JP2009177062A - 半導体製造方法および半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＭＳＡプロセスにおいて、熱応力による反りに起因するウェーハの跳ねや割れを抑制し、製品歩留りの劣化を抑えることが可能な半導体製造方法と半導体製造装置を提供する。
【解決手段】ステージ１４上に、ウェーハｗを支持する支持部材１５を配置し、支持部材１５の上端を、所定条件におけるウェーハｗの反りが最大となるときに、ウェーハｗがステージ１４と離間する高さに調整し、支持部材１５の上端でウェーハｗを支持し、ウェーハｗを、所定条件でランプ１２を用いてアニール処理することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば半導体ウェーハの活性化アニール処理に用いられる半導体製造方法および半導体製造装置に関する。

近年、半導体装置の高集積化、高性能化に伴い、トランジスタの電流駆動力改善を図るために、ソース・ドレインの拡散層形成に極浅接合技術が要求されている。極浅接合において、不純物の深さ方向への拡散を抑え、イオン活性化を図るために、Ｍｉｌｌｉ Ｓｅｃｏｎｄｓ Ａｎｎｅａｌ（以下ＭＳＡと記す）プロセスが用いられている。

ＭＳＡプロセスは、例えばキセノンフラッシュランプなどの光源を用いて、高エネルギの光をウェーハにフラッシュ照射するプロセスであり、ウェーハの極浅領域を、１ｍｓｅｃ程度の短時間で１１００℃以上の高温に昇温させることができる。このとき、ウェーハ表面が急激に熱膨張することにより、ウェーハに熱応力による反りが生じ、ステージなどの部材との接触により、ウェーハの跳ねや割れが発生する。

熱応力による反りに起因するウェーハの割れを防止する手法として、ウェーハより小径のサセプタで保持する手法が用いられている（例えば特許文献１など参照）。しかしながら、このような手法では、例えば、ウェーハ降温時や室温に戻ったときなどの熱応力により、ウェーハの反りが凸状から凹状となった場合、ウェーハの中央部が、浮いた状態からサセプタと接触した状態となるため、ウェーハの跳ねを抑制することが困難であるという問題がある。
特開２００６−２７８８０６号公報（［請求項１］、［００４２］など）

本発明は、ＭＳＡプロセスにおいて、熱応力による反りに起因するウェーハの跳ねや割れを抑制し、製品歩留りの劣化を抑えることが可能な半導体製造方法と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、ステージ上に、ウェーハを支持する支持部材を配置し、前記支持部材の上端を、所定条件における前記ウェーハの反りが最大となるときに、前記ウェーハが前記ステージと離間する高さに調整し、前記支持部材の上端で前記ウェーハを支持し、前記ウェーハを、前記所定条件でランプアニール処理す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、ウェーハをアニールするためのランプと、前記ランプと対向するように設置されるステージと、前記ウェーハを上端で支持するために設けられ、前記ステージ上に配置され、上端の高さをアニール処理条件における前記ウェーハの反りが最大となるときに前記ウェーハが前記ステージから離間する高さに調整可能である支持部材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、ＭＳＡプロセスにおいて、熱応力による反りに起因するウェーハの跳ねや割れを抑制し、製品歩留りの劣化を抑え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に本実施形態の半導体製造装置であるランプアニール装置の断面図を示す。図に示すように、ウェーハｗをアニール処理するための反応室１１の上部には、光源として例えばキセノンランプなどの複数のランプ１２と、ランプ１２と反応室１１を分離する石英などからなる透光板１３が設置されている。

反応室１１には、ランプ１２と対向するように、ウェーハｗを５００℃程度に予備加熱するための加熱機構（図示せず）を備えたステージ１４が設けられている。ステージ１４には、その表面上に突出するように配置され、ウェーハｗと同心円となる同一円上の３点以上、例えば４点でウェーハを支持するための支持部材１５が設置されている。支持部材１５は、例えば石英、ＳｉＣなどから形成されるピン状の部材であり、その下部がステージ１４に形成された開孔部１６を貫通し、支持部材１５をウェーハｗの面方向およびウェーハｗの高さ方向に移動するための位置・高さ調整機構（図示せず）と接続されている。

ステージ１４に形成された開孔部１６は、支持部材１５を後述するウェーハｗにおける不変動点を支持するように配置するために、図２に示すような、ウェーハｗの径方向に移動させるための径方向に伸延した形状を有している。尚、この支持部材１５は、ウェーハｗを搬入出する際にウェーハｗを上下させるためのリフトピンとしての機能も有している。

さらに、反応室１１にパージされるＮ_２や、Ｈｅ、Ａｒのなど不活性ガスといったプロセスガスを供給・排出するための機構（図示せず）と、ウェーハｗを搬入・搬出するためのゲート（図示せず）が設置されている。

このようなランプアニール装置を用いて、以下のようにしてウェーハｗの表面がランプアニールされる。

先ず、テスト用のウェーハｗを搬送アーム（図示せず）により反応室１１のゲート（図示せず）から搬入し、支持部材１５の上端に載置する。このとき、支持部材１５は、予め経験的に反りが生じてもウェーハｗがステージ１４に接しない位置、高さとなるように、略調整されている。そして、予備的にウェーハｗの処理条件でＭＳＡ処理を行う。この予備ＭＳＡ処理による反りが凹状、凸状でそれぞれ最大となるときのウェーハｗの形状を求める。

図３に示すように、求めた形状より、ウェーハｗの振幅が最小となる場合において、ウェーハｗが上下に動かない点（不変動点Ａ）を求める。そして、位置・高さ調整機構（図示せず）により、支持部材１５を開孔部１６内で移動させて、不変動点Ａを支持するように配置する。さらに、支持部材１５上端の高さを、ウェーハｗの中心およびエッジの反りが最大となる場合においても、ステージ１４に接しない高さとなるように調整する。このとき、ステージ１４からの予備加熱を効率的に行うために、できるだけ低い位置になるように調整することが好ましい。

このようにして、位置・高さ調整機構（図示せず）により支持部材１５の位置を調整した後、同様にウェーハｗを搬送アーム（図示せず）により反応室１１のゲート（図示せず）から搬入する。このとき、ステージ１４は、予め例えば５００℃となるように加熱されており、搬入されたウェーハｗは、不純物の拡散が抑制される温度で予備加熱される。そして、ウェーハｗを支持部材１５の上端に載置し、位置・高さ調整機構（図示せず）により支持部材１５の上端が先に求めた高さとなるように調整する。

次いで、反応室１１内に例えばＮ_２などの所定のプロセスガスをパージし、ランプ１２により高エネルギの光を、透光板１３を介してウェーハｗにフラッシュ照射することにより、ＭＳＡ処理が行われる。そして、ＭＳＡ処理されたウェーハｗは反応室のゲート（図示せず）より搬出され、これを繰り返すことにより、同様に複数のウェーハがＭＳＡ処理される。

このようにして、ＭＳＡ処理が施されることにより、ウェーハｗの極浅領域が、１ｍｓｅｃ程度の短時間で１１００℃以上の高温に昇温されるため、ウェーハｗは、熱応力により凸状に反る。しかしながら、ウェーハｗのエッジ部分は、ステージ１４に接することがないため、そのまま支持部材１５上に保持され、割れや跳ねが抑制される。さらに、ＭＳＡ処理完了後、上方の熱源（ランプ）からの加熱がなくなるため、ウェーハｗには加熱時と逆の熱応力が生じ、凹状に反る。しかしながら、ウェーハｗの中央部は、同様に、ステージ１４に接することがないため、そのまま支持部材１５上に保持され、割れや跳ねが抑制される。従って、ＭＳＡプロセスにおけるウェーハのダメージが抑制され、製品歩留りの劣化を抑えることが可能となる。

また、支持部材１５を不変動点Ａを支持するように配置することにより、ウェーハｗの振幅を抑え、ステージ１４に最も近い位置でウェーハｗを保持することが可能となり、効率的に予備加熱を行うことができる。

さらに、本実施形態においては、支持部材１５は、リフトピンの上下に動かす機能に、面方向に動かす機能を付加することにより構成されているため、支持部材１５の導入、支持位置、高さの微調整を容易に行うことが可能である。

（実施形態２）
図４に本実施形態の半導体製造装置であるランプアニール装置の断面図を示す。本実施形態は実施形態１と同様の構成であるが、ステージ４４および支持部材４５とその位置・高さの調整方法が異なっている。

図１と同様に、ウェーハｗをアニール処理するための反応室４１の上部には、光源として例えばキセノンランプなどの複数のランプ４２と、ランプ４２と反応室４１を分離する石英などからなる透光板４３が設置されている。

反応室４１には、ランプ４２と対向するように、ウェーハｗを５００℃程度に予備加熱するための加熱機構（図示せず）を備えたステージ４４が設けられている。ステージ４４には、ウェーハｗと同心円となる同一円上の３点以上、例えば４点でウェーハを支持するための支持部材４５が設置されている。支持部材４５は、例えば石英、ＳｉＣなどから形成されるピン状の部材であり、図５に示すようなステージ４４に形成された複数の差し込み孔４６に差し込まれることにより固定されている。差し込み孔４６は、支持部材４５を所望の位置で固定するために選択できるように、中心からの距離が異なる複数の位置に形成されている。

さらに、同様に、反応室４１にパージされるプロセスガスを供給・排出するための機構（図示せず）と、ウェーハｗを搬入・搬出するためのゲート（図示せず）が設置されている。

このようなランプアニール装置を用いて、以下のようにしてウェーハｗの表面がランプアニールされる。

実施形態１と同様に、先ず、テスト用のウェーハｗを搬送アーム（図示せず）により反応室４１のゲート（図示せず）から搬入し、直接、あるいは必要に応じてリフトピン（図示せず）を用いて、支持部材４５の上端に載置する。このとき、支持部材４５は、予め経験的に反りが生じてもウェーハｗがステージ４４に接しない位置、高さとなるように、およその位置と、高さのものが選択されている。そして、予備的にウェーハｗの処理条件でＭＳＡ処理を行う。この予備ＭＳＡ処理による反りが凹状、凸状でそれぞれ最大となるときのウェーハｗの形状を求める。

実施形態１と同様に、求めた形状より、ウェーハｗの振幅が最小となる場合において上下に動かない点（不変動点Ａ）を求める。そして、支持部材４５上端の高さが、ウェーハｗの中心およびエッジの反りが最大となる場合においても、ステージ４４に接しない高さとなるように、支持部材４５の長さを選択・調整する。このとき、ステージ１４からの予備加熱を効率的に行うために、できるだけ低い位置になるように、選択・調整することが好ましい。さらに、所定の長さとなるように選択・調整された支持部材４５が、不変動点Ａを支持するように配置されるように、差し込み孔４６を選択し、支持部材４５を差し込み孔４６に差し込み、固定する。

このようにして、支持部材４５を所定の位置で、所定の高さとした後、同様にウェーハｗを搬送アーム（図示せず）により反応室４１のゲート（図示せず）から搬入し、直接、あるいは必要に応じてリフトピン（図示せず）を用いて、ウェーハｗを支持部材４５の上端に載置する。このとき、ステージ４４は、予め例えば５００℃となるように加熱されており、搬入されたウェーハｗは、不純物の拡散が抑制される温度で予備加熱される。

次いで、実施形態１と同様に、反応室４１内に例えばＮ_２などの所定のプロセスガスをパージし、ランプ４２により高エネルギの光を、透光板４３を介してウェーハｗにフラッシュ照射することにより、ＭＳＡ処理が行われる。そして、ＭＳＡ処理されたウェーハｗは反応室のゲート（図示せず）より搬出され、これを繰り返すことにより、同様に複数のウェーハがＭＳＡ処理される。

このようにして、ＭＳＡ処理が施されることにより、実施形態１と同様に、ウェーハｗの極浅領域が、１ｍｓｅｃ程度の短時間で１１００℃以上の高温に昇温されるため、ウェーハｗは、熱応力により凸状に反る。しかしながら、ウェーハｗのエッジ部分は、ステージ４４に接することがないため、そのまま支持部材４５上に保持され、割れや跳ねが抑制される。さらに、ＭＳＡ処理完了後、上方の熱源（ランプ）からの加熱がなくなるため、ウェーハｗには加熱時と逆の熱応力が生じ、凹状に反る。しかしながら、ウェーハｗの中央部は、同様に、ステージ４４に接することがないため、そのまま支持部材４５上に保持され、割れや跳ねが抑制される。従って、ＭＳＡプロセスにおけるウェーハのダメージが抑制され、製品歩留りの劣化を抑えることが可能となる。

また、実施形態１と同様に、支持部材４５を不変動点Ａを支持するように配置することにより、ウェーハｗの振幅を抑え、ステージ４４に最も近い位置でウェーハｗを保持することが可能となり、効率的に予備加熱を行うことができる。

また、本実施形態においては、実施形態１と異なり、リフトピンは必要に応じて独立して設けられている。従って、例えば、搬入アームを挿入するための間隙を要するなど、リフトピンの機能により制限されることなく、支持部材４５を配置することが可能である。例えば、より安定して保持することができるように、支持部材を同一円周上に多数設けたり、リング状のもの、あるいはこれを複数に分割したものを設置することも可能である。また、差し込み孔４６はステージ４４を貫通していないので、下部からのウェーハｗ裏面への汚染を抑えることが可能である。

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。

本発明の一態様によるランプアニール装置の断面図。 本発明の一態様におけるステージの開孔部を示す図。 本発明の一態様における不変動点を求めるための模式図。 本発明の一態様によるランプアニール装置の断面図。 本発明の一態様におけるステージの差し込み孔を示す図。

符号の説明

ｗ…ウェーハ
１１、４１…反応室
１２、４２…ランプ
１３、４３…透光板
１４、４４…ステージ
１５、４５…支持部材
１６、４６…開孔部

Claims (5)

1. ステージ上に、ウェーハを支持する支持部材を配置し、
   前記支持部材の上端を、所定条件における前記ウェーハの反りが最大となるときに、前記ウェーハが前記ステージと離間する高さに調整し、
   前記支持部材の上端で前記ウェーハを支持し、
   前記ウェーハを、前記所定条件でランプアニール処理することを特徴とする半導体製造方法。
2. 前記所定条件における前記ウェーハの振幅が最も小さくなるときの前記ウェーハの不変動点を求め、
   前記支持部材を、前記不変動点において前記ウェーハを支持するように配置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。
3. ウェーハをアニールするためのランプと、
   前記ランプと対向するように設置されるステージと、
   前記ウェーハを上端で支持するために設けられ、前記ステージ上に配置され、高さ調整可能である支持部材を備えることを特徴とする半導体製造装置。
4. 前記支持部材は、アニール処理条件における前記ウェーハの振幅が最も小さくなるときの前記ウェーハの不変動点を支持するように配置されることが可能であることを特徴とする請求項３に記載の半導体製造装置。
5. 前記支持部材は、３点以上のピン状あるいはリング状であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の半導体製造装置。

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