TWI505366B - 基板處理裝置及基板處理方法 - Google Patents

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TWI505366B
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Masakazu Shimada
Takeo Hanashima
Haruo Morikawa
Akira Hayashida
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Description

基板處理裝置及基板處理方法
本發明係關於處理半導體晶圓等之基板的基板處理裝置及基板處理方法。
例如，專利文獻1揭示一種基板處理裝置，其係使用在指定時間內使基板之加熱溫度變化時所產生的基板端部之溫度及中心部之溫度的偏差、及基板端部之溫度及中心部之溫度的定額偏差，求取實現所需之平均溫度偏差M用的變化溫度量N，控制對基板之加熱溫度，以使形成於基板之膜厚均勻化。
然而，即使實現所需之平均溫度偏差M時，在形成於基板之膜厚均勻性上仍有限度。
[專利文獻1]國際公開第2005/008755號冊子
本發明之目的在提供一種可控制形成於基板之膜厚度的均一性之基板處理裝置及基板處理方法。
為達成上述目的，本發明之基板處理裝置，其具備：處理基板的處理室；從基板之外周側對收容於該處理室內之基板進行光加熱之加熱裝置；藉由使流體流動於該加熱裝置進行光加熱之基板的外周附近，以冷卻基板之外周側的冷卻裝置；感測該處理室內之溫度的溫度感測部；及加熱控制部，係根據該溫度感測部所感測之溫度，一面將該基板之中心部的溫度維持在指定溫度，一面以在該中心部與該基板之端部設置溫度差的方式來控制該加熱裝置及該冷卻裝置。
 [本發明之背景]
為了有助於本發明之理解，在實施形態之說明前，首先說明開發完成本發明之背景。
[半導體處理裝置1]
第1圖為可應用本發明之半導體處理裝置1的全體構成的示意圖。
第2圖為第1圖所示之晶舟14及收容有晶圓12之狀態的處理室3的例示圖。
第3圖為第1,2圖所示處理室3之周邊構成部分及對處理室3進行控制之第1控制程式40的構成的示意圖。
半導體處理裝置1係例如用以處理半導體等之基板的所謂減壓CVD裝置。
如第1圖所示，半導體處理裝置1係由晶圓匣授受單元100、設於晶圓匣授受單元100之背面側的晶圓匣暫存盒102、設於晶圓匣暫存盒102上方之緩衝晶圓匣暫存盒104、設於晶圓匣暫存盒102之背面側的晶圓移動機106、設於晶圓移動機106之背面側而用以運送設定有晶圓12之晶舟14的晶舟昇降器108、設於晶圓移動機106之上方的處理室3、及控制部2所構成。
[處理室3]
如第2圖所示，第1圖所示處理室3係由中空之加熱器32、外管(outer tube)360、內管(inner tube)362、氣體導入噴嘴340、爐口蓋344、排氣管346、旋轉軸348、例如由不鏽鋼構成之集氣管350、O型環351、冷卻氣體通道352、排氣通道354、排氣部355及處理氣體流量控制裝置等其他構成部分(參照第3圖容待後述)所構成，其側部係由隔熱材料300-1所被覆，而上部係由隔熱材料300-2所被覆。
另外，在晶舟14之下部設有複數塊隔熱板140。
外管360係由可透光之例如石英所構成，其形成為下部具有開口之圓筒狀的形態。
內管362係由可透光之例如石英所構成，其形成為圓筒狀的形態，且與外管同心圓狀地配置於外管360之內側。
因此，在外管360與內管362之間形成有圓筒狀的空間。
加熱器32包含：熱電偶等之外部溫度感測器322-1～322-4，係配設於可對各個加熱器進行溫度設定及調節的4個溫度調節部分(U,CU,CL,L)320-1～320-4與外管360之間；及熱電偶等之內部溫度感測器(爐內TC)324-1～324-4，係對應於溫度調整部分320-1～320-4而配設於外管360內。
內部溫度感測器324-1～324-4係可設於內管362之內側，亦可設於內管362與外管360之間，亦可設成為在各溫度調整部分320-1～320-4被分別彎曲，以感測晶圓12與晶圓12之間的晶圓中心部的溫度。
加熱器32之各溫度調整部分320-1～320-4，係自外管360之周圍放射例如用以光加熱晶圓12的光，藉由透過外管360而吸收於晶圓12之光線來昇溫(加熱)晶圓12。
冷卻氣體通道352係形成於隔熱材料300-1與外管360之間而使冷卻氣體等之流體通過，朝向外管360之上方，使設於隔熱材料300-1之下端部的吸氣孔353所供給之冷卻氣體通過。
冷卻氣體例如係空氣或氮氣(N2 )等。
另外，冷卻氣體通道352係自溫度調整部分320-1～320-4的各個之間，朝向外管360吹出冷卻氣體。
冷卻氣體係用以冷卻外管360，被冷卻後之外管360係自周方向(外周側)冷卻設定於晶舟14上的晶圓12。
藉由通過冷卻氣體通道352之冷卻氣體，可從周方向(外周側)來冷卻外管360、及設定於晶舟14上的晶圓12。
在冷卻氣體通道352之上方設有排氣通道354。排氣通道354係將自吸氣孔353所供給而朝向上方通過冷卻氣體通道352的冷卻氣體，朝隔熱材料300-2之外側引導。
另外，在排氣通道354上設有用以排放冷卻氣體之排氣部355。
排氣部355具有鼓風機等之冷卻氣體排氣裝置356及散熱器357，將由排氣通道354導向隔熱材料300-2之外側的冷卻氣體，自排氣孔358排出。
散熱器357係藉由冷卻水等，將在處理室3內冷卻外管360及晶圓12而昇溫之冷卻氣體加以冷卻。
又，在吸氣孔353及散熱器357之附近分別設有閘門359，藉由未圖示之閘門控制部，控制冷卻氣體通道352及排氣通道354的開閉。
另外，如第3圖所示，在處理室3上附設有溫度控制裝置370、溫度測定裝置372、處理氣體流量控制裝置(質量流控制器：MFC)374、晶舟昇降器控制裝置(昇降器控制器：EC)376、壓力感測器(PS)378、壓力調整裝置(APC：Auto Pressure Control(valve))380、處理氣體排氣裝置(EP)382及變頻器384。
溫度控制裝置370係依照控制部2的控制來分別驅動溫度調整部分320-1～320-4。
溫度測定裝置372係感測各溫度感測器322-1～322-4及324-1～324-4的溫度，並作為溫度測定值而輸出至控制部2。
晶舟昇降器控制裝置(EC)376係依照來自控制部2之控制來驅動晶舟昇降器108。
壓力調整裝置(以下稱為APC)380，例如係使用APC、N2鎮流控制器等。
另外，EP382例如係使用真空泵等。
變頻器384係控制冷卻氣體排氣裝置356之鼓風機的轉速。
[控制部2]
第4圖為第1圖所示之控制部2的構成的示意圖。
如第4圖所示，控制部2係由CPU200、記憶體204、包含顯示裝置、觸控面板及鍵盤‧滑鼠等之顯示輸入部22、及HD‧CD等之記錄部24所構成。
亦即，控制部2係包含可控制半導體處理裝置1之一般電腦的構成部分。
控制部2係藉由該些構成部分，執行減壓CVD處理用之控制程式(例如，第3圖所示之控制程式40)，以控制半導體處理裝置1之各構成部分，對半導體晶圓12執行以下所述之減壓CVD處理。
[第1控制程式40]
再參照第3圖。
如第3圖所示，控制程式40係由製程控制部400、溫度控制部410、處理氣體流量控制部412、驅動控制部414、壓力控制部416、處理氣體排氣裝置控制部418、溫度測定部420、冷卻氣體流量控制部422、及溫度設定值記憶部424所構成。
控制程式40例如係介由記錄媒體240(第4圖)而供給於控制部2，並下載於記憶體204而被執行。
溫度設定值記憶部424係記憶對於晶圓12之處理方法的溫度設定值，並輸出到製程控制部400。
製程控制部400係根據使用者對於控制部2之顯示輸入部22(第4圖)的操作、或是記錄於記錄部24之處理步驟(處理方法)等，對控制程式40之各構成部分進行控制，如後述，而執行對晶圓12之減壓CVD處理。
溫度控制部420係介由溫度測定裝置372而接受溫度感測器322,324之溫度測定值，並輸出到製程控制部400。
溫度控制部410係自製程控制部400接受溫度設定值及溫度感測器322,324之溫度測定值，並對溫度調整部分320供給之電力進行回饋控制，以加熱外管360之內部，而使晶圓12達到所需之溫度。
處理氣體流量控制部412係控制MFC374，以調整供給於外管360內部之處理氣體或惰性氣體的流量。
驅動控制部414係控制晶舟昇降器108，以進行晶舟14及保持於該晶舟14上的晶圓12的昇降。
另外，驅動控制部414係控制晶舟昇降器108，介由旋轉軸348而使晶舟14及保持於該晶舟14上的晶圓12旋轉。
壓力控制部416係PS378接受自外管360內之處理氣體的壓力測定值，對APC380進行控制，以使外管360內部之處理氣體成為所需的壓力。
處理氣體排氣裝置控制部418係控制EP382，以排出外管360內部之處理氣體或惰性氣體。
冷卻氣體流量控制部422係介由變頻器384以控制冷卻氣體排氣裝置356所排出之冷卻氣體的流量。
又，在以下之說明中，在未特定地顯示溫度調整部分320-1～320-4等具有複數構成部分的任一個的情況，只簡單記為溫度調整部分320。
另外，在以下之說明中，雖有顯示溫度調整部分320-1～320-4等之構成部分的個數的情況，但構成部分之個數係為了說明上的具體化及明確化而例示者，其並不是意圖限定本發明之技術範圍而列舉者。
在外管360下端與集氣管350之上部開口部之間、及爐口蓋344與集氣管350之下部開口部之間，配設有O形環351，使外管360與集氣管350之間被氣密性地密封。
惰性氣體或處理氣體係介由位於外管360下方之氣體導入噴嘴340，而導入外管360內。
在集氣管350上部安裝有連接於PS378、APC380及EP382的排氣管346(第2圖)。
流動於外管360與內管362之間的處理氣體，係介由排氣管346、APC380及EP382而排出於外部。
APC380係藉由依PS378之外管360內的壓力測定值的控制，以外管360之內部成為預定的所需壓力的方式，根據壓力控制部416之指示進行調整。
亦即，APC380係在欲使外管360內為常壓之方式導入惰性氣體時，以外管360內成為常壓之方式，根據壓力控制部416之指示進行調整，或是在將外管360內設為低壓，而欲導入用以處理晶圓12之處理氣體時，以外管360內成為所需之低壓力的方式，根據壓力控制部416之指示進行調整。
保持多數片之半導體基板(晶圓)12的晶舟14，係連結有晶舟14之下部旋轉軸348。
另外，旋轉軸348係連結於晶舟昇降器108(第1圖)，晶舟昇降器108係根據介由EC376之控制，而以指定之速度使晶舟14昇降。
另外，晶舟昇降器108係介由旋轉軸348，而以指定之速度使晶圓12及晶舟14旋轉。
被處理物之晶圓12，係在裝填於晶圓匣盒490(第1圖)之狀態下被運送，而運載到晶圓匣授受單元100。
晶圓匣授受單元100係將該晶圓12移載於晶圓匣暫存盒102或緩衝晶圓匣暫存盒104。
晶圓移動機106係自晶圓匣暫存盒102取出晶圓12，以水平狀態多段地裝填於晶舟14上。
晶舟昇降器108係使裝填有晶圓12之晶舟14上昇而導向處理室3內。
另外，晶舟昇降器108係將裝填有已完成處理之晶圓12之晶舟14下降而自處理室3內取出。
[晶圓12之溫度及膜厚]
第5圖係作為半導體處理裝置1(第1圖)之處理對象的晶圓12的形狀的例示圖。
晶圓12之面(以下，只將晶圓12之面均簡記為晶圓12)作成第5圖所示之形狀，並水平地保持在晶舟14上。
另外，晶圓12係藉由溫度調整部分320-1～320-4放射而透過外管360之光，自外管360的周圍被加熱。
因此，晶圓12之端部吸收大量之光線，在冷卻氣體未流通於冷卻氣體通道352之情況，晶圓12表面之端部的溫度係比中心部的溫度更高。
即，藉由溫度調整部分320-1～320-4，在晶圓12上產生若越接近於晶圓12之外周則溫度越高，而若越接近於中心部則溫度越低之所謂自晶圓12之端部朝向中心部的逆錐形狀的溫度偏差。
另外，因為自晶圓12之外周側亦供給反應氣體等之處理氣體，所以，根據形成於晶圓12之膜的種類，會在晶圓12之端部與中心部具有反應速度不同的情況。
例如，反應氣體等之處理氣體係在晶圓12的端部被消耗，然後移至晶圓12之中心部，所以在晶圓12之中心部與晶圓12的端部比較，處理氣體之濃度降低。
因此，即使假定在晶圓12的端部與中心部之間未產生溫度偏差時，形成於晶圓12之膜的厚度，仍有在端部及中心部由來自晶圓12之外周側的反應氣體之供給所引起之不均勻的情況。
另一方面，當冷卻氣體通過冷卻氣體通道352時，如上述，從周方向(外周側)將外管360及設定於晶舟14上的晶圓12冷卻。
亦即，處理室3係藉由溫度調整部分320將晶圓12之中心部的溫度加熱至指定的設定溫度(處理溫度)，藉由使冷卻氣體通過冷卻氣體通道352而冷卻晶圓12之外周側，可分別對晶圓12之中心部及端部設定不同的溫度。
如此，為了在晶圓12上形成均勻之膜，需要因應於在晶圓12上形成膜之反應速度等，進行調整膜厚用之加熱控制(包含加熱及冷卻之控制等)。
第6圖為對於晶舟14及收容有晶圓12之處理室3，設置L型溫度感測器(L型TC)390之狀態的例示圖。
控制部2亦可使用內部溫度感測器324之溫度測定值，例如計算出晶圓12之端部溫度及中心部溫度(對基板面內位置之溫度)，以控制溫度調整部分320、及通過冷卻氣體通道352之冷卻氣體的流量。
內部溫度感測器324係設於晶舟14與內管362之間。
又，內部溫度感測器324亦可設於內管362與外管360之間。
在使用內部溫度感測器324之溫度測定值，計算晶圓12之端部及中心部的溫度的情況，例如，需要使用實際之晶圓12的端部溫度、中心部溫度、及冷卻氣體通過冷卻氣體通道352而引起之內部溫度感測器324的溫度測定值的變化，以修正冷卻氣體通過冷卻氣體通道352而引起之內部溫度感測器324的溫度測定值的變化。
為了測定與內部溫度感測器324大致同高之晶圓12的中心部附近的溫度，L型之溫度感測器390，例如，係複數處形成為L字狀的熱電偶，用以對控制部2輸出溫度測定值。
另外，L型之溫度感測器390係形成為在半導體處理裝置1開始晶圓12之處理以前，在複數處測定晶圓12的中心部附近的溫度，而在半導體處理裝置1進行晶圓12之處理時予以拆除。
又，L型之溫度感測器390係將接頭介插於爐口蓋344而氣密性地將爐口蓋344密封。
將該L型之溫度感測器390的感測溫度，視為晶圓12之中心部的溫度，再將內部溫度感測器324感測之溫度，視為晶圓12之端部的溫度，而進行溫度控制。
另外，將L型之溫度感測器390的感測溫度與內部溫度感測器324所感測之溫度的差，視為是晶圓面內溫度偏差，而進行溫度控制。
第7圖為顯示每個在基板面內位置修正藉由使冷卻氣體通過冷卻氣體通道352而變化之內部溫度感測器324的溫度測定值之方法的流程圖(S10)。
如第7圖所示，在步驟100(S100)，控制部2不進行藉由冷卻氣體之冷卻，而進行溫度控制，以使L型之溫度感測器390之感測溫度與指定之設定溫度(處理溫度)一致。
然後，取得L型之溫度感測器390所感測之溫度與指定之設定溫度(處理溫度)一致時，內部溫度感測器(爐內TC)324對指定之設定溫度(處理溫度)的感測結果。
在步驟102(S102)，控制部2係一面使通過冷卻氣體通道352之冷卻氣體的流量(亦即，冷卻氣體排氣裝置356所排氣之冷卻氣體的流量)為一定流量，一面進行溫度控制以使L型之溫度感測器390所感測之溫度與指定之設定溫度(處理溫度)一致。
然後，取得L型之溫度感測器390所感測之溫度與指定之設定溫度(處理溫度)一致時內部溫度感測器(爐內TC)324對指定之設定溫度(處理溫度)的感測結果。
再使通過冷卻氣體通道352之冷卻氣體流量變化，並一面使已變化之流量控制為一定流量，一面進行溫度控制以使L型之溫度感測器390所感測之溫度與指定之設定溫度(處理溫度)一致。
然後，取得L型之溫度感測器390所感測之溫度與指定之設定溫度(處理溫度)一致時內部溫度感測器(爐內TC)324對指定之設定溫度(處理溫度)的感測結果。
控制部2係以使通過冷卻氣體通道352之冷卻氣體流量、指定之設定溫度(L型之溫度感測器390所感測之溫度)及內部溫度感測器324的感測溫度的關係變得明確的方式，依指定次數反覆進行步驟202(S202)。
在步驟104(S104)，控制部2係分別計算出設定成指定溫度(L型之溫度感測器390所感測之溫度)時的內部溫度感測器324對於冷卻氣體流量的溫度修正值(對應於根據冷卻氣體之溫度測定值的變化的值)。
在步驟106(S106)，控制部2係使S204之處理所計算出的溫度修正值分別與冷卻氣體流量對應，作為指定之設定溫度(處理溫度)時的相關關係，例如作為追加資訊而記憶於溫度設定值記憶部424等。
接著，控制部2係在處理晶圓12之情況，拆下L型之溫度感測器390，藉由使用在S106之處理所記憶的溫度修正值，以修正內部溫度感測器324的溫度測定值，設定為通過對應於此溫度修正值之冷卻氣體通道352的冷卻氣體流量(亦即，冷卻氣體排氣裝置356所排出之冷卻氣體的流量)，並控制溫度調整部分320之溫度，以使修正後之內部溫度感測器324的溫度測定值與所需設定溫度(處理溫度)一致。
又，雖然L型之溫度感測器390係以可在複數個地點測定晶圓12之中心部附近的溫度的方式，作為複數處被形成為L字狀的熱電偶而說明，但是例如亦可作成一處被形成為L字狀的熱電偶，在一處可測定晶圓12之中心部附近的溫度，以此而求得內部溫度感測器324的溫度修正值與冷卻氣體流量的關係。
另外，L型之溫度感測器390之設置個數，亦可作成與內部溫度感測器324不同的個數。
又，亦可取代L型之溫度感測器390，而使用在晶圓中心部埋入熱電偶之類型的溫度感測器。
[根據半導體處理裝置1之減壓CVD處理的概要]
半導體處理裝置1係藉由在控制部2(第1,4圖)上所執行之控制程式40(第3圖)的控制，對以指定之間隔並列於處理室3內的半導體晶圓12，藉由CVD處理進行Si3N4膜、SiO2膜及聚矽(Poly-Si)膜等之形成。
進一步說明使用處理室3之膜形成。
首先，晶舟昇降器108使晶舟14下降。
在已下降之晶舟14上設定有所需片數之成為處理對象物的晶圓12，晶舟14係用以保持所設定之晶圓12。
其次，加熱器32之4個溫度調節部分320-1～320-4之各個，係根據設定來加熱外管360內部，並加熱到使晶圓12之中心部成為預先設定之指定溫度。
另一方面，根據設定使冷卻氣體流動於冷卻氣體通道352，而從周方向(外周側)冷卻外管360及設定於晶舟14上之晶圓12。
然後，MFC374介由氣體導入噴嘴340(第2圖)，調節導入之氣體流量，將惰性氣體導入、充填於外管360內。
晶舟昇降器108使晶舟14上昇，並移動於充填有所需處理溫度之惰性氣體的狀態之外管360內。
然後，外管360內之惰性氣體藉由EP382而進行排氣，以使外管360內形成真空狀態，而晶舟14及保持於該晶舟14上之晶圓12，介由旋轉軸348進行旋轉。
在此狀態下，當介由氣體導入噴嘴340而將處理氣體導入外管360內時，導入之處理氣體，在外管360內上昇而均勻地供給晶圓12。
EP382係自減壓CVD處理中的外管360內介由排氣管346排出處理氣體，而APC380係將外管360內之處理氣體達到所需的壓力。
如上述，依指定時間對晶圓12執行減壓CVD處理。
當減壓CVD處理結束時，移至下一個欲對晶圓12進行的處理，而外管360內部之處理氣體係由惰性氣體所取代更作成為常壓。
又，冷卻氣體流動於冷卻氣體通道352內，在外管360到指定溫度之前持續被冷卻。
在此狀態下，晶舟14及保持於此晶舟14上之完成處理的晶圓12，藉由晶舟昇降器108而下降，並從外管360內取出。
晶舟昇降器108其次使保持有成為減壓CVD處理對象之晶圓12的晶舟14上昇，並設定於外管360內。
對於如此般設定之晶圓12執行減壓CVD處理。
又，若冷卻氣體從晶圓12之處理前至處理結束的期間流動的話，雖可控制膜厚，但在使設定有晶圓12之晶舟14移動於外管360內的情況、及自外管360內取出晶舟14的情況，亦可流動為宜。
藉此，可防止因處理室3之熱容量，而使熱充滿於處理室3內而造成溫度變動的情況，故可提高生產力。
[膜厚之均勻性的控制例]
第8圖為顯示半導體處理裝置1在晶圓12等之基板上形成膜時所設定的溫度與膜厚之關係的實施例之曲線圖，(A)為顯示對於基板面內位置之設定溫度的實施例之曲線圖，(B)為顯示因應於(A)所示之設定溫度而形成的膜厚之曲線圖。
第9圖為顯示半導體處理裝置1在晶圓12等之基板上形成膜時所設定的溫度與膜厚之關係的比較例之曲線圖，(A)為顯示對於基板面內位置之設定溫度的比較例之曲線圖，(B)為顯示因應於(A)所示之設定溫度而形成的膜厚之曲線圖。
如第8(A)圖所示，當控制部2控制溫度調整部分320之溫度及通過冷卻氣體通道352之冷卻氣體流量，以使基板之中心部成為指定之設定溫度(處理溫度)且基板之端部成為比處理溫度更低時，如第8(B)圖所示，可使形成於基板之膜厚在基板之中心部及端部成為大致均勻。
例如，當以與基板溫度比較而降低外管360之溫度的方式使冷卻氣體流動時，基板端部之溫度比基板之中心部的溫度更降低。
另一方面，如第9(A)圖所示，當控制部2控制溫度調整部分320之溫度等(例如，不使冷卻氣體通過冷卻氣體通道352)，以使基板之中心部及端部成為指定之設定溫度(處理溫度)時，如第9(B)圖所示，形成於基板之端部的膜厚係比形成於基板之中心部的膜厚更厚。
例如，當以基板溫度與外管360之溫度成為相同溫度的方式使冷卻氣體流動時，則基板端部之中心部的溫度與基板之端部的溫度相同。
具體而言，自例如溫度設定值記憶部424內的資料之中選擇一個條件，並利用該選出之條件，控制部2介由溫度控制部410，一面控制加熱器32的溫度調整部分320，一面介由冷卻氣體流量控制部422及變頻器384，以控制冷卻氣體排氣裝置356，其中，溫度設定值記憶部424係分別與冷卻氣體流量對應地記憶有設定成如第6圖所示預先求得之指定的設定溫度(處理溫度)時之內部溫度感測器324的溫度修正值。
亦即，於內部溫度感測器324的測定溫度設定溫度修正值，設定對應於此溫度修正值之冷卻氣體流量，並根據修正後之內部溫度感測器324的測定溫度，一面加熱控制加熱器32的溫度調整部分320，一面對應於設定後之冷卻氣體流量以控制冷卻氣體排氣裝置356所排放之冷卻氣體的流量。
在此控制狀態下，在外管360內，一面使晶舟14及保持於晶舟14上之晶圓12旋轉，一面介由氣體導入噴嘴340將處理氣體導入外管360內而對晶圓12進行指定膜厚之膜的形成處理。
然後，自外管360內取出處理後之晶圓12。在取出晶圓12之後，測定處理後之晶圓12的膜厚，以確認基板面內(晶圓12之面內)的膜厚是否成為均勻。
若基板面內之中形成於基板端部之膜的厚度比形成於基板之中心部的膜之厚度更厚的話，自例如溫度設定值記憶部424內的資料之中，更從前面選出之一個條件，選擇與溫度修正值大之值對應的冷卻氣體流量，並利用此選出之條件再次對於晶圓12進行指定膜厚之膜的形成處理，其中，溫度設定值記憶部424係分別與冷卻氣體流量對應地記憶有設定成如第6圖所示預先求得之指定的設定溫度(處理溫度)時之內部溫度感測器324的溫度修正值。
另一方面，若基板面內之中形成於基板端部的膜之厚度比形成於基板之中心部的膜之厚度更薄的話，自例如溫度設定值記憶部424內的資料之中，從前面選出之一個條件，再選擇與溫度修正值小之值對應的冷卻氣體流量，並利用該選出之條件再次對於該晶圓12進行指定膜厚之膜的形成處理，其中，溫度設定值記憶部424係分別與冷卻氣體流量對應地記憶有設定成如第6圖所示預先求得之指定的設定溫度(處理溫度)時之內部溫度感測器324的溫度修正值。
在基板面內之膜厚依所需膜厚而達到均勻之前，實際上反覆地對晶圓12進行成膜處理，藉以進行微調整。
另外，此時，使用在對應於溫度調整部分320-1～320-4之內部溫度感測器324-1～324-4的各個上加上溫度修正值的值、及對應於此溫度修正值之冷卻氣體流量進行加熱控制，不僅僅是基板面內膜厚之均勻性，而且基板面間膜厚(保持於晶舟14上之複數片的晶圓間的膜厚)之均勻性的調整亦可進行。
又，在例如溫度設定值記憶部424內的資料之中無所需之條件的情況，亦可在以該資料為參考而直接變更內部溫度感測器324之溫度修正值及冷卻氣體流量的條件下，進行微調整而迄至指定膜厚成為均勻為止，其中，溫度設定值記憶部424係分別與冷卻氣體流量對應地記憶有設定成如第6圖所示預先求得之指定的設定溫度(處理溫度)時之內部溫度感測器324的溫度修正值。
此時，在將L型之溫度感測器390在爐口蓋介插接頭而氣密性地將爐口蓋344密封之狀態下，亦可不使晶舟14及保持於該晶舟14上之晶圓12旋轉，而在以L型之溫度感測器390感測之溫度成為指定之設定溫度(處理溫度)的方式，直接變更內部溫度感測器324之溫度修正值及冷卻氣體流量的條件下，迄至指定膜厚成為均勻之前進行微調整。
在完成微調整之後，以膜厚均勻性變良好而求得之內部溫度感測器324之溫度修正值及冷卻氣體流量進行設定，並根據修正後之內部溫度感測器324的測定溫度，一面加熱控制加熱器32的溫度調整部分320，一面由對應於設定後之冷卻氣體流量的冷卻氣體排氣裝置356控制冷卻氣體的流量。
在此控制狀態下，在外管360內，一面使晶舟14及保持於晶舟14上之晶圓12旋轉，一面介由氣體導入噴嘴340將處理氣體導入外管360內而對晶圓12進行指定膜厚之膜的形成處理。
如此，加熱器32係一面進行控制而使晶圓12之中心部溫度依設定溫度而維持於一定溫度，一面藉由冷卻氣體進行溫度控制而於晶圓12之端部(周緣)溫度與中心部溫度上設有溫度差，藉以在不改變膜質之下而可提高晶圓12之面內膜厚均勻性，進而可提高面間之膜厚均勻性。
例如，在對Si3N4膜等之CVD膜進行成膜的情況，當一面變動處理溫度，一面進行成膜處理時，膜之折射率會依處理溫度而變動，或是，當一面使處理溫度自高溫朝低溫下降一面進行成膜處理時，會從蝕刻率低之膜朝高之膜而依處理溫度產生變化。
在Si3N4膜之生成中，當一面使處理溫度自高溫朝低溫下降一面進行成膜處理時，會從應力值高之膜朝低之膜而依處理溫度產生變化。
因此，半導體處理裝置1係藉由控制部2來控制溫度調整部分320的溫度、及通過冷卻氣體通道352之冷卻氣體流量，而控制外管360的溫度，並控制晶圓12等之基板的面內溫度，以獲得一面能防止膜質之變化，一面可控制形成於基板上之膜的厚度的均勻性之優良效果。
[處理室3之第1變化例]
其次，說明處理室3之變化例。
第10圖為處理室3之第1變化例的示意圖。
又，在處理室3之第1變化例中，對於實質上與構成第2圖所示處理室3之部分相同的部分，賦予相同之元件符號。
如第10圖所示，處理室3之第1變化例，係於排氣通道354分別介由閘門394,395而設有排氣量(總流量)相異之鼓風機等的冷卻氣體排氣裝置392,393。
冷卻氣體排氣裝置392,393係分別通過變頻器396-1,396-2，而藉由控制部2來個別地控制轉速。
另外，處理室3之第1變化例係藉由控制部2而個別地控制變頻器396-1,396-2及閘門394,395，以微細地控制通過冷卻氣體通道352之冷卻氣體流量。
又，處理室3之第1變化例，亦可利用減小自排氣通道354迄至冷卻氣體排氣裝置392,393的熱傳導係數，或設置氣流調節器397等，以控制冷卻氣體的流量。
因此，處理室3之第1變化例，係可微細地控制通過冷卻氣體通道352之冷卻氣體流量，所以，可微細地控制外管360及晶圓12之外周側的冷卻，故可微細地控制形成於晶圓12上之膜的厚度均勻性。
[處理室3之第2變化例]
第11圖為處理室3之第2變化例的示意圖。
又，在處理室3之第2變化例中，對於實質上與構成第2圖所示處理室3之部分相同的部分，賦予相同之元件符號。
如第11圖所示，處理室3之第2變化例，係於外管360與溫度調整部分320之間具有配管398。
藉由例如未圖示之鼓風機(排氣裝置)等而形成使冷卻氣體流動於配管398。
即，處理室3之第2變化例，係藉由使冷卻氣體流動於配管398內，而冷卻外管360及晶圓12之外周側，以控制形成於晶圓12上之膜的厚度均勻性。
又，處理室3之第2變化例，亦可為個別地控制通過配管398及冷卻氣體通道352之冷卻氣體流量，亦可根據通過配管398之冷卻氣體流量，而控制形成於晶圓12上之膜的厚度均勻性。
[處理室3之第3變化例]
第12圖為處理室3之第3變化例的示意圖。
又，在處理室3之第2變化例中，對於實質上與構成第2圖所示處理室3之部分相同的部分，賦予相同之元件符號。
如第12圖所示，處理室3之第3變化例，係將外管360形成為中空構造，而於外管360形成有冷卻氣體通道399。
藉由例如未圖示之鼓風機(排氣裝置)等而形成使冷卻氣體流動於冷卻氣體通道399。
即，處理室3之第3變化例，係藉由使冷卻氣體流動於冷卻氣體通道399內，而冷卻晶圓12之外周側，以控制形成於晶圓12上之膜的厚度均勻性。
又，本發明並不限定於上述實施形態，只要未超出其要旨的範圍，即可作種種的變化。例如，半導體處理裝置1亦可藉由吸氣裝置來控制冷卻氣體流量，亦可為根據質量流之控制者。
另外，加熱裝置只要為光加熱之類型即可，例如、可為電阻加熱方式，亦可為燈管加熱方式。
另外，半導體處理裝置1亦可取代冷卻氣體而藉由使如水等之液體流動，而冷卻外管360及晶圓12之外周側。
如上述，本發明雖具有申請專利範圍所記載之事項，但亦包含如下的實施形態。
(1)該冷卻裝置具備：設於該處理室之外周側，用以流通冷卻氣體之冷卻氣體通道；可排氣地引導流通於該冷卻氣體通道內之冷卻氣體的排氣通道；及設於該排氣通道上，用以排放冷卻氣體之排氣部。
(2)該排氣部具備排氣量相異之複數個排氣裝置，該加熱控制部係個別地控制該複數個排氣裝置。
(3)本發明之基板處理方法，其包含有：藉由加熱裝置從基板之外周側對收容於處理室內之基板進行光加熱之步驟；藉由使流體流動於基板的外周附近之冷卻裝置，以冷卻基板之外周側的步驟；感測該處理室內之溫度的步驟；及根據感測到之溫度，來控制該加熱裝置及該冷卻裝置的步驟。
(4)本發明之基板處理方法，其包含有：藉由加熱裝置從基板之外周側對收容於處理室內之基板進行光加熱之步驟；藉由使冷卻氣體流通於基板的外周附近，以冷卻基板之外周側的步驟；藉由排氣量相異之複數個排氣裝置，以排放冷卻氣體之步驟；感測該處理室內之溫度的步驟；及根據感測到之溫度，來個別地控制該加熱裝置及該複數個排氣裝置的步驟。
(5)如申請專利範圍第(1)至(3)項中任一項之基板處理裝置，其中該加熱裝置係以基板之中心部成為指定溫度之設定溫度的方式對基板進行光加熱。
(6)如申請專利範圍第(5)項之基板處理裝置，其中具備：分別取得基板之中心部及外周側的溫度之溫度取得部；在該加熱裝置加熱基板之期間使該冷卻裝置所流動之流體的量變化的情況，取得設定溫度及流體的流量、與基板之中心部及外周側之溫度偏差的相關關係的相關關係取得部；及根據該相關關係取得部所取得之相關關係，而修正該加熱部之設定溫度的設定溫度修正部。
(7)如申請專利範圍第(6)項之基板處理裝置，其中該相關關係取得部係在該加熱裝置加熱基板之期間使該冷卻裝置所流動之流體的量變化的情況，取得設定溫度及流體的流量、與該溫度感測部所感測到之溫度的相關關係；而該設定溫度修正部係根據該相關關係取得部所取得之相關關係，而修正該加熱裝置之設定溫度。
(8)如申請專利範圍第(4)或(5)項之基板處理裝置，其中該加熱裝置係以基板之中心部成為指定溫度之設定溫度的方式對基板進行光加熱。
(9)本發明之基板處理方法，其包含有：將基板收容於處理室內之步驟；藉由加熱裝置從基板之外周側對收容於處理室內之基板進行光加熱之步驟；藉由使流體流動於基板的外周附近，以冷卻基板之外周側的步驟；感測該處理室內之溫度的步驟；根據感測到之溫度，來控制該加熱裝置及該冷卻裝置的步驟；及將基板運送至處理室外的步驟。
(產業上之可利用性)
如上述，本發明係可利用於控制形成於基板上之膜的厚度均勻性的基板處理裝置。
1．．．半導體處理裝置
2．．．控制部
3．．．處理室
12．．．晶圓
14．．．晶舟
22．．．顯示輸入部
24．．．記錄部
32．．．加熱器
40．．．控制程式
100．．．晶圓匣授受單元
102．．．晶圓匣暫存盒
104．．．緩衝晶圓匣暫存盒
106．．．的晶圓移動機
108．．．晶舟昇降器
140．．．隔熱板
200．．．CPU
204．．．記憶體
240‧‧‧記錄媒體
300-1,300-2‧‧‧隔熱材料
320‧‧‧溫度調節部分
322,324‧‧‧溫度感測器
340‧‧‧氣體導入噴嘴
344‧‧‧爐口蓋
346‧‧‧排氣管
348‧‧‧旋轉軸
350‧‧‧集氣管
351‧‧‧O型環
352‧‧‧冷卻氣體通道
354‧‧‧排氣通道
355‧‧‧排氣部
356‧‧‧冷卻氣體排氣裝置
357‧‧‧散熱器
358‧‧‧排氣孔
359‧‧‧閘門
360‧‧‧外管
362‧‧‧內管
370‧‧‧溫度控制裝置
372‧‧‧溫度測定裝置
374‧‧‧處理氣體流量控制裝置(MFC)
376‧‧‧晶舟昇降控制裝置(EC)
378．．．壓力感測器(PS)
380．．．壓力調整裝置(APC)
382．．．處理氣體排氣裝置(EP)
384．．．變頻器
390．．．L型溫度感測器(L型TC)
392,393．．．冷卻氣體排氣裝置
394,395．．．閘門
396-1,396-2．．．變頻器
398．．．配管
399．．．冷卻氣體通道
400．．．製程控制部
410．．．溫度控制部
412．．．處理氣體流量控制部
414．．．驅動控制部
416．．．壓力控制部
418．．．處理氣體排氣裝置控制部
420．．．溫度測定部
422．．．冷卻氣體流量控制部
424．．．溫度設定值記憶部
490．．．晶圓匣盒
第1圖為可應用本發明之半導體處理裝置的全體構成的示意圖。
第2圖為第1圖所示之晶舟及收容有晶圓之狀態的處理室的例示圖。
第3圖為第1,2圖所示處理室之周邊構成部分及對於處理室進行控制之第1控制程式的構成的示意圖。
第4圖為第1圖所示之控制部的構成的示意圖。
第5圖為作為半導體處理裝置之處理對象的晶圓的形狀的例示圖。
第6圖為對於晶舟及收容有晶圓之處理室，設置L型溫度感測器(L型TC)之狀態的例示圖。
第7圖為顯示在基板面內位置修正藉由使冷卻氣體通過冷卻氣體通道而變化之內部溫度感測器的溫度測定值之方法的流程圖。
第8圖為顯示半導體處理裝置在晶圓等之基板上形成膜時所設定的溫度與膜厚之關係的實施例之曲線圖，(A)為顯示對於基板面內位置之設定溫度的實施例之曲線圖，(B)為顯示因應於(A)所示之設定溫度而形成的膜厚之曲線圖。
第9圖為顯示半導體處理裝置在晶圓等之基板上形成膜時所設定的溫度與膜厚之關係的比較例之曲線圖，(A)為顯示對於基板面內位置之設定溫度的比較例之曲線圖，(B)為顯示因應於(A)所示之設定溫度而形成的膜厚之曲線圖。
第10圖為處理室之第1變化例的示意圖。
第11圖為處理室之第2變化例的示意圖。
第12圖為處理室之第3變化例的示意圖。
12．．．晶圓
14．．．晶舟
32．．．加熱器
108．．．晶舟昇降器
140．．．隔熱板
300-1,300-2．．．隔熱材料
320-1～320-4．．．溫度調節部分
322-1～322-4,324-1～324-4．．．溫度感測器
340．．．氣體導入噴嘴
344．．．爐口蓋
346．．．排氣管
348．．．旋轉軸
350．．．集氣管
351．．．O型環
352．．．冷卻氣體通道
353．．．吸氣孔
354．．．排氣通道
355．．．排氣部
356．．．冷卻氣體排氣裝置
357．．．散熱器
358．．．排氣孔
359．．．閘門
360．．．外管
362．．．內管
384．．．變頻器

Claims (16)

  1. 一種基板處理方法，係在處理室處理基板，具有：將基板收容至處理室之步驟；及根據加熱裝置之設定溫度、冷卻裝置供給之流體的流量、經收容在前述處理室內之基板中心側的溫度與該基板外周側的溫度偏差的相關關係，在前述加熱裝置以經修正之前述設定溫度從經收容在前述處理室內之基板外周側加熱，同時前述冷卻裝置以根據前述相關關係之流量而將流體供給至前述處理室的外側來將基板外周側冷卻的狀態下，在前述處理室處理前述基板之步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項之基板處理方法，其中前述相關關係是藉由在前述加熱裝置加熱基板的期間使前述冷卻裝置供給之流體的量變化的情況下的前述設定溫度及前述流量、和前述溫度偏差的關係來取得。
  3. 如申請專利範圍第1項之基板處理方法，其中前述相關關係是藉由在前述加熱裝置加熱基板的期間使前述冷卻裝置供給之流體的量變化的情況下的前述設定溫度及前述流體的流量、和在前述處理室內所感測到之基板中心側與該基板外周側之溫度偏差的關係來取得。
  4. 如申請專利範圍第1項之基板處理方法，其中在前述基板處理中，具有將處理氣體導入前述處理室之步驟，至少在前述氣體導入步驟中，將前述加熱裝置之前述設定溫度維持在相同溫度。
  5. 如申請專利範圍第4項之基板處理方法，其中在前述氣體導入步驟，係在將前述基板中心側的溫度維持在一定之相同溫度，同時在前述基板中心側與前述基板外周側設有溫度差的狀態下進行。
  6. 如申請專利範圍第1項之基板處理方法，其中前述加熱裝置的設定溫度係在前述基板收容步驟之前預先予以修正。
  7. 一種形成膜之方法，係在處理室將膜形成在基板，該方法具有：將基板收容至處理室之步驟；及根據加熱裝置之設定溫度、冷卻裝置供給之流體的流量、及經收容在前述處理室內之基板中心側的溫度與該基板外周側的溫度偏差的相關關係，在前述加熱裝置以經修正之前述設定溫度從經收容在前述處理室內之基板外周側加熱，前述冷卻裝置以根據前述相關關係之流量而將流體供給至前述處理室外側來將基板端部冷卻的狀態下，將處理氣體導入前述處理室而在前述基板形成膜之步驟。
  8. 如申請專利範圍第7項之形成膜之方法，其中前述相關關係是藉由在前述加熱裝置加熱基板的期間使前述冷卻裝置供給之流體的量變化的情況下的前述設定溫度及前述流量、和前述溫度偏差的關係來取得。
  9. 如申請專利範圍第7項之形成膜之方法，其中前述相關關係是藉由在前述加熱裝置加熱基板的期間使前述冷卻裝置供給之流體的量變化的情況下的前述設定溫度及前述流體的流量、和在前述處理室內所感測到之基板中心側與該基板外周側之溫度偏差的關係來取得。
  10. 如申請專利範圍第7項之形成膜之方法，其中在前述形成膜之步驟中，至少將前述處理氣體導入，而在前述基板形成膜之期間中，將前述加熱裝置之前述設定溫度維持在相同的溫度。
  11. 如申請專利範圍第7項之形成膜之方法，其中在前述形成膜之步驟中，至少將前述處理氣體導入，而在前述基板形成膜之期間中，在將前述基板中心側的溫度維持在一定之相同溫度，同時在前述基板中心側與前述基板外周側設有溫度差的狀態下進行。
  12. 如申請專利範圍第7項之形成膜之方法，其中前述加熱裝置的設定溫度係在前述基板收容步驟之前預先予以修正。
  13. 一種形成膜之方法，係在處理室將膜形成在基板，在加熱裝置以經設定成維持在相同溫度之設定溫度，從經收容在處理室內之基板外周側加熱，將前述基板中心部的溫度維持在一定的處理溫度，同時前述冷卻裝置將流體供給至前述處理室外側而將基板端部冷卻的狀態下，將處理氣體導入前述處理室而在前述基板形成膜。
  14. 如申請專利範圍第13項之形成膜之方法，其中根據前述加熱裝置之設定溫度、前述流體的流量、及前述基板中心側與該基板外周側之溫度偏差的相關關係，預先設定前述設定溫度及前述冷卻裝置之流體供給量。
  15. 如申請專利範圍第14項之形成膜之方法，其中前述加熱裝置之設定溫度係根據前述設定溫度、前述流量、及經收容在前述處理室內之基板中心側的溫度與該基板外周側的溫度偏差的相關關係，預先予以修正。
  16. 一種基板處理裝置，具有：處理室，係處理基板；加熱裝置，係從基板外周側加熱經收容在前述處理室內之基板；冷卻裝置，係藉由使流體在前述加熱裝置加熱之基板的外周附近流動，來冷卻基板的外周側；及控制部，係依如下方式進行控制：根據加熱裝置之設定溫度、冷卻裝置供給之流體的流量、及經收容在前述處理室內之基板中心側的溫度與該基板外周側之溫度偏差的相關關係，在利用前述加熱裝置、以經修正之前述設定溫度從經收容在前述處理室內之基板外周側加熱，同時利用前述冷卻裝置、以根據前述相關關係的流量而將流體供給至前述處理室外側來將基板外周側冷卻的狀態下，在前述處理室處理前述基板。
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