JP5358956B2 - 載置台装置、処理装置、温度制御方法及び記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被処理体に対して成膜処理等の熱処理を行うための処理装置、これに用いられる載置台装置、温度制御方法及び記憶媒体に関する。

一般に、半導体集積回路を製造するためには、半導体ウエハ等の被処理体に対して、成膜処理、エッチング処理、熱拡散処理、改質処理等の種々の処理を繰り返し行って所望の集積回路を形成するようになっている。

例えば半導体ウエハに対して１枚毎に熱処理を施す枚葉式の処理装置を例にとって説明すると、真空引き可能になされた処理容器内に、例えばモリブデン線よりなる抵抗加熱ヒータを内蔵した載置台を容器底部から起立された脚部の上端に取り付けて設け、この載置台上に半導体ウエハを載置するようになっている。そして、上記のように半導体ウエハを載置台上に載置した状態で、この処理容器内に所定の処理ガスを流しつつ内部雰囲気を例えば所定の減圧雰囲気に維持し、これと同時に抵抗加熱ヒータを駆動して半導体ウエハを所定の温度に加熱維持し、成膜処理等の所定の処理を施すことになる。

そして上記載置台やこれを支持する脚部は、一般的にはアルミニウム合金が主として用いられているが、周知のように、半導体ウエハは、各種の金属汚染を非常に嫌うことから、上記アルミニウム合金よりも金属汚染の程度が少なく、しかも耐熱性にも優れていることから、上記載置台や脚部の材料として例えばＡｌＮ等のセラミック材を用いることが提案されている（例えば特許文献１、２）。

この場合、載置台の裏面中央部に１本の中空状の脚部を接続して、これを起立させて支持するようにしている。そして、上記した中空状の脚部内に抵抗加熱ヒータに対する給電線等の必要な配線類を収容するようになっている。
そして上記載置台の中心部の下面側に、熱電対を設けると共に、載置台の抵抗加熱ヒータを同心状に、複数、例えば２つに分割することによって互いに独立制御が可能な同心状の２つの加熱ゾーンを設け、そして、載置台の中心部に設けた上記熱電対の測定値に基づいて、上記各加熱ゾーンの温度を個別に制御するようになっている。

具体的には、例えば成膜処理を例にとれば、半導体ウエハを熱処理するプロセス温度によって、膜厚の面内均一性が最も良好となる温度分布が異なるので、製品ウエハを処理する前に、プロセス温度に依存した最適な温度分布となるような各ヒータ間の電流比、或いは電圧比を予め求めておき、そして、実際の製品ウエハを処理する時には、最内周の加熱ゾーンの温度に関しては、上記熱電対での測定値に基づいてフィードバック制御を行い、それ以外の外側の加熱ゾーンの温度に関しては、プロセス温度に対応させて予め求めておいた最内周加熱ゾーンのヒータに対する電流比、或いは電圧比に基づいて電力を供給することにより外側の加熱ゾーンのヒータの温度を、いわゆるオープンループ制御するようになっている。

実開平３−１２８６６８号公報 特開平６−２５２０５５号公報

ところで、上述のように載置台や、これを支持する脚部は、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）等のセラミック材よりなるが、このセラミック材は熱に対して脆性材である。従って、載置台における内外周間の温度分布に起因して発生する熱応力によって、この載置台が容易に破損する場合があった。特に、プロセス温度に依存した電流比や電圧比で載置台の内外周の加熱ゾーン（ヒータ）の温度を制御する方法では、セラミック製の載置台等が破損し易くなってしまう、という問題があった。

本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、載置台の各加熱ゾーン（ヒータ）の温度を載置台が破損しないような温度差の範囲内となるように予め定められた電力比（安全供給電力比）で制御することにより、載置台の内外周間に発生する温度差を抑制するようにし、もって載置台が応力によって破損することを防止することが可能な載置台構造、処理装置、温度制御方法及び記憶媒体を提供することにある。

本発明者等は、セラミック材よりなる載置台の破損について鋭意研究した結果、電流比や電圧比による温度制御と比較して、電力比による温度制御の場合には、破損の原因となる内外周間の温度差を比較的小さく抑制することができる、という知見を得ることにより、本発明に至ったものである。

請求項１に係る発明は、上面に被処理体を載置するためのセラミック材よりなる載置台と、前記載置台に同心状に区画された少なくとも内側ゾーンと外側ゾーンとよりなる複数の加熱ゾーン毎に設けられた複数の加熱ヒータ部よりなる加熱手段と、前記載置台の下面の中心部に接続されて前記載置台を起立させて支持するためのセラミック材よりなる脚部と、前記複数の加熱ゾーンの内の最内周の加熱ゾーンに対応させて設けられた温度測定手段と、予め種々のプロセス温度に対してセンタークールの状態で膜厚の面内均一性が最良となるように成膜処理を行ったときに前記外側ゾーンと内側ゾーンとに供給した各電力より求めた供給電力比Ａと、予め種々のプロセス温度にて前記求めた供給電力比Ａのもとで成膜処理を行って前記載置台の破損が生ずるか否かについて検討することによって求めた破損が生じない境界の供給電力比Ｂとを記憶し、実際の成膜プロセス時には、前記温度測定手段の測定値に基づいて前記最内周の加熱ヒータ部をフィードバック制御すると共に、前記外側ゾーンの加熱ヒータ部に対しては、前記供給電力比Ａが前記境界の供給電力比Ｂより大きい場合には、前記境界の電力供給比Ｂを安全供給電力比として該電力比で電力を供給し、前記供給電力比Ａが前記境界の供給電力比Ｂ以下の場合には前記供給電力比Ａを安全供給電力比として該電力比で電力を供給するように制御する電源制御部と、を備えたことを特徴とする載置台装置である。

このように、被処理体を載置する載置台の温度を制御するに際して、載置台の各加熱ゾーン（ヒータ）の温度を載置台が破損しないような温度差の範囲内となるように予め定められた前記最内周の加熱ヒータ部に対する電力比（安全供給電力比）で制御することにより、載置台の内外周間に発生する温度差を抑制するようにし、もって載置台が応力によって破損することを防止することができる。

この場合、例えば請求項２に規定するように、前記安全供給電力比は、前記載置台の最内周の加熱ゾーンの温度が最も低くなるように設定されている。
また例えば請求項３に規定するように、前記載置台が、直径３００ｍｍの被処理体に対応する。
また例えば請求項４に規定するように、前記載置台の昇温時及び降温時においては、最内周の加熱ゾーンの温度が最外周の加熱ゾーンの温度よりも所定の温度差以上、下回らないような状態に維持される。

また例えば請求項５に規定するように、前記電源制御部は、前記載置台の昇温時には最外周よりも最内周の加熱ゾーンの温度が高い状態で昇温し、設定温度に到達したならば前記各加熱ヒータ部への供給電力を前記安全供給電力比に順次近づけるように制御する。
また例えば請求項６に規定するように、前記温度測定手段は、熱電対である。
請求項７に係る発明は、被処理体に対して所定の熱処理を施す処理装置において、内部雰囲気が排気可能になされた処理容器と、前記処理容器内へ必要なガスを供給するガス供給手段と、前記いずれかに記載の載置台装置と、を備えたことを特徴とする処理装置である。

本発明の関連技術は、内部雰囲気が排気可能になされた処理容器内に設けた載置台上に被処理体を載置し、前記載置台に、同心状に区画形成された複数の加熱ゾーン毎に設けられた複数の加熱ヒータ部よりなる加熱手段を制御して前記被処理体の温度制御を行う方法において、前記複数の加熱ゾーンの内の最内周の加熱ゾーンの温度を測定する工程と、前記測定された温度に基づいて前記最内周の加熱ヒータ部をフィードバック制御して設定温度になるように制御する工程と、前記加熱ゾーン間の温度差に起因して前記載置台が破損しないような温度差の範囲内となるように予め定められた前記最内周の加熱ヒータ部に対する安全供給電力比で前記他の加熱ヒータ部への供給電力を制御する工程と、を備えたことを特徴とする温度制御方法である。
請求項８に係る発明は、内部雰囲気が排気可能になされた処理容器内に設けた載置台上に被処理体を載置し、前記載置台に、同心状に区画形成された少なくとも内側ゾーンと外側ゾーンとよりなる複数の加熱ゾーン毎に設けられた複数の加熱ヒータ部よりなる加熱手段を制御して前記被処理体の温度制御を行いながら成膜ガスを供給して前記被処理体上に成膜処理を行なうに際して、前記複数の加熱ゾーンの内の最内周の加熱ゾーンの温度を測定する工程と、前記測定された温度に基づいて前記最内周の加熱ヒータ部をフィードバック制御して設定温度になるように制御する工程と、前記外側ゾーンの加熱ヒータ部に対しては、予め種々のプロセス温度に対してセンタークールの状態で膜厚の面内均一性が最良となるように成膜処理を行ったときに前記外側ゾーンと内側ゾーンとに供給した各電力より求めた供給電力比Ａと予め種々のプロセス温度にて前記求めた供給電力比Ａのもとで成膜処理を行って前記載置台の破損が生ずるか否かについて検討することによって求めた破損が生じない境界の供給電力比Ｂとに基づき前記供給電力比Ａが前記境界の供給電力比Ｂより大きい場合には、前記境界の電力供給比Ｂを安全供給電力比として該電力比で電力を供給し、前記供給電力比Ａが前記境界の供給電力比Ｂ以下の場合には前記供給電力比Ａを安全供給電力比として該電力比で電力を供給するように制御する工程と、を備えたことを特徴とする温度制御方法である。

この場合、例えば請求項９に規定するように、前記載置台の昇温時においては、最内周の加熱ゾーンの温度が最外周の加熱ゾーンの温度よりも所定の温度差以上、下回らないような状態に維持される。
また例えば請求項１０に規定するように、前記載置台の降温時においては、最内周の加熱ゾーンの温度が最外周の加熱ゾーンの温度よりも所定の温度差以上、下回らないような状態に維持される。

請求項１１に係る発明は、内部雰囲気が排気可能になされた処理容器と、前記処理容器内へ必要なガスを供給するガス供給手段と、被処理体を載置する載置台装置と、前記載置台装置を含む装置全体の動作を制御する電源制御部とを備えた処理装置を用いて前記被処理体に対して所定の熱処理を施す際に、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の温度制御方法を実施するように前記処理装置の動作を制御する、コンピュータに読に取り可能なプログラムを記憶する記憶媒体である。

本発明に係る載置台装置、処理装置、温度制御方法及び記憶媒体によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
被処理体を載置する載置台の温度を制御するに際して、載置台の各加熱ゾーン（ヒータ）の温度を載置台が破損しないような温度差の範囲内となるように予め定められた電力比（安全供給電力比）で制御することにより、載置台の内外周間に発生する温度差を抑制するようにし、もって載置台が応力によって破損することを防止することができる。

以下に、本発明に係る載置台装置、処理装置、温度制御方法及び記憶媒体の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る処理装置を示す断面構成図、図２は処理装置の載置台に設けた加熱手段を示す平面図である。尚、ここでは被処理体である半導体ウエハに対してＣＶＤによって成膜処理を行う場合を例にとって説明する。

図示するように、この処理装置２は、例えばニッケル、ニッケル合金、或いはアルミニウム合金等により円筒体状に成形された処理容器４を有している。この処理容器４の天井部には、ガス供給手段として下面に多数のガス噴出孔６Ａ、６Ｂを有するシャワーヘッド部６が設けられており、これにより処理ガスとして例えば成膜ガス等を処理容器４内の処理空間Ｓへ導入できるようになっている。このシャワーヘッド部６内は、例えば２つのガス空間８Ａ、８Ｂに分離区画されると共に各ガス空間８Ａ、８Ｂに上記各ガス噴出孔６Ａ、６Ｂがそれぞれ連通されており、処理空間Ｓで２つのガスを初めて混合し得るようになっている。尚、このガス供給形態をポストミックスと称する。

このシャワーヘッド部６の全体は、例えばニッケル、ニッケル合金、アルミニウム合金等により形成されている。このシャワーヘッド部６を有する天井部は、上記処理容器４の上端部に例えばＯリング等よりなるシール部材１０を介して取り付けられており、処理容器４内の気密性を維持するようになっている。
そして、この処理容器４の側壁には、被処理体である半導体ウエハＷを搬出入するための搬出入口１２が形成されており、これにはゲートバルブ１４が設けられて開閉可能になされている。このゲートバルブ１４には、図示しないロードロック室やトランスファチャンバ等が接続される。

また、この処理容器４の底部１６の中央部側は、下方向へ凹部状に窪ませてここに排気空間１８が形成されており、この排気空間１８の下部側壁に排気口２０が設けられている。この排気口２０には、図示しない圧力制御弁や真空ポンプが途中に介設された真空排気系２２が接続されており、上記処理容器４内の雰囲気を真空引きして所定の圧力に維持できるようになっている。そして、上記排気空間１８の底部１６Ａより起立させて本発明に係る載置台装置２４が設けられている。

具体的には、この載置台装置２４は、その上面にウエハＷを実際に載置する載置台２６と、これより下方に延びて内部が中空状、すなわち円筒体状になされて下端が開放された脚部２８とにより主に構成されている。上記載置台２６と脚部２８は共に、例えばＡｌＮ等のセラミック材で形成されている。上記載置台２６の上部側には、これに載置されたウエハＷを加熱するための加熱手段として抵抗加熱ヒータ３０が埋め込むようにして設けられている。この抵抗加熱ヒータ３０は例えばモリブデン線よりなり、図２にも示すようにこの抵抗加熱ヒータ３０はここでは内側ゾーンヒータ３２Ａと、外側ゾーンヒータ３２Ｂとに同心状に２分割されて内側加熱ゾーンと外側加熱ゾーンの２つの加熱ゾーンが形成されており、ゾーン毎に加熱温度を制御できるようになっているセラミックヒータである。尚、このゾーン数は特に限定されず、単ゾーンであってもよいし、３ゾーン以上であってもよい。そして、各ゾーン毎のヒータ３２Ａ、３２Ｂの接続端子は、載置台２６の中心部に位置され（図１参照）、ここで各接続端子はヒータ３２Ａ、３２Ｂ毎に下方に延びる給電線３６Ａ、３６Ｂの上端部に例えばＮｉ−Ａｕロウ付けにより接続されている。

これらの各給電線３６Ａ、３６Ｂは、例えばＮｉにより棒状に成形されており、中空状の脚部２８内を下方に向かって延びている。尚、各給電線３６Ａ、３６Ｂは、図１中ではそれぞれ１本ずつしか記載していないが、実際にはそれぞれ２本設けられる。
そして、上記円筒体状のセラミック製の脚部２８の上端は、上記載置台２６の中央部の下面に気密に溶接接合されている。また、この脚部２８の下端部の取付フランジ部２８Ａが排気空間１８の底部１６Ａに気密に取り付けられている。ここで載置台２６の直径は３００ｍｍウエハ対応の場合には３４０ｍｍ程度であり、脚部２８の直径は４０〜５０ｍｍ程度である。尚、この脚部２８内には、Ｎ_２ ガス等の不活性ガスが供給されている。そして、上記脚部２８内を下方に延びる各給電線３６Ａ、３６Ｂは上記底部１６Ａ側を貫通して外側に延び、電力を供給する電源部３７に接続されている。

また、上記載置台２６の裏面側（下面側）の中央部には、最内周の加熱ゾーン、ここでは内側加熱ゾーン３４Ａに対応させて温度測定手段３８が設けられており、内側加熱ゾーン３４Ａの温度を測定し得るようになっている。この温度測定手段３８としては、例えば熱電対を用いることができ、この熱電対を載置台２６の裏面中央部に融着により取り付ける。この場合、この熱電対よりなる温度測定手段３８は、脚部２８内に収容された状態となるので、熱電対が処理容器４内に供給された各種ガスに晒されることがなく、この熱電対の腐食を防止できるようになっている。

そして、上記温度測定手段３８から延びる配線４０は、上記底部１６Ａ側を貫通して外側へ引き出され、例えばマイクロコンピュータ等よりなる電源制御部４２に接続されている。そして、この電源制御部４２は、上記温度測定手段３８の検出値に基づいて、上記加熱ゾーンの各ヒータ３２Ａ、３２Ｂを制御し得るようになっている。この場合、上記内側加熱ゾーン３４Ａの内側ゾーンヒータ３２Ａは、この成膜処理のプロセス温度を維持するようにフィードバック制御される。これに対して、外側加熱ゾーン３４Ｂの外側ゾーンヒータ３２Ｂは、内側ゾーンヒータ３２Ａが電流制御、電圧制御、電力制御等どのような制御形態で制御されていようとも、上記内側ゾーンヒータ３２Ａへの供給電力を基準として、予め定められた安全供給電力比で定まる電力となるように設定され、オープンループの制御がなされる。ここで電流制御とは設定温度と実際の温度との差分に対応する操作量を電流の形として出力するものであり、電圧制御とはこの差分を電圧として出力するものであり、電力制御とはこの差分を電力として出力するものである。例えばあるプロセス温度における安全供給電力比が０．８の場合には、内側ゾーンヒータ３２Ａへの供給電力の０．８倍の電力が外側ゾーンヒータ３２Ｂへ供給するように制御される。

上記安全供給電力比は、各加熱ゾーン間の温度差に起因して上記載置台２６が破損しないような温度差の範囲内となるように予め定められた比であり、プロセス温度によっては、膜厚の面内均一性を少し低下させてでも載置台２６の破損を防止するように電力比を設定するような場合も生ずる。この点については後述する。
そして、マイクロコンピュータ等よりなる上記電源制御部４２は、上記載置台装置２４の動作の他に、この処理装置２の動作全体を制御する機能も併せて有しており、この動作を制御するためのプログラムを記憶するための記憶媒体４４が設けられている。この記憶媒体４４としては、例えばフレキシブルディスクやフラッシュメモリ等を用いることができる。

一方、上記載置台２６には、この上下方向に貫通して複数のピン孔４６が形成されており、各ピン孔４６には、下端が連結リング４８に共通に連結された例えば石英製の押し上げピン５０が遊嵌状態で収容されている。そして、上記連結リング４８は、容器底部に貫通して上下移動可能に設けた出没ロッド５２の上端に連結されており、この出没ロッド５２の下端はエアシリンダ５４に接続されている。これにより、上記各押し上げピン５０をウエハＷの受け渡し時に各ピン孔４６の上端から上方へ出没させるようになっている。また、上記出没ロッド５２の容器底部に対する貫通部には、伸縮可能になされたベローズ５６が介設されており、上記出没ロッド５０が処理容器４内の気密性を維持しつつ昇降できるようになっている。

次に、以上のように構成された処理装置２を用いて行われる成膜方法（温度制御方法を含む）について説明する。
まず、押し上げピン５０を上下動させて、未処理の半導体ウエハＷを、プロセス温度に維持されている載置台２６上に載置して処理容器４内を密閉したならば、真空排気系２２により、この処理容器４内を所定のプロセス圧力に維持すると共に、ガス供給手段であるシャワーヘッド部６より所定の処理ガス（成膜ガス）を処理容器４内へ導入し、ＣＶＤによりウエハＷに所定の薄膜を形成する。例えば一例としてサーマルＣＶＤによりＴｉＮ膜を成膜する場合には、シャワーヘッド部６の一方のガス空間８Ａに、ＮＨ_３ ガスを供給し、他方のガス空間８ＢにＴｉＣｌ_４ ＋Ｎ_２ ガスを供給し、これらの各ガスを処理空間Ｓ内で混合させて上記したＴｉＮ膜の成膜処理を行う。

さて、このような成膜処理を行うに際して、上記電源制御部４２は、載置台２６の下面中央部に設けた熱電対よりなる温度測定手段３８からの測定値に基づいて、上記電源部３７を介して各ゾーンヒータ３２Ａ、３２Ｂへの操作量を制御している。例えば上記内側加熱ゾーン３４Ａの内側ゾーンヒータ３２Ａへの供給電圧は、この成膜処理のプロセス温度を維持するようにフィードバック制御する（電圧制御）。これに対して、外側加熱ゾーン３４Ｂの外側ゾーンヒータ３２Ｂは、上記内側ゾーンヒータ３２Ａへの供給電力（供給電圧ではない）を基準として、予め定められた安全供給電力比で定まる電力となるように設定され、オープンループの制御がなされる。これによって、載置台２６の内外周間における温度差が過度に大きくなることを防止でき、載置台２６が破損することを阻止することができる。

この時の載置台２６の温度分布は、載置台２６の中央部の温度が一番低く、周辺部（エッジ部）に近づくに従って次第に温度が高くなるような温度分布、すなわちセンタークールの温度分布状態となっている。この温度分布の状態を図３を参照して説明する。
図３は半導体ウエハの直径方向における処理ガス濃度と温度分布との関係を模式的に示す図である。上記処理ガスは、一般的には処理容器の天井部に設けたシャワーヘッド部６から処理空間に供給し、これを処理空間に流下させつつ載置台２６の周辺部に向けて略均等に拡散させて載置台２６の下方より排気するようになっている。従って、シャワーヘッド部６から処理空間に供給する処理ガスの濃度は、ウエハ中央部で高く、エッジ部に行くに従って次第に低下している。これにより、ウエハ温度が全面均一ならば、ガス濃度が高い部分（中央部）での反応が促進されてこの部分の膜厚が、他の部分（エッジ部）よりも厚くなってしまい、好ましくない。

そこで、図３に示すように、ウエハ中央部でのウエハ温度を一番低くし、エッジ部に行くに従って次第に温度が高くなるような、センタークールの温度分布状態となるように設定することにより、中央部での反応を抑制し、結果的に膜厚の面内均一性を非常に高めることができるように設定している。このように、ウエハの周辺部よりも中心部の温度を低く設定する状態を、いわゆるセンタークール状態と称される。尚、逆の温度関係はセンターホット状態と称される。
この場合、プロセス温度にもよるが、直径が３００ｍｍのウエハの場合には、ウエハ中央部とエッジ部との温度差Δｔは、例えば５℃程度である。

ところで、前述したように、センタークールの温度分布状態では上記温度差Δｔが過度に大きくなると、セラミック材よりなる載置台２６とセラミック材よりなる脚部２８との接合部に大きな応力集中が発生し、載置台２６が破損してしまうことがわかった。本発明者等の研究によると、センタークールの温度分布の場合は、上記温度載置台Δｔの上限値は３３℃程度であり、温度載置台Δｔを３３℃以下に設定することが破損防止のために望まれる。

前述したように、従来の載置台装置における温度制御に関しては、内側加熱ヒータに関しては熱電対３８での測定値に基づいてフィードバック制御を行い、外側加熱ヒータの温度に関しては、プロセス温度に対応させて膜厚の面内均一性が最良となるような電流比、或いは電圧比を予め求めておき、上記内側加熱ヒータを基準として、上記電流比や電圧比に対応する電流や電圧を維持するように外側加熱ヒータをオープンループ制御するようにしていた。

しかし、このような従来の制御方法では、７００℃程度に温度制御されている載置台２６上に、室温のウエハＷを載置するなどの熱的外乱が加わると、載置台の中央部とエッジ部との間で大きな温度差が発生し、これに起因して載置台２６が破損するなどの問題があった。このように温度差が大きくなる原因の１つは、モリブデン線よりなるヒータの電気抵抗が温度に依存して変動するからであると考えられる。
そこで、本発明では、電流比や電圧比に代えて、前述したように電力比によって外側ゾーンヒータ３２Ｂを制御するようにしている。この場合、単に膜厚の面内均一性を常に最上となるように電力比を制御すると、場合によっては温度差Δｔが３３℃を超えて大きくなる場合も生ずるので、このような場合には、膜厚の面内均一性をあえて少し低下させても、載置台２６に破損が生じないような電力比に設定する。

以下に、最適な電力比、すなわち安全供給電力比を求めるためのプロセスについて説明する。まず、一般的な処理装置においては、内側ゾーンヒータ３２Ａの供給電力に対する外側ゾーンヒータ３２Ｂへの供給電力の比、すなわち供給電力比（外側ゾーンヒータ供給電力／内側ゾーンヒータ供給電力＝ＯＵＴ／ＩＮ）とウエハ面内における膜厚のバラツキとの関係は、図４に示すような関係となる。尚、膜厚のバラツキが少ない程、膜厚の面内均一性が良好であることを示す。すなわち、図４では供給電力比が”１．１”の時の膜厚のバラツキが最も少なくて膜厚の面内均一性が最も優れていることを示している。このような膜厚のバラツキから見た最適な供給電力比は、プロセス温度により異なる。

そこで、まず種々のプロセス温度に対して、例えば４００〜９００℃程度の範囲内の種々のプロセス温度に対して、膜厚の面内均一性が最良となるような供給電力比（ＯＵＴ／ＩＮ）を予め求めておく。例えばプロセス温度が４００℃、４５０℃の時には供給電力比は”０．６５”、プロセス温度が５００℃、５５０℃の時は供給電力比は”０．７０”…のように予め求めておく。
実際のプロセス時において、プロセス温度に応じて上記のような供給電力比でもって外側ゾーンヒータ３２Ｂへの供給電力を制御すれば、最適なセンタークール状態となり、膜厚の面内均一性が最良の状態で薄膜が得られることになるが、この場合、条件によっては載置台２６に破損が生ずる場合がある。

そこで、この破損の発生を防止するために、上記供給電力比に制限を加えることになる。すなわち、まず予め種々のプロセス温度（６６０℃以下）にて、上記した電力供給比でもって外側ゾーンヒータ３２Ｂに対する電力制御を行って実際に成膜処理を行い、その時に載置台２６が破損するか否かについて検討を行った。尚、内側ゾーンヒータ３２Ａに対しては設定されたプロセス温度を維持するようにフィードバック制御を行った。その時の結果を図５に示す。図５において、横軸は実験を行ったヒータの数を示している。

図５から明らかなように、この載置台にあっては、供給電力比が略”１．００”を境界として載置台に割れが発生する場合（図中、左側）と、割れが発生しない場合（図中、右側）とに分かれることが判明した。従って、６６０℃以下のプロセス温度の場合、供給電力比が１．００以下となっていれば、載置台２６に破損が生じないことが判る。
従って、プロセス温度が６６０℃以下の場合において、最良の膜厚の面内均一性が供給電力比の内、供給電力比が１．００以下の場合には、その供給電力比を安全供給電力比とする。また、供給電力比が１．００を超えている場合には、”１．００”をそのプロセス温度の安全供給電力比とする。すなわち、ここでは供給電力比が”１．００”を超えている場合には、膜厚の面内均一性を少し犠牲にして載置台２６の安全を図ることにしている。

またプロセス温度が６６０℃よりも大きい場合についても上記したと同様な検討を行った。その結果、６６０℃より高いプロセス温度の場合、供給電力比が”０．８２”以下となっていれば、載置台２６に破損が生じないことが判った。そして、以上のようにして得られたプロセス温度毎の安全供給電力比は予め電源制御部４２に記憶されている。従って、この供給電力比に従った温度制御を行っていれば、センタークールの温度分布状態において、載置台２６の内外周間の温度差Δｔを３３℃以内に制御することができ、この破損を防止することができる。

上記のようにして求めた供給電力比の結果を、図６に示す。図６はプロセス温度に依存して許容される供給電力比の範囲を示すグラフであり、参考のために従来の供給電圧比による制御の場合の制御範囲も併せて示している。この図中、右側に行く程、センタークールの状態が大きくなっており、左側に行く程、センターホットの状態になっている。上述したように、プロセス温度が６６０℃以下の場合には、供給電力比は０．３８〜１．００の範囲で許容され、プロセス温度が６６０℃より大きい場合には、供給電力比は０．３８〜０．８２の範囲で許容されている。尚、実験の結果、ウエハエッジ部よりも中央部の温度が高いセンターホットの場合には、その温度差が７０℃程度になるまで、載置台２６に破損は生じなかった。
また参考に示した従来の供給電圧比による制御の範囲では、右側に示す領域Ａ１の部分で載置台割れが発生する場合があり、好ましくなかった。

次に実際に従来の電圧比制御と本発明の電力比制御を行ったので、その時のヒータ温度及び操作量の変化について図７を参照して説明する。
図７（Ａ）は従来の電圧比制御の場合を示し、図７（Ｂ）は本発明の電力比制御の場合を示す。各グラフとも、左側縦軸はヒータ温度（内側ゾーンヒータ）を示し、右側縦軸は操作量を示す。ここで、図７（Ａ）の場合は操作量１００％が２００ボルトを示し、図７（Ｂ）の場合は操作量１００％が４０００ワットを示す。この時の設定プロセス温度は７００℃であり、設定された供給電圧比（図７（Ａ）の場合）及び供給電力比（図７（Ｂ）の場合）はそれぞれ“０．９５”と“０．８２”である。

図示するように、ウエハ搬入からの各ヒータの操作量の変化及びヒータ温度の変化を示しており、図７（Ａ）に示す従来の電圧比制御の場合には、ウエハ搬入後、温度が安定するまでの温度変動量Ｈ１は非常に大きな値となっている。このような大きな温度変動量Ｈ１は、載置台２６の内外周間で大きな温度差を引き起こす原因となり、その結果、載置台２６の破損を生ぜしめる結果となる。
これに対して、図７（Ｂ）に示す本発明の電力比制御の場合は、ウエハ搬入後、温度が安定するまでの温度変動量Ｈ２はかなり小さくなっており、図７（Ａ）の場合と比較して半分程度になっている。この結果、載置台２６の内外周間で生じる温度差はそれ程大きくはならず、載置台２６が破損することを防止することが可能となり、良好な結果を示していることが判る。

上記実施例では、プロセスを実際に行っている時の載置台２６の温度制御について説明したが、実際には、載置台２６の昇温時及び降温時においても載置台２６に割れが生じないような温度制御が必要となる。この場合、載置台２６の昇温時及び降温時においては、内側加熱ゾーン３４Ａの温度が外側加熱ゾーン３４Ｂの温度よりも、所定の温度差、例えば３３℃以上、下回らないような状態に維持する。具体的には、センターホットの状態で昇降温させるか、或いはセンタークールの状態でもその温度差を３３℃以下にした状態で昇降温させる。尚、センターホットの場合でも、その温度差を例えば７０℃程度以上にすると、前述したように載置台２６が破損するので、それ以下の温度差にする。
ここで図８を参照して載置台２６の昇温時におけるヒータの温度変化と供給電力比の変化の状態の一例を説明する。ここでもプロセス時の安全供給電力比を”０．８２”に設定している。

まず、アイドリング状態ではヒータ温度は３００℃に維持され、この時の供給電力比は”０．５８”に維持されている。この場合は、載置台の内周温度が外周温度よりも高いセンターホットの状態になるように制御している。そして、上記供給電力比を維持したまま、すなわちセンターホットの状態を維持したまま、両ヒータに供給する電力を増加させることによって、例えば５℃／ｍｉｎ程度の昇温率でヒータを加熱して行く。そして、ヒータ温度がプロセス温度（設定温度）である７００℃に達したならば、上記供給電力比を徐々に安全供給電力比である” ０．８２”に順次近付けるように変化させて行く。これによって、載置台の 温度分布はセンターホットの状態からセンタークールの状態へ順次移行して行くことになる。

このようにして、ヒータの温度が安定したならば、ウエハを載置台に載置して成膜処理を開始する。尚、ヒータの降温時は、上記した経過を逆に辿るようにヒータ温度を制御すればよい。
このように、ヒータの昇降温時にも、載置台の内外周間における温度差を、これが割れないような温度差に設定することができるので、載置台の破損を防止することができる。
ここで上記説明で用いた各数値例は単に一例を示したに過ぎず、載置台２６や抵抗加熱ヒータ３０等の設計によってその数値も変化するのは勿論である。
また、上記実施例ではプロセス処理として成膜処理の場合を例にとって説明したが、これに限定されず、エッチング処理、酸化拡散処理、アニール処理、改質処理等の各種の熱処理に本発明を適用することができ、更には、プラズマ処理装置にも本発明を適用することができる。

更に上記実施例では、同心円状に２つの加熱ゾーンを設けた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、同心円状に３つ以上の加熱ゾーンを設けた場合にも、本発明を適用することができる。この場合にも、センタークールの温度分布状態において、最内周の加熱ゾーンと最外周の加熱ゾーンとの間の温度差が載置台が割れないような温度範囲、例えば３３℃以内となるような温度範囲で安全供給電力比を設定するのは勿論である。
また被処理体として半導体ウエハに限定されず、ＬＣＤ基板、ガラス基板、セラミック基板等も用いることができる。

本発明に係る処理装置を示す断面構成図である。 載置台装置の載置台に設けた加熱手段を示す平面図である。 半導体ウエハの直径方向における処理ガス濃度と温度分布との関係を模式的に示す図である。 供給電力比と膜厚のバラツキとの関係の一例を示すグラフである。 所定の電力供給比でもって外側ゾーンヒータに対する電力制御を行って実際に成膜処理を行った時の載置台の破損の有無の結果を示す図である。 プロセス温度に依存して許容される供給電力比の範囲を示す図である。 従来の電圧比制御と本発明の電力比制御を行ったときのヒータ温度及び操作量の変化を示すグラフである。 載置台の昇温時におけるヒータの温度変化と供給電力比の変化の状態の一例を説明するためのグラフである。

符号の説明

２ 処理装置
４ 処理容器
６ シャワーヘッド部（ガス供給手段）
２２ 真空排気系
２４ 載置台装置
２６ 載置台
３８ 脚部
３０ 抵抗加熱ヒータ（加熱手段）
３２Ａ 内側ゾーンヒータ
３２Ｂ 外側ゾーンヒータ
３４Ａ 内側加熱ゾーン
３４Ｂ 外側加熱ゾーン
３８ 温度測定手段（熱電対）
４２ 電源制御部
４４ 記憶媒体
Ｗ 半導体ウエハ（被処理体）

Claims (11)

1. 上面に被処理体を載置するためのセラミック材よりなる載置台と、
   前記載置台に同心状に区画された少なくとも内側ゾーンと外側ゾーンとよりなる複数の加熱ゾーン毎に設けられた複数の加熱ヒータ部よりなる加熱手段と、
   前記載置台の下面の中心部に接続されて前記載置台を起立させて支持するためのセラミック材よりなる脚部と、
   前記複数の加熱ゾーンの内の最内周の加熱ゾーンに対応させて設けられた温度測定手段と、
   予め種々のプロセス温度に対してセンタークールの状態で膜厚の面内均一性が最良となるように成膜処理を行ったときに前記外側ゾーンと内側ゾーンとに供給した各電力より求めた供給電力比Ａと、予め種々のプロセス温度にて前記求めた供給電力比Ａのもとで成膜処理を行って前記載置台の破損が生ずるか否かについて検討することによって求めた破損が生じない境界の供給電力比Ｂとを記憶し、実際の成膜プロセス時には、前記温度測定手段の測定値に基づいて前記最内周の加熱ヒータ部をフィードバック制御すると共に、前記外側ゾーンの加熱ヒータ部に対しては、前記供給電力比Ａが前記境界の供給電力比Ｂより大きい場合には、前記境界の電力供給比Ｂを安全供給電力比として該電力比で電力を供給し、前記供給電力比Ａが前記境界の供給電力比Ｂ以下の場合には前記供給電力比Ａを安全供給電力比として該電力比で電力を供給するように制御する電源制御部と、
   を備えたことを特徴とする載置台装置。
2. 前記安全供給電力比は、前記載置台の最内周の加熱ゾーンの温度が最も低くなるように設定されていることを特徴とする請求項１記載の載置台装置。
3. 前記載置台が、直径３００ｍｍの被処理体に対応するものであることを特徴とする請求項２記載の載置台装置。
4. 前記載置台の昇温時及び降温時においては、最内周の加熱ゾーンの温度が最外周の加熱ゾーンの温度よりも所定の温度差以上、下回らないような状態に維持されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の載置台装置。
5. 前記電源制御部は、前記載置台の昇温時には最外周よりも最内周の加熱ゾーンの温度が高い状態で昇温し、設定温度に到達したならば前記各加熱ヒータ部への供給電力を前記安全供給電力比に順次近づけるように制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の載置台装置。
6. 前記温度測定手段は、熱電対であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の載置台装置。
7. 被処理体に対して所定の熱処理を施す処理装置において、
   内部雰囲気が排気可能になされた処理容器と、
   前記処理容器内へ必要なガスを供給するガス供給手段と、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載の載置台装置と、
   を備えたことを特徴とする処理装置。
8. 内部雰囲気が排気可能になされた処理容器内に設けた載置台上に被処理体を載置し、前記載置台に、同心状に区画形成された少なくとも内側ゾーンと外側ゾーンとよりなる複数の加熱ゾーン毎に設けられた複数の加熱ヒータ部よりなる加熱手段を制御して前記被処理体の温度制御を行いながら成膜ガスを供給して前記被処理体上に成膜処理を行なうに際して、
   前記複数の加熱ゾーンの内の最内周の加熱ゾーンの温度を測定する工程と、
   前記測定された温度に基づいて前記最内周の加熱ヒータ部をフィードバック制御して設定温度になるように制御する工程と、
   前記外側ゾーンの加熱ヒータ部に対しては、予め種々のプロセス温度に対してセンタークールの状態で膜厚の面内均一性が最良となるように成膜処理を行ったときに前記外側ゾーンと内側ゾーンとに供給した各電力より求めた供給電力比Ａと予め種々のプロセス温度にて前記求めた供給電力比Ａのもとで成膜処理を行って前記載置台の破損が生ずるか否かについて検討することによって求めた破損が生じない境界の供給電力比Ｂとに基づき前記供給電力比Ａが前記境界の供給電力比Ｂより大きい場合には、前記境界の電力供給比Ｂを安全供給電力比として該電力比で電力を供給し、前記供給電力比Ａが前記境界の供給電力比Ｂ以下の場合には前記供給電力比Ａを安全供給電力比として該電力比で電力を供給するように制御する工程と、
   を備えたことを特徴とする温度制御方法。
9. 前記載置台の昇温時においては、最内周の加熱ゾーンの温度が最外周の加熱ゾーンの温度よりも所定の温度差以上、下回らないような状態に維持されることを特徴とする請求項８記載の温度制御方法。
10. 前記載置台の降温時においては、最内周の加熱ゾーンの温度が最外周の加熱ゾーンの温度よりも所定の温度差以上、下回らないような状態に維持されることを特徴とする請求項８記載の温度制御方法。
11. 内部雰囲気が排気可能になされた処理容器と、
    前記処理容器内へ必要なガスを供給するガス供給手段と、
    被処理体を載置する載置台装置と、
    前記載置台装置を含む装置全体の動作を制御する電源制御部とを備えた処理装置を用いて前記被処理体に対して所定の熱処理を施す際に、
    請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の温度制御方法を実施するように前記処理装置の動作を制御する、コンピュータに読に取り可能なプログラムを記憶する記憶媒体。

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