(57)【要約】【課題】装置を繰り返して使用する場合においても、反応室内の圧力の制御を正確に行うことを可能とする半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法を提供すること。【解決手段】ウェーハ７を収容し処理する外部反応管２及び内部反応管３と、ウェーハ７を加熱するヒータ４とを有し、外部反応管２及び内部反応管３内に反応ガスを給気するガス導入部８および外部反応管２及び内部反応管３内から反応ガスを排気する排気管９を有する半導体装置の製造装置において、排気管９に連結する圧力検出器１４と、反応室５内の圧力を測定可能な箇所に設置された圧力検出器１７を具備することを特徴とする半導体装置の製造装置を構成する。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板を収容し処理する反応管と、前記反応管内に収容された前記基板を加熱する加熱装置とを有し、前記反応管内に反応ガスを給気するガス導入部および前記反応管内から反応ガスを排気する排気管を有する半導体装置の製造装置において、前記排気管に連結した第１の圧力検出器と、反応室内の圧力を測定可能な箇所に設置された、第２の圧力検出器を具備することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項２】
被処理基板を反応管内に収容して所定温度に加熱し、前記反応管内に反応ガスを給気しつつ排気して前記被処理基板に成膜処理を行う製造方法において、反応室内の圧力制御に用いられる制御用圧力検出器と、前記制御用圧力検出器の校正に用いられる校正用圧力検出器とを用いて、予め、成膜処理に先立って、前記制御用圧力検出器が検出する圧力値と前記校正用圧力検出器が検出する圧力値との間の相関関係を求めておき、前記成膜処理実行中は、前記制御用圧力検出器が検出する圧力と前記相関関係とに基き、前記反応室内の圧力制御を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法、特に、被処理基板を収容し処理する反応管を有する、半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体装置を製造する工程において、基板を反応炉内で加熱し、酸化処理、拡散処理、化学気相堆積（ＣＶＤ）処理等の処理を施す、半導体装置の製造装置が提供され、それを用いた半導体装置の製造方法が実行されている。
【０００３】
上記の半導体装置の製造方法の一例として、基板を反応炉内で加熱し、ＣＶＤ法により基板上にシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）を形成する方法がある。このような、ＣＶＤ法による窒化膜形成法の具体例としては、被処理基板であるシリコンウェーハを反応炉内で加熱し、これに、ジクロルシラン（ＤＣＳ）とアンモニア（ＮＨ３）との混合ガスを作用させる処理を行うことによって、ウェハ上に窒化膜を形成する方法がある。
【０００４】
上記の窒化膜形成法方法に用いられる装置の従来例を図３に示す。この装置は、複数の被処理基板を、間隔を空けて、垂直方向に重ねて保持し、該基板上に窒化膜を形成する縦型の窒化膜形成装置である。
【０００５】
図３において、１は反応管設置用マニホールドであり、マニホールド１の上に外部反応管２が設置され、外部反応管２の内部に内部反応管３が設置され、外部反応管２及びその内部はヒータ４によって加熱されるようになっており、外部反応管２及び内部反応管３の内部は反応室５となっており、ボート６に載置されたウェーハ７は反応室５において成膜処理（この場合は窒化膜形成処理）を受ける。その成膜処理のための反応ガスは、マニホールド１に設けられたガス導入部８から導入され、内部反応管３内を上昇し、ヒータ４によって加熱されたウェーハ７の表面において膜形成反応を起こした後、外部反応管２と内部反応管３の間を降下し、マニホールド１に設けられた排気管９を通り、圧力制御弁１０を通って、真空ポンプ１１によって排気される。排気管９には、バルブ１３と制御用圧力検出器１４とを有する圧力検出ポート１２が連結しており、成膜処理中の反応室５内の圧力は、圧力検出ポート１２において、バルブ１３を介して排気管９に連結する制御用圧力検出器１４によって検出される圧力の値に基いて制御される。その圧力の制御は、反応ガス供給速度の調節と圧力制御弁１０の調節によって行われる。
【０００６】
一般に、圧力検出器は、反応室内の圧力を検出するのに、図３の制御用圧力検出器１４のように、被処理基板を加熱処理するヒータの外に連通するようにしている。このことにより、圧力センサの耐温度性はより低くて済むばかりでなく、被処理基板の近傍に圧力検出ポートが存在すると、局所的な温度低下が起きてしまい、被処理基板の均一な処理が行えないという問題が生じてしまうが、この問題は、上記のように、圧力検出器を、被処理基板を加熱処理するヒータの外に連通するようにして解決することができる。
【０００７】
制御用圧力検出器は、被処理基板よりもガスの上流側、例えば反応管設置用マニホールドに設けると、反応ガスを導入して被処理基板を処理している時に圧力検出ポートから反応ガスが入り込み、パーティクルが発生し易い物質が圧力検出部に溜ってしまい、パーティクルの発生の原因となってしまう。そこで、図３の制御用圧力検出器１４のように、排気管に制御用圧力検出部を設ける。こうすると、パーティクルの発生の問題が解消され、清浄な雰囲気下で被処理基板の処理が行える。
【０００８】
しかし、排気管に制御用圧力検出部を設けた場合には、その圧力検出器が検出する圧力と反応室内の圧力との間に差があり、しかも、ヒータから出た排気側の低温部に析出物が付着し、排気管径路の断面積を狭めたり、また、析出物から発せられるアウトガスにより、排気コンダクタンスを変化させてしまっていた。また、析出物は、使用ガス種、処理時間、処理回数等により、種類、堆積量が異なってしまうため、排気コンダクタンスは、使用ガス種、処理時間、処理回数等により、都度変化してしまっていた。そういった箇所での圧力測定では、被処理基板の処理されている反応室内の領域の検出している圧力と差が開いていくことになり、バッチ間での処理均一性に悪影響を及ぼしていた。これらの問題を、図３に示した従来の半導体装置の製造装置について説明すると、以下のようになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
通常、圧力検出ポート１２は、図３に示したように、反応室５から見て排気側に設置されており、制御用圧力検出器１４によって検出される圧力の値は反応室５内の圧力の値よりも、真空ポンプ１１に近く、排気抵抗による圧力差の分だけ小さい。従って、制御用圧力検出器１４によって検出される圧力が反応室５内の圧力に等しいとして、反応室５内の圧力制御を行うと、その制御には誤差が伴い、正確な制御はできない。従来は、装置のメンテナンスの際に、このような圧力の測定誤差を測定し、その測定値を用いて、制御用圧力検出器１４を校正していた。
【００１０】
しかしながら、上記の装置を用いて、成膜処理を繰り返し行うと、その度に、反応室５内の構成部品である例えば石英又はＳｉＣ製である外部反応管２、内部反応管３、ボート６又、排気管９の内壁面に析出物（図３中、Ｄで示す）が堆積し、その影響で、反応室５内の圧力と制御用圧力検出器１４によって検出される圧力との差（誤差）は変動し、その結果として、制御用圧力検出器１４によって検出される圧力の値を用いた反応室５内の圧力の制御に、そのような変動による誤差が伴うようになり、処理バッチ間の膜厚均一性が悪化するという問題が生じる。
【００１１】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、装置を繰り返して使用する場合においても、反応室内の圧力の制御を正確に行うことを可能とする半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明においては、請求項１に記載のように、
被処理基板を収容し処理する反応管と、前記反応管内に収容された前記基板を加熱する加熱装置とを有し、前記反応管内に反応ガスを給気するガス導入部および前記反応管内から反応ガスを排気する排気管を有する半導体装置の製造装置において、前記排気管に連結した第１の圧力検出器と、反応室内の圧力を測定可能な箇所に設置された、第２の圧力検出器を具備することを特徴とする半導体装置の製造装置を構成する。
【００１３】
また、本発明においては、請求項２に記載のように、
被処理基板を反応管内に収容して所定温度に加熱し、前記反応管内に反応ガスを給気しつつ排気して前記被処理基板に成膜処理を行う製造方法において、反応室内の圧力制御に用いられる制御用圧力検出器と、前記制御用圧力検出器の校正に用いられる校正用圧力検出器とを用いて、予め、成膜処理に先立って、前記制御用圧力検出器が検出する圧力値と前記校正用圧力検出器が検出する圧力値との間の相関関係を求めておき、前記成膜処理実行中は、前記制御用圧力検出器が検出する圧力と前記相関関係とに基き、前記反応室内の圧力制御を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法を構成する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、被処理基板の表面に、ＣＶＤ法によって、シリコンの窒化膜を形成する成膜処理装置とそれを用いる成膜処理方法を例として、以下に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態例としての窒化膜形成装置を説明する図である。この装置は、複数の被処理基板を、間隔を空けて、垂直方向に重ねて保持し、該基板上に窒化膜を形成する縦型の窒化膜形成装置である。
【００１６】
図１において、１は反応管設置用マニホールドであり、マニホールド１の上に外部反応管２が設置され、外部反応管２の内部に内部反応管３が設置され、外部反応管２及びその内部は被処理基板を加熱する加熱装置であるヒータ４によって加熱されるようになっており、外部反応管２及び内部反応管３の内部は反応室５となっており、ボート６に装填された被処理基板であるウェーハ７は反応室５ににおいて成膜処理（この場合は窒化膜形成処理）を受ける。ヒータ４は、すくなくとも１つ以上のゾーンを持つ抵抗加熱式加熱装置、またはランプ式加熱装置である。
【００１７】
成膜処理のための反応ガスは、加熱装置であるヒータ４の外の部位にあるマニホールド１に設けられたガス導入部８から導入され、内部反応管３内を上昇し、ヒータ４によって加熱されたウェーハ７の表面において膜形成反応を起こした後、外部反応管２と内部反応管３の間を降下し、マニホールド１に設けられた排気管９を通り、圧力制御弁１０を通って、真空ポンプ１１によって排気される。
【００１８】
排気管９には、圧力検出ポート１２が連結し、圧力検出ポート１２には、バルブ１３と、バルブ１３を介して排気管９に連結する制御用圧力検出器１４とが設置されている。
【００１９】
本発明に係る半導体装置の製造装置の特徴は、本実施の形態においては、反応ガス給気側であるガス導入部８の反応室５内の圧力を測定可能な箇所に設置された校正用圧力検出器１７を具備していることにある。この校正用圧力検出器１７は、圧力検出ポート１５において、バルブ１６を介して、マニホールド１に連結しており、マニホールド１内の圧力と反応室５内の圧力とは許容しうる誤差範囲内において同じであり、バルブ１６が開いている限り、校正用圧力検出器１７は反応室５内の圧力を測定しているとしてよい。
【００２０】
本発明に係る半導体装置の製造方法においては、図１に示した製造装置を用いた場合に、被処理基板であるウェーハ７を内部反応管３内に収容してヒータ４によって所定温度に加熱し、内部反応管３内に反応ガスを給気しつつ排気してウェーハ７に成膜処理を行う際に、反応室５内の圧力制御に用いられる制御用圧力検出器１４と、制御用圧力検出器１４の校正に用いられる校正用圧力検出器１７とを用いて、予め、成膜処理に先立って、制御用圧力検出器１４が検出する圧力値と校正用圧力検出器１７が検出する圧力値との間の相関関係を求めておき、前記成膜処理実行中は、制御用圧力検出器１４が検出する圧力と前記相関関係とに基き、反応室５内の圧力制御を行う。上記の操作によって前記相関関係を求めることを「制御用圧力検出器１４を校正する」という。
【００２１】
上記の相関関係を求める際には、成膜処理に用いる反応ガスを用いずに、装置内のガス通路に析出物を発生することがないようなガスを用いるので、校正用圧力検出器１７にも析出物を発生することがないようにすることができる。
【００２２】
成膜処理中は、バルブ１６を閉じ、反応ガスが校正用圧力検出器１７に入り込んでパーティクルが発生し易い物質が圧力検出器１７に溜まってしまうという問題は生じないようにし、成膜処理中の反応室５内の圧力制御は、制御用圧力検出器１４のみを動作させて、それが検出する圧力と前記相関関係とを用いて行う。なお、圧力検出ポート１５におけるマニホールド１とバルブ１６との間の配管内に、パーティクルが発生し易い物質が溜まるのを防ぐには、図示しないヒータ等をマニホールド１、バルブ１６、圧力検出ポート１５に外接することにより、その部分を常温に比較して充分に高温に維持することも方法の１つである。
【００２３】
制御用圧力検出器１４が検出する圧力を「排気圧力」、校正用圧力検出器１７が検出する圧力を「炉内圧力」と呼び、排気圧力−炉内圧力を「差圧」と呼べば、上記相関関係は
排気圧力＝炉内圧力＋差圧
と表され、この差圧は、上記の方法で求めた排気圧力と炉内圧力との差として求められる。
【００２４】
反応室５内の圧力は炉内圧力に許容しうる誤差範囲内において同じであるので、成膜処理中の反応室５内の圧力を制御するには、制御用圧力検出器１４が検出する圧力すなわち排気圧力が、反応室５内の圧力として設定された圧力＋差圧となるように制御すればよい。
【００２５】
以上が本発明に係る半導体装置の製造方法の概要であるが、これを、図１に示した半導体装置の製造装置を用い、反応ガスとして、ジクロルシラン（ＤＣＳ）とアンモニア（ＮＨ３）を用い、被処理基板の表面にシリコンの窒化膜を堆積する成膜処理に適用した場合を以下に説明する。
（１）ボート６に装填された被処理基板であるウェーハ７を反応室５内に６００℃で挿入し、反応室内５の温度を７５０℃にまで上昇させ、温度が安定すると、反応室５内を高真空に例えば０．０１Ｐａ程度まで真空引きする。
（２）次に、不活性ガス（例えば窒素）をウェーハ７への成膜処理時に流す反応ガスの総流量と同じ流量で流し、この環境下で校正用圧力検出器１７が連結する圧力検出ポート１５におけるバルブ１６を開き、反応室内５が成膜処理時と同じ圧力、この例では３０Ｐａになるように、すなわち、校正用圧力検出器１７が検出する圧力値が３０Ｐａになるように、圧力制御弁１０の調節によって制御し、このときの制御用圧力検出器１４の値と比較し、上記差圧を求める。このように、窒素等の不活性ガスのみ流して、被処理基板の処理圧力と同じ圧力にして、校正用圧力検出器１７により制御用圧力検出器１４を校正する。不活性ガスによるウェーハ７の処理圧力と同じ圧力にして校正するのは、ウェーハ７の処理圧力に対してより正確に校正するためである。
（３）次に、バルブ１６を閉じ、以後の圧力制御には制御用圧力検出器１４のみを用い、制御用圧力検出器１４が検出する圧力値が３０Ｐａ＋差圧に等しくなるように制御する。次に、流れている不活性ガスの一部がアンモニアに切りかえられ、続いて、成膜処理に必要な反応ガスであるアンモニアとジクロルシランに切りかえられ、ウェーハ７に成膜処理が施される。
（４）次に、成膜処理が終了すると、反応室５内が不活性ガスによりパージされ、反応室５から反応ガスが排気され、反応室５内圧力が大気圧に復帰後、反応室５の温度が６００℃にまで下げられ、ウェーハ７が装填されているボート６が反応室５内から引き出される。
【００２６】
上記の制御用圧力検出器１４の校正操作及び成膜処理は、図示していない制御部によって自動的に行われる。
【００２７】
図２は、同一装置を用いて、上記のような成膜処理を繰り返し行った場合の、不活性ガスを用いた、制御用圧力検出器１４の校正の際に得られた検出圧力値とバッチ数、すなわち成膜処理の繰り返し回数との関係を示す図である。この場合に、上記不活性ガスの装置への供給流量は一定としているが、バッチ数の増加とともに、炉内圧力（校正用圧力検出器１７によって検出される圧力）も排気圧力（制御用圧力検出器１４によって検出される圧力）もともに上昇している。これは、バッチ数の増加とともに、装置内のガス通路に析出物（図１において、Ｄで示す）が堆積して排気コンダクタンスが低下したためである。
【００２８】
各バッチに対しての成膜処理の際には、反応室５内の圧力制御は制御用圧力検出器１４のみを動作させて、それが検出する圧力が、所望の圧力（上記の例では３０Ｐａ）に、処理の直前の校正によって得られた差圧（排気圧力−炉内圧力）を加えた値になるように、圧力制御弁１０を調節する。このようにすれば、各バッチ毎に、正確な反応室５内の圧力制御が可能となる。図２には、各バッチ毎の差圧と、差圧の第１バッチ以後の変動（排気圧力変動−炉内圧力変動、「圧力変動」として表示）も示してある。
【００２９】
前記した校正用圧力検出器１７と制御用圧力検出器１４の相関関係比較方法の詳細は、装置のメンテナンス直後等の成膜前の準備が完了した状態にて、まず制御用圧力検出器１４と校正用圧力検出器１７の値を比較して、ここでの圧力差（Δ１値）を制御用コントローラで予め記憶しておき、成膜時の圧力校正工程では、校正用圧力検出器１７により求めた圧力値に対して前記予め記憶しておいた圧力差（Δ１値）を加えて制御用圧力検出器１４の圧力予想値を求める。求められた圧力予想値と実際の制御用圧力検出器１４の測定値を比較し、予め制御用コントローラにて、定めた許容範囲を超えた場合に、前記予め記憶しておいた圧力差（Δ１値）を今回求めた圧力差（Δ２値）に置き替える。ここで許容範囲とするのは、圧力センサの検出値はそもそもふらつきを含むものであり、多少圧力検出値が上昇したり下降したりしながら変動するので、許容値を超えた時点で校正した方が、安定した制御が行えるからである。
【００３０】
また、電源や信号のノイズ等の影響により突発的に圧力変動値を示すことがあるが、このような場合にも校正をしてしまうと、圧力変動が一時的なものであることもあり、成膜状態を大きく変更してしまうことになるので、このような場合に校正しない。もしくは、直近の５バッチで取得した圧力差の平均値を用いて校正することにより対処することができる。
【００３１】
また、図２に例示した、制御用圧力検出器１４の校正の際に得られた検出圧力値とバッチ数との関係に関して、統計的解析により、必要に応じて、例えば、直前５回の測定値の平均をとって、変動傾向を分析し、装置のメンテナンスを行った直後からは上記の関係が再現することが確認された場合には、予め制御用圧力検出器１４の変動を測定し、記憶させたデータ（補正モデル）を用いて、各バッチの処理の前の校正操作を行わず、それに代えて、補正モデルにおける各バッチに対する差圧を用いて圧力制御を行いながら、成膜処理を行うことができる。このような統計的解析やデータの記憶等も、図示していない制御部によって行われる。
【００３２】
なお、上記の圧力変動が、予め設定された一定量を超過した場合はアラーム処理を行い、保守作業等を実施し、規定範囲内へ戻す。
【００３３】
また、上記の校正工程においては不活性ガスを流す実施の形態例を説明したが、例えばＤＣＳ等の半導体膜を形成するガスは被処理基板上流側でパーティクルの原因となるので流すことはできないが、被処理基板へ成膜する膜への汚染とならないガスであれば流してもよく、窒化膜の場合であれば不活性ガスの他にもアンモニア（ＮＨ３）ガスを流しても良い。例えば酸化膜を成膜する場合であれば、酸素（Ｏ２）を流しても良く、その他の膜においても同様に選択することができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の実施により、装置を繰り返して使用する場合においても、反応室内の圧力の制御を正確に行うことを可能とする半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態例を説明する図である。
【図２】制御用圧力検出器の校正の際に得られた検出圧力値とバッチ数との関係を示す図である。
【図３】従来の半導体装置の製造装置を説明する図である。
【符号の説明】
１…（反応管設置用）マニホールド、２…外部反応管、３…内部反応管、４…ヒータ、５…反応室、６…ボート、７…ウェーハ、８…ガス導入部、９…排気管、１０…圧力制御弁、１１…真空ポンプ、１２…圧力検出ポート、１３…バルブ、１４…制御用圧力検出器、１５…圧力検出ポート、１６…バルブ、１７…校正用圧力検出器、Ｄ…析出物。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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