JP2007134450A

JP2007134450A - 半導体製造方法及び半導体製造装置

Info

Publication number: JP2007134450A
Application number: JP2005324978A
Authority: JP
Inventors: Shuji Katsui; 修二勝井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-11-09
Filing date: 2005-11-09
Publication date: 2007-05-31

Abstract

【課題】熱処理装置におけるキズ・ダストの発生を抑え、歩留りを向上させることが可能な半導体製造方法及び半導体製造装置を提供する。
【解決手段】ウェーハを熱処理装置に搬入する工程と、前記ウェーハを、前記熱処理装置内に、非接触で保持しながら昇温する工程と、前記ウェーハを熱処理する工程と、前記ウェーハを、前記熱処理装置内で、非接触で保持しながら降温する工程を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば半導体ウェーハの成膜、酸化・拡散処理などの熱処理工程を改善した半導体製造方法及び半導体製造装置に関する。

従来より、半導体装置の製造工程において、搬送時におけるキズやダストの発生が問題となっている。例えば、ウェーハの搬入・搬出時に裏面が擦れることにより、ウェーハの裏面にキズが発生し、後工程の熱処理によりウェーハにスリップを生じさせるとともに、ウェーハ割れなどの要因となっていた。このような問題について、種々の対策が提案されている（例えば特許文献１参照）が、近年の半導体素子の微細化に伴い、これまで問題とならなかった小さなキズやダストによる影響が顕在化し、さらなる対策が必要となってきた。

例えば、縦型バッチタイプの熱ＣＶＤ装置又は酸化・拡散装置において、半導体ウェーハの熱処理を行なう際、ボートのウェーハ支持材にウェーハを保持し、これを炉内に搬入し、昇温する。そして、所定温度（例えば８００℃）に保持した後、降温し、ボートを搬出する。このとき、ウェーハとウェーハ支持材との熱膨張率の差により、ウェーハ裏面とウェーハ支持材の接触面がわずかに擦れることから、キズが発生してしまう。さらに、このようなキズにより発生したダストが、下段のウェーハ上に落下することにより、電気的特性不良などの要因となる。
特開平１０−２７３３９１号公報

本発明は、熱処理装置におけるキズ・ダストの発生を抑え、歩留りを向上させることが可能な半導体製造方法及び半導体製造装置を提供することを目的とするものである。

本発明の一態様によれば、ウェーハを熱処理装置に搬入する工程と、前記ウェーハを、前記熱処理装置内に、非接触で保持しながら昇温する工程と、前記ウェーハを熱処理する工程と、前記ウェーハを、前記熱処理装置内で、非接触で保持しながら降温する工程を備えることを特徴とする半導体製造方法が提供される。

また、本発明の一態様によれば、ウェーハが搬入されるチャンバーと、前記チャンバー内でウェーハを加熱する加熱手段と、前記ウェーハを前記チャンバー内の所定位置で支持する支持手段と、前記ウェーハを前記支持手段に対して非接触となるように浮上させるウェーハ浮上手段を備えることを特徴とする半導体製造装置が提供される。

本発明の一実施態様によれば、熱処理装置におけるキズ・ダストの発生を抑え、歩留りを向上させることが可能となる。

以下本発明の実施形態について、図を参照して説明する。

（実施形態１）
図１に、本実施形態の縦型バッチ式熱ＣＶＤ装置を示す。図に示すように、加熱・温度制御手段（図示せず）を備えた炉１内に、例えば石英からなるボート２が設置されている。ボート２には、ウェーハ支持手段であるウェーハ支持ツメ２ａが、図２に示すように、水平方向に例えば３箇所、垂直方向に複数段（例えば２５段）設けられており、複数（例えば２５枚）のウェーハ（例えばＳｉウェーハ）３を保持可能となっている。

ウェーハ支持ツメ２ａ近傍には、図３に示すように、夫々例えば石英からなるガス導入チューブ４が設置されており、上方に設けられた１箇所以上（例えば３箇所）の開口部４ａから、ウェーハ３の裏面側にウェーハ浮上ガス５を供給可能となっている。このガス導入チューブ４は、供給されるウェーハ浮上ガス５を炉１内の温度若しくはウェーハ３の温度とほぼ同じ温度にするために、ウェーハ搬送系に影響が出ない範囲で、炉１内の下部でボート２の周りを複数回這わせ（ガス導入チューブ４ｂ）、ガス導入距離を長くしている。これは、ウェーハの冷却を抑えるためである。

このような縦型熱ＣＶＤ装置を用いて、ウェーハ上にＣＶＤ膜を形成する。先ず、例えば４００℃とした炉１内に、ウェーハ３をロードする。そして、ガス導入チューブ４の開口部４ａより、上方にウェーハ浮上ガス（例えばＮ_２ガス）５を供給し、ウェーハ３を浮上させ、ウェーハ３が浮上した状態で昇温を開始する。

そして、炉１内に設置された熱電対（Ｔ／Ｃ）（図示せず）による検出温度が、処理温度（例えば８００℃）に到達した時点で、ウェーハ浮上ガス５の供給を止め、ウェーハ３をウェーハ支持ツメ２ａ上に降下させ、熱処理を行なう。熱処理が完了した時点で、再度ウェーハ浮上ガス（例えばＮ_２）５を供給し、ウェーハ３を浮上させる。そして、ウェーハ３が浮上した状態で降温を開始する。炉１内温度がボートのアンロード温度（例えば４００℃）に到達した時点でウェーハ浮上ガス５の供給を止め、ウェーハ３をウェーハ支持ツメ２ａ上に降下させる。

このように、温度変動時にウェーハを熱膨張率が異なるウェーハ支持ツメより浮上させることにより、温度変動時に接触面が擦れてキズが発生することを抑えることが可能となる。

（実施形態２）
図４に、本実施形態の縦型バッチ式熱ＣＶＤ装置を示す。実施形態１と同様に、加熱・温度制御手段（図示せず）を備えた炉１１内に、例えば石英からなるボート１２が設置されている。ボート１２には、ウェーハ支持手段であるウェーハ支持ツメ１２ａが、水平方向に例えば５箇所、垂直方向に複数段（例えば２５段）設けられており、複数（例えば２５枚）のウェーハ（例えばＳｉウェーハ）１３を保持可能となっている。

ボート１２には、図５に示すように、その内部に下部よりウェーハ支持ツメ１２ａに至るまで通気穴が切り込み形成されており、ボート１２下部から導入されたウェーハ浮上ガス１５を、ウェーハ支持ツメ１２ａの開口部１２ｂからウェーハ１３裏面に、ボート１２の温度とほぼ同じ温度で供給可能となっている。

このような縦型熱ＣＶＤ装置を用いて、ウェーハ上にＣＶＤ膜を形成する。先ず、例えば４００℃とした炉１１内に、ウェーハ１３をロードする。そして、ウェーハ支持ツメ１２ａの開口部１２ｂより、上方にウェーハ浮上ガス（例えばＮ_２ガス）１５を供給し、ウェーハ１３を浮上させ、ウェーハ１３が浮上した状態で昇温を開始する。

そして、実施形態１と同様に、炉１１内に設置されたＴ／Ｃ（図示せず）による検出温度が、処理温度（例えば８００℃）に到達した時点で、ウェーハ浮上ガス１５の供給を止め、ウェーハ１３をウェーハ支持ツメ１２ａ上に降下させ、熱処理を行なう。熱処理が完了した時点で、再度ウェーハ浮上ガス（例えばＮ_２）１５を供給し、ウェーハ１３を浮上させる。そして、ウェーハ１３が浮上した状態で降温を開始する。炉１１内温度がボートのアンロード温度（例えば４００℃）に到達した時点でウェーハ浮上ガス１５の供給を止め、ウェーハ１３をウェーハ支持ツメ１２ａ上に降下させる。

このように、実施形態１と同様に、温度変動時にウェーハを熱膨張率が異なるウェーハ支持ツメより浮上させることにより、温度変動時に接触面が擦れてキズが発生することを抑えることが可能となる。

（実施形態３）
図６に、本実施形態の縦型バッチ式熱ＣＶＤ装置を示す。実施形態１と同様に、加熱・温度制御手段（図示せず）を備えた炉２１内に、ウェーハ支持手段であるリング状支持材料２６と、その周辺でこれを支える例えば石英又はＳｉＣからなる例えば５本の支柱２７が設置され、ウェーハ２３を保持可能となっている。

そして、図７に示すように、例えば石英からなるガス導入チューブ２４が各支柱２７に接するように設置されており、上方に設けられた開口部２４ａから、ウェーハ２３の裏面側にウェーハ浮上ガス２５を供給可能となっている。このガス導入チューブ２４は、実施形態１と同様に、供給されるウェーハ浮上ガス２５を炉２１内の温度若しくはウェーハ２３の温度とほぼ同じ温度にするために、ウェーハ搬送系に影響が出ない範囲で、炉２１内の下部周辺で這わせ、ガス導入距離を長くしている。これは、ウェーハの冷却を抑えるためである。

このような縦型熱ＣＶＤ装置を用いて、ウェーハ上にＣＶＤ膜を形成する。先ず、例えば４００℃とした炉２１内に、ウェーハ２３をロードする。そして、ガス導入チューブ２４より、上方にウェーハ浮上ガス（例えばＮ_２ガス）２５を供給し、ウェーハ２３を浮上させ、ウェーハ２３が浮上した状態で昇温を開始する。

そして、実施形態１、２と同様に、炉２１内に設置されたＴ／Ｃ（図示せず）による検出温度が、処理温度（例えば８００℃）に到達した時点で、ウェーハ浮上ガス２５の供給を止め、ウェーハ２３をリング状支持材料２６上に降下させ、熱処理を行なう。熱処理が完了した時点で、再度ウェーハ浮上ガス（例えばＮ_２）２５を供給し、ウェーハ２３を浮上させる。そして、ウェーハ２３が浮上した状態で降温を開始する。炉２１内温度がアンロード温度（例えば４００℃）に到達した時点でウェーハ浮上ガス２５の供給を止め、ウェーハ２３をリング状支持材料２６上に降下させる。

このように、温度変動時にウェーハを熱膨張率が異なるリング状支持材料より浮上させることにより、温度変動時に接触面が擦れてキズが発生することを抑えることが可能となる。

（実施形態４）
図８に、本実施形態のランプ加熱ヒータによる枚葉タイプの熱ＣＶＤ装置を示す。図に示すように、加熱・温度制御手段（図示せず）を備えたチャンバー（図示せず）内に、ウェーハ支持手段であるリング状支持材料３６が設置されており、ウェーハ３３を保持可能となっている。

リング状支持材料３６には、図８に示すように、そのリング内周部に隣接するように、例えば６箇所にガス導入ノズル３８が設置されており、ウェーハ３３の裏面側にウェーハ浮上ガス３５を供給可能となっている。供給されるウェーハ浮上ガス３５の温度は、チャンバー内若しくはウェーハ３３の温度とほぼ同じ温度となるように制御されている。

このようなランプ加熱ヒータによる枚葉タイプの熱ＣＶＤ装置を用いて、ウェーハ上にＣＶＤ膜を形成する。先ず、例えば４００℃としたチャンバー内に、ウェーハ３３をウェーハ搬送用アーム（図示せず）により搬送し、リング状支持材料３６上に載置する。そして、アームは原点位置に移動させる。次いで、ガス導入ノズル３８より、上方にウェーハ浮上ガス（例えばＮ_２ガス）３５を吹き付け、ウェーハ３３を浮上させ、ウェーハ３３が浮上した状態で、ランプ（図示せず）を所定のシーケンスにて照射することにより、ウェーハ３３及びウェーハ支持部材（リング状支持材料３６、支柱３７）を加熱し、昇温を開始する。

そして、実施形態１〜３と同様に、チャンバー内に設置されたＴ／Ｃ（図示せず）による検出温度が、処理温度（例えば８００℃）に到達した時点で、ウェーハ浮上ガス３５の供給を止め、ウェーハ３３をリング状支持材料３６上に降下させ、熱処理を行なう。熱処理が完了した時点で、再度ウェーハ浮上ガス（例えばＮ_２）３５を供給し、ウェーハ３３を浮上させる。そして、ウェーハ３３が浮上した状態で降温を開始する。チャンバー内温度若しくはウェーハ温度がウェーハのアンロード温度（例えば４００℃）に到達した時点でウェーハ浮上ガス３５の供給を止め、ウェーハ３３をリング状支持材料３６上に降下させ、ウェーハ搬送用アーム（図示せず）により、チャンバー内よりウェーハを搬出する。

尚、実施形態１、３、４において、ガス導入チューブ、ガス導入ノズルに石英を用いているが、その材質は特に限定されるものではなく、他にＳｉＣなどを用いることができる。

また、これら実施形態において、ウェーハを浮上させるガスとして、Ｎ_２ガスを用いているが、ＣＶＤ装置内をパージするガスと同じ純度のガスを用いることが好ましい。また、Ｎ_２ガスに限定されるものではなく、他の不活性ガスを、用いることが可能である。

そして、ウェーハをロードした後、ウェーハを浮上させているが、ロード時にも浮上させておくことにより、ロード時のキズの発生を抑えることができる。

また、昇温後処理温度に到達した時点で、或いは降温後アンロード温度に到達した時点で、ウェーハを降下させているが、ウェーハを降下させる時点で、ウェーハ及びウェーハ支持ツメ２ａの熱膨張／熱収縮がほぼ収束（飽和）していれば良く、昇温後、処理温度に到達する前、或いは降温後アンロード温度に到達する前、又は昇温後、処理温度に到達した後、或いは降温後アンロード温度に到達した後（例えばアンロードする際）にウェーハを降下させてもよい。

また、熱ＣＶＤ装置の場合は、熱処理時（成膜時）には、ウェーハをウェーハ支持ツメ上に浮上させることなく載置しておくことが好ましい。これは、不活性ガスによるウェーハ浮上により、ガス吹き付け部分に原料ガスが供給されないために成膜されず、成膜後の裏面剥離工程における不具合が危惧されるためである。

また、熱ＣＶＤ装置を用いているが、例えば４００℃程度以上の熱処理を施す熱処理装置に適用することが可能である。また、これに限定されるものではなく、他の酸化、拡散装置などの熱処理装置に適用することが可能である。その場合、例えばロード温度が５００℃、熱処理温度が１０００℃といった条件となる。また、成膜以外の熱処理装置であれば、熱処理時に浮上させていても良い。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。その他要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の一態様における縦型バッチ式熱ＣＶＤ装置を示す図。本発明の一態様における縦型バッチ式熱ＣＶＤ装置を示す図。本発明の一態様における縦型バッチ式熱ＣＶＤ装置を示す図。本発明の一態様における縦型バッチ式熱ＣＶＤ装置を示す図。本発明の一態様における縦型バッチ式熱ＣＶＤ装置を示す図。本発明の一態様における縦型バッチ式熱ＣＶＤ装置を示す図。本発明の一態様における縦型バッチ式熱ＣＶＤ装置を示す図。本発明の一態様における枚葉タイプの熱ＣＶＤ装置を示す図。

符号の説明

１、１１、２１炉
２、１２ボート
３、１３、２３、３３ウェーハ
４、２４ガス導入チューブ
５、１５、２５、３５ウェーハ浮上ガス
２６、３６リング状支持材料
２７支柱
３８ガス導入ノズル

Claims

ウェーハを熱処理装置に搬入する工程と、
前記ウェーハを、前記熱処理装置内に、非接触で保持しながら昇温する工程と、
前記ウェーハを熱処理する工程と、
前記ウェーハを、前記熱処理装置内で、非接触で保持しながら降温する工程を備えることを特徴とする半導体製造方法。
少なくとも前記ウェーハの熱膨張及び／又は熱収縮が収束するまでの間、前記ウェーハを非接触で保持することを特徴とする請求項１に記載の半導体製造方法。
前記ウェーハの裏面にガスを供給して浮上させ、前記ウェーハを非接触で保持することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体製造方法。
前記ガスの温度を、前記ウェーハの温度とほぼ同じ温度になるように制御することを特徴とする請求項３に記載の半導体製造方法。
ウェーハが搬入されるチャンバーと、
前記チャンバー内でウェーハを加熱する加熱手段と、
前記ウェーハを前記チャンバー内の所定位置で支持する支持手段と、
前記ウェーハを前記支持手段に対して非接触となるように浮上させるウェーハ浮上手段を備えることを特徴とする半導体製造装置。