JP5474317B2 - 半導体デバイスの製造方法及び基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は処理する基板処理方法に関するものであり、特に、基板をセラミックヒータ、石英ヒータ等の抵抗加熱ヒータを被処理基板の加熱に用いて基板を処理する基板処理方法に関するものである。

図３は、従来の基板処理装置を示し、基板を処理するための処理室１に基板支持具としてサセプタ２が設けられる。
サセプタ２には、被処理基板３が水平に載置され、サセプタ４内には、熱伝導により、被処理基板３を面内均一に昇温できるように抵抗加熱ヒータ（以下、ヒータという）４が内蔵されている。
処理ガスを供給するためのガス供給ユニット５は、処理室１に接続されており、処理室１内を真空排気するガス排気ユニット６は、処理室１の圧力を調節する圧力制御弁(例え
ば、ＡＰＣバルブ（ＡＰＣ：Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒバルブ)７を介して処理室１に接続されている。

また、基板処理装置には、ヒータ４の温度を検出する熱電対８と、ヒータ４に電力を供給して加熱する複数のヒータ用電力調節器９，１０とが設けられている。
熱電対８はヒータ４が加熱する加熱ゾーンを複数に区分したゾーン毎に設けられており、ヒータ用電力調節器もヒータ４のゾーン毎に設けられている。

ヒータ用電力調節器９，１０は、ヒータ用制御出力比率調節器１１から出力された電力操作量に基づいてヒータ４への供給電力を調節することでゾーン別にヒータ４の温度を調節するようになっている。ヒータ用制御出力比率調節器１１及び複数の熱電対８は、温度調節器１２に接続されており、温度調節器１２は、ヒータの目標温度とヒータのランプレート値とに基づいてヒータ４のランピング設定温度（℃／ｍｉｎ）をゾーン毎に算出すると共に、ランピング設定温度に対応した電力操作量を算出してヒータ用制御出力比率調節器に出力するようになっている。

ヒータ４のランプレート値及び処理工程の最終目標温度は、プロセスレシピを参照して制御装置から温度調節器１２に送信される。
なお、ランピング設定温度とは、ヒータのランプレート値から一義的に定まる所定時間当たりの設定温度（℃／ｍｉｎ）のことをいう。また、「目標温度」とは、ヒータの初期設定温度から最終の目標温度（処理工程の処理温度）までの間を複数段に分けてステップ的に温度を変化させる場合の各段の温度のことをいう。

図４は、従来の基板処装置のヒータ温度制御方法を示す。

このヒータ温度制御方法は、被処理基板３を処理室１に搬入する工程と、処理室１を減圧するとともに加熱した後、被処理基板３を処理室１の減圧加熱雰囲気下で処理する処理工程と、処理工程の終了後、被処理基板を処理室１から搬出する搬出工程とを含む基板処理方法、特に、処理工程において被処理基板３を処理温度に昇温する方法として用いられる。

まず、ヒータ昇降温制御指定判定分岐処理Ｓ２０を実行し、ヒータ４の昇降温指令の有無を判定する。
ヒータ４の昇降温指令が有る場合、すなわち、ヒータ４を昇温又は降温の指示がある場
合は、判定結果がＹＥＳとなる。また、ヒータ４の昇降温指令がない場合は、判定結果がＮＯとなる。
ヒータの昇降温指令が有る場合、すなわち、ＹＥＳの場合は、次のエラー発生監視分岐処理３０に進む。

エラー発生監視分岐処理Ｓ３０では、ヒータ４を保護するためのヒータ温度の昇降温レートの監視、ヒータ４のパワー供給状態（電力供給状態）を監視するためのヒータ温度又は温度調節器１２の制御出力量、すなわち、ヒータ用制御出力比率調節器１１に出力する電力操作量の監視、ヒータ４の断線等がある。
エラー発生監視分岐処理Ｓ３０で判定結果がＹＥＳ、すなわち、エラーが発生していない場合（ＮＯ）は、設定データ判定分岐処理ステップＳ２１に進む。

設定データ判定分岐処理ステップＳ２１では、制御装置に接続されているディスプレイの複数の操作画面のうち、ヒータ４の目標温度及びランプレート値（例えば、１分当りの昇降温レート（℃／ｍｉｎ））の操作画面から入力された設定状態を監視し、その設定データである目標温度、ランプレート値が新規設定時かどうか及び変更時かどうかを判定する。

設定データ判定分岐処理ステップＳ２１で判定結果がＹＥＳ、すなわち、設定データである目標温度、ランプレート値が新規設定時及び変更時の場合は、ヒータ制御ステータス（昇降温中）セット処理２２に進む。

ヒータ制御ステータス（昇降温中）セット処理２２では、制御装置の操作画面等に表示する現在の表示ステータスを、「昇降温中」を示す表示にセットし、目標温度転送処理Ｓ２３に進む。

目標温度転送処理Ｓ２３では、制御装置が温度調節器１２に目標温度を転送して次のランプレート転送処理Ｓ２４に進む。

ランプレート転送処理Ｓ２４では、制御装置が温度調節器１２にランプレート値を送信し、次の温度制御処理Ｓ２５に進む。

温度制御処理Ｓ２５では、制御装置から送信されたヒータ４の加熱ゾーン別の目標温度とランプレート値とに基づいて各ゾーンのランピング設定温度（℃／ｍｉｎ）を算出すると共に、ランピング設定温度に対応した電力操作量を算出してそれぞれ対応するヒータ用制御出力比率調節器１１に出力する。温度制御処理Ｓ２５を終了すると、次に、目標温度到達分岐処理Ｓ２６に進む。

目標温度到達分岐処理Ｓ２６では、ヒータ４のモニタ温度が最終目標温度に到達したかどうかを判定する。ヒータ４が最終目標温度に到達した場合は、判定結果がＹＥＳ、到達しない場合は、ＮＯとなる。判定結果がＹＥＳ、すなわち、最終目標温度に到達した場合は、ヒータ昇降制御テータス（昇降温完了）セット処理Ｓ２７に進む。

ヒータ昇降制御テータス（昇降温完了）セット処理Ｓ２７では、操作画面等に表示されている制御ステータスの「昇降温中」の代わりに「昇降温完了」の表示を表示させる。これにより、ヒータ４全体が目最終標温度に加熱され、サセプタ２に載置された被処理基板３全体が最終目標温度に加熱される。オペレータは、この「昇降温完了」の表示により、ヒータ４の加熱終了を確認する。

目標温度到達分岐処理Ｓ２６で判定結果がＮＯの場合は、ヒータ昇降温制御指定判定分
岐処理Ｓ２０に戻り、ヒータ４のモニタ温度が最終目標温度となるまでヒータ制御ステータス（昇降温中）セット処理２２〜温度制御処理Ｓ２５のルーチンを繰り返す。そして、設定データ変更判定分岐処理Ｓ２１で判定結果がＮＯのとき、すなわち、設定データである目標温度、ランプレート値がそのまま保持される場合に、ヒータ４の加熱が終了したものとして、ヒータ昇降制御テータス（昇降温完了）セット処理Ｓ２７に進み、操作画面等に表示されている制御ステータスの「昇降温中」の代わりに「昇降温完了」の表示を表示させる。

ヒータ昇降温制御指定判定分岐処理Ｓ２０の判定結果がＮＯの場合及びエラー発生監視分岐処理Ｓ３０の判定結果がＹＥＳの場合は、ヒータ制御停止処理Ｓ２８に進む。

ヒータ制御停止処理Ｓ２８では、温度調節器１２を停止してヒータ制御ステータスセット（ＯＦＦ）処理を実行する。
このヒータ制御ステータスセット（ＯＦＦ）処理では、操作画面等に表示する制御ステータスの「昇降中」の表示の代わりに「ＯＦＦ」等、温度調節器１２が停止した旨の表示を表示させる。
オペレータやメンテナンス作業者は、温度調節器１２が停止した旨の表示が表示されたときは、エラー原因の解析と復旧を行う。

このように従来のヒータ温度制御方法では、エラーを監視し、エラーの発生時にヒータの加熱を停止するので、ヒータの損傷を防止することができるが、ヒータの停止後、ヒータを再起動時に、ヒータの急激な温度の上昇によってヒータ、特に、セラミックや石英を用いた抵抗加熱式ヒータに損傷が発生する可能性がある。

すなわち、ヒータの加熱の際に、ヒータへの出力電力が過大となってエラーが発生し、これを原因としてヒータが停止することがある。
このとき、ヒータは自動又は手動によって再起動されるが、ヒータ停止後、再起動時は、ヒータからの放熱量が大きく、ヒータの温度が急激に低下する。これにより、ヒータのランプレート値が大きくなる。その後、ヒータの放熱が停止し、ヒータの温度が安定すると、今度は、ヒータの温度が急激に上昇してしまい、ヒータの熱負荷が突然に大きくなる。これにより、ヒータの損傷又はヒータの再度のエラーが発生し、ヒータが突然に停止することがある。

そこで、本発明は、ヒータ停止後、再起動時に、ヒータの損傷防止及びエラーによる停止防止を可能にすることを目的とする。

本発明の好ましい態様は、被処理物を処理室に搬入する工程と、処理室を減圧するとともに抵抗加熱ヒータにより加熱した後、被処理基板を被処理室の減圧加熱雰囲気下で処理する処理工程と、処理工程の終了後、被処理基板を処理室から搬出する搬出工程と、を含む基板処理方法であって、抵抗加熱ヒータの停止時の再起動時に、ヒータの初期設定値を自動設定するようにした基板処理方法を提供する。

本発明によれば、抵抗加熱ヒータの停止後、再起動時のヒータの急激な温度変化を抑制することができるので、ヒータの損傷、ヒータのエラーに起因したヒータの停止を防止することができる。また、ヒータの使い勝手が大幅に向上する。

本発明の好ましい実施の形態では、ヒータ停止後の再起動時に、ヒータの放熱が停止し、ヒータ温度が安定するまでヒータの加熱を停止し、ヒータの温度が安定したときに、ヒータの初期設定値を決定する。また、ヒータの降温レートが大きいときもヒータの温度が安定した後に、初期設定値を更新する。そして、この後に、目標温度とヒータのランプレートに基づいてヒータのランピング温度を決定する。このため、ヒータを適正な電力にて処理工程の処理温度に加熱することができ、ヒータの損傷、ヒータのエラーに起因したヒータの停止を防止する。これにより従来と比較してヒータの使い勝手が大幅に向上する。

以下、本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態では基板処理装置としてプラズマ処理炉を用いる。

プラズマ処理炉は、電界と磁界により高密度プラズマを生成できる変形マグネトロン型プラズマ源（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｔｙｐｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｓｏｕｒｃｅ）を用いてウエハ等の基板をプラズマ処理する基板処理炉（以下、ＭＭＴ装置と称する）である。
このＭＭＴ装置は、気密性を確保した処理室に基板を設置し、処理室をある一定の圧力に保ちながら反応ガスを処理室にシャワーヘッドを介して導入する。そして、放電用電極に高周波電力を供給して電界を形成するとともに磁界を形成し、マグネトロン放電を起こす。
放電用電極から放出された電子がドリフトしながらサイクロイド運動を続けて周回することにより長寿命となって電離生成率を高めるので高密度プラズマを生成することができる。
従って、ＭＭＴ装置を用いると、反応ガスを励起分解させて基板表面を酸化または窒化等の拡散処理、または基板表面に薄膜を形成する、または基板表面をエッチングする等、基板へ各種のプラズマ処理を施すことができる。

図１にこのようなＭＭＴ装置の概略構成図を示す。
ＭＭＴ装置は、処理容器２０３を有する。
処理容器２０３は、第１の容器であるドーム型の上側容器２１０と第２の容器である碗型の下側容器２１１によって形成され、上側容器２１０が下側容器２１１上に被せられる。上側容器２１０は、例えば、酸化アルミニウム又は石英等の非金属材料で形成されており、下側容器２１１は、例えば、アルミニウムで形成されている。また後述するヒータ一体型の基板保持具（基板保持手段）であるサセプタ２１７を窒化アルミニウムや、セラミックス又は石英等の非金属材料で構成することによって、処理の際に膜中に取り込まれる金属汚染を低減している。

シャワーヘッド２３６は、処理室２０１の上部に設けられ、キャップ状の蓋体２３３と、ガス導入口２３４と、バッファ室２３７と、開口２３８と、遮蔽プレート２４０と、ガス吹出口２３９とを備えている。バッファ室２３７は、ガス導入口２３４より導入されたガスを分散するための分散空間として設けられる。

ガス導入口２３４には、ガスを供給するガス供給管２３２が接続されており、ガス供給管２３２は、開閉弁であるバルブ２４３ａ、流量制御器（流量制御手段）であるマスフローコントローラ２４１を介して図中省略の処理ガス２３０のガスボンベに繋がっている。シャワーヘッド２３６から処理ガス（反応ガス）２３０が処理室２０１に供給され、また、サセプタ２１７の周囲から処理室２０１の底方向へ基板処理後のガスが流れるように下側容器２１１の側壁にガスを排気するガス排気口２３５が設けられている。ガス排気口２３５にはガスを排気するガス排気管２３１が接続されており、ガス排気管２３１は、圧力調整器であるＡＰＣ２４２、開閉弁であるバルブ２４３ｂを介して排気装置である真空ポ
ンプ２４６に接続されている。

また、処理室２０１に供給される処理ガス２３０を励起させる放電機構（放電手段）として、筒状、例えば円筒状に形成された第１の電極である筒状電極２１５が設けられる。筒状電極２１５は処理容器２０３（上側容器２１０）の外周に設置されて処理室２０１内のプラズマ生成領域２２４を囲んでいる。筒状電極２１５には高周波電力を印加する高周波電源２７３がインピーダンスの整合を行う整合器２７２を介して接続されている。

また、筒状、例えば円筒状に形成された磁界形成機構（磁界形成手段）である筒状磁石２１６は筒状の永久磁石となっている。
筒状磁石２１６は、筒状電極２１５の外表面の上下端近傍にそれぞれ配置される。上下の筒状磁石２１６、２１６は、処理室２０１の半径方向に沿った両端（内周端と外周端）に磁極を持ち、上下の筒状磁石２１６、２１６の磁極の向きが逆向きに設定されている。従って、内周部の磁極同士が異極となっており、これにより、筒状電極２１５の内周面に沿って円筒軸方向に磁力線を形成するようになっている。

処理室２０１の底側中央には、被処理基板であるウエハ２００を保持するための基板保持具（基板保持手段）としてサセプタ２１７が配置されている。サセプタ２１７は、例えば窒化アルミニウムやセラミックス、又は石英等の非金属材料で形成され、内部に加熱機構（加熱手段）としてのヒータ４が一体的に埋め込まれており、ウエハ２００を加熱できるようになっている。ヒータ４は電力が印加されてウエハ２００を５００℃程度にまで加熱できるようになっている。ヒータ４はセラミックヒータ又は石英ヒータ等の抵抗加熱ヒータで構成されている。

また、サセプタ２１７の内部には、さらにインピーダンスを変化させるための電極である第２の電極も装備されており、この第２の電極がインピーダンス可変機構２７４を介して接地されている。インピーダンス可変機構２７４は、コイルや可変コンデンサから構成され、コイルのパターン数や可変コンデンサの容量値を制御することによって、上記電極及びサセプタ２１７を介してウエハ２００の電位を制御できるようになっている。

ウエハ２００をマグネトロン型プラズマ源でのマグネトロン放電により処理するための処理炉２０２は、少なくとも処理室２０１、処理容器２０３、サセプタ２１７、筒状電極２１５、筒状磁石２１６、シャワーヘッド２３６、及びガス排気口２３５から構成されており、処理室２０１でウエハ２００をプラズマ処理することが可能となっている。

筒状電極２１５及び筒状磁石２１６の周囲には、この筒状電極２１５及び筒状磁石２１６で形成される電界や磁界を外部環境や他処理炉等の装置に悪影響を及ぼさないように、電界や磁界を有効に遮蔽する遮蔽板２２３が設けられている。

サセプタ２１７は下側容器２１１と絶縁され、サセプタ２１７を昇降させるサセプタ昇降機構（昇降手段）２６８が設けられている。またサセプタ２１７には貫通孔２１７ａが設けられ、下側容器２１１底面にはウエハ２００を突上げるためのウエハ突上げピン２６６が少なくとも３箇所に設けられている。そして、サセプタ昇降機構２６８によりサセプタ２１７が下降させられた時にはウエハ突上げピン２６６がサセプタ２１７と非接触な状態で貫通孔２１７ａを突き抜けるような位置関係となるよう、貫通孔２１７ａ及びウエハ突上げピン２６６が配置される。

また、下側容器２１１の側壁には仕切弁となるゲートバルブ２４４が設けられ、開いている時には図中省略の搬送機構（搬送手段）により処理室２０１に対してウエハ２００を搬入、または搬出することができ、閉まっている時には処理室２０１を気密に閉じること
ができる。

また、制御部（制御手段）としてのコントローラ１２１は信号線Ａを通じてＡＰＣ２４２、バルブ２４３ｂ、真空ポンプ２４６を、信号線Ｂを通じてサセプタ昇降機構２６８を、信号線Ｃを通じてゲートバルブ２４４を、信号線Ｄを通じて整合器２７２、高周波電源２７３を、信号線Ｅを通じてマスフローコントローラ２４１、バルブ２４３ａを、さらに図示しない信号線を通じてサセプタに埋め込まれたヒータやインピーダンス可変機構２７４をそれぞれ制御するよう構成されている。

なお、本実施の形態では、前記ガス供給ユニット５は、ガス供給管２３２と、開閉弁からなるバルブ２４３ａと、流量制御手段としてのマスフローコントローラ２４１と、処理ガス２３０のガスボンベ（図示せず）とから構成され、前記ガス排気ユニット６は、ガス排気管２３１とバルブ２４３ｂと、真空ポンプ２４６とから構成されている。

ＭＭＴ装置には、ヒータ４の温度を検出するため熱電対８が設けられる。熱電対８はヒータ４の加熱ゾーンを複数に区分したゾーン毎に温度を検出するため、複数、設けられる。
また、ＭＭＴ装置には、ヒータ４を制御するため、電源（図示せず）からヒータ４の各加熱ゾーンへの供給電力を調節する複数のヒータ用電力調節器９，１０と、各ヒータ用電力調節器９，１０へのヒータ制御出力比率を調節することで電源からヒータ４の各加熱ゾーンへの電力供給量を制御するヒータ用制御出力比率調節器１１と、このヒータ用制御出力比率調節器１１のヒータ制御出力比率（制御操作量）を制御する温度調節器１２とが設けられる。
ヒータ用制御出力比率調節器１１は、温度調節器１２からの基準操作出力値に、ヒータ４の各ゾーンの温度に応じた制御比率係数を掛けた値をヒータ制御出力比率とする。また、温度調節器１２は、コントローラ１２１内の制御部（図示せず）に接続されており、コントローラ１２１により統括制御されるものとする。

次に上記のような構成の処理炉を用いて、半導体デバイスの製造工程の一工程として、ウエハ２００表面に対し、又はウエハ２００上に形成された下地膜の表面に対し所定のプラズマ処理を施す方法について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ１２１により制御される。

ウエハ２００は処理炉２０２を構成する処理室２０１の外部からウエハ２００を搬送する搬送機構（図示せず）によって処理室２０１に搬入され、サセプタ２１７上に搬送される。この搬送動作の詳細は次のようになる。

まず、サセプタ２１７が基板搬送位置まで下降し、ウエハ突上げピン２６６の先端がサセプタ２１７の貫通孔２１７ａを通過する。このときサセプタ２１７表面よりも所定の高さ分だけ突き上げピン２６６が突き出された状態となる。
次に、下側容器２１１に設けられたゲートバルブ２４４が開かれ、図中省略の搬送機構によってウエハ２００をウエハ突上げピン２６６の先端に載置する。搬送機構が処理室２０１外へ退避すると、ゲートバルブ２４４が閉じられる。
サセプタ２１７がサセプタ昇降機構２６８により上昇すると、サセプタ２１７上面にウエハ２００を載置することができ、更にウエハ２００を処理する位置まで上昇する。

サセプタ２１７に埋め込まれたヒータ４は予め加熱されており、搬入されたウエハ２００を室温〜５００℃の範囲の内、所定のウエハ処理温度に加熱する。真空ポンプ２４６、及びＡＰＣ２４２を用いて処理室２０１の圧力を０．１〜１００Ｐａの範囲の内、所定の圧力に維持する。

ウエハ２００の温度が処理温度に達し、安定化したら、ガス導入口２３４から遮蔽プレート２４０のガス吹出口２３９を介して、処理ガスＮ_２、Ｏ_２２３０を処理室２０１に配置されているウエハ２００の上面（処理面）に向けて導入する。このときのガス流量は０．１〜１０００ｓｃｃｍの範囲の内、所定の流量とする。同時に筒状電極２１５に高周波電源２７３から整合器２７２を介して高周波電力を印加する。印加する電力は、１５０〜２００Ｗの範囲の内、所定の出力値を投入する。このときインピーダンス可変機構２７４は予め所望のインピーダンス値となるように制御しておく。

筒状磁石２１６、２１６の磁界の影響を受けてマグネトロン放電が発生し、ウエハ２００の上方空間に電荷をトラップしてプラズマ生成領域２２４に高密度プラズマが生成される。そして、生成された高密度プラズマにより、サセプタ２１７上のウエハ２００の表面にプラズマ処理が施される。プラズマ処理を終了したウエハ２００は、図示略の搬送機構を用いて、基板搬入と逆の手順で処理室２０１外へ搬送される。

本実施形態に係るヒータ温度制御方法は、ウエハ２００を処理室２０１に搬入する工程と、処理室２０１を減圧するとともに加熱した後、ウエハ２００を処理室２０１の減圧加熱雰囲気下で処理する処理工程と、処理工程の終了後、ウエハ２００を処理室２０１から搬出する搬出工程とを含む基板処理方法、特に、処理工程においてウエハ２００を処理温度に昇温する方法として用いられる。

なお、本実施の形態では、ヒータ４のゾーン加熱を採用するため複数の温度センサ、例えば、熱電対８によりヒータ４の温度をゾーン別にモニタし、ヒータ４の温度をゾーン毎に制御することによってウエハ２００の面内温度分布を均一化するが、以下の説明では便宜のため、各ゾーンが同じ温度であるものとして説明する。

本実施の形態の基板処理方法に係るヒータ温度制御方法は、ウエハ２００を処理室２０１に搬入する搬入工程と、処理室２０１を減圧するとともにウエハ２００を抵抗加熱ヒータにより加熱した後、ウエハ２００を処理室２０１の減圧加熱雰囲気下で処理する処理工程と、処理工程の終了後、ウエハ２００を処理室２０１から搬出する搬出工程とを含む基板処理方法において、プロセス開始時の被処理基板３の加熱に用いられる。

図２は、ヒータ温度制御方法に係るフローチャート図である。
図２に示すように、まず、ヒータ昇降温制御指定判定分岐処理Ｓ２０を実行する。
ヒータ昇降温制御指定判定分岐処理Ｓ２０では、温度調節器１２がコントローラ１２１のプロセスレシピの設定条件を参照し、ヒータ４の昇降温指令の有無を判定する。ヒータ４の昇降温指令がある場合、判定はＹＥＳとなり、昇降温指令がない場合、判定はＮＯとなる。判定結果がＹＥＳの場合、次のエラー発生監視分岐処理Ｓ３０に進み、ＮＯの場合は、ヒータ制御停止処理Ｓ２８に進む。

エラー発生監視分岐処理Ｓ３０では、ヒータ４を保護するためのヒータ温度の昇降温レートの監視、ヒータ４のパワー供給状態（電力供給状態）を監視するためのヒータ温度又は温度調節器１２の制御出力操作量、すなわち、ヒータ用制御出力比率調節器１１に出力する電力操作量の監視、ヒータ４の断線等がある。
エラー発生監視分岐処理Ｓ３０で、エラーが発生していた場合は、判定がＹＥＳ、エラーが発生していない場合は判定がＮＯとなる。そして、エラーが発生していた場合は、ヒータ制御停止処理Ｓ２８に進み、エラーが発生していない場合はヒータ初期設定処理実行判定分岐処理Ｓ５０に進む。

ヒータ初期設定処理実行判定分岐処理Ｓ５０は、ヒータ昇降温制御指定判定分岐処理Ｓ
２０の判定結果がＹＥＳ、且つ、エラー発生監視分岐処理Ｓ３０の判定結果がＮＯのときに実行され、ヒータ初期設定を実行したかどうかを判定する。判定は、ヒータ初期設定処理の実行が既に終了しているときＹＥＳとなり、ヒータ初期設定処理を初めて実行するときはＮＯとなる。判定がＹＥＳの場合、設定データ変更判定分岐処理Ｓ２１に進み、判定がＮＯの場合、ヒータ初期設定実行フラグセット処理Ｓ５１に進む。

ヒータ初期設定実行フラグセット処理Ｓ５１では、この温度制御のフローにおいて、一度だけヒータの初期設定値設定を許可するフラグが自動的にセットされる。
ヒータ初期設定実行フラグセット処理Ｓ５１を終了すると、現在温度取得処理（１）Ｓ５２に進む。

現在温度取得処理（１）Ｓ５２では、ヒータ４の現在のモニタ温度（ＳＶ１）を取得してコントローラ１２１のメモリに記憶させ、次に、昇降温動作判定分岐処理Ｓ５３に進む。

昇降温動作判定分岐処理Ｓ５３では、プロセスレシピを参照して得られる処理工程の処理温度、すなわち、ヒータ４の最終目標温度とヒータ４の現在温度（熱電対８のモニタ温度）とを比較し、ヒータ４の現在値が処理工程における最終目標温度よりも小さいときは、ヒータ４の動作を、ヒータ４から熱を放出する降温時の動作と判定し（ＹＥＳ）、現在のモニタ値が処理工程における最終目標温度と等しいか、大きいときは、昇温時の動作と判定する（ＮＯ）。

昇降温動作判定分岐処理Ｓ５３で、ヒータ４の動作が昇温時の動作のとき（ＮＯ）は、設定データ生成処理Ｓ５４に進み、ヒータ４の動作が降温時の動作のとき（ＹＥＳ）のときは、設定データ変更判定分岐処理Ｓ２１に進む。

設定データ生成処理Ｓ５４では、次式により、温度調節器１２の設定温度データを生成する。設定データ生成処理Ｓ５４を終了すると、次の初期設定値転送処理Ｓ５５に進む。
ＳＶ＝ＳＶ１＋α×ｔ
ただし、ＳＶ：ランピング設定温度（ヒータ動作時の処理設定温度℃）
ＳＶ１：現在温度取得処理Ｓ５２で取得したヒータ４の現在の温度（ＰＶ）
α：ヒータの仕様で決定されている昇温レート（℃／ｍｉｎ）
ｔ：時間（ｍｉｎ）

初期設定値転送処理Ｓ５５では、設定データ生成処理５４で算出したランピング設定温度を温度調節器１２に送信する初期設定値転送処理を実行する。送信先は、温度調節器１２である。この処理を終了すると、現在温度取得処理（２）Ｓ５６に進む。

現在温度取得処理（２）Ｓ５６では、ヒータ４の現在温度ＰＶを取得して判定データとし、メモリに記憶する。メモリの記憶を終了すると、現在温度判定分岐処理Ｓ５７に進む。

現在温度判定分岐処理Ｓ５７では、現在温度取得処理（２）Ｓ５６で取得したヒータ４の現在温度ＰＶと現在温度取得処理（１）Ｓ５２で所得したヒータ４の現在温度ＳＶ１とを比較し、現在温度取得処理（２）Ｓ５６で取得したＰＶが、現在温度取得処理（１）Ｓ５２で所得したＳＶ１よりも小さいかどうかを判定する。
ＰＶがＳＶ１よりも小さい場合は、ヒータ４からの放熱量が大きく降温レートが高いと判定する（ＹＥＳ）。
また、ＰＶがＳＶ１以上の場合は、ヒータ４からの放熱が停止しているものと判定する（ＮＯ）。
そして、放熱レートが高い場合（ＹＥＳ）は、ヒータ４の放熱が停止するまで、言い換
えると、ヒータ４の温度が安定するまで、現在温度取得処理（１）Ｓ５２から現在温度判定分岐処理Ｓ５７までの処理を繰り返す。ヒータ４の温度が安定したときは（ＮＯ）、ヒータ温度低下判定分岐処理Ｓ５８に進む。

ヒータ温度低下判定分岐処理Ｓ５８では、ＳＶ≦ＰＶか否かによって現在のヒータ４の状態を判定する。
ＳＶがＰＶ以下の場合は、ヒータ４からの放熱が停止していないと判定（ＹＥＳ）して、設定データ変更判定分岐処理Ｓ２１に進み、ＳＶがＰＶを越える場合は、放熱が停止し、ヒータ温度が安定したものとして（ＮＯ）、現在温度取得処理Ｓ５６に移行させ、現在温度取得処理Ｓ５６及び現在温度判定分岐処理Ｓ５７を繰り返す。

設定データ判定分岐処理ステップＳ２１では、コントローラ１２１に接続されているディスプレイの複数の操作画面のうち、ヒータ４の目標温度及びランプレート値（例えば、１分当りの昇降温レート（℃／ｍｉｎ））の操作画面から入力された設定状態を監視し、その設定データである目標温度、ランプレート値が新規設定時かどうか及び変更時かどうかを判定する。

設定データ判定分岐処理ステップＳ２１で判定結果が、ＹＥＳ、すなわち、設定データである目標温度、ランプレート値に変更がない場合は、ヒータ４を最終目標温度、すなわち、処理工程の処理温度に昇温するため、ヒータ制御ステータス（昇降温中）セット処理Ｓ２２に進み、判定結果がＮＯの場合、すなわち、目標温度、ランプレート値に変更がある場合は、目標温度到達分岐処理Ｓ２６に進む。

ヒータ制御ステータス（昇降温中）セット処理Ｓ２２では、コントローラ１２１の操作画面等に表示させる現在の表示ステータスを、「昇降温中」を示す表示にセットし、目標温度転送処理Ｓ２３に進む。

目標温度転送処理Ｓ２３では、コントローラ１２１から温度調節器１２に目標温度を転送する。転送を終了すると次のランプレート転送処理Ｓ２４に進む。

ランプレート転送処理Ｓ２４では、コントローラ１２１が温度調節器１２にランプレート値を転送し、次の温度制御処理Ｓ２５に進む。

温度制御処理Ｓ２５では、温度調節器１２がコントローラ１２１から転送されたヒータ４の加熱ゾーン別の目標温度とランプレート値とに基づいて各ゾーンのランピング設定温度（℃／ｍｉｎ）を算出する。その後、ランピング設定温度に対応した電力操作量を算出してヒータ用制御出力比率調節器１１に出力する。これにより、電力操作量に対応した電力がヒータ４に供給され、ヒータ４の温度が上昇する。

目標温度到達分岐処理Ｓ２６では、モニタ温度と最終目標温度との比較により、モニタ温度が最終温度に到達したかどうかを判定する。
ヒータ４の温度が最終目標温度に到達した場合は、判定がＹＥＳとなり、到達しない場合はＮＯとなる。判定がＹＥＳ、すなわち、最終目標温度に到達した場合は、ヒータ昇降制御テータス（昇降温完了）セット処理Ｓ２７に進む。
これにより、ヒータ４全体が最終目標温度に加熱され、サセプタ２に載置された被処理基板３全体が最終目標温度に加熱される。
最終目標温度に到達しない場合は、ヒータ昇降温制御指定判定分岐処理Ｓ２０に移行してヒータ昇降温制御指定判定分岐処理Ｓ２０以降の処理を繰り返す。

ヒータ昇降制御テータス（昇降温完了）セット処理Ｓ２７では、操作画面等に表示され
ている制御ステータスの「昇降温中」の代わりに「昇降温完了」の表示を表示させる。
オペレータは、この「昇降温完了」の表示により、ヒータ４の加熱終了を確認する。

ヒータ昇降温制御指定判定分岐処理Ｓ２０で判定結果がＮＯのとき及びエラー発生監視分岐処理Ｓ３０で判定結果がＹＥＳの場合は、ヒータ制御停止処理Ｓ２８に進む。

ヒータ制御停止処理Ｓ２８では、温度調節器１２を停止し、ヒータ４の加熱を停止するヒータ制御ステータスセット（ＯＦＦ）処理を実行する。

ヒータ制御ステータスセット（ＯＦＦ）処理では、操作画面等に表示する制御ステータスを「昇降中」の表示を解除し、代わりに「ＯＦＦ」等、温度調節器１２が停止した旨の表示を表示させる。
オペレータやメンテナンス作業者は、温度調節器１２が停止した旨の表示を認識し、対応する処理、例えば、エラー原因の解析と復旧とを行う。

ヒータ制御停止処理Ｓ２８を終了すると、ヒータ初期設定実行フラグリセット処理を実行し、フラグをクリアして今回のヒータ温度制御を終了する。
［実施形態の効果］
このように本実施の基板処理方法では、ヒータ停止後の再起動時に、ヒータの放熱が停止し、ヒータ温度が安定した後に、ヒータの初期設定値を決定する。また、目標温度とヒータのランプレートに基づいてヒータのランピング温度を決定する。このため、従来のヒータの温度制御のように、ヒータ停止後、再起動時に、ヒータに供給する電力が過大とならず、ヒータが適正な電力にて加熱される。これにより、ヒータの損傷、ヒータのエラーに起因したヒータの停止を防止することができる。
また、ヒータのゾーン別にヒータの温度制御を実行するので半導体装置の歩留まりが大幅に向上させることができる。
また、従来と比較してヒータの使い勝手が大幅に向上する。

［付記］
以下、本発明の好ましい態様を示す。

［付記１］
被処理物を処理室に搬入する工程と、処理室を減圧するとともに抵抗加熱ヒータにより加熱した後、被処理基板を被処理室の減圧加熱雰囲気下で処理する処理工程と、処理工程の終了後、被処理基板を処理室から搬出する搬出工程と、を含む基板処理方法であって、抵抗加熱ヒータの停止時の再起動時に、ヒータの初期設定値を自動設定するようにした基板処理方法。
この場合、「被処理基板を被処理室の減圧加熱雰囲気下で処理する」とは、本実施の形態のようにサセプタを介して被処理基板を処理するだけではなく、縦型、横型の基板処理装置のように、処理室内雰囲気下で被処理基板を処理する形態も含まれるものとする。
この場合、好ましくは、抵抗加熱ヒータ、停止時の再起動時に、ヒータ初期設定値で一旦、安定させるようにするとよい。
また、より、好ましくは、ヒータ停止時の降温レートが所定の降温レートよりも大きいかどうかを判定し、ヒータ停止時の降温レートが大きい場合は、ヒータ初期設定値を自動更新するとよい。
さらに、好ましくは、ヒータ温度安定後に、最終目標温度（処理工程の処理温度）に向けて昇温度を開始するようにするとよい。
また、抵抗加熱ヒータはセラミックヒータか又は石英ヒータとするとよい。

なお、本実施の形態では、ヒータにより、ウエハの温度を制御する説明をしたが、補助
加熱装置としてランプヒータを設け、ウエハの温度を制御するようにしてもよい。

また、前記したヒータの温度制御では、各ヒータの加熱ゾーン別にヒータの温度制御（昇降制御）を実行するため、ヒータ用電力調節器をゾーン数、用い説明をしたが、ヒータの温度を正確に検出でき、ヒータによりウエハを温度分布にむらが生じることがなく、加熱できる場合は、ヒータ用電力調節器を単数とし、本実施形態と同様のヒータの温度制御を実施するようにしてもよい。

さらに、熱電対に代えて放射温度計を用いてヒータ４の温度を検出するようにしてもよい。
このように、本発明は種々の変形が可能であり、この変形された発明に本発明が及ぶことは当然である。

本発明に係る基板処理装置とヒータの温度制御するためのヒータの温度制御装置を示す解説図である。 本発明に係る基板処理方法における抵抗加熱ヒータの温度制御方法を示すフローチャート図である。 従来の基板処理装置の構成を示す概略図である。 従来の基板処理方法における抵抗加熱ヒータの温度制御方法を示すフローチャート図である。

符号の説明

４ ヒータ（抵抗加熱ヒータ）
１２１ コントローラ
２００ ウエハ（被処理基板）
２０１ 処理室

Claims (4)

1. ヒータで基板を加熱する工程と、
   前記ヒータによる基板の加熱を停止する工程と、
   前記ヒータによる基板の加熱を停止した後、前記ヒータの温度を測定する第１のステップと、前記第１のステップで測定した温度と前記ヒータの昇温レートとを基に算出される設定データを温度調節器に送信する第２のステップと、前記設定データを基に前記温度調節器が前記ヒータを制御する第３のステップと、前記ヒータの温度を再び測定する第４のステップと、をこの順に行うサイクルを、前記第４のステップで測定した温度が前記第１のステップで測定した温度以上の温度になるまで繰り返すことで、前記ヒータの温度を安定化させる工程と、
   前記ヒータの温度が安定した後、前記ヒータを処理温度まで昇温する工程と、
   を有する半導体デバイスの製造方法。
2. 前記ヒータの温度を安定化させる工程は、当該ヒータの降温レートが所定の降温レートよりも小さくなるまで行う請求項１に記載の半導体デバイスの製造方法。
3. 前記ヒータの温度を安定化させる工程は、当該ヒータの放熱が停止するまで行う請求項１又は２に記載の半導体デバイスの製造方法。
4. 基板を加熱するヒータと、
   前記ヒータの温度を検出する温度検出手段と、
   前記ヒータで基板を加熱する処理と、前記ヒータによる前記基板の加熱を停止する処理と、前記ヒータによる基板の加熱を停止した後、前記ヒータの温度を測定する第１のプロセスと、前記第１のプロセスで測定した温度と前記ヒータの昇温レートとを基に算出される設定データを温度調節器に送信する第２のプロセスと、
   前記設定データを基に前記温度調節器が前記ヒータを制御する第３のプロセスと、前記ヒータの温度を再び測定する第４のプロセスと、をこの順に行うサイクルを、前記第４のプロセスで測定した温度が前記第１のプロセスで測定した温度以上の温度になるまで繰り返すことで、前記ヒータの温度を安定化させる処理と、前記ヒータの温度が安定した後、前記ヒータを処理温度まで昇温する処理と、を行うように、前記ヒータ、前記温度検出手段および前記温度調節器を制御する制御部と、
   を有する基板処理装置。

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