JP2005116565A - Substrate processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は基板処理装置に係り、特に基板加熱時の基板弾性変形を検知することが可能な基板処理装置に関する。 The present invention relates to a substrate processing apparatus, and more particularly to a substrate processing apparatus capable of detecting elastic deformation of a substrate during substrate heating.
基板処理装置には、基板を加熱するために基板加熱制御システムが設けられている。図5はそのような基板加熱制御システムの概要構成図である。
基板加熱制御システムの構成は、基板を加熱するための加熱体1、基板温度を検出する温度検出手段2、温度検出手段2からの検出温度(アナログ信号)をデジタル信号に変換するA/D変換部3、検出温度と基板目標温度(設定温度)との差に基づいて電力設定信号を出力するコントローラ4、コントローラ4からの電力設定信号に基づいて位相制御量を決定する制御手段5、制御手段5からの位相制御量に応じて電源7からの電力を加熱体1へ供給する電力供給手段6から構成されている。
The substrate processing apparatus is provided with a substrate heating control system for heating the substrate. FIG. 5 is a schematic configuration diagram of such a substrate heating control system.
The configuration of the substrate heating control system includes a heating body 1 for heating the substrate, a temperature detection unit 2 for detecting the substrate temperature, and an A / D conversion for converting the detected temperature (analog signal) from the temperature detection unit 2 into a digital signal. 3, controller 4 that outputs a power setting signal based on the difference between the detected temperature and the substrate target temperature (set temperature), control means 5 that determines the phase control amount based on the power setting signal from controller 4, and control means The power supply means 6 supplies power from the power source 7 to the heating body 1 in accordance with the phase control amount from 5.
このように構成された基板加熱制御システムの作用を説明する。予めコントローラ4に設定温度を設定する。設定温度は基板の薄膜形成及び熱処理の内容によって決定される。基板処理室内の基板保持手段としてのサセプタ(図示せず)上に保持された基板の温度を、温度検出手段2により検出する。コントローラ4は、電力設定信号を制御手段5に加える。制御手段5は設定温度と検出温度との差から加熱体1を設定温度に昇温するのに必要な供給電力を演算し、演算で求めた位相制御量に応じた位相制御信号を電力供給手段6に加える。位相制御信号を加えられた電力供給手段6は、加熱体1に位相制御量にて制御された設定電力を供給する。コントローラ4は、基板を設定温度まで加熱した後は、設定温度を維持するフィードハック回路を有する。 The operation of the thus configured substrate heating control system will be described. A preset temperature is set in the controller 4 in advance. The set temperature is determined by the thin film formation and heat treatment contents of the substrate. The temperature detecting means 2 detects the temperature of the substrate held on a susceptor (not shown) as a substrate holding means in the substrate processing chamber. The controller 4 applies a power setting signal to the control means 5. The control means 5 calculates the supply power required to raise the temperature of the heating element 1 to the set temperature from the difference between the set temperature and the detected temperature, and outputs a phase control signal corresponding to the phase control amount obtained by the calculation. Add to 6. The power supply means 6 to which the phase control signal is applied supplies the heating body 1 with the set power controlled by the phase control amount. The controller 4 has a feed hack circuit that maintains the set temperature after heating the substrate to the set temperature.
しかし、基板の加熱処理過程で、基板温度不均一による基板の弾性変形、いわゆる反りが起こる場合がある。特に、基板を基板保持手段である基板保持板上に保持し、基板保持板を介して基板を加熱するものでは、基板保持板上の基板は、基板保持板との空間距離がこの変形により不均一になり、基板に対する熱の流入及び流出の状態が不均一になる。この現象はさらなる弾性変形を起こし、より一層の基板温度の不均一を招く。
そこで、従来は、基板保持板の形状を工夫したり、基板加熱時に意図的に温度バイアス等を加えたりして、弾性変形の発生を抑制していた。
However, the substrate may be elastically deformed due to non-uniform substrate temperature, so-called warpage, during the substrate heat treatment process. In particular, in the case where a substrate is held on a substrate holding plate as a substrate holding means and the substrate is heated via the substrate holding plate, the spatial distance between the substrate on the substrate holding plate and the substrate holding plate is not improved by this deformation. It becomes uniform, and the state of heat inflow and outflow to the substrate becomes non-uniform. This phenomenon causes further elastic deformation, resulting in more uneven substrate temperature.
Thus, conventionally, the shape of the substrate holding plate has been devised, or a temperature bias or the like is intentionally applied when the substrate is heated to suppress the occurrence of elastic deformation.
しかしながら、基板保持板の形状を工夫したり、基板加熱時に意図的に温度バイアス等を加えたりする上述した従来技術では、基板弾性変形の発生頻度が基板上のパターン或いは基板の熱履歴等に依存し、基板の弾性変形を十分に防止できなかった。また、基板弾性変形を防止できなかった場合、不良基板の発見には人の手を借りる必要がある。不良基板の発見は、個々のデバイス形状・生産形態にもよるが、通常の半導体デバイス工場においては、数百ある処理工程の途中で、基板抜き取り検査を行うが、ほとんどの場合、その検査工程で発見されることになる。 However, in the above-described prior art in which the shape of the substrate holding plate is devised or a temperature bias is intentionally applied when the substrate is heated, the frequency of occurrence of substrate elastic deformation depends on the pattern on the substrate or the thermal history of the substrate However, the elastic deformation of the substrate could not be sufficiently prevented. In addition, when the elastic deformation of the substrate cannot be prevented, it is necessary to use a person to find a defective substrate. The detection of defective substrates depends on the shape and production form of each device, but in ordinary semiconductor device factories, substrate sampling inspection is performed in the middle of several hundred processing steps. Will be discovered.
前述した温度不均一による基板処理は、膜厚均一性不良、異物不良等の原因となり、歩留まりの低下を起こす。また弾性変形時の基板処理は、処理室内の異物発生等の装置トラブルをも引き起こす。これは、基板の弾性変形により、基板上に成膜された膜がはがれてそれが異物発生となる場合や、熱CVD法においては所定の温度以下での処理により 成膜ガスそのものが粒状に成長する場合がある。 The above-described substrate processing due to temperature non-uniformity causes a film thickness non-uniformity, a foreign matter defect and the like, resulting in a decrease in yield. Further, the substrate processing during the elastic deformation causes troubles such as generation of foreign matters in the processing chamber. This is because the film formed on the substrate peels off due to elastic deformation of the substrate, resulting in generation of foreign matter, or in the case of thermal CVD, the film forming gas itself grows in granular form by processing at a predetermined temperature or lower. There is a case.
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、基板若しくは基板保持手段を設定温度に加熱する際の基板の弾性変形を検出して、基板加熱時の基板の弾性変形によって発生する基板処理不良を軽減することが可能な基板処理装置を提供することにある。 An object of the present invention is generated by elastic deformation of a substrate when heating the substrate by detecting the elastic deformation of the substrate when the substrate or the substrate holding means is heated to a set temperature by solving the above-described problems of the prior art. An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of reducing defective substrate processing.
第1の発明は、基板を収容する容器と、前記容器内に収容される基板を保持する基板保持手段と、前記基板保持手段に保持される基板を加熱する加熱手段と、前記加熱手段に電源から供給される電力を制御する電力制御手段と、前記基板若しくは前記基板保持手段の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段で検出した検出温度と予め設定した前記基板若しくは前記基板保持手段の設定温度とを比較して、前記検出温度が設定温度になるように前記電力制御手段を制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記基板保持手段に保持される基板が加熱時に弾性変形を生じない場合に、前記電力制御手段から前記加熱手段に供給される電力の許容される上限値又は下限値を予め設定され、前記電力供給手段から前記加熱手段に供給される電力をモニタしており、モニタ電力と前記上限値又は下限値とを比較し、モニタ電力が前記上限値又は下限値を超えたとき、異常信号を出力することを特徴とする基板処理装置である。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a container for containing a substrate, a substrate holding means for holding the substrate accommodated in the container, a heating means for heating the substrate held by the substrate holding means, and a power source for the heating means. Power control means for controlling the power supplied from the apparatus, temperature detection means for detecting the temperature of the substrate or the substrate holding means, detection temperature detected by the temperature detection means, and the preset substrate or the substrate holding means. A controller that controls the power control means so that the detected temperature becomes a set temperature by comparing with a set temperature, and the controller causes the substrate held by the substrate holding means to undergo elastic deformation during heating. In the case where the power supply means does not exist, an allowable upper limit value or lower limit value of power supplied from the power control means to the heating means is preset, and the power supply means supplies the heating means. The power of the substrate is monitored, the monitor power is compared with the upper limit value or the lower limit value, and an abnormal signal is output when the monitor power exceeds the upper limit value or the lower limit value. It is.
基板に弾性変形(反り)が発生して、基板保持手段から基板の一部が離れると、基板保持板と基板間の総移動熱量が変動する。この変動は加熱手段への電力供給量に大きく影響を与える。即ち、基板に反りが発生すると、基板の一部の温度は低下する。また、基板の一部に対応する基板保持手段の対応部の温度が上昇する。このため、温度検出手段が、基板の温度を検出している時は、コントローラは、基板の温度を上げるように電力供給手段を制御して、加熱手段へより大きな電力を供給する。また、温度検出手段が、基板保持手段の温度を検出している時は、コントローラは、基板保持手段の温度を下げるように電力供給手段を制御して、加熱手段へより小さな電力を供給するようになる。この電力はコントローラによってモニタされ、コントローラは、モニタ電力が電力上限値又は電力下限値を超えたとき、異常信号を出力する。したがって、異常信号の有無により、基板に反りが生じたか否かを判定できる。 When elastic deformation (warping) occurs in the substrate and a part of the substrate is separated from the substrate holding means, the total amount of heat transferred between the substrate holding plate and the substrate varies. This variation greatly affects the amount of power supplied to the heating means. That is, when the substrate is warped, the temperature of a part of the substrate is lowered. Further, the temperature of the corresponding part of the substrate holding means corresponding to a part of the substrate rises. For this reason, when the temperature detection means detects the temperature of the substrate, the controller controls the power supply means so as to raise the temperature of the substrate, and supplies larger electric power to the heating means. Further, when the temperature detection means detects the temperature of the substrate holding means, the controller controls the power supply means so as to lower the temperature of the substrate holding means so as to supply smaller power to the heating means. become. This power is monitored by the controller, and the controller outputs an abnormal signal when the monitored power exceeds the power upper limit value or the power lower limit value. Therefore, it can be determined whether or not the substrate is warped based on the presence or absence of an abnormal signal.
第2の発明は、第1の発明において、前記電力供給手段は、サイリスタによる位相制御にて前記電力の供給量の制御を行うことを特徴とする基板処理装置である。位相制御により電力の供給量を制御できるので、基板もしくは基板保持手段を設定温度に昇温するまでの時間を短縮することができる。 A second invention is the substrate processing apparatus according to the first invention, wherein the power supply means controls the power supply amount by phase control by a thyristor. Since the amount of power supply can be controlled by phase control, the time until the temperature of the substrate or the substrate holding means is raised to the set temperature can be shortened.
第3の発明は、第1又は第2の発明において、前記加熱手段は、基板保持手段を介して前記基板と対向した位置に複数にゾーン分割された各ゾーンに各々配設され、前記電力供給手段は、各ゾーン毎に各々独立に制御されることを特徴とする基板処理装置である。基板若しくは基板保持手段の温度を各ゾーンで各々独立に制御できるので、基板若しくは基板保持手段の面内温度の均一化をはかることができる。。 According to a third invention, in the first or second invention, the heating means is disposed in each of the zones divided into a plurality of zones at positions facing the substrate via the substrate holding means, and the power supply The means is a substrate processing apparatus which is controlled independently for each zone. Since the temperature of the substrate or the substrate holding means can be controlled independently in each zone, the in-plane temperature of the substrate or the substrate holding means can be made uniform. .
第4の発明は、第1ないし第3の発明において、前記異常信号が、アラームを出力するためのアラーム出力手段に加えられることを特徴とする基板処理装置である。異常信号を用いてアラーム音やブザー音を鳴動したり、アラーム表示したりして障害の発生を通報するので、基板処理異常を作業者に確実に知らせることができる。 A fourth invention is a substrate processing apparatus according to any one of the first to third inventions, wherein the abnormal signal is added to an alarm output means for outputting an alarm. Since an abnormality signal is used to sound an alarm sound or buzzer sound, or an alarm is displayed to notify the occurrence of a failure, the substrate processing abnormality can be reliably notified to the operator.
第5の発明は、第1ないし第4の発明において、前記加熱手段により、基板を処理するために本加熱する前に予備加熱するようにして、前記予備加熱中に、前記モニタ電力を電力上限値又は電力下限値と比較することを特徴とする基板処理装置である。基板を本加熱する前の予備加熱段階で異常を知ることができる。 According to a fifth invention, in the first to fourth inventions, the heating power is preheated before the main heating for processing the substrate, and the monitor power is set to a power upper limit during the preheating. The substrate processing apparatus is characterized by being compared with a value or a power lower limit value. Abnormalities can be known at the preheating stage before the substrate is fully heated.
第6の発明は、第1ないし第5の発明において、前記加熱手段により、基板を予備加熱する前にオーバ加熱するようにして、前記オーバ加熱中にモニタ電力を電力上限値又は電力下限値と比較するようにしたことを特徴とする基板処理装置である。予備加熱ステップに入る前に異常を知ることができる。 According to a sixth aspect of the present invention, in the first to fifth aspects of the present invention, the heating power is overheated before the substrate is preheated by the heating means, and the monitor power is set to a power upper limit value or a power lower limit value during the overheating. A substrate processing apparatus characterized in that comparison is made. Abnormalities can be known before entering the preheating step.
第7の発明は、第1ないし第6の発明において、放射温度計を用いて、基板若しくは基板保持手段の温度を検出する基板処理装置である。放射温度計を用いると、非接触で基板の温度を検出できる。 A seventh invention is the substrate processing apparatus according to any one of the first to sixth inventions, wherein the temperature of the substrate or the substrate holding means is detected using a radiation thermometer. When a radiation thermometer is used, the temperature of the substrate can be detected without contact.
本発明によれば、基板加熱時の基板の弾性変形を検知することができ、それによって基板処理不良を低減することができる。 According to the present invention, it is possible to detect elastic deformation of the substrate during substrate heating, thereby reducing substrate processing defects.
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
図3において、本発明が適用される基板処理装置の概要を説明する。
なお、本発明が適用される基板処理装置においては、ウェハなどの基板を搬送するキャリヤとして、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3を基準とする。すなわち、図3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。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In FIG. 3, an outline of a substrate processing apparatus to which the present invention is applied will be described.
In the substrate processing apparatus to which the present invention is applied, a FOUP (front opening unified pod) is used as a carrier for transporting a substrate such as a wafer. Further, in the following description, front, rear, left and right are based on FIG. That is, with respect to the paper surface shown in FIG. 3, the front is below the paper surface, the back is above the paper surface, and the left and right are the left and right of the paper surface.
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には負圧下で二枚のウェハ200を同時に移載する第一のウェハ移載機112が設置されている。前記第一のウェハ移載機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。
As shown in FIG. 3, the substrate processing apparatus includes a
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。
The two side walls located on the front side of the six side walls of the
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には二枚のウェハ200を同時に移載する第二のウェハ移載機124が設置されている。第二のウェハ移載機124は第二の搬送室121に設置されたエレベータ(図示せず)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(図示せず)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。
A
図3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(図示せず)が設置されている。
As shown in FIG. 3, an orientation flat aligning
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、ウェハ200を第二の搬送室121に対して搬入搬出するためのウェハ搬入搬出口134と、前記ウェハ搬入搬出口を閉塞する蓋(図示せず)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のキャップ及びウェハ搬入搬出口134を閉塞する蓋を開閉するキャップ開閉機構(図示せず)とを備えており、IOステージ105に載置されたポッド100のキャップ及びウェハ搬入搬出口134を閉塞する蓋をキャップ開閉機構によって開閉することにより、ポッド100のウェ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。
As shown in FIG. 3, the
図3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、ウェ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ォ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ェハ200を冷却するように構成されている。
As shown in FIG. 3, two side walls located on the back side among the six side walls of the
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。 Hereinafter, a processing process using the substrate processing apparatus having the above-described configuration will be described.
未処理のウェハ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のキャップ及びウェハ搬入搬出口134を開閉する蓋がキャップ開閉機構によって取り外され、ポッド100のウェハ出し入れ口が開放される。
In a state where 25
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ェハ移載機124はポッド100からウェハ200を二枚ずつピックアップし、予備室122に搬入し、二枚のウェハ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。ウェハ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。
When the
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の第一のウェハ移載機112は基板置き台140からウェハ200を二枚ずつ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、所望の処理がウェハ200に行われる。
When the
第一の処理炉202で前記処理が完了すると、処理済みの二枚のウェハ200は第一の搬送室103の第一のウェハ移載機112によって第一の搬送室103に搬出される。
When the processing is completed in the
そして、第一のウェハ移載機112は第一の処理炉202から搬出したウェハ200を第一のクーリングユニット138へ搬入し、処理済みのウェハを冷却する。
Then, the first
第一のクーリングユニット138に二枚のウェハ200を移載すると、第一のウェハ移載機112は予備室122の基板置き台140に予め準備された二枚のウェハ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、所望の処理がウェハ200に行われる。
When the two
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、冷却済みのウェハ200は第一のウェハ移載機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。
When a preset cooling time has elapsed in the
冷却済みの二枚のウェハ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、第一のウェハ移載機112は第一のクーリングユニット138から搬出した二枚のウェハ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。
After the two cooled
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に対応したウェハ搬入搬出口134を閉塞する蓋と、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の第二のウェハ移載機124は基板置き台141から二枚のウェハ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のウェハ搬入搬出口134を通してポッド100に収納して行く。処理済みの25枚のウェハ200のポッド100への収納が完了すると、ポッド100のキャップとウェハ搬入搬出口134を閉塞する蓋がポッドオープナ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。
When the
以上の作動が繰り返されることにより、ウェハが、二枚ずつ順次、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。
By repeating the above operation, the wafers are sequentially processed two by two. The above operation has been described by taking the case where the
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でウェハ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でウェハ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。
In the above-described substrate processing apparatus, the
図4に示されているように、本発明に係る処理炉202は、枚葉式CVD炉(枚葉式コールドウォール形CVD炉)として構成されており、被処理基板としてのウェハ(半導体ウェハ)200を処理する処理室201を形成したチャンバ223を備えている。チャンバ223は上側キャップ224と円筒カップ225と下側キャップ226とが組み合わされて、上下の端面がいずれも閉塞した円筒形状に形成されている。
As shown in FIG. 4, the
チャンバ223の円筒カップ225の円筒壁の中間部にはゲートバルブ244によって開閉されるウェハ搬入搬出口250が水平方向に横長に開設されており、ウェハ搬入搬出口250は被処理基板であるウェハ200を処理室201に図4に図示しないウェ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、ウェハ200はウェハ移載装置によって下から機械的に支持された状態で、ウェハ搬入搬出口250を搬送されて処理室201に対して搬入搬出されるようになっている。
A wafer loading / unloading
円筒カップ225のウェハ搬入搬出口250と対向する壁面の上部には、真空ポンプ等からなる排気装置(図示せず)に接続された排気口235が処理室201に連通するように開設されており、処理室201内は排気装置によって排気されるようになっている。
An
また、円筒カップ225の上部には排気口235に連通する排気バッファ空間249が円環状に形成され、カバープレート248とともにウェハ200の全面に対し、均一に排気が行われるように作用している。
Further, an
なお、カバープレート248は、ウェハ200のエッジ部を覆うように一部のサセプタ217上に延在しており、ウェハ200のエッジ部に成膜されるCVD膜を制御するために用いられる。
The
チャンバ223の上側キャップ224には処理ガスを供給するシャワーヘッド236が一体的に組み込まれている。すなわち、上側キャップ224の天井壁にはガス供給管232が挿入されており、各ガス供給管232には例えば原料ガスやパージガス等の処理ガスA,B(A,B内容は後述例参照)、必要に応じてガスC(図示せず)を導入するため開閉バルブ243、流量制御装置(マスフローコントローラ=MFC)241から成るガス供給装置が接続されている。上側キャップ224の下面には円板形状に形成されたシャワープレート(以下、プレートという。)240がガス供給管232から間隔を置いて水平に固定されており、プレート240には複数個のガス吹出口(以下、吹出口という。)247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。
A shower head 236 for supplying a processing gas is integrally incorporated in the
上側キャップ224の内側面とプレート240の上面とが両成する内側空間によってバッファ室237が形成されており、バッファ室237はガス供給管232に導入された処理ガス230を全体的に均等に拡散させて各吹出口247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。
A
チャンバ223の下側キャップ226の中心には挿通孔278が円形に開設されており、挿通孔278の中心線上には円筒形状に形成された支持軸276が処理室201に下方から挿通されている。
An
支持軸276はエアシリンダ装置等が使用された昇降機構(昇降手段)268によって昇降されるようになっている。
The
支持軸276の上端には加熱ユニット251が同心に配されて水平に固定されており、加熱ユニット251は支持軸276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251は円板形状に形成された支持板258を備えており、支持板258は支持軸276の上端開口に同心円に固定されている。支持板258の上面には支柱を兼ねる複数本の電極端子253が垂直に立脚されている。これら電極端子253の上端間には、サセプタ217を介してウェハ200の主面200aと対向する位置にヒータ(加熱手段)207が架橋されて固定されている。このヒータ207は、円板形状に形成され複数ゾーンにゾーン分割制御される複数のヒータパターンを有している。複数のヒータパターンは、同心円状にセンタ、ミドル、アウタに分割されている。電極端子253に対する電気配線257は支持軸276の中空部内を挿通されている。
A
また、ヒータ207の下方には反射板252が支持板258に固定されて設けられ、ヒータ207から発せられた熱をサセプタ217側に反射させて、効率の良い加熱に作用している。
In addition, a
また、温度検出手段である放射温度計263が、その検出部をサセプタ217に臨ませて、ヒータ207に設けられている。放射温度計263は、サセプタ217の温度を取得するのに用いられ(予め取得したウェハ200とサセプタ217の温度の関係により、ウェハ200の温度からサセプタ217の温度を算出することも、あるいは逆にサセプタ217の温度からウェハ200の温度を算出することも可能)、この算出結果に基づきヒータ電力を調整してヒータ217の加熱具合を制御している。
Further, a
下側キャップ226の挿通孔278の支持軸276の外側には、支持軸276よりも大径の円筒形状に形成された回転軸277が同心円に配置されて処理室201に下方から挿通されており、回転軸277はエアシリンダ装置等が使用された昇降機構268によって支持軸276と共に昇降されるようになっている。回転軸277の上端には回転ドラム227が同心に配されて水平に固定されており、回転ドラム227は回転軸277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227はドーナツ形の平板に形成された回転板229と、円筒形状に形成された回転筒228を備えており、回転板229の内周縁辺部が円筒形状の回転軸277の上端開口に固定されて、回転板229の上面の外周縁辺部に回転筒228が同心円に固定されている。回転ドラム227の回転筒228の上端には炭化シリコンや窒化アルミニウム等が使用されて円板形状に形成されたサセプタ217が回転筒228の上端開口を閉塞するように被せられている。
On the outside of the
図4に示されているように、回転ドラム227にはウェハ昇降装置275が設置されている。ウェハ昇降装置275は円形リング形状に形成された2つの昇降リングのそれぞれに突上ピン(基板突上手段)266,274を突設したものから構成されており、下側の昇降リング(以下、回転側リングという。)は回転ドラム227の回転板229の上に支持軸276と同心円に配置されている。回転側リングの下面には複数本(本実施の形態においては三本とする。)の突上ピン(以下、回転側ピンという。)274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274は回転板229に回転筒228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255にそれぞれ摺動自在に嵌入されている。各回転側ピン274の長さは回転側リング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、ウェ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274の下端は処理室201の底面すなわち下側キャップ226の上面に離着座自在に対向されている。
As shown in FIG. 4, a
加熱ユニット251の支持板258には円形リング形状に形成されたもう一つの昇降リング(以下、ヒータ側リングという。)が支持軸276と同心円に配置されている。ヒータ側リングの下面には複数本(本実施の形態においては三本とする。)の突上ピン(以下、ヒータ側ピンという。)266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266は支持板258に支持軸276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254にそれぞれ摺動自在に嵌入されている。これらのヒータ側ピン266の長さはヒータ側リング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、これらのヒータ側ピン266は回転ドラム227の回転時に回転側リングに干渉しないようになっている。
On the
また、ヒータ側リングの上面には複数本(本実施の形態においては三本とする。)の突上ピン(以下、突上部という。)266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266の上端はヒータ207およびサセプタ217の挿通孔256に対向するようになっている。これらの突上部266の長さはヒータ207およびサセプタ217の挿通孔256を下から挿通してサセプタ217に保持されたウェハ200をサセプタ217から水平に浮かせるように互いに等しく設定されている。また、これらの突上部266の長さはヒータ側リングが支持板258に着座した状態において、その上端がヒータ207の上面から突出しないように設定されている。つまり、これらの突上部266は回転ドラム227の回転時にサセプタ217に干渉しないように、かつ、ヒータ207の加熱を妨げないようになっている。
In addition, a plurality of (three in the present embodiment) protruding pins (hereinafter referred to as protruding portions) 266 are arranged on the upper surface of the heater side ring at equal intervals in the circumferential direction. The upper end of the protruding
図4に示されているように、チャンバ223は複数本の支柱280によって水平に支持されている。これらの支柱280には各昇降ブロック281がそれぞれ昇降自在に嵌合されており、これら昇降ブロック281間に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昇降台282が架設されている。昇降台282の上にはサセプタ回転装置が設置されており、サセプタ回転装置とチャンバ223との間にはベローズ279が、回転軸277の外側を気密封止するように分設されている。
As shown in FIG. 4, the
昇降台282に設置されたサセプタ回転機構(回転手段)267にはブラシレスDCモータが使用されており、出力軸(モータ軸)が中空軸に形成されて回転軸277として構成されている。サセプタ回転機構267はハウジング283を備えており、ハウジング283が昇降台282の上に垂直方向上向きに据え付けられている。ハウジング283の内周面には電磁石(コイル)によって構成された固定子(ステータ)284が固定されている。すなわち、固定子284はコイル線材(エナメル被覆銅線)286が鉄心(コア)285に巻装されて構成されている。コイル線材286には図示しないリード線がハウジング283の側壁に開設された図示しない挿通孔を挿通して電気的に接続されており、固定子284はブラシレスDCモータのドライバ(図示せず)から電力をコイル線材286にリード線を通じて供給されることにより、回転磁界を形成するように構成されている。
A brushless DC motor is used for the susceptor rotating mechanism (rotating means) 267 installed on the
ハウジング283の被検出リング296の対向位置には被検出リング296の被検出部である各歯を検出する磁気センサ295が設置されている。磁気センサ295の検出結果はブラシレスDCモータすなわちサセプタ回転機構267の駆動制御部に送信されて、サセプタ217の位置認識に使用されるとともに、サセプタ217の回転量の制御に使用される。なお、本処理炉202は、ガス制御部301、駆動制御部302、加熱制御部303、温度検出部304、等から構成される主制御部300を有する。ガス制御部301はMFC241、開閉バルブ243に接続され、ガス流量、供給を制御する。駆動制御部302はサセプタ回転機構267、昇降ブロック281に接続され、これらの駆動を制御する。
A
加熱制御部303は配線257を介しヒータ207に接続され、ヒータ207の加熱具合を制御する。温度検出部304はリード線264を介して放射温度計263に接続され、サセプタ217の温度を検出し、加熱制御部303と連携してヒータ207の加熱制御に用いられる。
The
次に、以上の構成に係る処理炉の作用を説明することにより、本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法における成膜工程について説明する。 Next, by describing the operation of the processing furnace according to the above configuration, a film forming process in the method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described.
ウェハ200の搬出搬入に際しては、回転ドラム227および加熱ユニット251が回転軸277および支持軸276によって下限位置に下降される。すると、ウェハ昇降装置275の回転側ピン274の下端が処理室201の底面すなわち下側キャップ226の上面に突合するため、回転側リングが回転ドラム227および加熱ユニット251に対して相対的に上昇する。上昇した回転側リングはヒータ側ピン266を突き上げることにより、ヒータ側リングを持ち上げる。ヒータ側リングが持ち上げられると、ヒータ側リングに立脚された三本の突上部266がヒータ207およびサセプタ217の挿通孔256を挿通して、サセプタ217の上面に保持されたウェハ200を下方から支持してサセプタ217から浮き上がらせる。
When the
ウェハ昇降装置275がウェハ200をサセプタ217の上面から浮き上がらせた状態になると、ウェハ200の下方空間すなわちウェハ200の下面とサセプタ217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、図4に図示しないウェハ移載機に設けられた基板保持プレートであるツィーザがウェハ搬入搬出口250からウェハ200の挿入スペースに挿入される。ウェハ200の下方に挿入されたツィーザは上昇することによりウェハ200を移載して受け取る。ウェハ200を受け取ったツィーザはウェハ搬入搬出口250を後退してウェハ200を処理室201から搬出する。そして、ツィーサによってウェハ200を搬出したウェハ移載機は、処理室201の外部の空ウェハカセット等の所定の収納場所にウェハ200を移載する。
When the
次いで、ウェハ移載機は実ウェハカセット等の所定の収納場所から次回に成膜処理するウェハ200をツィーザによって受け取って、ウェハ搬入搬出口250から処理室201に搬入する。ツィーザはウェハ200をサセプタ217の上方においてウェハ200の中心がサセプタ217の中心と一致する位置に搬送する。ウェハ200を所定の位置に搬送すると、ツィーザは若干下降することによりウェハ200をサセプタ217に移載する。ウェハ200をウェハ昇降装置275に受け渡したツィーザは、ウェハ搬入搬出口250から処理室201の外へ退出する。ツィーザが処理室201から退出すると、ウェハ搬入搬出口250はゲートバルブ(仕切弁)244によって閉じられる。
Next, the wafer transfer machine receives a
ゲートバルブ244が閉じられると、処理室201に対して回転ドラム227および加熱ユニット251が回転軸277および支持軸276を介して昇降台282によって上昇される。回転ドラム227および加熱ユニット251の上昇により、突上ピン266,274が回転ドラム227および加熱ユニット251に対し相対的に下降し、図4に示されているように、ウェハ200はサセプタ217の上に完全に移載された状態になる。回転軸277および支持軸276は突上部266の上端がヒータ207の下面に近接する高さになる位置にて停止される。
When the
一方、処理室201が排気口235に接続された排気装置(図示せず)によって排気される。この際、処理室201の真空雰囲気と外部の大気圧雰囲気とはベローズ279によって隔絶されている。
On the other hand, the
続いて、回転ドラム227が回転軸277を介してサセプタ回転機構267によって回転される。すなわち、サセプタ回転機構267が運転されると、固定子284の回転磁界が回転子289の複数個の磁極の磁界を切ることにより、回転子289が回転するため、回転子289に固定された回転軸277によって回転ドラム227が回転する。この際、サセプタ回転機構267に設置された磁気式ロータリエンコーダ294によって回転子289の回転位置が時々刻々と検出されて駆動制御部302に送信され、この信号に基づいて回転速度等が制御される。
Subsequently, the
回転ドラム227の回転中には、回転側ピン274は処理室201の底面から離座し、ヒータ側ピン266は回転側リングから離座しているため、回転ドラム227の回転がウェハ昇降装置275に妨げられることはなく、しかも、加熱ユニット251は停止状態を維持することができる。すなわち、ウェハ昇降装置275においては、回転側リングと回転側ピン274が回転ドラム227と共に回転し、ヒータ側リングとヒータ側ピン266が加熱ユニット251と共に停止した状態になっている。
During the rotation of the
ウェハ200の温度が処理温度まで上昇し、排気口235の排気量および回転ドラム227の回転作動が安定した時点で、図4に実線矢印で示されているように、処理ガス230が供給管232に導入される。ガス供給管232に導入された処理ガス230は、ガス分散空間として機能するバッファ室237に流入するとともに、径方向外向きに放射状に拡散して、シャワープレート240の各ガス吹出口247からそれぞれが略均等な流れになって、ウェハ200に向かつてシャワー状に吹き出す。
When the temperature of the
吹出口247群からシャワー状に吹き出した処理ガス230はカバープレート248の上方空間を通って、排気バッファ空間249を経由して排気口235に吸い込まれて排気されて行く。
The
この際、回転ドラム227に支持されたサセプタ217の上のウェハ200は回転しているため、吹出口247群がらシャワー状に吹き出した処理ガス230はウェハ200の全面にわたって均等に接触する状態になる。処理ガス230がウェハ200の全面にわたって均等に接触するため、ウェハ200に処理ガス230によって形成されるCVD膜の膜厚分布や膜質分布はウェハ200の全面にわたって均一になる。
At this time, since the
また、加熱ユニット251は支持軸276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227によって回転されながら加熱ユニット251によって加熱されるウェハ200の温度分布は全面にわたって均一に制御される。このようにウェハ200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、ウェハ200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ェハ200の全面にわたって均一に制御される。
Since the
予め選定された所定の処理時間が経過すると、サセプタ回転機構267の運転が停止される。この際、サセプタ217すなわち回転子289の回転位置はサセプタ回転機構267に設置された磁気式ロータリーエンコーダ294によって時々刻々と監視されているため、サセプタ217は予め設定された回転位置において正確に停止される。すなわち、突上部266とヒータ207およびサセプタ217の挿通孔256は正確かつ再現性よく合致される。
When a predetermined processing time selected in advance elapses, the operation of the
サセプタ回転機構267の運転が停止されると、前述に示されているように、回転ドラム227および加熱ユニット251は回転軸277および支持軸276を介して昇降台282によって搬入搬出位置に下降される。前述したように、下降の途中において、ウェハ昇降装置275の作用によりウェハ200をサセプタ217の上から浮き上げる。この際、突上部266とヒータ207およびサセプタ217の挿通孔256とは正確かつ再現性よく合致されているため、突上部266がサセプタ217およびヒータ207を突き上げる突き上げミスが発生することはない。
When the operation of the susceptor
以降、前述した作業が繰り返されることにより、次のウェハ200にCVD膜が成膜処理されて行く。
Thereafter, by repeating the above-described operation, a CVD film is formed on the
ところで、ウェハ200の弾性変形(ウェハの反り)に起因するウェハの処理不良を低減するためには、ウェハの反りの発生を防止する必要がある。前述したように、ウェハの反りは、ウェハ上のパターン或いはウェハの熱履歴等に発生頻度が依存し、十分に防止できるものではない。このため本実施の形態では、反りの発生を未然に防止するのではなく、ウェハの反りが発生したとき、その発生した反りを素早く検出するようにしている。そのために既存の基板加熱制御システムを改善している。
By the way, in order to reduce the processing defect of the wafer due to the elastic deformation (wafer warpage) of the
実施の形態の基板加熱制御システムの構成は従来例と基本的には同じである。異なる点は、ヒータ供給電力をモニタするモニタ機能をコントローラに追加した点である。 The configuration of the substrate heating control system of the embodiment is basically the same as the conventional example. The difference is that a monitor function for monitoring the heater supply power is added to the controller.
図1を用いて、上述したモニタ機能を追加した実施の形態による基板加熱制御システムを備えた処理炉を説明する。 A processing furnace provided with a substrate heating control system according to an embodiment to which the above monitoring function is added will be described with reference to FIG.
図1に示すように、基板処理装置は、ウェハ収容容器としてのガス供給及び排気可能なチャンバ223と、チャンバ223内に収容されるウェハ200を保持する基板保持手段としてのサセプタ217と、加熱手段としてのヒータ207とを備える。チャンバ223に設けたガス供給管232からガス供給が行われ、排気口235からチャンバ223内の雰囲気が排気される。
また、サセプタ217の温度を検出する温度検出手段としての放射温度計263と、放射温度計263のアナログ信号をデジタル信号に変換する温度検出部304(図4参照)としてのA/D変換器51と、交流電源52からの電力を位相制御量に応じてヒータ207に供給する電力供給手段53と、電力供給手段53の位相制御量を制御する制御手段54と、サセプタ217の温度制御及びヒータ207に供給される電力のモニタを行うコントローラ55とを備える。上述した電力供給手段53、制御手段54から電力制御手段57が構成される。また、電力供給手段53、制御手段54、及びコントローラ55から加熱制御部303(図4参照)が構成される。
As shown in FIG. 1, the substrate processing apparatus includes a
Further, a
上述した電力供給手段53は、位相制御信号に基づいた位相制御をサイリスタによって行い、その位相制御によって制御された電力をヒータ207へ供給する。ヒータ電力は0%〜100%(フルパワー)にわたって制御可能である。また、電力供給手段53から実際の位相制御量を検出し、モニタ電力としてコントローラ55に入力する。なお、後述する制御手段54から位相制御量をモニタ電力としてコントローラ55に入力してもよい。
The power supply means 53 described above performs phase control based on the phase control signal by the thyristor, and supplies the power controlled by the phase control to the
制御手段54は、コントローラ55から入力される電力設定信号に基づいて、位相制御量を演算して求め、それを位相制御信号として電力供給手段53に出力する。なお、位相制御量は、演算に代えてルックアップテーブルで求めるようにしてもよい。
The control means 54 calculates and obtains a phase control amount based on the power setting signal input from the
コントローラ55には、サセプタ217の目標温度となる設定温度が設定される。コントローラ55は、この設定温度とA/D変換器51から取り出したサセプタ217の検出温度とを比較し、検出温度が設定温度になるように、検出温度と設定温度との差に基づいて制御手段54に電力設定信号を出力する。また、コントローラ55には、ウェハ反りを検出するために、ヒータ207に供給される電力の許容偏差値、すなわちモニタ電力と電力上限設定値との許容偏差値、及びモニタ電力と電力下限設定値との許容偏差値がそれぞれ設定される。コントローラ55は、電力上限設定値及び電力下限設定値と、電力供給手段53から取得したモニタ電力とを比較して、モニタ電力が上限設定値を超えると、又は下限設定値を下回ると(下限設定値を超えると)、異常信号を出力するように構成される。異常信号は図示しないスピーカやブザー、又はアラーム表示器などから構成されるアラーム出力手段としてのアラーム報知器に加えられるようになっている。
The
上記構成による基板加熱制御システムの作用は以下の通りである。
コントローラ55に、後述する予備加熱ステップ及び本加熱ステップ時に、ウェハ目標温度が得られるサセプタ207の温度を算出して、算出したサセプタ207の設定温度を予め設定する。ウェハ目標温度はウェハの薄膜形成、及び熱処理の内容によって決定される。また、予備加熱ステップ時にモニタ電力を比較判定できるように、モニタ電力の上限設定値、下限設定値をコントローラ55に予め設定する。上限設定値又は下限設定値は、ウェハ加熱時にウェハの反りが発生しない正常処理のときには、モニタ電力値が超えることがない値とする。
The operation of the substrate heating control system configured as described above is as follows.
The
処理室内のサセプタ217の温度を放射温度計56により検出する。検出はサンプリングによる。検出周期は、温度制御性の点から、制御遅延時間の許す範囲で、短いほどよい。コントローラ55は、サセプタ設定温度とサセプタ検出温度との差から、サセプタ温度を設定温度にするために必要な供給電力を演算し、これを電力設定信号として制御手段54に出力する。制御手段54は、コントローラ55からの電力設定信号に基づき、サセプタ217を設定温度とすべき位相制御量を算出して、これを位相制御信号として電力供給手段53に出力する。電力供給手段53は、位相制御量により制御された電力をヒータ207に供給する。ヒータ207に電力が供給されると、サセプタ217を介してウェハ200が目標温度になるように加熱される。このように、基板加熱制御システムは、検出温度に応じてサセプタ温度をフィードバック制御するようになっているので、サセプタ217を設定温度まで加熱した後は、サセプタ設定温度は維持される。フィードバック制御は、PID演算式を用いるのが一般的である。サセプタ設定温度が維持され、かつ容器223内が所定圧力になったら、容器223内に反応ガスを導入しつつ排気してウェハ処理を行う。
The temperature of the
ヒータ加熱時、ヒータ207への電力供給量は電力供給手段53により検出され、コントローラ55にて常にモニタされている。このモニタ電力がコントローラ55で設定された上限設定値または下限設定値を超えると、コントローラ55は、ウェハ200に反りが発生したものとみなして異常信号を出力する。ヒータ電力のモニタも、サセプタの温度検出と同様に、サンプリングによって検出している。
During heating of the heater, the amount of power supplied to the
次に、図2を用いて、基板加熱制御システムの作用をより具体的に説明する。図2は、ウェハ処理サイクル時のヒータ電力、サセプタ温度、及びウェハ温度(パラメータ)の推移を示した図である。
ウェハ処理サイクルは、1枚目、2枚目及び3枚目までのサイクルを示している。図示例では、ウェハの1枚目と、2枚目はウェハ変形が発生せず、正常に処理されている。3枚目でウェハ変形が発生し、異常処理されている。
ヒータ電力は、電力供給手段53から検出されるモニタ電力である。サセプタ温度は、図4で説明した2つの放射温度計263で、サセプタ217の中央部又は端部の2箇所を検出した温度又は2箇所の温度の平均値である。サセプタ217のいずれの箇所の温度を検出しても、サセプタ温度は図示のような挙動を示す。ウェハ温度は、、実施の形態では検出していないが、図2には、サセプタ温度から換算したウェハ温度を参考までに描いてある。ウェハ温度は、ウェハ200がサセプタ217を介して間接的に加熱されるので、サセプタ温度よりも低い。また、ウェハ温度特性は、サセプタ温度特性と相似の形で現れる。
ヒータ電力、サセプタ温度、及びウェハ温度は、熱的非平衡な状態においても、正常な基板処理が行われる限り、一定の幅での相関を持ち、図2に示すように、1、2枚目ウェハ処理のように正常な基板処理では再現性もある。
Next, the operation of the substrate heating control system will be described more specifically with reference to FIG. FIG. 2 is a graph showing changes in heater power, susceptor temperature, and wafer temperature (parameters) during a wafer processing cycle.
The wafer processing cycle indicates the cycle up to the first, second, and third sheets. In the illustrated example, the first and second wafers are processed normally without deformation of the wafer. Wafer deformation occurred in the third sheet, and abnormal processing was performed.
The heater power is monitor power detected from the power supply means 53. The susceptor temperature is the temperature at which the two
The heater power, the susceptor temperature, and the wafer temperature have a certain correlation as long as normal substrate processing is performed even in a thermal non-equilibrium state. As shown in FIG. Normal substrate processing such as wafer processing also has reproducibility.
ヒータ電力に着目した1サイクルを構成するステップは、急速加熱のためのオーバ加熱ステップ、予備加熱ステップ、ウェハを処理するための本加熱ステップ、及び処理済みウェハを冷却するための降温ステップの4つのステップから構成される。
1枚目及び2枚目のウェハ処理においては、ウェハ加熱時にウェハ200に反りは発生せず、つぎのように正常に処理される。オーバ加熱ステップ時に、コントローラ55からの電力設定信号にて決定される位相制御量にて、予備加熱ステップ及び本加熱ステップでの設定電力よりも大きなフルパワー(100%)電力を、電力供給手段53からヒータ207へ急速に供給することにより、サセプタ217を急速加熱する。フルパワー電力を所定時間ヒータ207へ加えた後、一旦、ヒータ207への電力供給を中断して、電力値を急速下降させ、設定電力値を少し下回ったとき、電力供給を再開させて、その後設定電力の供給を行う。サセプタ検出温度に基づくフィードバック制御をコントローラ55で行いつつ、予備加熱ステップと本加熱ステップを実行する。本加熱中にウェハ処理を行い、ウェハ処理終了後、ヒータ207への電力供給を断って降温ステップに入り、サセプタ温度を降温してウェハ200を冷却する。
There are four steps constituting one cycle focusing on the heater power: an overheating step for rapid heating, a preheating step, a main heating step for processing the wafer, and a temperature lowering step for cooling the processed wafer. It consists of steps.
In the processing of the first and second wafers, the
3枚目のウェハ処理においては、ウェハ加熱処理時に、ウェハに反りが発生したので、次のように異常処理される。
ウェハ反りによりサセプタ217の表面との空間距離が不均一になると、サセプタ217とウェハ200間の総移動熱量がウェハ反りの発生していない正常処理に対し、大きく変動する。これは、熱の移動媒体が固体からガスに代わることとガスによる熱の伝達がその空間距離に大きく依存することに起因し、一般的に総熱移動量は減少するからである。総熱移動量の減少はヒータ電力に大きく影響を与える。例えば、ウェハ200を間接的に加熱するためのサセプタ217の検出温度を基に、ウェハ200の温度を経験的に取得するような場合、図2に示す3枚目ウェハ処理のように、ヒータ電力は大きく減少する。このようにヒータ電力が予め設定した電力下限設定値を下回ると、異常信号が出力され、必要に応じてアラームを発報しウェハ処理を中断すして、ウェハ回収動作に入る。
In the third wafer processing, since the wafer is warped during the wafer heating process, the abnormal processing is performed as follows.
If the spatial distance from the surface of the
これをより具体的に説明する。3枚目ウェハ処理において、オーバ加熱ステップ時に、ウェハ200に反りが発生して、例えば、サセプタ217側ではなく、サセプタと反対側にウェハ200の一部が凹に湾曲して、ウェハ200の一部がサセプタ面から離反したとする。離反したウェハ200の一部と対向しているサセプタ217の部分は、ウェハ200に反りが発生していない場合と比べて、サセプタ217の当該部分からウェハ200への熱伝導率が低下する。したがって、オーバ加熱ステップ時に、より少ないヒータ電力量で、サセプタ217の当該部分を速やかにサセプタ設定温度にまで昇温することができ、また予備加熱ステップ、及び本加熱ステップ時に、より少ないヒータ電力量でサセプタ217の当該部分を設定温度に維持することができる。その結果、図示するように、コントローラ55で検出しているモニタ電力が、電力下限設定値を下回ることになる。
This will be described more specifically. In the third wafer processing, the
すなわち、実施の形態では、ウェハ温度のフィードバック制御を前提とした上で、ウェハ200の反り検知のために電力をモニタしている。しかし、フィードバック制御によりサセプタ温度を設定温度に制御しても、ウェハ200の反り具合によって、ウェハ温度は設定温度にはならない場合がある。その場合、上述したように電力供給量が許容偏差値の範囲からずれることになる。
That is, in the embodiment, the power is monitored to detect the warpage of the
すると、コントローラ55は、ウェハに反りが発生したものとみなして、異常信号を出力して、必要に応じてアラームを発報する。このアラーム発報により基板処理を中断する。処理の中断は異常信号と連動して自動で行うことが可能であり、その範囲はパラメータとして、コントローラ55に設定が可能である。アラーム発報により、作業者は、中断した処理ウェハを不良品として扱う。したがって、ウェハ不良を見逃して、そのまま処理を継続するものと異なり、ウェハ上に形成される薄膜の膜厚などの不均一性、不良処理を有効に防止することができ、サイクル処理されるウェハの歩留まりが向上する。また、処理室内の予期せぬ部分への成膜等を防止することにより、異物発生を防止し、装置トラブルを防止でき、MTBFの向上に資することができる。
Then, the
なお、一例まで、本実施の形態による処理炉202にて処理される処理条件は、次の通りである。
膜種:リンドープトポリシリコン(P−Doped Poly−Si)
ヒータ電力:
センタ 約30%(定格2Kw)、ミドル 約30%(定格3Kw)、アウタ 約50%(定格4Kw)
ウエハ径:φ300mm、ウエハ温度:700℃、圧力:24000Pa
ガスA:窒素 20slm、ガスB:モノシラン 0.3slm、ガスC:フォスフ ィン 0.3slm
電力上限設定値:
センタ 50〜100%、ミドル 50〜100%、アウタ 70〜100%
電力下限設定値:
センタ 25〜0%、ミドル 25〜0%、アウタ 40〜0%
Note that up to one example, the processing conditions processed in the
Film type: phosphorus-doped polysilicon (P-Doped Poly-Si)
Heater power:
Center approximately 30% (rated 2Kw), middle approximately 30% (rated 3Kw), outer approximately 50% (rated 4Kw)
Wafer diameter: φ300 mm, wafer temperature: 700 ° C., pressure: 24000 Pa
Gas A: Nitrogen 20 slm, Gas B: Monosilane 0.3 slm, Gas C: Phosphine 0.3 slm
Power cap setting value:
Center 50-100%, Middle 50-100%, Outer 70-100%
Lower power setting value:
Center 25-0%, Middle 25-0%, Outer 40-0%
なお、電力上限設定値、下限設定値は一概に決めることはできない。変形度合いについては、ウェハ上の膜の有無(膜の種類、厚さ、パターン、積層状態)に大きく依存する。したがってウェハの変形に際し、変動する電力値も変化する。実際は、意図的に反りを発生(異常処理)させた上で、正常処理時との電力比較を各製品種毎に行い、決定することになる。 Note that the power upper limit set value and lower limit set value cannot be determined unconditionally. The degree of deformation greatly depends on the presence / absence of a film on the wafer (film type, thickness, pattern, laminated state). Therefore, when the wafer is deformed, the fluctuating power value also changes. Actually, after intentionally generating warpage (abnormal processing), power comparison with normal processing is performed for each product type and determined.
なお、上述した実施の形態では、電力下限設定値を下回る場合についての異常現象を説明したが、電力上限を超える場合にも、本発明を適用できることはもちろんである。例えば、ウェハ温度不均一により電力上限設定値を超える場合として、つぎのような場合が考えられる。
ウェハの反り発生時には、サセプタ217からウェハ200への熱伝導率が低下するため、通常では電力上限設定値を超えることはない。しかし、実施の形態による基板処理装置は、サセプタ回転機構(回転手段)267を有している。ウェハ反り発生時に、サセプタ217の回転により、(反って浮いている位置)→(反っていながらも接触している位置)→(反って浮いている位置)・・・という順序で、放射温度計263によりサセプタ217の温度が検出された場合、極端ではあるが、PID制御される電力供給量が0%→100%→0%・・・・となり、電力上限設定値を超えることもあり得る。
In the above-described embodiment, the abnormal phenomenon in the case where the power lower limit set value is exceeded has been described. However, the present invention can be applied to a case where the power upper limit is exceeded. For example, the following cases can be considered as cases where the power upper limit set value is exceeded due to non-uniform wafer temperature.
When the warpage of the wafer occurs, the thermal conductivity from the
また、上述した実施の形態では、ウェハを温度制御するために基板保持手段(サセプタ)の温度を検出するようにした場合について説明したが、基板の温度を直接検出するようにしてもよい。
また、実施の形態では、予備加熱ステップ時に、モニタすべき電力の上限設定値と下限設定値とを設定して、この設定値に基づき、加熱異常を検出するようにしたが、これに限定されない。オーバ加熱ステップ、予備加熱ステップ、ウェハを処理するための本加熱ステップ、及び処理済みウェハを冷却するための降温ステップの、いずれのステップにおいても、各々で異なる電力値を設定して、異常を検知することが可能である。この場合、ウェハ変形による膜ストレスと不要な熱履歴の低減を考えると、ウェハ変形が発生した直後に検知し、ウェハ回収動作を行うことが望ましい。但し、ウェハ変形が特定のステップで発生するとは限らず、また電力値も連続的に変化しているため、全ステップ同じ値で検知機能を効果的に動作させることは、不可能であると考えられる。そこで、各ステップで異なる許容偏差値を持たせることによりウェハ変形が発生した直後に検知することが可能となる。
例えば、図2に示すように、オーバ加熱ステップ時にモニタすべき電力の上限設定値と下限設定値を設定して、この設定値に基づき、加熱異常を検出するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the case where the temperature of the substrate holding means (susceptor) is detected to control the temperature of the wafer has been described. However, the temperature of the substrate may be directly detected.
Further, in the embodiment, the upper limit set value and the lower limit set value of the power to be monitored are set at the preheating step, and the heating abnormality is detected based on the set value. However, the present invention is not limited to this. . In each of the overheating step, the preheating step, the main heating step for processing the wafer, and the temperature decreasing step for cooling the processed wafer, a different power value is set for each to detect an abnormality. Is possible. In this case, considering the reduction of film stress and unnecessary thermal history due to wafer deformation, it is desirable to detect immediately after the wafer deformation occurs and perform the wafer recovery operation. However, wafer deformation does not always occur at a specific step, and the power value also changes continuously. Therefore, it is considered impossible to operate the detection function effectively at the same value for all steps. It is done. Therefore, by providing a different allowable deviation value at each step, it becomes possible to detect immediately after the wafer deformation occurs.
For example, as shown in FIG. 2, an upper limit set value and a lower limit set value of power to be monitored during the overheating step may be set, and a heating abnormality may be detected based on this set value.
また、実施の形態では、サイリスタによる位相制御により電力を制御しているので、ヒータ電力のモニタには位相制御量を利用しているが、電圧検出器と電流検出器とを用いて、ヒータ電力を直接モニタするようにしてもよい。 In the embodiment, since power is controlled by phase control using a thyristor, the amount of phase control is used for monitoring the heater power, but the heater power is measured using a voltage detector and a current detector. May be directly monitored.
52 交流電源
53 電力供給手段
54 制御手段
55 コントローラ
56 放射温度計(温度検出手段)
57 電力制御手段
200 ウェハ(基板)
223 チャンバ(容器)
217 サセプタ(基板保持手段)
207 ヒータ(加熱手段)
52
57 Power control means 200 Wafer (substrate)
223 chamber
217 susceptor (substrate holding means)
207 Heater (heating means)
Claims (1)
前記容器内に収容される基板を保持する基板保持手段と、
前記基板保持手段に保持される基板を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段に電源から供給される電力を制御する電力制御手段と、
前記基板若しくは前記基板保持手段の温度を検出する温度検出手段と、
温度検出手段で検出した検出温度と予め設定した前記基板若しくは前記基板保持手段の設定温度とを比較して、前記検出温度が設定温度になるように前記電力制御手段を制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記基板保持手段に保持される基板が加熱時に弾性変形を生じない場合に、前記電力制御手段から前記加熱手段に供給される電力の許容される上限値又は下限値を予め設定され、前記電力供給手段から前記加熱手段に供給される電力をモニタしており、モニタ電力と前記上限値又は下限値とを比較し、モニタ電力が前記上限値又は下限値を超えたとき、異常信号を出力することを特徴とする基板処理装置。 A container for containing a substrate;
Substrate holding means for holding a substrate housed in the container;
Heating means for heating the substrate held by the substrate holding means;
Power control means for controlling power supplied from a power source to the heating means;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the substrate or the substrate holding means;
A controller that controls the power control means so that the detected temperature becomes a set temperature by comparing the detected temperature detected by the temperature detecting means with a preset temperature of the substrate or the substrate holding means;
The controller is preset with an allowable upper limit value or a lower limit value of power supplied from the power control means to the heating means when the substrate held by the substrate holding means does not undergo elastic deformation during heating. The power supplied from the power supply means to the heating means is monitored, the monitor power is compared with the upper limit value or the lower limit value, and when the monitor power exceeds the upper limit value or the lower limit value, an abnormal signal Is output.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2007273419A (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Daihen Corp | Impedance matching device |
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JP2019016662A (en) * | 2017-07-05 | 2019-01-31 | 東京エレクトロン株式会社 | Substrate warp monitoring device, substrate processing device using the same, and substrate warp monitoring method |
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