JPH04311030A - 気相成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ＭＯＣＶＤ　（有機
金属気相成長）　装置などの気相成長装置において、薄
膜形成プロセス中に装置本体から排出される成膜済み原
料ガスが通過する装置本体下流側排気系の構造に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】化合物半導体は、シリコン半導体より性
能面で耐放射線に強く処理速度が高速でしかも耐温度的
にも優れているという観点から、近年、化合物半導体製
造装置とりわけ気相成長装置　（有機金属を用いた化学
的気相成長装置であるＭＯＣＶＤ装置など）　が注目さ
れている。その中でも化合物半導体の需要が今後増大す
る傾向にあることから、基板を１枚づつ処理する枚葉式
の研究開発用から現在では複数枚同時に成膜できるバッ
チ式気相成長装置が要求されかつ主流になりつつある。 図５によって従来の気相成長装置について説明する。

【０００３】基板９を外周面に保持する円筒状のサセプ
タ２は、たとえば石英ガラスで作られたドーム１０に支
えられ回転軸６と一体となっている。サセプタ２の内側
には石英ガラスからなる内部容器３，　外側には同じく
石英ガラスからなる外部容器１が互いに同心状に配置さ
れており、外部容器１とサセプタ２とに囲まれた空間　
（以下反応室と記す）　に原料ガス　（例えばＭＯＣＶ
Ｄ装置では、液状の有機金属を水素でバブリングして気
化したものと、ガス状の水素化物との混合気体）　が外
部容器１の頂部より導入される。サセプタ２は、前記内
部容器３の内側に同心状に配列された複数の赤外線ラン
プ４によって内部容器３を通して輻射加熱され、ここで
基板９上を層流の状態で通過する原料ガスが、６００　
〜７００　℃程度に加熱されたサセプタ２外周面上で熱
分解し基板表面への堆積が行われ、所定の膜が形成され
る。と同時に反応室内部，　フィルタ１５の装置本体側
及びフィルタ１５内部は成膜後に生じる，例えばＡｓ　
（砒素）　粉が蓄積し汚染される。基板上を通過したガ
スは未分解原料ガスとともに反応室の排気口２０から、
サセプタ２，　内部容器３，　赤外線ランプ４，　表面
が反射面に形成され内部を冷却水が通る二重円錐状の冷
却コーン５等からなる装置本体より下流側に形成された
排気系中のロータリポンプ１７によって排気され、排気
の途中フィルタ１５，　圧力制御バルブ１６などを通過
して最終的に排ガス処理装置１８へ導かれクリーンな気
体にして大気へ放出される。なお、図中の符号８は、ベ
ルト７を介して回転軸６を回転駆動する，減速機構を備
えた駆動モータである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来、複数の基板を同
時に処理する，生産目的に主眼をおいた化合物半導体の
気相成長装置における問題点は次のとおりである。基板
上には一般的にＧａＡｓが成膜されるが、同時に、原料
ガスを構成するＡｓＨ３　　（アルシン）　の熱分解に
より生じたＡｓ　（砒素）　粉が多量に反応室内部，　
フィルタの装置本体側　（以下、装置本体側を１次側，
　排ガス処理装置１８側を２次側と記す）　及びフィル
タ内部に析出する。反応室内部のＡｓ　（砒素）　粉は
反応室壁面から剥離した場合の膜面の汚染防止のために
運転毎に清掃し、その他の部分に関しては運転に支障が
ない限りあまり清掃は行われず、従って多量のＡｓ　（
砒素）　粉によりフィルタ１次側の排気系配管内部はす
ぐに汚染され、またフィルタエレメントも目詰まりを起
こす機会が多くなる。さらにフィルタエレメントの交換
回数が増えることから装置の稼働率が低下し、形成され
る半導体素子がコスト的にも高くなるという問題が生じ
ていた。

【０００５】本発明の目的は、反応室２次側に対して多
量のＡｓ　（砒素）　粉の析出による影響を極力最小限
に抑え、よりクリーンな状態を長時間保って装置のラン
ニングコストを下げ、かつ作業者のメンテナンス時間を
少なくすることのできる気相成長装置を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、被成膜基板を外周面に保持する
円筒状のサセプタと、該サセプタを覆うように該サセプ
タ外周面と一定のギャップを介して配置される容器とを
備えてなり、該サセプタを加熱するとともに該サセプタ
と容器との間に原料ガスを導入しつつ被成膜基板に所定
の膜を形成する装置本体と；装置本体の外部へ排出され
る成膜後の原料ガスを通過させ該ガス中の析出物を捕獲
するフィルタを有する排気系と；を備えた気相成長装置
を、装置本体とフィルタとの間の排気管路に、両端面に
それぞれ流入口および流出口を備えた円筒内の内壁面側
に該円筒内部空間の全横断面積より通過面積の小さいガ
ス流路を形成する中間プレートが、該ガス流路位置が周
方向に順にずれるように複数枚、軸方向に間隔をおいて
円筒内壁面に固設されてなる析出物捕獲装置が直列に挿
入されている装置とするものとする。

【０００７】この場合、析出物捕獲装置の円筒内壁面側
にガス流路を形成する中間プレートには、そのガス流路
に沿う辺縁に該辺縁の全長にわたり突堤を形成すれば好
適である。

【０００８】また、析出物捕獲装置の円筒内壁面側にガ
ス流路を形成する中間プレートは、該プレートの実質部
の面内に円筒の中心が位置するように形成するのがよい
。

【０００９】また、複数の中間プレートにより形成され
る各ガス流路位置相互間の周方向のずれは９０°以下と
なるように各中間プレートを円筒内壁面に固設するのが
よい。

【００１０】さらに、析出物捕獲装置の円筒内壁面側に
ガス流路を形成する中間プレートは、ガス流路が、円筒
内壁面が形成する円弧と該円弧の弦とによる半月状とな
るように形成すれば好適である。

【００１１】

【作用】このように、析出物捕獲装置を、複数の中間プ
レートを用いて円筒の内壁面側に該円筒内部空間の全横
断面積より通過面積の小さいガス流路を、各ガス流路の
位置が周方向にずれるように形成した装置としてフィル
タ１次側の管路中に直列に挿入することにより、反応室
から排出されたガスは、析出物捕獲装置内をらせん状に
通過する。これにより、排出ガス中に含まれた析出物は
、捕獲装置内で周方向の速度成分と軸方向の速度成分と
を有し、周方向速度成分による遠心力によりガス流中の
析出物の多くが円筒内壁面側へ集まり、円筒内壁面と中
間プレートとで形成される隅に停滞する。一方、ガス流
中に残った析出物は、軸方向速度成分により次の中間プ
レートの棚に当たって一旦速度が消滅し、このとき棚面
に衝突した析出物は棚面上で後続ガス流から周方向駆動
力を受けるが、この駆動力は析出物がガス流中にあると
きよりも小さいから棚面上に滞溜しやすくなる。

【００１２】従って、中間プレートのガス流路に沿う辺
縁の全長にわたり突堤を形成することにより、棚面上に
一旦滞溜した析出物はガス流路内へ再び運ばれることな
く、棚面上に停滞し、効果的に捕獲装置内に捕獲される
。

【００１３】また、中間プレートを、プレートの実質部
の面内に円筒の中心が位置するように形成すれば、ガス
流路が軸方向に抜けないから、全ガス流がらせんを形成
し、析出物が効果的に捕獲される。

【００１４】また、複数の中間プレートにより形成され
る各ガス流路位置相互間の周方向のずれを９０°以下と
すれば、ガス流重心のらせん形成が円滑に行われ、析出
物の捕獲が効果的に行われる。

【００１５】さらに、中間プレートを、ガス流路が、円
筒内壁面が形成する円弧と該円弧の弦とによる半月状と
なるように形成すれば、中間プレートは、円板の外径側
を直角に折り曲げ、折り曲げ部を適宜の高さに切り落と
すのみにて、ガス流路に沿う辺縁全長に突堤が形成され
たプレートとして形成することができ、製作が容易で、
かつ安価に形成される。

【００１６】

【実施例】図１に本発明による気相成長装置構成の一実
施例を示す。図において、図５と同一の部材には同一符
号が付されている。

【００１７】被成膜基板が配される装置本体の反応室の
排気口２０と、排気系中のフィルタ１５との間の排気管
路１３中に、本発明の析出物捕獲装置１１が直列に挿入
されている。この析出物捕獲装置１１は、図２に示すよ
うに、両端面にそれぞれ流入口２３，　流出口２４が形
成されたステンレス製円筒２１の内壁面側にガス流路２
５が形成されるように、図３に示すような形状を有する
中間プレート２２が４枚、ガス流路位置が周方向に順に
９０°づつずれるように図の（ａ），　（ｂ），　（ｃ
），（ｄ）の順で円筒内壁面に溶接により固設されてい
る。この中間プレート２２は、ステンレス製円板を円板
中心より外径側で直角に折り曲げ、折り曲げ部を適宜の
高さに切断して突堤２２Ａ　を形成したものである。

【００１８】析出物捕獲装置１１の流入口２３の部位に
溶接された，ＮＷフランジと称する，　フランジのパイ
プ側がテーパ面に形成された真空フランジ１９から排気
ガスが導入されると、ガスは円筒内でらせん状に流れ、
ガス流の周方向速度成分による遠心力により、ガス流中
の析出物が円筒内壁面側へ集まり、また、ガス流が次段
の中間プレートに当たったときに軸方向速度成分が失わ
れて中間プレートの面に停滞する。これらの析出物は中
間プレート２２に形成された突堤２２Ａ　により、再び
流路へ運ばれることなく中間プレート面上に滞溜する。

【００１９】図４に上記実施例による析出物捕獲装置の
変形例を示す。この例では、円筒２１（図２）　内に固
設される中間プレート２２の枚数を６枚とし、中間プレ
ート２２が形成するガス流路の周方向の位置ずれを６０
°としてガス流がより円滑にらせんを画くようにしたも
のである。 円筒２１の高さを低くするとともに中間プレートの枚数
を増し、ガス流路２３の位置ずれを小さくすることによ
り、小型で捕獲能力が維持された析出物捕獲装置を得る
ことができる。

【００２０】以上のような構造に形成される析出物捕獲
装置の排気管路中への取付けは、図１に示したカップリ
ング１２を用いて行われる。カップリング１２は、断面
コ字状のリングを２つ割り，　あるいは４つ割りとし、
分割点１つを残して残りの分割点をヒンジ結合としたも
のである。断面コ字の対向両面は、ＮＷフランジ１９の
テーパ面と同一傾斜のテーパ面に形成され、カップリン
グ中の解放分割点をボルト締めすることにより、短時間
に排気管路中に直列に挿入，　固定される。

【００２１】装置本体における成膜を所定回数行った後
、カップリング１２を外し、析出物捕獲装置１１を取り
出し、適当な場所で内部を洗浄，乾燥させ、再びカップ
リング１２を用いて排気管路中に挿入，　固定する。

【００２２】

【発明の効果】本発明では、気相成長装置を以上のよう
に構成したので、以下に記載する効果が得られる。

【００２３】請求項１の装置では、析出物捕獲装置内の
ガス流がらせんを形成し、らせん流の周方向速度成分と
軸方向速度成分とを利用して析出物が効果的に捕獲され
るため、フィルタの装置本体側およびフィルタ内に蓄積
する析出物の量が減り、排気系のクリーンな状態が長時
間保持され、装置本体と比べて排気系のメンテナンス回
数が大幅に少なくなり、装置の停止時間が減り、稼働率
が向上するため、製造される半導体素子のコストが低減
される。また、作業者のメンテナンス時間が少なくてす
み、作業要員のより有効な活用が可能になる。

【００２４】請求項２および３の装置では、中間プレー
トの突堤により、また、中間プレートの形状により、析
出物の捕獲能力が大きくなり、排気系のメンテナンス回
数をより少なくすることができ、請求項１の効果が補強
される。

【００２５】請求項４の装置では、析出物捕獲装置内で
円滑にらせん状ガス流が形成される。従って、狭隘な場
所に設置された排気系の場合にも、析出物捕獲装置の高
さを低くするとともに中間プレートの数を増し、位置ず
れ角を小さくすることにより、捕獲装置のコストはやや
上昇するものの、捕獲能力が維持された捕獲装置を排気
系中に設置することが可能になり、装置の稼働率を向上
させることができる。

【００２６】請求項５の装置では、析出物捕獲装置が安
価に形成され装置コストの低減に寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による気相成長装置排気系の構成を装置
本体の断面とともに示す図

【図２】本発明による気相成長装置排気系に用いられる
，　装置本体からの排出ガス中析出物を捕獲する析出物
捕獲装置構造の一実施例を示す縦断面図

【図３】図２中
の中間プレートの形状と、中間プレートが析出物捕獲装
置の円筒内壁面側に形成する各ガス流路の周方向位置ず
れが９０°の場合の位置ずれの様子とを示す図であって
、同図（ａ），　（ｂ），　（ｃ），　（ｄ）はそれぞ
れ図２のＡ−Ａ，　Ｂ−Ｂ，　Ｃ−Ｃ，　Ｄ−Ｄ線に沿
う断面図

【図４】図２に示す析出物捕獲装置の変形例を
、中間プレートの枚数と各ガス流路の周方向位置ずれ角
とで示す図

【図５】従来の気相成長装置排気系の構成を装置本体の
断面とともに示す図

【符号の説明】

１　　　　外部容器（容器） ２　　　　サセプタ ３　　　　内部容器 ９　　　　基板（被成膜基板） １１　　　　析出物捕獲装置 １３　　　　排気管路 １５　　　　フィルタ ２１　　　　円筒 ２２　　　　中間プレート ２２Ａ　　突堤 ２３　　　　流入口 ２４　　　　流出口 ２５　　　　ガス流路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被成膜基板を外周面に保持する円筒状のサ
   セプタと、該サセプタを覆うように該サセプタ外周面と
   一定のギャップを介して配置される容器とを備えてなり
   、該サセプタを加熱するとともに該サセプタと容器との
   間に原料ガスを導入しつつ被成膜基板に所定の膜を形成
   する装置本体と；装置本体の外部へ排出される成膜後の
   原料ガスを通過させ該ガス中の析出物を捕獲するフィル
   タを有する排気系と；を備えた気相成長装置において、
   装置本体とフィルタとの間の排気管路に、両端面にそれ
   ぞれ流入口および流出口を備えた円筒内の内壁面側に該
   円筒内部空間の全横断面積より通過面積の小さいガス流
   路を形成する中間プレートが、該ガス流路位置が周方向
   に順にずれるように複数枚、軸方向に間隔をおいて円筒
   内壁面に固設されてなる析出物捕獲装置が直列に挿入さ
   れていることを特徴とする気相成長装置。
2. 【請求項２】請求項第１項に記載の気相成長装置におい
   て、析出物捕獲装置の円筒内壁面側にガス流路を形成す
   る中間プレートは、ガス流路に沿う辺縁に該辺縁の全長
   にわたり突堤を形成されていることを特徴とする気相成
   長装置。
3. 【請求項３】請求項第１項または第２項に記載の気相成
   長装置において、析出物捕獲装置の円筒内壁面側にガス
   流路を形成する中間プレートは、該プレートの実質部の
   面内に円筒の中心が位置するように形成されることを特
   徴とする気相成長装置。
4. 【請求項４】請求項第１項に記載の気相成長装置におい
   て、複数の中間プレートにより形成される各ガス流路位
   置相互間の周方向のずれは９０°以下となるように各中
   間プレートが円筒内壁面に固設されることを特徴とする
   気相成長装置。
5. 【請求項５】請求項第１項，　第２項，　第３項または
   第４項に記載の気相成長装置において、析出物捕獲装置
   の円筒内壁面側にガス流路を形成する中間プレートは、
   ガス流路が、円筒内壁面が形成する円弧と該円弧の弦と
   による半月状となるように形成されていることを特徴と
   する気相成長装置。