WO2005029020A1 - 基板処理装置およびデバイスの製造方法 - Google Patents
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Classifications
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- G01J5/0003—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the radiant heat transfer of samples, e.g. emittance meter
Definitions
- the present invention relates to a substrate processing apparatus and a method for manufacturing a device, and more particularly, to a substrate processing apparatus suitably used for manufacturing a semiconductor device and a method for manufacturing a device using the same.
- FIG. 1 Conventionally, as this type of substrate processing apparatus, for example, an apparatus as shown in FIG. 1 has been used.
- a susceptor 103 is installed inside a processing chamber 101, and a wafer 102 is mounted on the susceptor 103.
- the wafer 102 is heated by the heating means 104, and a predetermined reaction gas is allowed to flow into the processing chamber 101 to process the wafer 102, if necessary.
- the temperature of the wafer 102 is the force measured by the temperature measuring probe 107.
- the wafer temperature measured by the temperature measuring probe 107 is measured by the emissivity measuring probe 105 provided in the emissivity measuring unit 106.
- the temperature of the wafer 102 is detected after being corrected by the emissivity.
- Such a conventional substrate processing apparatus has a drawback that the uniformity of the wafer is deteriorated because the temperature of the wafer is locally reduced due to the emissivity measurement unit located above the wafer.
- a main object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus capable of shortening the processing time of a substrate and improving the uniformity of the substrate processing, and a method of manufacturing a device using the same. .
- a substrate processing apparatus comprising: an emissivity measuring member for measuring an emissivity of a surface; and a storage unit for storing a measurement result.
- An emissivity measuring device provided in the processing furnace
- the emissivity of the film is periodically monitored by the emissivity measuring device during the processing of the substrate, and the measured emissivity is measured.
- a substrate processing apparatus is provided.
- An emissivity measurement member for measuring the emissivity of the surface of at least one of the substrates before and after the processing in a place other than the processing furnace for processing the substrate, and a storage unit for storing the measurement results.
- a method for manufacturing a device comprising a step of processing a substrate.
- FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view for explaining a processing furnace used in a conventional substrate processing apparatus.
- FIG. 2 is a schematic diagram for explaining an emissivity measurement and temperature measurement system used in an example of the present invention.
- FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view for explaining a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the emissivity and wavelength of silicon.
- FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the thickness of SiO on Si and the emissivity.
- an emissivity measuring means for measuring the emissivity of at least one of the substrate surfaces before and after the processing in a place other than the processing furnace for processing the substrate; And a storage unit for storing.
- the emissivity measurement is performed in the atmosphere transfer chamber (aranai section), the load lock chamber, or the cooling chamber. Means. More preferably, the emissivity measured by the emissivity measuring means is automatically reflected in the substrate processing.
- the emissivity of one or more substrates is automatically measured, and the result is automatically reflected in all substrate processing. I do. In this case, it is basically useful for the initial value of the temperature correction.
- the emissivities of all the substrates are automatically measured.
- an emissivity measuring means is provided in the atmosphere transfer chamber (aranai part), the load lock chamber or the cooling chamber, and the emissivity is measured by the emissivity measuring means on the substrate before, after, or before and after the processing. And detect abnormalities (including the previous process).
- the processing status can be checked by comparing it with a specified value, and by measuring the emissivity of the substrate before and after the processing, for example, the processing of the substrate such as film formation can be performed normally. You can check whether you have been.
- the temperature of the substrate is measured by a radiation thermometer, and an emissivity measuring device is provided inside or outside the processing furnace, and the emissivity measuring device is used to measure the emissivity measuring device.
- a system for correcting the wafer temperature is provided, and the filter characteristics of the optical filter of the radiation thermometer and the optical filter of the emissivity meter are made the same.
- the photoelectric conversion element of the radiation thermometer and the photoelectric conversion element of the emissivity measuring device are the same.
- a measuring instrument for measuring the temperature based on the light intensity (photon density, light emission amount) emitted from the substrate, and a light for limiting the wavelength of light inside the measuring instrument.
- a filter having an optical filter median force of 1.1 ⁇ m and an optical filter half-width power of not more than ⁇ m.
- a measuring instrument for measuring the emissivity based on the light intensity (photon density, light emission amount) emitted from the substrate, and the wavelength of the light is limited inside the measuring instrument.
- An optical filter comprising: an optical filter having a median force of 0.5 to 1.1 ⁇ m and an optical filter having a half-value width of 0.2 ⁇ m or less.
- a radiation measuring instrument is provided in the processing furnace, and the substrate is carried into the processing furnace and then unloaded.
- the emissivity can be measured temporarily or periodically with an emissivity meter during part or all of the time, and abnormalities can be detected from the measurement results.
- an emissivity measuring device is provided in the processing furnace, and a part or all of the time from when the wafer is carried into the processing furnace to when the wafer is unloaded is temporarily or periodically radiated by the emissivity measuring device. By measuring the rate, the end point of the process can be detected from the measurement result.
- An emissivity measuring device provided in the processing furnace
- the emissivity of the film is periodically monitored by the emissivity measuring device during the processing of the substrate, and the measured emissivity is measured.
- a substrate processing apparatus is provided.
- An emissivity measurement member for measuring the emissivity of the surface of at least one of the substrates before and after the processing in a place other than the processing furnace for processing the substrate, and a storage unit for storing the measurement results.
- a method for manufacturing a device comprising a step of processing a substrate.
- the emissivity of silicon is hardly dependent on temperature at 0.5-1. L / z m. Therefore, a measuring instrument equipped with an optical filter having a peak wavelength of 0.5 to 1. l ⁇ m is suitable for silicon temperature measurement and emissivity measurement. Even when the peak wavelength is 0.5 to 5-1.m, the use of an optical filter with a wide half-value width removes the emissivity from a region that does not depend on temperature, so the half-value width is less than 0.2 m. Measuring instruments with optical filters are suitable.
- Light that has entered the emissivity measurement probe 21 from the wafer 20 passes through the optical fiber cable 22 and enters the photon density detector 23. After passing through the lens 24 in the photon density detection unit 23, the peak wavelength is 0.9 m. The light of the outside wavelength is cut, and then converted into an electric signal by a photoelectric conversion element 26 using silicon as a detection element. Thereafter, the photon density (light intensity), which has become an electric signal, is output to the processing furnace main controller 10 via the electronic circuit 27. The processing furnace main control unit 10 calculates the emissivity from the electric signal, and stores it in the storage unit 11.
- the measurement of the emissivity of the wafer 20 is performed as follows. First, the emissivity measuring probe 21 is rotated so as to face a reference lamp (not shown) just above the wafer 20, and the reference lamp (not shown) is turned on. Then, the emissivity measuring probe 21 measures the incident photon density from a reference lamp (not shown). While the reference lamp (not shown) is illuminated, the emissivity measurement probe 21 then rotates and faces the wafer 20 just below the reference lamp (not shown). In this position, the emissivity measuring probe 21 measures the reflected photon density of the wafer 20. According to Planck's law, the energy released to a particular surface is related to the fourth power of the surface temperature.
- the proportionality constant is also the product of the Stefan's Boltzmann constant and the surface emissivity. Therefore, it is preferable to use the surface emissivity when determining the non-contact surface temperature.
- the total hemispherical reflectivity of the wafer 20 is calculated using the following equation, and subsequently the emissivity is obtained according to Kirchhoff's law.
- Wafer reflectance reflected light intensity Z incident light intensity
- the light that has entered the temperature measuring probe 18 from the wafer 20 passes through the optical fiber cable 17 and enters the temperature detecting unit 12. After passing through the lens 13 inside the temperature detection unit 12, light having a wavelength other than around 0.9 m is cut off by the optical filter 14 having a peak wavelength of 0.9111 and a half-value width of 2011111, and then silicon is removed. It is converted into an electric signal by the photoelectric conversion element 15 serving as a detection element. Thereafter, the wafer temperature is calculated for the photon density (light intensity) that has become an electric signal inside the electronic circuit 16, and the wafer temperature is output to the processing furnace main controller 10.
- the wafer temperature calculated by the temperature measurement probe 18 is corrected by the emissivity calculated by the emissivity measurement probe 21 and stored in the storage unit 11 so that the wafer temperature can be detected. I have.
- the optical filter 14 inside the temperature detection unit 12 is exactly the same as the optical filter 25 inside the photon density detection unit 23. Since the photoelectric conversion element 15 inside the temperature detection unit 12 is exactly the same as the photoelectric conversion element 26 inside the photon density detection unit 23, the wavelength of the emissivity calculated by the emissivity measurement probe 21 is used. Since the band and the wavelength band of the wafer temperature calculated by the temperature measuring probe 18 are exactly the same, the wafer temperature corrected by the emissivity is accurate.
- FIG. 3 is a schematic vertical sectional view for explaining the substrate processing apparatus 1 according to one embodiment of the present invention.
- the substrate processing apparatus 1 includes a processing furnace 41, a vacuum transfer chamber 42 connected to the processing furnace 41, a load lock chamber 44 connected to the vacuum transfer chamber 42, and a substrate provided in the vacuum transfer chamber 42 as a substrate.
- a vacuum robot 43 for transferring the wafer 20 between the processing furnace 41 and the load lock chamber 44, an atmosphere transfer chamber 45 connected to the port lock chamber 44, and an atmosphere transfer chamber 45 provided in the atmosphere transfer chamber 45.
- Atmosphere robot 47 which transports wafers between cassette and cassette 48, aligner 46 provided in atmosphere transfer chamber 45, processing furnace main control unit 10, and storage unit 11 provided in processing furnace main control unit 10.
- the apparatus includes a temperature detecting section 31 connected to the processing furnace main control section 10 by detecting the temperature of the wafer 20 by the radiation light from the wafer 20!
- An emissivity measuring unit 33 such as a non-contact emissivity probe for measuring the emissivity of the wafer 20 and calculating its temperature is provided in the emissivity measuring unit 33 above the load lock chamber 44 (see FIG. (Not shown).
- the emissivity can be measured while the atmosphere in the load lock chamber 44 is being changed from the atmosphere to a vacuum and the vacuum force is also changed to the atmosphere by being located above the load lock chamber 44, and the processing time can be reduced.
- the photon density detection unit 32 detects the photon density (light intensity) based on the measurement signal from the emissivity measurement unit 33, and the processing furnace main control unit 10 calculates the emissivity based on the signal from the photon density detection unit 32, The calculated emissivity is stored in the storage unit 11.
- the processing furnace 41 includes a plurality of temperature measuring probes (not shown) as temperature detecting means in the temperature detecting section 31. These temperature measuring probes are fixed to the chamber lid (not shown) of the processing furnace, and constantly measure the photon density emitted from the wafer 20 under all processing conditions.
- the temperature detector 31 calculates the wafer temperature based on the photon density measured by the temperature measurement probe, and compares it with the set temperature in the processing furnace main controller 10. Is done.
- the wafer temperature calculated by the temperature detection unit 31 is measured by the emissivity measurement unit 33, and corrected by the emissivity stored in the storage unit 11 in the processing furnace main control unit 10. Can be detected.
- the processing furnace main control unit 10 calculates any deviation as a result of the comparison, and, via a heating control unit (not shown), a lamp (not shown) serving as heating means in a heater assembly (not shown). The power supply to each of the multiple zones is controlled.
- the wafers 20 are loaded one by one into the atmospheric transfer chamber 45 ⁇ aligner 46 ⁇ load lock chamber 44 ⁇ vacuum transfer chamber 42 ⁇ processing furnace 41 ⁇ vacuum transfer chamber 42 ⁇ load lock chamber 44 ⁇ air transfer. Processed on room 45 route.
- the emissivity is automatically measured by the emissivity measuring means provided in the emissivity measuring section 33 and stored in the storage section 11.
- the wafer temperature detected by the temperature detection unit 31 is automatically corrected by the emissivity stored in the storage unit 11 in the processing furnace main control unit 10. , And detect the wafer temperature.
- the emissivity measuring unit 33 including the emissivity measuring means may be provided in the upper part of the cooling chamber (not shown) or the upper part of the arani 46.
- the emissivity can be measured during cooling in the case of the cooling chamber and during lining in the case of the arani part, and the processing time can be reduced.
- the cooling chamber is used to cool the substrate processed in the processing furnace 41, is attached to the side wall of the vacuum transfer chamber 42, and the substrate processed in the processing furnace 41 is transferred to the cooling chamber, where it is cooled. After being rejected, they were transported 44 km from the road lock room.
- the wafers 20 are loaded one by one into the atmosphere transfer chamber 45 ⁇ aligner 46 ⁇ load lock chamber 44 ⁇ vacuum transfer chamber 42 ⁇ processing furnace 41 ⁇ vacuum transfer chamber 42 ⁇ load lock chamber 44 ⁇ atmosphere transfer chamber 45. Processed by route. When only the device wafer (excluding the dummy wafer) that passes first passes through the load lock chamber, the emissivity is automatically measured by the emissivity measurement means provided in the emissivity measurement unit 33 and stored in the storage unit 11. Thereafter, when processing the first device wafer 20 in the processing furnace 41, the wafer temperature detected by the temperature detection unit 31 is stored in the processing furnace main control unit 10 based on the emissivity stored in the storage unit 11.
- the automatic correction enables detection of the wafer temperature.
- the wafer temperature is detected by automatically correcting the emissivity obtained from the first device wafer and stored in the storage unit 11 in the processing furnace main control unit 10. .
- the emissivity is measured and compared with the "specified value from which the previous emissivity power was also obtained.” Judge and generate an error.
- the emissivity is measured and compared with the “specified value obtained from the previous emissivity power”. Then, for example, if the values differ by 0.01 or more, it is determined to be abnormal and an error occurs.
- the emissivity changes depending on the film thickness.
- Figure 5 shows the relationship between the thickness of SiO on Si and the emissivity. As described above, the emissivity changes depending on the film thickness.
- the emissivity is measured and compared with the estimated emissivity. Raise the error.
- the emissivity varies depending on the film on the wafer surface.
- non-contact emissivity measuring devices such as emissivity measuring probes show the wrong emissivity when the wafer is tilted as shown in Table 1.
- the emissivity of the wafer before processing may show an abnormal value due to a processing error or wafer shift in the previous process.
- the emissivity is measured before processing, and compared with the "specified value obtained from the previous emissivity, etc.” Generate an error. Table 1 below shows the relationship between the tilt angle of the wafer and the measured emissivity.
- the emissivity of silicon does not change with temperature at around 0.9 m.
- the emissivity is monitored peripherally even during wafer processing, and if the emissivity does not change, such as anneal, if the emissivity differs from the specified value by, for example, 0.01 or more,
- the emissivity changes depending on the film thickness.
- the emissivity is periodically monitored during wafer processing, and the estimated film thickness at that time is compared with the obtained emissivity, for example, by 0.03. If they differ, it is judged as abnormal and an error occurs.
- the emissivity is periodically monitored during wafer processing, and when the emissivity value obtained from the target film thickness is reached, the process is started. Stops (gas stops, temperature drops).
- a substrate processing apparatus capable of shortening the processing time of a substrate and improving the uniformity of the substrate processing, and a device manufacturing method using the same are provided. Provided.
- the present invention can be particularly suitably used for a substrate processing apparatus for processing a semiconductor wafer and a method for manufacturing a semiconductor device using the same.
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Abstract
基板処理装置は、基板を処理する処理炉以外の場所で処理前および処理後の少なくとも一方の基板表面の放射率を測定する放射率測定部材（２１、２２、２３）と、測定結果を保存する記憶部１１とを備えている。
Description
明 細 書
基板処理装置およびデバイスの製造方法
技術分野
[0001] この発明は、基板処理装置およびデバイスの製造方法に関し、特に、半導体装置 を製造する際に好適に使用される基板処理装置およびそれを用いたデバイスの製 造方法に関するものである。
背景技術
[0002] 従来、この種の基板処理装置として、例えば、図 1に示すような装置が使用されて いる。
図 1に示すように、この基板処理装置の処理炉 100は、処理室 101の内部にサセ プタ 103が設置され、サセプタ 103の上にはウェハ 102が搭載される。ウェハ 102は 加熱手段 104によって加熱され、必要に応じて処理室 101内に所定の反応ガスを流 してウエノ、 102の処理を行う。ウェハ 102の温度は、温度測定用プローブ 107によつ て測定される力 温度測定用プローブ 107によって測定されたウェハ温度は、放射 率測定部 106に設けられた放射率測定用プローブ 105によって測定された放射率 により補正されて、ウェハ 102の温度が検出される。
[0003] し力しながら、このような従来の基板処理装置では、処理炉内で放射率を測定する ため、処理時間が長くなる欠点がある。
また、このような従来の基板処理装置では、ウェハの上部に放射率測定部があるこ とにより、ウェハが局部的に温度低下するため、ウェハ均一性を悪ィ匕させる欠点があ る。
[0004] 本発明の主な目的は、基板の処理の短時間化が図れ、基板処理の均一性を向上 させることができ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を提供 することにある。
発明の開示
[0005] 本発明の一態様によれば、
基板を処理する処理炉以外の場所で処理前および処理後の少なくとも一方の基板
表面の放射率を測定する放射率測定部材と、測定結果を保存する記憶部とを備える ことを特徴とする基板処理装置が提供される。
[0006] 本発明の他の態様によれば、
基板を処理する処理炉と、
前記処理炉の中に設けられた放射率測定器と、
基板上の膜の膜厚によって放射率が変化する膜を処理する場合に、前記基板処 理中に周期的に前記放射率測定器によって前記膜の放射率をモニタし、測定された 放射率が目標となる膜厚より予め求めておいた放射率値となったときに、前記膜の処 理を停止するように前記放射率測定器および前記処理炉を制御する制御部と、を備 えたことを特徴とする基板処理装置が提供される。
[0007] 本発明のさらに他の態様によれば、
基板を処理する処理炉以外の場所で処理前および処理後の少なくとも一方の基板 表面の放射率を測定する放射率測定部材と、測定結果を保存する記憶部とを備える 基板処理装置を用いて前記基板を処理する工程を備えることを特徴とするデバイス の製造方法が提供される。
図面の簡単な説明
[0008] [図 1]従来の基板処理装置に使用している処理炉を説明するための概略縦断面図で める。
[図 2]本発明の実施例で使用される放射率測定および温度測定システムを説明する ための概略図である。
[図 3]本発明の実施例の基板処理装置を説明するための概略縦断面図である。
[図 4]シリコンの放射率と波長との関係を示す図である。
[図 5]Si上の SiOの膜厚と放射率の関係を示す図である。
2
発明を実施するための好ましい形態
[0009] 本発明の好ましい形態によれば、基板を処理する処理炉以外の場所で処理前およ び処理後の少なくとも一方の基板表面の放射率を測定する放射率測定手段と、測定 結果を保存する記憶部とを有することを特徴とする基板処理装置が提供される。
[0010] 好ましくは、大気搬送室 (ァラナイ部）、ロードロック室または冷却室に放射率測定
手段を備える。そして、さらに好ましくは、放射率測定手段で測定した放射率を自動 的に基板処理に反映する。
[0011] また、好ましくは、基板処理装置に一つまたは複数のカセットを投入後、自動的に 一つまたは複数の基板の放射率を測定し、その結果を全ての基板処理に自動的に 反映する。この場合、基本的には、温度補正の初期値に役立てる。
[0012] また、好ましくは、全ての基板の放射率を自動的に測定する。
[0013] また、好ましくは、大気搬送室 (ァラナイ部）またはロードロック室または冷却室に放 射率測定手段を備え、処理前または処理後または処理前後の基板にて放射率測定 手段で放射率を測定し異常 (前工程のプロセスを含む)を検出する。処理前の基板 にて放射率を測定することにより、例えば、ロードされた基板が、正規または前工程で 正常に処理されているかを判別することができ、処理後の基板にて放射率を測定す ることにより、例えば、規定値との比較により処理状況を調べることができ、また、処理 前後の基板にて放射率を測定することにより、例えば、成膜等の基板の処理が正常 に行われたか否かを調べることができる。
[0014] また、好ましくは、放射温度計にて基板の温度を測定し、処理炉の中または外に放 射率測定器を備え、放射率測定器の測定結果により、放射温度計にて測定したゥェ ハ温度を補正するシステムを備え、放射温度計の光フィルタと放射率測定器の光フィ ルタのフィルタ特性を同じにする。また、好ましくは、放射温度計の光電変換素子と放 射率測定器の光電変換素子とを同じにする。
[0015] また、好ましくは、基板より放射される光強度 (光子密度、光放射量)をもとにして温 度を測定する測定器と、その測定器の内部に光の波長を限定する光フィルタであつ て、光フィルタの中心値力 — 1.1 μ mで光フィルタの半値幅力 μ m以下である光 フィノレタと、を備える。
[0016] また、好ましくは、基板より放射される光強度 (光子密度、光放射量)をもとにして放 射率を測定する測定器と、その測定器の内部に光の波長を限定する光フィルタであ つて、光フィルタの中心値力0.5— 1.1 μ mで光フィルタの半値幅が 0.2 μ m以下である 光フィルタと、を備える。
[0017] なお、処理炉の中に放射測定器を備え、処理炉へ基板を搬入してから搬出するま
での間の一部または全てで、一時または周期的に放射率測定器で放射率を測定し、 その測定結果より異常を検出することもできる。
[0018] また、処理炉の中に放射率測定器を備え、処理炉へウェハを搬入して力 搬出す るまでの間の一部または全てで、一時または周期的に放射率測定器で放射率を測 定し、その測定結果よりプロセス処理終了点を検出することもできる。
[0019] 本発明の他の好ましい形態によれば、
基板を処理する処理炉と、
前記処理炉の中に設けられた放射率測定器と、
基板上の膜の膜厚によって放射率が変化する膜を処理する場合に、前記基板処 理中に周期的に前記放射率測定器によって前記膜の放射率をモニタし、測定された 放射率が目標となる膜厚より予め求めておいた放射率値となったときに、前記膜の処 理を停止するように前記放射率測定器および前記処理炉を制御する制御部と、を備 えたことを特徴とする基板処理装置が提供される。
[0020] 本発明のさらに他の好ま 、形態によれば、
基板を処理する処理炉以外の場所で処理前および処理後の少なくとも一方の基板 表面の放射率を測定する放射率測定部材と、測定結果を保存する記憶部とを備える 基板処理装置を用いて前記基板を処理する工程を備えることを特徴とするデバイス の製造方法が提供される。
[0021] 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。
図 4に示されるように、シリコンは 0. 5-1. l /z mでは放射率が温度にほとんど依存 しない。よって、シリコンの温度測定'放射率測定には、ピーク波長が 0. 5-1. l ^ m の光フィルタを備える測定器が適している。また、ピーク波長が 0. 5-1.： mであ つても、半値幅が広い光フィルタを使用すると放射率が温度に依存しない領域から外 されるため、半値幅は 0. 2 m以下の光フィルタを備える測定器が適している。
[0022] 次に、図 2を参照し、本発明の実施例で使用される放射率測定および温度測定シ ステムを説明する。ウェハ 20から放射率測定用プローブ 21へ入射した光は光フアイ バケーブル 22をとおり光子密度検出部 23に入る。光子密度検出部 23にて、レンズ 2 4を通った後、ピーク波長 0. 9 m半値幅 20nmの光フイノレタ 25で 0. 9 m前後以
外の波長の光はカットされ、その後、シリコンを検出素子とした光電変換素子 26によ り電気信号に変換される。その後、電気信号となった光子密度 (光強度）は電子回路 27を経て、処理炉主制御部 10に出力される。処理炉主制御部 10にて、その電気信 号より放射率を算出し、それを記憶部 11で保存する。
[0023] なお、ウェハ 20の放射率の測定は、次のようにして行う。まず、放射率測定用プロ ーブ 21をウェハ 20の真上のリファレンスランプ（図示せず）に向くように回転し、リファ レンスランプ（図示せず)を点灯する。そして、放射率測定用プローブ 21はリファレン スランプ（図示せず)からの入射光子密度を測定する。リファレンスランプ（図示せず） が点灯している間、放射率測定用プローブ 21は、その後、回転し、リファレンスランプ (図示せず)真下のウェハ 20に向く。このポジションにおいて、放射率測定用プロ一 ブ 21はウェハ 20の反射光子密度を測定する。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 アン'ボルツマン定数と表面放射率との積力も成る。従って、非接触における表面温 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ェハ 20 の全半球反射率を計算し、引き続きキルヒホフの法則により放射率が得られる。
(1)ウェハ反射率 =反射光強度 Z入射光強度
(2)放射率 = (1 ウェハ反射率）
[0024] また、ウェハ 20から温度測定用プローブ 18へ入射した光は光ファイバケーブル 17 をとおり温度検出部 12に入る。温度検出部 12の内部にて、レンズ 13を通った後、ピ ーク波長 0. 9 111半値幅2011111の光フィルタ14で0. 9 m前後以外の波長の光は カットされ、その後、シリコンを検出素子とした光電変換素子 15により電気信号に変 換される。その後、電気信号となった光子密度 (光強度）は電子回路内部 16でゥェ ハ温度が算出され、そのウェハ温度が処理炉主制御部 10に出力される。
[0025] 温度測定用プローブ 18にて算出されたウェハ温度は、放射率測定用プローブ 21 にて算出され記憶部 11で保存された放射率により補正されることで、ウェハ温度の 検出を可能としている。
[0026] また、本発明の実施例で使用される放射率測定および温度測定システムでは、温 度検出部 12内部の光フィルタ 14が光子密度検出部 23内部の光フィルタ 25と全く同
じであり、温度検出部 12内部の光電変換素子 15が光子密度検出部 23内部の光電 変換素子 26と全く同じであることにより、放射率測定用プローブ 21にて算出された放 射率の波長帯と温度測定用プローブ 18にて算出されたウェハ温度の波長帯が、正 確に同じであるため、放射率により補正されたウェハ温度は正確である。
[0027] 図 3は、本発明の一実施例の基板処理装置 1を説明するための概略縦断面図であ る。この基板処理装置 1は、処理炉 41と、処理炉 41に接続された真空搬送室 42と、 真空搬送室 42に接続されたロードロック室 44と、真空搬送室 42に設けられ基板とし てのウェハ 20を処理炉 41とロードロック室 44との間で搬送する真空ロボット 43と、口 ードロック室 44に接続されて設けられた大気搬送室 45と、大気搬送室 45に設けられ 大気搬送室 45とカセット 48との間でウェハを搬送する大気ロボット 47と、大気搬送室 45に設けられたァライナ 46と、処理炉主制御部 10と、処理炉主制御部 10に設けら れた記憶部 11と、ウェハ 20の搬送を制御し処理炉主制御部 10に接続された搬送系 主制御部 34と、ロードロック室 44の上部に設けられた放射率測定部 33と、放射率測 定部 33と処理炉主制御部 10との間に接続された光子密度検出部 32と、処理炉 41 内のウェハ 20からの放射光によりウェハ 20の温度を検出し処理炉主制御部 10に接 続された温度検出部 31とを備えて!/ヽる。
[0028] ロードロック室 44の上部の放射率測定部 33に、ウェハ 20の放射率を測定し、その 温度を計算するための非接触式の放射率測定用プローブ等の放射率測定手段（図 示せず）を備えている。ロードロック室 44の上部にあることで、ロードロック室 44の雰 囲気を大気から真空、また、真空力も大気へと変更している間に放射率を測定でき、 プロセス処理時間を短縮できる。光子密度検出部 32で放射率測定部 33からの測定 信号により光子密度 (光強度)を検出し、光子密度検出部 32からの信号に基づき処 理炉主制御部 10で放射率を算出し、算出された放射率を記憶部 11で記憶する。
[0029] 処理炉 41は、温度検出部 31に温度検出手段である複数の温度測定用プローブ（ 図示せず)を備える。これらの温度測定用プローブは処理炉のチャンバ蓋（図示せず )に固定され、すべての処理条件においてウェハ 20のデバイス面力 放射される光 子密度を常に測定する。温度測定用プローブによって測定された光子密度に基づき 温度検出部 31にてウェハ温度に算出され、処理炉主制御部 10にて設定温度と比較
される。温度検出部 31にて算出されたウェハ温度は、放射率測定部 33にて測定さ れ、記憶部 11に記憶された放射率により処理炉主制御部 10内で補正されることで、 ウェハ温度の検出を可能としている。処理炉主制御部 10は比較の結果、あらゆる偏 差を計算し、加熱制御部（図示せず)を介してヒータアッセンプリ（図示せず）内の加 熱手段であるランプ（図示せず)の複数のゾーンへの電力供給量をそれぞれ制御す る。
[0030] ウェハカセット 48投入後、ウェハ 20は一枚づっ、大気搬送室 45→ァライナ 46→ロ ードロック室 44→真空搬送室 42→処理炉 41→真空搬送室 42→ロードロック室 44→ 大気搬送室 45のルートで処理される。すべてのウェハについて、ロードロック室 44を 通過する際、放射率測定部 33に設けた放射率測定手段にて放射率を自動的に測 定し、記憶部 11に記憶する。その後、処理炉 41にてウェハ 20を処理する際、温度 検出部 31により検出されたウェハ温度を、記憶部 11に記憶された放射率により処理 炉主制御部内 10で自動的に補正することで、ウェハ温度を検出する。
[0031] なお、放射率測定手段を備える放射率測定部 33は、冷却室（図死せず)上部また はァラナイ 46上部などに設ける場合もある。冷却室の場合は冷却中に、ァラナイ部 の場合はァライニング中に放射率を測定でき、プロセス処理時間を短縮できる。なお 、冷却室は、処理炉 41で処理された基板を冷却するために使用され、真空搬送室 4 2の側壁に取り付けられ、処理炉 41で処理された基板は冷却室に運ばれ、そこで冷 却された後に、ロードロック室 44〖こ運ばれる。
[0032] また、放射率によってウェハ温度を補正するには、次のようにしてもよい。
ウェハカセット 48投入後、ウェハ 20は一枚づっ、大気搬送室 45→ァライナ 46→ロ ードロック室 44→真空搬送室 42→処理炉 41→真空搬送室 42→ロードロック室 44→ 大気搬送室 45のルートで処理される。最初に通過するデバイスウェハ（ダミーウェハ を除く）のみ、ロードロック室を通過する際、放射率測定部 33に設けた放射測定手段 にて放射率を自動的に測定し、記憶部 11に記憶する。その後、処理炉 41にてその 1 枚目のデバイスウェハ 20を処理する際、温度検出部 31により検出されたウェハ温度 は、その記憶部 11に記憶された放射率により処理炉主制御部内 10で自動的に補正 されることで、ウェハ温度の検出を可能としている。 2枚目以降のデバイスウェハは、
処理炉 41にてウェハ 20を処理する際、最初のデバイスウェハによって求められ記憶 部 11に記憶された放射率により処理炉主制御部 10内で自動的に補正することで、 ウェハ温度を検出する。
[0033] 本発明の他の実施例として、図 3のようにロードロック室 44に放射率測定部 33があ る場合のウェハのモニタにっ 、て説明する。ロードロック室 44に処理前のウェハ 20 が搬送された際、放射率を測定し"前回の放射率力も求めた規定値"と比較して、例 えば、 0. 01以上異なる場合は、異常と判断しエラーを発生する。
[0034] また、ァニールなどの放射率が変化しないプロセスでは、ロードロック室 44に処理 後のウェハ 20が搬送された際、放射率を測定じ'前回の放射率力も求めた規定値" と比較して、例えば、 0. 01以上異なる場合は、異常と判断しエラーを発生する。
[0035] さらに、 Siを酸ィ匕するプロセスなどでは、膜厚によって放射率が変化する。図 5に、 Si上の SiOの膜厚と放射率の関係を示す。このように膜厚によって放射率が変化す
2
る膜のプロセスでは、ロードロック室 44に処理後のウェハ 20が搬送された際、放射率 を測定し推定放射率と比較して、例えば、 0. 03以上異なる場合は、異常と判断しェ ラーを発生する。
[0036] 次に、処理炉 41に放射率測定部 33がある場合のモニタについて説明する。放射 率は、ウェハ表面の膜により異なる値を示す。また、非接触式の放射率測定用プロ一 ブ等の放射率測定器では、表 1に示されるようにウェハが傾くと間違った放射率を示 す。前工程の処理ミスまたはウェハずれにより処理前のウェハの放射率が異常値を 示す場合がある。処理炉 41にウェハ 20が搬送された後、処理前に放射率を測定し" 前回の放射率などから求めた規定値"と比較して例えば、 0. 01以上異なる場合は、 異常と判断しエラーを発生する。次の表 1は、ウェハの傾き角と測定放射率の関係を 示す表である。
[0037] [表 1]
ウェハの傾き角 ウェハ回転角 放射率
0° 0. 679
90。 0. 679
0°
180° 0. 678
270° 0. 676
0° 0. 659
90° 0. 587
r
180° 0. 668
270° 0. 638
[0038] また、図 4より分力るように、シリコンにおいても 0. 9 m付近では、放射率は温度に よって変化しない。ウェハ処理中も放射率を周辺的にモニタし、ァニールなどの放射 率が変化しないプロセスでは、規定値と比較して、例えば、 0. 01以上異なる場合は
、異常と判断しエラーを発生する。
[0039] Siを酸ィ匕するプロセスなどでは、膜厚によって放射率が変化する。このように膜厚 によって放射率が変化する膜のプロセスでは、ウェハ処理中に周期的に放射率をモ ニタし、その時の推定膜厚を求めた放射率と比較して、例えば、 0. 03以上異なる場 合は、異常と判断しエラーを発生する。
[0040] また、膜厚によって放射率が変化する膜のプロセスでは、ウェハ処理中に周期的に 放射率をモニタし、目標となる膜厚より求めた放射率値となったときに、プロセスを停 止 (ガス停止、温度下降)する。
[0041] 明細書、特許請求の範囲、図面および要約書を含む 2003年 9月 24日提出の日本 国特許出願 2003— 332485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。
[0042] 種々の典型的な実施の形態を示しかつ説明してきた力 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
されるちのである。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明の好ま 、形態によれば、基板の処理の短時間化が 図れ、基板処理の均一性を向上させることができる基板処理装置およびそれを使用 したデバイスの製造方法が提供される。
その結果、本発明は、半導体ウェハを処理する基板処理装置およびそれを使用し た半導体デバイスの製造方法に特に好適に利用できる。
Claims
[1] 基板を処理する処理炉以外の場所で処理前および処理後の少なくとも一方の基板 表面の放射率を測定する放射率測定部材と、測定結果を保存する記憶部とを備える ことを特徴とする基板処理装置。
[2] 大気搬送室、ロードロック室および冷却室の少なくともひとつと、制御部とをさらに備 え、前記放射率測定部材は前記大気搬送室、前記ロードロック室および前記冷却室 の少なくともひとつに備えられ、前記制御部は前記放射率測定部材で測定した放射 率を基板処理に反映させることを特徴とする請求項 1記載の基板処理装置。
[3] 前記基板処理装置に一つまたは複数のカセットを投入後、前記放射率測定部材に て前記一つまたは複数のカセットに収容されている少なくとも一つの基板の放射率を 測定し、前記制御部が前記測定結果を前記一つまたは複数のカセットに収容されて いる全ての基板処理に反映させることを特徴とする請求項 1記載の基板処理装置。
[4] 処理前または処理後または処理前後の基板の放射率を前記放射率測定部材によ り測定し、その測定結果に基づき、前記制御部が当該基板に対する処理状況を判断 することを特徴とする請求項 1記載の基板処理装置。
[5] 処理前の基板の放射率を測定し、当該測定結果と規定値とを比較して、当該基板 が正規または前工程で正常に処理されているかを判断することを特徴とする請求項 4 記載の基板処理装置。
[6] 前記規定値と 0. 01以上放射率が異なる場合、異常と判断することを特徴とする請 求項 5記載の基板処理装置。
[7] 処理後の基板の放射率を測定し、当該測定結果と前記規定値とを比較して、当該 処理における処理状況を判断することを特徴とする請求項 4記載の基板処理装置。
[8] 前記処理がァニール処理であって、前記規定値と 0. 01以上放射率が異なる場合
、異常と判断することを特徴とする請求項 7記載の基板処理装置。
[9] 前記処理が基板上に膜を堆積する処理であって、所望の膜厚に対する放射率と、 処理後の放射率とを比較して、当該堆積処理が正常に行われたかを判断することを 特徴とする請求項 7記載の基板処理装置。
[10] 処理前後の基板の放射率を測定し、該処理前後の放射率を比較して、当該基板に
対して当該処理が正常に行われたか否かを判断することを特徴とする請求項 4記載 の基板処理装置。
[11] 前記処理炉の内部に基板の温度を測定する放射温度計と、前記放射率測定部材 の測定結果により、前記放射温度計にて測定した基板温度を補正する制御部とをさ らに備え、前記放射温度計の光フィルタと前記放射率測定部材の光フィルタのフィル タ特性を同じとすることを特徴とする請求項 1記載の基板処理装置。
[12] 前記各光フィルタは、中心値が 0. 5乃至 1. l ^ m,半値幅が 0. 2 μ m以下であり、 取り込む光の波長を限定することを特徴とする請求項 11記載の基板処理装置。
[13] 基板を処理する処理炉と、
前記処理炉の中に設けられた放射率測定器と、
基板上の膜の膜厚によって放射率が変化する膜を処理する場合に、前記基板処 理中に周期的に前記放射率測定器によって前記膜の放射率をモニタし、測定された 放射率が目標となる膜厚より予め求めておいた放射率値となったときに、前記膜の処 理を停止するように前記放射率測定器および前記処理炉を制御する制御部と、を備 えたことを特徴とする基板処理装置。
[14] 基板を処理する処理炉以外の場所で処理前および処理後の少なくとも一方の基板 表面の放射率を測定する放射率測定部材と、測定結果を保存する記憶部とを備える 基板処理装置を用いて前記基板を処理する工程を備えることを特徴とするデバイス の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP2005514095A JPWO2005029020A1 (ja) | 2003-09-24 | 2004-09-22 | 基板処理装置およびデバイスの製造方法 |
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|---|---|---|---|
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| PCT/JP2004/013779 WO2005029020A1 (ja) | 2003-09-24 | 2004-09-22 | 基板処理装置およびデバイスの製造方法 |
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JPH04297054A (ja) * | 1990-04-09 | 1992-10-21 | Anelva Corp | 半導体ウエハーの処理方法および装置 |
| JPH05295543A (ja) * | 1992-02-17 | 1993-11-09 | Hitachi Ltd | 真空処理装置及びそれを用いた成膜装置と成膜方法 |
-
2004
- 2004-09-22 WO PCT/JP2004/013779 patent/WO2005029020A1/ja active Application Filing
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