ガス処理装置
【課題】パージガスの量を従来と比較して減らすことが可能となり、原料ガスの流れへの影響を減らしたり、絞り穴を大きくして観察部の視野を広くしたりすることができるガス処理装置を提供する。
【解決手段】被処理体３を処理用ガスで処理するガス処理装置１であって、ガス処理室２と、処理中の前記被処理体３を観察可能な観察窓が形成されたパージガス室３０と、前記観察窓からの観察方向上で、前記観察窓と前記被処理体３の載置位置との間に絞り穴が形成された絞り部材と、前記パージガス室３０内にパージガスを導入するパージガス導入口と、を備え、前記パージガスの導入方向が、前記観察方向からみて前記絞り穴の重心線からずれるように前記パージガス導入口が配置される。
【解決手段】被処理体３を処理用ガスで処理するガス処理装置１であって、ガス処理室２と、処理中の前記被処理体３を観察可能な観察窓が形成されたパージガス室３０と、前記観察窓からの観察方向上で、前記観察窓と前記被処理体３の載置位置との間に絞り穴が形成された絞り部材と、前記パージガス室３０内にパージガスを導入するパージガス導入口と、を備え、前記パージガスの導入方向が、前記観察方向からみて前記絞り穴の重心線からずれるように前記パージガス導入口が配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハなどの被処理体上にガスを利用して結晶成長させるガス処理装置に関し、特に、ガス処理室の内部における被処理体を結晶成長中に観察・計測可能なガス処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザー素子、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）素子等の化合物半導体の製造にはＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学気相蒸着法）装置などの基板処理装置が広く用いられる（例えば、特許文献３及び４等を参照）。図６は、ＭＯＣＶＤ装置１ａの一つの構成例を示す側面断面図である。
【０００３】
図６に示すように、このＭＯＣＶＤ装置１００は、成膜室（ガス処理室）７０の内部において、基板７２が回転台７３の上面に設けられた複数の載置プレート７４（本図では２個のみ図示）に載せられた構成を備える。
【０００４】
基板７２の材料は、例えばＳｉ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、又はサファイアガラス等が例示され、生産する素子の種類により適切なものが使用される。
【０００５】
回転台７３は、回転軸７５の上端に支持されており、回転軸７５はモーター７６によって回転する。また、回転台７３の上面に載らせた複数の載置プレート７４は、それぞれ自転するように構成されている。基板７２は、載置プレート７４上に載せられて、回転台７３の回転と載置プレート７４の自転とで、自転および公転をする。基板７２を自転および公転させる仕組みは、基板７２上に形成される結晶成長層の均一性を向上させるために設けられたもので、結晶成長中に基板７２を自転させることにより、成長する膜の均一性を高めることができる。
【０００６】
更に、回転台７３の下方にはヒーター７８が配置されており、ヒーター７８によって基板３を加熱する。回転台７３の上方には成膜室７０内部の空間を隔てる略平行な隔壁７９が設けられている。
【０００７】
成膜室７０の側面にはガス供給配管７７が接続されており、このガス供給配管７７の先端は、ガス吹出口７７ａとなっており、原料ガス５０ａが結晶膜の原料として基板７２表面に供給される。また、ガス供給配管７７の他端はガス供給器５０が接続されている。
【０００８】
この原料ガス５０ａは、載置プレート７４上に載せられ、且つヒーター７８によって加熱された基板７２上を通過後、下流側に設けられた排気経路７０ｄよりガス排出口７０ｂから排出される。その結果、基板３上の近傍で所望の化学反応が行われることによって基板７２上に所望の成膜処理が実行される。
【０００９】
上記ＭＯＣＶＤ装置１００では、成膜中における基板７２の温度、反り、又は膜のバンドギャップ（Band Gap）を光学的手段により観察することにより、成膜プロセスの最適化を行うために基板計測装置６０を取り付ける場合がある。こうした目的のため、ＭＯＣＶＤ装置１００には観察部８０が設けられ、観察部８０には石英等の光学的に透明な観察窓８０ａが取り付けられている。
【００１０】
この観察部８０、詳しくは観察窓８０ａがＭＯＣＶＤ装置１００の原料ガス５０ａにより曇ることを回避するため、図７に示すような観察部８１に対しては、窒素などのパージガス９０を別途流すことが行われる（例えば、特許文献５〜７等参照）。
【００１１】
また、パージガスを利用する他の態様として、特許文献１に係る気相成長装置では、処理対象となる基板とビューポート（観察部）との間に、パージガスを原料ガスと同一流れ方向、同一速度、同一圧力、かつ層流状態で流すことによって、原料ガスや反応生成物がビューポート側へ流出して発生する曇りを防止している。
【００１２】
一方、観察に要求される開口径が小さい場合は、特許文献２に係る半導体製造装置のように、パージガスの流路に開口が形成された絞り板を設けることによって、少ないパージガスで観察窓の曇りを防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−５３３６０号公報（公開日：２００８年３月６日）
【特許文献２】特開平５−１６０１１１号公報（公開日：１９９３年６月２５日）
【特許文献３】特開２００８−１５３４０９号公報（公開日：２００８年７月３日）
【特許文献４】特開２００８−１７７１８７号公報（公開日：２００８年７月３１日）
【特許文献５】特開昭５８−２０７９４１号公報（公開日：１９８３年１２月３日）
【特許文献６】特開昭６１−５３６４５号公報（公開日：１９８６年３月１７日）
【特許文献７】特開昭６１−６８１３４号公報（公開日：１９８６年４月８日）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、図７に示すＭＯＣＶＤ装置１００では、観察窓１６への原料ガス５０ａの到達をパージガスのみにより防止する構成であるため、観察窓１６全体を原料ガス５０ａによる曇りから保護するためには相当量のパージガスが必要となる。
【００１５】
また、上記特許文献１に係る技術では、各種公差や機構の揺らぎから上記条件を安定的に満足することは困難である。その結果、良好な成膜結果を維持するためにパージガス流量を減らさざるを得なくなり、結果として観察窓の曇りの防止は困難である。」
一方、上記特許文献２に係る構成によれば、パージガスの流量が一定であれば絞り板に形成される開口（絞り穴）の面積が小さいほど、観察窓の曇りの防止効果が高くなる。
【００１６】
しかしながら、例えば特許文献２に係る構成のように、絞り穴を小さくすると、以下のような課題が発生する。
【００１７】
第１課題は、パージガスが直接絞り穴から成膜室の内部に噴出することによって、パージガスが、成膜室内部の原料ガスの流れ並びに成膜結果に影響することである。さらに、パージガスが成膜室の内部に噴出する速度は絞り穴の開口面積が小さいほど、あるいはパージガスの流量が多いほど速くなる。このため、現実には、成膜結果を維持するためにパージガス流量を減らさざるをえなく、結果として観察窓が曇ってしまう課題があった。
【００１８】
第２の課題は、絞り穴の開口面積を小さくすると、観察可能領域が縮小されてしまうことである。観察可能領域が減少すると、視野が狭くなることから基板計測装置の配置が困難になる。ＭＯＣＶＤ装置は内部が高温（数百℃〜千℃以上）となるため、熱膨張等の原因で構成部品の位置関係が変動することがあり、基板計測装置の設置を常温で行うと、成膜中では観察位置が変化する。また、観察可能領域が小さいと、常温時に観察可能に基板計測装置を設置しても成膜中には装置内部の部品同士の位置関係が変化して観察できなくなる場合がある。
【００１９】
そこで、絞り穴の開口面積を大きくすると、レイノルズ数が大きくなり、成膜室から観察部側に入る原料ガスが多く、絞り穴の近傍で渦流が発生しやすくなり、観察窓の曇りが発生して、成膜室内部の観察及び基板に対する計測が影響を受けるようになる。
【００２０】
上記の問題に鑑みて、本発明の目的は、パージガス流量を減らして処理用ガス（原料ガス等）の流れへの影響を減らしたり、絞り穴を大きくして観察部の視野を広くしたりする場合でも、観察窓の曇りを抑制可能なガス処理装置（基板処理装置等）を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために、本発明に係るガス処理装置は、被処理体を処理用ガスで処理するガス処理装置であって、内置される被処理体を処理用ガスで処理するガス処理室と、上記被処理体を観察可能な観察窓が形成されたパージガス室と、上記観察窓からの観察方向上で、かつ上記観察窓とガス処理室内での被処理体の配置位置との間に位置する絞り穴が形成された絞り部材と、一端にパージガス導入口が形成され、上記パージガス室にパージガスを導入するパージガス導入部とを備え、上記パージガス導入部から上記パージガス室へのパージガスの導入方向が、上記観察方向からみて上記絞り穴の重心線からずれるように、上記パージガス導入部が配置されることを特徴とする。
【００２２】
上記構成によれば、上記パージガス導入部から上記パージガス室へのパージガスの導入方向が、上記観察方向からみて上記絞り穴の重心線からずれるように、上記パージガス導入部を配置するので、観察窓近傍におけるパージガスの流速の差と、発生する渦流の中心の位置ずれとによって、絞り部材の絞り穴の重心線が観察窓と交差する領域に処理用ガスによる生成物が付着することを抑制できる。絞り穴の重心線が観察窓に交差する位置は、光学的手段によって装置内部を観察する際に使用される領域で、当該領域への生成物の付着を抑制することで、光学的手段による観察に影響を与えない。さらに、パージガスの量を従来技術と比較して減らすことが可能となり、処理用ガスの流れへの影響を減らしたり、絞り穴を大きくして観察窓の視野を広くしたりすることができる。
【００２３】
上記パージガス導入部から上記パージガス室へのパージガスの導入方向が、上記観察窓が形成されたパージガス室の壁と交差する内壁に対して交差するように、上記パージガス導入部が配置されることが好ましい。
【００２４】
上記構成によれば、パージガス導入部からパージガス室へ導入されるパージガスが、観察窓が形成されたパージガス室の壁と交差する内壁に対して交差するので、内壁に噴きつけたパージガスにより渦が発生しやすく、発生された渦は、その中心が、観察窓に絞り穴を投影した際の中心からずれているので、観察窓の曇り防止効果がよい。
【００２５】
上記ガス処理装置において、上記パージガス導入部を複数備え、上記観察窓の観察方向から見て、隣り合う少なくとも一組のパージガス導入部同士が、パージガスの導入方向が互いに略平行に配置されていることが好ましい。
【００２６】
上記構成によれば、観察窓付近ではパージガスの渦が絞り穴の重心線からずれて二箇所に発生するため、処理用ガスが分割されて観察窓へ到達する。その結果、観察窓の単位面積当たりの処理用ガス由来の生成物の付着量が低減されるので、観察窓の曇り防止効果がより一層向上する。
【００２７】
または、上記観察窓の観察方向から見て、少なくとも一組の上記パージガス導入部が備えるパージガス導入口同士を結んだ線の中心が、上記絞り穴の重心と異なっていることが好ましい。
【００２８】
上記構成によれば、一組のパージガス導入部を協同させることによって、より一層少ないパージガス量で、絞り穴の重心線からずれたパージガス渦流を発生させることができる。
【００２９】
上記ガス処理装置において、上記絞り部材は開閉可能に構成されていることが好ましい。
【００３０】
上記構成によれば、必要に応じて絞り部材を開閉することができる。したがって、成膜処理を行う場合には閉状態にして、大量の処理用ガスがパージ室に侵入するのを防止でき、成膜処理を行っていない場合には開状態にして、より広範囲の計測を行うことができる。
【００３１】
上記ガス処理装置において、上記絞り部材が、１）上記観察窓に対向して配置された上記パージガス室の底壁、２）上記観察窓に対向した配置された上記ガス処理室の上壁、３）上記ガス処理室の上壁の下に設置された絞り板、であることも可能である。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、絞り部材の絞り穴の重心線が観察窓と交差する領域に処理用ガスによる生成物が付着することが抑制されたガス処理装置を提供可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明のＭＯＣＶＤ装置の一例を示す構成図である。
【図２】図１に示すＭＯＣＶＤ装置が備える観察部及び成膜室の一部を拡大して示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係るパージガス導入口の形成状態及びパージガスの導入状態を示す模式図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係るパージガス導入口の形成状態及びパージガスの導入状態を示す模式図である。
【図５】本発明の第３の実施例に係るパージガス導入口の形成状態及びパージガスの導入状態を示す模式図である。
【図６】従来におけるＭＯＣＶＤ装置の構成の一例を示す図である。
【図７】従来におけるＭＯＣＶＤ装置の構成の他の一例を示す図である。
【図８】図２に対する比較として、パージガスの導入方向と、観察部及び成膜室の一部との位置関係を拡大して示す断面図の一例である。
【図９】図２に対する比較として、パージガスの導入方向と、観察部及び成膜室の一部との位置関係を拡大して示す断面図の他の一例である。
【図１０】本発明のＭＯＣＶＤ装置における観察部構成の他の一例を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施例に係る構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の実施形態を挙げて説明する。下記実施形態において、本発明のガス処理装置として、ＭＯＣＶＤ装置を例として説明する。
【００３５】
以下の説明においては、各形態に先行する形態ですでに説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する場合がある。また、構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。
【００３６】
なお、本発明は、実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せ、寸法等に限るものではなく、特に支障が生じなければ、異なる組合せ、寸法であっても良い。つまり、下記のような実施形態は、本発明に係る技術を具体化するために例示するものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００３７】
（ＭＯＣＶＤ装置の全体構成）
図１は、ＭＯＣＶＤ装置１の概略の構成を表す。図１に示すように、本発明の実施形態におけるＭＯＣＶＤ装置１は、基板（被処理体）３の被処理面に結晶成長を実行する反応装置と、反応装置内に取り付けられた基板３に計測用レーザー光を照射して、結晶成長中において反応装置の基板の反りを計測する基板計測装置２０とを有している。
【００３８】
反応装置は、成膜室（ガス処理室）２、成膜室２の内部に配置される回転台４、回転台４の上面に載置される複数の載置プレート５、加熱手段として回転台４の下側に配置されるヒーター６、回転台４の下側に接続される回転軸７、回転軸７を駆動するモーター８、ガス供給配管９を介して成膜室２の内部に原料ガス１０ａを供給するガス供給器１０及びガス排出配管１１を介して排気する排気装置（図示せず）などを備えている。
【００３９】
成膜室２には、原料ガス（処理用ガス）を供給して基板３の被処理面に結晶を成長させるための容器であり、ガス導入口２ａ、ガス排出口２ｂ、及び成膜室２の内部観察用にも用いる開口２ｃが形成されている。ガス導入口２ａは、ガス供給器１０から供給される結晶成長に必要な原料ガス１０ａの入り口、詳しくはガス供給配管９の挿入口となる。ガス排出口２ｂは、排気装置に接続されて、成膜室２内部の原料ガス１０ａ等を排出する。開口２ｃは、基板計測装置２０から照射される計測用レーザー光が通過可能であり、成膜室２の内部観察用に用いられる窓である。
【００４０】
詳しくは、ガス導入口２ａは、基板３の被処理面に向かって原料ガス１０ａを吹出することができるように、上記基板３の被処理面に対向する成膜室２の上壁に形成されている。ガス排出口２ｂは、基板３からみてガス導入口２ａの反対側に形成されている。また、開口２ｃは、成膜室２内部、具体的には基板３の被処理面へ向かって計測用レーザー光が照射され、且つ基板３の状況を観察可能な場所に形成される。例えば、開口２ｃは、計測用レーザー光が基板３の被処理面を垂直（実質的に垂直であると見なすことができる場合も含む）に照射することができるように、上記基板３の被処理面に面したその被処理面の中央部（実質的に中央部であると見なすことができる近傍部分も含む）を臨み得るように、成膜室２の上壁に形成されている。
【００４１】
基板３は、各載置プレート５の上面に配置される。装置によっては載置プレート５の上面に基板３を直接置かずに、石英、窒化ホウ素、炭化ケイ素又はグラファイト等で作られた基板ホルダーを使用する場合もある。なお、基板３としては、たとえばＳｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ又はサファイア等からなる基板が使用される。
【００４２】
回転台４は、円盤状に形成されており、下側中心部に接続された回転軸７によって回転可能であり、成膜室２の内部に設置されている。回転台４は、モーター８が回転軸７を駆動することによって、任意の速度で回転するようになっている。なお、本発明の実施形態においては、回転軸７の下端に設けられたモーター８を成膜室２の外部に配置しているが、これに限らず、成膜室２の内部に配置することもできる。
【００４３】
また、載置プレート５は、基板３を、回転台４に対して回転（自転）させることができるように回転機構（図示せず）を備えている。したがって、基板３は、被処理面に結晶を成長させるときに、自転及び公転（回転台４の回転に応じた回転）を行うようになっている。これにより、原料ガス１０ａを基板３の被処理面に導入して結晶を成長する際に、所望の薄膜をより安定に形成し、かつ、薄膜の膜厚及び膜の組成を均一化することができる。
【００４４】
ヒーター６は、基板３を加熱するための加熱手段として、回転台４の下側に設置されている。より詳細には、ヒーター６は、回転台４を挟んで、載置プレート５と対向する位置に設けられており、回転台４及び載置プレート５を介して基板３を加熱する。本発明の実施形態においては、加熱手段として、ヒーター６を成膜室２に内蔵して設置したが、これに限らず、例えば、成膜室２全体を加熱するためにヒーターあるいはコイルなどの加熱手段を成膜室２の外周部に設置してもよい。
【００４５】
ガス供給配管９は、その一端がガス供給器１０に接続されており、他端はガス導入口２ａを通って成膜室２の上部から内部に挿入されている。そして、挿入された先端は、成膜室２の上壁と回転台４との間に位置して、ガス吹出口９ａとなっている。したがって、ガス供給器１０から供給された原料ガス１０ａは、ガス供給配管９を経由して、回転台４の回転軸上から回転台４の表面に沿って放射状に、結晶膜の原料として供給される。反応後のガス（原料ガス等）は、排気経路１３に沿って、ガス排出口２ｂに接続されているガス排出配管１１などを経由して、成膜室２から外部に排出される。その結果、基板３上近傍で所望の化学反応が行われることによって基板３上に所望の成膜処理が実行される。
【００４６】
また、図１，２に示すように、成膜室２の上壁には、開口２ｃを覆うように観察部（パージガス室）３０が設置されている。また、成膜プロセスの最適化を行うために基板計測装置２０は、当該観察部３０の上方に設置されている。
【００４７】
図３に示すように、本発明の実施形態において、観察部３０は円筒状に形成されている。また、図２に示すように、成膜室２の上壁から突出して設置された側壁３１を備え、側壁３１の一端（上端）には石英等の光学的に透明な（透光性の）観察窓３２が取り付けられ側壁３１の他端（下端）は底壁３３と接続している。底壁３３は、ほぼ中央部に開口２ｃの形成位置に対応する開口３３ａが形成されている。
【００４８】
観察部３０の底壁３３上には、観察部３０の内部で開閉可能な絞り板３５が取り付けられている。絞り板３５は、円筒状の観察部３０の内周より充分に小さな円盤状に形成されたものであり、例えば、絞り板３５の外周部の何れかの位置にヒンジなどの回転機構（図示せず）を設置し、当該回転機構を軸に、絞り板３５を観察部３０の内部で回転することができる。絞り板３５が観察部３０の底壁３３に平行に設置した場合を閉状態とし、この状態は、成膜処理を行うときに適用されて、成膜室２から観察部３０内に、大量の原料ガス１０ａを含むガスが侵入することを防止する。また、絞り板３５が観察部３０の底壁３３に垂直に設置した場合を開状態とする。この状態は、成膜処理を行っていないときに適用されて、成膜室２内のより広範囲の計測を行うことができる。
【００４９】
あるいは、図２において、観察部３０が長四角柱状の場合、観察部３０の内部で開閉可能な絞り板３５は、観察部３０の内周とほぼ同じ大きさの四角形状に形成してもよい。そして、例えば、絞り板３５の外周部をなす一辺にヒンジなどの回転機構（図示せず）を設置し、当該回転機構を軸に、絞り板３５を観察部３０の内部で回転することができる。
【００５０】
また、絞り板３５のほぼ中央部には、観察部３０の底壁３３に形成された開口３３ａの大きさをさらに制限できる絞り穴３５ａが形成されており、絞り板３５が閉状態にあるときには、絞り穴３５ａにより観察部３０と成膜室２とが連通する。ここで、絞り穴３５ａを観察部３０の底壁３３の開口３３ａと同心にして形成することが好ましい。
【００５１】
もちろん、絞り板３５は必ず観察部３０の底壁３３上に取り付けられるものではない。例えば、観察部３０が高さ方向に細長い構成を有する場合、絞り板３５を、観察部の側壁３１に対して固定し、開閉可能に取り付けてもよい。この場合は、観察部３０の底壁３３は必須ではない。また、絞り板３５を絞り穴３５ａを通るラインで二つに分割して、分割片それぞれの端部の可能な位置に回転機構を取り付けて、絞り板３５を開閉可能に設置することもできる。あるいは、絞り穴を有する絞り板を、観察窓と平行な方向に移動可能とするスライド機構を別途設けて、絞り板を開閉可能とすることもできる。
【００５２】
なお、開閉可能な絞り板３５を観察部３０の側壁３１に対して固定する場合であって、かつ観察部３０が円筒状の場合には、例えば、側壁３１の一部にその内径を縮小するリング状の突出を設けて、当該突出上に絞り板３５とその回転機構とを固定すればよい。
【００５３】
また、絞り穴３５ａは、観察手段、各組み立て公差、流しうるパージガスの量などから決められる。例えば、絞り穴３５ａを円形にする場合、その直径を１０ｍｍ以上〜２０ｍｍ以下にすることが好ましい場合がある。絞り穴３５ａを１０ｍｍ以上とすることで、視野が充分に広く確保されるので基板計測装置等の配置がより一層容易となる。また、絞り穴３５ａを２０ｍｍ以下とすることで、パージガス流量をより低減した場合であっても、成膜室から観察部側に流出する、観察窓の曇りを発生する原料ガスの量を充分に制限することができる。
【００５４】
また、観察部３０には、観察窓３２の曇りを防止するために、パージガス４０をその内部に導入する、チューブまたは配管などからなるパージガス導入手段３４（パージガス導入部）が設けられている。このパージガス導入手段３４の一端に設けられた吐出口がパージガス導入口３４’となって、ここからパージガス４０が吐出される。このパージガス導入手段３４は観察部３０の内部とパージガス導入手段３４とが連通されるよう観察部３０の側壁３１にパージガス導入口３４’が位置してもよいし、図に示すように、観察部３０の内部まで挿入されていてもよい。さらに、パージガス導入口３４’は、観察部３０の高さ方向において、側壁３１の中心（観察部３０の高さ方向の中心位置）よりも観察窓３２側に設置されている。このため、観察窓３２近傍でのパージガスの流れの制御がより容易となって、観察窓３２の曇りをより効率的に防止することができる。
【００５５】
また、パージガス導入手段３４を観察部３０の内部まで挿入する（内部に突き出すように挿入する）と、パージガスの流れ方向を、パージガス導入手段３４のパージガス導入口３４’の端面に垂直にすることができるので、望ましい。
【００５６】
特にパージガス導入手段３４が設置される側壁３１が曲面状である場合は、パージガス導入手段３４を観察部３０の内部まで挿入することによってパージガスを観察部３０に吐出したときに、パージガスの流れ方向が側壁３１に沿うように変化する恐れをより確実に抑制可能となるために望ましい。
【００５７】
なお、観察部３０の側壁３１及び底壁３３は、観察部３０を通過する基板計測装置２０からのレーザー光が、外部光の影響を受けないように、不透光の部材により構成することが好ましい。
【００５８】
基板計測装置２０は、レーザー光によるドップラー効果の原理を用いた速度計測手段である。レーザー光によるドップラー効果の原理を用いた速度計測手段とは、計測用レーザー光を対象物に照射して当該対象物で反射した戻り光を受光し、対象物の速度によって戻り光の周波数がシフト（変化）するドップラー効果を用いて、対象物の速度（この場合、対象物の反り状態によって当該対象物の中央部と周縁部とで僅かに変化する速度の違い）を計測する速度計測手段である。
【００５９】
本発明の実施形態において、基板計測装置２０は、照射した計測用レーザー光２０ａが観察窓３２を透過して絞り板３５の絞り穴３５ａの中心から成膜室２内部の基板３に到達し、かつ、基板３で反射してさらに観察窓３２を透過した戻り光２０ｂを受光することができる位置に配置されている。
【００６０】
なお、本発明の実施形態での基板計測装置２０が形状測定装置であるため、観察窓３２は、計測用レーザー光２０ａ及びその戻り光２０ｂが通過する構成であるが、その限りではない。例えば、基板計測装置２０が放射温度計の場合は、成膜室２内部から発せられた赤外放射が観察窓３２を透過することになる。
【００６１】
ＭＯＣＶＤ装置１において、成膜室２の内部には、その上壁と基板３の被処理面との間、すなわち、成膜室２の上壁と回転台４との間に、レーザー光が通過可能な通孔１２ａが少なくとも一つ開いた隔壁１２が設置されている。
【００６２】
隔壁１２は、ガス透過性が低い部材からなっており、成膜室２の上壁及び回転台４と平行（実質的に平行であると見なすことができる場合も含む）に形成され、成膜室２内部の空間を上下に隔てるように配置されている。つまり、隔壁１２により、基板３の被処理面側の上部空間を、基板３側の空間と成膜室２の内壁（上壁）側の空間とに隔てる。
【００６３】
また、通孔１２ａは、計測用レーザー光２０ａ及び戻り光２０ｂが通過できるように、観察部３０の観察窓３２及び絞り板３５の絞り穴３５ａ、成膜室２の開口２ｃに対応する位置、すなわち、観察窓３２から基板３の被処理面の中央部を臨み得る、隔壁１２上の位置に形成されている。さらに、ガス吹出口９ａは、隔壁１２と回転台４との間に配置される。したがって、ガス供給器１０から供給された原料ガス１０ａは、隔壁１２と回転台４との間において、ガス供給配管９を経由して、回転台４の回転軸上から回転台４表面に沿って放射状に、結晶膜の原料として供給される。
【００６４】
なお、隔壁１２を設置することで、観察窓３２の曇りの主因となる原料ガス１０ａが観察部３０に入ることをより一層防止することができる。
【００６５】
ここで、例えば、隔壁１２の通孔１２ａの直径を１０ｍｍ以上〜２０ｍｍ以下の範囲内とすることができる。これにより、観察部側へ原料ガスが入り込むことを防止しつつ、観察窓３２から絞り穴３５ａを経由して成膜室２に内置された基板３を観察するに充分な観察領域を確保可能となる。
【００６６】
（パージガス導入口と絞り穴との位置関係）
以下、図３〜図５も参照して、パージガス導入口３４’と、絞り穴３５ａとの位置関係及びパージガスの導入状態について説明する。
【００６７】
基板３成膜中は原料ガス１０ａが基板３の被処理表面に供給され、原料ガス１０ａの一部は隔壁１２の通孔１２ａから観察窓３２の方向に漏れる。この漏れた原料ガス１０ａが観察窓３２に到達すると観察窓３２が曇り、計測用レーザー光２０ａ及びその戻り光２０ｂの光量が低下することで基板計測装置２０が機能を果たせなくなる場合がある。
【００６８】
この場合、例えば、パージガス４０の量を増やすことによって、若しくは絞り穴３５ａを小さくすることによって、若しくはその両方を行うことによって原料ガス１０ａが観察窓３２に到達することを防止できる。本実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置１では、パージガス４０の導入方向を検討することで、上記対策を行った場合でも、パージガス４０が隔壁１２の通孔１２ａから基板３側に侵入し、成膜結果に影響を与える虞を低減可能なものである。また、絞り穴３５ａを小さくした場合でも、温度変化などにより各構成要素の位置がすれて観察不可能となる虞を低減可能なものである。
【００６９】
まず、図８及び図９に基づき、パージガスの量を増やすことによって、若しくは絞り穴を小さくすることによって招来する現象につき説明する。
【００７０】
図８にその観察部８１及び成膜室２の一部を拡大して示すＭＯＣＶＤ装置は、パージガス９０の流路に配した絞り部材となる絞り板８１ｃにより、原料ガス５０ａの観察部８１側への流入を抑えるものである。構成としては、上記説明の本発明に係るＭＯＣＶＤ装置１とほぼ同じである。相違点は、パージガス９０の導入方向が図２に示すパージガス４０の導入方向と異なる点である。つまり、観察部８１を拡大して示した図８、図９のように、側壁８１ｂに形成されたパージガス導入口８１ｄは、それから導入されるパージガス９０の導入方向（すなわちパージガス導入口８１ｄの法線方向）が、観察窓８１ａから見て絞り穴８１ｅ、８１ｅ’の中心を通るように形成されている。すなわち、パージガス導入口８１ｄの法線Ｃと、絞り板８１ｃの絞り穴８１ｅ、８１ｅ’の中心線Ｄとが点Ａで交差している。
【００７１】
詳しくいうと、原料ガス５０ａの観察部８１側への流入を抑えるには、パージガス９０の流量が一定であれば絞り板８１ｃに形成される開口面積が小さいほど効果が高くなる。
【００７２】
まず、図８を参照し、一定のパージガス流量下で、絞り板８１ｃに形成された絞り穴８１ｅの開口面積が十分小さい場合を説明する。パージガス導入口８１ｄからのパージガス９０は、観察部８１の下に供給され、この場合、絞り穴８１ｅの開口面積が小さいため、絞り穴８１ｅの開口領域では、ほぼ一様に観察部８１側から成膜室７０に出ていくパージガス９０のみと見なすことができる。この場合は、観察窓８１ａに原料ガス及びその反応物が付着する虞は低い。
【００７３】
ただし、絞り穴８１ｅを小さくしすぎると、パージガス９０が直接絞り穴８１ｅから成膜室７０の内部に噴出して、パージガス９０が成膜室７０内部の原料ガス５０ａの流れに影響を与えうる。ここで、原料ガス５０ａの流れの変化は、基板７２の表面の結晶膜特性悪化原因となる。
【００７４】
次に、図９を参照し、図８に対し絞り板８１ｃに形成された絞り穴８１ｅ’の開口面積を大きくした場合を説明する。この場合、絞り穴８１ｅ’の開口面積が大きいため、絞り穴８１ｅ’の開口領域におけるガスの流れは一様ではなくなり、観察部８１の側から成膜室７０の側に出ていくパージガス９０と、成膜室７０の側から観察部８１の側に入ってくる混合ガス１０ｂとが存在するようになる。これは、絞り穴８１ｅ’の開口面積が大きくなることによってレイノルズ数が大きくなり、渦９２が発生しやすくなることが原因である。つまり、このとき発生する渦９２は、ドーナッツ状になっているので、渦９２の中心から混合ガス５０ｂが侵入しやすく、観察窓８１ａの曇り防止効果がない。
【００７５】
一方、本発明では、図８及び図９に示す形態と比較して、パージガス導入口３４’の形成、詳しくはパージガス導入口３４’からの導入方向を改善している。
【００７６】
図３〜図５は、それぞれパージガス導入手段（パージガス導入部）３４の第１の実施例〜第３の実施例に係る、図２を観察窓３２の側から見て、パージガス導入口３４’高さで切断した上面断面図である。図面を見やすくするために、図３〜図５では成膜室２の詳細な構成が示されていない。また、これら図面において、矢印で表されているパージガス４０の流れはパージガス導入口３４’から供給された直後のパージガス４０の流れ方を表している。パージガス４０の流れを示す矢印は、複数の矢印の、流れ方向に直交する方向における間隔が狭いほど流速が早いことを表している。なお、矢印の長さは特に意味は無い。
【００７７】
〔第１の実施例〕
図３は、第１の実施例に係るパージガス導入手段３４の配置に関する構成を示す断面図である。本実施例では、パージガス導入手段３４を一つ形成した場合を説明する。本実施例は、図８及び図９の構成に比べ、パージガス導入手段３４のパージガス導入口３４’から観察部３０の内部に入るパージガス４０の導入方向が異なっている。すなわち、本実施例において、パージガス導入手段３４は観察部３０の内部まで挿入して、パージガス導入口３４’からのパージガス４０の導入方向（すなわちパージガス導入口３４’の法線方向）と観察部３０の絞り板３３の絞り穴３５ａの重心線とが、観察窓３２の観察方向（概ね観察窓３２の法線方向）から見てずれるように、パージガス導入口３４’の向きが調整されている。
【００７８】
ここで、パージガス導入口３４’からのパージガス４０の導入方向と絞り穴３５ａの重心線とがずれるとは、パージガス導入口３４’の重心線と絞り穴３５ａの重心線とに交点がないとの構成を示す。
【００７９】
上記構成によると、図３に示すように、パージガス導入口３４’近傍ではパージガス４０の流速は早く、それ以外の場所では遅くなった渦流ができる。また、図示していないが、この渦流は徐々に小さくなりながら絞り穴３５ａに接近し、基板３側に出てゆく。一方、基板３側から絞り穴３５ａを通って進入する原料ガス１０ａは、この渦の中心４１の付近を通過しながら観察窓３２に接近する。これは、渦の中心付近が渦の外周部と比較して流速が遅いので原料ガスが通過しやすいためである。
【００８０】
渦の中心４１は、図３に示されているように、パージガス導入口３４’の高さ近傍では絞り穴３５ａの中心からずれて形成される。その結果、観察窓３２まで到達する原料ガス１０ａは、計測用レーザー光２０ａ及びその戻り光２０ｂが通過する絞り穴３５ａの中心位置からずれるため、曇りが生ずる位置がずれることになって、計測への影響が抑制される。
【００８１】
このため、図８及び図９に示す場合と比較して、パージガス４０の量を減らす、若しくは絞り穴３５ａを大きくする、若しくはその両方を行っても計測への影響が抑制でき、原料ガス１０ａの流れへの影響を少なくすることができる。
【００８２】
〔第２の実施例〕
図４は、第２の実施例に係るパージガス導入手段３４の配置に関する構成を示す断面図である。本実施例は第１の実施例と比較して、パージガス導入手段３４を二カ所に設けられている点のみで異なる。
【００８３】
図４に示す構成では、二つのパージガス導入口３４’は、観察窓の観察方向から見て、絞り穴３５ａを挟むように対称な位置に配置される。二つのパージガス導入口３４’は、ほぼ同じ（互いに略平行な）パージガス導入方向をもってパージガス４０を導入するように配置されている。その結果、それぞれのパージガス導入口３４’の近傍ではパージガス４０の流速は早く、それ以外の場所では遅くなって、２つの渦が発生し、渦の中心４１は観察窓３２に絞り穴３５ａを投影した際の中心からずれている。この２つの渦の中心４１は、それぞれ絞り穴３５ａに近づくほど接近しつつパージガス４０が絞り穴３５ａから成膜室２に設置された基板３側に出ていく。一方、基板３側から絞り穴３５ａを通って進入する原料ガス１０ａを含む混合ガス１０ｂは、ぞれぞれの渦の中心４１の付近を通過しながら観察窓３２に接近する。
【００８４】
渦の中心４１は、図４に示されているように、パージガス導入口３４’の高さ近傍では絞り穴３５ａの中心からずれて二カ所に形成される。その結果、パージガス導入手段３４を二カ所に設けた場合は、一つしか設けない場合と比較して観察窓３２に到達する原料ガス１０ａが分割されるので一カ所あたりの観察窓３２の曇りの量が少なくなり、したがって、計測への影響がさらに良く防止される。
【００８５】
〔第３の実施例〕
図５は、第３の実施例に係るパージガス導入手段３４に関する構成を示す断面図である。本実施例は第２の実施例と比較して、二つのパージガス導入手段３４の設置位置が異なっている。
【００８６】
本実施例では、少なくとも一組のパージガス導入口３４’同士を結んだ線分の中心が、観察窓の観察方向から見て、絞り穴３５ａの中心と異なるように、パージガス導入口３４’が位置されている。また、一方のパージガス導入口３４’からのパージガスの導入方向と、他方のパージガス導入口３４’からのパージガスの導入方向とが、互いに略逆平行の関係にある。この場合、観察窓３２の近傍における渦の中心４１は、互い違いに対向するパージガス導入口３４’を結んだ線分の中心あたりに発生する。このため、他の実施例と同様に、観察窓３２に到達する原料ガス１０ａは、計測用レーザー光２０ａ及びその戻り光２０ｂが通過する位置からずれるため、曇りが生ずる位置がずれることになって、計測への影響が防止される。
【００８７】
本実施例では二つのパージガス導入手段３４を協同させることによって、第１の実施例と比較して、少ないパージガス量で強い渦を作り出すことができるので、パージガスの量を減らすことができる。
【００８８】
〔その他の実施例〕
上記では、パージガス導入手段３４を挿入するためのパージガス導入口３４’を、観察部３０の側壁３１（観察窓が形成されたパージガス室（観察部）の壁と交差する壁）に形成した場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１０に示すように、観察部３０の観察窓３２が形成された壁からパージガス導入手段３４を挿入する構成も用いられる。または、観察窓３２が形成された壁に平行な壁からパージガス導入手段３４を挿入することも可能である。
【００８９】
この場合は、パージガスの導入方向が、絞り穴３５ａの重心線とずれるように、パージガス導入手段３４を配置すればよい。好ましくは、パージガス導入口３４’から観察部３０へのパージガスの導入方向が、観察窓３２が形成された観察部３０の壁と交差する内壁（すなわち、側壁３１）に対して交差するように、パージガス導入手段３４を配置すればよい。
【００９０】
また、上記では、絞り部材として、観察部３０の内部に絞り穴３５ａが形成された絞り板３５を取り付けた場合を説明したが、絞り部材となる構成はこれに限定されない。
【００９１】
例えば、図１１（ａ）に示すように、観察部３０に一体形成された底板３３を絞り部材とし、底板３３に形成された開口３３ａを絞り穴３３ａをとして用いてもよい。この場合、観察部３０の観察窓３２からの観察方向からみて、パージガス導入口３４’から成膜室２へのパージガスの導入方向が、当該開口３３ａの重心線からずれるように、パージガスの導入方向を調整すればよい。また、観察部３０の底板３３上の開口３３ａを、その大きさが１０ｍｍ〜２０ｍｍの条件を満足するように形成することが好ましい。ただし、この場合、成膜室２上の開口２ｃの大きさは、絞り板３５の外径より小さく形成する必要がある。
【００９２】
或いは、図１１（ｂ）に示すように、成膜室２の内部の上壁の下に、中心部に絞り穴３５ａが形成された絞り板３５を設置してもよい。この場合、観察部３０の観察窓３２からの観察方向からみて、パージガス導入口３４’から成膜室２へのパージガスの導入方向が、当該絞り穴３５ａの重心線からずれるように、パージガスの導入方向を調整すればよい。また、観察部３０の底壁に形成される開口３３ａ’、成膜室２の上壁に形成されたガス導入口２ａの大きさには関係なく、絞り板３５上の絞り穴３５ａを、その大きさが１０ｍｍ〜２０ｍｍの条件を満足するように形成することが好ましい。ただし、この場合、観察部３０の底壁３３の開口３３ａおよび成膜室２上の開口２ｃの大きさは、絞り板３５の外径より小さく形成する必要がある。
【００９３】
また、図１１（ｂ）に示す構成でも、絞り板３５を、いずれか一側の端部に回転機構を設置することができる。または、一つの絞り穴３５ａを二つの絞り板３５のそれぞれの端部の回転機構を設置し、それぞれ開閉可能に設置することもできる。
【００９４】
或いは、図１１（ｃ）に示すように、成膜室２に一体形成された上壁を絞り部材とし、それに形成された開口２ｃ’を絞り穴とする構成も可能である。そして、観察部３０の観察窓３２からの観察方向からみて、パージガス導入口３４’から成膜室２へのパージガスの導入方向が、当該開口２ｃの重心線からずれるように、パージガスの導入方向を調整すればよい。また、観察部３０の底壁に形成される開口３３ａ’の大きさには関係なく、開口２ｃ’を、その大きさが１０ｍｍ〜２０ｍｍの条件を満足するように形成することが好ましい。なお、観察部３０の底壁により開口２ｃ’が覆われないようにすればよい。
【００９５】
なお、上記パージガス導入口の個数に対しては特に限定がなく、複数設けることが可能である。特に、複数のパージガス導入口を対向して設ける場合は、それぞれオフセットして設置することで、観察窓の曇り防止の効果が得られる。
【００９６】
なお、上記では、基板を被処理体として処理するＭＯＣＶＤ装置を説明したが、本発明は上記装置に限定されず、例えば、金属または半導体材料を溶融する加熱炉を含む装置（単結晶引き上げ炉、鋳物製造装置など）、成膜時にある程度のガスを使用する成膜装置（スパッタ装置等）にも適用される。つまり、被処理体を処理用ガスで処理するガス処理装置において、処理用ガスの影響を避けて、ガス処理室に内置された被処理体を光学手段にて観察する必要のある装置であれば、本発明を好適に適用することができる。
【００９７】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明は、被処理体を処理用ガスで処理するガス処理装置において、ガス処理室に内置された被処理体を光学手段にて観察する必要のある装置に好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００９９】
１ ＭＯＣＶＤ装置（ガス処理装置）
２ 成膜室（ガス処理室）
２ａ ガス導入口
２ｂ ガス排出口
２ｃ 開口
３ 基板（被処理基板）
４ 回転台
５ 載置プレート
６ ヒーター
７ 回転軸
８ モーター
９ ガス供給配管
１０ ガス供給器
１０ａ 原料ガス
１０ｂ 混合ガス
１１ ガス排出配管
１２ 隔壁
１２ａ 通孔
１３ 排気経路
２０ 基板計測装置
３０ 観察部（パージガス室）
３１ 側壁
３２ 観察窓
３３ 底壁
３３ａ 開口
３４ パージガス導入手段（パージガス導入部）
３４’ パージガス導入口（パージガス導入部）
３５ 絞り板
３５ａ 絞り穴
４０ パージガス
４１ 渦の中心
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハなどの被処理体上にガスを利用して結晶成長させるガス処理装置に関し、特に、ガス処理室の内部における被処理体を結晶成長中に観察・計測可能なガス処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザー素子、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）素子等の化合物半導体の製造にはＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学気相蒸着法）装置などの基板処理装置が広く用いられる（例えば、特許文献３及び４等を参照）。図６は、ＭＯＣＶＤ装置１ａの一つの構成例を示す側面断面図である。
【０００３】
図６に示すように、このＭＯＣＶＤ装置１００は、成膜室（ガス処理室）７０の内部において、基板７２が回転台７３の上面に設けられた複数の載置プレート７４（本図では２個のみ図示）に載せられた構成を備える。
【０００４】
基板７２の材料は、例えばＳｉ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、又はサファイアガラス等が例示され、生産する素子の種類により適切なものが使用される。
【０００５】
回転台７３は、回転軸７５の上端に支持されており、回転軸７５はモーター７６によって回転する。また、回転台７３の上面に載らせた複数の載置プレート７４は、それぞれ自転するように構成されている。基板７２は、載置プレート７４上に載せられて、回転台７３の回転と載置プレート７４の自転とで、自転および公転をする。基板７２を自転および公転させる仕組みは、基板７２上に形成される結晶成長層の均一性を向上させるために設けられたもので、結晶成長中に基板７２を自転させることにより、成長する膜の均一性を高めることができる。
【０００６】
更に、回転台７３の下方にはヒーター７８が配置されており、ヒーター７８によって基板３を加熱する。回転台７３の上方には成膜室７０内部の空間を隔てる略平行な隔壁７９が設けられている。
【０００７】
成膜室７０の側面にはガス供給配管７７が接続されており、このガス供給配管７７の先端は、ガス吹出口７７ａとなっており、原料ガス５０ａが結晶膜の原料として基板７２表面に供給される。また、ガス供給配管７７の他端はガス供給器５０が接続されている。
【０００８】
この原料ガス５０ａは、載置プレート７４上に載せられ、且つヒーター７８によって加熱された基板７２上を通過後、下流側に設けられた排気経路７０ｄよりガス排出口７０ｂから排出される。その結果、基板３上の近傍で所望の化学反応が行われることによって基板７２上に所望の成膜処理が実行される。
【０００９】
上記ＭＯＣＶＤ装置１００では、成膜中における基板７２の温度、反り、又は膜のバンドギャップ（Band Gap）を光学的手段により観察することにより、成膜プロセスの最適化を行うために基板計測装置６０を取り付ける場合がある。こうした目的のため、ＭＯＣＶＤ装置１００には観察部８０が設けられ、観察部８０には石英等の光学的に透明な観察窓８０ａが取り付けられている。
【００１０】
この観察部８０、詳しくは観察窓８０ａがＭＯＣＶＤ装置１００の原料ガス５０ａにより曇ることを回避するため、図７に示すような観察部８１に対しては、窒素などのパージガス９０を別途流すことが行われる（例えば、特許文献５〜７等参照）。
【００１１】
また、パージガスを利用する他の態様として、特許文献１に係る気相成長装置では、処理対象となる基板とビューポート（観察部）との間に、パージガスを原料ガスと同一流れ方向、同一速度、同一圧力、かつ層流状態で流すことによって、原料ガスや反応生成物がビューポート側へ流出して発生する曇りを防止している。
【００１２】
一方、観察に要求される開口径が小さい場合は、特許文献２に係る半導体製造装置のように、パージガスの流路に開口が形成された絞り板を設けることによって、少ないパージガスで観察窓の曇りを防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−５３３６０号公報（公開日：２００８年３月６日）
【特許文献２】特開平５−１６０１１１号公報（公開日：１９９３年６月２５日）
【特許文献３】特開２００８−１５３４０９号公報（公開日：２００８年７月３日）
【特許文献４】特開２００８−１７７１８７号公報（公開日：２００８年７月３１日）
【特許文献５】特開昭５８−２０７９４１号公報（公開日：１９８３年１２月３日）
【特許文献６】特開昭６１−５３６４５号公報（公開日：１９８６年３月１７日）
【特許文献７】特開昭６１−６８１３４号公報（公開日：１９８６年４月８日）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、図７に示すＭＯＣＶＤ装置１００では、観察窓１６への原料ガス５０ａの到達をパージガスのみにより防止する構成であるため、観察窓１６全体を原料ガス５０ａによる曇りから保護するためには相当量のパージガスが必要となる。
【００１５】
また、上記特許文献１に係る技術では、各種公差や機構の揺らぎから上記条件を安定的に満足することは困難である。その結果、良好な成膜結果を維持するためにパージガス流量を減らさざるを得なくなり、結果として観察窓の曇りの防止は困難である。」
一方、上記特許文献２に係る構成によれば、パージガスの流量が一定であれば絞り板に形成される開口（絞り穴）の面積が小さいほど、観察窓の曇りの防止効果が高くなる。
【００１６】
しかしながら、例えば特許文献２に係る構成のように、絞り穴を小さくすると、以下のような課題が発生する。
【００１７】
第１課題は、パージガスが直接絞り穴から成膜室の内部に噴出することによって、パージガスが、成膜室内部の原料ガスの流れ並びに成膜結果に影響することである。さらに、パージガスが成膜室の内部に噴出する速度は絞り穴の開口面積が小さいほど、あるいはパージガスの流量が多いほど速くなる。このため、現実には、成膜結果を維持するためにパージガス流量を減らさざるをえなく、結果として観察窓が曇ってしまう課題があった。
【００１８】
第２の課題は、絞り穴の開口面積を小さくすると、観察可能領域が縮小されてしまうことである。観察可能領域が減少すると、視野が狭くなることから基板計測装置の配置が困難になる。ＭＯＣＶＤ装置は内部が高温（数百℃〜千℃以上）となるため、熱膨張等の原因で構成部品の位置関係が変動することがあり、基板計測装置の設置を常温で行うと、成膜中では観察位置が変化する。また、観察可能領域が小さいと、常温時に観察可能に基板計測装置を設置しても成膜中には装置内部の部品同士の位置関係が変化して観察できなくなる場合がある。
【００１９】
そこで、絞り穴の開口面積を大きくすると、レイノルズ数が大きくなり、成膜室から観察部側に入る原料ガスが多く、絞り穴の近傍で渦流が発生しやすくなり、観察窓の曇りが発生して、成膜室内部の観察及び基板に対する計測が影響を受けるようになる。
【００２０】
上記の問題に鑑みて、本発明の目的は、パージガス流量を減らして処理用ガス（原料ガス等）の流れへの影響を減らしたり、絞り穴を大きくして観察部の視野を広くしたりする場合でも、観察窓の曇りを抑制可能なガス処理装置（基板処理装置等）を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために、本発明に係るガス処理装置は、被処理体を処理用ガスで処理するガス処理装置であって、内置される被処理体を処理用ガスで処理するガス処理室と、上記被処理体を観察可能な観察窓が形成されたパージガス室と、上記観察窓からの観察方向上で、かつ上記観察窓とガス処理室内での被処理体の配置位置との間に位置する絞り穴が形成された絞り部材と、一端にパージガス導入口が形成され、上記パージガス室にパージガスを導入するパージガス導入部とを備え、上記パージガス導入部から上記パージガス室へのパージガスの導入方向が、上記観察方向からみて上記絞り穴の重心線からずれるように、上記パージガス導入部が配置されることを特徴とする。
【００２２】
上記構成によれば、上記パージガス導入部から上記パージガス室へのパージガスの導入方向が、上記観察方向からみて上記絞り穴の重心線からずれるように、上記パージガス導入部を配置するので、観察窓近傍におけるパージガスの流速の差と、発生する渦流の中心の位置ずれとによって、絞り部材の絞り穴の重心線が観察窓と交差する領域に処理用ガスによる生成物が付着することを抑制できる。絞り穴の重心線が観察窓に交差する位置は、光学的手段によって装置内部を観察する際に使用される領域で、当該領域への生成物の付着を抑制することで、光学的手段による観察に影響を与えない。さらに、パージガスの量を従来技術と比較して減らすことが可能となり、処理用ガスの流れへの影響を減らしたり、絞り穴を大きくして観察窓の視野を広くしたりすることができる。
【００２３】
上記パージガス導入部から上記パージガス室へのパージガスの導入方向が、上記観察窓が形成されたパージガス室の壁と交差する内壁に対して交差するように、上記パージガス導入部が配置されることが好ましい。
【００２４】
上記構成によれば、パージガス導入部からパージガス室へ導入されるパージガスが、観察窓が形成されたパージガス室の壁と交差する内壁に対して交差するので、内壁に噴きつけたパージガスにより渦が発生しやすく、発生された渦は、その中心が、観察窓に絞り穴を投影した際の中心からずれているので、観察窓の曇り防止効果がよい。
【００２５】
上記ガス処理装置において、上記パージガス導入部を複数備え、上記観察窓の観察方向から見て、隣り合う少なくとも一組のパージガス導入部同士が、パージガスの導入方向が互いに略平行に配置されていることが好ましい。
【００２６】
上記構成によれば、観察窓付近ではパージガスの渦が絞り穴の重心線からずれて二箇所に発生するため、処理用ガスが分割されて観察窓へ到達する。その結果、観察窓の単位面積当たりの処理用ガス由来の生成物の付着量が低減されるので、観察窓の曇り防止効果がより一層向上する。
【００２７】
または、上記観察窓の観察方向から見て、少なくとも一組の上記パージガス導入部が備えるパージガス導入口同士を結んだ線の中心が、上記絞り穴の重心と異なっていることが好ましい。
【００２８】
上記構成によれば、一組のパージガス導入部を協同させることによって、より一層少ないパージガス量で、絞り穴の重心線からずれたパージガス渦流を発生させることができる。
【００２９】
上記ガス処理装置において、上記絞り部材は開閉可能に構成されていることが好ましい。
【００３０】
上記構成によれば、必要に応じて絞り部材を開閉することができる。したがって、成膜処理を行う場合には閉状態にして、大量の処理用ガスがパージ室に侵入するのを防止でき、成膜処理を行っていない場合には開状態にして、より広範囲の計測を行うことができる。
【００３１】
上記ガス処理装置において、上記絞り部材が、１）上記観察窓に対向して配置された上記パージガス室の底壁、２）上記観察窓に対向した配置された上記ガス処理室の上壁、３）上記ガス処理室の上壁の下に設置された絞り板、であることも可能である。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、絞り部材の絞り穴の重心線が観察窓と交差する領域に処理用ガスによる生成物が付着することが抑制されたガス処理装置を提供可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明のＭＯＣＶＤ装置の一例を示す構成図である。
【図２】図１に示すＭＯＣＶＤ装置が備える観察部及び成膜室の一部を拡大して示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係るパージガス導入口の形成状態及びパージガスの導入状態を示す模式図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係るパージガス導入口の形成状態及びパージガスの導入状態を示す模式図である。
【図５】本発明の第３の実施例に係るパージガス導入口の形成状態及びパージガスの導入状態を示す模式図である。
【図６】従来におけるＭＯＣＶＤ装置の構成の一例を示す図である。
【図７】従来におけるＭＯＣＶＤ装置の構成の他の一例を示す図である。
【図８】図２に対する比較として、パージガスの導入方向と、観察部及び成膜室の一部との位置関係を拡大して示す断面図の一例である。
【図９】図２に対する比較として、パージガスの導入方向と、観察部及び成膜室の一部との位置関係を拡大して示す断面図の他の一例である。
【図１０】本発明のＭＯＣＶＤ装置における観察部構成の他の一例を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施例に係る構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の実施形態を挙げて説明する。下記実施形態において、本発明のガス処理装置として、ＭＯＣＶＤ装置を例として説明する。
【００３５】
以下の説明においては、各形態に先行する形態ですでに説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する場合がある。また、構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。
【００３６】
なお、本発明は、実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せ、寸法等に限るものではなく、特に支障が生じなければ、異なる組合せ、寸法であっても良い。つまり、下記のような実施形態は、本発明に係る技術を具体化するために例示するものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００３７】
（ＭＯＣＶＤ装置の全体構成）
図１は、ＭＯＣＶＤ装置１の概略の構成を表す。図１に示すように、本発明の実施形態におけるＭＯＣＶＤ装置１は、基板（被処理体）３の被処理面に結晶成長を実行する反応装置と、反応装置内に取り付けられた基板３に計測用レーザー光を照射して、結晶成長中において反応装置の基板の反りを計測する基板計測装置２０とを有している。
【００３８】
反応装置は、成膜室（ガス処理室）２、成膜室２の内部に配置される回転台４、回転台４の上面に載置される複数の載置プレート５、加熱手段として回転台４の下側に配置されるヒーター６、回転台４の下側に接続される回転軸７、回転軸７を駆動するモーター８、ガス供給配管９を介して成膜室２の内部に原料ガス１０ａを供給するガス供給器１０及びガス排出配管１１を介して排気する排気装置（図示せず）などを備えている。
【００３９】
成膜室２には、原料ガス（処理用ガス）を供給して基板３の被処理面に結晶を成長させるための容器であり、ガス導入口２ａ、ガス排出口２ｂ、及び成膜室２の内部観察用にも用いる開口２ｃが形成されている。ガス導入口２ａは、ガス供給器１０から供給される結晶成長に必要な原料ガス１０ａの入り口、詳しくはガス供給配管９の挿入口となる。ガス排出口２ｂは、排気装置に接続されて、成膜室２内部の原料ガス１０ａ等を排出する。開口２ｃは、基板計測装置２０から照射される計測用レーザー光が通過可能であり、成膜室２の内部観察用に用いられる窓である。
【００４０】
詳しくは、ガス導入口２ａは、基板３の被処理面に向かって原料ガス１０ａを吹出することができるように、上記基板３の被処理面に対向する成膜室２の上壁に形成されている。ガス排出口２ｂは、基板３からみてガス導入口２ａの反対側に形成されている。また、開口２ｃは、成膜室２内部、具体的には基板３の被処理面へ向かって計測用レーザー光が照射され、且つ基板３の状況を観察可能な場所に形成される。例えば、開口２ｃは、計測用レーザー光が基板３の被処理面を垂直（実質的に垂直であると見なすことができる場合も含む）に照射することができるように、上記基板３の被処理面に面したその被処理面の中央部（実質的に中央部であると見なすことができる近傍部分も含む）を臨み得るように、成膜室２の上壁に形成されている。
【００４１】
基板３は、各載置プレート５の上面に配置される。装置によっては載置プレート５の上面に基板３を直接置かずに、石英、窒化ホウ素、炭化ケイ素又はグラファイト等で作られた基板ホルダーを使用する場合もある。なお、基板３としては、たとえばＳｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ又はサファイア等からなる基板が使用される。
【００４２】
回転台４は、円盤状に形成されており、下側中心部に接続された回転軸７によって回転可能であり、成膜室２の内部に設置されている。回転台４は、モーター８が回転軸７を駆動することによって、任意の速度で回転するようになっている。なお、本発明の実施形態においては、回転軸７の下端に設けられたモーター８を成膜室２の外部に配置しているが、これに限らず、成膜室２の内部に配置することもできる。
【００４３】
また、載置プレート５は、基板３を、回転台４に対して回転（自転）させることができるように回転機構（図示せず）を備えている。したがって、基板３は、被処理面に結晶を成長させるときに、自転及び公転（回転台４の回転に応じた回転）を行うようになっている。これにより、原料ガス１０ａを基板３の被処理面に導入して結晶を成長する際に、所望の薄膜をより安定に形成し、かつ、薄膜の膜厚及び膜の組成を均一化することができる。
【００４４】
ヒーター６は、基板３を加熱するための加熱手段として、回転台４の下側に設置されている。より詳細には、ヒーター６は、回転台４を挟んで、載置プレート５と対向する位置に設けられており、回転台４及び載置プレート５を介して基板３を加熱する。本発明の実施形態においては、加熱手段として、ヒーター６を成膜室２に内蔵して設置したが、これに限らず、例えば、成膜室２全体を加熱するためにヒーターあるいはコイルなどの加熱手段を成膜室２の外周部に設置してもよい。
【００４５】
ガス供給配管９は、その一端がガス供給器１０に接続されており、他端はガス導入口２ａを通って成膜室２の上部から内部に挿入されている。そして、挿入された先端は、成膜室２の上壁と回転台４との間に位置して、ガス吹出口９ａとなっている。したがって、ガス供給器１０から供給された原料ガス１０ａは、ガス供給配管９を経由して、回転台４の回転軸上から回転台４の表面に沿って放射状に、結晶膜の原料として供給される。反応後のガス（原料ガス等）は、排気経路１３に沿って、ガス排出口２ｂに接続されているガス排出配管１１などを経由して、成膜室２から外部に排出される。その結果、基板３上近傍で所望の化学反応が行われることによって基板３上に所望の成膜処理が実行される。
【００４６】
また、図１，２に示すように、成膜室２の上壁には、開口２ｃを覆うように観察部（パージガス室）３０が設置されている。また、成膜プロセスの最適化を行うために基板計測装置２０は、当該観察部３０の上方に設置されている。
【００４７】
図３に示すように、本発明の実施形態において、観察部３０は円筒状に形成されている。また、図２に示すように、成膜室２の上壁から突出して設置された側壁３１を備え、側壁３１の一端（上端）には石英等の光学的に透明な（透光性の）観察窓３２が取り付けられ側壁３１の他端（下端）は底壁３３と接続している。底壁３３は、ほぼ中央部に開口２ｃの形成位置に対応する開口３３ａが形成されている。
【００４８】
観察部３０の底壁３３上には、観察部３０の内部で開閉可能な絞り板３５が取り付けられている。絞り板３５は、円筒状の観察部３０の内周より充分に小さな円盤状に形成されたものであり、例えば、絞り板３５の外周部の何れかの位置にヒンジなどの回転機構（図示せず）を設置し、当該回転機構を軸に、絞り板３５を観察部３０の内部で回転することができる。絞り板３５が観察部３０の底壁３３に平行に設置した場合を閉状態とし、この状態は、成膜処理を行うときに適用されて、成膜室２から観察部３０内に、大量の原料ガス１０ａを含むガスが侵入することを防止する。また、絞り板３５が観察部３０の底壁３３に垂直に設置した場合を開状態とする。この状態は、成膜処理を行っていないときに適用されて、成膜室２内のより広範囲の計測を行うことができる。
【００４９】
あるいは、図２において、観察部３０が長四角柱状の場合、観察部３０の内部で開閉可能な絞り板３５は、観察部３０の内周とほぼ同じ大きさの四角形状に形成してもよい。そして、例えば、絞り板３５の外周部をなす一辺にヒンジなどの回転機構（図示せず）を設置し、当該回転機構を軸に、絞り板３５を観察部３０の内部で回転することができる。
【００５０】
また、絞り板３５のほぼ中央部には、観察部３０の底壁３３に形成された開口３３ａの大きさをさらに制限できる絞り穴３５ａが形成されており、絞り板３５が閉状態にあるときには、絞り穴３５ａにより観察部３０と成膜室２とが連通する。ここで、絞り穴３５ａを観察部３０の底壁３３の開口３３ａと同心にして形成することが好ましい。
【００５１】
もちろん、絞り板３５は必ず観察部３０の底壁３３上に取り付けられるものではない。例えば、観察部３０が高さ方向に細長い構成を有する場合、絞り板３５を、観察部の側壁３１に対して固定し、開閉可能に取り付けてもよい。この場合は、観察部３０の底壁３３は必須ではない。また、絞り板３５を絞り穴３５ａを通るラインで二つに分割して、分割片それぞれの端部の可能な位置に回転機構を取り付けて、絞り板３５を開閉可能に設置することもできる。あるいは、絞り穴を有する絞り板を、観察窓と平行な方向に移動可能とするスライド機構を別途設けて、絞り板を開閉可能とすることもできる。
【００５２】
なお、開閉可能な絞り板３５を観察部３０の側壁３１に対して固定する場合であって、かつ観察部３０が円筒状の場合には、例えば、側壁３１の一部にその内径を縮小するリング状の突出を設けて、当該突出上に絞り板３５とその回転機構とを固定すればよい。
【００５３】
また、絞り穴３５ａは、観察手段、各組み立て公差、流しうるパージガスの量などから決められる。例えば、絞り穴３５ａを円形にする場合、その直径を１０ｍｍ以上〜２０ｍｍ以下にすることが好ましい場合がある。絞り穴３５ａを１０ｍｍ以上とすることで、視野が充分に広く確保されるので基板計測装置等の配置がより一層容易となる。また、絞り穴３５ａを２０ｍｍ以下とすることで、パージガス流量をより低減した場合であっても、成膜室から観察部側に流出する、観察窓の曇りを発生する原料ガスの量を充分に制限することができる。
【００５４】
また、観察部３０には、観察窓３２の曇りを防止するために、パージガス４０をその内部に導入する、チューブまたは配管などからなるパージガス導入手段３４（パージガス導入部）が設けられている。このパージガス導入手段３４の一端に設けられた吐出口がパージガス導入口３４’となって、ここからパージガス４０が吐出される。このパージガス導入手段３４は観察部３０の内部とパージガス導入手段３４とが連通されるよう観察部３０の側壁３１にパージガス導入口３４’が位置してもよいし、図に示すように、観察部３０の内部まで挿入されていてもよい。さらに、パージガス導入口３４’は、観察部３０の高さ方向において、側壁３１の中心（観察部３０の高さ方向の中心位置）よりも観察窓３２側に設置されている。このため、観察窓３２近傍でのパージガスの流れの制御がより容易となって、観察窓３２の曇りをより効率的に防止することができる。
【００５５】
また、パージガス導入手段３４を観察部３０の内部まで挿入する（内部に突き出すように挿入する）と、パージガスの流れ方向を、パージガス導入手段３４のパージガス導入口３４’の端面に垂直にすることができるので、望ましい。
【００５６】
特にパージガス導入手段３４が設置される側壁３１が曲面状である場合は、パージガス導入手段３４を観察部３０の内部まで挿入することによってパージガスを観察部３０に吐出したときに、パージガスの流れ方向が側壁３１に沿うように変化する恐れをより確実に抑制可能となるために望ましい。
【００５７】
なお、観察部３０の側壁３１及び底壁３３は、観察部３０を通過する基板計測装置２０からのレーザー光が、外部光の影響を受けないように、不透光の部材により構成することが好ましい。
【００５８】
基板計測装置２０は、レーザー光によるドップラー効果の原理を用いた速度計測手段である。レーザー光によるドップラー効果の原理を用いた速度計測手段とは、計測用レーザー光を対象物に照射して当該対象物で反射した戻り光を受光し、対象物の速度によって戻り光の周波数がシフト（変化）するドップラー効果を用いて、対象物の速度（この場合、対象物の反り状態によって当該対象物の中央部と周縁部とで僅かに変化する速度の違い）を計測する速度計測手段である。
【００５９】
本発明の実施形態において、基板計測装置２０は、照射した計測用レーザー光２０ａが観察窓３２を透過して絞り板３５の絞り穴３５ａの中心から成膜室２内部の基板３に到達し、かつ、基板３で反射してさらに観察窓３２を透過した戻り光２０ｂを受光することができる位置に配置されている。
【００６０】
なお、本発明の実施形態での基板計測装置２０が形状測定装置であるため、観察窓３２は、計測用レーザー光２０ａ及びその戻り光２０ｂが通過する構成であるが、その限りではない。例えば、基板計測装置２０が放射温度計の場合は、成膜室２内部から発せられた赤外放射が観察窓３２を透過することになる。
【００６１】
ＭＯＣＶＤ装置１において、成膜室２の内部には、その上壁と基板３の被処理面との間、すなわち、成膜室２の上壁と回転台４との間に、レーザー光が通過可能な通孔１２ａが少なくとも一つ開いた隔壁１２が設置されている。
【００６２】
隔壁１２は、ガス透過性が低い部材からなっており、成膜室２の上壁及び回転台４と平行（実質的に平行であると見なすことができる場合も含む）に形成され、成膜室２内部の空間を上下に隔てるように配置されている。つまり、隔壁１２により、基板３の被処理面側の上部空間を、基板３側の空間と成膜室２の内壁（上壁）側の空間とに隔てる。
【００６３】
また、通孔１２ａは、計測用レーザー光２０ａ及び戻り光２０ｂが通過できるように、観察部３０の観察窓３２及び絞り板３５の絞り穴３５ａ、成膜室２の開口２ｃに対応する位置、すなわち、観察窓３２から基板３の被処理面の中央部を臨み得る、隔壁１２上の位置に形成されている。さらに、ガス吹出口９ａは、隔壁１２と回転台４との間に配置される。したがって、ガス供給器１０から供給された原料ガス１０ａは、隔壁１２と回転台４との間において、ガス供給配管９を経由して、回転台４の回転軸上から回転台４表面に沿って放射状に、結晶膜の原料として供給される。
【００６４】
なお、隔壁１２を設置することで、観察窓３２の曇りの主因となる原料ガス１０ａが観察部３０に入ることをより一層防止することができる。
【００６５】
ここで、例えば、隔壁１２の通孔１２ａの直径を１０ｍｍ以上〜２０ｍｍ以下の範囲内とすることができる。これにより、観察部側へ原料ガスが入り込むことを防止しつつ、観察窓３２から絞り穴３５ａを経由して成膜室２に内置された基板３を観察するに充分な観察領域を確保可能となる。
【００６６】
（パージガス導入口と絞り穴との位置関係）
以下、図３〜図５も参照して、パージガス導入口３４’と、絞り穴３５ａとの位置関係及びパージガスの導入状態について説明する。
【００６７】
基板３成膜中は原料ガス１０ａが基板３の被処理表面に供給され、原料ガス１０ａの一部は隔壁１２の通孔１２ａから観察窓３２の方向に漏れる。この漏れた原料ガス１０ａが観察窓３２に到達すると観察窓３２が曇り、計測用レーザー光２０ａ及びその戻り光２０ｂの光量が低下することで基板計測装置２０が機能を果たせなくなる場合がある。
【００６８】
この場合、例えば、パージガス４０の量を増やすことによって、若しくは絞り穴３５ａを小さくすることによって、若しくはその両方を行うことによって原料ガス１０ａが観察窓３２に到達することを防止できる。本実施形態に係るＭＯＣＶＤ装置１では、パージガス４０の導入方向を検討することで、上記対策を行った場合でも、パージガス４０が隔壁１２の通孔１２ａから基板３側に侵入し、成膜結果に影響を与える虞を低減可能なものである。また、絞り穴３５ａを小さくした場合でも、温度変化などにより各構成要素の位置がすれて観察不可能となる虞を低減可能なものである。
【００６９】
まず、図８及び図９に基づき、パージガスの量を増やすことによって、若しくは絞り穴を小さくすることによって招来する現象につき説明する。
【００７０】
図８にその観察部８１及び成膜室２の一部を拡大して示すＭＯＣＶＤ装置は、パージガス９０の流路に配した絞り部材となる絞り板８１ｃにより、原料ガス５０ａの観察部８１側への流入を抑えるものである。構成としては、上記説明の本発明に係るＭＯＣＶＤ装置１とほぼ同じである。相違点は、パージガス９０の導入方向が図２に示すパージガス４０の導入方向と異なる点である。つまり、観察部８１を拡大して示した図８、図９のように、側壁８１ｂに形成されたパージガス導入口８１ｄは、それから導入されるパージガス９０の導入方向（すなわちパージガス導入口８１ｄの法線方向）が、観察窓８１ａから見て絞り穴８１ｅ、８１ｅ’の中心を通るように形成されている。すなわち、パージガス導入口８１ｄの法線Ｃと、絞り板８１ｃの絞り穴８１ｅ、８１ｅ’の中心線Ｄとが点Ａで交差している。
【００７１】
詳しくいうと、原料ガス５０ａの観察部８１側への流入を抑えるには、パージガス９０の流量が一定であれば絞り板８１ｃに形成される開口面積が小さいほど効果が高くなる。
【００７２】
まず、図８を参照し、一定のパージガス流量下で、絞り板８１ｃに形成された絞り穴８１ｅの開口面積が十分小さい場合を説明する。パージガス導入口８１ｄからのパージガス９０は、観察部８１の下に供給され、この場合、絞り穴８１ｅの開口面積が小さいため、絞り穴８１ｅの開口領域では、ほぼ一様に観察部８１側から成膜室７０に出ていくパージガス９０のみと見なすことができる。この場合は、観察窓８１ａに原料ガス及びその反応物が付着する虞は低い。
【００７３】
ただし、絞り穴８１ｅを小さくしすぎると、パージガス９０が直接絞り穴８１ｅから成膜室７０の内部に噴出して、パージガス９０が成膜室７０内部の原料ガス５０ａの流れに影響を与えうる。ここで、原料ガス５０ａの流れの変化は、基板７２の表面の結晶膜特性悪化原因となる。
【００７４】
次に、図９を参照し、図８に対し絞り板８１ｃに形成された絞り穴８１ｅ’の開口面積を大きくした場合を説明する。この場合、絞り穴８１ｅ’の開口面積が大きいため、絞り穴８１ｅ’の開口領域におけるガスの流れは一様ではなくなり、観察部８１の側から成膜室７０の側に出ていくパージガス９０と、成膜室７０の側から観察部８１の側に入ってくる混合ガス１０ｂとが存在するようになる。これは、絞り穴８１ｅ’の開口面積が大きくなることによってレイノルズ数が大きくなり、渦９２が発生しやすくなることが原因である。つまり、このとき発生する渦９２は、ドーナッツ状になっているので、渦９２の中心から混合ガス５０ｂが侵入しやすく、観察窓８１ａの曇り防止効果がない。
【００７５】
一方、本発明では、図８及び図９に示す形態と比較して、パージガス導入口３４’の形成、詳しくはパージガス導入口３４’からの導入方向を改善している。
【００７６】
図３〜図５は、それぞれパージガス導入手段（パージガス導入部）３４の第１の実施例〜第３の実施例に係る、図２を観察窓３２の側から見て、パージガス導入口３４’高さで切断した上面断面図である。図面を見やすくするために、図３〜図５では成膜室２の詳細な構成が示されていない。また、これら図面において、矢印で表されているパージガス４０の流れはパージガス導入口３４’から供給された直後のパージガス４０の流れ方を表している。パージガス４０の流れを示す矢印は、複数の矢印の、流れ方向に直交する方向における間隔が狭いほど流速が早いことを表している。なお、矢印の長さは特に意味は無い。
【００７７】
〔第１の実施例〕
図３は、第１の実施例に係るパージガス導入手段３４の配置に関する構成を示す断面図である。本実施例では、パージガス導入手段３４を一つ形成した場合を説明する。本実施例は、図８及び図９の構成に比べ、パージガス導入手段３４のパージガス導入口３４’から観察部３０の内部に入るパージガス４０の導入方向が異なっている。すなわち、本実施例において、パージガス導入手段３４は観察部３０の内部まで挿入して、パージガス導入口３４’からのパージガス４０の導入方向（すなわちパージガス導入口３４’の法線方向）と観察部３０の絞り板３３の絞り穴３５ａの重心線とが、観察窓３２の観察方向（概ね観察窓３２の法線方向）から見てずれるように、パージガス導入口３４’の向きが調整されている。
【００７８】
ここで、パージガス導入口３４’からのパージガス４０の導入方向と絞り穴３５ａの重心線とがずれるとは、パージガス導入口３４’の重心線と絞り穴３５ａの重心線とに交点がないとの構成を示す。
【００７９】
上記構成によると、図３に示すように、パージガス導入口３４’近傍ではパージガス４０の流速は早く、それ以外の場所では遅くなった渦流ができる。また、図示していないが、この渦流は徐々に小さくなりながら絞り穴３５ａに接近し、基板３側に出てゆく。一方、基板３側から絞り穴３５ａを通って進入する原料ガス１０ａは、この渦の中心４１の付近を通過しながら観察窓３２に接近する。これは、渦の中心付近が渦の外周部と比較して流速が遅いので原料ガスが通過しやすいためである。
【００８０】
渦の中心４１は、図３に示されているように、パージガス導入口３４’の高さ近傍では絞り穴３５ａの中心からずれて形成される。その結果、観察窓３２まで到達する原料ガス１０ａは、計測用レーザー光２０ａ及びその戻り光２０ｂが通過する絞り穴３５ａの中心位置からずれるため、曇りが生ずる位置がずれることになって、計測への影響が抑制される。
【００８１】
このため、図８及び図９に示す場合と比較して、パージガス４０の量を減らす、若しくは絞り穴３５ａを大きくする、若しくはその両方を行っても計測への影響が抑制でき、原料ガス１０ａの流れへの影響を少なくすることができる。
【００８２】
〔第２の実施例〕
図４は、第２の実施例に係るパージガス導入手段３４の配置に関する構成を示す断面図である。本実施例は第１の実施例と比較して、パージガス導入手段３４を二カ所に設けられている点のみで異なる。
【００８３】
図４に示す構成では、二つのパージガス導入口３４’は、観察窓の観察方向から見て、絞り穴３５ａを挟むように対称な位置に配置される。二つのパージガス導入口３４’は、ほぼ同じ（互いに略平行な）パージガス導入方向をもってパージガス４０を導入するように配置されている。その結果、それぞれのパージガス導入口３４’の近傍ではパージガス４０の流速は早く、それ以外の場所では遅くなって、２つの渦が発生し、渦の中心４１は観察窓３２に絞り穴３５ａを投影した際の中心からずれている。この２つの渦の中心４１は、それぞれ絞り穴３５ａに近づくほど接近しつつパージガス４０が絞り穴３５ａから成膜室２に設置された基板３側に出ていく。一方、基板３側から絞り穴３５ａを通って進入する原料ガス１０ａを含む混合ガス１０ｂは、ぞれぞれの渦の中心４１の付近を通過しながら観察窓３２に接近する。
【００８４】
渦の中心４１は、図４に示されているように、パージガス導入口３４’の高さ近傍では絞り穴３５ａの中心からずれて二カ所に形成される。その結果、パージガス導入手段３４を二カ所に設けた場合は、一つしか設けない場合と比較して観察窓３２に到達する原料ガス１０ａが分割されるので一カ所あたりの観察窓３２の曇りの量が少なくなり、したがって、計測への影響がさらに良く防止される。
【００８５】
〔第３の実施例〕
図５は、第３の実施例に係るパージガス導入手段３４に関する構成を示す断面図である。本実施例は第２の実施例と比較して、二つのパージガス導入手段３４の設置位置が異なっている。
【００８６】
本実施例では、少なくとも一組のパージガス導入口３４’同士を結んだ線分の中心が、観察窓の観察方向から見て、絞り穴３５ａの中心と異なるように、パージガス導入口３４’が位置されている。また、一方のパージガス導入口３４’からのパージガスの導入方向と、他方のパージガス導入口３４’からのパージガスの導入方向とが、互いに略逆平行の関係にある。この場合、観察窓３２の近傍における渦の中心４１は、互い違いに対向するパージガス導入口３４’を結んだ線分の中心あたりに発生する。このため、他の実施例と同様に、観察窓３２に到達する原料ガス１０ａは、計測用レーザー光２０ａ及びその戻り光２０ｂが通過する位置からずれるため、曇りが生ずる位置がずれることになって、計測への影響が防止される。
【００８７】
本実施例では二つのパージガス導入手段３４を協同させることによって、第１の実施例と比較して、少ないパージガス量で強い渦を作り出すことができるので、パージガスの量を減らすことができる。
【００８８】
〔その他の実施例〕
上記では、パージガス導入手段３４を挿入するためのパージガス導入口３４’を、観察部３０の側壁３１（観察窓が形成されたパージガス室（観察部）の壁と交差する壁）に形成した場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１０に示すように、観察部３０の観察窓３２が形成された壁からパージガス導入手段３４を挿入する構成も用いられる。または、観察窓３２が形成された壁に平行な壁からパージガス導入手段３４を挿入することも可能である。
【００８９】
この場合は、パージガスの導入方向が、絞り穴３５ａの重心線とずれるように、パージガス導入手段３４を配置すればよい。好ましくは、パージガス導入口３４’から観察部３０へのパージガスの導入方向が、観察窓３２が形成された観察部３０の壁と交差する内壁（すなわち、側壁３１）に対して交差するように、パージガス導入手段３４を配置すればよい。
【００９０】
また、上記では、絞り部材として、観察部３０の内部に絞り穴３５ａが形成された絞り板３５を取り付けた場合を説明したが、絞り部材となる構成はこれに限定されない。
【００９１】
例えば、図１１（ａ）に示すように、観察部３０に一体形成された底板３３を絞り部材とし、底板３３に形成された開口３３ａを絞り穴３３ａをとして用いてもよい。この場合、観察部３０の観察窓３２からの観察方向からみて、パージガス導入口３４’から成膜室２へのパージガスの導入方向が、当該開口３３ａの重心線からずれるように、パージガスの導入方向を調整すればよい。また、観察部３０の底板３３上の開口３３ａを、その大きさが１０ｍｍ〜２０ｍｍの条件を満足するように形成することが好ましい。ただし、この場合、成膜室２上の開口２ｃの大きさは、絞り板３５の外径より小さく形成する必要がある。
【００９２】
或いは、図１１（ｂ）に示すように、成膜室２の内部の上壁の下に、中心部に絞り穴３５ａが形成された絞り板３５を設置してもよい。この場合、観察部３０の観察窓３２からの観察方向からみて、パージガス導入口３４’から成膜室２へのパージガスの導入方向が、当該絞り穴３５ａの重心線からずれるように、パージガスの導入方向を調整すればよい。また、観察部３０の底壁に形成される開口３３ａ’、成膜室２の上壁に形成されたガス導入口２ａの大きさには関係なく、絞り板３５上の絞り穴３５ａを、その大きさが１０ｍｍ〜２０ｍｍの条件を満足するように形成することが好ましい。ただし、この場合、観察部３０の底壁３３の開口３３ａおよび成膜室２上の開口２ｃの大きさは、絞り板３５の外径より小さく形成する必要がある。
【００９３】
また、図１１（ｂ）に示す構成でも、絞り板３５を、いずれか一側の端部に回転機構を設置することができる。または、一つの絞り穴３５ａを二つの絞り板３５のそれぞれの端部の回転機構を設置し、それぞれ開閉可能に設置することもできる。
【００９４】
或いは、図１１（ｃ）に示すように、成膜室２に一体形成された上壁を絞り部材とし、それに形成された開口２ｃ’を絞り穴とする構成も可能である。そして、観察部３０の観察窓３２からの観察方向からみて、パージガス導入口３４’から成膜室２へのパージガスの導入方向が、当該開口２ｃの重心線からずれるように、パージガスの導入方向を調整すればよい。また、観察部３０の底壁に形成される開口３３ａ’の大きさには関係なく、開口２ｃ’を、その大きさが１０ｍｍ〜２０ｍｍの条件を満足するように形成することが好ましい。なお、観察部３０の底壁により開口２ｃ’が覆われないようにすればよい。
【００９５】
なお、上記パージガス導入口の個数に対しては特に限定がなく、複数設けることが可能である。特に、複数のパージガス導入口を対向して設ける場合は、それぞれオフセットして設置することで、観察窓の曇り防止の効果が得られる。
【００９６】
なお、上記では、基板を被処理体として処理するＭＯＣＶＤ装置を説明したが、本発明は上記装置に限定されず、例えば、金属または半導体材料を溶融する加熱炉を含む装置（単結晶引き上げ炉、鋳物製造装置など）、成膜時にある程度のガスを使用する成膜装置（スパッタ装置等）にも適用される。つまり、被処理体を処理用ガスで処理するガス処理装置において、処理用ガスの影響を避けて、ガス処理室に内置された被処理体を光学手段にて観察する必要のある装置であれば、本発明を好適に適用することができる。
【００９７】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明は、被処理体を処理用ガスで処理するガス処理装置において、ガス処理室に内置された被処理体を光学手段にて観察する必要のある装置に好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００９９】
１ ＭＯＣＶＤ装置（ガス処理装置）
２ 成膜室（ガス処理室）
２ａ ガス導入口
２ｂ ガス排出口
２ｃ 開口
３ 基板（被処理基板）
４ 回転台
５ 載置プレート
６ ヒーター
７ 回転軸
８ モーター
９ ガス供給配管
１０ ガス供給器
１０ａ 原料ガス
１０ｂ 混合ガス
１１ ガス排出配管
１２ 隔壁
１２ａ 通孔
１３ 排気経路
２０ 基板計測装置
３０ 観察部（パージガス室）
３１ 側壁
３２ 観察窓
３３ 底壁
３３ａ 開口
３４ パージガス導入手段（パージガス導入部）
３４’ パージガス導入口（パージガス導入部）
３５ 絞り板
３５ａ 絞り穴
４０ パージガス
４１ 渦の中心
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体を処理用ガスで処理するガス処理装置であって、
内置される被処理体を処理用ガスで処理するガス処理室と、
上記被処理体を観察可能な観察窓が形成されたパージガス室と、
上記観察窓からの観察方向上で、かつ上記観察窓とガス処理室内での被処理体の配置位置との間に位置する絞り穴が形成された絞り部材と、
一端にパージガス導入口が形成され、上記パージガス室にパージガスを導入するパージガス導入部とを備え、
上記パージガス導入部から上記パージガス室へのパージガスの導入方向が、上記観察方向からみて上記絞り穴の重心線からずれるように、上記パージガス導入部が配置されることを特徴とするガス処理装置。
【請求項２】
上記パージガス導入部から上記パージガス室へのパージガスの導入方向が、上記観察窓が形成されたパージガス室の壁と交差する内壁に対して交差するように、上記パージガス導入部が配置されることを特徴とする請求項１に記載のガス処理装置。
【請求項３】
上記パージガス導入部を複数備え、
上記観察窓の観察方向から見て、隣り合う少なくとも一組のパージガス導入部同士が、パージガスの導入方向が互いに略平行となるように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のガス処理装置。
【請求項４】
上記パージガス導入部を複数備え、
上記観察窓の観察方向から見て、少なくとも一組の上記パージガス導入部が備えるパージガス導入口同士を結んだ線分の中心が、上記絞り穴の重心と異なっていることを特徴とする請求項１または２に記載のガス処理装置。
【請求項５】
上記絞り部材は開閉可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のガス処理装置。
【請求項６】
上記絞り部材が、１）上記観察窓に対向して配置された上記パージガス室の底壁、２）上記観察窓に対向した配置された上記ガス処理室の上壁、３）上記ガス処理室の上壁の下に設置された絞り板、であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のガス処理装置。
【請求項７】
上記処理用ガスを原料ガスとして、上記被処理体上で当該原料ガスを用いた気相成長を行う気相成長装置である請求項１〜６の何れか一項に記載のガス処理装置。
【請求項１】
被処理体を処理用ガスで処理するガス処理装置であって、
内置される被処理体を処理用ガスで処理するガス処理室と、
上記被処理体を観察可能な観察窓が形成されたパージガス室と、
上記観察窓からの観察方向上で、かつ上記観察窓とガス処理室内での被処理体の配置位置との間に位置する絞り穴が形成された絞り部材と、
一端にパージガス導入口が形成され、上記パージガス室にパージガスを導入するパージガス導入部とを備え、
上記パージガス導入部から上記パージガス室へのパージガスの導入方向が、上記観察方向からみて上記絞り穴の重心線からずれるように、上記パージガス導入部が配置されることを特徴とするガス処理装置。
【請求項２】
上記パージガス導入部から上記パージガス室へのパージガスの導入方向が、上記観察窓が形成されたパージガス室の壁と交差する内壁に対して交差するように、上記パージガス導入部が配置されることを特徴とする請求項１に記載のガス処理装置。
【請求項３】
上記パージガス導入部を複数備え、
上記観察窓の観察方向から見て、隣り合う少なくとも一組のパージガス導入部同士が、パージガスの導入方向が互いに略平行となるように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のガス処理装置。
【請求項４】
上記パージガス導入部を複数備え、
上記観察窓の観察方向から見て、少なくとも一組の上記パージガス導入部が備えるパージガス導入口同士を結んだ線分の中心が、上記絞り穴の重心と異なっていることを特徴とする請求項１または２に記載のガス処理装置。
【請求項５】
上記絞り部材は開閉可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のガス処理装置。
【請求項６】
上記絞り部材が、１）上記観察窓に対向して配置された上記パージガス室の底壁、２）上記観察窓に対向した配置された上記ガス処理室の上壁、３）上記ガス処理室の上壁の下に設置された絞り板、であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のガス処理装置。
【請求項７】
上記処理用ガスを原料ガスとして、上記被処理体上で当該原料ガスを用いた気相成長を行う気相成長装置である請求項１〜６の何れか一項に記載のガス処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１８９８５（Ｐ２０１２−１８９８５Ａ）
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５４１８６（Ｐ２０１０−１５４１８６）
【出願日】平成２２年７月６日（２０１０．７．６）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月６日（２０１０．７．６）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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