JP2007158106A

JP2007158106A - 観察装置

Info

Publication number: JP2007158106A
Application number: JP2005352410A
Authority: JP
Inventors: Akira Okabe; 晃岡部
Original assignee: EPICREW Inc
Current assignee: EPICREW Inc
Priority date: 2005-12-06
Filing date: 2005-12-06
Publication date: 2007-06-21
Also published as: US20070125962A1; US8199192B2

Abstract

【課題】高温雰囲気の半導体製造装置の反応室において装置部材を効率良く冷却できると共に過剰露光を低減する観察装置を提供する。
【解決手段】高温雰囲気の半導体製造装置の反応室内を撮像する撮像手段と、該撮像手段を収容すると共に同撮像手段へ前記反応室内の光像を導く透光性部材が取り付けられた収容ケースと、該収容ケース内に冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段とを備える観察装置であって、前記透光性部材は、両面あるいは片面に金膜を有する石英ガラス板である観察装置。
【選択図】図１

Description

本発明は観察装置に関する。詳しくは、高温雰囲気の半導体製造装置の反応室内を観察できる観察装置に係るものである。

半導体の製造に使用されるエピタキシャル気相成長装置は、その反応室内に配置された支持体上に半導体基板が載置され、更に反応室内にＳｉＨＣｌ_３等の材料ガスと水素等のキャリアガスとを含む反応ガスを供給すると共に、半導体基板をハロゲンランプ等で加熱して、半導体基板上にシリコン単結晶を堆積させ、そして成長させる装置である。

ところで、このようなエピタキシャル気相成長装置における加熱により、反応室内は１１００℃程度の高温雰囲気となるが、一方で、高温加熱により半導体基板が反る等の変形が起き、このような変形が生じたままエピタキシャル結晶成長反応を続けると、半導体基板の裏面に不要なエピタキシャル層が形成されるという問題が生じていた。

このような不要なエピタキシャル層が形成されていないかどうかを調べるために、エピタキシャル結晶成長反応終了後に半導体基板を反応室から取出し、半導体基板を見て、反り等の変形の有無を調べることが考えられるが、半導体基板を取出したときに、変形が元に戻っている場合もあり、エピタキシャル結晶成長反応中に変形が生じているかどうかの判断が困難であった。

また、反応室内においては、半導体基板が載置される支持体上において所定の位置からずれる現象や、半導体基板の損傷が発生する現象など、エピタキシャル結晶成長反応中の反応室内の状態、状況を観察したいという要求があった。また、反応室を形成する石英ドームへの被膜がエピタキシャル結晶成長反応に与える影響は大きく、石英ドームを観察したいという要求もあった。

高温雰囲気の室内を観察する装置として、例えば特許文献１には、筒状に形成される外筒１０２と、この外筒１０２の内側に配置され、先端部分が前記外筒１０２の先端部分より少し上にくる程度の長さに形成される第１内筒１０３と、この第１内筒１０３内に配置され先端部分が外筒１０２の先端部分と同じ位置まで延ばされる第２内筒１０４と、この第２内筒１０４及び外筒１０２の先端側を閉止するリング状の閉止板１０５と、第２内筒１０４の内側に配置される第３内筒１０６と、この第３内筒１０６の先端部分に配置され、閉止板１０５の中央部分に形成された監視窓１０７からの光像を取り込んで、その熱線成分をカットしながら、可視光成分のみを透過させる熱線カットフィルタ１０８と、第３内筒１０６内の熱線カットフィルタ１０８の上部側に配置され、熱線カットフィルタを透過した光像（可視光像）を電気信号（映像信号）に変換して、アッパー部に供給するＣＣＤカメラ１０９と、第１内筒１０３と第２内筒１０４との間に形成された円筒状の空間を螺旋状に仕切ってスパイラル流路１１１を形成するパイプ１１０と、ＣＣＤカメラ１０９の近傍に配置され、このＣＣＤカメラ１０９部分の温度を計測し、補償導線１１３を介して、計測結果をアッパー部に供給する熱電対１１２とを備えた、高温雰囲気炉内観察装置の撮影部１０１が記載されている。
このような構成により、撮影部、熱線カットフィルタ及びＣＣＤカメラ等を効率良く冷却しながら、電気炉、コークス炉等の高温雰囲気炉内の状態を連続して観察することができる。図３に従来の高温雰囲気炉内観察装置の撮影部の概略図を示す。

特許第２８９１６７２号明細書

特許文献１のような構成により、撮影部、熱線カットフィルタ及びＣＣＤカメラ等を効率良く冷却しながら、電気炉、コークス炉等の高温雰囲気炉内の状態を連続して観察することができる。
しかしながら、電気炉、コークス炉等は、高温雰囲気の半導体製造装置の反応室とは、その構造が全く異なるものであり、また、従来の観察装置では、反応室内から監視窓を介して入射する光が強過ぎて（光量が多過ぎて）、過剰露光（白やけ）を起こしてしまい、撮影に支障をきたす可能性があった。
すなわち、加熱手段であるハロゲンランプ等の温度が、通常、１７２７〜２２２７℃と予想され、これに対して半導体基板や支持体の温度は１１００℃前後であり、この温度差により、可視波長領域でランプの発光スペクトル領域をカットして、長波長側の支持体の輻射光や半導体基板の輻射光だけを透過させてカメラで画像化させることにより、反射光の影響を小さくできるが、実際にはどちらの温度でも可視波長領域では長波長側から短波長側に向かって一様に強度が減少する重なったスペクトルであり、また、半導体基板や支持体からカメラに入射する光は、強度比を考えると圧倒的にランプからの反射光によるものであるため、波長弁別器のような波長領域のフィルターを用いた場合は、画像全体の輝度が低下するだけで、ランプ反射像の選択的な減光にはならないと考えられるからである。

本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであり、高温雰囲気の半導体製造装置の反応室において装置部材を効率良く冷却できると共に過剰露光を低減する観察装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、本発明の観察装置は、高温雰囲気の半導体製造装置の反応室内を撮像する撮像手段と、該撮像手段を収容すると共に同撮像手段へ前記反応室内の光像を導く透光性部材が取り付けられた収容ケースと、該収容ケース内に冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段とを備える観察装置であって、前記透光性部材は、両面あるいは片面に金膜を有する石英ガラス板である。

ここで、収容ケース内に冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段によって、撮像手段や透光性部材を冷却することができる。また、収容ケースの透光性部材が、両面あるいは片面に金膜を有する石英ガラス板であることによって、可視光領域の光や赤外線領域の光の透過を低減できる。

また、本発明の観察装置において、透光性部材が、金膜上にＳｉＯ_２（シリカ）膜が形成されたものである場合には、金膜がはがれにくくなる。

また、本発明の観察装置において、収容ケースが、撮像手段が収容される第１の収容ケースと、第１の収容ケースを収容する第２の収容ケースとからなる場合には、外部の熱から撮像手段を保護しやすくなる。

また、本発明の観察装置において、冷却媒体供給手段が、第１の収容ケース内に冷却ガスを供給する冷却ガス供給手段と、第１の収容ケースと第２の収容ケースとの間に形成された空間内に冷却水を供給する冷却水供給手段とを備える場合には、撮像手段が防水処理されていなくても、冷却能力の高い水冷方法を用いることができる。

本発明に係る観察装置は、高温雰囲気の半導体製造装置の反応室内において装置部材を効率良く冷却できると共に過剰露光を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
図１は、本発明を適用した観察装置の概略図である。本発明の観察装置１は、高温雰囲気の半導体製造装置の反応室内の状態を撮影するＣＣＤカメラ２（撮像手段の一例である。）と、ＣＣＤカメラとＣＣＤカメラを制御する制御装置（図示せず。）とを接続する光ファイバーケーブル３と、ＣＣＤカメラ及び光ファイバーケーブル３とを収容したステンレス鋼製の内筒４（第１の収容ケースの一例である。）と、内筒を収容したステンレス鋼製の外筒５（第２の収容ケースの一例である。）と、内筒と外筒との間に形成された空間内に挿入されていると共にこの空間内に冷却水を供給する、先端（反応室の内側に向いた端部）が溶接で封止されて側壁に放水口９が形成されたステンレス鋼製の冷却水供給パイプ６（冷却水供給手段の一例である。）と、内筒と外筒との間に形成された空間内に挿入されていると共にこの空間内に供給された冷却水を外部へ排出するステンレス鋼製の冷却水排出パイプ７と、内筒の先端（反応室の内側に向いた端部）に取り付けられていると共にＣＣＤカメラへ反応室内の光像を導く、両面に金膜８Ａが形成された円形の石英ガラス板８と、内筒の基端（反応室の外側に向いた端部）と外筒の基端とに接続されていると共にこれらの壁を貫通し、内筒４内に冷却ガス（窒素ガスやアルゴンガス等）を供給するステンレス鋼製の冷却ガス供給パイプ１０（冷却ガス供給手段の一例である。）と、観察装置１を固定する固定フランジ１３と、内筒及び外筒の先端に溶接によって取り付けられてこれらを覆い、石英ガラス板と重なる略中央領域に貫通孔が形成されていると共に冷却ガスが排出されるガス排出口１５が形成されたステンレス鋼製の閉止板１６と、内筒と外筒との間に形成された空間内に挿入されていると共に冷却水供給パイプと冷却水排出パイプとが差し込まれている、円形のＯ−リング１６Ａとで構成されている。

ここで、観察装置の外部に冷却水や冷却ガスが漏れないようにするため、内筒４の基端と光ファイバーケーブル３との間はシリコーンシール材１４で、また、内筒４の基端及び外筒５の基端とＯ−リング１６Ａとの間は溶接されて溶接部１６Ｂが形成され、それぞれ封止されている。また、観察装置の外部に冷却水や冷却ガスが漏れないようにすることができれば、必ずしもシリコーンシール材やＯ−リングを用いなくてもよい。
また、冷却水は冷却水供給方向１１で冷却水供給パイプ６に供給されて放水口９から内筒４と外筒５との間の空間内に放出され、冷却水はこの空間内を満たし、そして冷却水排出パイプ７から冷却水排出方向１２に排出される。また、冷却ガスは冷却ガス供給パイプ１０に供給されて内筒４内を通り、ガス排出口１５を通って外部へ排出される。

また、ＣＣＤカメラ２の直径は約７．５ｍｍであり、内筒４の直径は約１０．７ｍｍであり、外筒５の直径は約２４．８ｍｍであり、内筒及び外筒の長さは約２００ｍｍである。また、冷却水供給パイプ６、冷却水排出パイプ７及び冷却ガス供給パイプ１０の直径は約４ｍｍである。また、放出口９の直径は約２ｍｍであり、石英ガラス板８の直径は約１０ｍｍである。ここで、観察装置が、撮像手段と、撮像手段を収容すると共に撮像手段へ反応室内の光像を導く透光性部材が取り付けられた収容ケースと、収容ケース内に冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段とを備えていれば、これら寸法は適宜変更されてもよいことは勿論である。

ここで、観察装置が、撮像手段と、撮像手段を収容すると共に撮像手段へ反応室内の光像を導く透光性部材が取り付けられた収容ケースと、収容ケース内に冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段とを備えていれば、必ずしもＣＣＤカメラを用いなくてもよく、例えばＣＭＯＳカメラを用いてもよいし、また、必ずしも内筒と外筒との間に形成された空間内に冷却水供給パイプを配置しなくてもよい。
また、収容ケースに透光性部材が取り付けられるのであれば、透光性部材が取り付けられた閉止板を収容ケースに取り付けてもよい。

また、観察装置が、撮像手段と、撮像手段を収容すると共に撮像手段へ反応室内の光像を導く透光性部材が取り付けられた収容ケースと、収容ケース内に冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段とを備えていれば、内筒と外筒の二重構造でなくてもよく例えば内筒のみの単一構造でもよいし外筒を収容する第３の筒体を用いた三重構造でもよいし、またＣＣＤカメラ等を収容するケースは必ずしも筒状でなくてもよく例えば断面四角形状の空洞体でもよいし、また、必ずしも冷却ガスと冷却水の両方を供給しなくてもよく、冷却ガスのみを供給するようにしてもよいし、また冷却水のみを供給するようにしてもよい。

また、ＣＣＤカメラ等の撮像手段を熱から保護することができれば、内筒や外筒は必ずしもステンレス鋼で構成されていなくてもよく、例えば耐熱鋼、銅合金、アルミ合金、チタン、ガラスまたはセラミックで構成されていてもよい。

また、石英ガラス板の両面に金膜が形成されているが、片面のみに金膜を形成してもよく、金膜上にＳｉＯ_２（シリカ）膜を形成してもよいし、また、一方の面に金膜を形成し、他方の面に異種の金属膜を形成してもよい。
また、両面に金膜が形成された石英ガラス板に、可視光領域の波長から赤外線領域の波長までの各波長を有する光をビーム状にして照射し、透過した光量を分光光度計によって測定した。光路を２系統にして、両面に金膜が形成された石英ガラス板を透過した光量と、空気を透過した光量を同時に測定して、この比率を透過率（％）として評価した。その結果、可視光領域の波長を有する光の透過率は１〜２％程度であり、赤外線領域の波長を有する光の透過率は略０％であった。
可視光領域の波長を有する光の透過率は１〜２％程度であることから、両面に金膜が形成された石英ガラス板によって光像をＣＣＤカメラに導けば、撮影に必要な最小限の光が透過するに過ぎず露光過剰（白やけ）を低減し、また、赤外線領域の波長を有する光の透過率は略０％であることから、熱線が、両面に金膜が形成された石英ガラス板を透過してＣＣＤカメラに到達しないので、ＣＣＤカメラが熱くなりにくいことが判った。

図２は、本発明を適用した観察装置をエピタキシャル気相成長装置に取り付けて反応室内を観察する状態を示す概略図である。
図２において、本発明を適用した観察装置１は、複数のハロゲンランプ２２Aと、表面に金膜が形成されたアルミニウム合金からなる反射板２２Bとで構成されたランプユニット２２の、ハロゲンランプ２２A間に形成された孔に挿入されて、固定フランジ１３によってエピタキシャル気相成長装置のランプユニット２２に固定され、エピタキシャル気相成長装置の反応室１８を構成する上部石英ドーム２１越しに高温雰囲気の反応室内を観察する。また、冷却ガスは冷却ガス供給方向１７で冷却ガス供給パイプ１０に供給されて内筒４内を通り、ガス排出口を通って冷却ガス排出方向１７Ａで観察装置１の外部へ排出される。

反応室１８の内部には支持体１９が配置され、この支持体１９には半導体基板２０が載置されている。反応室１８内にはＳｉＨＣｌ_３ガスと水素ガスとを含む反応ガスが供給されると共にハロゲンランプ２２Aによって反応室１８内は１１００℃程度の高温雰囲気になっており、半導体基板２０上にシリコン単結晶を結晶成長させる。

また、ＣＣＤカメラ２は、光ファイバーケーブル３によって、ＣＣＤカメラを制御する制御装置２３に接続されており、さらに制御装置２３は、ＣＣＤカメラ２が撮影した反応室内の映像を表示する表示装置２４に信号ケーブル３Ａによって接続されている。
ここで、ＣＣＤカメラを制御できたり、ＣＣＤカメラで撮影した映像を表示装置で表示できたりするのであれば、光ファイバーケーブルでない信号ケーブルを用いてもよく、また、必ずしもＣＣＤカメラと制御装置、制御装置と表示装置が互いに接続されていなくてもよく、例えば無線によって信号をやり取りしてもよい。

また、観察装置１の外筒５の表面に４０℃以上の温度を検知する（４０℃以上の温度で変色する）サーモラベル（図示せず。）を貼付して、観察装置１により１１００℃程度の高温雰囲気の半導体製造装置の反応室内を観察したところ、サーモラベル（図示せず。）は変色しなかった。これにより、反応室内を１１００℃程度の高温雰囲気にするハロゲンランプ付近に観察装置が設置されて半導体製造装置の反応室内を観察しても、ＣＣＤカメラ付近の温度は４０℃未満になっており、充分に冷却されていることが判った。
一方、冷却せずに１１００℃程度の高温雰囲気の半導体製造装置の反応室内を観察したところ、ＣＣＤカメラが壊れて使用不可能になった。

このように、本発明を適用した観察装置は、撮像手段を収容した収容ケース内に冷却ガスや冷却水等の冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段によって、撮像手段や透光性部材を冷却することができ、また、収容ケースの透光性部材が、両面あるいは片面に金膜を有する石英ガラス板であることによって、可視光領域の光や赤外線領域の光の透過を低減できるので、高温雰囲気の半導体製造装置の反応室内において装置部材を効率良く冷却できると共に過剰露光を低減することができる。即ち、熱作用のある赤外線領域の光が石英ガラス板を通って撮像手段に入り込むことを抑制できるうえに冷却媒体によって冷却されるので効率よく装置部材が冷却されると共に、可視光領域の光が石英ガラス板を通って撮像手段に入り込むことを低減できるので明る過ぎることがなく過剰露光を低減できる。

また、高温雰囲気の半導体製造装置の反応室内において装置部材を効率良く冷却できると共に過剰露光を低減することができるので、エピタキシャル結晶成長反応中に半導体基板の変形が生じているかどうかを観察して判断することができ、また、半導体基板が載置される支持体上において所定の位置からずれる現象や、半導体基板の損傷が発生する現象など、エピタキシャル結晶成長反応中の反応室内の状態や状況を観察することができる。

また、本発明を適用した観察装置は、撮像手段を収容した第１の収容ケースと、第１の収容ケースを収容した第２の収容ケースを備える二重構造であるので、外部の熱から撮像手段を保護しやすくなり、より一層効率良く装置部材を冷却できる。

また、本発明を適用した観察装置は、冷却媒体供給手段が、第１の収容ケース内に冷却ガスを供給する冷却ガス供給手段と、第１の収容ケースと第２の収容ケースとの間に形成された空間内に冷却水を供給する冷却水供給手段とを備えるので、撮像手段が防水処理されていなくても、冷却能力の高い水冷方法を用いることができ、より一層効率良く装置部材を冷却できる。

本発明を適用した観察装置の概略図である。本発明を適用した観察装置をエピタキシャル気相成長装置に取り付けて反応室内を観察する状態を示す概略図である。従来の高温雰囲気炉内観察装置の撮影部の概略図である。

符号の説明

１観察装置
２ＣＣＤカメラ
３光ファイバーケーブル
３Ａ信号ケーブル
４内筒
５外筒
６冷却水供給パイプ
７冷却水排出パイプ
８石英ガラス板
８Ａ金膜
９放水口
１０冷却ガス供給パイプ
１１冷却水供給方向
１２冷却水排出方向
１３固定フランジ
１４シリコーンシール材
１５ガス排出口
１６閉止板
１６ＡＯ−リング
１６Ｂ溶接部
１７冷却ガス供給方向
１７Ａ冷却ガス排出方向
１８反応室
１９支持体
２０半導体基板
２１上部石英ドーム
２２ランプユニット
２２Ａハロゲンランプ
２２Ｂ反射板
２３制御装置
２４表示装置

Claims

高温雰囲気の半導体製造装置の反応室内を撮像する撮像手段と、該撮像手段を収容すると共に同撮像手段へ前記反応室内の光像を導く透光性部材が取り付けられた収容ケースと、該収容ケース内に冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段とを備える観察装置であって、
前記透光性部材は、両面あるいは片面に金膜を有する石英ガラス板である
観察装置。
前記透光性部材は、金膜上にＳｉＯ_２（シリカ）膜が形成されたものである
請求項１に記載の観察装置。
前記収容ケースは、前記撮像手段が収容される第１の収容ケースと、該第１の収容ケースを収容する第２の収容ケースとからなる
請求項１または請求項２に記載の観察装置。
前記冷却媒体供給手段は、前記第１の収容ケース内に冷却ガスを供給する冷却ガス供給手段と、
前記第１の収容ケースと前記第２の収容ケースとの間に形成された空間内に冷却水を供給する冷却水供給手段とを備える
請求項３に記載の観察装置。