JP6370198B2 - 気相成長装置および気相成長方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ガスを供給して成膜を行う気相成長装置および気相成長方法に関する。
高品質な半導体膜を成膜する方法として、ウェハ等の基板に気相成長により単結晶膜を成長させるエピタキシャル成長技術がある。エピタキシャル成長技術を用いる気相成長装置では、常圧または減圧に保持された反応室内の支持部にウェハを載置する。そして、このウェハを加熱しながら、成膜の原料となるソースガス等のプロセスガスを、反応室上部の、例えば、シャワープレートからウェハ表面に供給する。ウェハ表面ではソースガスの熱反応等が生じ、ウェハ表面にエピタキシャル単結晶膜が成膜される。
近年、発光デバイスやパワーデバイスの材料として、ＧａＮ（窒化ガリウム）系の半導体デバイスが注目されている。ＧａＮ系の半導体を成膜するエピタキシャル成長技術として、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）がある。有機金属気相成長法では、ソースガスとして、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等の有機金属や、アンモニア（ＮＨ３）等が用いられる。
そして、生産性を向上させるために、複数の反応室を備える気相成長装置が用いられる場合がある。特許文献１には、複数の反応室を備える気相成長装置を用いて成膜する際、１個の反応室での処理に異常が生じた場合に、処理を停止する方法が記載されている。
特開２００３−４９２７８号公報
本発明が解決しようとする課題は、１個の反応室での処理で異常が生じた場合でも、他の反応室で正常に処理を継続可能な気相成長装置および気相成長方法を提供することにある。
本発明の一態様の気相成長装置は、ｎ（ｎは２以上の整数）個の反応室と、前記ｎ個の反応室にプロセスガスを供給する主ガス供給路と、前記主ガス供給路に設けられ、前記主ガス供給路に流す前記プロセスガスの流量を制御する主マスフローコントローラと、前記主ガス供給路を分岐する分岐部と、前記分岐部で前記主ガス供給路から分岐され、前記ｎ個の反応室に分流された前記プロセスガスを供給するｎ本の副ガス供給路と、前記ｎ本の副ガス供給路の前記分岐部と前記ｎ個の反応室との間に設けられ、前記分岐部までの距離が、前記反応室までの距離よりも小さくなるよう配置され、前記プロセスガスの流れを遮断可能なｎ個の第１のストップバルブと、前記ｎ本の副ガス供給路の前記ｎ個の第１のストップバルブと前記ｎ個の反応室との間に設けられ、前記ｎ本の副ガス供給路に流す前記プロセスガスの流量を制御するｎ個の副マスフローコントローラと、を備える。
前記ｎ個の反応室のいずれか一個の反応室における異常の検出に基づき前記プロセスガスの遮断の要否を判断し、遮断が要と判断された場合、前記異常が検出された反応室への前記プロセスガスの流れを遮断可能な前記第１のストップバルブを閉じるとともに、前記異常が検出された反応室以外の前記反応室に供給する前記プロセスガスの総流量を算出し、算出された総流量に基づき前記主マスフローコントローラを制御する制御部を、さらに備えることが望ましい。
上記態様の気相成長装置において、前記ｎ本の副ガス供給路の前記ｎ個の第１のストップバルブと前記ｎ個の反応室との間に設けられ、前記プロセスガスの流れを遮断可能なｎ個の第２のストップバルブを、さらに備えることが望ましい。
本発明の一態様の気相成長方法は、ｎ（ｎは２以上の整数）個の反応室のそれぞれに基板を搬入し、主ガス供給路に所定の流量に制御されたプロセスガスを導入し、前記主ガス供給路から分岐されるｎ本の副ガス供給路にそれぞれ流量が制御されて分流された前記プロセスガスを導入し、前記ｎ本の副ガス供給路から、前記ｎ個の反応室のそれぞれに前記プロセスガスを供給して前記基板上に成膜し、前記ｎ個の反応室のうちのいずれかの反応室に異常が発生した場合、前記異常が発生した反応室に接続される前記副ガス供給路への前記プロセスガスの導入を瞬時に遮断するとともに、前記異常が検出された反応室以外の反応室に供給する前記プロセスガスの総流量を算出し、前記主ガス供給路に導入される前記プロセスガスの流量を制御する。
上記態様の気相成長方法において、前記異常が成膜中に検出された場合、成膜条件が変わるまで前記プロセスガスの供給を維持した後、前記異常が発生した反応室に接続される前記副ガス供給路への前記プロセスガスの導入を瞬時に遮断することが望ましい。
本発明によれば、１個の反応室での処理で異常が生じた場合でも、他の反応室で正常に処理を継続可能な気相成長装置および気相成長方法を提供することが可能となる。
実施形態の気相成長装置の構成図である。 実施形態の分岐部と第１のストップバルブの説明図である。 実施形態の分岐部と第１のストップバルブの模式図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、本明細書中では、気相成長装置が成膜可能に設置された状態での重力方向を「下」と定義し、その逆方向を「上」と定義する。したがって、「下部」とは、基準に対し重力方向の位置、「下方」とは基準に対し重力方向を意味する。そして、「上部」とは、基準に対し重力方向と逆方向の位置、「上方」とは基準に対し重力方向と逆方向を意味する。また、「縦方向」とは重力方向である。
また、本明細書中、「プロセスガス」とは、基板上への成膜のために用いられるガスの総称であり、例えば、ソースガス、キャリアガス、分離ガス等を含む概念とする。
また、本明細書中、「分離ガス」とは、気相成長装置の反応室内に導入されるプロセスガスであり、複数の原料ガスのプロセスガス間を分離するガスの総称である。
本実施形態の気相成長装置は、ｎ（ｎは２以上の整数）個の反応室と、ｎ個の反応室にプロセスガスを供給する主ガス供給路と、主ガス供給路に設けられ、主ガス供給路に流すプロセスガスの流量を制御する主マスフローコントローラと、主ガス供給路を分岐する分岐部と、分岐部で主ガス供給路から分岐され、ｎ個の反応室に分流されたプロセスガスを供給するｎ本の副ガス供給路と、ｎ本の副ガス供給路の分岐部とｎ個の反応室との間に設けられ、分岐部までの距離が、反応室までの距離よりも小さくなるよう配置され、プロセスガスの流れを遮断可能なｎ個の第１のストップバルブと、ｎ本の副ガス供給路のｎ個の第１のストップバルブとｎ個の反応室との間に設けられ、ｎ本の副ガス供給路に流すプロセスガスの流量を制御するｎ個の副マスフローコントローラと、を備える。
また、本実施形態の気相成長方法は、ｎ（ｎは２以上の整数）個の反応室のそれぞれに基板を搬入し、主ガス供給路に所定の流量に制御されたプロセスガスを導入し、主ガス供給路から分岐されるｎ本の副ガス供給路にそれぞれ流量が制御されて分流されたプロセスガスを導入し、ｎ本の副ガス供給路から、ｎ個の反応室のそれぞれにプロセスガスを供給して基板上に成膜し、ｎ個の反応室のうちのいずれかの反応室に異常が発生した場合、異常が発生した反応室に接続される副ガス供給路へのプロセスガスの導入を瞬時に遮断するとともに、異常が検出された反応室以外の反応室に供給するプロセスガスの流量を算出し、主ガス供給路に導入されるプロセスガスの流量を制御する。
本実施形態の気相成長装置および気相成長方法は、上記構成を備えることにより、複数の反応室にプロセスガスを分配して供給する際に、処理中に１個の反応室で異常が生じた場合、異常が生じた反応室へのプロセスガスの供給を、他の反応室での処理に大きな影響を与えることなく停止することができる。したがって、１個の反応室での処理で異常が生じた場合でも、他の反応室で正常に処理を継続可能な気相成長装置および気相成長方法を実現できる。
図１は、本実施形態の気相成長装置の構成図である。本実施形態の気相成長装置は、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いるエピタキシャル成長装置である。以下、主にＧａＮ（窒化ガリウム）をエピタキシャル成長させる場合を例に説明する。
本実施形態の気相成長装置は、４個の反応室１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを備えている。４個の反応室は、例えば、それぞれが、縦型の枚葉型のエピタキシャル成長装置である。反応室の数は、４個に限られず、２個以上の任意の数とすることが可能である。反応室の数は、ｎ（ｎは２以上の整数）個と表すことができる。
本実施形態の気相成長装置は、４個の反応室１０ａ〜１０ｄにプロセスガスを供給する３本の第１の主ガス供給路１１、第２の主ガス供給路２１、第３の主ガス供給路３１を備えている。
第１の主ガス供給路１１は、例えば、反応室１０ａ〜１０ｄにＩＩＩ族元素の有機金属とキャリアガスを含む第１のプロセスガスを供給する。第１のプロセスガスは、ウェハ上にＩＩＩ−Ｖ族半導体の膜を成膜する際の、ＩＩＩ族元素を含むガスである。
ＩＩＩ族元素は、例えば、ガリウム（Ｇａ）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｉｎ（インジウム）等である。また、有機金属は、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）等である。
キャリアガスは、例えば、水素ガスである。第１の主ガス供給路１１は、水素ガスのみを流すことも可能である。
第１の主ガス供給路１１には、第１の主マスフローコントローラ１２が設けられる。第１の主マスフローコントローラ１２は、第１の主ガス供給路１１に流す第１のプロセスガスの流量を制御する。
さらに、第１の主ガス供給路１１を、分岐する分岐部１７が設けられる。第１の主ガス供給路１１は、第１の主マスフローコントローラ１２よりも反応室１０ａ〜１０ｄ側で、分岐部１７により４本の第１の副ガス供給路１３ａ、第２の副ガス供給路１３ｂ、第３の副ガス供給路１３ｃ、第４の副ガス供給路１３ｄに分岐される。第１の副ガス供給路１３ａ、第２の副ガス供給路１３ｂ、第３の副ガス供給路１３ｃ、第４の副ガス供給路１３ｄは、それぞれ、４個の反応室１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄに、分流された第１のプロセスガスを供給する。
４本の副ガス供給路１３ａ〜１３ｄには、第１のプロセスガスの流れを遮断可能な第１のストップバルブ１４ａ〜１４ｄが設けられる。第１のストップバルブ１４ａ〜１４ｄは、４個の反応室１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄのいずれかの反応室に異常が発生した場合、異常が発生した反応室へのプロセスガスの流れを瞬時に遮断する機能を備える。
第１のストップバルブ１４ａ〜１４ｄは分岐部１７と４個の反応室１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄとの間に設けられる。第１のストップバルブ１４ａ〜１４ｄは、分岐部１７までの距離が、反応室１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄまでの距離よりも小さくなるよう配置される。
そして、第１のストップバルブ１４ａ〜１４ｄは、分岐部１７に隣接して設けられることが望ましい。分岐部１７と第１のストップバルブ１４ａ〜１４ｄとの間の距離が２０ｃｍ以上３０ｃｍ以下であることがより望ましい。
図２は、本実施形態の分岐部と第１のストップバルブの説明図である。分岐部１７と第１のストップバルブ１４ａ〜１４ｄとの間の距離とは、具体的には、第１の主ガス供給路１１から、最後に副ガス供給路１３ａ〜１３ｄそれぞれに分岐する点から、第１のストップバルブ１４ａ〜１４ｄまでの距離を意味するものとする。すなわち、図２に示す、距離「ｄ１」、「ｄ２」、「ｄ３」、「ｄ４」を意味するものとする。分岐部１７と第１のストップバルブ１４ａ〜１４ｄとの間の距離は、可能な限り小さいことが望ましい。
図３は、本実施形態の分岐部と第１のストップバルブの模式図である。分岐部１７と第１のストップバルブ１４ａ〜１４ｄは、例えば、一体化して筐体１８内に設けられる。分岐部１７と第１のストップバルブ１４ａ〜１４ｄは、例えば、１個の部品として構成される。筐体１８は、例えば、金属である。
筐体１８の外面の一部に第１の主ガス供給路１１が接続され、筐体１８の外面の一部に４本の副ガス供給路１３ａ〜１３ｄが接続される。分岐部１７と第１のストップバルブ１４ａ〜１４ｄが、一体化して筐体１８内に設けられることで、分岐部１７と第１のストップバルブ１４ａ〜１４ｄとの間の距離を小さくすることが可能となる。
４本の副ガス供給路１３ａ〜１３ｄの４個の第１のストップバルブ１４ａ〜１４ｄと４個の反応室１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄとの間に、第１のプロセスガスの流れを遮断可能な４個の第２のストップバルブ１５ａ〜１５ｄが設けられる。第２のストップバルブ１５ａ〜１５ｄは、例えば、反応室１０ａ〜１０ｄをメインテナンスのために大気開放する場合に閉じられ、上流側が大気開放されることを遮断する。第２のストップバルブ１５ａ〜１５ｄは、反応室１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄに近接した位置に設けられる。
４本の副ガス供給路１３ａ〜１３ｄに設けられる４個の第１のストップバルブ１４ａ〜１４ｄと４個の第２のストップバルブ１５ａ〜１５ｄとの間に、４本の副ガス供給路１３ａ〜１３ｄに流す第１のプロセスガスの流量を制御する４個の副マスフローコントローラ１６ａ〜１６ｄを、さらに備える。
反応室１０ａ〜１０ｄを大気開放する場合に、４個の副マスフローコントローラ１６ａ〜１６ｄを大気に晒さない観点から、副マスフローコントローラ１６ａ〜１６ｄと反応室１０ａ〜１０ｄとの間に、第２のストップバルブ１５ａ〜１５ｄが設けられることが望ましい。
第２の主ガス供給路２１は、例えば、反応室１０ａ〜１０ｄにアンモニア（ＮＨ３）を含む第２のプロセスガスを供給する。第２のプロセスガスは、ウェハ上にＩＩＩ−Ｖ族半導体の膜を成膜する際の、Ｖ族元素、窒素（Ｎ）のソースガスである。
第２の主ガス供給路２１には、水素ガスのみを流すことも可能である。
第２の主ガス供給路２１には、第２の主マスフローコントローラ２２が設けられる。第２の主マスフローコントローラ２２は、第２の主ガス供給路２１に流す第２のプロセスガスの流量を制御する。
さらに、第２の主ガス供給路２１に接続される、分岐部２７、副ガス供給路２３ａ〜２３ｄ、第１のストップバルブ２４ａ〜２４ｄ、第２のストップバルブ２５ａ〜２５ｄ、副マスフローコントローラ２６ａ〜２６ｄが設けられる。それぞれの構成、機能は、第１の主ガス供給路１１に接続される、分岐部１７、副ガス供給路１３ａ〜１３ｄ、第１のストップバルブ１４ａ〜１４ｄ、第２のストップバルブ１５ａ〜１５ｄ、副マスフローコントローラ１６ａ〜１６ｄと同様であるので記述を省略する。
第３の主ガス供給路３１は、例えば、反応室１０ａ〜１０ｄに水素ガスを第３のプロセスガスとして供給する。第３のプロセスガスは、第１のプロセスガスと第２のプロセスガスを分離する分離ガスである。
第３の主ガス供給路３１には、水素ガスのみを流すことも可能である。
第３の主ガス供給路３１には、第３の主マスフローコントローラ３２が設けられる。第３の主マスフローコントローラ３２は、第３の主ガス供給路３１に流す第３のプロセスガスの流量を制御する。
また、第３の主ガス供給路３１に接続される、分岐部３７、副ガス供給路３３ａ〜３３ｄ、第１のストップバルブ３４ａ〜３４ｄ、第２のストップバルブ３５ａ〜３５ｄ、副マスフローコントローラ３６ａ〜３６ｄが設けられる。それぞれの構成、機能は、第１の主ガス供給路１１に接続される、分岐部１７、副ガス供給路１３ａ〜１３ｄ、第１のストップバルブ１４ａ〜１４ｄ、第２のストップバルブ１５ａ〜１５ｄ、副マスフローコントローラ１６ａ〜１６ｄと同様であるので記述を省略する。
本実施形態の気相成長装置は、４個の反応室１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄからガスを排出する４本の副ガス排出路４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄを備えている。そして、４本の副ガス排出路４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄが合流する主ガス排出路４４を備えている。さらに、主ガス排出路４４には、ガスを吸引するための真空ポンプ４６が設けられる。
４本の副ガス排出路４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄのそれぞれには、圧力調整部４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄが設けられる。圧力調整部４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄは、反応室１０ａ〜１０ｄそれぞれの内圧を所望の値に制御する。圧力調整部４０ａ〜４０ｄは、例えば、スロットルバルブである。なお、圧力調整部４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄに代えて、主ガス排出路４４に１か所の圧力調整部を設けてもよい。
本実施形態の気相成長装置は、主マスフローコントローラ１２、２２、３２および第１のストップバルブ１４ａ〜１４ｄ、２４ａ〜２４ｄ、３４ａ〜３４ｄを制御する制御部５０を備える。制御部５０は、４個の反応室１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄのいずれか一個の反応室における異常の検出に基づきプロセスガスの遮断の要否を判断し、遮断が要と判断された場合、異常が検出された反応室へのプロセスガスの流れを遮断可能な第１のストップバルブを閉じるとともに、異常が検出された反応室以外の反応室に供給するプロセスガスの総流量を算出し、算出された総流量に基づき主マスフローコントローラを制御する機能を備える。
本実施形態の気相成長方法は、図１のエピタキシャル成長装置を用いる。以下、本実施形態の気相成長方法について、ＧａＮをエピタキシャル成長させる場合を例に説明する。
本実施形態の気相成長方法では、図示しない反応室制御部により、４個の反応室１０ａ〜１０ｄの気相成長条件を、同一の条件で同時に制御する。
まず、４個の反応室１０ａ〜１０ｄのそれぞれに、基板の一例である半導体ウェハを搬入する。
半導体ウェハ上に、例えば、ＧａＮ膜を成膜する場合、第１の主ガス供給路１１から、例えば、水素ガスをキャリアガスとするＴＭＧ（第１のプロセスガス）を供給する。また、第２の主ガス供給路２１から、例えば、アンモニア（第２のプロセスガス）を供給する。また、第３の主ガス供給路３１から、例えば、分離ガスとして水素ガス（第３のプロセスガス）を供給する。
第１の主ガス供給路１１には、第１の主マスフローコントローラ１２で流量を制御された第１のプロセスガスが流される。そして、第１のプロセスガスは、第１の主ガス供給路１１から分岐される４本の副ガス供給路１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄに、分流して流される。
４本の副ガス供給路１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄに分流される第１のプロセスガスの流量は、副マスフローコントローラ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄのそれぞれによって制御される。例えば、第１の主マスフローコントローラ１２で指定される第１のプロセスガスの総流量の４分の１（１／４）の流量を流すよう、副マスフローコントローラ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄの流量が指定される。
第２の主ガス供給路２１には、第２の主マスフローコントローラ２２で流量を制御された第２のプロセスガスが流される。そして、第２のプロセスガスは、第２の主ガス供給路２１から分岐される４本の副ガス供給路２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄに、分流して流される。
４本の副ガス供給路２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄに分流される第２のプロセスガスの流量は、第１〜第４の副マスフローコントローラ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄのそれぞれによって制御される。例えば、第２の主マスフローコントローラ２２で指定される第２のプロセスガスの総流量の４分の１（１／４）の流量を流すよう、第２の副マスフローコントローラ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄの流量が指定される。
第３の主ガス供給路３１には、第３の主マスフローコントローラ３２で流量を制御された第３のプロセスガスが流される。そして、第３のプロセスガスは、第３の主ガス供給路３１から分岐される４本の副ガス供給路３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄに、分流して流される。
４本の副ガス供給路３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄに分流される第３のプロセスガスの流量は、副マスフローコントローラ３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄのそれぞれによって制御される。例えば、第３の主マスフローコントローラ３２で指定される第３のプロセスガスの総流量の４分の１（１／４）の流量を流すよう、副マスフローコントローラ３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄの流量が指定される。
反応室１０ａ〜１０ｄの内圧は、圧力調整部４０ａ〜４０ｄによって、同一の圧力になるよう制御される。
このように、各反応室１０ａ〜１０ｄには、第１、第２、第３のプロセスガスが供給され、半導体ウェハ上にＧａＮ膜が形成される。
４個の反応室１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの気相成長条件は、反応室制御部（図示せず）によって、同一の条件、すなわち、同一の処理レシピで、制御される。反応室制御部は、例えば、副マスフローコントローラ１６ａ、２６ａ、３６ａを同一の処理レシピで制御する。また、副マスフローコントローラ１６ｂ、２６ｂ、３６ｂを同一の処理レシピで制御する。また、副マスフローコントローラ１６ｃ、２６ｃ、３６ｃを同一の処理レシピで制御する。また、副マスフローコントローラ１６ｄ、２６ｄ、３６ｄを同一の処理レシピで制御する。また、圧力調整部４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄを同一の処理レシピで制御する。また、反応室１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの温度や、基板の回転数等も同一の処理レシピで制御する。
仮に、４個の反応室１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄのいずれか一個での処理で異常が発生した場合、第１のストップバルブ１４ａ〜１４ｄ、２４ａ〜２４ｄ、３４ａ〜３４ｄのいずれかを閉じることで、異常が発生した反応室に接続される副ガス供給路１３ａ〜１３ｄ、２３ａ〜２３ｄ、３３ａ〜３３ｄへのプロセスガスの導入を瞬時に遮断する。これにより、異常が生じた反応室へのプロセスガスの供給を瞬時に遮断する。一方、正常な残りの３個の反応室では処理を継続する。
例えば、反応室１０ａでの処理に異常が生じた場合、第１のストップバルブ１４ａ、２４ａ、３４ａを瞬時に閉じることで、副ガス供給路１３ａ、２３ａ、３３ａへのプロセスガスの導入を瞬時に遮断する。これにより、反応室１０ａへの第１、第２および第３のプロセスガスの供給を停止する。一方、反応室１０ｂ、１０ｃ、１０ｄでの処理は継続する。
例えば、第１、第２および第３の主マスフローコントローラ１２、２２、３２により、供給する第１、第２および第３のプロセスガスの総流量を異常が生ずる前の３／４の総流量に変化させ、正常に動作している反応室１０ｂ、１０ｃ、１０ｄへ所望の流量のプロセスガスが供給されるようにする。
例えば、制御部５０が、４個の反応室１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄいずれか一個の反応室における異常の検出に基づきプロセスガスの遮断の要否を判断する。そして、遮断が要と判断された場合、異常が検出された反応室へのプロセスガスの流れを遮断可能な第１のストップバルブを閉じる。
そして、制御部５０が、異常が検出された反応室以外の反応室に供給するプロセスガスの総流量を算出し、算出された総流量に基づき主マスフローコントローラ１２、２２、３２を制御し、主ガス供給路１１、２１、３１に導入されるプロセスガスの流量を制御する。
以下、本実施形態の作用・効果について説明する。
仮に、４個の反応室１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの１個での処理で異常が生じた場合、異常が生じた反応室へのプロセスガスの供給を遮断し、処理を停止することが望ましい。例えば、残りの３個の反応室と同様にプロセスガスの供給を継続すると、例えば、成膜に寄与しないプロセスガスが無駄になるという問題が生ずる。あるいは、例えば、予定しないガスの反応等が生じ反応室のダストが増大するという問題が生じ得る。
もっとも、正常な残りの３個の反応室では処理を継続することが生産性の観点から望ましい。しかし、例えば、エピタキシャル成長装置の分岐部１７、２７、３７に隣接して、第１のストップバルブ１４ａ〜１４ｄ、２４ａ〜２４ｄ、３４ａ〜３４ｄが設けられていない場合、異常が生じた反応室へのプロセスガスの供給は、例えば、反応室に近接して設けられる第２のストップバルブ１５ａ〜１５ｄ、２５ａ〜２５ｄ、３５ａ〜３５ｄのいずれかを閉じることによって行われることになる。
例えば、反応室１０ａでの処理に異常が生じた場合、第１のストップバルブ１４ａ、２４ａ、３４ａが無い場合、第２のストップバルブ１５ａ、２５ａ、３５ａを瞬時に閉じることで、反応室１０ａへの第１、第２および第３のプロセスガスの供給を停止する。一方、反応室１０ｂ、１０ｃ、１０ｄでの処理は継続する。
その場合、分岐部１７から第２のストップバルブ１５ａ、分岐部２７から第２のストップバルブ２５ａ、分岐部３７から第２のストップバルブ３５ａの間が、プロセスガスが滞留するデッドスペースになる。このデッドスペースに滞留したプロセスガスの量が多くなると、正常に動作している反応室１０ｂ、１０ｃ、１０ｄへ予期せぬ組成又は量のプロセスガスが供給され、処理に異常が生じるおそれがある。
例えば、反応室１０ａでの処理が停止した後に、プロセスガスの種類を切り替える処理を行った場合、デッドスペースに滞留したプロセスガスが、切り替わったプロセスガスに混入することで、予期せぬ組成のプロセスガスが反応室１０ｂ、１０ｃ、１０ｄへ供給され、反応室１０ｂ、１０ｃ、１０ｄでの成膜等に異常が生ずるおそれがある。
本実施形態のエピタキシャル気相成長装置では、分岐部１７、２７、３７までの距離が、反応室１０ａまでの距離よりも小さくなるよう配置される第１のストップバルブ１４ａ、２４ａ、３４ａを備える。このため、第１のストップバルブ１４ａ、２４ａ、３４ａを備えない場合に比べ、ガス供給管のデッドスペースが小さくなり、デッドスペースに滞留するプロセスガスの量を抑制することができる。したがって、反応室１０ａでの処理に異常が生じた場合でも、他の反応室１０ｂ、１０ｃ、１０ｄで正常に処理を継続することが可能となる。
また、異常が検出された反応室以外の反応室に供給するプロセスガスの総流量の変更を、異常が検出された反応室へのプロセスガスの供給の遮断と同期して、一定の値に短時間で切り換えることが可能となり、他の反応室１０ｂ、１０ｃ、１０ｄで正常に処理を継続することが容易となる。
デッドスペースに滞留するプロセスガスの量を抑制する観点から、第１のストップバルブ１４ａ、２４ａ、３４ａは、分岐部１７、２７、３７に隣接することがより望ましく、分岐部１７、２７、３７との間の距離が２０ｃｍ以上３０ｃｍ以下であることが望ましい。上記範囲を下回ることはストップバルブの構造上困難である。また、上記範囲を上回るとプロセスガスの滞留の影響が懸念される。
また、本実施形態によれば、第１のストップバルブ１４ａ、２４ａ、３４ａとは別に、反応室１０ａに近接して、第２のストップバルブ１５ａ、２５ａ、３５ａを設けることで、副ガス供給路１３ａ、２３ａ、３３ａや、副マスフローコントローラ１６ａ、２６ａ、３６ａがメインテナンスの際に大気開放されることを抑制できる。
なお、成膜中に異常が検出された場合、成膜条件が変わるまで供給を維持した後、異常が発生した反応室に接続される副ガス供給路へのプロセスガスの導入を瞬時に遮断することが、正常に動作している反応室での成膜への影響を抑制する観点から望ましい。
なお、反応室１０ａで異常が生ずる場合、反応室１０ａのメインテナンスの場合を例に説明したが、他の反応室１０ｂ、１０ｃ、１０ｄについても本実施形態のエピタキシャル気相成長装置は、同様の作用・効果を発現する。
以上のように、本実施形態の気相成長装置によれば、１個の反応室での処理で異常が生じた場合でも、他の反応室で正常に処理を継続可能な気相成長装置および気相成長方法を提供することが可能となる。
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。上記、実施形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、各実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもかまわない。
例えば、実施形態では、ＧａＮ（窒化ガリウム）の単結晶膜を成膜する場合を例に説明したが、例えば、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）、ＩｎＧａＮ（窒化インジウムガリウム）等、その他のＩＩＩ−Ｖ族の窒化物系半導体の単結晶膜等の成膜にも本発明を適用することが可能である。また、ＧａＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族の半導体にも本発明を適用することが可能である。
また、有機金属がＴＭＧ１種の場合を例に説明したが、２種以上の有機金属をＩＩＩ族元素のソースとして用いる場合であっても、かまわない。また、有機金属は、ＩＩＩ族元素以外の元素でもかまわない。
また、キャリアガスとして水素ガス（Ｈ２）を例に説明したが、その他、窒素ガス（Ｎ２）、アルゴンガス（Ａｒ）、ヘリウムガス（Ｈｅ）、あるいは、それらのガスの組み合わせをキャリアガスとして適用することが可能である。
また、プロセスガスが、例えば、ＩＩＩ族元素とＶ族元素の両方を含む混合ガスであってもかまわない。
また、実施形態では、ｎ個の反応室がウェハ１枚毎に成膜する縦型の枚葉式のエピタキシャル装置である場合を例に説明したが、ｎ個の反応室は、枚葉式のエピタキシャル装置に限られるものではない。例えば、自公転する複数のウェハに同時に成膜するプラネタリー方式のＣＶＤ装置や、横型のエピタキシャル装置等の場合にも、本発明を適用することが可能である。
実施形態では、装置構成や製造方法等、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や製造方法等を適宜選択して用いることができる。その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての気相成長装置および気相成長方法は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。
１０ａ〜ｄ 反応室
１１ 第１の主ガス供給路
１２ 第１の主マスフローコントローラ
１３ａ〜ｄ 第１〜第４の副ガス供給路
１４ａ〜ｄ 第１のストップバルブ
１５ａ〜ｄ 第２のストップバルブ
１６ａ〜ｄ 副マスフローコントローラ
１７ 分岐部
１８ 筐体
２１ 第２の主ガス供給路
２２ 第２の主マスフローコントローラ
２３ａ〜ｄ 第１〜第４の副ガス供給路
２４ａ〜ｄ 第１のストップバルブ
２５ａ〜ｄ 第２のストップバルブ
２６ａ〜ｄ 副マスフローコントローラ
２７ 分岐部
３１ 第３の主ガス供給路
３２ 第３の主マスフローコントローラ
３３ａ〜ｄ 第１〜第４の副ガス供給路
３４ａ〜ｄ 第１のストップバルブ
３５ａ〜ｄ 第２のストップバルブ
３６ａ〜ｄ 副マスフローコントローラ
３７ 分岐部
４０ａ〜ｄ 圧力調整部
４２ａ〜ｄ 副ガス排出路
４４ 主ガス排出路
４６ 真空ポンプ
５０ 制御部

Claims (5)

  1. ｎ（ｎは２以上の整数）個の反応室と、
    前記ｎ個の反応室にプロセスガスを供給する主ガス供給路と、
    前記主ガス供給路に設けられ、前記主ガス供給路に流す前記プロセスガスの流量を制御する主マスフローコントローラと、
    前記主ガス供給路を分岐する分岐部と、
    前記分岐部で前記主ガス供給路から分岐され、前記ｎ個の反応室に分流された前記プロセスガスを供給するｎ本の副ガス供給路と、
    前記ｎ本の副ガス供給路の前記分岐部と前記ｎ個の反応室との間に設けられ、前記分岐部までの距離が、前記反応室までの距離よりも小さくなるよう配置され、前記プロセスガスの流れを遮断可能なｎ個の第１のストップバルブと、
    前記ｎ本の副ガス供給路の前記ｎ個の第１のストップバルブと前記ｎ個の反応室との間に設けられ、前記ｎ本の副ガス供給路に流す前記プロセスガスの流量を制御するｎ個の副マスフローコントローラと、
    を備えることを特徴とする気相成長装置。
  2. 前記ｎ個の反応室のいずれか一個の反応室における異常の検出に基づき前記プロセスガスの遮断の要否を判断し、遮断が要と判断された場合、前記異常が検出された反応室への前記プロセスガスの流れを遮断可能な前記第１のストップバルブを閉じるとともに、前記異常が検出された反応室以外の前記反応室に供給する前記プロセスガスの総流量を算出し、算出された総流量に基づき前記主マスフローコントローラを制御する制御部を、さらに備えることを特徴とする請求項１記載の気相成長装置。
  3. 前記ｎ本の副ガス供給路の前記ｎ個の第１のストップバルブと前記ｎ個の反応室との間に設けられ、前記プロセスガスの流れを遮断可能なｎ個の第２のストップバルブを、さらに備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載の気相成長装置。
  4. ｎ（ｎは２以上の整数）個の反応室のそれぞれに基板を搬入し、
    主ガス供給路に所定の流量に制御されたプロセスガスを導入し、
    前記主ガス供給路から分岐されるｎ本の副ガス供給路にそれぞれ流量が制御されて分流された前記プロセスガスを導入し、
    前記ｎ本の副ガス供給路から、前記ｎ個の反応室のそれぞれに前記プロセスガスを供給して前記基板上に成膜し、
    前記ｎ個の反応室のうちのいずれかの反応室に異常が発生した場合、前記異常が発生した反応室に接続される前記副ガス供給路への前記プロセスガスの導入を瞬時に遮断するとともに、前記異常が検出された反応室以外の反応室に供給する前記プロセスガスの総流量を算出し、前記主ガス供給路に導入される前記プロセスガスの流量を制御することを特徴とする気相成長方法。
  5. 前記異常が成膜中に検出された場合、成膜条件が変わるまで前記プロセスガスの供給を維持した後、前記異常が発生した反応室に接続される前記副ガス供給路への前記プロセスガスの導入を瞬時に遮断することを特徴とする請求項４記載の気相成長方法。
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