JP5128447B2

JP5128447B2 - 半導体製造方法

Info

Publication number: JP5128447B2
Application number: JP2008303612A
Authority: JP
Inventors: 浩二馬原
Original assignee: Lapis Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Lapis Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2028-11-28
Also published as: JP2010129811A

Description

本発明は、多数の基板（例えば、ウェハ）をボートに収容して熱処理を行う際に生じる基板の反りによる基板間の接触傷等を防止した半導体製造方法に関するものである。

図５は、下記の特許文献２、３等に記載された従来の半導体製造方法に用いられる熱処理炉を示す概略の縦断面図である。

この熱処理炉１０は、縦型の酸化・拡散炉であり、この外側面に加熱ヒータ１１が設けられている。熱処理炉１０における下部のボート出入口１０ａの下方向には、昇降可能なボートエレベータ１２が配設されている。ボートエレベータ１２上には、ボート２０が載置される。ボート２０は、多数のウェハ３０をほぼ平行に隣接して所定間隔（ピッチ）で収容して（乗せて）、一括処理（バッチ処理）を行うものである。ウェハ３０には、シリコン（Ｓｉ）ウェハ、サファイアウェハ等の種々のものがある。

例えば、酸化雰囲気でウェハ表面に酸化膜を形成したり、ウェハ表面に導入された不純物を熱により活性化させたり、あるいは、不純物を所定の深さまで拡散させる等の熱処置をバッチ処理にて行う場合、ボート２０に多数のウェハ３０を収容する。

ウェハ３０を乗せたボート２０は、ボートエレベータ１２上に載置され、このボートエレベータ１２が上昇してボート２０がボート出入口１０ａから熱処理炉１０内に導入される。加熱ヒータ１１により、炉内が所定の処理温度（例えば、４００°Ｃ〜１２００°Ｃ）に加熱され、ウェハ３０に対する熱処理が行われる。熱処理が終了すると、ボートエレベータ１２が下降してボート出入口１０ａからボート２０が炉外に引き出される。

下記の特許文献１にも記載されているように、前記のような熱処理工程において、高温の熱処理炉１０にウェハ３０を出し入れすると、炉内と外気の温度差が大きいので、ウェハ３０が急熱・急冷されて熱収縮し、反りが生じる。

ウェハ３０において、特に、サファイアウェハは、熱処理における昇温・降温時に、Ｓｉウェハに比べて熱処理により反りやすい。サファイア基板はＣ軸があり（ＯＦを下にして８時方から右上の方向への軸）、表面が決まるのに関わらず、反りは、図５に示すように、素子形成面を基準に上方向、及び下方向の両方に生じる。

このようにウェハ３０が凹凸に反ると、隣接した上下のウェハ３０の表面と裏面が接触して傷等が生じ、製品が不良になる。特に、ウェハ３０を収容したボート２０を熱処理炉１０のボート出入口１０ａから下ろす際、温度が高いと反り量が大きく、隣接するウェハ３０が接触する。

この対策として、ウェハ３０を乗せたボート２０の出し入れは、ボートエレベータ１２等を使って所定の速度で行うようにしたり、熱処理炉１０内での加熱処理（例えば、４００°Ｃ〜１２００°Ｃ）が終わった後、炉内の温度を下げてから（例えば、４００°Ｃ程度の低温）、ボート２０をボート出入口１０ａから下ろすような処理（即ち、スタンバイ温度の設定を低温にする処理）を行っている。

特開平６−１８２４２号公報特開２００３−２４３３１３号公報特開２００７−１３４５１８号公報

しかしながら、従来の半導体製造方法では、ウェハ３０の反りを防止するために、スタンバイ温度の低温化を行っているが、これにより半導体製造工程の処理時間が長くなって、生産効率が低下するという課題があった。

例えば、通常のＳｉウェハは、スタンバイ温度が８００°Ｃ程度の高温である。これに対し、特に、サファイアウェハは、スタンバイ温度が４００°Ｃ程度であり、低温化のために処理時間がかなり長くなる。

本発明の半導体製造方法は、複数枚の基板がほぼ平行に隣接して所定間隔で収容されたボートを熱処理炉内へ導入して、前記複数枚の基板を所定温度で加熱する加熱工程と、前記熱処理炉から前記ボートを導出し、センサにより、前記複数枚の基板の反り方向を検出する反り方向検出工程と、前記複数枚の基板の内の反り方向が同一の基板を分別し、反り方向が同一の複数枚の前記基板を、前記ボート又は他のボートへ再収容する分別処理工程と、反り方向が同一の前記複数枚の基板が収容された前記ボートを前記熱処理炉へ導入して、前記複数枚の基板に対して所定温度で熱処理を行う熱処理工程とを有することを特徴とする。

本発明の半導体製造方法によれば、本工程の処理前に基板を加熱して反りを起こさせ、この反りの方向をセンサで検出し、同じ反り方向の基板を分別（グルーピング）して別々のボートに乗せて本工程の熱処理を行うようにしたので、高温スタンバイ温度でも、それぞれのボートに乗った複数の基板の反り方向が同じであるため、隣接基板同士が接触せず、傷等の発生を防止できる。しかも、熱処理しながら基板の反り方向を検出できるので、別途、反りチェック工程の追加が不要となり、更に、処理のＲＰＴ（RAW PROCESS TIME）を大幅に短縮できるので、半導体製造工程の処理時間を短縮して生産効率を向上することが可能になる。

本発明を実施するための最良の形態は、以下の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、明らかになるであろう。但し、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。

（装置の構成）
図１は、本発明の実施例１の半導体製造方法に用いられる熱処理炉を示す概略の縦断面図である。

この熱処理炉４０は、縦型の酸化・拡散炉であり、この外側面に加熱ヒータ４１が設けられている。熱処理炉４０における下部のボート出入口４０ａの下方向には、昇降可能なボートエレベータ４２が配設されている。又、ボート出入口４０ａ付近には、ウェハ反り方向検出用のセンサが設けられている。センサは、例えば、ボート出入口４０ａの中心軸方向へ光を出射する投光器４３と、この投光器４３に対向する位置に配置され、その出射光を受光して電気信号に変換する受光器４４とにより構成されている。

ボートエレベータ４２上には、ボート５０が載置される。ボート５０は、多数の基板（例えば、サファイアウェハ）６０（＝６０−１〜６０−ｎ）をほぼ平行に隣接して所定ピッチで乗せてバッチ処理を行うものであり、例えば、垂直方向に立設された支持枠５１を有し、この支持枠５１の対向する内側において垂直方向に所定ピッチ隔てて複数段の係止溝５２（＝５２−１〜５２−ｎ）が形成されている。各段の係止溝５２は、これに各ウェハ６０の周縁部を係止することにより、各ウェハ６０を隣接してほぼ水平に保持する構造になっている。

（半導体製造方法）
図２は、図１の熱処理炉４０を用いた半導体製造方法の一例を示す工程図である。

半導体製造方法の一例として、高温の熱処理炉４０内にウェハ６０（＝６０−１〜６０−ｎ）を導入し、ウェハ表面に酸化膜等を形成する場合は、次の（１）〜（４）の製造工程が実行される。

（１）加熱工程（ステップＳ１）
処理対象となる複数のウェハ６０が乗せられたボート５０をボートエレベータ４２上に載置する。定速でボートエレベータ４２を上昇させて、ボート５０をボート出入口４０ａから熱処理炉４０内に導入する。加熱ヒータ４１により、炉内を所定の温度（例えば、８００°Ｃ程度）に加熱し、ウェハ６０に対して最初の熱処理を行う。

本発明者の実験によると、サファイアウェハの反りにはボート位置依存がなく、ウェハ個々で反る方向が決まっているが、これを処理前に予め検出することが困難である。そこで、本実施例１では、ウェハ６０を処理する前に最初に加熱して、ウェハ６０の反る方向を調査するようにしている。

（２）ウェハ反り方向検出工程（ステップＳ２）
図３（ａ）、（ｂ）は、図２中のウェハ反り方向検出方法を説明するための図であり、同図（ａ）は光によるウェハ反り検出の概念図、及び、同図（ｂ）は受光器信号パターンを示す図である。

前記（１）の熱処理が終了すると、ボートエレベータ４２を定速で下降してボート出入口４０ａからボート６０を炉外に引き出す。この際、ウェハ６０が冷却されて反るので、次のようにしてウェハ６０の反り方向を検出する。

ボート出入口４０ａからボート５０を定速で降下させながら、図３（ａ）に示す投光器４３及び受光器４４間を通過させる。投光器４３から受光器４４へ向けて出射された投光量Ｈａの光は、一定のピッチで上下に隣接するウェハ６０間を透過し、又は遮光される。受光器４４では、ウェハ６０間を透過した光を受光すると、この受光量Ｈｂを電気信号に変換して図示しない測定部へ出力する。

測定部において、受光量Ｈｂからなる受光器信号パターンを観察すると、図３（ｂ）に示すように、ウェハ６０間を光りが透過した場合には、矩形の受光量波形（斜線部）が形成され、ウェハ６０間で遮光された場合には、その受光量波形が形成されない。

例えば、図３（ａ）、（ｂ）において、ウェハ６０−１，６０−２間の最下段では、下のウェハ６０−１が凸形、上のウェハ６０−２が凹形なので、この間で光が遮光されて受光量Ｈｂがゼロ、ウェハ６０−２，６０−３間の２段目では、下のウェハ６０−２が凹形、上のウェハ６０−３が凹形なので、この間を光が僅かに遮光されつつ透過するため、受光量Ｈｂが時間幅の短い矩形波形となる。ウェハ６０−３，６０−４間の３段目では、下のウェハ６０−３が凹形、上のウェハ６０−４が凸形なので、この間を光が遮光されずにそのまま透過するため、受光量Ｈｂが時間幅の長い矩形波形となる。更に、ウェハ６０−４，６０−５間の４段目では、下のウェハ６０−４が凸形、上のウェハ６０−４が凹形なので、この間で光が遮光されて受光量Ｈｂがゼロとなる。

このような受光量波形（斜線部）の透過時間ｔの長さと、透過時間ｔのパターンにより、測定部において、反った凹／凸ウェハと位置が判明する。

（３）分別処理工程（ステップＳ３）
前記（２）の工程において反った凹／凸ウェハと位置が判明するので、同じ反り方向（ウェハ６０の素子形成面を基準にして同じ方向に反っているもの。）のウェハ６０をグルーピングし、ウェハ６０の素子形成面を基準にして、例えば上方向に反ったものを第１のボートへ、下方向に反ったものを第２のボートへと、搭載するボートを変える。

（４）熱処理工程（ステップＳ４）
前記（３）の工程においてグルーピングした第１のボートをボートエレベータ４２に載置し、熱処理炉４０内に導入して所定温度（例えば、１０００°Ｃ前後）で酸化処理等の所定の熱処理を行う。加熱処理後、炉内の温度を下げてから（例えば、スタンバイ温度が高温の８００°Ｃ程度）、第１のボートをボート出入口４０ａから下ろす。第２のボートについても、同様の熱処理が行われる。これにより、酸化処理等の熱処理が終了する。

（実施例１の効果）
本実施例１の半導体製造方法によれば、次の（ａ）〜（ｃ）のような効果がある。

（ａ）本工程の処理前にウェハ６０を加熱して反りを起こさせ、この反りを投光器４３及び受光器４４により検出し、同じ反り方向のウェハ６０をグルーピングし、上方向に反ったウェハ６０と下側に反ったウェハ６０とを別々のボートに乗せて本工程の熱処理（ステップＳ４）を行うようにしたので、高温スタンバイ温度（例えば、８００℃程度）でも、それぞれのボートに乗った複数のウェハ６０の反り方向が同じであるため、隣接ウェハ同士が接触せず、傷等の発生を防止できる。

（ｂ）加熱工程（ステップＳ１）において、熱処理しながら（即ち、ボート５０を定速で降下させながら）、ウェハ６０の反り方向を検出できるので、別途、反りチェック工程の追加が不要となる。更に、処理のＲＰＴを大幅に短縮（例えば、４８時間程度に短縮）できる。従って、半導体製造工程の処理時間を短縮して生産効率を向上することが可能になる。

図４は、本発明の実施例２の半導体製造方法に用いられる熱処理炉を示す概略の構成図であり、実施例１を示す図１中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。

本実施例２では、図２の分別処理工程（ステップＳ３）において、リソータ機能を有するウェハ装置７０により、反り方向が同じウェハ６０を自動的にボートへ再搭載する構成になっている。このようなウェハ装置７０を使用すれば、分別処理工程（ステップＳ３）を簡易化できる。又、リソータ機能を有するウェハ装置７０に代えて、ウェハ６０の凹凸の判別機能とリソータ機能とを有する図示しない装置（例えば、凹凸判別リソータ装置）を使用すれば、生産効率をより向上できる。

（変形例）
本発明は、上記実施例に限定されず、種々の利用形態や変形が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の（ｉ）〜（ｉｉｉ）のようなものがある。

（ｉ）処理対象のウェハ６０として、サファイアウェハを使用したが、本発明はこれに限定されず、熱収縮によって反るような他の基板にも適用できる。

（ｉｉ）熱処理炉４０は、横型炉を使用しても良い。また、ボート５０としては、ウェハ６０を縦方向に並列に収容できる構造のものにも適用可能である。

（ｉｉｉ）ウェハ６０の凹凸の検出は、投光器４３及び受光器４４以外の他のセンサを使用することも可能である。

本発明の実施例１の半導体製造方法に用いられる熱処理炉を示す概略の縦断面図である。図１の熱処理炉４０を用いた半導体製造方法の一例を示す工程図である。図２中のウェハ反り方向検出方法を説明するための図である。本発明の実施例２の半導体製造方法に用いられる熱処理炉を示す概略の構成図である。従来の半導体製造方法に用いられる熱処理炉を示す概略の縦断面図である。

符号の説明

４０熱処理炉
４３投光器
４４受光器
５０ボート
６０ウェハ

Claims

複数枚の基板がほぼ平行に隣接して所定間隔で収容されたボートを熱処理炉内へ導入して、前記複数枚の基板を所定温度で加熱する加熱工程と、
前記熱処理炉から前記ボートを導出し、センサにより、前記複数枚の基板の反り方向を検出する反り方向検出工程と、
前記複数枚の基板の内の反り方向が同一の基板を分別し、反り方向が同一の複数枚の前記基板を、前記ボート又は他のボートへ再収容する分別処理工程と、
反り方向が同一の前記複数枚の基板が収容された前記ボートを前記熱処理炉へ導入して、前記複数枚の基板に対して所定温度で熱処理を行う熱処理工程と、
を有することを特徴とする半導体製造方法。
前記反り方向検出工程では、
前記ボートを前記熱処理炉から一定速度で導出させながら、前記センサにより、前記基板の反り方向を検出することを特徴とする請求項１記載の半導体製造方法。
前記反り方向検出工程において、
前記センサとして、前記基板間に光を出射する投光器と、前記光を受光して電気信号に変換する受光器と、により構成された光センサを用い、
前記受光器の出力信号に基づき、前記基板間における前記光の透過時間を測定して、前記基板の反り方向を検出することを特徴とする請求項１又は２記載の半導体製造方法。
前記光の透過時間における長さとパターンにより、前記基板の反りを検出すると共に、反りが生じた前記基板の位置を検出することを特徴とする請求項３記載の半導体製造方法。
前記基板は、サファイア基板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体製造方法。