JPH07200077A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 常により均一で、高精度の温度制御を達成す
ることのできる温度制御装置を提供する。 【構成】 被処理基板２を載置する回転可能なサセプタ
３と、前記サセプタ３上に載置された被処理基板２を、
所望の温度に加熱する複数の加熱部を備えた加熱手段５
と、前記被処理基板２近傍の複数の点における温度を測
定する複数の温度測定部を備えた温度測定手段６と、前
記各温度測定部への前記各加熱部の影響度を計測する影
響度計測手段と、前記温度測定手段の測定結果をフィー
ドバックするとともに、前記影響度度計測手段の出力を
考慮し、前記温度測定手段の各温度測定部から得られる
測定値が目標値となるように、前記各加熱部を制御する
制御手段とを備えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱処理装置に係り、特
にその温度制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】被処理基板の熱処理装置において被処理
基板の温度を制御する際にその温度分布が不均一である
と、被処理基板上に結晶欠陥が生成されることがある。
さらに化学蒸着工程においては、蒸着速度が異なり面内
分布が悪化することがある。また、被処理基板の雰囲気
においては、ガスの流れや、熱の伝導、さらにサセプタ
の回転等によって複雑な干渉系を形成する。そこで、被
処理基板の熱処理装置において被処理基板の温度を制御
する場合、その温度分布を均一にし、被処理基板上に結
晶欠陥が生じるのを防ぐ必要がある。

【０００３】従来、被処理基板の温度を均一にするため
に、図８および図９にそれぞれ枚葉式装置およびバッチ
式装置を示すように被処理基板２を載置するサセプタ３
上に、複数個の温度測定部６（ここではｃｅｎｔｅｒ，
ｒｉｇｈｔ，ｌｅｆｔ，ｆｒｏｎｔ，ｒｅａｒ）を設置
し、これらの温度が等しくなるように制御を行う。この
加熱部において、ガスの流れや、熱の伝導、サセプタの
回転等による影響を考慮し、図７に示すように、複数の
加熱手段を配置したものがある。ここでは透明石英、Ｓ
ＵＳなどからなる反応炉１とこの反応炉１の内部に配設
されウェハ２を載置する円形のサセプタ３と、このサセ
プタ３を回転するモータ４と、ウェハ２を加熱する複数
の分割された加熱部５と、反応炉内にガスを導入すると
ともに、サセプタ上の複数の領域に設けられた複数の温
度測定手段からなる温度測定部６とを具備し、制御量演
算部１０でこの温度測定部６の測定値に応じて加熱部５
の加熱手段をフィードバック制御する（図１０）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法では各フィードバック（ＦＢ）ループが支配する加熱
部によるサセプタ上の温度測定部に与える熱量は図１１
に示すようにクリスプ領域となっており、各領域の間に
不連続面が生じることから被処理基板上に急俊な温度勾
配がつきやすく、結晶欠陥が生じたり、化学蒸着工程に
おいては蒸着速度が異なり面内分布が悪化するおそれが
ある。

【０００５】また、被処理基板の雰囲気においては、ガ
スの流れや、熱の伝導、さらにサセプタの回転などによ
り、複雑な干渉系となっていることや、また被処理基板
の大きさが可変である場合あるいは、被処理基板および
サセプタを含む反応室の大きさ、さらに加熱部、温度測
定部の設置位置によって性能が変化するというような問
題がある。

【０００６】そこで本発明は、前記実情に鑑みてなされ
たもので、常により均一で、高精度の温度制御を達成す
ることのできる被処理基板の熱処理装置を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで本発明では、被処
理基板を載置する回転可能なサセプタと、前記サセプタ
上に載置された被処理基板を、所望の温度に加熱する複
数の加熱部を備えた加熱手段と、前記被処理基板近傍の
複数の点における温度を測定する複数の温度測定部を備
えた温度測定手段と、前記各温度測定部への前記各加熱
部の影響度を計測する影響度計測手段と、前記温度測定
手段の測定結果をフィードバックするとともに、前記影
響度度計測手段の出力を考慮し、前記温度測定手段の各
温度測定部から得られる測定値が目標値となるように、
前記各加熱部を制御する制御手段とを備えたことを特徴
とする。

【０００８】

【作用】上記構成によれば、被処理基板の配置雰囲気中
のガスの流れや熱の伝導、サセプタの回転等による影響
により、温度測定手段の測定値ＰＶが隣接加熱部から受
ける影響を考慮し、各加熱部の温度制御を行うようにし
ているため、温度勾配が生じるのを防ぐことができ、そ
の温度分布を均一にすることができるため、被処理基板
上に結晶欠陥が生じたり、化学蒸着工程における蒸着速
度の不均一性が生じるのを防ぐことが可能になる。

【０００９】また、影響度は雰囲気温度や設定温度によ
っても変化するため、逐次更新していくようにするとさ
らに制御精度が向上する。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
つつ詳細に説明する。

【００１１】図１は、本発明実施例のＣＶＤ装置におけ
る制御回路を示す図、図２は各加熱手段の支配率を示す
図である。

【００１２】このＣＶＤ装置は、図７に示すように、透
明石英、ＳＵＳなどからなる反応炉１とこの反応炉１の
内部に配設されウェハ２を載置する円形のサセプタ３
と、このサセプタ３を回転すべくモータ４と、反応炉１
の外側から加熱する２０ブロックの加熱手段５_j （j=1
〜20）（ここでは上下１０本づつ計２０本のハロゲンラ
ンプ）からなる加熱部５とから構成され、反応炉内にガ
スを導入するとともに、サセプタ上の５つの領域に設け
られた５つの温度測定手段からなる温度測定部６を具備
し、この温度測定部６の測定値に応じて加熱部５の加熱
手段５_j （j=1 〜20）を制御するようにしたもので、こ
の温度制御過程において隣接ブロックの指令値による影
響を考慮すべく、荷重調節部７で制御された荷重部８の
指令に従って制御量演算部９で制御量を算出するように
し、均一な温度制御を行うようにしたことを特徴とす
る。なお温度測定部１００は放射温度計で構成され、サ
セプタ裏面から測定している。

【００１３】また荷重調節部７は、雰囲気温度調節部７
０１と、影響度計測部７０２と、影響度の計測を指示す
る影響度計測用指令部７０３と、荷重学習部７０４とか
ら構成されている。

【００１４】なお荷重部８への指令値は次式で与えられ
る。

【００１５】 ここでＭＶ´は加熱部への指令値、ＭＶは制御量演算部
および荷重学習部により求められる制御量、Ｗは各加熱
部の支配率、ｊは加熱部の番号である。またｇは被処理
基板に与える熱量を連続面にするために設置された微小
な値であり、これにより加熱部における指令値が両隣の
加熱部における指令値の影響を受けることになる。ま
た、関数ｆはｘj を０〜１に変換するものであり、区分
線形関数、ロジスティック関数などがあるが、ここでは
ロジスティック関数を用いるものとする。

【００１６】 さらに、各加熱部の各温度測定部に対する影響度をｅｆ
ｆｅｃｔ_jkとし、各温度測定部における値をＰＶk とす
ると となる。ここでｋは温度測定部の番号である。

【００１７】次にこの装置の動作について説明する。

【００１８】図３に全体をフローチャートで示すよう
に、雰囲気温度調節部７０１で雰囲気温度の調節を行
う。最初に雰囲気温度を例えば１０００±１００℃に設
定する（ステップ１０１）。この後影響度の計測を行い
（ステップ１０２）、荷重を調節し（ステップ１０
３）、制御が完了する（ステップ１０４）。

【００１９】まず、雰囲気温度の調節について説明す
る。このステップは温度制御を行う範囲に応じて影響度
が異なるために行うものである。まず、図４にフローチ
ャートを示すように、雰囲気温度調節部７０１で雰囲気
温度の調節を行う。（ステップ２０１）。

【００２０】すると第１のスイッチＡが下側に動作する
とともに第２のスイッチＢが上側に動作し、制御量演算
部９および荷重部８からの入力が遮断される（ステップ
２０２）。

【００２１】そして第４のスイッチＤが上側に動作し、
影響度計測指令部７０３からの入力が遮断される（ステ
ップ２０３）。

【００２２】そして設定された温度付近に温度測定部に
よる測定値が到達しているか否かの判断を行い（ステッ
プ２０４）、到達していると判断された場合は調節を終
了し、到達していないと判断された場合は各加熱部への
指令値が変更され、到達するまで調節が続行される。な
おここで各加熱部への指令値は同等の値とする。

【００２３】このようにして雰囲気温度の調節が完了す
ると、影響度の計測を行う。

【００２４】まず図５に示すように影響度計測用指令部
７０３に、影響度計測用指令値を設定する（ステップ３
０１）。

【００２５】第３のスイッチＣが最も左よりの位置に移
動する（ステップ３０２）。

【００２６】そして第４のスイッチＤが下側に動作し
（ステップ３０３）、影響度計測用指令部から一番目の
加熱部に影響度計測用指令値が入力される。

【００２７】この状態で各温度測定部における測定値の
変化量を影響度計測部に記憶せしめる（ステップ３０
４）。この記憶動作が終了すると第３のスイッチＣが右
に１つシフトし加熱部の番号が更新される（ステップ３
０５）。このようにして順次各加熱部の各温度測定部へ
の影響度を計測する。そして加熱部番号が２０になった
か否かを判断し（ステップ３０６）、２０に到達してい
ないとステップ３０５に戻る。このようにして計測が終
了すると、計測された変化量を０〜１に規格化し、これ
らを影響度として記憶する（ステップ３０７）。この変
化量は、各加熱部の温度変化が各温度測定部に与える影
響に起因するものである。

【００２８】次に、荷重Ｗの調節について図６を参照し
つつ説明する。

【００２９】まず第１のスイッチＡが下側に動作すると
（ステップ４０１）、荷重学習部７０４からの入力が荷
重部８に与えられる。そして第２のスイッチＢが下側に
動作し（ステップ４０２）、各加熱部における荷重部か
らの指令値が制御量演算部９に入力される。

【００３０】そしてｎを０に設定し（ステップ４０
３）、測定値ＰＶに対する望ましい値をＰＶ^＊とし、Ｍ
Ｖj(0)，ＰＶk ^＊(0) として（ステップ４０４）以下に
示すような最急降下法による繰り返し学習を行う（ステ
ップ４０５）。

【００３１】 ここでεはＷを更新するための定数であり、十分に小さ
な正の数であるとする。 十分にＥが小さくなったら
（ステップ４０６）ｎをインクリメントして（ステップ
４０７）学習を行う。

【００３２】そしてｎが５よりも大きいか否かの判断を
行い（ステップ４０８）、５を越えると第１のスイッチ
Ａが上側に動作し（ステップ４０９）、通常の温度制御
が開始される。

【００３３】図２はこの学習による各ＦＢにおける加熱
部の支配率を示す。このようにして各ＦＢが支配する加
熱部によるサセプタ上の温度測定部に与える熱量は連続
的な領域をなすことになる。

【００３４】このようにして連続的でかつ均一な温度制
御を行うことが可能となる。

【００３５】この装置を用いて、シリコンウェハ２をサ
セプタ３に載置し、ガス導入口から、シリコンウェハ２
に向けて反応性ガスを導入し、放射温度計でサセプタ裏
面の温度を測定するとともに、この測定値にもとづい
て、加熱手段（上下１０本づつ計２０本の赤外線ラン
プ）の光量を制御しウェハ温度を高精度に調整するよう
になっている。

【００３６】ここでウェハ温度は８５０〜１２００℃に
設定される。

【００３７】次に、このエピタキシャル成長装置を用い
たエピタキシャル成長方法について説明する。

【００３８】まず、シリコンウェハ２をサセプタ３に載
置し、回転手段（モータ）４により回転軸を介してサセ
プタ３を回転する。

【００３９】この後ガス導入口から窒素ガスを供給して
反応炉１内をＮ₂ でパージする。

【００４０】続いてガス導入口から水素Ｈ₂ ガスを供給
して反応炉１内をＨ₂ でパージし、Ｈ₂ 雰囲気中で赤外
線ランプ５によりウェハをエピタキシャル成長温度（９
００〜１０５０℃）まで加熱する。

【００４１】そして本発明の方法による均一な温度管理
による過程を経て成長温度に到達すると、同一温度に加
熱され、ガス導入口からはＨ₂ で希釈されたＳｉＨ₄ が
供給される。そしてこのガスは、温度を均一に制御され
たウェハ２表面に沿って流れ、ウェハ表面にシリコンエ
ピタキシャル成長膜を形成する。

【００４２】このようにして得られたエピタキシャル成
長膜は均一で極めて結晶性の良好な膜となっている。す
なわち、サセプタおよびウェハがほぼ同一温度に加熱さ
れており、ガスがウェハ表面に所望の濃度分布で到達
し、ウェハ２を回転させると、ウェハ２の表面全体にわ
たり均一な成長速度を得ることができる。

【００４３】なお、前記実施例ではＣＶＤ装置について
説明したが、スパッタリングなど他の薄膜堆積装置、反
応性イオンエッチングなどのエッチング装置、あるいは
拡散炉などにおけるウェハの加熱制御に適用可能である
ことはいうまでもない。

【００４４】また前記実施例では赤外線ランプを用いた
加熱について説明したが、これに限定されることなく、
抵抗加熱、高周波加熱などにも適用可能である。

【００４５】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、高精度でかつ均一な温度制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の制御回路を示す図

【図２】各ＦＢにおける各加熱部の支配率を示す図

【図３】本発明実施例の制御回路の全体動作の概要を示
すフローチャート図

【図４】雰囲気温度調節工程を示すフローチャート図

【図５】影響度計測工程を示すフローチャート図

【図６】荷重調節工程を示すフローチャート図

【図７】本発明実施例の装置構成を示す図

【図８】本発明の温度測定部を示す図

【図９】本発明の温度測定部を示す図

【図１０】従来例の制御回路を示す図

【図１１】従来例の各ＦＢにおける各加熱部の支配率を
示す図

【符号の説明】

１ 反応炉 ２ ウェハ ３ サセプタ ４ モータ ５ 加熱手段 ６ 温度測定部 ７ 荷重調節部 ８ 荷重部 ９ 制御量演算部 ７０１ 雰囲気温度調節部 ７０２ 影響度計測部 ７０３ 影響度計測用指令部 ７０４ 荷重学習部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 強 神奈川県平塚市南豊田197−17−105 (72)発明者 丸谷 新治 神奈川県平塚市山下726−５−401

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理基板を載置する回転可能なサセプ
   タと、 前記サセプタ上に載置された被処理基板を、所望の温度
   に加熱する複数の加熱部を備えた加熱手段と、 前記被処理基板近傍の複数の点における温度を測定する
   複数の温度測定部を備えた温度測定手段と、 前記温度測定手段の測定結果から、前記各温度測定部へ
   の前記各加熱部の影響度を計測する影響度計測手段と、 前記影響度度計測手段の出力に応じて荷重を決定し、各
   加熱部についてこれらの荷重から制御量を算出し、前記
   温度測定手段の各温度測定部から得られる測定値が目標
   値となるように、前記各加熱部をフィードバック制御す
   る制御手段とを備えたことを特徴とする熱処理装置。