JPWO2005017988A1 - 基板処理装置および半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

基板処理装置は、ウエハ２００を処理する処理チャンバ２２５と、ウエハ２００を載置するサセプタ２１７と、基板を加熱するランプ５００とを有し、サセプタ２１７を、透明石英サセプタ５１０の内部にランプ５００からの放射光を透過させない部材からなる内部サセプタ５２０を設けた構造とする。

Description

本発明は、基板処理装置に関し、特に、放射温度計によるウエハの温度計測においてウエハ外周からウエハ加熱体の直接放射強度を取り込むことを抑制するサセプタを有する半導体製造装置に関するものである。

従来この種の装置において、サセプタ２１７は（１）石英製サセプタ５０１表面にＳｉ膜５０２をコーディングしたもの（図１参照）、（２）Ｓｉ／Ｐｏｌｙ−Ｓｉ製のサセプタ５０４を使用したもの（図２参照）や（３）Ｓｉ／Ｐｏｌｙ−Ｓｉ製の板５０６を石英製サセプタ５０５上に組み合わせたもの（図３参照）などが存在している。Ｓｉは放射温度計２６１の測定波長範囲（０．９〜１．１μｍ）と制御温度範囲（３５０℃〜１２００℃）における光の透過を抑制することが可能であり、ランプエネルギの透過防止のため一般的使用されている。ＳｉＣやＳｉＣをコーティングしたカーボンなども同様に使用されている。

しかしながら、図１に示す（１）の場合には、石英の熱膨張係数がＳｉの熱膨張係数と異なるために昇降温を繰り返すと石英製サセプタ５０１とＳｉ膜６０２の間に亀裂が生じＳｉ膜６０２が剥がれ落ちる（Ａ部参照）という問題がある。

図２に示す（２）の場合には、Ｓｉ／Ｐｏｌｙ−Ｓｉ製サセプタ５０４の熱容量が大きいため、連続処理が開始されると外周に位置するサセプタ５０４自体が高温安定化し、常温のウエハがサセプタ２１７に搬送されると、ウエハ２００中央とウエハ２００外周との間の温度差でウエハ２００にスリップまたは熱変形による位置ずれが生じるという問題がある。

図３に示す（３）の場合には、サセプタ２１７の熱容量を抑え冷却効果を高めるために、石英プレート５０５とＳｉプレート５０６との２重構造とし、ウエハ２００の面内はランプ５００を数ゾーンに分けウエハ２００の面内を均一な温度に制御できるようにしているが、Ｓｉプレート５０５を載置するウエハ２００の外周範囲は均一昇降温範囲ではないため、温度ムラが生じ変形、破損が生じてしまう。また変形によりランプ光が漏れ放射温度計２６１による取り込み温度検知誤差が大きくなるという問題点がある。

本発明の主な目的は、従来技術の問題点の熱ストレス対する強度不足によるＳｉ膜剥がれと熱容量の増大とランプ光の透過の問題点を解決し、より確実な温度検知と長寿命化を図れるサセプタを備える基板処理装置を提供することにある。

本発明の一態様によれば、
基板を処理する空間を形成する処理チャンバと、
前記基板を載置する基板載置部材と、
前記基板を加熱する加熱部材とを有し、
前記基板載置部材の少なくとも一部の内部に、前記加熱部材からの放射光を透過させない部材を設けたことを特徴とする基板処理装置が提供される。

本発明の他の態様によれば、
基板を処理する空間を形成する処理チャンバと、
前記基板を載置する基板載置部材と、
前記基板を加熱する加熱部材とを有し、
前記基板載置部材の少なくとも一部の内部に、前記加熱部材からの放射光を透過させない部材を設けた基板処理装置を使用して基板を処理する工程を備える半導体デバイスの製造方法であって、
前記基板を前記加熱部材により加熱する工程と、
所望のガスを前記処理チャンバに供給する工程と、
前記基板のデバイス面の温度を測定する工程と、
前記基板の温度測定結果に基づき、前記加熱部材を制御する工程と、を備えることを特徴とする半導体デバイスの製造方法が提供される。

［図１］従来の基板処理装置のサセプタの一例を説明するための概略断面図である。
［図２］従来の基板処理装置のサセプタの他の例を説明するための概略断面図である。
［図３］従来の基板処理装置のサセプタのさらに他の例を説明するための概略断面図である。
［図４］本発明の実施例１および実施例２の基板処理装置のサセプタを説明するための概略断面図である。
［図５Ａ］本発明の実施例１の基板処理装置のサセプタの製造工程を説明するための部分拡大概略分解断面図である。
［図５Ｂ］本発明の実施例１の基板処理装置のサセプタを製造した後の状態を説明するための部分拡大概略断面図である。
［図６Ａ］本発明の実施例２の基板処理装置のサセプタの製造工程を説明するための部分拡大概略分解断面図である。
［図６Ｂ］本発明の実施例２の基板処理装置のサセプタを製造した後の状態を説明するための部分拡大概略断面図である。
［図７］本発明が好適に適用される基板処理装置の一例の概略横断面図である。
［図８］本発明で好適に用いられる基板処理装置の処理室を説明するための概略縦断面図である。
発明を実施するための好ましい形態

次に、図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明する。

本発明の実施例１および実施例２においては、
（１）ランプ光（０．９〜１．１μｍ）の透過を０．０１％以下に抑制すること、
（２）常温〜１２００℃の使用雰囲気及び熱サイクルに耐える強度であること、
（３）ランプＯＮ−ＯＦＦに追随し昇降温可能なように熱容量が低いこと、
（４）純度の高い材料であること（パーディクル、有機物汚染、金属汚染の供給源ではないこと）の４点を達成するために、図４に示すように、サセプタ２１７を、石英製サセプタ５１０の内部にランプ５００からの放射光を透過させない部材を内部サセプタ５２０として設けた構造とした。なお、ウエハ２００は、サセプタ２１７の中央部に設けた透明石英板５０３上に載置する構造となっている。

次に、図４のＢ部の部分拡大概略断面図である図５Ａ、５Ｂ、６Ａ、６Ｂを参照して、本発明の実施例１および実施例２をより詳細にそれぞれ説明する。

図５Ａ、５Ｂに示すように、本発明の実施例１では、透明石英サセプタ部材５１１に穴を掘り込んで凹部５１４を設け、この凹部５１４内に内部サセプタ５２０としてのＳｉプレート５３０を落とし込み、再度透明石英プレート５１２にて封をする構造とした。Ｓｉプレート５３０によって、ランプ５００からの放射光が透過するのを防いでいる。透明石英サセプタ部材５１１と透明石英プレート５１２との接合部５１３は、単にこれらの２つの部材を組み合わせた構造とするか、またはこれらの２つの部材を溶接した構造とする。溶接する場合は、空気の熱膨張の影響を避けるために内部を真空にすることが好ましい。このようにして、サセプタ２１７は、透明石英サセプタ部材５１１と透明石英プレート５１２とからなる石英製サセプタ５１０の内部にＳｉプレート５３０を設けた構造となっている。なお、透明石英サセプタ部材５１１に代えて、不透明石英サセプタ部材を使用してもよく、透明石英プレート５１２に代えて、不透明石英プレートを使用してもよい。Ｓｉプレート５３０は複数の副Ｓｉプレート５３１に分割した分割タイプとして、Ｓｉプレート５３０の反りを抑制し熱ストレスの繰返しによる破損を抑える構造とした。また、副Ｓｉプレート５３１の反りによってランプ５００からの放射光が透過するのを防ぐために、隣接する副Ｓｉプレート５３１の上端部５３２と下端部５３３とを重ね合わせる構造としている。さらに、Ｓｉと石英との間の熱膨張係数の差とＳｉプレート５３０の反りとを考慮して、Ｓｉプレート５３０と石英製サセプタ５１０との間に横方向のクリアランス５３５と上下方向のクリアランス５３６とを設けている。なお、図５Ａはサセプタ２１７の製造工程を示す分解図であり、図５Ｂは製造した後のサセプタ２１７を示している。

また、図６Ａ、６Ｂに示すように、本発明の実施例２では、Ｓｉの代替として石英に金属Ｎｂ（ニオブ）を練り込み溶融して（溶かし合せて混ぜて）製作したＮｂ石英からなるプレート５４０を光の透過防止材料として使用している。当該材料は石英とほぼ同等の熱膨張率、耐熱性、熱容量を備えており、熱ストレス／熱膨張係数差による破損はない。しかし金属材が練り込んであるためＮｂ金属の拡散防止のため石英に埋め込み溶接し封印している。但し、第１の実施の形態におけるＳｉのように分割はしていない。

本発明の実施例２では、透明石英サセプタ部材５１１に穴を掘り込んで凹部５１４を設け、この凹部５１４内に内部サセプタ５２０としてのＮｂ石英プレート５４０を落とし込み、再度透明石英プレート５１２にて封をする構造とした。透明石英サセプタ部材５１１と透明石英プレート５１２との接合部５１３は、全周にわたって溶接した構造としている。溶接する場合には、空気の熱膨張の影響を避けるために内部を真空にすることが好ましい。このようにして、サセプタ２１７は、透明石英サセプタ部材５１１と透明石英プレート５１２とからなる石英製サセプタ５１０の内部にＮｂ石英プレート５４０を設けた構造となっている。Ｎｂ石英の場合、Ｎｂ含有量によって反り量が左右され、Ｎｂが多い程、反り量が多くなるので、Ｎｂ石英プレート５４０と石英製サセプタ５１０との間に横方向のクリアランス５３５と上下方向のクリアランス５３６とを設けている。なお、図６Ａはサセプタ２１７の製造工程を示す分解図であり、図６Ｂは製造した後のサセプタ２１７を示している。

図５Ｂ、図６Ｂを参照すれば、本発明の実施例１、２では、内部サセプタ５２０の内側端部５３７は、ウエハ２００をサセプタ２１７の中央部に設けた透明石英板５０３上に載置した場合（図４参照）に、ウエハ２００の主面に垂直な方向から見て、ウエハ２００のの外周部分に重なるように、石英製サセプタ５１０の内部に設けられている。

次に、図７を参照して、本発明が適用される基板処理装置の概要を説明する。

なお、本発明が適用される基板処理装置においてはウエハなどの基板を搬送するキャリヤとしては、ＦＯＵＰ（ｆｒｏｎｔ ｏｐｅｎｉｎｇ ｕｎｉｆｉｅｄ ｐｏｄ。以下、ポッドという。）が使用されている。また、以下の説明において、前後左右は図Ａを基準とする。すなわち、図７が示されている紙面に対して、前は紙面の下、後ろは紙面の上、左右は紙面の左右とする。

図７に示されているように、基板処理装置は真空状態などの大気圧未満の圧力（負圧）に耐えるロードロックチャンバ構造に構成された第１の搬送室１０３を備えており、第１の搬送室１０３の筐体１０１は平面視が六角形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。第１の搬送室１０３には負圧下でウエハ２００を移載する第１のウエハ移載機１１２が設置されている。前記第１のウエハ移載機１１２は、エレベータ１１５によって、第１の搬送室１０３の気密性を維持しつつ昇降できるように構成されている。

筐体１０１の六枚の側壁のうち前側に位置する２枚の側壁には、搬入用の予備室１２２と搬出用の予備室１２３とがそれぞれゲートバルブ２４４、１２７を介して連結されており、それぞれ負圧に耐え得るロードロックチャンバ構造に構成されている。さらに、予備室１２２には搬入室用の基板置き台１４０が設置され、予備室１２３には搬出室用の基板置き台１４１が設置されている。

予備室１２２および予備室１２３の前側には、略大気圧下で用いられる第２の搬送室１２１がゲートバルブ１２８、１２９を介して連結されている。第２の搬送室１２１にはウエハ２００を移載する第２のウエハ移載機１２４が設置されている。第２のウエハ移載機１２４は第２の搬送室１２１に設置されたエレベータ１２６によって昇降されるように構成されているとともに、リニアアクチュエータ１３２によって左右方向に往復移動されるように構成されている。

図７に示されているように、第２の搬送室１２１の左側にはオリフラ合わせ装置１０６が設置されている。また、第２の搬送室１２１の上部にはクリーンエアを供給するクリーンユニット（図示せず）が設置されている。

図７に示されているように、第２の搬送室１２１の筐体１２５には、ウエハ２００を第２の搬送室１２１に対して搬入搬出するためのウエハ搬入搬出口１３４と、前記ウエハ搬入搬出口を閉塞する蓋１４２と、ポッドオープナ１０８がそれぞれ設置されている。ポッドオープナ１０８は、ＩＯステージ１０５に載置されたポッド１００のキャップ及びウエハ搬入搬出口１３４を閉塞する蓋１４２を開閉するキャップ開閉機構１３６とを備えており、ＩＯステージ１０５に載置されたポッド１００のキャップ及びウエハ搬入搬出口１３４を閉塞する蓋１４２をキャップ開閉機構１３６によって開閉することにより、ポッド１００のウエハ出し入れを可能にする。また、ポッド１００は図示しない工程内搬送装置（ＲＧＶ）によって、前記ＩＯステージ１０５に、供給および排出されるようになっている。

図７に示されているように、筐体１０１の六枚の側壁のうち背面側に位置する２枚の側壁には、ウエハに所望の処理を行う第１の処理炉２０２と、第２の処理炉１３７とがそれぞれ隣接して連結されている。第１の処理炉２０２および第２の処理炉１３７はいずれもコールドウォール式の処理炉によってそれぞれ構成されている。また、筐体１０１における六枚の側壁のうちの残りの互いに対向する２枚の側壁には、第３の処理炉としての第１のクーリングユニット１３８と、第４の処理炉としての第２のクーリングユニット１３９とがそれぞれ連結されており、第１のクーリングユニット１３８および第２のクーリングユニット１３９はいずれも処理済みのウエハ２００を冷却するように構成されている。

以下、前記構成をもつ基板処理装置を使用した処理工程を説明する。

未処理のウエハ２００は２５枚がポッド１００に収納された状態で、処理工程を実施する基板処理装置へ工程内搬送装置によって搬送されて来る。図７に示されているように、搬送されて来たポッド１００はＩＯステージ１０５の上に工程内搬送装置から受け渡されて載置される。ポッド１００のキャップ及びウエハ搬入搬出口１３４を開閉する蓋１４２がキャップ開閉機構１３６によって取り外され、ポッド１００のウエハ出し入れ口が開放される。

ポッド１００がポッドオープナ１０８により開放されると、第２の搬送室１２１に設置された第２のウエハ移載機１２４はポッド１００からウエハ２００をピックアップし、予備室１２２に搬入し、ウエハ２００を基板置き台１４０に移載する。この移載作業中には、第１の搬送室１０３側のゲートバルブ２４４は閉じられており、第１の搬送室１０３の負圧は維持されている。ウエハ２００の基板置き台１４０への移載が完了すると、ゲートバルブ１２８が閉じられ、予備室１２２が排気装置（図示せず）によって負圧に排気される。

予備室１２２が予め設定された圧力値に減圧されると、ゲートバルブ２４４、１３０が開かれ、予備室１２２、第１の搬送室１０３、第１の処理炉２０２が連通される。続いて、第１の搬送室１０３の第１のウエハ移載機１１２は基板置き台１４０からウエハ２００をピックアップして第１の処理炉２０２に搬入する。そして、第１の処理炉２０２内に処理ガスが供給され、所望の処理がウエハ２００に行われる。

第１の処理炉２０２で前記処理が完了すると、処理済みの１枚のウエハ２００は第１の搬送室１０３の第１のウエハ移載機１１２によって第１の搬送室１０３に搬出される。

そして、第１のウエハ移載機１１２は第１の処理炉２０２から搬出したウエハ２００を第１のクーリングユニット１３８へ搬入し、処理済みのウエハを冷却する。

第１のクーリングユニット１３８に２枚のウエハ２００を移載すると、第１のウエハ移載機１１２は予備室１２２の基板置き台１４０に予め準備されたウエハ２００を第１の処理炉２０２に前述した作動によって移載し、第１の処理炉２０２内に処理ガスが供給され、所望の処理がウエハ２００に行われる。

第１のクーリングユニット１３８において予め設定された冷却時間が経過すると、冷却済みのウエハ２００は第１のウエハ移載機１１２によって第１のクーリングユニット１３８から第１の搬送室１０３に搬出される。

冷却済みのウエハ２００が第１のクーリングユニット１３８から第１の搬送室１０３に搬出されたのち、ゲートバルブ１２７が開かれる。そして、第１のウエハ移載機１１２は第１のクーリングユニット１３８から搬出したウエハ２００を予備室１２３へ搬送し、基板置き台１４１に移載した後、予備室１２３はゲートバルブ１２７によって閉じられる。

予備室１２３がゲートバルブ１２７によって閉じられると、前記排出用予備室１２３内が不活性ガスにより略大気圧に戻される。前記予備室１２３内が略大気圧に戻されると、ゲートバルブ１２９が開かれ、第２の搬送室１２１の予備室１２３に対応したウエハ搬入搬出口１３４を閉塞する蓋１４２と、ＩＯステージ１０５に載置された空のポッド１００のキャップがポッドオープナ１０８によって開かれる。続いて、第２の搬送室１２１の第２のウエハ移載機１２４は基板置き台１４１からウエハ２００をピックアップして第２の搬送室１２１に搬出し、第２の搬送室１２１のウエハ搬入搬出口１３４を通じてポッド１００に収納して行く。処理済みの２５枚のウエハ２００のポッド１００への収納が完了すると、ポッド１００のキャップとウエハ搬入搬出口１３４を閉塞する蓋１４２がポッドオープナ１０８によって閉じられる。閉じられたポッド１００はＩＯステージ１０５の上から次の工程へ工程内搬送装置によって搬送されて行く。

以上の作動が繰り返されることにより、ウエハが、順次、処理されて行く。以上の作動は第１の処理炉２０２および第１のクーリングユニット１３８が使用される場合を例にして説明したが、第２の処理炉１３７および第２のクーリングユニット１３９が使用される場合についても同様の作動が実施される。

なお、上述の基板処理装置では、予備室１２２を搬入用、予備室１２３を搬出用としたが、予備室１２３を搬入用、予備室１２２を搬出用としてもよい。また、第１の処理炉２０２と第２の処理炉１３７は、それぞれ同じ処理を行ってもよいし、別の処理を行ってもよい。第１の処理炉２０２と第２の処理炉１３７で別の処理を行う場合、例えば第１の処理炉２０２でウエハ２００にある処理を行った後、続けて第２の処理炉１３７で別の処理を行わせてもよい。また、第１の処理炉２０２でウエハ２００にある処理を行った後、第２の処理炉１３７で別の処理を行わせる場合、第１のクーリングユニット１３８（又は第２のクーリングユニット１３９）を経由するようにしてもよい。

次に、図８を参照し、本発明が適用される基板処理装置で好適に用いられる処理炉を詳細に説明する。

処理炉はその全体が符号２０２で示される。例示の様態においては、処理炉２０２は、半導体ウエハ等の基板２００（以下、ウエハという。）の様々な処理工程を実行するのに適した枚葉式の処理炉である。また処理炉２０２は、特に半導体ウエハの熱処理に適している。こうした熱処理の例としては、半導体デバイスの処理における、半導体ウエハの熱アニール、ホウ素−リンから成るガラスの熱リフロー、高温酸化膜、低温酸化膜、高温窒化膜、ドープポリシリコン、未ドープポリシリコン、シリコンエピタキシャル、タングステン金属、又はケイ化タングステンから成る薄膜を形成するための化学蒸着が挙げられる。

処理炉２０２は、回転筒２７９に囲まれた上側ランプ２０７および下側ランプ２２３から成るヒータアッセンブリ５００を含む。このヒータアッセンブリ５００は、基板温度がほぼ均一になるように放射熱をウエハ２００に供給する。好ましい形態においては、ヒータアッセンブリ５００は、放射ピーク０．９５ミクロンで照射し、複数の加熱ゾーンを形成し、ウエハ中心部より多くの熱を基板周辺部に加える集中的加熱プロファイルを提供する一連のタングステン−ハロゲン直線ランプ２０７、２２３等の加熱要素を、含む。

上側ランプ２０７および下側ランプ２２３にはそれぞれ電極２２４が接続され、各ランプに電力を供給するとともに、各ランプの加熱具合は主制御部３００に支配される加熱制御部３０１にて制御されている。

ヒータアッセンブリ５００は、平ギア２７７に機械的に接続された回転筒２７９内に収容されている。この回転筒２７９は、セラミック、グラファイト、より好ましくはシリコングラファイトで被覆したグラファイト等から成る。ヒータアッセンブリ、回転筒２７９は、チャンバ本体２２７内に収容されて真空密封され、更にチャンバ本体２２７のチャンバ底２２８の上に保持される。チャンバ本体２２７は様々な金属材料から形成することができる。例えば、幾つかのアプリケーションではアルミニウムが適しており、他のアプリケーションではステンレス鋼が適している。材料の選択は、当業者であれば分かるように、蒸着処理に用いられる化学物質の種類、及び選択された金属に対するこれら化学物質の反応性に左右される。通常前記チャンバ壁は、本技術分野では周知であるように、周知の循環式冷水フローシステムにより華氏約４５〜４７度まで水冷される。

回転筒２７９は、チャンバ底２２８の上に回転自在に保持される。具体的には、平ギア２７６、２７７とがボールベアリング２７８によりチャンバ底２２８に回転自在に保持され、平ギア２７６と平ギア２７７とは噛み合うように配置されている。更に、平ギア２７６は主制御部３００にて支配される駆動制御部３０４にて制御されるサセプタ駆動機構２６７にて回転せしめられ、平ギア２７６、平ギア２７７を介して回転筒２７９を回転させている。回転ベース１８の回転速度は、当業者であれば分かるように、個々の処理に応じて５〜６０ｒｐｍであることが好ましい。

処理炉２０２は、チャンバ本体２２７、チャンバ蓋２２６およびチャンバ底２２８から成るチャンバ２２５を有し、チャンバ２２５にて囲われた空間にて処理室２０１を形成している。

ウエハ２００は、基板保持手段であるサセプタ２１７の上に保持される。なお、サセプタ２１７はドーナッツ形の平板形状であって、回転筒２７９にて支持されている。

チャンバ蓋２２６にはガス供給管２３２が貫通して設けられ、処理室２０１に処理ガス２３０を供給し得るようになっている。ガス供給管２３２は、開閉バルブ２４３、流量制御手段であるマスフローコントローラ（以下、ＭＦＣという。）２４１を介し、ガスＡ、ガスＢのガス源に接続されている。ここで使用されるガスは、窒素等の不活性ガスや水素、アルゴン、六フッ化タングステン等の所望のガスが用いられ、ウエハ２００上に所望の膜を形成させて半導体装置を形成するものである。

また、開閉バルブ２４３およびＭＦＣ２４１は、主制御部３００にて支配されるガス制御部３０２にて制御され、ガスの供給、停止およびガスの流量が制御される。

なお、ガス供給管２３２から供給された処理ガス２３０は処理室２０１内にてウエハ２００と反応し、残余ガスはチャンバ本体２２７に設けられた排気口であるガス排気口２３５から図示しない真空ポンプ等からなる排気装置を介し、処理室外へ排出される。

処理炉２０２は、様々な製造工程においてウエハ２００の放射率（エミシビティ）を測定し、その温度を計算するための非接触式の放射率測定手段をも含む。この放射率測定手段は、主として放射率測定用プローブ２６０、放射率測定用リファレンスランプ（参照光）２６５、温度検出部およびプローブ２６０と温度検出部とを結ぶ光ファイバー通信ケーブルを含む。このケーブルはサファイア製の光ファイバー通信ケーブルから成ることが好ましい。

プローブ２６０はプローブ回転機構２７４により回転自在に設けられ、プローブ２６０の一端をウエハ２００または参照光であるリファレンスランプ２６５の方向に方向付けられる。また、プローブ２６０は光ファイバー通信ケーブルとスリップ結合にて結合されているので、前述したようにプローブ２６０が回転しても接続状態は維持される。

即ち、プローブ回転機構２７４は放射率測定用プローブ２６０を回転させ、これによりプローブ２６０の先端が放射率測定用リファレンスランプ２６５に向けてほぼ上側に向けられる第１ポジションと、プローブ２６０がウエハ２００に向けてほぼ下側に向けられる第２ポジションとのプローブ２６０の向きが変えられる。従って、プローブ２６０の先端は、プローブ２６０の回転軸に対し直角方向に向けられていることが好ましい。このようにして、プローブ２６０はリファレンスランプ２６５から放射された光子の密度とウエハ２００から反射された光子の密度を検知することができる。リファレンスランプ２６５は、ウエハ２００における光の透過率が最小となる波長、好ましくは０．９５ミクロンの波長の光を放射する白色光源から成ることが好ましい。上述の放射率測定手段は、リファレンスランプ２６５からの放射とウエハ２００からの放射を比較することにより、ウエハ２００の放射率を測定する。

ヒータアッセンブリ５００は回転筒２７９、サセプタ２１７およびウエハ２００に完全に包囲されているので、放射率測定用プローブ２６０による読み取りに影響を与え得るヒータアッセンブリ５００から処理室２０１への光の漏れはない。

仕切弁であるゲートバルブ２４４を開放し、チャンバ本体２２７に設けられたウエハ搬入搬出口２４７を通ってウエハ（基板）２００を処理室２０１内に搬入し、ウエハ２００をサセプタ２１７上に配置後、サセプタ回転機構（回転手段）２６７は処理中に回転筒２７９とサセプタ２１７を回転させる。ウエハ２００の放射率の測定時には、プローブ２６０はウエハ２００の真上のリファレンスランプ２６５に向くように回転し、リファレンスランプ２６５が点灯する。そして、プローブ２６０はリファレンスランプ２６５からの入射光子密度を測定する。リファレンスランプ２６５が点灯している間、プローブ２６０は第１ポジションから第２ポジションへと回転し、回転している間にリファレンスランプ２６５真下のウエハ２００に向く。このポジションにおいて、プローブ２６０はウエハ２００のデバイス面（ウエハ２００の表面）の反射光子密度を測定する。続いてリファレンスランプ２６５が消灯される。ウエハ２００に直接向いている間、プローブ２６０は、加熱されたウエハ２００からの放射光子を測定する。プランクの法則によれば、特定の表面に放出されたエネルギーは表面温度の四乗に関係する。その比例定数はシュテファン・ボルツマン定数と表面放射率との積から成る。従って、非接触法における表面温度の決定時には、表面放射率を使用するのが好ましい。以下の式を用いてウエハ２００のデバイス面の全半球反射率を計算し、引き続きキルヒホッフの法則により放射率が得られる。
（１）ウエハ反射率＝反射光強度／入射光強度
（２）放射率＝（１−ウエハ反射率）

一旦ウエハの放射率が得られると、プランクの式からウエハ温度が得られる。この技法は、ウエハが高温で、且つこのような適用において上記計算の実行前に基本熱放射が減算される場合にも用いられる。プローブ２６０は、第２ポジション即ちウエハに向けられるポジションに留まって、リファレンスランプ２６５の点灯時には常に放射率データを提供し続けることが好ましい。

ウエハ２００は回転しているので、プローブ２６０は、その回転中にウエハ２００のデバイス面から反射される光子密度を測定し、基板にリトグラフされるであろう変化するデバイス構造の平均表面トポロジーからの反射を測定する。また放射率測定は薄膜蒸着過程を含む処理サイクルにわたって行われるので、放射率の瞬時の変化がモニターされ、温度補正が動的且つ連続的に行われる。

処理炉２０２は更に温度検出手段である複数の温度測定用プローブ２６１を含む。これらのプローブ２６１はチャンバ蓋２２６に固定され、すべての処理条件においてウエハ２００びデバイス面から放射される光子密度を常に測定する。プローブ２６１によって測定された光子密度に基づき温度検出部３０３にてウエハ温度に算出され、主制御部３００にて設定温度と比較される。主制御部３００は比較の結果、あらゆる偏差を計算し、加熱制御部３０１を介してヒータアッセンブリ内の加熱手段である上側ランプ２０７、下側ランプ２２３の複数のゾーンへの電力供給量を制御する。好ましくは、ウエハ２００の異なる部分の温度を測定するために位置決めされた３個のプローブ２６１を含む。これによって処理サイクル中の温度の均一性が確保される。

なお、温度測定用プローブ２６１にて算出されたウエハ温度は、放射率測定用プローブ２６０にて算出されたウエハ放射率により、補正されることでより正確なウエハ温度の検出を可能としている。

ウエハ２００の処理後、ウエハ２００は、複数の突上げピン２６６によりサセプタ２１７の真中にあるサセプタとともに真中以外のサセプタから持ち上げられ、処理炉２０２内でウエハ２００を自動的にローディング及びアンローディングできるようにするために、ウエハ２００の下に空間を形成する。突上げピン２６６は駆動制御部の制御のもと、昇降機構２７５によって上下する。

なお、一例まで、本実施の形態の処理炉２０２にて処理される処理条件は、酸化シリコン膜の成膜において、ウエハ温度１０００℃、Ｏ_２ガスの供給量５ＳＬＭ、処理圧力は１０００Ｐａである。

明細書、特許請求の範囲、図面および要約書を含む２００３年８月１５日提出の日本国特許出願２００３−２９３９０５号の開示内容全体は、そのまま引用してここに組み込まれる。

種々の典型的な実施の形態を示しかつ説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。従って、本発明の範囲は、次の請求の範囲によってのみ限定されるものである。

以上説明したように、本発明の好ましい形態によれば、熱ストレス対する強度不足による破損と熱容量の増大による温度制御悪化とランプ光の透過による温度誤検知を抑制し量産に耐えうるサセプタが提供され、その結果、本発明は、このサセプタを備えた基板処理装置であって半導体ウエハを処理する基板処理装置およびそれを使用するデバイスの製造方法に特に好適に利用できる。

Claims (13)

1. 基板を処理する空間を形成する処理チャンバと、
   前記基板を載置する基板載置部材と、
   前記基板を加熱する加熱部材とを有し、
   前記基板載置部材の少なくとも一部の内部に、前記加熱部材からの放射光を透過させない部材を設けたことを特徴とする基板処理装置。
2. 前記放射光を透過させない部材が、前記基板の外側部分に対応する部分に設けられていることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
3. 前記基板載置部材は、石英製サセプタとその内部に設けられる内部サセプタとを備え、該内部サセプタが、前記加熱部材からの放射光を透過させない部材であって、前記基板の外側部分に対応する部分に設けられていることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
4. 前記石英製サセプタが凹部を有する石英部材と石英プレートとを備え、該凹部内に前記内部サセプタを挿入した状態で該凹部を該石英プレートにて封止し、該凹部内が真空状態とされていることを特徴とする請求項３記載の基板処理装置。
5. 前記内部サセプタが、前記石英製サセプタとの間で所定のクリアランスをもって前記石英製サセプタの内部に設けられていることを特徴とする請求項３記載の基板処理装置。
6. 前記内部サセプタが、Ｓｉから成るプレートであることを特徴とする請求項３記載の基板処理装置。
7. 前記Ｓｉプレートが、複数の副プレートから構成されていることを特徴とする請求項６記載の基板処理装置。
8. 前記複数の副プレートのうちの一つの副プレートの一部分が、前記複数の副プレートのうちの少なくとも他の一つの副プレートの一部分と重ね合った状態で前記石英製サセプタの内部に設けられていることを特徴とする請求項７記載の基板処理装置。
9. 前記内部サセプタが、石英にＮｂが溶融されたＮｂ石英から成るプレートであることを特徴とする請求項３記載の基板処理装置。
10. 前記石英製サセプタが、不透明石英から成ることを特徴とする請求項３記載の基板処理装置。
11. 前記内部サセプタの一部が、前記基板の主面に垂直な方向から見て、前記基板の外周部分に重なるように、前記石英製サセプタの内部に設けられていることを特徴とする請求項３記載の基板処理装置。
12. 基板のデバイス面の温度を測定する少なくとも１つの放射温度計を更に備え、
    前記少なくとも１つの放射温度計は、前記基板載置部材に前記基板を載置した際に、前記基板のデバイス面と面するように設けられ、前記加熱部材は、前記基板載置部材に前記基板を載置した際の前記基板に対して前記少なくとも１つの放射温度計と反対側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
13. 請求項１記載の基板処理装置を使用して基板を処理する工程を備える半導体デバイスの製造方法であって、
    前記基板を前記加熱部材により加熱する工程と、
    所望のガスを前記処理チャンバに供給する工程と、
    前記基板のデバイス面の温度を測定する工程と、
    前記基板の温度測定結果に基づき、前記加熱部材を制御する工程と、を備えることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。

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