JP2007005645A

JP2007005645A - 化合物半導体結晶成長装置

Info

Publication number: JP2007005645A
Application number: JP2005185374A
Authority: JP
Inventors: Shinji Kimura; 晋治木村; Toru Ota; 徹太田; Naoyuki Suenaga; 尚之末永; Makoto Takada; 高田　　誠
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-06-24
Filing date: 2005-06-24
Publication date: 2007-01-11

Abstract

【課題】ウェハをウェハキャリア上にセットする際、両者間の傾きを検出し、ウェハの傾きによるウェハ面内の結晶組成や厚みの異常分布の発生を防止することができる化合物半導体結晶成長装置を提供する。
【解決手段】リアクタ１または前室内に設けられたウェハキャリア２上にウェハ３をセットし、有機金属化合物の熱分解反応を利用して上記ウェハ３の結晶を成長させる有機金属気相成長装置において、上記リアクタ１または前室の外方から上記ウェハ３に指向性を有する光を照射する光源４と、上記ウェハ表面で反射された光５をレンズ６と反射手段７とを介して投影させる位置検出手段８とを備え、上記位置検出手段８に投影された光の位置にもとづいて上記ウェハキャリア２とウェハ３との傾きを確認するようにしたものである。
【選択図】図１

Description

この発明は化合物半導体結晶成長装置、特に有機金属化合物の熱分解反応を利用して半導体結晶を成長させるMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)装置に関するものである。

図５は、従来のMOCVD装置におけるウェハキャリアとウェハとの関係を説明するための図で、（ａ）はウェハキャリア上にウェハをセットした状態を示す斜視図、（ｂ）はウェハキャリアとウェハとの間に異物が入ってウェハが傾いた状態を示す側面図である。

この図に示すように、リアクタまたは前室内に設けられたウェハキャリア２上にウェハ３をセットすると共に、有機金属化合物の熱分解反応を利用して上記ウェハの結晶を成長させるようにしていた。（例えば特許文献１参照）。

特開昭６１−１７０６０５号公報

従来のMOCVD装置は上記のように構成され、ウェハキャリア２とその上にセットされるウェハ３との傾きを検出する手段を備えていなかったため、ウェハキャリア２とウェハ３との間に例えば100μmサイズの異物１０を挟み込み、ウェハキャリア２とウェハ３との間に傾きが生じた状態で結晶を成長させると、膜厚や結晶組成のウェハ面内分布に異常が生じ、デバイスによっては歩留まりが低下するという問題点があった。

また、異常分布の検出については、結晶成長後にウェハの破壊検査を行なう必要があり、手間を要することから、結局は放置されたままとなり、不良ウェハをそのまま流出させてしまう恐れがあるという問題点もあった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、ウェハをウェハキャリア上にセットする際に両者間の傾きを検出し、ウェハの傾きによるウェハ面内の結晶組成や厚みの異常分布の発生を防止することができる化合物半導体結晶成長装置を提供することを目的とする。

この発明に係る化合物半導体結晶成長装置は、リアクタまたは前室内に設けられたウェハキャリア上にウェハをセットし、有機金属化合物の熱分解反応を利用して上記ウェハの結晶を成長させる有機金属気相成長装置において、上記リアクタまたは前室の外方から上記ウェハに指向性を有する光を照射する光源と、上記ウェハ表面で反射された光をレンズと反射手段とを介して投影させる位置検出手段とを備え、上記位置検出手段に投影された光の位置にもとづいて上記ウェハキャリアとウェハとの傾きを確認するものである。

この発明に係る化合物半導体結晶成長装置は上記のように構成され、ウェハキャリアとウェハとの間の傾きを検出し、結果的にその傾きがなくなるようにすることができるため、ウェハ面内における結晶組成や厚みの異常分布の発生を防止することが可能となり、歩留まりの低下も防止することができるものである。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、実施の形態１の構成を示す概略図である。この図に示すように、リアクタ１、例えば数十cm〜１m程度の大きさのものまたは前室内に設けられたウェハキャリア２上にウェハ３をセットすると共に、図示していない周知の有機金属化合物の熱分解反応実行手段を動作させてウェハ３の結晶を成長させるようになっている。

一方、ウェハキャリア２とウェハ３との傾きを検出する装置は次の各要素によって構成されている。即ち４はウェハ３の表面に指向性を持った可視光線を照射する光源で、リアクタ１または前室の外側で、ウェハ３との適宜の間隔を保持して設置され、ウェハ３に対して任意の角度(0〜90°)で光を照射できるようにされている。

ウェハ３の表面で反射された光５はレンズ６及び反射板７を介して位置検出手段である位置検出板８に投影されるようになっている。

位置検出板８は、ウェハキャリア２とウェハ３との間に傾きがない場合に投影される反射光５の焦点位置と、両者間に傾きがある場合に投影される反射光５の焦点位置とのずれを検出してウェハキャリア２とウェハ３との傾きを検出するものであるが、ウェハキャリア２とウェハ３との間に例えば0.001°の傾きが生じている場合に、その傾きによる反射光５の焦点位置のずれを位置検出板８上で読取可能なずれとして判定できるようにするためには、ウェハキャリア２と位置検出板８との距離が通常は約10m必要とされている。

このため、反射光５の光路にレンズ６及び反射板７を設けて反射光角度の差を広げ、検出装置をコンパクトに構成できるようにしている。
レンズ６はリアクタ１または前室外に設けられ、通常凹レンズが使用されるが、凸レンズが使用される場合もある。また、反射板７には多重反射板、凹凸反射板を使用してもよい。

なお、位置検出板８に投影される反射光の焦点位置の確認にはカメラ９が使用される。このカメラは位置検出板８上で１mm程度の焦点位置のずれが検出できる程度の解像度のものを適宜の位置に設置して使用する。

次に、具体的な例について説明する。図２に示すように、ウェハキャリア２上に直径３インチのウェハ３がセットされ、ウェハキャリア２とウェハ３の端部との間に0.1mmの大きさの異物１０が入ったことによりウェハ３が傾いた場合を想定する。
ウェハ３の端部に異物１０が入った場合には、ウェハ３とウェハキャリア２との間に最も傾斜角度がつきにくい状態となるため、この状態を想定して説明する。

この時、ウェハキャリア２に対するウェハ３の傾きは0.004°となる。光源４からの入射角を20°、光ビームの広がり角を0°（この角度はレンズ６で調整することができる）、光ビーム幅を１mmとすると、図示のように、反射ビーム2.5mの位置にある位置検出板８上での焦点位置のずれの幅（矢印Ｓ）は２mmとなる。このずれはマイクロカメラの測定によって十分に検出可能である。なお、ウェハ３の傾きが検出された場合、この傾きが０となるようにウェハ３をセットし直した上で結晶の成長作業を行なうことは云うまでもない。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。図３は、実施の形態２の構成を示す概略図である。この図において、図１、図２と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

実施の形態２は、リアクタ１または前室外でウェハキャリア２の上部に位相検出手段となる位相検出ユニット１１を設置している。
位相検出ユニット１１は、ウェハ３に可視光線やＸ線を照射する光源１１Ａと、ウェハ３からの反射光１２にもとづいてウェハ表面における光の回折（位相変化）により発生するニュートンリングや反射光の強弱を検出するカメラ及びディテクタ１１Ｂとを有する。

ウェハキャリア２とウェハ３との間に傾きが生じた場合には、反射光１２によって位相変化を確認することができるため、その程度に応じて傾きの程度を検出することができる。

次に、具体例について説明する。図４（ａ）に示すように、ウェハキャリア２上に直径３インチのウェハ３がセットされ、ウェハキャリア２とウェハ３の端部との間に0.1mmの大きさの異物１０が入ったことによりウェハ３が傾いた場合を想定する。

この時、ウェハキャリア２に対するウェハ３の傾きは0.004°となり、ウェハキャリア２とウェハ３との高さの差が100μm(0.1mm)となる。光源１１Ａから光を照射すると、光の回折（位相変化）によって縞模様が発生する。ウェハ３に傾きがある場合は図４（ｂ）に示すような模様となり、カメラ及びディテクタ１１Ｂによって数μm単位で検出することが可能である。

カメラ及びディテクタ１１Ｂはウェハキャリア２とウェハ３との高さの差に対応させると数十μmレベルの高さの差を検出することが可能であるため、ウェハ３の傾きを高さの差として十分に検出することができる。

この発明の実施の形態１の構成を示す概略図である。実施の形態１の具体例を説明するための説明図である。この発明の実施の形態２の構成を示す概略図である。実施の形態２の具体例を説明するための説明図である。従来のMOCVD装置におけるウェハキャリアとウェハとの関係を説明するための図である。

符号の説明

１リアクタまたは前室、２ウェハキャリア、３ウェハ、４光源、
５反射光、６レンズ、７反射板、８位置検出板、９カメラ、
１０異物、１１位相検出ユニット、１１Ａ光源、
１１Ｂカメラ及びディテクタ、１２反射光。

Claims

リアクタまたは前室内に設けられたウェハキャリア上にウェハをセットし、有機金属化合物の熱分解反応を利用して上記ウェハの結晶を成長させる有機金属気相成長装置において、上記リアクタまたは前室の外方から上記ウェハに指向性を有する光を照射する光源と、上記ウェハ表面で反射された光をレンズと反射手段とを介して投影させる位置検出手段とを備え、上記位置検出手段に投影された光の位置にもとづいて上記ウェハキャリアとウェハとの傾きを確認することを特徴とする化合物半導体結晶成長装置。
上記レンズは凹レンズであることを特徴とする請求項１記載の化合物半導体結晶成長装置。
リアクタまたは前室内に設けられたウェハキャリア上にウェハをセットし、有機金属化合物の熱分解反応を利用して上記ウェハの結晶を成長させる有機金属気相成長装置において、上記ウェハに光を照射する光源と、上記ウェハの表面における光の回折を検出する検出手段とを有する位相検出手段を備え、位相変化にもとづいて上記ウェハキャリアとウェハとの傾きを確認することを特徴とする化合物半導体結晶成長装置。