JP2006080410A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボートへ移載済みのウェハに対して温度インタロック制御を行うことにより、熱ストレスを少なくして製品歩留りの高い半導体基板を製造する。
【解決手段】温度制御ゾーン２が複数のゾーン（Ｕ，ＣＵ，ＣＬ，Ｌ）に分散された複数のヒータによって加熱される加熱炉１へ、複数枚のウェハ４を載置したボート３を挿入する挿入工程と、挿入工程に続いて加熱炉１においてウェハ４に所定の処理を施す処理工程と、処理工程に続いて加熱炉１よりボート３を引き出す引出工程と、引出工程に続いてウェハ４を冷却する冷却工程とを含む。そして、挿入工程及び引出工程において、温度制御ゾーン２における複数のゾーンに温度傾斜が生じるように、非接触温度センサでウェハ４の温度監視を行いながら複数のヒータの加熱制御を行う。これによってウェハ４の熱ストレスは防止される。
【選択図】図７

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に加熱炉を備えたＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置などの半導体製造装置によって製造される半導体装置の製造方法に関し、更には、ボートへ移載済みの半導体基板の温度インタロックを含む制御機能を備えた半導体製造装置によって製造される半導体装置の製造方法に関するものである。

例えば、ＣＶＤ装置にあっては、加熱炉にシリコンウェハ等の半導体基板（以下、単にウェハということもある）を収容し、加熱炉内を所定の温度に加熱しつつ反応ガスを供給してウェハの面上に膜を形成する。ウェハに膜を形成した後は加熱炉からそれらのウェハを取り出し、一定の冷却期間が経過した後に処理後のウェハを所定のカセットへ格納する。このとき、加熱炉内のウェハに対して行うレシピを用いた制御では、温度設定値、ガス流量設定値、圧力設定値、ボート回転速度設定値などを経過時間とともに変化させることにより、拡散やアニールやＣＶＤなどの所望のウェハ加工を行うことができる。このような半導体製造装置に関する技術は、例えば、下記の特許文献１や特許文献２などに開示されている。
特開２００２−１１０５５６号公報 特開２００２−１７５１２３号公報

以下、従来から一般に行われている半導体装置の製造方法について、その工程順に概略説明する。
まず、最初にボートヘのウェハの移載を行う。
ここでは、加工したいウェハをボートヘ移載する。なお、この移載は公知の移載方法で構わない。

次に、ボートへ移載済みのウェハを加熱炉内に挿入する。以下、このような処理工程をボートロードといい、図１を用いてボートロードの工程を説明する。図１は加熱炉へボートを挿入するボートロードの工程図である。図１において、加熱炉１は０〜１５００℃の範囲で炉内温度を可変することができる。温度制御ゾーン２は温度制御可能な複数のゾーン、例えば、４〜５ゾーンで構成されていて温度を０℃〜１５００℃の範囲で可変することができる。図の例では、温度制御ゾーン２は、Ｕ，ＣＵ，ＣＬ，Ｌの４つのゾーンによって構成されている。ボート３は０℃〜１５００℃に絶えうる石英等の材質材料によって構成されている。材料４は０℃〜１５００℃に絶えうるシリコンウェハ等であって、０〜１５０枚のウェハが一括バッチ処理するために搭載されている。

ボート３を加熱炉１内へ挿入するときは挿入スピードを任意に調整することができる。ボート３へ移載された材料（ウェハ）４を加熱炉１内へ挿入する際の加熱炉１内の温度は、温度制御ゾーン２の全域に亘って均一に制御される。例えば、加熱炉１の上の部分から、Ｕゾーン：５００℃、ＣＵゾーン：５００℃、ＣＬゾーン：５００℃、Ｌゾーン：５００℃というように均一の温度に制御される。また、ボート３の昇降スピードは、例えば１０ｍｍ／ｍｉｎというように一定速度に制御される。

次に加熱炉１内においてボート３へ移載済みの材料（ウェハ）４を処理する。図２は加熱炉内に収納された材料（ウェハ）の加工工程図である。図２に示すように、加熱炉１内に収納されたボート３へ移載済みの材料（ウェハ）４は、レシピを用いて加工処理が施される。このとき、Ｕ，ＣＵ，ＣＬ，Ｌの温度制御ゾーン２は均一に温度制御され、加熱炉１内は一定温度に保持されている。

次にボート３へ移載済みの材料（ウェハ）４を加熱炉１内から取り出す。以下、このような工程をボートアンロードという。図３は加熱炉からボートを取り出すボートアンロードの工程図である。図３において、ボート３を加熱炉１から炉外に取り出すときは取出しスピードを任意に調整することができる。このとき、ボート移載済みの材料（ウェハ）４を加熱炉１から外に取り出す際の加熱炉１内の温度は温度制御ゾーン２の全域に亘って均一に制御される。また、加熱炉１から外に取り出されるボートスピードは一定速度に制御される。

次に材料（ウェハ）４の冷却を行う。以下、このような工程をクーリング工程という。図４は処理済みウェハの冷却工程を示すクーリング工程図である。図４に示すように、加熱炉１からボート３が炉外に取り出されると、ボート３に収納された材料（ウェハ）４は図示しないカセットヘ収納できる温度に下がるまで時間待ちを行う。

次にカセットへの材料（ウェハ）４の収納を行う。つまり、クーリング済みの材料（ウェハ）４を図示しないカセットへ収納する。

しかしながら、上述のような所望のウェハ加工を行う前や後の工程（ボートロード／アンロード工程）においては、ボートへ移載済みのウェハに対する温度インタロック機能が不十分なために、ウェハ加工を行う前（ボートロード時）にウェハにパーティクルを発生させたり、自然酸化膜をつけてしまったりして歩留りを低下させるおそれがある。或いは、ボートへ移載済みのウェハを加熱炉内に挿入する際（ボートロード時）の急激な温度変化によって、ウェハの熱変形や微小な割れを引き起こしたりするといった不具合が発生するおそれがある。

なお、本明細書において、「温度インタロック」とは、炉内温度が暴走しないように、温度の監視、制御を行うことを言い、例えば、常にセンサによる設定温度の監視を行い、温度が設定温度を超えた場合は、エラー警報を発生し、ボートロード／アンロードを行わず、エラーに応じた処理を行うことを言うものとする。

また、ウェハ加工を行った後、ボートへ移載されたウェハを取り出す際（ボートアンロード時）においても、急激な温度変化によって基板の熱変形や微小な割れを引き起こしたりすることがある。さらに、ウェハの冷却時間を長く取りすぎることによって、ウェハにパーティクルを発生させたり、自然酸化膜をつけてしまったりする不具合を引き起こすこともある。とりわけ、高温（例えば、８００℃）においてボートロード、ボートアンロードなどを誤って行ってしまった場合には、半導体製造装置の加熱炉内部においては、石英部品以外の高温に弱い部品に致命的なダメージを与えてしまうことがある。

従って、処理すべきウェハは、できる限り早く、かつ、素早く加熱炉内に挿入し、さらに、できる限り早く、かつ、素早く加熱炉内から取り出す必要がある。しかも、最短のクーリング時間の後にウェハをカセットに回収できることが、一回のウェハ加工プロセスを短くし、かつ、スループット（処理能力）を向上させることに繋がる。しかしながら、現在の半導体製造装置においては、このような適正な処理をサポートする技術には至っていない。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、半導体基板の拡散、アニール、ＣＶＤ処理などを行う半導体製造装置において、ボートへ移載済みの半導体基板に対して温度インタロック制御を行うことにより、熱ストレスを少なくして製品歩留りの高い半導体基板を製造できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明に係る半導体装置の製造方法は、複数のゾーンに分割された複数のヒータによって加熱される処理炉へ、複数枚の半導体基板を載置したボートを挿入する挿入工程と、挿入工程に続いて処理炉において半導体基板に所定の処理を施す処理工程と、処理工程に続いて処理炉よりボートを引き出す引出工程と、引出工程に続いて半導体基板を冷却する冷却工程とを含み、挿入工程と引出工程との少なくとも１つの工程において、複数のヒータの加熱によって複数のゾーンに温度傾斜が生じるように温度設定したことを特徴とするものである。

本発明によれば、処理炉の加熱領域を複数のゾーンに分割してヒータで加熱するとき、ボートが処理炉内へ上昇するに連れて、そのボートに対する各ゾーンの温度が徐々に上がるように温度傾斜を持たせているので、処理炉へのウェハの挿入／引出工程中においてウェハに急激な温度変化が生じることがなくなり、熱ストレスが防止されてウェハの製品歩留りが一段と向上する。

なお、本発明に係る半導体装置の製造方法においては、ボートの挿入及び／又は引出し工程時にヒータの上限温度を監視することもできる。さらに、半導体基板の冷却工程時に基板温度を監視することもできる。また、半導体基板の冷却工程においては、ボート引出し時のボート速度とヒータ温度とにより算出される標準クーリング時間により必要とするクーリング時間を決定してもよい。さらに、半導体基板の冷却工程の終了判定は、冷却時における基板温度と標準クーリング時間によって行ってもよい。また、半導体基板の冷却工程の終了時間設定は、半導体基板が載置されるボートの上下方向で異ならせてもよい。

なお、本実施の形態によれば、次のような構成によって実現される基板処理装置を提供することもできる。すなわち、複数枚の基板（例えば半導体基板）を載置したボートを複数のヒータにより加熱して処理を行う処理炉と、複数のヒータを個別に制御する加熱制御機構と、昇降速度を数段階に分けてボートを移動させる移動制御機構と、処理後の基板を冷却する冷却機構と、冷却時に基板温度を計測する計測手段とを備え、加熱制御機構が処理炉の複数のゾーンに温度傾斜をつけるように構成してもよい。

本発明によれば、ボート移載済みの材料を処理炉（加熱炉とも云う）内に挿入するボートロードの工程では、ボート移載済み材料を加熱炉内に挿入する際の加熱炉内の温度を各ゾーンで異なるように温度傾斜をつけて制御を行うので、ウェハへの熱ストレスを減らすことができ、ウェハがそり返ったりＳＬＩＰが発生してウェハが損傷することを防止することができる。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体製造装置の加熱炉内に処理対象の半導体基板（ウェハ）を収納または取外す際、ヒータによって加熱炉内に温度傾斜をつけて所定温度に加熱する。このとき、加熱炉内の実測温度が加熱炉内に温度傾斜を持たせて設定された上限設定温度を超えた場合は温度インタロック制御を行っている。これによって、熱処理の工程中においてウェハに急激な温度変化が生じることがなくなるので、熱ストレスを防止してウェハの製品歩留りを一段と向上させることができる。なお、加熱炉内では所定のガスを流し、必要に応じて、加熱炉内の圧力を調整したり、ウェハを保持するボートを回転させたりすることにより、ウェハの拡散、アニール、或いはＣＶＤ処理を行う。

なお、以下の説明では、縦型装置に抵抗加熱ヒータを用いた加熱炉を例にして説明する。しかし、本発明における半導体装置の製造方法は、ロードロック型の縦型装置でも横型装置でも適用できるし、また、ヒータは抵抗加熱ヒータだけでなくランプ加熱ヒータでも適用できる。さらに、本発明における半導体装置の製造方法は、炉内の処理には何等限定されることなく、ＣＶＤ、酸化、拡散、アニールなど何れの処理でも適用できる。

本発明における半導体装置の製造方法では、ボート移載済み材料（ウェハ）の処理を行うとき、所望の基板加工を行う前後の工程において、加熱炉内の各ゾーンで異なる温度になるように温度傾斜をつけるとともに、上限設定温度を超えたら温度インタロックを行うことによってウェハの熱ストレスを減らしている。以下、そのような処理方法について詳細に説明する。

以下、本発明における半導体装置の製造方法を一連の工程を通して説明する。
まず、ボートへ材料（ウェハ）移載を行うウェハ移載工程について説明する。
このとき、加工したいウェハをボートヘ移載する。この技術は公知の技術で構わない。

次に、ボート３へ移載済み材料（ウェハ）４を加熱炉１内へ挿入（ボートロード）するボートロード工程について説明する。なお、このときの工程図は前述の図１に相当する。本実施の形態における半導体装置の製造方法では、このボートロード工程において温度インタロック機能を実現するために、以下に述べるような前提条件を設定する。

（１）ボートロードを許可する上限設定温度を、各ゾーン（Ｕ，ＣＵ，ＣＬ，Ｌ）で異なる値として定義する。なお、この属性は編集可能なものである。ボートロード時にはボート３を加熱炉１の下から挿入するため、炉内温度の急激な上昇を避けるためにＬゾーンから上のゾーンに行くに従って温度設定値を上げているところに特徴がある。例えば、Ｌゾーン：５４０℃、ＣＬゾーン：５６０℃、ＣＵゾーン：５８０℃、Ｕゾーン：６００℃、というように上のゾーンに行くに従って温度設定値を上げてゆく。

（２）ボートロード前には上限設定温度を温度調節器に指示する必要がある。このとき、指示温度イベントの定義には上限設定温度を超えた設定は許可しないこととする。
（３）ボートロードを許可するボートスピードの上限設定速度を炉内の熱容量の変化に対応できるように数段階で定義する。なお、この属性は編集可能なものである。例えば、第１段階：１００ｍｍ／ｍｉｎ、第２段階：２００ｍｍ／ｍｉｎ、第３段階：２００ｍｍ／ｍｉｎ、第４段階：１００ｍｍ／ｍｉｎ、というように最初と最後の段階でボートスピードを低下させる。これによって、ウェハへの熱ストレスをさらに緩和することができる。

（４）ボートロードのイベントの定義には上限設定速度を超えた設定は許可しない。なお、上限設定速度はウェハに熱ストレスを生じさせない上限値である。
（５）ボートロードイベント時に制御中の実測温度が上限設定温度を超えているならボートロードは行わず、アラームイベントを発行してアラームイベント発生時の振る舞いを行う。その振る舞いは、あらかじめアラームイベント発生時の振る舞い（例えば、ＷＡＩＴ、ＡＢＯＲＴ）として定義しておく。尚、上記の（１）〜（５）の前提条件は、レシピとして定義してもよいし、ＪＯＢ指定時に定義してもよいし、あるいは、半導体製造装置のパラメータとして定義してもよい。

次に、ボート３へ移載された材料（ウェハ）４を加熱炉１内へ挿入するときのボートロードの振る舞いについて、図１を参照しながら個別に説明する。
（１）ボート３へ移載済みの材料（ウェハ）４を加熱炉１内へ挿入する際の加熱炉１内の温度を、各ゾーン（Ｕ，ＣＵ，ＣＬ，Ｌ）で異なる温度になるように温度傾斜をつけて制御する。例えば、Ｌゾーン：４４０℃、ＣＬゾーン：４６０℃、ＣＵゾーン：４８０℃、Ｕゾーン：５００℃というように、上のゾーンへ行くに従って温度が高くなるように温度制御を行う。つまり、ボートロード時においては、ボート３が加熱炉１内の下から挿入されるので、挿入位置の温度をより低くすることによって材料（ウェハ）３の熱ストレスを減らす効果を期待している。

（２）ボートロードイベント時において、制御中の実測温度が上限設定温度を超えているならばボートロードを行わないでアラームイベントを発行する。例えば、設定温度として、Ｌゾーン：４４０℃、ＣＬゾーン：４６０℃、ＣＵゾーン：４８０℃、Ｕゾーン：５００℃であり、実測温度として、Ｌゾーン：４４０℃、ＣＬゾーン：４６０℃、ＣＵゾーン：４８０℃、Ｕゾーン：６０１℃となっているときは、Ｕゾーンに何らかの外乱が発生し、前提条件で示したようにＵゾーンが６００℃を超えているので、ボートロードを中止して直ちにアラームイベントを行う。

（３）ボートロードイベント時において、制御中の実測温度が上限設定温度を超えていないならば、ボートスピードを上記の段階設定にしたがって制御しながらボート３を加熱炉１内に挿入する。このとき、一例としてボート３のボート移動長（ストローク長）が６５０ｍｍであれば、ボートスピードを、第１段階の１０分間は１０ｍｍ／ｍｉｎ、第２段階の１０分間は２０ｍｍ／ｍｉｎ、第３段階の１０分間は２５ｍｍ／ｍｉｎ、第４段階の１０分間は１０ｍｍ／ｍｉｎとし、合計４０分間で６５０ｍｍの移動長を移動するようにする。

つまり、ボート移動長を予め定義し、単位分当りのボート３の移動量と制御時間を定義する。そして、合計時間をユーザに示してユーザの利便性の向上を図る。ここで合計時間が長ければ、それだけウェハに自然酸化膜を余分に付けてしまうことが考えられる。また、ボート移動長に満たない定義がなされた場合は、最終入力段階（第２段階までしか定義していない場合は、第２段階が該当）で定義された単位分あたりの移動量でもって、ボートローディングを継続する。ボート移動長を超える定義がなされた場合は、ボートローディング完了のセンサ報告をもって終了とし、それ以降の定義は無視される。

（４）ボート３の挿入完了後は、加熱炉１内に収納されたボート移載済み材料（ウェハ）４についてレシピを用いて加工する。このときの工程図は、前述の図２におけるウェハ加工工程図に相当する。図２に示すように、加熱炉１内に収納されたボート３へ移載済みの材料（ウェハ）４は、レシピを用いて加工処理が施される。このとき、Ｕ，ＣＵ，ＣＬ，Ｌの温度制御ゾーン２は均一に温度制御され、加熱炉１内は一定温度に保持されている。

次に、ボート３へ移載された材料（ウェハ）４を加熱炉１内から取り出すボートアンロード工程について説明する。なお、このときの工程図は前述の図３に相当する。本発明における半導体装置の製造方法では、このボートアンロード工程において温度インタロック機能を実現するために、以下に述べるような前提条件を設定する。

（１）ボートアンロードを許可する上限設定温度を各ゾーンで異なる値として定義する。尚、この属性は編集可能なものである。
（２）ボートアンロードのイベント前には上限設定温度を温度調節器に指示する必要がある。その指示温度イベントの定義には、上限設定温度を超えた設定は許可しない。
（３）ボートアンロードを許可するボートスピードの上限設定速度を炉内の熱容量の変化に対応するように数段階に亘って定義する。尚、この属性は編集可能なものである。
（４）ボートアンロードのイベントの定義には上限設定速度を超えた設定は許可しない。
（５）ボートアンロードイベント時に制御中の実測温度が上限設定温度を超えているなら、ボートアンロードを行わずにアラームイベントを発行し、アラームイベント発生時の振る舞いを行う。その振る舞いは、あらかじめアラームイベント発生時の振る舞い（例えば、ＷＡＩＴ、ＡＢＯＲＴ）として定義しておく。

次に、ボート３を加熱炉１から取り出すときのボートアンロード時の振る舞いについて図３を参照しながら個別に説明する。
（１）ボート移載済み材料（ウェハ）４を加熱炉１から外に取り出す際の加熱炉１内の温度を、各ゾーン（Ｕ，ＣＵ，ＣＬ，Ｌ）ごとに異なる温度にして温度傾斜をつけて制御する。
（２）ボートアンロードイベント時に制御中の実測温度が上限設定温度を超えているならば、ボートアンロードは行わないでアラームイベントを発行する。
（３）ボートアンロードイベント時に制御中の実測温度が上限設定温度を超えていないならば、ボートスピードの段階設定値にしたがってスピードを制御しながらボート３を加熱炉１外に取り出す。このとき、ボートロード時と同様にボート移動長を予め定義し、単位分あたりのボート３の移動量と制御時間を定義する。そして合計時間をユーザに示して利便性の向上を図る。
（４）ボート３の取り出し完了後に、加熱炉１内の温度を、次のボートロードに備えて、各ゾーンで異なる温度に設定して温度傾斜をつける。尚、上記の（１）〜（４）の振る舞いは、レシピとして定義してもよいし、ＪＯＢ指定時に定義してもよいし、あるいは、半導体製造装置のパラメータとして定義してもよい。

次に、材料冷却（クーリング）時の工程について説明する。
まず、クーリング時において温度インタロック機能を実現するために以下に述べるような前提条件を設定する。
（１）カセットヘ収納可能な温度になるまでの温度を制御するための温度センサを複数ゾーン備える。あるいは、単一の温度センサにて、各ゾーンを計測可能な温度センサ付きツィーザを常備する。本実施の形態においては、ヒータの各ゾーン（Ｕ，ＣＵ，ＣＬ，Ｌ）に対応する材料を４つのゾーンに分割しているが、ゾーンの数は特に限定されず、適宜定めることができる。
（２）カセットへの収納を許可する上限設定温度（例えば、５０℃）を定義する。尚、この属性は編集可能なものである。

（３）ボートアンロード時の温度と、ボートアンロード時のボートスピードから経験的に推し量ることのできる（言いかえると、事前に計測済みの）標準クーリング時間を複数のゾーンで定義する。尚、複数のゾーンで標準クーリング時間を定義するのは、冷却済み材料のカセットへの回収順序を定め、回収効率を高めるためである。すなわち、温度以外の要素による材料（ウェハ）の回収順序の制約がなければ、より早く回収可能な（冷却済みの）材料（ウェハ）は、一番最初に加熱炉１内から取り出された（つまり、加熱炉１内の下部にあった）材料（ウェハ）であることは明らかであり、そのような順によって材料を回収することが冷却終了順に回収することとなって回収効率を高めることができるからである。
尚、クーリング時間を複数のゾーンで設定することにより、温度センサの故障時においても冷却済みであることを推定することができる。また、半導体製造装置の制約上から温度センサを有すことのできない半導体製造装置において有効に冷却済みであることを有効に推定することができる。

（４）標準クーリング時間と上限設定温度（例えば、５０℃）以下になると予想される時間との時間差の許容範囲を定義する。例えば、標準クーリング時間が４０分のとき、上限設定温度（例えば、５０℃）以下になるであろうプラス時間差を、本実施の形態の場合例えば＋５分と設定し、上限設定温度（例えば、５０℃）以下になるであろうマイナス時間差を、本実施の形態の場合例えば−１０分と設定する。つまり、材料（ウェハ）４は、ボート３にフルに搭載される場合もあれば、歯抜けで搭載される場合もあるので、全ての材料（ウェハ）４の温度が下がりきるまでのマージンを定義するものである。

図５は、アンロード温度５００℃のときの標準クーリング時間とそのマージンを示す図である。また、図６は、アンロード温度６００℃のときの標準クーリング時間とそのマージンを示す図である。図５に示すように、アンロード温度５００℃のときの、Ｕゾーンの標準クーリング時間は５０分、マージンはプラス５分、マイナス１０分であり、Ｌゾーンの標準クーリング時間は３５分、マージンはプラス５分、マイナス１０分である。アンロード温度６００℃のときの標準クーリング時間とそのマージンは図６に示す通りである。尚、ボートロード時に各ゾーンに収容される場合のボートの移動長は、Ｌゾーンで１００ｍｍ、ＣＬゾーンで２００ｍｍ、ＣＵゾーンで３００ｍｍ、Ｕゾーンで６００ｍｍである。また、アンロード温度５００℃及びアンロード温度６００℃は、それぞれ、ＵゾーンからＬゾーンまでの設定温度の最高設定温度を示している。

次に、加熱炉１から取り出されたボート３の材料（ウェハ）４をカセットヘ収納可能な温度になるまで温度の監視を行う工程について図７を参照して説明する。
図７は、本実施の形態における半導体装置の製造方法で適用されるボートアンロード時の温度制御を示す工程図である。

（１）非接触温度センサ５により計測された実測温度がカセットヘの収納を許可する上限設定温度（例えば、５０℃）以下になったかどうかを監視する。このとき、カセットヘ収納可能な温度になるまで監視を行う。また、非接触温度センサ５は、ツイーザ先端部を材料（ウェハ）に近づけて温度計測を行う。
（２）カセットヘの収納を許可する上限設定温度（例えは、５０℃）以下になっていれば、図５又は図６のテーブルを参照して、標準クーリング時間＋プラス時間差と、標準クーリング時間＋マイナス時間差との範囲にあるかどうかをチェックする。チェック結果がＮＧであれば、ＷＡＩＴする（動作待ちを行う）。
（３）カセットヘの収納を許可する上限設定温度（例えば、５０℃）以下になっていなくて且つ、標準クーリング時間＋プラス時間差を経過したならば、センサ異常と判断して材料（ウェハ）の回収を行う。

尚、半導体製造装置の制約上から非接触温度センサ５を有すことのできない半導体製造装置においては、カセットへの材料回収の順序の制約をチェックし、標準クーリング時間を経過した部分から材料（ウェハ）を回収する。

次に、カセットへの材料収納の工程について説明する。
クーリング済み材料をカセットヘ収納する。なお、この収納は、公知の方法で構わない。本発明による半導体装置の製造方法では、以上のような工程によってウェハに急激な温度変化が生じることがなくなるので、熱ストレスを防止してウェハの製品歩留りを一段と向上させることができる。

次に、図面を参照しながら、本発明による半導体装置の製造方法に適用される基板処理装置の一例である半導体製造装置について概略説明する。図８は本発明に適用される半導体製造装置の正面透視図であり、図９は本発明に適用される半導体製造装置の側面透視図である。したがって、以下、図８及び図９を用いて本発明の半導体製造装置を説明する。

筐体１０１内部の前面側には、図示しない外部搬送装置との間で基板収納容器としてのカセット１００の授受を行う保持具授受部材としてのカセットステージ１０５が設けられている。また、カセットステージ１０５の後側には昇降手段としてのカセットエレベータ１１５が設けられ、カセットエレベータ１１５には搬送手段としてのカセット移載機１１４が取りつけられている。さらに、カセットエレベータ１１５の後側には、カセット１００の載置手段としてのカセット棚１０９が設けられると共にカセットステージ１０５の上方にも予備カセット棚１１０が設けられている。また、予備カセット棚１１０の上方にはクリーンユニット１１８が設けられ、クリーンエアを筐体１０１の内部を流通させるように構成されている。

筐体１０１の後部上方には処理炉２０２が設けられ、処理炉２０２の下方には基板としてのウェハ２００を水平姿勢で多段に保持する基板保持手段としてのボート２１７を処理炉２０２に昇降させる昇降手段としてのボートエレベータ１２１が設けられている。また、ボートエレベータ１２１に取りつけられた昇降部材１２２の先端部には、蓋体としてのシールキャップ２１９が取りつけられボート２１７を垂直に支持している。

ボートエレベータ１２１とカセット棚１０９との間には昇降手段としての移載エレベータ１１３が設けられ、移載エレベータ１１３には搬送手段としてのウェハ移載機１１２が取りつけられている。また、ボートエレベータ１２１の横には、開閉機構を持ち処理炉２０２の下面を塞ぐ遮蔽部材としての炉口シャッタ１１６が設けられている。

ウェハ２００が装填されたカセット１００は、図示しない外部搬送装置からカセットステージ１０５にウェハ２００が上向き姿勢で搬入され、ウェハ２００が水平姿勢となるようカセットステージ１０５で９０°回転させられる。さらに、カセット１００は、カセットエレベータ１１５の昇降動作、横行動作及びカセット移載機１１４の進退動作、回転動作の協働によりカセットステージ１０５からカセット棚１０９または予備カセット棚１１０に搬送される。

カセット棚１０９にはウェハ移載機１１２の搬送対象となるカセット１００が収納される移載棚１２３があり、ウェハ２００が移載に供されるカセット１００はカセットエレベータ１１５、カセット移載機１１４により移載棚１２３に移載される。カセット１００が移載棚１２３に移載されると、ウェハ移載機１１２の進退動作、回転動作及び移載エレベータ１１３の昇降動作の協働により移載棚１２３から降下状態のボート２１７にウェハ２００を移載する。

ボート２１７に所定枚数のウェハ２００が移載されるとボートエレベータ１２１によりボート２１７が処理炉２０２に挿入され、シールキャップ２１９により処理炉２０２が機密に閉塞される。気密に閉塞された処理炉２０２内ではウェハ２００が加熱されると共に処理ガスが処理炉２０２内に供給され、ウェハ２００に処理が施される。

このようにしてウェハ２００への処理が完了すると、ウェハ２００は上記した動作の逆の手順により、ボート２１７から移載棚１２３のカセット１００に移載され、カセット１００はカセット移載機１１４により移載棚１２３からカセットステージ１０５に移載され、図示しない外部搬送装置により筐体１０１の外部に搬出される。尚、炉口シャッタ１１６は、ボート２１７が降下状態の際に処理炉２０２の下面を塞ぎ、外気が処理炉２０２内に巻き込まれるのを防止している。また、カセット移載機１１４などの搬送動作は、搬送制御手段１２４により制御される。

上述したように、本発明の実施の形態によれば、以下のような効果を奏する。
ボートロードイベント時において、各ゾーン毎に温度インタロック機能を設け、制御中の実測温度が上限設定温度を超えているならば、ボートロードを行わないでアラームイベントを発行するようにする。アラームイベントは予め定義しておく。よって、各ゾーン毎に上限設定温度をチェックし、仮に、あるゾーンが設定温度を超えると、ボートロードを行わないように制御することができ、さらにウェハの熱ストレスを減らすことができる。

また、設定温度以上の高温時にボートロードを行わないように制御するため、半導体製造装置の内部の部品に損傷を与えることをも防止することができる。さらに、装置内部の部品損傷により発生するパーティクルを防止することもできる。

また、制御中の実測温度が上限設定温度を超えていないならば、段階的な設定速度にしたがってボートを加熱炉に挿入する。これによって、ウェハの熱ストレスを減らす制御を行うことが可能となる。

また、ボート移動長を予め定義し、単位分あたりの移動量と制御時間とを定義する。これによって、ボートの移動に要した合計時間をユーザに提示することができるので、ユーザの利便性を向上させることができる。例えば、ボートの移動に要した合計時間が長ければ、それだけウェハに自然酸化膜を付けてしまうことが考えられるので、一つの指標となる。

また、ボートの挿入完了後において、加熱炉内に収納されたボート移載済み材料はレシピを用いて加工される。このとき前述した温度傾斜やボード速度等の条件は、レシピとして定義してもよいし、ＪＯＢ指定時に定義してもよいし、あるいは、半導体製造装置のパラメータとして定義してもよいので、フレキシブルに設定可能である。

さらに、ボート移載済み材料を加熱炉内から取り出すボートアンロード時においても、取り出し完了後に加熱炉内の温度を次のボートロードに備えて各ゾーンで異なる温度となるように温度傾斜をつけて制御すれば、上記のボートロード時と同様の効果を呈することができる。

また、材料冷却（クーリング）時においては、非接触温度センサによって計測されたウェハの実測温度が、カセットへの収納を許可する上限設定温度（例えば、５０℃）以下になったかどうかを監視しているので、クーリング完了待ち時間の短縮化を図ることができる。さらに、カセットへの収納を許可する上限設定温度（例えば、５０℃）以下になっていれば、標準クーリング時間＋プラス時間差と、標準クーリング時間＋マイナス時間差の範囲内にあるか否かをチェックし、チェック結果がＮＧであればＷＡＩＴにしている。このような二重チェック機能によって、より最適なクーリング時間が得られ、フォルダへの収納を安全に行うことができる。

また、カセットへの収納を許可する上限設定温度（例えば、５０℃）以下になっていなくても、かつ標準クーリング時間＋プラス時間差を経過したならば温度センサ異常と判断して材料（ウェハ）の回収を行う。さらに、半導体製造装置の制約上から温度センサを有することのできない場合は、カセットへの材料回収の順序の制約をチェックし、標準クーリング時間を経過したらウェハ材料の回収を行う。これによってクーリング完了待ち時間の短縮化を図ることが可能となる。

本発明の実施の形態においては、以上のような温度インタロックの制御機能を実装することにより、ウェハの自然酸化膜を抑えたりパーティクル汚染を抑えたりするといったウェハ材料への配慮を行いながら、一回のバッチ処理時間を短くすることができる。言い換えると、半導体製造装置やウェハ材料に配慮することと、一回のバッチ処理時間を短くすることとのトレイドオフの関係を解消して、半導体基板に所望の処理を施すことができる。したがって、半導体製造工程における余裕マージンを少なくしても問題を起こさないように、よりきめ細かにユースケース別の制御を実行して、信頼性の高い半導体装置の製造方法を提供することができる。

加熱炉へボートを挿入するボートロードの工程図である。 加熱炉内に収納された材料（ウェハ）の加工工程図である。 加熱炉からボートを取り出すボートアンロードの工程図である。 処理済みウェハの冷却工程を示すクーリング工程図である。 アンロード温度５００℃のときの標準クーリング時間とそのマージンを示す図である。 アンロード温度６００℃のときの標準クーリング時間とそのマージンを示す図である。 本発明における半導体装置の製造方法で適用されるクーリング時の温度監視を示す工程図である。 本発明に適用される半導体製造装置の正面透視図である。 本発明に適用される半導体製造装置の側面透視図である。

符号の説明

１ 加熱炉、２ 温度制御ゾーン、３ ボート、４ 材料（ウェハ）、５ 非接触温度センサ、１００ カセット、１０１ 筐体、１０５ カセットステージ、１０９ カセット棚、１１０ 予備カセット棚、１１２ ウェハ移載機、１１３ 移載エレベータ、１１４ カセット移載機、１１５ カセットエレベータ、１１６ 炉口シャッタ、１１８ クリーンユニット、１２１ ボートエレベータ、１２２ 昇降部材、１２３ 移載棚、１２４ 搬送制御手段、２００ ウェハ、２０２ 処理炉、２１７ ボート、２１９ シールキャップ。

Claims (1)

1. 複数のゾーンに分割された複数のヒータによって加熱される処理炉へ、複数枚の半導体基板を載置したボートを挿入する挿入工程と、
   前記挿入工程に続いて、前記処理炉において前記半導体基板に所定の処理を施す処理工程と、
   前記処理工程に続いて、前記処理炉より前記ボートを引き出す引出工程と、
   前記引出工程に続いて、前記半導体基板を冷却する冷却工程とを含み、
   前記挿入工程と前記引出工程との少なくとも１つの工程において、前記複数のヒータの加熱によって前記複数のゾーンに温度傾斜が生じるように温度設定したことを特徴とする半導体装置の製造方法。

Images