JPH04297054A - 半導体ウエハーの処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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。

【０００２】

【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。

【０００３】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。

【０００４】

【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。

【０００５】この発明の目的は、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。又、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。

【０００６】

【課題を解決する為の手段】この発明の半導体ウエハー
の処理方法は、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、処理前および処理中に、半導体ウエハーの裏面
から該半導体ウエハーの温度を測定し、予め定めた温度
範囲で処理を行うことを特徴としている。

【０００７】又この発明の半導体ウエハーの処理装置は
、処理室内にウエハーホルダーが設置され、該ウエハー
ホルダーに支持された半導体ウエハーの表面に対するス
パッタ、エッチング又はデポジション等の処理機構を備
えた半導体処理装置において、前記ウエハーホルダーに
は、半導体ウエハーの裏面を透視可能とする透孔が形成
され、該透孔の軸線上に非接触温度測定手段が、半導体
ウエハーの裏面と対向可能に設置してあることを特徴と
している。

【０００８】前記非接触温度測定手段は、サーモパイル
温度計とするのが望ましい。半導体ウエハーの放射率の
相異による測定誤差を除く為には、ウエハーホルダーへ
半導体ウエハーを搬送する搬送路に、放射率計を半導体
ウエハーの裏面と対向可能に設置し、該放射率計の出力
をサーモパイル温度計に対して、補正成分として与える
。

【０００９】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など別の室内に設置される場合
もある。

【００１０】

【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かがで
きる。

【００１１】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。

【００１２】

【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。 ウエハー温度補正 　　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とロードロックチャンバー２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。

【００１３】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の裏面の温度測定ができるよう
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。

【００１４】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１２とサーモパイル温度計
１３とで測定される温度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。

【００１５】前記各サーモパイル温度計８、１３の出力
はシーケンサ１４のＡ／Ｄ変換器１５、１６に与えられ
てデジタル変換された後、放射率補正回路１７（一種の
割算回路）に与えられるようになっており、放射率補正
回路１７の出力が、ウエハー実温度表示回路１８に与え
られている。前記放射率補正回路１７の出力は、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
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。

【００１６】上記実施例によれば、半導体ウエハー３の
温度をスパッタ処理中に連続的に測定することが可能で
あり、又、シーケンサ１４ではスパッタチャンバー１で
、サーモパイル温度計８で測定した半導体ウエハー３の
温度を、ロードロックチャンバー２で予め測定した実際
の半導体ウエハー３の放射率で補正するので、スパッタ
チャンバー１内で処理されている半導体ウエハー３の実
際の温度を正確に求めることができる。 ウエハー温度管理 　　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、前工程（
例えばセパレーションチャンバー２１内でのウエハー加
熱）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（外乱）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
。

【００１７】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、これらの
機構で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。

【００１８】処理開始温度管理機構は、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。

【００１９】半導体ウエハー処理中の温度監視の手順を
図４を用いて説明する。加熱された半導体ウエハーがス
パッタチャンバー１内に搬送され、チャッキングされる
（１）。そこから半導体ウエハーの温度モニターを開始
する（２）。第１図の実施例と同様の温度測定装置によ
りウエハー温度を測定し、実温に補正する。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（３）　。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）　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。

【００２０】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。

【００２１】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（４）　。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（５）　。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（６）　。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（７）　。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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】

【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も可能となり、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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【図４】実施例の動作を説明するフローチャートである
。

【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
。

【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。

【符号の説明】

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

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【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、処理前および処理中に半導体ウエハーの裏
   面から該半導体ウエハーの温度を測定し、予め定めた温
   度範囲で処理を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】　　半導体ウエハーの温度測定は、サーモ
   パイル温度計を用いて無接触で行う請求項１記載の半導
   体ウエハーの処理方法 【請求項３】　　サーモパイル温度計を用いた温度測定
   は、半導体ウエハーの放射率で補正する請求項２記載の
   半導体ウエハーの処理方法 【請求項４】　　半導体ウエハーの測定した温度と、予
   め定めた処理開始温度を比較し、予め定めた処理開始温
   度に到達した時、半導体ウエハーの処理を開始する請求
   項１記載の半導体ウエハーの処理方法 【請求項５】　　半導体ウエハーの測定した温度と、予
   め定めた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、又は半導体ウエハーの処理を停止する請求項１記
   載の半導体ウエハーの処理方法 【請求項６】　　処理室内にウエハーホルダーが設置さ
   れ、該ウエハーホルダーに支持された半導体ウエハーの
   表面に対するスパッタ、エッチング、又はデポジション
   等の処理機構を備えた半導体処理装置において、前記ウ
   エハーホルダーには半導体ウエハーの裏面を透視可能と
   する透孔が形成され、該透孔の軸線上に非接触温度測定
   手段が半導体ウエハーの裏面と対向可能に設置してある
   ことを特徴とする半導体ウエハーの処理装置【請求項７
   】　　非接触温度測定手段は、サーモパイル温度計とし
   た請求項６記載の半導体ウエハーの処理装置【請求項８
   】　　ウエハーホルダーには、加熱手段および／または
   冷却手段が設けてある請求項６記載の半導体ウエハーの
   処理装置 【請求項９】　　ウエハーホルダーへ半導体ウエハーを
   搬送する搬送路に、放射率計が半導体ウエハーの裏面と
   対向可能に設置してあり、該放射率計の出力がサーモパ
   イル温度計に補正成分として与えてある請求項６記載の
   半導体ウエハーの処理装置 【請求項１０】　　非接触温度測定手段の出力は、ウエ
   ハーホルダーの加熱および／または冷却手段の制御装置
   に制御入力として与えてある請求項６記載の半導体ウエ
   ハーの処理装置 【請求項１１】　　非接触温度測定手段の出力は、半導
   体ウエハーの処理開始指令手段の入力として与えられて
   いる請求項６記載の半導体ウエハーの処理装置【請求項
   １２】　　非接触温度測定手段の出力は、半導体ウエハ
   ーの温度幅管理手段の入力として与えられている請求項
   ６記載の半導体ウエハーの処理装置【請求項１３】　　
   非接触温度測定手段の出力は、警報装置の入力として与
   えられている請求項６記載の半導体ウエハーの処理装置