KR20080070532A - 기판 처리 방법 및 반도체 제조 장치 - Google Patents

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KR20080070532A
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가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
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Abstract

기판에 형성하는 막의 두께의 균일성을 제어할 수 있는 반도체 제조장치 및 기판 처리 방법을 제공한다.
기판 처리 방법은, 반응관(1014)을 히터(1052)로 가열하면서, 배기부(1080)에 냉각 가스 배기 장치(1084)에 의해 냉각 가스를 흘리고, 배기부(1080)의 압력치를 바탕으로, 제어부(1200)에 의해 히터(1052)와 냉각 가스 배기 장치(1084)를 제어하여 웨이퍼(1400)를 처리하는 공정과, 웨이퍼(1400)의 주연부의 온도를 검출하는 제1 열전대(1062)의 측정치와, 웨이퍼(1400)의 중심부의 온도를 검출하는 중심부 열전대(1068)의 측정치를 취득하여 양 측정치의 편차를 구해, 웨이퍼(1400)의 처리를 하기 전에, 미리 기억된 편차와 양 측정치의 편차를 비교하고, 상기 미리 기억된 편차와 양 측정치의 편차가 다른 경우에는, 반응관(1014)에 있어서 압력치를 보정하는 공정을 가진다.
Figure P1020080006090
박막 두께, 균일성, 열전대. 온도 검출

Description

기판 처리 방법 및 반도체 제조 장치{Method for processing substrate and semiconductor manufacturing apparatus}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 기판을 처리하는 기판 처리 방법 및 반도체 제조장치에 관한 것이다.
예를 들면, 특허 문헌 1(국제 공개 제2005/008755호 공보)은, 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 사용하여, 원하는 평균 온도 편차(M)를 실현하기 위한 변화 온도량(N)을 구하고, 기판에 대한 가열 온도를 제어하여, 기판에 형성되는 막후를 균일하게 하는 기판 처리 장치를 개시한다.
그러나, 원하는 평균 온도 편차(M)를 실현하더라도, 기판에 형성되는 막후의 균일성에 한도가 있었다.
또한, 노 내의 온도를 검출하기 위하여, 온도 센서를 복수 개 설치하고, 노 내의 온도를 검출하고, 검출된 온도를 바탕으로 온도 제어장치를 사용해 노 내를 특정 온도로 제어하는 반도체 제조장치가 알려져 있다.
그러나, 이러한 반도체 제조장치에서는, 장치의 유지보수나, 온도 센서의 교체 작업을 할 때에, 장치의 사용을 새로이 개시했을 때와 비교하여, 노 내 온도의 변동이 발생하기 쉽고, 기판에 형성되는 박막의 막후에 변동이 발생하기 쉽다고 하는 문제점이 있었다.
이 문제점의 주된 원인은, 온도 센서나, 아우터 튜브, 이너 튜브 등의 예를 들면 석영으로 되는 부재(部材)를 부착할 때의 오차에 기인한다고 생각되는데, 설치시의 오차를 완전히 없애는 것은 지극히 곤란하다.
또한, 노 내의 온도를 급속히 냉각하기 위한 급냉 기구를 구비하는 반도체 제조장치가 알려져 있다. 이 반도체 제조장치의 급냉 기구에서는, 급냉 블로워(blower)의 배기구와 반도체 제조장치가 설치되는 공장 등의 배기 설비가 접속되어 있다.
그러나, 그러한 반도체 제조장치에 있어서는, 배기 설비의 배기 압력의 변동이 원인이 되어, 성막(成膜) 시에 냉각 기구의 냉각 성능의 변동이 발생하는 것이 원인이 되어, 형성되는 박막의 층 두께(막후)나 막질이 불규칙하게 되는 경우가 있다는 문제점이 있었다.
본 발명은, 기판에 형성하는 막의 두께나, 막질의 균일성을 제어할 수 있는 기판 처리 방법 및 반도체 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 제1 형태는, 기판의 주연부의 상태를 검출하는 제1 검출부의 측정치와, 기판의 중심부의 상태를 검출하는 제2 검출부의 측정치를 취득하고, 상기 제1 검출부의 측정치와 상기 제2 검출부의 측정치와의 제1 편차를 구하고, 미리 기억된 상기 제1 검출부의 측정치와 상기 제2 검출부의 측정치와의 제2 편차와, 상기 제1 검출부의 측정치와 상기 제2 검출부의 측정치와의 상기 제1 편차를 비교하고, 상기 제2 편차와, 상기 제1 편차가 다른 경우에는, 상기 제1 편차를 바탕으로, 기판을 처리하는 처리실과 가열 장치와의 사이에 설치된 냉각 가스 유로에 있어서 압력치의 압력 보정치를 산출하고, 상기 압력 보정치에 의해 상기 압력치를 보정하는 공정과, 상기 처리실을 상기 가열 장치로 가열하면서, 상기 냉각 가스 유로 내부로 냉각 장치에 의해 냉각 가스를 흘리고, 상기 보정 후의 압력치를 바탕으로, 제어부에 의해 상기 가열 장치 및 상기 냉각 장치를 제어하여 기판을 처리하는 공정을 갖는 기판 처리 방법에 있다.
바람직하게는 상기 기판을 처리하는 공정은, 상기 보정 후의 압력치를 바탕으로 압력을 제어함으로써 기판 중심부의 온도를 소정의 처리 온도까지 가열하면서 기판의 주연부를 냉각하고, 기판의 중심부 및 주연부를 온도 제어한다.
또한, 바람직하게는, 상기 제1 검출부는, 기판의 주연부 근방에 배치된 제1 온도 검출부이며, 상기 제2 검출부는, 기판을 지지하는 기판 보지구 내의 기판과 기판의 사이에 배치되든지 또는 상기 기판 보지구보다 상방에 배치되든지 또는 상기 기판 보지구보다 하방에 배치되는 제2 온도 검출부를 가진다.
또한, 바람직하게는, 상기 압력치를 보정하는 공정은, 상기 처리실 내의 상기 기판의 중심부의 온도가 소정의 온도 설정치가 되도록, 상기 처리실 내를 상기 가열 장치로 가열했을 때의 상기 제1 편차를 구하는 공정과, 상기 제1 편차와, 상기 소정의 온도 설정치에 있어서 상기 제2 편차를 비교하고, 상기 제1 편차와 상기 제2 편차가 다른 경우에는, 소정의 상기 온도 설정치에 있어서 상기 냉각 가스 유로 내의 압력치와 상기 제1 편차와의 상관관계를 산출하는 공정과, 상기 산출된 상관관계를 바탕으로 압력 설정치를 갱신하는 공정을 가진다.
또한, 바람직하게는, 상기 온도 설정치에 있어서 상기 냉각 가스 유로 내의 압력치와 상기 제1 면내 편차와의 상관관계를 2개 이상 산출한다.
또한, 바람직하게는, 상기 압력 설정치는, 상기 처리실과 상기 가열 장치와의 사이에 설치된 상기 냉각 가스 유로의 하류측에서, 상기 냉각 가스 유로와 연통하는 냉각 가스 배기로 내의 압력치를 측정하는 압력 검출기에서 검출된다.
또한, 바람직하게는, 상기 압력치를 보정하는 공정은, 상기 기판의 막 균일성을 제어하도록 상기 압력치를 보정한다.
또한, 바람직하게는, 상기 기판을 처리하는 공정에서는, 상기 처리실 내에 처리 가스를 흘려 상기 기판 상에 박막을 형성한다.
또한, 본 발명의 제2 형태는, 기판을 처리하는 처리실을 가열 장치로 가열하면서, 상기 처리실과 상기 가열 장치와의 사이에 설치된 냉각 가스 유로 내부로 냉각 장치에 의하여 냉각 가스를 흘리고, 상기 냉각 가스 유로에 있어서 압력치를 바탕으로, 제어부에 의해 상기 가열 장치 및 상기 냉각 장치를 제어하여 기판을 처리하는 공정과, 미리 처리된 기판의 미리 측정된 제1 막후치와, 상기 기판을 처리하는 공정에서 구한 제2 막후치를 비교하고, 상기 제1 막후치와 상기 제2 막후치가 다른 경우에는, 상기 제2 막후치를 바탕으로 압력 보정치를 산출하고, 상기 압력 보정치에 의해 상기 압력치를 보정하는 공정을 갖는 기판 처리 방법에 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 처리실을 상기 가열 장치로 가열하면서, 상기 냉각 가스 유로 내부로 상기 냉각 장치에 의해 냉각 가스를 흘리고, 상기 압력 보정치를 바탕으로, 상기 제어부에 의해 상기 가열 장치 및 상기 냉각 장치를 제어하여 기판을 처리하는 공정을 더 갖는다.
또한, 바람직하게는, 상기 압력치를 보정하는 공정은, 상기 처리실 내의 상기 기판의 중심부의 온도가 소정의 온도 설정치가 되도록, 상기 처리실 내를 상기 가열 장치로 가열했을 때의 상기 제2 막후치를 구하는 공정과, 상기 제2 막후치와, 상기 소정의 온도 설정치에 있어서 상기 제1 막후치를 비교하고, 상기 제2 막후치와 상기 제1 막후치가 다른 경우에는, 소정의 상기 온도 설정치에 있어서 상기 냉각 가스 유로 내의 압력치와 상기 제2 막후치와의 상관관계를 산출하는 공정과, 상기 산출된 상관관계를 바탕으로 압력 설정치를 갱신하는 공정을 갖는다.
또한, 바람직하게는, 상기 온도 설정치에 있어서 상기 냉각 가스 유로 내의 압력치와 상기 제1 면내 편차와의 상관관계를 2개 이상 산출한다.
또한, 바람직하게는, 상기 압력 설정치는, 상기 처리실과 상기 가열 장치와의 사이에 설치된 상기 냉각 가스 유로의 하류측에서, 상기 냉각 가스 유로와 연통하는 냉각 가스 배기로 내의 압력치를 측정하는 압력 검출기로 검출된다.
또한, 바람직하게는, 상기 압력치를 보정하는 공정은, 상기 기판의 막 균일성을 제어하도록 상기 압력치를 보정한다.
또한, 바람직하게는, 상기 기판을 처리하는 공정에서는, 상기 처리실 내에 처리 가스를 흘려 상기 기판 상에 박막을 형성한다.
또한, 본 발명의 제3 형태는, 기판을 처리하는 처리실과, 상기 처리실을 가열하는 가열 장치와, 상기 처리실과 상기 가열 장치와의 사이에 설치된 냉각 가스 유로와, 상기 냉각 가스 유로에 있어서 압력치를 측정하는 압력 검출기와, 상기 가열 장치 및 상기 기판의 외주측을 냉각하는 냉각 장치를 제어하여 기판을 처리하는 제어부를 갖고, 상기 제어부는, 기판의 주연부의 상태를 검출하는 제1 검출부의 측정치와, 기판의 중심부의 상태를 검출하는 제2 검출부의 측정치를 취득하고, 상기 제1 검출부의 측정치와 상기 제2 검출부의 측정치와의 제1 편차를 구하고, 미리 기억된 상기 제1 검출부의 측정치와 상기 제2 검출부의 측정치와의 제2 편차와, 상기 제1 검출부의 측정치와 상기 제2 검출부의 측정치와의 상기 제1 편차를 비교하고, 상기 제2 편차와 상기 제1 편차가 다른 경우에는, 상기 제1 편차를 바탕으로 상기 냉각 가스 유로에 있어서 압력치의 압력 보정치를 산출하고, 상기 압력 보정치에 의해 상기 압력치를 보정하는 반도체 제조장치에 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 처리실 내에 수용된 상기 기판을 상기 기판의 외주측으로부터 가열하는 상기 가열 장치를 가진다.
또한, 바람하게는, 상기 냉각 가스 유로의 하류측에서, 상기 냉각 가스 유로와 연통하는 냉각 가스 배기로와, 상기 냉각 가스 배기로에 연통하고, 상기 냉각 가스 유로에 냉각 가스를 흘림으로써 상기 기판의 외주측을 냉각하는 상기 냉각 장치를 가진다.
또한, 바람직하게는, 상기 냉각 가스 유로 내부로 상기 냉각 장치에 의하여 냉각 가스를 흘리고, 상기 냉각 가스 유로의 하류측에서 상기 냉각 가스 유로와 연통하는 냉각 가스 배기로 내의 압력치를 검출하는 압력 검출기를 가진다.
본 발명에 의하면, 기판에 형성하는 막의 두께의 균일성을 제어할 수 있는 기판 처리 방법 및 반도체 제조장치를 제공할 수 있다.
[본 발명의 배경］
본 발명의 이해를 돕기 위해, 실시 형태의 설명에 앞서, 먼저, 본 발명이 이루어지기까지의 배경을 설명한다.
[반도체 처리 장치(1)］
도 1은, 본 발명의 전제가 되는 반도체 처리 장치(1)의 전체 구성을 나타내는 도이다.
도 2는, 도 1에 나타낸 보트(14) 및 웨이퍼(12)를 수용한 상태의 처리실(3) 을 예시하는 도이다.
도 3은, 도 1, 도 2에 나타낸 처리실(3)의 주변의 구성 부분 및 처리실(3)에 대한 제어를 하는 제1 제어 프로그램(40)의 구성을 나타내는 도이다.
반도체 처리 장치(1)는, 반도체 제조장치로서 사용되고, 예를 들면 반도체 등의 기판을 처리하는 소위 감압 CVD 장치이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 반도체 처리 장치(1)는, 카셋트 수수 유닛(100), 카셋트 수수 유닛(100)의 배면측에 설치된 카셋트 스톡커(102), 카셋트 스톡커(102)의 상방에 설치된 버퍼 카셋트 스톡커(104), 카셋트 스톡커(102)의 배면측에 설치된 웨이퍼 이동기(106), 웨이퍼 이동기(106)의 배면측에 설치되고, 웨이퍼(12)가 세트된 보트(14)를 반송하는 보트 엘리베이터(108), 웨이퍼 이동기(106)의 상방에 설치된 처리실(3) 및 제어부(2)(제어장치)로 구성된다.
[처리실(3)］
도 2에 나타낸 바와 같이, 도 1에 나타낸 처리실(3)은, 가열 수단으로서 사용되는 중공(中空)의 히터(32), 외관(아우터 튜브)(360), 내관(이너 튜브) (362), 가스 도입 노즐(340), 노구개(爐口蓋)(344), 배기관(346), 회전축(348), 예를 들면 스테인리스로 된 매니폴드(350), O링(351), 냉각 가스 유로(352), 배기로(354), 배기부(355)(배기 장치) 및 처리 가스 유량 제어장치 등 기타의 구성 부분(도 3을 참조하여 후술함)으로 구성되고, 측부가 단열재(300－1)에 의해 덮혀 있고, 상부가 단열재(300－2)에 의해 덮혀 있다.
또한, 보트(14)의 하부에는, 복수의 단열판(140)이 설치되어 있다.
아우터 튜브(360)는, 빛을 투과시키는 예를 들면 석영으로 되고, 하부에 개구를 갖는 원통형의 형태로 형성되어 있다.
이너 튜브(362)는, 빛을 투과시키는 예를 들면 석영으로 되고, 원통형의 형태로 형성되며, 아우터 튜브(360)의 내측에 동심원 상에 배설된다.
따라서, 아우터 튜브(360)와 이너 튜브(362)와의 사이에는 원통형의 공간이 형성된다.
히터(32)는, 각각 대한 온도의 설정 및 조정이 가능한 4개의 온도 조정 부분(U, CU, CL, L)(320－1)~(320－4)을 포함한다. 또한, 아우터 튜브(360)의 외측에 배설(配設)되는 열전대 등의 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)가 배설된다.
내부 온도 센서(324－1)~(324－4)는, 이너 튜브(362)의 내측에 설치되어도 되고, 이너 튜브(362)와 아우터 튜브(360)와의 사이에 설치되어도 되며, 온도 조정 부분(320－1)~(320－4)마다 각각이 구부러져 꺾여 있고, 웨이퍼(12)와 웨이퍼(12)의 사이 웨이퍼 중심부의 온도를 검출하도록 설치되어도 무방하다.
히터(32)의 온도 조정 부분(320－1)~(320－4) 각각은, 예를 들면 웨이퍼(12)를 광 가열하기 위한 빛을 아우터 튜브(360)의 주위로부터 방사하고, 아우터 튜브(360)를 투과해 웨이퍼(12)에 흡수되는 빛에 의해 웨이퍼(12)를 승온(가열)한다.
냉각 가스 유로(352)는, 냉각 가스 등의 유체를 통과시킬 수 있돋록 단열재(300－1)와 아우터 튜브(360)와의 사이에 형성되어 있고, 단열재(300－1)의 하단 부에 설치된 흡기구(353)로부터 공급되는 냉각 가스를 아우터 튜브(360)의 상방을 향해 통과시킨다.　냉각 가스는, 예를 들면 공기 또는 질소(N2) 등이다.
또한, 냉각 가스 유로(352)는, 온도 조정 부분(320－1)~(320－4) 각각의 사이에서부터 아우터 튜브(360)를 향해 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 ; 외주측)으로부터 냉각한다.
즉, 냉각 가스 유로(352)를 통과하는 냉각 가스에 의하여, 아우터 튜브(360) 및 보트(14)에 세트된 웨이퍼(12)가 주방향(외주측)으로부터 냉각되도록 되어 있다.
냉각 가스 유로(352)의 상방에는, 냉각 가스 배기로로서 사용되는 배기로(354)가 설치되어 있다. 배기로(354)는, 흡기구(吸氣口)(353)로부터 공급되어 냉각 가스 유로(352)를 상방을 향해 통과한 냉각 가스를 단열재(300－2)의 외측으로 유도한다.
또한, 배기로(354)에는, 냉각 가스를 배기하는 배기부(355)(배기 장치)가 설치되어 있다.
배기부(355)는, 냉각 장치로서 사용되고, 블로워 등으로 구성되는 냉각 가스 배기 장치(356) 및 라디에이터(357)를 갖고, 배기로(354)에 의해 단열재(300－2)의 외측에 유도된 냉각 가스를 배기구(358)로부터 배기한다.
라디에이터(357)는, 처리실(3) 내에서 아우터 튜브(360) 및 웨이퍼(12) 등을 냉각함으로써 승온한 냉각 가스를 냉각수 등에 의해 냉각한다.
한편, 흡기구(353) 및 라디에이터(357)의 근방에는, 각각 셔터(359)가 설치되어 있고, 도시하지 않는 셔터 제어부(셔터 제어장치)에 의해 냉각 가스 유로(352) 및 배기로(354)의 개폐가 제어되고 있다.
또한, 도 3에 나타낸 바와 같이, 처리실(3)에는, 온도 제어장치(370), 온도 측정장치(372), 처리 가스 유량 제어장치(mass flow controller；MFC)(374), 보트 엘리베이터 제어장치(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 제어장치(370)는, 제어부(2)(제어장치)로부터의 제어에 따라 온도 조정 부분(320－1)~(320－4) 각각을 구동한다.
온도 측정장치(372)는, 온도 센서(322－1)~(322－4), (324－1)~(324－4) 각각의 온도를 검출하고, 온도 측정치로서 제어부(2)에 대하여 출력한다.
보트 엘리베이터 제어장치(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 제어기 등이 사용된다.
또한, EP(382)로서는, 예를 들면, 진공 펌프 등이 사용된다.
인버터(384)는, 냉각 가스 배기 장치(356)의 블로워로서의 회전수를 제어한다.
[제어부(2)］
도 4는, 도 1에 나타낸 제어부(2)의 구성을 나타내는 도이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 제어부(2)는, CPU(200), 메모리(204), 표시장치, 터치 패널 및 키보드ㆍ마우스 등을 포함한 표시ㆍ입력부(22)(입력장치) 및 HD, CD 등의 기록부(24)(기록 장치)로 구성된다.
즉, 제어부(2)는, 반도체 처리 장치(1)를 제어 가능한 일반적인 컴퓨터로서의 구성 부분을 포함한다.
제어부(2)는, 이들의 구성 부분에 의해, 감압 CVD 처리용의 제어 프로그램[예를 들면, 도 3에 나타낸 제어 프로그램(40)]을 실행하여, 반도체 처리 장치(1)의 각 구성 부분을 제어하고, 웨이퍼(12)에 대해서, 이하에 기술하는 감압 CVD 처리를 실행시킨다.
[제1 제어 프로그램(40)］
다시 도 3을 참조한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 제어 프로그램(40)은, 프로세스 제어부(400)(프로세스 제어장치), 온도 제어부(410)(온도 제어장치), 처리 가스 유량 제어부(412)(처리 가스 유량 제어장치), 구동 제어부(414)(구동 제어장치), 압력 제어부(416)(압력 제어장치), 처리 가스 배기 장치 제어부(418)(처리 가스 제어장치), 온도 측정부(420)(온도 측정 장치), 냉각 가스 유량 제어부(422)(냉각 가스 제어장치) 및 온도 설정치 기억부(424)(온도 설정치 기억장치)로 구성된다.
제어 프로그램(40)은, 예를 들면, 기록 매체(240)(도 4)을 개재하여 제어 부(2)에 공급되어 메모리(204)에 로드(load)되어 실행된다.
온도 설정치 기억부(424)는, 웨이퍼(12)에 대한 처리수순의 온도 설정치를 기억하고, 프로세스 제어부(400)에 대해서 출력한다.
프로세스 제어부(400)는, 제어부(2)의 표시ㆍ입력부(22)(도 4)에 대한 유저의 조작, 또는 기록부(24)에 기록된 처리수순(처리 레시티)등에 따라서, 제어 프로그램(40)의 각 구성 부분을 제어하여, 후술 하는 바와 같이, 웨이퍼(12)에 대한 감압 CVD 처리를 실행한다.
온도 측정부(420)는, 온도 측정장치(372)를 개재하여 온도 센서(322), (324)의 온도 측정치를 받아들여, 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 제어하고, 아우터 튜브(360) 내부를 가열하여, 웨이퍼(12)를 원하는 온도로 한다.
처리 가스 유량 제어부(412)는, MFC(374)를 제어하고, 아우터 튜브(360) 내부에 공급하는 처리 가스 또는 불활성 가스의 유량을 조정한다.
구동 제어부(414)는, 보트 엘리베이터(108)를 제어하고, 보트(14) 및 이에 보지된 웨이퍼(12)를 승강 한다. 　
또한, 구동 제어부(414)는, 보트 엘리베이터(108)를 제어하여, 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 가스의 압 력 측정치를 받아, APC(380)에 대한 제어를 하고, 아우터 튜브(360) 내부의 처리 가스를 원하는 압력으로 한다.
처리 가스 배기 장치 제어부(418)는, EP(382)를 제어하고, 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, 복수의 구성 부분 중 어느 것인지 특정하지 않고 나타내는 경우에는, 단순히 온도 조정 부분(320)으로 생략 기재하는 경우가 있다.
또한, 이하의 설명에 있어서, 온도 조정 부분(320－1)~(320－4) 등, 구성 부분의 개수를 나타내는 경우가 있으나, 구성 부분의 개수는, 설명의 구체화, 명확화를 위해 예시된 것으로서, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것을 의도하여 거론한 것이 아니다.
아우터 튜브(360)의 하단과 매니폴드(350)의 상부 개구부와의 사이 및 노구개(爐口蓋)(344)와 매니폴드(350)의 하부 개구부와의 사이에는, O링(351)이 배설되고, 아우터 튜브(360)와 매니폴드(350)와의 사이는 기밀하게 밀봉된다.
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 장착되어 있다.
아우터 튜브(360)와 이너 튜브(362)와의 사이를 흐르는 처리 가스는, 배기관(346), APC(380) 및 EP(382)를 개재하여 외부로 배출된다.
APC(380)는, PS(378)에 의한 아우터 튜브(360) 내의 압력 측정치에 근거한 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 하는 불활성 가스가 도입되어야 할 때에는, 아우터 튜브(360) 내가 상압이 되도록, 압력 제어부(416)의 지시에 따라 조정하거나, 또는, 아우터 튜브(360) 내를 저압(低壓)으로 하고, 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(웨이퍼)(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 개재하여 제어에 따르며, 소정의 스피드로 보트(14)를 승강시킨다.
또한, 보트 엘리베이터(108)는, 회전축(348)을 개재하여, 웨이퍼(12) 및 보트(14)를 소정의 스피드로 회전시킨다.
피처리물로서 사용되고, 기판으로서 사용되는 웨이퍼(12)는, 웨이퍼 카셋트 490(도 1)에 장전된 상태에서 반송되어 카셋트 수수 유닛(100)에 수재(授載)된다.
카셋트 수수 유닛(100)은, 이 웨이퍼(12)를, 카셋트 스톡커(102) 또는 버퍼 카셋트 스톡커(104)로 이재(移載)한다.
웨이퍼 이동기(106)는, 카셋트 스톡커(102)로부터 웨이퍼(12)를 취출해, 보트(14)에 수평인 상태에서 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) 내에서 취출한다.
[웨이퍼(12)의 온도와 막후］
도 5는, 반도체 처리 장치(1)(도 1)에 있어서 처리 대상이 되는 웨이퍼(12)의 형상을 예시하는 도이다.
웨이퍼(12)의 면[이하, 웨이퍼(12)의 면을 단순히 “웨이퍼(12)”라고도 기술한다]은, 도 5에 나타내는 것 같은 형상을 하고 있으며, 보트(14)에 대해, 수평으로 보지된다.
또한, 웨이퍼(12)는, 온도 조정 부분(320－1)~(320－4)이 방사하여 아우터 튜브(360)를 투과한 빛에 의하여, 아우터 튜브(360)의 주위로부터 가열된다.
따라서, 웨이퍼(12)는, 단부가 많은 빛을 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 의해, 웨이퍼(12)의 외주에 가까우면 가까울수록 온도가 높고, 중심부에 가까우면 가까울수록 온도가 낮게 되어, 웨이퍼(12)의 단부로부터 중심부에 걸쳐 절구 모양의 온도 편차가 웨이 퍼(12)에 생기게 된다.
또한, 반응 가스 등의 처리 가스도, 웨이퍼(12)의 외주측으로부터 공급되므로, 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, 웨이퍼(12)의 단부에 비해 처리 가스의 농도가 낮아진다.
따라서, 만일, 웨이퍼(12)의 단부와 중심부와의 사이에 온도 편차가 생기지 않는다고 하더라도, 반응 가스의 웨이퍼(12) 외주측으로부터 공급됨에 기인해, 웨이퍼(12)에 형성되는 막의 두께가, 단부와 중심부가 불균일하게 되는 경우가 있다.
한편, 냉각 가스가 냉각 가스 유로(352)를 통과하면, 전술한 것처럼, 아우터 튜브(360) 및 보트(14)에 세트된 웨이퍼(12)가 주방향(외주측)으로부터 냉각된다. 즉, 처리실(3)은, 온도 조정 부분(320)에 의해 웨이퍼(12) 중심부의 온도를 소정의 설정 온도(처리 온도)까지 가열하고, 필요에 따라서 냉각 가스 유로(352)에 냉각 가스를 통과시켜 웨이퍼(12)의 외주측을 냉각함으로써, 웨이퍼(12)의 중심부 및 단부 각각 대해 다른 온도를 설정할 수 있다.
이와 같이, 웨이퍼(12)에, 균일한 막을 형성하기 위해, 웨이퍼(12) 상에 막을 형성하는 반응속도 등에 대응해, 막후를 조정하기 위한 가열 제어(가열과 냉각을 포함한 제어 등)가 이루어진다. 가열 제어는, 제어부(2)가, 내부 온도 센서(324)의 측정치를 사용하여, 히터(32)의 온도 조정 부분(320)을 제어하든지, 제 어부(2)가 냉각 가스 유량 제어부(422) 및 인버터(384)를 개재하여, 냉각 가스 배기 장치(356)를 제어하든지의 적어도 하나에 의해 이루어진다.
[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 정렬한 반도체 웨이퍼(12)에 대해서, CVD에 의해, Si3N4막, SiO2막 및 폴리 실리콘(Poly－Si) 막 등을 형성한다.
처리실(3)을 사용한 막 형성을 재차 설명한다.
먼저, 보트 엘리베이터(108)는, 보트(14)를 하강시킨다.
하강한 보트(14)에는, 처리 대상이 되는 웨이퍼(12)가, 원하는 매수, 세트되고, 보트(14)는, 세트된 웨이퍼(12)를 보지한다.
다음에, 히터(32)의 4개의 온도 조정 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 흘러, 아우터 튜브(360) 및 보트(14)에 세트된 웨이퍼(12)가 주방향(외주측)으로부터 냉각된다.
다음에, 가스 도입 노즐(340)(도 2)을 개재하여, MFC(374)는, 도입하는 가스의 유량을 조정하여, 아우터 튜브(360) 내에 불활성 가스를 도입하고, 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 의해 배기되어, 아우터 튜브(360) 내부는 진공 상태로 되고, 보트(14) 및 이에 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 처리중의 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 대해, 감압 CVD 처리가 소정 시간 실행된다.
감압 CVD 처리가 종료하면, 다음의 웨이퍼(12)에 대한 처리로 옮겨져, 아우터 튜브(360) 내부의 처리 가스가 불활성 가스에 의해 치환되어 또한 상압으로 된다.
또한, 냉각 가스 유로(352)에 냉각 가스가 흘러, 아우터 튜브(360) 내부가 소정의 온도까지 냉각된다.
이 상태에서, 보트(14) 및 이에 보지된 처리 완료된 웨이퍼(12)는, 보트 엘리베이터(108)에 의해 하강되고, 아우터 튜브(360)로부터 취출된다.
보트 엘리베이터(108)는, 다음에 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 전부터 처리 종료까지의 사이에 흘리면, 막후를 제어할 수 있지만, 웨이퍼(12)를 세트한 보트(14)를 아우터 튜브(360) 내로 이동시키는 경우 및 아우터 튜브(360) 내로부터 보트(14)를 꺼내는 경우에도, 흐르도록 하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 처리실(3)의 열용량에 의해, 처리실(3) 내에 열이 고여 온도가 변동하는 것을 방지할 수 있음과 동시에, 처리량(throughput)을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 막형성 처리에 있어서, 히터(32)는, 설정 온도대로 웨이퍼(12)의 중심부 온도를 일정 온도로 유지하도록 제어하면서, 냉각 가스에 의해 웨이퍼(12)의 단부(주연) 온도와 중심부 온도에 온도차를 두도록 온도 제어를 하면, 막질이 변하지 않고, 웨이퍼(12)의 면내(面內) 막후 균일성, 아울러, 면간(面間)의 막후 균일성을 향상시킬 수 있다. 예를 들면, Si3N4막 등의 CVD막을 성막하는 경우, 처리 온도를 변동시키면서 성막 처리하면, 막의 굴절률이 처리 온도에 대응해 변동되어 버리거나, 처리 온도를 고온으로부터 저온으로 강하시키면서 성막 처리하면, 에칭 레이트(etching rate)가 낮은 막으로부터 높은 막으로 처리 온도에 대응해 변화하거나 한다.
또한, Si3N4 막의 생성에 있어서는, 처리 온도를 고온으로부터 저온으로 강하시키면서 성막 처리하면, 스트레스치가 높은 막으로부터 낮은 막으로 처리 온도에 대응해 변화한다.
따라서, 반도체 처리 장치(1)에서는, 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 제어하여, 웨이퍼(12) 등 기판의 면내 온도를 제어하면, 막질이 변화하는 것을 방지하면서, 기판에 형성하는 막의 두께의 균일성을 제어할 수 있도록 하고 있다.
[배기 압력과 막후］
전술한 바와 같이, 반도체 처리 장치(1)에서 웨이퍼(12)에 막 형성이 이루어질 때에는, 제어부(2)가, 내부 온도 센서 (324)의 측정치를 사용해, 히터(32)의 온도 조정 부분(320)을 제어하든지, 제어부(2)가 냉각 가스 유량 제어부(422) 및 인버터(384)를 개재하여, 냉각 가스 배기 장치(356)를 제어하든지 적어도 한쪽에 의해 가열 제어가 이루어진다. 그리고, 냉각 가스 유로(352)에 냉각 가스를 흘릴 때에는, 냉각 가스는 냉각 가스 유로(352), 배기로(354)를 개재하여, 배기부(355)에 의해 배기구(358)로부터 배기되고 있다. 배기구(358)에는, 도시를 생략하는 공장 등의 배기 시설이 접속되어 있다. 이 배기 시설이 시설 배기 압력으로 배기로(354)로부터 냉각 가스를 흡인함으로써, 배기로(354)로부터 배기가 이루어진다.
시설 배기 압력은, 배기 시설로부터 배기구(358)까지의 사이 배관의 거리, 배관의 형상, 배관의 경로 등에 기인하는 컨덕턴스(conductance)의 영향, 또는 공장 등의 배기 시설에 접속되고 있는 장치의 수 등에 의한 영향을 받기 때문에, 배기 시설 마다 차이가 있고, 같은 배기 시설이라도 변동하는 경우가 있다.
시설 압력이 변화한 경우, 같은 양의 냉각 가스를 공급하다고 하더라도, 냉 각 가스 유로(352)를 흐르는 가스의 양이 변화한다.
예를 들면, 시설 배기 압력이, 200 Pa에서 150 Pa로 변화했다고 하면, 시설 배기 압력이 변동한 영향 때문에 냉각 가스 유로(352)를 흐르는 냉각 가스의 유량은 적게 된다.
한편, 시설 배기 압력이, 150 Pa에서 200 Pa로 변화했다고 하면, 시설 배기 압력이 변동한 영향 때문에 냉각 가스 유로(352)를 흐르는 냉각 가스의 유량은 많아진다.
이와 같이 시설 압력의 변화에 따라 냉각 가스 유로(352)를 흐르는 냉각 가스의 유량이 변화하면, 냉각 가스의 흐름에 의한 냉각 능력에 영향을 주어, 예를 들면, 미리 웨이퍼(12)의 중심부가 소정의 설정 온도(처리 온도)가 되고, 웨이퍼(12)의 단부가 처리 온도보다 낮게 되도록 내부 온도 센서 (324)에 의한 측정치를 바탕으로 온도 제어 및 냉각 가스 유량 제어를 한다고 하더라도, 아우터 튜브(360) 및 보트(14)에 세트된 웨이퍼(12)에 대한 주방향으로부터의 냉각 성능이 변화한다.
따라서, 주방향으로부터의 냉각 성능이 변화한 경우에, 예를 들면, 웨이퍼(12)의 단부가 처리 온도보다 높아져, 웨이퍼(12) 면 내 막후의 재현성을 얻을 수 없다는 문제가 생길 우려가 있었다.
이와 같이, 본 발명이 적응될 수 있는 반도체 처리 장치(1)에서는, 시설 배기 압력이 일정하게 유지되고 있는 경우에는 웨이퍼(12) 막후의 재현성이 양호하지만, 시설 배기압이 일정치 않으면, 웨이퍼(12) 막후의 재현성이 얻어지지 않아, 막 후를 균일하게 하지 못하는 경우가 있었다.
따라서, 본 발명에서는, 시설 배기 압력이 불균일하거나 변화가 있었다고 하더라도 웨이퍼(12)의 막후를 균일하게 할 수 있도록 독자적인 연구를 하고 있다
도 6은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 반도체 처리 장치(1)의 구성을 나타내는 도이다.
본 발명의 제1 실시 형태에 따른 반도체 처리 장치(1)는, 전술한 도 1 내지 4에 나타낸 본 발명이 적응될 수 있는 반도체 처리 장치(1)가 구비하는 구성에 추가하여, 설비 배기 압력이 불균일하거나 변화가 있다고 하더라도, 웨이퍼(12) 막후를 균일하게 하기 위한 독자의 구성을 갖고 있다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 반도체 처리 장치(1)는, 배기부(355) 배관의 냉각 가스 배기 장치(356)와 라디에이터(357)와의 사이를 연결하는 배관에, 배관 내의 압력을 검출하는 압력 센서(31)가 설치되어 있다. 압력 센서(31)가 설치되는 위치로서는, 냉각 가스 배기 장치(356)와 라디에이터(357)를 연결하는 배관 중에서도, 라디에이터(357)에 될 수 있는 한 가까운 위치에 설치하는 것이 바람직하다. 압력 센서(31)를 라디에이터(357)에 가까운 위치에 설치함으로써, 라디에이터(357)로부터 압력 센서(31)에 도달하는 동안에, 배관의 길이, 배관의 경로, 배관의 형상 등의 영향을 받아 냉각 가스에 압력 손실이 생기는 것을 막을 수 있기 때문이다.
제어 프로그램(40)은, 전술한 본 발명의 전제가 되는 반도체 처리 장치(1)와 마찬가지로, 프로세스 제어부(400)(프로세스 제어장치), 온도 제어부(410)(온도 제어장치), 처리 가스 유량 제어부(412)(처리 가스 유량 제어장치), 구동 제어 부(414)(구동 제어장치), 압력 제어부(416)(압력 제어장치), 처리 가스 배기 장치 제어부(418)(처리 가스 배기 제어장치), 온도 측정부(420)(온도 제어장치), 냉각 가스 유량 제어부(422)(냉각 가스 제어장치) 및 온도 설정치 기억부(424)(온도 제어장치)로 구성되어 있다.
도 6에는, 프로세스 제어부(400)와 냉각 가스 유량 제어부(422)를 나타내고, 온도 제어부(410), 처리 가스 유량 제어부(412), 구동 제어부(414), 압력 제어부(416), 처리 가스 배기 장치 제어부(418), 온도 측정부(420) 및 온도 설정치 기억부(424)는 도시를 생략 하고 있다.
제어 프로그램은, 전술한 본 발명의 전제가 되는 반도체 처리 장치(1)와 마찬가지로, 예를 들면 기록 매체(240)(도 4)를 개재하여 제어부(2)에 공급되고, 메모리(204)에 로드되어 실행된다.
냉각 가스 유량 제어부(422)는, 감산기(4220)와, PID 연산기(4222)와, 주파수 변환기(4224)와, 주파수 지시기(4226)로 구성된다.
감산기(4220)에는, 프로세스 제어부(400)로부터 압력 목표치(S)가 입력된다.
여기에서, 압력 목표치(S)는, 웨이퍼(12)의 중심부가 소정의 설정 온도(처리 온도)가 되고, 웨이퍼(12)의 단부가 처리 온도보다 낮게 되도록 미리 요구되어 있어, 예를 들면, 온도 설정치 기억부(424) 내에 기억된 내부 온도 센서 (324)의 온도 보정치와, 이 온도 보정치에 대응한 압력치를 사용할 수 있다.
감산기(4220)에는, 압력 목표치(S)에 더하여, 압력 센서(31)에 의해 계측된 압력치(A)가 입력되고, 감산기(4220)에서, 압력 목표치(S)로부터 압력치(A)를 감산 한 편차(D)가 출력된다.
편차(D)는, PID 연산기(4222)에 입력된다. PID 연산기(4222)에서는, 입력된 편차(D)를 바탕으로 PID 연산이 이루어져 조작량(X)이 산출된다. 산출된 조작량(X)은, 주파수 변환기(4224)에 입력되고, 주파수 변환기(4224)에서 주파수(W)로 변환되어 출력된다.
출력된 주파수(W)는 인버터(384)에 입력되고, 냉각 가스 배기 장치(356)의 주파수가 변경된다.
압력 센서(31)로부터의 압력치(A)는, 상시 또는 소정 시간 간격으로 감산기(4220)로 입력되고, 이 압력치(A)를 바탕으로, 압력 목표치(S)와 압력치(A)와의 편차(D)가 0이 되도록, 냉각 가스 배기 장치(356)의 주파수의 제어가 계속된다.
이상과 같이, 압력 센서(31)에 의하여 계측된 압력치(A)와 미리 정해진 압력 목표치(S)와의 편차(D)가 없어지도록, 냉각 가스 배기 장치(356)의 주파수가 인버터(384)를 개재하여 제어된다. 즉, 편차(D)가 없어지도록 제어된 주파수를 편차가 0인 경우의 주파수로 피드백 제어하고, 피드백 후의 값을 바탕으로 냉각 가스 유량 제어부(422)가 냉각 가스의 유량을 제어한다.
PID 연산기(4222)에서 주파수(W)를 연산하는 것에 대신하여, 프로세스 제어부(400)로부터 주파수 지시기(4226)에 주파수 설정치(T)를 입력하고, 주파수 지시기(4226)로부터 주파수(W)를 인버터(384)로 입력함으로써, 냉각 가스 배기 장치(356)의 주파수를 변경해도 된다.
이상의 제어에 따라, 배기구(358)에 접속되는 설비 배기 압력이 불균일하거 나 변화가 있더라도, 냉각 가스 유로(352)를 흐르는 냉각 매체의 유량이 변화하는 것이 원인이 되어, 웨이퍼(12)에 형성되는 막후가 불균일하게 되는 것을 방지할 수 있다.
도 7은, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 반도체 처리 장치(1)의 구성을 나타내는 도이다.
전술한 제1 실시 형태에서는, 반도체 처리 장치(1)는, 압력 검출기로서 사용되는 압력 센서(31)가 검출한 압력치를 바탕으로, 제어부(2)가 냉각 가스 배기 장치(356)를 제어하고 있었다. 이에 반하여, 제2 실시 형태에서는, 반도체 처리 장치(1)는, 압력 센서(31)가 검출한 압력치를 바탕으로, 제어부(2)가, 냉각 가스 배기 장치(356)와 가열 장치로서 사용되는 히터(32)를 제어하고 있다.
제2 실시 형태에 사용되는 제어 프로그램(40)(제어장치)은, 프로세스 제어부(400)(프로세스 제어장치), 온도 제어부(410)(온도 제어장치), 처리 가스 유량 제어부(412)(처리 가스 유량 제어장치), 구동 제어부(414)(구동 제어장치), 압력 제어부(416)(압력 제어장치), 처리 가스 배기 장치 제어부(418)(처리 가스 배기 장치 제어장치), 온도 측정부(420)(온도 측정 장치), 냉각 가스 유량 제어부(422)(냉각 가스 유량 제어장치) 및 온도 설정치 기억부(424)(온도 설정 기억장치)로 구성되어 있다.
도 7에는, 프로세스 제어부(400), 온도 제어부(410), 냉각 가스 유량 제어부(422) 및 온도 설정치 기억부(424)를 도시하고, 처리 가스 유량 제어부(412), 구동 제어부(414), 압력 제어부(416), 처리 가스 배기 장치 제어부(418) 및 온도 측 정부(420)는 도시를 생략 하고 있다. 제어 프로그램은, 전술한 본 발명의 전제가 되는 반도체 처리 장치(1)와 마찬가지로, 예를 들면 기록 매체(240)(도 4)를 개재하여 제어부(2)에 공급되고, 메모리(204)에 로드되어 실행된다.
온도 제어부(410)는, 압력 설정치 조정부(4102)(압력 설정 조정 장치)를 갖는다. 압력 설정치 조정부(4102)는 미리 온도 설정치 기억부(424)에 등록되어 있는 막후와 온도 분포와의 상관관계 테이블 등을 사용하여, 웨이퍼(12)의 원하는 온도 분포를 연산하고, 설정한다.
압력 설정치 조정부(4102)는, 온도 측정장치(372)에 의해 측정된 온도와 온도 설정치 기억부(424)에 등록된 온도 분포를 비교하고, 웨이퍼(12)의 온도 분포를 설정된 분포로 하기 위한 냉각 가스 배기 장치(356) 상류의 위치의 압력 설정치를 연산한다. 그리고, 프로세스 제어부(400)를 개재하여 냉각 가스 유량 제어부(422)에 압력 설정치를 지시한다. 여기에서, 압력 설정치 조정부(4102)로부터 프로세스 제어부(400)를 개재하여 냉각 가스 유량 제어부(422)에 압력치를 지시하는 대신, 압력 설정치 조정부(4102)로부터 직접 냉각 가스 유량 제어부(422)에 압력 설정치를 지시해도 된다.
압력 설정치 조정부(4102)로부터의 지시에 의한 냉각 가스 배기 장치(356)의 제어는, 온도 분포가 설정치가 될 때까지 실행되어, 예를 들면, 전술한 제1 실시 형태와 마찬가지로 PID 연산이 사용되고, PID 정수의 설정에 의해, 과도한 온도 변동을 억제하면서, 신속하고 안정된 온도 제어가 실현된다.
또한, 압력 설정치 조정부(4102)를 포함한 온도 제어부(410)는, 냉각 가스 배기 장치(356)에 압력 설정치를 지시함으로써 냉각 가스 배기 장치(356)의 상류의 위치의 압력을 제어함과 동시에, 온도 측정장치(372)에 의해 측정된 온도와, 압력 설정치 조정부(4102)에 의해 설정된 온도 분포를 바탕으로, 온도 제어장치(370)를 개재하여 히터(32)의 제어를 하고 있다.
도 8에는, 압력 설정치 조정부(4102)에 의한 압력 설정치 연산의 한 예가 설명되어 있다.
연산에 앞서, 미리 웨이퍼(12)의 각 온도 분포에 대응하는 압력 설정치를, 예를 들면 온도 설정치 기억부(424)에 등록해 두고, 압력 설정치와 온도 분포치의 상관 테이블 데이터를 취득하여, 입력해 둔다. 입력은, 막후와 온도 분포의 상관 테이블 데이터를 취득할 때 동시에 취득해도 된다.
연산에서는, 냉각 가스 배기 장치(356)에 어떤 압력 설정치를 지시하고, 그 때, 웨이퍼(12)의 온도 분포치에 미리 등록되어 있는 온도 분포 등록치와의 편차가 있는 경우, 압력 설정치와 온도 분포 등록치의 상관 테이블 데이터를 바탕으로, 압력 설정치에 대하여 보정량을 연산하고, 그 결과를 냉각 가스 유량 제어부(422)에 지시한다.
구체적으로는, 도 8에 나타낸 바와 같이, T1＜T2＜T3의 관계에 있는 온도 분포 등록치에 있어서, 온도 분포 등록치가 T1일 때의 압력 등록치 P1, 온도 분포 등록치가 T2일 때의 압력 등록치 P2, 온도 분포 등록치가 T3일 때의 압력 설정치 P3가 등록되어 있다고 하고, 현재 지시한 압력 설정치를 Ps, 이 때의 웨이퍼(12)의 온도 분포를 t0로 하면, 압력 보정치에 대한 보정량 Pc는, t0가 이하에 나타내는 [수학식 1]에 나타낸 범위에 있는 경우, 이하에 나타내는 [수학식 2]로 구해진다.
Figure 112008004770448-PAT00001
Figure 112008004770448-PAT00002
또한, 보정량(Pc)은, t0가 아래 [수학식 3]에서 나타낸 범위에 있는 경우는 [수학식 4]로, t0가 아래 [수학식 5]로 나타낸 범위에 있는 경우는 [수학식 6]으로, t0가 아래 [수학식 7]로 나타낸 범위에 있는 경우는 [수학식 8]로 구해진다.
Figure 112008004770448-PAT00003
Figure 112008004770448-PAT00004
Figure 112008004770448-PAT00005
Figure 112008004770448-PAT00006
Figure 112008004770448-PAT00007
Figure 112008004770448-PAT00008
이상과 같이, 제2 실시 형태에 따른 반도체 처리 장치(1)에서는, 압력 센서(31)가 검출한 압력치를 바탕으로, 냉각 가스 배기 장치(356)뿐 아니라, 히터(32)의 제어가 이루어지고 있다. 제1 실시 형태와의 동일 부분에 대해서는, 도 7에 동일 번호를 붙여 설명을 생략한다.
전술한 제1 실시 형태에서는, 반도체 처리 장치(1)는, 압력 검출기로서 사용되는 압력 센서(31)가 검출한 압력치를 바탕으로, 제어부(2)가 냉각 가스 배기 장치(356)를 제어하고, 전술한 제2 실시 형태에서는, 반도체 처리 장치(1)는, 압력 센서(31)가 검출한 압력치를 바탕으로, 제어부(2)가 냉각 가스 배기 장치(356) 및 히터(32)를 제어하고 있는데, 제어부(2)는, 압력 센서(31)가 검출한 압력치를 바탕으로, 냉각 가스 배기 장치(356) 또는 히터(32)의 적어도 한 쪽을 제어하면 된다.
다음에, 본 발명의 제3 실시 형태를, 도 9 내지 도 13을 참조하면서 설명한다.
도 9에는, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 반도체 제조장치(1010)의 구성이 모식적으로 나타나 있다.
반도체 제조장치(1010)는, 균열관(均熱管)(1012)을 갖고, 균열관(1012)은, 예를 들면 SiC 등의 내열성 재료로 되고, 상단이 폐색 되고, 하단에 개구를 갖는 원통 형상을 하고 있다. 균열관(1012)의 내측에는, 반응 용기로서 사용되는 반응 관(1014)이 설치되어 있다. 반응관(1014)은, 예를 들면, 석영(Si02) 등의 내열성 재료로 되고 하단에 개구를 갖는 원통형의 형상을 가지며, 균열관(1012) 내에 동심원상으로 배치되어 있다.
반응관(1014)의 하부에는, 예를 들면 석영으로 된 가스 공급관(1016)과 배기관(1018)이 연결되어 있다. 공급관(1016)에는, 연결할 수 있도록, 반응관에 가스를 도입하는 도입구가 형성된 도입 부재(1020)가 설치되고 있고, 공급관(1016) 및 도입 부재(1020)는, 반응관(1014) 하부로부터, 반응관(1014) 측부에 따라, 예를 들면 세관상(細管狀)으로 뻗어 올라가고, 반응관(1014)의 천정부에서 반응관(1014) 내부에 도달하게 되어 있다.
또한, 배기관(1018)은, 반응관(1014)에 형성된 배기구(1022)에 접속되어 있다.
공급관(1016)은, 반응관(1014)의 천정부로부터 반응관(1014) 내부에 가스를 흘리고, 반응관(1014) 하부에 접속된 배기관(1018)은, 반응관(1014) 하부로부터의 배기에 사용된다. 반응관(1014)에는, 도입 부재(1020), 공급관(1016)을 개재하여, 반응관(1014)에서 사용되는 처리용 가스가 공급되도록 되어 있다. 또한, 가스의 공급관(1016)에는, 가스의 유량을 제어하는 유량 제어 수단으로서 사용되는 MFC(1024), 또는 도시를 생략하는 수분 발생기가 접속되어 있다. MFC(1024)는, 제어부(1200)(제어장치)가 구비하는 가스 유량 제어부(1202)(가스 유량 제어장치)에 접속되고 있고, 가스 유량 제어부(1202)에 의해, 공급하는 가스나 수증기(H2O)의 유 량이, 예를 들면, 미리 정해진 소정의 양으로 제어된다.
제어부(1200)는, 전술한 가스 유량 제어부(1202)와 아울러, 온도 제어부(1204)(온도 제어장치), 압력 제어부(1206)(압력 제어장치) 및 구동 제어부(1208)(구동 제어장치)를 가지고 있다. 또한, 제어부(1200)는, 상위 컨트롤러(1300)에 접속되어 있고, 상위 컨트롤러(1300)에 의해 제어된다.
배기관(1018)에는, 압력 조정기로서 사용되는 APC(1030)와 압력 검출 수단으로서 사용되는 압력 센서(1032)가 부착되어 있다. APC(1030)는, 압력 센서(1032)에 의해 검출된 압력를 바탕으로, 반응관(1014) 내로부터 유출하는 가스의 양을 제어하고, 반응관(1014) 내를, 예를 들면 일정한 압력이 되도록 제어한다.
또한, 반응관(1014)의 하단에 형성된 개구부에는, 예를 들면 석영으로 되고, 예를 들면 원판 형상을 가지며, 보지체로서 사용되는 베이스(1034)가, O링(1036)을 개재하여 부착되어 있다. 베이스(1034)는, 반응관(1014)에 대하여 착탈이 가능하고, 반응관(1014)에 장착된 상태에서, 반응관(1014)을 기밀하게 밀봉한다. 베이스(1034)는, 예를 들면, 대략 원판 형상으로 된 씰 캡(1038)의 중력 방향 위쪽 면에 부착되어 있다.
씰 캡(1038)에는, 회전 수단으로서 사용되는 회전축(1040)이 연결되어 있다. 회전축(1040)은, 도시를 생략하는 구동원으로부터의 구동 전달을 받아 회전하고, 보지체로서 사용되는 석영 캡(1042), 기판 보지 부재로서 사용되는 보트(1044) 및 보트(1044)에 보지된 기판에 해당하는 웨이퍼(1400)를 회전시킨다. 회전축(1040)이 회전하는 속도는, 전술한 제어부(1200)에 의해 제어가 이루어진다.
또한, 반도체 제조장치(1010)는, 보트(1044)를 상하 방향으로 이동시키기 위해 사용되는 보트 엘리베이터(1050)를 가지고 있으며, 전술한 제어부(1200)에 의해 제어가 이루어진다.
반응관(1014)의 외주에는, 가열 수단으로서 사용되는 히터(1052)가 동심원상으로 배치되어 있다. 히터(1052)는, 반응관(1014) 내의 온도를 상위 컨트롤러(1300)로 설정된 처리 온도를 하도록, 제1 열전대(1062), 제2 열전대(1064), 제3 열전대(1066)에 있는 온도 검출부(1060)(온도 검출 장치)에서 검출된 온도를 바탕으로, 온도 제어부(1204)에 의해 제어된다.
제1 열전대(1062)는 히터(1052)의 온도를 검출하기 위해서 사용되고, 제2 열전대(1064)는 균열관(1012)과 반응관(1014) 사이 온도를 검출하기 위해서 사용된다. 여기에서, 제2 열전대(1064)는, 반응관(1014)과 보트(1044)와의 사이에 설치하여, 반응관(1014) 내의 온도를 검출하는 것도 가능하도록 해도 된다.
제3 열전대(1066)는, 반응관(1014)과 보트(1044)와의 사이에 설치되고, 제2 열전대(1064)보다 보트(1044)에 가까운 위치에 설치되며, 보다 보트(1044)에 가까운 위치의 온도를 검출한다. 또한, 제3 열전대(1066)는, 온도 안정기에 있어서 반응관(1014) 내의 온도 균일성을 측정하는 용도로 사용되고 있다.
도 10에는, 반응관(1014) 주변의 구성이 모식적으로 나타나고 있다.
반도체 제조장치(1010)는, 전술한 바와 같이 온도 검출부(1060)를 갖고, 온도 검출부(1060)는, 제1 열전대(1062), 제2 열전대(1064) 및 제3 열전대(1066)를 구비하고 있다. 이들에 더하여, 도 10에 나타낸 바와 같이, 온도 검출부(1060)는, 웨이퍼(1400)의 대략 중심부 위치의 온도를 검출하는 중심부 열전대(1068)와, 보트(1044)의 천정부 부근의 온도를 검출하는 천정부 열전대(1070)를 가지고 있다. 또한, 반도체 제조장치(1010)에, 후술하는 하부 열전대(1072)(도 13 참조)를 설치해도 된다.
한편, 중심부 열전대(1068)는 제3 열전대(1066)를 대체하는 기능을 가질 수도 있기 때문에, 제3 열전대(1066)는 없어도 된다.
도 11에는, 중심부 열전대(1068)의 상세한 구성의 한 예를 나타내고 있다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 중심부 열전대(1068)는, 제3 열전대(1066)와 거의 같은 높이 웨이퍼(1400)의 중심부 근방의 온도를 측정하기 위해, 예를 들면 복수 개소가 L자형으로 형성된 열전대이며, 온도 측정치를 출력한다. 또한, 중심부 열전대(1068)는, 반도체 제조장치(1010)가 웨이퍼(1400)의 처리를 개시하기 이전에, 웨이퍼(1400)의 중심부 근방의 온도를 복수 개소에서 측정하고, 반도체 제조장치(1010)가 웨이퍼(1400)를 처리하는 경우에는 떼어지도록 되어 있다. 이와 같이, 중심부 열전대(1068)는, 반응관(1014)으로부터 떼어지도록 구성되어 있기 때문에, 보트(1044)를 회전시키는 경우나, 웨이퍼(1400)를 보트(1044)에 이재하는 경우에, 중심부 열전대(1068)를 떼어냄으로써, 중심부 열전대(1068)가 다른 부재에 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 중심부 열전대(1068)는, 씰 캡(1038)에 이음매를 개재하여 기밀하게 밀봉되도록 되어 있다.
도 12에는, 천정부 열전대(1070)의 상세한 구성의 한 예를 나타내고 있다.
도 12에 나타낸 바와 같이, 천정부 열전대(1070)는, 소위 L자 형상을 가지 며, 보트(1044)의 천판(天板)의 상부에 설치되고, 보트(1044)의 천정부 부근의 온도를 측정하기 위해 사용되어 온도 측정치를 출력한다. 천정부 열전대(1070)는, 중심부 열전대(1068)와는 달리, 보트(1044)의 천판보다 상부에 설치된다. 이 때문에, 보트(1044)의 로드(load), 언로드(unload), 또는 보트(1044)의 회전이 가능하기 때문에, 반도체 제조장치(1010)가 웨이퍼(1400)를 처리하는 경우에도, 설치한 채로 보트(1044)의 천정부 부근의 온도를 측정할 수 있다. 천정부 열전대(1070)는, 중심부 열전대(1068)와 마찬가지로, 씰 캡(1038)에 이음매를 개재하여 기밀하게 밀봉되도록 되어 있다.
도 13에는, 하부 열전대(1072)의 상세한 구성의 한 예를 나타내고 있다.
도 13에 나타낸 바와 같이, 하부 열전대(1072)는, 소위 L자 형상을 가지며, 보트(1044) 하부의 단열판 사이에 설치되어, 보트(1044)의 하부 부근의 온도를 측정하기 위해 사용되고, 온도 측정치를 출력한다. 하부 열전대(1072)는, 보트(1044)의 하방에 복수 설치된 단열판 중, 서로 상하 방향으로 인접한 단열판 사이 위치에 설치하는 것에 대신하여, 복수의 단열판 중 가장 상방에 위치하는 단열판의 상방의 위치나, 복수의 단열판 중 가장 하방에 위치하는 단열판의 하방의 위치에 설치해도 된다.
하부 열전대(1072)는, 보트(1044)와 마찬가지로 설치한 상태에서, 로드 또는 언로드, 또는, 보트(1044)의 회전이 가능하므로, 반도체 제조장치(1010)가, 웨이퍼(1400)를 처리하는 경우에도 설치한 채로 보트(1044) 하부 부근의 온도를 측정할 수 있다. 하부 열전대(1072)는, 씰 캡(1038)에 이음매를 개재하여 기밀하게 밀봉되 도록 되어 있다.
이상과 같이 구성된 반도체 제조장치(1010)에 있어서, 반응관(1014) 내에서, 웨이퍼(1400)의 산화, 확산 처리가 이루어지는 경우 동작의 한 예를 설명한다(도 9 참조).
먼저, 보트 엘리베이터(1050)에 의해 보트(1044)를 하강시킨다. 다음에, 보트(1044)에 복수 매의 웨이퍼(1400)를 보지한다. 뒤이어, 히터(1052)로 가열하고, 반응관(1014) 내의 온도를 미리 정해진 소정의 처리 온도로 한다.
그리고, 가스의 공급관(1016)에 접속된 MFC(1024)에 의해, 미리 반응관(1014) 내를 불활성 가스로 충전해 두고, 보트 엘리베이터(1050)에 의해, 보트(1044)를 상승시켜 반응관(1014) 내로 옮기고, 반응관(1014)의 내부 온도를 소정의 처리 온도로 유지한다. 반응관(1014) 내를 소정의 압력으로 유지한 후, 회전축(1040)에 의해, 보트(1044) 및 보트(1044)에 보지되어 있는 웨이퍼(1400)를 회전시킨다. 동시에, 가스 공급관(1016)으로부터 처리용의 가스를 공급하든지, 또는 수분 발생기(도시하지 않음)로부터 수증기를 공급한다. 공급된 가스는, 반응관(1014)을 하강하여, 웨이퍼(1400)에 대하여 균등하게 공급된다.
산화 및 확산 처리 중의 반응관(1014) 내에 있어서는, 배기관(1018)을 개재하여 배기되고, 소정의 압력이 되도록 APC(1030)에 의해 압력이 제어되고, 소정 시간, 웨이퍼(1400)의 산화 및 확산 처리가 이루어진다. 이 산화 및 확산 처리가 종료하면, 연속하여 처리가 이루어지는 웨이퍼(1400) 중, 다음의 처리가 이루어지는 웨이퍼(1400)의 산화 및 확산 처리로 이행하며, 반응관(1014) 내의 가스를 불활성 가스로 치환함과 동시에, 압력을 상압으로 하고, 그 후, 보트 엘리베이터(1050)에 의해 보트(1044)를 하강시켜, 보트(1044) 및 처리가 완료된 웨이퍼(1400)를 반응관(1014)으로부터 꺼낸다.
반응관(1014)으로부터 꺼낸 보트(1044) 상의 처리 완료된 웨이퍼(1400)는, 미처리의 웨이퍼(1400)와 교환되고, 다시, 반응관(1014) 내를 상승되어, 웨이퍼(1400)에 산화 및 확산 처리가 이루어진다.
도 14에는, 도 9 내지 도 13에 나타낸 구성에 더하여 반도체 제조장치(1010)가 구비하는 구성을 모식적으로 나타내고 있다. 이들 구성에 의해, 처리되는 웨이퍼(1400)에 형성되는 박막 막후의 불균일을 억제하여, 형성되는 박막의 막후를 균일하게 할 수 있다.
도 14에 나타낸 바와 같이, 반도체 제조장치(1010)는, 배기관(1082)을 구비하고, 냉각 가스를 배기하는 배기부(1080)(배기 장치)를 갖는다. 배기관(1082)은, 냉각 가스 배기로로서 사용되고, 기단(基端) 측이 반응관(1014)의 예를 들면 상부에 접속되고, 선단측이 반도체 제조장치(1010)가 설치되는 공장 등의 배기 시설에 접속되어 있어, 배기관(1082)을 개재하여 냉각 가스의 배기가 이루어진다.
또한, 배기부(1080)는, 예를 들면 블로워 등으로 구성되는 냉각 가스 배기 장치(1084)와 라디에이터(1086)를 갖는다. 냉각 가스 배기 장치(1084)는, 배기관(1082)의 선단측에 장착되어 있고, 라디에이터(1086)는, 배기관(1082)의 기단부와 냉각 가스 배기 장치(1084)와의 사이 위치에 장착되어 있다. 냉각 가스 배기 장치(1084)에는 인버터(1078)가 접속되고 있고, 예를 들면 블로워의 회전수를 제어하 는 등의 방법으로, 인버터(1078)는, 냉각 가스 배기 장치(1084)가 배기하는 가스의 유량을 제어한다.
또한, 배기관(1082)의 라디에이터(1086)의 냉각 가스의 흐름 방향에 있어서 상류측과 하류측에는, 각각 셔터(1090), (1090)가 설치되어 있다. 셔터(1090), (1090)는, 도시를 생략 하는 셔터 제어부(셔터 제어장치)에 의하여 제어되어 개폐한다.
또한, 배기관(1082)의, 라디에이터(1086)와 냉각 가스 배기 장치(1084)와의 사이 위치에는, 배기관(1082) 내의 압력을 검출하는 검출부(검출 장치)로서 사용되는 압력 센서(1092)가 설치되어 있다. 여기에서, 압력 센서(1092)가 설치되는 위치로서는, 전술한 제1 실시 형태와 마찬가지로, 냉각 가스 배기 장치(1084)와 라디에이터(1086)를 연결하는 배기관(1082) 중에서도, 라디에이터(1086)에 될 수 있는 한 가까운 위치에 설치하는 것이 바람직하다.
제어부(1200)(제어장치)는, 전술한 바와 같이, 가스 유량 제어부(1202)(가스 유량 제어장치), 온도 제어부(1204)(온도 제어장치), 압력 제어부(1206)(압력 제어장치) 및 구동 제어부(1208)(구동 제어장치)를 갖고(도 9 참조), 아울러, 도 11에 나타낸 바와 같이 냉각 가스 유량 제어부(1220)(냉각 가스 제어장치)를 가진다.
냉각 가스 유량 제어부(1220)는, 감산기(1222)와 PID 연산기(1224)와, 주파수 변환기(1226)와, 주파수 지시기(1228)로 구성된다.
감산기(1222)에는, 상위 컨트롤러(1300)로부터 압력 목표치(S)가 입력된다. 또한, 감산기(1222)에는, 압력 목표치(S)에 더해, 압력 센서(1092)에 의해 계측된 압력치(A)가 입력되고, 감산기(1222)에서, 압력 목표치(S)로부터 압력치(A)를 감산한 편차(D)가 출력된다.
편차(D)는, PID 연산기(1224)에 입력된다. PID 연산기(1224)에서는, 입력된 편차(D)를 바탕으로 PID 연산이 이루어져 조작량(X)가 산출된다. 산출된 조작량(X)은, 주파수 변환기(1226)에 입력되고, 주파수 변환기(1226)에서 주파수(W)로 변환되어 출력된다. 출력된 주파수(W)는 인버터(1078)로 입력되고, 냉각 가스 배기 장치(1084)의 주파수가 변경된다.
압력 센서(1092)로부터의 압력치(A)는, 상시 또는 소정 시간 간격으로 감산기(1222)에 입력되고, 이 압력치(A)를 바탕으로, 압력 목표치(S)와 압력치(A)와의 편차(D)가 0이 되도록, 냉각 가스 배기 장치(1084)의 주파수의 제어가 계속된다.
PID 연산기(1224)에서 주파수(W)를 연산하는 것에 대신하여, 상위 컨트롤러(1300)로부터 주파수 지시기(1220)에 주파수 설정치(T)를 입력하고, 주파수 지시기(1220)로부터 주파수(W)를 인버터(1078)에 입력함으로써, 냉각 가스 배기 장치(1084)의 주파수를 변경해도 된다.
이상과 같이, 반도체 제조장치(1010)에서는, 냉각 가스 배기 장치(1084)를 이용하고, 히터(1052)의 내측과 반응관(1014)과의 사이에 냉각 매체로서 사용되는 공기를 흘려 냉각하는 기구를 이용하여, 히터(1052)를 구성하는 소선이나, 반응관(1014)을 냉각하여, 온도 제어가 이루어진다. 그 때문에, 반응관(1014) 내에 보지되는 웨이퍼(1400)의 온도 제어성이 양호하다.
즉, 전열에는 복사에 의한 전열과 전달에 의한 전열이 있고, 반도체 제조장 치(1010)에서는, 복사에 의한 전열만이 웨이퍼(1400)에 전해져 웨이퍼(1400)의 온도 상승에 기여하는 한편, 전달에 의한 전열은, 대부분이 히터(1052) 내측과 반응관(1014)과의 사이에 흐르는 공기에 의해 공냉되어 방열되고 있다. 그 때문에, 히터(1052)의 소선부근에서, 공기의 냉각에 의해 방출하는 열량을 보충하기 위해, 히터(1052)의 출력을 증가시킨다. 그리고 히터(1052) 출력의 증가에 의하여, 히터(1052)의 소선온도는 보다 높아지고, 복사열이 증대한다. 여기에서, 복사에 의한 전열은, 전달에 의한 전열에 비해 훨씬 전파 속도가 빠르다. 그 때문에, 복사열에 의해, 반응관(1014) 내의 웨이퍼가 가열되는 반도체 제조장치(1010)는, 온도 제어성이 양호하다.
또한, 반응관(1014)의 온도도, 공기에 의한 냉각으로 저하한다. 그리고, 반응관(1014)의 온도가 저하하면, 웨이퍼(1400)의 에지(edge)부로부터 반응관(1014)에 열전달이 이루어진다. 따라서, 그 결과, 웨이퍼(1400)의 온도 분포는, 중앙부보다 에지부 쪽이 낮아져, 에지부의 온도가 중앙부의 온도보다 높은 소위 요형(凹部)의 온도 분포로부터, 에지부의 온도가 중앙부의 온도보다 낮은 소위 철형(凸型)의 온도 분포로 할 수 있다.
웨이퍼(1400)에 형성되는 박막의 막후는, 가령 웨이퍼(1400)의 온도 분포가 균일한 경우, 에지부의 막후가 중앙부의 막후보다 두꺼운 요형이 된다. 이에 대하여, 전술한 바와 같이 온도를 제어함으로써, 웨이퍼(1400)의 온도 분포를 철형으로 하면, 웨이퍼(1400) 막후의 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 반도체 제조장치(1010)에서는, 전술한 바와 같이, 배기관(1082)의 선 단측이 반도체 제조장치(1010)가 설치되는 공장 등의 배기 시설에 접속되어 있고, 배기관(1082)을 개재하여 반응관(1014)으로부터 냉각 가스가 배기되기 때문에, 냉각 가스 배기 장치(1084)에 의한 냉각의 효과는, 공장 등 배기 시설의 배기 압력에 의해 크게 변동할 가능성이 있다. 따라서, 냉각 가스 배기 장치(1084)에 의한 냉각 효과가 변동하면, 웨이퍼(1400) 표면에서의 온도 분포에도 영향을 주기 때문에, 배기관(1082)로부터의 배기압이 일정하게 되도록, 냉각 가스 배기 장치(1084)의 주파수를 제어하고 있는 것은, 전술한 바와 같다.
또한, 반도체 제조장치(1010)에서는, 예를 들면, 제1 열전대(1062) 등의 열전대를 교환하는 등 유지보수를 했을 때에, 제1 열전대(1062)를 부착하는 위치에 오차가 생겨, 유지보수 이전에 처리한 웨이퍼(1400)와 유지보수 후에 처리한 웨이퍼(1400)에서 형성되는 박막의 막후에 차이가 생길 우려가 있다. 또한, 동일 사양의 반도체 제조장치(1010)가 복수 있는 경우, 각각의 반도체 제조장치(1010)에서 형성되는 박막의 막후에 차이가 생길 우려가 있다.
따라서, 본 발명에 따른 반도체 제조장치(1010)에서는, 예를 들면 유지보수의 전후나, 동일 사양인 복수의 반도체 제조장치(1010) 사이에 형성되는 박막의 균일성을 향상시키기 위한 연구를 하고 있다.
즉, 반도체 제조장치(1010)에서는, 제2 열전대(1064)로부터의 출력을 바탕으로, 웨이퍼(1400)가 미리 정해진 온도로 되도록 제어되고 있을 때의, 중심부 열전대(1068)로부터의 값인 웨이퍼(1400)의 중심부의 온도와, 천정부 열전대(1070)로부터의 값인 보트(1044)의 천정부의 온도를 취득해 두고, 예를 들면 유지보수를 실시 한 후에, 이들 취득해 둔 데이터로부터 압력 설정치(대기와의 차압)에 대한 보정치를 산출하도록 하고 있다. 이하, 구체적으로 설명한다.
도 15는, 웨이퍼(1400)의 중심부 온도 보정치를 이용해 설정 온도를 보정하는 구성ㆍ방법에 대해 설명하는 설명도이다. 전술한 제어부(1200)는, 웨이퍼 중심부 온도 보정 연산부(1240)(웨이퍼 중심부 온도 보정 연산 장치)를 가지고 있다.
여기에서는, 제2 열전대(1064)를 600℃로 하는 경우를 예로서 설명한다. 웨이퍼 중심부 온도 보정 연산부(1240)는, 제2 열전대(1064)로 제어했을 때의, 중심부 열전대(1068)의 출력치(웨이퍼 중심부 온도)와, 천정부 열전대(1070)의 출력치(천정부 온도)를 취득하여, 각각 제2 열전대(1064)의 출력치(내부 온도)와의 편차를 기억한다.
이 때,
내부 온도－웨이퍼 중심부 온도=웨이퍼 중심부 온도 편차
또는,
내부 온도－천정부 온도=천정부 온도 편차
로서 기억한다. 또한, 이 때의 압력 설정치도 동시에 기억한다. 설정 온도는 일정하며, 압력 설정치를 변경하여, 복수 개의 조건으로 상기 데이터를 취득해 둔다.
예를 들면, 설정 온도가 600℃, 내부 온도가 600℃, 웨이퍼 중심부 온도가 607℃의 경우를 예로 들면, 내부 온도를 웨이퍼(1400)의 에지부의 온도로 보면, 설정 온도는 600℃이나, 웨이퍼 중심부 온도는 607℃로 편차가 발생하게 된다.
여기에서,
웨이퍼 중심부 온도 편차=600℃－607℃=－7℃
를 상위 컨트롤러(1300)에 출력하고, 설정치에 대해 보정하여, 상위 컨트롤러(1300)를 사용해 웨이퍼(1400)의 중심부를 600℃로 변화시킬 수 있다. 　 도 16에, 취득된 복수 데이터의 한 예를 나타낸다.
뒤이어, 압력 보정치의 산출에 대해 설명한다.
예를 들면, 현재의 보트 천정부 온도 편차를 t1, 현재의 압력 설정치를 p1, p1에 대응한 보트 천정부 온도 보정치를 b1, 취득된 데이터에 있어서 플러스측의 압력 측정치를 pp, 플러스측의 보트 천정부 온도 보정치를 tp, 취득된 데이터에 있어서 마이너스측의 압력 측정치를 pm, 마이너스측의 보트 천정부 온도 보정치를 tm로 하면, 압력 보정량 px는, t1과 b1과의 대소에 따라 이하에 나타내는 [수학식 11], [수학식 12]로서 구해진다.
즉,
t1＜b1의 경우에는,
Figure 112008004770448-PAT00009
t1＞b1의 경우는,
Figure 112008004770448-PAT00010
로 구해진다.
이하, t1＜b1의 경우와 t1＞b1의 경우의 각각에 대해, 구체적인 예를 나타내면서 설명한다.
도 17은, t1＜b1의 경우의 압력 보정량(px)의 산출에 대해 설명하는 설명도이다.
먼저, b1－t1으로서 미리 취득한 보트 천정부 온도 편차(b1)와 현재의 보트 천정부 온도 편차(t1)와의 온도 편차를 구한다.
다음에, (p1－pm)/(b1－tm)으로서 미리 취득한 데이터로부터 ‘현재의 압력 설정치(p1)와 이에 대응한 보트 천정부 온도 편차(b1)’와 ‘마이너스측의 압력치(pm)와 이에 대응한 보트 천정부 온도 편차(tm)’와의 관계로부터, 보트 천정부 온도 편차를＋1℃로 하기 위한 압력 보정량을 구한다.
도 17에 나타나는 예에서는, 300 Pa에 대응한 보트 천정부 온도 보정치는 -4℃이며, 마이너스측으로서 도 16에 있어서 No. 4의 -6℃가 추출된다.
또한, 미리 취득한 데이터로부터, 압력 설정치(p1)가 300 pa로서, 보트 천정부 온도 편차(b1)는, －4℃가 된다.
또한, 압력 설정치(pm)가 500pa이고, 보트 천정부 온도 편차(tm)를, －6℃에서 -4℃로 ＋2℃ 변화시키려면,
300 Pa(p1)－500 Pa(pm)=－200 Pa
의 압력 보정량이 필요하다.
현재의 압력 측정치가 300 Pa, 측정 결과로부터 얻어지는 현재의 보트 천정 부 온도 편차가 -5℃의 경우를 예를 든다.
이 경우, 먼저, 현재 사용하고 있는 압력 설정치에 대응한 보트 천정부 온도 보정치를 검색 키로 하고, 검색 키로부터 플러스측과 마이너스측에서, 각각 가장 가까운 보트 천정부 보정치를 도 16에 나타낸 취득된 복수의 데이터로부터 선택하고, 선택된 데이터로부터 산출을 한다.
이상으로부터,
＋1℃분의 압력 보정량=－200Pa/＋2℃=－100Pa/℃
가 구해진다.
즉, (b1－t1)을 ＋1℃분 보정하고 싶기 때문에,
＋1℃*(－100Pa/℃)=－100Pa
의 압력 보정량이 산출된다.
도 18은, t1＞b1인 경우의 압력 보정량(px)의 산출에 대해 설명하는 설명도이다.
먼저, 미리 취득한 보트 천정부 온도 편차(b1)와 현재의 보트 천정부 온도 편차(t1)와의 온도 편차를 구한다.
다음에, (pp－p1)/(tp－b1)으로서 미리 취득한 데이터로부터, ‘현재의 압력 설정치(p1)와 이에 대응한 보트 천정부 온도 편차(b1)’와 ‘취득된 데이터에 있어서 플러스측의 압력치(pp)와 이에 대응한 보트 천정부 온도 편차(tp)’와의 관계로부터, 보트 천정부 온도 편차를 -1℃로 하기 위한 압력 보정량을 구한다.
여기에서는, 현재의 압력 측정치가 300 Pa, 측정 결과로부터 얻어지는 현재 보트 천정부 온도 편차가 -3℃인 경우를 예로 들면, 도 16에 나타나는 미리 취득한 데이터에 의하면 압력 설정치(pp)가, 300 Pa에서 보트 천정부 온도편차(b1)는 -4℃가 된다. 또한, 압력 설정치(pl)가 200 Pa에서 보트 천정부 온도 편차(tp)는 -2℃가 된다.
그 때문에, 미리 취득한 데이터로부터 보트 천정부 온도 편차(tp)인 -2℃로부터, b1인 -4℃로, －2℃ 온도를 변화시키려면,
300 Pa(p1)－200 Pa(pp)=＋100Pa
의 압력 보정량이 필요하다.
즉, 300 Pa에 대응한 보트 천정부 온도 보정치는 -4℃이며, 플러스측으로서, 도 16에 있어서 No.2의 -2℃가 검출된다.
이상으로부터,
＋1℃분의 압력 보정량=－100Pa/2℃=－50Pa/℃가 구해진다.
이 예에서는, (b1－t1)=－1℃분 보정하고 싶기 때문에,
－1℃*(－50Pa/℃)=＋50 Pa의 압력 보정량이 산출된다.
이상으로, 보트 천정부 온도 편차(t1) 및 보트 천정부 온도 보정치(b1)의 어느 한 쪽이 다른 쪽보다도 큰 경우에 있어서 압력 보정량 px에 대하여 설명했으나, t1과 b1이 같은 값인 경우에는 보정의 필요가 없다.
또한, 이상에서 설명을 한 압력 보정치의 산출에서, 검출한 플러스측 또는 마이너스측의 압력치와, 그에 대응한 보트 천정부 온도 편차와, 현재의 압력 설정치(p1) 및 여기에 대응한 보트 천정부 온도 편차(b1)의 관계로부터 보트 천정부 온 도 편차를 1℃ 상승시키기 위한 압력 보정량을 구하고 있는 것은, 보트 천정부 온도에 의해 압력 보정량은 변화한다고 생각되기 때문이다.
예를 들면, 보트 천정부 온도 보정치를 -6℃로부터 -4℃로 ＋2℃ 변화하기 위한 압력 보정량과, －4℃로부터 -2℃로 ＋2℃ 변화하기 위한 압력 보정량은, 히터(1052)의 소선으로부터의 복사열의 변화, 웨이퍼(1400)의 에지부로부터 반응관(1014)으로의 열전달, 웨이퍼(1400)의 중앙부와 웨이퍼(1400)의 에지부의 열전달 관계가 변화함에 따라, 반드시 일치한다고는 할 수 없다.
따라서, 이 실시 형태에 따른 반도체 제조장치(1010)에서는, 보다 가까운 보트 천정부 온도 보정치의 편차 변화 상황으로부터 압력 보정량을 산출하기 위해, 현재의 압력 설정치에 대응한 보트 천정부 온도 편차보다, 현재의 보트 천정부 온도 편차가 낮은 경우는, 마이너스측의 보트 천정부 온도 편차 및 압력 설정치를 사용하여 압력 보정량을 산출하고, 현재의 압력 설정치에 대응한 보트 천정부 온도 편차보다, 현재의 보트 천정부 온도 편차가 높은 경우는, 플러스측의 보트 천정부 온도 편차 및 압력 설정치를 사용하여 압력 보정량을 산출하고 있다.
다음에 본 발명의 제4 실시 형태를 설명한다.
전술한 제3 실시 형태에서는, 압력 보정량(px)을, 보트 천정부의 온도 보정치를 사용하여 구한 것에 반해, 제4 실시 형태에서는, 압력 보정량(Px)을, 사전에 박막 형성 처리가 이루어진 웨이퍼(1400)의 막후를 사용하여 구하고 있다. 이하, 상세하게 설명한다. 설명에 있어서는, 도 19에 나타내는, 미리 소정의 조건에서 박막 형성이 이루어진 웨이퍼(1400)에, 측정된 막후 등의 데이터를 사용한다.
웨이퍼(1400)의 현재의 막후를 a1, 현재의 압력 설정치를 p1, 현재의 압력 설정치(p1)에 대응한 막후를 c1, 검색된 플러스측의 압력 측정치를 pp, 미리 취득된 복수의 데이터 중에 있어서 플러스측의 막후를 pc, 미리 취득된 복수의 데이터 중에 있어서 마이너스측의 압력 측정치를 pm, 마이너스측의 막후를 tc로 하면, 압력 보정량(px)은, 현재의 막후(a1)와 현재의 압력 설정치(p1)에 대응한 막후를 c1과의 대소에 대응해 이하에 나타내는 수학식(21), 수학식(22)으로 구해진다.
즉, a1＜c1의 경우는,
Figure 112008004770448-PAT00011
a1＞c1의 경우는,
Figure 112008004770448-PAT00012
로서 구해진다.
이하, a1＜c1의 경우와, a1＞c1의 경우와의 각각에 대하여, 구체적인 예를 나타내면서 설명한다.
도 20은, a1＜c1의 경우의 압력 보정량(px)의 산출에 대해 설명하는 설명도이다.
먼저, c1－a1로서, 미리 취득한 막후(c1)와 현재의 막후(a1)와의 차이를 구한다.
다음에, (p1－pm)/(c1－tc)로서, 미리 취득한 데이터로부터, ‘현재의 압력 설정치(p1)와 이에 대응한 막후(c1)’와, ‘검출한 마이너스측의 압력치(pm)와 이에 대응한 막후(tc)’와의 관계로부터, 막후를 -1Å으로 하기 위한 압력 보정량을 구한다. 즉, 도 19에 나타낸 바와 같이, 압력 측정치 300 Pa에 대응한 막후는 630Å이며, 마이너스측의 데이터로서 No.2의 580Å이 추출된다.
도 19에 나타낸 미리 취득한 데이터에 따르면, 압력 설정치(p1)가 300 Pa에서서, 막후(c1)는 630Å이 된다. 또한, 압력 설정치(pm)가 200 Pa에서, 막후(tc)는 580Å이 된다. 즉, 막후(tc)를 580Å에서 630Å로 50Å변화시키려면,
300Pa(p1)－200Pa(pm) =＋100Pa
의 압력 보정량이 필요하다.
현재의 압력 측정치가 300 Pa, 측정 결과로부터 얻을 수 있는 막후가 600Å의 경우를 예로 한다.
이 경우, 먼저, 현재 사용하고 있는 압력 설정치에 대응한 막후를 검색 키로 하고, 검색 키로부터 플러스측과 마이너스측에서, 각각 가장 가까운 막후를 기억한 데이터를 도 19에 나타내는 미리 측정된 값으로부터 선택하여, 그 선택된 데이터로부터 산출한다.
이상으로부터,
＋1Å분의 압력 보정량=＋100Pa/50Å=＋2Pa/Å
가 구해진다.
즉,
c1－a1=＋30Å분 보정하고 싶기 때문에,
＋30Å*(＋2Pa/Å)=＋60 Pa의 압력 보정량이 산출된다.
도 21은, a1＞c1의 경우의 압력 보정량(px)을 산출하는 수학식에 대하여 설명하는 설명도이다.
먼저, 전술한 a1＜c1의 경우와 같이, 미리 취득한 막후(c1)와 현재의 막후(a1)와의 차이를 구한다.
다음에, (pp－p1)/(pc－c1)로 하여, 미리 취득한 데이터로부터 ‘현재의 압력 설정치(p1)와 이에 대응한 막후(c1)’와, ‘검출한 플러스측의 압력치(pp)와 이에 대응한 막후(pc)’와의 관계로부터, 막후를 +1Å 증가시키기 위한 압력 보정량을 구한다. 즉,
도 19에 나타낸 바와 같이, 300 Pa에 대응한 막후는 630Å이며, 플러스측의 데이터로서, 도 19에 있어서 No.4의 730Å이 검출된다.
도 19에 나타내는 미리 취득한 데이터에 의하면, 압력 설정치(p1)가 300 Pa에서, 막후(c1)는 630Å이 된다. 또한, 압력 설정치(pp)가 500 Pa에서, 막후(pc)는 730Å이 된다. 즉, 막후를 730Å에서 630Å로 -100Å 변화시키려면,
300Pa(p1)－500Pa(pp)=－200Pa
의 압력 보정량이 필요하다.
예를 들면, 현재의 압력 측정치가 300 Pa, 측정 결과로부터 얻어지는 막후가 680Å의 경우를 예로 든다.
이 경우, 먼저, 현재 사용하고 있는 압력 설정치에 대응한 막후를 검색 키로 하고, 검색 키로부터 플러스측과 마이너스측에서, 각각 가장 가까운 막후를 기억한 데이터를 도 19에 나타내는 미리 측정된 값으로부터 선택하여, 그 선택된 데이터로부터 산출한다.
이상으로부터,
＋1Å분의 압력 보정량=－200Pa/－100Å= ＋2Pa/Å
가 구해진다.
즉,
(c1－a1)=－50Å분 보정하고 싶기 때문에,
－50Å*(＋2Pa/)=－100 Pa의 압력 보정량이 산출된다.
이상에서, 웨이퍼(1400)의 현재의 막후(a1) 및 현재의 압력 설정치(p1)에 대응한 막후(c1)의 어느 한 쪽이 다른 쪽보다 큰 경우에 있어서 압력 보정량(px)에 대해 설명했으나, a1과 c1이 같은 값인 경우에는 보정의 필요는 없다.
또한, 이상에서 설명을 한 압력 보정치의 산출에서, 검출한 플러스측 또는 마이너스측의 압력치와, 이에 대응한 막후와, 현재의 압력 설정치(p1) 및 이에 대응한 막후(c1)의 관계로부터, 막후를 1Å 증가시키기 위한 압력 보정량을 구하는 것은, 막후에 따라 압력 보정량이 변화한다고 생각되기 때문이다.
예를 들면, 막후를 580Å에서 630Å로 +50Å 변화시키기 위한 압력 보정량과, 630Å에서 680Å로 ＋50Å변화시키기 위한 압력 보정량은, 히터(1052)의 소선으로부터의 복사열의 변화, 웨이퍼(1400)의 에지부로부터 반응관(1014)으로의 열전달, 웨이퍼(1400)의 중앙부와 웨이퍼(1400)의 에지부의 열전달 관계가 변화함으로 써, 웨이퍼(1400)가 받는 열량이 변화하기 때문에, 반드시 일치한다고는 할 수 없다.
따라서, 이 실시 형태에 따른 반도체 제조장치(1010)에서는, 보다 가까운 막후의 변화 상황으로부터 압력 보정량을 산출하기 위해, 현재의 압력 설정치에 대응한 막후보다, 현재의 막후가 낮을 때에는, 마이너스측의 막후 및 압력 설정치를 사용하여 압력 보정량을 산출하고, 현재의 압력 설정치에 대응한 막후보다, 현재의 막후가 높을 때에는, 플러스측의 막후 및 압력 설정치를 사용해 압력 보정량을 산출하고 있다.
또한, 이상에서 설명한 제3 및 제4 실시 형태에서는, 천정부 열전대(1070)로 측정한 보트(1044)의 천정부 온도 보정치를 사용하여 압력 보정량을 구하고 있으나, 하부 열전대(1072) 또는 중심부 열전대(1068)에 의한 측정치로 대용할 수 있다.
또한, 예를 들면, 천정부 열전대(1070)로 측정한 보트 천정부 온도 보정치와, 하부 열전대(1072)로 측정한 하부 온도 보정치의 2개의 평균 온도 편차, 또는 중심부 열전대(1068)로 측정한 웨이퍼(1400)의 중심부의 온도 보정치를 더한 3개의 평균 온도 편차로부터 압력 보정치를 산출해도 된다.
도 22에는, 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 반도체 제조장치(1010)가 나타나 있다.
제3 또는 제4 실시 형태에 따른 반도체 제조장치(1010)에서는, 냉각 가스 배기 장치(1084)는 반응관(1014)의 배기측에 설치되어 있던데 반해, 제5 실시 형태에 서는, 냉각 가스 배기 장치(1084)는, 공급측에 설치되어 있다.
또한, 제3 및 제4 실시 형태에서는, 압력 센서(1092)는, 배기측에 설치된 냉각 가스 배기 장치(1084)와 라디에이터(1086)와의 사이에 설치되어 있었으나, 이 제5 실시 형태에서는, 압력 센서(1092)는, 냉각 가스 배기 장치(1084)의 장소에 맞추어, 예를 들면, 공급측에 설치되고 냉각 가스 배기 기구(1084)와 셔터(1090)와의 사이에 설치하는 등, 설치 장소를 변경할 수 있다.
또한, 제3 및 제4 실시 형태와 마찬가지로, 제1 및 제2 실시 형태에 있어서도, 냉각 가스 배기 장치(356)를 공급측에 설치해도 되고, 압력 센서(31)를 설치하는 위치는 변경할 수 있다.
이상 기술한 바와 같이, 본 발명은, 기판에 형성하는 막의 두께의 균일성을 제어하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 이용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 전제가 되는 반도체 처리 장치의 전체 구성을 나타내는 도면.
도 2는 도 1에 나타낸 보트 및 웨이퍼를 수용한 상태의 처리실을 예시하는 도면.
도 3은 도 1, 도 2에 나타낸 처리실 주변의 구성 부분 및 처리실에 대한 제어를 하는 제1 제어 프로그램의 구성을 나타내는 도면.
도 4는 도 1에 나타낸 제어부의 구성을 나타내는 도면.
도 5는 반도체 처리 장치에 있어서 처리 대상이 되는 웨이퍼의 형상을 예시하는 도면.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 반도체 처리 장치의 구성을 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 반도체 웨이퍼층의 구성을 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 반도체 처리 장치의 압력 설정치의 연산의 한 예를 설명하는 도면.
도 9는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 반도체 제조장치의 구성을 모식적으로 나타내는 도면.
도 10은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 반도체 제조장치가 갖는 반응관의 구성을 모식적으로 나타내는 도면.
도 11은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 반도체 제조장치가 갖는 중심부 열전대의 상세한 구성의 한 예를 나타내는 도면.
도 12는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 반도체 제조장치가 갖는 천정부 열전대의 상세한 구성의 한 예를 나타내는 도면.
도 13은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 반도체 제조장치가 갖는 하부 열전대의 상세한 구성의 한 예를 나타내는 도면.
도 14는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 반도체 제조장치의 구성을 모식적으로 나타내는 도면.
도 15는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 반도체 제조장치에서, 웨이퍼의 중심부 온도 보정치를 사용하여 설정 온도를 보정하는 구성ㆍ방법에 대해 설명하는 설명도.
도 16은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 반도체 제조장치로 취득된 중심부 온도 편차의 데이터를 나타내는 도표.
도 17은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 반도체 제조장치의 압력 보정량의 산출에 대해 설명하는 제1 도면.
도 18은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 반도체 제조장치의 압력 보정량의 산출에 대해 설명하는 제2 도면.
도 19는 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 반도체 제조장치로 처리된 웨이퍼의 막후 등의 데이터를 나타내는 도표.
도 20은 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 반도체 제조장치의 압력 보정량의 산출에 대해 설명하는 제1 도면.
도 21은 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 반도체 제조장치의 압력 보정량의 산출에 대해 설명하는 제2 도면.
도 22는 본 발명의 제5 실시 형태에 따른 반도체 제조장치의 구성을 나타내는 도면.
<부호의 설명>
1 : 반도체 처리 장치 12 : 웨이퍼
14 : 보트 100 : 카셋트 수수 유닛
102 : 카셋트 스톡커 104 : 버퍼 카셋트 스톡커
106 : 웨이퍼 이동기 108 : 보트 엘리베이터
490 : 웨이퍼 카셋트 2 : 제어부(제어장치)
22 : 표시ㆍ입력부(표시 및 입력장치)
200 : CPU 웨이퍼 24 : 기록부(기록 장치)
240 : 기록 매체 40 : 제어 프로그램
400 : 프로세스 제어부(프로세스 제어장치)
410 : 온도 제어부(온도 제어장치)
4102 : 압력 설정치 조정부(압력 설정치 조정 장치)
412 : 처리 가스 유량 제어부(처리 가스 유량 제어장치)
414 : 구동 제어부(구동 제어장치)
416 : 압력 제어부(압력 제어장치)
418 : 처리 가스 배기 장치 제어부(처리 가스 배기 장치 제어장치)
420 : 온도 측정부(온도 측정 장치)
422 : 냉각 가스 유량 제어부(냉각 가스 유량 제어장치)
4220 : 감산기 4222 : PID 연산기
4224 : 주파수 변환기 4226 : 주파수 지시기
424 : 온도 설정치 기억부(온도 설정치 기억장치)
3 : 처리실 300 : 단열재
140 : 단열판 31 : 압력 센서
32 : 히터 320 : 온도 조정 부분
322, 324 : 온도 센서 340 : 가스 도입 노즐
344 : 노구개 346 : 배기관
348 : 회전축 350 : 매니폴드
351 : O링 352 : 냉각 가스 유로
353 : 흡기구 354 : 배기로
355 : 배기부 356 : 냉각 가스 배기 장치
357 : 라디에이터 358 : 배기공
359 : 셔터 360 : 아우터 튜브
362 : 이너 튜브 370 : 온도 제어장치
372 : 온도 측정 장치 374 : MFC
376 : EC 378 : PS
380 : APC 382 : EP
384 : 인버터 1010 : 반도체 제조장치
1012 : 균열관 1014 : 반응관
1016 : 공급관 1018 : 배기관
1020 : 도입 부재 1022 : 배기구
1024 : MFC 1030 : APC
1032 : 압력 센서 1034 : 베이스
1036 : 링 1038 : 씰 캡
1040 : 회전축 1042 : 석영 캡
1044 : 보트 1050 : 보트 엘리베이터
1052 : 히터
1060 : 온도 검출부(온도 검출 장치)
1062 : 제1 열전대 1064 : 제2 열전대
1066 : 제3 열전대 1068 : 중심부 열전대
1070 : 천정부 열전대 1072 : 하부 열전대
1078 : 인버터 1080 : 배기부
1082 : 배기관
1084 : 냉각 가스 배기 장치
1086 : 라디에이터 1090 : 셔터
1092 : 압력 센서 1200 : 제어부(제어장치)
1202 : 가스 유량 제어부(가스 유량 제어장치)
1204 : 온도 제어부(온도 제어장치)
1206 : 압력 제어부(압력 제어장치)
1208 : 구동 제어부(구동 제어장치)
1220 : 냉각 가스 유량 제어부(냉각 가스 유량 제어장치)
1222 : 감산기 1224 : PID 연산기
1226 : 주파수 변환기 1228 : 주파수 지시기
1240 : 웨이퍼 중심부 온도 보정 연산부(웨이퍼 중심부 온도 보정 연산장치)
1300 : 상위 컨트롤러 1400 : 웨이퍼

Claims (19)

  1. 기판의 주연부(周緣部)의 상태를 검출하는 제1 검출부의 측정치와, 기판의 중심부의 상태를 검출하는 제2 검출부의 측정치를 취득하여, 상기 제1 검출부의 측정치와 상기 제2 검출부의 측정치와의 제1 편차를 구하고, 미리 기억된 상기 제1 검출부의 측정치와 상기 제2 검출부의 측정치와의 제2 편차와, 상기 제1 검출부의 측정치와 상기 제2 검출부의 측정치와의 상기 제1 편차를 비교하여, 상기 제2 편차와 상기 제1 편차가 다른 경우에는, 상기 제1 편차를 바탕으로, 기판을 처리하는 처리실과 가열 장치와의 사이에 설치된 냉각 가스 유로에 있어서 압력치의 압력 보정치를 산출하고, 상기 압력 보정치에 의해 상기 압력치를 보정하는 공정과,
    상기 처리실을 상기 가열 장치로 가열하면서, 상기 냉각 가스 유로 내부로냉각 장치에 의해 냉각 가스를 흘리고, 상기 보정 후의 압력치를 바탕으로, 제어부에 의해 상기 가열 장치 및 상기 냉각 장치를 제어하여 기판을 처리하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 기판을 처리하는 공정은, 상기 보정 후의 압력치를 바탕으로 압력을 제어함으로써 기판 중심부의 온도를 소정의 처리 온도까지 가열하면서 기판의 주연부를 냉각하고, 기판의 중심부 및 주연부를 온도 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제1 검출부는, 기판의 주연부 근방에 배치된 제1 온도 검출부이고,
    상기 제2 검출부는, 기판을 지지하는 기판 보지구 내의 기판과 기판의 사이에 배치되거나 또는 상기 기판 보지구보다 상방에 배치되거나 또는 상기 기판 보지구보다 하방에 배치되는 제2 온도 검출부를 갖는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 압력치를 보정하는 공정은,
    상기 처리실 내의 상기 기판의 중심부의 온도가 소정의 온도 설정치가 되도록, 상기 처리실 내를 상기 가열 장치로 가열했을 때의 상기 제1 편차를 구하는 공정과,
    상기 제1 편차와, 상기 소정의 온도 설정치에 있어서 상기 제2 편차와를 비교하고, 상기 제1 편차와 상기 제2 편차가 다른 경우에는, 소정의 상기 온도 설정치에 있어서 상기 냉각 가스 유로 내의 압력치와 상기 제1 편차와의 상관관계를 산출하는 공정과,
    상기 산출된 상관관계를 바탕으로 압력 설정치를 갱신하는 공정
    을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 온도 설정치에 있어서 상기 냉각 가스 유로 내의 압력치와 상기 제1 면내 편차와의 상관관계를 2개 이상 산출하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 압력 설정치는, 상기 처리실과 상기 가열 장치와의 사이에 설치된 상기 냉각 가스 유로의 하류측에서, 상기 냉각 가스 유로와 연통(連通)하는 냉각 가스 배기로 내의 압력치를 측정하는 압력 검출기에서 검출되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 압력치를 보정하는 공정은, 상기 기판의 막 균일성을 제어하도록 상기 압력치를 보정하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 기판을 처리하는 공정에서는, 상기 처리실 내에 처리 가스를 흘려 상기 기판 상에 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재한 기판 처리 방법.
  9. 기판을 처리하는 처리실을 가열 장치로 가열하면서, 상기 처리실과 상기 가열 장치와의 사이에 설치된 냉각 가스 유로 내부로 냉각 장치에 의해 냉각 가스를 흘리고, 상기 냉각 가스 유로에 있어서 압력치를 바탕으로, 제어부에 의해 상기 가열 장치 및 상기 냉각 장치를 제어하여 기판을 처리하는 공정과,
    미리 처리된 기판의 미리 측정된 제1 막후치(膜厚値)와, 상기 기판을 처리하는 공정에 있어서 구한 제2 막후치를 비교하고, 상기 제1 막후치와 상기 제2 막후 치가 다른 경우에는, 상기 제2 막후치를 바탕으로 압력 보정치를 산출하고, 상기 압력 보정치에 의하여 상기 압력치를 보정하는 공정
    을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 처리실을 상기 가열 장치로 가열하면서, 상기 냉각 가스 유로 내부로 상기 냉각 장치에 의하여 냉각 가스를 흘리고, 상기 압력 보정치를 바탕으로, 상기 제어부에 의해 상기 가열 장치 및 상기 냉각 장치를 제어하여 기판을 처리하는 공정을 더 갖는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 압력치를 보정하는 공정은,
    상기 처리실 내의 상기 기판의 중심부의 온도가 소정의 온도 설정치가 되도록, 상기 처리실 내를 상기 가열 장치로 가열했을 때의 상기 제2 막후치를 구하는 공정과,
    상기 제2 막후치와, 상기 소정의 온도 설정치에 있어서 상기 제1 막후치를 비교하고, 상기 제2 막후치와 상기 제1 막후치가 다른 경우에는, 소정의 상기 온도 설정치에 있어서 상기 냉각 가스 유로 내의 압력치와 상기 제2 막후치와의 상관관계를 산출하는 공정과,
    상기 산출된 상관관계를 바탕으로 압력 설정치를 갱신하는 공정
    을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 온도 설정치에 있어서 상기 냉각 가스 유로 내의 압력치와 상기 제1 면내 편차와의 상관관계를 2개 이상 산출하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 압력 설정치는, 상기 처리실과 상기 가열 장치와의 사이에 설치된 상기 냉각 가스 유로의 하류측에서, 상기 냉각 가스 유로와 연통하는 냉각 가스 배기로 내의 압력치를 측정하는 압력 검출기에서 검출되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  14. 제 9항에 있어서, 상기 압력치를 보정하는 공정은, 상기 기판의 막 균일성을 제어하도록 상기 압력치를 보정하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  15. 제 9항에 있어서, 상기 기판을 처리하는 공정에서는, 상기 처리실 내에 처리 가스를 흘려 상기 기판 상에 박막을 형성하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  16. 기판을 처리하는 처리실과
    상기 처리실을 가열하는 가열 장치와,
    상기 처리실과 상기 가열 장치와의 사이에 설치된 냉각 가스 유로와,
    상기 냉각 가스 유로에 있어서 압력치를 측정하는 압력 검출기와,
    상기 가열 장치 및 상기 기판의 외주측을 냉각하는 냉각 장치를 제어하여 기 판을 처리하는 제어부를 갖고,
    상기 제어부는, 기판의 주연부의 상태를 검출하는 제1 검출부의 측정치와, 기판의 중심부의 상태를 검출하는 제2 검출부의 측정치를 취득하고, 상기 제1 검출부의 측정치와 상기 제2 검출부의 측정치와의 제1 편차를 구하여, 미리 기억된 상기 제1 검출부의 측정치와 상기 제2 검출부의 측정치와의 제2 편차와, 상기 제1 검출부의 측정치와 상기 제2 검출부의 측정치와의 상기 제1 편차를 비교하고, 상기 제2 편차와 상기 제1 편차가 다른 경우에는, 상기 제1 편차를 바탕으로 상기 냉각 가스 유로에 있어서 압력치의 압력 보정치를 산출하여, 상기 압력 보정치에 의하여 상기 압력치를 보정하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 처리실 내에 수용된 상기 기판을 상기 기판의 외주측으로부터 가열하는 상기 가열 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  18. 제 16항에 있어서, 상기 냉각 가스 유로의 하류측에서, 상기 냉각 가스 유로와 연통하는 냉각 가스 배기로와,
    상기 냉각 가스 배기로에 연통하고, 상기 냉각 가스 유로에 냉각 가스를 흘림으로써 상기 기판의 외주측을 냉각하는 상기 냉각 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
  19. 제 16항에 있어서, 상기 냉각 가스 유로 내부로 상기 냉각 장치에 의해 냉각 가스를 흘리고, 상기 냉각 가스 유로의 하류측에서 상기 냉각 가스 유로와 연통하는 냉각 가스 배기로 내의 압력치를 검출하는 압력 검출기를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치.
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