TW202205476A - 基板處理裝置、半導體裝置之製造方法及程式 - Google Patents

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Abstract

本發明之基板處理裝置，係具備：保持基板之基板保持具；於內部收容基板保持具之反應管；配置於反應管之周圍與上部之加熱部；構成為可收容氣體供給噴嘴與第1溫度測定部之任一者或兩者之收容部，該氣體供給噴嘴係配置於反應管之側方，由反應管之外側朝上述反應管之內部，相對於保持於基板保持具之基板的表面朝水平方向延伸配置，該第1溫度測定部係由反應管之外側朝反應管之內部，相對於保持於基板保持具之基板的表面朝水平方向延伸配置。本發明可對保持於基板保持具之基板均勻地進行成膜處理。

Description

基板處理裝置、半導體裝置之製造方法及程式
本發明係關於基板處理裝置、半導體裝置之製造方法及程式。
作為習知技術，已記載有具備處理晶圓之處理室、設置於處理室外對處理室進行加熱之加熱器與測定處理室溫度之熱電偶、根據熱電偶之測溫回饋控制加熱器之控制器的熱壁型熱處理裝置。例如記載於專利文獻1。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開2006-173531號公報
(發明所欲解決之問題)
專利文獻1所記載之構成中，無法正確測定基板附近之溫度，難以提升基板之處理均勻性。
本發明係解決上述習知技術之課題，提供可提升基板之處理均勻性的技術。 (解決問題之技術手段)
為了解決上述課題，本發明之一實施形態係提供一種技術，其具備：保持基板之基板保持具；於內部收容上述基板保持具之反應管；配置於上述反應管周圍之加熱部；可收容氣體供給噴嘴與第1溫度測定部之任一者或兩者之收容部，該氣體供給噴嘴係配置於上述反應管之側方，由上述反應管之外側朝上述反應管之內部，相對於保持於上述基板保持具之上述基板的表面朝水平方向延伸配置，該第1溫度測定部係由上述反應管之外側朝上述反應管之內部，相對於保持於上述基板保持具之上述基板的表面朝水平方向延伸配置。 (對照先前技術之功效)
根據本發明，可提升基板之處理均勻性。
本發明係藉由事先計測基板處理裝置之內部溫度分佈，於基板處理時，使用事先測定之溫度分佈數據控制基板處理條件，而可對同時進行處理之複數基板，遍及各基板之面內施行均質處理。
以下根據圖式詳細說明本發明之實施形態。用於說明本實施形態之所有圖中係對具有同一機能者加註同一符號，原則上省略其重複之說明。
惟，本發明並不限定解釋為以下所示實施形態之記載內容。在不脫離本發明思想或旨趣之範圍內，本發明中具有通常知識者當容易理解可變更其具體構成。 [實施例1]
使用圖1至12說明本發明第1實施例。
[全體構成] 圖1為表示本實施例之基板處理裝置100之主要部構成的剖面圖。110為加熱器，120為反應管，130為內管，140為基板支撐具(晶舟)，150為對內管130內部供給氣體的氣體供給部，160為使基板支撐具(晶舟)140進出內管130內部的晶舟升降器，180為控制基板處理裝置100全體的控制部。
加熱器110係依藉由晶舟升降器160使基板支撐具(晶舟)140安裝於內管130內部之狀態，涵括反應管120在內對內管130內部進行加熱。加熱器110係分割為在上下方向分為複數區域的區加熱器(圖1例中為111、112、113之3個區加熱器)，於各區加熱器，亦可根據後述第2溫度測定部190之溫度感應器191、192、193之數據控制加熱狀態。
基板支撐具(晶舟)140係保持複數片基板(晶圓)101，藉由以區隔板支撐部141所支撐之複數區隔板142區隔複數之基板間。143為區隔板142之最上方之頂板。144為基板支撐具140之支柱。
基板支撐具140係藉由支柱144與晶舟升降器160連接，藉由晶舟升降器160，使所保持之複數之基板101於內管130之內部與外部(內管130之下部)進行進出。
150係對內管130內部供給氣體的氣體供給部，依可配合由基板支撐具140所保持之基板101之上下方向之間距(間隔)對每片基板101供給氣體之方式，構成為於圖1所示之剖面之同一面內具備複數個。氣體供給部150係相對於在內管130內部由基板支撐具140所保持之基板101之表面，安裝於呈幾乎平行之方向。
於內管130，係依於與氣體供給部150之前端部分相對向處，將由氣體供給部150所供給之氣體導入至內管130內部的方式，形成有複數之氣體導入孔131。
另一方面，在內管130之壁面中，與形成了複數之氣體導入孔131處相對向的地方，形成有縫隙132，由複數之氣體導入孔131供給至內管130內部的氣體中，未用於包含由基板支撐具140所保持之基板101之表面在內之內管130內部反應的氣體，係由內管130內部被排出至反應管120側。
通過縫隙132由內管130內部被排出至反應管120側的氣體，係通過排氣管121，藉由未圖示之排氣手段被排出至反應管120外部。
160為晶舟升降器，係進行基板支撐具140對內管130內部的進出，亦即，將基板支撐具140由內管130內部取出至外部(內管130之下部)，或相反地將基板支撐具140由內管130外部(內管130之下部)插入至內部。
晶舟升降器160係具備：支撐基板支撐具140之支柱144的台164；載搭於台164之上台168；固定於台164並旋轉驅動支柱144的旋轉驅動馬達161；將台164於上下方向驅動的上下驅動馬達162；與上下驅動馬達162連接之滾珠螺桿163；固定於台164並與滾珠螺桿163螺合的螺帽165；引導台164之上下方向移動的導軸166；與固定於台164並承受台164沿著導軸166之上下方向移動的滾珠軸承167。
藉由使上下驅動馬達162驅動而利用晶舟升降器160使上台168上升至抵接於架台框171之上面1711，如圖1所示般，使由基板支撐具140所保持之基板101配置於內管130內部。於此狀態，上台168抵接於架台框171之上面1711而使反應管120內部對外部呈氣密，藉由未圖示之真空排氣手段(真空泵)由排氣管121進行真空排氣，可將反應管120內部維持為真空狀態。
180為控制器，控制基板處理裝置100之各部動作。又，關於控制器之細節，係使用圖10說明。
190為測定反應管120內壁之側部溫度的第2溫度測定部，在與第1至第3區加熱器111、112、113的對應位置，分別設置溫度感應器191、192、193，藉由加熱器110計測加熱中之反應管120內部之溫度。又，關於第1溫度測定部將於後述。
圖2表示氣體供給部150之圖1中A-A剖面箭頭圖，圖3與圖4表示圖2中由虛線包圍之區域B的細節。 氣體供給部150係如圖2所示，具有將導入管152插入至本體部151內部的構成。在安裝於本體部151之導入管152，安裝著用於對導入管152供給氣體之具備氣體導入管155的氣體導入部154、螺帽156、軸襯158。
本體部151係通過加熱器110中且前端部分1511延伸至與反應管120內面幾乎一致的面。本體部151與反應管120亦可藉由接黏劑進行接黏，亦可使本體部151與反應管120與反應管120一體形成。
於本體部151之與前端部分1511相反側，形成有突起部1512，依被覆突起部1512表面之方式安裝著金屬製之突起部護件157。又，在突起部護件157之與加熱器110面對面側，亦可形成用於冷卻突起部護件157之流通冷卻水的冷卻水流徑1571。
於導入管152之前端部分形成有開口部1531，於導入管152內部，形成有由開口部1531延伸之孔153。於導入管152之與形成有開口部1531之部分相反側，形成有凸部1523與1524，於凸部1523與1524之間的凹部1521，形成有連通孔153之孔1522。
導入管152之凸部1523與1524係嵌入至形成於氣體導入部154的孔，並設定成使導入管152之凹部1521相對向於在氣體導入部154之氣體導入管155所形成的孔1551。氣體導入管155係連接於圖13所示氣體供給源，藉由氣體種類切換手段，切換不同種類之氣體並供給。
另一方面，導入管152係設定為在將導入管152安裝於氣體導入部154與本體部151之狀態下，前端部分之開口部1531位於形成於內管130之氣體導入孔131正前方。
圖3係表示在凸部1523前端安裝了O形環1581之狀態下，由箭頭方向將導入管152插入至氣體導入部154及突起部護件157、本體部151的狀態。於此狀態下，形成於氣體導入部154之氣體導入管155的孔1551係位於與導入管152之凹部1521相對向處，通過形成於凹部1521之孔1522，與導入管152之孔153連通。
圖4係表示相對於圖3所示狀態，進一步於凸部1524與軸襯158之間安裝O形環1592，並將螺帽156安裝於形成於氣體導入部154之螺桿部且鎖緊之狀態。藉由將螺帽156鎖緊於氣體導入部154所形成的螺桿部，利用軸襯158按壓O形環1581與1592，而使O形環1581與1592發生變形，確保導入管152與氣體導入部154之間的氣密性。藉此， 從氣體導入部154之氣體導入管155至導入管152之孔153均確保氣密性，使由氣體導入管155供給至導入管152之氣體不致流出至外部。
氣體供給部150係藉由於圖13所示氣體供給源切換氣體種類，而由氣體導入管155接受氣體(原料氣體或反應氣體)之供給與惰性氣體之供給並導入至導入管152，供給至反應管120及內管130內部。
圖13表示氣體供給源之構成。氣體供給源係構成為依每種氣體共用閥與MFC，並由其分岐而由構成噴嘴330之噴嘴330-1至330-8供給至圖1所示氣體供給部150所設置的8個氣體導入管155之各者。
亦即，本發明中，係構成為：藉由MFC321控制通過氣體供給部150所供給的原料氣體之流量，藉由閥311控制氣體供給之開、關後分岐為噴嘴330-1至330-8，並由各別之噴嘴供給至氣體供給部150內部之氣體導入管155。
又，構成為：藉由MFC322控制通過氣體供給管332所供給的反應氣體之流量，藉由閥312控制氣體供給之開、關後分岐為噴嘴330-1至330-8，並由各別之噴嘴供給至氣體供給部150內部之氣體導入管155。
進而構成為：藉由MFC323控制通過氣體供給管333所供給的載體氣體之流量，藉由閥313控制氣體供給之開、關後分岐為噴嘴330-1至330-8，並由各別之噴嘴供給至氣體供給部150內部之氣體導入管155。
根據本發明，由於依每種氣體共用閥與MFC，故可使氣體供給系統之構成簡單化。
圖5表示相對於圖1所說明之氣體供給部150之構成，將由上起第1與第3及第5之導入管152，替換為於內部安裝了溫度感應器之管210-1至210-3作為測定反應管內部之第1溫度測定部210的狀態。管210-1至210-3係形成為：前端部分通過形成於內管130之氣體導入孔131並到達內管130內部的長度。
於管210-1，係計測藉由加熱器110之第1區加熱器111所加熱區域的溫度；於管210-2，係計測藉由加熱器110之第2區加熱器112所加熱區域的溫度；於管210-3，係計測藉由加熱器110之第3區加熱器113所加熱區域的溫度。
於此，設定為：第2溫度測定部190之溫度感應器191對於內管130之高度方向的測定位置係與管210-1之高度幾乎相同的高度；第2溫度測定部190之溫度感應器192之高度方向的測定位置係與管210-2之高度幾乎相同的高度；第2溫度測定部190之溫度感應器193之高度方向的測定位置係與管210-3之高度幾乎相同的高度。
尚且，管210-1至210-3前端部分亦可配置於與基板101之端相對向的位置。藉由配置於與基板101之端相對向的位置，可測定基板101上之溫度分佈。
圖6表示於管210-1至210-3內部安裝了溫度感應器211的第1溫度測定部210的剖面圖。於管210-1至210-3中，與導入管152同樣地形成有凸部2102與2103，於凸部2102與2103之間形成有凹部2101。其中，由於對管210-1至210-3並不導入氣體，故並不一定需要形成凹部2101，但為了使管210-1至210-3輕量化亦可形成凹部2101。
圖7表示第1溫度測定部210之管210-1前端部分之由圓A所包圍部分的細節。於管210-1內部形成有孔2100，但孔2100係於管210-1前端部分呈封閉，與導入管152不同而未形成開口部。另一方面，於管210-1之與前端部分相反側的端部，如圖6所示般孔2100穿透而形成開口部2104。
在形成於管210-1之孔2100內部，由開口部2104側插入溫度感應器(本實施例中為熱電偶式之溫度感應器)211，並固定於形成於管210-1之孔2100前端部附近。電線2121與2122(以下將此等總稱為電線212)係由溫度感應器211延伸至開口部2104外。
圖6及圖7表示在形成於管210-1之孔2100內部僅安裝1個溫度感應器211的例子，但本實施例中，於孔2100內部隔著既定間隔於複數處(例如4處)固定溫度感應器211。藉此，可於內管130內部之相同高度同時計測複數位置之溫度。
又，上述例子中，表示了在形成於管210-1之孔2100內部隔著既定間隔於複數處固定溫度感應器211的例子，但亦可構成為在形成於管210-1之孔2100的內部插入1個溫度感應器211且不固定，於孔2100內部一邊使溫度感應器211每次移動既定間距、一邊計測複數處之溫度。
圖8之圖表係表示藉由圖5所示之安裝於3個管210-1至210-3內部之各溫度感應器211所計測之溫度的分佈。圖8之圖表中，係表示於管210-1至210-3內部，分別安裝4個溫度感應器211並計測內管130內部之溫度的結果。
由第1溫度測定部210之各溫度感應器211進行的溫度計測，係與第2溫度測定部190之溫度感應器191、192、193同時進行。藉此，求得由第2溫度測定部190之溫度感應器191、192、193所計測之溫度，與第1溫度測定部210之安裝於管210-1至210-3內部之分別由4個溫度感應器211所計測之溫度的關係。
圖9之圖表係表示由圖8之圖表所得之內管130內部的水平方向與高度方向(垂直方向)之溫度分佈。如此，藉由於高度不同之複數處於水平方向上計測複數處之溫度，可求得內管130內部的高度方向之溫度分佈。藉此，可於內管130內部進行更高精度的溫度控制。
[控制器] 圖10為表示本實施例之基板處理裝置100之屬於控制部的控制器180之構成。控制器180係構成為具備CPU(Central Processing Unit)180a、RAM(Random Access Memory)180b、記憶裝置180c、輸出入埠(I/O埠)180d的電腦。RAM 180b、記憶裝置180c、I/O埠180d係構成為經由內部匯流排180e而可與CPU 180a進行數據交換。控制器180係可連接例如構成為觸控面板等之輸出入裝置181、或外部記憶裝置182。
記憶裝置180c係由例如快閃記憶體、HDD(Hard Disk Drive)等記憶媒體所構成。於記憶裝置180c內可讀取地儲存有控制基板處理裝置100之動作的控制程式，或記載有後述基板處理之手續或條件等的製程配方(recipe)及數據庫等。
尚且，製程配方係以將後述基板處理步驟中各手續藉控制器180執行，而可獲得既定之結果之方式組合者，作為程式而執行。
以下，亦將製程配方或控制程式等總稱、簡稱為程式。又，本說明書中於使用程式一詞的情況，係指僅含製程配方單體的情況、僅含控制程式單體的情況、或含有此兩者之情況。又，RAM 180b係構成為使藉由CPU 180a讀出之程式或數據等暫時地保存之記憶區域(工作區域)。
I/O埠180d係連接於加熱器110、或晶舟昇降器160之上下驅動馬達162、旋轉驅動馬達161、未圖示之基板搬入口、質流控制器、真空泵等。
尚且，本發明中所謂「連接」，亦包括將各部由物理性纜線相連之意義，亦包括各部之信號(電子數據)可直接或間接地進行傳送/接收的意義。例如，亦可於各部之間，設置轉送信號之機材、或者轉換或演算信號之機材。
CPU 180a係構成為自記憶裝置180c讀取控制程式並執行，且配合來自控制器180之操作指令之輸入等由記憶裝置180c讀取配方。然後，CPU 180a係構成為依照讀取之製程配方的內容，控制對加熱器110之電力供給動作、或晶舟昇降器160之上下驅動馬達162、旋轉驅動馬達161之旋轉動作、未圖示之基板搬入口之開關動作等。
尚且，控制器180並不侷限於構成為專用電腦的情形，亦可構成為通用電腦。例如，準備儲存了上述程式之外部記憶裝置(例如磁帶、軟碟或硬碟等磁碟、CD或DVD等光碟、MO等磁光碟、USB記憶體或記憶卡等半導體記憶體)182，使用此外部記憶裝置182將程式安裝於通用電腦等，藉此可構成本實施形態之控制器180。
又，用於對電腦供給程式的手段，並不侷限於經由外部記憶裝置182供給的情形。例如亦可使用網路183(網際網路或專用線路)等通訊手段，未經由外部記憶裝置182而供給程式。又，記憶裝置180c或外部記憶裝置182係構成為可被電腦讀取之記錄媒體。以下，將此等總稱、簡稱為記錄媒體。又，本說明書中於使用記錄媒體一詞的情況，係指僅含記憶裝置180c單體的情況、僅含外部記憶裝置182單體的情況、或含有此兩者之情況。
[基板處理步驟(成膜步驟)] 接著，針對使用圖1至圖10所說明之基板處理裝置100於基板101上形成膜之基板處理步驟(成膜步驟)，使用圖11進行說明。
本發明可應用於成膜製程及蝕刻製程之任一者，但作為半導體裝置(設備)之製造步驟之一步驟，以於基板101上形成SiO2 (氧化矽)層的步驟作為形成薄膜步驟之一例進行說明。形成SiO2 層等膜的步驟，係於上述基板處理裝置100之反應管120內部執行。製造步驟之執行係藉由執行在控制器180之記憶裝置180c所記憶的程式而進行。
於本實施形態之基板處理步驟(半導體裝置之製造步驟)，首先，使晶舟升降器160之上下驅動馬達162作動而使基板支撐具(晶舟)140上升，如圖1所示般將基板支撐具140插入至設置於反應管120內部的內管130中。於此狀態下，載置於基板支撐具140之基板101係相對於區隔板142呈既定高度(間隔)。
於此狀態下， (a)於加熱器110之各區加熱器111、112、113施加電力，一邊對由插入至內管130內部之基板支撐具140所保持之複數基板101進行加熱，一邊藉由第2溫度測定部測定反應管120之側部溫度；同時 使晶舟升降器160之旋轉驅動馬達161作動，使基板支撐具140依一定速度旋轉。具有： (b)對收容於內管130內部之基板101，由氣體供給部150之導入管152將Si2 Cl6 (六氯化矽)氣體供給至內管130內部的步驟； (c)停止由導入管152導入Si2 Cl6 (六氯化矽)氣體，將反應管120內部之殘留氣體由排氣管121排出至外部而去除殘留氣體的步驟； (d)對收容於內管130內部之基板101，由導入管152將O2 (氧)(或O3 (臭氧)或H2 O(水))供給至內管130內部的步驟；與 (e)停止由導入管152導入氣體，將反應管120內部之殘留氣體由排氣管121排出至外部而去除殘留氣體的步驟； 重複上述(b)~(e)之步驟複數次，於基板101上形成SiO2 層。
尚且，本說明書中於使用「基板」一語時，係有意指「基板本身」的情況、或意指「基板與形成於其表面之既定層或膜等的積層體(集合體)」的情況(亦即，包括形成於表面之既定層或膜等在內稱為基板的情況)。又，本說明書中於使用「基板表面」一語時，係有意指「基板本身之表面(露出)」的情況、或意指「形成於基板上之既定層或膜等的表面、亦即作為積層體之基板的最表面」的情況。 又，本說明書中於使用「基板」一語時，係與使用「晶圓」一語之情況同義。
接著，針對具體之成膜步驟之例，沿著圖11所示流程圖進行說明。
(製程條件設定)：S1101 首先，控制器180之CPU180a係讀取儲存於記憶裝置180c之製程配方及相關數據庫，設定製程條件。
圖12表示由CPU180a讀取之製程配方1200之一例。作為製程配方1200之主要項目，有如氣體流量1210、溫度數據1220、處理周期數1230等。
氣體流量1210係有由未圖示之氣體供給源通過氣體供給部150之導入管152供給至反應管120及內管130內部的原料氣體流量1211、反應氣體流量1212、載體氣體流量1213等項目。
作為溫度數據1220，有根據事先求得之藉由第2溫度測定部190之溫度感應器191、192、193所計測之溫度，與安裝於屬於第1溫度測定部210之管210-1至210-3內部之分別由4個溫度感應器211所計測之溫度的關係，對加熱器110之各區加熱器111、112、113的加熱溫度1221(各區加熱器111、112、113的施加電壓)。
(基板搬入)：S1102 依於基板支撐具140各搭載並保持了1片新基板101的狀態，驅動晶舟升降器160之上下驅動馬達162使基板支撐具140上升，將基板支撐具140搬入至設置於反應管120內側的內管130內部。
(壓力調整)：S1103 依基板支撐具140搬入至內管130內部的狀態，藉由未圖示之真空泵將反應管120內部由排氣管121進行真空排氣，將反應管120內部調整為所需壓力。
(溫度調整)：S1104 根據於步驟S401所讀取之配方，在藉由未圖示之真空泵進行真空排氣使反應管120內部成為所需壓力的狀態下，藉由加熱器110對反應管120內部進行加熱。此時，依反應管120內部成為所需溫度分佈之方式，使用由第2溫度測定部190之溫度感應器191、192、193所計測的溫度資料，根據於圖5所示構成下事先測定之內管130內部中於基板101之表面附近之複數處的溫度分佈數據與此時藉第2溫度測定部190之溫度感應器191、192、193所計測之溫度間的關係，於CPU180a中推算基板101表面附近之複數處的溫度分佈，對加熱器110之各區加熱器111、112、113之通電量(施加電壓)進回饋控制。此溫度控制係至少在對基板101之處理結束為止的期間持續進行。
又，使用第2溫度測定部190之溫度感應器191、192、193所計測的溫度資料，控制晶舟升降器160之旋轉驅動馬達161之作動，調整基板支撐具140之旋轉速度。
亦即，根據於圖5所示構成下事先測定之內管130內部中於基板101表面附近之複數處的溫度分佈數據與此時藉第2溫度測定部190之溫度感應器191、192、193所計測之溫度間的關係，使用第2溫度測定部190之溫度感應器191、192、193所計測之溫度數據，於CPU180a中預測基板101表面附近之複數處之溫度。
然後，在所預測之溫度高於事先設定之溫度時，控制旋轉驅動馬達161之作動使基板支撐具140之旋轉速度提升為高於事先設定之旋轉速度。另一方面，在所預測之溫度低於事先設定之溫度時，控制旋轉驅動馬達161之作動使基板支撐具140之旋轉速度降低為低於事先設定之旋轉速度。
[SiO2 層形成步驟]：S1105 接著，為了形成作為第1層之例如SiO2 層，執行以下詳細步驟。
(原料氣體供給)：S11051 控制旋轉驅動馬達161之作動依將保持著基板101之基板支撐具140的旋轉速度維持於事先設定之速度的狀態下，由氣體供給部150之導入管152對反應管120內部將屬於原料氣體之Si2 Cl6 氣體依經流量調整的狀態流通。供給至反應管120之原料氣體係通過形成於內管130之氣體導入孔131而供給至內管130內部，一部分未供給至內管130內部而滯留於內管130與反應管120之間的空間。由導入管152所供給之原料氣體中，未用於基板101表面之反應的氣體，係由形成於內管130之縫隙132流出至反應管120側而由排氣管121被排氣。
藉由從導入管152對內管130內部導入Si2 Cl6 氣體，而對由基板支撐具140所保持之基板101供給Si2 Cl6 氣體。所供給之Si2 Cl6 氣體的流量，作為一例係設為0.002~1slm(每分鐘標準公升)之範圍、更佳係0.1~1slm之範圍。
此時，與Si2 Cl6 氣體一起將作為載體氣體之N2 (氮)氣體或Ar(氬)氣等惰性氣體由導入管152供給至反應管120內部，並由排氣管121被排氣。載體氣體之具體流量係設為0.01~5slm之範圍、更佳係0.5~5slm之範圍。
載體氣體之N2 氣體係由導入管152供給至反應管120內部，一部分通過形成於內管130之氣體導入孔131而進入至內管130內部。另一方面，供給至反應管120內部之N2 氣體之大部分係由反應管120與內管130之間通過排氣管121而被排氣。此時，加熱器110之各區加熱器111、112、113之溫度，係設定為使由基板支撐具140所支撐並排列於上下方向之基板101的溫度，遍及各基板101之全面成為例如250~550℃之範圍內之溫度。
於內管130內部所流通之氣體僅有Si2 Cl6 氣體與N2 氣體，藉由將Si2 Cl6 氣體供給至內管130，於基板101(表面之基底膜)上形成例如未滿1原子層至數原子層左右之厚度的含Si層。
(原料氣體排氣)：S11052 對內管130內部依既定時間經由導入管152供給屬於原料氣體之Si2 Cl6 氣體，於加熱為既定溫度範圍之基板101表面形成含Si層後，停止Si2 Cl6 氣體之供給。此時，藉由未圖示之真空泵對反應管120內部進行真空排氣，將包括內管130在內之反應管120內所殘留的未反應或用於形成含Si層後之Si2 Cl6 氣體，由內管130及反應管120之內部排除。
此時，維持由導入管152將屬於載體氣體之N2 氣體供給至反應管120內部。N2 氣體作用為沖洗氣體，可提高將反應管120內部所殘留的未反應或用於形成含Si層後之Si2 Cl6 氣體由內管130及反應管120之內部排除的效果。
(反應氣體供給)：S11053 將內管130及反應管120之內部殘留氣體去除後，由導入管152將屬於反應氣體之O2 氣體供給至內管130內部。將未用於反應之O2 氣體由內管130及反應管120經由排氣管121進行排氣。藉此，對基板101供給O2 。具體而言，所供給之O2 氣體之流量係設為0.2~10slm之範圍、更佳係1~5slm之範圍。
此時，停止由導入管152供給N2 氣體，設為對內管130及反應管120之內部停止供給N2 氣體的狀態，使N2 氣體不與O2 氣體一起供給至反應管120內部。亦即，O2 氣體不被N2 氣體稀釋而供給至反應管120及內管130之內部，故可提升SiO2 層之成膜速率。此時之加熱器110之溫度設定為與Si2 Cl6 氣體供給步驟相同的溫度。
此時，於反應管120及內管130之內部流通之氣體僅為O2 氣體。O2 氣體係與原料氣體(Si2 Cl6 )供給步驟(S11051)中形成於基板101上之含Si層之至少一部分進行取代反應。取代反應時，含Si層所含之Si與O2 氣體所含之O鍵結，於基板101上形成含有Si與O之SiO2 層。
(殘留氣體排氣)：S11054 形成了SiO2 層後，停止由導入管152對反應管120內部及內管130內部的O2 氣體供給。然後，藉由與步驟S11052相同之處理手續，將反應管120內部及內管130內部所殘留之未反應或用於形成SiO2 層後之O2 氣體或反應副產物從反應管120內部及內管130內部排除。
(實施既定次數) 將依序進行步驟S1105中之上述詳細步驟S11051~步驟S11055的周期進行1次以上(既定次數(n次))，藉此於基板101上形成既定厚度(例如0.1~2nm)之SiO2 層。上述周期較佳係重複複數次，例如較佳係進行約10~80次、更佳係進行約10~15次，藉此可於基板101表面形成具有均勻膜厚分佈的薄膜。
在上述說明之開始原料氣體供給起至結束反應氣體之殘留氣體排氣為止，依反應管120內部成為所需溫度分佈之方式，使用由第2溫度測定部190之溫度感應器191、192、193所計測之溫度資料，根據使用第1溫度測定部210事先測定之內管130內部中於基板101之表面附近之複數處的溫度分佈數據與此時由第2溫度測定部190之溫度感應器191、192、193所計測之溫度間的關係，於CPU180a中推算基板101表面附近之複數處的溫度，根據所推算之溫度數據對加熱器110之各區加熱器111、112、113之通電量(施加電壓)進行回饋控制。
又，使用由第2溫度測定部190之溫度感應器191、192、193所計測之溫度資料，控制晶舟升降器160之旋轉驅動馬達161之作動，調整基板支撐具140之旋轉速度。
(後沖洗)：S1106 將上述步驟S1105之一連串步驟重複執行既定次數後，由導入管152將N2 氣體供給至反應管120內部及內管130內部，並由排氣管121排氣。N2 氣體作用為沖洗氣體，藉此以惰性氣體沖洗反應管120內部及內管130內部，殘留於反應管120內部及內管130內部之氣體或副產物由反應管120內被去除。又，藉由停止對加熱器110之經區塊化的各區加熱器111、112、113的電力施加，停止由加熱器110進行之加熱，停止晶舟升降器160之旋轉驅動馬達161的作動，停止基板支撐具140之旋轉。 (基板搬出)：S1107 其後，使晶舟升降器160之上下驅動馬達162作動，使基板支撐具(晶舟)140由反應管120之內管130下降，將表面形成了既定厚度之薄膜的基板101由基板支撐具140取出。 (降溫)：S1108 最後，依停止了對加熱器110之各區加熱器111、112、113的電力施加之狀態，使加熱器110之溫度下降，藉此結束基板101之處理。
上述說明之例中，針對於基板101上形成SiO2 膜的例子進行了說明，但本實施例並不限定於此。例如亦可取代SiO2 膜，形成Si3 N4 (氮化矽)膜或TiN(氮化鈦)膜。又，並不限定於此等膜。例如亦可應用於由W、Ta、Ru、Mo、Zr、Hf、Al、Si、Ge、Ga等或者與此等元素同族之元素所構成的元素單體之膜，或此等元素與氮之化合物膜(氮化膜)，此等元素與氧之化合物膜(氧化膜)等。又，於形成此等膜時，可使用上述含鹵素氣體、或含有鹵元素、胺基、環戊基、氧(O)、碳(C)、烷基等之至少任一者的氣體。
根據本實施例，可針對複數片基板遍及各片基板之全面，將成膜中之基板溫度幾乎均勻地保持於所需溫度，可穩定實施對在反應管內部於上下方向隔著既定間隔設置的複數晶圓之表面施行的均質之成膜處理。
又，根據本發明，可兼顧到對積載於晶舟之複數片晶圓均勻地進行成膜處理、與根據測定處理室溫度之熱電偶之測溫結果回饋控制加熱器，而可提供能對在反應管內部於上下方向隔著既定間隔設置的複數晶圓之表面施行均質之成膜處理的基板處理裝置。 [實施例2]
作為本發明第2實施例相關的基板處理裝置200，針對於第1實施例所說明之基板處理裝置100的圖1構成中，在氣體供給部150之氣體導入部154中，於突起部護件157側安裝了加熱器230的構成，使用圖14進行說明。針對與第1實施例所說明之圖1構成相同的構成元件係加註相同元件符號，並避免重複說明。
在藉由固定於反應管120內部之第2溫度測定部190所測定之反應管120內部之溫度較事先設定之溫度低的情況，於實施例1，係對構成加熱器110之各區加熱器111、112、113施加電力而於內管130內部對由基板支撐具(晶舟)140所保持之基板101進行加熱的構成。
然而，在因為某種原因而構成加熱器110之各區加熱器111、112、113的溫度由既定溫度大幅偏離的情況等，即使將對各區加熱器111、112、113施加之電力增大，仍有無法立即使各區加熱器111、112、113之溫度追上的情形。
相對於此，本實施例中，構成為於氣體導入部154之突起部護件157側安裝了加熱器230，並構成為在供給至反應管120內部前，藉由加熱器230於形成於導入管152之孔153內部對氣體進行加熱。
亦即，構成為在藉由固定於反應管120內部之第2溫度測定部190所測定之與構成加熱器110之各區加熱器111、112、113之位置對應的反應管120內部之溫度，低於事先設定之溫度的情況下，在對構成加熱器110之各區加熱器111、112、113施加電力而於內管130內部對由基板支撐具140(晶舟)所保持之基板101施行加熱的同時，對安裝於氣體導入部154之突起部護件157側的加熱器230施加電力而對氣體導入部154及插入於氣體導入部154之導入管152進行加熱，對通過導入管152之孔153內部且供給至反應管120內部的氣體進行加熱。
藉由設為此種構成，可迅速對應藉由第2溫度測定部190所測定之反應管120內部的溫度變動，可將基板101上形成之膜的品質保持為一定。
又，藉由構成為在氣體導入部154之突起部護件157側安裝了加熱器230的構成，可藉由加熱器230對供給至反應管120內部的氣體進行預備加熱，使剛導入至內管130內部後之氣體的溫度、與滯留於內管130內部之氣體的溫度差減小，可使形成於基板101上之膜的品質保持為一定。
根據以上說明之本實施例及變形例，根據事先計測之數據，在基板上進行成膜中，可對各區加熱器進行溫度控制，故可使處理中之基板溫度呈幾乎均勻，可穩定維持於複數排列之基板之各表面上形成高品質的薄膜。
尚且，本發明亦包含以下般之實施形態。 (1)具有： 收容基板之反應管；與 位於上述反應管側方，朝上述基板之水平方向延伸配置的收容部； 上述收容部係構成為可插入： 由上述反應管之外側，朝上述基板之水平方向延伸配置的氣體供給噴嘴；與 由上述反應管之外側，朝上述基板之水平方向延伸配置的第1溫度測定部。 (2)相對於上述收容部具有縫隙，並具有包圍上述反應管的加熱部。 (3)上述加熱部係沿著上述反應管之外壁配置。 (4)於反應管中使基板朝垂直方向配置複數片，上述氣體供給噴嘴係依上述基板之片數份配置。 (5)上述複數之上述噴嘴收容部之各者，係構成為使上述氣體供給噴嘴配置於上述基板之間。 (6)上述第1溫度測定部係配置於每個加熱部。 (7)具有根據上述第1溫度測定部所輸出之溫度數據(電壓值、溫度數據)，控制上述加熱部的控制器。 (8)上述加熱部係於垂直方向上複數設置； 具有根據上述第1溫度測定部所輸出之溫度數據，分別控制上述複數之加熱部的控制器。 (9)具有使支撐上述基板之基板支撐部(晶舟)旋轉的旋轉機構； 一邊使上述旋轉機構旋轉，一邊藉由上述第1溫度測定部測定上述反應管內之溫度。 (10)上述收容部係構成為可由上述反應管之外側，插入朝上述基板之水平方向延伸配置的第2溫度測定部。 (11)第2溫度測定部係插入至上述氣體供給噴嘴所插入處。 (12)上述第2溫度測定部係構成為可將第2溫度測定部之前端插入至基板端為止。 (13)上述第2溫度測定部係於相對於上述基板面呈水平方向上具有複數之溫度測定點。 (14)複數設置第2溫度測定部，一邊由複數之第2溫度測定部內抽除至少一者、一邊進行測定。 (15)具有使上述第2溫度測定部於水平方向上動作的動作部1410。動作部1410係如圖15所示般，構成為可相對於基板面於水平方向上動作。第2溫度測定部係固定於連接至動作部1410的第2溫度測定部之保持部1420。又，保持部1420係於第2溫度測定部內，依至少可使電線212水平移動之方式保持電線212。亦即，亦可構成為在固定著管210-1至210-3之位置之下，可使溫度感應器211之位置移動而測定溫度。藉由如此構成，可抑制因管210-1至210-3之移動所造成的氣流變化。 (16)藉由上述動作部，一邊抽除上述溫度測定部、一邊進行溫度測定。 (17)根據上述一邊抽除、一邊測定的結果，生成溫度分佈數據。 (18)根據上述溫度分佈數據，控制加熱部。 (19)根據上述溫度分佈數據，控制旋轉速度。 (20)根據上述溫度分佈數據，控制氣體之預備加熱溫度。 (21)第2溫度測定部係具有保護管與設於保護管內之內管； 構成為可僅抽除上述內管。 保護管係構成為耐壓。 可於接近實際處理之環境下進行溫度測定
又，上述係針對複數設置了收容部的例進行了記載，但並不限定於此，亦可為一個。
又，上述係針對於基板支撐具保持複數基板的構成進行了記載，但並不限定於此，亦可於基板支撐具保持一片基板而進行處理，或可使基板支撐具構成為可保持一片基板。
又，上述係針對成膜步驟作為半導體裝置之製造步驟之一步驟進行了記載，但並不限定於成膜步驟，亦可應用於熱處理或電漿處理等步驟中。
又，上述係針對可實施半導體裝置之製造步驟之一步驟的基板處理裝置進行了記載，但並不限定於此，亦可為對陶瓷基板、液晶裝置之基板、發光裝置之基板等基板進行處理的基板處理裝置。
100:基板處理裝置 101:基板 110:加熱器 111～113:區加熱器 120:反應管 121:排氣管 130:內管 131:氣體導入孔 132:縫隙 140:基板支撐具(晶舟) 141:區隔板支撐部 142:區隔板 143:頂板 144:支柱 150:氣體供給部 151:本體部 152:導入管 153,1522,1551,2100:孔 154:氣體導入部 155:氣體導入管 156,165:螺帽 157:突起部護件 158:軸襯 160:晶舟升降器 161:上下驅動馬達 162:旋轉驅動馬達 163:滾珠螺桿 164:台 166:導軸 167:螺桿軸承 168:上台 171:架台框 180:控制器 180a:CPU 180b:RAM 180c:記憶裝置 180d:I/O埠 180e:內部匯流排 181:輸出入裝置 182:外部記憶裝置 190:第2溫度測定部 191～193:溫度感應器 210:第1溫度測定部 210-1～210-3:管 211:溫度感應器 212:電線 300:氣體供給部加熱器 321:MFC 331:閥 330-1~330-8:噴嘴 1511:前端部 1512:突起部 1521,2101:凹部 1523,1524,2102,2103:凸部 1531,2104:開口部 1571:冷卻水流徑 1581,1592:O型環 1711:上面
圖1為表示本發明第1實施例之基板處理裝置之主要部構成的剖面圖。 圖2為表示本發明第1實施例之基板處理裝置之氣體供給部構成的圖1中A-A剖面箭頭圖。 圖3為表示將本發明第1實施例之基板處理裝置之氣體供給部插入至內管之狀態的圖2中B部細節的剖面圖。 圖4為表示將本發明第1實施例之基板處理裝置之氣體供給部插入至內管並安裝了螺帽之狀態的圖2中B部細節的剖面圖。 圖5為表示本發明第1實施例之基板處理裝置之主要部構成，表示將氣體供給部之一部分與溫度計測部替換之狀態的剖面圖。 圖6為表示本發明第1實施例之基板處理裝置之溫度計測部構成的剖面圖。 圖7為放大表示本發明第1實施例之基板處理裝置之溫度計測部之圖6中C部細節的剖面圖。 圖8為表示藉由本發明第1實施例之基板處理裝置所設置之複數溫度計測部進行計測所得的水平方向與溫度之關係的圖表。 圖9為表示從藉由本發明第1實施例之基板處理裝置所設置之複數溫度計測部進行計測所得的水平方向與溫度之關係所獲得的水平方向與高度方向之溫度分佈的圖表。 圖10為表示本發明第1實施例之基板處理裝置之控制部構成的區塊圖。 圖11為表示本發明第1實施例之基板處理方法之處理流程的流程圖。 圖12為表示藉由本發明第1實施例之基板處理裝置之控制部進行控制之項目的列表。 圖13為表示實施例2之基板處理裝置之氣體供給部之詳細構成的區塊圖。 圖14為表示本發明第2實施例之基板處理裝置之主要部構成的剖面圖。 圖15表示本發明實施形態之基板處理裝置之主要部構成，表示將氣體供給部之一部分與具備驅動機構部之溫度計測部替換之狀態的剖面圖。
100:基板處理裝置
101:基板
110:加熱器
111~113:區加熱器
120:反應管
121:排氣管
130:內管
131:氣體導入孔
132:縫隙
140:基板支撐具(晶舟)
141:區隔板支撐部
142:區隔板
143:頂板
144:支柱
150:氣體供給部
151:本體部
152:導入管
153:孔
154:氣體導入部
155:氣體導入管
156,165:螺帽
157:突起部護件
160:晶舟升降器
161:上下驅動馬達
162:旋轉驅動馬達
163:滾珠螺桿
164:台
166:導軸
167:螺桿軸承
168:上台
171:架台框
180:控制器
190:第2溫度測定部
191~193:溫度感應器
1711:上面

Claims (18)

  1. 一種基板處理裝置，係具備： 保持基板之基板保持具； 於內部收容上述基板保持具之反應管； 配置於上述反應管周圍之加熱部； 可收容氣體供給噴嘴與第1溫度測定部之任一者或兩者的收容部，該氣體供給噴嘴係配置於上述反應管之側方，由上述反應管之外側朝上述反應管之內部，相對於保持於上述基板保持具之上述基板的表面朝水平方向延伸配置，該第1溫度測定部係由上述反應管之外側朝上述反應管之內部，相對於保持於上述基板保持具之上述基板的表面朝水平方向延伸配置。
  2. 如請求項1之基板處理裝置，其中，上述收容部係構成為收容複數之氣體供給噴嘴。
  3. 如請求項2之基板處理裝置，其中，上述基板保持具係構成為複數保持上述基板； 上述收容部係依使上述複數之氣體供給噴嘴之高度方向位置位於由上述基板保持具所保持之複數之上述基板間的方式進行收容。
  4. 如請求項1之基板處理裝置，其進一步具備： 固定於上述反應管之內部，測定上述反應管之內部溫度的第2溫度測定部； 上述第1溫度測定部係可裝卸地收容於上述收容部中。
  5. 如請求項4之基板處理裝置，其中，上述加熱部係具有複數之區加熱器，上述第2溫度測定部係具有對應至上述複數之區加熱器之各別高度的複數之溫度感應器。
  6. 如請求項5之基板處理裝置，其中，上述第1溫度測定部係於對應至上述複數之區加熱器之各別高度的位置收容於上述收容部中。
  7. 如請求項1之基板處理裝置，其中，上述加熱部係具有複數之區加熱器； 上述第1溫度測定部係收容於上述收容部之與上述複數之區加熱器對應的位置，於與上述複數之區加熱器對應的位置具有複數之溫度感應器。
  8. 如請求項7之基板處理裝置，其中，上述第1溫度測定部係同時計測與上述複數之區加熱器對應之複數位置的溫度。
  9. 如請求項7之基板處理裝置，其進一步具有控制器，上述控制器係根據藉由上述第1溫度測定部所計測之於與上述複數之區加熱器對應之位置的複數點之溫度的分佈數據，控制上述加熱部之上述複數之區加熱器。
  10. 如請求項9之基板處理裝置，其進一步具備對上述基板保持具進行旋轉驅動的旋轉驅動部； 上述控制器係根據藉由上述第1溫度測定部所計測之於與上述複數之區加熱器對應之位置的複數點之溫度的分佈數據，控制上述旋轉驅動部而調整上述基板保持具的旋轉速度。
  11. 如請求項9之基板處理裝置，其進一步具備對氣體供給噴嘴進行加熱的氣體供給噴嘴加熱部； 上述控制器係根據藉由上述第1溫度測定部所計測之於與上述複數之區加熱器對應之位置的上述複數點之溫度的分佈數據，控制上述氣體供給噴嘴加熱部，而控制由上述氣體供給噴嘴供給至上述反應管之內部的氣體之加熱溫度。
  12. 如請求項1之基板處理裝置，其中，上述收容部中，收容上述氣體供給噴嘴之部分與收容上述第1溫度測定部之部分為共通部分。
  13. 如請求項1之基板處理裝置，其中，上述反應管係於內部具備內管，於上述內管之內部收容上述基板保持具；於上述內管，將從收容於上述收容部之上述氣體供給噴嘴供給至上述反應管內部之氣體導入至上述內管內部的孔，形成為與上述氣體供給噴嘴之前端部分相對向。
  14. 一種半導體裝置之製造方法，係具有： 將基板保持具收容於反應管之內部的步驟； 對上述反應管進行加熱的步驟； 藉由設於上述反應管之側方並收容於收容部的第1溫度測定部，測定上述反應管內之溫度的步驟； 依於上述基板保持具保持著基板的狀態，將其收容於上述反應管之內部的步驟；與 根據上述測定之結果，對上述基板進行加熱而進行處理的步驟。
  15. 如請求項14之半導體裝置之製造方法，其中，在上述進行處理的步驟前，根據藉由上述第1溫度測定部所測定之溫度與藉由設於上述反應管內部之第2溫度測定部所測定之溫度的關係，控制對上述反應管進行加熱的加熱部。
  16. 如請求項14之半導體裝置之製造方法，其中，根據在對上述基板進行處理的步驟前藉由上述第1溫度測定部所測定之溫度、與藉由設於上述反應管內部之內部溫度測定部所測定之溫度的關係，於對上述基板進行處理的步驟中，依取代上述第1溫度測定部而於上述收容部中收容了氣體供給噴嘴的狀態，根據藉由設於上述反應管內部之第2溫度測定部所測定之上述反應管之內部之溫度數據，推算上述反應管之內部且上述基板之上面附近的溫度，根據上述推算之結果控制上述基板保持具的旋轉。
  17. 如請求項14之半導體裝置之製造方法，其中，根據在對上述基板進行處理的步驟前藉由上述第1溫度測定部所測定之溫度、與藉由設於上述反應管內部之內部溫度測定部所測定之溫度的關係，於對上述基板進行處理的步驟中，依取代上述第1溫度測定部而於上述收容部中收容了氣體供給噴嘴的狀態，根據藉由設於上述反應管內部之第2溫度測定部所測定之上述反應管之內部之溫度數據，控制由氣體供給用噴嘴供給至上述反應管之內部的氣體之預備加熱溫度。
  18. 一種程式，係藉由電腦使基板處理裝置實行下述手續： 將基板保持具收容於反應管之內部的手續； 對上述反應管進行加熱的手續； 藉由設於上述反應管之側方並收容於收容部的第1溫度測定部，測定上述反應管內之溫度的手續； 依於上述基板保持具保持著基板的狀態，將其收容於上述反應管之內部的手續；與 根據上述測定之結果，對上述基板進行加熱而進行處理的手續。
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