KR20100113494A - Placing table apparatus, processing apparatus and temperature control method - Google Patents
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Abstract
상면에 피처리체(W)를 배치하기 위한 배치대(26)와, 배치대(26)에 동심형으로 구획된 복수의 가열존마다 설치된 복수의 가열 히터부를 갖는 가열 기구(30)와, 배치대(26)의 중심부에 접속되고, 기립한 상태로 상기 배치대를 수평으로 지지하는 다리부(28)와, 복수의 가열존 안의 최내측 둘레의 가열존에 대응시켜 설치된 온도 측정부(38)와, 온도 측정부(38)의 측정값에 기초하여 최내측 둘레의 가열 히터부의 온도를 피드백 제어하여, 가열존 간의 온도차가 배치대(26)가 파손되지 않는 범위가 되도록 결정된, 최내측 둘레의 가열 히터부에 대한 안전 공급 전력비로, 다른 가열 히터부에의 공급 전력을 제어하는 전원 제어부(42)를 구비한다.Placement table 26 for arranging to-be-processed object W on an upper surface, Heating mechanism 30 which has a some heating heater part provided for each heating zone partitioned concentrically to the placing table 26, Placement table A leg portion 28 connected to the central portion of the center 26 and supporting the mounting table horizontally in an upright position, and a temperature measuring portion 38 provided in correspondence with the heating zones of the innermost circumferences in the plurality of heating zones; Based on the measured value of the temperature measuring part 38, the feedback control of the temperature of the heating heater part of the innermost periphery is carried out, and the heating of the innermost perimeter determined so that the temperature difference between heating zones may become a range which does not damage the mounting table 26. The power supply control part 42 which controls supply power to another heating heater part with a safe supply electric power ratio with respect to a heater part is provided.
Description
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 피처리체에 대해서 성막(成膜) 처리 등의 열처리를 하기 위한 처리 장치, 이것에 이용되는 배치대 장치 및 온도 제어 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로, 반도체 집적 회로를 제조하기 위해서는, 반도체 웨이퍼 등의 피처리체에 대하여, 성막 처리, 에칭 처리, 열확산 처리, 개질 처리 등의 여러 가지 처리를 반복하여 행한다.Generally, in order to manufacture a semiconductor integrated circuit, various processes, such as a film-forming process, an etching process, a thermal-diffusion process, and a modification process, are performed repeatedly with respect to to-be-processed objects, such as a semiconductor wafer.
예컨대 반도체 웨이퍼에 대하여 1장마다 열처리를 실시하는 매엽식(枚葉式)의 처리 장치를 예로 들어 설명하면, 진공 상태가 가능하게 이루어진 처리 용기 안에, 예컨대 몰리브덴선으로 이루어지는 저항 가열 히터를 내장한 배치대를 용기 바닥부로부터 기립된 다리부 상단에 부착하여 설치하고, 이 배치대 위에 반도체 웨이퍼를 배치한다. 그리고, 이와 같이 반도체 웨이퍼를 배치대 위에 배치한 상태로, 처리 용기 안에 미리 정해진 처리 가스를 흘리면서 그 안을 미리 정해진 감압 분위기로 유지하고, 이와 동시에 저항 가열 히터를 구동하여 반도체 웨이퍼를 미리 정해진 온도로 가열 유지하고, 성막 처리 등의 미리 정해진 처리를 실시한다.For example, a single wafer type processing apparatus which heat-treats a semiconductor wafer for one sheet will be described as an example. The arrangement in which a resistance heating heater made of, for example, molybdenum wire is incorporated in a processing container capable of vacuum state The stand is attached to the upper end of the leg standing up from the bottom of the container, and the semiconductor wafer is placed on the mounting table. Then, while the semiconductor wafer is placed on the mounting table in this manner, while the predetermined processing gas flows into the processing container, the inside of the semiconductor wafer is maintained in a predetermined reduced pressure atmosphere, and at the same time, the resistance heating heater is driven to heat the semiconductor wafer to a predetermined temperature. The predetermined | prescribed process, such as a film-forming process, is performed.
상기 배치대나 이것을 지지하는 다리부는, 종래부터 일반적으로 알루미늄 합금이 주로 이용되어 왔지만, 주지와 같이, 반도체 웨이퍼는 각종 금속 오염에 매우 약하기 때문에, 상기 알루미늄 합금보다 금속 오염의 정도가 적고, 또한 내열성도 우수한, 예컨대 AlN과 같은 세라믹재를 배치대나 다리부로서 이용하는 것이 제안되어 있다(예컨대 일본 실용 공개 평3-128668호 공보, 일본 특허 공개 평6-252055호 공보).In general, aluminum alloys have been generally used mainly for the mounting table and the legs, but as is well known, since semiconductor wafers are very weak to various metal contaminations, the degree of metal contamination is less than that of the aluminum alloys. It is proposed to use an excellent ceramic material such as AlN as a mounting table or a leg portion (for example, JP-A-128668 and JP-A-6-252055).
이들 특허문헌에서는, 배치대의 이면 중앙부에 하나의 중공형(中空形)의 다리부를 접속하고, 그 중공형의 다리부 안에 저항 가열 히터에 대한 급전선 등의 필요한 배선류를 수용하도록 되어 있다. 그리고 상기 배치대 중심부의 하면측에, 열전대를 설치하고, 배치대의 저항 가열 히터를 동심형으로, 복수, 예컨대 2개로 분할하는 것에 의해 서로 독립 제어가 가능한 동심형의 2개의 가열존을 설치하며, 배치대 중심부에 설치한 상기 열전대의 측정값에 기초하여, 상기 각 가열존의 온도를 개별로 제어하도록 되어 있다.In these patent documents, one hollow leg part is connected to the center of the back surface of a mounting table, and necessary wirings, such as a feeder for a resistance heating heater, are accommodated in the hollow leg part. Then, a thermocouple is provided on the lower surface side of the center of the mounting table, and two heating zones of concentric type that can be independently controlled from each other are provided by dividing the resistance heating heater of the mounting table into a plurality of, for example, two, The temperature of each said heating zone is controlled individually based on the measured value of the said thermocouple provided in the center of a mounting table.
구체적으로는, 예컨대 성막 처리를 예로 들면, 반도체 웨이퍼를 가열하는 프로세스 온도에 의해, 막 두께의 면내 균일성이 가장 양호해지는 온도 분포가 상이하기 때문에, 제품 웨이퍼를 처리하기 전에, 프로세스 온도에 의존한 최적의 온도 분포가 되는 각 히터 사이의 전류비 또는 전압비를 미리 구해두고, 그리고 실제 제품 웨이퍼를 처리할 때에는, 최내측 둘레의 가열존의 온도에 관해서는, 상기 열전대에서의 측정값에 기초하여 피드백을 제어하고, 그 이외의 외측 가열존의 온도에 관해서는, 프로세스 온도에 대응시켜 미리 구해 둔 최내측 둘레 가열존의 히터에 대한 전류비 또는 전압비에 기초하여 전력을 공급하는 것에 의해, 소위 오픈 루프 제어하도록 되어 있다.Specifically, for example, in the case of forming a film, for example, the temperature distribution at which the in-plane uniformity of the film thickness is best varies depending on the process temperature for heating the semiconductor wafer. Obtaining the current ratio or the voltage ratio between the heaters which becomes the optimum temperature distribution in advance, and when processing the actual product wafer, the feedback is given based on the measured value in the thermocouple regarding the temperature of the heating zone around the innermost circumference. Control the temperature of the other outer heating zone, and supplying electric power based on a current ratio or a voltage ratio with respect to the heater of the innermost circumferential heating zone previously found corresponding to the process temperature, so-called open loop. It is supposed to be controlled.
그런데, 전술과 같이 배치대나, 이것을 지지하는 다리부는, 예컨대 AlN(질화알루미늄) 등의 세라믹재로 이루어지지만, 이 세라믹재는 취성 재료이고, 배치대에서의 내외주 간의 온도 분포에 기인하여 발생하는 열응력에 의해, 이 배치대가 용이하게 파손되는 경우가 있다. 특히, 프로세스 온도에 의존한 전류비나 전압비로 배치대의 내외주의 가열존(히터)의 온도를 제어하는 방법에서는, 세라믹제의 배치대 등이 파손되기 쉬워지는 문제가 있다. By the way, although the mounting table and the leg part which support this are made of ceramic materials, such as AlN (aluminum nitride) as mentioned above, this ceramic material is a brittle material, and the heat | fever which arises due to the temperature distribution between the inner and outer peripheries in a mounting table is mentioned. This mounting table may be easily damaged by stress. In particular, in the method of controlling the temperature of the heating zone (heater) of the inner and outer circumference of the mounting table by the current ratio and the voltage ratio depending on the process temperature, there is a problem that the mounting table made of ceramics is easily damaged.
본 발명의 목적은, 피처리체를 배치대 위에 배치하여 가열할 때에, 열응력에 의해 잘 파손되지 않는 배치대 장치 및 그와 같은 배치대 장치를 탑재한 처리 장치를 제공하는 것에 있다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a mounting table apparatus that is hardly damaged by thermal stress when the object to be processed is disposed on the mounting table and to be heated, and a processing device equipped with such a mounting table device.
본 발명의 다른 목적은, 피처리체를 배치대 위에 배치하고 가열할 때에, 배치대가 열응력에 의해 잘 파손되지 않는 온도 제어 방법을 제공하는 것에 있다. Another object of the present invention is to provide a temperature control method in which the mounting table is not easily damaged by thermal stress when the object to be processed is placed on the mounting table and heated.
본 발명의 또 다른 목적은, 그와 같은 온도 제어 방법을 실행하기 위한 프로그램을 기억한 기억 매체를 제공하는 것에 있다.Another object of the present invention is to provide a storage medium storing a program for executing such a temperature control method.
본 발명자 등은, 세라믹재로 이루어지는 배치대의 파손에 대해서 예의 연구한 결과, 전류비나 전압비에 의한 온도 제어와 비교하여, 전력비에 의한 온도 제어의 경우에는, 파손의 원인이 되는 내외주 간의 온도차를 비교적 작게 억제할 수 있는 것을 지견하여, 본 발명에 이르렀다.As a result of intensive studies on the breakage of the placement table made of ceramic material, the inventors have compared the temperature difference between the inner and outer circumferences that cause the breakage in the case of the temperature control by the power ratio, as compared with the temperature control by the current ratio or the voltage ratio. The present invention has been accomplished by finding that it can be suppressed small.
즉, 본 발명의 제1 관점에 의하면, 피처리체를 배치하기 위한 배치대와, 상기 배치대에 동심형으로 구획된 복수의 가열존마다 설치된 복수의 가열 히터부를 포함하는 가열 기구와, 상기 배치대의 중심부에 접속되고, 상기 배치대를 수평으로 지지하는 다리부와, 상기 복수의 가열존 안의 최내측 둘레의 가열존에 대응시켜 설치된 온도 측정부와, 상기 온도 측정부의 측정값에 기초하여 상기 최내측 둘레의 가열 히터부의 온도를 피드백 제어하며, 상기 가열존 간의 온도차가 상기 배치대가 파손되지 않는 범위가 되도록 결정된, 상기 최내측 둘레의 가열 히터부에 대한 안전 공급 전력비로, 상기 다른 가열 히터부에의 공급 전력을 제어하는 전원 제어부를 포함한 배치대 장치가 제공된다.That is, according to the first aspect of the present invention, there is provided a heating mechanism including a mounting table for arranging a target object, a plurality of heating heaters provided for each of the plurality of heating zones concentrically partitioned on the mounting table, and the mounting table. The innermost side based on the leg part which is connected to the center part, and horizontally supports the said mounting table, the temperature measuring part provided corresponding to the heating zone of the innermost periphery in the said some heating zone, and the measured value of the said temperature measuring part. Feedback-controlling the temperature of the circumferential heating heater part, and having a safety supply power ratio to the heating heater part of the innermost circumference, determined so that the temperature difference between the heating zones is such that the placement table is not damaged. There is provided a pedestal device comprising a power supply control unit for controlling supply power.
이와 같이, 피처리체를 배치하는 배치대의 온도를 제어함에 있어서, 온도 측정부의 측정값에 기초하여 상기 최내측 둘레의 가열 히터부의 온도를 피드백 제어하고, 배치대의 각 가열존(히터)의 온도차가 배치대가 파손되지 않는 범위가 되도록 결정된, 최내측 둘레의 가열 히터부에 대한 전력비(안전 공급 전력비)로 다른 가열 히터부에의 공급 전력을 제어함으로써, 배치대의 내외주 간에 발생하는 온도차를 억제하여, 배치대가 응력에 의해 파손되는 것을 방지할 수 있다.Thus, in controlling the temperature of the mounting table which arrange | positions a to-be-processed object, it feedback-controls the temperature of the said heating heater part of the innermost periphery based on the measured value of a temperature measuring part, and arrange | positions the temperature difference of each heating zone (heater) of a mounting table. By controlling the power supply to the other heating heater part with the power ratio (safety supply power ratio) with respect to the heating heater part of the innermost periphery determined so that it might become the range which does not damage a stand | base, the temperature difference which arises between the inner and outer peripheries of a mounting table is suppressed, and arrangement | positioning It is possible to prevent the stand from being damaged by the stress.
이 경우, 상기 안전 공급 전력비는, 상기 배치대의 최내측 둘레의 가열존의 온도가 가장 낮아지도록 설정할 수 있고, 구체적으로는, 상기 안전 공급 전력비는, 상기 배치대가, 직경 300 ㎜의 피처리체에 대응하는 것일 때에는, 상기 최내측 둘레와 최외측 둘레의 가열존 간의 온도차가 33℃ 이내가 되는 전력비로 설정할 수 있다.In this case, the said safety supply power ratio can be set so that the temperature of the heating zone around the innermost periphery of the said mounting table may become lowest, and specifically, the said safety supply power ratio corresponds to the to-be-processed object of 300 mm in diameter. When doing so, it can set to the electric power ratio in which the temperature difference between the said innermost periphery and the heating zone of an outermost periphery becomes 33 degrees C or less.
또한, 상기 배치대의 승온시 및 강온시에서는, 상기 전원 제어부는, 상기 배치대의 승온시 및 강온시에서, 최내측 둘레의 가열존의 온도가 최외측 둘레의 가열존의 온도보다 미리 정해진 온도차 이상 낮아지지 않도록 제어하는 것이 바람직하다.Moreover, at the time of the temperature increase and the temperature of the said mounting base, the said power control part has the temperature of the heating zone of the innermost periphery lower than the temperature of the heating zone of the outermost perimeter at the time of the temperature increase and the temperature of the said mounting base. It is desirable to control so as not to lose.
또한, 상기 전원 제어부는, 상기 배치대의 승온시에는 최외측 둘레보다 최내측 둘레의 가열존의 온도가 높은 상태로 승온하고, 설정 온도에 도달했으면 상기 각 가열 히터부에의 공급 전력을 상기 안전 공급 전력비에 순차 근접하도록 제어하는 것이 바람직하다. 또한 상기 온도 측정부로서는, 전형적으로는 열전대를 갖는 것을 이용할 수 있다. In addition, the said power supply control part heats up the temperature of the heating zone of the innermost periphery rather than the outermost periphery at the time of the temperature increase of the said mounting table, and, if it reaches | attains the set temperature, supplies the power supply to each said heating heater part to the said safety supply. It is desirable to control to sequentially approach the power ratio. Moreover, as said temperature measuring part, what has a thermocouple typically can be used.
또한, 상기 배치대 및 상기 다리부 중 하나 이상으로서, 세라믹재로 이루어지는 것을 이용할 수 있다.Moreover, as at least one of the said mounting table and the said leg part, what consists of a ceramic material can be used.
본 발명의 제2 관점에 의하면, 피처리체에 대하여 미리 정해진 열처리를 실시하는 처리 장치로서, 내부 분위기를 배기할 수 있게 이루어진 처리 용기와, 상기 처리 용기 안에 필요한 가스를 공급하는 가스 공급 기구와, 피처리체를 배치하는 배치대 장치를 포함하고, 상기 배치대 장치는, 피처리체를 배치하기 위한 배치대와, 상기 배치대에 동심형으로 구획된 복수의 가열존마다 설치된 복수의 가열 히터부를 포함하는 가열 기구와, 상기 배치대의 중심부에 접속되며, 상기 배치대를 수평으로 지지하는 다리부와, 상기 복수의 가열존 안의 최내측 둘레의 가열존에 대응시켜 설치된 온도 측정부와, 상기 온도 측정부의 측정값에 기초하여 상기 최내측 둘레의 가열 히터부의 온도를 피드백 제어하고, 상기 가열존 간의 온도차가 상기 배치대가 파손되지 않는 범위가 되도록 결정된, 상기 최내측 둘레의 가열 히터부에 대한 안전 공급 전력비로, 상기 다른 가열 히터부에의 공급 전력을 제어하는 전원 제어부를 포함하는 처리 장치가 제공된다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a processing apparatus for performing a predetermined heat treatment on a target object, comprising: a processing container configured to exhaust an internal atmosphere; a gas supply mechanism for supplying a gas required in the processing container; And a mounting table device for arranging the ribs, wherein the mounting table device includes a mounting table for placing the object to be processed and a plurality of heating heaters provided for each of the plurality of heating zones concentrically partitioned on the mounting table. A measurement unit connected to a mechanism, a central portion of the mounting table, the leg portion supporting the mounting table horizontally, a temperature measuring section provided in correspondence with the heating zones of the innermost periphery in the plurality of heating zones, and the measured value of the temperature measuring section. Based on the feedback control of the temperature of the heating heater portion of the innermost circumference, the temperature difference between the heating zones does not damage the mounting table There is provided a processing apparatus including a power supply control section for controlling supply power to the other heating heater section at a safe supply power ratio to the heating heater section around the innermost circumference, determined to be in the range.
본 발명의 제3 관점에 의하면, 내부 분위기를 배기할 수 있게 이루어진 처리 용기 안에 설치된 배치대 위에 피처리체를 배치하고, 상기 배치대에, 동심형으로 구획 형성된 복수의 가열존마다 설치된 복수의 가열 히터부를 포함하는 가열 기구를 제어하여 상기 피처리체의 온도를 제어하는 방법으로서, 상기 복수의 가열존 안의 최내측 둘레의 가열존의 온도를 측정하는 것과, 상기 측정된 온도에 기초하여 상기 최내측 둘레의 가열 히터부를 피드백 제어하여 설정 온도가 되도록 제어하는 것과, 상기 가열존 간의 온도차가 상기 배치대가 파손되지 않는 범위가 되도록 결정된, 상기 최내측 둘레의 가열 히터부에 대한 안전 공급 전력비로, 상기 다른 가열 히터부에의 공급 전력을 제어하는 것을 포함하는 온도 제어 방법이 제공된다.According to a third aspect of the present invention, a plurality of heating heaters are disposed on a mounting table provided in a processing container capable of evacuating an internal atmosphere, and are provided for the plurality of heating zones concentrically partitioned on the mounting table. A method of controlling the temperature of the object to be processed by controlling a heating mechanism including a portion, the method comprising: measuring a temperature of a heating zone of the innermost circumference in the plurality of heating zones, and based on the measured temperature, The other heating heater with a safety supply power ratio to the heating heater part of the innermost circumference determined such that the heating heater part is controlled by feedback control to be a set temperature and the temperature difference between the heating zones is within a range such that the placement table is not damaged. A temperature control method is provided that includes controlling the power supply to the unit.
상기 제3 관점에서, 상기 배치대의 승온시에서, 최내측 둘레의 가열존의 온도가 최외측 둘레의 가열존의 온도보다 미리 정해진 온도차 이상 낮아지지 않는 상태로 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 배치대의 강온시에, 최내측 둘레의 가열존의 온도가 최외측 둘레의 가열존 온도보다 미리 정해진 온도차 이상 낮아지지 않는 상태로 유지하는 것이 바람직하다.From the said 3rd viewpoint, at the time of temperature rising of the said mounting table, it is preferable to keep the temperature of the heating zone of the innermost periphery not to become lower than the temperature of the heating zone of the outermost perimeter more than predetermined temperature. Moreover, it is preferable to keep the temperature of the heating zone of the innermost periphery not lower than the predetermined temperature difference more than the heating zone temperature of the outermost periphery at the time of the temperature drop of the said mounting table.
본 발명의 제4 관점에 의하면, 내부 분위기를 배기할 수 있게 이루어진 처리 용기 안에 설치한 배치대 위에 피처리체를 배치하고, 상기 배치대에, 동심형으로 구획 형성된 복수의 가열존마다 설치된 복수의 가열 히터부를 포함하는 가열 기구를 제어하여, 상기 피처리체의 온도를 제어하여, 피처리체에 대하여 미리 정해진 처리를 실시하는 것에 있어서, 상기 복수의 가열존 안의 최내측 둘레의 가열존의 온도를 측정하는 것과, 상기 측정된 온도에 기초하여 상기 최내측 둘레의 가열 히터부를 피드백 제어하여 설정 온도가 되도록 제어하는 것과, 상기 가열존 간의 온도차가 상기 배치대가 파손되지 않는 범위가 되도록 결정된, 상기 최내측 둘레의 가열 히터부에 대한 안전 공급 전력비로, 상기 다른 가열 히터부에의 공급 전력을 제어하는 것을 포함하는 온도 제어 방법을 행하도록, 컴퓨터에 처리 장치를 제어시키는 프로그램이 기억된 기억 매체가 제공된다.According to the fourth aspect of the present invention, a plurality of heatings are provided for each of a plurality of heating zones arranged concentrically on the mounting table and arranged on the mounting table provided in the processing container configured to exhaust the internal atmosphere. In controlling a heating mechanism including a heater unit, controlling the temperature of the object to be processed, and performing a predetermined treatment on the object to be processed, the temperature of the heating zone around the innermost circumference in the plurality of heating zones And controlling the heating heater of the innermost circumference based on the measured temperature to control the heating heater to be a set temperature, and determining that the temperature difference between the heating zones is such that the placement table is not damaged. Controlling the supply power to the other heating heater with a safe supply power ratio to the heater; A storage medium is provided which stores a program for controlling a processing device in a computer so as to perform the temperature control method.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 처리 장치를 도시하는 개략 단면도이다.
도 2는 도 1의 처리 장치가 구비하는 배치대 장치의 배치대에 설치된 가열 기구를 도시하는 평면도이다.
도 3은 반도체 웨이퍼의 직경 방향에서의 처리 가스 농도와 온도 분포의 관계를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 4는 공급 전력비와 막 두께 변동의 관계의 일례를 도시하는 그래프이다.
도 5는 미리 정해진 전력 공급비에 의해 외측 존 히터에 대한 전력을 제어하여 실제로 성막 처리를 했을 때의 배치대의 파손 유무의 결과를 도시하는 도면이다.
도 6은 프로세스 온도에 의존하여 허용되는 공급 전력비의 범위를 도시하는 도면이다.
도 7a는 종래의 전압비를 제어했을 때의 히터 온도 및 조작량의 변화를 도시하는 그래프이다.
도 7b는 본 발명의 전력비를 제어했을 때의 히터 온도 및 조작량의 변화를 도시하는 그래프이다.
도 8은 배치대의 승온시에서의 히터의 온도 변화와 공급 전력비의 변화 상태의 일례를 설명하기 위한 그래프이다. 1 is a schematic cross-sectional view showing a processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
It is a top view which shows the heating mechanism provided in the mounting table of the mounting apparatus of the processing apparatus of FIG.
It is a figure which shows typically the relationship of the process gas concentration and temperature distribution in the radial direction of a semiconductor wafer.
4 is a graph showing an example of the relationship between supply power ratio and film thickness variation.
FIG. 5 is a diagram showing the result of the presence or absence of damage to the mounting table when the power to the outer zone heater is controlled by a predetermined power supply ratio to actually perform the film formation process.
6 is a diagram illustrating a range of allowable power supply ratios depending on process temperatures.
7A is a graph showing changes in heater temperature and operation amount when the conventional voltage ratio is controlled.
7B is a graph showing changes in heater temperature and operation amount when the power ratio of the present invention is controlled.
It is a graph for demonstrating an example of the change state of the temperature of a heater and supply power ratio at the time of temperature rising of a mounting table.
이하에, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, embodiment of this invention is described with reference to an accompanying drawing.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 처리 장치를 도시하는 개략 단면도, 도 2는 처리 장치가 구비하는 배치대 장치의 배치대에 설치된 가열 기구를 도시하는 평면도이다. 또한 여기서는, 피처리체인 반도체 웨이퍼에 대하여 CVD에 의해 성막 처리를 하는 경우를 예로 들어 설명한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The schematic sectional drawing which shows the processing apparatus which concerns on one Embodiment of this invention, and FIG. 2 is a top view which shows the heating mechanism provided in the mounting table of the mounting apparatus of the processing apparatus. Here, the case where the film-forming process is performed by CVD with respect to the semiconductor wafer which is a to-be-processed object is demonstrated as an example.
도시하는 바와 같이, 이 처리 장치(2)는, 예컨대 니켈, 니켈 합금, 또는 알루미늄 합금에 의해 원통체형으로 성형된 처리 용기(4)를 갖고 있다. 이 처리 용기(4)의 천정부에는, 가스 공급 기구로서 하면에 다수의 가스 분출 구멍(6A, 6B)을 갖는 샤워 헤드부(6)가 설치되어 있고, 이것에 의해 처리 가스로서, 예컨대 성막 가스를 처리 용기(4) 안의 처리 공간(S)에 도입할 수 있게 되어 있다. 이 샤워 헤드부(6) 안은, 예컨대 2개의 가스 공간(8A, 8B)으로 분리 구획되며 각 가스 공간(8A, 8B)에 상기 각 가스 분출 구멍(6A, 6B)이 각각 연통되어 있고, 처리 공간(S)에서 2개의 가스를 처음으로 혼합할 수 있는, 소위 포스트믹스 타입으로 되어 있다. As shown, this
이 샤워 헤드부(6) 전체는, 예컨대 니켈, 니켈 합금, 알루미늄 합금 등에 의해 형성되어 있다. 이 샤워 헤드부(6)를 갖는 처리 용기(4)의 천정부는, 처리 용기(4)의 측벽 상단에, 예컨대 O링으로 이루어지는 시일 부재(10)를 통해 부착되어 있어, 처리 용기(4) 안의 기밀성을 유지하도록 되어 있다.The whole
그리고, 이 처리 용기(4)의 측벽에는, 피처리체인 반도체 웨이퍼(W)를 반출입하기 위한 반출입구(12)가 형성되어 있고, 이것에는 게이트 밸브(14)가 설치되어 개폐할 수 있게 이루어져 있다. 이 게이트 밸브(14)에는, 도시하지 않는 로드록 챔버 또는 트랜스퍼 챔버가 접속된다.In the sidewall of the
또한, 이 처리 용기(4)의 바닥부(16)의 중앙부측은, 하방향으로 오목한 오목형부(17)가 형성되어 있고, 그 오목형부(17)의 내부가 배기 공간(18)으로 되어 있다. 그리고, 이 배기 공간(18)을 규정하는 오목형부(17)의 하부 측벽에 배기구(20)가 형성되어 있다. 이 배기구(20)에는, 도시하지 않는 압력 제어 밸브나 진공 펌프가 도중에 개재된 진공 배기계(22)가 접속되어 있고, 이 진공 배기계(22)에 의해 처리 용기(4) 안이 진공 상태가 되며, 미리 정해진 압력으로 유지되도록 되어 있다.Moreover, the recessed
처리 용기(4) 안에는 피처리체인 반도체 웨이퍼를 배치하기 위한 배치대 장치(24)가 설치되어 있다. 이 배치대 장치(24)는, 그 상면에 웨이퍼(W)를 실제로 배치하는 배치대(26)와, 이 배치대(26)의 하면 중심부에 접속되어 아래쪽으로 연장되며 배치대(26)를 수평으로 지지하는 다리부(28)를 갖는다. 다리부(28)는, 그 하단이 배기 공간(18)을 규정하는 오목형부(17)의 바닥부(16A)에 지지되어 있다. 다리부(28)는 내부가 중공형, 즉 원통체형이고, 하단이 개방되어 있다. 배치대(26)와 다리부(28)는 모두, 예컨대 AlN 등의 세라믹재로 형성되어 있다. 또한 이들의 한쪽이 세라믹재로 형성되어 있어도 좋다.In the
배치대(26)의 상부측에는, 이것에 배치된 웨이퍼(W)를 가열하기 위한 가열 기구로서 저항 가열 히터(30)가 매설되어 있다. 이 저항 가열 히터(30)는, 예컨대 몰리브덴선으로 이루어지고, 도 2에도 도시하는 바와 같이 이 저항 가열 히터(30)는 여기서는 내측 존 히터(32A)와, 외측 존 히터(32B)로 동심형으로 2분할되어 내측 가열존과 외측 가열존의 2개의 가열존이 형성되어 있으며, 존마다 가열 온도를 제어할 수 있게 되어 있다. 그리고, 세라믹재로 이루어지는 배치대(26)와 저항 가열 히터(30)로 세라믹 히터가 구성되어 있다.On the upper side of the mounting table 26, a
또한, 이 존 수는 특별히 한정되지 않고, 3존 이상이어도 좋다.In addition, this zone number is not specifically limited, Three or more zones may be sufficient.
각 존의 히터(32A, 32B)의 접속 단자는, 배치대(26)의 중심부에 위치되고(도 1 참조), 이들 접속 단자에는 각각, 예컨대 Ni로 이루어지는 급전 막대(36A, 36B)가, 예컨대 Ni-Au 납땜에 의해 접합되어 있다. 이들 급전 막대(36A, 36B)는 아래쪽으로 연장되고, 중공형의 다리부(28) 안을 통과하여 외부로 연장되어, 전력을 공급하는 전원부(37)에 접속되어 있다.The connecting terminals of the
또한, 급전 막대(36A, 36B)는 도 1중에서는 각각 하나씩밖에 기재하지 않지만, 실제로는 각각 2개 설치된다.In addition, although only one
세라믹제의 다리부(28) 상단은, 배치대(26)의 중앙부의 하면에 기밀(氣密)하게 접합되어 있다. 또한, 이 다리부(28)의 하단부의 부착 플랜지부(28A)가 배기 공간(18)을 규정하는 오목형부(17)의 바닥부(16A)에 기밀하게 부착되어 있다. 또한, 다리부(28) 안에는, N2 가스 등의 불활성 가스가 공급되도록 되어 있다.The upper end of the
피처리체인 반도체 웨이퍼가 300 ㎜ 웨이퍼인 경우에는, 배치대(26)의 직경은 340 ㎜ 정도이고, 다리부(28)의 직경은 40 ㎜~50 ㎜ 정도이다.When the semiconductor wafer to be processed is a 300 mm wafer, the diameter of the mounting table 26 is about 340 mm, and the diameter of the
배치대(26)의 이면측(하면측)의 중앙부에는, 최내측 둘레의 가열존, 여기서는 내측 가열존(34A)에 대응시켜 온도 측정부(38)가 설치되어 있고, 내측 가열존(34A)의 온도를 측정할 수 있게 되어 있다. 이 온도 측정부(38)로서는, 예컨대 열전대를 이용할 수 있고, 이 열전대를 배치대(26)의 이면 중앙부에 융착에 의해 부착한다. 이 경우, 이 열전대로 이루어지는 온도 측정부(38)는, 다리부(28) 안에 수용된 상태가 되기 때문에, 열전대가 처리 용기(4) 안에 공급된 각종 가스에 노출되지 않아, 열전대의 부식이 방지된다.In the center part of the rear surface side (lower surface side) of the mounting table 26, the
상기 온도 측정부(38)로부터 연장되는 배선(40)은, 바닥부(16A)측을 관통하여 외측으로 인출되고, 예컨대 마이크로프로세서(컴퓨터)로 이루어지는 전원 제어부(42)에 접속되어 있다. 그리고 이 전원 제어부(42)는, 상기 온도 측정부(38)의 검출값에 기초하여, 상기 가열존의 각 히터(32A, 32B)를 제어할 수 있게 되어 있다. 이 경우, 상기 내측 가열존(34A)의 내측 존 히터(32A)는, 성막 처리의 프로세스 온도를 유지하도록 피드백 제어된다. 이것에 대하여, 외측 가열존(34B)의 외측 존 히터(32B)는, 내측 존 히터(32A)가 전류 제어, 전압 제어, 전력 제어 등 어떠한 제어 형태로 제어되어 있어도, 내측 존 히터(32A)에의 공급 전력을 기준으로 하여, 미리 정해진 안전 공급 전력비로 정해지는 전력이 공급되도록 설정되고, 오픈 루프의 제어가 이루어진다.The
예컨대 어느 프로세스 온도에서의 안전 공급 전력비가 0.8인 경우에는, 내측 존 히터(32A)에의 공급 전력의 0.8배의 전력이 외측 존 히터(32B)에 공급되도록 제어된다.For example, when the safety supply power ratio at a certain process temperature is 0.8, 0.8 times the power supplied to the
여기서 전류 제어란 설정 온도와 실제 온도의 차분에 대응하는 조작량을 전류 형태로서 출력하는 것이고, 전압 제어란 이 차분을 전압으로서 출력하는 것이며, 전력 제어란 이 차분을 전력으로서 출력하는 것이다.Here, the current control outputs an operation amount corresponding to the difference between the set temperature and the actual temperature in the form of a current, the voltage control outputs the difference as a voltage, and the power control outputs the difference as power.
상기 안전 공급 전력비는, 각 가열존 간의 온도차가 상기 배치대(26)가 파손되지 않는 범위가 되도록 결정되는 것이고, 프로세스 온도에 따라서는, 막 두께의 면내 균일성을 조금 저하시켜도 배치대(26)의 파손을 방지하도록 전력비를 설정하는 경우도 생긴다. 이 점에 대해서는 후술한다.The safety supply power ratio is determined so that the temperature difference between the heating zones is such that the mounting table 26 is not damaged, and depending on the process temperature, the mounting table 26 is reduced even if the in-plane uniformity of the film thickness is slightly reduced. It is also possible to set the power ratio to prevent breakage. This point is mentioned later.
상기 전원 제어부(42)는, 배치대 장치(24)의 동작을 제어하는 것 외에, 처리 장치(2)의 동작 전체를 제어하는 기능도 함께 갖고 있고, 전원 제어부(42)에는, 그 동작을 제어하기 위한 프로그램을 기억한 기억 매체(44)가 접속되어 있다. 이 기억 매체(44)로서는, 예컨대 플렉서블 디스크나 플래시 메모리 등을 이용할 수 있다. In addition to controlling the operation of the
한편, 상기 배치대(26)에는, 이 상하 방향으로 관통하여 복수의 핀 구멍(46)이 형성되어 있고, 각 핀 구멍(46)에는 하단이 연결링(48)에 공통으로 연결된, 예컨대 석영제의 푸시업 핀(50)이 유동 가능하게 끼워진 상태로 수용되어 있다. 그리고, 상기 연결링(48)은, 용기 바닥부에 관통하여 상하 이동할 수 있게 설치한 출몰식 로드(52)의 상단에 연결되어 있고, 이 출몰식 로드(52)의 하단은 에어 실린더(54)에 접속되어 있다. 이것에 의해, 상기 각 푸시업 핀(50)을 웨이퍼(W)의 전달시에 각 핀 구멍(46)의 상단에서 위쪽으로 출몰시키도록 되어 있다. 또한, 상기 출몰식 로드(52)의 용기 바닥부에 대한 관통부에는, 신축할 수 있게 이루어진 벨로우즈(56)가 개재되어 있어, 상기 출몰식 로드(52)가 처리 용기(4) 안의 기밀성을 유지하면서 승강할 수 있게 되어 있다.On the other hand, a plurality of pin holes 46 are formed in the mounting table 26 so as to penetrate in the vertical direction, and lower ends of the pin holes 46 are commonly connected to the connecting
다음에, 이상과 같이 구성된 처리 장치(2)를 이용하여 행해지는 성막 방법(온도 제어 방법을 포함)에 대해서 설명한다. Next, a film formation method (including a temperature control method) performed using the
우선, 푸시업 핀(50)을 상하 이동시켜, 미처리 반도체 웨이퍼(W)를, 프로세스 온도로 유지되어 있는 배치대(26) 위에 배치하여 처리 용기(4) 안을 밀폐했다면, 진공 배기계(22)에 의해, 이 처리 용기(4) 안을 미리 정해진 프로세스 압력으로 유지하고, 가스 공급 수단인 샤워 헤드부(6)로부터 미리 정해진 처리 가스(성막 가스)를 처리 용기(4) 안에 도입하며, CVD에 의해 웨이퍼(W)에 미리 정해진 박막을 형성한다. 예컨대 일례로서 서멀 CVD에 의해 TiN막을 성막하는 경우에는, 샤워 헤드부(6)의 한쪽 가스 공간(8A)에, NH3 가스를 공급하고, 다른쪽 가스 공간(8B)에 TiCl4+N2 가스를 공급하며, 이들 각 가스를 처리 공간(S) 안에서 혼합시켜 TiN막을 성막 처리한다.First, if the push-up
그런데, 이러한 성막 처리를 함에 있어서, 상기 전원 제어부(42)는 배치대(26)의 하면 중앙부에 설치한 열전대로 이루어지는 온도 측정부(38)로부터의 측정값에 기초하여, 상기 전원부(37)를 통해 존 히터(32A, 32B)에의 조작량을 제어하고 있다. 예컨대 내측 가열존(34A)의 내측 존 히터(32A)에의 공급 전압은, 이 성막 처리의 프로세스 온도를 유지하도록 피드백 제어한다(전압 제어). 이것에 대하여, 외측 가열존(34B)의 외측 존 히터(32B)는, 상기 내측 존 히터(32A)에의 공급 전력(공급 전압이 아님)을 기준으로 하여, 미리 정해진 안전 공급 전력비로 정해지는 전력이 되도록 설정되고, 오픈 루프의 제어가 이루어진다. 이것에 의해, 배치대(26)의 내외측 둘레 간에서의 온도차가 과도하게 커지는 것을 방지할 수 있어, 배치대(26)가 파손되는 것을 저지할 수 있다.By the way, in performing this film-forming process, the said power
이 때의 배치대(26)의 온도 분포는, 배치대(26) 중앙부의 온도가 가장 낮고, 주변부(에지부)에 근접함에 따라서 차츰 온도가 높아지는 온도 분포, 즉 센터 쿨의 온도 분포 상태로 되어 있다. 이 온도 분포의 상태를 도 3을 참조하여 설명한다. The temperature distribution of the mounting table 26 at this time is the temperature distribution in which the temperature of the center part of the mounting table 26 is the lowest, and gradually increases in temperature as it approaches the peripheral part (edge part), ie, the temperature distribution state of a center cool. have. The state of this temperature distribution is demonstrated with reference to FIG.
도 3은 반도체 웨이퍼의 직경 방향에서의 처리 가스 농도와 온도 분포의 관계를 모식적으로 도시하는 도면이다. 상기 처리 가스는, 일반적으로는 처리 용기의 천정부에 설치한 샤워 헤드부(6)로부터 처리 공간에 공급하고, 이것을 처리 공간에 흘려 내림으로써 배치대(26) 주변부를 향해 대략 균등하게 확산시켜 배치대(26) 아래쪽으로부터 배기하도록 되어 있다. 따라서, 샤워 헤드부(6)로부터 처리 공간에 공급하는 처리 가스의 농도는, 웨이퍼 중앙부에서 높고, 에지부로 감에 따라 차츰 저하되어 있다. 이것에 의해 웨이퍼 온도가 전체면 균일하면, 가스 농도가 높은 부분(중앙부)에서의 반응이 촉진되어 이 부분의 막 두께가, 다른 부분(에지부)보다 두꺼워져, 바람직하지 않다.It is a figure which shows typically the relationship of the process gas concentration and temperature distribution in the radial direction of a semiconductor wafer. Generally, the processing gas is supplied to the processing space from the
그래서, 도 3에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼 중앙부에서의 웨이퍼 온도를 가장 낮게 하고, 에지부로 감에 따라서 차츰 온도가 높아지는 센터 쿨의 온도 분포 상태가 되도록 설정하는 것에 의해, 중앙부에서의 반응을 억제하고, 결과적으로 막 두께의 면내 균일성이 보다 높아지도록 설정하고 있다. 이와 같이, 웨이퍼의 주변부보다 중심부의 온도를 낮게 설정하는 상태를 센터 쿨 상태라고 부른다. 또한, 반대의 온도 관계를 센터 핫 상태로 부른다.Therefore, as shown in FIG. 3, the reaction at the center portion is suppressed by setting the wafer temperature at the center portion of the wafer to be the lowest, and the temperature distribution state of the center cool at which the temperature gradually increases as it goes to the edge portion. As a result, the in-plane uniformity of the film thickness is set to be higher. Thus, the state which sets temperature of center part lower than the periphery of a wafer is called center cool state. In addition, the opposite temperature relationship is called the center hot state.
이 경우, 프로세스 온도에도 의하지만, 직경이 300 ㎜인 웨이퍼의 경우에는, 웨이퍼 중앙부와 에지부의 온도차(Δt)는, 예컨대 5℃ 정도이다.In this case, depending on the process temperature, in the case of a wafer having a diameter of 300 mm, the temperature difference Δt of the wafer center portion and the edge portion is, for example, about 5 ° C.
그런데, 전술한 바와 같은 센터 쿨의 온도 분포 상태에서는, 상기 온도차(Δt)가 과도하게 커지면, 세라믹재로 이루어지는 배치대(26)와 세라믹재로 이루어지는 다리부(28)의 접합부에 큰 응력 집중이 발생하여, 배치대(26)가 파손되어 버리는 것을 알았다. 본 발명자 등의 연구에 의하면, 센터 쿨의 온도 분포의 경우는, 상기 온도차(Δt)의 상한값은 33℃ 정도이고, 온도차(Δt)를 33℃ 이하로 설정하는 것이 파손 방지를 위해 요구된다.By the way, in the temperature distribution state of the center cool as mentioned above, when the said temperature difference (DELTA) t becomes excessively large, a big stress concentration will be in the junction part of the mounting table 26 which consists of ceramic materials, and the
전술한 바와 같이, 종래의 배치대 장치에서의 온도 제어에서는, 내측 가열 히터에 관해서는 열전대로 이루어지는 온도 측정부에서의 측정값에 기초하여 피드백 제어를 하고, 외측 가열 히터의 온도에 관해서는, 프로세스 온도에 대응시켜 막 두께의 면내 균일성이 최량이 되는 전류비, 또는 전압비를 미리 구해 두고, 내측 가열 히터를 기준으로 하여, 전류비나 전압비에 대응하는 전류나 전압을 유지하도록 외측 가열 히터를 오픈 루프 제어하도록 하고 있었다.As described above, in the temperature control in the conventional mounting table apparatus, the feedback control is performed based on the measured value in the temperature measuring section made of the thermocouple with respect to the inner heating heater, and the process of the temperature of the outer heating heater is performed. The outer current heater is open-looped so as to obtain a current ratio or a voltage ratio having the best in-plane uniformity of the film thickness in correspondence with the temperature, and to maintain the current or voltage corresponding to the current ratio or the voltage ratio based on the inner heater. Was controlling.
그러나, 이러한 종래의 제어 방법에서는, 700℃ 정도로 온도 제어되어 있는 배치대(26) 위에, 실온의 웨이퍼(W)를 배치하는 등의 열적 외란이 가해지면, 배치대의 중앙부와 에지부 간에서 큰 온도차가 발생하고, 이것에 기인하여 배치대(26)가 파손되는 등의 문제가 있었다. 이와 같이 온도차가 커지는 원인의 하나는, 몰리브덴선으로 이루어지는 히터의 전기 저항이 온도에 의존하여 변동하기 때문이라고 생각된다.However, in such a conventional control method, when a thermal disturbance such as arranging the wafer W at room temperature is applied on the mounting table 26 which is temperature controlled at about 700 ° C., a large temperature difference between the central portion and the edge portion of the mounting table is applied. Occurred, and the placement table 26 was damaged due to this. Thus, it is thought that one of the causes of the temperature difference is that the electrical resistance of the heater made of molybdenum wire fluctuates depending on the temperature.
그래서, 본 발명에서는, 전류비나 전압비 대신에, 전술한 바와 같이 전력비에 의해 외측 존 히터(32B)를 제어하도록 하고 있다. 이 경우, 단순히 막 두께의 면내 균일성을 항상 최상이 되도록 전력비를 제어하면, 경우에 따라서는 온도차(Δt)가 33℃를 초과하여 커지는 경우도 생기기 때문에, 이러한 경우에는, 막 두께의 면내 균일성을 굳이 조금 저하시켜도, 배치대(26)에 파손이 생기지 않는 전력비로 설정한다.Therefore, in the present invention, instead of the current ratio and the voltage ratio, the
이하에, 최적의 전력비, 즉 안전 공급 전력비를 구하기 위한 프로세스에 대해서 설명한다. 우선, 일반적인 처리 장치에서는, 내측 존 히터(32A)의 공급 전력에 대한 외측 존 히터(32B)에의 공급 전력의 비, 즉 공급 전력비(외측 존 히터 공급 전력/내측 존 히터 공급 전력=OUT/IN)와 웨이퍼 면내에서의 막 두께의 불균일성의 관계는, 도 4에 도시하는 바와 같은 관계가 된다. 또한, 막 두께의 불균일성이 적을 수록, 막 두께의 면내 균일성이 양호한 것을 나타낸다. 즉, 도 4에서는 공급 전력비가 "1.1"일 때의 막 두께의 불균일성이 가장 적어 막 두께의 면내 균일성이 가장 우수한 것을 도시하고 있다. 이러한 막 두께의 불균일성으로부터 본 최적의 공급 전력비는, 프로세스 온도에 따라 상이하다.In the following, a process for obtaining an optimum power ratio, that is, a safety supply power ratio, will be described. First, in the general processing apparatus, the ratio of the supply power to the
그래서, 우선 여러 가지의 프로세스 온도에 대하여, 예컨대 400℃~900℃ 정도의 범위 내의 여러 가지의 프로세스 온도에 대하여, 막 두께의 면내 균일성이 최량이 되는 공급 전력비(OUT/IN)를 미리 구해 둔다. 예컨대 프로세스 온도가 400℃, 450℃일 때에는 공급 전력비는 "0.65", 프로세스 온도가 500℃, 550℃일 때는 공급 전력비는 "0.70"…과 같이 미리 구해 둔다.Therefore, first, the supply power ratio (OUT / IN) in which the in-plane uniformity of the film thickness is the best is obtained in advance for various process temperatures, for example, for various process temperatures within the range of about 400 ° C to 900 ° C. . For example, when the process temperature is 400 ° C and 450 ° C, the supply power ratio is "0.65". When the process temperature is 500 ° C and 550 ° C, the supply power ratio is "0.70". Obtain it as follows.
실제의 프로세스시에서, 프로세스 온도에 따라 상기와 같은 공급 전력비로써 외측 존 히터(32B)에의 공급 전력을 제어하면, 최적의 센터 쿨 상태가 되고, 막 두께의 면내 균일성이 최량의 상태에서 박막을 얻을 수 있게 되지만, 이 경우, 조건에 따라서는 배치대(26)에 파손이 생기는 경우가 있다.In the actual process, if the supply power to the
그래서, 이 파손의 발생을 방지하기 위해, 상기 공급 전력비에 제한을 가하게 된다. 즉, 우선 미리 여러 가지의 프로세스 온도(660℃ 이하)로써, 상기한 전력공급비로써 외측 존 히터(32B)에 대한 전력을 제어하여 실제로 성막 처리를 하고, 그 때에 배치대(26)가 파손되는지의 여부에 대해서 검토하였다. 또한, 내측 존 히터(32A)에 대해서는 설정된 프로세스 온도를 유지하도록 피드백 제어를 하였다. 그 때의 결과를 도 5에 도시한다. 도 5에서, 횡축은 실험한 히터의 수를 나타내고 있다.Thus, in order to prevent occurrence of this breakage, a limit is placed on the power supply ratio. That is, first, the power to the
도 5로부터 명백한 바와 같이, 이 배치대에 있어서는, 공급 전력비가 대략 "1.00"을 경계로서 배치대에 균열이 발생하는 경우(도면 중, 좌측)와, 균열이 발생하지 않는 경우(도면 중, 우측)로 분리되는 것이 판명되었다. 따라서, 660℃ 이하의 프로세스 온도의 경우, 공급 전력비가 1.00 이하로 되어 있으면, 배치대(26)에 파손이 생기지 않는 것을 알 수 있다.As is apparent from FIG. 5, in this mounting table, when the supply power ratio is approximately "1.00", cracks occur in the mounting table (left side in the drawing), and when cracks do not occur (right side in the drawing) It was found to be separated by). Therefore, in the case of the process temperature of 660 degrees C or less, when a supply electric power ratio is set to 1.00 or less, it turns out that damage is not produced to the mounting table 26. FIG.
따라서, 프로세스 온도가 660℃ 이하인 경우에서, 최량의 막 두께의 면내 균일성를 얻을 수 있는 공급 전력비가 1.00 이하인 경우에는, 그 공급 전력비를 안전 공급 전력비로 한다. 한편, 최량의 막 두께의 면내 균일성을 얻을 수 있는 공급 전력비가 1.00을 초과해 있는 경우에는, "1.00"을 그 프로세스 온도의 안전 공급 전력비로 한다. 즉, 여기서는 공급 전력비가 "1.00"을 초과해 있는 경우에는, 막 두께의 면내 균일성을 조금 희생으로 하여 배치대(26)의 안전을 도모하는 것으로 하고 있다.Therefore, when process temperature is 660 degrees C or less, when supply power ratio which can obtain the in-plane uniformity of the best film thickness is 1.00 or less, let this power supply ratio be a safety supply power ratio. On the other hand, when the supply power ratio which can obtain the in-plane uniformity of the best film thickness exceeds 1.00, let "1.00" be the safe supply power ratio of the process temperature. In other words, in the case where the supply power ratio exceeds "1.00", the mounting table 26 is secured at the expense of the in-plane uniformity of the film thickness.
또한 프로세스 온도가 660℃보다 큰 경우에 대해서도 상기한 것과 유사한 검토를 하였다. 그 결과, 660℃보다 높은 프로세스 온도의 경우, 공급 전력비가 "0.82"이하로 되어 있으면, 배치대(26)에 파손이 생기지 않는 것을 알았다. 그리고 이상과 같이 하여 얻어진 프로세스 온도마다의 안전 공급 전력비는 미리 전원 제어부(42)에 기억되어 있다. 따라서, 이 공급 전력비에 따른 온도를 제어하고 있으면, 센터 쿨의 온도 분포 상태에서, 배치대(26)의 내외측 둘레 간의 온도차(Δt)를 33℃ 이내로 제어할 수 있어, 이 파손을 방지할 수 있다.Similar considerations to those described above were also made for the case where the process temperature was larger than 660 ° C. As a result, in the case of the process temperature higher than 660 degreeC, when the supply power ratio was set to "0.82" or less, it turned out that the damage to the mounting table 26 does not occur. And the safety supply power ratio for every process temperature obtained by the above is memorize | stored in the power
상기와 같이 하여 구한 공급 전력비의 결과를, 도 6에 도시한다. 도 6은 프로세스 온도에 의존하여 허용되는 공급 전력비의 범위를 도시하는 그래프이고, 참고를 위해 종래의 공급 전압비에 의한 제어인 경우의 제어 범위도 함께 도시하고 있다. 이 도면 중, 우측으로 갈수록, 센터 쿨의 상태가 커져 있고, 좌측으로 갈수록, 센터 핫 상태가 되어 있다. 전술한 바와 같이, 프로세스 온도가 660℃ 이하인 경우에는, 공급 전력비는 0.38~1.00의 범위에서 허용되고, 프로세스 온도가 660℃보다 큰 경우에는, 공급 전력비는 0.38~0.82의 범위에서 허용되어 있다. 또한, 실험 결과, 웨이퍼 에지부보다 중앙부의 온도가 높은 센터 핫의 경우에는, 그 온도차가 70℃ 정도가 될 때까지, 배치대(26)에 파손은 생기지 않았다.The result of the supply power ratio calculated | required in the above is shown in FIG. 6 is a graph showing the range of the allowable power supply ratio depending on the process temperature, and also shows the control range in the case of control by the conventional supply voltage ratio for reference. In this figure, the state of the center cool becomes larger toward the right side, and the center hot state becomes toward the left side. As described above, when the process temperature is 660 ° C or lower, the supply power ratio is allowed in the range of 0.38 to 1.00, and when the process temperature is larger than 660 ° C, the supply power ratio is allowed in the range of 0.38 to 0.82. Moreover, as a result of experiment, in the case of the center hot whose temperature of a center part is higher than a wafer edge part, damage did not occur in the mounting table 26 until the temperature difference became about 70 degreeC.
또한 참고로 도시한 종래의 공급 전압비에 의한 제어 범위에서는, 우측에 도시하는 영역 A1 부분에서 배치대 균열이 발생하는 경우가 있어, 바람직하지 않았다.In addition, in the control range by the conventional supply voltage ratio shown by reference, the placement table crack may generate | occur | produce in the area | region A1 shown to the right, and it was unpreferable.
다음에, 실제로 종래의 전압비 제어와 본 발명의 전력비를 제어하였다. 그 때의 히터 온도 및 조작량의 변화에 대해서 도 7a, 도 7b를 참조하여 설명한다. Next, the conventional voltage ratio control and the power ratio of the present invention were controlled. Changes in the heater temperature and the operation amount at that time will be described with reference to FIGS. 7A and 7B.
도 7a는 종래의 전압비 제어의 경우를 도시하고, 도 7b는 본 발명의 전력비 제어의 경우를 도시한다. 각 그래프 모두, 좌측 종축은 히터 온도(내측 존 히터)를 나타내고, 우측 종축은 조작량을 나타낸다. 여기서, 도 7a의 경우는 조작량 100%가 200 볼트를 나타내고, 도 7b의 경우는 조작량 100%가 4000 와트를 나타낸다. 이 때의 설정 프로세스 온도는 700℃이고, 설정된 공급 전압비(도 7a의 경우) 및 공급 전력비(도 7b의 경우)는 각각 "0.95"와 "0.82"이다.FIG. 7A shows a case of conventional voltage ratio control, and FIG. 7B shows a case of power ratio control of the present invention. In each graph, the left vertical axis represents the heater temperature (inner zone heater), and the right vertical axis represents the operation amount. Here, in the case of FIG. 7A, the manipulated variable 100% represents 200 volts, and in the case of FIG. 7B, the manipulated variable 100% represents 4000 watts. The set process temperature at this time is 700 ° C, and the set supply voltage ratio (in the case of FIG. 7A) and the supply power ratio (in the case of FIG. 7B) are "0.95" and "0.82", respectively.
도시하는 바와 같이, 웨이퍼 반입으로부터의 각 히터의 조작량의 변화 및 히터 온도의 변화를 도시하고 있고, 도 7a에 도시하는 종래의 전압비 제어의 경우에는, 웨이퍼 반입 후, 온도가 안정될 때까지의 온도 변동량(H1)은 매우 큰 값으로 되어 있다. 이러한 큰 온도 변동량(H1)은 배치대(26)의 내외주 간에서 큰 온도차를 야기하는 원인이 되고, 그 결과, 배치대(26)의 파손을 발생시키는 결과가 된다. As shown, the change in the operation amount of each heater from the wafer loading and the change in the heater temperature are shown. In the case of the conventional voltage ratio control shown in Fig. 7A, the temperature until the temperature becomes stable after wafer loading. The fluctuation amount H1 is a very large value. Such a large temperature fluctuation amount H1 causes a large temperature difference between the inner and outer circumferences of the mounting table 26, and as a result, the breakage of the mounting table 26 occurs.
이것에 대하여, 도 7b에 도시하는 본 발명의 전력비 제어의 경우는, 웨이퍼 반입 후, 온도가 안정될 때까지의 온도 변동량(H2)은 꽤 작아져 있고, 도 7a의 경우와 비교하여 절반 정도로 되어 있다. 이 결과, 배치대(26)의 내외주 간에서 생기는 온도차는 그만큼 커지지 않아, 배치대(26)가 파손되는 것을 방지할 수 있게 되며, 양호한 결과를 나타내고 있는 것을 알 수 있다. On the other hand, in the case of the power ratio control of the present invention shown in FIG. 7B, the temperature fluctuation amount H2 until the temperature is stabilized after the wafer loading is quite small, and is about half as compared with the case of FIG. 7A. have. As a result, it can be seen that the temperature difference generated between the inner and outer circumferences of the mounting table 26 is not so large that it is possible to prevent the mounting table 26 from being damaged, and exhibits good results.
상기 실시예에서는, 프로세스를 실제로 행하고 있을 때의 배치대(26)의 온도 제어에 대해서 설명했지만, 실제로는 배치대(26)의 승온시 및 강온시에서도 배치대(26)에 균열이 생기지 않는 온도 제어가 필요해진다. 이 경우, 배치대(26)의 승온시 및 강온시에서는, 내측 가열존(34A)의 온도가 외측 가열존(34B)의 온도보다, 미리 정해진 온도차, 예컨대 33℃ 이상 낮아지지 않는 상태로 유지한다. 구체적으로는, 센터 핫의 상태로 승강온시키거나, 또는 센터 쿨의 상태라도 그 온도차를 33℃ 이하로 한 상태로 승강온시킨다. 또한, 센터 핫의 경우라도, 그 온도차를, 예컨대 70℃ 정도 이상으로 하면, 전술한 바와 같이 배치대(26)가 파손되기 때문에, 그 이하의 온도차로 한다.In the above embodiment, the temperature control of the mounting table 26 when the process is actually performed has been described, but in practice, the temperature at which the mounting table 26 does not cause cracks even when the mounting table 26 is raised or lowered. Control is required. In this case, at the time of raising and lowering the mounting table 26, the temperature of the
여기서 도 8을 참조하여 배치대(26)의 승온시에서의 히터의 온도 변화와 공급 전력비의 변화 상태의 일례를 설명한다. 여기서도 프로세스시의 안전 공급 전력비를 "0.82"로 설정하고 있다.Here, with reference to FIG. 8, an example of the change state of the temperature of a heater and the supply power ratio at the time of the temperature increase of the mounting table 26 is demonstrated. Here again, the safety supply power ratio at the process is set to "0.82".
우선, 아이들링 상태에서는 히터 온도는 300℃로 유지되고, 이 때의 공급 전력비는 "0.58"로 유지되어 있다. 이 경우는, 배치대의 내주 온도가 외주 온도보다 높은 센터 핫의 상태가 되도록 제어하고 있다. 그리고, 상기 공급 전력비를 유지한 채로, 즉 센터 핫의 상태를 유지한 채, 양쪽 히터에 공급하는 전력을 증가시키는 것에 의해, 예컨대 5℃/min 정도의 승온율로 히터를 가열해 간다. 그리고, 히터 온도가 프로세스 온도(설정 온도)인 700℃에 도달했다면, 상기 공급 전력비를 서서히 안전 공급 전력비인 "0.82"에 순차 근접하도록 변화시켜 간다. 이것에 의해, 배치대의 온도 분포는 센터 핫의 상태로부터 센터 쿨의 상태로 순차 이행해 가게 된다. First, in the idling state, the heater temperature is maintained at 300 ° C, and the supply power ratio at this time is maintained at "0.58". In this case, the control is performed such that the inner circumferential temperature of the mounting table is in a state of center hot higher than the outer circumferential temperature. Then, the heater is heated at a temperature increase rate of, for example, about 5 ° C / min by increasing the power supplied to both heaters while maintaining the above power supply ratio, that is, while maintaining the state of center hot. And when heater temperature reached 700 degreeC which is process temperature (setting temperature), the said supply power ratio will be gradually changed so that it may sequentially approach "0.82" which is a safe supply power ratio. As a result, the temperature distribution of the mounting table is sequentially shifted from the state of the center hot to the state of the center cool.
이와 같이 하여, 히터의 온도가 안정되었다면, 웨이퍼를 배치대에 배치하여 성막 처리를 시작한다. 또한, 히터의 강온시는, 상기한 경과를 반대로 하여 히터 온도를 제어하면 좋다.In this way, if the temperature of the heater is stabilized, the wafer is placed on the mounting table to start the film forming process. In addition, what is necessary is just to control a heater temperature by making the above process reverse, at the time of temperature fall of a heater.
이와 같이, 히터의 승강온시에도, 배치대의 내외주 간에서의 온도차를, 이것이 균열되지 않는 온도차로 설정할 수 있기 때문에, 배치대의 파손을 방지할 수 있다. In this way, even when the heater is raised and lowered, the temperature difference between the inner and outer circumferences of the mounting table can be set to a temperature difference at which it does not crack, so that damage to the mounting table can be prevented.
또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고 여러 가지로 변형할 수 있다. 예컨대 상기 설명에서 이용한 각 수치예는 단순히 일례를 나타낸 것에 지나지 않고, 배치대(26)나 저항 가열 히터(30) 등의 설계에 따라 그 수치도 변화되는 것은 물론이다.In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can variously change. For example, each numerical example used in the above description is merely an example, and the numerical value also changes depending on the design of the mounting table 26, the
또한, 상기 실시형태에서는 프로세스 처리로서 성막 처리의 경우를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않고 에칭 처리, 산화 확산 처리, 어닐링 처리, 개질 처리 등의 각종 열처리에 본 발명을 적용할 수 있고, 더 나아가서는 플라즈마 처리 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.In addition, in the said embodiment, although the case of film-forming processing was demonstrated as an example of a process process, it is not limited to this, This invention can be applied to various heat processings, such as an etching process, an oxidation-diffusion process, an annealing process, a modification process, and more. Furthermore, this invention can be applied also to a plasma processing apparatus.
또한 상기 실시예에서는, 동심원형으로 2개의 가열존을 설치한 경우를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 동심원형으로 3개 이상의 가열존을 설치한 경우에도, 본 발명을 적용할 수 있다. 이 경우에도, 센터 쿨의 온도 분포 상태에서, 최내측 둘레의 가열존과 최외측 둘레의 가열존 간의 온도차가 배치대가 균열되지 않는 온도 범위, 예컨대 33℃ 이내가 되는 온도 범위에서 안전 공급 전력비를 설정하는 것은 물론이다.In addition, in the said Example, although the case where two heating zones were installed concentrically was demonstrated as an example, it is not limited to this, The case can also apply this invention also when installing three or more heating zones concentrically. . Also in this case, in the temperature distribution state of the center cool, the safety supply power ratio is set in a temperature range in which the temperature difference between the heating zone around the innermost circumference and the heating zone around the outermost circumference is not broken, for example, within 33 ° C. Of course.
또한 피처리체로서 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고, LCD 기판, 유리 기판, 세라믹 기판 등도 이용할 수 있다.Moreover, it is not limited to a semiconductor wafer as a to-be-processed object, An LCD substrate, a glass substrate, a ceramic substrate, etc. can also be used.
Claims (12)
상기 배치대에 동심형으로 구획된 복수의 가열존마다 설치된 복수의 가열 히터부를 포함하는 가열 기구와,
상기 배치대의 중심부에 접속되고, 상기 배치대를 수평으로 지지하는 다리부와,
상기 복수의 가열존 안의 최내측 둘레의 가열존에 대응시켜 설치된 온도 측정부와,
상기 온도 측정부의 측정값에 기초하여 상기 최내측 둘레의 가열 히터부의 온도를 피드백 제어하며, 상기 가열존 간의 온도차가 상기 배치대가 파손되지 않는 범위가 되도록 결정된, 상기 최내측 둘레의 가열 히터부에 대한 안전 공급 전력비로, 다른 가열 히터부에의 공급 전력을 제어하는 전원 제어부
를 포함한 배치대 장치.A mounting table for placing the object to be processed,
A heating mechanism including a plurality of heating heaters provided for each of the plurality of heating zones concentrically partitioned on the mounting table;
A leg portion connected to the center of the mounting table and supporting the mounting table horizontally;
A temperature measuring unit provided in correspondence with the heating zones of the innermost peripheries in the plurality of heating zones;
Feedback control of the temperature of the heating heater of the innermost circumference based on the measured value of the temperature measuring part, and the temperature difference between the heating zones is determined so that the placement table is not damaged. Power supply control part which controls supply power to another heating heater part by safety supply power ratio
Placement device including.
상기 안전 공급 전력비는, 상기 배치대의 최내측 둘레의 가열존의 온도가 가장 낮아지도록 설정되어 있는 것인 배치대 장치. The method of claim 1,
The said safety supply power ratio is set so that the temperature of the heating zone of the innermost periphery of the said mounting table may become lowest.
상기 안전 공급 전력비는, 상기 배치대가 직경 300 ㎜의 피처리체에 대응하는 것일 때에는, 상기 최내측 둘레와 최외측 둘레의 가열존 간의 온도차가 33℃ 이내가 되는 전력비로 설정되어 있는 것인 배치대 장치. The method of claim 2,
The said safety supply electric power ratio is a placement table apparatus which is set to the electric power ratio which the temperature difference between the heating zone of the innermost periphery and the outermost periphery becomes less than 33 degreeC, when the said mounting table corresponds to the to-be-processed object of 300 mm in diameter. .
상기 전원 제어부는, 상기 배치대의 승온시 및 강온시에서, 최내측 둘레의 가열존의 온도가 최외측 둘레의 가열존의 온도보다 미리 정해진 온도차 이상 낮아지도록 제어하는 것인 배치대 장치. The method of claim 1,
And the power control unit controls the temperature of the heating zone of the innermost periphery to be lower than the temperature of the heating zone of the outermost periphery by a predetermined temperature difference or more at the time of the temperature increase and the temperature decrease of the placement table.
상기 전원 제어부는, 상기 배치대의 승온시에는 최외측 둘레보다 최내측 둘레의 가열존의 온도가 높은 상태로 승온하고, 설정 온도에 도달했다면 상기 각 가열 히터부에의 공급 전력을 상기 안전 공급 전력비에 순차 근접하도록 제어하는 것인 배치대 장치. The method of claim 1,
When the temperature of the placement table is elevated, the power supply controller increases the temperature of the heating zone of the innermost circumference than the outermost circumference and raises the power supplied to each of the heating heaters to the safety supply power ratio when the set temperature is reached. Placement device to control to sequentially approach.
상기 온도 측정부는 열전대를 포함하는 것인 배치대 장치. The method of claim 1,
The temperature measuring unit comprises a thermocouple.
상기 배치대 및 상기 다리부 중 하나 이상은 세라믹재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배치대 장치. The method of claim 1,
At least one of the placing table and the leg portion is made of a ceramic material.
내부 분위기를 배기할 수 있게 이루어진 처리 용기와,
상기 처리 용기 안에 필요한 가스를 공급하는 가스 공급 기구와,
피처리체를 배치하는 배치대 장치
를 포함하고,
상기 배치대 장치는,
피처리체를 배치하기 위한 배치대와,
상기 배치대에 동심형으로 구획된 복수의 가열존마다 설치된 복수의 가열 히터부를 포함하는 가열 기구와,
상기 배치대 중심부에 접속되며, 상기 배치대를 수평으로 지지하는 다리부와,
상기 복수의 가열존 안의 최내측 둘레의 가열존에 대응시켜 설치된 온도 측정부와,
상기 온도 측정부의 측정값에 기초하여 상기 최내측 둘레의 가열 히터부의 온도를 피드백 제어하고, 상기 가열존 간의 온도차가 상기 배치대가 파손되지 않는 범위가 되도록 결정된, 상기 최내측 둘레의 가열 히터부에 대한 안전 공급 전력비로, 다른 가열 히터부에의 공급 전력을 제어하는 전원 제어부
를 포함하는 것인 처리 장치.A processing apparatus for performing a predetermined heat treatment on a target object,
A processing container configured to exhaust the internal atmosphere,
A gas supply mechanism for supplying a gas required in the processing container;
Placement device for placing the workpiece
Including,
The placement table device,
A mounting table for placing the object to be processed,
A heating mechanism including a plurality of heating heaters provided for each of the plurality of heating zones concentrically partitioned on the mounting table;
A leg portion connected to the center of the placement table and supporting the placement table horizontally;
A temperature measuring unit provided in correspondence with the heating zones of the innermost peripheries in the plurality of heating zones;
The feedback control of the temperature of the heating heater part of the innermost circumference based on the measured value of the temperature measuring part, and it is determined that the temperature difference between the heating zones is a range that does not damage the placement table for the heating heater part of the innermost circumference Power supply control part which controls supply power to another heating heater part by safety supply power ratio
Processing apparatus comprising a.
상기 복수의 가열존 안의 최내측 둘레의 가열존의 온도를 측정하는 것과,
상기 측정된 온도에 기초하여 상기 최내측 둘레의 가열 히터부를 피드백 제어하여 설정 온도가 되도록 제어하는 것과,
상기 가열존 간의 온도차가 상기 배치대가 파손되지 않는 범위가 되도록 결정된, 상기 최내측 둘레의 가열 히터부에 대한 안전 공급 전력비로, 다른 가열 히터부에의 공급 전력을 제어하는 것
을 포함하는 온도 제어 방법. The object to be processed is placed on a mounting table provided in a processing container configured to exhaust the internal atmosphere, and a heating mechanism including a plurality of heating heaters provided for each of the plurality of heating zones concentrically partitioned on the mounting table controls the heating mechanism. As a method of controlling the temperature of the workpiece,
Measuring the temperature of the heating zone of the innermost periphery in the plurality of heating zones,
Controlling the heating heater unit around the innermost periphery to be a set temperature based on the measured temperature;
Controlling supply power to other heating heaters at a safety supply power ratio to the heating heater section around the innermost circumference, determined so that the temperature difference between the heating zones is such that the mounting table is not damaged.
Temperature control method comprising a.
상기 배치대의 승온시에서, 최내측 둘레의 가열존의 온도가 최외측 둘레의 가열존의 온도보다 미리 정해진 온도차 이상 낮아지는 상태로 유지하는 온도 제어 방법. 10. The method of claim 9,
And a temperature control method of maintaining the temperature of the heating zone at the innermost circumference lower than the temperature of the heating zone at the outermost circumference by a predetermined temperature difference or more at the time of the temperature increase of the placing table.
상기 배치대의 강온시에서, 최내측 둘레의 가열존의 온도가 최외측 둘레의 가열존의 온도보다 미리 정해진 온도차 이상 낮아지지 않는 상태로 유지하는 온도 제어 방법. 10. The method of claim 9,
And a temperature control method of maintaining the temperature of the heating zone of the innermost circumference not to be lower than the temperature of the heating zone of the outermost circumference by a predetermined temperature difference or more at the time of lowering of the mounting table.
상기 복수의 가열존 안의 최내측 둘레의 가열존의 온도를 측정하는 것과,
상기 측정된 온도에 기초하여 상기 최내측 둘레의 가열 히터부를 피드백 제어하여 설정 온도가 되도록 제어하는 것과,
상기 가열존 간의 온도차가 상기 배치대가 파손되지 않는 범위가 되도록 결정된, 상기 최내측 둘레의 가열 히터부에 대한 안전 공급 전력비로, 다른 가열 히터부에의 공급 전력을 제어하는 것
을 포함하는 온도 제어 방법을 행하도록, 컴퓨터에 처리 장치를 제어시키는 프로그램이 기억된 기억 매체. The object to be processed is placed on a mounting table provided in a processing container capable of evacuating an internal atmosphere, and a heating mechanism including a plurality of heating heaters provided for each of the plurality of heating zones concentrically partitioned on the mounting table is controlled. In controlling the temperature of the object to be treated and performing a predetermined treatment on the object,
Measuring the temperature of the heating zone of the innermost periphery in the plurality of heating zones,
Controlling the heating heater unit around the innermost periphery to be a set temperature based on the measured temperature;
Controlling supply power to other heating heaters at a safety supply power ratio to the heating heater section around the innermost circumference, determined so that the temperature difference between the heating zones is such that the mounting table is not damaged.
A storage medium in which a program for controlling a processing device in a computer is stored so as to perform a temperature control method comprising a.
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