(57)【要約】【課題】抵抗加熱ヒータを設定値によりパワー制御するに際して、プロセス条件を変更するたびに、設定値を求める評価を不要として作業性を良好にする。【解決手段】温度制御モードにして操作量に応じた電力を抵抗加熱ヒータに供給して被処理物を設定温度に加熱し、第１パワー制御モードへ切り替えて第１設定値に応じた電力を抵抗加熱ヒータに供給して被処理物を加熱し、パワー制御工程と併行に行われランプヒータからも被処理物を昇温させ、処理温度で被処理物を処理する。第１パワー制御モードと異なる第２パワー制御モードは、温度制御中、第１パワー制御モードへ切り替えるか否かを判断し（ステップ３０）、否と判断された場合において、被処理物温度が設定温度で安定しているとき（ステップ４２）、安定時時の温度制御モードの操作量を自動取得し（ステップ４３）、第２パワー制御モードへ切り替えて自動取得操作量を第２設定値とし抵抗加熱ヒータを制御する（ステップ４４、３２）。【選択図】  図１
2007311618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物を処理室に搬入する工程と、
制御モードを温度制御モードにして、操作量に応じた電力を抵抗加熱ヒータに供給して前記被処理物を設定温度に加熱する温度制御工程と、
前記温度制御モードから第１のパワー制御モードへ切り替えて、第１の設定値に応じた電力を前記抵抗加熱ヒータに供給して前記被処理物を加熱する第１のパワー制御工程と、
前記パワー制御工程と併行に行われ、電力をランプヒータに供給して前記被処理物を処理温度まで昇温させる昇温工程と、
前記昇温後の処理温度で前記被処理物を処理する工程と、
前記処理後の前記被処理物を前記処理室から搬出する工程と、
を有する半導体装置の製造方法であって、
前記第１のパワー制御工程と異なる第２のパワー制御工程を有し、該第２のパワー制御工程は、
前記温度制御工程を行っている際、前記制御モードを前記温度制御モードから前記第１のパワー制御モードへ切り替えるか否かを判断し、前記第１のパワー制御モードに切り替えないと判断された場合に、前記被処理物の温度が前記設定温度で安定化しているか否かを判断し、前記被処理物の温度が前記設定温度で安定化していると判断された場合、この判断時の前記温度制御モードにおける前記操作量を自動取得し、
取得後、前記制御モードを温度制御モードから第２のパワー制御モードへ切り替えて、前記自動取得した前記操作量を前記第２の設定値とし、この第２の設定値に応じた電力を前記抵抗加熱ヒータに供給して前記被処理物を加熱する工程である
半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒータ制御方式を改善した半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
メインとサブの２種類の加熱部（ヒータ）を有する半導体製造装置として、被処理物例えば半導体基板を熱伝導によりメイン加熱する抵抗加熱ヒータと、放射によりサブ加熱するランプヒータとを備えた半導体製造装置が知られている。この半導体製造装置を用いて 半導体基板を高温で加熱処理する半導体装置の製造方法では、加熱処理プロセスを実現するために、２種類のヒータを有効に制御することが必要である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ヒータは、プロセス条件を定めたレシピに基づいて動作する温度調節器（温調器）によって制御され、その制御モードの種類には、オフモード、ＰＩＤ制御（温度制御）モード、及びパワー制御モードがある。温度制御モードは、測定温度が設定温度となるように、測定温度と設定温度との差に応じて変化する操作出力値を電力操作器へ出力するフィードバック制御を行うための方式である。パワー制御モードは、操作出力値として、予め設定したパワー設定値を操作出力値として電力操作器へ出力する方式である。
被処理物の温度を設定温度にするために、まず、制御モードを温度制御モードにして抵抗加熱ヒータのみで加熱する。さらに被処理物を加熱して昇温するために、抵抗加熱ヒータに加えてランプヒータを用いる。ランプヒータは、パワー制御モードにして被処理物を設定温度よりも高い処理温度まで昇温する。
【０００４】
温度制御モードでは、抵抗加熱ヒータに供給する電力の操作出力値は、温度コントローラによって自動的に求められる。これに対してパワー制御モードでは、抵抗加熱ヒータに供給する電力のパワー設定値は、自動で求めることはできず、予め設定しておく必要がある。パワー制御モードにおけるパワー設定値は、温度制御モード時の操作出力値に基づいて予めレシピ内で設定するのが一般的である。
【０００５】
ところで、ランプヒータを使って昇温開始する前に、抵抗加熱ヒータを温度制御モードからパワー制御モードに切り替えることが行われているが、その理由は次の通りである。抵抗加熱ヒータを温度制御している状態でランプヒータ加熱すると、被処理物の温度を測定している熱電対にもランプヒータから熱量が与えられる。したがって、被処理物の温度を温調器が設定温度に戻そうとして、電力操作器への操作出力値の出力を下げる。この出力低下を補うため、ランプヒータの出力が、本来補助ヒータとして要求される出力よりも増大してしまうという不具合が生じる。これを避けるため、抵抗加熱ヒータを温度制御からパワー制御に切り替えている。
上記抵抗加熱ヒータを温度制御からパワー制御に切り替えるために、抵抗加熱ヒータ温調器に対する昇温設定フローが必要となる。
【０００６】
図６に、ランプヒータを使って昇温開始する前に、抵抗加熱ヒータ温調器に対して適用される従来のパワー制御フロー図を示す。
ステップ３０は、抵抗加熱ヒータ温調器が温度制御モード下で温度制御を行っている際、制御モードを温度制御モードからパワー制御モードへ切り替えるか否かを判断する処理である。ステップ３１とステップ３２は、ステップ３０でパワー制御モードであると判断されたときに実行される処理である。
ステップ３１は、パワー設定値を抵抗加熱ヒータ温調器に転送する処理である。ステップ３２は、転送されたパワー設定値でパワー制御するよう抵抗加熱ヒータ温調器に指示する処理である。なお、ステップ３０でパワー制御モードでないと判断されたときは、上述したステップ３１、３２を踏むことなく昇温設定フローは終了する。
【０００７】
パワー制御モードにおけるパワー設定値は、前述したように、温度制御モード時の操作出力値に基づいて予めレシピ内で設定するのが一般的であるが、ガス流量、圧力値によって、温度制御モード時の操作出力値が変わってしまうため、プロセスに応じて各々条件を変更した場合には、パワー設定値も変更する必要がある。
例えば、処理室へ供給するガス流量を増大するか、または、処理室内の圧力値を高くすると、抵抗加熱ヒータの測定温度が設定温度よりも低下する。このため、抵抗加熱ヒータ温調器は抵抗加熱ヒータの測定温度を設定温度に保とうとし、抵抗加熱ヒータに供給すべき電力を上げるために、電力操作器への操作出力値を上昇させる。
このように、同一設定温度でも、プロセス条件（ガス流量と圧力値）によって、抵抗加熱ヒータの温度を安定状態とする電力操作器への操作出力が異なる。したがって、ランプヒータ加熱前に、温度が安定化していない温度制御モード時の操作出力値をパワー制御モードのパワー設定値として設定すると、ターゲットであるウェハの温度が抵抗加熱ヒータからの温度影響を受けて変動することになる。このため、プロセスに応じて各々条件を変更した場合には、パワー設定値も変更する必要がある。
【特許文献１】特開２００５−２７６９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、抵抗加熱ヒータのパワー制御モードにおける設定値は、レシピ内で設定可能であるが、ガス流量、圧力値などのプロセス条件によって、レシピ内に設定する設定値を変える必要があり、プロセス条件毎に設定値を求めるための評価時間が必要となっていた。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、抵抗加熱ヒータのパワー制御において、プロセス条件毎に設定値を求める評価を要せず、作業性が良好な半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の態様によれば、被処理物を処理室に搬入する工程と、制御モードを温度制御モードにして、操作量に応じた電力を抵抗加熱ヒータに供給して前記被処理物を設定温度に加熱する温度制御工程と、前記温度制御モードから第１のパワー制御モードへ切り替えて、第１の設定値に応じた電力を前記抵抗加熱ヒータに供給して前記被処理物を加熱する第１のパワー制御工程と、前記パワー制御工程と併行に行われ、電力をランプヒータに供給して前記被処理物を処理温度まで昇温させる昇温工程と、前記昇温後の処理温度で前記被処理物を処理する工程と、前記処理後の前記被処理物を前記処理室から搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法であって、前記第１のパワー制御工程と異なる第２のパワー制御工程を有し、該第２のパワー制御工程は、前記温度制御工程を行っている際、前記制御モードを前記温度制御モードから前記第１のパワー制御モードへ切り替えるか否かを判断し、前記第１のパワー制御モードに切り替えないと判断された場合に、前記被処理物の温度が前記設定温度で安定化しているか否かを判断し、前記被処理物の温度が前記設定温度で安定化していると判断された場合、この判断時の前記温度制御モードにおける前記操作量を自動取得し、取得後、前記制御モードを温度制御モードから第２のパワー制御モードへ切り替えて、前記自動取得した前記操作量を前記第２の設定値とし、この第２の設定値に応じた電力を前記抵抗加熱ヒータに供給して前記被処理物を加熱する工程である半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、抵抗加熱ヒータのパワー制御において、プロセス条件毎に設定値を求める評価が不要となり、作業性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の半導体装置の製造方法を実施するための半導体製造装置の前提をなすＭＭＴ装置の一態様を説明する。図５はＭＭＴ装置を構成する処理炉の一例を説明する断面図である。
【００１２】
［ＭＭＴ装置を構成する処理炉］
処理炉２０２は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被処理物であるウェハ２００を処理するものである。処理炉２０２は少なくとも処理室（基板処理容器）２０１、サセプタ（基板載置台）２１７、筒状電極（放電用電極）２１５、筒状磁石（磁力線形成手段）２１６、シャワーヘッド（ガス供給手段）２３６、及び排気口（排気手段）２３５とを備えている。
【００１３】
下側容器２１１と、この下側容器２１１の上に被せられる上側容器２１０とでウェハ２００をプラズマ処理するための処理室２０１が形成される。上側容器２１０はドーム型である。上側容器２１０は酸化アルミニウム又は石英で形成され、下側容器２１１はアルミニウムで形成されている。また、後述する抵抗加熱ヒータ２１８（加熱体）一体型のサセプタ２１７は窒化アルミニウム、セラミックス又は石英で構成されている。この構成によって処理の際に膜中に取り込まれる金属汚染が低減される。
【００１４】
上側容器２１０の上部にはガス分散空間であるバッファ室２３７を形成するシャワーヘッド２３６が設けられている。シャワーヘッド２３６の上壁にはガス導入用の導入口であるガス導入口２３４が設けられている。下壁はガスを噴出する噴出孔であるガス噴出孔２３４ａを有するシャワープレート２４０となっている。ガス導入口２３４は、反応ガス２３０を供給するガス供給管２３２により開閉弁であるバルブ２４３ａと流量制御手段であるマスフローコントローラ２４１とを介して図示しない反応ガス２３０のガスボンベに接続されている。
【００１５】
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の側壁であって、後述するサセプタ２１７上にウェハ２００が載置されるウェハ載置位置よりも下側に、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はガス排気管２３１によって圧力調整器であるＡＰＣ（自動圧力コントローラ）バルブ２４２、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。
【００１６】
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が設けられている。ゲートバルブ２４４が開いているときには図示しない搬送手段により処理室２０１へウェハ２００を搬入したり、処理室２０１からウェハ２００を搬出したりすることができる。ゲートバルブ２４４が閉まっているときには処理室２０１を気密に閉じることができる。
【００１７】
供給される反応ガス２３０を励起させる放電手段として筒状電極２１５が設けられる。筒状電極２１５は断面が筒状（好ましくは円筒状）である。筒状電極２１５は処理室２０１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にはインピーダンスの整合を行う整合器２７２を介して高周波電力を供給する高周波電源２７３が接続されている。
【００１８】
磁界形成手段である筒状磁石２１６は筒状の永久磁石である。筒状磁石２１６の断面は筒状（好ましくは円筒状）である。筒状磁石２１６は筒状電極２１５の外表面の上下端近傍に配置される。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なっている。従って、内周部の磁極同士が異極となり、筒状電極２１５の内周面に沿って円筒軸方向に磁力線が形成される。
【００１９】
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。
【００２０】
処理室２０１の底側中央には、ウェハ２００を保持するサセプタ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で構成され、内部に加熱体としての抵抗加熱ヒータ２１８が一体的に埋め込まれている。抵抗加熱ヒータ２１８に高周波電力を供給することによって、ウェハ２００を裏面から７００℃程度に熱伝導加熱することができる。
【００２１】
また、サセプタ２１７の内部には、インピーダンスを可変するためのインピーダンス可変用電極（図示せず）が装備されている。このインピーダンス可変用電極は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、上記インピーダンス可変用電極及びサセプタ２１７を介してウェハ２００の電位を制御する。
【００２２】
更に、サセプタ２１７は下側容器２１１と絶縁されている。サセプタ２１７にはサセプタ昇降機構２６８が設けられている。また、サセプタ２１７は貫通孔２１７ａを有している。下側容器２１１の底面にはウェハ２００を突上げるためのウェハ突上げピン２６６が少なくとも３箇所に設けられている。貫通孔２１７ａとウェハ突上げピン２６６とは、サセプタ昇降機構２６８によりサセプタ２１７を下降させたとき、ウェハ突上げピン２６６がサセプタ２１７と非接触な状態で貫通孔２１７ａを突き抜ける位置関係にある。
【００２３】
コントローラ１２１は高周波電源２７３、整合器２７２、バルブ２４３ａ、マスフローコントローラ２４１、ＡＰＣバルブ２４２、バルブ２４３ｂ、真空ポンプ２４６、サセプタ昇降機構２６８、ゲートバルブ２４４、サセプタ２１７に埋め込まれた抵抗加熱ヒータ２１８に高周波電力を供給する高周波電源（図示せず）に接続されている。
【００２４】
次に、７００℃以下の処理温度にて、ウェハ２００の表面（又はウェハ２００上に形成された下地膜の表面）に所定のプラズマ処理を施す方法について説明する。
ウェハ２００は処理室２０１の外部から搬送手段によって処理室２０１内に搬入され、サセプタ２１７上に載置される。
【００２５】
この搬入・載置動作の詳細は次の通りである。
最初、サセプタ２１７は下降しており、ウェハ突上げピン２６６の先端がサセプタ２１７の貫通孔２１７ａを通してサセプタ２１７の表面より所定の高さ分だけ突き出た状態にある。まず、下側容器２１１に設けられたゲートバルブ２４４を開く。次に、搬送手段によってウェハ２００をウェハ突上げピン２６６の先端に載置する。その後、搬送手段を処理室２０１外へ退避させる。次に、ゲートバルブ２４４を閉め、サセプタ２１７をサセプタ昇降機構２６８により上昇させる。その結果、ウェハ２００がサセプタ２１７表面に載置される。サセプタ２１７上に載置されたウェハ２００を処理する位置まで上昇させる。
【００２６】
サセプタ２１７に埋め込まれた抵抗加熱ヒータ２１８は予め加熱されているため、ウェハ２００は室温から７００℃の範囲内でウェハ処理温度に加熱される。真空ポンプ２４６及びＡＰＣバルブ２４２を用いて処理室２０１の圧力を０．１〜１００Ｐａの範囲内に維持する。
【００２７】
ウェハ２００をウェハ処理温度に加熱した後、ガス導入口２３４からシャワープレート２４０のガス噴出孔２３４ａを介して、処理ガスを処理室２０１に配置されているウェハ２００の表面（処理面）に向けてシャワー状に供給する。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供給する。供給する電力は、１５０〜２００Ｗである。なお、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に設定されている。
【００２８】
筒状磁石２１６、２１６の磁界によってマグネトロン放電が発生し、ウェハ２００の上方空間に電荷がトラップされてプラズマ生成領域２２４に高密度プラズマが生成される。この高密度プラズマによって、サセプタ２１７上のウェハ２００の表面に酸化膜や窒化膜を形成したり、薄膜を形成したり、エッチングしたりする等のプラズマ処理が施される。処理が終わったウェハ２００は、搬送手段によって、ウェハ２００の搬入と逆の動作で処理室２０１外へ搬送される。
【００２９】
なお、コントローラ１２１は、高周波電源２７３の電力ＯＮ・ＯＦＦ、整合器２７２の調整、バルブ２４３ａの開閉、マスフローコントローラ２４１の流量、ＡＰＣバルブ２４２の弁開度、バルブ２４３ｂの開閉、真空ポンプ２４６の起動・停止、サセプタ昇降機構２６８の昇降動作、ゲートバルブ２４４の開閉、サセプタに埋め込まれた抵抗加熱ヒータ２１８に高周波等の電力を供給する高周波電源のＯＮ・ＯＦＦを制御している。
【００３０】
ところで、上述した構成の処理炉では、サセプタ２１７に埋めこまれている抵抗加熱ヒータ２１８によってウェハ２００を加熱できる温度は、高々７００℃程度である。このため、抵抗加熱ヒータ２１８だけでは、７００℃を超える処理温度を必要とする基板処理は困難である。
【００３１】
そこで、７００℃を超える処理温度を必要とする基板処理を行うためために、ウェハ加熱体として抵抗加熱ヒータ２１８の他に、さらに赤外光を発する光源（ランプヒータ）を補助ヒータとして処理炉に加えるようにしている。
【００３２】
図４は、そのような光源を加えた一実施形態に係る基板処理炉の要部断面を示す概念図である。なお、図５に示した処理炉（ＭＭＴ装置）と共通する部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００３３】
［実施の形態の処理炉］
処理炉２０２Ａを形成する処理室２０１は、下側容器２１１と、この下側容器２１１の上に被せられるドーム型の上側容器２１０Ａとから構成される。このドーム型の上側容器２１０Ａは、赤外光を透さない酸化アルミニウムではなく、赤外光を透過することが可能な材料、例えば石英で形成されている。なお、下側容器２１１は金属、例えばアルミニウムで形成されている。
【００３４】
上側容器２１０Ａの外部にはサセプタ２１７に載置されたウェハ２００の表面を照射するための光源１０がウェハ２００を指向して配置されている。光源１０は、図示例では、ドーム型の上側容器２１０Ａのコーナ部の外側に複数個配置されている。光源は１つでも良いが、２つ以上配置することが好ましく、最適な値は４つである。
【００３５】
光源１０はランプヒータ１１とランプハウス１３とを備えている。ランプヒータ１１は球状、リング状又は棒状である。ランプヒータ１１には赤外光を発するハロゲンランプ（波長領域：０．８〜１．５μｍ）やキセノンランプ等が用いられる。ランプハウス１３には球面又は非球面の反射板１２が設けられている。反射板１２によって上側容器２１０Ａを介してウェハ２００の表面をほぼ均一に照射するようになっている。そして、ウェハ２００の表面に照射された光によってウェハ２００を放射加熱できるようになっている。ランプ制御は、ランプヒータ１１に供給する電力をコントローラ１２１（図３参照）によってパワー制御ないし温度制御することによって行うが、その場合、ランプヒータ１１に供給する電力をＰＷＭ制御等によって制御するようにしてもよい。
【００３６】
前述したように、ウェハ２００を載置するサセプタ２１７内には、抵抗加熱ヒータ２１８が一体的に設けられている。この抵抗加熱ヒータ２１８に電力を供給することによってウェハ２００を７００℃程度の設定温度に加熱することができるようになっている。
【００３７】
したがって、抵抗加熱ヒータ２１８でウェハ２００を裏面から加熱した上で、さらにランプヒータ１１によってウェハ２００の表面から加熱すると、ウェハ２００の温度を設定温度よりも高い７００℃〜８５０℃程度の処理温度まで加熱することができる。
【００３８】
次に、上述したような光源１０を加えた基板処理炉を用いて、ウェハ上に膜を成膜処理する場合について説明する。抵抗加熱ヒータ２１８には、予め電力を供給して７００℃程度に加熱しておく。処理室２０１内にウェハ２００が搬入されて、サセプタ２１７上に載置されると、ウェハ２００は抵抗加熱ヒータ２１８により室温から７００℃程度の設定温度までに加熱される。処理室２０１内には真空引きする。また、ウェハ２００の温度が設定温度で安定したとき、ランプヒータ１１にも電力を供給して、サセプタ２１７上に載置されるウェハ２００の表面に、上側容器２１０Ａを透過した赤外光を照射して、ウェハ２００の表面を加熱する。すると、ウェハ２００は７００℃〜８５０℃程度に加熱される。この温度が、成膜処理温度となる。このとき、処理室２０１の圧力は１〜２００Ｐａの範囲内に維持する。
【００３９】
ウェハ２００を７００℃〜８５０℃程度に加熱した後、ガス導入口２３４からシャワープレート２４０のガス噴出孔２３４ａを介して、成膜用の処理ガスを処理室２０１に配置されているウェハ２００の表面に向けてシャワー状に供給する。
ここで、成膜用の処理ガスとしては、ウェハ２００の表面に酸化膜を形成するときにはＯ2又はＯを含むガスを、ウェハ２００の表面に窒化膜を形成するときにはＮ2又はＮを含むガス（例えばＮＨ3）及びＳｉを含むガス（例えばＳｉＨ2Ｃｌ2）をそれぞれウェハ２００の表面に向けて供給する。この場合、必要に応じてＯ2又はＮ2に、プラズマ発生用のＫｒ又はＡｒガスを添加するとよい。
【００４０】
同時に筒状電極２１５（図３参照）に高周波電力を供給して処理室２０１内に電界を形成する。供給する電力は、１５０〜２００Ｗである。この電界と筒状磁石２１６、２１６によって処理室２０１内に形成される磁界とによってマグネトロン放電が発生し、ウェハ２００の上方空間に電荷がトラップされてプラズマ生成領域２２４（図３参照）に高密度プラズマが生成される。この高密度プラズマによって、サセプタ２１７上のウェハ２００の表面に酸化膜や窒化膜が形成される。
【００４１】
この第１実施形態によれば、ウェハ２００を７００℃〜８５０℃に加熱できるので、膜厚が５ｎｍ〜１５ｎｍ、またはそれ以上の膜厚の厚い成膜が形成できる。したがって、既存のＭＭＴ処理炉に光源を追加するだけで、作成できる薄膜の適用範囲（膜厚、薄膜の種類）を広げることができ、基板処理炉の処理能力を向上させることができる。また、高温処理が可能になるので、低温処理と高温処理とを同一の基板処理炉を使用して連続処理することができる。したがって、ウェハの汚染を低減でき、スループットを向上できる。
【００４２】
ウェハ２００を真空中で、且つ、高温で処理する半導体装置の製造方法では、上述したように２種類のヒータを制御するヒータ制御方式が必要不可欠である。以下にヒータ制御方式を実施するための温度制御システムについて説明する。
【００４３】
［実施の形態の温度制御システム］
図２に実施の形態における温度制御システムの構成図を示す。
温度制御システムは、被処理物としてのウェハ２００を真空中で処理する処理室２０１と、処理室２０１内でウェハ２００を熱伝導加熱するメインヒータとしての抵抗加熱ヒータ２１８を内蔵したサセプタ２１７と  処理室２０１外からウェハ２００を赤外線で放射加熱してさらに高温にする補助ヒータとしてのランプヒータ１１を内蔵した光源１０とを備える。なお、便宜上、抵抗加熱ヒータ２１８及びランプヒータ１１は、それぞれサセプタ２１７及び光源１０の外側にも描いてある。
【００４４】
抵抗加熱ヒータ２１８は、ウェハ２００を均一加熱するために、複数にゾーン分割され、ゾーン毎に独立に制御されるようになっている。抵抗加熱ヒータ２１８は、図示例ではＰ1とＰ2の２つの抵抗加熱分割ヒータにゾーン分割されている。ランプヒータ１１も、ウェハ２００を均一加熱するために、複数のゾーン分割され、ゾーン毎に独立に制御されるようになっている。ランプヒータ１１は、図示例ではＬ1〜Ｌ4の４つのランプ分割ヒータにゾーン分割されている。
【００４５】
また、処理室２０１内に処理用のガスを供給するガスユニット３０２と、処理室２０１を真空排気するための排気ユニット３０３と、処理室２０１と排気ユニット３０３とを接続するガス排気管２３１と、排気管２３１に設けられ処理室２０１内の圧力を調圧するＡＰＣバルブ２４２とを備える。ここで、ガスユニット３０２は、上述したガスボンベ、ガス供給管２３２、バルブ２４３ａ、マスフローコントローラ２４１等から構成される。排気ユニット３０３は、上述したバルブ２４３ｂ、真空ポンプ２４６等から構成される。
【００４６】
また、抵抗加熱ヒータ２１８の温度を測定する温度センサとしての熱電対３１１と、ウェハ２００の温度を測定する温度センサとしての放射温度計３１９と、抵抗加熱ヒータ２１８の温度を制御する抵抗加熱ヒータ温度コントローラ１２３と、抵抗加熱ヒータ温度コントローラ１２３からの操作出力値（操作量）に応じた電力を抵抗加熱ヒータ電源（図示せず）から抵抗加熱ヒータ２１８に供給する抵抗加熱ヒータ電力操作器１２５と、ランプヒータ１１の温度を制御するランプヒータ温度コントローラ１２４と、ランプヒータ温度コントローラ１２４からの操作出力値に応じた電力をランプヒータ電源（図示せず）からランプヒータ１１に供給するランプヒータ電力操作器１２６とを備えている。なお、熱電対３１１及び放射温度計３１９は、図示例では１個ずつしか表示していないが、実際にはそれぞれ複数個設けられている。
ここで操作出力値は、温度制御モードのときは抵抗加熱ヒータ温度コントローラ１２３、ランプヒータ温度コントローラ１２４によってそれぞれ求められる制御出力値となり、パワー制御モードのときは各制御出力値に基づいて評価決定されるパワー設定値となる。
【００４７】
上述した抵抗加熱ヒータ電力操作器１２５は、図示例では２つの抵抗加熱分割ヒータＰ1、Ｐ2に対応した２つの抵抗加熱ヒータ電力操作器１２５ａ、１２５ｂから構成され、操作出力値に応じた電力を抵抗加熱分割ヒータＰ1、Ｐ2にそれぞれ供給するようになっている。また、上述したランプヒータ電力操作器１２６は、図示例では４つのランプ分割ヒータＬ1〜Ｌ4に対応した４つのランプヒータ電力操作器１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ、１２６ｄから構成され、操作出力値に応じた電力をランプ分割ヒータＬ1〜Ｌ4にそれぞれ供給するようになっている。
【００４８】
上述した抵抗加熱ヒータ温度コントローラ１２３は、抵抗加熱ヒータ温調器１２３ａと、抵抗加熱ヒータ制御出力比率調節器１２３ｂとから構成される。
温度制御モードでは、抵抗加熱ヒータ温調器１２３ａは、温度設定値と、抵抗加熱分割ヒータＰ1〜Ｐ2に対応して設けられた２つの熱電対３１１の温度測定値との差に応じてＰＩＤ演算して、抵抗加熱分割ヒータＰ1〜Ｐ2に供給するべき基準電力量を計算して、その計算結果である基準操作出力値を抵抗加熱ヒータ制御出力比率調節器１２３ｂに出力する。抵抗加熱ヒータ制御出力比率調節器１２３ｂは、抵抗加熱ヒータ温調器１２３ａからの基準操作出力値に、抵抗加熱分割ヒータＰ1、Ｐ2に応じた制御比率係数を掛けた値を、２つの抵抗加熱ヒータ電力操作器１２５ａ、１２５ｂにそれぞれ供給する。
パワー制御モードでは、抵抗加熱ヒータ温調器１２３ａは、基準パワー設定値を抵抗加熱ヒータ制御出力比率調節器１２３ｂに出力する。抵抗加熱ヒータ制御出力比率調節器１２３ｂは、抵抗加熱ヒータ温調器１２３ａからの基準パワー設定値に、抵抗加熱分割ヒータＰ1、Ｐ2に応じた制御比率係数を掛けた値を、２つの抵抗加熱ヒータ電力操作器１２５ａ、１２５ｂにそれぞれ供給する。
【００４９】
上述したランプヒータ温度コントローラ１２４は、ランプヒータ温調器１２４ａと、ランプヒータ制御出力比率調節器１２４ｂとから構成される。
温度制御モードでは、ランプヒータ温調器１２４ａは、温度設定値と、ランプ分割ヒータＬ1〜Ｌ4に対応して設けられた４つの放射温度計３１９の温度測定値との差に応じてＰＩＤ演算して、ランプヒータＬ1〜Ｌ4に供給するべき基準電力量を計算して、その計算結果である基準操作出力値をランプヒータ制御出力比率調節器１２４ｂに出力する。ランプヒータ制御出力比率調節器１２４ｂは、ランプヒータ温調器１２４ａからの基準操作出力値に、ランプ分割ヒータＬ1〜Ｌ4に応じた制御比率係数を掛けた値を、４つのランプヒータ電力操作器１２６ａ〜１２６ｄにそれぞれ供給する。
パワー制御モードでは、ランプヒータ温調器１２４ａは、基準パワー設定値をランプヒータ制御出力比率調節器１２４ｂに出力する。ランプヒータ制御出力比率調節器１２４ｂは、ランプヒータ温調器１２４ａからの基準パワー設定値に、ランプ分割ヒータＬ1〜Ｌ4に応じた制御比率係数を掛けた値を、４つのランプヒータ電力操作器１２６ａ〜１２６ｄにそれぞれ供給する。
【００５０】
上記した抵抗加熱ヒータ温度コントローラ１２３及びランプヒータ温度コントローラ１２４は、既述したコントローラ１２１内の主制御部１２２によって統括制御される。
【００５１】
［実施の形態の昇降温チャート］
図３に、上述したように温度制御システムにより制御される抵抗加熱ヒータ２１８とランプヒータ１１の昇降温チャートを、ウェハ搬入タイミングとともに示す。
図３の横方向は時間軸を示し、縦方向は上中下の３つの部分に分けてある。中部分は昇降温に必要なレシピステップ、下部分はレシピステップに応じて切り替えられる抵抗加熱ヒータ２１８とランプヒータ１１の制御モード、上部分は制御内容によって制御されるウェハ温度（ウェハ２００が搬入されていないときはサセプタ温度）をそれぞれ示す。上記レシピステップのレシピとは、温度制御システムを実施してウェハ２００を加熱処理するためのプロセスレシピのことである。
【００５２】
最初のレシピステップ００は、プロセスレシピ開始前状態で、処理室２０１内にウェハ２００を搬入するスタンバイ（ＳＴＮＤＢＹ）ステップである（搬入工程）。
本レシピステップ００では、抵抗加熱ヒータ２１８の制御モードは、温度制御モードであり、抵抗加熱ヒータ温度コントローラ１２３によるＰＩＤ制御（温度制御）がなされ、操作出力値に応じた電力を抵抗加熱ヒータ２１８に供給してウェハ２００を設定温度に加熱する（温度制御工程）。抵抗加熱ヒータ２１８の設定温度は例えば９００℃（ウェハ温度で７００℃）である。
【００５３】
このときランプヒータ１１はＯＦＦ状態であり、この状態は後述するレシピステップ０２まで維持する。一般的にランプヒータ１１は、ウェハ搬入時はＯＦＦ状態、または、低パワー状態で運用され、ウェハ２００の搬入後にパワー制御ないし温度制御される。
【００５４】
スタンバイステップ００後のレシピステップ０１は、処理室２０１内に１枚のウェハ２００を搬入することによって生じる抵抗加熱ヒータ２１８の温度乱れを収束させるための前処理であり、そのために抵抗加熱ヒータ２１８についてＰＩＤ制御を継続する。
【００５５】
レシピステップ０１後のレシピステップ０２は、ランプヒータ１１による昇温前のステップであり、抵抗加熱ヒータ温調器１２３ａの制御モードを温度制御モードからパワー制御モードに切り替えて、パワー設定値に応じた電力を抵抗加熱ヒータ２１８に供給してウェハ２００を加熱する処理である（パワー制御工程）。このパワー制御モードのヒータ制御方式が本実施の形態の特徴となるところであり、詳細は後述する。
【００５６】
レシピステップ０２後のレシピステップ０３は、抵抗加熱ヒータ２１８のパワー制御工程と併行に行われ、ウェハ２００を７００℃から処理温度（８５０℃）まで昇温するためにランプヒータ１１の制御モードをパワー制御モードにする。これによりランプヒータ温調器１２４ａの制御がパワー制御となり、レシピに予め設定したランプヒータ用パワー設定値に応じた電力をランプヒータ１１に供給してウェハ２００を処理温度まで昇温させる（昇温工程）。この状態はレシピステップ０５まで維持する。
【００５７】
レシピステップ０３後のレシピステップ０４は、ランプヒータ温調器１２４ａの制御をパワー制御から温度制御に切り替え、温度制御によりウェハ２００を処理温度に安定状態に保持してウェハ２００を処理する（処理工程）。
【００５８】
レシピステップ０４後のレシピステップ０５は、ランプヒータ温調器１２４ａの制御をＯＦＦとして、ウェハ２００を抵抗加熱ヒータ設定温度、例えば９００℃（ウェハ温度で７００℃）に降温する（降温処理）。このＯＦＦ状態は次のレシピステップ０６でも維持する。
【００５９】
レシピステップ０５後のレシピステップ０６は、抵抗加熱ヒータ温調器１２３ａの制御をパワー制御から温度（ＰＩＤ）制御に切り替えて、ウェハ２００を温度制御により設定温度まで降温する（降温処理）。この降温処理では、抵抗加熱ヒータ２１８により、ウェハ２００の温度は例えば抵抗加熱温度９００℃（ウェハ温度で７００℃）に安定状態に保持される。
ウェハ２００の温度を安定状態にした後、ウェハ２００を処理室２０１から搬出して（搬出工程）、再びスタンバイ（ＳＴＮＤＢＹ）状態とする。
【００６０】
［実施の形態のヒータ制御方式］
図１に、上述したランプヒータ１１の昇温加熱前に行われるレシピステップ０２における抵抗加熱ヒータ用パワー制御モードのヒータ制御フローの一例を示す。このヒータ制御フローは、前述したコントローラ１２１の主制御部１２２によって実行される。この主制御部１２２は、抵抗加熱ヒータ温度コントローラ１２３及びランプヒータ温度コントローラ１２４を制御する。
【００６１】
ヒータ制御フローのスタートは、温度制御モード下で、抵抗加熱ヒータ温調器１２３ａによる抵抗加熱ヒータ１２８の温度制御（温度制御工程）が行われていることを前提とする。このヒータ制御フローは、ステップ３０〜ステップ３２からなるフローと、ステップ４１〜ステップ４５からなるフローとから構成されている。
ステップ３０〜ステップ３２のフローは、図６で説明した従来例のものと同様であり、所定のプロセスレシピに予め設定されたパワー設定値により、抵抗加熱ヒータ２１８が第１のパワー制御モードでパワー制御されるようになっている（第１のパワー制御工程）。ステップ４１〜ステップ４５は、本実施の形態によって新たに追加されたフローであり、上述した第１のパワー制御工程と異なる第２のパワー制御工程を行うためのものであり、これらのステップは温度制御工程中に行われる。
【００６２】
ステップ３０〜ステップ３２により、抵抗加熱ヒータ２１８の制御モードが温度制御モードから第１のパワー制御モードへ切り替えられ、第１の設定値に応じた電力が抵抗加熱ヒータ２１８に供給されてウェハ２００が加熱される。上記各ステップ３０〜３２の内容は、具体的には、次の通りである。
【００６３】
ステップ３０は、レシピ内で設定された抵抗加熱ヒータ温度コントローラ１２３の制御が、第１のパワー制御モードにあるか否かを判断する（パワー制御指定判定分岐処理）。
ステップ３１は、ステップ３０によって第１のパワー制御モードにあると判断されたとき、レシピ内で予め設定された第１のパワー設定値を抵抗加熱ヒータ温度コントローラ１２３に転送する（第１のパワー設定値転送処理）。
ステップ３２は、ステップ３１によって転送された第１のパワー設定値に応じて、レシピ内で設定された第１のパワー制御モードを抵抗加熱ヒータ温度コントローラ１２３に指示する（第１のパワー制御モード転送処理）。この指示により、制御モードは温度制御モードから第１のパワー制御モードに切り替わる。また、抵抗加熱ヒータ温度コントローラ１２３から抵抗加熱ヒータ電力操作器１２５に第１のパワー設定値が入力される。第１のパワー設定値に応じた電力が抵抗加熱ヒータ電力操作器１２５から抵抗加熱ヒータ２１８に供給され、これにより抵抗加熱ヒータ２１８は第１のパワー設定値に基づいてパワー制御される。
【００６４】
ステップ４１〜ステップ４４では、抵抗加熱ヒータ２１８の制御モードが温度制御モードから第２のパワー制御モードへ切り替えられて、第２の設定値に応じた電力が抵抗加熱ヒータ２１８に供給されてウェハ２００が加熱される。上記各ステップ４１〜４４の内容は、具体的には、次の通りである。
【００６５】
ステップ４１は、ステップ３０において、第１のパワー制御モードでないと判断されたときに、第２のパワー制御モードが、レシピ内に設定されているか否かを判断する（制御出力自動取得判定分岐処理）。ここで、第２のパワー制御モードはレシピ内に新たに追加されたモードであって、温度制御による温度安定化時の制御出力値を自動で取得し、この制御出力値をパワー設定値として抵抗加熱ヒータ２１８をパワー制御するものである。
【００６６】
ステップ４２は、ステップ４１によって第２のパワー制御モードがレシピ内に設定されていると判断されたときに実行される処理であって、温度制御時の温度制御完了状態を判断する（温度制御完了状態判定分岐処理）。ここで、温度制御完了状態とは、抵抗加熱ヒータ２１８によるサセプタ２１８の昇温動作及び降温動作が完了し、熱電対３１１により測定したサセプタ２１８の測定温度が設定温度に達し、安定化している状態をいう。
【００６７】
ステップ４５は、ステップ４２で否と判断されたときに実行される処理であって、昇降温中で、第２のパワー制御モードに変更できないとのメッセージを出力させる（エラー出力処理）。エラー出力処理が実行されると本実施の形態のヒータ制御フローは異常終了する。
【００６８】
ステップ４３とステップ４４は、ステップ４２によって温度制御モード時の温度制御完了状態と判断されたときに実行される処理である。ステップ４３は、現在の温度制御モードにおける制御出力値を、主制御部１２２に設けた制御出力値格納手段としてのワークメモリ（図示せず）に取得する（制御出力値格納処理）。
【００６９】
ステップ４４は、ステップ４３で取得した制御出力値を第２のパワー設定値として、抵抗加熱ヒータ温度コントローラ１２３に転送する（第２のパワー設定値転送処理）。ステップ４４により第２のパワー設定値の転送処理が実行されて、ステップ３２に進む。
【００７０】
ステップ３２は、ステップ４４によって転送された第２のパワー設定値に応じて、レシピ内で設定された第２のパワー制御モードを抵抗加熱ヒータ温度コントローラ１２３に指示する（第２のパワー制御モード転送処理）。この指示により、制御モードは温度制御モードから第２のパワー制御モードに切り替わる。また、抵抗加熱ヒータ温度コントローラ１２３から抵抗加熱ヒータ電力操作器１２５に第２のパワー設定値が入力される。第２のパワー設定値に応じた電力が抵抗加熱ヒータ電力操作器１２５から抵抗加熱ヒータ２１８に供給され、これにより抵抗加熱ヒータ２１８は第２のパワー設定値に基づいてパワー制御される。これにより本実施の形態のヒータ制御フローは終了する。
【００７１】
なお、ステップ３０で第１のパワー制御モードでないと判断され、ステップ４１で追加された第２のパワー制御モードがレシピに存在しないと判断されたときは、上述したステップ４２、４３、４４、及び３２を踏むことなく本実施の形態のヒータ制御フローは終了する。
【００７２】
［実施の形態の効果］
本実施の形態によれば、レシピに第１のパワー制御モードの他に第２のパワー制御モードを加えて、抵抗加熱ヒータ２１８を温度制御モードからパワー制御モードへ切り替える際、レシピに第２のパワー制御モードが設定されている場合において、ウェハ２００の温度が設定温度で安定化しているときは、温度制御モードで温度制御されている抵抗加熱ヒータ２１８の温度安定時の制御出力値を自動取得する。この自動取得後、温度制御モードを、自動取得した制御出力値をパワー設定値（第２の設定値）とする第２のパワー制御モードに切り替え、抵抗加熱ヒータ温度コントローラ１２３により、抵抗加熱ヒータ２１８をパワー制御するようにしている。したがって、パワー設定値が自動取得できるので、従来のようにガス流量、圧力値等の諸条件を変更するたびに、予めパワー設定値を求めるというような面倒な評価が不要となり、レシピ作成等の作業性を向上できる。
特に、従来の設定値転送処理で転送されるパワー設定値はレシピで設定される値であってプロセス条件によって複数存在し、これらのパワー設定値は、全て事前評価して取得しておく必要があるが、本実施の形態では、そのような事前評価で取得する必要がほとんど無くなるので、レシピ作成等の作業性が大幅に向上できる。
【００７３】
［本発明の好ましい態様］
以下に、本発明の好ましい態様を付記する。
第１の態様は、被処理物を処理室に搬入する工程と、制御モードを温度制御モードにして、操作量に応じた電力を抵抗加熱ヒータに供給して前記被処理物を設定温度に加熱する温度制御工程と、前記温度制御モードから第１のパワー制御モードへ切り替えて、第１の設定値に応じた電力を前記抵抗加熱ヒータに供給して前記被処理物を加熱する第１のパワー制御工程と、前記パワー制御工程と併行に行われ、電力をランプヒータに供給して前記被処理物を処理温度まで昇温させる昇温工程と、前記昇温後の処理温度で前記被処理物を処理する工程と、前記処理後の前記被処理物を前記処理室から搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法であって、前記第１のパワー制御工程と異なる第２のパワー制御工程を有し、該第２のパワー制御工程は、前記温度制御工程を行っている際、前記制御モードを前記温度制御モードから前記第１のパワー制御モードへ切り替えるか否かを判断し、前記第１のパワー制御モードに切り替えないと判断された場合に、前記被処理物の温度が前記設定温度で安定化しているか否かを判断し、前記被処理物の温度が前記設定温度で安定化していると判断された場合、この判断時の前記温度制御モードにおける前記操作量を自動取得し、取得後、前記制御モードを温度制御モードから第２のパワー制御モードへ切り替えて、前記自動取得した前記操作量を前記第２の設定値とし、この第２の設定値に応じた電力を前記抵抗加熱ヒータに供給して前記被処理物を加熱する工程である半導体装置の製造方法である。
【００７４】
本態様によれば、第１のパワー制御工程の他に第２のパワー制御工程を有するようにして、制御モードを温度制御モードからパワー制御モードへ切り替える際に、一定の条件を満たしたときは、第１のパワー制御工程ではなく、第２のパワー制御工程を選択する。すなわち、温度制御モードから第１のパワー制御モードへの切替時期が来ない段階で、温度制御モードでの抵抗加熱ヒータの制御により、被処理物の温度が設定温度に安定しているか判断し、安定しているときは、その安定時における温度制御モードでの操作量を自動で取得し、取得した操作量を第２の設定値に用いて抵抗加熱ヒータをパワー制御させるようにして第２のパワー制御工程を実行するようにしている。
このように第２のパワー制御工程を導入すると、従来のようにガス流量、圧力値等の諸条件を変更するたびに、予め第１の設定値を求めるというような面倒な評価が不要となる、したがってレシピ作成等の作業性が向上する。
【００７５】
第２の態様は、第１の態様において、前記制御モードを前記温度制御モードから第１のパワー制御モードへ切り替えるか否かを判断し、前記第１のパワー制御モードに切り替えないと判断された場合に、さらに前記操作量の自動取得のための新たに追加された第２の制御モードが設定されているか否かを判断し、新たに追加された第２の制御モードが設定されていると判断された場合に、前記被処理物の温度が前記設定温度で安定化しているか否かを判断するようにした半導体装置の製造方法である。
このようなプロセスを行う場合に、特に操作量の自動取得条件が問題となりやすいが、本態様によれば、新たに追加された第２の制御モードが設定されているときに、操作量を取得するようにしたので、さらに作業性が向上する。
【００７６】
第３の態様は、第１の態様において、前記制御モードを前記温度制御モードから第１のパワー制御モードへ切り替えるか否かを判断し、前記第１のパワー制御モードに切り替えると判断された場合に、前記第１のパワー制御工程を行うようにした半導体装置の製造方法である。
温度制御モード中に、第１のパワー制御モードに切り替えると判断された場合には、例えば、あるプロセス条件で設定したプロセスレシピ通りにしたがえばよいので、第１のパワー制御モードに切り替えないと判断された場合と異なり、例えばレシピに記載された評価済みの第１の設定値を用いて第１のパワー制御工程を行えばよい。
【００７７】
第４の態様は、第１の態様において、前記被処理物の温度が前記設定温度で安定化しているか否かの判断において、前記被処理物の温度が前記設定温度で安定化していないと判断された場合に、エラー出力処理を行うようにした半導体装置の製造方法である。
このようなプロセスを行う場合に、特に自動設定の妥当性が問題になるが、本実施の形態によれば、設定温度の安定化がとれない場合には、第２のパワー制御工程を実施しないようにしたので、そのような問題を解決できる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の一実施の形態における抵抗加熱ヒータの昇温設定フロー図である。
【図２】本発明の一実施の形態における温度制御システムを含めた処理室の構成図である。
【図３】本発明の一実施の形態における抵抗加熱ヒータとランプヒータの昇降温チャートである。
【図４】本発明の一実施の形態における基板処理炉の要部断面図を示す概念図である。
【図５】本発明の一実施の形態における半導体製造装置の前提をなす基板処理炉の概略構成を説明する断面図である。
【図６】従来例の抵抗加熱ヒータの昇温設定フロー図である。
【符号の説明】
【００７９】
１１      ランプヒータ
１２２    主制御部
１２３    抵抗加熱ヒータ温度コントローラ
１２４    ランプヒータ温度コントローラ
２００    ウェハ（被処理物）
２０１    処理室
２１８    抵抗加熱ヒータ
【図１】
2007311618.tif 000003
【図２】
2007311618.tif 000004
【図３】
2007311618.tif 000005
【図４】
2007311618.tif 000006
【図５】
2007311618.tif 000007
【図６】
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