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技術 熱処理装置及び温度制御方法

出願人 東京エレクトロン株式会社
発明者 小原一輝吉井弘治和田祐輝菊池仁
出願日 2015年6月29日 (6年2ヶ月経過) 出願番号 2015-130165
公開日 2017年1月19日 (4年7ヶ月経過) 公開番号 2017-017104
状態 特許登録済
技術分野 CVD 気相成長(金属層を除く)
主要キーワード 温度測定領域 温度制御ステップ 複数回連続的 無線温度センサ 中心部領域 誘導加熱ヒータ 引き切り 放射温度
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (11)

課題

処理容器内基板が載置されると共に回転する回転テーブルを備えた熱処理装置において、基板の温度を正確に制御することができる熱処理装置を提供すること。

解決手段

本実施形態の熱処理装置は、処理容器内に設けられた回転テーブルの表面に基板を載置し、回転テーブルを回転させながら加熱手段により基板を加熱して所定の成膜処理を行う熱処理装置であって、前記加熱手段の温度を測定する接触型の第1の温度測定手段と、前記回転テーブルが回転している状態で、前記回転テーブルに載置された基板の温度を測定する非接触型の第2の温度測定手段と、前記第1の温度測定手段により測定される第1の測定値と前記第2の温度測定手段により測定される第2の測定値とに基づいて、前記加熱手段を制御する温度制御手段とを備える。

概要

背景

従来、処理容器内に設けられた回転テーブルの回転方向に複数の基板である半導体ウエハ(以下、「ウエハ」という。)が載置される熱処理装置が知られている。この熱処理装置は、回転テーブルの径方向に沿って設けられ、処理ガスを供給するガス供給部と、回転テーブルの下部に設けられ、ウエハを加熱するヒータとを備える。そして、ガス供給部によるガス吐出及びヒータによるウエハの加熱を行いながら、回転テーブルを回転させることでウエハに成膜処理が行われる。

この熱処理装置では、例えば従来、ヒータの近傍に設けられた熱電対ヒータ制御用T/C)により測定される温度をウエハ温度として温度制御が行われている(例えば、特許文献1参照)。

また、成膜時にウエハが載置されたサセプタの温度を放射温度計で測定し、この測定結果に基づいてヒータの出力を制御しウエハに成膜処理を行う半導体製造装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。

概要

処理容器内に基板が載置されると共に回転する回転テーブルを備えた熱処理装置において、基板の温度を正確に制御することができる熱処理装置を提供すること。本実施形態の熱処理装置は、処理容器内に設けられた回転テーブルの表面に基板を載置し、回転テーブルを回転させながら加熱手段により基板を加熱して所定の成膜処理を行う熱処理装置であって、前記加熱手段の温度を測定する接触型の第1の温度測定手段と、前記回転テーブルが回転している状態で、前記回転テーブルに載置された基板の温度を測定する非接触型の第2の温度測定手段と、前記第1の温度測定手段により測定される第1の測定値と前記第2の温度測定手段により測定される第2の測定値とに基づいて、前記加熱手段を制御する温度制御手段とを備える。

目的

そこで、上記課題に鑑み、処理容器内に基板が載置されると共に回転する回転テーブルを備えた熱処理装置において、基板の温度を正確に制御することができる熱処理装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

処理容器内に設けられた回転テーブルの表面に基板を載置し、回転テーブルを回転させながら加熱手段により基板を加熱して所定の成膜処理を行う熱処理装置であって、前記加熱手段の温度を測定する接触型の第1の温度測定手段と、前記回転テーブルが回転している状態で、前記回転テーブルに載置された基板の温度を測定する非接触型の第2の温度測定手段と、前記第1の温度測定手段により測定される第1の測定値と前記第2の温度測定手段により測定される第2の測定値とに基づいて、前記加熱手段を制御する温度制御手段とを備える、熱処理装置。

請求項2

前記温度制御手段は、前記第1の測定値と前記第2の測定値との間の相関関係を記憶手段に記憶し、前記記憶手段に記憶された相関関係に基づいて、前記加熱手段を制御する、請求項1に記載の熱処理装置。

請求項3

前記温度制御手段は、前記第2の温度測定手段により測定される温度を前記所定の成膜処理を行うときの温度条件になるように前記加熱手段を制御した後、前記第1の測定値と前記第2の測定値との間の相関関係を前記記憶手段に記憶する、請求項2に記載の熱処理装置。

請求項4

前記温度制御手段は、前記第2の温度測定手段により測定される温度を前記所定の成膜処理を行うときの複数の温度条件に対応させて変更し、前記複数の温度条件の各々における前記第1の測定値と前記第2の測定値との間の相関関係を前記記憶手段に記憶する、請求項2に記載の熱処理装置。

請求項5

前記第2の温度測定手段は、前記基板の表面から放射される赤外線を検出することで前記基板の温度を測定する、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の熱処理装置。

請求項6

前記第2の温度測定手段は、前記回転テーブルの径方向に沿った方向の複数の領域における温度を測定する、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の熱処理装置。

請求項7

処理容器内に設けられた回転テーブルの表面に基板を載置し、回転テーブルを回転させながら加熱手段により基板を加熱して所定の成膜処理を行う熱処理装置に用いられる温度制御方法であって、前記回転テーブルに基板を載置する載置ステップと、前記加熱手段の温度を接触型の第1の温度測定手段により測定する第1の温度測定ステップと、前記回転テーブルが回転している状態で、前記回転テーブルに載置された基板の温度を非接触型の第2の温度測定手段により測定する第2の温度測定ステップと、前記第1の温度測定ステップで測定された第1の測定値と前記第2の温度測定ステップで測定された第2の測定値とに基づいて、前記加熱手段を制御する温度制御ステップとを含む、温度制御方法。

技術分野

0001

本発明は、熱処理装置及び温度制御方法に関する。

背景技術

0002

従来、処理容器内に設けられた回転テーブルの回転方向に複数の基板である半導体ウエハ(以下、「ウエハ」という。)が載置される熱処理装置が知られている。この熱処理装置は、回転テーブルの径方向に沿って設けられ、処理ガスを供給するガス供給部と、回転テーブルの下部に設けられ、ウエハを加熱するヒータとを備える。そして、ガス供給部によるガス吐出及びヒータによるウエハの加熱を行いながら、回転テーブルを回転させることでウエハに成膜処理が行われる。

0003

この熱処理装置では、例えば従来、ヒータの近傍に設けられた熱電対ヒータ制御用T/C)により測定される温度をウエハ温度として温度制御が行われている(例えば、特許文献1参照)。

0004

また、成膜時にウエハが載置されたサセプタの温度を放射温度計で測定し、この測定結果に基づいてヒータの出力を制御しウエハに成膜処理を行う半導体製造装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。

先行技術

0005

特開2010−059496号公報
特開2003−257873号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、上記の装置では、回転テーブルを回転させた状態で行われる成膜処理の際のウエハの温度を正確に測定することができないため、ウエハを適切な温度に制御して成膜処理を行うことが困難であるという課題があった。

0007

そこで、上記課題に鑑み、処理容器内に基板が載置されると共に回転する回転テーブルを備えた熱処理装置において、基板の温度を正確に制御することができる熱処理装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0008

上記目的を達成するため、一実施形態において、熱処理装置は、
処理容器内に設けられた回転テーブルの表面に基板を載置し、回転テーブルを回転させながら加熱手段により基板を加熱して所定の成膜処理を行う熱処理装置であって、
前記加熱手段の温度を測定する接触型の第1の温度測定手段と、
前記回転テーブルが回転している状態で、前記回転テーブルに載置された基板の温度を測定する非接触型の第2の温度測定手段と、
前記第1の温度測定手段により測定される第1の測定値と前記第2の温度測定手段により測定される第2の測定値とに基づいて、前記加熱手段を制御する温度制御手段と
を備える。

発明の効果

0009

本実施形態によれば、処理容器内に基板が載置されると共に回転する回転テーブルを備えた熱処理装置において、基板の温度を正確に制御することができる熱処理装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

0010

本実施形態に係る熱処理装置の概略縦断面図である。
本実施形態に係る熱処理装置の概略斜視図である。
本実施形態に係る熱処理装置の概略平面図である。
本実施形態に係る熱処理装置における温度測定部を説明する一部断面図である。
放射温度測定手段の動作を説明する図である。
回転テーブルと温度測定領域との関係を説明する図である。
ヒータ用熱電対と放射温度測定手段との相関関係を示すテーブルである。
回転テーブルを回転させている状態と回転させていない状態とにおけるウエハの温度分布を説明する図である。
回転テーブルに載置されたウエハの位置について説明する図である。
本実施形態の熱処理装置による効果を説明する図である。

実施例

0011

以下、本実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。

0012

(熱処理装置の構成)
本実施形態の熱処理装置の一例について説明する。図1は、本実施形態に係る熱処理装置の概略縦断面図である。図2は、本実施形態に係る熱処理装置の概略斜視図である。図3は、本実施形態に係る熱処理装置の概略平面図である。

0013

本実施形態の熱処理装置1は、概ね円形状の扁平な処理容器11と、処理容器11内に水平に設けられた円板状の回転テーブル12とを備えている。処理容器11は大気雰囲気に設けられ、天板13と、処理容器11の側壁14a及び底部14bをなす容器本体14とにより構成されている。図1中11aは、処理容器11内を気密に保つためのシール部材であり、14aは容器本体14の中央部を塞ぐカバーである。図1中12aは回転駆動機構であり、回転テーブル12を周方向に回転させる。また、回転駆動機構12aは、回転テーブル12の回転位置、回転速度に関する信号を後述する温度制御手段5に入力する。

0014

回転テーブル12の表面には、回転テーブル12の回転方向に沿って5つの凹部16が形成されている。図中17は搬送口である。図3中18は搬送口17を開閉自在なシャッタである(図2では省略している)。搬送口17から搬送機構2AがウエハWを保持した状態で処理容器11内に進入すると、搬送口17に臨む位置における凹部16の孔16aから回転テーブル12上に不図示の昇降ピンが突出してウエハWを突き上げ、凹部16と搬送機構2Aとの間でウエハWが受け渡される。

0015

このような搬送機構2A、昇降ピン及び回転テーブル12による一連の動作が繰り返されて、各凹部16にウエハWが受け渡される。処理容器11からウエハWが搬出される時には、昇降ピンが凹部16内のウエハWを突き上げ、搬送機構2Aが突き上げられたウエハWを受け取り、処理容器11の外に搬出する。

0016

回転テーブル12上には、各々、回転テーブル12の外周から中心へ向かって伸びる棒状の第1の反応ガスノズル21、分離ガスノズル22、第2の反応ガスノズル23及び分離ガスノズル24が、この順で周方向に配設されている。これらのガスノズル21〜24は下方に開口部を備え、回転テーブル12の径に沿って各々ガスを供給する。第1の反応ガスノズル21はBTBAS(ビスターシャルブチルアミノシラン)ガスを、第2の反応ガスノズル23はO3(オゾン)ガスを各々吐出する。分離ガスノズル22、24はN2(窒素)ガスを吐出する。

0017

処理容器11の天板13は、下方に突出する扇状の2つの突状部25を備え、突状部25は周方向に間隔をおいて形成されている。分離ガスノズル22、24は、各々、突状部25にめり込むと共に、突状部25を周方向に分割するように設けられている。第1の反応ガスノズル21及び第2の反応ガスノズル23は、各突状部25から離れて設けられている。

0018

回転テーブル12の下方には、ヒータ20が設けられている。ヒータ20は、回転テーブル12に載置されるウエハWを加熱する加熱手段の一例である。具体的には、ヒータ20は、回転テーブル12の回転中心Pを中心として同心円状に配置されている。ヒータ20としては、金属線ヒータ、モリブデンヒータ、カーボンワイヤヒータ等の抵抗加熱ヒータ誘導加熱ヒータ等を用いることができる。

0019

処理容器11の加熱領域は、回転テーブル12の径方向において温度制御をするために複数、図1では3つのゾーンZa、Zb、Zcに区画されている。そして、この各ゾーンZa、Zb、Zcに対応させて、ヒータ20は3つのゾーン加熱ヒータ20a、20b、20cに区分されて、各々が個別に制御可能になっている。なお、このゾーン数については特に限定されず、1つのゾーンであってもよく、2つのゾーンであってもよく、4つ以上のゾーンであってもよい。

0020

各ゾーン加熱ヒータ20a、20b、20cの近傍には、この温度を測定するための3つのヒータ用熱電対3a、3b、3cが設けられている。以下、3つのヒータ用熱電対3a、3b、3cを単にヒータ用熱電対3ともいう。

0021

ヒータ用熱電対3は、ヒータ20の温度を測定する接触型の第1の温度測定手段の一例である。具体的には、各ヒータ用熱電対3a、3b、3cの一端は、容器本体14の下方から容器本体14の底部14bを気密に貫通して回転テーブル12の下方に挿入されている。一方、各ヒータ用熱電対3a、3b、3cの他端は、後述する温度制御手段5に接続されており、各ヒータ用熱電対3a、3b、3cの測定値(第1の測定値)は、例えばマイクロコンピュータ等からなる温度制御手段5へ入力されている。そして、この測定値に基づいて、加熱手段が制御され、回転テーブル12に載置されたウエハWが加熱される。

0022

各凹部16にウエハWが載置されると、容器本体14の底面において突状部25の下方の分離領域D1と分離領域D2との間の領域から回転テーブル12の径方向外側へ向かった位置に開口した排気口26から排気されて、処理容器11内が真空雰囲気になる。そして、回転テーブル12が回転すると共に、回転テーブル12の下方に設けられるヒータ20により回転テーブル12を介してウエハWが所定の温度に加熱される。図3中の矢印27は回転テーブル12の回転方向を示している。

0023

続いて、各ガスノズル21〜24からガスが供給され、ウエハWは第1の反応ガスノズル21の下方の第1の処理領域P1と第2の反応ガスノズル23の下方の第2の処理領域P2とを交互に通過する。これにより、ウエハWにBTBASガス吸着し、次いでO3ガスが吸着してBTBAS分子酸化されて酸化シリコン分子層が1層あるいは複数層形成される。こうして酸化シリコンの分子層が順次積層されて所定膜厚シリコン酸化膜が成膜される。

0024

この成膜処理の際に分離ガスノズル22、24から分離領域D1、D2に供給されたN2ガスが、分離領域D1、D2を周方向に広がり、回転テーブル12上でBTBASガスとO3ガスとが混合されることを抑制する。また、余剰のBTBASガス及びO3ガスを、排気口26へ押し流す。また、この成膜処理の際には、回転テーブル12の中心部領域上の空間28にN2ガスが供給される。天板13において、リング状に下方に突出した突出部29の下方を介して、このN2ガスが回転テーブル12の径方向外側に供給され、中心部領域CでのBTBASガスとO3ガスとの混合が防がれる。図3では矢印により成膜処理の際の各ガスの流れを示している。また、図示は省略しているが、カバー14c内及び回転テーブル12の裏面側にもN2ガスが供給され、反応ガスパージされるようになっている。

0025

次に、天板13及び回転テーブル12の縦断側面を拡大して示す図4も参照しながら説明する。図4は、本実施形態に係る熱処理装置における放射温度測定手段を説明する一部断面図である。具体的には、図4は、第1の反応ガスノズル21が設けられる処理領域P1と、処理領域P1の回転方向上流側に隣り合う分離領域D2との間の断面を示している。

0026

天板13には、図3鎖線で示す位置に、回転テーブル12の径方向に伸びたスリット41が開口しており、このスリット41の上下を覆うように下側窓42、上側窓43が設けられている。これら下側窓42、上側窓43は回転テーブル12の表面側から放射される赤外線を透過させて、後述の放射温度測定手段4による温度の測定ができるように例えばサファイアにより構成されている。なお、回転テーブル12の表面側とはウエハWの表面側も含む。

0027

スリット41の上方には、放射温度測定手段4が設けられている。放射温度測定手段4は、回転テーブル12が回転している状態で、回転テーブル12に載置されたウエハWの温度を測定する非接触型の第2の温度測定手段の一例である。

0028

図4中の回転テーブル12の表面から放射温度測定手段4の下端までの高さHは、例えば500mmである。この放射温度測定手段4は、回転テーブル12の温度測定領域から放射される赤外線を後述の検出部401に導き、検出部401がその赤外線の量に応じた測定値(第2の測定値)を取得する。従って、この測定値は取得された箇所の温度により異なり、取得された測定値は、順次後述の温度制御手段5に送信される。

0029

次に、放射温度測定手段4の動作について、図5を参照しながら説明する。図5は、放射温度測定手段の動作を説明する図である。

0030

図5に示すように、放射温度測定手段4は、50Hzで回転するサーボモータからなる回転体402を備えている。この回転体402は平面視において三角形状に構成され、回転体402の3つの各側面は反射面403〜405として構成されている。図5に示すように、回転体402が回転軸406の周りに回転することで、ウエハWを含む回転テーブル12における温度測定領域410の赤外線を、図中矢印で示すように反射面403〜405のいずれかで反射させて検出部401に導くと共に温度測定領域410の位置を回転テーブル12の径方向に移動させてスキャン走査)する。

0031

検出部401は1つの反射面から連続して所定回数(例えば128回)赤外線を取り込むことにより、回転テーブル12の径方向の所定箇所(例えば128箇所)の温度を検出できるように構成されている。そして、回転体402の回転により反射面403〜405が順次赤外線の光路上に位置することによりスキャンは回転テーブル12の内側から外側方向へ向けて繰り返し行うことができ、このスキャン速度は150Hzである。すなわち、放射温度測定手段4は、1秒間に150回のスキャンを行うことができる。また、温度測定領域410はその径が5mmのスポットである。スキャンは、回転テーブル12においてウエハWが載置される凹部16よりも更に内側の位置から、回転テーブル12の外周端に至る範囲で行われる。なお、図4中の鎖線44、45は回転テーブル12の最も内周側、最も外周側に各々移動した温度測定領域410から放射温度測定手段4に向かう赤外線を示している。

0032

放射温度測定手段4によるスキャンは、回転テーブル12が回転している状態で行われる。回転テーブル12の回転速度は、この例では240回転/分である。図6は、回転テーブル12と温度測定領域410との関係を示した平面図である。なお、図中411は、回転テーブル12が回転している状態で、回転テーブル12の内側から外側へ向かってn回目(nは整数)にスキャンを行ったときの温度測定領域410の列(スキャンライン)を示している。図中412はn+1回目(nは整数)にスキャンを行ったときのスキャンラインを示している。回転テーブル12の回転により、回転テーブル12の回転中心Pを中心として、スキャンライン411、412は回転テーブル12の回転速度に応じた角度θ1だけ中心角が互いにずれる。このように回転テーブル12を回転させながらスキャンを繰り返すことで、回転テーブル12の多数の位置の測定値を順次取得する。

0033

温度制御手段5は、ヒータ用熱電対3により測定される測定値と放射温度測定手段4により測定される測定値とに基づいて、ヒータ駆動手段6を制御して、ウエハWの温度を制御する。また、温度制御手段5には、回転テーブル12の回転位置、回転速度に関する信号が回転駆動機構12aから入力される。

0034

なお、図1において、記憶手段7は、後述するテーブル等を記憶するメモリである。

0035

(温度制御方法)
次に、前述した本実施形態の熱処理装置1を用いて行われる温度制御方法の一例について説明する。

0036

まず、熱処理装置1を用いて行われる製品ウエハに対する成膜処理について説明する。

0037

搬送口17に設けられたシャッタ18を開き、処理容器11の外部から搬送機構2Aにより搬送口17を介して製品ウエハを回転テーブル12の凹部16内に受け渡す。この受け渡しは、凹部16が搬送口17に臨む位置に停止したときに凹部16の底面の貫通孔を介して処理容器11の底部側から不図示の昇降ピンが昇降することにより行われる。このような製品ウエハの受け渡しを、回転テーブル12を間欠的に回転させて行い、回転テーブル12の5つの凹部16内に各々製品ウエハを載置する。

0038

次いで、シャッタ18を閉じ、排気口26に接続された不図示の真空ポンプにより処理容器11内を引き切りの状態にする。分離ガスノズル22、24から分離ガスであるN2ガスを所定流量で吐出し、回転テーブル12の中心部領域上の空間28にN2ガスを所定流量で供給する。これに伴い、排気口26に接続された不図示の圧力調整手段により処理容器11内を予め設定した圧力に調整する。

0039

次いで、回転テーブル12を時計回りに回転させながらヒータ20により製品ウエハを例えば400℃に加熱し、第1の反応ガスノズル21からはBTBASガスを供給し、第2の反応ガスノズル23からはO3ガスを供給する。

0040

そして、製品ウエハが第1の処理領域P1を通過したときに、原料ガスであるBTBASガスが第1の反応ガスノズル21から供給されて製品ウエハの表面に吸着する。表面にBTBASガスが吸着した製品ウエハは、回転テーブル12の回転により分離ガスノズル22を有する分離領域D1を通過してパージされた後、第2の処理領域P2に入る。

0041

第2の処理領域P2では、第2の反応ガスノズル23からO3ガスが供給され、BTBASガスに含まれるSi成分がO3ガスにより酸化され、反応生成物であるSiO2が製品ウエハの表面に堆積する。第2の処理領域P2を通過した製品ウエハは、分離ガスノズル24を有する分離領域D2を通過してパージされた後、再び第1の処理領域P1に入る。

0042

そして、第1の反応ガスノズル21からBTBASガスが供給され、BTBASガスが製品ウエハの表面に吸着する。

0043

以上、回転テーブル12を複数回連続的に回転させることにより、BTBASガス及びO3ガスを処理容器11内に供給する。これにより、製品ウエハの表面に反応生成物であるSiO2が堆積し、SiO2膜(シリコン酸化膜)が成膜される。

0044

ここで、製品ウエハに対する成膜処理中には、ゾーンZa、Zb、Zcに対応したヒータ用熱電対3a、3b、3cによりゾーン加熱ヒータ20a、20b、20cの温度が測定されて、測定値が温度制御手段5へ入力される。そして、温度制御手段5は、測定された測定値及び後述する記憶手段7に記憶されたテーブルに基づいてヒータ駆動手段6を駆動し、各ゾーン加熱ヒータ20a、20b、20cを制御する。

0045

製品ウエハに対する成膜処理は、前述のように行われるが、本実施形態においては、前述した製品ウエハに対する成膜処理に先立って、ダミーウエハ(例えば、SiCウエハ)を用いてヒータ用熱電対3により測定される測定値と放射温度測定手段4により測定される測定値との間の相関関係をテーブル化しておき、製品ウエハの成膜処理の際にはこのテーブルを参照して温度制御を行う。

0046

まず、製品ウエハに対する成膜処理と同様の方法により、回転テーブル12の5つの凹部16内に各々ダミーウエハを載置した後、処理容器11内をあらかじめ設定した圧力に調整する。次いで、回転テーブル12を時計回りに回転させながらヒータ20によりダミーウエハを例えば400℃に加熱する。

0047

次いで、各ヒータ用熱電対3a、3b、3cにより各ゾーン加熱ヒータ20a、20b、20cの温度を測定すると共に、放射温度測定手段4によりダミーウエハの温度を測定する。そして、温度制御手段5により、ヒータ用熱電対3a、3b、3cにより測定される測定値と放射温度測定手段4により測定される測定値と用いて、両者の相関関係をテーブル化する。このとき、放射温度測定手段4の測定値が、成膜処理の際に用いられる温度になったときの各ヒータ用熱電対3a、3b、3cの温度を図7に示すようにテーブル化しておくことが好ましい。なお、図7は、ヒータ用熱電対と放射温度測定手段との相関関係を示すテーブルである。

0048

テーブルを作成するときの処理条件は、製品ウエハの成膜処理の際の処理条件と同等に設定することが好ましい。また、製品ウエハの成膜処理の際の温度条件が複数存在する場合には、放射温度測定手段4により測定される温度を製品ウエハの成膜処理の際の複数の温度条件に対応させて変更し、複数のテーブルを予め設けておくことが好ましい。これにより、製品ウエハの成膜処理の際の温度条件が複数存在する場合であっても、製品ウエハの成膜処理の際の温度条件に対応したテーブルを参照して、加熱手段を制御することができ、特に正確に基板の温度を制御することができる。

0049

また、製品ウエハの成膜処理の際の温度条件が決まっていない場合や変更となる可能性がある場合においても、正確に基板の温度を制御することができるように、所定の温度(例えば10℃)間隔の複数のテーブルを予め設けておくことが好ましい。これにより、製品ウエハの成膜処理の際の温度条件が決まっていない場合や変更となった場合であっても、製品ウエハの成膜処理の際の温度条件、又は製品ウエハの成膜処理の際の温度条件に近いテーブルを参照して、加熱手段を制御することができる。このため、特に正確に基板の温度を制御することができる。

0050

ところで、放射温度測定手段4による温度の測定は、回転テーブル12を回転させた状態で行われるため、測定値がダミーウエハの温度以外の温度(例えば回転テーブル12の温度)を含む場合がある。

0051

そこで、放射温度測定手段4により測定され、温度制御手段5へ入力された測定値がダミーウエハの温度であるか否かを温度制御手段5により判定することが好ましい。

0052

温度制御手段5による判定方法は、特に限定されない。例えば、温度制御手段5は、回転駆動機構12aから入力される回転テーブル12の回転位置、回転速度に関する信号に基づいて、放射温度測定手段4から入力される測定値がダミーウエハの温度であるか否かを判定する。具体的には、予め設定した回転テーブル12の5つの凹部16の回転位置の情報と、回転駆動12aから入力される回転テーブル12の回転位置、回転速度の情報とを比較することにより判定を行っている。

0053

以上のようにしてテーブルの作成が完了した後、前述したような製品ウエハの成膜処理が行われ、このような製品ウエハの成膜処理は、例えば熱処理装置1の部品交換等のメンテナンス時期まで繰り返し行われる。そして、熱処理装置1のメンテナンスが行われた後、再度、テーブルの作成が行われる。なお、テーブルの作成が行われるタイミングは、熱処理装置のメンテナンス後に限定されず、例えばクリーニング処理が行われた後等、他のタイミングで行ってもよい。

0054

次に、回転テーブル12に載置されたウエハWの温度について説明する。

0055

まず、回転テーブル12を回転させている状態と回転させていない状態とにおけるウエハW(回転テーブル12)の温度分布の一例について説明する。図8は、回転テーブル12を回転させている状態と回転させていない状態とにおけるウエハの温度分布を説明する図である。具体的には、図8(A)は回転テーブル12を回転させている状態でウエハWの温度が760℃になるようにヒータ20を制御したときのウエハW(回転テーブル12)の温度分布を表す。また、図8(B)は、回転テーブル12を回転させていない状態でウエハWの温度が760℃になるようにヒータ20を制御したときのウエハW(回転テーブル12)の温度分布を表す。

0056

図8(A)及び図8(B)に示すように、回転テーブル12を回転させた状態におけるウエハW(回転テーブル12)の温度分布は、回転テーブル12を回転させている状態と大きく異なることが確認できる。このことから、回転テーブル12を回転させた状態で行われる成膜処理の際のウエハの温度を正確に測定することが重要であることが分かる。

0057

次に、前述した温度制御方法によってヒータ20を制御したときのウエハWの温度について説明する。

0058

図9は、回転テーブル12に載置されたウエハWの位置について説明する図である。図10は、本実施形態の熱処理装置による効果を説明する図である。

0059

具体的には、図10(A)及び図10(B)は、図9の矢印Aに沿って回転テーブル12を時計回りに360°回転させたときのウエハW(回転テーブル12)の温度を放射温度測定手段4により測定した結果を示すグラフである。図10(A)は、前述した温度制御方法によりヒータ20を制御したときのグラフであり、図10(B)は、前述した温度制御方法による制御を行わなかったときのグラフである。なお、図10(A)及び図10(B)において、横軸は位置を表し、縦軸は温度を表す。

0060

図10(A)及び図10(B)において、実線破線及び点線は、各々、図9の矢印Aに沿って回転テーブル12を回転させたときのゾーンZa(矢印Aa)、ゾーンZb(矢印Ab)、ゾーンZc(矢印Ac)におけるウエハW(回転テーブル12)の温度である。なお、図10(A)及び図10(B)に示すように、各ゾーンZa、Zb、Zcにおける温度が波打っているが、これは、ウエハWと回転テーブル12とを交互に測定しているためである。

0061

図10(A)に示すように、前述した温度制御方法によってヒータ20を制御した場合、すべてのゾーンZa、Zb、ZcにおいてウエハWの温度が目標温度(成膜処理の際の温度)と同等の温度になっていることが確認できた。

0062

これに対して、図10(B)に示すように、前述した温度制御方法によらずに(前述したテーブルを用いずに)ヒータ20を制御した場合、すべてのゾーンZa、Zb、ZcにおいてウエハWの温度が目標温度に対して大きく乖離していることが確認できた。具体的には、ゾーンZa、ZcにおけるウエハWの温度は目標温度よりも高く、ゾーンZbにおけるウエハWの温度は目標温度よりも低く、回転テーブル12の径方向における温度ばらつきが大きくなっていることが確認できた。

0063

以上に説明したように、本実施形態に係る熱処理装置及び温度制御方法によれば、ウエハWの温度を放射温度測定手段4により測定する。このため、ウエハWの温度を精度良く測定することができる。また、ヒータ用熱電対3によりヒータ20の温度を測定し、ヒータ用熱電対3により測定される温度と放射温度測定手段4により測定される温度とに基づいて、温度制御手段5がヒータ20を制御することで、ウエハWの温度を制御する。このため、ウエハWの温度を正確に制御することができる。

0064

以上、熱処理装置及び温度制御方法を実施形態によって説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。

0065

前述の実施形態では、第2の温度測定手段が放射温度測定手段4である形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。第2の温度測定手段としては、非接触型の温度測定手段であればよく、例えば放射温度計、表面弾性波を用いた無線温度センサを用いてもよい。

0066

1熱処理装置
11処理容器
12 回転テーブル
20ヒータ
3 ヒータ用熱電対
4放射温度測定手段
5温度制御手段
6ヒータ駆動手段
7 記憶手段
Wウエハ

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