JP2002289601A - 基板処理装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェハ表面の温度を測定することによってウ
ェハの反り低減する。 【解決手段】 ＣＶＤ装置の加熱手段９に、サセプタ３
の温度を測定するサセプタ温度センサ１０を設ける。シ
ャワーヘッド４にウェハＷ表面の温度を測定する基板温
度センサ１５を設ける。サセプタ温度センサ１０及び基
板温度センサ１５の測定結果に基づいてヒータ温度を制
御する温度制御手段１１を設ける。通常時は、サセプタ
温度センサ１０による制御を行う。反応室１へのウェハ
投入時や、反応室１の圧力変更時などの特別時には、基
板温度センサ１５によるヒータ制御を行って、ウェハＷ
が反る面内温度差以上にウェハ面内温度差がつかないよ
うにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板処理装置及び
方法に係り、特にサセプタに支持される基板の温度制御
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】基板処理装置、例えばＣＶＤ装置では、
高温にした反応室内に反応ガスを流しながら、サセプタ
に支持したウェハをヒータ加熱して、ウェハ上に成膜す
るようになっている。

【０００３】ウェハ面内における成膜処理を均一なもの
とするためには、ウェハ面内にわたって温度を均一にす
ることが不可欠である。しかし、ヒータによるサセプタ
を介してのウェハ加熱において、ヒータから発せられる
熱が、そのまま均一にウェハに伝わるとは限らない。こ
れはウェハ面内における熱放出が、ウェハの中心部では
小さく、外周部では大きいことから、ウェハの被加熱領
域間における熱伝導効率が、外周部に比して中心部が大
きく、中心部に比して外周部が小さくなるためである。
したがって、ヒータ制御によりサセプタの加熱量を全面
均一にしたとしても、ウェハ面内の温度は不均一にな
る。ヒータ制御を確実に実現するには、このような「熱
放出」を十分考慮する必要がある。

【０００４】そこで、従来では、ヒータを複数の加熱領
域に分割したうえで、サセプタ温度センサによりサセプ
タの温度を測定し、ヒータの加熱領域及び加熱量を制御
して、サセプタの被加熱領域の温度を均一にし、このサ
セプタ上に支持されたウェハ面内の温度を均一に加熱す
るようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、サセプタの温
度を測定することにより基板の温度を制御する従来のも
のでは、サセプタと実際の基板温度とが異なるため、温
度制御の際に誤差が生じ、十分な精度が得られないとい
う問題があった。特に大口径基板の処理を行なう場合に
は、基板面内の温度不均一化の傾向はさらに強くなり、
その結果基板の反りが発生していた。反りが発生する
と、サセプタからウェハへの熱の伝わり方が変化し、場
合によっては、ウェハの温度制御が不能になる場合があ
る。

【０００６】本発明の課題は、基板表面の温度を測定す
ることによって、上述した従来技術の問題点を解消し
て、基板面内の温度を均一化して、基板の反り低減する
ことが可能な基板処理装置及び方法を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、基板を支
持するサセプタと、前記サセプタに支持された基板をサ
セプタを介して加熱する加熱手段と、前記サセプタの少
なくとも１箇所の温度を測定するサセプタ温度測定手段
と、前記基板の表面の少なくとも１箇所の温度を測定す
る基板温度測定手段と、前記基板温度測定手段と前記サ
セプタ温度測定手段との測定結果に基づき前記加熱手段
の出力を制御する制御手段とを備えた基板処理装置であ
る。

【０００８】第１の発明によれば、サセプタ温度の測定
に加えて、基板表面の温度も測定するので、サセプタ温
度を測定するだけの場合と比較して、基板を均一加熱す
ることができ、不均一加熱に起因する基板の反りを防止
することができる。温度をより精密に制御するために
は、サセプタ温度測定手段と基板温度測定手段とは複数
設けることが好ましい。

【０００９】第２の発明は、サセプタ上に基板を支持す
る工程と、前記サセプタを加熱することにより、サセプ
タ上に支持した基板を加熱する工程と、加熱中の前記基
板の表面の少なくとも１箇所の温度を測定する工程と、
測定結果に基づき前記サセプタの加熱を制御して前記基
板の反り量を抑制する工程とを備えた基板処理方法であ
る。

【００１０】第２の発明によれば、基板表面の温度を測
定し、その結果に基づき加熱手段の出力を制御するの
で、基板の反り量を抑制することができる。工程不良を
なくすことができ、歩留まりが上がり、生産性を向上で
きる。基板の反り量をより有効に抑制するためには、基
板温度の測定点を複数に増やすことが好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の基板処理方法を実
施するための基板処理装置の実施の形態を説明する。図
１は実施の形態の枚葉型ＣＶＤ装置の断面図であり、こ
の装置は、大気圧又は減圧下でウェハ上に成膜をする。

【００１２】枚葉型ＣＶＤ装置は、反応室１を構成する
気密な容器２と、容器２内に配置されるサセプタ３と、
容器２の頂部に取り付けられたシャワーヘッド４とを備
えている。サセプタ３は例えばステンレスで構成され
る。容器２は例えばアルミ合金で構成され、容器本体５
とこれを覆う容器蓋６とからなる。容器蓋６の中央部に
ガス導入口７が設けられ、ガス導入口７は図示しない反
応ガス源に連結している。容器本体５の一側部にガスを
排気するガス排気口８が設けられ、ガス排気口８は図示
しない真空ポンプに連結している。なお、容器本体５に
は図示しない基板投入口も設けられる。

【００１３】サセプタ３は、その上部にウェハＷを支持
する。その下部にはサセプタ３を介してウェハＷを加熱
するための加熱手段となるヒータ９が設けられる。ヒー
タ９は複数の加熱領域に分割制御できるようになってい
ることが好ましい。ヒータ９の所定位置にサセプタ温度
センサ１０が取り付けられる。サセプタ温度センサ１０
が取り付けられる所定位置は、サセプタ３の近傍であっ
て、サセプタ３の少なくとも１箇所、好ましくは中心、
内周、外周の３箇所、またはそれ以上の箇所である。サ
セプタの温度分布をより精密に制御するために、サセプ
タ温度の中心部を含む裏面温度を複数点測定することが
好ましい。サセプタ温度センサ１０の測定値は温度制御
手段１１に入力され、測定結果に基づいてヒータ９に加
える電力を調整してサセプタ温度を一定に維持するよう
にしている。

【００１４】容器蓋６の背面に上述したシャワーヘッド
４が取り付けられる。このシャワーヘッド４は、ガス導
入口７からヘッド４内に導入された反応ガスを均一化さ
せるバッファ空間１２と、バッファ空間１２から多数の
噴出孔１３を介して反応室１内へ反応ガスをシャワー状
に噴射するシャワー板１４とから構成される。シャワー
ヘッド４の所定位置に基板温度センサ１５が取り付けら
れる。基板温度センサ１５が取り付けられる所定位置
は、ウェハ表面の近傍であって、ウェハ表面の少なくと
も１箇所、好ましくはウェハＷの中心、内周、外周の３
箇所、またはそれ以上の箇所である。ウェハ表面の温度
分布をより精密に制御するために、ウェハ温度の中心部
を含む表面温度を複数点測定することが好ましい。基板
温度センサ１５の測定値は前述した温度制御手段１１に
入力され、測定結果に基づいてヒータ９に加える電力を
調整してウェハ温度を一定に維持するようにしている。

【００１５】上記サセプタ温度センサ１０及び基板温度
センサ１５には、パイロメータ（高温計）を利用すると
よい。パイロメータを、サセプタ３及びウェハ表面に近
接配置することで高精度の温度の検出を行うことが可能
である。パイロメータで測定したスペクトルは温度信号
として前記温度制御手段１１に送られる。上記シャワー
ヘッド４とサセプタ９とで１対の電極を構成する。１対
の電極に図示しない高周波電力を加えて、反応室１内に
導入された反応ガスをプラズマ化する。

【００１６】さて、上述したようにな構成において、反
応室１が所定温度、所定圧力に設定され、ヒータ９制御
によりウェハが所定温度に加熱される。ガス導入口７か
ら反応ガスがシャワーヘッド４内に導入される。

【００１７】例えば、シリコンウェハ上にＳｉＮ膜を形
成するときの成膜パラメータは次の通りである。 反応室の温度 ７１０〜７４０℃ 反応圧力 １２０００Ｐａ Ｎ₂ガス １９．７ＳＬＭ ＳｉＨ₄ ０．３ＳＬＭ

【００１８】シャワーヘッド４内に導入された反応ガス
は、シャワーヘッド上部のバッファ空間１２にて均一化
される。バッファ空間１２にて均一化されたガスは、シ
ャワー板１４に設けた噴出口１３からシャワー状に反応
室１内に噴出される。噴出された反応ガスはウェハＷま
で到達し、化学反応を起こしてウェハＷ上に薄膜を形成
しながら反応室１内を流れ、排気口８から排出される。

【００１９】ヒータ温度制御は、通常時と特別時に次の
ように行う。ここで通常時とは、反応室１へのウェハ投
入後とか、反応室１の圧力が一定の時などの安定してい
る時をいう。特別時とは、反応室１へのウェハ投入時や
反応室１の圧力を変更する時をいう。

【００２０】通常時は、サセプタ温度センサ１０による
制御を行う。すなわち、サセプタ３の温度を、ヒータ９
に設置したサセプタ温度センサ１０で測定する。サセプ
タ３の中心、内周、外周の３点にそれぞれ設置したサセ
プタ温度センサ１０で測定した測定温度を、温度制御手
段１１に入力して、その測定温度に基づいてサセプタ３
の温度が均一になるよう制御する。これによりウェハ面
内温度分布が均一化する。

【００２１】特別時、例えば反応室１へのウェハ投入時
は、ヒータ９により全面均一に加熱制御されているサセ
プタ３上に、反応室１の外部から投入された冷たいウェ
ハＷが載置される。このときウェハＷの厚さ方向に温度
差が発生し、その結果ウェハＷに反りが生じようとす
る。

【００２２】実施の形態では、このウェハ投入時に、既
に行われているサセプタ温度センサ１０による制御に加
えて、基板温度センサ１５による制御を行う。すなわ
ち、ウェハＷの表面温度をシャワーヘッド１４に設置し
た基板温度センサ１５で測定する。ウェハ中心、内周、
外周の最低３点にそれぞれ設置した基板温度センサ１５
で測定した測定温度を、温度制御手段１１に入力して、
その測定温度に基づいてウェハＷが反るウェハ面内温度
差以上に、ウェハ面内で温度差がつかないようにヒータ
９を制御する。これによってウェハＷの反りを抑制す
る。このように、反りが生じないようにヒータ温度を制
御するため、たとえ載置時に温度バランスが崩れても、
高温プロセス中でのウェハＷの反りは矯正される。した
がって、ウェハＷの半径方向の温度勾配が小さくなりウ
ェハ面内の温度分布が均一になり、ウェハの温度制御が
不能になるのを回避できる。

【００２３】上述したように実施の形態では、ウェハＷ
を１枚づつ処理する枚葉式で且つウェハＷ表面にシャワ
ーヘッド４を有する反応室１において、シャワーヘッド
４にウェハ表面の温度を測定する基板温度センサ１５を
設置し、ウェハ温度を中心、内周、外周の３点で監視で
きるようにしたので、ウェハ反りを抑制することができ
る。通常、処理温度７００℃において、ウェハ面内温度
分布が３０〜４０℃程度ばらつくと、ウェハＷが反ると
いわれているが、ウェハ表面温度を測定することによ
り、この反りをなくすことができる。

【００２４】図２は、図１の変形例であり、ウェハを回
転させるようにしている。図１と同じ部分は同一符号を
付してある。サセプタ３を回転させるようにした枚葉型
ＣＶＤ装置である。反応室１の底部から回転軸１６を反
応室１内に挿入し、その回転軸１６の上部をヒータ９の
下部に取り付け、回転軸１６の下部に図示しない回転機
構を取り付ける。回転機構により回転軸１６を回転し
て、サセプタ３及びその上に載置したウェハＷを水平面
内で回転させる。このようにウェハ回転機構を設けるこ
とにより、ウェハＷを回転させながらウェハ表面の温度
分布を測定することが可能で、したがって、基板温度セ
ンサ１５を、ウェハＷの中心、内周、外周の３箇所に対
応する場所に固定して取り付けても、ウェハ表面の温度
分布を全周にわたって測定することができる。その結
果、ウェハ面内の温度分布を一層均一化することができ
る。

【００２５】

【発明の効果】第１の発明によれば、サセプタ温度と基
板温度の両面から温度を測定して加熱手段の温度を制御
するようにしたので、基板面内の温度の均一化が図れ
て、基板の反り量を有効に抑制できる。

【００２６】第２の発明によれば、基板表面の温度を測
定し、測定結果に基づきサセプタ加熱を制御して、基板
の反り量を抑制するようにしたので、基板の温度制御が
不能になるようなこともなくなり、基板面内の成膜処理
を均一に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基板処理装置を適用した実施の形態に
よる枚葉型ＣＶＤ装置の断面図である。

【図２】実施の形態の変形例による枚葉型ＣＶＤ装置の
断面図である。

【符号の説明】

３ サセプタ ９ （加熱手段） １０ サセプタ温度測定手段 １１ 温度制御手段 １５ 基板温度測定手段 Ｗ ウェハ（基板）

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K058 AA42 AA86 BA00 CA51 CA92 CA93 CE13 CE19 CE21 GA05 4K029 AA06 AA24 BD01 DA08 EA08 4K030 CA04 CA12 JA10 KA23 KA39 KA41 5F031 CA02 HA02 HA37 HA59 JA01 JA17 JA46 MA28 PA11 PA13 5F045 AA03 DP03 EK09 EK30 EM10 GB05

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板を支持するサセプタと、 前記サセプタに支持された基板をサセプタを介して加熱
   する加熱手段と、 前記サセプタの少なくとも１箇所の温度を測定するサセ
   プタ温度測定手段と、 前記基板の表面の少なくとも１箇所の温度を測定する基
   板温度測定手段と、 前記基板温度測定手段と前記サセプタ温度測定手段との
   測定結果に基づき前記加熱手段の出力を制御する制御手
   段とを備えた基板処理装置。
2. 【請求項２】サセプタ上に基板を支持する工程と、 前記サセプタを加熱することにより、前記サセプタ上に
   支持した基板を加熱する工程と、 加熱中の前記基板の表面の少なくとも１箇所の温度を測
   定する工程と、 測定結果に基づき前記サセプタの加熱を制御して前記基
   板の反り量を抑制する工程とを備えた基板処理方法。