CN113614884A - 基板处理装置、半导体装置的制造方法以及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种技术，其具备：基板保持件，其保持多张基板；反应管，其容纳基板保持件；加热部，其对反应管内进行加热；气体供给部，其向反应管的内管的内部供给处理气体；排气部，其从反应管的内部排出处理气体；温度测量部，其测量反应管内的温度；反射率测量部，其测量形成于反应管的内部的膜的反射率；以及控制部，其使用由温度测量部测量出的温度信息和由反射率测量部测量出的膜的反射率信息对形成于基板的膜的成膜条件进行反馈控制。

Description

基板处理装置、半导体装置的制造方法以及存储介质
技术领域
本公开涉及基板处理装置、半导体装置的制造方法以及存储介质。
背景技术
在半导体设备的制造工序中的基板(晶圆)的热处理中，例如使用了立式基板处理装置。在立式基板处理装置中，通过基板保持件将多个基板沿垂直方向排列保持，将基板保持件搬入处理室内。然后，在对处理室进行了加热的状态下向处理室内导入处理气体，对基板进行薄膜形成处理。在这样的立式基板处理装置中，具有基于反应炉内的累积膜厚与温度的关系对加热装置进行控制的技术。例如，记载于专利文献1、专利文献2等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-109906号公报
专利文献2：日本特开2010-118605号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本公开提供一种技术，通过使用正在对基板进行薄膜形成处理时的测定数据对薄膜形成处理进行控制，能够对形成于基板的薄膜的膜厚更准确地进行控制而形成。
用于解决课题的方案
在本公开的一方案中涉及一种技术，在基板处理装置中具有：基板保持件，其保持多张基板；反应管，其容纳保持有基板的基板保持件；加热部，其对反应管内进行加热；气体供给部，其向保持于容纳在反应管的基板保持件的基板供给处理气体；排气部，其从反应管的内部排出处理气体；温度测量部，其测量反应管内的温度；反射率测量部，其测量通过在利用加热部加热的状态下从气体供给部向反应管的内部供给处理气体而形成的膜的反射率；以及控制部，使用由温度测量部测量出的反应管的内管与外管之间的温度信息和由反射率测量部测量出的膜的反射率信息，对在保持于基板保持件上容纳于反应管的基板上形成的膜的成膜条件进行反馈控制。
发明效果
根据本公开，能够消除伴随着累积膜厚增加的相对于加热器输出的反应管内部的设定升温速度与实施的升温速度的背离，因此，能够缓和过冲，能够降低半导体设备的生产成本。
附图说明
图1是表示实施例1的立式基板处理装置的概略结构的块图。
图2是表示在实施例1的立式基板处理装置中使晶舟上升而容纳于反应管的内部的状态下的处理炉的概略的剖面构造的块图。
图3是表示实施例1的立式基板处理装置的控制部的结构的块图。
图4是表示实施例1的立式基板处理装置对基板的处理工序的流程图。
图5是表示实施例1的立式基板处理装置的设于反应炉的加热器和温度检测部、反射率测量部以及温度控制部的概略结构的块图。
图6是表示实施例2的立式基板处理装置的概略结构的块图。
图7是表示实施例3的立式基板处理装置的处理炉的概略的剖面构造的块图。
图8是表示实施例4的立式基板处理装置的设于反应炉的加热器和温度检测部、反射率测量部以及温度控制部的概略结构的块图。
图9的(a)是表示实施例1的反射率与膜厚的关系的图表，(b)是表示膜厚与温度的关系的图表。
具体实施方式
使用图1～图3，对实施例1的半导体制造装置的结构进行说明。
(1)半导体制造装置的整体结构
在本实施方式中，半导体制造装置构成为实施作为半导体装置(设备)的制造方法中的制造工序的一工序的热处理等基板处理工序的立式基板处理装置(以下，称为处理装置)1。如图1所示，处理装置1具有移载室124和配置于移载室124的上方的处理炉2。图1示出了支撑多个基板7的晶舟21下降到移载室124侧的状态，图2示出了晶舟21上升而位于处理炉2的内部的状态。
处理炉2具备：圆筒形状的反应管4，其在铅垂方向上延伸；以及作为第一加热机构(炉体)的加热器3，其安装于设置在反应管4的外周的炉主体310。反应管4由例如石英(SiO)或碳化硅(SiC)等耐热性材料形成。
在反应管4的下端开口部经由O形环等密封部件连结有圆筒形的歧管5，歧管5支撑反应管4的下端。歧管5例如由不锈钢等金属形成。歧管5的中央的开口部通过圆盘状的盖部19开闭。盖部19例如由金属形成为圆盘状。如图2所示，在盖部19的上表面设置有O形环等密封部件19A，由此，反应管4内和外部大气被气密地密封。
在盖部19上载置有隔热部22。隔热部22例如由石英形成。在隔热部22的上方设置有作为基板保持件(基板保持部)的晶舟21。晶舟21由顶板21a、底板21c、以及设置于顶板21a与底板21c之间的多根支柱21b构成。晶舟21通过将基板7载置于在支柱21b形成有多层的槽，将多张、例如25～150张基板7以水平姿势且以相互对齐中心的状态沿垂直方向上排列支撑多层。因此，基板7隔开恒定的间隔排列。晶舟21由例如石英或SiC等耐热性材料形成。由隔热部22和晶舟21构成了基板保持体。基板处理时，晶舟21收纳于内管4B的内部。
隔热部22连接于贯通盖部19的旋转轴128。旋转轴128连接于设于盖部19的下方的旋转机构130。通过利用旋转机构130使旋转轴128旋转，能够使隔热部22及晶舟21旋转。
在移载室124内配置有基板移载机156、晶舟21、以及作为升降机构的晶舟升降机132。基板移载机156具有能够取出例如五张基板7的臂(夹钳)156a。基板移载机156构成为，利用未图示的驱动机构使臂156a进行上下旋转动作，由此可以将基板7在置于晶圆盒开启器158的位置的晶圆盒160与晶舟21之间搬送。晶舟升降机132通过使盖部19上下升降，将晶舟21相对于反应管4搬入/搬出。移载室124的结构的详情后面叙述。
处理装置1具备将用于基板处理的气体供给至反应管4内的气体供给机构134。气体供给机构134供给的气体根据成膜的膜的种类适当更改。气体供给机构134包括原料气体供给部(原料气体供给系统)、反应气体供给部(反应气体供给系统)以及惰性气体供给部(惰性气体供给系统)。
原料气体供给系统具备气体供给管9，在气体供给管9，自上游侧起依次设有作为流量控制器(流量控制部)的质量流量控制器(MFC)10及作为开闭阀的阀11。气体供给管9连接于贯通歧管5的侧壁的喷嘴8。喷嘴8在反应管4内沿上下方向竖立设置，且形成有朝向保持于晶舟21的基板7开口的多个供给孔。通过喷嘴8的供给孔对基板7供给原料气体。
以下，通过同样的结构，从反应气体供给系统经由气体供给管9、MFC10、阀11以及喷嘴8对基板7供给反应气体。从惰性气体供给系统经由气体供给管12、MFC13、阀14以及喷嘴8对基板7供给反应气体。
在歧管5安装有排气管15。在排气管15经由作为检测反应管4内的压力的压力检测器(压力检测部)的压力传感器16及作为压力调整器(压力调整部)的APC(Auto PressureController)阀17连接有作为真空排气装置的真空泵18。通过这样的结构，能够将反应管4内的压力设为与处理相应的处理压力。
如图1所示，在旋转机构130、晶舟升降机132、基板移载机156、气体供给机构134(MFC10、13以及阀11、14)、APC阀17、清洁单元162、移载室气体供给机构178(MFC138c及阀140c)如图2所示地连接有控制它们的控制器29。控制器29例如包括具备CPU的微处理器(计算机)而构成，构成为对处理装置1的动作进行控制。
处理炉2为了对后述的反应管4的筒部进行加热而具有沿上下方向配置的作为主加热器的加热器3。加热器3例如为圆筒形状，在后述的反应管4的筒部(本实施方式中为侧部)沿上下方向配置。加热器3由在上下方向上被分割成多个的多个加热器单元构成。此外，加热器3也可以设为围绕反应管4的外侧。在本实施方式中，加热器3从上方朝向下方依次具备上部加热器301、中央上部加热器302、中央下部加热器303、以及下部加热器304。加热器3通过支撑于作为保持板的加热器基底(未图示)，相对于处理装置1的设置地板垂直地安装。对于上部加热器301、中央上部加热器302、中央下部加热器303以及下部加热器304的温度，分别独立地控制温度。
在加热器3的内侧配设有构成反应容器(处理容器)的反应管4。反应管4形成为上端封闭且下端开口的圆筒形状。反应管4被设为具有在下端的凸缘部4C相互结合的外管4A和内管4B的双重管构造。换言之，外管4A和内管4B分别形成为圆筒状，在外管4A的内部配置有内管4B。
在外管4A的下部设有凸缘部4C。凸缘部4C具有比外管4A大的外径，向外侧突出。在反应管4的靠近下端设有与外管4A内连通的排气端口4D。包括这些的反应管4整体由单一的材料形成为一体。外管4A构成为较厚，以便能够耐受将内侧设为真空时的压力差。
歧管5为圆筒或圆锥台形，为金属制或石英制，且设为支撑反应管4的下端。歧管5的内径形成为比反应管4的内径(凸缘部4C的内径)大。由此，在反应管4的下端(凸缘部4C)与盖部19之间形成后述的圆环状的空间。将该空间或其周边的部件总称为炉口部。
就内管4B而言，在比排气端口4D靠反应管的里侧，在其侧面具有连通内侧和外侧的主排气口4E，另外，在与主排气口4E相反的位置具有供给狭缝4F。主排气口4E可以设为对配置有作为基板的基板7的区域开口的单一的纵长的开口，也可以设为在周向上延伸的多个狭缝(参照图1)。供给狭缝4F是在周向上延伸的狭缝，设置成以与各基板7对应的方式在垂直方向上排列多个。
在外管4A与内管4B之间的气体供给空间S1与供给狭缝4F的位置对应地设有供给原料气体等处理气体的一个以上的喷嘴8。供给处理气体(原料气体)的气体供给管9贯通歧管5连接于喷嘴8。
从喷嘴8供给到外管4A与内管4B之间的排气空间S的处理气体一边被加热器3加热一边穿过供给狭缝4F进入内管4B的内部，从各基板7的头到尾横断地在各基板7的间隙(最上层的基板时，与顶板21a的间隙)平行于基板7的表侧面地流动。平行于该基板7的表侧面地流动的处理气体从内管4B的主排气口4E流到外管4A与内管4B之间的排气空间S，并从排气端口4D排出。
在喷嘴8的侧面或上端设有供给气体的一至多个气体供给孔8H。多个气体供给孔8H对应于供给狭缝4F的每一个的开口以朝向反应管4的中心的方式开口，从而能够穿过内管4B朝向基板7喷射气体。
在排气端口4D连接有排出反应管4内的气体介质的排气管15。在排气管15经由检测反应管4的内部的压力的作为压力检测器(压力计)的压力传感器16及作为压力调整器(压力调整部)的APC(Auto Pressure Controller)阀17连接有作为真空排气装置的真空泵18。APC阀17通过在使真空泵18工作的状态下对开闭阀，能够进行反应管4的内部的真空排气及真空排气停止。进一步地，APC阀17构成为，在使真空泵18工作的状态下，基于由压力传感器16检测出的压力信息对阀开度进行调节，从而能够调整反应管4内的压力。主要由排气管15、APC阀17、压力传感器16构成了排气系统。也可以将真空泵18包含在排气系统中进行考虑。
另外，在盖部19的上表面对比歧管5的下端内周靠内侧的部分设置有保护盖部19的盖板20。盖板20例如由石英、蓝宝石、或SiC等耐热耐蚀性材料形成，且形成为圆板状。就盖板20而言，由于不要求机械强度，因此能够形成为较薄的壁厚。盖板20不限于与盖部19独立地准备的部件，也可以是在盖部19的上表面进行涂层或将表面改性而得到的氮化物等的薄膜或层。盖板20也可以具有从圆周的缘沿着歧管5的内面立起的壁。
在反应管4的内管4B的内部容纳有作为基板保持件的晶舟21。晶舟21具备直立的多个支柱21b和将多个支柱21b的上端相互固定的圆板状的顶板21a。在此，晶舟21的顶板21a是顶板的一例。此外，在本实施方式中，晶舟21在多个支柱21b的下端部具备圆环状的底板21c，但也可以取而代之地设置圆板状的底板。
优选反应管4的内管4B的内径具有能够将晶舟21安全地搬入/搬出的最小限的内径。
在晶舟21的下部配设有隔热部(隔热结构体)22。隔热部22具有使上下方向的热的传导或传递减小的构造，通常在内部具有空腔。内部能够被轴净化气体净化。在反应管4中，将配置有晶舟21的上部分称为基板7的处理区域A、将配置有隔热部22的下部分称为隔热区域B。
在盖部19的与反应管4相反的侧设置有使晶舟21旋转的旋转机构130。在旋转机构130连接有轴净化气体的气体供给管24。在气体供给管24，自上游方向起，依次设有MFC25及阀26。该净化气体的一个目的是保护旋转机构130的内部(例如轴承)不受反应管4内使用的腐食性气体等的伤害。净化气体从旋转机构130沿旋转轴128供给，被引导至隔热部22内。
晶舟升降机132垂直地配备于反应管4的外部下方，作为使盖部19升降的升降机构(搬送机构)动作。由此，支撑于盖部19的晶舟21及基板7在反应管4的内外被搬入/搬出。此外，在盖部19下降至最下位置的期间，也能够代替盖部19而设置堵塞反应管4的下端开口的挡板(未图示)。
如图3所示，控制器29与MFC10、13、25、138c、阀11、14、26、140c、压力传感器16、APC阀17、真空泵18、旋转机构130、晶舟升降机132、反射率计201-205等各结构电连接，并对它们进行自动控制。另外，控制器29与加热器3(上部加热器301、中央上部加热器302、中央下部加热器303、下部加热器304)、温度传感器311、312等各结构电连接，并对加热器3进行自动控制。
控制器29构成为具备CPU(Central Processing Unit)212、RAM(Random AccessMemory)214、存储装置216、I/O端口218的计算机。RAM214、存储装置216、I/O端口218构成为经由内部总线220能够与CPU212进行数据交换。I/O端口218与上述的各结构连接。在控制器29连接有例如触控面板等输入/输出装置222及外部存储装置224。
存储装置216例如由闪存、HDD(Hard Disk Drive)等构成。在存储装置216内可读取地存储有控制处理装置1的动作的控制程序、用于根据处理条件使处理装置1的各结构执行成膜处理等的程序(工艺配方、清洁配方等配方)。RAM214构成为临时保持由CPU212读取出的程序或数据等的存储区域(工作区)。
CPU212从存储装置216读取控制程序并执行，并且根据来自输入/输出装置222的操作指令的输入等从存储装置216读取配方，并根据配方对各结构进行控制。
控制器29能够通过将永久地存储于外部存储装置(例如USB存储器、存储卡等半导体存储器、CD、DVD等光盘、HDD)224的上述的程序安装于计算机而构成。存储装置216、外部存储装置224构成为计算机可读取的有形介质。以下将它们总称地简称为存储介质。此外，向计算机提供程序也可以不使用外部存储装置224，而是使用网络或专线等通信单元。
控制器29管理各个伪基板的使用经历。也就是，关于伪基板的每一个，保持于上述基板保持件与上述产品基板一同被处理的经历作为膜厚的累积值而保持。然后，在上述累积值超过了规定值时，进行预定的存储动作、报告动作或者从上述基板保持件去除该伪基板的动作。
(2)基板处理工序(成膜工序)
使用图4，作为半导体装置(设备)的制造工序的一工序，采用在基板7上形成金属膜的工序的一例，对形成TiN层的工序进行说明。形成TiN层等金属膜的工序在上述的处理装置1的反应管4的内部执行。如上所述，制造工序的执行是通过图3的控制器29的CPU212执行程序来进行的。
在本实施方式的基板处理工序(半导体装置的制造工序)中，具有：
(a)对容纳于反应管4内的基板7供给TiCl4气体的工序；
(b)除去反应管4内的残留气体的工序；
(c)对容纳于反应管4内的基板7供给NH3的工序；以及
(d)除去反应管4内的残留气体的工序，
具有通过反复多次上述(a)～(d)，形成TiN层的工序，
在基板7上形成TiN层。
此外，本说明书中使用“基板”这一词语的情况具有表示“基板本身”的情况、表示“基板与形成于其表面的预定的层或膜等的层叠体(集合体)”的情况(即，包含形成于表面的预定的层或膜等称为基板的情况)。另外，在本说明书中使用“基板的表面”这一词语的情况具有表示“基板本身的表面(露出面)”的情况、表示“形成于基板上的预定的层或膜等的表面、即，作为层叠体的基板的最表面”的情况。
此外，在本说明书中使用“基板”这一词语的情况也与使用“晶圆”这一词语的情况同义。
(基板搬入)
当将多张基板7装填于晶舟21(基板装料：S401)时，如图1所示，支撑有多张基板7的晶舟21被晶舟升降机132提升而搬入反应管4的内部(晶舟装载：S402)。在该状态下，盖部19成为经由由O形环形成的密封部件19A封闭反应管4的下端开口的状态。
(压力调整及温度调整)
通过真空泵18进行真空排气，以使反应管4的内部成为所期望的压力(真空度)。此时，反应管4的内部的压力由压力传感器16测定，基于该测定出的压力信息，对APC阀17进行反馈控制。真空泵18至少在直至对基板7的处理完成的期间始终维持工作的状态。另外，通过加热器3进行加热，以使反应管4的内部成为所期望的温度。此时，基于温度传感器311及312检测出的温度信息反馈控制向加热器3的通电量，以使反应管4的内部成为所期望的温度(温度调整：S403)。加热器3对反应管4的内部的加热至少在直至对基板7的处理完成的期间持续进行。
[TiN层形成工序]
接着，执行形成作为第一金属层的例如金属氮化层即TiN层的步骤。
(TiCl4气体供给(步骤S404))
打开阀11，向气体供给管9内流动作为原料气体的TiCl4气体。TiCl4气体由MFC10进行流量调整，从喷嘴8的气体供给孔8H供给至反应管4的内部，并从排气管15排出。此时，对基板7供给TiCl4气体。与此时同时，打开阀14，向气体供给管12内流动N2气体等惰性气体。在气体供给管12内流动的N2气体由MFC13进行流量调整，与TiCl4气体一起供给至反应管4内，并从排气管15排出。
N2气体经由气体供给管12、喷嘴8供给至反应管4的内部，并从排气管15排出。此时，加热器3的温度设定为使基板7的温度成为例如250～550℃的范围内的温度的温度。
流通于反应管4的气体仅为TiCl4气体和N2气体，通过供给TiCl4气体，在基板7(表面的基膜)上形成例如从不足一原子层至几原子层左右的厚度的含Ti层。
(残留气体除去(步骤S405))
向反应管4的内部供给TiCl4气体预定的时间而在基板7的表面形成含Ti层后，关闭阀11，停止供给TiCl4气体。此时，使排气管15的APC阀17保持打开，通过真空泵18对反应管4的内部进行真空排气，将残留于反应管4内的未反应或参与含Ti层形成后的TiCl4气体从反应管4内排除。此时，使阀14保持打开，维持N2气体向反应管4的供给。N2气体作为净化气体发挥作用，能够提高将残留于反应管4内的未反应或参与含Ti层形成后的TiCl4气体从反应管4内排除的效果。
(NH3气体供给(步骤S406))
除去反应管4内的残留气体后，打开NH3气体供给用的阀11，向NH3气体供给用的气体供给管9内流动作为反应气体的含N气体即NH3气体。NH3气体由NH3气体供给用的MFC10进行流量调整，从NH3气体供给用的喷嘴8的气体供给孔8H供给至反应管4内，并从排气管15排出。此时，对基板7供给NH3气体。此时，NH3气体供给用的阀14为关闭的状态，使N2气体不会与NH3气体一起供给至反应管4内。即，NH3气体不会被N2气体稀释地供给至反应管4内，并从排气管15排出。
此时，为了防止NH3气体向TiCl4气体供给用的喷嘴8内的侵入，打开阀14，向气体供给管12内流动N2气体。N2气体经由NH3气体供给用的气体供给管12、喷嘴8供给至反应管4内，并从排气管15排出。在该情况下，将作为反应气体的NH3气体不被N2气体稀释地供给至反应管4内，因此，能够提高TiN层的成膜率。此外，也能够调整基板7附近的N2气体的气体介质浓度。此时的加热器3的温度设定为与TiCl4气体供给步骤相同的温度。
此时流通于反应管4内的气体仅为NH3气体和N2气体。NH3气体与在TiCl4气体供给步骤中形成于基板7上的含Ti层的至少一部分进行置换反应。置換反应时，含Ti层含有的Ti和NH3气体含有的N结合，在基板7上形成含有Ti和N的TiN层。
(残留气体除去(步骤S407))
形成TiN层后，关闭NH3气体供给用的阀11，停止NH3气体的供给。然后，按照与步骤S405相同的处理工序，将残留于反应管4内的未反应或参与TiN层的形成后的NH3气体、反应副生成物从反应管4内排除。
(实施预定次数)
通过将依次进行上述的步骤S404～步骤S407的循环进行一次以上(预定次数(n次))(S408)，在基板7上形成预定的厚度(例如0.1～2nm)的TiN层。上述的循环优选反复多次，例如优选进行10～80次左右，更优选进行10～15次左右。
(后净化及大气压力恢复)
从气体供给管12的每一个向反应管4内供给N2气体，并从排气管15排出。N2气体作为净化气体发挥作用，由此反应管4内被惰性气体净化，残留于反应管4内的气体、副生成物从反应管4内被除去(后净化：S410)。然后，反应管4内的气体介质被置换成惰性气体(惰性气体置換)，反应管4内的压力恢复到常压(大气压力恢复)。
(基板搬出)
然后，通过晶舟升降机132使盖部19下降，反应管4的下端开口。然后，处理完毕的基板7以支撑于晶舟21的状态从反应管4的下端搬出到其外部(晶舟卸载：S411)。然后，从晶舟21取出处理完毕的基板7(基板卸料：S412)。
实施例1
在图1及图2中为了使说明简单而省略了图示，但如图5所示，处理炉2在与分割的各加热器301～304对应的位置分别安装有温度传感器312及311和反射率计201～204，它们与控制器(控制部)29相连。另一方面，在图5中，为了使说明简单，省略了供给原料气体的喷嘴8的显示。
加热器3沿处理炉2的内壁面安装，被分割成多个块，且对每个块进行温度控制。图5所示的加热器3示出了分成上部加热器301、中央上部加热器302、中央下部加热器303、下部加热器304这四个块的例子。
在反应管4的外管4A的内侧和处理炉2的沿着加热器3的位置对应于分割的各加热器301-304安装有温度传感器312及311。设置于外管4A的内侧的温度传感器312由级联热电偶构成。设于处理炉2的沿着加热器3的位置且与分割的各加热器301～304对应的位置的温度传感器311为加热器热电偶。
另外，在各加热器的高度方向的中央部附近，贯通上部加热器301、中央上部加热器302、中央下部加热器303、下部加热器304各自的设于加热器的孔地安装有反射率计201～204。反射率计201～204测定反应管4的外管4A的反射率。此外，在此示出了设置四个反射率计的例子，但也可以构成为设置至少任一个。
利用由级联热电偶构成的温度传感器312检测出的多处的温度检测信号、及来自温度传感器311的温度检测信号输入温度控制部260的温度控制器230的温度转换机231，转换成温度信息，该温度传感器311由加热器热电偶构成，且设于与各加热器301～304对应的位置。
另一方面，由反射率计201～204检测出的信号输入温度控制部260的反射率测量器240转换成反射率数据。在反射率测量器240求出的反射率的数据输入运算部250。在运算部250中，根据由反射率测量器240求出且由各反射率计201～204检测得到的各个信号反射率数据，基于预先求出并存储于存储装置216的反射率与膜厚的关系，求出附着于反应管4的内管4B的各部的膜的膜厚。
在存储装置216预先按照附着于外管4A的内侧的各部的膜的膜厚，存储设置于反应管4的外管4A的内侧的温度传感器312的检测温度与积载于内管4B的晶舟21的基板7的温度的关系作为温度控制系数。积载于晶舟21的基板7的温度只要将粘贴有热电偶的基板7搭载于晶舟21的预定的位置(高度)进行测定即可。
在运算部250中，基于根据由反射率计201～204检测出的信号求出的附着于反应管4的外管4A的各部的膜的膜厚的信息，从存储于存储装置216的温度控制系数中提取与膜厚对应的温度控制系数，并使用该提取出的温度控制系数，对根据温度传感器312的检测信号在温度转换机231得到的外管4A的内侧的温度信息进行修正而求出外管4A的内部的温度，并按照外管4A的各部计算与目标值的差，计算外管4A的各部的控制目标温度。
在此，构成为，温度控制系数通过表示预先测定的反射率与膜厚的关系的数据和膜厚与温度控制系数的对应数据(对应表(未图示))提取。但是并不限定于此。例如，如图9的(a)所示，反射率与膜厚之间存在某种关系，另外，如(b)所示，膜厚与温度之间也存在某种关系。根据该图9的(a)和(b)所示的关系，温度系数和反射率(膜厚)存在一定的关系。因此，也可以构成为，将该关系的近似式数据存储于存储装置216，基于反射率的数据和近似式数据，由运算部250运算(计算)温度系数。
该计算出的控制目标温度与由温度转换机231求出的各部的温度的差输入PID控制部(Proportional Integral Differential Controller)232，创建施加于各加热器301～304的电力信号。
由PID控制部232创建且施加于各加热器的电力信号输入SCR(Silicon ControledRectifier：硅控制整流器)270，被SCR270整流后输入各加热器301～304，从而各加热器301～304的温度被个别地控制。
一边由具备这样的结构的温度控制部260控制加热器3，一边如上述的(2)基板处理工序(成膜工序)中所说明地按照图4的处理流程进行处理，在基板7的表面形成薄膜。
在正在反复执行该基板处理工序(成膜工序)的S404至S407的工序时，温度控制部260基于控制目标温度与由温度转换机231基于通过温度传感器312及311检测出的处理炉2的内部的各部的温度数据求出的各部的温度的差在PID控制部232创建施加于各加热器的电力信号，且经由SCR270对各加热器301～304的温度个别地进行反馈控制，其中，控制目标温度是使用由反射率计201～204检测出的反应管4的外管4A的壁面的反射率测量数据计算出。
这样，通过使用由反射率计201～204检测出的反应管4的外管4A的壁面的反射率测量数据实时地对各加热器301～304的温度个别地进行反馈控制，即使在反复执行成膜使形成于反应管4的内壁面的膜的厚度逐渐增加的情况下，也能够基于实际的膜厚的数据个别地控制各加热器301～304的温度。由此，能够维持反应管4的内部的成膜条件恒定，能够实现形成于基板7的表面的薄膜的品质的稳定化。
另外，一般而言，为了在成膜开始时将基板7的温度快速地提升，将施加于各加热器301～304的电压设定为比稳定运行时高，但通过使用由反射率计201～204检测出的反应管4的外管4A的壁面的反射率测量数据实时地对各加热器301～304的温度个别地进行反馈控制，能够防止过冲，能够实现形成于基板7的表面的薄膜的品质的稳定化。
进一步地，通过使用反应管4的外管4A的壁面的反射率测量数据实时地进行测量，能够得到附着于反应管4的外管4A的内壁面的膜的膜厚信息，能够判断反应管4的清洁的时机。由此，能够防止因附着于反应管4的外管4A的内壁面的膜增厚而引起的各加热器301～304的加热効率的降低。进一步地，能够防止附着于反应管4的外管4A的内壁面成长得较厚的膜的一部分剥落而附着于载置于晶舟21的基板7。
根据本实施例，能够改善基板处理中的因向反应管的壁面的累积膜厚增加而引起的反应管内部的温度不均，能够实现基板处理的均匀化。
另外，根据实施例，能够消除伴随累积膜厚增加的相对于加热器输出的反应管内部的设定升温速度与实施的升温速度的背离，因此，能够缓和加热开始时的过冲，能够期待半导体装置的制造成本的降低、基板处理效率的改善。
[变形例]
在图1、2、以及5所示的结构中示出了作为处理炉2的加热器3，使用了利用电阻的电阻加热型的加热器301～304的例，但也可以将其替换成类似于灯加热器的基于放射光的加热机构。
这样，在使用了灯加热器作为处理炉2的热源的情况下，与使用了电阻加热型的加热器301～304的情况相比，能够使加热开始时的温度的上升陡峭。由此，能够缩短使反应管4的内部的温度从加热开始到成为预定的温度的时间，能够提高薄膜形成的吞吐量。
在使用灯加热器作为处理炉2的热源使加热开始时的温度的上升陡峭的情况下，为了防止反应管4的内部的温度过冲，需要进行与在实施例1所说明的控制不同的对应于灯加热器的加热的温度控制。
即，基于按照附着于反应管4的外管4A的壁面的膜厚求出的、由反射率计201～204检测出的反射率测量数据与反应管4的内管4B内部的温度的关系，由温度控制部260控制施加于灯加热器的电力。
使反应管4的内部的温度成为预定的温度。
根据本变形例，即使在使用了灯加热器作为处理炉2的加热器3的情况下，也能够与在实施例1所说明的相同地，一边通过温度控制部260控制由灯加热器构成的加热器3，一边如上述在(2)基板处理工序(成膜工序)所说明地按照图4的处理流程进行处理，在基板7的表面形成薄膜。
在正在反复执行该基板处理工序(成膜工序)的从S404到S407的工序时，温度控制部260基于控制目标温度与由温度转换机231基于利用温度传感器312及311检测出的处理炉2的内部的各部的温度数据求出的各部的温度的差在PID控制部232创建施加于相当于在实施例1中所说明的各加热器301～304的各灯加热器的电力信号，且经由SCR270对各灯加热器的温度个别地进行反馈控制，该控制目标温度是使用由反射率计201～204检测出的反应管4的外管4A的壁面的反射率测量数据算出。
实施例2
在实施例1中，说明了将反射率计201～204安装于处理炉2的各加热器301～304的位置测量反应管4的外管4A的壁面的反射率并用于对各加热器301～304的温度个别地进行控制的例。与之相对，在本实施例中，如图6所示地构成为，在成膜结束而使晶舟21向移载室124侧下降时，由安装于移载室124侧的反射率计215沿着支柱21b对晶舟21的支柱21b的反射率进行测定。
通过采用这样的结构，能够得到与图2所示的成膜时的各加热器301～304的位置对应的支柱21b的各位置(高度方向)的反射率数据。然后，将该测定得到的支柱21b的反射率的数据输入在图5中所说明的温度控制部260的反射率测量器240，通过利用运算部250进行处理，能够得到支柱21b的高度方向的各位置的膜厚的信息。
该得到的支柱21b的高度方向的各位置的膜厚的信息能够用于如下情况，即，在使搭载了新的基板7的晶舟21从移载室124上升至反应管4的内部进行成膜处理时，对各加热器301～304的输出进行控制。
根据本实施例，不需要将反射率计安装于处理炉2的内部，能够以更简单的结构改变成膜时的温度控制参数。
另外，在使晶舟21向移载室124侧下降时，通过旋转机构130使旋转轴128旋转而使晶舟21旋转，由此能够由反射率计215测量安装于晶舟21的多个支柱21b的反射率。由此，能够按照支柱21b的高度方向的区得到多个数据，通过对每个区使用其平均值利用温度控制部对加热器301～304的每一个进行控制，能够进行更高精度的反馈控制。
[变形例]
作为实施例2的变形例，也可以组合实施例1和实施例2的结构。
即，构成为，在处理炉侧的加热器3配备实施例1中所说明的记载于图1及2的反射率计201～204，且在移载室124侧具备实施例2中所说明的反射率计206。
通过采用这样的结构，能够在各加热器301～304分别安装反射率计201～204，在反应管4的内部对载置于晶舟21的基板7进行成膜处理时，根据由反射率计201～204测量出的外管4A的反射率测定数据判断反应管4的清洁的时期，根据由反射率计206测量出的晶舟21的支柱21b的反射率测定数据判断晶舟21的清洁的时机。
实施例3
作为第三实施例，使用图7对能够由反射率计直接监视反应管4的内管4B的内部的状态的结构进行说明。
在图7所示的结构中，206是与在实施例1及2中所说明的相同的反射率监视器，固定于盖部19。本实施例中的反射率监视器由反射率计206和安装于其前端部分的石英管207构成。石英管207的前端部分到达内管4B的内部。
在图7中仅显示了一组反射率计206与石英管207的组合，但设置有将石英管207的长度设为对应于各加热器301～304的高度方向的大致中央的位置的长度的多组(图7的结构的情况下为四组)。另外，即使在本实施例中，也具备在实施例1中利用图5所说明的温度传感器311和312。
在内管4B的内部对置于晶舟21的基板7的表面进行成膜时，也在石英管207的前端部分进行成膜，由反射率计206检测的石英管207的前端部分的反射率根据在石英管207的前端部分形成的膜的膜厚变化。通过由反射率计206监视石英管207的前端部分的反射率的变化，能够按照实施例1中所说明的顺序推断置于晶舟21的基板7的表面的成膜状态。使用附着于该石英管207的前端部分的膜的反射率的变化信息，对于各加热器301～304，如在实施例1中说明地、正在反复进行基板处理工序(成膜工序)的从S404至S407的工序时，温度控制部260基于控制目标温度与由温度转换机231基于利用温度传感器312及311检测出的处理炉2的内部的各部的温度数据求出的各部的温度的差在PID控制部232创建施加于各加热器的电力信号，经由SCR270对各加热器301～304的温度个别地进行反馈控制，该控制目标温度是使用由反射率计206检测出的石英管207的前端部分的反射率测量数据计算出。
这样，通过使用由反射率计206检测出的反应管4的内管4B的内侧的附着于石英管207的前端部分的膜的反射率测量数据实时地对各加热器301～304的温度个别地进行反馈控制，即使在反复执行成膜使形成于反应管4的内壁面的膜的厚度逐渐增加的情况下，也能够对各加热器301～304的温度个别地进行控制。由此，能够维持反应管4的内部的成膜条件恒定，能够实现形成于基板7的表面的薄膜的品质的稳定化。
另外，一般而言，为了在成膜开始时使基板7的温度快速提高，将施加于各加热器301～304的电压设置为比稳定运行时高，通过使用由反射率计206检测出的反应管4的内管4B的内侧的附着于石英管207的前端部分的膜的反射率测量数据实时地对各加热器301～304的温度个别地进行反馈控制，能够防止过冲，能够实现形成于基板7的表面的薄膜的品质的稳定化。
进一步地，通过使用反应管4的内管4B的内侧的附着于石英管207的前端部分的膜的反射率测量数据实时地进行测量，能够推断附着于反应管4的外管4A的内壁面的膜的厚度，能够判断反应管4的清洁的时机。由此，能够防止因附着于反应管4的外管4A的内壁面的膜增厚而引起的各加热器301～304的加热效率的降低。进一步地，能够防止附着于反应管4的外管4A的内壁面成长得较厚的膜的一部分剥落而附着于载置于晶舟21的基板7。
实施例4
作为第四实施例，表示在实施例1所说明的结构的基础上，在置于晶舟21的基板7中使用了表面粘贴有热电偶的温度测量用基板。
本实施例的结构基本上与实施例1所说明的处理装置1相同，如图8记载地，在晶舟21的最靠下的一层使用了表面粘贴有热电偶的温度测量用基板71。另外，关于图8所示的温度控制部260的结构，硬件上与实施例1中使用图5所说明的结构相同，因此，用相同的编号显示。
在这样的结构中，由温度测量用基板71测定的基板温度的数据输入温度控制部260的温度控制器230的温度转换机231进行处理，且与实施例1的说明同样地，与来自由级联热电偶构成的温度传感器312及由加热器热电偶构成且设于与各加热器301～304对应的位置的温度传感器311的温度检测信号一同转换为温度信息。
另一方面，与实施例1的情况同样地，由反射率计201～204检测出的信号输入温度控制部260的反射率测量器240被转换成反射率数据。由反射率测量器240求出的反射率的数据输入运算部250。在运算部250中，根据由反射率测量器240求出的由各反射率计201～204检测得到的各个信号反射率数据，基于预先求出并存储于存储装置216的反射率与膜厚的关系，求出附着于反应管4的内管4B的各部的膜的膜厚。
在存储装置216中与附着于反应管4的外管4A的内侧的各部的膜的膜厚对应地针对每个膜厚存储有设置于反应管4的外管4A的内侧的温度传感器312的检测温度与由温度测量用基板71测定的基板温度及积载于内管4B的晶舟21的基板7的温度的关系作为温度控制系数。积载于晶舟21的基板7的温度只要将相当于温度测量用基板71的基板7搭载于晶舟21的预定的位置(高度)进行测定即可。
在运算部250中，基于根据由反射率计201～204检测出的信号求出的附着于反应管4的外管4A的各部的膜的膜厚的信息，从存储于存储装置216的温度控制系数中提取与膜厚对应的温度控制系数，使用该提取出的温度控制系数，修正根据温度传感器312的检测信号由温度转换机231得到的外管4A的内侧的温度信息而求出外管4A的内部的温度，并按照外管4A的各部计算与目标值的差，计算外管4A的各部的控制目标温度。
该计算出的控制目标温度与由温度转换机231求出的各部的温度的差输入PID控制部(Proportional Integral Differential Controller)232，从而创建施加于各加热器301～304的电力信号。
由PID控制部232创建且施加于各加热器的电力信号输入SCR(Silicon ControledRectifier：硅控制整流器)270，被SCR270整流并输入各加热器301～304，对各加热器301～304的温度个别地进行控制。
一边通过具备这样的结构的温度控制部260控制加热器3，一边如上述中(2)基板处理工序(成膜工序)所说明地按照在实施例1中说明的图4的处理流程进行处理，在基板7的表面形成薄膜。
在正在反复执行该基板处理工序(成膜工序)的从S404至S407的工序时，温度控制部260基于控制目标温度与温度转换机231基于由温度传感器311和312检测出的处理炉2的内部的各部的温度数据及由温度测量用基板71测定出的基板温度求出的各部的温度的差在PID控制部232创建施加于各加热器的电力信号，并经由SCR270对各加热器301～304的温度个别地进行反馈控制，该控制目标温度是使用由反射率计201～204检测出的反应管4的外管4A的壁面的反射率测量数据计算出。
根据本实施例，在实施例1所说明的效果的基础上，通过使用由反射率计201～204检测出的反应管4的外管4A的壁面的反射率测量数据实时地对各加热器301～304的温度个别地进行反馈控制，即使在反复执行成膜而使形成于反应管4的内壁面的膜的厚度逐渐增加的情况下，也能够基于实际的膜厚的数据对各加热器301～304的温度个别地进行控制。由此，能够维持反应管4的内部的成膜条件维持，能够实现形成于基板7的表面的薄膜的品质的稳定化。
另外，一般而言，为了在成膜开始时使基板7的温度快速提高，将施加于各加热器301～304的电压设置为比稳定运行时高，通过使用由反射率计201～204检测出的反应管4的外管4A的壁面的反射率测量数据实时地对各加热器301～304的温度个别地进行反馈控制，能够防止过冲，能够实现形成于基板7的表面的薄膜的品质的稳定化。
进一步地，通过使用反应管4的外管4A的壁面的反射率测量数据实时地进行测量，能够得到附着于反应管4的外管4A的内壁面的膜的膜厚信息，能够判断反应管4的清洁的时机。由此，能够防止因附着于反应管4的外管4A的内壁面的膜增厚而引起的各加热器301～304的加热効率的降低。进一步地，能够防止附着于反应管4的外管4A的内壁面成长得较厚的膜的一部分剥落而附着于载置于晶舟21的基板7。
此外，也可以将实施例1的变形例应用于本实施例，作为处理炉2的加热器3，代替利用了电阻的电阻加热型的加热器301～304，而采用类似于灯加热器的基于放射光的加热机构。
此外，在上述的实施例中记载了由内管和外管构成反应管的例子，但并不限定于此。也可以仅由外管构成反应管。
另外，本公开包括以下实施方式。
一种存储介质，其特征在于，具备：
存储有在具备内管和覆盖上述内管的外周的外管的反应管的上述内管的内部容纳保持多个基板的基板保持件的步骤的存储部；
存储有在将上述基板保持件容纳于上述反应管的上述内管的内部的状态下通过加热部对上述基板进行加热的步骤的存储部；以及
存储有在上述基板被加热的状态下从气体供给部向上述反应管的内部供给处理气体而在上述基板的表面形成膜的步骤的存储部，
存储有在上述基板的表面形成膜的步骤的存储部存储有如下步骤：
在上述反应管的上述内管与上述外管之间利用温度测量部测量温度；
利用反射率测量部测量通过利用上述加热部加热并从上述气体供给部向上述反应管的内部供给处理气体而形成的膜的反射率；以及
使用由上述温度测量部测量出的上述反应管的上述内管与上述外管之间的温度信息和由上述反射率测量部测量出的上述膜的反射率信息，由控制部对在保持于上述基板保持件并容纳于上述反应管的上述基板形成的膜的成膜条件进行反馈控制。
工业上的应用领域
本公开的发明能够在半导体设备的制造工序中用于在基板上形成薄膜的工序。
符号说明
1—立式基板处理装置(处理装置)，2—处理炉，3—加热器，4—反应管，7—基板，8—喷嘴，21—晶舟，29—控制器，124—移载室，201、202、203、204—反射率计，230—温度控制器，240—反射率测量器，260—温度控制部，301—上部加热器，302—中央上部加热器，303—中央下部加热器，304—下部加热器，311、312—温度传感器。

Claims (15)

1.一种基板处理装置，其特征在于，具备：
基板保持件，其保持多张基板；
反应管，其容纳保持于上述基板保持件的上述基板；
加热部，其对上述反应管内进行加热；
气体供给部，其向容纳于上述反应管的内部的上述基板供给处理气体；
排气部，其从上述反应管的内部排出上述处理气体；
温度测量部，其测量上述反应管内的温度；
反射率测量部，其对通过从上述气体供给部供给上述处理气体而形成的膜的反射率进行测量；以及
控制部，其构成为能够使用由上述温度测量部测量出的温度信息和由上述反射率测量部测量出的反射率信息执行在容纳于上述反应管的上述基板形成的膜的成膜条件的反馈控制。
2.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
上述控制部构成为，作为形成于上述基板的上述膜的成膜条件，能够执行通过上述加热部加热上述基板的加热条件的反馈控制。
3.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
上述反射率测量部穿过形成于上述加热部的孔测量上述反应管的管壁的反射率。
4.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
上述加热部将上述反应管的内部按照高度分成多个区加热，
上述反射率测量部测量与通过上述加热部加热的多个区对应的每一个位置的上述反应管的管壁的反射率，
上述控制部使用由上述反射率测量部测量出的信息，针对上述加热部按照上述多个区的每一个对形成于上述基板的上述膜的成膜条件进行反馈控制。
5.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
还具备：
移载室，其位于上述反应管的下部，移载上述基板保持件；以及
反应管上下驱动部，其使上述基板保持件在上述反应管与上述移载室之间上升或下降，
上述反射率测量部在上述反应管上下驱动部驱动而使上述基板保持件从上述反应管向上述移载室下降的途中对附着于上述基板保持件的膜的反射率在多处进行测量。
6.根据权利要求5所述的基板处理装置，其特征在于，
上述反应管上下驱动部使上述基板保持件一边旋转一边从上述反应管向上述移载室下降，
上述反射率测量部测量上述一边旋转一边下降的上述基板保持件的周围的多处的反射率。
7.根据权利要求5所述的基板处理装置，其特征在于，
上述反射率测量部具备：测量上述反应管的管壁的反射率的第一反射率测量部；以及测量附着于上述基板保持件的上述膜的反射率的第二反射率测量部，
上述控制部使用由上述第一反射率测量部测量出的上述反应管的反射率信息判定上述反应管的清洁的时机，并使用由上述第二反射率测量部测量出的附着于上述基板保持件的上述膜的反射率信息判定上述基板保持件的清洁的时机。
8.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
上述控制部具备存储部，该存储部按照形成于上述反应管的管壁的膜的膜厚存储有由上述温度测量部测量出的上述反应管内的检测温度与保持于上述基板保持件并容纳于上述反应管的内部的基板的温度的关系作为温度控制系数。
9.根据权利要求8所述的基板处理装置，其特征在于，
上述控制部根据由上述反射率测量部测量得到的反射率的信息求出上述测量的区域的膜厚，基于上述求出的膜厚的信息，使用存储于上述存储部的上述温度控制系数，对通过上述加热部加热上述基板的加热条件进行反馈控制。
10.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
上述反射率测量部对形成于插入到上述反应管的内部的石英管的前端部分的膜的反射率进行测量。
11.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
上述基板保持件保持包含在表面安装有热电偶的基板的上述多张基板，上述控制部使用由上述温度测量部测量出的上述反应管内的温度信息及保持于上述基板保持件且在表面安装有热电偶的基板的温度信息和由上述反射率测量部测量出的上述膜的反射率信息，对形成于在上述反应管的内部保持于上述基板保持件的上述基板的膜的成膜条件进行反馈控制。
12.根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于，
上述加热部具备灯加热器，且包围上述反应管的周围地利用上述灯加热器加热容纳于上述反应管内的内部且保持于上述基板保持件上的上述基板，
上述控制部使用由上述反射率测量部测量得到的反射率的信息控制利用上述灯加热器开始加热时的加热条件。
13.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，具备以下工序：
在反应管的内部容纳保持于基板保持件的多个基板；
在将上述基板保持件容纳于上述反应管内的状态下对上述基板进行加热；以及
从气体供给部向上述反应管的内部供给处理气体，在上述基板的表面形成膜，
在上述基板的表面形成膜的工序具有以下工序：
在上述反应管内测量温度；
测量通过从上述气体供给部供给上述处理气体而形成的膜的反射率；以及
使用在测量上述温度的工序中测量出的温度信息和在测量上述反射率的工序中测量出的反射率信息，通过控制部对形成于上述基板的膜的成膜条件进行反馈控制。
14.根据权利要求13所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
在对形成于上述基板的膜的成膜条件进行反馈控制的工序中，作为形成于上述基板的膜的成膜条件，对加热上述基板的加热条件进行反馈控制。
15.一种存储介质，存储有程序，该程序具备以下步骤：
在反应管的内部容纳保持于基板保持件的多个基板；
对上述反应管的内部的上述基板进行加热；以及
向上述反应管的内部供给处理气体，在上述基板的表面形成膜，
在上述基板的表面形成膜的步骤通过计算机使基板处理装置执行以下步骤：
在上述反应管内测量温度；
测量通过供给上述处理气体而形成的膜的反射率；以及
使用在测量上述温度的步骤中测量出的温度信息和在测量上述反射率的步骤中测量出的反射率信息，对形成于上述基板的膜的成膜条件进行反馈控制。
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