成長中に、Ｘ線回折装置で観察し、かつ
ＭＯＣＶＤ装置等の制御ユニットに、上記分析結果をフ
ィードバックすることで、得られるエピタキシャル層の
組成が、全ての成長ウエハにおいて均一で、かつ所定の
目標通りとなるエピタキシャル成長の実現を可能にして
いる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態に係
る半導体製造装置のエピタキシャル成長炉の内部を中心
とする１構成例を示す説明図である。
を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態に係
る半導体製造装置のエピタキシャル成長炉の内部を中心
とする１構成例を示す説明図である。
【００１０】本実施の形態に係る半導体製造装置の主要
な構成要素をなすエピタキシャル成長炉の内部構成は、
エピタキシャル成長炉の内部に載置される公転サセプタ
ー１と、２結晶Ｘ線回折装置の特性Ｘ線源となるＸ線発
生装置２と、２結晶Ｘ線回折装置の特性Ｘ線の発散を抑
止する（即ち、回折ピークをシャープにする）ための第
１結晶３と、回折した特性Ｘ線を検出する回折Ｘ線検出
装置４を有する。
な構成要素をなすエピタキシャル成長炉の内部構成は、
エピタキシャル成長炉の内部に載置される公転サセプタ
ー１と、２結晶Ｘ線回折装置の特性Ｘ線源となるＸ線発
生装置２と、２結晶Ｘ線回折装置の特性Ｘ線の発散を抑
止する（即ち、回折ピークをシャープにする）ための第
１結晶３と、回折した特性Ｘ線を検出する回折Ｘ線検出
装置４を有する。
【００１１】なお、Ｘ線発生装置２と、第１結晶３と、
回折Ｘ線検出装置４は、２結晶Ｘ線回折装置を構成する
構成要素である。公転サセプター１は、上記の円形の受
け皿を基準として自転しない静止サセプター１１と、上
記の円形の受け皿を基準として自転する自公転サセプタ
ー１２と、静止サセプター１１上に載置されたモニタウ
エハ１３と、公転サセプター１上に載置された成長ウエ
ハ１４を備える。
回折Ｘ線検出装置４は、２結晶Ｘ線回折装置を構成する
構成要素である。公転サセプター１は、上記の円形の受
け皿を基準として自転しない静止サセプター１１と、上
記の円形の受け皿を基準として自転する自公転サセプタ
ー１２と、静止サセプター１１上に載置されたモニタウ
エハ１３と、公転サセプター１上に載置された成長ウエ
ハ１４を備える。
【００１２】モニタウエハ１３及び成長ウエハ１４は、
例えば、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）や、Ａｌ2Ｏ3（アル
ミナ）を材質とする基板であってもよい。第１結晶３
は、原則として成長ウエハ１４と同じ材質であり、従っ
て、例えば、ガリウム砒素や、酸化アルミニウムであっ
てもよい。
例えば、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）や、Ａｌ2Ｏ3（アル
ミナ）を材質とする基板であってもよい。第１結晶３
は、原則として成長ウエハ１４と同じ材質であり、従っ
て、例えば、ガリウム砒素や、酸化アルミニウムであっ
てもよい。
【００１３】なお、上記のエピタキシャル成長炉は、図
２で後述するＭＯＣＶＤ装置の１構成要素である。ま
た、本実施の形態では、２結晶Ｘ線回折装置を使用して
いるが、本発明では、４結晶Ｘ線回折装置を使用するこ
とも可能である。
２で後述するＭＯＣＶＤ装置の１構成要素である。ま
た、本実施の形態では、２結晶Ｘ線回折装置を使用して
いるが、本発明では、４結晶Ｘ線回折装置を使用するこ
とも可能である。
【００１４】以下、本実施の形態に係る半導体製造装置
のエピタキシャル成長炉を中心とする機能を説明する。
公転サセプター１は、回転（自転）する円形の受け皿で
あるが、上部に載置された試料（即ち、モニタウエハ１
３及び成長ウエハ１４）に対しては公転運動を与える。
のエピタキシャル成長炉を中心とする機能を説明する。
公転サセプター１は、回転（自転）する円形の受け皿で
あるが、上部に載置された試料（即ち、モニタウエハ１
３及び成長ウエハ１４）に対しては公転運動を与える。
【００１５】成長ウエハ１４は、上記の円形の受け皿を
基準として自転する自公転サセプター１２上に載置され
て通常のエピタキシャル成長をなす試料である。Ｘ線発
生装置２から照射された特性Ｘ線の走査ビームは、第１
結晶３を介してモニタウエハ１３上面に照射され、その
反射（回折）ビームが回折Ｘ線検出装置４で分析される
ことにより、モニタウエハ１３のエピタキシャル成長の
過程が検査される。
基準として自転する自公転サセプター１２上に載置され
て通常のエピタキシャル成長をなす試料である。Ｘ線発
生装置２から照射された特性Ｘ線の走査ビームは、第１
結晶３を介してモニタウエハ１３上面に照射され、その
反射（回折）ビームが回折Ｘ線検出装置４で分析される
ことにより、モニタウエハ１３のエピタキシャル成長の
過程が検査される。
【００１６】モニタウエハ１３は、上記の円形の受け皿
を基準として自転しない静止サセプター１１上に載置さ
れることにより、この特性Ｘ線の走査ビームを基準とす
る物理的な動きが緩慢となり、それ故に、成長ウエハ１
４よりも、２結晶Ｘ線回折装置による検査を実施し易
い。従って、モニタウエハ１３は、エピタキシャル成長
の状態を観察するためだけに使用する（即ち、製品には
しない）。
を基準として自転しない静止サセプター１１上に載置さ
れることにより、この特性Ｘ線の走査ビームを基準とす
る物理的な動きが緩慢となり、それ故に、成長ウエハ１
４よりも、２結晶Ｘ線回折装置による検査を実施し易
い。従って、モニタウエハ１３は、エピタキシャル成長
の状態を観察するためだけに使用する（即ち、製品には
しない）。
【００１７】なお、特性Ｘ線がエピタキシャル成長に与
える影響は、無視できる程度に小さい。また、モニタウ
エハ１３は、上記自転しない静止サセプター１１上に載
置されるので、成長ウエハ１４と比較してエピタキシャ
ル成長の仕方が若干異なるが、その違いは、事前に掌握
しておいて、検査結果に組み入れることができる。
える影響は、無視できる程度に小さい。また、モニタウ
エハ１３は、上記自転しない静止サセプター１１上に載
置されるので、成長ウエハ１４と比較してエピタキシャ
ル成長の仕方が若干異なるが、その違いは、事前に掌握
しておいて、検査結果に組み入れることができる。
【００１８】図２は、本発明の実施の形態に係る半導体
製造装置の全体構成を示すブロック図である。本発明の
実施の形態に係る半導体製造装置は、図１に示す公転サ
セプター１と、公転サセプター１上に載置された全ての
ウエハ（即ち、モニタウエハ１３と成長ウエハ１４）か
ら成るウエハ群５１とを収納したエピタキシャル成長炉
５（但し、ここでは２結晶Ｘ線回折装置の図示は省略し
ている）と、砒素（アルシン）や燐（ホスチン）等の原
料の供給源となる水素化合物ガス６と、トリメチルガリ
ウム、トリメチルアルミ、トリメチルインジウム等の原
料の供給源となる有機金属７と、有機金属７のバブリン
グ（気化）等に使用する水素系のキャリアガス１０と、
これらの原料を配送するためのガス配管８と、エピタキ
シャル成長炉５内の反応を促進し終えた原料ガスを再処
理し、排出ガス９１として排出する排出ガス処理装置９
を備える。
製造装置の全体構成を示すブロック図である。本発明の
実施の形態に係る半導体製造装置は、図１に示す公転サ
セプター１と、公転サセプター１上に載置された全ての
ウエハ（即ち、モニタウエハ１３と成長ウエハ１４）か
ら成るウエハ群５１とを収納したエピタキシャル成長炉
５（但し、ここでは２結晶Ｘ線回折装置の図示は省略し
ている）と、砒素（アルシン）や燐（ホスチン）等の原
料の供給源となる水素化合物ガス６と、トリメチルガリ
ウム、トリメチルアルミ、トリメチルインジウム等の原
料の供給源となる有機金属７と、有機金属７のバブリン
グ（気化）等に使用する水素系のキャリアガス１０と、
これらの原料を配送するためのガス配管８と、エピタキ
シャル成長炉５内の反応を促進し終えた原料ガスを再処
理し、排出ガス９１として排出する排出ガス処理装置９
を備える。
【００１９】なお、本発明の実施の形態に係る半導体製
造装置は、図１に内部構成を示した（２結晶Ｘ線回折装
置を備えた）エピタキシャル成長炉を反応炉として有す
る一種のＭＯＣＶＤ装置であるといえる。
造装置は、図１に内部構成を示した（２結晶Ｘ線回折装
置を備えた）エピタキシャル成長炉を反応炉として有す
る一種のＭＯＣＶＤ装置であるといえる。
【００２０】また、本発明の実施の形態に係る半導体製
造装置の全体構成は、上記のＭＯＣＶＤ装置に、図１で
説明した２結晶Ｘ線回折装置を付加した構成となる。ち
なみに、ＭＯＣＶＤ装置は、従来から、化合物半導体の
成長工程に常用されている半導体製造装置である。
造装置の全体構成は、上記のＭＯＣＶＤ装置に、図１で
説明した２結晶Ｘ線回折装置を付加した構成となる。ち
なみに、ＭＯＣＶＤ装置は、従来から、化合物半導体の
成長工程に常用されている半導体製造装置である。
【００２１】図３は、本発明の実施の形態に係る半導体
製造装置のエピタキシャル成長炉内部のモニタウエハと
２結晶Ｘ線回折装置との関係を示す説明図である。本実
施の形態に係る半導体製造装置で使用される２結晶Ｘ線
回折装置は、モニタウエハ１３に対して、特性Ｘ線の入
射角と反射角（ここでは、θとする）が等しく公転され
るように、ブラッグ角付近でスキャンする仕組みになっ
ている。これを実現するために、Ｘ線発生装置２と、第
１結晶３と、回折Ｘ線検出装置のいずれもが、上記スキ
ャンの進行に連れて移動する。
製造装置のエピタキシャル成長炉内部のモニタウエハと
２結晶Ｘ線回折装置との関係を示す説明図である。本実
施の形態に係る半導体製造装置で使用される２結晶Ｘ線
回折装置は、モニタウエハ１３に対して、特性Ｘ線の入
射角と反射角（ここでは、θとする）が等しく公転され
るように、ブラッグ角付近でスキャンする仕組みになっ
ている。これを実現するために、Ｘ線発生装置２と、第
１結晶３と、回折Ｘ線検出装置のいずれもが、上記スキ
ャンの進行に連れて移動する。
【００２２】この時、特性Ｘ線の入射角の角速度は、所
定の角速度（ここでは、ω（rad/sec）とする）を維持
したスキャンがなされるが、この角速度ωを、モニタウ
エハ１３を保持している静止サセプター１１の回転の角
速度（ここでは、ω’（rad/sec）とする）と比較した
場合に、ω＞＞ω’が成立するように機械系を設定する
ことで、モニタウエハ１３が殆ど回転しない間に回折ピ
ークを検出することを可能にしている。
定の角速度（ここでは、ω（rad/sec）とする）を維持
したスキャンがなされるが、この角速度ωを、モニタウ
エハ１３を保持している静止サセプター１１の回転の角
速度（ここでは、ω’（rad/sec）とする）と比較した
場合に、ω＞＞ω’が成立するように機械系を設定する
ことで、モニタウエハ１３が殆ど回転しない間に回折ピ
ークを検出することを可能にしている。
【００２３】図４は、本発明の実施の形態に係る半導体
製造装置のエピタキシャル成長炉の内部を中心とする他
の１構成例を示す説明図である。図４に示す構成は、図
１に示す構成と比較して、図１に示す静止サセプター１
１が、公転サセプター１の中心に載置されているのに対
して、図４に示す静止サセプター４１は、公転サセプタ
ー１の中心から距離を隔てた位置（成長ウエハ４４に接
近した位置）に載置されている点だけが異なる。
製造装置のエピタキシャル成長炉の内部を中心とする他
の１構成例を示す説明図である。図４に示す構成は、図
１に示す構成と比較して、図１に示す静止サセプター１
１が、公転サセプター１の中心に載置されているのに対
して、図４に示す静止サセプター４１は、公転サセプタ
ー１の中心から距離を隔てた位置（成長ウエハ４４に接
近した位置）に載置されている点だけが異なる。
【００２４】この場合でも、特性Ｘ線の入射角の角速度
ωと、モニタウエハ４３を保持している静止サセプター
４１の回転の角速度ω’とを比較した場合に、ω＞＞
ω’が成立するように機械系を設定することで、モニタ
ウエハ４３が殆ど回転しない間での回折ピークの検出を
可能にしている。
ωと、モニタウエハ４３を保持している静止サセプター
４１の回転の角速度ω’とを比較した場合に、ω＞＞
ω’が成立するように機械系を設定することで、モニタ
ウエハ４３が殆ど回転しない間での回折ピークの検出を
可能にしている。
【００２５】図４に示す構成は、モニタウエハ４３が成
長ウエハ４４に接近しているので、両者に対するエピタ
キシャル成長の雰囲気は、ほぼ同じになり、モニタウエ
ハ４３の検査結果でもって、より正確に、成長ウエハ４
４のエピタキシャル成長状況を把握することができる。
長ウエハ４４に接近しているので、両者に対するエピタ
キシャル成長の雰囲気は、ほぼ同じになり、モニタウエ
ハ４３の検査結果でもって、より正確に、成長ウエハ４
４のエピタキシャル成長状況を把握することができる。
【００２６】なお、本発明の実施の形態に係る半導体製
造装置の回折Ｘ線検出装置では、モニタウエハ１３と、
その上で成長しているエピタキシャル膜との回折ピーク
におけるブラッグ角の角度差（以下、ΔθBと表記す
る）を検出し、該ΔθBから両者の格子定数の差を計算
で求める。
造装置の回折Ｘ線検出装置では、モニタウエハ１３と、
その上で成長しているエピタキシャル膜との回折ピーク
におけるブラッグ角の角度差（以下、ΔθBと表記す
る）を検出し、該ΔθBから両者の格子定数の差を計算
で求める。
【００２７】以下、上記の測定原理について、より詳細
に説明する。図５は、本発明の実施の形態に係る半導体
製造装置のエピタキシャル成長炉内部のモニタウエハと
２結晶Ｘ線回折装置との関係を示す説明図である。
に説明する。図５は、本発明の実施の形態に係る半導体
製造装置のエピタキシャル成長炉内部のモニタウエハと
２結晶Ｘ線回折装置との関係を示す説明図である。
【００２８】図５において、長さａepoはエピタキシャ
ル膜の格子定数、長さａsubは基板（ウエハ）の格子定
数、長さΔａepoは長さａsubと長さａepoとの差、長さ
ａvは変形したエピタキシャル膜の膜厚方向の格子定
数、長さΔａvは長さａvと長さａsu bとの差を示す。
ル膜の格子定数、長さａsubは基板（ウエハ）の格子定
数、長さΔａepoは長さａsubと長さａepoとの差、長さ
ａvは変形したエピタキシャル膜の膜厚方向の格子定
数、長さΔａvは長さａvと長さａsu bとの差を示す。
【００２９】ブラッグ角をθB、特性Ｘ線の波長をλと
すると、Ｘ線回折のブラッグ条件により、下記の（１）
式が成立する。
すると、Ｘ線回折のブラッグ条件により、下記の（１）
式が成立する。
【００３０】
【数１】 ａvｓｉｎθB＝（λ／２）ｎ （ｎ＝１，２，３，…） …………（１） （１）式を微分形式で示すと、下記の（２）式となる。
【００３１】
【数２】 ａv／ａsub＝（−ｃｏｔθB）×ΔθB ………………………………（２） （２）式により、エピタキシャル膜の特性Ｘ線による回
折ピークが、基板の特性Ｘ線による回折ピークに対し
て、ブラッグ角の角度差ΔθBだけの差が有る時、エピ
タキシャル膜の格子定数が基板の格子定数に対してどれ
だけの差が有るかが知れる。
折ピークが、基板の特性Ｘ線による回折ピークに対し
て、ブラッグ角の角度差ΔθBだけの差が有る時、エピ
タキシャル膜の格子定数が基板の格子定数に対してどれ
だけの差が有るかが知れる。
【００３２】また、格子変形を弾性論的に解析した結果
によれば、エピタキシャル膜の弾性定数と、変形量との
関係は、下記の（３）式で得られる。
によれば、エピタキシャル膜の弾性定数と、変形量との
関係は、下記の（３）式で得られる。
【００３３】
【数３】 Δａepo／ａsub＝（Ｃ11／Ｃ11＋２Ｃ12）×（Δａv／ａsub） ………………………………（３） 但し、（３）式において、Ｃijは、エピタキシャル膜の
弾性スティックネス定数を示す。
弾性スティックネス定数を示す。
【００３４】なお、エピタキシャル成長中は、高温の雰
囲気中に有るので、室温の時に比較して、ａv，ａsub，
Ｃijが変化していることを考慮する必要がある。図６
は、本発明の実施の形態に係る半導体製造装置のエピタ
キシャル成長の組成と格子定数との関係を示すグラフで
ある。
囲気中に有るので、室温の時に比較して、ａv，ａsub，
Ｃijが変化していることを考慮する必要がある。図６
は、本発明の実施の形態に係る半導体製造装置のエピタ
キシャル成長の組成と格子定数との関係を示すグラフで
ある。
【００３５】一般に、ＧａＡｓの格子定数は５．６５３
３（Å）、ＡｌＡｓの格子定数は５．６６１１（Å）で
あるので、組成比ｘを表現に含む任意の組成Ａｌ（ｘ）
Ｇａ（１−ｘ）Ａｓの格子定数ａは、線形近似を仮定し
て下記の（４）式で与えられる。
３（Å）、ＡｌＡｓの格子定数は５．６６１１（Å）で
あるので、組成比ｘを表現に含む任意の組成Ａｌ（ｘ）
Ｇａ（１−ｘ）Ａｓの格子定数ａは、線形近似を仮定し
て下記の（４）式で与えられる。
【００３６】
【数４】 ａ＝５．６５３３＋０．００７８ｘ （Å） ………………………（４） 従って、格子定数ａを測定することにより、（４）式か
ら組成比ｘを決定することができるので、逆に、図６に
おいて、組成比ｘを所定の目標に維持するために供給材
料（ここでは、Ａｌ（アルミニウム）と、Ｇａ（ガリウ
ム））の比率を如何に調節すべきかが判明し、この判明
結果を制御系にフィードバックすることができる。
ら組成比ｘを決定することができるので、逆に、図６に
おいて、組成比ｘを所定の目標に維持するために供給材
料（ここでは、Ａｌ（アルミニウム）と、Ｇａ（ガリウ
ム））の比率を如何に調節すべきかが判明し、この判明
結果を制御系にフィードバックすることができる。
【００３７】図７は、本発明の実施の形態に係る半導体
製造装置のエピタキシャル成長のための制御系の構成を
示すブロック図である。エピタキシャル成長炉制御ユニ
ット７３は、成長プログラムを実行し、信号系Ｓ１を介
してエピタキシャル成長炉５を制御して、エピタキシャ
ル成長炉５において、設定された温度、圧力、原料ガス
の流量等の条件下でのエピタキシャル成長がなされるよ
うにする。
製造装置のエピタキシャル成長のための制御系の構成を
示すブロック図である。エピタキシャル成長炉制御ユニ
ット７３は、成長プログラムを実行し、信号系Ｓ１を介
してエピタキシャル成長炉５を制御して、エピタキシャ
ル成長炉５において、設定された温度、圧力、原料ガス
の流量等の条件下でのエピタキシャル成長がなされるよ
うにする。
【００３８】Ｘ線回折装置７２は、信号系Ｓ２を介して
エピタキシャル成長炉５内の基板の格子定数と、エピキ
シャル成長層の格子定数との差を測定する。これによ
り、基板の回折ピークとエピキシャル成長層の回折ピー
クとのブラッグ角における角度差が得られる。
エピタキシャル成長炉５内の基板の格子定数と、エピキ
シャル成長層の格子定数との差を測定する。これによ
り、基板の回折ピークとエピキシャル成長層の回折ピー
クとのブラッグ角における角度差が得られる。
【００３９】さらに、Ｘ線回折装置７２は、信号系Ｓ３
を介して回折ピークの情報をＸ線回折装置制御ユニット
７１に送り、基板の回折ピークとエピタキシャル成長層
の回折ピークとのブラッグ角における角度差から、基板
とエピタキシャル成長層の各々について格子定数を求
め、エピタキシャル成長層の目標とする組成と、実際に
成長しているエピタキシャル成長層の組成とのずれを算
出する。
を介して回折ピークの情報をＸ線回折装置制御ユニット
７１に送り、基板の回折ピークとエピタキシャル成長層
の回折ピークとのブラッグ角における角度差から、基板
とエピタキシャル成長層の各々について格子定数を求
め、エピタキシャル成長層の目標とする組成と、実際に
成長しているエピタキシャル成長層の組成とのずれを算
出する。
【００４０】Ｘ線回折装置制御ユニット７１は、目標と
する組成にするための成長条件の変更指令を信号系Ｓ４
を介してエピタキシャル成長炉制御ユニット７３にフィ
ードバックする。
する組成にするための成長条件の変更指令を信号系Ｓ４
を介してエピタキシャル成長炉制御ユニット７３にフィ
ードバックする。
【００４１】なお、制御系による上記フィードバック制
御により、試料のエピタキシャル成長中にリアルタイム
の観測を行うことができるので、例えば、エピタキシャ
ル成長中に原料ガスの供給が乏しくなり、組成が目標か
らずれ始めた場合にも、原料ガスの供給を再び増やすよ
うな制御を行って、得られる組成が、全ての成長ウエハ
において均一で、かつ所定の目標通りとなるエピタキシ
ャル成長の実現が可能となる。
御により、試料のエピタキシャル成長中にリアルタイム
の観測を行うことができるので、例えば、エピタキシャ
ル成長中に原料ガスの供給が乏しくなり、組成が目標か
らずれ始めた場合にも、原料ガスの供給を再び増やすよ
うな制御を行って、得られる組成が、全ての成長ウエハ
において均一で、かつ所定の目標通りとなるエピタキシ
ャル成長の実現が可能となる。
【００４２】なお、本発明に係る半導体製造装置は、Ｇ
ａＡｓ基板上のアルミニウム・ガリウム・砒素から成る
化合物、ＧａＡｓ基板上のアルミニウム・ガリウム・イ
ンジウム・燐から成る化合物、ＧａＡｓ基板上の亜鉛・
硫黄・セレンから成る化合物、Ａｌ2Ｏ3基板上のガリウ
ム・窒素から成る化合物のいずれかを、任意に設定可能
な所定の組成比で成長させることができる。
ａＡｓ基板上のアルミニウム・ガリウム・砒素から成る
化合物、ＧａＡｓ基板上のアルミニウム・ガリウム・イ
ンジウム・燐から成る化合物、ＧａＡｓ基板上の亜鉛・
硫黄・セレンから成る化合物、Ａｌ2Ｏ3基板上のガリウ
ム・窒素から成る化合物のいずれかを、任意に設定可能
な所定の組成比で成長させることができる。
【００４３】
【発明の効果】以上に説明したとおり、本発明では、Ｍ
ＯＣＶＤ装置等の反応炉（エピタキシャル成長炉）内に
おいて成長中の試料を、リアルタイムで分析できるＸ線
回折装置を備え、該エピタキシャル成長炉内の公転サセ
プター上の試料として、静止、若しくは、略静止してい
るモニタ用サセプターを載置し、該モニタウエハを、エ
ピタキシャル成長中に、Ｘ線回折装置で観察し、かつＭ
ＯＣＶＤ装置等の制御ユニットに、分析結果をフィード
バックする構成としたので、得られるエピタキシャル層
の組成が、全ての成長ウエハにおいて均一で、かつ所定
の目標通りとなるような、望ましいエピタキシャル成長
を実現することができる。
ＯＣＶＤ装置等の反応炉（エピタキシャル成長炉）内に
おいて成長中の試料を、リアルタイムで分析できるＸ線
回折装置を備え、該エピタキシャル成長炉内の公転サセ
プター上の試料として、静止、若しくは、略静止してい
るモニタ用サセプターを載置し、該モニタウエハを、エ
ピタキシャル成長中に、Ｘ線回折装置で観察し、かつＭ
ＯＣＶＤ装置等の制御ユニットに、分析結果をフィード
バックする構成としたので、得られるエピタキシャル層
の組成が、全ての成長ウエハにおいて均一で、かつ所定
の目標通りとなるような、望ましいエピタキシャル成長
を実現することができる。
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体製造装置のエ
ピタキシャル成長炉の内部を中心とする１構成例を示す
説明図である。
ピタキシャル成長炉の内部を中心とする１構成例を示す
説明図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る半導体製造装置の全
体構成を示すブロック図である。
体構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る半導体製造装置のエ
ピタキシャル成長炉内部のモニタウエハと２結晶Ｘ線回
折装置との関係を示す説明図である。
ピタキシャル成長炉内部のモニタウエハと２結晶Ｘ線回
折装置との関係を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る半導体製造装置のエ
ピタキシャル成長炉の内部を中心とする他の１構成例を
示す説明図である。
ピタキシャル成長炉の内部を中心とする他の１構成例を
示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る半導体製造装置のエ
ピタキシャル成長炉内部のモニタウエハと２結晶Ｘ線回
折装置との関係を示す説明図である。
ピタキシャル成長炉内部のモニタウエハと２結晶Ｘ線回
折装置との関係を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る半導体製造装置のエ
ピタキシャル成長の組成と格子定数との関係を示すグラ
フである。
ピタキシャル成長の組成と格子定数との関係を示すグラ
フである。
【図７】本発明の実施の形態に係る半導体製造装置のエ
ピタキシャル成長のための制御系の構成を示すブロック
図である。
ピタキシャル成長のための制御系の構成を示すブロック
図である。
１……公転サセプター、２……Ｘ線発生装置、３……第
１結晶、４……回折Ｘ線検出装置、５……エピタキシャ
ル成長炉、６……水素化合物ガス、７……有機金属、８
……ガス配管、９……排出ガス処理装置、１０……キャ
リアガス、１１……静止サセプター、１２……自公転サ
セプター、１３……モニタウエハ、１４……成長ウエハ
１結晶、４……回折Ｘ線検出装置、５……エピタキシャ
ル成長炉、６……水素化合物ガス、７……有機金属、８
……ガス配管、９……排出ガス処理装置、１０……キャ
リアガス、１１……静止サセプター、１２……自公転サ
セプター、１３……モニタウエハ、１４……成長ウエハ
Claims (7)
- 【請求項１】 原料ガスの供給を受けて試料基板上にエ
ピタキシャル層を成長させるエピタキシャル成長炉を備
えた半導体製造装置において、 前記エピタキシャル成長炉内の受け皿に、静止または略
静止しているモニタウエハを載置する手段と、 前記モニタウエハにおけるエピタキシャル成長の状況
を、Ｘ線回折装置でリアルタイムに観察して観察結果を
得る手段と、 前記観察結果を、前記エピタキシャル成長を制御する制
御系にフィードバックする手段と、 を備えたことを特徴とする半導体製造装置。 - 【請求項２】 前記モニタウェハを、前記エピタキシャ
ル成長炉内の前記受け皿の中心または該中心の近傍に載
置する手段を有することを特徴とする請求項１記載の半
導体製造装置。 - 【請求項３】 前記モニタウェハを、前記エピタキシャ
ル成長炉内の前記受け皿の中心から所定の距離を隔てた
位置に載置する手段を有することを特徴とする請求項１
記載の半導体製造装置。 - 【請求項４】 前記Ｘ線回折装置のＸ線発生装置を線源
とする特性Ｘ線が、前記モニタウエハ上に入射される際
の入射角の角速度は、前記モニタウエハが、前記受け皿
の自転に連れて円周運動する角速度よりも十分に大きく
なるように機械系が設定されていることを特徴とする請
求項１記載の半導体製造装置。 - 【請求項５】 前記Ｘ線回折装置は、２結晶Ｘ線回折装
置または４結晶Ｘ線回折装置であることを特徴とする請
求項１記載の半導体製造装置。 - 【請求項６】 前記原料ガスは、ＧａＡｓ基板上のアル
ミニウム・ガリウム・砒素から成る化合物、ＧａＡｓ基
板上のアルミニウム・ガリウム・インジウム・燐から成
る化合物、ＧａＡｓ基板上の亜鉛・硫黄・セレンから成
る化合物、Ａｌ２０３基板上のガリウム・窒素から成る
化合物のいずれかを、任意に設定可能な所定の組成比で
成長させるものであることを特徴とする請求項１記載の
半導体製造装置。 - 【請求項７】 前記Ｘ線回折装置による観察内容には、
前記モニタウエハの格子定数及び前記モニタウエハにお
いて成長しているエピタキシャル層の格子定数が含まれ
ていることを特徴とする請求項１記載の半導体製造装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001030684A JP2002234793A (ja) | 2001-02-07 | 2001-02-07 | 半導体製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001030684A JP2002234793A (ja) | 2001-02-07 | 2001-02-07 | 半導体製造装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002234793A true JP2002234793A (ja) | 2002-08-23 |
Family
ID=18894867
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001030684A Pending JP2002234793A (ja) | 2001-02-07 | 2001-02-07 | 半導体製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002234793A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1571441A1 (en) * | 2004-03-01 | 2005-09-07 | Panalytical B.V. | Monitoring epitaxial growth in situ by means of an angle dispersive X-ray diffractometer |
| WO2010053094A1 (ja) * | 2008-11-05 | 2010-05-14 | 昭和電工株式会社 | 化合物半導体製造装置、化合物半導体の製造方法、および化合物半導体製造用治具 |
-
2001
- 2001-02-07 JP JP2001030684A patent/JP2002234793A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1571441A1 (en) * | 2004-03-01 | 2005-09-07 | Panalytical B.V. | Monitoring epitaxial growth in situ by means of an angle dispersive X-ray diffractometer |
| US7116754B2 (en) | 2004-03-01 | 2006-10-03 | Panalytical B.V. | Diffractometer |
| WO2010053094A1 (ja) * | 2008-11-05 | 2010-05-14 | 昭和電工株式会社 | 化合物半導体製造装置、化合物半導体の製造方法、および化合物半導体製造用治具 |
| DE112009002396T5 (de) | 2008-11-05 | 2011-07-21 | Showa Denko K.K. | Vorrichtung zum Herstellen eines Verbindungshalbleiters, Verfahren zum Herstellen eines Verbindungshalbleiters und Einspannvorrichtung zum Herstellen eines Verbindungshalbleiters |
| US8591656B2 (en) | 2008-11-05 | 2013-11-26 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Compound semiconductor manufacturing device, compound semiconductor manufacturing method, and jig for manufacturing compound semiconductor |
| DE112009002396B4 (de) | 2008-11-05 | 2022-02-03 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Vorrichtung zum Herstellen eines Verbindungshalbleiters, Verfahren zum Herstellen eines Verbindungshalbleiters und Einspannvorrichtung zum Herstellen eines Verbindungshalbleiters |
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