JP2000031152A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度相関を検出することなく、基板の温度を
所定の温度に設定することができるようにする。 【解決手段】 ウェーハ処理装置は、ウェーハＷを保持
するサセプタ１１と、このサセプタ１１に載置されたウ
ェーハＷを加熱するヒータ１２と、サセプタ１１の温度
を検出する熱電対１５（１），１５（２）と、この熱電
対１５（１），１５（２）の温度検出出力に基づいて、
ヒータ１２の加熱温度を制御する温度調整コントローラ
１６及びサイリスタユニット１７とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置のウェ
ーハ等の基板に成膜処理や熱処理等の処理を施す基板処
理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体装置のウェーハに成膜処
理や熱処理等の処理を施す場合は、ウェーハを所定の温
度まで加熱する必要がある。

【０００３】このため、ウェーハに成膜処理や熱処理等
の処理を施すウェーハ処理装置には、ウェーハを加熱す
る機能が設けられている。

【０００４】複数のウェーハを１枚ずつ処理する枚葉式
のウェーハ処理装置では、通常、ウェーハＷを保持する
サセプタの裏面にヒータを設け、このヒータによってウ
ェーハを加熱するようになっている。

【０００５】ところで、ウェーハの加熱機能を有するウ
ェーハ処理装置では、ウェーハの温度を所定温度に設定
するためには、ウェーハの温度を制御する機能が必要に
なる。

【０００６】この要望に応えるため、従来の枚葉式のウ
ェーハ処理装置では、ヒータに熱電対を埋設し、この熱
電対の温度検出出力に基づいて、ヒータの温度を制御す
ることにより、ウェーハの温度を制御するようになって
いた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成では、ウェーハの実際の温度を検出することが
できない。これにより、このような構成では、ウェーハ
の実際の温度に基づいて、ウェーハの温度を制御するプ
ロファイル温度制御を行うことができない。その結果、
このような構成では、ウェーハの温度を所定の温度に設
定することができないことがあるという問題があった。

【０００８】この問題を解決するためには、予め、熱電
対付きのウェーハを用いて、ヒータとウェーハの温度の
相関を検出し、この相関検出出力に基づいてウェーハの
温度制御するようにすればよい。

【０００９】しかしながら、このような構成では、装置
の製造時、温度相関を検出しなければならないため、装
置の製造経費が高くなるという問題が生じる。また、こ
のような構成では、何らかの原因で温度相関が変化した
場合、ウェーハの温度を所定の温度に設定することがで
きないという問題が生じる。

【００１０】そこで、本発明は、温度相関を検出するこ
となく、基板の温度を所定の温度に設定することができ
る基板処理装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１記載の基板処理装置は、基板保持手段に温度
検出手段を設け、この温度検出手段の検出出力に基づい
て、基板保持手段の温度を制御することにより、基板の
温度を制御するようにしたものである。

【００１２】すなわち、請求項１記載の基板処理装置
は、基板に対して所定の処理を施す装置において、基板
保持手段と、加熱手段と、温度検出手段と、温度制御手
段とを有する。

【００１３】ここで、基板保持手段は、板状に形成さ
れ、基板に対して所定の処理を施す場合、一方の面にて
この基板を保持する手段である。また、加熱手段は、こ
の基板保持手段の他方の面側に設けられ、この基板保持
手段を加熱することによりこの基板保持手段を介して基
板を加熱する手段である。温度検出手段は、上記基板保
持手段に設けられ、この基板保持手段の温度を検出する
手段である。温度制御手段は、この温度検出手段の検出
出力に基づいて、加熱手段の加熱温度を制御することに
より、基板保持手段の温度を制御する手段である。

【００１４】上記構成では、加熱手段により基板保持手
段が加熱される。これにより、この基板保持手段に保持
されている基板がこの基板保持手段を介して加熱手段に
より加熱される。この場合、基板保持手段の温度が温度
検出手段により検出される。そして、この温度検出出力
に基づいて、加熱手段の加熱温度が制御される。これに
より、この温度検出出力に基づいて、基板保持手段の温
度が制御される。その結果、この温度検出出力に基づい
て、基板の温度が制御される。

【００１５】これにより、基板に近い部分の温度に基づ
いて、基板の温度が制御される。その結果、実際の基板
の温度に近い温度で基板の温度が制御される。これによ
り、プロファイル温度制御が可能となる。その結果、温
度相関を検出することなく、基板の温度を所定の温度に
設定することができる。これにより、基板の面内の温度
分布の均一性を高めることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の説明で
は、本発明を、ウェーハに成膜処理や熱処理等の所定の
処理を施すウェーハ処理装置に適用した場合を代表とし
て説明する。

【００１７】図１は、本発明の一実施の形態の構成を示
す図である。なお、図には、本発明の要部の構成のみを
示す。すなわち、ウェーハを加熱する部分の構成のみを
示す。

【００１８】図示のウェーハ処理装置は、サセプタ１１
と、ヒータ１２と、支柱１３と、熱電対１４（１），１
４（２），１５（１），１５（２）と、温度調整コント
ローラ１６と、サイリスタユニット１７とを有する。

【００１９】ここで、サセプタ１１は、ウェーハＷに所
定の処理を施す場合に、このウェーハＷを保持する手段
である。また、ヒータ１２は、サセプタ１１を加熱する
ことにより、このサセプタ１１を介してウェーハＷを加
熱する手段である。支柱１３は、ヒータ１２を支えるた
めの支柱である。

【００２０】熱電対１４（１），１４（２）は、ヒータ
１２の温度を検出する手段である。熱電対１５（１），
１５（２）は、サセプタ１１の温度を検出する手段であ
る。温度調整コントローラ１６とサイリスタユニット１
７は、熱電対１４（１），１４（２）の検出出力に基づ
いて、ヒータ１２の温度を制御するとともに、熱電対１
５（１），１５（２）の検出出力に基づいて、サセプタ
１１の温度を制御する手段である。

【００２１】上記サセプタ１１は、例えば、円形の板状
（円盤状）に形成されている。この円盤状のサセプタ１
１は、図示しない処理容器の内部に、例えば、水平に配
設されている。ここで、処理容器とは、ウェーハＷに所
定の処理を施すための密閉された処理空間を提供する手
段である。ウェーハＷは、この水平に配設されたサセプ
タ１１の上面に載置される。

【００２２】上記ヒータ１２も、円盤状に形成されてい
る。この円盤状のヒータ１２は、サセプタ１１の下面側
に配設されている。この場合、ヒータ１１は、その上面
がサセプタ１１の下面と密着するように、このサセプタ
１１と一体化されている。サセプタ１１と一体化された
ヒータ１２は、支柱１３に支持されている。

【００２３】ヒータ１２の加熱領域は、例えば、複数の
領域（以下「分割領域」という）に分割されている。各
分割領域の加熱温度は、個別に制御される。これは、ウ
ェーハＷの面内の温度分布の均一性を高めるためであ
る。図２は、加熱領域の分割方法の一例を示す図であ
る。図には、ヒータ１２の中心Ｏを中心とする１つの円
Ｐで加熱領域Ｚを２つの分割領域Ｚ（１），Ｚ（２）に
分割する場合を代表として示す。ここで、円Ｐの半径Ｒ
１は、例えば、ヒータ１２の半径Ｒ２のほぼ半分に設定
されている。また、ウェーハＷの半径Ｒ３は、例えば、
半径Ｒ１，Ｒ２のほぼ中間に設定されている。

【００２４】ヒータ１２は、円盤状の本体１２１と、２
つのヒータ線１２２（１），１２２（２）を有する。こ
こで、本体１２１は、例えば、円盤状の絶縁体の両面を
薄い円盤状の導電体で挟んだような構造を有する。ヒー
タ線１２２（１），１２２（２）は、上記絶縁体の内部
に埋設されている。この場合、ヒータ線１２２（１），
１２２（２）は、図２に示すように、それぞれ分割領域
Ｚ（１），Ｚ（２）に配設されている。

【００２５】上記熱電対１４（１），１４（２）は、例
えば、ヒータ１２の絶縁体の内部に埋設されている。こ
の場合、熱電対１４（１）は分割領域Ｚ（１）の中央部
に埋設されている。これに対し、熱電対１４（２）は、
分割領域Ｚ（２）の中央部に埋設されている。

【００２６】上記熱電対１５（１），１５（２）は、サ
セプタ１１の内部に埋設されている。この場合、熱電対
１５（１）は、サセプタ１１に載置されたウェーハＷの
中心部の真下付近に埋設されている。同様に、熱電対１
５（２）は、ウェーハＷの周辺部の真下付近に埋設され
ている。

【００２７】上記構成において、動作を説明する。

【００２８】上記構成では、ヒータ１２によってサセプ
タ１１が加熱される。これにより、サセプタ１１に載置
されたウェーハＷがこのサセプタ１１を介してヒータ１
２によって加熱される。この場合、ウェーハＷの温度
は、温度調整コントローラ１６とサイリスタユニット１
７とにより制御される。この制御形態としては、次の２
つの形態がある。

【００２９】第１の制御形態は、ヒータ１２に埋設され
た熱電対１４（１），１４（２）の温度検出出力に基づ
いて、ウェーハＷの温度を制御する形態である。これに
対し、第２の制御形態は、サセプタ１１に埋設された熱
電対１５（１），１５（２）の温度検出出力に基づい
て、ウェーハＷの温度を制御する形態である。

【００３０】これらの制御形態は、例えば、作業者によ
り択一的に選択される。この選択操作は、例えば、図示
しない装置の操作部を使って行われる。

【００３１】この選択操作により第１の制御形態が選択
された場合、熱電対１４（１），１４（２）の温度検出
出力に基づいて、温度調整コントローラ１６によりヒー
タ線１２２（１），１２２（２）の電流制御信号Ｃ
（１），Ｃ（２）が生成される。この電流制御信号Ｃ
（１），Ｃ（２）は、サイリスタユニット１７に供給さ
れる。

【００３２】これにより、熱電対１４（１），１４
（２）の温度検出出力に基づいて、ヒータ線１２２
（１），１２２（２）に供給される電流が制御される。
その結果、この温度検出出力に基づいて、ヒータ１２の
分割領域Ｚ（１），Ｚ（２）における加熱温度が制御さ
れる。これにより、この温度検出出力に基づいて、サセ
プタ１１の分割領域Ｚ（１），Ｚ（２）における温度が
制御される。その結果、この温度検出出力に基づいて、
ウェーハＷの分割領域Ｚ（１），Ｚ（２）における温度
が制御される。

【００３３】これに対し、第２の制御形態が選択された
場合は、今度は、熱電対１５（１），１５（２）の温度
検出出力に基づいて、電流制御信号Ｃ（１），Ｃ（２）
が生成される。これにより、今度は、この温度検出出力
に基づいて、ヒータ線１２２（１），１２２（２）に供
給される電流の大きさが制御される。その結果、今度
は、この温度検出出力に基づいて、ヒータ１２の分割領
域Ｚ（１），Ｚ（２）における加熱温度が制御される。

【００３４】これにより、今度は、この温度検出出力に
基づいて、サセプタ１１の分割領域Ｚ（１），Ｚ（２）
における温度が制御される。その結果、今度は、この温
度検出出力に基づいて、ウェーハＷの分割領域Ｚ
（１），Ｚ（２）における温度が制御される。

【００３５】これにより、ウェーハＷの温度は、今度
は、このウェーハＷに近い部分の温度に基づいて制御さ
れる。その結果、ウェーハＷの温度は、今度は、このウ
ェーハＷの実際の温度に近い温度で制御される。これに
より、ウェーハＷの温度は、今度は、プロファイル温度
制御によって制御される。その結果、このウェーハＷの
温度は、所定の温度に設定される。

【００３６】なお、第１の制御形態は、例えば、室温か
らウェーハ処理温度までヒータ１２の加熱温度を昇温す
る場合に選択される。これは、この場合というのは、目
標温度まで短時間で昇温する必要があるためである。こ
れに対し、第２の制御形態は、例えば、実際にウェーハ
Ｗを処理する場合に選択される。これは、実際にウェー
ハを処理する場合というのは、ウェーハＷの温度を正確
に所定の温度に設定する必要があるからである。

【００３７】以上詳述した本実施の形態によれば、次の
ような効果を得ることができる。

【００３８】（１）まず、本実施の形態では、サセプタ
１１に熱電対１５（１），１５（２）が埋設され、この
熱電対１５（１），１５（２）の温度検出出力に基づい
て、ヒータ１２の加熱温度が制御される。

【００３９】これにより、本実施の形態によれば、プロ
ファイル温度制御によって、ウェーハＷの温度を制御す
ることができる。その結果、本実施の形態によれば、温
度相関を検出することなく、ウェーハＷの温度を所定の
温度に設定することができる。これにより、本実施の形
態によれば、ウェーハＷの面内の温度分布の均一性を高
めることができる。具体的には、従来のウェーハ処理装
置では、ウェーハＷの面内の温度分布の均一性を±５゜
Ｃの範囲内にしか収めることができなかった。これに対
し、本実施の形態によれば、この均一性を±２゜Ｃの範
囲内に収めることができる。

【００４０】（２）また、本実施の形態によれば、上記
のごとく、プロファイル温度制御を行うことができるの
で、温度制御の応答性を高めることができる。

【００４１】（３）また、本実施の形態では、熱電対１
５（１）がウェーハＷの中央部の真下付近に配設され、
熱電対１５（２）がウェーハＷの周辺部の真下付近に配
設されている。これにより、本実施の形態によれば、少
ない熱電対で、ウェーハＷの全体の温度を網羅すること
ができる。その結果、本実施の形態によれば、少ない熱
電対で、ウェーハＷの面内の温度分布の均一性を高める
ことができる。

【００４２】以上、本発明の一実施の形態を詳細に説明
したが、本発明は、上述したような実施の形態に限定さ
れるものではない。

【００４３】（１）例えば、先の実施の形態では、熱電
対１４（１），１４（２）の温度検出出力に基づく温度
制御と熱電対１５（１），１５（２）の温度検出出力に
基づく温度制御とを独立に行う場合を説明した。しかし
ながら、本発明は、これらによる温度制御を一本化する
ようにしてもよい。例えば、本発明は、熱電対１４
（１），１４（２）の温度検出出力と熱電対１５
（１），１５（２）の温度検出出力との差に基づいて、
ウェーハＷの温度を制御するようにしてもよい。

【００４４】（２）また、先の実施の形態では、サセプ
タ１１の温度を検出する熱電対１５（１），１５（２）
をサセプタ１１に埋設する場合を説明した。しかしなが
ら、本発明では、ウェーハＷの実際の温度に近い温度を
検出することができるのであれば、必ずしも埋設する必
要がない。例えば、本発明は、サセプタ１１の上面に凹
部を設け、この凹部に熱電対１５（１），１５（２）を
収容するようにしてもよい。

【００４５】（３）また、先の実施の形態では、ウェー
ハＷの温度制御形態として、熱電対１４（１），１４
（２）の温度検出出力に基づく温度制御形態と、熱電対
１５（１），１５（２）の温度検出出力に基づく温度制
御形態とを用いる場合を説明した。しかしながら、本発
明は、熱電対１４（１），１４（２）の温度検出出力に
基づく温度制御形態のみを用いるようにしてもよい。

【００４６】（４）また、先の実施の形態では、本発明
を、サセプタ１１を水平に配設するウェーハ処理装置に
適用する場合を説明した。しかしながら、本発明は、サ
セプタ１１を垂直に配設するウェーハ処理装置にも適用
することができる。

【００４７】（５）また、先の実施の形態では、本発明
を、ウェーハ処理装置に適用する場合を説明した。しか
しながら、本発明は、ウェーハ処理装置以外の基板処理
装置にも適用することができる。例えば、本発明は、液
晶表示装置のガラス基板に所定の処理を施すガラス基板
処理装置にも適用することができる。

【００４８】（６）この他にも、本発明は、その要旨を
逸脱しない範囲で種々様々変形実施可能なことは勿論で
ある。

【００４９】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１記載の基板
処理装置によれば、基板保持手段に温度検出手段を設
け、この温度検出手段の検出出力に基づいて、基板の温
度を制御するようにしたので、プロファイル温度制御に
よって基板の温度を制御することができる。これによ
り、この基板処理装置によれば、温度相関を検出するこ
となく、基板の温度を所定の温度に設定することができ
る。その結果、この基板処理装置によれば、基板の面内
の温度分布の均一性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の構成を示す図である。

【図２】一実施の形態のヒータの加熱領域を説明するた
めの図である。

【符号の説明】

１１…サセプタ、１２…ヒータ、１２１…本体、１２２
（１），１２２（２）…ヒータ線、１３…支柱、１４
（１），１４（２），１５（１），１５（２）…熱電
対、１６…温度調整コントローラ、１７…サイリスタユ
ニット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板に対して所定の処理を施す基板処理
   装置において、 板状に形成され、前記基板に対して所定の処理を施す場
   合、一方の面にてこの基板を保持する基板保持手段と、 この基板保持手段の他方の面側に設けられ、この基板保
   持手段を加熱することによりこの基板保持手段を介して
   前記基板を加熱する加熱手段と、 前記基板保持手段に設けられ、この基板保持手段の温度
   を検出する温度検出手段と、 この温度検出手段の検出出力に基づいて、前記加熱手段
   の加熱温度を制御することにより前記基板保持手段の温
   度を制御する温度制御手段とを備えたことを特徴とする
   基板処理装置。