JP2009170827A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板と基板支持具の擦れによるダスト発生を抑えることができる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 基板５４を載置した基板支持具３０を反応炉４０内に挿入後、反応炉４０内を真空排気する前に、基板温度および基板支持具３０の温度を安定させるステップを導入することにより、反応炉４０内の真空排気時における基板５４と基板支持具３０の擦れによるダスト発生を抑制する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体製造工程に用いる半導体製造装置の基板処理室内を真空排気して熱処理を行う半導体装置の製造方法に関するものである。

例えば、縦型半導体製造装置による半導体装置の製造方法では、基板支持具（ボート）に乗せた複数枚の基板をある温度に加熱された処理室内に挿入する。この場合基板は、処理室内の温度と同温度になるように加熱され昇温される。従来の半導体装置の製造方法では、この基板の加熱と同時に処理室内を真空排気している。

この処理方法のシーケンス例を図４に示す。まず、ボートロードを行い（Ｓ１）、真空排気を行う（Ｓ２）。このとき基板は加熱（昇温）中である。真空排気によるリーク量が確認されると（Ｓ３）圧力制御を行い（Ｓ４）、昇温を行い（Ｓ５）熱処理を開始する（Ｓ６）。

しかしながら、基板の加熱と同時に処理室内を真空排気するようにすると、基板支持具と基板が擦れることにより発生したダストが基板上に付着する問題が発生する。図５に基板支持具３０と基板ＳがこすれてダストＤが発生するモデルを示す。基板支持具３０に載置された基板Ｓは、処理室の温度により加熱される。このとき基板Ｓと基板支持具３０はそれぞれ熱膨張し、これにより両者間には、摩擦が生じる。処理室内を真空に排気することにより、この摩擦力は大きくなり、基板Ｓと基板支持具３０の接触部よりダストＤが発生する。ここで発生したダストＤが基板上に降りかかる。

本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、基板と基板支持具の擦れによるダスト発生を抑えることができる半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。

本発明は、基板を載置した基板支持具を処理室に挿入後、基板温度が安定するステップを導入することにより、処理室内の真空排気時における基板と基板支持具の擦れによるダスト発生を抑制するものである。

本発明の一態様によれば、基板を支持具に装填するステップと、前記基板を前記支持具に装填した状態で処理室内に搬入するステップと、前記処理室内に搬入した前記基板および前記支持具の温度を安定させるステップと、前記基板および前記支持具の温度安定後に前記処理室内を真空排気するステップと、前記処理室内で前記基板を処理するステップと、処理後の前記基板を前記処理室内から搬出するステップとを有する半導体装置の製造方法が提供される。

好ましくは、前記基板の温度を安定させるステップでは、前記処理室内の真空排気を行うことなく、前記処理室内に不活性ガスを供給しつつ排気する状態とする。

また、好ましくは、前記基板の温度を安定させるステップでは、前記処理室内の圧力を大気圧に近い圧力とする。

また、好ましくは、前記基板の温度安定させるステップでは、前記基板と支持具とを熱膨張させ、前記処理室内を真空排気するステップは、前記基板と前記支持具とが膨張した状態を維持しつつ行う。

本発明の他の態様によれば、基板をカセットから予備室に搬送し、支持具に装填するステップと、基板を装填した前記支持具を前記予備室から処理室に搬入するステップと、前記処理室を真空排気するステップと、前記処理室の真空封じ込めによるリーク量確認を行うステップと、前記処理室を使用圧力に調整するステップと、前記処理室で基板を熱処理するステップと、前記熱処理後に基板を前記処理室から前記予備室へ搬出するステップと、前記熱処理後に基板を冷却するステップと、前記冷却された基板を前記予備室から前記カセットに搬送するステップを備え、少なくとも前記処理室を真空排気するステップ前に基板温度を安定させるステップを備えることで、基板と前記支持具との擦れによるダストの発生を少なくすることを特徴とする基板処理方法が提供される。

本発明のさらに他の態様によれば、基板を処理する処理室と、前記処理室内で前記基板を支持する支持具と、前記処理室内の前記基板を加熱するヒータと、前記処理室内にガスを供給するガス供給系と、前記処理室内を排気する排気系と、前記排気系に設けられ前記処理室内を真空排気する真空ポンプと、前記基板を支持した前記支持具を前記処理室内に搬入し、前記基板および前記支持具の温度を安定させ、その後、前記処理室内を真空排気するように制御するコントローラとを有することを特徴とする基板処理装置が提供される。

本発明によれば、基板と基板支持具の摩擦を小さくすることでダストの発生を抑制することが可能である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１は、本実施の形態の熱処理装置の概略斜視図である。この熱処理装置１０は、バッチ式縦型熱処理装置であり、主要部が配置される筐体１２を有する。この筐体１２の正面側には、ポッドステージ１４が接続されており、このポッドステージ１４にポッド１６が搬送される。ポッド１６には、例えば２５枚の基板が収納され、図示しない蓋が閉じられた状態でポッドステージ１４にセットされる。

筐体１２内の正面側であって、ポッドステージ１４に対向する位置には、ポッド搬送装置１８が配置されている。また、このポッド搬送装置１８の近傍には、ポッド棚２０、ポッドオープナ２２及び基板枚数検知器２４が配置されている。

ポッド棚２０はポッドオープナ２２の上方に配置され基板枚数検知器２４はポッドオープナ２２に隣接して配置される。ポッド搬送装置１８は、ポッドステージ１４とポッド棚２０とポッドオープナ２２との間でポッド１６を搬送する。ポッドオープナ２２は、ポッド１６の蓋を開けるものであり、この蓋が開けられたポッド１６内の基板枚数が基板枚数検知器２４により検知される。

さらに、筐体１２内には、基板移載機２６、ノッチアライナ２８及び基板支持具（ボート）３０が配置されている。基板移載機２６は、例えば５枚の基板を取り出すことができるアーム（ツイーザ）３２を有し、このアーム３２を動かすことにより、ポッドオープナ２２の位置に置かれたポッド、ノッチアライナ２８及び基板支持具３０間で基板を搬送する。

ノッチアライナ２８は、基板に形成されたノッチまたはオリフラを検出して基板のノッチまたはオリフラを一定の位置に備えるものである。

さらに、筐体１２内の背面側上部には反応炉４０が配置されている。この反応炉４０内に、複数枚の基板を装填した基板支持具３０が搬入され処理が行われる。

図２に反応炉４０の一例を示す。この反応炉４０は処理室４３を形成する石英製の反応管４２と石英製のアウター管４１を有する。この反応管４２は、上端部が閉塞され下端部が開放された円筒形状をしており、開放された下端部はフランジ状に形成されている。この反応管４２の下方には反応管４２を支持するアダプタ４４が配置される。

このアダプタ４４は上端部と下端部が開放された円筒形状をしており、開放された上端部と下端部はフランジ状に形成されている。アダプタ４４の上端部フランジの上面に反応管４２の下端部フランジの下面が当接している。また、アダプタ４４の外部にアウター管４１が配置されている。また、アダプタ４４を除いた反応管４２の周囲には、ヒータ４６が配置されている。

反応炉４０の下部は、基板支持具３０を挿入するために開放され、この開放部分（炉口部）は炉口シールキャップ４８がＯリングを挟んでアダプタ４４の下端部フランジの下面に当接することにより密閉されるようにされている。炉口シールキャップ４８は基板支持具３０を支持し、基板支持具３０と共に昇降可能に設けられている。炉口シールキャップ４８と基板支持具３０との間には、石英製の断熱板５２が設けられている。基板支持具３０は、多数枚の基板５４（Ｓ）を略水平状態で隙間をもって多数段に支持し、反応管４２内に装填される。

アダプタ４４には、アダプタ４４と一体にガス供給口５６とガス排気口５９とが設けられている。ガス供給口５６には、ガス供給ノズル６０が取り付けられている。また、排気口５９から配管５９ａを介して圧力計６１と圧力制御弁６２と真空排気用のポンプ６３が設置される。

次に上述したように構成された処理装置１０を用いて半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として基板を処理する方法について説明する。なお、以下の説明において基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ７０により制御される。

まず、ポッドステージ１４に複数枚の基板を収容したポッド１６がセットされると、ポッド搬送装置１８によりポッド１６をポッドステージ１４からポッド棚２０へ搬送し、このポッド棚２０にストックする。次に、ポッド搬送装置１８によりこのポッド棚２０にストックされたポッド１６をポッドオープナ２２に搬送してセットし、このポッドオープナ２２によりポッド１６の蓋を開き、基板枚数検知器２４によりポッド１６に収容されている基板の枚数を検知する。

次に、基板移載機２６により、ポッドオープナ２２の位置にあるポッド１６から基板を取り出し、ノッチアライナ２８に移載する。このノッチアライナ２８においては、基板を回転させながら、ノッチを検出し、検出した情報に基づいて複数枚の基板のノッチを同じ位置に整列させる。次に、基板移載機２６により、ノッチアライナ２８から基板を取り出し、基板支持具３０に移載する。

このようにして、１バッチ分の基板を基板支持具３０に移載すると、例えば２００℃程度の温度に設定された反応炉４０内に複数枚の基板を装填した基板支持具３０を装入し、炉口シールキャップ４８により反応炉４０内を密閉する（Ｓ１）。

次に、図４で説明した真空排気（Ｓ２）を行う前に、基板温度および基板支持具の温度を安定させるための温度安定ステップ（Ｓ１１）を追加する。温度安定ステップでは、真空排気を行わず、窒素を流した状態で基板５４および基板支持具３０の温度を安定させる。

次に、処理室４３を真空排気して一定の圧力に到達したら（Ｓ２）圧力制御弁６２を閉として処理室内を真空封じ込め状態として処理室４３にリークが無いかを圧力計６１により圧力上昇の有無を確認することでチェックする（リークチェック）（Ｓ３）。

処理室４３にリークが無いことが確認できたら、ガス供給ノズル６０より処理ガスを流して、処理室４３の圧力を処理圧力にする（Ｓ４）。

処理圧力になったら炉内温度を処理温度まで昇温させて（Ｓ５）、ガス供給ノズル６０から処理ガスを導入する（Ｓ６）。基板を熱処理する際、基板は例えば４００℃程度の温度に加熱される。熱処理中、ガス供給ノズル６０から導入したガスは、排気口５９より排出される。

基板の熱処理が終了すると、例えば炉内温度を２００℃程度の温度に降温した後、熱処理後の基板を支持した基板支持具３０を反応炉４０からアンロードし、基板支持具３０に支持された全ての基板が冷えるまで、基板支持具３０を所定位置で待機させる。次に、待機させた基板支持具３０の基板が所定温度まで冷却されると、基板移載機２６により、基板支持具３０から基板を取り出し、ポッドオープナ２２にセットされている空のポッド１６に搬送して収容する。

次に、ポッド搬送装置１８により、基板が収容されたポッド１６をポッド棚２０、またはポッドステージ１４に搬送して一連の処理を完了する。

以上のように本発明の実施の形態では、基板支持具を処理室に入炉するボートロードステップ（Ｓ１）後、真空排気ステップ（Ｓ２）前に、基板温度および基板支持具の温度を安定させるための温度安定ステップ（Ｓ１１）を従来の方法に対して追加するようにしている。

温度安定ステップ（Ｓ１１）では、真空排気を行わず、不活性ガスとして、たとえば窒素を流した状態で基板および基板支持具の温度を安定させる。不活性ガス（窒素）を流すのは基板の自然酸化抑制と処理室内の気流の流れを一定にして、排気口からのダストの逆流を防ぐためである。

温度安定ステップ（Ｓ１１）では、処理室内を大気圧に近い状態で、窒素を流しながら保持することで、基板と基板支持具の摩擦力は小さくなる。基板の温度がほぼ安定した後、真空排気を行う。これにより真空排気時には、熱膨張が少なく基板と基板支持具の擦れによるダストを抑制することができる。

なお、一例まで、本実施形態の処理炉にて基板としてのウエハを処理する際の処理条件としては、例えば、Ｃｕ配線後の熱処理（アニール）においては、処理温度：１００〜４５０℃、処理圧力：大気圧〜５０Ｐａ、ガス種：水素、ガス供給流量：０．１〜２０ＳＬＭ、ガス種：窒素、ガス供給流量：１〜２０ＳＬＭが例示され、それぞれの処理条件を、それぞれの範囲内のある値で一定に維持することでウエハに処理がなされる。

本実施の形態の熱処理装置の概略斜視図である。 熱処理装置の反応炉の一例を示す断面側面図である。 本実施の形態の半導体装置の製造方法におけるシーケンス図である。 従来の半導体装置の製造方法におけるシーケンス図である。 基板支持具と基板ＳがこすれてダストＤが発生するモデルを示す図である。

符号の説明

１０ 熱処理装置、２６ 基板移載機、３０ 基板支持具、４０ 反応炉、５４（Ｓ） 基板、７０ コントローラ。

Claims (1)

1. 基板を支持具に装填するステップと、
   前記基板を前記支持具に装填した状態で処理室内に搬入するステップと、
   前記処理室内に搬入した前記基板および前記支持具の温度を安定させるステップと、
   前記基板および前記支持具の温度安定後に前記処理室内を真空排気するステップと、
   前記処理室内で前記基板を処理するステップと、
   処理後の前記基板を前記処理室内から搬出するステップと、
   を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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