(57)【要約】【課題】反応管内のダストを低減する半導体製造装置を提供する。【解決手段】実施形態の半導体製造装置は、反応管と、反応管に接続され、反応管内にガスを供給するガス供給管を備える。そして、ガス供給管の反応管側の端部に設けられ、発泡石英で形成されるノズルを備える。さらに、ガス供給管に接続されガスの流量を制御するマスフローコントローラと、マスフローコントローラとノズルとの間のガス供給管に接続される第１の圧力計を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応管と、
前記反応管に接続され、前記反応管内にガスを供給するガス供給管と、
前記ガス供給管の前記反応管側の端部に設けられ、発泡石英で形成されるノズルと、
前記ガス供給管に接続され、前記ガスの流量を制御するマスフローコントローラと、
前記マスフローコントローラと前記ノズルとの間の前記ガス供給管と、前記反応管とに接続され、前記ガス供給管と前記反応管の圧力差を測定する第１の圧力計と、
を備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
反応管と、
前記反応管に接続され、前記反応管内にガスを供給するガス供給管と、
前記ガス供給管の前記反応管側の端部に設けられ、発泡石英で形成されるノズルと、
前記ガス供給管に接続され、前記ガスの流量を制御するマスフローコントローラと、
前記マスフローコントローラと前記ノズルとの間の前記ガス供給管に接続される第１の圧力計と、
を備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項３】
前記反応管に接続される第２の圧力計を、さらに備えることを特徴とする請求項２記載の半導体製造装置。
【請求項４】
発泡石英で形成されるノズルを反応管内の端部に備えるガス供給管に、マスフローコントローラを用いて一定量のガスを流して、前記反応管内にガスを供給しながら、前記マスフローコントローラと前記ノズルとの間の前記ガス供給管の圧力と、前記反応管の圧力との差分を測定する第１の測定を行い、
前記第１の測定の後に、前記反応管内にクリーニングガスを供給し、前記反応管内のクリーニング処理を行い、
前記クリーニング処理の後に、前記ガス供給管に、前記マスフローコントローラを用いて一定量のガスを流して、前記反応管内にガスを供給しながら、前記マスフローコントローラと前記ノズルとの間の前記ガス供給管の圧力と、前記反応管の圧力との差分を測定する第２の測定を行い、
前記第１の測定の結果と前記第２の測定の結果を比較することにより、前記ノズルの劣化程度を判断する、
ことを特徴とする半導体製造装置の診断方法。
【請求項５】
前記第１の測定と前記第２の測定の際のガスの流量を同一にすることを特徴とする請求項４記載の半導体製造装置の診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体製造装置および半導体製造装置の診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスを製造する半導体製造装置の一つとして、半導体基板上に所望の膜を成膜する成膜装置がある。成膜装置の一例として、複数の基板を鉛直方向に並べ、同時に成膜を行うバッチ式の縦型ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置がある。
【０００３】
縦型ＣＶＤ装置では、反応管内に成膜用ガス、クリーニング用ガスまたはパージ用ガスを供給するためのガス供給管が設けられる。このガス供給管から、特に大流量のガスを反応管内に供給する際に、例えば、ガス供給管の端部に付着する反応生成物が飛ばされることにより、反応管内のダスト（またはパーティクル）が増大するおそれがある。
【０００４】
反応管内のダストを低減するために、発泡石英で形成されるノズルをガス供給管の端部に設ける場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１１４０６９号公報
【特許文献２】特開平１１−２６１９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、反応管内のダストを低減する半導体製造装置および半導体製造装置の診断方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の半導体製造装置は、反応管と、反応管に接続され、反応管内にガスを供給するガス供給管を備える。そして、ガス供給管の反応管側の端部に設けられ、発泡石英で形成されるノズルを備える。さらに、ガス供給管に接続され、ガスの流量を制御するマスフローコントローラと、マスフローコントローラとノズルとの間のガス供給管に接続される第１の圧力計を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態の半導体製造装置の概略構成図である。
【図２】第１の実施形態のノズル表面の電子顕微鏡写真である。
【図３】第１の実施形態のクリーニング処理によりエッチングされたノズル表面の電子顕微鏡写真である。
【図４】第１の実施形態のノズルのコンダクタンスの変化を示す説明図である。
【図５】第１の実施形態の半導体製造装置の診断方法の要部を示す工程図である。
【図６】第１の実施形態の第１の測定の測定方法の一例を示す説明図である。
【図７】第２の実施形態の半導体製造装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の半導体製造装置の概略構成図である。本実施形態の半導体製造装置１０は、半導体基板に、例えば、多結晶シリコン膜やシリコン窒化膜を成膜するバッチ式の縦型ＣＶＤ装置である。
【００１０】
半導体製造装置１０は、複数の半導体基板１２を縦方向にそれぞれ支持するボート１４を備えている。また、例えば、石英で形成される反応管１６を備えている。反応管１６はボート１４が内部に挿入されることにより、複数の半導体基板１２を収容可能に構成されている。
【００１１】
また、反応管１６に接続され、反応管１６内にパージ用ガス、例えば、窒素ガスを供給する第１のガス供給管１８を備えている。第１のガス供給管１８には、第１のガス供給管１８の反応管１８側の端部に設けられ、発泡石英で形成されるノズル２０が備えられている。
【００１２】
図２は、ノズル表面の電子顕微鏡写真である。図２に示すように、ノズル２０は、多数の石英粒が結合する発泡石英で形成されている。第１のガス供給管１８の端部に発泡石英で形成されるノズル２０を設けることにより、反応管１６内に供給されるパージ用ガスがノズル２０から一気に噴出するのではなく、適度に分散された流れとなり、反応管１６内でのダストの発生を抑制することが可能となる。このノズル２０は、本実施形態のように、ガス流量の大きいパージ用ガスのガス供給管に設けることが、ダストを抑制する上で特に効果的である。
【００１３】
また、半導体製造装置１０は、第１のガス供給管１８に接続され、パージ用ガスの流量を制御する第１のマスフローコントローラ２２を備えている。さらに、パージ用ガスの流れを遮蔽するためのバルブ２４を備えている。
【００１４】
さらに、第１のガス供給管１８の、マスフローコントローラ２２とノズル２０との間に接続される第１の圧力計２６を備えている。第１の圧力計２６は、第１のガス供給管１８内の圧力（Ｐ１）をモニタする。
【００１５】
第１のガス供給管１８の反応管１６と反対側の端部は、図示しないパージ用ガスのガスボンベまたはガスラインに接続されている。
【００１６】
また、反応管１６に接続され、反応管１６内にクリーニング用ガス、例えば、フッ素系のガスである、Ｆ２、Ｆ２／ＨＦ、ＣｌＦ３等を供給する第２のガス供給管２８を備えている。そして、第２のガス供給管２８に接続され、クリーニング用ガスの流量を制御する第２のマスフローコントローラ３０を備えている。さらに、クリーニング用ガスの流れを遮蔽するためのバルブ３２を備えている。
【００１７】
第２のガス供給管２８の反応管１６と反対側の端部は、図示しないクリーニング用ガスのガスボンベまたはガスラインに接続されている。
【００１８】
また、反応管１６に接続され、反応管１６内に成膜用ガス、例えば、シラン（ＳｉＨ４）、ＤＣＳ（ＳｉＨ２Ｃｌ２：ジクロルシラン）等を供給する第３のガス供給管（図示せず）を備えている。そして、第３のガス供給管に接続され、成膜用ガスの流量を制御する第３のマスフローコントローラ（図示せず）を備えている。さらに、成膜用ガスの流れを遮蔽するためのバルブ（図示せず）を備えている。
【００１９】
第３のガス供給管の反応管１６と反対側の端部は、図示しない成膜用ガスのガスボンベまたはガスラインに接続されている。
【００２０】
また、反応管１６には、内部のガスを排気するための排気配管３４が設けられている。排気配管３４には、ガスの流れを遮蔽するためのバルブ３６、真空排気を行うための真空ポンプ３８が備えられている。
【００２１】
さらに、反応管１６に接続される第２の圧力計４０が備えられている。第２の圧力計４０は、反応管１６内の圧力（Ｐ２）をモニタする。
【００２２】
また、反応管１６の外周面には、例えば、半導体基板１２を加熱するためのヒータ（図示せず）が配置されている。
【００２３】
半導体基板１２への成膜処理を行う際、反応管１６の内壁等に反応生成物が堆積する。この反応生成物の堆積量が多くなると、反応生成物が剥がれダストとなる。
【００２４】
このため、通常、所定の周期で反応生成物を除去するためのクリーニング処理が行われる。クリーニング処理としては、一般に、例えば、フッ素系のクリーニングガスを用いたドライクリーニング処理が用いられる。
【００２５】
上述のように、第１のガス供給管１８の端部に発泡石英で形成されるノズル２０を設けることにより、反応管１６内でのダストの発生を抑制することが可能となる。しかしながら、繰り返し行われるクリーニング処理で、発砲石英で形成されるノズル２０がエッチングされ、ダスト発生の原因となることが明らかになった。
【００２６】
図３は、クリーニング処理によりエッチングされたノズル表面の電子顕微鏡写真である。図に示すように石英粒の表面がエッチングされるとともに石英粒の結合部もエッチングされる。これにより、石英粒が分離しノズル本体から離脱することによりダストとなる。
【００２７】
ここで、図３に示すようにノズル２０に対するエッチングが進行し、ノズル２０が劣化すると、ノズル２０のコンダクタンスが大きくなることが判明した。これは、エッチングによりノズル２０の石英粒が小さくなったり離脱したりすることにより、ガスが通過する経路が広がることによると考えられる。
【００２８】
図４は、ノズルのコンダクタンスの変化を示す説明図である。横軸は、ノズル２０に流れるガス流量である。また、縦軸は、第１のガス供給管１８内の圧力（Ｐ１）と反応管１６内の圧力（Ｐ２）との差圧（Ｐ１−Ｐ２）である。この差圧は、実質的には、ノズル２０の第１のガス供給管１８側と、ノズル２０の反応管１６側との間に印加されている圧力である。
【００２９】
図４に示すように、ノズル２０が劣化すると正常時に比べガスが流れやすくなる。すなわち、ノズル２０のコンダクタンスが大きくなる。いいかえれば、ノズル２０が劣化すると同一のガス流量に対する差圧が小さくなると。なお、図４における実線または点線の傾斜の逆数がノズル２０のコンダクタンスを示す。
【００３０】
したがって、ノズル２０のコンダクタンスをモニタすることにより、ノズル２０の劣化程度を判断することが可能である。
【００３１】
以下、本実施形態の半導体製造装置の診断方法について説明する。図５は本実施形態の半導体製造装置の診断方法の要部を示す工程図である。
【００３２】
まず、発泡石英で形成されるノズル２０を反応管１６内の端部に備えるガス供給管１６に、第１のマスフローコントローラ２２を用いて一定量のガス、例えば窒素のパージ用ガスを流して、反応管１６内にガスを供給しながら、第１のマスフローコントローラ２２とノズル２０との間の第１のガス供給管１８の圧力（Ｐ１）と、反応管１６の圧力（Ｐ２）を測定し、演算によりその差分（Ｐ１−Ｐ２）を求める第１の測定を行う（Ｓ１０２）。第１のガス供給管１８の圧力（Ｐ１）は第１の圧力計２６で測定し、反応管１６の圧力（Ｐ２）は第２の圧力計４０で測定する。
【００３３】
図６は、本実施形態の第１の測定の測定方法の一例を示す説明図である。図６（ａ）が測定時の時間とガス流量の制御値の関係を示す図である。図６（ｂ）が測定時の時間と測定される差圧の関係を示す図である。
【００３４】
例えば、図６（ａ）に示すようにガス流量の制御値を階段状に変化させる。ガス流量の制御は、第１のマスフローコントローラ２２によって行われる。実際のガス流量は制御値に遅れて追随し安定する。このため、図６（ｂ）に示すように差圧もガス流量の制御値の切り替えに遅れて安定する。
【００３５】
ガス流量が安定、すなわち、差圧が安定するとみなされる所定の時間に、第１回の差圧測定（測定１）を行う。その後、ガス流量を切替えながら同様の測定を繰り返す（測定２、測定３）。第１の測定によりノズル２０のコンダクタンスを測定する。
【００３６】
次に、第１の測定終了後に、例えば、反応管１６内に半導体基板１２を収容し、第３のガス供給管から成膜用ガスを供給し、半導体基板１２上への成膜処理を行う（Ｓ１０４）。
【００３７】
次に、反応管１６内から半導体基板１２を搬出する。そして、反応管１６内に、例えばフッ素系のクリーニングガスを第２のガス供給管２８から供給し、反応管１６の内壁等に堆積する反応生成物を除去する。すなわち、反応管１６内のクリーニング処理を行う（Ｓ１０６）。このクリーニング処理の際に、ノズル２０のエッチングが進行する。
【００３８】
次に、第１の測定と同様の方法で、第２の測定を行い、ノズル２０のコンダクタンスを測定する（Ｓ１０８）。ここで、ガス流量の制御は第１の測定と同一のシークエンスで行うことが、精度の高いコンダクタンスの変化を検知する観点から望ましい。すなわち、第１の測定と第２の測定で、差圧を測定する際のガスの流量を同一にすることが望ましい。
【００３９】
第１の測定の結果と第２の測定の結果を比較することにより、ノズルの劣化程度を判断する（Ｓ１１０）。劣化が進行していれば、同一ガス流量で測定した差圧（Ｐ１−Ｐ２）の値が小さくなる。すなわち、コンダクタンスが大きくなる
【００４０】
劣化程度を判断し、ノズル２０の劣化がダスト発生の観点から許容限度を超えている場合、ノズル２０を交換する。
【００４１】
上記のような差圧の測定を、例えば、所定のクリーニング処理回数毎に繰り返すことにより、ノズル２０の劣化程度をモニタする。
【００４２】
本実施の形態の半導体製造装置および半導体製造装置の診断方法によれば、一定量のガス流量下で、差圧を測定することにより精度の高いノズル２０のコンダクタンスを測定できる。これは、第１のマスフローコントローラ２２により、精度の高いガス流量の制御が可能となるからである。
【００４３】
そして、ノズル２０のコンダクタンス変化をモニタし、その変化量を指標とすることで、ノズル２０の劣化量、すなわちダスト発生に対する深刻度を判断することが可能となる。よって、反応管１６内におけるダスト発生を抑制し、高品質、高歩留りの半導体製品の製造を実現することが可能となる。
【００４４】
（第２の実施形態）
本実施形態の半導体製造装置は、第１の圧力計が反応管にも接続され、ガス供給管と反応管の圧力差を測定する差圧計であること以外は、第１の実施の形態と同様である。また、本実施形態の半導体製造装置の診断方法は、ガス供給管と反応管の差圧を直接圧力計により求めること以外は第１の実施形態と同様である。したがって、第１の実施形態と重複する記載は省略する。
【００４５】
図７は、本実施形態の半導体製造装置の概略構成図である。本実施形態の半導体製造装置５０は、第１の圧力計５２が、第１のマスフローコントローラ２２とノズル２０との間の第１のガス供給管１８と、反応管１６とに接続される。そして、第１の圧力計５２は、第１のガス供給管１８と反応管１６の圧力差を直接測定する差圧計となっている。
【００４６】
また、本実施形態の半導体製造装置の診断方法では、第１のガス供給管１８と反応管１６の圧力差を、差圧計である第１の圧力計２２で直接測定する。
【００４７】
本実施形態によれば、第１のガス供給管１８と反応管１６との圧力差を直接圧力計で測定することが可能となる。したがって、差圧の測定精度が向上し、ノズル２０の劣化程度の検知精度が向上する。
【００４８】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。上記、実施形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、実施形態の説明においては、半導体製造装置や半導体製造装置の診断方法等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる半導体製造装置や半導体製造装置の診断方法等に関わる要素を適宜選択して用いることができる。
【００４９】
例えば、実施形態では、第１の測定および第２の測定で、測定１〜測定３の異なる３つのガス流量について差圧測定を行う場合について説明した。測定精度を向上させる観点からは複数回の差圧測定を行うことが好ましい。しかしながら、診断を簡略化し、半導体製品製造の生産性を向上させる観点からは、第１の測定および第２の測定で、単一のガス流量についての１回の差圧測定とすることが望ましい。この場合は、第１の測定と第２の測定のガス流量を同一にすることが望ましい。
【００５０】
また、第１の測定と第２の測定を成膜処理やクリーニング処理と独立の別個の工程として行っても、成膜処理やクリーニング処理と組み合わせてもかまわない。例えば、成膜処理やクリーニング処理の最終工程となる反応炉１６の常圧復帰の際、パージ用ガスを一定流量流しながら差圧を測定することで、第１の測定または第２の測定を行うことが可能である。このように、第１の測定または第２の測定を成膜処理やクリーニング処理と組み合わせることによって、診断に要する時間が短縮され、半導体製品製造の生産性が向上する。
【００５１】
また、実施形態においては第１のガス供給管１８のみに発泡石英のノズルを設ける場合を例に説明したが、例えば、クリーニング用ガスの供給を行う第２のガス供給管２８や成膜用ガスの供給を行う第３のガス供給管に、発泡石英のノズルを設けてもかまわない。このような場合、第１の測定や第２の測定の際に、ガス供給管に流すガスが、例えば、クリーニング用ガスや成膜用ガスとなる。
【００５２】
また、実施形態においては、第１のガス供給管１８、第２のガス供給管２８、第３のガス供給管の３本のガス供給管を備える場合を例に説明したが、ガス供給管は４本以上設けられても、あるいは、ガス種の切り替え機構を設けることで１本としてもかまわない。
【００５３】
また、実施の形態では半導体製造装置として縦型ＣＶＤ装置を例に説明したが、例えば、枚葉式のＣＶＤ装置や、プラズマＣＶＤ装置等にも本発明は適用可能である。
【００５４】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての半導体製造装置および半導体製造装置の診断方法が、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。
【符号の説明】
【００５５】
１０      半導体製造装置
１２      半導体基板
１６      反応炉
１８      第１のガス供給管
２０      ノズル
２２      第１のマスフローコントローラ
２６      第１の圧力計
４０      第２の圧力計
５２      第１の圧力計
【図１】
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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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【図２】
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【図３】
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