KR101003446B1 - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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KR101003446B1
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마사아키 우에노
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타케오 하나시마
하루오 모리카와
아키라 하야시다
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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

기판을 처리하는 처리실과, 상기 처리실 내에 수용된 기판을 기판의 외주 측으로부터 광 가열하는 가열 장치와, 상기 가열 장치가 광 가열하는 기판의 외주 근방에 유체를 흐르게 함으로써, 기판의 외주 측을 냉각하는 냉각 장치와, 상기 처리실 내의 온도를 검출하는 온도 검출부와, 상기 온도 검출부가 검출하는 온도를 바탕으로, 상기 기판 중심부의 온도를 소정 온도로 유지하면서 상기 중심부와 상기 기판의 단부에 온도차를 두도록 상기 가열 장치 및 상기 냉각 장치를 제어하는 가열 제어부를 갖는 기판 처리 장치.
유체, 냉각 가스, 배기 장치

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND SUBSTRATE PROCESSING METHOD}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등 기판을 처리하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
예를 들면, 특허 문헌 1은, 기판의 가열 온도를 소정 시간 내에 변화시켰을 때에 발생하는 기판 단부(端部)의 온도와 중심부의 온도와의 편차와, 기판 단부의 온도와 중심부의 온도와의 정상 편차를 이용하여, 원하는 평균 온도 편차 M을 실현하기 위한 변화 온도량 N을 구하고, 기판에 대한 가열 온도를 제어하여, 기판에 형성되는 막두께를 균일하게 하는 기판 처리 장치를 개시한다.
그러나, 원하는 평균 온도 편차 M을 실현하더라도, 기판에 형성되는 막두께의 균일성에 한도가 있었다.
<특허 문헌 1> 국제 공개 제 2005/008755호 팜플렛
본 발명은, 기판에 형성하는 막 두께의 균일성을 제어할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 목적을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 기판 처리 장치는, 기판을 처리하는 처리실과, 상기 처리실 내에 수용된 기판을 기판의 외주(外周) 측으로부터 광가열하는 가열 장치와, 상기 가열 장치가 광가열하는 기판의 외주 근방에 유체를 흘림으로써, 기판의 외주 측을 냉각하는 냉각 장치와, 상기 처리실 내의 온도를 검출하는 온도 검출부와, 상기 온도 검출부가 검출하는 온도를 바탕으로, 상기 기판의 중심부 온도를 소정 온도로 유지하면서 상기 중심부와 상기 기판의 단부와에 온도차를 두도록 상기 가열 장치 및 상기 냉각 장치를 제어하는 가열 제어부를 가진다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 반도체 처리 장치의 전체 구성을 나타내는 도면.
도 2는 도 1에 나타낸 보트(boat) 및 웨이퍼를 수용한 상태의 처리실을 예시하는 도면.
도 3은 도 1, 도 2에 나타낸 처리실의 주변의 구성 부분 및 처리실에 대한 제어를 수행하는 제1 제어 프로그램의 구성을 나타내는 도면.
도 4는 도 1에 나타낸 제어부의 구성을 나타내는 도면.
도 5는 반도체 처리 장치에 있어서 처리의 대상이 되는 웨이퍼의 형상을 예시하는 도면.
도 6은 보트 및 이를 수용한 처리실에 대하여, L 타입 온도 센서(L 타입 TC)를 설치한 상태를 예시하는 도면.
도 7은 냉각 가스가 냉각 가스 유로를 통과함으로써 변화하는 내부 온도 센 서의 온도 측정치를 기판 면내 위치마다 보정하는 방법을 나타내는 플로 차트(flow chart).
도 8은 반도체 처리 장치가 웨이퍼 등의 기판에 막을 형성하는 경우에 설정하는 온도와 막두께와의 관계의 실시예를 나타내는 그래프로서, (A)는 기판 면내 위치에 대한 설정 온도의 실시예를 나타내는 그래프이며, (B)는 (A)에 나타낸 설정 온도에 대응하여 형성되는 막두께를 나타내는 그래프.
도 9는 반도체 처리 장치가 웨이퍼 등의 기판에 막을 형성하는 경우에 설정하는 온도와 막두께와의 관계의 비교예를 나타내는 그래프로서, (A)는 기판 면내 위치에 대한 설정 온도의 비교예를 나타내는 그래프이며, (B)는 (A)에 나타낸 설정 온도에 대응하여 형성되는 막두께를 나타내는 그래프.
도 10은 처리실의 제1 변형예를 나타내는 도면.
도 11은 처리실의 제2 변형예를 나타내는 도면.
도 12는 처리실의 제3 변형예를 나타내는 도면.
<도면 주요 부호의 설명>
1 : 반도체 처리 장치 12 : 웨이퍼
14 : 보트 100 : 카세트 수수 유니트
102 : 카세트 스토커(stocker) 106 : 웨이퍼 이동기
108 : 보트 엘리베이터 490 : 웨이퍼 카세트
2 : 제어부 22 : 표시ㆍ입력부
200 : CPU 204 : 메모리
24 : 기록부 240 : 기록 매체
40 : 제어 프로그램 400 : 프로세스 제어부
410 : 온도 제어부 412 : 처리 가스 유량 제어부
414 : 구동 제어부 416 : 압력 제어부
418 : 처리 가스 배기 장치 제어부 420 : 온도 측정부
422 : 냉각 가스 유량 제어부 424 : 온도 설정치 기억부
442 : 온도 설정 보정치 기억부 3 : 처리실
300 : 단열재 32 : 히터
320 : 온도 조정 부분 322, 324 : 온도 센서
340 : 가스 도입 노즐 344 : 노구 덮개
346 : 배기관 348 : 회전축
350 : 매니폴드 351 : O링
352 : 냉각 가스 유로 353 : 흡기공
354 : 배기로 355 : 배기부
356 : 냉각 가스 배기 장치 357 : 라디에이터
358 : 배기공 359 : 셔터
360 : 아우터 튜브 362 : 이너 튜브
370 : 온도 제어 장치 372 : 온도 측정 장치
374 : MFC 376 : EC
378 : PS 380 : APC
382 : EP 390 : L 타입 온도 센서
392, 393 : 냉각 가스 배기 장치 394, 395 : 셔터
396－1, 396－2 : 인버터 397 : 댐퍼
398 : 배관 399 : 냉각 가스 유로
<본 발명의 배경>
본 발명의 이해를 돕기 위하여, 실시 형태의 설명에 앞서, 본 발명이 이루어지기까지의 배경을 설명한다.
<반도체 처리 장치(1)>
도 1은, 본 발명이 적용될 수 있는 반도체 처리 장치(1)의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는, 도 1에 나타낸 보트(14) 및 웨이퍼(12)를 수용한 상태의 처리실(3)을 예시하는 도면이다.
도 3은, 도 1, 도 2에 나타낸 처리실(3) 주변의 구성 부분 및 처리실(3)에 대한 제어를 수행하는 제1 제어 프로그램(40)의 구성을 나타내는 도면이다.
반도체 처리 장치(1)는, 예를 들면 반도체 등의 기판을 처리하는 소위 감압 CVD 장치이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 반도체 처리 장치(1)는, 카세트 수수(授受) 유닛(100), 카세트 수수 유닛(100)의 배면 측에 설치된 카세트 스토커(cassette stocker)(102), 카세트 스토커(102)의 상방에 설치된 버퍼 카세트 스토커(104), 카 세트 스토커(102)의 배면 측에 설치된 웨이퍼 이동기(106), 웨이퍼 이동기(106)의 배면 측에 설치되고 웨이퍼(12)가 세트된 보트(14)를 반송하는 보트 엘리베이터(108), 웨이퍼 이동기(106)의 상방에 설치된 처리실(3) 및 제어부(2)로 구성된다.
<처리실(3)>
도 2에 나타내는 바와 같이, 도 1에 나타낸 처리실(3)은, 중공(中空)의 히터(32), 외관(outer tube)(360), 내관(inner tube)(362), 가스 도입 노즐(340), 노구(爐口) 덮개(344), 배기관(346), 회전축(348), 예를 들면 스테인리스로 이루어지는 매니폴드(manifold)(350), O링(351), 냉각 가스 유로(352), 배기로(354), 배기부(355) 및 처리 가스 유량 제어 장치 등 그 외 구성 부분(도 3을 참조하여 후술)으로 구성되고, 측부(側部)가 단열재(300-1)로 덮이고, 상부가 단열재(300-2)로 덮여 있다.
또한, 보트(14)의 하부에는, 복수의 단열판(140)이 설치되어 있다.
아우터 튜브(360)는, 광을 투과시키는 예를 들면 석영으로 이루어지고, 하부에 개구를 갖는 원통형상의 형태로 형성되어 있다.
이너 튜브(362)는, 광을 투과시키는 예를 들면 석영으로 이루어지고, 원통형상의 형태로 형성되며, 아우터 튜브(360)의 내측에, 아우터 튜브와 동심원상으로 배설(配設)된다.
따라서, 아우터 튜브(360)와 이너 튜브(362) 사이에는 원통형상의 공간이 형성된다.
히터(32)는, 각각에 대하여 온도 설정 및 조절이 가능한 4개의 온도 조절 부분(U, CU, CL, L)(320-1)~(320-4)과 아우터 튜브(360)와의 사이에 배설되는 열전대 등 외부 온도 센서(322-1)~(322-4) 및 온도 조정 부분(320-1)~(320-4)에 대응하여 아우터 튜브(360) 내에 배설되는 열전대 등의 내부 온도 센서(노내 TC)(324-1)~(324-4)를 포함한다.
내부 온도 센서(324-1)~(324-4)는, 이너 튜브(362)의 내측에 설치되어도 되고, 이너 튜브(362)와 아우터 튜브(360) 사이에 설치되어도 되며, 온도 조정 부분(320-1)~(320-4)마다 각각 절곡(折曲)되어 있어, 웨이퍼(12)와 웨이퍼(12) 사이의 웨이퍼 중심부의 온도를 검출하도록 설치되어도 된다.
히터(32)의 온도 조정 부분(320-1)~(320-4) 각각은, 예를 들면 웨이퍼(12)를 광가열하기 위한 광을 아우터 튜브(360)의 주위로부터 방사하고, 아우터 튜브(360)를 투과하여 웨이퍼(12)에 흡수되는 광에 의하여 웨이퍼(12)를 승온(昇溫)시킨다.
냉각 가스 유로(352)는, 냉각 가스 등의 유체를 통과시키도록 단열재(300-1)와 아우터 튜브(360) 사이에 형성되어 있고, 단열재(300-1)의 하단부에 설치된 흡기공(353)으로부터 공급되는 냉각 가스를 아우터 튜브(360)의 상방을 향하여 통과시킨다.
냉각 가스는, 예를 들면 공기 또는 질소(N2) 등이다.
또한, 냉각 가스 유로(352)는, 온도 조정 부분(320-1)~(320-4) 각각의 사이로부터 아우터 튜브(360)를 향하여 냉각 가스가 취출(吹出)하도록 되어 있다.
냉각 가스는 아우터 튜브(360)를 냉각하고, 냉각된 아우터 튜브(360)는 보트(14)에 세트된 웨이퍼(12)를 주방향(周方向, 외주 측)으로부터 냉각한다.
즉, 냉각 가스 유로(352)를 통과하는 냉각 가스에 의하여, 아우터 튜브(360) 및 보트(14)에 세트된 웨이퍼(12)가 주방향(외주 측)으로부터 냉각되도록 되어 있다.
냉각 가스 유로(352)의 상방에는 배기로(354)가 설치되어 있다. 배기로(354)는, 흡기공(353)으로부터 공급되어 냉각 가스 유로(352)를 상방을 향하여 통과한 냉각 가스를 단열재(300-2)의 외측으로 유도한다.
또한, 배기로(354)에는, 냉각 가스를 배기하는 배기부(355)가 설치되어 있다.
배기부(355)는, 블로우어(blower) 등의 냉각 가스 배기 장치(356) 및 라디에이터(357)를 갖고, 배기로(354)에 의하여 단열재(300-2)의 외측으로 유도된 냉각 가스를 배기공(358)으로부터 배기한다.
라디에이터(357)는, 처리실(3) 내에서 아우터 튜브(360) 및 웨이퍼(12) 등을 냉각함으로써 승온(昇溫)한 냉각 가스를 냉각수 등에 의하여 냉각한다.
한편, 흡기공(353) 및 라디에이터(357)의 근방에는, 각각 셔터(359)가 설치되어 있고, 도시하지 않은 셔터 제어부에 의하여 냉각 가스 유로(352) 및 배기로(354)의 개폐가 제어되고 있다.
또한, 도 3에 나타내는 바와 같이, 처리실(3)에는, 온도 제어 장치(370), 온도 측정 장치(372), 처리 가스 유량 제어 장치(Mass Flow Controller；MFC)(374), 보트 엘리베이터 제어 장치(엘리베이터 컨트롤러；EC)(376), 압력 센서(PS)(378), 압력 조정 장치[APC; Auto Pressure Control(valve)](380), 처리 가스 배기 장치(EP)(382) 및 인버터(384)가 부가된다.
온도 제어 장치(370)는, 제어부(2)로부터의 제어에 따라 온도 조정 부분(320-1)~(320-4) 각각을 구동한다.
온도 측정 장치(372)는, 온도 센서(322-1)~(322-4), (324－1)~(324－4) 각각의 온도를 검출하여, 온도 측정치로서 제어부(2)에 대하여 출력한다.
보트 엘리베이터 제어 장치(EC)(376)는, 제어부(2)로부터의 제어에 따라 보트 엘리베이터(108)를 구동한다.
압력 조정 장치(이하, APC)(380)로서는, 예를 들면, APC, N2 밸러스트(ballast) 제어기 등이 사용된다.
또한, EP(382)로서는, 예를 들면, 진공 펌프 등이 사용된다.
인버터(inverter)(384)는, 냉각 가스 배기 장치(356)의 블로우어로서의 회전수를 제어한다.
<제어부(2)>
도 4는, 도 1에 나타낸 제어부(2)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 제어부(2)는, CPU(200), 메모리(204), 표시장치, 터치 패널 및 키보드 · 마우스 등을 포함한 표시 · 입력부(22) 및 HD · CD 등의 기록부(24)로 구성된다.
즉, 제어부(2)는, 반도체 처리 장치(1)를 제어할 수 있는 일반적인 컴퓨터로서의 구성 부분을 포함한다.
제어부(2)는, 이들 구성 부분에 의하여, 감압 CVD 처리용의 제어 프로그램[예를 들면, 도 3에 나타낸 제어 프로그램(40)]을 실행하고, 반도체 처리 장치(1)의 각 구성 부분을 제어하여, 반도체 웨이퍼(12)에 대하여, 이하에 설명하는 감압 CVD 처리를 실행시킨다.
<제1 제어 프로그램(40)>
다시 도 3을 참조한다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 제어 프로그램(40)은, 프로세스 제어부(400), 온도 제어부(410), 처리 가스 유량 제어부(412), 구동 제어부(414), 압력 제어부(416), 처리 가스 배기 장치 제어부(418), 온도 측정부(420), 냉각 가스 유량 제어부(422) 및 온도 설정치 기억부(424)로 구성된다.
제어 프로그램(40)은, 예를 들면, 기록 매체(240)(도 4)를 개재하여 제어부(2)에 공급되고, 메모리(204)에 로드(load)되어 실행된다.
온도 설정치 기억부(424)는, 웨이퍼(12)에 대한 처리 레시피(recipe)의 온도 설정치를 기억하고, 프로세스 제어부(400)에 대하여 출력한다.
프로세스 제어부(400)는, 제어부(2)의 표시·입력부(22)(도 4)에 대한 유저의 조작, 또는, 기록부(24)에 기록된 처리 순서(처리 레시피) 등에 따라, 제어 프로그램(40)의 각 구성 부분을 제어하고, 후술하는 바와 같이, 웨이퍼(12)에 대한 감압 CVD 처리를 실행한다.
온도 측정부(420)는, 온도 측정 장치(372)를 개재하여 온도 센서(322, 324)의 온도 측정치를 받아, 프로세스 제어부(400)에 대하여 출력한다.
온도 제어부(410)는, 프로세스 제어부(400)로부터 온도 설정치 및 온도 센서(322, 324)의 온도 측정치를 받아, 온도 조정 부분(320)에 대하여 공급하는 전력을 피드백 제어하여, 아우터 튜브(360)의 내부를 가열하여, 웨이퍼(12)를 원하는 온도로 한다.
처리 가스 유량 제어부(412)는 MFC(374)를 제어하고, 아우터 튜브(360)의 내부에 공급하는 처리 가스 또는 불활성 가스의 유량을 조정한다.
구동 제어부(414)는, 보트 엘리베이터(108)를 제어하고, 보트(14) 및 이에 보지(保持)된 웨이퍼(12)의 승강을 실행한다.
또한, 구동 제어부(414)는, 보트 엘리베이터(108)를 제어하고, 회전축(348)을 개재하여 보트(14) 및 이에 보지된 웨이퍼(12)를 회전시킨다.
압력 제어부(416)는, PS(378)에 의한 아우터 튜브(360) 내의 처리 가스 압력 측정치를 받아 APC(380)에 대한 제어를 수행하고, 아우터 튜브(360) 내부의 처리 가스를 원하는 압력으로 한다.
처리 가스 배기 장치 제어부(418)는, EP(382)를 제어하여, 아우터 튜브(360) 내부의 처리 가스 또는 불활성 가스를 배기시킨다.
냉각 가스 유량 제어부(422)는, 인버터(384)를 개재하여 냉각 가스 배기 장치(356)가 배기하는 냉각 가스의 유량을 제어한다.
한편, 이하의 설명에 있어서는, 온도 조정 부분(320-1)~(320-4) 등, 복수 개 의 구성 부분 중 어느 하나를 특정하지 않고 나타내는 경우에는, 단순히, 온도 조정 부분(320)으로 약기하는 경우가 있다.
또한, 이하의 설명에 있어서, 온도 조정 부분(320-1)~(320-4) 등, 구성 부분의 개수를 나타내는 경우가 있는데, 구성 부분의 개수는, 설명의 구체화·명확화를 위하여 예시된 것으로서, 본 발명의 기술적 범위를 국한하려는 의도로 열거한 것은 아니다.
아우터 튜브(360)의 하단과 매니폴드(350)의 상부 개구부와의 사이 및 노구 덮개(344)와 매니폴드(350)의 하부 개구부와의 사이에는 O링(351)이 배설되고, 아우터 튜브(360)와 매니폴드(350)와의 사이는 기밀(氣密)하게 씰(seal)된다.
아우터 튜브(360)의 하방에 위치하는 가스 도입 노즐(340)을 개재하여, 불활성 가스 또는 처리 가스가 아우터 튜브(360) 내에 도입된다.
매니폴드(350)의 상부에는, PS(378), APC(380) 및 EP(382)에 연결된 배기관(346)(도 2)이 부착되어 있다.
아우터 튜브(360)와 이너 튜브(362)의 사이를 흐르는 처리 가스는, 배기관(346), APC(380) 및 EP(382)를 개재하여 외부에 배출된다.
APC(380)는, PS(378)에 의한 아우터 튜브(360) 내의 압력 측정치에 기초하는 제어에 따라, 아우터 튜브(360) 내부가, 미리 설정된 원하는 압력이 되도록, 압력 제어부(416)의 지시에 따라 조정한다.
즉, APC(380)는, 아우터 튜브(360) 내를 상압(常壓)으로 하도록 불활성 가스가 도입되어야 할 때에는, 아우터 튜브(360) 내가 상압이 되도록, 압력 제어 부(416)의 지시에 따라 조정하고, 또는, 아우터 튜브(360) 내를 저압으로 하여, 웨이퍼(12)를 처리하도록 처리 가스가 도입되어야 할 때에는, 아우터 튜브(360) 내가 원하는 낮은 압력이 되도록, 압력 제어부(416)의 지시에 따라 조정한다.
다수의 반도체 기판(wafer)(12)을 보지하는 보트(14)는, 보트(14)의 하부 회전축(348)이 연결되어 있다.
또한, 회전축(348)은, 보트 엘리베이터(108)(도 1)에 연결되고, 보트 엘리베이터(108)는, EC(376)를 개재한 제어에 따라, 소정의 스피드로 보트(14)를 승강시킨다.
또한, 보트 엘리베이터(108)는, 회전축(348)을 개재하여, 웨이퍼(12) 및 보트(14)를 소정의 스피드로 회전시킨다.
피처리물인 웨이퍼(12)는, 웨이퍼 카세트(490)(도 1)에 장전된 상태에서 반송되고, 카세트 수수 유닛(100)에 수재(受載)된다.
카세트 수수 유닛(100)은, 이 웨이퍼(12)를, 카세트 스토커(102) 또는 버퍼 카세트 스토커(104)에 이재한다.
웨이퍼 이동기(106)는, 카세트 스토커(102)로부터 웨이퍼(12)를 꺼내고, 보트(14)에 수평 상태로 다단으로 장전한다.
보트 엘리베이터(108)는, 웨이퍼(12)가 장전된 보트(14)를 상승시켜 처리실(3) 내로 유도한다.
또한, 보트 엘리베이터(108)는, 처리 완료된 웨이퍼(12)가 장전된 보트(14)를 하강시켜 처리실(3) 내로부터 꺼낸다.
<웨이퍼(12)의 온도와 막두께>
도 5는, 반도체 처리 장치(1)(도 1)에 있어서 처리 대상이 되는 웨이퍼(12)의 형상을 예시하는 도면이다.
웨이퍼(12)의 면[이하, 웨이퍼(12)의 면을, 단지 웨이퍼(12)라고 나타내기도 한다]은, 도 5에 나타내는 것과 같은 형상을 하고 있으며, 보트(14)에서, 수평으로 보지된다.
또한, 웨이퍼(12)는, 온도 조정 부분(320-1)~(320-4)이 방사하여 아우터 튜브(360)를 투과한 광에 의하여, 아우터 튜브(360)의 주위로부터 가열된다.
따라서, 웨이퍼(12)는, 단부가 광을 많이 흡수하여, 냉각 가스 유로(352)에 냉각 가스가 흐르지 않는 경우에는, 웨이퍼(12) 면의 단부의 온도가 중심부의 온도에 비해 높아진다.
즉, 온도 조정 부분(320-1)~(320-4)에 의하여, 웨이퍼(12)의 외주에 가까우면 가까울수록 온도가 높고, 중심부에 가까우면 가까울수록 온도가 낮아, 웨이퍼(12)의 단부로부터 중심부에 걸쳐 사발 모양의 온도 편차가 웨이퍼(12)에 생기게 된다.
또한, 반응 가스 등의 처리 가스도, 웨이퍼(12)의 외주 측으로부터 공급되기 때문에, 웨이퍼(12)에 형성되는 막의 종류에 따라서는, 웨이퍼(12)의 단부와 중심부에서 반응속도가 다른 경우가 있다.
예를 들면, 반응 가스 등의 처리 가스는, 웨이퍼(12)의 단부에서 소비되고, 그 후 웨이퍼(12)의 중심부에 이르기 때문에, 웨이퍼(12)의 중심부에서는, 웨이 퍼(12)의 단부에 비하여 처리 가스의 농도가 낮게 된다.
따라서, 가령, 웨이퍼(12)의 단부와 중심부 사이에 온도 편차가 생기지 않는다고 하더라도, 웨이퍼(12)의 외주 측으로부터의 반응 가스가 공급됨으로 인하여, 웨이퍼(12)에 형성되는 막의 두께가, 단부와 중심부에서 불균일하게 되는 경우가 있다.
한편, 냉각 가스가 냉각 가스 유로(352)를 통과하면, 상술한 바와 같이, 아우터 튜브(360) 및 보트(14)에 세트된 웨이퍼(12)가 주방향(周方向, 외주 측)으로부터 냉각된다.
즉, 처리실(3)은, 온도 조정 부분(320)에 의하여 웨이퍼(12) 중심부의 온도를 소정의 설정 온도(처리 온도)까지 가열하고, 냉각 가스 유로(352)에 냉각 가스를 통과시켜 웨이퍼(12)의 외주 측을 냉각함으로써, 웨이퍼(12)의 중심부 및 단부 각각에 대하여 다른 온도를 설정할 수 있다.
이와 같이, 웨이퍼(12)에 균일한 막을 형성하기 위해서는, 웨이퍼(12) 상에 막을 형성하는 반응 속도 등에 대응하여, 막두께를 조정하기 위한 가열 제어(가열과 냉각을 포함하는 제어 등)를 실행할 필요가 있다.
도 6은, 보트(14) 및 웨이퍼(12)를 수용한 처리실(3)에 대하여, L 타입 온도 센서(L 타입 TC)(390)를 설치한 상태를 예시하는 도면이다.
제어부(2)는, 내부 온도 센서(324)의 온도 측정치를 사용하여, 예를 들면 웨이퍼(12)의 단부 온도 및 중심부 온도(기판 면내 위치에 대한 온도)를 산출하고, 온도 조정 부분(320) 및 냉각 가스 유로(352)를 통과하는 냉각 가스의 유량을 제어 하도록 하여도 된다.
내부 온도 센서(324)는, 보트(14)와 이너 튜브(362) 사이에 설치되어 있다.
한편, 내부 온도 센서(324)는, 이너 튜브(362)와 아우터 튜브(360) 사이에 설치되어도 된다.
내부 온도 센서(324)의 온도 측정치를 사용하여 웨이퍼(12)의 단부 및 중심부의 온도를 산출하는 경우, 예를 들면 실제의 웨이퍼(12)의 단부 온도, 중심부 온도 및 냉각 가스가 냉각 가스 유로(352)를 통과함으로 인한 내부 온도 센서(324)의 온도 측정치의 변화를 이용하여, 냉각 가스가 냉각 가스 유로(352)를 통과함으로 인한 내부 온도 센서(324)의 온도 측정치의 변화를 보정할 필요가 있다.
L 타입 온도 센서(390)는, 내부 온도 센서(324)와 실질적으로 동일한 높이의 웨이퍼(12)의 중심부 근방의 온도를 측정하기 위하여 예를 들면 복수 개소가 L자 모양으로 형성된 열전대로서, 온도 측정치를 제어부(2)에 대하여 출력한다.
또한, L 타입 온도 센서(390)는, 반도체 처리 장치(1)가 웨이퍼(12)의 처리를 개시하기 이전에 웨이퍼(12)의 중심부 근방의 온도를 복수 개소에서 측정하고, 반도체 처리 장치(1)가 웨이퍼(12)의 처리를 하는 경우에는 떼어내도록 되어 있다.
한편, L 타입 온도 센서(390)는, 노구 덮개(344)에 이음새를 개재하여 기밀하게 씰되도록 되어 있다.
이 L 타입 온도 센서(390)가 검출하는 온도를 웨이퍼(12)의 중심부의 온도로 간주하고, 또한 내부 온도 센서(324)가 검출하는 온도를 웨이퍼(12)의 단부의 온도로 간주하여, 온도 제어하도록 한다.
또한, L 타입 온도 센서(390)가 검출하는 온도와 내부 온도 센서(324)가 검출하는 온도와의 차를 웨이퍼 면내 온도 편차로 간주하여, 온도 제어하도록 한다.
도 7은, 냉각 가스가 냉각 가스 유로(352)를 통과함으로써 변화하는 내부 온도 센서(324)의 온도 측정치를 기판 면내 위치마다 보정하는 방법을 나타내는 플로차트(S10)이다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 스텝 100(S100)에 있어서, 제어부(2)는 냉각 가스에 의한 냉각을 하지 않고, L 타입 온도 센서(390)가 검출하는 온도가, 소정의 설정 온도(처리 온도)와 일치하도록 온도 제어한다.
그리고 L 타입 온도 센서(390)가 검출하는 온도가 소정의 설정 온도(처리 온도)와 일치했을 때의, 소정의 설정 온도(처리 온도)에 대한 내부 온도 센서(노내 TC)(324)의 검출 결과를 취득한다.
스텝(102)(S102)에 있어서, 제어부(2)는, 냉각 가스 유로(352)를 통과하는 냉각 가스 유량[즉, 냉각 가스 배기 장치(356)가 배기하는 냉각 가스의 유량]을 일정 유량으로 하면서, L 타입 온도 센서(390)가 검출하는 온도가, 소정의 설정 온도(처리 온도)와 일치하도록 온도 제어한다.
그리고 L 타입 온도 센서(390)가 검출하는 온도가 소정의 설정 온도(처리 온도)와 일치했을 때, 소정의 설정 온도(처리 온도)에 대한 내부 온도 센서(노내 TC)(324)의 검출 결과를 취득한다.
또한, 냉각 가스 유로(352)를 통과하는 냉각 가스 유량을 변화시키고, 변화시킨 유량을 일정 유량으로 하면서, L 타입 온도 센서(390)가 검출하는 온도가, 소 정의 설정 온도(처리 온도)와 일치하도록 온도 제어한다.
그리고 L 타입 온도 센서(390)가 검출하는 온도가 소정의 설정 온도(처리 온도)와 일치했을 때, 소정의 설정 온도(처리 온도)에 대한 내부 온도 센서(노내 TC)(324)의 검출 결과를 취득한다.
제어부(2)는, 스텝(102)(S102)을, 냉각 가스 유로(352)를 통과하는 냉각 가스 유량과, 소정의 설정 온도[L 타입 온도 센서(390)가 검출하는 온도]와 내부 온도 센서(324)가 검출하는 온도와의 관계가 명확하게 되도록 소정 회수 반복한다.
스텝(104)(S104)에 있어서, 제어부(2)는, 소정의 설정 온도[L 타입 온도 센서(390)가 검출하는 온도]로 했을 때의 냉각 가스 유량에 대한 내부 온도 센서(324)의 온도 보정치(냉각 가스에 의한 온도 측정치의 변화에 대응하는 값)를 각각 산출한다.
스텝(106)(S106)에 있어서, 제어부(2)는, S204의 처리에서 산출한 온도 보정치를 각각 냉각 가스 유량과 대응시켜 소정의 설정 온도(처리 온도) 시의 상관관계로서, 예를 들면 온도 설정치 기억부(424) 등에 추가 정보로서 기억한다.
그리고, 제어부(2)는, 웨이퍼(12)를 처리하는 경우에, L 타입 온도 센서(390)를 떼어내, S106의 처리에서 기억한 온도 보정치를 이용함으로써, 내부 온도 센서(324)의 온도 측정치를 보정하고, 그 온도 보정치에 대응하는 냉각 가스 유로(352)를 통과하는 냉각 가스 유량[즉, 냉각 가스 배기 장치(356)가 배기하는 냉각 가스의 유량]으로 설정하고, 보정 후의 내부 온도 센서(324)의 온도 측정치가 원하는 설정 온도(처리 온도)와 일치하도록, 온도 조정 부분(320)의 온도를 제어한 다.
한편, L 타입 온도 센서(390)는, 웨이퍼(12)의 중심부 근방의 온도를 복수 개소에서 측정 가능하도록, 복수 개소가 L자 형상으로 형성된 열전대로서 설명했는데, 예를 들면, 웨이퍼(12)의 중심부 근방의 온도를 1개소에서 측정 가능하도록 1개소가 L자형 형상으로 형성된 열전대로 하고, 내부 온도 센서(324)의 온도 보정치와 냉각 가스 유량과의 관계를 구해도 된다.
또한, L 타입 온도 센서(390)의 설치 개수는, 내부 온도 센서(324)와 다른 개수로 해도 된다.
그리고, L 타입 온도 센서(390) 대신에 웨이퍼 중심부에 열전대를 매립한 타입의 온도 센서를 사용하여도 된다.
<반도체 처리 장치(1)에 의한 감압 CVD 처리의 개요>
반도체 처리 장치(1)는, 제어부(2)(도 1, 도 4) 상에서 실행되는 제어 프로그램(40)(도 3)의 제어에 의하여, 처리실(3) 내에 소정의 간격으로 정렬시킨 반도체 웨이퍼(12)에 대하여, CVD에 의하여, Si3N4 막, SiO2 막 및 폴리 실리콘(Poly－Si) 막 등을 형성한다.
처리실(3)을 이용한 막 형성을 상세히 설명한다.
먼저, 보트 엘리베이터(108)는, 보트(14)를 하강시킨다.
하강한 보트(14)에는, 처리 대상이 되는 웨이퍼(12)가 원하는 매수로 세트되고, 보트(14)는 세트된 웨이퍼(12)를 보지한다.
다음에, 히터(32)의 4개의 온도 조절 부분(320-1)~(320-4) 각각은, 설정에 따라, 아우터 튜브(360)의 내부를 가열하고, 웨이퍼(12)의 중심부가 미리 설정된 일정한 온도가 되도록 가열한다.
한편, 냉각 가스 유로(352)에는, 설정에 따라 냉각 가스가 흐르고, 아우터 튜브(360) 및 보트(14)에 세트된 웨이퍼(12)가 주방향(외주 측)으로부터 냉각된다.
다음에, 가스 도입 노즐(340)(도 2)을 개재하여, MFC(374)는, 도입하는 가스 유량을 조절하고, 아우터 튜브(360) 내에 불활성 가스를 도입하여, 충전한다.
보트 엘리베이터(108)는, 보트(14)를 상승시켜, 원하는 처리 온도의 불활성 가스가 충전된 상태의 아우터 튜브(360) 내로 이동시킨다.
다음에, 아우터 튜브(360) 내의 불활성 가스는 EP(382)에 의하여 배기되고, 아우터 튜브(360) 내부는 진공 상태로 되어, 보트(14) 및 보트에 보지되어 있는 웨이퍼(12)는, 회전축(348)을 개재하여 회전된다.
이 상태에서, 가스 도입 노즐(340)을 개재하여 처리 가스가 아우터 튜브(360) 내에 도입되면, 도입된 처리 가스는, 아우터 튜브(360) 내를 상승하고, 웨이퍼(12)에 대하여 균등하게 공급된다.
EP(382)는, 감압 CVD 처리 중인 아우터 튜브(360) 내로부터, 배기관(346)을 개재하여 처리 가스를 배기하고, APC(380)는, 아우터 튜브(360) 내의 처리 가스를, 원하는 압력으로 한다.
이상과 같이, 웨이퍼(12)에 대하여, 감압 CVD 처리가 소정 시간 실행된다.
감압 CVD 처리가 종료하면, 다음에 웨이퍼(12)에 대한 처리로 이행하여, 아 우터 튜브(360) 내부의 처리 가스가 불활성 가스에 의하여 치환되고, 다시 상압으로 된다.
그리고, 냉각 가스 유로(352)에 냉각 가스가 흘러, 아우터 튜브(360) 내가 소정의 온도까지 냉각된다.
이 상태에서, 보트(14) 및 보트에 보지된 처리 완료된 웨이퍼(12)는, 보트 엘리베이터(108)에 의하여 하강되고, 아우터 튜브(360)로부터 꺼내어진다.
보트 엘리베이터(108)는, 다음의 감압 CVD 처리 대상이 되는 웨이퍼(12)가 보지된 보트(14)를 상승시켜, 아우터 튜브(360) 내에 세트한다.
이와 같이 세트된 웨이퍼(12)에 대하여, 다음의 감압 CVD 처리가 실행된다.
한편, 냉각 가스는 웨이퍼(12)의 처리 전(前)부터 처리 종료까지 흘리면, 막두께를 제어할 수 있는데, 웨이퍼(12)를 세트한 보트(14)를 아우터 튜브(360) 내에 이동시키는 경우 및 아우터 튜브(360) 내로부터 보트(14)를 꺼내는 경우에도, 흘리는 것이 바람직하다.
이에 따라, 처리실(3)의 열용량에 의하여, 처리실(3) 내에 열이 머물러 온도가 변동하는 것을 방지할 수 있음과 동시에, 스루풋(throughput)을 향상시킬 수 있다.
<막두께 균일성의 제어예>
도 8은, 반도체 처리 장치(1)가 웨이퍼(12) 등의 기판에 막을 형성하는 경우에 설정하는 온도와 막두께와의 관계의 실시예를 나타내는 그래프로서, (A)는 기판 면내 위치에 대한 설정 온도의 실시예를 나타내는 그래프이며, (B)는 (A)에 나타낸 설정 온도에 대응하여 형성되는 막두께를 나타내는 그래프이다.
도 9는, 반도체 처리 장치(1)가 웨이퍼(12) 등의 기판에 막을 형성하는 경우에 설정하는 온도와 막두께와의 관계의 비교예를 나타내는 그래프로서, (A)는 기판 면내 위치에 대한 설정 온도의 비교예를 나타내는 그래프이며, (B)는 (A)에 나타낸 설정 온도에 대응하여 형성되는 막두께를 나타내는 그래프이다.
도 8(A)에 나타내는 바와 같이, 기판의 중심부가 소정의 설정 온도(처리 온도)로 되고, 기판의 단부가 처리 온도보다 낮아지도록, 제어부(2)가 온도 조정 부분(320)의 온도 및 냉각 가스 유로(352)를 통과하는 냉각 가스 유량을 제어하면, 도 8(B)에 나타내는 바와 같이, 기판에 형성되는 막두께가 기판의 중심부 및 단부에 있어서 거의 균일하게 된다.
예를 들면, 기판 온도에 비해 아우터 튜브(360)의 온도가 낮아지도록 냉각 가스가 흐르면, 기판 중심부의 온도보다 기판의 단부의 온도가 내려간다.
한편, 도 9(A)에 나타내는 바와 같이, 기판의 중심부 및 단부가 소정의 설정 온도(처리 온도)가 되도록, 제어부(2)가 온도 조정 부분(320)의 온도 등을 제어[예를 들면 냉각 가스 유로(352)에 냉각 가스를 흘리지 않으면]하면 도 9(B)에 나타내는 바와 같이, 기판의 단부에 형성되는 막의 두께가 기판의 중심부에 형성되는 막의 두께보다 두꺼워진다.
예를 들면, 기판 온도와 아우터 튜브(360)의 온도가 동등하게 되도록 냉각 가스가 흐르면, 기판 중심부의 온도와 기판 단부의 온도가 동등하게 된다.
구체적으로는, 도 6에 나타낸 바와 같이 미리 구해 둔 소정의 설정 온도(처 리 온도)로 했을 때의 내부 온도 센서(324)의 온도 보정치를 각각 냉각 가스 유량과 대응시켜 기억시킨 예를 들면 온도 설정치 기억부(424)에 있는 데이터 중에서, 1개의 조건을 선택하고, 상기 선택한 조건에서 제어부(2)가 온도 제어부(410)를 개재하여 히터(32)의 온도 조정 부분(320)을 제어하면서, 냉각 가스 유량 제어부(422) 및 인버터(384)를 개재하여, 냉각 가스 배기 장치(356)를 제어한다.
즉, 내부 온도 센서(324)의 측정 온도에 온도 보정치를 설정하고, 그 온도 보정치에 대응하는 냉각 가스 유량을 설정하여, 보정 후의 내부 온도 센서(324)의 측정 온도를 바탕으로 히터(32)의 온도 조정 부분(320)을 가열 제어하면서, 설정한 냉각 가스 유량에 대응하여 냉각 가스 배기 장치(356)가 배기하는 냉각 가스의 유량을 제어한다.
이와 같이 제어한 상태에서, 아우터 튜브(360) 내에서, 보트(14) 및 이것에 보지되어 있는 웨이퍼(12)를 회전하면서, 가스 도입 노즐(340)을 개재하여 처리 가스를 아우터 튜브(360) 내에 도입하고 웨이퍼(12)에 대하여 소정 두께의 막을 형성 처리시킨다.
그리고, 처리 후의 웨이퍼(12)를 아우터 튜브(360)로부터 꺼낸다. 웨이퍼(12)를 꺼낸 후, 처리 후의 웨이퍼(12)의 막두께를 측정하고, 기판 면내[웨이퍼(12)의 면내]의 막두께가 균일하게 되어 있는지 확인한다.
기판 면내에서 기판의 단부에 형성되는 막의 두께가 기판 중심부에 형성되는 막의 두께보다 두꺼우면, 전술한 도 6에 나타낸 미리 구하여 둔 소정의 설정 온도(처리 온도)로 했을 때의 내부 온도 센서(324)의 온도 보정치를 각각 냉각 가스 유 량과 대응시켜 기억시킨 예를 들면 온도 설정치 기억부(424)에 있는 데이터 중에서, 앞에서 선택한 1개의 조건보다 온도 보정치가 더 큰 값과 대응하는 냉각 가스 유량을 선택하고, 상기 선택한 조건에서 다시, 상기의 웨이퍼(12)에 대하여 소정의 두께의 막을 형성 처리하도록 한다.
한편, 기판 면내에서 기판의 단부에 형성되는 막의 두께가 기판 중심부에 형성되는 막의 두께보다 얇으면, 전술한 도 6에 나타낸 미리 구해 둔 소정의 설정 온도(처리 온도)로 했을 때의 내부 온도 센서(324)의 온도 보정치를 각각 냉각 가스 유량과 대응시켜 기억시킨 예를 들면 온도 설정치 기억부(424)에 있는 데이터 중에서, 앞에서 선택한 1 개의 조건보다 온도 보정치가 더 작은 값과 대응하는 냉각 가스 유량을 선택하고, 상기 선택한 조건에서 다시, 상기의 웨이퍼(12)에 대하여 소정 두께의 막을 형성 처리하도록 한다.
기판 면내의 막두께가 원하는 막두께로 균일하게 될 때까지 웨이퍼(12)에 실제로 성막을 반복함으로써, 미세 조정을 수행한다.
또한, 이 때, 온도 조정 부분(320-1)~(320-4)에 대응하는 각각의 내부 온도 센서(324-1)~(324-4)에 온도 보정치를 더한 값과, 그 온도 보정치에 대응하는 냉각 가스 유량을 사용하여 가열 제어하고, 기판 면내 막두께의 균일성 뿐만 아니라, 기판 면간 막두께[보트(14)에 보지되는 복수 매의 웨이퍼 사이의 막두께]의 균일성도 미세 조정하도록 한다.
한편, 도 6에 나타낸 바와 같이 미리 구하여 둔 소정의 설정 온도(처리 온도)로 했을 때의 내부 온도 센서(324)의 온도 보정치를 각각 냉각 가스 유량과 대 응시켜 기억시킨 예를 들면 온도 설정치 기억부(424)에 있는 데이터 중 원하는 조건이 없는 경우에는, 상기 데이터를 참고로 내부 온도 센서(324)의 온도 보정치와 냉각 가스 유량을 직접 변경한 조건에서 소정의 막두께가 균일하게 될 때까지 미세 조정을 하도록 해도 된다.
이 때, L 타입 온도 센서(390)를, 노구 덮개(344)에 이음새를 개재하여 기밀하게 씰한 상태에서, 보트(14) 및 이것에 보지되는 웨이퍼(12)를 회전시키지 않고, L 타입 온도 센서(390)가 검출하는 온도가 소정의 설정 온도(처리 온도)가 되도록, 내부 온도 센서(324)의 온도 보정치와 냉각 가스 유량을 직접 변경한 조건에서 소정의 막두께가 균일하게 될 때까지 미세 조정을 하도록 해도 된다.
미세 조정이 완료되면 얻어진 내부 온도 센서(324)의 온도 보정치와 냉각 가스 유량으로, 막두께의 균일성이 양호하게 되도록 설정하고, 보정 후의 내부 온도 센서(324)의 측정 온도를 바탕으로 히터(32)의 온도 조정 부분(320)을 가열 제어하면서, 설정한 냉각 가스 유량에 대응한 냉각 가스 배기 장치(356)가 냉각 가스의 유량을 제어한다.
이와 같이 제어한 상태에서, 아우터 튜브(360) 내에서 보트(14) 및 이것에 보지되는 웨이퍼(12)를 회전하면서, 가스 도입 노즐(340)을 개재하여 처리 가스를 아우터 튜브(360) 내에 도입하여 웨이퍼(12)에 대하여 소정 두께의 막을 형성 처리시킨다.
이와 같이, 히터(32)는, 설정 온도대로 웨이퍼(12)의 중심부 온도를 일정 온도로 유지하도록 제어하면서, 냉각 가스에 의하여 웨이퍼(12)의 단부[주연(周緣)] 온도와 중심부 온도와의 온도차를 두도록 온도 제어함으로써, 막질이 변하지 않고, 웨이퍼(12)의 면내 막두께 균일성, 또한, 면간의 막두께 균일성을 향상할 수 있다.
예를 들면, Si3N4 막 등의 CVD 막을 성막하는 경우, 처리 온도를 변동시키면서 성막 처리하면, 막의 굴절률이 처리 온도에 대응하여 변동하거나, 처리 온도를 고온으로부터 저온으로 강하시키면서 성막 처리하면, 에칭 레이트(etching rate)가 낮은 막으로부터 높은 막으로 처리 온도에 대응하여 변화한다.
또한, Si3N4 막의 생성에 있어서는, 처리 온도를 고온으로부터 저온으로 강하시키면서 성막 처리하면, 스트레스(stress)치가 높은 막으로부터 낮은 막으로 처리 온도에 대응하여 변화한다.
따라서, 반도체 처리 장치(1)는, 제어부(2)가 온도 조정 부분(320)의 온도 및 냉각 가스 유로(352)를 통과하는 냉각 가스 유량을 제어함으로써, 아우터 튜브(360)의 온도를 제어하고, 웨이퍼(12) 등 기판의 면내 온도를 제어하여, 막질이 변화하는 것을 방지하면서, 기판에 형성하는 막 두께의 균일성을 제어할 수 있는 뛰어난 효과를 발휘한다.
<처리실(3)의 제1 변형예>
다음에, 처리실(3)의 변형예에 대하여 설명한다.
도 10은, 처리실(3)의 제1 변형예를 나타내는 도면이다.
한편, 처리실(3)의 제1 변형예에 있어서, 도 2에 나타낸 처리실(3)을 구성하는 부분과 실질적으로 동일한 것에는, 동일한 부호가 사용된다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 처리실(3)의 제1 변형예는, 배기로(354)에 배기량(총유량)이 서로 다른 블로우어 등의 냉각 가스 배기 장치(392, 393)가 셔터(394, 395)를 각각 개재하여 설치되어 있다.
냉각 가스 배기 장치(392, 393)는, 각각 인버터(396－1), (396－2)를 개재하여, 제어부(2)에 의하여 회전수가 개별로 제어되고 있다.
또한, 처리실(3)의 제1 변형예는, 제어부(2)에 의하여 인버터(396－1), (396－2) 및 셔터(394, 395)가 개별로 제어됨으로써, 냉각 가스 유로(352)를 통과하는 냉각 가스의 유량이 세밀하게 제어되도록 되어 있다.
그리고, 처리실(3)의 제1 변형예는, 배기로(354)로부터 냉각 가스 배기 장치(392, 393)까지의 컨덕턴스(conductance)를 작게 하거나 댐퍼(damper)(397) 등을 설치하여 냉각 가스의 유량을 제어하도록 되어도 무방하다.
따라서, 처리실(3)의 제1 변형예는, 냉각 가스 유로(352)를 통과하는 냉각 가스의 유량을 세밀하게 제어할 수 있기 때문에, 아우터 튜브(360) 및 웨이퍼(12) 외주 측의 냉각을 세밀하게 제어할 수 있고, 웨이퍼(12)에 형성하는 막 두께의 균일성을 세밀하게 제어할 수 있다.
<처리실(3)의 제2 변형예>
도 11은, 처리실(3)의 제2 변형예를 나타내는 도면이다.
한편, 처리실(3)의 제2 변형예에 있어서, 도 2에 나타낸 처리실(3)을 구성하는 부분과 실질적으로 동일한 것에는, 동일한 부호가 사용된다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 처리실(3)의 제2 변형예는, 아우터 튜브(360) 와 온도 조정 부분(320) 사이에 배관(398)을 갖는다.
배관(398)에는, 예를 들면 도시하지 않은 블로우어(배기 장치) 등에 의하여 냉각 가스가 흐르도록 되어 있다.
즉, 처리실(3)의 제2 변형예는, 배관(398)에 냉각 가스를 흘림으로써, 아우터 튜브(360) 및 웨이퍼(12)의 외주 측을 냉각하여, 웨이퍼(12)에 형성하는 막 두께의 균일성을 제어한다.
한편, 처리실(3)의 제2 변형예는, 배관(398) 및 냉각 가스 유로(352)를 통과시키는 냉각 가스 유량을 개별로 제어하도록 되어도 무방하며, 배관(398)을 통과하는 냉각 가스 유량에 따라 웨이퍼(12)에 형성하는 막 두께의 균일성을 제어하도록 해도 무방하다.
<처리실(3)의 제3 변형예>
도 12는, 처리실(3)의 제3 변형예를 나타내는 도면이다.
한편, 처리실(3)의 제3 변형예에 있어서, 도 2에 나타낸 처리실(3)을 구성하는 부분과 실질적으로 동일한 것에는, 동일한 부호가 사용된다.
도 12에 나타내는 바와 같이, 처리실(3)의 제3 변형예는, 아우터 튜브(360)가 중공(中空) 구조로 되어 있고, 아우터 튜브(360)에 냉각 가스 유로(399)가 형성되어 있다.
냉각 가스 유로(399)에는, 예를 들면 도시하지 않은 블로우어(배기 장치) 등에 의하여 냉각 가스가 흐르도록 되어 있다.
즉, 처리실(3)의 제3 변형예는, 냉각 가스 유로(399)에 냉각 가스를 흘림으 로써, 웨이퍼(12)의 외주 측을 냉각하고, 웨이퍼(12)에 형성하는 막 두께의 균일성을 제어한다.
한편, 본 발명은, 상기 실시 형태에 국한되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변경이 가능한 것은 말할 나위도 없다. 예를 들면, 반도체 처리 장치(1)는, 흡기 장치에 의하여 냉각 가스 유량을 제어하도록 해도 되며, 매스 플로우 제어에 의한 것이어도 된다.
또한, 가열 장치는, 광 가열하는 타입이면 되며, 예를 들면 저항 가열 방식이라도 되고, 램프 가열 방식이어도 된다.
또한, 반도체 처리 장치(1)는, 냉각 가스를 대신하여, 예를 들면 물 등의 액체를 흘림으로써, 아우터 튜브(360) 및 웨이퍼(12)의 외주 측을 냉각하도록 해도 된다.
이상과 같이, 본 발명은, 특허 청구의 범위에 기재한 사항을 포함하는데, 여기에 더하여 다음과 같은 실시 형태가 포함된다.
(1) 상기 냉각 장치는, 상기 처리실의 외주 측에 설치되고, 냉각 가스를 흘리는 냉각 가스 유로와, 상기 냉각 가스 유로를 흐르는 냉각 가스를 배기할 수 있도록 유도하는 배기로와, 상기 배기로에 설치되고, 냉각 가스를 배기하는 배기부를 포함한다.
(2) 상기 배기부는, 배기량이 다른 복수의 배기 장치를 포함하고, 상기 가열 제어부는, 상기 복수의 배기 장치를 개별로 제어한다.
(3) 본 발명과 관련되는 기판 처리 방법은, 처리실 내에 수용된 기판을 가열 장치에 의하여 기판의 외주 측으로부터 광 가열하는 공정과, 기판의 외주 근방에 유체를 흘리는 냉각 장치에 의하여 기판의 외주 측을 냉각하는 공정과, 상기 처리실 내의 온도를 검출하는 공정과, 검출한 온도를 바탕으로, 상기 가열 장치 및 상기 냉각 장치를 제어하는 공정을 포함한다.
(4) 본 발명에 따른 기판 처리 방법은, 처리실 내에 수용된 기판을 가열 장치에 의하여 기판의 외주 측으로부터 광 가열하는 공정과, 기판의 외주 근방에 냉각 가스를 흘려 기판의 외주 측을 냉각하는 공정과, 배기량이 다른 복수의 배기 장치에 의하여 냉각 가스를 배기하는 공정과, 상기 처리실 내의 온도를 검출하는 공정과, 검출한 온도를 바탕으로, 상기 가열 장치 및 상기 복수의 배기 장치를 개별로 제어하는 공정을 포함한다.
(5) 상기 가열 장치는, 기판의 중심부가 일정 온도인 설정 온도가 되도록 기판을 광 가열하는 청구항 1~3 중 어느 하나에 기재한 기판 처리 장치.
(6) 기판의 중심부와 외주 측의 온도를 각각 취득하는 온도 취득부와, 상기 가열 장치가 기판을 가열하는 동안에 상기 냉각 장치가 흘리는 유체의 양을 변화시켰을 경우에, 설정 온도 및 유체의 유량과, 기판의 중심부와 외주 측과의 온도 편차와의 상관관계를 취득하는 상관관계 취득부와, 상기 상관관계 취득부가 취득한 상관관계를 바탕으로, 상기 가열 장치가 설정 온도를 보정하는 설정 온도 보정부를 포함하는 (5)에 기재한 기판 처리 장치.
(7) 상기 상관관계 취득부는, 상기 가열 장치가 기판을 가열하는 동안에 상기 냉각 장치가 흘리는 유체의 양을 변화시킨 경우에, 설정 온도 및 유체의 유량 과, 상기 온도 검출부가 검출한 온도와의 상관관계를 취득하고, 상기 설정 온도 보정부는, 상기 상관관계 취득부가 취득한 상관관계를 바탕으로, 상기 가열 장치의 설정 온도를 보정하는 (6)에 기재한 기판 처리 장치.
(8) 상기 가열 장치는, 기판의 중심부가 일정 온도의 설정 온도가 되도록 기판을 광 가열하는 청구항 4 또는 5에 기재한 기판 처리 방법.
(9) 기판을 처리실 내에 수용하는 공정과, 처리실 내에 수용된 기판을 가열 장치에 의하여 기판의 외주 측으로부터 광 가열하는 공정과, 기판의 외주 근방에 유체를 흘리는 냉각 장치에 의하여 기판의 외주 측을 냉각하는 공정과, 상기 처리실 내의 온도를 검출하는 공정과, 검출한 온도를 바탕으로, 상기 가열 장치 및 상기 냉각 장치를 제어하는 공정과, 기판을 처리실 외부로 반출하는 공정을 포함하는 기판 처리 방법.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 기판에 형성하는 막 두께의 균일성을 제어하는 기판 처리 장치에 이용할 수 있다.

Claims (16)

  1. 기판을 처리하는 처리실과,
    상기 처리실 내에 수용된 기판을 기판의 외주 측으로부터 광 가열하는 가열 장치와,
    상기 가열 장치가 광 가열하는 기판의 외주 근방에 유체를 흐르게 하여, 기판의 외주 측을 냉각하는 냉각 장치와,
    상기 처리실 내의 온도를 검출하는 온도 검출부와,
    상기 온도 검출부가 검출하는 온도를 바탕으로, 상기 기판의 중심부의 온도를 소정 온도로 유지하면서 상기 중심부와 상기 기판의 단부에 온도차를 두도록 상기 가열 장치 및 상기 냉각 장치를 제어하는 가열 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 냉각 장치는,
    상기 처리실의 외주 측에 설치되고, 냉각 가스가 흐르는 냉각 가스 유로와,
    상기 냉각 가스 유로를 흐르는 냉각 가스를 배기 가능하게 유도하는 배기로와,
    상기 배기로에 설치되어, 냉각 가스를 배기하는 배기부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 배기부는,
    배기량이 다른 복수의 배기 장치를 포함하고,
    상기 가열 제어부는,
    상기 복수의 배기 장치를 개별로 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 처리실 내에 수용된 기판을 가열 장치에 의하여 기판의 외주 측으로부터 광 가열하는 공정과,
    기판의 외주 근방에 유체를 흐르게 하는 냉각 장치에 의하여 기판의 외주 측을 냉각하는 공정과,
    상기 처리실 내의 온도를 검출하는 공정과,
    검출한 온도를 바탕으로, 상기 기판의 중심부의 온도를 소정 온도로 유지하면서 상기 중심부와 상기 기판의 단부에 온도차를 두도록 상기 가열 장치 및 상기 냉각 장치를 제어하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  5. 처리실 내에 수용된 기판을 가열 장치에 의하여 기판의 외주 측으로부터 광 가열하는 공정과,
    기판의 외주 근방에 냉각 가스를 흐르게 하여 기판의 외주 측을 냉각하는 공정과,
    배기량이 다른 복수의 배기 장치에 의하여 냉각 가스를 배기하는 공정과,
    상기 처리실 내의 온도를 검출하는 공정과,
    검출한 온도를 바탕으로, 상기 기판의 중심부의 온도를 소정 온도로 유지하면서 상기 중심부와 상기 기판의 단부와의 온도차를 설정하도록 상기 가열 장치 및 상기 복수의 배기 장치를 개별로 제어하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 소정 온도는 일정한 온도인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 소정 온도는 일정한 온도인 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 처리실 내에 처리 가스를 도입하는 처리 가스 도입부와 상기 처리 가스 도입부로부터 도입되는 처리 가스의 유량을 제어하는 처리 가스 유량 제어부를 더 포함하고,
    상기 처리 가스 유량 제어부는, 상기 가열 제어부가 상기 기판의 중심부의 온도를 소정 온도로 유지하면서 상기 중심부와 상기 기판의 단부에 온도차를 두도록 제어하고 있는 동안에, 상기 처리 가스 도입부로부터 상기 처리 가스를 상기 처리실 내에 도입하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  9. 제4항에 있어서, 상기 기판 중심부의 온도를 소정 온도로 유지하면서 상기 중심부와 상기 기판의 단부와의 온도차를 설정한 상태에서, 처리 가스를 상기 처리실 내에 도입하여 상기 기판을 처리하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  10. 제1항에 있어서, 기판의 중심부와 외주 측의 온도를 각각 취득하는 온도 취득부와,
    상기 가열 장치가 기판을 가열하는 동안에 상기 냉각 장치에 흐르는 유체의 양을 변화시킨 경우에, 설정 온도 및 유체의 유량과, 기판의 중심부와 외주 측의 온도 편차와의 상관관계를 취득하는 상관관계 취득부와,
    상기 상관관계 취득부가 취득한 상관관계를 바탕으로, 상기 가열 장치의 설정 온도를 보정하는 설정 온도 보정부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 상관관계 취득부는,
    상기 가열 장치가 기판을 가열하는 동안에 상기 냉각 장치에 흐르는 유체의 양을 변화시킨 경우에, 설정 온도 및 유체의 유량과, 상기 온도 검출부가 검출한 온도와의 상관관계를 더 취득하고,
    상기 설정 온도 보정부는,
    상기 상관관계 취득부가 취득한 상관관계를 바탕으로, 상기 가열 장치의 설정 온도를 보정하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  12. 제4항에 있어서, 상기 가열 장치가 기판을 가열하는 동안에 상기 냉각 장치에 흐르는 유체의 양을 변화시킨 경우에, 설정 온도 및 유체의 유량과, 기판의 중심부와 외주 측의 온도 편차와의 상관관계를 취득하는 공정과,
    취득한 상관관계를 바탕으로, 상기 가열 장치의 설정 온도를 보정하는 공정을 더 포함하며,
    검출한 온도를 보정한 온도를 바탕으로, 상기 가열 장치 및 상기 냉각 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 가열 장치가 기판을 가열하는 동안에 상기 냉각 장치에 흐르는 유체의 양을 변화시킨 경우에, 설정 온도 및 유체의 유량과, 검출한 온도와의 상관관계를 취득하는 공정과,
    취득한 상관관계를 바탕으로, 상기 가열 장치의 설정 온도를 보정하는 공정을 더 포함하며,
    검출한 온도를 보정한 온도를 바탕으로, 상기 가열 장치 및 상기 냉각 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  14. 제10항에 있어서, 상기 소정 온도는 일정한 온도인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  15. 제8항에 있어서, 상기 처리실 내의 기판은,
    소정의 간격으로 복수 정렬되어 있고, 상기 처리 가스 도입부로부터 상기 처리실 내에 도입된 상기 처리 가스가 상기 기판의 외주 측으로부터 공급되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  16. 제9항에 있어서, 상기 처리실 내에 도입된 상기 처리 가스가 소정의 간격으로 복수 정렬된 상기 기판의 외주 측으로부터 공급되는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
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