KR20030044060A - 반도체 장치의 제조 장치 및 제조 방법, 및 반도체 제조장치의 클리닝 방법 - Google Patents
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Abstract
피처리 기판이 수용되는 처리실과, 이 처리실 내부에 처리용 가스를 도입하는 가스 도입관과, 처리실 내부의 가스를 처리실 외부로 배출하는 가스 배출관과, 처리실 내부, 가스 도입관, 및 가스 배출관 중 2개소 이상의 서로 다른 위치에 설치되며, 처리실 내부의 가스, 처리실 내부에 도입되기 전의 처리용 가스, 및 처리실 외부로 배출되는 처리실 내부의 가스 중, 처리실 내부의 가스의 성분, 또는 적어도 다른 2 종류의 가스의 성분을 측정하는 성분 측정 장치와, 처리실 내부의 가스의 성분마다의 농도, 또는 적어도 다른 2 종류의 가스 각각의 성분마다의 농도를 측정하는 농도 측정 장치와, 성분 측정 장치 및 농도 측정 장치가 측정한 각 측정치에 기초하여, 피처리 기판에 적정한 처리가 실시되도록 처리용 가스의 성분 및 이들 가스의 성분마다의 농도, 및 처리실 내부의 분위기를 조정하는 제어 장치를 구비하는 반도체 장치의 제조 장치.
Description
반도체 장치의 제조 프로세스에 있어서는 여러가지 원료 가스를 이용하여, 이들 원료 가스와 반도체 기판(웨이퍼)의 일반적인 주재료인 실리콘, 혹은 복수 종류의 원료 가스끼리의 열 반응 또는 화학 반응 등을 이용하여, 웨이퍼 상에 박막을 형성하는 성막 공정이 매우 중요하다. 특히, 소위 열 처리 공정(Hot Process)으로서, 예를 들면 기판 실리콘의 열 산화 및 열 질화, 어닐링, RTP(Rapid Thermal Process), 혹은 화학적 기상 성장(CVD : Chemical Vapor Deposition)으로 불리는 공정이 매우 중요하다.
이들 공정은 통상, 반도체 기판으로 되는 실리콘 웨이퍼를 소정의 성막 장치의 반응로 내에 1매 내지 복수매 배치하고, 반응로 내에 원료 가스를 도입함으로써행한다. 이 때, 원하는 대로의 막질 특성(예를 들면, 막 두께, 막 조성, 및 막 저항 등)을 얻기 위해서 원료 가스의 유량, 반응로 내의 압력, 온도, 처리 시간 등을 미리 설정해둔다. 그리고, 그 설정대로 성막 장치가 작동하도록 컨트롤러로 제어한다. 최근, 반도체 장치는 그 내부 구조의 미세화 및 고밀도화가 현저히 진행되고 있다. 따라서, 반도체 장치의 제조 프로세스에서는, 복잡하고 또한 고성능인 반도체 장치가 적정한 상태에서 안정적으로 작동할 수 있도록, 양질인 박막을 얻는 것이 매우 중요하게 되어 있다. 그 때문에, 상술한 원료 가스의 유량, 반응로 내의 압력, 온도, 처리 시간 등, 성막 공정에서의 각종 제어 파라미터(성막용 파라미터)를 매우 높은 정밀도로 제어할 필요성이 점점 더 높아지고 있다.
상술한 바와 같이, 양질인 박막을 얻기 위해서 성막 공정에서의 각종 성막용 파라미터를 매우 높은 정밀도로 제어할 필요성이 높아지고 있다. 그런데, 일반적인 성막 장치에서는 각종 성막용 파라미터를 제어하는 컨트롤러 자체의 제어 능력의 정밀도를 높이더라도 원하는 대로의 충분한 정밀도로 제어할 수 없는 성막용 파라미터가 몇몇이 존재한다.
예를 들면, 열 산화 프로세스를 복수회(복수 런) 반복하여 행할 때에, 산화 온도, 산화 시간, 산소 유량, 및 산소 압력 등을 각 회(각 런) 모두 정확하게 동일 조건이 되도록 제어하여, 열 산화 프로세스를 행하도록 설정한다. 이러한 설정의 열 산화 프로세스에 따르면 성막된 박막의 막 두께는 이론 상으로는 각 회 모두 거의 동일한 두께가 될 것이다. 그런데, 경험적으로는 성막된 박막의 막 두께를 각 런마다 비교하면, 이들 사이에는 무시할 수 없는 변동, 즉 허용할 수 없는 오차가생기는 경우가 있다.
이러한 막 두께의 오차가 생기는 원인은 몇몇이 생각된다. 예를 들면, 산화로(반응로) 내에서의 산화제의 분압이 산화로 내에 도입되는 산소의 유량 및 산화로 내의 압력 이외의 요인으로 각 런마다 변화하고 있는 경우가 생각된다. 구체적으로는, 앞의 런으로 수분을 포함하는 처리를 행한 경우에는 다음의 런까지 반응로의 외부로 배출(퍼지)할 수 없는 수분이 로 내로 흡착하고 있는 경우가 있다. 이러한 경우, 수분은 실리콘에 대하여 산화제로서 기능하기 때문에, 로 내에 수분이 거의 존재하지 않는 상태에서의 성막 공정과 비교하면, 로 내에 수분이 남은 상태에서의 성막 공정에서 형성되는 산화막은 그 막 두께가 두꺼워진다.
또한, 반응로의 내부가 대기로 노출되는 구조의 성막 장치에서는 각 런마다 웨이퍼를 반응로의 외부로부터 내부에 반입할 때에, 대기 중의 수분이 웨이퍼와 함께 반응로 내에 운반하게 된다. 이 경우, 대기 중의 수분 농도(습도)는 각 런의 개시 시 및 종료 시에 일정하다고는 한정하지 않기 때문에, 로 내의 습도가 각 런마다 다를 우려가 있다.
이와 같이, 반응로 내의 흡착 수분이나 혹은 대기 중에서 로 내에 운반되는 수분 등은 이들 양이 매우 불안정함과 함께, 그 변동량도 크다. 따라서, 이들 흡착 수분이나 로 내에 운반하는 수분 등의 양은 일반 성막 장치에서는 제어 가능한 성막용 파라미터로서는 설정되어 있지 않다. 가령 이들 수분량을 성막용 파라미터로서 설정해도, 상술한 바와 같이 수분을 포함하는 처리를 행하거나 혹은 반응로의 내부가 대기로 노출되는 구조의 성막 장치를 사용하거나 하는 한, 형성되는 산화막의 막 두께는 크게 변동될 우려가 높다.
혹은, 상술한 바와 같이, 로 내외의 수분량 등의 매우 불안정한 요소를 성막용 파라미터로서 이용하는 대신에, 반응로의 내부로부터 그 외부로 배출되는 성막 공정으로 사용된 후의 사용 종료의 원료 가스를 포함하는 배기 가스의 성분 등을 분석(측정, 관찰, 모니터링)함으로써, 성막 중인 로 내의 가스의 상태 및 분위기를 파악하여, 이들이 적정한 상태로 유지되도록 제어하는 방법도 생각된다. 그런데, 이 방법으로는 실제의 로 내의 가스의 상태 및 분위기를 정확하게 모니터링하는 것으로는 되지 않는다.
왜냐하면, 반응로의 내부에 도입되는 원료 가스의 성분 및 농도 등은 반응로의 내부와 외부로 크게 다를 우려가 있기 때문이다. 즉, 원료 가스의 성분 및 농도 등은 성막 중의 열 반응이나 화학 반응 등에 따라 성막 공정을 개시하기 전에, 한창 성막 공정을 하고 있을 때, 및 성막 공정 종료한 후의 각각으로 크게 다를 우려가 있다. 특히, 원료 가스의 반응성 혹은 분해성이 높아지면 높아질수록, 그 경향은 강해진다. 또한, 원료 가스의 성분 및 농도 등을 분석하는 분석계의 위치에 의해서도, 이들 분석 결과가 크게 다를 우려도 있다.
또한, 성막되는 막의 두께가 변동되는 원인으로서, 반응로의 내부에 쌓인 원료 가스의 뒤에 남은 찌꺼기가 관여되어 있을 우려도 있다. 예를 들면, 성막 공정을 복수 런 반복할 때에, 전 회의 런으로 이용한 원료 가스의 성분이 완전히 반응되지 않은 채 반응로의 내벽에 부착하여 고화한다. 이 상태에서 다음의 런을 행하면, 그 반응로의 내벽에 부착하여 고화한 원료 가스의 성분이 반응로 내의 열 등에의해 다시 기화하고, 새롭게 반응로 내에 도입된 원료 가스와 혼합된다. 그러면, 각 런마다 대략 동일한 양이 되도록 미리 설정된 양보다도 다량의 원료 가스가 실질적으로, 반응로 내에 존재하게 된다. 이에 의해, 성막 반응에 기여하는 원료 가스의 양이 각 런마다 다르기 때문에, 성막되는 막의 두께가 각 런마다 변동된다고 생각된다. 런의 횟수가 증가하면 증가할수록, 원료 가스의 뒤에 남은 찌꺼기가 반응로의 내부에 쌓이기 쉽기 때문에, 이러한 현상은 런의 횟수가 증가함에 따라 현저해진다.
또한, 1대의 성막 장치에서 다른 복수 종류의 성막 공정을 행하는 경우, 일반적으로는 이들 각 성막 공정마다 이용하는 원료가 다르기 때문에, 전회의 성막 공정에서 이용한 원료의 성분이 완전하게 다 반응지 않은 채 반응로의 내부에 저장되어 있으면, 다음회의 성막 공정에서 불필요한 성분이 혼입할 우려가 있다. 불필요한 성분이 혼입되면, 형성되는 박막의 막 두께가 크게 변동하는 것뿐만 아니라, 전혀 원하지 않는 성질의 박막이 형성되거나 혹은 매우 불량한 성질의 박막이 형성되거나 할 우려가 있다.
<발명의 개시>
본 발명의 일 형태에 따른 반도체 장치의 제조 장치는 소정의 처리가 실시되는 피처리 기판이 수용되는 처리실과, 이 처리실 내부에 연통하도록 접속되어 상기 처리에 이용되는 처리용 가스를 상기 처리실 내부에 도입하는 가스 도입관과, 상기 처리실 내부에 연통하도록 접속되어 상기 처리실 내부의 가스를 상기 처리실 외부로 배출하는 가스 배출관과, 상기 처리실 내부, 상기 가스 도입관, 및 상기 가스배출관 중 2개소 이상의 서로 다른 위치에 설치되며, 상기 처리실 내부의 가스, 상기 처리실 내부에 도입되기 전의 상기 처리용 가스, 및 상기 처리실 외부로 배출되는 상기 처리실 내부의 가스 중, 상기 처리실 내부의 가스의 성분, 또는 적어도 다른 2 종류의 가스의 성분을 측정하는 성분 측정 장치와, 상기 처리실 내부, 상기 가스 도입관, 및 상기 가스 배출관 중 2개소 이상의 서로 다른 위치에 설치되며, 상기 처리실 내부의 가스, 상기 처리실 내부에 도입되기 전의 상기 처리용 가스, 및 상기 처리실 외부로 배출되는 상기 처리실 내부의 가스 중, 상기 처리실 내부의 가스의 성분마다의 농도, 또는 적어도 다른 2 종류의 가스 각각의 성분마다의 농도를 측정하는 농도 측정 장치와, 상기 성분 측정 장치 및 상기 농도 측정 장치가 측정한 각 측정치에 기초하여, 상기 피처리 기판에 적정한 처리가 실시되도록, 상기 처리용 가스의 성분 및 이들 가스의 성분마다의 농도, 및 상기 처리실 내부의 분위기를 조정하는 제어 장치를 구비하는 것이다.
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법은 소정의 처리가 실시되는 피처리 기판이 수용되는 처리실 내부에 상기 피처리 기판을 배치하고, 상기 처리에 이용되는 처리용 가스를 상기 처리실 내부에 도입함으로써 상기 처리를 행하는 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 처리실 내부, 상기 처리실 내부에 연통하도록 접속되어 상기 처리에 이용되는 처리용 가스를 상기 처리실 내부에 도입하는 가스 도입관, 및 상기 처리실 내부에 연통하도록 접속되어 상기 처리실 내부의 가스를 상기 처리실 외부로 배출하는 가스 배출관 중 2개소 이상의 서로 다른 위치에서, 상기 처리실 내부의 가스, 상기 처리실 내부에 도입되기 전의 상기 처리용 가스, 및 상기 처리실 외부로 배출되는 상기 처리실 내부의 가스 중, 상기 처리실 내부의 가스의 성분, 또는 적어도 다른 2 종류의 가스의 성분, 및 이들 성분마다의 농도를 측정하고, 이들 각 측정치에 기초하여 상기 피처리 기판에 적정한 처리가 실시되도록, 상기 처리용 가스의 성분 및 그 성분마다의 농도, 및 상기 처리실 내부의 분위기를 조정하는 것이다.
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 반도체 제조 장치의 클리닝 방법은 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조 방법에 의해 상기 피처리 기판에 상기 소정의 처리를 실시한 후에, 상기 소정의 처리가 실시된 상기 피처리 기판을 상기 처리실 내부로부터 추출하고, 상기 각 측정치에 기초하여 상기 가스 도입관, 상기 처리실 내부, 및 상기 가스 배출관에 남아 있는 잔류물을 제거할 수 있는 성분 및 농도로 이루어지는 클리닝용 가스를 생성하여, 이 클리닝용 가스를 상기 가스 도입관으로부터 상기 처리실을 거쳐서 상기 가스 배출관을 향하여 흘리는 것이다.
본 발명은 반도체 장치의 제조 장치 및 제조 방법, 및 반도체 제조 장치의 클리닝 방법에 관한 것으로, 특히 열 산화, 어닐링, CVD, RTP 등, 반도체 제조 프로세스에서의 핫 프로세스에 이용되는 반도체 장치의 제조 장치 및 제조 방법, 및 반도체 제조 장치의 클리닝 방법에 관한 것이다.
도 1은 제1 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 장치로서의 성막 장치의 구성을 간략하게 나타내는 도면.
도 2는 도 1의 성막 장치가 구비하는 반응로 내의 가스의 농도를 구하는 방법을 나타내는 도면.
도 3은 제2 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 장치로서의 웨트 산화 방식의 성막 장치의 구성을 간략하게 나타내는 도면.
도 4는 제3 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 장치로서의 성막 장치의 구성을 간략하게 나타내는 도면.
도 5는 제4 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 장치로서의 배치식의 성막 장치의 구성을 간략하게 나타내는 도면.
도 6은 제5 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 장치로서의 성막 장치의 구성을 간략하게 나타내는 도면.
도 7은 도 6의 성막 장치가 구비하는 반응로 내의 가스의 농도를 구하는 방법을 나타내는 도면.
<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>
이하, 본 발명의 제1∼제5 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 장치 및 제조 방법, 및 반도체 제조 장치의 클리닝 방법을, 도 1∼도 7에 기초하여 각 실시예마다 설명한다.
(제1 실시예)
우선, 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 장치 및 제조 방법, 및 반도체 제조 장치의 클리닝 방법을 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.
도 1은 이 제1 실시예의 반도체 장치의 제조 장치(1)의 구성의 개략을 나타내는 도면이다. 또한, 도 2는 도 1에 도시하는 반도체 장치의 제조 장치(1)가 구비하는 처리실(3) 내부의 소정의 위치에서의 가스의 농도를 구하는 방법을 나타내는 도면이다.
본 실시예의 반도체 장치의 제조 장치(1)는 도 1에 도시한 바와 같이, 소정의 처리가 실시되는 피처리 기판(2)이 수용되는 처리실(3)과, 처리에 이용되는 처리용 가스(4)를 처리실(3) 내부에 도입하는 가스 도입관(5)과, 처리실(3) 내부의 가스를 처리실(3) 외부로 배출하는 가스 배출관(6)과, 가스 도입관(5)에 설치되어, 처리실(3) 내부에 도입되기 전의 처리용 가스(4)의 성분을 측정하는 성분 측정 장치(7) 및 그 성분마다의 농도를 측정하는 농도 측정 장치(8)와, 가스 배출관(6)에 설치되어, 처리실(3) 외부로 배출되는 처리실(3) 내부의 가스의 성분을 측정하는 성분 측정 장치(7) 및 그 성분마다의 농도를 측정하는 농도 측정 장치(8)와, 각 성분 측정 장치(7) 및 각 농도 측정 장치(8)가 측정한 각 측정치에 기초하여, 피처리 기판(2)에 적정한 처리가 실시되도록 처리용 가스(4)의 성분 및 그 성분마다의 농도, 및 처리실(3) 내부의 분위기를 조정하는 제어 장치(9) 등으로 구성되어 있다.
본 실시예의 반도체 장치의 제조 장치는, 처리실(3) 내부에 피처리 기판으로서의 웨이퍼(2)가 1매 수용된 상태에서 성막 처리가 실시되는, 소위 웨이퍼형의 성막 장치(1)이다.
처리실로서의 반응로(3)의 외측에는, 반응로(3) 내부의 온도를 소정의 값으로 설정하기 위한 온도 조절 장치로서의 히터(10)가 복수개 설치되어 있다. 또한, 반응로(3)에는 그 내부의 온도를 측정하는 온도계(11), 및 반응로(3) 내부의 압력을 측정하는 압력계(12)가 부착되어 있다.
가스 도입관(5)은 반응로(3) 내부에 연통하여 접속되어 있다. 가스 도입관(5)의 반응로(3) 내부에 연통하고 있는 측 단부에는 성막 처리에 이용되는 처리용 가스(4)를 가스 도입관(5)으로부터 반응로(3) 내부로 유도하기 위한 가스 도입구(13)가 개구되어 설치되어 있다. 처리용 가스(4)는 가스 도입관(5)을 통하여 가스 도입구(13)를 거쳐서 반응로(3) 내부에 도입된다.
또한, 가스 도입관(5)의 반응로(3)에 접속되어 있는 측과는 반대측에는 도 1 중 일점쇄선으로 둘러싸 나타낸 바와 같이, 처리용 가스(4)를 가스 도입관(5)으로 보내주는 원료 공급 장치로서의 질량 유량 제어기(14)가 처리용 가스(4)의 종류마다 1대씩 접속되어 있다. 본 실시예에 있어서는, 처리용 가스(4)로서, A, B, C의 3 종류의 원료 가스를 이용한다. 따라서, 질량 유량 제어기(14)는 원료 가스 A용 제1 질량 유량 제어기(14a), 원료 가스 B용 제2 질량 유량 제어기(14b), 및 원료 가스 C용 제3 질량 유량 제어기(14c)의 3대로 구성되어 있다.
또한, 가스 도입관(5)에는 가스 도입구(14)의 부근, 또한 도 1 중 파선으로 나타내는 가스의 흐름에서의 가스 도입구(14) 보다도 상류측의 1 개소에, 반응로(3) 내부에 도입되기 전의 처리용 가스(4)의 성분을 측정(모니터링)하는 성분 측정 장치(7)와, 반응로(3) 내부에 도입되기 전의 처리용 가스(4) 성분마다의 농도를 측정(모니터링)하는 농도 측정 장치(8)가 접속되어 있다. 이들 가스 도입관(5)에 접속된 성분 측정 장치(7) 및 농도 측정 장치(8)는 본 실시예에 있어서는 일체 구조로 되어 있다. 구체적으로는, 가스 도입관(5)에 접속된 성분 측정 장치(7) 및 농도 측정 장치(8)에는 처리용 가스(4)의 성분 및 성분마다의 농도의 양쪽을 1대에서 동시에 측정 가능한 질량 분석계가 이용된다. 이와 같이, 가스 도입관(5)에 접속되어 반응로(3) 내부에 도입되기 전의 처리용 가스(4)의 성분 및 성분마다의 농도를 측정하는 질량 분석계를 제1 질량 분석계(15)로 한다.
제1 질량 분석계(15)는, 구체적으로는 원료 가스 A, 원료 가스 B, 및 원료가스 C의 조합으로 이루어진, 반응로(3) 내부에 도입되기 전의 처리용 가스(4)의 조성, 및 그 처리용 가스(4)에 포함되는 각 가스의 농도, 즉 함유율(비율, 조성비)을 동시에 측정할 수 있다.
가스 배출관(6)은 도 1 중 파선으로 나타내는 가스의 흐름에 있어서, 반응로(3) 내부에 수용된 웨이퍼(2)를 끼워서, 가스 도입관(5)의 하류측에 위치하도록, 반응로(3) 내부에 연통하여 접속되어 있다. 가스 배출관(6)의 반응로(3) 내부에 연통하고 있는 측의 단부에는 반응로(3) 내부의 가스를 가스 배출관(6)에 유도하기 위한 가스 배출구(16)가 개구되어 설치되어 있다. 반응로(3) 내부의 가스는 가스 배출구(16)를 거쳐서 가스 배출관(6)을 통하여 반응로(3) 외부로 배출된다.
또한, 가스 배출관(6)의 반응로(3)에 접속되어 있는 측과는 반대측에는 개폐 밸브(17) 및 배기 펌프(18)가 접속되어 있다. 이들 개폐 밸브(17) 및 배기 펌프(18) 각각을 작동시키거나, 혹은 이들 작동을 정지시키거나 함으로써 가스 배출관(6)을 통하여, 반응로(3) 내부의 가스를 반응로(3) 외부로 배출할 수 있다. 또한, 개폐 밸브(17)는 본 실시예에서는, 배기 펌프(18)의 작동 및 비작동과 함께, 반응로(3) 내부의 압력을 소정의 크기로 설정하여 유지할 수 있는 압력 제어 밸브로서의 역할도 갖는다.
또한, 가스 배출관(6)에는 가스 배출구(16) 부근, 또한 도 1 중 파선으로 나타내는 가스의 흐름에서의 가스 배출구(16)보다도 하류측 1 개소에, 반응로(3) 내부로부터 그 외부로 배출되는 가스의 성분을 측정(모니터링)하는 성분 측정장치(7)와, 반응로(3) 내부로부터 그 외부로 배출되는 가스의 성분마다의 농도를 측정(모니터링)하는 농도 측정 장치(8)가 접속되어 있다. 이들 가스 배출관(6)에 접속된 성분 측정 장치(7) 및 농도 측정 장치(8)는, 상술한 가스 도입관(5)에 접속된 성분 측정 장치(7) 및 농도 측정 장치(8)와 마찬가지로, 본 실시예에서는 일체 구조로 되어 있다. 구체적으로는, 가스 배출관(6)에 접속된 성분 측정 장치(7) 및 농도 측정 장치(8)에도 반응로(3) 내부로부터 그 외부로 배출되는 가스의 성분 및 성분마다의 농도의 양쪽을 1대에서 동시에 측정 가능한 질량 분석계가 이용된다. 이와 같이, 가스 배출관(6)에 접속되어, 반응로(3) 내부로부터 그 외부로 배출되는 가스의 성분 및 성분마다의 농도를 측정하는 질량 분석계를 제2 질량 분석계(19)로 한다.
제2 질량 분석계(19)는, 구체적으로는 반응로(3) 내부에 도입되어 성막 반응에 기여하지 않는 미사용의 처리용 가스(4), 반응로(3) 내부에 도입되어 성막 반응에 기여하고 있는 처리용 가스(4), 및 반응로(3) 내부에서 성막 반응에 다 기여하여 사용 완료된 가스 등에 의해 혼성된 반응로(3) 내부로부터 그 외부로 배출되는 가스(배기 가스)의 조성, 및 그 배기 가스에 포함되는 각 성분의 농도, 즉 함유율(비율, 조성비)을 동시에 측정할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예의 성막 장치(1)에 있어서는, 제1 질량 분석계(15) 및 제2 질량 분석계(19)는 도 1 중 파선으로 나타낸 바와 같이, 가스 도입관(5)으로부터 반응로(3) 내부를 거쳐서 가스 배출관(6)으로 흐르는 가스의 흐름에 있어서, 반응로(3) 내부에 수용된 웨이퍼(2)의 상류측 및 하류측에 각각 1개씩설치되어 있다.
제어 장치로서의 컨트롤러(9)는 도 1에 도시한 바와 같이, 히터(10), 온도계(11), 압력계(12), 제1∼제3 질량 유량 제어기(14a, 14b, 14c), 제1 질량 분석계(15), 제2 질량 분석계(19), 개폐 밸브(17), 및 배기 펌프(18) 등에 접속되어 있다. 도 1 중 실선 화살표는 컨트롤러(9)와, 이에 접속되어 있는 상기 각 장치 사이에서의 전기 신호의 흐름의 방향을 나타내는 것이다. 또, 도 1에 있어서는 도면을 보기 쉽게 하기 위해서, 제1∼제3 질량 유량 제어기(14a, 14b, 14c)는 3대 통합하여 1대의 질량 유량 제어기(14)로서 컨트롤러(9)와 신호의 송수신을 행함과 함께, 3대 통합하여 컨트롤러(9)에 의해 이들의 작동 상태가 제어되도록 나타나고 있다. 그러나, 실제로는, 제1∼제3 질량 유량 제어기(14a, 14b, 14c)는 각각 서로 독립적으로 컨트롤러(9)와 신호의 송수신을 행함과 함께, 각각 서로 독립적으로 컨트롤러(9)에 의해 이들 작동 상태가 제어되는 설정으로 되어 있다.
또한, 컨트롤러(9)는 온도계(11), 압력계(12), 제1∼제3 질량 유량 제어기(14a, 14b, 14c), 제1 질량 분석계(15), 및 제2 질량 분석계(19) 등으로부터 보내지는 신호에 의해, 웨이퍼(2) 상에 형성되는 박막의 성막 상태를 높은 정밀도로 판단할 수 있도록 설정되어 있다.
컨트롤러(9) 내부에는 웨이퍼(2)에 대하여 적정한 상태에서 성막 처리를 실시할 수 있도록, 처리용 가스(4)의 성분 및 그 성분마다의 농도, 반응로(3) 내의 온도나 압력 등의 분위기, 및 성막 처리의 진행 상태를 각각 적정한 상태로 제어하기 위한 이상적인 복수 종류의 처리 파라미터가 미리 복수개 주어지고 있다. 즉,이들 각 처리 파라미터는 웨이퍼(2)에 대하여 적정한 상태에서 성막 처리를 실시하여, 원하는 막질의 박막을 갖는 반도체 장치를 얻을 수 있도록, 성막 처리의 처리 조건(실행 환경)을 적정한 상태로 설정하는 것이다.
각 처리 파라미터는, 예를 들면 실험이나 컴퓨터 시뮬레이션 등에 의해 미리 구해진다. 각 처리 파라미터는 본 실시예의 성막 장치(1)에서는 도 1 중 이점쇄선으로 둘러싸 나타낸 바와 같이, 컨트롤러(9) 내부에 설치된 처리 파라미터용 데이터베이스부(20)에 보존되어 있는 설정으로 한다. 처리 파라미터용 데이터베이스부(20)에 보존되어 있는 처리 파라미터의 수가 많으면 많을수록, 웨이퍼(2)에 대하여 보다 적정한 상태에서 성막 처리를 실시할 수 있도록, 처리용 가스(4)의 성분 및 그 성분마다의 농도, 반응로(3) 내의 온도나 압력 등의 분위기, 및 성막 처리의 진행 상태를 각각 보다 적정한 상태로 제어할 수 있다.
온도계(11) 및 압력계(12)가 반응로(3) 내의 실제의 온도나 압력을 소정의 시간 간격으로 순차 측정하여, 이들 각 측정치(측정 데이터)를 전기 신호로서 컨트롤러(9)로 보낸다. 이들 전기 신호를 수취한 컨트롤러(9)는 미리 갖고 있는 각 처리 파라미터에 기초하여, 웨이퍼(2)에 대하여 적정한 상태에서 성막 처리가 실시되도록, 히터(10), 개폐 밸브(17), 및 배기 펌프(18) 등의 작동 상태를 적절하게, 적정한 상태로 조절한다.
또한, 본 실시예의 컨트롤러(9)는 제1 질량 분석계(15) 및 제2 질량 분석계(19)가 각각의 설치 위치에서 측정한 가스의 성분, 및 이들 성분마다의 농도의 각 측정치(측정 데이터)에 기초하여, 웨이퍼(2)에 대하여 적정한 상태에서 성막처리를 실시할 수 있도록, 처리용 가스(4)의 성분 및 그 성분마다의 농도를 적정한 상태로 제어할 수 있도록 설정되어 있다. 또한, 본 실시예의 컨트롤러(9)는 도 1에 도시한 바와 같이, 제1∼제3 질량 유량 제어기(14a, 14b, 14c)가 흘리는 원료 가스 A, 원료 가스 B, 및 원료 가스 C 각각의 유량 및 유속 등의 설정 데이터도, 처리용 가스(4)의 성분 및 그 성분마다의 농도를 적정한 상태로 제어하기 위한 데이터로서 활용할 수 있도록 설정되어 있다.
제1 질량 분석계(15) 및 제2 질량 분석계(19)가 각각의 설치 위치에서 가스의 성분, 및 이들 성분마다의 농도를 소정의 시간 간격으로 순차 측정하여, 이들 각 측정치(측정 데이터)를 전기 신호로서 컨트롤러(9)로 보낸다. 이와 함께, 컨트롤러(9)에는 제1∼제3 질량 유량 제어기(14a, 14b, 14c)로부터, 이들이 흘리고 있는 원료 가스 A, 원료 가스 B, 및 원료 가스 C 각각의 유량 및 유속 등의 설정 데이터가 서로 독립적으로 소정의 시간 간격으로 순차 전기 신호로서 보내진다. 이들 각 전기 신호를 수신한 컨트롤러(9)는 미리 갖고 있는 각 처리 파라미터에 기초하여, 웨이퍼(2)에 대하여 적정한 상태에서 성막 처리가 실시되도록, 제1∼제3 질량 유량 제어기(14a, 14b, 14c)의 작동 상태를 적절하게, 적정한 상태로 조절한다. 즉, 컨트롤러(9)는 미리 갖고 있는 각 처리 파라미터에 기초하여, 웨이퍼(2)에 대하여 적정한 상태에서 성막 처리가 실시되도록, 제1∼제3 질량 유량 제어기(14a, 14b, 14c)로부터 흐르는 원료 가스 A, 원료 가스 B 및 원료 가스 C의 각각의 유량 및 유속 등을 적절하게, 적정한 상태로 조절한다.
또한, 컨트롤러(9)는 웨이퍼(2)에 대하여 적정한 상태에서 성막 처리가 실시되도록, 성막 처리의 진행 상태를 각 처리 파라미터에 기초하여 제어할 수 있는 설정으로 되어 있다. 구체적으로는, 컨트롤러(9)는 원하는 막질의 박막을 갖는 반도체 장치를 얻기까지 걸리는 성막 처리의 처리 시간을 각 처리 파라미터에 기초하여 소정의 길이로 설정할 수 있다.
또한, 본 실시예의 성막 장치(1)는 제1 질량 분석계(15) 및 제2 질량 분석계(19), 각각의 설치 위치에서 측정한 가스의 성분, 및 이들 성분마다의 농도의 각 측정치(측정 데이터)에 기초하여, 이들 각 측정치의 측정 시각과 대략 동일 시각에서의 반응로(3) 내의 소정 위치의 가스의 성분을 구하는 성분 연산부(21), 및 이들 성분마다의 농도를 구하는 농도 연산부(22)를 구비하고 있다. 이들 성분 연산부(21) 및 농도 연산부(22)는 제1 질량 분석계(15) 및 제2 질량 분석계(19)와 마찬가지로, 반응로(3) 내의 소정 위치의 가스의 성분, 및 이들 성분마다의 농도를, 소정의 시간 간격으로 순차 연산하여 구하도록 설정되어 있다. 성분 연산부(21) 및 농도 연산부(22)는 본 실시예의 성막 장치(1)에 있어서는, 도 1 중 이점쇄선으로 둘러싸도록 나타낸 바와 같이, 컨트롤러(9)에 내장되어 있는 설정으로 한다.
여기서, 구체예로서 반응로(3) 내의 소정의 위치에서의 가스의 일 성분의 농도를 구하는 계산 모델에 대하여, 도 2를 참조하여 설명한다. 본 실시예의 성막 장치(1)에 있어서는, 가스 도입구(13) 부근에 설치된 제1 질량 분석계(15) 및 가스 배출구(16) 부근에 설치된 제2 질량 분석계(19)의 2대의 질량 분석계에 의해 가스의 성분, 및 이들 성분마다의 농도를 측정(모니터링)하고 있다. 이러한 경우, 반응로(3) 내의 소정의 위치에서의 가스의 일 성분의 농도는 가장 간단한 계산 모델을 이용하면, 도 2 중 파선으로 도시한 바와 같이, 제1 질량 분석계(15)에 의한 측정치와 제2 질량 분석계(19)에 의한 측정치를, 단순하게 1차 함수(직선)로 연결한 내삽치로서 구할 수 있다.
단, 실제로 성막 처리가 한창 행해지고 있을 때의 반응로(3) 내부의 소정 위치에서의 가스의 성분, 및 그 성분마다의 농도의 분포는, 상술한 바와 같이 단순하게 1차 함수로 나타내는 것이 실질적으로 거의 불가능할 정도로 복잡하다. 따라서, 반응로(3) 내의 소정의 위치에서의 가스의 일 성분의 농도를 보다 정확하게 구하기 위해서는 보다 복잡한 계산 모델로서, 도 1 중 일점쇄선으로 도시한 바와 같이, 제1 질량 분석계(15)에 의한 측정치와 제2 질량 분석계(19)에 의한 측정치를, 복잡한 함수(곡선)로 연결한 내삽치로서 구하는 것이 바람직하다.
이상 설명한 계산 모델은 반응로(3) 내의 소정의 위치에서의 가스의 성분을 구하는 경우에도 마찬가지로 이용된다.
실제로 성막 처리가 한창 행해지고 있을 때의 반응로(3) 내부의 소정의 위치에서의 가스의 성분, 및 그 성분마다의 농도를 구하기 위한 계산 모델은, 상술한 각 처리 파라미터와 마찬가지로, 예를 들면 실험이나 컴퓨터·시뮬레이션 등에 의해 미리 구한다. 각 계산 모델은 본 실시예의 성막 장치(1)에 있어서는 도 1 중 이점쇄선으로 둘러싸 나타낸 바와 같이, 컨트롤러(9) 내부에 설치된 계산 모델용 데이터베이스부(23)에 보존되어 있는 설정으로 한다. 계산 모델용 데이터베이스부(23)에 보존되어 있는 각 계산 모델의 수가 많으면 많을수록, 실제로 성막 처리가 한창 행해지고 있을 때의 반응로(3) 내부의 소정의 위치에서의 가스의 성분, 및 그 성분마다의 농도를, 보다 정확한 내삽치로서 구할 수 있다.
또한, 본 실시예의 컨트롤러(9)는 실제로 성막 처리가 한창 행해지고 있더라도, 웨이퍼(2)에 대하여 적정한 상태에서 성막 처리가 실시되도록, 성분 연산부(21) 및 농도 연산부(22)가 구해진 반응로(3) 내부의 소정의 위치에서의 가스의 성분, 및 그 성분마다의 농도의 각 연산치에 기초하여, 각 처리 파라미터를 소정의 시간 간격으로 순차 갱신하도록 설정되어 있다. 이와 함께, 컨트롤러(9)는 이들 갱신된 각 처리 파라미터에 기초하여, 웨이퍼(2)에 적정한 상태에서 성막 처리가 실시되도록 상기 각 장치를 작동 상태를 제어하여, 처리용 가스(4)의 성분 및 그 성분마다의 농도, 반응로(3) 내의 분위기, 및 성막 처리의 진행 상태를 적절하게, 적정한 상태로 조정하도록 설정되어 있다.
또한, 컨트롤러(9)는 성분 연산부(21) 및 농도 연산부(22)가 구해진 각 연산치에 기초하여 갱신된 각 처리 파라미터의 값과, 성막 처리의 개시 시에 미리 설정되어 있던 각 처리 파라미터의 초기값과의 차를 계산하여, 그 차에 기초하여 반응로(3) 내의 온도나 압력, 원료 가스 A, 원료 가스 B, 및 원료 가스 C 각각의 유량 및 유속, 및 성막 처리를 행하는 시간 등을 적절하게, 적정한 상태로 변경(보정)할 수 있게 설정되어 있다. 이러한 설정에 의해서도, 웨이퍼(2)에 적정한 상태에서 성막 처리를 실시하여 원하는 막질의 박막을 갖는 반도체 장치를 얻을 수 있다.
또한, 이상 설명한 바와 같은 성분 연산부(21) 및 농도 연산부(22)가 구한 각 연산치에 기초하여 갱신된 각 처리 파라미터의 값, 및 이들 갱신된 각 처리 파라미터의 값과 성막 처리의 개시 시에 미리 설정되어 있던 각 처리 파라미터의 초기값과의 차는 갱신 및 계산이 행해질 때마다 처리 파라미터용 데이터베이스부(20)에 보존되는 설정으로 되어 있다. 이러한 설정에 따르면, 성막 장치(1)를 이용하여 성막 처리를 행하는 횟수가 증가할 때마다 웨이퍼(2)에 적정한 상태에서 성막 처리를 실시하기 위한 처리 조건의 선택지(枝)가 증가한다. 따라서, 보다 적정한 상태에서 웨이퍼(2)에 성막 처리를 실시하여 보다 양질인 박막을 갖는 반도체 장치를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시예의 컨트롤러(9)는, 예를 들면 성막 장치(1)만을 이용하여, 적정한 상태에서 웨이퍼(2)에 복수 종류의 성막 처리를 실시할 수 있도록 복수 종류의 성막 처리의 공정이 미리 설정되어 있는 처리 시퀀스를 복수 종류 구비한 설정으로 되어 있다. 이와 함께 컨트롤러(9)는, 상술한 바와 같이 성분 연산부(21) 및 농도 연산부(22)가 연산을 행할 때에 실행 중인 성막 처리 공정의 다음에 행해지는 성막 처리 공정의 조건을 만족시키는 처리 시퀀스를 복수 종류의 처리 시퀀스 중에서부터 선택하여, 다음의 처리를 행하게 할 수 있도록 설정되어 있다. 실행 중 성막 처리 공정의 다음에 행해지는 성막 처리 공정의 조건이란, 구체적으로는 웨이퍼(2)에 적정한 상태에서 성막 처리가 실시되도록 실행 중인 성막 처리 공정의 처리 후의 영향을 받기 어려운 성질을 갖는 것이다. 그와 같은 조건을 만족시키는 처리 시퀀스는 성분 연산부(21) 및 농도 연산부(22)가 구해진 각 연산치에 기초하여 선택된다.
각 처리 시퀀스는 본 실시예의 성막 장치(1)에 있어서는, 도 1 중 이점쇄선으로 둘러싸 나타낸 바와 같이, 컨트롤러(9) 내부에 설치된 처리 시퀀스용 데이터베이스부(24)에 보존되어 있는 설정으로 한다. 처리 시퀀스용 데이터베이스부(24)에 보존되어 있는 처리 시퀀스의 수(종류)가 많으면 많을수록, 보다 적정한 상태로 웨이퍼(2)에 성막 처리를 실시하여, 보다 양질인 박막을 갖는 반도체 장치를 얻을 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 장치로서의 성막 장치(1)는 반응로(3) 내에 수용된 웨이퍼(2)의 상류측 및 하류측이 되는 가스 도입관(5) 및 가스 배출관(6) 각각 1 개소에서, 웨이퍼(2)에 성막 처리를 한창 실시하고 있을 때의 가스의 성분 및 그 성분마다의 농도를 리얼타임으로 직접 측정(모니터링)한다. 또한, 이들 측정치에 기초하여 반응로(3) 내의 소정의 위치에서의 가스의 성분 및 그 성분마다의 농도의 값을 리얼타임으로 연산하여 구한다. 그런 후에, 웨이퍼(2)에 적정한 상태에서 성막 처리가 실시되도록, 이들의 구해진 각 연산치를 실행 중 성막 처리의 처리 조건에 리얼타임으로 피드백시켜서, 적정한 프로세스 제어를 행하면서 성막 처리를 행할 수 있는 구성으로 설정되어 있다.
이러한 구성으로 이루어지는 성막 장치(1)에 따르면, 웨이퍼(2)에 성막 처리를 한창 실시하더라도, 반응로(3) 내의 소정의 위치에서의 가스의 성분 및 그 성분마다의 농도를 리얼타임으로, 또한 높은 정밀도로 구할 수 있다. 이와 함께, 성막 장치(1)가 구비하는 컨트롤러(9)는 온도계(11), 압력계(12), 제1∼제3 질량 유량 제어기(14a, 14b, 14c), 제1 질량 분석계(15), 및 제2 질량 분석계(19) 등으로부터보내지는 신호에 의해, 웨이퍼(2) 상에 형성되는 박막의 성막 상태를 높은 정밀도로 판단할 수 있도록 설정되어 있다. 이에 의해, 웨이퍼(2)에 실시하는 성막 처리의 종류에 상관없이, 박막의 성막 상태에 따라, 웨이퍼(2)에 적정한 상태에서 성막 처리가 실시되도록, 처리 파라미터(제어 파라미터)를 적절하게, 적정한 값으로 변경하여, 원하는 막질의 박막을 갖는 반도체 장치를 용이하게 얻는 것이 가능하게 된다.
또한, 상술한 바와 같은 구성으로 이루어지는 성막 장치(1)에 따르면, 반응로(3) 내의 소정의 위치에서의 가스의 성분 및 그 성분마다의 농도에 기초하는 컨트롤러(9)의 리얼타임인 피드백 제어에 의해 처리 파라미터, 계산 모델, 및 처리 시퀀스 등을 순차 갱신하거나 혹은 선택할 수 있다. 이에 의해, 예를 들면 종래의 기술에 있어서 설명한 바와 같이, 반응로(3) 내에 운반되는 수분량 등의 실질적으로 제어 불가능한 외란(外亂; 제어할 수 없는 요인, 제어할 수 없는 파라미터)을 처리 파라미터로서 조립할 필요는 없고, 그와 같은 외란에 대하여 로버스트인(영향을 받기 어려운), 안정된 성막 처리의 제어가 가능하게 된다.
다음에, 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법에 대하여 설명한다. 이 제1 실시예의 반도체 장치의 제조 방법은, 구체적으로는 상술한 성막 장치(1)를 이용하는 성막 방법이다.
이 성막 방법은, 우선 반응로(3) 내부, 가스 도입관(5), 및 가스 배출관(6) 중 2개소 이상의 서로 다른 위치에서, 반응로(3) 내부의 가스, 반응로(3) 내부에 도입되기 전의 처리용 가스(4), 및 반응로(3) 외부로 배출되는 반응로(3) 내부의가스 중, 반응로(3) 내부의 가스의 성분, 또는 적어도 다른 2 종류의 가스의 성분, 및 이들 성분마다의 농도를 측정한다. 이와 함께, 이들 각 측정치에 기초하여 반응로(3) 내에 수용되어 있는 웨이퍼(2)에 적정한 성막 처리가 실시되도록, 처리용 가스(4)의 성분 및 그 성분마다의 농도, 및 반응로(3) 내부의 분위기를 조정하면서 성막 처리를 행하는 것을 전제로 하는 것이다.
본 실시예의 성막 방법은 상술한 성막 장치(1)를 이용하여 행하기 때문에, 그 작용 및 효과는 성막 장치(1)의 작용 및 효과와 마찬가지이다. 즉, 본 실시예의 반도체 장치의 제조 방법으로서의 성막 방법에 따르면, 웨이퍼(2)에 실시하는 성막 처리의 종류에 상관없이, 박막의 성막 상태에 따라 웨이퍼(2)에 적정한 상태에서 성막 처리가 실시되도록, 처리 파라미터(제어 파라미터)를 적절하게, 적정한 값으로 변경하여, 원하는 막질의 박막을 갖는 반도체 장치를 용이하게 얻는 것이 가능하게 된다.
다음에, 본 실시예의 반도체 제조 장치의 클리닝 방법에 대하여 설명한다. 이 제1 실시예의 반도체 제조 장치의 클리닝 방법은 상술한 성막 장치(1)를 이용하여 행해진다.
일반적으로, 산화나 CVD 등의 성막 처리(성막 프로세스)를 행하는 성막 장치, 예를 들면 CVD 장치에서는 성막 처리가 끝난 후에 반응로(3) 내벽에 퇴적한 잔류물(부착물)을 제거하기 위한 클리닝 처리가 필요해진다. 이 클리닝 처리에서도, 성막 장치(1)를 유효하게 적용하는 것이 가능하다.
일반적으로, 클리닝 처리에 있어서는, 제거 대상물로서의 부착물의 종류에따라 최적의 처리 조건이 서로 다르다. 예를 들면, 복수 종류의 성막 프로세스를 1대의 성막 장치에서 행하고 있는 경우에는 클리닝 처리를 행하는 시점(단계)에 의해, 제거 대상이 되는 부착물의 종류가 다를 우려가 있다. 이러한 경우, 성막 장치(1)에 따르면, 상술한 바와 같이 반응로(3) 내부의 가스의 성분 및 성분마다의 농도를 리얼타임으로 파악할 수 있기 때문에, 클리닝 처리를 행하는 시점에서의 제거 대상물의 종류를 매우 용이하게 판단할 수 있음과 함께, 그 제거 대상물의 종류에 따라 최적의 클리닝 처리 조건을 용이하게 설정하여, 반응로(3) 내 등을 용이하게 클리닝할 수 있다.
또한, 복수 종류의 막의 원료가 퇴적하여 부착하는 경우도 생각된다. 이와 같이, 부착물이 복수 종류의 원료로 이루어지는 적층 구조인 경우, 그 제거 대상물의 종류에 따라 클리닝 처리의 조건을 적절하게 변경할 필요가 있다. 이러한 경우에 있어서도, 성막 장치(1)에 따르면, 상술한 바와 같이 반응로(3) 내의 가스의 성분 및 농도의 변화를 리얼타임으로 모니터링하고 있기 때문에, 제거 대상물의 종류에 따라 최적의 클리닝 처리 조건을 적절하고 용이하게 설정하여, 반응로(3) 내 등을 용이하게 클리닝할 수 있다.
즉, 성막 장치(1)에 따르면, 반응로(3) 내부 등의 클리닝 프로세스에 있어서, 로 내에 축적된 잔류물의 종류나 성분 등을 용이하게 파악(검지)하여, 그 종류나 성분 등에 따른 최적의 클리닝 시퀀스를 선택할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 제조 장치의 클리닝 방법은, 우선 상술한 성막 장치(1)를 이용하여 성막 처리를 행한 후, 성막처리가 실시된 웨이퍼(2)를 반응로(3) 내부에서 추출하고, 제1 질량 분석계(15) 및 제2 질량 분석계(19)가 측정한 각 측정치에 기초하여, 가스 도입관(5) 내부, 반응로(3) 내부, 및 가스 배출관(6) 내부에 남아 있는 잔류물을 제거할 수 있는 성분 및 농도로 이루어지는 클리닝용 가스를 생성한다. 아울러, 반응로(3) 내부에 남아 있는 가스 및 그 잔류물의 유동성이 높아지도록 반응로(3) 내부의 분위기를 설정한다. 그런 후에, 가스 도입관(5) 내부, 반응로(3) 내부, 및 가스 배출관(6) 내부에 남아 있는 잔류물이 이들 내부로부터 배출될 때까지 클리닝용 가스를 가스 도입관(5)으로부터 반응로(3)를 거쳐서 가스 배출관(6)을 향하여 흘리는 것이다.
또한, 1대의 성막 장치(1)를 이용하여 웨이퍼(2)에 복수회의 성막 처리를 실시하는 경우에는, 우선 각 회의 성막 처리가 끝날 때마다 각 회에 있어서 선택된 상기 각 처리 시퀀스에 따라, 제1 질량 분석계(15) 및 제2 질량 분석계(19)가 측정한 각 측정치, 및 이들 각 측정치에 기초하여 구한 반응로(3) 내부의 소정 위치의 가스의 성분 및 그 성분마다의 농도의 각 연산치 중, 적어도 한쪽의 각 값에 기초하여 클리닝용 가스의 성분 및 그 성분마다의 농도를 조정한다. 이와 함께, 상술한 바와 같이 갱신된 각 처리 파라미터에 기초하여 반응로(3) 내부의 분위기를 조정하면서 클리닝용 가스를 흘리면 된다.
이상 설명한 제1 실시예에 따른 반도체 제조 장치의 클리닝 방법에 의하면, 웨이퍼(2)에 대한 성막 처리가 적정한 상태에서 실시되도록, 성막 처리에 간섭할 우려가 있는 쓸데없는 성분을 웨이퍼(2)에 성막 처리를 다 실시한 후의 가스 도입관(5) 및 반응로(3) 내부로부터 배제하여, 가스 도입관(5) 및 반응로(3) 내부를 청정한 상태로 유지할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(2)에 실시하는 성막 처리의 종류에 상관없이, 적정한 상태에서 웨이퍼(2)에 성막 처리를 실시하여 양질인 반도체 장치를 용이하게 얻을 수 있다.
(제2 실시예)
다음에, 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 장치 및 제조 방법, 및 반도체 제조 장치의 클리닝 방법을, 도 3을 참조하여 설명한다. 또한, 상술한 제1 실시예와 동일한 구성 부분 등에 대해서는 동일 부호를 붙여서 이들 설명을 생략한다. 또, 후술하는 본 발명의 제3∼제5 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 장치 및 제조 방법, 및 반도체 제조 장치의 클리닝 방법에 대해서도 마찬가지의 방법으로 설명한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 반도체 장치의 제조 장치로서의 성막 장치(31)는 처리용 가스(32)로서 수소 및 산소를 이용하는 웨트 산화 방식이다. 수소 및 산소로 구성되는 처리용 가스(32)는 수소용 제1 질량 유량 제어기(33a) 및 산소용 제2 질량 유량 제어기(33b)로 이루어지는 질량 유량 제어기(33)에 의해 가스 도입관(5)으로부터 반응로(3) 내부에 도입되기 전에, 가스 도입관(5)에 부착된 연소 장치(34)로 보내진다. 수소 및 산소로부터 구성되는 처리용 가스(32)는 이 연소 장치(34)에서 연소된 후에, 반응로(3) 내부에 도입된다.
이상 설명한 바와 같이, 이 제2 실시예에 따르면, 제1 실시예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(제3 실시예)
다음에, 본 발명의 제3 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 장치 및 제조 방법, 및 반도체 제조 장치의 클리닝 방법을 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 반도체 장치의 제조 장치로서의 성막 장치(41)에 있어서는, 제1 질량 분석계(42)가 반응로(3) 내부에 있어서, 웨이퍼(2)의 상류측 또는 가스 도입구(13) 부근에 1개 설치되어 있다. 이와 함께, 제2 질량 분석계(43)가 반응로(3) 내부에 있어, 웨이퍼(2)의 하류측 또는 가스 배출구(16) 부근에 1개 설치되어 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 제3 실시예에 따르면, 제1 실시예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 실시예의 성막 장치(41)에 있어서는, 제1 질량 분석계(42)가 반응로(3) 내부에서, 웨이퍼(2)의 상류측 또는 가스 도입구(13) 부근에 부착되어 있음과 함께, 제2 질량 분석계(43)가 반응로(3) 내부에서, 웨이퍼(2)의 하류측 또한 가스 배출구(16) 부근에 1개 부착되어 있다. 이러한 위치 관계로 반응로(3) 내의 가스의 성분 및 성분마다의 농도를 모니터링함으로써, 반응로(3) 내의 소정의 위치에서의 가스의 성분 및 성분마다의 농도를 보다 높은 정밀도로 구할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(2)에 실시하는 성막 처리의 종류에 상관없이, 보다 적정한 상태에서 웨이퍼(2)에 성막 처리를 실시하여, 보다 양질인 반도체 장치를 용이하게 얻을 수 있다.
(제4 실시예)
다음에, 본 발명의 제4 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 장치 및 제조 방법, 및 반도체 제조 장치의 클리닝 방법을, 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 반도체 장치의 제조 장치로서의 성막 장치(51)는 반응로(3) 내부에 웨이퍼(2)가 복수매, 예를 들면 6매 동시에 수용되는 배치식의 성막 장치이다. 이 성막 장치(51)에 있어서는, 가스 도입관(5)의 가스 도입구(13)가 6매의 웨이퍼(2) 중 가장 상층에 배치되어 있는 웨이퍼(2)의 부근에 위치하도록, 가스 도입관(5)은 반응로(3) 내부에서 천장 가까이까지 연장되고 있다. 또한, 제1 질량 분석계(52)가 반응로(3) 내부에서, 6매의 웨이퍼(2) 중 가장 상류측(상층)에 배치되어 있는 웨이퍼(2)보다도 상류측 또한 가스 도입구(13) 부근에 1개 설치되어 있다. 이와 함께, 제2 질량 분석계(53)가 반응로(3) 내부에서, 6매의 웨이퍼(2) 중 가장 하류측(하층)에 배치되어 있는 웨이퍼(2)보다도 하류측 또한 가스 배출구(16) 부근에 1개 설치되어 있다.
이상 설명한 바와 같이, 이 제4 실시예에 따르면, 제1 실시예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 실시예의 성막 장치(51)에 있어서는 상술한 위치에 제1 질량 분석계(52) 및 제2 질량 분석계(53)를 부착함으로써, 배치식을 채용해도 반응로(3) 내의 소정의 위치에서의 가스의 성분 및 성분마다의 농도를 보다 높은 정밀도로 구할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(2)에 실시하는 성막 처리의 종류에 상관없이, 보다 적정한 상태에서 웨이퍼(2)에 성막 처리를 실시하여, 보다 양질의 반도체 장치를 용이하게 얻을 수 있다. 또한, 배치식을 채용함으로써, 그와 같은 양질인 반도체 장치를 효율적으로 생산할 수 있다.
(제5 실시예)
다음에, 본 발명의 제5 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 장치 및 제조 방법, 및 반도체 제조 장치의 클리닝 방법을 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 반도체 장치의 제조 장치로서의 성막 장치(61)는 반응로(3) 내부에서, 가스의 흐름을 따라 제1∼제4의 4개의 질량 분석계(62, 63, 64, 65)가 설치되어 있다. 제1 질량 분석계(62)는 반응로(3) 내부에서, 웨이퍼(2)의 상류측 또한 가스 도입구(13) 부근에 1개 설치되어 있다. 제2 질량 분석계(63)는 반응로(3) 내부에서, 웨이퍼(2) 상류측 또한 웨이퍼(2)의 바로 가까이에 1개 설치되어 있다. 제3 질량 분석계(64)는 반응로(3) 내부에서, 웨이퍼(2)의 하류측 또한 웨이퍼(2) 바로 가까이에 1개 설치되어 있다. 제4 질량 분석계(43)가 반응로(3) 내부에 있어서, 웨이퍼(2)의 하류측 또한 가스 배출구(16) 부근에 1개 설치되어 있다.
이상 설명한 바와 같이, 이 제5 실시예에 따르면, 제1 실시예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 실시예의 성막 장치(61)에 있어서는, 상술한 위치에 제1∼제4의 4개의 질량 분석계(62, 63, 64, 65)를 부착함으로써, 도 7 중 파선으로 나타낸 바와 같이, 반응로(3) 내의 소정의 위치에서의 가스의 성분 및 성분마다의 농도를 매우 높은 정밀도로 구할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(2)에 실시하는 성막 처리의 종류에 상관없이, 매우 적정한 상태에서 웨이퍼(2)에 성막 처리를 실시하여 매우 양질인 반도체 장치를 용이하게 얻을 수 있다.
또, 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조 장치 및 제조 방법, 및 반도체 제조 장치의 클리닝 방법은 상술한 제1∼제5 실시예에는 제약되지 않는다. 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 이들 구성이나 혹은 공정 등의 일부를 다양한 설정으로 변경하거나 혹은 각종 설정을 조합하여 이용하거나 해서 실시할 수 있다.
예를 들면, 상술한 각 실시예에서는 가스 도입관(5) 내의 처리용 가스, 반응로(3) 내의 가스, 및 가스 배출관(6) 내의 배기 가스 각각의 성분, 및 그 성분마다의 농도의 모니터링 수단으로서, 성분 측정 장치와 농도 측정 장치가 일체로 구성된 질량 분석계를 이용하였지만, 이에 한정되지는 않는다. 가스의 성분 및 농도를 정확하게 분석할 수 있는 것이면, 그 밖의 장치를 이용해도 상관없다. 예를 들면, 성분 측정 장치와 농도 측정 장치와는 별개의 부재라도 상관없다.
또한, 상술한 각 실시예에서는, 처리 파라미터용 데이터베이스부(20), 성분 연산부(21), 농도 연산부(22), 계산 모델용 데이터베이스부(23), 및 처리 시퀀스용 데이터베이스부(24)는 컨트롤러(9) 내부에 일체로 구성되어 있지만, 이에 한정하지 않는다. 예를 들면, 처리 파라미터용 데이터베이스부(20), 성분 연산부(21), 농도 연산부(22), 계산 모델용 데이터베이스부(23), 및 처리 시퀀스용 데이터베이스부(24)는 각각 컨트롤러(9)와는 별개인 부재, 또한 서로 독립된 장치로서 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조 장치에 구비되는 구성으로도 상관없다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조 장치 및 제조 방법, 및 반도체 제조 장치의 클리닝 방법은 열 산화 및 열 질화, 어닐링, RTP, 및 CVD 등, 여러가지 핫 프로세스에 적용할 수 있다.
Claims (20)
- 소정의 처리가 실시되는 피처리 기판이 수용되는 처리실과,이 처리실 내부에 연통하도록 접속되어 상기 처리에 이용되는 처리용 가스를 상기 처리실 내부에 도입하는 가스 도입관과,상기 처리실 내부에 연통하도록 접속되어 상기 처리실 내부의 가스를 상기 처리실 외부로 배출하는 가스 배출관과,상기 처리실 내부, 상기 가스 도입관, 및 상기 가스 배출관 중 2개소 이상의 서로 다른 위치에 설치되며, 상기 처리실 내부의 가스, 상기 처리실 내부에 도입되기 전의 상기 처리용 가스, 및 상기 처리실 외부로 배출되는 상기 처리실 내부의 가스 중, 상기 처리실 내부의 가스의 성분, 또는 적어도 서로 다른 2 종류의 가스의 성분을 측정하는 성분 측정 장치와,상기 처리실 내부, 상기 가스 도입관, 및 상기 가스 배출관 중 2개소 이상의 서로 다른 위치에 설치되며, 상기 처리실 내부의 가스, 상기 처리실 내부에 도입되기 전의 상기 처리용 가스, 및 상기 처리실 외부로 배출되는 상기 처리실 내부의 가스 중, 상기 처리실 내부의 가스의 성분마다의 농도, 또는 적어도 서로 다른 2 종류의 가스의 각각의 성분마다의 농도를 측정하는 농도 측정 장치와,상기 성분 측정 장치 및 상기 농도 측정 장치가 측정한 각 측정치에 기초하여, 상기 피처리 기판에 적정한 처리가 실시되도록, 상기 처리용 가스의 성분 및 이들 가스의 성분마다의 농도, 및 상기 처리실 내부의 분위기를 조정하는 제어 장치를 구비하는 반도체 장치의 제조 장치.
- 제1항에 있어서,상기 성분 측정 장치 및 상기 농도 측정 장치는 상기 가스 도입관으로부터 상기 처리실 내부를 거쳐서 상기 가스 배출관으로 흐르는 상기 처리용 가스 및 상기 처리실 내부의 가스의 흐름에 있어서, 상기 처리실 내부에 수용된 상기 피처리 기판의 상류측 및 하류측에 각각 1개씩 이상 설치되는 반도체 장치의 제조 장치.
- 제1항에 있어서,상기 성분 측정 장치가 측정한 측정치에 기초하여, 그 측정치의 측정 시각과 대략 동일 시각에서의 상기 처리실 내부의 소정의 위치의 가스의 성분을 구하는 성분 연산부, 및 상기 농도 측정 장치가 측정한 측정치에 기초하여, 그 측정치의 측정 시각과 대략 동일 시각에서의 상기 처리실 내부의 소정의 위치의 가스의 성분마다의 농도를 구하는 농도 연산부를 구비하는 반도체 장치의 제조 장치.
- 제2항에 있어서,상기 성분 측정 장치 및 상기 농도 측정 장치는 상기 가스 도입관 및 상기 가스 배출관에 각각 1개씩 이상 설치되는 반도체 장치의 제조 장치.
- 제2항에 있어서,상기 성분 측정 장치 및 상기 농도 측정 장치는 상기 처리실 내부에서 상기 피처리 기판의 상류측 및 하류측에 각각 1개씩 이상 설치되는 반도체 장치의 제조 장치.
- 제2항에 있어서,상기 처리실 내부에는 상기 피처리 기판이 복수매 수용되며, 이와 동시에 상기 성분 측정 장치 및 상기 농도 측정 장치는 상기 처리실 내부에 있어서, 상기 복수매의 피처리 기판 중 가장 상류측에 배치되어 있는 피처리 기판보다도 상류측, 및 상기 복수매의 피처리 기판 중 가장 하류측에 배치되어 있는 피처리 기판보다도 하류측에 각각 1개씩 이상 설치되는 반도체 장치의 제조 장치.
- 제2항에 있어서,상기 성분 측정 장치 및 상기 농도 측정 장치는, 상기 가스 도입관의 상기 처리실 내부에 연통하고 있는 측의 단부에 개구되어 설치되어 있는 가스 도입구의 부근, 및 상기 가스 배출관의 상기 처리실 내부에 연통하고 있는 측의 단부에 개구되어 설치되어 있는 가스 배출구 부근에, 각각 1개씩 이상 설치되는 반도체 장치의 제조 장치.
- 제2항에 있어서,상기 성분 측정 장치가 측정한 측정치에 기초하여, 그 측정치의 측정 시각과 대략 동일 시각에서의 상기 처리실 내부의 소정 위치의 가스의 성분을 구하는 성분 연산부, 및 상기 농도 측정 장치가 측정한 측정치에 기초하여, 그 측정치의 측정 시각과 대략 동일 시각에서의 상기 처리실 내부의 소정 위치의 가스의 성분마다의 농도를 구하는 농도 연산부를 구비하는 반도체 장치의 제조 장치.
- 제3항에 있어서,상기 제어 장치는 상기 처리용 가스의 성분 및 그 성분마다의 농도, 상기 처리실 내부의 분위기, 및 상기 처리의 진행 상태를 각각 소정의 상태로 설정하기 위한 복수의 처리 파라미터를, 상기 성분 연산부 및 상기 농도 연산부가 각각 연산을 행할 때마다 구해진 각 연산치에 기초하여 갱신하고, 이와 동시에 이들 갱신된 각 처리 파라미터에 기초하여, 상기 피처리 기판에 적정한 상태로 처리가 실시되도록, 상기 처리용 가스의 성분 및 그 성분마다의 농도, 상기 처리실 내부의 분위기, 및 상기 처리의 진행 상태를 각각 조정하는 반도체 장치의 제조 장치.
- 제3항에 있어서,상기 제어 장치는 상기 피처리 기판에 실시되는 상기 소정 처리의 공정이 미리 설정되어 있는 처리 시퀀스를 복수 종류 구비하고 있으며, 이와 동시에 상기 성분 연산부 및 상기 농도 연산부가 각각 연산을 행할 때에 행해지고 있는 처리 공정의 다음에 행해지는 처리 공정의 조건을 만족시키는 처리 시퀀스를, 상기 성분 연산부 및 상기 농도 연산부가 구해진 각 연산치에 기초하여, 상기 피처리 기판에 적정한 처리가 실시되도록 상기 복수 종류의 처리 시퀀스 중에서 선택하여 다음의 처리를 행하게 하는 반도체 장치의 제조 장치.
- 소정의 처리가 실시되는 피처리 기판이 수용되는 처리실 내부에 상기 피처리 기판을 배치하고, 상기 처리에 이용되는 처리용 가스를 상기 처리실 내부에 도입함으로써 상기 처리를 행하는 반도체 장치의 제조 방법에 있어서,상기 처리실 내부, 상기 처리실 내부에 연통하도록 접속되어 상기 처리에 이용되는 처리용 가스를 상기 처리실 내부에 도입하는 가스 도입관, 및 상기 처리실 내부에 연통하도록 접속되어 상기 처리실 내부의 가스를 상기 처리실 외부로 배출하는 가스 배출관 중 2개소 이상의 서로 다른 위치에서, 상기 처리실 내부의 가스, 상기 처리실 내부에 도입되기 전의 상기 처리용 가스, 및 상기 처리실 외부로 배출되는 상기 처리실 내부의 가스 중, 상기 처리실 내부의 가스의 성분, 또는 적어도 서로 다른 2 종류의 가스의 성분 및 이들 성분마다의 농도를 측정하고,이들 각 측정치에 기초하여, 상기 피처리 기판에 적정한 처리가 실시되도록 상기 처리용 가스의 성분 및 그 성분마다의 농도, 및 상기 처리실 내부의 분위기를 조정하는 반도체 장치의 제조 방법.
- 제11항에 있어서,상기 가스 도입관으로부터 상기 처리실 내부를 거쳐서 상기 가스 배출관으로흐르는 상기 처리용 가스 및 상기 처리실 내부의 가스의 흐름에 있어서, 상기 처리실 내부에 수용된 상기 피처리 기판의 상류측 중 적어도 1개소에서, 상기 처리실 내부에 도입되기 전의 상기 처리용 가스 및 상기 처리실 내부의 가스 중 어느 한쪽의 성분 및 그 성분마다의 농도를 측정하고, 이와 동시에 상기 피처리 기판의 하류측 중 적어도 1개소에서, 상기 처리실 내부의 가스 및 상기 처리실 외부로 배출되는 상기 처리실 내부의 가스 중 어느 한쪽의 성분 및 그 성분마다의 농도를 측정하는 반도체 장치의 제조 방법.
- 제11항에 있어서,상기 처리실 내부의 가스의 성분 및 그 성분마다의 농도를 측정하고, 이와 동시에 이들 각 측정치에 기초하여 상기 측정과 대략 동일 시각에서의 상기 처리실 내부의 소정 위치의 가스의 성분 및 그 성분마다의 농도를 구하고, 또한 이들 성분 및 농도를 구할 때마다, 이들 각 값에 기초하여 상기 처리용 가스의 성분 및 그 성분마다의 농도, 상기 처리실 내부의 분위기, 및 상기 처리의 진행 상태를 각각 소정의 상태로 설정하기 위한 복수의 처리 파라미터를 갱신하고, 이들 갱신된 각 처리 파라미터에 기초하여, 상기 피처리 기판에 적정한 처리가 실시되도록 상기 처리용 가스의 성분 및 그 성분마다의 농도, 상기 처리실 내부의 분위기, 및 상기 처리의 진행 상태를 각각 조정하는 반도체 장치의 제조 방법.
- 제12항에 있어서,상기 가스 도입관 중 적어도 1 개소에서, 상기 처리실 내부에 도입되기 전의 상기 처리용 가스의 성분 및 그 성분마다의 농도를 측정하고, 이와 동시에 상기 가스 배출관 중 적어도 1 개소에서, 상기 처리실 외부로 배출되는 상기 처리실 내부의 가스 중 어느 한쪽 성분 및 그 성분마다의 농도를 측정하는 반도체 장치의 제조 방법.
- 제12항에 있어서,상기 처리실 내부, 또한 상기 처리실 내부에 수용된 상기 피처리 기판의 상류측 및 하류측 각각의 적어도 1 개소에서, 상기 처리실 내부의 가스의 성분 및 그 성분마다의 농도를 측정하는 반도체 장치의 제조 방법.
- 제12항에 있어서,상기 처리실 내부에 상기 피처리 기판을 복수매 수용하고, 이와 동시에 상기 처리실 내부에 있어, 상기 복수매의 피처리 기판 중 가장 상류측에 배치되어 있는 피처리 기판보다도 상류측 중 적어도 1 개소, 및 상기 복수매의 피처리 기판 중 가장 하류측에 배치되어 있는 피처리 기판보다도 하류측 중 적어도 1 개소에서, 상기 처리실 내부의 가스의 성분 및 그 성분마다의 농도를 측정하는 반도체 장치의 제조 방법.
- 제12항에 있어서,상기 가스 도입관과 상기 처리실과의 접속부에 개구되어 설치되어 있는 가스 도입구 부근 중 적어도 1 개소, 및 상기 처리실과 상기 가스 배출관의 접속부에 개구되어 설치되어 있는 가스 배출구의 부근 중 적어도 1 개소에서, 상기 처리실 내부의 가스의 성분 및 그 성분마다의 농도를 측정하는 반도체 장치의 제조 방법.
- 제13항에 있어서,상기 피처리 기판에 대하여 상기 소정의 처리를 복수회 실시하고, 이와 동시에 각 회마다 상기 처리실 내부의 소정의 위치의 가스의 성분 및 그 성분마다의 농도를 구하고, 또한 이들 가스의 성분 및 그 성분마다의 농도를 구할 때에 행해지고 있는 처리 공정의 다음에 행해지는 처리 공정의 조건을 만족시키는 처리 시퀀스를, 상기 처리실 내부의 소정 위치의 가스의 성분 및 그 성분마다의 농도의 각 값에 기초하여, 상기 피처리 기판에 적정한 처리가 실시되도록 상기 피처리 기판에 실시되는 상기 소정 처리의 공정이 미리 복수 종류 설정되어 있는 처리 시퀀스 중에서 선택하여, 다음의 처리를 행하는 반도체 장치의 제조 방법.
- 제11항 내지 제18항 중 어느 한 항에 기재된 반도체 장치의 제조 방법에 의해서 상기 피처리 기판에 상기 소정의 처리를 실시한 후, 상기 소정의 처리가 실시된 상기 피처리 기판을 상기 처리실 내부로부터 추출하고, 상기 각 측정치에 기초하여, 상기 가스 도입관, 상기 처리실 내부, 및 상기 가스 배출관에 남아 있는 잔류물을 제거할 수 있는 성분 및 농도로 이루어지는 클리닝용 가스를 생성하여, 이클리닝용 가스를 상기 가스 도입관으로부터 상기 처리실을 거쳐서 상기 가스 배출관을 향하여 흘리는 반도체 제조 장치의 클리닝 방법.
- 제19항에 있어서,제18항에 기재된 반도체 장치의 제조 방법에 의해 상기 피처리 기판에 상기 소정의 처리를 복수회 실시하고, 이와 동시에 각 회의 처리가 끝날 때마다, 각 회에 있어서 선택된 상기 각 처리 시퀀스에 따라서, 상기 각 측정치 및 상기 각 측정치에 기초하여 구해진 상기 처리실 내부의 소정 위치의 가스의 성분 및 그 성분마다의 농도의 각 값 중, 적어도 한쪽의 각 값에 기초하여 상기 클리닝용 가스의 성분 및 그 성분마다의 농도를 조정하고, 이와 동시에 상기 갱신된 각 처리 파라미터에 기초하여 상기 처리실 내부의 분위기를 조정하면서 상기 클리닝용 가스를 흘리는 반도체 제조 장치의 클리닝 방법.
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