JP5198988B2

JP5198988B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP5198988B2
Application number: JP2008235959A
Authority: JP
Inventors: 典文森永
Original assignee: Renesas Electronics Corp
Current assignee: Renesas Electronics Corp
Priority date: 2008-09-16
Filing date: 2008-09-16
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2028-09-16
Also published as: JP2010073706A

Description

本発明は、ＣＶＤ装置におけるベント制御技術に関し、特に、低圧ＣＶＤ装置における成膜後の大気圧ベント制御に有効な技術に関する。

半導体装置の製造工程においては、気相、または基板表面での化学反応によって所望の薄膜を形成させる装置として、たとえば、縦型炉低圧ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置が広く用いられている。

この縦型炉低圧ＣＶＤ装置は、石英などからなる反応管内を減圧状態に保ちながら、１００枚程度の半導体ウエハに成膜処理を行う。反応管から半導体ウエハを取り出す際、反応管内が実大気圧からずれていると、圧力差起因による気流が発生してしまい、反応管への大気巻き込み、または反応管から外部への噴出が生じてしまい、反応管内の半導体ウエハへ異物が付着してしまい、致命的な欠陥をもたらす恐れがある。

それを防止するために、反応管に接続された排気管に圧力計を接続してモニタを行い、成膜処理が終了した半導体ウエハを取り出す際には、反応管内を窒素ガスなどによって大気圧に戻してから反応管の蓋を開き、該半導体ウエハを搬出する処理が行われている。

なお、この種のＣＶＤ装置においては、たとえば、成膜および待機前後の排気ライン切替えの際、排気ラインの排出部圧力と反応部圧力とを比較し、反応部の圧力変動を抑えるように制御して、反応管の圧力変動を最小限に抑えるものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２０００−２４３７０５号公報

ところが、上記のような低圧ＣＶＤ装置における半導体ウエハの搬出技術では、次のような問題点があることが本発明者により見い出された。

すなわち、反応管内の大気圧条件は、ベントバルブの開閉タイミング、圧力計の経時変化、反応温度、ベント用ガスの実流量、反応管の気密性、および反応管の脱ガス状態などによって変動しやすく、結果的に反応管内と実大気圧との間に圧力差が生じてしまい、反応管への大気巻き込み、あるいは反応管から外部への噴出などが発生してしまっているという問題がある。

本発明の目的は、半導体ウエハの搬出の際に反応管内と実大気圧との圧力差を大幅に縮小させることによって大気圧ベント条件を最適化することのできる技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

本発明は、低圧ＣＶＤ法によって成膜を行った後、低圧状態の反応管にベントガスを導入し、該反応管内の圧力を反応管が設置されるクリーンルーム内の実大気圧と同じ程度に制御する工程と、反応管内に気体を導入する大気ベントバルブよりも下流側のベント配管内の圧力をクリーンルーム内の実大気圧と同じ程度に制御する工程と、半導体ウエハを反応管に搬送、または搬出する搬送室内の圧力をクリーンルーム内の実大気圧と同じ程度に制御する工程と、反応管、ベント配管、および搬送室の内部圧力がクリーンルーム内の実大気圧と同じ程度に制御された後、大気ベントバルブを開放し、反応管内の半導体ウエハを搬出する工程を有したものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

（１）成膜後の半導体ウエハの取り出し時などに大気の巻き込みや噴出などによる異物の付着を大幅に減少させることができる。

（２）また、上記（１）により、高品質の半導体装置を製造することが可能となり、該半導体装置の信頼性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

図１は、本発明の一実施の形態による薄膜形成システムの構成例を示す説明図、図２は、図１の薄膜形成システムにおける薄膜形成処理の一例を示したフローチャートである。

本実施の形態において、薄膜形成システム１は、図１に示すように、縦型低圧ＣＶＤ装置２、および圧力測定制御部３から構成されている。縦型低圧ＣＶＤ装置２には、縦に配置され、低圧ＣＶＤ法により所望の薄膜を形成する反応管４が設けられている。

反応管４は、ヒータ室５内に設置されている。ヒータ室５には、該反応管４を外部より加熱するヒータ５ａが備えられている。反応管４の底部には、反応管４に後述するウエハボード７を出し入れするキャップ４ａが設けられている。

また、反応管４の下方には、搬送室６が設けられている。この搬送室６は、ウエハボード７に積載されている半導体ウエハ８をキャップ４ａを開閉することによって反応管４に搬送／搬出する。搬送室６には、半導体ウエハ８をカセット９とウエハボート７との間で移し換える搬送ロボット１０が備えられている。

反応管４には、反応ガス管（図示せず）、ベントガス供給配管１１、および排気管１２がそれぞれ接続されている。反応ガス管は、薄膜を形成する際に用いられる反応ガスを供給する。反応ガスは、反応ガス供給量制御部（図示せず）、およびベントガス供給バルブ１４を介して供給される。

また、ベントガス供給配管１１には、ベントガス供給量制御部１３、およびベントガス供給バルブ１４が接続されている。排気管１２には、主排気バルブ１５を介して真空ポンプ１６が接続されている。

排気管１２には、主排気バルブ１５よりも上流にベント配管であるベント配管１７が接続されており、該ベント配管１７は、大気ベントバルブとなるベントバルブ１８を介して、ベントガス排気量制御部１９が接続されている。

このベント配管１７には、ベントバルブ１８の下流にベント配管２０が接続されている。このベント配管２０は、ベントガス供給バルブ２１を介してベントガス供給量制御部２２が接続されている。

ベントガス供給量制御部１３、およびベントガス供給量制御部２２は、制御信号に基づいて、たとえば、窒素などのベントガスの流量制御を行う。

また、搬送室６、反応管４近傍の排気管１２、ならびにベントバルブ１８よりも下流側のベント配管１７には、圧力センサ２３〜２５がそれぞれ備えられている。圧力センサ２３は、搬送室６内の圧力を測定し、圧力センサ２４は、反応管４の圧力を測定する。さらに、圧力センサ２５は、ベント配管１７の圧力を測定する。

さらに、搬送室６には、ベントガス供給量制御部２６、および排気量制御部２７が設けられている。ベントガス供給量制御部２６は、制御信号に基づいて、搬送室６に窒素ガス、またはクリーンルーム内の空気を供給する。排気量制御部２７は、制御信号に基づいて、搬送室６の排気量を制御する。

圧力測定制御部３は、圧力測定部２８、および制御部２９から構成されている。圧力測定部２８は、圧力センサ２３〜２５が検出した圧力データを測定する。制御部２９は、薄膜形成システム１における本発明の制御、あるいはすべての制御を司るとともに、圧力測定部２８が判定した判定結果に基づいて、ベントガス供給バルブ１４、ベントバルブ１８、およびベントガス供給バルブ２１などの開閉制御や、ベントガス供給量制御部１３、ベントガス排気量制御部１９、ベントガス供給量制御部２２、ベントガス供給量制御部２６、ならびに排気量制御部２７などを制御信号によって制御する。

次に、本実施の形態における薄膜形成システム１の大気ベントの最適化について説明する。

図２は、薄膜形成システム１における薄膜形成処理の一例を示したフローチャートである。

まず、プロセスが開始されると、反応管４の蓋（図示せず）が開けられ（ステップＳ１０１）、反応管４内に半導体ウエハ８が搭載されたウエハボード７が搬送される（ステップＳ１０２）。

その後、キャップ４ａが閉じられ（ステップＳ１０３）、真空ポンプ１６によって反応管４内の真空引きが行われ（ステップＳ１０４）、所望の真空度に達すると、成膜処理が行われる（ステップＳ１０５）。

続いて、大気ベントが行われる（ステップＳ１０６）。この処理では、制御部２９が、ベントガス供給バルブ１４、およびベントガス供給バルブ２１を開く。このとき、主排気バルブ１５、ならびにベントバルブ１８は閉じられた状態となっている。

そして、制御部２９は、反応管４内、ベントバルブ１８よりも下流のベント配管１７内、ならびに搬送室６にベントガスが供給されるように制御を行う。このとき、圧力センサ２３〜２５は、反応管４内、ベントバルブ１８よりも下流のベント配管１７内、および搬送室６内の圧力を検出する。

検出結果は、圧力測定部２８によって測定され、制御部２９に出力される。制御部２９は、圧力測定部２８の測定結果に基づいて、ベントガス供給量制御部１３、ベントガス排気量制御部１９、ベントガス供給量制御部２２、ベントガス供給量制御部２６、および排気量制御部２７などを制御し、反応管４内、ベントバルブ１８よりも下流のベント配管１７内、および搬送室６内の圧力が予め設定された任意の圧力となるようにする。

そして、これら圧力センサ２３〜２５が任意の圧力となったことを検出すると、制御部２９は、ベントバルブ１８を開くように制御する。ここで、前述した任意の圧力は、クリーンルーム内の大気圧と同じ程度であり、たとえば、１０１３ｈＰａ±２０ｈＰａ程度とする。

このように、反応管４内、ベントバルブ１８よりも下流のベント配管１７内、および搬送室６内の圧力をクリーンルーム内の実大気圧と同じ程度とした後に大気ベントを行うことにより、大気巻き込み、または吹き出しなどによる半導体ウエハ８への異物付着などを大幅に低減することが可能となる。

そして、ベントバルブ１８を開いた後、反応管４のキャップ４ａが開けられて（ステップＳ１０７）、反応管４からウエハボード７が搬出され（ステップＳ１０８）、蓋が閉められて（ステップＳ１０９）プロセスが終了となる。

それにより、本実施の形態によれば、大気ベント条件を最適化することができるので、異物付着などによる欠陥を大幅に低減することができ、半導体装置の信頼性を向上させることができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記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種々変更可能であることはいうまでもない。

たとえば、前記実施の形態では、反応管４内、ベントバルブ１８よりも下流のベント配管１７内、および搬送室６内の圧力をクリーンルーム内の圧力と同じにしていたが、反応管４内とベントバルブ１８よりも下流のベント配管１７内との圧力をクリーンルーム内の圧力と同じ程度に制御するようにしてもよい。

また、反応管４内と搬送室６内の圧力をクリーンルーム内の圧力と同じ程度に制御してもよい。さらに、反応管４内の圧力を、ベントバルブ１８よりも下流のベント配管１７内、および搬送室６内の圧力よりも陽圧（たとえば、０．５Ｐａ程度）するようにしてもよい。

本発明は、ＣＶＤ装置における大気ベント条件の最適化の制御技術に適している。

本発明の一実施の形態による薄膜形成システムの構成例を示す説明図である。図１の薄膜形成システムにおける薄膜形成処理の一例を示したフローチャートである。

符号の説明

１薄膜形成システム
２縦型低圧ＣＶＤ装置
３圧力測定制御部
４反応管
４ａキャップ
５ヒータ室
５ａヒータ
６搬送室
７ウエハボード
８半導体ウエハ
９カセット
１０搬送ロボット
１１ベントガス供給配管
１２排気管
１３ベントガス供給量制御部
１４ベントガス供給バルブ
１５主排気バルブ
１６真空ポンプ
１７ベント配管
１８ベントバルブ
１９ベントガス排気量制御部
２０ベント配管
２１ベントガス供給バルブ
２２ベントガス供給量制御部
２３〜２５圧力センサ
２６ベントガス供給量制御部
２７排気量制御部
２８圧力測定部
２９制御部

Claims

低圧ＣＶＤ法によって成膜を行った後、反応管、前記反応管の大気ベントを行う大気ベントバルブよりも下流側のベント配管内、および半導体ウエハを前記反応管に搬送出する搬送室内にベントガスをそれぞれ導入する工程と、
前記ベントガスの導入により、前記反応管、前記下流側のベント配管内、および前記搬送室内の圧力が前記反応管が設置されるクリーンルーム内の実大気圧と同じ程度となると、前記大気ベントバルブを開いて前記反応管の大気ベントを行い、前記反応管内の前記半導体ウエハを搬出する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。