(57)【要約】      （修正有）【課題】成膜中のウエハ温度を正確に計測でき、ウエハの温度に合わせてＰＩＤ制御の設定Ｐ・Ｉ・Ｄ値をリアルタイムで変化させることができ、装置の稼動効率を向上させることができるウエハ加熱成膜装置、及びウエハ温度制御方法を提供する。【解決手段】ヒータ３の温度を測定する熱電対５と、半導体ウエハの表面温度を測定する放射温度計１５とを備えており、熱電対５及び放射温度計１５の各測定値の校正テーブルを温調器９内部に保持している。また、温調器９内部に熱電対５による制御系と、放射温度計１５のＰＩＤ制御系を設け、熱電対５による制御または放射温度計１５による制御の切り替えを可能とすることにより、校正テーブル作成時には放射温度計１５による半導体ウエハの温度を制御する。【選択図】図１
2008218928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リアクタチャンバ内に配置されたウエハを加熱するための加熱手段と、
上記ウエハの成膜対象面に成膜原料ガスを供給するための供給手段と、
ウエハの温度を測定するウエハ用温度検出手段と、
上記ウエハの表面温度を非接触の形態で測定する表面温度検出手段とを備えている、ウエハ加熱成膜装置であって、
更に、上記加熱手段の温度を制御する温調手段を備えており、
上記ウエハ用温度検出手段は、
成膜対象であるウエハとは異なる調整用ウエハが上記支持体に支持されている状態では、調整用ウエハと接触するように構成されているとともに、成膜対象であるウエハが上記支持体に支持されている状態では、該ウエハと離間するように構成されており、
上記温調手段は、
上記ウエハ用温度検出手段によって測定される上記調整用ウエハの測定値に基づいて、上記表面温度検出手段によって測定される表面温度測定値を校正するように構成されているとともに、上記校正が施された表面温度測定値を基準にして、上記ウエハ用温度検出手段によって測定される成膜対象であるウエハの測定値を校正するように構成されている、ウエハ加熱成膜装置。
【請求項２】
上記温調手段には、上記ウエハ用温度検出手段の測定温度と、上記表面温度との相関データを準備する相関データ準備手段が設けられている、請求項１に記載のウエハ加熱成膜装置。
【請求項３】
上記相関データ準備手段は、上記ウエハ用温度検出手段によって測定された測定値と、上記表面温度検出手段によって測定された表面温度測定値とに基づいて上記相関データを作成するように構成されている、請求項２に記載のウエハ加熱成膜装置。
【請求項４】
上記相関データ準備手段は、既存の相関データを外部から入力するように構成されている、請求項２に記載のウエハ加熱成膜装置。
【請求項５】
上記温調手段は、上記表面温度検出手段が測定した表面温度測定値によるフィードバック制御、及び／または、上記ウエハ用温度検出手段が測定した測定値によるＰＩＤ制御を実行するように構成されている、請求項１から４の何れか１項に記載のウエハ加熱成膜装置。
【請求項６】
ウエハ上へ成膜原料ガスを供給する成膜工程時に行うウエハ温度制御方法であって、
上記成膜工程の前に、
成膜対象ではない調整用ウエハの温度を接触の形態で測定した測定値に基づいて、該調整用ウエハの表面温度を非接触の形態で測定した測定値を校正する前期校正工程と、
成膜対象であるウエハの温度を非接触の形態で測定した測定値を、上記前期校正工程によって校正された表面温度測定値に基づいて校正する後期校正工程とを含んでおり、
上記成膜工程は、
上記後期校正工程によって校正された測定値に基づいて加熱手段の温度を制御する加熱手段制御工程とを含む、ウエハ温度制御方法。
【請求項７】
請求項１から５の何れか１項に記載の加熱成膜装置を用いたウエハ温度制御方法であって、
上記表面温度検出手段を用いてウエハの表面温度を非接触の形態で測定する表面温度検出工程を含んでおり、
上記供給手段によってウエハの成膜対象面に成膜原料ガスを供給する成膜工程の前に、
上記ウエハ用温度検出手段を成膜対象ではない調整用ウエハに接触させて測定される測定値に基づいて、上記表面温度検出工程によって測定される調整用ウエハの表面温度測定値を校正する前期校正工程と、
上記前期校正工程によって校正された表面温度測定値に基づいて、上記ウエハ用温度検出手段が成膜対象であるウエハから非接触の形態で測定した測定値を校正する後期構成工程とを含み、
上記成膜工程は、
上記後期校正工程によって校正されたウエハ用温度検出手段の測定値に基づいて、加熱手段の温度を温調手段が制御する加熱手段制御工程を含む、ウエハ温度制御方法。
【請求項８】
上記後期校正工程では、上記ウエハ用温度検出手段によって測定される温度と、表面温度検出工程によって測定されるウエハの表面温度との相関データを作成する相関データ作成工程を含む、請求項６または７に記載のウエハ温度制御方法。
【請求項９】
上記後期校正工程と上記加熱手段制御工程とは、異なる制御ループで実行される、請求項６から８の何れか１項に記載のウエハ温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエハを加熱した状態で成膜原料ガスを供給して、ウエハに成膜を行うためのウエハ加熱成膜装置、及びウエハ温度制御方法及び温度校正方法に関し、詳細には、ウエハの温度を正確に制御して、該ウエハ上に成膜される膜の膜厚を厳密に制御することができるウエハ加熱成膜装置、及びウエハ温度制御方法及び温度校正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ素子等の製造に用いられる従来例の化学気相成長装置（ＭＯＣＶＤ装置）の概略構成を図６及び図７に示す。
【０００３】
図６において、１０１は半導体ウエハを載置するトレイであり、図７に示すようにトレイ１０１には複数の半導体ウエハ１１４を載置可能である。１０２は均熱板で、１０３は均熱板を介してのトレイ１０１内の半導体ウエハを加熱するための加熱部（ヒータ）である。１０５は温度検出手段（熱電対）で均熱板近傍の温度を検出している。１０９は温調器であり、温度検出手段（熱電対）の検出温度を入力し、加熱手段（ヒータ電源）１０６に制御信号を出力する。加熱手段（ヒータ電源）１０６は、温調器１０９からの入力信号を基に加熱部（ヒータ）に電力を供給する。このフィードバック制御により温度検出手段１０５の温度が一定に制御される。１０４はトレイと均熱板を回転させるモータを含む回転手段であり、これにより成長中の半導体ウエハ１１４の温度分布の均一性を向上させて、成長層の均一性を高めることができる。１０８はリアクタチャンバ、１１０は原料となるトリメチルガリウム（ＴＭＧ）等の有機金属とアルシン等の反応ガス供給系である。また、１０７は有機金属とアルシン等を混合ガスにして半導体ウエハまで導く流路（フローチャネル）である。１１１は反応後のガスを処理する除害装置である。１１２はＭＯＣＶＤ装置のプロセス動作を制御するＰＬＣ（Programable Logic Controller）で、成膜成長中のマスフローコントローラのガス流量設定やバルブの開閉制御及び、温調器１０９の制御温度や昇降温速度の設定を行う。また、１１３は半導体ウエハ上に薄膜を成長させるステップの一連の手順（レシピ）を作成し、作成したレシピをＰＬＣへ送信するパソコンである。各ステップには、ヒータの制御温度・昇降温速度、各ガスの流量値、バルブの開閉動作、成長時間などが設定されている。１１５は放射温度計であり、物体表面から放射されるエネルギーを光−エネルギー変換素子によって受け、非接触で物体の表面温度を測定できる。校正用窓１１８を有するフローチャネル１０７を用いることにより、ビューポート１１７を通して半導体ウエハ１１４の表面温度を測定することが可能である。また、１１６はＸＹ軸ステージで、ＸＹ軸ステージに取り付けた放射温度計１１５を動かすことでトレイ１０１内域の温度分布を測定することができる。
【０００４】
ところで、半導体ウエハ上への成膜は、反応ガス供給系１１０よりガスを供給しフローチャネル１０７内で混合後、加熱部（ヒータ）１０３により加熱された半導体ウエハ１１４上で熱分解することにより行われる。成膜時の膜厚は半導体ウエハ１１４の温度に左右されるため、半導体ウエハ１１４の温度を高精度に制御する必要がある。
【０００５】
半導体ウエハ温度を制御する方法としては、多数提案されており、例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３では、放射温度計にて非接触の形態で半導体ウエハの温度を直接計測することにより、半導体ウエハの温度を制御する方法が提案されている。これらについて、以下に説明する。
【０００６】
ＣｄＴｅ，ＧａＡｓ等のヘテロ基板を用いた成長を行う場合、成長初期では熱輻射のエピ層での干渉効果により放射温度計では正確な温度測定ができない。そのため、基板温度の制御を放射温度計による検出値をもとに行う制御系と、熱電対の検出値をもとに行う制御系とを備えて、それら２つの制御系を切り替え可能な構成とし、成長開始前及び成長初期は熱電対の検出値による基板温度の制御を行い、その後は放射温度計の検出値による基板温度の制御を行う方法を特許文献１では提案している。
【０００７】
特許文献２では、ガラス基板の温度を測定するために放射温度計を用い、ガラス基板の温度検出時にサセプタから放射される赤外線により放射温度計の検出値に生じる誤差を補正するため、放射温度計の温度表示に対するサセプタの温度とガラス基板の温度の相関データを予め設定しておき、この相関データに基づき熱電対が検出するサセプタの温度に応じて放射温度計が検出するガラス基板の温度を補正し、その補正温度によってガラス基板の温度を制御するようにしたプラズマＣＶＤ装置が開示されている。しかしながら、ガラス基板に膜が付着して放射率が変化する場合の経時変化までは補正できない。
【０００８】
また、特許文献３では、膜付きによる経時変化を考慮した補正方法が提案されている。具体的には、予め、放射面の状態が異なる条件にて、放射温度計の温度検出値と熱電対の温度検出値の温度換算テーブルを作成しておき、放射温度計のある出力値に対する熱電対の出力値より、被測定体の放射率を特定し、その放射率での温度換算テーブルにより放射温度計の検出値を補正して被測定体の温度制御を行っている。そのため、被測定体の放射面の状態が膜付き等で変化しても被測定体の温度制御を正確に行うことが可能である。しかしながら、放射温度計の測定経路にある窓（ビューポート）の曇りによる経時変化までは補正することはできない。
【０００９】
放射温度計にて半導体ウエハの温度を制御する場合の経時変化の補正方法については、特許文献４及び５で提案されている。
【００１０】
特許文献４では、１００バッチ後のデータを取得し補正テーブルを作成することにより、経時変化の補正を行っている。また、特許文献５では、１バッチ成長直後の熱電対測定値と放射温度計測定値の差の変化量により補正を行っている。
【００１１】
一方、ヒーター内に設けられた熱電対の計測値で半導体ウエハの温度を間接的に制御する方法も提案されている（例えば、特許文献６を参照）。尚、ヒーター内に設けられた熱電対の計測値で半導体ウエハの温度を間接的に制御する場合は、半導体ウエハの温度と、ヒーター内に設けられた熱電対の計測温度との校正テーブルをあらかじめ作成する必要がある。そして、作成された校正テーブルを用いて、ヒーター内に設けられた熱電対の計測値に基づいて半導体ウエハの温度を制御する。
【００１２】
次に、図６及び図８を用いて、放射温度計で半導体ウエハの温度を測定することにより熱電対の温度校正を行う従来の方法について説明する。
【００１３】
まず、上記したように校正テーブルをあらかじめ作成する必要があるため、ダミーのウエハを図６のトレイ１０１上に載置する。そして、放射温度計１１５の測定温度Ｔｐを読み込み、測定温度Ｔｐが実際に成膜を行う時の半導体ウエハの温度値Ｔ１となるように、温調器１０９が、加熱手段１０６に、温度検出手段（熱電対）の検出温度が設定温度となるような制御信号を出力する。例えば、現状の温調器１０９の設定温度（ＳＰ１設定値）をＳＰ１ａ’としたときに、Ｔ１＞ＴｐであればＳＰ１設定値をＳＰ１ａ’’（SP1a’’＞SP1a’）に設定する。逆に、現状のＳＰ１設定値をＳＰ１a’としたときに、Ｔ１＜ＴｐであればＳＰ１設定値をＳＰ１ａ’’’（SP1a’’’＜SP1a’）に設定する。このようにＴｐ値がＴ１のある範囲内（Ｔ１±α）になるまでＳＰ１の値の調整を繰り返す。そして、ＳＰ１設定値をＳＰ１ａに調整したときにＴｐの値がＴ１−α＜Ｔｐ＜Ｔ１＋αになったとすれば、ＳＰ１ａをＴ１のときの校正値とする。すなわち、半導体ウエハをＴ１の温度で成膜させるときは、温調器のＳＰ１設定値をＳＰ１ａとする。Ｔ１とＳＰ１ａの対で校正テーブルの１データとなる。成膜する膜の種類により半導体ウエハの温度は異なるため、それぞれの半導体ウエハの設定温度で校正データのデータどりを行う必要がある。
【００１４】
図９（ａ）は、それぞれの半導体ウエハの設定温度においてデータどりを行って作成した校正データをプロットしたグラフである。
【００１５】
例えば、図９（ａ）の校正データの場合、半導体ウエハの温度として９００℃で制御したい場合は、図８のＳＰ１に１０００℃を設定することになる。また、半導体ウエハの温度域でＰＩＤパラメータを個別に設定する場合（例えば、半導体ウエハの温度Ｔｐ１〜Ｔｐ２の温度域では、Ｐ・Ｉ・Ｄ値として図９（ｂ）に示すようにＰａ、Ｉａ、Ｄａと設定する場合）、図８のＰＩＤパラメータブロックには、熱電対の温度として、Ｔｐ１、Ｔｐ２に対応するＴｃ１、Ｔｃ２を設定する必要がある。メンテナンス時などで校正テーブルが破線のように再設定されれば、この値もＴｃ１’、Ｔｃ２’に再設定する必要がある。
【特許文献１】特開平４−１５５８１８号公報（１９９２年５月２８日公開）
【特許文献２】特開平５−１９０４６２号公報（１９９３年７月３０日公開）
【特許文献３】特開平４−６９５３１号公報（１９９２年３月４日公開）
【特許文献４】特開２００３−１３１７４５１号公報（２００３年５月９日公開）
【特許文献５】特開２００１−２５７１６９号公報（２００１年９月２１日公開）
【特許文献６】特開２０００−２１８１５１号公報（２０００年８月８日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、放射温度計（非接触温度計）の計測値により半導体ウエハの温度制御を行う場合、計測用窓ガラスの曇り等による経時的な計測値の補正を行う必要がある。また、熱電対の計測値により間接的に半導体ウエハの温度制御を行う場合、相関テーブルを作成し、必要とする半導体ウエハ温度の目標温度を設定するが、成膜プロセス中の変化する半導体ウエハの温度に合わせたＰＩＤの制御パラメータをリアルタイムで設定することができないという問題がある。
【００１７】
また、上記したように成膜する膜の種類により半導体ウエハの温度は異なるため、それぞれの温度設定値で温度校正を行う必要がある。すなわち、それぞれの半導体ウエハの成膜温度Ｔ１，２，３・・・に対応して、温調器のＳＰ１設定値ＳＰ１ｄ，ＳＰ１ｅ，ＳＰ１f・・・の校正値を求める必要がある。このため、ヒータ交換等のメンテナンス時の温度校正に多くの時間を要し装置の稼動効率が悪くなっていた。
【００１８】
そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、（１）上記曇りのような不都合を生じさせることなく、成膜中の変化するウエハ温度を正確に計測でき、それゆえ、（２）ウエハ温度をリアルタイムでＰＩＤ制御部に入力することができ、且つウエハの温度に合わせてＰＩＤ制御の設定Ｐ・Ｉ・Ｄ値を変化させることができ、（３）メンテナンス時に熱電対の位置が少しずれたとしても、温度校正を行うことで、上記変換テーブルが更新され、今までのレシピのレシピ設定温度や、ウエハ温度域に合わせたＰＩＤパラメータを変更しなくても以前と同じウエハの温度で成膜を行うことができる、ウエハを加熱するためのウエハ加熱成膜装置、及びウエハ温度制御方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に係るウエハ温度加熱装置は、上述した課題を解決するために、リアクタチャンバ内に配置されたウエハを加熱するための加熱手段と、上記ウエハの成膜対象面に成膜原料ガスを供給するための供給手段と、ウエハの温度を測定するウエハ用温度検出手段と、上記ウエハの表面温度を非接触の形態で測定する表面温度検出手段とを備えている、ウエハ加熱成膜装置であって、更に、上記加熱手段の温度を制御する温調手段を備えており、上記ウエハ用温度検出手段は、成膜対象であるウエハとは異なる調整用ウエハが上記支持体に支持されている状態では、調整用ウエハと接触するように構成されているとともに、成膜対象であるウエハが上記支持体に支持されている状態では、該ウエハと離間するように構成されており、上記温調手段は、上記ウエハ用温度検出手段によって測定される上記調整用ウエハの測定値に基づいて、上記表面温度検出手段によって測定される表面温度測定値を校正するように構成されているとともに、上記校正が施された表面温度測定値を基準にして、上記ウエハ用温度検出手段によって測定される成膜対象であるウエハの測定値を校正するように構成されていることを特徴としている。
【００２０】
上記の構成によれば、上記曇りのような不都合を生じさせることなく、成膜中の変化するウエハ温度を正確に計測できる。また、このようにウエハ温度を正確に測定することができることから、ウエハ温度をリアルタイムでＰＩＤ制御部に入力することができ、且つウエハの温度に合わせてＰＩＤ制御の設定Ｐ・Ｉ・Ｄ値を変化させることができる。
【００２１】
具体的には、本発明の上記した構成によれば、成膜対象であるウエハが支持体に支持されている状態、すなわち成膜時には、成膜対象であるウエハとは異なる調整用ウエハが上記支持体に支持されている状態（すなわち、成膜を行う前の時点）において上記ウエハ用温度検出手段を調整用ウエハに接触させて測定したウエハ温度に基づいて校正された表面温度検出手段の測定値を基準にして、ウエハ用温度検出手段によって測定されたウエハ温度を校正するようになっている。ここで、上記ウエハ用温度検出手段により測定されるウエハ温度とは、ウエハ及びその近傍の温度のことである。表面温度検出手段は、ウエハの表面温度を非接触の形態で測定するため、従来技術における放射温度計であると換言することができる。すなわち、本発明の構成によれば、成膜時に、放射温度計を用いた計測（表面温度検出）は行わない。従って、成膜処理を進めていく過程において、従来のような曇りが生じた場合であっても、ウエハの温度は、ウエハ用温度検出手段によって制御されるため、曇りによる計測誤差を生じることはない。よって、ウエハの温度を正確に計測することができる。
【００２２】
また、本発明の上記した構成によれば、このようにウエハ温度を正確に測定することができることから、ウエハ温度を温調手段に直接入力することができる。そして、後述するように、温調手段にＰＩＤ制御部が設けられていれば、ウエハ温度をＰＩＤ制御部に入力することができるため、ウエハの温度に合わせてＰＩＤ制御の設定Ｐ・Ｉ・Ｄ値を変化させることができる。
【００２３】
また、本発明の上記した構成によれば、ウエハ温度加熱装置のメンテナンス時にウエハ用温度検出手段の位置が少しずれたとしても、（ウエハ用温度検出手段の）温度校正を行うことで、今まで使用していたレシピのレシピ設定温度や、ウエハ温度域に合わせたＰＩＤパラメータを変更しなくても以前と同じウエハの温度で成膜を行うことができる。
【００２４】
そして、本発明に係るウエハ温度加熱装置は、上記ウエハ用温度検出手段が、（ｉ）成膜対象であるウエハとは異なる調整用ウエハが上記支持体に支持されている状態では、調整用ウエハと接触するように構成されており、（ｉｉ）成膜対象であるウエハが上記支持体に支持されている状態では、該ウエハと離間するように構成されている。そのため、成膜対象であるウエハとは異なる調整用ウエハが上記支持体に支持されている状態（すなわち、成膜を行う前の時点）で、ウエハ用温度検出手段が調整用ウエハと接触しているため、調整用ウエハの温度を正しく測定することができる。一方、成膜対象ウエハが上記支持体に支持されている状態（すなわち、成膜時）では、ウエハ用温度検出手段が成膜対象ウエハから離間して配置されているので、成膜対象ウエハによってウエハ用温度検出手段に傷が付くことを防ぐことができる。
【００２５】
また、本発明に係るウエハ温度加熱装置は、上記の構成において、上記温調手段には、上記ウエハ用温度検出手段の測定温度と、上記表面温度との相関データを準備する相関データ準備手段が設けられていることが好ましい。
【００２６】
上記の構成とすれば、ウエハ温度加熱装置のメンテナンス時にウエハ用温度検出手段の位置が少しずれたとしても、温度校正を行うことで、上記相関データが更新され、今まで使用していたレシピのレシピ設定温度や、ウエハ温度域に合わせたＰＩＤパラメータを変更しなくても以前と同じウエハの温度で成膜を行うことができる。
【００２７】
また、上記の構成において、上記相関データ準備手段が、上記ウエハ用温度検出手段によって測定された測定値と、上記表面温度検出手段によって測定された表面温度測定値とに基づいて上記相関データを作成するように構成されていてもよく、または、上記相関データ準備手段は、既存の相関データを外部から入力するように構成されていてもよい。
【００２８】
また、本発明に係るウエハ温度加熱装置は、上記温調手段が、上記表面温度検出手段が測定した表面温度測定値によるＰＩＤ制御、及び／または、上記ウエハ用温度検出手段が測定した測定値によるＰＩＤ制御を実行するように構成されている。温調手段において相関データを作成する場合には、表面温度測定値によるＰＩＤ制御部を使用することにより、半導体ウエハの所望する温度にすばやく昇降温し安定させることができるため、温度校正データ作成に要する時間を大幅に短縮することができ、装置の稼働率を上げることができる。
【００２９】
また、本発明に係る、ウエハ上へ成膜原料ガスを供給する成膜工程時に行うウエハ温度制御方法は、上述した課題を解決するために、上記成膜工程の前に、成膜対象ではない調整用ウエハの温度を接触の形態で測定した測定値に基づいて、該調整用ウエハの表面温度を非接触の形態で測定した測定値を校正する前期校正工程と、成膜対象であるウエハの温度を非接触の形態で測定した測定値を、上記前期校正工程によって校正された表面温度測定値に基づいて校正する後期校正工程とを含んでおり、上記成膜工程は、上記後期校正工程によって校正された測定値に基づいて加熱手段の温度を制御する加熱手段制御工程とを含むことを特徴としている。
【００３０】
上記の構成によれば、上記曇りのような不都合を生じさせることなく、成膜中の変化するウエハ温度を正確に計測できる。また、このようにウエハ温度を正確に測定することができることから、ウエハ温度をリアルタイムでＰＩＤ制御部に入力することができ、且つウエハの温度に合わせてＰＩＤ制御の設定Ｐ・Ｉ・Ｄ値を変化させることができる。
【００３１】
具体的には、本発明の上記した構成によれば、成膜対象であるウエハが支持体に支持されている状態、すなわち成膜時には、成膜対象であるウエハとは異なる調整用ウエハに接触する形態で測定される調整用ウエハ温度に基づいて校正された、表面温度検出工程による測定値を基準にして、成膜対象であるウエハの温度を校正するようになっている。ここで、ウエハ用温度検出工程により測定されるウエハ温度とは、ウエハ及びその近傍の温度のことである。表面温度検出工程は、ウエハの表面温度を非接触の形態で測定するため、従来技術における放射温度計による計測であると換言することができる。すなわち、本発明の構成によれば、成膜時に、放射温度計を用いた計測（表面温度検出）は行わない。従って、成膜処理を進めていく過程において従来のような曇りが生じた場合であっても、ウエハの温度は、校正された、ウエハ用温度検出工程によって測定されたウエハ温度で制御されるので、曇りによる計測誤差を生じることはない。よって、ウエハの温度を正確に計測することができる。
【００３２】
また、本発明の上記した構成によれば、このようにウエハ温度を正確に測定することができることから、ウエハの温度に合わせてＰＩＤ制御の設定Ｐ・Ｉ・Ｄ値を変化させることができる。そのため、各成膜温度域への昇温または降温時に所望の温度へすばやく安定させることができる。
【００３３】
また、本発明の上記した構成によれば、ウエハ温度加熱装置のメンテナンス時に加熱手段温度検出工程を行う部材（ウエハ用温度検出手段）の位置が少しずれたとしても、温度校正を行うことで、今まで使用していたレシピのレシピ設定温度や、ウエハ温度域に合わせたＰＩＤパラメータを変更しなくても以前と同じウエハの温度で成膜を行うことができる。
【００３４】
また、本発明に係る加熱成膜装置を用いたウエハ温度制御方法は、上述した課題を解決するために、上記表面温度検出手段を用いてウエハの表面温度を非接触の形態で測定する表面温度検出工程とを含み、上記供給手段によってウエハの成膜対象面に成膜原料ガスを供給する成膜工程の前に、上記ウエハ用温度検出手段を成膜対象ではない調整用ウエハに接触させて測定される測定値に基づいて、上記表面温度検出工程によって測定される調整用ウエハの表面温度測定値を校正する前期校正工程と、上記前期校正工程によって校正された表面温度測定値に基づいて、上記ウエハ用温度検出手段が成膜対象であるウエハから非接触の形態で測定した測定値を校正する後期構成工程とを含み、上記成膜工程は、上記後期校正工程によって校正されたウエハ用温度検出手段の測定値に基づいて、加熱手段の温度を温調手段が制御する加熱手段制御工程を含むことを特徴としている。
【００３５】
上記の構成によれば、上記曇りのような不都合を生じさせることなく、成膜中の変化するウエハ温度を正確に計測できる。また、このようにウエハ温度を正確に測定することができることから、ウエハ温度をリアルタイムでＰＩＤ制御部に入力することができ、且つウエハの温度に合わせてＰＩＤ制御の設定Ｐ・Ｉ・Ｄ値を変化させることができる。
【００３６】
具体的には、本発明の上記した構成によれば、成膜対象であるウエハが支持体に支持されている状態、すなわち成膜時には、成膜対象ウエハの温度を、調整用ウエハを上記支持体に支持した状態（すなわち、成膜を行う前の時点）で上記ウエハ用温度検出手段が調整用ウエハに接触して測定したウエハ温度に基づいて校正された表面温度検出手段の測定値を基準にして、校正するようになっている。表面温度検出工程は、ウエハの表面温度を非接触の形態で測定するため、従来技術における放射温度計による計測であると換言することができる。すなわち、本発明の構成によれば、成膜時に、放射温度計を用いた計測（表面温度検出）は行わない。従って、成膜処理を進めていく過程において従来のような曇りが生じた場合であっても、ウエハの温度は、ウエハ用温度検出手段の測定値により制御されるので、曇りによる計測誤差を生じることはない。よって、ウエハの温度を正確に計測することができる。
【００３７】
また、本発明の上記した構成によれば、このようにウエハ温度を正確に測定することができることから、ウエハの温度に合わせてＰＩＤ制御の設定Ｐ・Ｉ・Ｄ値を変化させることができる。そのため、各成膜温度域への昇温または降温時に所望の温度へすばやく安定させることができる。
【００３８】
また、本発明の上記した構成によれば、ウエハ温度加熱装置のメンテナンス時にウエハ用温度検出工程を行うウエハ用温度検出手段の位置が少しずれたとしても、温度校正を行うことで、今まで使用していたレシピのレシピ設定温度や、ウエハ温度域に合わせたＰＩＤパラメータを変更しなくても以前と同じウエハの温度で成膜を行うことができる。
【００３９】
また、本発明の上記したウエハ温度制御方法は、上記後期校正工程では、上記ウエハ用温度検出手段によって測定される温度と、表面温度検出工程によって測定されるウエハの表面温度との相関データを作成する相関データ作成工程を含むことが好ましい。
【００４０】
上記の構成とすれば、ウエハ温度加熱装置のメンテナンス時にウエハ用温度検出手段の位置が少しずれたとしても、温度校正を行うことで、上記相関データが更新され、今まで使用していたレシピのレシピ設定温度や、ウエハ温度域に合わせたＰＩＤパラメータを変更しなくても以前と同じウエハの温度で成膜を行うことができる。
【００４１】
また、本発明の上記したウエハ温度制御方法は、上記後期校正工程と上記加熱手段制御工程とは、異なる制御ループで実行されることが好ましい。
【発明の効果】
【００４２】
本発明に係るウエハ温度加熱装置は、以上のように、リアクタチャンバ内に配置されたウエハを加熱するための加熱手段と、上記ウエハの成膜対象面に成膜原料ガスを供給するための供給手段と、ウエハの温度を測定するウエハ用温度検出手段と、上記ウエハの表面温度を非接触の形態で測定する表面温度検出手段とを備えている、ウエハ加熱成膜装置であって、更に、上記加熱手段の温度を制御する温調手段を備えており、上記ウエハ用温度検出手段は、成膜対象であるウエハとは異なる調整用ウエハが上記支持体に支持されている状態では、調整用ウエハと接触するように構成されているとともに、成膜対象であるウエハが上記支持体に支持されている状態では、該ウエハと離間するように構成されており、上記温調手段は、上記ウエハ用温度検出手段によって測定される上記調整用ウエハの測定値に基づいて、上記表面温度検出手段によって測定される表面温度測定値を校正するように構成されているとともに、上記校正が施された表面温度測定値を基準にして、上記ウエハ用温度検出手段によって測定される成膜対象であるウエハの測定値を校正するように構成されていることを特徴としている。また、本発明に係る、ウエハ上へ成膜原料ガスを供給する成膜工程時に行うウエハ温度制御方法は、以上のように、上記成膜工程の前に、成膜対象ではない調整用ウエハの温度を接触の形態で測定した測定値に基づいて、該調整用ウエハの表面温度を非接触の形態で測定した測定値を校正する前期校正工程と、成膜対象であるウエハの温度を非接触の形態で測定した測定値を、上記前期校正工程によって校正された表面温度測定値に基づいて校正する後期校正工程とを含んでおり、上記成膜工程は、上記後期校正工程によって校正された測定値に基づいて加熱手段の温度を制御する加熱手段制御工程とを含むことを特徴としている。さらに、本発明に係るウエハ温度制御方法は、以上のように、上記表面温度検出手段を用いてウエハの表面温度を非接触の形態で測定する表面温度検出工程とを含み、上記供給手段によってウエハの成膜対象面に成膜原料ガスを供給する成膜工程の前に、上記ウエハ用温度検出手段を成膜対象ではない調整用ウエハに接触させて測定される測定値に基づいて、上記表面温度検出工程によって測定される調整用ウエハの表面温度測定値を校正する前期校正工程と、上記前期校正工程によって校正された表面温度測定値に基づいて、上記ウエハ用温度検出手段が成膜対象であるウエハから非接触の形態で測定した測定値を校正する後期構成工程とを含み、上記成膜工程は、上記後期校正工程によって校正されたウエハ用温度検出手段の測定値に基づいて、加熱手段の温度を温調手段が制御する加熱手段制御工程を含むことを特徴としている。
【００４３】
以上の構成とすれば、上記曇りのような不都合を生じさせることなく、成膜中の変化するウエハ温度を正確に計測できる。また、このようにウエハ温度を正確に測定することができることから、ウエハ温度をＰＩＤ制御部に入力することができ、且つウエハの温度に合わせてＰＩＤ制御の設定Ｐ・Ｉ・Ｄ値を変化させることができる。また、ウエハ温度加熱装置のメンテナンス時にウエハ用温度検出手段の位置が少しずれたとしても、温度校正を行うことで、今まで使用していたレシピのレシピ設定温度や、ウエハ温度域に合わせたＰＩＤパラメータを変更しなくても以前と同じウエハの温度で成膜を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
本発明の一実施形態を図１ないし図５に基づいて説明する。尚、以下の説明では、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲が以下の実施形態および図面に限定されるものではない。
【００４５】
以下の説明では、まず、本発明に係るウエハ温度加熱装置の一実施形態を説明し、続いて、該ウエハ温度加熱装置において実行されるウエハ温度制御方法の一実施形態について説明する。
【００４６】
図１は、本実施形態におけるＭＯＣＶＤ装置（ウエハ温度加熱装置）の構成を示した図である。本実施形態におけるＭＯＣＶＤ装置２０は、図１に示すように、リアクタチャンバ８と、反応ガス供給系１０とを少なくとも備えている。詳細は後述するが、上記リアクタチャンバ８には、反応ガス供給系１０から有機金属とアルシン等を混合ガスにして半導体ウエハまで導く流路（フローチャネル）７が設けられており、反応後のガスは、図１に示す除害装置１１によって処理されるように構成されている。以下に、上記リアクタチャンバ８の構成について説明する。
【００４７】
上記リアクタチャンバ８には、成膜対象である半導体ウエハ（ウエハ）（不図示）を載置（支持）することができるトレイ１（支持体）が設けられており、半導体ウエハは、成膜対象表面をフローチャネル７に露出するようにトレイ１に載置される。
【００４８】
上記トレイ１は、図７に示した構成と同じく、複数の半導体ウエハを載置可能であり、後述する回転手段４によって回転するように構成されている。
【００４９】
また、リアクタチャンバ８には、図１に示すように、トレイ１の背面に均熱板２と、回転手段４とが設けられている。回転手段４は、モータを有する構成となっており、トレイ１と均熱板２とを回転させることができる。このようにトレイ１と均熱板２とが回転することにより、成長中の半導体ウエハの温度分布の均一性を向上させて、成長層の均一性を高めることができる。
【００５０】
また、リアクタチャンバ８には、図１に示すように、トレイ１内の半導体ウエハを均熱板２を介して加熱することができるヒータ３（加熱手段）が設けられている。
【００５１】
上述したように、成膜時の膜厚は半導体ウエハの温度に左右されるため、半導体ウエハの温度を高精度に制御する必要がある。そのため、リアクタチャンバ８には、均熱板２近傍の温度を検出する熱電対（ウエハ用温度検出手段）５が設けられている。上記熱電対５は、均熱板２近傍に配置されており、検出温度をリアクタチャンバ８外部に出力することができるように構成されている。
【００５２】
ＭＯＣＶＤ装置２０は、さらに、図１に示すように、ヒータ電源６（加熱手段）と、温調器９（温調手段）と、ＰＬＣ１２と、放射温度計１５（表面温度検出手段）とを備えている。
【００５３】
上記ヒータ電源６は、上記ヒータ３にエネルギーを供給することができるように構成されており、且つ、後述する温調器９から出力された指示信号を受けて、ヒータ３に供給するエネルギー量を調整することができる。
【００５４】
上記ＰＬＣ１２は、ＭＯＣＶＤ装置のプロセス動作を制御することができ、成膜成長中の反応ガス供給系１０から供給されるガス量を制御するための流量制御機器であるマスフローコントローラのガス流量設定やバルブの開閉制御及び、後述する温調器９で用いられる制御温度や昇降温速度の設定を行うように構成されている。
【００５５】
上記放射温度計１５は、半導体ウエハ表面から放射されるエネルギーを光−エネルギー変換素子によって受け、非接触で半導体ウエハの表面温度を測定することができる。リアクタチャンバ８には、図１に示すように、校正用窓１８と、ビューポート１７とが設けられているため、放射温度計１５は、これらを通して半導体ウエハの表面温度を測定することが可能である。また、図１に示す１６は、ＸＹ軸ステージであり、ＸＹ軸ステージ１６に取り付けた放射温度計１５を動かすことでトレイ１内域の温度分布を測定することができる。
【００５６】
また、放射温度計１５は、非接触で計測した半導体ウエハの表面温度を温調器９へ出力するように構成されている。
【００５７】
上記温調器９は、図１に示すように、上記熱電対５及び放射温度計１５によって計測された温度、及び上記ＰＬＣ１２から出力された制御温度や昇降温速度の設定値を入力することができるように構成されている。また、温調器９は、これらの入力を受けて、上記指示信号をヒータ電源６へ出力することができるように構成されている。
【００５８】
図１に示す１３は、半導体ウエハ上に薄膜を成長させるステップの一連の手順（レシピ）を作成し、作成したレシピをＰＬＣへ送信することができるレシピ制御パソコンである。
【００５９】
以下、温調器９の詳細な構成を、ＭＯＣＶＤ装置２０において実行される本実施形態のウエハ温度制御方法と併せて説明する。尚、図２は、本実施形態のウエハ温度制御方法について示したブロック図である。
【００６０】
図２に示すように、温調器９は、その内部に図中ＰＩＤ（２）・ＰＩＤ（３）で示した２つのＰＩＤ制御部を有している。どちらか一方のＰＩＤ制御部を使用することにより、ヒータ電源６へ指示信号（制御信号）を出力し、半導体ウエハの温度が制御される。どちらのＰＩＤ制御部を使用するかは入力切替ブロックで外部入力（温度校正信号または温度分布測定信号）により切替可能である。１つのＰＩＤ制御部（ＰＩＤ（２））は熱電対５の入力をもとにヒータ電源６へ制御信号を出力し、もう１つのＰＩＤ制御部（ＰＩＤ（３））は放射温度計１５の計測値の入力をもとにヒータ電源６へ制御信号を出力する。２つのＰＩＤ制御部はそれぞれの入力信号に合わせて、あらかじめＰ・Ｉ・Ｄ値が調整されているため、どちらのＰＩＤ制御部で半導体ウエハの温度制御を行っても、温度制御において一般的に言われているオーバシュートや振動が少なく、所定の温度にすばやく安定させることができる。
【００６１】
２つのＰＩＤ制御部の制御ループを図１で説明する。ＰＩＤ（２）で制御を行う場合、熱電対５の測定値を矢印Ｒ１で温調器９に入力し、温調器９の制御出力値を矢印Ｒ２でヒータ電源６に送る。ヒータ電源６からの出力電力は矢印Ｒ３でヒータ３に供給される。成膜時はＰＩＤ（２）にて温度制御されるが、この場合の制御温度（ＳＰ２設定値）は、レシピ制御パソコン１３で作成されたレシピ設定温度が矢印Ｒ４でＰＬＣ１２へ送信され、ＰＬＣ１２から矢印Ｒ５で設定される。一方、ＰＩＤ（３）で制御を行う場合、放射温度計１５の測定値を矢印Ｒ７で温調器９に入力し、温調器９の制御出力値を矢印Ｒ２でヒータ電源６に送る。ヒータ電源６からの出力電力は矢印Ｒ３でヒータ３に供給される。
【００６２】
図３は本発明の半導体ウエハ温度の制御フローである。図３をもとに成膜時における半導体ウエハの温度制御を説明する。
【００６３】
成膜時は、温調器９の温度校正信号、温度分布測定信号にレシピ制御パソコン１３からＯＦＦを入力し、入力切替ブロックをＰＩＤ（２）側に設定する。レシピのステージ切替に合わせて、半導体ウエハの制御温度（ＳＰ２設定値）と昇降温速度（ＲＲ２設定値）がＰＬＣ１２より温調器９に入力されてＰＩＤ（２）に設定される。ステージにはガス流量やヒータ制御温度の成膜条件が記述されており、一連のステージの集まりでレシピが構成される。ヒータ３周辺に設置された熱電対５の温度が温調器９へ入力されると、温調器９内部に保持した後述する変換テーブルにより半導体ウエハ温度に変換され、その変換した半導体ウエハ温度に合ったＰＩＤのパラメータ（Ｐ２，Ｉ２，Ｄ２）をＰＩＤ（２）に設定する。各温度域でのＰＩＤのパラメータ（Ｐ２，Ｉ２，Ｄ２）は、限界感度法や過渡応答法などの公知の方法によって、予め設定しておく。ＰＩＤ（２）は熱電対５の入力温度を変換テーブルで変換した半導体ウエハ温度を入力し、ＳＰ２の温度になるようにＲＲ２の昇降温速度で、パラメータ（Ｐ２，Ｉ２，Ｄ２）の条件で制御を行い、ヒータ電源６へ算出した制御信号を出力する。
【００６４】
次に半導体ウエハの温度（放射温度計１５による測定値）の校正方法（前期校正工程）を説明する。
【００６５】
温度校正を行う場合、放射温度計１５にて半導体ウエハ表面の温度を測定するため、図１に示すような校正用窓１８を有するフローチャネル７を予めセットしておく。また、成膜対象である半導体ウエハとは異なるダミーのウエハ（調整用ウエハ）をセットする。そして、熱電対５を調整用ウエハに接触させる。この状態で、図２の温度校正信号、温度分布測定信号をＯＦＦし入力切替ブロックでＰＩＤ（２）のＰＩＤ制御部を選択するようにする。これにより熱電対５の測定値で調整用ウエハの温度を制御することになる。ＰＩＤ（２）のセットポイント（ＳＰ２）にある温度（これは、成膜する温度域の温度値が良い）を設定し、熱電対５の測定値がその設定値（ＳＰ２）となるようにＰＩＤ制御を行う。熱電対５の測定値が設定値（ＳＰ２）で安定すれば、そのときの放射温度計１５の測定値が、設定値（ＳＰ２）と同じになるように放射温度計１５の放射率の設定値を調整することで、放射温度計１５の校正が完了する。
【００６６】
次に半導体ウエハの温度（放射温度計１５による測定値）と、熱電対５による測定値との校正方法（後期校正工程）を説明する。
【００６７】
前期校正工程と同様に、放射温度計１５にて半導体ウエハ表面の温度を測定するため、図１に示すような校正用窓１８を有するフローチャネル７をあらかじめセットしておく。温度校正は、まず、温度校正信号をＯＮし入力切替ブロックでＰＩＤ（３）のＰＩＤ制御部を選択するようにする。これにより放射温度計１５の測定値で半導体ウエハの温度を制御することになる。次に温調器９内部に保持された校正用ウエハ温度（レシピ設定温度）テーブルより、成膜時のレシピ設定温度Ｔｒｐ（これは成膜時の半導体ウエハの温度に相当する。）をＰＩＤ（３）のセットポイント（ＳＰ３）に設定し、放射温度計１５の測定値がその設定値（ＳＰ３）となるようにＰＩＤ制御を行う。放射温度計１５の測定値が設定値（ＳＰ３）で安定すれば、そのときの熱電対５の測定値Ｔｃをレシピ設定温度Ｔｒｐ時の校正値として、温調器内部のウエハ温度（レシピ設定温度）−熱電対変換テーブルへ変更・記録させる。この一連の動作を校正用ウエハ温度（レシピ設定温度）テーブルの全てのレシピ設定温度Ｔｒｐに対して行い、ウエハ温度（レシピ設定温度）−熱電対変換テーブルを完成させることで校正作業が終了する（後期校正工程）。校正作業終了後は、温度校正信号をＯＦＦさせて、ＰＩＤ（２）のＰＩＤ制御部で温度制御を行う。ＰＩＤ（２）のＰＩＤ制御部では熱電対５の入力値は温度校正作業により作成されたウエハ温度（レシピ設定温度）−熱電対変換テーブルにより半導体ウエハ温度へ変換されるため、レシピで設定されるレシピ設定温度やレシピ昇降温速度は、半導体ウエハの温度（放射温度計１５による測定温度）として設定される。このことにより、ヒータ３交換時において、ウエハ温度（レシピ設定温度）−熱電対変換テーブルが再設定されても、今まで使用している同一のレシピを使用することが可能となる。図４は、上述の温度校正時の制御フローである。
【００６８】
次に、図５を用いて具体的な温度校正フローを説明する。
【００６９】
図５では成膜時のレシピ設定温度が５ポイントある場合を仮定としている。図５の（ａ）で示しているものが、校正用ウエハ温度（レシピ設定温度）テーブルである。まず、この最初のレシピ設定温度５００℃をＰＩＤ（３）のセットポイント（ＳＰ３）に設定し、放射温度計の測定値で半導体ウエハを温度制御すると、図５の（ｃ）のように時間とともに放射温度計の測定値が上がっていき、ＳＰ３の設定値５００℃で安定する。このとき、図５の（ｄ）のように、熱電対の測定値も同様に上がっていき、ある温度で安定する（図５では５５０℃とする）。この熱電対の安定温度５５０℃を読み取り、図５の（ｂ）のウエハ温度（レシピ設定温度）−熱電対変換テーブルにレシピ設定温度５００℃に対する校正値として設定する。この一連の動作を校正用ウエハ温度（レシピ設定温度）テーブルにある全てのレシピ設定温度について繰り返すことで、図５の（ｂ）のテーブルを作成または更新する（後期校正工程）。
【００７０】
温度校正終了後の成膜時の温度制御についても、図５を用いて説明する。前述したように、成膜時の温度制御は熱電対５の測定値を用いて、図２のＰＩＤ（２）により温度制御される。成膜時、レシピ制御パソコン１３で作成されたレシピより温調器９に設定される温度（ＳＰ２に設定される。）は放射温度計１５での測定値である。例えば、図５の（ａ）のテーブルにある５００℃や６８０℃がＳＰ２に設定される。仮にＳＰ２が６８０℃に設定されたとすれば、ＰＩＤ（２）は、入力値が６８０℃になるように制御する。もし、この入力値が熱電対５の値をそのまま入力すれば、半導体ウエハの温度は必要とする温度（６８０℃）にはならない。そこで、温度校正により作成した変換テーブル（図５の（ｂ））により、熱電対５の測定値を変換してＰＩＤ（２）へ入力させる。そうすることで、ＰＩＤ（２）の入力が６８０℃に制御されれば、このときの熱電対５の測定値は７３２℃になる。もちろん、半導体ウエハの温度は必要な６８０℃に制御されることになる。
【００７１】
以上のように、本実施形態のＭＯＣＶＤ装置及びウエハ温度制御方法によれば、成膜時には、熱電対５によって測定された温度を、成膜を行う前の時点において校正された放射温度計１５の測定値を基準にして、校正するようになっている。すなわち、本発明の構成によれば、成膜時に、放射温度計１５を用いた計測は行わない。従って、成膜処理を進めていく過程において、従来のような曇りが生じた場合であっても、ウエハの温度は、熱電対５による制御を受けるため、曇りによる計測誤差を生じることはない。よって、ウエハの温度を正確に計測することができる。
【００７２】
また、上記した構成によれば、このようにウエハ温度を正確に測定することができることから、ウエハ温度をリアルタイムで温調器９に直接入力することができる。温調器９にはＰＩＤ制御部が設けられていることから、ウエハ温度をＰＩＤ制御部に入力することができることによって、ウエハの温度に合わせてＰＩＤ制御の設定Ｐ・Ｉ・Ｄ値を変化させることができる。また、温調器において相関データを作成する場合には、放射温度計１５の測定値が入力されるＰＩＤ制御部を使用することにより、半導体ウエハの所望する温度にすばやく昇降温し安定させることができるため、温度校正データ作成に要する時間を大幅に短縮することができ、ＭＯＣＶＤ装置の稼働率を上げることができる。
【００７３】
また、上記した構成によれば、熱電対５は、成膜対象である半導体ウエハがトレイ１に載置されている際は、該半導体ウエハと接触しない構成となっていることから、該半導体ウエハによって熱電対５に傷が付くことがなく、熱電対５の計測精度を維持することができる。
【００７４】
また、上記した構成によれば、ＭＯＣＶＤ装置２０のメンテナンス時（ヒータ等の交換時）に熱電対５の位置が少しずれたとしても、温度校正を行うことで、今まで使用していたレシピのレシピ設定温度や、ウエハ温度域に合わせたＰＩＤパラメータを変更しなくても以前と同じウエハの温度で成膜を行うことができる。
【００７５】
すなわち、図２のＰＩＤパラメータブロック内の半導体ウエハの温度域Ｔｐ１、Ｔｐ２、・・・は、図９（ａ）のように校正テーブルが変化しても変更する必要はない。
【００７６】
尚、温度校正後、確認のため温度分布測定を行うことがあるが、本構成によれば図１記載のＸＹ軸ステージ１６と同期をとることにより容易にトレイ１域内の温度分布を測定することが可能である。本発明での測定動作を図２をもとに説明する。
【００７７】
温度分布測定信号をＯＮさせて、入力切替ブロックを切り替えることによりＰＩＤ（３）で温度制御を行う。温度校正時と同様に校正用ウエハ温度（レシピ設定温度）テーブルのレシピ設定温度をＳＰ３に設定し、その温度に放射温度計１５の測定値が安定した後、ＸＹ軸ステージを駆動させることで、その温度での温度分布が測定できる。この動作を全ての温度域で繰り返すことも、必要な温度域のみで行うことも可能である。
【００７８】
尚、上記のような温調器９としては、例えば山武（株）製のＤＭＣ５０のようなプログラマブルな温調器を使用することが可能である。
【００７９】
また、本発明に係るウエハ温度制御方法は、以下の構成を特徴としていると換言することができる。
すなわち、本発明に係るウエハ温度制御方法は、化学気相成長における半導体ウエハの温度制御方法であって、リアクタチャンバ内のトレイ上に半導体ウエハを載置し、前記半導体ウエハを加熱する加熱手段と、前記加熱手段の温度を検出する接触温度検出手段（熱電対）と、前記接触温度検出手段の温度検出情報に基づいて温度を制御する温調器、及び、温調器に前記半導体ウエハの目標温度を設定する制御機器、温調器からの指示信号に基づいて加熱手段に電力を供給する電源とを備え、また、前記半導体ウエハの温度と接触温度検出手段の測定温度との相関データを作成するための前記半導体ウエハの温度を検出する非接触温度検出手段（放射温度計）を備え、前記温調器は内部に接触温度検出手段の測定温度と半導体ウエハの温度との相関テーブルを保持し、前記温調器は接触温度検出手段により検出した測定温度を入力し、その入力した測定温度から前記の相関テーブルを用いて、前記半導体ウエハの現在温度を随時推定し、その推定温度が前記制御機器より設定される前記半導体ウエハの目標温度となるように前記電源を制御すること、及び、前記半導体ウエハの推定温度をもとに前記温調器のＰＩＤパラメータを設定することを特徴としていると換言することができる。また、上記の構成において、前記温調器は、前記接触温度検出手段により検出する温度を入力し、その入力した現在温度から前記の相関テーブルを用いて、前記半導体ウエハの現在温度を随時推定することにより、その推定温度が前記制御機器より設定される前記半導体ウエハの目標温度となるように前記電源を制御する制御ループＡと、非接触温度検出手段により検出する前記半導体ウエハの温度を入力し、その入力した半導体ウエハの現在温度が前記制御機器より設定される前記半導体ウエハの目標温度となるように前記電源を制御する制御ループＢの２つの制御ループを備え、それら２つの制御ループはどちらか一方が選択可能で、接触温度検出手段の測定温度と半導体ウエハの温度との相関データを作成するときは、制御ループＢを選択し半導体ウエハの温度を制御することが好ましい。
また、本発明に係るウエハ温度制御方法は、次のように換言することもできる。すなわち、本発明に係るウエハ温度制御方法は、化学気相成長における半導体ウエハの温度制御方法であって、リアクタチャンバ内のトレイ上に載置された半導体ウエハの現在温度を接触温度検出手段により検出する温度検出ステップと、予め準備した相関テーブルを用いて検出温度から半導体ウエハの推定温度を推定する半導体ウェハ温度推定ステップと、レシピ情報に基づき温調機の半導体ウエハの目標温度として設定する目標温度設定ステップと、目標温度に応じて温調機から電源に指示信号を出力する指示信号出力ステップと、指示信号にしたがって上記電源がヒータにエネルギーを供給するエネルギー供給ステップとを、第１の制御ループとして温度制御することを特徴としていると換言することもできる。また、上記の構成において、前記半導体ウエハの現在温度を非接触温度検出手段により検出する半導体ウエハの現在温度検出ステップと、温調機の半導体ウエハの目標温度を設定する目標温度設定ステップと、目標温度に応じて温調機から電源に指示信号を出力する指示信号出力ステップと、指示信号にしたがって上記電源がヒータにエネルギーを供給するエネルギー供給ステップとを、第２の制御ループとして温度制御することが好ましく、また、第２の制御ループを用いて、接触温度検出手段の検出温度と半導体ウエハの温度との相関データを作成することが好ましい。
【００８０】
また、本発明に係る温度制御装置は、以下の構成を特徴としていると換言することができる。
すなわち、本発明に係る温度制御装置は、化学気相成長における半導体ウエハの温度制御装置であって、リアクタチャンバ内のトレイ上に載置された半導体ウエハを加熱するヒータと、均熱板近傍の温度を検出する接触温度検出手段（熱電対）と、半導体ウエハが設定された目標温度になるようにヒータに指示信号を出力する温調器と、温調器からの指示信号に基づいてヒータにエネルギーを供給する電源とを備え、非接触温度検出手段（放射温度計）により測定された半導体ウエハの温度と接触温度検出手段により測定された温度との相関データを準備する相関データ準備手段と、（予め作成されたものを入手する場合または／および相関データを新たに作成する場合）相関データを用いて、接触温度検出手段により検出した温度から、半導体ウエハの推定温度を推定する半導体ウエハ温度推定手段と、温調器の前記半導体ウエハの目標温度を設定する推定温度設定手段とを備えることを特徴としていると換言することができる。また、上記の構成において、半導体ウエハの現在温度を検出する非接触温度検出手段（放射温度計）と、温調器の前記半導体ウエハの目標温度を設定する現在温度設定手段とを備えることが好ましく、半導体ウエハの推定温度または半導体ウエハの現在温度の推移をもとに、温調器のＰＩＤパラメータを設定するＰＩＤパラメータ設定手段を設けていることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明のウエハ加熱成膜装置及びウエハ温度制御方法は、半導体ウエハの温度を熱電対により間接的に計測することにより、半導体ウエハの温度を制御する方法において、成膜プロセス中の熱電対測定値を随時校正テーブルで半導体ウエハの温度に変換して半導体ウエハの温度を制御することにより、リアルタイムの半導体ウエハ温度に合わせたＰＩＤパラメータや出力制限の調整が可能となる。また、校正テーブル作成時には放射温度計による半導体ウエハの温度の制御を行うことにより、目標温度への安定時間が短くでき、温度校正時間が短縮され、ウエハ加熱成膜装置稼働率を上げることができる。
【００８２】
従って、半導体素子の製造に広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明に係る加熱成膜装置の一実施形態であるＭＯＣＶＤ装置の構成を示した図である。
【図２】本発明に係る加熱成膜装置において実行される温調制御のブロック図である。
【図３】本発明に係る加熱成膜装置において実行される温度校正フローを示した図である。
【図４】本発明に係る加熱成膜装置において実行される温度校正フローを示した図である。
【図５】本発明に係る加熱成膜装置において実行される温度校正動作を説明する図である。
【図６】従来例のＭＯＣＶＤ装置の概略構成図である。
【図７】ＭＯＣＶＤ装置に設けられたトレイ上に半導体ウエハを載置した状態を示した平面図である。
【図８】従来例の温調制御のブロック図である。
【図９】温度校正グラフの温度域のＰＩＤパラメータを説明した図である。
【符号の説明】
【００８４】
１    トレイ
２    均熱板
３    ヒータ（加熱手段）
４    回転手段（モータ）
５    熱電対（）
６    ヒータ電源（加熱手段）
７    フローチャネル
８    リアクタチャンバ
９    温調器（温調手段）
１０    反応ガス供給系
１１    除害装置
１２    装置プロセス制御用ＰＬＣ
１３    レシピ制御用パソコン
１４    半導体ウエハ
１５    放射温度計
１６    ＸＹ軸ステージ
１７    ビューポート
１８    校正用窓
２０    ＭＯＣＶＤ装置
【図１】
2008218928.tif 000003
【図２】
2008218928.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008218928.tif 000009
【図８】
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【図９】
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