JP3592603B2 - 半導体製造方法及び半導体製造装置 - Google Patents
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Description
【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２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２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２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２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２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２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６ｃ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、Ｂ２Ｈ６、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１７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１１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。
【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、１００℃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９ｄ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１２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
【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２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２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２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２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２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２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６ｃ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、Ｂ２Ｈ６、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１７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１１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。
【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、１００℃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９ｄ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１２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
Claims (3)
- 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、
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とともに、
少なくとも前記第２の既定値を、１ｐｐｍ未満とし、
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半導体製造方法。 - 前記第１の既定値を、５ｐｐｍ未満とすることを特徴とする請求項１記載の半導体製造方法。
- 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、腐食性ガス処理中の前記反応室内の水分濃度を計測可能な第２の水分計とを備えるとともに、
複数の反応室を備え、前記第２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おり、
前記第２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おり、
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おり、
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半導体製造装置。
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