(57)【要約】  基板を処理する基板処理工程前に処理炉からのリークをチェックするリークチェック工程において、真空排気後の残留酸素を排気管に設けられた分圧センサにより計測し、この計測された酸素分圧値と閾値を比較し、酸素分圧値が閾値を超えている場合、パージおよび／または真空引きを行う技術が提供される。
2020059110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する基板処理工程前に処理炉からのリークをチェックするリークチェック工程において、
真空排気後の残留酸素を排気管に設けられた分圧センサにより計測し、この計測された酸素分圧値と閾値を比較し、前記酸素分圧値が前記閾値を超えている場合、パージおよび／または真空引きを行う
半導体装置の製造方法。
【請求項２】
更に、前記排気管に前記処理炉内の圧力を検出する圧力センサが設けられ、
前記圧力センサの近傍に前記分圧センサが配置されている
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記リークチェック工程では、
前記処理炉内を真空引きしつつ、前記圧力センサにより前記処理炉内の圧力を検出し、
前記処理炉内の圧力が所定圧力以下のとき、前記分圧センサにより前記酸素分圧値を計測する
請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記リークチェック工程では、
前記所定圧力まで真空引きされると前記分圧センサによる前記酸素分圧値の計測を開始し、
真空到達圧力まで真空引きされた時の前記酸素分圧値を前記閾値と比較する
請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記リークチェック工程では、
真空到達圧力まで真空引きされた時の前記処理炉内の圧力が前記所定圧力より高いとき、前記分圧センサによる前記酸素分圧の検出を行わず、前記基板処理工程後の前記処理炉内を不活性ガスで大気圧にするパージ工程に移行する
請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記リークチェック工程では、
前記酸素分圧値が前記閾値より小さいとき、前記基板処理工程に移行する
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記リークチェック工程では、
前記酸素分圧値が前記閾値以上のとき、
前記分圧センサによる前記酸素分圧値の計測を中断し、目標圧力になるまで前記処理炉をパージする工程と、
前記目標圧力になると真空引きを再開すると共に前記分圧センサによる前記酸素分圧値の計測を開始する工程と、
前記真空到達圧力での前記酸素分圧値と前記閾値を比較する工程と、
を所定回数行う請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記リークチェック工程は、前記酸素分圧値と前記閾値を比較した回数を確認する工程と、を有し、
前記酸素分圧値が前記閾値以上の時、前記比較した回数が１回目の場合、
前記分圧センサによる前記酸素分圧値の計測を中断し、目標圧力になるまで前記処理炉をパージする工程と、
前記目標圧力から真空引きを再開すると共に前記分圧センサによる前記酸素分圧値の計測を開始する工程と、
前記真空到達圧力での前記酸素分圧値と前記閾値を比較する工程と、
を有する請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記リークチェック工程では、
前記酸素分圧値が前記閾値以上で、前記比較した回数が２回以上の場合、
前回の酸素分圧値から前記酸素分圧値に変化がない、もしくは前回の酸素分圧値よりも前記酸素分圧値が大きくなった場合、前記分圧センサによる前記酸素分圧値の計測を停止させ、且つ前記基板処理工程の後の前記処理炉内を不活性ガスで大気圧に戻すパージ工程に移行する
請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記リークチェック工程では、
前記酸素分圧値が前記閾値以上で、前記比較した回数が２回以上の場合、
前記酸素分圧値が前回の酸素分圧値よりも小さくなった場合、
前記分圧センサによる酸素分圧値の計測を中断し、前記目標圧力になるまで前記処理炉をパージする工程と、
前記目標圧力から真空引きを開始すると共に前記所定圧力から前記分圧センサによる前記酸素分圧値の計測を開始する工程と、
前記真空到達圧力での前記酸素分圧値と前記閾値を比較する工程と、
を更に有する
請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記酸素分圧値が前回の酸素分圧値よりも小さく改善されている間、
前記目標圧力になるまで前記処理炉をパージする工程と、
前記目標圧力になると真空引きを開始する工程と、
前記真空到達圧力での前記酸素分圧値と前記閾値を比較する工程と、
を前記酸素分圧値が前記閾値未満になるまで行う
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記閾値は、予め取得した酸素分圧値とＴｉＮ膜を形成した基板のシート抵抗値との関係により予め決定された値である
請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記酸素分圧値と前記シート抵抗値との関係は、前記ＴｉＮ膜を形成した基板を含むテスト基板を前記処理炉内に搬入したときのシート抵抗値で決定される
請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
基板を処理する処理炉と、前記基板に対して原料ガスを供給する原料ガス供給部と、パージガスとして前記基板に対して不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、
少なくとも前記原料ガス供給部及び前記不活性ガス供給部を制御するように構成された制御部と、を備え、
前記制御部は、前記処理炉からのリークをチェックする際、真空排気後の残留酸素を排気管に設けられた分圧センサにより計測し、この計測された酸素分圧値と閾値を比較し、前記酸素分圧値が前記閾値を超えている場合、パージおよび／または真空引きを行うように構成されている
基板処理装置。
【請求項１５】
基板を処理する基板処理工程前に処理炉からのリークをチェックする際に、真空排気後の残留酸素を排気管に設けられた分圧センサにより計測し、この計測された酸素分圧値と閾値を比較し、前記酸素分圧値が前記閾値を超えている場合、パージおよび／または真空引きを行う手順と、
をコンピュータを介して基板処理装置に実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から減圧にてウエハ（以下、「基板」ともいう。）を処理する基板処理装置において、セットアップ作業で炉内のリークチェックが行われている。例えば、特許文献１によれば、リークチェックエラーの重度（リーク量）に応じて次のステップ（成膜ステップ）に移行するか判定する技術が記載されている。大気圧から所定の到達圧力まで減圧し、この到達圧力時点で排気弁を閉じ、その後の炉内の圧力上昇具合を圧力測定するリークチェック（ビルドアップ法）は、到達圧力も圧力上昇値も全圧で判断しているため、その中に酸素や酸素化合物がどれくらいの割合で含まれているかの判断はできず、同じ条件で成膜処理しても良品、不良品となることがしばしある。【０００３】
また、真空中の残留ガス分圧を測定する方法としては四重極質量分析計があるが、数Ｐａ程度の圧力で測定する場合は、差動排気システムを用いて測定場を高真空にする必要がある。高真空を確保するためにはターボ分子ポンプ等のポンプが必要でシステムが複雑化して高額となり、装置に常設するには多くの問題を抱えていた。また、テストウエハを炉内に入れて炉内の酸化度をチェックすることも行われているが、ウエハを炉内に搬送する必要があるため装置セットアップ遅れの原因となる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０７４１４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、成膜前にウエハを酸化させる原因となる残留ガスもしくは処理炉からの脱離ガスの分圧を測定することができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、
基板を処理する基板処理工程前に処理炉からのリークをチェックするリークチェック工程において、
真空排気後の残留酸素を排気管に設けられた分圧センサにより計測し、この計測された酸素分圧値と閾値を比較し、前記酸素分圧値が前記閾値を超えている場合、パージおよび／または真空引きを行う技術が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る技術によれば、成膜前にウエハを酸化させる原因となる残留ガスもしくは処理炉からの脱離ガスの分圧を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態で好適に用いられる基板処理装置を概略的に示す縦断面図である。
【図２】一実施形態で好適に用いられる基板処理装置におけるリークチェックのための機能構成例を模式的に示す説明図である。
【図３】一実施形態で好適に用いられる基板処理装置における真空排気時の圧力曲線を示すイメージ図である。
【図４】一実施形態で好適に用いられるリークチェック工程を含む処理の流れを示すフロー図である。
【図５】一実施形態で好適に用いられるウエハ酸化指標と酸素分圧の関係を示す説明図である。
【図６】一実施形態で好適に用いられる微小リークとウエハ酸化との相関関係を取得するときの評価構成例を示す説明図である。
【図７】一実施形態で好適に用いられるリークチェック工程の流れを示すフロー図である。
【図８】一実施形態で好適に用いられるリークチェック工程の流れを示す他のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜一実施形態＞
以下、本発明の一実施形態について図１から図８を参照しながら説明する。
【００１０】
（１）基板処理装置の構成
まず、一実施形態に係る基板処理装置の構成例について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。なお、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。
【００１１】
（基板処理装置の概要）
ここで例に挙げて説明する基板処理装置は、半導体装置（デバイス）の製造方法における製造工程の一工程として、成膜処理等の基板処理工程を実施するためのもので、複数枚の基板を一括して処理する縦型の基板処理装置（以下、単に「処理装置」と称する。）２として構成されている。
【００１２】
（反応管）
図１に示すように、処理装置２は、円筒形状の反応管１０を備えている。反応管１０は、例えば石英や炭化珪素（ＳｉＣ）等の耐熱性および耐蝕性を有する材料によって形成されている。
【００１３】
反応管１０の内部には、基板としてのウエハＷを処理する処理炉１４が形成される。一方、反応管１０の外周には、加熱手段（加熱機構）としてのヒータ１２が設置され、これにより処理炉１４内を加熱し得るように構成されている。
【００１４】
また、反応管１０には、後述するノズル４４ａ，４４ｂがそれぞれ設置される。なお、反応管１０には、温度検出器としての温度検出部（不図示）が、反応管１０の外壁に沿って立設されている。
【００１５】
また、反応管１０の下端開口部には、円筒形のマニホールド１８が、Ｏリング等のシール部材２０を介して連結され、反応管１０の下端を支持している。マニホールド１８は、例えばステンレス等の金属材料により形成されている。マニホールド１８の下端開口部は円盤状の蓋部２２によって開閉される。蓋部２２は、例えば金属材料により形成されている。蓋部２２の上面には、Ｏリング等のシール部材２０が設置されており、これにより反応管１０内と外気とが気密にシールされている。蓋部２２上には、中央に上下に亘って孔が形成された断熱部２４が載置されている。断熱部２４は、例えば石英により形成されている。
【００１６】
（処理炉）
このような反応管１０の内部に形成される処理炉１４は、基板としてのウエハＷを処理するためのもので、その内部に基板保持具としてのボート２６を収容するように形成されている。処理炉１４は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性および耐蝕性を有する材料によって一体に形成されてなるものである。
【００１７】
（ボート）
処理炉１４に収容される基板保持具としてのボート２６は、複数枚、例えば２５〜１５０枚のウエハＷを、垂直方向に棚状に支持するものである。ボート２６は、例えば石英やＳｉＣ等の材料よって形成されている。
【００１８】
また、ボート２６は、蓋部２２および断熱部２４を貫通する回転軸２８により、断熱部２４の上方に支持される。蓋部２２の回転軸２８が貫通する部分には、例えば、磁性流体シールが設けられ、回転軸２８は蓋部２２の下方に設置された回転機構３０に接続される。これにより、ボート２６は、処理炉１４の内部を気密にシールした状態で、回転機構３０によって回転可能に支持されることになる。
【００１９】
蓋部２２は、昇降機構としてのボートエレベータ３２により、上下方向に駆動される。これにより、ボート２６は、ボートエレベータ３２によって蓋部２２と一体的に昇降され、反応管１０の内部に形成される処理炉１４に対して搬入出されることになる。
【００２０】
（ガス供給部）
処理装置２は、基板処理に使用されるガスを処理炉１４内のボート２６に供給するガス供給部としてのガス供給機構３４を備えている。ガス供給機構３４が供給するガスは、成膜される膜の種類に応じて換えられる。ここでは、ガス供給機構３４は、原料ガス供給部、反応ガス供給部および不活性ガス供給部を含む。
【００２１】
原料ガス供給部は、図示しない原料ガス供給源に接続されたガス供給管３６ａを備えている。ガス供給管３６ａには、上流方向から順に、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）３８ａおよび開閉弁であるバルブ４０ａが設けられている。ガス供給管３６ａは、マニホールド１８の側壁を貫通するノズル４４ａに接続される。ノズル４４ａは、上下方向に沿って延伸するように立設されたチューブ状（管状）のもので、ボート２６に保持されるウエハＷに向かって開口するガス供給孔としての縦長形状のスリット４５ａが形成されている。このような構成の原料ガス供給部は、ノズル４４ａのスリット４５ａを通して原料ガスを拡散させ、ウエハＷに対して原料ガスを供給する。
【００２２】
反応ガス供給部は、原料ガス供給部と同様に構成され、供給管３６ｂ、ＭＦＣ３８ｂおよびバルブ４０ｂを有しており、ノズル４４ｂを介して、図示しない反応ガス供給源からの反応ガスをウエハＷに対して供給する。ノズル４４ｂは、上下方向に沿って延伸するように立設されたチューブ状（管状）のもので、ボート２６に保持されるウエハＷに向かって開口する複数のガス供給孔４５ｂが形成されている。
【００２３】
不活性ガス供給部は、供給管３６ａ，３６ｂに接続される供給管３６ｃ，３６ｄ、その供給管３６ｃ，３６ｄに設けられたＭＦＣ３８ｃ，３８ｄおよびバルブ４０ｃ，４０ｄを有しており、ノズル４４ａ，４４ｂを介して、図示しない不活性ガス供給源からの不活性ガスをキャリアガスまたはパージガスとしてウエハＷに対して供給する。
【００２４】
また、不活性ガス供給部は、蓋部２２を貫通する供給管３６ｅ、その供給管３６ｅに設けられたＭＦＣ３８ｅおよびバルブ４０ｅを有しており、処理炉１４内に供給されたガスが断熱部２４の側に回り込むのを防ぐべく、図示しない不活性ガス供給源からの不活性ガスを反応管１０の内部に供給する。
【００２５】
（排気部）
反応管１０には、排気管４６が取り付けられている。排気管４６には、処理炉１４内の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ４８および圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ５０を介して、真空排気装置としての真空ポンプ５２が接続されている。このような構成により、処理炉１４内の圧力を処理に応じた処理圧力とすることができる。
【００２６】
（コントローラ）
回転機構３０、ボートエレベータ３２、ガス供給機構３４のＭＦＣ３８ａ〜３８ｅおよびバルブ４０ａ〜４０ｅ、ＡＰＣバルブ５０には、これらを制御するコントローラ１００が電気的に接続されている。コントローラ１００は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）を備えたマイクロプロセッサ（コンピュータ）からなり、処理装置２の動作を制御するよう構成されている。コントローラ１００には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置１０２が接続されている。
【００２７】
また、コントローラ１００には、記憶媒体としての記憶部１０４が接続されている。記憶部１０４には、処理装置２の動作を制御する制御プログラムや、処理条件に応じて処理装置２の各構成部に処理を実行させるためのプログラム（「レシピプログラム」ともいう）が、読み出し可能に格納される。
【００２８】
記憶部１０４は、コントローラ１００に内蔵された記憶装置（ハードディスクやフラッシュメモリ）であってもよいし、可搬性の外部記録装置（磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）であってもよい。また、コンピュータへのプログラムの提供は、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。プログラムは、必要に応じて、入出力装置１０２からの指示等にて記憶部１０４から読み出され、読み出されたレシピプログラムに従った処理をコントローラ１００が実行することで、処理装置２は、コントローラ１００の制御のもと、所望の処理を実行する。
【００２９】
（２）基板処理の手順
次に、半導体装置の製造方法の一例として、上述の処理装置２を用い、基板としてのウエハＷ上に膜を形成する処理（成膜処理）を行う場合の基本的な手順について説明する。ここでは、ウエハＷに対して、原料ガスとしてのＨＣＤＳ（Ｓｉ２Ｃｌ６：ヘキサクロロジシラン）ガスと、反応ガスとしてのＮＨ３（アンモニア）ガスとを供給することで、ウエハＷ上にシリコン窒化（ＳｉＮ）膜を形成する例について説明する。なお、以下の説明において、処理装置２を構成する各部の動作はコントローラ１００により制御される。
【００３０】
（ウエハチャージおよびボートロード）
ウエハＷに対する処理にあたっては、先ず、ボート２６へのウエハＷの装填（ウエハチャージ）を行う。
【００３１】
ウエハＷがボート２６に装填（ウエハチャージ）されると、ボート２６は、ボートエレベータ３２によって処理炉１４内に搬入（ボートロード）される。そして、反応管１０の下部開口は、蓋部２２によって気密に閉塞（シール）された状態となる。
【００３２】
（圧力調整および温度調整）
ウエハチャージおよびボートロードの後は、処理炉１４内が所定の圧力（真空度）となるように、真空ポンプ５２によって真空排気（減圧排気）がされる。処理炉１４内の圧力は、圧力センサ４８で測定され、この測定された圧力情報に基づきＡＰＣバルブ５０がフィードバック制御される。また、処理炉１４内のウエハＷが所定の温度となるように、ヒータ１２によって加熱される。この際、処理炉１４が所定の温度分布となるように、温度検出部が検出した温度情報に基づきヒータ１２への通電具合がフィードバック制御される。また、回転機構３０によるボート２６およびウエハＷの回転を開始する。
【００３３】
（成膜処理）
処理炉１４内の温度が予め設定された処理温度に安定したら、詳細を後述するリークチェック工程を経た後に、処理炉１４内のウエハＷに対して成膜処理を行う。成膜処理は、原料ガス供給工程、原料ガス排気工程、反応ガス供給工程、反応ガス排気工程の各工程を経て行う。
【００３４】
［原料ガス供給工程］
先ず、処理炉１４内のウエハＷに対してＨＣＤＳガスを供給する。ＨＣＤＳガスは、ＭＦＣ３８ａにて所望の流量となるように制御され、ガス供給管３６ａ、ノズル４４ａを介して処理炉１４内に供給される。
【００３５】
［原料ガス排気工程］
次に、ＨＣＤＳガスの供給を停止し、真空ポンプ５２により処理炉１４内を真空排気する。このとき、不活性ガス供給部から不活性ガスとしてＮ２ガスを処理炉１４内に供給しても良い（不活性ガスパージ）。
【００３６】
［反応ガス供給工程］
次に、処理炉１４内のウエハＷに対してＮＨ３ガスを供給する。ＮＨ３ガスは、ＭＦＣ３８ｂにて所望の流量となるように制御され、ガス供給管３６ｂ、ノズル４４ｂを介して処理炉１４内に供給される。
【００３７】
［反応ガス排気工程］
次に、ＮＨ３ガスの供給を停止し、真空ポンプ５２により処理炉１４内を真空排気する。この時、不活性ガス供給部からＮ２ガスを処理炉１４内に供給しても良い（不活性ガスパージ）。
【００３８】
上述した４つの工程を行うサイクルを所定回数（１回以上）行うことにより、ウエハＷ上に、所定組成および所定膜厚のＳｉＮ膜を形成することができる。
【００３９】
（ボートアンロードおよびウエハディスチャージ）
所定組成および所定膜厚のＳｉＮ膜を形成した後は、不活性ガス供給部からＮ２ガスが供給され、処理炉１４内の雰囲気がＮ２ガスに置換されるとともに、処理炉１４の圧力が常圧に復帰される。その後、ボートエレベータ３２により蓋部２２が降下されて、ボート２６が反応管１０から搬出（ボートアンロード）される。その後、処理済ウエハＷはボート２６より取出される（ウエハディスチャージ）。
【００４０】
ウエハＷにＳｉＮ膜を形成する際の処理条件としては、例えば、下記が例示される。
処理温度（ウエハ温度）：３００℃〜７００℃、
処理圧力（処理炉内圧力）：１Ｐａ〜４０００Ｐａ、
ＨＣＤＳガス：１００ｓｃｃｍ〜１００００ｓｃｃｍ、
ＮＨ３ガス：１００ｓｃｃｍ〜１００００ｓｃｃｍ、
Ｎ２ガス：１００ｓｃｃｍ〜１００００ｓｃｃｍ、
それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内の値に設定することで、成膜処理を適正に進行させることが可能となる。
【００４１】
（３）リークチェック工程
次に、上述した一連の処理の過程で行うリークチェック工程について説明する。なお、以下の説明において、リークチェック工程のために必要となる処理装置２での動作は、処理装置２の制御部として機能するコントローラ１００により制御される。
【００４２】
リークチェック工程は、ウエハＷを処理する基板処理工程である成膜工程を行う前に、その成膜工程を行う処理炉１４からのリークをチェックする工程である。
【００４３】
リークチェック工程を行うために、処理装置２は、図２に示す構成を備えている。すなわち、処理装置２は、シリコン基板等のウエハＷをボート２６に多段に搭載しヒータ１２で熱処理してプロセスガスにより成膜が可能な処理炉１４、処理炉１４へプロセスガスを供給するガス供給機構３４、成膜処理後のガスを処理炉１４から排気する排気管４６等を備えて構成されている。排気管４６には、処理炉１４内の圧力を検出する圧力センサ４８が設けられており、圧力センサ４８は、ボートロードの後の圧力調整から成膜処理前の真空度の確認、成膜時の圧力制御までは少なくとも常に使用されている。
【００４４】
排気管４６には、その圧力センサ４８の近傍に、酸素分圧や酸素化合物の分圧を測定できる分圧センサ６０が設けられている。分圧センサ６０としては、例えば、ジルコニア式の酸素濃度計や、コールドカソードゲージに放電発光波長測定機能でガス分圧を測定できるもの等を用いることができる。本実施形態における分圧センサ６０を用いれば、例えば、図３に示すような真空排気時の圧力曲線を得ることができる。
【００４５】
ここで、図４、図７、図８を用いてリークチェック工程を含む処理の流れを説明する。なお、図４、図７、図８に示す処理フローにおいて、処理装置２を構成する各部の動作はコントローラ１００により制御される。
【００４６】
図４に示すように、ウエハＷを支持したボート２６を処理炉１４に搬入する工程として、ウエハチャージおよびボートロード（ボートアップ）を行う。そして、ウエハチャージおよびボートロードの後、処理炉１４内が所定の圧力（真空度）となるように真空排気（減圧排気）をし、ヒータ加熱によって処理炉１４内のウエハＷが所定の温度とする。
【００４７】
その後、処理炉１４内の温度が安定したら、続いて、リークチェック工程を行う。つまり、リークチェック工程は、ウエハＷを処理する基板処理工程である成膜処理に先立って行う。リークチェック工程では、真空排気後の残留酸素を排気管４６に設けられた分圧センサ６０により計測し、この計測された酸素分圧値と閾値を比較する。その結果、酸素分圧値が閾値を超えている場合、Ｎ２パージおよび／または真空引きを行う。なお、真空排気後の残留酸素の酸素分圧値を閾値の比較するため、ウエハ酸化に起因する残留ガスが発生しやすい圧力(例えば、到達真空圧力) で酸素分圧値と閾値の比較が行われる。
【００４８】
リークチェック工程では、圧力センサ４８に加えて追加した分圧センサ６０で酸素や酸素化合物の分圧を計測し、計測した酸素分圧値と閾値を比較することで、次のステップ、すなわち成膜処理へ進めるか否かの判断を行う。そして、計測した酸素分圧値が予め設定した閾値を満足していない場合は、処理炉１４内にＮ２ガス（不活性ガス）を供給するＮ２パージを行い、若しくは排気管４６を通じて処理炉１４内を真空排気する真空引きを行い、またはＮ２パージと真空引きとの両方を行った上で、リークチェックを再度行い、分圧センサ６０で計測した酸素分圧値が閾値以下になるまで繰り返す。このときに用いる閾値については、詳細を後述する。
【００４９】
ここで、図２を用いて真空引き及びパージについて説明する。真空引きとは、処理炉１４内の圧力を真空到達圧力まで排気することである。ここで、本明細書では、真空ポンプの吸引量がゼロとなったときに到達できる最低圧力を真空到達圧力という。図２では、バルブＡＶを閉状態、バルブＡＰＣを開状態で真空ポンプＰｕｍｐを稼働させることになる。また、パージは、バルブＡＶを開状態にして例えば不活性ガスを流しながら真空ポンプＰｕｍｐを稼働させて排気する場合もあるし、バルブＡＶを開状態且つバルブＡＰＣを閉状態にして、炉内１４内にパージガスを溜めて炉内１４の圧力を上昇させる場合もある。
【００５０】
次に、図７を用いてリークチェック工程について詳述する。リークチェック工程では、まず処理炉１４内を真空引きしつつ、処理炉１４内の圧力が圧力センサ４８により検出される。処理炉１４内の圧力が所定圧力以下になると、分圧センサ６０による酸素分圧の検出を行うようにする。なお、この所定圧力は、分圧センサ６０の仕様により予め決定される圧力であり、本実施形態における所定圧力は数十Ｐａ程度である。
【００５１】
一方、処理炉１４内の真空引きによる真空到達圧力が所定圧力より高いとき、分圧センサ６０による酸素分圧の検出を行わず、且つ次ステップの基板処理（成膜）工程を実行しないで、成膜工程後のパージステップに移行し、処理炉１４内をＮ２ガス等の不活性ガスで大気圧にする。このように、真空引きして到達圧力になっても処理炉１４内の圧力が所定圧力より高ければ、処理炉１４内にリークが発生している可能性が高いからである。
【００５２】
また、所定圧力で分圧センサ６０の検出を開始し、処理炉１４内の圧力がウエハ酸化に起因する残留ガスが発生しやすい圧力に達すると、分圧センサ６０で計測した酸素分圧値が閾値未満か判定される。分圧センサ６０で測定した酸素分圧値が閾値より小さければ、次のステップへ進めると判断し、ウエハＷを処理する成膜工程を実行する。
【００５３】
また、分圧センサ６０で測定した酸素分圧値が閾値以上のとき、分圧センサ６０による酸素分圧値の計測が中断され、目標圧力（例えば、所定圧力以上の任意の圧力）に到達するまで処理炉１４内がパージ（Ｎ２パージ）される。この目標圧力は任意に設定可能であり、所定圧力より小さい圧力でも構わない。そして、目標圧力から真空引きが再開され、引き続き所定圧力になると分圧センサ６０による酸素分圧値の計測が再開される。そして、真空到達圧力になると、また、分圧センサ６０で測定した酸素分圧値と閾値が再比較される。
【００５４】
比較した結果、酸素分圧値が閾値より小さいとき、次のステップへ進めると判断し、ウエハＷを処理する成膜工程が実行される。そして比較した結果、酸素分圧値が閾値よりも高い場合、分圧センサ６０による酸素分圧値の計測が中断され、比較した回数が所定回数になった確認される。所定回数に至っていない場合、目標圧力に到達するまで処理炉１４内が再度パージされる。このように酸素分圧値が閾値以上であっても所定回数までパージと真空引きが繰り返される。所定回数比較を行っても酸素分圧値が閾値よりも小さくならない場合、図４に示すパージステップに移行し、本処理フローが強制的に終了される。
【００５５】
図８は、図７の変形例である。ここでは、図７と重複する部分(ステップ)は、図７と同様であり、フロー説明は省略もしくは簡略し、図７と異なる部分を主に以下説明する。
【００５６】
まず真空引きしつつの所定圧力で排気管４６に設けられた分圧センサ６０により計測開始し、到達圧力時の残留酸素を分圧センサ６０により計測し、この計測された酸素分圧値と閾値を比較する。酸素分圧値が閾値より小さい場合、次の成膜工程に移行する。一方、酸素分圧値が閾値を超えていると、分圧センサ６０による酸素分圧値の計測が中断されると共に、比較した回数が２回目以降か確認後、初回なのでＮ２パージを行い、処理炉１４内を目標温度にして、再度、目標圧力になると真空引きしつつ分圧センサ６０により計測しつつ、到達圧力で分圧センサ６０により検出された酸素分圧値と閾値を再度比較する。このとき、酸素分圧値が閾値より小さいとき、次の成膜工程に移行して処理を終了する。
【００５７】
再度比較した結果、酸素分圧値が閾値以上のとき、比較した回数が２回目以降か確認される。２回目以降では、更に計測された酸素分圧値が改善されたかどうか確認される。例えば、閾値よりも大きいが前回の酸素分圧値よりも小さいとき、コントローラ１００は、酸素分圧値が改善されたと判定する。
【００５８】
具体的には、再度比較した結果、酸素分圧値が閾値以上で、酸素分圧値に変化がない、もしくは前回の酸素分圧値よりも大きい値になったとき、分圧センサ６０による検出を停止し、且つ図４に示す基板処理工程の後の処理炉１４内を不活性ガスで大気圧に戻すパージ工程に移行し、リークチェック工程は終了させる。
一方、酸素分圧値が閾値以上で、前回の酸素分圧値よりも酸素分圧値が小さく改善された場合、分圧センサ６０による酸素分圧値の計測を中断し、再度、圧力センサ４８で検出しながら目標圧力まで処理炉１４がパージされる。そして、真空引きが再開される。真空到達圧力になると分圧センサ６０により測定される酸素分圧値と閾値が比較される。このように、図８におけるフローでは、酸素分圧値が改善されていると判定されている間、目標圧力までのパージ、目標圧力からの真空到達圧力までの真空引きの各工程が、酸素分圧値が閾値に到達するまで繰り返される。
【００５９】
基板処理工程では、上述したように、原料ガス供給工程、原料ガス排気工程、反応ガス供給工程、反応ガス排気工程の各工程を経て、処理炉１４内のウエハＷに対して成膜処理を行う。そして、成膜処理が完了したら、処理炉１４内の雰囲気をＮ２ガスに置換してパージした後に、処理後のウエハＷを処理炉１４から搬出する工程として、ボートアンロード（ボートダウン）、ウエハＷの冷却、および、ウエハディスチャージを行う。
【００６０】
ここで、リークチェック工程で用いる閾値について説明する。
【００６１】
リークチェック工程で用いる閾値は、図５に示すように、予め取得した成膜条件でのウエハ酸化度に基づいて設定する。ウエハの酸化度の確認は、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）膜を形成したウエハを処理して、そのウエハのシート抵抗値で判断することが可能である。つまり、閾値は、予め取得した酸素分圧値とＴｉＮ膜を形成したウエハのシート抵抗値との関係により予め決定された値である。なお、酸素分圧値とシート抵抗値との関係は、ＴｉＮ膜を形成したウエハを含むテストウエハを用意し、そのテストウエハを処理炉１４内に搬入したときのシート抵抗値で決定することができる。
【００６２】
具体的には、微小リーク量（すなわち、残留酸素や酸素化合物の分圧量）とウエハ酸化度との相関関係は、図６に示す装置構成にて実験を行うことで導出することが可能である。かかる装置構成においては、装置のガス供給側に酸素もしくは大気を導入できるライン３４ａを設けて、処理炉１４への導入手前に微小流量のコントロールが可能なニードルバルブ３４ｂを設ける。このニードルバルブ３４ｂの開度を調整して残留酸素や酸素化合物の分圧を変化させて、微小リークの状態を作る。そして、残留酸素や酸素化合物分圧の値を変化させて、それぞれの条件下でのウエハの酸化度のモニタ用としてＴｉＮテストウエハを熱処理し、その結果のシート抵抗値から残留酸素や酸素化合物の分圧値とウエハ酸化度の相関関係を得る。このように、残留酸素や酸素化合物の分圧の閾値は、ＴｉＮテストウエハの規定のシート抵抗値で決定することができる。
【００６３】
（４）本実施形態による効果
本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果が得られる。
【００６４】
本実施形態によれば、成膜前にウエハＷを酸化させる原因となる残留ガスもしくは処理炉１４からの脱離ガスの分圧を測定することができるので、成膜前の処理炉１４のコンディションを従来よりも高度に確認することができる。結果として、成膜処理時のウエハＷの酸化を抑制でき、品質を一定に保つことができる。
【００６５】
本実施形態によれば、ウエハ酸化に起因する残留ガスの絶対量（分圧）をバッチ毎に管理することができる。これにより、従来のリーク量を測定するリークチェックでは測定できない成膜前の処理炉１４からの脱離ガスの分圧を測定できるので、成膜処理時のウエハＷの酸化を抑制でき、品質を一定に保つことができる。
【００６６】
本実施形態によれば、ウエハ酸化に起因する残留ガスが発生しやすい減圧時（例えば、真空到達時）における残留ガスの分圧（酸素分圧）を閾値と比較しているので、成膜前の処理炉１４のコンディションをより正確に把握することができ、この結果、成膜処理時のウエハＷの酸化を抑制でき、品質を一定に保つことができる。
【００６７】
本実施形態によれば、閾値を処理炉１４のメンテナンス後のコンディション確認用のＴｉＮテストウエハを処理炉１４に搬送したときの実測値で決定しているので、成膜前の処理炉１４のコンディションをより正確に把握することができ、この結果、成膜処理時のウエハＷの酸化を抑制でき、品質を一定に保つことができる。
【００６８】
本実施形態によれば、ウエハ酸化に起因する残留ガスが発生しやすい減圧時（例えば、真空到達時）における残留ガスの分圧（酸素分圧）を測定しつつ、パージ及び／または真空引きを繰返し行うことにより、処理炉１４のコンディションを清浄にすることができる。この結果、成膜処理時のウエハＷの酸化を抑制でき、品質を一定に保つことができる。
【００６９】
本実施形態によれば、パージ及び／または真空引きを繰返し行うことにより成膜処理前に処理炉１４のコンディションを清浄にしてから、基板処理工程に進めることができるので、処理停止に伴うロットアウトを低減することができる。
【００７０】
本実施形態によれば、セットアップ作業において、処理炉１４のメンテナンス後のコンディション確認用のＴｉＮテストウエハが不要となると共に、ＴｉＮテストウエハ確認バッチが不要になるため、セットアップ作業の効率化が図れ、装置稼働率が上がる。また、処理炉１４のメンテナンス後等にＨｅリークディテクタを使用しなくても容易に外部リークのチェックができるので、セットアップ作業の効率化が図れ、更に装置稼働率が上がる。
【００７１】
＜他の実施形態＞
以上、本発明の一実施形態について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００７２】
上述の実施形態では、主に、半導体製造工程で用いられる基板処理装置および半導体装置の製造方法について説明したが、本発明がこれらに限定されることはなく、例えば、液晶表示（ＬＣＤ）装置のようなガラス基板を処理する基板処理装置およびその製造方法にも適用可能である。
【００７３】
また、成膜工程については、炉内を減圧して基板を処理するものであればよく、また、膜種については、酸化膜以外であればどの膜にも適用できる。
【００７４】
また、成膜工程で行う成膜処理には、例えば、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、窒化膜を形成する処理、金属を含む膜を形成する処理等を含む。
【００７５】
また、上述の実施形態または変形例では、成膜処理を行う基板処理装置および半導体装置の製造方法について説明したが、本発明がこれらに限定されることはなく、例えば、他の基板処理装置（露光装置、リソグラフィ装置、塗布装置、プラズマを利用したＣＶＤ装置等）にも適用できる。
【符号の説明】
【００７６】
２…基板処理装置、Ｗ…ウエハ（基板）、１４…処理炉、２６…ボート（支持具）、３４…ガス供給機構、４６…排気管、４８…圧力センサ、６０…分圧センサ、１００…コントローラ（制御部）
【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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【図８】
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【国際調査報告】
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