KR100773636B1 - 반도체 제조 방법 및 반도체 제조 장치 - Google Patents

반도체 제조 방법 및 반도체 제조 장치 Download PDF

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Abstract

프로세스시의 조건을 정확하게 조정하여 선택 에피택셜 성장 등의 반응성 가스 처리를 고정밀도로 행할 수 있는 반도체 제조 방법을 제공한다. 또, 수분 농도의 증가를 억제하고, 중금속 오염 등을 방지할 수 있는 동시에 프로세스 챔버 내의 수분 농도와 외부 영역의 상관을 조사할 수 있는 반도체 제조 방법 및 반도체 제조 장치를 제공한다. 기판(W)을 설치한 상태에서 반응실(1) 내 또는 상기 반응실의 가스 배기계 내의 수분 농도를 계측하고, 상기 수분 농도에 기초하여 반응성 가스 처리의 조건을 조정한다. 또, 기판 반송계(2, 3) 내의 밀폐 공간에 접속된 제1 수분계(6)에 의해 상기 밀폐 공간 내의 수분 농도를 계측한 후에, 기판(W)을 상기 기판 반송계로 반입 또는 반출을 행하는 기판 반송 공정과, 상기 기판 반송 공정 후에 반응실(1)에 접속된 제2 수분계(5)로 반응실 내의 수분 농도를 계측하면서 반응성 가스 처리를 행하는 가스 처리 공정을 행한다.
반응실, 반송용 챔버, 반송계 수분계, 실리콘 기판, 반도체 제조 장치

Description

반도체 제조 방법 및 반도체 제조 장치{Semiconductor Manufacturing Method and Semiconductor Manufacturing Apparatus}
도1은 본 발명에 관한 반도체 제조 방법의 일 실시 형태에 있어서의 에피택셜 결정 성장 장치를 도시한 개략적인 전체 평면도.
도2는 본 발명에 관한 반도체 제조 방법의 일 실시 형태에 있어서의 프로세스용 수분계의 구성을 도시한 단면도.
도3은 선택 에피택셜 성장을 도시한 요부를 확대한 실리콘 기판의 단면도.
도4는 본 발명에 관한 반도체 제조 방법 및 반도체 제조 장치의 일 실시 형태에 있어서의 에피택셜 결정 성장 장치를 도시한 개략적인 전체 평면도.
도5는 본 발명에 관한 반도체 제조 방법 및 반도체 제조 장치의 일 실시 형태에 있어서의 프로세스용 수분계의 구성을 도시한 배관도.
도6은 본 발명에 관한 반도체 제조 방법 및 반도체 제조 장치의 일 실시 형태에 있어서의 레이저 수분계 본체의 구성을 도시한 단면도.
도7은 반도체 제조 방법 및 반도체 제조 장치의 종래예에 의해 실제로 에피택셜 성장을 행한 경우에 있어서, 웨이퍼면 내에 있어서의 중금속 오염의 상태를 도시한 분포도.
도8은 본 발명에 관한 반도체 제조 방법 및 반도체 제조 장치의 일 실시 형 태에 의해 실제로 에피택셜 성장을 행한 경우에 있어서, 웨이퍼면 내에 있어서의 중금속 오염의 상태를 도시한 분포도.
도9는 배기 가스 중 수분과 수명의 관계를 도시한 그래프.
도10은 반송용 챔버 및 프로세스 챔버의 수분 농도와 프로세스 챔버 온도의 관계를 도시한 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 프로세스 챔버(반응실)
2 : 반송용 챔버(기판 반송계)
3 : 반입 로드 로크실
4 : 반출 로드 로크실
5 : 프로세스용 수분계
6 : 반송계 수분계
9 : 샘플링 배관
10 : 수분계 본체
19 : 관형 셀 본체
W : 실리콘 기판
본 발명은 예를 들어 반응실 내에 배치한 실리콘 기판 상에 반응성 가스(부 식성 가스)를 이용하여 에피택셜 성장 등을 행하는 반도체 제조 방법에 관한 것이다.
실리콘 기판 상에 LSI 등의 반도체 회로를 형성하기 위한 제조 공정으로서, 표면에 실리콘 박막을 에피택셜 성장시키는 공정, Si02막(산화실리콘)이 패턴 형성된 실리콘 기판(W)의 표면 중 실리콘이 노출된 영역에 선택적으로 실리콘막을 에피택셜 성장시키는 공정이나 M0S 디바이스용 기판으로서 매우 낮은 저항율의 실리콘 기판 상에, 소정의 불순물 농도로 단결정 실리콘 박막(에피택셜층)을 기상(氣相) 성장시키는 공정 등이 이용되는 경우가 있다.
이들 제조 공정에서는 프로세스 챔버 내에 실리콘 기판을 배치하고, 반응성 소스 가스를 흘려보내어 기판 상에 에피택셜 성장을 행하는 것이다.
또, 반응성 가스 처리를 이용하는 이외의 제조 공정으로서, 반응성 가스의 반응에 의해 기판 상에 박막을 형성하는 각종 CVD 공정이나 미세 패턴을 형성하는 엣칭 공정 등이 이용되고 있다.
이들 반도체 제조 장치는 초고순도의 염화수소 가스나 암모니아 가스와 같은 부식성 가스를 반응성 가스로서 이용하는데, 그 속에 조금이라도 수분이 포함되어 있으면, 장치(프로세스 챔버 내부, 가스 공급계, 가스 배기계 등)에 사용되고 있는 금속 부품의 부식을 일으키기 쉬워지고, 금속 부분으로부터 발생하는 메탈(중금속)에 의해서 오염의 원인이 되어 유해하므로, 프로세스 챔버 내에 있어서의 부식성 가스 중의 수분을 고감도로 정량 분석하는 것이 요구되고 있다.
종래, 프로세스 조건과 중금속 오염의 상관이나 프로세스 조건과 반응성 가스 처리의 특성의 상관을 조사하기 위해서는 프로세스 모니터 웨이퍼를 프로세스 후에 화학적 분석(원자 흡광 분석, 방사화 분석 등), 물리적 분석(SIMS, TXRF 등) 또는 전기적 분석(DLTS, SPV, 수명 등)에 의해 직접적으로 해석하고, 그 결과를 피드백하는 수단밖에 없었다.
최근, 반응성 가스(부식성 가스) 중의 수분 농도를 측정하는 수단으로서, 예를 들어 일본 특허 공개 평5-99845호 공보나 특허 공개 평11-183366호 공보 등에 프로세스 챔버에 접속된 관형 셀 본체 내에 레이저광을 입사시켜 투과한 레이저광의 흡수 스펙트럼을 측정하는 레이저 수분계가 제안되어 있다. 이 레이저 수분계는 가스에 비접촉으로 측정 가능하므로, 반응성 가스라도 고정밀도로 측정할 수 있는 것이다. 이에 의해서, 프로세스 중에 있어서도 프로세스 챔버 내의 수분 농도를 측정하는 것이 가능해졌다.
상기 종래의 반도체 제조 기술에는 이하와 같은 과제가 남겨져 있다. 즉, 실제의 프로세스에서는 프로세스 챔버 내의 수분 농도가 프로세스마다 일정하다고는 할 수 없으며, 프로세스 모니터 웨이퍼의 해석에 의한 피드백으로 조건을 설정해도 수분 농도의 변동에 의해서 반응성 가스 처리에 의한 프로세스 특성에 변동이 생겨 버리는 경우가 있다. 예를 들어, 상술한 선택 에피택셜 성장을 행하는 경우에는 Si02막에 포함되어 있는 수분(흡착 수분)이 프로세스 전의 기판 베이킹 중에 이탈하여 프로세스 챔버 내의 수분 농도를 높여 버리는 현상이 있다. 이 경우, 선택 에피택셜 성장시의 수분 농도가 증가하여, 선택 성장의 선택성 및 선택 성장막의 특성에 영향을 미침을 알 수 있다.
또, 프로세스 챔버 내의 수분은 단순히 반응성 가스의 배관으로부터 도입되는 것 뿐만 아니라, 다른 외부 영역으로부터 침입한 분위기에 기인하는 경우가 있으며, 이에 의해서도 수분 농도가 증가해 버리므로, 프로세스 챔버 내의 수분 농도를 측정하는 것만으로는 수분 농도 변동의 원인을 조사하는 것이 곤란했다. 또, 프로세스 챔버 내의 수분 농도가 어느 정도이면 중금속 오염의 영향을 충분히 억제할 수 있는지가 불명확했다. 예를 들어, 반응에 이용된 배기 가스 중에 포함되는 수분과 수명의 관계를 조사하면, 도9에 도시한 바와 같이 수분 농도가 적을수록 수명이 길어지는데, 수명의 평균치(실선)와 최대치(파선)의 차이가 크게 발생하고 있음을 알 수 있다. 이것은 기판 표면에 중금속 오염이 스폿형으로 발생하고 있기 때문이다.
본 발명은 전술한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 프로세스시의 조건을 정확하게 조정하여 선택 에피택셜 성장 등의 반응성 가스 처리를 고정밀도로 행할 수 있는 반도체 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또, 본 발명은 수분 농도의 증가를 억제하고, 중금속 오염 등을 방지할 수 있는 동시에 프로세스 챔버 내의 수분 농도와 외부 영역의 상관을 조사할 수 있는 반도체 제조 방법 및 반도체 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 형태는 상기 과제를 해결하기 위해서 이하의 구성을 채용했다. 즉, 본 발명의 제1 형태의 반도체 제조 방법은, 기판이 내부에 설치된 반응실 내에 반응성 가스를 흘려보내어 기판과 반응성 가스를 반응시키는 반응성 가스 처리를 행하는 반도체 제조 방법으로서, 상기 기판을 설치한 상태에서 상기 반응실 내 또는 상기 반응실의 가스 배기계 내의 수분 농도를 계측하고, 상기 수분 농도에 기초하여 반응성 가스 처리의 조건을 조정하는 것을 특징으로 한다.
이 반도체 제조 방법에서는 기판을 설치한 상태에서 반응실 내 또는 상기 반응실의 가스 배기계 내의 수분 농도를 계측하고, 상기 수분 농도에 기초하여 반응성 가스 처리의 조건을 조정하므로, 실제의 프로세스에 있어서의 수분 농도의 계측치로부터 수분 농도 자체의 조정(적정 범위 내로의 수정)이나 성막 또는 엣칭 등의 조건이 조정되어, 수분 농도가 반응성 가스 처리의 특성에 미치는 영향을 고려한 고정밀도이며 또한 안정된 처리가 가능해진다.
또, 본 발명의 제1 형태의 반도체 제조 방법은, 상기 반응성 가스 처리의 조건으로서, 상기 반응실 내에 반응성 가스를 유입시키기 전에 행하는 상기 기판의 가열 조건을 포함하는 것이 바람직하다.
즉, 이 반도체 제조 방법에서는 반응실 내에 반응성 가스를 유입시키기 전에 행하는 기판의 가열 조건(베이킹 조건)을 조정하므로, 반응성 가스를 반응실에 유입시키기 전에 기판에 포함되는 수분을 충분히 이탈시키고, 또한 반응실 내의 수분 농도를 적정한 범위로 조정하는 일 등을 행할 수 있어, 안정된 반응성 가스 처리가 가능해진다.
또, 상기 가열 조건으로서는 상기 기판의 가열 온도, 기판의 가열 시간 또는 퍼지 가스의 유량 중 적어도 하나가 조정된다.
또, 본 발명의 제1 형태의 반도체 제조 방법은, 상기 반응성 가스 처리의 조건이 상기 기판의 가열 온도, 상기 반응성 가스의 유량, 상기 반응성 가스의 혼합비 또는 상기 반응실 내의 압력 중 적어도 하나인 것이 바람직하다.
즉, 이 반도체 제조 방법에서는 반응성 가스 처리 조건으로서, 기판의 가열 온도, 반응성 가스의 유량, 반응성 가스의 혼합비 또는 반응실 내의 압력 중 적어도 하나가 조정되므로, 이들 조건이 특히 선택 에피택셜 성장을 행할 때의 선택성에 영향을 미치므로, 선택 성장의 선택성을 향상시킬 수 있다.
또, 본 발명의 제1 형태의 반도체 제조 방법은, 표면의 적어도 일부에 산화실리콘이 형성되어 있는 상기 기판에 대하여 상기 반응성 가스 처리를 행하는 경우에 적합하다.
즉, 표면의 적어도 일부에 산화실리콘이 형성되어 있는 기판의 경우, 산화실리콘 중에 포함되어 있는 수분이 베이킹시에 이탈하여 반응실 내의 수분 농도를 증가시킬 우려가 있고, 수분 농도를 실측함으로써 이러한 기판에 대해서도 고정밀도이며 또한 안정된 처리를 행할 수 있다.
또, 본 발명의 제1 형태의 반도체 제조 방법은, 상기 기판이 실리콘 기판이고, 상기 반응성 가스 처리가 상기 기판의 표면 중 실리콘이 노출된 영역에 선택적으로 반도체층을 성장시키는 처리인 경우에 적합하다.
즉, 기판 표면의 실리콘 노출 영역에 실리콘 등의 반도체층을 선택적으로 에 피택셜 성장 등을 시키는 경우에, 그 선택성이 수분 농도에 영향을 받으므로, 실측한 수분 농도에 기초하여 조건을 조정함으로써 고정밀도이며 또한 높은 선택성의 선택 성장을 얻을 수 있다.
즉, 본 발명의 제1 형태의 반도체 제조 방법에 따르면, 기판을 설치한 상태에서 반응실 내 또는 상기 반응실의 가스 배기계 내의 수분 농도를 계측하고, 상기 수분 농도에 기초하여 반응성 가스 처리의 조건을 조정하므로, 실제의 프로세스에 있어서의 수분 농도의 계측치로부터 수분 농도 자체의 조정이나 성막 또는 엣칭 등의 프로세스 조건이 조정되어, 수분 농도가 반응성 가스 처리의 특성에 미치는 영향을 고려한 고정밀도이며 또한 안정된 처리를 행할 수 있다. 특히, 실리콘 기판 상에 선택 에피택셜 성장을 행하는 경우에는 선택 성장의 선택성이 수분 농도에 영향을 받으므로, 선택성을 좌우하는 매개 변수(가열 온도 등의 처리 조건)를 수분 농도의 실측치에 기초하여 조정하면 높은 선택성을 갖고 안정된 선택 성장을 행할 수 있다.
또, 본 발명자들은 반응실 내의 수분 농도가 증가하는 요인에 대하여 연구한 결과, 반응실 내에 기판을 반송할 때 미리 반응실의 외부 영역인 기판 반송계의 밀폐 공간의 수분 농도를 계측해 둔 결과, 도10에 도시한 바와 같이 상기 밀폐 공간의 수분 농도가 저하되어 있음에도 불구하고 상기 반응실 내의 수분 농도가 증가하는 것을 발견했다[도10 중 Tr-ch는 반송용 챔버(상기 밀폐 공간) 내의 데이타, Pr-ch는 프로세스 챔버(반응실) 내의 데이타]. 이것은 상기 반응실 내부가 미리 소정의 온도로 가열되어 있으므로, 상기 밀폐 공간에 로드 로크 등의 외부로부터 도입 된 산소와 반응실의 수소가 반응하여 수분을 발생시키기 때문이라고 생각되며, 반송계가 반응성 가스 이외의 수분 공급원으로 되고 있다고 생각된다.
따라서, 본 발명의 제2 형태는 상기 지식에 기초하여 상기 과제를 해결하기 위해서 이하의 구성을 채용했다. 즉, 본 발명의 제2 형태의 반도체 제조 방법에서는 기판을 기판 반송계에 의해 상기 기판 반송계 내의 밀폐 공간으로부터 반응실 내로 반입했을 때 또는 반응실 내로부터 상기 밀폐 공간으로 반출했을 때, 상기 반응실 내에 반응성 가스(부식성 가스)를 흘려보내어 반응실 내에서 반응성 가스를 반응시키는 반응성 가스 처리(부식성 가스 처리)를 행하는 반도체 제조 방법으로서, 상기 밀폐 공간에 접속된 제1 수분계에 의해 상기 밀폐 공간 내의 수분 농도를 계측한 후에, 상기 기판을 상기 기판 반송계로 상기 반입 또는 상기 반출을 행하는 기판 반송 공정과, 상기 기판 반송 공정 후에, 상기 반응실에 접속된 제2 수분계로 반응실 내의 수분 농도를 계측하면서 상기 반응성 가스 처리(부식성 가스 처리)를 행하는 가스 처리 공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 제3 형태의 반도체 제조 장치에서는 기판을 기판 반송계에 의해 상기 기판 반송계 내의 밀폐 공간으로부터 반응실 내로 반입했을 때 또는 반응실 내로부터 상기 밀폐 공간으로 반출했을 때, 상기 반응실 내에 반응성 가스(부식성 가스)를 흘려보내어 반응실 내에서 반응성 가스(부식성 가스)를 반응시키는 반응성 가스 처리(부식성 가스 처리)를 행하는 반도체 제조 장치로서, 상기 기판 반송계의 밀폐 공간 내의 수분 농도를 계측하는 제1 수분계와, 상기 반응실 내의 수분 농도를 계측하는 제2 수분계를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
이들 제2 형태의 반도체 제조 방법 및 제3 형태의 반도체 제조 장치에서는 기판 반송계의 밀폐 공간 내의 수분 농도를 계측하는 제1 수분계와, 반응실 내의 수분 농도를 계측하는 제2 수분계에 의해, 기판 반송계의 밀폐 공간의 수분 농도 및 반응실 내의 수분 농도를 모두 계측할 수 있고, 상기 밀폐 공간에 있어서의 수분 농도가 반응실 내의 수분 농도에 미치는 영향을 조사할 수 있는 동시에, 반응실 내의 수분 농도를 저감하기 위해서 상기 밀폐 공간의 수분 농도를 계측, 제한하여 양호한 가스 처리를 행하는 것이 가능해진다.
또, 본 발명의 제2 형태의 반도체 제조 방법에서는 상기 기판 반송 공정에 있어서, 상기 밀폐 공간 내의 수분 농도가 제1 기정치보다 낮은 것을 확인한 후에 상기 기판을 상기 밀폐 공간으로부터 상기 반응실 내로 반입 또는 반응실 내로부터 상기 밀폐 공간으로 반출하고, 상기 반응성 가스 처리 공정은 상기 반응실 내의 수분 농도가 제2 기정치보다 낮은 것을 확인한 후에 상기 반응성 가스 처리를 개시하는 것이 바람직하다.
이 반도체 제조 방법에서는 상기 밀폐 공간에 있어서 반응실 내외측으로 기판을 이송할 때 필요한 수분 농도의 상한을 제1 기정치로 하고, 반응실에 있어서 중금속 오염 등이 없는 반응성 가스 처리를 행하기 위해서 필요한 수분 농도의 상한을 제2 기정치로서 미리 설정함으로써, 안정하고 양호한 반응성 가스 처리를 실현할 수 있다.
또, 본 발명의 제2 형태의 반도체 제조 방법에서는 적어도 상기 제2 기정치를 1 ppm 미만으로 하는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명자들은 반응실 내의 수분 농도와 중금속 오염의 관계를 조사한 결과, 상기 수분 농도가 ppm급에서는 기판 표면에 스폿형의 중금속 오염이 확인되지만, 서브 ppm급까지 저감시킴으로써 스폿형의 오염이 거의 발생하지 않음을 발견했다. 따라서, 본 발명은 이 지식에 기초한 것이며, 이 반도체 제조 방법에서는 적어도 제2 기정치를 1 ppm 미만으로 함으로써, 중금속의 스폿형 오염을 방지할 수 있다.
또, 본 발명의 제2 형태의 반도체 제조 방법 및 제3 형태의 반도체 제조 장치에서는 상기 제1 수분계 또는 상기 제2 수분계의 적어도 한 쪽이, 상기 밀폐 공간 또는 상기 반응실에 접속된 관형 셀 본체 내에 레이저광을 입사시켜 투과한 레이저광의 흡수 스펙트럼을 측정하는 레이저 수분계인 것이 바람직하다.
이들 반도체 제조 방법 및 반도체 제조 장치에서는 제1 및 제2 수분계의 적어도 한 쪽이 레이저 수분계이므로, 측정 대상의 가스에 비접촉으로 고정밀도로 수분의 정량 분석이 가능해진다.
또, 본 발명의 제3 형태의 반도체 제조 장치에서는 복수의 반응실을 구비하고, 상기 제1 수분계가 상기 반응실마다 수분 농도를 계측 가능하게 설치되어 있는 것이 바람직하다.
이 반도체 제조 장치에서는 복수의 반응실의 수분 농도를 반응실마다 제1 수분계로 계측 가능하므로, 각 반응실마다 수분 농도를 계측함으로써 개별로 적절한 수분 농도로 양호한 반응성 가스 처리를 행할 수 있다.
또, 본 발명의 제3 형태의 반도체 제조 장치에서는 상기 제1 수분계에 접속 하는 대상을 임의의 상기 반응실로 절환 가능한 절환 기구를 구비하고 있는 것이 바람직하다.
이 반도체 제조 장치에서는 제1 수분계에 접속하는 대상을 임의의 반응실로 절환 가능한 절환 기구를 구비하고 있으므로, 절환 기구로 계측하고 싶은 반응실과 제1 수분계를 접속함으로써, 복수이며 또한 임의의 반응실 내의 수분 농도를 하나의 제1 수분계로 계측하는 것이 가능해지고, 부재 갯수 및 비용의 저감을 도모할 수 있다.
또, 본 발명의 제3 형태의 반도체 제조 장치에서는 상기 제1 수분계 및 상기 제2 수분계는 동일한 수분계이고, 상기 수분계에 접속되는 대상을 상기 밀폐 공간 또는 상기 반응실로 절환 가능한 절환 기구를 구비하고 있는 것이 바람직하다.
이 반도체 제조 장치에서는 동일한 수분계를 제1 및 제2 수분계로서 겸용하고, 절환 기구에 의해서 접속하는 대상을 상기 밀폐 공간 또는 상기 반응실로 임의로 절환 가능하므로, 하나의 수분계로 상기 밀폐 공간 및 반응실의 수분 농도를 계측할 수 있고, 부재 갯수 및 비용의 저감을 도모할 수 있다.
즉, 본 발명의 제2 형태의 반도체 제조 방법 및 제3 형태의 반도체 제조 장치에 따르면, 기판 반송계의 밀폐 공간 내의 수분 농도를 계측하는 제1 수분계와, 반응실 내의 수분 농도를 계측하는 제2 수분계에 의해, 기판 반송계의 밀폐 공간의 수분 농도 및 반응실 내의 수분 농도를 모두 계측하므로, 상기 밀폐 공간에 있어서의 수분 농도가 반응실 내의 수분 농도에 미치는 영향을 조사할 수 있고, 기판 반송계로부터의 수분 공급 원인을 분석하는 것이 가능해진다. 또, 반응실 내의 수분 농도를 저감하기 위해서 상기 밀폐 공간의 수분 농도를 계측, 제한하여 양호한 반응성 가스 처리를 행하는 것이 가능해지고, 결정 성장, 박막 형성 및 엣칭 등의 반응성 가스 처리를 안정하고 또한 양호하게 행할 수 있으며, 고품질의 반도체 기판이나 반도체 소자 등의 반도체 장치를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 제1 형태에 관한 반도체 제조 방법의 일 실시 형태를 도1 내지 도3을 참조하면서 설명한다.
이들 도면에 있어서, 도면 부호 1은 프로세스 챔버, 2는 반송용 챔버, 3은 반입 로드 로크실, 4는 반출 로드 로크실, 5는 프로세스용 수분계를 나타내고 있다.
도1은 본 발명의 반도체 제조 방법을 실시하기 위한 낱장식 에피택셜 결정 성장 장치를 도시한 것이다. 상기 에피택셜 결정 성장 장치는 도1에 도시한 바와 같이, 내부에 실리콘 기판(W)이 배치되는 중공의 기밀 용기인 3개의 석영으로 만들어진 프로세스 챔버(반응실)(1)와, 이들 프로세스 챔버(1) 내에 실리콘 기판(W)을 반입할 때 내부의 밀폐 공간에서 분위기의 치환을 행하는 반송용 챔버(2)와, 상기 반송용 챔버(2)에 프로세스 전의 실리콘 기판(W)을 반입하는 반입 로드 로크실(3) 및 반송용 챔버(2)로부터 프로세스 후의 실리콘 기판(W)을 취출하기 위한 반출 로드 로크실(4)을 구비하고 있다.
상기 각 프로세스 챔버(1)에는 상기 프로세스 챔버(1)에 도입된 반응성 가스를 샘플링하여 가스 중에 포함되는 수분을 계측하는 프로세스용 수분계(5)와 프로세스 챔버(1) 내의 압력을 계측하는 압력계(7)가 설치되어 있다.
또, 반송용 챔버(2) 내에도 내부의 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 구조를 갖는 레이저 수분계가 바람직하지만, 알루미나ㆍ콘덴서 등에 수분을 흡착시켜 그 전기 용량의 변화를 계측하는 정전 용량 방식의 수분계나 질량 분석법을 이용한 수분계 등이라도 상관없다.
상기 프로세스 챔버(1)는 반응성 가스 등의 가스 공급원(도시 생략)에 접속되어 상기 가스 공급원으로부터의 가스(SiCl2H2, SiCl3H, HCl, H2 , N2, B2H6, PH3, SiH4 등)를 도입 가능하게 되어 있는 동시에, 가스 배기계를 거쳐서 배기 가스 처리 설비(도시 생략)에 접속되어 프로세스 챔버(1) 내에서 반응에 이용된 후의 반응성 가스 등을 배기 가스 처리 설비로 배기 가능하게 되어 있다.
상기 프로세스용 수분계(5)는 도2에 도시한 바와 같이, 프로세스 챔버(1)의 가스 배기계 및 밸브(도시 생략)를 거쳐서 일단부가 접속된 샘플 라인인 샘플링 배관(9)과, 상기 샘플링 배관(9)의 타단부에 접속되고 프로세스 챔버(1)로부터의 반응성 가스에 포함되는 수분을 계측하는 수분계 본체(10)와, 상기 수분계 본체(10)의 후방 단부에 접속관(11)을 거쳐서 접속된 로터리 펌프(12)를 구비하고 있다.
상기 수분계 본체(10)는 하우징(10a) 내에 관형 셀 본체(19)가 설치되고, 상기 관형 셀 본체(19)에는 일단부측에 샘플링 배관(가스 배기계)(9)이 접속되어 있는 동시에 타단부측에 접속관(11)이 접속되어 있다. 관형 셀 본체(19)는 양단부에 투광성 창재(19a)가 장착되고, 한 쪽 투광성 창재(19a)의 외측에는 적외 레이저광(L)(파장이 1.3 내지 1.55 μm)을 발생하는 파장 가변 반도체 레이저(LD)가 대향하여 설치되고, 다른 쪽 투광성 창재(19a)의 외측에는 관형 셀 본체(19) 내를 투과한 적외 레이저광(L)을 수광하여 그 수광 강도를 전기 신호로 변환하는 광 검출기(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, 또 그 위에 실리콘 고무의 단열재(21)가 권취되어 있다. 또한, 리본 히터(20)는 흘려보내는 전류가 조정되어 샘플링 배관(9) 및 접속관(11)을 100 ℃ 이상으로 가열하고, 이들 배관 내의 부생성 반응물의 부착을 억제하는 것이다.
또, 수분계 본체(10)의 관형 셀 본체(19) 및 투광성 창재(19a)에도 이들을 가열하는 전열선을 주체로 한 셀용 히터(22)가 부착되어, 100 ℃ 이상으로 가열된다. 그리고, 수분계 본체(10)는 리본 히터(20) 및 셀용 히터(22)에 의해서 100 ℃ 이상으로 가열된 가스의 온도에 따라서, 그 측정 감도의 조정ㆍ교정이 미리 행해져 있다.
다음에, 본 실시 형태로서 도3에 도시한 바와 같이, 표면에 Si02막(31)이 패턴 형성된 실리콘 기판(W)에 대하여, 표면에 실리콘이 노출된 영역에만 상기 에피택셜 결정 성장 장치를 이용하여 실리콘막(반도체층)(32)을 선택적으로 에피택셜 성장을 행하는 경우에 대하여 설명한다.
우선, 실리콘 기판(W)을 반입 로드 로크실(3)로부터 반송용 챔버(2) 내로 반 입하고, 반송용 챔버(2) 내의 분위기를 N2 등의 불활성 가스로 치환하는 동시에, 반송계 수분계(6)로 분위기 중의 수분을 계측하여 충분히 수분이 저감된 상태를 확인한 후에, 프로세스 챔버(1) 내에 실리콘 기판(W)을 반송한다.
프로세스 챔버(1)의 내부는 H2 또는 N2 등의 불활성 가스인 퍼지 가스로 퍼지되어 있고, 실리콘 기판(W)이 반입된 상태에서 소정 온도까지 기판(W)을 베이킹(가열)한다. 이 베이킹 중, 로터리 펌프(12)를 구동하는 동시에 샘플링 배관(9)의 밸브 등을 개방하여 유입량을 조정하면서, 프로세스 챔버(1) 내의 분위기 가스를 수분계 본체(10)에 항상 도입한다.
샘플링된 가스는 수분계 본체(10) 내의 관형 셀 본체(19) 내에 유입되고, 반도체 레이저(LD)로부터의 적외 레이저광(L)이 조사된다. 관형 셀 본체(19) 내의 가스를 투과한 적외 레이저광(L)은 광 검출기(PD)로 수광되고, 그 수광량으로부터 얻어진 흡수 스펙트럼 강도에 의해 가스 중의 수분 농도가 계측되며, 가스에 포함되는 수분의 정량 분석이 행해진다. 또, 관형 셀 본체(19)에 유입된 가스는 접속관(11), 로터리 펌프(12)를 거쳐서 배기계에 배출된다. 또한, 프로세스 챔버(1) 내의 압력은 압력계(7)에 의해 항상 계측되고 있다.
이 때, 실측된 베이킹 중의 프로세스 챔버(1) 내의 수분 농도에 기초하여 베이킹 조건을 조정한다. 즉, 베이킹 조건으로서 기판(W)의 가열 온도, 가열 시간 또는 퍼지 가스의 유량 중 적어도 하나를 조정한다. 예를 들어, 수분 농도가 적정 범위보다 높아진 경우, 수분 농도에 기초하여 가열 온도를 높이거나 가열 시간을 길게 하고, 또는 퍼지 가스의 유량을 크게 하는 등의 조정을 행하여, 베이킹 중에 수분 농도를 적정 범위 내로 억제하도록 조정된다. 또, 베이킹 중의 가열 온도를 높이거나 또는 가열 시간을 연장시킴으로써, 선택 성장의 선택성이 향상된다.
이와 같이 베이킹 조건이 조정되어 수분 농도가 적정 범위 내로 된 상태에서, 다음에 SiCl2H2, HCl, H2, SiH4 등의 반응성 가스를 도입하여 실리콘 기판(W)의 표면 상에 선택 에피택셜 성장을 행한다. 또, 이 때도 베이킹시와 마찬가지로 프로세스 챔버(1) 내의 수분 농도 및 압력을 항상 계측한다.
이 때, 실측된 베이킹 중 및 프로세스 중의 프로세스 챔버(1) 내의 수분 농도에 기초하여 프로세스 조건을 조정한다. 즉, 프로세스 조건으로서 기판(W)의 가열 온도, 반응성 가스의 유량, 반응성 가스의 혼합비 또는 프로세스 챔버(1) 내의 압력 중 적어도 하나를 조정한다. 예를 들어, 수분 농도가 적정 범위보다 높아진 경우, 수분 농도에 기초하여 프로세스 중의 수소 유량을 소스 가스(SiCl2H2, HCl 등)에 비해 증가시키거나 HCl(염화수소)의 유량을 높이고, 또는 프로세스 챔버(1) 내의 압력을 높이는 등의 조정을 행함으로써 선택 성장의 선택성을 높일 수 있다. 특히, HCl은 SiO2 상에 폴리실리콘이 성장해 버리는 것을 억제하는(선택성을 높이는) 작용이 있다.
또, 가스의 유량은 선택 성장 가능한 선택 영역과 비선택 영역의 경계 부근의 조건으로 설정해 두는 것이 바람직하다.
또, 미리 수분 농도에 대응한 조건 설정을 성장 장치의 제어부 등에 기억시 키고, 상기 제어부 등에 의해서 실측 수분 농도에 기초하여 베이킹 조건 및 프로세스 조건을 자동 조정하도록 해도 상관없다.
상기 에피택셜 성장 종료 후에 프로세스 챔버(1)의 내부를 불활성 가스로 치환하고, 또 반송용 챔버(2)를 거쳐서 반출 로드 로크실(4)로부터 선택 성장이 끝난 실리콘 기판(W)을 반출한다.
본 실시 형태에서는 실리콘 기판(W)을 설치한 상태에서 프로세스 챔버(1) 내의 수분 농도를 계측하고, 상기 수분 농도에 기초하여 선택 에피택셜 성장의 가스 처리 조건을 조정하므로, 실제의 수분 농도의 계측치로부터 베이킹시에 수분 농도를 적정 범위 내로 조정하고, 또한 선택 성장 중 프로세스 조건이 조정되어 수분 농도가 선택 성장의 선택성에 미치는 영향을 고려한 고정밀도이며 또한 안정된 선택 성장을 행할 수 있다.
또, 본 발명의 제1 형태는 다음과 같은 실시 형태도 포함하는 것이다.
상기 실시 형태에서는 반도체 제조 방법으로서 선택 에피택셜 성장을 행하는 기상 성장에 적용했지만, 반응실 내에서 기판에 반응성 가스를 반응시키는 처리를 행하는 것이며, 수분 농도에 따라서 처리 특성이 영향을 받는 것이면 다른 반도체 제조 방법에 이용해도 상관없다. 예를 들어, M0S 디바이스용 기판으로서, 저항율이 매우 낮은 실리콘 기판 상에 단결정 실리콘 박막을 기상 성장시키는 에피택셜ㆍ웨이퍼의 제조 방법, 다른 박막을 기판 상에 형성하는 CVD법 또는 반응성 가스를 이용하여 기판 표면을 엣칭하는 드라이 엣칭법 등에 채용해도 상관없다.
다음에, 본 발명의 제2 형태에 관한 반도체 제조 방법 및 본 발명의 제3 형 태에 관한 반도체 제조 장치의 일 실시 형태를, 도4 내지 도6을 참조하면서 설명한다.
또, 본 실시 형태의 설명에 있어서, 상기 본 발명의 제1 형태에 관한 반도체 제조 방법의 실시 형태에서 설명한 부재와 동일한 기능을 갖는 부재에는 동일한 참조 부호가 부여되어 있다.
이들 도면에 있어서, 도면 부호 1은 프로세스 챔버, 2는 반송용 챔버, 3은 반입 로드 로크실, 4는 반출 로드 로크실, 5는 프로세스용 수분계, 6은 반송계 수분계를 나타내고 있다.
도4는 본 발명의 제3 형태의 반도체 제조 장치를 예를 들어 낱장식 에피택셜 결정 성장 장치에 적용한 경우를 도시한 것이다. 상기 에피택셜 결정 성장 장치는 도4에 도시한 바와 같이, 내부에 실리콘 기판(W)이 배치되는 중공의 기밀 용기인 3개의 석영으로 만들어진 프로세스 챔버(반응실)(1)와, 이들 프로세스 챔버(1) 내에 실리콘 기판(W)을 반입할 때 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 로드 로크실(3) 및 반송용 챔버(2)로부터 프로세스 후의 실리콘 기판(W)을 취출하기 위한 반출 로드 로크실(4)을 구비한 멀티챔버 방식의 성장 장치이다.
상기 각 프로세스 챔버(1)는 상기 프로세스 챔버(1)에 도입된 반응성 가스(부식성 가스)를 포함하는 프로세스 가스를 샘플링하여 가스 중에 포함되는 수분을 계측하는 프로세스용 수분계(제2 수분계)(5)에 프로세스용 샘플링 배관(9)으로 각 각 접속되어 있다.
또, 반송용 챔버(2), 반입 로드 로크실(3) 및 반출 로드 로크실(4)의 각 내부에도 내부의 분위기 중의 수분을 계측하는 반송계 수분계(제1 수분계)(6)가 반송계 샘플링 배관(6a)으로 접속되어 있다. 상기 반송계 수분계(6)는 정밀도 및 응답 속도가 높은 후술하는 레이저 수분계 본체(10)를 이용한 프로세스용 수분계(5)와 동일한 수분계이다.
반송계 샘플링 배관(6a)은 레이저 수분계 본체(10)로부터 반송용 챔버(2), 반입 로드 로크실(3) 및 반출 로드 로크실(4)에 대응하여 3개의 분기관(6b)으로 분기되어 구성되고, 각 분기관(6b)에는 이들을 개폐 가능한 밸브(6c)가 설치되어 있다.
상기 프로세스 챔버(1)에는 도2에 도시한 바와 같이, 반응성 가스 등의 가스 공급원(도시 생략)으로부터의 가스(SiCl2H2, SiCl3H, HCl, H2, N2, B2H6, PH3 등)를 도입하기 위한 프로세스 가스 도입관(23)과, 프로세스 챔버(1) 내에서 반응에 이용된 후에 반응성 가스 등을 배기 가스 처리 설비(도시 생략)로 배기하는 프로세스 가스 배기관(8)이 접속되어 있다.
상기 프로세스용 수분계(5)는 밸브(9a)를 구비한 일단부측이 프로세스 가스 배기관(8)의 기초 단부측을 거쳐서 각 프로세스 챔버(1)에 접속된 샘플 라인인 프로세스용 샘플링 배관(9)과, 상기 프로세스용 샘플링 배관(9)의 타단부에 가변 밸브(9b)를 거쳐서 접속되어 프로세스 챔버(1)로부터의 반응성 가스에 포함되는 수분 을 계측하는 레이저 수분계 본체(10)와, 상기 레이저 수분계 본체(10)의 후방 단부에 가변 밸브(11a)를 거쳐서 접속관(11)에 의해 접속된 로터리 펌프(12)를 구비하고 있다.
상기 프로세스용 샘플링 배관(9)의 기초 단부측에는 샘플 라인 N2 퍼지용의 배관 퍼지 라인(13)이 밸브(13a)를 거쳐서 접속되고, 또한 프로세스 가스 도입관(23)은 밸브(14a)를 거쳐서 분기관(14)에 의해 배관 퍼지 라인(13)에 접속되어 있다. 또, 배관 퍼지 라인(13)은 분기관(14)과의 접속 부분보다 상류에 밸브(13b)를 구비하고 있다.
또, 프로세스용 샘플링 배관(9)은 레이저 수분계 본체(10)로부터 3개의 프로세스 챔버(1)에 대응하여 3개의 분기관(9c)으로 분기되어 구성되고, 각 분기관(9c)에는 이들을 개폐 가능한 밸브(절환 기구)(9d)가 설치되어 있다.
상기 레이저 수분계 본체(10)에는 도5 및 도6에 도시한 바와 같이, 그 하우징(10a)의 내부를 N2 퍼지하기 위한 하우징 퍼지 라인(15)이 접속되어 있는 동시에, 이 N2를 배기하기 위해서 프로세스 가스 배기관(8)에 타단부가 접속된 N2 배기 라인(16)이 접속되어 있다.
또, 상기 로터리 펌프(12)는 프로세스 가스 배기관(8)에 밸브(17a)를 거쳐서 샘플링 배기관(17)으로 접속되어 있다. 또, 로터리 펌프(12)에는 가스 밸러스트용의 N2 퍼지 라인(18)이 접속되어 있다.
상기 레이저 수분계 본체(10)는 도6에 도시한 바와 같이, 하우징(10a) 내에 관형 셀 본체(19)가 설치되고, 상기 관형 셀 본체(19)에는 일단부측에 프로세스용 샘플링 배관(9)이 접속되어 있는 동시에 타단부측에 접속관(11)이 접속되어 있다. 관형 셀 본체(19)는 양단부에 투광성 창재(19a)가 장착되고, 한 쪽 투광성 창재(19a)의 외측에는 적외 레이저광(L)(파장이 1.3 내지 1.55 μm)을 발생하는 파장 가변 반도체 레이저(LD)가 대향하여 설치되고, 다른 쪽 투광성 창재(19a)의 외측에는 관형 셀 본체(19) 내를 투과한 적외 레이저광(L)을 수광하여 그 수광 강도를 전기 신호로 변환하는 광 검출기(PD)가 대향하여 설치되어 있다.
상기 프로세스용 샘플링 배관(9) 및 상기 접속관(11)에는 리본 히터(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 흘려보내는 전류를 조정하여 프로세스용 샘플링 배관(9) 및 접속관(11)을 100 ℃ 이상으로 가열한다.
또, 레이저 수분계 본체(10)의 관형 셀 본체(19) 및 투광성 창재(19a)에도 이들을 가열하는 전열선을 주체로 한 셀용 히터(22)가 부착되어, 100 ℃ 이상으로 가열된다. 또한, 반송계 샘플링 배관(6a)도 프로세스용 샘플링 배관(9)과 동일한 수단으로 가열되고 있다. 이에 의해, 프로세스 챔버(1)에서 가열된 반응성 가스의 배관 내부에 있어서의 부반응 생성물의 부착이 억제되고, 부반응 생성물이 배관을 폐색해 버리는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 현장에서 항상 수분을 계측하는 것이 가능해진다.
그리고, 레이저 수분계 본체(10)는 리본 히터(20) 및 셀용 히터(22)에 의해 서 100 ℃ 이상으로 가열된 반응성 가스의 온도에 따라서, 그 측정 감도의 조정ㆍ교정이 미리 행해져 있다. 또, 측정 감도의 조정ㆍ교정은 예를 들어 광 검출기(PD)로부터의 신호를 광 검출기(PD)에 접속된 제어부(도시 생략)에 있어서 연산 처리함으로써 행해진다.
또, 상기 각 배관으로서 배관 재료에 스테인레스 배관을 이용하고, 그 내면을 전해 연마 처리, 바람직하게는 CRP 처리(크롬 산화막을 표면에 갖는 부동태화막)를 실시한 것이 이용된다.
다음에, 본 발명의 제2 형태에 관한 반도체 제조 방법 및 본 발명의 제3 형태에 관한 반도체 제조 장치의 일 실시 형태에 있어서의 에피택셜 결정 성장 방법에 대하여 설명한다.
우선, 에피택셜 성장을 행하는 실리콘 기판(W)을 외부로부터 반입 로드 로크실(3)로 이송하는 동시에, 이 때 반송계 수분계(6)에 의해 반입 로드 로크실(3) 내의 수분을 계측한다. 즉, 반입 로드 로크실(3)에 접속된 분기관(6b)의 밸브(6c)만 개방하고 다른 밸브(6c)를 폐쇄하며, 이 상태에서 반입 로드 로크실(3) 내의 분위기를 반송계 샘플링 배관(6a)을 거쳐서 레이저 수분계 본체(10)에 도입시켜 수분 농도를 계측한다. 또, 반송계 샘플링 배관(6a)으로부터 레이저 수분계 본체(10)로의 가스의 도입은 후술하는 프로세스용 수분계(5)와 마찬가지로 행해진다.
반송계 수분계(6)의 계측에 의해, 반입 로드 로크실(3) 내의 수분 농도가 소정의 값 미만인 것을 확인한 후, 실리콘 기판(W)을 반입 로드 로크실(3)로부터 반 송용 챔버(2) 내로 반입하고, 또한 반송용 챔버(2) 내의 분위기를 N2 등의 불활성 가스로 치환한다.
이 때, 반송계 수분계(6)에 의해 반송용 챔버(2) 내의 수분을 계측한다. 즉, 반송용 챔버(2)에 접속된 분기관(6b)의 밸브(6c)만 개방하고 다른 밸브(6c)를 폐쇄하며, 이 상태에서 반송용 챔버(2) 내의 분위기를 반송계 샘플링 배관(6a)을 거쳐서 레이저 수분계 본체(10)에 도입시켜 수분 농도를 계측한다. 그리고, 반송계 수분계(6)의 계측에 의해, 반송용 챔버(2) 내의 수분 농도가 소정의 기정치(제1 기정치) 미만까지 충분히 수분이 저감된 상태를 확인한 후에, 프로세스 챔버(1) 내에 실리콘 기판(W)을 반송한다. 또, 소정의 기정치는 반송용 챔버(2)와 프로세스 챔버(1)의 용적비에도 기인하는데, 5 ppm 미만인 것이 바람직하다. 즉, 약간 수분 농도가 높더라도 퍼지 가스로 희석되어 영향은 작다.
각 프로세스 챔버(1)의 내부는 프로세스 전에는 H2 또는 N2 등의 불활성 가스에 의해 퍼지 상태로 되어 있지만, 반송용 챔버(2)로부터 반입한 실리콘 기판(W)을 배치하여 소정 온도까지 가열된다. 이 때, 프로세스용 수분계(5)에 의해 각 프로세스 챔버(1) 내의 수분을 계측한다. 즉, 계측하는 프로세스 챔버(1)에 접속된 분기관(9c)의 밸브(9d)만 개방하고 다른 밸브(9d)를 폐쇄하며, 이 상태에서 프로세스 챔버(1) 내의 가스를 프로세스용 샘플링 배관(9)을 거쳐서 레이저 수분계 본체(10)에 도입시켜 수분 농도를 계측한다. 이 때, 밸브(9a, 17a)를 개방하는 동시에 로터리 펌프(12)를 구동하고, 또한 가변 밸브(9b, 11a)로 유입량을 조정하면서 프로 세스 챔버(1) 내의 가스의 일부를 프로세스용 샘플링 배관(9)을 거쳐서 레이저 수분계 본체(10)에 항상 도입한다.
샘플링된 가스는 레이저 수분계 본체(10) 내의 관형 셀 본체(19) 내에 유입되고, 반도체 레이저(LD)로부터의 적외 레이저광(L)이 조사된다. 관형 셀 본체(19) 내의 가스를 투과한 적외 레이저광(L)은 광 검출기(PD)로 수광되고, 그 수광량으로부터 얻어진 흡수 스펙트럼 강도에 의해 가스에 포함되는 수분의 정량 분석이 행해진다.
그리고, 샘플링된 가스 중의 수분 농도가 적어도 1 ppm 미만(제2 기정치)인 것을 확인한 후에, 프로세스 가스 도입관(23)에 의해 소정의 반응성 가스 등을 도입하여 실리콘 기판(W)의 표면 상에 에피택셜 성장을 행한다. 만약, 반송용 챔버(2)에 산소가 존재하고, 프로세스 챔버(1) 내의 가스가 수소인 경우에는 소정의 온도에서 반응에 의한 물이 발생하므로, 그 경우 프로세스를 중단하고 반송계의 누설 등을 체크하여 장치의 보수를 행한다.
또, 관형 셀 본체(19)에 유입된 반응성 가스 등은 접속관(11), 로터리 펌프(12) 및 샘플링 배기관(17)을 거쳐서 프로세스 가스 배기관(8)에 배출된다.
그리고, 에피택셜 성장 중에 있어서도 상기와 마찬가지로 프로세스 챔버(1)에서 반응에 이용되어 가열된 배기 가스의 일부를 프로세스용 샘플링 배관(9)을 거쳐서 레이저 수분계 본체(10)에 항상 도입하여, 배기 가스의 수분 농도를 계측한다.
에피택셜 성장 종료 후, 프로세스 챔버(1)로부터 반송용 챔버(2)로 기판(W) 이 복귀되고, 또한 상기 기판(W)은 반출 로드 로크실(4)로 반출되어 외부로 취출된다. 또, 반출 로드 로크실(4) 내의 수분 농도도 밸브(6c)의 개폐를 절환함으로써 반송계 수분계(6)로 계측할 수 있으며, 반출 로드 로크실(4)로부터의 누설 등을 검지하는 것도 가능하다.
본 실시 형태에서는 반송용 챔버(2)의 밀폐 공간 내의 수분 농도를 계측하는 반송계 수분계(6)와, 프로세스 챔버(1) 내의 수분 농도를 계측하는 프로세스용 수분계(5)에 의해, 반입 로드 로크실(3)과 반송용 챔버(2) 등의 기판 반송계 내의 수분 농도 및 프로세스 챔버(1) 내의 수분 농도를 모두 계측할 수 있고, 기판 반송계의 밀폐 공간에 있어서의 수분 농도가 프로세스 챔버(1) 내의 수분 농도에 미치는 영향을 조사할 수 있다. 또, 반송용 챔버(2) 및 반입 로드 로크실(3)의 양 쪽에 대하여, 반송계 수분계(6)에 의해 개별로 내부의 수분 농도를 계측할 수 있으므로, 반입 로드 로크실(3) 내의 수분 농도가 반송용 챔버(2) 내의 수분 농도에 미치는 영향을 조사하는 것도 가능해진다.
또, 프로세스 챔버(1) 내의 수분 농도를 저감하기 위해서 반입 로드 로크실(3) 및 반송용 챔버(2) 내의 수분 농도를 계측, 소정의 농도로 제한한 상태에서 프로세스 챔버(1)에 기판(W)을 이송하므로, 기판 반송계 내의 가스가 프로세스 챔버(1) 내로 유입되어 수분 농도를 증가시키는 것을 적극적으로 저감하여 양호한 에피택셜 성장을 행하는 것이 가능해진다. 또, 만약 기판 반송계 내에서 산소를 끌어들이고 있던 경우라도, 프로세스 챔버(1) 내의 수분 농도가 증가하는 현상을 볼 수 있으므로, 양호한 에피택셜 성장을 행하는 것이 가능하다.
또, 샘플링된 가스 중의 수분 농도가 적어도 1 ppm 미만인 것을 확인한 후에, 반응성 가스를 도입하여 실리콘 기판(W)의 표면 상에 에피택셜 성장을 행하므로, 중금속의 스폿형 오염을 방지할 수 있다.
또, 각 프로세스 챔버(1)의 수분 농도를 개별로 계측 가능한 프로세스용 수분계(5)를 구비하고 있으므로, 프로세스 챔버(1)마다 수분 농도를 계측하여 일부의 프로세스 챔버(1)에서 수분 농도가 상승한 경우에, 불량이나 고장 등의 판별을 용이하게 행할 수 있다.
그리고, 프로세스용 수분계(5)에 접속하는 대상을 임의의 프로세스 챔버(1)로 절환 가능한 밸브(9d)를 구비하고 있으므로, 각 밸브(9d)의 개폐로 계측하고 싶은 프로세스 챔버(1)와 레이저 수분계 본체(10)를 접속함으로써, 복수이며 또한 임의의 프로세스 챔버(1) 내의 수분 농도를 하나의 프로세스용 수분계(5)로 계측하는 것이 가능해지고, 부재 갯수 및 비용의 저감을 도모할 수 있다.
또, 본 발명의 제2 및 제3 형태는 다음과 같은 실시 형태도 포함하는 것이다.
상기 실시 형태에서는 프로세스용 수분계(5)와 반송계 수분계(6)를 별도로 설치했지만, 하나의 수분계로부터 샘플링 배관을 프로세스 챔버 및 반송용 챔버 등의 기판 반송계로 분기시키고, 각 분기한 배관에 밸브 등의 절환 기구를 설치함으로써, 동일한 수분계를 프로세스용 수분계 및 반송계 수분계로서 겸용하고, 접속하는 대상을 기판 반송계의 밀폐 공간 또는 프로세스 챔버로 밸브 등에 의해 임의로 절환 가능하게 해도 좋다. 이 경우, 하나의 수분계로 기판 반송계의 밀폐 공간 및 프로세스 챔버의 수분 농도를 임의로 계측할 수 있고, 또한 부재 갯수 및 비용의 저감을 도모할 수 있다.
상기 실시 형태에서는 실리콘 웨이퍼(W)를 반송용 챔버(2)로부터 프로세스 챔버(1)로 반입하는 경우에 본 발명을 적용했지만, 에피택셜 성장 종료 후에 실리콘 웨이퍼(W)를 프로세스 챔버(1)로부터 반송용 챔버(2)로 반출할 때 본 발명을 적용해도 상관없다. 예를 들어, 프로세스 챔버(1) 내에서 실리콘 웨이퍼(W) 상에 모노실란 등의 가스로 에피택셜 성장을 행하고, 해당 성장 종료 후에 실리콘 웨이퍼(W)를 프로세스 챔버(1)로부터 반송용 챔버(2)로 반출하고, 그 후에 프로세스 챔버(1) 내에 HCl을 흘려보내어 내부를 세척(엣칭)하는 경우, 웨이퍼(W)를 상기 반출하기 전에 반송용 챔버(2) 내의 수분 농도를 계측하여, 소정의 기정치(예를 들어 5 ppm) 미만으로 되어 있는 것을 확인하고 나서 웨이퍼(W)를 프로세스 챔버(1)로부터 반송용 챔버(2)로 반출한다. 이와 같이, 상기 반출시에 있어서도 반송용 챔버(2) 내의 수분 농도를 계측하여 확인하므로, 반출시에 반송용 챔버(2) 내의 가스가 프로세스 챔버(1) 내로 유입되어 수분 농도를 증가시키는 것을 적극적으로 저감하여 양호한 HCl 세척을 행하는 것이 가능해진다.
상기 실시 형태의 반송계 수분계(6)는 상술한 바와 같이 고정밀도인 레이저 수분계 본체(10)를 이용한 프로세스용 수분계(5)와 동일한 수분계가 바람직하지만, 흡습성의 박막을 코팅한 수정 진동자의 발신 주파수 변동량을 계측하는 흡착식 수분계, 알루미나ㆍ콘덴서 등에 수분을 흡착시켜 그 전기 용량의 변화를 계측하는 정전 용량 방식의 수분계나 질량 분석법을 이용한 수분계 등이라도 상관없다.
상기 실시 형태에서는 반도체 제조 장치로서 에피택셜 성장을 행하는 기상 성장 장치에 적용했지만, 반응실 내의 기판 상에서 반응성 가스를 반응시키는 장치이면, 다른 반도체 제조 장치에 이용해도 상관없다. 예를 들어, 다른 박막을 기판 상에 형성하는 CVD 장치나 부식성 가스를 이용하여 기판 표면을 엣칭하는 드라이 엣칭 장치 등에 채용해도 상관없다.
또, 상기 실시 형태에서는 낱장식 에피택셜 성장 장치에 적용했지만, 이것으로 한정되는 것은 아니며, 다른 방식(각종 배치식 등)에 적용해도 상관없다.
그리고, 프로세스 전에 각 배관 및 프로세스 챔버의 내부를 H2 퍼지하고 나서 반응성 가스로서의 부식성 가스를 도입했지만, 충분한 H2 퍼지 후에 다시 HCl(염화수소)로 퍼지를 행하고, 그 후에 성장에 이용하는 반응성 가스를 도입해도 상관없다. 이 경우, 각 배관 및 프로세스 챔버의 내벽에 흡착되어 있는 물분자가 HCl 분자와 결합되어 이송되어지고, 나중에 공급되는 반응성 가스 중에 포함되는 수분을 저감할 수 있다.
<실시예>
비교를 위해, 종래의 방법(수분 농도 4 ppm)에 의해 실리콘 웨이퍼(W)에 에피택셜 성장한 결과, 및 상기 실시 형태에 의해 실제로 수분 농도 1 ppm으로 해당 성장을 행한 결과를 도7 및 도8에 각각 도시한다. 또, 이들 도면에서는 웨이퍼(W) 표면에 있어서 수명이 500 μs 미만인 영역(즉, 중금속 오염 영역에 상당)에 사선을 긋고 있다.
이 도7 및 도8로부터 알 수 있는 바와 같이, 종래의 방법에서는 웨이퍼 표면에 중금속 오염이 스폿형으로 발생하고 있는 데 반해, 본 발명의 실시예에서는 스폿형 오염이 발생하고 있지 않다.
본 발명에 따르면, 프로세스시의 조건을 정확하게 조정하여 선택 에피택셜 성장 등의 반응성 가스 처리를 고정밀도로 행할 수 있는 반도체 제조 방법을 제공할 수 있다.
또 본 발명에 따르면, 수분 농도의 증가를 억제하고, 중금속 오염 등을 방지할 수 있는 동시에 프로세스 챔버 내의 수분 농도와 외부 영역의 상관을 조사할 수 있는 반도체 제조 방법 및 반도체 제조 장치를 제공할 수 있다.

Claims (15)

  1. 기판(W)이 내부에 설치된 반응실(1) 내에 반응성 가스를 흘려보내어 기판(W)과 반응성 가스를 반응시키는 반응성 가스 처리를 행하는 반도체 제조 방법으로서,
    상기 기판(W)을 설치한 상태에서 상기 반응실(1) 내 또는 상기 반응실(1)의 가스 배기계 내의 수분 농도를 계측하고, 상기 수분 농도에 기초하여 반응성 가스 처리의 조건을 조정하고,
    상기 반응성 가스 처리의 조건은 상기 반응실(1) 내에 반응성 가스를 유입시키기 전에 행하는 상기 기판(W)의 가열 조건을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 가열 조건은 상기 기판(W)의 가열 온도, 기판(W)의 가열 시간 또는 퍼지 가스의 유량인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 방법.
  4. 기판(W)이 내부에 설치된 반응실(1) 내에 반응성 가스를 흘려보내어 기판(W)과 반응성 가스를 반응시키는 반응성 가스 처리를 행하는 반도체 제조 방법으로서,
    상기 기판(W)을 설치한 상태에서 상기 반응실(1) 내 또는 상기 반응실(1)의 가스 배기계 내의 수분 농도를 계측하고, 상기 수분 농도에 기초하여 반응성 가스 처리의 조건을 조정하고,
    상기 반응성 가스 처리의 조건은 상기 기판(W)의 가열 온도, 상기 반응성 가스의 유량, 상기 반응성 가스의 혼합비 또는 상기 반응실(1) 내의 압력인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 표면에 산화실리콘(31)이 형성되어 있는 상기 기판(W)에 대하여 상기 반응성 가스 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 기판(W)은 실리콘 기판이고,
    상기 반응성 가스 처리는 상기 기판(W)의 표면 중 실리콘이 노출된 영역에 선택적으로 반도체층을 성장시키는 처리인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 방법.
  7. 기판(W)을 기판 반송계(2, 3)에 의해 상기 기판 반송계 내의 밀폐 공간으로부터 반응실(1) 내로 반입했을 때 또는 반응실(1) 내로부터 상기 밀폐 공간으로 반출했을 때, 상기 반응실(1) 내에 반응성 가스를 흘려보내어 반응실(1) 내에서 반응성 가스를 반응시키는 반응성 가스 처리를 행하는 반도체 제조 방법으로서,
    상기 밀폐 공간에 접속된 제1 수분계(6)에 의해 상기 밀폐 공간 내의 수분 농도를 계측한 후에, 상기 기판(W)을 상기 기판 반송계(2, 3)로 상기 반입 또는 상기 반출을 행하는 기판 반송 공정과,
    상기 기판 반송 공정 후에, 상기 반응실(1)에 접속된 제2 수분계(5)로 반응실(1) 내의 수분 농도를 계측하면서 상기 반응성 가스 처리를 행하는 가스 처리 공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 기판 반송 공정은 상기 밀폐 공간 내의 수분 농도가 제1 기정치보다 낮은 것을 확인한 후에 상기 기판(W)을 상기 밀폐 공간으로부터 상기 반응실(1) 내로 반입 또는 반응실(1) 내로부터 상기 밀폐 공간으로 반출하고,
    상기 가스 처리 공정은 상기 반응실(1) 내의 수분 농도가 제2 기정치보다 낮은 것을 확인한 후에 상기 반응성 가스 처리를 개시하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2 기정치를 1 ppm 미만으로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 제1 수분계(6) 또는 상기 제2 수분계(5)는 상기 밀폐 공간 또는 상기 반응실(1)에 접속된 관형 셀 본체(19) 내에 레이저광을 입사시켜 투과한 레이저광의 흡수 스펙트럼을 측정하는 레이저 수분계(10)인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 방법.
  11. 기판(W)을 기판 반송계(2, 3)에 의해 상기 기판 반송계 내의 밀폐 공간으로부터 반응실(1) 내로 반입했을 때 또는 반응실(1) 내로부터 상기 밀폐 공간으로 반출했을 때, 상기 반응실(1) 내에 반응성 가스를 흘려보내어 반응실(1) 내에서 반응성 가스를 반응시키는 반응성 가스 처리를 행하는 반도체 제조 장치로서,
    상기 기판 반송계의 밀폐 공간 내의 수분 농도를 계측하는 제1 수분계(6)와,
    상기 반응실(1) 내의 수분 농도를 계측하는 제2 수분계(5)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  12. 제11항에 있어서, 복수의 반응실(1)을 구비하고,
    상기 제1 수분계(6)는 상기 반응실(1)마다 수분 농도를 계측 가능하게 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 수분계(6)에 접속하는 대상을 임의의 상기 반응실(1)로 절환 가능한 절환 기구(9d)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 제1 수분계(6) 및 상기 제2 수분계(5)는 동일한 수분계이고,
    상기 수분계에 접속되는 대상을 상기 밀폐 공간 또는 상기 반응실(1)로 절환 가능한 절환 기구(9d)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
  15. 제11항에 있어서, 상기 제1 수분계(6) 또는 상기 제2 수분계(5)는 상기 밀폐 공간 또는 상기 반응실(1)에 접속된 관형 셀 본체(19) 내에 레이저광을 입사시켜 투과한 레이저광의 흡수 스펙트럼을 측정하는 레이저 수분계(10)인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장치.
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