JP2001210596A - 半導体製造装置の温度制御方法、半導体製造装置、および半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

半導体製造装置の温度制御方法、半導体製造装置、および半導体デバイスの製造方法

Info

Publication number
JP2001210596A
JP2001210596A JP2000019934A JP2000019934A JP2001210596A JP 2001210596 A JP2001210596 A JP 2001210596A JP 2000019934 A JP2000019934 A JP 2000019934A JP 2000019934 A JP2000019934 A JP 2000019934A JP 2001210596 A JP2001210596 A JP 2001210596A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
temperature
power ratio
manufacturing apparatus
semiconductor manufacturing
temperature control
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.)
Withdrawn
Application number
JP2000019934A
Other languages
English (en)
Inventor
Minoru Nakano
稔 中野
Masaaki Ueno
正昭 上野
Kazuo Tanaka
和夫 田中
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.)
Hitachi Kokusai Electric Inc
Original Assignee
Hitachi Kokusai Electric Inc
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 Hitachi Kokusai Electric Inc filed Critical Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority to JP2000019934A priority Critical patent/JP2001210596A/ja
Publication of JP2001210596A publication Critical patent/JP2001210596A/ja
Priority to US11/153,223 priority patent/US20050266685A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/1927—Control of temperature characterised by the use of electric means using a plurality of sensors
    • G05D23/193—Control of temperature characterised by the use of electric means using a plurality of sensors sensing the temperaure in different places in thermal relationship with one or more spaces
    • G05D23/1935—Control of temperature characterised by the use of electric means using a plurality of sensors sensing the temperaure in different places in thermal relationship with one or more spaces using sequential control
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67248—Temperature monitoring

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Control Of Temperature (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数ゾーンの各部の温度を検出することな
く、一部の温度を用いることにより、設定されるどのよ
うな温度領域においても、基板面内の均一な温度制御を
可能とすることができる半導体製造装置の温度制御方法
を得る。 【解決手段】 複数ゾーンに対応する複数の加熱源を備
えた反応室を有する半導体製造装置の温度制御方法にお
いて、前記反応室の異なる複数の温度に対応して、前記
複数の加熱源それぞれに出力するパワーの比率をパワー
比率として定めておき、前記複数の温度に対応して定め
られた前記複数の加熱源それぞれのパワー比率を用いて
各加熱源のパワー制御を行って温度制御を行うようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板の均一加熱を
行うための半導体製造装置の温度制御方法等、該温度制
御方法を実行する温度制御装置を有する半導体製造装
置、および該温度制御方法を実行して半導体デバイスを
製造する半導体デバイスの製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】例えば、枚葉エピタキシャル装置におい
ては、加熱炉にシリコンウェハ等の基板を収容し、加熱
炉内を所定の温度に昇温して加熱しつつ反応ガスを供給
して、基板上に薄膜を形成する。この枚葉エピタキシャ
ル装置においては、加熱炉内の温度条件の設定が極めて
重要であり、定温維持時ばかりでなく昇降温過程におい
てもウェハ内の温度均一性が要求され、この温度制御の
精度が製造される半導体デバイスの品質に大きく影響す
る。すなわち、枚葉エピタキシャル装置においては、縦
型拡散炉のようなバッチ処理炉に比べ、よりウェハ内の
温度均一性が要求される。
【０００３】従来、加熱炉内の温度を均一化させるため
の技術としては、例えば、特開昭６４−８２２５号公報
が知られている。この公報に開示されている温度制御方
法は、被熱物のセンタ部を加熱する電熱ヒータと、被熱
物のエッジ部を加熱する電熱ヒータとを炉内に備え、温
度計により測定される被熱物の加熱温度と設定温度の差
に基づいて電熱ヒータを制御すると共に、エッジ部の電
熱ヒータに供給されるパワーがセンタ部の電熱ヒータに
供給されるパワーよりも常に低比率をもって低位に保た
れるようにしたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、枚葉エ
ピタキシャル装置においては、上述したように、昇降温
過程においてもウェハ内の温度均一性が厳しく要求さ
れ、上記公報に示された技術においては、半導体デバイ
スの品質を維持するべく、常にウェハ内の温度均一性を
維持することが困難である。一方、枚葉エピタキシャル
装置の温度制御において、実際のプロセス時には、パー
ティクルの発生を防ぐため、反応管内の各部に温度セン
サを設けて温度モニタを行うことはできない。従って、
従来より枚葉エピタキシャル装置における温度制御にお
いては、各部の温度を実測することなく、ウェハ内にお
ける加熱温度の均一化を図れる技術が要望されている。
【０００５】本発明は、かかる従来の課題を解決するた
めになされたものであり、プロセス時において、複数ゾ
ーンの各部の温度を検出することなく、一部の温度を用
いることにより、設定されるどのような温度領域におい
ても、基板面内の均一な温度制御を可能とすることがで
き、もって製造される半導体デバイスの品質を向上させ
ることができる半導体製造装置の温度制御方法、このよ
うな温度制御方法を行う半導体製造装置、およびこのよ
うな温度制御方法を用いる半導体デバイスの製造方法を
得ることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、本発明は、複数ゾーンに対応する複数の加熱源を
備えた反応室を有する半導体製造装置の温度制御方法に
おいて、前記反応室の異なる複数の温度に対応して、前
記複数の加熱源それぞれに出力するパワーの比率をパワ
ー比率として定めておき、前記複数の温度に対応して定
められた前記複数の加熱源それぞれのパワー比率を用い
て各加熱源のパワー制御を行って温度制御を行うように
したことを特徴とするものである。
【０００７】ウェハ内温度が均一になるときは、加熱源
により発生され反応室内に留まる熱と、反応室から逃げ
る熱が均衡している状態であるが、この均衡状態は反応
室やウェハの各部によって異なる。熱の逃げやすい部分
では加熱源のパワーを熱の逃げにくい部分に比べて大き
くしなければならない。そこで、反応室内の各部に対応
するゾーンを設け、各ゾーンにおける温度を均一とする
ためのパワー比率を温度に対応して取得しておいて、各
温度においてそのパワー比率を用いるようにすれば、昇
降温過程のような温度変動時においても炉内温度を速や
かに均一温度に安定化させることができる。従って、こ
のような温度制御方法によれば、ランプアップ時や異な
る温度で反応処理（デポ、エッチング等）を行う場合、
複数ゾーンの全ての温度を検出することなく、一部のゾ
ーンの温度を用いて、複数ゾーンにおける最適のパワー
比率を選択することができて、基板面の均一な温度制御
を可能とすることができる。
【０００８】また、本発明に係る半導体製造装置の温度
制御方法において、前記パワー比率を定める複数の温度
は、それぞれ所定の幅を有して定められていることを特
徴とするものである。
【０００９】このような構成によれば、予め定めておく
パワー比率を所定の幅を有する温度毎に定めればよいの
で、その設定が容易となり、また、例えばパワー比率を
テーブルに登録する場合、その登録数を減少させること
ができて、記憶容量の減少を図れる。
【００１０】また、本発明に係る半導体製造装置の温度
制御方法は、前記反応室の任意の温度に対応する各加熱
源のパワー比率が、前記反応室における所定の温度に対
応して定められている既設定のパワー比率を用いて定め
られることを特徴とするものである。
【００１１】このような構成によっても、所定のゾーン
の全ての検出温度に対応する各加熱源のパワー比率を設
ける必要がなく、その設定が容易となり、記憶容量の減
少を図ることもできる。
【００１２】また、本発明に係る半導体製造装置の温度
制御方法において、前記反応室の任意の温度に対応する
各加熱源のパワー比率は、前記所定の温度における既設
定のパワー比率を、前記任意の温度と所定の温度とを用
いて線形補間することにより定められることを特徴とす
るものである。
【００１３】このような構成によれば、線形補間を用い
ることにより、全ての温度に対応してパワー比率を設定
しておかなくても、代表的な所定の温度におけるパワー
比率を用いて任意の温度におけるパワー比率を精度良く
定めることができる。
【００１４】また、本発明に係る半導体製造装置の温度
制御方法において、前記温度制御はＰＩＤ演算を用いて
行われ、Ｉ演算出力値に対するパワー比率と、Ｐまたは
Ｄ演算出力値に対するパワー比率が異なっていることを
特徴とするものである。
【００１５】ＰＩＤ演算において、Ｐは比例演算、Ｉは
積分演算、Ｄは微分演算を示し、Ｐ演算出力値やＤ演算
出力値は温度の変化に対して大きく変動するのに対し
て、Ｉ演算出力値はＰやＤ演算出力値に対して大きな変
化を生じない。従ってこれらを組み合わせることによ
り、常にほぼ一定の温度変化過程を通じて速やかに、均
一温度に安定化させることができ、例えば、ウェハロー
ド時の温度変動時における温度変化履歴の再現性向上即
ち、処理バッチ毎のウェハの熱履歴の均一性向上が期待
できる。
【００１６】また、本発明に係る半導体製造装置の温度
制御方法において、前記温度制御はＰＩＤ演算を用いて
行われ、前記パワー比率はＩ演算出力値にのみ乗じられ
て制御出力として用いられることを特徴とするものであ
る。
【００１７】Ｉ演算出力値は積分出力のため、ガス流入
時やウェハ投入時のような外乱発生時に温度の急変化が
あっても、ＰやＤ演算出力値のように大きな変化を受け
ることがない。従って、Ｉ演算出力値に対してゾーン毎
の比率を乗じる場合はＰやＤ演算出力値の変化の影響を
受けることはない。よって、このような構成によれば、
外乱に対する温度履歴がＰＩＤ演算出力値全体にパワー
比率を乗じる場合に比べて均一になりやすくなり、例え
ば、ウェハロード時の温度変動時における温度変化履歴
の再現性向上が期待できる。
【００１８】また、本発明に係る半導体製造装置の温度
制御方法において、前記温度制御はＰＩＤ演算を用いて
行われ、前記パワー比率は、ウェハの反応処理時にはＰ
ＩＤ演算出力値に乗じて制御出力として用いられ、反応
室へのウェハロード時にはＩ演算出力値にのみ乗じて制
御出力として用いられることを特徴とするものである。
【００１９】ＰやＤ演算出力値は温度の変化に対して大
きく変動するのに対して、Ｉ演算出力値はＰやＤ演算出
力値に対して大きな変化を生じない。従って、外乱が無
い状態時にはＰＩＤ演算出力値にパワー比率を乗じる一
方、ウェハ挿入時などのような外乱発生時にはＩ演算出
力値にのみパワー比率を乗じて制御出力とすることによ
り、より温度履歴の均一化が図れることとなる。ここ
で、外乱が無い状態時には、例えば堆積処理などの反応
処理、ランプアップ、ダウン時があり、外乱発生時に
は、ウェハロード（ウェハ挿入）、アンロード（ウェハ
払い出し）等がある。
【００２０】また、本発明に係る半導体装置の温度制御
方法は、前記パワー比率を変更する際の参照温度に、反
応室の温度設定値を用いることを特徴とするものであ
る。
【００２１】温度設定値を用いるようにすれば、外乱の
バラツキがバッチ間で生じる場合にも温度再現性を高め
ることができる。
【００２２】又、本発明に係る半導体製造装置の温度制
御方法において、前記パワー比率を変更する際の参照温
度は、反応室へのウェハロード時には温度設定値を用
い、ウェハの反応処理時には温度実測値を用いることを
特徴とするものである。
【００２３】温度設定値を用いるようにすれば、ウェハ
ロード時のように外乱のバラツキがバッチ間で生じる場
合にも温度再現性を高めることができる。一方、ウェハ
の反応処理時のように、外乱にバラツキが無い場合は、
温度実測値を用いた方が温度が精度良く分かっているの
で、再現性をより高めることができ、温度の収束（安定
化）が早く行える。
【００２４】また、本発明に係る半導体製造装置の温度
制御方法は、前記半導体製造装置の反応室が、ウェハを
載置して回転するサセプタと、そのサセプタ周囲に固定
して設けられたリング台とを有しており、前記反応室の
温度を検出する温度検出手段を反応室内のウェハ回転中
心部とウェハ周辺部の両方に設けたことを特徴とするも
のである。
【００２５】例えば枚葉エピタキシャル装置では、基板
の中心部付近には回転軸があり、その回転軸を介して熱
が逃げやすい。また基板の周辺部近傍には炉口部があ
り、やはり熱が逃げやすく、また熱の逃げ方も同じでな
い。一方、パーティクルの発生防止、スペース等の問題
により温度センサを多くを配置することは好ましくな
い。そこで、温度が不安定となり易い基板の中心部や周
辺部の温度に対するパワー比率を設定しておけば、温度
センサの設定箇所を最小限にすることができると共に、
精度良く温度制御を行うことができる。
【００２６】また、本発明に係る半導体製造装置は、複
数ゾーンに対応する複数の加熱源を備えた反応室を有す
る半導体製造装置であって、前記反応室の異なる複数の
温度に対応して、前記複数の加熱源それぞれに出力する
パワーの比率をパワー比率として定めておき、前記複数
の温度に対応して定められた前記複数の加熱源それぞれ
のパワー比率を用いて各加熱源のパワー制御を行って温
度制御を行うことを特徴とするものである。
【００２７】このような半導体製造装置によれば、炉内
温度を速やかに均一温度に安定化させることができ、製
造される半導体デバイスの品質向上を図ることができ
る。
【００２８】また、本発明に係る半導体デバイスの製造
方法は、複数ゾーンに対応する複数の加熱源を備えた反
応室を有する半導体製造装置による半導体デバイスの製
造方法であって、前記反応室の異なる複数の温度に対応
して、前記複数の加熱源それぞれに出力するパワーの比
率をパワー比率として定めておき、前記複数の温度に対
応して定められた前記複数の加熱源それぞれのパワー比
率を用いて各加熱源のパワー制御を行って反応室内を温
度制御して半導体デバイスを製造することを特徴とする
ものである。
【００２９】このような半導体デバイスの製造方法によ
れば、均一化された炉内温度において半導体デバイスを
製造することができるので、その品質を向上させること
ができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を枚葉
エピタキシャル装置に適用した場合について説明する。
図１は実施の形態に係る枚葉エピタキシャル装置の反応
室を示す側面図である。枚葉エピタキシャル装置では、
加熱炉１の炉内（反応室内）２にシリコンウェハ３（ウ
ェハ）等の基板を収容し、反応室内２を所定の温度に加
熱しつつ反応ガスを供給して、ウェハ３上に薄膜を形成
する。加熱源は上下それぞれに設けられたリング形状の
サークルランプ（０〜１２ゾーン）４，５で構成され、
各サークルランプ４，５の熱は主としてウェハ３を支持
する熱容量の大きなサセプタ（ＳｉＣサセプタ）６、ウ
ェハ３、そして流入される反応ガスにより吸収される。
サークルランプ４の０〜８ゾーンはセンタゾーンを構成
し、９〜１２ゾーンはアウトゾーンを構成する。また、
サークルランプ５の０〜７ゾーンはセンタゾーンを構成
し、８〜１２ゾーンはアウトゾーンを構成する。
【００３１】実プロセスに用いる制御用温度センサ７，
８は加熱炉の中央と端に配置される。また、温度プロフ
ァイル用温度センサ９，１０は基板表面に１１点（０〜
１０）、サセプタ表面に１１点（０〜１０）配置され
る。この温度プロファイル用温度センサ９，１０は、実
プロセスでは取り外され用いられないもので、予め各ゾ
ーンの温度を測定してパワー比率を設定しておくために
用いられる。なお、サセプタ６はその中央部が回転軸と
して作用する（ＳｉＣ）サセプタ支持台１１に回転可能
に支持されている。その周端部には（ＳｉＣ）リング台
１２が設けられている。また、加熱炉１、ウェハ３、サ
セプタ６、サセプタ支持台１１、リング台１２は平面視
円形状をなしている。
【００３２】周知のように、金属シリコンは非常に反応
性に富んだ物質であり、容易に酸素や水分と反応してそ
の表面に酸化膜を形成する。また、通常のシリコンウェ
ハは石英るつぼの中の溶融シリコンを回転引き上げして
結晶成長したインゴットから切り出されており、その内
部には酸素析出、空孔、空洞などのグローイン欠陥が１
０6／ｃｍ3程度の密度で存在している。このため、エピ
タキシャル成長に先立ちシリコンウェハ表面からこれら
の酸化膜や欠陥の除去が必要となる。そこで、シリコン
ウェハは１０００℃以上の高純度水素ガス中でベークさ
れている（図９水素ベーク参照）。酸化膜や酸素析出の
除去には次の熱反応が用いられる。
【００３３】 ＳｉＯ2（ｓ）＋Ｓｉ（ｓ）⇒２ＳｉＯ（ｇ）
【００３４】また、欠陥は高温のリフロによって平滑
し、理想的なシリコン結晶表面を準備する。エピタキシ
ャル成長は、四塩化珪素（ＳｉＣｌ4）、トリクロルシ
ラン（ＴＣＳ，ＳｉＣｌ3）、ジクロルシラン（ＤＣ
Ｓ，ＳｉＨ2Ｃｌ2）、モノシラン（ＭＳ，ＳｉＨ4）な
どシリコンを含むソースで水素ガスをキャリアガスとし
てＣＶＤ法により行われる。
【００３５】図２は、実施の形態におけるランプコント
ローラの構成を示すブロック図である。このランプコン
トローラ２０は加熱源の各サークルランプ４、５に供給
する電力を調節するものであり、ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ
２０２、ＯＳ用ＲＡＭ２０３、アプリケーション用ＲＡ
Ｍ２０４、ＯＳ用ＮＶＲＡＭ２０５、アプリケーション
用ＮＶＲＡＭ２０６を備えると共に、通信制御ＬＳＩ制
御用デバイスドライバ２０７を備えている。
【００３６】デバイスドライバ２０７には、各サークル
ランプ４のパワーを調節して出力するランプパワー出力
ユニット２１と、炉中央に設けられた制御用温度センサ
７の出力を取り込む温度モニタユニット２２と、炉端部
に設けられた制御用温度センサ８の出力を取り込む温度
モニタユニット２３が接続されている。
【００３７】また、デバイスドライバ２０７にはウェハ
表面温度を検出する温度プロファイル用温度センサ９の
出力を取り込む温度モニタユニット２４、及びサセプタ
表面温度を検出する温度プロファイル用温度センサ１０
の出力を取り込む温度モニタユニット２５が接続され、
さらに表示、操作用のユニットである表示・操作ユニッ
ト２６が接続されている。
【００３８】そして、ランプコントローラ２０は、中央
及び端部の制御用温度センサ７，８からの温度を読み取
り、目標とする温度設定値と比較することにより制御演
算を行う。制御演算の結果は、上下それぞれのサークル
ランプの出力値（０〜１００％）としてランプパワー出
力ユニット２１に一定間隔で送られる。温度モニタ値及
び制御演算後の出力値は表示・操作ユニット２６に送ら
れ、これによりオペレータは制御状態をリアルタイムで
知ることができる。
【００３９】各温度モニタユニット２２〜２５は、各温
度センサより出力されたアナログ温度信号をデジタル量
に変換し、温度信号としてデジタル通信回線を通してラ
ンプコントローラ２０に送出する。デジタル通信回線を
使用することにより、対ノイズ性、絶対性能がアナログ
通信に比して改善される。なお、温度モニタユニット２
２，２３はモニタの高速性が要求されるため、温度セン
サの接続数は最小限の一つとされている。温度モニタユ
ニット２４，２５は実プロセスに先立つプロファイル時
に使用されるものであり、実プロセスの制御には使用さ
れないため、温度モニタユニット２２，２３ほどのモニ
タ高速性は要求されない。従って、温度モニタユニット
２４，２５にはそれぞれ１１個の温度センサ（１１チャ
ネル）が接続されている。
【００４０】図３は実施の形態における制御方式を説明
するためのブロック図である。ランプコントローラ２０
の制御演算部２０ａにより、センタゾーン３０またはセ
ンタゾーン３０及びアウトゾーン３１の出力値が算出さ
れるが、パワー出力ゾーン３０，３１はそれぞれについ
てさらに複数ゾーンに分割されているため、それぞれの
ゾーンについて出力値を設定する。アウトゾーンにある
制御用温度センサ８により得られるＰＶ２（アウト）
と、目標となるアウト温度設定値との比較を行い、制御
演算を行ってアウトゾーンにある加熱ゾーンのパワー出
力制御を行う。
【００４１】アウトゾーンは図１の例では、上ランプゾ
ーン９，１０，１１，１２、下ランプゾーン８，９，１
０，１１，１２である。センターゾーンにある制御用温
度センサ７によって得られるＰＶ１（センタ）と目標と
なるセンタ温度設定値との比較を行い、制御演算を行っ
てセンタゾーンにある加熱ゾーンのパワー出力制御を行
う。センタゾーンは図１の例では、上ランプゾーン０〜
８、下ランプゾーン０〜７である。そして、実際の制御
においては、予め温度プロファイルにより設定されるパ
ワー比率をパワー比率テーブルから取得し、それぞれの
ゾーンの出力値に乗じて出力が決定される。ここで、パ
ワー比率設定の手順は次のとおりである。
【００４２】先ず、ウェハに処理を施す実プロセスに先
立ち、ダミーウェハあるいはプロセスウェハを用いて、
基板表面あるいはサセプタ表面上の温度プロファイル用
温度センサ９，１０が所定の均一な温度範囲となるよ
う、ランプコントローラ２０により上部、下部各ランプ
ゾーンのランプ出力を制御する。そのときのランプ出力
の比率を、その温度におけるパワー比率とする。これを
実プロセスの温度変動範囲の中で適宜選択したいくつか
の温度ポイントにおいて実行し、各温度におけるパワー
比率を求める。以上により求めたパワー比率をパワー比
率テーブルに登録しておく。出力の決定方式は、例えば
次の２種類が設けられる。
【００４３】（１）それぞれのゾーンの出力＝ＰＩＤ演
算出力値×それぞれのゾーンのパワー比率（ＰＩＤパワ
ー比率制御） （２）それぞれのゾーンの出力＝ＰＤ演算出力値＋Ｉ演
算出力値×それぞれのゾーンのパワー比率（ＰＤ−Ｉパ
ワー比率制御）
【００４４】図４は炉内温度が７００℃のときのパワー
比率テーブルを示し、図５は炉内温度が５００℃のとき
のパワー比率テーブルを示している。各テーブルにおい
て、ＴＢＬ Ｎｏは電力比率テーブル番号を示し、実施
の形態では１〜９の合計９種が用意されている。ＳＶは
電力比率を取得したときの設定温度を示している。Ｒａ
ｔｅＨ０−１２は電力比率を示し、上部ランプ０〜１２
ゾーンに対応して示している。ＲａｔｅＬ０−１２は電
力比率を示し、下部ランプ０〜１２ゾーンに対応して示
している。
【００４５】また、Ｔ＿ａｄｊ＿Ｃは中央の制御用温度
センサ７（サセプタ下部）とウェハ中央点との温度差を
示し、Ｔ＿ａｄｊ＿Ｅは端部の制御用温度センサ８（リ
ング台下）とウェハ端部の温度差を示している。さら
に、Ｃｏｎｔｒｏｌ＿Ｍｏｄｅはプロファイル時の制御
モードを示しており、１〜３のモード（１：ＴＣを１点
とする１ゾーン制御、２：ＴＣを２点とする２ゾーン制
御、３：２ゾーン干渉制御）がある。Ｃｏｍｍａｎｄは
１の場合書き込みを実行し、０の場合は実行しないこと
を示している。
【００４６】上述したパワー比率テーブルの選択に際し
ては、通常テーブル番号を直接指定するものとし、本実
施の形態においては温度によりテーブル番号を自動的に
切り替えるプログラムドパワー比率テーブル選択方式を
採用する。この方式は、電力（パワー）比率テーブル
（１〜９）に設定されている使用温度に適した電力（パ
ワー）比率テーブルを選択し、その中の電力（パワー）
比率定数を用いてパワー比率制御演算を行う。切り替え
は、温度再現性を考慮し、温度設定値あるいはそのとき
の温度実測値により行う。
【００４７】例えば、使用温度として５００℃が一つ登
録されていたとすると、無条件にこれを使用する。ま
た、例えば、使用温度として５００℃と７００℃が登録
されていたとすると、設定温度が５００℃〜７００℃で
は、これらのパワー比率の線形補間値を使用する。設定
温度が８００℃の場合は、線形補間せずに７００℃のパ
ワー比率を使用する。あるいは、５００℃、７００℃の
時のパワー比率に基き、８００℃の時のパワー比率を線
形補間し求めてもよい。なお、パワー比率テーブルは図
２に示されるＮＶＲＡＭ２０５に記憶される。
【００４８】図６に示すセンターゾーン温度設定値（目
標値）に対して、図４、図５に示したパワー比率テーブ
ルを使用することにより、温度ランピング制御を行った
ときの制御演算結果を下記に示す。
【００４９】まず、０〜１００秒までは、センターゾー
ン温度目標値が５００℃であるので、図５に示すパワー
比率テーブルを使用する。各ゾーンのパワー比率は１０
０％で一定なので、例えば、センターゾーンにおいて、
Ｐ演算値＝５０％、Ｉ演算値＝３０％、Ｄ演算値＝−１
０％のときは、（１）のＰＩＤパワー比率制御選択の場
合は、ランプ上ゾーン０〜８までとランプ下ゾーン０〜
７までの出力値は全て７０％（ＰＩＤ演算値）×１００
％（パワー比率）＝７０％となる。
【００５０】また、（２）のＰＤ−Ｉパワー比率制御選
択の場合は、ランプ上ゾーン０〜８までとランプ下ゾー
ン０〜７までの出力値は全て３０％（Ｉ演算値）×１０
０％（パワー比率）＋５０％（Ｐ演算値）−１０％（Ｄ
演算値）＝７０％となる。
【００５１】次に、１００〜２００秒までは、温度設定
値を時々刻々と変化させる制御であるので、使用するパ
ワー比率も時々刻々と変化する。例えば、１５０秒の時
点では、温度目標値は６００℃であるので、次のような
演算を行う。例えば、センターゾーンにおいて、Ｐ演算
値＝５０％、Ｉ演算値＝３０％、Ｄ演算値＝−１０％の
ときは、ＰＩＤ演算値＝５０％＋３０％−１０％＝７０
％であり、各ランプへの出力値は次のようになる。な
お、センターゾーンについてのみ説明しているが、アウ
ターゾーンについても全く同様である。
【００５２】（１）のＰＩＤパワー比率制御選択の場
合、 （６００−５００）／（７００−５００）＝１／２であ
り、 ランプ上ゾーン０ 出力値＝７０％×（１００％＋１００％）／２＝７０％ ランプ上ゾーン１〜８ 出力値＝７０％×（１０６％＋１００％）／２＝７２．
１％ ランプ下ゾーン０〜７ 出力値＝７０％×（１０６％＋１００％）／２＝７２．
１％
【００５３】また、（２）のＰＤ−Ｉパワー比率制御選
択の場合 ランプ上ゾーン０ 出力値＝３０％×（１００％＋１００％）／２＋５０％
−１０％＝７０％ ランプ上ゾーン１〜８ 出力値＝３０％×（１０６％＋１００％）／２＋５０％
−１０％＝７０．９％
【００５４】ＰＩＤパワー比率制御とＰＤ−Ｉ比率制御
は温度制御状態によって切り替えて使用し、例えばＰＩ
Ｄパワー比率制御は、外乱の無い状態である温度安定
時、ランプアップ時に用い、一方、ＰＤ−Ｉパワー比率
制御は外乱発生時であるウェハロード時、アンロード時
等に用いられる。
【００５５】図７はＰＩＤの使用状態とＰＤ−Ｉの使用
状態を示す図である。図７において、横軸は時間を示
し、時系列的にウェハ挿入（ウェハロード）、ランプア
ップ、プロセス開始、ランプダウン、ウェハ払い出し
（ウェハアンロード）が行われる。縦軸は炉内温度を示
している。同図において、点線Ｓは温度設定値を示して
おり、炉内温度は本来この温度設定に沿うよう制御され
る。また、図において、Ａ１，Ａ２で示すグラフはＰＤ
−Ｉパワー比率制御を２回行った場合の温度実測値であ
り、Ｂ１，Ｂ２で示すグラフはＰＩＤパワー比率制御を
２回行った場合の温度実測値である。
【００５６】この図より明らかなように、ウェハ挿入時
の外乱発生時は、ＰＤ−Ｉパワー比率制御を用いる方が
ＰＩＤパワー比率制御を用いるよりも再現性が良好な
（バラツキが小さい）結果を示している。これは、熱容
量を有する温度の低いウェハが炉内に入ってくることで
炉内温度が大きく変化するという外乱発生により、Ｐ、
Ｄ演算出力値は大きく変化するのに対して、Ｉ演算出力
値はそれほどの変化を受けないため、パワー比率はＩ演
算出力値のみに乗じ、ＰとＤ演算出力値に加算するよう
にした方が再現性が良くなる、即ち、処理バッチ間のウ
ェハの熱履歴のバラツキが小さく抑えられることを意味
している。一方、ランプアップ制御時、反応処理時等の
外乱の無い状態である温度安定時にはＰＩＤパワー比率
制御を用いた方が、応答性に優れ、且つ安定した結果が
得られていることが理解される。
【００５７】従って、外乱が無い状態時にはＰＩＤ演算
出力値にパワー比率を乗じる一方、ウェハ挿入時などの
ような外乱発生時にはＩ演算出力値にのみパワー比率を
乗じて制御出力とすることにより、より処理バッチ間の
ウェハ温度履歴の均一化が図れることとなる。なお、Ｉ
演算出力値に乗じるパワー比率とＰ、Ｄ演算値出力値に
乗じるパワー比率を異ならせるようにし、例えば外乱発
生時には、Ｉ演算出力値に乗じるパワー比率をＰ、Ｄ演
算値出力値に乗じるパワー比率よりも大きく設定するよ
うにしてもよい。
【００５８】図８はＰＤ−Ｉパワー比率制御を用いた場
合において、パワー比率テーブルの切り替えのための温
度にそのときの実測値を用いた場合と温度設定値を用い
た場合の炉内温度をそれぞれ２回実測した結果を示すグ
ラフである。図８において、点線は温度設定値を示し、
Ｃ１，Ｃ２は温度設定値を使ってパワー比率を切り替え
た場合を示し、Ｄ１，Ｄ２はそのときの温度実測値を使
ってパワー比率を切り替えた場合を示している。
【００５９】図８に示されるように、テーブルの切り替
えはバッチ間において外乱にバラツキがある場合（ウェ
ハ挿入時）は、温度設定値を用いる方が温度再現性が向
上している。一方、バッチ間において外乱のバラツキが
小さいか、無い場合は、温度実測値を用いた方が温度収
束が早く、安定性に優れるということが理解される。
【００６０】以上に説明した実施の形態においては、枚
葉エピタキシャル装置の温度制御工程として、ウェハ挿
入（ロード）からウェハ払い出し（アンロード）までを
示したが、枚葉エピタキシャル装置の炉内温度の全制御
工程は、図９に示されるようになる。図７や図８に示し
たグラフは図９のロードからベーク工程Ｓ１、堆積工程
Ｓ２、アンロードまでを示すものである。エピタキシャ
ル装置では、この他、チャンバクリーン工程Ｓ３があ
る。
【００６１】図９に示されるように、ウェハ搬送時のプ
ロセスチャンバの温度は搬送系の耐熱性とウェハの熱シ
ョックによるスリップの双方を考慮して上限が決定され
ている。まず、ウェハをロードした後、ウェハ温度を１
１３０℃まで昇温する。そして水素ベークを行い自然酸
化膜の除去と表面欠陥の除去が行われる。引き続きトリ
クロルシランによるエピタキシャル成長を行って堆積処
理が行われる。その後冷却しウェハを取り出す。その後
のチャンバのクリーン工程においては、再度昇温し、サ
セプタのウェハ外側やチャンバの内壁に堆積した不要な
生成物をＨＣｌガスを流してクリーニングする。エピタ
キシャル膜厚にもよるがＨＣｌによるクリーニングは１
〜５枚のエピタキシャル成長毎に行われる。そして、以
上のような処理を繰り返して半導体デバイスとして用い
られるエピタキシャル成長ウェハが製造される。
【００６２】
【発明の効果】上述したように本発明によれば、プロセ
ス時において、複数ゾーンの各部の温度を検出すること
なく、一部の温度を用いることにより、設定されるどの
ような温度領域においても、基板面内の均一な温度制御
を可能とすることができ、もって品質向上を図れる半導
体製造装置の温度制御方法、このような温度制御方法を
行う半導体製造装置、およびこのような温度制御方法を
用いて製造される半導体デバイスを得ることができると
いう効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における枚葉エピタキシャ
ル装置の反応室を示す側面図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるランプコントロー
ラの構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態における制御方式を説明するための
ブロック図である。
【図４】炉内温度が７００℃のときのパワー比率テーブ
ルを示す図である。
【図５】炉内温度が５００℃のときのパワー比率テーブ
ルを示す図である。
【図６】センターゾーン温度設定値を示す図である。
【図７】ＰＩＤの使用状態とＰＤ−Ｉの使用状態を示す
図である。
【図８】パワー比率テーブルの切り替えのための温度に
現在の実測値を用いた場合と現在の温度設定値を用いた
場合の炉内温度を示すグラフである。
【図９】枚葉エピタキシャル装置の炉内温度の全制御工
程を示す図である。
【符号の説明】
１ 加熱炉 ２ 反応室内 ３ ウェハ ４，５ サークルランプ ６ サセプタ ７，８ 制御用温度センサ ９，１０ 温度プロファイル用温度センサ ２０ ランプコントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 和夫 東京都中野区東中野三丁目14番20号 国際 電気株式会社内 Ｆターム(参考） 4K030 CA04 CA12 FA10 GA06 JA10 JA16 KA23 KA39 KA41 LA15 5F045 DP01 EK11 EK22 EK27 GB05 GB16 5H323 AA40 CA06 CB02 CB42 DA01 EE05 FF02 FF06 FF10 HH02 KK05 LL01 LL02 LL12 LL18 MM06

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数ゾーンに対応する複数の加熱源を備
    えた反応室を有する半導体製造装置の温度制御方法にお
    いて、 前記反応室の異なる複数の温度に対応して、前記複数の
    加熱源それぞれに出力するパワーの比率をパワー比率と
    して定めておき、 前記複数の温度に対応して定められた前記複数の加熱源
    それぞれのパワー比率を用いて各加熱源のパワー制御を
    行って温度制御を行うようにしたことを特徴とする半導
    体製造装置の温度制御方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体製造装置の温度
    制御方法において、 前記パワー比率を定める複数の温度は、それぞれ所定の
    幅を有して定められていることを特徴とする半導体製造
    装置の温度制御方法。
  3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の半導体
    製造装置の温度制御方法において、 前記反応室の任意の温度に対応する各加熱源のパワー比
    率が、前記反応室における所定の温度に対応して定めら
    れている既設定のパワー比率を用いて定められることを
    特徴とする半導体製造装置の温度制御方法。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載の半導体製造装置の温度
    制御方法において、 前記反応室の任意の温度に対応する各加熱源のパワー比
    率は、前記所定の温度における既設定のパワー比率を、
    前記任意の温度と所定の温度とを用いて線形補間するこ
    とにより定められることを特徴とする半導体製造装置の
    温度制御方法。
  5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
    の半導体製造装置の温度制御方法において、 前記温度制御はＰＩＤ演算を用いて行われ、 Ｉ演算出力値に対するパワー比率と、ＰまたはＤ演算出
    力値に対するパワー比率が異なっていることを特徴とす
    る半導体製造装置の温度制御方法。
  6. 【請求項６】 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
    の半導体製造装置の温度制御方法において、 前記温度制御はＰＩＤ演算を用いて行われ、 前記パワー比率はＩ演算出力値にのみ乗じられて制御出
    力として用いられることを特徴とする半導体製造装置の
    温度制御方法。
  7. 【請求項７】 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
    の半導体製造装置の温度制御方法において、 前記温度制御はＰＩＤ演算を用いて行われ、 前記パワー比率は、ウェハの反応処理時にはＰＩＤ演算
    出力値に乗じて制御出力として用いられ、反応室へのウ
    ェハロード時にはＩ演算出力値にのみ乗じて制御出力と
    して用いられることを特徴とする半導体製造装置の温度
    制御方法。
  8. 【請求項８】 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載
    の半導体装置の温度制御方法において、 前記パワー比率を変更する際の参照温度として、反応室
    の温度設定値を用いることを特徴とする半導体装置の温
    度制御方法。
  9. 【請求項９】 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載
    の半導体製造装置の温度制御方法において、 前記パワー比率を変更する際の参照温度は、反応室への
    ウェハロード時には温度設定値を用い、ウェハの反応処
    理時には温度実測値を用いることを特徴とする半導体製
    造装置の温度制御方法。
  10. 【請求項１０】 請求項１乃至請求項９のいずれかに記
    載の半導体製造装置の温度制御方法において、 前記半導体製造装置の反応室が、ウェハを載置して回転
    するサセプタと、そのサセプタ周囲に固定して設けられ
    たリング台とを有しており、 前記反応室の温度を検出する温度検出手段を反応室内の
    ウェハ回転中心部とウェハ周辺部の両方に設けたことを
    特徴とする半導体製造装置の温度制御方法。
  11. 【請求項１１】 複数ゾーンに対応する複数の加熱源を
    備えた反応室を有する半導体製造装置であって、 前記反応室の異なる複数の温度に対応して、前記複数の
    加熱源それぞれに出力するパワーの比率をパワー比率と
    して定めておき、 前記複数の温度に対応して定められた前記複数の加熱源
    それぞれのパワー比率を用いて各加熱源のパワー制御を
    行って温度制御を行うことを特徴とする半導体製造装
    置。
  12. 【請求項１２】 複数ゾーンに対応する複数の加熱源を
    備えた反応室を有する半導体製造装置による半導体デバ
    イスの製造方法であって、 前記反応室の異なる複数の温度に対応して、前記複数の
    加熱源それぞれに出力するパワーの比率をパワー比率と
    して定めておき、 前記複数の温度に対応して定められた前記複数の加熱源
    それぞれのパワー比率を用いて各加熱源のパワー制御を
    行って反応室内を温度制御して半導体デバイスを製造す
    ることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
JP2000019934A 2000-01-28 2000-01-28 半導体製造装置の温度制御方法、半導体製造装置、および半導体デバイスの製造方法 Withdrawn JP2001210596A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000019934A JP2001210596A (ja) 2000-01-28 2000-01-28 半導体製造装置の温度制御方法、半導体製造装置、および半導体デバイスの製造方法
US11/153,223 US20050266685A1 (en) 2000-01-28 2005-06-15 Method and apparatus for controlling a semiconductor fabrication temperature

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000019934A JP2001210596A (ja) 2000-01-28 2000-01-28 半導体製造装置の温度制御方法、半導体製造装置、および半導体デバイスの製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001210596A true JP2001210596A (ja) 2001-08-03

Family

ID=18546566

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000019934A Withdrawn JP2001210596A (ja) 2000-01-28 2000-01-28 半導体製造装置の温度制御方法、半導体製造装置、および半導体デバイスの製造方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20050266685A1 (ja)
JP (1) JP2001210596A (ja)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007115751A (ja) * 2005-10-18 2007-05-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 基板加熱ヒータシステム、真空処理装置、温度制御方法、及び薄膜製造方法
JP2007524812A (ja) * 2003-03-06 2007-08-30 レコ コーポレイション 予測的温度制御機能を備えた分析炉
JP2010077538A (ja) * 2009-12-21 2010-04-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 基盤加熱ヒータ
JP2011222703A (ja) * 2010-04-08 2011-11-04 Sharp Corp 加熱制御システム、それを備えた成膜装置、および温度制御方法
KR20160046869A (ko) * 2013-08-23 2016-04-29 아익스트론 에스이 기판 처리 디바이스
JP2017041586A (ja) * 2015-08-21 2017-02-23 東京エレクトロン株式会社 成膜装置
CN114096933A (zh) * 2019-07-19 2022-02-25 东京毅力科创株式会社 温度控制装置、温度控制方法和检查装置

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7232774B2 (en) * 2004-01-20 2007-06-19 International Business Machines Corporation Polycrystalline silicon layer with nano-grain structure and method of manufacture
US9758871B2 (en) * 2008-12-10 2017-09-12 Sumco Techxiv Corporation Method and apparatus for manufacturing epitaxial silicon wafer
DE102012205616B4 (de) * 2012-04-04 2016-07-14 Siltronic Ag Vorrichtung zum Abscheiden einer Schicht auf einer Halbleiterscheibe mittels Gasphasenabscheidung
US20160020086A1 (en) * 2014-07-18 2016-01-21 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Doping control methods and related systems

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4700315A (en) * 1983-08-29 1987-10-13 Wellman Thermal Systems Corporation Method and apparatus for controlling the glow discharge process
US5769540A (en) * 1990-04-10 1998-06-23 Luxtron Corporation Non-contact optical techniques for measuring surface conditions
KR100486158B1 (ko) * 1996-01-31 2005-11-08 에이에스엠 아메리카, 인코포레이티드 열처리의모델베이스예측제어
US6130105A (en) * 1997-08-28 2000-10-10 Applied Materials, Inc. Deposition rate control on wafers with varying characteristics
US6423949B1 (en) * 1999-05-19 2002-07-23 Applied Materials, Inc. Multi-zone resistive heater

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007524812A (ja) * 2003-03-06 2007-08-30 レコ コーポレイション 予測的温度制御機能を備えた分析炉
JP2007115751A (ja) * 2005-10-18 2007-05-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 基板加熱ヒータシステム、真空処理装置、温度制御方法、及び薄膜製造方法
JP2010077538A (ja) * 2009-12-21 2010-04-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 基盤加熱ヒータ
JP2011222703A (ja) * 2010-04-08 2011-11-04 Sharp Corp 加熱制御システム、それを備えた成膜装置、および温度制御方法
US8907254B2 (en) 2010-04-08 2014-12-09 Sharp Kabushiki Kaisha Heating control system, deposition device provided therewith, and temperature control method
KR20160046869A (ko) * 2013-08-23 2016-04-29 아익스트론 에스이 기판 처리 디바이스
KR102343798B1 (ko) * 2013-08-23 2021-12-24 아익스트론 에스이 기판 처리 디바이스
JP2017041586A (ja) * 2015-08-21 2017-02-23 東京エレクトロン株式会社 成膜装置
US10385453B2 (en) 2015-08-21 2019-08-20 Tokyo Electron Limited Film forming apparatus
US11390948B2 (en) 2015-08-21 2022-07-19 Tokyo Electron Limited Film forming apparatus
CN114096933A (zh) * 2019-07-19 2022-02-25 东京毅力科创株式会社 温度控制装置、温度控制方法和检查装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20050266685A1 (en) 2005-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20050266685A1 (en) Method and apparatus for controlling a semiconductor fabrication temperature
JP5529634B2 (ja) 基板処理装置、半導体装置の製造方法及び基板の製造方法
EP1548809B1 (en) Heat treatment method and heat treatment apparatus
EP0784106B1 (en) Epitaxial growth method
JP5902073B2 (ja) 半導体装置の製造方法、基板処理方法及び基板処理装置
JPS61191015A (ja) 半導体の気相成長方法及びその装置
US11043392B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device, substrate processing apparatus and recording medium
JP2010171101A (ja) 半導体装置の製造方法及び基板処理装置
JP2005123286A (ja) 基板処理装置
US7139627B2 (en) Calibration of plural processing systems
EP1256973B1 (en) Heating system and method for heating a reactor
JP3764689B2 (ja) 半導体製造方法および半導体製造装置
US20120285382A1 (en) Epitaxial growth apparatus and epitaxial growth method
TWI751019B (zh) 磊晶晶圓的製造系統及磊晶晶圓的製造方法
TW202303888A (zh) 外延反應腔室的恢復方法、外延生長裝置及外延晶圓
JP5378779B2 (ja) エピタキシャルウェーハの製造方法
US20060185596A1 (en) Vapor phase growth method by controlling the heat output in the gas introduction region
KR100239405B1 (ko) 반도체 제조장치
JP3263383B2 (ja) 縦型加熱装置
JP4610908B2 (ja) 基板処理装置及び半導体装置の製造方法
JP2020088322A (ja) エピタキシャルウェーハの製造方法および装置
US20230044686A1 (en) Method for producing epitaxial silicon wafer
WO2023127542A1 (ja) エピタキシャルウェーハの製造方法およびエピタキシャルウェーハ製造装置
KR20180104870A (ko) 에피텍셜 웨이퍼 제조 방법 및 장치
CN117265654A (zh) 一种外延生长方法及外延晶圆

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20061027

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070124

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20080325