JP2001257161A - 半導体基板処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体基板を２枚ずつサイクリックに成膜処
理する場合に、プロダクトウェーハには膜厚差を生じさ
せない半導体基板処理方法を提供する。 【解決手段】 この発明の半導体基板処理方法は、２枚
処理半導体製造装置１０１において、プロセスモジュー
ル２３，３３により複数の半導体ウェーハに対しサイク
リックに成膜処理を行う。最初の成膜処理サイクルにお
いては、冷却室２２，３２に収納した２枚のダミーウェ
ーハＤＷに対してのみ成膜処理を行って、成膜処理の不
安定要素を取り除き、次の成膜処理サイクルからは、カ
セットモジュール２１，３１のプロダクトウエーハＰＷ
を２枚ずつ成膜処理し、最後の１枚のプロダクトウェー
ハＰＷは、冷却室の１枚のダミーウェーハとともに成膜
処理を行い、冷却室で冷却後、ダミーウェーハウェーハ
ＤＷとプロダクトウェーハＰＷとは、それぞれ冷却室お
よびカセットモジュールに収納する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体基板処理
方法に関し、特に、プロセスモジュールによって複数の
半導体ウェーハに対しサイクリックに成膜処理を行う半
導体基板処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６（ａ）は、従来の半導体基板処理方
法を行う２枚処理半導体製造装置の従来例を示す構成
図、図６（ｂ）は、図６（ａ）の冷却室２２，３２に配
置されているウェーハ棚２２ｂ，３２ｂを示す断面図で
ある。図６の２枚処理半導体製造装置においては、セン
タルーム１０にウェーハを移動および載置するための移
載ロボット１０ａが配置されている。その周囲には、カ
セットモジュール２１と、冷却室２２と、プロセスモジ
ュール２３とからなる第１の成膜処理系統と、カセット
モジュール３１と、冷却室３２と、プロセスモジュール
３３とからなる第２の成膜処理系統とが配置されてい
る。カセットモジュール２１，３１には、それぞれ２５
枚のプロダクトウェーハＰＷを収納したカセット２１
ａ，３１ａが配置される。

【０００３】冷却室２２，３２には、図６（ｂ）に示さ
れるようなウェーハ棚２２ｂ，３２ｂが設けられてお
り、その中に２枚のプロダクトウェーハＰＷと１枚のダ
ミーウェーハＤＷとをそれぞれの位置に収納可能であ
る。プロセスモジュール２３，３３においては、移載ロ
ボット１０ａによってプロセスモジュール２３，３３内
に移載されるプロダクトウェーハＰＷあるいはダミーウ
ェーハＤＷに対して成膜処理（deposition：ＰＭ処理）
を施す。この場合、プロダクトウェーハＰＷの１枚目あ
るいは２５枚目は、ダミーウェーハＤＷと成膜処理さ
れ、それ以外のプロダクトウェーハＰＷは、２枚ずつ成
膜処理され、その後に冷却される。成膜処理および冷却
が完了する毎にダミーウェーハＤＷは冷却室２２，３２
のウェーハ棚２２ａ，３２ａへ、プロダクトウェーハＰ
Ｗは、カセットモジュール２１，３１のカセット２１
ａ，３１ａに戻される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の２
枚処理半導体製造装置は、２枚ずつのウェーハをサイク
リックに成膜処理しているが、ホットウオールチャンバ
を使用しているために、プロセスモジュールの温度状態
が図７に示すように変化する。この温度変化等により、
成膜処理サイクルの順番により膜厚に差が出てしまうこ
とがある。例えば、図７に示されるように、ヒータ安定
状態での１回目のウェーハ投入の反応温度Ａと２回目の
ウェーハ投入の反応温度Ｂとでは温度差が生じ、膜厚差
も生じる。２回目以降の反応温度Ｂ〜Ｅにおいては、多
少の温度差があるものの膜厚差を生じるほどではない
が、１回目と２回目との膜厚さが問題となり、量産機と
して充分な機能を果たすことができないという場合があ
る。

【０００５】この発明は、上記問題を解決すべくなされ
たものであって、半導体基板をサイクリックに成膜処理
する場合に、プロダクトウェーハの膜厚差を少なくさせ
る半導体基板処理方法を提供する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ために、この発明は、プロセスモジュールによって複数
の半導体ウェーハに対しサイクリックに成膜処理を行う
半導体基板処理方法において、最初の成膜処理サイクル
においては、ダミーウェーハに対してのみ成膜処理を行
う。

【０００７】このような構成によれば、成膜処理が可能
になって実行する最初の成膜処理サイクルにおいては、
ダミーウェーハのみによって成膜処理を行うので、最初
の成膜処理サイクルに特有に発生する膜厚差のような不
安定要素は、ダミーウェーハに対して発生し、以降の成
膜処理サイクルで処理されるプロダクトウェーハには不
安定要素が与えられない。

【０００８】そして、この発明の実施の形態では、プロ
セスモジュール２３，３３によってそれぞれ複数の半導
体ウェーハに対しサイクリックに成膜処理を行う２枚処
理半導体装置１０１において、最初の成膜処理サイクル
においては、冷却室２２，３２のウェーハ棚２２ａ，３
２ａのそれぞれに収納した２枚のダミーウェーハＤＷに
対してのみ成膜処理を行い、次の成膜処理サイクルから
は、カセットモジュール２１，３１のプロダクトウエー
ハＰＷを２枚ずつ成膜処理を行う。最後の１枚のプロダ
クトウェーハＰＷは、冷却室２２，３２の１枚のダミー
ウェーハＤＷとともに成膜処理を行い、それぞれ冷却室
２２，３２のウェーハ棚２２ａ，３２ａおよびカセット
モジュール２１，３１のカセット２１ａ，３１ａに戻
す。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて添付図面に基づいて説明する。 実施の形態２．図１（ａ）は、この発明の基板処理方法
が適用された２枚処理半導体製造装置の実施の形態１を
説明するための構成図、図１（ｂ）は、図１（ａ）の冷
却室に配置されたウェーハ収納棚を説明するための断面
図、図２（ａ）は、この発明の基板処理方法が適用され
た２枚処理半導体製造装置の実施の形態２を説明するた
めの構成図、図２（ｂ）は、図２（ａ）の冷却室に配置
されたウェーハ収納棚を説明するための断面図、図３
は、図２の２枚処理半導体製造装置の制御部の成膜処理
監視動作を説明するフローチャート、図４は、図２の２
枚処理半導体製造装置の制御部の成膜処理終了の処理動
作を説明するフローチャート、図５は、図２の２枚処理
半導体製造装置の成膜処理に関する典型的な動作例を説
明するためのタイムチャートである。

【００１０】図１（ａ）に示されるように、この２枚処
理半導体製造装置１０１（２枚処理に限定するのではな
いが）において、センタルーム１０には、センタールー
ム１０の周辺の各部の間でウェーハを移動および載置す
るための移載ロボット１０ａが配置されている。また、
センタルーム１０の周囲には、カセットモジュール２１
と、冷却室２２と、プロセスモジュール２３とからなる
第１の成膜処理系統と、カセットモジュール３１と、冷
却室３２と、プロセスモジュール３３とからなる第２の
成膜処理系統とが配置されている。第１，第２の成膜処
理系統の各部２１，２２，２３；３１，３２，３３は、
センタルーム１０を挟んで対称的に配置されている。し
たがって、装置製造は容易になり、移載ロボット１０ａ
の移載処理も対称的となるので、制御プログラミングも
容易になる。

【００１１】上述の２枚処理半導体製造装置１０１にお
いて、カセットモジュール２１，３１には、それぞれ２
５枚（この枚数に限定されるわけではないが、従来のカ
セットを利用するためには２５枚が経済的である）のプ
ロダクトウェーハＰＷを収納したカセット２１ａ，３１
ａが配置される。冷却室２２，３２には、図１（ｂ）に
示されるように、２枚のプロダクトウェーハＰＷと２枚
のダミーウェーハＤＷとがそれぞれの位置に収納できる
ウェーハ棚２２ａ，３２ａが設けられている。プロセス
モジュール２３，３３においては、移載ロボット１０ａ
によってプロセスモジュール２３，３３内に移載される
プロダクトウェーハＰＷあるいはダミーウェーハＤＷに
対して成膜処理（deposition：ＰＭ処理）が施される。

【００１２】次に、２枚処理半導体製造装置１０１の制
御部によるウェーハ処理方法についてさらに説明する。
２枚処理半導体製造装置１０１が起動され、ウェーハ処
理開始可能である（STAND BY から RUN に移行）と判断
すると、センタルーム１０の移載ロボット１０ａが、例
えば、先ず、第１の成膜処理系統の冷却室２２のウェー
ハ棚２２ａに収納されていたダミーウェーハＤＷを２枚
取り出し、プロセスモジュール２３に移載する。プロセ
スモジュール２３にダミーウェーハＤＷが移載される
と、プロセスモジュール２３は、ダミーウェーハＤＷに
対する成膜処理を開始する。プロセスモジュール２３に
おける成膜処理が完了すると、移載ロボット１０ａは、
ダミーウェーハＤＷをプロセスモジュール２３から冷却
室２２のウェーハ棚２２ａのダミーウェーハＤＷの収納
位置に戻す。これらの同じ処理を第２の成膜処理系統の
プロセスモジュール３３および冷却室３２についても行
う。

【００１３】次に、移載ロボット１０ａは、第１の成膜
処理系統のカセットモジュール２１に配置されたカセッ
ト２１ａから、そこに収納されたプロダクトウェーハＰ
Ｗをプロセスモジュール２３に２枚だけ移載する。プロ
セスモジュール２３に２枚のプロダクトウェーハＰＷが
移載されると、プロセスモジュール２３は、プロダクト
ウェーハＰＷに対する成膜処理を開始する。プロセスモ
ジュール２３における成膜処理が完了すると、移載ロボ
ット１０ａは、プロダクトウェーハＰＷをプロセスモジ
ュール２３から冷却室２２のウェーハ棚２２ａのプロダ
クトウェーハＰＷの収納位置に移載するとともに、冷却
室２２において冷却が完了したら２枚のプロダクトウェ
ーハＰＷをカセットモジュール２１に配置されたカセッ
ト２１ａの元の位置に戻す。

【００１４】移載ロボット１０ａは、カセットモジュー
ル２１に配置されたカセット２１ａから、次の２枚のプ
ロダクトウェーハＰＷをプロセスモジュール２３に移載
し、上述した工程をサイクリックに繰り返す。そして、
ウェーハ２５枚入りのカセットを使用したので、最後の
工程においては、カセット２１ａからは１枚となるの
で、他の１枚は、冷却室のダミーウェーハＤＷを１枚使
用して成膜処理をする。そして、このような操作を第２
の成膜処理系統にも同時並行的に行うのが好ましい。な
お、上記の例においては、ウェーハ２５枚入りカセット
を使用したが、偶数枚のウェーハを収容するカセットを
使用する場合であれば、冷却室２２，３２のダミーウェ
ーハＤＷを使用する必要はないことはいうまでもない。

【００１５】実施の形態２．次に、この発明の実施の形
態２について説明する。上述の実施の形態１において
は、冷却室２２，３２にそれぞれダミーウェーハＤＷ２
枚を配置して、プロダクトウェーハＰＷが不安定な初回
の処理を受けることを回避するようにしたが、この実行
のためには、冷却室２２，３２を改造して、ダミーウェ
ーハＤＷを２枚収納できるようにする必要がある。しか
し、この方法は直ぐに実行したいが、構造的に改造が非
常に困難な場合、あるいは、時間的にすぐには改造がで
きない場合等がある。図２に示される実施の形態２にお
いては、このような場合にもこの発明を実施できる方法
を提供している。すなわち、この２枚処理半導体製造装
置１０２においては、冷却室２２，３２には、従来のウ
ェーハ棚２２ｂ，３２ｂが配置され、ダミーウェーハＤ
Ｗがそれぞれ１枚ずつ収納されている。

【００１６】上述の例においては、最初、カセットモジ
ュール２１にプロダクトウェーハＰＷを収納したカセッ
ト２１ａは配置されず、例えば、カセットモジュール３
１にのみダミーウェーハＤＷを４枚収納したカセット３
１ｂが配置され、２枚処理半導体製造装置１０２の制御
部は、最初の成膜処理サイクルにおいて、ダミーウェー
ハの２枚ずつを第１，第２の成膜処理系統に送り、それ
ぞれ成膜処理を行う。その後、そのダミーウェーハＤＷ
をカセット３１ｂに戻し、４枚のダミーウェーハＤＷを
収納したカセット３１ｂは、搬入搬出機構によりカセッ
トモジュール３１から一旦搬出される。空になったカセ
ットモジュール２１，３１には、製品として成膜処理を
するための２５枚のプロダクトウェーハＰＷを収納した
カセット２１ａ，３１ａがそれぞれ搬入され、実施の形
態１と同様な処理が行われる。この場合、上記の最初の
成膜処理サイクルにおける制御の外に、あるプロダクト
ウェーハの成膜処理の後の次のプロダクトウェーハの成
膜処理までの時間が予め設定された時間よりも長くなる
場合や予め決められたエラーが発生した場合には、プロ
ダクトウェーハの投入を受け付けず、前述の最初の成膜
処理サイクル（ダミーウェーハのみの成膜処理）を実行
するようにしている。

【００１７】ここで、図２の半導体製造装置１０２の制
御部の制御動作のうち成膜処理監視動作および成膜処理
終了の処理動作について図３および図４を参照して説明
する。図３に示される成膜処理監視は、成膜処理が終了
して次の成膜処理が開始されるまでの時間間隔について
監視を行う。すなわち、成膜処理が終了すると、成膜処
理監視を開始し（ステップＳ３１）、誤動作等で次の成
膜処理が行われているか否かを判断する（ステップＳ３
２）。次の成膜処理は行われておらず正常であると判断
した場合には、経過時間カウンタをカウントアップする
（ステップＳ３３）。経過時間カウントアップが監視設
定値以上であるか否かを判断する（ステップＳ３４）。
もしも、経過時間カウントアップが監視設定値以上であ
るならば、何らかの異常があるので、成膜処理監視イン
ターロックを発生する（ステップＳ３５）。インターロ
ックが発生されると、プロダクトウェーハＰＷが投入さ
れるのは、禁止され、アラーム設定処理が行われる（ス
テップＳ３６）。ステップＳ３２において、成膜処理中
であると判断された場合には、次の成膜処理が開始され
たので、その処理に対応すべくアラーム設定処理に移行
する。ステップＳ３４において、経過時間カウントアッ
プが監視設定値以上でなければ、プロダクトモジュール
は、正常状態から外れていないので、ステップＳ３２に
戻る。

【００１８】また、図４に示される成膜処理終了の動作
は、所定の処理工程が完了すると、成膜処理終了の処理
を開始し（ステップＳ４１）、成膜処理が正常に終了し
たか否かを判断する（ステップＳ４２）。もしも、成膜
処理が正常に終了されていれば、経過時間カウンタをゼ
ロ（０）に設定し（ステップＳ４３）、次に、上述の成
膜処理はダミーカセットに対する処理であったか否か判
断する（ステップＳ４４）。もしも、ダミーカセットに
対する処理であったならば、インターロックが出力され
ているので、プロダクトウェーハＰＷに対する成膜処理
が行えるようにインターロック回復の設定を行い（ステ
ップＳ４５）、プロダクトウェーハＰＷに対する成膜処
理が行える旨の警報およびそのための操作を開始するア
ラーム設定処理（ステップＳ４６）に移行する。ステッ
プＳ４２において、正常終了でないと判断した場合に
は、その旨を警報する。また、ステップＳ４４におい
て、ダミーカセットに対する処理でなければ、インター
ロックが出力されていないので、インターロック回復は
不要であるので、直接ステップＳ４６に移行し、プロダ
クトウェーハＰＷに対する成膜処理が行える旨の警報お
よびそのための操作を開始する。

【００１９】実施の形態２のように構成された２枚処理
半導体製造装置１０２の成膜処理に関する動作例につい
て図５のタイムチャートを参照しながら説明する。時刻
ｔ１において、電源が投入されると、制御部は、成膜処
理監視（図５ではデポ監視と表示）を開始するとともに
インターロックを発生させ、ダミーウェーハＤＷ以外の
プロセスウェーハに対する成膜処理（図５ではＰＭ処
理）を禁止する。他方、制御部は、４枚のダミーウェー
ハＤＷが収納されたカセット３１ｂ（図２）がカセット
モジュール３１に配置されたことを検知し、移載ロボッ
ト１０ａに指示して、ダミーウェーハＤＷを２枚ずつプ
ロセスモジュール２３，３３に与えさせ、それまでの時
間が監視設定値未満であることを確認するとともに、成
膜処理が開始されたのを確認し、成膜処理監視を停止す
る（時刻ｔ２）。

【００２０】時刻ｔ３に成膜処理が正常に終了すると、
ダミーウェーハＤＷの成膜処理をしたので、インターロ
ック回復設定（Ｓ４４，Ｓ４５参照）する。時刻ｔ３の
インターロック回復設定後において、成膜処理監視を再
開し、時刻ｔ４にプロダクトウェーハＰＷの成膜処理が
開始されると、成膜処理監視を停止する。この成膜処理
中における時刻ｔ５，ｔ６に一時停止（HOLD ON）およ
び解除（HOLD OFF）が行われると、成膜処理監視も再開
および停止を行う。時刻ｔ７から時刻ｔ９までにおいて
も同様であるが、正常終了していないので、経過時間カ
ウンタがゼロに設定されないために時刻ｔ１０において
監視エラーとして検出され、インターロックが発生され
ている。なお、監視エラーが発生した後に、成膜処理を
再開する場合には、電源投入時と同じ工程に戻り、再度
ダミーウェーハＤＭの処理を行うようにするのが好まし
い。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の半導体
基板処理方法は構成されているので、成膜処理が可能に
なって実行する最初の成膜処理サイクルにおいては、ダ
ミーウェーハのみによって成膜処理を行うので、最初の
成膜処理サイクルに特有に発生する膜厚差のような不安
定要素は、ダミーウェーに対して発生し、以降の成膜処
理サイクルで処理されるプロダクトウェーハには不安定
要素が与えられない。したがって、膜厚の安定したプロ
ダクトウェーハが生成されることとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、この発明の基板処理方法が適用され
た２枚処理半導体製造装置の実施の形態１を説明するた
めの構成図である。（ｂ）は、（ａ）の冷却室に配置さ
れたウェーハ収納棚を説明するための断面図である。

【図２】（ａ）は、この発明の基板処理方法が適用され
た２枚処理半導体製造装置の実施の形態２を説明するた
めの構成図である。（ｂ）は、（ａ）の冷却室に配置さ
れたウェーハ収納棚を説明するための断面図である。

【図３】図２の２枚処理半導体製造装置の制御部の成膜
処理監視動作を説明するフローチャートである。

【図４】図２の２枚処理半導体製造装置の制御部の成膜
処理終了の処理動作を説明するフローチャートである。

【図５】図２の２枚処理半導体製造装置の成膜処理に関
する典型的な動作例を説明するためのタイムチャートで
ある。

【図６】（ａ）は、従来の半導体基板処理方法を行う２
枚処理半導体製造装置の従来例を示す構成図である。
（ｂ）は、（ａ）の冷却室に配置されているウェーハ棚
を説明するための断面図である。

【図７】図６の２枚処理半導体製造装置のプロセスモジ
ュールにおける温度状態の変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１０ センタルーム １０ａ 移載ロボット ２１，３１ カセットモジュール ２１ａ，３１ａ，３１ｂ カセット ２２，３２ 冷却室 ２２ａ，２２ｂ，３２ａ，３２ｂ ウェーハ棚 ２３，３３ プロセスモジュール ＰＷ プロダクトウェーハ ＤＷ ダミーウェーハ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プロセスモジュールによって複数の半導
   体ウェーハに対しサイクリックに成膜処理を行う半導体
   基板処理方法において、 最初の成膜処理サイクルにおいては、ダミーウェーハに
   対してのみ成膜処理を行うことを特徴とする半導体基板
   処理方法。