JP2003229375A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 昇温ステップ後の温度安定期間を短縮する。 【解決手段】 ウエハ１を複数本の加熱ランプによって
構成された第一加熱ランプ群３１および第二加熱ランプ
群４０によって加熱するＲＴＰ装置において、第一加熱
ランプ群３１および第二加熱ランプ群４０を複数のゾー
ンに分割しておき、昇温ステップには第一加熱ランプ群
３１および第二加熱ランプ４０の全ての加熱ランプによ
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および第二加熱ラ
ンプ群４０の加熱有効本数を増減させて温度制御を実行
し、オーバシュート後の温度変動を補正する。 【効果】 定温ステップ移行時の温度安定期間を短縮す
ることにより、ＲＴＰ装置のスループットを高めること
ができる。

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、加熱源にタングステン−ハロゲン直線
ランプ（以下、加熱ランプという。）を使用したＲＴＰ
（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
する複数本の加熱ランプと、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（加熱力）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群が使用さ
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。そして、出力の大きい加熱ランプ
群では微妙な温度変化への追従が困難であるため、昇温
ステップから定温ステップへの移行時におけるオーバシ
ュートを解消して温度が安定するまでの期間が長くなっ
てしまう。 【０００４】また、前記したＲＴＰ装置においては、出
力が同一の複数本の加熱ランプが全面に均一に敷設され
ているため、ウエハ面内の中央部の温度が高くなってし
まうという問題点がある。 【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、また、温度分布が均一にな
るように加熱す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、基板を複数の加熱源によって加熱する基板処理装
置であって、前記基板を前記加熱源によって加熱して昇
温させる昇温ステップと、昇温ステップ後に前記加熱源
によって加熱して一定の温度を維持させる定温ステップ
との間で、前記加熱源の加熱有効数が変化されることを
特徴とする。 【０００７】前記した手段によれば、昇温ステップと定
温ステップとの間で複数本の加熱源の稼働数を増減調整
することにより、昇温ステップにおける所期の昇温速度
を確保しつつ、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効果的に解消することができるた
め、温度が安定するまでの期間を短縮することができ
る。また、定温ステップにおいては、複数本の加熱源の
稼働数を増減調整することにより、温度分布を均一化す
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、複数の加熱源としての複数本の
加熱ランプから構成された第一加熱ランプ群３１および
第二加熱ランプ群４０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は加熱源としての加熱ランプ
（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によってオン・オフ制御されるように
構成されている。 【００１５】上側に配置された第二加熱ランプ群４０
は、第一加熱ランプ群３１の加熱ランプ３２の延在方向
と直交する方向に延在する二十一本の加熱ランプ（タン
グステン−ハロゲン直線ランプ）４１を備えており、第
二加熱ランプ群４０の加熱ランプ４１の出力と、第一加
熱ランプ群３１の加熱ランプ３２の出力は等しく設定さ
れている。第二加熱ランプ群４０の二十一本の加熱ラン
プ４１は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４１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
から構成されている。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４
６に並列に接続されており、制御器４６はコントローラ
３８によってオン・オフ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が複数本、互いに半径方向にウ
エハ１の中心から周辺にかけてずらされてそれぞれ配置
されてウエハ１の上面と対向するように挿入されてお
り、温度計測器５３は複数本のプローブ５４によってそ
れぞれ検出した温度計測結果をコントローラ３８に逐次
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は第一加熱ランプ群３１および第二加熱ランプ群４０
の両方の全てのゾーンによって加熱される。第一加熱ラ
ンプ群３１および第二加熱ランプ群４０の両方の全ての
ゾーン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。この加熱中に
おけるウエハ１の温度は温度計測器５３によって逐次計
測され、コントローラ３８へ逐次送信されている。 【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および第二加
熱ランプ群４０の両方の全てのゾーンによるフル加熱か
ら、第一加熱ランプ群３１および第二加熱ランプ群４０
のうち部分的なゾーンによるパート加熱に切り換えられ
る。すなわち、温度計測器５３から送信されて来るウエ
ハ１の計測温度が設定温度に達すると、コントローラ３
８は第一加熱ランプ群３１および第二加熱ランプ群４０
の一部のゾーンの加熱動作を停止させることにより、第
一加熱ランプ群３１および第二加熱ランプ群４０の加熱
有効本数を減少させる。 【００２２】ここで、第一加熱ランプ群３１および第二
加熱ランプ群４０の両方の全てのゾーンによるフル加熱
から一部のゾーンによるパート加熱への切り換えが実行
された直後は予熱により、設定温度を超過するオーバシ
ュートが発生してしまう。しかし、本実施の形態におい
ては、図４（ｂ）に示されているように、設定温度に達
する直前に第一加熱ランプ群３１および第二加熱ランプ
群４０の加熱有効本数を低減させ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おくことにより、
昇温ステップから定温ステップへの移行時のオーバシュ
ートを小さく抑制することができる。但し、第一加熱ラ
ンプ群３１および第二加熱ランプ群４０の加熱有効本数
の低減による緩昇温期間は、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、昇温ステップから定温ステップに移
行した直後には加熱ランプ群の有効数増減制御ステップ
が、コントローラ３８による第一加熱ランプ群３１の制
御器３７および第二加熱ランプ群４０の制御器４６に対
するオン・オフ制御によって実行される。この加熱ラン
プ群の有効数増減制御により、昇温ステップから定温ス
テップに移行時の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した加熱を実施することができる
ため、図４（ｂ）に示されているように、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は第一加熱ラ
ンプ群３１の第二ゾーン３４と第四ゾーン３６とを消灯
し、第一ゾーン３３と第三ゾーン３５とを稼働させ、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とを稼働
させる。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は第一加熱ランプ群
３１の第二ゾーン３４、第三ゾーン３５および第四ゾー
ン３６を稼働させ、第二加熱ランプ群４０の第二ゾーン
４３、第三ゾーン４４および第四ゾーン４５を稼働させ
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は第一加熱ランプ
群３１の第一ゾーン３３および第四ゾーン３６を消灯
し、第二ゾーン３４および第三ゾーン３５を稼働させ、
第二加熱ランプ群４０の第一ゾーン４２および第四ゾー
ン４５を消灯し、第二ゾーン４３および第三ゾーン４４
を稼働させる。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は第一加熱ランプ群３１の第二ゾーン３４、
第三ゾーン３５および第四ゾーン３６を稼働させ、第二
加熱ランプ群４０の第二ゾーン４３、第三ゾーン４４お
よび第四ゾーン４５を稼働させることにより、定温ステ
ップの一定温度を維持する。 【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】そこで、本実施の形態においては、温度計
測器５３から送られて来る温度計測結果に基づいてウエ
ハ１の径方向の温度分布の偏りが検出されると、コント
ローラ３８は第一加熱ランプ群３１および第二加熱ラン
プ群４０に対して加熱ランプ群の有効数増減制御を実行
する。例えば、温度計測器５３によってウエハ１の中央
部の温度が高くなる温度分布の偏りが検出された場合に
は、コントローラ３８は第一加熱ランプ群３１の第四ゾ
ーン３６を消灯させ、第二ゾーン３４および第三ゾーン
３５を稼働させ、第二加熱ランプ群４０の第四ゾーン４
５を消灯させ、第二ゾーン４３および第三ゾーン４４を
稼働させることにより、ウエハ１の中央部に対する加熱
力を低下させ、ウエハ１の中央部の温度が高くなった温
度分布の偏りを補正する。 【００２８】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。 【００２９】以降、前述した作業が繰り返されることに
より、ＲＴＰ装置１０の枚葉処理が実施されて行く。 【００３０】前記実施の形態によれば、次の効果が得ら
れる。 【００３１】1) 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および第二加熱ランプ群の加熱
有効本数を増減制御することにより、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。 【００３２】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。 【００３３】3) 第一加熱ランプ群と第二加熱ランプ群
とを互いに上下で直交するように配列することにより、
加熱ランプ群の加熱面を隙間なく構成することができる
ため、ウエハを全面にわたって均一に加熱することがで
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。 【００３４】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。 【００３５】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。 【００３６】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。 【００３７】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。 【００３８】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。 【００３９】複数の加熱源としての加熱ランプ群は、第
一加熱ランプ群および第二加熱ランプ群によって構成す
るに限らず、単一の加熱ランプ群によって構成してもよ
いし、三以上の加熱ランプ群によって構成してもよい。
また、加熱ランプ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。 【００４０】複数の加熱源の出力（加熱力）は互いに等
しく構成するに限らず、互いに相違するように構成して
もよい。複数の加熱源の出力を互いに相違させた場合に
は、稼働させる加熱源の組み合わせの選定により、より
一層精密な温度制御を実行することができる。 【００４１】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。 【００４２】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。 【００４３】 【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。 【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（複数の加熱源）、３２…加熱ラン
プ（タングステン−ハロゲン直線ランプ、加熱源）、３
３…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（複数の加熱源）、４１
…加熱ランプ（タングステン−ハロゲン直線ランプ、加
熱源）、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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 基板を複数の加熱源によって加熱する基
   板処理装置であって、前記基板を前記加熱源によって加
   熱して昇温させる昇温ステップと、昇温ステップ後に前
   記加熱源によって加熱して一定の温度を維持させる定温
   ステップとの間で、前記加熱源の加熱有効数が変化され
   ることを特徴とする基板処理装置。