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JP2001155998A - 半導体処理装置および半導体処理方法 - Google Patents

半導体処理装置および半導体処理方法

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Publication number
JP2001155998A
JP2001155998A JP33363399A JP33363399A JP2001155998A JP 2001155998 A JP2001155998 A JP 2001155998A JP 33363399 A JP33363399 A JP 33363399A JP 33363399 A JP33363399 A JP 33363399A JP 2001155998 A JP2001155998 A JP 2001155998A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor substrate
heating stage
semiconductor
processing
wafer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP33363399A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshihiko Minami
利彦 南
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP33363399A priority Critical patent/JP2001155998A/ja
Publication of JP2001155998A publication Critical patent/JP2001155998A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウエハの表面処理を行う際の処理速度の不均
一を補正することができ、ウエハ面内に均一な処理を行
うことのできる半導体処理装置および半導体処理方法を
提供する。 【解決手段】 化学気相成長装置でウエハA上にシリコ
ン酸化膜を成膜する場合、膜厚測定手段8により処理中
のウエハA上の膜厚分布を測定し、シーケンス制御装置
7と膜厚測定手段8とから、ウエハAと加熱ステージ2
との相対位置の複数の組み合わせを選択し、それぞれの
相対位置での処理時間を最適化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は半導体処理装置お
よび半導体処理方法に関し、特に成膜、エッチング、ア
ッシング、スパッタ等の処理装置および処理方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体装置の微細化,薄膜化が進
み、ウエハの大口径化が進むなかで各処理工程における
ウエハ面内での均一性の精度向上が求められている。図
6は従来の半導体処理装置である化学気相成長装置の概
略断面図である。図6において、1は反応室、2は反応
室1内に設置された加熱ステージ、3はガス導入管、4
は排気管であり、ガス導入管3および排気管4は反応室
1に接続されている。さらに、Aは半導体基板であるウ
エハであり、5は加熱ステージ2にウエハAを保持する
際に使用する脱着機構である。
【0003】次に、図6に示した従来の半導体処理装置
を使用した処理方法について説明する。まず、脱着機構
5を使用して加熱ステージ2にウエハAを保持する。次
に、ガス導入管3より複数の反応ガス、例えばSiH4
とO2とを供給し、気相反応によりウエハA表面にシリ
コン酸化膜を形成する。その後、排気管4を通して反応
後の残ガスを反応室1から外部へ排出する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体処理装置
および処理方法は以上のようであったので、例えば化学
気相反応装置の場合、加熱ステージ2上のウエハAの位
置が図7(a)に示す位置であり、加熱ステージ2の面
内の温度分布が図7(b)に示すものであれば、ウエハ
A面内の温度分布は加熱ステージ2の面内の温度分布に
依存して不均一なものとなり、ウエハA表面の反応速度
も不均一なものとなってしまう。その結果、反応ガス流
を均一に制御する事ができたとしても、図7(c)に示
すように、ウエハA上に成膜される膜厚が不均一なもの
となってしまうという問題点があった。
【0005】この発明は上記のような問題点を解消する
ために成されたもので、半導体処理装置においてウエハ
の表面処理を行う際の処理速度の不均一を補正すること
ができ、ウエハ面内に均一な処理を行うことのできる半
導体処理装置および半導体処理方法を提供することを目
的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項1に係
る半導体処理装置は、半導体基板処理中に加熱ステージ
と半導体基板との相対的な位置を変化させる機構を備え
るようにしたものである。
【0007】この発明の請求項2に係る半導体処理装置
は、加熱ステージと半導体基板との相対的な位置を変化
させる機構が、前記半導体基板の脱着機構と、前記加熱
ステージまたは/および前記半導体基板の移動機構と、
前記半導体基板面内の温度分布が均一になるように前記
脱着機構と前記移動機構とを自動制御する制御手段とか
ら構成されているようにしたものである。
【0008】この発明の請求項3に係る半導体処理装置
は、加熱ステージと半導体基板との相対的な位置を変化
させる機構が、前記半導体基板表面の膜厚測定手段と、
前記半導体基板の脱着機構と、前記加熱ステージまたは
/および前記半導体基板の移動機構と、前記膜厚測定手
段により測定された前記半導体基板表面の膜厚分布が均
一になるように前記脱着機構と前記移動機構とを自動制
御する制御手段とから構成されているようにしたもので
る。
【0009】この発明の請求項4に係る半導体処理装置
は、半導体処理装置が、化学気相成長装置、エッチング
処理装置、アッシング処理装置およびスパッタ処理装置
のいずれかであるものである。
【0010】この発明の請求項5に係る半導体処理装置
は、脱着機構により半導体基板と加熱ステージとを離間
した後、前記半導体基板または/および前記加熱ステー
ジを回転または/および平行移動することにより、前記
半導体基板面内の処理速度が一定になるように、前記半
導体基板表面の処理中の前記半導体基板と前記加熱ステ
ージとの相対的な位置を変化させるようにしたものであ
る。
【0011】この発明の請求項6に係る半導体処理装置
は、半導体基板面内の温度分布が均一になるように、半
導体基板と加熱ステージとの相対位置および処理時間を
制御するようにしたものである。
【0012】この発明の請求項7に係る半導体処理装置
は、半導体基板表面の膜厚分布が均一になるように、前
記半導体基板と加熱ステージとの相対位置および処理時
間を制御するようにしたものである。
【0013】
【発明の実施の形態】実施の形態1.図1は本発明の実
施の形態1における半導体処理装置である化学気相成長
装置の構成を概略的に示す断面図である。図1におい
て、1は反応室、2は反応室1内に設置された加熱ステ
ージ、3はガス導入管、4は排気管であり、ガス導入管
3および排気管4は反応室1に接続されている。さら
に、Aは半導体基板であるウエハであり、5は加熱ステ
ージ2にウエハAを保持する際に使用する脱着機構、6
は加熱ステージ2またはウエハAを回転させるための移
動機構、7は脱着機構5および移動機構6を制御するた
めのシーケンス制御装置である。
【0014】次に、本発明の実施の形態1の半導体処理
装置である化学気相成長装置を使用した処理方法につい
て説明する。まず、脱着機構5を使用して加熱ステージ
2にウエハAを保持する。次に、ガス導入管3より複数
の反応ガス、例えばSiH4とO2とを供給し、気相反応
によりウエハA表面にシリコン酸化膜を形成する。その
後、排気管4を通して反応後の残ガスを反応室1から外
部へ排出する。
【0015】このとき、加熱ステージ2上のウエハAの
位置が、図2(a)に示す位置であり、加熱ステージ2
の面内の温度分布が図2(b)に示すものであれば、ウ
エハA面内の温度分布が加熱ステージ2面内の温度分布
に依存することからウエハA面内の温度分布も図2
(b)に示すものとなる。その結果、ウエハA表面の反
応速度は加熱ステージ2の温度分布の影響を受け、図2
(c)に示すように、ウエハA上に成膜される膜厚はウ
エハA面内で加熱ステージ2内の温度分布に依存する。
【0016】ここで、当然のことであるが、図2(d)
に示すように、加熱ステージ2を180度回転させた位
置での加熱ステージ2の面内の温度分布は図2(e)に
示すものとなる。その結果、ウエハA面内の反応速度は
加熱ステージ2内の温度分布に依存し、ウエハA上に成
膜される膜厚はウエハA面内で図2(f)に示すものと
なる。
【0017】そこで、本発明では、まず図2(a)に示
すウエハAと加熱ステージ2との相対位置での成膜処理
を行う。次に、脱着機構5によりウエハAと加熱ステー
ジ2とを離間し、移動機構6によりウエハAを固定して
加熱ステージ2のみを180度回転させる。その後、も
う一度脱着機構5を作動させることにより図2(d)に
示すウエハAと加熱ステージ2との相対位置で、ウエハ
Aを加熱ステージ2上に保持して気相反応によりウエハ
A表面にシリコン酸化膜を形成する。その結果、図3に
示すように、加熱ステージ2の面内温度分布が均一でな
くともウエハA上には均一な膜厚のシリコン酸化膜を形
成することができる。
【0018】これら一連のウエハAと加熱ステージ2と
の相対位置を変化させるための操作は、シーケンス制御
装置7によって制御されている。シーケンス制御装置7
には加熱ステージ2の処理時間に対する面内温度分布の
データが内蔵されており、脱着機構5が作動するタイミ
ングを制御するとともに、加熱ステージ2またはウエハ
Aの回転角の制御を行っている。これにより、ウエハA
面内での反応速度を均一にでき、ウエハA面上に成膜さ
れるシリコン酸化膜の膜厚をウエハA面内で均一に形成
することができる。
【0019】尚、ここではウエハAと加熱ステージ2と
の相対位置を変化させる方法としてウエハAを固定し
て、加熱ステージ2のみを回転させる方法について説明
を行ったが、加熱ステージ2を固定してウエハAのみを
動かしても良いし、ウエハAと加熱ステージ2との両者
を動かす場合も考えられる。要するに、ウエハAと加熱
ステージ2との相対的な位置を変化させることができれ
ば良い。さらに、言うまでもないが、相対位置を変化さ
せる回数も一回に限ることなく複数回相対位置を変化さ
せ、半導体基板面内での反応速度を均一となるように調
整しても良い。また、回転に限ることなく、半導体基板
面内での反応速度を均一になるように半導体基板と加熱
ステージとの相対位置を変化させる方法であればよく、
平行移動させても良いし、回転と平行移動とを組み合わ
せても良い。
【0020】また、ここでは化学気相成長装置でシリコ
ン酸化膜を成膜する場合について説明を行ったが、シリ
コン酸化膜以外の膜を成膜する場合についても同様に成
膜することができる。さらに、化学気相成長装置に限る
ことなく、エッチング処理装置、アッシング処理装置、
スパッタ処理装置等においても同様に半導体基板と加熱
ステージとの相対位置を変化させて、半導体基板面内に
おいて均一な半導体基板処理を行うことができる。
【0021】実施の形態2.上記実施の形態1では反応
室内のガス流やプラズマ流が均一な場合について説明を
行ったが、ここでは反応室内のガス流やプラズマ流が不
均一な場合も含んで説明を行う。
【0022】図4は本発明の実施の形態2の半導体処理
装置である化学気相成長装置の構成を概略的に示す断面
図である。図4において、1は反応室、2は反応室1内
に設置された加熱ステージ、3はガス導入管、4は排気
管であり、ガス導入管3および排気管4は反応室1に接
続されている。さらに、Aは半導体基板であるウエハで
あり、5は加熱ステージ2にウエハAを保持する際に使
用する脱着機構、6は加熱ステージ2またはウエハAを
回転及び平行移動させるための移動機構、7は脱着機構
5および移動機構6を制御するためのシーケンス制御装
置、8は反応室1の近傍に設置された膜厚測定手段であ
る。
【0023】シーケンス制御装置7にはウエハAと加熱
ステージ2との相対位置と、そのそれぞれの相対位置で
の加熱ステージ2の面内温度分布に基ずく処理速度の面
内プロファイルと、が記憶保持されている。また、膜厚
測定手段8は処理中のウエハA上の膜厚分布を測定する
ものである。したがって、シーケンス制御装置7と膜厚
測定手段8とから、ウエハAと加熱ステージ2との相対
位置の複数の組み合わせを選択し、それぞれの相対位置
での処理時間を最適化することによりウエハA上に均一
な処理を行うことができる。
【0024】次に、本発明の実施の形態2の半導体処理
装置である化学気相成長装置を使用した処理方法につい
て説明する。まず、脱着機構5を使用して加熱ステージ
2にウエハAを保持する。次に、ガス導入管3より複数
の反応ガス、例えばSiH4とO2とを供給し、気相反応
によりウエハA表面にシリコン酸化膜を形成する。
【0025】このとき、シリコン酸化膜の成膜処理中に
おいて、膜厚測定手段8によりウエハA上のシリコン酸
化膜の膜厚分布を測定する。その結果、例えば、加熱ス
テージ2上のウエハAの位置が図5(a)に示す位置で
あり、その膜厚分布の測定結果が図5(b)に示す分布
となる。そこで、シーケンス制御装置7は加熱ステージ
2の温度分布が図5(d)となり、膜厚分布が図5
(e)に示す分布となるように、ウエハAと加熱ステー
ジ2との相対位置と成膜の処理時間とを選択して、成膜
処理を行う。
【0026】その後、排気管4を通して反応後の残ガス
を反応室1から外部へ排出する。その結果、ウエハA上
には、図3に示すような均一な膜厚のシリコン酸化膜を
形成することができる。
【0027】この様にすれば、加熱ステージ2の面内温
度分布だけでなく、半導体処理に係わる様々な要因に対
して,常に均一な半導体処理を行うことができ、ウエハ
Aに対して高精度に均一な処理を行うことができる。
【0028】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、半導体
基板処理中に加熱ステージと半導体基板との相対的な位
置を変化させる機構を備えるようにしたので、半導体基
板面内での処理速度を均一にすることができ、半導体基
板上へ均一な処理を施すことができる。
【0029】また、加熱ステージと半導体基板との相対
的な位置を変化させる機構が、前記半導体基板の脱着機
構と、前記加熱ステージまたは/および前記半導体基板
の移動機構と、前記半導体基板面内の温度分布が均一に
なるように前記脱着機構と前記移動機構とを自動制御す
る制御手段とから構成されているようにしたので、処理
中の半導体基板面内での温度分布を均一にすることがで
きる。
【0030】また、加熱ステージと半導体基板との相対
的な位置を変化させる機構が、前記半導体基板表面の膜
厚測定手段と、前記半導体基板の脱着機構と、前記加熱
ステージまたは/および前記半導体基板の移動機構と、
前記膜厚測定手段により測定された前記半導体基板表面
の膜厚分布が均一になるように前記脱着機構と前記移動
機構とを自動制御する制御手段とから構成されているよ
うにしたので、半導体基板への均一な処理が常に、かつ
高精度に行うことができる。
【0031】また、半導体処理装置が、化学気相成長装
置、エッチング処理装置、アッシング処理装置およびス
パッタ処理装置のいずれかであるので、それぞれの装置
において、半導体基板面内の処理速度を均一にすること
ができ、半導体基板上へ均一な処理を施すことができ
る。
【0032】また、脱着機構により半導体基板と加熱ス
テージとを離間した後、前記半導体基板または/および
前記加熱ステージを回転または/および平行移動するこ
とにより、前記半導体基板面内の処理速度が一定になる
ように、前記半導体基板表面の処理中の前記半導体基板
と前記加熱ステージとの相対的な位置を変化させるよう
にしたので、半導体基板面内での処理速度を均一にする
ことができ、半導体基板上への処理を均一に行うことが
できる。
【0033】また、半導体基板面内の温度分布が均一に
なるように、半導体基板と加熱ステージとの相対位置お
よび処理時間を制御するようにしたので、処理中の半導
体基板面内での温度分布を均一にすることができ、半導
体基板面内の処理速度を均一にすることができる。
【0034】また、半導体基板表面の膜厚分布が均一に
なるように、前記半導体基板と加熱ステージとの相対位
置および処理時間を制御するようにしたので、半導体基
板への均一な処理が常に、かつ高精度に行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1の半導体処理装置の構
成を概略的に示す断面図である。
【図2】 半導体基板と加熱ステージとの相対位置とそ
の位置での面内温度分布および膜厚を示す図である。
【図3】 本発明の実施の形態1の半導体処理装置を使
用して成膜したウエハの断面図である。
【図4】 本発明の実施の形態2の半導体処理装置の構
成を概略的に示す断面図である。
【図5】 半導体基板と加熱ステージとの相対位置とそ
の位置での面内温度分布および膜厚を示す図である。
【図6】 従来の半導体処理装置の構成を概略的に示す
断面図である。
【図7】 従来の半導体基板と加熱ステージとの相対位
置とその位置での面内温度分布および膜厚を示す図であ
る。
【符号の説明】
1 反応室、2 加熱ステージ、5 脱着機構、6 移
動機構、7 シーケンス制御装置、8 膜厚測定手段、
A ウエハ。
フロントページの続き Fターム(参考) 4M106 AA01 AA13 AB17 CA48 DH02 DH04 DH44 DH46 DH55 DJ06 DJ18 DJ19 DJ32 DJ38 5F004 AA01 BB16 BB17 BB18 BB21 BB26 BC06 BD04 CA04 CB12 5F045 AA03 AB32 AC01 AC11 AF03 DP03 DP28 EB02 EM02 EM09 EM10 EN04 EN06 GB05 GB09 GB13 GB15

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反応室と、前記反応室内に脱着機構と加
    熱ステージとを備え、前記脱着機構により前記加熱ステ
    ージ上に半導体基板を保持して、前記半導体基板表面に
    処理を施す半導体処理装置において、 前記半導体基板処理中に、前記加熱ステージと前記半導
    体基板との相対的な位置を変化させる機構を備えること
    を特徴とする半導体処理装置。
  2. 【請求項2】 加熱ステージと半導体基板との相対的な
    位置を変化させる機構が、前記半導体基板の脱着機構
    と、前記加熱ステージまたは/および前記半導体基板の
    移動機構と、前記半導体基板面内の温度分布が均一にな
    るように前記脱着機構と前記移動機構とを自動制御する
    制御手段と、から構成されていることを特徴とする請求
    項1に記載の半導体処理装置。
  3. 【請求項3】 加熱ステージと半導体基板との相対的な
    位置を変化させる機構が、前記半導体基板表面の膜厚測
    定手段と、前記半導体基板の脱着機構と、前記加熱ステ
    ージまたは/および前記半導体基板の移動機構と、前記
    膜厚測定手段により測定された前記半導体基板表面の膜
    厚分布が均一になるように前記脱着機構と前記移動機構
    とを自動制御する制御手段とから構成されていることを
    特徴とする請求項1に記載の半導体処理装置。
  4. 【請求項4】 半導体処理装置が、化学気相成長装置、
    エッチング処理装置、アッシング処理装置およびスパッ
    タ処理装置のいずれかであることを特徴とする請求項1
    ないし3のいずれかに記載の半導体処理装置。
  5. 【請求項5】 反応室内の加熱ステージ上に脱着機構に
    より半導体基板を保持して、前記半導体基板表面に処理
    を施す半導体処理方法において、 前記脱着機構により前記半導体基板と前記加熱ステージ
    とを離間した後、前記半導体基板または/および前記加
    熱ステージを回転または/および平行移動することによ
    り、前記半導体基板面内の処理速度が一定になるよう
    に、前記半導体基板表面の処理中の前記半導体基板と前
    記加熱ステージとの相対的な位置を変化させるようにし
    たことを特徴とする半導体処理方法。
  6. 【請求項6】 半導体基板面内の温度分布が均一になる
    ように、半導体基板と加熱ステージとの相対位置および
    処理時間を制御することを特徴とする請求項5に記載の
    半導体処理方法。
  7. 【請求項7】 半導体基板表面の膜厚分布が均一になる
    ように、前記半導体基板と加熱ステージとの相対位置お
    よび処理時間を制御することを特徴とする請求項5に記
    載の半導体処理方法。
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