JP2002026112A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サセプタ移載時の加熱初期のウエハの温度を
迅速に上昇させる。 【解決手段】 ウエハ１が載置されるサセプタ４０と、
サセプタ４０の下方に配置されてサセプタ４０に載置さ
れたウエハ１を加熱するヒータ３０とを処理室１１に備
えており、サセプタ４０とヒータ３０とが相対的に回転
された状態でウエハ１に処理が施される枚葉式ＣＶＤ装
置において、放射温度計３２に接続された光ファイバ３
３がサセプタ４０下面の中心に対向されており、放射温
度計３２が測定したサセプタ４０の温度に基づいてヒー
タ３０がフィードバック制御されるように構成されてい
る。 【効果】 フィードバック制御のためのサセプタの現在
の温度を放射温度計が正確に測定するため、ウエハ移載
時の加熱初期のシーケンス制御の目標温度を適正かつ迅
速に上昇させることができ、昇温時間を短縮できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱化学反応を利用
して被処理基板に所望の処理を施す基板処理技術、特
に、ヒータによる被処理基板の加熱技術に関し、例え
ば、半導体装置の製造工程において、半導体ウエハ（以
下、ウエハという。）に酸化膜や金属膜を形成する基板
処理技術に利用して有効なものに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程において、ウエハ
に酸化膜や金属膜を形成するのに、枚葉式コールドウオ
ール形ＣＶＤ装置（以下、枚葉式ＣＶＤ装置という。）
が使用される場合がある。従来のこの種の枚葉式ＣＶＤ
装置として、被処理基板としてのウエハを収容する処理
室と、この処理室においてウエハを一枚ずつ保持するサ
セプタと、サセプタに保持されたウエハを加熱する加熱
ユニットと、サセプタに保持されたウエハに処理ガスを
供給するガスヘッドと、処理室を排気する排気口とを備
えているものがある。

【０００３】前記した枚葉式ＣＶＤ装置において、ウエ
ハに形成されるＣＶＤ膜の膜厚や膜質を全体にわたって
均一に制御するために、例えば、特許第２９６６０２５
号公報および特開平９−７９５５号公報においては、ウ
エハを保持したサセプタを回転させることによってウエ
ハの温度分布を全体にわたって均一に制御するととも
に、ウエハに処理ガスを全体にわたって均一に接触させ
る枚葉式ＣＶＤ装置が、提案されている。

【０００４】また、従来の枚葉式ＣＶＤ装置において
は、加熱ユニットのヒータまたはその近傍に設置された
熱電対等の接触型温度センサの測定結果に基づいてヒー
タの温度調節器を制御することにより、ウエハの温度を
予め設定された温度（目標温度）にフィードバック制御
することが、実行されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、接触型
温度センサが使用された枚葉式ＣＶＤ装置においては、
接触型温度センサがウエハの温度をサセプタを介してヒ
ータまたはその近傍で測定しているため、ウエハが処理
室に搬入されてサセプタに受け渡された後の加熱初期に
おけるウエハの昇温速度が緩慢になり、目標温度に到達
する迄に五分間以上も要してしまうという問題点があ
る。

【０００６】このウエハの搬入直後のウエハの昇温時間
を短縮する技術として、室温状態のウエハに対して目標
温度に到達するために必要な熱量をウエハに予め加える
フィード・フォワード制御方法（以下、ＦＦＣとい
う。）がある。すなわち、ＦＦＣはヒータに１００％の
電力をウエハの搬入前と搬入直後の数十秒間にわたって
供給することにより、ウエハの昇温時間を短縮する方法
である。

【０００７】しかしながら、このＦＦＣにおいては、ヒ
ータにパワーを印加する時間を予め予測してヒータを予
熱することになるため、昇温時間は短縮されるが、ウエ
ハの実際の温度が予熱中に目標温度を一時的に超えてし
まい、熱処理に必要とする以上の熱量をウエハへ印加し
てしまうという問題点がある。また、処理しようとする
ウエハの表面状態は他の工程によって既に膜が被着され
ていたりパターンが形成されていたりして異なることに
より、枚葉式ＣＶＤ装置によって処理しようとするウエ
ハの条件は著しく変化するため、ヒータにパワーを印加
する予測時間は処理しようとするウエハの仕様の変更の
度に実験が必要になり、多大の費用および時間が浪費さ
れてしまう。しかも、ウエハの搬入と熱処理とが短時間
で繰り返される枚葉式ＣＶＤ装置においてはウエハの昇
温特性の再現性がウエハ毎の膜厚均一性に決定する重要
な要素となるが、ＦＦＣによる昇温制御によっては精度
の高い昇温特性を再現することはできない。

【０００８】本発明の目的は、被処理基板を適正かつ迅
速に昇温させることができる基板処理技術を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る基板処理装
置は、被処理基板が載置されるサセプタと、前記サセプ
タの下方に配置されて前記サセプタに載置された前記被
処理基板を加熱する加熱ユニットとを処理室内に備えて
おり、前記サセプタと前記加熱ユニットとが相対的に回
転された状態で前記被処理基板に処理が施される基板処
理装置であって、前記サセプタが非接触型温度センサに
よって測定され、前記加熱ユニットのヒータが前記非接
触型温度センサの測定結果に基づいて制御されるように
構成されていることを特徴とする。

【００１０】前記した基板処理装置によれば、非接触型
温度センサによって測定された現在のサセプタの温度に
基づいてヒータがフィードバック制御されるため、被処
理基板の温度を予め設定された目標温度に適正かつ迅速
に上昇させることができる。すなわち、ＦＦＣのように
被処理基板の実際の温度が予熱中に目標温度を一時的に
超えてしまって熱処理に必要とする以上の熱量を被処理
基板へ印加してしまうことはない。しかも、サセプタの
表面状態は一定しているため、非接触温度センサはサセ
プタの温度を被処理基板の表面状態の変化に関わらず正
確に測定することができ、ヒータを正確にフィードバッ
ク制御することができる。

【００１１】また、非接触型温度センサは被処理基板に
接触するサセプタの温度を測定することにより、被処理
基板の現在の温度を略直接的に測定することができるた
め、被処理基板が処理室に搬入されてサセプタに受け渡
された後の加熱初期における被処理基板の温度を目標温
度にヒータのフィードバック制御によって迅速に上昇さ
せることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面に即して説明する。

【００１３】図１に示されているように、本発明に係る
基板処理装置は、枚葉式ＣＶＤ装置（枚葉式コールドウ
オール形ＣＶＤ装置）として構成されており、被処理基
板としてのウエハ（半導体ウエハ）１を処理する処理室
１１を形成したチャンバ１２を備えている。チャンバ１
２は下側カップ１３と上側カップ１４とボトムキャップ
１５とが組み合わされて、上下端面がいずれも閉塞した
円筒形状に形成されている。

【００１４】チャンバ１２の下側カップ１３の円筒壁の
中間部にはゲートバルブ１７によって開閉されるウエハ
搬入搬出口１６が水平方向に横長に開設されており、ウ
エハ搬入搬出口１６は被処理基板であるウエハ１を処理
室１１に機械式ウエハ移載装置によって搬入搬出し得る
ように形成されている。すなわち、図１および図２に示
されているように、ウエハ１は機械式ウエハ移載装置の
ツィーザ２によって下から機械的に支持された状態で、
ウエハ搬入搬出口１６を搬送されて処理室１１に対して
搬入搬出されるようになっている。

【００１５】下側カップ１３のウエハ搬入搬出口１６と
対向する壁面には、真空ポンプ等からなる真空排気装置
（図示せず）に流体的に接続された排気口１８が処理室
１１に連通するように開設されており、排気口１８は真
空排気装置によって所定の真空度に排気されるようにな
っている。

【００１６】チャンバ１２の上側カップ１４には処理ガ
スを供給するガスヘッド２０が一体的に組み込まれてい
る。すなわち、上側カップ１４の天井壁にはガス導入管
２１が挿入されており、各ガス導入管２１には原料ガス
やパージガス等の処理ガス３（図３参照）を導入するガ
ス供給装置（図示せず）が流体的に接続されている。上
側カップ１４と下側カップ１３との合わせ面には円板形
状に形成されたガス吹出プレート（以下、プレートとい
う。）２２がガス導入管２１から間隔を置いて水平に固
定されており、プレート２２には複数個のガス吹出口
（以下、吹出口という。）２３が全面にわたって均一に
配置されて上下の空間を流通させるように開設されてい
る。上側カップ１４の内側面とプレート２２の上面とが
画成する内側空間によってガス溜め２４が形成されてお
り、ガス溜め２４はガス導入管２１に導入された処理ガ
スを全体的に均等に拡散させて各吹出口２３から均等に
シャワー状に吹き出させるようになっている。

【００１７】チャンバ１２のボトムキャップ１５の中心
には挿通孔２５が円形に開設されており、挿通孔２５の
中心線上には円筒形状に形成された支持軸２６が処理室
１１に下方から挿通されている。支持軸２６はエアシリ
ンダ装置等が使用された昇降駆動装置（図示せず）によ
って昇降されるようになっている。また、支持軸２６の
円筒中空部には不活性ガスとしての窒素ガス４（図３参
照）を供給する窒素ガス供給装置（図示せず）が接続さ
れている。

【００１８】支持軸２６の上端には加熱ユニット２７が
同心に配されて水平に固定されており、加熱ユニット２
７は支持軸２６によって昇降されるようになっている。
すなわち、加熱ユニット２７はドーナツ形の平板形状に
形成された支持板２８を備えており、支持板２８の内周
縁辺部が円筒形状の支持軸２６の上端開口に固定されて
いる。支持板２８の上面には支柱を兼ねる電極２９が複
数本、内周辺の複数箇所と外周辺の複数箇所に配置され
て垂直に立脚されており、これら電極２９の上端間には
円板形状に形成されたヒータ３０が架橋されて固定され
ている。図３に詳示されているように、ヒータ３０は中
央ヒータ部材３０ａと周辺ヒータ部材３０ｂとに分割さ
れており、中央ヒータ部材３０ａの出力と周辺ヒータ部
材３０ｂとはコントローラ（図示せず）によって、互い
に連携かつまた独立して制御されるように構成されてい
る。加熱ユニット２７におけるヒータ３０の下側には、
チタンからなる薄膜が鏡面仕上げされて形成された反射
板３１が水平に配されて支持板２８に立脚された支柱３
１ａによって支持されており、反射板３１はヒータ３０
が照射した熱線を垂直方向上向きに効果的に反射するよ
うに構成されている。

【００１９】支持軸２６の中心線上には非接触型温度セ
ンサの一例である放射温度計３２の検出子としての光フ
ァイバ３３が支持軸２６を上下方向に貫通するように敷
設されている。光ファイバ３３の基端である下端は支持
軸２６の外部に設置された放射温度計３２に接続されて
おり、光ファイバ３３の検出端である上端は後記するサ
セプタの下面の中心に没設された穴部に挿入されるよう
になっている。放射温度計３２はサセプタの下面の温度
を光ファイバ３３によって直接かつ優れた高速応答性を
もって高い精度で測定することができ、ヒータ３０を制
御するコントローラに測定結果を送信するようになって
いる。ちなみに、ヒータ３０の電気配線も支持軸２６の
中空部内を通して外部の電源に接続されており、電源が
コントローラによってシーケンス制御およびフィードバ
ック制御されるようになっている。

【００２０】ボトムキャップ１５の挿通孔２５の支持軸
２６の外側には、支持軸２６よりも大径の円筒形状に形
成された回転軸３４が同心円に配置されて処理室１１に
下方から挿通されており、回転軸３４はエアシリンダ装
置等が使用された昇降駆動装置によって支持軸２６と共
に昇降されるようになっている。回転軸３４の上端には
回転ドラム３５が同心に配されて水平に固定されてお
り、回転ドラム３５は回転軸３４によって回転されるよ
うになっている。すなわち、回転ドラム３５はドーナツ
形の平板に形成された回転板３６と、円筒形状に形成さ
れた回転筒３７とを備えており、回転板３６の内周縁辺
部が円筒形状の回転軸３４の上端開口に固定されて、回
転板３６の上面の外周縁辺部に回転筒３７が同心円に固
定されている。なお、回転軸３４の外側には上下方向に
伸縮するベローズ３８が内外の気密を維持するように設
置されており、回転軸３４は非接触型カップリング３９
によってベローズ３８の外側から回転力を伝達されるよ
うに構成されている。

【００２１】図２および図４に詳示されているように、
回転ドラム３５の回転筒３７の上端にはサセプタ４０が
回転筒３７の上端開口を閉塞するように被せられてい
る。サセプタ４０は円板形状の中央部材４１と円形リン
グ形状の第一周辺部材４２および第二周辺部材４３とが
一枚の円板を構成するように同心円に配置されて、隣接
した外周縁辺と内周縁辺とにそれぞれ形成された段付き
部が上下で係合されて内側のものが外側のものに支持さ
れるように組み合わされて構成されている。

【００２２】中央部材４１は炭化シリコンや窒化アルミ
ニウムが使用されて、外径がウエハ１の外径よりも小径
円板形状に形成されている。中央部材４１の下面の中心
には光ファイバ３３の上端部を挿入し得る大きさの円柱
形の穴部４４が同心円に没設されており、穴部４４の深
さは光ファイバ３３の上端部を数ｍｍ分だけ挿入し得る
ように設定されている。中央部材４１を外側で支持した
第一周辺部材４２は炭化シリコンや窒化アルミニウムが
使用されて、内径が中央部材４１の外径と等しく外径が
ウエハ１の外径よりも若干大きい円形リング形状に形成
されている。第一周辺部材４２を外側で支持した第二周
辺部材４３は石英が使用されて、内径が第一周辺部材４
２の外径と等しく外径が回転筒３７の内径よりも若干大
きめの円形リング形状に形成されている。

【００２３】第二周辺部材４３には複数個の窒素ガス吹
出口４５が周方向に等間隔に配置されて上下方向に貫通
するように開設されており、各窒素ガス吹出口４５は回
転ドラム３５の内部に支持軸２６の筒中空部を通じて供
給された窒素ガス４をサセプタ４０の上に全周にわたっ
て均等に吹き出すように構成されている。

【００２４】図１および図３に示されているように、回
転ドラム３５にはウエハ昇降装置５０が設置されてい
る。ウエハ昇降装置５０は円形リング形状に形成された
昇降リング５１を備えており、昇降リング５１は回転ド
ラム３５の回転板３６の上に支持軸２６と同心円に配置
されている。昇降リング（以下、回転側リングとい
う。）５１の下面には複数本（本実施の形態においては
三本とする。）の突き上げピン（以下、回転側ピンとい
う。）５２が周方向に等間隔に配置されて垂直方向下向
きに突設されており、各回転側ピン５２は回転板３６に
回転軸３４と同心円の線上に配置されて垂直方向に開設
された各ガイド孔５３にそれぞれ摺動自在に嵌入されて
いる。各回転側ピン５２の長さは回転側リング５１を水
平に突き上げ得るように互いに等しく設定されていると
ともに、ウエハのサセプタ上からの突き上げ量に対応す
るように設定されている。各回転側ピン５２の下端は処
理室１１の底面すなわちボトムキャップ１５の上面に離
着座自在に対向されている。

【００２５】加熱ユニット２７の支持板２８には円形リ
ング形状に形成された第二の昇降リング（以下、ヒータ
側リングという。）５４が支持軸２６と同心円に配置さ
れている。ヒータ側リング５４の下面には複数本（本実
施の形態においては三本とする。）の突き上げピン（以
下、ヒータ側ピンという。）５５が周方向に等間隔に配
置されて垂直方向下向きに突設されており、各ヒータ側
ピン５５は支持板２８に支持軸２６と同心円の線上に配
置されて垂直方向に開設された各ガイド孔５６にそれぞ
れ摺動自在に嵌入されている。各ヒータ側ピン５５の長
さはヒータ側リング５４を水平に突き上げ得るように互
いに等しく設定されているとともに、その下端が回転側
リング５１の上面に適度のエアギャップを置いて対向さ
れている。つまり、各ヒータ側ピン５５は回転ドラム３
５の回転時に回転側リング５１に干渉しないようになっ
ている。

【００２６】ヒータ側リング５４の上面には複数本（本
実施の形態においては三本とする。）の突き上げピン
（以下、突上部という。）５７が周方向に等間隔に配置
されて垂直方向上向きに突設されており、突上部５７の
上端は反射板３１、ヒータ３０を挿通してサセプタ４０
の中央部材４１の下面に対向するようになっている。各
突上部５７の長さは中央部材４１を水平に突き上げ得る
ように互いに等しく設定されているとともに、ヒータ側
リング５４が支持板２８に着座した状態において、その
上端が中央部材４１の上面に適度のエアギャップを置い
て対向するように設定されている。つまり、各突上部５
７は回転ドラム３５の回転時にサセプタ４０に干渉しな
いようになっている。

【００２７】次に、以上の構成に係る枚葉式ＣＶＤ装置
の作用を説明する。

【００２８】図１に示されているように、ウエハ１の搬
出時に回転ドラム３５および加熱ユニット２７が回転軸
３４および支持軸２６によって下限位置に下降される
と、ウエハ昇降装置５０の回転側ピン５２の下端が処理
室１１の底面すなわちボトムキャップ１５の上面に突合
するため、回転側リング５１が回転ドラム３５および加
熱ユニット２７に対して相対的に上昇する。上昇した回
転側リング５１はヒータ側ピン５５を突き上げることに
より、ヒータ側リング５４を持ち上げる。ヒータ側リン
グ５４が持ち上げられると、ヒータ側リング５４に立脚
された三本の突上部５７がサセプタ４０の中央部材４１
を下方から支持して第一周辺部材４２および第二周辺部
材４３から浮き上がらせる。この中央部材４１にはウエ
ハ１の中央部が載置されているため、ウエハ１は浮き上
がった状態になる。

【００２９】図２に示されているように、ウエハ昇降装
置５０がウエハ１をサセプタ４０の上面から浮き上がら
せた状態になると、ウエハ１の下方空間すなわちウエハ
１の下面とサセプタ４０の上面との間に挿入スペースが
形成された状態になるため、ウエハ移載装置のフォーク
形のツィーザ２がウエハ搬入搬出口１６からウエハ１の
挿入スペースに挿入される。この際、ウエハ１の中央部
がサセプタ４０の中央部材４１によって支持されている
ため、ツィーザ２としては図２に示されているようにフ
ォーク形状のものが使用される。すなわち、ツィーザ２
はウエハ１の中央部の中央部材４１と干渉しない状態に
なる。

【００３０】図２に示されているように、ウエハ１の下
方に挿入されたツィーザ２は上昇することによりウエハ
１を移載して受け取る。この際、フォーク形状のツィー
ザ２はウエハ１の下面における外周辺部を受ける。ウエ
ハ１を受け取ったツィーザ２はウエハ搬入搬出口１６を
後退してウエハ１を処理室１１から搬出する。そして、
ツィーザ２によってウエハ１を搬出したウエハ移載装置
は、処理室１１の外部の空ウエハカセット等の所定の収
納場所（図示せず）にウエハ１を移載する。

【００３１】その後、ウエハ移載装置は実ウエハカセッ
ト等の所定の収納場所（図示せず）から次回に成膜処理
するウエハ１をツィーザ２によって受け取って、ウエハ
搬入搬出口１６から処理室１１に搬入する。ツィーザ２
はウエハ１をサセプタ４０の中央部材４１の上方におい
てウエハ１の中心が中央部材４１の中心と一致する位置
に搬送する。ウエハ１を所定の位置に搬送すると、ツィ
ーザ２は若干下降することによりウエハ１を中央部材４
１に移載する。

【００３２】ところで、搬入されて来たばかりのウエハ
１は低温度の状態になっているため、ウエハ１が移載さ
れると、中央部材４１の温度は低下することになる。そ
して、図５（ｃ）に示されているように、ヒータ３０が
分割されずに同一出力をもってサセプタ４０を全体的に
均一に加熱するように構成されている場合には、ウエハ
１によって冷却された中央部材４１はそのまま下降して
ヒータ３０によって第一周辺部材４２および第二周辺部
材４３と均等に加熱されることになるため、ウエハ１の
中央部は中央部材４１が冷却された分だけ周辺部よりも
低温となり、ウエハ１の温度分布が不均一になる。その
結果、ウエハ１に形成されるＣＶＤ膜の膜厚分布や膜質
分布が不均一になってしまう。

【００３３】そこで、本実施の形態においては、図５
（ｂ）に示されているように、中央部材４１が上昇して
ウエハ１を受け取る際には、分割されたヒータ３０の中
央ヒータ部材３０ａの出力を高めて中央部材４１を余分
に加熱することにより、中央部材４１が低温度のウエハ
１を受け取った時に相対的に冷却されて温度が低下する
のを防止する。このようにしてウエハ１を受け取った時
に中央部材４１の温度が低下する現象を防止することに
より、図５（ａ）に示されているように、中央部材４１
が下降した後に、中央部材４１が第一周辺部材４２およ
び第二周辺部材４３とヒータ３０によって均等に加熱さ
れる場合であっても、ウエハ１の温度分布は均一になる
ため、ウエハ１に形成されるＣＶＤ膜の膜厚分布や膜質
分布は全体にわたって均一になる。

【００３４】また、搬入前の低温状態のウエハ１が移載
されると、ウエハ１とサセプタ４０との間で熱交換が発
生し、サセプタ４０の温度が急激に下がる。そして、図
６に示されているように、ヒータ３０の温度をウエハ１
の搬送前後で一定の温度Ｔ１（例えば、ウエハ１がサセ
プタ４０の上にいる状態で、面内均熱を維持するような
設定温度）を保っている場合は、サセプタ４０の上にウ
エハ１が設置された後に、サセプタ４０からウエハ１へ
熱量移動が開始され、それによるサセプタ４０の温度低
下が放射温度計３２によって光ファイバ３３を通じて測
定され、この放射温度計３２の測定結果に従ってヒータ
３０の加熱量がコントローラによってフィードバック制
御される。しかし、この方式では加熱状態のサセプタ４
０から低温状態のウエハ１へ熱量移動が緩やかなため
に、ウエハの処理温度Ｔ０へ到達するまでに多大な時間
を要し、単位時間当りのウエハ処理枚数を多くすること
ができない。

【００３５】そこで、本実施の形態においては、搬入前
の低温状態のウエハ１が処理温度にまで到達するために
必要な熱量をサセプタ４０に予め与えておき、搬入後の
ウエハ１への熱伝達をサセプタ４０とウエハ１との間の
みで行うことにより、温度制御が介在しないでウエハ１
の急速加熱が可能となるようにしている。図７に本実施
の形態におけるウエハ加熱過程の一例を示す。ウエハ１
の搬入前、ヒータ３０の温度をウエハ処理時のヒータ設
定温度Ｔ１よりも高く設定（以下、この時の温度をＴ２
と略す。）しておくことで、サセプタ４０にウエハ処理
温度まで昇温する際に必要な熱量を蓄積させておき、ウ
エハ１が搬入され、サセプタ４０の上に設置された後
に、所定の時間この温度状態を保持することにより、サ
セプタ４０からウエハ１への熱伝達時間を短縮すること
ができる。

【００３６】翻って、ウエハ１をウエハ昇降装置５０に
受け渡したツィーザ２は、ウエハ搬入搬出口１６から処
理室１１の外へ退出する。ツィーザ２が処理室１１から
退出すると、ウエハ搬入搬出口１６はゲートバルブ１７
によって閉じられる。

【００３７】ゲートバルブ１７が閉じられると、図３に
示されているように、処理室１１に対して回転ドラム３
５および加熱ユニット２７が回転軸３４および支持軸２
６によって上昇される。回転ドラム３５の上昇の初期に
おいて、回転側ピン５２が処理室１１の底面すなわちボ
トムキャップ１５の上面に突合して、ヒータ側ピン５５
が回転側リング５１の上に載った状態になっているた
め、回転側リング５１の突上部５７に支持された中央部
材４１は回転ドラム３５の上昇に伴って回転ドラム３５
に対して相対的に徐々に下降することになる。

【００３８】回転側ピン５２が処理室１１の底面から離
座すると、ヒータ側リング５４が下がることによって突
上部５７はサセプタ４０の下方に引き込まれた状態にな
るため、図４に示されているように、中央部材４１は第
一周辺部材４２の内側に嵌入する。この状態において、
ウエハ１はサセプタ４０の上に完全に移載された状態に
なる。

【００３９】サセプタ４０に載置されたウエハ１はコン
トローラのシーケンス制御によるヒータ３０によって目
標温度に加熱されるとともに、サセプタ４０の温度が放
射温度計３２によって光ファイバ３３を通じて測定され
て、この放射温度計３２の測定結果に従ってヒータ３０
の加熱量がコントローラによってフィードバック制御さ
れる。

【００４０】この際、放射温度計３２がウエハ１の載置
されたサセプタ４０の温度を直接測定することにより、
コントローラは放射温度計３２によってウエハ１の現在
の温度を略直接的にモニタリングすることができるた
め、コントローラはウエハ１が処理室１１に搬入されて
サセプタ４０に受け渡された後の加熱初期におけるウエ
ハ１の温度をシーケンス制御の目標温度に、ヒータ３０
に対するフィードバック制御によって適正かつ迅速に上
昇させることができる。すなわち、放射温度計３２がサ
セプタ４０の現在の温度を正確に測定することにより、
コントローラはヒータ３０の目標温度とサセプタ４０の
現在の温度との偏差に基づいてヒータ３０の加熱量をフ
ィードバック制御することになるため、ウエハ１の現在
の温度を目標温度に適正かつ迅速に上昇させることがで
きる。したがって、ウエハ１のサセプタ４０への移載時
におけるウエハ１の昇温時間を短縮することができる。

【００４１】ここで、放射温度計３２は発熱体からの放
射エネルギーを測定する非接触型温度センサであるた
め、放射温度計３２がウエハ１自体を観察してその温度
を直接測定するように構成すると、放射温度計３２はフ
ィードバック制御のための正確な温度測定を安定して確
保することができない。なぜならば、ウエハ１に既に絶
縁膜や金属膜等が被着されている場合には放射温度計３
２の観察対象である発熱体としてのウエハ１のエネルギ
ー放射率が変化してしまうため、放射温度計３２の温度
測定結果には誤差が発生してしまうことになるからであ
る。

【００４２】しかし、本実施の形態においては、放射温
度計３２は常に同じ表面状態を維持して常に同じエネル
ギー放射率を維持するサセプタ４０の下面を観察してサ
セプタ４０の温度を測定するため、放射温度計３２は常
に同一の測定条件でフィードバック制御のための温度を
測定することになる。つまり、ウエハ１が絶縁膜を被着
されたものか金属膜を被着されたものかに影響を受けず
に、放射温度計３２はフィードバック制御のための温度
を安定して正確に測定することができる。

【００４３】ちなみに、本実施の形態においては、支持
軸２６を通じて回転ドラム３５の内部に供給された窒素
ガス４を窒素ガス吹出口４５から吹き出させて回転ドラ
ム３５の内部に窒素ガス４を充満させることによって、
処理ガス３が回転ドラム３５の内部に侵入してサセプタ
４０の下面に接触するのを防止しているため、サセプタ
４０の下面にＣＶＤ膜や未反応生成物が付着するのを防
止することができる。つまり、放射温度計３２の観察対
象となるサセプタ４０の下面はより一層確実に一定の状
態を維持することができる。

【００４４】さらに、図３に示されているように、サセ
プタ４０の温度測定に際して、放射温度計３２の検出子
である光ファイバ３３の先端部は中央部材４１の中心に
没設された穴部４４に挿入されていることにより、ヒー
タ３０そのもの、またはサセプタ４０以外の被加熱部
（例えば、反射板３３やその他サセプタ４０の裏面に配
置された部材）からの明光を受光しないため、放射温度
計３２はサセプタ４０の温度をより一層正確に測定する
ことができる。

【００４５】また、ヒータ３０が放射温度計３２に基づ
いてコントローラによってフィードバック制御されるた
め、前述したＦＦＣのようにウエハ１の実際の温度が目
標温度を一時的に超えてしまうことはなく、ウエハ１の
過度の加熱による弊害の発生を未然に防止することがで
きる。

【００４６】以上のヒータ３０によるウエハ１の加熱初
期に際して、サセプタ４０には突上部５７を挿通するた
めの挿通孔が開設されていないため、ウエハ１の温度分
布はウエハ昇降装置５０の存在にかかわらず全体にわた
って均一になる。また、前述した通り、サセプタ４０を
受け取る際に中央部材４１は予熱されているため、ウエ
ハ１を中央部材４１にて受け取ったにもかかわらず、ウ
エハ１の温度分布は全体にわたって均一になっている。

【００４７】回転ドラム３５および加熱ユニット２７は
処理室１１を回転軸３４および支持軸２６によって上昇
されて、ウエハ１の上面がプレート２２の下面に近接す
る高さに停止される。また、排気口１８が真空排気装置
によって排気される。

【００４８】続いて、回転ドラム３５が回転軸３４によ
って回転される。このとき、回転側ピン５２は処理室１
１の底面から離座し、ヒータ側ピン５５は回転側リング
５１から離座しているため、回転ドラム３５の回転がウ
エハ昇降装置５０に妨げられることはなく、しかも、加
熱ユニット２７は停止状態を維持することができる。す
なわち、ウエハ昇降装置５０においては、回転側リング
５１が回転ドラム３５と共に回転し、ヒータ側リング５
４が加熱ユニット２７と共に停止した状態になってい
る。

【００４９】排気口１８の排気量および回転ドラム３５
の回転作動が安定した時点で、処理ガス３がガス導入管
２１に導入される。ガス導入管２１に導入された処理ガ
ス３はガス溜め２４に作用する排気口１８の排気力によ
ってガス溜め２４に流入するとともに、径方向外向きに
放射状に拡散して、プレート２２の各吹出口２３からそ
れぞれが略均等な流れになって、ウエハ１に向かってシ
ャワー状に吹き出す。吹出口２３群からシャワー状に吹
き出した処理ガス３は排気口１８に吸い込まれて排気さ
れて行く。

【００５０】この際、回転ドラム３５に支持されたサセ
プタ４０上のウエハ１は回転しているため、吹出口２３
群からシャワー状に吹き出した処理ガス３はウエハ１の
全面にわたって均等に接触する状態になる。処理ガス３
がウエハ１の全面にわたって均等に接触するため、ウエ
ハ１に処理ガス３によって形成されるＣＶＤ膜の膜厚分
布や膜質分布はウエハ１の全面にわたって均一になる。

【００５１】また、加熱ユニット２７は支持軸２６に支
持されることにより回転しない状態になっているため、
回転ドラム３５によって回転されながら加熱ユニット２
７によって加熱されるウエハ１の温度分布は周方向にお
いて均一に制御される。しかも、サセプタ４０には突上
部５７を挿通するための挿通孔が開設されていないた
め、かつまた、サセプタ４０を受け取る際に中央部材４
１は予熱されているため、ウエハ１の温度分布は全体に
わたって均一に制御される。このようにウエハ１の温度
分布が全面にわたって均一に制御されることにより、ウ
エハ１に熱化学反応によって形成されるＣＶＤ膜の膜厚
分布や膜質分布はウエハ１の全面にわたって均一に制御
される。

【００５２】以上のようにしてＣＶＤ膜がウエハ１の全
面にわたって均一に形成されて所定の処理時間が経過す
ると、図１に示されているように、回転ドラム３５およ
び加熱ユニット２７は回転軸３４および支持軸２６によ
って搬入搬出位置に下降される。下降の途中において、
ウエハ昇降装置５０の回転側ピン５２が処理室１１の底
面に突合し、ヒータ側ピン５５が回転側リング５１に突
合するため、前述した作動により、ウエハ昇降装置５０
はウエハ１をサセプタ４０の中央部材４１の上昇によっ
て浮き上げる。

【００５３】以降、前述した作業が繰り返されることに
より、ウエハ１にＣＶＤ膜が枚葉式ＣＶＤ装置１０によ
って枚葉処理されて行く。

【００５４】前記実施の形態によれば、次の効果が得ら
れる。

【００５５】（１）ウエハ１の載置されたサセプタ４０
の温度を非接触型温度センサである放射温度計３２によ
って直接測定することにより、コントローラは放射温度
計３２によってウエハ１の現在の温度を略直接的にモニ
タリングすることができるため、コントローラはウエハ
１の加熱初期におけるウエハ１の温度をシーケンス制御
の目標温度にヒータ３０に対するフィードバック制御に
よって適正かつ迅速に上昇させることができる。その結
果、ウエハ１のサセプタ４０への移載時におけるウエハ
１の昇温時間を短縮することができる。

【００５６】（２）常に同じ表面状態を維持して同じエ
ネルギー放射率を維持するサセプタ４０の下面を放射温
度計３２によって観察してサセプタ４０の温度を測定す
ることにより、放射温度計３２は常に同一の測定条件で
フィードバック制御のための温度を測定することになる
ため、ウエハ１が絶縁膜を被着されたものか金属膜を被
着されたものかに影響を受けずに、放射温度計３２はフ
ィードバック制御のための温度を安定して正確に測定す
ることができる。

【００５７】（３）支持軸２６を通じて回転ドラム３５
の内部に供給された窒素ガス４を窒素ガス吹出口４５か
ら吹き出させて回転ドラム３５の内部に窒素ガス４を充
満させることによって、処理ガス３が回転ドラム３５の
内部に侵入してサセプタ４０の下面に接触するのを防止
することにより、サセプタ４０の下面にＣＶＤ膜や未反
応生成物が付着するのを防止することができるため、放
射温度計３２の観察対象となるサセプタ４０の下面はよ
り一層確実に一定の状態を維持することができる。

【００５８】（４）サセプタ４０の温度測定に際して、
放射温度計３２の検出子である光ファイバ３３の先端部
を中央部材４１の中心に没設された穴部４４に挿入させ
ることにより、サセプタ４０以外の発熱部からの明光の
受光を回避することができるため、放射温度計３２はサ
セプタ４０の温度をより一層正確に測定することができ
る。

【００５９】（５）ヒータ３０を放射温度計３２に基づ
いてコントローラによってフィードバック制御すること
により、ＦＦＣのようにウエハ１の実際の温度が目標温
度を一時的に超えてしまうのを防止することができるた
め、ウエハ１の過度の加熱による弊害の発生を未然に防
止することができる。

【００６０】（６）ウエハ１を保持したサセプタ４０を
回転させることにより、処理ガス３をウエハ１の全面に
わたって均等に接触させることができるため、処理ガス
３によってウエハ１に形成されるＣＶＤ膜の膜厚分布や
膜質分布を全面にわたって均一に制御することができ
る。

【００６１】（７）ウエハ１を保持したサセプタ４０を
回転させるとともに加熱ユニット２７を停止させること
により、サセプタ４０によって回転されながら加熱ユニ
ット２７によって加熱されるウエハ１の温度分布を周方
向において均一に制御することができるため、ウエハ１
に熱化学反応によって形成されるＣＶＤ膜の膜厚分布や
膜質分布をウエハ１の全面にわたって均一に制御するこ
とができる。

【００６２】（８）加熱ユニット２７を回転させないこ
とにより、加熱ユニット２７の内部にヒータ３０を設置
することができるとともに、ヒータ３０の電線や放射温
度計３２の光ファイバ３３を加熱ユニット２７に敷設す
ることができる。

【００６３】（９）ウエハ１のサセプタ４０に対する授
受に際して、ウエハ昇降装置５０がウエハ１を昇降させ
てウエハ１の下面とサセプタ４０の下面に挿入スペース
を形成することにより、その挿入スペースにツィーザ２
を挿入することができるため、ウエハ１をツィーザ２に
よって下側から機械的に支持することができ、ウエハ１
を機械式ウエハ移載装置によって授受することができ
る。

【００６４】なお、本発明は前記実施の形態に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、
種々に変更が可能であることはいうまでもない。

【００６５】例えば、非接触型温度センサとしては、光
ファイバを用いた放射温度計を使用するに限らず、他の
光学系を用いた放射温度計等を使用することができる。

【００６６】被処理基板はウエハに限らず、ＬＣＤ装置
の製造工程におけるガラス基板や液晶パネル等の基板で
あってもよい。

【００６７】本発明は、枚葉式コールドウオール形ＣＶ
Ｄ装置に限らず、ドライエッチング装置等の基板処理装
置全般に適用することができる。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被処理基板を適正かつ迅速に昇温させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である枚葉式ＣＶＤ装置
のウエハ搬入搬出工程を示す正面断面図である。

【図２】その主要部を示す斜視図である。

【図３】その枚葉式ＣＶＤ装置の処理工程を示す正面断
面図である。

【図４】その主要部を示す斜視図である。

【図５】ヒータの作用を説明するための各一部省略正面
断面図であり、（ａ）は処理中の加熱作用を示し、
（ｂ）は搬入搬出時の加熱作用を示しており、（ｃ）は
比較例における搬入搬出時の加熱作用を示している。

【図６】従来の運用シーケンスでの温度変化を示す線図
である。

【図７】本実施の形態の運用シーケンスでの温度変化を
示す線図である。

【符号の説明】

１…ウエハ（被処理基板）、２…ウエハ移載装置のツィ
ーザ、３…処理ガス、４…窒素ガス、１０…枚葉式ＣＶ
Ｄ装置（基板処理装置）、１１…処理室、１２…チャン
バ、１３…下側カップ、１４…上側カップ、１５…ボト
ムキャップ、１６…ウエハ搬入搬出口、１７…ゲートバ
ルブ、１８…排気口、２０…ガスヘッド、２１…ガス導
入管、２２…ガス吹出プレート、２３…ガス吹出口、２
４…ガス溜め、２５…挿通孔、２６…支持軸、２７…加
熱ユニット、２８…支持板、２９…電極、３０…ヒー
タ、３０ａ…中央ヒータ部材、３０ｂ…周辺ヒータ部
材、３１…反射板、３１ａ…支柱、３２…放射温度計
（非接触型温度センサ）、３３…光ファイバ（温度検出
子）、３４…回転軸、３５…回転ドラム、３６…回転
板、３７…回転筒、３８…ベローズ、３９…非接触型カ
ップリング、４０…サセプタ、４１…中央部材、４２…
第一周辺部材、４３…第二周辺部材、４４…穴部、４５
…窒素ガス吹出口、５０…ウエハ昇降装置（被処理基板
昇降装置）、５１…回転側リング（昇降リング）、５２
…回転側ピン（突き上げピン）、５３…ガイド孔、５４
…ヒータ側リング（第二の昇降リング）、５５…ヒータ
側ピン（突き上げピン）、５６…ガイド孔、５７…突上
部（突き上げピン）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｂ 3/00 ３１０ Ｈ０５Ｂ 3/00 ３１０Ｄ (72)発明者 岡田 格 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 (72)発明者 笠次 克尚 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） 3K058 AA02 AA41 BA19 CA23 CA70 4K030 CA04 CA12 FA10 GA05 JA10 KA24 KA39 KA41 4M104 DD44 HH20 5F031 CA02 CA05 FA01 FA02 FA12 HA33 HA37 JA01 JA46 MA28 MA32 5F045 BB01 BB08 DP02 EF05 EK22 EK27 EM02 EM09 EM10 EN04 GB05 GB15

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理基板が載置されるサセプタと、前
   記サセプタの下方に配置されて前記サセプタに載置され
   た前記被処理基板を加熱する加熱ユニットとを処理室内
   に備えており、前記サセプタと前記加熱ユニットとが相
   対的に回転された状態で前記被処理基板に処理が施され
   る基板処理装置であって、前記サセプタが非接触型温度
   センサによって測定され、前記加熱ユニットのヒータが
   前記非接触型温度センサの測定結果に基づいて制御され
   るように構成されていることを特徴とする基板処理装
   置。