KR100431040B1 - Ｃｖｄ 장치 및 그 퍼지 방법 - Google Patents

Abstract

보수 후의 퍼지 처리를 효율적으로 행할 수 있는 동시에, 퍼지 처리의 완료를 확실하게 알 수 있어 퍼지 처리에 필요한 시간을 단축하여 CVD 장치의 작동을 행하므로, 보수 후의 가열 유통 퍼지 처리시에 열전도율이 높은 가스와 불활성 가스를 혼합한 가스를 퍼지 가스로서 사용한다. 반도체막 형성 전의 퍼지 처리는 진공 흡인과 불활성 가스의 도입을 복수회 반복하여 행한다. 또한, 반응실 내에서 부식성 가스 처리를 행하는 반도체 제조 장치의 적절한 보수 시기를 판단하기 위해, 상기 부식성 가스 처리를 행하고 있을 때에 상기 반응실(1)에 접속된 수분계(5)로 반응실(1) 내의 수분 농도를 계측하고, 부식성 가스 처리를 반복하여 행한 때의 수분 농도의 변화에 따라서 상기 반도체 제조 장치의 보수 시기를 결정한다. 또한, 수분 모니터링 장치 및 이를 구비한 반도체 제조 장치에 있어서, 배관의 폐쇄를 방지하여 프로세스 중에서도 부식성 가스의 수분을 계측하기 위해, 부식성 가스가 흐르게 되는 반응실(1)에 일단부가 접속된 배관(9)과, 상기 배관의 타단부에 접속되어 상기 반응실로부터 도입되는 부식성 가스에 포함되는 수분을 계측하는 수분계를 구비한 수분 모니터링 장치(25)는 적어도 상기 배관을 가열하는 배관 가열 기구(20)를 구비하고 있다.

Description

ＣＶＤ 장치 및 그 퍼지 방법{CVD APPARATUS AND PURGING METHOD THEREOF}

본 발명은 CVD 장치 및 그 퍼지 방법에 관한 것으로, 상세하게는 보수를 행한 후의 퍼지 처리에 필요한 시간을 단축할 수 있는 CVD 장치의 구성 및 그 퍼지 방법에 관한 것이다.

또한 본 발명은 예를 들어 반응실 내에 배치한 실리콘 기판 상에 부식성 가스를 이용하여 에피택셜(epitaxial) 성장 등을 행할 때, 프로세스 중의 부식성 가스에 포함되는 수분을 계측하는 수분 모니터링 장치 및 이를 구비한 반도체 제조 장치 및 반도체 제조 장치의 보수 시기 판단 방법에 관한 것이다.

CVD 장치는 반응실(리액터) 내로 도입한 반도체 재료 가스를 기판(웨이퍼)에서 화학 반응시킴으로써, 웨이퍼 상에 반도체막을 성장시키는 장치이다. 그러나, 모든 재료 가스를 웨이퍼 상에서 반응시키는 것은 실질적으로 불가능하므로, 리액터 내벽면 각 부위에 부(副)생성물이 부착된다. 이러한 부생성물이 미립자(particle) 등으로서 막 성장시에 영향을 끼쳐 양질의 막의 형성을 방해하므로, 리액터 내벽면의 청정 작업(보수)을 행할 필요가 있다.

예를 들어, 후막(厚膜)을 성장시키는 CVD 장치에서는 3 내지 4일에 한번 정도의 보수를 필요로 한다. 그런데, 보수에서는 장치를 대기 해방하여 알코올 등으로 세정하므로, 다량의 공기를 말려들게 하여 장치 내벽면에 수분이 흡착된다.

반도체막의 성장에 있어서 분위기 중에 수분이 존재하면, 반도체 재료 가스와 반응하여 금속 불순물을 생성하거나, 미립자를 발생하거나 하여 막 품질을 악화시킨다. 이로 인해, 보수 후에는 막을 성장시키기 전에 장치 내를 고순도 질소 등의 불활성 가스로 퍼지하여, 막 품질에 악영향을 끼치지 않을 정도까지 수분 농도를 저감시킬 필요가 있다.

그러나, CVD 장치는 내부가 매우 복잡한 형상을 하고 있으며, 또한 물분자의 흡착력이 매우 강하기 때문에, 보수 후의 수분 제거에 필요한 시간이 길어 장치 가동율에도 큰 영향을 끼치고 있었다.

퍼지를 포함하는 장치 보수의 시간을 단축하기 위해, 종래부터 진공 흡인이나 가열 퍼지(베이킹), 수소 사용 혹은 이들의 조합 등의 연구가 다양하게 이루어져 왔다. 그러나, 진공 흡인 및 베이킹의 조건이나 조합이 경험으로부터 결정되고있었기 때문에, 퍼지 방법의 최적화가 곤란했다.

또한, 어느 정도 퍼지를 행한 후에 막을 실제로 성장시키고, 그 품질의 평가로부터 퍼지 완료를 판단하고 있다. 이로 인해, 제품 레벨의 품질의 막을 얻게 되기까지의 성장으로, 재료 가스도 시간도 낭비가 되고 있었다. 이것을 무용 에피택셜이라 하지만, CVD 장치의 사용 이력이나 보수 형편에 따라 퍼지에 필요한 시간이 다르므로, 무용 에피택셜의 횟수가 대폭으로 늘어나는 경우도 있었다.

그리고, 최근 M0S 디바이스용의 실리콘 웨이퍼로서, 매우 낮은 저항율의 실리콘 기판 상에 소정의 불순물 농도로 단결정 실리콘 박막(에피택셜층)을 기상 성장시킨 에피택셜 웨이퍼가 에피택셜 결정 성장 장치에 의해 제조되고 있다. 이 장치는 챔버 내에 실리콘 기판을 배치하여 부식성의 소스 가스를 흘려, 기판 상에 에피택셜 성장을 행하는 것이다. 또, 이 장치에서는 챔버 내부에 부착한 폴리실리콘을 부식성 가스인 염화 수소에 의해 에칭하는 것도 행해진다.

또한, LSI 등의 반도체 제조 공정에서는 부식성 가스를 이용하여 기판 상에 박막을 형성하는 여러 가지의 CVD 장치 혹은 패터닝을 위한 에칭 장치가 이용되고 있다.

이들 반도체 제조 장치는 초고순도의 염화 수소 가스나 암모니아 가스와 같은 부식성 가스를 이용하지만, 그 중에 조금이라도 수분이 포함되어 있으면, 장치(프로세스 챔버 내부, 가스 공급계, 가스 배기계 등)에 사용되고 있는 금속 부품의 부식을 일으키기 쉬워져 금속 부분으로부터 발생하는 메탈(중금속)에 의해 오염의 원인이 되어 유해하다. 또한, 챔버 내에 도입된 수분은 챔버 내벽이나 배기 라인에 부착된 부생성물과 반응하여 미립자의 원인이 되는 경우도 있다. 이로 인해, 프로세스 챔버 내의 수분을 저감하는 여러 가지의 대책이 채택되고 있지만, 수분을 전혀 없게 하는 것은 곤란하며, 장치의 보수, 즉 프로세스 챔버의 해방, 내부 부재(석영 지그 등)의 세정 등을 정기적으로 행할 필요가 있다. 종래, 예를 들어 낱장식 CVD 장치의 경우, 보수 시기는 웨이퍼의 누계 처리 매수를 기준으로 판단하고 있었다.

그러나, 상기 종래의 보수 시기의 판단 방법에는 이하와 같은 과제가 남겨져 있다. 즉, 보수시의 작업 내용이나 챔버 해방 시간에 따라 보수를 행할 때마다 실제로 챔버 내로 도입된 수분량이 달라, 종래와 같이 보수 시기를 웨이퍼의 누계 처리 매수를 기준으로 판단하는 경우, 실제로 챔버 내에 도입된 수분과는 관계 없이 일정한 처리 횟수마다 보수가 행해져, 반드시 적절한 시기에 보수가 행해진다고는 할 수 없었다. 예를 들어, 전회 보수시에 상정되어 있는 양보다도 많은 수분이 도입되어 있었던 경우, 소정의 누계 처리 매수에 이르기까지 처리를 행하면 양질의 막질 등을 얻을 수 없게 될 우려가 있었다. 또한, 전회 보수시에 도입된 수분이 비교적 적은 경우, 실제로 필요로 하는 보수 시기보다 빠르게 보수가 행해지게 되어 보수 횟수가 많아지고, 작업 처리량의 저하를 초래하고 있었다.

또한, 프로세스 챔버 내의 수분을 저감하는 데 더하여, 챔버 내에 있어서의 부식성 가스의 수분을 고감도로 정량 분석하는 것이 요구되고 있다.

가스 중의 수분을 계측하는 수분계로서, 예를 들어 수정 진동자의 주파수 변화를 계측하는 수정 진동자법이나 가스 중의 수분을 흡착시켜 전기 용량 변화를 계측하는 정전 용량법에 의한 것 등이 알려져 있지만, 이러한 수분계는 직접 가스에 접촉할 필요가 있으므로 부식성 가스의 경우는 가스의 부식성에 의해 계측할 수가 없었다.

그래서, 최근 예를 들어 일본 특허 공개 평5-99845호 공보나 일본 특허 공개 평11-183366호 공보에 기재되어 있는 수분계, 즉 가스 중에 포함되는 미량의 불순물을 레이저 광을 이용하여 측정하는 적외 흡수 분광법을 이용한 레이저 수분계가 제안되어 있다. 이 레이저 수분계는 측정 셀 내에 부식성 가스를 도입하는 동시에 측정 셀 내에 소정의 파장을 갖는 레이저 광을 입사하여, 투과한 레이저 광을 해석함으로써 흡수 파장의 강도로부터 수분 등의 불순물을 검출하는 것이며, 부식성 가스를 흡착시킬 필요 등이 없어 고감도이면서 또한 고속으로 계측이 가능해지는 것이다.

그러나, 상기 종래의 수분계에 의한 계측 수단에서는 이하와 같은 과제가 남겨져 있다. 즉, 부식성 가스는 챔버 내에서 가열된 후에 일부가 샘플링 배관을 거쳐서 상기 수분계로 도입되지만, 수분계까지의 샘플링 배관 속에서 그 내벽에 부 반응 생성물이 부착, 퇴적되어 샘플링 배관을 폐쇄할 우려가 있었다. 이로 인해, 프로세스 중에 항상 부식성 가스 중의 수분을 계측하는, 즉 원위치(in-situ) 모니터링을 행하는 것이 곤란했다.

그래서, 본 발명의 제1 목적은 보수 후의 퍼지 처리를 효율적으로 행할 수 있는 동시에, 퍼지 처리의 완료를 확실하게 알 수 있어 퍼지 처리에 요하는 시간을 단축하여 CVD 장치의 작동을 신속히 행할 수 있는 CVD 장치 및 그 퍼지 방법을 제공하는 것이다.

그리고, 본 발명의 제2 목적은 적절한 보수 시기를 판단할 수 있는 반도체 제조 장치의 보수 시기 판단 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 제3 목적은 배관의 폐쇄를 방지하여, 프로세스 중에서도 부식성 가스의 수분을 계측할 수 있는 수분 모니터링 장치 및 이를 구비한 반도체 제조 장치를 제공하는 것이다.

도1은 본 발명의 CVD 장치의 일 형태를 도시한 계통도.

도2는 질소 가스만을 사용하여 베이킹 퍼지를 행하고 있는 동안의 물분자 배출량의 경시 변화를 도시한 도면.

도3은 질소 수소 혼합 가스를 사용하여 베이킹 퍼지를 행하고 있는 동안의 물분자 배출량의 경시 변화를 도시한 도면.

도4는 배치 퍼지의 횟수와 배기 가스 중의 물분자량의 경시 변화와의 관계를 도시한 도면.

도5는 본 발명에 관한 반도체 제조 장치의 보수 시기 판단 방법의 일 실시 형태에 있어서의 에피택셜 결정 성장 장치를 도시한 개략적인 전체 평면도.

도6은 본 발명에 관한 반도체 제조 장치의 보수 시기 판단 방법의 일 실시 형태에 있어서의 프로세스용 수분계의 구성을 도시한 단면도.

도7은 본 발명에 관한 반도체 제조 장치의 보수 시기 판단 방법의 일 실시형태에 있어서의 성막 처리를 반복했을 때에 계측된 수분 농도의 변화를 도시한 그래프.

도8은 본 발명에 관한 수분 모니터링 장치 및 이를 구비한 반도체 제조 장치의 일 실시 형태에 있어서의 에피택셜 결정 성장 장치를 도시한 개략적인 전체 평면도.

도9는 본 발명에 관한 수분 모니터링 장치 및 이를 구비한 반도체 제조 장치의 일 실시 형태에 있어서의 수분 모니터링 장치의 구성을 도시한 배관도.

도10은 본 발명에 관한 수분 모니터링 장치 및 이를 구비한 반도체 제조 장치의 일 실시 형태에 있어서의 레이저 수분계의 구성을 도시한 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110 : CVD 장치 본체부

111 : 플로우 채널

112 : 리액터

113 : 글러브 박스

114 : 서셉터

115 : 챔버

121 : 재료 가스 공급 경로

122 : 불활성 가스 공급 경로

123 : 고열전도율 가스 공급 경로

124, 125 : 퍼지 가스 공급 경로

131 : 리액터 배기 경로

132 : 글러브 박스 배기 경로

133 : 주 배기 경로

134 : 분석 경로

135 : 진공 배기 경로

141 : 수분계

141a : 셀

142 : 진공 펌프

143 : 제해 장치

상기 제1 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 CVD 장치는 기판을 설치한 리액터(반응실) 내에 반도체 재료 가스를 공급하여 상기 기판 상에 반도체막을 형성하는 CVD 장치에 있어서, 상기 리액터에 상기 반도체 재료 가스를 공급하는 재료 가스 공급 경로와, 퍼지용 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 경로와, 퍼지 가스에 혼합하는 수소, 헬륨 등의 열전도율이 높은 가스를 공급하는 고열전도율 가스 공급 경로를 접속하는 동시에, 리액터로부터 배출되는 가스 중의 수분량을 측정하는 수분계와, 리액터 내를 진공 배기하기 위한 진공 펌프를 설치한 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 상기 제1 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 CVD 장치의 퍼지 방법은 기판을 설치한 리액터 내에 반도체 재료 가스를 공급하여 상기 기판 상에 반도체막을 형성하는 CVD 장치의 퍼지 방법에 있어서, 보수 후의 퍼지 처리에서는 가열 유통 퍼지 처리시에 사용하는 퍼지 가스로서, 수소, 헬륨 등의 열전도율이 높은 가스와 불활성 가스를 혼합한 가스를 이용하는 것을 특징으로 하고, 또한 반응실 내의 진공 흡인과 불활성 가스의 도입을 복수회 반복하는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 CVD 장치 및 CVD 장치의 퍼지 방법에 따르면, 리액터의 퍼지 처리를 효율적으로 행할 수 있고, 또한 막 성장을 개시하는 타이밍을 확실하게 알 수 있으므로, CVD 장치의 가동 효율의 향상이나 무용 에피택셜의 해소를 도모할 수 있어, 재료 가스의 낭비나 시간의 낭비를 삭감할 수 있다.

상기 제2 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 반도체 제조 장치의 보수 시기 판단 방법은 반응실 내에서 부식성 가스 처리를 행하는 반도체 제조 장치의 보수 시기를 판단하는 방법으로써, 상기 부식성 가스 처리를 행하고 있을 때 상기 반응실에 접속된 수분계로 반응실 내의 수분 농도를 계측하고, 부식성 가스 처리를 반복하여 행한 때의 상기 수분 농도의 변화에 따라서 상기 보수 시기를 결정하는 것을 특징으로 한다.

이 반도체 제조 장치의 보수 시기 판단 방법에서는 부식성 가스 처리를 행하고 있을 때에 반응실에 접속된 수분계로 반응실 내의 수분 농도를 계측하고, 부식성 가스 처리를 반복하여 행한 때의 수분 농도의 변화에 따라서 보수 시기를 결정하므로, 상기 수분 농도가 실제로 반응실 내로 도입된 수분량에 대응하여 변화하기 때문에, 적절한 보수 시기를 정확히 판단할 수 있다. 따라서, 장치의 양호한 상태를 항상 유지할 수 있는 동시에, 보수 횟수의 저감 및 보수 시기의 연장이 가능해져 작업 처리량의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 본 발명의 반도체 제조 장치의 보수 시기 판단 방법은 상기 수분 농도의 변화에 의거하여 상기 반응실 내에 도입된 전회의 보수로부터의 수분의 누계량을 산출하고, 상기 누계량에 따라서 상기 보수 시기를 결정하는 것이 바람직하다.

이 반도체 제조 장치의 보수 시기 판단 방법에서는 수분 농도의 변화로부터 산출한 수분의 누계량에 따라서 보수 시기를 결정하므로, 실제로 반응실 내에 도입된 수분량을 정확하게 예측할 수 있어 용이하게 적절한 보수 시기를 판단할 수 있다.

또한, 본 발명의 반도체 제조 장치의 보수 시기 판단 방법은 상기 부식성 가스 처리를 행하고 있을 때에 상기 반응실에 접속된 압력계로 반응실 내의 압력을 계측하고, 부식성 가스 처리를 반복하여 행한 때의 상기 압력의 변화와 상기 수분의 누계량에 따라서 상기 보수 시기를 결정하는 것이 바람직하다.

이 반도체 제조 장치의 보수 시기 판단 방법에서는 반응실 내의 압력의 변화와 수분의 누계량에 따라서 보수 시기를 결정하므로, 반응실 내의 압력 변화로부터 배기계의 배관의 유통 상태, 예를 들어 폐쇄했을 때에 발생하는 압력 변동 등이 검출되고, 이것을 수분 농도에 더해 고려함으로써 보다 더 적절한 보수 시기를 결정할 수 있다.

또한, 본 발명의 반도체 제조 장치의 보수 시기 판단 방법은 상기 수분계가 상기 반응실에 접속된 관형 셀 본체 내에 레이저 광을 입사시켜 투과한 레이저 광의 흡수 스펙트럼을 측정하는 레이저 수분계인 것이 바람직하다.

최근, 부식 가스 중의 수분 농도를 측정하는 수단으로서, 예를 들어 일본 특허 공개 평5-99845호 공보나 일본 특허 공개 평11-183366호 공보 등에, 프로세스챔버에 접속된 관형 셀 본체 내에 레이저 광을 입사시켜 투과한 레이저 광의 흡수 스펙트럼을 측정하는 레이저 수분계가 제안되어 있다. 이 레이저 수분계는 가스에 비접촉으로 측정 가능하므로 부식성 가스라도 고정밀도로 측정할 수 있는 것이다. 즉, 상기 반도체 제조 장치의 보수 시기 판단 방법에서는 수분계로서 상기 레이저 수분계를 이용하므로, 프로세스 중에 있어서도 반응실 내의 수분 농도를 정확히 측정하는 것이 가능해져 보다 더 고정밀도로 보수 시기를 결정할 수 있다.

상기 제3 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 수분 모니터링 장치에서는 부식성 가스가 흐르게 되는 반응실에 일단부가 접속된 배관과, 상기 배관의 타단부에 접속되어 상기 반응실로부터 도입되는 부식성 가스에 포함되는 수분을 계측하는 수분계를 구비한 수분 모니터링 장치로써, 적어도 상기 배관을 가열하는 배관 가열 기구를 구비하고 있는 기술이 채용된다.

이 수분 모니터링 장치에서는 적어도 배관을 가열하는 배관 가열 기구를 구비하고 있으므로, 배관을 가열하여 소정의 고온 상태로 할 수 있고, 반응실에서 가열된 부식성 가스가 배관 부분에서 급속히 냉각되어 배관 내에 부반응 생성물이 부착, 퇴적되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 배관이 폐쇄되는 것을 방지할 수 있어 프로세스 중에서도 항상 수분을 계측하는 것이 가능해진다.

상기 수분 모니터링 장치에 있어서, 상기 배관 가열 기구는 상기 배관의 외주에 권취된 전열선으로 할 수 있다.

이 수분 모니터링 장치에서는 배관 가열 기구가 배관의 외주에 권취된 전열선을 구비하고 있으므로, 간단하고 용이한 구성으로 배관을 가열할 수 있고, 전열선에 공급하는 전류를 조정하는 것만으로 용이하게 배관의 온도를 조정할 수 있다.

또, 이 전열선을 내열성의 절연재로 덮어, 단열성·보온성을 향상시켜도 상관 없다.

상기 수분 모니터링 장치에 있어서, 상기 수분계는 상기 배관의 타단부에 접속된 관형 셀 본체 내에 레이저 광을 입사시켜 투과한 레이저 광의 흡수 스펙트럼을 측정하는 레이저 수분계로 할 수 있다.

이 수분 모니터링 장치에서는 수분계가 상기 배관의 타단부에 접속된 관형 셀 본체 내에 레이저 광을 입사시켜 투과한 레이저 광의 흡수 스펙트럼을 측정하는 레이저 수분계이므로, 부식성 가스라도 고정밀도로 수분의 정량 분석이 가능해진다.

상기 수분 모니터링 장치에 있어서, 상기 수분계는 상기 관형 셀 본체를 가열하는 셀 가열 기구를 구비하고 있어도 좋다.

이 수분 모니터링 장치에서는 수분계가 관형 셀 본체를 가열하는 셀 가열 기구를 구비하고 있으므로, 관형 셀 본체도 가열되어 그 내부에 부 반응 생성물이 부착, 퇴적되는 것을 막을 수 있어, 항상 고감도인 측정이 가능해진다. 따라서, 프로세스 중에서도 고감도이면서 또한 고속으로 수분의 정량 분석이 가능해져, 부식성 가스에 의한 결정 성장, 박막 형성 및 에칭 등의 품질이나 조건과 수분량과의 상관 관계를 고정밀도로 얻을 수 있어 고품질인 반도체 기판이나 반도체 소자 등의 반도체 장치를 제조할 수 있다.

상기 수분 모니터링 장치에 있어서, 상기 수분계는 가열된 상기 부식성 가스의 온도에 따라서 측정 감도가 조정되도록 구성해도 좋다.

수분계에는 측정 대상 가스의 온도가 변화되면, 그 측정 감도가 변동하는 것이 있으며, 특히 레이저 수분계 등의 고정밀도 측정이 요구되는 것에서는 온도의 영향을 무시할 수 없다. 그러나, 이 수분 모니터링 장치에서는 가열된 부식성 가스의 온도에 따라서 수분계의 측정 감도가 조정되고 있으므로, 배관 가열 기구 등에 의해 측정 대상인 부식성 가스의 온도가 변하더라도 조정·교정된 수분계의 측정 감도에 의해 고정밀도로 수분 농도를 측정할 수 있다.

상기 제3 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 반도체 제조 장치에서는 반응실 내의 기판 상에 부식성 가스를 흘려 기판 표면에서 부식성 가스를 반응시키는 반도체 제조 장치로써, 상기 수분 모니터링 장치를 구비하고 있다.

이 반도체 제조 장치에서는 상기한 수분 모니터링 장치를 구비하고 있으므로, 프로세스 중에서도 고감도로 수분의 정량 분석이 가능해져 부식성 가스에 의한 결정 성장, 박막 형성 및 에칭 등의 품질이나 조건과 수분량과의 상관 관계를 고정밀도로 얻을 수 있다.

이 반도체 제조 장치에 있어서, 상기 반응실에 밀폐 공간을 거쳐서 상기 기판을 반송하는 기판 반송계를 설치하고, 상기 기판 반송계에 상기 수분계와는 별도로 상기 밀폐 공간 내의 수분을 계측하는 수분계를 설치해도 좋다.

이 반도체 제조 장치에서는 기판 반송계가 상기 수분계와는 별도로 밀폐 공간 내의 수분을 계측하는 수분계를 구비하고 있으므로, 기판을 기판 반송계에서 반응실로 반입할 때, 기판 반송계의 밀폐 공간 내의 수분을 별개로 측정하여 확인할수 있어 상기 밀폐 공간 내의 수분이 부주의하게 반응실로 유입해 버리는 것을 막을 수 있게 된다.

가. CVD 장치 및 CVD 장치의 퍼지 방법

도1은 본 발명의 CVD 장치의 일 형태예를 도시한 계통도이다. CVD 장치 본체부(110)는 내부에 플로우 채널(111)을 설치한 리액터(112)와, 상기 리액터(112)에 연속 설치한 글러브 박스(113)와, 서셉터(114)의 회전 기구나 히터 등을 수납한 챔버(115)를 가지고 있다.

리액터(112)에는 반도체막을 형성하기 위한 반도체 재료 가스를 공급하는 재료 가스 공급 경로(121)와, 퍼지용 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 경로(122)와, 퍼지 가스에 혼합하는 수소, 헬륨 등의 열전도율이 높은 가스를 공급하는 고열전도율 가스 공급 경로(123)와, 리액터(112)로부터 가스를 배출하는 리액터 배기 경로(131)가 접속되어 있다. 또한, 글러브 박스(113) 및 챔버(115)에는 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급 경로(124, 125)가 각각 접속되어 있으며, 글러브 박스(113)에는 글러브 박스 배기 경로(132)가 접속되어 있다.

상기 리액터 배기 경로(131)는 주 배기 경로(133)로부터 분석 경로(134)와 진공 배기 경로(135)가 분기하고 있으며, 분석 경로(134)에는 리액터(112)로부터 배출되는 가스 중의 수분량을 측정하는 수분계(141)가 설치되고, 진공 배기 경로(135)에는 리액터(112) 내를 진공 배기하기 위한 진공 펌프(142)가 설치되어 있다. 이 주 배기 경로(133)의 하류측은 진공 펌프(142)로부터의 도출 경로(136), 수분계(141)로부터의 도출 경로(137) 및 상기 글러브 박스 배기 경로(132)가 합류한 후, 제해(除害) 장치(143)에 접속되어 있다.

상기 수분계(141)로서는 일시 계측 및 연속 계측이 가능한 수분계가 이용되고 있다. 또한, 보수 후라도 CVD 장치로부터 배출되는 가스에는 많은 반응 생성물이 포함되어 있으며, 베이킹에 의해 증발한 반응 생성물이 냉각되면 재부착하므로, 수분계(141)의 검지 부분[셀(141a)]은 비접촉인 것, 배기 가스 유통부를 가열할 수 있는 것이 바람직하다. 또, CVD 장치의 대부분은 내(耐)가압 설계가 아니라, 퍼지 중에 있어서도 내부가 상압(常壓) 이하이므로, 그곳으로부터 샘플링할 수 있는 것으로 한다. 이들의 조건을 충족시킨 단일의 수분계(141)로서는 광원인 레이저 및 검지부가 피측정 가스에 닿지 않는 데다가, 피측정 가스의 유로를 모두 가열할 수 있어 셀(141a)의 후방단에 진공 펌프(도시하지 않음)를 구비하고 있는 근적외 흡수 분광 분석법을 이용한 레이저 분광계를 들 수 있다.

막 성장시의 CVD 장치는 서셉터(114) 상에 적재한 웨이퍼(도시하지 않음)를 소정 온도로 가열한 상태에서 재료 가스 공급 경로(121)로부터 소정 조성의 반도체 재료 가스를 리액터(112) 내에 공급하여, 웨이퍼 상에 반도체막을 성장시키고 있다. 이 때, 리액터(112)로부터 배출되는 배기 가스는 리액터 배기 경로(131), 필터(151), 밸브(152), 예비 필터(153), 밸브(154)를 통과해 제해 장치(143)을 통하여 배출된다. 또한, 퍼지 가스 공급 경로(124, 125)로부터는 글러브 박스(113) 및 챔버(115) 내를 청정한 상태로 유지하기 위한 퍼지 가스가 각각 도입되어 있으며, 글러브 박스(113) 내의 가스는 글러브 박스 배기 경로(132)로부터 밸브(155)를 지나서 상기 주 배기 경로(133)의 배기 가스에 합류하고, 챔버(115) 내의 가스는 연통 상태의 리액터(112) 내로 유입하여 상기 배기 가스와 함께 배출된다.

보수 작업에 의해 대기 개방된 후의 퍼지 처리는, 우선 각 공급 경로의 밸브를 폐쇄 상태로 하고, 상기 밸브(152) 및 분석 경로(134)의 밸브(156)를 폐쇄하는 동시에, 진공 배기 경로(135)의 밸브(157)를 개방한 상태에서 진공 펌프(142)를 작동시켜 리액터(112) 내를 진공 배기하는 조작(진공 퍼지)과, 불활성 가스 공급 경로(122)로부터 불활성 가스, 예를 들어 질소 가스를 리액터(112) 내로 도입하여 압력을 복귀시키는 조작을 반복하는 배치 퍼지를 행한다. 이 때, 수분계(141)의 셀(141a)에는 경로(141b)로부터 공급되는 고순도 질소 등을 유통시킨 상태로 해 둔다. 다음에, 불활성 가스 공급 경로(122)로부터 불활성 가스, 예를 들어 질소 가스를 공급하는 동시에, 고열전도율 가스 공급 경로(123)로부터 열전도율이 높은 가스, 예를 들어 수소 가스를 공급하여 리액터(112) 내를 소정 온도로 가열하여 가열 유통 퍼지(베이킹 퍼지)를 행한다. 이 때, 진공 펌프(142)를 정지하여 밸브(157)를 폐쇄, 그리고 밸브(156)를 개방 상태로 하고, 또한 수분계(141)의 밸브(158, 159)를 개방하여 배기 가스의 일부를 수분계(141)로 도입하여, 배기 가스 중의 수분량을 연속적으로 측정한다. 그리고, 상기 배치 퍼지와 베이킹 퍼지를 배기 가스 중의 수분량이 소정 농도 이하가 될 때까지 반복하여 행한다.

이와 같이, 퍼지 가스 공급 경로로서 불활성 가스 공급 경로(122)와 고열전도율 가스 공급 경로(123)를 설치해 두고, 베이킹 퍼지 처리시에 불활성 가스와 열전도율이 높은 가스를 적당히 혼합한 퍼지 가스를 이용함으로써, 불활성 가스만을 이용하여 퍼지 처리를 행하는 경우에 비해, 퍼지 처리에 필요한 시간을 대폭 단축시킬 수 있다. 또, 불활성 가스와 열전도율이 높은 가스와의 혼합 비율은 실제의 막 형성 조건에 따라서 적절히 설정할 수 있다.

그리고, 배기 가스 중의 수분량을 연속적으로 측정하는 수분계(141)를 설치해 둠으로써, 퍼지 처리의 종료점을 확실히 알 수 있다. 또한, 진공 펌프(142)를 설치하여 막 형성 전에 있어서의 리액터(112)의 퍼지 처리를 퍼지 가스 도입과 진공 퍼지로 이루어지는 배치 퍼지를 복수회 반복하여 행함으로써, 단시간에 효율적으로 퍼지 처리를 행할 수 있다.

또, 상기 배치 퍼지와 베이킹 퍼지를 적절히 조합함으로써, CVD 장치의 상태에 따른 최적의 퍼지 처리를 행할 수 있다.

<실시예>

우선, 종래의 불활성 가스만을 이용한 퍼지 처리와, 불활성 가스 및 열전도율이 높은 가스의 혼합 가스를 이용한 퍼지 처리에 있어서의 퍼지 효과를 비교했다. 미리 리액터(112)로부터 배출되는 가스 중의 수분 농도가 0.1ppm 이하가 되기까지 충분히 퍼지를 행한 후, 질소 가스를 유통시키면서 리액터(112)와 글러브 박스(113) 사이의 도어를 실제의 막 형성 운전시에 있어서 웨이퍼를 설치할 때의 표준적인 시간인 15분간 개방했다.

그리고, 상기 도어를 폐쇄한 후, 리액터(112) 내에 퍼지 가스로서 질소 가스만을 유통시키고, 배기 가스 중의 물분자 배출량이 안정되고 나서 히터를 1200℃까지 가온(加溫)하고, 40분 경과 후에 히터의 가온을 정지하여 온도를 서서히 저하시켰다. 이 베이킹 퍼지를 행하고 있는 동안의 배기 가스 중의 수분량을 측정했다.그 결과를 도2에 도시한다. 또, 질소 가스의 공급량(1분간의 유량)은 퍼지 개시로부터 14분까지는 24리터, 14분부터 15분까지는 34리터, 15분부터 55분까지는 38리터, 55분 이후는 184리터로 했다.

또한, 베이킹 퍼지시의 퍼지 가스로서, 질소 가스와 수소 가스를 혼합한 질소 수소 혼합 가스를 사용하고, 마찬가지로 하여 배기 가스 중의 수분량을 측정했다. 그 결과를 도3에 도시한다. 이 때의 질소, 수소 각 가스의 공급량(1분간의 유량)은 퍼지 개시로부터 11분까지는 질소 20리터, 수소 4리터로 하고, 11분부터 12분까지는 질소 30리터, 수소 4리터로 하고, 12분부터 53분까지는 질소 78리터, 수소 60리터로 하고, 53분 이후는 질소만 184리터로 했다.

또, 도2, 도3에 있어서의 수분량은 퍼지 가스의 유량 조건의 차이를 무시하므로, 단위 시간당의 물분자 배출량으로 나타내고 있다. 또한, 글러브 박스(113) 내는 항상 퍼지 가스 공급 경로(124)로부터의 고순도 질소가 유통하고 있으며, 내부의 수분 농도는 일정하게 되어 있다.

도2와 도3을 비교하면, 물분자의 배출량은 가열 개시후 15분 정도에서 피크를 맞이할 때까지 급상승하고, 그 후 1200℃를 유지하고 있는 동안은 서서히 감소하고 있다. 또, 가열 중의 물분자 배출량은 질소쪽 만이 적고, 가열 정지 후의 물분자 배출량은 질소 수소 혼합 가스쪽이 적어지고 있다.

가열 정지(항복 개시)로부터 물분자 배출량이 2×10¹⁷[개/min] 레벨에 도달하기까지의 시간은 질소 수소 혼합 가스쪽이 10분 이상 빠르며, 퍼지 처리에 요하는시간을 단축할 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 수소의 열전도율이 질소에 비해 10배 정도 크기 때문에, 동일한 히터 온도라도 리액터 벽면이나 주변 세부의 온도가 질소 수소 혼합 가스쪽이 높아져 이탈하는 수분량이 증가하므로, 100분간의 측정 중에 배출된 물분자의 총수는 질소만의 경우가 3.94 × 10²⁰[개]였던 데 반해, 질소 수소 혼합 가스의 경우는 8.20 × 10²⁰[개]로 증가하고 있었다. 즉, 열전도율이 높은 수소를 퍼지 가스에 혼합하여 퍼지 가스의 열전도율을 높임으로써, 베이킹 퍼지의 효율을 향상할 수 있는 것을 알 수 있다. 이것은 수소와 마찬가지로 열전도율이 높은 헬륨을 이용해도 동일한 결과를 얻을 수 있다.

다음에, 진공 퍼지를 병용한 배치 퍼지의 반복 효과를 확인하는 실험을 행하였다. 상기와 마찬가지로, 배기 가스 중의 수분 농도가 0.1ppm 이하가 될 때까지 퍼지를 행한 후, 리액터(112)와 글러브 박스(113) 사이의 도어를 15분간 개방했다. 배치 퍼지 0회인 때는 도어를 폐쇄한 후, 리액터(112)에 매분 24리터의 질소 가스를 상온하에서 유통시킨 상태로 하여 배기 가스 중의 수분 농도를 측정했다.

배치 퍼지 1회인 때는 상기 도어를 폐쇄한 후, 질소 가스의 공급을 정지하여 리액터(112) 내가 6.65Pa가 될 때까지 진공 배기를 행하고, 그 후 매분 24리터의 질소 가스를 유통시켜 배기 가스 중의 수분 농도를 측정했다. 배치 퍼지 2회인 경우는 1회째의 진공 흡인 후에, 대기압이 될 때까지 질소 가스를 리액터(112) 내로 도입하여 10분간 완전히 봉쇄하고, 그 후에 2회째의 진공 흡인을 행하였다. 즉, 도어 개폐, 진공 흡인, 질소 가스 도입, 대기압으로 유지, 진공 흡인, 질소 가스 도입·유통의 순서로 행하였다.

상기 도어를 폐쇄한 때를 개시점으로 하여, 배치 퍼지 0회, 1회, 2회인 때의 각각의 수분 농도의 변화를 도4에 도시한다. 도4로부터 명백한 바와 같이, 진공 흡인에 요하는 시간을 고려해도, 배치 퍼지를 행함으로써 퍼지 처리(드라이 다운)에 요하는 시간을 단축할 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 1회보다도 2회 반복함으로써 그 효과가 큰 것을 알 수 있다.

이 때, 수분계(141)로 수분량을 연속적으로 측정함으로써, 배치 퍼지를 2회 반복한 때에는 약 110분 경과한 때에 배기 가스 중의 수분량이 0.1ppm 이하로 된 것을 알 수 있으므로, 이 시점에서 통상의 막 생성 조작을 개시할 수 있다. 또한, CVD 장치의 사용 이력에 따라 퍼지 효과에 차이가 있는 경우라도, 퍼지 처리의 종료를 확실하게 알 수 있으므로 종래의 무용 에피택셜을 대부분 없애는 것도 가능해진다.

나. 반도체 제조 장치의 보수 시기 판단 방법

이하, 본 발명에 관한 반도체 제조 장치의 보수 시기 판단 방법의 일 실시 형태를 도5 내지 도7을 참조하면서 설명한다.

이들 도면에 있어서, 부호 1은 프로세스 챔버, 2는 반송용 챔버, 3은 반입 로드록실, 4는 반출 로드록실, 5는 프로세스용 수분계를 도시하고 있다.

도5는 본 발명의 반도체 제조 장치를 예를 들어 낱장식의 에피택셜 결정 성장 장치에 적용한 경우를 도시한 것이다. 상기 에피택셜 결정 성장 장치는 도5에 도시한 바와 같이, 내부에 실리콘 기판(기판)(W)이 배치되는 중공 형상의 기밀 용기인 3개의 석영으로 된 프로세스 챔버(반응실)(1)와, 이들 프로세스 챔버(1) 내에 실리콘 기판(W)을 반입할 때에 내부의 밀폐 공간에서 분위기의 치환을 행하는 반송용 챔버(2)와, 상기 반송용 챔버(2)에 프로세스 전의 실리콘 기판(W)을 반입하는 반입 로드록실(3) 및 반송용 챔버(2)로부터 프로세스 후의 실리콘 기판(W)을 취출하기 위한 반출 로드록실(4)을 구비하고 있다.

상기 각 프로세스 챔버(1)에는 그 프로세스 챔버(1)에 도입된 가스를 샘플링하여 가스 중에 포함되는 수분을 계측하는 프로세스용 수분계(5)와 프로세스 챔버(1) 내의 압력을 계측하는 압력계(7)가 설치되어 있다.

또한, 반송용 챔버(2) 내에도 내부 분위기 중의 수분을 계측하는 반송계 수분계(6)가 설치되어 있다. 상기 반송계 수분계(6)는 예를 들어 정밀도 및 응답 속도가 높은 후술하는 수분계 본체(10)와 동일한 것을 갖는 레이저 수분계가 바람직하지만, 알루미나 컨덴서 등에 수분을 흡착시켜 그 전기 용량의 변화를 계측하는 정전 용량 방식의 수분계나 질량 분석법을 이용한 수분계 등이라도 상관 없다.

상기 프로세스 챔버(1)는 부식성 가스 등의 가스 공급원(도시 생략)에 접속되어 상기 가스 공급원으로부터의 가스(SiCl₂H₂, SiCl₃H, HCl, H₂, N₂, B₂H₆, PH₃등) 가 도입 가능하게 되어 있는 동시에, 가스 배기계를 거쳐서 배기 가스 처리 설비(도시 생략)에 접속되어 프로세스 챔버(1) 내에서 반응에 제공된 후의 부식성 가스 등을 배기 가스 처리 설비에 배기 가능하게 되어 있다.

상기 프로세스용 수분계(5)는 도6에 도시한 바와 같이, 프로세스 챔버(1)의가스 배기계 및 밸브(도시 생략)를 거쳐서 일단부가 접속된 샘플 라인인 샘플링 배관(9)과, 상기 샘플링 배관(9)의 타단부에 접속되어 프로세스 챔버(1)로부터의 부식성 가스에 포함되는 수분을 계측하는 수분계 본체(10)와, 상기 수분계 본체(10)의 후단부에 접속관(11)을 거쳐서 접속된 로터리 펌프(12)를 구비하고 있다.

상기 수분계 본체(10)는 하우징 부재(10a) 내에 관형 셀 본체(19)가 설치되고, 상기 관형 셀 본체(19)에는 일단부측에 샘플링 배관(9)이 접속되어 있는 동시에 타단부측에 접속관(11)이 접속되어 있다. 관형 셀 본체(19)는 양단부에 투광성 창 부재(19a)가 장착되고, 한쪽의 투광성 창 부재(19a)의 외측에는 적외 레이저 광(L)(파장 1.3 내지 1.55㎛)을 발생하는 파장 가변 반도체 레이저(LD)가 대향하여 설치되고, 다른쪽 투광성 창 부재(19a)의 외측에는 관형 셀 본체(19) 내를 투과한 적외 레이저 광(L)을 수광(受光)하여 그 수광 강도를 전기 신호로 변환하는 광검출기(PD)가 대향하여 설치되어 있다.

또, 상기 샘플링 배관(9) 및 상기 접속관(11)에는 전류 공급원(도시 생략)에 접속된 리본 히터(20)가 권취되고, 또한 그 위에 실리콘 고무의 단열재(21)가 권취되어 있다. 또, 리본 히터(20)는 흐르는 전류가 조정되어 샘플링 배관(9) 및 접속관(11)을 100℃ 이상으로 가열하여, 이들 배관 내의 부생성 반응물의 부착을 억제하는 것이다.

그리고, 수분계 본체(10)의 관형 셀 본체(19) 및 투광성 창 부재(19a)에도 이들을 가열하는 전열선을 주로 한 셀용 히터(22)가 부착되어 100℃ 이상으로 가열된다. 또한, 수분계 본체(10)는 리본 히터(20) 및 셀용 히터(22)에 의해 100℃ 이상으로 가열된 가스의 온도에 따라서 그 측정 감도의 조정·교정이 미리 행해지고 있다.

다음에, 본 실시 형태에 있어서의 에피택셜 결정 성장 장치의 보수 시기 판단 방법에 대해 도7을 이용하여 설명한다.

우선, 상기 성장 장치를 이용하여 실리콘 기판(W)에 에피택셜 성장을 행하는 공정에 대해 설명하면, 실리콘 기판(W)을 반입 로드록실(3)로부터 반송용 챔버(2) 내로 반입하고, 반송용 챔버(2) 내의 분위기를 N₂등의 불활성 가스로 치환하는 동시에, 반송계 수분계(6)로 분위기 중의 수분을 계측하여 충분히 수분이 저감된 상태를 확인한 후에, 프로세스 챔버(1) 내로 실리콘 기판(W)을 반송한다.

프로세스 챔버(1) 내부는, 프로세스 전에는 N₂등의 불활성 가스로 퍼지 상태로 되어 있지만, 반송용 챔버(2)로부터 반입한 실리콘 기판(W)을 배치하여 소정 온도까지 가열한 후, 소정의 부식성 가스 등을 도입하여 실리콘 기판(W)의 표면 상에 에피택셜 성장을 행한다. 이 때, 로터리 펌프(12)를 구동하는 동시에 샘플링 배관(9)의 밸브 등을 개방해 유입량을 조정하면서, 프로세스 챔버(1)에서 반응에 제공되어 가열된 부식성 가스 등의 일부를 샘플링 배관(9)을 거쳐서 수분계 본체(10)에 항상 도입한다.

샘플링된 가스는 수분계 본체(10) 내의 관형 셀 본체(19) 내로 유입하고, 반도체 레이저(LD)로부터의 적외 레이저 광(L)이 조사된다. 관형 셀 본체(19) 내의 가스를 투과한 적외 레이저 광(L)은 광검출기(PD)에서 수광되고, 그 수광량으로부터 얻은 흡수 스펙트럼 강도에 의해 가스 중의 수분 농도가 계측되고, 가스에 포함되는 수분의 정량 분석이 행해진다. 또, 관형 셀 본체(19)에 유입한 가스는 접속관(11), 로터리 펌프(12)를 거쳐서 배기계에 배출된다. 또한, 프로세스 챔버(1) 내의 압력은 압력계(7)에 의해 항상 계측되어 있다.

에피택셜 성장 종료 후에, 프로세스 챔버(1) 내를 불활성 가스로 치환하고, 또한 반송용 챔버(2)를 거쳐서 반출 로드록실(4)로부터 처리 완료된 실리콘 기판(W)을 반출한다.

상기 처리를 반복하여 복수매의 실리콘 기판(W)에 차례로 에피택셜 성장을 행하지만, 그 때에 프로세스 챔버(1)의 수분 농도를 도7에 도시한 바와 같이, 프로세스용 수분계(5)에 의해 항상 계측하여 그 이력을 기록해 둔다. 또, 도7에 있어서 1매의 성막 처리 중에 수분 농도의 대소 피크가 검출되고 있지만, 작은 피크는 실제 성막 중인 수분 농도이며, 큰 피크는 HCl(염화 수소)에 의해 챔버 내에 부착된 폴리실리콘을 에칭한 때의 수분 농도이다.

도7로부터도 알 수 있는 바와 같이, 처리 매수가 증가할 때마다 수분 농도는 서서히 작아져 간다. 이 수분의 감소량은 프로세스 챔버(1) 내에 실제로 도입되어 부식이나 미립자 등으로의 반응에 제공된 수분량에 상당한다고 고려되므로, 이 수분 농도의 변화(수분 농도의 감소)에 의거하여 프로세스 챔버(1) 내로 도입된 전회의 보수로부터의 수분의 누계량을 산출하여, 상기 누계량에 따라서 다음의 보수 시기를 결정한다. 즉, 계측된 수분 농도의 변화로부터 수분 누계량의 추이를 추측하고, 소정의 누계량이 되는 시기를 다음의 보수 시기로서 설정해 두는 동시에, 수분농도의 변화로부터 산출한 수분의 누계량이 실제로 소정의 누계량이 된 시점에서, 보수를 행한다. 또, 다른 요인(배관 내의 부생성물 부착 등)에 의거하여 최대 처리 매수가 미리 설정되어 있으며, 이 최대 처리 매수보다 빠른 시기에 상기 소정의누계량에 달한 경우는 상기 보수를 행하지만, 수분 농도가 낮아 소정의 누계량이 되는 시기가 이 최대 처리 매수가 되는 시기보다 느린 경우는 최대 처리 매수가 된 시점에서 일단 보수를 행한다.

본 실시 형태에서는 수분 농도의 변화로부터 산출한 수분의 누계량에 따라서 보수 시기를 결정하므로, 실제로 프로세스 챔버(1) 내에 도입된 수분량을 정확히 예측할 수 있어 적절한 시기에 보수를 행할 수 있다. 따라서, 보수마다 다른 실제의 수분 도입량에 따라서 다음의 보수 시기를 결정할 수 있어 양질의 성막 처리를 항상 유지할 수 있는 동시에, 보수 횟수의 저감 및 보수 시기의 연장이 가능해져 작업 처리량을 향상시킬 수 있다.

그리고, 프로세스 챔버(1) 내의 압력도 수분 농도와 마찬가지로 압력계(7)에 의해 항상 계측하고 있으므로, 가스 배기계의 배관의 유통 상태[예를 들어, 부생성 반응물의 부착에 의한 배관의 폐쇄에 의해 발생하는 프로세스 챔버(1) 내의 압력 변동 등]를 검출할 수 있어, 상기 수분의 누계량과 상기 압력 변화를 아울러 고려하여 보수 시기를 예측함으로써, 보다 적절한 보수 시기를 결정할 수 있다. 또, 상기 수분의 누계량과 상기 압력 변화에, 더욱 제조시의 불량품 발생율의 데이터 등을 아울러 고려하여 다음의 보수 시기를 예측함으로써, 더욱 적절한 보수 시기를 결정할 수 있다.

또, 항상 프로세스 챔버(1) 내의 수분 농도 및 압력을 계측하고 있으므로, 그 변화가 통상시에 대해 이상한 경향을 나타낸 경우에는 이에 따라서 즉시 그 원인 규명 및 보수 작업을 행할 수 있게 된다.

그리고, 수분 농도의 검출 수단으로서 프로세스용 수분계(5)에 상기 레이저 수분계를 채용하고 있으므로, 프로세스 중에 있어서도 프로세스 챔버(1) 내의 수분 농도를 정확하게 측정하는 것이 가능해져 고정밀도로 보수 시기를 결정할 수 있다.

또, 본 발명은 다음과 같은 실시 형태를 포함하는 것이다.

상기 실시 형태에서는 반도체 제조 장치로서 에피택셜 성장을 행하는 기상 성장 장치에 적용했지만, 반응실 내에서 부식성 가스를 반응시키는 장치이면, 다른 반도체 제조 장치에 이용해도 상관 없다. 예를 들어, 다른 박막을 기판 상에 형성하는 CVD 장치나 부식성 가스를 이용하여 기판 표면을 에칭하는 드라이 에칭 장치 등에 채용해도 상관 없다.

또한, 상기 실시 형태에서는 낱장식의 에피택셜 성장 장치에 적용했지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 방식(다양한 배치 방식 등)에 적용해도 상관없다.

다. 수분 모니터링 장치 및 이를 구비한 반도체 제조 장치

이하, 본 발명에 관한 수분 모니터링 장치 및 이를 구비한 반도체 제조 장치의 일 실시 형태를 도8 내지 도10을 참조하면서 설명한다.

이들 도면에 있어서, 부호 1은 프로세스 챔버, 2는 반송용 챔버, 3은 반입 로드록실, 4는 반출 로드록실, 25는 수분 모니터링 장치를 도시하고 있다.

도8은 본 발명의 반도체 제조 장치를 예를 들어 낱장식의 에피택셜 결정 성장 장치에 적용한 경우를 도시한 것이다. 상기 에피택셜 결정 성장 장치는 도8에 도시한 바와 같이, 내부에 실리콘 기판(기판)(W)이 배치되는 중공 형상의 기밀 용기인 3개의 석영으로 된 프로세스 챔버(반응실)(1)와, 이들 프로세스 챔버(1) 내에 실리콘 기판(W)을 반입할 때에 내부의 밀폐 공간에서 분위기의 치환을 행하는 반송용 챔버(기판 반송계)(2)와, 상기 반송용 챔버(2)에 프로세스 전의 실리콘 기판(W)을 반입하는 반입 로드록실(3) 및 반송용 챔버(2)로부터 프로세스 후의 실리콘 기판(W)을 취출하기 위한 반출 로드록실(4)을 구비하고 있다.

상기 각 프로세스 챔버(1)에는 그 프로세스 챔버(1)에 도입된 부식성 가스를 샘플링하여 부식성 가스에 포함되는 수분을 계측하는 수분 모니터링 장치(25)가 설치되어 있다.

또한, 반송용 챔버(2) 내에도 내부 분위기 중의 수분을 계측하는 반송계 수분계(6)가 설치되어 있다. 상기 반송계 수분계(6)는 예를 들어 정밀도 및 응답 속도가 높은 후술하는 레이저 수분계(10)와 같은 레이저 수분계가 바람직하지만, 알루미나 컨덴서 등에 수분을 흡착시켜 그 전기 용량의 변화를 계측하는 정전 용량 방식의 수분계나 질량 분석법을 이용한 수분계 등이라도 상관 없다.

상기 프로세스 챔버(1)에는 도9에 도시한 바와 같이, 부식성 가스 등의 가스 공급원(도시 생략)으로부터의 가스(SiCl₂H₂, SiCl₃H, HCl, H₂, N₂, B₂H₆, PH₃등)를 도입하기 위한 프로세스 가스 도입관(27)과, 프로세스 챔버(1) 내에서 반응에 제공된 후에 부식성 가스 등을 배기 가스 처리 설비(도시 생략)로 배기하는 프로세스가스 배기관(28)이 접속되어 있다.

상기 수분 모니터링 장치(25)는 밸브(9a)를 구비한 일단부측이 프로세스 가스 배기관(28)의 기단부측을 거쳐서 프로세스 챔버(1)에 접속된 샘플 라인인 샘플링 배관(9)과, 상기 샘플링 배관(9)의 타단부에 가변 밸브(9b)를 거쳐서 접속되어 프로세스 챔버(1)로부터의 부식성 가스에 포함되는 수분을 계측하는 레이저 수분계(10)와, 상기 레이저 수분계(10)의 후단부에 가변 밸브(11a)를 거쳐서 접속관(11)으로 접속된 로터리 펌프(12)를 구비하고 있다.

상기 샘플링 배관(9)의 기단부측에는 샘플 라인 N₂퍼지용의 배관 퍼지 라인(13)이 밸브(13a)를 거쳐서 접속되고, 또한 프로세스 가스 도입관(27)은 밸브(14a)를 거쳐서 분기관(14)에서 배관 퍼지 라인(13)에 접속되어 있다. 또, 배관 퍼지 라인(13)은 분기관(14)과의 접속 부분보다 상류에 밸브(13b)를 구비하고 있다.

상기 레이저 수분계(10)에는 도9 및 도10에 도시한 바와 같이, 그 하우징 부재(10a) 내를 N₂퍼지하기 위한 하우징 부재 퍼지 라인(15)이 접속되어 있는 동시에, 이 N₂를 배기하기 위해 프로세스 가스 배기관(28)에 타단부가 접속된 N₂배기 라인(16)이 접속되어 있다.

또, 상기 로터리 펌프(12)는 프로세스 가스 배기관(28)에 밸브(17a)를 거쳐서 샘플링 배기관(17)에 의해 접속되어 있다. 또한, 로터리 펌프(12)에는 가스 밸러스트용의 N₂퍼지 라인(18)이 접속되어 있다.

상기 레이저 수분계(10)는 도10에 도시한 바와 같이, 하우징 부재(10a) 내에 관형 셀 본체(19)가 설치되고, 상기 관형 셀 본체(19)에는 일단부측에 샘플링 배관(9)이 접속되어 있는 동시에 타단부측에 접속관(11)이 접속되어 있다. 관형 셀 본체(19)는 양단부에 투광성 창 부재(19a)가 장착되고, 한쪽 투광성 창 부재(19a)의 외측에는 적외 레이저 광(L)(파장 1.3 내지 1.55㎛)을 발생하는 파장 가변 반도체 레이저(LD)가 대향하여 설치되고, 다른쪽 투광성 창 부재(19a)의 외측에는 관형 셀 본체(19) 내를 투과한 적외 레이저 광(L)을 수광하여 그 수광 강도를 전기 신호로 변환하는 광검출기(PD)가 대향하여 설치되어 있다.

상기 샘플링 배관(9) 및 상기 접속관(11)에는 리본 히터(배관 가열 기구, 전열선)(20)가 권취되고, 또한 그 위에 실리콘 고무의 단열재(21)가 권취되어 있다. 또, 리본 히터(20)는 도시하지 않은 전류 공급원에 접속되어 있다. 그리고, 리본 히터(20)에 흐르는 전류를 조정하여 샘플링 배관(9) 및 접속관(11)은 100℃ 정도로가열된다.

그리고, 레이저 수분계(10)의 관형 셀 본체(19) 및 투광성 창 부재(19a)에도 이들을 가열하는 전열선을 주로 한 셀용 히터(셀 가열 기구)(22)가 부착되어 100℃ 정도로 가열된다.

또한, 레이저 수분계(10)는 리본 히터(20) 및 셀용 히터(22)에 의해 100℃ 정도로 가열된 부식성 가스의 온도에 따라서 그 측정 감도의 조정·교정이 미리 행해지고 있다.

다음에, 본 발명에 관한 수분 모니터링 장치 및 이를 구비한 반도체 제조 장치의 일 실시 형태에 있어서의 에피택셜 결정 성장 중의 수분 모니터링 방법에 대해 설명한다.

우선, 에피택셜 성장을 행하는 실리콘 기판(W)을 반입 로드록실(3)로부터 반송용 챔버(2) 내로 반입하고, 반송용 챔버(2) 내의 분위기를 N₂등의 불활성 가스로 치환한다. 이 때, 반송계 수분계(6)에 의해 분위기 중의 수분을 계측하여, 충분히 수분이 저감된 상태를 확인한 후에 프로세스 챔버(1) 내로 실리콘 기판(W)을 반송한다.

프로세스 챔버(1) 내부는, 프로세스 전에는 N₂등의 불활성 가스로 퍼지 상태로 되어 있지만, 반송용 챔버(2)로부터 반입한 실리콘 기판(W)을 배치하여 소정 온도까지 가열한 후, 밸브(13a, 13b, 14a)를 폐쇄하여 프로세스 가스 도입관(27)에 의해 소정의 부식성 가스 등을 도입하여 실리콘 기판(W)의 표면 상에 에피택셜 성장을 행한다. 이 때, 밸브(9a, 17a)를 개방하는 동시에 로터리 펌프(12)를 구동하고, 또한 가변 밸브(9b, 11a)로 유입량을 조정하면서, 프로세스 챔버(1)에서 반응에 제공되어 가열된 부식성 가스의 일부를 샘플링 배관(9)을 거쳐서 레이저 수분계(10)로 항상 도입한다.

샘플링된 부식성 가스는 레이저 수분계(10) 내의 관형 셀 본체(19) 내로 유입하여 반도체 레이저(LD)로부터의 적외 레이저 광(L)이 조사된다. 관형 셀 본체(19) 내의 부식성 가스를 투과한 적외 레이저 광(L)은 광검출기(PD)에서 수광되어 그 수광량으로부터 얻은 흡수 스펙트럼 강도에 의해 부식성 가스에 포함되는수분의 정량 분석이 행해진다.

관형 셀 본체(19)에 유입한 부식성 가스는 접속관(11), 로터리 펌프(12) 및 샘플링 배기관(17)을 거쳐서 프로세스 가스 배기관(28)에 배출된다.

본 실시 형태에서는 레이저 수분계(10) 뿐만 아니라, 샘플링 배관(9) 및 접속관(11)에도 이들을 가열하는 리본 히터(20)를 구비하고 있으므로, 샘플링 배관(9) 및 접속관(11)을 가열하여 100℃ 정도의 고온 상태로 할 수 있어, 프로세스 챔버(1)에서 가열된 부식성 가스의 배관 내부에 있어서의 부반응이 억제되고, 부반응 생성물이 배관을 폐쇄해 버리는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 원위치에서 항상 수분을 계측하는 것이 가능해진다.

또, 레이저 수분계(10)는 100℃ 정도로 가열된 부식성 가스의 온도에 따라서 그 측정 감도의 조정·교정이 미리 행해지고 있으므로, 고온의 부식성 가스라도 적절한 감도로 고정밀도로 수분 농도를 측정할 수 있다. 또, 측정 감도의 조정·교정은 예를 들어 광검출기(PD)로부터의 신호를 광검출기(PD)에 접속된 제어부(도시 생략)에 있어서 연산 처리함으로써 행해진다.

또한, 반송용 챔버(2)가 레이저 수분계(10)와는 별도로 내부의 밀폐 공간의 수분을 계측하는 반송계 수분계(6)를 구비하고 있으므로, 실리콘 기판(W)을 반송용 챔버(2)를 거쳐서 프로세스 챔버(1)로 반입할 때, 반송용 챔버(2) 내의 수분을 측정하여 확인할 수 있어, 반송용 챔버(2) 내의 수분이 부주의하게 프로세스 챔버(1)에 유입해 버리는 것을 막을 수 있게 된다.

또, 본 발명은 다음과 같은 실시 형태를 포함하는 것이다.

상기 실시 형태에서는 반도체 제조 장치로서 에피택셜 성장을 행하는 기상 성장 장치에 적용했지만, 반응실 내의 기판 상에서 부식성 가스를 반응시키는 장치이면, 다른 반도체 제조 장치에 이용하더라도 상관 없다. 예를 들어, 다른 박막을 기판 상에 형성하는 CVD 장치나 부식성 가스를 이용하여 기판 표면을 에칭하는 드라이 에칭 장치 등에 채용해도 상관 없다.

그리고, 상기 실시 형태에서는 낱장식의 에피택셜 성장 장치에 적용했지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 방식(여러 가지 배치 방식 등)에 적용해도 상관 없다.

또, 프로세스 전에 각 배관 및 프로세스 챔버 내를 N₂퍼지하고 나서 반응 가스로서의 부식성 가스를 도입했지만, 충분한 N₂퍼지 후에 또한 HCl(염화 수소)로 퍼지를 행하고, 그 후에 성장에 제공되는 부식성 가스를 도입해도 상관 없다. 이 경우, 각 배관 및 프로세스 챔버의 내벽에 흡착하고 있는 물분자가 HCl 분자와 결합하여 반출되어, 후에 공급되는 부식성 가스 중에 들어가는 수분을 저감할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 CVD 장치 및 CVD 장치의 퍼지 방법에 따르면, 리액터의 퍼지 처리를 효율적으로 행할 수 있고, 또한 막 성장을 개시하는 타이밍을 확실하게 알 수 있으므로, CVD 장치의 가동 효율의 향상이나 무용 에피택셜의 해소를 도모할 수 있어 재료 가스의 낭비나 시간의 낭비를 삭감할 수 있다.

또한, 본 발명의 반도체 제조 장치의 보수 시기 판단 방법에 따르면, 부식성 가스 처리를 행하고 있을 때에 반응실에 접속된 수분계에 의해 반응실 내의 수분 농도를 계측하고, 부식성 가스 처리를 반복하여 행한 때의 수분 농도의 변화에 따라서 반도체 제조 장치의 보수 시기를 결정하므로, 실제로 반응실 내에 도입된 수분량을 정확하게 예측할 수 있어 적절한 보수 시기를 정확하게 판단할 수 있다. 따라서, 장치의 양호한 상태를 항상 유지할 수 있는 동시에, 보수 횟수의 저감 및 보수 시기의 연장이 가능해져 작업 처리량의 향상을 도모할 수 있다.

또, 본 발명의 수분 샘플링 장치 및 이를 구비한 반도체 제조 장치에 따르면, 적어도 배관을 가열하는 배관 가열 기구를 구비하고 있으므로, 배관을 가열하여 배관 내에 부반응 생성물이 부착, 퇴적되는 것을 방지할 수 있고, 배관이 폐쇄되는 것을 방지하여 프로세스 중이라도 항상 수분을 계측할 수 있다. 따라서, 프로세스 중이라도 고감도이면서 또한 고속으로 수분의 정량 분석이 가능해져 부식성 가스에 의한 결정 성장, 박막 형성 및 에칭 등의 품질이나 조건과 수분량과의 상관 관계를 고정밀도로 얻을 수 있어 고품질인 반도체 기판이나 반도체 소자 등의 반도체 장치를 제조할 수 있다.

Claims (14)

1. 기판을 설치한 반응실(112) 내에 반도체 재료 가스를 공급하여 상기 기판 상에 반도체막을 형성하는 CVD 장치에 있어서, 상기 반응실(112)에, 상기 반도체 재료 가스를 공급하는 재료 가스 공급 경로(121)와, 퍼지용 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 경로(122)와, 퍼지 가스에 혼합하는 수소, 헬륨 등의 열전도율이 높은 가스를 공급하는 고열전도율 가스 공급 경로(123)를 접속하는 동시에, 반응실(112)로부터 배출되는 가스 중의 수분량을 측정하는 수분계(141)와, 반응실 내를 진공 배기하기 위한 진공 펌프(142)를 설치한 것을 특징으로 하는 CVD 장치.
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