JP2005217089A - 半導体製造装置および半導体製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の目的は、原料ガスのスムーズな流通の邪魔になるようなセンサをガス配管内に配置することなく、かつ、原料ガスの再液化をより直接的に検出可能な半導体製造装置および半導体製造方法を提供することである。
【解決手段】 本発明のＣＶＤ装置１０１は、原料液２を収容するとともに、その原料液２を気化させて発生させる原料ガス３を溜める貯留容器４と、原料ガス３を輸送するための原料ガス配管５を介して貯留容器４と接続された処理室６とを備えており、原料ガス配管５の水平部分の外底部には、原料ガス３の再液化を検出し防止する目的で、本発明の特徴である静電容量の変化で液体の有無を検出する静電容量式の液体センサ１０２と、それと接続された温度制御部１６によって制御される加熱ヒータ１７とが取付けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造装置および半導体製造方法に関し、特に原料液を気化させて原料ガスを発生させ、その原料ガスをガス配管で処理室に輸送し、被処理体に所定の処理を施す半導体製造装置および半導体製造方法に関する。

例えば、被処理体に成膜を行う化学気相成長（ＣＶＤ）装置（以降、ＣＶＤ装置と呼ぶ）や、被処理体に不純物を拡散させる拡散装置などの半導体製造装置では、種々の原料ガスが用いられる。通常、これらの原料ガスは貯留容器内に収容した原料液を気化させて発生させ、キャリアガスとともにガス配管を通して処理室に輸送するが、ガス配管を通る過程で再液化しやすい原料ガスも多い。

そのため、貯留容器を恒温槽に収納して原料液を安定して気化しやすい状態に保ったり、ガス配管に加熱ヒータを配置して温度制御するなどの工夫を施し、原料ガスの再液化を防止するようにしてきた。

従来の半導体製造装置の一例として、ＣＶＤ装置の要部断面図を図２に示す。

従来のＣＶＤ装置１は、原料液２（例えば、ＴＥＯＳ；テトラエチルオルソシリケート）を収容するとともに、その原料液２を気化させて発生させる原料ガス３（例えば、ＴＥＯＳガス）を溜める貯留容器４と、原料ガス３を輸送するための原料ガス配管５を介して貯留容器４と接続された処理室６とを備えており、原料ガス配管５を通して貯留容器４内の原料ガス３を処理室６に輸送し、その原料ガス３を用いて処理室６内に載置した被処理体としての半導体基板７表面に成膜（例えば、ＳｉＯ_２膜形成）する。

ここで、貯留容器４は恒温槽８内に収納され、貯留容器４内の原料液２が気化しやすいように一定温度に保たれている。

また、貯留容器４には、キャリアガス９（例えば、Ｎ_２ガス）を供給するキャリアガス配管１０が接続されており、その先端部は貯留容器４内の原料液２中に浸漬され、先端部から原料液２中に供給されるキャリアガス９によって原料液２をバブリングして気化させ、貯留容器４の上部空間に原料ガス３を発生させるようになっている。尚、キャリアガス配管１０は、末端でキャリアガス９を溜めたキャリアガスタンク１１に接続されている。

また、キャリアガス配管１０には、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）１２ａが取り付けられており、一定流量のキャリアガス９を貯留容器４に供給可能となっている。

また、貯留容器４には、原料液２を溜めた原料液タンク１３が接続されており、貯留容器４に取り付けられた例えばフロート式の液面計（図示せず）で原料液２の液面を監視し、液面が下限を切るとそれを検知してバルブ１４を開けて原料液２を貯留容器４に供給し、液面が上限に達するとバルブ１４を閉じて原料液２の供給を停止するようになっている。

また、原料ガス配管５の外壁には、原料ガス３の再液化を検出し防止する目的で、原料ガス配管５の温度を測定する温度センサ１５と、それと接続された温度制御部１６によって制御される加熱ヒータ１７とが取付けられており、温度センサ１５からの信号に基づいて原料ガス配管５の温度を制御可能となっている。

また、原料ガス配管５には、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）１２ｂが取り付けられており、一定流量の原料ガス３を処理室６に供給可能となっている。

また、処理室６内部には被処理体としての半導体基板７を載置する載置台１８が配置され、処理室６外部には処理室６内の温度を所定の高温にする外部ヒータ１９が配置されている。また、処理室６は、その内部を真空にする排気ポンプ２０と接続されている。

次に、このＣＶＤ装置１を使用した半導体製造方法を説明する。

先ず、原料液２（例えば、ＴＥＯＳ；テトラエチルオルソシリケート）を溜めた原料液タンク１３から貯留容器４内に所定量の原料液２を供給するとともに、恒温槽８内を所定温度に保つ。

他方、これと並行して、被処理体としての半導体基板７を処理室６内の載置台１８上に載置した後、処理室６内を密閉した状態で排気ポンプ２０を駆動して真空排気し所定の真空圧力にする。また、外部ヒータ１９により処理室６内の温度を所定の高温にする。

その後、キャリアガス配管１０を通して、キャリアガスタンク１１からのキャリアガス９（例えば、Ｎ_２ガス）を貯留容器４内に一定流量で供給する。

そして、キャリアガス配管１０の先端部から原料液２中に供給されるキャリアガス９によって原料液２をバブリングして気化させ、貯留容器４の上部空間に原料ガス３（例えば、ＴＥＯＳガス）を発生させる。

そして、貯留容器４の上部空間に発生した原料ガス３は、キャリアガス９とともに原料ガス配管５を通して処理室６に一定流量で輸送される。

そして、処理室６内に供給された原料ガス３は熱分解され、その分解生成物が半導体基板７表面に堆積して成膜（例えば、ＳｉＯ_２膜形成）する。

その後、成膜に使用されなかったキャリアガス９等は処理室６外部に排気される。

ここで、成膜中を通じて、キャリアガス９の流量や原料ガス３の流量は、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）１２ａ，１２ｂによって一定に維持される。

また、成膜中を通じて、貯留容器４内の原料液２の量はフロート式の液面計（図示せず）により監視され、一定範囲内に維持される。

また、成膜中を通じて、原料ガス配管５の温度は、温度センサ１５で監視され、万一、原料ガス配管５の温度が予め設定した基準温度以下（例えば、気化点以下）になった場合、温度制御部１６及び加熱ヒータ１７により原料ガス配管５の温度を予め設定した基準温度以上（例えば、気化点以上、あるいは、気化点より若干高め）になるように制御される（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−１２５５６号公報

しかしながら、上記のようなＣＶＤ装置１では、原料ガス配管５の外壁温度を測定することで、内部で生じる原料ガス３の再液化を検出しようとしているが、この場合、先ず、原料ガス配管５の材質がある程度、熱伝導率が良いものでなければならなかった。また、原料ガス３の再液化をより正確に検出するためには、原料ガス配管５の外壁温度を測定するだけでは十分とは言えず、本来、内部の温度と内部の圧力を測定する必要があった。

しかし、原料ガス配管５の内部の温度や圧力を測定するために、原料ガス配管５内に何らかの温度センサや圧力センサを配置すると、それらのセンサが原料ガス３のスムーズな流通を邪魔することになるうえに、それらのセンサが時間とともに原料ガス３で汚染され感度低下すると言う問題が生じることが容易に予測された。

またさらに、例え、内部の温度や圧力が測定できても、それらは僅かながらも絶えず変動しているため、それらの環境条件だけから、内部で本当に再液化が生じているかどうかを判断することは難しいと言う問題もあった。

またさらに、万一、原料ガス配管５内部で原料ガス３の再液化が生じた場合（温度センサ１５が再液化を検出し、実際に再液化が生じた場合）、従来のＣＶＤ装置１では、温度制御部１６及び加熱ヒータ１７で原料ガス配管５の外壁温度を予め設定した基準温度以上に制御するが、本当にこれだけで再液化した原料液２がすべて気化したかどうかは確実ではなかった。

本発明の目的は、原料ガスのスムーズな流通を邪魔するようなセンサをガス配管内に配置することなく、かつ、原料ガスの再液化をより直接的に検出可能な半導体製造装置および半導体製造方法を提供することである。

本発明の半導体製造装置は、少なくとも、原料液を収容するとともに原料液を気化させて発生させる原料ガスを溜める貯留容器と、ガス配管を介して貯留容器と接続された処理室とを備え、ガス配管を通して貯留容器内の原料ガスを処理室に輸送し、原料ガスを用いて処理室内に載置した被処理体に所定の処理を施す半導体製造装置において、ガス配管の外部に原料ガスの再液化を検出する再液化検出手段を具備したことを特徴とする半導体製造装置である。

本発明の半導体製造方法は、少なくとも、貯留容器内に収容した原料液を気化させて原料ガスを発生させるステップと、ガス配管を通して貯留容器内で発生させた原料ガスを処理室に輸送するステップと、原料ガスを用いて処理室内に載置した被処理体に所定の処理を施すステップとを含む半導体製造方法において、ガス配管の外部に具備した再液化検出手段で原料ガスの再液化を検出することを特徴とする半導体製造方法である。

本発明の半導体製造装置および半導体製造方法によれば、ガス配管の外部に再液化検出手段を具備し、その再液化検出手段で原料ガスに非接触で原料ガスの再液化を検出するため、ガス配管内の原料ガスのスムーズな流通を邪魔したりせず、再液化検出手段が原料ガスで汚染される心配がない。

また、再液化検出手段を、静電容量の変化で液体の有無を検出する静電容量式の液体センサとすると、より直接的に原料ガスの液化を検出できる。また、静電容量式の液体センサはガス配管の材質が金属であっても樹脂であっても内部の液体の有無を検出可能であるため好適である。

また、静電容量式の液体センサを、ガス配管の水平部分の外底部に配置すると、ガス配管底部に再液化して溜まった原料液を検出しやすい。

また、ガス配管の温度を制御する温度制御部及び加熱手段をさらに備え、静電容量式の液体センサと接続し、静電容量式の液体センサの検出結果に基づいてガス配管の温度を制御すると、万一、再液化が生じた場合でも、再液化した原料液がすべて気化したことを原料液の有無を検出すると言う、より直接的な方法で確認しながら温度制御部及び加熱手段を制御できる。

本発明は、原料ガスのスムーズな流通の邪魔になるようなセンサをガス配管内に配置することなく、かつ、原料ガスの再液化をより直接的に検出すると言う目的をガス配管の外部に液体の有無を検出する再液化検出手段を配置することで実現した。

本発明の半導体製造装置の一例として、ＣＶＤ装置の要部断面図を図１に示す。尚、図２と同一部分には同一符号を付す。

本発明のＣＶＤ装置１０１は、原料液２（例えば、ＴＥＯＳ；テトラエチルオルソシリケート）を収容するとともに、その原料液２を気化させて発生させる原料ガス３（例えば、ＴＥＯＳガス）を溜める貯留容器４と、原料ガス３を輸送するための原料ガス配管５を介して貯留容器４と接続された処理室６とを備えており、原料ガス配管５を通して貯留容器４内の原料ガス３を処理室６に輸送し、その原料ガス３を用いて処理室６内に載置した被処理体としての半導体基板７表面に成膜（例えば、ＳｉＯ_２膜形成）する。

ここで、貯留容器４は恒温槽８内に収納され、貯留容器４内の原料液２が気化しやすいように一定温度に保たれている。

また、貯留容器４には、キャリアガス９（例えば、Ｎ_２ガス）を供給するキャリアガス配管１０が接続されており、その先端部は貯留容器４内の原料液２中に浸漬され、先端部から原料液２中に供給されるキャリアガス９によって原料液２をバブリングして気化させ、貯留容器４の上部空間に原料ガス３を発生させるようになっている。尚、キャリアガス配管１０は、末端でキャリアガス９を溜めたキャリアガスタンク１１に接続されている。

また、キャリアガス配管１０には、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）１２ａが取り付けられており、一定流量のキャリアガス９を貯留容器４に供給可能となっている。

また、貯留容器４には、原料液２を溜めた原料液タンク１３が接続されており、貯留容器４に取り付けられた例えばフロート式の液面計（図示せず）で原料液２の液面を監視し、液面が下限を切るとそれを検知してバルブ１４を開けて原料液２を貯留容器４に供給し、液面が上限に達するとバルブ１４を閉じて原料液２の供給を停止するようになっている。

また、原料ガス配管５の水平部分の外底部には、原料ガス３の再液化を検出し防止する目的で、本発明の特徴である静電容量の変化で液体の有無を検出する静電容量式の液体センサ１０２と、それと接続された温度制御部１６によって制御される加熱ヒータ１７とが取付けられており、静電容量式の液体センサ１０２の検出結果に基づいて原料ガス配管５の温度を制御可能となっている。

即ち、再液化の検出を環境条件の測定と言う間接的な方法ではなく、静電容量式の液体センサ１０２で原料液２の有無を検出すると言う、より直接的な方法で検出する。そして、その検出結果に基づいて原料ガス配管５の温度を制御するようになっており、万一、再液化が生じた場合でも、再液化した原料液２がすべて気化したことをより直接的に検出できるようになっている。

尚、静電容量式の液体センサ１０２の動作原理は、それに内蔵された主電極１０２ａとそれと対向した補助電極１０２ｂとの間の静電容量の変化を利用するため、原料ガス配管５の材質が金属であっても樹脂であっても内部の液体の有無を検出可能である。また、静電容量式の液体センサ１０２を原料ガス配管５の水平部分の外底部に配置する理由は、再液化した原料液２は原料ガス配管５の底部に溜まるため静電容量式の液体センサ１０２で検出しやすいためである。

また、原料ガス配管５には、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）１２ｂが取り付けられており、一定流量の原料ガス３を処理室６に供給可能となっている。

また、処理室６内部には被処理体としての半導体基板７を載置する載置台１８が配置され、処理室６外部には処理室６内の温度を所定の高温にする外部ヒータ１９が配置されている。また、処理室６は、その内部を真空にする排気ポンプ２０と接続されている。

次に、このＣＶＤ装置１０１を使用した半導体製造方法を説明する。

先ず、原料液２（例えば、ＴＥＯＳ；テトラエチルオルソシリケート）を溜めた原料液タンク１３から貯留容器４内に所定量の原料液２を供給するとともに、恒温槽８内を所定温度に保つ。

他方、これと並行して、被処理体としての半導体基板７を処理室６内の載置台１８上に載置した後、処理室６内を密閉した状態で排気ポンプ２０を駆動して真空排気し所定の真空圧力にする。また、外部ヒータ１９により処理室６内の温度を所定の高温にする。

その後、キャリアガス配管１０を通して、キャリアガスタンク１１からのキャリアガス９（例えば、Ｎ_２ガス）を貯留容器４内に所定流量で供給する。

そして、キャリアガス配管１０の先端部から原料液２中に供給されるキャリアガス９によって原料液２をバブリングして気化させ、貯留容器４の上部空間に原料ガス３（例えば、ＴＥＯＳガス）を発生させる。

そして、貯留容器４の上部空間に発生した原料ガス３は、キャリアガス９とともに原料ガス配管５を通して処理室６に輸送される。

そして、処理室６内に供給された原料ガス３は熱分解され、その分解生成物が半導体基板７表面に堆積して成膜（例えば、ＳｉＯ_２膜形成）する。

その後、成膜に使用されなかったキャリアガス９等は処理室６外部に排気される。

ここで、成膜中を通じて、キャリアガス９の流量や原料ガス３の流量は、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）１２ａ，１２ｂによって一定に維持される。

また、成膜中を通じて、貯留容器４内の原料液２の量はフロート式の液面計（図示せず）により監視され、一定範囲内に維持される。

また、成膜中を通じて、原料ガス配管５内部の再液化は、静電容量式の液体センサ１０２で液体の有無を検出するというより直接的な方法で監視され、万一、原料液２（再液化）を検出した場合、温度制御部１６及び加熱ヒータ１７により原料ガス配管５の温度を制御し、再液化した原料液２がすべて気化するようにする。

尚、上記の例では、静電容量式の液体センサ１０２の取付け位置を、原料ガス配管５の水平部分の外底部であればよく、任意の位置としたが、赤外線放射温度計（図示せず）などを使用して、原料ガス配管５全体の温度分布を把握し、例えば、再液化が生じやすいと考えられる温度の低い位置、あるいは温度変化の大きい位置に取付けるようにすると再液化を検出しやすく好適である。

本発明は、原料ガスのスムーズな流通の邪魔になるようなセンサをガス配管内に配置することなく、かつ、原料ガスの再液化をより直接的に検出可能な半導体製造装置および半導体製造方法に適用できる。

本発明の半導体製造装置の一例の要部断面図 従来の半導体製造装置の一例の要部断面図

符号の説明

１ 従来のＣＶＤ装置
２ 原料液
３ 原料ガス
４ 貯留容器
５ 原料ガス配管
６ 処理室
７ 半導体基板
８ 恒温槽
９ キャリアガス
１０ キャリアガス配管
１１ キャリアガスタンク
１２ａ，１２ｂ マスフローコントローラ（ＭＦＣ）
１３ 原料液タンク
１４ バルブ
１５ 温度センサ
１６ 温度制御部
１７ 加熱ヒータ
１８ 載置台
１９ 外部ヒータ
２０ 排気ポンプ
１０１ 本発明のＣＶＤ装置
１０２ 静電容量式の液体センサ
１０２ａ 主電極
１０２ｂ 補助電極

Claims (8)

1. 少なくとも、原料液を収容するとともに、前記原料液を気化させて発生させる原料ガスを溜める貯留容器と、ガス配管を介して前記貯留容器と接続された処理室とを備え、前記ガス配管を通して前記貯留容器内の原料ガスを前記処理室に輸送し、前記原料ガスを用いて前記処理室内に載置した被処理体に所定の処理を施す半導体製造装置において、前記ガス配管の外部に前記原料ガスの再液化を検出する再液化検出手段を具備したことを特徴とする半導体製造装置。
2. 前記再液化検出手段は、静電容量の変化で液体の有無を検出する静電容量式の液体センサであることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
3. 前記静電容量式の液体センサは、前記ガス配管の水平部分の外底部に配置したことを特徴とする請求項２に記載の半導体製造装置。
4. 前記静電容量式の液体センサと接続され、前記静電容量式の液体センサの検出結果に基づいて前記ガス配管の温度を制御する温度制御部及び加熱手段を、さらに備えたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の半導体製造装置。
5. 少なくとも、貯留容器内に収容した原料液を気化させて原料ガスを発生させるステップと、ガス配管を通して前記貯留容器内の原料ガスを処理室に輸送するステップと、前記原料ガスを用いて前記処理室内に載置した被処理体に所定の処理を施すステップとを含む半導体製造方法において、前記ガス配管の外部に具備した再液化検出手段で前記原料ガスの再液化を検出することを特徴とする半導体製造方法。
6. 前記再液化検出手段は、静電容量の変化で液体の有無を検出する静電容量式の液体センサであることを特徴とする請求項５に記載の半導体製造方法。
7. 前記静電容量式の液体センサは、前記ガス配管の水平部分の外底部に配置したことを特徴とする請求項６に記載の半導体製造方法。
8. 前記ガス配管の温度を制御する温度制御部及び加熱手段を、さらに備え、それらを前記静電容量式の液体センサと接続し、前記静電容量式の液体センサの検出結果に基づいて前記ガス配管の温度を制御することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の半導体製造方法。

Images