【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はウエハ等の基板に薄膜の生成、不純物の拡散、エッチング等の処理を行う基板処理装置に関するものであり、特に基板を加熱する加熱手段に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来、半導体製造装置などの基板処理装置は、加熱手段として抵抗ヒータやランプヒータを用いて、基板を加熱し、基板に所望の処理を行っている。
【０００３】
特にランプヒータによる加熱を利用した装置は、高速昇降温可能なことが知られており、装置のスループットを向上する上でよく用いられている。従来のランプヒータによる加熱を利用した基板処理装置の処理炉の側面図を図６に示す。
【０００４】
処理室２０１内には基板を保持するサセプタ２１７が設けられ、ガス供給管２３２により処理ガスが供給されるようになっている。ランプヒータは複数の棒状の上側ランプ２０７及び下側ランプ２２３からなり、ランプヒータからの熱線はサセプタ２１７を介してウエハ２００に照射される構造となっている。サセプタ２１７上に置かれたウエハ２００は、裏面側からランプヒータにより加熱される。また、ウエハ２００の温度制御は、温度測定用プローブ２６１等の温度検出手段で検出した温度を、ランプヒータのパワーへとフィードバックして行っている。
【０００５】
次に、図６のＡＢ断面を図５に示し、従来のランプヒータの構造を説明する。
【０００６】
図５に示すように、基板を加熱するランプヒータは、複数の棒状の上側ランプ２０７及び複数の棒状の下側ランプ２２３から構成され、前記上側ランプ２０７と前記下側ランプ２２３は交差するように配置される。温度測定用プローブ２６１が基板の上方に複数設けられており（図５では３つ）、基板の径方向の温度を検出することができる。そして、前記温度測定用プローブ２６１の検出結果に応じて、前記上側ランプの出力及び前記下側ランプの出力を調節して、基板の径方向の温度を調節する。図５では、基板を同心円上に３つのゾーン（第１のゾーン１０、第２のゾーン１１、第３のゾーン１２）にゾーン分割しており、例えば、基板の第１のゾーン１０（中心部）を加熱する場合は１の部分の上側ランプ２０７と下側ランプ２２３を加熱し、また基板の第２のゾーン１１を加熱する場合は２の部分の上側ランプ２０７と下側ランプ２２３を加熱し、また基板の第３のゾーン１２（周縁部）を加熱する場合は３の部分の上側ランプ２０７と下側ランプ２２３を加熱する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、基板の中央部と周縁部とでは昇降温特性が異なり、基板の中央部は基板の周縁部に比べて温まりにくく、基板昇温中は基板の周縁部に比べて基板の中央部の温度が低くなる。従って、従来は、基板が所定の温度に達した後、処理ガスを流して基板処理を行う前に、基板の面内温度差を減少させるために、直ちに処理ガスを流さないで、基板内の温度差を解消させる時間を設けている。しかしながら、この手法では、直ちに処理ガスを流さないで、基板の温度差が解消する時間を設けているので、装置のスループットが低下する問題がある。それゆえ、基板を素早く所定の温度にする（高速昇温）ために、基板の中央部のランプヒータ出力のみを増加させ、温度上昇のしにくい基板の中央部分の出力を増加させる手法が用いられているが、加熱手段として棒状のランプヒータを用いているので、ランプヒータの一部が基板の周縁部を加熱し、基板の周縁部の温度をも上昇させてしまい、面内温度均一性を確保することが困難である。また、基板の面内温度が不均一の状態では、基板に反りが発生したり、また基板表面上にて原子レベルのずれによるスリップ欠陥が生じるという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、ランプヒータにて基板を加熱する基板処理装置において、例えば基板の中央部等の特定の部分の加熱量を増加させる時、同時に基板の周縁部分などの別の部分も加熱され、ウエハの面内温度均一性の確保が困難であるという問題を解決し、基板の面内温度均一性を維持しつつ、高速で基板を目的の温度にできる基板処理装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するため、本発明は、基板を収容して処理する処理室と、前記基板を加熱する加熱手段を有する基板処理装置において、前記加熱手段を半径の異なる複数のリング状のランプヒータを同心円状に配置して構成することを特徴とする。
【００１０】
【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。
【００１１】
図４および図３に於いて、本発明が適用される基板処理装置の概要を説明する。
【００１２】
なお、本発明が適用される基板処理装置においてはウエハなどの基板を搬送するキャリヤとしては、ＦＯＵＰ（ｆｒｏｎｔ ｏｐｅｎｉｎｇ ｕｎｉｆｉｅｄ ｐｏｄ 。以下、ポッドという。）が使用されている。また、以下の説明において、前後左右は図４を基準とする。すなわち、図４が示されている紙面に対して、前は紙面の下、後ろは紙面の上、左右は紙面の左右とする。
【００１３】
図４および図３に示されているように、基板処理装置は真空状態などの大気圧未満の圧力（負圧）に耐えるロードロックチャンバ構造に構成された第一の搬送室１０３を備えており、第一の搬送室１０３の筐体１０１は平面視が六角形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。第一の搬送室１０３には負圧下でウエハ２００を移載する第一のウエハ移載機１１２が設置されている。前記第一のウエハ移載機１１２は、エレベータ１１５によって、第一の搬送室１０３の気密性を維持しつつ昇降できるように構成されている。
【００１４】
筐体１０１の六枚の側壁のうち前側に位置する二枚の側壁には、搬入用の予備室１２２と搬出用の予備室１２３とがそれぞれゲートバルブ２４４，１２７を介して連結されており、それぞれ負圧に耐え得るロードロックチャンバ構造に構成されている。さらに、予備室１２２には搬入室用の基板置き台１４０が設置され、予備室１２３には搬出室用の基板置き台１４１が設置されている。
【００１５】
予備室１２２および予備室１２３の前側には、略大気圧下で用いられる第二の搬送室１２１がゲートバルブ１２８、１２９を介して連結されている。第二の搬送室１２１にはウエハ２００を移載する第二のウエハ移載機１２４が設置されている。第二のウエハ移載機１２４は第二の搬送室１２１に設置されたエレベータ１２６によって昇降されるように構成されているとともに、リニアアクチュエータ１３２によって左右方向に往復移動されるように構成されている。
【００１６】
図４に示されているように、第二の搬送室１２１の左側にはオリフラ合わせ装置１０６が設置されている。また、図３に示されているように、第二の搬送室１２１の上部にはクリーンエアを供給するクリーンユニット１１８が設置されている。
【００１７】
図４および図３に示されているように、第二の搬送室１２１の筐体１２５には、ウエハ２００を第二の搬送室１２１に対して搬入搬出するためのウエハ搬入搬出口１３４と、前記ウエハ搬入搬出口を閉塞する蓋１４２と、ポッドオープナ１０８がそれぞれ設置されている。ポッドオープナ１０８は、ＩＯステージ１０５に載置されたポッド１００のキャップ及びウエハ搬入搬出口１３４を閉塞する蓋１４２を開閉するキャップ開閉機構１３６とを備えており、ＩＯステージ１０５に載置されたポッド１００のキャップ及びウエハ搬入搬出口１３４を閉塞する蓋１４２をキャップ開閉機構１３６によって開閉することにより、ポッド１００のウエハ出し入れを可能にする。また、ポッド１００は図示しない工程内搬送装置（ＲＧＶ）によって、前記ＩＯステージ１０５に、供給および排出されるようになっている。
【００１８】
図４に示されているように、筐体１０１の六枚の側壁のうち背面側に位置する二枚の側壁には、ウエハに所望の処理を行う第一の処理炉２０２と、第二の処理炉１３７とがそれぞれ隣接して連結されている。第一の処理炉２０２および第二の処理炉１３７はいずれもコールドウオール式の処理炉によってそれぞれ構成されている。また、筐体１０１における六枚の側壁のうちの残りの互いに対向する二枚の側壁には、第三の処理炉としての第一のクーリングユニット１３８と、第四の処理炉としての第二のクーリングユニット１３９とがそれぞれ連結されており、第一のクーリングユニット１３８および第二のクーリングユニット１３９はいずれも処理済みのウエハ２００を冷却するように構成されている。
【００１９】
以下、前記構成をもつ基板処理装置を使用した処理工程を説明する。
【００２０】
未処理のウエハ２００は２５枚がポッド１００に収納された状態で、処理工程を実施する基板処理装置へ工程内搬送装置によって搬送されて来る。図４および図３に示されているように、搬送されて来たポッド１００はＩＯステージ１０５の上に工程内搬送装置から受け渡されて載置される。ポッド１００のキャップ及びウエハ搬入搬出口１３４を開閉する蓋１４２がキャップ開閉機構１３６によって取り外され、ポッド１００のウエハ出し入れ口が開放される。
【００２１】
ポッド１００がポッドオープナ１０８により開放されると、第二の搬送室１２１に設置された第二のウエハ移載機１２４はポッド１００からウエハ２００をピックアップし、予備室１２２に搬入し、ウエハ２００を基板置き台１４０に移載する。この移載作業中には、第一の搬送室１０３側のゲートバルブ２４４は閉じられており、第一の搬送室１０３の負圧は維持されている。ウエハ２００の基板置き台１４０への移載が完了すると、ゲートバルブ１２８が閉じられ、予備室１２２が排気装置（図示せず）によって負圧に排気される。
【００２２】
予備室１２２が予め設定された圧力値に減圧されると、ゲートバルブ２４４、１３０が開かれ、予備室１２２、第一の搬送室１０３、第一の処理炉２０２が連通される。続いて、第一の搬送室１０３の第一のウエハ移載機１１２は基板置き台１４０からウエハ２００をピックアップして第一の処理炉２０２に搬入する。そして、第一の処理炉２０２内に処理ガスが供給され、所望の処理がウエハ２００に行われる。
【００２３】
第一の処理炉２０２で前記処理が完了すると、処理済みのウエハ２００は第一の搬送室１０３の第一のウエハ移載機１１２によって第一の搬送室１０３に搬出される。
【００２４】
そして、第一のウエハ移載機１１２は第一の処理炉２０２から搬出したウエハ２００を第一のクーリングユニット１３８へ搬入し、処理済みのウエハを冷却する。
【００２５】
第一のクーリングユニット１３８にウエハ２００を移載すると、第一のウエハ移載機１１２は予備室１２２の基板置き台１４０に予め準備されたウエハ２００を第一の処理炉２０２に前述した作動によって移載し、第一の処理炉２０２内に処理ガスが供給され、所望の処理がウエハ２００に行われる。
【００２６】
第一のクーリングユニット１３８において予め設定された冷却時間が経過すると、冷却済みのウエハ２００は第一のウエハ移載機１１２によって第一のクーリングユニット１３８から第一の搬送室１０３に搬出される。
【００２７】
冷却済みのウエハ２００が第一のクーリングユニット１３８から第一の搬送室１０３に搬出されたのち、ゲートバルブ１２７が開かれる。そして、第１のウエハ移載機１１２は第一のクーリングユニット１３８から搬出したウエハ２００を予備室１２３へ搬送し、基板置き台１４１に移載した後、予備室１２３はゲートバルブ１２７によって閉じられる。
【００２８】
予備室１２３がゲートバルブ１２７によって閉じられると、前記排出用予備室１２３内が不活性ガスにより略大気圧に戻される。前記予備室１２３内が略大気圧に戻されると、ゲートバルブ１２９が開かれ、第二の搬送室１２１の予備室１２３に対応したウエハ搬入搬出口１３４を閉塞する蓋１４２と、ＩＯステージ１０５に載置された空のポッド１００のキャップがポッドオープナ１０８によって開かれる。続いて、第二の搬送室１２１の第二のウエハ移載機１２４は基板置き台１４１からウエハ２００をピックアップして第二の搬送室１２１に搬出し、第二の搬送室１２１のウエハ搬入搬出口１３４を通してポッド１００に収納して行く。処理済みの２５枚のウエハ２００のポッド１００への収納が完了すると、ポッド１００のキャップとウエハ搬入搬出口１３４を閉塞する蓋１４２がポッドオープナ１０８によって閉じられる。閉じられたポッド１００はＩＯステージ１０５の上から次の工程へ工程内搬送装置によって搬送されて行く。
【００２９】
以上の作動が繰り返されることにより、ウエハが、順次、処理されて行く。以上の作動は第一の処理炉２０２および第一のクーリングユニット１３８が使用される場合を例にして説明したが、第二の処理炉１３７および第二のクーリングユニット１３９が使用される場合についても同様の作動が実施される。
【００３０】
なお、上述の基板処理装置では、予備室１２２を搬入用、予備室１２３を搬出用としたが、予備室１２３を搬入用、予備室１２２を搬出用としてもよい。また、第一の処理炉２０２と第二の処理炉１３７は、それぞれ同じ処理を行ってもよいし、別の処理を行ってもよい。第一の処理炉２０２と第二の処理炉１３７で別の処理を行う場合、例えば第一の処理炉２０２でウエハ２００にある処理を行った後、続けて第二の処理炉１３７で別の処理を行わせてもよい。また、第一の処理炉２０２でウエハ２００にある処理を行った後、第二の処理炉１３７で別の処理を行わせる場合、第一のクーリングユニット１３８（又は第二のクーリングユニット１３９）を経由するようにしてもよい。
【００３１】
図２を参照し、本実施の形態で好適に用いられる処理炉を詳細に説明する。
【００３２】
処理炉はその全体が符号２０２で示される。例示の態様においては、処理炉２０２は、半導体ウエハ等の基板２００（以下、ウエハという。）の様々な処理工程を実行するのに適した枚葉式の処理炉である。また処理炉２０２は、特に半導体ウエハの熱処理に適している。こうした熱処理の例としては、半導体デバイスの処理における、半導体ウエハの熱アニール、ホウ素−リンから成るガラスの熱リフロー、高温酸化膜、低温酸化膜、高温窒化膜、ドープポリシリコン、未ドープポリシリコン、シリコンエピタキシャル、タングステン金属、又はケイ化タングステンから成る薄膜を形成するための化学蒸着が挙げられる。
【００３３】
処理炉２０２は、回転筒２７９に囲まれた後述する同心円上に配置された複数のリング状のランプヒータ２１〜２９から成るヒータアッセンブリ２０を含む。このヒータアッセンブリ２０は、基板温度がほぼ均一になるように放射熱をウエハ２００に供給する。好ましい形態においては、ヒータアッセンブリは、放射ピーク０．９５ミクロンで照射し、複数の加熱ゾーンを形成し、ウエハ中心部より多くの熱を基板周辺部に加える集中的加熱プロファイルを提供する一連のタングステン−ハロゲンリング状ランプヒータ２１〜２９等の加熱要素を含む。リング状ランプヒータ２１〜２９にはそれぞれ電極２２４が接続され、各ランプヒータに電力を供給するとともに、各ランプヒータの加熱具合は主制御部に支配される加熱制御部にて制御されている。
【００３４】
ヒータアッセンブリは、平ギア２７７に機械的に接続された回転筒２７９内に収容されている。この回転筒２７９は、セラミック、グラファイト、より好ましくはシリコングラファイトで被覆したグラファイト等から成る。ヒータアッセンブリ、回転筒２７９は、チャンバ本体２２７内に収容されて真空密封され、更にチャンバ本体２２７のチャンバ底２２８の上に保持される。チャンバ本体２２７は様々な金属材料から形成することができる。例えば、幾つかのアプリケーションではアルミニウムが適しており、他のアプリケーションではステンレス鋼が適している。材料の選択は、当業者であれば分かるように、蒸着処理に用いられる化学物質の種類、及び選択された金属に対するこれら化学物質の反応性に左右される。通常前記チャンバ壁は、本技術分野では周知であるように、周知の循環式冷水フローシステムにより華氏約４５〜４７度まで水冷される。
【００３５】
回転筒２７９は、チャンバ底２２８の上に回転自在に保持される。具体的には、平ギア２７６、２７７とがボールベアリング２７８によりチャンバ底２２８に回転自在に保持され、平ギア２７６と平ギア２７７とは噛み合うように配置されている。更に、平ギア２７６は主制御部にて支配される駆動制御部にて制御されるサセプタ駆動機構２６７にて回転せしめられ、平ギア２７６、平ギア２７７を介して回転筒２７９を回転させている。サセプタ２１７の回転速度は、当業者であれば分かるように、個々の処理に応じて５〜６０ｒｐｍであることが好ましい。
処理炉２０２は、チャンバ本体２２７、チャンバ蓋２２６およびチャンバ底２２８から成るチャンバ２２５を有し、チャンバ２２５にて囲われた空間にて処理室２０１を形成している。
【００３６】
ウエハ２００は、円周方向において複数に分割された（実施例においては４つに分割）炭化ケイ素で被覆したグラファイト、クォーツ、純炭化ケイ素、アルミナ、ジルコニア、アルミニウム、又は鋼等の好適な材料から成る基板保持手段であるサセプタ２１７の上に保持される。
なお、サセプタ２１７は円形形状をしており、具体的には中心のサセプタは円板状形状であり、それ以外はドーナッツ形の平板形状であって、回転筒２７９にて支持されている。
【００３７】
チャンバ蓋２２６にはガス供給管２３２が貫通して設けられ、処理室２０１に処理ガス２３０を供給し得るようになっている。ガス供給管２３２は、開閉バルブ２４３、流量制御手段であるマスフローコントローラ（以下、ＭＦＣという。）２４１を介し、ガスＡ、ガスＢのガス源に接続されている。ここで使用されるガスは、窒素等の不活性ガスや水素、アルゴン、六フッ化タングステン等の所望のガスが用いられ、ウエハ２００上に所望の膜を形成させて半導体装置を形成されるものである。
また、開閉バルブ２４３およびＭＦＣ２４１は、主制御部にて支配されるガス制御部にて制御され、ガスの供給、停止およびガスの流量が制御される。
なお、ガス供給管２３２から供給された処理ガス２３０は処理室２０１内にてウエハ２００と反応し、残余ガスはチャンバ本体２２７に設けられた排気口であるガス排気口２３５から図示しない真空ポンプ等からなる排気装置を介し、処理室外へ排出される。
【００３８】
処理炉２０２は、様々な製造工程においてウエハ２００の放射率（エミシビティ）を測定し、その温度を計算するための非接触式の放射率測定手段をも含む。この放射率測定手段は、主として放射率測定用プローブ２６０、放射率測定用リファレンスランプ（参照光）２６５、温度検出部およびプローブ２６０と温度検出部とを結ぶ光ファイバー通信ケーブルを含む。このケーブルはサファイア製の光ファイバー通信ケーブルから成ることが好ましい。
プローブ２６０はプローブ回転機構２７４により回転自在に設けられ、プローブ２６０の一端をウエハ２００または参照光であるリファレンスランプ２６５の方向に方向付けられる。また、プローブ２６０は光ファイバー通信ケーブルとスリップ結合にて結合されているので、前述したようにプローブ２６０が回転しても接続状態は維持される。
【００３９】
即ち、プローブ回転機構２７４は放射率測定用プローブ２６０を回転させ、これによりプローブ２６０の先端が放射率測定用リファレンスランプ２６５に向けてほぼ上側に向けられる第１ポジションと、プローブ２６０がウエハ２００に向けてほぼ下側に向けられる第２ポジションとのプローブ２６０の向きが変えられる。従って、プローブ２６０の先端は、プローブ２６０の回転軸に対し直角方向に向けられていることが好ましい。このようにして、プローブ２６０はリファレンスランプ２６５から放射された光子の密度とウエハ２００から反射された光子の密度を検知することができる。リファレンスランプ２６５は、ウエハ２００における光の透過率が最小となる波長、好ましくは０．９５ミクロンの波長の光を放射する白色光源から成ることが好ましい。上述の放射率測定手段は、リファレンスランプ２６５からの放射とウエハ２００からの放射を比較することにより、ウエハ２００の温度を測定する。
【００４０】
ヒータアッセンブリは回転筒２７９、サセプタ２１７およびウエハ２００に完全に包囲されているので、放射率測定用プローブ２６０による読み取りに影響を与える得るヒータアッセンブリから処理室２０１への光の漏れはない。
仕切弁であるゲートバルブ２４４を開放し、チャンバ本体２２７に設けられたウエハ搬入搬出口２４７を通ってウエハ（基板）２００を処理室２０１内に搬入し、ウエハ２００をサセプタ２１７上に配置後、サセプタ回転機構（回転手段）２６７は処理中に回転筒２７９とサセプタ２１７を回転させる。ウエハ２００の放射率の測定時には、プローブ２６０はウエハ２００の真上のリファレンスランプ２６５に向くように回転し、リファレンスランプ２６５が点灯する。そして、プローブ２６０はリファレンスランプ２６５からの入射光子密度を測定する。リファレンスランプ２６５が点灯している間、プローブ２６０は第１ポジションから第２ポジションへと回転し、回転している間にリファレンスランプ２６５真下のウエハ２００に向く。このポジションにおいて、プローブ２６０はウエハ２００のデバイス面（ウエハ２００の表面）の反射光子密度を測定する。続いてリファレンスランプ２６５が消灯される。ウエハ２００に直接向いている間、プローブ２６０は、加熱されたウエハ２００からの放射光子を測定する。プランクの法則によれば、特定の表面に放出されたエネルギーは表面温度の四乗に関係する。その比例定数はシュテファン・ボルツマン定数と表面放射率との積から成る。従って、非接触法における表面温度の決定時には、表面放射率を使用するのが好ましい。以下の式を用いてウエハ２００のデバイス面の全半球反射率を計算し、引き続きキルヒホッフの法則により放射率が得られる。
（１）ウエハ反射率 ＝反射光強度／入射光強度
（２）放射率 ＝ （１−ウエハ反射率）
一旦ウエハの放射率が得られると、プランクの式からウエハ温度が得られる。この技法は、ウエハが高温で、且つこのような適用において上記計算の実行前に基本熱放射が減算される場合にも用いられる。プローブ２６０は、第２ポジション即ちウエハに向けられるポジションに留まって、リファレンスランプ２６５の点灯時には常に放射率データを提供し続けることが好ましい。
【００４１】
ウエハ２００は回転しているので、プローブ２６０は、その回転中にウエハ２００のデバイス面から反射される光子密度を測定し、基板にリトグラフされるであろう変化するデバイス構造の平均表面トポロジーからの反射を測定する。また放射率測定は薄膜蒸着過程を含む処理サイクルにわたって行われるので、放射率の瞬時の変化がモニターされ、温度補正が動的且つ連続的に行われる。
【００４２】
処理炉２０２は更に温度検出手段である複数の温度測定用プローブ２６１を含む。これらのプローブ２６１はチャンバ蓋２２６に固定され、すべての処理条件においてウエハ２００のデバイス面から放射される光子密度を常に測定する。プローブ２６１によって測定された光子密度に基づき温度検出部にてウエハ温度に算出され、主制御部にて設定温度と比較される。主制御部は比較の結果、あらゆる偏差を計算し、加熱制御部を介してヒータアッセンブリ２０内の加熱手段であるリング状ランプヒータ２１〜２９の複数のゾーンへの電力供給量を制御する。好ましくは、ウエハ２００の異なる部分の温度を測定するために位置決めされた３個のプローブ２６１を含む。これによって処理サイクル中の温度の均一性が確保される。
なお、温度測定用プローブ２６１にて算出されたウエハ温度は、放射率測定用プローブ２６０にて算出されたウエハ温度と比較され、補正されることでより正確なウエハ温度の検出を可能としている。
【００４３】
ウエハ２００の処理後、ウエハ２００は、複数の突上げピン２６６によりサセプタ２１７の真中にあるサセプタとともに真中以外のサセプタから持ち上げられ、処理炉２０２内でウエハ２００を自動的にローディング及びアンローディングできるようにするために、ウエハ２００の下に空間を形成する。突上げピン２６６は駆動制御部の制御のもと、昇降機構２７５によって上下する。
【００４４】
なお、一例まで、本実施例の処理炉２０２にて処理される処理条件は、酸化膜の成膜において、ウエハ温度は約９５０〜１０５０℃であり、また処理ガスとして、酸素、窒素を用いて、それぞれの流量は、約０〜１０ＳＬＭ、約１〜１０ＳＬＭであり、さらに処理圧力は約１〜７６０ｔｏｒｒである。
【００４５】
次に図１において、本発明で用いる基板処理装置のヒータアッセンブリ２０の一例を詳細に説明する。
【００４６】
図１は、図２中のＣＤ断面図である。図１におけるヒータアッセンブリ２０は、同心円上に配置された９つのリング状ランプヒータ２１〜２９を含んでおり、周縁部に位置するリング状ランプヒータ２１、２２は基板２００より幾分大きな円を成している。基板は、同心円上に３つのドーナッツ型のゾーン（第１のゾーン１０、第２のゾーン１１、第３のゾーン１２）にゾーン分割され、各ゾーンに２つ乃至３つのリング状ランプヒータが設けられている。また、３０は温度測定用プローブ２６１による温度検出位置を示しており、図１では９つの温度測定用プローブ２６１を用いて、基板及びサセプタ上の９つのポイントの光子密度を測定し、検出部にてウエハ温度を算出している。そして、検出した基板の温度を主制御部にて設定温度と比較した後、それぞれのリング状ランプヒータ２１〜２９の出力が独立に制御される。
【００４７】
上述のようなヒータアッセンブリ２０を用いることで、例えば基板の中央部を集中的に温める場合は、基板中央部に位置するリング状ランプヒータ２８の出力を上昇させればよい。また、基板昇温時など、基板中央部の加熱量を周縁部よりも多くしたい場合、基板の周縁部から中央部に向けて、リング状ランプヒータの出力に勾配を付けても良く、さらに基板昇温中に測定した基板の温度によって、それぞれのリング状ランプヒータの出力を適宜補正し、基板が均等に加熱されるようにしても良い。
【００４８】
尚、上述の実施例におけるヒータアッセンブリでは、リング状ランプヒータ１つにつき、１つの温度測定用プローブを設けているが、これに限定されない。即ち、リング状ランプヒータと同数の温度測定用プローブを設けても良いし、それ以下でも良い。リング状ランプヒータと温度測定用プローブの数が同数でない場合、温度測定用プローブを設けていない部分の基板温度を、近隣の温度測定用プローブによる基板温度と基板の昇降温特性から推測し、温度測定用プローブを設けていない部分のリング状ランプヒータの出力を制御する。
【００４９】
基板加熱手段を上述のように、複数のリング状ランプヒータにて構成するので、基板加熱時、異なるゾーンへの熱の影響を抑制することができ、面内温度均一性を高次元で達成できる。また温度検出手段による温度によってリング状ランプヒータの出力を制御するので、基板に対する温度制御性が向上し、さらに基板の面内温度均一性が向上する。また、リング状ランプヒータの制御により、基板内温度均一性を維持したままで、基板を高速昇温することができるので、ウエハの反りやスリップ欠陥の防止、装置のスループットの向上ができる。また、基板の面内温度均一性の向上により、基板への処理がより均一に行え、さらなる基板への微細処理が可能になる。さらに、基板に対する温度制御性の向上により、今後、基板が大口径化した場合でも基板の面内温度均一性が確保できる。
【００５０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、基板加熱手段に、同心円上に配置した複数のリング状ランプヒータを用いたので、ゾーン間の熱干渉が低減し、面内温度均一性を高次元で達成できる。また、温度検出手段の結果により、リング状ランプヒータの出力を制御するので、基板に対する温度制御性が向上し、さらに基板の面内温度均一性が向上すると共に、基板の高速昇温によるスループットの向上ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のランプヒータを示す概略図
【図２】本発明の処理炉の概略を示す断面図
【図３】本発明が適用される基板処理装置の横断面図
【図４】本発明が適用される基板処理装置の縦断面図
【図５】従来のランプヒータを示す概略図
【図６】従来の処理炉の概略を示す断面図
【符号の説明】
２０ ヒータアッセンブリ
２１ リング状ランプヒータ
３０ 温度検出位置
２００ ウエハ
２０１ 処理室
２０２ 処理炉
２０７ 上側ランプ
２１７ サセプタ
２２３ 下側ランプ
２２４ 電極
２３２ ガス供給管
２３５ ガス排気口
２４７ ウエハ搬入搬出口
２６０ 放射率測定用プローブ
２６１ 温度測定用プローブ
２６７ サセプタ回転機構
２７９ 回転筒[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a substrate processing apparatus for performing processes such as generation of a thin film, diffusion of impurities, and etching on a substrate such as a wafer, and particularly to a heating means for heating the substrate.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a substrate processing apparatus such as a semiconductor manufacturing apparatus heats a substrate using a resistance heater or a lamp heater as a heating unit, and performs desired processing on the substrate.
[0003]
In particular, an apparatus using heating by a lamp heater is known to be capable of rapidly raising and lowering the temperature, and is often used to improve the throughput of the apparatus. FIG. 6 is a side view of a processing furnace of a substrate processing apparatus using heating by a conventional lamp heater.
[0004]
A susceptor 217 for holding a substrate is provided in the processing chamber 201, and a processing gas is supplied through a gas supply pipe 232. The lamp heater includes a plurality of rod-shaped upper lamps 207 and lower lamps 223, and has a structure in which heat rays from the lamp heaters are irradiated on the wafer 200 via the susceptor 217. The wafer 200 placed on the susceptor 217 is heated from the back side by a lamp heater. The temperature of the wafer 200 is controlled by feeding back the temperature detected by the temperature detecting means such as the temperature measuring probe 261 to the power of the lamp heater.
[0005]
Next, the cross section taken along the line AB in FIG. 6 is shown in FIG.
[0006]
As shown in FIG. 5, the lamp heater for heating the substrate includes a plurality of rod-shaped upper lamps 207 and a plurality of rod-shaped lower lamps 223, and the upper lamp 207 and the lower lamp 223 intersect. Be placed. A plurality of temperature measuring probes 261 are provided above the substrate (three in FIG. 5), so that the temperature in the radial direction of the substrate can be detected. Then, the output of the upper lamp and the output of the lower lamp are adjusted according to the detection result of the temperature measuring probe 261 to adjust the radial temperature of the substrate. In FIG. 5, the substrate is divided into three zones (a first zone 10, a second zone 11, and a third zone 12) on a concentric circle. ), The upper lamp 207 and the lower lamp 223 of one part are heated, and the upper lamp 207 and the lower lamp 223 of the second part are heated when heating the second zone 11 of the substrate. When heating the third zone 12 (peripheral portion) of the substrate, the upper lamp 207 and the lower lamp 223 of the portion 3 are heated.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Generally, the temperature rise and fall characteristics are different between the central portion and the peripheral portion of the substrate, the central portion of the substrate is less likely to warm than the peripheral portion of the substrate, and the temperature of the central portion of the substrate is higher than the peripheral portion of the substrate during the temperature rise. Becomes lower. Therefore, conventionally, after the substrate has reached a predetermined temperature, before the substrate is processed by flowing the processing gas, in order to reduce the in-plane temperature difference of the substrate, the processing gas is not immediately flowed, and A time is provided to eliminate the temperature difference. However, in this method, there is a problem that the throughput of the apparatus is reduced because a time period for eliminating the temperature difference between the substrates is provided without immediately flowing the processing gas. Therefore, in order to quickly raise the temperature of the substrate to a predetermined temperature (high-speed temperature increase), a method of increasing only the output of the lamp heater in the central portion of the substrate and increasing the output of the central portion of the substrate where the temperature hardly increases is used. However, since a rod-shaped lamp heater is used as the heating means, a part of the lamp heater heats the peripheral portion of the substrate and also raises the temperature of the peripheral portion of the substrate, thereby reducing the in-plane temperature uniformity. It is difficult to secure. Further, when the in-plane temperature of the substrate is non-uniform, there is a problem that the substrate is warped or a slip defect is generated on the surface of the substrate due to an atomic level shift.
[0008]
Therefore, the present invention provides a substrate processing apparatus that heats a substrate with a lamp heater, for example, when increasing a heating amount of a specific portion such as a central portion of the substrate, simultaneously heating another portion such as a peripheral portion of the substrate. The object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of solving the problem that it is difficult to ensure the uniformity of the in-plane temperature of a wafer, and maintaining the uniformity of the in-plane temperature of the substrate at a high speed while maintaining the substrate at a desired temperature. And
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention provides a substrate processing apparatus having a processing chamber for accommodating and processing a substrate, and a heating unit for heating the substrate, wherein the heating unit includes a plurality of ring-shaped lamps having different radii. It is characterized in that the heaters are arranged concentrically.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0011]
An outline of a substrate processing apparatus to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS.
[0012]
In a substrate processing apparatus to which the present invention is applied, a FOUP (front opening unified pod; hereinafter, referred to as a pod) is used as a carrier for transporting a substrate such as a wafer. In the following description, front, rear, left, and right are based on FIG. That is, the front is below the paper, the back is above the paper, and the left and right are the left and right of the paper.
[0013]
As shown in FIGS. 4 and 3, the substrate processing apparatus includes a first transfer chamber 103 having a load lock chamber structure that withstands a pressure (negative pressure) below atmospheric pressure such as a vacuum state. The casing 101 of the first transfer chamber 103 is formed in a box shape having a hexagonal plan view and closed at both upper and lower ends. The first transfer chamber 103 is provided with a first wafer transfer machine 112 for transferring the wafer 200 under a negative pressure. The first wafer transfer device 112 is configured to be able to move up and down by the elevator 115 while maintaining the airtightness of the first transfer chamber 103.
[0014]
Of the six side walls of the casing 101, two side walls located on the front side are connected with a spare room 122 for carrying in and a spare room 123 for carrying out via gate valves 244 and 127, respectively. Each has a load lock chamber structure that can withstand a negative pressure. Further, a substrate holder 140 for a carry-in room is installed in the spare room 122, and a substrate holder 141 for a carry-out room is installed in the spare room 123.
[0015]
A second transfer chamber 121 used under substantially atmospheric pressure is connected to the front sides of the preliminary chamber 122 and the preliminary chamber 123 via gate valves 128 and 129. The second transfer chamber 121 is provided with a second wafer transfer machine 124 for transferring the wafer 200. The second wafer transfer device 124 is configured to be moved up and down by an elevator 126 installed in the second transfer chamber 121, and is configured to be reciprocated in the left-right direction by a linear actuator 132. .
[0016]
As shown in FIG. 4, an orientation flat aligning device 106 is provided on the left side of the second transfer chamber 121. Further, as shown in FIG. 3, a clean unit 118 for supplying clean air is installed above the second transfer chamber 121.
[0017]
As shown in FIGS. 4 and 3, the housing 125 of the second transfer chamber 121 includes a wafer transfer port 134 for transferring the wafer 200 into and out of the second transfer chamber 121, A lid 142 for closing the wafer loading / unloading port and a pod opener 108 are provided. The pod opener 108 includes a cap for the pod 100 placed on the IO stage 105 and a cap opening / closing mechanism 136 for opening and closing a lid 142 for closing the wafer loading / unloading port 134. By opening and closing the cap and the lid 142 for closing the wafer loading / unloading port 134 by the cap opening / closing mechanism 136, the pod 100 can take in and out the wafer. The pod 100 is supplied to and discharged from the IO stage 105 by an in-process transfer device (RGV) (not shown).
[0018]
As shown in FIG. 4, of the six side walls of the housing 101, two side walls located on the back side are provided with a first processing furnace 202 for performing desired processing on the wafer, The processing furnace 137 is connected adjacent to each other. Each of the first processing furnace 202 and the second processing furnace 137 is configured by a cold wall processing furnace. Further, the remaining two side walls of the six side walls of the housing 101 facing each other have a first cooling unit 138 as a third processing furnace and a second cooling unit 138 as a fourth processing furnace. The cooling units 139 are connected to each other, and both the first cooling unit 138 and the second cooling unit 139 are configured to cool the processed wafer 200.
[0019]
Hereinafter, processing steps using the substrate processing apparatus having the above configuration will be described.
[0020]
With 25 unprocessed wafers 200 stored in the pod 100, the unprocessed wafers are transferred to the substrate processing apparatus that performs the processing process by the in-process transfer device. As shown in FIGS. 4 and 3, the pod 100 that has been transported is delivered from the in-process transport device and placed on the IO stage 105. The cap of the pod 100 and the lid 142 for opening and closing the wafer loading / unloading port 134 are removed by the cap opening / closing mechanism 136, and the wafer loading / unloading port of the pod 100 is opened.
[0021]
When the pod 100 is opened by the pod opener 108, the second wafer transfer device 124 installed in the second transfer chamber 121 picks up the wafer 200 from the pod 100, loads the wafer 200 into the preliminary chamber 122, and removes the wafer 200. It is transferred to the substrate holder 140. During this transfer operation, the gate valve 244 on the first transfer chamber 103 side is closed, and the negative pressure in the first transfer chamber 103 is maintained. When the transfer of the wafer 200 to the substrate holder 140 is completed, the gate valve 128 is closed, and the preliminary chamber 122 is evacuated to a negative pressure by an exhaust device (not shown).
[0022]
When the pressure in the preliminary chamber 122 is reduced to a preset pressure value, the gate valves 244 and 130 are opened, and the preliminary chamber 122, the first transfer chamber 103, and the first processing furnace 202 are communicated. Subsequently, the first wafer transfer device 112 in the first transfer chamber 103 picks up the wafer 200 from the substrate holder 140 and carries it into the first processing furnace 202. Then, a processing gas is supplied into the first processing furnace 202, and desired processing is performed on the wafer 200.
[0023]
When the processing is completed in the first processing furnace 202, the processed wafer 200 is unloaded to the first transfer chamber 103 by the first wafer transfer device 112 in the first transfer chamber 103.
[0024]
Then, the first wafer transfer device 112 carries the wafer 200 unloaded from the first processing furnace 202 into the first cooling unit 138 and cools the processed wafer.
[0025]
When the wafer 200 is transferred to the first cooling unit 138, the first wafer transfer device 112 transfers the wafer 200 previously prepared on the substrate table 140 of the preliminary chamber 122 to the first processing furnace 202 by the above-described operation. After the transfer, the processing gas is supplied into the first processing furnace 202, and the desired processing is performed on the wafer 200.
[0026]
After the cooling time set in the first cooling unit 138 elapses, the cooled wafer 200 is unloaded from the first cooling unit 138 to the first transfer chamber 103 by the first wafer transfer device 112.
[0027]
After the cooled wafer 200 is unloaded from the first cooling unit 138 to the first transfer chamber 103, the gate valve 127 is opened. Then, the first wafer transfer device 112 conveys the wafer 200 unloaded from the first cooling unit 138 to the preliminary chamber 123 and, after transferring the wafer 200 to the substrate table 141, the preliminary chamber 123 is closed by the gate valve 127. .
[0028]
When the preliminary chamber 123 is closed by the gate valve 127, the inside of the preliminary exhaust chamber 123 is returned to substantially the atmospheric pressure by the inert gas. When the inside of the preliminary chamber 123 is returned to substantially the atmospheric pressure, the gate valve 129 is opened, and the lid 142 for closing the wafer loading / unloading port 134 corresponding to the preliminary chamber 123 of the second transfer chamber 121 and the IO stage 105 are opened. The cap of the placed empty pod 100 is opened by the pod opener 108. Subsequently, the second wafer transfer device 124 in the second transfer chamber 121 picks up the wafer 200 from the substrate table 141 and unloads the wafer 200 to the second transfer chamber 121, and transfers the wafer 200 into and out of the second transfer chamber 121. The pod 100 is stored through the outlet 134. When the storage of the 25 processed wafers 200 in the pod 100 is completed, the cap of the pod 100 and the lid 142 that closes the wafer loading / unloading port 134 are closed by the pod opener 108. The closed pod 100 is transported from above the IO stage 105 to the next process by the in-process transport device.
[0029]
By repeating the above operations, the wafers are sequentially processed. The above operation has been described by taking as an example the case where the first processing furnace 202 and the first cooling unit 138 are used. However, the case where the second processing furnace 137 and the second cooling unit 139 are used is also described. A similar operation is performed.
[0030]
In the above-described substrate processing apparatus, the spare room 122 is used for carrying in and the spare room 123 is used for carrying out. However, the spare room 123 may be used for carrying in and the spare room 122 may be used for carrying out. Further, the first processing furnace 202 and the second processing furnace 137 may perform the same processing, or may perform different processing. In the case where another processing is performed in the first processing furnace 202 and the second processing furnace 137, for example, after performing processing on the wafer 200 in the first processing furnace 202, another processing is performed in the second processing furnace 137. Processing may be performed. Further, in the case where a certain processing is performed on the wafer 200 in the first processing furnace 202 and then another processing is performed in the second processing furnace 137, the first cooling unit 138 (or the second cooling unit 139) is used. You may make it go through.
[0031]
With reference to FIG. 2, the processing furnace suitably used in the present embodiment will be described in detail.
[0032]
The processing furnace is indicated generally by reference numeral 202. In the illustrated embodiment, the processing furnace 202 is a single-wafer processing furnace suitable for performing various processing steps on a substrate 200 (hereinafter, referred to as a wafer) such as a semiconductor wafer. The processing furnace 202 is particularly suitable for heat treatment of a semiconductor wafer. Examples of such heat treatments include thermal annealing of semiconductor wafers, thermal reflow of boron-phosphorus glass, high-temperature oxide, low-temperature oxide, high-temperature nitride, doped polysilicon, undoped polysilicon, and semiconductor device processing. Chemical vapor deposition to form thin films of silicon epitaxial, tungsten metal, or tungsten silicide.
[0033]
The processing furnace 202 includes a heater assembly 20 including a plurality of ring-shaped lamp heaters 21 to 29 which are arranged on a concentric circle described later and surrounded by a rotating cylinder 279. The heater assembly 20 supplies radiant heat to the wafer 200 so that the substrate temperature becomes substantially uniform. In a preferred form, the heater assembly is illuminated with an emission peak of 0.95 microns, forms a plurality of heating zones, and provides a series of tungsten that provides an intensive heating profile that applies more heat to the substrate periphery than the center of the wafer. -Includes heating elements such as halogen ring lamp heaters 21-29. Electrodes 224 are connected to the ring-shaped lamp heaters 21 to 29, respectively, to supply power to the lamp heaters, and the degree of heating of each lamp heater is controlled by a heating control unit controlled by a main control unit.
[0034]
The heater assembly is housed in a rotating cylinder 279 mechanically connected to the spur gear 277. The rotating cylinder 279 is made of ceramic, graphite, more preferably graphite coated with silicon graphite. The heater assembly and the rotary cylinder 279 are housed in the chamber main body 227 and are vacuum-sealed, and are held on the chamber bottom 228 of the chamber main body 227. The chamber body 227 can be formed from various metal materials. For example, aluminum is suitable for some applications and stainless steel for other applications. The choice of materials will depend on the type of chemical used in the deposition process and the reactivity of these chemicals with the selected metal, as will be appreciated by those skilled in the art. Typically, the chamber walls are water cooled to about 45-47 degrees Fahrenheit by a well-known circulating chilled water flow system, as is well known in the art.
[0035]
The rotating cylinder 279 is rotatably held on the chamber bottom 228. Specifically, the spur gears 276 and 277 are rotatably held on the chamber bottom 228 by a ball bearing 278, and the spur gear 276 and the spur gear 277 are arranged so as to mesh with each other. Further, the spur gear 276 is rotated by a susceptor drive mechanism 267 controlled by a drive control unit controlled by a main control unit, and rotates the rotary cylinder 279 via the spur gear 276 and the flat gear 277. . The rotational speed of the susceptor 217 is preferably between 5 and 60 rpm depending on the particular process, as will be appreciated by those skilled in the art.
The processing furnace 202 has a chamber 225 including a chamber main body 227, a chamber lid 226, and a chamber bottom 228, and forms a processing chamber 201 in a space surrounded by the chamber 225.
[0036]
The wafer 200 is made of a suitable material such as graphite, quartz, pure silicon carbide, alumina, zirconia, aluminum, or steel coated with silicon carbide divided into a plurality of pieces in the circumferential direction (divided into four pieces in the embodiment). It is held on a susceptor 217 as a substrate holding means.
The susceptor 217 has a circular shape. Specifically, the center susceptor has a disk shape, and the rest has a donut-shaped flat plate shape, and is supported by the rotating cylinder 279.
[0037]
A gas supply pipe 232 is provided through the chamber lid 226 so that the processing gas 230 can be supplied to the processing chamber 201. The gas supply pipe 232 is connected to gas sources of gas A and gas B via an opening / closing valve 243 and a mass flow controller (hereinafter, referred to as MFC) 241 as a flow control means. As a gas used here, an inert gas such as nitrogen or a desired gas such as hydrogen, argon, or tungsten hexafluoride is used, and a semiconductor device is formed by forming a desired film on the wafer 200. It is.
Further, the opening / closing valve 243 and the MFC 241 are controlled by a gas control unit controlled by a main control unit, and supply and stop of the gas and flow rate of the gas are controlled.
The processing gas 230 supplied from the gas supply pipe 232 reacts with the wafer 200 in the processing chamber 201, and the remaining gas is supplied from a gas exhaust port 235 which is an exhaust port provided in the chamber main body 227 to a vacuum pump (not shown) or the like. Is discharged outside the processing chamber through an exhaust device composed of
[0038]
The processing furnace 202 also includes non-contact emissivity measuring means for measuring the emissivity (emissivity) of the wafer 200 in various manufacturing steps and calculating the temperature. The emissivity measuring means mainly includes an emissivity measuring probe 260, an emissivity measuring reference lamp (reference light) 265, a temperature detecting unit, and an optical fiber communication cable connecting the probe 260 and the temperature detecting unit. This cable preferably comprises a sapphire fiber optic communication cable.
The probe 260 is rotatably provided by a probe rotation mechanism 274, and one end of the probe 260 is directed toward the wafer 200 or the reference lamp 265 serving as reference light. Further, since the probe 260 is coupled to the optical fiber communication cable by slip coupling, the connection state is maintained even if the probe 260 rotates as described above.
[0039]
That is, the probe rotation mechanism 274 rotates the emissivity measurement probe 260, whereby the tip of the probe 260 is directed substantially upward toward the emissivity measurement reference lamp 265, and the probe 260 is moved to the wafer 200. The orientation of the probe 260 with respect to the second position, which is directed substantially downward, is changed. Therefore, it is preferable that the tip of the probe 260 is oriented in a direction perpendicular to the rotation axis of the probe 260. In this manner, the probe 260 can detect the density of photons emitted from the reference lamp 265 and the density of photons reflected from the wafer 200. The reference lamp 265 is preferably formed of a white light source that emits light having a wavelength at which light transmittance of the wafer 200 is minimized, preferably a wavelength of 0.95 microns. The emissivity measuring unit measures the temperature of the wafer 200 by comparing the radiation from the reference lamp 265 with the radiation from the wafer 200.
[0040]
Since the heater assembly is completely surrounded by the rotating cylinder 279, the susceptor 217, and the wafer 200, there is no light leakage from the heater assembly to the processing chamber 201 which may affect reading by the emissivity measurement probe 260.
The gate valve 244 serving as a gate valve is opened, the wafer (substrate) 200 is loaded into the processing chamber 201 through the wafer loading / unloading port 247 provided in the chamber main body 227, and the wafer 200 is placed on the susceptor 217. A susceptor rotation mechanism (rotation means) 267 rotates the rotary cylinder 279 and the susceptor 217 during processing. When measuring the emissivity of the wafer 200, the probe 260 rotates so as to face the reference lamp 265 directly above the wafer 200, and the reference lamp 265 is turned on. Then, the probe 260 measures the incident photon density from the reference lamp 265. While the reference lamp 265 is lit, the probe 260 rotates from the first position to the second position, and faces the wafer 200 immediately below the reference lamp 265 while rotating. In this position, the probe 260 measures the reflected photon density on the device surface of the wafer 200 (the surface of the wafer 200). Subsequently, the reference lamp 265 is turned off. While directly facing the wafer 200, the probe 260 measures the emitted photons from the heated wafer 200. According to Planck's law, the energy released to a particular surface is related to the fourth power of the surface temperature. The proportionality constant consists of the product of the Stephan Boltzmann constant and the surface emissivity. Therefore, it is preferable to use the surface emissivity when determining the surface temperature in the non-contact method. The total hemispherical reflectivity of the device surface of the wafer 200 is calculated using the following equation, and subsequently the emissivity is obtained according to Kirchhoff's law.
(1) Wafer reflectance = reflected light intensity / incident light intensity
(2) Emissivity = (1-wafer reflectance)
Once the emissivity of the wafer is obtained, the wafer temperature is obtained from Planck's equation. This technique is also used when the wafer is hot and the basic thermal radiation is subtracted in such applications before performing the above calculations. The probe 260 preferably remains in the second position, ie, the position directed to the wafer, and always provides emissivity data when the reference lamp 265 is turned on.
[0041]
As the wafer 200 is rotating, the probe 260 measures the photon density reflected from the device surface of the wafer 200 during its rotation, and determines from the average surface topology of the changing device structure that will be lithographed to the substrate. Measure the reflection. Further, since the emissivity measurement is performed over a processing cycle including a thin film deposition process, an instantaneous change in the emissivity is monitored, and the temperature correction is performed dynamically and continuously.
[0042]
The processing furnace 202 further includes a plurality of temperature measuring probes 261 as temperature detecting means. These probes 261 are fixed to the chamber lid 226 and constantly measure the photon density emitted from the device surface of the wafer 200 under all processing conditions. Based on the photon density measured by the probe 261, the temperature is calculated by the temperature detection unit and compared with the set temperature by the main control unit. As a result of the comparison, the main control unit calculates all deviations, and controls the amount of electric power supplied to the plurality of zones of the ring-shaped lamp heaters 21 to 29 as heating means in the heater assembly 20 via the heating control unit. Preferably, it includes three probes 261 positioned to measure the temperature of different portions of the wafer 200. This ensures temperature uniformity during the processing cycle.
Note that the wafer temperature calculated by the temperature measurement probe 261 is compared with the wafer temperature calculated by the emissivity measurement probe 260 and corrected, thereby enabling more accurate detection of the wafer temperature.
[0043]
After processing the wafer 200, the wafer 200 is lifted from a non-center susceptor together with the susceptor in the center of the susceptor 217 by a plurality of push-up pins 266 so that the wafer 200 can be automatically loaded and unloaded in the processing furnace 202. Is formed below the wafer 200. The push-up pin 266 is moved up and down by the lifting mechanism 275 under the control of the drive control unit.
[0044]
Note that, to one example, the processing conditions in the processing furnace 202 of the present embodiment are as follows: in forming an oxide film, the wafer temperature is about 950 to 1050 ° C., and oxygen and nitrogen are used as processing gases. Each flow rate is about 0 to 10 SLM, about 1 to 10 SLM, and the processing pressure is about 1 to 760 torr.
[0045]
Next, referring to FIG. 1, an example of the heater assembly 20 of the substrate processing apparatus used in the present invention will be described in detail.
[0046]
FIG. 1 is a CD sectional view in FIG. The heater assembly 20 shown in FIG. 1 includes nine ring-shaped lamp heaters 21 to 29 arranged concentrically, and the ring-shaped lamp heaters 21 and 22 located at the peripheral portion form a circle slightly larger than the substrate 200. are doing. The substrate is divided into three donut-shaped zones (first zone 10, second zone 11, and third zone 12) on a concentric circle, and two to three ring-shaped lamp heaters are provided in each zone. Have been. In addition, reference numeral 30 denotes a temperature detection position by the temperature measurement probe 261. In FIG. 1, nine temperature measurement probes 261 are used to measure the photon densities at nine points on the substrate and the susceptor, and the detection part is provided. To calculate the wafer temperature. After the detected temperature of the substrate is compared with the set temperature by the main controller, the outputs of the ring-shaped lamp heaters 21 to 29 are independently controlled.
[0047]
When the heater assembly 20 as described above is used to, for example, intensively heat the central portion of the substrate, the output of the ring-shaped lamp heater 28 located at the central portion of the substrate may be increased. Also, when it is desired to increase the amount of heating in the central portion of the substrate from the peripheral portion, such as when the substrate is heated, the output of the ring-shaped lamp heater may be provided with a gradient from the peripheral portion of the substrate toward the central portion. The output of each of the ring-shaped lamp heaters may be appropriately corrected according to the temperature of the substrate measured during the temperature increase so that the substrate is heated evenly.
[0048]
In the heater assembly of the above-described embodiment, one temperature measuring probe is provided for each ring-shaped lamp heater, but the present invention is not limited to this. That is, the same number of temperature measurement probes as the ring-shaped lamp heaters may be provided, or may be less. If the number of ring-shaped lamp heaters and the number of temperature measurement probes are not the same, the substrate temperature of the portion where the temperature measurement probe is not provided is estimated from the substrate temperature by the nearby temperature measurement probe and the temperature rise / fall characteristics of the substrate. The output of the ring-shaped lamp heater in a portion where the measurement probe is not provided is controlled.
[0049]
As described above, since the substrate heating means is constituted by a plurality of ring-shaped lamp heaters, the influence of heat on different zones during substrate heating can be suppressed, and in-plane temperature uniformity can be achieved at a high level. . Further, since the output of the ring-shaped lamp heater is controlled by the temperature of the temperature detecting means, the temperature controllability for the substrate is improved, and the in-plane temperature uniformity of the substrate is further improved. Further, by controlling the ring-shaped lamp heater, the temperature of the substrate can be raised at a high speed while maintaining the temperature uniformity in the substrate, so that the warpage and slip defect of the wafer can be prevented and the throughput of the apparatus can be improved. Further, by improving the in-plane temperature uniformity of the substrate, the processing of the substrate can be performed more uniformly, and the fine processing of the substrate can be further performed. Further, by improving the temperature controllability of the substrate, uniformity of the in-plane temperature of the substrate can be ensured even if the substrate becomes larger in the future.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since a plurality of ring-shaped lamp heaters arranged on concentric circles are used as the substrate heating means, thermal interference between zones is reduced, and in-plane temperature uniformity is improved by a high degree. Can be achieved. In addition, since the output of the ring-shaped lamp heater is controlled based on the result of the temperature detecting means, the temperature controllability for the substrate is improved, the uniformity of the in-plane temperature of the substrate is improved, and the throughput is increased by the rapid temperature rise of the substrate. Can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a lamp heater according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a processing furnace of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a substrate processing apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a substrate processing apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 5 is a schematic view showing a conventional lamp heater.
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a conventional processing furnace.
[Explanation of symbols]
20 heater assembly
21 Ring lamp heater
30 Temperature detection position
200 wafers
201 Processing room
202 Processing furnace
207 Upper lamp
217 Susceptor
223 Lower lamp
224 electrodes
232 gas supply pipe
235 Gas exhaust port
247 Wafer loading / unloading port
260 Probe for emissivity measurement
261 Probe for temperature measurement
267 Susceptor rotation mechanism
279 rotating cylinder
