JP7258274B2 - フィルタ装置、化学気相成長装置およびＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法 - Google Patents
フィルタ装置、化学気相成長装置およびＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は、フィルタ装置、化学気相成長装置およびＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法に関する。
化学気相成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）装置は、様々な層の成膜手段として広く用いられている。例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）のエピタキシャル膜の成長にも、化学気相成長装置が利用されている。
ＣＶＤ法を用いた成膜では、反応炉内に原料ガスを供給し、基板表面に結晶を成長させる。反応炉内に供給されたガスのうち未反応のガスは排気配管から排気される。排気配管は、フィルタ装置に接続される。フィルタ装置は、排気配管を通じて排気される未反応ガスを除去することができる。この未反応のガスは、排気配管内で反応して堆積する場合がある。堆積物は、ガスがフィルタ等の固形物にぶつかる場所や乱流が起こる場所に生じやすく、排気配管の閉塞や、フィルタの目詰まり、ポンプの動作不良の原因となる。
排気配管の閉塞や、ポンプの動作不良は、ＣＶＤ装置の不具合の原因の一つである。排気配管の閉塞を防ぐためには、定期的な清掃又はフィルタ装置による効率的な未反応ガスの捕集が必要である。清掃の期間は、ＣＶＤ装置を動かすことができないため、ＣＶＤ装置のスループットを大幅に低下させる。
特許文献１には、排ガスの流れの方向に対して交差する方向に配置される複数のバッフル板を有し、隣り合うバッフル板同士の開口部は、ガスの流れの方向に対して互いにずれているフィルタ装置（排気トラップ）が記載されている（例えば、請求項１参照）。
ここで、特許文献１では、排ガスの流れ方向で開口部が互いにずれた複数のバッフル板を備えた上記構成の作用効果について、図７や段落００２９等に詳細に記載されている。それによると、大口径孔及び小口径孔を有する複数のバッフル板が排ガスの流れ方向に対して交差するように配置され、隣り合うバッフル板の大口径孔がガスの流れ方向に対して互いにずれる構成のフィルタ装置の場合、排ガス中の堆積性物質が大口径孔及び小口径孔の内縁（エッジ）に付着し、そのエッジに吸着した堆積性物質が核となり、この核に対して排ガス中の堆積性物質が更に吸着し、核を中心として堆積性物質が円形状の断面を有する形状で成長していくことが記載されている。特許文献１に開示されたフィルタ装置は、このように堆積性物質が成長する排ガスの場合すなわち、エッジに吸着した堆積性物質を核として堆積性物質が成長して固体状の副生成物を形成する排ガスの場合、堆積性物質あるいは副生成物の捕集に有効であると思われる。このような固体状の副生成物を形成する具体的な排ガスとしては、特許文献１で例示されている、シラン（ＳｉＨ４）、ジクロロシラン（ＤＣＳ）などのシリコン含有ガスが挙げられる。
しかしながら、特許文献１に記載のフィルタ装置では、ゲル状の副生成物を生じるガスを使用した際に、副生成物の効率的な捕集をすることができず、副生成物による化学気相成長装置の動作不良の低減をすることができない。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、ゲル状の副生成物を生じるガスを使用した場合でも、未反応ガスを効率的に捕集し、副生成物による化学気相成長装置の動作不良低減をすることができるフィルタ装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を提供する。
（１）本発明の第一の態様にかかるフィルタ装置は、内部でＳｉＣ薄膜の気相成長を行うことが可能な反応炉と、前記反応炉からのガスの排気を行うポンプと、前記ポンプと前記反応炉との間に配置する排気配管と、を備えたＳｉＣ薄膜用化学気相成長装置に用いられるフィルタ装置であって、排気されるガスの流れ方向において、前記排気配管の、上流側に配置する部分である上流側配管と下流側に配置する部分である下流側配管とにそれぞれ連結されており、前記上流側配管からのガスの流れ方向に対して、フィルタ面がほぼ直交するように配置するフィルタ板と、前記フィルタ板よりも下流側に配置し、前記フィルタ板とほぼ平行に配向する、ガス受け板と、前記ガス受け板よりも下流側に配置し、前記ガス受け板に対してフィルタ面をほぼ垂直にして筒状に形成され、前記フィルタ板の穴よりも径が小さい穴を有するフィルタと、前記フィルタ板、前記ガス受け板及び前記フィルタを収容する筐体と、を有する。
（２）上記態様にかかるフィルタ装置において、前記フィルタ板の穴の径は、０．１～１０ｍｍΦであってもよい。
（３）上記態様にかかるフィルタ装置において、前記フィルタ板は、開口率が２０～５０％であってもよい。
（４）上記態様にかかるフィルタ装置は、前記フィルタ板を複数枚有していてもよい。
（５）上記態様にかかるフィルタ装置において、前記フィルタ板同士の間隔は、５ｍｍ～２０ｍｍであってもよい。
（６）上記態様にかかるフィルタ装置は、前記筐体において、筐体下部と、前記フィルタと、が接する位置よりも径方向外側の領域に凹状構造の溜まり部を有してもよい。
（７）本発明の第２の態様にかかる化学気相成長装置は、上記態様にかかるフィルタ装置を有する。
（８）本発明の第３の態様にかかるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法は、上記態様にかかる化学気相成長装置を用いたＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法であって、Ｃｌ系ガスを用いる。
上記態様にかかるフィルタ装置によれば、ゲル状の副生成物を生じるガスを使用した場合でも、未反応ガスを効率的に捕集し、副生成物による化学気相成長装置の動作不良の低減をすることができる。
以下、本発明の実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材質、寸法等は一例であって、本発明は、それらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
図１は、本実施形態にかかる化学気相成長装置１００の一例を示す模式図である。図１に示す化学気相成長装置１００は、反応炉１と排気配管２とフィルタ装置３とポンプ４とを備える。また、図１は、便宜上、未反応ガスＧの流れる向きが示されている。
化学気相成長装置１００は、ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造を行う。化学気相成長装置１００は、ガスを用いてＳｉＣエピタキシャルウェハの製造を行う。ガスのうち、ＳｉＣエピタキシャルウェハ製造に寄与しなかった未反応ガスＧは、排気配管２と、フィルタ装置３と、ポンプ４と、を経て排気される。
化学気相成長装置１００は、ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造を行う。化学気相成長装置１００は、ガスを用いてＳｉＣエピタキシャルウェハの製造を行う。ガスのうち、ＳｉＣエピタキシャルウェハ製造に寄与しなかった未反応ガスＧは、排気配管２と、フィルタ装置３と、ポンプ４と、を経て排気される。
＜フィルタ装置＞
（第１実施形態）
図２は、本実施形態に係るフィルタ装置３の一例を示す断面模式図である。
図２に示すフィルタ装置３は、排気される未反応ガスＧの流れ方向において、排気配管２の上流側に位置する上流側配管２１と、下流側に位置する下流側配管２２と、にそれぞれ連結されている。
本明細書中で、フィルタ装置３は、フィルタ装置３内部を未反応ガスＧが鉛直方向に流れる向きに配置されることを想定している。すなわち、フィルタ装置３に対して、上流側配管２１の方向を上方向とし、下流側配管２２の方向を下方向とする。
（第１実施形態）
図２は、本実施形態に係るフィルタ装置３の一例を示す断面模式図である。
図２に示すフィルタ装置３は、排気される未反応ガスＧの流れ方向において、排気配管２の上流側に位置する上流側配管２１と、下流側に位置する下流側配管２２と、にそれぞれ連結されている。
本明細書中で、フィルタ装置３は、フィルタ装置３内部を未反応ガスＧが鉛直方向に流れる向きに配置されることを想定している。すなわち、フィルタ装置３に対して、上流側配管２１の方向を上方向とし、下流側配管２２の方向を下方向とする。
図２に示すフィルタ装置３は、筐体３０と、フィルタ板３１と、ガス受け板３２と、フィルタ３３と、固定器具３４と、を有する。
フィルタ板３１は、上流側配管２１からのガスの流れ方向に対してフィルタ面がほぼ直交するように配置する。ガス受け板３２は、フィルタ板３１よりも下流側に配置し、フィルタ板３１とほぼ平行に配向する。フィルタ３３は、ガス受け板３２よりも下流側に配置し、ガス受け板３２に対してフィルタ面３３Ｂをほぼ垂直にした筒状に形成され、フィルタ板３１よりも径の小さい穴を有する。筐体３０は、フィルタ板３１と、ガス受け板３２と、フィルタ３３と、固定器具３４と、を収容する。フィルタ板３１と、ガス受け板３２と、フィルタ３３とを配置する順序は、上流側からガス受け板３２、フィルタ板３１、フィルタ３３としてもよい。しかしながら、上流側からフィルタ板３１、ガス受け板３２、フィルタ３３の順序で配置してもよい。
ここでいう、フィルタ板３１のフィルタ面とは、フィルタ板３１のうち、穴を有する面を指す。
フィルタ板３１は、上流側配管２１からのガスの流れ方向に対してフィルタ面がほぼ直交するように配置する。ガス受け板３２は、フィルタ板３１よりも下流側に配置し、フィルタ板３１とほぼ平行に配向する。フィルタ３３は、ガス受け板３２よりも下流側に配置し、ガス受け板３２に対してフィルタ面３３Ｂをほぼ垂直にした筒状に形成され、フィルタ板３１よりも径の小さい穴を有する。筐体３０は、フィルタ板３１と、ガス受け板３２と、フィルタ３３と、固定器具３４と、を収容する。フィルタ板３１と、ガス受け板３２と、フィルタ３３とを配置する順序は、上流側からガス受け板３２、フィルタ板３１、フィルタ３３としてもよい。しかしながら、上流側からフィルタ板３１、ガス受け板３２、フィルタ３３の順序で配置してもよい。
ここでいう、フィルタ板３１のフィルタ面とは、フィルタ板３１のうち、穴を有する面を指す。
筐体３０と、フィルタ３３のみを有する図示しないフィルタ装置を使用した場合でも、ゲル状の副生成物を十分に捕集することができる。しかしながら、フィルタ３３の特にフィルタ上部３３Ａ等で、短時間で目詰まりが生じてしまうという課題があった。
ガス受け板３２を未反応ガスＧの流れ方向に対して垂直に備えると、フィルタ３３に流れるガスが、ガス受け板３２を設置する前よりも均等となり、目詰まり発生までの時間を長くすることができる。しかし、尚も、目詰まり発生は短時間で生じてしまうという課題はあった。
さらに、穴３１Ａを有するフィルタ板３１を、未反応ガスＧの流れ方向に対して垂直に配置することで、フィルタ板３１とガス受け板３２とにより一部の副生成物を捕集し、かつ、ガスの流れ方向を制御し、フィルタ３３の目詰まり発生を劇的に抑制する効果があった。
ガス受け板３２を未反応ガスＧの流れ方向に対して垂直に備えると、フィルタ３３に流れるガスが、ガス受け板３２を設置する前よりも均等となり、目詰まり発生までの時間を長くすることができる。しかし、尚も、目詰まり発生は短時間で生じてしまうという課題はあった。
さらに、穴３１Ａを有するフィルタ板３１を、未反応ガスＧの流れ方向に対して垂直に配置することで、フィルタ板３１とガス受け板３２とにより一部の副生成物を捕集し、かつ、ガスの流れ方向を制御し、フィルタ３３の目詰まり発生を劇的に抑制する効果があった。
（フィルタ板）
フィルタ板３１は、上流側配管２１からのガスの流れ方向に対してフィルタ面がほぼ直交するように配置する。
図３は、フィルタ板３１の一例を示す、上面模式図である。フィルタ板３１は、厚さ方向に貫通する複数の穴３１Ａが形成される。
未反応ガスＧは、固形物にぶつかる場所やガスの流れが乱れる場所で堆積物となる副生成物を生じやすい。そのため、穴３１Ａを有するフィルタ板３１をフィルタ３３よりも上流に配置することで、フィルタ３３よりも上流で堆積物を捕集することができる。すなわち、フィルタ板３１を配置することは、フィルタ３３の目詰まりを抑制し、メンテナンスによるダウンタイムを抑制し、スループットの向上することができる。
フィルタ板３１は、上流側配管２１からのガスの流れ方向に対してフィルタ面がほぼ直交するように配置する。
図３は、フィルタ板３１の一例を示す、上面模式図である。フィルタ板３１は、厚さ方向に貫通する複数の穴３１Ａが形成される。
未反応ガスＧは、固形物にぶつかる場所やガスの流れが乱れる場所で堆積物となる副生成物を生じやすい。そのため、穴３１Ａを有するフィルタ板３１をフィルタ３３よりも上流に配置することで、フィルタ３３よりも上流で堆積物を捕集することができる。すなわち、フィルタ板３１を配置することは、フィルタ３３の目詰まりを抑制し、メンテナンスによるダウンタイムを抑制し、スループットの向上することができる。
フィルタ板３１は、未反応ガスＧの流れが乱れる位置に配置することで、効率的に堆積物を捕集することができる。未反応ガスＧは、上流側配管２１から筐体３０に供給されるときに流れが乱されるので、フィルタ板３１は、筐体上部３０Ａから離れて配置することが好ましい。フィルタ板３１と筐体３０の筐体上部３０Ａとの距離ｄは、５ｍｍ～２００ｍｍとすることが好ましく、１０ｍｍ～５０ｍｍとすることがより好ましい。
フィルタ板３１は、筐体上部３０Ａから離さずに配置しても良い。
フィルタ板３１は、筐体上部３０Ａから離さずに配置しても良い。
フィルタ板３１の大きさは、適宜選択することができるが、筐体３０の内径と同程度とすることが好ましい。フィルタ板３１の大きさを筐体３０の内径と同程度とすると、筐体３０内に供給された未反応ガスＧは、必ずフィルタ板３１の穴３１Ａを通過する構成となり、堆積物の捕集効率を向上することができる。
フィルタ板３１の厚さは、薄すぎるとたわみの発生の恐れがあるため０．１ｍｍ以上であることが好ましく、０．２ｍｍ以上であることがより好ましい。一方、フィルタ板３１は、コストの観点から厚すぎることは好ましくなく、５ｍｍ以下であることが好ましく、１ｍｍ以下であることがより好ましい。
フィルタ板３１の厚さは、薄すぎるとたわみの発生の恐れがあるため０．１ｍｍ以上であることが好ましく、０．２ｍｍ以上であることがより好ましい。一方、フィルタ板３１は、コストの観点から厚すぎることは好ましくなく、５ｍｍ以下であることが好ましく、１ｍｍ以下であることがより好ましい。
フィルタ板３１の材質は、例えば、金属や樹脂等を使用することができる。金属製のフィルタ板３１および樹脂製のフィルタ板３１は、強度が十分なものを薄く、かつ、安く製造することができるため好ましい。すなわち、ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造コストを抑えることができるため、好ましい。フィルタ板３１は、金属のうち例えば、ＳＵＳ３０４や、ＳＵＳ３１６といった耐酸性を有するものを用いると、洗浄による再利用が容易であるため特に好ましい。樹脂製のフィルタ板３１は、例えば、テフロン（登録商標）等のプラスチックを用いることができる。樹脂製のフィルタ板は、軽量であるという点で好ましい。フィルタ板３１の軽量化は、例えば、フィルタ装置３をよりコンパクトにすることや、フィルタ装置３にかかる負荷を軽減することに起因する。
図３は、フィルタ板３１の一例を示す上面図である。
フィルタ板３１に形成される穴３１Ａの形状は、例えば、円形である。異なる形の穴同士を組み合わせて形成してもよい。
穴３１Ａの径の大きさは、０．１～１０ｍｍであり、好ましくは、０．３～５ｍｍである。穴３１Ａの径の大きさとは、穴３１Ａの形状が円形である場合、直径Ｌ１の長さのことをいう。穴３１Ａの径の大きさを当該範囲とすることで、フィルタ装置３は、効率的に堆積物を捕集することができる。穴３１Ａの径の大きさが大きすぎると、発生する堆積物の一部は、穴を貫通してしまう。穴３１Ａの径の大きさが小さすぎると、堆積物によりフィルタ板３１の目詰まりが起こりやすい。
フィルタ板３１に形成される穴３１Ａの形状は、例えば、円形である。異なる形の穴同士を組み合わせて形成してもよい。
穴３１Ａの径の大きさは、０．１～１０ｍｍであり、好ましくは、０．３～５ｍｍである。穴３１Ａの径の大きさとは、穴３１Ａの形状が円形である場合、直径Ｌ１の長さのことをいう。穴３１Ａの径の大きさを当該範囲とすることで、フィルタ装置３は、効率的に堆積物を捕集することができる。穴３１Ａの径の大きさが大きすぎると、発生する堆積物の一部は、穴を貫通してしまう。穴３１Ａの径の大きさが小さすぎると、堆積物によりフィルタ板３１の目詰まりが起こりやすい。
フィルタ板３１に形成される穴３１Ａの配置は、例えば、同心円状に配置される。穴３１Ａの配置が同心円状であると、ガスの流れを周方向で均等にすることができる。すなわち、堆積物の捕集によるフィルタ板３１の穴３１Ａが閉塞しづらい構成となる。また、フィルタ板３１を通過する未反応ガスＧの量を分散し、周方向で均等にすることができる。コストを優先するのであれば、市販のパンチング板を用いても良い。市販のパンチング板を使用した場合でも、ガスを拡散する効果を得ることができる。すなわち、ガスの流れを周方向に均等にすることはできる。
フィルタ板３１の開口度は、低すぎると圧力損失が大きくなる。また、圧力損失が大きいと、排気ポンプに高性能なものを用いる必要がある。上記の理由により開口度は、２０％以上とすることが好ましく、２５％以上とすることがより好ましく、３０％以上とすることが更に好ましい。一方、フィルタ板３１の開口度は、高すぎると、堆積物の捕集効果が低いため、５０％以下とすることが好ましく、４５％以下とすることがより好ましく、４０％以下とすることが更に好ましい。開口度を当該範囲とすることで、効率的に堆積物の捕集をすることができる。また、フィルタ装置３の製造に係るコストを抑制できる。すなわち、フィルタ装置３が備えられた化学気相成長装置１００によるＳｉＣエピタキシャルウェハの製造コストを抑制することができる。
（ガス受け板）
ガス受け板３２は、フィルタ板３１よりも下流側に配置され、フィルタ板３１とほぼ平行に配向する。ガス受け板３２は、フィルタ板３１を通過した未反応ガスＧと直交する方向に配向するため、未反応ガスＧを径方向に分散することができる。さらに、未反応ガスＧによる堆積物を捕集することができる。また、未反応ガスＧが、ガス受け板３２よりも下流に配置されるフィルタ３３のフィルタ上部３３Ａに対して直行して流れることを抑制することができる。
ガス受け板３２の材質は、例えば、ステンレスの金属を使用することができる。
ガス受け板３２は、フィルタ板３１よりも下流側に配置され、フィルタ板３１とほぼ平行に配向する。ガス受け板３２は、フィルタ板３１を通過した未反応ガスＧと直交する方向に配向するため、未反応ガスＧを径方向に分散することができる。さらに、未反応ガスＧによる堆積物を捕集することができる。また、未反応ガスＧが、ガス受け板３２よりも下流に配置されるフィルタ３３のフィルタ上部３３Ａに対して直行して流れることを抑制することができる。
ガス受け板３２の材質は、例えば、ステンレスの金属を使用することができる。
ガス受け板３２の形状は、例えば、円形とすることができる。筐体上部３０Ａおよびフィルタ板３１の輪郭と同様の形状であることが好ましい。
ガス受け板３２の大きさは、フィルタ板３１の大きさよりも小さいことが好ましく、フィルタ３３のフィルタ上面３３Ａよりも大きいことが好ましい。
ガス受け板３２の大きさが大きすぎると、筐体側部３０Ｂとの間の隙間が小さくなり、隙間に堆積物が生じ、目詰まりが起きる場合がある。また、ガス受け板３２筐体側部３０Ｂとの間の隙間が小さすぎると、ガス受け板３２より下流側へ流れる未反応ガスＧの量が制限され、フィルタ装置３に負荷がかかる場合がある。
ガス受け板３２の大きさが小さすぎると、未反応ガスＧの方向の制御や未反応ガスＧによる堆積物の捕集を十分に果たすことができない。
ガス受け板３２の大きさは、フィルタ板３１の大きさよりも小さいことが好ましく、フィルタ３３のフィルタ上面３３Ａよりも大きいことが好ましい。
ガス受け板３２の大きさが大きすぎると、筐体側部３０Ｂとの間の隙間が小さくなり、隙間に堆積物が生じ、目詰まりが起きる場合がある。また、ガス受け板３２筐体側部３０Ｂとの間の隙間が小さすぎると、ガス受け板３２より下流側へ流れる未反応ガスＧの量が制限され、フィルタ装置３に負荷がかかる場合がある。
ガス受け板３２の大きさが小さすぎると、未反応ガスＧの方向の制御や未反応ガスＧによる堆積物の捕集を十分に果たすことができない。
ガス受け板３２は、フィルタ板３１と接していてもよく、離して配置しても良い。ガス受け板３２とフィルタ板３１とを離して配置する場合、ガス受け板３２とフィルタ板３１との間隔は、５０ｍｍ以下とすることができ、３０ｍｍ以下とすることが好ましい。ガス受け板３２とフィルタ板３１との間隔の上限を上述の構成とすることで、ガス受け板３２により効率よく未反応ガスＧを拡散する。また、未反応ガスＧの流れを乱すことで、未反応ガスＧがフィルタ３３に衝突するまでに副生成物を発生させ、フィルタ３３の目詰まりを抑制することができる。ガス受け板３２の向きは、フィルタ板３１とほぼ平行とすることができる。ここでいう、ほぼ平行とは、±１０°程度の誤差は許容される範囲をいう。ガス受け板３２をフィルタ板３１から離して配置することで、未反応ガスＧの流れを乱し、堆積物の捕集をできる。また、フィルタ板３１で捕集した堆積物がゲル状である場合、落下してもガス受け板３２により捕集すること、または、ガス受け板３２により径方向の成分を制御して筐体下部３０Ｃ落とすことができる。
（フィルタ）
フィルタ３３は、ガス受け板３２よりも下流側に配置される。フィルタ３３は、フィルタ上部３３Ａと、フィルタ面３３Ｂと、を有し、フィルタ面３３Ｂをガス受け板３２および筐体下部３０Ｃに対してほぼ垂直にして筒状に形成される。ここでいう、ほぼ垂直とは、ガス受け板からゲル状の副生成物が垂れ落ちた際に直接、フィルタにあたらないように配置することを意図しており、例えば、±２０°程度であればよく、好ましくは±１０°程度の範囲であり、より好ましくは垂直である。
フィルタ３３は、ガス受け板３２よりも下流側に配置される。フィルタ３３は、フィルタ上部３３Ａと、フィルタ面３３Ｂと、を有し、フィルタ面３３Ｂをガス受け板３２および筐体下部３０Ｃに対してほぼ垂直にして筒状に形成される。ここでいう、ほぼ垂直とは、ガス受け板からゲル状の副生成物が垂れ落ちた際に直接、フィルタにあたらないように配置することを意図しており、例えば、±２０°程度であればよく、好ましくは±１０°程度の範囲であり、より好ましくは垂直である。
フィルタ３３は、全面に複数の穴を有する。フィルタ面３３Ｂの穴の径は、フィルタ板３１が有する穴の径よりも小さな径である。フィルタ面３３Ｂの穴の径の大きさは、１μｍ～１００μｍであることが好ましく、５μｍ～５０μｍであることがより好ましい。当該構成により、フィルタ板３１で捕集することができなかった堆積物を捕集することができる。フィルタの材料は、フィルタ板３１が有する孔３１Ａよりも小さい孔を有するものであれば、公知の材料を使用することができる。
フィルタ３３は、筒状の形状である。ここでいう、筒状とは、円柱状の形状に限定されず、フィルタ上部３３Ａと、フィルタ上部３３Ａにほぼ垂直なフィルタ面３３Ｂと、を備え、フィルタ面が周方向に連続する形状のことをいう。フィルタ面３３Ｂの表面積は、大きいことが好ましい。フィルタ面３３Ｂの表面積が大きいと、フィルタ３３が捕集することのできる堆積物の量が向上し、交換の頻度も抑えることができるため、スループットが向上する。フィルタ面３３Ｂは、フィルタ上部３３Ａの外周全体を囲う構成を満たしていれば、フィルタ面３３Ｂの中腹の周方向長さをフィルタ上部３０Ａと接する位置での周方向長さと比較して長くすることで、フィルタ面３３Ｂの表面積を大きくしても良い。また、フィルタ３３は、例えば、フィルタ面３３Ｂがプリーツ状の形状であってもよい当該構成により、フィルタ面３３Ｂの表面積を大きくし、捕集することのできる堆積物の量を向上することができる。
フィルタ３３は、フィルタ上部３３Ａと対向する位置に、筐体３０の筐体３０Ｃに沿って、フィルタ下部を有していても良い。フィルタ下部は、フィルタ上部３３Ａあるいは、フィルタ面３３Ｂを貫通した原料ガスＧの一部が生じる堆積物を捕集することができる。
フィルタ３３の材料は、フィルタ板３１が有する穴より小さい穴を有するものであれば、公知の材料を使用することができる。フィルタ３３は、例えば、化学繊維・天然性の布製、スチールメッシュ、プラスチックメッシュ等を用いることができる。すなわち、ポリエステル繊維製フェルト、ポリエチレン繊維、ポロプロピレン繊維、アラミド繊維、グラスファイバー等の材料を用いることができる。フィルタ３３は、ＳｉＣエピタキシャルウェハの成長中に高温となるため、耐熱性の高いグラスファイバーやアラミド繊維等を使用することが好ましい。また、フィルタ３３は、耐熱性の劣るポリエステル製、ポリエチレン製、ポリプロピレン製であっても、コストの抑制ができるため好ましい。耐熱性の低いポリエステル製、ポリエチレン製、ポリプロピレン製であっても排気製配管であっても、ガスの温度を低く設定することで、効果的に本発明を適用することができる。
穴の大きさとしては、１μｍ～１００μｍであることが好ましく、５μｍ～４０μｍであることがより好ましい。
穴の大きさとしては、１μｍ～１００μｍであることが好ましく、５μｍ～４０μｍであることがより好ましい。
フィルタ上部３０Ａの下には、フィルタ上部３０Ａの外周と同様の形状をした金属環または金属板を有し、筒状形状の骨格としても良い。
フィルタ３３の材料は、穴の径の大きさが上述の範囲のものであれば、フィルタとして用いられる公知の布材料を用いることができる。フィルタ３３が堆積物により目詰まりした場合でも、フィルタ３３の交換をすることが可能である。
（固定器具）
固定器具３４は、筐体３０内に配置され、フィルタ板３１と、ガス受け板３２と、フィルタ３３と、を固定及び支持する部材である。固定器具３４には、公知の固定器具を用いることができる。例えば、支柱と、ナットとを有する。支柱には、長ねじ等を用いることができる。長ねじにナットを締めることで、フィルタ板３１や、ガス受け板３２や、フィルタ３３を安定して固定及び支持することができる。支柱に用いる長ねじは、全ねじであっても半ねじであってもよい。
固定器具の材料は、公知の金属を使用することができる。固定器具の底には、固定器具を安定して配置するための基台を有することが好ましい。基台は、下流側配管２２等他の部材に影響を及ぼさない部材を用いることができる。例えば、下流側配管２２よりも内径の大きく、フィルタ３３のフィルタ面３３Ｂよりも外径の小さな円環状の基台等を用いることができる。固定器具３４は、ナット等を用いて筐体下部３０Ｃに固定されても良い。
フィルタ板３１と、ガス受け板３２と、フィルタ３３とは、図２に示す固定器具３４を用いずに公知の方法で筐体３０に固定されても良い。
固定器具３４は、筐体３０内に配置され、フィルタ板３１と、ガス受け板３２と、フィルタ３３と、を固定及び支持する部材である。固定器具３４には、公知の固定器具を用いることができる。例えば、支柱と、ナットとを有する。支柱には、長ねじ等を用いることができる。長ねじにナットを締めることで、フィルタ板３１や、ガス受け板３２や、フィルタ３３を安定して固定及び支持することができる。支柱に用いる長ねじは、全ねじであっても半ねじであってもよい。
固定器具の材料は、公知の金属を使用することができる。固定器具の底には、固定器具を安定して配置するための基台を有することが好ましい。基台は、下流側配管２２等他の部材に影響を及ぼさない部材を用いることができる。例えば、下流側配管２２よりも内径の大きく、フィルタ３３のフィルタ面３３Ｂよりも外径の小さな円環状の基台等を用いることができる。固定器具３４は、ナット等を用いて筐体下部３０Ｃに固定されても良い。
フィルタ板３１と、ガス受け板３２と、フィルタ３３とは、図２に示す固定器具３４を用いずに公知の方法で筐体３０に固定されても良い。
（筐体）
筐体３０は、フィルタ板３１と、ガス受け板３２と、フィルタ３３と、固定器具３４と、を収容する。
筐体３０の形状は、例えば、円柱形状である。フィルタ板３１や、ガス受け板３２や、フィルタ３３にあわせた形状であることが好ましい。筐体３０は、筐体上部３０Ａと、筐体側部３０Ｂと、筐体下部３０Ｃとを有する。
筐体３０は、フィルタ板３１と、ガス受け板３２と、フィルタ３３と、固定器具３４と、を収容する。
筐体３０の形状は、例えば、円柱形状である。フィルタ板３１や、ガス受け板３２や、フィルタ３３にあわせた形状であることが好ましい。筐体３０は、筐体上部３０Ａと、筐体側部３０Ｂと、筐体下部３０Ｃとを有する。
筐体３０に供給された未反応ガスＧの一部は、フィルタ板３１と、ガス受け板３２とにより堆積物となる。残りの未反応ガスＧのうち、堆積物となるものの一部筐体下部３０Ｃの溜まり部３０Ｃ１に堆積する。溜まり部３０Ｃ１は、筐体下部３０Ｃと、前記フィルタ３３のフィルタ面３３Ｂと、が接する位置よりも径方向外側の領域に位置する。ゲル状の堆積物を副生成物として発生する未反応ガスＧである場合、多くの堆積物を溜まり部３０Ｃ１およびフィルタ３３のフィルタ面３３Ｂで捕集することができる。
本実施形態に係るフィルタ装置３によれば、フィルタ板３１により未反応ガスＧの一部を堆積物として捕集し、フィルタ板３１よりも下流側に配置するフィルタ３３の目詰まりを抑制することができる。すなわち、フィルタ３３の交換を行う頻度が少なく済む。そのため、メンテナンスによるダウンタイムを抑制し、スループットを向上することができる。また、特許文献１に記載のフィルタ装置では、ゲル状の堆積物を発生するガスが流入した際には、堆積物の捕集を効率的に行うことができなかった。しかしながら、本実施形態に係るフィルタ装置３によれば、フィルタ３３を有することで、ゲル状の堆積物を効率的に捕集し、フィルタ装置３が備えられる化学気相成長装置１００の動作不良を低減することができる。また、フィルタ３３よりも上流側に配置するガス受け板３２により堆積物の一部を捕集すること、および、未反応ガスＧの流れる向きを調整することができる。すなわち、ゲル状堆積物が堆積しやすい箇所を選択することが可能である。
また、フィルタ板３１とフィルタ３３とを組み合わせた構成は、フィルタ装置３をコンパクトに収めることができ、かつ、堆積物となる未反応ガスＧのほとんどを捕集することができ、また、温度制御も不要としない。尚、本実施形態に係るフィルタ装置３は、上述の構成を満たすことで構成されるため、コンパクトな形状にすることができる。
また、フィルタ板３１とフィルタ３３とを組み合わせた構成は、フィルタ装置３をコンパクトに収めることができ、かつ、堆積物となる未反応ガスＧのほとんどを捕集することができ、また、温度制御も不要としない。尚、本実施形態に係るフィルタ装置３は、上述の構成を満たすことで構成されるため、コンパクトな形状にすることができる。
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に係るフィルタ装置３Ａの断面模式図である。第２実施形態に係るフィルタ装置３Ａは、フィルタ板３１を複数枚有するという点で第１実施形態に係るフィルタ装置３とは異なる。その他の構成は同一であり、同一の符号を付し、説明を省く。
図４では、フィルタ板３１を２枚有する構成を示したが、フィルタ板３１の枚数は、２枚に限定されない。
図４は、第２実施形態に係るフィルタ装置３Ａの断面模式図である。第２実施形態に係るフィルタ装置３Ａは、フィルタ板３１を複数枚有するという点で第１実施形態に係るフィルタ装置３とは異なる。その他の構成は同一であり、同一の符号を付し、説明を省く。
図４では、フィルタ板３１を２枚有する構成を示したが、フィルタ板３１の枚数は、２枚に限定されない。
フィルタ板３１を複数枚有すると、未反応ガスＧがフィルタ３３に辿り着く前に捕集することのできる堆積物の量を向上することができる。すなわち、フィルタ３３の目詰まりを抑制し、そのため、メンテナンスによるダウンタイムを抑制し、スループットの向上が可能となる。
フィルタ板３１を複数枚有する場合、隣り合うフィルタ板同士の間隔は、５ｍｍ～２０ｍｍとすることが好ましく、７．５ｍｍ～１５ｍｍとすることがより好ましい。
また、隣り合うフィルタ板３１の穴３１Ａは、鉛直に連ならず、周方向または径方向にずれていることが好ましい。
当該構成により、堆積物の捕集をより効率的に行うことができる。
また、隣り合うフィルタ板３１の穴３１Ａは、鉛直に連ならず、周方向または径方向にずれていることが好ましい。
当該構成により、堆積物の捕集をより効率的に行うことができる。
（第３実施形態）
図５は、第３実施形態に係るフィルタ装置３Ｂの断面模式図である。第３実施形態に係るフィルタ装置３Ｂは、筐体３０の溜まり部３０Ｃ１が凹状構造をしているという点で第１実施形態に係るフィルタ装置３とは異なる。凹状構造の深さは、特に限定されないが、深い程堆積物を多く堆積できるため、好ましい。例えば、１０ｍｍ～２００ｍｍとすることができ、１５ｍｍ～１００ｍｍとすることがより好ましく、２０ｍｍ～５０ｍｍとすることがさらに好ましい。凹状構造の幅は、フィルタ３３のフィルタ面３３Ｂ及び筐体３０の筐体下部３０Ｃ１の径方向の間隔未満とすることができる。
第３実施形態に係るフィルタ装置３は、堆積物の堆積しやすい箇所に堆積可能な量をフィルタ３３に悪影響を及ぼさずに増やすことができる。すなわち、フィルタ３３のフィルタ面３３Ｂの下部での目詰まりを抑制することができる。
図５は、第３実施形態に係るフィルタ装置３Ｂの断面模式図である。第３実施形態に係るフィルタ装置３Ｂは、筐体３０の溜まり部３０Ｃ１が凹状構造をしているという点で第１実施形態に係るフィルタ装置３とは異なる。凹状構造の深さは、特に限定されないが、深い程堆積物を多く堆積できるため、好ましい。例えば、１０ｍｍ～２００ｍｍとすることができ、１５ｍｍ～１００ｍｍとすることがより好ましく、２０ｍｍ～５０ｍｍとすることがさらに好ましい。凹状構造の幅は、フィルタ３３のフィルタ面３３Ｂ及び筐体３０の筐体下部３０Ｃ１の径方向の間隔未満とすることができる。
第３実施形態に係るフィルタ装置３は、堆積物の堆積しやすい箇所に堆積可能な量をフィルタ３３に悪影響を及ぼさずに増やすことができる。すなわち、フィルタ３３のフィルタ面３３Ｂの下部での目詰まりを抑制することができる。
＜化学気相成長装置＞
図１は、本実施形態にかかる化学気相成長装置１００の模式図である。図１に示す化学気相成長装置１００は、反応炉１と排気配管２とフィルタ３と排気ポンプ４とを有する。
図１は、本実施形態にかかる化学気相成長装置１００の模式図である。図１に示す化学気相成長装置１００は、反応炉１と排気配管２とフィルタ３と排気ポンプ４とを有する。
反応炉１は、化学気相成長装置に用いられるチャンバーである。反応炉１は、公知のものを用いることができる。
反応炉１は、ＳｉＣのエピタキシャル成長に用いる反応炉であることが好ましい。ＳｉＣのエピタキシャル成長の場合、反応炉内を１５００℃以上の高温にして成長が行われる。ＳｉＣのエピタキシャル成長には、原料ガス、ドーパントガス、エッチングガス、キャリアガス等の複数のガスが用いられる。
ここで、ＳｉＣエピタキシャルウェハの結晶成長に用いられる複数のガスを、「Ｓｉ系ガス」、「Ｃ系ガス」、「Ｃｌ系ガス」、「ドーパントガス」「その他のガス」の５つに区分する。
「Ｓｉ系ガス」は、ガスを構成する分子の構成元素としてＳｉが含まれるガスである。例えばシラン（ＳｉＨ４）、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）等が該当する。Ｓｉ系ガスは、原料ガスの一つとして用いられる。
このうち、トリクロロシラン、テトラクロロシランは、特に粘性の高いゲル状の堆積物を生じる。
このうち、トリクロロシラン、テトラクロロシランは、特に粘性の高いゲル状の堆積物を生じる。
「Ｃ系ガス」は、ガスを構成する分子の構成元素としてＣが含まれるガスである。例えば、プロパン（Ｃ３Ｈ８）エチレン（Ｃ２Ｈ４）等が該当する。Ｃ系ガスは、原料ガスの一つとして用いられる。
「Ｃｌ系ガス」は、Ｃｌ置換シラン類、塩酸（ＨＣｌ）、塩素（Ｃｌ２）等のＣｌを含むガスである。Ｃｌ置換シラン類ガスとは、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ４）が該当する。すなわち、Ｃｌ置換シラン類は、上記のＳｉ系ガスでもある。これらのガスのように、「Ｃｌ系ガス」であり、「Ｓｉ系ガス」であるという場合もある。Ｃｌ系ガスは、原料ガス又はエッチングガスとして用いられる。上記のＣｌ系ガスのうち、トリクロロシラン、テトラクロロシランは、気相成長法を行う際にゲル状の副生成物を生じる。また、トリクロロシラン、テトラクロロシラン以外のＣｌ置換シラン類は、塩酸、塩素等のＣｌを含むガスと同時に流すことで、炉体１内でＣｌ置換反応が起こり、ゲル状副生成物を生成する場合がある。シラン（ＳｉＨ４）と塩酸、塩素等のＣｌを含むガスを同時に流すことでも同様にしてゲル状副生成物を生じる場合がある。
「ドーパントガス」は、ドナー又はアクセプター（キャリア）となる元素を含むガスである。ｎ型を成長するための窒素、ｐ型成長させるためのトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）やトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）などがドーパントガスとして用いられる。
「その他のガス」は、上記の４つの区分のガスに該当しないガスである。例えば、Ａｒ、Ｈｅ、Ｈ２等が該当する。これらのガスは、ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造のサポートをするガスである。例えばこれらのガスは、原料ガスがＳｉＣウェハまで効率的に供給するためにガスの流れをサポートする。
これらの複数のガスは、反応炉１を通過後、排気配管２内を混在して流れる。これらの複数のガスの一部は、互いに反応して副生成物を生み出す場合がある。この副生成物は堆積物となる。排気配管２を流れる未反応ガスＧにＣｌ系ガスが含まれると、堆積物の粘度が高まる。
つまり反応炉１内に行われる反応が、Ｃｌ系ガスを用いたエピタキシャル成長の場合、排気配管の閉塞の可能性は高まる。
フィルタ装置３は、前述の実施形態にかかるフィルタ装置３を用いることができる。すなわち、フィルタ装置３により堆積物を十分に捕集することができる。また、フィルタ装置３は、フィルタ板３１と、ガス受け板３２と、フィルタ３３と、筐体３０と、を有することで、目詰まりを抑制するため、メンテナンスによるダウンタイムを抑制し、化学気相成長装置のスループットが高まる。
本実施形態にかかる化学気相成長装置１００を用いると、Ｃｌ系ガスを用いた場合においても排気配管２内で堆積物が堆積することを抑制できる。特に、下流側配管２２での堆積物の堆積を抑制することができる。
本実施形態にかかる化学気相成長装置１００を用いると、Ｃｌ系ガスを用いた場合においても排気配管２内で堆積物が堆積することを抑制できる。特に、下流側配管２２での堆積物の堆積を抑制することができる。
ポンプ４は、公知のものを用いることができる。
本実施形態にかかる化学気相成長装置は、Ｃｌ系ガスを含むＳｉＣのエピタキシャル成長に利用すると高い効果を発揮する。ＳｉＣのエピタキシャル成長で用いられる上記の様な複数のガスが反応して排気配管中に堆積する副生成物はゲル状の堆積物となる。ゲル状の堆積物は、閉塞やフィルタ装置の目詰まり、および動作不良を起こしやすいが、本実施形態に係る化学気相成長装置１００は、ゲル状の堆積物も効率的に捕集することが可能なためであり、動作不良の低減をすることができる。
＜ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法＞
本実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法は、上記実施形態に係る化学気相成長装置を用いて、公知の方法でＳｉＣエピタキシャルウェハを製造することができる。本実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法は、炉体内に供給するガスに原料ガスとしてジクロロシラン、トリクロロシラン、あるいは、テトラクロロシラン等のＣｌ系ガス等のゲル状の副生成物を形成するガスを用いる。原料ガス以外に反応路１に供給するガスとしてゲル状の副生成物を生成するガスを用いても良い。本実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法は、Ｃｌ系ガス等ゲル状の副生成物を生成するガスを用いることによる排気配管の閉塞や、フィルタの目詰まり、ポンプの動作不良等を抑制し、ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造に係るメンテナンスによるダウンタイムを抑制し、スループットを向上することができる。
本実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法は、上記実施形態に係る化学気相成長装置を用いて、公知の方法でＳｉＣエピタキシャルウェハを製造することができる。本実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法は、炉体内に供給するガスに原料ガスとしてジクロロシラン、トリクロロシラン、あるいは、テトラクロロシラン等のＣｌ系ガス等のゲル状の副生成物を形成するガスを用いる。原料ガス以外に反応路１に供給するガスとしてゲル状の副生成物を生成するガスを用いても良い。本実施形態に係るＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法は、Ｃｌ系ガス等ゲル状の副生成物を生成するガスを用いることによる排気配管の閉塞や、フィルタの目詰まり、ポンプの動作不良等を抑制し、ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造に係るメンテナンスによるダウンタイムを抑制し、スループットを向上することができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１ 反応路
２ 排気配管
３、３Ａ、３Ｂフィルタ装置
４ ポンプ
Ｇ 未反応ガス
２１ 上流側配管
２２ 下流側配管
３０ 筐体
３０Ａ 筐体上部
３０Ｂ 筐体側部
３０Ｃ 筐体下部
３０Ｃ１溜まり部
３１ フィルタ板
３１Ａ 穴
３２ ガス受け板
３３ フィルタ
３３Ａ フィルタ上部
３３Ｂ フィルタ面
１００ 化学気相成長装置
２ 排気配管
３、３Ａ、３Ｂフィルタ装置
４ ポンプ
Ｇ 未反応ガス
２１ 上流側配管
２２ 下流側配管
３０ 筐体
３０Ａ 筐体上部
３０Ｂ 筐体側部
３０Ｃ 筐体下部
３０Ｃ１溜まり部
３１ フィルタ板
３１Ａ 穴
３２ ガス受け板
３３ フィルタ
３３Ａ フィルタ上部
３３Ｂ フィルタ面
１００ 化学気相成長装置
Claims (8)
- 内部でＳｉＣ薄膜の気相成長を行うことが可能な反応炉と、前記反応炉からのガスの排気を行うポンプと、前記ポンプと前記反応炉との間に配置する排気配管と、を備えたＳｉＣ薄膜用化学気相成長装置に用いられるフィルタ装置であって、
排気されるガスの流れ方向において、前記排気配管の、上流側に配置する部分である上流側配管と下流側に配置する部分である下流側配管とにそれぞれ連結されており、
前記上流側配管からのガスの流れ方向に対して、フィルタ面がほぼ直交するように配置するフィルタ板と、
前記フィルタ板よりも下流側に配置し、前記フィルタ板とほぼ平行に配向する、ガス受け板と、
前記ガス受け板よりも下流側に配置し、前記ガス受け板に対してフィルタ面をほぼ垂直にして形成され、前記フィルタ板の穴よりも径が小さい穴を有するフィルタと、
前記フィルタ板、前記ガス受け板及び前記フィルタを収容する筐体と、を有し、
前記ガス受け板の面直方向から平面視して、前記ガス受け板の大きさは、前記フィルタ板の大きさよりも小さく、前記フィルタよりも大きい、フィルタ装置。 - 前記フィルタ板の穴の径は、０．１～１０ｍｍΦである、請求項１に記載のフィルタ装置。
- 前記フィルタ板は、開口率が２０～５０％である、請求項１または２に記載のフィルタ装置。
- 前記フィルタ板を複数枚有する、請求項１～３のいずれかに記載のフィルタ装置。
- 前記フィルタ板同士の間隔は、５ｍｍ～２０ｍｍである、請求項１～４のいずれかに記載のフィルタ装置。
- 前記筐体は、
筐体下部と、前記フィルタと、が接する位置よりも径方向外側の領域に凹状構造の溜まり部を有する、請求項１～５のいずれかに記載のフィルタ装置。 - 請求項１～６のいずれかに記載のフィルタ装置を有する、化学気相成長装置。
- 請求項７に記載の化学気相成長装置を用いたＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法であって、Ｃｌ系ガスを用いる、ＳｉＣエピタキシャルウェハの製造方法。
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