JP2007012827A

JP2007012827A - 基板加熱方法

Info

Publication number: JP2007012827A
Application number: JP2005190814A
Authority: JP
Inventors: Ko Nishida; 航西田; Yutaka Matsuzawa; 豊松澤; Masunori Takamori; 益教高森
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2025-06-30
Also published as: JP4115470B2

Abstract

【課題】複数の基板を１枚ずつ処理室に搬入して加熱処理する際の基板間の膜厚均一性を向上した基板加熱方法を提供する。
【解決手段】（１）処理室内に順次に搬入される基板の温度をモニターし、（２）基板温度の経時変化より処理室への蓄熱量を推測し、（３）処理室内の基板について、前記蓄熱量を基に、基板毎の供給熱量が一定になるように加熱処理時間、特に成膜工程時間（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，・・）を制御する。これにより、処理室への蓄熱に起因する膜厚変動を防ぐことができる。
【選択図】図９

Description

本発明は半導体製造装置などにおける基板加熱方法に関するものである。

半導体製造装置の１つである熱処理装置に、複数の基板を１枚ずつ順次に加熱処理していく枚葉式のものがある。枚葉式熱処理装置は一般に、処理室に回転可能な基板支持部材と加熱ランプとを配置しており、被処理基板を基板支持部材上に設置し、処理室内に成膜ガスを供給し、基板温度を光学的に監視する状態において、被処理基板を加熱ランプで所定の温度まで加熱するように構成されている（たとえば特許文献１）。
特開２００１−１２７０５７号公報

しかしながら、枚葉式熱処理装置において、特に急速熱処理（ＲＴＰ：Rapid Thermal Processing）装置において、酸化プロセス等の成膜処理を行った場合、図１２に示すように、基板処理枚数が増えるにしたがって、基板上に形成される酸化膜の膜厚が厚くなる傾向が見られる。基板間の膜厚均一性（面間均一性）が得られないと、半導体装置の量産を行う上で重要な条件の１つである成膜の再現性が充分に得られなくなり、品質の安定性や製造効率が低下してしまう。上記した特許文献１では、加熱処理を開始した際の特に１枚目の基板が２枚目以降の基板に較べて膜厚が小さくなる現象を改善するために、１枚目の基板の搬入前に処理室を予備加熱することが提案されているが、２枚目以降の基板間の膜厚均一性については何ら考慮されておらず、依然として課題となっている。

本発明は、複数の基板を１枚ずつ処理室に搬入して加熱処理する際の基板間の膜厚均一性を向上できる基板加熱方法を提供することを目的とするものである。

枚葉式熱処理装置では通常、図１３に示すように、昇温工程と成膜工程の処理時間が基板間で一定になるように制御されている。本発明者らは、通常は制御されていない降温工程も含めて時系列温度データを収集した結果、加熱処理で得られる膜厚は、基板に加わった熱（基板温度の変位に相当する）とその間の加熱時間との積、すなわち基板に供給された熱量に比例することを見出した。

これは、基板温度が一定になるように加熱ランプより逐次熱供給がなされる間に、処理室の構成要素、例えば処理室の壁部や加熱ランプの周辺部材や基板支持台等も蓄熱効果で昇温し、基板と処理室の構成要素との熱伝導、熱輻射のエネルギー収支の関係が変化することに関連するものと思われる。このことは、制御されていない降温工程で、基板の処理枚数が増えるに従って降温カーブが緩やかになる傾向に表れている。

本発明の第１の基板加熱方法は、上記知見に基づき、基板間の膜厚を均一にするべく、基板の加熱処理時間、特に成膜工程の時間を積極的に制御することで、基板に供給される熱量を一定に保つようにしたものである。

すなわち、複数の基板を１枚ずつ処理室に搬入して加熱処理する際に、
（１）処理室内に順次に搬入される基板の温度をモニターし、
（２）各基板の温度の経時変化より処理室への蓄熱量を推測し、
（３）処理室内の基板について、前記蓄熱量を基に、基板毎の供給熱量が一定になるように加熱処理時間を制御することを特徴とする。

詳細には、処理室に搬入する１枚目および２枚目の被処理基板を所定の加熱プロファイルで加熱処理し、２枚目以降のｎ枚目の被処理基板の加熱処理時に処理室に蓄積する蓄熱量を、１枚目およびｎ枚目の被処理基板における、基板温度の変位とその間の加熱時間との積で定義される供給熱量の差分として算出し、３枚目以降のｎ枚目の被処理基板については、ｎ−１枚目の被処理基板で算出された蓄熱量値を用いて、基板を所定の成膜温度に維持する成膜工程時間を算出し、算出値を用いて加熱処理することを特徴とする。

また、被処理基板と同数のモニタ基板を用意し、処理室に搬入する１枚目および２枚目のモニタ基板を所定の加熱プロファイルで加熱処理し、２枚目以降のｎ枚目のモニタ基板の加熱処理時に処理室に蓄積する蓄熱量を、１枚目およびｎ枚目のモニタ基板における、基板温度の変位とその間の加熱時間との積で定義される供給熱量の差分として算出し、その後に、処理室に搬入する１枚目の被処理基板を前記所定の加熱プロファイルで加熱処理し、２枚目以降のｎ枚目の被処理基板については、対応する（ｎ−１）枚目のモニタ基板で算出された蓄熱量値を用いて、基板を所定の成膜温度に維持する成膜工程時間を算出し、算出値を用いて加熱処理することを特徴とする。

また、少なくとも２枚のモニタ基板を用意し、処理室に搬入する１枚目および２枚目のモニタ基板を所定の加熱プロファイルで加熱処理し、２枚目以降のｎ枚目のモニタ基板の加熱処理時に処理室に蓄積する蓄熱量を、１枚目およびｎ枚目のモニタ基板における、基板温度の変位とその間の加熱時間との積で定義される供給熱量の差分として算出し、算出された各蓄熱量値よりモニタ基板１枚当たりの平均蓄熱量を算出し、その後に、処理室に搬入する１枚目の被処理基板を前記所定の加熱プロファイルで加熱処理し、２枚目以降のｎ枚目の被処理基板については、前記モニタ基板で算出された平均蓄熱量値を用いて、基板を所定の成膜温度に維持する成膜工程時間を算出し、算出値を用いて加熱処理することを特徴とする。

本発明の第２の基板加熱方法は、基板の周囲の構成要素を積極的に冷却することで、基板の降温特性を基板処理毎に一定に保ち、基板に供給される熱量を一定に保つようにしたものである。

すなわち、複数の基板を１枚ずつ処理室に搬入して加熱処理する際に、
（１）処理室内に順次に搬入される基板の温度をモニターし、
（２）各基板の温度の経時変化より処理室への蓄熱量を推測し、
（３）処理室内の基板について、前記蓄熱量を基に、基板毎の供給熱量が一定になるように処理室を冷却することを特徴とする。

詳細には、少なくとも２枚のモニタ基板を用意し、処理室に搬入する１枚目および２枚目のモニタ基板を所定の加熱プロファイルで加熱処理し、２枚目以降のｎ枚目のモニタ基板の加熱処理時に処理室に蓄積する蓄熱量を、１枚目およびｎ枚目のモニタ基板における、基板温度の変位とその間の加熱時間との積で定義される供給熱量の差分として算出し、算出された各蓄熱量値よりモニタ基板１枚当たりの平均蓄熱量を算出し、その後に、処理室に搬入する１枚目および２枚目の被処理基板を、処理室の壁部を所定流量の冷媒で冷却しつつ所定の加熱プロファイルで加熱処理し、２枚目以降のｎ枚目の被処理基板の加熱処理時に処理室に蓄積する蓄熱量を、１枚目およびｎ枚目の被処理基板における、基板温度の変位とその間の加熱時間との積で定義される供給熱量の差分として算出し、３枚目以降のｎ枚目の被処理基板については、前記モニタ基板で算出された平均蓄熱量値と、ｎ−１枚目の被処理基板で算出された蓄熱量値と、前記冷媒の流量値とを用いて、基板を所定の成膜温度に維持する冷媒流量を算出し、算出値を用いて加熱処理することを特徴とする。

本発明の基板加熱方法は、基板温度の経時変化より処理室への蓄熱量を推測し、基板毎の供給熱量が一定になるように、前記蓄熱量を基に、加熱処理時間を制御するか、あるいは処理室を積極的に冷却するものであり、これにより、基板間の膜厚不均一を解消し、デバイス特性の不均一を抑制することが可能になった。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の基板加熱方法に用いる熱処理装置の概略構成を示す断面図である。
この熱処理装置は、枚葉式急速熱処理装置と呼ばれるものであり、処理室１と、処理室１内で処理対象の基板（シリコンウェハ）Ｗを支持する基板支持部材２と、基板支持部材２に支持された基板Ｗを加熱するランプモジュール３と、基板支持部材上に支持された基板Ｗの温度を検出する温度センサ４とを備えている。

処理室１は、ステンレス製の円筒状の側壁部５とベース部６と蓋部７とで構成されている。側壁部５内には、側壁部５自体の変形や破損を防止するとともに、後述する機能を担う冷却水路８が設けられている。

基板支持部材２は、処理室１の側壁部５に対してベアリング９などの回転機構を介して取り付けられた円筒フレーム１０と、円筒フレーム１０の上端に取り付けられたリングフレーム１１とを有している。リングフレーム１１は内周側の段部で基板Ｗの外周縁部を受けて基板Ｗを水平方向に保持する。円筒フレーム１０は図示しない駆動手段により軸心廻りに回転して、リングフレーム１１上の基板Ｗを一体に回転させる。処理室１のベース部６はこの円筒フレーム１０で囲まれている。

ランプモジュール３は、複数の加熱ランプ１２で構成されており、処理室１の蓋部７に取り付けられている。
温度センサ４は、基板温度を光学的に検出可能な複数のパイロメータ１３からなり、基板裏面側に形成される光学的閉空間に臨むように処理室１のベース部６に組み込まれている。複数のパイロメータ１３の位置は、円形のベース部６の軸心を頂点とする扇形領域内である。

図示を省略するが、処理室１の側壁部５には、基板表面側空間に臨むガス供給口とガス排出口とが対向して設けられている。ベース部６には、基板Ｗを基板支持部材２の所定位置に載せまた取り外すリフト部材、たとえばベース部６を貫通した昇降自在な複数の支持ピンが設けられている。

処理室１の外部には、この処理室１と弁装置を介して連通した前処理室と、前処理室から処理室１へ基板Ｗを搬送する搬送ロボットとが配置されている。前処理室は、複数の基板Ｗを収容して、加熱処理時の処理室１内と同等圧力の窒素雰囲気内に保持する。

上記熱処理装置で基板Ｗを加熱処理する際の動作を説明する。
前処理室内に収容された同一種類の複数の基板の内、１枚目の基板Ｗを搬送ロボットにより取り出して処理室１内に搬送し、基板支持部材２上の所定位置に設置し、この基板Ｗに対して加熱処理プロセスを実施する。加熱処理プロセスが終了したら基板Ｗを搬送ロボットにより処理室１外に回収し、２枚目以降の基板に対して同様に搬送および加熱処理プロセスを行なう。

処理室１内の加熱処理プロセスとしては、基板表面側空間に成膜ガスを供給し、基板支持部材２を介して基板Ｗを軸芯廻りに一定速度で回転させる状態において、基板裏面の温度を各パイロメータ１３で光学的に検出しながら、その検出値が予め決めた設定温度に一致するようにランプモジュール３の出力を制御して各加熱ランプ１２の熱を基板Ｗに供給することにより、基板Ｗの表面に成膜する。加熱処理の一例はＩＳＳＧ（In Situ Steam Generation）プロセスなどのウェット酸化プロセス（Ｈ_２およびＯ_２を供給しＨ_２Ｏを生成させて酸化膜を生成する）である。所定時間が経過したら、基板Ｗの回転を停止し、加熱処理プロセスを終了する。

図２に、加熱処理プロセスにおける基板温度の経時変化を示す。パイロメータ１３による基板温度測定値データを収集したものである。
基板Ｗを所定位置に設置して処理レシピを開始する時刻ｔ_０での基板温度はＴ_０である。この基板Ｗをランプモジュール３を一定出力にして加熱する。一般にパイロメータ１３を使用した温度制御系では４５０℃以下の温度領域の検知感度が充分でないので、ここでも、検出感度を確保できる温度（帯）Ｔ_１までは一定出力にて加温する制御方法を用いる。基板温度がＴ_１に達したら、その時刻ｔ_１から所定の時刻ｔ_２までＴ_１を安定に保持する。

時刻ｔ_２以後は、パイロメータ１３の出力をフィードバックして基板温度を管理しつつ加熱する。所定の時刻ｔ_３に、成膜が開始する温度Ｔ_２まで到達させる。時刻ｔ_３から所定の成膜工程時間となる時刻ｔ_４までは、基板温度をＴ_２に制御しつつ成膜ガスを基板全面に供給する。この成膜工程時間ｔ_３〜ｔ_４は従来は処理レシピが同一であれば一定としている。

時刻ｔ_４に、直ちに成膜ガスをパージするとともに熱供給を遮断して、成膜を速やかに停させる。その後の所定の時刻ｔ_５に基板Ｗを回収する。
このようにして加熱処理する間に基板に供給される供給熱量について、図３を参照しながら説明する。この図３は図２と同等の基板温度の経時変化を示している。

基板への供給熱量は基板温度の変位と加熱処理時間との積（図中では面積）で表わされる。ここでは、時刻ｔ_２までは一定出力で昇温させるステップであって基板処理枚数に関わらず一定なので、その間の面積は簡便のために除外し、パイロメータの測定値をフィードバックして基板温度を制御する時刻ｔ_２以降の面積を用いる。また時刻ｔ_２以降では基板温度は常にＴ_１より高いので、基板温度Ｔ_１以下の面積も簡便のために除外する。

つまり、成膜処理開始時刻ｔ_２から成膜工程時間（ｔ_３〜ｔ_４）を経て基板搬出時刻ｔ_５に至るまでの時間範囲と、成膜処理開始温度Ｔ_１から成膜温度Ｔ_２を経て成膜処理終了温度Ｔ_３に至るまでの温度範囲とで規定される、塗潰した領域の面積Ｘを基板への供給熱量として算出する。算出法にはたとえば台形面積計算法を用いる。

台形面積計算法について、図４に基板温度の経時変化を模式的に示して説明する。
時刻０から一定周期αで基板温度の測定値を収集するとき、時刻ｔ_ａおよび時刻ｔ_ａ＋αでの測定値をそれぞれＡ、Ｂとすると、その間に基板に供給された熱量は図中の塗潰した台形領域で示され、その面積Ｓ_ａは以下の（式１）で算出される。

Ｓ_ａ＝（Ａ＋Ｂ）×（ｔ_ａ＋α−ｔ_ａ）／２・・・・（式１）
任意の時刻ｔ_ｎまでの面積Ｘは、測定周期毎に算出される任意の面積（Ｓ_ｘ）´の和として以下の（式２）で算出される。

図５は、複数の基板について面積Ｘの値（基板への供給熱量）と膜厚とを調べた結果を示す。面積値と膜厚とは、既述したように比例関係、つまり直線関係にある。

本発明の基板加熱方法は、この比例関係を利用して、基板間の膜厚を均一にすべく、以下のようして基板毎に関連付けが可能な形式でデータ収集を行い、基板への供給熱量を一定に制御するものである。

なお図５の結果は、パイロメータより出力される基板中心ゾーンの温度データを１．５秒周期で取得して面積Ｘを算出したものであるが、他ゾーンの出力値を用いてもよく、またデータ取得間隔は１．５秒以下であれば問題ない。昇温時や降温時等の温度変化が発生する期間のみデータ取得間隔を短く設定するようにしても勿論構わない。
（実施例１）
本発明の実施例１の基板加熱方法は、基板温度の測定結果から処理室に蓄積する熱量を評価し、その結果を基に、基板への供給熱量を成膜工程時間の制御により管理するものである。昇温工程、降温工程は一定時間とする。

ロット内の１枚目及び２枚目の被処理基板について、成膜温度をＴ、成膜工程時間をＢ_１とする所定の処理レシピで加熱処理を実施する。
その際の成膜処理開始時刻、成膜処理開始温度を基準とした温度プロファイルは図６で示される。１枚目の被処理基板に供給された熱量は破線で囲まれた面積に相当し、その面積値Ｘ_１は上記（式２）で算出される。２枚目の被処理基板に供給された熱量は実線で囲まれた面積に相当し、その面積値Ｘ_２も上記（式２）で算出される。以下、基板への供給熱量に相応する面積およびその値を熱面積、熱面積値という。

２枚目の被処理基板の加熱処理時に処理室に蓄積する蓄熱量ΔＳ_２を、２枚目の被処理基板の熱面積値と１枚目の被処理基板の熱面積値との差分に相当するものとして、以下の（式３）で算出する。

ΔＳ_２＝Ｘ_２−Ｘ_１・・・（式３）
３枚目の被処理基板の成膜工程時間Ｂ_３を以下の（式Ａ）で算出し、算出値を用いて同基板を加熱処理する。即ち、蓄熱量ΔＳ_２が温度Ｔにて蓄積されるのに要する理論上の時間だけ成膜時間を短縮するのである。

Ｂ_３＝Ｂ_１−ΔＳ_２／Ｔ・・・（式Ａ）
３枚目の被処理基板の熱面積Ｘ_３を上記（式２）より算出する。３枚目の基板処理時の処理室の蓄熱量ΔＳ_３を、３枚目の被処理基板の熱面積値と１枚目の基板の熱面積値との差分に相当するものとして、以下の（式Ｂ）で算出する。

ΔＳ_３＝Ｘ_３−Ｘ_１・・・（式Ｂ）
４枚目の被処理基板の成膜工程時間Ｂ_４を上記と同様にして以下の（式Ｃ）で算出し、算出値を用いて同基板を加熱処理する。

Ｂ_４＝Ｂ_１−ΔＳ_３／Ｔ・・・（式Ｃ）
つまり、３枚目以降のｎ枚目の基板については、その成膜工程時間Ｂ_ｎを以下の（式Ｄ）で算出し、算出値を用いて加熱処理するのである。

Ｂ_ｎ＝Ｂ_１−ΔＳ_ｎ−１／Ｔ（ただしｎ≧３）・・・（式Ｄ）
以上の基板加熱方法のシミュレーション結果を図７に示す。横軸は基板処理枚数、左軸は膜厚、右軸は基板間膜厚均一性を示している。図中に記したように、この実施例１の方法によれば、従来法に較べて基板間膜厚のばらつきを約１％改善することができる。なおシミュレーションは、ＩＳＳＧプロセスでＳｉ基板に対してＨ_２、Ｏ_２を成膜ガスとしてＳｉＯ_２を成膜したものである。以下の実施例でも同様である。
（実施例２）
本発明の実施例２の基板加熱方法は、被処理基板と同数のモニタ基板を用いて処理室に蓄積される熱量を評価し、その結果を基に、基板への供給熱量を成膜工程時間の制御により管理するものである。

まず、処理室に蓄積される熱量を評価する。
被処理基板と同数のモニタ基板を用意する。このモニタ基板は、被処理基板と同種の結晶構造を有し、且つ可能であれば同様のパターン形状を有したものとする。

ロット内の１枚目および２枚目のモニタ基板を、被処理基板と同一レシピ、つまり成膜温度をＴ、成膜工程時間をＢ_１とする所定の処理レシピで加熱処理する。
実施例１と同様にして、加熱処理時の温度データから、１枚目のモニタ基板の熱面積Ｘ_ｍ１および２枚目のモニタ基板の熱面積Ｘ_ｍ２を上記（式２）により算出する。

２枚目以降のｎ枚目のモニタ基板の加熱処理時の処理室の蓄熱量ΔＳ_ｍｎを実施例１と同様にして以下の（式Ｆ）で算出する。
ΔＳ_ｍｎ＝Ｘ_ｍｎ−Ｘ_ｍ１（ただしｎ≧２）・・・（式Ｆ）
その後に被処理基板の加熱処理プロセスを開始する。

ロット内の１枚目の被処理基板を、処理温度をＴ、成膜工程時間をＢ_１とする所定の処理レシピで加熱処理する。
２枚目以降のｎ枚目の被処理基板については、その成膜工程時間Ｂ_ｎを、ｎ−１枚目のモニタ基板で得た蓄熱量値を用いて実施例１と同様にして以下の（式Ｉ）で算出し、算出値を用いて加熱処理する。

Ｂ_ｎ＝Ｂ_１−ΔＳ_ｍｎ-1／Ｔ（ただしｎ≧２）・・・（式Ｉ）
以上の基板加熱方法によるシミュレーション結果を図８に示す。横軸は基板処理枚数、左軸は膜厚、右軸は基板間膜厚均一性を示している。図中に記したように、この実施例２の方法によれば、従来法に較べて基板間膜厚のばらつきを約２.４％改善することができる。
（実施例３）
本発明の実施例３の基板加熱方法は、少なくとも２枚のモニタ基板を加熱処理して、処理室に蓄積される熱量を推測し、平均化し、その結果を基に、基板への供給熱量を成膜処理時間の制御により管理するものである。

少なくとも２枚のモニタ基板を用意する。このモニタ基板は、被処理基板と同種の結晶構造を有し、且つ可能であれば同様のパターン形状を有したものとする。
ロット内の１枚目および２枚目のモニタ基板を、被処理基板と同一レシピ、つまり成膜温度をＴ、成膜工程時間をＢ_１とする所定の処理レシピで加熱処理する。

２枚目以降のｎ枚目のモニタ基板の加熱処理時の処理室の蓄熱量ΔＳ_ｍｎを実施例２と同様にして以下の（式Ｆ）で算出する。
ΔＳ_ｍｎ＝Ｘ_ｍｎ−Ｘ_ｍ１（ただしｎ≧２）・・・（式Ｆ）
次に、蓄熱量ΔＳ_ｍｎの値からモニタ基板１枚当りの平均蓄熱量ΔＳ_ａｖを以下の（式４）で算出する。

ΔＳ_ａｖ＝ΔＳ_ｍｎ／（ｎ−１）（但しｎ≧２）・・・（式４）
さらに、平均蓄熱量ΔＳａｖの値から単位基板当りの成膜工程短縮時間Δｔを以下の（式５）で算出する。

Δｔ＝ΔＳ_ａｖ／Ｔ・・・（式５）
その後に、被処理基板の加熱処理プロセスを開始する。
図９に示すように、ロット内の１枚目の被処理基板を、処理温度をＴ、成膜工程時間をＢ_１とする所定の処理レシピで加熱処理する。その際に被処理基板に供給される熱量は、図中の塗潰した領域に相応するものとなる（温度積分値Ａ_１：熱面積）。

２枚目以降のｎ枚目の被処理基板については、その成膜工程時間Ｂ_ｎを、所定の成膜工程時間Ｂ_１とモニタ基板により求めた短縮時間Δｔとを用いて以下の式（式７）で算出し、算出値を用いて加熱処理する。

Ｂ_ｎ＝Ｂ_１−（ｎ−１）Δｔ（但しｎ≧２）・・・（式７）
その際に被処理基板に供給される熱量は、図中の塗潰した領域に相応するものとなる（温度積分値Ａ_２，Ａ_３・・・）。

実施例２よりも簡便でありながら、１枚目からｎ枚目の被処理基板に供給される熱量を一定に制御できる方法である。
なお従来技術でも問題とされているように、１枚目の基板と２枚目の基板との間で膜厚変動が大きいので、２枚目の被処理基板の成膜工程時間Ｂ_２はモニタ基板によって実測された結果を基に算出し、３枚目以降の被処理基板の成膜工程時間Ｂｎは（式５）より算出される短縮時間Δｔを用いて簡便に算出するようにしてもよい。

つまり、２枚目の成膜工程時間Ｂ２は上記（式Ｇ）で算出し、３枚目以降の成膜工程時間Ｂ_ｎは以下の（式Ｊ）で算出することになる。
Ｂ_ｎ＝Ｂ_２−（ｎ−２）Δｔ（但しｎ≧３）・・・（式Ｊ）
３枚目以降の被処理基板についてのみ短縮時間Δｔを用いる基板加熱方法によるシミュレーション結果を図１０に示す。横軸は基板処理枚数、左軸は膜厚、右軸は基板間膜厚均一性を示している。図中にも記したように、この実施例３の方法によれば、基板間の膜厚ばらつきは１枚目の基板の膜厚を基準として±０．２％以内であり、従来法では±２．４％であるのに較べて、1／１０以下に改善されている。
（実施例４）
本発明の実施例４の基板加熱方法は、基板への供給熱量を、処理室に蓄積する熱量を一定に制御することにより、具体的には処理室の冷媒路（図１参照）に流す冷却水流量を制御することにより、管理するものである。

実施例３と同様にして、モニタ基板を用いて２枚目以降のｎ枚目の基板の加熱処理時に処理室に蓄積する蓄熱量ΔＳ_ｍｎを以下の（式Ｆ）で算出し、基板１枚当りの平均蓄熱量ΔＳ_ａｖを以下の（式４）で算出する。

ΔＳ_ｍｎ＝Ｘ_ｍｎ−Ｘ_ｍ１（ただしｎ≧２）・・・（式Ｆ）
ΔＳ_ａｖ＝ΔＳ_ｍｎ／（ｎ−１）（但しｎ≧２）・・・（式４）
ここで、被処理基板１枚当たりに処理室に蓄積する熱量が０となる冷却水流量をＦとし、平均蓄熱量がΔＳ_ａｖとなる冷却水流量をＦ_０とすると、以下の（式８）で表わされる関係にある。

Ｆ−Ｆ_０＝ΔＳ_ａｖ・・・（式８）
被処理基板を加熱処理するにあたって、ロット内の１枚目と２枚目の基板については冷却水流量をＦ_０として加熱処理を実施する。この場合の２枚目の基板の加熱処理時の処理室の蓄熱量は、２枚目の基板の熱面積値Ｘ_２と１枚目の基板の熱面積値Ｘ_１との差分となる。

従って、３枚目の被処理基板の加熱処理時の冷却水流量をＦ_３とすると、上記（式８）を用いて、以下の式で算出される。
Ｆ_３＝（Ｘ_２−Ｘ_１）／ΔＳ_ａｖ＋Ｆ_０・・・（式９）
つまり、３枚目以降のｎ枚目の冷却水流量Ｆ_ｎは以下の（式１０）で算出される。算出値を用いて加熱処理する。

Ｆ_ｎ＝（Ｘ_ｎ−１−Ｘ_１）／ΔＳ_ａｖ＋Ｆ_０・・・（式１０）
更に基板温度制御で処理室の蓄熱量を制御する場合は、成膜工程と降温工程との間に一定温度で保持するステップを加え、基板温度と時間積分により得られる面積値を調整する事で可能となる。即ちｎ枚の基板からなるロットに対しては、１枚目の保持ステップの面積値は（ｎ−１）ΔＳ_ａｖとなるように保持温度若しくはステップ時間を制御する工程を設ける。

図１１に保持温度Ｔで固定した場合の基板処理枚数と保持ステップ中の熱面積及び基板温度のダイアグラムを示す。基板１枚当たりの保持ステップ工程の熱面積をΔＳ_ａｖずつ減少させるように保持時間を逐次短縮している。降温工程の終了時の基板温度は、１枚目の基板でＴＥ１とすると、２枚目の基板でＴＥ２、・・・ｎ枚目の基板でＴＥｎというように、処理枚数の増加に伴って上昇する（降温曲線の傾きが変化する）ことになる。

以上のような第４の基板加熱方法によっても、つまり処理室の蓄熱量を制御することによって、基板間膜厚均一性を向上させることが可能である。したがって基板特性を安定させて常に均質な製品を供給する事ができる。

本発明の基板加熱方法は、処理室の蓄熱に起因する基板間の膜厚変動を抑えることができ、半導体製造における酸化膜形成工程（枚葉式ＲＴＰ装置）や熱ＣＶＤ工程、さらには液晶パネル製造の薄膜形成工程等にも有用である。

本発明の基板加熱方法に用いる従来よりある熱処理装置の概略構成を示す断面図本発明および従来の基板加熱方法における基板温度の経時変化を示すグラフ本発明の基板加熱方法に用いる、基板への供給熱量の算出法の説明図基板への供給熱量の算出に用いる台形面積計算法の説明図基板への供給熱量に相当する面積値と膜厚との相関図本発明の基板加熱方法に用いる、２枚の基板への供給熱量の差分を示す説明図本発明の実施例１の基板加熱方法によるシミュレーション結果本発明の実施例２の基板加熱方法によるシミュレーション結果本発明の実施例３の基板加熱方法の説明図本発明の実施例３の基板加熱方法によるシミュレーション結果本発明の実施例４の基板加熱方法の説明図従来の基板加熱方法による基板処理枚数と膜厚との相関図従来の基板加熱方法の説明図

符号の説明

１処理室
２基板支持部材
３ランプモジュール
４温度センサ
８冷却水路
Ｗ基板

Claims

複数の基板を１枚ずつ処理室に搬入して加熱処理する際に、
（１）処理室内に順次に搬入される基板の温度をモニターし、
（２）各基板の温度の経時変化より処理室への蓄熱量を推測し、
（３）処理室内の基板について、前記蓄熱量を基に、基板毎の供給熱量が一定になるように加熱処理時間を制御する基板加熱方法。
処理室に搬入する１枚目および２枚目の被処理基板を所定の加熱プロファイルで加熱処理し、２枚目以降のｎ枚目の被処理基板の加熱処理時に処理室に蓄積する蓄熱量を、１枚目およびｎ枚目の被処理基板における、基板温度の変位とその間の加熱時間との積で定義される供給熱量の差分として算出し、３枚目以降のｎ枚目の被処理基板については、ｎ−１枚目の被処理基板で算出された蓄熱量値を用いて、基板を所定の成膜温度に維持する成膜工程時間を算出し、算出値を用いて加熱処理する請求項１記載の基板加熱方法。
被処理基板と同数のモニタ基板を用意し、処理室に搬入する１枚目および２枚目のモニタ基板を所定の加熱プロファイルで加熱処理し、２枚目以降のｎ枚目のモニタ基板の加熱処理時に処理室に蓄積する蓄熱量を、１枚目およびｎ枚目のモニタ基板における、基板温度の変位とその間の加熱時間との積で定義される供給熱量の差分として算出し、その後に、処理室に搬入する１枚目の被処理基板を前記所定の加熱プロファイルで加熱処理し、２枚目以降のｎ枚目の被処理基板については、対応する（ｎ−１）枚目のモニタ基板で算出された蓄熱量値を用いて、基板を所定の成膜温度に維持する成膜工程時間を算出し、算出値を用いて加熱処理する請求項１記載の基板加熱方法。
少なくとも２枚のモニタ基板を用意し、処理室に搬入する１枚目および２枚目のモニタ基板を所定の加熱プロファイルで加熱処理し、２枚目以降のｎ枚目のモニタ基板の加熱処理時に処理室に蓄積する蓄熱量を、１枚目およびｎ枚目のモニタ基板における、基板温度の変位とその間の加熱時間との積で定義される供給熱量の差分として算出し、算出された各蓄熱量値よりモニタ基板１枚当たりの平均蓄熱量を算出し、その後に、処理室に搬入する１枚目の被処理基板を前記所定の加熱プロファイルで加熱処理し、２枚目以降のｎ枚目の被処理基板については、前記モニタ基板で算出された平均蓄熱量値を用いて、基板を所定の成膜温度に維持する成膜工程時間を算出し、算出値を用いて加熱処理する請求項１記載の基板加熱方法。
複数の基板を１枚ずつ処理室に搬入して加熱処理する際に、
（１）処理室内に順次に搬入される基板の温度をモニターし、
（２）各基板の温度の経時変化より処理室への蓄熱量を推測し、
（３）処理室内の基板について、前記蓄熱量を基に、基板毎の供給熱量が一定になるように処理室を冷却する基板加熱方法。
少なくとも２枚のモニタ基板を用意し、処理室に搬入する１枚目および２枚目のモニタ基板を所定の加熱プロファイルで加熱処理し、２枚目以降のｎ枚目のモニタ基板の加熱処理時に処理室に蓄積する蓄熱量を、１枚目およびｎ枚目のモニタ基板における、基板温度の変位とその間の加熱時間との積で定義される供給熱量の差分として算出し、算出された各蓄熱量値よりモニタ基板１枚当たりの平均蓄熱量を算出し、その後に、処理室に搬入する１枚目および２枚目の被処理基板を、処理室の壁部を所定流量の冷媒で冷却しつつ所定の加熱プロファイルで加熱処理し、２枚目以降のｎ枚目の被処理基板の加熱処理時に処理室に蓄積する蓄熱量を、１枚目およびｎ枚目の被処理基板における、基板温度の変位とその間の加熱時間との積で定義される供給熱量の差分として算出し、３枚目以降のｎ枚目の被処理基板については、前記モニタ基板で算出された平均蓄熱量値と、ｎ−１枚目の被処理基板で算出された蓄熱量値と、前記冷媒の流量値とを用いて、基板を所定の成膜温度に維持する冷媒流量を算出し、算出値を用いて加熱処理する請求項５記載の基板加熱方法。