JP4005229B2

JP4005229B2 - 半導体素子製造用化学気相蒸着装置及びその洗浄方法

Info

Publication number: JP4005229B2
Application number: JP21256598A
Authority: JP
Inventors: 百洵崔; 重鎰安; 鎭成金; 重起金
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1997-10-29
Filing date: 1998-07-28
Publication date: 2007-11-07
Anticipated expiration: 2018-07-28
Also published as: GB2331107B; TW376537B; US6432838B1; GB2331107A; KR100253089B1; US6664119B2; JPH11145067A; CN1117887C; GB9812786D0; KR19990034410A; DE19832566A1; CN1215764A; US6279503B1; DE19832566C2; US20010019896A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
半導体素子製造用化学気相蒸着装置及びその洗浄方法並びに工程チャンバーの洗浄工程レシピ最適化方法に係り、より詳しくは半導体ウェーハに対する所定の工程を実行した後に工程チャンバー内およびガス供給ラインを洗浄する半導体素子製造用化学気相蒸着装置及びその洗浄方法並びに工程チャンバーの洗浄工程レシピ最適化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造工程は、所定の条件を備えた工程チャンバー内で行われ、特に、低圧化学気相蒸着工程中には半導体ウェーハのみではなく、工程チャンバーのチューブ内壁とロードロックチャンバーとの間でウェーハを運搬及び貯蔵するボートにも膜が形成される。このような膜は、ウェーハをローディング／アンローディングする過程でストレスを受けてパーティクルを発生させる要因になるとともに、これは工程実行中ウェーハのディフェクト要因になる。
【０００３】
このようなディフェクト要因を減少するためには、一定の時間内で工程チューブ内を反復してピーエム（ＰｒｅｖｅｎｔｉｖｅＭａｉｎｔｅｎａｎｃｅ：ＰＭ）するようになる。しかし、ピーエムは、生産を中止して設備を運休する間に実行するため、この運休する時間に半導体装置の生産性を低下させる要因として作用する。図８は、このような従来の半導体製造用化学気相蒸着装置の工程チューブを洗浄する工程の過程を概略的に示したフローチャートである。
【０００４】
図８に示すように、従来の半導体製造用化学気相蒸着装置の工程チューブを洗浄する工程（ピーエム）は、まず、半導体ウェーハに対する所定の工程を行った後、システム（工程チャンバー）を冷却させる。工程チャンバーが十分に冷却されると、工程チャンバーのチューブ等を順に分解して除去し、この除去したチューブを湿式エッチング（洗浄）する。この湿式エッチングは、工程チューブ内のポリシリコン膜やシリコンナイトライド膜を除去するために通常弗化水素（ＨＦ）系統の化学薬品を使用する。次に、膜を除去したチューブを再び工程チャンバー内に組立てた後、真空ポンプを稼動して真空テストを実施する。真空テストを実施すると、工程チャンバー内で実際に工程を実行できる条件を備えているかの有無を判断する工程保証（ＰｒｏｃｅｓｓＲｅｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）を実施する。
【０００５】
しかし、このような従来の半導体製造用化学気相蒸着装置の工程チューブを洗浄するピーエム方法では、その費用及び労働力の消耗が大きいだけではなく所要時間も２４時間以上かかってしまう問題点があった。
【０００６】
このような問題点を解決するために、湿式エッチングを行う代わりに種々の方法として、ＮＦ₃、ＣＦ₄ガスを利用したプラズマエッチングによる洗浄方法、熱的ストレスによってチャンバー内に形成された膜を除去する熱的ショック技術（ＴｈｅｒｍａｌｓｈｏｃｋＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）を使用した洗浄方法、及びＣｌＦ₃、ＢｒＦ₅ガスを使用して乾式エッチングを行う洗浄方法などにより洗浄を実行することもあった。
【０００７】
このように、従来の半導体製造用化学気相蒸着装置は、チューブを分解して湿式エッチング、プラズマエッチング、ＣｌＦ₃、ＢｒＦ₅ガスによる乾式エッチングなどの種々の洗浄方法により洗浄して再び組み立てて真空テスト、工程保証を実行することでチューブを洗浄していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の半導体製造用化学気相蒸着装置では、前述した従来技術を使用してもなおチューブの分解及び組立て工程を必要とするため、その処理費用及び労働力の消耗が大きいだけではなく所要時間も相当かかるという問題点があった。
本発明はこのような課題を解決し、洗浄ガス供給ライン、サンプリングマニフォルド及びガス分析器を備えてインシチュで工程チャンバー内を洗浄することができる半導体素子製造用化学気相蒸着装置を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、本発明の半導体素子製造用化学気相蒸着装置により半導体ウェーハに対する所定の工程及びウェーハのアンローディング後、インシチュで洗浄工程が実行できる半導体素子製造用化学気相蒸着装置の洗浄方法を提供することを目的とする。
本発明のまた更なる他の目的は、半導体素子製造用化学気相蒸着装置の半導体素子製造用工程チャンバーの洗浄工程レシピ最適化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】
本発明は上述の課題を解決するために、半導体素子製造のための蒸着工程を実行する工程チャンバーと、この工程チャンバーに工程ガスを供給するための複数個の工程ガス供給ラインと、工程チャンバーから工程実行後の廃ガスをポンピング手段によって除去する廃ガス排気ラインと、工程チャンバーに洗浄ガスを供給するための洗浄ガス供給ラインと、工程チャンバーに接続されて当該工程チャンバーの圧力以下に調節してこの工程チャンバー内のガスを差圧を利用してサンプリングするサンプリングマニフォルドと、このサンプリングマニフォルドからのサンプリングガスを分析するガス分析器とを備え、工程チャンバー（１０）は、密閉された外側チューブ内に上側が開放された内側チューブを備えた低圧化学気相蒸着チャンバーであり、サンプリングマニフォルドが外側チューブに配管接続されるとともに、当該サンプリングマニフォルドは、外側チューブとの接続部から順次的に、パージガスを供給するための第１エアーバルブ及び第２エアーバルブと、サンプリング用ポンプを接続して内圧調整するための第１アイソレーションバルブ、第２アイソレーションバルブ、及び第３アイソレーションバルブと、ガス分析器に接続する後端のゲートバルブとが設置され、この第１エアーバルブ及び第２エアーバルブを介してパージガス供給ラインがさらに設置される。
ここで、望ましくは、工程チャンバーは密閉された外側のチューブ内に上側が開放された内側のチューブを備えた低圧化学気相蒸着チャンバーであり、洗浄ガスはＣｌＦ_３ガスであるとともに、洗浄ガス供給ラインは内側チューブに配管接続することが好ましい。
また、サンプリングマニフォルドには、差圧を利用したサンプリングを行わない場合、パージガスを供給して工程チャンバー内の圧力と同一に維持するための臨界オリフィスが設置されることが好ましい。
また、サンプリングマニフォルドのパージガス供給ラインはパージガス供給源から第１及び第２エアーバルブにそれぞれ接続されて中間部にそれぞれ第３及び第４エアーバルブを備え、サンプリングマニフォルドの第１アイソレーションバルブと第２アイソレーションバルブとの間にはＣＭゲージ及びサンプリング用ポンプが設置されてサンプリングマニフォルドの一次圧力を調整できるようにすることが好ましい。
また、廃ガス排気ラインのポンピング手段にはこのポンピング手段を経由した廃ガスを洗浄するためのスクラバーがさらに設置されているとともにサンプリングポンプを経由したガスも同時にスクラバーを経由して排出されるように形成することが好ましい。
また、ガス分析器は、質量分析器、ターボポンプ及びベーキング用ポンプを内蔵したＲＧＡ−ＱＭＳであり、ガス分析器を経由したガスがスクラバーを経由して排出されるようにして環境汚染を防止することが好ましい。
【００１０】
一方、本発明による半導体素子製造用化学気相蒸着装置の洗浄方法は、工程チャンバー、工程チャンバーに工程ガスを供給するための複数個の工程ガス供給ライン、工程チャンバーから工程実行後の廃ガスを除去する廃ガス排気ライン、工程チャンバーに洗浄ガスを供給するための洗浄ガス供給ライン、工程チャンバーに接続されたサンプリングマニフォルド、及びサンプリングマニフォルドからのサンプリングガスを分析するガス分析器を備える半導体素子製造用化学気相蒸着装置の洗浄方法において、サンプリングマニフォルドから工程チャンバー内のガスのサンプリングを開始する工程と、ガス分析器の最初基本値を一定の水準以下に低く保持するためにガスをベーキングしながらアウトガシングする工程と、各工程でガス供給ラインのパーティクルの汚染評価を実施する工程と、工程チャンバー内に収容された半導体ウェーハに対して所定の工程を実行する工程と、工程が完了した後にウェーハをアンローディングした後に工程チャンバー内の廃ガスを排気する工程と、工程チャンバーに洗浄ガスをインシチュで供給しながら工程チャンバー内を洗浄する工程とを備え、サンプリングを行わない場合には、サンプリングマニフォルドとガス分析器とにパージガスを利用して継続的にパージガスを供給してガス分析器の精密度を向上させる。
ここで、工程ガス供給ラインの汚染評価を実行する工程は窒素ガスを各工程ガス供給ラインに順次的に流して分析することでリキッジの有無を更に確認するとともに、半導体ウェーハに対する所定の工程はシリコンを含有した膜を形成する工程であり、工程チャンバー内を洗浄する工程では工程チャンバー内に付着した膜をエッチングするため内部の圧力と温度とを一定に維持しながら窒素ガス及び洗浄ガスとしてのＣｌＦ_３ガスを一定に供給して実行することで洗浄工程の終点を容易に検出することが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明による半導体素子製造用化学気相蒸着装置及びその洗浄方法並びに工程チャンバーの洗浄工程レシピ最適化方法の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明による半導体素子製造用化学気相蒸着装置の実施の形態を示した構成図である。
【００１３】
図１に示すように、本発明による半導体素子製造用化学気相蒸着装置は、二重チューブ、即ち外側チューブ１４と内側チューブ１６とにより形成された工程チャンバー１０を備えている。この工程チャンバー１０では、蒸着工程またはプラズマ工程、拡散工程、化学気相蒸着工程等多様な工程が行われる。この工程チャンバー１０の下段には、ロードロックチャンバー１２が設置されており、工程を実行する際にウェーハを収容するボート１８を設けて工程チャンバー１０とロードロックチャンバー１２との間のエレベータ２０によって上下駆動するように構成されている。
【００１４】
また、内側チューブ１６の下段には、工程実行のための工程ガスを供給するガス供給管２２が接続されている。このガス供給管２２は、ＳｉＨ₄供給源２４、ＰＨ₃供給源２６、Ｎ₂供給源２８、ＣｌＦ₃供給源３０がそれぞれエアーバルブ３２、３４、３６、３８、４０を介在して接続されている。ここで、ＣｌＦ₃供給源３０は、後述する洗浄ガス供給源である。このようにガス供給管２２は、それぞれの工程ガスまたは洗浄ガスなどのガスを選択的に供給できるように配管している。
【００１５】
また、工程チャンバー１０内で工程を実行した後の廃ガスは、排気ポンプ４４により排気管４２を通じてスクラバー４６を経由し、このスクラバー４６で洗浄した後に排気される。
【００１６】
また、工程チャンバー１０内で発生されるガスの変化メカニズムを測定するために外側チューブ１４には、サンプリングポート４８を設置し、このサンプリングポート４８には柔軟性のある接続部５２を介在してサンプリングマニフォルド５０を接続している。サンプリングマニフォルド５０のサンプリング管５４は、ステンレス材質で形成されており、直径が３／８インチの管を使用し、エレクトロポリシング処理を施したものを使用する。サンプリング管５４には、一側端から順次的に第１エアーバルブ６２、第２エアーバルブ６６、第１アイソレーションバルブ６８、第２アイソレーションバルブ７０、第３アイソレーションバルブ７２及びゲートバルブ７４が形成されている。この第１及び第２アイソレーションバルブ６８、７０には、それぞれ１００ミクロンのオリフィス（図示せず）が形成されている。また、第３アイソレーションバルブ７２には、２５０ミクロンのオリフィスが形成されている。
【００１７】
一方、サンプリングマニフォルド５０では、サンプリングをしない間にも常にパージガスを供給するＮ₂供給源５６が設置され、このＮ₂供給源５６から分岐点５８を経由して一つは第１エアーバルブ６２に接続し、他の一つを第２エアーバルブ６６に接続している。また、第１アイソレーションバルブ６８と第２アイソレーションバルブ７０との間には、ＣＭゲイジ７６が設置され、この間に延在したサンプリング管５４は分岐されてサンプリング用ポンプ９０を経由してスクラバー４６に接続されている。
【００１８】
また、ゲートバルブ７４が形成されたサンプリング管５４の後端には、ガス分析器８０が接続されている。このガス分析器８０は、常用化されたＲＧＡ−ＱＭＳ（ＲｅｓｉｄｕａｌＧａｓＡｎａｌｙｚｅｒ−ＱｕａｄｒｕｐｏｌｅＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）を使用しており、これには質量分析器８４を接続し、ターボポンプ８６とベーキング用ポンプ８８とを介してスクラバー４６に配管接続されている。また、質量分析器８４には、イオンゲージ８２が設置されている。
【００１９】
ここで前述したＣｌＦ₃供給源３０から供給されるＣｌＦ₃ガスは、ポリシリコン、シリコンナイトライド、シリコングラス、タングスタンシリサイドなどの洗浄に使用される洗浄ガスであり、プラズマ状態ではない低温状態でも洗浄工程を実行でき、化学的選択性が良くプラズマが到達できない部分までエッチングが可能であるとともに、ウェーハ表面上にパーティクルの発生が少ないという長所がある。また、ＣｌＦ₃ガスは、一般的に不活性ガスであるＰＮ₂で２０±５体積％に希釈して使用される。このＣｌＦ₃ガスは、工程チャンバー内の膜質を均一にエッチングするために工程チャンバーの圧力を好ましくは低くする方が望ましい。しかし反面、エッチング速度を増加させるためには、エッチングガスの比率が高いほどエッチング速度が増加する。
【００２０】
また、ＣｌＦ₃ガスを導入する前に工程チャンバー１０は、ＣｌＦ₃ガスのボイリングポイントより高く事前に過熱することが好ましく、満足できるエッチング速度を得るためには４００℃より高くすることが望ましい。また、ＣｌＦ₃ガスは、反応性が非常に強いガスであり、エッチング速度があまりにも速いとチューブ自体がエッチングされてチューブの厚さが薄くなり装置の寿命を短縮するとともに、ガス分散システム（ＧａｓＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ：ＧＤＳ）内の微量の水分によって濃縮が行われて真空システムの損傷を起こす可能性がある。このため工程チャンバー１０内では、パージサイクルや洗浄時間の調節がとても重要である。また、ＣｌＦ₃供給源３０に接続されるＣｌＦ₃ガスの供給配管は、ＣｌＦ₃ガスの性質によってニッケル、モネル（Ｍｏｎｅｌ）、ハステルロイ（Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ）、３１６Ｌステンレススチール及びポリマー等の材質を使用する。
【００２１】
一方、ガス分析器８０に使用されるＲＧＡ−ＱＭＳは、常用化されたもので、工程チャンバー内に使用中または残留中いずれかのガスをサンプリングして７０ｅＶの電位差に加速された電子に衝突させイオン化させる。その後、ＲＧＡ−ＱＭＳは、４重極質量分析器（ＱｕａｄｒｕｐｏｌｅＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）を利用して直流と交流とを一定に維持させながら電圧の大きさによって所定の質量対電荷比を有するイオンのみを通過させることで質量スペクトルを得る。この際、ＲＧＡ−ＱＭＳは、分裂によって得られるイオン等の組成でガス状のメカニズムを確認することができる。
また、ＲＧＡ−ＱＭＳは、移動可能であるシステムに設けられ、スパッタリング工程で一般的に使用されるオーアイエス（ＯｐｅｎＩｏｎＳｏｕｒｃｅ：ＯＩＳ）とは違って、イオンソースが差等真空下にあるシーアイエス（ＣｌｏｓｅｄＩｏｎＳｏｕｒｃｅ：ＣＩＳ）からなりバルクガスだけではなく工程ガスまでも分析が可能である。
【００２２】
一方、サンプリングマニフォルド５０内には、臨界オリフィス（１００／２５０ミクロン）を使用して工程チャンバーの圧力以下にサンプリング圧力を一定に調節している。図２は、このような図１に示した半導体素子製造用化学気相蒸着装置のＲＧＡ−ＱＭＳにより工程評価及び洗浄工程の過程を概略的に示したフローチャートである。
【００２３】
図２に示すように、半導体素子製造用化学気相蒸着装置による工程評価は、まず、ＲＧＡ−ＱＭＳの適用評価から実行される。即ち、サンプリングマニフォルド５０にガス分析器８０を接続した第１エアーバルブ６２と第３エアーバルブ６０とをクローズさせて、第２エアーバルブ６６と第４エアーバルブ６４とをオープンさせてＲＧＡ−ＱＭＳにＮ₂ガスを常時ファジさせる。次に、第４エアーバルブ６４をクローズさせて第１エアーバルブ６２をオープンさせて工程チャンバー１０内のガスをサンプリングする工程を開始する。この際、サンプリングは、ＣＭゲージ７６で測定した圧力を基準にして必要時に応じてサンプリングポンプ９０を稼動して工程チャンバー１０とサンプリング管５４との内部圧力を調節して差圧によりガスを抽出する。
【００２４】
適用評価が実行されると、ＲＧＡ−ＱＭＳベーキング評価を実行する。即ち、ＲＧＡ−ＱＭＳのチャンバー（図示せず）内に４重極質量分析器を設置した後、基本値（ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ）を落とすためにベーキング（ｂａｋｉｎｇ）を実施する。ＲＧＡ−ＱＭＳは、分析器自体の汚染に敏感である設備なので全ての評価時毎にそのバックグラウンドスペクトルを評価し、水分、酸素成分の汚染水準を評価する。この際、水準が多少高い場合には、ＲＧＡ−ＱＭＳチャンバー自体を２５０℃水準にベーキングするとともに、サンプリングマニフォルドを１５０℃水準にベーキングして汚染を最小化して汚染水準を管理する。即ち、ベーキングを実施すると、各分子性不純物（Ｈ₂Ｏ、Ｈ₂、Ｏ₂、Ａｒ、ＣＯ₂等）のインテンシティ（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ：強度）に対する部分圧の大きさ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ：ＰＰＭ）をモニターリングして、ベーキングを通じて不純物のアウトガシング（ｏｕｔｇａｓｉｎｇ：排ガス）を加速化させてＲＧＡ−ＱＭＳの最初バックグラウンドの水準を低くする。
【００２５】
ベーキング評価が実行されると、ガスラインの汚染評価を実施する。即ち、各工程ガス（ＳｉＨ₄、ＰＨ₃、Ｎ₂）の供給ラインの汚染評価のためにＮ₂ガス５００ＳＣＣＭを各ガスの供給ラインに順次的に流して工程チャンバー内のガスをサンプリングして分析した後、各ガス供給ラインのエアーリキッジ（ガス漏れ）の有無を確認するようになる。
【００２６】
ガスラインの汚染評価後には、半導体ウェーハに対する所定の工程を進行させて継続的にサンプリングして工程進行事項を評価する。図３は、本発明による半導体素子製造用化学気相蒸着装置のストリッジポリシリコン形成工程に対するＲＧＡ−ＱＭＳ評価結果のトランドを示すグラフである。
【００２７】
図３に示すように、例えば、ＤＲＡＭ工程のストリッジポリシリコン蒸着工程では、蒸着工程だけではなく蒸着工程前後の重要工程であるプリパージ（ｐｒｅｐｕｒｇｅ）、及びアフターパージ（ａｆｔｅｒｐｕｒｇｅ）工程でもＲＧＡ−ＱＭＳのサンプリングマニフォルド５０に形成された臨界オリフィスを使用して工程チャンバー圧力を、例えば、０．９Ｔｏｒｒ以下に維持し、それ以上に加圧されたガスは臨界オリフィスを介してサンプリングすることで、ストリッジポリシリコン形成工程の全体工程を評価することが可能となる。
【００２８】
半導体ウェーハに対する所定の工程が完了された後、ウェーハを収容したボードを工程チャンバーからアンローディングした後に工程チャンバー内の廃ガスを排気する。その後、図２に示したように、ＣｌＦ₃ガスをインシチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）に工程チャンバー内に供給して洗浄工程及び評価工程を実行する。即ち、ストリッジポリシリコン層を４８，０００Åの厚さに蒸着させる場合、ガスの流量をＮ₂ガス２８００ＳＣＣＭ、ＣｌＦ₃ガス７００ＳＣＣＭの流量で一定に維持しながら工程チャンバー内に付着した膜をエッチング（除去）する。
【００２９】
そして、洗浄工程及び評価工程が実行されると、洗浄工程レシピの最適化を実行する。即ち、洗浄工程を行いながら洗浄工程のＥＰＤ（ＥｎｄＰｏｉｎｔＤｅｔｅｃｔｉｏｎ：終点検出）を決定するために前述したＣｌＦ₃供給源３０から供給される洗浄ガスの流量を排気ポンプ４４により一定に維持（例えば、Ｎ₂ガス２８００ＳＣＣＭ、ＣｌＦ₃ガス７００ＳＣＣＭ）しながら工程チャンバーの圧力と温度とを変更することで洗浄工程を反復して評価する。
また、ＥＰＤを決定するための評価は、ストリッジポリシリコン形成工程の評価のように、サンプリングマニフォルド５０の臨界オリフィスを使用して工程チャンバーの圧力範囲（例えば、０．９〜１Ｔｏｒｒ）に維持して臨界オリフィスを介してガスをサンプリングすることで、全体洗浄工程に渡って評価する。図４は、本発明による半導体素子製造用化学気相蒸着装置のストリッジポリシリコン蒸着工程後にインシチュで実行したＣｌＦ₃ガスの洗浄工程をＲＧＡ−ＱＭＳ評価した結果のトランドを示すグラフである。
【００３０】
図４に示すように、全体洗浄工程は、大きく３工程に分けることができる。即ち、第１工程は、洗浄前の真空工程及びパージ工程に該当し、図４に示した０スキャンから５０スキャンまでのスキャン時間に該当する。第２工程は、本格的なエッチング工程が行われる過程で、図４に示した５０スキャンから約２８０スキャンまでのスキャン時間に相当する。また、第３工程は、エッチング工程が完了された後、真空工程及びパージ工程に該当する工程で、図４に示した２８０スキャン以後のスキャン時間に相当する。
【００３１】
図４に示したグラフで分かるように、洗浄工程のＥＰＤは、矢印で表示したように約２８０スキャンに該当する時点である。このＥＰＤ時点は、洗浄ガスであるＣｌＦ₃ガスが導入されることによって、Ｆ、Ｃｌラディカルが生成し、工程チャンバーの内壁に付着したシリコンが含有する膜をエッチングする工程開始時である。ここでポリシリコン膜をエッチングするエチャント（エッチング液）であるＨＦ⁺（２０ａｍｕ）、Ｆ⁺（１９ａｍｕ）は、実際には、第２工程のエッチングが進行される間にＳｉ⁺と激烈に反応して生成物であるＳｉＦ₃ ⁺（８５ａｍｕ）、ＳｉＦ⁺（４７ａｍｕ）を生成する。即ち、エチャントＨＦ⁺（２０ａｍｕ）と、生成物であるＳｉＦ₃ ⁺（８５ａｍｕ）とのアンプリチュード（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ：ＰＰＭの大きさ）が同一になる図４に示した矢印の交差する２８０スキャン時点がＥＰＤになる。
また、更なるストリッジポリシリコン蒸着工程を実行すると、再び、工程チャンバーの圧力または温度及びＣｌＦ₃ガスの流量を変更しながら各場合に対してＥＰＤを決定することで洗浄工程の各工程の工程時間を短縮及び最適化することが可能であるとともに、最適の圧力、温度及び流量を確保することができる。
【００３２】
この最適化された洗浄工程の結果を図５〜図７を参照して詳細に説明する。図５は、本発明による半導体素子製造用化学気相蒸着装置の洗浄工程で工程チャンバー内の圧力によるエッチング速度の関係を示すグラフである。また、図６は、本発明による半導体素子製造用化学気相蒸着装置の工程チャンバー内の温度によるエッチング速度の関係を示すグラフである。また、図７は、本発明による半導体素子製造用化学気相蒸着装置の工程チャンバー内のＣｌＦ₃の流量によるエッチング速度の関係を示すグラフである。
【００３３】
図５〜図７に示すように、洗浄工程の前後で工程チャンバー内のパーティクルをモニターリングして洗浄の効果を判断することができ、また洗浄工程の前後には工程チャンバー内のＦｅ、Ｃｅ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｓ、Ｃｌ、Ｆ、ＮＨ₄等の金属性／イオン性不純物をＴＸＲＦ（ＴｏｔａｌＸ−ｒａｙＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎＦｌｕｏｒｅｓｃｎｃｅ）／ＨＰＩＣ（ＨｉｇｈＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＩｏｎＣｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）により測定して洗浄工程の効果を判断することができる。
【００３４】
このように本発明の半導体素子製造用化学気相蒸着装置によると、サンプリングマニフォルド及びガス分析器を設けているため、半導体ウェーハに対する所定の工程間だけではなく、インシチュでＣｌＦ₃ガスを使用して工程チャンバー内の洗浄工程時にもメカニズムを正確にモニターリングすることができ、これにより洗浄工程レシピを最適化して工程の単純化及び生産性を向上させることができる。
【００３５】
以上、本発明によってなされた半導体素子製造用化学気相蒸着装置の実施の形態を詳細に説明したが、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、ガス供給管２２に、ＳｉＨ₄供給源２４、ＰＨ₃供給源２６、Ｎ₂供給源２８、ＣｌＦ₃供給源３０をそれぞれ接続した実施の形態を説明したが、このガスの配列に限定されるものではない。
【００３６】
【発明の効果】
従って、本発明の半導体素子製造用化学気相蒸着装置によると、工程チューブを分解することなくインシチュで工程チャンバーを洗浄可能であるため、設備の寿命延長及び洗浄時間の短縮でき、生産性を向上する効果がある。
また、本発明の半導体素子製造用化学気相蒸着装置によると、インシチュで洗浄工程レシピを最適化できるため、工程時間の短縮と設備の寿命延長とを実現できる効果がある。
また、本発明の半導体素子製造用化学気相蒸着装置によると、半導体ウェーハに対する工程進行を継続的にモニターリングして評価するため、工程の不良を防止して生産性向上に寄与するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体素子製造用化学気相蒸着装置の実施の形態を示した構成図。
【図２】図１に示した半導体素子製造用化学気相蒸着装置のＲＧＡ−ＱＭＳにより工程評価及び洗浄工程の過程を概略的に示したフローチャート。
【図３】本発明による半導体素子製造用化学気相蒸着装置のストリッジポリシリコン形成工程に対するＲＧＡ−ＱＭＳ評価結果のトランドを示すグラフ。
【図４】本発明による半導体素子製造用化学気相蒸着装置のストリッジポリシリコン蒸着工程後にインシチュで実行したＣｌＦ₃ガスの洗浄工程をＲＧＡ−ＱＭＳ評価した結果のトランドを示すグラフ。
【図５】本発明による半導体素子製造用化学気相蒸着装置の洗浄工程で工程チャンバー内の圧力によるエッチング速度の関係を示すグラフ。
【図６】本発明による半導体素子製造用化学気相蒸着装置の工程チャンバー内の温度によるエッチング速度の関係を示すグラフ。
【図７】本発明による半導体素子製造用化学気相蒸着装置の工程チャンバー内のＣｌＦ₃の流量によるエッチング速度の関係を示すグラフ。
【図８】従来の半導体化学気相蒸着装置の工程チューブ洗浄工程の過程を概略的に示した図面である。
【符号の説明】
１０工程チャンバー
１２ロードロックチャンバー
１４外側チューブ
１６内側チューブ
１８ボート
２０エレベータ
２２ガス供給管
２４ＳｉＨ₄供給源
２６ＰＨ₃供給源
２８Ｎ₂供給源
３０ＣＩＦ₃供給源
３２、３４、３６、３８、４０エアーバルブ
４２廃ガス排気管
４４排気ポンプ
４６スクラバー
４８サンプリングポート
５０サンプリングマニフォルド
５２接続部
５４サンプリング管
５６Ｎ₂供給源
６０、６２、６４、６６エアーバルブ
６８、７０、７２アイソレーションバルブ
７４ゲートバルブ
７６ＣＭゲージ
７８圧力調節用排気管
８０ガス分析器
８２イオンゲージ
８４質量分析器
８６ターボポンプ
８８ベーキング用ポンプ
９０サンプリング用ポンプ

Claims

半導体素子製造のための蒸着工程を実行する工程チャンバー（１０）と、
前記工程チャンバー（１０）に工程ガスを供給するための複数個の工程ガス供給ライン（３４、３６、３８；２２）と、
前記工程チャンバー（１０）から工程実行後の廃ガスをポンピング手段によって除去する廃ガス排気ライン（４２）と、
前記工程チャンバー（１０）に洗浄ガスを供給するための洗浄ガス供給ライン（４０；２２）と、
前記工程チャンバー（１０）に接続されて当該工程チャンバー（１０）の圧力以下に調節し、この工程チャンバー（１０）内のガスを差圧を利用してサンプリングするサンプリングマニフォルド（５０）と、
前記サンプリングマニフォルド（５０）からのサンプリングガスを分析するガス分析器（８０）とを備え、
前記工程チャンバー（１０）は、密閉された外側チューブ（１４）内に上側が開放された内側チューブ（１６）を備えた低圧化学気相蒸着チャンバーであり、前記サンプリングマニフォルド（５０）が前記外側チューブ（１４）に配管接続されるとともに、当該サンプリングマニフォルド（５０）は、前記外側チューブ（１４）との接続部（４８）から順次的に、前記パージガスを供給するための第１エアーバルブ（６２）及び第２エアーバルブ（６６）と、サンプリング用ポンプ（９０）を接続して内圧調整するための第１アイソレーションバルブ（６８）、第２アイソレーションバルブ（７０）、及び第３アイソレーションバルブ（７２）と、前記ガス分析器（８０）に接続する後端のゲートバルブ（７４）とが設置され、前記第１エアーバルブ（６２）及び第２エアーバルブ（６６）を介してパージガス供給ラインがさらに設置されていることを特徴とする半導体素子製造用化学気相蒸着装置。
前記工程チャンバー（１０）は密閉された外側のチューブ（１４）内に上側が開放された内側のチューブ（１６）を備えた低圧化学気相蒸着チャンバーであり、前記洗浄ガスはＣｌＦ_３ガスであるとともに、前記洗浄ガス供給ライン（４０；２２）は前記内側チューブ（１６）に配管接続されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子製造用化学気相蒸着装置。
前記サンプリングマニフォルド（５０）には、前記差圧を利用したサンプリングを行わない場合、パージガスを供給して前記工程チャンバー（１０）内の圧力と同一に維持するための臨界オリフィスが設置されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子製造用化学気相蒸着装置。
前記サンプリングマニフォルド（５０）のパージガス供給ラインは、パージガス供給源（５６）から前記第１及び第２エアーバルブ（６２、６６）にそれぞれ接続され、中間部にそれぞれ第３及び第４エアーバルブ（６０、６４）を備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子製造用化学気相蒸着装置。
前記サンプリングマニフォルド（５０）の第１アイソレーションバルブ（６８）と第２アイソレーションバルブ（７０）との間には、ＣＭ（ＣａｐａｃｉｔａｎｃｅＭａｎｏｍｅｔｅｒ）ゲージ（７６）及び前記サンプリング用ポンプ（９０）が設置されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子製造用化学気相蒸着装置。
前記サンプリングマニフォルド（５０）の第１アイソレーションバルブ（６８）、第２アイソレーションバルブ（７０）及び第３アイソレーションバルブ（７２）のオリフィスは、それぞれ１００ミクロン、１００ミクロン及び２５０ミクロンに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子製造用化学気相蒸着装置。
前記廃ガス排気ライン（４２）のポンピング手段（４４）には、このポンピング手段（４４）を経由した廃ガスを洗浄するためのスクラバー（４６）がさらに設置されているとともに、前記サンプリング用ポンプ（９０）を経由したガスも同時に前記スクラバー（４６）を経由して排出されるようにすることを特徴とする請求項５に記載の半導体素子製造用化学気相蒸着装置。
前記ガス分析器（８０）は、質量分析器（８４）、ターボポンプ（８６）及びベーキング用ポンプ（８８）を内蔵したＲＧＡ−ＱＭＳ（ＲｅｓｉｄｕａｌＧａｓＡｎａｌｙｚｅｒ−ＱｕａｄｒｕｐｏｌｅＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ：四重極質量分析型の残留ガス分析計）であることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子製造用化学気相蒸着装置。
前記廃ガス排気ライン（４２）のポンピング手段（４４）には、このポンピング手段（４４）を経由した廃ガスを洗浄するためのスクラバー（４６）がさらに設置されているとともに、前記ベーキング用ポンプ（８８）を経由したガスも同時に前記スクラバー（４６）を経由して排出されるようにすることを特徴とする請求項８に記載の半導体素子製造用化学気相蒸着装置。
前記サンプリングマニフォルド（５０）は、エレクトロポリシング（ｅｌｅｃｔｒｏｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：電界研磨）処理されたステンレススチール材質の配管を使用することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子製造用化学気相蒸着装置。
工程チャンバー（１０）、前記工程チャンバー（１０）に工程ガスを供給するための複数個の工程ガス供給ライン（３４、３６、３８；２２）、前記工程チャンバー（１０）から工程実行後の廃ガスを除去する廃ガス排気ライン（４２）、前記工程チャンバーに洗浄ガスを供給するための洗浄ガス供給ライン（４０；２２）、前記工程チャンバー（１０）に接続されたサンプリングマニフォルド（５０）、及び前記サンプリングマニフォルド（５０）からのサンプリングガスを分析するガス分析器（８０）を備える半導体素子製造用化学気相蒸着装置の洗浄方法において、
前記サンプリングマニフォルド（５０）から前記工程チャンバー（１０）内のガスのサンプリングを開始する工程と、
前記ガス分析器（８０）の最初基本値を一定の水準以下に低く保持するために前記ガスをベーキングしながらアウトガシング（ｏｕｔｇａｓｓｉｎｇ：排ガス）する工程と、
前記各工程でガス供給ライン（３４、３６，３８；２２）のパーティクルの汚染評価を実施する工程と、
前記工程チャンバー（１０）内に収容された半導体ウェーハに対して所定の工程を実行する工程と、
前記工程が完了した後に前記ウェーハをアンローディングした後、前記工程チャンバー（１０）内の廃ガスを排気する工程と、
前記工程チャンバー（１０）に洗浄ガスをインシチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で供給しながら工程チャンバー（１０）内を洗浄する工程とを備え、
前記サンプリングを行わない場合には、前記サンプリングマニフォルド（５０）とガス分析器（８０）とにパージガスを利用して継続的にパージガスを供給することを特徴とする半導体素子製造用化学気相蒸着装置の洗浄方法。
前記洗浄ガスは、ＣｌＦ_３ガスであり、前記ガス分析器（８０）は質量分析器（８４）を内蔵したＲＧＡ−ＱＭＳ（四重極質量分析型の残留ガス分析計）であることを特徴とする請求項１１に記載の半導体素子製造用化学気相蒸着装置の洗浄方法。
前記サンプリングマニフォルド（５０）には、臨界オリフィスを設置して、前記サンプリングを行わない場合に前記パージガスを供給し、前記工程チャンバー内（１０）の圧力と同一に維持できるようにすることを特徴とする請求項１１に記載の半導体素子製造用化学気相蒸着装置の洗浄方法。
前記サンプリングマニフォルド（５０）には、前記ガス分析器（８０）に接続する配管（５４）の中間部に別途の配管ライン（７８）を有してサンプリング用ポンプ（９０）を設置してサンプリングガスの圧力を調節することを特徴とする請求項１１に記載の半導体素子製造用化学気相蒸着装置の洗浄方法。
前記工程ガス供給ライン（３４、３６、３８；２２）の汚染評価を実行する工程は、窒素ガスを前記各工程ガス供給ライン（３４、３６、３８；２２）に順次的に流して分析することで、リキッジ（ｌｅａｋａｇｅ：漏れ）の有無を更に確認することを特徴とする請求項１１に記載の半導体素子製造用化学気相蒸着装置の洗浄方法。
前記半導体ウェーハに対する所定の工程は、シリコンを含有した膜を形成する工程であることを特徴とする請求項１１に記載の半導体素子製造用化学気相蒸着装置の洗浄方法。
前記工程チャンバー内（１０）を洗浄する工程では、工程チャンバー（１０）内に付着した膜をエッチングするため内部の圧力と温度とを一定に維持しながら窒素ガス、及び洗浄ガスとしてのＣｌＦ_３ガスを一定に供給して実行することを特徴とする請求項１１に記載の半導体素子製造用化学気相蒸着装置の洗浄方法。
前記工程チャンバー（１０）内を洗浄する工程前後では、工程チャンバー（１０）内のパーティクルを測定する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の半導体素子製造用化学気相蒸着装置の洗浄方法。
前記工程チャンバー（１０）内を洗浄する工程前後では、工程チャンバー（１０）内の金属性／イオン性不純物を測定する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の半導体素子製造用化学気相蒸着装置の洗浄方法。