JP2017034159A - 半導体製造装置のヒータ交換判定方法およびヒータ交換判定機能を有する半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒータ劣化による断線などの不具合が生じる前に、ヒータの交換時期を知ることができる判定方法を提供する。
【解決手段】ヒータ交換直後に待機温度から目標温度までの昇温にかかる昇温波形２１から初期の実昇温時間を取得し、その後定期的に、待機温度から目標温度までの昇温にかかる昇温波形２２〜２４から実昇温時間を取得し、初期の実昇温時間と比較し合否を判定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体製造装置、特には酸化拡散炉のヒータ交換判定方法およびヒータ交換判定機能を有する半導体製造装置に関する。

半導体素子を含む集積回路を形成する半導体ウェハ等（被処理基板）の製造工程に使用される半導体製造装置の一つとして熱処理装置がある。熱処理装置は、その内部の処理室に格納した被処理基板を所定の高温にすることによって、被処理基板に所定の処理を施す装置である。被処理基板が熱処理装置にて施される処理としては、アニール処理、薄膜などの成膜処理、及び不純物の拡散を行なう拡散処理等があげられる。熱処理装置は、処理室周囲に配置されたヒータを発熱させて、被処理基板が格納された処理室の温度を目的の高温まで昇温させる。ところで、電熱線であるヒータは、使用に伴う経年変化などによる劣化を生じる。そして、劣化したヒータは、発熱量の低下や断線などの不具合を生じ、これらの不具合によって処理室の温度を目的の高温にすることができなくなる。ヒータの不具合、特に断線が被処理基板を処理中に生じると処理室内部の温度を高温にすることができなくなり、処理中の被処理基板を不良にする虞が大きかった。

そこで、ヒータの断線により被処理基板に不良が生じることを防止するために、ヒータの断線を予知して必要に応じてヒータ交換ができる方法が提案されている。（例えば、特許文献１および２参照）

特開２００６−８５９０７号公報 特開２００９−７６５３２号公報

しかしながら、特許文献１では、交流電源からヒータに電力を供給する電力調整用サイリスタ回路を、電力フィードバック部が、制御するようになっている。電力フィードバック部は、測定したヒータに供給された電流及び電圧と、温度制御部から入力されるヒータの測定温度に対応した温度制御信号とに基づいて、電力調整用サイリスタ回路を介してヒータに供給する電力をフィードバック制御している。多くの情報を必要とすることから、このヒータの断線を判定する方法を既存の熱処理装置に適用することは容易ではない。

また、特許文献２では、半導体製造装置に検査窓を通じて断熱筒の外部からヒータを直接確認することで、ヒータの撓みや歪みの状況からヒータの劣化の状況を容易に知ることを挙げているが、検査窓をヒータの全ての箇所に取り付ける事は現実的に不可能である。しかも、ヒータを検査窓から検査することも容易な作業とは言いがたい点もあり、確実性に欠ける。

本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、簡単な温度確認シーケンスレシピを用いてでヒータ交換の判定方法およびヒータ交換判定機能を有する半導体製造装置を提供することを目的とする。

上記課題解決のために以下の手段を用いた。
まず、ヒータを用いて半導体ウェハの熱処理を行う半導体製造装置のヒータ交換判定方法において、昇温ステップを有するシーケンスレシピにて前記半導体ウェハを熱処理し、前記昇温ステップにかかる第１の実昇温時間を測定する工程と、前記第１の実昇温時間と交換基準と比較し、合否判定する工程と、からなることを特徴とする半導体製造装置のヒータ交換判定方法を用いた。

また、前記交換基準は、ヒータ交換直後に昇温ステップを有するシーケンスレシピにて前記半導体ウェハを熱処理し、前記昇温ステップにかかる第２の実昇温時間を元にすることを特徴とする半導体製造装置のヒータ交換判定方法を用いた。
また、前記交換基準は、前記第２の実昇温時間の３乃至５倍であることを特徴とする半導体製造装置のヒータ交換判定方法を用いた。

また、前記熱処理における昇温速度は前記半導体製造装置の昇温能力の最大値とすることを特徴とする半導体製造装置のヒータ交換判定方法を用いた。
また、前記熱処理における前記半導体ウェハの搭載は、前記半導体製造装置の最大搭載可能枚数とすることを特徴とする半導体製造装置のヒータ交換判定方法を用いた。

上記手段を用いることで、ヒータの劣化状況を容易に確認する事が可能となり、劣化による断線などの不具合が生じる前に、ヒータの交換時期を知ることができる。その結果、被処理基板の熱処理中にヒータに断線などの不具合が生じて、被処理基板に不良が生じる可能性を低減できる。

本発明の判定方法が利用できる半導体製造装置の要部を示す断面図である。 本発明の判定方法に利用する目標温度到達時間を示す図である。 本発明の判定方法に利用する温度確認用シーケンスレシピである。 本発明の判定方法を利用した半導体製造装置の実施例の要部を示す断面図である。

図１は本発明の判定方法を利用する半導体製造装置の要部を示す断面図である。ここでは、酸化拡散炉を例にして説明する。反応管１の外側に反応管１を取り囲んで配置されたヒータ２を有しており、その内側には移動可能に支持されたボート７と、ボート７に載置されたウェハ６とが配置されている。酸化拡散炉は、ヒータ２により反応管１およびウェハ６を加熱すると共に、ガス導入口１０より反応ガスを導入して、反応管を経てガス排気口１１より排気することによりウェハ６を均一に熱処理する半導体製造装置である。

ヒータの温度制御はヒータに近接して配置された外部熱電対３を利用して行う。外部熱電対３により反応管１の外側の温度を測定し、目標温度となるように外部温度測定器５を用いてヒータ２の温度を測定しながらヒータ２への電力供給を制御する。ヒータの温度制御は反応管１の内部に配置された内部熱電対８を利用して行うことも可能である。この場合は、内部熱電対８により反応管１の内側の温度を測定し、目標温度となるように内部温度測定器９を用いて反応管１内部の温度を測定しながらヒータ２への電力供給を制御する。一般には、外部熱電対３と内部熱電対８を併用して精密に温度制御することが多い。

本発明のヒータ交換判定方法では図３に示すシーケンスレシピを用いる。このレシピでは６００〜８００℃の待機温度ステップＡと１０００〜１２００℃の目標温度ステップＢが設けられ、これらの間に昇温ステップＣと降温ステップＤが設けられている。まず、酸化拡散炉は待機温度ステップに保持され、その後、目標温度まで毎分５〜１０℃の速度で上昇する昇温ステップを経て、目標温度に達する。目標温度ステップに所定時間保持された後、待機温度まで毎分１〜２℃の速度で炉温を下げる降温ステップＤを経て、待機温度に至るというシーケンスレシピである。ここで昇温ステップＣにおける実昇温時間が本発明における重要な指標となる。

図２は、本発明の判定方法に利用する目標温度に対する到達時間を示す図である。昇温波形２１はヒータ２の新品交換時に取得できる昇温波形である。昇温波形とは昇温ステップにおける実際の温度上昇を時間に対してプロットしたものである。この実際の温度を上述の外部熱電対３や内部熱電対８によって容易に測定できる。昇温波形を取得する場合、目標温度を１０００〜１２００℃までの間で設定を行い、昇温速度を一定温度の５〜１０℃/分として設定して、昇温波形を取得する。通常の昇温速度を設定する場合は、目標温度が高温になるに従い、昇温速度を小さく設定するのが一般的であるが、本発明における昇温波形の取得の場合は、高温の領域に目標温度設定を行い、昇温速度も酸化拡散炉の昇温能力の最大値に設定をして昇温波形のデータを取得する事が望ましい。さらに、図１のボート７に載置するウェハ６は最大枚数とすることが望ましい。

まずは、ヒータ交換時の初期の昇温波形２１を取得した後、定期的に同じシーケンスレシピを用いて昇温波形２２〜２４を取得する。ヒータが新品の時は昇温にかかる実昇温時間は（ｔ３−ｔ１）と短いが、ヒータの使用時間が増えるに従い、経時変化により実昇温時間は長くなる。交換前のヒータの昇温波形２４では昇温にかかる実昇温時間（ｔ８−ｔ１）は、新品での実昇温時間の数倍となる。このように実昇温時間を管理することでヒータの交換時期を容易に捉えることが可能となる。ちなみに、実昇温時間が新品時の実昇温時間と比較してその３倍から５倍がヒータ交換の目安であるので、これを交換の基準値として設定し、この基準値以下であれば合格と判定し使用を継続する。

図４は本発明の判定方法を利用した半導体製造装置の実施例であり、要部を示す断面図である。図１に例を示したような、ヒータを用いて半導体ウェハの熱処理を行う半導体製造装置であって、さらに、外部温度測定器５および内部温度測定器９において測定された温度の情報が受け取れるように電気的に接続された判定装置１２が付加されている。判定装置１２は、外部温度測定器５および内部温度測定器９の両方あるいはいずれか一方において得られた温度の情報をデータとして受け取り、目標温度に達するまでの時間である実昇温時間を測定し、その時間を設定された基準値と比較して基準値を超えたら外部へ報知する機能を有している。判定装置には例えばパーソナルコンピュータを用いることもできる。判定装置においては、図２に示したシーケンスレシピを定期的に実行して、実昇温時間を測定し、実昇温時間が新品時の実昇温時間と比較して、例えば、その４倍を超えたら外部へ報知するように予め設定をしておく。外部への報知は、音でも音声でもモニター画面への警報の表示でも良い。装置の維持管理の責任者への電子メール発信でも良い。このように実昇温時間の実測データに基づいて判定を行い、報知をすることで、半導体製造装置のヒータは交換され、半導体装置の生産において被害甚大な影響を及ぼすヒータの断線を防止することが可能となる。

なお、新品時の実昇温時間と比較する方法の他に、絶対的な実昇温時間を限界値として設けておき、この時間に達する以前に交換するという手法を用いても構わない。

１ 反応管
２ ヒータ
３ 外部熱電対
４ ガス導入管
５ 外部温度測定器
６ ウェハ
７ ボート
８ 内部熱電対
９ 内部温度測定器
１０ ガス導入口
１１ ガス排気口
１２ 判定装置
２１ 昇温波形（初期）
２２ 昇温波形
２３ 昇温波形
２４ 昇温波形（交換前）
Ａ 待機温度ステップ
Ｂ 目標温度ステップ
Ｃ 昇温ステップ
Ｄ 降温ステップ

Claims (6)

1. ヒータを用いて半導体ウェハの熱処理を行う半導体製造装置のヒータ交換判定方法であって、
   予め定められた昇温ステップを有するシーケンスレシピにて半導体ウェハを熱処理し、前記昇温ステップを実行することで得られた第１の実昇温時間を測定する工程と、
   前記第１の実昇温時間と設定された交換の基準値と比較し、合否を判定する工程と、
   からなることを特徴とする半導体製造装置のヒータ交換判定方法。
2. 前記交換の基準値は、ヒータ交換直後に前記昇温ステップを有するシーケンスレシピにて半導体ウェハを熱処理し、前記昇温ステップを実行することで得られた第２の実昇温時間を元に設定されていることを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置のヒータ交換判定方法。
3. 前記交換の基準値は、前記第２の実昇温時間の３乃至５倍であることを特徴とする請求項２記載の半導体製造装置のヒータ交換判定方法。
4. 前記熱処理における昇温速度は前記半導体製造装置の昇温能力の最大値とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の半導体製造装置のヒータ交換判定方法。
5. 前記熱処理される前記半導体ウェハの枚数は、前記半導体製造装置の最大搭載可能枚数とすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の半導体製造装置のヒータ交換判定方法。
6. ヒータを用いて半導体ウェハの熱処理を行う半導体製造装置であって、
   反応管と、
   前記反応管の外側に前記反応管を取り囲んで配置されたヒータと、
   前記ヒータの温度を測定するための外部温度測定器と、
   前記反応管内部の温度を測定するための内部温度測定器と、
   前記外部温度測定器および前記内部温度測定器に電気的に接続された判定装置と、
   を有し、
   前記判定装置は、外部温度測定器および内部温度測定器の両方あるいはいずれか一方において得られた温度の情報をデータとして受け取り、目標温度に達するまでの実昇温時間を測定し、前記実昇温時間を設定された基準値と比較して、前記実昇温時間が前記基準値を超えたら外部へ報知する機能を有することを特徴とするヒータ交換判定機能を有する半導体製造装置。