JPH0812847B2 - 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体製造装置及び半導体装置の製造方法

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JPH0812847B2
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film
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gas
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徳 徳増
裕子 西本
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株式会社半導体プロセス研究所
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （目次） ・産業上の利用分野 ・従来の技術（図１０，図１１） ・発明が解決しようとする課題 ・課題を解決するための手段 ・作用 ・実施例 （１）本発明の実施例の半導体製造装置 （ａ）第１の実施例（図１） （ｂ）第２の実施例（図４〜図６） （２）本発明の実施例の半導体装置の製造方法 （ｃ）第３の実施例（図２，図３） （ｄ）第４の実施例（図７〜図９） ・発明の効果
【０００２】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置及び半
導体装置の製造方法に関し、より詳しくは、ウエハを外
気に触れさせることなく異なる種類の処理を連続的に行
うことにより膜質の改良された単層の膜や多層の膜を形
成することが可能な、所謂マルチステッププロセス装置
等の半導体製造装置及び半導体装置の製造方法に関す
る。
【０００３】近年、ＶＬＳＩ（Very Large Integrate C
ercuit）半導体装置の製造装置においては、いくつかの
処理を外気に触れさせることなく連続して行うマルチプ
ロセスの概念を採り入れたものが主流となり、生成膜な
どの膜質の向上や多層膜間の密着性の向上を図ることが
できるようになっている。処理の組み合わせとして、例
えば、膜形成と膜形成後のエッチバック，酸化前処理と
酸化膜形成，又はバリアメタル膜／メタル膜の連続形成
等が上げられる。
【０００４】
【従来の技術】このような処理が可能な半導体製造装置
として、代表的なものにマルチチャンバを用いた所謂マ
ルチチャンバプロセス装置，各処理部を近接して配置し
たマルチステッププロセス装置又はクラスタ装置等があ
る。
【０００５】図１０は、従来例のマルチチャンバを用い
て異なる種類の処理を連続的に行うことによりウエハ上
に絶縁膜を形成する半導体製造装置の構成図である。
【０００６】図１０において、１はマルチチャンバ内外
へのウエハの搬入・搬出の準備を行うためのカセットチ
ャンバ、３はウエハの搬入・搬出の際、チャンバ間の圧
力を整合するロードロックチャンバ、７ａはカセットチ
ャンバ１とロードロックチャンバ２との間を開閉するバ
ルブ、４はウエハを搬送するロボット５が設置されたバ
ッファチャンバ、７ｂはロードロックチャンバ３とバッ
ファチャンバ４との間を開閉するバルブ、６ａ〜６ｅは
バッファチャンバ４を中心として放射状に設けられた処
理チャンバで、例えば、（１）処理チャンバ６ａはプラ
ズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法によるSi
O2膜形成（膜形成温度400 ℃）のために、（２）処理チ
ャンバ６ｂは減圧ＣＶＤ法によるＰＳＧ膜形成（膜形成
温度400 ℃）のために、（３）処理チャンバ６ｃは形成
膜のエッチバック（室温）のために、（４）処理チャン
バ６ｄはプラズマＣＶＤ法によるSi3N4 膜形成（膜形成
温度400 ℃）のために、（５）処理チャンバ６ｅは減圧
ＣＶＤ法によるSiO2膜形成（膜形成温度400 ℃）のため
に、それぞれ用いられる。なお、各処理チャンバ６ａ〜
６ｅ内にはウエハ９を膜形成温度に保持するためヒータ
が設けられている。また、８ａ〜８ｅはバッファチャン
バ４とそれぞれの処理チャンバ６ａ〜６ｅとの間を開閉
するバルブである。また、２はウエハ９をカセットチャ
ンバ１からロードロックチャンバ３に備えられた不図示
のロボットに受け渡すロボットである。
【０００７】上記の半導体製造装置を用いて、SiO2膜／
ＰＳＧ膜からなる平坦な多層の絶縁膜を形成する場合、
ウエハ９は下記のようにチャンバ間を移動する。即ち、
処理チャンバ６ａ／処理チャンバ６ｂ／処理チャンバ６
ｃの順序で各処理が行われるように、ロボット５がウエ
ハ９を各処理チャンバ６ａ，６ｂ，６ｃへ搬入・搬出す
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ウエハ９を
膜形成温度に加熱・保持するための不図示のヒータは各
処理チャンバ６ａ，６ｂ，６ｃ内に設けられており、ウ
エハ９が上記の処理チャンバ６ａ，６ｂ，６ｃを移動す
る間にウエハ９の温度は室温と膜形成温度との間で変動
する。例えば、上記の例では２５℃／400 ℃／２５℃／
400 ℃／２５℃というように変動する。このため、ウエ
ハ９は一種の温度サイクルを受け、形成されたＣＶＤ膜
の膜質の低下や劣化，或いは形成膜へのストレスの発生
などが起こるという問題がある。
【０００９】また、ＣＶＤ膜を形成後にアニールを必要
とする工程では、ＣＶＤ膜形成後、一旦ウエハを取り出
してカセットに収納し、その後、このカセットを移動し
て加熱炉に挿入して加熱処理を行う。このような場合の
ウエハの温度履歴を図１１に示す。
【００１０】この場合にも、ウエハ温度が室温から1000
℃まで図１０に示す従来例以上に大きく変動するという
問題がある。
【００１１】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので、異なる種類の処理を連続的に行う間、ウ
エハ温度の変動を低減することにより、熱歪み等の発生
を防止し、形成膜の膜質の変化や劣化を防止することが
できる半導体製造装置及び半導体装置の製造方法を提供
することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記課題は、第１に、上
向きに反応ガスを放出するガス分散具を備えた膜形成部
と、前記形成された膜を後処理する処理手段が上向きに
設置されている処理部と、前記ガス分散具及び前記処理
手段と対面するように下向きにウエハを保持し、そのま
ま前記膜形成部と前記処理部の間を移動するウエハ保持
具と、前記ウエハ保持具の移動中を含め、前記ウエハを
加熱する、前記ウエハ保持具に設置された加熱手段とを
有することを特徴とする半導体製造装置によって達成さ
れ、第２に、前記処理手段は、上向きに赤外線を放射す
る赤外線照射手段、上向きに紫外線を放射する紫外線照
射手段、又は処理ガス供給手段であることを特徴とする
第１の発明に記載の半導体製造装置によって達成され、
第３に、前記膜形成部と前記処理部とを一組とし、これ
らが複数組順に並べられていることを特徴とする請求項
１又は請求項２に記載の半導体製造装置。第４に、膜形
成部で、第１の温度に加熱されたウエハを下向きに保持
し、反応ガスを上向きに放出して、前記ウエハを前記反
応ガスに曝して成膜する工程と、前記成膜後に前記ウエ
ハを加熱しながら処理部に移動させる工程と、前記処理
部で、赤外線照射により或いは前記加熱手段により前記
ウエハを第２の温度に加熱して、前記形成された膜を後
処理する工程とを有する半導体装置の製造方法によって
達成され、第５に、膜形成部で、第１の温度に加熱され
たウエハを下向きに保持し、反応ガスを上向きに放出し
て、前記ウエハを前記反応ガスに曝して成膜する工程
と、前記成膜後に前記ウエハを加熱しながら処理部に移
動させる工程と、前記処理部で、前記加熱手段により前
記ウエハを前記第２の温度に加熱し、かつ前記ウエハに
紫外線を照射して、或いは処理ガスを散布して前記形成
された膜の後処理を行う工程とを有する半導体装置の製
造方法によって達成される。
【００１３】
【作用】本発明の半導体製造装置においては、第１に、
ウエハに反応ガスを供給するガス分散具を有する膜形成
部及び形成された膜の処理部と、ウエハを保持したまま
膜形成部及び処理部の間を順次移動することが可能なウ
エハ保持具とを有し、ウエハ保持具は、ウエハの移動中
を含めてウエハを加熱することが可能な加熱手段を有し
ている。
【００１４】従って、膜形成部で膜の形成後、他の場所
で形成膜の後処理を行う場合、例えば、処理部で赤外線
照射種端、紫外線照射手段、或いは処理ガス供給手段に
より、膜のリフロー処理を行ったり、紫外線（ＵＶ）照
射処理を行ったり、オゾンガス雰囲気中でのアニール処
理を行ったりする場合、いずれも加熱手段によるウエハ
加熱によりウエハの移動中の自然冷却を防止してウエハ
の温度変動を低減することができる。これにより、ウエ
ハ表面の形成膜に熱歪みを抑制することができる。ま
た、成膜時の温度から直ちに後処理時の温度への設定が
行えるため、加熱又は冷却に時間を要せず、更に、ウエ
ハ温度を安定させ易い。
【００１５】第２に、ウエハに反応ガスを供給するガス
分散具を有する複数の膜形成部と、ウエハ載置面にウエ
ハを保持したまま複数の膜形成部の間を順次移動するこ
とが可能なウエハ保持具とを有し、複数のガス分散具は
それぞれ異なる反応ガスの供給手段を有し、ウエハ保持
具はウエハの移動中を含めてウエハを加熱することが可
能な加熱手段を有している。
【００１６】従って、異なる種類の複数の膜をウエハ上
に形成する場合に、一の膜の形成後、他の膜を形成する
ためウエハを移動させる間中、ウエハの温度を例えばほ
ぼ一の膜の形成温度に保持しておくことができる。これ
により、ウエハの移動中の自然冷却を防止してウエハの
温度の変動を低減し、形成膜への熱歪みの発生等を防止
して形成膜の膜質の変化や劣化を防止することができ
る。
【００１７】本発明の半導体装置の製造方法において
は、第１に、加熱手段を有するウエハ保持具に保持され
たウエハを加熱手段により加熱して第１の温度に保持
し、ウエハの表面に膜を形成した後、膜の加熱処理を行
うため、赤外線照射により或いは加熱手段によりウエハ
を更に加熱してウエハの温度を第１の温度よりも高い第
２の温度に昇温している。
【００１８】従って、従来のようにウエハの温度を下げ
ることなく連続して処理を行うことができるので、ウエ
ハの温度の変動を低減することができる。これにより、
形成膜への熱歪みの発生等を防止して形成膜の膜質の変
化や劣化を防止することができる。
【００１９】第２に、加熱手段を有するウエハ保持具に
保持されたウエハを加熱手段により加熱して第３の温度
に保持し、ウエハの表面に膜を形成した後、第４の温度
に加熱されたウエハに紫外線照射して、或いは処理ガス
を散布して膜の処理を行うため、ウエハを加熱しなが
ら、ウエハ保持具を膜形成部から処理部に移動させてい
る。
【００２０】従って、ウエハ温度は第３の温度と第４の
温度との間の変動で済む。このように、従来と異なり移
動の間にウエハが自然冷却されるのを防止することによ
り、ウエハの温度変動を低減することができるので、形
成膜の膜質の変化や劣化を防止することができる。
【００２１】第３に、加熱手段を有するウエハ保持具に
保持されたウエハを加熱手段により加熱して第５の温度
に保持し、ウエハの表面に第１の膜を形成した後、ウエ
ハの温度を第６の温度に保持して第１の膜の上に第２の
膜を形成するため、ウエハ保持具を第１の膜形成部から
第２の膜形成部に移動させる間、ウエハを加熱してい
る。
【００２２】従って、ウエハ温度は第５の温度と第６の
温度との間の変動で済む。このように、従来と異なり移
動の間にウエハが自然冷却されるのを防止することによ
り、ウエハ温度の変動を低減することができるので、形
成された膜の膜質の変化や劣化を防止することができ
る。
【００２３】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例に
ついて説明する。
【００２４】（１）本発明の実施例の半導体製造装置 （ａ）第１の実施例 図１（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実施例の所謂マ
ルチステッププロセス装置で、図１（ａ）は平面図、図
１（ｂ）は側面図を示す。
【００２５】図１（ａ），（ｂ）に示すマルチステップ
プロセス装置は、ロード／アンロード室１０、ＣＶＤ反
応室（膜形成部）１１、赤外線加熱処理室（処理部）１
２がこのような並びで連接され、塵などによる汚染防止
のためフェースダウンで保持されたウエハ表面にＣＶＤ
法によりＢＰＳＧ膜を形成し、更にリフロー処理するこ
とにより、ウエハ表面の平坦化を図ることができる。な
お、各室の間の仕切り壁や各室の間の開閉を行うための
バルブが設けられる場合もある。
【００２６】図中符号１６はロード／アンロード室１０
に備えられたロボットで、ロード／アンロード室１０外
からウエハ２９を搬入・搬出する。
【００２７】２２はＣＶＤ反応室１１に備えられたガス
分散具で、反応ガスを反応ガス導入口１９から導入し、
ガスシャワー１７のガス放出面１８から上向きに反応ガ
スを放出する。そして、ガスシャワー１７周辺部を囲む
ガス収集具２０により反応の終わった反応ガスを集めて
ガス排出口２１からＣＶＤ反応室１１外に排気する。
【００２８】２８は赤外線加熱処理室１２に備えられた
赤外線照射手段（処理手段）で、酸化防止のためウエハ
２９に放出される不活性ガスを導入するガス導入口２１
を有する赤外線ランプ保持具２３により赤外線ランプ２
４が保持されている。ウエハ２９表面に散布された不活
性ガスは赤外線ランプ保持具２３の周囲に設けられたガ
ス収集具により集められ、ガス排出口２７から赤外線加
熱処理室１２外に放出される。
【００２９】１５は塵などによる汚染防止のためフェー
スダウンでウエハ２９を保持するウエハ保持具で、ウエ
ハ２９を保持したままロード／アンロード室１０、ＣＶ
Ｄ反応室１１、赤外線加熱処理室１２の間を行き来す
る。また、ウエハ保持具１５にはヒータ（加熱手段）１
４が埋め込まれ、ウエハ載置面１３に載置されるウエハ
２９を所定の温度に加熱・保持するようになっている。
【００３０】以上のように、本発明の第１の実施例のマ
ルチステッププロセス装置においては、ウエハ２９に反
応ガスを供給するガス分散具２２を有するＣＶＤ反応室
１１及び形成されたＢＰＳＧ膜等の膜を加熱・リフロー
する赤外線加熱処理室１２と、ウエハ２９を保持したま
まＣＶＤ反応室１１及び赤外線加熱処理室１２の間を順
次移動することが可能なウエハ保持具１５とを有し、ウ
エハ保持具１５は、ウエハ２９の移動中を含めてウエハ
２９を加熱することが可能なヒータ１４を有している。
【００３１】従って、ＣＶＤ反応室１１でＢＰＳＧ膜等
の膜を形成後、赤外線加熱処理室１２で赤外線照射手段
２８によりＢＰＳＧ膜のリフロー処理を行う場合、ＣＶ
Ｄ反応室１１と赤外線加熱処理室１２との間でのウエハ
２９の移動中に、ヒータ１４による加熱調整によりウエ
ハの温度を一定の温度に保持しておくことができるの
で、ウエハ２９温度の変動を低減することができる。
【００３２】なお、第１の実施例では、ＣＶＤ反応室１
１に赤外線加熱処理室１２を連接しているが、赤外線加
熱処理室１２の代わりにＵＶ処理室（紫外線処理室）や
オゾン処理室を連接することもできる。これにより、ダ
ングリングボンドを埋めてＢＰＳＧ膜等の膜を緻密化す
るとともに、ウエハ２９の温度変動を低減することによ
り形成膜への熱歪みの発生を防止し、膜質の向上を図る
ことができる。
【００３３】（ｂ）第２の実施例 図２，図３（ａ）〜（ｃ）及び図４は、本発明の第２の
実施例のマルチステッププロセス装置について説明する
図で、それぞれ図４は装置全体の斜視図、図３（ａ）〜
（ｃ）は赤外線照射手段，紫外線照射手段及びガス分散
具の詳細を示す側面図，図４は装置全体の上面図を示
す。
【００３４】図２，図３（ａ）〜（ｃ）及び図６におい
て、図１（ａ），（ｂ）と異なるところは、ＣＶＤ反応
室及び各処理室が回転軸を中心とする円周に沿って並べ
られており、これに従ってヒータ（加熱手段）を有する
ウエハ保持具も円周に沿って移動するようになっている
ことである。このマルチステッププロセス装置では、例
えばリフローにより平坦化されたＢＰＳＧ膜をSiO2膜で
挟んだ３層構造の絶縁膜を形成することが可能である。
【００３５】図２，図３（ａ）〜（ｃ）及び図４におい
て、37ａ〜37ｆは図３（ａ）〜（ｃ）に示す、互いに分
離されたウエハ保持具で、各ウエハ保持具37ａ〜37ｆは
アーム34ａ〜34ｆにより回転軸３３と固定されている。
そして、回転軸３３を回転することにより各ウエハ保持
具37ａ〜37ｆのウエハ載置面41ａ〜41ｆを含む一平面上
で回転軸３３の回りにウエハ保持具37ａ〜37ｆのウエハ
載置面41ａ〜41ｆが回転するようになっている。また、
各ウエハ保持具37ａ〜37ｆは不図示の排気装置と接続さ
れ、不図示の吸引口や窒素ガスの導入口とパイプ状のア
ーム34ａ〜34ｆを介して連通しているチャックにより、
ウエハ32ａ〜32f をウエハ載置面41ａ〜41ｆに固定した
り、固定されたウエハ32ａ〜32f をウエハ載置面41ａ〜
41ｆから離脱したりする。また、各ウエハ保持具37ａ〜
37ｆには個別にヒータ（加熱手段）42ａ〜42ｆが埋め込
まれ、各ヒータ42ａ〜42ｆに独立して電力を供給し、各
ウエハ保持具37ａ〜37ｆに載置されたウエハ32ａ〜32f
の加熱・保温を個別に行うことができるようになってい
る。
【００３６】38ｂ〜38ｆは、ウエハ保持具37ｂ〜37ｆの
ウエハ載置面41ｂ〜41ｆと対向するように設けられた、
第１の膜形成部のガス分散具／第１の処理部の赤外線照
射手段（処理手段）／第２の膜形成部のガス分散具／第
２の処理部の紫外線照射手段（処理手段）／第３の膜形
成部のガス分散具で、ウエハ保持具37ｂ〜37ｆとは分離
され、かつ回転軸３３を中心とする円周に沿って不図示
の装置の基台に固定して設けられている。
【００３７】各ガス分散具38ｂ，38ｄ，38ｆは、図３
（ｃ）のガス分散具38ｆに代表して示すように、ウエハ
32ｂ，32ｄ，32ｆに反応ガスを供給するガスシャワー43
ｂ，43ｄ，43ｆと、反応の終わったガスを収集するガス
収集具45ｂ，45ｄ，45ｆとを有し、ガスシャワー43ｂ，
43ｄ，43ｆに反応ガス導入口39ｂ，39ｄ，39ｆが接続さ
れ、ガス収集具45ｂ，45ｄ，45ｆにガス排出口40ｂ，40
ｄ，40ｆが接続されている。更に、図６に示すように、
各ガス分散具38ｂ，38ｄ，38ｆのガス放出部は回転軸３
３を中心とする放射方向に直角の方向の複数のスリット
に分割されて設けられている。
【００３８】また、赤外線照射手段38ｃは、図３（ａ）
に示すように、ウエハ32ｃを加熱するための赤外線ラン
プ47ｃと、赤外線ランプ47ｃを保持する赤外線ランプ保
持具46ｃと、酸化防止のためウエハに放出された不活性
ガスを収集するガス収集具45ｃとを有し、赤外線ランプ
保持具46ｃにガス導入口39ｃが接続され、ガス収集具45
ｃにガス排出口40ｃが接続されている。更に、紫外線照
射手段38ｅは、図３（ｂ）に示すように、ウエハ32ｅを
加熱するための水銀ランプ49ｅと、水銀ランプ49ｅを保
持する水銀ランプ保持具48ｅと、酸化防止のためウエハ
に放出された不活性ガスを収集するガス収集具45ｅとを
有し、水銀ランプ保持具48ｅにガス導入口39ｅが接続さ
れ、ガス収集具45ｅにガス排出口40ｅが接続されてい
る。
【００３９】更に、ヒータ42ａと接続されている図４の
スリップリング35ａ，35ｂは、回転軸３３に設けられ、
回転軸３３とともに回転するスリップリング35ａ，35ｂ
の正・負の極性と対応するように接触している一対の集
電子36ａ，36ｂに接続されている。そして、一対の集電
子36ａ，36ｂは不図示の電源と接続され、スリップリン
グ35ａ，35ｂを介してヒータ42ａ〜42ｆに電力を供給で
きるようになっている。なお、図４では１つのウエハ保
持具37ａのヒータ42ａと接続しているスリップリング35
ａ，35ｂのみ図示しているが、回転軸３３には他のウエ
ハ保持具37ｂ〜37ｆのヒータ42ｂ〜42ｆと接続している
スリップリングも設けられている。また、何れのスリッ
プリング35ａ，35ｂも回転軸３３の回転を妨げないよう
にロータリコネクタが用いられている。
【００４０】なお、ウエハ保持具37ａの位置は、図２に
示すように、エレベータ３１が設置されたローダ／アン
ローダ部となっており、エレベータ３１とウエハ保持具
37ａとの間でウエハ32ａの受渡しが行われるのみで、膜
形成は行われない。
【００４１】以上のような第２の実施例のマルチステッ
ププロセス装置においては、ガス分散具38ｂ，38ｄ，38
ｆを複数、かつ互いに分離して設けることにより、異な
る種類の多層膜の形成が可能になる。また、赤外線照射
手段38ｃや紫外線照射手段38ｅが設けられているので、
平坦な絶縁膜の形成，形成膜の平坦化のための処理及び
形成膜の膜質の向上のための処理を連続して行うことが
できる。
【００４２】なお、上記の第２の実施例では、処理手段
として赤外線照射手段38ｃや紫外線照射手段38ｅが設け
られているが、これらの代わりにオゾン等の処理ガス供
給手段が設けられてもよいし、更に処理部を増やし、赤
外線照射手段38ｃや紫外線照射手段38ｅに追加して処理
ガス供給手段が設けられることも可能である。
【００４３】また、膜形成部と処理部とが混在して設け
られているが、膜形成部だけが設けられることもでき
る。
【００４４】更に、フェースダウンのウエハ載置面41ａ
〜41ｆを有しているが、フェースアップのウエハ載置面
を有しているものについても可能である。
【００４５】（２）本発明の実施例の半導体装置の製造
方法 （ｃ）第３の実施例 次に、図１（ａ），（ｂ）のマルチステッププロセス装
置を用いて、平坦化されたＢＰＳＧ膜をウエハ表面に形
成する第３の実施例の製造方法について図５（ａ）〜
（ｃ），図６を参照しながら説明する。図５（ａ）〜
（ｃ）は製造方法について説明する断面図、図３は移動
中のウエハの温度を含む膜形成処理中のウエハの温度の
履歴を示す図である。
【００４６】まず、図５（ａ）に示す、ポリシリコン膜
からなる配線層51ａ，51ｂがSiO2膜５０の上にの形成さ
れたSi基板（ウエハ）２９を、図１（ｂ）に示すロボッ
ト１６によりロード／アンロード室１０に搬入した後、
ウエハ保持具１５のウエハ載置面１３にフェースダウン
で載置する。
【００４７】次に、ウエハ保持具１５に埋め込まれたヒ
ータ１４に電流を流してヒータ１４を発熱させ、ウエハ
２９を加熱してウエハ温度（第１の温度）を４００℃に
保持する。
【００４８】次いで、ウエハ保持具１５を移動し、ウエ
ハ２９をＣＶＤ反応室１１に搬送する。このとき、搬送
中もヒータ１４には電流が流され、ウエハ温度が４００
℃に保持されるようにヒータ１４を発熱させている。続
いて、ＴＥＯＳ／3.5 重量％のリンを含むＴＭＰ（Tri-
Mechyl-Phosphate）／4.0 重量％のボロンを含むＴＭＢ
（Tri-Mechyl-Borate ）／Ｏ3 の混合ガスを反応ガス導
入口１９からガスシャワー１７に導入すると、混合ガス
はガス放出面１８からウエハ２９の表面に放出されるの
で、この状態で所定の時間保持すると、所定の膜厚のＢ
ＰＳＧ膜５２が形成される（図５（ｂ））。
【００４９】次いで、ウエハ保持具１５を赤外線加熱処
理室１２に移動する。このとき、前記の移動時と同様
に、ウエハの搬送中もヒータ１４には電流が流され、ウ
エハ温度が４００℃に保持されるようにヒータ１４を発
熱させている。
【００５０】続いて、赤外線加熱処理室１２に搬入され
たウエハ２９はガス導入口２５から導入された窒素ガス
中で赤外線ランプ２４により更に加熱され、温度（第２
の温度）800 ℃に保持される。その結果、ＢＰＳＧ膜５
２は溶融・流動し、ウエハ２９の表面が平坦化する（図
５（ｃ））。このとき、ＣＶＤ装置から加熱処理炉に移
しかえるためにウエハが自然冷却された後、加熱処理炉
中で再度加熱処理を行う従来の方法と比較して、加熱処
理温度を約100 〜200 ℃低下させることができた。これ
は、ウエハ２９温度を所定の温度以上に保持しているの
で、ＢＰＳＧ膜５２の膜質が変化したり、ＢＰＳＧ膜５
２の吸湿を防止することができるためと考えられる。
【００５１】以上のように、第３の実施例の製造方法に
おいては、図６のウエハ温度の履歴に示すように、ヒー
タ１４を有するウエハ保持具１５に保持されたウエハ２
９をヒータ１４により加熱し、温度400 ℃に保持してウ
エハ２９の表面にＢＰＳＧ膜５２を形成した後、ＢＰＳ
Ｇ膜５２のリフロー処理を行うため、ヒータ加熱に加え
て赤外線照射によりウエハ２９を加熱し、ウエハ２９の
温度を約400 ℃から約800 ℃に昇温している。
【００５２】従って、ＢＰＳＧ膜５２を形成した後にウ
エハ２９の温度を下げることなく連続してＢＰＳＧ膜５
２のリフロー処理を行うことができるので、ウエハ２９
の温度の変動を低減することができる。これにより、Ｂ
ＰＳＧ膜５２の平坦化を図るとともに、ＢＰＳＧ膜５２
への熱歪みの発生等を防止してＢＰＳＧ膜５２の膜質の
変化や劣化を防止することができる。
【００５３】なお、第３の実施例では、ウエハ２９の温
度を約800 ℃に昇温するため赤外線ランプ２４によりウ
エハ２９を加熱しているが、ウエハ保持具１５に埋め込
まれたヒータ１４を用いてウエハ２９を加熱することも
できる。
【００５４】また、ＢＰＳＧ膜５２の形成後に、ＢＰＳ
Ｇ膜５２のリフロー処理を行っているが、ＢＰＳＧ膜５
２の形成後にウエハ２９の加熱を続けたまま搬送し、一
定の温度に保持されたウエハ２９に対して連続してＢＰ
ＳＧ膜５２のＵＶ照射処理（紫外線照射処理）やオゾン
雰囲気中でのアニール処理を行うこともできる。これに
より、ダングリングボンドを埋めてＢＰＳＧ膜５２を緻
密化するとともに、処理時と搬送時との間のウエハ２９
の温度変動を低減してＢＰＳＧ膜５２への熱歪みの発生
を防止し、膜質の向上を図ることができる。
【００５５】（ｄ）第４の実施例 次に、図２のマルチステッププロセス装置を用いて、本
発明の第４の実施例の３層の絶縁膜を形成する方法につ
いて図７（ａ）〜（ｄ），図８（ｅ）〜（ｇ），図９を
参照しながら説明する。
【００５６】図７（ａ）〜（ｄ），図８（ｅ）〜（ｇ）
は製造方法について説明する断面図、図９は移動中のウ
エハの温度を含む膜形成処理中のウエハの温度の履歴を
示す図である。この場合、図８（ｆ）に示すように、ウ
エハ保持具37ａが回転軸３３の回りを一回りする間に所
定膜厚のSiO2膜55ａ／ＢＰＳＧ膜56ａ／SiO2膜５７の３
層構造の絶縁膜がウエハ上に形成されるようになってい
る。なお、最下層のSiO2膜55ａはＢＰＳＧ膜56ａ中のボ
ロン（Ｂ）やリン（Ｐ）がポリシリコン層又はシリサイ
ド層54ａ，54ｂに導入されて、抵抗値が変動するのを防
止するために形成され、最上層のSiO2膜５７はＢＰＳＧ
膜56ａの吸湿を防止するために形成される。
【００５７】まず、不図示のカセットステーションから
図２に示すロボット３０により、図７（ａ）に示すSiO2
膜５３上にポリシリコン層又はシリサイド層54ａ，54ｂ
の形成された第１のウエハ32ａをローダ／アンローダ部
に搬送し、エレベータ３１に載置する。
【００５８】次いで、エレベータ３１を上昇させて、ウ
エハ保持具37ａのウエハ載置面41ａに第１のウエハ32ａ
を接触させるとともに、不図示の吸引口から排気し、吸
引口と連通しているチャックにより第１のウエハ32ａを
ウエハ載置面41ａに載置・固定する。このとき、各ウエ
ハ保持具37ａ〜37ｆのヒータ42ａ〜42ｆと対応するスリ
ップリング35ａ，35ｂ，…／集電子36ａ，36ｂ，…を介
してすべてのウエハ保持具37ａ〜37ｆのヒータ42ａ〜42
ｆに電力を供給し、すべてのウエハ保持具37ａ〜37ｆの
ウエハ載置面41ａ〜41ｆの温度を約400 ℃に保持する。
【００５９】次に、第１のウエハ32ａの温度が約400 ℃
に達した後、回転軸３３を回転し、ガス分散具38ｆの直
上の位置にウエハ保持具37ａを停止する。続いて、ガス
シャワー43ｆから反応ガスとしてＴＥＯＳ−Ｏ3 の混合
ガスを放出する。このとき、SiO2膜５５が成長しはじめ
るが、その成長レートは約2000Åとなり、約１分間この
状態を保持することにより、目標とする膜厚の約2000Å
のSiO2膜５５が第１のウエハ32ａ上に形成される（図７
（ｂ））。なお、この間、上記と同様にして第２のウエ
ハ32ｂをローダ／アンローダ部に位置するウエハ保持具
37ｂに載置し、第２のウエハ32ｂの温度をヒータ42ｂに
より約400 ℃に加熱しておく。
【００６０】次に、回転軸３３を回転し、ガス分散具38
ｆ／紫外線照射手段38ｅの直上の位置にそれぞれウエハ
保持具37ｂ，37ａを停止する。このとき、第１及び第２
のウエハ32ａ，32ｂを移動中にもヒータ42ａ，42ｂによ
り加熱し、図９に示すように、第１及び第２のウエハ32
ａ，32ｂを約400 ℃の温度に保持しておく。この状態
で、紫外線照射手段38ｅの水銀ランプ49ｅを点灯して第
１のウエハ32ａ上のSiO2膜５５に紫外線照射する。その
結果、SiO2膜５５のダングリングボンドを埋めてSiO2膜
55ａを緻密化することができる（図７（ｃ））。一方、
ガスシャワー43ｆから反応ガスとしてＴＥＯＳ−Ｏ3 の
混合ガスを放出し、約１分間この状態を保持すると、第
２のウエハ32ｂ上には目標とする膜厚の約2000ÅのSiO2
膜が形成される。更に、この間、上記と同様にして第３
のウエハ32ｃをローダ／アンローダ部に位置するウエハ
保持具37ｃに載置し、第３のウエハ32ｃの温度を約400
℃にヒータ42ｃにより加熱しておく。
【００６１】次いで、回転軸３３を回転し、ガス分散具
38ｆ／紫外線照射手段38ｅ／ガス分散具38ｄの直上の位
置にそれぞれウエハ保持具37ｃ，37ｂ，37ａを停止す
る。このとき、第１，第２及び第３のウエハ32ａ，32
ｂ，32ｃを移動中にもヒータ42ａ〜42ｃにより加熱し、
図９に示すように、第１，第２及び第３のウエハ32ａ，
32ｂ，32ｃを約400 ℃の温度に保持しておく。この状態
で、直ちに、ガス分散具38ｄのガスシャワー43ｄから反
応ガスとしてＴＥＯＳ−Ｏ3 ／ＴＭＰ／ＴＭＢの混合ガ
スを放出し、約３分間この状態を保持すると、第１のウ
エハ32ａのSiO2膜５５上には目標とする膜厚の約6000Å
のＢＰＳＧ膜５６が形成される（図７（ｄ））。一方、
水銀ランプ49ｅを点灯して第２のウエハ32ｂ上のSiO2膜
に紫外線照射する。その結果、SiO2膜のダングリングボ
ンドを埋めてSiO2膜を緻密化することができる。更に、
ガス分散具38ｆから反応ガスを放出することにより第３
のウエハ32ｃ上には目標とする膜厚の約2000ÅのSiO2膜
が形成される。更に、この間、上記と同様にして第４の
ウエハ32ｄをローダ／アンローダ部に位置するウエハ保
持具37ｄに載置し、第４のウエハ32ｄの温度を約400 ℃
にヒータ42ｄにより加熱しておく。
【００６２】次に、回転軸３３を回転し、ガス分散具38
ｆ／紫外線照射手段38ｅ／ガス分散具38ｄ／赤外線照射
手段38ｃの直上の位置にそれぞれウエハ保持具37ｄ，37
ｃ，37ｂ，37ａを停止する。このとき、第１，第２，第
３及び第４のウエハ32ａ，32ｂ，32ｃ，32ｄを移動中に
もヒータ42ａ〜42ｄにより加熱し、図９に示すように、
第１，第２，第３及び第４のウエハ32ａ，32ｂ，32ｃ，
32ｄを約400 ℃の温度に保持しておく。続いて、第１の
ウエハ32ａ上のＢＰＳＧ膜５６をリフローするために、
赤外線ランプ38ｃを点灯し、図９に示すように、ウエハ
温度を約400 ℃から約800 ℃に上昇させ、保持する。こ
の状態を所定の時間保持すると、ＢＰＳＧ膜５６は溶融
・流動しウエハ表面の凹凸が均される（図７（ｅ））。
なお、第１のウエハ32ａの処理と同時に第２，第３及び
第４のウエハ32ｂ，32ｃ，32ｄについても所定の処理が
なされる。更に、この間、上記と同様にして第５のウエ
ハ32ｅをローダ／アンローダ部に位置するウエハ保持具
37ｅに載置し、第４のウエハ32ｅの温度を約400 ℃にヒ
ータ42ｅにより加熱しておく。
【００６３】次いで、回転軸３３を回転し、ガス分散具
38ｆ／紫外線照射手段38ｅ／ガス分散具38ｄ／赤外線照
射手段38ｃ／ガス分散具38ｂの直上の位置にそれぞれウ
エハ保持具37ｅ，37ｄ，37ｃ，37ｂ，37ａを停止する。
このとき、第１，第２，第３，第４及び第５のウエハ32
ａ，32ｂ，32ｃ，32ｄ，32ｅは移動中にもヒータ42ａ〜
42ｅにより加熱し、図９に示すように、第１，第２，第
３，第４及び第５のウエハ32ａ，32ｂ，32ｃ，32ｄ，32
ｅを約400 ℃の温度に保持しておく。続いて、ガス分散
具38ｂのガスシャワー43ｂから反応ガスとしてＴＥＯＳ
−Ｏ3 の混合ガスを放出し、約１分間この状態を保持す
ると、第１のウエハ32ａ上には目標とする膜厚の約2000
ÅのSiO2膜５７が形成される（図７（ｆ））。なお、第
１のウエハ32ａの処理と同時に第２，第３，第４及び第
５のウエハ32ｂ，32ｃ，32ｄ，32ｅについても所定の処
理がなされる。更に、この間、上記と同様にして第６の
ウエハ32ｆをローダ／アンローダ部に位置するウエハ保
持具37ｆに載置し、第６のウエハ32ｆの温度を約400 ℃
にヒータ42ｆにより加熱しておく。
【００６４】次いで、回転軸３３を回転し、ガス分散具
38ｆ／紫外線照射手段38ｅ／ガス分散具38ｄ／赤外線照
射手段38ｃ／ガス分散具38ｂ／エレベータ３１の直上の
位置にそれぞれウエハ保持具37ｆ，37ｅ，37ｄ，37ｃ，
37ｂ，37ａを停止する。続いて、エレベータ３１を上昇
し、ウエハ保持具37ａのチャックと対応する吸引口を閉
じるとともに、窒素ガスの導入口のバルブを開けて窒素
ガスをチャックに送ると第１のウエハ32ａがウエハ載置
面41ａから離脱して、エレベータ３１上に載置される。
次に、ロボット３０により第１のウエハ32ａをカセット
ステーションに搬出する。なお、この間、第１のウエハ
32ａの処理と同時に第２，第３，第４，第５及び第６の
ウエハ32ｂ，32ｃ，32ｄ，32ｅ，32ｆについても所定の
処理がなされる。
【００６５】このようにして、第２，第３，第４，第５
及び第６のウエハ32ｂ，32ｃ，32ｄ，32ｅ，32ｆについ
ても第１のウエハ32ａと同様な処理を行い、再び第２，
第３，第４及び第５のウエハ32ｂ，32ｃ，32ｄ，32ｅが
回転軸３３の回りを一回りしてローダ／アンローダ部に
帰ってきたときにこれらのウエハ上には目標とする膜厚
のSiO2膜／ＢＰＳＧ膜／SiO2膜の３層の膜が形成されて
いる。この間ウエハの温度はヒータ42ｂ〜42ｅにより加
熱され、常に一定の温度に保持されているので、温度変
動による形成膜への熱歪みの発生を防止することができ
る。このようにして、次々に所定膜厚のSiO2膜／ＢＰＳ
Ｇ膜／SiO2膜の３層の膜がウエハ上に形成されてカセッ
トステーションに蓄積されていく。
【００６６】その後、下層の配線層54ａ，54ｂ上のSiO2
膜５７及ＢＰＳＧ膜56ａに不図示のビアホールを形成し
た後、Ａｌ膜からなる上層の配線層５８を形成すると、
半導体装置が完成する（図７（ｇ））。
【００６７】以上のように、第４の実施例の半導体装置
の製造方法によれば、ヒータ42ａ〜42ｆを有するウエハ
保持具37ａ，37ｂ，37ｃ，37ｄ，37ｅ，37ｆに保持され
た第１，第２，第３，第４，第５及び第６のウエハ32
ａ，32ｂ，32ｃ，32ｄ，32ｅ，32ｆをヒータ42ａ〜42ｆ
により加熱して温度約400 ℃に保持したまま、ガス分散
具38ｂ，38ｄ，38ｆと各処理部38ｃ，38ｅとの間を移動
し、ウエハ32ａ，32ｂ，32ｃ，32ｄ，32ｅ，32ｆの表面
に紫外線照射されたSiO2膜55ａ／赤外線照射により平坦
化されたＢＰＳＧ膜56ａ／SiO2膜５７を形成している。
【００６８】従って、図９に示すように、ウエハ温度は
400 ℃と800 ℃との間の変動で済む。このように、従来
と異なり移動の間にウエハ32ａ，32ｂ，32ｃ，32ｄ，32
ｅ，32ｆが自然冷却されるのを防止することにより、ウ
エハ温度の変動を低減することができるので、熱歪みを
低減する等、形成膜の膜質の変化や劣化を防止すること
ができる。
【００６９】なお、第４の実施例では、最下層のSiO2膜
として紫外線照射されたSiO2膜55ａを形成しているが、
オゾン雰囲気中でのアニール処理のなされたSiO2膜を形
成することもできる。また、第４の実施例の膜構造に限
らず、膜形成，赤外線処理，紫外線処理，オゾン雰囲気
中でのアニール処理等を組み合わせて他の構造の膜形成
を行うことが可能である。
【００７０】更に、ＢＰＳＧ膜のリフロー処理のため
に、赤外線照射による加熱を行っているが、ヒータのみ
を用いて加熱処理することも可能である。
【００７１】また、膜形成と形成膜の処理とを行ってい
るが、形成膜の処理を行わずにSiO2膜／ＢＰＳＧ膜／Si
O2膜の異なる種類の多層膜の形成のみを行うことも可能
である。この場合も、ウエハ保持具を膜形成部の間を移
動させる間、ウエハを加熱することにより、ウエハ温度
の変動を低減することができるので、形成された絶縁膜
の熱歪みの低減を図ることができる。
【００７２】更に、膜形成の間中、保持されたウエハ保
持具37ａ〜37ｆの位置を中心として放射方向にオシレー
ションユニットによりウエハ保持具37ａ〜37ｆを直線往
復運動を行わせることにより、ウエハ32ａ〜32ｆ上への
反応ガスの供給を均一化し、均一な膜厚や膜質のSiO2膜
／ＢＰＳＧ膜／SiO2膜を形成することができる。
【００７３】
【発明の効果】以上のように、本発明の半導体製造装置
においては、第１に、ウエハに反応ガスを供給するガス
分散具を有する膜形成部及び形成された膜の処理部と、
ウエハを保持したまま膜形成部及び処理部の間を順次移
動することが可能なウエハ保持具とを有し、ウエハ保持
具は、ウエハの移動中を含めてウエハを加熱することが
可能な加熱手段を有している。
【００７４】第２に、ウエハに反応ガスを供給するガス
分散具を有する複数の膜形成部と、ウエハ載置面にウエ
ハを保持したまま複数の膜形成部の間を順次移動するこ
とが可能なウエハ保持具とを有し、複数のガス分散具は
それぞれ異なる反応ガスの供給手段を有し、ウエハ保持
具はウエハの移動中を含めてウエハを加熱することが可
能な加熱手段を有している。
【００７５】従って、いずれの場合も、ウエハの移動中
のウエハの自然冷却を防止してウエハ温度の変動を低減
し、これにより、形成された膜の膜質の変化や劣化を防
止することができる。
【００７６】本発明の半導体装置の製造方法において
は、第１に、加熱手段を有するウエハ保持具に保持され
たウエハを加熱手段により加熱して第１の温度に保持
し、ウエハの表面に膜を形成した後、膜の加熱処理を行
うため、赤外線照射により或いは加熱手段によりウエハ
を更に加熱してウエハの温度を第１の温度よりも高い第
２の温度に昇温している。
【００７７】第２に、加熱手段を有するウエハ保持具に
保持されたウエハを加熱手段により加熱して第３の温度
に保持し、ウエハの表面に膜を形成した後、第４の温度
に加熱されたウエハに紫外線照射して、或いは処理ガス
を散布して膜の処理を行うため、ウエハを加熱しなが
ら、ウエハ保持具を膜形成部から処理部に移動させてい
る。
【００７８】第３に、加熱手段を有するウエハ保持具に
保持されたウエハを加熱手段により加熱して第５の温度
に保持し、ウエハの表面に第１の膜を形成した後、ウエ
ハの温度を第６の温度に保持して第１の膜の上に第２の
膜を形成するため、ウエハ保持具を第１の膜形成部から
第２の膜形成部に移動させる間、ウエハを加熱してい
る。
【００７９】従って、いずれの場合にも、ウエハの移動
中の自然冷却を防止し、ウエハ温度の変動を低減するこ
とができるので、形成された膜への熱歪みの発生等を防
止して形成された膜の膜質の変化や劣化を防止すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例のマルチステッププロセ
ス装置について説明する構成図である。
【図２】本発明の第２の実施例のマルチステッププロセ
ス装置について説明する斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施例のマルチステッププロセ
ス装置の膜形成部及び処理部について説明する構成図で
ある。
【図４】本発明の第２の実施例のマルチステッププロセ
ス装置について説明する上面図である。
【図５】本発明の第３の実施例の膜形成方法について説
明する断面図である。
【図６】本発明の第３の実施例の膜形成方法におけるウ
エハ温度の履歴について説明する図である。
【図７】本発明の第４の実施例の膜形成方法について説
明する断面図（その１）である。
【図８】本発明の第４の実施例の膜形成方法について説
明する断面図（その２）である。
【図９】本発明の第４の実施例の膜形成方法におけるウ
エハ温度の履歴について説明する図である。
【図１０】従来例のマルチチャンバプロセス装置につい
て説明する構成図である。
【図１１】従来例の膜形成方法におけるウエハ温度の履
歴について説明する図である。
【符号の説明】
１ カセットチャンバ、 ２，５，１６，３０ ロボット、 ３ ロードロックチャンバ、 ４ バッファチャンバ、 ６ａ〜６ｅ 処理チャンバ、 ７ａ，７ｂ，８ａ〜８ｅ バルブ、 ９，２９，32ａ〜32ｆ Si基板（ウエハ）、 １０ ロード／アンロード室、 １１ ＣＶＤ室（膜形成部）、 １２ 赤外線加熱処理室（処理部）、 １３，41ａ〜41ｆ ウエハ載置面、 １４，42ａ〜42ｆ ヒータ（加熱手段）、 １５，37ａ〜37ｆ ウエハ保持具、 １７，43ｂ，43ｄ，43ｆ ガスシャワー、 １８，44ｂ，44ｄ，44ｆ ガス放出面、 １９，39ｂ，39ｄ，39ｆ 反応ガス導入口、 ２０，２６，45ｂ〜45ｆ ガス収集具、 ２１，２７，40ｂ〜40ｆ ガス排出口、 ２２，38ｂ，38ｄ，37ｆ ガス分散具、 ２３，46ｃ 赤外線ランプ保持具、 ２４，47ｃ 赤外線ランプ、 ２５，39ｃ，39ｅ ガス導入口、 ２８，38ｃ 赤外線照射手段（処理手段）、 ３１ エレベータ、 ３３ 回転軸、 34ａ〜34ｆ アーム、 35ａ，35ｂ スリップリング、 36ａ，36ｂ 集電子、 38ｅ 紫外線照射手段（処理手段）、 48ｅ 水銀ランプ保持具、 49ｅ 水銀ランプ、 ５０，５３，５５，55ａ，５７ SiO2膜、 51ａ，51ｂ，５８ 配線層、 ５２，52ａ，５６，56ａ ＢＰＳＧ膜、 54ａ，54ｂ ポリシリコン層又はシリサイド層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 徳増 徳 東京都港区港南２ー13ー29 株式会社半導 体プロセス研究所内 (72)発明者 西本 裕子 東京都港区港南２ー13ー29 株式会社半導 体プロセス研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−136234（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】上向きに反応ガスを放出するガス分散具を
    備えた膜形成部と、 前記形成された膜の後処理をする処理手段が上向きに設
    置されている処理部と、 前記ガス分散具及び前記処理手段と対面するように下向
    きにウエハを保持し、そのまま前記膜形成部と前記処理
    部の間を移動させるウエハ保持具と、 前記ウエハ保持具の移動中を含め、前記ウエハを加熱す
    る、前記ウエハ保持具に設置された加熱手段とを有する
    ことを特徴とする半導体製造装置。
  2. 【請求項２】前記処理手段は、上向きに赤外線を放射す
    る赤外線照射手段、上向きに紫外線を放射する紫外線照
    射手段、又は処理ガス供給手段であることを特徴とする
    請求項１記載の半導体製造装置。
  3. 【請求項３】前記膜形成部と前記処理部とを一組とし、
    これらが複数組順に並べられていることを特徴とする請
    求項１又は請求項２に記載の半導体製造装置。
  4. 【請求項４】膜形成部で、第１の温度に加熱されたウエ
    ハを下向きに保持し、反応ガスを上向きに放出して、前
    記ウエハ表面を前記反応ガスに曝して成膜する工程と、 前記成膜後に前記ウエハを加熱しながら処理部に移動さ
    せる工程と、 前記処理部で、赤外線照射により或いは前記加熱手段に
    より前記ウエハを第２の温度に加熱して、前記形成され
    た膜を後処理する工程とを有する半導体装置の製造方
    法。
  5. 【請求項５】膜形成部で、第１の温度に加熱されたウエ
    ハを下向きに保持し、反応ガスを上向きに放出して、前
    記ウエハを前記反応ガスに曝して成膜する工程と、 前記成膜後に前記ウエハを加熱しながら処理部に移動さ
    せる工程と、 前記処理部で、前記加熱手段により前記ウエハを前記第
    ２の温度に加熱し、かつ前記ウエハに紫外線を照射し
    て、或いは処理ガスを散布して前記形成された膜の後処
    理を行う工程とを有する半導体装置の製造方法。
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