DE10042881A1 - CVD-Einrichtung, zugehöriges Spülverfahren, Verfahren zur Beurteilung der Wartungszeiten von Halbbleiterherstellungseinrichtungen, Feuchteüberwachungseinrichtung und hiermit versehene Halbleiterherstellungseinrichtung - Google Patents
CVD-Einrichtung, zugehöriges Spülverfahren, Verfahren zur Beurteilung der Wartungszeiten von Halbbleiterherstellungseinrichtungen, Feuchteüberwachungseinrichtung und hiermit versehene HalbleiterherstellungseinrichtungInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung stellt eine CVD-Einrichtung dar, welche wirksam eine Spülbehandlung nach der Wartung durchführen kann und als Spülgas eine Gasmischung aus einem Gas mit hoher Wärmeleitfähigkeit und einem Inertgas während der Spülbehandlung mit einem erwärmten Fluß verwendet, nach der Wartung, um das Inbetriebsetzen der CVD-Einrichtung durchzuführen, während die für die Spülbehandlung erforderliche Zeit verkürzt wird. Die Spülbehandlung vor der Ausbildung eines Halbleiterfilms wird dadurch durchgeführt, daß die Erzeugung eines Vakuums und das Einlassen von Inertgas mehrere Male wiederholt werden. Zusätzlich wird zur Beurteilung geeigneter Wartungszeitpunkte von Halbleiterherstellungseinrichtungen, welche eine Behandlung mit korrosivem Gas in einer Reaktionskammer durchführen, die Feuchtigkeitskonzentration in der Reaktionskammer (1) mit einem Feuchtigkeitsmeßgerät (5) gemessen, das an die Reaktionskammer (1) angeschlossen ist, wenn die Behandlung mit dem korrosiven Gas durchgeführt wird, und werden Wartungszeitpunkte der Halbleiterherstellungseinrichtung entsprechend Änderungen der Feuchtigkeitskonzentration festgelegt, wenn die Behandlung mit korrosivem Gas wiederholt durchgeführt wird. Um die Feuchtigkeit korrosiven Gases während der Bearbeitung zu messen, während eine Verstopfung einer Rohrleitung in einer Feuchtigkeitsüberwachungseinrichtung und einer mit dieser versehenen Halbleiterherstellungseinrichtung verhindert wird, ist eine ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine CVD-Einrichtung und
ein zugehöriges Spülverfahren, und betrifft insbesondere den
Aufbau einer CVD-Einrichtung, welche die zur Spülbehandlung
nach der Durchführung einer Wartung erforderliche Zeit
verkürzen kann, sowie ein zugehöriges Spülverfahren.
Weiterhin betrifft eine vorliegende Erfindung eine
Feuchteüberwachungseinrichtung, welche die Feuchte mißt, die
in einem korrosiven Gas in dem Prozeß vorhanden ist, wenn ein
Epitaxiewachstum und dergleichen unter Verwendung eines
korrosiven Gases auf einem Siliziumwafer durchgeführt wird,
der beispielsweise in einem Reaktor angeordnet ist, sowie
eine Halbleiterherstellungseinrichtung, die mit der
Feuchtemeßeinrichtung versehen ist, und ein Verfahren zur
Beurteilung der Wartungszeiten von
Halbleiterherstellungseinrichtungen.
CVD-Einrichtungen sind Einrichtungen, die dazu verwendet
werden, einen Halbleiterfilm auf einem Wafer dadurch
aufwachsen zu lassen, daß eine chemische Reaktion eines in
einen Reaktor eingelassenen Halbleitergases auf dem Wafer
erfolgt. Da es grundsätzlich nicht möglich ist, sämtliche
Materialgase auf dem Wafer zur Reaktion zu veranlassen,
bleiben Nebenprodukte übrig, die an verschiedenen Orten auf
den Innenwänden des Reaktors anhaften. Diese Nebenprodukte
haben die Auswirkung während des Filmwachstums, daß Teilchen
und dergleichen erzeugt werden. Da sie die Ausbildung eines
Films mit hoher Qualität behindern, ist es erforderlich,
Reinigungsarbeiten (Wartung) auf den Innenwänden des Reaktors
vorzunehmen.
Beispielsweise ist bei einer CVD-Einrichtung zum Aufwachsen
dicker Filme eine Wartung in der Größenordnung von einmal
alle drei bis vier Tage erforderlich. Da die Einrichtung
gegenüber der Atmosphäre geöffnet wird, und mit Alkohol und
dergleichen während der Wartung gereinigt wird, wird eine
große Luftmenge in den Reaktor eingelassen, was zum Anhaften
von Feuchtigkeit auf den Innenwänden des Reaktors führt.
Wenn Feuchtigkeit in der Atmosphäre während des Wachstums von
Halbleiterfilmen vorhanden ist, reagiert sie mit dem
Halbleitermaterialgas, was zur Ausbildung metallischer
Verunreinigungen oder der Ausbildung von Teilchen führt,
welche die Filmqualität beeinträchtigen. Nach der Wartung ist
es daher erforderlich, das Innere der Einrichtung mit
hochreinem Stickstoff oder einem anderen Inertgas zu spülen,
bevor mit dem Wachstum von Filmen begonnen wird, um die
Feuchtekonzentration auf ein Ausmaß abzusenken, welches keine
negativen Auswirkungen auf die Filmqualität hat.
Da das Innere von CVD-Einrichtungen eine extrem komplizierte
Form aufweist, und die Adsorptionskraft von Wassermolekülen
extrem hoch ist, ist jedoch eine beträchtliche Zeit für das
Entfernen der Feuchtigkeit nach der Wartung erforderlich, was
wiederum wesentliche Auswirkungen auf die Verfügbarkeit der
Einrichtung hat.
In der Vergangenheit wurden verschiedene Versuche
unternommen, die Zeit zu verkürzen, die für die Wartung der
Einrichtung erforderlich ist, einschließlich Spülen, wobei
Beispiele hierfür eine Vakuumspülung umfassen, eine Spülung
(Heizen) unter Erwärmung, den Einsatz von Wasserstoff, oder
eine Kombination derartiger Maßnahmen. Da die Bedingungen und
die Kombinationen von Vakuumspülung und Ausheizen auf der
Grundlage von Versuchen festgelegt werden, war es allerdings
schwierig, das Spülverfahren zu optimieren.
Darüber hinaus wird die Beendigung des Spülvorgangs auf der
Grundlage einer Bewertung der Qualität eines Films
vorgenommen, der tatsächlich aufwächst, nachdem in gewissem
Ausmaß gespült wurde. Dies führt zu einer Verschwendung von
Materialgas und Zeit für das Wachstum, bis ein Film erhalten
wurde, der Produktniveauqualität aufwies. Dies wird als
verschwendetes Epitaxiewachstum bezeichnet. Da die Zeit, die
zum Spülen erforderlich ist, entsprechend der
Benutzungsvorgeschichte der CVD-Einrichtung und dem Ausmaß
variiert, in welchem eine Wartung durchgeführt wurde, sind
Fälle aufgetreten, bei denen die Anzahl an Zyklen mit
verschwendetem Epitaxiewachstum beträchtlich zunahm.
Seit einigen Jahren werden Epitaxiewafer, bei denen ein
Einkristall-Siliziumdünnfilm (eine Epitaxieschicht) mittels
Dampfablagerung in einer vorbestimmten
Verunreinigungskonzentration auf einem Siliziumwafer
abgelagert wird, der einen extrem niedrigen spezifischen
Widerstand aufweist, durch eine
Epitaxiekristallwachstumseinrichtung hergestellt, zum Einsatz
als Siliziumwafer für MOS-Geräte. Eine derartige Einrichtung
führt ein Epitaxiewachstum auf einem Wafer dadurch durch, daß
ein korrosives Quellengas in eine Kammer fließen kann, in
welcher ein Siliziumwafer angeordnet wurde. Darüber hinaus
wird bei dieser Einrichtung das Ätzen von Polysilizium, das
im Inneren der Kammer anhaftet, ebenfalls durch ein
korrosives Gas in Form von Chlorwasserstoffgas durchgeführt.
Weiterhin werden verschiedene CVD-Einrichtungen, welche einen
Dünnfilm auf einem Wafer unter Verwendung eines korrosiven
Gases erzeugen, oder Ätzgeräte zur Durchführung einer
Musterbildung in LSI- und anderen
Halbleiterherstellungsprozessen verwendet.
Obwohl diese Halbleiterherstellungseinrichtungen korrosive
Gase verwenden, beispielsweise hochreines Chlorwasserstoffgas
und Amoniakgas, tritt selbst bei einer geringen Menge an
Feuchtigkeit in diesem Gas eine erhöhte Empfindlichkeit in
Bezug auf das Auftreten einer Korrosion von Metallteilen auf,
die in der Einrichtung verwendet werden (beispielsweise die
Innenseite der Prozeßkammer, das Gaszufuhrsystem und das
Gasabsaugsystem), was in der Hinsicht schädlich ist, daß
hierdurch eine Verunreinigung durch Metalle (Schwermetalle)
hervorgerufen wird, die aus diesen Metallteilen erzeugt
werden. Darüber hinaus reagiert Feuchtigkeit, die in die
Kammer hineingelangt, mit Nebenprodukten, die an den
Kammerinnenwänden und der Auslaßleitung anhaften, was
ebenfalls eine Ursache für die Ausbildung von Teilchen sein
kann. Obwohl verschiedene Gegenmaßnahmen eingesetzt werden,
um die Feuchtigkeit im Inneren der Prozeßkammer zu
verringern, ist es daher schwierig, die gesamte Feuchtigkeit
zu entfernen. Es ist daher nötig, periodisch eine Wartung der
Einrichtung durchzuführen, nämlich die Prozeßkammer zu
öffnen, und die Teile in deren Inneren zu reinigen
(Quarzeinspannvorrichtungen, usw.). Beispielsweise wurde in
der Vergangenheit der Zeitpunkt oder die Anzahl der
Wartungsvorgänge auf der Grundlage der Gesamtanzahl von
Wafern beurteilt, die im Falle von CVD-Einrichtungen für
einzelne Wafer bearbeitet wurden.
Das voranstehend erwähnte, herkömmliche Verfahren zur
Beurteilung der Wartungszeiten umfaßt allerdings immer noch
folgende Schwierigkeiten. Die Menge an Feuchtigkeit, die
tatsächlich in die Kammer jedesmal dann eingelassen wird,
wenn die Wartung durchgeführt wird, ändert sich in
Abhängigkeit von der Art der durchgeführten Arbeit und vom
Zeitraum, über welchen die Kammer während der Wartung
geöffnet wird. Im Falle der Beurteilung von Wartungszeiten
auf der Grundlage der Gesamtanzahl bearbeiteter Wafer, wie
dies in der Vergangenheit erfolgte, wird die Wartung jeweils
nach einer festen Anzahl an Bearbeitungszyklen durchgeführt,
unabhängig von der Menge an Feuchtigkeit, die tatsächlich in
die Kammer hineingelangt ist, und gab es keine Garantie
dafür, daß die Wartung zu den geeigneten Zeiten durchgeführt
wurde. Wenn beispielsweise eine bestimmte Menge an
Feuchtigkeit während des vorherigen Wartungsvorgangs
eingebracht wurde, die größer ist als die erwartete Menge,
bestand das Risiko, daß keine hohe Filmqualität erzielt
werden konnte, wenn die Bearbeitung nicht durchgeführt wird,
bis die bestimmte vorgeschriebene Gesamtanzahl an
bearbeiteten Wafern erreicht wurde. Falls allerdings die
Menge an Feuchtigkeit, die während des vorherigen
Wartungsvorgangs eingelassen wurde, vergleichsweise niedrig
ist, führt dies dazu, daß die Wartung früher durchgeführt
wird als dann, wenn sie tatsächlich erforderlich ist, was zu
einer übermässig hohen Anzahl an Wartungszyklen und einer
verringerten Durchsatzrate führte.
Darüber hinaus ist es erforderlich, quantitativ mit hoher
Empfindlichkeit die Feuchtigkeit zu untersuchen, die in einem
korrosiven Gas im Inneren der Kammer enthalten ist, um die
Feuchtigkeit in der Prozeßkammer zu verringern.
Bekannte Beispiele für Feuchte- oder Feuchtigkeitsmeßgeräte
zum Messen der Feuchtigkeit in einem Gas umfassen das
Kristalloszillationsverfahren, bei welchem Änderungen der
Frequenz eines Kristalloszillators gemessen werden, und das
Verfahren der elektrostatischen Kapazität, bei welchem
Änderungen der elektrostatischen Kapazität durch Adsorption
von Feuchtigkeit in einem Gas gemessen werden. Da diese
Feuchte- oder Feuchtigkeitsmeßgeräte einen direkten Kontakt
mit dem Gas erfordern, konnte allerdings im Falle korrosiver
Gase keine Messung durchgeführt werden, infolge der
korrosiven Eigenschaften dieser Gase.
Daher wurde vor einigen Jahren ein Laserfeuchtemeßgerät
vorgeschlagen, wie es beispielsweise in der japanischen
ungeprüften Patentanmeldung mit der ersten Veröffentlichung
Nr. HEI-5-99845 und in der japanischen ungeprüften
Patentanmeldung mit der ersten Veröffentlichung Nr.
HEI-11-183366 vorgeschlagen wurde, und welches die
Infrarotadsorptionsspektrometrie zur Messung von
Spurenanteilen von Verunreinigungen verwendet, die in Gasen
enthalten sind, unter Einsatz von Laserlicht. Dieses
Laserfeuchtemeßgerät detektiert Verunreinigungen wie
beispielsweise Feuchtigkeit auf der Grundlage der Intensität
der Adsorptionswellenlänge mittels Untersuchung des
durchgelassenen Laserlichts, wenn Laserlicht mit einer
vorbestimmten Wellenlänge auf eine Meßzelle gerichtet wird,
während ein korrosives Gas in die Meßzelle eingelassen wird.
Daher ist es nicht erforderlich, das korrosive Gas zu
adsorbieren, und können Messungen schnell und mit hoher
Empfindlichkeit durchgeführt werden.
Meßvorrichtungen unter Verwendung des voranstehend
geschilderten Feuchtemeßgerät nach dem Stand der Technik
weisen allerdings immer noch folgende Probleme auf. Obwohl
ein Anteil des korrosiven Gases in das voranstehend
geschilderte Feuchtemeßgerät eingelassen wird, nachdem es
durch ein Probenrohr gelangt ist, und nach Erhitzung im
Inneren einer Kammer, bleiben Reaktionsnebenprodukte übrig,
die auf den Innenwänden des Probenrohrs anhaften und sich
dort ansammeln, das zu dem Feuchtemeßgerät führt, was das
Risiko mit sich bringt, daß das Probenrohr verstopfen kann.
Daher war es schwierig, dieses Feuchtemeßgerät für ständige
Messungen der Feuchtigkeit in korrosiven Gasen während des
Prozesses einzusetzen, insbesondere für in-situ-Überwachung.
Ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher in
der Bereitstellung einer CVD-Einrichtung und eines
zugehörigen Spülverfahrens, welche es gestatten, daß eine
Spülbehandlung nach der Wartung effizient durchgeführt werden
kann, die es ermöglichen, exakt die Beendigung der
Spülbehandlung festzustellen, die Zeit verkürzen, die für die
Spülbehandlung erforderlich ist, und es ermöglichen, die
CVD-Einrichtung schnell in Betrieb zu nehmen.
Ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der
Bereitstellung eines Verfahrens zur Beurteilung der
Wartungszeiten von Halbleiterherstellungseinrichtungen,
welches geeignete Wartungszeiten festlegen kann.
Ein drittes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der
Bereitstellung einer Feuchteüberwachungseinrichtung und einer
Halbleiterherstellungseinrichtung, die mit dieser
Feuchteüberwachungseinrichtung versehen ist, welche das
Verstopfen eines Rohrs verhindern, und die Messung der in
einem korrosiven Gas enthaltenen Feuchtigkeit selbst während
der Bearbeitung gestatten.
Um das voranstehend geschilderte, erste Ziel zu erreichen,
weist die CVD-Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
eine CVD-Einrichtung auf, welche Halbleitermaterialgas einem
Reaktor (Reaktionskammer) zuführt, in welchem ein Wafer
angeordnet ist, um einen Halbleiterfilm auf dem Wafer
auszubilden; wobei zusammen mit dem Anschluß eines
Materialgaszufuhrpfades, welcher das Halbleitermaterialgas
liefert, eines Inertgaszufuhrpfades, welcher Inertgas zum
Spülen liefert, und eines Zufuhrpfades für ein Gas mit hoher
Wärmeleitfähigkeit, welcher Gas wie beispielsweise
Wasserstoff oder Helium mit einem hohen
Wärmeleitungskoeffizienten liefert, das sich mit Spülgas
mischt, an den Reaktor, ein Feuchtemeßgerät, welches die
Menge an Feuchtigkeit in dem Gas mißt, das von dem Reaktor
ausgestoßen wird, und eine Vakuumpumpe zum Evakuieren des
Inneren des Reaktors vorgesehen sind.
Darüber umfaßt, um das voranstehend geschilderte, erste Ziel
zu erreichen, das Spülverfahren für die CVD-Einrichtung gemäß
der vorliegenden Erfindung ein Spülverfahren für eine
CVD-Einrichtung, welches Halbleitermaterialgas an einen
Reaktor (Reaktionskammer) liefert, in welchem ein Wafer
angeordnet ist, um einen Halbleiterfilm auf dem Wafer
auszubilden; wobei ein Gas, das aus einer Mischung aus einem
Gas wie beispielsweise Wasserstoff oder Helium mit einem
hohen Wärmeleitungskoeffizienten und einem Inertgas besteht,
als das Spülgas verwendet wird, welches während der
Spülbehandlung unter Einsatz eines erwärmten Gases bei der
Spülbehandlung nach der Wartung verwendet wird, und das
Evakuieren des Inneren der Reaktionskammer und das Einlassen
von Inertgas mehrfach wiederholt werden.
Bei der CVD-Einrichtung und dem Spülverfahren für die
CVD-Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die
Spülbehandlung des Reaktors effizient durchgeführt werden,
und kann der Zeitpunkt für den Beginn des Filmwachstums exakt
festgelegt werden. Daher kann der Betriebswirkungsgrad der
CVD-Einrichtung verbessert werden, und das verschwendete
Epitaxiewachstum ausgeschaltet werden, wodurch es ermöglicht
wird, eine Verschwendung von Materialgas und Zeitaufwand zu
verringern.
Um das voranstehend geschilderte, zweite Ziel zu erreichen
umfaßt das Verfahren zur Beurteilung der Wartungszeiten von
Halbleiterherstellungseinrichtungen gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Verfahren zur Beurteilung der Wartungszeiten
von Halbleiterherstellungseinrichtungen, welche eine
Behandlung mit einem korrosiven Gas in einer Reaktionskammer
durchführen, mittels Messung der Feuchtigkeitskonzentration
in der Reaktionskammer durch ein Feuchtemeßgerät, das an die
Reaktionskammer angeschlossen ist, wenn die Behandlung mit
dem korrosiven Gas durchgeführt wird, und die Festlegung der
Wartungszeiten entsprechend Änderungen der
Feuchtigkeitskonzentration, wenn die Behandlung mit
korrosivem Gas wiederholt durchgeführt wird.
Da bei diesem Verfahren zur Beurteilung der Wartungszeiten
von Halbleiterherstellungseinrichtungen die
Feuchtigkeitskonzentration in einer Reaktionskammer mit einem
Feuchtemeßgerät gemessen wird, das an die Reaktionskammer
angeschlossen ist, wenn die Behandlung mit korrosivem Gas
erfolgt, um die Wartungszeiten entsprechend Änderungen der
Feuchtigkeitskonzentration festzulegen, wenn eine Behandlung
mit korrosivem Gas wiederholt durchgeführt wird, können
geeignete Wartungszeiten exakt beurteilt werden, da sich die
Feuchtigkeitskonzentration entsprechend der Menge an
Feuchtigkeit ändert, die tatsächlich in die Reaktionskammer
hineingelangt. Zusätzlich dazu, daß es möglich ist, die
Einrichtung ständig in einem zufriedenstellenden Zustand zu
halten, kann die Anzahl an Malen verringert werden, an denen
eine Wartung durchgeführt wird, und können die
Wartungsintervalle verlängert werden, wodurch die
Durchsatzrate verbessert werden kann.
Weiterhin ist es vorzuziehen, daß das Verfahren zur
Beurteilung von Wartungszeiten von
Halbleiterherstellungseinrichtungen gemäß der vorliegenden
Erfindung die Wartungszeiten entsprechend der Gesamtmenge an
Feuchtigkeit festlegt, durch Berechnung der Gesamtmenge an
Feuchtigkeit, die sich seit dem vorherigen Wartungsvorgang
angesammelt hat, und in die Reaktionskammer hineingelangt
ist, auf der Grundlage der Änderung der
Feuchtigkeitskonzentration.
Da die Wartungszeiten in Abhängigkeit von der Gesamtmenge an
Feuchtigkeit festgelegt werden, die aus der Änderung der
Feuchtigkeitskonzentration bei diesem Verfahren zur
Beurteilung von Wartungszeiten von
Halbleiterherstellungseinrichtungen berechnet wird, kann die
Menge an Feuchtigkeit, die tatsächlich in die Reaktionskammer
hineingelangt, exakt bestimmt werden, was es erleichtert,
geeignete Wartungszeiten zu beurteilen bzw. festzulegen.
Darüber hinaus ist es vorzuziehen, daß das Verfahren zur
Beurteilung von Wartungszeiten von
Halbleiterherstellungseinrichtungen gemäß der vorliegenden
Erfindung den Druck im Inneren der Reaktionskammer mit einem
Druckmeßgerät mißt, welches an die Reaktionskammer
angeschlossen ist, wenn die Behandlung mit korrosivem Gas
durchgeführt wird, und die Wartungszeiten entsprechend der
Gesamtmenge an Feuchtigkeit und der Änderung des Drucks
festlegt, wenn die Behandlung mit korrosivem Gas wiederholt
durchgeführt wird.
Da die Wartungszeiten in Abhängigkeit davon festgelegt
werden, wie die Änderung des Drucks im Inneren der
Reaktionskammer und die Gesamtmenge an Feuchtigkeit ist, bei
diesem Verfahren zur Beurteilung von Wartungszeiten von
Halbleiterherstellungseinrichtungen, können noch bessere
Werte für die Wartungszeiten festgelegt werden, da der
Flußzustand eines Rohrs des Auslaßsystems, beispielsweise
Schwankungen des Drucks, die auftreten, wenn das Rohr
verstopft wird, aus Änderungen des Drucks im Inneren der
Reaktionskammer festgestellt werden können, und dieser
Flußzustand zusammen mit der Feuchtigkeitskonzentration
berücksichtigt werden kann.
Darüber hinaus ist es vorzuziehen, daß das Verfahren zur
Beurteilung von Wartungszeiten von
Halbleiterherstellungseinrichtungen gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Laserfeuchtigkeitsmeßgerät einsetzt, bei
welchem das Feuchtigkeitsmeßgerät Laserlicht in einen
rohrförmigen Zellenkörper richtet, der an die Reaktionskammer
angeschlossen ist, und das Adsorptionsspektrum des
durchgelassenen Laserlichtes mißt.
Vor einigen Jahren wurde ein Laserfeuchtemeßgerät
vorgeschlagen, beispielsweise in der japanischen ungeprüften
Patentanmeldung mit der ersten Veröffentlichung Nr.
HEI-5-9985 und der japanischen ungeprüften Patentanmeldung
mit der ersten Veröffentlichung Nr. HEI-11-183366, welches
Laserlicht in einen rohrförmigen Zellenkörper richtet, der an
eine Prozeßkammer angeschlossen ist, und das
Adsorptionsspektrum des durchgelassenen Laserlichts mißt, als
Vorrichtung zur Messung der Feuchtigkeitskonzentration in
korrosiven Gasen. Da dieses Laserfeuchtemeßgerät die
Feuchtigkeitskonzentration messen kann, ohne in Kontakt mit
korrosivem Gas zu gelangen, können Messungen mit hoher
Genauigkeit selbst in korrosiven Gasen durchgeführt werden.
Da das voranstehend geschilderte Verfahren zur Beurteilung
von Wartungszeiten von Halbleiterherstellungseinrichtungen
das voranstehend geschilderte Laserfeuchtigkeitsmeßgerät als
Feuchtemeßgerät einsetzt, kann die Feuchtigkeitskonzentration
in der Reaktionskammer exakt gemessen werden, selbst während
des Prozesses, wodurch es ermöglicht wird, Wartungszeiten mit
hoher Genauigkeit festzulegen.
Um das voranstehend geschilderte, dritte Ziel zu erreichen,
ist die Feuchteüberwachungseinrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Feuchteüberwachungseinrichtung, die mit einem
Rohr versehen ist, dessen eines Ende an eine Reaktionskammer
angeschlossen ist, in welcher ein korrosives Gas fließt,
wobei ein Feuchtemeßgerät an das andere Ende des Rohrs
angeschlossen ist, welches die Feuchte oder Feuchtigkeit
mißt, die in dem korrosiven Gas enthalten ist, das von der
Reaktionskammer eingelassen wird, wobei eine solche Technik
verwendet wird, daß zumindest ein Rohrheizmechanismus
vorgesehen ist, welcher das Rohr erwärmt.
Da diese Feuchtigkeitsüberwachungseinrichtung mit zumindest
einem Rohrheizmechanismus versehen ist, welcher ein Rohr
erwärmt, kann das Rohr auf eine vorbestimmte, hohe Temperatur
erwärmt werden, was es ermöglicht, daß korrosives Gas, das in
der Reaktionskammer erwärmt wurde, schnell in dem Rohr
abgekühlt wird, um das Anhaften und die Ablagerung von
Reaktionsnebenprodukten in dem Rohr zu verhindern. Daher kann
eine Verstopfung des Rohrs verhindert werden, so daß die
Feuchtigkeit ständig gemessen werden kann, selbst bei einem
laufenden Prozeß.
Der voranstehend geschilderte Rohrheizmechanismus kann die
Form eines Heizdrahtes aufweisen, der um die Außenseite des
voranstehend erwähnten Rohrs in der voranstehend
geschilderten Feuchtigkeitsüberwachungseinrichtung
herumgewickelt ist.
Da der Rohrheizmechanismus bei dieser
Feuchtigkeitsüberwachungseinrichtung mit einem Heizdraht
versehen ist, der um die Außenseite eines Rohrs
herumgewickelt ist, kann das Rohr durch einen einfachen
Aufbau erwärmt werden, und kann die Temperatur des Rohrs
einfach dadurch kontrolliert werden, daß der dem Heizdraht
zugeführte Strom eingestellt wird.
Darüber hinaus können die Wärmeisolier- und
Wärmerückhaltungseigenschaften dieses Heizdrahts dadurch
verbessert werden, daß der Draht mit einem wärmebeständigen
Isoliermaterial abgedeckt wird.
Das voranstehend geschilderte Feuchtigkeitsmeßgerät bei der
voranstehend geschilderten
Feuchtigkeitsüberwachungseinrichtung kann ein
Laserfeuchtemeßgerät sein, welches Laserlicht in einen
rohrförmigen Zellenkörper richtet, der an das andere Ende des
Rohrs angeschlossen ist, und das Adsorptionsspektrum des
durchgelassenen Laserlichtes mißt.
Da das Feuchte- oder Feuchtigkeitsmeßgerät bei dieser
Feuchtigkeitsüberwachungseinrichtung ein
Laserfeuchtigkeitsmeßgerät ist, welches Laserlicht in einen
rohrförmigen Zellenkörper schickt, der an das andere Ende des
Rohrs angeschlossen ist, und das Adsorptionsspektrum des
durchgelassenen Laserlichtes mißt, kann die Feuchtigkeit
quantitativ mit hoher Genauigkeit selbst in einem korrosiven
Gas untersucht werden.
Das voranstehend geschilderte Feuchtemeßgerät in der
voranstehend erwähnten Feuchtigkeitsüberwachungseinrichtung
kann mit einem Zellerwärmungsmechanismus versehen sein,
welcher den voranstehend erwähnten, rohrförmigen Zellenkörper
erwärmt.
Da das Feuchtigkeitsmeßgerät bei dieser
Feuchtigkeitsüberwachungseinrichtung mit einem
Zellenerwärmungsmechanismus versehen ist, welcher den
rohrförmigen Zellenkörper erhitzt, wird auch der rohrförmige
Zellenkörper erhitzt, und kann das Anhaften und die
Ablagerung von Reaktionsnebenprodukten im Inneren der Zelle
verhindert werden, so daß ständig Messungen mit hoher
Genauigkeit durchgeführt werden können. Daher kann die
Feuchtigkeit quantitativ schnell untersucht werden, und mit
hoher Genauigkeit, selbst während der Verarbeitung, und kann
die Korrelation zwischen der Qualität und den Bedingungen für
das Kristallwachstum mit einem korrosiven Gas, der
Dünnfilmerzeugung und dem Ätzen und dem Feuchtigkeitsgehalt
mit hoher Genauigkeit bestimmt werden, was es ermöglicht,
Halbleiterwafer, Halbleitergeräte und andere
Halbleitereinrichtungen von hoher Qualität herzustellen.
Das voranstehend geschilderte Feuchtemeßgerät bei der
voranstehend erwähnten Feuchtigkeitsüberwachungseinrichtung
kann so ausgebildet sein, daß die Meßempfindlichkeit
entsprechend der Temperatur des erwähnten erwärmten,
korrosiven Gases eingestellt werden kann.
Bei einigen Feuchtigkeitsmeßgeräten treten Änderungen der
Meßempfindlichkeit in Abhängigkeit von einer Änderung der
Temperatur des gemessenen Gases auf, und im Falle
insbesondere derartiger Feuchtigkeitsmeßgeräte wie
Laserfeuchtigkeitsmeßgeräte, die ein hohes Niveau an
Meßgenauigkeit erfordern, lassen sich die Auswirkungen der
Temperatur nicht vernachlässigen. Da die Meßempfindlichkeit
des Feuchtigkeitsmeßgerätes entsprechend der Temperatur des
erwärmten, korrosiven Gases in dieser
Feuchtigkeitsüberwachungseinrichtung kontrolliert wird, kann
selbst dann, wenn sich die Temperatur des gemessenen,
korrosiven Gases infolge des Rohrheizmechanismus und
dergleichen ändert, die Feuchtigkeitskonzentration mit hoher
Genauigkeit gemessen werden, entsprechend der eingestellten
und korrigierten Meßempfindlichkeit des
Feuchtigkeitsmeßgerätes.
Um das voranstehend erwähnte, dritte Ziel zu erreichen, ist
die Halbleiterherstellungseinrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung eine derartige Halbleiterherstellungseinrichtung,
welche es gestattet, daß ein korrosives Gas auf einen Wafer
in einer Reaktionskammer fließt, und das korrosive Gas mit
der Oberfläche des Wafers reagiert, und mit der voranstehend
geschilderten Feuchtigkeitsüberwachungseinrichtung versehen
ist.
Da diese Halbleiterherstellungseinrichtung mit der
voranstehend geschilderten
Feuchtigkeitsüberwachungseinrichtung versehen ist, kann die
Feuchtigkeit quantitativ mit hoher Genauigkeit selbst während
der Bearbeitung untersucht werden, und kann die Korrelation
zwischen den Bedingungen und der Qualität des
Kristallwachstums, der Dünnfilmherstellung und dem Ätzen
durch korrosives Gas sowie dem Feuchtigkeitsgehalt mit hoher
Genauigkeit erhalten werden.
Diese Halbleiterherstellungseinrichtung kann mit einem
Wafertransportsystem versehen sein, welches den erwähnten
Wafer durch einen abgedichteten Raum zur geschilderten
Reaktionskammer transportiert, und kann mit einem
Feuchtigkeitsmeßgerät in dem Wafertransportsystem versehen
sein, welches die Feuchtigkeit in dem abgedichteten Raum
mißt, unabhängig von dem voranstehend erwähnten
Feuchtigkeitsmeßgerät.
Da das Wafertransportsystem bei dieser
Halbleiterherstellungseinrichtung mit einem
Feuchtigkeitsmeßgerät versehen ist, welches die Feuchtigkeit
in einem abgedichteten Raum mißt, getrennt von dem
voranstehend erwähnten Feuchtigkeitsmeßgerät, kann die
Feuchtigkeit in dem abgedichteten Raum des
Wafertransportsystems gemessen und bestätigt werden, und zwar
getrennt, während des Transports eines Wafers in eine
Reaktionskammer durch ein Wafertransportsystem, so daß ein
unbeabsichtigter Fluß von Feuchtigkeit in dem abgedichteten
Raum in die Reaktionskammer hinein verhindert werden kann.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch
dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus
welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
Fig. 1 eine Darstellung einer Ausführungsform einer
CVD-Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Darstellung der Abhängigkeit des
Wassermolekülausstoßvolumens von der Zeit während
jenes Zeitraums, in welchem eine Spülung unter
Erwärmung nur unter Verwendung von Stickstoffgas
durchgeführt wird;
Fig. 3 eine Darstellung der Abhängigkeit des
Wassermolekülausstoßvolumens von der Zeit während
jenes Zeitraums, in welchem eine Spülung unter
Erwärmung unter Verwendung einer Mischung aus
Stickstoff- und Wasserstoffgas durchgeführt wird;
Fig. 4 eine Darstellung der Beziehung zwischen der Anzahl
von Postenspülzyklen und den zeitabhängigen
Änderungen der Menge an Wassermolekülen, die in dem
Auslaßgas vorhanden sind;
Fig. 5 eine schematische Aufsicht auf eine
Epitaxiewachstumskristalleinrichtung bei einer
Ausführungsform des Verfahrens zur Beurteilung von
Wartungszeiten einer
Halbleiterherstellungseinrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 eine Querschnittsansicht des Aufbaus eines
Prozeßfeuchtigkeitsmeßgerätes bei einer
Ausführungsform des Verfahrens zur Beurteilung von
Wartungszeiten einer
Halbleiterherstellungseinrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 ein Diagramm mit einer Darstellung der Änderung der
Feuchtigkeitskonzentration, gemessen während der
wiederholten Filmwachstumsbehandlung, bei einer
Ausführungsform des Verfahrens zur Beurteilung von
Wartungszeiten einer
Halbleiterherstellungseinrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 eine schematische Gesamtansicht einer
Epitaxiekristallwachstumseinrichtung bei einer
Ausführungsform einer
Feuchtigkeitsüberwachungseinrichtung und einer
hiermit versehenen
Halbleiterherstellungseinrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 ein Rohrleitungsdiagramm mit einer Darstellung des
Aufbaus einer Feuchtigkeitsüberwachungseinrichtung
bei einer Ausführungsform einer
Feuchteüberwachungseinrichtung und einer hiermit
versehenen Halbleiterherstellungseinrichtung gemäß
der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 10 eine Querschnittsansicht des Aufbaus eines
Laserfeuchtigkeitsmeßgerätes bei einer
Ausführungsform einer
Feuchtigkeitsüberwachungseinrichtung und einer
hiermit versehenen
Halbleiterherstellungseinrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 ist eine Darstellung einer Ausführungsform der
CVD-Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein
CVD-Einrichtungskörper 110 weist einen Reaktor 112 auf, der
im Inneren mit einem Flußkanal 111 versehen ist, einen
Schutzkasten 113, der an den Reaktor 112 angeschlossen ist,
und eine Kammer 115, welche einen Drehmechanismus eines
Rezeptors 114, eine Heizvorrichtung und dergleichen aufnimmt.
An den Reaktor 112 sind angeschlossen: ein
Materialgaszufuhrpfad 121, welcher Halbleitermaterialgas zur
Ausbildung eines Halbleiterfilms liefert, ein
Inertgaszufuhrpfad 122, der Inertgas zum Spülen liefert, ein
Zufuhrpfad 123 für ein Gas mit hoher Wärmeleitfähigkeit, der
ein Gas wie beispielsweise Wasserstoff oder Helium liefert,
welches einen hohen Wärmleitungskoeffizienten aufweist, und
das sich mit dem Spülgas mischt, sowie ein Reaktorauslaßpfad
131, der Gas aus dem Reaktor 112 ausstößt. Darüber hinaus
sind Spülgaszufuhrpfade 124 und 125, welche Spülgas zuführen,
jeweils an den Schutzkasten 113 und die Kammer 115
angeschlossen, und ist der Schutzkastenauslaßpfad 132 an den
Schutzkasten 113 angeschlossen.
Der voranstehend erwähnte Reaktorauslaßpfad 131 verzweigt
sich auf einen Untersuchungspfad 134 und einen
Evakuierungspfad 135 von einem Hauptauslaßpfad 133 aus, und
ein Feuchtigkeitsmeßgerät 141, welches die Menge an
Feuchtigkeit in dem Gas mißt, das von dem Reaktor 112
ausgestoßen wird, ist in dem Untersuchungspfad 134
vorgesehen, und eine Vakuumpumpe 142 zum Evakuieren des
Inneren des Reaktors 112 ist in dem Evakuierungspfad 135
angeordnet. Die stromabwärtige Seite dieses Hauptauslaßpfades
131 ist an eine Entgiftungseinrichtung 143 angeschlossen,
nachdem sich ein Auslaßpfad 136 von der Vakuumpumpe 142, ein
Auslaßpfad 137 von dem Feuchtigkeitsmeßgerät 141 und der
voranstehend erwähnte Schutzkastenauslaßpfad 132 vereinigt
haben.
Ein Feuchtigkeitsmeßgerät, welches eine momentane Messung und
eine kontinuierliche Messung durchführen kann, wird als das
erwähnte Feuchtigkeitsmeßgerät 141 verwendet. Da eine große
Menge an Reaktionsprodukten in dem Gas enthalten ist, das von
der CVD-Einrichtung selbst nach der Wartung abgegeben wird,
und durch das Erwärmen verdampfte Reaktionsprodukte erneut
anhaften, wenn sie sich abkühlen, ist es vorzuziehen, daß der
Meßabschnitt (Zelle 141a) des Feuchtigkeitsmeßgerätes 141
berührungslos arbeitet, und daß jener Abschnitt, durch
welchen Auslaßgase fließen, erwärmt werden kann. Da
zahlreiche CVD-Einrichtungen keine druckbeständige
Konstruktion verwenden, und sich ihr Inneres auf normalem
Druck oder darunter während des Spülens befindet, sollte eine
Probenentnahme möglich sein, während normaler Druck herrscht.
Ein Beispiel für ein einzelnes Feuchtigkeitsmeßgerät 141,
welches diese Bedingungen erfüllt, ist ein
Laserfeuchtigkeitsmeßgerät, welches das Verfahren der
Adsorptionspektralanalyse im nahen Infrarotbereich verwendet,
wobei der Laser als die Lichtquelle und der Meßabschnitt
nicht in Berührung mit dem gemessenen Gas gelangen, der
gesamte Flußpfad des Meßgases erwärmt werden kann, und
welches mit einer (nicht dargestellten) Vakuumpumpe in einer
Stufe hinter der Zelle 141a versehen ist.
Während des Filmwachstums wächst in der CVD-Einrichtung ein
Halbleiterfilm auf einem Wafer, da eine vorbestimmte
Zusammensetzung an Halbleitermaterialgas von dem
Materialgaszufuhrpfad 121 dem Reaktor 112 zugeführt wird,
während ein Wafer, der auf einem Rezeptor 114 (nicht
dargestellt) aufgesetzt ist, auf eine vorbestimmte Temperatur
erwärmt wird. Zu diesem Zeitpunkt gelangt von dem Reaktor 112
ausgestoßenes Auslaßgas durch den Reaktorauslaßpfad 131, ein
Filter 151, ein Ventil 152, ein Ersatzfilter 153 und ein
Ventil 154, worauf es durch die Entgiftungseinrichtung 143
ausgestoßen wird. Weiterhin wird Spülgas zur
Aufrechterhaltung des Inneren des Schutzkastens 113 und der
Kammer 115 in sauberem Zustand jeweils von den
Spülzufuhrgasen 124 und 125 aus eingelassen, und mischt sich
Gas im Inneren des Schutzkastens 113 mit dem Auslaßgas des
voranstehend geschilderten Hauptauslaßpfades 133, nachdem es
durch das Ventil 155 von dem Schutzkastenauslaßpfad 132
hindurchgegangen ist. Gas im Inneren der Kammer 115 wird dann
zusammen mit dem erwähnten Auslaßgas dadurch ausgestoßen, daß
es in den Reaktor 112 fließt, mit welchem es verbunden ist.
Die Spülbehandlung, nachdem die Einrichtung gegenüber der
Atmosphäre infolge von Wartungsarbeiten geöffnet wurde,
umfaßt die Durchführung einer portionsweisen Spülung, bei
welcher zwei Prozeduren wiederholt werden, wobei zuerst eine
Prozedur eingesetzt wird, bei welcher die Ventile jedes
Zufuhrpfades geschlossen werden, das voranstehend
geschilderte Ventil 152 und ein Ventil 156 des
Untersuchungspfades 134 geschlossen werden, und die
Vakuumpumpe 142 so betrieben wird, daß das Ventil 157 des
Evakuierungspfades 135 geöffnet ist, um so das Innere des
Reaktors 112 zu evakuieren (Vakuumspülung), und dann eine
Prozedur eingesetzt wird, bei welcher Wasserstoffgas oder ein
anderes Inertgas in den Reaktor 112 von dem
Inertgaszufuhrpfad 122 eingelassen wird, woran sich die
Wiederherstellung des Drucks in dem Reaktor 112 anschließt.
Zu diesem Zeitpunkt kann hochreiner Stickstoff und
dergleichen, der von Pfad 141b geliefert wird, durch die
Zelle 141a des Feuchtigkeitsmeßgerätes 141 fließen. Daraufhin
wird, zusätzlich zum Zuführen von Wasserstoff oder einem
anderen Inertgas von dem Inertgaszufuhrpfad 122,
Wasserstoffgas oder ein anderes Gas mit hoher
Wärmeleitfähigkeit von dem Zufuhrpfad 123 für Gas mit hoher
Wärmeleitfähigkeit geliefert, und wird das Innere des
Reaktors 112 auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt, um
einen Spülvorgang unter gleichzeitigem Ausheizen
durchzuführen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Vakuumpumpe 141
angehalten, das Ventil 157 geschlossen, und das Ventil 152
geöffnet. Darüber hinaus werden die Ventile 158 und 159 des
Feuchtigkeitsmeßgerätes 141 geöffnet, und wird ein Teil des
Auslaßgases in das Feuchtigkeitsmeßgerät 141 eingelassen, um
kontinuierlich die Menge an Feuchtigkeit in dem Auslaßgas zu
messen. Das voranstehend geschilderte portionsweise Spülen
und das Spülen unter Ausheizen werden wiederholt, bis die
Menge an Feuchtigkeit in dem Auslaßgas unter eine
vorbestimmte Konzentration absinkt.
Auf diese Art und Weise kann der für die Spülbehandlung
erforderliche Zeitraum beträchtlich verkürzt werden, nämlich
durch Bereitstellung des Inertgaszufuhrpfades 122 und des
Zufuhrpfades 123 für Gas mit hoher Wärmeleitfähigkeit als die
Spülgaszufuhrpfade, sowie unter Verwendung einer geeigneten
Spülgasmischung aus Inertgas und Gas mit hoher
Wärmeleitfähigkeit während der Spülbehandlung unter
gleichzeitigem Ausheizen, im Vergleich zu jenem Fall, in
welchem die Spülbehandlung nur unter Verwendung eines
Inertgases durchgeführt wird. Darüber hinaus kann das
Mischungsverhältnis an Inertgas und Gas mit hoher
Wärmeleitfähigkeit entsprechend den tatsächlichen
Filmherstellungsbedingungen eingestellt werden.
Durch Bereitstellung des Feuchtigkeitsmeßgerätes 141, welches
kontinuierlich die Menge an Feuchtigkeit in dem Auslaßgas
mißt, kann der Endpunkt der Spülbehandlung verläßlich
festgelegt werden. Darüber hinaus kann die Spülbehandlung
wirksam in kurzer Zeit durchgeführt werden, mittels
Durchführung einer Spülbehandlung des Reaktors 112 vor der
Filmherstellung unter Verwendung der Vakuumpumpe 142, durch
Wiederholung mehrerer Zyklen der portionsweisen Spülung mit
Einlassen von Spülgas und Vakuumspülen.
Weiterhin kann eine Spülbehandlung, die für den jeweiligen
Zustand der CVD-Einrichtung optimal ist, durch geeignete
Kombination der geschilderten portionsweisen Spülvorgänge und
der Spülvorgänge unter Ausheizen durchgeführt werden.
Zunächst wurden die Auswirkungen der Spülung verglichen, und
zwar einerseits bei einer Spülbehandlung unter Verwendung nur
eines Inertgases nach dem Stand der Technik, und andererseits
einer Spülbehandlung unter Verwendung einer Gasmischung aus
Inertgas und einem Gas mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Nachdem
vorab eine ausreichende Spülung durchgeführt wurde, so daß
die Feuchtigkeitskonzentration in dem aus dem Reaktor 112
ausgestoßenen Gas 0,1 ppm oder weniger betrug, wurde die Tür
zwischen dem Reaktor 112 und dem Schutzkasten 113 15 Minuten
lang geöffnet, was eine Standardzeit zum Anbringen eines
Wafers während eines tatsächlichen Filmherstellungsvorgangs
darstellt, wobei in dieser Zeit Stickstoffgas hindurchfloß.
Nach Schließen dieser Tür ließ man Spülgas in Form von
Stickstoffgas durch den Reaktor 112 fließen, und nachdem sich
die Menge an ausgestoßenen Wassermolekülen in dem Auslaßgas
stabilisiert hatte, wurde die Heizvorrichtung auf 120°C
erwärmt. Nach Abwarten über 40 Minuten wurde die Erwärmung
mit der Heizvorrichtung unterbrochen, so daß die Temperatur
langsam absinken konnte. Die Menge an Feuchtigkeit in dem
Auslaßgas während des Zeitraums, in welchem das Spülen mit
gleichzeitiger Ausheizung erfolgte, wurde dann gemessen. Die
Ergebnisse sind in Fig. 2 dargestellt. Weiterhin betrug die
Menge an zugeführtem Stickstoffgas (Flußvolumen pro Minute)
24 Liter bis 14 Minuten nach Beginn des Spülens, 34 Liter
zwischen 14 und 15 Minuten, 38 Liter zwischen 15 Minuten und
55 Minuten, und 184 Liter zwischen 55 Minuten und danach.
Zusätzlich wurde die Menge an Feuchtigkeit in dem Auslaßgas
entsprechend unter Verwendung einer Gasmischung aus
Stickstoff und Wasserstoff gemessen, die als das Spülgas
während des Spülens unter gleichzeitigem Ausheizen verwendet
wurde. Die Ergebnisse sind in Fig. 3 dargestellt. Die
jeweiligen Mengen an Stickstoffgas und Wasserstoffgas, die zu
dieser Zeit zugeführt wurden (Flußvolumen pro Minute)
betrugen 20 Liter Stickstoff und 4 Liter Wasserstoff bis
11 Minuten nach Beginn des Spülens, 30 Liter Stickstoff und
4 Liter Wasserstoff zwischen 11 und 12 Minuten, 78 Liter
Stickstoff und 60 Liter Wasserstoff zwischen 12 und
53 Minuten, und 84 Liter Stickstoff allein nach 53 Minuten
und danach.
Die Feuchtigkeitsmengen in den Fig. 2 und 3 geben die
ausgestoßenen Mengen an Wassermolekülen pro Zeiteinheit an,
da Unterschiede bei dem Spülgas und den
Flußvolumenbedingungen vernachlässigt werden. Weiterhin
fließt hochreines Stickstoffgas von dem Spülgaszufuhrpfad 124
konstant durch den Schutzkasten 113, und ist die
Feuchtigkeitskonzentration im Inneren des Schutzkastens 113
konstant.
Aus dem Vergleich der Fig. 2 und 3 wird deutlich, daß die
ausgestoßenen Mengen an Wassermolekülen schnell ansteigen,
und einen Spitzenwert etwa 15 Minuten nach Beginn der
Erwärmung erreichen, und dann allmählich absinken, während
die Temperatur auf 1200°C gehalten wird. Weiterhin sind die
ausgestoßenen Mengen an Wassermolekülen während der Erwärmung
für Stickstoff allein niedriger, wogegen die ausgestoßenen
Mengen an Wassermolekülen nach Beendigung der Erwärmung für
die Gasmischung aus Stickstoff und Wasserstoff niedriger
sind.
Der Zeitraum, bis die abgegebene Menge an Wassermolekülen
nach Beendigung der Erwärmung (wenn die Temperatur abzusinken
beginnt) den Wert von 2 × 1017 (Moleküle/Minuten) erreicht,
liegt zumindest 10 Minuten früher für die Gasmischung aus
Stickstoff und Wasserstoff, was anzeigt, daß die für die
Spülbehandlung erforderliche Zeit verkürzt werden kann. Da
der Wärmeleitungskoeffizient von Wasserstoff etwa 10 mal
größer als jener von Stickstoff ist, ist darüber hinaus die
Temperatur der Reaktorwände und der kleinen Abschnitte in der
Nähe selbst bei derselben Temperatur der Heizvorrichtung
höher bei der Gasmischung aus Stickstoff und Wasserstoff. Da
die Menge an Feuchtigkeit zunimmt, die freigegeben wird,
betrug die Gesamtanzahl an Wassermolekülen, die während der
Messung über 100 Stunden abgegeben wurde, 3,94 × 1020
(Moleküle) im Falle von nur Stickstoff, dagegen im Falle der
Gasmischung aus Stickstoff und Wasserstoff 8,20 × 1020
(Moleküle), war also erhöht. Hieraus läßt sich ersehen, daß
der Wirkungsgrad des Spülens bei gleichzeitigem Ausheizen
dadurch verbessert wird, daß der Wärmeleitungskoeffizient des
Spülgases dadurch erhöht wird, daß Wasserstoff mit einem
hohen Wärmeleitungskoeffizienten dem Spülgas beigemischt
wird. Ähnliche Effekte werden selbst dann erhalten, wenn
Helium verwendet wird, welches ebenfalls einen hohen
Wärmeleitungskoeffizienten aufweist, auf dieselbe Weise wie
bei Wasserstoff.
Nunmehr wurde ein Versuch durchgeführt, um die Auswirkungen
eines wiederholten, portionsweisen Spülvorganges zu
bestätigen, bei welchem in Kombination der Einsatz der
Vakuumspülung verwendet wird. Ähnlich wie voranstehend
beschrieben wurde nach Durchführung der Spülung, bis die
Feuchtigkeitskonzentration in dem Auslaßgas 0,1 ppm oder
weniger betrug, die Tür zwischen dem Reaktor 112 und dem
Schutzkasten 113 15 Minuten lang geöffnet. Während des Zyklus
Nummer 0 der portionsweisen Spülung wurde die
Feuchtigkeitskonzentration in dem Auslaßgas gemessen, nachdem
die Tür geschlossen wurde, und man Stickstoffgas durch den
Reaktor 112 mit 24 Liter pro Minute und normaler Temperatur
fließen ließ.
Während des ersten Zyklus der portionsweisen Spülung wurde
eine Evakuierung durchgeführt, bis der Druck im Inneren des
Reaktors 112 einen Wert von 6,65 Pa erreichte, nachdem die
erwähnte Tür geschlossen wurde, und die Zufuhr von
Stickstoffgas unterbrochen wurde. Die
Feuchtigkeitskonzentration in dem Auslaßgas wurde dann
gemessen, während Stickstoffgas durch den Reaktor 112 in
einer Menge von 24 Liter pro Minute floß. Im Falle von zwei
Zyklen der portionsweisen Spülung wurde Stickstoffgas in den
Reaktor 112 eingelassen, und verblieb dort im Inneren 10
Minuten lang, bis das Innere des Reaktors 112
Atmosphärendruck erreichte, nach dem ersten Erzeugen eines
Vakuums. Hieran schloß sich eine zweite Vakuumerzeugung an.
Die Prozedur wurde in der Reihenfolge durchgeführt, daß die
Tür geöffnet und geschlossen wurde, ein Vakuum erzeugt wurde,
Stickstoffgas eingelassen wurde, der Atmosphärendruck
gehalten wurde, ein Vakuum erzeugt wurde, Stickstoffgas
eingelassen wurde, und dieses durch den Reaktor 112 fließen
konnte.
Änderungen der Feuchtigkeitskonzentration während des
nullten, des ersten und des zweiten Zyklus der portionsweisen
Spülung, wenn das Schließen der Tür als Startpunkt genommen
wird, sind in Fig. 4 gezeigt. Aus Fig. 4 wird deutlich, daß
selbst unter Berücksichtigung des Zeitraums, der zur
Erzeugung eines Vakuums benötigt wird, die für die
Spülbehandlung erforderliche Zeit (das Heruntertrocknen)
mittels Durchführung einer portionsweisen Spülung verkürzt
werden kann. Darüber hinaus zeigt sich, daß der Effekt
deutlicher wird, wenn eine zweifache Wiederholung erfolgt,
verglichen mit einer einmaligen Wiederholung.
Zu diesem Zeitpunkt kann eine normale Filmausbildungsprozedur
begonnen werden, da die Menge an Feuchtigkeit in dem
Auslaßgas, wenn annähernd 110 Minuten vergangen sind, auf
0,1 ppm oder weniger abgesunken ist, wenn die portionsweise
Spülung zweimal wiederholt wird, durch kontinuierliche
Messung der Feuchtigkeitsmenge mit dem Feuchtigkeitsmeßgerät
141. Selbst wenn Unterschiede in Bezug auf die Auswirkungen
der Spülung in Abhängigkeit von der Benutzungsvorgeschichte
der CVD-Einrichtung vorhanden sind, ist es infolge der
Tatsache, daß die Beendigung der Spülbehandlung exakt
festgestellt werden kann, möglich, nahezu vollständig das
verschwendete Epitaxiewachstum nach dem Stand der Technik
auszuschalten.
Nachstehend erfolgt eine Erläuterung einer Ausführungsform
des Verfahrens zur Beurteilung von Wartungszeiten von
Halbleiterherstellungseinrichtungen gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 5 bis 7.
In diesen Zeichnungen ist mit dem Bezugszeichen 1 eine
Prozeßkammer bezeichnet, mit 2 eine Transportkammer, mit 3
eine Einbringungsschleusenkammer, mit 4 eine
Ausbringungsschleusenkammer, und mit 5 ein
Prozeßfeuchtigkeitsmeßgerät.
Fig. 5 betrifft den Fall des Einsatzes der
Halbleiterherstellungseinrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung zum Beispiel bei einer
Epitaxiekristallwachstumseinrichtung für einen einzelnen
Wafer. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, ist die
Epitaxiekristallwachstumseinrichtung mit drei
Quarzprozeßkammern (Reaktionskammern) 1 versehen, welche
hohle, abgedichtete Behälter darstellen, in deren Inneren ein
Siliziumwafer (Wafer) W angeordnet ist, mit einer
Transportkammer 2, welche die Atmosphäre im Inneren des
abgedichteten Raumes ersetzt, wenn Siliziumwafer W in diese
Prozeßkammern 1 befördert werden, mit einer
Einbringungsschleuse 3, welche einen Siliziumwafer W vor der
Bearbeitung in die Transportkammer 2 hineinbefördert, und mit
einer Ausbringungsschleusenkammer 4, zum Entfernen des
Siliziumsubstrats W nach der Bearbeitung aus der
Transportkammer 2.
Jede der voranstehend erwähnten Prozeßkammern 1 ist mit einem
Prozeßfeuchtigkeitsmeßgerät 5 versehen, welches die
Feuchtigkeit mißt, die in einem Gas enthalten ist, durch
Einbringung eines Probengases in die Prozeßkammern 1, und mit
einem Druckmeßgerät 7, welches den Druck in den Prozeßkammern
1 mißt.
Zwar ist es vorzuziehen, daß das
Transportsystemfeuchtigkeitsmeßgerät 6, welches die
Feuchtigkeit in der Atmosphäre in der Transportkammer 2 mißt,
ein Laserfeuchtigkeitsmeßgerät ist, welches ähnlich zum
Feuchtigkeitsmeßgerätekörper 10, der später genauer erläutert
wird, eine hohe Genauigkeit und Reaktionsrate aufweist,
jedoch kann auch ein Feuchtigkeitsmeßgerät verwendet werden,
welches auf der Grundlage der elektrostatischen Kapazität
arbeitet, und Feuchtigkeit auf einem Aluminiumoxidkondensator
adsorbiert und dergleichen, um die Änderung von dessen
elektrostatischer Kapazität zu messen, oder ein
Feuchtigkeitsmeßgerät, welches mittels
Massenspektrophotometrie arbeitet.
Zusätzlich dazu, daß die voranstehend erwähnten Prozeßkammern
1 an eine Versorgungsquelle für ein korrosives Gas oder ein
anderes Gas angeschlossen sind (wobei die Quelle nicht
gezeigt ist), so daß von der Gasversorgungsquelle Gas
(SiCl2H2, SiCl3H, HCl, H2, N2, B2H6, PH3, usw.) eingelassen
werden kann, sind diese Prozeßkammern 1 an eine
Auslaßgasbehandlungseinrichtung (nicht gezeigt)
angeschlossen, durch ein Gasauslaßsystem, so daß korrosives
Gas und dergleichen an die Auslaßgasbehandlungseinrichtung
ausgestoßen werden kann, nachdem es der Reaktion in den
Prozeßkammern 1 zugeführt wurde.
Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist das voranstehend erwähnt
Prozeßfeuchtigkeitsmeßgerät 5 mit einer Probenlinie in Form
eines Probenrohres 9 versehen, dessen eines Ende über das
Gasauslaßsystem und ein Ventil (nicht gezeigt) der
Prozeßkammern 1 angeschlossen ist, mit einem
Feuchtigkeitsmeßgerätekörper 10, der an das andere Ende des
Probenrohres 9 angeschlossen ist, und die Feuchtigkeit mißt,
die in korrosivem Gas von den Prozeßkammern 1 enthalten ist,
und mit einer Drehpumpe 12, die über ein Verbindungsrohr 11
an das hintere Ende des Feuchtigkeitsmeßgerätekörpers 10
angeschlossen ist.
Dieser Feuchtigkeitsmeßgerätekörper 10 ist mit einem
rohrförmigen Zellenkörper 19 im Inneren eines Gehäuses 10a
versehen, wobei das Probenrohr 9 an das eine Ende des
rohrförmigen Zellenkörpers 19 angeschlossen ist, und das
Verbindungsrohr 11 mit dem anderen Ende verbunden ist.
Lichtdurchlässige Fensterteile 19a sind auf beiden Enden des
Rohrförmigen Zellenkörpers 19 angebracht, und ein
abstimmbarer Diodenlaser LD, der infrarotes Laserlicht L
(Wellenlänge: 1,3 bis 1,55 µm) erzeugt, ist gegenüberliegend
der Außenseite eines lichtdurchlässigen Fensterteils 19a
angeordnet. Ein Photodetektor PD, der infrarotes Laserlicht L
empfängt, welches durch den rohrförmigen Zellenkörper 19
hindurchgelangt ist, und dessen Empfangsintensität in ein
elektrisches Signal umwandelt, ist gegenüberliegend dem
anderen lichtdurchlässigen Fensterteil 19a angeordnet.
Weiterhin ist eine Bandheizvorrichtung 20, die an eine (nicht
gezeigte) Stromversorgungsquelle angeschlossen ist, um das
erwähnte Probenrohr 19 und das geschilderte Verbindungsrohr
11 herum gewickelt, und ist zusätzlich ein
Silikongummiisolator 21 über die Bandheizvorrichtung 20
gewickelt. Die Bandheizvorrichtung 20 erwärmt das Probenrohr
9 und das Verbindungsrohr 11 auf 100°C oder mehr, durch
Einstellung des Stroms, der durch sie fließt, um die Adhäsion
von Reaktionsnebenprodukten in diesen Rohren zu verhindern.
Zusätzlich ist eine Zellenheizvorrichtung 22, die im
wesentlichen aus Heizdrähten zur Erwärmung des rohrförmigen
Zellenkörpers 19 und des lichtdurchlässigen Fensterteils 19a
besteht, an dem rohrförmigen Zellenkörper 19 und dem
lichtdurchlässigen Fensterteil 19a des
Feuchtigkeitsmeßgerätekörpers 10 angebracht, und wird auf
100°C oder mehr erwärmt. Weiterhin werden die Einstellung
und die Kalibrierung der Meßempfindlichkeit des
Feuchtigkeitsmeßgerätekörpers 10 vorher durchgeführt,
entsprechend der Temperatur des Gases, welches auf 100°C
oder mehr durch die Bandheizvorrichtung 20 und die
Zellenheizvorrichtung 22 erwärmt wird.
Nunmehr erfolgt eine Beschreibung des Verfahrens zur
Beurteilung von Wartungszeiten für eine
Epitaxiekristallwachstumseinrichtung gemäß der vorliegenden
Ausführungsform unter Bezugnahme auf Fig. 7.
Zuerst wird der Prozeß erläutert, bei welchem ein
Epitaxiewachstum auf einem Siliziumwafer W unter Einsatz der
voranstehend geschilderten Wachstumseinrichtung durchgeführt
wird. Der Siliziumwafer W wird in die Transportkammer 2 von
der Einbringungsschleusenkammer 3 aus befördert, und die
Atmosphäre in der Transportkammer 2 wird durch ein Inertgas
wie beispielsweise N2 ersetzt, und nach Messung der
Feuchtigkeit in der Atmosphäre mit dem
Transportsystemfeuchtigkeitsmeßgerät 6 und Bestätigung des
Zustands, bei welchem die Feuchtigkeit ausreichend abgenommen
hat, wird der Siliziumwafer W in die Prozeßkammer 1
transportiert.
Obwohl ein gespülter Zustand im Inneren der Prozeßkammer 1
vor der Bearbeitung erzeugt wird, durch Spülen mit einem
Inertgas wie beispielsweise N2, wird nach Einbringen des
Siliziumwafers W, der von der Transportkammer 2 aus zugeführt
wurde, und Erwärmung auf die vorbestimmte Temperatur das
vorgeschriebene korrosive Gas usw. eingelassen, woran sich
ein Epitaxiewachstum auf der Oberfläche des Siliziumwafers W
anschließt. Zu diesem Zeitpunkt wird zusammen mit dem Betrieb
der Drehpumpe 12 ein Ventil usw. des Probenrohres 9 geöffnet,
und wird bei gleichzeitiger Einstellung des Flußvolumens ein
Anteil des korrosiven Gases usw., das für die Reaktion in der
Prozeßkammer 1 zugeführt und erwärmt wird, ständig dem
Feuchtigkeitsmeßgerätekörper 10 über das Probenrohr 9
zugeführt.
Das Probengas fließt in den rohrförmigen Zellenkörper 19 im
Inneren des Feuchtigkeitsmeßgerätekörpers 10 hinein, und in
infrarotes Laserlicht L wird vom Halbleiterlaser LD
ausgestrahlt. Infrarotes Laserlicht L, das durch das Gas in
dem rohrförmigen Zellenkörper 19 hindurchgegangen ist, wird
vom Photodetektor PD empfangen, und die
Feuchtigkeitskonzentration des Gases wird entsprechend der
Adsorptionsspektralintensität gemessen, die aus der
empfangenen Lichtmenge erhalten wird, um quantitativ die in
dem Gas enthaltene Feuchtigkeit zu untersuchen. Darüber
hinaus wird Gas, das in den rohrförmigen Zellenkörper 19
hineingeflossen ist, an das Auslaßsystem über das
Verbindungsrohr 11 und die Drehpumpe 12 abgegeben. Zusätzlich
wird der Druck in der Prozeßkammer 1 ständig durch das
Druckmeßgerät 7 gemessen.
Nach Beendigung des Epitaxiewachstums wird im Inneren der
Prozeßkammer 1 ein Gasaustausch mit Inertgas vorgenommen, und
wird der behandelte Siliziumwafer W von der
Ausbringungsschleusenkammer 4 aus durch die Transportkammer 2
heraustransportiert.
Obwohl das Epitaxiewachstum hintereinander bei mehreren
Siliziumwafern W mittels Wiederholung der voranstehenden
Behandlung durchgeführt wird, wird zu dieser Zeit die
Feuchtigkeitskonzentration in der Prozeßkammer 1 ständig
durch das Prozeßfeuchtigkeitsmeßgerät 5 gemessen, wie dies in
Fig. 7 gezeigt ist, und wird dessen Hysterese aufgezeichnet.
Obwohl große und kleine Spitzenwerte der
Feuchtigkeitskonzentration während der
Filmerzeugungsbehandlung eines einzelnen Wafers in Fig. 7
festgestellt werden, stellen die kleinen Spitzenwerte die
Feuchtigkeitskonzentrationen während der tatsächlichen
Filmausbildung dar, wogegen die großen Spitzenwerte die
Feuchtigkeitskonzentration während des Ätzens von
Polysilizium darstellen, das im Inneren der Kammer anhaftet,
wobei die Ätzung mittels HCl (Chlorwasserstoff) durchgeführt
wird.
Aus Fig. 7 wird deutlich, daß die Feuchtigkeitskonzentration
mit zunehmender Anzahl behandelter Wafer abnimmt. Da das
Ausmaß der Abnahme der Feuchtigkeit so angesehen werden kann,
daß es der Menge an Feuchtigkeit entspricht, die tatsächlich
in die Prozeßkammer 1 hineingelangt ist und der
Korrosionsreaktion zugeführt wurde, der Reaktion zur
Erzeugung von Teilchen usw., wird die Gesamtmenge an
Feuchtigkeit von dem vorherigen Wartungsvorgang, die in die
Prozeßkammer 1 hineingelangt ist, berechnet auf der Grundlage
dieser Änderung der Feuchtigkeitskonzentration (Abnahme der
Feuchtigkeitskonzentration), und wird der nächste
Wartungsvorgang auf der Grundlage dieser Gesamtmenge
festgelegt. Zusammen mit der Ermittlung des Übergangs bei der
Gesamtmenge der Feuchtigkeit aus der Änderung der gemessenen
Feuchtigkeitskonzentration, und Einstellung der Zeit, zu
welcher eine vorbestimmte Gesamtmenge erreicht ist, als Zeit
für den nächsten Wartungsvorgang, wird die Wartung zu jener
Zeit durchgeführt, an welcher die Gesamtmenge an
Feuchtigkeit, die aus der Änderung der
Feuchtigkeitskonzentration berechnet wird, tatsächlich die
vorgeschriebene Gesamtmenge erreicht. Weiterhin wird die
Maximalanzahl behandelter Wafer vorher auf der Grundlage
anderer Faktoren eingestellt (Adhäsion von Nebenprodukten
innerhalb der Rohre). Obwohl die voranstehend geschilderte
Wartung in jenem Fall, in welchem die voranstehend erwähnte,
vorgeschriebene Gesamtmenge erreicht wird, früher
durchgeführt wird als dies der Maximalanzahl behandelter
Wafer entspricht, wird die Wartung zu jenem Zeitpunkt
durchgeführt, an welchem die Maximalanzahl behandelter Wafer
erreicht wird, falls die Feuchtigkeitskonzentration niedrig
ist, und falls der Zeitpunkt, an welchem die vorbestimmte
Gesamtmenge erreicht wird, später liegt als jener Zeitpunkt,
an welchem diese Anzahl behandelter Wafer erreicht wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann, da Wartungszeiten
auf der Grundlage der Gesamtmenge an Feuchtigkeit bestimmt
werden, welche aus Änderungen der Feuchtigkeitskonzentration
berechnet wird, die Menge an Feuchtigkeit, die tatsächlich in
die Prozeßkammer 1 hineingelangt ist, exakt bestimmt werden,
und kann die Wartung zu geeigneten, entsprechenden Zeiten
durchgeführt werden. Hierbei ist es nicht nur möglich, die
Zeit für den nächsten Wartungsvorgang entsprechend der
tatsächlich hineingelangten Feuchtigkeitsmenge zu bestimmen,
die für jeden Wartungsvorgang verschieden ist, um so konstant
eine vorteilhafte Filmerzeugungsbehandlung aufrecht zu
erhalten, sondern auch der Durchsatz verbessert werden, da es
möglich ist, die Anzahl an Malen zu verringern, an denen eine
Wartung durchgeführt wird, und die Wartungsintervalle zu
verlängern.
Da der Druck in der Prozeßkammer 1 entsprechend ständig durch
das Druckmeßgerät 7 gemessen wird, kann darüber hinaus der
Flußzustand des Auslaßsystemrohrsystems (beispielsweise
Druckschwankungen in der Prozeßkammer 1, die infolge einer
Verstopfung des Rohrsystems wegen einer Adhäsion von
Reaktionsnebenprodukten auftreten) festgestellt werden. Wenn
dann die Wartungszeiten so festgelegt werden, daß die
voranstehend geschilderte Gesamtmenge an Feuchtigkeit ebenso
wie die voranstehend erwähnten Druckänderungen berücksichtigt
werden, können geeignetere Wartungszeitpunkte festgelegt
werden. Die Festlegung der Zeit für den nächsten
Wartungsvorgang dadurch, daß Daten in Bezug auf die Rate des
Auftretens von Defekten und dergleichen während der
Produktion mit dem voranstehend geschilderten Gesamtwert an
Feuchtigkeit und den voranstehend geschilderten Änderungen
des Drucks kombiniert werden, ermöglicht darüber hinaus die
Festlegung noch geeigneterer Wartungszeitpunkte.
Da die Feuchtigkeitskonzentration unter Druck in der
Prozeßkammer 1 ständig gemessen werden, kann in einem Fall,
in welchem diese Änderungen einen nicht normalen Trend in
Bezug auf das normale Verhalten zeigen, die Ursache für
diesen nicht normalen Trend durch Durchführung eines
Wartungsvorgangs unmittelbar in Reaktion auf ein derartiges
Ereignis ausgeräumt werden.
Da das voranstehend geschilderte Laserfeuchtigkeitsmeßgerät
als Prozeßfeuchtigkeitsmeßgerät 5 als Vorrichtung zur
Feststellung der Feuchtigkeitskonzentration verwendet wird,
kann darüber hinaus die Feuchtigkeitskonzentration in der
Prozeßkammer 1 selbst während der Bearbeitung exakt gemessen
werden, was es ermöglicht, Wartungszeitpunkte mit hoher
Genauigkeit festzulegen.
Darüber hinaus umfaßt die vorliegende Erfindung ebenfalls
eine Ausführungsform, wie sie nachstehend geschildert wird.
Zwar wurde eine Dampfphasenwachstumseinrichtung, welche ein
Epitaxiewachstum durchführt, als die
Halbleiterherstellungseinrichtung bei der voranstehend
geschilderten Ausführungsform verwendet, wobei die
Einrichtung so ausgebildet ist, daß eine Reaktion mit einem
korrosiven Gas in einer Reaktionskammer erfolgt, jedoch kann
auch eine andere Halbleiterherstellungseinrichtung verwendet
werden. Beispielsweise läßt sich eine CVD-Einrichtung
einsetzen, die einen anderen Dünnfilm auf einem Wafer
erzeugt, oder eine Trockenätzeinrichtung, die eine Ätzung
einer Waferoberfläche unter Verwendung eines korrosiven Gases
durchführt.
Zwar wurde bei der voranstehenden Ausführungsform eine
Epitaxiewachstumseinrichtung für einen einzelnen Wafer
eingesetzt, jedoch ist die Epitaxiewachstumseinrichtung nicht
auf diese Art von Einrichtung beschränkt, sondern läßt sich
die vorliegende Erfindung auch bei anderen Arten von
Einrichtungen einsetzen (beispielsweise verschiedenen Arten
von Einrichtungen mit portionsweiser Bearbeitung).
Nachstehend wird eine Ausführungsform einer
Feuchtigkeitsüberwachungseinrichtung und einer hiermit
ausgerüsteten Halbleiterherstellungseinrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 8 bis
10 erläutert.
In diesen Zeichnungen ist mit dem Bezugszeichen 1 eine
Prozeßkammer bezeichnet, mit 2 eine Übertragungskammer, mit 3
eine Einbringungsschleusenkammer, mit 4 eine
Ausbringungsschleusenkammer, und mit 25 eine
Feuchtigkeitsüberwachungseinrichtung.
Fig. 8 zeigt den Fall des Einsatzes der
Halbleiterherstellungseinrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung beispielsweise bei einer
Epitaxiekristallwachstumseinrichtung für einen einzelnen
Wafer. Wie in Fig. 8 gezeigt ist, ist die
Epitaxiekristallwachstumseinrichtung mit drei
Quarzprozeßkammern (Reaktionskammern) 1 in Form hohler,
abgedichteter Behälter versehen, in deren Innerem
Siliziumwafer (Wafer) W angeordnet sind, mit einer
Transportkammer (Wafertransportsystem) 2, welches die
Atmosphäre in dem abgedichteten Raum im Inneren ersetzt, wenn
Siliziumwafer W in diese Prozeßkammern 1 befördert werden,
mit einer Einbringungsschleusenkammer 3, welches
Siliziumwafer W der Transportkammer 2 vor der Bearbeitung
zuführt, und mit einer Ausbringungsschleusenkammer 4 zum
Herausnehmen von Siliziumwafern W aus der Transportkammer 2
nach der Bearbeitung.
Eine Feuchtigkeitsüberwachungseinrichtung 25, welche eine
Probe von einem korrosiven Gas nimmt, das in die Prozeßkammer
1 eingelassen wurde, und die in dem korrosiven Gas enthaltene
Feuchtigkeit mißt, ist bei jeder der erwähnten Prozeßkammern
1 vorgesehen.
Zusätzlich ist ein Transportsystemfeuchtigkeitsmeßgerät 6,
welches die Feuchtigkeit in der Atmosphäre in der
Transportkammer 2 mißt, ebenfalls für die Transportkammer 2
vorgesehen. Zwar ist das Transportsystemfeuchtigkeitsmeßgerät
6 bevorzugt ein Laserfeuchtigkeitsmeßgerät, entsprechend dem
Laserfeuchtigkeitsmeßgerät 10, das später noch genauer
erläutert wird, und eine hohe Genauigkeit und eine schnelle
Reaktionsrate aufweist, jedoch kann auch ein
Feuchtigkeitsmeßgerät verwendet werden, das mit
elektrostatischer Kapazität arbeitet, und Änderungen der
elektrischen Kapazität durch Adsorption von Feuchtigkeit auf
einem Aluminiumoxidkondensator und dergleichen mißt, oder ein
Feuchtigkeitsmeßgerät, welches Massenspektrometrie verwendet.
Wie in Fig. 9 gezeigt ist, sind an die voranstehend erwähnte
Prozeßkammer 1 ein Prozeßgasauslaßrohr 27 angeschlossen, zur
Zuführung eines Gases (beispielsweise SiCl2H2, SiCl3H, HCl,
H2, N2, B2H6 oder PH3) von einer Versorgungsquelle für ein
korrosives Gas oder ein anderes Gas (nicht gezeigt), sowie
ein Prozeßgasauslaßrohr 28, welches korrosives Gas und
dergleichen zu einer Auslaßgasbehandlungseinrichtung (nicht
gezeigt) ausstößt, nachdem es der Reaktion in der
Prozeßkammer 1 zugeführt wurde.
Die Feuchtigkeitsüberwachungseinrichtung 25 ist mit einem
Probenrohr 9 versehen, welches eine Probenleitung darstellt,
deren eines Ende, das mit einem Ventil 9a versehen ist, an
die Prozeßkammer 1 über das Basisende eines
Prozeßgasauslaßrohrs 28 angeschlossen ist, mit einem
Laserfeuchtigkeitsmeßgerät 10, das an das andere Ende des
Probenrohres 9 über ein einstellbares Ventil 9b angeschlossen
ist, und die Feuchtigkeit mißt, die in dem korrosiven Gas von
der Prozeßkammer 1 enthalten ist, und mit einer Drehpumpe 12,
die an das Verbindungsrohr 11 und das hintere Ende des
Laserfeuchtigkeitsmeßgerätes 10 über ein einstellbares Ventil
11a angeschlossen ist.
Eine Rohrspülleitung 13 zur Stickstoffspülung der
Probenleitung ist an das Basisende des Probenrohres 9 über
ein Ventil 13a angeschlossen, und ein Prozeßgasauslaßrohr 27
ist mit der Rohrspülleitung 13 über ein Verzweigungsrohr 14
und über ein Ventil 14a verbunden. Darüber hinaus ist die
Rohrspülleitung 13 mit einem Ventil 13b stromaufwärts von der
Verbindung mit dem Abzweigrohr 14 Versehen.
Wie in den Fig. 9 und 10 gezeigt ist, ist die
Gehäusespülleitung 15 zur Stickstoffspülung des Inneren des
Gehäuses 10a an das Laserfeuchtigkeitsmeßgerät 10
angeschlossen, und ist eine Stickstoffauslaßleitung 16, an
welche das andere Ende angeschlossen ist, mit dem
Prozeßgasauslaßrohr 26 zum Ausstoßen dieses Stickstoffs
verbunden.
Weiterhin ist die Drehpumpe 12 mit dem Prozeßauslaßrohr 28 an
dem Probenauslaßrohr 17 über ein Ventil 17a angeschlossen.
Weiterhin ist eine Stickstoffspülleitung 18 für Gasballast
mit der Drehpumpe 12 verbunden.
Wie in Fig. 10 gezeigt ist, ist der rohrförmige Zellenkörper
19 innerhalb des Gehäuses 10a angeordnet, und ist das
Probenrohr 9 an das eine Ende des rohrförmigen Zellenkörpers
19 angeschlossen, und das Verbindungsrohr 11 an das andere
Ende. Lichtdurchlässige Fensterteile 19a sind an beiden Enden
des rohrförmigen Zellenkörpers 19 angebracht, und ein
abstimmbarer Diodenlaser LD, der infrarotes Laserlicht L
(Wellenlänge: 1,3 bis 1,55 µm) erzeugt, ist gegenüberliegend
der Außenseite eines lichtdurchlässigen Fensterteils 19
angeordnet, wogegen ein Photodetektor PD, der infrarotes
Laserlicht empfängt, das durch den rohrförmigen Zellenkörper
19 hindurchgelangt ist, und die Intensität des empfangenen
Lichtes in ein elektrisches Signal umwandelt,
gegenüberliegend der Außenseite des anderen
lichtdurchlässigen Fensterteils 19a angeordnet ist.
Eine Bandheizvorrichtung (Rohrheizmechanismus, Heizdrähte) 20
ist um das Probenrohr 19 und das Verbindungsrohr 11
herumgewickelt, und ein Silikongummiisolator 21 ist um die
Bandheizvorrichtung 20 herumgewickelt. Weiterhin ist die
Bandheizvorrichtung 20 an eine nicht dargestellte
Stromversorgungsquelle angeschlossen. Das Probenrohr 9 und
das Verbindungsrohr 11 werden auf etwa 100°C erwärmt, durch
Einstellung des durch die Bandheizvorrichtung 20 fließenden
Stroms.
Zusätzlich ist eine Zellenheizvorrichtung
(Zellenheizmechanismus) 22, die hauptsächlich aus Heizdrähten
besteht, welche den rohrförmigen Zellenkörper 19 und die
lichtdurchlässigen Fensterteile 19a erwärmen, an dem
rohrförmigen Zellenkörper 19 und den lichtdurchlässigen
Fensterteilen 19a des Laserfeuchtigkeitsmeßgerätes 10
angebracht, und erwärmt den rohrförmigen Zellenkörper 19 und
die lichtdurchlässigen Fensterteile 19a auf etwa 100°C.
Weiterhin werden die Einstellung und die Kalibrierung der
Meßempfindlichkeit des Laserfeuchtigkeitsmeßgerätes 10 vorher
entsprechend der Temperatur des korrosiven Gases
durchgeführt, das durch die Bandheizvorrichtung 20 und die
Zellenheizvorrichtung 22 auf etwa 100°C erwärmt wurde.
Nunmehr erfolgt eine Beschreibung eines
Feuchtigkeitsüberwachungsverfahrens während des
Epitaxiekristallwachstums gemäß einer Ausführungsform einer
Feuchtigkeitsüberwachungseinrichtung und einer hiermit
versehenen Halbleiterherstellungseinrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung.
Zuerst wird ein Siliziumwafer W, auf welchem ein
Epitaxiewachstum durchgeführt werden soll, zur
Transportkammer 2 von der Einbringungsschleusenkammer 3 aus
durch ein Inertgas wie beispielsweise N2 ersetzt. Zu diesem
Zeitpunkt wird die Feuchtigkeit in der Atmosphäre durch das
Transportsystemfeuchtigkeitsgerät 6 gemessen, und wird nach
Bestätigung, daß die Feuchtigkeit ausreichend verringert
wurde, der Siliziumwafer W in die Prozeßkammer 1
hineinbefördert.
Obwohl das Innere der Prozeßkammer 1 mit einem Inertgas wie
beispielsweise N2 vor der Bearbeitung gespült wird, werden
nach Anordnung des Siliziumwafers W, der von der
Transportkammer 2 aus hereinbefördert wurde, und dessen
Erwärmung auf die vorbestimmte Temperatur, die Ventile 13a,
13b und 14a geschlossen, wird das vorgeschriebene korrosive
Gas usw. von dem Prozeßgasauslaßrohr 27 eingelassen, und wird
ein Epitaxiewachstum auf der Oberfläche des Siliziumwafers W
durchgeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird gleichzeitig mit dem
Öffnen der Ventile 9b und 11a die Drehpumpe 12 in Betrieb
gesetzt, und wird ein Teil des erwärmten, korrosiven Gases,
welches der Reaktion in der Prozeßkammer 1 zugeführt, wurde,
ständig in das Laserfeuchtigkeitsmeßgerät 10 über das
Probenrohr 9 eingelassen, während das Flußvolumen durch die
einstellbaren Ventile 9b und 11a eingestellt wird.
Das korrosive Probengas fließt in den rohrförmigen
Zellenkörper 19 innerhalb des Laserfeuchtigkeitsmeßgerätes
10, und wird mit infrarotem Laserlicht L von dem
Halbleiterlaser LD bestrahlt. Infrarotes Laserlicht L,
welches durch das korrosive Gas in dem rohrförmigen
Zellenkörper 19 hindurchgegangen ist, wird von dem
Photodetektor PD empfangen, und es wird eine quantitative
Untersuchung der Feuchtigkeit in dem korrosiven Gas
entsprechend der Adsorptionsspektrumsintensität durchgeführt,
die aus der empfangenen Lichtmenge erhalten wird.
Korrosives Gas, das in den rohrförmigen Zellenkörper 19
hineingeflossen ist, wird an das Prozeßgasauslaßrohr 28 über
das Verbindungsrohr 11, die Drehpumpe 12 und das Probenauslaß
17 abgegeben.
Da die vorliegende Ausführungsform mit der
Bandheizvorrichtung 20 versehen ist, die nicht nur das
Laserfeuchtigkeitsmeßgerät 10 erhitzt, sondern auch das
Probenrohr 9 und das Verbindungsrohr 11, können das
Probenrohr 9 und das Verbindungsrohr 11 auf eine hohe
Temperatur von etwa 100°C erwärmt werden, wodurch
Nebenreaktionen im Inneren der Rohre infolge des korrosiven
Gases verhindert werden, das in der Prozeßkammer 1 erwärmt
wurde, und eine Verstopfung der Rohre infolge einer Reaktion
mit Nebenprodukten verhindert werden kann. Daher kann
jederzeit die Feuchtigkeit in-situ gemessen werden.
Da die Einstellung und Kalibrierung der Meßempfindlichkeit
des Laserfeuchtigkeitsmeßgerätes 10 vorher entsprechend der
Temperatur des korrosiven Gases durchgeführt wird, das auf
etwa 100°C erwärmt wurde, kann darüber hinaus die
Feuchtigkeitskonzentration mit geeigneter Empfindlichkeit und
hoher Genauigkeit selbst bei dem korrosiven Gas auf hoher
Temperatur gemessen werden. Die Einstellung und Kalibrierung
der Meßempfindlichkeit wird beispielsweise durch
arithmetische Verarbeitung des Signals von dem Photodetektor
PD durch eine Steuerung (nicht gezeigt) durchgeführt, die an
den Photodetektor PD angeschlossen ist.
Da die Transportkammer 2 mit dem
Transportsystemfeuchtigkeitsmeßgerät 6 versehen ist, welches
die Feuchtigkeit in dem inneren, abgedichteten Raum getrennt
von dem Laserfeuchtigkeitsmeßgerät 10 mißt, kann die
Feuchtigkeit im Inneren der Transportkammer 2 gemessen und
bestätigt werden, wenn der Siliziumwafer W in die
Prozeßkammer 1 durch die Transportkammer 2 befördert wurde,
wodurch es ermöglicht wird, zu verhindern, daß Feuchtigkeit
in der Transportkammer unabsichtlich in die Prozeßkammer 1
fließt.
Darüber hinaus umfaßt die vorliegende Erfindung ebenfalls die
folgende Art von Ausführungsform.
Zwar wurde die vorliegende Erfindung bei einer
Dampfphasenwachstumseinrichtung eingesetzt, welche ein
Epitaxiewachstum durchführt, als
Halbleiterherstellungseinrichtung bei der voranstehend
geschilderten Ausführungsform, jedoch kann auch eine andere
Halbleiterherstellungseinrichtung verwendet werden, unter der
Voraussetzung, daß bei ihr eine Reaktion eines korrosiven
Gases auf einem Wafer in einer Reaktionskammer stattfindet.
Beispielsweise kann auch eine CVD-Einrichtung verwendet
werden, die einen anderen Dünnfilm auf einem Wafer erzeugt,
oder eine Trockungsätzungseinrichtung, welche die
Waferoberfläche unter Verwendung eines korrosiven Gases ätzt.
Darüber hinaus wird zwar bei der voranstehend geschilderten
Ausführungsform die vorliegende Erfindung bei einer
Epitaxiewachstumseinrichtung für einen einzelnen Wafer
eingesetzt, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf
diese Art von Einrichtung beschränkt, sondern kann die
vorliegende Erfindung auch bei anderen Arten von
Einrichtungen eingesetzt werden (beispielsweise verschiedenen
Arten portionsweise arbeitender Einrichtungen).
Zwar wurde ein korrosives Gas als Reaktionsgas nach der
N2-Spülung des Inneren der Rohre und der Prozeßkammern
eingelassen, jedoch kann das Spülen auch mit HCl
(Chlorwasserstoff) nach ausreichender N2-Spülung durchgeführt
werden, gefolgt beim Einlassen des korrosiven Gases, das für
das Wachstum zugeführt wird. In diesem Fall wird
Feuchtigkeit, die auf den Innenwänden von Rohren und
Prozeßkammern absorbiert wurde, infolge einer Verbindung mit
HCl-Molekülen abgeführt, was es ermöglicht, die Menge an
Feuchtigkeit zu verringern, die in das korrosive Gas
hineingelangt, welches später geliefert wird.
Claims (14)
1. CVD-Einrichtung, welche Halbleitermaterialgas an eine
Reaktionskammer (112) liefert, in welcher ein Wafer
angeordnet ist, um einen Halbleiterfilm auf dem Wafer
auszubilden; wobei an die Reaktionskammer (112)
angeschlossen sind: ein Materialgaszufuhrpfad (121), der
das Halbleitermaterialgas liefert, ein
Inertgaszufuhrpfad (122), der Inertgas zum Spülen
liefert, und ein Zufuhrpfad (123) für ein Gas mit hoher
Wärmeleitfähigkeit, der ein Gas wie beispielsweise
Wasserstoff oder Helium mit einem hohen
Wärmeleitungskoeffizienten liefert, das sich mit dem
Spülgas mischt, und ein Feuchtigkeitsmeßgerät (141)
vorgesehen ist, welches die Menge an Feuchtigkeit in Gas
mißt, das von der Reaktionskammer (112) ausgestoßen
wird, sowie eine Vakuumpumpe (143) zum Evakuieren des
Inneren der Reaktionskammer.
2. Spülverfahren für eine CVD-Einrichtung, welche
Halbleitermaterialgas einer Reaktionskammer (112)
zuführt, in welcher ein Wafer angeordnet wird, um einen
Halbleiterfilm auf dem Wafer auszubilden; wobei ein Gas,
welches als Mischung aus einem Gas wie beispielsweise
Wasserstoff oder Helium mit einem hohen
Wärmeleitungskoeffizienten und einem Inertgas
ausgebildet ist, als das Spülgas verwendet wird, das
während einer Spülbehandlung mit einem erwärmten Fluß
verwendet wird.
3. Spülverfahren für eine CVD-Einrichtung, welche
Halbleitermaterialgas einer Reaktionskammer (112)
zuführt, in ein Wafer angeordnet wird, um einen
Halbleiterfilm auf dem Wafer auszubilden; wobei vor der
Ausbildung des Halbleiterfilms nach Anordnung des Wafers
in der Reaktionskammer das Erzeugen eines Vakuums im
Inneren der Reaktionskammer und der Einlaß von Inertgas
mehrere Male wiederholt werden.
4. Verfahren zur Beurteilung der Wartungszeiten von
Halbleiterherstellungseinrichtungen, welche eine
Behandlung mit einem korrosiven Gas in einer
Reaktionskammer (1) durchführen, durch Messung der
Feuchtigkeitskonzentration in der Reaktionskammer (1)
mit einem Feuchtigkeitsmeßgerät, welches an die
Reaktionskammer (1) angeschlossen ist, wenn die
Behandlung mit dem korrosiven Gas durchgeführt wird, und
Bestimmung der Wartungszeiten entsprechend Änderungen
der Feuchtigkeitskonzentration, wenn die Behandlung mit
korrosivem Gas wiederholt durchgeführt wird.
5. Verfahren zur Beurteilung der Wartungszeiten von
Halbleiterherstellungseinrichtungen nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Wartungszeiten entsprechend der Gesamtmenge an
Feuchtigkeit bestimmt werden, durch Berechnung der
Gesamtmenge an Feuchtigkeit, die sich seit dem
vorherigen Wartungsvorgang angesammelt hat, und in die
Reaktionskammer (1) hineingelangt ist, auf der Grundlage
der Änderung der Feuchtigkeitskonzentration.
6. Verfahren zur Beurteilung der Wartungszeiten von
Halbleiterherstellungseinrichtungen nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Druck
innerhalb einer Reaktionskammer (1) mit einem
Druckmeßgerät (7) gemessen wird, welches an die
Reaktionskammer (1) angeschlossen ist, wenn die
Behandlung mit dem korrosiven Gas durchgeführt wird, und
die Wartungszeiten entsprechend der Gesamtmenge an
Feuchtigkeit und der Änderung des Drucks bestimmt
werden, wenn die Behandlung mit korrosivem Gas
wiederholt durchgeführt wird.
7. Verfahren zur Beurteilung der Wartungszeiten von
Halbleiterherstellungseinrichtungen nach Anspruch 4,
daß das Feuchtigkeitsmeßgerät (5) ein
Laserfeuchtigkeitsmeßgerät ist, welches Laserlicht in
einen rohrförmigen Zellenkörper (19) schickt, der mit
der Reaktionskammer (1) verbunden ist, und das
Adsorptionsspektrum des durchgelassenen Laserlichtes
mißt.
8. Feuchtigkeitsüberwachungseinrichtung (25), die mit einem
Rohr (9) versehen ist, dessen eines Ende mit einer
Reaktionskammer (1) verbunden ist, in welcher ein
korrosives Gas fließt, und mit einem
Feuchtigkeitsmeßgerät (10) versehen ist, das mit dem
anderen Ende des Rohrs (9) verbunden ist, und die
Feuchtigkeit mißt, die in dem korrosiven Gas enthalten
ist, das von der Reaktionskammer (1) zugeführt wird, und
welche mit zumindest einem Rohrheizmechanismus (20)
versehen ist, welcher das Rohr (9) erwärmt.
9. Feuchtigkeitsüberwachungseinrichtung (25) nach
Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Rohrheizmechanismus (20) mit einem Heizdraht versehen
ist, der um das Äußere des Rohrs (9) herumgewickelt ist.
10. Feuchtigkeitsüberwachungseinrichtung (25) nach
Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Feuchtigkeitsmeßgerät (10) ein
Laserfeuchtigkeitsmeßgerät ist, welches Laserlicht in
einen rohrförmigen Zellenkörper (19) schickt, der an das
andere Ende des Rohrs (9) angeschlossen ist, und das
Adsorptionsspektrum des durchgelassenen Laserlichtes
mißt.
11. Feuchtigkeitsüberwachungseinrichtung (25) nach
Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Feuchtigkeitsmeßgerät (10) mit einem
Zellenheizmechanismus (22) versehen ist, welcher den
rohrförmigen Zellenkörper (19) erwärmt.
12. Feuchtigkeitsüberwachungseinrichtung (25) nach
Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Feuchtigkeitsmeßgerät (10) so ausgebildet ist, daß die
Meßempfindlichkeit entsprechend der Temperatur des
erwärmten, korrosiven Gases eingestellt werden kann.
13. Halbleiterherstellungseinrichtung, welche den Fluß eines
korrosiven Gases auf einen Wafer in einer
Reaktionskammer (1) gestattet, und bei welcher eine
Reaktion des korrosiven Gases auf der Oberfläche des
Wafers stattfindet, und die mit der
Feuchtigkeitsüberwachungseinrichtung (25) gemäß
Anspruch 8 versehen ist.
14. Halbleiterherstellungseinrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß sie mit
einem Wafertransportsystem versehen ist, welches einen
Wafer durch einen abgedichteten Raum zu der
Reaktionskammer (1) befördert, wobei das
Wafertransportsystem mit einem Feuchtigkeitsmeßgerät (6)
versehen ist, welches getrennt von dem
Feuchtigkeitsmeßgerät (10) die Feuchtigkeit in dem
abgedichteten Raum mißt.
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