DE10042881B4

DE10042881B4 - CVD-Einrichtung zum Bilden eines Halbleiterfilms auf einem Wafer und Verfahren zum Beurteilen von Wartungszeiten einer CVD- Einrichtung

Info

Publication number: DE10042881B4
Application number: DE10042881A
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Hasegawa; Tomonori Yamaoka; Yoshio Ishihara; Hiroshi Masusaki; Takayuki Satou; Katsumasa Suzuki; Hiroki Tokunaga
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 1999-08-31
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2020-09-01
Also published as: CN1289860A; US20020061605A1; CN1282764C; KR20020073112A; KR20020073114A; US6491758B1; KR100415368B1; DE10042881A1; KR100445945B1; KR20020073113A; CN1497061A; US6887721B2; KR20010030153A; KR100431040B1; KR100391872B1; CN1131891C; TW460942B

Abstract

CVD-Einrichtung zum Bilden eines Halbleiterfilms auf einem Wafer, wobei die Einrichtung umfasst: • eine Reaktionskammer (112), • einen Materialgaszufuhrpfad (121), der mit der Reaktionskammer (112) verbunden ist, zum Liefern eines Halbleitermaterialgases, • einen Inertgaszufuhrpfad (122), der mit der Reaktionskammer (112) verbunden ist, zum Liefern von Inertgas zum Spülen, • einen Zufuhrpfad (123) für ein Gas mit hoher Wärmeleitfähigkeit, der mit der Reaktionskammer (112) verbunden ist, zum Liefern eines Gases wie beispielsweise Wasserstoff oder Helium mit einem hohen Wärmeleitungskoeffizienten, das sich mit dem Spülgas mischt, • einen Reaktorauslasspfad (131), der mit der Reaktionskammer (112) verbunden ist, wobei der Reaktorauslasspfad (131) sich in einen Untersuchungspfad (134) und einen Evakuierungspfad (135) verzweigt, • und ein Feuchtigkeitsmessgerät (141) in dem Untersuchungspfad (134), welches die Menge an Feuchtigkeit in dem Gas misst, das von der Reaktionskammer (112) ausgestoßen wird, • und eine Vakuumpumpe (142) zum Evakuieren des Inneren...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine CVD-Einrichtung und ein Verfahren zum Beurteilen von Wartungszeiten einer CVD-Einrichtung.
Aus EP 0 877 246 A2 ist eine in-situ-Überwachung von Kontaminanten in Halbleiterverarbeitungskammern bekannt. Es erfolgt ein Messen in Echtzeit von Konzentrationen gasförmiger Verschmutzungen in einer Halbleiterverarbeitungskammer. Ein geringes Volumen an Abgas von der Verarbeitungskammer wird über einen oder mehrere Mikrosensoren bezogen. Die Mikrosensoren werden ausgewählt zum Messen von gasförmigen. Verschmutzungen wie Feuchtigkeit, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxyd oder Kombinationen hiervon.
Aus EP 0 768 525 A2 ist es bekannt, in einem Halbleiterherstellungssystem ein System für die in-situ-Überwachung von molekularen Gasverunreinigungen in einem Kammerauslass eines Halbleiterherstellungssystems vorzusehen.
In JP 08125185 A ist ein Verfahren und ein System zum Herstellen eines Dünnfilmtransistors offenbart, in dem eine Wechselwirkung zwischen einem erwärmten N2-Gas und absorbierten Molekülen eines Glassubstrats beschrieben ist.
In JP 07102372 A ist eine Vakuumbehandlung eines Materials und eine Herrichtung dafür beschrieben, bei der die Temperatur eines zu behandelnden Materials genau gesteuert wird.
In JP 11183366 A ist eine Messzelle für eine Spektralanalyse beschrieben, die insbesondere bei einer Analyse eines Gases zum Einsatzes kommt, das einen Bestandteil aufweist, der bei einer gewöhnlichen Temperatur kondensiert und bei einer hohen Temperatur abgebaut wird.
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 jedes Mal 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 JP 05099845 A und in der japanischen ungeprüften Patentanmeldung mit der ersten Veröffentlichung JP 11183366 A 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, das 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.
Im Hinblick auf die obigen Ausführungsformen besteht das technische Problem der vorliegenden Erfindung in einer Bereitstellung einer CVD-Einrichtung und eines Verfahrens zur Beurteilung von Wartungszeiten, welches geeignete Wartungszeiten festlegen kann.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird das technische Problem gelöst durch eine CVD-Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Beurteilen einer Wartungszeit einer Halbleiterherstellungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5.
Da bei dem erfindungsgemäßen 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 Wiederholungszahl für das Ausführen einer Wartung verringert werden. Wartungsintervalle können verlängert werden, wodurch die Durchsatzrate verbessert werden kann.
Weiterhin wird 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 der Druck im Inneren der Reaktionskammer mit einem Druckmessgerät gemessen wird, welches an die Reaktionskammer angeschlossen ist, wenn die Behandlung mit korrosivem Gas durchgeführt wird. Die Wartungszeiten werden 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. JP 05099845 A und der japanischen ungeprüften Patentanmeldung mit der ersten Veröffentlichung Nr. JP 11183366 A , 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.
Die Feuchteüberwachungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist 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 Meßemfindlichkeit 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.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
1 eine Darstellung einer Ausführungsform einer CVD-Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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;
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;
4 eine Darstellung der Beziehung zwischen der Anzahl von Postenspülzyklen und den zeitabhängigen Änderungen der Menge an Wassermolekülen, die in dem Auslaßgas vorhanden sind;
5 eine schematische Aufsicht auf eine Epitaxiewachstumskristalleinrichtung bei einer Ausführungsform des Verfahrens zur Beurteilung von Wartungszeiten einer Halbleiterherstellungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 eine Querschnittsansicht des Aufbaus eines Prozeßfeuchtigkeitsmeßgerätes bei einer Ausführungsform des Verfahrens zur Beurteilung von Wartungszeiten einer Halbleiterherstellungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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;
8 eine schematische Gesamtansicht einer Epitaxiekristallwachstumseinrichtung bei einer Feuchtigkeitsüberwachungseinrichtung und einer hiermit versehenen Halbleiterherstellungseinrichtung;
9 ein Rohrleitungsdiagramm mit einer Darstellung des Aufbaus der Feuchtigkeitsüberwachungseinrichtung und einer hiermit versehenen Halbleiterherstellungseinrichtung; und
10 eine Querschnittsansicht des Aufbaus eines Laserfeuchtigkeitsmessgerätes bei einer Ausführungsform einer Feuchtigkeitsüberwachungseinrichtung und einer hiermit versehenen Halbleiterherstellungseinrichtung.
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 Wärmeleitungskoeffizienten 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 131 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 wird. 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 156 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 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 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 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 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 4 gezeigt. Aus 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 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.
5 betrifft den Fall des Einsatzes der Halbleiterherstellungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zum Beispiel bei einer Epitaxiekristallwachstumseinrichtung für einen einzelnen Wafer. Wie aus 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 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 Zellenkorpers 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 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 7 gezeigt ist, und wird dessen Hysterese aufgezeichnet. Obwohl große und kleine Spitzenwerte der Feuchtigkeitskonzentration während der Filmerzeugungsbehandlung eines einzelnen Wafers in 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 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 Feuchtigkeitsüberwachungseinrichtung und eine hiermit ausgerüstete Halbleiterherstellungseinrichtung unter Bezugnahme auf die 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.
8 zeigt den Fall des Einsatzes der Halbleiterherstellungseinrichtung beispielsweise bei einer Epitaxiekristallwachstumseinrichtung für einen einzelnen Wafer. Wie in 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 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 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 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 Feuchtigkeitsüberwachungseinrichtung und einer hiermit versehenen Halbleiterherstellungseinrichtung.
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 eine Bandheizvorrichtung 20 vorgesehen 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.
Zwar wurde die Feuchtigkeitsüberwachungseinrichtung bei einer Dampfphasenwachstumseinrichtum eingesetzt, welche ein Epitaxiewachstum durchführt, 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 Trockungsätzeinrichtung, welche die Waferoberfläche unter Verwendung eines korrosiven Gases ätzt.
Darüber hinaus wird zwar bei der voranstehend geschilderten Vorgehensweise die Epitaxiewachstumseinrichtung für einen einzelnen Wafer eingesetzt, jedoch kann sie 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

CVD-Einrichtung zum Bilden eines Halbleiterfilms auf einem Wafer, wobei die Einrichtung umfasst: • eine Reaktionskammer (112), • einen Materialgaszufuhrpfad (121), der mit der Reaktionskammer (112) verbunden ist, zum Liefern eines Halbleitermaterialgases, • einen Inertgaszufuhrpfad (122), der mit der Reaktionskammer (112) verbunden ist, zum Liefern von Inertgas zum Spülen, • einen Zufuhrpfad (123) für ein Gas mit hoher Wärmeleitfähigkeit, der mit der Reaktionskammer (112) verbunden ist, zum Liefern eines Gases wie beispielsweise Wasserstoff oder Helium mit einem hohen Wärmeleitungskoeffizienten, das sich mit dem Spülgas mischt, • einen Reaktorauslasspfad (131), der mit der Reaktionskammer (112) verbunden ist, wobei der Reaktorauslasspfad (131) sich in einen Untersuchungspfad (134) und einen Evakuierungspfad (135) verzweigt, • und ein Feuchtigkeitsmessgerät (141) in dem Untersuchungspfad (134), welches die Menge an Feuchtigkeit in dem Gas misst, das von der Reaktionskammer (112) ausgestoßen wird, • und eine Vakuumpumpe (142) zum Evakuieren des Inneren der Reaktionskammer (112) in dem Evakuierungspfad (135), • wobei die Messempfindlichkeit des Feuchtigkeitsmessgeräts (141) entsprechend der Temperatur des erwärmten korrosiven Gases eingestellt und korrigiert wird, • und jener Abschnitt, durch welchen Auslassgase fließen, erwärmt wird.
CVD-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrheizmechanismus (20) mit einem Heizdraht versehen ist, der um das Äußere des Rohrs (9) herumgewickelt ist.
CVD-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Feuchtigkeitsmessgerät (141) 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.
CVD-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Feuchtigkeitsmessgerät (141) mit einem Zellenheizmechanismus (22) versehen ist, welcher den rohrförmigen Zellenkörper (19) erwärmt.
Verfahren zur Beurteilung der Wartungszeiten einer CVD-Einrichtung gemäß Anspruch 1 durch Messung der Feuchtigkeitskonzentration in der Reaktionskammer (112) mit einem Feuchtigkeitsmessgerät, welches an die Reaktionskammer (112) 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.
Verfahren zur Beurteilung der Wartungszeiten von CVD-Einrichtungen nach Anspruch 5, 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 (112) hineingelangt ist, entsprechend der Änderung der Feuchtigkeitskonzentration.
Verfahren zur Beurteilung der Wartungszeiten von CVD-Einrichtungen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck innerhalb einer Reaktionskammer (112) mit einem Druckmessgerät (7) gemessen wird, welches an die Reaktionskammer (112) 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.
Verfahren zur Beurteilung der Wartungszeiten von CVD-Einrichtungen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Feuchtigkeitsmessgerät (141) ein Laserfeuchtigkeitsmessgerät ist, welches Laserlicht in einen rohrförmigen Zellenkörper (19) schickt, der mit der Reaktionskammer (112) verbunden ist, und das Adsorptionsspektrum des durchgelassenen Laserlichts misst.