【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウェーハ等の基板に薄膜、酸化膜を生成し、或は不純物の拡散等の処理を行い、半導体を製造する半導体製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体を製造する工程の１つにシリコンウェーハ等の基板（以下ウェーハ）にＣＶＤ法により薄膜を生成し、或は酸化膜を生成し、或は基板表面に不純物の拡散等を行う工程があり、斯かる工程を処理するものとしてＣＶＤ装置、酸化膜生成装置、拡散装置等の半導体製造装置がある。
【０００３】
又、半導体製造装置にはウェーハを一枚ずつ処理する枚葉式の半導体製造装置、或は所定数のウェーハを一度に処理するバッチ式の半導体製造装置がある。
【０００４】
図３は、縦型炉を具備するバッチ式の半導体製造装置を示しており、図３に於いて、半導体製造装置の概略を説明する。
【０００５】
有天筒状のアウタチューブ１の内部に上下両端が開放されたインナチューブ２が同心に設けられている。前記アウタチューブ１、インナチューブ２の材質はウェーハを汚染しない石英等の材質から成っており、前記インナチューブ２の内部が処理室４となっている。前記アウタチューブ１を囲繞する様に有天筒状のヒータユニット３が前記アウタチューブ１と同心に設けられ、前記ヒータユニット３により前記処理室４が加熱される。
【０００６】
又、該処理室４には基板保持具（ボート）５により水平姿勢で多段に保持されたウェーハ６がボートエレベータ（図示せず）により装入される様になっており、前記基板保持具５が前記処理室４に装入された状態では、前記アウタチューブ１の下端開口部（炉口部）はシールキャップ１０により気密に閉塞される様になっている。
【０００７】
前記処理室４には図示しない反応ガス導管を介して反応ガスが導入される様になっており、又前記処理室４は排気管（図示せず）を介して排気装置（図示せず）が接続されている。
【０００８】
而して、前記ウェーハ６が前記処理室４に装入され、前記ヒータユニット３により前記ウェーハ６が加熱され、反応ガスが導入されつつ反応後のガスは排気され、前記ウェーハ６に所要の処理がなされる。
【０００９】
処理が完了すると前記ウェーハ６が冷却され、所定温度以下となった状態で前記基板保持具５が引出される。
【００１０】
前記ヒータユニット３は発熱抵抗体であるヒータ７と該ヒータ７を覆う断熱材８から構成されており、該断熱材８は大きな熱容量を持っていることから、前記アウタチューブ１と前記断熱材８間の間隙とヒータ７間の間隙、及び該ヒータ７の周囲に強制的に後述する空気導入口９より取入れた外気を通風させることで、前記ヒータ７、アウタチューブ１を冷却している。
【００１１】
前記ヒータ７の下端部には空気導入口９が設けられ、該空気導入口９には流量調整用のバタフライ弁１１が設けられている。前記断熱材８の天井部には排風路１２が設けられ、該排風路１２には排気ダクト１３が接続され、該排気ダクト１３にはラジエタ１４、ブロア１５が設けられ、該ブロア１５は駆動部１６によって駆動され、該駆動部１６は制御部１７によって制御されている。
【００１２】
又、該制御部１７には前記アウタチューブ１の内部の温度を検出する温度検出器１８、前記ヒータ７の温度を検出する温度検出器１９が設けられ、該温度検出器１９、前記温度検出器１８が検出した温度は前記制御部１７に入力される様になっている。
【００１３】
尚、前記ヒータ７に給電するヒータ電源２０は前記温度検出器１８、温度検出器１９の検出結果に基づき前記制御部１７によって制御されている。
【００１４】
基板処理後、前記ヒータユニット３への給電が停止されると共に前記バタフライ弁１１が開かれ前記駆動部１６により前記ブロア１５が駆動され、前記空気導入口９より外気が吸引され、前記アウタチューブ１の周囲を上昇し前記排風路１２を通って排気される。前記温度検出器１８、前記温度検出器１９の検出温度を基に前記駆動部１６を介して前記ブロア１５の回転が制御され、前記排風路１２から排出される風量が制御される。該排風路１２から排出される空気は前記ラジエタ１４で排気系に支障ない程度に冷却され前記ブロア１５より排気される。
【００１５】
上記基板処理の過程で、常温のウェーハ６が前記処理室４内に装入され、処理温度迄加熱され、処理温度に維持される。図２は従来の半導体製造装置に於けるウェーハ６装入直後のウェーハの温度上昇を示している。
【００１６】
図中ａはウェーハ温度、ｂは処理温度、ｃはヒータ温度を示している。図示される様に、ウェーハ温度は処理温度に向って上昇し、ウェーハ温度が処理温度近傍になると、温度上昇率が徐々に小さくなり長時間掛って処理温度に安定されている。
【００１７】
又、前記ヒータ７は処理温度に維持されて待機し、前記ウェーハ６が装入されると前記処理室４の温度が処理温度より低下することを防止する為処理温度以上に上昇され、ウェーハ６が処理温度に近づくのと同様になだらかに処理温度迄降下している。
【００１８】
上記した従来の半導体の製造方法では、ウェーハ温度が処理温度に近づいていくと処理室４の温度とウェーハ６間の温度差が少なくなる。この為、ウェーハ６の温度上昇率が少なくなり、処理温度に安定する迄に長時間を要し、このことがスループットに影響している。
【００１９】
又、ウェーハ６装入時のウェーハ温度安定迄の時間を短縮する方法として、特許第３１７７７２２号公報（特許文献１）に開示されているものがある。該特許文献１ではウェーハの装入と共にヒータに電力を供給し、処理室を所定温度以上に加熱し、その後アウタチューブとヒータとの隙間に外気を流通させてウェーハを所定温度迄冷却させている。
【００２０】
【特許文献１】
特許第３１７７７２２号公報
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
上記した特許文献１では、ウェーハ６の装入と共に処理室４を加熱しているので、ヒータの温度上昇時間がウェーハの温度上昇速度に影響し、更にヒータの温度上昇速度を大きくする為には大きな加熱能力を有するヒータを使用しなければならないという問題を有していた。
【００２２】
本発明は斯かる実情に鑑み、ウェーハ装入後のウェーハ温度が安定する迄の時間を短時間で安定させる半導体の製造方法を提供するものである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板が装入される前、処理室を処理温度以上に加熱し、基板が装入された後、基板が処理温度となる様に処理室を冷却する半導体の製造方法に係るものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００２５】
本発明に係る半導体製造装置は、図３で示した半導体製造装置と同等の構成を有しており、半導体製造装置自体の説明については省略する。又、図１は本実施の形態に於けるウェーハ装入直後の、ウェーハ温度ａ、ヒータ温度ｃの変化の状態を示している。尚、処理温度ｂは６００℃の場合を例示している。
【００２６】
以下、図１、図３を参照して説明する。
【００２７】
処理室４へのウェーハ６装入前、温度検出器１９の検出温度に基づき、ヒータ７の温度が処理温度より高温（図示では略８００℃が例示されている）に維持されている。
【００２８】
処理温度よりも高い温度で前記ヒータ７を待機させることで、前記処理室４も処理温度より高い温度に維持されており、該処理室４に前記基板保持具５を介して前記ウェーハ６を装入する。又、該ウェーハ６装入後も前記ヒータ７は処理温度よりも高い温度に維持される。
【００２９】
前記ウェーハ６の温度上昇速度は、該ウェーハ６の温度と加熱温度との温度差によって決定され、加熱温度が処理温度以上となっているので、該ウェーハ６は大きな温度上昇速度を持って温度が上昇する。
【００３０】
前記ヒータ７は処理温度よりも高い温度に維持され、前記ウェーハ６の温度が処理温度に達すると、或は処理温度近傍になると、制御部１７はヒータ電源２０からの前記ヒータ７への電力を減少させると共にバタフライ弁１１を開き、駆動部１６を介してブロア１５を駆動する。
【００３１】
該ブロア１５の駆動によりヒータユニット３内部の空気が吸引され、空気導入口９から外気が流入して前記ヒータ７、アウタチューブ１を急速に冷却する。前記ヒータ７の温度は前記温度検出器１９によって監視され、前記ウェーハ６の温度は温度検出器１８によって監視される。
【００３２】
該温度検出器１８、前記温度検出器１９からの検出結果は前記制御部１７に入力され、該制御部１７は前記駆動部１６を介して前記ブロア１５の回転を制御し、排気量を調整する。又、排気量の調整により冷却状態が制御される。
【００３３】
前記ブロア１５による排気で、前記アウタチューブ１、前記ヒータ７は急速冷却され、前記ウェーハ６の温度上昇が停止する。該ウェーハ６の温度上昇が停止する際の該ウェーハ６の温度は、前記アウタチューブ１、ヒータ７の冷却状態、例えば冷却開始時期に影響される。
【００３４】
図１では、ウェーハ６の温度上昇速度を高める為、処理温度より高い温度でウェーハ６の温度上昇が停止している。前記ヒータ７の温度は処理温度を越えたウェーハ温度を低くする為、処理温度より低くなる迄冷却され、更に処理温度迄戻される様制御され、前記ウェーハ６の温度が処理温度に安定される。
【００３５】
尚、前記ウェーハ６の温度上昇が処理温度を越えて停止する温度については、前記ヒータ７、アウタチューブ１の冷却開始時期を調整することで決定することができる。
【００３６】
又、前記ウェーハ６の温度安定制御、前記ヒータ７の冷却制御の一例としては、所謂カスケード制御方法がある。
【００３７】
即ち、最初に設定温度と温度検出器、例えば温度検出器１９の検出温度との偏差を求め、この偏差に更に前記設定温度を加えて新たな設定温度を求め、新たな設定温度と前記温度検出器１９の検出温度が一致する様に前記ブロア１５の駆動を制御するものである。
【００３８】
本発明を実施することで、図１と図２との比較でも明らかな様に、前記ウェーハ６の温度安定迄に要する時間が大幅に短縮され、スループットが向上する。
【００３９】
尚、ウェーハ６装入前の前記ヒータ７の温度は、基板処理の種類によって決定されることは言う迄もない。
【００４０】
尚、処理室の温度とヒータ温度とは相関関係があるので、ウェーハが装入される前、ヒータを処理温度以上にするか、処理室の温度を処理温度以上にするかは、冷却制御の態様に合わせて決定すればよい。
【００４１】
又、処理対象となる基板はウェーハに限らず、ガラス基板であってもよく、更に縦型炉に限られるものでもないことは勿論である。
【００４２】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、基板が装入される前、処理室を処理温度以上に加熱し、基板が装入された後、基板が処理温度となる様に処理室を冷却するので、基板の温度上昇速度を大きくでき、基板装入後のウェーハ温度が安定する迄の時間を短時間で安定させ得るという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に於けるウェーハ、ヒータの温度の変化の状態を示す線図である。
【図２】従来例のウェーハ、ヒータの温度の変化の状態を示す線図である。
【図３】本発明が実施される半導体製造装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１ アウタチューブ
４ 処理室
６ ウェーハ
７ ヒータ
８ 断熱材
９ 空気導入口
１１ バタフライ弁
１２ 排風路
１３ 排気ダクト
１５ ブロア
１６ 駆動部
１７ 制御部
１８ 温度検出器
１９ 温度検出器
２０ ヒータ電源[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor manufacturing method for manufacturing a semiconductor by forming a thin film and an oxide film on a substrate such as a silicon wafer or performing a process such as diffusion of impurities.
[0002]
[Prior art]
One of the processes for manufacturing a semiconductor includes a process of forming a thin film on a substrate such as a silicon wafer (hereinafter, a wafer) by a CVD method, or forming an oxide film, or diffusing impurities on the surface of the substrate. Semiconductor processing apparatuses such as a CVD apparatus, an oxide film generation apparatus, and a diffusion apparatus may be used to process such a process.
[0003]
The semiconductor manufacturing apparatus includes a single-wafer type semiconductor manufacturing apparatus that processes wafers one by one, or a batch type semiconductor manufacturing apparatus that processes a predetermined number of wafers at a time.
[0004]
FIG. 3 shows a batch type semiconductor manufacturing apparatus provided with a vertical furnace, and an outline of the semiconductor manufacturing apparatus will be described with reference to FIG.
[0005]
An inner tube 2 whose upper and lower ends are open is provided concentrically inside a cylindrical outer tube 1. The material of the outer tube 1 and the inner tube 2 is made of a material such as quartz which does not contaminate the wafer, and the inside of the inner tube 2 is a processing chamber 4. A cylindrical heater unit 3 is provided concentrically with the outer tube 1 so as to surround the outer tube 1, and the processing chamber 4 is heated by the heater unit 3.
[0006]
The processing chamber 4 is loaded with wafers 6 held in multiple stages in a horizontal position by a substrate holder (boat) 5 by a boat elevator (not shown). Is inserted into the processing chamber 4, the lower end opening (furnace opening) of the outer tube 1 is hermetically closed by the seal cap 10.
[0007]
A reaction gas is introduced into the processing chamber 4 via a reaction gas conduit (not shown). The processing chamber 4 is provided with an exhaust device (not shown) through an exhaust pipe (not shown). It is connected.
[0008]
Thus, the wafer 6 is loaded into the processing chamber 4, the wafer 6 is heated by the heater unit 3, and the gas after the reaction is exhausted while the reaction gas is introduced. Is made.
[0009]
When the processing is completed, the wafer 6 is cooled, and the substrate holder 5 is pulled out at a temperature lower than a predetermined temperature.
[0010]
The heater unit 3 includes a heater 7 that is a heating resistor and a heat insulating material 8 that covers the heater 7. Since the heat insulating material 8 has a large heat capacity, the outer tube 1 and the heat insulating material 8 are provided. The heater 7 and the outer tube 1 are cooled by forcibly ventilating outside air taken in through a gap between the heater 7 and the gap between the heater 7 and the periphery of the heater 7 through an air inlet 9 described later.
[0011]
An air inlet 9 is provided at the lower end of the heater 7, and a butterfly valve 11 for adjusting a flow rate is provided at the air inlet 9. An exhaust path 12 is provided on the ceiling of the heat insulating material 8, an exhaust duct 13 is connected to the exhaust path 12, and a radiator 14 and a blower 15 are provided in the exhaust duct 13. The drive unit 16 is driven by the drive unit 16 and is controlled by the control unit 17.
[0012]
The controller 17 includes a temperature detector 18 for detecting the temperature inside the outer tube 1 and a temperature detector 19 for detecting the temperature of the heater 7. The temperature detected by 18 is input to the control unit 17.
[0013]
The heater power supply 20 for supplying power to the heater 7 is controlled by the control unit 17 based on the detection results of the temperature detector 18 and the temperature detector 19.
[0014]
After the substrate processing, the power supply to the heater unit 3 is stopped, the butterfly valve 11 is opened, the blower 15 is driven by the drive unit 16, the outside air is sucked from the air inlet 9, and the outer tube 1 is removed. And the air is exhausted through the exhaust path 12. The rotation of the blower 15 is controlled via the drive unit 16 based on the temperatures detected by the temperature detector 18 and the temperature detector 19, and the amount of air discharged from the air discharge passage 12 is controlled. The air discharged from the exhaust passage 12 is cooled by the radiator 14 to such an extent that the exhaust system is not hindered, and is exhausted from the blower 15.
[0015]
In the course of the substrate processing, the wafer 6 at room temperature is loaded into the processing chamber 4, heated to the processing temperature, and maintained at the processing temperature. FIG. 2 shows the temperature rise of the wafer immediately after loading the wafer 6 in the conventional semiconductor manufacturing apparatus.
[0016]
In the figure, a indicates a wafer temperature, b indicates a processing temperature, and c indicates a heater temperature. As shown in the figure, the wafer temperature rises toward the processing temperature, and when the wafer temperature approaches the processing temperature, the temperature rise rate gradually decreases and the processing temperature is stabilized for a long time.
[0017]
The heater 7 is maintained at the processing temperature and stands by. When the wafer 6 is loaded, the temperature of the processing chamber 4 is raised to the processing temperature or higher to prevent the temperature from dropping below the processing temperature. Gently drops to the processing temperature in the same manner as the temperature approaches the processing temperature.
[0018]
In the above-described conventional semiconductor manufacturing method, as the wafer temperature approaches the processing temperature, the temperature difference between the processing chamber 4 and the wafer 6 decreases. For this reason, the temperature rise rate of the wafer 6 decreases, and it takes a long time until the processing temperature stabilizes, which affects the throughput.
[0019]
Further, as a method for shortening the time until the wafer temperature is stabilized when the wafer 6 is loaded, there is a method disclosed in Japanese Patent No. 3177722 (Patent Document 1). In Patent Literature 1, electric power is supplied to a heater together with the loading of a wafer to heat a processing chamber to a predetermined temperature or higher, and thereafter, outside air is circulated through a gap between the outer tube and the heater to cool the wafer to a predetermined temperature. .
[0020]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 3177722 [0021]
[Problems to be solved by the invention]
In Patent Document 1 described above, since the processing chamber 4 is heated together with the loading of the wafer 6, the temperature rise time of the heater affects the temperature rise speed of the wafer, and in order to further increase the temperature rise speed of the heater, There was a problem that a heater having a large heating capacity had to be used.
[0022]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a method of manufacturing a semiconductor in which the time until the wafer temperature is stabilized after loading the wafer is stabilized in a short time.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a semiconductor manufacturing method in which a processing chamber is heated to a processing temperature or higher before a substrate is loaded, and after the substrate is loaded, the processing chamber is cooled to a processing temperature. It is.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0025]
The semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention has the same configuration as the semiconductor manufacturing apparatus shown in FIG. 3, and the description of the semiconductor manufacturing apparatus itself is omitted. FIG. 1 shows a change in the wafer temperature a and the heater temperature c immediately after the wafer is loaded in the present embodiment. In addition, the case where the processing temperature b is 600 ° C. is illustrated.
[0026]
Hereinafter, description will be made with reference to FIGS.
[0027]
Before the wafer 6 is loaded into the processing chamber 4, the temperature of the heater 7 is maintained at a higher temperature than the processing temperature (about 800 ° C. in the drawing) based on the temperature detected by the temperature detector 19.
[0028]
By making the heater 7 stand by at a temperature higher than the processing temperature, the processing chamber 4 is also maintained at a temperature higher than the processing temperature, and the wafer 6 is loaded into the processing chamber 4 via the substrate holder 5. Enter. After the wafer 6 is loaded, the heater 7 is maintained at a temperature higher than the processing temperature.
[0029]
The temperature rising speed of the wafer 6 is determined by the temperature difference between the temperature of the wafer 6 and the heating temperature, and the heating temperature is equal to or higher than the processing temperature. To rise.
[0030]
The heater 7 is maintained at a temperature higher than the processing temperature, and when the temperature of the wafer 6 reaches the processing temperature or becomes near the processing temperature, the control unit 17 controls the power from the heater power supply 20 to the heater 7. At the same time, the butterfly valve 11 is opened and the blower 15 is driven via the drive unit 16.
[0031]
By driving the blower 15, air inside the heater unit 3 is sucked, and outside air flows in from the air inlet 9 to rapidly cool the heater 7 and the outer tube 1. The temperature of the heater 7 is monitored by the temperature detector 19, and the temperature of the wafer 6 is monitored by the temperature detector 18.
[0032]
The detection results from the temperature detector 18 and the temperature detector 19 are input to the control unit 17, and the control unit 17 controls the rotation of the blower 15 via the driving unit 16 to adjust the exhaust amount. . The cooling state is controlled by adjusting the displacement.
[0033]
The exhaust by the blower 15 rapidly cools the outer tube 1 and the heater 7 and stops the temperature rise of the wafer 6. The temperature of the wafer 6 when the temperature rise of the wafer 6 stops is affected by the cooling state of the outer tube 1 and the heater 7, for example, the cooling start timing.
[0034]
In FIG. 1, the temperature rise of the wafer 6 is stopped at a temperature higher than the processing temperature in order to increase the temperature rising speed of the wafer 6. The temperature of the heater 7 is controlled so as to be cooled to a temperature lower than the processing temperature and then returned to the processing temperature in order to lower the temperature of the wafer exceeding the processing temperature, and the temperature of the wafer 6 is stabilized at the processing temperature.
[0035]
The temperature at which the temperature rise of the wafer 6 stops beyond the processing temperature can be determined by adjusting the cooling start timing of the heater 7 and the outer tube 1.
[0036]
As an example of the temperature stabilization control of the wafer 6 and the cooling control of the heater 7, there is a so-called cascade control method.
[0037]
That is, first, a deviation between the set temperature and a temperature detected by a temperature detector, for example, the temperature detector 19, is obtained, and the deviation is added to the set temperature to obtain a new set temperature. The drive of the blower 15 is controlled so that the temperature detected by the blower 19 matches.
[0038]
By practicing the present invention, as is apparent from a comparison between FIGS. 1 and 2, the time required for the temperature of the wafer 6 to stabilize is greatly reduced, and the throughput is improved.
[0039]
Needless to say, the temperature of the heater 7 before the wafer 6 is loaded is determined by the type of substrate processing.
[0040]
Since there is a correlation between the temperature of the processing chamber and the temperature of the heater, it is determined whether the temperature of the heater is higher than the processing temperature or the temperature of the processing chamber is higher than the processing temperature before the wafer is loaded. What is necessary is just to determine according to an aspect.
[0041]
The substrate to be processed is not limited to a wafer, but may be a glass substrate, and is not limited to a vertical furnace.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, before the substrate is loaded, the processing chamber is heated to a processing temperature or higher, and after the substrate is loaded, the processing chamber is cooled so that the substrate has the processing temperature. In addition, an excellent effect of increasing the temperature rising speed of the substrate and stabilizing the time until the wafer temperature is stabilized after loading the substrate can be achieved in a short time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a state of a change in temperature of a wafer and a heater in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a state of a change in temperature of a conventional wafer and a heater.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of a semiconductor manufacturing apparatus in which the present invention is implemented.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Outer tube 4 Processing chamber 6 Wafer 7 Heater 8 Insulation material 9 Air inlet 11 Butterfly valve 12 Exhaust path 13 Exhaust duct 15 Blower 16 Drive unit 17 Control unit 18 Temperature detector 19 Temperature detector 20 Heater power
