(57)【要約】【課題】円形平板試料を、一様な温度分布を維持して所定温度に達するまで加熱するとともに所定温度に保持するための優れた均熱加熱方法を提供すること。【解決手段】円形平板試料を、当該試料の平面に平行かつ同心円状に対向配置した複数個の円形ランプを用い、一様な温度分布を維持して所定温度に達するまで加熱するとともに所定温度に保持するための均熱加熱方法であって、個々の円形ランプの電力比を、少なくとも加熱開始直後と所定温度保持時で別個に最適化することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形平板試料を、当該試料の平面に平行かつ同心円状に対向配置した複数個の円形ランプを用い、一様な温度分布を維持して所定温度に達するまで加熱するとともに所定温度に保持するための均熱加熱方法であって、個々の円形ランプの電力比を、少なくとも加熱開始直後と所定温度保持時で別個に最適化することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円形平板試料（シリコンウェハなど）に対してスパッタリング、ＣＶＤ（化学気相成長）、エッチング、アニール（焼き鈍し）などを行う際、当該試料を、一様な温度分布を維持して所定温度に達するまで加熱するとともに所定温度に保持するための均熱加熱方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術として知られている、円形平板試料を、当該試料の平面に平行かつ同心円状に対向配置した複数個の円形ランプを用い、一様な温度分布を維持して所定温度に達するまで加熱するとともに所定温度に保持するための均熱加熱方法としては、下記の特許文献１に記載されているような、円形平板試料の大きさと円形ランプの大きさから照度を計算することで照度が最も一様になる当該試料と当該ランプの距離を算出し、この計算値に基づいて個々の円形ランプを配置して行う方法がある。この方法は、個々の円形ランプの電力比を調整しなくてもよいように考えられたものであるが、必ずしも満足できるものではなかった。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−７５８９８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、円形平板試料を、一様な温度分布を維持して所定温度に達するまで加熱するとともに所定温度に保持するための優れた均熱加熱方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記の点に鑑みて種々の検討を行った結果、円形平板試料を、一様な温度分布を維持して所定温度に達するまで加熱するとともに所定温度に保持するためには、当該試料の温度によって異なる当該試料から逃げ出す熱量などの要素を考慮する必要があることが判明した。そして、種々の温度における円形平板試料の温度分布の測定から当該温度での個々の円形ランプの電力比の最適化を試みたところ、少なくとも加熱速度が大きくて当該試料から逃げ出す熱量が少ない加熱開始直後における最適電力比と、加熱速度はゼロに近いが当該試料から逃げ出す熱量が多い所定温度保持時における最適電力比は大きく異なることを知見した。
【０００６】
本発明は上記の知見に基づいてなされたものであり、本発明の円形平板試料の均熱加熱方法は、請求項１記載の通り、円形平板試料を、当該試料の平面に平行かつ同心円状に対向配置した複数個の円形ランプを用い、一様な温度分布を維持して所定温度に達するまで加熱するとともに所定温度に保持するための均熱加熱方法であって、個々の円形ランプの電力比を、少なくとも加熱開始直後と所定温度保持時で別個に最適化することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の円形平板試料の均熱加熱方法を説明する。
【０００８】
円形平板試料を、加熱速度Ｖで所定温度に達するまで加熱するとともに所定温度に保持する場合、複数個の円形ランプによってある温度における当該試料に投入する熱量Ｑは以下の数式（１）で表される。
【０００９】
Ｑ＝Ｃ・Ｖ＋ＱＯＵＴ    ・・・（１）
【００１０】
数式（１）において、Ｃは円形平板試料の熱容量である。ＱＯＵＴは当該試料から逃げ出す熱量に対応し、当該試料温度Ｔから周囲温度Ｔ０の差に比例するものである。ＱＯＵＴはＢを比例定数として以下の数式（２）で表される。
【００１１】
ＱＯＵＴ＝Ｂ・（Ｔ−Ｔ０）    ・・・（２）
【００１２】
熱量Ｑは複数個の円形ランプによって円形平板試料に投入するものであるので、当該ランプがｎ個の場合、熱量Ｑはまた以下の数式（３）で表される。
【００１３】
Ｑ＝ｑ１＋ｑ２＋・・・＋ｑｎ    ・・・（３）
【００１４】
この時、内側からｘ番目の円形ランプによって円形平板試料に投入する熱量ｑｘは以下の数式（４）で表される。
【００１５】
ｑｘ＝ｃｘ・Ｖ＋ｂｘ（Ｔ−Ｔ０）    ・・・（４）
【００１６】
例えば、加熱開始直後においては、円形平板試料温度Ｔと周囲温度Ｔ０の差は小さいので、数式（４）の右辺の第２項は第１項に比較して無視され、よって、当該試料に投入する熱量ｑｘは第１項に基づいて決定する必要がある。一方、円形平板試料が所定温度に達した後においては、加熱速度Ｖはゼロとなるので、数式（４）の右辺の第１項は無視され、よって、当該試料に投入する熱量ｑｘは当該試料から逃げ出す熱量を補うべく第２項に基づいて決定する必要がある。以上の数式によれば、加熱開始直後における個々の円形ランプの電力比ｃ１：ｃ２：・・・：ｃｎと所定温度保持時における個々の円形ランプの電力比ｂ１：ｂ２：・・・：ｂｎは、別個に最適化する必要があり、全温度領域に亘って以上の数式を適用して個々の円形ランプの電力比を最適化することで円形平板試料に対して一様な温度分布を与えることができる。
【００１７】
円形平板試料に対する円形ランプの配置方法の一例を図１に示す。符号１は円形平板試料、符号２は円形ランプ、符号３は中心軸である。図１においては６個の円形ランプを円形平板試料の一方の平面に平行かつ同心円状に対向配置したが、円形ランプは当該試料の両面に平行かつ同心円状に対向配置してもよい。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の円形平板試料の均熱加熱方法を実施例に基づいて説明するが、本発明は以下の記載に何ら限定して解釈されるものではない。
【００１９】
図１に示すような方法で６個の円形ランプを直径８インチの円形シリコンウェハの平面に平行かつ同心円状に対向配置し、加熱速度１４０Ｋ／ｓでウェハを７００℃に達するまで加熱するとともに当該温度で保持することとした。２００℃近傍におけるウェハの温度分布が最も小さくなるように個々の円形ランプの電力比ｃ１：ｃ２：ｃ３：ｃ４：ｃ５：ｃ６（ｃ１が最も内側の円形ランプの電力）を最適化したところ、０．９６：０．９６：１．００：１．００：１．００：１．００であった。一方、７００℃に達するまで加熱した後、当該温度で保持している際に当該ウェハの温度分布が最も小さくなるように個々の円形ランプの電力比ｂ１：ｂ２：ｂ３：ｂ４：ｂ５：ｂ６（ｂ１が最も内側の円形ランプの電力）を最適化したところ、０．３２：０．３２：０．０８：０．０８：１．００：１．００であった。このようにして全温度領域に亘って個々の円形ランプの電力比を最適化することで得られるウェハの温度履歴曲線を図２に示す。なお、ウェハの温度分布の測定は、図３に示す９個の測定点において行った。２００℃近傍における９個の測定点の温度を図４に、７００℃で保持している際の９個の測定点の温度を図５に示す。図４と図５から明らかなように、いずれの時点においてもウェハはほぼ一様な温度分布を有している。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、円形平板試料を、一様な温度分布を維持して所定温度に達するまで加熱するとともに所定温度に保持するための優れた均熱加熱方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】円形平板試料に対する円形ランプの配置方法の一例を示す図。
【図２】ウェハの温度履歴曲線を示すグラフ。
【図３】ウェハの温度分布の測定を行うための測定点を示す図。
【図４】２００℃近傍におけるウェハの温度分布を示すグラフ。
【図５】７００℃で保持している際のウェハの温度分布を示すグラフ。
【符号の説明】
１    円形平板試料
２    円形ランプ
３    中心軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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