JP5665239B2 - 半導体製造装置及び基板処理方法 - Google Patents
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Description
さらに、複数の熱電対に対して補正値を適用することで、複数の熱電対の一つに不良が発生しても、不良の発生した熱電対の補正値から、その熱電対が検出するであろう温度を予測し、制御を継続する基板処理装置及び半導体製造装置に関する。
しかしながら、所望の平均温度偏差Mを実現しても、基板に形成される膜厚の均一性に限度があった。
しかしながら、このような半導体製造装置では、基板の円周方向の一部しか温度を検出することができないことを原因として、基板の円周方向の温度差を改善することができないことがあった。
図1乃至図7には、本発明の適用される第1の形態に係る半導体製造装置1010が示されている。
また、排気管1018は、反応管1014に形成された排気口1022に接続されている。
ここで、第2の熱電対1064は、反応管1014とボート1044との間に設置し、反応管1014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1066は、反応管1014とボート1044との間に設置され、第2の熱電対1064よりもボート1044に近い位置に設置され、よりボート1044に近い位置の温度を検出する。また、第3の熱電対1066は、温度安定期における反応管1014内の温度の均一性を測定する用途で使用されている。
半導体製造装置1010は、先述のように温度検出部1060を有し、温度検出部1060は、第1の熱電対1062、第2の熱電対1064、及び第3の熱電対1066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1060は、ウエハ1400の略中心部の位置の温度を検出する中心部熱電対1068と、ボート1044の天井部付近の温度を検出する天井部熱電対1070とを有している。また、半導体製造装置1010に、後述する下部熱電対1072(図5参照)を設けても良い。
図3に示されるように、中心部熱電対1068は、第3の熱電対1066とほぼ同じ高さのウエハ1400の中心部近傍の温度を測定するために、例えば複数箇所がL字状に形成された熱電対であり、温度測定値を出力する。また、中心部熱電対1068は、半導体製造装置1010がウエハ1400の処理を開始する以前に、ウエハ1400の中心部近傍の温度を複数箇所で測定し、半導体製造装置1010がウエハ1400の処理を行う場合には取り外されるようになっている。
中心部熱電対1068が、反応管1014から取り外すことができるように構成されているため、ボート1044を回転させる場合や、ウエハ1400をボート1044に移載する場合に、中心部熱電対1068を取り外すことで、中心部熱電対1068が他の部材に接触することを防止することができる。また、中心部熱電対1068は、シールキャップ1038に継ぎ手を介在して気密にシールされるようになっている。
図4に示されるように、天井部熱電対1070は、いわゆるL字形状を有し、ボート1044の天板の上部に設置され、ボート1044の天井部付近の温度を測定する為に用いられ、温度測定値を出力する。天井部熱電対1070は、中心部熱電対1068とは異なり、ボート1044の天板より上部に設置される。このため、ボート1044のロードあるいはアンロード、また、ボート1044の回転が可能であるので、半導体製造装置1010がウエハ1400の処理を行う場合でも、設置したままでボート1044の天井部付近の温度を測定することができる。なお、天井部熱電対1070は、中心部熱電対1068と同様に、シールキャップ1038に継ぎ手を介在して気密にシールされるようになっている。
図5に示されるように、下部熱電対1072は、いわゆるL字形状を有し、ボート1044の下部の断熱板間に設置され、ボート1044の下部付近の温度を測定する為に用いられ、温度測定値を出力する。下部熱電対1072は、ボート1044の下方に複数が設けられた断熱板のうち、互いに上下方向に隣り合う断熱板の間の位置に設けることに替えて、複数の断熱板のうち最も上方に位置する断熱板の上方の位置や、複数の断熱板のうち最も下方に位置する断熱板の下方の位置に設置しても良い。
まず、ボートエレベータ1050によりボート1044を下降させる。次に、ボート1044に複数枚のウエハ1400を保持する。次いで、ヒータ1052により加熱し、反応管1014内の温度を予め定められた所定の処理温度にする。
反応管1014から取出されたボート1044上の処理済のウエハ1400は、未処理のウエハ1400と交換され、再度、反応管1014内に上昇され、ウエハ1400に酸化・拡散処理がなされる。
減算器1222には、上位コントローラ1300から圧力目標値Sが入力される。また、減算器1222には、圧力目標値Sに加えて、圧力センサ1092によって計測された圧力値Aが入力され、減算器1222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。
圧力センサ1092からの圧力値Aは、常時又は所定時間間隔で減算器1222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、冷却ガス排気装置1084の周波数の制御が続けられる。
そこで、半導体製造装置1010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1010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。
ここでは、第2の熱電対1064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1240は、第2の熱電対1064で制御したときの中心部熱電対1068の出力値(ウェハ中心部温度)と、天井部熱電対1070の出力値(天井部温度)を取得し、それぞれ第2の熱電対1064の出力値(内部温度)との偏差を記憶する。
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(大気圧との差圧)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。
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1300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1300を用いてウエハ1400の中心部を600に変化させることが可能となる。
図8に、取得された複数のデータの一例を示す。
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。
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。
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するための圧力補正量を求める。
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。
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8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。
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するための圧力補正量を求める。
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。
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。
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1052の素線からの輻射熱の変化、ウエハ1400のエッジ部から反応管1014への熱伝達、ウエハ1400の中央部とウエハ1400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。
また、以上のように構成された本発明の適用される第1の形態に係る半導体製造装置1010では、ウエハ1400の円周方向の一部しか温度を検出しないことを原因として、ウエハ1400の円周方向の温度差を改善することができないことがあるとの問題点があった。
また、以上のように構成された本発明の適用される第1の形態に係る半導体製造装置1010では、複数の温度センサのうちの1つにでも不良が発生すると、ウエハ1400の温度制御を行うことが困難であり、ウエハ1400の処理を継続して行うことができないことがあるとの問題点が生じることがあった。
そこで、後述する本発明の第1及び第2の実施形態に係る半導体製造装置1010では、さらに独自の工夫を施すことにより、上述の問題点を解消している。以下、本発明の実施形態に係る第1及び第2の実施形態を説明する。
本発明の第1の実施形態に係る半導体製造装置1010は、先述の本発明が適用される第1の形態と同様に、反応管1014の外側には、ヒータ1052が同心円上に配置され、第1の熱電対1062、第2の熱電対1064、第3の熱電対1066を有している(図1参照)。
すなわち、図11に示すように、第1の実施形態に係る半導体製造装置1010は、メインの第2の熱電対1064a(以下、内部メイン熱電対1064aとする)、サブの第2の熱電対1064b(以下、内部サブ熱電対1064b)、ウエハ1400の円周方向において、内部メイン熱電対1064aと内部サブ熱電対1064bとの間の位置に設けられた2つの第2の熱電対(以下、内部サイド熱電対1064c、内部サイド熱電対1064dとする)を有している。尚、第2の熱電対1064と天井部熱電対とが一体形成されても良い。
すなわち、例えば4個などの複数の第2の熱電対1064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、例えば、ウエハ1400の円周部の温度の制御がなされる。
そこで、後述する本発明の第2の実施形態においては、独自の工夫を施すことにより、たとえ第2の熱電対1064のいずれかに不良が生じても制御を継続することを可能としている。
図14には、本発明の第2の実施形態に係る半導体製造装置1010おける制御方法、及び制御を行うための構成が説明されている。なお、第2の実施形態に係る半導体製造装置1010において、先述の第1の実施形態に係る半導体製造装置1010との同一部分については説明を省略する。
すなわち、この第2の実施形態に係る半導体製造装置1010では、ある一定の設定温度で制御している時の、複数の第2の熱電対1064の複数の温度検出点の出力の平均値と、その平均値と各第2の熱電対1064の複数の温度検出点の出力との偏差(補正値)を、それぞれ取得しておく。
そして、不良が生じた第2の熱電対1064の複数の温度検出点における、設定温度との補正値とから、不良が生じた第2の熱電対1064の複数の温度検出点が、不良が生じていなければ検出するであろう温度を予測し、その予測した値を使用することで、ウエハ1400のエッジ部を適切な温度に制御することを継続できるようにし、形成される薄膜の膜厚、膜質の再現性を向上させている。
ここでは、内部メイン熱電対1064a、内部サブ熱電対1064b、内部サイド熱電対1064c、内部サイド熱電対1064dの複数の温度検出点が検出した温度を平均化して算出した温度を600で制御している場合を例とする。
また、メイン出力値が600.0、サブ出力値が599.5、サイド出力値1が602.0、サイド出力値2が598.5であるとして説明をする。
すなわち、内部メイン熱電対1064aの補正値(以下、「メイン補正値」とする)、内部サブ熱電対1064bの補正値(以下、「サブ補正値」とする)、内部サイド熱電対1064cの補正値(以下、「サイド補正値1」とする)、及び内部サイド熱電対1064dの補正値(以下、「サイド補正値2」)が、以下のように算出される。
サブ補正値 = サブ出力値 − 平均値
サイド補正値1 = サイド出力値1 − 平均値
サイド補正値2 = サイド出力値2 − 平均値
より具体的には、
メイン補正値=600.0−600=0.00
サブ補正値=599.5−600.0=−0.50
サイド補正値1=602.0−600=2.00
サイド補正値2=598.5−600=−1.50
と演算がなされる。
そして、以上のように演算された演算記憶部1250に記憶される。
内部サイド熱電対1064dに不良が生じると、内部サイド熱電対1064dによる周辺温度の検出ができなくなり、4個の第2の熱電対1064からの平均値を算出することができなくなるため、先述の第1の実施形態に係る半導体製造装置1010においては、平均値に基づく制御ができなくなってしまう。
そこで、この第2の実施形態に係る半導体製造装置1010では、予め演算記憶部1250に記憶されているサイド補正値2を用いて、内部サイド熱電対1064dに不良が生じていなければ出力されたであろう出力値を予想して、4個の第2の熱電対1064の同じ高さの温度検出部の平均値を演算する。
サイド出力値2の予想値 = 設定値 + サイド補正値2
で算出されるサイド出力値2の予想値、より具体的には、
サイド出力値2の予想値=600.0+(−1.50)=598.5
を用いて4個の第2の熱電対1064の同じ高さの温度検出部の平均値を演算する。
ここで、内部サイド熱電対1064dに不良が生じた場合の4個の第2の熱電対1064の同じ高さの温度検出部の平均値は、
平均値=(メイン出力値+サブ出力値+サイド出力値1+サイド出力値2の予想値)/4
として算出される。
サブ出力値の予想値 = 設定値 +サブ補正値
としてサブ出力値を予想し、
(メイン出力値+サブ出力値の予想値+サイド出力値1+サイド出力値2の予想値)/4
で平均値が算出される。
図15は、本発明の適用される第2の形態に係る半導体処理装置1の全体構成を示す図である。
図16は、図15に示したボート14及びウエハ12を収容した状態の処理室3を例示する図である。
図17は、図15、図16に示した処理室3の周辺の構成部分、及び、処理室3に対する制御を行う第1の制御プログラム40の構成を示す図である。
図15に示すように、半導体処理装置1は、カセット授受ユニット100、カセット授受ユニット100の背面側に設けられたカセットストッカ102、カセットストッカ102の上方に設けられたバッファカセットストッカ104、カセットストッカ102の背面側に設けられたウエハ移動機106、ウエハ移動機106の背面側に設けられ、ウエハ12がセットされたボート14を搬送するボートエレベータ108、ウエハ移動機106の上方に設けられた処理室3、及び、制御部2(制御装置)から構成される。
図16に示すように、図15に示した処理室3は、加熱手段として用いられる中空のヒータ32、外管(アウタチューブ)360、内管(インナチューブ)362、ガス導入ノズル340、炉口蓋344、排気管346、回転軸348、例えばステンレスからなるマニホールド350、Oリング351、冷却ガス流路352、排気路354、排気部355(排気装置)及び処理ガス流量制御装置などその他の構成部分(図17を参照して後述)から構成され、側部が断熱材300−1により覆われ、上部が断熱材300−2により覆われている。
また、ボート14の下部には、複数の断熱板140が設けられている。
インナチューブ362は、光を透過させる例えば石英からなり、円筒状の形態に形成され、アウタチューブ360の内側に、これの同心円上に配設される。
したがって、アウタチューブ360とインナチューブ362との間には円筒状の空間が形成される。
内部温度センサ324−1〜324−4は、インナチューブ362の内側に設けられてもよいし、インナチューブ362とアウタチューブ360との間に設けられてもよいし、温度調整部分320−1〜320−4ごとにそれぞれが折り曲げられていて、ウエハ12とウエハ12との間のウエハ中心部の温度を検出するように設けられてもよい。
冷却ガスは、例えば空気又は窒素(N2)などである。
冷却ガスはアウタチューブ360を冷却し、冷却されたアウタチューブ360はボート14にセットされたウエハ12を周方向(外周側)から冷却する。
つまり、冷却ガス流路352を通過する冷却ガスにより、アウタチューブ360、及びボート14にセットされたウエハ12が周方向(外周側)から冷却されるようになっている。
排気部355は、冷却装置として用いられ、ブロワ等からなる冷却ガス排気装置356及びラジエタ357を有し、排気路354により断熱材300−2の外側に導かれた冷却ガスを排気口358から排気する。
ラジエタ357は、処理室3内でアウタチューブ360及びウエハ12などを冷却することにより昇温した冷却ガスを冷却水などにより冷却する。
温度測定装置372は、温度センサ322−1〜322−4,324−1〜324−4それぞれの温度を検出し、温度測定値として制御部2に対して出力する。
圧力調整装置(以下、APC)380としては、例えば、APC、N2バラスト制御器などが用いられる。
また、EP382としては、例えば、真空ポンプなどが用いられる。
インバータ384は、冷却ガス排気装置356のブロアとしての回転数を制御する。
図18は、図15に示した制御部2の構成を示す図である。
図18に示すように、制御部2は、CPU200、メモリ204、表示装置、タッチパネル及びキーボード・マウスなどを含む表示・入力部22(入力装置)、及び、HD・CDなどの記録部24(記録装置)から構成される。
つまり、制御部2は、半導体処理装置1を制御可能な一般的なコンピュータとしての構成部分を含む。
制御部2は、これらの構成部分により、減圧CVD処理用の制御プログラム(例えば、図17に示した制御プログラム40)を実行し、半導体処理装置1の各構成部分を制御して、ウエハ12に対して、以下に述べる減圧CVD処理を実行させる。
再び図17を参照する。
図17に示すように、制御プログラム40は、プロセス制御部400(プロセス制御装置)、温度制御部410(温度制御装置)、処理ガス流量制御部412(処理ガス流量制御装置)、駆動制御部414(駆動制御装置)、圧力制御部416(圧力制御装置)、処理ガス排気装置制御部418(処理ガス制御装置)、温度測定部420(温度測定装置)、冷却ガス流量制御部422(冷却ガス制御装置)及び温度設定値記憶部424(温度設定値記憶装置)から構成される。
制御プログラム40は、例えば、記録媒体240(図18)を介して制御部2に供給され、メモリ204にロードされて実行される。
プロセス制御部400は、制御部2の表示・入力部22(図18)に対するユーザの操作、あるいは、記録部24に記録された処理の手順(処理レシピ)などに従って、制御プログラム40の各構成部分を制御し、後述するように、ウエハ12に対する減圧CVD処理を実行する。
温度制御部410は、プロセス制御部400から温度設定値及び温度センサ322,324の温度測定値を受け、温度調整部分320に対して供給する電力をフィードバック制御して、アウタチューブ360内部を加熱し、ウエハ12を所望の温度とさせる。
駆動制御部414は、ボートエレベータ108を制御して、ボート14及びこれに保持されたウエハ12の昇降を行わせる。
また、駆動制御部414は、ボートエレベータ108を制御して、回転軸348を介してボート14及びこれに保持されたウエハ12を回転させる。
処理ガス排気装置制御部418は、EP382を制御し、アウタチューブ360内部の処理ガス又は不活性ガスを排気させる。
また、以下の説明において、温度調整部分320−1〜320−4など、構成部分の個数を示す場合があるが、構成部分の個数は、説明の具体化・明確化のために例示されたものであって、本発明の技術的範囲を限定することを意図して挙げられたものではない。
アウタチューブ360の下方に位置するガス導入ノズル340を介して、不活性ガスあるいは処理ガスがアウタチューブ360内に導入される。
アウタチューブ360とインナチューブ362との間を流れる処理ガスは、排気管346、APC380及びEP382を介して外部に排出される。
つまり、APC380は、アウタチューブ360内を常圧とするよう不活性ガスが導入されるべき時には、アウタチューブ360内が常圧になるように、圧力制御部416の指示に従って調整し、あるいは、アウタチューブ360内を低圧とし、ウエハ12を処理するよう処理ガスが導入されるべき時には、アウタチューブ360内が所望の低い圧力になるように、圧力制御部416の指示に従って調整する。
さらに、回転軸348は、ボートエレベータ108(図15)に連結され、ボートエレベータ108は、EC376を介した制御に従って、所定のスピードでボート14を昇降させる。
また、ボートエレベータ108は、回転軸348を介して、ウエハ12及びボート14を所定のスピードで回転させる。
カセット授受ユニット100は、このウエハ12を、カセットストッカ102又はバッファカセットストッカ104に移載する。
ウエハ移動機106は、カセットストッカ102からウエハ12を取り出し、ボート14に水平な状態で多段に装填する。
また、ボートエレベータ108は、処理済みのウエハ12が装填されたボート14を下降させて処理室3内から取り出す。
図19は、半導体処理装置1(図15)における処理の対象となるウエハ12の形状を例示する図である。
ウエハ12の面(以下、ウエハ12の面を、単にウエハ12とも記す)は、図19に示すような形状をしており、ボート14において、水平に保持される。
また、ウエハ12は、温度調整部分320−1〜320−4が放射してアウタチューブ360を透過した光により、アウタチューブ360の周囲から加熱される。
つまり、温度調整部分320−1〜320−4によって、ウエハ12の外周に近ければ近いほど温度が高く、中心部に近ければ近いほど温度が低いという、ウエハ12の端部から中心部にかけたすり鉢状の温度偏差がウエハ12に生じることになる。
例えば、反応ガスなどの処理ガスは、ウエハ12の端部で消費され、その後、ウエハ12の中心部に至るため、ウエハ12の中心部では、ウエハ12の端部に比べて処理ガスの濃度が低くなってしまう。
したがって、仮に、ウエハ12の端部と中心部との間に温度偏差が生じていないとしても、反応ガスのウエハ12の外周側からの供給に起因して、ウエハ12に形成される膜の厚さが、端部と中心部とで不均一になることがある。
半導体処理装置1は、制御部2(図15、図18)上で実行される制御プログラム40(図17)の制御により、処理室3内に所定の間隔で並べられた半導体ウエハ12に対して、CVDにより、Si3N4膜、SiO2膜及びポリシリコン(Poly−Si)膜などの形成を行う。
まず、ボートエレベータ108は、ボート14を下降させる。
下降したボート14には、処理の対象となるウエハ12が、所望の枚数、セットされ、ボート14は、セットされたウエハ12を保持する。
一方、冷却ガス流路352には、設定に従って冷却ガスが流され、アウタチューブ360、及びボート14にセットされたウエハ12が周方向(外周側)から冷却される。
ボートエレベータ108は、ボート14を上昇させ、所望の処理温度の不活性ガスが充填された状態のアウタチューブ360内に移動させる。
この状態で、ガス導入ノズル340を介して処理ガスがアウタチューブ360内に導入されると、導入された処理ガスは、アウタチューブ360内を上昇し、ウエハ12に対して均等に供給される。
以上のように、ウエハ12に対して、減圧CVD処理が所定時間、実行される。
さらに、冷却ガス流路352に冷却ガスが流されて、アウタチューブ360内が所定の温度まで冷却される。
この状態で、ボート14及びこれに保持された処理済みのウエハ12は、ボートエレベータ108により下降させられ、アウタチューブ360から取り出される。
ボートエレベータ108は、次に減圧CVD処理の対象となるウエハ12が保持されたボート14を上昇させ、アウタチューブ360内にセットする。
このようにセットされたウエハ12に対して、次の減圧CVD処理が実行される。
これにより、処理室3の熱容量により、処理室3内に熱がこもって温度が変動してしまうことを防止することができるとともに、スループットを向上させることができる。
また、Si3N4膜の生成においては、処理温度を高温から低温へ降下させつつ成膜処理すると、ストレス値が高い膜から低い膜へと処理温度に応じて変化してしまう。
上述のように、半導体処理装置1でウエハ12に膜形成がなされる際には、制御部2が、内部温度センサ324の測定値を用いて、ヒータ32の温度調整部分320を制御するか、制御部2が冷却ガス流量制御部422及びインバータ384を介し、冷却ガス排気装置356を制御するかの少なくとも一方によって加熱制御がなされる。そして、冷却ガス流路352に冷却ガスを流す際には、冷却ガスは冷却ガス流路352、排気路354を通り、排気部355により排気口358から排気されている。排気口358には、図示を省略する工場等の排気施設に接続されている。この排気施設が施設排気圧力で排気路354から冷却ガスを吸引することにより、排気路354から排気がなされる。
施設圧力が変化した場合、同じ量の冷却ガスを供給したとしても、冷却ガス流路352を流れるガスの量が変化する。
例えば、施設排気圧力が、200Paから150Paに変化したとすると、施設排気圧力が変動した影響により冷却ガス流路352を流れる冷却ガスの流量は少なくなる。
一方、施設排気圧力が、150Paから200Paに変化したとすると、施設排気圧力が変動した影響により冷却ガス流路352を流れる冷却ガスの流量は多くなる。
そして、周方向からの冷却性能が変化した場合に、例えば、ウエハ12の端部が処理温度よりも高くなり、ウエハ12面内の膜厚の再現性が取れなくなるとの問題が生じる虞があった。
本発明が適用される第3の形態に係る半導体処理装置1は、先述の図15乃至18に示される本発明が適応される第2の形態に係る半導体処理装置1が備える構成に加えて、設備排気圧力にばらつきや変化があったとしても、ウエハ12の膜厚を均一なものとするための独自の構成を有している。
図20には、プロセス制御部400と冷却ガス流量制御部422を示し、温度制御部410、処理ガス流量制御部412、駆動制御部414、圧力制御部416、処理ガス排気装置制御部418、温度測定部420、及び温度設定値記憶部424は図示を省略している。
制御プログラムは、先述の本発明の前提となる半導体処理装置1と同様に、例えば記録媒体240(図20)を介して制御部2に供給され、メモリ204にロードされて実行される。
減算器4220には、プロセス制御部400から圧力目標値Sが入力される。
ここで、圧力目標値Sは、ウエハ12の中心部が所定の設定温度(処理温度)となり、ウエハ12の端部が処理温度よりも低くなるように予め求められていて、例えば、温度設定値記憶部424内に記憶された内部温度センサ324の温度補正値と、この温度補正値に対応した圧力値とを用いることができる。
減算器4220には、圧力目標値Sに加えて、圧力センサ31によって計測された圧力値Aが入力され、減算器4220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。
出力された周波数Wはインバータ384へと入力され、冷却ガス排気装置356の周波数が変更される。
以上のように、圧力センサ31によって計測された圧力値Aと予め定められた圧力目標値Sとの偏差Dがなくなるように、冷却ガス排気装置356の周波数がインバータ384を介して制御される。すなわち、偏差Dがなくなるように制御された周波数を偏差が0である場合の周波数でフィードバック制御し、フィードバック後の値を基に冷却ガス流量制御部422が冷却ガスの流量を制御する。
先述の本発明が適用される第3の形態に係る半導体処理装置1は、圧力検出器として用いられる圧力センサ31が検出した圧力値に基づいて、制御部2が冷却ガス排気装置356を制御していた。これに対して、本発明が適用される第4の形態に係る半導体製造装置1は、圧力センサ31が検出した圧力値に基づいて、制御部2が、冷却ガス排気装置356と、加熱装置として用いられるヒータ32とを制御している。
図21には、プロセス制御部400、温度制御部410、冷却ガス流量制御部422、及び温度設定値記憶部424を示し、処理ガス流量制御部412、駆動制御部414、圧力制御部416、処理ガス排気装置制御部418、及び温度測定部420は図示を省略している。制御プログラムは、先述の本発明の適用される第3の形態に係る半導体処理装置1と同様に、例えば記録媒体240(図18参照)を介して制御部2に供給され、メモリ204にロードされて実行される。
また、圧力設定値調整部4102を含む温度制御部410は、冷却ガス排気装置356に圧力設定値を指示することで冷却ガス排気装置356の上流の位置の圧力を制御するとともに、温度測定装置372によって測定された温度と、圧力設定値調整部4102によって設定された温度分布とに基づいて、温度制御装置370を介してヒータ32の制御を行っている。
演算に先立ち、予めウエハ12の各温度分布に対応する圧力設定値を、例えば温度設定値記憶部424に登録しておき、圧力設定値と温度分布値との相関テーブルデータを取得し、入力しておく。入力は、膜厚と温度分布との相関テーブルデータを取得する際に同時に取得しても良い。
内部温度センサ324−2の出力値−平均値=598℃
−600℃=−2.0℃となる。内部温度センサ324−3の補正値=内部温度センサ324−3の出力値−平均値=599℃−600℃=−1.0℃となる。内部温度センサ324−4の補正値=内部温度センサ324−4の出力値−平均値=602−600=+2.0℃と算出する。
=400℃+Xmin×10℃/min ただし(0<=X<=20)となる。
ただし(0<=X<=20)となる。上記内部温度センサ324−1の予想値は温度過渡期において図25に示すように昇温レートに従い現在の設定値同様に刻々と変化する。例えば、昇温開始後5minの内部温度センサ平均値は、内部温度センサ324−2の出力値=448.5℃、内部温度センサ324−3の出力値=449.5℃、内部温度センサ324−4の出力値=452.0℃とすると、内部温度センサ324−1の予想値=現在の設定値+内部温度センサ324−1の補正値=400℃+5min×10℃/min+1.0℃=451.0℃であり、内部温度センサ平均値(昇温開始5min後) =(内部温度センサ324−1の予想値+内部温度センサ324−2の出力値+内部温度センサ324−3の出力値+内部温度センサ324−4の出力値)/4=(451.0℃+448.5℃+449.5℃+452.0℃)/4=450.25℃と算出できる。
本発明の第6の実施形態による内部温度センサ324−1の予想値を使用した内部温度センサ324平均値は、内部温度センサ324−1の正常時と比べても大きな違いはなく再現性が確保できている。この事から、温度過渡期における問題点を本発明の第6の実施形態によって解決することができる。
12・・・ウエハ
14・・・ボート
100・・・カセット授受ユニット
102・・・カセットストッカ
104・・・バッファカセットストッカ
106・・・ウエハ移動機
108・・・ボートエレベータ
490・・・ウエハカセット
2・・・制御部(制御装置)
22・・・表示・入力部(表示・入力装置)
200・・・CPUウエハ
24・・・記録部(記録装置)
240・・・記録媒体
40・・・制御プログラム
400・・・プロセス制御部(プロセス制御装置)
410・・・温度制御部(温度制御装置)
4102・・・圧力設定値調整部(圧力設定値調整装置)
412・・・処理ガス流量制御部(処理ガス流量制御装置)
414・・・駆動制御部(駆動制御装置)
416・・・圧力制御部(圧力制御装置)
418・・・処理ガス排気装置制御部(処理ガス排気装置制御装置)
420・・・温度測定部(温度測定装置)
422・・・冷却ガス流量制御部(冷却ガス流量制御装置)
4220・・・減算器
4222・・・PID演算器
4224・・・周波数変換器
4226・・・周波数指示器
424・・・温度設定値記憶部(温度設定値記憶装置)
3・・・処理室
300・・・断熱材(140・・・断熱板)
31・・・圧力センサ
32・・・ヒータ
320・・・温度調整部分
322,324・・・温度センサ
340・・・ガス導入ノズル
344・・・炉口蓋
346・・・排気管
348・・・回転軸
350・・・マニホールド
351・・・Oリング
352・・・冷却ガス流路
353・・・吸気口
354・・・排気路
355・・・排気部
356・・・冷却ガス排気装置
357・・・ラジエタ
358・・・排気孔
359・・・シャッタ
360・・・アウタチューブ
362・・・インナチューブ
370・・・温度制御装置
372・・・温度測定装置
374・・・MFC
376・・・EC
378・・・PS
380・・・APC
382・・・EP
384・・・インバータ
1010・・・半導体製造装置
1012・・・均熱管
1014・・・反応管
1016・・・供給管
1018・・・排気管
1020・・・導入部材
1022・・・排気口
1024・・・MFC
1030・・・APC
1032・・・圧力センサ
1034・・・ベース
1036・・・リング
1038・・・シールキャップ
1040・・・回転軸
1042・・・石英キャップ
1044・・・ボート
1050・・・ボートエレベータ
1052・・・ヒータ
1060・・・温度検出部(温度検出装置)
1062・・・第1の熱電対
1064・・・第2の熱電対
1064a・・・内部メイン熱電対
1064b・・・内部サブ熱電対
1064c・・・内部サイド熱電対
1064d・・・内部サイド熱電対
1066・・・第3の熱電対
1068・・・中心部熱電対
1070・・・天井部熱電対
1072・・・下部熱電対
1078・・・インバータ
1080・・・排気部
1082・・・排気管
1084・・・冷却ガス排気装置
1086・・・ラジエタ
1090・・・シャッタ
1092・・・圧力センサ
1200・・・制御部(制御装置)
1202・・・ガス流量制御部(ガス流量制御装置)
1204・・・温度制御部(温度制御装置)
1206・・・圧力制御部(圧力制御装置)
1208・・・駆動制御部(駆動制御装置)
1220・・・冷却ガス流量制御部(冷却ガス流量制御装置)
1222・・・減算器
1224・・・PID演算器
1226・・・周波数変換器
1228・・・周波数指示器
1230・・・平均温度算出部
1242・・・PID演算部
1240・・・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)
1250・・・演算記憶部
1300・・・上位コントローラ
1400・・・ウエハ
Claims (5)
- 基板を処理する処理室と、
前記処理室を加熱する加熱装置と、
前記処理室と前記加熱装置との間に設けられた冷却ガス流路内に冷却ガスを流す冷却装置と、
前記冷却ガス流路における圧力値を測定する圧力検出器と、
基板の温度を検出する複数の温度検出部と、
前記処理室内の温度を検出する複数の温度検出部のうちの一つの温度検出部の第1の測定値と、他の複数の温度検出部が検出した第2の測定値から演算した第1の平均値との偏差を演算し、前記第1の測定値を検出した温度検出部に異常が発生した場合に、前記異常が発生した温度検出部を除いた温度検出部が検出した第3の測定値から演算した第2の平均値と、前記演算した偏差とから前記異常が発生した温度検出部の温度検出予想値を演算し、前記第2の平均値と前記温度検出予想値とに基づいて前記加熱装置および前記冷却装置の少なくとも一方を制御して基板を処理する制御部と、
を有することを特徴とする半導体製造装置。 - 前記制御部は、前記異常が発生した温度検出部を除いた温度検出部の平均値と前記予想値から第3の平均値を演算し、前記第3の平均値に基づいて前記加熱装置および前記冷却装置の少なくとも一方を制御して基板を処理する請求項1に記載の半導体製造装置。
- 前記偏差は、前記複数の温度検出部のそれぞれに対し演算される請求項1または2に記載の半導体製造装置。
- 前記複数の温度検出部は、それぞれが前記基板の温度を検出する温度検出点を同数備え、
前記温度検出点は、重力方向に対して同じ高さに設けられる請求項1から3に記載の半導体製造装置。 - 基板の温度を検出する複数の温度検出部のうちの一つの温度検出部の第1の測定値と、前記複数の温度検出部のうち、前記第1の測定値を検出した温度検出部を除いた各温度検出部の第2の測定値から演算した第1の平均値とを予め取得して、前記第1の測定値と前記第1の平均値との偏差を演算する工程と、
前記第1の測定値を検出した温度検出部に異常が発生した場合に、前記異常が発生した温度検出部を除いた温度検出部が検出した第3の測定値から演算した第2の平均値と、前記演算した偏差とから前記異常が発生した温度検出部の温度検出予想値を演算する工程と、
前記第2の平均値と前記温度検出予想値とに基づいて前記加熱装置および前記冷却装置の少なくとも一方を制御して基板を処理する工程と、
を有する基板処理方法。
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