JP3267371B2 - ウエハの加熱方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば気相成長装置等
においてウエハを加熱するウエハの加熱方法及び装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば気相成長過程などにおいてウエハ
を加熱した際、スリップと称される欠陥が発生すること
がある。スリップの発生は、昇温時及び高温保持時など
の加熱時にウエハの全面での温度差が大きい時に生じる
熱応力によるものであることが知られている。

【０００３】特に、８００℃以上の高温になった時には
ウエハの強度の減少もあってスリップが発生し易くなる
ことが知られている。そこで、高温になればなるほどウ
エハの全面での温度差を小さくすることが従来要求され
てきた。

【０００４】また、ウエハの口径が大きくなればなるほ
ど同じ温度で、同じ温度差であってもウエハ最外周で発
生する応力は大きくなりスリップが生じ易くなることが
知られている。

【０００５】ところが、ウエハの口径は６インチから８
インチ，１０インチと大きくなる一方で、これによりス
リップを発生させないために許されるウエハの面内温度
差は、ますます小さくなる一方である。即ちスリップを
発生させず８００℃以上に加熱するためには、均一な発
熱密度を有するヒータを開発せねばならず、多大な時間
とコストを要した。またこの様な傾向は、ウエハの口径
が大きくなる一方であることから鑑みてますます増大す
るものと予測される。以下に従来技術について図２を参
照して述べる。

【０００６】図中ａはウエハで、該ウエハａはホルダｂ
により支持されている。これらウエハａとホルダｂの直
下には、主にウエハａを加熱するヒ−タｃと、ホルダｂ
の内周を加熱するヒ−タｄと、ホルダｂの外周を昇温す
るヒ−タｅが配設されている。

【０００７】また、ウエハａの上面中央部に対応して第
１の測温手段としての放射温度計ｆが、ホルダｂの上面
内周部に対応して第２の測温手段としての放射温度計ｇ
が、ホルダｂの上面外周部に対応して第３の測温手段と
しての放射温度計ｈが設けられており、図中（Ａ′），
（Ｂ′），（Ｃ′）点の温度を測定するようになってい
る。

【０００８】これら各放射温度計ｆ，ｇ，ｈによる測温
結果は、第１，第２，第３の温度制御手段としての温度
制御装置ｊ，ｋ，ｍに送られ、その結果を基に各温度制
御装置ｊ，ｋ，ｍにより前記各ヒータｃ，ｄ，ｅの温度
制御が行なわれる。前記（Ａ′），（Ｂ′），（Ｃ′）
点の時間−温度（昇温カーブ）のパターンは、ユーザに
より予め各温度制御装置ｊ，ｋ，ｍにプログラムされて
いる。例えば、（Ａ′）の位置の温度設定が１１５０℃
で測温結果が１１４０℃であれば、ヒータｃの出力は上
昇される。

【０００９】例えばこの様な装置にて、ウエハａの温度
を１１５０℃まで昇温する場合を考えてみる。まず、図
中（Ａ′）点の温度が１１５０℃になるように温度制御
装置ｊにプログラムする。するとヒータｃは、図中
（Ａ′）点の温度が１１５０℃になるように制御され
る。

【００１０】また、図中（Ｂ′），（Ｃ′）点の温度
は、ウエハａの最外周部が１１５０℃になるように温度
制御装置ｋ，ｍにプログラムする。するとヒータｅ，ｄ
は、図中（Ｂ′），（Ｃ′）点の温度がウエハａの最外
周部が１１５０℃になるように制御される。

【００１１】ホルダｂの温度を何度にしたときにウエハ
ａの最外周温度が、１１５０℃になるかは、予め実験に
て求める。例えば、ホルダ温度を１１５０℃から１２０
０℃程度まで５℃間隔で振って、その度にウエハａの面
内分布を測定し最も均一な温度分布になるホルダｂの温
度を見つける。

【００１２】その結果、ヒータｅとヒータｄは、
（Ｂ′）点、（Ｃ′）点の温度がインプットされた温度
になるように制御される。（Ｂ′）点、（Ｃ′）点がイ
ンプットされた温度になればウエハａの温度は１１５０
℃になるということになる。ウエハａの外周部は、ホル
ダｂの温度で決定し、ウエハＡの内周部はヒータｃの発
熱密度で決定することになる。以上のような従来技術に
よると、以下の問題が発生する。 イ） ウエハ上からの測温点が一点なので、ウエハの均
熱が取り難い。

【００１３】ロ） ウエハ上の２点から測温（センシン
グ）したとしても、ウエハ最外周の温度は、ウエハとホ
ルダの接触の仕方に大きく依存してしまう。（例えば、
ウエハとホルダが面で接触している場合と、点で接触し
ている場合では、ウエハの最外周温度は大きく異なって
しまう。ところが、現状の装置ではウエハとホルダの接
触面積を管理することは不可能である。なぜなら、昇温
中ウエハは変形し、それによりウエハとホルダの接触面
積が変化するからである。）

【００１４】ハ） ウエハの最外周温度をウエハ内周と
同温度にするために、ホルダ内周温度をウエハ温度に対
して何度上げるか（また下げるか）実験で振ってみて決
定するため、非常に時間を要するものであった。また、
一旦、決定してもウエハとホルダの接触面積により大き
くことなり再現性の点で問題があることがわかった。

【００１５】ニ） 以上のことから、ウエハ中心と最外
周の２点で測温したとしてもその間の温度差はヒータの
性能に大きく依存する。例えば、ヒータの性能が悪けれ
ば前記２点の温度は一致しても２点間の温度分布をとれ
ば、悪いことが予測される。 ホ） 発熱密度の同様なヒータを製作するには非常な、
時間と費用を要する。またスリップさえ発生しなけれ
ば、さほど均熱の必要ないこともある。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来に
おいては、ヒータの発熱密度の均一性や、ウエハとホル
ダの接触面積などによりスリップの発生が依存されてし
まい、スリップ発生を確実に抑制することが難しいとい
った問題があった。

【００１７】本発明は、上記事情に基づきなされたもの
で、スリップの発生がヒータの発熱密度の均一性に依存
せず、かつウエハとホルダの接触面積にも依存せず、ス
リップ発生の無い良好な加熱が行えるウエハの加熱方法
及び装置を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めの第１の手段として、ウエハ及び該ウエハの外周部を
保持するホルダの直下に、前記ウエハの外周部を除くほ
ぼ全面を加熱するヒータと、前記ウエハの外周部及び前
記ホルダを加熱するヒータとを設置し、これらヒータの
温度制御を測温手段による前記ウエハ及び前記ホルダの
測温結果に基づいて行うことにより前記ウエハを８００
℃以上に加熱するようにしたウエハの加熱方法であっ
て、前記測温手段により、前記ウエハの外周部及びウエ
ハの中心からウエハの半径の７０％以上離れた部分の、
複数の異なった半径方向位置を測温するとともに、これ
らの複数の測温点間の温度差が昇温過程及び高温保持時
に所定値以内であるように前記ヒータの温度制御を行っ
て加熱するようにしたものである。

【００１９】また、第２の手段として、ウエハの外周部
を保持するホルダと、前記ホルダ及びこのホルダに保持
されたウエハの直下にそれぞれ設けられ、前記ウエハの
外周部を除くほぼ全面を加熱するヒータ及び前記ウエハ
の外周部と前記ホルダを加熱するヒータからなる少なく
とも２つのヒータと、前記ウエハ及び前記ホルダの温度
を測定する測温手段と、該測温手段による前記ウエハ及
び前記ホルダの測温結果に基づいて前記ヒータの温度制
御を行う温度制御手段と、を具備し、前記ウエハを８０
０℃以上に加熱するようにしたウエハの加熱装置であっ
て、前記測温手段の測温位置を、前記ウエハの外周部及
びウエハ中心からウエハの半径の７０％以上離れた部分
の、複数の異なった半径方向位置とするとともに、これ
らの複数の測温点間の温度差が昇温過程及び高温保持時
に所定値以内であるように前記ヒータの温度制御を行っ
て加熱可能に構成したものである。

【００２０】

【作用】本発明のウエハの加熱方法及び装置において
は、測温手段の測温位置を、ウエハの外周部及びウエハ
中心からウエハ半径の７０％以上離れた部分の、複数の
異なった半径方向位置とするとともに、これらの複数の
測温点間の温度差が昇温過程及び高温保持時に所定値以
内であるように加熱するようにしたから、スリップの発
生がヒータの発熱密度の均一性に依存せず、かつウエハ
とホルダの接触面積にも依存せず、スリップ発生の無い
良好な加熱が行えるウエハの加熱方法及び装置を提供す
ることが可能となる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１を参照して説
明する。

【００２２】図中１はウエハで、該ウエハ１はホルダ２
により支持されている。これらウエハ１とホルダ２の直
下には、ウエハ１のほぼ全面を加熱するヒ−タ３と、ウ
エハ１の外周及びホルダ２の内周を加熱するヒ−タ４
と、ホルダ２の外周を昇温するヒ−タ５が配設されてい
る。ヒ−タ３，４，５の下方には、反射板６が設けられ
ている。

【００２３】また、ウエハ１の上面外周部近傍に対応し
て第１の測温手段としての放射温度計７Ａが、ウエハ１
の上面最外周に対応して第２の測温手段としての放射温
度計７Ｂが、ホルダ２の上面中間部に対応して第３の測
温手段としての放射温度計７Ｃがそれぞれ設けられてお
り、図中（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）点の温度を測定するよ
うになっている。

【００２４】各放射温度計７Ａ，７Ｂ，７Ｃによる測温
結果は、第１，第２，第３の温度制御手段としての温度
制御装置８Ａ，８Ｂ，８Ｃに送られ、その結果を基に各
温度制御装置８Ａ，８Ｂ，８Ｃは前記各ヒータ３，４，
５の可変型直流電圧源９Ａ，９Ｂ，９Ｃの電圧を変化さ
せて温度制御を行なうようになっている。各温度制御装
置８Ａ，８Ｂ，８Ｃには、予め昇温パターンがインプッ
トされている。

【００２５】測温点（Ａ）は従来においてウエハ１の比
較的内周にあったものをウエハ１の外周近傍（６インチ
ウエハでは中心から６０mm、８インチウエハでは中心か
ら７５mm）に移動し、（Ｂ）点は従来においてホルダ２
の内周にあったものをウエハの最外周に移動した。
（Ｃ）点は従来と同じホルダ２の上面中間部にある。
（Ａ）点の位置はウエハ１の中心Ｓからウエハ半径の７
０％以上離れた寸法Ｌの所にセットするのが望ましい。

【００２６】こうすることにより、均熱部は６インチウ
エハで外周側の１５mm、８インチウエハで外周側の２５
mmでよく、スリップのヒータパターン依存性が著しく軽
減される。

【００２７】前記均熱部は、ヒータ３とヒータ４の２つ
のヒータにより成立するものである。本例では、ウエハ
の測温点をウエハ外周側２点としたが、もちろん２点以
上でも構わない。

【００２８】しかし、ウエハ１の最外周の均熱を保持す
るためには、ウエハ１の内周下のヒータ３とウエハ１の
外周に近接したヒータ４は極力近接していた方が有利で
ある。例えば、ヒータ３はウエハ１の外径より小さく、
ヒータ４がウエハ１の外周をカバーするようにしても良
い。本実施例の場合、ウエハ１の加熱に供するヒータ
は、ヒータ３とヒータ４の２つだけである。ホルダ２自
身の均熱は、機械的損傷（不均一加熱による割れ等）が
生じない限りほとんど必要がない。つぎに、従来例に習
って、例えば６インチのウエハ１を１１５０℃まで昇温
する場合について説明する。

【００２９】測温点（Ａ）と（Ｂ）は、全く一致して昇
温するように温度制御装置８Ａ，８Ｂにインプットす
る。測温点（Ｃ）に関しては（Ａ），（Ｂ）と同じにし
ても良いし、少々高めにしても一向に構わない。

【００３０】これにより、測温点（Ａ）と（Ｂ）は、全
く一致して１１５０℃まで昇温する事になる。即ち、ウ
エハ１の中心Ｓから６０mm又は７５mmより外周側は均熱
を保持しつつ加熱されることになる。６インチウエハで
は、均熱領域は、高々１５mm程度であるので従来例に比
較して、ヒータパターンへの依存性は皆無に近い。

【００３１】実験ではウエハ１を回転させる必要あった
ので、測温点（Ｂ）を最外周に移動することはオリエン
テーションフラットの関係上できず、（Ｂ）点をウエハ
中心から６８mmに設置した。

【００３２】その結果、６０mmと６８mmの間の温度差
（５℃以内に押さえることが好ましい。）は昇温時を含
め最大３℃程度であった。なお、このとき、ウエハ中心
から６０mmの間の最大温度差は１０℃であった。しかし
て、保持温度１１５０℃、保持時間５分としたところ、
顕微鏡によりスリップ無し（スリップフリー）が確認で
きた。

【００３３】一方、従来のようにウエハ中心部での灼熱
を重視し、１１５０℃まで６インチウエハを加熱したと
ころ、ウエハ中心から６０mmまでの範囲の最大温度差
は、５℃程度になったが、ウエハ外周（６０mm〜６８m
m）で１０℃の温度差が発生し、スリップを観察したと
ころ、１０mm程度のものが１０本程度存在した。本実施
例では、６インチウエハについて示したが、８インチウ
エハについても同様に外周を均熱にしてやればスリップ
フリーを得ることができる。

【００３４】８インチウエハでは、図中（Ａ）点を７５
mmに、（Ｂ）点を９０mmに設置することにより、やはり
顕微鏡によりスリップ無し（スリップフリー）が確認で
きた。 上記のように、本実施例にあっては、 １）ホルダ２の温度とは無関係にウエハ１の最外周温度
を制御するために、ホルダ２の内周に設置していた測温
点をウエハ１の最外周に移動した。

【００３５】２）スリップ発生のヒータパターン依存性
を極力なくすために、均熱領域を極力小さくした。ま
た、小さくするに当たり、どの部分に注目すれば良いか
を実験と熱応力解析により求めた。その結果、スリップ
を発生させる応力を最小にするためにはウエハ１の外周
部の均熱がウエハ１の半径のほぼ３０％の範囲で最も重
要であることがわかった。

【００３６】すなわち、ウエハ１からヒータ制御のため
のセンシングを２点以上行ない、かつ、前記２点以上を
ウエハ１の外周部（ウエハ半径の７０％から最外周の
間）に設置し、温度差が５℃以内になるようにヒータ
３，４，５を制御する。以上示したようにヒータ３，
４，５を制御することにより、ヒータパターンに依存せ
ず、かつスリップの発生を抑制することが可能となる。
なお、本発明は上記実施例に限らず、要旨を変えない範
囲で種々変形実施可能なことは勿論である。

【００３７】

【発明の効果】以上、述べたように、本発明のウエハの
加熱方法及び装置においては、測温手段の測温位置を、
前記ウエハの外周部及びウエハの中心からウエハの半径
の７０％以上離れた部分の、複数の異なった半径方向位
置とするとともに、これらの複数の測温点間の温度差が
昇温過程及び高温保持時に所定値以内であるように加熱
するようにしたから、ヒータパターンに依存せずかつス
リップ発生の抑制が可能となるといった効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す概略的構成図。

【図２】従来例を示す概略的構成図。

【符号の説明】

１…ウエハ、２…ホルダ、３…ヒータ、４…ヒータ、５
…ヒータ、６…反射板、７Ａ，７Ｂ，７Ｃ…放射温度計
（測温手段）、８Ａ，８Ｂ，８Ｃ…温度制御装置、９
Ａ，９Ｂ，９Ｃ…可変型直流電圧源。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−239120（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−262331（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 21/22 501 H01L 21/22 511

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウエハ及び該ウエハの外周部を保持する
   ホルダの直下に、前記ウエハの外周部を除くほぼ全面を
   加熱するヒータと、前記ウエハの外周部及び前記ホルダ
   を加熱するヒータとを設置し、これらヒータの温度制御
   を測温手段による前記ウエハ及び前記ホルダの測温結果
   に基づいて行うことにより前記ウエハを８００℃以上に
   加熱するようにしたウエハの加熱方法であって、 前記測温手段により、前記ウエハの外周部及びウエハの
   中心からウエハの半径の７０％以上離れた部分の、複数
   の異なった半径方向位置を測温するとともに、これらの
   複数の測温点間の温度差が昇温過程及び高温保持時に所
   定値以内であるように前記ヒータの温度制御を行って加
   熱することを特徴とするウエハの加熱方法。
2. 【請求項２】 ウエハの外周部を保持するホルダと、 前記ホルダ及びこのホルダに保持されたウエハの直下に
   それぞれ設けられ、前記ウエハの外周部を除くほぼ全面
   を加熱するヒータ及び前記ウエハの外周部と前記ホルダ
   を加熱するヒータからなる 少なくとも２つのヒータと、 前記ウエハ及び前記ホルダの温度を測定する測温手段
   と、 該測温手段による前記ウエハ及び前記ホルダの測温結果
   に基づいて前記ヒータの温度制御を行う温度制御手段
   と、 を具備し、前記ウエハを８００℃以上に加熱するように
   したウエハの加熱装置であって、 前記測温手段の測温位置を、前記ウエハの外周部及びウ
   エハ中心からウエハの半径の７０％以上離れた部分の、
   複数の異なった半径方向位置とするとともに、これらの
   複数の測温点間の温度差が昇温過程及び高温保持時に所
   定値以内であるように前記ヒータの温度制御を行って加
   熱可能に構成したことを特徴とするウエハの加熱装置。