JP2005166916A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Hajime Karasawa
元 柄澤
Hiromasa Takazawa
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the absoluteness of a profile measuring temperature in a furnace by reducing the affection to the temperature measurement in the furnace due to the damage of surface of a reaction furnace which is received in cleaning. <P>SOLUTION: A profile thermo-couple is installed between wafer supporting plates (step 101). Two sheets of wafer-shape soaking plates are carried into the furnace to mount on the wafer mounting unit of the wafer supporting plates (step 102). A temperature profile in the furnace is obtained in a space pinched by two sheets of soaking plates (step 103). After obtaining the temperature profile, two sheets of soaking plates are carried out of the reaction furnace to the outside of the furnace (step 104). The profile thermo-couple is withdrawn out of the furnace (step 105). A film forming process is effected while controlling the temperature of a heater employing the temperature profile (step 107). The wafer, whose treatment is finished, is carried out of the reaction furnace (step 110). <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は半導体装置の製造方法に係り、特に炉内温度の測定時に反応炉表面からの輻射の影響を受けないようにしたものに関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for preventing the influence of radiation from the surface of a reaction furnace when measuring the temperature in the furnace.

半導体素子の製造において、ウェハに回路作成を行う処理装置として、CVD装置やエッチング装置等の種々の真空処理装置が用いられている。これら装置によるウェハの処理過程において、装置を構成する反応炉の処理室内に発生する反応副生成物等による微小塵挨がウェハ表面に付着する。これが、半導体素子の製造過程の歩留まりや装置稼働率低下の主原因となっている。
そこで、このウェハ表面に付着する塵挨を低減するために、成膜により処理室の壁面等に堆積する反応副生成物を適宜、クリーニング(除去)することが行われる。
In the manufacture of semiconductor elements, various vacuum processing apparatuses such as a CVD apparatus and an etching apparatus are used as processing apparatuses for creating a circuit on a wafer. In the process of processing a wafer by these apparatuses, fine dust due to reaction by-products generated in a processing chamber of a reaction furnace constituting the apparatus adheres to the wafer surface. This is the main cause of the yield of the manufacturing process of the semiconductor element and the reduction of the device operation rate.
Therefore, in order to reduce dust adhering to the wafer surface, reaction by-products deposited on the wall surface of the processing chamber by film formation are appropriately cleaned (removed).

このような成膜およびクリーニングに関する反応炉の公知技術としては、例えば、特許文献1に記載のものがある。この公知技術においては、2枚の平行平板ヒータ(加熱源)により形成される加熱空間内に偏平な石英製などの反応管(以下、反応炉又は単に炉ともいう)を設ける。その反応管内部に配置されてウェハ領域にほぼ相当する円形部分が切り欠かれたウェハ支持板上に、半導体ウェハを載置し、ウェハを加熱しつつ処理室内にガスを供給しながら排気する。これにより、ウェハ表面に薄膜形成(またはエピタキシャル成長)を行わせる。そして、この成膜処理が繰り返されて反応管壁面あるいはガス排気部に反応副生成物が堆積し、その量が限界値(厚さ)を越えて堆積物が剥がれ落ちてくるようになった場合には、適宜ガス反応によるドライクリーニングを実施し、これを所定回数実施した後、さらにウェットクリーニングによって堆積物を除去する。   As a known technique of a reactor relating to such film formation and cleaning, for example, there is one described in Patent Document 1. In this known technique, a flat reaction tube made of quartz or the like (hereinafter also referred to as a reaction furnace or simply a furnace) is provided in a heating space formed by two parallel plate heaters (heating sources). A semiconductor wafer is placed on a wafer support plate that is arranged inside the reaction tube and has a circular portion substantially corresponding to the wafer region cut out, and is exhausted while supplying the gas into the processing chamber while heating the wafer. Thereby, thin film formation (or epitaxial growth) is performed on the wafer surface. When this film forming process is repeated and reaction by-products are deposited on the reaction tube wall surface or gas exhaust part, the amount exceeds the limit value (thickness) and the deposit comes to peel off. First, dry cleaning by gas reaction is performed as appropriate, and after performing this for a predetermined number of times, deposits are further removed by wet cleaning.

上記公知例の具体例として、図6、図7に示すような2枚葉の半導体ウェハ処理装置の反応炉が挙げられる。前述の2枚の平行平板ヒータ1はさらに複数のゾーンに分割され、各ゾーンヒータは独立に温度制御を行われる。温度制御を行うための温度センサとしての熱電対は、分割された各ヒータ1内の温度を測定するヒータ熱電対2と、石英反応管3の内部ウェハ領域の温度をモニタ測定するプロファイル熱電対5とを用いる。温度プロファイル取得時とウェハ処理時とで、いずれか一方の熱電対2、5を選択してヒータ1を温度制御するようになっている。   As a specific example of the known example, there is a reaction furnace of a two-wafer semiconductor wafer processing apparatus as shown in FIGS. The two parallel plate heaters 1 described above are further divided into a plurality of zones, and each zone heater is independently temperature controlled. A thermocouple as a temperature sensor for performing temperature control includes a heater thermocouple 2 that measures the temperature in each of the divided heaters 1 and a profile thermocouple 5 that monitors the temperature of the internal wafer region of the quartz reaction tube 3. And are used. The temperature of the heater 1 is controlled by selecting one of the thermocouples 2 and 5 when acquiring the temperature profile and when processing the wafer.

ウェハWは、反応管3内に設けられた方形のウェハ支持板4に水平に保持されるようになっている。反応管3の両端にはガス導入/排気口6が設けられている。石英反応管3の一端部にはゲートバルブ7が開閉自在に設けられている。また、プロファイル熱電対5は、図7に示すように、3本の温度プローブ8にそれぞれ設けられて、ゲートバルブ7を設けた面と反対側のフランジ面から反応管内部ウェハ領域まで互いに平行に挿入されて固定され、炉内を真空シールする構造になっている。   The wafer W is held horizontally on a rectangular wafer support plate 4 provided in the reaction tube 3. Gas inlet / exhaust ports 6 are provided at both ends of the reaction tube 3. A gate valve 7 is provided at one end of the quartz reaction tube 3 so as to be freely opened and closed. Further, as shown in FIG. 7, the profile thermocouple 5 is provided in each of the three temperature probes 8, and is parallel to each other from the flange surface opposite to the surface on which the gate valve 7 is provided to the wafer region in the reaction tube. It is inserted and fixed, and the inside of the furnace is vacuum sealed.

図8に上述した反応炉の要部概略図を示す。これは偏平な反応管3の管軸線に沿った縦断面図である。2枚の平行平板ヒータ1の間に反応管3が配置されている。反応管3内に上下2段に2枚のウェハ支持板4が設けられる。ウェハ支持板4は四角の石英板(図7参照)で構成される。ウェハ支持板4にはウェハ載置部10が設けられる。このウェハ載置部10は、ウェハ支持板4の中央部に、ウェハより若干大きな径をもつウェハ領域となる円形のウェハ穴11が開けられ、ウェハ穴11の底部の外周に複数のウェハ支持爪12が設けられる。ウェハ穴11にはめられる2枚のウェハは、この複数の支持爪12で支持されて、ウェハ支持板4に保持されるようになっている。   FIG. 8 shows a schematic diagram of the main part of the reactor described above. This is a longitudinal sectional view along the tube axis of the flat reaction tube 3. A reaction tube 3 is disposed between the two parallel plate heaters 1. Two wafer support plates 4 are provided in the reaction tube 3 in two upper and lower stages. The wafer support plate 4 is a square quartz plate (see FIG. 7). A wafer mounting portion 10 is provided on the wafer support plate 4. In this wafer mounting portion 10, a circular wafer hole 11 serving as a wafer region having a slightly larger diameter than the wafer is formed in the central portion of the wafer support plate 4, and a plurality of wafer support claws are formed on the outer periphery of the bottom portion of the wafer hole 11. 12 is provided. Two wafers fitted in the wafer hole 11 are supported by the plurality of support claws 12 and held by the wafer support plate 4.

ヒータ1内の温度を測定する複数のヒータ熱電対2は、2枚の平行平板ヒータ1内の所定の位置に設置されている。反応管内部ウェハ領域の温度を測定する複数のプロファイル熱電対5は、石英反応管3と2枚のうちの1枚のウェハ支持板4との間に設置されている。なお、図8において、反応管3の表面に沿って繰り返し描かれている小さな黒四角は、後述する反応炉表面の凹凸度を意味している。   A plurality of heater thermocouples 2 for measuring the temperature in the heater 1 are installed at predetermined positions in the two parallel plate heaters 1. A plurality of profile thermocouples 5 for measuring the temperature of the wafer region inside the reaction tube are installed between the quartz reaction tube 3 and one of the two wafer support plates 4. In FIG. 8, small black squares repeatedly drawn along the surface of the reaction tube 3 mean the degree of unevenness of the reaction furnace surface described later.

この反応炉でウェハ処理を行う場合、まず前述のプロファイル熱電対5を用い、反応管3の内部温度、すなわちウェハ処理温度を所定の温度になるよう制御部13によって、ヒータ1の出力を制御する。反応管内部温度が安定した後、その時のヒータ温度を記録(温度プロファイル取得)し、以後ウェハ処理を行う場合は、取得した温度プロファイルを用いて各ヒータ1内のヒータ熱電対2にもとづいて炉内の温度制御を行う。
特開平7−94419号公報(図1、図2)
When wafer processing is performed in this reaction furnace, first, the output of the heater 1 is controlled by the control unit 13 so that the internal temperature of the reaction tube 3, that is, the wafer processing temperature, becomes a predetermined temperature using the profile thermocouple 5 described above. . After the reaction tube internal temperature is stabilized, the heater temperature at that time is recorded (acquisition of temperature profile), and when performing wafer processing thereafter, the furnace is used based on the heater thermocouple 2 in each heater 1 using the acquired temperature profile. Control the temperature inside.
JP-A-7-94419 (FIGS. 1 and 2)

しかしながら、特許文献1の半導体ウェハ処理装置において成膜処理を繰り返し行うと、反応管内壁およびウェハ支持部およびガス排気部に反応副生成物が堆積する。これら反応副生成物を除去するために、例えば反応ガスにてドライクリーニングを行った場合、堆積付着物と石英反応管との間にエッチングレート差が存在することにより、反応管表面にダメージが与えられ、反応管表面の凸凹度が増加する。またドライクリーニングを数回繰り返した後に、ウェットクリーニングを行うが、例えばフッ酸(HF)、フッ硝酸(HFNO3)を含んだ薬液で、反応管のウェットクリーニングを行った場合も、同様に反応管表面の凹凸度が増加することが知られている。 However, when the film forming process is repeatedly performed in the semiconductor wafer processing apparatus of Patent Document 1, reaction by-products are deposited on the inner wall of the reaction tube, the wafer support part, and the gas exhaust part. In order to remove these reaction by-products, for example, when dry cleaning is performed with a reaction gas, the reaction tube surface is damaged due to the difference in etching rate between the deposited deposit and the quartz reaction tube. As a result, the unevenness of the reaction tube surface increases. In addition, wet cleaning is performed after dry cleaning is repeated several times. For example, when the reaction tube is wet cleaned with a chemical solution containing hydrofluoric acid (HF) or nitric acid (HFNO 3 ), the reaction tube is similarly treated. It is known that the unevenness of the surface increases.

上記クリーニングを重ねることによって反応管ダメージが増加していくなか、上記温度プロファイル取得によってウェハ処理温度校正を定期的に繰り返し、校正温度にしたがって成膜を行う。例えば温度614℃、SiH4ガス流量60sccm、圧力0.13Pa、時間20分にてシリコン膜の成膜を行った結果を図9に示す。 While the damage to the reaction tube increases as the cleaning is repeated, the wafer processing temperature calibration is periodically repeated by acquiring the temperature profile, and film formation is performed according to the calibration temperature. For example, FIG. 9 shows the result of forming a silicon film at a temperature of 614 ° C., a SiH 4 gas flow rate of 60 sccm, a pressure of 0.13 Pa, and a time of 20 minutes.

図9より、WET洗浄(ウェットクリーニング)と、数回のClF3ガスクリーニングとを繰り返していくと、白丸でプロットした温度プロファイル値(Profile T.C.(熱電対)モニタ温度)はほぼ一定であるのに対し、実際にウェハへ成膜される四角でプロットしたシリコン膜厚(Seed膜厚換算温度)が減少していく様子がわかる。なお、Seed膜厚換算温度は、ウェハ上に所定の膜厚をもつ膜が成膜されたときの成膜温度のことである。 From FIG. 9, when WET cleaning (wet cleaning) and several ClF 3 gas cleanings are repeated, the temperature profile value (Profile TC (thermocouple) monitor temperature) plotted with white circles is almost constant. On the other hand, it can be seen that the silicon film thickness (Seed film thickness conversion temperature) plotted with squares actually deposited on the wafer decreases. The Seed film thickness conversion temperature is a film formation temperature when a film having a predetermined film thickness is formed on a wafer.

ほぼ一定の温度プロファイル値に対し、Seed膜厚換算温度が減少していくことは、ウェハ温度と温度プロファイル値にズレが生じていることを意味する。その原因としては石英表面の凹凸度の変化による輻射光散乱因子がプロファイル熱電対の温度モニタ値の絶対性を劣化させているものと推察される。これは、プロファイル熱電対が、石英反応管とウェハ支持板との間の空間に設置されており、プロファイル熱電対が測定する炉内温度は、石英反応管の一方の表面からの輻射光散乱の影響を直接受けるばかりでなく、反応管ウェハ支持板のウェハ穴を介して石英反応管の他方の表面からの輻射光散乱の影響も受けるからである。   A decrease in Seed film thickness conversion temperature with respect to a substantially constant temperature profile value means that there is a deviation between the wafer temperature and the temperature profile value. The cause is presumed that the radiation light scattering factor due to the change in the roughness of the quartz surface deteriorates the absolute value of the temperature monitor value of the profile thermocouple. This is because the profile thermocouple is installed in the space between the quartz reaction tube and the wafer support plate, and the furnace temperature measured by the profile thermocouple is the result of the scattering of radiation from one surface of the quartz reaction tube. This is because it is not only directly affected but also affected by radiant light scattering from the other surface of the quartz reaction tube through the wafer hole of the reaction tube wafer support plate.

上述したような石英反応管表面のクリーニングダメージによる成膜再現性劣化が生じると、生産した半導体デバイスの歩留まりが低下するため、対策としては石英反応管の交換頻度を短くすることが挙げられる。しかしながらこの方法ではランニングコストの増加と反応管交換による装置停止時間が著しく増加し、装置稼働率が低下するので非効率的であった。   When the film formation reproducibility deterioration due to the cleaning damage on the surface of the quartz reaction tube as described above occurs, the yield of the produced semiconductor device is lowered. As a countermeasure, it is possible to reduce the replacement frequency of the quartz reaction tube. However, this method is inefficient because the running cost is increased and the apparatus stop time due to the replacement of the reaction tube is remarkably increased, and the operation rate of the apparatus is lowered.

本発明の課題は、稼働率を低下させることなく、クリーニング後の反応炉表面のダメージによる成膜再現性劣化を軽減することが可能な半導体装置の製造方法を提供することにある。   The subject of this invention is providing the manufacturing method of the semiconductor device which can reduce the film-forming reproducibility degradation by the damage of the reactor surface after cleaning, without reducing an operation rate.

第1の発明は、反応炉内に少なくとも2枚の均熱板を搬入する工程と、前記2枚の均熱板で挟み込まれた空間において炉内温度を測定する工程と、前記温度測定工程後に、前記反応炉より前記2枚の均熱板を取り出す工程と、前記均熱板を反応炉より取り出した状態で前記反応炉内に基板を搬入する工程と、前記反応炉内で前記温度測定の結果を利用して基板を処理する工程と、前記反応炉より処理が終了した基板を搬出する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法である。   The first invention includes a step of bringing at least two soaking plates into a reaction furnace, a step of measuring a furnace temperature in a space sandwiched between the two soaking plates, and after the temperature measuring step A step of taking out the two soaking plates from the reaction furnace, a step of carrying a substrate into the reaction furnace in a state where the soaking plate is taken out of the reaction furnace, and a temperature measurement in the reaction furnace. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of processing a substrate using a result; and a step of unloading a substrate that has been processed from the reaction furnace.

少なくとも2枚の均熱板で挟み込まれた空間において炉内温度を測定するため、炉内測定温度は反応炉表面の影響を受けず、炉内温度値の絶対性が向上する。したがって、反応炉のクリーニングにより反応炉表面がダメージを受けても、絶対性の向上した温度測定の結果を利用して、反応炉内で成膜再現性の良好な基板処理ができる。その結果、成膜再現性劣化による歩留まり低下を抑制することができる。また反応炉の交換頻度が少なくなることで、ランニングコスト低減と生産性を向上することができる。   Since the in-furnace temperature is measured in a space sandwiched between at least two soaking plates, the in-furnace measurement temperature is not affected by the reaction furnace surface, and the absolute value of the in-furnace temperature value is improved. Therefore, even if the surface of the reaction furnace is damaged by cleaning the reaction furnace, substrate processing with good film reproducibility can be performed in the reaction furnace using the result of temperature measurement with improved absoluteity. As a result, it is possible to suppress a decrease in yield due to film formation reproducibility deterioration. In addition, since the frequency of replacement of the reactor is reduced, running cost can be reduced and productivity can be improved.

第2の発明は、第1の発明において、前記少なくとも2枚の均熱板を基板を支持する支持具にて保持することにより、前記空間を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法である。少なくとも2枚の均熱板を基板を支持する支持具にて保持することにより、空間を形成するようにすると、基板を支持する支持具に少なくとも2枚の基板を支持させる工程と同様な工程を実施するだけで、空間を容易に形成することができる。   A second invention is the method of manufacturing a semiconductor device according to the first invention, wherein the space is formed by holding the at least two soaking plates with a support that supports a substrate. is there. When a space is formed by holding at least two soaking plates with a support that supports the substrate, a step similar to the step of supporting at least two substrates on the support that supports the substrate is performed. A space can be easily formed only by carrying out.

第3の発明は、第1又は第2の発明において、前記均熱板は、材質がシリコン、SiCのいずれかであることを特徴とする半導体装置の製造方法である。均熱板の材質が、特にシリコン又はSiCであると、これらは赤外線の透過率が低く、反応炉表面からの輻射の影響を受けないため、炉内温度値の絶対性が一層向上する。   A third invention is the method of manufacturing a semiconductor device according to the first or second invention, wherein the heat equalizing plate is made of silicon or SiC. If the material of the soaking plate is silicon or SiC in particular, these have low infrared transmittance and are not affected by radiation from the surface of the reaction furnace, so that the absolute value of the temperature value in the furnace is further improved.

第4の発明は、第1ないし第3の発明において、前記均熱板は、基板と略同形状であることを特徴とする半導体装置の製造方法である。均熱板が基板と略同形状であると、基板を支持する支持具に2枚の基板を支持させる工程をそのまま均熱板に実施するだけで、空間を容易に形成することができる。   A fourth invention is a method of manufacturing a semiconductor device according to any one of the first to third inventions, wherein the soaking plate has substantially the same shape as the substrate. If the heat equalizing plate has approximately the same shape as the substrate, the space can be easily formed by simply performing the step of supporting the two substrates on the heat equalizing plate as it is by supporting the substrate.

第5の発明は、第1ないし第4の発明において、前記反応炉内に少なくとも2枚の均熱板を搬入する前または後に、反応炉内の少なくとも2枚の均熱板で挟み込まれる空間に熱電対などから構成された温度測定手段を挿入する工程を有し、この温度測定手段により炉内温度を測定することを特徴とする半導体装置の製造方法である。反応炉内に少なくとも2枚の均熱板を搬入する前または後に、反応炉内の少なくとも2枚の均熱板で挟み込まれる空間に温度測定手段を挿入する工程を有すると、少なくとも2枚の均熱板で挟み込まれた空間において炉内温度を測定する工程を容易に実施できる。   According to a fifth invention, in the first to fourth inventions, in the space sandwiched between at least two soaking plates in the reaction furnace before or after carrying at least two soaking plates into the reaction furnace. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step of inserting a temperature measuring means composed of a thermocouple or the like, and measuring the temperature in the furnace by the temperature measuring means. Before or after the at least two soaking plates are carried into the reaction furnace, the step of inserting the temperature measuring means into the space sandwiched between the at least two soaking plates in the reaction furnace has at least two soaking plates. The process of measuring the furnace temperature can be easily performed in the space sandwiched between the hot plates.

第6の発明は、基板を収容する反応炉と、前記反応炉を加熱するヒータと、前記ヒータの温度を測定するヒータ温度測定手段と、前記反応炉内に対して2枚の均熱板及び前記基板を搬入、搬出する搬送手段と、前記反応炉内に搬入された2枚の均熱板で挟み込まれた空間において炉内温度を測定する炉内温度測定手段と、前記ヒータの出力及び前記搬送手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、炉内温度測定時にヒータにより加熱される炉内の温度を炉内温度測定手段により測定し、基板処理時に前記炉内温度測定手段で測定した炉内温度の結果を利用して前記ヒータ出力を制御するものであり、かつ、前記炉内温度測定後に前記反応炉より前記2枚の均熱板を取り出し、前記均熱板を反応炉より取り出した状態で前記反応炉内に基板を搬入し、前記炉内温度測定の結果を利用して前記反応炉内で基板を処理し、前記反応炉より処理が終了した基板を搬出するように前記搬送手段を制御するものであることを特徴とする基板処理装置である。ヒータ出力及び前記搬送手段を制御する制御手段を備えれば、第1の発明を容易に実施することができる。   A sixth invention includes a reaction furnace that accommodates a substrate, a heater that heats the reaction furnace, heater temperature measuring means that measures the temperature of the heater, two soaking plates for the inside of the reaction furnace, Conveying means for carrying in and out the substrate, furnace temperature measuring means for measuring the furnace temperature in a space sandwiched between two soaking plates carried into the reactor, the output of the heater and the Control means for controlling the transfer means, the control means measures the temperature in the furnace heated by the heater at the time of measuring the furnace temperature by means of the furnace temperature measuring means, and the furnace temperature measuring means at the time of substrate processing The heater output is controlled using the result of the measured furnace temperature, and after the furnace temperature measurement, the two soaking plates are taken out from the reactor, and the soaking plate is used as a reactor. In the reactor in the state of being taken out more A board is carried in, the substrate is processed in the reaction furnace using the result of the temperature measurement in the furnace, and the transfer means is controlled so as to carry out the processed substrate from the reaction furnace. Is a substrate processing apparatus. If a control means for controlling the heater output and the conveying means is provided, the first invention can be easily implemented.

本発明によれば、測定する炉内温度値の絶対性が向上するので、反応炉表面がダメージを受けても、成膜再現性劣化による歩留まり低下を抑制することができる。また反応炉の交換頻度が少なくなることでランニングコスト低減と生産性を向上することができる。   According to the present invention, since the absolute value of the in-furnace temperature value to be measured is improved, even if the reaction furnace surface is damaged, it is possible to suppress a decrease in yield due to film formation reproducibility degradation. Further, since the frequency of replacement of the reactor is reduced, the running cost can be reduced and the productivity can be improved.

以下に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図5は、本発明の半導体装置の製造方法を実施するための二枚葉基板処理装置を構成する反応炉の概略縦断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 5 is a schematic longitudinal sectional view of a reaction furnace constituting a two-wafer substrate processing apparatus for carrying out the semiconductor device manufacturing method of the present invention.

石英製の反応容器としての反応管203は水平方向に扁平な空間を有しており、内部に基板としての半導体ウェハ(図示せず)を収容する。なお、反応容器は炭化珪素製、又はアルミナ製でもよい。反応管203内部には半導体ウェハを支持する支持具としてのウェハ支持板217が設けられ、反応管203の両端にはマニホールドとしてのガス導入フランジ209a、ガス導入フランジ209bが気密に設けられ、一方のガス導入フランジ209aには更に仕切弁としてのゲートバルブ244を介して搬送室(図示せず)が連接されている。ガス導入フランジ209a、ガス導入フランジ209bにはそれぞれ供給管としてのガス導入ライン232a,232b、排気管としての排気ライン231a、231bが連通される。ガス導入ライン232a、232bには、反応管203内に導入するガスの流量を制御する流量制御手段241a,241bがそれぞれ設けられている。また、排気ライン231a、231bには、反応管203内の圧力を制御する圧力制御手段248a,248bがそれぞれ設けられている。   The reaction tube 203 as a quartz reaction vessel has a flat space in the horizontal direction, and accommodates a semiconductor wafer (not shown) as a substrate therein. The reaction vessel may be made of silicon carbide or alumina. A wafer support plate 217 as a support for supporting the semiconductor wafer is provided inside the reaction tube 203, and a gas introduction flange 209a and a gas introduction flange 209b as manifolds are provided at both ends of the reaction tube 203 in an airtight manner. A transfer chamber (not shown) is further connected to the gas introduction flange 209a via a gate valve 244 as a gate valve. Gas introduction lines 232a and 232b as supply pipes and exhaust lines 231a and 231b as exhaust pipes are connected to the gas introduction flange 209a and the gas introduction flange 209b, respectively. The gas introduction lines 232a and 232b are respectively provided with flow rate control means 241a and 241b for controlling the flow rate of the gas introduced into the reaction tube 203. The exhaust lines 231a and 231b are provided with pressure control means 248a and 248b for controlling the pressure in the reaction tube 203, respectively.

反応管203の上下にはそれぞれ加熱手段としての上ヒータ207a、下ヒータ207bが設けられ、反応管203内部を均一にもしくは所定の温度勾配を生じさせて加熱するようになっている。また、上ヒータ207a、下ヒータ207bには、それぞれのヒータ温度を制御する温度制御手段247が接続されている。また上ヒータ207a、下ヒータ207bおよび反応管203を覆うように断熱部材としての断熱材208が設けられている。反応管203内の温度、反応管203内の圧力、反応管203内に供給するガスの流量は、それぞれ温度制御手段247、圧力制御手段248a、248b、流量制御手段241a、241bにより、所定の温度、圧力、流量となるよう制御される。また、温度制御手段247、圧力制御手段248a、248b、流量制御手段241a,241bは、主制御部249により制御される。   An upper heater 207a and a lower heater 207b are provided above and below the reaction tube 203 as heating means, respectively, so that the inside of the reaction tube 203 is heated uniformly or with a predetermined temperature gradient. The upper heater 207a and the lower heater 207b are connected to temperature control means 247 for controlling the respective heater temperatures. A heat insulating material 208 is provided as a heat insulating member so as to cover the upper heater 207a, the lower heater 207b, and the reaction tube 203. The temperature in the reaction tube 203, the pressure in the reaction tube 203, and the flow rate of the gas supplied into the reaction tube 203 are set at predetermined temperatures by a temperature control means 247, pressure control means 248a and 248b, and flow rate control means 241a and 241b, respectively. , Pressure and flow rate are controlled. The temperature control unit 247, the pressure control units 248a and 248b, and the flow rate control units 241a and 241b are controlled by the main control unit 249.

上述した反応管203、ヒータ207a,207b、ガス導入ライン232a,232b、ガス導入フランジ209a、209b、排気ライン231a、231b等のうち、少なくとも反応管203、ヒータ207a、207bを含むものから、ウェハを処理する反応炉201が構成される。   Of the above-described reaction tube 203, heaters 207a and 207b, gas introduction lines 232a and 232b, gas introduction flanges 209a and 209b, exhaust lines 231a and 231b, etc. A reaction furnace 201 to be processed is configured.

次に、半導体デバイスの製造工程の一工程として、上述した基板処理装置の反応炉を用いて半導体ウェハを処理する方法について説明する。   Next, a method for processing a semiconductor wafer using the reaction furnace of the substrate processing apparatus described above as one step of the semiconductor device manufacturing process will be described.

反応管203内の温度がヒータ207a,207bにより処理温度に維持された状態で、ゲートバルブ244が開かれ、ウェハ搬送ロボット250によリ図中左方より反応管203内に半導体ウェハが搬入され、ウェハ支持板217に載置される。本例ではウェハ支持板217には2枚のウェハ(図示せず)が載置され、2枚のウェハが同時に処理される。なお、同時に処理する2枚のウェハの熱履歴を等しくするためにウェハは2枚同時に反応管203内に搬送される。ウェハが反応管203内に搬入されると同時にウェハの処理温度までの昇温が開始される。   With the temperature in the reaction tube 203 maintained at the processing temperature by the heaters 207a and 207b, the gate valve 244 is opened, and the semiconductor wafer is loaded into the reaction tube 203 from the left in the drawing by the wafer transfer robot 250. And placed on the wafer support plate 217. In this example, two wafers (not shown) are placed on the wafer support plate 217, and the two wafers are processed simultaneously. Note that two wafers are simultaneously transferred into the reaction tube 203 in order to equalize the thermal history of the two wafers to be processed simultaneously. At the same time when the wafer is carried into the reaction tube 203, the temperature rise to the wafer processing temperature is started.

ウェハ搬送ロボット250が後退してゲートバルブ244が閉じられた後、反応管203内の圧力は処理圧力となるよう圧力制御手段248a,248bにより制御され(圧力安定化)、反応管203内の温度はウェハ温度が処理温度となるよう温度制御手段247により制御される(温度安定化)。この反応管203内の圧力安定化、ウェハの温度安定化の際、反応管203内にはガス導入ライン232a,232bより不活性ガスが導入されつつ排気ライン231a,231bより排気され、反応管203内は、不活性ガス雰囲気とされる。   After the wafer transfer robot 250 is retracted and the gate valve 244 is closed, the pressure in the reaction tube 203 is controlled by the pressure control means 248a and 248b so as to become the processing pressure (pressure stabilization), and the temperature in the reaction tube 203 is increased. Is controlled by temperature control means 247 so that the wafer temperature becomes the processing temperature (temperature stabilization). When the pressure in the reaction tube 203 is stabilized and the temperature of the wafer is stabilized, an inert gas is introduced into the reaction tube 203 from the gas introduction lines 232a and 232b and exhausted from the exhaust lines 231a and 231b. The inside is an inert gas atmosphere.

反応管203内の圧力が処理圧力に安定化し、ウェハの温度が処理温度に安定化した後、反応管203内にガス導入ライン232a,232bより処理ガスが導入され、排気ライン231a,231bより排気されることにより、ウェハが処理される。この際、処理の均一性を確保するため、処理ガスは対角に向かって交互に流すのが好ましい。すなわち、例えば、まず処理ガスをガス導入ライン232aから排気ライン231bに向かってウェハの表面に対して略水平な方向に流し、その後、それとは反対向きに、すなわちガス導入ライン232bから排気ライン231aに向かってウェハの表面に対して略水平な方向に流し、所要時間毎に流れの向きを変更するのが好ましい。なお、処理の均一性が処理ガスの流れの向きに依存しないような場合は、処理ガスは一方向に向かって流れるようにしてもよい。すなわち、例えばガス導入ライン232aから排気ライン231bに向かってウェハの表面に対して略水平な方向に、或はガス導入ライン232bから排気ライン231aに向かってウェハの表面に対して略水平な方向に流れるようにしてもよい。   After the pressure in the reaction tube 203 is stabilized at the processing pressure and the wafer temperature is stabilized at the processing temperature, a processing gas is introduced into the reaction tube 203 from the gas introduction lines 232a and 232b and exhausted from the exhaust lines 231a and 231b. As a result, the wafer is processed. At this time, in order to ensure the uniformity of processing, it is preferable that the processing gas flow alternately toward the diagonal. That is, for example, first, the processing gas flows from the gas introduction line 232a toward the exhaust line 231b in a direction substantially horizontal to the wafer surface, and then in the opposite direction, that is, from the gas introduction line 232b to the exhaust line 231a. It is preferable to flow in a direction substantially horizontal with respect to the surface of the wafer, and to change the direction of flow for each required time. Note that when the processing uniformity does not depend on the flow direction of the processing gas, the processing gas may flow in one direction. That is, for example, from the gas introduction line 232a toward the exhaust line 231b in a direction substantially horizontal to the wafer surface, or from the gas introduction line 232b toward the exhaust line 231a in a direction substantially horizontal to the wafer surface. You may make it flow.

なお、本実施の形態の基板処理装置の反応炉にて基板を処理する際の処理条件としては、例えば、シリコン膜を成膜する場合、処理温度614℃、処理圧力圧力0.13Pa、ガス種SiH4,ガス流量60sccm、時間20分にての成膜を行った場合が例示される。 The processing conditions for processing a substrate in the reaction furnace of the substrate processing apparatus of this embodiment are, for example, when forming a silicon film, a processing temperature of 614 ° C., a processing pressure of 0.13 Pa, and a gas type A case where film formation is performed with SiH 4 , a gas flow rate of 60 sccm, and a time of 20 minutes is exemplified.

ウェハの処理が完了すると、反応管203内の残留ガスを除去するために、反応管203内には、ガス導入ライン232a、232bより不活性ガスが導入されつつ、排気ライン231a,231bより排気され、反応管内がパージされる。なお、ウェハ処理時の処理ガスの供給流量、ウェハ処理前または後の不活性ガスの供給流量は流量制御手段241a、241bにより制御される。   When the processing of the wafer is completed, in order to remove the residual gas in the reaction tube 203, an inert gas is introduced into the reaction tube 203 from the gas introduction lines 232a and 232b and is exhausted from the exhaust lines 231a and 231b. The reaction tube is purged. The supply flow rate of the processing gas at the time of wafer processing and the supply flow rate of the inert gas before or after the wafer processing are controlled by the flow rate control means 241a and 241b.

反応管203内のパージ後、反応管203内の圧力を圧力制御手段248a、248bにより、ウェハ搬送圧力となるよう調整する。反応管203内の圧力が搬送圧力となった後、ゲートバルブ244が開かれ、ウェハは、ウェハ搬送ロボット250により反応管203より搬送室へ搬出される。   After purging in the reaction tube 203, the pressure in the reaction tube 203 is adjusted by the pressure control means 248a and 248b so as to become the wafer transfer pressure. After the pressure in the reaction tube 203 becomes the transfer pressure, the gate valve 244 is opened, and the wafer is transferred from the reaction tube 203 to the transfer chamber by the wafer transfer robot 250.

なお、上述の圧力制御手段248a、248bによる反応管203内の圧力制御、温度制御手段247による反応管203内の温度制御、流量制御手段241a,241bによる反応管203内へのガス流量制御は、主制御部249が各制御手段を制御することにより行われる。   The pressure control in the reaction tube 203 by the pressure control means 248a and 248b, the temperature control in the reaction tube 203 by the temperature control means 247, and the gas flow rate control into the reaction tube 203 by the flow rate control means 241a and 241b are as follows: This is performed by the main control unit 249 controlling each control means.

ところで、上述した反応炉201を用いて基板を処理する方法において、反応管203内の温度は、ウェハ温度が処理温度となるよう温度制御手段247により制御している。この場合、図2に示すように、まずプロファイル熱電対205を用い、反応管203の内部温度を所定の温度になるように、ヒータ207a、207bの出力を制御する。反応管内部温度が安定した後、その時のヒータ温度を記録(温度プロファイル取得)し、以後ウェハ処理を行う場合は、取得した温度プロファイルを用いて各ヒータ207a、207b内のヒータ熱電対202にもとづい温度制御を行うやり方は従来と変らない。   By the way, in the method of processing a substrate using the reaction furnace 201 described above, the temperature in the reaction tube 203 is controlled by the temperature control means 247 so that the wafer temperature becomes the processing temperature. In this case, as shown in FIG. 2, first, the profile thermocouple 205 is used to control the outputs of the heaters 207a and 207b so that the internal temperature of the reaction tube 203 becomes a predetermined temperature. After the reaction tube internal temperature is stabilized, the heater temperature at that time is recorded (temperature profile acquisition), and when wafer processing is performed thereafter, based on the heater thermocouple 202 in each heater 207a, 207b using the acquired temperature profile. The method of temperature control is the same as before.

しかし、従来の場合、プロファイル熱電対205が、石英反応管203と、ウェハを支持する支持具としてのウェハ支持板217との間に設置されていると、プロファイル熱電対205が測定する炉内温度は、石英反応管表面からの輻射光散乱の影響を直接受けるため、プロファイル熱電対205の温度モニタ値の絶対性を劣化させるという不具合があった。   However, in the conventional case, when the profile thermocouple 205 is installed between the quartz reaction tube 203 and a wafer support plate 217 as a support for supporting the wafer, the temperature in the furnace measured by the profile thermocouple 205 is measured. Is directly affected by radiant light scattering from the surface of the quartz reaction tube, so that the absolute value of the temperature monitor value of the profile thermocouple 205 deteriorates.

そこで、本実施の形態では、温度プロファイル取得時に2枚の均熱板218を用いることによって、そのような不具合を解消している。以下、説明する。   Therefore, in the present embodiment, such a problem is solved by using two soaking plates 218 when acquiring the temperature profile. This will be described below.

図2は、偏平な反応管203の管軸線での概略縦断面図である。2枚の平行平板ヒータ207a、207bの間に反応管203が配置されている。反応管203内に上下2段に2枚の平行平板のウェハ支持板217が設けられる。ウェハ支持板217の中央部に、ウェハよりも若干大きな径をもつ円形のウェハ穴216が開けられ、ウェハ穴216の底部の外周に複数のウェハ支持爪219が設けられる。ウェハ穴216にはめられる2枚のウェハは、この複数の支持爪219で支持されて、ウェハ支持板217に保持される。ここでは、ウェハ穴216に、反応管203表面からの輻射光を遮光するための均熱板218が、ウェハに代わってはめられる。均熱板218は、複数の支持爪219で支持されて、ウェハ支持板217に保持されている。2枚の均熱板218により、これらで挟みこまれた空間220が炉内に形成される。   FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view of the flat reaction tube 203 taken along the tube axis. A reaction tube 203 is disposed between the two parallel plate heaters 207a and 207b. Two parallel flat wafer support plates 217 are provided in the reaction tube 203 in two upper and lower stages. A circular wafer hole 216 having a slightly larger diameter than the wafer is formed in the center of the wafer support plate 217, and a plurality of wafer support claws 219 are provided on the outer periphery of the bottom of the wafer hole 216. The two wafers fitted in the wafer hole 216 are supported by the plurality of support claws 219 and held on the wafer support plate 217. Here, a soaking plate 218 for shielding radiation light from the surface of the reaction tube 203 is fitted in the wafer hole 216 in place of the wafer. The soaking plate 218 is supported by a plurality of support claws 219 and held by the wafer support plate 217. A space 220 sandwiched between the two soaking plates 218 is formed in the furnace.

2枚の均熱板218は、ウェハ搬送ロボット250によって、反応管203の一方(左側)から反応炉201内に搬入可能であり、また、反応炉201より取り出すことが可能になっている。この場合、均熱板218は、ウェハと略同形状であることが好ましい。均熱板218がウェハと略同形状であると、均熱板搬送手段にウェハ搬送ロボット250を使うことができるからである。またウェハを支持するウェハ支持板217に2枚のウェハを支持させる工程をそのまま均熱板218に適用するだけで、前述した空間220を容易に形成することができるからである。特に均熱板218として、製品ウェハないしダミーウェハそのものを使うことが好ましい。   The two soaking plates 218 can be carried into the reaction furnace 201 from one side (left side) of the reaction tube 203 by the wafer transfer robot 250 and can be taken out from the reaction furnace 201. In this case, it is preferable that the soaking plate 218 has substantially the same shape as the wafer. This is because if the soaking plate 218 has substantially the same shape as the wafer, the wafer carrying robot 250 can be used as the soaking plate carrying means. Further, the above-described space 220 can be easily formed by simply applying the process of supporting the two wafers to the wafer support plate 217 for supporting the wafer to the soaking plate 218 as it is. In particular, it is preferable to use a product wafer or a dummy wafer itself as the soaking plate 218.

ヒータ207a、207b内の温度を測定するヒータ温度測定手段としての複数のヒータ熱電対202は、2枚の平行平板ヒータ207a,207b内の所定の位置に設置されている。反応管内部ウェハ領域の温度をモニタ測定する炉内温度測定手段としての複数のプロファイル熱電対205は、上下2枚の均熱板218で挟みこまれた空間220に設置されている。   A plurality of heater thermocouples 202 as heater temperature measuring means for measuring the temperature in the heaters 207a and 207b are installed at predetermined positions in the two parallel plate heaters 207a and 207b. A plurality of profile thermocouples 205 as furnace temperature measuring means for monitoring and measuring the temperature of the wafer region inside the reaction tube are installed in a space 220 sandwiched between two upper and lower soaking plates 218.

複数のプロファイル熱電対205は、反応管203の他方(右側)から中央付近まで挿入した温度プローブ210に設置されており、この温度プローブ210を空間220に挿入することにより、プロファイル熱電対205を空間220に設置するようになっている。   The plurality of profile thermocouples 205 are installed in a temperature probe 210 inserted from the other side (right side) of the reaction tube 203 to the vicinity of the center. By inserting this temperature probe 210 into the space 220, the profile thermocouple 205 is placed in the space. 220 is installed.

このプロファイル熱電対205の設置方法を、前述した図5を用いて具体的に説明すれば、ゲートバルブ244とは反対側の反応管203の他方に設けたガス導入フランジ209bから、反応管203中央に温度プローブ210(図示せず)を挿入し、この挿入した温度プローブ210内の所定の位置に、複数のプロファイル熱電対205を設置する。このプロファイル熱電対205は、ガス導入フランジ209bから温度プローブ210を取り外すことにより、撤去できるようになっている。   The method of installing the profile thermocouple 205 will be described in detail with reference to FIG. 5 described above. From the gas introduction flange 209b provided on the other side of the reaction tube 203 on the side opposite to the gate valve 244, the center of the reaction tube 203 is provided. A temperature probe 210 (not shown) is inserted into the temperature probe 210, and a plurality of profile thermocouples 205 are installed at predetermined positions in the inserted temperature probe 210. The profile thermocouple 205 can be removed by removing the temperature probe 210 from the gas introduction flange 209b.

また、図5に示す主制御部249は、ウェハ搬送ロボット250を制御して、炉内温度測定後に反応炉201より2枚の均熱板218を取り出し、2枚の均熱板218を反応炉201より取り出した状態で反応炉201内にウェハを搬入し、炉内温度測定の結果を利用して反応炉201内でウェハを処理し、反応炉201より処理が終了したウェハを搬出するようにする。   Further, the main control unit 249 shown in FIG. 5 controls the wafer transfer robot 250 to take out the two soaking plates 218 from the reaction furnace 201 after measuring the in-furnace temperature, and remove the two soaking plates 218 into the reactor. The wafer is loaded into the reaction furnace 201 in a state of being taken out from the 201, the wafer is processed in the reaction furnace 201 using the result of the temperature measurement in the furnace, and the processed wafer is unloaded from the reaction furnace 201. To do.

図2に戻る。上述した空間220を形成する2枚の均熱板218は、石英表面の凹凸度の変化による輻射光散乱因子を遮断するとともに、空間220内の温度の均一化をはかるために設置される。したがって、均熱板218は、熱伝導性が大きく、かつ赤外線の透過率の低い部材で構成することが好ましい。例えばシリコン、SiCのいずれかで構成するとよい。均熱板の材質が、シリコン又はSiCであると、これらは赤外線の透過率が低く、反応管203表面からの輻射散乱光の影響を受け難いため、後述する炉内温度値の絶対性が向上するからである。   Returning to FIG. The two soaking plates 218 forming the above-described space 220 are installed in order to block the radiation light scattering factor due to the change in the unevenness of the quartz surface and to make the temperature in the space 220 uniform. Therefore, it is preferable that the soaking plate 218 is composed of a member having high thermal conductivity and low infrared transmittance. For example, it may be composed of either silicon or SiC. If the material of the soaking plate is silicon or SiC, these have low infrared transmittance and are not easily affected by radiation scattered light from the surface of the reaction tube 203, so the absolute value of the furnace temperature value described later is improved. Because it does.

図3及び図4に、炉内温度値の絶対性を向上した温度制御系のブロック構成を示す。
温度制御系は、ウェハを収容する反応管203と、反応管203を加熱するヒータ207と、ヒータ207の温度を測定するヒータ熱電対202と、2枚の均熱板で挟み込まれた空間内で炉内温度を測定するプロファイル熱電対205と、ヒータ出力を制御する温度制御手段247とを備える。温度制御手段247は、電力制御量に応じてヒータ出力を制御する電力制御手段246と、熱電対測定値に応じて電力制御量を算出するコントローラ245とから構成される。
3 and 4 show a block configuration of the temperature control system in which the absolute value of the furnace temperature value is improved.
The temperature control system includes a reaction tube 203 that accommodates a wafer, a heater 207 that heats the reaction tube 203, a heater thermocouple 202 that measures the temperature of the heater 207, and a space sandwiched between two soaking plates. A profile thermocouple 205 for measuring the temperature in the furnace and a temperature control means 247 for controlling the heater output are provided. The temperature control unit 247 includes a power control unit 246 that controls the heater output according to the power control amount, and a controller 245 that calculates the power control amount according to the thermocouple measurement value.

温度プロファイル取得時は、図3に示すように、プロファイル熱電対205によって反応管203の内部温度、すなわちウェハ処理温度をモニタ測定する。その測定したウェハ処理温度が所定の温度になるように温度制御手段247によって、ヒータ207a、207bの出力を制御する。反応管203内部温度が安定した後、その時のヒータ温度をヒータ熱電対202で測定する。コントローラ245によって、このウェハ処理温度とヒータ温度との相関関係、すなわち温度プロファイルを取得する。   When obtaining the temperature profile, as shown in FIG. 3, the profile thermocouple 205 monitors and measures the internal temperature of the reaction tube 203, that is, the wafer processing temperature. The temperature control means 247 controls the outputs of the heaters 207a and 207b so that the measured wafer processing temperature becomes a predetermined temperature. After the temperature inside the reaction tube 203 is stabilized, the heater temperature at that time is measured by the heater thermocouple 202. The controller 245 acquires a correlation between the wafer processing temperature and the heater temperature, that is, a temperature profile.

ウェハ処理時は、図4に示すように、ヒータ熱電対202によってヒータ温度を測定する。反応管203の内部温度を所定のウェハ処理温度とするには、ヒータ温度を何度に設定すればよいかは、コントローラ245に取得してある温度プロファイルからわかる。この温度プロファイルに基づくヒータ設定温度とヒータ測定温度とを比較して、炉内温度が所定のウェハ処理温度となるようにヒータ207の温度制御を行う。   At the time of wafer processing, the heater temperature is measured by the heater thermocouple 202 as shown in FIG. It can be seen from the temperature profile acquired by the controller 245 how many times the heater temperature should be set in order to set the internal temperature of the reaction tube 203 to a predetermined wafer processing temperature. The heater set temperature based on this temperature profile is compared with the heater measurement temperature, and the temperature of the heater 207 is controlled so that the furnace temperature becomes a predetermined wafer processing temperature.

次に、図1の工程図を用いて、上述した均熱板218によるウェハ処理温度校正を行う反応炉201を用いてウェハを成膜処理する方法を説明する。
先ず、プロファイル熱電対205をウェハ支持板217間に設置する(ステップ101)。 プロファイル熱電対205を先端に設けた温度プローブ210は、ウェハを搬送する一方のガス導入フランジ209a面と反対方向のガス導入フランジ209b面に設けた挿通孔から挿入する。プロファイル熱電対205が2枚のウェハ支持板217間に設置されるように、温度プローブ210の基端をフランジ209b面に固定し、真空シールする。
Next, a method of film-forming a wafer using the reaction furnace 201 that performs wafer processing temperature calibration using the above-described soaking plate 218 will be described with reference to the process diagram of FIG.
First, the profile thermocouple 205 is installed between the wafer support plates 217 (step 101). The temperature probe 210 provided with the profile thermocouple 205 at the tip is inserted from an insertion hole provided on the surface of the gas introduction flange 209b opposite to the surface of the one gas introduction flange 209a that carries the wafer. The base end of the temperature probe 210 is fixed to the surface of the flange 209b and vacuum-sealed so that the profile thermocouple 205 is installed between the two wafer support plates 217.

プロファイル熱電対205を設置後、ウェハを搬送する一方のガス導入フランジ209a面に設けたゲートバルブ244を開けて、ウェハ搬送ロボット250により2枚の均熱板218を炉内に搬入し、2枚のウェハ支持板217の均熱板載置部、すなわちウェハ載置部215に載置する(ステップ102)。この載置により反応炉内には、上下2枚の均熱板218で挟み込まれた空間220が形成される。この空間220にプロファイル熱電対205が設置される(図2)。均熱板218の載置後、ウェハ搬送ロボット250のアームを炉外へ引き出し、ゲートバルブ244を閉じる。
なお、プロファイル熱電対205を設置するステップ101と、均熱板218を設置するステップ102との順序は逆にしてもよい。すなわち、反応炉内に2枚の均熱板218を先に搬入して、2枚の均熱板218で挟み込まれる空間220に、後からプロファイル熱電対205を挿入するようにしてもよい。
After the profile thermocouple 205 is installed, the gate valve 244 provided on the surface of one gas introduction flange 209a for carrying the wafer is opened, and the two soaking plates 218 are carried into the furnace by the wafer carrying robot 250. The wafer support plate 217 is mounted on the soaking plate mounting portion, that is, the wafer mounting portion 215 (step 102). As a result of this placement, a space 220 sandwiched between two upper and lower soaking plates 218 is formed in the reaction furnace. A profile thermocouple 205 is installed in this space 220 (FIG. 2). After placing the soaking plate 218, the arm of the wafer transfer robot 250 is pulled out of the furnace, and the gate valve 244 is closed.
Note that the order of step 101 for installing the profile thermocouple 205 and step 102 for installing the soaking plate 218 may be reversed. That is, the two soaking plates 218 may be carried into the reaction furnace first, and the profile thermocouple 205 may be inserted into the space 220 sandwiched between the two soaking plates 218 later.

均熱板1218を載置後、図3を用いて説明したように、反応管203の内部温度を所定のウェハ処理温度になるように温度制御手段247によって、ヒータ1の出力を制御する。反応管内部温度が安定した後、プロファイル熱電対205を用いて、温度プロファイルを取得する(ステップ103)。   After placing the heat equalizing plate 1218, as described with reference to FIG. 3, the output of the heater 1 is controlled by the temperature control means 247 so that the internal temperature of the reaction tube 203 becomes a predetermined wafer processing temperature. After the temperature inside the reaction tube is stabilized, a temperature profile is acquired using the profile thermocouple 205 (step 103).

なお、均熱板218の搬入、搬出時に炉内に温度変化が生じるが、実施の形態による反応炉201は、ホットウォール式炉であり、温度条件を固定して熱的に安定した状態でヒータ温度とプロファイル温度を取得するので、取得したプロファイル温度の補正は不要である。   Although temperature changes occur in the furnace when the soaking plate 218 is carried in and out, the reaction furnace 201 according to the embodiment is a hot wall type furnace, and the heater is kept in a thermally stable state with a fixed temperature condition. Since the temperature and profile temperature are acquired, correction of the acquired profile temperature is unnecessary.

温度プロファイルを取得した後に、一方のガス導入フランジ209a面に設けたゲートバルブ244を開けてウェハ搬送ロボット250により2枚の均熱板218を炉外へ搬出する(ステップ104)。均熱板218を搬出した後、ゲートバルブ244を閉じる。   After acquiring the temperature profile, the gate valve 244 provided on the surface of one gas introduction flange 209a is opened, and the two soaking plates 218 are carried out of the furnace by the wafer transfer robot 250 (step 104). After carrying out the soaking plate 218, the gate valve 244 is closed.

均熱板218を炉外へ搬出した後、他方のガス導入フランジ209b面に取り付けた温度プローブ210を反応炉201から抜き取って、プロファイル熱電対205を撤去する(ステップ105)。   After carrying out the soaking plate 218 out of the furnace, the temperature probe 210 attached to the surface of the other gas introduction flange 209b is extracted from the reaction furnace 201, and the profile thermocouple 205 is removed (step 105).

プロファイル熱電対205を撤去後、ゲートバルブ244を開けて、ウェハ搬送ロボット250により2枚のウェハを反応炉201内へ搬入し、ウェハ支持板217のウェハ載置部215に載置する(ステップ106)。   After the profile thermocouple 205 is removed, the gate valve 244 is opened, and two wafers are loaded into the reaction furnace 201 by the wafer transfer robot 250 and placed on the wafer placement portion 215 of the wafer support plate 217 (step 106). ).

ウェハを載置後、図4を用いて説明したように、取得した温度プロファイルを温度制御手段247に用いて、ヒータ207内のヒータ熱電対202にもとづいて温度制御を行って炉内温度を安定化させると共に、圧力制御手段248a、248bによって炉内圧力を安定化させる(ステップ107)。   After placing the wafer, as described with reference to FIG. 4, the temperature control unit 247 is used to control the temperature based on the heater thermocouple 202 in the heater 207 to stabilize the furnace temperature. And the furnace pressure is stabilized by the pressure control means 248a, 248b (step 107).

そして、流量制御手段241a,241bによって炉内に所定流量の反応ガスを供給しつつ排気してウェハ上に成膜する(ステップ108)。成膜後、炉内をN2ガスなどの不活性ガスによりパージする(ステップ109)。パージ後、ゲートバルブ244を開き、ウェハ搬送ロボット250により、成膜処理の終了したウェハを炉内より搬出する(ステップ110)。 Then, the flow rate control means 241a and 241b exhaust the film while supplying a predetermined flow rate of reaction gas into the furnace and deposit it on the wafer (step 108). After film formation, the inside of the furnace is purged with an inert gas such as N 2 gas (step 109). After purging, the gate valve 244 is opened, and the wafer carrying robot 250 unloads the wafer after film formation processing from the furnace (step 110).

上述したステップ101〜110の成膜処理が繰り返されて、反応管壁面あるいはガス排気部に堆積した反応副生成物を、所定サイクル毎にウェット洗浄(ウェットクリーニング)、ドライクリーニングを施すことによって除去する。   The film formation process in steps 101 to 110 described above is repeated, and the reaction by-products deposited on the reaction tube wall surface or the gas exhaust part are removed by performing wet cleaning (wet cleaning) and dry cleaning every predetermined cycle. .

本実施の形態によれば、炉内に2枚の均熱板218で挟まれた空間220を形成し、その空間220内でプロファイル熱電対205により炉内温度をモニタ測定するようにしたので、石英反応管表面の凹凸度変化による輻射光散乱因子が温度モニタ値にもたらす影響を緩和できる。
従って、温度プロファイル値の絶対性が向上するので、ウェハ処理温度校正を正しく行うことができる。その結果、ドライクリーニングおよびウェットクリーニングによるダメージによって石英反応管表面の凹凸度が増しても、成膜再現性劣化による歩留まり低下を抑制することができる。また石英反応管203の交換頻度が少なくなることでランニングコスト低減と生産性を向上することができる。
According to the present embodiment, the space 220 sandwiched between the two soaking plates 218 is formed in the furnace, and the temperature in the furnace is monitored and measured by the profile thermocouple 205 in the space 220. The influence of the radiation light scattering factor on the temperature monitor value due to the unevenness of the quartz reaction tube surface can be mitigated.
Accordingly, since the absoluteity of the temperature profile value is improved, the wafer processing temperature calibration can be performed correctly. As a result, even if the unevenness of the quartz reaction tube surface increases due to damage due to dry cleaning and wet cleaning, it is possible to suppress a decrease in yield due to deterioration in film reproducibility. Further, since the replacement frequency of the quartz reaction tube 203 is reduced, the running cost can be reduced and the productivity can be improved.

図9の温度特性を得た従来例と同じ成膜条件で、実施の形態によりシリコン膜の成膜を行ったところ、グラフ中のSeed膜厚換算温度が614±1℃程度に改善された。即ち、石英反応管のクリーニングによる表面ダメージ量に、成膜結果が依存されにくくなった。   When the silicon film was formed according to the embodiment under the same film formation conditions as those of the conventional example that obtained the temperature characteristics of FIG. 9, the Seed film thickness conversion temperature in the graph was improved to about 614 ± 1 ° C. That is, the film formation result is less dependent on the amount of surface damage caused by cleaning the quartz reaction tube.

なお、上述した実施の形態では、2枚の均熱板218を上下平行に設置する場合について説明しているが、上下2枚の均熱板218に加えて、両側面2枚の均熱板をさらに加えて方形の偏平空間を形成すると、反応管四方からの輻射を遮断することができるので、炉内温度値の絶対性を一層向上できる。   In the above-described embodiment, the case where the two heat equalizing plates 218 are installed in parallel in the vertical direction has been described. However, in addition to the two upper and lower heat equalizing plates 218, two heat equalizing plates on both sides are provided. When a rectangular flat space is formed by further adding, it is possible to block radiation from the four sides of the reaction tube, so that the absolute value of the furnace temperature value can be further improved.

また、本発明の半導体装置の製造方法は、特に、半導体製造プロセスにおいて、半導体ウェハ面に金属膜、金属シリサイド膜、酸化膜、窒化膜、あるいは不純物をなどをドープしたシリコン膜などの薄膜を形成する熱CVD装置、プラズマCVD装置、半導体ウェハ上に単結晶層を成長させるエピタキシャル成長装置、薄膜を所定のパターンにエッチングするドライエッチング装置等の半導体ウェハ処理装置を用いて実施することが可能であり、その中でも特に処理装置の反応管を外部から加熱することで半導体ウェハを加熱し成膜処理を行う、いわゆるホットウォール方式の半導体ウェハ処理装置を用いて実施した場合に有用である。   Further, the semiconductor device manufacturing method of the present invention forms a thin film such as a metal film, a metal silicide film, an oxide film, a nitride film, or a silicon film doped with impurities on the semiconductor wafer surface, particularly in the semiconductor manufacturing process. It can be carried out using a semiconductor wafer processing apparatus such as a thermal CVD apparatus, a plasma CVD apparatus, an epitaxial growth apparatus for growing a single crystal layer on a semiconductor wafer, a dry etching apparatus for etching a thin film into a predetermined pattern, Among these, it is particularly useful when the processing is performed using a so-called hot wall type semiconductor wafer processing apparatus in which a semiconductor wafer is heated to form a film by heating a reaction tube of the processing apparatus from the outside.

本発明の半導体装置の製造方法を説明する実施の形態による成膜処理の工程図である。It is process drawing of the film-forming process by embodiment explaining the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法を実施するための基板処理装置の反応炉の概略側縦断面図である。It is a schematic side longitudinal cross-sectional view of the reaction furnace of the substrate processing apparatus for enforcing the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 実施の形態による温度プロファイル取得時の温度制御系の機能説明図である。It is a function explanatory view of the temperature control system at the time of temperature profile acquisition by an embodiment. 実施の形態によるウェハ処理時の温度制御系の機能説明図である。It is function explanatory drawing of the temperature control system at the time of the wafer process by embodiment. 実施の形態による基板処理装置の反応炉の要部概略縦断面図である。It is a principal part schematic longitudinal cross-sectional view of the reaction furnace of the substrate processing apparatus by embodiment. 従来例による基板処理装置の反応炉の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the reaction furnace of the substrate processing apparatus by a prior art example. 従来例による基板処理装置の反応炉の平断面図である。It is a plane sectional view of the reaction furnace of the substrate processing apparatus by a prior art example. 従来例による基板処理装置の反応炉の要部概略縦断面図である。It is a principal part schematic longitudinal cross-sectional view of the reaction furnace of the substrate processing apparatus by a prior art example. 従来例による反応炉のクリーニングを重ねることによるプロファイル温度とシード膜厚換算温度との推移を示す温度特性図である。It is a temperature characteristic figure which shows transition of the profile temperature and seed film thickness conversion temperature by repeating cleaning of the reactor by a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

201 反応炉
202 ヒータ熱電対
203 反応管
205 プロファイル熱電対
207a 上ヒータ
207b 下ヒータ
210 温度プローブ
215 ウェハ載置部(均熱板載置部)
217 ウェハ支持板
218 均熱板
220 空間
201 Reaction furnace 202 Heater thermocouple 203 Reaction tube 205 Profile thermocouple 207a Upper heater 207b Lower heater 210 Temperature probe 215 Wafer mounting part (soaking plate mounting part)
217 Wafer support plate 218 Soaking plate 220 Space

Claims (1)

反応炉内に少なくとも2枚の均熱板を搬入する工程と、
前記2枚の均熱板で挟み込まれた空間において炉内温度を測定する工程と、
前記炉内温度測定工程後に、前記反応炉より前記2枚の均熱板を取り出す工程と、
前記均熱板を反応炉より取り出した状態で前記反応炉内に基板を搬入する工程と、
前記反応炉内で前記温度測定の結果を利用して基板を処理する工程と、
前記反応炉より処理が終了した基板を搬出する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Carrying at least two soaking plates into the reactor;
Measuring the temperature in the furnace in a space sandwiched between the two soaking plates,
After the furnace temperature measuring step, the step of taking out the two soaking plates from the reactor,
Carrying the substrate into the reaction furnace in a state in which the soaking plate is removed from the reaction furnace;
Processing the substrate using the result of the temperature measurement in the reactor;
Unloading the processed substrate from the reactor; and
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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