JP4786925B2 - 基板処理方法および基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板処理方法および基板処理装置に関し、詳細には、半導体ウエハ等の被処理基板に対し、成膜などの処理を行なう基板処理方法および基板処理装置に関する。

各種半導体装置の製造過程で行なわれる成膜処理においては、成膜時の温度が薄膜の特性や膜厚の精度を確保する上で重要であり、成膜時の温度制御に問題があると最終的な半導体装置の品質や信頼性の低下につながる。

被処理基板である半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と記すことがある）に対してＣＶＤ等の方法によって成膜を行なう成膜装置では、例えばウエハを載置する基板載置台としてのサセプタに熱伝導性に優れたＡｌＮなどのセラミック系材料を用い、抵抗加熱ヒーターなどの加熱手段によりサセプタを加熱することによって間接的にウエハを加熱しながら、種々の成膜反応を進行させる。そして、成膜に際してはウエハの温度を高精度に制御する目的で、前記抵抗加熱ヒーターを例えばウエハの中央部と、その外側の周縁部に対応する領域に分割して配備し、熱をウエハへ効率良く伝達するとともに、サセプタに熱電対などの温度検知手段を配備して、成膜処理時におけるウエハ面内の温度分布の改善や、ウエハ間の処理温度の均一化を図っている。

しかし、ウエハの種類（つまり、ウエハ上に形成されている膜の種類や、ドープされている不純物の種類や濃度など）が異なると、ウエハの熱吸収率が変化するため、異なる種類のウエハを連続的に処理する場合には、ウエハ毎に最適な温度条件の選定を行なうことは困難であった。

実際には、異なる種類のウエハを連続して加熱処理すると、例えば図９（ａ）に示すように、ウエハ上に形成される膜の有無により、ウエハを加熱するためのステージヒーターとして機能するサセプタ温度の挙動に大きな差異が生じる。このようなサセプタ温度の挙動は、ウエハの熱特性、特に熱吸収率の相違に起因するものと考えられる。また、図９（ｂ）に示すように、同一種類のウエハにおいても、例えばウエハの中央部に対応するサセプタの中央部と、ウエハの周縁部に対応するサセプタの周縁部とでは温度の挙動に相違が生じ、その結果、成膜後のウエハの品質低下をもたらすおそれがある。

また、図１０は、同一種類のウエハを連続的に処理した場合の成膜後のウエハの中央部（１カ所）と周縁部（４カ所）の比抵抗（Ｒｓ）を測定した結果を示すグラフである。この図１０から、ウエハ中央部では、ウエハの処理枚数が増えても比抵抗の変動は小さいが、ウエハ周縁部では、比抵抗の変動が中央部に比べ大きくなっていく傾向がわかる。このようなウエハ面内の温度変化による膜質の変動は、ウエハの搬入出、チャンバー内の圧力変動、チャンバー内の堆積物等の外部要因によっても生じる。

従って、前記温度条件の選定に際しては、ウエハの膜種による相違だけでなく、ウエハ面内の位置の相違を加味した上で最適な加熱条件を決定する必要がある。

ところで、ウエハを処理する際に温度制御を行なう技術としては、ウエハの赤外線放射率を測定し、その結果に基づき加熱条件を制御する方法が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
特開２００３−４５８１８号公報（特許請求の範囲など） 特開平６−１５８３１４号公報（特許請求の範囲など）

上記特許文献１、特許文献２の方法では、ウエハの放射率を測定し、ウエハの種類に応じて加熱条件を制御しているため、ウエハ間の処理の再現性を改善することはできるが、ウエハの部位によって異なる制御を行なうことは全く考慮されていないため、ウエハ処理における面内均一性（例えば成膜される膜の膜質や膜厚の面内における均一性）を改善するには不十分である。

また、通常、サセプタには熱電対などの温度検知手段が配備されているため、処理温度を把握しつつヒーター出力にフィードバックする制御が可能であるものの、ヒーター構造等の制約から温度検知手段をサセプタの中央部にしか配備出来ない場合は、サセプタの中央部の温度を検知することは可能であっても、温度検知手段が配備されていない他の部位（例えば、サセプタの周縁部）の温度は正確に把握することができなかった。そして、温度検知手段の配備されていないサセプタ周縁部では前記のようにウエハ加熱温度の変動が大きくなってしまう傾向があり、その解決が求められていた。しかし、従来技術の方法では、ウエハ面内での処理温度の均一性を加味した加熱条件の補正は困難であった。

従って、本発明の課題は、温度制御の精度を高め、ウエハの種類によるウエハ間の処理の再現性と、同一ウエハの面内における処理の均一性とを同時に改善し、高精度な処理が可能な基板処理方法および基板処理装置を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点によれば、処理容器内で被処理基板を基板載置台に載置し、載置された前記被処理基板の複数の領域に対応して設けられた複数のヒーターにより前記被処理基板を加熱して前記被処理基板に対して目的の処理を行なう基板処理方法であって、
予め前記処理容器外で被処理基板の赤外線吸収率または赤外線透過率を測定する工程と、
前記赤外線吸収率または赤外線透過率の測定値に応じて、前記被処理基板の前記複数の領域に対応して設けられた前記複数のヒーターへの出力比率を選定する工程と、
前記複数の領域のうち少なくとも１つの領域に設けられた温度検知手段により前記被処理基板の温度を測定し、その測定温度と設定温度との差に応じて前記複数のヒーターへの出力を決定する工程と、
決定された前記複数のヒーターへの出力と前記選定された出力比率に基づき前記複数のヒーターへの出力を行なって被処理基板を加熱する工程と、
を含むことを特徴とする、基板処理方法が提供される。

上記第１の観点において、前記複数のヒーターへの出力比率は、供給電力の比率、供給電圧の比率、供給電流の比率または出力時間の比率から選ばれる１種以上とすることができる。また、前記複数の領域は、少なくとも、被処理基板の中央部の第１の領域と、その外側部分の第２の領域を含むことができる。さらに、前記目的の処理は、被処理基板上に薄膜を形成する成膜処理であることが好ましい。さらにまた、前記温度検知手段は、被処理基板の中央部の前記第１の領域に設けられることが好ましい。さらにまた、前記複数のヒーターへの出力比率は、予め設定温度毎に作成された被処理基板の赤外線透過率と前記複数のヒーターへの出力比率とを関係づけたテーブルを参照することで決定されることができる。さらにまた、前記被処理基板を加熱する工程は、前記選定された出力比率を維持したまま前記複数のヒーターへの出力を増減することにより行うことができる。

本発明の第２の観点によれば、被処理基板を収容して処理を行なう処理容器と、
前記処理容器内で被処理基板を基板載置面に載置する基板載置台と、
前記基板載置台に載置された被処理基板の複数の領域に対応して設けられ、前記複数の領域の温度を独立して調節する複数のヒーターと、
予め前記処理容器外で被処理基板の赤外線吸収率または赤外線透過率を測定するセンサ部と、
前記複数の領域のうち少なくとも１つの領域に設けられた温度検知手段と、
前記センサ部における前記赤外線吸収率または赤外線透過率の測定値に応じて、前記被処理基板の複数の領域に対応して設けられた前記複数のヒーターへの出力比率を選定し、前記温度検知手段により測定した前記被処理基板の測定温度と設定温度との差に応じて前記複数のヒーターへの出力を決定し、決定された前記複数のヒーターへの出力と前記選定された出力比率に基づき前記複数のヒーターへの出力を制御する制御部と
を備え、
前記制御部により前記複数のヒーターへの出力を制御しつつ前記被処理基板を加熱して、前記被処理基板に対して目的の処理を行うことを特徴とする、基板処理装置が提供される。

上記第２の観点において、前記複数の領域は、少なくとも、被処理基板の中央部の第１の領域と、その外側部分の第２の領域と、を含むことができる。この場合、前記ヒーターは、前記第１の領域と前記第２の領域に対応して前記基板載置台に埋設された抵抗加熱ヒーターであるか、あるいは、前記第１の領域と前記第２の領域に対応して前記被処理基板から離間した位置に配備されたランプヒーターであることが好ましい。さらに、前記基板処理装置は、被処理基板上に薄膜を形成するための成膜装置であることが好ましい。さらにまた、前記温度検知手段は、被処理基板の中央部の前記第１の領域に設けられることが好ましい。さらにまた、前記基板載置台は、その中央下部に設けられた円筒状の支持部材により支持され、前記温度検知手段は前記基板載置台の中央部に設けられる構成とすることができる。さらにまた、前記制御部は、予め設定温度毎に作成された被処理基板の赤外線透過率と前記ヒーターへの出力比率とを関係づけたテーブルを参照することで前記温度検知手段の出力を決定するようにすることができる。さらにまた、前記制御部は、前記選定された出力比率を維持したまま前記複数のヒーターへの出力を増減するようにすることができる。

本発明の第３の観点によれば、コンピュータ上で動作し、実行時に、上記第１の観点の基板処理方法が行なわれるように、基板処理装置を制御するものであることを特徴とする、制御プログラムが提供される。

本発明の第４の観点によれば、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、上記第１の観点の基板処理方法が行なわれるように、基板処理装置を制御するものであることを特徴とする、コンピュータ記憶媒体が提供される。

本発明によれば、予め被処理基板の赤外線吸収率または赤外線透過率を測定しておき、その測定値に応じて、被処理基板上の複数の領域に対し独立して温度調節を行なうことにより、ウエハの種類によるウエハ間の処理の再現性と、同一ウエハの面内における処理の均一性とを同時に向上させることができる。
すなわち、被処理基板の赤外線吸収率または赤外線透過率を測定することにより、被処理基板の種類に応じて被処理基板に固有な温度変化の挙動に対応した制御を行なうことができる。しかも、被処理基板上の複数の領域に対し、例えば複数のヒーターによる加熱温度をそれぞれ独立して制御することによって、被処理基板の面内位置による温度のばらつきをも解消することができる。
従って、被処理基板に対して、高精度な温度制御が可能となり、例えば面内における比抵抗（Ｒｓ）の変動や膜厚の不均一などを解消し、被処理基板の品質の向上を図ることができる。

また、被処理基板に対する赤外線吸収率または赤外線透過率の測定は、例えば赤外線センサなどの簡易な機器で可能であり、成膜装置などのプロセスモジュールの外部に配備できることから、プロセスモジュール内のハード構成を変更することなく、高精度な温度制御による処理が可能になる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は本発明の基板処理方法の一適用例であるＴｉＮ成膜方法を実施するためのマルチチャンバータイプの成膜システムを示す概略構成図である。

図１に示すように、この成膜システム１００は、ウエハＷ上に、ＣＶＤによりＴｉ膜を成膜する２つのＴｉ成膜装置１，２、およびＣＶＤによりＴｉＮ膜を成膜する２つのＴｉＮ成膜装置３，４の合計４つの成膜装置を有しており、これら成膜装置１，２，３，４は、六角形をなすウエハ搬送室５の４つの辺にそれぞれ対応して設けられている。また、ウエハ搬送室５の他の２つの辺にはそれぞれロードロック室６，７が設けられている。これらロードロック室６，７のウエハ搬送室５と反対側にはウエハ搬入出室８が設けられており、ウエハ搬入出室８のロードロック室６，７と反対側にはウエハＷを収容可能な３つのフープ（ＦＯＵＰ）Ｆを取り付けるポート９，１０，１１が設けられている。なお、Ｔｉ成膜装置１と２、およびＴｉＮ成膜装置３と４は、それぞれ同じ構造を有している。

Ｔｉ成膜装置１，２およびＴｉＮ成膜装置３，４およびロードロック室６，７は、図１に示すように、ウエハ搬送室５の各辺にゲートバルブＧを介して接続され、これらは各ゲートバルブＧを開放することによりウエハ搬送室５と連通され、各ゲートバルブＧを閉じることによりウエハ搬送室５から遮断される。また、ロードロック室６，７のウエハ搬入出室８に接続される部分にもゲートバルブＧが設けられており、ロードロック室６，７は、ゲートバルブＧを開放することによりウエハ搬入出室８に連通され、これらを閉じることによりウエハ搬入出室８から遮断される。

ウエハ搬送室５内には、Ｔｉ成膜装置１，２、ＴｉＮ成膜装置３，４、およびロードロック室６，７に対して、被処理体であるウエハＷの搬入出を行うウエハ搬送装置１２が設けられている。このウエハ搬送装置１２は、ウエハ搬送室５の略中央に配設されており、回転および伸縮可能な回転・伸縮部１３の先端にウエハＷを保持する２つのブレード１４ａ，１４ｂを有しており、これら２つのブレード１４ａ，１４ｂは互いに反対方向を向くように回転・伸縮部１３に取り付けられている。なお、このウエハ搬送室５内は所定の真空度に保持されるようになっている。

また、ウエハ搬送室５内には、Ｔｉ成膜装置１，２およびＴｉＮ成膜装置３，４に対応する各ゲートバルブの手前に、ウエハＷの熱特性、例えば赤外線透過率（または赤外線吸収率）を測定するためのセンサ部１５がそれぞれ設けられている。このようにプロセスモジュール毎（Ｔｉ成膜装置１，２、ＴｉＮ成膜装置３，４）にセンサ部１５を設けることによって、ウエハＷの種類（ウエハＷの膜種や膜厚、不純物の種類や濃度など）に応じて変化する熱特性を把握することが可能になる。また、センサ部１５は、プロセスモジュールの外部に配備できるため、プロセスモジュール内のハード構成を変更する必要がないという利点もある。

センサ部１５の構成例を図２に示す。センサ部１５は、例えば図２（ａ）に示すように、赤外線照射部８１と、該赤外線照射部８１に対向配備され、赤外線強度を検出する受光部８２と、から構成され、赤外線照射部８１と受光部８２との間をウエハＷが通過する際にウエハＷに対し赤外線を照射してウエハＷに固有の赤外線透過率を測定する方式や、同図（ｂ）に示すように、赤外線照射部８３からウエハＷへ赤外線を照射し、その反射光を受光部８４で検出し、その値に基づき赤外線透過率を測定する方式等を用いることができる。なお、受光部８２，８４で検出する赤外線の波長は任意であるが、予め実験的にウエハの種類による測定強度の差が顕著に現れる波長を選定しておくことが好ましい。

ウエハ搬入出室８の天井部にはＨＥＰＡフィルタ（図示せず）が設けられており、このＨＥＰＡフィルタを通過した清浄な空気がウエハ搬入出室８内にダウンフロー状態で供給され、大気圧の清浄空気雰囲気でウエハＷの搬入出が行われるようになっている。ウエハ搬入出室８のフープＦ取り付け用の３つのポート９，１０，１１にはそれぞれシャッター（図示せず）が設けられており、これらポート９，１０，１１にウエハＷを収容したまたは空のフープが直接取り付けられ、取り付けられた際にシャッターが外れて外気の侵入を防止しつつウエハ搬出入室８と連通するようになっている。また、ウエハ搬入出室８の側面にはアライメントチャンバー１９が設けられており、そこでウエハＷのアライメントが行われる。

ウエハ搬入出室８内には、フープＦに対するウエハＷの搬入出およびロードロック室６，７に対するウエハＷの搬入出を行うウエハ搬送装置１６が設けられている。このウエハ搬送装置１６は、多関節アーム構造を有しており、フープＦの配列方向に沿ってレール１８上を走行可能であり、その先端のハンド１７上にウエハＷを載せてその搬送を行う。

成膜システム１００におけるシステム全体の制御や、Ｔｉ成膜装置１，２、およびＴｉＮ成膜装置３，４における処理条件の制御は、制御部５０によって行われる。図３に制御部５０の構成例を示す。制御部５０は、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ５１と、工程管理者が成膜システム１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや成膜システム１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース５２と、成膜システム１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ５１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記録されたレシピが格納された記憶部５３とを具備している。プロセスコントローラ５１は、ユーザーインターフェース５２および記憶部５３との間で各種の信号やデータの交換が可能なように接続されている。

そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５２からの指示等にて任意のレシピを記憶部５３から呼び出してプロセスコントローラ５１に実行させることで、プロセスコントローラ５１の制御下で、成膜システム１００での所望の処理が行われる。また、前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリなどに格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。

このような成膜システム１００においては、まず、大気圧の清浄空気雰囲気に保持されたウエハ搬入出室８内のウエハ搬送装置１６により、いずれかのフープＦからウエハＷを一枚取り出してアライメントチャンバー１９に搬入し、ウエハＷの位置合わせを行う。次いで、ウエハＷをロードロック室６，７のいずれかに搬入し、そのロードロック内を真空引きした後、ウエハ搬送室５内のウエハ搬送装置１２によりそのロードロック室内のウエハを取り出し、ウエハＷをＴｉ成膜装置１または２に装入する。この際、ウエハＷはセンサ部１５を通過することにより、Ｔｉ成膜装置１または２に入る前のウエハＷの赤外線透過率が測定される。この赤外線透過率の測定値は、制御部５０に伝送される。そして、Ｔｉ成膜装置１または２内でＴｉ膜の成膜を行い、その後、Ｔｉ成膜装置１または２から取出したウエハＷを引き続きＴｉＮ成膜装置３または４に装入する。この際、ウエハＷは再びセンサ部１５を通過するので、そこでＴｉ膜成膜後のウエハＷの赤外線透過率が測定される。その後、ＴｉＮ成膜装置３または４でＴｉＮ膜の成膜を行う。

Ｔｉ成膜装置１または２におけるＴｉ膜や、ＴｉＮ成膜装置３または４におけるＴｉＮ膜の成膜に際しては、後述するように、センサ部１５における測定結果に基づき加熱条件を設定する。その後、成膜後のウエハＷをウエハ搬送装置１２によりロードロック室６，７のいずれかに搬入し、その中を大気圧に戻した後、ウエハ搬入出室８内のウエハ搬送装置１６によりロードロック室内のウエハＷを取り出し、フープＦのいずれかに収容する。このような動作を１ロットのウエハＷに対して行い、１セットの処理が終了する。このような成膜処理により、Ｔｉ膜やＴｉＮ膜の成膜を行なうことができる。

次に、ＴｉＮ成膜装置３を例に挙げ、その詳細を説明する。図４は、本発明の一実施形態に係るＴｉＮ成膜装置３の概略構成を示す断面図である。なお、上述したようにＴｉＮ成膜装置４も全く同一の構成を有する。このＴｉＮ成膜装置３は、気密に構成された略円筒状のチャンバー３１を有しており、その中には被処理体であるウエハＷを水平に支持するためのサセプタ３２がその中央下部に設けられた円筒状の支持部材３３により支持された状態で配置されている。サセプタ３２の外縁部にはウエハＷをガイドするためのガイドリング３４が設けられている。

また、ウエハWの中央部に対応するサセプタ中央部の領域には、ヒーター３５ａが埋設されている。また、ヒーター３５ａの外側、つまりウエハＷの周縁部に対応するサセプタ周縁部の領域には、環状にヒーター３５ｂが埋設されている。これらのヒーター３５ａ，３５ｂは、それぞれ独立してヒーター電源３６から給電されることにより被処理基板であるウエハＷを所定の温度に加熱する抵抗加熱ヒーターである。本実施形態では、ウエハＷの中央部と周縁部との間に温度差が生じやすいことを考慮して、ヒーター３５ａ，３５ｂによりこれら二つの領域の加熱温度をそれぞれ独立して制御する構成を採用している。なお、サセプタ３２はセラミックス例えばＡｌＮで構成することができ、この場合には、セラミックスヒーターが構成される。

また、サセプタ３２の中央部には、温度検知手段としての熱電対３７が接続されており、サセプタ３２の温度を検出して制御部５０へ伝送する。

チャンバー３１の天壁３１ａには、絶縁部材３９を介してシャワーヘッド４０が設けられている。このシャワーヘッド４０は、上段ブロック体４０ａ、中段ブロック体４０ｂ、下段ブロック体４０ｃで構成されている。そして、下段ブロック体４０ｃにはガスを吐出する吐出孔４７と４８とが交互に形成されている。上段ブロック体４０ａの上面には、第１のガス導入口４１と、第２のガス導入口４２とが形成されている。上段ブロック体４０ａの中では、第１のガス導入口４１から多数のガス通路４３が分岐している。中段ブロック体４０ｂにはガス通路４５が形成されており、上記ガス通路４３が水平に延びる連通路４３ａを介してこれらガス通路４５に連通している。さらにこのガス通路４５が下段ブロック体４０ｃの吐出孔４７に連通している。また、上段ブロック体４０ａの中では、第２のガス導入口４２から多数のガス通路４４が分岐している。中段ブロック体４０ｂにはガス通路４６が形成されており、上記ガス通路４４がこれらガス通路４６に連通している。さらにこのガス通路４６が中段ブロック体４０ｂ内に水平に延びる連通路４６ａに接続されており、この連通路４６ａが下段ブロック体４０ｃの多数の吐出孔４８に連通している。そして、上記第１および第２のガス導入口４１，４２は、ガス供給機構２０からのガスライン２３，２４にそれぞれ接続されている。

ガス供給機構２０は、第１のガス供給源２１と第２のガス供給源２２とに接続されており、第１のガス供給源２１は、例えば、クリーニングガスであるＣｌＦ_３ガスを供給するＣｌＦ_３ガス供給源、Ｔｉ含有ガスであるＴｉＣｌ_４ガスを供給するＴｉＣｌ_４ガス供給源、およびＮ_２ガスを供給するＮ_２ガス供給源を有している。また第２のガス供給源２２は、例えば、前記とは別のＮ_２ガス供給源、およびＮＨ_３ガスを供給するＮＨ_３ガス供給源を有している。そして、各ガス供給ライン２３，２４にはマスフローコントローラおよびバルブ（いずれも図示を省略する）が設けられている。

シャワーヘッド４０には、整合器６３を介して高周波電源６４が接続されており、必要に応じてこの高周波電源６４からシャワーヘッド４０に高周波電力が供給されるようになっている。通常はこの高周波電源６４は必要ないが、成膜反応の反応性を高めたい場合には、高周波電源６４から高周波電力を供給することにより、シャワーヘッド４０を介してチャンバー３１内に供給されたガスをプラズマ化して成膜することも可能である。

チャンバー３１の底壁３１ｂの中央部には円形の穴６５が形成されており、底壁３１ｂにはこの穴６５を覆うように下方に向けて突出する排気室６６が設けられている。排気室６６の側面には排気管６７が接続されており、この排気管６７には排気装置６８が接続されている。そしてこの排気装置６８を作動させることによりチャンバー３１内を所定の真空度まで減圧することが可能となっている。

サセプタ３２には、ウエハＷを支持して昇降させるための３本（２本のみ図示）のウエハ支持ピン６９がサセプタ３２の表面に対して突没可能に設けられ、これらウエハ支持ピン６９は支持板７０に固定されている。そして、ウエハ支持ピン６９は、エアシリンダ等の駆動機構７１により支持板７０を介して昇降される。

チャンバー３１の側壁には、ウエハ搬送室５との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口７２が形成され、ゲートバルブＧの開閉によりウエハＷの搬入出が行なわれる。

次に、このようなＴｉＮ成膜装置によりＴｉＮ膜を成膜する際の成膜方法について、適宜図５〜図８を参照しながら説明する。
図５はＴｉＮ膜を成膜する際の主要工程を説明するためのフローチャートである。成膜処理に際しては、まず、ヒーター３５ａ，３５ｂによりサセプタ３２を所定温度、例えば５００〜７００℃程度に加熱し、排気装置６８によりチャンバー３１内を引き切り状態としておく。この状態で、ゲートバルブＧを開にして、真空状態のウエハ搬送室５内で搬送装置１２のブレード１４ａまたは１４ｂによりウエハＷがセンサ部１５を通過するようにして、ウエハＷの赤外線透過率（または赤外線吸収率）を測定する（ステップＳ１）。このセンサ部１５による赤外線透過率の測定は、ウエハＷ毎に実施することが好ましいが、一つのロットで同一種類のウエハＷを複数枚処理するような場合には、例えばロット毎に１回だけ測定するようにしてもよい。

センサ部１５を通過させたウエハＷは、そのまま搬入出口７２を介しチャンバー３１内へ搬入する（ステップＳ２）。

次に、ウエハＷをウエハ支持ピン６９上に載せた状態でゲートバルブＧを閉じ、引き続き、例えばＮ_２ガスを、シャワーヘッド４０を介してチャンバー３１内に導入し、ウエハＷに対して予備加熱を行う。予備加熱工程が終了後、Ｎ_２ガスの供給を停止し、ウエハ支持ピン６９を降下させて、ウエハＷをサセプタ３２上に載置する。その後、Ｎ_２ガス、ＮＨ_３ガスを、チャンバー３１内が所定の圧力になるまで徐々に流量を上げて導入し、この状態で所定時間保持して２回目の予備加熱を行う。２回目の予備加熱の終了後、Ｎ_２ガスおよびＮＨ_３ガスの流量を同じ流量に維持したまま、ＴｉＣｌ_４ガスを好ましくは所定流量でチャンバー３１内に導入してプリフローを行う。そして、ガス流量および圧力を同じに保ったまま、ＴｉＮ薄膜の成膜処理を実施する（ステップＳ３）。

このステップＳ３の成膜工程においては、所望の膜厚、例えば５〜１００ｎｍの範囲のＴｉＮ膜が成膜される。この際のウエハＷの加熱温度は、例えば３００〜７００℃程度、好ましくは６００℃程度である。ウエハＷの加熱は、ヒーター３５ａ，３５ｂによって、例えば、ウエハＷの中央部の第１の領域と、その外側の周縁部の第２の領域と、を別々に温度調整できるようにヒーター電源３６の出力が制御される。なお、成膜処理の際には、反応性を高めるために高周波電源６４から高周波電力を供給してガスをプラズマ化することが好ましい。プラズマを用いる場合には、４５０ｋＨｚ〜６０ＭＨｚ、好ましくは４５０ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの周波数で、２００〜１０００Ｗ、好ましくは２００〜５００Ｗの高周波電力を供給する。

成膜工程終了後、ＮＨ_３ガスおよびＴｉＣｌ_４ガスを停止し、Ｎ_２ガスをパージガスとして流して、チャンバー３１内のパージを行う。その後、必要に応じて、Ｎ_２ガスおよびＮＨ_３ガスを所定流量で導入し、成膜したＴｉＮ薄膜の表面のナイトライド処理を行ってもよい。さらにその後、ウエハ支持ピン６９を上昇させてウエハＷを持ち上げ、ゲートバルブＧを開いて搬送装置１２のブレード１４ａまたは１４ｂをチャンバー３１内に挿入し、ウエハ支持ピン６９を下降させることによりウエハＷをブレード１４ａまたは１４ｂ上に載せ、ウエハ搬送室５へ搬出する（ステップＳ４）。

このようにして所定枚数のウエハＷを成膜後、必要に応じて、チャンバー３１内に第１のガス供給源２１内のＣｌＦ_３ガス供給源からＣｌＦ_３ガスを供給することによりクリーニングを行なうことができる。

次に、図６は、センサ部１５によるウエハＷの熱特性の測定値に基づき、制御部５０の支配の下でヒーター３５ａ，３５ｂを制御するための処理手順を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ１１では、プロセスコントローラ５０によって、予め設定されたウエハＷの成膜処理温度（設定温度）を取得する。具体的には、制御部５０のユーザーインターフェース５２から前もって入力し、例えば記憶部５３に保存しておいた設定温度を読み出す。なお、記憶部５３または任意の記憶媒体から、設定温度の情報を含むレシピを読み出してもよい。

次に、ステップＳ１２では、プロセスコントローラ５０によって、処理対象となるウエハＷの赤外線透過率を取得する。赤外線透過率は、上述の如くＴｉＮ成膜装置３等に搬入する前に、ウエハ搬送室５内でウエハＷがセンサ部１５を通過することにより測定される（図５のステップＳ１）。センサ部１５で測定された赤外線透過率は、直ちに制御部５０へ伝送され、例えばＲＡＭなどのメモリに一時的に保存しておき、これを読み出すことができる。

ステップＳ１３では、プロセスコントローラ５０において、センサ部１５で測定された赤外線透過率を予め作成しておいたマスターテーブルと照合することにより、ヒーター電源３６からのヒーター３５ａ，３５ｂへの出力を決定する。ここで使用するマスターテーブルの一例を図７に示す。図７のマスターテーブルは、設定温度毎に作成されたウエハＷの赤外線透過率とヒーター３５ａ，３５ｂの出力比率とを関係付けたテーブルである。具体的には、ある設定温度で処理を行なう場合に、赤外線透過率の測定値が例えばＡ_１であった場合には、図７に示すように、ヒーター出力は、中央部（ヒーター３５ａ）：周縁部（ヒーター３５ｂ）＝１：０．９７と決定され、赤外線透過率の測定値が例えばＡ_５であった場合は、ヒーター出力は、中央部：周縁部＝１：０．９０と決定される。ここで、ヒーター３５ａおよび３５ｂへの出力比率としては、例えば、供給電力の比率、供給電圧の比率、供給電流の比率、出力時間の比率などを変化させることができる。さらに、これらのヒーター出力条件のうち２種以上を組み合わせることも可能である。

このマスターテーブルは、例えば、赤外線透過率を測定済みのサンプルウエハを載置した状態で、サセプタ３２の中央部および周縁部の温度を実測し、ヒーター３５ａ，３５ｂの出力と関係付けることにより作成できる。実際、サセプタ３２からの伝熱により加熱する場合のウエハＷの熱分布を測定してみると、ウエハＷの中央部に比べ周縁部の方が、温度が上昇しやすく、赤外線透過率の小さなウエハＷほどその傾向が強く現れる。従って、例えば任意の２枚のウエハＷの赤外線透過率の測定値がそれぞれＡ_１，Ａ_５であり、かつＡ_５＜Ａ_１である場合には、Ａ_５のウエハＷについてはＡ_１のウエハＷに比べて熱吸収しやすいことから、周縁部の熱が中央部に比べ上昇しやすい。従って、ウエハＷの周縁部に対応するヒーター３５ｂへの出力を抑制する方向で変化させればよい。

また、図７のマスターテーブルは、制御モデルを組み込んだシミュレーション、例えば放射伝熱を加味したＣＦＤシミュレーション（Computer Fluid Dynamics Simulation）等に基づいて作成してもよい。マスターテーブルは、制御部５０の記憶部５３内、あるいは任意の記憶媒体にレシピの一部として保存しておくことができる。
なお、図７のマスターテーブルは、前記のように設定温度毎に作成してもよいが、設定温度によるヒーター３５ａおよび３５ｂの出力比率の差が少ない場合には、複数の設定温度を含む一定の温度範囲毎に区分したマスターテーブルを用いることもできる。

そして、１枚のウエハＷがセンサ部１５を通過する毎に図６に示す一連の処理を行なうことにより、個々のウエハＷに対して、その種類（膜種など）に応じてヒーター３５ａ，３５ｂの出力を決定し、加熱処理を最適化することができる。これにより、ウエハＷの種類による処理の再現性を確保できることはもちろん、ウエハＷの面内において熱的な不均衡が生じることを防止し、成膜される膜の膜厚や膜質の変動などの処理の不均一を解消することができる。なお、例えばロット毎に処理温度を設定する場合には、ロット内の個々のウエハＷの処理において、図６のステップＳ１１の処理を省略することができる。

図８は、上記のヒーター３５ａ，３５ｂへの出力制御を踏まえ、制御部５０において行なわれる成膜処理時の温度制御のルーチンを示すフロー図である。なお、成膜処理時には、既に前記設定温度に基づき前記マスターテーブルによって決定された出力比率でヒーター電源３６からヒーター３５ａ，３５ｂへ電力を供給し、ウエハＷを加熱した状態になっている。

そして、サセプタ３２の中央部には、温度検知手段としての熱電対３７が配備されており、成膜処理の間にサセプタ３２の温度を連続的に測定しているので、プロセスコントローラ５１により、随時、温度の測定値を取得する（ステップＳ２１）。

次に、取得した温度の測定値と設定温度との照合を行う（ステップＳ２２）。照合の結果、測定温度と設定温度とに一定の幅以上の差がある否かを判断し、一定の幅以上の差がある場合には、プロセスコントローラ５１からヒーター電源３６へ制御信号を送出し、該制御信号に基づきヒーター３５ａ，３５ｂへの出力を補正する（ステップＳ２３）。この場合、熱電対３７はサセプタ３２の中央部、つまりウエハＷの第１の領域（中央部）に対応して１カ所のみに配備されているが、既に述べたように図７のマスターテーブルでは、処理中のウエハＷについての中央部と周縁部の熱特性を加味してヒーター３５ａと３５ｂへの出力比率が最適配分されているので、ステップＳ２３の補正を行なう際にも、当該出力比率を維持したままヒーター３５ａ，３５ｂへの出力を増減すればよく、処理途中の温度制御を容易に行なうことができる。なお、ステップＳ２２で、測定温度と設定温度とに一定の幅以上の差がないと判断された場合には、そのまま処理が続行される。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、ウエハＷに成膜を行なう成膜装置を例に挙げて説明したが、本発明は成膜装置以外にも高精度な温度制御が要求される種々の半導体製造装置に適用することができる。

また、被処理基板としては、半導体ウエハに限らず例えば液晶表示装置（ＬＣＤ）用基板等の他のものであってもよく、また、基板上に他の層を形成したものであってもよい。

また、図１の実施形態では、ウエハ搬送室５内において、プロセスモジュール毎にセンサ部１５を設ける構成としたが、センサ部を設ける位置は、ウエハＷが必ず通過する場所であればよいので、特に限定されるものではない。また、各プロセスモジュールに対応してセンサ部を設けるのではなく、ウエハＷが必ず通過する１箇所にだけ配備することもできる。例えば、図１のアライメントチャンバ１９にセンサ部を設け、そこをウエハＷが通過する毎に赤外線透過率（または赤外線吸収率）を測定してもよい。この場合、アライメントチャンバ１９における赤外線透過率（または赤外線吸収率）の測定結果を記憶部５３に記憶させておき、各プロセスモジュールにウエハＷを搬入するタイミングで、記憶させておいた前記測定結果をプロセスコントローラ５１により読み込んで、前記と同様にヒーター３５ａ，３５ｂへの出力比率の制御に反映させるようにすることも可能である。

また、例えば図４に示すＴｉＮ成膜装置３では、温度調整手段としてサセプタ３２に埋設した抵抗加熱ヒーターを採用したが、ヒーターの形式はこれに限らず、ウエハＷから離間した位置、例えばサセプタ３２に対向して配備したランプヒーターなどを採用することもできる。

また、上記実施形態では、ウエハＷの領域を中央部と周縁部とに区分けし、マスターテーブルにより周縁部に対応するヒーター３５ｂへの出力比率を変化させたが、中央部に対応するヒーター３５ａへの出力を変化させてもよく、両方を変化させてもよい。
また、ウエハＷを３つ以上の領域に区分して、それぞれに対応して独立的に温度制御可能なヒーターによって加熱を行なうこともできる。

本発明の方法を実施するＴｉＮ成膜装置が搭載されたマルチチャンバータイプの成膜システムを示す概略構成図。 センサ部の説明に供する図面。 制御部の概略構成図。 ＴｉＮ成膜装置を示す断面図。 成膜処理の主要工程を示すフロー図。 温度制御の処理手順を示すフロー図。 マスターテーブルの概要を説明する図面。 成膜処理時の温度制御の処理ルーチンを示すフロー図。 サセプタ温度の挙動の相違を説明するための図面であり、（ａ）ウエハの種類による挙動の相違を示すグラフであり、（ｂ）はサセプタの部位による挙動の相違を示すグラフである。 ウエハの処理枚数による比抵抗の変動を示すグラフである。

符号の説明

１，２；Ｔｉ成膜装置
３，４；ＴｉＮ成膜装置
３１；チャンバー
３２；サセプタ
３５ａ，３５ｂ；ヒーター
４０；シャワーヘッド
５０；制御部
Ｗ……半導体ウエハ

Claims (18)

1. 処理容器内で被処理基板を基板載置台に載置し、載置された前記被処理基板の複数の領域に対応して設けられた複数のヒーターにより前記被処理基板を加熱して前記被処理基板に対して目的の処理を行なう基板処理方法であって、
   予め前記処理容器外で被処理基板の赤外線吸収率または赤外線透過率を測定する工程と、
   前記赤外線吸収率または赤外線透過率の測定値に応じて、前記被処理基板の前記複数の領域に対応して設けられた前記複数のヒーターへの出力比率を選定する工程と、
   前記複数の領域のうち少なくとも１つの領域に設けられた温度検知手段により前記被処理基板の温度を測定し、その測定温度と設定温度との差に応じて前記複数のヒーターへの出力を決定する工程と、
   決定された前記複数のヒーターへの出力と前記選定された出力比率に基づき前記複数のヒーターへの出力を行なって被処理基板を加熱する工程と、
   を含むことを特徴とする、基板処理方法。
2. 前記複数のヒーターへの出力比率は、供給電力の比率、供給電圧の比率、供給電流の比率または出力時間の比率から選ばれる１種以上であることを特徴とする、請求項１に記載の基板処理方法。
3. 前記複数の領域は、少なくとも、被処理基板の中央部の第１の領域と、その外側部分の第２の領域を含むことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の基板処理方法。
4. 前記目的の処理は、被処理基板上に薄膜を形成する成膜処理であることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の基板処理方法。
5. 前記温度検知手段は、被処理基板の中央部の前記第１の領域に設けられることを特徴とする請求項３に記載の基板処理方法。
6. 前記複数のヒーターへの出力比率は、予め設定温度毎に作成された被処理基板の赤外線透過率と前記複数のヒーターへの出力比率とを関係づけたテーブルを参照することで決定されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の基板処理方法。
7. 前記被処理基板を加熱する工程は、前記選定された出力比率を維持したまま前記複数のヒーターへの出力を増減することにより行われることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の基板処理方法。
8. 被処理基板を収容して処理を行なう処理容器と、
   前記処理容器内で被処理基板を基板載置面に載置する基板載置台と、
   前記基板載置台に載置された被処理基板の複数の領域に対応して設けられ、前記複数の領域の温度を独立して調節する複数のヒーターと、
   予め前記処理容器外で被処理基板の赤外線吸収率または赤外線透過率を測定するセンサ部と、
   前記複数の領域のうち少なくとも１つの領域に設けられた温度検知手段と、
   前記センサ部における前記赤外線吸収率または赤外線透過率の測定値に応じて、前記被処理基板の複数の領域に対応して設けられた前記複数のヒーターへの出力比率を選定し、前記温度検知手段により測定した前記被処理基板の測定温度と設定温度との差に応じて前記複数のヒーターへの出力を決定し、決定された前記複数のヒーターへの出力と前記選定された出力比率に基づき前記複数のヒーターへの出力を制御する制御部と
   を備え、
   前記制御部により前記複数のヒーターへの出力を制御しつつ前記被処理基板を加熱して、前記被処理基板に対して目的の処理を行うことを特徴とする、基板処理装置。
9. 前記複数の領域は、少なくとも、被処理基板の中央部の第１の領域と、その外側部分の第２の領域と、を含むことを特徴とする、請求項８に記載の基板処理装置。
10. 前記ヒーターは、前記第１の領域と前記第２の領域に対応して前記基板載置台に埋設された抵抗加熱ヒーターであることを特徴とする、請求項９に記載の基板処理装置。
11. 前記ヒーターは、前記第１の領域と前記第２の領域に対応して前記被処理基板から離間した位置に配備されたランプヒーターであることを特徴とする、請求項９に記載の基板処理装置。
12. 被処理基板上に薄膜を形成するための成膜装置であることを特徴とする、請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載の基板処理装置。
13. 前記温度検知手段は、被処理基板の中央部の前記第１の領域に設けられることを特徴とする請求項１１に記載の基板処理装置。
14. 前記基板載置台は、その中央下部に設けられた円筒状の支持部材により支持され、前記温度検知手段は前記基板載置台の中央部に設けられることを特徴とする請求項８から請求項１３のいずれか１項に記載の基板処理装置。
15. 前記制御部は、予め設定温度毎に作成された被処理基板の赤外線透過率と前記複数のヒーターへの出力比率とを関係づけたテーブルを参照することで前記温度検知手段の出力を決定することを特徴とする請求項８から請求項１４のいずれか１項に記載の基板処理装置。
16. 前記制御部は、前記選定された出力比率を維持したまま前記複数のヒーターへの出力を増減することを特徴とする請求項８から請求項１５のいずれか１項に記載の基板処理装置。
17. コンピュータ上で動作し、実行時に、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載された基板処理方法が行なわれるように、基板処理装置を制御するものであることを特徴とする、制御プログラム。
18. コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、
    前記制御プログラムは、実行時に、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載された基板処理方法が行なわれるように、基板処理装置を制御するものであることを特徴とする、コンピュータ記憶媒体。

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