JP2006114638A - Heat treatment apparatus, heat treatment method, and method of calculating heat-up rate - Google Patents
Heat treatment apparatus, heat treatment method, and method of calculating heat-up rate Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006114638A JP2006114638A JP2004299429A JP2004299429A JP2006114638A JP 2006114638 A JP2006114638 A JP 2006114638A JP 2004299429 A JP2004299429 A JP 2004299429A JP 2004299429 A JP2004299429 A JP 2004299429A JP 2006114638 A JP2006114638 A JP 2006114638A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- heat treatment
- processed
- rate
- wafer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Abstract
Description
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体に対して所定の熱処理を施すための枚葉式の熱処理装置、熱処理方法及び昇温レートの算出方法に関する。 The present invention relates to a single wafer heat treatment apparatus, a heat treatment method, and a temperature increase rate calculation method for performing a predetermined heat treatment on an object to be processed such as a semiconductor wafer.
一般に、半導体集積回路の製造工程においては、半導体ウエハの表面に配線パターンやホール穴埋めや層間絶縁膜の形成のために、各種の成膜、例えばW,WSi,Ti,TiN,TiSi,SiO2 等の成膜熱処理が繰り返し施される。また、この成膜熱処理の他にも、エッチング処理、酸化拡散処理、アッシング処理等の各種の熱処理も行なわれる。
この場合、歩留り等を向上させるためには、各種の熱処理をウエハ面内に亘って均一に施すことが必要であり、このためには、プロセス圧力、処理ガスの流量、プロセス温度等を精度良く管理してコントロールしなければならず、とりわけ温度の管理が重要である。この種の熱処理装置として例えば強力な加熱ランプや強力な抵抗加熱手段を用いて半導体ウエハを急速に加熱昇温して所定の熱処理を行うようにした枚葉式の熱処理装置が知られている(特許文献1、2)。具体的には、例えば強力な抵抗加熱手段を用いた熱処理装置では、予め所定の温度、例えばプロセス温度に昇温維持された処理容器内へ半導体ウエハを搬入し、これを室温からプロセス温度まで昇温させ、これと同時に必要なガスを処理容器内へ導入しつつ所定のプロセス圧力を維持し、熱処理を行うことになる。
In general, in the manufacturing process of a semiconductor integrated circuit, various film formations such as W, WSi, Ti, TiN, TiSi, SiO 2, etc. are used to form wiring patterns, hole holes, and interlayer insulating films on the surface of a semiconductor wafer. The film-forming heat treatment is repeated. In addition to the film formation heat treatment, various heat treatments such as etching treatment, oxidation diffusion treatment, and ashing treatment are also performed.
In this case, in order to improve the yield and the like, it is necessary to perform various heat treatments uniformly over the wafer surface. For this purpose, the process pressure, the flow rate of the process gas, the process temperature, etc. are accurately controlled. It must be managed and controlled, especially temperature management. As this type of heat treatment apparatus, for example, a single-wafer type heat treatment apparatus is known in which a semiconductor wafer is rapidly heated and heated using a powerful heating lamp or powerful resistance heating means to perform a predetermined heat treatment ( Patent Documents 1 and 2). Specifically, for example, in a heat treatment apparatus using a strong resistance heating means, a semiconductor wafer is carried into a processing container that has been heated and maintained in advance at a predetermined temperature, for example, the process temperature, and this is raised from room temperature to the process temperature. At the same time, necessary gas is introduced into the processing vessel while maintaining a predetermined process pressure, and heat treatment is performed.
ところで、同じプロセス条件で半導体ウエハを熱処理した場合には、常に同じ熱処理状態を一定に維持すること、すなわち再現性を高く維持することが必要である。このため、上述したように同一のプロセス条件では半導体ウエハの温度を目標とするプロセス温度、すなわち目標温度に精度良く維持することは特に重要であるが、この外にも室温の半導体ウエハが目標温度に到達するまでの昇温時間も重要な要素である。その理由は、この昇温時間が変動すると、同じ熱処理を施したはずの複数の半導体ウエハ間で熱履歴が異なってしまい、製品化された半導体集積回路の電気特性にバラツキ等が生ずる原因となってしまうからである。
この昇温時間を求めるには、一般的にはウエハに熱電対を取り付けてこれを熱処理装置内へ設置し、実際の熱処理時と同様な処理を行ってその時の昇温時間を測定するようにしている。この場合、ウエハに堆積させる膜種等が異なる場合、すなわちウエハの放射率が異なる場合には、昇温時間も異なるので放射率の異なる分だけウエハを準備し、各ウエハ毎に上記のような昇温時間の測定を行っていた。
By the way, when a semiconductor wafer is heat-treated under the same process conditions, it is necessary to always keep the same heat-treated state constant, that is, maintain high reproducibility. Therefore, as described above, it is particularly important to maintain the semiconductor wafer temperature at the target process temperature, that is, the target temperature with high accuracy under the same process conditions. The temperature rise time until reaching the value is also an important factor. The reason for this is that if the temperature rise time fluctuates, the thermal history differs among multiple semiconductor wafers that should have been subjected to the same heat treatment, causing variations in the electrical characteristics of the manufactured semiconductor integrated circuit. Because it will end up.
In order to determine the temperature rise time, generally, a thermocouple is attached to the wafer and this is installed in a heat treatment apparatus, and the same heat treatment time as that in actual heat treatment is performed and the temperature rise time at that time is measured. ing. In this case, when the film type to be deposited on the wafer is different, that is, when the emissivity of the wafer is different, the temperature rising time is also different, so the wafer is prepared for the different emissivity, and the above-mentioned is performed for each wafer. The temperature rising time was measured.
しかしながら、実際の熱処理時には同じ熱処理用のプログラム(レシピ)を用いているにもかかわらず、熱処理装置の経年変化等によって室温の半導体ウエハが目標温度に到達するまでの昇温時間が変動する場合が生ずる不都合があった。
また一般的には同じ構造の熱処理装置にあっては、同じレシピでその動作を制御するが、熱処理装置間の個体差によって上記昇温時が変動する、という不都合もあった。
更には、前述のように膜種等が異なる毎、すなわちウエハの放射率が異なる毎に熱電対を設けて昇温時間を測定するには、測定コストや時間が非常にかかり、また測定のために熱処理装置自体も開放する必要からパーティクル対策上好ましくない、といった問題もあった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。
本発明の第1の目的は、同一のプロセス条件下においては被処理体の温度が目標温度であるプロセス温度に到達するまでの昇温時間を一定に維持することが可能な熱処理装置及び熱処理方法を提供することにある。
本発明の第2の目的は、放射率の異なる多数の被処理体を用いることなく放射率の異なる被処理体のプロセス温度までの昇温レートを迅速に且つ簡単に求めることができる昇温レートの算出方法を提供することにある。
However, even though the same heat treatment program (recipe) is used during the actual heat treatment, the temperature rise time until the room temperature semiconductor wafer reaches the target temperature may vary due to aging of the heat treatment apparatus or the like. There was an inconvenience that occurred.
Further, in general, in the heat treatment apparatus having the same structure, the operation is controlled by the same recipe, but there is a disadvantage that the temperature rise varies due to individual differences between the heat treatment apparatuses.
Furthermore, as described above, it is very costly and time consuming to measure the temperature rise time by providing a thermocouple for each film type, etc., that is, each time the wafer emissivity is different. In addition, since the heat treatment apparatus itself needs to be opened, there is a problem that it is not preferable in terms of particle countermeasures.
The present invention has been devised to pay attention to the above problems and to effectively solve them.
A first object of the present invention is to provide a heat treatment apparatus and a heat treatment method capable of maintaining a constant temperature rise time until the temperature of an object to be processed reaches a target process temperature under the same process conditions. Is to provide.
The second object of the present invention is to provide a temperature rising rate that can quickly and easily determine the temperature rising rate up to the process temperature of the objects to be processed having different emissivities without using a large number of objects to be processed having different emissivities. It is in providing the calculation method of.
本発明者等は、半導体ウエハの昇温時の熱移動について鋭意研究した結果、プロセス温度に維持されている処理容器内の支持部に室温の半導体ウエハを支持させた際に、この直後に僅かな時間だけ載置台側から支持部を介してウエハ側に熱移動が生ずるので支持部の温度が低下するが、この時の支持部の降温レートはウエハの昇温レートと1対1の関係になるので、この降温レートに基づいて加熱手段を制御することにより、ウエハの昇温レートを制御できる、という知見を得ることにより本発明に至ったものである。 As a result of earnest research on the heat transfer at the time of temperature rise of the semiconductor wafer, the inventors of the present invention have made a slight increase immediately after supporting the semiconductor wafer at room temperature on the support portion in the processing vessel maintained at the process temperature. Since heat transfer occurs from the mounting table side to the wafer side through the support portion for a long time, the temperature of the support portion decreases, but the temperature decrease rate of the support portion at this time has a one-to-one relationship with the temperature increase rate of the wafer. Therefore, the present invention has been achieved by obtaining the knowledge that the heating rate of the wafer can be controlled by controlling the heating means based on the cooling rate.
請求項1に係る発明は、被処理体に対して熱処理を行う枚葉式の熱処理装置において、前記被処理体を収容できる処理容器と、前記被処理体の裏面と接触して前記被処理体を支持する支持部と、前記処理容器内に所定のガスを導入するガス供給手段と、前記処理容器内の雰囲気を排気する排気手段と、前記処理容器の外側に設けられて前記被処理体を加熱する加熱手段と、前記加熱手段へ電力を供給する電力供給源と、前記支持部に設けられた温度検出手段と、前記温度検出手段からの検出値に基づいて前記支持部に前記被処理体を支持させた直後の前記支持部の降温レートを求め、該降温レートが所定の基準値を維持するように前記電力供給源の出力電力を制御する電力制御手段と、を備えたことを特徴とする熱処理装置である。 The invention according to claim 1 is a single wafer type heat treatment apparatus for performing heat treatment on an object to be processed, wherein the object to be processed is in contact with a processing container capable of accommodating the object to be processed and a back surface of the object to be processed. A gas supply means for introducing a predetermined gas into the processing container, an exhaust means for exhausting the atmosphere in the processing container, and an object to be processed provided outside the processing container. A heating means for heating, a power supply source for supplying power to the heating means, a temperature detection means provided in the support part, and the object to be processed on the support part based on a detection value from the temperature detection means Power control means for obtaining a temperature drop rate of the support portion immediately after supporting the power supply and controlling output power of the power supply source so that the temperature drop rate maintains a predetermined reference value. It is the heat processing apparatus to do.
このように、被処理体を支持する支持部に設けた温度検出手段の検出値に基づいて、支持部に被処理体を支持させた直後の支持部の降温レートが所定の基準値を維持するように加熱手段への電力供給を制御するようにしたので、同一のプロセス条件下においては被処理体の温度が目標温度であるプロセス温度に到達するまでの昇温時間を一定に維持することができる。この結果、被処理体に対する熱処理の再現性を高く維持することが可能となる。 Thus, based on the detection value of the temperature detection means provided in the support part that supports the object to be processed, the temperature decrease rate of the support part immediately after the support part supports the object to be processed maintains a predetermined reference value. Since the power supply to the heating means is controlled as described above, the temperature rise time until the temperature of the object to be processed reaches the target temperature can be kept constant under the same process conditions. it can. As a result, it becomes possible to maintain high reproducibility of the heat treatment on the object to be processed.
この場合、請求項2に規定するように、前記支持部は、前記被処理体を支持する直前は所定のプロセス温度になされている。
また例えば請求項3に規定するように、前記支持部は、前記処理容器内の底部より起立された耐熱性材料よりなる支持突起である。
また例えば請求項4に規定するように、前記温度検出手段は、前記支持突起内に設けられた熱電対よりなる。
また例えば請求項5に規定するように、前記所定の基準値は、前記被処理体の異なる態様毎に設定される。
In this case, as defined in claim 2, the support portion is set to a predetermined process temperature immediately before supporting the object to be processed.
For example, as defined in claim 3, the support portion is a support protrusion made of a heat-resistant material standing from a bottom portion in the processing container.
Further, for example, as defined in
For example, as defined in
また例えば請求項6に規定するように、前記被処理体の態様を入力する態様入力手段を有する。
また例えば請求項7に規定するように、前記被処理体の異なる態様は、前記被処理体の反射率が異なる状態である。
また例えば請求項8に規定するように、前記被処理体の異なる態様は、前記被処理体の表面の膜種が異なる状態、或いは注入イオンが異なる状態である。
請求項9に係る発明は、処理容器内の支持部に被処理体の裏面を当接させて該被処理体を支持し、前記被処理体を加熱手段により加熱して該被処理体に所定の熱処理を施すようにした熱処理方法において、予め所定の温度になされた前記支持部に前記被処理体を支持させた直後の前記支持部の降温レートが予め定められた所定の基準値を維持するように前記加熱手段への供給電力を制御するようにしたことを特徴とする熱処理方法である。
Further, for example, as defined in
For example, as defined in claim 7, the different aspects of the object to be processed are states in which the reflectance of the object to be processed is different.
Further, for example, as defined in
According to the ninth aspect of the present invention, the back surface of the object to be processed is brought into contact with the support portion in the processing container to support the object to be processed, and the object to be processed is heated by the heating means to be predetermined on the object to be processed. In the heat treatment method in which the heat treatment is performed, the temperature drop rate of the support portion immediately after the object to be processed is supported on the support portion that has been set to a predetermined temperature in advance maintains a predetermined reference value. Thus, a heat treatment method is characterized in that the power supplied to the heating means is controlled.
この場合、例えば請求項10に規定するように、前記所定の基準値は、前記被処理体の異なる態様毎に設定される。
請求項11に係る発明は、処理容器内の支持部に被処理体の裏面を当接させて該被処理体を支持し、前記被処理体を加熱手段により加熱して該被処理体に所定の熱処理を施すようにした熱処理における昇温レートの算出方法において、予め所定の温度になされた前記支持部に前記被処理体を支持させた直後の前記支持部の降温レートを求める工程と、前記降温レートと予め求められた降温−昇温相関関係とに基づいて前記昇温レートを求める工程と、よりなることを特徴とする熱処理方法である。
これによれば、放射率の異なる多数の被処理体を用いることなく放射率の異なる被処理体のプロセス温度までの昇温レートを迅速に且つ簡単に求めることができる。
In this case, for example, as defined in
According to an eleventh aspect of the present invention, the back surface of the object to be processed is brought into contact with a support portion in the processing container to support the object to be processed, and the object to be processed is heated by heating means to be predetermined on the object to be processed. In the method for calculating the temperature rise rate in the heat treatment in which the heat treatment is performed, the step of obtaining the temperature lowering rate of the support portion immediately after the object to be processed is supported on the support portion that has been made a predetermined temperature in advance, and And a step of determining the temperature increase rate based on a temperature decrease rate and a previously determined temperature decrease-temperature increase correlation.
According to this, it is possible to quickly and easily determine the rate of temperature rise up to the process temperature of the objects to be processed having different emissivities without using a large number of objects to be processed having different emissivities.
本発明の熱処理装置、熱処理方法及び昇温レートの算出方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項1〜10に係る発明によれば、被処理体を支持する支持部に設けた温度検出手段の検出値に基づいて、支持部に被処理体を支持させた直後の支持部の降温レートが所定の基準値を維持するように加熱手段への電力供給を制御するようにしたので、同一のプロセス条件下においては被処理体の温度が目標温度であるプロセス温度に到達するまでの昇温時間を一定に維持することができる。この結果、被処理体に対する熱処理の再現性を高く維持することができる。
請求項11に係る発明によれば、放射率の異なる多数の被処理体を用いることなく放射率の異なる被処理体のプロセス温度までの昇温レートを迅速に且つ簡単に求めることができる。
According to the heat treatment apparatus, heat treatment method, and temperature increase rate calculation method of the present invention, the following excellent effects can be achieved.
According to the invention which concerns on Claims 1-10, based on the detected value of the temperature detection means provided in the support part which supports a to-be-processed object, the temperature fall rate of the support part immediately after making a support part support a to-be-processed object Since the power supply to the heating means is controlled so as to maintain a predetermined reference value, the temperature rise until the temperature of the object to be processed reaches the process temperature that is the target temperature under the same process conditions. Time can be kept constant. As a result, the reproducibility of the heat treatment for the object to be processed can be maintained high.
According to the invention which concerns on Claim 11, the temperature increase rate to the process temperature of the to-be-processed object from which emissivity differs can be calculated | required rapidly and easily, without using many to-be-processed objects from which emissivity differs.
以下に、本発明に係る熱処理装置、熱処理方法及び昇温レートの算出方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図1は本発明に係る枚葉式の熱処理装置の一例を示す断面構成図、図2は図1に示す装置の加熱手段を示す平面図である。
まず、図1及び図2に示すように、この熱処理装置2は、例えば石英製の矩形状になされた処理容器4を有している。この処理容器4の一側には、被処理体として例えば半導体ウエハ5を導入するための開口6が形成されており、この開口6の周辺部にはフランジ部8が形成されている。この処理容器4内の底部には、容器内に導入されたウエハ5を支持するための支持部10として例えば石英製の支持突起12が円周状に複数個起立させて設けられており、この支持突起12によりウエハ5の裏面周辺部と接触して支持するようになっている。
Hereinafter, an embodiment of a heat treatment apparatus, a heat treatment method, and a temperature increase rate calculation method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a single wafer heat treatment apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a plan view showing heating means of the apparatus shown in FIG.
First, as shown in FIG.1 and FIG.2, this heat processing apparatus 2 has the
また、この処理容器4内に侵入してくる図示しない、移載用ピックと上記支持突起12とが干渉しないようになされており、このピックを上記支持突起12間に挿入させたまま移載用ピックを昇降させることによりウエハ5の移載を行う。
またこの処理容器4の一側端部には、この中へ必要な所定のガスを導入するためのガス供給手段としてのガス供給口14が設けられると共に、このガス供給口14の取り付け位置の反対側である後述する冷却プレート20側にはこの処理容器4内の雰囲気を排気するための排気手段としての排気口16が設けられている。この排気口16からは例えば工場排気によって雰囲気が排気される。このようにガス供給口14と排気口16とを処理容器4の互いに反対側に設けることにより、処理容器4内のガスの流れを層流状態にできるようになっている。
またこの処理容器4の開口6の端面には、上記フランジ部8と接するようにして間にOリング等のシール部材18を介在させて冷却プレート20が設けられている。そして、この冷却プレート20内には、冷却水を流す冷却水路22が設けられており、上記シール部材18を冷却するようになっている。この冷却プレート20は、上記処理容器4の外側を囲む例えばアルミニウム製のケーシング24にボルト26等により締め付け固定されており、この際、ケーシング24の端部で上記処理容器4のフランジ部8も固定し得るようになっている。
In addition, a transfer pick (not shown) that enters the
In addition, a gas supply port 14 is provided at one end of the
Further, a cooling
そして、この開口6に臨む部分には、ウエハWの搬出入時に気密に開閉されるゲートバルブ28が設けられている。またこの処理容器4の直ぐ外側には、例えばSiCよりなる熱拡散板29を介してこれを囲むようにして上記ウエハ5を加熱するための加熱手段30が設けられている。具体的には、この加熱手段30は、この処理容器4の上面側及び下面側にそれぞれ略全面に亘って設けたカンタル線よりなる抵抗加熱ヒータ32により形成される。各抵抗加熱ヒータ32は電力を供給する電力供給源33に接続されている。尚、上記抵抗加熱ヒータ32を処理容器4の外側の側面側にも設けるようにしてもよい。この抵抗加熱ヒータ32は、複数の加熱ゾーン、すなわちここでは3つの加熱ゾーン32A、32B、32Cに分割されており、例えばマイクロコンピュータ等よりなる電力制御手段34により各加熱ゾーン32A〜32C毎に投入する電力を制御し得るようになっている。またこの電力制御手段34により後述するように上記支持部10の降温レートを制御できるようになっている。ここでは上記3つの加熱ゾーンは、前方加熱ゾーン32A、中央加熱ゾーン32B、後方加熱ゾーン32Cよりなる。また各加熱ゾーン32A〜32C毎に熱電対36A、36B、36Cが設けられており、この検出温度を上記電力制御手段34へ入力できるようになっている。
A
そして、上記支持部10に本発明の特徴とする温度検出手段40が設けられており、この検出値を上記電力制御手段34へ入力できるようになっている。具体的には、この温度検出手段40は例えば熱電対40Aにより形成されており、ウエハWの裏面側に接近させて設けられている。この熱電対40Aは、例えば石英よりなる支持突起12内に埋め込むようにしてもよいし、或いは、この支持突起12内を中空状態にしてこの中に収容するようにしてもよく、いずれにしても、ウエハ5を支持部10に支持させた直後の支持部10、或いはこの近傍の温度を精度良く検出できるような状態で取り付けられる。
そして、上記温度検出手段40からの検出値を入力する電力制御手段34では、所定の温度に加熱されている上記支持部10に室温のウエハ5を支持させた直後のこの支持部10の降温レートを求め、この降温レートが所定の基準値を維持するように上記電力供給源33の出力電力を制御し得るようになっている。
またこの電力制御手段34には、必要に応じて半導体ウエハ5の態様、例えばウエハ表面にどのような膜種がどのような厚さで堆積されているか等に関する情報を入力する態様入力手段42が接続されている。更には、上記加熱手段30とこの外側を囲むケーシング24との間には断熱材44が介在されている。
The
In the power control means 34 for inputting the detection value from the temperature detection means 40, the temperature lowering rate of the
In addition, the
次に、以上のように構成された熱処理装置を用いて行われる本発明方法について説明する。
まず、被処理体である半導体ウエハ5の一般的な熱処理の流れについて説明する。実施すべき熱処理のプログラム、すなわちレシピ等は予めこの装置全体の動作を制御するコンピュータよりなる制御部に入力されており、ここでは例えばこの制御部は電力制御手段34が兼ねるものとする。
この電力制御手段34は、予め電力供給源33を駆動して加熱手段30に電力を供給し、抵抗加熱ヒータ32により処理容器4を予め所定の温度、例えば熱処理のプロセス温度に昇温して維持させている。この温度制御は、各加熱ゾーン32A〜32Cに配置された熱電対36A〜36Cからの検出値に基づいて個別にフィードバック制御されている。
Next, the method of the present invention performed using the heat treatment apparatus configured as described above will be described.
First, a general heat treatment flow of the
The power control means 34 drives the
そして、上記したように処理容器4を所定の温度に維持した状態で、ゲートバルブ28を開いて一定の温度になされた例えば室温の半導体ウエハ5を処理容器4内へ搬入し、これを支持部10の支持突起12上に載置して支持させる。尚、この熱処理装置を設置しているクリーンルーム内の室温は、一定の温度、例えば24℃程度に常時維持されている。
上述のように、支持突起12上に載置されたウエハWは、処理容器4側からの輻射により、或いは支持突起12を介して熱伝導等により室温から急激にプロセス温度まで昇温される。そして、ガス供給口14より必要な所定のガスを処理容器4内へ供給しつつこの処理容器4内を所定のプロセス圧力に維持し、所定の時間だけ熱処理が行われることになる。
Then, in the state where the
As described above, the wafer W placed on the
さて、上述したような熱処理工程において、熱処理中にウエハ5の温度を所定のプロセス温度に維持することは重要であるが、熱履歴等を管理する上から、或いは熱処理の再現性を高くする上からウエハ温度を室温からプロセス温度まで到達させるまでの昇温時間、すなわち昇温レートを管理することも同様に重要である。この場合、従来装置にあっては、装置の経年変化等によりこの昇温時間、すなわち昇温レートが変動する場合があったが、本発明においてはウエハ5が昇温中においては支持突起12に設けた熱電対40Aによりこの支持突起12の降温レートをモニタしており、この降温レートが予め定めた所定の基準値を維持するように電力制御手段34は、供給電力を細かく制御することになる。すなわち、室温のウエハ5を支持突起12上に載置すると、ウエハ5の温度は直ちに急激に上昇して行くが、プロセス温度に維持されていた支持突起12及び周辺の処理容器4からは熱伝導や熱輻射により一時的に熱が奪われて僅かな時間だけ温度降下し、その後に、昇温に転ずることになる。この温度降下する時の支持突起12の降温レートは、ウエハ5自体のこの時の昇温レートと1対1の相関関係があるので、この降温レートを制御することにより間接的に昇温レートも所望の値に制御することができる。換言すれば、降温レートが所定の値(基準値)になるように供給電力を制御すれば、その時のウエハ5自体の昇温レートも一定に維持することが可能となる。
In the heat treatment process as described above, it is important to maintain the temperature of the
尚、この降温レートの基準値は、例えば当該熱処理を最初に行った時の降温レートを基準値とすればよく、また、オペレータにより任意の時の降温レートを基準値として設定することもできる。また、この降温レートは、ウエハ5の態様により、すなわち反射率が異なる場合には、降温レートも異なるので、必要に応じてその態様を態様入力手段42により入力する。ここで異なる態様とは、搬入時のウエハの表面の膜種が異なったり(膜が形成されていない場合も含む)、或いはウエハ表面の注入イオンが異なったりする場合等、すなわち放射率が異なる場合を全て含むものとする。
The reference value for the temperature drop rate may be the reference value when the heat treatment is first performed, for example, and the temperature drop rate at any time may be set by the operator as the reference value. Further, the temperature lowering rate depends on the mode of the
ここでウエハ搬入時の降温レートとウエハ自体の昇温レートとの関係について詳しく説明する。
図3は半導体ウエハの支持部モニタTC温度とウエハTC温度との関係を示すグラフ、図4は半導体ウエハの態様(放射率)に対するウエハTCの昇温レートと支持部モニタTCの降温レートとの関係を示すグラフである。尚、ここで”TC”とは熱電対を示す。
まず、図3に示すように、ここでは表面に薄膜等が何ら形成されていない未処理のウエハ、すなわちベアウエハを用いている。温度測定に際しては、ウエハ自体の表面や熱電対”TC”を取り付けてウエハTC温度として直接的に測定している。この測定値は曲線Aで示され、左側の縦軸で表されている。また支持部10に設けた熱電対40Aの測定値は曲線Bで示され、右側の縦軸で表されている。尚、ウエハの設定温度は950℃であり、室温は22℃である。また、ウエハ温度が設定温度の95%(=902.5℃)に達した時に設定温度に到達したものとみなしている。
Here, the relationship between the temperature lowering rate when the wafer is carried in and the temperature rising rate of the wafer itself will be described in detail.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the support portion monitor TC temperature of the semiconductor wafer and the wafer TC temperature, and FIG. 4 is a graph showing the temperature rise rate of the wafer TC and the temperature drop rate of the support portion monitor TC with respect to the semiconductor wafer mode (emissivity). It is a graph which shows a relationship. Here, “TC” indicates a thermocouple.
First, as shown in FIG. 3, an unprocessed wafer having no thin film formed on its surface, that is, a bare wafer is used here. In the temperature measurement, the wafer TC temperature is directly measured by attaching the surface of the wafer itself or a thermocouple “TC”. This measured value is shown by curve A and represented by the left vertical axis. The measured value of the
この図から明らかなように、曲線Aに示すように、室温のウエハを処理容器4内へ搬入して載置させると、このウエハ温度は急激に上昇し、略28secを要して目標温度(902.5℃)に達している。
これに対して、曲線Bに示すように、支持部モニタTCの温度は、ウエハを搬入して載置すると、一時的に温度が低下し、温度がボトムP1に達した後は次第に上昇してきている。この時の昇温レートは”(902.5−22)/28=31.4℃/sec”である。このように支持部10の温度が一時的に低下する理由は、前述したように室温のウエハ5が支持部10や処理容器4側から熱を奪うからである。この時の降温レートは、略21sec間で56℃の温度低下を生じているので”−2.67℃/sec”である。
このように、ベアウエハを用いてプロセス温度を950℃に設定した場合には、降温レートは”−2.67℃/sec”となることが理解できる。
As is clear from this figure, as shown by the curve A, when a wafer at room temperature is loaded into the
On the other hand, as shown by the curve B, the temperature of the support portion monitor TC temporarily decreases when the wafer is loaded and placed, and gradually increases after the temperature reaches the bottom P1. Yes. The temperature rising rate at this time is “(902.5−22) /28=31.4° C./sec”. The reason why the temperature of the
Thus, when the process temperature is set to 950 ° C. using a bare wafer, it can be understood that the temperature lowering rate is “−2.67 ° C./sec”.
さて、上述の現象を踏まえた上で、ベアウエハの他に、ウエハ表面にSiN膜が形成されているウエハ及びウエハ表面にポリシリコン(Poly)膜が形成されているウエハについても同様な実験を行い、且つ設定温度についても800〜1100℃の範囲内で種々変更した。この時求めたウエハTCの昇温レート及び支持部モニタTC(熱電対40A)の降温レートを図4に示す。尚、図4中の点A1が図3中の曲線Aの昇温レートを示し、点B1が図3中の曲線Bの降温レートを示す。
図4に示すグラフから明らかなように、ベアウエハ、SiNウエハ、Polyウエハのようにウエハの態様が異なると、すなわち放射率が異なると、それに対応して昇温レートも異なり、また設定温度が異なるとそれに対応して昇温レートが異なっている。そして、各ウエハの昇温レートは態様毎にそれぞれ略直線的に変化している。
Based on the above-mentioned phenomenon, in addition to the bare wafer, a similar experiment was conducted on a wafer having a SiN film formed on the wafer surface and a wafer having a polysilicon (Poly) film formed on the wafer surface. Also, the set temperature was variously changed within the range of 800 to 1100 ° C. FIG. 4 shows the temperature increase rate of the wafer TC and the temperature decrease rate of the support section monitor TC (
As is apparent from the graph shown in FIG. 4, when the wafer mode is different, such as a bare wafer, SiN wafer, or poly wafer, that is, when the emissivity is different, the temperature increase rate is also different and the set temperature is different accordingly. And the corresponding heating rate is different. The heating rate of each wafer changes approximately linearly for each mode.
一方、上記昇温レートに対して、それぞれの降温レートも対応しており、この場合にも各ウエハの降温レートは態様毎にそれぞれ略直線的に変化している。
このように、ウエハ表面の膜種が異なる毎に、換言すれば放射率が異なる毎に、また設定温度が異なる毎に、その時の支持部モニタTCの降温レートは一義的に定まることが確認できた。従って、室温のウエハ5を支持部10に支持させた直後の僅かな時間に関して上記特定の降温レートを維持するように加熱手段30への供給電力量を制御するようにすれば、所定の態様のウエハ5の昇温レートを常に一定になるように制御することができ、また設定温度までの到達時間も一定に維持することができ、ウエハに対する熱処理の再現性を高く維持することができる。この場合、ウエハ5に対する設定温度やウエハの態様はレシピに予め組み込んでもよいし、ウエハの態様については前述したように態様入力手段42により入力するようにしてもよい。
On the other hand, each temperature decrease rate also corresponds to the above temperature increase rate. In this case as well, the temperature decrease rate of each wafer changes approximately linearly for each mode.
As described above, it can be confirmed that the temperature drop rate of the support unit monitor TC is uniquely determined every time the film type on the wafer is different, in other words, every time the emissivity is different and every time the set temperature is different. It was. Therefore, if the amount of electric power supplied to the heating means 30 is controlled so as to maintain the specific temperature drop rate for a short time immediately after the
また各ウエハ態様に対する降温レートの基準値は、各ウエハ態様について、例えば1回目の処理を行った時の各降温レートを基準値として用いればよい。
また上記熱処理装置と同じ構造の別の熱処理装置に対して同じレシピ(プログラム)を用いて熱処理を行うに際しても、上述のようにして降温レートを管理することによって、装置間の個体差に関係無く熱処理の再現性を高く維持することが可能となる。
更に図4に示す各点について、支持部モニタTCの降温レートとウエハTCの昇温レートとの関係をグラフ化すると、図5に表されるような関係となる。すなわち、横軸に支持部モニタTCの降温レート(X)を取り、縦軸にウエハTCの昇温レート(Y)を取って両者の関係を見ると、図5に示すような直線の式”Y=−13.575X−6.1054”として降温−昇温相関関係を表すことができる。この時の相関係数R2 は”0.9793”であり、非常に高い相関関係が存在することが判明した。すなわち、支持部モニタTCの降温レートとウエハTCの昇温レートとの間には、ウエハの設定温度に関係なく、上記式で示す直線的な降温−昇温相関関係が存在することになる。
For the reference value of the temperature drop rate for each wafer mode, for example, each temperature drop rate when the first processing is performed for each wafer mode may be used as the reference value.
In addition, when performing heat treatment using the same recipe (program) for another heat treatment apparatus having the same structure as the above heat treatment apparatus, the temperature drop rate is managed as described above, regardless of individual differences between the apparatuses. High reproducibility of heat treatment can be maintained.
Further, when the relationship between the temperature drop rate of the support unit monitor TC and the temperature rise rate of the wafer TC is graphed for each point shown in FIG. 4, the relationship is as shown in FIG. That is, when the temperature drop rate (X) of the support portion monitor TC is taken on the horizontal axis and the temperature rise rate (Y) of the wafer TC is taken on the vertical axis, and the relationship between the two is seen, a linear equation as shown in FIG. The temperature drop-temperature rise correlation can be expressed as Y = -13.575X-6.1054 ". The correlation coefficient R 2 at this time is “0.9793”, which indicates that a very high correlation exists. That is, there is a linear temperature decrease-temperature increase relationship represented by the above equation, regardless of the set temperature of the wafer, between the temperature decrease rate of the support section monitor TC and the temperature increase rate of the wafer TC.
従って、図5中においては、全体で”24”ポイントについて降温レートと昇温レートとを測定して求めているが、最低でもある程度距離が離れた”2”ポイントについて降温レートと昇温レートとを測定して求めるだけで、上記直線の式で表される降温−昇温相関関係を求めることができる。尚、この降温−昇温相関関係の精度を上げるためには測定ポイントを多くすればよい。
また図5に示す降温−昇温相関関係が求まれば、ある放射率(ウエハ態様)のウエハについて昇温レートを求めたい場合、当該放射率のウエハに対して所定の熱処理を行ってその時の支持部モニタTC(熱電対40A)の降温レートを求めればよく、この降温レートと上記図5に示すグラフとによりその時のウエハの昇温レートを簡単に求めることができる。
従って、従来方法にあっては、膜種等が異なるウエハ、すなわち放射率の異なるウエハの昇温レートを求める場合には、膜種等が異なるウエハ毎にウエハ表面に熱電対を接続してその昇温レートを求めるようにしていたが、本発明によれば、そのような測定コストがかかり、且つ煩雑な時間のかかる操作を行わなくて済み、上述のように放射率の異なるウエハの昇温レートを迅速且つ簡単に求めることができる。
Accordingly, in FIG. 5, the temperature drop rate and the temperature rise rate are obtained by measuring the “24” point as a whole, but the temperature drop rate and the temperature rise rate for the “2” point that is at some distance apart at least. The temperature drop-temperature rise correlation represented by the above linear equation can be obtained simply by measuring the above. In order to increase the accuracy of the temperature drop-temperature rise correlation, the number of measurement points may be increased.
Further, if the temperature drop-temperature rise correlation shown in FIG. 5 is obtained, when it is desired to obtain the temperature rise rate for a wafer having a certain emissivity (wafer mode), a predetermined heat treatment is performed on the wafer having the emissivity, The temperature drop rate of the support unit monitor TC (
Therefore, in the conventional method, when obtaining the heating rate of wafers having different film types, that is, wafers having different emissivities, a thermocouple is connected to the wafer surface for each wafer having different film types. Although the temperature increase rate is obtained, according to the present invention, such a measurement cost is required and a complicated time-consuming operation is not required. The rate can be determined quickly and easily.
従って、このプログラム(レシピ)を他の同種の熱処理装置、或いは異種の熱処理装置、例えばランプ加熱式の熱処理装置等へ移植する際にも、このプログラムの移植操作を容易に行うことができる。
尚、上記実施例において示された数値、或いは膜種の例は、単に一例を示したに過ぎず、これらに限定されないのは勿論である。
また被処理体としては半導体ウエハに限定されず、LCD基板、ガラス基板等についても本発明を適用することができるのは勿論である。
Therefore, when this program (recipe) is transplanted to another heat treatment apparatus of the same type or a different kind of heat treatment apparatus, such as a lamp heating type heat treatment apparatus, the transplant operation of this program can be easily performed.
In addition, the numerical value shown in the said Example or the example of a film | membrane type is only an example, and of course is not limited to these.
The object to be processed is not limited to a semiconductor wafer, and the present invention can of course be applied to an LCD substrate, a glass substrate, and the like.
2 熱処理装置
4 処理容器
5 被処理体(半導体ウエハ)
10 支持部
12 支持突起
14 ガス供給口(ガス供給手段)
16 排気口(排気手段)
30 加熱手段
32 抵抗加熱ヒータ
33 電力供給源
34 電力制御手段
40 温度検出手段
40A 熱電対
42 態様入力手段
2
DESCRIPTION OF
16 Exhaust port (exhaust means)
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記被処理体を収容できる処理容器と、
前記被処理体の裏面と接触して前記被処理体を支持する支持部と、
前記処理容器内に所定のガスを導入するガス供給手段と、
前記処理容器内の雰囲気を排気する排気手段と、
前記処理容器の外側に設けられて前記被処理体を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段へ電力を供給する電力供給源と、
前記支持部に設けられた温度検出手段と、
前記温度検出手段からの検出値に基づいて前記支持部に前記被処理体を支持させた直後の前記支持部の降温レートを求め、該降温レートが所定の基準値を維持するように前記電力供給源の出力電力を制御する電力制御手段と、
を備えたことを特徴とする熱処理装置。 In a single-wafer type heat treatment apparatus that performs heat treatment on a workpiece,
A processing container capable of accommodating the object to be processed;
A support portion that contacts the back surface of the object to be processed and supports the object to be processed;
Gas supply means for introducing a predetermined gas into the processing container;
Exhaust means for exhausting the atmosphere in the processing vessel;
A heating means provided on the outside of the processing container for heating the object to be processed;
A power supply source for supplying power to the heating means;
Temperature detecting means provided in the support part;
Based on the detection value from the temperature detection means, the temperature decrease rate of the support part immediately after the object to be processed is supported by the support part, and the power supply is performed so that the temperature decrease rate maintains a predetermined reference value. Power control means for controlling the output power of the source;
A heat treatment apparatus comprising:
予め所定の温度になされた前記支持部に前記被処理体を支持させた直後の前記支持部の降温レートが予め定められた所定の基準値を維持するように前記加熱手段への供給電力を制御するようにしたことを特徴とする熱処理方法。 A heat treatment in which a back surface of the object to be processed is brought into contact with a support part in the processing container to support the object to be processed, and the object to be processed is heated by a heating means to perform a predetermined heat treatment. In the method
The power supplied to the heating means is controlled so that the temperature drop rate of the support section immediately after the object to be processed is supported by the support section that has been set to a predetermined temperature maintains a predetermined reference value. A heat treatment method characterized by comprising:
予め所定の温度になされた前記支持部に前記被処理体を支持させた直後の前記支持部の降温レートを求める工程と、
前記降温レートと予め求められた降温−昇温相関関係とに基づいて前記昇温レートを求める工程と、よりなることを特徴とする熱処理方法。
A heat treatment in which a back surface of the object to be processed is brought into contact with a support part in the processing container to support the object to be processed, and the object to be processed is heated by a heating means to perform a predetermined heat treatment. In the method for calculating the heating rate in
Obtaining a temperature drop rate of the support part immediately after the object to be processed is supported on the support part that has been previously set to a predetermined temperature;
And a step of determining the temperature increase rate based on the temperature decrease rate and a previously determined temperature decrease-temperature increase correlation.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004299429A JP2006114638A (en) | 2004-10-13 | 2004-10-13 | Heat treatment apparatus, heat treatment method, and method of calculating heat-up rate |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004299429A JP2006114638A (en) | 2004-10-13 | 2004-10-13 | Heat treatment apparatus, heat treatment method, and method of calculating heat-up rate |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006114638A true JP2006114638A (en) | 2006-04-27 |
Family
ID=36382913
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004299429A Pending JP2006114638A (en) | 2004-10-13 | 2004-10-13 | Heat treatment apparatus, heat treatment method, and method of calculating heat-up rate |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006114638A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011142220A (en) * | 2010-01-07 | 2011-07-21 | Koyo Thermo System Kk | Single wafer type heat treatment apparatus |
US7992318B2 (en) * | 2007-01-22 | 2011-08-09 | Tokyo Electron Limited | Heating apparatus, heating method, and computer readable storage medium |
CN108123711A (en) * | 2017-12-20 | 2018-06-05 | 江汉大学 | A kind of temperature control system of atomic frequency standard |
-
2004
- 2004-10-13 JP JP2004299429A patent/JP2006114638A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7992318B2 (en) * | 2007-01-22 | 2011-08-09 | Tokyo Electron Limited | Heating apparatus, heating method, and computer readable storage medium |
US8186077B2 (en) | 2007-01-22 | 2012-05-29 | Tokyo Electron Limited | Heating apparatus, heating method, and computer readable storage medium |
JP2011142220A (en) * | 2010-01-07 | 2011-07-21 | Koyo Thermo System Kk | Single wafer type heat treatment apparatus |
CN108123711A (en) * | 2017-12-20 | 2018-06-05 | 江汉大学 | A kind of temperature control system of atomic frequency standard |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4953572B2 (en) | Multi-zone resistance heater | |
US8124168B2 (en) | Substrate processing method and substrate processing apparatus | |
US8581153B2 (en) | Method of detecting abnormal placement of substrate, substrate processing method, computer-readable storage medium, and substrate processing apparatus | |
US8303716B2 (en) | High throughput processing system for chemical treatment and thermal treatment and method of operating | |
US8287688B2 (en) | Substrate support for high throughput chemical treatment system | |
KR20060066633A (en) | Fast heating and cooling wafer handling assembly and method of manufacturing thereof | |
JP2003059848A (en) | Multi-zone resistive heater | |
KR20100110822A (en) | Heat treatment apparatus, and method for controlling the same | |
US20180045575A1 (en) | Model based lamp background filtration of stray radiation for pyrometry | |
KR102076643B1 (en) | Manufacturing Method of Substrate Processing Apparatus and Semiconductor Device | |
US10636630B2 (en) | Processing chamber and method with thermal control | |
KR101569956B1 (en) | High throughput processing system for chemical treatment and thermal treatment and method of operating | |
US20100025368A1 (en) | High throughput thermal treatment system and method of operating | |
US20100025367A1 (en) | High throughput chemical treatment system and method of operating | |
JP2021521441A (en) | Semiconductor wafer mass measuring device and semiconductor wafer mass measuring method | |
US20050145614A1 (en) | Rapid temperature compensation module for semiconductor tool | |
US20080280048A1 (en) | Single wafer processing unit | |
KR100562381B1 (en) | Heat treating device | |
US20090017641A1 (en) | Substrate processing apparatus and semiconductor device producing method | |
US8115140B2 (en) | Heater assembly for high throughput chemical treatment system | |
JP2004335621A (en) | Heat treatment apparatus, temperature control method thereof and heat treatment system | |
JP2006114638A (en) | Heat treatment apparatus, heat treatment method, and method of calculating heat-up rate | |
KR20210128025A (en) | Electrostatic chuck heater resistance measurement to approximate temperature | |
US20210159102A1 (en) | THERMAL TREATMENTS USING A PLURALITY OF EMBEDDED RESISTANCE TEMPERATURE DETECTORS (RTDs) | |
JP3103228B2 (en) | Gas treatment equipment |