JP2001085428A - 基板処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パイロジェニック酸化処理とＮＯ酸窒化処理
とからなる２つの処理をできるだけ連続に近い形で行わ
せて、パイロジェニック酸化処理で生じる残留水分を効
率良く排出させる。 【解決手段】 反応室３内で、ボート２により支持され
たウェハ１に対し、パイロジェニック酸化を行った後、
ＮＯ酸窒化を連続して行う。このパイロジェニック酸化
後、ＮＯ酸窒化を行う前に、反応室３からボート２をア
ンロード位置Ａまで引き出してボート２の全部を露出す
るのではなく、セミロード位置Ｃまで引き出しボート２
の一部のみを露出させる。この状態で反応室３内の残留
水分を除去する排除処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は基板処理方法に係
り、たとえば縦型拡散装置を用いてシリコンウェハ表面
に酸窒化膜を形成する処理に好適な技術に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置として使われる縦型拡散
装置は、多数の半導体ウェハが縦方向に積層状の配列で
移載されたボートを縦型反応室内の処理位置に装填した
後、その反応室内で所定の雰囲気条件を形成しながら上
記ウェハの処理を行うように構成され、たとえばシリコ
ンウェハの酸窒化処理に使用される。

【０００３】図４は、本発明に先立って検討された基板
処理方法を実施するための半導体製造装置の概略構成を
示す。同図は縦型拡散装置を示すものであって、シリコ
ンウェハ１が縦方向に積層状の配列で移載された石英ボ
ート２、このボート２に搭載された半導体ウェハ１の処
理を行う反応室３、この反応室３の下方に隣接するロー
ドロック室４、上記ボート２を昇降移動する昇降装置
（エレベータ）５、ウェハ１の移載を行うウェハ移載装
置６、ウェハ格納部７、および各部の動作を所定手順で
シーケンス制御する制御部８などを有する。

【０００４】反応室３とロードロック室４の間、ロード
ロック室４と外気の間はそれぞれ、ゲートバルブ３１，
４１で気密封鎖されるようになっている。反応室３は、
ガス導入口３３とガス排気口３２とを有しているととも
に、外側が加熱ヒータ３４で囲まれている。これによ
り、反応室３内のウェハ１を所定の雰囲気下で加熱処理
することができるようになっている。

【０００５】上記装置によるシリコンウェハの酸窒化処
理は、前処理に水素と酸素を燃焼させて得られる高純度
水蒸気雰囲気下での加熱処理による酸化処理、いわゆる
ＰＹＲＯ（パイロジェニック）酸化処理を行う。このＰ
ＹＲＯ酸化処理とＮＯ酸窒化処理とからなる２つの処理
を連続的に行わせることができれば、プロセス効率が上
がるので非常に好ましい。

【０００６】そこで、本発明者は、上記２つの処理を連
続的に行わせることを検討した。しかし、これは、ＰＹ
ＲＯ酸化処理後の残留水分がＮＯ酸窒化処理時にＮＯガ
スと反応して硝酸を生成し、反応室内の装置部材を腐蝕
させる恐れを生じる。つまり、反応室の雰囲気を交替さ
せて次の処理を行わせようとした場合、前の処理で残留
した雰囲気が次の処理にて、装置部材の腐食といったよ
うな障害をもたらす恐れがあった。

【０００７】このため、上記装置によるシリコンウェハ
のＰＹＲＯ酸化、及びＮＯ酸窒化処理は次のように非連
続で行わざるを得ない。

【０００８】まず、処理すべきウェハ１は、まとまった
枚数単位でカセット１１に入った状態で格納部７に収納
されている。格納部７のウェハカセット１１は図示しな
いカセットローダにより、所定位置に搬送され、そこで
カセット１１内のウェハ１がウェハ移載装置６により石
英ボート２に移載される。ボート２はロードロック室４
内の昇降装置５上に縦方向にセットされている。このボ
ート２に、カセット１１内のウェハ１が縦方向に間隙を
開けながら積層状の配列で移載される。ウェハ１が移載
されたボート２は昇降装置５により、その移載位置（ア
ンロード位置）Ａから反応室３内の処理位置（ロード位
置）Ｂまで垂直移動させられる。

【０００９】このあと、反応室３内を封鎖してから、Ｐ
ＹＲＯ（パイロジェニック）酸化処理を行う。これによ
り、ウェハ１の表面にシリコン酸化膜が形成される。上
記処理のあと、反応室３内の残留雰囲気すなわちこの場
合は残留水分を除去する排除工程を行う。この工程は、
反応室３内のボート２を引き出して一旦元の移載位置Ａ
まで戻し、アンロード中に残留水分を除去する、あるい
はＰＹＲＯ酸化処理後、状態を保持したまま反応室内に
一定時間不活性ガスを流しつつ排気を行い、残流水分を
除去する。

【００１０】この排除工程の完了後、次の処理を行う。
ボート２を移載位置Ａに戻した場合は、ボート２を再び
反応室３内の処理位置Ｂまで垂直移動させてから、次の
処理を開始する。この処理では、ＮＯガス雰囲気による
ＮＯ酸窒化処理を行う。これにより、ウェハ１の表面に
酸窒化膜が形成される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た技術には、次のような問題がある。すなわち、上述し
た半導体製造装置による基板処理方法では、ＰＹＲＯ酸
化処理とＮＯ酸窒化処理の間にて、反応室内の残留水分
を除去するための排除工程として、ボート２を反応室内
の処理位置Ｂからロードロック室内の移載位置Ａまで一
旦戻す工程と、上記ボート２を移載位置Ａから反応室内
の処理位置Ｂまで再度移動させる工程とが介在するた
め、あるいは一定時間、状態を保持したまま、反応室内
に不活性ガスを流しつつ排気を行う工程が介在するた
め、処理能力の向上に限界があった。

【００１２】本発明の課題は、反応室の雰囲気を交替さ
せて行う２回のウェハ処理を、前の処理で残留した雰囲
気の影響を受けることなく効率良く行わせる基板処理方
法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板の支持さ
れたボートを反応室内の処理位置に装填した後、その反
応室内で所定の雰囲気条件を形成しながら上記基板の処
理を行う基板処理方法であって、上記反応室内の基板を
パイロジェニック酸化する第１の工程と、この第１の工
程の終了後に上記反応室内から上記ボートの一部だけを
引き出した状態で上記反応室内の残留水分を排除する排
除工程と、上記ボートを上記排除工程の位置から上記処
理位置に戻した後、上記反応室内の基板にＮＯガスを用
いた処理を施す第２の工程とを含むことを特徴とする基
板処理方法である。

【００１４】本発明によれば、反応室内の雰囲気を除去
する排除工程を短時間で効率良く行わせることができ
る。これにより、反応室の雰囲気を交替させて行う２回
のウェハ処理を、前の処理で残留した雰囲気の影響を受
けることなく効率良く行わせるという課題が達成され
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。図１は本発明に係る半導体製
造装置の実施の形態を示す。なお、同図において、図４
中で示したものと同一符号は同一あるいは相当部分を示
すものとする。

【００１６】図１は縦型拡散装置を示すものであって、
まず、シリコンウェハ１が縦方向に積層状の配列で移載
された石英ボート２、このボート２に搭載された半導体
ウェハ１の処理を行う反応室３、この反応室３の下方に
隣接するロードロック室４、上記ボート２を昇降移動す
る昇降装置（エレベータ）５、ウェハ１の移載を行うウ
ェハ移載装置６、ウェハ格納部７、および各部の動作を
所定手順でシーケンス制御する制御部８などを有する。
なお、アンロード位置にロードロック室４のような気密
封鎖可能な予備室はなくても構わない。

【００１７】反応室３とロードロック室４の間、ロード
ロック室４と外気の間はそれぞれ、ゲートバルブ３１，
４１で気密封鎖されるようになっている。反応室３は、
ガス導入口３３とガス排気口３２とを有しているととも
に、外側が加熱ヒータ３４で囲まれている。これによ
り、反応室３内のウェハ１を所定の雰囲気下で加熱処理
することができるようになっている。

【００１８】処理すべきウェハ１は、まとまった枚数単
位でカセット１１に入れられて格納部７に収納されてい
る。格納部７のウェハカセット１１は、図示しないカセ
ットローダにより所定位置に搬送され、そのカセット１
１内のウェハ１は、ウェハ移載装置６により石英ボート
２に移載される。ボート２はロードロック室４内の昇降
装置５上に縦方向にセットされている。このボート２
に、カセット１１内のウェハ１が縦方向に間隙を開けな
がら積層状の配列で移載される。

【００１９】昇降装置５は、ウェハ１が移載されたボー
ト２を、ウェハ１の移載位置（アンロード位置）Ａと反
応室３内の処理位置（ロード位置）Ｂの間で昇降移動さ
せる。この場合、昇降装置５は、ボート２を次の３位置
Ａ，Ｂ，Ｃ間で移動させるような多ポジション移動機能
をもたせられている。

【００２０】Ａ：カセット１１とボート２間でのウェハ
移載位置（アンロード位置） Ｂ：反応室３内の処理位置（ロード位置） Ｃ：ボート２の一部だけが反応室３内から引き出された
中間位置（セミロード位置） これとともに、制御部８は、次のようなシーケンス制御
機能が付加されている。

【００２１】（１）ボート２をウェハ移載位置Ａから処
理位置Ｂに移動させる（ロード） （２）反応室３を封鎖してＰＹＲＯ酸化処理を行わせる
（第１の処理） （３）反応室３の封鎖を解除して上記ボート２を上記中
間位置Ｃに移動させる（セミロード） （４）上記中間位置Ｃにて反応室３内の残留気体（水
分）を排除させる（排除工程） （５）ボート２を排除工程の中間位置Ｃから反応室３内
の処理位置Ｂに戻してＮＯ酸窒化処理を行わせる（第２
の処理） （６）ボート２をウェハ移載位置Ａまで戻す（アンロー
ド）。

【００２２】上記装置によるシリコンウェハの処理は次
のように行う。まず、処理すべきウェハ１は、まとまっ
た枚数単位でカセット１１に入った状態で格納部７に収
納されている。格納部７のウェハカセット１１は図示し
ないカセットローダにより、所定位置に搬送され、そこ
でカセット１１内のウェハ１がウェハ移載装置６により
石英ボート２に移載される。ボート２はロードロック室
４内の昇降装置５上に縦方向にセットされている。この
ボート２に、カセット１１内のウェハ１が縦方向に間隙
を開けながら積層状の配列で移載される。ウェハ１が移
載されたボート２は昇降装置５により、その移載位置
（アンロード位置）Ａから反応室３内の処理位置（ロー
ド位置）Ｂまで垂直移動させられる。

【００２３】このあと、反応室３内を封鎖し、水素と酸
素を燃焼させて得られる高純度水蒸気雰囲気下での加熱
処理による酸化処理を行う。いわゆるＰＹＲＯ（パイロ
ジェニック）酸化処理を行う。これにより、ウェハ１の
表面にシリコン酸化膜が形成される。

【００２４】上記処理のあと、反応室３内の残留雰囲気
すなわちこの場合は残留水分を除去する排除工程を行
う。この工程は、反応室３内のボート２を部分的に引き
出した中間位置Ｃにて、反応室３からの熱輻射を利用し
ながら行われる。

【００２５】この排除工程の後、ボート２を再び反応室
３内の処理位置Ｂに戻して、次の処理を開始する。この
処理では、ＮＯガス雰囲気下での加熱処理によるＮＯ酸
窒化処理を行う。これにより、ウェハ１の表面に酸窒化
膜が形成される。

【００２６】図２は、図１に示した装置の一部を状態別
に示す。同図において、（ａ）はボート２を反応室３内
の処理位置Ｂにセットしたロード状態を示し、（ｂ）は
そのボート２を反応室３内から部分的に引き出したセミ
ロード状態を示す。

【００２７】第１の処理であるＰＹＲＯ酸化処理は、
（ａ）のロード状態で行われる。この処理のあと、
（ｂ）のセミロード状態にて反応室３内の残留水分が除
去される。このセミロード状態にて、反応室３内の残留
水分は、ヒータ３４で加熱された反応室３内からの輻射
熱で拡散されて、図中に矢印で示すように、反応室３の
下部から排出される。なおこの際、反応室３内はボート
２が部分的に引き出されることによってガス流通性が高
められており、このときガス導入口３３より反応室内に
不活性ガスを導入しつつ、ガス排気口３２より排気する
ことにより、残留水分を速やかに除去することができ
る。このあと、ボート２が（ｂ）のセミロード状態から
（ａ）のロード状態に戻され、第２の処理であるＮＯ酸
窒化処理が行われる。

【００２８】図３は、図１に示した装置の概略動作をフ
ローチャートで示す。このフローチャートの動作は制御
部８によるシーケンス制御下で行われる。同図におい
て、まず、ウェハ１をロードロック室４内の石英ボート
２に移載する。ボート２は昇降装置５上に縦方向にセッ
トされている。ウェハ１は、その縦方向のボート２に、
一枚ずつ間隙を開けながら積層状の配列状態で移載され
る（Ｓ１）。

【００２９】ウェハ１が移載されたボート２を昇降装置
５で反応室３内のロード位置Ｂまで上昇移動させた後、
反応室３内を封鎖して、高純度水蒸気雰囲気下での加熱
処理によるＰＹＲＯ酸化処理を行う（Ｓ２，Ｓ３）。Ｐ
ＹＲＯ酸化処理が終わったならば、反応室３内の封鎖を
解除し、ボート２をセミロード位置Ｃまで部分的に引き
出した状態で残留水分の除去を行う（Ｓ４）。なお、こ
の際、前述の通り、ガス導入口３３より反応室内に不活
性ガスを導入しつつ、ガス排気口３２より排気を行う。

【００３０】このあと、ボート２をセミロード位置Ｃか
らロード位置Ｂに戻し、反応室３内を封鎖して、ＮＯガ
ス雰囲気によるＮＯ酸窒化処理を行う（Ｓ５，Ｓ６）。
そして、このＮＯ酸窒化処理が終了した後、ボート２を
移載位置（アンロード位置）Ａまで戻す（Ｓ７）。その
移載位置Ａにて、ウェハ１はボート２からウェハ移載機
６によりカセット１１に移載され、回収される（Ｓ
８）。

【００３１】以上のように、上述した半導体製造装置に
よるウェハ処理方法では、ＰＹＲＯ酸化処理後の残留水
分の排除工程が、ボート２を反応室３内から部分的に引
き出しただけのセミロード状態で行われる。つまり、ボ
ート２を反応室３内の処理位置Ｂからロードロック室４
内の移載位置Ａまで一旦戻す工程と、上記ボート２を移
載位置Ａから反応室内の処理位置Ｂまで再度移動させる
工程の両方を省略しながら、残留水分除去という排除工
程を完了させることができる。

【００３２】これにより、ＰＹＲＯ酸化処理からＮＯ酸
窒化処理への移行に要する時間を大幅に短縮させること
ができる。したがって、反応室の雰囲気を交替させて行
う２回のウェハ処理を、前の処理で残留した雰囲気の影
響を受けることなく効率良く行わせるという課題が達成
される。

【００３３】以上説明したように、多数の半導体ウェハ
が縦方向に積層状の配列で移載されたボートを縦型反応
室内の処理位置に装填した後、その反応室内で所定の雰
囲気条件を形成しながら上記ウェハの処理を行う半導体
製造方法にあって、上記反応室内のウェハを高純度水蒸
気雰囲気下での加熱処理により酸化処理する第１の工程
と、この第１の工程の終了後に上記反応室内から上記ボ
ートの一部だけを引き出した状態で上記反応室内の残留
水分を排除する排除工程と、上記ボートを上記排除工程
の位置から上記処理位置に戻した後、上記反応室内のウ
ェハをＮＯガス雰囲気で酸窒化処理する第２の工程とを
行うことを特徴とするものである。これにより、第１の
工程後の残留水分を短時間で効率良く除去し、第２の工
程時にて反応室内の装置部材を腐蝕させる硝酸の生成を
防止することができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、反応室の雰囲気を交替
させて行う２回のウェハ処理を、前の処理で残留した雰
囲気の影響を受けることなく効率良く行わせることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る基板処理方法を実施するための半
導体製造装置の概略構成図。

【図２】図１に示した装置の一部を状態別に示す図。

【図３】図１に示した装置の概略動作を示すフローチャ
ート。

【図４】本発明に先立って検討された半導体製造装置の
概略構成図。

【符号の説明】

１ シリコンウェハ（基板） １１ ウェハカセット ２ 石英ボート ３ 反応室 ３１ ゲートバルブ ３２ ガス排気口 ３３ ガス導入口 ３４ 加熱ヒータ ４ ロードロック室 ４１ ゲートバルブ ５ 昇降装置 ６ ウェハ移載装置 ７ ウェハ格納部 ８ 制御部 Ａ 移載位置（アンロード位置） Ｂ 処理位置（ロード位置） Ｃ 中間位置（セミロード位置）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板の支持されたボートを反応室内の処理
   位置に装填した後、その反応室内で所定の雰囲気条件を
   形成しながら上記基板の処理を行う基板処理方法であっ
   て、 上記反応室内の基板をパイロジェニック酸化する第１の
   工程と、 この第１の工程の終了後に上記反応室内から上記ボート
   の一部だけを引き出した状態で上記反応室内の残留水分
   を排除する排除工程と、 上記ボートを上記排除工程の位置から上記処理位置に戻
   した後、上記反応室内の基板にＮＯガスを用いた処理を
   施す第２の工程とを含むことを特徴とする基板処理方
   法。