JP3922018B2 - 気相成長装置および気相成長装置の温度検出方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、枚葉式の気相成長装置の改良に係り、特に厚み方向に貫通孔が形成されたサセプターを配設した気相成長装置および該気相成長装置における温度検出方法ならびに温度制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェーハは種々の工程の中で熱処理される工程があり、その工程では加熱装置を有している。例えば、エピタキシャル気相成長装置では図１に示すように、加熱ランプ３６、３９を用いてチャンバー３０内に水平に支持された回転式のサセプタ１０上にシリコンウェーハ２０を載置し、該シリコンウェーハを加熱しながらシリコンウェーハ上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させている。
【０００３】
エピタキシャル膜の厚さ均一性や比抵抗分布の均一性はウェーハの品質管理上重要な項目の一つである。これらをコントロールするためには加熱温度管理が重要であり、ウェーハの温度が測定され加熱装置が制御されている。
【０００４】
ウェーハおよびチャンバー内の雰囲気を汚染することなくウェーハ等の表面温度を非接触で測定するのに、加熱された半導体ウェーハから輻射される赤外線をパイロメーターにより計測し、その赤外線強度から温度を求めるという放射温度計を用いる方法が一般的である。
【０００５】
ウェーハ上面（表面）の温度測定は、ウェーハ２０表面からの輻射をチャンバー３０の上部に設けられた放射温度計３４により測定され、設定された温度となるよう上部の加熱ランプ３６を上部加熱制御装置により制御している。
【０００６】
一方、ウェーハ下面（裏面）の温度測定は、ウェーハを載置しているサセプター１０裏面からの輻射をチャンバー３０の下部に設けられた放射温度計３７により測定され、設定された温度となるよう下部の加熱ランプ３９を下部加熱制御装置により制御している。
【０００７】
最近オートドープ防止のため図２に示すようにサセプター１０に貫通孔１１が設けられたものが用いられることがある。サセプター１０に貫通孔１１が設けられたものが使用される場合、ウェーハ２０の裏面にあるサセプター１０もしくはウェーハ２０の裏面温度を計測すると、サセプター１０およびウェーハ２０は回転しているため、サセプター１０本体と貫通孔１１から覗いたウェーハ２０の裏面とでは輻射率が異なるため、測定温度が変化し正しい温度制御ができないという問題が発生した。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、サセプターに貫通孔が設けられたものを用いるエピタキシャル気相成長装置においては、ウェーハ裏面の温度を正確に測定するとともに、ウェーハ裏面の加熱温度制御をする方法が必要とされていた。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、その目的はウェーハ裏面の温度を正確に測定すると共にウェーハの正確な加熱温度制御をする方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の気相成長装置は、透明材料からなり反応ガスが供給されるチャンバーと、該チャンバー上方および下方に複数配置された加熱ランプと、前記チャンバー内に配設され厚み方向に複数の貫通孔が形成された回転式のサセプターと、
前記チャンバー上方に設けられ前記サセプターに載置されたウェーハ表面側の温度を測定する上側放射温度計と、前記チャンバー下方に設けられ前記ウェーハ裏面側の温度を測定する下側放射温度計と、を有し、
前記サセプターの貫通孔が、前記ウェーハ裏面側の温度を前記下側放射温度計によって直接測定した際に前記サセプターの回転により測定温度が変化してしまう前記サセプター中心軸以外の位置に複数設けられ、
前記下側放射温度計による測定を、サセプター下部に前記ウェーハと平行状態にダミー板を設け、
前記サセプタ本体裏面からの輻射と前記貫通孔から覗いたウェーハ裏面からの輻射とによる前記ダミー板の温度を測定することにより行うことにより上記課題を解決した。
本発明は、透明材料からなり反応ガスが供給されるチャンバーと、該チャンバー上方および下方に複数配置された加熱ランプと、前記チャンバー内に配設され厚み方向に貫通孔が形成された回転式のサセプターと、
前記チャンバー上方に設けられ前記サセプターに載置されたウェーハ表面側の温度を測定する上側放射温度計と、前記チャンバー下方に設けられ前記ウェーハ裏面側の温度を測定する下側放射温度計と、を有し、
前記サセプターの貫通孔が、前記ウェーハ裏面側の温度を前記下側放射温度計によって直接測定した際に前記サセプターの回転により測定温度が変化してしまう前記サセプター中心軸以外の位置に複数設けられ、
前記下側放射温度計による測定を、前記貫通部のないサセプター外周部により行うことにより上記課題を解決した。
本発明の気相成長装置の温度検出方法は、透明材料からなり反応ガスが供給されるチャンバーと、該チャンバー上方および下方に複数配置された加熱ランプと、前記チャンバー内に配設され厚み方向に貫通孔が形成された回転式のサセプターと、
前記チャンバー上方に設けられ前記サセプターに載置されたウェーハ表面側の温度を測定する上側放射温度計と、前記チャンバー下方に設けられ前記ウェーハ裏面側の温度を測定する下側放射温度計と、を有し、
前記サセプターの貫通孔が、前記ウェーハ裏面側の温度を前記下側放射温度計によって直接測定した際に前記サセプターの回転により測定温度が変化してしまう前記サセプター中心軸以外の位置に複数設けられた気相成長装置における温度検出方法であって、
前記下側放射温度計による測定を、サセプター下部に前記ウェーハと平行状態にダミー板を設け、
前記サセプタ本体裏面からの輻射と前記貫通孔から覗いたウェーハ裏面からの輻射とによる前記ダミー板の温度を測定することにより行うことにより上記課題を解決した。
本発明は、透明材料からなり反応ガスが供給されるチャンバーと、該チャンバー上方および下方に複数配置された加熱ランプと、前記チャンバー内に配設され厚み方向に貫通孔が形成された回転式のサセプターと、
前記チャンバー上方に設けられ前記サセプターに載置されたウェーハ表面側の温度を測定する上側放射温度計と、前記チャンバー下方に設けられ前記ウェーハ裏面側の温度を測定する下側放射温度計と、を有し、
前記サセプターの貫通孔が、前記ウェーハ裏面側の温度を前記下側放射温度計によって直接測定した際に前記サセプターの回転により測定温度が変化してしまう前記サセプター中心軸以外の位置に複数設けられた気相成長装置における温度検出方法であって、
前記下側放射温度計による測定を、前記貫通部のないサセプター外周部により行うことにより上記課題を解決した。
また、前記の課題を解決するため、貫通孔を有するサセプターを用いる気相成長装置でウェーハの温度計測をおこなうにあたり、ウェーハ表面と裏面に温度検出手段を有すること、裏面側はサセプターの貫通孔に影響を受けない位置にて計測すること、ならびに裏面側の温度計測が得られない場合には裏面側は表面側電力に実験等で決定した係数をかけた電力で加熱する温度制御をすることにより解決できることを見いだした。
【００１１】
本発明の気相成長装置は、厚み方向に貫通孔が形成されたサセプターを配設した気相成長装置において、ウェーハ表面側の温度を測定する第１の温度検出手段と、ウェーハ裏面側の温度を測定する第２の温度検出手段とを有することを特徴としている。
【００１２】
上記した厚み方向に貫通孔が形成されたサセプターを配設した気相成長装置によれば、ウェーハ表面側の温度を測定する第１の温度検出手段と、ウェーハ裏面側の温度を測定する第２の温度検出手段とを有しているので、エピタキシャル成長中のウェーハ温度を常に計測し一定に保つことができるので均質なエピタキシャル膜を有するウェーハを得ることができる。
【００１３】
また、本発明の気相成長装置の温度検出方法は、第２の温度検出手段による測定をサセプター中心部に有する貫通孔により行うことを特徴としている。
【００１４】
サセプターに貫通孔がある場合、サセプター中心軸に設けられていない貫通孔付近では、サセプターの回転により、サセプター表面とウェーハ表面が交互に測定されることとなり、輻射率の違いにより正確な温度測定ができない。しかし、サセプター中心部に有する貫通孔であればサセプターの回転による影響を受けることなくウェーハ裏面の温度を測定可能である。これにより貫通孔を有するサセプターであっても回転による影響を受けない中心軸付近を温度測定部位にすることで正確な温度測定が可能となり、これによりウェーハの加熱温度制御が安定し正確な温度制御が可能となる。
【００１５】
また、本発明の気相成長装置の温度検出方法は、第２の温度検出手段による測定を貫通孔のないサセプター外周部により行うことを特徴としている。
【００１６】
貫通孔のないサセプターの外周部は、サセプターの回転による貫通孔の影響がないため、回転中もサセプター表面の温度測定が可能である。これによりウェーハの加熱温度制御が安定し正確な温度制御が可能となる。
【００１７】
また、本発明の気相成長装置の温度検出方法は、第２の温度検出手段による測定をサセプター下部に設けられたダミー板により行うことを特徴としている。
【００１８】
貫通孔を有するサセプターの温度は直接測定すると回転により測定値がばらつくことがある。これを防止するために、擬似的にサセプター下部にダミー板を設置し、その温度を測定し補正した値により制御することで、ウェーハの加熱温度制御が安定し正確な温度制御が可能となる。
【００１９】
また、本発明の気相成長装置の温度制御方法は、厚み方向に貫通孔が形成されたサセプターを配設した気相成長装置において、表面側の温度制御を第１の温度検出手段による測定値に基づき行い、裏面側は表面側電力に実験等で決定した係数をかけた電力で加熱することを特徴としている。
【００２０】
ウェーハ表面側の温度を測定する第１の温度検出手段は、ウェーハ裏面側の貫通孔を有するサセプターの影響を受けないので、ウェーハ裏面側の温度を測定する第２の温度検出手段を用いずに、ウェーハ上側表面の温度を計測し、上側表面計測温度に基づき、裏面側は表面側電力に実験等で決定した係数をかけた電力で加熱制御することにより行う。
【００２１】
これらにより、エピタキシャル膜を均一にすると共に比抵抗分布をも面内均一にすることができる。
【発明の実施の形態】
【００２２】
以下、本発明に係わる実施の形態について図により詳細に説明する。従来と同じ部品には同一の符号を用いている。図１は、ウェーハ２０下面をサセプター１０で支持するタイプの枚葉式エピタキシャル成長装置を模式的に示す図である。装置内にはチャンバー３０を有し、チャンバー３０は上側ドーム３０ａと下側ドーム３０ｂとを有して形成されている。上記上側ドーム３０ａおよび下側ドーム３０ｂは石英等の透明な材料から成り、装置１の上方に複数配置された加熱ランプ（赤外線ランプ）３６および下方に複数配置された加熱ランプ（赤外線ランプ）３９によりサセプター１０およびウェーハ２０が加熱される。
【００２３】
サセタプー１０はサセプター回転軸１７に連なる支持アーム１８によってその下面の外周部が嵌合支持され回転する。これまで一般的に使用されるサセプター１０の材質は炭素基材の表面にＳｉＣ被膜をコーティングしたものが採用され、ウェーハ２０の裏面全面を面支持するように構成されている。
【００２４】
反応ガス供給口３２からは図示しない反応ガス供給装置からＳｉＨＣｌ3等のＳｉソースを水素ガスで希釈し、それにドーパントを微量混合してなる反応ガスがチャンバー３０内に供給され、供給された反応ガスはウェーハ２０表面を通過することによりエピタキシャル膜を形成し、未反応のガスは反応ガス排出口３３より装置外に排出される。
【００２５】
上側ドーム３０ａの上方にはウェーハ上面の温度を測定するための上側放射温度計３４が設けられ、測定された温度信号は上側加熱制御装置３５に入力される。上側加熱制御装置３５には、図示しない電力供給源からの電力を設定された温度となるように前記上側放射温度計３４の測定値に基づいて、接続されている上側赤外線ランプ３６の電力を制御している。
【００２６】
下側ドーム３０ｂの下方にはサセプター１０の下面（ウェーハ下面）の温度を測定するための下側放射温度計３７が設けられ、測定された温度信号は下側加熱制御装置３８に入力される。下側加熱制御装置３８には、図示しない電力供給源からの電力を設定された温度となるように前記下側放射温度計３７の測定値に基づいて、接続されている下側赤外線ランプ３９の電力を制御している。
【００２７】
上側放射温度計３４と下側放射温度計３７にてそれぞれ別々に測定し制御しているため、ウェーハは設定温度を良好に維持でき、均一なエピタキシャル膜を得ることができた。
【００２８】
次に参考例として、図３に示すように、サセプター１０の中央に貫通孔１１が開いているものを用いる場合について述べる。サセプター１０の中央に貫通孔１１が開いているものを用いる場合は、下側放射温度計３７の測定位置をサセプター１０とはせずに、貫通孔１１を通してウェーハ２０の下表面（裏面）を直接測定する。これによりウェーハ２０の裏面を直接測定するためより正確な測温ができ、より正確な温度制御が可能となる。
【００２９】
次の実施の形態として、図４に示すように、サセプター１０の中央部に貫通孔１１が無くウェーハ２０の裏面を直接放射温度計３７により測定できない場合について述べる。この場合にはサセプター１０に貫通孔１１が無い外周部１４を放射温度計３７により測定する。ウェーハ２０の裏面を直接測定するものではないが、測定した値に補正係数を掛けることによりウェーハ２０の温度とする事ができる。これによりウェーハ２０の裏面を直接測定することはできないが補正係数を掛けることによりウェーハ２０の温度とすることができ、より正確な温度制御が可能となる。
【００３０】
次の実施の形態として、図５に示すように、ウェーハ２０およびサセプター１０の部分を放射温度計３７により測定することができない場合について述べる。この場合、サセプター下部に炭素基材の表面にＳｉＣ被膜をコーティングしたダミー板４０を設置し、ウェーハ２０またはサセプター１０の温度を測定するのではなく、ダミー板４０の温度を放射温度計３７により測定することにより間接的にウェーハ２０の温度を測定する。これにより貫通孔１１を有するサセプター１０の回転による影響を受けずに測定ができ、補正係数を掛けることによりウェーハ２０の温度とすることができ、より正確な温度制御が可能となる。
【００３１】
次に参考例として、図６に示すように、ウェーハ２０の裏面の温度測定ができない場合の制御方法について述べる。ウェーハ２０の表面側の温度を測定する放射温度計３４は、ウェーハ２０の裏面側の貫通孔１１を有するサセプター１０の影響を受けないので、ウェーハ２０の裏面側の温度を測定する放射温度計の測定値を用いずに、ウェーハ２０の上側表面の温度を計測する放射温度計３４の測定結果にに基づき、裏面側は、表面側電力に過去に実施した加熱制御時の表裏電力比や実験等により求めた加熱制御時の表裏電力比で決定した係数をかけた電力で加熱制御することにより行う。これによりウェーハ２０の裏面側の温度測定を行わなくても、表面側の温度測定のみで加熱温度制御ができる。
【００３２】
【発明の効果】
エピタキシャル気相成長装置でのウェーハの加熱温度制御が安定し正確な温度制御が可能となる。これによりエピタキシャル膜を均一にすると共に比抵抗分布をも面内均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のエピタキシャル気相成長装置を説明した図
【図２】貫通孔を有するサセプターを説明した図
【図３】サセプター中央部を温度測定することを説明した図
【図４】サセプター外周部を温度測定することを説明した図
【図５】サセプター下部のダミー板により温度測定することを説明した図
【図６】表面側の温度計測のみで加熱制御することを説明した図
【符号の説明】
１０ サセプター
１１ 貫通孔
２０ ウェーハ
３０ チャンバー
３２ 反応ガス供給口
３３ 反応ガス排出口
３４、３７ 放射温度計
３５、３８ 加熱温度制御装置
３６、３９ 加熱ランプ
４０ ダミー板
Claims (4)
- 透明材料からなり反応ガスが供給されるチャンバーと、該チャンバー上方および下方に複数配置された加熱ランプと、前記チャンバー内に配設され厚み方向に複数の貫通孔が形成された回転式のサセプターと、
前記チャンバー上方に設けられ前記サセプターに載置されたウェーハ表面側の温度を測定する上側放射温度計と、前記チャンバー下方に設けられ前記ウェーハ裏面側の温度を測定する下側放射温度計と、を有し、
前記サセプターの貫通孔が、前記ウェーハ裏面側の温度を前記下側放射温度計によって直接測定した際に前記サセプターの回転により測定温度が変化してしまう前記サセプター中心軸以外の位置に複数設けられ、
前記下側放射温度計による測定を、サセプター下部に前記ウェーハと平行状態にダミー板を設け、
前記サセプタ本体裏面からの輻射と前記貫通孔から覗いたウェーハ裏面からの輻射とによる前記ダミー板の温度を測定することにより行うことを特徴とする気相成長装置。 - 透明材料からなり反応ガスが供給されるチャンバーと、該チャンバー上方および下方に複数配置された加熱ランプと、前記チャンバー内に配設され厚み方向に貫通孔が形成された回転式のサセプターと、
前記チャンバー上方に設けられ前記サセプターに載置されたウェーハ表面側の温度を測定する上側放射温度計と、前記チャンバー下方に設けられ前記ウェーハ裏面側の温度を測定する下側放射温度計と、を有し、
前記サセプターの貫通孔が、前記ウェーハ裏面側の温度を前記下側放射温度計によって直接測定した際に前記サセプターの回転により測定温度が変化してしまう前記サセプター中心軸以外の位置に複数設けられ、
前記下側放射温度計による測定を、前記貫通部のないサセプター外周部により行うことを特徴とする気相成長装置。 - 透明材料からなり反応ガスが供給されるチャンバーと、該チャンバー上方および下方に複数配置された加熱ランプと、前記チャンバー内に配設され厚み方向に貫通孔が形成された回転式のサセプターと、
前記チャンバー上方に設けられ前記サセプターに載置されたウェーハ表面側の温度を測定する上側放射温度計と、前記チャンバー下方に設けられ前記ウェーハ裏面側の温度を測定する下側放射温度計と、を有し、
前記サセプターの貫通孔が、前記ウェーハ裏面側の温度を前記下側放射温度計によって直接測定した際に前記サセプターの回転により測定温度が変化してしまう前記サセプター中心軸以外の位置に複数設けられた気相成長装置における温度検出方法であって、
前記下側放射温度計による測定を、サセプター下部に前記ウェーハと平行状態にダミー板を設け、
前記サセプタ本体裏面からの輻射と前記貫通孔から覗いたウェーハ裏面からの輻射とによる前記ダミー板の温度を測定することにより行うことを特徴とする気相成長装置の温度検出方法。 - 透明材料からなり反応ガスが供給されるチャンバーと、該チャンバー上方および下方に複数配置された加熱ランプと、前記チャンバー内に配設され厚み方向に貫通孔が形成された回転式のサセプターと、
前記チャンバー上方に設けられ前記サセプターに載置されたウェーハ表面側の温度を測定する上側放射温度計と、前記チャンバー下方に設けられ前記ウェーハ裏面側の温度を測定する下側放射温度計と、を有し、
前記サセプターの貫通孔が、前記ウェーハ裏面側の温度を前記下側放射温度計によって直接測定した際に前記サセプターの回転により測定温度が変化してしまう前記サセプター中心軸以外の位置に複数設けられた気相成長装置における温度検出方法であって、
前記下側放射温度計による測定を、前記貫通部のないサセプター外周部により行うことを特徴とする気相成長装置の温度検出方法。
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