JP2965737B2 - ウェハ加熱・監視システム及びその動作方法 - Google Patents
ウェハ加熱・監視システム及びその動作方法Info
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- JP2965737B2 JP2965737B2 JP3085477A JP8547791A JP2965737B2 JP 2965737 B2 JP2965737 B2 JP 2965737B2 JP 3085477 A JP3085477 A JP 3085477A JP 8547791 A JP8547791 A JP 8547791A JP 2965737 B2 JP2965737 B2 JP 2965737B2
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- wafer
- monitoring
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-
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- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、集積回路ウェハの熱処
理、その熱処理中にＩＣウェハの温度を測定する装置及
び方法に係り、より詳細には、ウェハ上に形成された集
積回路金属化部分をアニーリングする間にウェハの温度
を監視する装置及び方法に係る。
理、その熱処理中にＩＣウェハの温度を測定する装置及
び方法に係り、より詳細には、ウェハ上に形成された集
積回路金属化部分をアニーリングする間にウェハの温度
を監視する装置及び方法に係る。
【０００２】
【従来の技術】集積回路ウェハ上に形成された金属化部
分をアニーリングするには、半導体ウェハの温度を正確
に制御することが必要であり、ひいては、ウェハの温度
を正確に監視することが必要である。おそらく、このよ
うなウェハの温度を監視する好ましい技術は、ＩＲ（赤
外線）センサを用いてウェハから放射される熱エネルギ
を検出することである。赤外線感知は部分的には好まし
いものである。というのは、センサを処理チャンバ外部
の離れたところに配置できるからであり、そしてこの技
術は潜在的に精度が高いからである。しかしながら、赤
外線感知技術の高い精度は完全には活用されていない。
というのは、ウェハ上に形成された集積回路構造体の可
変トポグラフィ及び成分材料がウェハ温度の正確な感知
を困難にするからである。
分をアニーリングするには、半導体ウェハの温度を正確
に制御することが必要であり、ひいては、ウェハの温度
を正確に監視することが必要である。おそらく、このよ
うなウェハの温度を監視する好ましい技術は、ＩＲ（赤
外線）センサを用いてウェハから放射される熱エネルギ
を検出することである。赤外線感知は部分的には好まし
いものである。というのは、センサを処理チャンバ外部
の離れたところに配置できるからであり、そしてこの技
術は潜在的に精度が高いからである。しかしながら、赤
外線感知技術の高い精度は完全には活用されていない。
というのは、ウェハ上に形成された集積回路構造体の可
変トポグラフィ及び成分材料がウェハ温度の正確な感知
を困難にするからである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記説明に鑑み、本発
明の主たる目的は、半導体ウェハを正確に加熱し、そし
てその加熱処理中に、特に、ウェハ上の金属化部分のア
ニーリング中に、半導体ウェハの温度を正確に監視する
装置及び方法を提供することである。
明の主たる目的は、半導体ウェハを正確に加熱し、そし
てその加熱処理中に、特に、ウェハ上の金属化部分のア
ニーリング中に、半導体ウェハの温度を正確に監視する
装置及び方法を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の１つの特徴にお
いて、上記及び他の目的は、サセプタを経てウェハを加
熱し、ウェハの背面状態には拘りなく、サセプタの温度
に基づいて間接的にウェハの温度を測定することにより
達成される。この考え方を実施する装置は、一定の高い
放射性を有する薄いサセプタと、サセプタの全背面領域
を実質的に露出させるようにサセプタを取り付ける手段
と、少なくとも背面からサセプタを照射する手段と、サ
セプタの背面の温度を監視する手段とを具備している。
好ましくは、サセプタは、一定の高い放射特性を与える
ように炭化シリコン又は炭化シリコンを被覆したグラフ
ァイトのような材料であり、高速熱応答を与えるように
約0.５〜８mmの厚みである。
いて、上記及び他の目的は、サセプタを経てウェハを加
熱し、ウェハの背面状態には拘りなく、サセプタの温度
に基づいて間接的にウェハの温度を測定することにより
達成される。この考え方を実施する装置は、一定の高い
放射性を有する薄いサセプタと、サセプタの全背面領域
を実質的に露出させるようにサセプタを取り付ける手段
と、少なくとも背面からサセプタを照射する手段と、サ
セプタの背面の温度を監視する手段とを具備している。
好ましくは、サセプタは、一定の高い放射特性を与える
ように炭化シリコン又は炭化シリコンを被覆したグラフ
ァイトのような材料であり、高速熱応答を与えるように
約0.５〜８mmの厚みである。
【０００５】別の特徴において、サセプタを取り付ける
上記手段は、サセプタの周囲に係合するように構成され
た複数のフィンガを含んでいる。
上記手段は、サセプタの周囲に係合するように構成され
た複数のフィンガを含んでいる。
【０００６】更に別のより特定の特徴においては、サセ
プタの温度を監視する上記手段は、赤外線センサ又は熱
電対である。
プタの温度を監視する上記手段は、赤外線センサ又は熱
電対である。
【０００７】又、本発明は、ウェハの背面状態に拘りな
くウェハの温度を測定又は監視する方法であって、薄い
一定の高い放射性のサセプタを用意し、このサセプタに
半導体ウェハを支持し、少なくともサセプタの背面から
サセプタを放射加熱し、そしてサセプタの温度を監視す
ることによりウェハの温度を間接的に監視することを特
徴とする方法に係る。サセプタの温度は、サセプタに取
り付けた熱電対を用いるか或いはサセプタの背面から放
射される熱エネルギを感知することにより監視すること
ができる。
くウェハの温度を測定又は監視する方法であって、薄い
一定の高い放射性のサセプタを用意し、このサセプタに
半導体ウェハを支持し、少なくともサセプタの背面から
サセプタを放射加熱し、そしてサセプタの温度を監視す
ることによりウェハの温度を間接的に監視することを特
徴とする方法に係る。サセプタの温度は、サセプタに取
り付けた熱電対を用いるか或いはサセプタの背面から放
射される熱エネルギを感知することにより監視すること
ができる。
【０００８】更に別の特徴において、本発明の方法は、
温度範囲にわたってウェハ及びサセプタの温度を監視し
そしてその温度範囲にわたってウェハとサセプタとの温
度の差を決定することによりウェハの温度に対してサセ
プタを校正する段階を具備する。
温度範囲にわたってウェハ及びサセプタの温度を監視し
そしてその温度範囲にわたってウェハとサセプタとの温
度の差を決定することによりウェハの温度に対してサセ
プタを校正する段階を具備する。
【０００９】
【実施例】以下、添付図面を参照し、本発明の実施例を
詳細に説明する。
詳細に説明する。
【００１０】添付図面は、本発明によって構成されたウ
ェハ温度監視システムの一例を概略的に示しており、こ
のシステムはウェハアニーリングシステム１０に組み込
まれるものである。システム１０は、真空チャンバ即ち
ハウジング１１を含んでいる。このチャンバ内には、複
数の石英支持ピン１２があり、これは、サセプタ１３を
その周囲で支持し、従って、サセプタの実質的に全ての
背面（図で見て下側）を露出させたままにする。サセプ
タ１３は、ウェハ１４を支持する。ウェハリフト／赤外
線センサの組立体１５はエレベータ１６を含んでおり、
これは、アクチュエータ機構１７により矢印１８で一般
的に示された経路に沿って垂直方向に往復運動する。エ
レベータ１６の上端に取り付けられているのは、石英の
ウェハリフター１９であり、これはウェハ１４をサセプ
タ１３からウェハ転送ブレード（図示せず）へそしてこ
れと反対に転送するために支持リング（図示せず）に取
り付けられた複数のピンを備えている。
ェハ温度監視システムの一例を概略的に示しており、こ
のシステムはウェハアニーリングシステム１０に組み込
まれるものである。システム１０は、真空チャンバ即ち
ハウジング１１を含んでいる。このチャンバ内には、複
数の石英支持ピン１２があり、これは、サセプタ１３を
その周囲で支持し、従って、サセプタの実質的に全ての
背面（図で見て下側）を露出させたままにする。サセプ
タ１３は、ウェハ１４を支持する。ウェハリフト／赤外
線センサの組立体１５はエレベータ１６を含んでおり、
これは、アクチュエータ機構１７により矢印１８で一般
的に示された経路に沿って垂直方向に往復運動する。エ
レベータ１６の上端に取り付けられているのは、石英の
ウェハリフター１９であり、これはウェハ１４をサセプ
タ１３からウェハ転送ブレード（図示せず）へそしてこ
れと反対に転送するために支持リング（図示せず）に取
り付けられた複数のピンを備えている。
【００１１】処理チャンバ２１は、ベロー２２によって
リフト機構１５から分離され、包囲体即ちウインドウ２
３によって放射ランプ組立体２４から分離される。サセ
プタ１３は、ランプ２５の円形配列及びそれに関連した
リフレクタ組立体２６によりウインドウ２３を通して均
一に加熱される。ここでは、ランプは赤外線ランプであ
りそして放射エネルギ透過ウインドウ２３は石英であ
る。放射エネルギランプ又は他の加熱手段をウェハの前
面に設けることもできる。ウェハの温度を迅速且つ正確
に追跡し、ひいては、ウェハの温度を正確に監視する本
発明のシステムは、ウェハを速く効率的に放射加熱し、
これはサセプタの温度に厳密に追従する。
リフト機構１５から分離され、包囲体即ちウインドウ２
３によって放射ランプ組立体２４から分離される。サセ
プタ１３は、ランプ２５の円形配列及びそれに関連した
リフレクタ組立体２６によりウインドウ２３を通して均
一に加熱される。ここでは、ランプは赤外線ランプであ
りそして放射エネルギ透過ウインドウ２３は石英であ
る。放射エネルギランプ又は他の加熱手段をウェハの前
面に設けることもできる。ウェハの温度を迅速且つ正確
に追跡し、ひいては、ウェハの温度を正確に監視する本
発明のシステムは、ウェハを速く効率的に放射加熱し、
これはサセプタの温度に厳密に追従する。
【００１２】本発明の放射加熱ウェハアニーリングシス
テム１０は、ウェハの背面状態に拘りなく、サセプタ１
３を経てウェハ１４の温度を測定する手段を備えてい
る。温度測定手段３０は、サセプタ１３に取り付けられ
るか又は埋設された熱電対か、或いは好ましくはサセプ
タの下でウェハリフトエレベータ１６上に取り付けられ
たパイロメータ２８の形態の赤外線センサを備えてい
る。熱電対又はパイロメータからの出力信号はライン２
９を経てコンピュータ制御システムへ送られる。閉ルー
プ制御システムは、サセプタから得た温度データ信号を
用いてウェハの処理を制御すると共に、もし所望なら
ば、サセプタ温度の読みを与える。当業者に容易に明ら
かなように、サセプタの温度範囲にわたりサセプタの温
度をウェハの温度に対して校正できるようにこの温度範
囲にわたって実際のウェハ温度を測定することによりサ
セプタの温度からウェハの温度が得られる。
テム１０は、ウェハの背面状態に拘りなく、サセプタ１
３を経てウェハ１４の温度を測定する手段を備えてい
る。温度測定手段３０は、サセプタ１３に取り付けられ
るか又は埋設された熱電対か、或いは好ましくはサセプ
タの下でウェハリフトエレベータ１６上に取り付けられ
たパイロメータ２８の形態の赤外線センサを備えてい
る。熱電対又はパイロメータからの出力信号はライン２
９を経てコンピュータ制御システムへ送られる。閉ルー
プ制御システムは、サセプタから得た温度データ信号を
用いてウェハの処理を制御すると共に、もし所望なら
ば、サセプタ温度の読みを与える。当業者に容易に明ら
かなように、サセプタの温度範囲にわたりサセプタの温
度をウェハの温度に対して校正できるようにこの温度範
囲にわたって実際のウェハ温度を測定することによりサ
セプタの温度からウェハの温度が得られる。
【００１３】本発明の間接的な測定技術、即ち、サセプ
タの温度を監視することによって間接的にウェハの温度
を正確に監視する技術は、サセプタを特別にプロセスに
適応させることによって可能とされる。先ず、サセプタ
１３は、当該温度及び波長範囲にわたって一定の放射率
を有する光学的に不透明な材料である。
タの温度を監視することによって間接的にウェハの温度
を正確に監視する技術は、サセプタを特別にプロセスに
適応させることによって可能とされる。先ず、サセプタ
１３は、当該温度及び波長範囲にわたって一定の放射率
を有する光学的に不透明な材料である。
【００１４】好ましくは、サセプタは、炭化シリコンが
被覆されたグラファイトで形成されるか固体炭化シリコ
ンである。それに関連した放射率は約0.９である。当業
者であれば、サセプタの前面にウェハを配置して背面か
らその温度を正確に監視できるに必要な放射率を有する
他の材料、コンパウンド及び材料の組合せが分かるであ
ろう。第２に、サセプタは非常に薄くて典型的に0.５な
いし８mmであり、そして好ましくは２mmであり、サセプ
タがウェハの温度を迅速且つ厳密に追跡しそして又その
逆のこともいえるように非常に高速な応答時間を与え
る。
被覆されたグラファイトで形成されるか固体炭化シリコ
ンである。それに関連した放射率は約0.９である。当業
者であれば、サセプタの前面にウェハを配置して背面か
らその温度を正確に監視できるに必要な放射率を有する
他の材料、コンパウンド及び材料の組合せが分かるであ
ろう。第２に、サセプタは非常に薄くて典型的に0.５な
いし８mmであり、そして好ましくは２mmであり、サセプ
タがウェハの温度を迅速且つ厳密に追跡しそして又その
逆のこともいえるように非常に高速な応答時間を与え
る。
【００１５】処理中のウェハ加熱を正確に監視する上記
特徴は、正確な加熱自体をも果たすことになる。即ち、
背面加熱される薄い一定放射率のサセプタからの熱伝導
によりウェハを「間接的に」加熱することにより、ウェ
ハ上に層を形成する間（例えば、ケイ化物層の形成）お
よびこのような層をアニーリングする間の両方にウェハ
を迅速に、正確に、かつ均一に加熱することができる。
特徴は、正確な加熱自体をも果たすことになる。即ち、
背面加熱される薄い一定放射率のサセプタからの熱伝導
によりウェハを「間接的に」加熱することにより、ウェ
ハ上に層を形成する間（例えば、ケイ化物層の形成）お
よびこのような層をアニーリングする間の両方にウェハ
を迅速に、正確に、かつ均一に加熱することができる。
【００１６】
【アニーリングプロセスの例】半導体ウェハ上の金属化
部分をアニーリングするプロセスの一例を以下に述べ
る。
部分をアニーリングするプロセスの一例を以下に述べ
る。
【００１７】最初、ロボットアームを用いて、少なくと
も約１０-7トールの真空状態のもとでサセプタ上にウェ
ハをロードした。ウェハが配置されると、ロボットアー
ムが引っ込められ、それに関連したチャンバ開口が閉じ
て、チャンバが転送チャンバから分離された。次いで、
チャンバに、大気圧（８００トール）まで又は任意の真
空レベルまで、Ｎ2、ＮＨ3、Ａｒ、成形ガス、窒素及び
酸素の混合物、アルゴン及び酸素の混合物、等のガス又
は混合物が後方充填された。ガス条件が確立されると、
コンピュータは、（１）ランプの動作を制御して、サセ
プタ及びウェハの温度をプログラムされた割合でプロセ
ス設定点まで上昇させ、次いで、（２）サセプタ温度を
一定に維持する（又は必要に応じて温度を変える）。典
型的に、ケイ化物のような耐火金属、アルミニウム、ア
ルミニウム組成物、例えば、アルミニウム−シリコン、
アルミニウム−銅、アルミニウム−シリコン−銅のよう
な金属、或いは半導体業界で用いられている基本的な金
属をアニーリングするには、３００℃ないし１０００℃
の温度が用いられる。
も約１０-7トールの真空状態のもとでサセプタ上にウェ
ハをロードした。ウェハが配置されると、ロボットアー
ムが引っ込められ、それに関連したチャンバ開口が閉じ
て、チャンバが転送チャンバから分離された。次いで、
チャンバに、大気圧（８００トール）まで又は任意の真
空レベルまで、Ｎ2、ＮＨ3、Ａｒ、成形ガス、窒素及び
酸素の混合物、アルゴン及び酸素の混合物、等のガス又
は混合物が後方充填された。ガス条件が確立されると、
コンピュータは、（１）ランプの動作を制御して、サセ
プタ及びウェハの温度をプログラムされた割合でプロセ
ス設定点まで上昇させ、次いで、（２）サセプタ温度を
一定に維持する（又は必要に応じて温度を変える）。典
型的に、ケイ化物のような耐火金属、アルミニウム、ア
ルミニウム組成物、例えば、アルミニウム−シリコン、
アルミニウム−銅、アルミニウム−シリコン−銅のよう
な金属、或いは半導体業界で用いられている基本的な金
属をアニーリングするには、３００℃ないし１０００℃
の温度が用いられる。
【００１８】
【発明の効果】上記の効果に加えて、本発明の温度監視
装置及び方法は、バックグランドノイズが非常に僅かで
あるという効果も発揮する。これは、ウェハ又はサセプ
タから放射されるエネルギの量が減少されて、プロセス
がバックグランドノイズに敏感になってしまうような低
い温度において重要である。更に、約６００℃より低い
温度においては、シリコンウェハが熱透過性であり、構
造体前面の作用が増加される。
装置及び方法は、バックグランドノイズが非常に僅かで
あるという効果も発揮する。これは、ウェハ又はサセプ
タから放射されるエネルギの量が減少されて、プロセス
がバックグランドノイズに敏感になってしまうような低
い温度において重要である。更に、約６００℃より低い
温度においては、シリコンウェハが熱透過性であり、構
造体前面の作用が増加される。
【００１９】以上、本発明の好ましい実施例を説明した
が、当業者であれば、本発明の範囲内で種々の変更がな
され得ることが容易に明かであろう。
が、当業者であれば、本発明の範囲内で種々の変更がな
され得ることが容易に明かであろう。
【図１】本発明によるウェハ加熱・ウェハ温度監視機能
を組み込んだウェハアニーリングシステムを概略的に示
す図である。
を組み込んだウェハアニーリングシステムを概略的に示
す図である。
１０ ウェハアニーリングシステム １１ 真空チャンバ １２ 支持ピン １３ サセプタ １４ ウェハ １５ ウェハリフト／赤外線センサ組立体 １６ エレベータ １７ アクチュエータ機構 １９ ウェハリフタ ２１ プロセスチャンバ ２２ ベロー ２３ ウインドウ ２４ 放射ランプ組立体 ２５ ランプ ２６ リフレクタ組立体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダン メイダン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94022 ロス アルトス ヒルズ マリ エッタ レーン 12000 (56)参考文献 特開 昭61−220423（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−298829（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−118519（ＪＰ，Ａ)
Claims (5)
- 【請求項１】 真空チャンバ内の半導体ウェハの温度を
間接的に測定する装置であって、 サセプタと前記サセプタの前面上に支持されたウェハ間
で高速の熱応答性を与えるための一定の放射特性を有す
るサセプタと、 前記サセプタの背面を均一に加熱するための円形配列さ
れたランプによる加熱源と、 前記サセプタと前記加熱源の間に配置された放射エネル
ギ透過ウインドウと、前記サセプタの背面の実質的全て
が前記加熱源に曝されるように、サセプタをその周辺で
支持する複数のピンと、 前記サセプタの背面の温度を監視することによって、ウ
ェハの温度を間接的に監視するための手段、 を有することを特徴とする装置。 - 【請求項２】 前記サセプタの背面の温度を監視するた
めの手段は、赤外線センサであることを特徴とする請求
項１に記載の装置。 - 【請求項３】 前記サセプタの背面の温度を監視するた
めの手段は、熱電対であることを特徴とする請求項１に
記載の装置。 - 【請求項４】 真空チャンバ内の半導体ウェハの温度を
監視するための方法であって、 一定の放射特性を有するサセプタを備えるステップと、 前記サセプタの背面の実質的全てが円形配列されたラン
プの加熱源に曝されるように、複数のピンを用いてサセ
プタをその周辺で支持するステップと、 前記サセプタと前記加熱源の間に放射エネルギ透過ウイ
ンドウを備えるステップと、 前記加熱源を用いてサセプタの背面を均一に加熱するス
テップと、 前記サセプタの背面の温度を監視することによって、ウ
ェハの温度を間接的に監視するステップ、 を有することを特徴とする方法。 - 【請求項５】 更に、選択された温度範囲にわたって、
別々に前記ウェハと前記サセプタの温度を測定すること
によって、前記ウェハとサセプタ間の温度差を予め決定
するステップと、 前記サセプタの温度からウェハの温度を得るステップ、 を有することを特徴とする請求項４に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US51071090A | 1990-04-19 | 1990-04-19 | |
| US510710 | 1990-04-19 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04226047A JPH04226047A (ja) | 1992-08-14 |
| JP2965737B2 true JP2965737B2 (ja) | 1999-10-18 |
Family
ID=24031855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3085477A Expired - Fee Related JP2965737B2 (ja) | 1990-04-19 | 1991-04-17 | ウェハ加熱・監視システム及びその動作方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0452777B1 (ja) |
| JP (1) | JP2965737B2 (ja) |
| KR (1) | KR100190357B1 (ja) |
| DE (1) | DE69117322T2 (ja) |
| ES (1) | ES2085368T3 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2939771B2 (ja) * | 1990-04-09 | 1999-08-25 | アネルバ 株式会社 | 半導体ウエハーの処理方法および装置 |
| US5551982A (en) * | 1994-03-31 | 1996-09-03 | Applied Materials, Inc. | Semiconductor wafer process chamber with susceptor back coating |
| US6600138B2 (en) * | 2001-04-17 | 2003-07-29 | Mattson Technology, Inc. | Rapid thermal processing system for integrated circuits |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07119647B2 (ja) * | 1985-07-15 | 1995-12-20 | 日本電気株式会社 | 光強度測定装置 |
| JPS62118519A (ja) * | 1985-11-19 | 1987-05-29 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体基板加熱装置 |
| US4978567A (en) * | 1988-03-31 | 1990-12-18 | Materials Technology Corporation, Subsidiary Of The Carbon/Graphite Group, Inc. | Wafer holding fixture for chemical reaction processes in rapid thermal processing equipment and method for making same |
| US4891499A (en) * | 1988-09-09 | 1990-01-02 | Texas Instruments Incorporated | Method and apparatus for real-time wafer temperature uniformity control and slip-free heating in lamp heated single-wafer rapid thermal processing systems |
-
1991
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