TW594859B - Substrate treatment apparatus and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
4859 五、發明說明（2) 會變劣，基板面内溫度發生與距離d相關之溫度不規則 性。因此，在d 1 > d 2之情況，d 2附近之基板溫度高於d 1附 近之基板溫度。 在習知技術中，與此種基板之彎曲有關之技術，有下面 所示之習知例。 (a )日本國專利案特開平7 - 3 1 6 8 1 1號公報 當晶圓之溫度分布產生大差異時，在晶圓發生彎曲，成 為滑動等之發生原因，所以利用熱電偶測定晶圓之各個區 域之溫度’根據各個區域間之溫度差，變化分割型加熱器
之加熱狀態’用來獲得正常時，過渡狀態時（升溫時）之晶 面内溫度之均一性。 另外’此處之晶圓面内溫度差，根據處理溫度3 0 0 °C時 之不會發生彎曲之最大溫度差1 0 °C，加熱控制成為1 〇 °C £ 下。亦即利用1個之固定之面内溫度差值進行控制。
(b)日本國專利案特開平6-26042 6號公報 几在升溫中，晶圓變形，晶圓和基座之接觸面積產生變 滑動影響晶圓之最外周溫度，由於面内溫度差造W 要抑制滑動之發生日卑，西士 nn +
法。亦即，對離開^之ί有明確之測溫位置和加熱方 之多個點，進行測：徑70%以上之外周部伤 點間之溫度差在5。(：以内（^ :态進仃加熱控制，使該測 夕姑、rt丄血 内（该值是在800。(：以上未發生滑會 之值），與加熱器之發埶 木七生π鸯 之接觸面積無關的，進二度么均一性’及與晶圓和基產 進仃不會發生滑動之加熱處理。
五、發明說明（3) [發明所欲解決之問題] ，是’ ±述之習知技術會有下面所述之問題。 (1) 在習知例（a)中，利用i個之面内溫 ΐ;ΓΓ:(:Γ，目標溫度)不會發生彎曲之幻用來以 ^ ^在△ t之餘裕變大之晶圓低溫時，因$ + 要使用高溫時之Μ值(晶圓溫度為低溫時之△ 之=更有餘裕)進行嚴格之加熱控制，戶斤以需要抑制二 ，應性=犧牲升溫速度。因此，由於低溫時之制 乡史小，所以即使可以抑制其彎曲亦不能提高升溫速度方 (2) 習知例（b)亦與習知例（a)同樣的，因為利用】個 (面内溫度差）進行加熱控制，所以具有與習知 之缺點。 7 U樣 本發明之用來消除上述之習知技術之問題，其目的 供可以有效防止基板發生彎曲之基板處理方法及半壯 置之製造方法。 衣 [解決問題之手段]
第1發明是一種基板處理裝置，利用在基板面内可以進 行不一樣之加熱之加熱構件，用來對基板進行加熱，其特 徵是：依照上述基板之加熱狀態之不同，以上述基板不會' 發生彎曲之方式求得基板面内溫度偏差△t ;和具有控制 部，用來控制上述之加熱構件使被上述加熱構件加熱之上 述基板之面内溫度偏差維持在上述之At以内。因為可以 根據基板面内溫度偏差△ t控制基板之加熱，所以可以有 效的防止基板之發生彎曲。另外，因為基板面内溫度偏差
594859 五、發明說明（4) △ΐ不是固定而是可變，所以在At之餘裕變大之基板之低 溫時’不需要使用高溫時之At值進行嚴格之加熱控制。 因為控制成使低溫之△ t餘裕變大，所以可以抑制彎曲， 提高升溫速度。在上述之基板面内可以進行不一樣之加熱 之加熱構件，使用例如被分割成為多個區域之分割型加熱 器。 …、 /第2發明是一種基板處理裝置，利用在基板面内可以進 行不一樣之加熱之加熱構件，用來對基板進行加熱，其特 徵是：依照加熱時之溫度之不同，求得從上述溫度選擇之 f個溫度之每一個之，上述加熱時之溫度是基板之溫 又，或用以保持上述基板之基板保持構件之溫度，上述之 述基板不會發生彎曲之基板面内溫度偏差；和且 4用來控制上述之加熱構件，用來使被上 埶構 件加熱之上述基板之面内溫度偏差，根 ^力:、構 或基板保持構件之溫度，維持田、 土板溫度 板溫度和基板保持構件溫度且關 t以内。因為基 何-方之基板面内溫度偏；二有相门關:生，所以可以求得任 :::基板或基板保持構件之溫定之加 偏差△ t進行控制，所以、 以基板面内溫度 升溫速度。 以防止基板之彎曲和可以提高 第3發明是在第2發明之基 基板之溫度所求得之上、+、I 1 裝置中’依照加熱時之 式表示。 迷基板面内溫度偏差ZU成為以下 △ t $350 χ ΕΧΡ( — 〇· 〇〇4χ 丁） k C:\2D-OODE\9M2\9] 122483 .ptd 594859
其中之T為基板之溫度。 、/口為利用上式所不之基板面内溫度偏差△ t用來對基板 進行加熱控制，所以可以在基板之全體溫度有效的防止 板之彎曲。 第4發明是在第3發明之基板處理裝置中，使上述基板之 尺寸為12吋，上述之八七是上述基板之中心和離開基板中 = 145mm之間之面内溫度偏差。在基板尺寸為12吋之情況 ¥，假如可以求得基板中心和離開基板中心145mm之間之
面内μ度偏差日守，除了可以進行加熱構件之控制外，亦可 以使基板之加熱控制最佳化。 第5發明是在第2發明之基板處理裝置中，依照用以保持 上2基板之基板保持構件之溫度，用來求得上述之基板面 内溫度偏差At。因為不是測定基板溫度而是測定基板保 持，，溫度，用來求得基板面内溫度偏差At，所以當與 測定谷易受基板處理之影響之基板溫度之情況比較時， 因為可以使溫度測定裝置難以受到基板處理之影響，所以 可以提高控制之可靠度。
第6發明是在第5發明之基板處理裝置中，使上述之基板 保持構件之溫度是測定保持上述基板之表面相反側之基板 保持構件之背面之溫度。因為經由測定基板保持構件之背 面溫度’可以使溫度測定裝置不需要曝露到處理空間，所 以可以防止對溫度測定裝置堆積不必要之膜等，可以更進 一步的提高可靠度。 第7發明是在第1或第2發明之基板處理裝置中，使上述
594859 五、發明說明（6) "" 之加熱構件之控制是上述基板之升溫過程之控制。因 於基板處理時不能消除之在升溫過程會發生問題之基，于 内溫度不規則性所造成之基板彎曲’可以確實的消除， 以可以減少、㈣基板彎曲弓丨起溫度不均戶斤造成之基板 理不良。 & _第8發明是一種基板處理裝置，利用在基板面内可以 打2 —樣之加熱之加熱構件，用來對基板進行加熱，至小 在第1溫度和與第丨溫度不同之第2溫度之間，對上述夕 板進行加熱控制’其中：具有控制部，用來對上述 ： 進灯2熱控制，使上述基板之面内溫度偏差維 板二會發生·彎曲之基板面内之溫度偏差之範圍内；和2 述弟1溫度之基板面内之溫度偏差值和上述第2溫 面内之溫度偏差值成為不同，使用該等之值不同之溫2 S之：述ϊ板進行加熱控制。因為根據至少“ 不^之基板面内溫度偏差對基板進行加熱控制，戶斤以當盘 根fl個之固定之基板面内溫度偏差對 田制、 二兄比較時’可以具有餘裕之控制餘裕，防止基::生 .工發明是在第8發明之基板處理裝置中，使上述之第2 值大於第2溫度之基板：内；基/面：之溫度偏差 不同之溫度偏差值，用來對上:度:其差二’/吏用該等之值 ^^4859 五、發明說明（7) 第有更進一層之餘裕之控制餘裕。 内可心行；：裝置之製造方法’利用在基板面 熱’其中.依7 之加熱構件’用來對基板進行加 不會發生彎曲I方心，二熱狀態之不同，以上述基板 述之基拓、隹 式求付基面内溫度偏差At，·和對上 上述加二ΐ:力加：控制，用來控制上述之加熱構件，使被 △t以内。因為撼之其上,述基板之面内溫度偏差維持在上述 υ為根據基板面内溫房 控制，所，ν -Γ ^ 偃度偏差At對基板進行加熱 基板面内、:：：=的防曰止基板發生-曲。另外，因為使 裕變大之固定而是可變’所以在Μ之餘 $之：熱控制。因此’因為低 ：進订嚴 可”抑制彎曲，提高升溫速度。餘铪，交大，所以 :1、1發明是一種半導體裝置之製造方法，利 σ以進行不一樣之加熱之加埶構件， 土 熱，其中：依照加埶時之严戶夕尤门..未對基板進行加 擇之多個溫度之每之之=之從上述溫度選 述之1 丞板之暴扳保持構件之溫度，上 疋上述基板不會發生彎曲之基板 和具有控制部，用來控制上述之加軌構件内：度偏差， 加熱構件加熱之上述基板 用來使破上述 =“基板保持構件之=:ί:ΐ述基 因為基板溫度和基板保持構件具有相關 内。 任何一方之基板面内溫度偏差μ。因為依照易於 = C: \2D-C0DE\9M2\91122483 .ptd 第10頁 594859 五、發明說明（8) 度偏差△ t進仃控制，所以可 溫速度。 ^ Λ 了以抑制基板之彎曲和提高升 弟1 2發明是一種半導體岁：番 内可以進行不-樣之加^加^方法’利用在基板面 熱，至少在第！溫度和與?來對基板進行加 ：t Λ^：ίΐ!5" 之其姑、# —;批-W 具宁·具有控制部用來對上述 ίΐ=11 使上述基板之面内溫度偏差維持在 和==广 曲之基板面内之溫度偏差之範圍内； 之Α杨=气之基板面内之溫度偏差值和上述第2溫度 ΐίίΓ;^ 值成為不㈤，使該等之值不同之： 以=溫度偏差對基板進行加熱控制，所 ^w 固之固定之基板面内溫度偏差對基板進行加 …、控制之情況比較時，可以具有餘 板發生彎曲。 八有餘铪之控制餘铪，防止基 [發明之實施形態] &:面將說明使本發明之基板處理裝置和半導體裝置之 態’應用在葉片式基板處理裝置之情況： 理夕„f =式在此處所說明者是進行每一個單一基板之處 板：：ίί，但是並不只限於單葉式’亦可以應用在於基 板之形態之裝置。 乃数之基 圖1、圖2是用以實施半導體裝置之製造方法之進行薄膜 第11頁 C:\2D-C0DE\9M2\91122483.ptd 594859 五、發明說明（9) — 形ίίίίϊΐ^基ΐ處理裝置之概略剖面圖。 遠衣置具有植閉構造之處理容器4〇。 。。口 基板插入口 8，用來將矽晶圓等之半处备為' 40具有： :圖中未顯示)搬入到處理容器40内之處";:室 θ，用來進行搬送室和處理室31之 至，和開閉閥 理室3 1設有：氣體供給口 6，可以將所兄° 。另外’在處 體流量，氣體比率之氣體供給到處理 ^氣體種類，氣 來對供給氣體進行排氣。在設有氣體# =排氣口7 ，用 之上部，S Ϊ氣體分散板5肖來將 ° ^處理室31 面。 1/、、、口里壓向基板處理 在處理室3 1内設有：基座2，作Α其4c π & 持基板1 ;和加熱器單位20，經由基土用來^，用來保 ;熱。基座2將基板〗吸著和保持在=用面末 狀〜、便木自加熱構件之電阻加熱器3之埶 加熱器單位20由中空體構成，在上部且美.匕。 裝著部’用來裝著基板保持體2，在下部且有板用 軸21，從被設在真空容器4G之底部中央之開有^ 支持 :單位，由將基座2裝著在該基板保持板用裝二。加熱 了形成雄、閉構造。在中空體之内部設有電阻加熱器3 , 以經由基座2將基板1加熱到所希望之溫度。另^卜°° 密構件之中空體設置真空排氣糾， ： 2〇排氣成為真空，用來將基板】強制吸著在基座2:二=位 在基座2設有真空吸著用之多個孔或溝。 录面。 加熱器單位20被設在處理室31内’經由使其支持軸”連
^^4859
、、告到升降機構1 Ο，成為 封。升降機構i。在基：以％降心支；軸21被膜盒“密 驟，使力…單位2。在;；0;:之各個步 罟，Λ、达玍01 Ml上下方向之不同位 置成為可進行多階段調整。在其庙9 < 士使J丄 =梢4被設置成為可以依照加熱器單位2〇之升降^的 在上述方式之構造中 …〜， &对丞板1吸著和保持名其 广9’但疋在吸著保持時亦不能將基板全面均等的吸"著^其 座2，或是不能管理基板之f曲量。目此之者在基 制基板之彎曲之方式，以下 剐可以抑 2〇。 斤述之方式構成加熱器單位 使加 度。亦 ”、、口口 — 保持有 一方面 定，以 種方式 來使基 單位20 由旋轉 可以採 顯示者 熱器單位20成為可以旋轉，何 即，使上述之筒狀之支持軸21可以自由之溫 位2〇設置成可以以支持軸21為中心自由的=將加 基板1之狀態使基座2可以以任意之速度 ，在 ，被設在加熱器單位20内之電阻加熱器3轉。另外 插入到筒狀之支持軸2 1内之固定器2 2支持。、固 ，使基座2可以自由旋轉，使電阻加熱器3 ，驭此 座2對電阻加熱器3可以相對旋轉。另外，^弋，用 可以自由旋轉，用來使加熱器單位2 〇可以力^熱器 ，但疋在具有此種升降和旋轉功能之複合=和自 用圖中未顯示之習知之裝置。另外，在圖$中， ，在電阻加熱器3設置溫度測定裝置用以二圖2未 J心基座2
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之溫度。另外，在氣體分散板5設置溫度測定裝置用以剛 定基板1之溫度。 下面將說明使用有上述之葉片式基板處理裝置之半導 裝置之製造方法。 骚 (1)首先’調整搬送室（圖中未顯示）和處理室31之壓力 使其分別成為指定之壓力。壓力之調整之進行是對各個室 供給指定流量之N2、Ar等之與基板表面未具有反應性之^ 有氣體，调整排氣口 7之傳導。例如在此處是使各室之聚 力成為1 3,3 0 0Pa(100Torr)程度，但是最好依照基板之^
膜形成和熱處理壓力等決定，使每一個基板處理條件 最佳值。 ”战為 (2 )其次使開閉閥9開放，經由基板插入口 8將基板1從搬 送室插入到處理室3 1後，利用基板支持具4暫時支持基板 1 (圖1 )。另外，當開閉閥9開放時之搬送室和處理室^之 壓力差，最好被監視和控制在不會由於壓力變動而發生粒 子之任意範圍内。在將基板1插入後使開閉閥9閉合，用來 進行處理室31和搬送室之環境隔離。其次利用升&機構1〇 使加熱器單位20上升，以基座2保持基板]，利用美座2保 ，基板1，然後使加熱器單位20上升，用來將基板配置在
薄膜形成位置（圖2 )。另外，經由調整薄膜形成事置，可 以控制氣體分散板5和基板i之間之間隙，依照膜形/ 件使該間隙最佳化。 腺^成條 (3 )然後’使連接到真空排氣線1 1之閥（圖中未顯示 放，利用基板環境氣體使加熱器單位2〇之内部進^ =壓'
594859 五、發明說明（12) 利用被設在基座2之多個孔或溝用來吸引基板背面，藉以 進行將基板1強制吸著在基座2。然後使加熱器單位2〇旋 轉，以保持有基板1之狀態使基座2旋轉。 (4 )用以對基板1進行加熱之電阻加熱器3在基板搬運前 被預先设定，用來使圖2狀態之基板1成為目標之處理溫 度，在此種狀態，基板可以被穩定化直至成為目標之處理 溫度。當基板溫度成為穩定時，利用氣體供給口 6導入反 應氣體用來進行所希望之膜形成，藉以在基板丨之表面形 (5)在經過形成薄臈所需要之時間後，停止反應氣體之 應％體之剩餘氣體成分進行排氣。然後、，利用 "心广=之相反之步驟’將基板1從處理室排 ϋ處； 複實行本操作直至完成指定片數之基 但是，在 處理室3 1後 習知技術中 所以在升溫 差。一般之 之溫度偏差 異’在基板 變形即使在 上述之 ，開始 ，該加 時，在 處理基 達到一 產生具 温度穩 起基板面内之溫度 均一等之基板特性
(2)〜（4)之處理中，在將基板1搬入到 利用電阻加熱器3之熱源進行加熱，在 =事貫上對基板溫度成為未控制狀態 f板面内會具有一定程度以上之溫度4 會由於加熱而產生熱膨脹，當上述 =秸度以上時，會由於熱膨脹量之差 有馬蹄形或圓錐形之彈性變形。該彈，丨 定化之薄膜形成過程亦繼續維持，和； 不均一，成為薄膜形成處理時之膜厚： 劣化之原因。如上述之圖3所示’在基
第15頁 594859 五、發明說明（13) 板1和基座2之密著度（空間距離）有變化時，被電阻加熱哭 3經常以相同狀態均一加熱之基座2之熱，$會均;糞； 到基板1，在基板面内會由於與空間距離相 、八 之不均一而發生故障。 < /皿度刀布 由於上述之基板之溫度不均一而造成之基板 良，使裝置之性能和良率降低，另外，過度之基 =2Γ°_(12忖)Si基板可能成為d J 上，所以，於基板之位置偏差所引起之搬運障礙等不能預 期丄亦可ί發生裝置障礙，所以最好能夠改善。因此，在 本實施形態中，經由抑制基板之過度彈性變形之變形量， 以下列方式預防不能預期之裝置障礙之發生。 圖Π是說明圖，用來表示本實施形態之控制系統。如圖 1 1所不，作為基座2之溫度測定裝置，例如放射溫度計 SI、S2被設置在電阻加熱器3。放射溫度計S1、S2被設置 成使該等之感測器部面臨基座2之背面，從背面側測定基 座2之溫度’利用其測定值可以監視基座2之溫度。設置位 置至少在基板中心部和基板端部附近之2點。另外，在上 述之2點之中間部更配置1點時，可以更嚴密的管理後面所 述之基板彎曲量，成為較佳之形態。 另外’作為基板1之溫度測定裝置之例如放射溫度計 S 1 1、S 1 2被υχ置在氣體分散板& (蒼照圖1和圖2 )。放射溫 度計SI 1、S12被設置成使該等之感測器部面臨基板1之表 面，從表面側測定基板1之溫度，利用該測定值可以監視 基板1之溫度。設置位置至少為基板中心部和基板端部附
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近之2點。另外 以更嚴密的管理 態0 ^ —丄 後面所述之基板…量Ά形; 上述之溫度計SI、S2 另外
Oil 12不只限於放射 度計。例如亦可以使用熱電偶等U 放射溫度計si、S2、S11、sm 之表面側測定基座2和基板】之A 之月面側和基板: 度。該等之各個測定值施加到演 和纟而部之各個送
之指令值施加到控制裝置。 ^ 將凋鼻所求才I 熱器3和升降機構10， 制工1衣置26控制電阻力c
根據放射溫度物、用上 溫度，作為與該溫度相關：=值二'以監視基座2之 仰關之基扳1之彎曲詈。聆相 為經驗方法用之資料…卜，利用上述方式二 更進一步的進行彎曲量之控制。在前者之：一丄可以 25構成監視裝i，其輪出成為彎曲量。在後者之裝J 制裝置26構成彎曲控制裝置。 ^况’控 電阻加熱夯3亦可以是一體型，如圖j】和圖1 2所示 好成為由被配置成為同心圓狀之多個區域加熱器“、扑 3c構成^分割型加熱器。中央之區域加熱器仏，中間之區 域加熱器3b，周邊之區域加熱器3c分別構成中央加熱 置，中間加熱裝置，周邊加熱裝置。在分割型加熱器^ 況，依照與多個區域加熱器對應之指令值，用來個別的= 制多個區域加熱|§。在實施形態中是只有中央區域加熱哭 3a(圖1 2之0 1 80之部份）被控制成為附合基板不會發生''彎
W
II
C:\2D-CODE\9M2\9ll22483.ptd 第17頁 594859 五、發明說明（15) 曲.之基板面内溫度偏差At之條件，但是亦可以使用其他 之區域加熱器進行控制。另外，基座未被分割，但是亦可 以在與加熱器分割位置對應之位置被分割。在分割時，亦 可以至少在0 1 8 0和0 2 9 4之加熱器之間之對應位置被分 亦即’圖4表示在0300mm Si基板，從上述步驟（4)之溫 度穩疋化後之狀態起，有意變化到與基板中心部附近相同 之内基座溫度時之基板面溫度之隨時間之變化。對於圖4 之資料之取得，可以明瞭本發明之成為問題之基板過度彈 性^：形會產生何種程度之基板面内溫度偏差。 内基座溫度之變化之實現是分別獨立的控制以上述方式 被分割成為任意區域之電阻加熱器3。另外，對於基板溫 度之測定點，如圖5所示，以基板1之中心作為〇mm，在半 徑方向75mm、145mm之多個點，配置熱電偶（不使用放射溫 度計S1 1、S1 2 )，使同一半徑上之點平均化，用來圖形化 成為圖4。另外，内基座溫度是在基·板中心〇mm之地點測 定’外基座溫度是測定0 1 47mm地點之溫度。另外，基座 因為是一體型（亦即未分割成内外部份），所以内基座溫度 正確的是以内部份之基座溫度表示。另外，03〇〇mm(12 忖）Si基板之厚度隨著品質而異，成為〇.775mm±〇〇25#m 〜0. 775mm ± 〇· 〇5〇 # m 〇 在圖4中，在變化内基座溫度前之經過時間〇〜2〇56〇之 狀態，利用&基座溫度之均一化用來使基板溫度保持在大致 70 0 °C之狀態。在其後之經過時間2〇〜26sec之前，顯示隨
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594859 發明說明（18) ^高足上述之關係式’以此方式對電阻加熱器之加熱體進 饤回饋控制，用來控制基板彎曲，提高升溫速度。 卜 用以防止基板插入後由於超過上述△*[：之基板面 内度偏差所造成之基板彎曲之2種方法如下所述。亦 即，1處理法（A )，根據長期之監視精確度之具有可靠 度之貫驗方法’和基板處理方法（B )，長期殘留有問題， 短期在監視精確度具有可靠度之利用回饋控制之方法。
(A )利用貫驗方法之基板處理方法 士圖8之▲圖形用來表示習知步驟之處理中之基板溫度之隨 寸間而、欠化。此處之步驟與上述之步驟（1 )〜（3 )相同。基 板度（中心和周邊監視器溫度）之測定是在圖1、圖2之氣 體分散板5設置放射溫度計Sll、S1 2用來觀測基板處理
可以計測從基板插入時起之溫度。另外，在電阻加熱 :3設置放射溫度計S1、S2用來觀測基座背面溫度，基座 概度（内外/jnL度）可以從基板插入時開始進行溫度計測。另 外利用s 11、s 12之溫度計測是在基板中心部和離開中心 部=約14〇mm&點之周邊部之2點進行。另外，在以測定基 ^溫度^主要目的之本實驗步驟中，為著要維持放射溫度 叶之可靠度，不進行將成膜時之反應氣體供給到處理室 内:而是供給與成膜步驟同等流量之…氣體，用以代替反 應2體。被分割為中央，周邊之電阻加熱器3，在基板插 入前分別被控制成使基座背面溫度成為7〇〇它，在處理中 亦維持基板插入前之溫度。 圖形中之左縱軸表示利用S11、S 1 2所測定到之基板中
594859 五、發明說明（19) 溫度（中心監視溫度），基板周邊溫度（周邊監視溫度），右 縱軸表示利用S1、S 2所測定到之内基座和外基座之基座背 面溫度。當使基板1和基座2旋轉時，基板中心部之放射溫 度計S 1從背面側定點觀測基座2之内部（中心部）之溫度。 基板端部附近之放射溫度計S2，描繪圓形之測定軌跡，用 來從背面側觀測基座2之外部（周端部）之溫度。在基板旋 轉速度= 10rpm之情況時，放射溫度計S2以6sec之週期，重 複測定在圓形之測定執跡上之同一地點之溫度。
圖形之橫軸之時間以將基板插入到處理室後之步驟開始 時間作為Osec，在大約l〇sec後升降機構1〇上升，用來使 基板移動到處理位置。 在圖 之基座 溫度。 著升降 始上升 監視溫 °C之溫 會被消 板中心 差，因 時，因 外，另 分加熱
8中，基板插入前之監視溫度是監視基板搬運位置 ，面之溫度，該溫度稍微高於基座背面正下之控帝 室溫之基板插入後之監視溫度急激下降，然後，随 機構1 0之上升’接觸在高溫之基座2因而使溫度開 ，不久之後保持在一定之溫度。但是在正常狀態之 度，基板中心部和周邊部之溫度差，產生大約4〇 度差，該基板面内溫度差在轉移到成膜事件時亦不 除。此種現象推定其原因是因為基板插入後由於基 部和周邊部之升溫速度之不同發生基板面内溫度 此產生基板1之彈性變形，當以基座2保持基板工 而發生圖3所述之密著度在基板面内不均一。另 一個觀察推定其原、目是插入後之基板1，在未被充 之狀態，與高溫之基座2接觸，在急激之溫度上升
594859 五、發明說明（20) 時，在基板面内發生瞬間之加熱不均，因而使基板丨產生 彈性變形。另外，在圖8之圖形中，中心部之監視溫度低 於周邊部，所以所發生之基板之彈性變形是在表面側彎曲 成凸狀，形成圓錐分布。 圖9表示本實施形態之製程之基板溫度之隨時間之變 化，其與圖8之習知製程之不同部份如下所述。 (1 )利用使基板插入後之基板面内之升溫速度成為均一 之裝置，用來將内基座之溫度設定成為暫時高於基板處理 時之設計溫度’用來促進升溫速度較慢之基板中心部之加 熱。經由實驗使設定溫度之增加量和設定溫度之變更時期 最佳化，在圖9之圖形中，從基板插入之大約2〇Sec前，以 1 °C/sec之變化量使内基座之溫度上升，在處理製程開始 前之大約3 0 s e c，從初期之設定溫度上升到3 〇 °C之溫度。 在上升後以-1 °C/sec之變化量下降，在成膜事件之前&之大 約50sec，回到初期之設計溫度，成為與基板周邊部附近 相當之外基座相同之溫度。 (2 )使用當基板1和南溫之基座2之接觸時，用來抑制基 板面内之急激溫度變化之裝置，基板插入後，在基板溫度 上升到高於與基座2之大約7 0 0 °C溫度對應之溫度之後，形 成與基座2接觸。在本實驗例中，對於基座2之大約7 t 溫度，基板溫度（監視溫度）以大約4 5 0〜5 0 0 °C接觸。亦 即，亦可以利用内基座之超過設定溫度急速上升之基板中 心溫度之溫度曲線，追隨利用外基座之設定溫度加熱進行 上升之基板周邊溫度之溫度曲線，在成為重疊之附近接
C:\2D-CODE\91-12\91122483.ptd 第23頁 五、發明說明（21) 使義f = 在從處理製程開始起到利用升降機構10之上升 中ί::”近，用來促進基板1之溫度上升。在本實驗 述處理％之基板]和基座2之距離大約為2mm。 法，，此種⑴和（2)之加熱和升降製程之最佳化經驗方 周邊Ϊ 插，後急激的下⑨’在基板中心部和基板 除成 ◦之監視溫度差，在升降機構之上升時被消 令，即使轉移到成膜事件時亦維持該溫度差零。 板二二ί形ί示以上述⑴之實施形態之製程進行之基 變：：ί Γ部和周邊部之面内溫度偏差之隨時間之 外，在該圖形中之顯示配合本實施形態所求得之 ^ 之臨Λ基板面内溫度偏差（基板面内溫度偏差）At。 任何=形態之製程進行時之測定基板面内溫度偏差，在 σ 3均保持在臨界基板面内溫度偏差以下之溫度差， 二以抑制升溫中之基板之彈性變形，亦即可以抑制彎曲， /以成為圖9所示之成膜事件時之基板之均熱加埶。 利用回饋控制之基板處理方法 2為根據At之條件式（a)之控制法。如圖丨〇所示，控制 I、中央加熱裝置之區域加熱器3a和升降機構丨〇，使測定 面内溫度偏差不會超過臨界基板面内溫度偏差At。 二4芩數根據上述之（A)之（；[)和（2)之實驗結果，以下面 =之方式決定。，了演算裂置25外，區域加熱器3a之控 多數包含有基板插入前後之基板溫度（S11、S12)，内基 座之。又定溫度之增加量，和内基座之設定溫度之變更時期
第24頁 594859 五、發明說明（22) 等。另外，除了演算裝置2 5外，升降機構1 〇之控制參數包 含有使基座2接觸在基板1前之基座2和基板1之距離，和使 基座2接觸在基板1時之基板溫度等。 演异裝置2 5根據放射溫度計$丨、$ 2之測定值演算出彎曲 i ’然後利用演算求得糾正彎曲量之指令值，將該指令值 施加到控制裝置2 6。控制裝置2 6根據從演算裝置2 5施加之 指令值’控制區域加熱器3 a，其結果是控制基板之彎曲狀 恶。另外’根據放射溫度計s〗1、S丨2之測定值演算出彎曲 量’然後利用演算求得糾正彎曲量之指令值，將該指令值 施加到控制裝置26。控制裝置26根據從演算裝置25施加之 指令值，控制升降機構1〇之驅動源1〇a，其結果是控制基 板之彎曲狀態。利用該回饋控制，用來使利用回饋控制進 灯犄之基板面内溫度偏差，可以在任何時間均保持在小於 臨界基板面内溫度偏差之溫度差，可以抑制升溫中之美柘 之彈性變形’彳以成為圖9所示之成膜事件時之基板之土 ，加$外’亦可以以查表求得，用來代替上述之/ ^在此種情況，因為不需要演算，所以可以使控制高速 當與習知例比較時，具有下 依照上述方式之實施形態 面所述之優良效果。 (1)根據在基板升溫途中之基板溫度不 板面内溫度偏i，進行加熱控制使 二基 度。因此，在At之餘裕較大之其把柄⑼化成為目輮& 高溫時之ZU值進行嚴格之加^ ·:時’ +需要使用 加熱控制，$夕卜因為低溫時
之At餘裕較大，所以可以 (2 )因為可以有效的防止^ 1 ’弓曲的提高升溫速度。 所以可以大幅的減小由於产'"板升溫途中之基板之彎曲， 問題。 、义理後之彎曲所引起之膜剝離之 (3 )因為在基板升溫途中， 不會發生彎自，所以可 對基板進行加熱控制使基板
起之基板之彈性變形，可^ j由於基板面内之溫度差所弓 進行成膜等之基二處理2基板面内溫度均一之狀態， 方面之基板特性不良， ，可以防止在膜厚均一性I
另外’在實施形態中是以：3高〇〇半導體元件之良率。 加熱處理時之基板彈性 mm之Si基板為例，對於 之函數表示，但是對 豨，抑制條件，以實質上之溫刀 之主旨之實驗步驟可以二樣之材質，利用根據本發曰> 性變形之抑制條件最佳白其相關性，可以用來使基板爭 專利範圍之範圍限制，i另外，本發明之範圍只由申a 、隹—欠括私ώ 幸 在不脫離本發明之主旨之範圍可r
進仃各種改良。例如，知月I王曰急耗圍J L 板等。 于、r 基板外，亦可以使用GaAs 3 態中主要的是防止升溫中之基板 防止正常時，降溫時之彎曲之情 另外，在上述之實施形 彎曲，但是亦可以應用在
況0
另外，在升溫Φ "fT ««"P 声），抻制+ 亦可以即時的測定基板溫度（或基座泣 度），控制△ t成A， A』為了、交’但是亦可以利用測試用基板等 、月J于:'"，艮據該資料控制At成為可變。在此種情 不疋根據依知基板溫度使△ t連續變化之直線狀之切
\\A312\2d-code\91-12\91122483.ptd 第26頁 594859 五、發明說明（24) —---- 2式（a)對基板進行加熱控制，而是可以根據使不連續 ’义化之階段折線圖形進行控制。亦即，將溫度區域至少分 成為2_個，在各個溫度區域間，基板面内之溫度偏差值成 為〒同仁疋亦可以在各個溫度區域内使基板面内之溫度 偏差值成為一定，可以使基板之加熱控制更加簡化。 、另外〔j實施形態中所示者是根據基板溫度之At之 式但疋貝際上是測定基座背面溫度，所以假如能取得/基 板溫度一基座溫度之關係時，不需要直接測定基板溫度， 可以只控制基座背面溫度。因為測定基座背面溫度，可以 不需要使溫度計露出到反應空間，所以可以防止對溫度計 堆積不需要之膜’可以確保長期之監視精確度之可靠度。 另外，式（a)之條件式是有關於3〇〇mm之。基板者，但是 對於100或111結晶面之任何一個亦可以成立，可以利用實 驗確認。另外，在實施形態中是根據。基板之中心（〇mm) ，和離開中心145_之測定位置，算出At條件式，但是， 例如使用在其他之測定位置算出之不同之Μ條件式，在 〇mm和145ππη測定時，其結果可以滿足上述之^七之條件。 [發明之效果] 依照本發明日寺’因為可以根據基板面内溫度偏差At，
對基板進打加熱控制，所以可以有效的防止基板之彎曲之 發生。 元件編號之說明 1 半導體基板 2 基座
594859 五、發明說明（25) 3 電阻加熱器 3a 、 3b 、 3c 區域加熱器 5 氣體分散板 6 氣體供給口 7 排氣口 8 基板插入口 9 開閉閥 10 升降機構 11 真空排氣線 14 膜盒 20 加熱器單位 21 支持軸 25 演算裝置 26 控制裝置 31 處理室 40 處理容器（真空容器）
C:\2D-CODE\91-12\91122483.ptd 第28頁 594859 圖式簡單說明 圖1是實施形態之葉片式基板處理裝置之概略剖面圖。 圖2是實施形態之葉片式基板處理裝置之概略剖面圖。 圖3是說明圖，用來表示基板面内溫度之不均一發生模 態。 圖4是實施形態之基座溫度和基板溫度之相關特性圖。 圖5是實施形態之基板溫度測定點之說明圖。 圖6是實施形態之基板之彈性變形影像。 圖7是說明圖，用來表示實施形態之基板溫度和臨界基 用來表示利用習知例之製程之基板溫度 板面内溫度偏差 圖8是說明圖 恢復。 用來表示利用實施形態之製程之基板溫 圖9是說明圖 度恢復。 圖1 0是說明圖，用來表示利用實施形態之製程之基板面 内溫度偏差之隨時間之變化。 圖1 1是說明圖，用來表示實施形態之控制系統。 圖1 2是說明圖，用來表示實施形態之加熱器構造。
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Claims (1)
- 594859 六、申請專利範圍 1 · 一種基板處理裝置，利用在基板面内可以進行不—樣 之加熱之加熱構件，用來對基板進行加熱，其特徵是：’ 依照上述基板之加熱狀態之不同，以上述基板不會發生 彎曲之方式求得基板面内溫度偏差;和 a 具有控制部，用來控制上述之加熱構件使被上述加熱 件加熱之上述基板之面内溫度偏差維持在上述之以、 内。 2. —種基板處理裝置，利用在基板面内可以進行不一樣 之加熱之加熱構件，用來對基板進行加熱，其特徵是：， ㈤依照加熱時之溫度之不同，求得從上述溫度選擇之多個 :度之每一個之At，上述加熱時之溫度是基板之溫度， 或用以保持上述基板之基板保持構件之溫度，上述之At 是上述基板不會發生弯曲之基板面内溫度偏差；和 具有控制部，用來抑去μ、+、4 i ^ 。 ,^ ^ ^ ^ 木&制上述之加熱構件，用來使被上述 缸、田洛斗、使此扣处扳 内溫度偏差’根據當時之基 板/皿度或基板保持構件之溫度，維持在上述之Μ以内。 3如青專利範圍第2項之基板處理裝置，其中依照加 熱％之基板之溫度所束焊夕μ、+、甘 ^ ^ , 叮水付之上述基板面内溫度偏差ZU成 為以下式表示 △ t $350 X ΕΧΡ(〜〇· 0 04 χ τ) 其中之Τ為基板之溫度。 4·如申請專利範圍第3項之基板處理裝置，其中上述基 f t尺乂 c;為1 2吋’上述之At是上述基板之中心和離開基 板中心145mm之間之面内溫度偏差。594859申明專利乾圍弟2項之基板處理裝置， 以保持上述美杯夕其&仅姓祕μ ，、中依用 基板面内溫度偏差。 于上述之 6·如申請專利範圍第5項之基板處理裝置，苴 基板保持構件之溫度是測定保持上述基板之表面逑^ 基板保持構件之背面之溫度。 _之 7.如申請專利範圍第〗或2項之基板處理裝置，盆 之加熱構件之控制是上述基板之升溫過程之控制了 述 8 ·種基板處理裝置，利用在基板面内可以進一 之加熱之加熱構件，用來對基板進行加熱，至少袤 度和與第1溫度不同之第2溫度之間，對上述之 ;" 熱控制，其特徵是： 土板進仃加 具有控制部，用來對上述之基板進行加熱控制， 基板之面内溫度偏差維持在上述基板不會發生 ^ 面内之溫度偏差之範圍内；和 土扳 使上述第1溫度之基板面内之溫度偏差值和上述 之基板面内之溫度偏差值成為不同，使用該等之值不 溫度偏差值，用來對上述基板進行加熱控制。 9.如申請專利範圍第8項之基板處理裝置，其中上述之 第2溫度高於上述之第1溫度，第丨溫度之基板面内之溫度 偏差值大於第2溫度之基板面内之溫度偏差值，使用該等 之值不同之溫度偏差值，用來對上述之基板進行加熱控 制。 10· —種半導體裝置之製造 方法’利用在基板面内可以C:\2D-CODE\9M2\91122483.ptd第31頁 594859進行不一樣之加熱之加熱構件 特徵是： 用來對基板進行加熱，其 依照上述基板之加熱狀態之不 彎曲之古4·、π # _L U 从上迷基板不會發生 方式未付基板面内溫度偏差At ;和 件對i ϊ ΐ基板進行加熱控制’用來控制上述之加熱構 件，使被上述加熱構件加埶 礼之刀”、、偁 持在上述At以内。 上述基板之面内溫度偏差維 利用在基板面内可以 來對基板進行加熱，其 11 · 一種半導體裝置之製造方法 進行不一樣之加熱之加熱構件， 特徵是： 用 依照加熱時之溫度之不同 溫度之每一個之八七，上^二传從上述溫度選擇之多個 或用以佯持i、+、# 4 α 17…4之溫度是基板之溫度， 是上述ΐϊΐί;板之基板保持構件之溫度，…Μ 發生f曲之基板面内溫度偏差；和 加熱構件加：之上述之加熱構件’用來使被上述 板溫度或基内：；；差’根據當時之基 12. 一種半導體二件，：度’維持在上述之Μ以内。 進行不一樣之加埶衣之加方法’利用在基板面内可以 少在第1溫度和盘第i、θ ；；' #件’用來對基板進行加熱’至 基板進行力侧㈡彳:：第2溫度之間，對上述之 基板之^内溫声^ f對上述之基板進行加熱控制，使上述 面内t=舄差維持在上述基板不會發生彎曲之基板 囟内之，皿度偏差之範圍内；和
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