JP5751549B2 - 熱処理装置及び半導体の製造方法 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
示しつつ説明する。
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。
300Pa(p1)−200Pa(pm) =+100Pa
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。
図である。
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。
300Pa(p1)−500Pa(pp) = −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。
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。
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。
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。
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13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。
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。
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。
90min(t1)−60min(tm) =+30min
のデポ処理時間補正量が必要となる。
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。
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。
90min(t1)−120min(tp) = −30min
のデポ処理時間補正量が必要となる。
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。
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。
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。
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)
Claims (8)
- 基板を処理する処理室と、
前記処理室内に前記基板を処理する処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
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、
前記加熱装置を分割した領域で前記冷却ガス流路とそれぞれ接続された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第1の圧力検出器と、
前記第1の圧力検出器が検出する各々の圧力値に基づいて、前記冷却装置を制御するとともに、前記基板の現在の膜厚a1と、現在のデポ処理時間t1と、予め所定の条件で薄膜形成して取得されたデポ処理時間に対応した膜厚に関する複数のデータ中における現在のデポ処理時間に対応した膜厚c1と、前記複数のデータ中から検索され、前記膜厚c1に最も近く前記膜厚c1よりも厚いプラス側の膜厚pcと、前記膜厚pcに対応するデポ処理時間tpと、前記複数のデータ中から検索され、前記膜厚c1に最も近く前記膜厚c1よりも薄いマイナス側の膜厚tcと、前記膜厚tcに対応するデポ処理時間tmとから、前記現在の膜厚a1と前記現在のデポ処理時間に対応した膜厚c1との大小に応じてデポ処理時間txを制御するように前記処理ガス供給部を制御する制御部と、
を有する熱処理装置。 - 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、第2の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。
- 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。
- 前記複数の冷却ガス吸気路にそれぞれ設けられた制御弁をさらに有し、前記第1の圧力検出器が検出する各々の圧力値に基づいて、前記制御弁をそれぞれ制御する請求項1から3いずれかに記載の熱処理装置。
- 前記制御部は、前記基板の現在の膜厚a1と現在のデポ処理時間に対応した膜厚c1との関係が
a1 < c1の場合は、
tx = (c1−a1)×{(t1−tm)/(c1−tc)}
の式で求められたデポ処理時間txによって制御し、
a1 > c1の場合は、
tx = (c1−a1)×{(tp−t1)/(pc−c1)}
の式で求められたデポ処理時間txによって制御する
請求項1記載の熱処理装置。 - 基板を処理室内に収容する工程と、
前記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とともに、両端が前記加熱装置を分割した領域と冷却装置のそれぞれに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に冷却ガスを流し、前記基板の外周側を冷却して前記処理室内の温度を制御する工程と、
前記複数の冷却ガス吸気路内の圧力値を第1の圧力検出器により検出する工程と、を有し、
前記第1の圧力検出器が検出した圧力値に基づいて前記加熱装置と前記冷却装置の少なくとも一方、または両方を制御するとともに、前記基板の現在の膜厚a1と、現在のデポ処理時間t1と、予め所定の条件で薄膜形成して取得されたデポ処理時間に対応した膜厚に関する複数のデータ中における現在のデポ処理時間に対応した膜厚c1と、前記複数のデータ中から検索され、前記膜厚c1に最も近く前記膜厚c1よりも厚いプラス側の膜厚pcと、前記膜厚pcに対応するデポ処理時間tpと、前記複数のデータ中から検索され、前記膜厚c1に最も近く前記膜厚c1よりも薄いマイナス側の膜厚tcと、前記膜厚tcに対応するデポ処理時間tmとから、前記現在の膜厚a1と前記現在のデポ処理時間に対応した膜厚c1との大小に応じてデポ処理時間txを制御する
半導体の製造方法。 - 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の偏差を求める工程と、
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の偏差とを比較する工程と、
前記第1の偏差と前記第2の偏差を比較する工程において、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、をさらに有し、
前記補正後の圧力値に基づいて前記加熱装置と前記冷却装置の少なくとも一方、または両方を制御する請求項6記載の半導体の製造方法。 - 前記基板の現在の膜厚a1と現在のデポ処理時間に対応した膜厚c1との関係が
a1 < c1の場合は、
tx = (c1−a1)×{(t1−tm)/(c1−tc)}
の式で求められたデポ処理時間txによって制御し、
a1 > c1の場合は、
tx = (c1−a1)×{(tp−t1)/(pc−c1)}
の式で求められたデポ処理時間txによって制御する
請求項6記載の半導体の製造方法。
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