JPH06204143A - Ｃｖｄ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ＣＶＤ装置において放射温度計でウエハの温度
分布を測定する際に、赤外線透過窓に膜が付着するのを
防止し、ウエハ温度分布の測定を容易にする。また、そ
の結果に基づいて、複数ゾーンに分割したヒータの発熱
量制御を行い、ウエハ温度の均一性を向上させる。 【構成】ウエハ１に反応ガスを供給するガス導入口１４
を通して測定するように放射温度計５を配置し、このガ
スの流れによって反応生成物がガス供給ヘッド６に逆流
して赤外線透過窓８に付着することを防止する。これに
より、赤外線透過窓８は常に一定の透過率に保たれ、放
射温度計５による温度測定の精度が向上する。複数の放
射温度計５を用いる他に、２次元受光器を有した放射温
度計５やトラバース装置に取り付けた放射温度計５を用
いて温度分布を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体製造プロセスにお
いて、ウエハの表面に金属膜，金属シリサイド膜，酸化
膜，窒化膜、あるいは不純物などをドープしたシリコン
膜などを形成するＣＶＤ装置に係り、特に、コールドウ
ォール式の装置においてウエハを均一に、且つ、迅速に
加熱すること、およびウエハの温度を精度良く容易に測
定できるＣＶＤ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＣＶＤ装置では加熱ステージの上
にウエハを載せ、所定の温度に加熱した状態で反応ガス
を供給してウエハ表面に膜を形成している。ヒータある
いはランプ等によって板状のサセプタを加熱し、その上
に置かれたウエハを加熱する構造が一般的である。加熱
ステージの温度制御はサセプタに熱電対を押しつけて温
度を測定し、これが設定温度になるようにヒータ発熱量
を制御するといった方法で行われている。実際のウエハ
温度は正確にはわからないことが多く、熱電対付きダミ
ーウエハを用いて事前にサセプタ温度との校正を行い、
この結果に基づいてウエハ温度を推定するなどの対策が
とられている。しかし、以下に示す理由でサセプタの温
度が一定であっても、ウエハの温度が変わってしまう場
合がある。すなわち、ダミーウエハと表面状態が違うウ
エハを処理すると、熱放射の吸収率，放射率が異なるた
めダミーウエハの場合と実際の温度が大きくずれる。

【０００３】図７に示すようにＣＶＤプロセスで最も多
用される０.０１〜１００Torr の圧力範囲で、サセプタ
温度が一定でもウエハ温度は圧力に依存して変化するこ
とが分かっている。これは、ウエハ裏面とサセプタとの
間のガスを介した熱伝導に起因しており、分子流の領域
でガスの熱伝導率が圧力に比例するために処理圧力が変
化することによってサセプタからウエハへ伝わる熱量が
変わるからである。ウエハ裏面とサセプタの間にＨｅな
どの熱伝導率の高いガスを導入し、加熱時間を短縮しよ
うとする場合も、ガス圧力を変えるとウエハの温度が変
化する。

【０００４】一方、放射温度計を用いてウエハ温度を直
接測定すれば、このような問題は無くなる。放射温度計
を使用してウエハの温度を測定するには、大きく分けて
二つの方法がある。

【０００５】この場合、ヒータあるいはランプを貫通し
て測定することになる。これらの加熱源の放射がウエハ
裏面で反射して放射温度計で測定されるため、ウエハの
温度が正確に測定できないという問題があった。また、
加熱ステージ内にはヒータの他にウエハのハンドリング
機構および冷却構造などを組み込む必要があるので、放
射温度計を取り付けるスペースの制約が多い。ウエハの
温度を測定する場合に、一点を測定するだけの装置が多
いのはこのためである。

【０００６】この場合、透過窓は反応ガスにさらされる
ため、内側に膜が堆積し赤外線の透過率が時間とともに
変わってしまう。そのため放射温度計が測定する赤外線
強度がしだいに減少し、測定した温度が実際より低くな
るという問題があった。これに対して、周囲から不活性
ガスを吹き付け、反応ガスが赤外線透過窓に触れないよ
うにする構造が考案されていた。しかし、不活性ガスの
流れが反応ガスの流れに影響を及ぼし、成膜の均一性が
損なわれるといった問題があった。さらに、不活性ガス
を供給するために構造が複雑になり、成膜中は常に不活
性ガスを流しておく必要があるため、ガスの消費量が多
くなってしまう。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ＣＶＤ装置
において上記の従来技術の問題点を解決し、ウエハの温
度分布を容易に測定できる構造を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明はウエハに対面して設けたガス供給ヘッ
ドと、このガス供給ヘッドに設けたガス導入口と、この
ガス導入口を通してウエハを測定するように配置した少
なくとも１個の放射温度計と、放射温度計とガス供給ヘ
ッドとの間に設けられた赤外線透過窓とを有することを
特徴としている。

【０００９】

【作用】ウエハから放射された赤外線をガス供給ヘッド
のガス導入口を通して放射温度計で受光し、ウエハの温
度を測定する。成膜中は、ガス導入口からは常に反応ガ
スが供給されているので、このガスの流れによって反応
生成物がガス供給ヘッドに逆流し赤外線透過窓に付着す
ることを防止できる。したがって、赤外線透過窓は常に
一定の透過率に保たれ、放射温度計による温度測定の精
度が向上する。

【００１０】

【実施例】図１に本発明の第１の実施例であるＣＶＤ装
置の断面図を示す。反応室７の内部に加熱ステージ２を
設け、その上にウエハ１を表面を上向きにして設置し、
これに対面したガス供給ヘッド６に設けた複数のガス導
入口１４からシャワー状に反応ガス１３を供給して成膜
する。ガス供給ヘッド６にはガス配管１６，１７により
外部から複数種の反応ガスを導入し、内部で混同してウ
エハ１に供給する。反応室７は真空ポンプ（図示せず）
によって所定の圧力に減圧される。加熱ステージ２の内
部にはヒータ３を組み込み、サセプタ４を介してウエハ
１を加熱する。サセプタ４はダクファイト，ＳｉＣ，Ｓ
ＵＳ，インコネル，アルミ等の材料の中から処理温度，
耐食性などを考慮して選択する。ウエハ１の周囲は中心
に比べて放熱量が大きく、温度が低下するのでヒータ３
を複数（３−１，３−２）に分割し独立に温度制御する
構造として温度を均一化している。例えば、直径２００
mmのウエハを６５０℃で処理する時に直径が２４０mmの
１ゾーンヒータを用いると、図４に示すようにサセプタ
４の周辺部は中心より約４０℃低くなり、これに伴って
ウエハ１も周辺が中心に比べて４０〜５０℃高くなる。
ヒータ３は断熱材１１を介してヒータ支持部９で支えら
れている。温度制御はサセプタ４の温度を温度センサ１
５でモニタし、その測定値が所定の温度になるように温
度調節器（図示せず）を用いてヒータ３の発熱量を制御
して行われる。温度センサ１５としては熱電対あるいは
放射温度計を用い、温度センサ１５および温度調節計は
分割したヒータ３と同数が必要である。ヒータ３を２ゾ
ーンに分割した場合、モニタする位置がウエハ１の中心
およびウエハ端となるように温度センサ１５を取り付け
る。

【００１１】ウエハ１を所定の温度にまで加熱し、ウエ
ハ１以外への成膜を防止するためガス供給へッド６およ
び反応室７は冷却する（図示せず）。加熱ステージ２の
下部への放熱を防ぎ温度上昇を防ぐため、水冷ジャケッ
ト１２を設け、さらに放射シールド板１０をヒータ３の
下に入れる。放射シールド板１０の枚数は加熱ステージ
の下部の温度をいくらに抑える必要があるかによって異
なるが、１〜５枚程度入れれば良い。材質はアルミのよ
うに反射率の高いものが好ましい。ガス供給ヘッド６に
はウエハ１に面して反応ガスを供給するガス導入口１４
が設けられており、その上部に赤外線透過窓８が設けら
れている。さらに、その上部に放射温度計５がガス導入
口１４を通してウエハを見るように設置される。ウエハ
１がサセプタ上にロードされると、放射温度計５により
その温度を測定する。図１では放射温度計５を２台使用
して、ウエハ１の中央と周辺の２ヵ所の温度を測定して
いる。

【００１２】図２は第２の実施例を示すＣＶＤ装置の断
面図である。複数の放射温度計５の代わりにトラバース
装置１８に固定された放射温度計５を使用し、放射温度
計５を移動することによってウエハ１の数点の温度分布
を測定する。

【００１３】図３は第３の実施例を示すＣＶＤ装置の断
面図である。複数の放射温度計の代わりに一度にウエハ
全体が視野に入るサーマルカメラが用いられる。放射温
度計５は、検出素子にＣＣＤ撮像素子を用い、特定の波
長の干渉フィルタ（例えばシリコンウエハには０.９μ
ｍ の物が良い）を併用したカメラが利用できる。ま
た、一般にＨｇＣｄＴｅやＩｎＳｂなどの光電形赤外線
検出器を用い、ミラーを走査することによって熱画像を
得る方式の放射サーマルカメラを用いても良い。

【００１４】成膜時には、放射温度計５によって測定し
た温度分布に基づいて温度設定器（図示せず）で各ヒー
タ３−１，３−２の設定温度を変更し、ウエハ１の温度
が均一になるように調整する。一例として、ウエハ１を
サセプタ４に載せた温度変化を図５に示す。ヒータ３は
２ゾーンに分割しており、内側がφ２００mm、外側がφ
２８０mmの大きさである。サセプタ４の温度は温度セン
サ１５の測定値で、常に６７０℃になるように両ゾーン
のヒータを制御している。また、ウエハ１の温度は放射
温度計５による測定値である。最初、ウエハ１は中央よ
り周辺の方が速く温度上昇し、途中から周辺の温度上昇
が遅くなり中央の温度の方が高くなっていくことがわか
る。この結果に基づいて、６０秒以降で外側ヒータ３−
２の設定温度を、内側ヒータ３−１より２０℃高く６９
０℃にした結果が図６である。ウエハ１温度の均一性が
向上していることがわかる。このように、ウエハ１の温
度分布を測定した結果を基に、その温度の均一性を向上
させることができる。

【００１５】

【発明の効果】本発明によればＣＶＤ装置におけるウエ
ハの温度分布を容易に且つ精度良く測定できるので、複
数ゾーンに分割したヒータの制御を最適化し、ウエハの
温度均一性を向上させることができる。これにより、半
導体素子製造プロセスの歩留まりを向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のＣＶＤ装置の構造を示
す断面図。

【図２】本発明の第２の実施例のＣＶＤ装置の構造を示
す断面図。

【図３】本発明の第３の実施例のＣＶＤ装置の構造を示
す断面図。

【図４】１ゾーンヒータの場合のウエハの温度分布を示
す特性図。

【図５】本発明の第１の実施例によるＣＶＤ装置におけ
るウエハの温度変化を示す特性図。

【図６】本発明の第１の実施例によるＣＶＤ装置におけ
るヒータ制御を改良した場合のウエハの温度変化を示す
特性図。

【図７】ＣＶＤ装置におけるウエハ温度と反応室圧力の
関係の一例を示す特性図。

【符号の説明】

１…ウエハ、２…加熱ステージ、３…ヒータ、４…サセ
プタ、５…放射温度計、６…ガス供給ヘッド、７…反応
室、８…赤外線透過窓、９…ヒータ支持部、１０…放射
シールド、１１…断熱材、１２…水冷ジャケット、１３
…反応ガス、１４…反応ガス導入口、１５…温度モニ
タ、１６，１７…ガス配管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】反応室内に設けた加熱ステージ上にウエハ
   を設置し、前記ウエハを加熱すると同時にガスを流して
   前記ウエハ上に膜を生成するＣＶＤ装置において、前記
   ウエハに対面した位置に設けた複数の小孔を有するガス
   供給ヘッドと、前記ガス供給ヘッドに対して前記ウエハ
   と反対側に設けた赤外線透過窓を設け、その外側に放射
   温度計を設けてなることを特徴とするＣＶＤ装置。