JP2019046998A - 半導体製造装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体製造装置および半導体装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ウェハの処理に用いられるガスの無駄を削減可能な半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体製造装置は、ガス供給部１から供給されたガスを収容する第１タンク６及び第２タンク７を備える。装置はさらに、ガス供給部、第１タンク、または第２タンクから供給されたガスを用いてウェハを処理するチャンバ２を備える。装置はさらに、第１タンク及び第２タンク内の物理量を計測する第１計測器８及び第２計測器９を備え、計測された物理量に基づいてチャンバへのガスの供給を制御する制御部１０を備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、半導体製造装置および半導体装置の製造方法に関する。
ガスを用いてウェハをチャンバ内で処理する場合、ガス供給部からのガスをチャンバに供給せずにチャンバを迂回させることがある。例えば、ガス供給部とチャンバとの間にＭＦＣ（Mass Flow Controller）を配置する場合には、ウェハの処理の開始前に、ＭＦＣにガスを供給してＭＦＣを安定化させる。この場合、ＭＦＣを通過したガスはチャンバを迂回することから、ガスがウェハの処理に寄与せずに無駄になってしまう。
特開平１１−３５４８６３号公報 特開２０１４−１５９６３０号公報
ウェハの処理に用いられるガスの無駄を削減可能な半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供する。
一の実施形態によれば、半導体製造装置は、ガス供給部から供給されたガスを収容する第１および第２タンクを備える。前記装置はさらに、前記ガス供給部、前記第１タンク、または前記第２タンクから供給されたガスを用いてウェハを処理するチャンバを備える。前記装置はさらに、前記第１タンク、前記第２タンク、および前記チャンバへのガスの供給を制御する制御部を備える。
第１実施形態の半導体製造装置の構成を示す模式図である。 第１実施形態の半導体製造装置の動作を説明するための図(1/4)である。 第１実施形態の半導体製造装置の動作を説明するための図(2/4)である。 第１実施形態の半導体製造装置の動作を説明するための図(3/4)である。 第１実施形態の半導体製造装置の動作を説明するための図(4/4)である。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の半導体製造装置の構成を示す模式図である。
図１の半導体製造装置は、ガス供給部１と、チャンバ２と、ポンプ３と、第１ＭＦＣ４と、第２ＭＦＣ５と、第１タンク６と、第２タンク７と、第１計測器８と、第２計測器９と、制御部１０とを備えている。第１ＭＦＣ４は第１流量制御器の例であり、第２ＭＦＣ５は第２流量制御器の例である。
図１の半導体製造装置はさらに、第１供給バルブ１１と、第２供給バルブ１２と、第３供給バルブ１３と、迂回バルブ１４と、第１入口バルブ２１と、第２入口バルブ２２と、第１出口バルブ２３と、第２出口バルブ２４と、第１移送バルブ２５と、第２移送バルブ２６と、導入バルブ２７とを備えている。バルブ２１〜２６はそれぞれ第１〜第６バルブの例である。
図１はさらに、ガスを供給するガス流路として、流路Ｐ１〜Ｐ４や流路Ｐ１１〜Ｐ１９を示している。
ガス供給部１は、ウェハを処理するガスを供給する。このようなガスの例は、ウェハに膜を形成するためのＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）ガスや、ウェハ上の膜をエッチングするためのＲＩＥ（Reactive Ion Etching）ガスである。ガス供給部１は、例えばガスボンベである。ガス供給部１は、流路Ｐ１にガスを供給する。
チャンバ２は、ガス供給部１等からのガスを用いてウェハを処理する。チャンバ２の例は、ＣＶＤチャンバやＲＩＥチャンバである。チャンバ２は、ガス供給部１等からのガスを流路Ｐ２から導入し、流路Ｐ３にガスを排出する。
ポンプ３は、チャンバ２からガスを排出するために流路Ｐ３に設けられている。なお、流路Ｐ２と流路Ｐ３は、チャンバ２を迂回する流路Ｐ４に接続されている。
第１ＭＦＣ４は、流路Ｐ１と流路Ｐ２との間に配置されている。第１ＭＦＣ４は、図１に示すように、ガス供給部１の下流に位置し、チャンバ２、第１タンク６、および第２タンク７の上流に位置している。第１ＭＦＣ４は、ガス供給部１からのガスの質量流量を計測する機能と、ガス供給部１からのガスの質量流量を制御する機能とを有している。第１ＭＦＣ４は、計測した流量を制御部１０に出力してもよい。
第２ＭＦＣ５は、流路Ｐ１５と流路Ｐ１６との間に配置されている。第２ＭＦＣ５は、図１に示すように、第１タンク６および第２タンク７の下流に位置し、チャンバ２の上流に位置している。第２ＭＦＣ５は、第１タンク６または第２タンク７からのガスの質量流量を計測する機能と、第１タンク６および第２タンク７からのガスの質量流量を制御する機能とを有している。第２ＭＦＣ５は、計測した流量を制御部１０に出力してもよい。
第１タンク６は、ガス供給部１からのガスを収容し、収容したガスをチャンバ２に供給する。これにより、チャンバ２は、第１タンク６からのガスを用いてウェハを処理することができる。第１タンク６は、収容したガスを第２タンク７に供給（移送）することもできる。第１タンク６は、ガス供給部１からのガスを流路Ｐ１１から導入し、流路Ｐ１３にガスを排出する。流路Ｐ１１は、流路Ｐ４に接続されている。さらに、第１タンク６は、第２タンク７からのガスを流路Ｐ１４、Ｐ１５、Ｐ１６、Ｐ１７、およびＰ１１を介して導入する。なお、流路Ｐ１９は、流路Ｐ１６、Ｐ１７、およびＰ２に接続されている。
第２タンク７は、ガス供給部１からのガスを収容し、収容したガスをチャンバ２に供給する。これにより、チャンバ２は、第２タンク７からのガスを用いてウェハを処理することができる。第２タンク７は、収容したガスを第１タンク６に供給（移送）することもできる。第２タンク７は、ガス供給部１からのガスを流路Ｐ１２から導入し、流路Ｐ１４にガスを排出する。流路Ｐ１２は、流路Ｐ４に接続されている。さらに、第２タンク７は、第１タンク６からのガスを流路Ｐ１３、Ｐ１５、Ｐ１６、Ｐ１８、およびＰ１２を介して導入する。なお、流路Ｐ１９は、流路Ｐ１６、Ｐ１８、およびＰ２に接続されている。
第１計測器８は、第１タンク６内のガスの物理量を計測し、例えば、第１タンク６内のガスの圧力を計測する。第１計測器８は、計測した物理量を制御部１０に出力する。
第２計測器９は、第２タンク７内のガスの物理量を計測し、例えば、第２タンク７内のガスの圧力を計測する。第２計測器９は、計測した物理量を制御部１０に出力する。
制御部１０は、半導体製造装置の種々の動作を制御する。例えば、制御部１０は、チャンバ２の動作、ポンプ３の動作、バルブ１１〜１４の開閉、バルブ２１〜２７の開閉などを制御する。制御部１０の例は、プロセッサ、電気回路、コンピュータなどである。
第１供給バルブ１１は、流路Ｐ１上に設けられている。第２供給バルブ１２と第３供給バルブ１３は、流路Ｐ２上に設けられている。迂回バルブ１４は、流路Ｐ４上に設けられている。なお、流路Ｐ４は、第１ＭＦＣ４と第２供給バルブ１２との間の地点で流路Ｐ２に接続されている。また、流路Ｐ１９は、第２供給バルブ１２と第３供給バルブ１３との間の地点で流路Ｐ２に接続されている。
第１入口バルブ２１、第２入口バルブ２２、第１出口バルブ２３、第２出口バルブ２４はそれぞれ、流路Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４上に設けられている。第１移送バルブ２５と第２移送バルブ２６はそれぞれ、流路Ｐ１７、Ｐ１８上に設けられている。導入バルブ２７は、流路Ｐ１９上に設けられている。なお、流路Ｐ１１、Ｐ１２は、迂回バルブ１４よりも上流の地点で流路Ｐ４に接続されている。
制御部１０は、これらのバルブ１１〜２７などを制御することで、第１タンク６、第２タンク７、およびチャンバ２へのガスの供給を制御する。
例えば、制御部１０は、ガス供給部１から第１タンク６にガスを供給する第１処理と、ガス供給部１から第２タンク７にガスを供給する第２処理と、第１タンク６からチャンバ２にガスを供給する第３処理と、第２タンク７からチャンバ２にガスを供給する第４処理とを制御する。制御部１０は、バルブ２１〜２４などを制御することで、第１から第４処理を制御することができる。例えば、第１処理を実行する際には、第１入口バルブ２１が開放される。
さらに、制御部１０は、第２タンク７から第１タンク６にガスを供給する第５処理と、第１タンク６から第２タンク７にガスを供給する第６処理とを制御する。制御部１０は、バルブ２５、２６などを制御することで、第５および第６処理を制御することができる。例えば、第５処理を実行する際には、第１移送バルブ２５と第２出口バルブ２４とが開放される。
さらに、制御部１０は、ガス供給部１から第１および第２タンク６、７を介さずにチャンバ２にガスを供給する第７処理を制御する。制御部１０は、バルブ１１〜１３などを制御することで、第７処理を制御することができる。例えば、第７処理を実行する際には、第１〜第３供給バルブ１１〜１３が開放される。
そして、本実施形態の制御部１０は、第１から第７処理のうちの２つ以上を同時に実行しないように動作する。例えば、第１処理を実行している間は、第２から第７処理は実行されない。第１から第７処理を実行する順番の例については、図２から図５を参照して後述する。
制御部１０は、第１タンク６内のガスの圧力の計測結果を第１計測器８から受信し、第２タンク７内のガスの圧力の計測結果を第２計測器９から受信し、これらの圧力を監視する。そして、制御部１０は、これらの圧力に基づき、第１タンク６、第２タンク７、およびチャンバ２へのガスの供給を制御する。
例えば、制御部１０は、ガス供給部１または第１タンク６から第２タンク６へのガスの供給中には、第１タンク６内のガスの圧力を監視する。この場合、第１タンク６内のガスの圧力が所定値に到達したら、第１タンク６へのガスの供給を停止する。所定値は例えば６６．７ｋＰａである。制御部１０はその後、ガス供給部１または第２タンク７から第１タンク６にガスを供給する。このように、第１および第２タンク６、７へのガス供給は、交互に行われる。なお、制御部１０は、圧力以外の物理量を監視して、ガス供給の制御に使用してもよい。
図２から図５は、第１実施形態の半導体製造装置の動作を説明するための図である。図２から図５において、白色のバルブは開放されたバルブを示し、黒色のバルブは閉鎖されたバルブを示している。
まず、バルブ１１、２１を開放し、その他のバルブを閉鎖する（図２(ａ)）。図２(ａ)の工程では、第１ＭＦＣ４を安定化させるために、ガス供給部１から第１ＭＦＣ４を介して第１タンク６にガスを供給する（符号Ａ１）。その結果、ガスが無駄に排気されずに、第１タンク６に収容される。図２(ａ)の工程は、第１処理に対応している。
次に、バルブ１１〜１３を開放し、その他のバルブを閉鎖する（図２(ｂ)）。図２(ｂ)の工程では、ガス供給部１から第１ＭＦＣ４を介してチャンバ２にガスを供給し、チャンバ２内のウェハをガスにより処理する（符号Ａ２）。図２(ｂ)の工程は、第７処理に対応している。
図２(ａ)の工程と図２(ｂ)の工程は、第１タンク６内の圧力が所定値に到達するまで交互に行われる。図２(ａ)の工程は、第１ＭＦＣ４を安定化させる工程であり、図２(ｂ)の工程は、ウェハを処理する工程である。
第１タンク６内の圧力が所定値に到達すると、バルブ１１、２２を開放し、その他のバルブを閉鎖する（図３(ａ)）。図３(ａ)の工程では、第１ＭＦＣ４を安定化させるために、ガス供給部１から第１ＭＦＣ４を介して第２タンク７にガスを供給する（符号Ａ３）。その結果、ガスが無駄に排気されずに、第２タンク７に収容される。図３(ａ)の工程は、第２処理に対応している。この場合、図３(ａ)の工程と図２(ｂ)の工程とを交互に実行することができる。
次に、バルブ２３、２６を開放し、その他のバルブを閉鎖する（図３(ｂ)）。図３(ｂ)の工程では、第２ＭＦＣ５を安定化させるために、第１タンク６から第２ＭＦＣ５を介して第２タンク７にガスを供給する（符号Ａ４）。その結果、ガスが無駄に排気されずに、第１タンク６から第２タンク７に移送される。図３(ｂ)の工程は、第６処理に対応している。
次に、バルブ１３、２３、２７を開放し、その他のバルブを閉鎖する（図４(ａ)）。図４(ａ)の工程では、第１タンク６から第２ＭＦＣ５を介してチャンバ２にガスを供給し、チャンバ２内のウェハをガスにより処理する（符号Ａ５）。図４(ａ)の工程は、第３処理に対応している。
次に、バルブ１１、２２を開放し、その他のバルブを閉鎖する（図４(ｂ)）。図４(ｂ)の工程では、第１ＭＦＣ４を安定化させるために、ガス供給部１から第１ＭＦＣ４を介して第２タンク７にガスを供給する（符号Ａ６）。その結果、ガスが無駄に排気されずに、第２タンク７に収容される。図４(ｂ)の工程は、第２処理に対応している。この場合、第２タンク７内の圧力が所定値に到達するまで、図４(ｂ)の工程と図２(ｂ)の工程とを交互に実行することができる。
第２タンク７内の圧力が所定値に到達すると、バルブ２４、２５を開放し、その他のバルブを閉鎖する（図５(ａ)）。図５(ａ)の工程では、第２ＭＦＣ５を安定化させるために、第２タンク７から第２ＭＦＣ５を介して第１タンク６にガスを供給する（符号Ａ７）。その結果、ガスが無駄に排気されずに、第２タンク７から第１タンク６に移送される。図５(ａ)の工程は、第５処理に対応している。
次に、バルブ１３、２４、２７を開放し、その他のバルブを閉鎖する（図５(ｂ)）。図５(ｂ)の工程では、第２タンク７から第２ＭＦＣ５を介してチャンバ２にガスを供給し、チャンバ２内のウェハをガスにより処理する（符号Ａ８）。図５(ｂ)の工程は、第４処理に対応している。
その後、本実施形態では、同様の工程を繰り返し実行する。このようにして、ウェハから半導体装置を製造することができる。
以上のように、本実施形態の半導体製造装置は、ガス供給部１からのガスを収容する第１タンク６と第２タンク７とを備え、チャンバ２は、ガス供給部１、第１タンク６、または第２タンク７からのガスを用いてウェハを処理する。よって、本実施形態によれば、ガスを無駄に排気せずに第１および第２ＭＦＣ４、５を安定化することが可能となる。
本実施形態の半導体装置の製造方法は、例えば高価なガスや希少なガスを使用する場合に効果的である。このようなガスの例は、タングステン含有ガス、ボロン含有ガス、ｈｉｇｈ−ｋ絶縁膜用のソースガスなどである。
本実施形態の半導体製造装置は、図３(ｂ)の工程において、第１タンク６から第２タンク７にガスを移送する。この際、第１タンク６内のガスは、第１タンク６と第２タンク７との間の差圧により第２タンク７に移送される。よって、本実施形態によれば、このような移送をポンプを用いずに行うことができる。これは、図５(ａ)の工程でも同様である。
第１および第２タンク６、７の容量は、同じ容量でもよいし、異なる容量でもよい。ただし、第１および第２タンク６、７の容量を同じ容量にすれば、上記の差圧を発生させやすくなる。よって、本実施形態では、第１および第２タンク６、７の容量を同じ容量に設定している。
なお、本実施形態の半導体製造装置は、ガス供給部１とチャンバ２との間に３台以上のタンクを備えていてもよい。これらのタンクは、上述の第１および第２タンク６、７と同様の方法で使用可能である。例えば、第１および第２タンク６、７にガスを交互に供給するのと同様に、これら３台以上のタンクにガスを順番に供給してもよい。３台以上のタンクを備える半導体製造装置は、例えばチャンバ２に大流量のガスを供給する必要がある場合に効果的である。
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。
１：ガス供給部、２：チャンバ、３：ポンプ、
４：第１ＭＦＣ、５：第２ＭＦＣ、６：第１タンク、７：第２タンク、
８：第１計測器、９：第２計測器、１０：制御部、
１１：第１供給バルブ、１２：第２供給バルブ、
１３：第３供給バルブ、１４：迂回バルブ、
２１：第１入口バルブ、２２：第２入口バルブ、
２３：第１出口バルブ、２４：第２出口バルブ、
２５：第１移送バルブ、２６：第２移送バルブ、２７：導入バルブ

Claims (10)

  1. ガス供給部から供給されたガスを収容する第１および第２タンクと、
    前記ガス供給部、前記第１タンク、または前記第２タンクから供給されたガスを用いてウェハを処理するチャンバと、
    前記第１タンク、前記第２タンク、および前記チャンバへのガスの供給を制御する制御部と、
    を備える半導体製造装置。
  2. 前記第１タンク内のガスの物理量を計測する第１計測器と、
    前記第２タンク内のガスの物理量を計測する第２計測器とをさらに備え、
    前記制御部は、前記第１および第２計測器により計測された物理量に基づき、前記第１タンク、前記第２タンク、および前記チャンバへのガスの供給を制御する、請求項１に記載の半導体製造装置。
  3. 前記制御部は、前記ガス供給部から前記第１タンクにガスを供給する第１処理と、前記ガス供給部から前記第２タンクにガスを供給する第２処理と、前記第１タンクから前記チャンバにガスを供給する第３処理と、前記第２タンクから前記チャンバにガスを供給する第４処理とを制御する、請求項１または２に記載の半導体製造装置。
  4. 前記制御部は、前記第１から第４処理のうちの２つ以上を同時に実行しないように動作する、請求項３に記載の半導体製造装置。
  5. 前記ガス供給部と前記第１タンクとの間に設けられた第１バルブと、
    前記ガス供給部と前記第２タンクとの間に設けられた第２バルブと、
    前記第１タンクと前記チャンバとの間に設けられた第３バルブと、
    前記第２タンクと前記チャンバとの間に設けられた第４バルブとをさらに備え、
    前記制御部は、前記第１から第４バルブを制御することで、前記第１から第４処理を制御する、請求項３または４に記載の半導体製造装置。
  6. 前記制御部は、前記第２タンクから前記第１タンクにガスを供給する第５処理と、前記第１タンクから前記第２タンクにガスを供給する第６処理とを制御する、請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
  7. 前記第２タンクから前記第１タンクにガスを供給する第５バルブと、
    前記第１タンクから前記第２タンクにガスを供給する第６バルブとをさらに備え、
    前記制御部は、前記第５および第６バルブを制御することで、前記第５および第６処理を制御する、請求項６に記載の半導体製造装置。
  8. 前記制御部は、前記ガス供給部から前記第１および第２タンクを介さずに前記チャンバにガスを供給する第７処理を制御する、請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
  9. 前記ガス供給部と前記第１および第２タンクとの間に設けられた第１流量制御器と、
    前記第１および第２タンクと前記チャンバとの間に設けられた第２流量制御器と、
    をさらに備える請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
  10. ガス供給部から供給されたガスを第１または第２タンクに収容し、
    前記ガス供給部、前記第１タンク、または前記第２タンクから供給されたガスを用いてウェハをチャンバ内で処理し、
    前記第１タンク、前記第２タンク、および前記チャンバへのガスの供給を制御部により制御する、
    ことを含む半導体装置の製造方法。
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