JP2006147943A

JP2006147943A - 基板処理装置及び半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2006147943A
Application number: JP2004337837A
Authority: JP
Inventors: Hideo Ishizu; 秀雄石津; Masayuki Suzuki; 雅行鈴木
Original assignee: Kokusai Electric Semiconductor Service Inc
Current assignee: Kokusai Electric Semiconductor Service Inc
Priority date: 2004-11-22
Filing date: 2004-11-22
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2024-11-22
Also published as: JP4672342B2

Abstract

【課題】放射温度計の光導入面が汚れたり、経時変化で劣化などが起きても、安定した温度再現性を得ることを可能とする。
【解決手段】チャンバ内に収容される被処理基板であるウェハ２００は、制御手段３００によって、分割制御されるランプ１１１に対応したランプゾーン１０１〜１０４毎に、被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計４０１〜４０４の測定温度に基づいて加熱制御される。チャンバ内にウェハ２００とは別に、温度モニタ用ウェハ５１を設ける。この温度を熱電対温度計５２と検査基板測定用光ファイバ式放射温度計との両方で測定し、その温度差を差分補正回路５９で求める。この温度差を制御手段３００を構成する温度調節計６０１〜６０４に加えて、実際値とずれた被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計４０１〜４０４の測定温度を補正する。補正した制御信号を制御手段３００を構成する電力フィードバック回路７０に加え、電力設定信号により各ランプゾーン１０１〜１０４内のランプ１１１の電力を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は基板処理装置及び半導体装置の製造方法に係り、特に被処理基板温度測定用に放射温度計を用いたものに関する。

従来、基板処理装置の一つとして高速熱処理（ＲＴＰ：Rapid Thermal Perocess）装置がある。これは、石英製のチャンバ内に収容した被処理基板に、ハロゲンランプから光を照射し、被処理基板を５００℃〜１０００℃に加熱するものである。酸化膜の形成や、膜質の改善・欠陥除去など様々な熱処理に用いられる。熱処理の安定化のために、被処理基板温度をフィードバックしてランプ電力を制御しており、被処理基板温度の測定用に光ファイバ式放射温度計が用いられている。加熱された被処理基板の温度は、この光ファイバ式放射温度計の光導入面に入射する被処理基板からの放射光を測定することによって行われる。

光ファイバ式放射温度計を用いたランプ加熱制御システムは、ハロゲンランプに電力を供給する電源と、この電源からハロゲンランプに供給される電力を制御する制御器とを備え、光ファイバ式放射温度計によって測定された被処理基板の測定温度が設定温度となるように、制御器によりハロゲンランプに供給すべき電力量を演算し、その演算結果に応じた電力をハロゲンランプに供給するように構成されている。

しかしながら、上述した従来の技術では、放射温度計の光導入面が汚れたり、経時変化による劣化などが起きたりすると、光の減衰現象により、放射温度計の測定温度が実際の被処理基板温度からずれて、正しい被処理基板温度の測定が難しくなるという欠点があり、被処理基板の安定した温度制御が困難になるという問題点があった。

本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、安定した被処理基板の温度制御を可能とする基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供することにある。

第１の発明は、被処理基板を収容するチャンバと、前記被処理基板に非接触で被処理基板温度を測定する被処理基板測定用放射温度計と、前記チャンバ内の被処理基板を加熱するランプと、このランプに電力を供給する電源から前記ランプに供給される電力を制御し、前記被処理基板測定用放射温度計によって測定された前記被処理基板の測定温度が設定温度となるように前記ランプに供給すべき電力量を演算し、その演算結果に応じた電力を前記ランプに供給する制御器とを備えた基板処理装置において、前記チャンバに収容される検査基板と、前記検査基板に接触して検査基板温度を測定する熱電対温度計と、前記検査基板に非接触で検査基板温度を測定する検査基板測定用放射温度計と、前記熱電対温度計で測定した検査基板温度と、前記検査基板測定用放射温度計で測定した検査基板温度との偏差に応じて、前記制御器から前記ランプに供給する電力を補正する補正回路とを備えたことを特徴とする基板処理装置である。

被処理基板測定用放射温度計の光導入面が汚れたり経時変化による劣化などが起きたりして、実際の被処理基板温度と被処理基板測定用放射温度計の測定温度との間に温度差が生じると、検査基板温度を測定する熱電対温度計の測定温度と検査基板測定用放射温度計の測定温度との間にも同様に温度差が生じる。
したがって、補正回路によって、熱電対温度計で測定した検査基板温度と検査基板測定用放射温度計で測定した検査基板温度との差に応じて、制御器からランプに供給する電力を補正するようにすると、実際の被処理基板温度と被処理基板測定用放射温度計の測定温度との間の温度差を解消することができ、再現性のある被処理基板温度を得ることが可能となる。

第２の発明は、第１の発明において、前記補正回路による電力の補正は、前記偏差を制御器に入力して制御器内で前記基板測定用放射温度計から出力された測定温度を補正することにより行うようにしたことを特徴とする基板処理装置である。
被処理基板測定用放射温度計の測定温度そのものが補正されなくても、結果においてランプに供給される電力が補正されるので、再現性のある被処理基板温度を得ることが可能となる。

第３の発明は、第１の発明において、前記補正回路による電力の補正は、前記偏差を被処理基板測定用放射温度計に入力して、前記基板測定用放射温度計から出力される測定温度を補正することにより行うようにした基板処理装置である。
被処理基板測定用放射温度計の測定温度そのものが補正されるので、測定温度が補正されずに制御器内で換算補正される場合に比して、ユーザインタフェースが円滑になる。

第４の発明は、半導体装置の製造方法において、被処理基板を収容するチャンバと、前記被処理基板に非接触で被処理基板温度を測定する被処理基板測定用放射温度計と、前記チャンバ内の被処理基板を加熱するランプと、このランプに電力を供給する電源から前記ランプに供給される電力を制御し、前記被処理基板測定用放射温度計によって測定された前記被処理基板の測定温度が設定温度となるように前記ランプに供給すべき電力量を演算し、その演算結果に応じた電力を前記ランプに供給する制御器と、前記チャンバに収容される検査基板と、前記検査基板に接触して検査基板温度を測定する熱電対温度計と、前記検査基板に非接触で検査基板温度を測定する検査基板測定用放射温度計と、前記熱電対温度計で測定した検査基板温度と、前記検査基板測定用放射温度計で測定した検査基板温度との差に応じて、前記制御器から前記ランプに供給する電力を補正する補正回路とを備えた基板処理装置を用いて被処理基板を処理する半導体装置の製造方法である。
再現性のある被処理基板温度を得ることが可能であるので、歩留まりが良好で高品質の半導体装置を製造することができる。

本発明によれば、被処理基板の温度制御を安定に行うことができる。

以下、本発明の基板処理装置を枚葉式のＲＴＰ装置に適用した本実施の形態について説明する。

本実施の形態のＲＴＰ装置の基本構造は、図２に示すような構成となっている。ＲＴＰ装置は処理炉１０を有する。処理炉１０は、チャンバ２０とランプ加熱手段３０とを備え、被処理基板としてのシリコンウェハ２００（以下、ウェハ２００）を加熱するためにチャンバ蓋２１上に設けられたハロゲンランプ１１（以下、ランプ１１）に電力を加え、ランプ１１からの光、例えば赤外光をウェハ２００に照射して加熱する構造になっている。以下、具体的に説明する。

チャンバ２０は、筒形のチャンバ本体２２、チャンバ蓋２１及びチャンバ底２３から構成され、チャンバ２０内は外部雰囲気と遮断される。チャンバ蓋２１は赤外光に対して透明な石英ガラスから構成される。チャンバ蓋２１は、赤外光の透過性を確保する必要性から、その厚さを厚くすることなく、チャンバ２０が減圧に耐えられるようにドーム状に形成されている。チャンバ底２３の中央にウェハ搬送口２４が設けられる。このウェハ搬送口２４には、１枚のウェハ２００を保持する筒状のウェハホルダ２５が昇降自在に設けられる。

ランプ加熱手段３０は、例えば、複数のリング状のランプ１１を並べて広い範囲を照射するようになっている。この複数のランプ１１は、ドーム状のチャンバ蓋２１を覆うように設けられる。複数のランプ１１は、同心円状に配列され、かつドーム状のチャンバ蓋２１の形状に沿うように、中央から外側に向けてリング状のランプ１１の中心位置が漸次下がっていくように取り付けられる。複数のリング状のランプ１１は、ランプ１１から放射されるウェハ以外の方向に向かう光を反射して、チャンバ２０内のウェハ２００に向ける反射板１２で覆われている。複数のリング状のランプ１１は、ウェハ２００の径方向に同心円状の温度分布ゾーンを形成するように、複数のゾーン（ランプゾーン）に分けて制御することが行われている。

チャンバ２０内に収容されるウェハ２００は、外部雰囲気と遮断されたチャンバ２０内にある筒状のウェハホルダ２５上に置かれる。ウェハホルダ２５は、その上部でウェハ２００の外周背面を保持する。ウェハ２００の温度を測定するために、分割された各ランプゾーンに対向したウェハ２００の各部位の背面近傍には、被処理基板用放射温度計である被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計の測定用光プローブ４１が、ゾーン分割数に合わせた数だけ設置されている。

ウェハホルダ２５内に、ウェハ２００の背面に近接して配置される円板状の光プローブ保持プレート２６が設けられる。この光プローブ保持プレート２６に径方向に沿って、ランプゾーンに対応して設けられた複数の孔２７に、前述した測定用光プローブ４１がそれぞれ装着されている。測定用光プローブ４１は、ウェハ２００の背面から放射される各部位の赤外光を取り込む光導入面ないし集光面が、ウェハ背面に非接触で臨むように装着される。

チャンバ２０内には温度補正部５０が設けられる。温度補正部５０は、温度モニタ用ウェハ５１と、熱電対温度計（以下、ＴＣセンサ）５２と、補正用光プローブ５３とから構成される。この温度補正部５０は、測定用光プローブ４１の光導入面の汚れや経時変化による劣化に起因する温度測定精度の低下を補正する。

温度モニタ用ウェハ５１は、前述したウェハ２００とは別に検査基板としてチャンバ２０内に設けられる。この温度モニタ用ウェハ５１は、チャンバ底２３に取り付けた図示しないコ字形（ツィーザ形）のホルダに支持される。この温度モニタ用ウェハ５１の設置場所は、チャンバ２０内のランプ加熱がおよぶランプ加熱領域内であって、ウェハ２００の外周の所定位置である。具体的には、筒状のウェハホルダ２５とチャンバ本体２２との間の空間であって、ウェハ２００と面一な位置である。

温度モニタ用ウェハ５１は、ウェハ２００と同質のシリコンで形成されて、ウェハ２００と厚さは同程度とするが、大きさはウェハ２００と比べてかなり小さな径、例えば十分の一くらいの径とする。温度モニタ用ウェハ５１によりチャンバ２０内の処理系を乱さないようにするためである。例えばウェハ径が２００ｍｍ〜３００ｍｍの場合、温度モニタ用ウェハ径は２０ｍｍ〜３０ｍｍとなる。

この温度モニタ用ウェハ５１には、これの表面と接触して温度モニタ用ウェハ温度を直接測定するＴＣセンサ５２が設けられ、その信号線は前記ホルダに沿って垂下させ、ハーメッチックシール経由でチャンバ底２３から外部に取り出される。

また、温度モニタ用ウェハ５１には検査基板測定用光ファイバ式放射温度計の補正用光プローブ５３が設けられる。補正用光プローブ５３は、温度モニタ用ウェハ５１の背面温度を間接的に測定するようになっている。この補正用光プローブ５３は、チャンバ底２３に設けられた孔２８に装着され、この孔２８からチャンバ２０内に挿入されて、光導入面ないし集光面が温度モニタ用ウェハ５１の背面に近接して非接触で配置されるようになっている。

上述したように構成されたＲＴＰ装置では、ランプゾーンはランプ加熱制御システムによって制御される。

図１は、そのようなＲＴＰ装置のランプ加熱制御システムを示す。この加熱制御システムは、測定温度に基づいてランプ電力を制御する制御手段３００と、測定温度を補正する補正手段４００とから構成される。なお、ランプゾーンは４つに分割されているが、各ランプゾーン１０１〜１０４の構成は共通するので、ランプゾーンの説明については、１つのランプゾーン１０１を例にとって説明する。

ランプゾーン１０１は、４分割されたうちの１つのランプ１１１を制御するための制御領域である。このランプゾーン１０１は、電源例えばＡＣ電源９１と、ＡＣ電源９１の電力で点灯するランプ１１１と、ランプ１１１に供給される電力を制御する電力調整用サイリスタ回路９２とを有するランプ回路９０を備える。また、ウェハ２００の背面から放射される赤外光を検出するための被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計４０１の測定用光プローブ４１、ランプ１１１の両端に生じる端子電圧を測定するための電圧測定ライン９３と、ランプ１１１に流れる電流を測定するカレントトランス９４とを備える。

被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計４０１は、前記ランプゾーン１０１内のランプ１１によって加熱されるウェハ部位の背面温度を測定する。この被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計４０１は、前述した測定用光プローブ４１と、検出された光を導くファイバケーブル４１１と、導かれた光の検出波長を温度に変換する光変換器４２１とから構成される。光変換器４２１からは温度測定信号が出力される。
なお、他のランプゾーン１０２〜１０４に対応して設けられる被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計４０２〜４０４も、上述した被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計４０１と同じ構成である。

制御手段３００は、電力変動を抑制する電力フィードバック部３１０と被処理基板温度を設定温度となるように制御する温度制御部３２０とから構成される。

電力フィードバック部３１０は、ランプ１１１の状態を監視しながらランプ１１１に加わる電力変動を補正する。この電力フィードバック部３１０は、ランプ端子間電圧（ランプ電圧）を測定する電圧測定ライン９３と、ランプ１１１に流れるランプ電流を測定するカレントトランス９４と、電力変動を検出する電力フィードバック回路７０とを有する。電力変動を検出する電力フィードバック回路７０は、中継端子台８０を経由して入力される電圧測定ライン９３で測定した測定電圧と設定電圧との差、及びカレントトランス９４で測定した測定電流と設定電流との差を算出する。電力フィードバック部３１０は、これらの差から電力変動を求め、この電力変動に応じて、後述する温度制御信号を補正してランプ１１に供給すべき電力量を演算し、その演算結果を電力調整用サイリスタ回路９２に電力設定信号としてフィードバック出力する。

また、電力フィードバック部３１０は、温度制御部３２０と接続されて、温度制御部３２０からランプ電力をコントロールする温度制御信号を受け取り、この温度制御信号を電力制御信号で補正し、この補正した電力設定信号を各ランプゾーン１０１〜１０４内の電力調整用サイリスタ回路９２に出力する。

温度制御部３２０は、ランプ加熱によるウェハ２００の温度変動を検出して、その変動に応じた温度制御信号を電力フィードバック回路７０に出力することによって、ウェハ２００の温度をコントロールする。この温度制御部３２０は、ランプ１１による温度を調節するための上述した温度調節計６０１〜６０４と温度センサとしての被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計４０１〜４０４とを備える。

温度調節計６０１〜６０４は、予め設定されたプログラムに基づいて、被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計４０１〜４０４で測定されたウェハ背面の測定温度と設定温度との温度差（温度変動）を求める。この温度差に応じて、ランプ１１に供給すべき電力量を演算し、電力フィードバック回路７０を介して、各ランプゾーン１０１〜１０４の電力調整用サイリスタ回路９２に演算結果としての温度制御信号をフィードバック出力する。

補正手段４００は、被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計４０１〜４０４の補正情報を検出する。この補正手段４００は、上述した温度補正部５０と、検査基板測定用光ファイバ式放射温度計５８と差分補正回路５９とから構成される。温度補正部５０に設けた補正用光プローブ５３は、光ファイバ５４を介して検査基板用変換器５５に接続されて、検査基板測定用光ファイバ式放射温度計５８を構成する。検査基板測定用光ファイバ式放射温度計５８は、前述した被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計４０１〜４０４と同一構成のものである。

ＴＣセンサ５２及び検査基板測定用光ファイバ式放射温度計５８は差分補正回路５９に接続される。この差分補正回路５９は、マイクロコンピュータが搭載されており、ＴＣセンサ５２及び検査基板測定用光ファイバ式放射温度計５８で測定したアナログ信号をＡ／Ｄ変換してデジタル信号を取得する。また、この取得したデジタル信号に基づいて温度モニタ用ウェハ温度と検査基板温度との差に応じた補正計算ができるようになっている。差分補正回路５９で補正計算された結果は、補正信号として温度調節計６０１〜６０４に共通に加えられる。

次に、上述したような構成における作用を説明する。図３は温度補正の説明図である。ＴＣセンサ５２の測定値は、通常、実際の温度モニタ用ウェハ５１の温度値を示しており、基板測定用光ファイバ式放射温度計４０１〜４０４と異なり、補正する必要がない。また、図３（ｂ）に示すように分割された各ランプに対応して加熱される同心円状の４つのウェハ部位を中央から外側に向かって順に部位Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶとする。通常、これらに対応するランプゾーン１０１〜１０４のランプ温度設定は中央部と外周部とが高く、その中間部は多少低めに設定される。温度モニタ用ウェハ５１はウェハ２００の最外側の部位ＩＶに含まれる。

電力フィードバック回路７０は、各ランプゾーン１０１〜１０４のカレントトランス９４及び電圧測定ライン９３で測定した測定電圧及び測定電流（いずれもアナログ信号）を取り込み、測定電圧及び測定電流をデジタル信号に変換する。電力フィードバック回路７０は、これらのデジタル信号から測定電力を求めた上で、予めプログラムされた電力プロフィールに基づく設定電力と測定電力とを比較して、各ランプ１１１に供給すべき電力量を演算し、その演算結果をアナログ信号に変換する。電力フィードバック回路７０は、このアナログ信号を電力設定信号として、各ランプゾーン１０１〜１０４の電力調整用サイリスタ回路９２に出力する。

このように電力フィードバック回路７０から各ランプゾーン１０１〜１０４の電力調整用サイリスタ回路９２にフィードバック制御を行い、これにより、各ランプゾーン１０１〜１０４のランプ１１に加えられる電力変動が抑制されるために、ランプ１１には安定した電力が供給される。

また、電力フィードバック回路７０は、各ランプゾーン１０１〜１０４に対応する温度調節計６０１〜６０４から温度制御信号を受け取り、この温度制御信号の指令値に電力制御信号の電力量を併せた補正演算を行い、その補正演算結果をアナログ信号に変換し、補正制御信号として各ランプゾーン１０１〜１０４の各電力調整用サイリスタ回路９２にフィードバック出力する。
したがって、各ランプゾーン１０１〜１０４のランプ１１には、温度変動と電力変動とが加味された補正電力が供給されるために、ランプ１１にはより安定した電力が供給される。

上述した温度調節計６０１〜６０４は次のように機能する。各ランプゾーン１０１〜１０４の被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計４０１〜４０４で測定した測定温度（アナログ信号）と、これに対応した設定温度（アナログ信号）とを受け取り、これらのアナログ信号をデジタル信号に変換する。温度調節計６０１〜６０４は、デジタル変換された測定温度と設定温度との温度差を計算する。この温度差に応じて、温度調節計６０１〜６０４は、各ランプ１１１に供給するべき電力量をＰＩＤ演算等で計算し、その計算結果を温度制御信号として電力フィードバック回路７０へ出力する。電力フィードバック回路７０は、各ランプゾーン１０１〜１０４の温度調節計６０１〜６０４からの温度制御信号をアナログ信号に変換する。電力フィードバック回路７０は、このアナログ信号を制御信号として、各電力調整用サイリスタ回路９２に出力する。温度差に応じた電力が各ランプゾーン１０１〜１０４の各ランプ１１１に供給されることにより、ランプ１１１に対応したウェハ部位の温度が変化する。

このように各ランプゾーン１０１〜１０４のランプ１１に対して必要数の被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計４０１〜４０４を設け、温度測定信号を温度調節計６０１〜６０４にフィードバックして、その温度調節計６０１〜６０４の制御信号を、電力フィードバック回路７０を介して各ランプゾーン１０１〜１０４の各電力調整用サイリスタ回路９２に出力することで、各ランプゾーン１０１〜１０４のランプ１１１により加熱されるウェハ部位の温度を所定の温度に保つようになっている。

本実施の形態では、さらに、各ランプゾーン１０１〜１０４の被処理基板測定用放射温度計４０の劣化等の監視を行って、これによる温度ずれを、つぎのように補正している。補正内容として図３を参照する。

ＲＴＰ装置の初期設定時に、各ランプゾーン１０１〜１０４のランプ１１１を点灯させ、ウェハ２００及び温度モニタ用ウェハ５１を昇温させる。このときのＴＣセンサ５２、検査基板測定用光ファイバ式放射温度計５８、各ランプゾーン１０１〜１０４の被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計４０１〜４０４の測定温度を記録する。図示例では、ＴＣセンサ５２の測定温度が５００℃、検査基板測定用光ファイバ式放射温度計５８の測定温度が５００℃、各ランプゾーン１０１〜１０４の被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計４０１〜４０４の測定温度が、それぞれ５００℃、４９０℃、４９０℃、５００℃である。

通常運用時に、各ランプゾーン１０１〜１０４の被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計４０１〜４０４の測定温度を定期的に確認し、これらのいずれかが、あらかじめ設定しておいたチェックレベルになったとき、各ランプゾーン１０１〜１０４の被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計４０１〜４０４の測定温度の他に、再度、ＴＣセンサ５２、検査基板測定用光ファイバ式放射温度計５８の測定温度を確認する。図示例では、ＴＣセンサ５２の測定温度が５００℃、検査基板測定用光ファイバ式放射温度計５８の測定温度が４９０℃、各ランプゾーン１０１〜１０４の被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計４０１〜４０４の測定温度が、それぞれ４９０℃、４８０℃、４８０℃、４９０℃である。
なお、被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計４０１〜４０４の測定温度をチェックレベルでチェックしているのは、測定温度の補正は、被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計４０１〜４０４の光導入面の汚れや経時変化による劣化が許容できなくなったとき行えばよく、その判定は被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計４０１〜４０４の測定温度を確認することによって可能となるからである。この判定は温度調節計６０１〜６０４にチェックレベルを設定することで、温度調節計６０１〜６０４で行う。

さて、被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計４０１〜４０４のいずれか１つでも測定温度がチェックレベルになったとき、ＴＣセンサ５２と検査基板測定用光ファイバ式放射温度計５８との測定温度の差を求める。その温度差が補正値となる。測定用光プローブ４１の劣化等は光の減衰現象として現れるので、図示例では補正値は＋１０℃である。この補正値を、各ランプゾーン１０１〜１０４の温度調節計６０１〜６０４に入力し、温度調節計６０１〜６０４の内部において、各ランプゾーン１０１〜１０４の被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計４０１〜４０４から入力される測定温度に加えて実際のウェハ温度に合うように修正する。補正値を加えた測定温度を補正後の被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計４０１〜４０４の測定温度とする。図示例では、各ランプゾーン１０１〜１０４のウェハ部位の測定温度が、それぞれ５００℃、４９０℃、４９０℃、５００℃となる。
次の運用時の昇温からは、この補正値を加えた各ウェハ部位の測定温度と各ウェハ部位の設定温度との差に基づいてランプ電力を制御することで、補正前のずれを吸収して正しいウェハ温度制御を行うことが可能となる。

このように、本実施の形態によれば、被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計４０１〜４０４で起きている劣化現象は、これらと隣接して設けた検査基板測定用光ファイバ式放射温度計５８でも同様に起きているとみなし、検査基板測定用光ファイバ式放射温度計５８での測定値ずれをＴＣセンサ５２の測定値と比較することによって確認し、ずれている分を各ランプゾーン１０１〜１０４の被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計４０１〜４０４の補正値とみなすようにして、被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計４０１〜４０４の光導入面の汚れや経時変化による劣化による測定温度のずれを補正している。すなわち、測定用光プローブ４１の集光ロスを定期的にＴＣセンサ５２で補正することで、測定温度のずれを修正することができ、光プローブ４１の光導入面ないし集光面が汚れたり、経時変化で劣化して測定温度がずれてしまう場合でも、安定したウェハ２００の温度制御が可能となり、ウェハ２００の温度再現性が実現できる。

また、本実施の形態によれば、光プローブの劣化等により測定温度が実際値からずれてしまう場合でも、光プローブの劣化等をある程度まで補ってウェハの温度再現性を実現するので、被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計の光プローブのメンテナンス回数が低減し、スループットを向上できる。

また、本実施の形態によれば、既存のシステムに補正手段４００を加えて、温度調節計のプログラム、または電力フィードバック回路７０のプログラムを変更するだけで容易に対応ることが出来る。

また、上記実施の形態では、補正信号を温度調節計６０１〜６０４にフィードバックするようにしたが、被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計４０１〜４０４にフィードバックするようにしてもよい。補正信号を温度調節計６０１〜６０４にフィードバックするものでは、被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計４０１〜４０４の測定温度が正されなくても、制御手段３００内のブラックボックスで補正するので、結果においてランプ１１に供給される電力が正され、再現性のある温度を得ることが可能となる。これに対して被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計４０１〜４０４にフィードバックするものでは、被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計４０１〜４０４の測定温度が正されるので、測定温度が正されずに制御手段３００内のブラックボックスで補正する場合に比して、被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計４０１〜４０４から出力される測定温度表示等も正確に表示されることとなる。例えば実際のウェハ温度とかけはなれた温度が表示されると、作業者は間違った温度情報もとでランプ加熱制御していると勘違いする等の問題が生じるが、放射温度計の出力自体を補正すると、そのようなことがなく、ユーザインタフェースが円滑になる。

なお、上述した温度モニタ用ウェハ５１による温度補正にも限界があり、光ファイバ式放射温度計の測定温度ずれ（測定誤差）が許容値を超えた場合には、温度補正部５０も被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計の光プローブと一緒に交換する必要がある。

上記実施の形態では、本発明をＲＴＰ装置に適用した場合について説明したが、被処理基板温度測定用に放射温度計を用いたものであれば、ＣＶＤ装置、ＰＶＤ装置、プラズマ装置、エピタキシャル装置などの装置にも適用できる。

実施の形態におけるＲＴＰ装置の制御システムの構成図である。実施の形態におけるＲＴＰ装置の概略構成図である。実施の形態における温度補正の説明図である。

符号の説明

１１ランプ
４０１〜４０４被処理基板測定用光ファイバ式放射温度計
５１温度モニタ用ウェハ（検査基板）
５２ＴＣセンサ（熱電対温度計）
５８検査基板測定用光ファイバ式放射温度計
５９差分補正回路
６０１〜６０４温度調節計
７０電力フィードバック回路
９１ＡＣ電源
３００制御器
３１０電力フィードバック部
３２０温度制御部
２００ウェハ（被処理基板）

Claims

被処理基板を収容するチャンバと、
前記被処理基板に非接触で被処理基板温度を測定する被処理基板測定用放射温度計と、
前記チャンバ内の被処理基板を加熱するランプと、
このランプに電力を供給する電源から前記ランプに供給される電力を制御し、前記被処理基板測定用放射温度計によって測定された前記被処理基板の測定温度が設定温度となるように前記ランプに供給すべき電力量を演算し、その演算結果に応じた電力を前記ランプに供給する制御器とを備えた基板処理装置において、
前記チャンバに収容される検査基板と、前記検査基板に接触して検査基板温度を測定する熱電対温度計と、前記検査基板に非接触で検査基板温度を測定する検査基板測定用放射温度計と、前記熱電対温度計で測定した検査基板温度と、前記検査基板測定用放射温度計で測定した検査基板温度との偏差に応じて、前記制御器から前記ランプに供給する電力を補正する補正回路とを備えたことを特徴とする基板処理装置。
前記補正回路による電力の補正は、前記偏差を制御器に入力して制御器内で前記基板測定用放射温度計から出力された測定温度を補正することにより行うようにしたことを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
前記補正回路による電力の補正は、前記偏差を被処理基板測定用放射温度計に入力して、前記基板測定用放射温度計から出力される測定温度を補正することにより行うようにした請求項１に記載の基板処理装置。
半導体装置の製造方法において、
被処理基板を収容するチャンバと、
前記被処理基板に非接触で被処理基板温度を測定する被処理基板測定用放射温度計と、
前記チャンバ内の被処理基板を加熱するランプと、
このランプに電力を供給する電源から前記ランプに供給される電力を制御し、前記被処理基板測定用放射温度計によって測定された前記被処理基板の測定温度が設定温度となるように前記ランプに供給すべき電力量を演算し、その演算結果に応じた電力を前記ランプに供給する制御器と、
前記チャンバに収容される検査基板と、
前記検査基板に接触して検査基板温度を測定する熱電対温度計と、
前記検査基板に非接触で検査基板温度を測定する検査基板測定用放射温度計と、
前記熱電対温度計で測定した検査基板温度と前記検査基板測定用放射温度計で測定した検査基板温度との差に応じて、前記制御器から前記ランプに供給する電力を補正する補正回路と
を備えた基板処理装置を用いて前記被処理基板を処理する半導体装置の製造方法。