熱処理装置及び基板処理方法
【課題】基板に形成する膜の厚さの均一性を制御することができる熱処理装置及び基板処理方法を提供する。
【解決手段】基板を処理する処理室と、前記処理室に収容された基板を基板の外周側から加熱する加熱装置と、前記加熱装置と処理室との間に設けられた冷却ガス流路と、前記冷却ガス流路に冷却ガスを流す冷却装置と、前記加熱装置を上方から下方にかけて分割した領域の前記冷却ガス流路とそれぞれ連通し、前記冷却装置により前記冷却ガス流路へ冷却ガスを流す複数の冷却ガス吸気路と、前記複数の冷却ガス吸気路にそれぞれ設けられた圧力検出器と、前記圧力検出器が検出する圧力値に基づいて、前記冷却装置を制御する制御部と、を有する。
【解決手段】基板を処理する処理室と、前記処理室に収容された基板を基板の外周側から加熱する加熱装置と、前記加熱装置と処理室との間に設けられた冷却ガス流路と、前記冷却ガス流路に冷却ガスを流す冷却装置と、前記加熱装置を上方から下方にかけて分割した領域の前記冷却ガス流路とそれぞれ連通し、前記冷却装置により前記冷却ガス流路へ冷却ガスを流す複数の冷却ガス吸気路と、前記複数の冷却ガス吸気路にそれぞれ設けられた圧力検出器と、前記圧力検出器が検出する圧力値に基づいて、前記冷却装置を制御する制御部と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の基板を熱処理する熱処理装置及び基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１は、ウエハの周縁部の温度を検出する第１の熱電対の測定値と、ウエハの中心部の温度を検出する中心部熱電対の測定値を取得して両測定値の偏差を求め、ウエハの処理を行う前に、予め記憶された偏差と両測定値の偏差とを比較し、予め記憶された偏差と両測定値の偏差とが異なる場合には、反応管における圧力値を補正し、この補正後の圧力値に基づいて、制御部により加熱装置及び冷却装置を制御して基板を処理する熱処理装置を開示する。
【０００３】
このような熱処理装置において、炉内の温度を急速に冷却するための急冷機構を備えるものが知られている。これらの急冷機構では、急冷吸気口と急冷ブロア排気口と顧客施設排気が接続されるが、下部分に吸気口を設置する為、反応炉の上下方向において冷却性能に差が出てしまい、成膜時にこの急冷機構を使用する場合、ウエハ間膜厚偏差に悪影響を及ぼすという問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２０５４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、反応炉上下方向における冷却性能の差を減少し、基板に形成する膜の厚さや、膜質の均一性を制御することができる熱処理装置及び基板処理方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の特徴とするところは、基板を処理する処理室と、前記処理室に収容された基板を基板の外周側から加熱する加熱装置と、前記加熱装置と処理室との間に設けられた冷却ガス流路と、前記冷却ガス流路に冷却ガスを流す冷却装置と、前記加熱装置を上方から下方にかけて分割した領域の前記冷却ガス流路とそれぞれ連通し、前記冷却装置により前記冷却ガス流路へ冷却ガスを流す複数の冷却ガス吸気路と、前記複数の冷却ガス吸気路にそれぞれ設けられた圧力検出器と、前記圧力検出器が検出する圧力値に基づいて、前記冷却装置を制御する制御部と、を有する熱処理装置にある。
【０００７】
好適には、前記冷却ガス流路の下流側で、前記冷却ガス流路と連通する冷却ガス排気路をさらに有し、前記冷却ガス排気路には、圧力検出器が設けられ、前記圧力検出器が検出する圧力値に基づいて、前記加熱装置又は前記冷却装置の少なくとも一方が制御される。
【０００８】
また、好適には、前記制御部は、基板の周縁の状態を検出する第１検出部の測定値と、基板の中心部の状態を検出する第２検出部の測定値とを取得して、前記第１検出部の測定値と前記第２検出部の測定値との第１の偏差を求め、予め記憶された前記第１検出部の測定値と前記第２検出部の測定値との第２の偏差と、前記第１検出部の測定値と前記第２検出部の測定値との前記第１の偏差とを比較し、前記第２の偏差と、前記第１の偏差が異なる場合には、前記第１の偏差に基づいて、前記冷却ガス流路における圧力値の圧力補正値を算出し、該圧力補正値により前記圧力値を補正する。
【０００９】
また、本発明の第２の特徴とするところは、基板を処理する処理室内に収容された基板を加熱装置により基板の外周側から加熱する工程と、前記加熱装置を上方から下方にかけて分割した領域にそれぞれ接続された複数の冷却ガス吸気路から前記加熱装置と前記処理室との間に設けられた冷却ガス流路へ冷却装置により冷却ガスを流し、前記基板の外周側を冷却する工程と、前記複数の冷却ガス吸気路内の圧力値を圧力検出器により検出する工程と、前記圧力検出器が検出する圧力値に基づいて、制御部により前記冷却装置を制御する工程と、を有する基板処理方法にある。
【００１０】
好適には、前記制御部は、基板の周縁の状態を検出する第１検出部の測定値と、基板の中心部の状態を検出する第２検出部の測定値とを取得して、前記第１検出部の測定値と前記第２検出部の測定値との第１の偏差を求め、予め記憶された前記第１検出部の測定値と前記第２検出部の測定値との第２の偏差と、前記第１検出部の測定値と前記第２検出部の測定値との前記第１の偏差とを比較し、前記第２の偏差と、前記第１の偏差が異なる場合には、前記第１の偏差に基づいて、前記冷却ガス流路における圧力値の圧力補正値を算出し、該圧力補正値により前記圧力値を補正する工程と、前記処理室を前記加熱装置で加熱しつつ、前記冷却ガス流路内に冷却装置により冷却ガスを流し、前記補正後の圧力値に基づいて、前記制御部により前記加熱装置及び前記冷却装置を制御して基板を処理する工程と、を有する。
【００１１】
また、好適には、前記基板処理方法は、冷却性能一定化、冷却ガス流量制御の方法をプログラム化し計算機上に実装した実装部（実装装置）に基づき基板を処理する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、反応炉上下方向における冷却性能の差を減少し、基板に形成する膜の厚さや、膜質の均一性を制御することができる熱処理装置及び基板処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体製造装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る反応管の周辺の構成を模式的に示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る冷却機構の構成を模式的に示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る半導体製造装置の構成を模式的に示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る半導体製造装置で、ウエハの中心部温度補正値を用いて設定温度を補正する構成・方法について説明する説明図である。
【図６】本発明の実施形態に係る半導体製造装置で取得された中心部温度偏差のデータを示す図表である。
【図７】本発明の実施形態に係る半導体製造装置の圧力補正量の算出について説明する第１の図である。
【図８】本発明の実施形態に係る半導体製造装置の圧力補正量の算出について説明する第２の図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る半導体製造装置で処理されたウエハの、膜厚等のデータを示す図表である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る半導体製造装置の圧力補正量の算出について説明する第１の図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る半導体製造装置の圧力補正量の算出について説明する第２の図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る冷却機構の構成を模式的に示す図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態に係る半導体製造装置で処理されたウエハの、膜厚等のデータを示す図表である。
【図１４】本発明の第４の実施形態に係る半導体製造装置のＤＥＰＯ処理時間補正量の算出について説明する第１の図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態に係る半導体製造装置のＤＥＰＯ処理時間補正量の算出について説明する第２の図である。
【図１６】本発明の第５の実施形態に係る半導体製造装置の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１には、本発明の実施形態に係る熱処理装置の一例である半導体製造装置１０の構成が模式的に示されている。
【００１５】
半導体製造装置１０は、均熱管１２を有し、均熱管１２は、例えばＳｉＣ等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞され、下端に開口を有する円筒状の形状をしている。均熱管１２の内側には、反応容器として用いられる反応管１４が設けられている。反応管１４は、例えば、石英(Ｓｉ０2)等の耐熱性材料からなり下端に開口を有する円筒状の形状を有し、均熱管１２内に同心円状に配置されている。
【００１６】
反応管１４の下部には、例えば石英からなるガスの供給管１６と、排気管１８が連結されている。供給管１６には、連結するように、反応管にガスを導入する導入口が形成された導入部材２０が設けられていて、供給管１６、及び導入部材２０は、反応管１４下部から、反応管１４側部に添って、例えば細管状に立ち上がり、反応管１４の天井部で反応管１４内部に到達するようになっている。
また、排気管１８は、反応管１４に形成された排気口２２に接続されている。
【００１７】
供給管１６は、反応管１４の天井部から反応管１４の内部にガスを流し、反応管１４下部に接続された排気管１８は、反応管１４下部からの排気に用いられる。反応管１４には、導入部材２０、供給管１６を介して、反応管１４で用いられる処理用のガスが供給されるようになっている。また、ガスの供給管１６には、ガスの流量を制御する流量制御手段として用いられるＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４、又は図示を省略する水分発生器とが接続されている。ＭＦＣ２４は、制御部２６（制御装置）が備えるガス流量制御部２８（ガス流量制御装置）に接続されていて、ガス流量制御部２８によって、供給するガスや水蒸気（Ｈ2０）の流量が、例えば、予め定められた所定の量に制御される。
【００１８】
制御部２６は、先述のガス流量制御部２８と併せて、温度制御部３０（温度制御装置）、圧力制御部３２（圧力制御装置）、及び駆動制御部３４（駆動制御装置）を有している。また、制御部２６は、上位コントローラ３６に接続されていて、上位コントローラ３６によって制御される。
【００１９】
排気管１８には、圧力調整器として用いられるＡＰＣ３８と、圧力検出手段として用いられる圧力センサ４０とが取り付けられている。ＡＰＣ３８は、圧力センサ４０によって検出された圧力に基づいて、反応管１４内から流出するガスの量を制御し、反応管１４内を、例えば一定の圧力になるように制御する。
【００２０】
また、反応管１４の下端に形成された開口部には、例えば石英からなり、例えば円板形状を有し、保持体として用いられるベース４２が、Ｏリング４４を介して取り付けられている。ベース４２は、反応管１４に対して着脱が可能であり、反応管１４に装着された状態で、反応管１４を気密にシールする。ベース４２は、例えば、略円板形状からなるシールキャップ４６の重力方向上向きの面に取り付けられている。すなわち、反応管１４の下端に形成された開口部にＯリング４４を介してベース４２が取り付けられることで処理室４５が形成される。
【００２１】
シールキャップ４６には、回転手段として用いられる回転軸４８が連結されている。回転軸４８は、図示省略する駆動源からの駆動伝達を受けて回転し、保持体として用いられる石英キャップ５０、基板保持部材として用いられるボート５２、及びボート５２に保持され基板にあたるウエハ５４を回転させる。回転軸４８が回転する速度は、先述の制御部２６によって制御がなされる。
【００２２】
また、半導体製造装置１０は、ボート５２を上下方向に移動させるために用いられるボートエレベータ５６を有しており、先述の制御部２６によって制御がなされる。
【００２３】
反応管１４の外周には、加熱装置（加熱手段）として用いられるヒータ５８が同心円状に配置されている。ヒータ５８は、反応管１４内の温度を上位コントローラ３６で設定された処理温度にするように、第１の熱電対６２、第２の熱電対６４、第３の熱電対６６にある温度検出部６０（温度検出装置）で検出された温度に基づいて、温度制御部３０によって制御される。
【００２４】
図２には、反応管１４の周辺の構成が模式的に示されている。
半導体製造装置１０は、先述のように温度検出部６０を有し、温度検出部６０は、第１の熱電対６２、第２の熱電対６４及び第３の熱電対６６を備えている。これらに加え、図２に示すように、温度検出部６０は、ウエハ５４の略中心部の位置の温度を検出する中心部熱電対６８と、ボート５２の天井部付近の温度を検出する天井部熱電対７０とを有している。尚、中心部熱電対６８は、第３の熱電対６６の代替としての機能を有することも可能である為、第３の熱電対６６はなくても良い。
【００２５】
第１の熱電対６２はヒータ５８の温度を検出するために用いられ、第２の熱電対６４は均熱管１２と反応管１４の間の温度を検出するために用いられる。ここで、第２の熱電対６４は、反応管１４とボート５２との間に設置し、反応管１４内の温度を検出することもできるようにしても良い。第３の熱電対６６は、反応管１４とボート５２との間に設置され、第２の熱電対６４よりもボート５２に近い位置に設置され、よりボート５２に近い位置の温度を検出する。また、第３の熱電対６６は、温度安定期における反応管１４内の温度の均一性を測定する用途で使用されている。
【００２６】
以上ように構成された半導体製造装置１０において、反応管１４内（処理室４５）で、ウエハ５４の酸化、拡散処理がなされる場合の動作の一例を説明する（図１参照）。
まず、ボートエレベータ５６によりボート５２を下降させる。次に、ボート５２に複数枚のウエハ５４を保持する。次いで、ヒータ５８により加熱し、処理室４５の温度を予め定められた所定の処理温度にする。
【００２７】
そして、ガスの供給管１６に接続されたＭＦＣ２４により、予め反応管１４内（処理室４５）を不活性ガスで充填しておき、ボートエレベータ５６により、ボート５２を上昇させて反応管１４内に移し、反応管１４の内部温度を所定の処理温度に維持する。反応管１４内を所定の圧力に保った後、回転軸４８により、ボート５２及びボート５２に保持されているウエハ５４を回転させる。同時に、ガスの供給管１６から処理用のガスを供給するか、又は水分発生器（不図示）から水蒸気を供給する。供給されたガスは、反応管１４を下降し、ウエハ５４に対して均等に供給される。
【００２８】
酸化・拡散処理中の処理室４５においては、排気管１８を介して排気され、所定の圧力になるようＡＰＣ３８により圧力が制御され、所定時間、ウエハ５４の酸化・拡散処理がなされる。この酸化・拡散処理が終了すると、連続して処理がなされるウエハ５４のうち、次の処理がなされるウエハ５４の酸化・拡散処理に移るべく、反応管１４内のガスを不活性ガスで置換するとともに、圧力を常圧にし、その後、ボートエレベータ５６によりボート５２を下降させて、ボート５２及び処理済のウエハ５４を反応管１４から取出す。
反応管１４から取出されたボート５２上の処理済のウエハ５４は、未処理のウエハ５４と交換され、再度、反応管１４内に上昇され、ウエハ５４に酸化・拡散処理がなされる。
【００２９】
図３には、図１及び２に示される構成に加えて冷却機構を備える構成が模式的に示されている。
【００３０】
図３に示すように、本発明の実施形態に係る半導体製造装置１０は、加熱装置であるヒータ５８の外周に反応管１４内を冷却する冷却機構を設ける。ここで、ヒータ５８の配置された領域を上方から下方にかけて分割する。具体的には、ヒータ５８の配置された領域を上方から順にヒータ５８−１、５８−２、５８−３、５８−４とする。ヒータ５８−１の領域には、第１の熱電対６２−１、第２の熱電対６４−１、中心部熱電対６８−１が配置される。また、ヒータ５８−２の領域には、第１の熱電対６２−２、第２の熱電対６４−２、中心部熱電対６８−２が配置される。また、ヒータ５８−３の領域には、第１の熱電対６２−３、第２の熱電対６４−３、中心部熱電対６８−３が配置される。また、ヒータ５８−４の領域には、第１の熱電対６２−４、第２の熱電対６４−４、中心部熱電対６８−４が配置される。
【００３１】
また、ヒータ５８の分割された領域に合わせて冷却ガスを吸気する吸気口７２を備える。具体的には、ヒータ５８−１の領域に吸気口７２−１を設け、ヒータ５８−２の領域に吸気口７２−２を設け、ヒータ５８−３の領域に吸気口７２−３を設け、ヒータ５８−４の領域に吸気口７２−４を設ける。
【００３２】
吸気口７２−１〜７２−４は、それぞれ吸気管７４−１〜７４−４に接続され、吸気管７４−１〜７４−４は冷却ガスを吸気する冷却ガス吸気装置７６に接続される。また、吸気管７４−１〜７４−４の冷却ガス吸気装置７６よりには、それぞれ吸気管７４−１〜７４−４内の圧力値を弁の開度によって制御する制御弁７８−１〜７８−４が設けられている。また、吸気口７２−１〜７２−４と制御弁７８−１〜７８−４の間にはそれぞれ吸気管７４−１〜７４−４内の圧力を検出する検出部（検出装置）として用いられる圧力センサ８０−１〜８０−４が設けられている。ここで、圧力センサ８０は吸気口７２と制御弁７８の間に設けるとしたが、より吸気口７２近傍に設けるのが好ましい。
【００３３】
反応管１４の上方には、排気部８２が設けられ、排気部８２は、例えばブロア等からなる冷却ガス排気装置８４と、ラジエタ８６とを有する。冷却ガス排気装置８４は、排気部８２を構成する排気管８８の先端側に装着されていて、ラジエタ８６は、排気管８８の基端部と冷却ガス排気装置８４との間の位置に装着されている。また、排気管８８のラジエタ８６の冷却ガスの流れる方向における上流側と下流側には、それぞれシャッタ９０、９０が設けられている。シャッタ９０、９０は、図示を省略するシャッタ制御部（シャッタ制御装置）によって制御されて開閉する。また、排気管８８の、ラジエタ８６と冷却ガス排気装置８４との間の位置には、排気管８８内の圧力を検出する検出部（検出装置）として用いられる圧力センサ９２が設けられている。ここで、圧力センサ９２が設けられる位置としては、冷却ガス排気装置８４とラジエタ８６とを結ぶ排気管８８中でも、ラジエタ８６にできる限り近い位置に設けることが望ましい。
【００３４】
冷却ガス流路７７は、冷却ガスを通過させるようにヒータ５８と均熱管１２との間に形成され、冷却ガス吸気装置７６から供給される冷却ガスは吸気管７４−１〜７４−４を介して吸気口７２−１〜７２−４からヒータ５８内に供給され、冷却ガスを均熱管１２の上方に向けて通過させる。冷却ガスは、例えば空気又は窒素（Ｎ2）などである。また、冷却ガス流路７７は、第１の熱電対６２−１〜６２−４それぞれの間から均熱管１２に向けて冷却ガスが吹き出すようにされている。
【００３５】
冷却ガスは均熱管１２を冷却し、冷却された均熱管１２は反応管５２内のボート１４にセットされたウエハ５４を周方向（外周側）から冷却する。
つまり、冷却ガス流路７７を通過する冷却ガスにより、均熱管１２、反応管１４及びボート５２にセットされたウエハ５４が周方向（外周側）から冷却されるようになっており、冷却ガス流路７７を通過した冷却ガスは冷却ガス排気路として用いられる排気部８２を介して装置外へ排気される。
【００３６】
制御部２６（制御装置）は、先述のように、ガス流量制御部２８（ガス流量制御装置）、温度制御部３０（温度制御装置）、圧力制御部３２（圧力制御装置）、及び駆動制御部３４（駆動制御装置）を有し（図１参照）、併せて、図４に示されるように冷却ガス流量制御部９４（冷却ガス制御装置）を有する。
【００３７】
図４は、本発明の実施形態に係る冷却機構の構成をヒータ５８−１の領域を例にとって説明した図である。
冷却ガスの流量を制御する冷却ガス流量制御部９４は、減算器９６と、ＰＩＤ演算器９８と、制御弁開度変換器１００とから構成される。
減算器９６には、上位コントローラ３６から圧力目標値Ｓが入力される。また、減算器９６には、圧力目標値Ｓに加えて、圧力センサ８０−１によって計測された圧力値Ａが入力され、減算器９６で、圧力目標値Ｓから圧力値Ａを減算した偏差Ｄが出力される。
【００３８】
偏差Ｄは、ＰＩＤ演算器９８に入力される。ＰＩＤ演算器９８では、入力された偏差Ｄに基づいてＰＩＤ演算がなされ操作量Ｘが算出される。算出された操作量Ｘは、制御弁開度変換器１００に入力され、制御弁開度Ｗへと変換され出力される。出力された制御弁７８−１の開度Ｗにより制御弁の開度が変更される。
圧力センサ８０−１からの圧力値Ａは、常時又は所定時間間隔で減算器９６へと入力され、この圧力値Ａに基づいて、圧力目標値Ｓと圧力値Ａとの偏差Ｄが０となるように、冷却ガス吸気装置７６の制御弁７８−１の開度の制御が続けられる。
すなわち、圧力センサ８０−１によって計測された圧力値Ａとあらかじめ設定された圧力目標値Ｓの偏差が零になるように制御弁７８−１を制御する事で吸気口７２−１の圧力をある一定の値に制御する。
【００３９】
なお、ヒータ５８−１の領域を例にとって説明したが、ヒータ５８−２〜ヒータ５８−４の領域も同様にそれぞれ制御弁７８−２〜７８−４の開度の制御がなされる。
【００４０】
以上のように、半導体製造装置１０では、冷却ガス吸気装置７６を用いて、ヒータ５８の内側と反応管１４との間に冷却媒体として用いられる空気を流し、ヒータ５８を構成する素線や、反応管１４を冷却し、反応管１４を上下方向に分割した領域それぞれの温度制御がなされる。このため、反応管１４内に保持されるウエハ５４の温度制御性が良好である。
【００４１】
すなわち、伝熱には輻射による伝熱と伝達による伝熱があり、半導体製造装置１０では、輻射による伝熱のみがウエハ５４に伝わってウエハ５４の温度上昇に寄与する一方で、伝達による伝熱は、ほとんどがヒータ５８内側と反応管１４との間に流れるエアにより空冷され放熱されている。このため、ヒータ５８の素線付近で、空気の冷却によって放出する熱量を補うために、ヒータ５８の出力を増加させる。そしてヒータ５８出力の増加により、ヒータ５８の素線温度はより高くなり、輻射熱が増大する。ここで、輻射による伝熱は、伝達による伝熱に比べてはるかに伝播速度が速い。このため、輻射熱により、反応管１４内のウエハの加熱がなされる半導体製造装置１０は、温度制御性が良好である。
【００４２】
また、反応管１４温度も、空気による冷却で低下する。そして、反応管１４温度が低下すると、ウエハ５４のエッジ部から反応管１４への熱伝達が行われる。そして、この結果、ウエハ５４の温度分布が、中央部よりエッジ部の方が低くなり、エッジ部の温度が中央部の温度よりも高い、いわゆる凹型の温度分布から、エッジ部の温度が中央部の温度よりも低い、いわゆる凸型の温度分布にすることが可能になる。
【００４３】
ウエハ５４に形成される薄膜の膜厚は、仮にウエハ５４の温度分布が均一である場合、エッジ部の膜厚が中央部の膜厚よりも厚い凹型となってしまう。これに対して、上述のように温度を制御することで、ウエハ５４の温度分布を凸型とすれば、ウエハ５４の膜厚の均一性を向上させることができる。
【００４４】
また、半導体製造装置１０では、先述のように、排気管８８の先端側が半導体製造装置１０の設置される工場等の排気施設に接続されていて、排気管８８を介して反応管１４から冷却ガスの排気がなされるため、冷却ガス排気装置８４による冷却の効果は、工場等の排気施設の排気圧力によって大きく変動する可能性がある。そして、冷却ガス排気装置８４による冷却の効果が変動すると、ウエハ５４表面での温度分布にも影響を与えるため、排気管８８からの排気圧が一定となるように、冷却ガス排気装置８４の周波数を制御している。
【００４５】
また、半導体製造装置１０では、例えば、第１の熱電対６２等の熱電対を交換するなどのメンテナンスをした際に、第１の熱電対６２を取り付ける位置に誤差が生じてしまい、メンテナンスの前に処理したウエハ５４とメンテナンス後に処理したウエハ５４とで形成される薄膜の膜厚に差異が生じる虞がある。また、同一仕様の半導体製造装置１０が複数ある場合、それぞれの半導体製造装置１０で形成される薄膜の膜厚に差異が生じる虞がある。
そこで、本発明に係る半導体製造装置１０では、例えばメンテナンスの前後や、同一仕様の複数の半導体製造装置１０の間で形成される薄膜の均一性を向上させるため、さらなる工夫を施している。
【００４６】
すなわち、半導体製造装置１０では、第２の熱電対６４からの出力に基づいて、ウエハ５４が予め定められた温度となるように制御されているときの、中心部熱電対６８からの値であるウエハ５４の中心部の温度と、天井部熱電対７０からの値であるボート５２の天井部の温度を取得しておき、例えばメンテナンスを行った後に、これらの取得しておいたデータから圧力設定値（大気との差圧）に対する補正値を算出するようにしている。以下、ヒータ５８−１の領域を例に具体的に説明する。
【００４７】
図５は、ヒータ５８−１の領域において、ウエハ５４の中心部温度補正値を用いて設定温度を補正する構成・方法について説明する説明図である。先述の制御部２６は、ウエハ中心部温度補正演算部１０２（ウエハ中心部温度補正演算装置）を有している。
ここでは、第２の熱電対６４−１を６００℃とする場合を例として説明する。ウエハ中心部温度補正演算部１０２は、第２の熱電対６４−１で制御したときの、中心部熱電対６８−１の出力値（ウェハ中心部温度）と、天井部熱電対７０の出力値(天井部温度)を取得し、それぞれ第２の熱電対６４−１の出力値（内部温度）との偏差を記憶する。
【００４８】
このとき、
内部温度 − ウエハ中心部温度 ＝ ウエハ中心部温度偏差
又は、
内部温度 − 天井部温度 ＝ 天井部温度偏差
として記憶する。また、その時の圧力設定値も同時に記憶する。設定温度は一定で、圧力設定値を変更し、複数個の条件で上記データを取得しておく。
【００４９】
例えば、設定温度が６００℃、内部温度が６００℃、ウエハ中心部温度が６０７℃の場合を例とすると、内部温度をウエハ５４のエッジ部の温度と見ると、設定温度は６００℃であるものの、ウエハ中心部温度は６０７℃とズレが発生している事になる。
そこで、
ウエハ中心部温度偏差 ＝ ６００℃ − ６０７℃ = −７℃
を上位コントローラ３６に出力し、設定値に対して補正する事で、上位コントローラ３６を用いてウエハ５４の中心部を６００℃に変化させることが可能となる。
図６に、取得された複数のデータの一例を示す。
【００５０】
続いて、圧力補正値の算出について説明する。
例えば、現在のボート天井部温度偏差をｔ１、現在の圧力設定値をｐ１、ｐ１に対応したボート天井部温度補正値をｂ１、取得されたデータにおけるプラス側の圧力測定値をｐｐ、プラス側のボート天井部温度補正値をｔｐ、取得されたデータにおけるマイナス側の圧力測定値をｐｍ、マイナス側のボート天井部温度補正値をｔｍとすると、圧力補正量ｐｘは、ｔ１とｂ１との大小に応じ、以下に示す式（１１）、式（１２）で求められる。
【００５１】
すなわち、
ｔ１ < ｂ１ の場合は、
ｐｘ＝（ｂ１−ｔ１）＊｛（ｐ１−ｐｍ）／（ｂ１−ｔｍ）｝・・・（式１１）
ｔ１ > ｂ１ の場合は、
ｐｘ＝（ｂ１−ｔ１）＊｛（ｐｐ−ｐ１）／（ｔｐ−ｂ１）｝・・・（式１２）
で求められる。
以下、ｔ１ < ｂ１の場合と、ｔ１ > ｂ１の場合のそれぞれについて、具体例を示
しつつ説明する。
【００５２】
図７は、ｔ１ < ｂ１ の場合の圧力補正量ｐｘの算出について説明する説明図であ
る。
まず、ｂ１−ｔ１として、予め取得したボート天井部温度偏差ｂ１と現在のボート天井部温度偏差ｔ１との温度偏差を求める。
次に、（ｐ１−ｐｍ）／（ｂ１−ｔｍ）として、予め取得したデータから「現在の圧力設定値ｐ１とそれに対応したボート天井部温度偏差ｂ１」と「マイナス側の圧力値ｐｍとそれに対応したボート天井部温度偏差ｔｍ」との関係から、ボート天井部温度偏差を＋１℃とするための圧力補正量を求める。
【００５３】
図７に示される例では、３００Ｐａに対応したボート天井部温度補正値は−４℃であり、マイナス側として図６におけるＮｏ.４の−６℃が抽出される。
また、予め取得したデータから、圧力設定値ｐ１が３００ｐａで、ボート天井部温度偏差ｂ１は、−４℃になる。
また、圧力設定値ｐｍが５００ｐａで、ボート天井部温度偏差ｔｍを、−６℃から−４℃に＋２℃変化させるには、
３００Ｐａ（ｐ１）− ５００Ｐａ（ｐｍ） ＝ −２００Ｐａ
の圧力補正量が必要となる。
【００５４】
現在の圧力測定値が３００Ｐａ、測定結果から得られる現在のボート天井部温度偏差が−５℃の場合を例とする。
この場合、まず、現在使用している圧力設定値に対応したボート天井部温度補正値を検索キーとして、検索キーからプラス側とマイナス側とで、それぞれ最も近いボート天井部補正値を図６に示される取得された複数のデータから選択し、選択されたデータから算出を行う。
以上から、
＋１℃分の圧力補正量＝ −２００Ｐａ／＋２℃＝ −１００Ｐａ／℃
が求められる。
つまり、（ｂ１−ｔ１）を＋１℃分補正したいので、
＋１℃＊（−１００Ｐａ／℃）＝−１００Ｐａ
の圧力補正量が算出される。
【００５５】
図８は、ｔ１ > ｂ１ の場合の圧力補正量ｐｘの算出について説明する説明図である。
【００５６】
まず、予め取得したボート天井部温度偏差ｂ１と現在のボート天井部温度偏差ｔ１との温度偏差を求める。
次に、（ｐｐ−ｐ１）／（ｔｐ−ｂ１）として、予め取得したデータから、「現在の圧力設定値ｐ１とそれに対応したボート天井部温度偏差ｂ１」と「取得されたデータにおけるプラス側の圧力値ｐｐとそれに対応したボート天井部温度偏差ｔｐ」との関係から、ボート天井部温度偏差を−１℃とするための圧力補正量を求める。
【００５７】
ここでは、現在の圧力測定値が３００Ｐａ、測定結果から得られる現在ボート天井部温度偏差が−３℃の場合を例とすると、図６に示される予め取得したデータによると圧力設定値ｐｐが、３００Ｐａでボート天井部温度偏ｂ１は−４℃になる。また、圧力設定値ｐｌが２００Ｐａで、ボート天井部温度偏差ｔｐは−２℃となる。
このため、予め取得したデータからボート天井部温度偏差ｔｐである−２℃から、ｂ１である−４℃へ、−２℃温度を変化させるには、
３００Ｐａ（ｐ１）−２００Ｐａ（ｐｐ）＝＋１００Ｐａ
の圧力補正量が必要となる。
【００５８】
すなわち、３００Ｐａに対応したボート天井部温度補正値は−４℃であり、プラス側として、図５におけるＮｏ.２の−２℃が検出される。
以上から、
＋１℃分の圧力補正量＝−１００Ｐａ／２℃＝−５０Ｐａ／℃が求められる。
この例では、（ｂ１−ｔ１）＝−１℃分補正したいので、
−１℃＊（−５０Ｐａ／℃）＝＋５０Ｐａの圧力補正量が算出される。
【００５９】
以上で、ボート天井部温度偏差をｔ１、及びボート天井部温度補正値をｂ１のいずれか一方が他方よりも大きい場合における圧力補正量ｐｘについて説明をしたが、ｔ１とｂ１とが同じ値である場合は補正の必要はない。
【００６０】
また、以上で説明をした圧力補正値の算出で、検出したプラス側あるいはマイナス側の圧力値と、それに対応したボート天井部温度偏差と、現在の圧力設定値ｐ１及びそれに対応したボート天井部温度偏差ｂ１の関係からボート天井部温度偏差を１℃上昇させるため
の圧力補正量を求めているのは、ボート天井部温度によって圧力補正量は変化することが考えられるからである。
例えば、ボート天井部温度補正値を−６℃から−４℃に＋２℃変化する為の圧力補正量と、−４℃から−２℃に＋２℃変化する為の圧力補正量とは、ヒータ５８の素線からの輻射熱の変化、ウエハ５４のエッジ部から反応管１４への熱伝達、ウエハ５４の中央部とウエハ５４のエッジ部の熱伝達の関係が変化することによって、必ずしも一致するとは限らない。
【００６１】
そこで、この実施形態に係る半導体製造装置１０では、より近いボート天井部温度補正値の偏差変化状況から圧力補正量を算出する為に、現在の圧力設定値に対応したボート天井部温度偏差より、現在のボート天井部温度偏差が低い場合は、マイナス側のボート天井部温度偏差及び圧力設定値を用いて圧力補正量を算出し、現在の圧力設定値に対応したボート天井部温度偏差より、現在のボート天井部温度偏差が高い場合は、プラス側のボート天井部温度偏差及び圧力設定値を用いて圧力補正量を算出している。
【００６２】
次に本発明の第２の実施形態を説明する。
先述の実施形態では、圧力補正量ｐｘを、ボート天井部の温度補正値を用いて求めていたのに対して、この他の実施形態では、圧力補正量ｐｘを、事前に薄膜形成処理がなされたウエハ５４の膜厚を用いて求めている。以下、詳細に説明する。説明にあたっては、図９に示す、予め所定の条件で薄膜形成がなされたウエハ５４に、測定された膜厚等のデータを用いる。
【００６３】
ウエハ５４の現在の膜厚をａ１、現在の圧力設定値をｐ１、現在の圧力設定値ｐ１に対応した膜厚をｃ１、検索されたプラス側の圧力測定値をｐｐ、予め取得された複数のデータ中におけるプラス側の膜厚をｐｃ、予め取得された複数のデータ中におけるマイナス側の圧力測定値をｐｍ、マイナス側の膜厚をｔｃとすると、圧力補正量ｐｘは、現在の膜厚ａ１と現在の圧力設定値ｐ１に対応した膜厚をｃ１との大小に応じ、以下に示す式（２１）、式（２２）で求められる。
【００６４】
すなわち、
ａ１ < ｃ１の場合は、
ｐｘ ＝ （ｃ１−ａ１）＊｛（ｐ１−ｐｍ）／（ｃ１−ｔｃ）｝・・・（式２１）
ａ１ > ｃ１の場合は、
ｐｘ ＝ （ｃ１−ａ１）＊｛（ｐｐ−ｐ１）／（ｐｃ−ｃ１）｝・・・（式２２）
で求められる。
【００６５】
以下、ａ１ < ｃ１の場合と、ａ１ > ｃ１の場合とのそれぞれについて、具体例を
示しつつ説明する。
【００６６】
図１０は、ａ１ < ｃ１ の場合の圧力補正量ｐｘの算出について説明する説明図で
ある。
まず、ｃ１−ａ１として、予め取得した膜厚ｃ１と現在の膜厚ａ１との差を求める。
次に、（ｐ１−ｐｍ）／（ｃ１−ｔｃ）として、予め取得したデータから、「現在の圧力設定値ｐ１とそれに対応した膜厚ｃ１」と、「検出したマイナス側の圧力値ｐｍとそれに対応した膜厚ｔｃ」との関係から、膜厚を−１Åとするための圧力補正量を求める。すなわち、図９に示されるように、圧力測定値３００Ｐａに対応した膜厚は６３０Åであり、マイナス側のデータとしてＮｏ.２の５８０Åが抽出される。
【００６７】
図９に示される予め取得したデータによると、圧力設定値ｐ１が３００Ｐａで、膜厚ｃ１は６３０Åになる。また、圧力設定値ｐｍが２００Ｐａで、膜厚ｔｃは５８０Åとなる。つまり、膜厚ｔｃを５８０Åから６３０Åに５０Å変化させるには、
３００Ｐａ（ｐ１）−２００Ｐａ（ｐｍ） ＝＋１００Ｐａ
の圧力補正量が必要となる。
【００６８】
現在の圧力測定値が３００Ｐａ、測定結果から得られる膜厚が６００Åの場合を例とする。
この場合、まず、現在使用している圧力設定値に対応した膜厚を検索キーとして、検索キーからプラス側とマイナス側とで、それぞれ最も近い膜厚を記憶したデータを図９に示される予め測定された値から選択し、その選択されたデータから算出を行う。
以上から、
＋１Å分の圧力補正量 ＝ ＋１００Ｐａ／５０Å＝＋２Ｐａ／Å
が求められる。
つまり、
ｃ１−ａ１ ＝ ＋３０Å分補正したいので、
＋３０Å＊（＋２Ｐａ／Å） ＝ ＋６０Ｐａの圧力補正量が算出される。
【００６９】
図１１は、ａ１ > ｃ１の場合の圧力補正量ｐｘを算出する式について説明する説明
図である。
【００７０】
まず、先述のａ１ < ｃ１の場合と同様に、予め取得した膜厚ｃ１と現在の膜厚ａ１との
差を求める。
次に、（ｐｐ−ｐ１）／（ｐｃ−ｃ１）として、予め取得したデータから「現在の圧力設定値ｐ１とそれに対応した膜厚ｃ１」と、「検出したプラス側の圧力値ｐｐとそれに対応した膜厚ｐｃ」との関係から、膜厚を+１Å増加させるための圧力補正量を求める。すなわち、図９に示されるように、３００Ｐａに対応した膜厚は６３０Åであり、プラス側のデータとして、図９におけるＮｏ.４の７３０Åが検出される。
【００７１】
図９に示される予め取得したデータによると、圧力設定値ｐ１が３００Ｐａで、膜厚ｃ１は６３０Åになる。また、圧力設定値ｐｐが５００Ｐａで、膜厚ｐｃは７３０Åとなる。つまり、膜厚を７３０Åから６３０Åに−１００Å変化させるには、
３００Ｐａ（ｐ１）−５００Ｐａ（ｐｐ） = −２００Ｐａ
の圧力補正量が必要となる。
【００７２】
例えば、現在の圧力測定値が３００Ｐａ、測定結果から得られる膜厚が６８０Åの場合を例とする。
この場合、まず、現在使用している圧力設定値に対応した膜厚を検索キーとして、検索キーからプラス側とマイナス側とで、それぞれ最も近い膜厚を記憶したデータを図９に示される予め測定された値から選択し、その選択されたデータから算出を行う。
以上から、
＋１Å分の圧力補正量 ＝ −２００Ｐａ ／ −１００Å ＝ ＋２Ｐａ／Å
が求められる。
つまり、
（ｃ１−ａ１） ＝ −５０Å分補正したいので、
−５０Å＊（＋２Ｐａ／Å） ＝ −１００Ｐａの圧力補正量が算出される。
【００７３】
以上で、ウエハ５４の現在の膜厚をａ１、及び現在の圧力設定値ｐ１に対応した膜厚ｃ１のいずれか一方が他方よりも大きい場合における圧力補正量ｐｘについて説明をしたが、ａ１とｃ１とが同じ値である場合は補正の必要はない。
【００７４】
また、以上で説明をした圧力補正値の算出で、検出したプラス側あるいはマイナス側の圧力値と、それに対応した膜厚と、現在の圧力設定値ｐ１及びそれに対応した膜厚ｃ１の関係から、膜厚を１Å増加させるための圧力補正量を求めているのは、膜厚によって圧力補正量は変化することが考えられるからである。
例えば、膜厚を５８０Åから６３０Åに＋５０Å変化させるための圧力補正量と、６３０Åから６８０Åに＋５０Å変化させるための圧力補正量とは、ヒータ５８の素線からの輻射熱の変化、ウエハ５４のエッジ部から反応管１４への熱伝達、ウエハ５４の中央部とウエハ５４のエッジ部の熱伝達の関係が変化することによって、ウエハ５４が受ける熱量が変化する為、必ずしも一致するとは限らない。
【００７５】
そこで、この実施形態に係る半導体製造装置１０では、より近い膜厚の変化状況から圧力補正量を算出する為、現在の圧力設定値に対応した膜厚より、現在の膜厚が低い時は、マイナス側の膜厚及び圧力設定値を用いて圧力補正量を算出し、現在の圧力設定値に対応した膜厚より、現在の膜厚が高い時は、プラス側の膜厚及び圧力設定値を用いて圧力補正量を算出している。
【００７６】
本発明ではボート天井部熱電対で測定したボート天井部温度補正値を使用して圧力補正量を求めているが、キャップＴＣあるいはウエハ中心部熱電対で測定できる、キャップ部温度補正値あるいはウエハ中心部温度補正値で代用することができる。
また、例えば、ボート天井部熱電対で測定したボート天井部温度補正値とキャップＴＣで測定したキャップ部温度補正値の２つの平均温度偏差、あるいはウエハ中心部熱電対で測定したウエハ中心部温度補正値を加えた３つの平均温度偏差から圧力補正値を算出することも可能である。
【００７７】
次に本発明の第３の実施形態を説明する。
先述の実施形態では、図３に示すように、１つの冷却ガス吸気装置７６に対して、複数の吸気管７４−１〜７４−４が接続され、それぞれの吸気管７４−１〜７４−４から吸気口７２−１〜７２−４を介して冷却ガス流路７７に接続されていたが、第３の実施形態では、図１２に示すように、複数の冷却ガス吸気装置７６−１〜７６−４を設け、複数の冷却ガス吸気装置７６−１〜７６−４に対して、複数の吸気管７４−１〜７４−４がそれぞれ接続され、それぞれの吸気管７４−１〜７４−４から吸気口７２−１〜７２−４を介して冷却ガス流路７７に接続されている。
【００７８】
すなわち、冷却ガス吸気装置を吸気管毎に複数設けることで、冷却ガス流路毎に冷却ガス吸気装置７６−１〜７６−４の出力、例えば、ブロアの周波数を制御することにより、より細かくかつ広範囲で冷却ガス供給側の圧力値を制御することが可能となる。
【００７９】
次に本発明の第４の実施形態を説明する。
先述の実施形態では、圧力補正量ｐｘを、ボート天井部の温度補正値を用いて求めていたのに対して、この第４の実施形態では、デポ処理時間補正量ｔｘを、事前に薄膜形成処理がなされたウエハ５４の膜厚を用いて求めている。以下、詳細に説明する。説明にあたっては、図９に示す、予め所定の条件で薄膜形成がなされたウエハ５４に、測定された膜厚等のデータを用いる。
【００８０】
ウエハ５４の現在の膜厚をａ１、現在のデポ処理時間をｔ１、現在のデポ処理時間ｔ１に対応した膜厚をｃ１、検索されたプラス側のデポ処理時間をｔｐ、予め取得された複数のデータ中におけるプラス側の膜厚をｐｃ、予め取得された複数のデータ中におけるマイナス側のデポ処理時間をｔｍ、マイナス側の膜厚をｔｃとすると、デポ処理時間ｔｘは、現在の膜厚ａ１と現在のデポ処理時間ｔ１に対応した膜厚をｃ１との大小に応じ、以下に示す式（２３）、式（２４）で求められる。
【００８１】
すなわち、
ａ１ < ｃ１の場合は、
ｔｘ ＝ （ｃ１−ａ１）＊｛（ｔ１−ｔｍ）／（ｃ１−ｔｃ）｝・・・（式２３）
ａ１ > ｃ１の場合は、
ｔｘ ＝ （ｃ１−ａ１）＊｛（ｔｐ−ｔ１)／（ｐｃ−ｃ１）｝・・・（式２４）
で求められる。
【００８２】
以下、ａ１ < ｃ１の場合と、ａ１ > ｃ１の場合とのそれぞれについて、具体例を示しつつ説明する。
【００８３】
図１４は、ａ１ < ｃ１ の場合のデポ処理時間補正量ｔｘの算出について説明する説明図である。
まず、ｃ１−ａ１として、予め取得した膜厚ｃ１と現在の膜厚ａ１との差を求める。
次に、（ｔ１−ｔｍ）／（ｃ１−ｔｃ）として、予め取得したデータから、「現在のデポ処理時間ｔ１とそれに対応した膜厚ｃ１」と、「検出したマイナス側のデポ処理時間ｔｍとそれに対応した膜厚ｔｃ」との関係から、膜厚を−１Åとするためのデポ処理時間補正量を求める。すなわち、図１３に示されるように、デポ処理時間９０ｍｉｎに対応した膜厚は６３０Åであり、マイナス側のデータとしてＮｏ．２の５８０Åが抽出される。
【００８４】
図１３に示される予め取得したデータによると、デポ処理時間ｔ１が９０ｍｉｎで、膜厚ｃ１は６３０Åになる。また、デポ処理時間ｔｍが６０ｍｉｎで、膜厚ｔｃは５８０Åとなる。つまり、膜厚ｔｃを５８０Åから６３０Åに５０Å変化させるには、
９０ｍｉｎ（ｔ１）−６０ｍｉｎ（ｔｍ） ＝＋３０ｍｉｎ
のデポ処理時間補正量が必要となる。
【００８５】
現在のデポ処理時間が９０ｍｉｎ、測定結果から得られる膜厚が６００Åの場合を例とする。
この場合、まず、現在使用しているデポ処理時間に対応した膜厚を検索キーとして、検索キーからプラス側とマイナス側とで、それぞれ最も近い膜厚を記憶したデータを図１３に示される予め測定された値から選択し、その選択されたデータから算出を行う。
以上から、
＋１Å分のデポ処理時間補正量 ＝ ＋３０ｍｉｎ／５０Å＝＋０．６ｍｉｎ／Å
が求められる。
つまり、
ｃ１−ａ１ ＝ ＋３０Å分補正したいので、
＋３０Å＊（＋０．６ｍｉｎ／Å） ＝ ＋１８ｍｉｎのデポ処理時間補正量が算出される。
【００８６】
図１５は、ａ１ > ｃ１の場合のデポ処理時間補正量ｔｘを算出する式について説明する説明図である。
【００８７】
まず、先述のａ１ < ｃ１の場合と同様に、予め取得した膜厚ｃ１と現在の膜厚ａ１との差を求める。
次に、（ｔｐ−ｔ１）／（ｐｃ−ｃ１）として、予め取得したデータから「現在のデポ処理時間ｔ1とそれに対応した膜厚ｃ１」と、「検出したプラス側のデポ処理時間ｔｐとそれに対応した膜厚ｐｃ」との関係から、膜厚を+１Å増加させるためのデポ処理時間補正量を求める。すなわち、図１３に示されるように、９０ｍｉｎに対応した膜厚は６３０Åであり、プラス側のデータとして、図１３におけるＮｏ.４の７３０Åが検出される。
【００８８】
図１３に示される予め取得したデータによると、デポ処理時間ｔ１が９０ｍｉｎで、膜厚ｃ１は６３０Åになる。また、デポ処理時間ｔｐが１２０ｍｉｎで、膜厚ｐｃは７３０Åとなる。つまり、膜厚を７３０Åから６３０Åに−１００Å変化させるには、
９０ｍｉｎ（ｔ１）−１２０ｍｉｎ（ｔｐ） ＝ −３０ｍｉｎ
のデポ処理時間補正量が必要となる。
【００８９】
例えば、現在のデポ処理時間が９０ｍｉｎ、測定結果から得られる膜厚が６８０Åの場合を例とする。
この場合、まず、現在のデポ処理時間に対応した膜厚を検索キーとして、検索キーからプラス側とマイナス側とで、それぞれ最も近い膜厚を記憶したデータを図１３に示される予め測定された値から選択し、その選択されたデータから算出を行う。
以上から、
＋１Å分のデポ処理時間補正量 ＝ −３０ｍｉｎ ／ −１００Å ＝ ＋０．３ｍｉｎ／Åが求められる。
つまり、
（ｃ１−ａ１） ＝ −５０Å分補正したいので、
−５０Å＊（＋０．３ｍｉｎ／Å） ＝ −１５ｍｉｎのデポ処理時間補正量が算出される。
【００９０】
以上で、ウエハ５４の現在の膜厚をａ１、及び現在のデポ処理時間ｔ１に対応した膜厚ｃ１のいずれか一方が他方よりも大きい場合におけるデポ処理時間補正量ｔｘについて説明をしたが、ａ１とｃ１とが同じ値である場合は補正の必要はない。
【００９１】
また、以上で説明をしたデポ処理時間補正値の算出で、検出したプラス側あるいはマイナス側のデポ処理時間と、それに対応した膜厚と、現在のデポ処理時間ｔ１及びそれに対応した膜厚ｃ１の関係から、膜厚を１Å増加させるためのデポ処理時間補正量を求めているのは、膜厚によってデポレート、つまり膜の累積量は変化することが考えられるからである。
例えば、膜厚を５８０Åから６３０Åに＋５０Å変化させるためのデポ処理時間補正量と、６３０Åから６８０Åに＋５０Å変化させるためのデポ処理時間補正量とは、ヒータ５８の素線からの輻射熱の変化、ウエハ５４のエッジ部から反応管１４への熱伝達、ウエハ５４の中央部とウエハ５４のエッジ部の熱伝達の関係が変化することによって、ウエハ５４が受ける熱量が変化する為、必ずしも一致するとは限らない。
【００９２】
そこで、この実施形態に係る半導体製造装置１０では、より近い膜厚の変化状況からデポ処理時間補正量を算出する為、現在のデポ処理時間に対応した膜厚より、現在の膜厚が低い時は、マイナス側の膜厚及びデポ処理時間を用いてデポ処理時間補正量を算出し、現在のデポ処理時間に対応した膜厚より、現在の膜厚が高い時は、プラス側の膜厚及びデポ処理時間を用いてデポ処理時間補正量を算出している。
【００９３】
次に本発明の第５の実施形態を説明する。
図１６には、本発明の第５の実施形態に係る半導体製造装置１０の構成が示されている。先述の実施形態においては、半導体製造装置１０は、例えば、均熱管１２と反応管１４との間にウエハ５４の積載方向に沿って延びる第２の熱電対６４を１つ有し、この１つの熱電対を上方から下方にかけて分割し、この分割した領域に配置された熱電対６４−１〜６４−４を用いて制御を行っていた。これに対して、この第５の実施形態に係る半導体製造装置１０では、ウエハ５４の円周方向であって、均熱管１２と反応管１４との間にウエハ５４の積載方向に沿って延びる複数の熱電対６４ａ、６４ｂ、６４ｃ及び６４ｄを配置する。この複数の熱電対６４ａ〜６４ｄを上方から下方にかけて分割し、この同じ高さ領域に配置された熱電対６４ａ―１〜６４ｄ−１、６４ａ―２〜６４ｄ−２、６４ａ―３〜６４ｄ−３、６４ａ―４〜６４ｄ−４から検出される温度をそれぞれ平均化した値が制御に用いられる。
【００９４】
具体的には、図１６に示されるように、例えば第２の熱電対６４ａ−１、第２の熱電対６４ｂ−１、第２の熱電対６４ｃ−１、及び第２の熱電対６４ｄ−１からの出力が、制御部１０４が有する平均温度算出部１０８へと入力され、平均温度算出部１０８において、これらの平均値が算出され、この平均値が温度制御部１０６におけるＰＩＤ演算部１１０へと出力され、ＰＩＤ演算部１１０の出力が、例えばヒータ５８の制御等の制御に用いられる。
【００９５】
すなわち、複数の第２の熱電対６４ａ〜６４ｄが検出した同じ高さの温度検出点による温度の平均化がなされ、あらかじめ設定された温度設定値の偏差が零となるようにＰＩＤ制御することで、ウエハ５４の円周部の制御がなされる。
【００９６】
以上のようにウエハ５４に円周方向に配置された複数の第２の熱電対６４ａ〜６４ｄが検出した同じ高さの温度検出点による温度を平均化し、温度制御することによって、ボート５２が回転する際のウエハ５４にエッジ部（外周部）近傍の温度を予測することが可能になり、ウエハ５４のエッジ部をより適切な値で制御することが可能となる。
【００９７】
すなわち、第５の実施形態に係る半導体製造装置１０では、基板周縁部近傍に複数の温度検出部を有し、検出される温度を平均化した値を制御に用いることで、基板円周方向の温度差を軽減することができ、膜厚の再現性向上が見込まれる。
【００９８】
なお、第５の実施形態に係る半導体製造装置１０においては、第２の熱電対６４を複数設ける例について説明したが、これに限らず、第１の熱電対６２等の他の熱電対についても適用できる。
【００９９】
なお、各実施形態に係る半導体製造装置１０において、以上で特に説明をした構成以外の構成は、先述の本発明の適用される第１の実施形態と同一であるため説明を省略する。
【０１００】
本発明によれば、反応炉上下方向の冷却性能の変動を検出し、その変動に応じて冷却ガス供給側の圧力値を制御することによって、特に成膜時に急冷機構を使用する場合に、ウエハ間の膜厚均一性や膜質の再現性の向上を図ることができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１０ 半導体製造装置
１２ 均熱管
１４ 反応管
１６ 供給管
１８ 排気管
２０ 導入部材
２２ 排気口
２４ ＭＦＣ
２６ 制御部（制御装置）
２８ ガス流量制御部（ガス流量制御装置）
３０ 温度制御部（温度制御装置）
３２ 圧力制御部（圧力制御装置）
３４ 駆動制御部（駆動制御装置）
３６ 上位コントローラ
３８ ＡＰＣ
４０ 圧力センサ
４２ ベース
４４ リング
４６ シールキャップ
４８ 回転軸
５０ 石英キャップ
５２ ボート
５４ ウエハ
５６ ボートエレベータ
５８ ヒータ
６０ 温度検出部（温度検出装置）
６２ 第１の熱電対
６４ 第２の熱電対
６６ 第３の熱電対
６８ 中心部熱電対
７０ 天井部熱電対
７２ 吸気口
７４ 吸気管
７６ 冷却ガス吸気装置
７８ 制御弁
８０ 圧力センサ
８２ 排気部
８４ 冷却ガス排気装置
８６ ラジエタ
９０ シャッタ
９２ 圧力センサ
９４ 冷却ガス流量制御部（冷却ガス流量制御装置）
９６ 減算器
９８ ＰＩＤ演算器
１００ 制御弁開度変換器
１０２ ウエハ中心部温度補正演算部（ウエハ中心部温度補正演算装置）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の基板を熱処理する熱処理装置及び基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１は、ウエハの周縁部の温度を検出する第１の熱電対の測定値と、ウエハの中心部の温度を検出する中心部熱電対の測定値を取得して両測定値の偏差を求め、ウエハの処理を行う前に、予め記憶された偏差と両測定値の偏差とを比較し、予め記憶された偏差と両測定値の偏差とが異なる場合には、反応管における圧力値を補正し、この補正後の圧力値に基づいて、制御部により加熱装置及び冷却装置を制御して基板を処理する熱処理装置を開示する。
【０００３】
このような熱処理装置において、炉内の温度を急速に冷却するための急冷機構を備えるものが知られている。これらの急冷機構では、急冷吸気口と急冷ブロア排気口と顧客施設排気が接続されるが、下部分に吸気口を設置する為、反応炉の上下方向において冷却性能に差が出てしまい、成膜時にこの急冷機構を使用する場合、ウエハ間膜厚偏差に悪影響を及ぼすという問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２０５４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、反応炉上下方向における冷却性能の差を減少し、基板に形成する膜の厚さや、膜質の均一性を制御することができる熱処理装置及び基板処理方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の特徴とするところは、基板を処理する処理室と、前記処理室に収容された基板を基板の外周側から加熱する加熱装置と、前記加熱装置と処理室との間に設けられた冷却ガス流路と、前記冷却ガス流路に冷却ガスを流す冷却装置と、前記加熱装置を上方から下方にかけて分割した領域の前記冷却ガス流路とそれぞれ連通し、前記冷却装置により前記冷却ガス流路へ冷却ガスを流す複数の冷却ガス吸気路と、前記複数の冷却ガス吸気路にそれぞれ設けられた圧力検出器と、前記圧力検出器が検出する圧力値に基づいて、前記冷却装置を制御する制御部と、を有する熱処理装置にある。
【０００７】
好適には、前記冷却ガス流路の下流側で、前記冷却ガス流路と連通する冷却ガス排気路をさらに有し、前記冷却ガス排気路には、圧力検出器が設けられ、前記圧力検出器が検出する圧力値に基づいて、前記加熱装置又は前記冷却装置の少なくとも一方が制御される。
【０００８】
また、好適には、前記制御部は、基板の周縁の状態を検出する第１検出部の測定値と、基板の中心部の状態を検出する第２検出部の測定値とを取得して、前記第１検出部の測定値と前記第２検出部の測定値との第１の偏差を求め、予め記憶された前記第１検出部の測定値と前記第２検出部の測定値との第２の偏差と、前記第１検出部の測定値と前記第２検出部の測定値との前記第１の偏差とを比較し、前記第２の偏差と、前記第１の偏差が異なる場合には、前記第１の偏差に基づいて、前記冷却ガス流路における圧力値の圧力補正値を算出し、該圧力補正値により前記圧力値を補正する。
【０００９】
また、本発明の第２の特徴とするところは、基板を処理する処理室内に収容された基板を加熱装置により基板の外周側から加熱する工程と、前記加熱装置を上方から下方にかけて分割した領域にそれぞれ接続された複数の冷却ガス吸気路から前記加熱装置と前記処理室との間に設けられた冷却ガス流路へ冷却装置により冷却ガスを流し、前記基板の外周側を冷却する工程と、前記複数の冷却ガス吸気路内の圧力値を圧力検出器により検出する工程と、前記圧力検出器が検出する圧力値に基づいて、制御部により前記冷却装置を制御する工程と、を有する基板処理方法にある。
【００１０】
好適には、前記制御部は、基板の周縁の状態を検出する第１検出部の測定値と、基板の中心部の状態を検出する第２検出部の測定値とを取得して、前記第１検出部の測定値と前記第２検出部の測定値との第１の偏差を求め、予め記憶された前記第１検出部の測定値と前記第２検出部の測定値との第２の偏差と、前記第１検出部の測定値と前記第２検出部の測定値との前記第１の偏差とを比較し、前記第２の偏差と、前記第１の偏差が異なる場合には、前記第１の偏差に基づいて、前記冷却ガス流路における圧力値の圧力補正値を算出し、該圧力補正値により前記圧力値を補正する工程と、前記処理室を前記加熱装置で加熱しつつ、前記冷却ガス流路内に冷却装置により冷却ガスを流し、前記補正後の圧力値に基づいて、前記制御部により前記加熱装置及び前記冷却装置を制御して基板を処理する工程と、を有する。
【００１１】
また、好適には、前記基板処理方法は、冷却性能一定化、冷却ガス流量制御の方法をプログラム化し計算機上に実装した実装部（実装装置）に基づき基板を処理する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、反応炉上下方向における冷却性能の差を減少し、基板に形成する膜の厚さや、膜質の均一性を制御することができる熱処理装置及び基板処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体製造装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る反応管の周辺の構成を模式的に示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る冷却機構の構成を模式的に示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る半導体製造装置の構成を模式的に示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る半導体製造装置で、ウエハの中心部温度補正値を用いて設定温度を補正する構成・方法について説明する説明図である。
【図６】本発明の実施形態に係る半導体製造装置で取得された中心部温度偏差のデータを示す図表である。
【図７】本発明の実施形態に係る半導体製造装置の圧力補正量の算出について説明する第１の図である。
【図８】本発明の実施形態に係る半導体製造装置の圧力補正量の算出について説明する第２の図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る半導体製造装置で処理されたウエハの、膜厚等のデータを示す図表である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る半導体製造装置の圧力補正量の算出について説明する第１の図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る半導体製造装置の圧力補正量の算出について説明する第２の図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る冷却機構の構成を模式的に示す図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態に係る半導体製造装置で処理されたウエハの、膜厚等のデータを示す図表である。
【図１４】本発明の第４の実施形態に係る半導体製造装置のＤＥＰＯ処理時間補正量の算出について説明する第１の図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態に係る半導体製造装置のＤＥＰＯ処理時間補正量の算出について説明する第２の図である。
【図１６】本発明の第５の実施形態に係る半導体製造装置の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１には、本発明の実施形態に係る熱処理装置の一例である半導体製造装置１０の構成が模式的に示されている。
【００１５】
半導体製造装置１０は、均熱管１２を有し、均熱管１２は、例えばＳｉＣ等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞され、下端に開口を有する円筒状の形状をしている。均熱管１２の内側には、反応容器として用いられる反応管１４が設けられている。反応管１４は、例えば、石英(Ｓｉ０2)等の耐熱性材料からなり下端に開口を有する円筒状の形状を有し、均熱管１２内に同心円状に配置されている。
【００１６】
反応管１４の下部には、例えば石英からなるガスの供給管１６と、排気管１８が連結されている。供給管１６には、連結するように、反応管にガスを導入する導入口が形成された導入部材２０が設けられていて、供給管１６、及び導入部材２０は、反応管１４下部から、反応管１４側部に添って、例えば細管状に立ち上がり、反応管１４の天井部で反応管１４内部に到達するようになっている。
また、排気管１８は、反応管１４に形成された排気口２２に接続されている。
【００１７】
供給管１６は、反応管１４の天井部から反応管１４の内部にガスを流し、反応管１４下部に接続された排気管１８は、反応管１４下部からの排気に用いられる。反応管１４には、導入部材２０、供給管１６を介して、反応管１４で用いられる処理用のガスが供給されるようになっている。また、ガスの供給管１６には、ガスの流量を制御する流量制御手段として用いられるＭＦＣ（マスフローコントローラ）２４、又は図示を省略する水分発生器とが接続されている。ＭＦＣ２４は、制御部２６（制御装置）が備えるガス流量制御部２８（ガス流量制御装置）に接続されていて、ガス流量制御部２８によって、供給するガスや水蒸気（Ｈ2０）の流量が、例えば、予め定められた所定の量に制御される。
【００１８】
制御部２６は、先述のガス流量制御部２８と併せて、温度制御部３０（温度制御装置）、圧力制御部３２（圧力制御装置）、及び駆動制御部３４（駆動制御装置）を有している。また、制御部２６は、上位コントローラ３６に接続されていて、上位コントローラ３６によって制御される。
【００１９】
排気管１８には、圧力調整器として用いられるＡＰＣ３８と、圧力検出手段として用いられる圧力センサ４０とが取り付けられている。ＡＰＣ３８は、圧力センサ４０によって検出された圧力に基づいて、反応管１４内から流出するガスの量を制御し、反応管１４内を、例えば一定の圧力になるように制御する。
【００２０】
また、反応管１４の下端に形成された開口部には、例えば石英からなり、例えば円板形状を有し、保持体として用いられるベース４２が、Ｏリング４４を介して取り付けられている。ベース４２は、反応管１４に対して着脱が可能であり、反応管１４に装着された状態で、反応管１４を気密にシールする。ベース４２は、例えば、略円板形状からなるシールキャップ４６の重力方向上向きの面に取り付けられている。すなわち、反応管１４の下端に形成された開口部にＯリング４４を介してベース４２が取り付けられることで処理室４５が形成される。
【００２１】
シールキャップ４６には、回転手段として用いられる回転軸４８が連結されている。回転軸４８は、図示省略する駆動源からの駆動伝達を受けて回転し、保持体として用いられる石英キャップ５０、基板保持部材として用いられるボート５２、及びボート５２に保持され基板にあたるウエハ５４を回転させる。回転軸４８が回転する速度は、先述の制御部２６によって制御がなされる。
【００２２】
また、半導体製造装置１０は、ボート５２を上下方向に移動させるために用いられるボートエレベータ５６を有しており、先述の制御部２６によって制御がなされる。
【００２３】
反応管１４の外周には、加熱装置（加熱手段）として用いられるヒータ５８が同心円状に配置されている。ヒータ５８は、反応管１４内の温度を上位コントローラ３６で設定された処理温度にするように、第１の熱電対６２、第２の熱電対６４、第３の熱電対６６にある温度検出部６０（温度検出装置）で検出された温度に基づいて、温度制御部３０によって制御される。
【００２４】
図２には、反応管１４の周辺の構成が模式的に示されている。
半導体製造装置１０は、先述のように温度検出部６０を有し、温度検出部６０は、第１の熱電対６２、第２の熱電対６４及び第３の熱電対６６を備えている。これらに加え、図２に示すように、温度検出部６０は、ウエハ５４の略中心部の位置の温度を検出する中心部熱電対６８と、ボート５２の天井部付近の温度を検出する天井部熱電対７０とを有している。尚、中心部熱電対６８は、第３の熱電対６６の代替としての機能を有することも可能である為、第３の熱電対６６はなくても良い。
【００２５】
第１の熱電対６２はヒータ５８の温度を検出するために用いられ、第２の熱電対６４は均熱管１２と反応管１４の間の温度を検出するために用いられる。ここで、第２の熱電対６４は、反応管１４とボート５２との間に設置し、反応管１４内の温度を検出することもできるようにしても良い。第３の熱電対６６は、反応管１４とボート５２との間に設置され、第２の熱電対６４よりもボート５２に近い位置に設置され、よりボート５２に近い位置の温度を検出する。また、第３の熱電対６６は、温度安定期における反応管１４内の温度の均一性を測定する用途で使用されている。
【００２６】
以上ように構成された半導体製造装置１０において、反応管１４内（処理室４５）で、ウエハ５４の酸化、拡散処理がなされる場合の動作の一例を説明する（図１参照）。
まず、ボートエレベータ５６によりボート５２を下降させる。次に、ボート５２に複数枚のウエハ５４を保持する。次いで、ヒータ５８により加熱し、処理室４５の温度を予め定められた所定の処理温度にする。
【００２７】
そして、ガスの供給管１６に接続されたＭＦＣ２４により、予め反応管１４内（処理室４５）を不活性ガスで充填しておき、ボートエレベータ５６により、ボート５２を上昇させて反応管１４内に移し、反応管１４の内部温度を所定の処理温度に維持する。反応管１４内を所定の圧力に保った後、回転軸４８により、ボート５２及びボート５２に保持されているウエハ５４を回転させる。同時に、ガスの供給管１６から処理用のガスを供給するか、又は水分発生器（不図示）から水蒸気を供給する。供給されたガスは、反応管１４を下降し、ウエハ５４に対して均等に供給される。
【００２８】
酸化・拡散処理中の処理室４５においては、排気管１８を介して排気され、所定の圧力になるようＡＰＣ３８により圧力が制御され、所定時間、ウエハ５４の酸化・拡散処理がなされる。この酸化・拡散処理が終了すると、連続して処理がなされるウエハ５４のうち、次の処理がなされるウエハ５４の酸化・拡散処理に移るべく、反応管１４内のガスを不活性ガスで置換するとともに、圧力を常圧にし、その後、ボートエレベータ５６によりボート５２を下降させて、ボート５２及び処理済のウエハ５４を反応管１４から取出す。
反応管１４から取出されたボート５２上の処理済のウエハ５４は、未処理のウエハ５４と交換され、再度、反応管１４内に上昇され、ウエハ５４に酸化・拡散処理がなされる。
【００２９】
図３には、図１及び２に示される構成に加えて冷却機構を備える構成が模式的に示されている。
【００３０】
図３に示すように、本発明の実施形態に係る半導体製造装置１０は、加熱装置であるヒータ５８の外周に反応管１４内を冷却する冷却機構を設ける。ここで、ヒータ５８の配置された領域を上方から下方にかけて分割する。具体的には、ヒータ５８の配置された領域を上方から順にヒータ５８−１、５８−２、５８−３、５８−４とする。ヒータ５８−１の領域には、第１の熱電対６２−１、第２の熱電対６４−１、中心部熱電対６８−１が配置される。また、ヒータ５８−２の領域には、第１の熱電対６２−２、第２の熱電対６４−２、中心部熱電対６８−２が配置される。また、ヒータ５８−３の領域には、第１の熱電対６２−３、第２の熱電対６４−３、中心部熱電対６８−３が配置される。また、ヒータ５８−４の領域には、第１の熱電対６２−４、第２の熱電対６４−４、中心部熱電対６８−４が配置される。
【００３１】
また、ヒータ５８の分割された領域に合わせて冷却ガスを吸気する吸気口７２を備える。具体的には、ヒータ５８−１の領域に吸気口７２−１を設け、ヒータ５８−２の領域に吸気口７２−２を設け、ヒータ５８−３の領域に吸気口７２−３を設け、ヒータ５８−４の領域に吸気口７２−４を設ける。
【００３２】
吸気口７２−１〜７２−４は、それぞれ吸気管７４−１〜７４−４に接続され、吸気管７４−１〜７４−４は冷却ガスを吸気する冷却ガス吸気装置７６に接続される。また、吸気管７４−１〜７４−４の冷却ガス吸気装置７６よりには、それぞれ吸気管７４−１〜７４−４内の圧力値を弁の開度によって制御する制御弁７８−１〜７８−４が設けられている。また、吸気口７２−１〜７２−４と制御弁７８−１〜７８−４の間にはそれぞれ吸気管７４−１〜７４−４内の圧力を検出する検出部（検出装置）として用いられる圧力センサ８０−１〜８０−４が設けられている。ここで、圧力センサ８０は吸気口７２と制御弁７８の間に設けるとしたが、より吸気口７２近傍に設けるのが好ましい。
【００３３】
反応管１４の上方には、排気部８２が設けられ、排気部８２は、例えばブロア等からなる冷却ガス排気装置８４と、ラジエタ８６とを有する。冷却ガス排気装置８４は、排気部８２を構成する排気管８８の先端側に装着されていて、ラジエタ８６は、排気管８８の基端部と冷却ガス排気装置８４との間の位置に装着されている。また、排気管８８のラジエタ８６の冷却ガスの流れる方向における上流側と下流側には、それぞれシャッタ９０、９０が設けられている。シャッタ９０、９０は、図示を省略するシャッタ制御部（シャッタ制御装置）によって制御されて開閉する。また、排気管８８の、ラジエタ８６と冷却ガス排気装置８４との間の位置には、排気管８８内の圧力を検出する検出部（検出装置）として用いられる圧力センサ９２が設けられている。ここで、圧力センサ９２が設けられる位置としては、冷却ガス排気装置８４とラジエタ８６とを結ぶ排気管８８中でも、ラジエタ８６にできる限り近い位置に設けることが望ましい。
【００３４】
冷却ガス流路７７は、冷却ガスを通過させるようにヒータ５８と均熱管１２との間に形成され、冷却ガス吸気装置７６から供給される冷却ガスは吸気管７４−１〜７４−４を介して吸気口７２−１〜７２−４からヒータ５８内に供給され、冷却ガスを均熱管１２の上方に向けて通過させる。冷却ガスは、例えば空気又は窒素（Ｎ2）などである。また、冷却ガス流路７７は、第１の熱電対６２−１〜６２−４それぞれの間から均熱管１２に向けて冷却ガスが吹き出すようにされている。
【００３５】
冷却ガスは均熱管１２を冷却し、冷却された均熱管１２は反応管５２内のボート１４にセットされたウエハ５４を周方向（外周側）から冷却する。
つまり、冷却ガス流路７７を通過する冷却ガスにより、均熱管１２、反応管１４及びボート５２にセットされたウエハ５４が周方向（外周側）から冷却されるようになっており、冷却ガス流路７７を通過した冷却ガスは冷却ガス排気路として用いられる排気部８２を介して装置外へ排気される。
【００３６】
制御部２６（制御装置）は、先述のように、ガス流量制御部２８（ガス流量制御装置）、温度制御部３０（温度制御装置）、圧力制御部３２（圧力制御装置）、及び駆動制御部３４（駆動制御装置）を有し（図１参照）、併せて、図４に示されるように冷却ガス流量制御部９４（冷却ガス制御装置）を有する。
【００３７】
図４は、本発明の実施形態に係る冷却機構の構成をヒータ５８−１の領域を例にとって説明した図である。
冷却ガスの流量を制御する冷却ガス流量制御部９４は、減算器９６と、ＰＩＤ演算器９８と、制御弁開度変換器１００とから構成される。
減算器９６には、上位コントローラ３６から圧力目標値Ｓが入力される。また、減算器９６には、圧力目標値Ｓに加えて、圧力センサ８０−１によって計測された圧力値Ａが入力され、減算器９６で、圧力目標値Ｓから圧力値Ａを減算した偏差Ｄが出力される。
【００３８】
偏差Ｄは、ＰＩＤ演算器９８に入力される。ＰＩＤ演算器９８では、入力された偏差Ｄに基づいてＰＩＤ演算がなされ操作量Ｘが算出される。算出された操作量Ｘは、制御弁開度変換器１００に入力され、制御弁開度Ｗへと変換され出力される。出力された制御弁７８−１の開度Ｗにより制御弁の開度が変更される。
圧力センサ８０−１からの圧力値Ａは、常時又は所定時間間隔で減算器９６へと入力され、この圧力値Ａに基づいて、圧力目標値Ｓと圧力値Ａとの偏差Ｄが０となるように、冷却ガス吸気装置７６の制御弁７８−１の開度の制御が続けられる。
すなわち、圧力センサ８０−１によって計測された圧力値Ａとあらかじめ設定された圧力目標値Ｓの偏差が零になるように制御弁７８−１を制御する事で吸気口７２−１の圧力をある一定の値に制御する。
【００３９】
なお、ヒータ５８−１の領域を例にとって説明したが、ヒータ５８−２〜ヒータ５８−４の領域も同様にそれぞれ制御弁７８−２〜７８−４の開度の制御がなされる。
【００４０】
以上のように、半導体製造装置１０では、冷却ガス吸気装置７６を用いて、ヒータ５８の内側と反応管１４との間に冷却媒体として用いられる空気を流し、ヒータ５８を構成する素線や、反応管１４を冷却し、反応管１４を上下方向に分割した領域それぞれの温度制御がなされる。このため、反応管１４内に保持されるウエハ５４の温度制御性が良好である。
【００４１】
すなわち、伝熱には輻射による伝熱と伝達による伝熱があり、半導体製造装置１０では、輻射による伝熱のみがウエハ５４に伝わってウエハ５４の温度上昇に寄与する一方で、伝達による伝熱は、ほとんどがヒータ５８内側と反応管１４との間に流れるエアにより空冷され放熱されている。このため、ヒータ５８の素線付近で、空気の冷却によって放出する熱量を補うために、ヒータ５８の出力を増加させる。そしてヒータ５８出力の増加により、ヒータ５８の素線温度はより高くなり、輻射熱が増大する。ここで、輻射による伝熱は、伝達による伝熱に比べてはるかに伝播速度が速い。このため、輻射熱により、反応管１４内のウエハの加熱がなされる半導体製造装置１０は、温度制御性が良好である。
【００４２】
また、反応管１４温度も、空気による冷却で低下する。そして、反応管１４温度が低下すると、ウエハ５４のエッジ部から反応管１４への熱伝達が行われる。そして、この結果、ウエハ５４の温度分布が、中央部よりエッジ部の方が低くなり、エッジ部の温度が中央部の温度よりも高い、いわゆる凹型の温度分布から、エッジ部の温度が中央部の温度よりも低い、いわゆる凸型の温度分布にすることが可能になる。
【００４３】
ウエハ５４に形成される薄膜の膜厚は、仮にウエハ５４の温度分布が均一である場合、エッジ部の膜厚が中央部の膜厚よりも厚い凹型となってしまう。これに対して、上述のように温度を制御することで、ウエハ５４の温度分布を凸型とすれば、ウエハ５４の膜厚の均一性を向上させることができる。
【００４４】
また、半導体製造装置１０では、先述のように、排気管８８の先端側が半導体製造装置１０の設置される工場等の排気施設に接続されていて、排気管８８を介して反応管１４から冷却ガスの排気がなされるため、冷却ガス排気装置８４による冷却の効果は、工場等の排気施設の排気圧力によって大きく変動する可能性がある。そして、冷却ガス排気装置８４による冷却の効果が変動すると、ウエハ５４表面での温度分布にも影響を与えるため、排気管８８からの排気圧が一定となるように、冷却ガス排気装置８４の周波数を制御している。
【００４５】
また、半導体製造装置１０では、例えば、第１の熱電対６２等の熱電対を交換するなどのメンテナンスをした際に、第１の熱電対６２を取り付ける位置に誤差が生じてしまい、メンテナンスの前に処理したウエハ５４とメンテナンス後に処理したウエハ５４とで形成される薄膜の膜厚に差異が生じる虞がある。また、同一仕様の半導体製造装置１０が複数ある場合、それぞれの半導体製造装置１０で形成される薄膜の膜厚に差異が生じる虞がある。
そこで、本発明に係る半導体製造装置１０では、例えばメンテナンスの前後や、同一仕様の複数の半導体製造装置１０の間で形成される薄膜の均一性を向上させるため、さらなる工夫を施している。
【００４６】
すなわち、半導体製造装置１０では、第２の熱電対６４からの出力に基づいて、ウエハ５４が予め定められた温度となるように制御されているときの、中心部熱電対６８からの値であるウエハ５４の中心部の温度と、天井部熱電対７０からの値であるボート５２の天井部の温度を取得しておき、例えばメンテナンスを行った後に、これらの取得しておいたデータから圧力設定値（大気との差圧）に対する補正値を算出するようにしている。以下、ヒータ５８−１の領域を例に具体的に説明する。
【００４７】
図５は、ヒータ５８−１の領域において、ウエハ５４の中心部温度補正値を用いて設定温度を補正する構成・方法について説明する説明図である。先述の制御部２６は、ウエハ中心部温度補正演算部１０２（ウエハ中心部温度補正演算装置）を有している。
ここでは、第２の熱電対６４−１を６００℃とする場合を例として説明する。ウエハ中心部温度補正演算部１０２は、第２の熱電対６４−１で制御したときの、中心部熱電対６８−１の出力値（ウェハ中心部温度）と、天井部熱電対７０の出力値(天井部温度)を取得し、それぞれ第２の熱電対６４−１の出力値（内部温度）との偏差を記憶する。
【００４８】
このとき、
内部温度 − ウエハ中心部温度 ＝ ウエハ中心部温度偏差
又は、
内部温度 − 天井部温度 ＝ 天井部温度偏差
として記憶する。また、その時の圧力設定値も同時に記憶する。設定温度は一定で、圧力設定値を変更し、複数個の条件で上記データを取得しておく。
【００４９】
例えば、設定温度が６００℃、内部温度が６００℃、ウエハ中心部温度が６０７℃の場合を例とすると、内部温度をウエハ５４のエッジ部の温度と見ると、設定温度は６００℃であるものの、ウエハ中心部温度は６０７℃とズレが発生している事になる。
そこで、
ウエハ中心部温度偏差 ＝ ６００℃ − ６０７℃ = −７℃
を上位コントローラ３６に出力し、設定値に対して補正する事で、上位コントローラ３６を用いてウエハ５４の中心部を６００℃に変化させることが可能となる。
図６に、取得された複数のデータの一例を示す。
【００５０】
続いて、圧力補正値の算出について説明する。
例えば、現在のボート天井部温度偏差をｔ１、現在の圧力設定値をｐ１、ｐ１に対応したボート天井部温度補正値をｂ１、取得されたデータにおけるプラス側の圧力測定値をｐｐ、プラス側のボート天井部温度補正値をｔｐ、取得されたデータにおけるマイナス側の圧力測定値をｐｍ、マイナス側のボート天井部温度補正値をｔｍとすると、圧力補正量ｐｘは、ｔ１とｂ１との大小に応じ、以下に示す式（１１）、式（１２）で求められる。
【００５１】
すなわち、
ｔ１ < ｂ１ の場合は、
ｐｘ＝（ｂ１−ｔ１）＊｛（ｐ１−ｐｍ）／（ｂ１−ｔｍ）｝・・・（式１１）
ｔ１ > ｂ１ の場合は、
ｐｘ＝（ｂ１−ｔ１）＊｛（ｐｐ−ｐ１）／（ｔｐ−ｂ１）｝・・・（式１２）
で求められる。
以下、ｔ１ < ｂ１の場合と、ｔ１ > ｂ１の場合のそれぞれについて、具体例を示
しつつ説明する。
【００５２】
図７は、ｔ１ < ｂ１ の場合の圧力補正量ｐｘの算出について説明する説明図であ
る。
まず、ｂ１−ｔ１として、予め取得したボート天井部温度偏差ｂ１と現在のボート天井部温度偏差ｔ１との温度偏差を求める。
次に、（ｐ１−ｐｍ）／（ｂ１−ｔｍ）として、予め取得したデータから「現在の圧力設定値ｐ１とそれに対応したボート天井部温度偏差ｂ１」と「マイナス側の圧力値ｐｍとそれに対応したボート天井部温度偏差ｔｍ」との関係から、ボート天井部温度偏差を＋１℃とするための圧力補正量を求める。
【００５３】
図７に示される例では、３００Ｐａに対応したボート天井部温度補正値は−４℃であり、マイナス側として図６におけるＮｏ.４の−６℃が抽出される。
また、予め取得したデータから、圧力設定値ｐ１が３００ｐａで、ボート天井部温度偏差ｂ１は、−４℃になる。
また、圧力設定値ｐｍが５００ｐａで、ボート天井部温度偏差ｔｍを、−６℃から−４℃に＋２℃変化させるには、
３００Ｐａ（ｐ１）− ５００Ｐａ（ｐｍ） ＝ −２００Ｐａ
の圧力補正量が必要となる。
【００５４】
現在の圧力測定値が３００Ｐａ、測定結果から得られる現在のボート天井部温度偏差が−５℃の場合を例とする。
この場合、まず、現在使用している圧力設定値に対応したボート天井部温度補正値を検索キーとして、検索キーからプラス側とマイナス側とで、それぞれ最も近いボート天井部補正値を図６に示される取得された複数のデータから選択し、選択されたデータから算出を行う。
以上から、
＋１℃分の圧力補正量＝ −２００Ｐａ／＋２℃＝ −１００Ｐａ／℃
が求められる。
つまり、（ｂ１−ｔ１）を＋１℃分補正したいので、
＋１℃＊（−１００Ｐａ／℃）＝−１００Ｐａ
の圧力補正量が算出される。
【００５５】
図８は、ｔ１ > ｂ１ の場合の圧力補正量ｐｘの算出について説明する説明図である。
【００５６】
まず、予め取得したボート天井部温度偏差ｂ１と現在のボート天井部温度偏差ｔ１との温度偏差を求める。
次に、（ｐｐ−ｐ１）／（ｔｐ−ｂ１）として、予め取得したデータから、「現在の圧力設定値ｐ１とそれに対応したボート天井部温度偏差ｂ１」と「取得されたデータにおけるプラス側の圧力値ｐｐとそれに対応したボート天井部温度偏差ｔｐ」との関係から、ボート天井部温度偏差を−１℃とするための圧力補正量を求める。
【００５７】
ここでは、現在の圧力測定値が３００Ｐａ、測定結果から得られる現在ボート天井部温度偏差が−３℃の場合を例とすると、図６に示される予め取得したデータによると圧力設定値ｐｐが、３００Ｐａでボート天井部温度偏ｂ１は−４℃になる。また、圧力設定値ｐｌが２００Ｐａで、ボート天井部温度偏差ｔｐは−２℃となる。
このため、予め取得したデータからボート天井部温度偏差ｔｐである−２℃から、ｂ１である−４℃へ、−２℃温度を変化させるには、
３００Ｐａ（ｐ１）−２００Ｐａ（ｐｐ）＝＋１００Ｐａ
の圧力補正量が必要となる。
【００５８】
すなわち、３００Ｐａに対応したボート天井部温度補正値は−４℃であり、プラス側として、図５におけるＮｏ.２の−２℃が検出される。
以上から、
＋１℃分の圧力補正量＝−１００Ｐａ／２℃＝−５０Ｐａ／℃が求められる。
この例では、（ｂ１−ｔ１）＝−１℃分補正したいので、
−１℃＊（−５０Ｐａ／℃）＝＋５０Ｐａの圧力補正量が算出される。
【００５９】
以上で、ボート天井部温度偏差をｔ１、及びボート天井部温度補正値をｂ１のいずれか一方が他方よりも大きい場合における圧力補正量ｐｘについて説明をしたが、ｔ１とｂ１とが同じ値である場合は補正の必要はない。
【００６０】
また、以上で説明をした圧力補正値の算出で、検出したプラス側あるいはマイナス側の圧力値と、それに対応したボート天井部温度偏差と、現在の圧力設定値ｐ１及びそれに対応したボート天井部温度偏差ｂ１の関係からボート天井部温度偏差を１℃上昇させるため
の圧力補正量を求めているのは、ボート天井部温度によって圧力補正量は変化することが考えられるからである。
例えば、ボート天井部温度補正値を−６℃から−４℃に＋２℃変化する為の圧力補正量と、−４℃から−２℃に＋２℃変化する為の圧力補正量とは、ヒータ５８の素線からの輻射熱の変化、ウエハ５４のエッジ部から反応管１４への熱伝達、ウエハ５４の中央部とウエハ５４のエッジ部の熱伝達の関係が変化することによって、必ずしも一致するとは限らない。
【００６１】
そこで、この実施形態に係る半導体製造装置１０では、より近いボート天井部温度補正値の偏差変化状況から圧力補正量を算出する為に、現在の圧力設定値に対応したボート天井部温度偏差より、現在のボート天井部温度偏差が低い場合は、マイナス側のボート天井部温度偏差及び圧力設定値を用いて圧力補正量を算出し、現在の圧力設定値に対応したボート天井部温度偏差より、現在のボート天井部温度偏差が高い場合は、プラス側のボート天井部温度偏差及び圧力設定値を用いて圧力補正量を算出している。
【００６２】
次に本発明の第２の実施形態を説明する。
先述の実施形態では、圧力補正量ｐｘを、ボート天井部の温度補正値を用いて求めていたのに対して、この他の実施形態では、圧力補正量ｐｘを、事前に薄膜形成処理がなされたウエハ５４の膜厚を用いて求めている。以下、詳細に説明する。説明にあたっては、図９に示す、予め所定の条件で薄膜形成がなされたウエハ５４に、測定された膜厚等のデータを用いる。
【００６３】
ウエハ５４の現在の膜厚をａ１、現在の圧力設定値をｐ１、現在の圧力設定値ｐ１に対応した膜厚をｃ１、検索されたプラス側の圧力測定値をｐｐ、予め取得された複数のデータ中におけるプラス側の膜厚をｐｃ、予め取得された複数のデータ中におけるマイナス側の圧力測定値をｐｍ、マイナス側の膜厚をｔｃとすると、圧力補正量ｐｘは、現在の膜厚ａ１と現在の圧力設定値ｐ１に対応した膜厚をｃ１との大小に応じ、以下に示す式（２１）、式（２２）で求められる。
【００６４】
すなわち、
ａ１ < ｃ１の場合は、
ｐｘ ＝ （ｃ１−ａ１）＊｛（ｐ１−ｐｍ）／（ｃ１−ｔｃ）｝・・・（式２１）
ａ１ > ｃ１の場合は、
ｐｘ ＝ （ｃ１−ａ１）＊｛（ｐｐ−ｐ１）／（ｐｃ−ｃ１）｝・・・（式２２）
で求められる。
【００６５】
以下、ａ１ < ｃ１の場合と、ａ１ > ｃ１の場合とのそれぞれについて、具体例を
示しつつ説明する。
【００６６】
図１０は、ａ１ < ｃ１ の場合の圧力補正量ｐｘの算出について説明する説明図で
ある。
まず、ｃ１−ａ１として、予め取得した膜厚ｃ１と現在の膜厚ａ１との差を求める。
次に、（ｐ１−ｐｍ）／（ｃ１−ｔｃ）として、予め取得したデータから、「現在の圧力設定値ｐ１とそれに対応した膜厚ｃ１」と、「検出したマイナス側の圧力値ｐｍとそれに対応した膜厚ｔｃ」との関係から、膜厚を−１Åとするための圧力補正量を求める。すなわち、図９に示されるように、圧力測定値３００Ｐａに対応した膜厚は６３０Åであり、マイナス側のデータとしてＮｏ.２の５８０Åが抽出される。
【００６７】
図９に示される予め取得したデータによると、圧力設定値ｐ１が３００Ｐａで、膜厚ｃ１は６３０Åになる。また、圧力設定値ｐｍが２００Ｐａで、膜厚ｔｃは５８０Åとなる。つまり、膜厚ｔｃを５８０Åから６３０Åに５０Å変化させるには、
３００Ｐａ（ｐ１）−２００Ｐａ（ｐｍ） ＝＋１００Ｐａ
の圧力補正量が必要となる。
【００６８】
現在の圧力測定値が３００Ｐａ、測定結果から得られる膜厚が６００Åの場合を例とする。
この場合、まず、現在使用している圧力設定値に対応した膜厚を検索キーとして、検索キーからプラス側とマイナス側とで、それぞれ最も近い膜厚を記憶したデータを図９に示される予め測定された値から選択し、その選択されたデータから算出を行う。
以上から、
＋１Å分の圧力補正量 ＝ ＋１００Ｐａ／５０Å＝＋２Ｐａ／Å
が求められる。
つまり、
ｃ１−ａ１ ＝ ＋３０Å分補正したいので、
＋３０Å＊（＋２Ｐａ／Å） ＝ ＋６０Ｐａの圧力補正量が算出される。
【００６９】
図１１は、ａ１ > ｃ１の場合の圧力補正量ｐｘを算出する式について説明する説明
図である。
【００７０】
まず、先述のａ１ < ｃ１の場合と同様に、予め取得した膜厚ｃ１と現在の膜厚ａ１との
差を求める。
次に、（ｐｐ−ｐ１）／（ｐｃ−ｃ１）として、予め取得したデータから「現在の圧力設定値ｐ１とそれに対応した膜厚ｃ１」と、「検出したプラス側の圧力値ｐｐとそれに対応した膜厚ｐｃ」との関係から、膜厚を+１Å増加させるための圧力補正量を求める。すなわち、図９に示されるように、３００Ｐａに対応した膜厚は６３０Åであり、プラス側のデータとして、図９におけるＮｏ.４の７３０Åが検出される。
【００７１】
図９に示される予め取得したデータによると、圧力設定値ｐ１が３００Ｐａで、膜厚ｃ１は６３０Åになる。また、圧力設定値ｐｐが５００Ｐａで、膜厚ｐｃは７３０Åとなる。つまり、膜厚を７３０Åから６３０Åに−１００Å変化させるには、
３００Ｐａ（ｐ１）−５００Ｐａ（ｐｐ） = −２００Ｐａ
の圧力補正量が必要となる。
【００７２】
例えば、現在の圧力測定値が３００Ｐａ、測定結果から得られる膜厚が６８０Åの場合を例とする。
この場合、まず、現在使用している圧力設定値に対応した膜厚を検索キーとして、検索キーからプラス側とマイナス側とで、それぞれ最も近い膜厚を記憶したデータを図９に示される予め測定された値から選択し、その選択されたデータから算出を行う。
以上から、
＋１Å分の圧力補正量 ＝ −２００Ｐａ ／ −１００Å ＝ ＋２Ｐａ／Å
が求められる。
つまり、
（ｃ１−ａ１） ＝ −５０Å分補正したいので、
−５０Å＊（＋２Ｐａ／Å） ＝ −１００Ｐａの圧力補正量が算出される。
【００７３】
以上で、ウエハ５４の現在の膜厚をａ１、及び現在の圧力設定値ｐ１に対応した膜厚ｃ１のいずれか一方が他方よりも大きい場合における圧力補正量ｐｘについて説明をしたが、ａ１とｃ１とが同じ値である場合は補正の必要はない。
【００７４】
また、以上で説明をした圧力補正値の算出で、検出したプラス側あるいはマイナス側の圧力値と、それに対応した膜厚と、現在の圧力設定値ｐ１及びそれに対応した膜厚ｃ１の関係から、膜厚を１Å増加させるための圧力補正量を求めているのは、膜厚によって圧力補正量は変化することが考えられるからである。
例えば、膜厚を５８０Åから６３０Åに＋５０Å変化させるための圧力補正量と、６３０Åから６８０Åに＋５０Å変化させるための圧力補正量とは、ヒータ５８の素線からの輻射熱の変化、ウエハ５４のエッジ部から反応管１４への熱伝達、ウエハ５４の中央部とウエハ５４のエッジ部の熱伝達の関係が変化することによって、ウエハ５４が受ける熱量が変化する為、必ずしも一致するとは限らない。
【００７５】
そこで、この実施形態に係る半導体製造装置１０では、より近い膜厚の変化状況から圧力補正量を算出する為、現在の圧力設定値に対応した膜厚より、現在の膜厚が低い時は、マイナス側の膜厚及び圧力設定値を用いて圧力補正量を算出し、現在の圧力設定値に対応した膜厚より、現在の膜厚が高い時は、プラス側の膜厚及び圧力設定値を用いて圧力補正量を算出している。
【００７６】
本発明ではボート天井部熱電対で測定したボート天井部温度補正値を使用して圧力補正量を求めているが、キャップＴＣあるいはウエハ中心部熱電対で測定できる、キャップ部温度補正値あるいはウエハ中心部温度補正値で代用することができる。
また、例えば、ボート天井部熱電対で測定したボート天井部温度補正値とキャップＴＣで測定したキャップ部温度補正値の２つの平均温度偏差、あるいはウエハ中心部熱電対で測定したウエハ中心部温度補正値を加えた３つの平均温度偏差から圧力補正値を算出することも可能である。
【００７７】
次に本発明の第３の実施形態を説明する。
先述の実施形態では、図３に示すように、１つの冷却ガス吸気装置７６に対して、複数の吸気管７４−１〜７４−４が接続され、それぞれの吸気管７４−１〜７４−４から吸気口７２−１〜７２−４を介して冷却ガス流路７７に接続されていたが、第３の実施形態では、図１２に示すように、複数の冷却ガス吸気装置７６−１〜７６−４を設け、複数の冷却ガス吸気装置７６−１〜７６−４に対して、複数の吸気管７４−１〜７４−４がそれぞれ接続され、それぞれの吸気管７４−１〜７４−４から吸気口７２−１〜７２−４を介して冷却ガス流路７７に接続されている。
【００７８】
すなわち、冷却ガス吸気装置を吸気管毎に複数設けることで、冷却ガス流路毎に冷却ガス吸気装置７６−１〜７６−４の出力、例えば、ブロアの周波数を制御することにより、より細かくかつ広範囲で冷却ガス供給側の圧力値を制御することが可能となる。
【００７９】
次に本発明の第４の実施形態を説明する。
先述の実施形態では、圧力補正量ｐｘを、ボート天井部の温度補正値を用いて求めていたのに対して、この第４の実施形態では、デポ処理時間補正量ｔｘを、事前に薄膜形成処理がなされたウエハ５４の膜厚を用いて求めている。以下、詳細に説明する。説明にあたっては、図９に示す、予め所定の条件で薄膜形成がなされたウエハ５４に、測定された膜厚等のデータを用いる。
【００８０】
ウエハ５４の現在の膜厚をａ１、現在のデポ処理時間をｔ１、現在のデポ処理時間ｔ１に対応した膜厚をｃ１、検索されたプラス側のデポ処理時間をｔｐ、予め取得された複数のデータ中におけるプラス側の膜厚をｐｃ、予め取得された複数のデータ中におけるマイナス側のデポ処理時間をｔｍ、マイナス側の膜厚をｔｃとすると、デポ処理時間ｔｘは、現在の膜厚ａ１と現在のデポ処理時間ｔ１に対応した膜厚をｃ１との大小に応じ、以下に示す式（２３）、式（２４）で求められる。
【００８１】
すなわち、
ａ１ < ｃ１の場合は、
ｔｘ ＝ （ｃ１−ａ１）＊｛（ｔ１−ｔｍ）／（ｃ１−ｔｃ）｝・・・（式２３）
ａ１ > ｃ１の場合は、
ｔｘ ＝ （ｃ１−ａ１）＊｛（ｔｐ−ｔ１)／（ｐｃ−ｃ１）｝・・・（式２４）
で求められる。
【００８２】
以下、ａ１ < ｃ１の場合と、ａ１ > ｃ１の場合とのそれぞれについて、具体例を示しつつ説明する。
【００８３】
図１４は、ａ１ < ｃ１ の場合のデポ処理時間補正量ｔｘの算出について説明する説明図である。
まず、ｃ１−ａ１として、予め取得した膜厚ｃ１と現在の膜厚ａ１との差を求める。
次に、（ｔ１−ｔｍ）／（ｃ１−ｔｃ）として、予め取得したデータから、「現在のデポ処理時間ｔ１とそれに対応した膜厚ｃ１」と、「検出したマイナス側のデポ処理時間ｔｍとそれに対応した膜厚ｔｃ」との関係から、膜厚を−１Åとするためのデポ処理時間補正量を求める。すなわち、図１３に示されるように、デポ処理時間９０ｍｉｎに対応した膜厚は６３０Åであり、マイナス側のデータとしてＮｏ．２の５８０Åが抽出される。
【００８４】
図１３に示される予め取得したデータによると、デポ処理時間ｔ１が９０ｍｉｎで、膜厚ｃ１は６３０Åになる。また、デポ処理時間ｔｍが６０ｍｉｎで、膜厚ｔｃは５８０Åとなる。つまり、膜厚ｔｃを５８０Åから６３０Åに５０Å変化させるには、
９０ｍｉｎ（ｔ１）−６０ｍｉｎ（ｔｍ） ＝＋３０ｍｉｎ
のデポ処理時間補正量が必要となる。
【００８５】
現在のデポ処理時間が９０ｍｉｎ、測定結果から得られる膜厚が６００Åの場合を例とする。
この場合、まず、現在使用しているデポ処理時間に対応した膜厚を検索キーとして、検索キーからプラス側とマイナス側とで、それぞれ最も近い膜厚を記憶したデータを図１３に示される予め測定された値から選択し、その選択されたデータから算出を行う。
以上から、
＋１Å分のデポ処理時間補正量 ＝ ＋３０ｍｉｎ／５０Å＝＋０．６ｍｉｎ／Å
が求められる。
つまり、
ｃ１−ａ１ ＝ ＋３０Å分補正したいので、
＋３０Å＊（＋０．６ｍｉｎ／Å） ＝ ＋１８ｍｉｎのデポ処理時間補正量が算出される。
【００８６】
図１５は、ａ１ > ｃ１の場合のデポ処理時間補正量ｔｘを算出する式について説明する説明図である。
【００８７】
まず、先述のａ１ < ｃ１の場合と同様に、予め取得した膜厚ｃ１と現在の膜厚ａ１との差を求める。
次に、（ｔｐ−ｔ１）／（ｐｃ−ｃ１）として、予め取得したデータから「現在のデポ処理時間ｔ1とそれに対応した膜厚ｃ１」と、「検出したプラス側のデポ処理時間ｔｐとそれに対応した膜厚ｐｃ」との関係から、膜厚を+１Å増加させるためのデポ処理時間補正量を求める。すなわち、図１３に示されるように、９０ｍｉｎに対応した膜厚は６３０Åであり、プラス側のデータとして、図１３におけるＮｏ.４の７３０Åが検出される。
【００８８】
図１３に示される予め取得したデータによると、デポ処理時間ｔ１が９０ｍｉｎで、膜厚ｃ１は６３０Åになる。また、デポ処理時間ｔｐが１２０ｍｉｎで、膜厚ｐｃは７３０Åとなる。つまり、膜厚を７３０Åから６３０Åに−１００Å変化させるには、
９０ｍｉｎ（ｔ１）−１２０ｍｉｎ（ｔｐ） ＝ −３０ｍｉｎ
のデポ処理時間補正量が必要となる。
【００８９】
例えば、現在のデポ処理時間が９０ｍｉｎ、測定結果から得られる膜厚が６８０Åの場合を例とする。
この場合、まず、現在のデポ処理時間に対応した膜厚を検索キーとして、検索キーからプラス側とマイナス側とで、それぞれ最も近い膜厚を記憶したデータを図１３に示される予め測定された値から選択し、その選択されたデータから算出を行う。
以上から、
＋１Å分のデポ処理時間補正量 ＝ −３０ｍｉｎ ／ −１００Å ＝ ＋０．３ｍｉｎ／Åが求められる。
つまり、
（ｃ１−ａ１） ＝ −５０Å分補正したいので、
−５０Å＊（＋０．３ｍｉｎ／Å） ＝ −１５ｍｉｎのデポ処理時間補正量が算出される。
【００９０】
以上で、ウエハ５４の現在の膜厚をａ１、及び現在のデポ処理時間ｔ１に対応した膜厚ｃ１のいずれか一方が他方よりも大きい場合におけるデポ処理時間補正量ｔｘについて説明をしたが、ａ１とｃ１とが同じ値である場合は補正の必要はない。
【００９１】
また、以上で説明をしたデポ処理時間補正値の算出で、検出したプラス側あるいはマイナス側のデポ処理時間と、それに対応した膜厚と、現在のデポ処理時間ｔ１及びそれに対応した膜厚ｃ１の関係から、膜厚を１Å増加させるためのデポ処理時間補正量を求めているのは、膜厚によってデポレート、つまり膜の累積量は変化することが考えられるからである。
例えば、膜厚を５８０Åから６３０Åに＋５０Å変化させるためのデポ処理時間補正量と、６３０Åから６８０Åに＋５０Å変化させるためのデポ処理時間補正量とは、ヒータ５８の素線からの輻射熱の変化、ウエハ５４のエッジ部から反応管１４への熱伝達、ウエハ５４の中央部とウエハ５４のエッジ部の熱伝達の関係が変化することによって、ウエハ５４が受ける熱量が変化する為、必ずしも一致するとは限らない。
【００９２】
そこで、この実施形態に係る半導体製造装置１０では、より近い膜厚の変化状況からデポ処理時間補正量を算出する為、現在のデポ処理時間に対応した膜厚より、現在の膜厚が低い時は、マイナス側の膜厚及びデポ処理時間を用いてデポ処理時間補正量を算出し、現在のデポ処理時間に対応した膜厚より、現在の膜厚が高い時は、プラス側の膜厚及びデポ処理時間を用いてデポ処理時間補正量を算出している。
【００９３】
次に本発明の第５の実施形態を説明する。
図１６には、本発明の第５の実施形態に係る半導体製造装置１０の構成が示されている。先述の実施形態においては、半導体製造装置１０は、例えば、均熱管１２と反応管１４との間にウエハ５４の積載方向に沿って延びる第２の熱電対６４を１つ有し、この１つの熱電対を上方から下方にかけて分割し、この分割した領域に配置された熱電対６４−１〜６４−４を用いて制御を行っていた。これに対して、この第５の実施形態に係る半導体製造装置１０では、ウエハ５４の円周方向であって、均熱管１２と反応管１４との間にウエハ５４の積載方向に沿って延びる複数の熱電対６４ａ、６４ｂ、６４ｃ及び６４ｄを配置する。この複数の熱電対６４ａ〜６４ｄを上方から下方にかけて分割し、この同じ高さ領域に配置された熱電対６４ａ―１〜６４ｄ−１、６４ａ―２〜６４ｄ−２、６４ａ―３〜６４ｄ−３、６４ａ―４〜６４ｄ−４から検出される温度をそれぞれ平均化した値が制御に用いられる。
【００９４】
具体的には、図１６に示されるように、例えば第２の熱電対６４ａ−１、第２の熱電対６４ｂ−１、第２の熱電対６４ｃ−１、及び第２の熱電対６４ｄ−１からの出力が、制御部１０４が有する平均温度算出部１０８へと入力され、平均温度算出部１０８において、これらの平均値が算出され、この平均値が温度制御部１０６におけるＰＩＤ演算部１１０へと出力され、ＰＩＤ演算部１１０の出力が、例えばヒータ５８の制御等の制御に用いられる。
【００９５】
すなわち、複数の第２の熱電対６４ａ〜６４ｄが検出した同じ高さの温度検出点による温度の平均化がなされ、あらかじめ設定された温度設定値の偏差が零となるようにＰＩＤ制御することで、ウエハ５４の円周部の制御がなされる。
【００９６】
以上のようにウエハ５４に円周方向に配置された複数の第２の熱電対６４ａ〜６４ｄが検出した同じ高さの温度検出点による温度を平均化し、温度制御することによって、ボート５２が回転する際のウエハ５４にエッジ部（外周部）近傍の温度を予測することが可能になり、ウエハ５４のエッジ部をより適切な値で制御することが可能となる。
【００９７】
すなわち、第５の実施形態に係る半導体製造装置１０では、基板周縁部近傍に複数の温度検出部を有し、検出される温度を平均化した値を制御に用いることで、基板円周方向の温度差を軽減することができ、膜厚の再現性向上が見込まれる。
【００９８】
なお、第５の実施形態に係る半導体製造装置１０においては、第２の熱電対６４を複数設ける例について説明したが、これに限らず、第１の熱電対６２等の他の熱電対についても適用できる。
【００９９】
なお、各実施形態に係る半導体製造装置１０において、以上で特に説明をした構成以外の構成は、先述の本発明の適用される第１の実施形態と同一であるため説明を省略する。
【０１００】
本発明によれば、反応炉上下方向の冷却性能の変動を検出し、その変動に応じて冷却ガス供給側の圧力値を制御することによって、特に成膜時に急冷機構を使用する場合に、ウエハ間の膜厚均一性や膜質の再現性の向上を図ることができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１０ 半導体製造装置
１２ 均熱管
１４ 反応管
１６ 供給管
１８ 排気管
２０ 導入部材
２２ 排気口
２４ ＭＦＣ
２６ 制御部（制御装置）
２８ ガス流量制御部（ガス流量制御装置）
３０ 温度制御部（温度制御装置）
３２ 圧力制御部（圧力制御装置）
３４ 駆動制御部（駆動制御装置）
３６ 上位コントローラ
３８ ＡＰＣ
４０ 圧力センサ
４２ ベース
４４ リング
４６ シールキャップ
４８ 回転軸
５０ 石英キャップ
５２ ボート
５４ ウエハ
５６ ボートエレベータ
５８ ヒータ
６０ 温度検出部（温度検出装置）
６２ 第１の熱電対
６４ 第２の熱電対
６６ 第３の熱電対
６８ 中心部熱電対
７０ 天井部熱電対
７２ 吸気口
７４ 吸気管
７６ 冷却ガス吸気装置
７８ 制御弁
８０ 圧力センサ
８２ 排気部
８４ 冷却ガス排気装置
８６ ラジエタ
９０ シャッタ
９２ 圧力センサ
９４ 冷却ガス流量制御部（冷却ガス流量制御装置）
９６ 減算器
９８ ＰＩＤ演算器
１００ 制御弁開度変換器
１０２ ウエハ中心部温度補正演算部（ウエハ中心部温度補正演算装置）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理室と、
前記処理室に収容された基板を基板の外周側から加熱する加熱装置と、
前記加熱装置と処理室との間に設けられた冷却ガス流路と、
前記冷却ガス流路に冷却ガスを流す冷却装置と、
前記加熱装置を上方から下方にかけて分割した領域の前記冷却ガス流路とそれぞれ連通し、前記冷却装置により前記冷却ガス流路へ冷却ガスを流す複数の冷却ガス吸気路と、
前記複数の冷却ガス吸気路にそれぞれ設けられた圧力検出器と、
前記圧力検出器が検出する圧力値に基づいて、前記冷却装置を制御する制御部と、
を有する熱処理装置、
【請求項２】
前記冷却ガス流路の下流側で、前記冷却ガス流路と連通する冷却ガス排気路をさらに有し、前記冷却ガス排気路には、圧力検出器が設けられ、前記圧力検出器が検出する圧力値に基づいて、前記加熱装置又は前記冷却装置の少なくとも一方が制御される請求項１記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記制御部は、基板の周縁の状態を検出する第１検出部の測定値と、基板の中心部の状態を検出する第２検出部の測定値とを取得して、前記第１検出部の測定値と前記第２検出部の測定値との第1の偏差を求め、予め記憶された前記第1検出部の測定値と前記第２検出部の測定値との第２の偏差と、前記第１検出部の測定値と前記第２検出部の測定値との前記第１の偏差とを比較し、前記第２の偏差と、前記第１の偏差が異なる場合には、前記第１の偏差に基づいて、前記冷却ガス流路における圧力値の圧力補正値を算出し、該圧力補正値により前記圧力値を補正する請求項１又は２記載の熱処理装置。
【請求項４】
基板を処理する処理室内に収容された基板を加熱装置により基板の外周側から加熱する工程と、
前記加熱装置を上方から下方にかけて分割した領域にそれぞれ接続された複数の冷却ガス吸気路から前記加熱装置と前記処理室との間に設けられた冷却ガス流路へ冷却装置により冷却ガスを流し、前記基板の外周側を冷却する工程と、
前記複数の冷却ガス吸気路内の圧力値を圧力検出器により検出する工程と、
前記圧力検出器が検出する圧力値に基づいて、制御部により前記冷却装置を制御する工程と、
を有する基板処理方法。
【請求項５】
前記制御部は、基板の周縁の状態を検出する第１検出部の測定値と、基板の中心部の状態を検出する第２検出部の測定値とを取得して、前記第１検出部の測定値と前記第２検出部の測定値との第1の偏差を求め、予め記憶された前記第1検出部の測定値と前記第２検出部の測定値との第２の偏差と、前記第１検出部の測定値と前記第２検出部の測定値との前記第１の偏差とを比較し、前記第２の偏差と、前記第１の偏差が異なる場合には、前記第１の偏差に基づいて、前記冷却ガス流路における圧力値の圧力補正値を算出し、該圧力補正値により前記圧力値を補正する工程と、
前記処理室を前記加熱装置で加熱しつつ、前記冷却ガス流路内に冷却装置により冷却ガスを流し、前記補正後の圧力値に基づいて、前記制御部により前記加熱装置及び前記冷却装置を制御して基板を処理する工程と、
を有する請求項２記載の基板処理方法。
【請求項１】
基板を処理する処理室と、
前記処理室に収容された基板を基板の外周側から加熱する加熱装置と、
前記加熱装置と処理室との間に設けられた冷却ガス流路と、
前記冷却ガス流路に冷却ガスを流す冷却装置と、
前記加熱装置を上方から下方にかけて分割した領域の前記冷却ガス流路とそれぞれ連通し、前記冷却装置により前記冷却ガス流路へ冷却ガスを流す複数の冷却ガス吸気路と、
前記複数の冷却ガス吸気路にそれぞれ設けられた圧力検出器と、
前記圧力検出器が検出する圧力値に基づいて、前記冷却装置を制御する制御部と、
を有する熱処理装置、
【請求項２】
前記冷却ガス流路の下流側で、前記冷却ガス流路と連通する冷却ガス排気路をさらに有し、前記冷却ガス排気路には、圧力検出器が設けられ、前記圧力検出器が検出する圧力値に基づいて、前記加熱装置又は前記冷却装置の少なくとも一方が制御される請求項１記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記制御部は、基板の周縁の状態を検出する第１検出部の測定値と、基板の中心部の状態を検出する第２検出部の測定値とを取得して、前記第１検出部の測定値と前記第２検出部の測定値との第1の偏差を求め、予め記憶された前記第1検出部の測定値と前記第２検出部の測定値との第２の偏差と、前記第１検出部の測定値と前記第２検出部の測定値との前記第１の偏差とを比較し、前記第２の偏差と、前記第１の偏差が異なる場合には、前記第１の偏差に基づいて、前記冷却ガス流路における圧力値の圧力補正値を算出し、該圧力補正値により前記圧力値を補正する請求項１又は２記載の熱処理装置。
【請求項４】
基板を処理する処理室内に収容された基板を加熱装置により基板の外周側から加熱する工程と、
前記加熱装置を上方から下方にかけて分割した領域にそれぞれ接続された複数の冷却ガス吸気路から前記加熱装置と前記処理室との間に設けられた冷却ガス流路へ冷却装置により冷却ガスを流し、前記基板の外周側を冷却する工程と、
前記複数の冷却ガス吸気路内の圧力値を圧力検出器により検出する工程と、
前記圧力検出器が検出する圧力値に基づいて、制御部により前記冷却装置を制御する工程と、
を有する基板処理方法。
【請求項５】
前記制御部は、基板の周縁の状態を検出する第１検出部の測定値と、基板の中心部の状態を検出する第２検出部の測定値とを取得して、前記第１検出部の測定値と前記第２検出部の測定値との第1の偏差を求め、予め記憶された前記第1検出部の測定値と前記第２検出部の測定値との第２の偏差と、前記第１検出部の測定値と前記第２検出部の測定値との前記第１の偏差とを比較し、前記第２の偏差と、前記第１の偏差が異なる場合には、前記第１の偏差に基づいて、前記冷却ガス流路における圧力値の圧力補正値を算出し、該圧力補正値により前記圧力値を補正する工程と、
前記処理室を前記加熱装置で加熱しつつ、前記冷却ガス流路内に冷却装置により冷却ガスを流し、前記補正後の圧力値に基づいて、前記制御部により前記加熱装置及び前記冷却装置を制御して基板を処理する工程と、
を有する請求項２記載の基板処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１１−２１６８５４（Ｐ２０１１−２１６８５４Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６７３２（Ｐ２０１１−６７３２）
【出願日】平成２３年１月１７日（２０１１．１．１７）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１７日（２０１１．１．１７）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
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