JP3655180B2 - ウエハ処理方法及びウエハ処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はウエハ処理方法及びウエハ処理装置に係わり、特にウエハの温度を制御して、ウエハ上への成膜、アニール処理、エッチング処理等の処理を行うウエハ処理方法及びウエハ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ウエハを一枚づつ処理する枚葉装置では、例えば、ウエハカセットに１ロット２５枚のシリコンウエハをセットし、ウエハを搬送ロボットにより処理室まで搬送し、処理が終了したウエハを搬送ロボットにより取り出し、カセットまで戻す工程を行っている。
【０００３】
しかしながら、このような従来のウエハ処理方法では、ロットを連続して処理する場合やロットとロットとの間が空いた場合等において、ヒータパワーを一定にするような制御等をすると、処理が行われるウエハの温度がウエハ間で異なる現象が生じるという問題があった。例えば、ウエハ上に成膜を行う場合は、ウエハ上に成膜される膜の膜厚がウエハ間で変化するという現象が生じる。また、エッチングの場合は、ウエハ上の被エッチング材料のエッチング深さがウエハ間で異なるという現象が生ずる。このような現象が生ずると、ウエハ間で処理及び品質のばらつきが生じ、ひいては歩留まりの低下につながってしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来のウエハ処理方法では、ロットを連続して処理する場合やロットとロットとの間があいた場合に、処理が行われるウエハの温度がウエハ間で異なる現象が生じ、ウエハ間で処理及び品質のばらつきが生じ、ひいては歩留まりの低下につながってしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、ロット中のウエハ処理間隔或いはロット間の処理間隔によらず、ウエハ温度が一定になるようにするウエハ処理方法及びウエハ処理装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のウエハ処理方法は、処理室内にウエハを搬送する工程と、前記処理室内で前記ウエハを加熱して当該ウエハに対する処理を行う工程と、前記処理室外に前記ウエハを搬送する工程とを備え、前記処理室内に前記ウエハが存在しないときにも前記処理室内において加熱を行い、前記処理室内で前記ウエハが存在しないときの加熱パワーが前記処理室内に前記ウエハが存在するときの加熱パワーよりも大きくなるように制御するとともに、前記ウエハのロット中での処理順番により当該ウエハが前記処理室内に搬送され基板ホルダに載せられてから、当該ウエハの処理開始までの時間を変化させることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明のウエハ処理方法は、処理室内にウエハを搬送する工程と、前記処理室内で前記ウエハを加熱源により加熱して当該ウエハに対する処理を行う工程と、前記処理室外に前記ウエハを搬送する工程とを備え、前記処理室内に前記ウェハが存在しないときに前記処理室内において前記加熱源の温度制御を行い、前記処理室内に前記ウエハが存在しないときの前記加熱源の温度が、前記処理室内で前記ウエハを加熱するときの前記加熱源の温度よりも高くなるように制御するとともに、前記ウエハのロット中での処理順番により当該ウエハが前記処理室内に搬送され基板ホルダに載せられてから、当該ウエハの処理開始までの時間を変化させることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のウエハ処理装置は、処理室と、処理室内部に設けられたウエハを載せるための基板ホルダと、この処理室内外にウエハを搬送するウエハ搬送機構と、前記処理室内で処理される前記ウエハを加熱する加熱源とを備え、前記加熱源は、前記処理室内に前記ウエハが存在しないときの加熱パワーが、前記処理室内で前記ウエハを加熱するときの加熱パワーよりも高く制御されることと、前記ウエハのロット中での処理順番により、当該ウエハが前記処理室内に搬送され前記基板ホルダに載せられてから、当該ウエハの処理開始までの時間を変化させることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のウエハ処理装置は、処理室と、処理室内部に設けられたウエハを載せるための基板ホルダと、この処理室内外にウエハを搬送するウエハ搬送機構と、前記処理室内で処理される前記ウエハを加熱する加熱源とを備え、前記加熱源は、前記処理室内に前記ウエハが存在しないときに前記処理室内において温度制御され、前記処理室内に前記ウエハが存在しないときの前記加熱源の温度が、前記処理室内で前記ウエハを加熱するときの前記加熱源の温度よりも高く制御されることと、前記ウエハのロット中での処理順番により、当該ウエハが前記処理室内に搬送され前記基板ホルダに載せられてから、当該ウエハの処理開始までの時間を変化させることを特徴とする。
【００１３】
上記した各発明において、前記処理には、例えば、原料ガスを流して前記ウエハ上に薄膜を成長させる工程や、前記ウエハをアニール処理する工程等が含まれる。
【００１４】
ウエハ温度がロットの処理間隔等により変化する現象は、ウエハが処理室内に存在する場合と存在しない場合とで、加熱源からの放熱が変化し、ウエハが存在しない場合は加熱源からの放熱量が多くなり、加熱源の温度が低下する。そのために、ロットの処理の間隔が空いた場合、加熱源の温度が低下してロットの最初の数枚のウエハの処理温度が低下する。ウエハが処理室内に存在しない場合の加熱源の加熱パワーを大きくすることにより、ウエハが処理室に存在しない場合の加熱源の温度の低下を防止でき、ロットの処理間隔等によらず、ウエハ処理温度を一定にできる。
【００１５】
加熱源の温度を制御している場合は、処理室内にウエハが存在しない場合には、加熱源の設定温度を高くすることにより同様の効果が得られる。
【００１６】
ロットの最初の数枚の温度安定までの時間を長くすることによっても、処理温度を一定にすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明のウエハ処理装置のシステム構成を示す概略図である。この図に示されるように、搬送室１には第１の処理室２及び第２の処理室３がそれぞれゲートバルブ６ａ及び６ｂを介して接続されている。また、搬送室１にはウエハを装置外部から搬入するための第１のカセット室４及び第２のカセット室５がそれぞれゲートバルブ６ｃ及び６ｄを介して接続されている。
【００１９】
搬送室１内にはロボットハンドを有するアーム機構７が設けられており、このアーム機構７によりウエハが搬送室１を介して処理室２又は３とカセット室４又は５との間を搬送される。なお、８は冷却台であり、処理の終わったウエハはアーム機構７により冷却台８に搬送され、ウエハ温度が下げられる。
【００２０】
処理室２及び３、搬送室１、カセット室４及び５、冷却台８が収納される部屋等、各部屋の状態（部屋の扉の開閉状態、部屋内の温度等）は各種センサによりモニタされ、その状態に相当するデータが制御装置９へ送られる（図１の点線）。一方、制御装置９からも各部屋に対して制御信号が発せられ、各部屋の状態（部屋の扉の開閉状態等）がコントロールされるようになっている（図１の点線）。１０は加熱源（ヒータ）用電力ユニットであり、制御装置９からの制御信号を受けて（図１の実線）、処理室２及び３の温度制御を行う構成となっている。
【００２１】
第１の処理室２及び第２の処理室３内には、第１のカセット室４又は第２のカセット室５、及び搬送室１を介して外部から搬送されてきたウエハを保持し、処理するためのウエハ処理機構が設置されている。以下、このウエハ処理機構について説明する。
【００２２】
図５は、本発明の一実施形態に係る枚葉式のウエハ処理機構の概略縦断面図である。図中３１は処理容器を示している。この処理容器３１は実際には幾つかのパーツの組合せによって構成されているが、ここでは図の簡単化を図るために一体に形成されているように示されている。
【００２３】
処理容器３１内の上方には処理室３２が形成されており、処理室３２の上壁１１は石英板等の透明部材で形成されている。そして、上壁１１の上方には図示しない放射温度計等が配置される。処理室３２内で上壁１１に対向する位置には、石英等の耐熱性透明部材で形成された整流板１２が配置されている。
【００２４】
整流板１２の上面周縁部には環状の仕切板１３が配置されており、この仕切板１３によって整流板１２と上壁１１との間が原料ガス供給室１４とパージガス供給室１５とに区画されている。原料ガス供給室１４は原料ガス導入口１６を介して図示しない原料ガス供給源に選択的に接続され、またパージガス供給室１５はパージガス導入口１７を介して図示しないパージガス供給源に選択的に接続される。
【００２５】
処理室３２の側壁で上部位置には、後述する被処理基板（ウエハ）Ｓを処理室３２へ出し入れするための搬入口１８が設けられている。この搬入口１８は被処理基板Ｓを出し入れする期間以外は図示しないバルブによって閉じられている。処理室３２の側壁で下部位置には、処理室３２内を通過した原料ガスおよびパージガスを排出するための排気口１９が周方向の複数箇所に亘って形成されている。
【００２６】
処理室３２内で中央部上方位置には被処理基板Ｓを保持するための基板ホルダ２０ａが配置されている。この基板ホルダ２０ａは、ガス発生量を抑え、かつ高温雰囲気や腐食雰囲気に耐えさせるためにカーボン系の材料によって形成されている。基板ホルダ２０ａの周囲には遮熱筒２７が配置されており、この遮熱筒２７は処理室２の内壁に固定されている。なお、２９は加熱源である電気ヒータ、６５は均熱板、６６は遮熱板、６７は被処理基板Ｓの出し入れ時に被処理基板Ｓを突上げるためのピンである。
【００２７】
図５の基板処理装置では、回転軸２５ｄが中空で、かつ下方に向かうにしたがって段階的に小径に形成されている。すなわち、回転軸２５ｄは、一端側が基板ホルダ２０ａに接続されるとともに他端側が基板ホルダ２０ａと同径で下方に向けて延びた軸要素７５と、この軸要素７５より小径に形成されて一端側が軸要素７５の下端に接続された軸要素７６と、この軸要素７６より小径に形成されて一端側が軸要素７６の下端に接続された軸要素７７とで構成されている。
【００２８】
軸要素７６の周囲には、この軸要素７６との間に１ｍｍ程度の微小ギャップＡを設けて冷却液流路３２´が対向配置されている。この冷却液流路３２´には導入口３３から２５℃程度の冷却水が導入され、図示しない排出口から排出される。
【００２９】
軸要素７７の外周面と収容空間３０の構成壁内周面との間には回転軸２５ｄを回転自在に支持するための球軸受７８，７９が設けてあり、これら球軸受７８と球軸受７９の間に回転軸２５ｄに回転動力を与えるためのモータ８０が設けられている。また、収容空間３０の上部壁には、収容空間３０に侵入しようとするプロセスガスを押し出す形に水素，ヘリウム，窒素，アルゴン，ネオン，酸素などパージガスを収容空間３０に流すためのパージガス導入口５０が形成されている。
【００３０】
処理容器１ｄの底部壁には開口８１が形成されており、この開口８１を通して回転軸２５ｄ内に回転軸２５ｄとは非接触に保護筒８２が差込まれている。そして、突き上げピン６７を操作するためロッド８３、電気ヒータ２９に給電するためのリード線８４，８５、測温用の熱電対８６が保護筒８２内を案内され、保護筒８２の下端開口部に装着された閉塞板８７を気密に貫通して外部に導かれている。
【００３１】
基板ホルダ２０ａの基板載置部には圧力センサ（図示せず。）が設けられており、ウエハが基板ホルダ２０ａ上に載置されると、当該センサが作動し、ウエハが載置されたことを示すデータが制御装置９へ送られる。なお、処理室２及び３の扉に圧力センサが取り付けられていてもよく、この場合は、扉の開閉が行われた際、扉が開閉されたことを示すデータが制御装置９へ送られる。なお、圧力センサの代わりに、光センサ、電気的なセンサ（例えば、ウエハの載置によって生ずるウエハとの間の静電容量の変化や電気抵抗の変化に感応するもの等）等、各種センサを用いることが可能である。
【００３２】
次に、上述した本発明のウエハ処理装置を用いてウエハ処理を行う方法について説明する。
【００３３】
まず、図１に示すウエハ処理装置のシステムにおいて、第１のカセット室４又は第２のカセット室５に外部から１ロット２５枚のウエハをセットし、カセット室４又は５のカセット出入り口を閉じた後、真空引き、Ｎ2置換を行い、カセット室４又は５を搬送室１と同じ圧力、例えば６．６７×１０3ＰａのＮ2雰囲気にする。このとき、ゲートバルブ６ｃ又は６ｄは閉じた状態となっている。
【００３４】
搬送室１は第１の処理室２又は第２の処理室３と同じ圧力、例えば６．６７×１０3ＰａのＮ2雰囲気に設定されている。ゲートバルブ６ｃ又は６ｄが開けられ、ロボットハンドを有するアーム機構７によりカセット室４又は５からウエハが１枚ずつ搬送室１内に取り出され、さらにこのウエハはゲートバルブ６ａ又は６ｂを介して第１の処理室２又は第２の処理室３内へと運ばれる。その後、ゲートバルブ６ａ又は６ｂは閉じられて処理室２又は３内で処理が行われる。
【００３５】
処理室２又は３内の基板ホルダ２０ａは電気ヒータ２９により加熱されており、最初のロット処理の際は、ウエハは処理室２又は３内に存在しない。上述したようにウエハ（被処理基板Ｓ）を処理室２又は３内に運び、図５に示される突き上げピン６７により当該ウエハを突き上げた後、ロボットハンドが搬送室１内に戻り、ゲートバルブ６ａ又は６ｂが閉まる。突き上げピン６７を下げて、上記ウエハを基板ホルダ２０ａに載せ、所定の時間経過した後、処理を開始する。
【００３６】
処理が終了するとゲートバルブ６ａ又は６ｂを開き、ウエハを突き上げピン６７で突き上げ、ロボットハンドを処理室に挿入し、ウエハ突き上げピン６７を下ろし、ロボットハンドにウエハを載せ、ウエハを搬送室１に搬出し、次のウエハをセットする。ここで、次のウエハは反対側の端のロボットハンドに予め搬送しておいた。搬出されたウエハは冷却台８に搬送され、温度を下げた後にカセット室４又は５へ戻される。このような処理を連続的に行う。
【００３７】
図２は、従来方式のロット処理においてロット間隔が空いた場合のロット処理１枚目からの昇温プロファイルを示す特性図である。従来は、例えばヒータパワーを一定にするような制御をしており、その場合は図２に示すように、ウエハ間でウエハ温度の上がり方が異なるという現象が生ずる。即ち、この場合には、ウエハが処理室に存在しないときは、熱を遮断する役割をも果たすウエハが基板ホルダに載置されていないため、加熱部からの放熱量が大きくなり、加熱部の温度が低下する。ウエハが繰返し処理される毎に、ウエハが処理室に存在しないときの加熱部における温度は上昇する傾向にある。したがって、最初の数枚のウエハは、処理のための所定温度まで到達するまでの時間が長くかかるようになり、ウエハの処理枚数が増えるに従って、所定温度までの到達時間が短くなる現象が生ずる。以上のことから、図２の点線で示される処理開始時刻におけるウエハ温度が最初の数枚では同図に示すように他の場合より低下していた。
【００３８】
本発明では、処理室２又は３内の基板ホルダ２０ａにウエハが載置されていない場合に、ヒータのパワーを最適値に設定することにより、ロット処理の最初のウエハからウエハを所定温度に素早く設定することが可能である。図３は、本発明による加熱パワーの与え方を示すタイムチャートであり、図４は、ウエハ処理枚数と処理開始時のウエハ温度との関係を示す特性図である。
【００３９】
図３に示すように、処理室２又は３内の基板ホルダ２０ａにウエハが載置されていない時、即ちロット処理前後の時間帯やウエハ交換時間帯に相当する時には、制御装置９から加熱源（ヒータ）用電力ユニット１０へ加熱パワーの制御信号を出し、電力ユニット１０の作動により加熱パワーを高く設定する（例えば３４００Ｗ）。一方、ロット中のウエハが処理室２又は３内の基板ホルダ２０ａに載置されており所定の処理を受けている時には、制御装置９から電力ユニット１０へ加熱パワーの制御信号を出し、電力ユニット１０の作動によりウエハ載置時に比べて加熱パワーをより低く設定する（例えば３１００Ｗ）。
【００４０】
このようにウエハが処理室２又は３内に存在するか否かにより、電気ヒータ２９の加熱パワーの大きさを最適化することにより、図４の白丸で示すようにロット処理の最初のウエハからウエハ温度を所定温度に素早く設定することが可能である。黒丸は従来方式によるものであり、この場合はロット処理における最初の数枚のウエハは、処理開始時において処理のための所定温度には到達していない。このように、処理室にウエハが存在しない場合に、加熱パワーをある最適なパワーに設定するという単純な処理方法により、ウエハ間の温度の均一性を向上させることが可能になり、ウエハ処理の均一性を確保することが可能になる。
【００４１】
上記実施形態の場合、図５に示す熱電対８６の温度設定を、ウエハが処理室２又は３内に存在しない場合に、ウエハ処理時の設定温度と異なる温度（例えば、ウエハ処理時の設定温度よりも高い温度）に設定しても同様の効果がある。
【００４２】
また、放射温度計（図示せず。）により基板ホルダ２０ａの温度をモニタし、基板ホルダ２０ａの温度を制御することも可能であり、ウエハが処理室２又は３内に存在しない場合に、ウエハ処理時の設定温度と異なる温度（例えば、ウエハ処理時の設定温度よりも高い温度）に設定しても良い。
【００４３】
また、図５に示されるように加熱源（ヒータ）２９が分割されている場合は、分割されたゾーン毎に加熱パワーを設定し、若しくはゾーン毎の温度を制御することが可能である。通常、基板ホルダにウエハを設置した後に昇温を開始すると、ウエハ面内の各点の温度は必ずしも均一には上昇しない。ウエハ面内の各点の温度が均一化するにはかなりの時間を要してしまう場合もある。上記の如く加熱源（ヒータ）を分割した構成であれば、ウエハが処理室２又は３内に存在しない場合の各ゾーンの設定温度を、ウエハ処理時の各ゾーンの設定温度と異なる温度（例えば、ウエハ周辺側の温度とウエハ中心側の温度とを異なる温度に制御する。）に設定することにより、ウエハ面内の各点の温度が均一化する時間を短縮することが可能である。
【００４４】
さらにまた、ウエハが所定の温度になるまでの間の昇温時間を短縮するために、ウエハが基板ホルダ２０ａにセットされた後、図３の点線で示すように予め決められた値に加熱部のパワーを増減させ、昇温時間を短縮するようなフィードフォワード制御を行うことにより、昇温時間を短縮させることが可能になる。
【００４５】
また、ウエハのロット中での処理順番により、当該ウエハの処理開始までの時間を変化させても良い。例えば、ロット処理間隔にかかわらず、ロットの処理枚数毎に、温度安定時間を変化させ、所定の温度に安定した後に処理を開始しても良い。
【００４６】
さらに、加熱部の温度低下は、ロット処理の間隔の空き時間によるため、空き時間の長さに応じて、ロットの最初のウエハの処理開始までの時間を変化させても良い。この場合、ロットの処理枚数毎に温度安定時間を設定させても良い。
【００４７】
さらにまた、ウエハの基板ホルダへのセットの時期とウエハの加熱温度又は加熱パワーの変更の時期との間、並びにウエハの基板ホルダからの脱離の時期とウエハの加熱温度又は加熱パワーの変更の時期との間は、適宜タイミングをずらして本発明を適用することも可能である。
【００４８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはない。例えば、本発明は冷却処理に対しても適用することが可能である。例えば、一定温度にまで冷却してエッチングを行うエッチング処理に対しても本発明を適用可能である。
【００４９】
この場合は、処理室内にウエハを搬送する工程と、前記処理室内で前記ウエハを冷却源により冷却して当該ウエハに対する処理を行う工程と、前記処理室外に前記ウエハを搬送する工程とを備え、前記処理室内に前記ウエハが存在しないときにも前記処理室内において前記冷却源により冷却を行い、前記処理室内に前記ウエハが存在しないときの前記冷却源の温度を、前記処理室内で前記ウエハを冷却するときの前記冷却源の温度よりも低くするウエハ処理方法を用いることが可能である。また、ウエハ処理装置としては、処理室と、この処理室内外にウエハを搬送するウエハ搬送機構と、前記処理室内で処理される前記ウエハを冷却する冷却源とを備え、前記冷却源は、前記処理室内に前記ウエハが存在しないときにも前記処理室内において冷却を行い、前記処理室内に前記ウエハが存在しないときの前記冷却源の温度が、前記処理室内で前記ウエハを冷却するときの前記冷却源の温度よりも低いことを特徴とするウエハ処理装置を用いることが可能である。
【００５０】
その他、本発明の趣旨を逸脱しないで種々変形して実施することが可能である。
【００５１】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、ロット中のウエハ処理間隔或いはロット間の処理間隔によらず、ウエハ温度が一定になるようにすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のウエハ処理装置のシステム構成を示す概略図。
【図２】 従来方式のロット処理においてロット間隔が空いた場合のロット処理１枚目からの昇温プロファイルを示す特性図。
【図３】 本発明による加熱パワーの与え方を示すタイムチャート。
【図４】 ウエハ処理枚数と処理開始時のウエハ温度との関係を示す特性図。
【図５】 本発明の一実施形態に係る枚葉式のウエハ処理機構の概略縦断面図。
【符号の説明】
１…搬送室
２…第１の処理室
３…第２の処理室
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ…ゲートバルブ
７…アーム機構
８…冷却台
２０ａ…基板ホルダ
２９…電気ヒータ
【発明の属する技術分野】
本発明はウエハ処理方法及びウエハ処理装置に係わり、特にウエハの温度を制御して、ウエハ上への成膜、アニール処理、エッチング処理等の処理を行うウエハ処理方法及びウエハ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ウエハを一枚づつ処理する枚葉装置では、例えば、ウエハカセットに１ロット２５枚のシリコンウエハをセットし、ウエハを搬送ロボットにより処理室まで搬送し、処理が終了したウエハを搬送ロボットにより取り出し、カセットまで戻す工程を行っている。
【０００３】
しかしながら、このような従来のウエハ処理方法では、ロットを連続して処理する場合やロットとロットとの間が空いた場合等において、ヒータパワーを一定にするような制御等をすると、処理が行われるウエハの温度がウエハ間で異なる現象が生じるという問題があった。例えば、ウエハ上に成膜を行う場合は、ウエハ上に成膜される膜の膜厚がウエハ間で変化するという現象が生じる。また、エッチングの場合は、ウエハ上の被エッチング材料のエッチング深さがウエハ間で異なるという現象が生ずる。このような現象が生ずると、ウエハ間で処理及び品質のばらつきが生じ、ひいては歩留まりの低下につながってしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来のウエハ処理方法では、ロットを連続して処理する場合やロットとロットとの間があいた場合に、処理が行われるウエハの温度がウエハ間で異なる現象が生じ、ウエハ間で処理及び品質のばらつきが生じ、ひいては歩留まりの低下につながってしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、ロット中のウエハ処理間隔或いはロット間の処理間隔によらず、ウエハ温度が一定になるようにするウエハ処理方法及びウエハ処理装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のウエハ処理方法は、処理室内にウエハを搬送する工程と、前記処理室内で前記ウエハを加熱して当該ウエハに対する処理を行う工程と、前記処理室外に前記ウエハを搬送する工程とを備え、前記処理室内に前記ウエハが存在しないときにも前記処理室内において加熱を行い、前記処理室内で前記ウエハが存在しないときの加熱パワーが前記処理室内に前記ウエハが存在するときの加熱パワーよりも大きくなるように制御するとともに、前記ウエハのロット中での処理順番により当該ウエハが前記処理室内に搬送され基板ホルダに載せられてから、当該ウエハの処理開始までの時間を変化させることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明のウエハ処理方法は、処理室内にウエハを搬送する工程と、前記処理室内で前記ウエハを加熱源により加熱して当該ウエハに対する処理を行う工程と、前記処理室外に前記ウエハを搬送する工程とを備え、前記処理室内に前記ウェハが存在しないときに前記処理室内において前記加熱源の温度制御を行い、前記処理室内に前記ウエハが存在しないときの前記加熱源の温度が、前記処理室内で前記ウエハを加熱するときの前記加熱源の温度よりも高くなるように制御するとともに、前記ウエハのロット中での処理順番により当該ウエハが前記処理室内に搬送され基板ホルダに載せられてから、当該ウエハの処理開始までの時間を変化させることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のウエハ処理装置は、処理室と、処理室内部に設けられたウエハを載せるための基板ホルダと、この処理室内外にウエハを搬送するウエハ搬送機構と、前記処理室内で処理される前記ウエハを加熱する加熱源とを備え、前記加熱源は、前記処理室内に前記ウエハが存在しないときの加熱パワーが、前記処理室内で前記ウエハを加熱するときの加熱パワーよりも高く制御されることと、前記ウエハのロット中での処理順番により、当該ウエハが前記処理室内に搬送され前記基板ホルダに載せられてから、当該ウエハの処理開始までの時間を変化させることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のウエハ処理装置は、処理室と、処理室内部に設けられたウエハを載せるための基板ホルダと、この処理室内外にウエハを搬送するウエハ搬送機構と、前記処理室内で処理される前記ウエハを加熱する加熱源とを備え、前記加熱源は、前記処理室内に前記ウエハが存在しないときに前記処理室内において温度制御され、前記処理室内に前記ウエハが存在しないときの前記加熱源の温度が、前記処理室内で前記ウエハを加熱するときの前記加熱源の温度よりも高く制御されることと、前記ウエハのロット中での処理順番により、当該ウエハが前記処理室内に搬送され前記基板ホルダに載せられてから、当該ウエハの処理開始までの時間を変化させることを特徴とする。
【００１３】
上記した各発明において、前記処理には、例えば、原料ガスを流して前記ウエハ上に薄膜を成長させる工程や、前記ウエハをアニール処理する工程等が含まれる。
【００１４】
ウエハ温度がロットの処理間隔等により変化する現象は、ウエハが処理室内に存在する場合と存在しない場合とで、加熱源からの放熱が変化し、ウエハが存在しない場合は加熱源からの放熱量が多くなり、加熱源の温度が低下する。そのために、ロットの処理の間隔が空いた場合、加熱源の温度が低下してロットの最初の数枚のウエハの処理温度が低下する。ウエハが処理室内に存在しない場合の加熱源の加熱パワーを大きくすることにより、ウエハが処理室に存在しない場合の加熱源の温度の低下を防止でき、ロットの処理間隔等によらず、ウエハ処理温度を一定にできる。
【００１５】
加熱源の温度を制御している場合は、処理室内にウエハが存在しない場合には、加熱源の設定温度を高くすることにより同様の効果が得られる。
【００１６】
ロットの最初の数枚の温度安定までの時間を長くすることによっても、処理温度を一定にすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明のウエハ処理装置のシステム構成を示す概略図である。この図に示されるように、搬送室１には第１の処理室２及び第２の処理室３がそれぞれゲートバルブ６ａ及び６ｂを介して接続されている。また、搬送室１にはウエハを装置外部から搬入するための第１のカセット室４及び第２のカセット室５がそれぞれゲートバルブ６ｃ及び６ｄを介して接続されている。
【００１９】
搬送室１内にはロボットハンドを有するアーム機構７が設けられており、このアーム機構７によりウエハが搬送室１を介して処理室２又は３とカセット室４又は５との間を搬送される。なお、８は冷却台であり、処理の終わったウエハはアーム機構７により冷却台８に搬送され、ウエハ温度が下げられる。
【００２０】
処理室２及び３、搬送室１、カセット室４及び５、冷却台８が収納される部屋等、各部屋の状態（部屋の扉の開閉状態、部屋内の温度等）は各種センサによりモニタされ、その状態に相当するデータが制御装置９へ送られる（図１の点線）。一方、制御装置９からも各部屋に対して制御信号が発せられ、各部屋の状態（部屋の扉の開閉状態等）がコントロールされるようになっている（図１の点線）。１０は加熱源（ヒータ）用電力ユニットであり、制御装置９からの制御信号を受けて（図１の実線）、処理室２及び３の温度制御を行う構成となっている。
【００２１】
第１の処理室２及び第２の処理室３内には、第１のカセット室４又は第２のカセット室５、及び搬送室１を介して外部から搬送されてきたウエハを保持し、処理するためのウエハ処理機構が設置されている。以下、このウエハ処理機構について説明する。
【００２２】
図５は、本発明の一実施形態に係る枚葉式のウエハ処理機構の概略縦断面図である。図中３１は処理容器を示している。この処理容器３１は実際には幾つかのパーツの組合せによって構成されているが、ここでは図の簡単化を図るために一体に形成されているように示されている。
【００２３】
処理容器３１内の上方には処理室３２が形成されており、処理室３２の上壁１１は石英板等の透明部材で形成されている。そして、上壁１１の上方には図示しない放射温度計等が配置される。処理室３２内で上壁１１に対向する位置には、石英等の耐熱性透明部材で形成された整流板１２が配置されている。
【００２４】
整流板１２の上面周縁部には環状の仕切板１３が配置されており、この仕切板１３によって整流板１２と上壁１１との間が原料ガス供給室１４とパージガス供給室１５とに区画されている。原料ガス供給室１４は原料ガス導入口１６を介して図示しない原料ガス供給源に選択的に接続され、またパージガス供給室１５はパージガス導入口１７を介して図示しないパージガス供給源に選択的に接続される。
【００２５】
処理室３２の側壁で上部位置には、後述する被処理基板（ウエハ）Ｓを処理室３２へ出し入れするための搬入口１８が設けられている。この搬入口１８は被処理基板Ｓを出し入れする期間以外は図示しないバルブによって閉じられている。処理室３２の側壁で下部位置には、処理室３２内を通過した原料ガスおよびパージガスを排出するための排気口１９が周方向の複数箇所に亘って形成されている。
【００２６】
処理室３２内で中央部上方位置には被処理基板Ｓを保持するための基板ホルダ２０ａが配置されている。この基板ホルダ２０ａは、ガス発生量を抑え、かつ高温雰囲気や腐食雰囲気に耐えさせるためにカーボン系の材料によって形成されている。基板ホルダ２０ａの周囲には遮熱筒２７が配置されており、この遮熱筒２７は処理室２の内壁に固定されている。なお、２９は加熱源である電気ヒータ、６５は均熱板、６６は遮熱板、６７は被処理基板Ｓの出し入れ時に被処理基板Ｓを突上げるためのピンである。
【００２７】
図５の基板処理装置では、回転軸２５ｄが中空で、かつ下方に向かうにしたがって段階的に小径に形成されている。すなわち、回転軸２５ｄは、一端側が基板ホルダ２０ａに接続されるとともに他端側が基板ホルダ２０ａと同径で下方に向けて延びた軸要素７５と、この軸要素７５より小径に形成されて一端側が軸要素７５の下端に接続された軸要素７６と、この軸要素７６より小径に形成されて一端側が軸要素７６の下端に接続された軸要素７７とで構成されている。
【００２８】
軸要素７６の周囲には、この軸要素７６との間に１ｍｍ程度の微小ギャップＡを設けて冷却液流路３２´が対向配置されている。この冷却液流路３２´には導入口３３から２５℃程度の冷却水が導入され、図示しない排出口から排出される。
【００２９】
軸要素７７の外周面と収容空間３０の構成壁内周面との間には回転軸２５ｄを回転自在に支持するための球軸受７８，７９が設けてあり、これら球軸受７８と球軸受７９の間に回転軸２５ｄに回転動力を与えるためのモータ８０が設けられている。また、収容空間３０の上部壁には、収容空間３０に侵入しようとするプロセスガスを押し出す形に水素，ヘリウム，窒素，アルゴン，ネオン，酸素などパージガスを収容空間３０に流すためのパージガス導入口５０が形成されている。
【００３０】
処理容器１ｄの底部壁には開口８１が形成されており、この開口８１を通して回転軸２５ｄ内に回転軸２５ｄとは非接触に保護筒８２が差込まれている。そして、突き上げピン６７を操作するためロッド８３、電気ヒータ２９に給電するためのリード線８４，８５、測温用の熱電対８６が保護筒８２内を案内され、保護筒８２の下端開口部に装着された閉塞板８７を気密に貫通して外部に導かれている。
【００３１】
基板ホルダ２０ａの基板載置部には圧力センサ（図示せず。）が設けられており、ウエハが基板ホルダ２０ａ上に載置されると、当該センサが作動し、ウエハが載置されたことを示すデータが制御装置９へ送られる。なお、処理室２及び３の扉に圧力センサが取り付けられていてもよく、この場合は、扉の開閉が行われた際、扉が開閉されたことを示すデータが制御装置９へ送られる。なお、圧力センサの代わりに、光センサ、電気的なセンサ（例えば、ウエハの載置によって生ずるウエハとの間の静電容量の変化や電気抵抗の変化に感応するもの等）等、各種センサを用いることが可能である。
【００３２】
次に、上述した本発明のウエハ処理装置を用いてウエハ処理を行う方法について説明する。
【００３３】
まず、図１に示すウエハ処理装置のシステムにおいて、第１のカセット室４又は第２のカセット室５に外部から１ロット２５枚のウエハをセットし、カセット室４又は５のカセット出入り口を閉じた後、真空引き、Ｎ2置換を行い、カセット室４又は５を搬送室１と同じ圧力、例えば６．６７×１０3ＰａのＮ2雰囲気にする。このとき、ゲートバルブ６ｃ又は６ｄは閉じた状態となっている。
【００３４】
搬送室１は第１の処理室２又は第２の処理室３と同じ圧力、例えば６．６７×１０3ＰａのＮ2雰囲気に設定されている。ゲートバルブ６ｃ又は６ｄが開けられ、ロボットハンドを有するアーム機構７によりカセット室４又は５からウエハが１枚ずつ搬送室１内に取り出され、さらにこのウエハはゲートバルブ６ａ又は６ｂを介して第１の処理室２又は第２の処理室３内へと運ばれる。その後、ゲートバルブ６ａ又は６ｂは閉じられて処理室２又は３内で処理が行われる。
【００３５】
処理室２又は３内の基板ホルダ２０ａは電気ヒータ２９により加熱されており、最初のロット処理の際は、ウエハは処理室２又は３内に存在しない。上述したようにウエハ（被処理基板Ｓ）を処理室２又は３内に運び、図５に示される突き上げピン６７により当該ウエハを突き上げた後、ロボットハンドが搬送室１内に戻り、ゲートバルブ６ａ又は６ｂが閉まる。突き上げピン６７を下げて、上記ウエハを基板ホルダ２０ａに載せ、所定の時間経過した後、処理を開始する。
【００３６】
処理が終了するとゲートバルブ６ａ又は６ｂを開き、ウエハを突き上げピン６７で突き上げ、ロボットハンドを処理室に挿入し、ウエハ突き上げピン６７を下ろし、ロボットハンドにウエハを載せ、ウエハを搬送室１に搬出し、次のウエハをセットする。ここで、次のウエハは反対側の端のロボットハンドに予め搬送しておいた。搬出されたウエハは冷却台８に搬送され、温度を下げた後にカセット室４又は５へ戻される。このような処理を連続的に行う。
【００３７】
図２は、従来方式のロット処理においてロット間隔が空いた場合のロット処理１枚目からの昇温プロファイルを示す特性図である。従来は、例えばヒータパワーを一定にするような制御をしており、その場合は図２に示すように、ウエハ間でウエハ温度の上がり方が異なるという現象が生ずる。即ち、この場合には、ウエハが処理室に存在しないときは、熱を遮断する役割をも果たすウエハが基板ホルダに載置されていないため、加熱部からの放熱量が大きくなり、加熱部の温度が低下する。ウエハが繰返し処理される毎に、ウエハが処理室に存在しないときの加熱部における温度は上昇する傾向にある。したがって、最初の数枚のウエハは、処理のための所定温度まで到達するまでの時間が長くかかるようになり、ウエハの処理枚数が増えるに従って、所定温度までの到達時間が短くなる現象が生ずる。以上のことから、図２の点線で示される処理開始時刻におけるウエハ温度が最初の数枚では同図に示すように他の場合より低下していた。
【００３８】
本発明では、処理室２又は３内の基板ホルダ２０ａにウエハが載置されていない場合に、ヒータのパワーを最適値に設定することにより、ロット処理の最初のウエハからウエハを所定温度に素早く設定することが可能である。図３は、本発明による加熱パワーの与え方を示すタイムチャートであり、図４は、ウエハ処理枚数と処理開始時のウエハ温度との関係を示す特性図である。
【００３９】
図３に示すように、処理室２又は３内の基板ホルダ２０ａにウエハが載置されていない時、即ちロット処理前後の時間帯やウエハ交換時間帯に相当する時には、制御装置９から加熱源（ヒータ）用電力ユニット１０へ加熱パワーの制御信号を出し、電力ユニット１０の作動により加熱パワーを高く設定する（例えば３４００Ｗ）。一方、ロット中のウエハが処理室２又は３内の基板ホルダ２０ａに載置されており所定の処理を受けている時には、制御装置９から電力ユニット１０へ加熱パワーの制御信号を出し、電力ユニット１０の作動によりウエハ載置時に比べて加熱パワーをより低く設定する（例えば３１００Ｗ）。
【００４０】
このようにウエハが処理室２又は３内に存在するか否かにより、電気ヒータ２９の加熱パワーの大きさを最適化することにより、図４の白丸で示すようにロット処理の最初のウエハからウエハ温度を所定温度に素早く設定することが可能である。黒丸は従来方式によるものであり、この場合はロット処理における最初の数枚のウエハは、処理開始時において処理のための所定温度には到達していない。このように、処理室にウエハが存在しない場合に、加熱パワーをある最適なパワーに設定するという単純な処理方法により、ウエハ間の温度の均一性を向上させることが可能になり、ウエハ処理の均一性を確保することが可能になる。
【００４１】
上記実施形態の場合、図５に示す熱電対８６の温度設定を、ウエハが処理室２又は３内に存在しない場合に、ウエハ処理時の設定温度と異なる温度（例えば、ウエハ処理時の設定温度よりも高い温度）に設定しても同様の効果がある。
【００４２】
また、放射温度計（図示せず。）により基板ホルダ２０ａの温度をモニタし、基板ホルダ２０ａの温度を制御することも可能であり、ウエハが処理室２又は３内に存在しない場合に、ウエハ処理時の設定温度と異なる温度（例えば、ウエハ処理時の設定温度よりも高い温度）に設定しても良い。
【００４３】
また、図５に示されるように加熱源（ヒータ）２９が分割されている場合は、分割されたゾーン毎に加熱パワーを設定し、若しくはゾーン毎の温度を制御することが可能である。通常、基板ホルダにウエハを設置した後に昇温を開始すると、ウエハ面内の各点の温度は必ずしも均一には上昇しない。ウエハ面内の各点の温度が均一化するにはかなりの時間を要してしまう場合もある。上記の如く加熱源（ヒータ）を分割した構成であれば、ウエハが処理室２又は３内に存在しない場合の各ゾーンの設定温度を、ウエハ処理時の各ゾーンの設定温度と異なる温度（例えば、ウエハ周辺側の温度とウエハ中心側の温度とを異なる温度に制御する。）に設定することにより、ウエハ面内の各点の温度が均一化する時間を短縮することが可能である。
【００４４】
さらにまた、ウエハが所定の温度になるまでの間の昇温時間を短縮するために、ウエハが基板ホルダ２０ａにセットされた後、図３の点線で示すように予め決められた値に加熱部のパワーを増減させ、昇温時間を短縮するようなフィードフォワード制御を行うことにより、昇温時間を短縮させることが可能になる。
【００４５】
また、ウエハのロット中での処理順番により、当該ウエハの処理開始までの時間を変化させても良い。例えば、ロット処理間隔にかかわらず、ロットの処理枚数毎に、温度安定時間を変化させ、所定の温度に安定した後に処理を開始しても良い。
【００４６】
さらに、加熱部の温度低下は、ロット処理の間隔の空き時間によるため、空き時間の長さに応じて、ロットの最初のウエハの処理開始までの時間を変化させても良い。この場合、ロットの処理枚数毎に温度安定時間を設定させても良い。
【００４７】
さらにまた、ウエハの基板ホルダへのセットの時期とウエハの加熱温度又は加熱パワーの変更の時期との間、並びにウエハの基板ホルダからの脱離の時期とウエハの加熱温度又は加熱パワーの変更の時期との間は、適宜タイミングをずらして本発明を適用することも可能である。
【００４８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはない。例えば、本発明は冷却処理に対しても適用することが可能である。例えば、一定温度にまで冷却してエッチングを行うエッチング処理に対しても本発明を適用可能である。
【００４９】
この場合は、処理室内にウエハを搬送する工程と、前記処理室内で前記ウエハを冷却源により冷却して当該ウエハに対する処理を行う工程と、前記処理室外に前記ウエハを搬送する工程とを備え、前記処理室内に前記ウエハが存在しないときにも前記処理室内において前記冷却源により冷却を行い、前記処理室内に前記ウエハが存在しないときの前記冷却源の温度を、前記処理室内で前記ウエハを冷却するときの前記冷却源の温度よりも低くするウエハ処理方法を用いることが可能である。また、ウエハ処理装置としては、処理室と、この処理室内外にウエハを搬送するウエハ搬送機構と、前記処理室内で処理される前記ウエハを冷却する冷却源とを備え、前記冷却源は、前記処理室内に前記ウエハが存在しないときにも前記処理室内において冷却を行い、前記処理室内に前記ウエハが存在しないときの前記冷却源の温度が、前記処理室内で前記ウエハを冷却するときの前記冷却源の温度よりも低いことを特徴とするウエハ処理装置を用いることが可能である。
【００５０】
その他、本発明の趣旨を逸脱しないで種々変形して実施することが可能である。
【００５１】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、ロット中のウエハ処理間隔或いはロット間の処理間隔によらず、ウエハ温度が一定になるようにすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のウエハ処理装置のシステム構成を示す概略図。
【図２】 従来方式のロット処理においてロット間隔が空いた場合のロット処理１枚目からの昇温プロファイルを示す特性図。
【図３】 本発明による加熱パワーの与え方を示すタイムチャート。
【図４】 ウエハ処理枚数と処理開始時のウエハ温度との関係を示す特性図。
【図５】 本発明の一実施形態に係る枚葉式のウエハ処理機構の概略縦断面図。
【符号の説明】
１…搬送室
２…第１の処理室
３…第２の処理室
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ…ゲートバルブ
７…アーム機構
８…冷却台
２０ａ…基板ホルダ
２９…電気ヒータ
Claims (6)
- 処理室内にウエハを搬送する工程と、前記処理室内で前記ウエハを加熱して当該ウエハに対する処理を行う工程と、前記処理室外に前記ウエハを搬送する工程とを備え、前記処理室内に前記ウエハが存在しないときにも前記処理室内において加熱を行い、前記処理室内で前記ウエハが存在しないときの加熱パワーが前記処理室内に前記ウエハが存在するときの加熱パワーよりも大きくなるように制御するとともに、前記ウエハのロット中での処理順番により当該ウエハが前記処理室内に搬送され基板ホルダに載せられてから、当該ウエハの処理開始までの時間を変化させることを特徴とするウエハ処理方法。
- 処理室内にウエハを搬送する工程と、前記処理室内で前記ウエハを加熱源により加熱して当該ウエハに対する処理を行う工程と、前記処理室外に前記ウエハを搬送する工程とを備え、前記処理室内に前記ウェハが存在しないときに前記処理室内において前記加熱源の温度制御を行い、前記処理室内に前記ウエハが存在しないときの前記加熱源の温度が、前記処理室内で前記ウエハを加熱するときの前記加熱源の温度よりも高くなるように制御するとともに、前記ウエハのロット中での処理順番により当該ウエハが前記処理室内に搬送され基板ホルダに載せられてから、当該ウエハの処理開始までの時間を変化させることを特徴とするウエハ処理方法。
- 前記ウエハを加熱するときにフィードフォワード制御を行うことを特徴とする請求項１又は２記載のウエハ処理方法。
- 前記ウエハのロット処理間の間隔に応じて、ロットの最初のウエハの当該ウエハが前記処理室内に搬送され基板ホルダに載せられてから、当該ウエハの処理開始までの時間を変化させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のウエハ処理方法。
- 処理室と、処理室内部に設けられたウエハを載せるための基板ホルダと、この処理室内外にウエハを搬送するウエハ搬送機構と、前記処理室内で処理される前記ウエハを加熱する加熱源とを備え、前記加熱源は、前記処理室内に前記ウエハが存在しないときの加熱パワーが、前記処理室内で前記ウエハを加熱するときの加熱パワーよりも高く制御されることと、前記ウエハのロット中での処理順番により、当該ウエハが前記処理室内に搬送され前記基板ホルダに載せられてから、当該ウエハの処理開始までの時間を変化させることを特徴とするウエハ処理装置。
- 処理室と、処理室内部に設けられたウエハを載せるための基板ホルダと、この処理室内外にウエハを搬送するウエハ搬送機構と、前記処理室内で処理される前記ウエハを加熱する加熱源とを備え、前記加熱源は、前記処理室内に前記ウエハが存在しないときに前記処理室内において温度制御され、前記処理室内に前記ウエハが存在しないときの前記加熱源の温度が、前記処理室内で前記ウエハを加熱するときの前記加熱源の温度よりも高く制御されることと、前記ウエハのロット中での処理順番により、当該ウエハが前記処理室内に搬送され前記基板ホルダに載せられてから、当該ウエハの処理開始までの時間を変化させることを特徴とするウエハ処理装置。
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