(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理室を加熱装置で加熱しつつ、前記処理室と前記加熱装置との間に設けられた冷却ガス流路内に冷却装置により冷却ガスを流し、前記冷却ガス流路における圧力値に基づいて、制御部により前記加熱装置及び前記冷却装置を制御して基板を処理する工程と、
現在使用している第１の圧力設定値で前記基板を処理する工程にて処理された基板の第１の膜厚値と、予め第２の圧力値で処理された基板の予め測定された第２の膜厚値とを比較し、前記第１の膜厚値と前記第２の膜厚値とが異なる場合には、少なくとも前記第１の膜厚値と予め取得していた所定の圧力である第３の圧力値で前記基板に形成された薄膜の第３の膜厚値に基づいて、前記第２の膜厚値と前記第３の膜厚値との差に対する、前記第２の圧力値と前記第３の圧力値との差の比率から、前記第２の膜厚値と前記第１の膜厚値との差に対する、前記第２の圧力値と前記現在使用している第１の圧力設定値との差である圧力補正値の比率を求めて前記圧力補正値を算出し、該圧力補正値により前記第１の圧力設定値を補正する工程と、
を有することを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
前記処理室を前記加熱装置で加熱しつつ、前記冷却ガス流路内に前記冷却装置により冷却ガスを流し、前記圧力補正値に基づいて、前記制御部により前記加熱装置及び前記冷却装置を制御して基板を処理する工程をさらに有する請求項１記載の基板処理方法。
【請求項３】
基板を処理する処理室を加熱装置で加熱しつつ、前記処理室と前記加熱装置との間に設けられた冷却ガス流路内に冷却装置により冷却ガスを流し、前記冷却ガス流路における圧力値に基づいて、制御部により前記加熱装置及び前記冷却装置を制御して基板を処理する工程と、
現在使用している第１の圧力設定値で前記基板を処理する工程にて処理された基板の第１の膜厚値と、予め第２の圧力値で処理された基板の予め測定された第２の膜厚値との差を求め、少なくとも前記差と予め取得していた所定の圧力である第３の圧力値で前記基板に形成された薄膜の第３の膜厚値に基づいて、前記第２の膜厚値と前記第３の膜厚値との差に対する、前記第２の圧力値と前記第３の圧力値との差の比率から、前記第２の膜厚値と前記第１の膜厚値との差に対する、前記第２の圧力値と前記現在使用している第１の圧力設定値との差である圧力補正値の比率を求めて前記圧力補正値を算出し、該圧力補正値により前記第１の圧力設定値を補正する工程と、
を有することを特徴とする基板処理方法。
【請求項４】
現在使用している第１の圧力設定値で前記基板を処理する工程にて処理された基板の膜厚を測定して第１の膜厚値を取得して、前記第１の膜厚値と第２の圧力値で処理された基板の予め測定された第２の膜厚値とを比較し、前記第１の膜厚値と前記第２の膜厚値とが異なる場合には、少なくとも前記第１の膜厚値と予め取得していた所定の圧力である第３の圧力値で前記基板に形成された薄膜の第３の膜厚値に基づいて、前記第２の膜厚値と前記第３の膜厚値との差に対する、前記第２の圧力値と前記第３の圧力値との差の比率から、前記第２の膜厚値と前記第１の膜厚値との差に対する、前記第２の圧力値と前記現在使用している第１の圧力設定値との差である圧力補正値の比率を求めて前記基板を処理する処理室と加熱装置との間に設けられた冷却ガス流路における圧力値の前記圧力補正値を算出し、該圧力補正値により現在使用している前記第１の圧力設定値を補正する工程と、
前記処理室を前記加熱装置で加熱しつつ、前記冷却ガス流路内に冷却装置により冷却ガスを流し、前記補正後の前記第１の圧力設定値に基づいて、制御部により前記加熱装置及び前記冷却装置を制御して基板を処理する工程と、
を有することを特徴とする半導体の製造方法。
【請求項５】
現在使用している第１の圧力設定値で前記基板を処理する工程にて処理された基板の膜厚を測定して第１の膜厚値を取得して、前記第１の膜厚値と第２の圧力値で処理された基板の予め測定された第２の膜厚値との差を求め、少なくとも前記差と予め取得していた所定の圧力である第３の圧力値で前記基板に形成された薄膜の第３の膜厚値に基づいて、前記第２の膜厚値と前記第３の膜厚値との差に対する、前記第２の圧力値と前記第３の圧力値との差の比率から、前記第２の膜厚値と前記第１の膜厚値との差に対する、前記第２の圧力値と前記現在使用している第１の圧力設定値との差である圧力補正値の比率を求めて前記基板を処理する処理室と加熱装置との間に設けられた冷却ガス流路における圧力値の前記圧力補正値を算出し、該圧力補正値により現在使用している前記第１の圧力設定値を補正する工程と、
前記処理室を前記加熱装置で加熱しつつ、前記冷却ガス流路内に冷却装置により冷却ガスを流し、前記補正後の前記第１の圧力設定値に基づいて、制御部により前記加熱装置及び前記冷却装置を制御して基板を処理する工程と、
を有することを特徴とする半導体の製造方法。
【請求項６】
基板を処理する処理室と、
前記処理室を加熱する加熱装置と、
前記処理室と前記加熱装置との間に設けられた冷却ガス流路と、
前記冷却ガス流路における圧力値を測定する圧力検出器と、
前記加熱装置及び前記冷却装置を制御して基板を処理する制御部と、
を有し、
前記制御部は、現在使用している第１の圧力設定値で前記基板を処理して得られた前記基板の膜厚を測定して第１の膜厚値を取得して、前記第１の膜厚値と第２の圧力値で処理された基板の予め測定された第２の膜厚値とを比較し、前記第１の膜厚値と前記第２の膜厚値とが異なる場合には、少なくとも前記第１の膜厚値と予め取得していた所定の圧力である第３の圧力値で前記基板に形成された薄膜の第３の膜厚値に基づいて、前記第２の膜厚値と前記第３の膜厚値との差に対する、前記第２の圧力値と前記第３の圧力値との差の比率から、前記第２の膜厚値と前記第１の膜厚値との差に対する、前記第２の圧力値と前記現在使用している第１の圧力設定値との差である圧力補正値の比率を求めて前記冷却ガス流路における圧力値の前記圧力補正値を算出し、該圧力補正値により前記第１の圧力設定値を補正し、前記処理室を前記加熱装置で加熱しつつ、前記冷却ガス流路内に冷却装置により冷却ガスを流し、前記補正後の前記第１の圧力設定値に基づいて、前記加熱装置及び前記冷却装置を制御して基板を処理することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項７】
基板を処理する処理室と、
前記処理室を加熱する加熱装置と、
前記処理室と前記加熱装置との間に設けられた冷却ガス流路と、
前記冷却ガス流路における圧力値を測定する圧力検出器と、
前記加熱装置及び前記冷却装置を制御して基板を処理する制御部と、
を有し、
現在使用している第１の圧力設定値で前記基板を処理して得られた前記基板の膜厚を測定して第１の膜厚値を取得して、前記第１の膜厚値と第２の圧力値で処理された基板の予め測定された第２の膜厚値との差を求め、少なくとも前記差と予め取得していた所定の圧力である第３の圧力値で前記基板に形成された薄膜の第３の膜厚値に基づいて、前記第２の膜厚値と前記第３の膜厚値との差に対する、前記第２の圧力値と前記第３の圧力値との差の比率から、前記第２の膜厚値と前記第１の膜厚値との差に対する、前記第２の圧力値と前記現在使用している第１の圧力設定値との差である圧力補正値の比率を求めて前記冷却ガス流路における圧力値の前記圧力補正値を算出し、該圧力補正値により前記第１の圧力設定値を補正し、前記処理室を前記加熱装置で加熱しつつ、前記冷却ガス流路内に冷却装置により冷却ガスを流し、前記補正後の前記第１の圧力設定値に基づいて、前記加熱装置及び前記冷却装置を制御して基板を処理することを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の基板を処理する基板処理方法、半導体装置の製造方法および半導体製造装置に関する。
【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。
しかしながら、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】
また、炉内の温度を検出するために、温度センサを複数設置し、炉内の温度を検出し、検出された温度に基づいて温度制御装置を用いて炉内を特定温度に制御する半導体製造装置が知られている。
しかしながら、このような半導体製造装置では、装置のメンテナンスや、温度センサの取替え作業をする際に、装置の使用を新たに開始した時と比較して、炉内の温度の変動が生じやすく、基板に形成される薄膜の膜厚に変動が生じやすいという問題点があった。
この問題点の主な原因は、温度センサや、アウタチューブ、インナチューブ等の例えば石英からなる部材の取り付け時の誤差にあると考えられるが、取り付け時の誤差を完全になくすことは極めて困難である。
【０００４】
さらに、炉内の温度を急速に冷却するための急冷機構を備える半導体製造装置が知られている。この半導体製造装置の急冷機構では、急冷ブロアの排気口と、半導体製造装置が設置される工場等の排気設備とが接続されている。
しかしながら、このような半導体製造装置においては、排気設備の排気圧力の変動を原因として、成膜時に冷却機構の冷却性能の変動が生じることを原因として、形成される薄膜の層厚（膜厚）や膜質が不均一になってしまうことがあるという問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００５／００８７５５号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、基板に形成する膜の厚さや、膜質の均一性を制御することができる基板処理方法、半導体装置の製造方法および半導体製造装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの態様に係る基板処理方法は、基板を処理する処理室を加熱装置で加熱しつつ、前記処理室と前記加熱装置との間に設けられた冷却ガス流路内に冷却装置により冷却ガスを流し、前記冷却ガス流路における圧力値に基づいて、制御部により前記加熱装置及び前記冷却装置を制御して基板を処理する工程と、予め処理された基板の予め測定された第1の膜厚値と、前記基板を処理する工程にて処理された基板の第２の膜厚値とを比較し、前記第１の膜厚値と前記第２の膜厚値とが異なる場合には、前記第２の膜厚値に基づいて圧力補正値を算出し、該圧力補正値により前記圧力値を補正する工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の一つの態様に係る半導体の製造方法は、基板の膜厚を測定して第１の膜厚値を取得して、前記第１の膜厚値と予め測定された第２の膜厚値とを比較し、前記第１の膜厚値と前記第２の膜厚値とが異なる場合には、前記第１の膜厚値に基づいて、基板を処理する処理室と加熱装置との間に設けられた冷却ガス流路における圧力値の圧力補正値を算出し、該圧力補正値により前記圧力値を補正する工程と、前記処理室を前記加熱装置で加熱しつつ、前記冷却ガス流路内に冷却装置により冷却ガスを流し、前記補正後の圧力値に基づいて、制御部により前記加熱装置及び前記冷却装置を制御して基板を処理する工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の一つの態様に係る半導体製造装置は、基板を処理する処理室と、前記処理室を加熱する加熱装置と、前記処理室と前記加熱装置との間に設けられた冷却ガス流路と、前記冷却ガス流路における圧力値を測定する圧力検出器と、前記加熱装置及び前記冷却装置を制御して基板を処理する制御部と、を有し、前記制御部は、基板の膜厚を測定して第１の膜厚値を取得して、前記第１の膜厚値と予め測定された第２の膜厚値とを比較し、前記第１の膜厚値と前記第２の膜厚値とが異なる場合には、前記第１の膜厚値に基づいて、前記冷却ガス流路における圧力値の圧力補正値を算出し、該圧力補正値により前記圧力値を補正し、前記処理室を前記加熱装置で加熱しつつ、前記冷却ガス流路内に冷却装置により冷却ガスを流し、前記補正後の圧力値に基づいて、前記加熱装置及び前記冷却装置を制御して基板を処理することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、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方法、半導体装置の製造方法および半導体製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の前提となる半導体処理装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１に示したボート及びウエ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、及び、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行象となるウエハの形状を例示する図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る半導体処理装置の構成を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る半導体ウエハ置の構成を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る半導体処理装置の圧力設定値の演算の一例を説明する図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る半導体製造装置の構成を模式的に示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る半導体製造装置が有する反応管の構成を模式的に示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る半導体製造装置が有する中心部熱電対の詳細な構成の一例を示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る半導体製造装置が有する天井部熱電対の詳細な構成の一例を示す図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る半導体製造装置が有する下部熱電対の詳細な構成の一例を示す図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態に係る半導体製造装置の構成を模式的に示す図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態に係る半導体製造装置で、ウエハの中心部温度補正値を用いて設定温度を補正する構成・方法について説明する説明図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態に係る半導体製造装置で取得された中心部温度偏差のデータを示す図表である。
【図１７】本発明の第３の実施形態に係る半導体製造装置の圧力補正量の算出について説明する第１の図である。
【図１８】本発明の第３の実施形態に係る半導体製造装置の圧力補正量の算出について説明する第２の図である。
【図１９】本発明の第４の実施形態に係る半導体製造装置で処理されたウエハの、膜厚等のデータを示す図表である。
【図２０】本発明の第４の実施形態に係る半導体製造装置の圧力補正量の算出について説明する第１の図である。
【図２１】本発明の第４の実施形態に係る半導体製造装置の圧力補正量の算出について説明する第２の図である。
【図２２】本発明の第５の実施形態に係る半導体製造装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［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。
【００１３】
［半導体処理装置１］
図１は、本発明の前提となる半導体処理装置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及びウエハ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、及び、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。
【００１４】
半導体処理装置１は、半導体製造装置として用いられ、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、カセット授受ユニット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ウエハ移動機１０６、ウエハ移動機１０６の背面側に設けられ、ウエハ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、ウエハ移動機１０６の上方に設けられた処理室３、及び、制御部２（制御装置）から構成される。
【００１５】
［処理室３］
図２に示すように、図１に示した処理室３は、加熱手段として用いられる中空のヒータ３２、外管（アウタチューブ）３６０、内管（インナチューブ）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ニホールド３５０、Ｏリング３５１、冷却ガス流路３５２、排気路３５４、排気部３５５（排気装置）及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により覆われている。
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。
【００１６】
アウタチューブ３６０は、光を透過させる例えば石英からなり、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からなり、円筒状の形態に形成され、アウタチューブ３６０の内側に、これの同心円上に配設される。
したがって、アウタチューブ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。
【００１７】
ヒータ３２は、それぞれに対する温度の設定及び調整が可能な４つの温度調整部分（Ｕ，ＣＵ，ＣＬ，Ｌ）３２０−１〜３２０−４を含む。また、アウタチューブ３６０の外側に配設される熱電対などの外部温度センサ３２２−１〜３２２−４、及び、温度調整部分３２０−１〜３２０−４に対応してアウタチューブ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が配設される。
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とアウタチューブ３６０との間に設けられてもよいし、温度調整部分３２０−１〜３２０−４ごとにそれぞれが折り曲げられていて、ウエハ１２とウエハ１２との間のウエハ中心部の温度を検出するように設けられてもよい。
【００１８】
ヒータ３２の温度調整部分３２０−１〜３２０−４それぞれは、例えばウエハ１２を光加熱するための光をアウタチューブ３６０の周囲から放射し、アウタチューブ３６０を透過してウエハ１２に吸収される光によってウエハ１２を昇温（加熱）する。
【００１９】
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とアウタチューブ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口３５３から供給される冷却ガスをアウタチューブ３６０の上方に向けて通過させる。
冷却ガスは、例えば空気又は窒素（Ｎ２）などである。
【００２０】
また、冷却ガス流路３５２は、温度調整部分３２０−１〜３２０−４それぞれの間からアウタチューブ３６０に向けて冷却ガスが吹き出すようにされている。
冷却ガスはアウタチューブ３６０を冷却し、冷却されたアウタチューブ３６０はボート１４にセットされたウエハ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、アウタチューブ３６０、及びボート１４にセットされたウエハ１２が周方向（外周側）から冷却されるようになっている。
【００２１】
冷却ガス流路３５２の上方には、冷却ガス排気路として用いられる排気路３５４が設けられている。排気路３５４は、吸気口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。
【００２２】
また、排気路３５４には、冷却ガスを排気する排気部３５５（排気装置）が設けられている。
排気部３５５は、冷却装置として用いられ、ブロワ等からなる冷却ガス排気装置３５６及びラジエタ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口３５８から排気する。
ラジエタ３５７は、処理室３内でアウタチューブ３６０及びウエハ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。
【００２３】
尚、吸気口３５３及びラジエタ３５７の近傍には、それぞれシャッタ３５９が設けられており、図示しないシャッタ制御部（シャッタ制御装置）によって冷却ガス流路３５２及び排気路３５４の開閉が制御されている。
【００２４】
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及びインバータ３８４が付加される。
【００２５】
温度制御装置３７０は、制御部２（制御装置）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。
【００２６】
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。
【００２７】
［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、タッチパネル及びキーボード・マウスなどを含む表示・入力部２２（入力装置）、及び、ＨＤ・ＣＤなどの記録部２４（記録装置）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、ウエハ１２に対して、以下に述べる減圧ＣＶＤ処理を実行させる。
【００２８】
［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（プロセス制御装置）、温度制御部４１０（温度制御装置）、処理ガス流量制御部４１２（処理ガス流量制御装置）、駆動制御部４１４（駆動制御装置）、圧力制御部４１６（圧力制御装置）、処理ガス排気装置制御部４１８（処理ガス制御装置）、温度測定部４２０（温度測定装置）、冷却ガス流量制御部４２２（冷却ガス制御装置）及び温度設定値記憶部４２４（温度設定値記憶装置）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。
【００２９】
温度設定値記憶部４２４は、ウエハ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、ウエハ１２に対する減圧ＣＶＤ処理を実行する。
【００３０】
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から温度設定値及び温度センサ３２２，３２４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、アウタチューブ３６０内部を加熱し、ウエハ１２を所望の温度とさせる。
【００３１】
処理ガス流量制御部４１２は、ＭＦＣ３７４を制御し、アウタチューブ３６０内部に供給する処理ガス又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及びこれに保持されたウエハ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及びこれに保持されたウエハ１２を回転させる。
【００３２】
圧力制御部４１６は、ＰＳ３７８によるアウタチューブ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、アウタチューブ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、アウタチューブ３６０内部の処理ガス又は不活性ガスを排気させる。
【００３３】
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。
【００３４】
尚、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・明確化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。
【００３５】
アウタチューブ３６０の下端とマニホールド３５０の上部開口部との間、及び炉口蓋３４４とマニホールド３５０の下部開口部との間には、Ｏリング３５１が配設され、アウタチューブ３６０とマニホールド３５０との間は気密にシールされる。
アウタチューブ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アウタチューブ３６０内に導入される。
【００３６】
マニホールド３５０の上部には、ＰＳ３７８、ＡＰＣ３８０及びＥＰ３８２に連結された排気管３４６（図２）が取り付けられている。
アウタチューブ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及びＥＰ３８２を介して外部に排出される。
【００３７】
ＡＰＣ３８０は、ＰＳ３７８によるアウタチューブ３６０内の圧力測定値に基づく制御に従って、アウタチューブ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、アウタチューブ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、アウタチューブ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、アウタチューブ３６０内を低圧とし、ウエハ１２を処理するよう処理ガスが導入されるべき時には、アウタチューブ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。
【００３８】
多数の半導体基板（ウエハ）１２を保持するボート１４は、ボート１４の下部回転軸３４８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１０８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、ウエハ１２及びボート１４を所定のスピードで回転させる。
【００３９】
被処理物として用いられ、基板として用いられるウエハ１２は、ウエハカセット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、このウエハ１２を、カセットストッカ１０２又はバッファカセットストッカ１０４に移載する。
ウエハ移動機１０６は、カセットストッカ１０２からウエハ１２を取り出し、ボート１４に水平な状態で多段に装填する。
【００４０】
ボートエレベータ１０８は、ウエハ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、処理済みのウエハ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。
【００４１】
［ウエハ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エハ１２の形状を例示する図である。
ウエハ１２の面（以下、ウエハ１２の面を、単にウエハ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、ウエハ１２は、温度調整部分３２０−１〜３２０−４が放射してアウタチューブ３６０を透過した光により、アウタチューブ３６０の周囲から加熱される。
【００４２】
したがって、ウエハ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、ウエハ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、ウエハ１２の外周に近ければ近いほど温度が高く、中心部に近ければ近いほど温度が低いという、ウエハ１２の端部から中心部にかけたすり鉢状の温度偏差がウエハ１２に生じることになる。
【００４３】
また、反応ガスなどの処理ガスも、ウエハ１２の外周側から供給されるので、ウエハ１２に形成される膜の種類によっては、ウエハ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、ウエハ１２の端部で消費され、その後、ウエハ１２の中心部に至るため、ウエハ１２の中心部では、ウエハ１２の端部に比べて処理ガスの濃度が低くなってしまう。
したがって、仮に、ウエハ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、反応ガスのウエハ１２の外周側からの供給に起因して、ウエハ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。
【００４４】
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、アウタチューブ３６０、及びボート１４にセットされたウエハ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によってウエハ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、必要に応じて冷却ガス流路３５２に冷却ガスを通過させてウエハ１２の外周側を冷却することにより、ウエハ１２の中心部及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。
【００４５】
このように、ウエハ１２に、均一な膜を形成するために、ウエハ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）がなされる。加熱制御は、制御部２が、内部温度センサ３２４の測定値を用いて、ヒータ３２の温度調整部分３２０を制御するか、制御部２が冷却ガス流量制御部４２２及びインバータ３８４を介し、冷却ガス排気装置３５６を制御するかの少なくとも一方によってなされる。
【００４６】
［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エハ１２に対して、ＣＶＤにより、Ｓｉ３Ｎ４膜、ＳｉＯ２膜及びポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜などの形成を行う。
【００４７】
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エハ１２が、所望の枚数、セットされ、ボート１４は、セットされたウエハ１２を保持する。
【００４８】
次に、ヒータ３２の４つの温度調整部分３２０−１〜３２０−４それぞれは、設定に従って、アウタチューブ３６０の内部を加熱し、ウエハ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、アウタチューブ３６０、及びボート１４にセットされたウエハ１２が周方向（外周側）から冷却される。
【００４９】
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整して、アウタチューブ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アウタチューブ３６０内に移動させる。
【００５０】
次に、アウタチューブ３６０内の不活性ガスはＥＰ３８２により排気され、アウタチューブ３６０内部は真空状態とされ、ボート１４及びこれに保持されているウエハ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アウタチューブ３６０内に導入されると、導入された処理ガスは、アウタチューブ３６０内を上昇し、ウエハ１２に対して均等に供給される。
【００５１】
ＥＰ３８２は、減圧ＣＶＤ処理中のアウタチューブ３６０内から、排気管３４６を介して処理ガスを排気し、ＡＰＣ３８０は、アウタチューブ３６０内の処理ガスを、所望の圧力とする。
以上のように、ウエハ１２に対して、減圧ＣＶＤ処理が所定時間、実行される。
【００５２】
減圧ＣＶＤ処理が終了すると、次のウエハ１２に対する処理に移るべく、アウタチューブ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、アウタチューブ３６０内が所定の温度まで冷却される。
この状態で、ボート１４及びこれに保持された処理済みのウエハ１２は、ボートエレベータ１０８により下降させられ、アウタチューブ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エハ１２が保持されたボート１４を上昇させ、アウタチューブ３６０内にセットする。
このようにセットされたウエハ１２に対して、次の減圧ＣＶＤ処理が実行される。
【００５３】
尚、冷却ガスは、ウエハ１２の処理前から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が、ウエハ１２をセットしたボート１４をアウタチューブ３６０内に移動させる場合、及びアウタチューブ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。
【００５４】
以上で説明した膜形成処理において、ヒータ３２は、設定温度どおりにウエハ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、冷却ガスによりウエハ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れば、膜質を変えることなく、ウエハ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い膜から高い膜へと処理温度に応じて変化してしまったりする。
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、ストレス値が高い膜から低い膜へと処理温度に応じて変化してしまう。
【００５５】
そこで、半導体処理装置１では、制御部２が温度調整部分３２０の温度、及び冷却ガス流路３５２を通過する冷却ガス流量を制御することにより、アウタチューブ３６０の温度を制御して、ウエハ１２などの基板の面内温度を制御すれば、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ようにしている。
【００５６】
［排気圧力と膜厚］
上述のように、半導体処理装置１でウエハ１２に膜形成がなされる際には、制御部２が、内部温度センサ３２４の測定値を用いて、ヒータ３２の温度調整部分３２０を制御するか、制御部２が冷却ガス流量制御部４２２及びインバータ３８４を介し、冷却ガス排気装置３５６を制御するかの少なくとも一方によって加熱制御がなされる。そして、冷却ガス流路３５２に冷却ガスを流す際には、冷却ガスは冷却ガス流路３５２、排気路３５４を通り、排気部３５５により排気口３５８から排気されている。排気口３５８には、図示を省略する工場等の排気施設に接続されている。この排気施設が施設排気圧力で排気路３５４から冷却ガスを吸引することにより、排気路３５４から排気がなされる。
【００５７】
施設排気圧力は、排気施設から排気口３５８までの間の配管の距離、配管の形状、配管の経路等起因するコンダクタンスの影響、又は工場等の排気施設に接続されている装置の数等による影響を受けるため、排気施設ごとに違いがあり、同じ排気施設であっても変動することがある。
施設圧力が変化した場合、同じ量の冷却ガスを供給したとしても、冷却ガス流路３５２を流れるガスの量が変化する。
例えば、施設排気圧力が、２００Ｐａから１５０Ｐａに変化したとすると、施設排気圧力が変動した影響により冷却ガス流路３５２を流れる冷却ガスの流量は少なくなる。
一方、施設排気圧力が、１５０Ｐａから２００Ｐａに変化したとすると、施設排気圧力が変動した影響により冷却ガス流路３５２を流れる冷却ガスの流量は多くなる。
【００５８】
このように施設圧力の変化によって冷却ガス流路３５２を流れる冷却ガスの流量が変化すると、冷却ガスを流すことによる冷却能力に影響を与えて、例えば、予めウエハ１２の中心部が所定の設定温度（処理温度）となり、ウエハ１２の端部が処理温度よりも低くなるように内部温度センサ３２４により測定値に基づき温度制御及び冷却ガス流量制御を行ったとしても、アウタチューブ３６０及びボート１４にセットされたウエハ１２に対する周方向からの冷却性能が変化してしまう。
そして、周方向からの冷却性能が変化した場合に、例えば、ウエハ１２の端部が処理温度よりも高くなり、ウエハ１２面内の膜厚の再現性が取れなくなるとの問題が生じる虞があった。
【００５９】
このように、本発明が適応されうる半導体処理装置１では、施設排気圧力が一定に保たれている場合はウエハ１２の膜厚の再現性が良好であるものの、施設排気圧が一定でないと、ウエハ１２の膜厚の再現性が取れず、膜厚を均一にすることができないことがあった。
【００６０】
そこで、本発明では、施設排気圧力にばらつきや変化があったとしてもウエハ１２の膜厚を均一とすることができるように独自の工夫を施している。
【００６１】
図６は、本発明の第１の実施形態に係る半導体処理装置１の構成を示す図である。
本発明の第１の実施形態に係る半導体処理装置１は、先述の図１乃至４に示される本発明が適応されうる半導体処理装置１が備える構成に加えて、設備排気圧力にばらつきや変化があったとしても、ウエハ１２の膜厚を均一なものとするための独自の構成を有している。
【００６２】
図６に示すように、半導体処理装置１は、排気部３５５の配管の冷却ガス排気装置３５６とラジエタ３５７との間を結ぶ配管に、配管内の圧力を検出する圧力センサ３１が設けられている。圧力センサ３１が設けられる位置としては、冷却ガス排気装置３５６とラジエタ３５７とを結ぶ配管の中でも、ラジエタ３５７にできる限り近い位置に設けることが望ましい。圧力センサ３１をラジエタ３５７に近い位置に設置することで、ラジエタ３５７から圧力センサ３１へ至るまでの間に、配管の長さ、配管の経路、配管の形状等の影響を受けて冷却ガスに圧力損失が生じることを防ぐことが可能となるためである。
【００６３】
制御プログラム４０は、先述の本発明の前提となる半導体処理装置１と同様に、プロセス制御部４００（プロセス制御装置）、温度制御部４１０（温度制御装置）、処理ガス流量制御部４１２（処理ガス流量制御装置）、駆動制御部４１４（駆動制御装置）、圧力制御部４１６（圧力制御装置）、処理ガス排気装置制御部４１８（処理ガス排気制御装置）、温度測定部４２０（温度制御装置）、冷却ガス流量制御部４２２（冷却ガス制御装置）及び温度設定値記憶部４２４（温度制御装置）から構成されている。
図６には、プロセス制御部４００と冷却ガス流量制御部４２２を示し、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、及び温度設定値記憶部４２４は図示を省略している。
制御プログラムは、先述の本発明の前提となる半導体処理装置１と同様に、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。
【００６４】
冷却ガス流量制御部４２２は、減算器４２２０と、ＰＩＤ演算器４２２２と、周波数変換器４２２４と、周波数指示器４２２６とから構成される。
減算器４２２０には、プロセス制御部４００から圧力目標値Ｓが入力される。
ここで、圧力目標値Ｓは、ウエハ１２の中心部が所定の設定温度（処理温度）となり、ウエハ１２の端部が処理温度よりも低くなるように予め求められていて、例えば、温度設定値記憶部４２４内に記憶された内部温度センサ３２４の温度補正値と、この温度補正値に対応した圧力値とを用いることができる。
減算器４２２０には、圧力目標値Ｓに加えて、圧力センサ３１によって計測された圧力値Ａが入力され、減算器４２２０で、圧力目標値Ｓから圧力値Ａを減算した偏差Ｄが出力される。
【００６５】
偏差Ｄは、ＰＩＤ演算器４２２２に入力される。ＰＩＤ演算器４２２２では、入力された偏差Ｄに基づいてＰＩＤ演算がなされ操作量Ｘが算出される。算出された操作量Ｘは、周波数変換器４２２４に入力され、周波数変換器４２２４で周波数Ｗへと変換され出力される。
出力された周波数Ｗはインバータ３８４へと入力され、冷却ガス排気装置３５６の周波数が変更される。
【００６６】
圧力センサ３１からの圧力値Ａは、常時又は所定時間間隔で減算器４２２０へと入力され、この圧力値Ａに基づいて、圧力目標値Ｓと圧力値Ａとの偏差Ｄが０となるように、冷却ガス排気装置３５６の周波数の制御が続けられる。
以上のように、圧力センサ３１によって計測された圧力値Ａと予め定められた圧力目標値Ｓとの偏差Ｄがなくなるように、冷却ガス排気装置３５６の周波数がインバータ３８４を介して制御される。すなわち、偏差Ｄがなくなるように制御された周波数を偏差が０である場合の周波数でフィードバック制御し、フィードバック後の値を基に冷却ガス流量制御部４２２が冷却ガスの流量を制御する。
【００６７】
ＰＩＤ演算器４２２２で周波数Ｗを演算することに替えて、プロセス制御部４００から周波数指示器４２２６に周波数設定値Ｔを入力して、周波数指示器４２２６から周波数Ｗをインバータ３８４へと入力することで、冷却ガス排気装置３５６の周波数を変更しても良い。
【００６８】
以上の制御により、排気口３５８に接続される設備排気圧力にばらつきや変化があっても、冷却ガス流路３５２を流れる冷却媒体の流量が変化することを原因として、ウエハ１２に形成される膜厚が不均一になることを防止することができる。
【００６９】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る半導体処理装置１の構成を示す図である。
先述の第１の実施形態では、半導体処理装置１は、圧力検出器として用いられる圧力センサ３１が検出した圧力値に基づいて、制御部２が冷却ガス排気装置３５６を制御していた。これに対して、この第２の実施形態では、半導体処理装置１は、圧力センサ３１が検出した圧力値に基づいて、制御部２が、冷却ガス排気装置３５６と、加熱装置として用いられるヒータ３２とを制御している。
【００７０】
第２の実施形態に用いられる制御プログラム４０（制御装置）は、プロセス制御部４００（プロセス制御装置）、温度制御部４１０（温度制御装置）、処理ガス流量制御部４１２（処理ガス流量制御装置）、駆動制御部４１４（駆動制御装置）、圧力制御部４１６（圧力制御装置）、処理ガス排気装置制御部４１８（処理ガス排気装置制御装置）、温度測定部４２０（温度測定装置）、冷却ガス流量制御部４２２（冷却ガス流量制御装置）、及び温度設定値記憶部４２４（温度設定記憶装置）から構成されている。
図７には、プロセス制御部４００、温度制御部４１０、冷却ガス流量制御部４２２、及び温度設定値記憶部４２４を示し、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、及び温度測定部４２０は図示を省略している。制御プログラムは、先述の本発明の前提となる半導体処理装置１と同様に、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。
【００７１】
温度制御部４１０は、圧力設定値調整部４１０２（圧力設定調整装置）を有する。圧力設定値調整部４１０２は予め温度設定値記憶部４２４に登録されている膜厚と温度分布との相関関係テーブル等を用いて、ウエハ１２の所望の温度分布を演算し、設定する。
【００７２】
圧力設定値調整部４１０２は、温度測定装置３７２により測定された温度と温度設定値記憶部４２４に登録された温度分布とを比較して、ウエハ１２の温度分布を設定された分布とするための冷却ガス排気装置３５６上流の位置の圧力設定値を演算する。そして、プロセス制御部４００を介して冷却ガス流量制御部４２２に圧力設定値を指示する。ここで、圧力設定値調整部４１０２からプロセス制御部４００を介して冷却ガス流量制御部４２２に圧力値を指示することに替えて、圧力設定値調整部４１０２から直接に冷却ガス流量制御部４２２に圧力設定値を指示しても良い。
【００７３】
圧力設定値調整部４１０２からの指示による冷却ガス排気装置３５６の制御は、温度分布が設定値になるまでなされ、例えば、先述の第１の実施形態と同様にＰＩＤ演算が用いられ、ＰＩＤ定数の設定によって、過度の温度変動を抑制しつつ、迅速且つ安定した温度制御が実現される。
また、圧力設定値調整部４１０２を含む温度制御部４１０は、冷却ガス排気装置３５６に圧力設定値を指示することで冷却ガス排気装置３５６の上流の位置の圧力を制御するとともに、温度測定装置３７２によって測定された温度と、圧力設定値調整部４１０２によって設定された温度分布とに基づいて、温度制御装置３７０を介してヒータ３２の制御を行っている。
【００７４】
図８には、圧力設定値調整部４１０２による圧力設定値の演算の一例が説明されている。
演算に先立ち、予めウエハ１２の各温度分布に対応する圧力設定値を、例えば温度設定値記憶部４２４に登録しておき、圧力設定値と温度分布値との相関テーブルデータを取得し、入力しておく。入力は、膜厚と温度分布との相関テーブルデータを取得する際に同時に取得しても良い。
【００７５】
演算では、冷却ガス排気装置３５６にある圧力設定値を指示し、その時に、ウエハ１２の温度分布値に予め登録してある温度分布登録値とのズレがある場合、圧力設定値と温度分布登録値との相関テーブルデータを基に、圧力設定値に対して補正量を演算し、その結果を冷却ガス流量制御部４２２に指示する。
【００７６】
具体的には、図８に示されるように、Ｔ１<Ｔ２<Ｔ３との関係にある温度分布登録値について、温度分布登録値がＴ１の時の圧力登録値Ｐ１、温度分布登録値がＴ２の時の圧力登録値Ｐ２、温度分布登録値がＴ３の時の圧力設定値Ｐ３が登録されているとして、現在指示した圧力設定値をＰｓ、その時のウエハ１２の温度分布をｔ０とすると、圧力補正値に対する補正量Ｐｃは、ｔ０が以下に示す（式１）で示される範囲にある場合、以下に示す（式２）で求められる。
【００７７】
Ｔ１<ｔ０<Ｔ２・・・（式１）
【００７８】
Ｐｃ＝{（Ｐ２−Ｐ１）／（Ｔ２−Ｔ１）}×（ｔ０−Ｔ１）・・・（式２）
【００７９】
また、補正量Ｐｃは、ｔ０が以下に示す（式３）で示される範囲にある場合、以下に示す（式４）で、ｔ０が以下に示す（式５）で示される範囲にある場合、以下に示す（式６）で、ｔ０が以下に示す（式７）で示される範囲にある場合、以下に示す（式８）で求められる。
【００８０】
ｔ０<Ｔ１・・・（式３）
【００８１】
Ｐｃ＝{（Ｐ２−Ｐ１）／（Ｔ２−Ｔ１）}×（Ｔ１−ｔ０）・・・（式４）
【００８２】
Ｔ３<ｔ０・・・（式５）
【００８３】
Ｐｃ＝{（Ｐ３−Ｐ２）／（Ｔ３−Ｔ２）}×（ｔ０−Ｔ３）・・・（式６）
【００８４】
Ｔ２<ｔ０<Ｔ３・・・（式７）
【００８５】
Ｐｃ＝{（Ｐ３−Ｐ２）／（Ｔ３−Ｔ２）}×（ｔ０−Ｔ２）・・・（式８）
【００８６】
以上のように、第２の実施形態に係る半導体処理装置１では、圧力センサ３１が検出した圧力値に基づいて、冷却ガス排気装置３５６のみならず、ヒータ３２の制御がなされている。尚、第１の実施形態との同一部分については、図７に同一番号を付して説明を省略する。
【００８７】
先述の第１の実施形態では、半導体処理装置１は、圧力検出器として用いられる圧力センサ３１が検出した圧力値に基づいて、制御部２が冷却ガス排気装置３５６を制御し、前述の第２の実施形態では、半導体処理装置１は、圧力センサ３１が検出した圧力値に基づいて、制御部２が冷却ガス排気装置３５６及びヒータ３２とを制御しているが、制御部２は、圧力センサ３１が検出した圧力値に基づいて、冷却ガス排気装置３５６又はヒータ３２の少なくとも一方を制御するものであれば良い。
【００８８】
次に、本発明の第３の実施形態を、図９乃至図１３を参照しつつ説明する。
図９には、本発明の第３の実施形態に係る半導体製造装置１０１０の構成が模式的に示されている。
【００８９】
半導体製造装置１０１０は、均熱管１０１２を有し、均熱管１０１２は、例えばＳｉＣ等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞され、下端に開口を有する円筒状の形状をしている。均熱管１０１２の内側には、反応容器として用いられる反応管１０１４が設けられている。反応管１０１４は、例えば、石英(Ｓｉ０２)等の耐熱性材料からなり下端に開口を有する円筒状の形状を有し、均熱管１０１２内に同心円状に配置されている。
【００９０】
反応管１０１４の下部には、例えば石英からなるガスの供給管１０１６と、排気管１０１８が連結されている。供給管１０１６には、連結するように、反応管にガスを導入する導入口が形成された導入部材１０２０が設けられていて、供給管１０１６、及び導入部材１０２０は、反応管１０１４下部から、反応管１０１４側部に添って、例えば細管状に立ち上がり、反応管１０１４の天井部で反応管１０１４内部に到達するようになっている。
また、排気管１０１８は、反応管１０１４に形成された排気口１０２２に接続されている。
【００９１】
供給管１０１６は、反応管１０１４の天井部から反応管１０１４の内部にガスを流し、反応管１０１４下部に接続された排気管１０１８は、反応管１０１４下部からの排気に用いられる。反応管１０１４には、導入部材１０２０、供給管１０１６を介して、反応管１０１４で用いられる処理用のガスが供給されるようになっている。また、ガスの供給管１０１６には、ガスの流量を制御する流量制御手段として用いられるＭＦＣ（マスフローコントローラ）１０２４、又は図示を省略する水分発生器とが接続されている。ＭＦＣ１０２４は、制御部１２００（制御装置）が備えるガス流量制御部１２０２（ガス流量制御装置）に接続されていて、ガス流量制御部１２０２によって、供給するガスや水蒸気（Ｈ２０）の流量が、例えば、予め定められた所定の量に制御される。
【００９２】
制御部１２００は、先述のガス流量制御部１２０２と併せて、温度制御部１２０４（温度制御装置）、圧力制御部１２０６（圧力制御装置）、及び駆動制御部１２０８（駆動制御装置）を有している。また、制御部１２００は、上位コントローラ１３００に接続されていて、上位コントローラ１３００によって制御される。
【００９３】
排気管１０１８には、圧力調整器として用いられるＡＰＣ１０３０と、圧力検出手段として用いられる圧力センサ１０３２とが取り付けられている。ＡＰＣ１０３０は、圧力センサ１０３２によって検出された圧力に基づいて、反応管１０１４内から流出するガスの量を制御し、反応管１０１４内を、例えば一定の圧力になるように制御する。
【００９４】
また、反応管１０１４の下端に形成された開口部には、例えば石英からなり、例えば円板形状を有し、保持体として用いられるベース１０３４が、Ｏリング１０３６を介して取り付けられている。ベース１０３４は、反応管１０１４に対して着脱が可能であり、反応管１０１４に装着された状態で、反応管１０１４を気密にシールする。ベース１０３４は、例えば、略円板形状からなるシールキャップ１０３８の重力方向上向きの面に取り付けられている。
【００９５】
シールキャップ１０３８には、回転手段として用いられる回転軸１０４０が連結されている。回転軸１０４０は、図示省略する駆動源からの駆動伝達を受けて回転し、保持体として用いられる石英キャップ１０４２、基板保持部材として用いられるボート１０４４、及びボート１０４４に保持され基板にあたるウエハ１４００を回転させる。回転軸１０４０が回転する速度は、先述の制御部１２００によって制御がなされる。
【００９６】
また、半導体製造装置１０１０は、ボート１０４４を上下方向に移動させるために用いられるボートエレベータ１０５０を有しており、先述の制御部１２００によって制御がなされる。
【００９７】
反応管１０１４の外周には、加熱手段として用いられるヒータ１０５２が同心円状に配置されている。ヒータ１０５２は、反応管１０１４内の温度を上位コントローラ１３００で設定された処理温度にするように、第１の熱電対１０６２、第２の熱電対１０６４、第３の熱電対１０６６にある温度検出部１０６０（温度検出装置）で検出された温度に基づいて、温度制御部１２０４によって制御される。
【００９８】
第１の熱電対１０６２はヒータ１０５２の温度を検出するために用いられ、第２の熱電対１０６４は均熱管１０１２と反応管１０１４の間の温度を検出するために用いられる。
ここで、第２の熱電対１０６４は、反応管１０１４とボート１０４４との間に設置し、反応管１０１４内の温度を検出することもできるようにしても良い。
第３の熱電対１０６６は、反応管１０１４とボート１０４４との間に設置され、第２の熱電対１０６４よりもボート１０４４に近い位置に設置され、よりボート１０４４に近い位置の温度を検出する。また、第３の熱電対１０６６は、温度安定期における反応管１０１４内の温度の均一性を測定する用途で使用されている。
【００９９】
図１０には、反応管１０１４の周辺の構成が模式的に示されている。
半導体製造装置１０１０は、先述のように温度検出部１０６０を有し、温度検出部１０６０は、第１の熱電対１０６２、第２の熱電対１０６４、及び第３の熱電対１０６６を備えている。これらに加え、図１０に示すように、温度検出部１０６０は、ウエハ１４００の略中心部の位置の温度を検出する中心部熱電対１０６８と、ボート１０４４の天井部付近の温度を検出する天井部熱電対１０７０とを有している。また、半導体製造装置１０１０に、後述する下部熱電対１０７２（図１３参照）を設けても良い。
尚、中心部熱電対１０６８は第３の熱電対１０６６の代替としての機能を有することも可能である為、第３の熱電対１０６６はなくても良い。
【０１００】
図１１には、中心部熱電対１０６８の詳細な構成の一例が示されている。
図１１に示されるように、中心部熱電対１０６８は、第３の熱電対１０６６とほぼ同じ高さのウエハ１４００の中心部近傍の温度を測定するために、例えば複数箇所がＬ字状に形成された熱電対であり、温度測定値を出力する。また、中心部熱電対１０６８は、半導体製造装置１０１０がウエハ１４００の処理を開始する以前に、ウエハ１４００の中心部近傍の温度を複数箇所で測定し、半導体製造装置１０１０がウエハ１４００の処理を行う場合には取り外されるようになっている。このように、中心部熱電対１０６８は、反応管１０１４から取り外すことができるように構成されているため、ボート１０４４を回転させる場合や、ウエハ１４００をボート１０４４に移載する場合に、中心部熱電対１０６８を取り外すことで、中心部熱電対１０６８が他の部材に接触することを防止することができる。また、中心部熱電対１０６８は、シールキャップ１０３８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。
【０１０１】
図１２には、天井部熱電対１０７０の詳細な構成の一例が示されている。
図１２に示されるように、天井部熱電対１０７０は、いわゆるＬ字形状を有し、ボート１０４４の天板の上部に設置され、ボート１０４４の天井部付近の温度を測定する為に用いられ、温度測定値を出力する。天井部熱電対１０７０は、中心部熱電対１０６８とは異なり、ボート１０４４の天板より上部に設置される。このため、ボート１０４４のロードあるいはアンロード、また、ボート１０４４の回転が可能であるので、半導体製造装置１０１０がウエハ１４００の処理を行う場合でも、設置したままでボート１０４４の天井部付近の温度を測定することができる。なお、天井部熱電対１０７０は、中心部熱電対１０６８と同様に、シールキャップ１０３８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。
【０１０２】
図１３には、下部熱電対１０７２の詳細な構成の一例が示されている。
図１３に示されるように、下部熱電対１０７２は、いわゆるＬ字形状を有し、ボート１０４４の下部の断熱板間に設置され、ボート１０４４の下部付近の温度を測定する為に用いられ、温度測定値を出力する。下部熱電対１０７２は、ボート１０４４の下方に複数が設けられた断熱板のうち、互いに上下方向に隣り合う断熱板の間の位置に設けることに替えて、複数の断熱板のうち最も上方に位置する断熱板の上方の位置や、複数の断熱板のうち最も下方に位置する断熱板の下方の位置に設置しても良い。
【０１０３】
下部熱電対１０７２は、ボート１０４４と同じく設置した状態で、ロードあるいはアンロード、また、ボート１０４４の回転が可能であるので、半導体製造装置１０１０が、ウエハ１４００の処理を行う場合でも設置したままでボート１０４４下部付近の温度を測定することができる。なお、下部熱電対１０７２は、シールキャップ１０３８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。
【０１０４】
以上ように構成された半導体製造装置１０１０において、反応管１０１４内で、ウエハ１４００の酸化、拡散処理がなされる場合の動作の一例を説明する（図９参照）。
まず、ボートエレベータ１０５０によりボート１０４４を下降させる。次に、ボート１０４４に複数枚のウエハ１４００を保持する。次いで、ヒータ１０５２により加熱し、反応管１０１４内の温度を予め定められた所定の処理温度にする。
【０１０５】
そして、ガスの供給管１０１６に接続されたＭＦＣ１０２４により、予め反応管１０１４内を不活性ガスで充填しておき、ボートエレベータ１０５０により、ボート１０４４を上昇させて反応管１０１４内に移し、反応管１０１４の内部温度を所定の処理温度に維持する。反応管１０１４内を所定の圧力に保った後、回転軸１０４０により、ボート１０４４及びボート１０４４に保持されているウエハ１４００を回転させる。同時に、ガスの供給管１０１６から処理用のガスを供給するか、又は水分発生器（不図示）から水蒸気を供給する。供給されたガスは、反応管１０１４を下降し、ウエハ１４００に対して均等に供給される。
【０１０６】
酸化・拡散処理中の反応管１０１４内においては、排気管１０１８を介して排気され、所定の圧力になるようＡＰＣ１０３０により圧力が制御され、所定時間、ウエハ１４００の酸化・拡散処理がなされる。この酸化・拡散処理が終了すると、連続して処理がなされるウエハ１４００のうち、次の処理がなされるウエハ１４００の酸化・拡散処理に移るべく、反応管１０１４内のガスを不活性ガスで置換するとともに、圧力を常圧にし、その後、ボートエレベータ１０５０によりボート１０４４を下降させて、ボート１０４４及び処理済のウエハ１４００を反応管１０１４から取出す。
反応管１０１４から取出されたボート１０４４上の処理済のウエハ１４００は、未処理のウエハ１４００と交換され、再度、反応管１０１４内に上昇され、ウエハ１４００に酸化・拡散処理がなされる。
【０１０７】
図１４には、図９乃至図１３に示される構成に加えて半導体製造装置１０１０が備える構成が模式的に示されている。これらの構成により、処理されるウエハ１４００に形成される薄膜の膜厚のばらつきを抑制し、形成される薄膜の膜厚を均一にすることが可能となる。
【０１０８】
図１４に示すように、半導体製造装置１０１０は、排気管１０８２を備え、冷却ガスを排気する排気部１０８０（排気装置）を有する。排気管１０８２は、冷却ガス排気路として用いられ、基端側が反応管１０１４の例えば上部に接続され、先端側が半導体製造装置１０１０の設置される工場等の排気施設に接続されていて、排気管１０８２を介して冷却ガスの排気がなされる。
【０１０９】
また、排気部１０８０は、例えばブロア等からなる冷却ガス排気装置１０８４と、ラジエタ１０８６とを有する。冷却ガス排気装置１０８４は、排気管１０８２の先端側に装着されていて、ラジエタ１０８６は、排気管１０８２の基端部と冷却ガス排気装置１０８４との間の位置に装着されている。冷却ガス排気装置１０８４にはインバータ１０７８が接続されていて、例えばブロアの回転数を制御する等の方法で、インバータ１０７８は、冷却ガス排気装置１０８４が排気するガスの流量を制御する。
【０１１０】
また、排気管１０８２のラジエタ１０８６の冷却ガスの流れる方向における上流側と下流側には、それぞれシャッタ１０９０、１０９０が設けられている。シャッタ１０９０、１０９０は、図示を省略するシャッタ制御部（シャッタ制御装置）によって制御されて開閉する。
【０１１１】
また、排気管１０８２の、ラジエタ１０８６と冷却ガス排気装置１０８４との間の位置には、排気管１０８２内の圧力を検出する検出部（検出装置）として用いられる圧力センサ１０９２が設けられている。ここで、圧力センサ１０９２が設けられる位置としては、先述の第１の実施形態と同様に、冷却ガス排気装置１０８４とラジエタ１０８６とを結ぶ排気管１０８２中でも、ラジエタ１０８６にできる限り近い位置に設けることが望ましい。
【０１１２】
制御部１２００（制御装置）は、先述のように、ガス流量制御部１２０２（ガス流量制御装置）、温度制御部１２０４（温度制御装置）、圧力制御部１２０６（圧力制御装置）、及び駆動制御部１２０８（駆動制御装置）を有し（図９参照）、併せて、図１１に示されるように冷却ガス流量制御部１２２０（冷却ガス制御装置）を有する。
【０１１３】
冷却ガス流量制御部１２２０は、減算器１２２２と、ＰＩＤ演算器１２２４と、周波数変換器１２２６と、周波数指示器１２２８とから構成される。
減算器１２２２には、上位コントローラ１３００から圧力目標値Ｓが入力される。また、減算器１２２２には、圧力目標値Ｓに加えて、圧力センサ１０９２によって計測された圧力値Ａが入力され、減算器１２２２で、圧力目標値Ｓから圧力値Ａを減算した偏差Ｄが出力される。
【０１１４】
偏差Ｄは、ＰＩＤ演算器１２２４に入力される。ＰＩＤ演算器１２２４では、入力された偏差Ｄに基づいてＰＩＤ演算がなされ操作量Ｘが算出される。算出された操作量Ｘは、周波数変換器１２２６に入力され、周波数変換器１２２６で周波数Ｗへと変換され出力される。出力された周波数Ｗはインバータ１０７８へと入力され、冷却ガス排気装置１０８４の周波数が変更される。
圧力センサ１０９２からの圧力値Ａは、常時又は所定時間間隔で減算器１２２２へと入力され、この圧力値Ａに基づいて、圧力目標値Ｓと圧力値Ａとの偏差Ｄが０となるように、冷却ガス排気装置１０８４の周波数の制御が続けられる。
【０１１５】
ＰＩＤ演算器１２２４で周波数Ｗを演算することに替えて、上位コントローラ１３００から周波数指示器１２２０に周波数設定値Ｔを入力して、周波数指示器１２２０から周波数Ｗをインバータ１０７８に入力することで、冷却ガス排気装置１０８４の周波数を変更しても良い。
【０１１６】
以上のように、半導体製造装置１０１０では、冷却ガス排気装置１０８４を用いて、ヒータ１０５２の内側と反応管１０１４との間に冷却媒体として用いられる空気を流すことで冷却を行う機構を用いて、ヒータ１０５２を構成する素線や、反応管１０１４を冷却し、温度制御がなされる。このため、反応管１０１４内に保持されるウエハ１４００の温度制御性が良好である。
【０１１７】
すなわち、伝熱には輻射による伝熱と伝達による伝熱があり、半導体製造装置１０１０では、輻射による伝熱のみがウエハ１４００に伝わってウエハ１４００の温度上昇に寄与する一方で、伝達による伝熱は、ほとんどがヒータ１０５２内側と反応管１０１４との間に流れるエアにより空冷され放熱されている。このため、ヒータ１０５２の素線付近で、空気の冷却によって放出する熱量を補うために、ヒータ１０５２の出力を増加させる。そしてヒータ１０５２出力の増加により、ヒータ１０５２の素線温度はより高くなり、輻射熱が増大する。ここで、輻射による伝熱は、伝達による伝熱に比べてはるかに伝播速度が速い。このため、輻射熱により、反応管１０１４内のウエハの加熱がなされる半導体製造装置１０１０は、温度制御性が良好である。
【０１１８】
また、反応管１０１４温度も、空気による冷却で低下する。そして、反応管１０１４温度が低下すると、ウエハ１４００のエッジ部から反応管１０１４への熱伝達が行われる。そして、この結果、ウエハ１４００の温度分布が、中央部よりエッジ部の方が低くなり、エッジ部の温度が中央部の温度よりも高い、いわゆる凹型の温度分布から、エッジ部の温度が中央部の温度よりも低い、いわゆる凸型の温度分布にすることが可能になる。
【０１１９】
ウエハ１４００に形成される薄膜の膜厚は、仮にウエハ１４００の温度分布が均一である場合、エッジ部の膜厚が中央部の膜厚よりも厚い凹型となってしまう。これに対して、上述のように温度を制御することで、ウエハ１４００の温度分布を凸型とすれば、ウエハ１４００の膜厚の均一性を向上させることができる。
【０１２０】
また、半導体製造装置１０１０では、先述のように、排気管１０８２の先端側が半導体製造装置１０１０の設置される工場等の排気施設に接続されていて、排気管１０８２を介して反応管１０１４から冷却ガスの排気がなされるため、冷却ガス排気装置１０８４による冷却の効果は、工場等の排気施設の排気圧力によって大きく変動する可能性がある。そして、冷却ガス排気装置１０８４による冷却の効果が変動すると、ウエハ１４００表面での温度分布にも影響を与えるため、排気管１０８２からの排気圧が一定となるように、冷却ガス排気装置１０８４の周波数を制御していることは、前述の通りである。
【０１２１】
また、半導体製造装置１０１０では、例えば、第１の熱電対１０６２等の熱電対を交換するなどのメンテナンスをした際に、第１の熱電対１０６２を取り付ける位置に誤差が生じてしまい、メンテナンスの前に処理したウエハ１４００とメンテナンス後に処理したウエハ１４００とで形成される薄膜の膜厚に差異が生じる虞がある。また、同一仕様の半導体製造装置１０１０が複数ある場合、それぞれの半導体製造装置１０１０で形成される薄膜の膜厚に差異が生じる虞がある。
そこで、本発明に係る半導体製造装置１０１０では、例えばメンテナンスの前後や、同一仕様の複数の半導体製造装置１０１０の間で形成される薄膜の均一性を向上させるため、さらなる工夫を施している。
【０１２２】
すなわち、半導体製造装置１０１０では、第２の熱電対１０６４からの出力に基づいて、ウエハ１４００が予め定められた温度となるように制御されているときの、中心部熱電対１０６８からの値であるウエハ１４００の中心部の温度と、天井部熱電対１０７０からの値であるボート１０４４の天井部の温度を取得しておき、例えばメンテナンスを行った後に、これらの取得しておいたデータから圧力設定値（大気との差圧）に対する補正値を算出するようにしている。以下、具体的に説明する。
【０１２３】
図１５は、ウエハ１４００の中心部温度補正値を用いて設定温度を補正する構成・方法について説明する説明図である。先述の制御部１２００は、ウエハ中心部温度補正演算部１２４０（ウエハ中心部温度補正演算装置）を有している。
ここでは、第２の熱電対１０６４を６００℃とする場合を例として説明する。ウエハ中心部温度補正演算部１２４０は、第２の熱電対１０６４で制御したときの、中心部熱電対１０６８の出力値（ウェハ中心部温度）と、天井部熱電対１０７０の出力値(天井部温度)を取得し、それぞれ第２の熱電対１０６４の出力値（内部温度）との偏差を記憶する。
【０１２４】
このとき、
内部温度  −  ウエハ中心部温度  ＝  ウエハ中心部温度偏差
又は、
内部温度  −  天井部温度  ＝  天井部温度偏差
として記憶する。また、その時の圧力設定値も同時に記憶する。設定温度は一定で、圧力設定値を変更し、複数個の条件で上記データを取得しておく。
【０１２５】
例えば、設定温度が６００℃、内部温度が６００℃、ウエハ中心部温度が６０７℃の場合を例とすると、内部温度をウエハ１４００のエッジ部の温度と見ると、設定温度は６００℃であるものの、ウエハ中心部温度は６０７℃とズレが発生している事になる。
そこで、
ウエハ中心部温度偏差  ＝  ６００℃   −  ６０７℃  =   −７℃
を上位コントローラ１３００に出力し、設定値に対して補正する事で、上位コントローラ１３００を用いてウエハ１４００の中心部を６００℃に変化させることが可能となる。
図１６に、取得された複数のデータの一例を示す。
【０１２６】
続いて、圧力補正値の算出について説明する。
例えば、現在のボート天井部温度偏差をｔ１、現在の圧力設定値をｐ１、ｐ１に対応したボート天井部温度補正値をｂ１、取得されたデータにおけるプラス側の圧力測定値をｐｐ、プラス側のボート天井部温度補正値をｔｐ、取得されたデータにおけるマイナス側の圧力測定値をｐｍ、マイナス側のボート天井部温度補正値をｔｍとすると、圧力補正量ｐｘは、ｔ１とｂ１との大小に応じ、以下に示す式（１１）、式（１２）で求められる。
【０１２７】
すなわち、
ｔ１  <  ｂ１  の場合は、
ｐｘ＝（ｂ１−ｔ１）＊｛（ｐ１−ｐｍ）／（ｂ１−ｔｍ）｝・・・（式１１）
ｔ１  >  ｂ１  の場合は、
ｐｘ＝（ｂ１−ｔ１）＊｛（ｐｐ−ｐ１）／（ｔｐ−ｂ１）}・・・（式１２）
で求められる。
以下、ｔ１  <  ｂ１の場合と、ｔ１  >  ｂ１の場合のそれぞれについて、具体例を示しつつ説明する。
【０１２８】
図１７は、ｔ１  <  ｂ１  の場合の圧力補正量ｐｘの算出について説明する説明図である。
まず、ｂ１−ｔ１として、予め取得したボート天井部温度偏差ｂ１と現在のボート天井部温度偏差ｔ１との温度偏差を求める。
次に、（ｐ１−ｐｍ）／（ｂ１−ｔｍ）として、予め取得したデータから「現在の圧力設定値ｐ１とそれに対応したボート天井部温度偏差ｂ１」と「マイナス側の圧力値pmとそれに対応したボート天井部温度偏差tm」との関係から、ボート天井部温度偏差を＋１℃するための圧力補正量を求める。
【０１２９】
図１７に示される例では、３００Ｐａに対応したボート天井部温度補正値は−４℃であり、マイナス側として図１６におけるＮｏ.４の−６℃が抽出される。  また、予め取得したデータから、圧力設定値ｐ１が３００ｐａで、ボート天井部温度偏差ｂ１は、−４℃になる。  また、圧力設定値ｐｍが５００ｐａで、ボート天井部温度偏差ｔｍを、−６℃から−４℃に＋２℃変化させるには、
３００Ｐａ（ｐ１）− ５００Ｐａ（ｐｍ) ＝ −２００Ｐａ
の圧力補正量が必要となる。
【０１３０】
現在の圧力測定値が３００Ｐａ、測定結果から得られる現在のボート天井部温度偏差が−５℃の場合を例とする。
この場合、まず、現在使用している圧力設定値に対応したボート天井部温度補正値を検索キーとして、検索キーからプラス側とマイナス側とで、それぞれ最も近いボート天井部補正値を図１６に示される取得された複数のデータから選択し、選択されたデータから算出を行う。
以上から、
＋１℃分の圧力補正量＝  −２００Ｐａ／＋２℃＝ −１００Ｐａ／℃
が求められる。
つまり、（ｂ１−ｔ１）を＋１℃分補正したいので、
＋１℃＊（−１００Ｐａ／℃）＝−１００Ｐａ
の圧力補正量が算出される。
【０１３１】
図１８は、ｔ１  >  ｂ１  の場合の圧力補正量ｐｘの算出について説明する説明図である。
【０１３２】
まず、予め取得したボート天井部温度偏差ｂ１と現在のボート天井部温度偏差ｔ１との温度偏差を求める。
次に、（ｐｐ−ｐ１）／（ｔｐ−ｂ１）として、予め取得したデータから、「現在の圧力設定値ｐ１とそれに対応したボート天井部温度偏差ｂ１」と「取得されたデータにおけるプラス側の圧力値ｐｐとそれに対応したボート天井部温度偏差ｔｐ」との関係から、ボート天井部温度偏差を−１℃するための圧力補正量を求める。
【０１３３】
ここでは、現在の圧力測定値が３００Ｐａ、測定結果から得られる現在ボート天井部温度偏差が−３℃の場合を例とすると、図１６に示される予め取得したデータによると圧力設定値ｐｐが、３００Ｐａでボート天井部温度偏ｂ１は−４℃になる。また、圧力設定値ｐｌが２００Ｐａで、ボート天井部温度偏差ｔｐは−２℃となる。
このため、予め取得したデータからボート天井部温度偏差ｔｐである−２℃から、ｂ１である−４℃へ、−２℃温度を変化させるには、
３００Ｐａ（ｐ１)−２００Ｐａ（ｐｐ)＝＋１００Ｐａ
の圧力補正量が必要となる。
【０１３４】
すなわち、３００Ｐａに対応したボート天井部温度補正値は−４℃であり、プラス側として、図１６におけるＮｏ.２の−２℃が検出される。
以上から、
＋１℃分の圧力補正量＝−１００Ｐａ／２℃＝−５０Ｐａ／℃が求められる。
この例では、（ｂ１−ｔ１)＝−１℃分補正したいので、
−１℃＊（−５０Ｐａ／℃）＝＋５０Pａの圧力補正量が算出される。
【０１３５】
以上で、ボート天井部温度偏差をｔ１、及びボート天井部温度補正値をｂ１のいずれか一方が他方よりも大きい場合における圧力補正量ｐｘについて説明をしたが、ｔ１とｂ１とが同じ値である場合は補正の必要はない。
【０１３６】
また、以上で説明をした圧力補正値の算出で、検出したプラス側あるいはマイナス側の圧力値と、それに対応したボート天井部温度偏差と、現在の圧力設定値ｐ１及びそれに対応したボート天井部温度偏差b１の関係からボート天井部温度偏差を１℃上昇させるための圧力補正量を求めているのは、ボート天井部温度によって圧力補正量は変化することが考えられるからである。
例えば、ボート天井部温度補正値を−６℃から−４℃に＋２℃変化する為の圧力補正量と、−４℃から−２℃に＋２℃変化する為の圧力補正量とは、ヒータ１０５２の素線からの輻射熱の変化、ウエハ１４００のエッジ部から反応管１０１４への熱伝達、ウエハ１４００の中央部とウエハ１４００のエッジ部の熱伝達の関係が変化することによって、必ずしも一致するとは限らない。
【０１３７】
そこで、この実施形態に係る半導体製造装置１０１０では、より近いボート天井部温度補正値の偏差変化状況から圧力補正量を算出する為に、現在の圧力設定値に対応したボート天井部温度偏差より、現在のボート天井部温度偏差が低い場合は、マイナス側のボート天井部温度偏差及び圧力設定値を用いて圧力補正量を算出し、現在の圧力設定値に対応したボート天井部温度偏差より、現在のボート天井部温度偏差が高い場合は、プラス側のボート天井部温度偏差及び圧力設定値を用いて圧力補正量を算出している。
【０１３８】
次に本発明の第４の実施形態を説明する。
先述の第３の実施形態では、圧力補正量ｐｘを、ボート天井部の温度補正値を用いて求めていたのに対して、この第４の実施形態では、圧力補正量Ｐｘを、事前に薄膜形成処理がなされたウエハ１４００の膜厚を用いて求めている。以下、詳細に説明する。説明にあたっては、図１９に示す、予め所定の条件で薄膜形成がなされたウエハ１４００に、測定された膜厚等のデータを用いる。
【０１３９】
ウエハ１４００の現在の膜厚をａ１、現在の圧力設定値をｐ１、現在の圧力設定値ｐ１に対応した膜厚をｃ１、検索されたプラス側の圧力測定値をｐｐ、予め取得された複数のデータ中におけるプラス側の膜厚をｐｃ、予め取得された複数のデータ中におけるマイナス側の圧力測定値をｐｍ、マイナス側の膜厚をｔｃとすると、圧力補正量ｐｘは、現在の膜厚ａ１と現在の圧力設定値ｐ１に対応した膜厚をｃ１との大小に応じ、以下に示す式（２１）、式（２２）で求められる。
【０１４０】
すなわち、
ａ１  <  ｃ１の場合は、
ｐｘ  ＝  （ｃ１−ａ１）＊｛（ｐ１−ｐｍ）／（c１−ｔｃ）｝）・・・（式２１）
ａ１  >  ｃ１の場合は、
ｐｘ  ＝  （ｃ１−ａ１）＊｛（ｐｐ−ｐ１)／（ｐｃ−ｃ１））・・・（式２２）
で求められる。
【０１４１】
以下、ａ１  <  ｃ１の場合と、ａ１  >  ｃ１の場合とのそれぞれについて、具体例を示しつつ説明する。
【０１４２】
図２０は、ａ１  <  ｃ１  の場合の圧力補正量ｐｘの算出について説明する説明図である。
まず、ｃ１−ａ１として、予め取得した膜厚ｃ１と現在の膜厚ａ１との差を求める。
次に、（ｐ１−ｐｍ)／(ｃ１−ｔｃ)として、予め取得したデータから、「現在の圧力設定値ｐ１とそれに対応した膜厚ｃ１」と、「検出したマイナス側の圧力値ｐｍとそれに対応した膜厚ｔｃ」との関係から、膜厚を−１Åするための圧力補正量を求める。すなわち、図１９に示されるように、圧力測定値３００Ｐａに対応した膜厚は６３０Åであり、マイナス側のデータとしてNo.２の５８０Åが抽出される。
【０１４３】
図１９に示される予め取得したデータによると、圧力設定値ｐ１が３００Ｐａで、膜厚ｃ１は６３０Åになる。また、圧力設定値ｐｍが２００Ｐａで、膜厚ｔｃは５８０Åとなる。つまり、膜厚ｔｃを５８０Åから６３０Åに５０Å変化させるには、
３００Ｐａ(ｐ１)−２００Ｐａ(ｐｍ) ＝＋１００Ｐａ
の圧力補正量が必要となる。
【０１４４】
現在の圧力測定値が３００Ｐａ、測定結果から得られる膜厚が６００Åの場合を例とする。
この場合、まず、現在使用している圧力設定値に対応した膜厚を検索キーとして、検索キーからプラス側とマイナス側とで、それぞれ最も近い膜厚を記憶したデータを図１９に示される予め測定された値から選択し、その選択されたデータから算出を行う。
以上から、
＋１Å分の圧力補正量  ＝  ＋１００Ｐａ／５０Å＝＋２Ｐａ／Å
が求められる。
つまり、
ｃ１−ａ１  ＝  ＋３０Å分補正したいので、
＋３０Å＊(＋２Ｐａ／Å)  ＝  ＋６０Ｐａの圧力補正量が算出される。
【０１４５】
図２１は、ａ１  >  ｃ１の場合の圧力補正量ｐｘを算出する式について説明する説明図である。
【０１４６】
まず、先述のａ１<ｃ１の場合と同様に、予め取得した膜厚ｃ１と現在の膜厚ａ１との差を求める。
次に、（ｐｐ−ｐ１）／(ｐｃ−ｃ１)として、予め取得したデータから「現在の圧力設定値p1とそれに対応した膜厚ｃ１」と、「検出したプラス側の圧力値ｐｐとそれに対応した膜厚ｐｃ」との関係から、膜厚を+１Å増加させるための圧力補正量を求める。すなわち、図１９に示されるように、３００Ｐａに対応した膜厚は６３０Åであり、プラス側のデータとして、図１９におけるNo.４の７３０Åが検出される。
【０１４７】
図１９に示される予め取得したデータによると、圧力設定値ｐ１が３００Ｐａで、膜厚ｃ１は６３０Åになる。また、圧力設定値ｐｐが５００Ｐａで、膜厚ｐｃは７３０Åとなる。つまり、膜厚を７３０Åから６３０Åに−１００Å変化させるには、
３００Ｐａ(ｐ１)−５００Ｐａ(ｐｐ) = −２００Pａ
の圧力補正量が必要となる。
【０１４８】
例えば、現在の圧力測定値が３００Ｐａ、測定結果から得られる膜厚が６８０Åの場合を例とする。
この場合、まず、現在使用している圧力設定値に対応した膜厚を検索キーとして、検索キーからプラス側とマイナス側とで、それぞれ最も近い膜厚を記憶したデータを図１９に示される予め測定された値から選択し、その選択されたデータから算出を行う。
以上から、
＋１Å分の圧力補正量  ＝  −２００Ｐａ ／ −１００Å ＝ ＋２Ｐａ／Å
が求められる。
つまり、
（ｃ１−ａ１)  ＝  −５０Å分補正したいので、
−５０Å＊(＋２Ｐａ／Å) ＝  −１００Ｐａの圧力補正量が算出される。
【０１４９】
以上で、ウエハ１４００の現在の膜厚をａ１、及び現在の圧力設定値ｐ１に対応した膜厚ｃ１のいずれか一方が他方よりも大きい場合における圧力補正量ｐｘについて説明をしたが、ａ１とｃ１とが同じ値である場合は補正の必要はない。
【０１５０】
また、以上で説明をした圧力補正値の算出で、検出したプラス側あるいはマイナス側の圧力値と、それに対応した膜厚と、現在の圧力設定値ｐ１及びそれに対応した膜厚ｃ１の関係から、膜厚を１Å増加させるための圧力補正量を求めているのは、膜厚によって圧力補正量は変化することが考えられるからである。
例えば、膜厚を５８０Åから６３０Åに+５０Å変化させるための圧力補正量と、６３０Åから６８０Åに＋５０Å変化させるための圧力補正量とは、ヒータ１０５２の素線からの輻射熱の変化、ウエハ１４００のエッジ部から反応管１０１４への熱伝達、ウエハ１４００の中央部とウエハ１４００のエッジ部の熱伝達の関係が変化することによって、ウエハ１４００が受ける熱量が変化する為、必ずしも一致するとは限らない。
【０１５１】
そこで、この実施形態に係る半導体製造装置１０１０では、より近い膜厚の変化状況から圧力補正量を算出する為、現在の圧力設定値に対応した膜厚より、現在の膜厚が低い時は、マイナス側の膜厚及び圧力設定値を用いて圧力補正量を算出し、現在の圧力設定値に対応した膜厚より、現在の膜厚が高い時は、プラス側の膜厚及び圧力設定値を用いて圧力補正量を算出している。
【０１５２】
また、以上で説明をした第３及び第４の実施形態では、天井部熱電対１０７０で測定したボート１０４４の天井部温度補正値を使用して圧力補正量を求めているが、下部熱電対１０７２、又は中心部熱電対１０６８による測定値で代用することができる。
また、例えば、天井部熱電対１０７０で測定したボート天井部温度補正値と、下部熱電対１０７２で測定した下部温度補正値の２つの平均温度偏差、又は中心部熱電対１０６８で測定したウエハ１４００の中心部の温度補正値を加えた３つの平均温度偏差から圧力補正値を算出してもよい。
【０１５３】
図２２には、本発明の第５の実施形態に係る半導体製造装置１０１０が示されている。
第３又は第４の実施形態に係る半導体製造装置１０１０では、冷却ガス排気装置１０８４は反応管１０１４の排気側に設置されていたのに対して、この第５の実施形態では、冷却ガス排気装置１０８４は、供給側に設けられている。
【０１５４】
また、第３及び第４の実施形態では、圧力センサ１０９２は、排気側に設けられた冷却ガス排気装置１０８４とラジエタ１０８６との間に設置されていたが、この第５の実施形態では、圧力センサ１０９２は、冷却ガス排気装置１０８４の場所にあわせて、例えば、供給側に設けられ冷却ガス排気機構１０８４とシャッタ１０９０と間に設置する等、設置場所を変更可能である。
【０１５５】
また、第３及び第４の実施形態と同様に、第１及び第２の実施形態においても、冷却ガス排気装置３５６を供給側に設けても良く、圧力センサ３１を設ける位置は変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１５６】
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及び基板処理方法に利用することができる。
【符号の説明】
【０１５７】
１・・・半導体処理装置
１２・・・ウエハ
１４・・・ボート
１００・・・カセット授受ユニット
１０２・・・カセットストッカ
１０４・・・バッファカセットストッカ
１０６・・・ウエハ移動機
１０８・・・ボートエレベータ
４９０・・・ウエハカセット
２・・・制御部（制御装置）
２２・・・表示・入力部（表示・入力装置）
２００・・・ＣＰＵウエハ
２４・・・記録部（記録装置）
２４０・・・記録媒体
４０・・・制御プログラム
４００・・・プロセス制御部（プロセス制御装置）
４１０・・・温度制御部（温度制御装置）
４１０２・・・圧力設定値調整部（圧力設定値調整装置）
４１２・・・処理ガス流量制御部（処理ガス流量制御装置）
４１４・・・駆動制御部（駆動制御装置）
４１６・・・圧力制御部（圧力制御装置）
４１８・・・処理ガス排気装置制御部（処理ガス排気装置制御装置）
４２０・・・温度測定部（温度測定装置）
４２２・・・冷却ガス流量制御部（冷却ガス流量制御装置）
４２２０・・・減算器
４２２２・・・ＰＩＤ演算器
４２２４・・・周波数変換器
４２２６・・・周波数指示器
４２４・・・温度設定値記憶部（温度設定値記憶装置）
３・・・処理室
３００・・・断熱材（１４０・・・断熱板）
３１・・・圧力センサ
３２・・・ヒータ
３２０・・・温度調整部分
３２２，３２４・・・温度センサ
３４０・・・ガス導入ノズル
３４４・・・炉口蓋
３４６・・・排気管
３４８・・・回転軸
３５０・・・マニホールド
３５１・・・Ｏリング
３５２・・・冷却ガス流路
３５３・・・吸気口
３５４・・・排気路
３５５・・・排気部
３５６・・・冷却ガス排気装置
３５７・・・ラジエタ
３５８・・・排気孔
３５９・・・シャッタ
３６０・・・アウタチューブ
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・・・ＥＰ
３８４・・・インバータ
１０１０・・・半導体製造装置
１０１２・・・均熱管
１０１４・・・反応管
１０１６・・・供給管
１０１８・・・排気管
１０２０・・・導入部材
１０２２・・・排気口
１０２４・・・ＭＦＣ
１０３０・・・ＡＰＣ
１０３２・・・圧力センサ
１０３４・・・ベース
１０３６・・・リング
１０３８・・・シールキャップ
１０４０・・・回転軸
１０４２・・・石英キャップ
１０４４・・・ボート
１０５０・・・ボートエレベータ
１０５２・・・ヒータ
１０６０・・・温度検出部（温度検出装置）
１０６２・・・第１の熱電対
１０６４・・・第２の熱電対
１０６６・・・第３の熱電対
１０６８・・・中心部熱電対
１０７０・・・天井部熱電対
１０７２・・・下部熱電対
１０７８・・・インバータ
１０８０・・・排気部
１０８２・・・排気管
１０８４・・・冷却ガス排気装置
１０８６・・・ラジエタ
１０９０・・・シャッタ
１０９２・・・圧力センサ
１２００・・・制御部（制御装置）
１２０２・・・ガス流量制御部（ガス流量制御装置）
１２０４・・・温度制御部（温度制御装置）
１２０６・・・圧力制御部（圧力制御装置）
１２０８・・・駆動制御部（駆動制御装置）
１２２０・・・冷却ガス流量制御部（冷却ガス流量制御装置）
１２２２・・・減算器
１２２４・・・ＰＩＤ演算器
１２２６・・・周波数変換器
１２２８・・・周波数指示器
１２４０・・・ウエハ中心部温度補正演算部（ウエハ中心部温度補正演算装置）
１３００・・・上位コントローラ
１４００・・・ウエハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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