JP2003224078A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 昇温ステップ−定温ステップ移行時の温度安
定期間を短縮する。 【解決手段】 ウエハ１を支持するサセプタ２６と、ウ
エハ１の温度を測定する温度計測器５３と、ウエハ１を
加熱する第一加熱ランプ群３１と、第一加熱ランプ群３
１の加熱ランプ３２よりも出力が小さい加熱ランプ４１
からなる第二加熱ランプ群４０とを備えたＲＴＰ装置に
おいて、昇温ステップ時には第一加熱ランプ群３１によ
ってウエハ１を加熱し、昇温ステップから定温ステップ
への移行時には第一加熱ランプ群３１から第二加熱ラン
プ群４０に切り換える。 【効果】 出力の大きい第一加熱ランプ群で加熱するこ
とにより、昇温ステップの期間を短縮でき、また、定温
ステップ移行後は出力が小さい第二加熱ランプ群で加熱
することで微妙な温度変動に追従した温度制御を確保で
きるため、温度が安定するまでの期間を短縮でき、ＲＴ
Ｐ装置のスループットを向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、基板処理装置に関
し、特に、基板を加熱する技術に係り、例えば、半導体
集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造方法におい
て、半導体素子を含む集積回路が作り込まれる半導体ウ
エハ（以下、ウエハという。）に成膜やアニール、酸化
膜成長および拡散等の各種の処理を施すのに利用して有
効なものに関する。 【０００２】 【従来の技術】ＩＣの製造方法においては、成膜やアニ
ール、酸化膜成長および拡散等の各種の処理がウエハに
施されるに際して、ウエハが加熱によって温度活性化さ
れる。ウエハに対するこのような処理に使用される基板
処理装置として、加熱手段にタングステン−ハロゲン直
線ランプ（以下、加熱ランプという。）を使用したＲＴ
Ｐ（Rapid Thermal Processing）装置がある。すなわ
ち、このＲＴＰ装置は、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保持する
サセプタと、サセプタ上のウエハをサセプタの下方から
加熱する加熱ランプと、ウエハに処理ガスをシャワー状
に吹き付けて供給するガスヘッドと、処理室を大気圧よ
りも若干低めに排気する排気口とを備えている。そし
て、このＲＴＰ装置においては、昇温速度を上げるため
に、出力が比較的に大きい加熱ランプが使用されてい
る。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかし、前記したＲＴ
Ｐ装置においては、出力が大きい加熱ランプが使用され
ているため、昇温ステップから一定の温度を維持する定
温ステップに移行する時にオーバシュートが発生すると
いう問題点がある。 【０００４】この昇温ステップから定温ステップへの移
行時のオーバシュートを防止するために、昇温ステップ
の終期に昇温速度を緩やかにする緩昇温期間を設定する
ことが考えられる。しかし、緩昇温期間を設定すると、
所定の温度に達するまでの時間が延長されてしまうとい
う問題点が発生する。また、出力の大きい加熱ランプが
使用されるＲＴＰ装置においては、昇温ステップから定
温ステップへの移行時の微妙な温度変化への追従が困難
であるため、温度が安定するまでの期間が長くなってし
まう。 【０００５】本発明の目的は、温度が安定するまでの期
間を短縮させることができる基板処理装置を提供するこ
とにある。 【０００６】 【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、基板を支持するサセプタと、前記基板の温度を測
定する基板温度計測手段と、前記基板を加熱する第一加
熱手段と、前記第一加熱手段よりも出力が小さい第二加
熱手段とを備えており、前記基板の昇温ステップ時には
前記第一加熱手段によって加熱し、前記基板が所定の温
度に達した時点において前記第一加熱手段の少なくとも
一部の加熱を停止し、前記第二加熱手段の少なくとも一
部によって加熱することを特徴とする。 【０００７】前記した手段によれば、昇温ステップにお
いては基板は出力の大きい第一加熱手段によって加熱さ
れるため、昇温ステップの期間を短縮することができ
る。他方、基板の温度が定温ステップの温度に達した時
点においては、温度制御は出力が小さい第二加熱手段に
よって実行されるため、微妙な温度変動に対して良好に
追従した温度制御が確保されることになる。したがっ
て、温度が安定するまでの期間を短縮することができ
る。 【０００８】 【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。 【０００９】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、ＩＣの製造方法において成膜やアニー
ル、酸化膜成長および拡散等の様々な処理に使用される
枚葉式コールドウオール形常圧ＲＴＰ装置（以下、ＲＴ
Ｐ装置という。）として構成されている。図１に示され
たＲＴＰ装置１０は被処理基板としてのウエハ１を処理
する処理室１１を形成した筐体１２を備えており、筐体
１２は下端面が閉塞し上端面が開口した円筒形状に形成
されたカップ１３と、カップ１３の上面開口部を閉塞す
る円盤形状に形成されたカバー１４とが組み合わされて
円筒中空体形状に構築されている。 【００１０】カップ１３の側壁の一部には排気口１５が
処理室１１の内外を連通するように開設されており、排
気口１５には処理室１１を大気圧未満（以下、負圧とい
う。）に排気し得る排気装置（図示せず）が接続されて
いる。カップ１３の側壁における排気口１５と干渉しな
い位置には、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の大きさはウエハ１を処理室１１
にウエハ移載装置（図示せず）によって搬入搬出し得る
ように設定されている。 【００１１】カップ１３の底壁の中心線上には昇降駆動
装置１８によって昇降駆動される昇降軸１９が昇降自在
に挿通されており、昇降軸１９の上端には昇降板２０が
水平に固定されている。昇降板２０の上面には複数本
（通常は三本または四本）のリフタピン２１が垂直に立
脚されて固定されており、リフタピン２１は昇降板２０
の昇降に伴って昇降することによりウエハ１を下から支
持して昇降させるようになっている。 【００１２】カップ１３の底壁における外周辺部の一部
には回転駆動装置２２が設置されており、カップ１３の
底壁の上面における回転駆動装置２２の外側には短尺円
筒形状の回転ベース２４が回転自在に支持されている。
回転ベース２４は回転駆動装置２２によって磁気式カッ
プリング２３を介して回転駆動されるようになってい
る。回転ベース２４の上には円筒形状に形成された保持
台２５が同心円に配されて水平に固定されており、保持
台２５の上面にはウエハ１を保持するためのサセプタ２
６が水平に支持されている。サセプタ２６には複数個の
挿通孔２７がリフタピン２１に対向する位置に配置され
て垂直方向にそれぞれ開設されており、各挿通孔２７の
内径はリフタピン２１を挿通し得るように設定されてい
る。 【００１３】保持台２５の内部には円筒形状に形成され
たヒータハウジング２８が同心円に配置されて、カップ
１３の底壁上に据え付けられている。ヒータハウジング
２８の内部における上端部には円板形状に形成された反
射板２９が水平に架設されており、反射板２９にはリフ
タピン２１を挿通する挿通孔３０が複数個、各リフタピ
ン２１にそれぞれ対向する位置に配置されて垂直方向に
開設されている。ヒータハウジング２８の内部における
反射板２９の上側には第一加熱手段としての第一加熱ラ
ンプ群３１と、第二加熱手段としての第二加熱ランプ群
４０とが下から順に配置されてそれぞれ水平に架設され
ており、第一加熱ランプ群３１および第二加熱ランプ群
４０はサセプタ２６に保持されたウエハ１を下側から協
働または独立して加熱するようになっている。 【００１４】図２に示されているように、下側に配置さ
れた第一加熱ランプ群３１は出力の大きい加熱ランプ
（タングステン−ハロゲン直線ランプ）３２が二十一本
（二十一本でなくてもよい。）、互いに平行に配列され
て水平に架設されており、第一加熱ランプ群３１には四
つのゾーン３３〜３６が両端から中央にかけて設定され
ている。両端部に位置する第一ゾーン３３は両端部の三
本ずつの加熱ランプ３２の群列から構成され、第一ゾー
ン３３の内隣の第二ゾーン３４はそれに続く三本ずつの
加熱ランプ３２の群列から構成され、第二ゾーン３４の
内隣の第三ゾーン３５はそれに続く三本ずつの加熱ラン
プ３２の群列から構成され、中央の第四ゾーン３６は中
央の三本の加熱ランプ３２の群列からされている。第一
加熱ランプ群３１の加熱ランプ３２は第一ゾーン３３〜
第四ゾーン３６毎に制御器３７に並列に接続されてお
り、制御器３７は後記する温度計測器５３が接続された
コントローラ３８によってＰＩＤ（比例＋積分＋微分動
作）制御されるように構成されている。 【００１５】同様に、上側に配置された第二加熱ランプ
群４０は出力の小さい加熱ランプ（タングステン−ハロ
ゲン直線ランプ）４１が二十一本（二十一本でなくても
よい。）、互いに平行に配列されて水平に架設されてお
り、第二加熱ランプ群４０には四つのゾーン４２〜４５
が両端から中央にかけて設定されている。両端部に位置
する第一ゾーン４２は両端部の三本ずつの加熱ランプ４
１の群列から構成され、第一ゾーン４２の内隣の第二ゾ
ーン４３はそれに続く三本ずつの加熱ランプ４１の群列
から構成され、第二ゾーン４３の内隣の第三ゾーン４４
はそれに続く三本ずつの加熱ランプ４１の群列から構成
され、中央の第四ゾーン４５は中央の三本の加熱ランプ
４１の群列からされている。第二加熱ランプ群４０の加
熱ランプ４１は第一ゾーン４２〜第四ゾーン４５毎に制
御器４６に並列に接続されており、制御器４６はコント
ローラ３８によってＰＩＤ制御されるように構成されて
いる。 【００１６】図１に示されているように、カバー１４に
は処理ガス５０を吹き出させるガスヘッド５１が設置さ
れている。すなわち、ガスヘッド５１はカバー１４に開
設された多数個の吹出口（ガス導入口）５２から処理ガ
ス５０をシャワー状に吹き出させるように構成されてい
る。また、カバー１４には温度計測手段としての温度計
測器５３のプローブ５４がウエハ１の中間部と対向する
ように挿入されており、温度計測器５３は温度計測結果
をコントローラ３８に送信するように構成されている。 【００１７】次に、前記構成に係るＲＴＰ装置の作用
を、図４（ａ）の温度シーケンスが実行される場合につ
いて説明する。 【００１８】図３に示されているように、昇降軸１９が
昇降駆動装置１８によって上限位置に上昇されて、リフ
タピン２１がサセプタ２６を下から挿通した状態になる
と、ウエハ搬入搬出口１６がゲートバルブ１７によって
開かれ、ウエハ移載装置によって搬送されて来たウエハ
１がウエハ搬入搬出口１６から搬入されて複数本のリフ
タピン２１の上端間に受け渡される。 【００１９】続いて、昇降軸１９が昇降駆動装置１８に
よって下降されることにより、リフタピン２１がサセプ
タ２６の下方に引き込まれて、リフタピン２１の上のウ
エハ１がサセプタ２６の上に受け渡される。リフタピン
２１が引き込まれると、ウエハ１をサセプタ２６によっ
て保持した保持台２５が回転ベース２４と共に回転駆動
装置２２によって回転される。また、処理室１１が排気
口１５を通じて排気される。 【００２０】次いで、サセプタ２６に保持されたウエハ
１は図４（ａ）に示された温度シーケンスの昇温ステッ
プを実行される。この昇温ステップにおいては、ウエハ
１は出力が大きい加熱ランプ３２によって構成された第
一加熱ランプ群３１によって加熱される。出力が大きい
第一加熱ランプ群３１によって加熱されることにより、
昇温ステップにおけるウエハ１の昇温速度は大きくなる
ため、昇温ステップの実行時間は短縮されることにな
る。この昇温ステップにおいては、ウエハ１の実際の温
度が温度計測器５３によって計測されてコントローラ３
８に入力されることにより、フィードバック制御され
る。 【００２１】温度計測器５３によるウエハ１の計測温度
が図４（ａ）に示された温度シーケンスの設定温度に達
すると、コントローラ３８は図４（ａ）に示された定温
ステップに移行する。この昇温ステップから定温ステッ
プへの移行時には、第一加熱ランプ群３１の加熱から第
二加熱ランプ群４０への加熱に切り換えられる。すなわ
ち、温度計測器５３からのウエハ１の計測温度が設定温
度に達すると、コントローラ３８は第一加熱ランプ群３
１の加熱動作を停止させ、出力が小さい加熱ランプ４１
から構成された第二加熱ランプ群４０の加熱動作に切り
換える。 【００２２】ここで、出力が大きい第一加熱ランプ群３
１による加熱が停止された直後は予熱により、設定温度
を超過するオーバシュートが図４（ｂ）に示されている
ように発生してしまう。しかし、本実施の形態において
は、出力が小さい第二加熱ランプ群４０へ切り換えられ
るため、オーバシュートの量は小さく抑制することがで
きる。ちなみに、この昇温ステップから定温ステップへ
の移行時のオーバシュートを小さくするために、設定温
度に達する直前に第一加熱ランプ群３１から第二加熱ラ
ンプ群４０へ切り換える温度シーケンスをコントローラ
３８へプログラミングしてもよい。但し、昇温ステップ
の期間の延長を極力小さく抑制するように設定すること
が望ましい。 【００２３】本実施の形態においては、図４（ｂ）に示
されているように、第二加熱ランプ群４０へ切り換えら
れた後には、ＰＩＤ制御ステップが第二加熱ランプ群４
０によって実行される。このＰＩＤ制御ステップにおい
ては、第二加熱ランプ群４０は出力が小さい加熱ランプ
４１によって構成されているとともに、第一ゾーン４２
〜第四ゾーン４５に分割されているため、コントローラ
３８はオーバシュート後のウエハ１の温度の増減変動に
微妙に追従するＰＩＤ制御によって短時間で一定の温度
を維持する定温ステップに移行することができる。 【００２４】例えば、温度計測器５３によってオーバシ
ュートが計測されると、コントローラ３８は第二加熱ラ
ンプ群４０の第二ゾーン４３と第四ゾーン４５とを消灯
し、第一ゾーン４２と第三ゾーン４４とによって加熱す
る。次に、温度計測器５３によってアンダシュートが計
測されると、コントローラ３８は第二加熱ランプ群４０
の第一ゾーン４２、第二ゾーン４３、第三ゾーン４４お
よび第四ゾーン４５によって加熱する。再び、温度計測
器５３によって若干のオーバシュートが計測されると、
コントローラ３８は第二加熱ランプ群４０の第二ゾーン
４３を消灯し、第一ゾーン４２、第三ゾーン４４および
第四ゾーン４５によって加熱する。そして、温度計測器
５３によって予め設定された温度が予め設定された期間
継続すると、コントローラ３８は第二加熱ランプ群４０
の第一ゾーン４２、第二ゾーン４３、第三ゾーン４４お
よび第四ゾーン４５によって加熱する。 【００２５】以上のようにしてウエハ１の温度が一定に
維持される定温ステップに移行すると、処理ガス５０が
ガスヘッド５１から供給される。ガスヘッド５１から供
給された処理ガス５０は吹出口５２群から処理室１１の
サセプタ２６の上のウエハ１に向かってシャワー状に吹
き出す。吹出口５２群からシャワー状に吹き出した処理
ガス５０は排気口１５の排気力によってウエハ１の外方
に流れ、排気口１５に吸い込まれて排気されて行く。 【００２６】保持台２５が回転されていることとあいま
って吹出口５２群からシャワー状に吹き出した処理ガス
５０は、サセプタ２６の上に保持されたウエハ１の全面
にわたって均等に接触する。ここで、処理ガス５０の熱
化学反応による成膜レートは処理ガス５０のウエハ１に
対する接触量およびウエハ１の温度分布に依存するた
め、処理ガス５０がウエハ１の全面にわたって均等に接
触しウエハ１の温度分布が均一であれば、ウエハ１に処
理ガス５０によって形成される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。 【００２７】そして、予め設定された所定の処理時間が
経過すると、処理室１１は排気口１５によって所定の負
圧に排気される。続いて、図３に示されているように、
ウエハ１はリフタピン２１によってサセプタ２６から所
定の間隔だけ浮かされた後に、リフタピン２１の上から
ウエハ移載装置によってピックアップされ、ウエハ搬入
搬出口１６から処理室１１の外部へ搬出される。 【００２８】以降、前述した作業が繰り返されることに
より、ウエハ１に膜がＲＴＰ装置１０によって枚葉処理
されて行く。 【００２９】前記実施の形態によれば、次の効果が得ら
れる。 【００３０】1) 出力が大きい加熱ランプ群から構成さ
れた第一加熱ランプ群と、出力が小さい加熱ランプ群か
ら構成された第二加熱ランプ群とを、昇温ステップから
定温ステップへの移行時に切り換えることにより、昇温
ステップから定温ステップへの移行時の温度の変動に微
妙に追従することができるため、一定の温度に安定する
までの期間を短縮させることができる。 【００３１】2) 昇温ステップから一定の温度に安定す
るまでの期間を短縮することにより、処理ガスを供給す
るまでの期間を短縮することができるため、ＲＴＰ装置
のスループットを高めることができる。 【００３２】3) 出力が小さい加熱ランプから構成され
た第二加熱ランプ群を上側に配置することにより、微妙
な温度制御を実行する第二加熱ランプ群をウエハに近接
させることができるため、第二加熱ランプ群のＰＩＤ制
御を効果的に実行することができ、一定の温度に安定す
るまでの期間をより一層短縮させることができる。 【００３３】4) 第一加熱ランプ群および第二加熱ラン
プ群を複数のゾーンに分割して互いに連携して制御可能
に構成することにより、第一加熱ランプ群および第二加
熱ランプ群によって加熱されるウエハの面内の温度分布
を均一に制御することができるため、ウエハに施される
処理の分布を均一化することができる。 【００３４】図５は本発明の他の実施の形態であるＲＴ
Ｐ装置の加熱ランプ群の部分を示す斜視図である。 【００３５】本実施の形態が前記実施の形態と異なる点
は、第二加熱ランプ群４０の３本の加熱ランプ４１が第
一加熱ランプ群３１の第四ゾーン３６の加熱ランプ３２
群と平行に敷設されている点、である。 【００３６】本実施の形態においては、昇温ステップか
ら定温ステップへの移行時に、第一加熱ランプ群３１の
第四ゾーン３６の加熱ランプ３２が消灯され、第二加熱
ランプ群４０の三本の加熱ランプ４１に切り換えられ
る。本実施の形態においても、第二加熱ランプ群４０は
出力の小さい三本の加熱ランプ４１によって構成されて
いるため、微妙な温度制御を実行することができる。 【００３７】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。 【００３８】例えば、第一加熱ランプ群および第二加熱
ランプ群のゾーンの編成は、三本または六本ずつまとめ
て編成するに限らず、二本や四本、五本または七本以上
ずつにまとめて編成してもよいし、一本または二本以上
おきに編成してもよい。 【００３９】出力が小さい加熱ランプから構成された第
二加熱ランプ群を上側に配置するに限らず、下側に配置
してもよい。 【００４０】第一加熱ランプ群を構成する加熱ランプの
本数と、第二加熱ランプ群を構成する加熱ランプの本数
とは同一に設定するに限らず、相違させてもよい。 【００４１】第一加熱ランプ群を構成する加熱ランプの
延在方向と、第二加熱ランプ群を構成する加熱ランプの
延在方向とは直交するように設定するに限らず、菱形の
ように傾斜させて交差させてもよいし、互いに平行にな
るように設定してもよい。 【００４２】さらに、第一加熱手段および第二加熱手段
は、直線ランプによって構成するに限らず、球状ランプ
によって構成してもよい。 【００４３】基板はウエハに限らず、ＬＣＤ装置（液晶
表示装置）の製造工程におけるガラス基板やアレイ基板
等の基板であってもよい。 【００４４】前記実施の形態においては枚葉式コールド
ウオール形常圧ＲＴＰ装置に構成した場合について説明
したが、本発明は、減圧ＲＴＰ装置やプラズマＲＴＰ装
置、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。 【００４５】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
温度が安定するまでの期間を短縮することができるた
め、基板処理装置のスループット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であるＲＴＰ装置を示す
正面断面図である。 【図２】その加熱ランプ群の部分を示す斜視図である。 【図３】ＲＴＰ装置のウエハ搬入搬出時を示す正面断面
図である。 【図４】温度制御を説明するための各グラフである。 【図５】本発明の他の実施の形態であるＲＴＰ装置の加
熱ランプ群の部分を示す斜視図である。 【符号の説明】 １…ウエハ（基板）、１０…ＲＴＰ装置（基板処理装
置）、１１…処理室、１２…筐体、１３…カップ、１４
…カバー、１５…排気口、１６…ウエハ搬入搬出口、１
７…ゲートバルブ、１８…昇降駆動装置、１９…昇降
軸、２０…昇降板、２１…リフタピン、２２…回転駆動
装置、２３…磁気式カップリング、２４…回転ベース、
２５…保持台、２６…サセプタ、２７…挿通孔、２８…
ヒータハウジング、２９…反射板、３０…挿通孔、３１
…第一加熱ランプ群（第一加熱手段）、３２…加熱ラン
プ（タングステン−ハロゲン直線ランプ）、３３…第一
ゾーン、３４…第二ゾーン、３５…第三ゾーン、３６…
第四ゾーン、３７…制御器、３８…コントローラ、４０
…第二加熱ランプ群（第二加熱手段）、４１…加熱ラン
プ（タングステン−ハロゲン直線ランプ）、４２…第一
ゾーン、４３…第二ゾーン、４４…第三ゾーン、４５…
第四ゾーン、４６…制御器、５０…処理ガス、５１…ガ
スヘッド、５２…吹出口、５３…温度計測器、５４…プ
ローブ。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K058 AA04 AA44 AA86 CA28 CB02 CE17 CE31 5F045 DP02 EK12 EK22 EK27 GB05

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 基板を支持するサセプタと、前記基板の
   温度を測定する基板温度計測手段と、前記基板を加熱す
   る第一加熱手段と、前記第一加熱手段よりも出力が小さ
   い第二加熱手段とを備えており、前記基板の昇温ステッ
   プ時には前記第一加熱手段によって加熱し、前記基板が
   所定の温度に達した時点において前記第一加熱手段の少
   なくとも一部の加熱を停止し、前記第二加熱手段の少な
   くとも一部によって加熱することを特徴とする基板処理
   装置。