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1. WO2007105431 - APPAREIL DE TRAITEMENT DE SUBSTRAT ET PROCEDE DE TRAITEMENT DE SUBSTRAT

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[ JA ]
明 細書

基板処理装置および基板処理方法

技術分野

[0001] 本発明は、半導体ウェハ等の基板を処理する基板処理装置および基板処理方法 に関する。

背景技術

[0002] 例えば、特許文献 1は、基板の加熱温度を所定時間内に変化させたときに発生す る基板端部の温度と中心部の温度との偏差と、基板端部の温度と中心部の温度との 定常偏差とを用いて、所望の平均温度偏差 Mを実現するための変化温度量 Nを求 め、基板に対する加熱温度を制御して、基板に形成される膜厚を均一にする基板処 理装置を開示する。

しカゝしながら、所望の平均温度偏差 Mを実現しても、基板に形成される膜厚の均一 '性に限度があった。

[0003] 特許文献 1:国際公開第 2005/008755号パンフレット

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] 本発明は、基板に形成する膜の厚さの均一性を制御することができる基板処理装 置および基板処理方法を提供することを目的として!/ヽる。

課題を解決するための手段

[0005] 上記目的を解決するために、本発明に係る基板処理装置は、基板を処理する処理 室と、前記処理室内に収容された基板を基板の外周側力光加熱する加熱装置と、 前記加熱装置が光加熱する基板の外周近傍に流体を流すことにより、基板の外周側 を冷却する冷却装置と、前記処理室内の温度を検出する温度検出部と、前記温度 検出部が検出する温度に基づいて、前記基板の中心部の温度を所定温度に維持し つつ該中心部と前記基板の端部とに温度差を設けるように前記加熱装置および前 記冷却装置を制御する加熱制御部とを有する。

図面の簡単な説明

[0006] [図 1]本発明が適応されうる半導体処理装置の全体構成を示す図である。

[図 2]図 1に示したボートおよびウェハを収容した状態の処理室を例示する図である。

[図 3]図 1,図 2に示した処理室の周辺の構成部分、および、処理室に対する制御を 行う第 1の制御プログラムの構成を示す図である。

[図 4]図 1に示した制御部の構成を示す図である。

[図 5]半導体処理装置における処理の対象となるウェハの形状を例示する図である。

[図 6]ボートおよびを収容した処理室に対し、 Lタイプ温度センサ (Lタイプ TC)を設け た状態を例示する図である。

[図 7]冷却ガスが冷却ガス流路を通過することによって変化する内部温度センサの温 度測定値を基板面内位置ごとに補正する方法を示すフローチャートである。

[図 8]半導体処理装置がウェハなどの基板に膜を形成する場合に設定する温度と膜 厚との関係の実施例を示すグラフであって、 (A)は基板面内位置に対する設定温度 の実施例を示すグラフであり、 (B)は (A)に示した設定温度に応じて形成される膜厚 を示すグラフである。

[図 9]半導体処理装置がウェハなどの基板に膜を形成する場合に設定する温度と膜 厚との関係の比較例を示すグラフであって、 (A)は基板面内位置に対する設定温度 の比較例を示すグラフであり、 (B)は (A)に示した設定温度に応じて形成される膜厚 を示すグラフである。

[図 10]処理室の第 1の変形例を示す図である。

[図 11]処理室の第 2の変形例を示す図である。

[図 12]処理室の第 3の変形例を示す図である。

符号の説明

[0007] 1 · · ·半導体処理装置

12…ウエノヽ

14· "ボート

100· · 'カセット授受ユニット

102· · ·カセットストッカ

106 · · ·ウェハ移動機

108· · 'ボートエレベータ

490···ウェハカセット

2···制御部

22···表示'入力部

200··· CPU

204· "メモリ

24···記録部

240···記録媒体

40···制御プログラム

400···プロセス制御部

410···温度制御部

412·· '処理ガス流量制御部

414···駆動制御部

416···圧力制御部

418· · ·処理ガス排気装置制御部

420···温度測定部

422· · '冷却ガス流量制御部

424···温度設定値記憶部

442· · '温度設定補正値記憶部

3···処理室

300· "断熱材

32· · 'ヒータ

320···温度調整部分

322, 324···温度センサ 340···ガス導入ノズノレ

344···炉口蓋

346·· '排気管

348· "回転軸

350·• ·マ-ホーノレド

351· •·οリング

352· ··冷却ガス流路

353· ··吸気孔

354· ··排気路

355· ··排気部

356· ··冷却ガス排気装置

357· ··ラジェタ

358· ··排気孔

359· • 'シャツタ

360· ··了ウタチューブ

362· • 'インナチューブ

370· ··温度制御装置

372· ··温度測定装置

374· ••MFC

376· ••EC

378· ••PS

380· ••APC

382· •·ΕΡ

390· ••Lタイプ温度センサ

392, 393···冷却ガス排気;

394, 395· · 'シャツタ

396- -1, 396— 2···インバ

397· • ·ダンバ

398· ··配管

399· ··冷却ガス流路

発明を実施するための最良の形態 [本発明の背景]

本発明の理解を助けるために、実施形態の説明に先立って、まず、本発明がなさ れるに至った背景を説明する。

[0009] [半導体処理装置 1]

図 1は、本発明が適応されうる半導体処理装置 1の全体構成を示す図である。 図 2は、図 1に示したボート 14およびウェハ 12を収容した状態の処理室 3を例示す る図である。

図 3は、図 1,図 2に示した処理室 3の周辺の構成部分、および、処理室 3に対する 制御を行う第 1の制御プログラム 40の構成を示す図である。

[0010] 半導体処理装置 1は、例えば半導体などの基板を処理するいわゆる減圧 CVD装 置である。

図 1に示すように、半導体処理装置 1は、カセット授受ユニット 100、カセット授受ュ ニット 100の背面側に設けられたカセットストッカ 102、カセットストッカ 102の上方に 設けられたバッファカセットストッカ 104、カセットストッカ 102の背面側に設けられたゥ ェハ移動機 106、ウェハ移動機 106の背面側に設けられ、ウェハ 12がセットされた ボート 14を搬送するボートエレベータ 108、ウェハ移動機 106の上方に設けられた 処理室 3、および、制御部 2から構成される。

[0011] [処理室 3]

図 2に示すように、図 1に示した処理室 3は、中空のヒータ 32、外管(ァウタチューブ ) 360、内管(インナチユーブ) 362、ガス導入ノズル 340、炉口蓋 344、排気管 346、 回転軸 348、例えばステンレスからなるマ-ホールド 350、 Oリング 351、冷却ガス流 路 352、排気路 354、排気部 355および処理ガス流量制御装置などその他の構成 部分(図 3を参照して後述)から構成され、側部が断熱材 300— 1により覆われ、上部 が断熱材 300— 2により覆われてヽる。

また、ボート 14の下部には、複数の断熱板 140が設けられている。

[0012] ァウタチューブ 360は、光を透過させる例えば石英力もなり、下部に開口を有する 円筒状の形態に形成されている。

インナチューブ 362は、光を透過させる例えば石英力もなり、円筒状の形態に形成 され、ァウタチューブ 360の内側に、これの同心円上に配設される。

従って、ァウタチューブ 360とインナチューブ 362との間には円筒状の空間が形成 される。

[0013] ヒータ 32は、それぞれに対する温度の設定および調節が可能な 4つの温度調節部 分(U, CU, CL, L) 320— 1〜320—4とァウタチューブ 360との間に配設される熱 電対などの外部温度センサ 322— 1〜322— 4、および、温度調整部分 320— 1〜3 20— 4に対応してァウタチューブ 360内に配設される熱電対などの内部温度センサ( 炉内 TC) 324— 1〜324— 4を含む。

内部温度センサ 324— 1〜324—4は、インナチューブ 362の内側に設けられても よいし、インナチューブ 362とァウタチューブ 360との間に設けられてもよいし、温度 調整部分 320— 1〜320— 4ごとにそれぞれ折り曲げられて、ウェハ 12とウェハ 12と の間のウェハ中心部の温度を検出するように設けられてもよい。

[0014] ヒータ 32の温度調整部分 320— 1〜320— 4それぞれは、例えばウェハ 12を光加 熱するための光をァウタチューブ 360の周囲から放射し、ァウタチューブ 360を透過 してウェハ 12に吸収される光によってウェハ 12を昇温 (加熱)する。

[0015] 冷却ガス流路 352は、冷却ガスなどの流体を通過させるように断熱材 300— 1とァ ウタチューブ 360との間に形成されており、断熱材 300— 1の下端部に設けられた吸 気孔 353から供給される冷却ガスをァウタチューブ 360の上方に向けて通過させる。 冷却ガスは、例えば空気または窒素 (N2)などである。

[0016] また、冷却ガス流路 352は、温度調整部分 320— 1〜320— 4それぞれの間カもァ ウタチューブ 360に向けて冷却ガスが吹き出すようにされて!、る。

冷却ガスはァウタチューブ 360を冷却し、冷却されたァウタチューブ 360はボート 1 4にセットされたウェハ 12を周方向(外周側)から冷却する。

つまり、冷却ガス流路 352を通過する冷却ガスにより、ァウタチューブ 360、および ボート 14にセットされたウェハ 12が周方向(外周側)から冷却されるようになっている

[0017] 冷却ガス流路 352の上方には排気路 354が設けられている。排気路 354は、吸気 孔 353から供給されて冷却ガス流路 352を上方に向けて通過した冷却ガスを断熱材 300— 2の外側へ導く。

[0018] また、排気路 354には、冷却ガスを排気する排気部 355が設けられている。

排気部 355は、ブロワなどの冷却ガス排気装置 356およびラジェタ 357を有し、排 気路 354により断熱材 300— 2の外側に導かれた冷却ガスを排気孔 358から排気す る。

ラジェタ 357は、処理室 3内でァウタチューブ 360およびウェハ 12などを冷却する ことにより昇温した冷却ガスを冷却水などにより冷却する。

[0019] なお、吸気孔 353およびラジェタ 357の近傍には、それぞれシャツタ 359が設けら れており、図示しないシャツタ制御部によって冷却ガス流路 352および排気路 354の 開閉が制御されている。

[0020] また、図 3に示すように、処理室 3には、温度制御装置 370、温度測定装置 372、処 理ガス流量制御装置(マスフローコントローラ; MFC) 374、ボートエレベータ制御装 置(エレベータコントローラ; EC) 376、圧力センサ(PS) 378、圧力調整装置(APC; Auto Pressure Control (valve)) 380、処理ガス排気装置(EP) 382およびインバータ 384が付加される。

[0021] 温度制御装置 370は、制御部 2からの制御に従って温度調整部分 320— 1〜320

4それぞれを駆動する。

温度測定装置 372は、温度センサ 322— 1〜322— 4, 324— 1〜324— 4それぞ れの温度を検出し、温度測定値として制御部 2に対して出力する。

[0022] ボートエレベータ制御装置(EC) 376は、制御部 2からの制御に従ってボートエレ ベータ 108を駆動する。

圧力調整装置(以下、 APC) 380としては、例えば、 APC、 N2バラスト制御器など が用いられる。

また、 EP382としては、例えば、真空ポンプなどが用いられる。

インバータ 384は、冷却ガス排気装置 356のブロアとしての回転数を制御する。

[0023] [制御部 2]

図 4は、図 1に示した制御部 2の構成を示す図である。

図 4に示すように、制御部 2は、 CPU200、メモリ 204、表示装置、タツチパネルおよ びキーボード 'マウスなどを含む表示 ·入力部 22、および、 HD' CDなどの記録部 24 から構成される。

つまり、制御部 2は、半導体処理装置 1を制御可能な一般的なコンピュータとしての 構成部分を含む。

制御部 2は、これらの構成部分により、減圧 CVD処理用の制御プログラム (例えば 、図 3に示した制御プログラム 40)を実行し、半導体処理装置 1の各構成部分を制御 して、半導体ウェハ 12に対して、以下に述べる減圧 CVD処理を実行させる。

[0024] [第 1の制御プログラム 40]

再び図 3を参照する。

図 3に示すように、制御プログラム 40は、プロセス制御部 400、温度制御部 410、処 理ガス流量制御部 412、駆動制御部 414、圧力制御部 416、処理ガス排気装置制 御部 418、温度測定部 420、冷却ガス流量制御部 422および温度設定値記憶部 42 4から構成される。

制御プログラム 40は、例えば、記録媒体 240 (図 4)を介して制御部 2に供給され、 メモリ 204にロードされて実行される。

[0025] 温度設定値記憶部 424は、ウェハ 12に対する処理レシピの温度設定値を記憶し、 プロセス制御部 400に対して出力する。

プロセス制御部 400は、制御部 2の表示.入力部 22 (図 4)に対するユーザの操作、 あるいは、記録部 24に記録された処理の手順 (処理レシピ)などに従って、制御プロ グラム 40の各構成部分を制御し、後述するように、ウェハ 12に対する減圧 CVD処理 を実行する。

[0026] 温度測定部 420は、温度測定装置 372を介して温度センサ 322, 324の温度測定 値を受け入れ、プロセス制御部 400に対して出力する。

温度制御部 410は、プロセス制御部 400から温度設定値および温度センサ 322, 3 24の温度測定値を受け、温度調整部分 320に対して供給する電力をフィードバック 制御して、ァウタチューブ 360内部を加熱し、ウェハ 12を所望の温度とさせる。

[0027] 処理ガス流量制御部 412は、 MFC374を制御し、ァウタチューブ 360内部に供給 する処理ガスまたは不活性ガスの流量を調整する。

駆動制御部 414は、ボートエレベータ 108を制御して、ボート 14およびこれに保持 されたウェハ 12の昇降を行わせる。

また、駆動制御部 414は、ボートエレベータ 108を制御して、回転軸 348を介して ボート 14およびこれに保持されたウェハ 12を回転させる。

[0028] 圧力制御部 416は、 PS378によるァウタチューブ 360内の処理ガスの圧力測定値 を受け、 APC380に対する制御を行い、ァウタチューブ 360内部の処理ガスを所望 の圧力とする。

処理ガス排気装置制御部 418は、 EP382を制御し、ァウタチューブ 360内部の処 理ガスまたは不活性ガスを排気させる。

[0029] 冷却ガス流量制御部 422は、インバータ 384を介して冷却ガス排気装置 356が排 気する冷却ガスの流量を制御する。

[0030] なお、以下の説明においては、温度調整部分 320— 1〜320— 4など、複数ある構 成部分のいずれかを特定せずに示す場合には、単に、温度調整部分 320と略記す ることがある。

また、以下の説明において、温度調整部分 320— 1〜320— 4など、構成部分の個 数を示す場合があるが、構成部分の個数は、説明の具体化'明確ィ匕のために例示さ れたものであって、本発明の技術的範囲を限定することを意図して挙げられたもので はない。

[0031] ァウタチューブ 360の下端とマ-ホールド 350の上部開口部との間、および炉口蓋

344とマ-ホールド 350の下部開口部との間には、 Oリング 351が配設され、ァウタチ ユーブ 360とマ-ホールド 350との間は気密にシールされる。

ァウタチューブ 360の下方に位置するガス導入ノズル 340を介して、不活性ガスあ るいは処理ガスがァウタチューブ 360内に導入される。

[0032] マユホーノレド 350の上部には、 PS378、 APC380および EP382に連結された 気管 346 (図 2)が取り付けられて、る。

ァウタチューブ 360とインナチューブ 362との間を流れる処理ガスは、排気管 346、

APC380および EP382を介して外部に排出される。

[0033] APC380は、 PS378によるァウタチューブ 360内の圧力測定値に基づく制御に従 つて、ァウタチューブ 360内部が、予め設定された所望の圧力になるように、圧力制 御部 416の指示に従って調整する。

つまり、 APC380は、ァウタチューブ 360内を常圧とするよう不活性ガスが導入され るべき時には、ァウタチューブ 360内が常圧になるように、圧力制御部 416の指示に 従って調整し、あるいは、ァウタチューブ 360内を低圧とし、ウェハ 12を処理するよう 処理ガスが導入されるべき時には、ァウタチューブ 360内が所望の低い圧力になるよ うに、圧力制御部 416の指示に従って調整する。

[0034] 多数の半導体基板(ウェハ) 12を保持するボート 14は、ボート 14の下部回転軸 34 8が連結されている。

さらに、回転軸 348は、ボートエレベータ 108 (図 1)に連結され、ボートエレベータ 1 08は、 EC376を介した制御に従って、所定のスピードでボート 14を昇降させる。 また、ボートエレベータ 108は、回転軸 348を介して、ウェハ 12およびボート 14を 所定のスピードで回転させる。

[0035] 被処理物のウェハ 12は、ウェハカセット 490 (図 1)に装填された状態で搬送され、 カセット授受ユニット 100に授載される。

カセット授受ユニット 100は、このウエノヽ 12を、カセットストッカ 102またはバッファ力 セットストッカ 104に移載する。

ウェハ移動機 106は、カセットストッカ 102からウェハ 12を取り出し、ボート 14に水 平な状態で多段に装填する。

[0036] ボートエレベータ 108は、ウェハ 12が装填されたボート 14を上昇させて処理室 3内 に導く。

また、ボートエレベータ 108は、処理済みのウェハ 12が装填されたボート 14を下降 させて処理室 3内から取り出す。

[0037] [ウェハ 12の温度と膜厚]

図 5は、半導体処理装置 1 (図 1)における処理の対象となるウェハ 12の形状を例示 する図である。

ウェハ 12の面(以下、ウェハ 12の面を、単にウェハ 12とも記す)は、図 5に示すよう な形状をしており、ボート 14において、水平に保持される。

また、ウェハ 12は、温度調整部分 320— 1〜320— 4が放射してァウタチューブ 36

0を透過した光により、ァウタチューブ 360の周囲力も加熱される。

[0038] したがって、ウェハ 12は、端部が多くの光を吸収し、冷却ガス流路 352に冷却ガス が流されない場合には、ウェハ 12の面の端部の温度が中心部の温度に比べて高く なる。

つまり、温度調整部分 320— 1〜320— 4によって、ウェハ 12の外周に近ければ近 いほど温度が高ぐ中心部に近ければ近いほど温度が低いという、ウェハ 12の端部 力 中心部にかけたすり鉢状の温度偏差がウェハ 12に生じることになる。

[0039] また、反応ガスなどの処理ガスも、ウェハ 12の外周側から供給されるので、ウェハ 1 2に形成される膜の種類によっては、ウェハ 12の端部と中心部とで反応速度が異な ることがある。

例えば、反応ガスなどの処理ガスは、ウェハ 12の端部で消費され、その後ウェハ 1 2の中心部に至るため、ウェハ 12の中心部では、ウェハ 12の端部にくらべて処理ガ スの濃度が低くなつてしまう。

したがって、仮に、ウェハ 12の端部と中心部との間に温度偏差が生じていないとし ても、反応ガスのウェハ 12の外周側力もの供給に起因して、ウェハ 12に形成される 膜の厚さが、端部と中心部とで不均一になることがある。

[0040] 一方、冷却ガスが冷却ガス流路 352を通過すると、上述したように、ァウタチューブ 360、およびボート 14にセットされたウェハ 12が周方向(外周側)から冷却される。 つまり、処理室 3は、温度調整部分 320によってウェハ 12の中心部の温度を所定 の設定温度 (処理温度)まで加熱し、冷却ガス流路 352に冷却ガスを通過させてゥェ ノ、 12の外周側を冷却することにより、ウェハ 12の中心部および端部それぞれに対し て異なる温度を設定することができる。

[0041] このように、ウェハ 12に、均一な膜を形成するためには、ウェハ 12上に膜を形成す る反応速度などに応じて、膜厚を調整するための加熱制御 (加熱と冷却とを含む制 御など)を行う必要がある。

[0042] 図 6は、ボート 14およびウェハ 12を収容した処理室 3に対し、 Lタイプ温度センサ( Lタイプ TC) 390を設けた状態を例示する図である。

制御部 2は、内部温度センサ 324の温度測定値を用いて、例えばウェハ 12の端部

温度および中心部温度 (基板面内位置に対する温度)を算出し、温度調整部分 320 、および冷却ガス流路 352を通過する冷却ガスの流量を制御するようにされてもょヽ

[0043] 内部温度センサ 324は、ボート 14とインナチューブ 362との間に設けられている。

なお、内部温度センサ 324は、インナチューブ 362とァウタチューブ 360との間に 設けられてもよい。

内部温度センサ 324の温度測定値を用いてウェハ 12の端部および中心部の温度 を算出する場合、例えば実際のウェハ 12の端部温度、中心部温度、および冷却ガス が冷却ガス流路 352を通過することによる内部温度センサ 324の温度測定値の変化 を用いて、冷却ガスが冷却ガス流路 352を通過することによる内部温度センサ 324の 温度測定値の変化を補正する必要がある。

[0044] Lタイプ温度センサ 390は、内部温度センサ 324とほぼ同じ高さのウェハ 12の中心 部近傍の温度を測定するために例えば複数箇所力字状に形成された熱電対であ り、温度測定値を制御部 2に対して出力する。

また、 Lタイプ温度センサ 390は、半導体処理装置 1がウェハ 12の処理を開始する 以前にウェハ 12の中心部近傍の温度を複数箇所で測定し、半導体処理装置 1がゥ ェハ 12の処理を行う場合には取り外されるようになって、る。

なお、 Lタイプ温度センサ 390は、炉口蓋 344に継ぎ手を介在して気密にシールさ れるようになっている。

この Lタイプ温度センサ 390の検出する温度をウェハ 12の中心部の温度とみなし、 さらに内部温度センサ 324の検出する温度がウェハ 12の端部の温度とみなして、温 度制御するようにする。

また、 Lタイプ温度センサ 390の検出する温度と内部温度センサ 324の検出する温 度との差がウェハ面内温度偏差であるとみなして、温度制御するようにする。

[0045] 図 7は、冷却ガスが冷却ガス流路 352を通過することによって変化する内部温度セ ンサ 324の温度測定値を基板面内位置ごとに補正する方法を示すフローチャート(S 10)である。

図 7に示すように、ステップ 100 (S 100)において、制御部 2は、冷却ガスによる冷 却をせずに、 Lタイプ温度センサ 390の検出する温度が、所定の設定温度 (処理温 度)に一致するように温度制御する。

そして Lタイプ温度センサ 390の検出する温度が所定の設定温度 (処理温度)と一 致した際の、所定の設定温度 (処理温度)に対する内部温度センサ (炉内 TC) 324 の検出結果を取得する。

[0046] ステップ 102 (S102)において、制御部 2は、冷却ガス流路 352を通過する冷却ガ ス流量 (すなわち、冷却ガス排気装置 356が排気する冷却ガスの流量)を一定流量と しつつ、 Lタイプ温度センサ 390の検出する温度力所定の設定温度 (処理温度)に 一致するように温度制御する。

そして Lタイプ温度センサ 390の検出する温度が所定の設定温度 (処理温度)と一 致した際の、所定の設定温度 (処理温度)に対する内部温度センサ (炉内 TC) 324 の検出結果を取得する。

さらに、冷却ガス流路 352を通過する冷却ガス流量を変化させ、変化させた流量に て一定流量としつつ、 Lタイプ温度センサ 390の検出する温度が、所定の設定温度( 処理温度)に一致するように温度制御する。

そして Lタイプ温度センサ 390の検出する温度が所定の設定温度 (処理温度)と一 致した際の、所定の設定温度 (処理温度)に対する内部温度センサ (炉内 TC) 324 の検出結果を取得する。

制御部 2は、ステップ 202 (S202)を冷却ガス流路 352を通過する冷却ガス流量と、 所定の設定温度 (Lタイプ温度センサ 390の検出する温度)と内部温度センサ 324の 検出する温度との関係が明らかになるよう所定回数くり返す。

[0047] ステップ 104 (S104)において、制御部 2は、所定の設定温度 (Lタイプ温度センサ 390の検出する温度)にした時の冷却ガス流量に対する内部温度センサ 324の温度 補正値 (冷却ガスによる温度測定値の変化に対応する値)をそれぞれ算出する。

[0048] ステップ 106 (S106)において、制御部 2は、 S204の処理で算出した温度補正値 をそれぞれ冷却ガス流量と対応させて所定の設定温度 (処理温度)時の相関関係と して、例えば温度設定値記憶部 424などに追加情報として記憶する。

[0049] そして、制御部 2は、ウェハ 12を処理する場合に、 Lタイプ温度センサ 390を取り外 し、 S106の処理で記憶した温度補正値を用いることにより、内部温度センサ 324の 温度測定値を補正し、その温度補正値に対応する冷却ガス流路 352を通過する冷 却ガス流量 (すなわち、冷却ガス排気装置 356が排気する冷却ガスの流量)に設定し 、補正後の内部温度センサ 324の温度測定値が所望の設定温度 (処理温度)と一致 するように、温度調整部分 320の温度を制御する。

なお、 Lタイプ温度センサ 390は、ウェハ 12の中心部近傍の温度を複数箇所で測 定可能なように、複数箇所が L字形状に形成された熱電対として説明したが、例えば 、ウェハ 12の中心部近傍の温度を 1箇所で測定可能なように 1箇所力字形状に形 成された熱電対とし、内部温度センサ 324の温度補正値と冷却ガス流量との関係を 求めてもよい。

また、 Lタイプ温度センサ 390の設置個数は、内部温度センサ 324と異なる個数とし てもよい。

さらに、 Lタイプ温度センサ 390の替わりにウェハ中心部に熱電対を埋め込んだタ イブの温度センサを用いてもよ!、。

[0050] [半導体処理装置 1による減圧 CVD処理の概要]

半導体処理装置 1は、制御部 2 (図 1,図 4)上で実行される制御プログラム 40 (図 3 )の制御により、処理室 3内に所定の間隔で並べられた半導体ウェハ 12に対して、 C VDにより、 Si3N4膜、 Si02膜およびポリシリコン(Poly— Si)膜などの形成を行う。

[0051] 処理室 3を用いた膜形成をさらに説明する。

まず、ボートエレベータ 108は、ボート 14を下降させる。

下降したボート 14には、処理の対象となるウェハ 12が、所望の枚数セットされ、ボ ート 14は、セットされたウェハ 12を保持する。

[0052] 次に、ヒータ 32の 4つの温度調節部分 320— 1〜320— 4それぞれは、設定に従つ て、ァウタチューブ 360の内部を加熱し、ウェハ 12の中心部が予め設定された一定 の温度になるように加熱する。

一方、冷却ガス流路 352には、設定に従って冷却ガスが流され、ァウタチューブ 36 0、およびボート 14にセットされたウェハ 12が周方向(外周側)から冷却される。

[0053] 次に、ガス導入ノズル 340 (図 2)を介して、 MFC374は、導入するガスの流量を調 節して、ァウタチューブ 360内に不活性ガスを導入し、充填する。

ボートエレベータ 108は、ボート 14を上昇させ、所望の処理温度の不活性ガスが充 填された状態のァウタチューブ 360内に移動させる。

[0054] 次に、ァウタチューブ 360内の不活性ガスは EP382により排気され、ァウタチュー ブ 360内部は真空状態とされ、ボート 14およびこれに保持されているウェハ 12は、 回転軸 348を介して回転させられる。

この状態で、ガス導入ノズル 340を介して処理ガスがァウタチューブ 360内に導入 されると、導入された処理ガスは、ァウタチューブ 360内を上昇し、ウェハ 12に対して 均等に供給される。

[0055] EP382は、減圧 CVD処理中のァウタチューブ 360内から、排気管 346を介して処 理ガスを排気し、 APC380は、ァウタチューブ 360内の処理ガスを、所望の圧力とす る。

以上のように、ウェハ 12に対して、減圧 CVD処理が所定時間、実行される。

[0056] 減圧 CVD処理が終了すると、次のウェハ 12に対する処理に移るベぐァウタチュ ーブ 360の内部の処理ガスが不活性ガスにより置換され、さらに常圧とされる。 さらに、冷却ガス流路 352に冷却ガスが流されて、ァウタチューブ 360内が所定の 温度まで冷却される。

この状態で、ボート 14およびこれに保持された処理済みのウェハ 12は、ボートエレ ベータ 108により下降させられ、ァウタチューブ 360から取り出される。

ボートエレベータ 108は、次に減圧 CVD処理の対象となるウェハ 12が保持された ボート 14を上昇させ、ァウタチューブ 360内にセットする。

このようにセットされたウェハ 12に対して、次の減圧 CVD処理が実行される。

[0057] なお、冷却ガスは、ウェハ 12の処理前力も処理終了までの間に流されれば、膜厚 を制御することができる力ウェハ 12をセットしたボート 14をァウタチューブ 360内に 移動させる場合、およびァウタチューブ 360内からボート 14を取り出す場合にも、流 されることが好ましい。

これにより、処理室 3の熱容量により、処理室 3内に熱がこもって温度が変動してし まうことを防止することができるとともに、スループットを向上させることができる。 [0058] [膜厚の均一性の制御例]

図 8は、半導体処理装置 1がウェハ 12などの基板に膜を形成する場合に設定する 温度と膜厚との関係の実施例を示すグラフであって、 (A)は基板面内位置に対する 設定温度の実施例を示すグラフであり、 (B)は (A)に示した設定温度に応じて形成さ れる膜厚を示すグラフである。

図 9は、半導体処理装置 1がウェハ 12などの基板に膜を形成する場合に設定する 温度と膜厚との関係の比較例を示すグラフであって、 (A)は基板面内位置に対する 設定温度の比較例を示すグラフであり、 (B)は (A)に示した設定温度に応じて形成さ れる膜厚を示すグラフである。

[0059] 図 8 (A)に示すように、基板の中心部が所定の設定温度 (処理温度)になり、基板 の端部が処理温度よりも低くなるように、制御部 2が温度調整部分 320の温度、およ び冷却ガス流路 352を通過する冷却ガス流量を制御すると、図 8 (B)に示すように、 基板に形成される膜厚が基板の中心部および端部においてほぼ均一になる。

例えば、基板温度に比べてァウタチューブ 360の温度が低くなるように冷却ガスが 流されると、基板の中心部の温度よりも基板の端部の温度が下がる。

[0060] 一方、図 9 (A)に示すように、基板の中心部および端部が所定の設定温度 (処理温 度)になるように、制御部 2が温度調整部分 320の温度などを制御する(例えば冷却 ガス流路 352に冷却ガスを流さない)と、図 9 (B)に示すように、基板の端部に形成さ れる膜の厚さが基板の中心部に形成される膜の厚さよりも厚くなる。

例えば、基板温度とァウタチューブ 360の温度が同等になるように冷却ガスが流さ れると、基板の中心部の温度と基板の端部の温度とが同等になる。

[0061] 具体的には、図 6に示した予め求めておいた所定の設定温度 (処理温度)にした時 の内部温度センサ 324の温度補正値をそれぞれ冷却ガス流量と対応させて記憶さ せた例えば温度設定値記憶部 424にあるデータの中から、 1つの条件を選択し、該 選択した条件にて制御部 2が温度制御部 410を介しヒータ 32の温度調整部分 320を 制御しつつ、冷却ガス流量制御部 422およびインバータ 384を介し、冷却ガス排気 装置 356を制御する。

[0062] すなわち、内部温度センサ 324の測定温度に温度補正値を設定し、その温度補正 値に対応する冷却ガス流量を設定し、補正後の内部温度センサ 324の測定温度に 基づきヒータ 32の温度調整部分 320を加熱制御しつつ、設定した冷却ガス流量に対 応して冷却ガス排気装置 356が排気する冷却ガスの流量を制御する。

この制御した状態で、ァウタチューブ 360内にて、ボート 14およびこれに保持され ているウェハ 12を回転しつつ、ガス導入ノズル 340を介して処理ガスをァウタチュー ブ 360内に導入しウェハ 12に対して所定の膜厚の膜を形成処理させる。

[0063] そして、処理後のウェハ 12をァウタチューブ 360から取り出す。ウェハ 12を取り出 した後、処理後のウェハ 12の膜厚を測定し、基板面内(ウェハ 12の面内)の膜厚が 均一になっているか確認する。

基板面内のうち基板の端部に形成される膜の厚さが基板中心部に形成される膜の 厚さより厚ければ、前述の図 6に示した予め求めておいて所定の設定温度 (処理温 度)にした時の内部温度センサ 324の温度補正値をそれぞれ冷却ガス流量と対応さ せて記憶させた例えば温度設定値記憶部 424にあるデータの中から、先に選択した 1つの条件よりさらに温度補正値の大きい値と対応する冷却ガス流量とを選択し、該 選択した条件にて再び、上記のウェハ 12に対して所定の膜厚の膜を形成処理させ るようにする。

[0064] 一方、基板面内のうち基板の端部に形成される膜の厚さが基板中心部に形成され る膜の厚さより薄ければ、前述の図 6に示した予め求めておいた所定の設定温度 (処 理温度)にした時の内部温度センサ 324の温度補正値をそれぞれ冷却ガス流量と対 応させて記憶させた例えば温度設定値記憶部 424にあるデータの中から、先に選択 した 1つの条件よりさらに温度補正値の小さい値と対応する冷却ガス流量とを選択し 、該選択した条件にて再び、上記のウェハ 12に対して所定の膜厚の膜を形成処理さ せるよう〖こする。

基板面内の膜厚が所望の膜厚にて均一になるまでウェハ 12へ実際に成膜を繰り 返すことにより、微調整を行う。

[0065] また、この際、温度調整部分 320— 1〜320— 4に対応するそれぞれの内部温度セ ンサ 324— 1〜324— 4に温度補正値をカ卩えた値と、その温度補正値に対応する冷 却ガス流量を用いて加熱制御し、基板面内膜厚の均一性のみならず、基板面間膜

厚 (ボート 14に保持される複数枚のウェハ間の膜厚)の均一性の微調整をも行うよう にする。

[0066] なお、図 6に示した予め求めておいた所定の設定温度 (処理温度)にした時の内部 温度センサ 324の温度補正値をそれぞれ冷却ガス流量と対応させて記憶させた例え ば温度設定値記憶部 424にあるデータの中には、所望の条件がない場合には、該 データを参考に内部温度センサ 324の温度補正値と冷却ガス流量とを直接変更した 条件で所定の膜厚が均一になるまで微調整を行うようにしてもよい。

この時、 Lタイプ温度センサ 390を、炉口蓋 344に継ぎ手を介在して気密にシール した状態で、ボート 14およびこれに保持されるウェハ 12を回転させずに、 Lタイプ温 度センサ 390の検出する温度が所定の設定温度 (処理温度)となるように、内部温度 センサ 324の温度補正値と冷却ガス流量とを直接変更した条件で所定の膜厚が均 一になるまで微調整を行うようにしてもょヽ。

[0067] 微調整が完了したら、膜厚均一性が良好となる求められた内部温度センサ 324の 温度補正値と冷却ガス流量にて設定し、補正後の内部温度センサ 324の測定温度 に基づきヒータ 32の温度調整部分 320を加熱制御しつつ、設定した冷却ガス流量に 対応した冷却ガス排気装置 356が冷却ガスの流量を制御する。

この制御した状態で、ァウタチューブ 360内にてボート 14およびこれに保持される ウェハ 12を回転しつつ、ガス導入ノズル 340を介して処理ガスをァウタチューブ 360 内に導入しウェハ 12に対して所定の膜厚の膜を形成処理させる。

[0068] このように、ヒータ 32は、設定温度どおりにウェハ 12の中心部温度を一定温度に維 持するように制御しつつ、冷却ガスによりウェハ 12の端部 (周縁)温度と中心部温度 とに温度差を設けるように温度制御することにより、膜質を変えることなぐウェハ 12 の面内膜厚均一性、さらには、面間の膜厚均一性を向上することができる。

例えば、 Si3N4膜等の CVD膜を成膜する場合、処理温度を変動させながら成膜 処理すると、膜の屈折率が処理温度に応じて変動してしまったり、処理温度を高温か ら低温へ降下させつつ成膜処理すると、エッチングレートが低、膜から高、膜へと処 理温度に応じて変化してしまう。

また、 Si3N4膜の生成においては、処理温度を高温から低温へ降下させつつ成膜 処理すると、ストレス値が高、膜から低、膜へと処理温度に応じて変化してしまう。

[0069] そこで、半導体処理装置 1は、制御部 2が温度調整部分 320の温度、および冷却ガ ス流路 352を通過する冷却ガス流量を制御することにより、ァウタチューブ 360の温 度を制御し、ウェハ 12などの基板の面内温度を制御して、膜質が変化することを防 止しつつ、基板に形成する膜の厚さの均一性を制御することができると、う優れた効 果を奏する。

[0070] [処理室 3の第 1の変形例]

次に、処理室 3の変形例について説明する。

図 10は、処理室 3の第 1の変形例を示す図である。

なお、処理室 3の第 1の変形例において、図 2に示した処理室 3を構成する部分と 実質的に同一のものには、同一の符号が付してある。

[0071] 図 10に示すように、処理室 3の第 1の変形例は、排気路 354に排気量 (総流量)が 互いに異なるブロアなどの冷却ガス排気装置 392,393がシャツタ 394, 395をそれぞ れ介して設けられている。

冷却ガス排気装置 392,393は、それぞれインバータ 396— 1, 396— 2を介し、制 御部 2によって回転数が個別に制御されている。

また、処理室 3の第 1の変形例は、制御部 2によってインバータ 396— 1, 396- 2 およびシャツタ 394, 395が個別に制御されることにより、冷却ガス流路 352を通過す る冷却ガスの流量が細力べ制御されるようになっている。

[0072] さらに、処理室 3の第 1の変形例は、排気路 354から冷却ガス排気装置 392,393ま でのコンダクタンスを小さくしたり、ダンバ 397などを設けて冷却ガスの流量を制御す るようにされてちよい。

したがって、処理室 3の第 1の変形例は、冷却ガス流路 352を通過する冷却ガスの 流量を細力べ制御することができるので、ァウタチューブ 360およびウェハ 12の外周 側の冷却を細力べ制御することができ、ウェハ 12に形成する膜の厚さの均一性を細 力べ制御することができる。

[0073] [処理室 3の第 2の変形例]

図 11は、処理室 3の第 2の変形例を示す図である。

なお、処理室 3の第 2の変形例において、図 2に示した処理室 3を構成する部分と 実質的に同一のものには、同一の符号が付してある。

[0074] 図 11に示すように、処理室 3の第 2の変形例は、ァウタチューブ 360と温度調整部 分 320との間に配管 398を有する。

配管 398には、例えば図示しないブロア (排気装置)などにより冷却ガスが流される ようになっている。

つまり、処理室 3の第 2の変形例は、配管 398に冷却ガスを流すことにより、ァウタチ ユーブ 360およびウェハ 12の外周側を冷却し、ウェハ 12に形成する膜の厚さの均一 性を制御する。

なお、処理室 3の第 2の変形例は、配管 398および冷却ガス流路 352を通過させる 冷却ガス流量を個別に制御するようにされてもよいし、配管 398を通過する冷却ガス 流量によってウェハ 12に形成する膜の厚さの均一性を制御するようにされてもよい。

[0075] [処理室 3の第 3の変形例]

図 12は、処理室 3の第 3の変形例を示す図である。

なお、処理室 3の第 3の変形例において、図 2に示した処理室 3を構成する部分と 実質的に同一のものには、同一の符号が付してある。

[0076] 図 12に示すように、処理室 3の第 3の変形例は、ァウタチューブ 360が中空構造に なっており、ァウタチューブ 360に冷却ガス流路 399が形成されている。

冷却ガス流路 399には、例えば図示しないブロア (排気装置)などにより冷却ガスが 流されるようになって!/、る。

つまり、処理室 3の第 3の変形例は、冷却ガス流路 399に冷却ガスを流すことにより 、ウェハ 12の外周側を冷却し、ウェハ 12に形成する膜の厚さの均一性を制御する。

[0077] なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなぐその要旨を逸脱しない 範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。例えば、半導体処理装置 1は 、吸気装置によって冷却ガス流量を制御するようにしてもよいし、マスフロー制御によ るものであってもよい。

また、加熱装置は、光加熱するタイプであればよぐ例えば抵抗加熱方式であって もよいし、ランプ加熱方式であってもよい。

また、半導体処理装置 1は、冷却ガスに代えて、例えば水などの液体を流すことに より、ァウタチューブ 360およびウェハ 12の外周側を冷却するようにされてもょヽ。 以上のように、本発明は、特許請求の範囲に記載した事項を有するが、さらに次の ような実施形態が含まれる。

(1)前記冷却装置は、前記処理室の外周側に設けられ、冷却ガスを流す冷却ガス 流路と、前記冷却ガス流路を流れる冷却ガスを排気可能に導く排気路と、前記排気 路に設けられ、冷却ガスを排気する排気部とを有する。

(2)前記排気部は、排気量が異なる複数の排気装置を有し、前記加熱制御部は、 前記複数の排気装置を個別に制御する。

(3)本発明に係る基板処理方法は、処理室内に収容された基板を加熱装置により 基板の外周側力ゝら光加熱する工程と、基板の外周近傍に流体を流す冷却装置により 基板の外周側を冷却する工程と、前記処理室内の温度を検出する工程と、検出した 温度に基づ!/ヽて、前記加熱装置および前記冷却装置を制御する工程とを有する。

(4)本発明に係る基板処理方法は、処理室内に収容された基板を加熱装置により 基板の外周側から光加熱する工程と、基板の外周近傍に冷却ガスを流して基板の外 周側を冷却する工程と、排気量が異なる複数の排気装置により冷却ガスを排気する 工程と、前記処理室内の温度を検出する工程と、検出した温度に基づいて、前記カロ 熱装置および前記複数の排気装置を個別に制御する工程とを有する。

(5)前記加熱装置は、基板の中心部が一定温度である設定温度になるように基板 を光加熱する請求項 1〜3のいずれかに記載の基板処理装置。

(6)基板の中心部と外周側の温度をそれぞれ取得する温度取得部と、前記加熱装 置が基板を加熱する間に前記冷却装置が流す流体の量を変化させた場合に、設定 温度および流体の流量と、基板の中心部と外周側との温度偏差との相関関係を取得 する相関関係取得部と、前記相関関係取得部が取得した相関関係に基づいて、前 記加熱部の設定温度を補正する設定温度補正部とを有する(5)に記載の基板処理 装置。

(7)前記相関関係取得部は、前記加熱装置が基板を加熱する間に前記冷却装置 が流す流体の量を変化させた場合に、設定温度および流体の流量と、前記温度検

出部が検出した温度との相関関係をさらに取得し、前記設定温度補正部は、前記相 関関係取得部が取得した相関関係に基づいて、前記加熱装置の設定温度を補正す る(6)に記載の基板処理装置。

(8)前記加熱装置は、基板の中心部が一定温度である設定温度になるように基板 を光加熱する請求項 4または 5に記載の基板処理方法。

(9)基板を処理室内に収容する工程と、処理室内に収容された基板を加熱装置に より基板の外周側から光加熱する工程と、基板の外周近傍に流体を流す冷却装置に より基板の外周側を冷却する工程と、前記処理室内の温度を検出する工程と、検出 した温度に基づいて、前記加熱装置および前記冷却装置を制御する工程と、基板を 処理室外に搬出する工程とを有する基板処理方法。

産業上の利用可能性

以上述べたように、本発明は、基板に形成する膜の厚さの均一性を制御する基板 処理装置に利用することができる。