JP2003257878A

JP2003257878A - 半導体製造装置およびそれを利用した半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2003257878A
Application number: JP2002061582A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Tamaki; 一郎田牧
Original assignee: Kawasaki Microelectronics Inc
Current assignee: Kawasaki Microelectronics Inc
Priority date: 2002-03-07
Filing date: 2002-03-07
Publication date: 2003-09-12

Abstract

(57)【要約】【課題】長期に安定して稼動できる半導体製造装置およ
びそれを利用した半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体製造装置１は半導体基板を処理する
処理室１０を有する。処理室１０には真空ポンプ３１、
圧力計３０およびＭＦＣ２０が設けられており、ＭＦＣ
２０にはボンベ２１が設けられている。圧力計３０およ
びＭＦＣ２０に制御部１１が接続されている。制御部１
１には圧力計３０およびＭＦＣ２０の補正量が、補正し
た時刻と共に記憶されるメモリ１２と、補正結果に基づ
いて圧力計３０およびＭＦＣ２０の異常および交換時期
の少なくとも一方を検出する検出部と、検出部により検
出された結果などを表示する表示部１３とが設けられて
いる。処理室１０で半導体基板が処理される前に圧力計
３０およびＭＦＣ２０のゼロ点が調整される。これによ
り、長期にわたり半導体基板を安定して処理できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路な
どの製造に使用される各種の半導体製造装置およびそれ
を利用した半導体装置の製造方法に関し、特に、各種の
プロセスの制御用にマスフローコントローラ（以下、Ｍ
ＦＣという）および圧力計などの測定機器の出力信号を
取り込むとともに、ＭＦＣおよび圧力調整弁などの調整
機器に対して制御信号を出力する制御装置を有する半導
体製造装置およびそれを利用した半導体装置の製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置における各種プロセスを
制御するコントローラは、ＭＦＣおよび圧力計などの測
定機器からの電気信号を取り込み、所定の変換パラメー
タを用いて数値に変換し、表示部にその数値を表示させ
る。コントローラは、またプロセスのフローおよび条件
を規定したレシピに設定された流量または圧力に対応し
た制御信号を出力することにより、プロセスの条件を所
定の値に制御している。ところが、制御装置から出力さ
れる制御信号は、測定機器から取り込む信号に依存する
ため、例えば測定機器のゼロ点が変動すると、正確な制
御が行えなくなる。このため、測定機器の中には、測定
機器単体で手動でのゼロ点調整が行える機能を有するも
のがある。通常、このような測定機器の機能を利用して
ゼロ点を調整する場合、測定機器を生産工程から外して
行うか、または生産工程がオフラインの状態で行う。

【０００３】一方、ＭＦＣにおいては、例えば特開平５
−２８９７５１号公報（以下、従来技術１という）に示
されているが如く、内部にゼロ点の補正を自動で行う機
能が付加されたものが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、各測定
機器単体でゼロ点補正を行う場合は、半導体製造装置の
メンテナンスの時間等で行うことになる。このため、ゼ
ロ点補正の機会は極めて限られた時間になってしまい、
ゼロ点調整の頻度も低く生産状況によりばらつき、必ず
しも一定期間でなされるものではなく、信頼性が乏しい
という問題点がある。

【０００５】ゼロ点のシフトの発生の原因は、例えばＭ
ＦＣに内蔵されている配管が、その配管内を流れる反応
ガスによって詰まることである。その他の原因として
は、各測定機器に使用しているセンサ類の劣化、および
測定機器に使用している電気信号増幅用の増幅器の劣化
などがある。これらのゼロ点シフトの発生の原因となる
因子は、通常、半導体製造装置を使用中に徐々に蓄積さ
れる。半導体製造プロセスの製造条件は、わずかな変動
があっても、プロセスによる結果物に悪影響を及ぼす。
この製造条件の変動は、例えば、成膜工程においては、
成膜される薄膜の膜厚または膜質の変動につながり、ま
た、エッチング工程においては、エッチングレートの変
動につながる。従って、上述のような限られた時間での
補正を行うだけでは、これらの測定機器のゼロ点の変動
がプロセスの変動要因となり、何らかの手段を講じなけ
れば、製品に対して重大な影響を及ぼすだけでなく、最
終的には半導体製造装置の突発的な停止を余儀なくされ
るという問題点がある。また、従来の半導体製造装置に
おいては、ゼロ点が変動し始める時期は全く見当がつか
ず、変動が発見された場合にも、いつから変動が始まっ
たのか分からない。このため、場当たり的な対応しかと
ることができないという問題点もある。

【０００６】従来技術１で提案されたようにＭＦＣに自
動補正機能を付加した場合でも、その機能を利用して補
正を行う機会は、やはりメンテナンスの時間等に限られ
る。また、ゼロ点補正用の回路を付加することによって
ＭＦＣ自体のコストが嵩むという問題点もある。また、
ＭＦＣ自身がゼロ点補正を行うので、オペレータがその
補正の結果を見ることがない。このため、ＭＦＣ内の配
管が閉塞するにつれて、やがてゼロ点の補正の限界に達
し、設定の流量が流せなかったときに、初めてオペレー
タが異常を知ることになる。このような場合、ＭＦＣの
交換が必要になるが、その準備ができていない場合もあ
り、半導体製造プロセスに多大な影響を与えるという問
題点がある。

【０００７】さらに従来技術１は、ＭＦＣのみのゼロ点
補正を行うものであり、製造装置を構成する制御系の全
てに適用されるわけではない。しかし、半導体製造装置
においては、その制御系の全てが、例えば成膜装置であ
れば成膜結果（膜厚および膜質等）に影響を及ぼすもの
であり、ＭＦＣのみのゼロ点補正では長期にわたって安
定したプロセスを達成するためには不十分である。

【０００８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであり、長期に安定して稼動できる半導体製造装置お
よびそれを利用した半導体装置の製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本願第１の発明は、レシピに定められた一連の操作
を自動的に行うことによって半導体基板の処理を行う半
導体製造装置であって、ＭＦＣを通じて所定流量のガス
を供給した雰囲気で前記半導体基板の処理を行う処理室
と、前記レシピを記憶し、前記処理室の動作を制御する
制御部とを有し、前記レシピの一連の操作の１つにおい
て、前記ＭＦＣのゼロ点補正を行うことを特徴とする半
導体製造装置を提供するものである。

【００１０】本願第２の発明は、レシピに定められた一
連の操作を自動的に行うことによって半導体基板の処理
を行う半導体製造装置であって、ＭＦＣを通じて所定流
量のガスを供給し、圧力計の測定値を用いて所定圧力に
制御した雰囲気で前記半導体基板の処理を行う処理室
と、前記レシピを記憶し、前記処理室の動作を制御する
制御部とを有し、前記レシピの一連の操作の１つにおい
て、前記ＭＦＣおよび前記圧力計の少なくとも一方のゼ
ロ点補正を行うことを特徴とする半導体製造装置を提供
するものである。

【００１１】また、前記制御部は、前記ゼロ点補正の結
果を記憶する記憶手段を有することが好ましい。さら
に、前記制御部は、前記ゼロ点補正の結果に基づいて、
前記ＭＦＣおよび前記圧力計の状態の異常ならびに交換
時期の少なくとも一方を検出する検出部を有することが
好ましい。

【００１２】また、本願第３の発明は、ＭＦＣを通じて
所定流量のガスを供給し、圧力計の測定値を用いて所定
圧力に制御した雰囲気で前記半導体基板の処理を行う処
理室と、前記処理室の動作を制御する制御部とを有する
半導体製造装置を用いて、前記制御部に記憶されたレシ
ピに定められた一連の操作を自動的に行うことによって
前記半導体基板に半導体装置を製造するための処理を行
う方法であって、前記レシピの一連の操作の１つとし
て、前記ＭＦＣおよび圧力計の少なくとも一方のゼロ点
補正を行う操作を、前記半導体基板の処理を行う操作以
前に有することを特徴とする半導体装置の製造方法を提
供するものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体製造装
置およびそれを利用した半導体装置の製造方法につい
て、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明
する。図１は本発明の第１の実施例に係る半導体製造装
置を示すブロック図である。ここでは、まず、特定のプ
ロセスに限定されない一般的なプロセスに使用する半導
体製造装置を対象にして、本発明を説明する。

【００１４】図１に示すように、半導体製造装置１にお
いては、半導体基板を処理する処理室１０が設けられて
いる。処理室１０には圧力調整バルブＶ_Lを介して真空
ポンプ３１が接続されており、この真空ポンプ３１の配
管（図示せず）には圧力計３０が設けられている。ま
た、処理室１０にはバルブＶおよびＭＦＣ２０を介して
ボンベ２１が設けられている。このボンベ２１には、例
えば所定の反応ガスが充填されている。圧力計３０およ
びＭＦＣ２０は制御部１１に接続されている。バルブＶ
および圧力調整バルブＶ_Lには開閉手段（図示せず）が
設けられており、開閉手段は、制御部１１からの制御信
号によりバルブＶを開閉させ、圧力調整バルブＶ_Lの開
閉度を調整する。制御部１１は、ＭＦＣ２０および圧力
計３０の出力信号（出力電圧）を所定の変換パラメータ
によって数値化するテーブルを有する。制御部１１に
は、半導体基板を処理するための一連の操作（フロー）
を規定したレシピが記憶されている。そのレシピには、
処理室１０に装着された半導体基板に対して成膜および
エッチングなどの処理を行う際の圧力およびガス流量な
どの条件も規定されている。図１に示す半導体製造装置
１を用いて半導体基板を処理する場合、レシピに従っ
て、処理対象の半導体基板を処理室１０内に装着し、真
空引きなどの様々な予備的な操作を行った後、ボンベ２
１に充填された反応ガスをＭＦＣ２０およびバルブＶを
介して処理室１０にレシピに定められた流量で供給し、
圧力調整バルブＶ_Lの開閉度を調整することにより、処
理室１０内の圧力をレシピに定められた値に調整する。
このため、制御部１１からＭＦＣ２０および圧力調整バ
ルブＶ_Lに対して、所定の流量および圧力に調整するた
めの制御信号が供給される。

【００１５】制御部１１には、圧力計３０およびＭＦＣ
２０の後述する補正量が、補正した時刻とともに、記憶
されるメモリ１２（記憶手段）が設けられている。例え
ば、圧力計３０においては、検出下限以下の圧力では出
力電圧が０Ｖを示し、ＭＦＣ２０においては、流量が０
のときに出力電圧が０Ｖとなる仕様である場合を考え
る。この場合、補正量とは、圧力計３０およびＭＦＣ２
０の出力電圧が、本来０Ｖとなる点においてシフトした
電圧を、本来の０Ｖになるように、変換パラメータを補
正した量のことである。圧力が検出下限以下であったり
流量が０である場合の出力電圧が０Ｖ以外の特定の電圧
である仕様の圧力計およびＭＦＣの場合でも、同様に考
えることができる。なお、メモリ１２の補正量のデータ
は、外部記録媒体を介して外部に取り出せることが好ま
しい。また、制御部１１には、圧力計３０、ＭＦＣ２０
からの信号による補正結果に基づいて圧力計３０および
ＭＦＣ２０の状態の異常か、または交換時期かの少なく
とも一方を検出する検出部（図示せず）が設けられてい
る。制御部１１には検出部により検出された異常の結果
または交換時期などを表示する表示部１３が設けられて
いる。この表示部１３は、公知の装置を用いることがで
き、例えば液晶ディスプレイなどが挙げられる。

【００１６】検出部においては、前述の補正量の閾値が
設定されている。この補正量の閾値は、半導体製造装置
の製造プロセスに応じて適宜設定すればよい。また、閾
値のとりかたは、絶対値、またはある期間における微分
値、およびある期間における積分値などがある。さらに
検出部の検出の結果、補正量がこの閾値を超えた場合、
表示部１３に異常であることを表示する。また、閾値か
らのずれの大きさによって圧力計３０またはＭＦＣ２０
の交換時期であることを表示部１３に表示するようにし
てもよい。また、本発明に係る半導体製造装置を用いた
半導体装置の製造に際し、全ての製造プロセスの前でゼ
ロ点調整を行う必要はなく、少なくとも一部のプロセス
において、半導体基板の処理の開始前にゼロ点調整を行
えばよい。

【００１７】ＭＦＣ２０は、流量計とコントロールバル
ブとを備えるものであり、流量計の測定値が制御部１１
に出力される。制御部１１は流量計の出力信号を所定の
変換パラメータで数値化し、表示部１３で流量として表
示させるとともに、前述のように、ＭＦＣ２０に対して
流量の設定値を示す制御信号を出力する。ＭＦＣ２０
は、制御部１１から受け取った制御信号に基づいて自ら
が流量の調整を行う機能を有する。すなわち、流量計の
出力と制御信号とを比較し、その比較結果に基づいてコ
ントロールバルブの開度を調整するフィードバック制御
を行い、流量を設定値に調整する。圧力計３０からは、
圧力の測定値に対応する信号が制御部１１に出力され
る。制御部１１では、圧力計３０の出力信号を所定の変
換パラメータで数値化し、表示部１３で圧力として表示
する。制御部１１は、また圧力計３０の出力信号が示す
測定圧力とレシピで規定された圧力の設定値とを比較
し、圧力を設定値に調整するために必要な制御信号を圧
力調整バルブＶ_Lに対して出力する。すなわち、制御部
１１が圧力計３０および圧力調整バルブＶ_Lをそれぞれ
測定器および調整器として使用してフィードバック制御
を行い、処理室１０の圧力を設定値に制御する。

【００１８】図２は本発明の第１の実施例に係る半導体
製造装置に適用されるレシピに組み込まれたゼロ点調整
の工程を示すフローチャートであり、図１に示すＭＦＣ
２０のゼロ点調整を説明するものである。

【００１９】本実施例においては、各種プロセス単体工
程における半導体製造装置を制御するレシピ内におい
て、半導体基板の処理を行う前に、前記処理に使用する
ガス流量が０ｓｃｃｍ（ガス流量によっては、０ｓｌ
ｍ）となる工程を設ける。先ず、図１に示す半導体製造
装置１において、バルブＶを閉じてガスの流れを遮断
し、ＭＦＣ２０を流れるガスの流量を０にする。次に、
制御部１１は、流量０におけるＭＦＣ２０の出力電圧を
検出し、ゼロ点シフトがあるか調べる（ステップＳ
１）。ステップＳ１において、ゼロ点シフトがある場
合、制御部１１は、ＭＦＣ２０の出力電圧を検出し、ゼ
ロ点シフト量を測定する（ステップＳ２）。

【００２０】図３は縦軸にガス流量をとり、横軸にＭＦ
Ｃの出力電圧をとって、ＭＦＣの流量特性を示すグラフ
である。ステップＳ１において、ゼロ点シフトがある場
合、図３に示すように、流量０におけるＭＦＣ２０の出
力電圧は、プラスまたはマイナス側にシフトする可能性
があり、そのシフト電圧は、例えばＶ₁または−Ｖ₁で
ある。

【００２１】本実施例において、図３に示す特性直線Ｂ
で表されるようにＭＦＣ２０のゼロ点がずれていない場
合、ＭＦＣ２０の出力電圧がＶ₀のとき、ガスの流量は
Ｆ₁である。しかし、図３に示す特性直線Ａで表される
ように、流量が０における出力電圧が−Ｖ₁である場
合、ＭＦＣ２０の出力電圧がＶ₀のとき、ガスの流量は
Ｆ₂である。さらに、ＭＦＣ２０の流量特性が図３に示
す特性直線Ｃで表されるように、流量が０における出力
電圧がＶ₁である場合、ＭＦＣ２０の出力電圧がＶ₀の
とき、ガスの流量はＦ₃である。このように、制御部１
１からＭＦＣ２０に対して一定の制御電圧を出力して制
御しようとしても、ＭＦＣ２０の状態によって実際の流
量が変わってしまう。特に、成膜プロセスにおいて、微
量な流量のガスを使用する場合には、このような僅かな
ずれが、膜質および膜厚などの結果に影響を及ぼし、歩
留まりの低下を招くことになる。なお、従来の制御部
は、ＭＦＣのゼロ点シフト量は考慮していないので、Ｍ
ＦＣの状態の如何を問わず、ＭＦＣの出力電圧がＶ₀で
はＦ₁の流量が得られると判断してしまう。

【００２２】次に、制御部１１において、ゼロ点シフト
がある場合、シフト量に基づく補正量を決定する（ステ
ップＳ４）。そして、補正量に合わせて変換パラメータ
を変更する。本実施例において、シフト量から補正量お
よび制御電圧は後述のようにして決定される。例えば、
図３に示す特性直線Ａのように−Ｖ₁（Ｖ）のずれ（シ
フト量）を検出した場合には、補正量は−Ｖ₁（Ｖ）で
ある。これにより、例えば流量が０のときには、制御部
１１がＭＦＣ２０から受け取る出力電圧が−Ｖ₁であっ
ても、制御部１１内のテーブルによって−Ｖ₁−（−Ｖ
₁）＝０（Ｖ）に補正され、流量は０と表示される。一
方、例えばＦ₁の流量を設定するためにＭＦＣ２０に供
給される制御電圧はＶ₀＋（−Ｖ₁）＝Ｖ₀−Ｖ
₁（Ｖ）に補正される。ＭＦＣ２０自体は、−Ｖ₁のゼ
ロ点シフトがある流量計の出力電圧に基づいて流量の調
整を行うが、制御部１１から受け取る制御信号がこのよ
うに補正されているため、流量はＦ₁に制御される。す
なわち、この補正により、ＭＦＣ２０の流量特性は、実
効的に特性直線Ｂで表されるものとなる。これにより、
正確な流量の表示が行われるとともに、流量設定値に対
して正確な流量制御が得られる。同様に、図３の特性直
線Ｃに示すようにＶ₁（Ｖ）のずれ（シフト量）を検出
した場合には、補正量はＶ₁（Ｖ）である。これによ
り、やはり、正確な流量の表示が行われるとともに、流
量設定値に対して正確な流量制御が可能になる。

【００２３】次に、ステップＳ４において、決定された
補正量を表示部１３に表示するとともに、前記補正量を
メモリ１２に格納する（ステップＳ５）。このとき、補
正量が閾値を超える場合、例えば、表示部１３に警告を
表示するか、またはアラームなどの音声を発する。ま
た、補正量があまりにも大きく交換が必要な場合には、
交換が必要である旨の表示をするようにしてもよい。な
お、ＭＦＣ２０の交換が必要である場合には、以降の工
程は行わない。

【００２４】次に、半導体基板の処理の開始とともに、
レシピで規定された所定の流量に対応する制御電圧に対
して上述の補正後を行った制御電圧をＭＦＣ２０に対し
て出力する（ステップＳ６）。これにより、レシピに規
定された所定のガス流量で半導体基板の処理が行われ
る。

【００２５】一方、ステップＳ１において、ゼロ点シフ
トがない場合、補正量ゼロを表示部１３に表示するとと
もに、補正量ゼロをメモリ１２に格納する（ステップＳ
３）。この場合、制御電圧に変更はなく、補正せずにそ
のままＭＦＣ２０に対して出力する（ステップＳ６）。

【００２６】本実施例においては、半導体基板の処理工
程の前にＭＦＣ２０のゼロ点の調整を行っているので、
処理工程において、常に反応ガスを正確な流量で処理室
１０に供給することができる。このため、長期にわた
り、膜厚その他の処理結果の変動を小さくすることがで
きるので、安定したプロセスを実現できる。さらに処理
工程の前にＭＦＣ２０のゼロ点の調整を行うことによ
り、ＭＦＣ２０の異常を事前に発見することができる。
すなわち、本発明によれば、半導体製造装置に用いられ
る測定機器にゼロ点がシフトしてしまう不具合が発生し
ても、制御部１１側で、ゼロ点シフトを検出することが
でき、ＭＦＣ２０などの測定機器の不具合を発見でき
る。また、制御部１１でゼロ点を調整することができる
ので、測定機器の不具合によるプロセスへの影響を排除
できる。この結果、プロセスを長期にわたり非常に安定
化することができる。

【００２７】さらに、メモリ１２に補正量および補正の
時期を記憶していることから、測定機器のゼロ点のシフ
トの変動履歴が保存されているので、各測定機器の劣化
を定量的に把握することができる。これにより、各測定
機器の交換時期を事前に予測することが簡便にでき、各
測定機器の交換時期を定量的に判断することができる。
これは、不必要な測定機器の交換またはメンテナンスを
防止することにつながる。また、稼動履歴を保存するこ
とは、さらに突発的な停止も防止することができる。こ
れにより、本実施例においては、プロセス前のゼロ点の
連続的な補正による装置の安定稼動とともに、稼働率を
向上させることもできる。

【００２８】本実施例においては、ＭＦＣ２０のゼロ点
の調整について説明したが、圧力計３０についても、処
理室１０内の圧力を圧力計３０の測定限界値未満にし
て、ゼロ点を調整することができる。この場合において
もゼロ点調整が、成膜などの処理プロセス前に行われ、
処理条件のずれを補正することができ、ＭＦＣ２０のゼ
ロ点を調整する場合と同様の効果を得ることができる。
なお、処理室１０内を常圧のままで、半導体基板の表面
に膜を形成する常圧ＣＶＤ、または熱酸化処理などのプ
ロセスでは、圧力計３０は必ずしも設ける必要はない。

【００２９】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。ここでは、特定のプロセスに沿ってより具体的に
本発明を説明する。図４は本発明の第２の実施例に係る
半導体製造装置を示す模式図であって、Ｓｉ₃Ｎ₄膜の
成膜に用いる低圧ＣＶＤ（ＬＰ−ＣＶＤ：Low Pressure
ChemicalVapor Deposition）装置を示すものである。
図５は本実施例の制御部を示す模式図である。

【００３０】図４に示すように、半導体製造装置１００
においては、フランジ５３の上に炉５０が設けられてい
る。この炉５０の内部にはアウターチューブ５１が、さ
らにその内側にはインナーチューブ５２が設けられてい
る。アウターチューブ５１の外周にはヒータ５７が設け
られている。インナーチューブ５２の内部には、処理対
象のウエハＷを載せるボート（治具）６０が設けられて
いる。ボート６０は、ステージ６４上に設けられたキャ
ップ（治具）６１上に載せられている。ステージ６４
は、エレベータ（上下移動機構）７０によって上下に移
動可能であり、ステージ６４の移動によって、キャップ
６１およびボート６０も上下に移動する。処理対象のウ
エハＷはボート６０が下降した位置でボート６０に載せ
られ、ボート６０が上昇することによってインナーチュ
ーブ５２内に挿入される。フランジ５３とステージ６４
との間には真空シール用のＯリング（図示せず）が設け
られており、ステージ６４が上昇した位置で、真空シー
ルが行われる。

【００３１】また、フランジ５３には、配管５５を介し
て真空ポンプ３１が接続されており、アウターチューブ
５１の内部が排気される。配管５５には圧力調整弁Ｖ_L1
および圧力計３０ａが設けられている。圧力計３０ａに
よってアウターチューブ５１内の圧力が測定される。さ
らに、フランジ５３には配管（図示せず）を介してＭＦ
Ｃ２０ａが接続されており、ＭＦＣ２０ａはバルブＶ₁
を介してＮＨ₃（アンモニア）ガスが充填されたボンベ
２１ａが接続されている。同様に、フランジ５３には配
管（図示せず）を介してＭＦＣ２０ｂおよびＭＦＣ２０
ｃが接続されており、ＭＦＣ２０ｂおよびＭＦＣ２０ｃ
にバルブＶ₂およびＶ₃を介してＳｉＨ ₂Ｃｌ₂（ジク
ロロシラン）ガスおよびＮ₂ガスが充填されたボンベ２
１ｂおよび２１ｃが接続されている。これらのバルブＶ
₁乃至Ｖ₃、ＭＦＣ２０ａ乃至２０ｃおよび配管を通じ
て、インナーチューブ５２内に必要なガスが所定の流量
で供給される。

【００３２】各バルブＶ₁、Ｖ₂、Ｖ₃には、制御部１
１からの制御信号に基づいてバルブＶ₁、Ｖ₂、Ｖ₃を
開閉させる開閉手段（図示せず）が設けられている。ま
た、圧力調整バルブＶ_L1にも、制御部１１からの制御信
号に基づいて圧力調整バルブＶ_L1の開閉度を調整する開
閉手段（図示せず）が設けられている。さらに、炉５０
には、熱電対４０乃至４３が、例えば４個、導出管５６
を介して設けられている。これにより、ヒータ５７の温
度分布を測定する。

【００３３】また、図５に示すように、半導体製造装置
１００は、制御部１１を有し、制御部１１には、メモリ
１２および表示部１３が設けられている。メモリ１２お
よび表示部１３はともに、第１の実施例と同じものであ
り、その詳細な説明は省略する。また、制御部１１に
は、熱電対４０乃至４３、ヒータ５７（正確には、ヒー
タ５７に電力を供給する電源（図示せず））、バルブＶ
₁乃至Ｖ₃および圧力調整バルブＶ_L1（正確には、バル
ブＶ₁乃至Ｖ₃を開閉させる開閉手段、および圧力調整
バルブＶ_L1の開閉度を調整する開閉手段）、圧力計３０
ａならびにＭＦＣ２０ａ乃至２０ｃが接続されている。

【００３４】本実施例の半導体製造装置において、制御
部１１への入力信号としてはパラメータは熱電対４０乃
至４３、ガス流量制御用のＭＦＣ２０ａ乃至２０ｃおよ
び圧力計３０ａの出力がある。一方、制御部１１から
は、ヒータ５７のパワー、ＭＦＣ２０ａ乃至２０ｃの流
量、バルブＶ₁乃至Ｖ₃の開閉、および圧力調整バルブ
度Ｖ_L1の開閉度を制御するための信号が出力される。制
御部１１は、熱電対４０乃至４３の出力信号からヒータ
５７の温度を算出し、その結果に基づいてヒータ５７の
パワーの制御を行う。ガス流量は、制御部１１の制御信
号により、バルブＶ₁乃至Ｖ₃の内の必要なものを開く
とともに、ＭＦＣ２０ａ乃至２０ｃで流量制御を行う。
圧力は、圧力計３０ａで圧力の測定を行い、その結果に
基づいて圧力調整バルブＶ_L1の開閉を制御することによ
り、アウターチューブ５１内の圧力を所定の値に制御す
る。

【００３５】次に、本実施例の半導体製造装置（ＬＰＣ
ＶＤ装置）による成膜工程について説明する。本実施例
の半導体製造装置におけるＳｉ₃Ｎ₄膜の成膜のレシピ
を表１に示す。なお、表１に示す設定圧力とは、アウタ
ーチューブ５１内の設定圧力のことである。下記表１お
よび表２の設定圧力の欄において「−」と表示されてい
る工程では圧力の制御は行わない。従って、例えば「真
空引き」の工程のように、設定圧力が「−」であり、か
つ、圧力調整バルブＶ_L1が開いている工程では、圧力調
整バルブＶ_L1を全開にして、真空ポンプ３１の能力の限
界までアウターチューブ５１内の排気を行う。一方、例
えば「成膜」の工程ではＰ₁の圧力が設定されており、
圧力計の出力信号に基づいて圧力調整バルブＶ_L1の開閉
度を調整し、アウターチューブ５１内の圧力をＰ₁に制
御する。

【００３６】

【表１】

【００３７】上記表１に示すように、先ず、エレベータ
７０が下降し、ボート６０がインナーチューブ５２から
出た状態でパターン処理されたウエハＷをボート６０に
載置する（ウエハチャージ）。このとき、バルブＶ₃は
開いており、アウターチューブ５１およびインナーチュ
ーブ５２内にはＮ₂ガスが供給されている。表１に示さ
れていない他のバルブＶ₁、Ｖ₂、および圧力調整バル
ブＶ_L1は閉じている。次に、エレベータ７０を上昇さ
せ、ボート６０をインナーチューブ５２内に搬入する
（ボートアップ）。これにより、インナーチューブ５２
内にウエハＷが充填される。このときもバルブＶ₃は開
いている。次に、バルブＶ₃を閉じ、圧力調整バルブＶ
_L1を全開にして、真空ポンプ３１によりアウターチュー
ブ５１内を真空にする（真空引き）。次に、全てのバル
ブを閉じて真空漏れがないか調べる（リークチェッ
ク）。

【００３８】次に、再び、圧力調整バルブＶ_L1を全開に
して、真空ポンプ３１により、アウターチューブ５１の
内部を圧力計３０ａの測定限界未満の圧力にする（真空
引き）。このとき、バルブＶ₁、Ｖ₂、Ｖ₃はいずれも
閉じているので、ＭＦＣ２０ａ、２０ｂ、２０ｃのガス
流量はゼロである。このため、いずれのＭＦＣ２０ａ、
２０ｂ、２０ｃにもゼロ点シフトがなければ、その出力
電圧は０Ｖである。また、圧力も圧力計３０ａの測定限
界未満になっているので、圧力計３０ａの出力電圧は０
のはずである。この状態でＭＦＣ２０ａ、２０ｂ、２０
ｃおよび圧力計３０ａの出力信号を測定する。ゼロ点シ
フトがある場合には、圧力計３０ａおよびＭＦＣ２０ａ
乃至２０ｃのゼロ点を調整をする（ゼロ点調整）。この
とき、ＭＦＣ２０ａ、２０ｂ、２０ｃについては、夫々
図２に示すステップＳ１乃至ステップＳ６に基づいてゼ
ロ点調整を行う。一方、圧力計３０ａにおいては、出力
電圧からシフト量を測定し、制御部１１内の変換パラメ
ータを調整する。そして、補正量を決定して補正量をメ
モリ１２に記憶させる。さらに、補正量を表示部１３に
表示する。このようにして、圧力計３０ａのゼロ点が調
整される。これにより、圧力の表示および制御が正確に
保たれる。また、圧力計３０ａにおいても、ゼロ点の変
動履歴が保存される。

【００３９】次に、さらにバルブＶ₃を開けて、Ｎ₂ガ
スをインナーチューブ５２内に流入させ、ガス配管パー
ジを行う。次に、バルブＶ₃を閉じ、バルブＶ₁を開け
て、ＮＨ₃ガスをインナーチューブ５２内に流入させる
とともに、圧力調整バルブＶ _L1の開閉度を制御して、ア
ウターチューブ５１内の圧力をＰ₁に制御し、ＮＨ₃パ
ージを行う。次に、さらにバルブＶ₂を開けて、ＮＨ₃
ガスおよびＳｉＨ₂Ｃｌ₂ガスを所定の流量でインナー
チューブ５２内に導入させて、圧力をＰ₁に保持したま
ま、ウエハＷの表面にＳｉ₃Ｎ₄膜を成膜する。

【００４０】次に、バルブＶ₂を閉じ、圧力調整バルブ
Ｖ_L1を全開にしてＮＨ₃パージを行う。次に、バルブＶ
₁を閉じて残留ガスを燃焼させる。次に、バルブＶ₃を
開け、Ｎ₂ガスをアウターチューブ５１内に流入させ、
Ｎ₂パージを行う。次に、圧力調整バルブＶ_L1を閉じて
アウターチューブ５２内を大気圧になるまでリークす
る。次に、エレベータ７０を下降させボート６０をイン
ナーチューブ５２から出す（ボートダウン）。次に、ウ
エハＷを冷却する。次に、ウエハＷをボート６０から降
ろす（ウエハ搬出）。

【００４１】本実施例においては、レシピの中に、成膜
前にＭＦＣ２０ａ、２０ｂ、２０ｃおよび圧力計３０ａ
のゼロ点調整工程を設け、ＭＦＣ２０ａ、２０ｂ、２０
ｃおよび圧力計３０ａのゼロ点のシフト量を測定し、ゼ
ロ点のシフトがある場合には、シフト量に基づいて補正
量を決定する。ゼロ点調整の工程では、圧力は十分、圧
力計３０ａの測定下限値未満のレベルまで下げており、
また、ガスの供給も確実にない状態（バルブを閉めた状
態）で行っている。このように、成膜直前にＭＦＣ２０
ａ、２０ｂ、２０ｃおよび圧力計３０ａのゼロ点のシフ
トの判定およびゼロ点の調整を行うので、成膜工程は設
定条件に対する誤差がない状態で行うことができる。こ
のため、長期にわたって安定して、膜質および膜厚の変
動が小さい成膜が可能となる。

【００４２】図６は、縦軸に膜厚をとり、横軸に使用期
間をとって、目標膜厚が１５０ｎｍのＳｉ₃Ｎ₄膜を本
実施例の半導体製造装置により、成膜した場合の膜厚の
経時変動を示すグラフである。図６に示すように、本発
明によれば、膜厚の変動が殆どなく、安定した成膜がで
きる。

【００４３】次に、従来の半導体製造装置によるレシピ
を下記表２に示す。従来のレシピにおいては、リークチ
ェック後の真空引きの工程およびゼロ点調整の工程がな
い点が異なり、それ以外は本発明のレシピと同じであ
る。このため、その詳細な説明は省略する。

【００４４】

【表２】

【００４５】図７は縦軸に圧力計の出力電圧および圧力
のずれをとり、横軸に使用期間をとって、従来の半導体
製造装置による圧力計の出力電圧の経時変動を示すグラ
フ、図８は縦軸にＭＦＣの出力電圧および流量のずれを
とり、横軸に使用期間をとって、従来の半導体製造装置
によるＭＦＣの出力電圧の経時変動を示すグラフであ
る。図７の縦軸に示す出力電圧は、真空引きの工程終了
時点で、圧力計の検出下限以下に圧力が低下した時点で
の圧力計の出力電圧であり、圧力のずれは、その出力電
圧を圧力に換算したものである。図７に示すように、圧
力計は、何もせずに使用していると、時間とともに、圧
力０における出力電圧が０Ｖからずれてしまう。このた
め、ゼロ点調整を行わない場合、３ヶ月を前に圧力計を
交換しなければならなかった。また、図８に示すよう
に、ＭＦＣにおいても、同様に、ゼロ点調整を行わない
場合、３ヶ月を前にＭＦＣを交換しなければならなかっ
た。なお、図８の縦軸に示す出力電圧は、真空引きの工
程終了時点のガス流量が０であるときのＭＦＣの出力電
圧であり、流量のずれは、その出力電圧を流量に換算し
た値である。

【００４６】図９は縦軸に膜厚をとり、横軸に使用期間
をとって、目標膜厚が１５０ｎｍのＳｉ₃Ｎ₄膜を従来
の半導体製造装置により、成膜した場合の膜厚の経時変
動を示すグラフである。図９に示すように、従来例にお
いては、膜厚の変動が大きく、２ヶ月前に膜厚の調整が
必要であった。この膜厚の調整は、例えばレシピを変更
して成膜条件を変えて調整することにより行われる。半
導体製造プロセスにおいて、レシピを変更することは、
稼働率の低下を招くなど不都合なことがあるので、なる
べく避けたい。このため、このようなレシピの変更は好
ましくない。このことからも従来例では満足な結果を得
ることができない。また、膜厚調整後、１ヶ月足らずで
膜厚の変動が大きくなった。

【００４７】なお、本実施例においては、ＭＦＣおよび
圧力計の補正量の閾値を予め決定しておき、ゼロ点調整
の際に、補正量が閾値を超えた場合、表示部１３に警告
を表示するようにすることが好ましい。また、オペレー
タが表示部１３に表示されるＭＦＣおよび圧力計の補正
量を見て交換か否かを判断してもよい。なお、閾値は、
特に限定されるものではなく、第１の実施例と同様にす
ることができ、機器の種類、またはガスの種類もしくは
ガスの流量などのプロセスの条件に応じて適宜設定すれ
ばよい。

【００４８】上述の如く、本実施例においては、通常の
生産で使用されるレシピの中でゼロ点調整が行えるの
で、オペレータが全く気にする必要がなく、半導体製造
装置のプロセスの安定化を図ることができる。また、補
正量および補正時期を記憶しておくことにより、オペレ
ータが全く気にすることなく、装置の異常または測定機
器の交換時期を定量的に把握することができる。さら
に、ゼロ点補正を通常の生産のためのレシピの中で行う
ので、ゼロ点補正のために新たに必要になる時間は殆ど
なく、生産性を落とすことがない。これに対して、図７
乃至図９に示す従来例のように、ＭＦＣおよび圧力計を
交換する前に、通常の生産とは別の操作としてゼロ点調
整を行うとすると、オペレータがキチンと管理して、適
切な時期にゼロ点の調整を行う必要があり、人件費が嵩
み、信頼性が劣る。また、半導体製造装置の生産管理シ
ステムが空き時間を検出して自動的にゼロ点調整のため
のレシピを実行させれば、オペレータが気にする必要は
なくなるが、生産状況によってゼロ点の補正が頻度が異
なり、信頼性が乏しいという問題がある。なお、本実施
例においても、第１の実施例と同一の効果を奏すること
はいうまでもない。

【００４９】なお、上述のいずれの実施例においても、
バルブの開閉などは、全て制御部の制御信号に基づくも
のであり、自動的に行われる。

【００５０】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、製造プロセスの前にマスフローコントローラお
よび圧力計の少なくとも一方のゼロ点を調整しているの
で、長期に安定した半導体製造プロセスを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る半導体製造装置
を示すブロック図である。

【図２】本発明の第１の実施例に係る半導体製造装置
のレシピに組み込まれたゼロ点調整を示すフローチャー
トである。

【図３】縦軸にガス流量をとり、横軸にＭＦＣの出力
電圧をとって、ＭＦＣの流量特性を示すグラフである。

【図４】本発明の第２の実施例に係る半導体製造装置
を示す模式図である。

【図５】本実施例の制御部を示す模式図である。

【図６】縦軸に膜厚をとり、横軸に使用期間をとっ
て、目標膜厚が１５０ｎｍのＳｉ₃Ｎ₄膜を本実施例の
半導体製造装置により、成膜した場合の膜厚の経時変動
を示すグラフである。

【図７】縦軸に圧力計の出力電圧および圧力のずれを
とり、横軸に使用期間をとって、従来の半導体製造装置
による圧力計の出力電圧の経時変動を示すグラフであ
る。

【図８】縦軸にＭＦＣの出力電圧および流量のずれを
とり、横軸に使用期間をとって、従来の半導体製造装置
によるＭＦＣの出力電圧の経時変動を示すグラフであ
る。

【図９】縦軸に膜厚をとり、横軸に使用期間をとっ
て、目標膜厚が１５０ｎｍのＳｉ₃Ｎ₄膜を従来の半導
体製造装置により、成膜した場合の膜厚の経時変動を示
すグラフである。

【符号の説明】

１、１００半導体製造装置１０処理室１１制御部１２メモリ１３表示部２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃマスフローコントロ
ーラ（ＭＦＣ）２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃボンベ３０、３０ａ圧力計３１真空ポンプ４０、４１、４２、４３熱電対５０炉５１アウターチューブ５２インナーチューブ５３フランジ５６導出管６０ボート６１キャップ６４ステージ７０エレベータＡ、Ｂ、Ｃ特性直線Ｖ、Ｖ₁、Ｖ₂、Ｖ₃ バルブＶ_L、Ｖ_L1 圧力調整バルブＷウエハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レシピに定められた一連の操作を自動的に
行うことによって半導体基板の処理を行う半導体製造装
置であって、マスフローコントローラを通じて所定流量のガスを供給
した雰囲気で前記半導体基板の処理を行う処理室と、前記レシピを記憶し、前記処理室の動作を制御する制御
部とを有し、前記レシピの一連の操作の１つにおいて、前記マスフロ
ーコントローラのゼロ点補正を行うことを特徴とする半
導体製造装置。
【請求項２】レシピに定められた一連の操作を自動的に
行うことによって半導体基板の処理を行う半導体製造装
置であって、マスフローコントローラを通じて所定流量のガスを供給
し、圧力計の測定値を用いて所定圧力に制御した雰囲気
で前記半導体基板の処理を行う処理室と、前記レシピを記憶し、前記処理室の動作を制御する制御
部とを有し、前記レシピの一連の操作の１つにおいて、前記マスフロ
ーコントローラおよび前記圧力計の少なくとも一方のゼ
ロ点補正を行うことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項３】前記制御部は、前記ゼロ点補正の結果を記
憶する記憶手段を有することを特徴とする請求項１また
は２に記載の半導体製造装置。
【請求項４】前記制御部は、前記ゼロ点補正の結果に基
づいて、前記マスフローコントローラおよび前記圧力計
の状態の異常ならびに交換時期の少なくとも一方を検出
する検出部を有することを特徴とする請求項２または３
に記載の半導体製造装置。
【請求項５】マスフローコントローラを通じて所定流量
のガスを供給し、圧力計の測定値を用いて所定圧力に制
御した雰囲気で前記半導体基板の処理を行う処理室と、前記処理室の動作を制御する制御部とを有する半導体製
造装置を用いて、前記制御部に記憶されたレシピに定められた一連の操作
を自動的に行うことによって前記半導体基板に半導体装
置を製造するための処理を行う方法であって、前記レシピの一連の操作の１つとして、前記マスフロー
コントローラおよび圧力計の少なくとも一方のゼロ点補
正を行う操作を、前記半導体基板の処理を行う操作以前
に有することを特徴とする半導体装置の製造方法。