JP2003045818A - 基板処理装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】処理すべき基板の種類が異なっても、加熱条件
を容易に設定できて生産性を向上させることができる基
板処理装置および半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】少なくとも基板の加熱前に基板のエミシビ
ティ（放射率）を測定し、そのエミシビティに対応する
加熱条件にて基板の加熱制御を行い基板を処理する。測
定したエミシビティに対応する加熱条件を設定して基板
の加熱制御を行うには、基板加熱前に予め測定した基板
のエミシビティに対応した温度制御テーブルを作成して
おき、ウェーハ処理時に自動的にこのテーブルから加熱
条件を選択してウェーハ温度制御プログラムに自動的に
ローディングして加熱する。温度制御テーブルは、エミ
シビティとそのエミシビティに対応するＰＩＤなどの温
度制御定数を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板処理装置およ
び半導体装置の製造方法に関し、特に、半導体製造装置
および半導体装置の製造方法におけるウェーハ加熱温度
制御方式に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ウェーハをハロゲンテンプなどの輻射エ
ネルギーで加熱して処理するＲＴＰ（Rapid Thermal Pr
ocessing）装置において、ウェーハを加熱する場合、従
来は温度制御システムのＰＩＤなどの定数を設定して、
ウェーハ昇温時や安定時にウェーハ温度がハンチングや
オーバ／アンダーシュートしないように複数回昇温テス
トを行い、ＰＩＤ定数などの温度制御パラメータを最適
化してから製品ウェーハの処理を行っていた。この場
合、ウェーハの種類が異なる（例えば、ウェーハ表面に
成膜されている膜種などが異なる）とウェーハ加熱面の
エミシビティが変化するので、異なるウェーハでは毎回
加熱条件出しが必要であり、生産性の低下要因となって
いた。また、処理圧力などの処理条件が変わると同様に
加熱条件出しが必要であった。

【０００３】このような不都合を解決するために、基板
処理の前に、一旦基板を加熱し、これによる基板の温度
変化速度を測定し、この温度変化速度の度合いにより基
板の種類を判定し、さらに、この判定結果に基づき、基
板の種類に対応する制御パラメータテーブル（目標温度
プロファイル、ＰＩＤパラメータ）に従い基板の処理を
行う方法が開示されている（特開平１１−３２９９９２
号公報）。

【０００４】しかしながら、この方法では、基板の処理
の前に一旦基板を加熱する必要があり、その分やはり生
産性が低下するという問題があった。また、処理中に基
板が加熱されていくと、基板の加熱特性も変化するの
で、処理前のみの測定では精度が悪くなるという問題も
あった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の主な
目的は、処理すべき基板の種類が異なっても、加熱条件
を容易に設定できて生産性を向上させることができる基
板処理装置および半導体装置の製造方法を提供すること
にある。

【０００６】また、本発明の他の目的は、処理中に基板
が加熱されていき、基板の加熱特性が変化しても、それ
に応じて加熱条件を容易に設定し直すことができ、それ
によって精度よく加熱制御を行うことができる基板処理
装置および半導体装置の製造方法を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、少なく
とも基板の加熱前に前記基板のエミシビティ（放射率）
を測定し、該エミシビティに対応する加熱条件にて前記
基板の加熱制御を行い前記基板を処理することを特徴と
する基板処理装置が提供される。

【０００８】好ましくは、前記エミシビティの測定は、
前記基板のデバイス形成面のエミシビティの測定であ
る。

【０００９】また、好ましくは、前記基板を加熱処理し
ている間も、前記基板のエミシビティを求め、前記基板
の加熱制御を、前記基板を加熱処理している間に求めた
エミシビティに対応した加熱条件に基づいて可変させな
がら前記基板の処理を行う。この場合に、好ましくは、
前記計測したエミシビティ値により、前記基板の温度を
測定する温度センサの測定値をも補正する。また、好ま
しくは、前記加熱条件は、求めたエミシビティ値、基板
処理圧力値およびエミシビティ測定時の温度に基づいて
定めたＰＩＤ定数を含む。

【００１０】また、本発明によれば、少なくとも基板の
加熱前に前記基板のエミシビティを測定し、該エミシビ
ティに対応する加熱条件にて前記基板の加熱制御を行い
前記基板を処理することを特徴とする半導体装置の製造
方法が提供される。

【００１１】上記本発明の基板処理装置および半導体装
置製造方法において、基板は、好ましくは半導体ウェー
ハである。

【００１２】また、上記本発明の基板処理装置および半
導体装置製造方法は、基板を１枚ずつ熱処理する場合に
好適に適用される。

【００１３】ＲＴＰ装置などの輻射エネルギーを利用す
る加熱方式では、処理すべきウェーハの種類が異なるこ
とによるウェーハのエミシビティの変化や、処理圧力な
どのプロセス条件の変更に伴い、ウェーハの加熱特性が
変わるので、その都度温度制御プログラムのＰＩＤパラ
メータを変更する必要がある。従来ではその条件出しに
多くの時間を必要とするため、生産性の低下をまねいて
いた。

【００１４】これに対して本発明では、少なくとも基板
の加熱前に基板のエミシビティ（放射率）を測定し、そ
のエミシビティに対応する加熱条件にて基板の加熱制御
を行い基板を処理している。本発明では、まず、基板の
加熱前に基板のエミシビティを測定し、そのエミシビテ
ィに対応する加熱条件を設定して基板の加熱制御を行う
ので、加熱条件を決めるのに加熱する必要はなく、ただ
基板のエミシビティを測定するだけでいいので、加熱条
件出しの時間が大幅に低減でき、生産性の向上を図るこ
とができる。

【００１５】測定したエミシビティに対応する加熱条件
を設定して基板の加熱制御を行うには、好ましくは、基
板加熱前に予め測定した基板のエミシビティに対応した
温度制御テーブルを作成しておき、ウェーハ処理時に自
動的にこのテーブルから加熱条件を選択してウェーハ温
度制御プログラムに自動的にローディングして加熱す
る。

【００１６】温度制御テーブルは、好ましくは、エミシ
ビティとそのエミシビティに対応するＰＩＤなどの温度
制御定数を含む。

【００１７】また、処理圧力などのプロセス条件の変更
が伴う場合には、温度制御テーブルは、好ましくは、エ
ミシビティおよび処理圧力に対応するＰＩＤなどの温度
制御定数を含む。

【００１８】この場合に、好ましくは、基板のエミシビ
ティ値と処理圧力などのプロセス条件を含む複数の温度
制御テーブルを持つ。

【００１９】さらに、基板が温まってくるとエミシビテ
ィが変化するので、処理中もリアルタイムでエミシビテ
ィを測定し、加熱途中でも加熱条件（ＰＩＤ定数）を変
えることで、より高精度の温度制御ができる。従って、
好ましくは、基板加熱前だけでなく、基板を加熱処理し
ている間も、基板のエミシビティを求め、基板の加熱制
御を、基板を加熱処理している間に求めたエミシビティ
に対応した加熱条件に基づいて可変させながら基板の処
理を行う。

【００２０】例えば、半導体シリコンウェーハのばあ
い、エミシビティが０．１変化すると、１０〜２０℃変
化するので、リアルタイムでの制御が好ましい。

【００２１】このように、エミシビティをリアルタイム
で計測して加熱条件を変更させる場合に、放射温度計を
も補正することが好ましい。

【００２２】このように、基板加熱前だけでなく、基板
を加熱処理している間も、基板のエミシビティを求め、
基板の加熱制御を、基板を加熱処理している間に求めた
エミシビティに対応した加熱条件に基づいて可変させな
がら基板の処理を行う場合には、好ましくは、加熱条件
の温度制御テーブルは、エミシビティ値、基板処理圧力
値およびエミシビティ測定時の温度とこれらに基づいて
定めたＰＩＤ定数などの温度制御定数を含む。

【００２３】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。

【００２４】図１は、本発明の一実施の形態の基板処理
装置の概略図である。この基板処理装置は、処理リアク
タ（プロセスチャンバ）１０内にヒータアッセンブリ１
４を備える。ヒータアッセンブリ１４は、その内部にハ
ロゲンランプ等のランプ１４１を備えている。処理リア
クタ１０には、その内部の圧力を測定する圧力センサ１
１２が取り付けられている。処理リアクタ１０には、ま
た、非接触式放射率測定システム６０が取り付けられて
いる。放射率測定システム６０は、光子密度センサ７０
とプロセッサ（ウェーハエミシビティ測定器）６１とを
備えている。プロセッサ６１と圧力センサ１１２は温度
制御コントローラ１１０に接続されている。温度制御コ
ントローラ１１０は電力制御ユニット１１１に接続さ
れ、電力制御ユニット１１１は電気的フィールドスルー
８６を介してランプ１４１に接続されている。半導体基
板（半導体ウェーハ）１２は、その裏面からヒータアッ
センブリ１４内のハロゲンランプ等のランプ１４１によ
って加熱される。また、その上面（デバイス形成面）の
エミシビティは、光子密度センサ７０によって測定さ
れ、その後プロセッサ６１を介して温度制御コントロー
ラ１１０に入力される。また、処理リアクタ１０内の圧
力は圧力センサ１１２によって測定され、温度制御コン
トローラ１１０に入力される。

【００２５】基板加熱前および基板加熱中においても、
基板のエミシビティと、それに対応する基板の加熱条件
を予め求めておき、表１のような、加熱条件の温度制御
テーブルを予め作成しておく。この加熱条件の温度制御
テーブルは、エミシビティ値、基板処理圧力値およびエ
ミシビティ測定時の温度とこれらに基づいて定めたＰＩ
Ｄ定数などの温度制御定数を含む。

【００２６】

【表１】

【００２７】そして、半導体基板１２を処理する場合に
は、基板加熱前および、基板を加熱処理している間も、
半導体基板１２のエミシビティを求め、測定したエミシ
ビティ値、基板処理圧力値およびエミシビティ測定時の
温度から表１に示す温度制御テーブルから自動的に加熱
条件（ＰＩＤ定数）を選択して、温度制御コントロラー
１１０のウェーハ温度制御プログラムに自動的にローデ
ィングして半導体基板１２を加熱する。

【００２８】次に、本実施の形態で好適に用いられる半
導体基板処理用のリアクタ１０および半導体基板１２の
放射率測定を可能にする放射率測定アッセンブリ６０を
詳細に説明する。

【００２９】特に図２及び図３を参照すると、半導体基
板処理用のリアクタはその全体が符号１０で示される。
例示の態様においては、リアクタ１０は、半導体ウェー
ハ等の半導体基板１２の様々な処理工程を実行するのに
適した枚葉式リアクタである。またリアクタ１０は、特
に半導体ウェーハの熱処理に適している。こうした熱処
理の例としては、半導体デバイスの処理における、半導
体ウェーハの熱アニール、ホウ素−リンから成るガラス
の熱リフロー、高温酸化膜、低温酸化膜、高温窒化膜、
ドープポリシリコン、未ドープポリシリコン、シリコン
エピタキシャル、タンングステン金属、又はケイ化タン
グステンから成る薄膜を形成するための化学蒸着が挙げ
られる。これらの処理における制御は、ガス流量、ガス
圧及びウェーハ温度の制御に依存している。更に詳細に
説明されるように、リアクタ１０は、基板１２に均一に
熱を供給するヒータアッセンブリ１４と、基板の個別部
分に向けガスを制御しながら均一に且つ選択的に供給す
るガス射出アッセンブリ３４と、処理中の基板に供給さ
れる熱の量及び／又はプロファイルを調整するため、処
理中の基板のデバイス面における平均表面積について連
続的な放射率測定を可能にする放射率測定アッセンブリ
６０とを備える。

【００３０】図３から明らかなように、リアクタ１０
は、ヒータハウジング１６に囲まれたヒータアッセンブ
リ１４を含む。このヒータアッセンブリ１４は、基板温
度がほぼ均一になるように放射熱を基板１２に供給す
る。好ましい形態においては、ヒータアッセンブリ１４
は、放射ピーク０．９５ミクロンで照射し、複数の加熱
ゾーンを形成し、基板中心部より多くの熱を基板周辺部
に加える集中的加熱プロファイルを提供する一連のタン
グステン−ハロゲン直線ランプ（非図示）等の加熱要素
を、含む。ヒータアッセンブリ１４の詳細は、例えば、
「高速熱処理ヒーターの技術及び使用方法（ＲＡＰＩＤ
ＴＨＥＲＭＡＬ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ＨＥＡＴＥＲ
ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＵＳ
Ｅ）」と題する米国出願（１９９６年１２月４日出願、
出願番号第０８／７５９５５９号）に記載されている。
リアクタ１０として他のヒータ、好ましくは、ほぼ均一
に基板に熱を供給するヒータを使用できる。

【００３１】ヒータアッセンブリ１４は、回転ベース１
８上に設けられたヒータハウジング１６内に収容されて
いる。このヒータハウジング１６は、セラミック、グラ
ファイト、より好ましくはシリコングラファイトで被覆
したグラファイト等から成る。 ヒータアッセンブリ１
４、ヒータハウジング１６、回転ベース１８は、外側の
リアクタハウジング２０内に収容されて真空密封され、
更にリアクタハウジング２０のベース壁２２の上に保持
される。リアクタハウジング２０は様々な金属材料から
形成することができる。例えば、幾つかのアプリケーシ
ョンではアルミニウムが適しており、他のアプリケーシ
ョンではステンレス鋼が適している。材料の選択は、当
業者であれば分かるように、蒸着処理に用いられる化学
物質の種類、及び選択された金属に対するこれら化学物
質の反応性に左右される。通常前記チャンバ壁は、本技
術分野では公知であるように、従来の循環式冷水フロー
システムにより華氏約４５〜４７度まで水冷される。

【００３２】図３及び図４においては、回転ベース１８
及びヒータハウジング１６は、ハウジングのベース壁２
２の上に回転自在に保持され、好ましくは従来の磁気結
合式駆動機構２３又は真空シールを介して回転ベース１
８を回転させ得るその他の好適な駆動装置を用いて回転
させられる。回転ベース１８の回転速度は、当業者であ
れば分かるように、個々の処理に応じて５〜６０ｒｐｍ
であることが好ましい。

【００３３】図２においては、リアクタハウジング２０
は、円筒状外壁２４と該外壁２４を覆うように延在する
カバー２６を含む。基板１２は、リアクタハウジング２
０内の、炭化ケイ素で被覆したグラファイト、クォー
ツ、純炭化ケイ素、アルミナ、ジルコニア、アルミニウ
ム、又は鋼等の好適な材料から成るプラットホーム２８
の上に保持される。プラットホーム２８の好ましい態様
の詳細は、「高速高温処理における半導体基板のための
基板プラットホーム及び基板の保持方法（ＡＳＵＢＳＴ
ＲＡＴＥ ＰＬＡＴＦＯＲＭ ＦＯＲ Ａ ＳＥＭＩＣＯＮ
ＤＵＣＴＯＲ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ ＤＵＲＩＮＧ ＲＡ
ＰＩＤ ＨＩＧＨ ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥＰＲＯＣＥＳ
ＳＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＳＵＰＰＲＯＴＩ
ＮＧ ＴＨＥ ＳＡＭＥ）」と題する米国出願（１９９７
年８月１５日出願）を参照のこと。

【００３４】プラットホーム２８は、ヒータハウジング
１６の頂部壁２７に設けられたリセス又は中央開口部１
６ａに据え付けられて保持される。プラットホーム２８
は、カバー２６と距離を置きながら、中央開口部１６ａ
のほぼ全体を覆うように延在する。その結果ヒータアッ
センブリ１４は、ヒータハウジング１６と、ヒータハウ
ジング１６の頂部に置かれた場合にヒータアッセンブリ
１４の包囲を完了するプラットホーム２８とによって完
全に包囲される。プラットホーム２８は、様々なサイズ
の基板、特に直径１５０、２００及び３００ｍｍの基板
を収容することができる。プラットホーム２８とカバー
２６の下部表面２６ａとの間のスペースは、真空排気処
理チャンバ３０となる。該チャンバ３０は、ガスインジ
ェクタアッセンブリ３４内に設置された真空排気部品に
よって真空排気される。自動運搬ロボット等の従来のウ
ェーハ運搬装置（非図示）によって、基板１２をチャン
ババルブ３２を介して該チャンバ３０内に導入して、プ
ラットホーム２８の上に設置することが好ましい。

【００３５】図５及び図６において、リアクタ１０は更
に、ガス射出マニホルド３４を含む。該マニホルド３４
は１種以上のガスを、蒸着膜が形成される基板表面の局
所部分即ち個別部分に射出する。ガス射出マニホルド３
４は、複数のガス射出セグメント３６、３８、４０、不
活性ガス射出リング４１、及び排気マニホルド４４を含
み、カバー２６の中に位置決めされる。不活性ガス射出
リング４１は、好ましくは窒素等の不活性ガスを処理チ
ャンバ３０内に射出して不活性ガスを基板の周辺部に向
けることによってガスのバリアを形成する。その結果、
真空排気マニホルド４４の該セグメント３６、３８、４
０の近傍への設置により、反応ガス射出セグメント３
６、３８、４０を介して射出された反応ガスは、該セグ
メント３６、３８、４０直下の基板の領域に閉じ込めら
れる。

【００３６】図６に最も良く示されているように、ガス
射出セグメント３６、３８、４０は、１種以上のガス、
即ち反応ガスや不活性ガスを処理チャンバ３０内に射出
するため、カバー２６の中央部分に位置合わせされる。
排気マニホルド４４は、ガス射出セグメント３６、３
８、４０の近傍に沿って延在する。そのため、基板１２
に向けられたガスは基板の個別部分に閉じ込められる。
また排気マニホルド４４は、基板１２の一端から反対側
の端に向かって延在することが好ましい。ガス射出セグ
メント３６、３８、４０が射出したガスは、ほぼ基板１
２の方向に向けられ、排気マニホルド４４下の領域付近
に移動する迷走ガスの分子は、処理チャンバ３０から排
出される。従って、該セグメント３６、３８、４０が供
給したガスは処理チャンバ３０内の個別空間と基板１２
の個別部分に閉じ込められる。

【００３７】ガス射出セグメント３６、３８、４０は、
特定のガスの射出と関連付けられている。例えば、ガス
射出ゾーン３６と４０をガスＡの射出に用い、一方ガス
射出ゾーン３８をガスＢの射出に用いることができる。
この方法では、２種の反応ガス（Ａ及びＢ）を射出し
て、基板のデバイス面上で混合し反応させることができ
る。本技術分野の当業者には、基板１２を処理するた
め、水素、アルゴン、六フッ化タングステン等の広範囲
のガスを用い、射出孔４２を介して選択的に導入できる
ことが理解されるはずである。

【００３８】図６においては、ガス射出マニホルド３４
は、排気マニホルド４４を含む。上述のように、排気マ
ニホルド４４は、セグメント３６、３８、４０の周囲に
延在し追加的境界を設けることにより、反応ガスがこの
境界を越えて出ないようにしている。また排気マニホル
ド４４は、処理チャンバ３０から未反応ガスを除去する
ことに加え、未反応ガスの逆流による汚染の防止にも役
立つ。排気マニホルド４４と射出リング４１との組合わ
せにより、膜生成が局所化するように基板１２上の膜生
成が制御されるので、以下に述べる放射率測定システム
の使用が可能となる。

【００３９】またリアクタ１０は、様々な製造工程にお
いて基板１２の放射率を測定し、その温度を計算するた
めの非接触式放射率測定システム６０をも含む。この放
射率測定システム６０は、中央処理ユニット６１、及び
互いに連結され中央処理ユニット６１と結合された一対
の光ファイバー通信ケーブル６２、６４を含む。該ケー
ブル６２はサファイア製の光ファイバー通信ケーブルか
ら成ることが好ましく、またリアクタ１０に真空フィー
ドスルーを提供する固定部材６６を介してリアクタハウ
ジング２０のカバー２６の中に延在することが好まし
い。該ケーブル６２は、部材６６を通って、プラットホ
ーム２８と基板１２の上方に位置決めされたカバー２６
内の空洞６７の中まで延在する。部材６６は好ましくは
円筒状駆動シャフト、より好ましくはステンレス鋼製円
筒状駆動シャフトであり、カバー２６内に回転自在に設
けられる。該ケーブル６２の一端６８は、基板１２と光
源７２に向けて曲げられ又は方向付けられる。このケー
ブル６２の光子検知用端により、以下に充分説明される
ように、光ファイバー光子密度センサ又はプローブ７０
が形成される。該ケーブル６２の第２の端部はシャフト
６６の中を通って、ハウジング２０の円筒状壁２４の外
表面に取付けられた光ファイバーハウジング７６の中ま
で延在する。該ケーブル６２の遠位端６２ａは、光ファ
イバーハウジング７６の中で前記ケーブル６４の遠位端
６４ａとスリップ結合される。該ケーブル６４は、クウ
ォーツ製の光ファイバー通信ケーブルから成ることが好
ましい。

【００４０】光ファイバー通信ケーブル６４の他端はプ
ロセッサ６１に接続される。これにより、光ファイバー
通信ケーブルケーブル６２が回転する時でも、２本の通
信ケーブル間のスリップ結合により、光ファイバー通信
ケーブル６２は光ファイバー通信ケーブル６４及びプロ
セッサ６１と連通したままになる。プロセッサ６１は、
光ファイバーセンサ７０が測定した光子密度をプロセッ
サ６１が表示する電流に変換する測定器具、例えばルク
ストロン（Ｌｕｘｔｒｏｎ）１００型等から成ることが
好ましい。

【００４１】光ファイバーセンサ７０の位置は、光ファ
イバーハウジング７６内に収容され、シャフト６６と駆
動的に連結される駆動装置、好ましくはモータ８０によ
って変えられる。モータ８０は、駆動軸８１及びシャフ
ト６６と係合しこれをその長手軸６６ａを中心に回転さ
せる駆動ホイール８２を含む。またモータ８０は、光フ
ァイバー通信ケーブル６２に回転を与えるシャフト６６
を回転させ、これにより光ファイバーセンサ７０が光源
７２に向けてほぼ上側に向けられる第１ポジションと該
センサが基板１２に向けてほぼ下側に向けられる第２ポ
ジションとの間で該センサの向きが変えられる。従っ
て、光ファイバー通信ケーブル６２の先端６８は、該ケ
ーブル６２の水平軸６２ａに対し直角方向に向けられて
いることが好ましい。このようにして、該センサ７０は
光源７２から放射された光子の密度と基板から反射され
た光子の密度を検知することができる。光源７２は、ウ
ェーハにおける光の透過率が最小となる波長、好ましく
は０．９５ミクロンの波長の光を放射する白色光源から
成ることが好ましい。放射率測定システム６０は、光源
７２からの放射と基板１２からの放射を比較することに
より、基板１２の温度を測定する。また光源７２は、ヒ
ータアッセンブリ１４に用いられるランプと構造が類似
した少なくとも１個のランプを含む。このヒータアッセ
ンブリ１４は「高速熱処理ヒーターの技術及び使用方法
（ＲＡＰＩＤ ＴＨＥＲＭＡＬ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ
ＨＥＡＴＥＲ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＡＮＤ ＭＥＴＨ
ＯＤ ＯＦＵＳＥ）」と題する米国特許出願に説明され
ている。

【００４２】光子密度センサ７０は、好ましくはチャン
バ３０中及び基板１２上へ射出されるガスが放射率セン
サ７０の温度読み取りを妨害しないようにガス注入シス
テム３４と排気マニホルド４４の両者から間隔をあけ、
好ましくは半径方向外側に位置して備えられる。ヒータ
アッセンブリ１４はヒータハウジング１６に完全に包囲
されているので、放射率センサ７０による読み取りに影
響を与える得るヒータアッセンブリ１４から蒸着チャン
バ３０への光の漏れはない。これによって、２個のプロ
ーブを有する従来の温度測定装置に伴うプローブ特性の
整合又修正の必要がなくなる。基板１２をプラットホー
ム２８上に配置後、駆動機構２３は処理中ヒータハウジ
ング１６とプラットホーム２８を回転させる。基板１２
の放射率の測定時には、センサ７０は基板１２の真上の
光源７２に向くように回転し、光源７２が点灯する。そ
して、センサ７０は光源７２からの入射光子密度を測定
する。光源７２が点灯している間、センサ７０は第１ポ
ジションから第２ポジションへと回転し、回転している
間に光源７２真下の基板１２に向く。このポジションに
おいて、センサ７０は基板１２のデバイス面１２ａの反
射光子密度を測定する。続いて光源７２が消灯される。
基板１２に直接向いている間、センサ７０は、加熱され
た基板１２からの放射光子を測定する。この最後の数値
は反射放射値から減算される。プランクの法則によれ
ば、特定の表面に放出されたエネルギーは表面温度の四
乗に関係する。その比例定数はシュテファン・ボルツマ
ン定数と表面放射率との積から成る。従って、非接触法
における表面温度の決定時には、表面放射率を使用する
のが好ましい。以下の式を用いて基板１２のデバイス面
１２ａの全半球反射率を計算し、引き続きキルヒホッフ
の法則により放射率が得られる。 （１）ウェーハ反射率 ＝反射光強度／入射光強度 （２）放射率 ＝ （１−ウェーハ反射率） 一旦基板放射率が得られると、プランクの式から基板温
度が得られる。この技法は、基板が高温で、且つこのよ
うな適用において上記計算の実行前に基本熱放射が減算
される場合にも用いられる。センサ７０は、第２ポジシ
ョン即ちウェーハに向けられるポジションに留まって、
光源７２の点灯時には常に放射率データを提供し続ける
ことが好ましい。

【００４３】基板１２は回転しているので、センサ７０
は、その回転中に基板１２の装置側１２ａから反射され
る光子密度を測定し、基板にリトグラフされるであろう
変化するデバイス構造の平均表面トポロジーからの反射
を測定する。また放射率測定は薄膜蒸着過程を含む処理
サイクルにわたって行われるので、放射率の瞬時の変化
がモニターされ、温度補正が動的且つ連続的に行われ
る。一旦計算された放射率はプロセッサ６１の温度制御
セグメントに送られ、そこで放射率値がプランクの式の
適用に用いられる。

【００４４】リアクタ１０は更に複数の光ファイバー温
度測定プローブ８４を含む。これらのプローブはカバー
２６に固定され、すべての処理条件において基板１２の
デバイス面１２ａから放射される光子密度を常に測定す
る。プローブ８４によって測定された温度は、主制御コ
ンピュータに送られて設定温度と比較される。あらゆる
偏差が計算され、標準的な一般的に入手可能なＳＣＲ電
流リレーを駆動するための制御電流に変換され、ヒータ
アッセンブリ１４内の各ランプゾーンに制御電流に比例
した電力を送る。好ましくはリアクタ１０は、ウェーハ
の異なる部分の温度を測定するために位置決めされた３
個のプローブ（８４）を含む。これによって処理サイク
ル中の温度の均一性が確保される。

【００４５】中央処理ユニット６１が計算した基板１２
の温度読取り値は、ヒータアッセンブリ１４のアウトプ
ットをモニターし制御する制御システム（図１の温度制
御コントローラ１１０および電力制御ユニット１１１）
へのインプットとして用いられることが好ましい。この
制御システムは、リアクタハウジング２０のベース壁２
２に向かって延在する電気的フィードスルー８６を介し
て、ヒータアッセンブリ１４に結合される。リアクタ１
０内の真空を維持するため、フィードスルー８６は、Ｏ
リング又は他の従来の封止装置や方法を用いて密閉され
る。

【００４６】半導体基板１２の処理後、該基板１２は、
複数のリフタピン８８によりプラットホーム２８から持
ち上げられる。このリフタピン８８はプラットホーム２
８を貫通し、リアクタ１０内で基板１２を自動的にロー
ディング及びアンローディングするためにプラットホー
ム２８から基板１２を持ち上げる。リフタピン８８は、
当技術分野においては既知の磁気結合ウェーハリフタ９
０によって上下する。リフタピン８８はハウジング１６
の中央に位置し、ヒータアッセンブリ１４の中央部及び
プラットホーム２８の中央部を貫通する。同様に、チャ
ンバ３０内の真空を維持するために、リフタピン８８
は、ハウジング２０のベース壁２２に設けられたＯリン
グシールを貫通して延在する。

【００４７】好ましい形態においては、３本以上のリフ
タピン８８が設けられる。最も好ましい形態において
は、４本のリフタピン８８が設けられ、また基板１２を
自動的にローディング及びアンローディングするため
に、リフタピン８８がプラットホーム２８を貫通し、基
板１２をプラットホーム２８から持ち上げることを可能
にするためのリフタピン８８の数に相当する数の開口部
がプラットホーム２８に設けられている。プラットホー
ム２８中の開口部とリフタピン８８の位置が合うように
ハウジングが位置決めされた時、例えばホーム（ＨＯＭ
Ｅ）ポジションにハウジングが位置決めされた時のみに
リフタピン８８が作動できるようになっていることは分
かるであろう。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、処理すべきウェーハの
種類が異なっても、加熱条件を容易に設定できて生産性
を向上させることができる基板処理装置および半導体装
置の製造方法が提供される。

【００４９】また、本発明によれば、処理中に基板が加
熱されていき、基板の加熱特性が変化しても、それに応
じて加熱条件を容易に設定し直すことができ、それによ
って精度よく加熱制御を行うことができる基板処理装置
および半導体装置の製造方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の基板処理装置の概略図
である。

【図２】本発明の一実施の形態の基板処理装置の化学蒸
着（化学気相成長）チャンバの斜視図である。

【図３】図２の線II−IIに沿う略断面図である。

【図４】ガス射出システムを示す図２の線III−IIIに沿
う拡大断面図である。

【図５】チャンバカバーの平面図である。

【図６】チャンバカバーの底面図である。

【図７】図２の化学蒸着（化学気相成長）チャンバと連
携する放射率測定システムの略図である。

【符号の説明】

１０…処理リアクタ １２…半導体基板 １４…ヒータアッセンブリ １６…ヒータハウジング １８…回転ベース ２６…カバー ２８…プラットホーム ３０…処理チャンバ ３４…ガス射出アッセンブリ ３６、３８、４０…ガス射出セグメント ４１…不活性ガス射出リング ４２…射出孔 ４４…排気マニホルド ６１…プロセッサ ６２、６４…光ファイバー通信ケーブル ７０…光子密度センサ ７２…光源 ９０…リフタピン １１０…温度制御コントローラ １１１…電力制御ユニット １１２…圧力センサ １４１…ハロゲンランプ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも基板の加熱前に前記基板のエミ
   シビティを測定し、該エミシビティに対応する加熱条件
   にて前記基板の加熱制御を行い前記基板を処理すること
   を特徴とする基板処理装置。
2. 【請求項２】前記エミシビティの測定は、前記基板のデ
   バイス形成面のエミシビティの測定であることを特徴と
   する請求項１記載の基板処理装置。
3. 【請求項３】前記基板を加熱処理している間も、前記基
   板のエミシビティを求め、前記基板の加熱制御を、前記
   基板を加熱処理している間に求めたエミシビティに対応
   した加熱条件に基づいて可変させながら前記基板の処理
   を行うことを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
4. 【請求項４】前記加熱条件は、求めたエミシビティ値、
   基板処理圧力値およびエミシビティ測定時の温度に基づ
   いて定めたＰＩＤ定数を含むことを特徴とする請求項１
   記載の基板処理装置。
5. 【請求項５】前記計測したエミシビティ値により、前記
   基板の温度を測定する温度センサの測定値をも補正する
   ことを特徴とする請求項３記載の基板処理装置。
6. 【請求項６】少なくとも基板の加熱前に前記基板のエミ
   シビティを測定し、該エミシビティに対応する加熱条件
   にて前記基板の加熱制御を行い前記基板を処理すること
   を特徴とする半導体装置の製造方法。