JP4495340B2 - ウェーハ温度ランピング中でのウェーハの放射状温度勾配制御方法および装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明の分野は一般に半導体製造に関し、より具体的にはウェーハ温度ランピング中の、ウェーハの放射状温度分布を制御する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスを製造する際、しばしばウェーハ表面上に薄膜が形成される。図１に、この堆積プロセスあるいは成長プロセス中に、ウェーハを加熱するのに使用する典型的な処理装置が示されている。使用される処理装置は、しばしば通常赤外線ランプによって供給される赤外線により、ウェーハ３とサセプタ５の両側から加熱するよう構成される。熱源の電力、通常赤外線ランプである１および７は、図１に説明されているように、サセプタのウェーハ側（通常表側）への熱が、サセプタの反対側（通常底側）への熱から分離して制御されるよう、調整されている。
【０００３】
図１に示すように、典型的な処理装置では出力は表側と底側から等しく加えられ、ウェーハ３とサセプタ５をそれぞれ加熱する。ウェーハ３はサセプタ５よりも薄く、また熱質量が少ないので、ウェーハ３はサセプタ５よりもずっと速く温度上昇する。このため、ウェーハ３とサセプタ５の加熱は不均一なものになる。場合によっては、加熱中にウェーハ３は、サセプタの温度を２００℃以上越えることがあり、それによってウェーハ３が損傷する可能性がある。
【０００４】
この問題を克服する１つの解決策は、表側および底側の熱源への電力を別々に制御することである。図１に示すように、１つ目の高温計９がウェーハ３の温度を検出するために使用され、２つ目の高温計１１がサセプタ５の温度を検出するために使用される。高温計は、赤外線に対する感度の高いデバイスである。高温計は基板から放出される光を収集し、放出された光に基づいて基板の温度を決定する。表側および底側の熱源の電力は、それぞれ制御装置１５、１３によって別々に制御される。サセプタ５の温度は、当業者には良く知られる従来のＰＩＤ（比例微積分）アルゴリズム温度ランピングを用いて、第２の熱源７への電力を制御することによって処理温度までランピングされる。高温計１１はサセプタ５の温度をモニターし、その温度を用いて第２の熱源７によって加えられる、サセプタ５の裏面への放射エネルギー束量を制御する。
【０００５】
ウェーハの温度をモニターする第２の高温計９は、サセプタ５のウェーハ側への放射エネルギー束量を制御するのに使用される。マイクロプロセッサやメモリなど処理制御システム１７は、温度ランピング中に、ウェーハ温度をサセプタ温度と比較してウエーハ３をサセプタ５とほぼ等しい温度に保つよう、ウェーハの熱源１の電力を調節する。ウェーハ３の温度は、ランピング中、サセプタの温度よりもわずかに上回っているか、わずかに下回っているように設定される。
【０００６】
表側の熱源と底側の熱源とを別々に制御することにより、ウェーハとサセプタ間の温度差はより正確に制御され得る。
【０００７】
時の経過にともない、処理されるウェーハの直径は絶えず増加する。加えて、ウェーハ上に形成される電子回路はさらに小型化する傾向にある。特に重要であるのは、均一なウェーハ温度である。これにより、たとえば処理中のウェーハの直径にわたる堆積の厚さなどの均一な結果が保証される。従来技術によるウェーハおよびサセプタの温度制御方法は、ウェーハとサセプタ間の温度差をより正確に制御可能にするが、ウェーハ及びサセプタの中央部分と外側部分間の放射状温度勾配を制御する手段は備わっていない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、ウェーハおよび／またはサセプタの温度をランピングするときに、ウェーハおよび／またはサセプタの放射状温度勾配を制御できる方法と装置が必要とされる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
ウェーハおよびサセプタの温度ランピング中に、ウェーハとサセプタの放射状温度勾配を制御する方法および装置を開示する。
【００１０】
１つの実施形態によれば、第１の熱源が主にウェーハの中央部分に向けられ、第２の熱源が主にウェーハの外側部分に向けられ、第３の熱源が主にサセプタの中央部分に向けられ、第４の熱源が主にサセプタの外側部分に向けられる。ウェーハおよびサセプタの温度ランピングは、第１、第２、第３および第４の熱源に電力を加えることによって行われる。ランピング中、第１と第２の熱源の電力比はウェーハ温度の関数として変化し、第３と第４の熱源の電力比はサセプタ温度の関数として変化する。
【００１１】
本発明は例として説明されたものであり、添付の図面に限定されたものではなく、図面では同様の引例が類似の要素を示す。
【００１２】
【発明の実施の形態】
ウェーハおよびサセプタの温度ランピング中に、ウェーハおよびサセプタの放射状温度勾配を制御する方法および装置が開示される。以下の説明では、発明を完全に理解できるように、ウェーハやサセプタ温度をランピングするのにＰＩＤ（比例微積分）を使用したり、サセプタ温度を検出するのに高温計を使用したりといった、数々の具体的な詳細が与えられる。しかしながら、通常の当業者には、本発明がこれら具体的な詳細なしにも実行可能であることは明らかであろう。その他の例では、本発明を不必要に分かり難くすることを避けるために、良く知られた構造や処理ステップを具体的な詳細に示していない。
【００１３】
図２を参照すると、ウェーハ１０６およびサセプタ１０２の温度ランピング用装置が示されている。サセプタ１０２は上面１０３と下面１０４を有している。上面１０３は、ランピング処理中にウェーハ１０６を保持するよう配置される。１実施形態によれば、図２に説明されるように、サセプタ１０２の上側に位置する第１の加熱アセンブリ１１０と、サセプタの下側に位置する第２の加熱アセンブリ１２０が備えられる。加熱アセンブリ１１０は、第１の熱源１１２と第２の熱源１１６を含む。第１の熱源１１２は、主にウェーハ１０６の中央部分に向けられる１つ以上の赤外線ランプ１１３を含む。第２の熱源１１６は、主にウェーハ１０６の外側部分に向けられる１つ以上の赤外線ランプ１１７を含む。ウェーハの外側部分は、一般に、ウェーハの端側にあるウェーハ部として定義される。加熱アセンブリ１２０は第３の熱源１２２と第４の熱源１２６を含む。第３の熱源１２２は、主にサセプタ１０２の下面１０４の中央部分に向けられる１つ以上の赤外線ランプ１２３を含む。第４の熱源１２６は、主にサセプタ１０２の下面１０４の外側部分に向けられる１つ以上の赤外線ランプ１２７を含む。サセプタの外側部分は、一般に、サセプタの端側にあるサセプタ部として定義される。第１、第２、第３および第４の各熱源は、それぞれ制御装置１１４、１１８、１２４および１２８によって制御される。制御装置１１４、１１８、１２４および１２８は、コンピュータ１１５または他のタイプの制御システムによって、代わるがわる制御される。
【００１４】
ウェーハ１０６とサセプタ１０２の温度を決定するために、第１の温度測定装置１１９と第２の温度測定装置１２９がそれぞれ使用される。ウェーハとサセプタの温度がランピングされている間に、コンピュータ１１５は、高温計１１９と１２９を利用してサンプルを採ることにより、ウェーハ１０６とサセプタ１０２の温度をモニターする。熱源への電力は、通常コンピュータ１１５上のＰＩＤ（比例微積分）アルゴリズムによって制御される。その他の制御方法もまた使用できることは理解されることである。
【００１５】
上で議論したように、均一な処理結果を得るためには、処理中のウェーハ１０６の表面にわたって放射状温度勾配を最小にすることが重要である。本発明に従えば、ウェーハのランピング中の放射状温度勾配は、サセプタの片側もしくは両側に２つ以上の熱源を用いて、各熱源を主にウェーハおよび／またはサセプタ表面に沿って、異なる半径方向位置に向けることによって最小限にされる。図２の実施形態において、第１の熱源１１２のヒーター１１３は、主にウェーハ１０６の中央部分に向けれられ、一方第２の熱源１１６のヒーター１１７は、主にウェーハの外側部分に向けられる。ウェーハを初期温度から最終温度までランピングする間、第１電力Ｐ１が第１の熱源１１２に与えられ、第２電力Ｐ２が第２の熱源１１６に与えられ、第３電力Ｐ３が第３の熱源１２２に与えられ、第４電力Ｐ４が第４の熱源１２６に与えられる。第１の加熱アセンブリ１１０に与えられる全電力Ｐtotal1は、Ｐ１＋Ｐ２である。第２の加熱アセンブリ１２０に与えられる全電力Ｐtotal2は、Ｐ３＋Ｐ４である。本発明によれば、電力Ｐ１とＰ２の比と電力Ｐ３とＰ４の比は、ウェーハおよびサセプタのランピング中、コンピュータ１１５内の１つ以上のルックアップ・テーブルに格納された、所定の電力比セットにしたがって変化する。電力Ｐ１とＰ２の比は、高温計１１９によって測定されたウェーハ温度の関数として供される。電力Ｐ３とＰ４の比は、高温計１２９によって測定されたサセプタ温度の関数として供される。あるいは、電力Ｐ１とＰ２の比、および電力Ｐ３とＰ４の比は、サセプタ温度のみの関数か又はウェーハ温度のみの関数として供される。
【００１６】
図２において、第１の熱源１１２のヒーター１１３が、ウェーハの中央部分により近い半径方向位置に置かれて示され、一方第２の熱源１１６のヒーター１１７が、ウェーハの外側部分により近い半径方向位置に置かれて示されている。第１および第２の熱源ランプの位置は、この配置に限定されるものではないことに注意することが重要である。たとえば、ヒーター１１３よび１１７は単独のヒーター配列中に設置されてもよい。そのような実施形態では、ヒーターからウェーハ表面に沿って、異なる半径方向位置に熱を向けるために反射体が使用される。
【００１７】
ウェーハ１０６およびサセプタ１０２の温度をランピングする１つの方法は、電力Ｐ１とＰ２の比および電力Ｐ３とＰ４の比が、初期状態のセットから最終状態のセットまで推移する間に１回以上変化する、複数のステップランピング手順を使用することである。たとえば、６５０℃の初期温度から１１５０℃の最終温度まで推移するときに、第１、第２、第３および第４の熱源のそれぞれに与えられる電力が、表１に記載される電力比率にしたがって変化する：
【表１】
初期のウェーハ温度６５０℃では、加熱アセンブリ１１０に与えられる全電力Ｐtotal1の５２％と４８％が、それぞれ第１の熱源１１２と第２の熱源１１６に分配される。同様に、初期のサセプタ温度６５０℃では、加熱アセンブリ１２０に与えられる全電力Ｐtotal2の１２．５％と８７．５％が、それぞれ第３の熱源１２２と第４の熱源１２６に分配される。ウェーハおよびサセプタの温度を最終温度１１５０℃までランピングする間、電力比は全部で４回変化する。ウェーハ１０６とサセプタ１０２の温度が１１５０℃近くになると、制御システムが電力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３およびＰ４を、その最終電力比設定点である６２％、３８％、１５％および８５％にそれぞれ調節する。
【００１８】
一般に電力比は、ウェーハ１０６とサセプタ１０２が、原則として同時に平衡温度に達するよう設定されるのが望ましい。システムに与えられる全電力ＰTOTALは、加熱アセンブリ１１０と１２０に与えられる電力の和、すなわちＰTOTAL＝Ｐtotal1＋Ｐtotal2である。ウェーハとサセプタがほぼ同時に平衡温度に達する１つの方法は、やはり温度ランピング中に、第１および第２の加熱アセンブリ１１０と１２０に対する電力比を変化させることである。
【００１９】
表１に記載された電力比は、ただ説明を目的としたものであることに注意すべきである。電力比は変数の数によって変化する。これには、限定するものではないが次のものを含む。すなわち、１）熱源配置、２）サセプタ構造および熱質量、３）ウェーハ・サイズおよび熱質量、４）サーマル・リアクタの全体設計、と、５）処理ガス流や処理ガス温度などの処理変数である。
【００２０】
ウェーハ１０６とサセプタ１０２の、温度ランピングの別の方法は、内部ランプと外部ランプ間の電力比を継続的に調節するソフトウェアを採用することである。たとえば、表１の複数のステップランピング手順を使用する代わりに、各熱源に与えられる電力を、６５０℃における初期電力比から１１５０℃における最終電力比まで、線形的に変化させてもよい。例として、ウェーハおよび／またはサセプタの温度が９００℃のとき、電力Ｐ１とＰ２の比は５８％／４２％、一方で電力Ｐ３とＰ４の比は１３．７５％／８６．２５％である。この場合も、ウェーハ１０６とサセプタ１０２の温度が１１５０℃付近になると、制御システムが電力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３およびＰ４を、それぞれの最終電力比設定点である６２％、３８％、１５％および８５％に調節する。
【００２１】
一般に、コンピュータ１１５の中のルックアップ・テーブルは一連の較正ステップを使用して生成されている。較正ステップは通常、熱源に電力をかけて、試験ウェーハおよび／またはサセプタの温度を様々な半径方向位置で同時に測定することを伴う。通常、試験ウェーハおよび／またはサセプタに取り付けられたり、あるいはそれらの内部に組み込まれた熱電対が、較正ステップ中の正確な温度を表示する。較正中に得られた値は、１つ以上の数学方程式を用いて、各熱源の電力／温度較正曲線を決めるために使用される。プログラム格納デバイス内のソフトウェアが、これら数学方程式を使用してルックアップ・テーブルを生成し、これらルックアップ・テーブルがコンピュータ１１５内に格納される。
【００２２】
ウェーハ１０６やサセプタ１０２の温度ランピング中、電力比は非線形的な方法によって変化させてもよい。ある場合では、非線形的方法による電力比の変化が、放射状熱勾配を最小化したり、および／またはランピング時間を削減する方法として望ましいことがある。
【００２３】
図２に示されたコンピュータ１１５は、制御システムの１つの形態であるが、プロセッサ、メモリおよび入出力デバイスを有するものとして定義されている。メモリ中に格納されたコンピュータ・プログラムは、第１、第２、第３および第４の熱源に与えられる電力を決定、制御する。コンピュータ１１５は、サセプタとウェーハの温度をモニターすることによって処理機能を実行し、そのようにしてウェーハ１０６およびサセプタ１０２の温度を決定、制御するように示されているが、その他の可能性も存在する。たとえば特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）デバイスやプログラム可能論理デバイス（ＰＬＤ）、ハードワイヤ論理回路を使用することも出来るだろう。
【００２４】
本発明は、特定の熱源配置に限定されるものでもなければ、ウェーハとサセプタの表面に沿って放射状に熱を分配するために２つの熱源のみを使用することに限定されるものでもない、という点に注目することは重要である。放射状温度勾配のより正確な制御を実現するために、ウェーハやサセプタの異なる半径方向位置に向けられた３個以上の熱源の使用も考えられる。さらに本発明は、サセプタ上方に配置された単一の温度測定装置と、サセプタ１０２の下方に配置された単一の温度測定装置に限定されるものではないことに注意することが重要である。ある場合では、ウェーハおよび／またはサセプタの温度を、異なる半径方向位置で測定するのに複数の温度測定装置が使用されてもよい。さらに、本発明は赤外線ランプの使用のみに限定されるものでないことが理解されるであろう。その他の熱源もまた、使用することができる。
【００２５】
図７は、図２の装置を使用してサセプタ１０２とウェーハ１０６の温度をランピングする１つの方法を説明するフローチャートである。図７のブロック２０１〜２０４に示される第１のステップは、１）第１の電力を、ウェーハ１０６の中央部温度に影響する第１の熱源１１２に加え、２）第２の電力を、ウェーハ１０６の外部温度に影響する第２の熱源１１６に加え、３）第３の電力を、サセプタ１０２の中央部温度に影響する第３の熱源１２２に加え、４）第４の電力を、サセプタ１０２の外部温度に影響する第４の熱源１２６に加えるものである。ウェーハとサセプタの温度のランピング中、第１と第２電力の比と、第３と第４電力の比は、ブロック２０５とブロック２０６に説明されるように、変化させられる。ウェーハとサセプタの温度ランピングが、ランピング中ウェーハとサセプタの温度が上昇する加熱ステップを含むことができるか、または逆に、ウェーハとサセプタの温度ランピングが、ランピング中ウェーハとサセプタの温度が低下する冷却ステップを含むことができるということは注意されるべきである。
【００２６】
図８は別のランピング方法を説明するフローチャートである。ブロック３０１とブロック３０２に示される第１のステップは、１）第１の熱源１１２と第２の熱源１１６の複数の電力比を、ウェーハ１０６の温度関数として供し、２）第３の熱源１２２と第４の熱源１２６の複数の電力比を、サセプタ１０２の温度関数として供するものである。上述のように、これらの値は通常、コンピュータ１１５中に格納されたルックアップ・テーブル内に供給される。そしてブロック３０３とブロック３０４に説明されるように、第１加熱アセンブリ１１０と第２加熱アセンブリ１２０に電力が加えられる。先に記述したように、第１の加熱アセンブリ１１０は熱源１１２と１１６を含み、また第２の加熱アセンブリ１２０は熱源１２２と１２６を含む。ウェーハとサセプタの温度がランピングされると、ブロック３０５とブロック３０６に示すように、ウェーハおよびサセプタ温度が測定される。上で言及したように、１つの実施形態では、温度測定装置はウェーハ１０６の温度を測定する第１の高温計１１９と、サセプタ１０２の温度を測定する第２の高温計１２９を含んでいる。しかしながら本発明は、特定のいかなる形態の温度測定装置にも限定されるものではないことは理解されるべきである。ウェーハ温度ランピング中、第１の熱源１１２と第２の熱源１１６の電力比は、ブロック３０５で得られた現在のウェーハ温度とブロック３０１で与えられる複数の第１の電力比とを、併せ用いて変化させられる。同様に、サセプタ温度のランピング中、第３の熱源１２２と第４の熱源１２６の電力比は、ブロック３０６で得られた現在のサセプタ温度とブロック３０２で与えられる複数の第２の電力比とを、併せ用いて変化させられる。
【００２７】
図９のフローチャートに説明される別の実施形態では、第１の加熱アセンブリの電力Ｐtotal1と、第２の加熱アセンブリの電力Ｐtotal2との比も、やはりウェーハおよびサセプタ温度のランピング中に変化させられる。すなわち、第１の加熱アセンブリ１１０に加えられる電力と第２の加熱アセンブリ１２０に加えられる電力の割合が、両加熱アセンブリに加えられる全電力ＰTOTAL中で異なった割合をとるのである。
【００２８】
先述の実施形態では、第１の加熱アセンブリ１１０が、サセプタ１０２の上面１０３上に置かれたウェーハ１０６を主に加熱するために備えられる。第２の加熱アセンブリ１２０も、サセプタ１０２の下面１０４を主に加熱するために備えられる。しかしながら、ある場合においては、サセプタ１０２とウェーハ１０６のランピングを達成するために、必ずしも２つの別々の加熱アセンブリを備える必要はない。図３に示すように、サセプタとウェーハの温度ランピングは下部の加熱アセンブリ１２０のみを使用することで達成される。サセプタ１０２は通常、石英などの熱伝導性物質で作られているため、サセプタの下面１０４上にかけられる熱は上面１０３およびウェーハ１０６へ伝わる。したがって、１つの実施形態によれば、サセプタおよびウェーハ温度のランピングは、第１の電力を熱源１２２へ、第２の電力を熱源１２６へ加え、ランピング手順中に第１と第２の電力の比を変化させることによって達成される。図１０のブロック４０１〜４０３は、図３の装置を使用してサセプタ温度をランピングするステップを説明したものである。図３の装置では、高温計１２９によって測定された現在のサセプタ温度を使用して、電力比が変化させられる。電力比はまた、ウェーハ１０６の温度測定値、またはウェーハとサセプタ温度の組み合わせを使用しても変化させられる。さらに、電力比は、サセプタおよび／またはウェーハの現在の温度測定値にしたがって、あるいは代わりに、サセプタおよび／またはウェーハの温度予想値にしたがっても変化させられる。
【００２９】
次に図４を参照すると、ウェーハ１０６とサセプタ１０２の温度が上部の加熱アセンブリ１１０のみを用いてランピングされる装置が示されている。ウェーハのランピングは、第１の電力を熱源１１２に、第２の電力を熱源１１６に加え、第１と第２電力の比をランピング手順中に変化させることによって達成される。図１１のブロック５０１〜５０３は、図４の装置を使用してウェーハ温度をランピングするステップを説明するものである。図４の装置では、高温計１１９によって測定された現在のウェーハ温度を使用して、電力比を変化させる。しかしながら、電力比はサセプタ温度に応じても変化され得ることが理解されるであろう。
【００３０】
図５を参照して、サセプタ１０２とウェーハ１０６の温度をランピングする別の装置が示される。先述のように、サセプタ１０２は上面１０３と下面１０４を有している。上面１０３はランピングプロセス中ウェーハ１０６を保持するよう配置される。図５に示される実施形態によれば、サセプタ１０２上方に位置する第１の加熱アセンブリ１４０と、サセプタ下方に位置する第２の加熱アセンブリ１５０が備えられる。加熱アセンブリ１４０は、１つ以上の赤外線ランプ１４２の形態をとり、それらランプが一般にサセプタの上面１０３に向けられた、第１の熱源を含んでいる。それに対し加熱アセンブリ１５０は、少なくとも第２の熱源１５２と第３の熱源１５６を含んでいる。第２の熱源１５２は、サセプタ１０２の下面１０４の主に中央部分に向けられた、１つ以上の赤外線ランプ１５３を含む。第３の熱源１５６は、サセプタ１０２の下面１０４の主に外側部分に向けられた、１つ以上の赤外線ランプ１５７を含む。第１、第２および第３の各熱源はそれぞれ、制御装置１４４、１５４および１５８によって制御される。制御装置１４４、１５４および１５８は、コンピュータ１３９によって、代わるがわる制御される。
【００３１】
第１および第２の温度測定装置１４６と１５９は、ウェーハ１０６とサセプタ１０２の温度特定に使用される。ウェーハとサセプタの温度ランピング中、コンピュータ１３９は高温計１４６および１５９を用いてサンプルを採ることにより、ウェーハ１０６およびサセプタ１０２の温度をモニターする。熱源に対する電力は、通常コンピュータ１３９上のＰＩＤ（比例微積分）アルゴリズムによって制御される。ウェーハおよびサセプタの温度ランピングは、第１電力をランプ１４２に、第２電力をランプ１５２に、そして第３電力をランプ１５７に加え、第２と第３電力の比をランピング手順中に変化させることによって達成される。図１２のブロック６０１〜６０４には、図５の装置を使用してウェーハおよびサセプタ温度をランピングするステップが示される。
【００３２】
図６を参照して、サセプタ１０２とウェーハ１０６の温度をランピングする別の装置が示される。図６の実施形態によれば、少なくとも第１の熱源１６２と第２の熱源１６６を含む、第１の加熱アセンブリ１６０がある。第１の熱源１６２は、サセプタ１０２の上面１０３の主に中央部分に向けられる、１つ以上の赤外線ランプ１６３を含む。説明される実施形態においては、ウェーハの中央部分はサセプタの中央部分と一致することに注意されたい。第２の熱源１６６は、サセプタ１０２の上面１０４の主に外側部分に向けられる、１つ以上の赤外線ランプ１６７を含む。第２の加熱アセンブリ１７０は、サセプタ１０２の下方に配置される。加熱アセンブリ１７０は、１つ以上の赤外線ランプ１７２の形態をとり、これら赤外線ランプが一般にサセプタの下面１０４に対して向けられている、第３の熱源を含む。第１、第２および第３の各熱源は、それぞれ制御装置１６４、１６８および１７４によって制御される。制御装置１６４、１６８および１７４は、代わるがわるコンピュータ１７９によって制御される。
【００３３】
第１、第２の温度測定装置１６９および１７６は、ウェーハ１０６とサセプタ１０２の温度決定に使用される。ウェーハとサセプタの温度ランピング中、コンピュータ１７９が高温計１６９および１７６を使用してサンプルを採ることにより、ウェーハ１０６とサセプタ１０２の温度をモニターする。ウェーハおよびサセプタ温度のランピングは、第１電力をランプ１６３に、第２電力をランプ１６７に、第３電力をランプ１７２に加え、第１と第２電力の比をランピング手順中に変化させることによって達成される。図１３のブロック６０１〜６０４は、図６の装置を使用してウェーハとサセプタの温度をランピングするステップを説明したものである。
【００３４】
上述の説明で、数々の特定な詳細は説明のために与えられたものであり、本発明を制限するものではない。当業者には、これら特定の詳細なしに本発明が実施可能であることが明らかであろう。さらに、ある場合においては、本発明を不必要に分かり難くしないため、よく知られる半導体装置やプロセスは詳細中に述べられていない。したがって、本発明の方法および装置は、添付の請求により規定される。
【００３５】
ウェーハおよび／またはサセプタに沿って異なる半径方向位置に向けられる、２つ以上の独立制御された熱源を使用することにより、ウェーハとサセプタの温度をランピングする方法および装置が記述された。
【図面の簡単な説明】
【図１】 温度ランピング中、ウェーハとサセプタを加熱するのに使用される従来技術の処理装置の例である。
【図２】 本発明の１実施形態における、ウェーハおよびサセプタを加熱するのに使用する処理装置の説明図である。
【図３】 本発明の１実施形態における、サセプタを加熱するのに使用する処理装置の説明図である。
【図４】 本発明の１実施形態における、ウェーハを加熱するのに使用する処理装置の説明図である。
【図５】 本発明の別の実施形態における、ウェーハおよびサセプタを加熱するのに使用する処理装置の説明図である。
【図６】 本発明のさらに別の実施形態における、ウェーハおよびサセプタを加熱するのに使用する処理装置の説明図である。
【図７】 本発明の１実施形態における、ウェーハおよびサセプタの温度ランピング方法を説明するフローチャートである。
【図８】 本発明の別の実施形態における、ウェーハおよびサセプタの温度ランピング方法を説明するフローチャートである。
【図９】 本発明のさらに別の実施形態における、ウェーハおよびサセプタの温度ランピング方法を説明するフローチャートである。
【図１０】 本発明の１実施形態における、サセプタの温度ランピング方法を説明するフローチャートである。
【図１１】 本発明の１実施形態における、ウェーハの温度ランピング方法を説明するフローチャートである。
【図１２】 本発明の別の実施形態における、ウェーハおよびサセプタの温度ランピング方法を説明するフローチャートである。
【図１３】 本発明のさらに別の実施形態における、ウェーハおよびサセプタの温度ランピング方法を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１…第１の熱源、３…ウェーハ、５…サセプタ、７…第２の熱源、９…高温計、１１…高温計、１３…電力制御装置、１５…電力制御装置、１７…処理制御システム、１０２…サセプタ、１０３…上面、１０４…下面、１０６…ウェーハ、１１０…第１加熱アセンブリ、１１２…第１の熱源、１１３…赤外線ランプ、１１４…制御装置、１１５…コンピュータ、１１６…第２の熱源、１１７…赤外線ランプ、１１８…制御装置、１１９…温度測定装置、１２０…第２加熱アセンブリ、１２２…第３の熱源、１２３…赤外線ランプ、１２４…制御装置、１２６…第４の熱源、１２７…赤外線ランプ、１２８…制御装置、１２９…温度測定装置、１３９…コンピュータ、１４０…第１加熱アセンブリ、１４２…赤外線ランプ、１４４…制御装置、１４６…温度測定装置、１５０…第２加熱アセンブリ、１５２…第２の熱源、１５３…赤外線ランプ、１５４…制御装置、１５６…第３の熱源、１５７…赤外線ランプ、１５８…制御装置、１５９…温度測定装置、１６０…第１加熱アセンブリ、１６２…第１の熱源、１６３…赤外線ランプ、１６４…制御装置、１６６…第２の熱源、１６７…赤外線ランプ、１６８…制御装置、１６９…温度測定装置、１７０…第２加熱アセンブリ、１７２…赤外線ランプ、１７４…制御装置、１７６…温度測定装置、１７９…コンピュータ
【発明の属する技術分野】
本発明の分野は一般に半導体製造に関し、より具体的にはウェーハ温度ランピング中の、ウェーハの放射状温度分布を制御する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスを製造する際、しばしばウェーハ表面上に薄膜が形成される。図１に、この堆積プロセスあるいは成長プロセス中に、ウェーハを加熱するのに使用する典型的な処理装置が示されている。使用される処理装置は、しばしば通常赤外線ランプによって供給される赤外線により、ウェーハ３とサセプタ５の両側から加熱するよう構成される。熱源の電力、通常赤外線ランプである１および７は、図１に説明されているように、サセプタのウェーハ側（通常表側）への熱が、サセプタの反対側（通常底側）への熱から分離して制御されるよう、調整されている。
【０００３】
図１に示すように、典型的な処理装置では出力は表側と底側から等しく加えられ、ウェーハ３とサセプタ５をそれぞれ加熱する。ウェーハ３はサセプタ５よりも薄く、また熱質量が少ないので、ウェーハ３はサセプタ５よりもずっと速く温度上昇する。このため、ウェーハ３とサセプタ５の加熱は不均一なものになる。場合によっては、加熱中にウェーハ３は、サセプタの温度を２００℃以上越えることがあり、それによってウェーハ３が損傷する可能性がある。
【０００４】
この問題を克服する１つの解決策は、表側および底側の熱源への電力を別々に制御することである。図１に示すように、１つ目の高温計９がウェーハ３の温度を検出するために使用され、２つ目の高温計１１がサセプタ５の温度を検出するために使用される。高温計は、赤外線に対する感度の高いデバイスである。高温計は基板から放出される光を収集し、放出された光に基づいて基板の温度を決定する。表側および底側の熱源の電力は、それぞれ制御装置１５、１３によって別々に制御される。サセプタ５の温度は、当業者には良く知られる従来のＰＩＤ（比例微積分）アルゴリズム温度ランピングを用いて、第２の熱源７への電力を制御することによって処理温度までランピングされる。高温計１１はサセプタ５の温度をモニターし、その温度を用いて第２の熱源７によって加えられる、サセプタ５の裏面への放射エネルギー束量を制御する。
【０００５】
ウェーハの温度をモニターする第２の高温計９は、サセプタ５のウェーハ側への放射エネルギー束量を制御するのに使用される。マイクロプロセッサやメモリなど処理制御システム１７は、温度ランピング中に、ウェーハ温度をサセプタ温度と比較してウエーハ３をサセプタ５とほぼ等しい温度に保つよう、ウェーハの熱源１の電力を調節する。ウェーハ３の温度は、ランピング中、サセプタの温度よりもわずかに上回っているか、わずかに下回っているように設定される。
【０００６】
表側の熱源と底側の熱源とを別々に制御することにより、ウェーハとサセプタ間の温度差はより正確に制御され得る。
【０００７】
時の経過にともない、処理されるウェーハの直径は絶えず増加する。加えて、ウェーハ上に形成される電子回路はさらに小型化する傾向にある。特に重要であるのは、均一なウェーハ温度である。これにより、たとえば処理中のウェーハの直径にわたる堆積の厚さなどの均一な結果が保証される。従来技術によるウェーハおよびサセプタの温度制御方法は、ウェーハとサセプタ間の温度差をより正確に制御可能にするが、ウェーハ及びサセプタの中央部分と外側部分間の放射状温度勾配を制御する手段は備わっていない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、ウェーハおよび／またはサセプタの温度をランピングするときに、ウェーハおよび／またはサセプタの放射状温度勾配を制御できる方法と装置が必要とされる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
ウェーハおよびサセプタの温度ランピング中に、ウェーハとサセプタの放射状温度勾配を制御する方法および装置を開示する。
【００１０】
１つの実施形態によれば、第１の熱源が主にウェーハの中央部分に向けられ、第２の熱源が主にウェーハの外側部分に向けられ、第３の熱源が主にサセプタの中央部分に向けられ、第４の熱源が主にサセプタの外側部分に向けられる。ウェーハおよびサセプタの温度ランピングは、第１、第２、第３および第４の熱源に電力を加えることによって行われる。ランピング中、第１と第２の熱源の電力比はウェーハ温度の関数として変化し、第３と第４の熱源の電力比はサセプタ温度の関数として変化する。
【００１１】
本発明は例として説明されたものであり、添付の図面に限定されたものではなく、図面では同様の引例が類似の要素を示す。
【００１２】
【発明の実施の形態】
ウェーハおよびサセプタの温度ランピング中に、ウェーハおよびサセプタの放射状温度勾配を制御する方法および装置が開示される。以下の説明では、発明を完全に理解できるように、ウェーハやサセプタ温度をランピングするのにＰＩＤ（比例微積分）を使用したり、サセプタ温度を検出するのに高温計を使用したりといった、数々の具体的な詳細が与えられる。しかしながら、通常の当業者には、本発明がこれら具体的な詳細なしにも実行可能であることは明らかであろう。その他の例では、本発明を不必要に分かり難くすることを避けるために、良く知られた構造や処理ステップを具体的な詳細に示していない。
【００１３】
図２を参照すると、ウェーハ１０６およびサセプタ１０２の温度ランピング用装置が示されている。サセプタ１０２は上面１０３と下面１０４を有している。上面１０３は、ランピング処理中にウェーハ１０６を保持するよう配置される。１実施形態によれば、図２に説明されるように、サセプタ１０２の上側に位置する第１の加熱アセンブリ１１０と、サセプタの下側に位置する第２の加熱アセンブリ１２０が備えられる。加熱アセンブリ１１０は、第１の熱源１１２と第２の熱源１１６を含む。第１の熱源１１２は、主にウェーハ１０６の中央部分に向けられる１つ以上の赤外線ランプ１１３を含む。第２の熱源１１６は、主にウェーハ１０６の外側部分に向けられる１つ以上の赤外線ランプ１１７を含む。ウェーハの外側部分は、一般に、ウェーハの端側にあるウェーハ部として定義される。加熱アセンブリ１２０は第３の熱源１２２と第４の熱源１２６を含む。第３の熱源１２２は、主にサセプタ１０２の下面１０４の中央部分に向けられる１つ以上の赤外線ランプ１２３を含む。第４の熱源１２６は、主にサセプタ１０２の下面１０４の外側部分に向けられる１つ以上の赤外線ランプ１２７を含む。サセプタの外側部分は、一般に、サセプタの端側にあるサセプタ部として定義される。第１、第２、第３および第４の各熱源は、それぞれ制御装置１１４、１１８、１２４および１２８によって制御される。制御装置１１４、１１８、１２４および１２８は、コンピュータ１１５または他のタイプの制御システムによって、代わるがわる制御される。
【００１４】
ウェーハ１０６とサセプタ１０２の温度を決定するために、第１の温度測定装置１１９と第２の温度測定装置１２９がそれぞれ使用される。ウェーハとサセプタの温度がランピングされている間に、コンピュータ１１５は、高温計１１９と１２９を利用してサンプルを採ることにより、ウェーハ１０６とサセプタ１０２の温度をモニターする。熱源への電力は、通常コンピュータ１１５上のＰＩＤ（比例微積分）アルゴリズムによって制御される。その他の制御方法もまた使用できることは理解されることである。
【００１５】
上で議論したように、均一な処理結果を得るためには、処理中のウェーハ１０６の表面にわたって放射状温度勾配を最小にすることが重要である。本発明に従えば、ウェーハのランピング中の放射状温度勾配は、サセプタの片側もしくは両側に２つ以上の熱源を用いて、各熱源を主にウェーハおよび／またはサセプタ表面に沿って、異なる半径方向位置に向けることによって最小限にされる。図２の実施形態において、第１の熱源１１２のヒーター１１３は、主にウェーハ１０６の中央部分に向けれられ、一方第２の熱源１１６のヒーター１１７は、主にウェーハの外側部分に向けられる。ウェーハを初期温度から最終温度までランピングする間、第１電力Ｐ１が第１の熱源１１２に与えられ、第２電力Ｐ２が第２の熱源１１６に与えられ、第３電力Ｐ３が第３の熱源１２２に与えられ、第４電力Ｐ４が第４の熱源１２６に与えられる。第１の加熱アセンブリ１１０に与えられる全電力Ｐtotal1は、Ｐ１＋Ｐ２である。第２の加熱アセンブリ１２０に与えられる全電力Ｐtotal2は、Ｐ３＋Ｐ４である。本発明によれば、電力Ｐ１とＰ２の比と電力Ｐ３とＰ４の比は、ウェーハおよびサセプタのランピング中、コンピュータ１１５内の１つ以上のルックアップ・テーブルに格納された、所定の電力比セットにしたがって変化する。電力Ｐ１とＰ２の比は、高温計１１９によって測定されたウェーハ温度の関数として供される。電力Ｐ３とＰ４の比は、高温計１２９によって測定されたサセプタ温度の関数として供される。あるいは、電力Ｐ１とＰ２の比、および電力Ｐ３とＰ４の比は、サセプタ温度のみの関数か又はウェーハ温度のみの関数として供される。
【００１６】
図２において、第１の熱源１１２のヒーター１１３が、ウェーハの中央部分により近い半径方向位置に置かれて示され、一方第２の熱源１１６のヒーター１１７が、ウェーハの外側部分により近い半径方向位置に置かれて示されている。第１および第２の熱源ランプの位置は、この配置に限定されるものではないことに注意することが重要である。たとえば、ヒーター１１３よび１１７は単独のヒーター配列中に設置されてもよい。そのような実施形態では、ヒーターからウェーハ表面に沿って、異なる半径方向位置に熱を向けるために反射体が使用される。
【００１７】
ウェーハ１０６およびサセプタ１０２の温度をランピングする１つの方法は、電力Ｐ１とＰ２の比および電力Ｐ３とＰ４の比が、初期状態のセットから最終状態のセットまで推移する間に１回以上変化する、複数のステップランピング手順を使用することである。たとえば、６５０℃の初期温度から１１５０℃の最終温度まで推移するときに、第１、第２、第３および第４の熱源のそれぞれに与えられる電力が、表１に記載される電力比率にしたがって変化する：
【表１】
【００１８】
一般に電力比は、ウェーハ１０６とサセプタ１０２が、原則として同時に平衡温度に達するよう設定されるのが望ましい。システムに与えられる全電力ＰTOTALは、加熱アセンブリ１１０と１２０に与えられる電力の和、すなわちＰTOTAL＝Ｐtotal1＋Ｐtotal2である。ウェーハとサセプタがほぼ同時に平衡温度に達する１つの方法は、やはり温度ランピング中に、第１および第２の加熱アセンブリ１１０と１２０に対する電力比を変化させることである。
【００１９】
表１に記載された電力比は、ただ説明を目的としたものであることに注意すべきである。電力比は変数の数によって変化する。これには、限定するものではないが次のものを含む。すなわち、１）熱源配置、２）サセプタ構造および熱質量、３）ウェーハ・サイズおよび熱質量、４）サーマル・リアクタの全体設計、と、５）処理ガス流や処理ガス温度などの処理変数である。
【００２０】
ウェーハ１０６とサセプタ１０２の、温度ランピングの別の方法は、内部ランプと外部ランプ間の電力比を継続的に調節するソフトウェアを採用することである。たとえば、表１の複数のステップランピング手順を使用する代わりに、各熱源に与えられる電力を、６５０℃における初期電力比から１１５０℃における最終電力比まで、線形的に変化させてもよい。例として、ウェーハおよび／またはサセプタの温度が９００℃のとき、電力Ｐ１とＰ２の比は５８％／４２％、一方で電力Ｐ３とＰ４の比は１３．７５％／８６．２５％である。この場合も、ウェーハ１０６とサセプタ１０２の温度が１１５０℃付近になると、制御システムが電力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３およびＰ４を、それぞれの最終電力比設定点である６２％、３８％、１５％および８５％に調節する。
【００２１】
一般に、コンピュータ１１５の中のルックアップ・テーブルは一連の較正ステップを使用して生成されている。較正ステップは通常、熱源に電力をかけて、試験ウェーハおよび／またはサセプタの温度を様々な半径方向位置で同時に測定することを伴う。通常、試験ウェーハおよび／またはサセプタに取り付けられたり、あるいはそれらの内部に組み込まれた熱電対が、較正ステップ中の正確な温度を表示する。較正中に得られた値は、１つ以上の数学方程式を用いて、各熱源の電力／温度較正曲線を決めるために使用される。プログラム格納デバイス内のソフトウェアが、これら数学方程式を使用してルックアップ・テーブルを生成し、これらルックアップ・テーブルがコンピュータ１１５内に格納される。
【００２２】
ウェーハ１０６やサセプタ１０２の温度ランピング中、電力比は非線形的な方法によって変化させてもよい。ある場合では、非線形的方法による電力比の変化が、放射状熱勾配を最小化したり、および／またはランピング時間を削減する方法として望ましいことがある。
【００２３】
図２に示されたコンピュータ１１５は、制御システムの１つの形態であるが、プロセッサ、メモリおよび入出力デバイスを有するものとして定義されている。メモリ中に格納されたコンピュータ・プログラムは、第１、第２、第３および第４の熱源に与えられる電力を決定、制御する。コンピュータ１１５は、サセプタとウェーハの温度をモニターすることによって処理機能を実行し、そのようにしてウェーハ１０６およびサセプタ１０２の温度を決定、制御するように示されているが、その他の可能性も存在する。たとえば特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）デバイスやプログラム可能論理デバイス（ＰＬＤ）、ハードワイヤ論理回路を使用することも出来るだろう。
【００２４】
本発明は、特定の熱源配置に限定されるものでもなければ、ウェーハとサセプタの表面に沿って放射状に熱を分配するために２つの熱源のみを使用することに限定されるものでもない、という点に注目することは重要である。放射状温度勾配のより正確な制御を実現するために、ウェーハやサセプタの異なる半径方向位置に向けられた３個以上の熱源の使用も考えられる。さらに本発明は、サセプタ上方に配置された単一の温度測定装置と、サセプタ１０２の下方に配置された単一の温度測定装置に限定されるものではないことに注意することが重要である。ある場合では、ウェーハおよび／またはサセプタの温度を、異なる半径方向位置で測定するのに複数の温度測定装置が使用されてもよい。さらに、本発明は赤外線ランプの使用のみに限定されるものでないことが理解されるであろう。その他の熱源もまた、使用することができる。
【００２５】
図７は、図２の装置を使用してサセプタ１０２とウェーハ１０６の温度をランピングする１つの方法を説明するフローチャートである。図７のブロック２０１〜２０４に示される第１のステップは、１）第１の電力を、ウェーハ１０６の中央部温度に影響する第１の熱源１１２に加え、２）第２の電力を、ウェーハ１０６の外部温度に影響する第２の熱源１１６に加え、３）第３の電力を、サセプタ１０２の中央部温度に影響する第３の熱源１２２に加え、４）第４の電力を、サセプタ１０２の外部温度に影響する第４の熱源１２６に加えるものである。ウェーハとサセプタの温度のランピング中、第１と第２電力の比と、第３と第４電力の比は、ブロック２０５とブロック２０６に説明されるように、変化させられる。ウェーハとサセプタの温度ランピングが、ランピング中ウェーハとサセプタの温度が上昇する加熱ステップを含むことができるか、または逆に、ウェーハとサセプタの温度ランピングが、ランピング中ウェーハとサセプタの温度が低下する冷却ステップを含むことができるということは注意されるべきである。
【００２６】
図８は別のランピング方法を説明するフローチャートである。ブロック３０１とブロック３０２に示される第１のステップは、１）第１の熱源１１２と第２の熱源１１６の複数の電力比を、ウェーハ１０６の温度関数として供し、２）第３の熱源１２２と第４の熱源１２６の複数の電力比を、サセプタ１０２の温度関数として供するものである。上述のように、これらの値は通常、コンピュータ１１５中に格納されたルックアップ・テーブル内に供給される。そしてブロック３０３とブロック３０４に説明されるように、第１加熱アセンブリ１１０と第２加熱アセンブリ１２０に電力が加えられる。先に記述したように、第１の加熱アセンブリ１１０は熱源１１２と１１６を含み、また第２の加熱アセンブリ１２０は熱源１２２と１２６を含む。ウェーハとサセプタの温度がランピングされると、ブロック３０５とブロック３０６に示すように、ウェーハおよびサセプタ温度が測定される。上で言及したように、１つの実施形態では、温度測定装置はウェーハ１０６の温度を測定する第１の高温計１１９と、サセプタ１０２の温度を測定する第２の高温計１２９を含んでいる。しかしながら本発明は、特定のいかなる形態の温度測定装置にも限定されるものではないことは理解されるべきである。ウェーハ温度ランピング中、第１の熱源１１２と第２の熱源１１６の電力比は、ブロック３０５で得られた現在のウェーハ温度とブロック３０１で与えられる複数の第１の電力比とを、併せ用いて変化させられる。同様に、サセプタ温度のランピング中、第３の熱源１２２と第４の熱源１２６の電力比は、ブロック３０６で得られた現在のサセプタ温度とブロック３０２で与えられる複数の第２の電力比とを、併せ用いて変化させられる。
【００２７】
図９のフローチャートに説明される別の実施形態では、第１の加熱アセンブリの電力Ｐtotal1と、第２の加熱アセンブリの電力Ｐtotal2との比も、やはりウェーハおよびサセプタ温度のランピング中に変化させられる。すなわち、第１の加熱アセンブリ１１０に加えられる電力と第２の加熱アセンブリ１２０に加えられる電力の割合が、両加熱アセンブリに加えられる全電力ＰTOTAL中で異なった割合をとるのである。
【００２８】
先述の実施形態では、第１の加熱アセンブリ１１０が、サセプタ１０２の上面１０３上に置かれたウェーハ１０６を主に加熱するために備えられる。第２の加熱アセンブリ１２０も、サセプタ１０２の下面１０４を主に加熱するために備えられる。しかしながら、ある場合においては、サセプタ１０２とウェーハ１０６のランピングを達成するために、必ずしも２つの別々の加熱アセンブリを備える必要はない。図３に示すように、サセプタとウェーハの温度ランピングは下部の加熱アセンブリ１２０のみを使用することで達成される。サセプタ１０２は通常、石英などの熱伝導性物質で作られているため、サセプタの下面１０４上にかけられる熱は上面１０３およびウェーハ１０６へ伝わる。したがって、１つの実施形態によれば、サセプタおよびウェーハ温度のランピングは、第１の電力を熱源１２２へ、第２の電力を熱源１２６へ加え、ランピング手順中に第１と第２の電力の比を変化させることによって達成される。図１０のブロック４０１〜４０３は、図３の装置を使用してサセプタ温度をランピングするステップを説明したものである。図３の装置では、高温計１２９によって測定された現在のサセプタ温度を使用して、電力比が変化させられる。電力比はまた、ウェーハ１０６の温度測定値、またはウェーハとサセプタ温度の組み合わせを使用しても変化させられる。さらに、電力比は、サセプタおよび／またはウェーハの現在の温度測定値にしたがって、あるいは代わりに、サセプタおよび／またはウェーハの温度予想値にしたがっても変化させられる。
【００２９】
次に図４を参照すると、ウェーハ１０６とサセプタ１０２の温度が上部の加熱アセンブリ１１０のみを用いてランピングされる装置が示されている。ウェーハのランピングは、第１の電力を熱源１１２に、第２の電力を熱源１１６に加え、第１と第２電力の比をランピング手順中に変化させることによって達成される。図１１のブロック５０１〜５０３は、図４の装置を使用してウェーハ温度をランピングするステップを説明するものである。図４の装置では、高温計１１９によって測定された現在のウェーハ温度を使用して、電力比を変化させる。しかしながら、電力比はサセプタ温度に応じても変化され得ることが理解されるであろう。
【００３０】
図５を参照して、サセプタ１０２とウェーハ１０６の温度をランピングする別の装置が示される。先述のように、サセプタ１０２は上面１０３と下面１０４を有している。上面１０３はランピングプロセス中ウェーハ１０６を保持するよう配置される。図５に示される実施形態によれば、サセプタ１０２上方に位置する第１の加熱アセンブリ１４０と、サセプタ下方に位置する第２の加熱アセンブリ１５０が備えられる。加熱アセンブリ１４０は、１つ以上の赤外線ランプ１４２の形態をとり、それらランプが一般にサセプタの上面１０３に向けられた、第１の熱源を含んでいる。それに対し加熱アセンブリ１５０は、少なくとも第２の熱源１５２と第３の熱源１５６を含んでいる。第２の熱源１５２は、サセプタ１０２の下面１０４の主に中央部分に向けられた、１つ以上の赤外線ランプ１５３を含む。第３の熱源１５６は、サセプタ１０２の下面１０４の主に外側部分に向けられた、１つ以上の赤外線ランプ１５７を含む。第１、第２および第３の各熱源はそれぞれ、制御装置１４４、１５４および１５８によって制御される。制御装置１４４、１５４および１５８は、コンピュータ１３９によって、代わるがわる制御される。
【００３１】
第１および第２の温度測定装置１４６と１５９は、ウェーハ１０６とサセプタ１０２の温度特定に使用される。ウェーハとサセプタの温度ランピング中、コンピュータ１３９は高温計１４６および１５９を用いてサンプルを採ることにより、ウェーハ１０６およびサセプタ１０２の温度をモニターする。熱源に対する電力は、通常コンピュータ１３９上のＰＩＤ（比例微積分）アルゴリズムによって制御される。ウェーハおよびサセプタの温度ランピングは、第１電力をランプ１４２に、第２電力をランプ１５２に、そして第３電力をランプ１５７に加え、第２と第３電力の比をランピング手順中に変化させることによって達成される。図１２のブロック６０１〜６０４には、図５の装置を使用してウェーハおよびサセプタ温度をランピングするステップが示される。
【００３２】
図６を参照して、サセプタ１０２とウェーハ１０６の温度をランピングする別の装置が示される。図６の実施形態によれば、少なくとも第１の熱源１６２と第２の熱源１６６を含む、第１の加熱アセンブリ１６０がある。第１の熱源１６２は、サセプタ１０２の上面１０３の主に中央部分に向けられる、１つ以上の赤外線ランプ１６３を含む。説明される実施形態においては、ウェーハの中央部分はサセプタの中央部分と一致することに注意されたい。第２の熱源１６６は、サセプタ１０２の上面１０４の主に外側部分に向けられる、１つ以上の赤外線ランプ１６７を含む。第２の加熱アセンブリ１７０は、サセプタ１０２の下方に配置される。加熱アセンブリ１７０は、１つ以上の赤外線ランプ１７２の形態をとり、これら赤外線ランプが一般にサセプタの下面１０４に対して向けられている、第３の熱源を含む。第１、第２および第３の各熱源は、それぞれ制御装置１６４、１６８および１７４によって制御される。制御装置１６４、１６８および１７４は、代わるがわるコンピュータ１７９によって制御される。
【００３３】
第１、第２の温度測定装置１６９および１７６は、ウェーハ１０６とサセプタ１０２の温度決定に使用される。ウェーハとサセプタの温度ランピング中、コンピュータ１７９が高温計１６９および１７６を使用してサンプルを採ることにより、ウェーハ１０６とサセプタ１０２の温度をモニターする。ウェーハおよびサセプタ温度のランピングは、第１電力をランプ１６３に、第２電力をランプ１６７に、第３電力をランプ１７２に加え、第１と第２電力の比をランピング手順中に変化させることによって達成される。図１３のブロック６０１〜６０４は、図６の装置を使用してウェーハとサセプタの温度をランピングするステップを説明したものである。
【００３４】
上述の説明で、数々の特定な詳細は説明のために与えられたものであり、本発明を制限するものではない。当業者には、これら特定の詳細なしに本発明が実施可能であることが明らかであろう。さらに、ある場合においては、本発明を不必要に分かり難くしないため、よく知られる半導体装置やプロセスは詳細中に述べられていない。したがって、本発明の方法および装置は、添付の請求により規定される。
【００３５】
ウェーハおよび／またはサセプタに沿って異なる半径方向位置に向けられる、２つ以上の独立制御された熱源を使用することにより、ウェーハとサセプタの温度をランピングする方法および装置が記述された。
【図面の簡単な説明】
【図１】 温度ランピング中、ウェーハとサセプタを加熱するのに使用される従来技術の処理装置の例である。
【図２】 本発明の１実施形態における、ウェーハおよびサセプタを加熱するのに使用する処理装置の説明図である。
【図３】 本発明の１実施形態における、サセプタを加熱するのに使用する処理装置の説明図である。
【図４】 本発明の１実施形態における、ウェーハを加熱するのに使用する処理装置の説明図である。
【図５】 本発明の別の実施形態における、ウェーハおよびサセプタを加熱するのに使用する処理装置の説明図である。
【図６】 本発明のさらに別の実施形態における、ウェーハおよびサセプタを加熱するのに使用する処理装置の説明図である。
【図７】 本発明の１実施形態における、ウェーハおよびサセプタの温度ランピング方法を説明するフローチャートである。
【図８】 本発明の別の実施形態における、ウェーハおよびサセプタの温度ランピング方法を説明するフローチャートである。
【図９】 本発明のさらに別の実施形態における、ウェーハおよびサセプタの温度ランピング方法を説明するフローチャートである。
【図１０】 本発明の１実施形態における、サセプタの温度ランピング方法を説明するフローチャートである。
【図１１】 本発明の１実施形態における、ウェーハの温度ランピング方法を説明するフローチャートである。
【図１２】 本発明の別の実施形態における、ウェーハおよびサセプタの温度ランピング方法を説明するフローチャートである。
【図１３】 本発明のさらに別の実施形態における、ウェーハおよびサセプタの温度ランピング方法を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１…第１の熱源、３…ウェーハ、５…サセプタ、７…第２の熱源、９…高温計、１１…高温計、１３…電力制御装置、１５…電力制御装置、１７…処理制御システム、１０２…サセプタ、１０３…上面、１０４…下面、１０６…ウェーハ、１１０…第１加熱アセンブリ、１１２…第１の熱源、１１３…赤外線ランプ、１１４…制御装置、１１５…コンピュータ、１１６…第２の熱源、１１７…赤外線ランプ、１１８…制御装置、１１９…温度測定装置、１２０…第２加熱アセンブリ、１２２…第３の熱源、１２３…赤外線ランプ、１２４…制御装置、１２６…第４の熱源、１２７…赤外線ランプ、１２８…制御装置、１２９…温度測定装置、１３９…コンピュータ、１４０…第１加熱アセンブリ、１４２…赤外線ランプ、１４４…制御装置、１４６…温度測定装置、１５０…第２加熱アセンブリ、１５２…第２の熱源、１５３…赤外線ランプ、１５４…制御装置、１５６…第３の熱源、１５７…赤外線ランプ、１５８…制御装置、１５９…温度測定装置、１６０…第１加熱アセンブリ、１６２…第１の熱源、１６３…赤外線ランプ、１６４…制御装置、１６６…第２の熱源、１６７…赤外線ランプ、１６８…制御装置、１６９…温度測定装置、１７０…第２加熱アセンブリ、１７２…赤外線ランプ、１７４…制御装置、１７６…温度測定装置、１７９…コンピュータ
Claims (9)
- サセプタの中央部分の温度に最も直接的に影響する第１の熱源と、サセプタの外側部分の温度に最も直接的に影響する第２の熱源を使用して、サセプタの温度をランピングする方法であって、前記方法は、
ａ）第１電力を第１の熱源に、第２電力を第２の熱源に加えるステップと、
ｂ）第１電力と第２電力の比を、サセプタの温度ランピング中に変化させて、前記サセプタの温度ランピング中に前記サセプタの中央部分および外側部分の放射状温度勾配を最小にするステップと、
を含む、サセプタ温度ランピング方法。 - ステップｂ）のサセプタのランピングが、ＰＩＤ（比例微積分）ランピングによって決定される、請求項１に記載の方法。
- 第１電力と第２電力の比が、サセプタ温度と複数の電力比を併用して制御され、前記複数の電力比はコンピュータ内に格納されている、請求項１に記載の方法。
- ランピング中、現在のサセプタ温度を特定し、前記現在のサセプタ温度を電力比の表と併用して、第１電力と第２電力の比を変化させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
- サセプタを初期のサセプタ温度から最終サセプタ温度までランピングし、第１電力と第２電力の比を、初期のサセプタ温度における初期の電力比から最終サセプタ温度における最終電力比まで線形的に変化させる、請求項１に記載の方法。
- 上面と下面を有し、前記上面はウェーハを保持するように配置されるサセプタと、
前記下面の中央部分の温度に影響するように主に向けられる第１の熱源と、
前記下面の外側部分の温度に影響するように主に向けられる第２の熱源と、
前記第１と第２の熱源の電力比を変化させて、前記サセプタの温度ランピング中に前記サセプタの中央部分および外側部分の放射状温度勾配を最小にする手段と、
を含む装置。 - サセプタの上面に向けられた第３の熱源をさらに含む、請求項６に記載の装置。
- サセプタの下面の温度を検出する温度センサーをさらに含み、前記温度センサーは出力を有する、請求項６に記載の装置。
- 前記第１と第２の熱源の電力比を変化させる手段が、前記温度センサーの出力を入力として持つ制御装置を含む、請求項８に記載の装置。
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