JP2005285949A - Molecular beam epitaxial growth device and its cleaning method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、クリーニング機能を有した分子線エピタキシャル成長装置(MBE)と、分子線エピタキシャル成長装置のクリーニング方法に関する。 The present invention relates to a molecular beam epitaxial growth apparatus (MBE) having a cleaning function and a cleaning method for a molecular beam epitaxial growth apparatus.
近年、半導体における結晶成長装置に分子線エピタキシャル成長装置(MBE)が、盛んに、使用されている。しかしながら、MBE装置などの真空装置は、超真空状態に密閉した状態で結晶成長やその他のプロセスを行うことから、チャンバーの内壁へ原料分子や不純物原子が付着し、この付着した原子を除去するためのクリーニングを行う必要がある。 In recent years, molecular beam epitaxial growth apparatuses (MBE) have been actively used as crystal growth apparatuses in semiconductors. However, since vacuum devices such as MBE perform crystal growth and other processes in a state of being sealed in an ultra-vacuum state, raw material molecules and impurity atoms adhere to the inner wall of the chamber, and the attached atoms are removed. It is necessary to perform cleaning.
結晶成長以外のプロセスを行うチャンバーの内部をクリーニングする技術としては、以下の特許文献に記載されている技術が知られている。下記の特許文献1には、絶縁膜をプラズマで成膜する装置において、チャンバー内部で発生させたプラズマにより生じたフッ素ラジカルイオンでクリーニングする技術が開示されている。 As a technique for cleaning the inside of a chamber for performing a process other than crystal growth, techniques described in the following patent documents are known. Patent Document 1 below discloses a technique for cleaning with fluorine radical ions generated by plasma generated inside a chamber in an apparatus for forming an insulating film using plasma.
また、下記特許文献2は、プラズマエッチング装置において、プロセスチャンバー内でプラズマを発生させて、定期的にチャンバー内をプラズマクリーニングする方法が開示されている。また、下記特許文献3には、反応性イオンエッチング装置において、チャンバーの内壁に原料分子や原子の付着を防止する防着板に付着した原料分子や原子を除去するために、プラズマクリーニングする方法を開示している。 Patent Document 2 below discloses a method of generating plasma in a process chamber and periodically cleaning the inside of the chamber in a plasma etching apparatus. Patent Document 3 below discloses a method of performing plasma cleaning in a reactive ion etching apparatus in order to remove source molecules and atoms attached to a deposition preventing plate that prevents adhesion of source molecules and atoms to the inner wall of the chamber. Disclosure.
しかしながら、上記特許文献1〜3は、いずれも、目的のプロセスがプラズマを用いた成膜やエッチングであり、定期的に、処理ウエハを除去して、ウエハを処理する時と同様に、その装置によりプラズマを生成して、チャンバーをクリーニングする方法である。また、特許文献2、3はチャンバー内でプラズマを発生させてプラズマによりチャンバー内をクリーニングすることを開示しているが、ラジカルのみによってチャンバー内をクリーニングすることは開示していない。 However, in each of Patent Documents 1 to 3, the target process is film formation or etching using plasma, and the apparatus is removed in the same manner as when processing a wafer by periodically removing the processing wafer. This is a method for cleaning the chamber by generating plasma. Patent Documents 2 and 3 disclose that plasma is generated in the chamber and the inside of the chamber is cleaned by the plasma, but that the inside of the chamber is not cleaned only by radicals.
また、特許文献1は、フッ素ラジカルイオンによりチャンバー内をクリーニングすることを開示しているが、ラジカルイオンはチャンバー内部でプラズマを発生する時に含まれるものである。したがって、特許文献1には、ラジカルイオンによるクリーニングとあるが、実際には、中性原子、中性分子、電子、イオン、ラジカルが含まれている。 Further, Patent Document 1 discloses that the inside of the chamber is cleaned with fluorine radical ions, but the radical ions are included when plasma is generated inside the chamber. Therefore, Patent Document 1 discloses cleaning with radical ions, but actually includes neutral atoms, neutral molecules, electrons, ions, and radicals.
一方、プラズマ処理を用いない分子線エピタキシャル成長装置においては、そのチャンバーをクリーニングするには、チャンバー内でプラズマを発生させることはできない。また、分子線エピタキシャル成長装置の保守などを行う際には、チャンバーの内壁のクリーニング、構成部品の修理、材料の補充、その他、機構部品の調整などを行った後、装置全体を真空ポンプなどで排気している。しかし、チャンバーを大気に開放すること自体により、チャンバー内壁が大気に曝され内壁が汚染される。このため、チャンバーにおいて所望の真空度を得るためには、汚染された内壁をクリーニングする必要がある。 On the other hand, in a molecular beam epitaxial growth apparatus that does not use plasma treatment, plasma cannot be generated in the chamber in order to clean the chamber. When performing maintenance of the molecular beam epitaxial growth system, etc., after cleaning the inner wall of the chamber, repairing the components, replenishing materials, and adjusting the mechanical parts, the entire system is evacuated with a vacuum pump or the like. doing. However, opening the chamber to the atmosphere itself exposes the chamber inner wall to the atmosphere and contaminates the inner wall. For this reason, in order to obtain a desired degree of vacuum in the chamber, it is necessary to clean the contaminated inner wall.
仮に、チャンバーの内壁をクリーニングをしないと、真空排気に伴って、内壁に付着した汚染原子や分子が徐々に内壁から離脱してチャンバー内に排出されるために、何時までも高真空度が得られないという問題がある。 If the inner wall of the chamber is not cleaned, the contaminated atoms and molecules attached to the inner wall are gradually detached from the inner wall and discharged into the chamber as the vacuum is evacuated. There is a problem that can not be.
このチャンバーの内壁に付着している汚染物質の主たるものは、H2O、HC化合物である。通常、これらの物質を除去するためには、真空排気と同時に、チャンバー自体を外部から加熱して、チャンバーをベーキングしている。通常、1週間程度、150℃でチャンバーをベーキングすることが行われている。この際に、チャンバーの内壁に付着したH2O、HC化合物は、加熱により内壁から分離エネルギーを得て、チャンバー内に放出されて、付着物の分子が真空排気に伴って、チャンバーの外部に排出されることになる。 The main contaminants adhering to the inner wall of the chamber are H 2 O and HC compounds. Usually, in order to remove these substances, the chamber itself is heated from the outside simultaneously with evacuation, and the chamber is baked. Usually, the chamber is baked at 150 ° C. for about one week. At this time, the H 2 O and HC compounds adhering to the inner wall of the chamber obtain separation energy from the inner wall by heating and are released into the chamber, and the molecules of the adhering matter are released to the outside of the chamber along with vacuum exhaust. Will be discharged.
この際、チャンバーの内壁から離脱した汚染物質の分子を効率良く排出するためにガスを流して、ベーキングを行っている。しかしながら、チャンバーの表面の温度がガスの流れにより冷却されるために、剥離した分子や原子が再度、チャンバーの内壁に付着することになり、効率的なクリーニングが実行できなかった。このために、分子線エピタキシャル成長装置を、一度、大気開放すると、1週間程度のベーキングを必要とするために、分子線エピタキシャル成長装置の稼働率は、極めて低い値、例えば、20%〜30%に過ぎなかった。 At this time, in order to efficiently discharge the contaminant molecules detached from the inner wall of the chamber, the gas is flowed to perform baking. However, since the temperature of the surface of the chamber is cooled by the gas flow, the peeled molecules and atoms will adhere to the inner wall of the chamber again, and efficient cleaning cannot be performed. For this reason, once the molecular beam epitaxial growth apparatus is opened to the atmosphere, baking for about one week is required. Therefore, the operation rate of the molecular beam epitaxial growth apparatus is extremely low, for example, 20% to 30%. There wasn't.
この稼働率は、有機金属ガス気相成長装置に比べて、極めて低く、より良質な結晶が得られる分子線エピタキシャル成長装置が、量産化工程においては用いられていない理由がここにあった。 This operating rate is extremely lower than that of the metal organic vapor phase growth apparatus, and this is the reason why the molecular beam epitaxial growth apparatus that can obtain higher quality crystals is not used in the mass production process.
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、分子線エピタキシャル成長装置の稼働率を向上させることである。
また、発明の他の目的は、分子線エピタキシャル成長装置の稼働率を向上させるために、チャンバーの効率的なクリーニングを行えるようにすることである。
また、発明の他の目的は、分子線エピタキシャル成長装置のチャンバーのクリーニングの開始時期、終了時期を適切に制御することで、短時間のクリーニングを実行することである。
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to improve the operation rate of the molecular beam epitaxial growth apparatus.
Another object of the present invention is to enable efficient cleaning of the chamber in order to improve the operating rate of the molecular beam epitaxial growth apparatus.
Another object of the present invention is to execute a short-time cleaning by appropriately controlling the start timing and the end timing of cleaning the chamber of the molecular beam epitaxial growth apparatus.
上記の発明の目的は、各発明がそれぞれ解決すべき目的であって、全ての発明が上記の全ての発明の目的を達成するものと解釈すべきではない。 The object of the invention is an object to be solved by each invention, and all the inventions should not be construed as achieving all the objects of the invention.
本発明はクリーニング方法とそのクリーニング方法を実施する分子線エピタキシャル成長装置であるから、以下、クリーニング方法の発明と対応する分子線エピタキシャル成長装置の発明とを対にして説明する。 Since the present invention is a cleaning method and a molecular beam epitaxial growth apparatus for performing the cleaning method, the invention of the cleaning method and the corresponding invention of the molecular beam epitaxial growth apparatus will be described below.
上記の課題を解決するための請求項1に記載の発明は、分子線エピタキシャル成長装置(MBE)のチャンバーの内壁をクリーニングする方法において、チャンバーの外部において、チャンバー内に導入するガスに対してプラズマを発生させて、ラジカルを生成して、チャンバー内に導入することを特徴とする分子線エピタキシャル成長装置のクリーニング方法である。 The invention according to claim 1 for solving the above-described problem is a method for cleaning an inner wall of a chamber of a molecular beam epitaxial growth apparatus (MBE), wherein plasma is applied to a gas introduced into the chamber outside the chamber. A cleaning method for a molecular beam epitaxial growth apparatus, characterized in that a radical is generated and introduced into a chamber.
また、請求項6の発明は、プロセスを行うチャンバーを有した分子線エピタキシャル成長装置(MBE)において、チャンバーに設けられ、チャンバーの壁面をクリーニングするためのラジカルを導入する入力部と、チャンバーに設けられ、チャンバー内のガスを排気する排気ポートと、入力部に設けられ、ガスをプラズマ化してラジカルを発生して、ラジカルをチャンバーに供給するラジカル供給装置と、排気ポートに接続された排気装置とから成る分子線エピタキシャル成長装置である。 According to a sixth aspect of the present invention, in a molecular beam epitaxial growth apparatus (MBE) having a chamber for performing a process, an input unit is provided in the chamber, the radical is introduced into the chamber for cleaning the wall surface of the chamber, An exhaust port for exhausting the gas in the chamber; a radical supply device that is provided in the input unit, generates a radical by converting the gas into plasma and supplies the radical to the chamber; and an exhaust device connected to the exhaust port A molecular beam epitaxial growth apparatus comprising:
すなわち、本発明の方法は、分子線エピタキシャル成長装置の結晶成長をさせるチャンバーの外部において、プラズマを生成して、高濃度のラジカルをチャンバー内に供給するようにしたものである。また、本発明の装置は、チャンバーの入力部においてガスをプラズマ化してラジカルを発生して、ラジカルをチャンバーに供給するようにして、チャンバーをクリーニングするようにした装置である。 That is, according to the method of the present invention, plasma is generated outside the chamber for crystal growth of the molecular beam epitaxial growth apparatus to supply high concentration radicals into the chamber. Further, the apparatus of the present invention is an apparatus that cleans the chamber by generating a radical by converting the gas into plasma at the input portion of the chamber and supplying the radical to the chamber.
本発明を実施するに際して、通常、チャンバーは加熱されるのが望ましい。しかし、ラジカルの強度の化学反応性を用いるために、チャンバーは加熱されなくとも、クリーニングは可能である。加熱した状態で、ラジカルはチャンバー内に導入される。ラジカルの供給は、チャンバー内を排気して、上流からガスをチャンバー内に流すことにより実行される。ガス流の上流においてプラズマを生成して、ラジカル流を生成することにより、ラジカル流をチャンバー内に生じさせる。 In practicing the present invention, it is usually desirable to heat the chamber. However, cleaning is possible even if the chamber is not heated because of the radically strong chemical reactivity. In the heated state, radicals are introduced into the chamber. The supply of radicals is performed by evacuating the chamber and flowing a gas from the upstream into the chamber. A radical flow is generated in the chamber by generating a plasma upstream of the gas flow to generate a radical flow.
これにより、チャンバーの内壁に付着した汚染分子や原子とラジカルが化学反応して、それらの汚染分子や原子を内壁から乖離させることができる。ラジカルの作用で汚染分子や原子を内壁から乖離させるために、ラジカルの持つエネルギーが内壁に放出されるので、ガス流があっても内壁の温度は低下しない。乖離した汚染分子や原子は、チャンバーの内壁の温度が低下しないので、再付着が防止され、ガス流に乗って、排気口からチャンバーの外に排出される。これにより、クリーニング時間を短縮することが可能となる。 As a result, the contaminating molecules and atoms attached to the inner wall of the chamber chemically react with the radicals, and the contaminating molecules and atoms can be separated from the inner wall. In order to dissociate contaminating molecules and atoms from the inner wall by the action of radicals, the energy of radicals is released to the inner wall, so the temperature of the inner wall does not decrease even if there is a gas flow. The dissociated contaminant molecules and atoms are prevented from reattaching because the temperature of the inner wall of the chamber does not decrease, and are taken out of the chamber through the gas outlet by riding on the gas flow. Thereby, the cleaning time can be shortened.
分子線エピタキシャル成長装置では、排気ポートに接続された排気装置の排気作用により、ガスは入力部から導入されて、排気ポートから排気される。入力部(チャンバーから突出した筒状部材を含む)に、ガスをプラズマ化してラジカルを発生してラジカルをチャンバーに供給するラジカル供給装置が設けられている。 In the molecular beam epitaxial growth apparatus, the gas is introduced from the input unit and exhausted from the exhaust port by the exhaust action of the exhaust apparatus connected to the exhaust port. A radical supply device is provided in the input section (including a cylindrical member protruding from the chamber) to generate a radical by converting the gas into plasma and supply the radical to the chamber.
プラズマには、電子、陽イオン、ラジカル、中性分子、中性原子が含まれる。チャンバーの内壁のクリーニングには、ラジカル以外の粒子が存在していても、ラジカルの粒子が多く存在しさえすれば、あまり不都合はないと考えられる。しかしながら、本発明では、できるだけ高密度のラジカルをチャンバー内に供給するのが望ましいと考えられる。よって、請求項のラジカル供給装置は、ラジカルを供給する機能を有していれば、他の中性粒子や陽イオン、電子などをともに供給するものであっても良いし、ラジカルだけを抽出してラジカルだけをチャンバーに供給する装置であっても良い。プラズマからラジカルのみを抽出することは、電界により電子と陽イオンをガス流と直交する方向に曲げて、電子と陽イオンを導電性材料に吸収し、電荷を電源に回収するなどの方法により、可能である。プラズマからラジカルだけを抽出してラジカルを放出する装置は、ラジカルガンとして知られているので、これらをチャンバーの上流の入力部付近に設ければ良い。この場合には、請求項のラジカル発生装置はラジカルだけを抽出する装置も含む意味となる。 Plasma includes electrons, cations, radicals, neutral molecules, and neutral atoms. For cleaning the inner wall of the chamber, even if particles other than radicals are present, it is considered that there is not much inconvenience as long as there are many radical particles. However, in the present invention, it may be desirable to supply as high a density of radicals as possible into the chamber. Therefore, as long as the radical supply device of the claims has a function of supplying radicals, it may supply other neutral particles, cations, electrons, etc., or extract only radicals. An apparatus that supplies only radicals to the chamber may be used. Extracting only radicals from plasma can be achieved by bending the electrons and cations in a direction perpendicular to the gas flow by an electric field, absorbing the electrons and cations into the conductive material, and collecting the charge in the power source. Is possible. An apparatus that extracts only radicals from plasma and releases the radicals is known as a radical gun, and these may be provided in the vicinity of the input section upstream of the chamber. In this case, the radical generating device of the claim is meant to include a device for extracting only radicals.
プラズマを発生する箇所は、チャンバーのガス導入口とするのが良い。すなわち、チャンバーに開放される直近とするのが望ましい。これは、ラジカルを消滅させないためである。すなわち、ラジカルが発生して、直ぐに、大きな空間に開放されるとラジカルは消滅し難いので、望ましい。しかし、チャンバーにラジカルが効率良く供給されるのであれば、チャンバーから離れたところにラジカル供給装置が設けられていても良い。この場合には、ラジカル供給装置が設けられている箇所からチャンバーに至るまでの経路が、請求項の入力部と定義される。 A location where plasma is generated is preferably a gas inlet of the chamber. In other words, it is desirable that it is the closest to being opened to the chamber. This is to prevent the radicals from disappearing. That is, it is desirable that radicals hardly disappear when radicals are generated and immediately opened to a large space. However, as long as radicals are efficiently supplied to the chamber, a radical supply device may be provided at a location away from the chamber. In this case, the path from the location where the radical supply device is provided to the chamber is defined as the input part of the claims.
また、分子線エピタキシャル成長装置が本来の結晶成長に用いられている間は、プラズマ発生箇所とチャンバーとの間にシャッターなどを設けて、チャンーバーを遮蔽するのが望ましい。 Further, while the molecular beam epitaxial growth apparatus is used for original crystal growth, it is desirable to provide a shutter or the like between the plasma generation site and the chamber to shield the chamber.
また、請求項2、請求項7の発明は、ガスは、水素ガス又は/及び窒素ガスであり、ラジカルは水素ラジカル、窒素ラジカルであることを特徴とする請求項1に記載の分子線エピタキシャル成長装置のクリーニング方法、請求項6に記載の分子線エピタキシャル成長装置である。
水素ガス又は窒素ガス、または、水素ガス及び窒素ガスとして、ラジカルを水素ラジカル又は窒素ラジカル、または、水素ラジカル及び窒素ラジカルとすることで、チャンバーの内壁に付着した汚染分子や原子を効率良く除去することができる。一方のラジカルだけでも良いが、両方のラジカルが存在するとクリーニングの効率が向上する。特に、水素ラジカルが混在することにより、クリーニングの効率が向上する。
The invention according to claim 2 or claim 7 is characterized in that the gas is hydrogen gas or / and nitrogen gas, and the radical is hydrogen radical or nitrogen radical. A molecular beam epitaxial growth apparatus according to claim 6, wherein
As hydrogen gas or nitrogen gas, or hydrogen gas and nitrogen gas, radicals are converted into hydrogen radicals or nitrogen radicals, or hydrogen radicals and nitrogen radicals, thereby efficiently removing contaminating molecules and atoms attached to the inner wall of the chamber. be able to. Only one radical may be used, but if both radicals are present, the cleaning efficiency is improved. In particular, the efficiency of cleaning is improved by the presence of hydrogen radicals.
また、請求項3、請求項8の発明は、ガスは、アンモニア(NH3 )、または、水素原子(H)と窒素原子(N)とを少なくとも含むガス、または、水素原子(H)を含むガス又は/及び窒素原子(N)を含むガスであることを特徴とする請求項1に記載の分子線エピタキシャル成長装置のクリーニング方法、請求項6に記載の分子線エピタキシャル成長装置である。 In the inventions of claims 3 and 8, the gas contains ammonia (NH 3 ), a gas containing at least a hydrogen atom (H) and a nitrogen atom (N), or a hydrogen atom (H). The cleaning method for a molecular beam epitaxial growth apparatus according to claim 1 and the molecular beam epitaxial growth apparatus according to claim 6, wherein the cleaning method is a gas or a gas containing nitrogen atoms (N).
このように、アンモニアガスのプラズマ化により水素ラジカル及び窒素ラジカルが生成される。また、水素原子(H)と窒素原子(N)とを少なくとも含むガス、すなわち、HとNを構成元素とする分子ガスのプラズマ化により水素ラジカル及び窒素ラジカルが生成される。さらに、水素原子(H)を含むガスはプラズマ化により水素ラジカルが生成され、窒素原子(N)を含むガスはプラズマ化により窒素ラジカルが生成される。このように水素ラジカルまたは窒素ラジカルが生成されるガスを導入することが本請求項の発明の特徴である。 In this way, hydrogen radicals and nitrogen radicals are generated by converting ammonia gas into plasma. In addition, hydrogen radicals and nitrogen radicals are generated by plasmatization of a gas containing at least hydrogen atoms (H) and nitrogen atoms (N), that is, a molecular gas containing H and N as constituent elements. Further, hydrogen radicals are generated by gasification of a gas containing hydrogen atoms (H), and nitrogen radicals are generated by gasification of a gas containing nitrogen atoms (N). It is a feature of the invention of this claim to introduce a gas that generates hydrogen radicals or nitrogen radicals in this way.
また、請求項4、請求項9の発明は、不活性ガスであり、ラジカルは不活性原子のラジカルであることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の分子線エピタキシャル成長装置のクリーニング方法、請求項6乃至請求項8の何れか1項に記載の分子線エピタキシャル成長装置である。
請求項1を引用する請求項4、請求項6を引用する請求項9の発明では、ガスが不活性ガスであり、請求項2又は3を引用する請求項4、請求項7又は8を引用する請求項9の発明では、ガスは、さらに、不活性ガスを含んでいるという意味である。
The invention according to claim 4 and claim 9 is an inert gas, and the radical is a radical of an inert atom. The molecular beam according to any one of claims 1 to 3 A method for cleaning an epitaxial growth apparatus, the molecular beam epitaxial growth apparatus according to any one of claims 6 to 8.
In the invention of claim 4 that cites claim 1 and claim 9 that cites claim 6, the gas is an inert gas, and cites claim 4, claim 7, or 8 that cites claim 2 or 3. In the ninth aspect of the invention, the gas further includes an inert gas.
不活性ガスは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドンなどの希ガスを含む。不活性原子のラジカルだけでもクリーニング効果はあるが、特に、水素ラジカル、窒素ラジカルと共に、これらの不活性原子のラジカルと共に用いると、より、クリーニング効果が高い。 The inert gas includes a rare gas such as helium, neon, argon, krypton, xenon, or radon. Only the radicals of the inert atoms have a cleaning effect, but the cleaning effect is particularly high when used together with the radicals of these inert atoms together with hydrogen radicals and nitrogen radicals.
また、請求項5の発明は、チャンバー内のガスの成分を測定して、その測定値に基づいて、クリーニングの開始及び終了を制御することを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載の分子線エピタキシャル成長装置のクリーニング方法である。
また、請求項10の発明は、チャンバー内のガスの成分量を測定する測定装置と、測定装置の測定値に基づいて、クリーニングの開始及び終了を制御する制御装置とを有することを特徴とする請求項6乃至請求項9の何れか1項に記載の分子線エピタキシャル成長装置である。
According to a fifth aspect of the present invention, the gas component in the chamber is measured, and the start and end of cleaning are controlled based on the measured value. 2. A cleaning method for a molecular beam epitaxial growth apparatus according to item 1.
The invention of
これらの発明では、チャンバー内におけるガス成分量が測定される。ガス成分量は例えば光吸収スペクトルを測定することにより実施できる。特に、レーザ、グロー放電光、アーク放電光をプローブとして、この光の吸収スペクトルを測定することで、ガス成分や成分量を測定することができる。分子線エピタキシャル成長装置において、成長を停止させて、分子線供給源を遮蔽した状態で、チャンバー内のガス成分量を測定する。これが所定値以上を示せば、クリーニング開始時期と判断することができる。次に、ラジカル供給装置と排気装置を起動して、ガスをチャンバー内に供給して、入力部からラジカルをチャンバーに供給してクリーニングを行う。そして、測定装置により検出されるガス成分量が所定値よりも低くなると、クリーニングを完了したと判断して、クリーニングを停止する。 In these inventions, the amount of gas components in the chamber is measured. The amount of gas component can be implemented, for example, by measuring a light absorption spectrum. In particular, by measuring the absorption spectrum of this light using a laser, glow discharge light, and arc discharge light as a probe, the gas component and the component amount can be measured. In the molecular beam epitaxial growth apparatus, the growth is stopped and the amount of gas components in the chamber is measured while the molecular beam supply source is shielded. If this exceeds a predetermined value, it can be determined that it is the cleaning start time. Next, the radical supply device and the exhaust device are activated, gas is supplied into the chamber, and radicals are supplied from the input portion to the chamber to perform cleaning. When the gas component amount detected by the measuring device becomes lower than a predetermined value, it is determined that the cleaning is completed, and the cleaning is stopped.
本発明の分子線エピタキシャル成長装置のクリーニング方法及び分子線エピタキシャル成長装置によれば、クリーニングの開始時期と終了時期を自動的に決定することが可能となる。したがって、本装置により成長される結晶の品質を高く保持しつつ、稼働効率を極めて高くすることができる。 According to the cleaning method and molecular beam epitaxial growth apparatus of the molecular beam epitaxial growth apparatus of the present invention, it is possible to automatically determine the cleaning start time and end time. Therefore, the operation efficiency can be made extremely high while keeping the quality of the crystal grown by this apparatus high.
本発明によれば、ラジカルの有する高い化学反応性によって、分子線エピタキシャル成長装置のチャンバーの内壁に付着した汚染分子や原子を離脱させて、クリーニングしていることから、チャンバーの壁面が冷却されることがないので、効率の良いクリーニングが可能となる。この結果として、短時間のクリーニングが可能となり、分子線エピタキシャル成長装置の稼働効率を向上させることができる。 According to the present invention, due to the high chemical reactivity of radicals, contaminant molecules and atoms attached to the inner wall of the chamber of the molecular beam epitaxial growth apparatus are removed and cleaned, so that the chamber wall surface is cooled. Therefore, efficient cleaning is possible. As a result, cleaning can be performed in a short time, and the operation efficiency of the molecular beam epitaxial growth apparatus can be improved.
また、請求項5、10の発明によれば、自動的にクリーニング開始時期と終了時期を決定できることから、最適時期にクリーニングを介してして、最短時間でクリーニングを終了することができる。よって、分子線エピタキシャル成長装置の稼働効率を向上させることができる。 According to the fifth and tenth aspects of the present invention, since the cleaning start time and end time can be automatically determined, the cleaning can be completed in the shortest time through the cleaning at the optimum time. Therefore, the operating efficiency of the molecular beam epitaxial growth apparatus can be improved.
このように、従来は、量産には、有機金属ガス気相成長装置が有利であったが、本発明によれば、分子線エピタキシャル成長装置を量産に用いることが可能となり、高い品質を有したデバイスや結晶の量産化が可能となり、本発明の工業的の意義は大きい。 Thus, conventionally, an organic metal gas vapor phase growth apparatus has been advantageous for mass production. However, according to the present invention, a molecular beam epitaxial growth apparatus can be used for mass production, and a device having high quality. The mass production of crystals and crystals is possible, and the industrial significance of the present invention is great.
本発明を実施するための最良の形態について説明する。実施の形態は、発明概念の理解を容易にするために、具体的に説明するのであって、本発明は、以下の実施例に限定して解釈されるべきではない。 The best mode for carrying out the present invention will be described. The embodiments will be specifically described in order to facilitate understanding of the inventive concept, and the present invention should not be construed as being limited to the following examples.
図1は本発明の具体的な実施例に係る分子線エピタキシャル成長装置10を示している。チャンバー11には入力部13と排気ポート14が設けられている。その排気ポート14には、高真空排気装置12が接続されて、この装置によりチャンバー11内は高真空に排気される。また、円筒状の金属体である入力部13の内部には、ラジカル発生装置20と電子/イオン除去装置40とが設けられており、入力部13には、窒素ガスボンベ31から窒素ガスと、水素ガスボンベ32から水素ガスが供給されるように構成されている。また、入力部13のチャンバー11に開口する部分には入力部13とチャンバー11とを遮断するシャッター15が設けられている。分子線エピタキシャル成長装置10が結晶成長を行っている場合には、このシャッター15は閉状態となっている。
FIG. 1 shows a molecular beam
図2はラジカル発生装置20の構成を示した断面図である。平板状の陽極21、平板状の絶縁体から成るスペーサ22、平板状の陰極23を1組として、多数積層されている。図では4組積層されている。そして、直径0.1mmの貫通孔24(マイクロホロー)を多数設ける。N2 とH2 との混合ガスを貫通孔24に流し、陽極21と陰極23との間に直流電圧を印加する。この時、各陰極23の貫通孔24の部分25にグロー放電によりプラズマが生成される。プラズマにより電子、陽イオン、中性粒子、ラジカルが生成される。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the
そして、このプラズマ流は、電子/イオン除去装置40に流入する。この電子/イオン除去装置40は、プラズマから電子とイオンを除去して、ラジカルと中性粒子を抽出する装置である。本装置は、電界により電子と陽イオンをガス流と直交する方向に曲げて、電子と陽イオンを導電性材料に吸収し、電荷を電源に回収するなどの方法により、可能である。プラズマからラジカルだけを抽出してラジカルを放出する装置である。
This plasma flow then flows into the electron /
通常、チャンバー11をクリーニングする場合には、チャンバー11を図示しない炉の中に入れて加熱しながら、高真空排気装置12により真空排気しながらN2 とH2 をラジカル発生装置20に供給する。ラジカル発生装置20で生成されたNラジカルとHラジカルは、チャンバー11内に導入され、その壁面に付着した汚染分子や汚染原子と化学反応して、壁面から離脱し、高真空排気装置12により排気流に乗って外部に排出される。ラジカルによる化学反応により汚染分子および汚染原子を剥離させ、その時にラジカルの持つ励起エネルギーが放出されるので壁面は冷却されない。よって、クリーニング効果は高く維持され、短時間でのクリーニング可能となる。
Usually, when the
なお、通常、上記のクリーニングは、分子線エピタキシャル成長装置をオープンして大気に開放して、修理などをした後に、行われる。しかし、分子線エピタキシャル成長装置をオープンにすることなく、通常の結晶成長の合間に、上記のクリーニングを行っても良い。また、クリーニング時のチャンバー11の加熱は必ずしも必要ではない。
In general, the above cleaning is performed after the molecular beam epitaxial growth apparatus is opened and opened to the atmosphere and repaired. However, the cleaning may be performed between normal crystal growths without opening the molecular beam epitaxial growth apparatus. Further, heating of the
また、次のように、クリーニングの開始時期と終了時期とを制御することができる。チャンバー11内にはガス分析装置51が設けられている。グロー放電光、アーク放電光、レーザを照射して、これらの光の吸収スペクトルを測定するものである。チャンバー11の中には、光源と受光素子とが配置されており、受光素子からの出力信号が制御装置50に入力するように構成されている。結晶成長を完全に停止させた状態で、この制御装置により、所定のガス成分量が所定値を超えた場合には、クリーニング開始時期と判断され、上記の手順によりクリーニングが開始される。その後、ガス分析装置51の測定するガス成分量が所定値以下となった場合には、上記のクリーニングが停止される。これにより、クリーニングを開始すべき適正な時期を知ることができると共に最小時間でクリーニングを完了することができる。
Further, the cleaning start time and end time can be controlled as follows. A
図3は、別構成のラジカル発生装置60を示す。内径0.1mm〜0.5mmの多数のガラス管61がマトリックス配置されている。このガラス管61の内部をN2 とH2 との混合ガスが通過する。このガラス管61の長手方向に直交する方向に平板状の第1電極63と平板状の第2電極64とが対向して配置されている。第2電極64はグランドに接続されている。第1電極63と第2電極64との間に高周波が印加される。この高周波の電力によりガラス管61の内部ではプラズマが発生し、Hラジカル、Nラジカルが生成される。これらのラジカルがチャンバー11に供給されて、チャンバー11の内壁がクリーニングされる。
FIG. 3 shows a
上記実施例では、N2 ガスとH2 ガスを用いたが、NH3 ガスを用いても良い。また、N原子とH原子を含む分子のガスを用いても良い。さらに、Nを含むガスとHを含むガスとの混合ガスを用いても良い。さらに、これに不活性ガスを混入しても良い。こらのプラズマからNラジカル、Hラジカル、Arラジカルなどの0族元素のラジカルなど、これらのラジカルの混合体をチャンバーのエッチングに用いることができる。 In the above embodiment, N 2 gas and H 2 gas are used, but NH 3 gas may be used. Further, a molecular gas containing N atoms and H atoms may be used. Further, a mixed gas of a gas containing N and a gas containing H may be used. Further, an inert gas may be mixed in this. A mixture of these radicals such as radicals of group 0 elements such as N radicals, H radicals, and Ar radicals from these plasmas can be used for etching the chamber.
また、ラジカル発生装置は、上記の実施例に限らず任意である。例えば、導波管にて伝搬されたマイクロ波を同軸モードに変換して、リング状のギャップに供給することで、このギャップに上記ガスを通過させて放電させることによりプラズマを生成してラジカルを供給するようにしても良い。 Further, the radical generator is not limited to the above embodiment, and is arbitrary. For example, microwaves propagated in a waveguide are converted into a coaxial mode and supplied to a ring-shaped gap. By passing the gas through the gap and discharging it, plasma is generated to generate radicals. You may make it supply.
本発明は、分子線エピタキシャル成長装置の稼働率の向上に絶大な効果をもたらす。したがって、本発明は、分子線エピタキシャル成長装置が半導体の量産に用いられるために解決すべき主要技術となる。工業化において極めて有効な技術である。 The present invention has a tremendous effect in improving the operating rate of the molecular beam epitaxial growth apparatus. Therefore, the present invention is a main technique to be solved since the molecular beam epitaxial growth apparatus is used for mass production of semiconductors. This technology is extremely effective in industrialization.
10…分子線エピタキシャル成長装置
11…チャンバー
20…ラジカル発生装置
40…電子/イオン除去装置
21…陽極
22…スペーサ(絶縁体)
23…陰極
24…貫通孔(マイクロホロー)
61…管
63…第1電極
64…第2電極
DESCRIPTION OF
23 ...
61 ...
Claims (10)
前記チャンバーの外部において、前記チャンバー内に導入するガスに対してプラズマを発生させて、ラジカルを生成して、前記チャンバー内に導入することを特徴とする分子線エピタキシャル成長装置のクリーニング方法。 In a method of cleaning an inner wall of a chamber of a molecular beam epitaxial growth apparatus (MBE),
A cleaning method for a molecular beam epitaxial growth apparatus, characterized in that plasma is generated with respect to a gas introduced into the chamber outside the chamber, radicals are generated, and the radical is introduced into the chamber.
前記チャンバーに設けられ、チャンバーの壁面をクリーニングするためのラジカルを導入する入力部と、
前記チャンバーに設けられ、前記チャンバー内のガスを排気する排気ポートと、
前記入力部に設けられ、ガスをプラズマ化してラジカルを発生して、ラジカルを前記チャンバーに供給するラジカル供給装置と、
前記排気ポートに接続された排気装置と
から成る分子線エピタキシャル成長装置。 In a molecular beam epitaxial growth apparatus (MBE) having a chamber for performing a process,
An input unit provided in the chamber for introducing radicals for cleaning the wall surface of the chamber;
An exhaust port provided in the chamber for exhausting the gas in the chamber;
A radical supply device that is provided in the input unit, generates a radical by converting the gas into plasma, and supplies the radical to the chamber;
A molecular beam epitaxial growth apparatus comprising: an exhaust apparatus connected to the exhaust port.
前記測定装置の測定値に基づいて、クリーニングの開始及び終了を制御する制御装置と、
を有することを特徴とする請求項6乃至請求項9の何れか1項に記載の分子線エピタキシャル成長装置。 A measuring device for measuring the amount of gas components in the chamber;
A control device for controlling the start and end of cleaning based on the measurement value of the measurement device;
10. The molecular beam epitaxial growth apparatus according to claim 6, comprising:
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