JP2001244202A

JP2001244202A - 半導体製造方法及び半導体製造装置

Info

Publication number: JP2001244202A
Application number: JP2000052519A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hasegawa; 博之長谷川; Tomonori Yamaoka; 智則山岡; Yoshio Ishihara; 良夫石原; Hiroshi Masuzaki; 宏増崎
Original assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp; Japan Oxygen Co Ltd; Nippon Sanso Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp; Japan Oxygen Co Ltd; Nippon Sanso Corp
Priority date: 2000-02-28
Filing date: 2000-02-28
Publication date: 2001-09-07
Anticipated expiration: 2020-02-28
Also published as: JP3592603B2

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体製造方法及び半導体製造装置におい
て、水分濃度の増加を抑制し、重金属汚染等を防ぐこと
ができると共にプロセスチャンバ内の水分濃度と外部領
域との相関を調べることができる。【解決手段】基板Ｗを基板搬送系２、３により該基板
搬送系内の密閉空間から反応室１内に搬入した際に又は
反応室内から前記密閉空間に搬出した際に、該反応室内
に腐食性ガスを流して反応室内で腐食性ガスを反応させ
る腐食性ガス処理を行う半導体製造方法であって、前記
密閉空間に接続された第１の水分計６により前記密閉空
間内の水分濃度を計測した後に、前記基板を前記基板搬
送系で前記搬入又は前記搬出を行う基板搬送工程と、該
基板搬送工程後に、前記反応室に接続された第２の水分
計５で反応室内の水分濃度を計測しながら前記腐食性ガ
ス処理を行うガス処理工程とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば反応室内に
配置したシリコン基板上に腐食性ガスを用いてエピタキ
シャル成長等を行う半導体製造方法及び半導体製造装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＭＯＳデバイス用のシリコン・ウ
ェーハとして、極めて低い抵抗率のシリコン基板上に、
所定の不純物濃度で単結晶シリコン薄膜（エピタキシャ
ル層）を気相成長させたエピタキシャル・ウェーハが、
エピタキシャル結晶成長装置で製造されている。この装
置は、チャンバ内にシリコン基板を配置して腐食性のソ
ースガスを流し、基板上にエピタキシャル成長を行うも
のである。また、ＬＳＩ等の半導体製造工程では、腐食
性ガスを用いて基板上に薄膜を形成する種々のＣＶＤ装
置や微細パターンを形成するエッチング装置が用いられ
ている。

【０００３】これらの半導体製造装置は、超高純度の塩
化水素ガスやアンモニアガスのような腐食性ガスを用い
るが、その中に僅かでも水分が含まれていると、装置
（プロセスチャンバ内部、ガス供給系、ガス排気系等）
に使用されている金属部品の腐食を起こしやすくなり、
金属部分から生じるメタル（重金属）によって汚染の原
因となり有害であるため、プロセスチャンバ内における
腐食性ガス中の水分を高感度に定量分析することが求め
られている。

【０００４】また、従来、プロセス条件と重金属汚染と
の相関を調べるためには、プロセスモニターウェーハを
プロセス後に化学的分析（原子吸光分析、放射化分析
等）、物理的分析（ＳＩＭＳ、ＴＸＲＦ等）又は電気的
分析（ＤＬＴＳ、ＳＰＶ、ライフタイム等）により直接
的に解析し、その結果をフィードバックするしか手段が
無かった。

【０００５】近年、腐食ガス中の水分濃度を測定する手
段として、例えば特開平５−９９８４５号公報や特開平
１１−１８３３６６号公報等に、プロセスチャンバに接
続された管状セル本体内にレーザ光を入射させ透過した
レーザ光の吸収スペクトルを測定するレーザ水分計が提
案されている。このレーザ水分計は、ガスに非接触で測
定可能なため腐食性ガスでも高精度に測定できるもので
ある。これによって、プロセス中においても、プロセス
チャンバ内の水分濃度を測定することが可能になった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の半導体製造技術には、以下のような課題が残されて
いる。すなわち、プロセスチャンバ内の水分は単に腐食
性ガスの配管から導入されるものだけでなく、他の外部
領域から侵入した雰囲気に起因する場合があり、これに
よっても水分濃度が増加してしまうため、プロセスチャ
ンバ内の水分濃度を測定しているのみでは、水分濃度変
動の原因を調べることが困難であった。また、プロセス
チャンバ内の水分濃度がどの程度であれば重金属汚染の
影響を十分に抑制することができるかが明確でなかっ
た。例えば、反応に供された排気ガス中に含まれる水分
とライフタイムとの関係を調べると、図５に示すよう
に、水分濃度が少ないほどライフタイムが長くなるが、
ライフタイムの平均値（実線）と最大値（破線）との差
が大きく生じていることが分かる。これは、基板表面に
重金属汚染がスポット状に発生しているためである。

【０００７】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
ので、水分濃度の増加を抑制し、重金属汚染等を防ぐこ
とができると共にプロセスチャンバ内の水分濃度と外部
領域との相関を調べることができる半導体製造方法及び
半導体製造装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、反応室内
の水分濃度が増加する要因について研究した結果、反応
室内に基板を搬送する際に、予め反応室の外部領域であ
る基板搬送系の密閉空間の水分濃度を計測しておいたと
ころ、図６に示すように、該密閉空間の水分濃度が低下
しているにもかかわらず、前記反応室内の水分濃度が増
加することが判明した（図６中のTr-chは搬送用チャン
バ（前記密閉空間）内のデータ、Pr-chはプロセスチャ
ンバ（反応室）内のデータ）。これは、前記反応室内が
予め所定の温度に加熱されているために、前記密閉空間
にロードロック等の外部から導入された酸素と反応室の
水素とが反応して水分を発生させるためだと考えられ、
搬送系が腐食性ガス以外の水分供給源となっていると思
われる。

【０００９】したがって、本発明は、上記知見に基づい
て、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。
すなわち、本発明の半導体製造方法では、基板を基板搬
送系により該基板搬送系内の密閉空間から反応室内に搬
入した際に又は反応室内から前記密閉空間に搬出した際
に、該反応室内に腐食性ガスを流して反応室内で腐食性
ガスを反応させる腐食性ガス処理を行う半導体製造方法
であって、前記密閉空間に接続された第１の水分計によ
り前記密閉空間内の水分濃度を計測した後に、前記基板
を前記基板搬送系で前記搬入又は前記搬出を行う基板搬
送工程と、該基板搬送工程後に、前記反応室に接続され
た第２の水分計で反応室内の水分濃度を計測しながら前
記腐食性ガス処理を行うガス処理工程とを備えているこ
とを特徴とする。

【００１０】また、本発明の半導体製造装置では、基板
を基板搬送系により該基板搬送系内の密閉空間から反応
室内に搬入した際に又は反応室内から前記密閉空間に搬
出した際に、該反応室内に腐食性ガスを流して反応室内
で腐食性ガスを反応させる腐食性ガス処理を行う半導体
製造装置であって、前記基板搬送系の密閉空間内の水分
濃度を計測する第１の水分計と、前記反応室内の水分濃
度を計測する第２の水分計とを備えていることを特徴と
する。

【００１１】これらの半導体製造方法及び半導体製造装
置では、基板搬送系の密閉空間内の水分濃度を計測する
第１の水分計と、反応室内の水分濃度を計測する第２の
水分計とにより、基板搬送系の密閉空間の水分濃度及び
反応室内の水分濃度を共に計測することができ、前記密
閉空間における水分濃度が反応室内の水分濃度に与える
影響を調べることができるとともに、反応室内の水分濃
度を低減するために前記密閉空間の水分濃度を計測、制
限して良好なガス処理を行うことが可能になる。

【００１２】また、本発明の半導体製造方法では、前記
基板搬送工程において、前記密閉空間内の水分濃度が第
１の既定値より低いことを確認した後に前記基板を前記
密閉空間から前記反応室内に搬入又は反応室内から前記
密閉空間に搬出し、前記ガス処理工程は、前記反応室内
の水分濃度が第２の既定値より低いことを確認した後に
前記腐食性ガス処理を開始することが好ましい。この半
導体製造方法では、前記密閉空間において反応室内外に
基板を移送する際に必要な水分濃度の上限を第１の既定
値とし、反応室において重金属汚染等のないガス処理を
行うために必要な水分濃度の上限を第２の既定値として
予め設定することにより、安定して良好なガス処理を実
現することができる。

【００１３】さらに、本発明の半導体製造方法では、少
なくとも前記第２の既定値を、１ｐｐｍ未満とすること
が好ましい。すなわち、本発明者らは、反応室内の水分
濃度と重金属汚染との関係を調べた結果、該水分濃度が
ｐｐｍオーダーでは基板表面にスポット状の重金属汚染
が確認されるが、サブｐｐｍオーダーまで低減させるこ
とにより、スポット状の汚染がほとんど発生しないこと
が判明した。したがって、この知見に基づいたものであ
り、この半導体製造方法では、少なくとも第２の既定値
を１ｐｐｍ未満とすることにより、重金属のスポット状
汚染を防ぐことができる。

【００１４】また、本発明の半導体製造方法及び半導体
製造装置では、前記第１の水分計又は前記第２の水分計
の少なくとも一方が、前記密閉空間又は前記反応室に接
続された管状セル本体内にレーザ光を入射させ透過した
レーザ光の吸収スペクトルを測定するレーザ水分計であ
ることが好ましい。これらの半導体製造方法及び半導体
製造装置では、第１及び第２の水分計の少なくとも一方
が、レーザ水分計であるので、測定対象のガスに非接触
で高精度に水分の定量分析が可能になる。

【００１５】また、本発明の半導体製造装置では、複数
の反応室を備え、前記第１の水分計が、前記反応室毎に
水分濃度を計測可能に設けられていることが好ましい。
この半導体製造装置では、複数の反応室の水分濃度を反
応室毎に第１の水分計で計測可能であるので、各反応室
毎に水分濃度の計測することにより個別に適切な水分濃
度で良好なガス処理を行うことができる。

【００１６】さらに、本発明の半導体製造装置では、前
記第１の水分計に接続する対象を任意の前記反応室に切
り換え可能な切換機構を備えていることが好ましい。こ
の半導体製造装置では、第１の水分計に接続する対象を
任意の反応室に切り換え可能な切換機構を備えているの
で、切換機構で計測したい反応室と第１の水分計を接続
することで、複数かつ任意の反応室内の水分濃度を１つ
の第１の水分計で計測することが可能になり、部材点数
及びコストの低減を図ることができる。

【００１７】また、本発明の半導体製造装置では、前記
第１の水分計及び前記第２の水分計は、同一の水分計で
あり、該水分計に接続される対象を前記密閉空間又は前
記反応室に切り換え可能な切換機構を備えていることが
好ましい。この半導体製造装置では、同一の水分計を第
１及び第２の水分計として兼用し、切換機構によって、
接続する対象を前記密閉空間又は前記反応室に任意に切
換可能であるので、一つの水分計で前記密閉空間及び反
応室の水分濃度を計測することができ、部材点数及びコ
ストの低減を図ることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体製造方
法及び半導体製造装置の一実施形態を、図１から図３を
参照しながら説明する。これらの図にあって、符号１は
プロセスチャンバ、２は搬送用チャンバ、３は搬入ロー
ドロック室、４は搬出ロードロック室、５はプロセス用
水分計、６は搬送系水分計を示している。

【００１９】図１は、本発明の半導体製造装置を例えば
枚葉式のエピタキシャル結晶成長装置に適用した場合を
示すものである。該エピタキシャル結晶成長装置は、図
１に示すように、内部にシリコン基板（基板）Ｗが配置
される中空の気密容器である３つの石英製のプロセスチ
ャンバ（反応室）１と、これらプロセスチャンバ１内に
シリコン基板Ｗを搬入する際に内部の密閉空間で雰囲気
の置換を行う搬送用チャンバ（基板搬送系）２と、該搬
送用チャンバ２にプロセス前のシリコン基板Ｗを搬入す
る搬入ロードロック室３および搬送用チャンバ２からプ
ロセス後のシリコン基板Ｗを取り出すための搬出ロード
ロック室４とを備えたマルチチャンバ方式の成長装置で
ある。

【００２０】前記各プロセスチャンバ１は、該プロセス
チャンバ１に導入された腐食性ガスを含むプロセスガス
をサンプリングしてガス中に含まれる水分を計測するプ
ロセス用水分計（第２の水分計）５にプロセス用サンプ
リング配管９でそれぞれ接続されている。また、搬送用
チャンバ２、搬入ロードロック室３及び搬出ロードロッ
ク室４の各内部にも、内部の雰囲気中の水分を計測する
搬送系水分計（第１の水分計）６が搬送系サンプリング
配管６ａで接続されている。該搬送系水分計６は、精度
及び応答速度が高い後述するレーザ水分計本体１０を用
いたプロセス用水分計５と同様の水分計である。搬送系
サンプリング配管６ａは、レーザ水分計本体１０から搬
送用チャンバ２，搬入ロードロック室３及び搬出ロード
ロック室４に対応して３つの分岐管６ｂに分岐されて構
成され、各分岐管６ｂにはこれらを開閉可能なバルブ６
ｃが設けられている。

【００２１】前記プロセスチャンバ１には、図２に示す
ように、腐食性ガス等のガス供給源（図示略）からのガ
ス（ＳｉＣｌ₂Ｈ₂、ＳｉＣｌ₃Ｈ、ＨＣｌ、Ｈ₂、Ｎ₂、
Ｂ₂Ｈ ₆、ＰＨ₃等）を導入するためのプロセスガス導入
管７と、プロセスチャンバ１内で反応に供された後に腐
食性ガス等を排ガス処理設備（図示略）へ排気するプロ
セスガス排気管８とが接続されている。

【００２２】前記プロセス用水分計５は、バルブ９ａを
備えた一端側がプロセスガス排気管８の基端側を介して
各プロセスチャンバ１に接続されたサンプルラインであ
るプロセス用サンプリング配管９と、該プロセス用サン
プリング配管９の他端に可変バルブ９ｂを介して接続さ
れプロセスチャンバ１からの腐食性ガスに含まれる水分
を計測するレーザ水分計本体１０と、該レーザ水分計本
体１０の後端に可変バルブ１１ａを介して接続管１１で
接続されたロータリーポンプ１２とを備えている。

【００２３】前記プロセス用サンプリング配管９の基端
側には、サンプルラインＮ₂パージ用の配管パージライ
ン１３がバルブ１３ａを介して接続され、また、プロセ
スガス導入管７は、バルブ１４ａを介して分岐管１４で
配管パージライン１３に接続されている。なお、配管パ
ージライン１３は、分岐管１４との接続部分より上流に
バルブ１３ｂを備えている。また、プロセス用サンプリ
ング配管９は、レーザ水分計本体１０から３つのプロセ
スチャンバ１に対応して３つの分岐管９ｃに分岐されて
構成され、各分岐管９ｃにはこれらを開閉可能なバルブ
（切換機構）９ｄが設けられている。

【００２４】前記レーザ水分計本体１０には、図２およ
び図３に示すように、その筐体１０ａ内をＮ₂パージす
るための筐体パージライン１５が接続されているととも
に、このＮ₂を排気するためにプロセスガス排気管８に
他端が接続されたＮ₂排気ライン１６が接続されてい
る。なお、前記ロータリーポンプ１２は、プロセスガス
排気管８にバルブ１７ａを介してサンプリング排気管１
７で接続されている。また、ロータリーポンプ１２に
は、ガスバラスト用のＮ₂パージライン１８が接続され
ている。

【００２５】前記レーザ水分計本体１０は、図３に示す
ように、筐体１０ａ内に管状セル本体１９が設けられ、
該管状セル本体１９には、一端側にプロセス用サンプリ
ング配管９が接続されているとともに他端側に接続管１
１が接続されている。管状セル本体１９は、両端に透光
性窓材１９ａが装着され、一方の透光性窓材１９ａの外
側には赤外レーザ光Ｌ（波長１．３〜１．５５μｍ）を
発生する波長可変半導体レーザＬＤが対向して設けら
れ、他方の透光性窓材１９ａの外側には管状セル本体１
９内を透過した赤外レーザ光Ｌを受光してその受光強度
を電気信号に変換する光検出器ＰＤが対向して設けられ
ている。

【００２６】前記プロセス用サンプリング配管９および
前記接続管１１には、リボンヒータ２０が巻回され、さ
らにその上にシリコンゴムの断熱材２１が巻かれてい
る。なお、リボンヒータ２０は、図示しない電流供給源
に接続されている。そして、リボンヒータ２０に流す電
流を調整して、プロセス用サンプリング配管９および接
続管１１は１００℃以上に加熱される。

【００２７】また、レーザ水分計本体１０の管状セル本
体１９および透光性窓材１９ａにも、これらを加熱する
電熱線を主としたセル用ヒータ２２が取り付けられ、１
００℃以上に加熱される。なお、搬送系サンプリング配
管６ａもプロセス用サンプリング配管９と同様の手段で
加熱されている。これにより、プロセスチャンバ１で加
熱された腐食性ガスの配管内部における副反応生成物の
付着が抑制され、副反応生成物が配管を閉塞してしまう
ことを防止することができる。したがって、in-situで
常時水分を計測することが可能になる。

【００２８】さらに、レーザ水分計本体１０は、リボン
ヒータ２０及びセル用ヒータ２２によって１００℃以上
に加熱された腐食性ガスの温度に応じて、その測定感度
の調整・校正が予め行われている。なお、測定感度の調
整・校正は、例えば、光検出器ＰＤからの信号を光検出
器ＰＤに接続された制御部（図示略）において演算処理
することで行われる。なお、上記各配管として、配管材
料にステンレス配管を用い、その内面を電解研磨処理好
ましくはＣＲＰ処理（クロム酸化膜を表面に有する不動
態化膜）を施したものが用いられる。

【００２９】次に、本発明に係る半導体製造方法及び半
導体製造装置の一実施形態におけるエピタキシャル結晶
成長方法について説明する。

【００３０】まず、エピタキシャル成長を行うシリコン
基板Ｗを外部から搬入ロードロック室３に移送するとと
もに、この際、搬送系水分計６により、搬入ロードロッ
ク室３中の水分を計測する。すなわち、搬入ロードロッ
ク室３に接続された分岐管６ｂのバルブ６ｃのみ開けて
他のバルブ６ｃを閉じ、この状態で搬入ロードロック室
３内の雰囲気を搬送系サンプリング配管６ａを介してレ
ーザ水分計本体１０に導入させて水分濃度を計測する。
なお、搬送系サンプリング配管６ａからレーザ水分計本
体１０へのガスの導入は、後述するプロセス用水分計５
と同様に行われる。

【００３１】搬送系水分計６の計測により、搬入ロード
ロック室３内の水分濃度が所定の値未満であることを確
認した後、シリコン基板Ｗを搬入ロードロック室３から
搬送用チャンバ２内に搬入し、さらに搬送用チャンバ２
内の雰囲気をＮ₂等の不活性ガスに置換する。

【００３２】この際、搬送系水分計６により、搬送用チ
ャンバ２中の水分を計測する。すなわち、搬送用チャン
バ２に接続された分岐管６ｂのバルブ６ｃのみ開けて他
のバルブ６ｃを閉じ、この状態で搬送用チャンバ２内の
雰囲気を搬送系サンプリング配管６ａを介してレーザ水
分計本体１０に導入させて水分濃度を計測する。そし
て、搬送系水分計６の計測により、搬送用チャンバ２内
の水分濃度が所定の既定値（第１の既定値）未満まで十
分に水分が低減された状態を確認した後に、プロセスチ
ャンバ１内にシリコン基板Ｗを搬送する。なお、所定の
既定値は、搬送用チャンバ２とプロセスチャンバ１の容
積比にもよるが、５ｐｐｍ未満であることが望ましい。
すなわち、少々水分濃度が高くてもパージガスで希釈さ
れて影響は小さい。

【００３３】各プロセスチャンバ１内は、プロセス前で
は、Ｈ₂又はＮ₂等の不活性ガスでパージ状態とされてい
るが、搬送用チャンバ２から搬入したシリコン基板Ｗを
配置して所定温度まで加熱される。このとき、プロセス
用水分計５により、各プロセスチャンバ１中の水分を計
測する。すなわち、計測するプロセスチャンバ１に接続
された分岐管９ｃのバルブ９ｄのみ開けて他のバルブ９
ｄを閉じ、この状態でプロセスチャンバ１内のガスをプ
ロセス用サンプリング配管９を介してレーザ水分計本体
１０に導入させて水分濃度を計測する。この際、バルブ
９ａ、１７ａを開くとともにロータリーポンプ１２を駆
動し、さらに可変バルブ９ｂ、１１ａで流入量を調整し
ながら、プロセスチャンバ１内のガスの一部をプロセス
用サンプリング配管９を介してレーザ水分計本体１０に
常時導入する。

【００３４】サンプリングされたガスは、レーザ水分計
本体１０内の管状セル本体１９内に流入し、半導体レー
ザＬＤからの赤外レーザ光Ｌが照射される。管状セル本
体１９内のガスを透過した赤外レーザ光Ｌは、光検出器
ＰＤで受光され、その受光量から得られた吸収スペクト
ル強度によりガスに含まれる水分の定量分析が行われ
る。

【００３５】そして、サンプリングされたガス中の水分
濃度が、少なくとも１ｐｐｍ未満（第２の既定値）であ
ることを確認した後に、バルブ１３ａ、１３ｂ、１４ａ
を閉じ、プロセスガス導入管７により所定の腐食性ガス
等を導入してシリコン基板Ｗの表面上にエピタキシャル
成長を行う。もし、搬送用チャンバ２に酸素が存在し、
プロセスチャンバ１内のガスが水素である場合には、所
定の温度で反応による水が発生するため、その場合、プ
ロセスを中断して搬送系のリーク等をチェックし、装置
のメンテナンスを行う。なお、管状セル本体１９に流入
した腐食性ガス等は、接続管１１、ロータリーポンプ１
２およびサンプリング排気管１７を介してプロセスガス
排気管８に排出される。

【００３６】さらに、エピタキシャル成長中において
も、上記と同様に、プロセスチャンバ１で反応に供され
加熱された排気ガスの一部をプロセス用サンプリング配
管９を介してレーザ水分計本体１０に常時導入し、排気
ガスの水分濃度を計測する。エピタキシャル成長終了
後、プロセスチャンバ１から搬送用チャンバ２へと基板
Ｗが戻され、さらに該基板Ｗは搬出ロードロック室４に
搬出されて、外部へ取り出される。なお、搬出ロードロ
ック室４内の水分濃度もバルブ６ｃの開閉を切り換える
ことにより搬送系水分計６で計測することができ、搬出
ロードロック室４からのリーク等を検知することも可能
である。

【００３７】本実施形態では、搬送用チャンバ２の密閉
空間内の水分濃度を計測する搬送系水分計６と、プロセ
スチャンバ１内の水分濃度を計測するプロセス用水分計
５とにより、搬入ロードロック室３や搬送用チャンバ２
等の基板搬送系内の水分濃度及びプロセスチャンバ１内
の水分濃度を共に計測することができ、基板搬送系の密
閉空間における水分濃度がプロセスチャンバ１内の水分
濃度に与える影響を調べることができる。なお、搬送用
チャンバ２及び搬入ロードロック室３の両方について、
搬送系水分計６により個別に内部の水分濃度を計測でき
るので、搬入ロードロック室３内の水分濃度が搬送用チ
ャンバ２内の水分濃度に与える影響を調べることも可能
となる。

【００３８】また、プロセスチャンバ１内の水分濃度を
低減するために搬入ロードロック室３及び搬送用チャン
バ２内の水分濃度を計測、所定の濃度に制限した状態で
プロセスチャンバ１へ基板Ｗを移送するので、基板搬送
系内のガスがプロセスチャンバ１内に流入して水分濃度
を増加させることを極力低減して良好なエピタキシャル
成長を行うことが可能になる。また、もし、基板搬送系
内で、酸素を巻き込んでいた場合でも、プロセスチャン
バ１内の水分濃度が増加する現象が見られるため、良好
なエピタキシャル成長を行うことが可能である。

【００３９】また、サンプリングされたガス中の水分濃
度が、少なくとも１ｐｐｍ未満であることを確認した後
に、腐食性ガスを導入してシリコン基板Ｗの表面上にエ
ピタキシャル成長を行うので、重金属のスポット状汚染
を防ぐことができる。また、各プロセスチャンバ１の水
分濃度を個別に計測可能なプロセス用水分計５を備えて
いるので、プロセスチャンバ１毎に水分濃度を計測し、
一部のプロセスチャンバ１で水分濃度が上昇した場合
に、不良や故障等の判別を容易に行うことができる。

【００４０】さらに、プロセス用水分計５に接続する対
象を任意のプロセスチャンバ１に切り換え可能なバルブ
９ｄを備えているので、各バルブ９ｄの開閉で計測した
いプロセスチャンバ１とレーザ水分計本体１０とを接続
することにより、複数かつ任意のプロセスチャンバ１内
の水分濃度を１つのプロセス用水分計５で計測すること
が可能になり、部材点数及びコストの低減を図ることが
できる。

【００４１】なお、本発明は、次のような実施形態をも
含むものである。上記実施形態では、プロセス用水分計
５と搬送系水分計６とを別々に設けたが、一つの水分計
からサンプリング配管をプロセスチャンバ及び搬送用チ
ャンバ等の基板搬送系に分岐させ、各分岐した配管にバ
ルブ等の切換機構を設けることにより、同一の水分計を
プロセス用水分計及び搬送系水分計として兼用し、接続
する対象を基板搬送系の密閉空間又はプロセスチャンバ
にバルブ等で任意に切換可能としてもよい。この場合、
一つの水分計で基板搬送系の密閉空間及びプロセスチャ
ンバの水分濃度を任意に計測することができ、さらに部
材点数及びコストの低減を図ることができる。

【００４２】上記実施形態では、シリコンウェーハＷを
搬送用チャンバ２からプロセスチャンバ１に搬入する場
合に本発明を適用したが、エピタキシャル成長終了後に
シリコンウェーハＷをプロセスチャンバ１から搬送用チ
ャンバ２に搬出する際に本発明を適用しても構わない。
例えば、プロセスチャンバ１内でシリコンウェーハＷ上
にモノシラン等のガスでエピタキシャル成長を行い、当
該成長終了後にシリコンウェーハＷをプロセスチャンバ
１から搬送用チャンバ２に搬出し、その後にプロセスチ
ャンバ１内にＨＣｌを流して内部をクリーニング（エッ
チング）する場合、ウェーハＷを上記搬出する前に搬送
用チャンバ２内の水分濃度を計測し、所定の既定値（例
えば、５ｐｐｍ）未満になっていることを確認してから
ウェーハＷをプロセスチャンバ１から搬送用チャンバ２
に搬出する。このように、上記搬出時においても搬送用
チャンバ２内の水分濃度を計測し確認するので、搬出時
に搬送用チャンバ２内のガスがプロセスチャンバ１内に
流入して水分濃度を増加させることを極力低減して、良
好なＨＣｌクリーニングを行うことが可能になる。

【００４３】上記実施形態の搬送系水分計６は、上述し
たように高精度であるレーザ水分計本体１０を用いたプ
ロセス用水分計５と同様の水分計が望ましいが、吸湿性
の薄膜をコーティングした水晶振動子の発信周波数変動
量を計測する吸着式水分計、アルミナ・コンデンサ等に
水分を吸着させてその電気容量の変化を計測する静電容
量方式の水分計や質量分析法を用いた水分計等でも構わ
ない。

【００４４】上記実施形態では、半導体製造装置として
エピタキシャル成長を行う気相成長装置に適用したが、
反応室内の基板上で腐食性ガスを反応させる装置であれ
ば、他の半導体製造装置に用いても構わない。例えば、
他の薄膜を基板上に形成するＣＶＤ装置や腐食性ガスを
用いて基板表面をエッチングするドライエッチング装置
等に採用しても構わない。また、上記実施形態では、枚
葉式のエピタキシャル成長装置に適用したが、これに限
定されるものではなく、他の方式（種々のバッチ式等）
に適用しても構わない。

【００４５】さらに、プロセス前に、各配管およびプロ
セスチャンバ内をＨ₂パージしてから反応ガスとしての
腐食性ガスを導入したが、十分なＨ₂パージ後にさらに
ＨＣｌ（塩化水素）でパージを行い、その後に成長に供
する腐食性ガスを導入しても構わない。この場合、各配
管およびプロセスチャンバの内壁に吸着している水分子
が、ＨＣｌ分子と結合して運び出され、後に供給される
腐食性ガス中に入る水分を低減することができる。

【００４６】

【実施例】比較のため従来の方法（水分濃度４ｐｐｍ）
によりシリコンウェーハＷにエピタキシャル成長した結
果及び上記実施形態により実際に水分濃度１ｐｐｍで当
該成長を行った結果を、図４の（ａ）（ｂ）にそれぞれ
示す。なお、この図４では、ウェーハＷ表面においてラ
イフタイムが５００μｓ未満の領域（すなわち、重金属
汚染領域に相当）に斜線を引いている。この図４からわ
かるように、従来の方法では、ウェーハ表面に重金属汚
染がスポット状に発生しているのに対し、本発明の実施
例では、スポット上汚染が発生していない。

【００４７】

【発明の効果】本発明の半導体製造方法及び半導体製造
装置によれば、基板搬送系の密閉空間内の水分濃度を計
測する第１の水分計と、反応室内の水分濃度を計測する
第２の水分計とにより、基板搬送系の密閉空間の水分濃
度及び反応室内の水分濃度を共に計測するので、前記密
閉空間における水分濃度が反応室内の水分濃度に与える
影響を調べることができ、基板搬送系からの水分供給原
因を分析することが可能になる。また、反応室内の水分
濃度を低減するために前記密閉空間の水分濃度を計測、
制限して良好なガス処理を行うことが可能になり、結晶
成長、薄膜形成およびエッチング等のガス処理を安定か
つ良好に行うことができ、高品質な半導体基板や半導体
素子等の半導体装置を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体製造方法及び半導体製造
装置の一実施形態におけるエピタキシャル結晶成長装置
を示す概略的な全体平面図である。

【図２】本発明に係る半導体製造方法及び半導体製造
装置の一実施形態におけるプロセス用水分計の構成を示
す配管図である。

【図３】本発明に係る半導体製造方法及び半導体製造
装置の一実施形態におけるレーザ水分計本体の構成を示
す断面図である。

【図４】本発明に係る半導体製造方法及び半導体製造
装置の従来例及び一実施形態により実際にエピタキシャ
ル成長を行った場合において、ウェーハ面内における重
金属汚染の状態を示す分布図である。

【図５】排気ガス中水分とライフタイムとの関係を示
すグラフである。

【図６】搬送用チャンバ及びプロセスチャンバの水分
濃度とプロセスチャンバ温度との関係を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１プロセスチャンバ（反応室）２搬送用チャンバ（基板搬送系）３搬入ロードロック室（基板搬送系）４搬出ロードロック室（基板搬送系）５プロセス用水分計（第２の水分計）６搬送系水分計（第１の水分計）６ａ搬送用サンプリング配管６ｃバルブ（切換機構）９プロセス用サンプリング配管９ｄバルブ（切換機構）１０レーザ水分計本体Ｗシリコン基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山岡智則東京都千代田区大手町一丁目５番１号三菱マテリアルシリコン株式会社内 (72)発明者石原良夫東京都港区西新橋１−16−７日本酸素株式会社内 (72)発明者増崎宏東京都港区西新橋１−16−７日本酸素株式会社内Ｆターム(参考） 5F004 AA14 AA15 BC05 BC06 CA01 CB02 DA29 DB01 5F045 AB02 AC05 AC13 AC15 AC19 AF03 BB14 DQ17 EB05 EB08 EC08 EN02 GB07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板を基板搬送系により該基板搬送系内
の密閉空間から反応室内に搬入した際に又は反応室内か
ら前記密閉空間に搬出した際に、該反応室内に腐食性ガ
スを流して反応室内で腐食性ガスを反応させる腐食性ガ
ス処理を行う半導体製造方法であって、前記密閉空間に接続された第１の水分計により前記密閉
空間内の水分濃度を計測した後に、前記基板を前記基板
搬送系で前記搬入又は前記搬出を行う基板搬送工程と、該基板搬送工程後に、前記反応室に接続された第２の水
分計で反応室内の水分濃度を計測しながら前記腐食性ガ
ス処理を行うガス処理工程とを備えていることを特徴と
する半導体製造方法。
【請求項２】前記基板搬送工程は、前記密閉空間内の
水分濃度が第１の既定値より低いことを確認した後に前
記基板を前記密閉空間から前記反応室内に搬入又は反応
室内から前記密閉空間に搬出し、前記ガス処理工程は、前記反応室内の水分濃度が第２の
既定値より低いことを確認した後に前記腐食性ガス処理
を開始することを特徴とする請求項１記載の半導体製造
方法。
【請求項３】少なくとも前記第２の既定値を、１ｐｐ
ｍ未満とすることを特徴とする請求項２記載の半導体製
造方法。
【請求項４】前記第１の水分計又は前記第２の水分計
の少なくとも一方は、前記密閉空間又は前記反応室に接
続された管状セル本体内にレーザ光を入射させ透過した
レーザ光の吸収スペクトルを測定するレーザ水分計であ
ることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の
半導体製造方法。
【請求項５】基板を基板搬送系により該基板搬送系内
の密閉空間から反応室内に搬入した際に又は反応室内か
ら前記密閉空間に搬出した際に、該反応室内に腐食性ガ
スを流して反応室内で腐食性ガスを反応させる腐食性ガ
ス処理を行う半導体製造装置であって、前記基板搬送系の密閉空間内の水分濃度を計測する第１
の水分計と、前記反応室内の水分濃度を計測する第２の水分計とを備
えていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項６】複数の反応室を備え、前記第１の水分計は、前記反応室毎に水分濃度を計測可
能に設けられていることを特徴とする請求項５記載の半
導体製造装置。
【請求項７】前記第１の水分計に接続する対象を任意
の前記反応室に切り換え可能な切換機構を備えているこ
とを特徴とする請求項６記載の半導体製造装置。
【請求項８】前記第１の水分計及び前記第２の水分計
は、同一の水分計であり、該水分計に接続される対象を前記密閉空間又は前記反応
室に切り換え可能な切換機構を備えていることを特徴と
する請求項５から７のいずれかに記載の半導体製造装
置。
【請求項９】前記第１の水分計又は前記第２の水分計
の少なくとも一方は、前記密閉空間又は前記反応室に接
続された管状セル本体内にレーザ光を入射させ透過した
レーザ光の吸収スペクトルを測定するレーザ水分計であ
ることを特徴とする請求項５から８のいずれかに記載の
半導体製造装置。