(57)【要約】  【課題】  レシピチューニング後の生産中における温度変化特性の劣化を、保守員などの手を煩わせることなく改善し、生産性を向上させる。  【解決手段】  所望の制御条件による温度制御を行うのに先立って前記所望の制御条件に基づいて行われた温度制御の制御結果に関する情報と、前記所望の制御条件に基づいて行われる現在の温度制御の制御結果に関する情報とを所定のタイミングで比較するデータ比較部と、前記データ比較部による比較結果が一致しない場合に、該一致しないタイミングにおける、前記先立って前記所望の制御条件に基づいて行われた温度制御の制御結果に関する情報と、前記所望の制御条件に基づいて行われる現在の温度制御の制御結果に関する情報との差分を算出し、前記一致しないタイミング以降の温度制御については、前記差分を減少させるように前記所望の制御条件を修正する修正部と、前記修正部により修正された制御条件に基づく温度制御を行う温度制御部とを備えてなることを特徴とする。  【選択図】  図１
2006093377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の制御条件による温度制御を行うのに先立って前記所望の制御条件に基づいて行われた温度制御の制御結果に関する情報と、前記所望の制御条件に基づいて行われる現在の温度制御の制御結果に関する情報とを所定のタイミングで比較するデータ比較部と、
前記データ比較部による比較結果が一致しない場合に、該一致しないタイミングにおける、前記先立って前記所望の制御条件に基づいて行われた温度制御の制御結果に関する情報と、前記所望の制御条件に基づいて行われる現在の温度制御の制御結果に関する情報との差分を算出し、前記一致しないタイミング以降の温度制御については、前記差分を減少させるように前記所望の制御条件を修正する修正部と、
前記修正部により修正された制御条件に基づく温度制御を行う温度制御部と
を備えてなることを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置における温度制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４は従来の一般的な基板処理装置の例として、縦型ＣＶＤ炉の構造を示す図であり、図５は図４に示す基板処理装置における装置操作部の詳細について説明するための図である。
【０００３】
図４に示した縦型ＣＶＤ炉は、炉内を加熱するためのヒータ１０１、ヒータ１０１近傍の温度を検出する外部熱電対１０２、外部熱電対１０２よりも基板近傍に位置し反応管１０４の中の温度（特に、基板近傍の温度）を検出する内部熱電対１０５、熱処理するための基板１０３を搭載したボート１０６、および装置操作部１０８から指定された設定温度Ｙと外部熱電対１０２及び内部熱電対１０５の検出温度とからヒータ１０１への操作量Ｚ（電力値）を求めてヒータ１０１を制御する温度コントローラ（温度制御部）１０７を備えてなる構成となっている。これらの構成要素は、例えばＬＡＮや調歩同期等の通信回線を用いる等の方法により通信可能に接続されており、各構成要素間において情報をやり取りする。
【０００４】
ヒータ１０１は、炉内温度をより高精度に制御するためにゾーン分割されており、例えば４ゾーン分割の場合には、上部から順にＵゾーン、ＣＵゾーン、ＣＬゾーン、Ｌゾーンなどと呼ばれるゾーンに分割されている。また、それぞれのゾーンごとに、外部熱電対１０２と内部熱電対１０５が設置されている。
【０００５】
このような縦型ＣＶＤ炉における温度制御においては、熱処理するための基板１０３近傍に設置された内部熱電対１０５の検出温度を、設定温度Ｙと一致させるように制御する。
【０００６】
図５に示した装置操作部１０８は、作業者が縦型ＣＶＤ炉の動作情報を確認したり、各種設定を行ったりするための操作入力部２０１と、レシピ（処理シーケンス情報）を保存するためのレシピ保存部２０２と、温度コントローラ１０７との間でデータの送受信を行う温度コントローラ間通信部２０３と、これらを制御する制御部２０４から構成されている。
【０００７】
このような構成の装置操作部１０８は、温度コントローラ１０７に対して、作業者が操作入力部２０１等により設定した設定温度やパラメータ設定を送信するとともに、温度コントローラ１０７から温度データやヒータパワー値を受信して、受信したデータを装置情報として操作入力部２０１に表示させたり、不図示の記憶領域に保存したりする機能を備えている。通常、図４に示したような縦型ＣＶＤ炉における温度制御においてはＰＩＤ演算を用いたフィードバック制御を構成して温度制御を行う（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
続いて、上述のような従来の基板処理装置における、一般的な処理シーケンスについて説明する。
【０００９】
図６は、図４に示したような縦型ＣＶＤ炉で行われるプロセス処理の一例を説明するためのフローチャート、図７は、図６のようなプロセス処理を行う際の炉内における温度変化の概略を示す図である。
【００１０】
まず、ボートがまだ炉内へ挿入されていない状態で、炉内の温度を比較的低い温度Ｔ０で安定させる処理を行う（Ｓ６０１）。続いて、ボートを炉内に挿入する処理（ボートロード）を行う（Ｓ６０２）。そして、設定温度Ｔｏから基板に成膜処理等のプロセス処理を施すための設定温度Ｔ１まで徐々に炉内の温度を上昇させる処理（ランプアップ）を行う（Ｓ６０３）。次に、基板にプロセス処理を施すために炉内の温度を設定温度Ｔ１で安定させる処理を行う（Ｓ６０４）。次に、設定温度Ｔ１から再び比較的低い設定温度Ｔ０まで徐々に炉内の温度を下降させる処理（ランプダウン）を行う（Ｓ６０５）。その後、プロセス処理が施された基板を搭載しているボートを炉内から引き出す処理を行う（Ｓ６０６）。なお（Ｓ６０４）では、炉内に図示しないガス供給手段によりガスを供給しつつ図示しない排気手段により排気し、ガスを基板と接触させることにより成膜処理がなされる。
【００１１】
上述のような処理シーケンスは、作業者が装置操作部の操作入力部２０１から随時設定し、その処理シーケンスの内容をレシピ保存部２０２に保存したあと、実行される。
【００１２】
レシピは、前述の処理シーケンスを含み、目的のプロセス処理の内容や温度特性を実現するために、ガス流量や圧力、温度設定などを時系列に設定するものである。そして、このレシピを使用してプロセス処理を実行した結果（成膜特性および温度変化特性）に応じて、生産（半導体製造）の前にレシピの調整が行われる（レシピチューニング）。
【特許文献１】特許第３２６９８９４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
図８に、レシピチューニング後の温度変化特性の例を示す。同図では、ボートロード開始からランプアップ終了温度安定維持までの、内部熱電対温度４ゾーン（Ｕゾーン、ＣＵゾーン、ＣＬゾーンおよびＬゾーン）分の温度変化の例を示している。図９は、ランプアップ時の温度変化を拡大表示したものである。図９に示すように、２００℃からランプアップを開始し、ランプアップ終了の設定温度４５０℃に対して±２℃以内に収束するまでの時間は、約１７分となっている。レシピチューニング作業が終了すると、生産（半導体製造）が開始される。
【００１４】
上述のように、半導体の製造処理は、レシピチューニング後のレシピを繰り返し実行することにより行うが、生産中の温度変化特性がレシピチューニング終了時のものから違いが生じる場合がある。
【００１５】
図１０は生産中に温度変化特性に違いが生じた例であり、図１１はランプアップ時の温度変化を拡大表示したものである。
【００１６】
図１１に示すように、２００℃からランプアップを開始し、ランプアップ終了の設定温度４５０℃に対して±２℃以内に収束するまでの時間は、約２７分となっていて、図９に示したレシピチューニング終了時の約１７分と比較すると、約１０分も長くなってしまっている。
【００１７】
このように、生産中の温度変化特性に違いが生じた原因としては、装置を構成する熱電対やヒータの経時変化、反応管などへの生成物堆積などによる熱容量の変化およびプロセス処理を施すための基板の枚数や基板の質（生産の上流工程か下流工程かなど）の違いなどが考えられる。
【００１８】
従来、上述のような原因により、温度変化特性の変化が生じた場合には、保守員や技術担当者が再度レシピチューニング作業を実施しているのが現状であり、保守員などの作業の増加や、保守費用の増大、温度変化特性の劣化による製品の品質の低下などが問題となっていた。
【００１９】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、レシピチューニング後の生産中における温度変化特性の劣化を、保守員などの手を煩わせることなく改善し、生産性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上述した課題を解決するため、本発明に係る基板処理装置は、所望の制御条件による温度制御を行うのに先立って前記所望の制御条件に基づいて行われた温度制御の制御結果に関する情報と、前記所望の制御条件に基づいて行われる現在の温度制御の制御結果に関する情報とを所定のタイミングで比較するデータ比較部と、前記データ比較部による比較結果が一致しない場合に、該一致しないタイミングにおける、前記先立って前記所望の制御条件に基づいて行われた温度制御の制御結果に関する情報と、前記所望の制御条件に基づいて行われる現在の温度制御の制御結果に関する情報との差分を算出し、前記一致しないタイミング以降の温度制御については、前記差分を減少させるように前記所望の制御条件を修正する修正部と、前記修正部により修正された制御条件に基づく温度制御を行う温度制御部とを備えてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
以上に詳述したように本発明によれば、レシピチューニング後の生産中における温度変化特性の劣化を、保守員などの手を煩わせることなく改善し、生産性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
図１は、本実施の形態による基板処理装置の構成について説明するための機能ブロック図である。
【００２４】
本実施の形態による基板処理装置と、図４および図５に示した従来の基板処理装置との主たる相違点は、装置操作部の構成にある。以下、図４および図５についてすでに述べた部分と同一の役割を有する部分については同一符号を付し、説明は割愛する。なお、以下、本実施の形態においては縦型ＣＶＤ炉を備えた基板処理装置への適用例を示しているが、これに限られるものではなく、その他の半導体製造装置、例えば枚葉式の基板処理装置にも適用可能であることは言うまでもない。
【００２５】
本実施の形態による基板処理装置における装置操作部９は、操作入力部２０１、レシピ保存部２０２、温度コントローラ間通信部２０３、制御部２０４、データ比較部９０１、パラメータ修正部９０２および温度特性データ記憶部９０３を備えてなる構成となっている。なお、データ比較部９０１、パラメータ修正部（修正部）９０２および温度特性データ記憶部９０３の役割については、後述の本実施の形態による基板処理装置の動作説明において説明する。
【００２６】
続いて、本実施の形態による基板処理装置の動作について説明する。図２は、本実施の形態における、レシピチューニング後のレシピを用いて生産しつづけたときに生じた温度変化特性の劣化を補正する処理の流れについて説明するためのフローチャートである。
【００２７】
まず、目的のプロセス処理の内容や温度特性を実現するために、レシピチューニング作業を完了する（Ｓ２０１）。
【００２８】
その際、レシピチューニング完了時の温度変化特性（レシピ実行時の時系列温度データ）を、基準の温度データ（生産時の温度制御に先立って所望の制御条件に基づいて行われた温度制御の制御結果に関する情報）として温度特性データ記憶部９０３に登録（記憶）させる（Ｓ２０２）。これは、生産中の温度変化特性と時々刻々比較し、レシピチューニング完了時の温度変化特性の劣化を補正するために使用する。
【００２９】
なお、基準温度データの登録の際には、レシピの名称（どのレシピ実行時において参照すべき基準温度データであるかの識別に使用）と、レシピの最終更新日時（基準温度データ登録後、レシピを変更していないかの識別に使用）の情報を、併せて記憶しておく。
【００３０】
続いて、基準温度データ登録後、チューニングされたレシピ（所望の制御条件）を実行して生産を開始する（Ｓ２０３）。
【００３１】
ここで、生産を行うためにレシピが実行されると、データ比較部９０１は、実行されるレシピの名称と最終更新日時と一致する（対応する）、基準温度データの登録があるかをチェックする（Ｓ２０４）。これは、レシピ実行中に内容の異なるレシピに対応する基準温度データに基づいて補正を行ってしまわないようにするためである。
【００３２】
レシピの名称と最終更新日時が一致する基準温度データの登録があった場合（Ｓ２０４，Ｙｅｓ）、データ比較部９０１によって、登録された基準温度と、レシピ実行中において温度コントローラ１０７を介して取得される炉内の現在温度（所望の制御条件に基づいて行われる現在の温度制御の制御結果に関する情報）とを時々刻々比較していく。この際の比較については、レシピの全体にわたって比較することもできるが、これに限らず、ランプアップ中だけ比較し、補正を実施することも可能である。また、比較を行うタイミング（所定のタイミング）は任意に設定可能である。
【００３３】
次に、上述の比較の結果、基準温度と現在温度の差を算出し、パラメータ修正部９０２によって、この差を小さくするよう補正動作を行う（Ｓ２０５）。すなわち、データ比較部による比較結果が一致しない場合に、該一致しないタイミングにおける、生産時の温度制御に先立って前記所望の制御条件に基づいて行われた温度制御の制御結果に関する情報と、前記所望の制御条件に基づいて行われる現在の温度制御の制御結果に関する情報との差分を算出し、前記一致しないタイミング以降の温度制御については、前記差分を減少させるように前記所望の制御条件を修正する。
【００３４】
具体的に、上述のステップ（Ｓ２０５）における補正処理は、温度コントローラ１０７におけるＰＩＤ制御（温度制御）で使用する制御パラメータ（ＰＩＤパラメータ）の一つであるＰ（比例）定数を修正する。
【００３５】
ＰＩＤ演算は、一般的に以下の式（１）を実行する。ここで、ＹはＰＩＤ演算出力、ｅは偏差（設定温度−測定温度）、ＰはＰ定数、ＩはＩ（積分）定数、ＤはＤ（微分）定数）である。
Y=(100/P)[e+(1/I)×∫edt+D×de/dt]  ・・・（１）
上述のように、ＰＩＤ制御は、偏差（すなわち、設定温度と測定温度との差）に応じて出力を変化させるが、生産時に生じた温度変化特性の劣化を十分に補正することが難しい場合がある。よって、本実施の形態では、データ比較部９０１によって得た基準温度と現在温度の差に応じて、Ｐ定数を修正することで、温度変化特性の劣化を補正する構成となっている。
【００３６】
図３は、基準温度−現在温度の差の大きさに応じて設定されたＰ定数の修正係数を示すテーブルである。Ｐ定数の修正は、例えば図３のようなテーブルにしたがって行う。なお、同図に示すテーブルに関する情報は、レシピ保存部２０２や不図示の記憶領域に格納されている。
【００３７】
例えば、基準温度−現在温度の差が、＋１０℃以上である場合、基準温度に近づくためにはより多くのヒータ出力が必要であるので、パラメータ修正部９０２は、温度制御を行う際のＰ定数に修正係数０．５を乗算する（ＰＩＤ制御は、Ｐ定数が小さくなるほどより多く出力する演算式のため）。
【００３８】
一方、基準温度−現在温度が−１０℃以下である場合、現在温度が基準温度を大きく超えており、ヒータ出力を小さくする必要があるので、パラメータ修正部９０２は、温度制御を行う際のＰ定数に修正係数１．５を乗算する（ＰＩＤ制御は、Ｐ定数が大きくなるほどより少なく出力する演算式のため）。
【００３９】
温度コントローラ１０７は、このようにして修正されたＰ定数を使用して温度制御を行う。
【００４０】
Ｐ定数の修正後、レシピ実行中の間は（Ｓ２０６，Ｙｅｓ）、このＰ定数の修正動作を繰り返し実行する。一方、レシピ実行中でなければ（Ｓ２０６，Ｎｏ）、レシピ終了として処理を終了する（Ｓ２０７）。
【００４１】
なお、レシピ終了（Ｓ２０７）後、基準温度データが温度特性データ記憶部９０３に登録されていなかった場合（Ｓ２０４，Ｎｏ）、検出温度から現在の温度制御が良好であると判断された場合には、その温度データを新たな条件の基礎温度データとして登録するようにすることもできる。
【００４２】
また、上述の実施の形態では、装置操作部９内に不図示の記憶領域、レシピ保存部２０２および温度特性データ記憶部９０３が配置されている構成としているが、これに限られるものではなく、例えば不図示の記憶領域、レシピ保存部２０２および温度特性データ記憶部９０３のうち少なくとも１つを、装置操作部９の外部に配置するようにしてもよい。
【００４３】
以上のように、時々刻々と基準温度と炉内の現在温度との差を補正するよう温度制御を行うので、生産時に生じた温度変化特性の劣化による品質低下等の悪影響を抑制することができる。
【００４４】
このように、本実施の形態による半導体製造装置の温度制御方法は、半導体の生産前に、基準となる温度特性を記憶しておき、該基準の温度特性と、生産時の温度特性を時々刻々比較し、その差を補正するようＰＩＤ制御のパラメータを修正する動作を繰り返し実行する構成となっている。
【００４５】
なお、式（１）に示したＰＩＤ演算式から分かるように、Ｐ定数は、演算式の先頭にあり、Ｐ（比例）動作、Ｉ（積分）動作およびＤ（微分）動作それぞれにかかっていることになる。そのため、Ｉ定数やＤ定数を変えるよりも、Ｐ定数を変えるときの方が、修正量が大きくなることになる。また、Ｐ動作は、ＰＩＤ制御の基本動作であり、Ｐ定数を変えることによって、パワーを多く出すか、少なく出すかを調節できるため、簡単かつ効果が期待できる。
【００４６】
なお、Ｉ定数やＤ定数を修正することにより補正することによっても、Ｐ定数の修正ほどではないが同様の効果を奏する。また、Ｐ定数、Ｉ定数およびＤ定数以外のパラメータを変化させて、差を打ち消すように、例えば（誤差×α）％をパワーに加算するなどとして、補正する構成とすることもできる。
【００４７】
すなわち、本発明に係る基板処理装置は、基板を処理する処理室と、該処理室を加熱する加熱手段と、前記処理室内の温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段の検出する温度を基に前記加熱手段を制御する温度制御手段とを備え、前記温度制御手段は、実際に前記温度制御するのに先立って、予め所望の温度制御条件により温度制御した際に前記温度検出手段が検出した基準とする基準温度検出結果を一つ以上記憶し、実際に基板を処理するよう温度制御する際は、前記記憶された基準温度検出結果の中から前記実際に温度制御するのと同じ条件下での前記基準温度検出結果を選択し、前記実際の温度制御は前記選択された基準温度検出結果と前記温度検出手段の検出する実際の温度検出結果とを所望のタイミングで比較しつつ温度制御し続け、前記選択された基準温度検出結果と前記実際の温度検出結果との比較結果が一致しないタイミングが生じた場合には、該一致しないタイミングでの差を算出し、一致しないタイミング以降の温度制御には、前記差を無くすように前記温度制御条件を補正し、温度制御することを特徴とするものである。
【００４８】
また、本発明に係る基板処理装置は、基板を処理する処理室と、該処理室を加熱する加熱手段と、前記処理室内の温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段の検出する温度を基にＰＩＤ制御しつつ前記加熱手段を制御する温度制御手段とを備え、前記温度制御手段は、実際に前記基板を処理するよう温度制御するのに先立って、予め前記ＰＩＤ制御の条件を含む所望の温度制御条件により温度制御した際に前記温度検出手段が検出した基準とする基準温度検出結果を一つ以上記憶し、実際に温度制御する際は、前記記憶された基準温度検出結果の中から前記実際に温度制御するのと同じ条件下での前記基準温度検出結果を選択し、前記実際の温度制御は前記選択された基準温度検出結果と前記温度検出手段の検出する実際の温度検出結果とを所望のタイミングで比較しつつ温度制御し続け、前記選択された基準温度検出結果と前記実際の温度検出結果との比較結果が一致しないタイミングが生じた場合には、該一致しないタイミングでの差を算出し、一致しないタイミング以降の温度制御には、前記差を無くすように前記ＰＩＤ制御の条件を補正し、温度制御することを特徴とすることが好ましい。
【００４９】
ここで、上述のような構成の基板処理装置において、前記補正は、ＰＩＤ制御の条件のうちのＰ定数を修正するようにすることが望ましい。
【００５０】
この他、本発明に係る半導体装置の製造方法は、基板を処理する処理室と、該処理室を加熱する加熱手段と、前記処理室内の温度を検出する温度検出手段と、前記処理室にガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内を排気する排気手段と、該温度検出手段の検出する温度を基に前記加熱手段を制御する温度制御手段とを備え、前記温度制御手段は、実際に前記基板を処理するよう温度制御するのに先立って、予め所望の温度制御条件により温度制御した基準とする基準温度制御結果を一つ以上記憶し、実際に温度制御する際は、前記記憶された基準温度制御結果の中から前記実際に温度制御するのと同じ条件下での前記基準温度制御結果を選択し、前記実際の温度制御は前記選択された基準温度制御結果と前記温度検出手段の検出する実際の温度制御結果とを所望のタイミングで比較しつつ温度制御し続け、前記選択された基準温度制御結果と前記実際の温度制御結果との比較結果が一致しないタイミングが生じた場合には、該一致しないタイミングでの差を算出し、一致しないタイミング以降の温度制御には、前記差を無くすように前記温度制御条件を補正し、温度制御する基板処理装置を用いて前記基板を処理する半導体装置の製造方法において、前記実際に温度制御するのに先立って、予め所望の温度制御条件により温度制御した基準とする前記基準温度制御結果を前記温度制御手段に一つ以上記憶する工程と、実際に温度制御する際に、前記記憶された基準温度制御結果の中から実際に温度制御するのと同じ条件下での前記基準温度制御結果を選択する工程と、前記処理室内を前記加熱手段にて加熱する工程と、前記温度検出手段が前記処理室内の温度を検出する工程と、前記選択された基準温度制御結果と前記温度検出手段の検出する前記実際の温度制御結果とを所望のタイミングで比較しつつ温度制御し続け、前記選択された基準温度制御結果と前記実際の温度制御結果との比較結果が一致しないタイミングが生じた場合には、該一致しないタイミングでの差を算出し、一致しないタイミング以降の温度制御には、前記差を無くすように前記温度制御条件を補正し、温度制御する工程と、前記処理室に前記ガス供給手段により前記ガスを供給しつつ前記排気手段により排気し、前記基板を処理する工程とを有することを特徴とする。なお、本実施の形態における基板処理装置は不図示の記憶部を備えており、ここでの半導体装置の製造方法は、制御部によって不図示の記憶部に格納されているプログラムを実行することによって実現される。
【００５１】
以上述べたように、本発明によれば、レシピチューニング後の生産時における温度変化特性の劣化を補正するので、保守員などの手を煩わせることなく、生産性の向上及び製品品質の向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本実施の形態による基板処理装置の構成について説明するための機能ブロック図である。
【図２】本実施の形態における、レシピチューニング後の生産時に生じた温度変化特性の劣化を補正する処理の流れについて説明するためのフローチャートである。
【図３】基準温度−現在温度の差の大きさに応じて設定されたＰ定数の修正係数を示すテーブルである。
【図４】従来の基板処理装置の例として、縦型ＣＶＤ炉の構造を示す図である。
【図５】図４に示す基板処理装置における装置操作部の詳細について説明するための図である。
【図６】縦型ＣＶＤ炉で行われるプロセス処理の一例を説明するためのフローチャートである。
【図７】図６のようなプロセス処理を行う際の炉内における温度変化の概略を示す図である。
【図８】レシピチューニング後の温度変化特性の例を示す図である。
【図９】ランプアップ時の温度変化を拡大表示した図である。
【図１０】生産中に温度変化特性に違いが生じた例について説明するための図である。
【図１１】ランプアップ時の温度変化を拡大表示した図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０１  ヒータ、１０２  外部熱電対、１０３  基板、１０４  反応管、１０５  内部熱電対、１０６  ボート、１０７  温度コントローラ、１０８  装置操作部。
【図１】
2006093377.tif 000003
【図２】
2006093377.tif 000004
【図３】
2006093377.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2006093377.tif 000008
【図７】
2006093377.tif 000009
【図８】
2006093377.tif 000010
【図９】
2006093377.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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