JP2939771B2 - 半導体ウエハーの処理方法および装置 - Google Patents
半導体ウエハーの処理方法および装置Info
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- wafer
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- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Description
【産業上の利用分野】この発明は、半導体ウエハーの表
面に対してスパッタ、エッチング、又はデポジション等
の処理を行う半導体ウエハーの処理方法および装置に関
する。
面に対してスパッタ、エッチング、又はデポジション等
の処理を行う半導体ウエハーの処理方法および装置に関
する。
【従来の技術】従来、半導体ウエハーの表面に対してス
パッタ、エッチング、又はデポジション等の処理を行う
際には、処理中の半導体ウエハーの温度は、処理結果を
大きく左右するので、正確に制御する必要があった。半
導体処理装置内で、半導体ウエハーの温度を測定するに
は、半導体ウエハーと非接触で測定できるのが望まし
く、主としてサーモパイル温度計が使用されていた。
パッタ、エッチング、又はデポジション等の処理を行う
際には、処理中の半導体ウエハーの温度は、処理結果を
大きく左右するので、正確に制御する必要があった。半
導体処理装置内で、半導体ウエハーの温度を測定するに
は、半導体ウエハーと非接触で測定できるのが望まし
く、主としてサーモパイル温度計が使用されていた。
【発明が解決しようとする課題】然し乍ら前記サーモパ
イル温度計は、半導体ウエハーの表面から放射される熱
線を多数の熱電対で構成したセンサー部に受けることに
より、温度を計測するものである。然るに、測定対象と
なる半導体ウエハーは、その材質、表面状態等の違いで
熱線の放射率が異るので、前記サーモパイル温度計によ
って、半導体ウエハーの実際の温度を正確に測定できな
い問題点があった。さらに、従来のサーモパイル温度計
による測定は、半導体ウエハーの表面を測定していたの
で、処理中（例えば薄膜堆積中）の温度測定は不可能で
あった。このため、半導体ウエハーの処理中の異常をリ
アルタイムで監視することはできなかった。この発明の
目的は、半導体ウエハーによって放射率が変動する問題
点を解決するものである。また他の目的は、半導体ウエ
ハーの温度を監視し乍ら所定の処理が可能な半導体ウエ
ハーの処理方法および装置を提供することにある。次
に、この発明の別の目的は、半導体ウエハーの正確な実
際温度を測定できる半導体ウエハーの処理方法および装
置を提供することにある。
イル温度計は、半導体ウエハーの表面から放射される熱
線を多数の熱電対で構成したセンサー部に受けることに
より、温度を計測するものである。然るに、測定対象と
なる半導体ウエハーは、その材質、表面状態等の違いで
熱線の放射率が異るので、前記サーモパイル温度計によ
って、半導体ウエハーの実際の温度を正確に測定できな
い問題点があった。さらに、従来のサーモパイル温度計
による測定は、半導体ウエハーの表面を測定していたの
で、処理中（例えば薄膜堆積中）の温度測定は不可能で
あった。このため、半導体ウエハーの処理中の異常をリ
アルタイムで監視することはできなかった。この発明の
目的は、半導体ウエハーによって放射率が変動する問題
点を解決するものである。また他の目的は、半導体ウエ
ハーの温度を監視し乍ら所定の処理が可能な半導体ウエ
ハーの処理方法および装置を提供することにある。次
に、この発明の別の目的は、半導体ウエハーの正確な実
際温度を測定できる半導体ウエハーの処理方法および装
置を提供することにある。
【課題を解決する為の手段】即ち方法の発明は、半導体
ウエハーの表面に対して、スパッタ、エッチング、又は
デポジション等の処理を行う方法において、処理前に、
半導体ウエハーの裏面と対向させた黒体発熱器およびサ
ーモパイル温度計よりなる放射率計を介して、前記黒体
発熱器からの放射が前記半導体ウエハーの裏面より反射
した出力を測定し、前記半導体ウエハーの裏面の放射率
を求めると共に、前記半導体ウエハーを表面処理室へ搬
送し、該表面処理室内のウエハーホルダーへ支持させ、
前記半導体ウエハーの裏面と対向させたサーモパイル温
度計で前記半導体ウエハーの熱放射量を測定した後、前
記処理中に測定した前記半導体ウエハーの放射量を、前
記放射率で補正して実温度を求め、前記ウエハーホルダ
ーへ支持された前記半導体ウエハーの温度を制御しなが
ら、前記半導体ウエハーの実温度が、予め定めた処理温
度に達した時に、前記半導体ウエハーの前記処理を開始
し、前記半導体ウエハーの実温度と、予め定めた前記処
理中の上限温度および下限温度を比較し、前記上限温度
と下限温度の温度範囲から外れた時、警報を発し、又は
前記半導体ウエハーの前記処理を停止する表面処理工程
とを含み、前記半導体ウエハーの前記処理工程における
温度制御は、前記半導体ウエハーの実温度に基づいて行
うことを特徴とする半導体ウエハーの処理方法である。
次に装置の発明は半導体ウエハーの表面に対して、スパ
ッタ、エッチング又はデポジション等の処理を行う装置
において、半導体ウエハーを搬送する搬送路で半導体ウ
エハーの裏面に対向設置した黒体発熱器およびサーモパ
イル温度計よりなる放射率計の出力側と、前記半導体ウ
エハーの表面処理室に設置したウエハーホルダーと、ウ
エハーホルダーに支持された半導体ウエハーの裏面と対
向設置したサーモパイル温度計の出力側とに夫々放射率
補正回路を接続し、前記半導体ウエハーの実温度を設定
温度に制御する為に加熱手段および／または冷却手段で
構成された温度制御手段を前記放射率補正回路に接続し
たことを特徴とする半導体ウエハーの処理装置である。
前記放射率計およびサーモパイル温度計は、半導体ウエ
ハーの処理装置における処理室内の搬送路に夫々設置さ
れる場合のほか、サーモパイル温度計が処理室内に設置
される一方、放射率計が処理室と別個に設置されたロー
ドロック室セパレーションチャンバーなど別の室内の半
導体ウエハーの搬送路に設置される場合もある。この発
明による黒体発熱器は、黒体物の外周にヒーターが巻い
てあり、また黒体物には温度を測るための熱電対が取り
付けられると共に、温調器が接続されている。前記放射
率計の原理は、発熱体からの熱エネルギーをウエハーに
放射し、それからの反射エネルギーの量を求めている。
その際にウエハーからの反射エネルギーが全て検出器に
届くわけではなく、一部は発熱体に返ってくる。その返
ってきたエネルギーは黒体物（放射率＝１）の場合に
は、全部吸収する。しかし放射率が１以下の物体では、
多重反射が発生し、そのエネルギーも検出器に入り放射
率の精度を悪くすることとなるので、放射率１の黒体を
使用した。
ウエハーの表面に対して、スパッタ、エッチング、又は
デポジション等の処理を行う方法において、処理前に、
半導体ウエハーの裏面と対向させた黒体発熱器およびサ
ーモパイル温度計よりなる放射率計を介して、前記黒体
発熱器からの放射が前記半導体ウエハーの裏面より反射
した出力を測定し、前記半導体ウエハーの裏面の放射率
を求めると共に、前記半導体ウエハーを表面処理室へ搬
送し、該表面処理室内のウエハーホルダーへ支持させ、
前記半導体ウエハーの裏面と対向させたサーモパイル温
度計で前記半導体ウエハーの熱放射量を測定した後、前
記処理中に測定した前記半導体ウエハーの放射量を、前
記放射率で補正して実温度を求め、前記ウエハーホルダ
ーへ支持された前記半導体ウエハーの温度を制御しなが
ら、前記半導体ウエハーの実温度が、予め定めた処理温
度に達した時に、前記半導体ウエハーの前記処理を開始
し、前記半導体ウエハーの実温度と、予め定めた前記処
理中の上限温度および下限温度を比較し、前記上限温度
と下限温度の温度範囲から外れた時、警報を発し、又は
前記半導体ウエハーの前記処理を停止する表面処理工程
とを含み、前記半導体ウエハーの前記処理工程における
温度制御は、前記半導体ウエハーの実温度に基づいて行
うことを特徴とする半導体ウエハーの処理方法である。
次に装置の発明は半導体ウエハーの表面に対して、スパ
ッタ、エッチング又はデポジション等の処理を行う装置
において、半導体ウエハーを搬送する搬送路で半導体ウ
エハーの裏面に対向設置した黒体発熱器およびサーモパ
イル温度計よりなる放射率計の出力側と、前記半導体ウ
エハーの表面処理室に設置したウエハーホルダーと、ウ
エハーホルダーに支持された半導体ウエハーの裏面と対
向設置したサーモパイル温度計の出力側とに夫々放射率
補正回路を接続し、前記半導体ウエハーの実温度を設定
温度に制御する為に加熱手段および／または冷却手段で
構成された温度制御手段を前記放射率補正回路に接続し
たことを特徴とする半導体ウエハーの処理装置である。
前記放射率計およびサーモパイル温度計は、半導体ウエ
ハーの処理装置における処理室内の搬送路に夫々設置さ
れる場合のほか、サーモパイル温度計が処理室内に設置
される一方、放射率計が処理室と別個に設置されたロー
ドロック室セパレーションチャンバーなど別の室内の半
導体ウエハーの搬送路に設置される場合もある。この発
明による黒体発熱器は、黒体物の外周にヒーターが巻い
てあり、また黒体物には温度を測るための熱電対が取り
付けられると共に、温調器が接続されている。前記放射
率計の原理は、発熱体からの熱エネルギーをウエハーに
放射し、それからの反射エネルギーの量を求めている。
その際にウエハーからの反射エネルギーが全て検出器に
届くわけではなく、一部は発熱体に返ってくる。その返
ってきたエネルギーは黒体物（放射率＝１）の場合に
は、全部吸収する。しかし放射率が１以下の物体では、
多重反射が発生し、そのエネルギーも検出器に入り放射
率の精度を悪くすることとなるので、放射率１の黒体を
使用した。
【作用】この発明によれば、半導体ウエハーの温度を処
理中も連続して測定することが可能となり、半導体ウエ
ハーに対して所定の処理を所定の条件で行うことができ
る。又、半導体ウエハーの温度測定は、測定対象の半導
体ウエハーの放射率で補正するようにしたので、処理中
の温度を正確に測定することができる。
理中も連続して測定することが可能となり、半導体ウエ
ハーに対して所定の処理を所定の条件で行うことができ
る。又、半導体ウエハーの温度測定は、測定対象の半導
体ウエハーの放射率で補正するようにしたので、処理中
の温度を正確に測定することができる。
【実施例】以下この発明をスパッタ処理装置に実施した
例について、図面を参照して説明する。この発明では、
加熱した黒体発熱器を半導体ウエハーに対置させ、黒体
発熱器からの放射を半導体ウエハーにより反射した出力
として測定することにより、半導体ウエハーの放射率を
求め、この放射率によりサーモパイル温度計８の出力を
実温度に補正する。この発明のスパッタ処理装置は、図
１に示したようにスパッタチャンバー１（表面処理室）
とロードロックチャンバー２（真空予備室）を備えてお
り、両チャンバー間を半導体ウエハー３が搬送路４に沿
って搬送されるようになっている。なお、本発明におけ
る搬送路４とは、図２に示すロードロックチャンバー２
の手前に設けられたオートローダ（図示省略）から、ロ
ードロックチャンバ２・セパレーションチャンバー２１
・スパッタチャンバー１までにおいて、半導体ウエハー
３が搬送される経路をいい、オートローダの環境は大気
であり、ロードロックチャンバー２の環境は真空であ
る。スパッタチャンバー１内で半導体ウエハー３を保持
するウエハーホルダー５は加熱用のヒータ６および冷却
用の冷媒流路（図示していない）を内蔵していると共
に、中央に透孔７が穿設され、該透孔７を通してウエハ
ーホルダー５の外側に設置したサーモパイル温度計８で
半導体ウエハー３の裏面の熱放射の測定ができるように
なっている。ウエハーホルダー５に保持された半導体ウ
エハー３は、シャッター板９を挟んでカソード１０と対
向するようになっており、ウエハーホルダー５とカソー
ド１０間に電力を投入し、シャッター板９を開くと、カ
ソード１０よりスパッタされた物質が半導体ウエハー３
の表面に堆積するようになっている。一方、前記ロード
ロックチャンバー２の半導体ウエハー３の停止位置（半
導体ウエハーの保持部材は図示していない）には、放射
率計１１が半導体ウエハー３と対向するように設置して
ある。放射率計１１は、放射率が１である黒体発熱器１
２とサーモパイル温度計１３とで測定される熱放射から
放射率を求めることができるものである。放射率計１１
をロードロックチャンバー２内に設置したのは、放射率
の測定雰囲気を大気中とするよりも真空中とした方が、
測定精度が向上する為である。次に、放射率補正回路１
７の動作説明を行う。前記スパッタチャンバ−１内のサ
ーモパイル温度計８の出力信号（熱放射量信号）と、ロ
ードロックチャンバー２内の放射率１３の出力信号（放
射率信号）は、シーケンサ１４のＡ／Ｄ変換器１５．１
６に与えられてデジタル変換される。その後、デジタル
変換された熱放射量信号と放射率信号は、放射率補正回
路１７（一種の演算回路）に与えられ、放射率補正回路
１７では、演算が実行される。次に、そのウエハー実温
度信号によるウエハー実温度制御について説明する。前
記放射率補正回路１７のウエハー実温度は、ウエハーホ
ルダー５のヒータ６に電力を供給するパワーコントロー
ラ１９にも制御信号として与えられており、測定した半
導体ウエハー３のウエハー実温度に従ってヒータ６に投
入される電力がコントロールされ、半導体ウエハー３を
所定のウエハー実温度に調節できるようになっている。
半導体ウエハーの冷却が必要の場合には、自然冷却させ
たり、冷媒流路へ冷媒を流して行われる。ウエハーの温
度管理は次のようにして行う。図２に示すようなセパレ
ーションチャンバー２１に、ロードロックチャンバー２
と複数のスパッタチャンバー１を設置したマルチチャン
バシステムでは、スパッタチャンバー１で半導体ウエハ
ーを処理（デポ）する前に、前記スパッタチャンバー１
以外のチャンバーでウエハーからの脱ガスと予備加熱を
実施する必要がある。一般的には、ウエハーからの脱ガ
スと予備加熱は同一のチャンバーで同時に行う。このプ
ロセスを「プレヒート」と呼んでいる。例えばセパレー
ションチャンバー２１内で半導体ウエハーを予め加熱す
る。その後でプロセスチャンバーであるスパッタチャン
バー１に半導体ウエハーを搬送する。スパッタチャンバ
ー１内では処理（薄膜堆積）を開始する前に処理開始温
度を一定にする目的で待ち時間を設ける。この待ち時間
は、スループット（量産性）を向上するためにはなるべ
く短縮することが望ましい。しかし、加熱した半導体ウ
エハーが搬送の途中でなんらかの外部の作用（ウエハー
により放射率が異なる）により温度変動を起す場合があ
る。このような半導体ウエハーの温度変動がある場合、
処理開始の半導体ウエハーの温度がそれぞれの半導体ウ
エハーごとに異なり、一様な処理ができなくなる。たと
えば、薄膜堆積の開始温度が異なると、半導体デバイス
の製品異常が発生し、不良品の増加をもたらす。さら
に、半導体ウエハー処理中でも、温度変動があると同様
に半導体デバイスの製品異常の発生の原因となる。そこ
で、図３に示すように、図１に示した実施例の放射率補
正回路１７以降の機能、例えば、処理開始温度管理機構
２２，及び、温度幅管理機構２３等を使用することで、
半導体ウエハー３のウエハー温度管理が実施できる。図
３は、図１に対し、処理開始温度管理機構２２、及び、
温度幅管理機構２３等が付加されている。また、図４
は、ロードロックチャンバー２内での放射率測定から始
まり処理開始温度機構２２及び処理幅管理機構２３まで
の動作フローチャートを示したものである。次に、図３
・図４に基づいて説明を行う。なお、説明を簡単にする
ため、図１と同様な作用をなす部分は同一番号を付して
説明を省略する。図１に示した実施例の放射率補正回路
１７の出力に処理開始温度管理機構２２および温度幅管
理機構２３を接続し、ウエハーの処理開始温度を制御す
ると共に、許容温度内に制御すると共に、スパッター制
御装置（図示していない）を制御するようにする。処理
開始温度管理機構２２は、設定電圧と半導体ウエハーの
温度に対応した電圧を比較する回路からなり、予め設定
した温度になるまで待ち時間を自動的に制御する機能を
有している。温度幅管理機構２３は、設定電圧と半導体
ウエハーの温度に対応した電圧を比較する回路が２つで
構成され、予め上限温度、下限温度を設定しておき、上
限温度と下限温度の範囲内に温度が保持できる制御機能
を有している。その温度が処理開始温度管理機構２２に
予め設定した温度からはずれていたときは、温度を制御
して設定温度に温度制御する。制御方法は、もし半導体
ウエハーの温度が開始温度として設定した温度より高け
れば、図５(a) 、(b) のように冷却を行う。その間、温
度は連続的に測定できるので、開始温度に達した時点で
処理を開始する。反対に、ウエハー温度が開始温度とし
て設定した温度より低ければ、図５(c) のように加熱を
行う。その間、同様に半導体ウエハーの温度を連続的に
測定する。この場合、ランプ加熱式ガス加熱ホルダー
（実願平２−３７８９０号）を併用すれば、加熱温度を
正確に制御できるので、短時間に所定の開始温度に達す
ることができる。このように、加熱・冷却しても温度変
化を連続的に測定でき、かつ正確な温度が測定できるの
で温度設定は短時間に行える。次に、所定の開始温度に
到達したならば、半導体ウエハーの処理を開始する。半
導体ウエハーが処理される面の裏面を測定しているた
め、処理中の半導体ウエハー温度が逐次連続的に測定で
きる。ここで、温度幅管理機構２３により、半導体ウエ
ハーの温度が上限温度と下限温度の範囲内にあるかどう
か逐次監視される。もし、この温度範囲から半導体ウエ
ハーの温度がはずれたならば、警報を鳴らすことにより
作業者に異常を知らせることができる。この場合、実際
に何が原因となって温度範囲がずれているのか知りえな
いので、パワーコントローラ１９で半導体ウエハーの温
度を制御するよりも、装置そのものを停止した方がよ
い。もし、このような警報がなければ、継続して処理が
進められる。もちろん、装置の停止に代えて、処理中の
ウエハーの温度を調節しても良い。ウエハーの温度調節
は、半導体ウエハーの実温度の情報が与えられるパワー
コントローラ１９とクーラントコントローラ２４でウエ
ハーホルダー５の温度を制御することにより行われる。
図６は複数の半導体ウエハーを一枚ずつ処理した場合の
半導体ウエハーの温度データである。図中のａ点で半導
体ウエハーがウエハーホルダー５にセットされ、ｂ点か
らｃ点の間でスパッタによる薄膜堆積が行われ、ｃ点で
半導体ウエハーがウエハーホルダー５から取り出された
ものである。各半導体ウエハー共、許容された温度幅の
範囲で処理を行うことができた。以上、半導体ウエハー
のスパッタ処理を例として実施例を説明したが、エッチ
ングや蒸着等その他の処理でもこの発明を実施すること
が可能である。
例について、図面を参照して説明する。この発明では、
加熱した黒体発熱器を半導体ウエハーに対置させ、黒体
発熱器からの放射を半導体ウエハーにより反射した出力
として測定することにより、半導体ウエハーの放射率を
求め、この放射率によりサーモパイル温度計８の出力を
実温度に補正する。この発明のスパッタ処理装置は、図
１に示したようにスパッタチャンバー１（表面処理室）
とロードロックチャンバー２（真空予備室）を備えてお
り、両チャンバー間を半導体ウエハー３が搬送路４に沿
って搬送されるようになっている。なお、本発明におけ
る搬送路４とは、図２に示すロードロックチャンバー２
の手前に設けられたオートローダ（図示省略）から、ロ
ードロックチャンバ２・セパレーションチャンバー２１
・スパッタチャンバー１までにおいて、半導体ウエハー
３が搬送される経路をいい、オートローダの環境は大気
であり、ロードロックチャンバー２の環境は真空であ
る。スパッタチャンバー１内で半導体ウエハー３を保持
するウエハーホルダー５は加熱用のヒータ６および冷却
用の冷媒流路（図示していない）を内蔵していると共
に、中央に透孔７が穿設され、該透孔７を通してウエハ
ーホルダー５の外側に設置したサーモパイル温度計８で
半導体ウエハー３の裏面の熱放射の測定ができるように
なっている。ウエハーホルダー５に保持された半導体ウ
エハー３は、シャッター板９を挟んでカソード１０と対
向するようになっており、ウエハーホルダー５とカソー
ド１０間に電力を投入し、シャッター板９を開くと、カ
ソード１０よりスパッタされた物質が半導体ウエハー３
の表面に堆積するようになっている。一方、前記ロード
ロックチャンバー２の半導体ウエハー３の停止位置（半
導体ウエハーの保持部材は図示していない）には、放射
率計１１が半導体ウエハー３と対向するように設置して
ある。放射率計１１は、放射率が１である黒体発熱器１
２とサーモパイル温度計１３とで測定される熱放射から
放射率を求めることができるものである。放射率計１１
をロードロックチャンバー２内に設置したのは、放射率
の測定雰囲気を大気中とするよりも真空中とした方が、
測定精度が向上する為である。次に、放射率補正回路１
７の動作説明を行う。前記スパッタチャンバ−１内のサ
ーモパイル温度計８の出力信号（熱放射量信号）と、ロ
ードロックチャンバー２内の放射率１３の出力信号（放
射率信号）は、シーケンサ１４のＡ／Ｄ変換器１５．１
６に与えられてデジタル変換される。その後、デジタル
変換された熱放射量信号と放射率信号は、放射率補正回
路１７（一種の演算回路）に与えられ、放射率補正回路
１７では、演算が実行される。次に、そのウエハー実温
度信号によるウエハー実温度制御について説明する。前
記放射率補正回路１７のウエハー実温度は、ウエハーホ
ルダー５のヒータ６に電力を供給するパワーコントロー
ラ１９にも制御信号として与えられており、測定した半
導体ウエハー３のウエハー実温度に従ってヒータ６に投
入される電力がコントロールされ、半導体ウエハー３を
所定のウエハー実温度に調節できるようになっている。
半導体ウエハーの冷却が必要の場合には、自然冷却させ
たり、冷媒流路へ冷媒を流して行われる。ウエハーの温
度管理は次のようにして行う。図２に示すようなセパレ
ーションチャンバー２１に、ロードロックチャンバー２
と複数のスパッタチャンバー１を設置したマルチチャン
バシステムでは、スパッタチャンバー１で半導体ウエハ
ーを処理（デポ）する前に、前記スパッタチャンバー１
以外のチャンバーでウエハーからの脱ガスと予備加熱を
実施する必要がある。一般的には、ウエハーからの脱ガ
スと予備加熱は同一のチャンバーで同時に行う。このプ
ロセスを「プレヒート」と呼んでいる。例えばセパレー
ションチャンバー２１内で半導体ウエハーを予め加熱す
る。その後でプロセスチャンバーであるスパッタチャン
バー１に半導体ウエハーを搬送する。スパッタチャンバ
ー１内では処理（薄膜堆積）を開始する前に処理開始温
度を一定にする目的で待ち時間を設ける。この待ち時間
は、スループット（量産性）を向上するためにはなるべ
く短縮することが望ましい。しかし、加熱した半導体ウ
エハーが搬送の途中でなんらかの外部の作用（ウエハー
により放射率が異なる）により温度変動を起す場合があ
る。このような半導体ウエハーの温度変動がある場合、
処理開始の半導体ウエハーの温度がそれぞれの半導体ウ
エハーごとに異なり、一様な処理ができなくなる。たと
えば、薄膜堆積の開始温度が異なると、半導体デバイス
の製品異常が発生し、不良品の増加をもたらす。さら
に、半導体ウエハー処理中でも、温度変動があると同様
に半導体デバイスの製品異常の発生の原因となる。そこ
で、図３に示すように、図１に示した実施例の放射率補
正回路１７以降の機能、例えば、処理開始温度管理機構
２２，及び、温度幅管理機構２３等を使用することで、
半導体ウエハー３のウエハー温度管理が実施できる。図
３は、図１に対し、処理開始温度管理機構２２、及び、
温度幅管理機構２３等が付加されている。また、図４
は、ロードロックチャンバー２内での放射率測定から始
まり処理開始温度機構２２及び処理幅管理機構２３まで
の動作フローチャートを示したものである。次に、図３
・図４に基づいて説明を行う。なお、説明を簡単にする
ため、図１と同様な作用をなす部分は同一番号を付して
説明を省略する。図１に示した実施例の放射率補正回路
１７の出力に処理開始温度管理機構２２および温度幅管
理機構２３を接続し、ウエハーの処理開始温度を制御す
ると共に、許容温度内に制御すると共に、スパッター制
御装置（図示していない）を制御するようにする。処理
開始温度管理機構２２は、設定電圧と半導体ウエハーの
温度に対応した電圧を比較する回路からなり、予め設定
した温度になるまで待ち時間を自動的に制御する機能を
有している。温度幅管理機構２３は、設定電圧と半導体
ウエハーの温度に対応した電圧を比較する回路が２つで
構成され、予め上限温度、下限温度を設定しておき、上
限温度と下限温度の範囲内に温度が保持できる制御機能
を有している。その温度が処理開始温度管理機構２２に
予め設定した温度からはずれていたときは、温度を制御
して設定温度に温度制御する。制御方法は、もし半導体
ウエハーの温度が開始温度として設定した温度より高け
れば、図５(a) 、(b) のように冷却を行う。その間、温
度は連続的に測定できるので、開始温度に達した時点で
処理を開始する。反対に、ウエハー温度が開始温度とし
て設定した温度より低ければ、図５(c) のように加熱を
行う。その間、同様に半導体ウエハーの温度を連続的に
測定する。この場合、ランプ加熱式ガス加熱ホルダー
（実願平２−３７８９０号）を併用すれば、加熱温度を
正確に制御できるので、短時間に所定の開始温度に達す
ることができる。このように、加熱・冷却しても温度変
化を連続的に測定でき、かつ正確な温度が測定できるの
で温度設定は短時間に行える。次に、所定の開始温度に
到達したならば、半導体ウエハーの処理を開始する。半
導体ウエハーが処理される面の裏面を測定しているた
め、処理中の半導体ウエハー温度が逐次連続的に測定で
きる。ここで、温度幅管理機構２３により、半導体ウエ
ハーの温度が上限温度と下限温度の範囲内にあるかどう
か逐次監視される。もし、この温度範囲から半導体ウエ
ハーの温度がはずれたならば、警報を鳴らすことにより
作業者に異常を知らせることができる。この場合、実際
に何が原因となって温度範囲がずれているのか知りえな
いので、パワーコントローラ１９で半導体ウエハーの温
度を制御するよりも、装置そのものを停止した方がよ
い。もし、このような警報がなければ、継続して処理が
進められる。もちろん、装置の停止に代えて、処理中の
ウエハーの温度を調節しても良い。ウエハーの温度調節
は、半導体ウエハーの実温度の情報が与えられるパワー
コントローラ１９とクーラントコントローラ２４でウエ
ハーホルダー５の温度を制御することにより行われる。
図６は複数の半導体ウエハーを一枚ずつ処理した場合の
半導体ウエハーの温度データである。図中のａ点で半導
体ウエハーがウエハーホルダー５にセットされ、ｂ点か
らｃ点の間でスパッタによる薄膜堆積が行われ、ｃ点で
半導体ウエハーがウエハーホルダー５から取り出された
ものである。各半導体ウエハー共、許容された温度幅の
範囲で処理を行うことができた。以上、半導体ウエハー
のスパッタ処理を例として実施例を説明したが、エッチ
ングや蒸着等その他の処理でもこの発明を実施すること
が可能である。
【発明の効果】以上に説明したようにこの発明によれ
ば、半導体ウエハー表面の放射率を測定し、サーモパイ
ル温度計の測定値を補正したので、スパッタ、エッチン
グ、デポジション等の処理対象である半導体ウエハーの
温度を非接触で測定できると共に、実際の温度を正確に
測定（従来の測定精度に比し、著しく測定精度を向上し
た）できる効果がある。然して処理中の半導体ウエハー
の温度を正確にコントロールすることができるので、所
期の処理を正しく行える効果がある。更に、半導体ウエ
ハーの処理開始の温度や、処理中の温度を監視できるの
で、一定の条件で多数の半導体ウエハーを処理できる効
果がある。また半導体ウエハーの放射率は、半導体ウエ
ハーが処理室へ搬送される直前に、放射率が１である黒
体発熱器とサーモパイル温度計とで構成された放射率計
で測定されるので、各半導体ウエハー毎に、高い精度
で、しかも短時間に放射率が求められ、処理中の半導体
ウエハーの温度管理を精度良く行い、しかも、処理の時
間短縮が図られる効果がある。又、放射率測定に際し、
半導体ウエハーと放射率計は半導体ウエハーと非接触の
状態にできるので、半導体ウエハーのクランプ、移し替
え時等に発生しがちの半導体デバイスに有害なパーティ
クル発生の原因を構成しないようにできる効果がある。
ば、半導体ウエハー表面の放射率を測定し、サーモパイ
ル温度計の測定値を補正したので、スパッタ、エッチン
グ、デポジション等の処理対象である半導体ウエハーの
温度を非接触で測定できると共に、実際の温度を正確に
測定（従来の測定精度に比し、著しく測定精度を向上し
た）できる効果がある。然して処理中の半導体ウエハー
の温度を正確にコントロールすることができるので、所
期の処理を正しく行える効果がある。更に、半導体ウエ
ハーの処理開始の温度や、処理中の温度を監視できるの
で、一定の条件で多数の半導体ウエハーを処理できる効
果がある。また半導体ウエハーの放射率は、半導体ウエ
ハーが処理室へ搬送される直前に、放射率が１である黒
体発熱器とサーモパイル温度計とで構成された放射率計
で測定されるので、各半導体ウエハー毎に、高い精度
で、しかも短時間に放射率が求められ、処理中の半導体
ウエハーの温度管理を精度良く行い、しかも、処理の時
間短縮が図られる効果がある。又、放射率測定に際し、
半導体ウエハーと放射率計は半導体ウエハーと非接触の
状態にできるので、半導体ウエハーのクランプ、移し替
え時等に発生しがちの半導体デバイスに有害なパーティ
クル発生の原因を構成しないようにできる効果がある。
【図１】この発明の実施例のブロック図である。
【図２】この発明の他の実施例のマルチチャンバーシス
テムの平面図である。
テムの平面図である。
【図３】処理開始温度管理機構と温度幅管理機構の実施
例のブロック図である。
例のブロック図である。
【図４】実施例の動作を説明するフローチャートであ
る。
る。
【図５】(a) 、(b) 、(c) は半導体ウエハーの処理開始
温度に至る種々の例を表わすグラフである。
温度に至る種々の例を表わすグラフである。
【図６】実施例で処理した複数の半導体ウエハーの温度
測定データのグラフである。
測定データのグラフである。
１ スパッタチャンバー ２ ロードロックチャンバー ３ 半導体ウエハー ４ 搬送路 ５ ウエハーホルダー ６ ヒータ ７ 透孔 ８ サーモパイル温度計 １１ 放射率計 １２ 黒体発熱器 １３ サーモパイル温度計 １４ シーケンサ １５ Ａ／Ｄ変換器 １６ Ａ／Ｄ変換器 １７ 放射率補正回路 １８ ウエハー実温度表示回路 １９ パワーコントローラ ２２ 処理開始温度管理機構 ２３ 温度幅管理機構
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｈ０１Ｌ 21/68 Ａ (56)参考文献 特開 平１−268120（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−118519（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−165514（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−226047（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−183862（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−71688（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/66 H01L 21/68
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体ウエハーの表面に対して、スパッ
タ、エッチング、又はデポジション等の処理を行う方法
において、処理前に、半導体ウエハーの裏面と対向させ
た黒体発熱器およびサーモパイル温度計よりなる放射率
計を介して、前記黒体発熱器からの放射が前記半導体ウ
エハーの裏面より反射した出力を測定し、前記半導体ウ
エハーの裏面の放射率を求めると共に、前記半導体ウエ
ハーを表面処理室へ搬送し、該表面処理室内のウエハー
ホルダーへ支持させ、前記半導体ウエハーの裏面と対向
させたサーモパイル温度計で前記半導体ウエハーの熱放
射量を測定した後、前記処理中に測定した前記半導体ウ
エハーの放射量を、前記放射率で補正して実温度を求
め、前記ウエハーホルダーへ支持された前記半導体ウエ
ハーの温度を制御しながら、前記半導体ウエハーの実温
度が、予め定めた処理温度に達した時に、前記半導体ウ
エハーの前記処理を開始し、前記半導体ウエハーの実温
度と、予め定めた前記処理中の上限温度および下限温度
を比較し、前記上限温度と下限温度の温度範囲から外れ
た時、警報を発し、又は前記半導体ウエハーの前記処理
を停止する表面処理工程とを含み、前記半導体ウエハー
の前記処理工程における温度制御は、前記半導体ウエハ
ーの実温度に基づいて行うことを特徴とする半導体ウエ
ハーの処理方法。 - 【請求項２】 半導体ウエハーの表面に対して、スパッ
タ、エッチング又はデポジション等の処理を行う装置に
おいて、半導体ウエハーを搬送する搬送路で半導体ウエ
ハーの裏面に対向設置した黒体発熱器およびサーモパイ
ル温度計よりなる放射率計と、前記半導体ウエハーの表
面処理室に設置したウエハーホルダーと、ウエハーホル
ダーに支持された半導体ウエハーの裏面と対向設置した
サーモパイル温度計とに夫々放射率補正回路を接続し、
前記半導体ウエハーの実温度を設定温度に制御する為に
加熱手段および／または冷却手段で構成された温度制御
手段を前記放射率補正回路に接続したことを特徴とする
半導体ウエハーの処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3103195A JP2939771B2 (ja) | 1990-04-09 | 1991-04-08 | 半導体ウエハーの処理方法および装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3789190 | 1990-04-09 | ||
| JP2-37891 | 1990-04-09 | ||
| JP3103195A JP2939771B2 (ja) | 1990-04-09 | 1991-04-08 | 半導体ウエハーの処理方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04297054A JPH04297054A (ja) | 1992-10-21 |
| JP2939771B2 true JP2939771B2 (ja) | 1999-08-25 |
Family
ID=26377055
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3103195A Expired - Lifetime JP2939771B2 (ja) | 1990-04-09 | 1991-04-08 | 半導体ウエハーの処理方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2939771B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200090890A (ko) * | 2017-11-28 | 2020-07-29 | 에바텍 아크티엔게젤샤프트 | 기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 처리된 작업편의 제조방법 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4086967B2 (ja) | 1998-06-18 | 2008-05-14 | 日本碍子株式会社 | 静電チャックのパーティクル発生低減方法及び半導体製造装置 |
| JP2000021964A (ja) | 1998-07-06 | 2000-01-21 | Ngk Insulators Ltd | 静電チャックのパーティクル発生低減方法および半導体製造装置 |
| WO2005029020A1 (ja) * | 2003-09-24 | 2005-03-31 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | 基板処理装置およびデバイスの製造方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5234230B2 (ja) * | 1971-12-27 | 1977-09-02 | ||
| JPS62118519A (ja) * | 1985-11-19 | 1987-05-29 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体基板加熱装置 |
| JPH01268120A (ja) * | 1988-04-20 | 1989-10-25 | Fujitsu Ltd | 半導体装置用ウェハの温度測定方法 |
| JPH03165514A (ja) * | 1989-11-24 | 1991-07-17 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法及び製造装置 |
| DE69117322T2 (de) * | 1990-04-19 | 1996-10-02 | Applied Materials Inc | Heizungs- und Überwachungssystem für eine Halbleiterscheibe und Wirkungsweise |
| JPH04183862A (ja) * | 1990-11-17 | 1992-06-30 | Miyagi Oki Denki Kk | 基板加熱装置 |
-
1991
- 1991-04-08 JP JP3103195A patent/JP2939771B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200090890A (ko) * | 2017-11-28 | 2020-07-29 | 에바텍 아크티엔게젤샤프트 | 기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 처리된 작업편의 제조방법 |
| KR102633715B1 (ko) * | 2017-11-28 | 2024-02-05 | 에바텍 아크티엔게젤샤프트 | 기판 처리 장치, 기판 처리 방법 및 처리된 작업편의 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04297054A (ja) | 1992-10-21 |
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