JP3886320B2 - 半導体処理装置及びウェハの加熱制御方法 - Google Patents
半導体処理装置及びウェハの加熱制御方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体処理装置及びウェハの加熱制御方法に関し、特にＳｉウェハを回転しながら成膜するＣＶＤ（Chemical Vapour Deposition）装置において使用される半導体処理装置及びウェハの加熱制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記ＣＶＤ装置としては、図１及び図２に示す構成のものが知られている。ここで、図１は同ＣＶＤ装置の全体を示す概略図、図２は同ＣＶＤ装置のホルダーに支持されるＳｉウェハの平面図を示す。
【０００３】
図中の付番１は、反応容器を示す。この反応容器１内には、Ｓｉウェハ２を支持する例えば矢印Ａ方向に回転可能なホルダー３が配置されている。このホルダー３の内部には、ウェハ２を加熱するヒータ４が配置されている。ここで、ヒータ４は、ウェハ２の中心部、その周辺部及び最外周部を夫々加熱するようにヒータ部４ａ，４ｂ，４ｃから構成されている。これらヒータ部４ａ，４ｂ，４ｃには、電源を備えたコントローラ５が接続されている。前記反応容器１の上部外壁には、反応容器１内に反応性ガスを導入するためのガス導入管６が設けられている。また、前記反応容器１の底部には、排気管７が設けられている。
【０００４】
前記反応容器１の底部には、前記ホルダー３が回転するように軸受８が設けられている。前記ウェハ２の真上に位置する前記反応容器１の上部は開口されており、この開口部１ａに透明な材質からなる窓９が設けられている。前記窓９の上方には、ウェハ２の半径２ａ，２ｂに対応する部分Ｘ１，Ｘ２の温度、及びホルダー３の幅の中心部分Ｘ３の温度を計測する放射温度計１０，１１，１２が夫々配置されている。
【０００５】
ところで、こうした構成のＣＶＤ装置において、ヒータ部４ａ，４ｂのパワーは、図５の（Ａ），（Ｂ）に示すようにウェハ２の搬送時及びプロセス（成膜）時一定値Ｐ１，Ｐ２に夫々制御し、ヒータ部４ｃのみホルダー３上の部分Ｘ３の温度を用いた温度制御で加熱を行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ＣＶＤ装置によれば、ウェハ２がホルダー３上にない時間が長いと、反応容器１内のウェハの温度安定性が悪く、特にロット１枚目のウェハの温度安定性が低いという問題があった。これは、温度制御を行っているホルダー３を所定の温度にするためのヒータ部４ｃのパワーが、ウェハ２がホルダー３にセットされている時とセットされていない時で異なる（セットされている時のパワーが高い）からである。
【０００７】
事実、ウェハはロット別（１ロットは例えば２５枚）に処理されるが、最初のウェハの温度特性は図６の曲線（イ）のように変化し、２枚目以降のウェハの温度特性は図６の曲線（ロ）のように変化し、両曲線の立ち上がりに大きな差が生じる。
【０００８】
また、従来、図５の（Ａ），（Ｂ）に示すように、ウェハ２の搬送時及びプロセス（成膜）時のヒータ部４ａ，４ｂのパワーを夫々一定値Ｐ１，Ｐ２に制御した場合、図９に示すように成膜時に必要なウェハ温度（Ｔ１）になるまでに多くの時間がかかるという問題があった。
【０００９】
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、コントローラは、ウェハが反応容器内にセットされる直前に、ウェハの中心部に対応するヒータに対し反応時より高めのパルス状のパワーを加える構成とすることにより、成膜時に必要な温度に短時間でなり得る半導体処理装置を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明はウェハを反応容器内にセットする直前に、ウェハの中心部に対応するヒータに対し反応時よりも高めのパルス状のパワーを加えることにより、成膜時に必要な温度に短時間でなり得るウェハの加熱制御方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願第１の発明は、反応容器と、この反応容器内に配置されウェハを支持するホルダーと、前記反応容器内に配置され前記ウェハの少なくとも中心部及び最外周部のゾーンに対応した部分を夫々加熱する複数のヒータと、これらのヒータに接続されたコントローラとを具備した半導体処理装置において、前記コントローラは、前記ウェハが前記反応容器内にセットされる直前に、前記ウェハの中心部に対応する前記ヒータに対し反応時より高めのパルス状のパワーを加えることを特徴とする半導体処理装置である。
【００１２】
本願第２の発明は、反応容器と、この反応容器内に配置され、ウェハを支持するホルダー回転可能なホルダーと、前記反応容器内に配置され、前記ウェハの少なくとも中心部及び最外周部のゾーンに対応した部分を夫々加熱する複数のヒータと、これらのヒータに接続するコントローラと、前記ウェハの中心部の温度及び前記ホルダーの温度を計測する複数の放射温度計とを具備した半導体処理装置においてウェハの加熱制御を行う方法であり、ウェハを反応容器内にセットする直前に、ウェハの中心部に対応する前記ヒータに対し反応時より高めのパルス状のパワーを加えることを特徴とするウェハの加熱制御方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明において、ヒータの数はウェハの中心部と最外周部を少なくとも別々に加熱できればその数は特に限定されないが、ウェハの中心部、その周辺部及び最外周部のゾーンに対応する部分を加熱できるようにヒータを配置することが最小限のヒータでウェハの全域を均一に加熱できるので、効率の点で好ましい。また、放射温度計は、一般に前記ヒータの数に対応させて設置させればよいが、これに限らない。
【００１４】
参考例において、ウェハの中心部に反応時より加える高めのパワーとは、成膜時に加えるパワーより大体１割程度高いパワーを示すが、多少前後させて最適化することにより、従来と比べてロット１枚目のウェハの温度安定性を得ることができる。
【００１５】
本願発明において、反応時より高めのパルス状のパワーとは、成膜時に加えるパワーより大体１０〜２０％程度高めのパワーを示す。また、そのパワーを加える時間は通常数秒程度である。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例及び参考例に係る半導体処理装置（ＣＶＤ装置）及びウェハの加熱制御方法について図面を参照して説明する。
【００１７】
（参考例）
前述した図1、図２及び図３を参照して説明する。但し、参考例でも従来のＣＶＤ装置と同様の装置を用いるので、詳細な説明は省略する。
【００１８】
即ち、参考例は、ウェハ２が反応容器１内のホルダー３にセットされていない時（搬送時）に、ウェハの中心部及びその周辺部に対応するヒータに対し反応時より高めのパワーを夫々加えることを特徴とする。具体的には、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、成膜時はヒータ部４ａ，４ｂにパワーＰ１，Ｐ２を加えるが、ウェハ２が反応容器１内に存在しない時（搬送時）には反応時より高めのパワーＰ１’，Ｐ２’を夫々加える。ここで、パワーＰ１’，Ｐ２’はパワーＰ１，Ｐ２より約１０％程度高めに設定される。
【００１９】
このように、参考例によれば、ウェハ２が反応容器1内のホルダー３にセットされていない時に、ウェハ２の中心部及びその周辺部に対応するヒータ（４ａ，４ｂ）に対し反応時より高めのパワーを夫々加えることにより、ウェハ搬送時のウェハ中心の温度が図４に示すように従来と比べて高く設定される（Ｔ３）。これにより、ロット1枚目のウェハの温度安定性を著しく向上することができ、従来と比べて最初から安定した状態で成膜処理ができる。事実、参考例によるロット1枚目のウェハ温度特性は、図４の曲線（イ）に示すようになることが確認された。なお、図４の曲線（ロ）はロット2枚目以降のウェハ温度特性を示す。
【００２０】
（実施例）
前述した図１、図２及び図7を参照して説明する、但し、本発明でも従来のＣＶＤ装置と同様の装置を用いるので、詳細な説明は省略する。
【００２１】
即ち、本実施例は、ウェハ２を反応容器1内にセットする直前に、ウェハ２の中心部及びその周辺部に対応するヒータに対し反応時より高めのパルス状のパワーを加えることを特徴とする。具体的には、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、通常はヒータ部４ａ，４ｂにパワーＰ１，Ｐ２を加えるが、ウェハ２の反応容器1内へのセット直前では、反応時より高めのパワーＰ１’，Ｐ２’を夫々加える。ここで、パワーＰ１’，Ｐ２’はパワーＰ１，Ｐ２より夫々約２０％、約１０％程度高めに設定される。また、ヒータ部４ａ，４ｂにパワーをかける時間は約１０秒である。
【００２２】
実施例によれば、ウェハ２を反応容器１内にセットする直前に、ウェハ２の中心部及びその周辺部に対応するヒータに対し反応時より高めのパルス状のパワーを加えることにより、図８に示すようにウェハ中心の温度を成膜時に必要な温度に短時間で達することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、コントローラは、ウェハが反応容器内にセットされる直前に、ウェハの中心部に対応するヒータに対し反応時より高めのパルス状のパワーを加える構成とすることにより、成膜時に必要な温度に短時間でなり得る半導体処理装置を提供できる。
【００２４】
また、本発明によれば、ウェハを反応容器内にセットする直前に、ウェハの中心部に対応するヒータに対し反応時よりも高めのパルス状のパワーを加えることにより、成膜時に必要な温度に短時間でなり得るウェハの加熱制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＣＶＤ装置の全体を示す概略図。
【図２】 図1の装置のホルダーにセットされるウェハの温度測定半径位置を示す図。
【図３】 本発明の参考例に係るウェハの温度制御方法における時間とヒータ部へのパワーとの関係を示す特性図。
【図４】 本発明の参考例に係るウェハの温度制御方法における時間とウェハ温度との関係を示す特性図。
【図５】 従来のＣＶＤ装置における時間とヒータ部へのパワーとの関係を示す特性図。
【図６】 従来のＣＶＤ装置における時間とウェハ温度との関係を示す特性図。
【図７】 本発明の実施例に係るウェハの温度制御方法における時間とヒータ部へのパワーとの関係を示す特性図。
【図８】 本発明の実施例に係るウェハの温度制御方法における時間とウェハ温度との関係を示す特性図。
【図９】 従来のＣＶＤ装置における時間とウェハ温度との関係を示す特性図。
【符号の説明】
１…反応容器、２…Ｓｉウェハ、３…ホルダー、４…ヒータ、５…コントローラ、６…ガス導入管、７…排気管、８…軸受、９…窓、１０，１１，１２…放射温度計。
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体処理装置及びウェハの加熱制御方法に関し、特にＳｉウェハを回転しながら成膜するＣＶＤ（Chemical Vapour Deposition）装置において使用される半導体処理装置及びウェハの加熱制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記ＣＶＤ装置としては、図１及び図２に示す構成のものが知られている。ここで、図１は同ＣＶＤ装置の全体を示す概略図、図２は同ＣＶＤ装置のホルダーに支持されるＳｉウェハの平面図を示す。
【０００３】
図中の付番１は、反応容器を示す。この反応容器１内には、Ｓｉウェハ２を支持する例えば矢印Ａ方向に回転可能なホルダー３が配置されている。このホルダー３の内部には、ウェハ２を加熱するヒータ４が配置されている。ここで、ヒータ４は、ウェハ２の中心部、その周辺部及び最外周部を夫々加熱するようにヒータ部４ａ，４ｂ，４ｃから構成されている。これらヒータ部４ａ，４ｂ，４ｃには、電源を備えたコントローラ５が接続されている。前記反応容器１の上部外壁には、反応容器１内に反応性ガスを導入するためのガス導入管６が設けられている。また、前記反応容器１の底部には、排気管７が設けられている。
【０００４】
前記反応容器１の底部には、前記ホルダー３が回転するように軸受８が設けられている。前記ウェハ２の真上に位置する前記反応容器１の上部は開口されており、この開口部１ａに透明な材質からなる窓９が設けられている。前記窓９の上方には、ウェハ２の半径２ａ，２ｂに対応する部分Ｘ１，Ｘ２の温度、及びホルダー３の幅の中心部分Ｘ３の温度を計測する放射温度計１０，１１，１２が夫々配置されている。
【０００５】
ところで、こうした構成のＣＶＤ装置において、ヒータ部４ａ，４ｂのパワーは、図５の（Ａ），（Ｂ）に示すようにウェハ２の搬送時及びプロセス（成膜）時一定値Ｐ１，Ｐ２に夫々制御し、ヒータ部４ｃのみホルダー３上の部分Ｘ３の温度を用いた温度制御で加熱を行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ＣＶＤ装置によれば、ウェハ２がホルダー３上にない時間が長いと、反応容器１内のウェハの温度安定性が悪く、特にロット１枚目のウェハの温度安定性が低いという問題があった。これは、温度制御を行っているホルダー３を所定の温度にするためのヒータ部４ｃのパワーが、ウェハ２がホルダー３にセットされている時とセットされていない時で異なる（セットされている時のパワーが高い）からである。
【０００７】
事実、ウェハはロット別（１ロットは例えば２５枚）に処理されるが、最初のウェハの温度特性は図６の曲線（イ）のように変化し、２枚目以降のウェハの温度特性は図６の曲線（ロ）のように変化し、両曲線の立ち上がりに大きな差が生じる。
【０００８】
また、従来、図５の（Ａ），（Ｂ）に示すように、ウェハ２の搬送時及びプロセス（成膜）時のヒータ部４ａ，４ｂのパワーを夫々一定値Ｐ１，Ｐ２に制御した場合、図９に示すように成膜時に必要なウェハ温度（Ｔ１）になるまでに多くの時間がかかるという問題があった。
【０００９】
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、コントローラは、ウェハが反応容器内にセットされる直前に、ウェハの中心部に対応するヒータに対し反応時より高めのパルス状のパワーを加える構成とすることにより、成膜時に必要な温度に短時間でなり得る半導体処理装置を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明はウェハを反応容器内にセットする直前に、ウェハの中心部に対応するヒータに対し反応時よりも高めのパルス状のパワーを加えることにより、成膜時に必要な温度に短時間でなり得るウェハの加熱制御方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願第１の発明は、反応容器と、この反応容器内に配置されウェハを支持するホルダーと、前記反応容器内に配置され前記ウェハの少なくとも中心部及び最外周部のゾーンに対応した部分を夫々加熱する複数のヒータと、これらのヒータに接続されたコントローラとを具備した半導体処理装置において、前記コントローラは、前記ウェハが前記反応容器内にセットされる直前に、前記ウェハの中心部に対応する前記ヒータに対し反応時より高めのパルス状のパワーを加えることを特徴とする半導体処理装置である。
【００１２】
本願第２の発明は、反応容器と、この反応容器内に配置され、ウェハを支持するホルダー回転可能なホルダーと、前記反応容器内に配置され、前記ウェハの少なくとも中心部及び最外周部のゾーンに対応した部分を夫々加熱する複数のヒータと、これらのヒータに接続するコントローラと、前記ウェハの中心部の温度及び前記ホルダーの温度を計測する複数の放射温度計とを具備した半導体処理装置においてウェハの加熱制御を行う方法であり、ウェハを反応容器内にセットする直前に、ウェハの中心部に対応する前記ヒータに対し反応時より高めのパルス状のパワーを加えることを特徴とするウェハの加熱制御方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明において、ヒータの数はウェハの中心部と最外周部を少なくとも別々に加熱できればその数は特に限定されないが、ウェハの中心部、その周辺部及び最外周部のゾーンに対応する部分を加熱できるようにヒータを配置することが最小限のヒータでウェハの全域を均一に加熱できるので、効率の点で好ましい。また、放射温度計は、一般に前記ヒータの数に対応させて設置させればよいが、これに限らない。
【００１４】
参考例において、ウェハの中心部に反応時より加える高めのパワーとは、成膜時に加えるパワーより大体１割程度高いパワーを示すが、多少前後させて最適化することにより、従来と比べてロット１枚目のウェハの温度安定性を得ることができる。
【００１５】
本願発明において、反応時より高めのパルス状のパワーとは、成膜時に加えるパワーより大体１０〜２０％程度高めのパワーを示す。また、そのパワーを加える時間は通常数秒程度である。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例及び参考例に係る半導体処理装置（ＣＶＤ装置）及びウェハの加熱制御方法について図面を参照して説明する。
【００１７】
（参考例）
前述した図1、図２及び図３を参照して説明する。但し、参考例でも従来のＣＶＤ装置と同様の装置を用いるので、詳細な説明は省略する。
【００１８】
即ち、参考例は、ウェハ２が反応容器１内のホルダー３にセットされていない時（搬送時）に、ウェハの中心部及びその周辺部に対応するヒータに対し反応時より高めのパワーを夫々加えることを特徴とする。具体的には、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、成膜時はヒータ部４ａ，４ｂにパワーＰ１，Ｐ２を加えるが、ウェハ２が反応容器１内に存在しない時（搬送時）には反応時より高めのパワーＰ１’，Ｐ２’を夫々加える。ここで、パワーＰ１’，Ｐ２’はパワーＰ１，Ｐ２より約１０％程度高めに設定される。
【００１９】
このように、参考例によれば、ウェハ２が反応容器1内のホルダー３にセットされていない時に、ウェハ２の中心部及びその周辺部に対応するヒータ（４ａ，４ｂ）に対し反応時より高めのパワーを夫々加えることにより、ウェハ搬送時のウェハ中心の温度が図４に示すように従来と比べて高く設定される（Ｔ３）。これにより、ロット1枚目のウェハの温度安定性を著しく向上することができ、従来と比べて最初から安定した状態で成膜処理ができる。事実、参考例によるロット1枚目のウェハ温度特性は、図４の曲線（イ）に示すようになることが確認された。なお、図４の曲線（ロ）はロット2枚目以降のウェハ温度特性を示す。
【００２０】
（実施例）
前述した図１、図２及び図7を参照して説明する、但し、本発明でも従来のＣＶＤ装置と同様の装置を用いるので、詳細な説明は省略する。
【００２１】
即ち、本実施例は、ウェハ２を反応容器1内にセットする直前に、ウェハ２の中心部及びその周辺部に対応するヒータに対し反応時より高めのパルス状のパワーを加えることを特徴とする。具体的には、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、通常はヒータ部４ａ，４ｂにパワーＰ１，Ｐ２を加えるが、ウェハ２の反応容器1内へのセット直前では、反応時より高めのパワーＰ１’，Ｐ２’を夫々加える。ここで、パワーＰ１’，Ｐ２’はパワーＰ１，Ｐ２より夫々約２０％、約１０％程度高めに設定される。また、ヒータ部４ａ，４ｂにパワーをかける時間は約１０秒である。
【００２２】
実施例によれば、ウェハ２を反応容器１内にセットする直前に、ウェハ２の中心部及びその周辺部に対応するヒータに対し反応時より高めのパルス状のパワーを加えることにより、図８に示すようにウェハ中心の温度を成膜時に必要な温度に短時間で達することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、コントローラは、ウェハが反応容器内にセットされる直前に、ウェハの中心部に対応するヒータに対し反応時より高めのパルス状のパワーを加える構成とすることにより、成膜時に必要な温度に短時間でなり得る半導体処理装置を提供できる。
【００２４】
また、本発明によれば、ウェハを反応容器内にセットする直前に、ウェハの中心部に対応するヒータに対し反応時よりも高めのパルス状のパワーを加えることにより、成膜時に必要な温度に短時間でなり得るウェハの加熱制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＣＶＤ装置の全体を示す概略図。
【図２】 図1の装置のホルダーにセットされるウェハの温度測定半径位置を示す図。
【図３】 本発明の参考例に係るウェハの温度制御方法における時間とヒータ部へのパワーとの関係を示す特性図。
【図４】 本発明の参考例に係るウェハの温度制御方法における時間とウェハ温度との関係を示す特性図。
【図５】 従来のＣＶＤ装置における時間とヒータ部へのパワーとの関係を示す特性図。
【図６】 従来のＣＶＤ装置における時間とウェハ温度との関係を示す特性図。
【図７】 本発明の実施例に係るウェハの温度制御方法における時間とヒータ部へのパワーとの関係を示す特性図。
【図８】 本発明の実施例に係るウェハの温度制御方法における時間とウェハ温度との関係を示す特性図。
【図９】 従来のＣＶＤ装置における時間とウェハ温度との関係を示す特性図。
【符号の説明】
１…反応容器、２…Ｓｉウェハ、３…ホルダー、４…ヒータ、５…コントローラ、６…ガス導入管、７…排気管、８…軸受、９…窓、１０，１１，１２…放射温度計。
Claims (4)
- 反応容器と、この反応容器内に配置されウェハを支持するホルダーと、前記反応容器内に配置され前記ウェハの少なくとも中心部及び最外周部のゾーンに対応した部分を夫々加熱する複数のヒータと、これらのヒータに接続されたコントローラとを具備した半導体処理装置において、
前記コントローラは、前記ウェハが前記反応容器内にセットされる直前に、前記ウェハの中心部に対応する前記ヒータに対し反応時より高めのパルス状のパワーを加えることを特徴とする半導体処理装置。 - 前記ヒータは、ウェハの中心部、その周辺部及び最外周部のゾーンに対応した部分を夫々加熱するように構成され、前記コントローラは、ウェハを反応容器内にセットする直前に、前記ウェハの中心部及びその周辺部に対応する前記ヒータに対し反応時より高めのパルス状のパワーを加えることを特徴とする請求項１記載の半導体処理装置。
- 反応容器と、この反応容器内に配置され、ウェハを支持する回転可能なホルダーと、前記反応容器内に配置され、前記ウェハの少なくとも中心部及び最外周部のゾーンに対応した部分を夫々加熱する複数のヒータと、これらのヒータに接続するコントローラと、前記ウェハの中心部の温度及び前記ホルダーの温度を計測する複数の放射温度計とを具備した半導体処理装置においてウェハの加熱制御を行う方法であり、
ウェハを反応容器内にセットする直前に、ウェハの中心部に対応する前記ヒータに対し反応時より高めのパルス状のパワーを加えることを特徴とするウェハの加熱制御方法。 - 前記ヒータは、ウェハの中心部、その周辺部及び最外周部のゾーンに対応した部分を夫々加熱するように構成され、ウェハを反応容器内にセットする直前に、ウェハの中心部及びその周辺部に対応する前記ヒータに対し反応時より高めのパルス状のパワーを加えることを特徴とする請求項３記載のウェハの加熱制御方法。
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|---|---|---|---|---|
| KR20190074854A (ko) * | 2017-12-20 | 2019-06-28 | 주식회사 원익아이피에스 | 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 |
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| JP3655180B2 (ja) * | 2000-09-26 | 2005-06-02 | 株式会社東芝 | ウエハ処理方法及びウエハ処理装置 |
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- 2000-03-29 JP JP2000091418A patent/JP3886320B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| KR20190074854A (ko) * | 2017-12-20 | 2019-06-28 | 주식회사 원익아이피에스 | 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 |
| KR102242820B1 (ko) | 2017-12-20 | 2021-04-21 | 주식회사 원익아이피에스 | 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 |
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| JP2001284257A (ja) | 2001-10-12 |
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