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発明の名称 CVD装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−204143
公開日 平成6年(1994)7月22日
出願番号 特願平4−347945
出願日 平成4年(1992)12月28日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
発明者 渡辺 智司 / 都築 浩一
要約 目的
CVD装置において放射温度計でウエハの温度分布を測定する際に、赤外線透過窓に膜が付着するのを防止し、ウエハ温度分布の測定を容易にする。また、その結果に基づいて、複数ゾーンに分割したヒータの発熱量制御を行い、ウエハ温度の均一性を向上させる。

構成
ウエハ1に反応ガスを供給するガス導入口14を通して測定するように放射温度計5を配置し、このガスの流れによって反応生成物がガス供給ヘッド6に逆流して赤外線透過窓8に付着することを防止する。これにより、赤外線透過窓8は常に一定の透過率に保たれ、放射温度計5による温度測定の精度が向上する。複数の放射温度計5を用いる他に、2次元受光器を有した放射温度計5やトラバース装置に取り付けた放射温度計5を用いて温度分布を測定する。
特許請求の範囲
【請求項1】反応室内に設けた加熱ステージ上にウエハを設置し、前記ウエハを加熱すると同時にガスを流して前記ウエハ上に膜を生成するCVD装置において、前記ウエハに対面した位置に設けた複数の小孔を有するガス供給ヘッドと、前記ガス供給ヘッドに対して前記ウエハと反対側に設けた赤外線透過窓を設け、その外側に放射温度計を設けてなることを特徴とするCVD装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体製造プロセスにおいて、ウエハの表面に金属膜,金属シリサイド膜,酸化膜,窒化膜、あるいは不純物などをドープしたシリコン膜などを形成するCVD装置に係り、特に、コールドウォール式の装置においてウエハを均一に、且つ、迅速に加熱すること、およびウエハの温度を精度良く容易に測定できるCVD装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、CVD装置では加熱ステージの上にウエハを載せ、所定の温度に加熱した状態で反応ガスを供給してウエハ表面に膜を形成している。ヒータあるいはランプ等によって板状のサセプタを加熱し、その上に置かれたウエハを加熱する構造が一般的である。加熱ステージの温度制御はサセプタに熱電対を押しつけて温度を測定し、これが設定温度になるようにヒータ発熱量を制御するといった方法で行われている。実際のウエハ温度は正確にはわからないことが多く、熱電対付きダミーウエハを用いて事前にサセプタ温度との校正を行い、この結果に基づいてウエハ温度を推定するなどの対策がとられている。しかし、以下に示す理由でサセプタの温度が一定であっても、ウエハの温度が変わってしまう場合がある。すなわち、ダミーウエハと表面状態が違うウエハを処理すると、熱放射の吸収率,放射率が異なるためダミーウエハの場合と実際の温度が大きくずれる。
【0003】図7に示すようにCVDプロセスで最も多用される0.01〜100Torr の圧力範囲で、サセプタ温度が一定でもウエハ温度は圧力に依存して変化することが分かっている。これは、ウエハ裏面とサセプタとの間のガスを介した熱伝導に起因しており、分子流の領域でガスの熱伝導率が圧力に比例するために処理圧力が変化することによってサセプタからウエハへ伝わる熱量が変わるからである。ウエハ裏面とサセプタの間にHeなどの熱伝導率の高いガスを導入し、加熱時間を短縮しようとする場合も、ガス圧力を変えるとウエハの温度が変化する。
【0004】一方、放射温度計を用いてウエハ温度を直接測定すれば、このような問題は無くなる。放射温度計を使用してウエハの温度を測定するには、大きく分けて二つの方法がある。
【0005】この場合、ヒータあるいはランプを貫通して測定することになる。これらの加熱源の放射がウエハ裏面で反射して放射温度計で測定されるため、ウエハの温度が正確に測定できないという問題があった。また、加熱ステージ内にはヒータの他にウエハのハンドリング機構および冷却構造などを組み込む必要があるので、放射温度計を取り付けるスペースの制約が多い。ウエハの温度を測定する場合に、一点を測定するだけの装置が多いのはこのためである。
【0006】この場合、透過窓は反応ガスにさらされるため、内側に膜が堆積し赤外線の透過率が時間とともに変わってしまう。そのため放射温度計が測定する赤外線強度がしだいに減少し、測定した温度が実際より低くなるという問題があった。これに対して、周囲から不活性ガスを吹き付け、反応ガスが赤外線透過窓に触れないようにする構造が考案されていた。しかし、不活性ガスの流れが反応ガスの流れに影響を及ぼし、成膜の均一性が損なわれるといった問題があった。さらに、不活性ガスを供給するために構造が複雑になり、成膜中は常に不活性ガスを流しておく必要があるため、ガスの消費量が多くなってしまう。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、CVD装置において上記の従来技術の問題点を解決し、ウエハの温度分布を容易に測定できる構造を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決するために、本発明はウエハに対面して設けたガス供給ヘッドと、このガス供給ヘッドに設けたガス導入口と、このガス導入口を通してウエハを測定するように配置した少なくとも1個の放射温度計と、放射温度計とガス供給ヘッドとの間に設けられた赤外線透過窓とを有することを特徴としている。
【0009】
【作用】ウエハから放射された赤外線をガス供給ヘッドのガス導入口を通して放射温度計で受光し、ウエハの温度を測定する。成膜中は、ガス導入口からは常に反応ガスが供給されているので、このガスの流れによって反応生成物がガス供給ヘッドに逆流し赤外線透過窓に付着することを防止できる。したがって、赤外線透過窓は常に一定の透過率に保たれ、放射温度計による温度測定の精度が向上する。
【0010】
【実施例】図1に本発明の第1の実施例であるCVD装置の断面図を示す。反応室7の内部に加熱ステージ2を設け、その上にウエハ1を表面を上向きにして設置し、これに対面したガス供給ヘッド6に設けた複数のガス導入口14からシャワー状に反応ガス13を供給して成膜する。ガス供給ヘッド6にはガス配管16,17により外部から複数種の反応ガスを導入し、内部で混同してウエハ1に供給する。反応室7は真空ポンプ(図示せず)によって所定の圧力に減圧される。加熱ステージ2の内部にはヒータ3を組み込み、サセプタ4を介してウエハ1を加熱する。サセプタ4はダクファイト,SiC,SUS,インコネル,アルミ等の材料の中から処理温度,耐食性などを考慮して選択する。ウエハ1の周囲は中心に比べて放熱量が大きく、温度が低下するのでヒータ3を複数(3−1,3−2)に分割し独立に温度制御する構造として温度を均一化している。例えば、直径200mmのウエハを650℃で処理する時に直径が240mmの1ゾーンヒータを用いると、図4に示すようにサセプタ4の周辺部は中心より約40℃低くなり、これに伴ってウエハ1も周辺が中心に比べて40〜50℃高くなる。ヒータ3は断熱材11を介してヒータ支持部9で支えられている。温度制御はサセプタ4の温度を温度センサ15でモニタし、その測定値が所定の温度になるように温度調節器(図示せず)を用いてヒータ3の発熱量を制御して行われる。温度センサ15としては熱電対あるいは放射温度計を用い、温度センサ15および温度調節計は分割したヒータ3と同数が必要である。ヒータ3を2ゾーンに分割した場合、モニタする位置がウエハ1の中心およびウエハ端となるように温度センサ15を取り付ける。
【0011】ウエハ1を所定の温度にまで加熱し、ウエハ1以外への成膜を防止するためガス供給へッド6および反応室7は冷却する(図示せず)。加熱ステージ2の下部への放熱を防ぎ温度上昇を防ぐため、水冷ジャケット12を設け、さらに放射シールド板10をヒータ3の下に入れる。放射シールド板10の枚数は加熱ステージの下部の温度をいくらに抑える必要があるかによって異なるが、1〜5枚程度入れれば良い。材質はアルミのように反射率の高いものが好ましい。ガス供給ヘッド6にはウエハ1に面して反応ガスを供給するガス導入口14が設けられており、その上部に赤外線透過窓8が設けられている。さらに、その上部に放射温度計5がガス導入口14を通してウエハを見るように設置される。ウエハ1がサセプタ上にロードされると、放射温度計5によりその温度を測定する。図1では放射温度計5を2台使用して、ウエハ1の中央と周辺の2ヵ所の温度を測定している。
【0012】図2は第2の実施例を示すCVD装置の断面図である。複数の放射温度計5の代わりにトラバース装置18に固定された放射温度計5を使用し、放射温度計5を移動することによってウエハ1の数点の温度分布を測定する。
【0013】図3は第3の実施例を示すCVD装置の断面図である。複数の放射温度計の代わりに一度にウエハ全体が視野に入るサーマルカメラが用いられる。放射温度計5は、検出素子にCCD撮像素子を用い、特定の波長の干渉フィルタ(例えばシリコンウエハには0.9μm の物が良い)を併用したカメラが利用できる。また、一般にHgCdTeやInSbなどの光電形赤外線検出器を用い、ミラーを走査することによって熱画像を得る方式の放射サーマルカメラを用いても良い。
【0014】成膜時には、放射温度計5によって測定した温度分布に基づいて温度設定器(図示せず)で各ヒータ3−1,3−2の設定温度を変更し、ウエハ1の温度が均一になるように調整する。一例として、ウエハ1をサセプタ4に載せた温度変化を図5に示す。ヒータ3は2ゾーンに分割しており、内側がφ200mm、外側がφ280mmの大きさである。サセプタ4の温度は温度センサ15の測定値で、常に670℃になるように両ゾーンのヒータを制御している。また、ウエハ1の温度は放射温度計5による測定値である。最初、ウエハ1は中央より周辺の方が速く温度上昇し、途中から周辺の温度上昇が遅くなり中央の温度の方が高くなっていくことがわかる。この結果に基づいて、60秒以降で外側ヒータ3−2の設定温度を、内側ヒータ3−1より20℃高く690℃にした結果が図6である。ウエハ1温度の均一性が向上していることがわかる。このように、ウエハ1の温度分布を測定した結果を基に、その温度の均一性を向上させることができる。
【0015】
【発明の効果】本発明によればCVD装置におけるウエハの温度分布を容易に且つ精度良く測定できるので、複数ゾーンに分割したヒータの制御を最適化し、ウエハの温度均一性を向上させることができる。これにより、半導体素子製造プロセスの歩留まりを向上させることができる。




 

 


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