JP5554518B2 - 基板の温度を決定する方法および装置 - Google Patents
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Description
ΔP〜Q/g3 [1]
ΔP流路=P入口−P外部=ΔP炉体+ΔPウェハ [2]
炉体全体の圧力低下ΔP炉体は、炉体全体の温度プロファイルがほぼ一定で質量流量が一定の場合実質的に一定であるため、ΔP流路に何か変化があればウェハに沿った圧力低下の変化ΔPウェハを主として反映している。さらに、P外部は一般的に大気圧に非常に近いので、大気圧に対する差圧センサを使用してP入口を測定すれば充分である。
Tガス2=(T炉体+Tウェハ)/2 [3]
したがって、ガス流路に沿った圧力低下ΔP炉体と実際のウェハ温度Tウェハとの間には関係が存在する。この関係は、流体力学理論を用意した特定の装置、この場合はフローティングウェハ反応炉1に適用することによって理論的および/または計算的に求めることもでき、あるいは装置の較正から経験的に推論することもできる。ΔP炉体とTウェハとの関係は、装置の正確な形状および他の特性に強く依存し得るので、実際は後者の方法が好ましい。したがって、装置の熱力学的性質を予測する理論的または計算的モデルは、ほとんど必然的に複雑で作成するのは簡単ではない。
ΔPウェハ(Tガス2)=ΔP流路(Tガス1,Tガス2)−ΔP炉体(Tガス1) [4]
関数ΔPウェハ(Tガス2)は、第2の部分に所与の温度Tガス2のガスが流入したときのウェハに沿った圧力低下ΔPウェハを提供する。決定された関数ΔPウェハ(Tガス2)は、前述の測定が実施されたときの質量流量においてのみ有効であることに留意すべきである。幾つかの異なる質量流量が較正される装置で使用される場合には、装置の全動作範囲について信頼性のあるモデルを得るために、各質量流量についてそれぞれのΔPウェハ(Tガス2)を決定するのが好ましい。
Tウェハ=2Tガス2−T炉体 [5]
Tガス2のΔPウェハに対する依存性は、較正手順(図3Cの逆関数)から周知であるので、以下の関係を得ることもできる。
Tウェハ=2Tガス2(ΔPウェハ)−T炉体
=2Tガス2(ΔP流路−ΔP炉体)−T炉体 [6]
実際には、方程式[6]は、ΔP流路および他の周知の変数によってTウェハを表している。なお、T炉体は、システム制御パラメータであり、ΔP炉体は、設定されたガスの質量流量Qおよび較正手順から分かるT炉体における定数である(図3Aを参照)。したがって、方程式[6]は、ガス流路に沿ったガス流の圧力低下の測定値からウェハの温度を得るために使用することもできるモデルを示している。前記モデルは、制御ユニット10(図1)で実施されてもよく、このユニットは装置のオペレータに現在のウェハの温度を知らせることもできる。あるいは、所定のウェハ温度に到達した場合に他の制御動作を開始するようにコントローラを構成することができる。例えば、所定のウェハ温度に到達した場合、炉体の間からウェハを抜き取ることができる。
2、2’ 炉体
3 ウェハ
4、4’ ガス管
5 ガス管入口
6、6’ ガス管出口
7 外部空間
8 質量流量コントローラ
9、9’ 圧力センサ
10 制御ユニット
Claims (21)
- 基板の温度を決定する方法であって、
特定の壁温度を有する少なくとも1つの壁によって囲まれるガス流路を提供するステップと、
前記基板の表面と前記少なくとも1つの壁との間に隙間ができるように、前記少なくとも1つの壁に隣接する前記ガス流路に基板を提供するステップと、
前記隙間を少なくとも部分的に通って延在するガス流に、前記ガス流路を介して特定の質量流量を提供するステップと、
前記ガス流路に沿った前記ガス流の圧力低下を判断するステップと、
前記質量流量における、前記ガス流路に沿った前記圧力低下と前記壁温度と前記基板の前記温度との間の所定の関係を利用して、前記圧力低下から前記基板の前記温度を得るステップと、
を含む方法。 - 前記基板が2つの主要な面を含むように、実質的に平坦な板状の形状を有する請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの壁が、前記板状基板の主要な面全体に亘って延在する請求項2に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの壁と前記基板の前記主要な面との間の前記隙間の幅が本質的に一定になるように、前記少なくとも1つの壁が、実質的に平坦であり、前記基板の前記主要な面に実質的に平行に延在する請求項3に記載の方法。
- 前記壁と前記基板の面との間の前記隙間が、0.5mm未満の幅を有する請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記基板は、半導体ウェハである請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ガス流が、実質的に一定の質量流量を有する請求項1に記載の方法。
- 前記基板の前記温度が、定期的に決定される請求項1に記載の方法。
- 前記ガス流路に沿った前記圧力低下と前記壁温度と前記基板の前記温度との間の前記所定の関係が、較正手順によって経験的に確認され、
炉体の間にウェハが存在しない状態で、特定の質量流量における様々な値の炉体温度のときの、前記ガス流路に沿った第1の圧力低下を測定するステップと、
前記炉体の間にウェハが存在し、前記炉体の間に存在する前記ウェハは、反応炉がウェハ温度とガス温度とが前記炉体温度と等しくなる関係によって定義される等温状態となるのに充分な時間だけ、炉体の間に存在している状況で、前記質量流量における前記値の前記炉体温度のときの、前記ガス流路に沿った第2の圧力低下を測定するステップと、
前記質量流量における、前記ガス流路に沿った前記圧力低下の関数として前記ガス流の前記温度を得るように、前記関係の逆関数を決定するステップと、
前記質量流量における、前記ガス流路に沿った前記圧力低下の関数として前記基板の前記温度を得るように、前記ガス流の前記温度を前記基板の前記温度に関連付けるステップと、
を含む請求項1に記載の方法。 - 前記ガス流の前記温度が、T基板を前記基板の前記温度、Tガスを前記ガス流の前記温度、T壁を前記壁温度とするとき、
T基板=2Tガス−T壁
となる関係を利用することによって前記基板の前記温度に関連付けられる請求項6または7に記載の方法。 - 基板処理装置であって、
加熱手段または冷却手段を使用して特定の温度に保持されることができる少なくとも1つの壁によって囲まれるガス流路であって、基板の面と少なくとも1つの壁との間に狭い隙間が存在するように、前記少なくとも1つの壁に隣接して前記基板を収容するように構成されるガス流路と、
前記ガス流路を通る特定の質量流量を有するガス流を供給するガス源と、
基板が配置される前記ガス流路に沿った前記ガス流の圧力低下を測定するように構成される圧力センサ配置、および
前記質量流量における、前記ガス流路に沿った前記圧力低下と前記壁温度と前記基板の温度との間の所定の関係を利用して前記圧力低下の測定から前記基板の前記温度を得るように構成される制御ユニットであって、
圧力センサ配置に接続される制御ユニットと、
を含む装置。 - 前記ガス流路によって収納される前記基板が、2つの主要な面を含むように、実質的に平坦で板状の形状を有する請求項11に記載の装置。
- 前記基板が前記ガス流路によって収納される場合に、前記少なくとも1つの壁が、前記板状の基板の主要な面全体に亘って延在する請求項12に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの壁と前記基板の前記主要な面との間の前記隙間の幅が本質的に一定になるように、前記少なくとも1つの壁が、実質的に平坦であり、前記基板の前記主要な面に実質的に平行に延在する請求項13に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの壁と前記ガス流路によって収納される前記基板の前記表面との間の前記隙間が、0.5mm未満の幅を有する請求項11〜14のいずれか1項に記載の装置。
- 前記装置は、半導体ウェハを処理するための半導体処理装置である請求項11に記載の装置。
- 前記半導体処理装置は、前記ガス流路を少なくとも部分的に定義する2つの炉体を含み、その間に半導体ウェハが前記ガス流路を通る前記ガス流によるものであるガスの支持体上に支持されることもできるフローティングウェハ反応炉である請求項16に記載の装置。
- 前記制御ユニットが、
T基板を基板温度、
Tガスを前記ガス流の温度であって、ΔP基板の所定の関数としてあらわされる温度、
ΔP基板を前記基板の前記面全体に亘る前記ガス流の決定された圧力低下、
T壁を前記壁の前記温度とするとき、
T基板=2Tガス(ΔP基板)−T壁
の関係を利用する前記決定された圧力低下から前記基板温度を得るように構成される請求項11に記載の装置。 - 前記ガス源が、実質的に一定の質量流量を有するガス流を供給するように構成される請求項11に記載の装置。
- 前記コントローラが、前記基板が所定の温度に達した後、制御動作を開始するように構成される請求項11に記載の装置。
- 前記制御動作が、前記壁から前記基板を抜き取るステップを含む請求項20に記載の装置。
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