(57)【要約】【課題】ウェーハ装入後のウェーハ温度が安定する迄の時間を短時間で安定させる半導体の製造方法を提供する。【解決手段】基板が装入される前、処理室を処理温度以上に加熱し、基板が装入された後、基板が処理温度となる様に処理室を冷却する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が装入される前、処理室を処理温度以上に加熱し、基板が装入された後、基板が処理温度となる様に処理室を冷却することを特徴とする半導体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウェーハ等の基板に薄膜、酸化膜を生成し、或は不純物の拡散等の処理を行い、半導体を製造する半導体製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体を製造する工程の１つにシリコンウェーハ等の基板（以下ウェーハ）にＣＶＤ法により薄膜を生成し、或は酸化膜を生成し、或は基板表面に不純物の拡散等を行う工程があり、斯かる工程を処理するものとしてＣＶＤ装置、酸化膜生成装置、拡散装置等の半導体製造装置がある。
【０００３】
又、半導体製造装置にはウェーハを一枚ずつ処理する枚葉式の半導体製造装置、或は所定数のウェーハを一度に処理するバッチ式の半導体製造装置がある。
【０００４】
図３は、縦型炉を具備するバッチ式の半導体製造装置を示しており、図３に於いて、半導体製造装置の概略を説明する。
【０００５】
有天筒状のアウタチューブ１の内部に上下両端が開放されたインナチューブ２が同心に設けられている。前記アウタチューブ１、インナチューブ２の材質はウェーハを汚染しない石英等の材質から成っており、前記インナチューブ２の内部が処理室４となっている。前記アウタチューブ１を囲繞する様に有天筒状のヒータユニット３が前記アウタチューブ１と同心に設けられ、前記ヒータユニット３により前記処理室４が加熱される。
【０００６】
又、該処理室４には基板保持具（ボート）５により水平姿勢で多段に保持されたウェーハ６がボートエレベータ（図示せず）により装入される様になっており、前記基板保持具５が前記処理室４に装入された状態では、前記アウタチューブ１の下端開口部（炉口部）はシールキャップ１０により気密に閉塞される様になっている。
【０００７】
前記処理室４には図示しない反応ガス導管を介して反応ガスが導入される様になっており、又前記処理室４は排気管（図示せず）を介して排気装置（図示せず）が接続されている。
【０００８】
而して、前記ウェーハ６が前記処理室４に装入され、前記ヒータユニット３により前記ウェーハ６が加熱され、反応ガスが導入されつつ反応後のガスは排気され、前記ウェーハ６に所要の処理がなされる。
【０００９】
処理が完了すると前記ウェーハ６が冷却され、所定温度以下となった状態で前記基板保持具５が引出される。
【００１０】
前記ヒータユニット３は発熱抵抗体であるヒータ７と該ヒータ７を覆う断熱材８から構成されており、該断熱材８は大きな熱容量を持っていることから、前記アウタチューブ１と前記断熱材８間の間隙とヒータ７間の間隙、及び該ヒータ７の周囲に強制的に後述する空気導入口９より取入れた外気を通風させることで、前記ヒータ７、アウタチューブ１を冷却している。
【００１１】
前記ヒータ７の下端部には空気導入口９が設けられ、該空気導入口９には流量調整用のバタフライ弁１１が設けられている。前記断熱材８の天井部には排風路１２が設けられ、該排風路１２には排気ダクト１３が接続され、該排気ダクト１３にはラジエタ１４、ブロア１５が設けられ、該ブロア１５は駆動部１６によって駆動され、該駆動部１６は制御部１７によって制御されている。
【００１２】
又、該制御部１７には前記アウタチューブ１の内部の温度を検出する温度検出器１８、前記ヒータ７の温度を検出する温度検出器１９が設けられ、該温度検出器１９、前記温度検出器１８が検出した温度は前記制御部１７に入力される様になっている。
【００１３】
尚、前記ヒータ７に給電するヒータ電源２０は前記温度検出器１８、温度検出器１９の検出結果に基づき前記制御部１７によって制御されている。
【００１４】
基板処理後、前記ヒータユニット３への給電が停止されると共に前記バタフライ弁１１が開かれ前記駆動部１６により前記ブロア１５が駆動され、前記空気導入口９より外気が吸引され、前記アウタチューブ１の周囲を上昇し前記排風路１２を通って排気される。前記温度検出器１８、前記温度検出器１９の検出温度を基に前記駆動部１６を介して前記ブロア１５の回転が制御され、前記排風路１２から排出される風量が制御される。該排風路１２から排出される空気は前記ラジエタ１４で排気系に支障ない程度に冷却され前記ブロア１５より排気される。
【００１５】
上記基板処理の過程で、常温のウェーハ６が前記処理室４内に装入され、処理温度迄加熱され、処理温度に維持される。図２は従来の半導体製造装置に於けるウェーハ６装入直後のウェーハの温度上昇を示している。
【００１６】
図中ａはウェーハ温度、ｂは処理温度、ｃはヒータ温度を示している。図示される様に、ウェーハ温度は処理温度に向って上昇し、ウェーハ温度が処理温度近傍になると、温度上昇率が徐々に小さくなり長時間掛って処理温度に安定されている。
【００１７】
又、前記ヒータ７は処理温度に維持されて待機し、前記ウェーハ６が装入されると前記処理室４の温度が処理温度より低下することを防止する為処理温度以上に上昇され、ウェーハ６が処理温度に近づくのと同様になだらかに処理温度迄降下している。
【００１８】
上記した従来の半導体の製造方法では、ウェーハ温度が処理温度に近づいていくと処理室４の温度とウェーハ６間の温度差が少なくなる。この為、ウェーハ６の温度上昇率が少なくなり、処理温度に安定する迄に長時間を要し、このことがスループットに影響している。
【００１９】
又、ウェーハ６装入時のウェーハ温度安定迄の時間を短縮する方法として、特許第３１７７７２２号公報（特許文献１）に開示されているものがある。該特許文献１ではウェーハの装入と共にヒータに電力を供給し、処理室を所定温度以上に加熱し、その後アウタチューブとヒータとの隙間に外気を流通させてウェーハを所定温度迄冷却させている。
【００２０】
【特許文献１】
特許第３１７７７２２号公報
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
上記した特許文献１では、ウェーハ６の装入と共に処理室４を加熱しているので、ヒータの温度上昇時間がウェーハの温度上昇速度に影響し、更にヒータの温度上昇速度を大きくする為には大きな加熱能力を有するヒータを使用しなければならないという問題を有していた。
【００２２】
本発明は斯かる実情に鑑み、ウェーハ装入後のウェーハ温度が安定する迄の時間を短時間で安定させる半導体の製造方法を提供するものである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板が装入される前、処理室を処理温度以上に加熱し、基板が装入された後、基板が処理温度となる様に処理室を冷却する半導体の製造方法に係るものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００２５】
本発明に係る半導体製造装置は、図３で示した半導体製造装置と同等の構成を有しており、半導体製造装置自体の説明については省略する。又、図１は本実施の形態に於けるウェーハ装入直後の、ウェーハ温度ａ、ヒータ温度ｃの変化の状態を示している。尚、処理温度ｂは６００℃の場合を例示している。
【００２６】
以下、図１、図３を参照して説明する。
【００２７】
処理室４へのウェーハ６装入前、温度検出器１９の検出温度に基づき、ヒータ７の温度が処理温度より高温（図示では略８００℃が例示されている）に維持されている。
【００２８】
処理温度よりも高い温度で前記ヒータ７を待機させることで、前記処理室４も処理温度より高い温度に維持されており、該処理室４に前記基板保持具５を介して前記ウェーハ６を装入する。又、該ウェーハ６装入後も前記ヒータ７は処理温度よりも高い温度に維持される。
【００２９】
前記ウェーハ６の温度上昇速度は、該ウェーハ６の温度と加熱温度との温度差によって決定され、加熱温度が処理温度以上となっているので、該ウェーハ６は大きな温度上昇速度を持って温度が上昇する。
【００３０】
前記ヒータ７は処理温度よりも高い温度に維持され、前記ウェーハ６の温度が処理温度に達すると、或は処理温度近傍になると、制御部１７はヒータ電源２０からの前記ヒータ７への電力を減少させると共にバタフライ弁１１を開き、駆動部１６を介してブロア１５を駆動する。
【００３１】
該ブロア１５の駆動によりヒータユニット３内部の空気が吸引され、空気導入口９から外気が流入して前記ヒータ７、アウタチューブ１を急速に冷却する。前記ヒータ７の温度は前記温度検出器１９によって監視され、前記ウェーハ６の温度は温度検出器１８によって監視される。
【００３２】
該温度検出器１８、前記温度検出器１９からの検出結果は前記制御部１７に入力され、該制御部１７は前記駆動部１６を介して前記ブロア１５の回転を制御し、排気量を調整する。又、排気量の調整により冷却状態が制御される。
【００３３】
前記ブロア１５による排気で、前記アウタチューブ１、前記ヒータ７は急速冷却され、前記ウェーハ６の温度上昇が停止する。該ウェーハ６の温度上昇が停止する際の該ウェーハ６の温度は、前記アウタチューブ１、ヒータ７の冷却状態、例えば冷却開始時期に影響される。
【００３４】
図１では、ウェーハ６の温度上昇速度を高める為、処理温度より高い温度でウェーハ６の温度上昇が停止している。前記ヒータ７の温度は処理温度を越えたウェーハ温度を低くする為、処理温度より低くなる迄冷却され、更に処理温度迄戻される様制御され、前記ウェーハ６の温度が処理温度に安定される。
【００３５】
尚、前記ウェーハ６の温度上昇が処理温度を越えて停止する温度については、前記ヒータ７、アウタチューブ１の冷却開始時期を調整することで決定することができる。
【００３６】
又、前記ウェーハ６の温度安定制御、前記ヒータ７の冷却制御の一例としては、所謂カスケード制御方法がある。
【００３７】
即ち、最初に設定温度と温度検出器、例えば温度検出器１９の検出温度との偏差を求め、この偏差に更に前記設定温度を加えて新たな設定温度を求め、新たな設定温度と前記温度検出器１９の検出温度が一致する様に前記ブロア１５の駆動を制御するものである。
【００３８】
本発明を実施することで、図１と図２との比較でも明らかな様に、前記ウェーハ６の温度安定迄に要する時間が大幅に短縮され、スループットが向上する。
【００３９】
尚、ウェーハ６装入前の前記ヒータ７の温度は、基板処理の種類によって決定されることは言う迄もない。
【００４０】
尚、処理室の温度とヒータ温度とは相関関係があるので、ウェーハが装入される前、ヒータを処理温度以上にするか、処理室の温度を処理温度以上にするかは、冷却制御の態様に合わせて決定すればよい。
【００４１】
又、処理対象となる基板はウェーハに限らず、ガラス基板であってもよく、更に縦型炉に限られるものでもないことは勿論である。
【００４２】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、基板が装入される前、処理室を処理温度以上に加熱し、基板が装入された後、基板が処理温度となる様に処理室を冷却するので、基板の温度上昇速度を大きくでき、基板装入後のウェーハ温度が安定する迄の時間を短時間で安定させ得るという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に於けるウェーハ、ヒータの温度の変化の状態を示す線図である。
【図２】従来例のウェーハ、ヒータの温度の変化の状態を示す線図である。
【図３】本発明が実施される半導体製造装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１          アウタチューブ
４          処理室
６          ウェーハ
７          ヒータ
８          断熱材
９          空気導入口
１１        バタフライ弁
１２        排風路
１３        排気ダクト
１５        ブロア
１６        駆動部
１７        制御部
１８        温度検出器
１９        温度検出器
２０        ヒータ電源
【図１】
2004172407.tif 000003
【図２】
2004172407.tif 000004
【図３】
2004172407.tif 000005