JP2007242850A - 半導体製造装置及び半導体製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体ウエハを熱処理するチャンバと、半導体ウエハを加熱するための熱源と、半導体ウエハを搭載する支持ピンと、支持ピン上部に設けられ上下方向に移動自在なカバーとを備えたことにより、連続する熱処理される半導体ウエハ間で処理温度が異なる場合でも、簡易な構造にて短時間で装置のスループットを低下させる事なく熱処理をすることができる半導体製造装置及び半導体製造方法の提供を実現することができる。
【選択図】図1
Description
また、熱源自体の温度を変更せずに、熱源から半導体ウエハまでの位置関係を変化させる事により処理温度を変化させる方法も考案されている。
図7は、従来例を表した基本構成図である。
まず従来例の1つ目として、特許文献1(熱処理装置)に開示されている様に、半導体ウエハの熱処理装置における熱源であるヒータ近辺に、強制的にヒータの温度を冷却する機構を付加して温度変化を急速に行っている(図7参照)。
次に2つ目の従来例として、特許文献2(熱処理装置)に開示されている様に、熱源であるヒータの温度を変更せずに、ヒータから半導体ウエハまでの位置関係を変化させ処理温度を変更させている(図8参照)。この従来例は、枚葉式熱処理装置に適応した例であり、図8の基本構成図は、枚葉式熱処理部を横から見た図である。
この従来技術によれば、目標温度が異なる複数のウエハを連続処理する場合においては、搭載台401及び上蓋402のヒータ温度を変更する必要がなく、半導体ウエハを熱処理する高さ位置の変更のみであるために、高速に処理温度変更する事ができる。
特許文献1の技術では、導入口307より噴出する不揮発性ガスによりヒータ305とその付近の温度を降温させるが、ヒータ305や均熱管302やプロセスチューブ301が熱容量を持つため、降温にある程度の時間が必要となる。また、昇温においてはヒータ305の温度自体を上昇させなければならず、温度の変更に時間を要し、結果的に熱処理装置としてのスループットが低下してしまう。また、温度制御においても、流量により温度制御が変化してしまうため、複雑な制御が必要となる。
その理由は、半導体ウエハの上下にヒータなどの熱源を設置する必要があるためである。
その理由は、熱源からの距離が離れるに従って熱源間の温度分布が一様でなくなるためである。
他の特許文献3〜10も同様である。
また、半導体製造プロセスにおいては、プロセスの多様化が進み、様々なプロセス条件の半導体ウエハが処理されている。熱処理装置においても、数種類の温度により半導体ウエハの熱処理が行われている。
半導体ウエハの熱処理装置は、熱源である各種ヒータを目的の温度に安定制御した状態で、ウエハ面に均一に熱が伝わる様にする均熱板挟み熱処理を行うのが一般的である。そのため、装置のスループットを低下させずに異なる処理温度による熱処理を行う場合には、ヒータ自体の制御温度を急速に変更したり、またはヒータ自体の温度を変更したりせずに、半導体ウエハへの熱の伝達量を変更して間接的に処理温度を変更する必要がある。
本発明に係る半導体製造装置としての半導体ウエハの熱処理装置の特徴を図1の基本概念図を用いて説明する。
図1は、本発明に係る半導体製造方法を適用した半導体製造装置の一実施形態としての半導体ウエハの熱処理装置の概念図を示す側面図であり、各要素を配置した時に側面から見た図である。
また、チャンバ1は外部からの熱伝達のエネルギーを遮断できる構造であり、熱源2は被加熱体3を均一に加熱できる構造を有し、被加熱体3は均一に加熱される様に熱源2から近傍の位置にあり、カバー4は熱源2の熱エネルギーが上部へ放射されるのを防ぎ、熱源2との間に温度勾配を形成できる構造を有している。
熱源2とカバー4との間に形成される温度勾配を、カバー4の高さ位置を例えば、送りねじ、ボールスクリュー、及びモータからなる図示しない送り機構で変えることにより熱源2とカバー4との間の熱伝導空間の容積、およびカバー4からの輻射熱の反射による被加熱体3の加熱温度を変化させることにより制御する。また、被加熱体3の加熱処理温度を変更できる機構(例えば、マイクロプロセッサ)を備えている。
図2は、本発明に係る半導体製造方法を適用した半導体製造装置の一実施の形態の基本構成を表す概略図である。図2において、101は、熱処理を行うプロセスチャンバである。プロセスチャンバ101にはプロセスガスを下部から導入する導入口102と、プロセスチャンバ101からプロセスガスを上部から排気する排気口103と、被加熱体である半導体ウエハ120を出し入れする搬入出口104とが設置されている。
なお、ヒータ110は、半導体ウエハ120のウエハ面内の温度分布が均一になるように、熱エネルギーが逃げ易い外周部をより高い温度で加熱できる様に構成されている。
図3は、本発明に係る半導体製造方法を適用した半導体製造装置の一実施の形態におけるヒータとカバーとの間の温度勾配を、カバーの高さをパラメータとした特性曲線図であり、横軸がヒータ110からプロセスチャンバ101の上部方向への高さを示し、縦軸が高さ位置に対する温度を示している。L1〜Lnはカバー122の位置をパラメータとした場合であり、L1が半導体ウエハ120に極近い高さ位置の場合で、Lnが半導体ウエハ120から最も離れた時の温度分布である。
本発明に係る半導体ウエハの熱処理装置の動作に関して、カバー122の高さ位置と半導体ウエハ120の温度の関係とヒータ110の温度値の設定方法とに関して図4を用いて説明する。図4は、本発明に係る半導体製造方法を適用した半導体製造装置の一実施の形態における温度変更が可能な範囲を表した特性曲線である。
そのため、事前に温度データとして図4に示す様なヒータ110からカバー122までの高さをパラメータとした温度分布のプロファイルを作成しておくのが望ましい。
まず、図2に示す半導体ウエハ120をウエハ表面の均熱性が保たれる高さ位置L0(図4参照)に設置し、同時にカバー122の位置を半導体ウエハの極近傍である位置L1に設置する。
次に、カバー122の位置がL1の状態で半導体ウエハ120が要求される処理温度範囲の上限温度T1(図4参照)になるようにヒータ110の加熱温度を設定する。
続いて、カバー122の位置をL2(図4参照)へ移動して位置L0にある半導体ウエハ120の温度T2をプロファイルする。同様な手順にてカバー122の高さ位置をLnまでの任意の位置のおける半導体ウエハ120の温度をプロファイルし、演算器130のメモリに記録する。
図5に示す様にまず熱処理装置の初期状態を設定する。
初期状態ルーチンには、プロセスガス設定とヒータ110(図2参照)の温度設定とがある。プロセスガス設定は、プロセスチャンバ101の下部の導入口102から一定量のプロセスガスを導入し、プロセスチャンバ上部の排気口103から排出する。この時、可能な限りプロセスチャンバ101内のプロセスガスの流れは一様になることが望ましい(ステップS51)。
まず演算器130により処理を行う1枚目の半導体ウエハの処理温度データをレシピ指示器131から取得する(ステップS53)。
次に、取得した処理温度データから演算器130のメモリ内の温度プロファイルを参照してカバー122の高さ位置を算出する。
次に算出したカバー122の高さ位置情報を高さ位置調節器123へ送信し、カバー122の高さを設定する(ステップS54)。
次に搬入出口104を開き、外部から任意の搬送機により支持ピン121上に半導体ウエハ120を置き(ステップS55)、熱処理を開始する(ステップS56)。
熱処理時間が経過後、再び搬入出口14を開き任意の搬送機により処理後の半導体ウエハ120を搬出し(ステップS57)、搬入出口14を閉じる。
上記の処理シーケンスによると、処理される半導体ウエハの加熱温度は、カバー122の高さ位置のみに依存しており、処理温度が変更となった場合でもカバー122の高さ位置のみ変更すれば良いので、温度変更に要する時間を極短くする事が可能となり、装置のスループットを低下させる事がない。また、1つのヒータの熱放射をカバーで制御する構造の為、従来例の様に2つのヒータが不要となり構造が簡素化できる。
上記実施の形態において、プロセスチャンバ101上部の排気口103を複数設ける様な構造にすることができる。そのための構造を第2の実施形態として図6に示す。
図6は、本発明に係る半導体製造方法を適用した半導体製造装置としての半導体ウエハの熱処理装置の他の実施形態を示す基本構成図であり、図2に示した実施の形態との相違点であるプロセスチャンバの変更点を表した図である。
第1の効果は、 熱源自体の温度変更を行わないため、温度変更による待ち時間が不要であり、熱処理装置のスループットを低下させることのない半導体ウエハの熱処理装置を提供する事ができる点である。
その理由は、半導体ウエハの上面に設置したカバーの高さ制御によりウエハの処理温度を変更するためである。
その理由は、熱源からの温度勾配自体をカバーの位置制御により変更できるためである。
2 熱源
3 被加熱体
4 カバー
Claims (7)
- 半導体ウエハを熱処理するチャンバと、該半導体ウエハを加熱するための熱源と、該半導体ウエハを搭載する支持ピンと、該支持ピン上部に設けられ上下方向に移動自在なカバーとを備えたことを特徴とする半導体製造装置。
- 前記熱源と前記カバーとの間に温度勾配を形成し、前記カバーの位置により前記熱源と前記カバーとの間の温度勾配を変化させる機構を有することを特徴とする請求項1記載の半導体製造装置。
- 前記熱源と前記カバーとの間の温度勾配の変化において、前記半導体ウエハを支持する高さ位置、前記熱源温度、及び前記カバーの位置との関係を予めプロファイルするメモリと、前記半導体ウエハの加熱温度により前記カバーの高さを制御して、前記半導体ウエハの加熱温度を半導体ウエハ毎に変更する制御手段とを備えたことを特徴とする請求項1または2記載の半導体製造装置。
- 前記チャンバ上部に複数の排気口を設けたことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の半導体製造装置。
- チャンバ内で半導体ウエハを支持ピンで支持しつつ熱源で加熱し、前記半導体ウエハ上部でカバーを上下方向に移動することにより温度を加熱温度を変化させることを特徴とする半導体製造方法。
- 前記熱源と前記カバーとの間に温度勾配を形成し、前記カバーの位置により前記熱源と前記カバー間の温度勾配を変化させることを特徴とする請求項5記載の半導体製造方法。
- 前記熱源と前記カバーとの間の温度勾配の変化において、前記半導体ウエハを支持する高さ位置、前記熱源温度、及び前記カバーの位置との関係を予めプロファイルし、前記半導体ウエハの加熱温度により前記カバーの高さを制御して、前記半導体ウエハの加熱温度を半導体ウエハ毎に変更することを特徴とする請求項5または6記載の半導体製造方法。
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