JP3495966B2 - 半導体製造装置のメンテナンス時期判断方法 - Google Patents

半導体製造装置のメンテナンス時期判断方法

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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装置のメンテナンス時期
判断方法に関する。
【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。なお、この装置では、チャンバ内部に付着し
たポリシリコンを腐食性ガスである塩化水素によってエ
ッチングすることも行われる。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装置あるいはパターニングのためのエ
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。また、チャンバ内に取り込まれた
水分は、チャンバ内壁や排気ラインに付着している副生
成物と反応してパーティクルの原因となる場合もある。
このため、プロセスチャンバ内の水分を低減する種々の
対策が採られているが、水分を皆無にすることは困難で
あり、装置のメンテナンス、すなわちプロセスチャンバ
の解放、内部の部材（石英治具等）の洗浄等を定期的に
行う必要がある。従来、例えば、枚葉式ＣＶＤ装置の場
合、メンテナンスの時期は、ウェーハの積算処理枚数を
基準に判断していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のメンテナンス時期の判断方法には、以下のような課
題が残されている。すなわち、メンテナンス時の作業内
容やチャンバ解放時間によって、メンテナンスを行う度
に実際にチャンバ内に取り込まれる水分量が異なり、従
来のように、メンテナンス時期を、ウェーハの積算処理
枚数を基準に判断する場合、実際にチャンバ内に取り込
まれた水分とは関係なく一定の処理回数毎にメンテナン
スが行われ、必ずしも適切な時期にメンテナンスが行わ
れるとは限らなかった。例えば、前回メンテナンス時
に、想定されている量よりも多くの水分が取り込まれて
いた場合、所定の積算処理枚数に至るまで処理を行うと
良質な膜質等が得られなくなるおそれがあった。また、
前回メンテナンス時に取り込まれた水分が比較的少ない
場合、実際に必要とされるメンテナンス時期より早くメ
ンテナンスが行われることになってメンテナンス回数が
多くなり、スループットの低下を招いていた。
【０００５】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
ので、適切なメンテナンス時期を判断することができる
半導体製造装置のメンテナンス時期判断方法を提供する
ことを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、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
の半導体製造装置のメンテナンス時期判断方法は、反応
室内で腐食性ガス処理を行う半導体製造装置のメンテナ
ンス時期を判断する方法であって、前記腐食性ガス処理
を行っている際に前記反応室に接続された水分計で反応
室内の水分濃度を計測し、腐食性ガス処理を繰り返し行
ったときの前記水分濃度の変化に応じて前記メンテナン
ス時期を決定することを特徴とする。
【０００７】この半導体製造装置のメンテナンス時期判
断方法では、腐食性ガス処理を行っている際に反応室に
接続された水分計で反応室内の水分濃度を計測し、腐食
性ガス処理を繰り返し行ったときの水分濃度の変化に応
じてメンテナンス時期を決定するので、上記水分濃度が
実際に反応室内に取り込まれた水分量に対応して変化す
ることから、適切なメンテナンス時期を正確に判断する
ことができる。
【０００８】また、本発明の半導体製造装置のメンテナ
ンス時期判断方法は、前記水分濃度の変化に基づいて前
記反応室内に取り込まれた前回メンテナンスからの水分
の積算量を算出し、該積算量に応じて前記メンテナンス
時期を決定することが好ましい。この半導体製造装置の
メンテナンス時期判断方法では、水分濃度の変化から算
出した水分の積算量に応じてメンテナンス時期を決定す
るので、実際に反応室内に取り込まれた水分量を正確に
見積もることができ、容易に適切なメンテナンス時期を
判断することができる。
【０００９】さらに、本発明の半導体製造装置のメンテ
ナンス時期判断方法は、前記腐食性ガス処理を行ってい
る際に前記反応室に接続された圧力計で反応室内の圧力
を計測し、腐食性ガス処理を繰り返し行ったときの前記
圧力の変化と前記水分の積算量とに応じて前記メンテナ
ンス時期を決定することが好ましい。この半導体製造装
置のメンテナンス時期判断方法では、反応室内の圧力の
変化と水分の積算量とに応じてメンテナンス時期を決定
するので、反応室内の圧力変化から排気系の配管の流通
状態、例えば閉塞した際に生じる圧力変動等が検出さ
れ、これを水分濃度に加えて考慮することでさらに適切
なメンテナンス時期を決定することができる。
【００１０】また、本発明の半導体製造装置のメンテナ
ンス時期判断方法は、前記水分計が、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。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。すなわち、上記半導体製造装置のメンテナン
ス時期判断方法では、水分計として上記レーザ水分計を
用いるので、プロセス中においても、反応室内の水分濃
度を正確に測定することが可能になり、さらに高精度に
メンテナンス時期を決定することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体製造装
置のメンテナンス時期判断方法の一実施形態を、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
ロセス用水分計を示している。
【００１２】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
備えている。
【００１３】前記各プロセスチャンバ１には、該プロセ
スチャンバ１に導入された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５とプロ
セスチャンバ１内の圧力を計測する圧力計７とが設けら
れている。また、搬送用チャンバ２内にも、内部の雰囲
気中の水分を計測する搬送系水分計６が設置されてい
る。該搬送系水分計６は、例えば、精度及び応答速度が
高い後述する水分計本体１０と同様のものを有するレー
ザ水分計が望ましいが、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。
【００１４】前記プロセスチャンバ１は、腐食性ガス等
のガス供給源（図示略）に接続されて該ガス供給源から
のガス（ＳｉＣｌ2Ｈ2、ＳｉＣｌ3Ｈ、ＨＣｌ、Ｈ2、Ｎ
2、Ｂ2Ｈ6、ＰＨ3等）を導入可能になっているととも
に、ガス排気系を介して排ガス処理設備（図示略）に接
続されプロセスチャンバ１内で反応に供された後の腐食
性ガス等を排ガス処理設備へと排気可能になっている。
【００１５】前記プロセス用水分計５は、図２に示すよ
うに、プロセスチャンバ１のガス排気系及びバルブ（図
示略）を介して一端が接続されたサンプルラインである
サンプリング配管９と、該サンプリング配管９の他端に
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
る水分を計測する水分計本体１０と、該水分計本体１０
の後端に接続管１１を介して接続されたロータリーポン
プ１２とを備えている。
【００１６】前記水分計本体１０は、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１１が接続されている。管状セル本体１
９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１９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。
【００１７】なお、前記サンプリング配管９および前記
接続管１１には、電流供給源（図示略）に接続されたリ
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２
０は、流す電流が調整されてサンプリング配管９および
接続管１１を１００℃以上に加熱し、これら配管内の副
生成反応物の付着を抑制するものである。また、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２
２が取り付けられ、１００℃以上に加熱される。さら
に、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。
【００１８】次に、本実施形態におけるエピタキシャル
結晶成長装置のメンテナンス時期判断方法について、図
３を用いて説明する。
【００１９】まず、上記成長装置を用いてシリコン基板
Ｗにエピタキシャル成長を行う工程について説明する
と、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、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とともに、搬送系水分計
６で雰囲気中の水分を計測し、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。
【００２０】プロセスチャンバ１内は、プロセス前で
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した後、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。このとき、ロータリーポンプ１２を駆動するととも
にサンプリング配管９のバルブ等を開け、流入量を調整
しながら、プロセスチャンバ１で反応に供され加熱され
た腐食性ガス等の一部をサンプリング配管９を介して水
分計本体１０に常時導入する。
【００２１】サンプリングされたガスは、水分計本体１
０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
によりガス中の水分濃度が計測され、ガスに含まれる水
分の定量分析が行われる。なお、管状セル本体１９に流
入したガスは、接続管１１、ロータリーポンプ１２を介
して排気系に排出される。また、プロセスチャンバ１内
の圧力は、圧力計７により常時計測されている。エピタ
キシャル成長終了後に、プロセスチャンバ１内を不活性
ガスで置換し、さらに搬送用チャンバ２を介して搬出ロ
ードロック室４から処理済みシリコン基板Ｗを搬出す
る。
【００２２】上記処理を繰り返して複数枚のシリコン基
板Ｗに順次エピタキシャル成長を行うが、その際にプロ
セスチャンバ１の水分濃度を、図３に示すように、プロ
セス用水分計５により常時計測し、その履歴を記録して
おく。なお、図３において１枚の成膜処理中に水分濃度
の大小のピークが検出されているが、小さいピークは実
際の成膜中の水分濃度であり、大きいピークはＨＣｌ
（塩化水素）によってチャンバ内に付着したポリシリコ
ンをエッチングした際の水分濃度である。
【００２３】図３からもわかるように、処理枚数が増え
る毎に水分濃度は徐々に小さくなっていく。この水分の
減少量は、プロセスチャンバ１内に実際に取り込まれ腐
食やパーティクル等への反応に供した水分量に相当する
と考えられるため、この水分濃度の変化（水分濃度の減
少）に基づいてプロセスチャンバ１内に取り込まれた前
回メンテナンスからの水分の積算量を算出し、該積算量
に応じて次のメンテナンス時期を決定する。すなわち、
計測された水分濃度の変化から水分積算量の推移を推測
し、所定の積算量になる時期を次のメンテナンス時期と
して設定しておくとともに、水分濃度の変化から算出し
た水分の積算量が実際に所定の積算量になった時点で、
メンテナンスを行う。なお、他の要因（配管内の副生成
物付着等）に基づいて最大処理枚数が予め設定されてお
り、この最大処理枚数より早い時期に上記所定の積算量
に達した場合は、上記メンテナンスを行うが、水分濃度
が低く所定の積算量になる時期がこの最大処理枚数にな
る時期より遅い場合は、最大処理枚数になった時点で一
旦メンテナンスを行う。
【００２４】本実施形態では、水分濃度の変化から算出
した水分の積算量に応じてメンテナンス時期を決定する
ので、実際にプロセスチャンバ１内に取り込まれた水分
量を正確に見積もることができ、適切な時期にメンテナ
ンスを行うことができる。したがって、メンテナンス毎
に異なる実際の水分取り込み量に応じて次のメンテナン
ス時期を決定でき、良質な成膜処理を常に維持できると
共に、メンテナンス回数の低減及びメンテナンス時期の
延長が可能になり、スループットを向上させることがで
きる。
【００２５】また、プロセスチャンバ１内の圧力も、水
分濃度と同様に、圧力計７により常時計測しているの
で、ガス排気系の配管の流通状態（例えば、副生成反応
物の付着による配管の閉塞で生じるプロセスチャンバ１
内の圧力変動等）を検出することができ、上記水分の積
算量と上記圧力変化と合わせて考慮し、メンテナンス時
期を見積もることにより、より適切なメンテナンス時期
を決定することができる。なお、上記水分の積算量と上
記圧力変化とに、さらに製造時の不良品発生率のデータ
等とを合わせて次のメンテナンス時期を見積もること
で、さらに適切なメンテナンス時期を決定することがで
きる。なお、常時、プロセスチャンバ１内の水分濃度及
び圧力を計測しているので、その変化が通常時に対して
異常な傾向を示した場合には、これに応じて直ちにその
原因究明及びメンテナンス作業を行うことが可能にな
る。
【００２６】また、水分濃度の検出手段としてプロセス
用水分計５に上記レーザ水分計を採用しているので、プ
ロセス中においても、プロセスチャンバ１内の水分濃度
を正確に測定することが可能になり、高精度にメンテナ
ンス時期を決定することができる。
【００２７】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、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。
【００２８】
【発明の効果】本発明の半導体製造装置のメンテナンス
時期判断方法によれば、腐食性ガス処理を行っている際
に反応室に接続された水分計で反応室内の水分濃度を計
測し、腐食性ガス処理を繰り返し行ったときの水分濃度
の変化に応じて半導体製造装置のメンテナンス時期を決
定するので、実際に反応室内に取り込まれた水分量を正
確に見積もることができ、適切なメンテナンス時期を正
確に判断することができる。したがって、装置の良好な
状態を常に維持できると共に、メンテナンス回数の低減
及びメンテナンス時期の延長が可能になり、スループッ
トの向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る半導体製造装置のメンテナンス
時期判断方法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装置のメンテナンス
時期判断方法の一実施形態におけるプロセス用水分計の
構成を示す断面図である。
【図３】 本発明に係る半導体製造装置のメンテナンス
時期判断方法の一実施形態における成膜処理を繰り返し
た際に計測された水分濃度の変化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） ５ プロセス用水分計（レーザ水分計） ７ 圧力計 １０ 水分計本体 １９ 管状セル本体 Ｗ シリコン基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (56)参考文献 特開 平10−144581（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−335249（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−105415（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/02 H01L 21/205 H01L 21/302 H01L 21/3065

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 反応室内で腐食性ガス処理を行う半導体
    製造装置のメンテナンス時期を判断する方法であって、 前記腐食性ガス処理を行っている際に前記反応室に接続
    された水分計で反応室内の水分濃度を計測し、腐食性ガ
    ス処理を繰り返し行ったときの前記水分濃度の変化に応
    じて前記メンテナンス時期を決定することを特徴とする
    半導体製造装置のメンテナンス時期判断方法。
  2. 【請求項２】 前記水分濃度の変化に基づいて前記反応
    室内に取り込まれた前回メンテナンスからの水分の積算
    量を算出し、該積算量に応じて前記メンテナンス時期を
    決定することを特徴とする請求項１記載の半導体製造装
    置のメンテナンス時期判断方法。
  3. 【請求項３】 前記腐食性ガス処理を行っている際に前
    記反応室に接続された圧力計で反応室内の圧力を計測
    し、腐食性ガス処理を繰り返し行ったときの前記圧力の
    変化と前記水分の積算量とに応じて前記メンテナンス時
    期を決定することを特徴とする請求項２記載の半導体製
    造装置のメンテナンス時期判断方法。
  4. 【請求項４】 前記水分計は、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
    造装置のメンテナンス時期判断方法。
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