JP2008103388A - 半導体製造装置 - Google Patents

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顕広 若村
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Abstract

【課題】基板の表面へのパーティクルの付着を防止して、結晶欠陥の発生を防ぐことができると共に、稼働率を高くすることができる半導体製造装置を提供する。
【解決手段】成長室101内のガスを排気する排気系105は、第一の排気ライン111、第二の排気ライン121、排気ポンプ108、副生成物除去フィルタ107、第一のバルブ106および第二のバルブ122を有している。副生成物除去フィルタ107は、第一の排気ライン111に、排気ポンプ108よりも上流側に位置するように設けられて、成長室101外に向かって流れるガスから副生成物を除去する。基板150の搬送を行う際には、第一のバルブ106を閉鎖し、かつ、第二のバルブ122を開放した状態で、排気ポンプ108を稼働させて、成長室101内のガスを第二の排気ライン121を介して排気する。
【選択図】図1

Description

本発明は、半導体製造の例えばウェハプロセス工程で使用される半導体製造装置に関する。
気相成長による半導体製造における、ウェハプロセス工程で使用される半導体製造装置は、ウェハ上に所望の化合物半導体を結晶成長させる装置である。
図3に、従来の半導体製造装置の概略構成図を示す。
上記半導体製造装置は、開閉可能な蓋302を有する成長室301を備えて、この成長室301内に収容した基板(図示せず)上に気相成長法で半導体を成長させるものである。
上記成長室301は、気密を保つことができるグローブボックス303内に設置されている。このグローブボックス303にはグローブ(図示せず)が接続されている。上記成長室301内に基板を入れたり、成長室301内から基板を取り出したりする場合、上記グローブを用いて基板の搬送を行う。
上記成長室301には、材料ガスおよび不活性ガスを成長室301内に供給する供給系304と、成長室301内のガスを排気する排気系305とが接続されている。
上記排気系305は、第一のバルブ306と、第一のバルブ306の下流側に設けられた副生成物除去フィルタ307と、この副生成物除去フィルタ307の下流側に設けられた排気ポンプ308とを有している。
上記第一のバルブ306はバルブ開閉制御部309によって開閉される。より詳しくは、上記バルブ開閉制御部309は、蓋302の開閉を示す信号に基づいて第一のバルブ306の開閉を制御する。
また、図には示していないが、結晶成長における副生成物が排気系305に付着することを防止する目的で、半導体製造装置は排気系305を加温するヒータを備えている。
上記構成の半導体製造装置によれば、結晶成長の前準備として基板の搬送を行う際には、第一のバルブ306を閉めることにより、成長室301と排気系305との間においてガスが流れないようにすると共に、成長室301内およびグローブボックス303内の気圧を大気圧より若干高くする。これにより、上記成長室301内およびにグローブボックス303内の汚染を防いでいる。
しかしながら、上記基板の搬送時に、成長室301と排気系305との間においてガスが流れないようにするため、成長室301内のガスが滞留する。
その結果、上記排気系305の温まりにくい部分に付着した副生成物が、その付着した部分よりも低い位置にある、温められた部分の熱気により再蒸発して、その熱気の上昇気流と共に成長室301内に逆流してしまう。
したがって、上記基板の搬送時に再蒸発したガス成分が基板の表面に付着するので、そのガス成分がパーティクルとなることで結晶欠陥を引き起こすという問題がある。
また、特開平9−330859号公報(特許文献1)のように、基板の搬送時に、成長室内の排気を排気ポンプで行うものがあるが、副生成物などが排気ポンプに取り込まれてしまう。
したがって、上記排気ポンプのメンテナンスが頻繁に必要になるため、装置の稼働率が低下するという問題がある。
特開平9−330859号公報
そこで、本発明の課題は、基板の表面へのパーティクルの付着を防止して、結晶欠陥の発生を防ぐことができると共に、稼働率を高くすることができる半導体製造装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明の半導体製造装置は、
開閉可能な蓋を有して、半導体を製造するための基板を収容する成長室と、
上記成長室にガスを供給する供給系と、
上記成長室内のガスを排気する排気系と
を備え、
上記排気系は、
上記成長室と連通する第一の排気ラインと、
上記成長室と連通し、上記第一の排気ラインとは別の第二の排気ラインと、
上記第一,第二の排気ラインを介して上記成長室内のガスを吸い込む排気ポンプと、
上記第一の排気ラインに、上記排気ポンプよりも上流側に位置するように設けられて、上記成長室外に向かって流れるガスから副生成物を除去する副生成物除去フィルタと、
上記第一の排気ラインに、上記副生成物除去フィルタよりも上流側に位置するように設けられて、上記第一の排気ラインを開閉する第一のバルブと、
上記第二の排気ラインに設けられて、上記第二の排気ラインを開閉する第二のバルブと
を有することを特徴としている。
上記構成の半導体製造装置によれば、上記成長室に対して基板を出し入れする場合、第一のバルブを閉じて、成長室と第一の排気ラインとの間でガスが流れないようにする。これと共に、上記第二のバブルを開け、排気ポンプを稼働させて、成長室内のガスを第二の排気ラインを介して排気する。これにより、上記成長室内への副生成物の逆流を防ぐことができる。
したがって、上記基板の表面へのパーティクルの付着を防止して、結晶欠陥の発生を防ぐことができる。
また、上記副生成物除去フィルタを排気ポンプの上流側に設けているので、排気ポンプへの副生成物の付着量を低減することができる。
したがって、上記排気ポンプのメンテナンス回数が減少して、半導体製造装置の稼働率を高くすることができる。
また、上記半導体を成長させている時には、第二のバルブを閉じて、成長室と第二の排気ラインとの間でガスが流れないようすると共に、第一のバブルを開けて、成長室内のガスを第一の排気ラインを介して排気するのが好ましい。
すなわち、上記基板への結晶成長時には第一の排気ラインのみを使用して成長室の排気を行い、かつ、基板の搬送時には第二の排気ラインのみを使用して成長室の排気を行うのが好ましい。
一実施形態の半導体製造装置では、
上記第二の排気ラインの上流側の端部は、上記第一の排気ラインにおける上記成長室と上記第一のバルブとの間の部分に接続されている。
上記実施形態の半導体製造装置によれば、上記第二の排気ラインの上流側の端部を、第一の排気ラインにおける成長室と第一のバルブとの間の部分に接続するので、第二の排気ラインを成長室に直接接続する場合に比べて、第二の排気ラインの設置が容易になる。
一実施形態の半導体製造装置では、
上記蓋の開閉を検知して、上記蓋の開閉を示す信号を出力する蓋開閉センサと、
上記蓋開閉センサが出力した上記信号を受けて、上記信号に基づいて上記第一のバルブの開閉を制御するバルブ開閉制御部と
を備え、
上記バルブ開閉制御部は、上記蓋が開いている時に上記第一のバルブを閉じる。
上記実施形態の半導体製造装置によれば、上記蓋が開いている時には、第一のバルブはバルブ開閉制御部によって閉じられるので、作業者は蓋が開いていることを確認して、第一のバルブを手動で閉じなくてもよい。
したがって、上記作業者にかかる負担を軽減することができる。
一実施形態の半導体製造装置では、
上記排気ポンプは1つである。
上記実施形態の半導体製造装置によれば、上記排気ポンプは1つであるので、排気ポンプの個数を最小限に抑え、半導体製造装置の価格の上昇を防ぐことができる。
一実施形態の半導体製造装置では、
上記蓋の開閉を検知して、上記蓋の開閉を示す信号を出力する蓋開閉センサと、
上記蓋開閉センサが出力した信号を受けて、上記信号に基づいて上記第二のバルブの開閉を制御するバルブ開閉制御部と
を備え、
上記バルブ開閉制御部は、上記蓋が開いている時に上記第二のバルブを開けると共に、上記蓋が閉まっている時に上記第二のバルブを閉める。
上記実施形態の半導体製造装置によれば、上記蓋が開いている時には、第二のバルブはバルブ開閉制御部によって開けられると共に、蓋が閉まっている時には、第二のバルブはバルブ開閉制御部によって閉められるので、第二の排気ラインの使用を限定でき、メンテナンスの回数を低減することができる。
また、上述のように、上記バルブ開閉制御部が第二のバルブを開閉することによって、作業者は蓋の開閉を確認して第二のバルブを手動で開閉しなくてもよいので、作業者にかかる負担を軽減することができる。
一実施形態の半導体製造装置では、
上記第二の排気ラインは、上記第二のバルブの下流側に設けられて上記第二の排気ラインの排気流量を調整する流量調整バルブを有する。
上記実施形態の半導体製造装置によれば、上記第二の排気ラインは、第二のバルブの下流側に設けられて第二の排気ラインの排気流量を調整する流量調整バルブを有するので、成長室内のガスを第二の排気ラインを介して排気する場合、成長室内の圧力の制御性を高めることができる。
一実施形態の半導体製造装置では、
上記第二の排気ラインの下流側の端部は、上記第一の排気ラインにおける副生成物除去フィルタと排気ポンプとの間の部分に接続されている。
上記実施形態の半導体製造装置によれば、上記第二の排気ラインの下流側の端部を、第一の排気ラインにおける副生成物除去フィルタと排気ポンプとの間の部分に接続されているので、基板の搬送時に第一のバルブを閉じることにより、副生成物除去フィルタから成長室への副生成物の逆流を防ぐことができる。
一実施形態の半導体製造装置では、
上記第二の排気ラインからの排気量は5000ccm以上に設定されている。
上記実施形態の半導体製造装置によれば、上記第二の排気ラインからの排気量は5000ccm以上に設定しているので、成長室へ逆流してくるパーティクルを低減する効果を高めることができる。
一実施形態の半導体製造装置では、
上記第一,第二の排気ラインを上記第一,第二の排気ラインの外部から加熱する加熱部を備える。
上記実施形態の半導体製造装置によれば、上記第一,第二の排気ラインを第一,第二の排気ラインの外部から加熱部で加熱することにより、第一の排気ラインと第二の排気ラインとのうちの少なくとも一方に付着する副生成物が低減でき、メンテナンスの低減、安定稼動に貢献できる。
一実施形態の半導体製造装置では、
上記半導体の成長に有機金属気相成長法を用いる。
上記実施形態の半導体製造装置によれば、上記半導体の成長に有機金属気相成長法(以下、「MOCVD」と言う。)を用いるので、半導体の量産性を高めることができる。
本発明の半導体製造装置によれば、成長室に対して基板を出し入れする場合、第一のバルブを閉じて、成長室と第一の排気ラインとの間でガスが流れないようにすると共に、第二のバブルを開け、排気ポンプを稼働させて、成長室内のガスを第二の排気ラインを介して排気することによって、成長室内への副生成物の逆流を防ぐことができるので、基板の表面へのパーティクルの付着を防止して、結晶欠陥の発生を防ぐことができる。
また、上記副生成物除去フィルタを排気ポンプの上流側に設けていることによって、排気ポンプへの副生成物の付着量を低減することができるので、排気ポンプのメンテナンス回数が減少して、半導体製造装置の稼働率を高くすることができる。
以下、本発明の半導体製造装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1に、本発明の第1実施形態の半導体製造装置の概略構成図を示す。
上記半導体製造装置は、開閉可能な蓋102を有して、半導体を製造するための基板150を収容する成長室101と、この成長室101に材料ガスや不活性ガスを供給する供給系104と、その成長室101内の材料ガスや不活性ガスを排気する排気系105とを備えている。
上記成長室101は、気密を保つことができるグローブボックス103内に設置されている。上記グローブボックス103の側壁には供給系104の配管が貫通し、グローブボックス103の底壁には排気系105の第一の排気ライン111が貫通している。また、上記グローブボックス103の側壁にはグローブ(図示せず)が接続されている。作業者が蓋102を開放して、成長室101内に基板を入れたり、成長室101内から基板を取り出したりする場合、上記グローブを用いて基板の搬送を行う。また、上記成長室101内では、半導体が有機金属気相成長法で基板150上に成長するようになっている。
上記グローブボックス103内は、外気からの汚染を防ぐ目的で、2〜4mbar程度高圧に保たれている。具体的には、上記成長室101内の気圧は、結晶成長中で約100mbar、基板交換中で1015mbar〜1017mbar(大気圧+(2mbar〜4mbar))に設定される。
上記排気系105は、第一の排気ライン111、第二の排気ライン121、排気ポンプ108、副生成物除去フィルタ107、第一のバルブ106、第二のバルブ122、第一の流量調整バルブ112および第二の流量調整バルブ123を有している。
上記第一の排気ライン111の上流側の端部は成長室102に接続されて、成長室101内のガスが第一の排気ライン111内に流入できるようになっている。一方、上記第一の排気ライン111の下流側の端部は排気ポンプ108に接続されて、排気ポンプ108が成長室101内のガスを第一の排気ライン111を介して吸い込めるようになっている。
上記第二の排気ライン121は、第一の排気ライン111上にあり成長室101に最も近い第一のバルブ106と成長室101との間にある配管部分から分岐している。つまり、上記第二の排気ライン121の上流側の端部は、第一の排気ライン111における成長室101と第一のバルブ106との間の部分に接続されている。一方、上記第二の排気ライン121は、第一の排気ライン111上にある副生成物除去フィルタ107と、副生成物除去フィルタ107よりも下流側にある排気ポンプ108との間にある配管部分で第一の排気ライン111と接続している。つまり、上記第二の排気ライン121の下流側の端部は、第一の排気ライン111における副生成物除去フィルタ107と排気ポンプ108との間の部分に接続されている。つまり、上記第二の排気ライン121の下流側の端部は、第一の排気ライン111の下流側の端部に接続されている。これにより、上記排気ポンプ108が成長室101内のガスを第二の排気ライン121を介して吸い込めるようになっている。
上記排気ポンプ108よりも下流側には除害装置(図示せず)を設けている。つまり、上記排気ポンプ108の排気は除害装置を通過して大気に放出される。上記排気ポンプ108には例えばドライポンプなどが使用される。
上記副生成物除去フィルタ107は第一の排気ライン111に設けられて、排気ポンプ108よりも上流側に位置している。そして、上記副生成物除去フィルタ107は、成長室101外を出て第一の排気ライン111を流れるガスから副生成物を除去する。
上記第一のバルブ106は第一の排気ライン111に設けられて第一の排気ライン111を開閉する。上記第一のバルブ106は、バルブ開閉制御部109からの制御信号132によって開閉する。そして、上記第一のバルブ106は副生成物除去フィルタ107よりも上流側に位置している。
上記第二のバルブ122は第二のバルブ122は第二の排気ライン121に設けられて第二の排気ライン121を開閉する。上記第一のバルブ122は、バルブ開閉制御部109からの制御信号132によって開閉する。そして、上記第二のバルブ122は排気ポンプ108の上流側に位置している。
なお、上記第一,第二のバルブ106,122としては、例えばエアーバルブなどがある。
上記第一の流量調整バルブ112は、第一の排気ライン111に設けられて第一の排気ライン111の排気流量を調整する。そして、上記第一の流量調整バルブ112は、副生成物除去フィルタ107の下流側、かつ、排気ポンプ108の上流側に位置している。
上記第二の流量調整バルブ123は、第二の排気ライン121に設けられて第二の排気ライン121の排気流量を調整する。そして、上記第二の流量調整バルブ123は、第二のバルブ122の下流側、かつ、排気ポンプ108の上流側に位置している。
なお、上記第一,第二の流量調整バルブ112,123としては、例えばニードルバルブや可変オリフィスなどがある。また、流量を調整できるバルブであれば、自動、手動を問わず、第一,第二の流量調整バルブ112,123として用いることができる。
また、上記半導体製造装置は、蓋102の開閉を検知して、蓋102の開閉を示す信号131を出力する蓋開閉センサ110と、この蓋開閉センサ110が出力した信号を受けて、信号に基づいて第一,第二のバルブ106,122の開閉を制御するバルブ開閉制御部109と、第一,第二の排気ライン111,121を第一,第二の排気ライン111,121の外部から加熱する加熱部141とを備えている。
上記バルブ開閉制御部109から第一,第二のバルブ106,122への制御信号132,133は、蓋開閉センサ110の信号131に応じて変化する。より詳しくは、上記蓋開閉センサ110の信号131が蓋102の開放を示す場合、制御信号132によって、第一のバルブ106が閉鎖し、かつ、第二のバルブ122が開放するようになっている。また、上記蓋開閉センサ110の信号131が蓋102の閉鎖を示す場合、制御信号132によって、第一のバルブ106が開放し、かつ、第二のバルブ122が閉鎖するようになっている。このように、上記第二のバルブ122は第一のバルブ106と正反対の開閉動作をする。上記開閉動作をする第二のバルブ122は、第一のバルブ106と逆特性のバルブである。
上記構成の半導体製造装置によれば、成長室101に対する基板150の搬送を行う際には、バルブ開閉制御部109が第一のバルブ106を閉鎖し、かつ、第二のバルブ122を開放する。そして、上記排気ポンプ108が稼働して、成長室101内のガスを第二の排気ライン121を介して排気する。これにより、上記成長室101内への副生成物の逆流を防ぐことができる。
したがって、上記基板105の表面へのパーティクルの付着を防止して、結晶欠陥の発生を防ぐことができる。
また、上記副生成物除去フィルタ107を排気ポンプ108の上流側に設けているので、排気ポンプ108への副生成物の付着量を低減することができる。
したがって、上記排気ポンプ108のメンテナンス回数が減少して、半導体製造装置の稼働率を高くすることができる。
また、上記第一の排気ライン111を用いた排気と第二の排気ライン121を用いた排気とを1つの排気ポンプ108で行っているので、排気ポンプ108の個数を最小限に抑えている。
上述したように、基板150の搬送時には第二の排気ライン121のみを使用して成長室101の排気を行っていたが、基板150への結晶成長時には第一の排気ライン111のみを使用して成長室101の排気を行っている。
(第2実施形態)
図2に、本発明の第2実施形態の半導体製造装置の概略構成図を示す。また、図2において、図1に示した第1実施形態の構成部と同一構成部は、図1における構成部と同一参照番号を付して説明を省略する。
本第2実施形態の半導体製造装置は、第一の排気ライン211を備えている点のみが上記第1実施形態と異なっている。
上記第一の排気ライン211は、メンテナンス用バルブ261が設けられていること以外は上記第1実施形態の第一の排気ライン111と同じある。このメンテナンス用バルブ261は、第一の排気ライン211において、第一の排気ライン211と第二の排気ライン121の上流側の端部との接続部と、成長室101との間の部分に設けられている。
上記構成の半導体製造装置は、メンテナンス用バルブ261を第一の排気ライン211の上流側の端部に設けているので、第一,第二の排気ライン205,121のメンテナンスの際に成長室101の大気汚染が防止でき、効率よくメンテナンスが可能になる。
上記第1,第2実施形態では、第一のバルブ106とは逆特性の第二のバルブ122を用いたが、第一のバルブ106とは同特性の第二のバルブを用いてもよい。この第二のバルブは、信号を逆転させる装置、例えばインバータなどと共に用いる。
上記第1,第2実施形態では、第二の排気ライン121に排気ポンプを設けていなかったが、第二の排気ライン121に排気ポンプを設けてよい。
上記第二の排気ライン121に排気ポンプを設ける場合、第二の排気ライン121の下流側の端部は第一の排気ライン111,211の下流側の端部に接続しなくてもよい。
上記第1,第2実施形態では、第二の排気ライン121の上流側の端部を第一の排気ライン111,211の上流側の端部に接続していたが、第二の排気ライン121の上流側の端部を成長室101に接続してもよい。
上記第二の排気ライン121の上流側の端部を成長室101に接続する場合、第二の排気ライン121に排気ポンプを設けて、第二の排気ライン121の下流側の端部は第一の排気ライン111,211の下流側の端部に接続しなくてもよい。
図1は本発明の第1実施形態の半導体製造装置の概略構成図である。 図2は本発明の第2実施形態の半導体製造装置の概略構成図である。 図3は従来の半導体製造装置の概略構成図である。
符号の説明
101 成長室
102 蓋
104 供給系
105 排気系
106 第一のバルブ
107 副生成物除去フィルタ
108 排気ポンプ
109 バルブ開閉制御部
110 蓋開閉センサ
111,211 第一の排気ライン
121 第二の排気ライン
122 第二のバルブ
123 第二の流量調整バルブ
150 基板

Claims (10)

  1. 開閉可能な蓋を有して、半導体を製造するための基板を収容する成長室と、
    上記成長室にガスを供給する供給系と、
    上記成長室内のガスを排気する排気系と
    を備え、
    上記排気系は、
    上記成長室と連通する第一の排気ラインと、
    上記成長室と連通し、上記第一の排気ラインとは別の第二の排気ラインと、
    上記第一,第二の排気ラインを介して上記成長室内のガスを吸い込む排気ポンプと、
    上記第一の排気ラインに、上記排気ポンプよりも上流側に位置するように設けられて、上記成長室外に向かって流れるガスから副生成物を除去する副生成物除去フィルタと、
    上記第一の排気ラインに、上記副生成物除去フィルタよりも上流側に位置するように設けられて、上記第一の排気ラインを開閉する第一のバルブと、
    上記第二の排気ラインに設けられて、上記第二の排気ラインを開閉する第二のバルブと
    を有することを特徴とする半導体製造装置。
  2. 請求項1に記載の半導体製造装置において、
    上記第二の排気ラインの上流側の端部は、上記第一の排気ラインにおける上記成長室と上記第一のバルブとの間の部分に接続されていることを特徴とする半導体製造装置。
  3. 請求項1に記載の半導体製造装置において、
    上記蓋の開閉を検知して、上記蓋の開閉を示す信号を出力する蓋開閉センサと、
    上記蓋開閉センサが出力した上記信号を受けて、上記信号に基づいて上記第一のバルブの開閉を制御するバルブ開閉制御部と
    を備え、
    上記バルブ開閉制御部は、上記蓋が開いている時に上記第一のバルブを閉じることを特徴とする半導体製造装置。
  4. 請求項1に記載の半導体製造装置において、
    上記排気ポンプは1つであることを特徴とする半導体製造装置。
  5. 請求項1に記載の半導体製造装置において、
    上記蓋の開閉を検知して、上記蓋の開閉を示す信号を出力する蓋開閉センサと、
    上記蓋開閉センサが出力した信号を受けて、上記信号に基づいて上記第二のバルブの開閉を制御するバルブ開閉制御部と
    を備え、
    上記バルブ開閉制御部は、上記蓋が開いている時に上記第二のバルブを開けると共に、上記蓋が閉まっている時に上記第二のバルブを閉めることを特徴とする半導体製造装置。
  6. 請求項1に記載の半導体製造装置において、
    上記第二の排気ラインは、上記第二のバルブの下流側に設けられて上記第二の排気ラインの排気流量を調整する流量調整バルブを有することを特徴とする半導体製造装置。
  7. 請求項2に記載の半導体製造装置において、
    上記第二の排気ラインの下流側の端部は、上記第一の排気ラインにおける副生成物除去フィルタと排気ポンプとの間の部分に接続されていることを特徴とする半導体製造装置。
  8. 請求項1に記載の半導体製造装置において、
    上記第二の排気ラインからの排気量は5000ccm以上に設定されていることを特徴とする半導体製造装置。
  9. 請求項1に記載の半導体製造装置において、
    上記第一,第二の排気ラインを上記第一,第二の排気ラインの外部から加熱する加熱部を備えることを特徴とする半導体製造装置。
  10. 請求項1に記載の半導体製造装置において、
    上記半導体の成長に有機金属気相成長法を用いることを特徴とする半導体製造装置。
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