WO2020213503A1 - ＳｉＣエピタキシャル成長装置 - Google Patents

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水島　一郎
佳明 醍醐
義和 森山
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株式会社ニューフレアテクノロジー
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Definitions

  • An embodiment of the present invention relates to a SiC epitaxial growth device.
  • the SiC epitaxial growth device is one of the epitaxial growth devices that uniformly deposits a thin film on a single crystal substrate having a large area.
  • the SiC epitaxial growth apparatus forms a SiC single crystal thin film on a substrate using a process gas containing silicon (Si), carbon (C), or the like.
  • the SiC epitaxial growth apparatus discharges by-products generated by the film formation of SiC.
  • By-products generally have a risk of explosion, and especially when chlorine is contained in the film-forming gas, fluid by-products are produced, and special consideration for safety is required for removal.
  • An embodiment of the present invention provides a SiC epitaxial growth apparatus capable of reducing the frequency of valve replacement and cleaning because by-products associated with the epitaxial growth of SiC are unlikely to remain in a valve provided in the middle of the discharge path. ..
  • the SiC epitaxial film forming apparatus has a chamber in which a raw material gas containing at least silicon and carbon is introduced and can accommodate a substrate formed by the raw material gas, and a by-product generated by the film formation of the substrate. It is provided with a pipe for discharging a gas containing an object from the chamber and a valve for pressure control provided in the middle of the pipe.
  • the valve has an inflow port for gas to flow in from the upstream portion of the pipe communicating the chamber and the valve, and an outlet for gas flowing out to the downstream part of the pipe communicating with the upstream portion via the valve.
  • a part of the upstream part is provided at least at a position lower than the inlet, and a part of the downstream part is provided at a position lower than the outlet.
  • by-products associated with the epitaxial growth of SiC are less likely to remain in the valve provided in the middle of the discharge path, and the frequency of valve replacement can be reduced.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a SiC epitaxial growth apparatus according to a first embodiment.
  • a semiconductor wafer W is used as a substrate to be subjected to an epitaxial growth process, and a single film or a plurality of thin films are laminated on the semiconductor wafer W for vapor phase epitaxial growth.
  • the SiC epitaxial growth device 1 shown in FIG. 1 includes a chamber 10, a pipe 20, a valve 30, a trap unit 40, a pump 50, a pressure sensor 60, a control unit 70, and an abatement device 80.
  • a chamber 10 a pipe 20
  • a valve 30 a trap unit 40
  • a pump 50 a pressure sensor 60
  • a control unit 70 a control unit 70
  • an abatement device 80 an abatement device 80.
  • the semiconductor wafer W is housed in the chamber 10 in a state of being placed on the stage 11.
  • the number of wafers to be mounted may be one, or a plurality of wafers may be mounted at the same time.
  • the process gas G1 is introduced into the chamber 10.
  • the process gas G1 contains silicon, carbon, and chlorine (Cl).
  • silicon for example, monosilane (SiH 4 ), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), or trichlorsilane (SiHCl 3 ) can be used.
  • As the gas containing carbon for example, propane (C 3 H 8 ) or acetylene (C 2 H 2 ) can be used.
  • the gas containing chlorine for example, hydrogen chloride (HCl) can be used. Further, hydrogen (H 2 ) or argon (Ar) may be simultaneously flowed as one of the process gases as the carrier gas. Further, nitrogen (N 2 ) or trimethylaluminum (TMAl) may be added as the dopant gas.
  • a heating source such as a heater, a SiC single crystal thin film is formed on the semiconductor wafer W at the same time. , By-products are produced.
  • the by-product is a polymer containing at least silicon, hydrogen (H), chlorine, and carbon.
  • the exhaust gas G2 is discharged from the chamber 10 to the pipe 20, so that a by-product which is a polymer is generated in a portion where the gas can flow after the pipe 20.
  • the pipe 20 has an upstream portion 21 that communicates with the chamber 10 and the valve 30, and a downstream portion 22 that communicates with the upstream portion 21 via the valve 30.
  • one end of the upstream portion 21 is connected to the bottom surface of the chamber 10 as shown in FIG.
  • one end of the upstream portion 21 may be connected to the side surface of the chamber 10.
  • Each of the upstream portion 21 and the downstream portion 22 is curved in a U shape as shown in FIG. That is, there is a curved portion at the bottom.
  • a valve 30 is installed between the upper end of the upstream portion 21 and the upper end of the downstream portion 22.
  • the valve 30 has a valve box 31 and a valve body 32.
  • the valve box 31 is provided with an inflow port 31a and an outflow port 31b.
  • Exhaust gas G2 discharged from the chamber 10 to the upstream portion 21 of the pipe 20 flows into the inflow port 31a.
  • the inflow port 31a is opened in the horizontal direction and is connected to the upper end portion of the upstream portion 21 curved in a U shape.
  • the outflow port 31b causes the exhaust gas G2 that has flowed into the inflow port 31a to flow out to the downstream portion 22.
  • the outlet 31b is opened vertically downward and is connected to the upstream upper end portion of the downstream portion 22 curved in a U shape.
  • the valve body 32 operates in the valve box 31 based on the control of the control unit 70.
  • the operation of the valve body 32 changes the opening degree of the valve 30, in other words, the flow pressure of the exhaust gas G2 at the inflow port 31a.
  • the internal pressure of the upstream portion 21 of the pipe 20 and the chamber 10 can be controlled.
  • the trap portion 40 is installed at the lower end of the downstream portion 22 curved in a U shape. That is, the trap portion 40 is installed at a position lower than the valve 30. As a result, the by-product X discharged from the outlet 31b of the valve 30 is stored in the lower part of the trap portion 40. Further, as shown in FIG. 1, the lower part of the trap portion 40 is provided below the pipe 22, and the inner diameter d1 of the trap portion 40 is sufficiently larger than the inner diameter d2 of the pipe 22.
  • the trap portion 40 since the trap portion 40 has a sufficiently large cross-sectional area with respect to the pipe 22 on the plane perpendicular to the flow direction of the exhaust gas G2, even if the by-product X is stored in the trap portion 40, the flow of the exhaust gas G2 A road is secured in the trap portion 40. Therefore, the flow of the exhaust gas G2 in the downstream portion 22 is not obstructed.
  • the trap unit 40 needs to be replaced. Therefore, it is desirable that at least the downstream portion 22 of the trap portion 40 is replaceably attached.
  • the method of attaching the trap portion 40 to the downstream portion 22 is not particularly limited, but it is desirable that the trap portion 40 is a simple method so as to shorten the time required for the replacement work. Further, the trap portion 40 may be provided not only in the downstream portion 22 but also in the upstream portion 21.
  • the pump 50 is a vacuum pump installed downstream of the trap portion 40.
  • the pump 50 operates to reduce the pressure in the pipe 20 and the chamber 10 in a vacuum state. By this decompression operation, the exhaust gas G2 is sucked from the chamber 10 into the pipe 20.
  • the pressure sensor 60 is installed in the chamber 10. Alternatively, it may be installed in the upstream portion 21 of the pipe 20. The pressure sensor 60 detects the internal pressure of the chamber 10 and outputs it to the control unit 70.
  • the control unit 70 receives the result of monitoring the pressure inside the chamber 10 in the SiC epitaxial growth device 1 by the pressure sensor 60, and sets the pressure in the chamber 10 to a pressure suitable for gas phase epitaxial growth, for example, 200 Torr, or The opening degree of the valve 30 is controlled so that the pressure becomes appropriate for each step of the film forming process, and the introduction of the process gas G1 and the discharge of the exhaust gas G2 are controlled.
  • the abatement device 80 is provided to remove or detoxify harmful gas contained in the exhaust gas G2 so that it can be released into the atmosphere.
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a SiC epitaxial growth apparatus according to a comparative example.
  • the same components as those of the SiC epitaxial growth apparatus 1 shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • the valve 30 is connected to the downstream portion 22 of the pipe 20 at a position lower than the trap portion 40. Further, the outlet 31b of the valve 30 is opened vertically upward. Therefore, the by-product X contained in the exhaust gas G2 tends to adhere to the inside of the valve box 31 of the valve 30.
  • the outlet 31b of the valve 30 is opened vertically downward. Therefore, the by-product X adhering to the vicinity of the outlet 31b in the valve box 31 is urged to be discharged from the outlet 31b by gravity. As a result, the by-product X is less likely to adhere to the inside of the valve box 31, so that the frequency of replacement of the valve 30 can be reduced.
  • the outlet 31b is opened vertically downward, but the by-product X generated near the valve body 32 inside the valve 30 is directed downward so as to be prompted to be discharged from the outlet 31b by gravity.
  • Any structure may be used as long as it has an open structure.
  • the outlet 31b of the valve 30 may be opened diagonally downward.
  • the structure may be such that by-products do not accumulate and discharge from the valve 30 is promoted. That is, when the outlet 31b is open in the horizontal direction, the pipe connected to the outlet also faces the horizontal direction, but if the length of the horizontal portion is sufficiently short with respect to the pipe diameter, a by-product Will be promoted to be discharged without accumulating in the valve 30.
  • the amount that does not flow to the trap portion 40 and accumulates in the horizontal portion should be as small as possible in consideration of the frequency of pipe replacement and cleaning, so it is more preferably 2 times or less, and further preferably 1 time. It is as follows.
  • the trap portion 40 thicker than the pipe 20 (larger pipe cross-sectional area) is connected to the downstream portion 22 at a position lower than the valve 30. Therefore, the by-product X is more likely to accumulate in the trap portion 40 than in the valve 30. Further, the by-product X can be stored in the trap portion 40 without obstructing the flow of the exhaust gas G2 in the downstream portion 22.
  • the trap portion 40 may be arranged on the downstream side of the lowermost portion 21a of the upstream portion 21 as shown in FIG. 7A, or on the upstream side of the lowermost portion 22a of the downstream portion 22 as shown in FIG. 7B. It can also be provided. That is, the trap portion 40 may be provided between the lowermost portion 21a of the upstream portion 21 and the lowermost portion 22a of the downstream portion 22.
  • valve 30 may have the inflow port 31a opened vertically upward and the outlet 31b may be opened vertically downward.
  • valve 30 may have the inflow port 31a and the outflow port 31b open in the horizontal direction opposite to each other.
  • the length of the pipe 22 connected from the discharge port 31b of the valve is 16 times or less the inner diameter D of the pipe as described above.
  • the same examination as for the pipe connected to the discharge port was carried out for the pipe 21 connected from the inflow port 31a of the valve, the same result as in FIG. 6 was obtained.
  • the length of the horizontal portion of the pipe 21 connected to the inflow port 31a of the valve is 16 times or less the diameter of the exhaust pipe. It is preferably 2 times or less, more preferably 1 time or less.
  • the trap portion 40 may have a structure in which the by-product X is stored not in the middle of the pipe 21 but in a portion branched from the lowermost portion. With this structure, the trap portion 40 can be replaced by simply removing the pipe 21 at one place.
  • valve V in the middle of the vertical pipe 21b connecting the pipe 21 and the trap portion 40.
  • the valve V is opened and the by-product X is stored in the trap portion 40.
  • the error! Link is incorrect.
  • the valve V is closed at the timing when the valve V is not flown, the downstream side of the valve V is set to atmospheric pressure by a pressure adjusting mechanism (not shown), and the trap portion 40 is removed by the disconnection portion 21c. Then, the by-product X accumulated in the trap portion 40 is removed from the trap portion 40, and the inside is preferably washed with water or the like.
  • the trap portion 40 is reconnected, the pressure is reduced by a pressure adjusting mechanism (not shown), the valve V is opened to make the pressure equal to that of the pipe 21, and then the film is formed. By doing so, when the trap portion 40 is removed, it is not necessary to release the entire pipe 20 to the atmosphere, and workability can be improved.
  • the error! Link is incorrect.
  • the valve V is closed and the reaction by-product X is stored in the pipe 21. Error! The link is incorrect.
  • the valve V is opened at a timing that does not allow the flow of water, and the by-products accumulated in the pipe 21 are transferred to the trap portion 40.
  • the downstream side of the valve V is set to atmospheric pressure by a pressure adjusting mechanism (not shown), and the trap portion 40 is removed by the disconnection portion 21c.
  • the pipe 21 may be branched and valves Vi, Vo and a trap portion 40 may be provided in each line.
  • the by-product X is accumulated only in the trap portion 40 connected to the one line.
  • the pressure of one line where the by-products are no longer accumulated is reduced by a pressure adjustment mechanism (not shown), and then Vi and Vo on both sides of the line are opened, and then Vi and Vo on both sides of the line where the by-products are accumulated can be closed, the pressure can be adjusted to atmospheric pressure by a pressure adjusting mechanism (not shown), and the trap portion 40 can be removed by the disconnection portion 21c.
  • a pressure adjusting mechanism not shown
  • the trap portion 40 can be removed by the disconnection portion 21c.
  • FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of the SiC epitaxial growth apparatus according to the second embodiment.
  • the same components as those of the SiC epitaxial growth apparatus 1 shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • the outlet 31b of the valve 30 opens horizontally and is connected to the downstream portion 22 of the pipe 20, while the inlet 31a opens vertically downward and the upstream portion 21. It is connected to the. Therefore, the by-product X adhering to the vicinity of the inflow port 31a in the valve box 31 when the exhaust gas G2 is discharged is urged to be discharged from the inflow port 31a to the upstream portion 21 by gravity. Therefore, the by-product X is less likely to adhere to the inside of the valve box 31, and the frequency of replacement of the valve 30 can be reduced.
  • the inflow port 31a may be opened diagonally downward and connected to the upstream portion 21.
  • a trap portion 40 is installed at a position lower than the valve 30 in the upstream portion 21.
  • the by-product X discharged from the inflow port 31a can be stored in the trap unit 40.
  • the inner diameter d1 of the trap portion 40 is larger than the inner diameter d2 of the pipe 20. Therefore, the by-product X can be stored in the trap portion 40 without obstructing the flow of the exhaust gas G2 in the upstream portion 21. When the stored amount of the by-product X increases, the trap portion 40 needs to be replaced. Therefore, it is desirable that the trap portion 40 is replaceably attached to the upstream portion 21. Further, the trap portion 40 may be provided not only in the upstream portion 21 but also in the downstream portion 22.
  • the upstream portion 21 of the valve 30 may have a horizontal portion, and in that case, the length of the horizontal portion shall be 16 times or less of the discharge pipe diameter. Is desirable. It is preferably 2 times or less, more preferably 1 time or less.

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Abstract

一実施形態に係るＳｉＣエピタキシャル成長装置は、少なくともシリコンおよび炭素を含むプロセスガスが導入され、プロセスガスにより成膜される基板を収容可能なチャンバと、基板の成膜に伴って生成された副生成物を含んだガスをチャンバから排出する配管と、配管の途中に設けられた圧力制御用のバルブと、を備える。バルブは、チャンバとバルブとを連通する配管の上流部分からガスが流入する流入口と、バルブを介して上流部分と連通する配管の下流部分へガスを流出する流出口と、を有する。少なくとも流入口より低い位置に上流部分の一部が、または流出口より低い位置に下流部分の一部が設けられる。

Description

ＳｉＣエピタキシャル成長装置
　本発明の実施形態は、ＳｉＣエピタキシャル成長装置に関する。
　薄膜を均一に広い面積の単結晶基板上に成膜するエピタキシャル成長装置の一つに、ＳｉＣエピタキシャル成長装置がある。ＳｉＣエピタキシャル成長装置は、シリコン（Ｓｉ）や炭素（Ｃ）等を含むプロセスガスを用いてＳｉＣ単結晶薄膜を基板上に成膜する。
特開２０１０－２２２１４８号公報
　ＳｉＣエピタキシャル成長装置は、ＳｉＣの成膜に伴って生成された副生成物を排出する。副生成物は俗に爆発の危険性を有し、特に成膜ガス中に塩素を含む場合は、流動性を有する副生成物が生成され、除去には特に安全への配慮が必要である。
　このような副生成物は、排気経路において圧力制御用のバルブ付近、すなわち圧力が変動する位置で液化することがわかった。そして液化した副生成物の粘度は比較的高いためバルブに残留しやすい。そのため、高頻度なバルブの交換、クリーニングが求められる。
　本発明の実施形態は、ＳｉＣのエピタキシャル成長に伴う副生成物が、排出経路の途中に設けられたバルブに残留しにくく、バルブの交換、クリーニング頻度を低減することが可能なＳｉＣエピタキシャル成長装置を提供する。
　一実施形態に係るＳｉＣエピタキシャル成膜装置は、少なくともシリコンおよび炭素を含む原料ガスが導入され、原料ガスにより成膜される基板を収容可能なチャンバと、基板の成膜に伴って生成された副生成物を含んだガスをチャンバから排出する配管と、配管の途中に設けられた圧力制御用のバルブと、を備える。バルブは、チャンバとバルブとを連通する配管の上流部分からガスが流入する流入口と、バルブを介して上流部分と連通する配管の下流部分へガスを流出する流出口と、を有する。少なくとも流入口より低い位置に上流部分の一部が、または流出口より低い位置に下流部分の一部が設けられる。
　一実施形態によれば、ＳｉＣのエピタキシャル成長に伴う副生成物が、排出経路の途中に設けられたバルブに残留しにくく、バルブの交換頻度を低減することが可能となる。
第１実施形態に係るＳｉＣエピタキシャル成長装置の概略的な構成を示す図である。 比較例に係るＳｉＣエピタキシャル成長装置の概略的な構成を示す図である。 バルブの流出口を斜め下向きに配置した変形例を示す概略図である。 配管径と、残留する副生成物の量との関係を示すグラフである。 図４に示す実験結果に用いた配管構造である。 図４に示す実験結果に基づいて副生成物量比が０．０５となる配管長さを示すグラフである。 トラップ部を上流部分の最下部よりも下流側に配置した変形例を示す概略図である。 トラップ部を下流部分の最下部よりも上流側に配置した概略図である。 流入口および流出口が鉛直方向に開口したバルブの変形例を示す概略図である。 流入口および流出口が水平方向に開口したバルブの変形例を示す概略図である。 トラップが配管から枝分かれした変形例を示す概略図である。 トラップが配管から枝分かれした別の変形例を示す概略図である。 トラップが配管から枝分かれしたさらに別の変形例を示す概略図である。 第２実施形態に係るＳｉＣエピタキシャル成長装置の概略的な構成を示す図である。
　以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。
　（第１実施形態）
　図１は、第１実施形態に係るＳｉＣエピタキシャル成長装置の概略的な構成を示す図である。本実施形態では、エピタキシャル成長処理を行う基板として半導体ウェハＷを用い、この半導体ウェハＷ上に単一の膜を、あるいは複数の薄膜を積層して、気相エピタキシャル成長する例を説明する。
　図１に示すＳｉＣエピタキシャル成長装置１は、チャンバ１０と、配管２０と、バルブ３０と、トラップ部４０と、ポンプ５０と、圧力センサ６０と、制御部７０と、除害装置８０と、を備える。以下、ＳｉＣエピタキシャル成長装置１の各構成要素について説明する。
　チャンバ１０内には、半導体ウェハＷがステージ１１上に載置された状態で収容される。載置されるウェハは１枚であっても、あるいは同時に複数枚のウェハを載置してもよい。また、チャンバ１０内には、プロセスガスＧ１が導入される。本実施形態では、プロセスガスＧ１は、シリコンと、炭素と、塩素（Ｃｌ）とを含んでいる。シリコンを含むガスとして、例えばモノシラン（ＳｉＨ４）あるいはジクロルシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）あるいはトリクロルシラン（ＳｉＨＣｌ３）を用いることができる。炭素を含むガスとして、例えばプロパン（Ｃ３Ｈ８）あるいはアセチレン（Ｃ２Ｈ２）を用いることができる。塩素を含むガスとして、例えば塩化水素（ＨＣｌ）を用いることができる。また、キャリアガスとして水素（Ｈ２）あるいはアルゴン（Ａｒ）をプロセスガスの一つとして同時に流してもよい。またドーパントガスとして窒素（Ｎ２）あるいはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を添加してもよい。このプロセスガスＧ１がチャンバ１０内に導入され、ウェハをヒーター等の加熱源（図示せず）によって、例えば１６５０℃に加熱されると、ＳｉＣ単結晶薄膜が半導体ウェハＷに成膜されると同時に、副生成物が生成される。
　本実施形態では、副生成物は、少なくともシリコンと、水素（Ｈ）と、塩素と、炭素とを含んだ重合体である。排ガスＧ２は、チャンバ１０から配管２０へ排出されることにより、重合体である副生成物が、配管２０以降のガスが流れることが可能な部分に生成される。
　配管２０は、チャンバ１０とバルブ３０とを連通する上流部分２１と、バルブ３０を介して上流部分２１と連通する下流部分２２と、を有する。本実施形態では、上流部分２１の一端は、図１に示すように、チャンバ１０の底面に接続されている。あるいは上流部分２１の一端は、チャンバ１０の側面に接続されてもよい。
　上流部分２１および下流部分２２の各々は、図１に示すように、Ｕ字状に湾曲している。すなわち、下部において湾曲している箇所がある。上流部分２１の上端部と下流部分２２の上端部との間には、バルブ３０が設置されている。
　バルブ３０は、弁箱３１および弁体３２を有する。弁箱３１には、流入口３１ａおよび流出口３１ｂが設けられている。流入口３１ａには、チャンバ１０から配管２０の上流部分２１へ排出された排ガスＧ２が流入する。本実施形態では、流入口３１ａは、水平方向に開口し、Ｕ字状に湾曲した上流部分２１の上端部に接続されている。
　流出口３１ｂは、流入口３１ａに流入した排ガスＧ２を、下流部分２２へ流出する。本実施形態では、流出口３１ｂは、鉛直下向きに開口し、Ｕ字状に湾曲した下流部分２２の上流側上端部に接続されている。
　弁体３２は、制御部７０の制御に基づいて、弁箱３１内で動作する。弁体３２の動作によって、バルブ３０の開度、換言すると流入口３１ａにおける排ガスＧ２の流圧が変化する。弁体３２の動作を制御することによって、配管２０の上流部分２１およびチャンバ１０の内部圧力を制御することができる。
　トラップ部４０は、Ｕ字状に湾曲した下流部分２２の下端部に設置されている。すなわち、トラップ部４０は、バルブ３０よりも低い位置に設置されている。これにより、バルブ３０の流出口３１ｂから排出された副生成物Ｘは、トラップ部４０の下部に貯留される。また、図１に示すように、配管２２より下方にトラップ部４０の下部が設けられており、トラップ部４０の内径ｄ１は、配管２２の内径ｄ２よりも十分大きい。すなわち、排ガスＧ２の流れる方向に垂直な面において、配管２２に対してトラップ部４０が十分な大きい断面積を有するため、副生成物Ｘがトラップ部４０内に貯留されても、排ガスＧ２の流路がトラップ部４０内に確保される。よって、下流部分２２における排ガスＧ２の流れは妨げられない。
　ただし、トラップ部４０内で副生成物Ｘの貯留量が増加すると、トラップ部４０の交換が必要になる。そのため、トラップ部４０の少なくとも下流部分２２は、交換可能に取り付けられていることが望ましい。なお、トラップ部４０の下流部分２２への取り付け方法は、特に制限されないが、交換作業に要する時間が短くなるように簡易な方法であることが望ましい。また、トラップ部４０は、下流部分２２だけでなく上流部分２１にも設けられていてもよい。
　ポンプ５０は、トラップ部４０の下流に設置された真空ポンプである。ポンプ５０は、配管２０内およびチャンバ１０内を真空状態に減圧動作する。この減圧動作によって、排ガスＧ２がチャンバ１０から配管２０へ吸い込まれる。
　圧力センサ６０は、チャンバ１０内に設置される。あるいは、配管２０の上流部分２１に設置してもよい。圧力センサ６０は、チャンバ１０の内部圧力を検出して制御部７０へ出力する。
　制御部７０は、ＳｉＣエピタキシャル成長装置１内のチャンバ１０内部の圧力を圧力センサ６０によってモニターした結果を受け、チャンバ１０内の圧力を、気相エピタキシャル成長に適した圧力、例えば２００Ｔｏｒｒになるように、あるいは成膜処理の各ステップのそれぞれに適切な圧力になるように、バルブ３０の開度を制御し、プロセスガスＧ１の導入や排ガスＧ２の排出などを制御する。
　除害装置８０は、排ガスＧ２に含まれる有害なガスを除去、あるいは無害化し、大気中に放出できるようにするために設けられている。
　図２は、比較例に係るＳｉＣエピタキシャル成長装置の概略的な構成を示す図である。図２では、図１に示すＳｉＣエピタキシャル成長装置１と同様の構成要素には同じ符号を付し詳細な説明を省略する。
　図２に示すＳｉＣエピタキシャル成長装置１００では、バルブ３０がトラップ部４０よりも低い位置で配管２０の下流部分２２に接続されている。また、バルブ３０の流出口３１ｂは、鉛直上向きに開口している。そのため、排ガスＧ２に含まれる副生成物Ｘが、バルブ３０の弁箱３１内に付着しやすくなる。
　一方、本実施形態によれば、図１に示すように、バルブ３０の流出口３１ｂは鉛直下向きに開口している。そのため、弁箱３１内で流出口３１ｂ付近に付着した副生成物Ｘは、重力によって、流出口３１ｂから排出するよう促される。これにより、副生成物Ｘは、弁箱３１内に付着しにくくなるので、バルブ３０の交換頻度を低減することが可能となる。
　本実施形態では流出口３１ｂは、鉛直下向きに開口しているが、バルブ３０内部の弁体３２付近で生成された副生成物Ｘが、重力によって、流出口３１ｂから排出するよう促されるよう下向きに開口した構造であればよい。例えば、図３に示すように、バルブ３０の流出口３１ｂが斜め下向きに開口していてもよい。
　あるいは流出口３１ｂが水平方向に開口していたとしても、副生成物が溜まることなくバルブ３０からの排出を促されるような構造であればよい。すなわち、流出口３１ｂが水平方向に開口している場合、それに接続された配管も水平方向を向くこととなるが、その水平部分の長さが配管径に対して十分に短ければ、副生成物はバルブ３０に溜まることなく排出が促されることになる。
　副生成物をバルブ付近に溜めることなく排出できる水平部分の長さは、その配管径に依存するため、配管径（内径）と残留する副生成物の量との関係を調べた。配管の内径（Ｄ）を、４０ｍｍ、５０ｍｍ、１００ｍｍとして、配管の水平部分の長さ（配管長：Ｌ）を２０００ｍｍまで変化させたときに、その水平部分に溜まる副生成物量（ｖ）を実測したところ、図４のような結果となった。この検討は、図５に示した構造で行った。ここで図４の横軸は排気配管の水平方向の長さ（Ｌ）、縦軸は排気配管の水平部の容積（Ｖ＝（Ｌ＊π＊（Ｄ／２）２））に対する、水平部分に溜まる副生成物量（ｖ）の比（ｖ／Ｖ）を示している。
　図５に示すように、バルブの排出口３１ｂから接続された配管２２に水平部分がある限り、ある程度の量の副生成物はその水平部分に溜まる。配管の水平部分の容積の５％程度以下であれば、その溜まり量は無視できる。このことから図４で、各プロットの縦軸が０．０５となる配管長Ｌを求めたところ、図６の通りとなった。この３点のプロットは、概略、縦軸が横軸の１６倍の値となる直線上に乗る。すなわち配管の長さが、配管の水平部分の直径の１６倍以下であれば、配管内のたまりは無視できるといえる。但し、排気には影響しないものの、トラップ部４０に流れず水平部分に溜まる量は、配管の交換・クリーニングの頻度を鑑みるとできるだけ少ないほうがよいため、より好ましくは２倍以下、さらに好ましくは１倍以下である。
　また、本実施形態によれば、配管２０よりも太い（配管断面積の大きい）トラップ部４０が、バルブ３０よりも低い位置で下流部分２２に接続されている。そのため、副生成物Ｘは、バルブ３０よりもトラップ部４０に溜まりやすい。また、下流部分２２における排ガスＧ２の流れを妨げることなく副生成物Ｘをトラップ部４０に貯留することができる。
　なお、トラップ部４０は、図７Ａに示すように上流部分２１の最下部２１ａの下流側に配置されていてもよいし、図７Ｂに示すように下流部分２２の最下部２２ａよりも上流側に設けることもできる。すなわち、トラップ部４０は、上流部分２１の最下部２１ａと下流部分２２の最下部２２ａとの間に設けられていてもよい。
　また、バルブ３０は、図８Ａに示すように、流入口３１ａが鉛直方向上向きに開口するとともに、流出口３１ｂが鉛直方向下向きに開口してもよい。
　または、バルブ３０は、図８Ｂに示すように、流入口３１ａおよび流出口３１ｂが、互いに反対に水平方向で開口していてもよい。
　このときの水平方向の配管の長さについては、バルブの排出口３１ｂから接続された配管２２に関しては、前述のように配管の内径Ｄの１６倍以下であることが望ましい。一方、バルブの流入口３１ａから接続された配管２１について、排出口に接続された配管についてと同様の検討を行ったところ、図６と同様の結果が得られた。このことからバルブの流入口３１ａに接続された配管２１についても、その水平部分の長さは、排管径の１６倍以下であることが望ましい。好ましくは２倍以下、より好ましくは１倍以下である。
　さらに、トラップ部４０は、図９Ａに示すように、配管２１の途中ではなく、最下部から枝分かれした部分で副生成物Ｘを溜めるような構造であってもよい。この構造であれば、配管２１を１か所取り外すだけで、トラップ部４０の交換が可能になる。
　また、図９Ｂに示すように、配管２１とトラップ部４０をつなぐ鉛直の配管２１ｂの途中にバルブＶを設けることが好ましい。このような構成により、排ガスＧ２を流すとき（成膜中）はバルブＶを開けておき、トラップ部４０に副生成物Ｘを溜める。一方、エラー! リンクが正しくありません。を流さないタイミングでバルブＶを閉じて、バルブＶの下流側を圧力調整機構（図示せず）により大気圧力にして、切り離し部２１ｃでトラップ部４０を取り外す。そして、トラップ部４０内に溜まった副生成物Ｘをトラップ部４０から取り除き、望ましくは内部を水洗等により洗浄する。その後、トラップ部４０を再び接続し、圧力調整機構（図示せず）により減圧にした後、バルブＶを開けて配管２１と同圧にしてから成膜を行う。このようにすることで、トラップ部４０を取り外す際、配管２０全体を大気解放する必要がなく、作業性を向上させることができる。
　また、エラー! リンクが正しくありません。を流すとき（成膜中）にはバルブＶを閉じ、配管２１に反応副生成物Ｘを溜める。エラー! リンクが正しくありません。を流さないタイミングでバルブＶを開け、配管２１に溜まった副生成物をトラップ部４０に移す。続いて、バルブＶを閉じた後、バルブＶの下流側を圧力調整機構（図示せず）により大気圧力にして切り離し部２１ｃでトラップ部４０を取り外す。このようにすることで、トラップ部４０を圧力制御バルブ３１の上流に設ける場合、チャンバ１０と圧力制御バルブ３１との間の配管容積を小さくすることができるので、制御部７０を用いた圧力制御をより容易に行うことができる。
　さらに、図９Ｃに示すように、配管２１を分岐させ、それぞれのラインにバルブＶｉ、Ｖｏ及びトラップ部４０を設けてもよい。例えば一方のラインのＶｉおよびＶｏを閉じ、もう一方のラインのＶｉおよびＶｏを開いた状態で成膜を行うことで、一方のラインに接続されたトラップ部４０のみに副生成物Ｘが溜まる。その副生成物が溜まった状態で、もう副生成物の溜まっていない一方のラインの圧力を圧力調整機構（図示せず）により減圧にした後、そのラインの両側のＶｉ、Ｖｏを開け、その後副生成物の溜まったラインの両側のＶｉ、Ｖｏを閉じ、圧力調整機構（図示せず）により大気圧力にして切り離し部２１ｃでトラップ部４０を取り外すことができる。このようにすることで、一方のラインのトラップ部４０に副生成物Ｘが溜まったら、ガスの流れる系統を切り替え、もう一方のラインのトラップ部４０に副生成物Ｘを溜めることができ、より作業性を向上させることができる。
　（第２実施形態）
　図１０は、第２実施形態に係るＳｉＣエピタキシャル成長装置の概略的な構成を示す図である。図１０では、図１に示すＳｉＣエピタキシャル成長装置１と同様の構成要素には同じ符号を付し詳細な説明を省略する。
　図１０に示すＳｉＣエピタキシャル成長装置２では、バルブ３０の流出口３１ｂが水平方向に開口して配管２０の下流部分２２に接続されている一方で、流入口３１ａは鉛直下向きに開口して上流部分２１に接続されている。そのため、排ガスＧ２の排出時に弁箱３１内で流入口３１ａ付近に付着した副生成物Ｘは、重力によって、流入口３１ａから上流部分２１に排出されるように促される。よって、副生成物Ｘは、弁箱３１内に付着しにくくなるので、バルブ３０の交換頻度を低減することが可能となる。このとき、図３に示されるように、流入口３１ａは斜め下向きに開口して上流部分２１に接続されていてもよい。
　また、上流部分２１におけるバルブ３０よりも低い位置には、トラップ部４０が設置されている。流入口３１ａから排出された副生成物Ｘをトラップ部４０に貯留することができる。
　さらに、本実施形態でもトラップ部４０の内径ｄ１は、配管２０の内径ｄ２よりも大きい。そのため、上流部分２１における排ガスＧ２の流れを妨げることなく副生成物Ｘをトラップ部４０に貯留することができる。なお、副生成物Ｘの貯蔵量が増加すると、トラップ部４０の交換が必要になる。そのため、トラップ部４０は上流部分２１に交換可能に取り付けられることが望ましい。また、トラップ部４０は、上流部分２１だけでなく下流部分２２にも設けられていてもよい。
　この場合も、第１実施形態と同様に、バルブ３０の上流部分２１において水平部分を有していてもよく、その場合、その水平部分の長さは、排管径の１６倍以下であることが望ましい。好ましくは２倍以下、より好ましくは１倍以下である。
　本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

Claims (10)

  1. 　少なくともシリコンおよび炭素を含むプロセスガスが導入され、前記プロセスガスによりエピタキシャル成長される基板を収容可能なチャンバと、
    　前記基板上へのエピタキシャル成長に伴って生成された副生成物を含んだガスを前記チャンバから排出する配管と、
    　前記配管の途中に設けられた圧力制御用のバルブと、を備え、
    　前記バルブは、前記チャンバと前記バルブとを連通する前記配管の上流部分から前記ガスが流入する流入口と、前記バルブを介して前記上流部分と連通する前記配管の下流部分へ前記ガスを流出する流出口と、を有し、少なくとも前記流入口より低い位置に前記上流部分の一部が、または前記流出口より低い位置に前記下流部分の一部が設けられるＳｉＣエピタキシャル成長装置。
  2. 　前記プロセスガスは、塩素を含む請求項１のＳｉＣエピタキシャル成長装置。
  3. 　少なくとも前記流入口および前記流出口のいずれかが下向きの配管と連通する請求項１のＳｉＣエピタキシャル成長装置。
  4. 　少なくとも前記流入口および流出口のいずれかと連通する前記配管は、水平部分を有し、前記水平部分の長さは、前記水平部分の直径の１６倍以下である、請求項１のＳｉＣエピタキシャル成長装置。
  5. 　前記上流部分および前記下流部分の各々は、各々の両端部間に配置される最下部を有し、
    　前記バルブは、前記上流部分の前記最下部と、前記下流部分の前記最下部との間に配置される、請求項１に記載のＳｉＣエピタキシャル成長装置。
  6. 　前記上流部分または前記下流部分における前記バルブよりも低い位置で前記副生成物を貯留可能なトラップ部をさらに備える、請求項１に記載のＳｉＣエピタキシャル成長装置。
  7. 　前記トラップ部は、前記配管に設けられ、排ガスの流れる方向に垂直な面において、前記配管に対して大きい断面積を有する請求項６に記載のＳｉＣエピタキシャル成長装置。
  8. 　前記トラップ部は、前記上流部分または前記下流部分より取り外し可能である、請求項６に記載のＳｉＣエピタキシャル成長装置。
  9. 　少なくとも前記トラップ部の前記上流部分および前記下流部分のいずれかに、少なくとも前記トラップ部より高い位置に配置される前記配管を有する、請求項６のＳｉＣエピタキシャル成長装置。
  10. 　前記トラップ部は、少なくとも前記上流部分の最下部、および前記下流部分の最下部のいずれかに配置されている、請求項６に記載のＳｉＣエピタキシャル成長装置。
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