JP3688264B2 - 熱処理方法及び熱処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体ウエハや液晶ディスプレイ用のガラス基板などの各種基板に対して熱処理を行う方法及びこの方法を実施するための熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造プロセスの一つであるアニール処理を行うための熱処理装置には種々のタイプがあるが、アニール処理のうち、例えば基板表面のポリシリコン層に注入したイオンを活性化する処理に用いるものとしては、例えば図１０に示す枚葉式の熱処理装置が使用されている。図中１は加熱炉であり、その内部には処理雰囲気を形成する石英製の反応容器１１が設けられ、この反応容器１１内には被処理体である半導体ウエハ（以下ウエハという）Ｗを水平に支持する基板載置部１２が設けられている。加熱炉１及び反応容器１１の一側面にはウエハＷを搬入出するための開口部１３が形成されており、他の一側面には反応容器１１と連通するパージガス供給管１４が当該側壁を貫通して設けられている。
【０００３】
また加熱炉１の天井部、底面部及び側壁（図示は省略するが図中手前側及び奥側）の夫々には、ウエハＷの周囲を囲むようにヒータ１５（一点鎖線で示す）が設けられており、各ヒータ１５と反応容器１１との間にはヒータ１５から生じる熱を拡散し、基板全体を均一に加熱するための熱容量の大きい材質例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる均熱板１６が設けられている。そして均熱板１６の外側に設けられた熱電対１７にてヒータ１５近傍の温度を検出し、この温度検出値を制御部１８にフィードバックしてウエハＷの表面温度が設定温度となるようにヒータ１５への電力供給量の調節を行っている。このような温度制御方式によれば、温度制御が簡単であるという利点がある。
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述構成に係る熱処理装置では加熱炉１にウエハＷを搬入してプロセスを行い搬出する動作を連続で繰り返す際、図５に示すように１枚目と比較し２枚目以降のウエハ搬入時の炉内温度が低下してしまう問題がある。これは反応容器１１内に搬入される冷たいウエハＷが処理雰囲気の温度を低下させるが、均熱板１６は熱容量が大きく冷えにくいため、均熱板１６の外方に設けられる熱電対１７では反応容器１１内の温度低下の検知が遅れ、処理雰囲気の温度が温度設定値まで戻ってないことが原因である。また均熱板１６を用いない熱処理装置においても、反応容器の熱容量が大きい場合には同様に温度低下の検知が遅れてしまう。
【０００４】
即ち、１枚目、２枚目などの早い段階でのウエハ搬入による外乱に対して応答性が悪いため、炉内温度が予定していたプロセス温度まで戻らず、また近年はウエハサイズの大型化が進んでいることから、ウエハ搬入時における反応容器１１内の冷え込みは大きく、これらの理由から温度の低下分は大きくなる傾向にある。
【０００５】
具体的には、上述した図５に示した例（プロセス温度６００℃，プロセス時間６０秒，搬入出時間１２０秒）においては、１枚目から５枚目まで徐々に処理雰囲気の温度が低下していき、その後プロセス温度よりもおよそ２５℃も低い温度で安定することが分かるが、プロセス温度から見た処理温度の下げ幅は、図中Ａ１に示す一枚当たりの処理時間（インターバル時間）が短いほど大きくなる傾向にあり、図５の場合よりも更に短く例えば６０秒程度とすると温度の下げ幅はかなり顕著となってしまう。
またウエハを加熱処理する場合にウエハが冷えていることに基づく不具合を解消する手法として、加熱板を用いてベーク処理を行うにあたって、加熱板に各ウエハを載置する度毎に加熱板内のヒータを最大出力で駆動し、次いで自動温度調節状態に切り替え、最大出力の駆動時間は、基板により加熱板から吸収される熱量に見合う分だけ加熱板に熱量を与えることができる時間に設定することが知られている（特許文献１）。しかしながら加熱板（ホットプレート）によるレジスト膜のベーク処理のようにヒータへの電力供給に対してウエハへの熱量供給が敏感に応答する場合には、各ウエハに対して均一に熱処理できるかもしれないが、反応容器や均熱板といった熱容量の大きな部材がヒータとウエハとの間に介在している場合には、２枚目以降のプロセス温度が１枚目のプロセス温度と同じになる保証はないので、各ウエハ間で均一な処理を行うことができない。
【特許文献１】
特開平１１−７４１８７：段落００１４、段落００２９及び図４
【０００６】
本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は複数の被処理体について熱処理を連続して行うにあたり、プロセス温度の低下を抑え、製品間での均一性を高めることのできる技術を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る熱処理方法は、反応容器内に搬入された被処理体に対して反応容器の外側に設けられた抵抗発熱体からなるヒータにより加熱して熱処理を行う熱処理装置を用い、被処理体を反応容器内に順次搬入して同一の熱処理を連続して行う熱処理方法において、
予め１番目の被処理体を搬入する直前の処理雰囲気の温度から被処理体を連続して熱処理していったときに被処理体の搬入時の処理雰囲気が安定する温度を差し引いた温度差であるオフセット温度を求める工程と、
次いで電力をヒータに供給して処理雰囲気の温度をプロセス時の設定温度よりもオフセット温度分だけ昇温させるのに必要な前記電力の供給時間を求める工程と、
処理雰囲気の温度をプロセス温度に設定した状態で、１番目の被処理体を反応容器内に搬入するときに前記工程で求めた供給時間だけ前記電力をヒータに供給し、その後は前記反応容器の外側に設けられ、当該反応容器の外側の温度を検出する温度検出部の温度検出値と、プロセス温度にオフセット温度を加えた温度設定値と、に基づいてヒータの電力制御を行う工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
また他の発明に係る熱処理方法は、反応容器内に搬入された被処理体に対して反応容器の外側に設けられた抵抗発熱体からなるヒータにより加熱して熱処理を行う熱処理装置を用い、被処理体を反応容器内に順次搬入して同一の熱処理を連続して行う熱処理方法において、
被処理体を反応容器内に搬入してから次の被処理体を反応容器内に搬入するまでの間隔をインターバル時間とし、１番目の被処理体を搬入する直前の反応容器内の処理雰囲気の温度から被処理体を連続して熱処理していったときに被処理体の搬入時の処理雰囲気が安定する温度を差し引いた温度差をオフセット温度とすると、インターバル時間とオフセット温度との第１の関係をプロセス温度に応じて求める工程と、
次いで電力をヒータに供給して処理雰囲気をオフセット温度分だけ昇温させ、前記電力の供給時間とオフセット温度との第２の関係をプロセス温度に応じて求める工程と、
その後、プロセス温度及びインターバル時間に応じた前記電力の供給時間を第１の関係及び第２の関係に基づいて求める工程と、
処理雰囲気の温度をプロセス温度に設定した状態で、１番目の被処理体を反応容器内に搬入するときに前記工程で求めた供給時間だけ前記電力をヒータに供給し、その後は前記反応容器の外側に設けられ、当該反応容器の外側の温度を検出する温度検出部の温度検出値と、プロセス温度にオフセット温度を加えた温度設定値と、に基づいてヒータの電力制御を行う工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
これらの発明方法によれば、いずれの場合においても反応容器の外側に設けた温度検出部からの温度検出値に基づいてヒータの電力制御（通常の電力制御）を行う前に、所定の時間だけ処理雰囲気の温度がプロセス温度よりも高くなるようにヒータへの電力供給を行っているため、例えば連続して被処理体の処理を行った場合にオフセット温度を補填し、且つ全ての被処理体に対するプロセス温度を揃えることができる。このため被処理体間の熱処理の均一性が良好になる。
【００１１】
また本発明に係る熱処理装置は、被処理体を反応容器内に順次搬入し、反応容器の外側に設けられた抵抗発熱体からなるヒータにより加熱して同一の熱処理を連続して行う熱処理装置において、
被処理体を反応容器内に搬入してから次の被処理体を反応容器内に搬入するまでの間隔をインターバル時間とし、１番目の被処理体を搬入する直前の処理雰囲気の温度から被処理体を連続して熱処理していったときに被処理体搬入時の処理雰囲気が安定する温度を差し引いた温度差をオフセット温度とすると、インターバル時間とオフセット温度との第１の関係をプロセス温度に応じて記憶する第１の記憶部と、
次いで電力をヒータに供給して処理雰囲気をオフセット温度分だけ昇温させるのに必要な電力の供給時間とオフセット温度との第２の関係をプロセス温度に応じて記憶する第２の記憶部と、
前記第１の記憶部及び第２の記憶部内のデータとプロセス温度及びインターバル時間とに基づいて、前記電力の供給時間を求める手段と、
前記反応容器の外側に設けられ、当該反応容器の外側の温度を検出する温度検出部と、処理雰囲気の温度をプロセス温度に設定した状態で、１番目の被処理体を反応容器内に搬入するときに前記手段により求めた供給時間だけ前記電力をヒータに供給し、その後は前記温度検出部の温度検出値と、プロセス温度にオフセット温度を加えた温度設定値と、に基づいてヒータの電力制御を行う制御部と、を備えたことを特徴とする。この熱処理装置においては、例えば被処理体は基板であり、反応容器の側面に被処理体の搬送口が形成されると共にヒータは被処理体の両面を加熱するように設けられる構成を一例として挙げることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係る熱処理装置の実施の形態について説明を行う。先ず本実施の形態の全体構造について、図１に示す縦断面図及び図２に示す平面図を参照して説明していくと、図中２は例えば外観が箱形をなす加熱炉であり、その内部には処理雰囲気２１が形成されると共に被処理体であるウエハＷをほぼ水平に支持する載置部２２が設けられている。加熱炉２の一側面には、ウエハＷの搬入出を行うための開口部２３が形成されており、例えば図示しない基板搬送アームと載置部２２との間でウエハＷの受け渡しを行うことができるようになっている。
【００１３】
また加熱炉２の表面は、例えばアルミニウムよりなる外装部材２４により全体に亘って被覆されており、その内部は断熱材２５が設けられている。また加熱炉２内には処理雰囲気２１を形成する例えば石英よりなる扁平な箱型の反応容器２６が設けられており、この反応容器２６には石英からなるガス供給管２７の一端が接続されている。ガス供給管２７は、プロセス時において処理雰囲気２１内にパージガス例えば窒素（Ｎ2）ガスの供給を行うものであり、その他端側は、加熱炉２の側壁を貫通して図示しないパージガス供給源へと延びている。
【００１４】
反応容器２６の外側には、当該反応容器２６を囲むように熱容量の大きな材質例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる箱型の均熱体３が設けられている。この均熱体３は各面についてみれば板状体であるため、以下においては均熱板３と呼ぶこととする。均熱板３の外方には均熱板３と隙間を介して例えば抵抗発熱体からなるヒータ４が設けられている。このヒータ４は、処理雰囲気２１をウエハＷの搬入方向に沿って例えば３つのゾーンに分けて夫々制御できるように、前方部ヒータ４１、中央部ヒータ４２及び後方部ヒータ４３を含み、更に各反応容器２６の両側面側に設けられた側方部ヒータ４４を含む。なおヒータ４１〜４４は、実際には例えばカーボンファイバを石英管内に封入したヒータエレメントが用いられるが、便宜上図では一点鎖線で囲む領域として記載してある。また、各ヒータ４１〜４４は対向する領域のものと組になって制御され、例えば前方部ヒータ４１、中央部ヒータ４２及び後方部ヒータ４３であれば、反応容器２６の前後方向の各位値において上下に設けられるヒータエレメントが組になって温度コントローラ５１、５２、５３により夫々制御されるようになっている。また側方部ヒータ４３については温度コントローラ５４により制御される。
【００１５】
均熱板３と各ヒータ４１〜４４との間には、夫々ヒータ４１〜４４近傍の温度を検出できるように温度検出部をなす熱電対６１〜６４が設けられており、夫々が対応する温度コントローラ５１〜５４に接続されている。温度コントローラ５１〜５４はプロセスコントローラ７に接続されている。
【００１６】
各温度コントローラ５１〜５４は、プロセスコントローラ７から送られる設定信号と、対応する温度検出部からの温度設定値とに基づいて独立して各ヒータ４１〜４４を制御するものであるが、この例では全てのヒータ４１〜４４について、１番目のウエハＷを搬入する前に後述のように大電力が供給される制御が行われるため、図３に示すように構成される。即ち、各ヒータ４１〜４４はプロセスコントローラ７から送られる自己に割り当てられた温度設定値と、対応する温度検出部からの温度検出値とを入力してＰＩＤ（比例、積分、微分）制御を行う第１の出力部であるＰＩＤ演算部８１と、図示しない電力供給部から対応するヒータ４１〜４４に１００％出力を供給するように制御信号を出力するための第２の出力部である大電力供給用出力部８２と、ＰＩＤ演算部８１と大電力供給用出力部８２との間でプロセスコントローラ７からの設定信号の供給の切り替えを行うための切り替え部８３と、を備えている。
【００１７】
プロセスコントローラ７は、ＣＰＵ（中央処理ユニット）７１、第１の記憶部７２、第２の記憶部７３及びデータ作成プログラム格納部７４を備えている。第１の記憶部７２には、加熱炉２内に一のウエハＷを搬入してから次のウエハＷを搬入するまでに要する時間（インターバル時間）と、連続して複数枚のウエハＷを処理する場合における一番目のウエハＷを加熱炉２内に搬入する直前の温度から処理雰囲気が安定する温度を差し引いた温度差（オフセット温度）との関係（第１の関係）を示すデータがプロセス温度毎に記憶されている。第２の記憶部７３には大電力供給用出力部８２により出力を行う時間、即ちヒータ４１〜４４へ大電力の供給を行う時間と、当該時間に応じて上昇するオフセット温度との関係（第２の関係）を示すデータがプロセス温度毎に記憶されている。
【００１８】
データ作成プログラム格納部７４に格納されたプログラムは、製品ウエハを処理する前に第１の記憶部７２内に記憶される既述の第１の関係を表すデータと、第２の記憶部７３内に記憶される既述の第２の関係を表すデータとを作成するためのものである。このような第１の関係及び第２の関係の各データは、結局のところ、あるプロセスにおいて１枚目のウエハＷを搬入する直前に各ヒータ４１〜４４に対して図示しない電力供給部から大電力（初期時昇温用の電力）である１００％出力をどのくらいの時間供給するかを決めるためのものであるが、これらデータは反応容器２６内の例えば中央部のゾーンの温度に基づいて作成され、これらデータに基づいて求まった大電力の供給時間は各ヒータ４１〜４４に対して共通なものとしている。また図中７０はバスであり、プロセスコントローラ７内の各部位は、このバス７０を介して各温度コントローラ５１〜５４と接続されている。
【００１９】
次いで本実施の形態の作用について説明する。ここで作業の流れを簡単に説明しておくと、先ず第１の記憶部７２及び第２の記憶部７３においてデータの取得が行われ、しかる後に第１の記憶部７２及び第２の記憶部７３に記憶されたデータに基づいて製品用のウエハＷに対する熱処理が行われるため、この順に沿って説明していく。
【００２０】
先ず図４に示すように複数枚のウエハＷを連続して処理する場合におけるインターバル時間とオフセット温度との第１の関係を、種々のプロセス温度について取得して第１の記憶部７２に記憶する（ステップＳ１）。このとき温度コントローラ５１〜５４における切り替え部８３は、ＰＩＤ演算部８１側に切り替わっているため、第１の関係のデータ取得作業時におけるヒータ４１〜４４への電力供給量の制御は、プロセスコントローラ７から送られる各温度設定値と、熱電対６１〜６４から得た温度検出値とをＰＩＤ演算部８１に入力し、ここから得た制御信号に基づいてフィードバック制御部より行われる。
【００２１】
図５はウエハＷを連続して処理した場合における処理雰囲気２１内の温度変化の様子を示す図であり、処理雰囲気２１内の温度は図１に示す反応容器２６の中央部に設けた温度検出部である内部熱電対７５からの温度検出値である。この図５から分かるように、処理枚数を重ねるうちに処理雰囲気２１内の温度は低下していき、例えばプロセス温度を６００℃に設定したとき、１０枚のウエハＷを連続して処理した場合には図５に示すようにプロセス温度から２５℃低い５７５℃で安定することとなる。
【００２２】
この２５℃の値がプロセス温度を６００℃として熱処理を行った場合のオフセット温度（炉内温度落ち込み幅）であるが、このようなオフセット温度の計測作業を、今度は図５中のＡ１に示すインターバル時間の値を種々変えて行うことで、例えば図６に示すようなオフセット温度−インターバル時間の関係（第１の関係）を示すデータの取得ができる。なおインターバル時間とは、ｎ番目のウエハＷを反応容器２６内に搬入し始めた時点からｎ＋１番目ウエハＷを搬入し始めるまでの時間である。
【００２３】
図６において示す第１の関係のデータは、プロセス温度を６００℃としたときに、インターバル時間を１８０秒、２４０秒、３００秒と３回に亘って変化させながら各々のオフセット温度をプロットしていったものであるが、インターバル時間の設定値（時間）及び計測回数は自由に変えてもよい。そしてこのようなデータの取得作業を種々のプロセス温度に設定して行い、各プロセス温度ごとのオフセット温度−インターバル時間のデータを第１の記憶部７２に記憶する。
【００２４】
次にヒータ４１〜４４への１００％出力供給時とオフセット温度との第２の関係を求める（ステップＳ２）この第２の関係は、後述する製品用ウエハＷに対する熱処理時において、各温度コントローラ５１〜５４が大電力供給用出力部８２をどの程度の時間だけ使用するかを決定する際に用いられるものである。具体的には内部熱電対７５の温度検出値がプロセス温度に安定している状態で、各温度コントローラ５１〜５４の切り替え部８３を大電力供給用出力部８２側に切り替え、処理雰囲気２１内の温度をステップ状に昇温させる。なお第２の関係を取得するときには、ウエハＷは加熱炉２内に搬入しない。そしてある時間Ａ２が経過した後、各供給電力をゼロにし（ＰＩＤ演算部８１側に切り替えて設定信号を「ゼロ」にする）、内部熱電対７５の温度検出値がどれくらい上昇するかを見極める。この時間Ａ２を種々変えることにより時間Ａ２と温度上昇幅との関係が求まる。この温度上昇幅は、ウエハＷを加熱炉２内に搬入するときにはオフセット温度分を相殺してプロセス温度に安定させようとするものであるから、この関係は、オフセット温度と１００％出力時間との関係に相当するものであり、例えば図７に示される。なお、図７の縦軸はプロセス温度に温度上昇幅を加えた温度としている。
【００２５】
以上のようなステップＳ１及びステップＳ２は予めプロセスを行う前に実施されるが、更に図４に示すようにステップＳ３を実行する。即ち、プロセスコントローラ７の図示しない入力部からウエハＷの連続搬入のタイミングとあるインターバル時間とプロセス温度とを入力する。これによりプロセスコントローラ７は、第１の記憶部７２内に記憶されている当該プロセス温度に対応する第１の関係を選択し、インターバル時間と第１の関係とからオフセット温度を求める。更に第２の記憶部７３内に記憶されている当該プロセス温度に対応する第２の関係を選択し、オフセット温度と第２の関係とから１００％出力の供給時間を求める。この例ではインターバル時間が１９０秒であるからオフセット温度は２５℃となり、前記供給時間は９５．６秒となる。
【００２６】
こうしたセッティングを終えた後、実際のプロセスを行う。最初加熱炉２内はプロセス温度６００℃に設定されている。この状態で１枚目のウエハＷから順次熱処理例えばアニール処理を行うが、１枚目のウエハＷの搬入時、例えば加熱炉２内へのウエハＷの搬入が完了した時点に各温度コントローラ５１〜５４において１００％出力に切り替え、設定された時間だけ１００％出力をヒータ４１〜４４に供給すると共に、温度設定値をプロセス温度にオフセット温度分を加算した値とし（ステップＳ４）、その後通常のＰＩＤ制御を行う（ステップＳ５）。ここでウエハＷを搬入したときの加熱炉２内の温度について述べる前に、ウエハＷを搬入しないときの温度制御及び加熱炉２内の温度について図８に示しておく。この図から分かるように、加熱炉２内が６００℃に安定している状態で１００％出力を９５．６秒間ヒータ４１〜４４に供給すると、加熱炉２内がプロセス温度６００℃にオフセット温度分を加えた６２５℃まで昇温する。そして６２５℃まで昇温し切ったところで切り替え部８３をＰＩＤ演算部８１側に切り替えると共にプロセスコントローラ７から各温度コントローラ５１〜５４にプロセス温度６２５℃に対応する温度設定値を与え、通常のＰＩＤ制御を行う。これ以降、温度設定値は６２５℃であり、２枚目以降のウエハＷの搬入時においても温度設定値は６２５℃であることから、２枚目以降のウエハＷの搬入時における処理雰囲気の温度は６２５℃に安定している。
【００２７】
図９はウエハＷを１枚目から順番に１０枚目まで熱処理したときの処理雰囲気２１の温度（内部熱電対７５の温度検出値）を示すものである。１枚目のウエハＷが搬入されたとき、ウエハＷが冷えているので加熱炉２内の温度が落ち込もうとするが、図８に示すようにヒータ４１〜４４に大電力である１００％出力が供給されるためプロセス温度に維持される。その後２枚目以降のウエハＷが順次加熱炉２内に搬入されて、加熱炉２内が冷え込もうとするが、温度の落ち込み幅を見込んだ分だけヒータ４１〜４４に大電力が供給されて、その熱量が均熱板３を通して加熱炉２内に供給され、以降はプロセス温度に落ち込み幅（オフセット温度）を加算した値を温度設定値として温度制御されるので、この結果各ウエハＷが熱処理されるときの温度が揃う。なお、最後のウエハＷを搬出するタイミングで一旦ヒータ４への電力供給量を０とするため、その温度は低下していき、所定時間経過後に再びＰＩＤ演算部８１から、例えば処理雰囲気２１の温度がプロセス温度となるように出力制御を行う。これにより処理雰囲気の温度は徐々にプロセス温度へと収束していく。
【００２８】
これまで述べてきたように、本実施の形態によればヒータ４１〜４４の近傍の温度に基づくＰＩＤ制御の前に、一定時間例えば１００％出力となるように出力決定部の切り替えを行い、両者の切り替えタイミングについては予め用意した第１及び第２の関係を参照するようにしたため、例えばウエハＷの搬入時における処理雰囲気の温度低下分を補填でき、更には連続して処理される全てのウエハＷについて揃ったプロセス温度で熱処理することができるため、ウエハＷ間の熱処理の均一性が良好になる。
なお処理雰囲気を温度制御するためには反応容器１１内に熱電対を設ける温度制御方式も考えられるが、この場合ウエハＷのローディング時に温度検出値が変動するので速やかにプロセス温度に安定化させるためには制御が複雑になり、また熱電対の位置している温度とウエハＷの温度とが一致しているとは限らないので、上述実施の形態の手法の方が優れている。
本発明では、１番目のウエハＷを加熱炉２内に搬入するときに、各温度コントローラ５１〜５４において１００％出力に切り替えて予め設定した時間だけその出力をヒータ４１〜４４に供給するようにするが、１００％出力に切り替えるタイミングとは、つまり「１番目のウエハＷを加熱炉２内に搬入するとき」とは、上述の例のように１枚目のウエハＷが加熱炉２内への搬入を完了した時点に限らず、ウエハＷが加熱炉２の入り口に到達する直前であってもよい。即ちこのタイミングは、１００％出力に切り替えて予め設定した時間経過したときに予定する温度例えば６００℃あるいはその近傍の温度に安定するという作用が得られるタイミングであればよい。
また上述実施の形態ではヒータ４１〜４４に対して大電力の供給を行うにあたり、切り替え部８３を大電力供給用出力部８２側に切り替えて１００％出力を与えるようにしているが、例えばＰＩＤ演算部８１における温度設定値を最大にしてもよいし、他の手法で大電力を供給するようにしてもよい。なお大電力の出力値は１００％に限定されない。また上述の実施の形態では、均熱板が設けられているが、本発明は、均熱板が設けられない場合であっても適用することができ、反応容器が熱容量の大きい材質例えば炭化ケイ素などで構成されている装置に対しては好適である。
【００２９】
更に本発明は、第１及び第２の関係を予め求める手法に限定されず、これからプロセスを行おうとするときに、予めダミーの被処理体例えばダミーウエハを用意してオフセット温度を求め、一方においてプロセス温度からそのオフセット温度とを加算した温度まで上昇し切るための大電力の供給時間を求め、この供給時間を用いてプロセスを行う場合も含まれる。
【００３０】
また本実施の形態で使用される被処理体は、半導体ウエハに限定されるものではなく、例えば液晶ディスプレイ用のガラス基板などであってもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、複数枚の被処理体について熱処理を連続して行うにあたり、プロセス温度の低下を抑え、製品間での均一性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る熱処理装置を示す縦断面図である。
【図２】本実施の形態に係る熱処理装置を示す平面図である。
【図３】上記熱処理装置における制御系を示す説明図である。
【図４】本実施の形態における作用を説明するための工程図である。
【図５】第１の関係を把握するための試験について示す特性図である。
【図６】第１の関係を把握するための試験について示す特性図である。
【図７】第２の関係を把握するための試験について示す特性図である。
【図８】第２の関係を把握するための試験について示す特性図である。
【図９】本実施の形態の作用を説明する作用説明図である。
【図１０】従来技術に基づく熱処理装置を説明するための概略説明図である。
【符号の説明】
Ｗ ウエハ（被処理体）
２ 加熱炉
２３ 開口部
２６ 反応容器
３ 均熱板（均熱体）
４（４１〜４４） ヒータ
５１〜５４ 温度コントローラ
６１〜６４ 熱電対
７ プロセスコントローラ
７２ 第１の記憶部
７３ 第２の記憶部
７４ データ作成プログラム格納部
７５ 内部熱電対
８１ ＰＩＤ演算部
８２ 大電力供給用出力部
８３ 切り替え部
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体ウエハや液晶ディスプレイ用のガラス基板などの各種基板に対して熱処理を行う方法及びこの方法を実施するための熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造プロセスの一つであるアニール処理を行うための熱処理装置には種々のタイプがあるが、アニール処理のうち、例えば基板表面のポリシリコン層に注入したイオンを活性化する処理に用いるものとしては、例えば図１０に示す枚葉式の熱処理装置が使用されている。図中１は加熱炉であり、その内部には処理雰囲気を形成する石英製の反応容器１１が設けられ、この反応容器１１内には被処理体である半導体ウエハ（以下ウエハという）Ｗを水平に支持する基板載置部１２が設けられている。加熱炉１及び反応容器１１の一側面にはウエハＷを搬入出するための開口部１３が形成されており、他の一側面には反応容器１１と連通するパージガス供給管１４が当該側壁を貫通して設けられている。
【０００３】
また加熱炉１の天井部、底面部及び側壁（図示は省略するが図中手前側及び奥側）の夫々には、ウエハＷの周囲を囲むようにヒータ１５（一点鎖線で示す）が設けられており、各ヒータ１５と反応容器１１との間にはヒータ１５から生じる熱を拡散し、基板全体を均一に加熱するための熱容量の大きい材質例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる均熱板１６が設けられている。そして均熱板１６の外側に設けられた熱電対１７にてヒータ１５近傍の温度を検出し、この温度検出値を制御部１８にフィードバックしてウエハＷの表面温度が設定温度となるようにヒータ１５への電力供給量の調節を行っている。このような温度制御方式によれば、温度制御が簡単であるという利点がある。
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述構成に係る熱処理装置では加熱炉１にウエハＷを搬入してプロセスを行い搬出する動作を連続で繰り返す際、図５に示すように１枚目と比較し２枚目以降のウエハ搬入時の炉内温度が低下してしまう問題がある。これは反応容器１１内に搬入される冷たいウエハＷが処理雰囲気の温度を低下させるが、均熱板１６は熱容量が大きく冷えにくいため、均熱板１６の外方に設けられる熱電対１７では反応容器１１内の温度低下の検知が遅れ、処理雰囲気の温度が温度設定値まで戻ってないことが原因である。また均熱板１６を用いない熱処理装置においても、反応容器の熱容量が大きい場合には同様に温度低下の検知が遅れてしまう。
【０００４】
即ち、１枚目、２枚目などの早い段階でのウエハ搬入による外乱に対して応答性が悪いため、炉内温度が予定していたプロセス温度まで戻らず、また近年はウエハサイズの大型化が進んでいることから、ウエハ搬入時における反応容器１１内の冷え込みは大きく、これらの理由から温度の低下分は大きくなる傾向にある。
【０００５】
具体的には、上述した図５に示した例（プロセス温度６００℃，プロセス時間６０秒，搬入出時間１２０秒）においては、１枚目から５枚目まで徐々に処理雰囲気の温度が低下していき、その後プロセス温度よりもおよそ２５℃も低い温度で安定することが分かるが、プロセス温度から見た処理温度の下げ幅は、図中Ａ１に示す一枚当たりの処理時間（インターバル時間）が短いほど大きくなる傾向にあり、図５の場合よりも更に短く例えば６０秒程度とすると温度の下げ幅はかなり顕著となってしまう。
またウエハを加熱処理する場合にウエハが冷えていることに基づく不具合を解消する手法として、加熱板を用いてベーク処理を行うにあたって、加熱板に各ウエハを載置する度毎に加熱板内のヒータを最大出力で駆動し、次いで自動温度調節状態に切り替え、最大出力の駆動時間は、基板により加熱板から吸収される熱量に見合う分だけ加熱板に熱量を与えることができる時間に設定することが知られている（特許文献１）。しかしながら加熱板（ホットプレート）によるレジスト膜のベーク処理のようにヒータへの電力供給に対してウエハへの熱量供給が敏感に応答する場合には、各ウエハに対して均一に熱処理できるかもしれないが、反応容器や均熱板といった熱容量の大きな部材がヒータとウエハとの間に介在している場合には、２枚目以降のプロセス温度が１枚目のプロセス温度と同じになる保証はないので、各ウエハ間で均一な処理を行うことができない。
【特許文献１】
特開平１１−７４１８７：段落００１４、段落００２９及び図４
【０００６】
本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は複数の被処理体について熱処理を連続して行うにあたり、プロセス温度の低下を抑え、製品間での均一性を高めることのできる技術を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る熱処理方法は、反応容器内に搬入された被処理体に対して反応容器の外側に設けられた抵抗発熱体からなるヒータにより加熱して熱処理を行う熱処理装置を用い、被処理体を反応容器内に順次搬入して同一の熱処理を連続して行う熱処理方法において、
予め１番目の被処理体を搬入する直前の処理雰囲気の温度から被処理体を連続して熱処理していったときに被処理体の搬入時の処理雰囲気が安定する温度を差し引いた温度差であるオフセット温度を求める工程と、
次いで電力をヒータに供給して処理雰囲気の温度をプロセス時の設定温度よりもオフセット温度分だけ昇温させるのに必要な前記電力の供給時間を求める工程と、
処理雰囲気の温度をプロセス温度に設定した状態で、１番目の被処理体を反応容器内に搬入するときに前記工程で求めた供給時間だけ前記電力をヒータに供給し、その後は前記反応容器の外側に設けられ、当該反応容器の外側の温度を検出する温度検出部の温度検出値と、プロセス温度にオフセット温度を加えた温度設定値と、に基づいてヒータの電力制御を行う工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
また他の発明に係る熱処理方法は、反応容器内に搬入された被処理体に対して反応容器の外側に設けられた抵抗発熱体からなるヒータにより加熱して熱処理を行う熱処理装置を用い、被処理体を反応容器内に順次搬入して同一の熱処理を連続して行う熱処理方法において、
被処理体を反応容器内に搬入してから次の被処理体を反応容器内に搬入するまでの間隔をインターバル時間とし、１番目の被処理体を搬入する直前の反応容器内の処理雰囲気の温度から被処理体を連続して熱処理していったときに被処理体の搬入時の処理雰囲気が安定する温度を差し引いた温度差をオフセット温度とすると、インターバル時間とオフセット温度との第１の関係をプロセス温度に応じて求める工程と、
次いで電力をヒータに供給して処理雰囲気をオフセット温度分だけ昇温させ、前記電力の供給時間とオフセット温度との第２の関係をプロセス温度に応じて求める工程と、
その後、プロセス温度及びインターバル時間に応じた前記電力の供給時間を第１の関係及び第２の関係に基づいて求める工程と、
処理雰囲気の温度をプロセス温度に設定した状態で、１番目の被処理体を反応容器内に搬入するときに前記工程で求めた供給時間だけ前記電力をヒータに供給し、その後は前記反応容器の外側に設けられ、当該反応容器の外側の温度を検出する温度検出部の温度検出値と、プロセス温度にオフセット温度を加えた温度設定値と、に基づいてヒータの電力制御を行う工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
これらの発明方法によれば、いずれの場合においても反応容器の外側に設けた温度検出部からの温度検出値に基づいてヒータの電力制御（通常の電力制御）を行う前に、所定の時間だけ処理雰囲気の温度がプロセス温度よりも高くなるようにヒータへの電力供給を行っているため、例えば連続して被処理体の処理を行った場合にオフセット温度を補填し、且つ全ての被処理体に対するプロセス温度を揃えることができる。このため被処理体間の熱処理の均一性が良好になる。
【００１１】
また本発明に係る熱処理装置は、被処理体を反応容器内に順次搬入し、反応容器の外側に設けられた抵抗発熱体からなるヒータにより加熱して同一の熱処理を連続して行う熱処理装置において、
被処理体を反応容器内に搬入してから次の被処理体を反応容器内に搬入するまでの間隔をインターバル時間とし、１番目の被処理体を搬入する直前の処理雰囲気の温度から被処理体を連続して熱処理していったときに被処理体搬入時の処理雰囲気が安定する温度を差し引いた温度差をオフセット温度とすると、インターバル時間とオフセット温度との第１の関係をプロセス温度に応じて記憶する第１の記憶部と、
次いで電力をヒータに供給して処理雰囲気をオフセット温度分だけ昇温させるのに必要な電力の供給時間とオフセット温度との第２の関係をプロセス温度に応じて記憶する第２の記憶部と、
前記第１の記憶部及び第２の記憶部内のデータとプロセス温度及びインターバル時間とに基づいて、前記電力の供給時間を求める手段と、
前記反応容器の外側に設けられ、当該反応容器の外側の温度を検出する温度検出部と、処理雰囲気の温度をプロセス温度に設定した状態で、１番目の被処理体を反応容器内に搬入するときに前記手段により求めた供給時間だけ前記電力をヒータに供給し、その後は前記温度検出部の温度検出値と、プロセス温度にオフセット温度を加えた温度設定値と、に基づいてヒータの電力制御を行う制御部と、を備えたことを特徴とする。この熱処理装置においては、例えば被処理体は基板であり、反応容器の側面に被処理体の搬送口が形成されると共にヒータは被処理体の両面を加熱するように設けられる構成を一例として挙げることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係る熱処理装置の実施の形態について説明を行う。先ず本実施の形態の全体構造について、図１に示す縦断面図及び図２に示す平面図を参照して説明していくと、図中２は例えば外観が箱形をなす加熱炉であり、その内部には処理雰囲気２１が形成されると共に被処理体であるウエハＷをほぼ水平に支持する載置部２２が設けられている。加熱炉２の一側面には、ウエハＷの搬入出を行うための開口部２３が形成されており、例えば図示しない基板搬送アームと載置部２２との間でウエハＷの受け渡しを行うことができるようになっている。
【００１３】
また加熱炉２の表面は、例えばアルミニウムよりなる外装部材２４により全体に亘って被覆されており、その内部は断熱材２５が設けられている。また加熱炉２内には処理雰囲気２１を形成する例えば石英よりなる扁平な箱型の反応容器２６が設けられており、この反応容器２６には石英からなるガス供給管２７の一端が接続されている。ガス供給管２７は、プロセス時において処理雰囲気２１内にパージガス例えば窒素（Ｎ2）ガスの供給を行うものであり、その他端側は、加熱炉２の側壁を貫通して図示しないパージガス供給源へと延びている。
【００１４】
反応容器２６の外側には、当該反応容器２６を囲むように熱容量の大きな材質例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる箱型の均熱体３が設けられている。この均熱体３は各面についてみれば板状体であるため、以下においては均熱板３と呼ぶこととする。均熱板３の外方には均熱板３と隙間を介して例えば抵抗発熱体からなるヒータ４が設けられている。このヒータ４は、処理雰囲気２１をウエハＷの搬入方向に沿って例えば３つのゾーンに分けて夫々制御できるように、前方部ヒータ４１、中央部ヒータ４２及び後方部ヒータ４３を含み、更に各反応容器２６の両側面側に設けられた側方部ヒータ４４を含む。なおヒータ４１〜４４は、実際には例えばカーボンファイバを石英管内に封入したヒータエレメントが用いられるが、便宜上図では一点鎖線で囲む領域として記載してある。また、各ヒータ４１〜４４は対向する領域のものと組になって制御され、例えば前方部ヒータ４１、中央部ヒータ４２及び後方部ヒータ４３であれば、反応容器２６の前後方向の各位値において上下に設けられるヒータエレメントが組になって温度コントローラ５１、５２、５３により夫々制御されるようになっている。また側方部ヒータ４３については温度コントローラ５４により制御される。
【００１５】
均熱板３と各ヒータ４１〜４４との間には、夫々ヒータ４１〜４４近傍の温度を検出できるように温度検出部をなす熱電対６１〜６４が設けられており、夫々が対応する温度コントローラ５１〜５４に接続されている。温度コントローラ５１〜５４はプロセスコントローラ７に接続されている。
【００１６】
各温度コントローラ５１〜５４は、プロセスコントローラ７から送られる設定信号と、対応する温度検出部からの温度設定値とに基づいて独立して各ヒータ４１〜４４を制御するものであるが、この例では全てのヒータ４１〜４４について、１番目のウエハＷを搬入する前に後述のように大電力が供給される制御が行われるため、図３に示すように構成される。即ち、各ヒータ４１〜４４はプロセスコントローラ７から送られる自己に割り当てられた温度設定値と、対応する温度検出部からの温度検出値とを入力してＰＩＤ（比例、積分、微分）制御を行う第１の出力部であるＰＩＤ演算部８１と、図示しない電力供給部から対応するヒータ４１〜４４に１００％出力を供給するように制御信号を出力するための第２の出力部である大電力供給用出力部８２と、ＰＩＤ演算部８１と大電力供給用出力部８２との間でプロセスコントローラ７からの設定信号の供給の切り替えを行うための切り替え部８３と、を備えている。
【００１７】
プロセスコントローラ７は、ＣＰＵ（中央処理ユニット）７１、第１の記憶部７２、第２の記憶部７３及びデータ作成プログラム格納部７４を備えている。第１の記憶部７２には、加熱炉２内に一のウエハＷを搬入してから次のウエハＷを搬入するまでに要する時間（インターバル時間）と、連続して複数枚のウエハＷを処理する場合における一番目のウエハＷを加熱炉２内に搬入する直前の温度から処理雰囲気が安定する温度を差し引いた温度差（オフセット温度）との関係（第１の関係）を示すデータがプロセス温度毎に記憶されている。第２の記憶部７３には大電力供給用出力部８２により出力を行う時間、即ちヒータ４１〜４４へ大電力の供給を行う時間と、当該時間に応じて上昇するオフセット温度との関係（第２の関係）を示すデータがプロセス温度毎に記憶されている。
【００１８】
データ作成プログラム格納部７４に格納されたプログラムは、製品ウエハを処理する前に第１の記憶部７２内に記憶される既述の第１の関係を表すデータと、第２の記憶部７３内に記憶される既述の第２の関係を表すデータとを作成するためのものである。このような第１の関係及び第２の関係の各データは、結局のところ、あるプロセスにおいて１枚目のウエハＷを搬入する直前に各ヒータ４１〜４４に対して図示しない電力供給部から大電力（初期時昇温用の電力）である１００％出力をどのくらいの時間供給するかを決めるためのものであるが、これらデータは反応容器２６内の例えば中央部のゾーンの温度に基づいて作成され、これらデータに基づいて求まった大電力の供給時間は各ヒータ４１〜４４に対して共通なものとしている。また図中７０はバスであり、プロセスコントローラ７内の各部位は、このバス７０を介して各温度コントローラ５１〜５４と接続されている。
【００１９】
次いで本実施の形態の作用について説明する。ここで作業の流れを簡単に説明しておくと、先ず第１の記憶部７２及び第２の記憶部７３においてデータの取得が行われ、しかる後に第１の記憶部７２及び第２の記憶部７３に記憶されたデータに基づいて製品用のウエハＷに対する熱処理が行われるため、この順に沿って説明していく。
【００２０】
先ず図４に示すように複数枚のウエハＷを連続して処理する場合におけるインターバル時間とオフセット温度との第１の関係を、種々のプロセス温度について取得して第１の記憶部７２に記憶する（ステップＳ１）。このとき温度コントローラ５１〜５４における切り替え部８３は、ＰＩＤ演算部８１側に切り替わっているため、第１の関係のデータ取得作業時におけるヒータ４１〜４４への電力供給量の制御は、プロセスコントローラ７から送られる各温度設定値と、熱電対６１〜６４から得た温度検出値とをＰＩＤ演算部８１に入力し、ここから得た制御信号に基づいてフィードバック制御部より行われる。
【００２１】
図５はウエハＷを連続して処理した場合における処理雰囲気２１内の温度変化の様子を示す図であり、処理雰囲気２１内の温度は図１に示す反応容器２６の中央部に設けた温度検出部である内部熱電対７５からの温度検出値である。この図５から分かるように、処理枚数を重ねるうちに処理雰囲気２１内の温度は低下していき、例えばプロセス温度を６００℃に設定したとき、１０枚のウエハＷを連続して処理した場合には図５に示すようにプロセス温度から２５℃低い５７５℃で安定することとなる。
【００２２】
この２５℃の値がプロセス温度を６００℃として熱処理を行った場合のオフセット温度（炉内温度落ち込み幅）であるが、このようなオフセット温度の計測作業を、今度は図５中のＡ１に示すインターバル時間の値を種々変えて行うことで、例えば図６に示すようなオフセット温度−インターバル時間の関係（第１の関係）を示すデータの取得ができる。なおインターバル時間とは、ｎ番目のウエハＷを反応容器２６内に搬入し始めた時点からｎ＋１番目ウエハＷを搬入し始めるまでの時間である。
【００２３】
図６において示す第１の関係のデータは、プロセス温度を６００℃としたときに、インターバル時間を１８０秒、２４０秒、３００秒と３回に亘って変化させながら各々のオフセット温度をプロットしていったものであるが、インターバル時間の設定値（時間）及び計測回数は自由に変えてもよい。そしてこのようなデータの取得作業を種々のプロセス温度に設定して行い、各プロセス温度ごとのオフセット温度−インターバル時間のデータを第１の記憶部７２に記憶する。
【００２４】
次にヒータ４１〜４４への１００％出力供給時とオフセット温度との第２の関係を求める（ステップＳ２）この第２の関係は、後述する製品用ウエハＷに対する熱処理時において、各温度コントローラ５１〜５４が大電力供給用出力部８２をどの程度の時間だけ使用するかを決定する際に用いられるものである。具体的には内部熱電対７５の温度検出値がプロセス温度に安定している状態で、各温度コントローラ５１〜５４の切り替え部８３を大電力供給用出力部８２側に切り替え、処理雰囲気２１内の温度をステップ状に昇温させる。なお第２の関係を取得するときには、ウエハＷは加熱炉２内に搬入しない。そしてある時間Ａ２が経過した後、各供給電力をゼロにし（ＰＩＤ演算部８１側に切り替えて設定信号を「ゼロ」にする）、内部熱電対７５の温度検出値がどれくらい上昇するかを見極める。この時間Ａ２を種々変えることにより時間Ａ２と温度上昇幅との関係が求まる。この温度上昇幅は、ウエハＷを加熱炉２内に搬入するときにはオフセット温度分を相殺してプロセス温度に安定させようとするものであるから、この関係は、オフセット温度と１００％出力時間との関係に相当するものであり、例えば図７に示される。なお、図７の縦軸はプロセス温度に温度上昇幅を加えた温度としている。
【００２５】
以上のようなステップＳ１及びステップＳ２は予めプロセスを行う前に実施されるが、更に図４に示すようにステップＳ３を実行する。即ち、プロセスコントローラ７の図示しない入力部からウエハＷの連続搬入のタイミングとあるインターバル時間とプロセス温度とを入力する。これによりプロセスコントローラ７は、第１の記憶部７２内に記憶されている当該プロセス温度に対応する第１の関係を選択し、インターバル時間と第１の関係とからオフセット温度を求める。更に第２の記憶部７３内に記憶されている当該プロセス温度に対応する第２の関係を選択し、オフセット温度と第２の関係とから１００％出力の供給時間を求める。この例ではインターバル時間が１９０秒であるからオフセット温度は２５℃となり、前記供給時間は９５．６秒となる。
【００２６】
こうしたセッティングを終えた後、実際のプロセスを行う。最初加熱炉２内はプロセス温度６００℃に設定されている。この状態で１枚目のウエハＷから順次熱処理例えばアニール処理を行うが、１枚目のウエハＷの搬入時、例えば加熱炉２内へのウエハＷの搬入が完了した時点に各温度コントローラ５１〜５４において１００％出力に切り替え、設定された時間だけ１００％出力をヒータ４１〜４４に供給すると共に、温度設定値をプロセス温度にオフセット温度分を加算した値とし（ステップＳ４）、その後通常のＰＩＤ制御を行う（ステップＳ５）。ここでウエハＷを搬入したときの加熱炉２内の温度について述べる前に、ウエハＷを搬入しないときの温度制御及び加熱炉２内の温度について図８に示しておく。この図から分かるように、加熱炉２内が６００℃に安定している状態で１００％出力を９５．６秒間ヒータ４１〜４４に供給すると、加熱炉２内がプロセス温度６００℃にオフセット温度分を加えた６２５℃まで昇温する。そして６２５℃まで昇温し切ったところで切り替え部８３をＰＩＤ演算部８１側に切り替えると共にプロセスコントローラ７から各温度コントローラ５１〜５４にプロセス温度６２５℃に対応する温度設定値を与え、通常のＰＩＤ制御を行う。これ以降、温度設定値は６２５℃であり、２枚目以降のウエハＷの搬入時においても温度設定値は６２５℃であることから、２枚目以降のウエハＷの搬入時における処理雰囲気の温度は６２５℃に安定している。
【００２７】
図９はウエハＷを１枚目から順番に１０枚目まで熱処理したときの処理雰囲気２１の温度（内部熱電対７５の温度検出値）を示すものである。１枚目のウエハＷが搬入されたとき、ウエハＷが冷えているので加熱炉２内の温度が落ち込もうとするが、図８に示すようにヒータ４１〜４４に大電力である１００％出力が供給されるためプロセス温度に維持される。その後２枚目以降のウエハＷが順次加熱炉２内に搬入されて、加熱炉２内が冷え込もうとするが、温度の落ち込み幅を見込んだ分だけヒータ４１〜４４に大電力が供給されて、その熱量が均熱板３を通して加熱炉２内に供給され、以降はプロセス温度に落ち込み幅（オフセット温度）を加算した値を温度設定値として温度制御されるので、この結果各ウエハＷが熱処理されるときの温度が揃う。なお、最後のウエハＷを搬出するタイミングで一旦ヒータ４への電力供給量を０とするため、その温度は低下していき、所定時間経過後に再びＰＩＤ演算部８１から、例えば処理雰囲気２１の温度がプロセス温度となるように出力制御を行う。これにより処理雰囲気の温度は徐々にプロセス温度へと収束していく。
【００２８】
これまで述べてきたように、本実施の形態によればヒータ４１〜４４の近傍の温度に基づくＰＩＤ制御の前に、一定時間例えば１００％出力となるように出力決定部の切り替えを行い、両者の切り替えタイミングについては予め用意した第１及び第２の関係を参照するようにしたため、例えばウエハＷの搬入時における処理雰囲気の温度低下分を補填でき、更には連続して処理される全てのウエハＷについて揃ったプロセス温度で熱処理することができるため、ウエハＷ間の熱処理の均一性が良好になる。
なお処理雰囲気を温度制御するためには反応容器１１内に熱電対を設ける温度制御方式も考えられるが、この場合ウエハＷのローディング時に温度検出値が変動するので速やかにプロセス温度に安定化させるためには制御が複雑になり、また熱電対の位置している温度とウエハＷの温度とが一致しているとは限らないので、上述実施の形態の手法の方が優れている。
本発明では、１番目のウエハＷを加熱炉２内に搬入するときに、各温度コントローラ５１〜５４において１００％出力に切り替えて予め設定した時間だけその出力をヒータ４１〜４４に供給するようにするが、１００％出力に切り替えるタイミングとは、つまり「１番目のウエハＷを加熱炉２内に搬入するとき」とは、上述の例のように１枚目のウエハＷが加熱炉２内への搬入を完了した時点に限らず、ウエハＷが加熱炉２の入り口に到達する直前であってもよい。即ちこのタイミングは、１００％出力に切り替えて予め設定した時間経過したときに予定する温度例えば６００℃あるいはその近傍の温度に安定するという作用が得られるタイミングであればよい。
また上述実施の形態ではヒータ４１〜４４に対して大電力の供給を行うにあたり、切り替え部８３を大電力供給用出力部８２側に切り替えて１００％出力を与えるようにしているが、例えばＰＩＤ演算部８１における温度設定値を最大にしてもよいし、他の手法で大電力を供給するようにしてもよい。なお大電力の出力値は１００％に限定されない。また上述の実施の形態では、均熱板が設けられているが、本発明は、均熱板が設けられない場合であっても適用することができ、反応容器が熱容量の大きい材質例えば炭化ケイ素などで構成されている装置に対しては好適である。
【００２９】
更に本発明は、第１及び第２の関係を予め求める手法に限定されず、これからプロセスを行おうとするときに、予めダミーの被処理体例えばダミーウエハを用意してオフセット温度を求め、一方においてプロセス温度からそのオフセット温度とを加算した温度まで上昇し切るための大電力の供給時間を求め、この供給時間を用いてプロセスを行う場合も含まれる。
【００３０】
また本実施の形態で使用される被処理体は、半導体ウエハに限定されるものではなく、例えば液晶ディスプレイ用のガラス基板などであってもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、複数枚の被処理体について熱処理を連続して行うにあたり、プロセス温度の低下を抑え、製品間での均一性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る熱処理装置を示す縦断面図である。
【図２】本実施の形態に係る熱処理装置を示す平面図である。
【図３】上記熱処理装置における制御系を示す説明図である。
【図４】本実施の形態における作用を説明するための工程図である。
【図５】第１の関係を把握するための試験について示す特性図である。
【図６】第１の関係を把握するための試験について示す特性図である。
【図７】第２の関係を把握するための試験について示す特性図である。
【図８】第２の関係を把握するための試験について示す特性図である。
【図９】本実施の形態の作用を説明する作用説明図である。
【図１０】従来技術に基づく熱処理装置を説明するための概略説明図である。
【符号の説明】
Ｗ ウエハ（被処理体）
２ 加熱炉
２３ 開口部
２６ 反応容器
３ 均熱板（均熱体）
４（４１〜４４） ヒータ
５１〜５４ 温度コントローラ
６１〜６４ 熱電対
７ プロセスコントローラ
７２ 第１の記憶部
７３ 第２の記憶部
７４ データ作成プログラム格納部
７５ 内部熱電対
８１ ＰＩＤ演算部
８２ 大電力供給用出力部
８３ 切り替え部
Claims (9)
- 反応容器内に搬入された被処理体に対して反応容器の外側に設けられた抵抗発熱体からなるヒータにより加熱して熱処理を行う熱処理装置を用い、被処理体を反応容器内に順次搬入して同一の熱処理を連続して行う熱処理方法において、
予め１番目の被処理体を搬入する直前の処理雰囲気の温度から被処理体を連続して熱処理していったときに被処理体の搬入時の処理雰囲気が安定する温度を差し引いた温度差であるオフセット温度を求める工程と、
次いで電力をヒータに供給して処理雰囲気の温度をプロセス時の設定温度よりもオフセット温度分だけ昇温させるのに必要な前記電力の供給時間を求める工程と、
処理雰囲気の温度をプロセス温度に設定した状態で、１番目の被処理体を反応容器内に搬入するときに前記工程で求めた供給時間だけ前記電力をヒータに供給し、その後は前記反応容器の外側に設けられ、当該反応容器の外側の温度を検出する温度検出部の温度検出値と、プロセス温度にオフセット温度を加えた温度設定値と、に基づいてヒータの電力制御を行う工程と、を含むことを特徴とする熱処理方法。 - 反応容器内に搬入された被処理体に対して反応容器の外側に設けられた抵抗発熱体からなるヒータにより加熱して熱処理を行う熱処理装置を用い、被処理体を反応容器内に順次搬入して同一の熱処理を連続して行う熱処理方法において、
被処理体を反応容器内に搬入してから次の被処理体を反応容器内に搬入するまでの間隔をインターバル時間とし、１番目の被処理体を搬入する直前の反応容器内の処理雰囲気の温度から被処理体を連続して熱処理していったときに被処理体の搬入時の処理雰囲気が安定する温度を差し引いた温度差をオフセット温度とすると、インターバル時間とオフセット温度との第１の関係をプロセス温度に応じて求める工程と、
次いで電力をヒータに供給して処理雰囲気をオフセット温度分だけ昇温させ、前記電力の供給時間とオフセット温度との第２の関係をプロセス温度に応じて求める工程と、
その後、プロセス温度及びインターバル時間に応じた前記電力の供給時間を第１の関係及び第２の関係に基づいて求める工程と、
処理雰囲気の温度をプロセス温度に設定した状態で、１番目の被処理体を反応容器内に搬入するときに前記工程で求めた供給時間だけ前記電力をヒータに供給し、その後は前記反応容器の外側に設けられ、当該反応容器の外側の温度を検出する温度検出部の温度検出値と、プロセス温度にオフセット温度を加えた温度設定値と、に基づいてヒータの電力制御を行う工程と、を含むことを特徴とする熱処理方法。 - 前記電力は、温度検出値を用いたフィードバック制御ループの外からの制御信号に基づいてヒータに供給されるものであることを特徴とする請求項１または２記載の熱処理方法。
- 反応容器とヒータとの間には均熱体が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の熱処理方法。
- 被処理体を反応容器内に順次搬入し、反応容器の外側に設けられた抵抗発熱体からなるヒータにより加熱して同一の熱処理を連続して行う熱処理装置において、
被処理体を反応容器内に搬入してから次の被処理体を反応容器内に搬入するまでの間隔をインターバル時間とし、１番目の被処理体を搬入する直前の処理雰囲気の温度から被処理体を連続して熱処理していったときに被処理体搬入時の処理雰囲気が安定する温度を差し引いた温度差をオフセット温度とすると、インターバル時間とオフセット温度との第１の関係をプロセス温度に応じて記憶する第１の記憶部と、
次いで電力をヒータに供給して処理雰囲気をオフセット温度分だけ昇温させるのに必要な電力の供給時間とオフセット温度との第２の関係をプロセス温度に応じて記憶する第２の記憶部と、
前記第１の記憶部及び第２の記憶部内のデータとプロセス温度及びインターバル時間とに基づいて、前記電力の供給時間を求める手段と、
前記反応容器の外側に設けられ、当該反応容器の外側の温度を検出する温度検出部と、
処理雰囲気の温度をプロセス温度に設定した状態で、１番目の被処理体を反応容器内に搬入するときに前記手段により求めた供給時間だけ前記電力をヒータに供給し、その後は前記温度検出部の温度検出値と、プロセス温度にオフセット温度を加えた温度設定値と、に基づいてヒータの電力制御を行う制御部と、を備えたことを特徴とする熱処理装置。 - 第１の関係及び第２の関係を作成するためのプログラムを備えていることを特徴とする請求項５記載の熱処理装置。
- 前記電力は、温度検出値を用いたフィードバック制御ループの外からの制御信号に基づいてヒータに供給されるものであることを特徴とする請求項５または６記載の熱処理装置。
- 反応容器とヒータとの間には均熱体が設けられていることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の熱処理装置。
- 被処理体は基板であり、反応容器の側面に被処理体の搬送口が形成されると共にヒータは被処理体の両面を加熱するように設けられていることを特徴とする請求項５ないし８のいずれかに記載の熱処理装置。
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