(57)【要約】【課題】成膜装置において、ガス導入当初の不安定状態での成膜をなくし、更に、成膜中のガス流量を常時監視することで流量の不安定性をなくし、再現性の高い成膜を実現する装置を提供する。【解決手段】マスフローコントローラー２０４と、反応室２０２と並列に設置されたガス流量計５０１ａと、直列に設置されたガス流量計５０１ｂと、成膜装置を制御するＣＰＵ５０２を具備する。各々はＣＰＵ５０２と信号線により接続される。ガス流量計で測定された測定値が設定値を等しくなるようＣＰＵ５０２からマスフローコントローラー２０４を制御して、常に安定なガス流量を維持する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に反応性のガスを用いて所定の膜厚を成膜するための反応室と、ガス流量を調整するマスフローと、前記反応室との間に並列に設けた予備室と、前記予備室と前記反応室との間に設置したガス流れを制御するバルブとを備えたバッチ式の気相成膜装置。
【請求項２】
予備室の開口形状、開口面積、温度、及び圧力を反応室と同じ条件にすることを特徴とする請求項１に記載の気相成膜装置。
【請求項３】
反応性のガスを用いて基板上に所定の膜厚を成膜するための反応室と、ガス流量を調整するマスフローと、前記反応室との間に並列で設けたガス流量計と、前記ガス流量計と前記反応室との間に設置したガス流れを制御するバルブとを備えたバッチ式の気相成膜装置。
【請求項４】
反応性のガスを用いて基板上に所定の膜厚を成膜するための反応室と、ガス流量を調整するマスフローと、前記反応室との間に直列で設けたガス流量計と、前記ガス流量計と前記反応室との間に設置したガス流れを制御するバルブとを備えたバッチ式の気相成膜装置。
【請求項５】
反応室と、並列に設けた予備室と、あるいは並列に設けた前記ガス流量計と、更に前記反応室と直列に設けた他のガス流量計とを備えた請求項１記載の気相成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はウエハ基板を用いた半導体の製造、あるいはガラス基板を用いた液晶パネルの製造において、熱処理により各種膜を気相成長させる装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の成膜装置としてはチャンバ内の反応性ガスの濃度を常にモニタする機構を具備するものがあった。図７は下記特許文献に記載された従来の成膜装置を説明する図面である。ここでは枚葉式の成膜装置について説明する。
【０００３】
１はマスフローコントローラー、２はキャリアガス配管、３は反応性ガス配管、４はチャンバ、５はウエハ、８は加熱ランプ、９は排気配管、１１は吸引ポンプ、１４はバイパス、２１は流量調整バルブである。
【０００４】
チャンバ内の半導体基板を加熱し、キャリアガスと反応性ガスを流すことによって、薄膜形成、不純物拡散などを行う半導体製造装置に、チャンバ内の反応性ガスの濃度を常にモニタする機構を具備する。チャンバ内の反応ガス濃度が、マスフローコントローラで制御したガス流量比に等しくなってからプロセスを行うことにより、再現性が改善される。
【０００５】
上記反応ガス濃度をモニタする機構が、反応ガスの電気分解に伴う電流を検知する方式（定電位電解法）、あるいは隔膜を通過した反応ガスの酸化還元反応に伴う電流を検知する方式（ガルバニックセル法）であることを特徴としている。
【特許文献１】特開平０９−２７４５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら従来の構成では、成膜中のガス濃度を分析して、ガス流量比が等しくなってから成膜するのであるが、本方法の場合には分析に時間を要し、応答性が悪くなる。また、成膜中は熱反応後のガスを分析することになり供給中のガス流量を正確に測定することはできないという課題を有していた。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ガス導入当初の不安定な状態での成膜をなくし、更に、成膜中のガス流量を常時監視することで流量の不安定性をなくし、再現性の高い成膜を実現する装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明の気相成膜装置は実際に成膜を行う反応室の前に予備室あるいはマスフローメーターに代表されるガス流量計を設けている。反応室にガスを導入してウエハ上に成膜する前に予備室をガスを導入してガス流量を調整、確認することで、成膜開始時のガス流量不安定による膜質、膜厚のバラツキによる不良を回避できる。
【０００９】
また、成膜中においてでもガス流量計で測定された値が設定値と異なる場合には、正常な流量となるようにマスフローコントローラーをフィードバックできる機能を有している。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明では半導体装置の製造における成膜装置の膜厚、膜質のバラツキを抑制し、再現性の良好な膜の成長が期待できる。反応室で成膜する前に予備室、あるいはガス流量計でガス流量を安定化させた後に、ウエハ基板に成膜するために成膜開始時に安定した膜を供給することができる。また、成膜中のガス流量を常時監視、調整することで安定した膜を供給しつづけることが可能である。更に、装置の故障診断も併せて可能になる。
【００１１】
バッチ式の装置の場合、ガス流量等の不具合で膜厚、膜質に不良を発生させると一度に数百枚単位のウエハが不良になる。また、近年の大口径化に伴い、枚葉式の装置であっても１枚の不良は金額的に損害が大きくなる。本発明は上記課題を最小限に抑えることができ、半導体装置製造の製品歩留り、品質を向上することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における気相成膜装置の概略図である。
【００１３】
図１において、２０１はウエハ基板、２０２は反応室、２０３はヒータ、２０４はマスフローコントローラー、２０５、２０６はガス導入系に使用するバルブ、２０７は予備室、２０８、２０９は排気系に使用するバルブ、２１０は予備室を加熱するためのヒータである。
【００１４】
基本的な動作をまず説明する。ウエハ基板２０１を搬送系など(記載せず)を用いて、反応室２０２に搬送し、所定のボートなど(記載せず)に設置する。反応室２０２はヒータ２０３によって所定の温度まで加熱され、ウエハ基板２０１も同様に加熱される。その後複数のマスフローコントローラー２０４により所定のガス流量に制御された複数のガスが反応室２０２に導入されて、ウエハ基板２０１上に成膜される。
【００１５】
以下、本発明の動作について詳細に説明する。ガス導入当初はバルブ２０６、および２０９を閉じ、バルブ２０５、２０８を開けて、予備室２０７にガスを流す。予備室２０７のガス導入部は反応室２０２の導入部と同じ開口を持っている。また、ヒータ２１０により反応室２０２と同じ温度に加熱される。実際に細いガス配管から口径が広く、高温の反応室に導入されることを想定して予備室２０７ガス導入部の形状は同じにする。ただし、ガス流量の安定化を早期に確認するために内容積は小さくする。所定の流量になるまで予備室２０７にガスを流した後、５秒程度の安定を確認した後、バルブ２０８、２０５を閉じ、バルブ２０６、２０９を開けて、反応室２０２にガスを流入させて、ウエハ基板２０１上に成膜させる。尚、予備室２０７内壁には徐々にデポ膜が成長していくので反応室２０２でウエハ基板２０１を処理中にクリーニングガスを流して室内のデポ膜を除去しておく。
【００１６】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における気相成膜装置の概略図である。
【００１７】
図２において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００１８】
図２において３０１はマスフローメーターに代表されるガス流量計である。本実施の形態ではガス流量計３０１を反応室２０２と並列に設置する。ガス導入当初はバルブ２０６、および２０９を閉じ、バルブ２０５、２０８を開けて、ガスをガス流量計３０１に流す。マスフローコントローラー２０４の設定値とガス流量計３０１の実測値が一致したことを確認した後、バルブ２０８、２０５を閉じ、バルブ２０６、２０９を開けて、反応室２０２にガスを流入させて、ウエハ基板２０１上に成膜させる。本実施の形態の場合ガス流量計３０１はマスフローコントローラーと同数必要となる。また、バルブ２０５、２０６、２０８、２０９も同様に同数の設置が必要である。
【００１９】
実施の形態１、２によりガス導入当初のガス流量不安定による膜質、膜厚のバラツキを抑制し、成膜工程における加工不良を低減できる。
【００２０】
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３における気相成膜装置の概略図である。
【００２１】
図３において、図１、２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００２２】
図３においてガス流量計４０１は反応室２０２の前に直列に設置する。バルブ４０２は反応室２０２とガス流量計４０１の間に設置する。マスフローコントローラー２０４を作動すると共に、バルブ４０２を開ける。正常動作時にはマスフローコントローラー２０４とガス流量計４０１は同じ値を表示する。しかしながら、成膜中にマスフローコントローラー２０４などの異常、あるいは配管の詰まり、ガスの液化などにより、マスフローコントローラー２０４が正常にもかかわらずガス流量が変動することにより、膜厚、膜質のバラツキが発生することがある。この場合両方の値をログとして残すことにより製品、設備異常の対応が早くなる。
【００２３】
（実施の形態４）
図４は、本発明の実施の形態４における気相成膜装置の概略図である。
【００２４】
図４において、前記の図と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００２５】
図４においてガス流量計５０１ａは反応室２０２と並列にガス流量計５０１ｂは直列に設置する。図４ではガスは１系統で示しているが複数あることもある。以下動作について説明する。ガス導入当初はバルブ２０６、および２０９を閉じ、バルブ２０５、２０８を開けて、ガスをガス流量計５０１ａに流す。マスフローコントローラー２０４の設定値とガス流量計５０１ａの実測値が一致したことを確認した後、バルブ２０８、２０５を閉じ、バルブ２０６、２０９を開けて、反応室２０２にガスを流入させて、ウエハ基板２０１上に成膜させる。次に成膜中はガス流量計５０１ｂで成膜中のガス流量の安定性を確認する。
【００２６】
（実施の形態５）
図５は、本発明の実施の形態５における気相成膜装置の概略図である。
【００２７】
図５において、５０２は本発明の成膜装置を制御するＣＰＵ、５０３は反応室と直列に設置したガス流量計とＣＰＵを接続する信号線、５０４はマスフローコントローラーとＣＰＵを接続する信号線、５０５は反応室と並列に設置したガス流量計とＣＰＵを接続する信号線である。図５ではガスは１系統で示しているが複数あることもある。
【００２８】
図６は本発明の動作を説明するフローチャートである。前記の図と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００２９】
図５においてガス流れの構成は実施の形態４と同じである。ガス導入当初はマスフローコントローラー２０４でガス流量を調整されたガスはバルブ２０５、２０８を開けて、ガス流量計５０１ａで流量を確認し、その測定値はＣＰＵ５０２に信号線５０５を介して伝達される。ＣＰＵ５０２内の設定値と±５％（本設定値は装置、プロセスにより任意に設定）以内であれば、バルブ２０５、２０８を閉じて、バルブ２０６、２０９を開けて、反応室２０２にガスを流して成膜を開始する。設定内に入っていなければマスフローコントローラー２０４に信号を送り再度調整をさせる。本動作を３回繰り返してもＮＧの場合にはＣＰＵ５０２にＮＧの信号を発生させる。その後装置を停止してマスフローコントローラーを確認するか、あるいは装置はそのままの状態で信号線５０４を介してマスフローコントローラー２０４に信号を送り、ガス流量計５０１ａが当初の設定値±規格を満たすように流量を再設定する。同様に３回繰り返してもＮＧの場合には装置は停止する。
【００３０】
次に成膜中はガス流量計５０１ｂで流量を測定し、信号線５０３を介してＣＰＵ５０２に信号を送り、設定値と±５％以内であることを確認する。この確認は一定時間毎に行い、３回（任意で設定可能）連続して異常がある場合にはＣＰＵ５０２に異常信号を送り、信号線５０４を介してマスフローコントローラー２０４の再設定を指示する。上記動作を繰り返しながら成膜を継続する。
【００３１】
以上実施の形態１〜５で説明した予備室あるいはガス流量計にはクリーニングガスを流せる機構を備えており、常に安定した状態での測定を可能にしている。
【００３２】
また、以上の説明ではバッチ式の成膜装置について説明してきたが、枚葉式の成膜装置についても同様である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の気相成膜装置では、半導体装置の製造における成膜装置の膜厚、膜質のバラツキを抑制し、再現性の良好な膜の成長を行う上で有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態１における気相成膜装置の概略図
【図２】本発明の実施の形態２における気相成膜装置の概略図
【図３】本発明の実施の形態３における気相成膜装置の概略図
【図４】本発明の実施の形態４における気相成膜装置の概略図
【図５】本発明の実施の形態５における気相成膜装置の概略図
【図６】本発明の実施の形態５における気相成膜装置の動作を説明するフローチャート
【図７】従来の成膜装置の説明図
【符号の説明】
【００３５】
１  マスフローコントローラー
２  キャリアガス配管
３  反応性ガス配管
４  チャンバ
５  ウエハ
８  加熱ランプ
９  排気配管
１１  吸引ポンプ
１４  バイパス
２１  流量調整バルブ
２０１  ウエハ基板
２０２  反応室
２０３  ヒータ
２０４  マスフローコントローラー
２０５、２０６  ガス導入系に使用するバルブ
２０７  予備室
２０８、２０９  排気系に使用するバルブ
２１０  予備室を加熱するためのヒータ
３０１  ガス流量計
４０１  ガス流量計
４０２  バルブ
５０１ａ  ガス流量計
５０１ｂ  ガス流量計
５０２  成膜装置を制御するＣＰＵ
５０３  反応室と並列に設置したガス流量計とＣＰＵを接続する信号線
５０４  マスフローコントローラーとＣＰＵを接続する信号線
５０５  反応室と直列に設置したガス流量計とＣＰＵを接続する信号線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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