JP3907955B2 - 半導体の製造方法及び半導体の製造装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体の製造方法に係わり、特に、液体原料及び固体原料を液化した液体原料を用いて半導体用の薄膜を製造する半導体の製造方法及び半導体の製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の製造方法の従来の技術としては、薄膜の製造方法において、液体原料を用いて真空中で液体原料を噴霧し、噴霧した液体を基板に塗布し、基板を加熱して基板に塗布された液体中の揮発性の溶媒を揮発させ、薄膜を成膜する方法がある。
【０００３】
この従来技術の例としては、特開平６−３０６１８１号公報に記載された有機光学薄膜の製造方法とその装置がある。図４は、上記従来技術における装置の概略構成図である。
【０００４】
図４において、真空容器５は、真空排気部６にて真空排気される。また、ウエハ４は、真空容器５内のサセプタ３上に保持され加熱されている。有機系光学薄膜材料或は無機系の光学薄膜材料が揮発性の溶媒に溶かされた液体原料は、液体原料タンク２７内から開閉機構部３０１を通過し、制御ノズル部３００から真空容器５内に噴霧される。
【０００５】
制御ノズル部３００から真空容器５内に噴霧された液体原料は、真空中で液滴となり、サセプタ３上の加熱保持されたウェハ４上に液滴のまま到達しウェハ４上に塗布される。
【０００６】
次いで、ウェハ４上に液体状態で塗布された液体原料にあっては、サセプタ３からの熱及び表面加熱装置３０６からの熱により揮発成分が揮発され、固体成分がウェハ４上に残留され、ウェハ４上に膜が形成される。
【０００７】
このとき、液体原料のうち、熱により揮発された溶媒成分は気体となり、真空容器５に放出される。この放出された気体の一部は、真空排気部６により真空容器５外に排気されるが、大部分は低温に冷却されたコールドトラップ３０４に吸着され、再度凝縮して液体になり所要の真空が維持される。
【０００８】
なお、１１は真空計、３０２はシャッター、３０３は基板温度測定装置、３０５はベーキング装置、３１０は真空ポンプ、３１１はマニュピュレータである。
【０００９】
また、３１２は基板導入装置、３２０は真空ポンプ、３２１は質量分析装置、３２２はイオン化装置、３２３はゲート弁である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には、以下のような問題点があった。
すなわち、制御ノズル部３００が、図５に示されるようなニードルバルブ３０７と貫通孔３０８とから構成されている場合には、成膜が終了し、長期間、半導体製造装置を停止する際にはニードルバルブ３０７を閉じ、貫通孔３０８を封止する。
【００１１】
この場合、ニードルバルブ３０７は、貫通孔３０８の端部ｂで線接触するため、わずかな間隙が形成され、この間隙部分から液体原料が真空容器５の内部方向に漏洩する。この漏洩した液体原料がニードルバルブ３０７の封止部分で膜となると、ニードルバルブ３０７が開かなくなり、貫通孔３０８が閉じたままとなってしまう。
【００１２】
このように、ニードルバルブ３０７が開かない状態になると、液体原料がウェハ４に供給できなくなり、装置を分解して、ニードルバルブ３０７を開かなければならない。この作業には、数時間以上が必要であのため、半導体製造装置の生産性が著しく低下する。
【００１３】
本発明の目的は、ニードルバルブが不動作状態となることを回避して、半導体製造装置の生産性を向上することが可能な半導体製造方法及び半導体製造装置を実現することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。
（１）半導体の製造方法において、液体原料の供給及び停止を行う気化ノズルストップバルブを介して、気化ノズルに液体原料を供給し、この気化ノズルにより液体原料を微粒化し、気化して、容器内に配置された対象物に薄膜を形成する工程と、上記気化ノズルストップバルブを閉鎖して、この気化ノズルストップバルブからの液体原料の供給を停止する工程と、上記気化ノズルストップバルブと上記気化ノズルとの間に残留した液体原料の圧力と、上記容器内の圧力とを等しくさせる工程と、上記気化ノズルを閉鎖する工程とを備える。
【００１５】
（２）好ましくは、上記（１）において、上記気化ノズルストップバルブと上記気化ノズルとの間に形成される容積は、上記気化ノズルストップバルブに液体原料を供給する液体原料貯蔵手段の容積に比較して小さい。
【００１６】
（３）また、好ましくは、上記（１）において、上記気化ノズルストップバルブと上記気化ノズルとの間に残留した液体原料の圧力と、上記容器内の圧力とを等しくさせる工程は、上記気化ノズルの開閉動作により、上記気化ノズルストップバルブと上記気化ノズルとの間に残留した液体原料を上記容器内に噴霧する工程である。
【００１７】
（４）また、好ましくは、上記（１）において、上記気化ノズルストップバルブのうち、液体原料に接する部分の材料は、上記液体原料との接触により液体原料に溶出、腐蝕しない材料を有する。
【００１８】
（５）また、好ましくは、上記（１）において、上記薄膜を形成する工程は、化学蒸着反応により薄膜を形成する工程である。
【００１９】
（６）また、好ましくは、上記（５）において、上記液体原料は、固体を液化あるいは固体を溶媒に溶解させたものである。
【００２０】
（７）ウエハの製造方法において、液体原料の供給及び停止を行う気化ノズルストップバルブを介して、気化ノズルに液体原料を供給し、この気化ノズルにより液体原料を微粒化し、気化して、容器内に配置された対象物に薄膜を形成する工程と、上記気化ノズルストップバルブを閉鎖して、この気化ノズルストップバルブからの液体原料の供給を停止する工程と、上記気化ノズルストップバルブと上記気化ノズルとの間に残留した液体原料の圧力と、上記容器内の圧力とを等しくさせる工程と、上記気化ノズルを閉鎖する工程とを備える。
【００２１】
（８）また、好ましくは、上記（１）において、上記半導体は半導体素子である。
【００２２】
（９）内部に基板が配置される容器と、この容器の内部を真空環境とする真空排気手段と、対象物に薄膜を形成するための液体原料または固体原料を液化した液化原料を上記容器内に供給する供給手段とを有し、上前記基板上に半導体素子用の薄膜を形成する半導体製造装置において、液体原料または固体原料を液化した液化原料の供給の開始及び停止を行う気化ノズルストップバルブと、上記気化ノズルストップバルブより上記容器内部側に配置され、上記気化ノズルストップバルブから供給される原料の上記容器内部への供給を開始及び停止する気化ノズルと、上記気化ノズルストップバルブを閉鎖して、この気化ノズルストップバルブからの液体原料または液化原料の供給を停止し、上記気化ノズルストップバルブと上記気化ノズルとの間に残留した液体原料または液化原料の圧力と、上記容器内の圧力とを等しくさせて、上記気化ノズルを閉鎖する気化器コントローラとを備える。
【００２３】
半導体製造装置の生産性を向上させるためには、装置の動作停止期間に、液体原料を容器内に噴霧する第２の開閉機構の容器内への漏洩を抑える第１の開閉機構を第２の開閉機構に隣接して、液体原料が供給される側、すなわち上流側に設け、成膜が終了し長い期間装置を停止する前にこの第１の開閉機構を閉じる。
【００２４】
この後、液体原料を容器内に噴霧する第２の開閉機構と第２の開閉機構との間に残留した液体原料に加えられた圧力と容器内の圧力とを同じにする操作を行う。このようにすると、残留した液体原料の圧力は、容器内の圧力と同じになるため、液体原料を容器に噴霧する第２の開閉機構の間隙から圧力差により、液体原料が漏出することが無い。
【００２５】
液体原料の漏出が無いため、液体原料を容器に噴霧する第２の開閉機構に膜が形成されず、次に成膜を行う時に動作しないことが無い。そのため、半導体製造装置の生産性を向上することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１、図２及び図３を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体製造装置の概略構成図であり、図２は、図１に示した装置の気化ノズル周辺の構成図、図３は図１の装置において、成膜が終了し、長期間停止する前の気化ノズルのボールバルブおよびボールバルブからの漏洩を抑えるための操作のタイミングチャートである。
【００２７】
図１において、１は気相化学反応装置、３はサセプタ、４はウェハ、５は真空容器、６は真空排気部、７はガス処理部、８はガス供給部、９は予備室、１０は壁面温度制御部、１１は真空計である。
【００２８】
また、２１は気化ノズル（第２の開閉機構）、２２は液体原料供給バルブ、２３は液体原料供給管、２４は液体原料送出バルブ、２５は液体原料タンクバイパスバルブ、２６は液体原料送出用ガス供給バルブ、２７は液体原料タンク、２８は液体原料送出用ガス配管、２９は液体原料送出ガス供給部、３０は液体原料である。
【００２９】
また、３１はヒ−タ、４０は気化ノズルストップバルブ（第１の開閉機構）、６１は真空排気配管、６２は真空排気バルブ、６３は排気配管、８１はガス供給配管、８２はガス供給バルブ、９１はウェハハンドラ、９２は予備室第一ゲ−トバルブ、９３は予備室第二ゲ−トバルブ、１０１は壁面温度制御用第一配管、１０２は壁面温度制御用第二配管、２２０は気化器コントローラ、２２１は気化器制御信号線である。
【００３０】
また、図２において、２１１は液体原料噴出口、２１２はオリフィス、２１３はボールバルブ、２１４はボールバルブロッドであり、ａはオリフィス２１２とボールバルブ２１３との接触部分を示す。
【００３１】
以下、液体原料を用いた場合の本発明の一実施形態の作用を説明する。
なお、本発明の一実施形態では半導体用の薄膜製造の方法は減圧気相化学蒸着である（化学蒸着反応でもよい）。また、液体原料３０は本発明の一実施形態では一種類であるが、複数種の液体原料を用いる場合でも、あるいは固体を液化したものを用いる場合でも、同様の過程を行うことで成膜を行うことができる。
【００３２】
まず、真空容器５を真空排気部６にて真空排気する。次に、ガス供給部８からの不活性ガスまたは窒素ガスをガス供給配管８１、ガス供給バルブ８２を通じて真空容器５に導入する。
【００３３】
そして、不活性ガスまたは窒素ガスの供給を停止し、再度、真空容器５を真空排気部６にて真空排気する。この真空排気及び不活性ガスの導入を数回繰り返して、真空容器５内のガス置換を行う。
【００３４】
次に、予備室９中に保持されたウェハ４を第一ゲートバルブ９２を開いてヒータ３１にて加熱されたサセプタ３上に搬入し、再度、真空容器５内のガス置換を行う。
【００３５】
ガス置換終了後、液体原料３０及び気体原料を供給して成膜を行う。成膜終了後、ガス置換を行いサセプタ３上のウェハ４を予備室９中に置かれたウェハと交換する。これが減圧気相化学蒸着装置の製造のサイクルである。
【００３６】
次に、成膜を終了し、長期間、半導体製造装置を停止する際、つまり、対象物に薄膜を形成する期間より長い期間、薄膜形成動作を停止する場合の操作について述べる。
気化ノズル２１の周辺部は図２に示されるように、ボールバルブ２１３がオリフィス２１２に、ある大きさの力で押し付けられることでボールバルブ２１３とオリフィス２１２とが線接触（接触部分をａで示す）する。
【００３７】
ボールバルブ２１３とオリフィス２１２との間の例えば、ａ部分に間隙が形成されると、気化ノズル２１のボールバルブロッド２１４側の液体原料３０に圧送のため加えられている圧力と液体原料噴出口２１１側すなわち真空容器５側の圧力差により、この間隙を通して液体原料３０が気化ノズル２１から真空容器５側へと漏出する。
【００３８】
このため、気化ノズル２１の液体原料３０を気化ノズル２１に供給する側すなわち上流側の直近に設けられたバルブのシール構造がボールバルブの線接触より広い面積で接触する方式の面接触方式の気化ノズルストップバルブ４０を、図３に示すように、時刻Ｔ₃に閉じて液体燃料３０の供給を停止する。
【００３９】
この時刻Ｔ₃は、図３に示すように、成膜終了時のＴ₁後、成膜の終わったウェハ若しくは半導体素子４を時刻Ｔ₂に搬出した後の時刻である。
【００４０】
この後、ボールバルブ２１３と気化ノズルストップバルブ４０との間に残留した液体原料３０に圧送のため加えられている圧力を真空容器５の圧力と同じになるようにするための操作を行う。
【００４１】
本発明の一実施形態においは、この操作は、ボールバルブ２１３を時刻Ｔ₃から時刻Ｔ₄まで開閉動作させることで、残留した液体原料３０の一部を真空容器５内に噴出させることによりなされ、時刻Ｔ₄にてボールバルブ２１３を閉じさせる。
【００４２】
ボールバルブ２１３の動作回数は、別途予め気化ノズルストップバルブ４０とボールバルブ２１３との間の液体原料３０の圧力が真空容器５の圧力と等しくなるようになる回数を測定して決める。
【００４３】
このようにすれば、ボールバルブ２１３と気化ノズルストップバルブ４０との間に残留した液体原料３０は、ボールバルブ２１３と気化ノズルストップバルブ４０との間の空間の圧力と、真空容器５内の圧力とに圧力差が無いため、気化ノズル２１のオリフィス２１２とボールバルブ２１３との間に形成される間隙から液体原料が漏出しない。この操作の後、時刻Ｔ₅にその他の必要な操作を行い半導体製造装置を停止する。
【００４４】
なお、ウェハ４の搬出後、時刻Ｔ₂からボールバルブ２１３開閉動作までの間に、サセプタ３の温度を、通常成膜を行う温度より下げる操作を行えば、ボールバルブ２１３の動作により真空容器５内に噴出して、気化した液体原料３０が、サセプタ３上に到達しても不要な膜とならないため、この操作を行うことが好ましい。
【００４５】
以上により、液体原料を真空容器５に噴霧するバルブ２１に膜が形成されないため、次に成膜を行う時に、バルブ２１が動作しないという事態が発生することが無い。
【００４６】
なお、気化ノズルストップバルブ４０の液体原料３０に接する部材は、液体原料３０に溶出して液体原料３０の組成を劣化させない材料であり、かつ、液体原料３０により腐蝕されない材料で構成する。
【００４７】
なお、本発明の一実施形態では、液体原料の微粒化および気化が成膜を行う真空容器５内で行われるが、液体原料の微粒化および気化が真空容器５内以外の空間内で別途行われる場合でも、ボールバルブ２１３と気化ノズルストップバルブ４０とを設け、上述した一実施形態と同様の操作で同等の効果を得ることができる。
【００４８】
ただし、この場合には、液体原料の微粒化及び気化を行う装置にボールバルブ等が用いられるため、微粒化及び気化された原料が真空容器内に送られるように構成される。
【００４９】
以上のように、本発明の一実施形態によれば、ニードルバルブが不動作状態となることを回避して、半導体製造装置の生産性を向上することが可能な半導体製造方法及び半導体製造装置を実現することができる。
【００５０】
つまり、本発明の一実施形態によれば、気化ノズル２１のボールバルブ２１３が、成膜を長期間停止した後にも確実に開くため、半導体製造装置の稼動率を向上することができる。
【００５１】
なお、気化ノズル２１と気化ノズルストップバルブ４０との間隔は、短い方が望ましいが、製造上の制限からある間隔が設けられ、配置されることとなる。
【００５２】
したがって、気化ノズル２１と気化ノズルストップバルブ４０とは、一体的に形成される方が望ましい。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、ニードルバルブが不動作状態となることを回避して、半導体製造装置の生産性を向上することが可能な半導体製造方法及び半導体製造装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体製造装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る半導体製造装置の気化ノズル付近の構成説明図である。
【図３】本発明の一実施形態において長期間装置を停止する前の気化ノズルのボールバルブおよびボールバルブからの漏洩を抑えるための操作タイミングチャートである。
【図４】従来の半導体製造装置の概略構成図である。
【図５】従来の半導体製造装置における制御ノズル付近の構成説明図である。
【符号の説明】
１ 気相化学反応装置
２ 気化機構
３ サセプタ
４ ウェハ
５ 真空容器
６ 真空排気部
７ ガス処理部
８ ガス供給部
９ 予備室
１０ 壁面温度制御部
１１ 真空計
２１ 気化ノズル
２２ 液体原料供給バルブ
２３ 液体原料供給管
２４ 液体原料送出バルブ
２５ 液体原料タンクバイパスバルブ
２６ 液体原料送出用ガス供給バルブ
２７ 液体原料タンク
２８ 液体原料送出用ガス配管
２９ 液体原料送出用ガス供給部
３０ 液体原料
３１ ヒータ
４０ 気化ノズルストップバルブ
６１ 真空排気配管
６２ 真空排気バルブ
６３ 排気配管
８１ ガス供給配管
８２ ガス供給バルブ
９１ ウェハハンドラ
９２ 予備室第一ゲ−トバルブ
９３ 予備室第二ゲ−トバルブ
１０１ 壁面温度制御用第一配管
１０２ 壁面温度制御用第二配管
２１１ 液体原料噴出口
２１２ オリフィス
２１３ ボールバルブ
２１４ ボールバルブロッド
２２０ 気化器コントローラ
２２１ 気化器制御信号線

Claims (9)

1. 半導体の製造方法において、
   液体原料の供給及び停止を行う気化ノズルストップバルブを介して、気化ノズルに液体原料を供給し、この気化ノズルにより液体原料を微粒化し、気化して、容器内に配置された対象物に薄膜を形成する工程と、
   上記気化ノズルストップバルブを閉鎖して、この気化ノズルストップバルブからの液体原料の供給を停止する工程と、
   上記気化ノズルストップバルブと上記気化ノズルとの間に残留した液体原料の圧力と、上記容器内の圧力とを等しくさせる工程と、
   上記気化ノズルを閉鎖する工程と、
   を備えることを特徴とする半導体の製造方法。
2. 請求項１記載の半導体の製造方法において、上記気化ノズルストップバルブと上記気化ノズルとの間に形成される容積は、上記気化ノズルストップバルブに液体原料を供給する液体原料貯蔵手段の容積に比較して小さいことを特徴とする半導体の製造方法。
3. 請求項１記載の半導体の製造方法において、上記気化ノズルストップバルブと上記気化ノズルとの間に残留した液体原料の圧力と、上記容器内の圧力とを等しくさせる工程は、上記気化ノズルの開閉動作により、上記気化ノズルストップバルブと上記気化ノズルとの間に残留した液体原料を上記容器内に噴霧する工程であることを特徴とする半導体の製造方法。
4. 請求項１記載の半導体の製造方法において、上記気化ノズルストップバルブのうち、液体原料に接する部分の材料は、上記液体原料との接触により液体原料に溶出、腐蝕しない材料を有することを特徴とする半導体の製造方法。
5. 請求項１の半導体の製造方法において、上記薄膜を形成する工程は、化学蒸着反応により薄膜を形成する工程であることを特徴とする半導体の製造方法。
6. 請求項５の記載の半導体の製造方法において、上記液体原料は、固体を液化あるいは固体を溶媒に溶解させたものであることを特徴とする半導体の製造方法。
7. ウエハの製造方法において、
   液体原料の供給及び停止を行う気化ノズルストップバルブを介して、気化ノズルに液体原料を供給し、この気化ノズルにより液体原料を微粒化し、気化して、容器内に配置された対象物に薄膜を形成する工程と、
   上記気化ノズルストップバルブを閉鎖して、この気化ノズルストップバルブからの液体原料の供給を停止する工程と、
   上記気化ノズルストップバルブと上記気化ノズルとの間に残留した液体原料の圧力と、上記容器内の圧力とを等しくさせる工程と、
   上記気化ノズルを閉鎖する工程と、
   を備えることを特徴とするウエハの製造方法。
8. 請求項１記載の半導体の製造方法において、上記半導体は半導体素子であることを特徴とする半導体の製造方法。
9. 内部に基板が配置される容器と、この容器の内部を真空環境とする真空排気手段と、対象物に薄膜を形成するための液体原料または固体原料を液化した液化原料を上記容器内に供給する供給手段とを有し、上前記基板上に半導体素子用の薄膜を形成する半導体製造装置において、
   液体原料または固体原料を液化した液化原料の供給の開始及び停止を行う気化ノズルストップバルブと、
   上記気化ノズルストップバルブより上記容器内部側に配置され、上記気化ノズルストップバルブから供給される原料の上記容器内部への供給を開始及び停止する気化ノズルと、
   上記気化ノズルストップバルブを閉鎖して、この気化ノズルストップバルブからの液体原料または液化原料の供給を停止し、上記気化ノズルストップバルブと上記気化ノズルとの間に残留した液体原料または液化原料の圧力と、上記容器内の圧力とを等しくさせて、上記気化ノズルを閉鎖する気化器コントローラと、
   を備えること特徴とする半導体製造装置。

Images