(57)【要約】基板に形成され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、基板処理方法、半導体装置の製造方法および制御プログラムを提供する。基板処理装置は、基板が搬入される処理室と、処理室に搬入された基板をその外周側から加熱する加熱装置と、処理室に搬入された基板をその外周側から冷却する冷却装置と、処理室に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、基板の中心側と外周側とに温度差を設けるように加熱装置と冷却装置とを制御するとともに、処理ガス供給部を制御する制御部と、を備え、制御部は、処理ガス供給部を動作させて処理室に処理ガスを供給するときに冷却装置の動作を停止させる。
2014088026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が搬入される処理室と、
前記処理室に搬入された基板をその外周側から加熱する加熱装置と、
前記処理室に搬入された基板をその外周側から冷却する冷却装置と、
前記処理室に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記基板の中心側と外周側に温度差を設けるように前記加熱装置と前記冷却装置とを制御するとともに前記処理ガス供給部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記加熱装置と前記冷却装置の両方を動作させる第１の制御と、前記第１の制御の後に少なくとも前記冷却装置の動作を停止させる第２の制御とを行うとともに、少なくとも前記第２の制御の実行中に前記処理ガス供給部を動作させて前記処理室に処理ガスを供給する基板処理装置。
【請求項２】
前記制御部は、少なくとも前記第１の制御から前記第２の制御に切り替えてから所定時間にわたり、前記処理ガス供給部を動作させて前記処理室に処理ガスを供給する請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第１の制御の実行途中から前記処理ガス供給部を動作させて前記処理室への処理ガスの供給を開始する請求項１または２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記第２の制御の実行中にのみ前記処理ガス供給部を動作させて前記処理室に処理ガスを供給する請求項１または２に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記第１の制御と前記第２の制御とを交互に所定回数繰り返し実行する請求項１から４のいずれかに記載の基板処理装置。
【請求項６】
基板が搬入される処理室と、
前記処理室に搬入された基板をその外周側から加熱する加熱装置と、
前記処理室に搬入された基板をその外周側から冷却する冷却装置と、
前記処理室に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記基板の中心側と外周側に温度差を設けるように前記加熱装置と前記冷却装置とを制御するとともに前記処理ガス供給部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記処理ガス供給部を動作させて前記処理室に処理ガスを供給するときに前記冷却装置の動作を停止させる基板処理装置。
【請求項７】
処理室に基板を搬送する第１の工程と、
前記処理室に搬送された基板をその外周側から加熱装置によって加熱しつつ冷却装置によって冷却する第２の工程と、
前記第２の工程の実行中に処理ガス供給部を動作させて前記処理室への処理ガスの供給を開始する第３の工程と、
前記第２の工程の後、前記第３の工程による前記処理ガスの供給中に、前記冷却装置の動作を停止する第４の工程と、を有する基板処理方法。
【請求項８】
処理室に基板を搬送する第１の工程と、
前記処理室に搬送された基板をその外周側から加熱装置によって加熱しつつ冷却装置によって冷却する第２の工程と、
前記第２の工程の後、前記冷却装置の動作を停止するとともに処理ガス供給部を動作させて前記処理室に処理ガスを供給する第３の工程と、を有する基板処理方法。
【請求項９】
処理室に基板を搬送する第１の工程と、
前記処理室に搬送された基板をその外周側から加熱装置によって加熱しつつ冷却装置によって冷却する第２の工程と、
前記第２の工程の実行中に処理ガス供給部を動作させて前記処理室への処理ガスの供給を開始する第３の工程と、
前記第２の工程の後、前記第３の工程による前記処理ガスの供給中に、前記冷却装置の動作を停止する第４の工程と、を有する半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
処理室に基板を搬送する第１の工程と、
前記処理室に搬送された基板をその外周側から加熱装置によって加熱しつつ冷却装置によって冷却する第２の工程と、
前記第２の工程の後、前記冷却装置の動作を停止するとともに処理ガス供給部を動作させて前記処理室に処理ガスを供給する第３の工程と、を有する半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
処理室に基板を搬送する第１の手順と、
前記処理室に搬送された基板をその外周側から加熱装置によって加熱しつつ冷却装置によって冷却する第２の手順と、
前記第２の手順の実行中に処理ガス供給部を動作させて前記処理室への処理ガスの供給を開始する第３の手順と、
前記第２の手順の後、前記処理ガスの供給中に、前記冷却装置の動作を停止する第４の手順と、を制御部に実行させるための制御プログラム。
【請求項１２】
処理室に基板を搬送する第１の手順と、
前記処理室に搬送された基板をその外周側から加熱装置によって加熱しつつ冷却装置によって冷却する第２の手順と、
前記第２の手順の後、前記冷却装置の動作を停止するとともに処理ガス供給部を動作させて前記処理室に処理ガスを供給する第３の手順と、を制御部に実行させるための制御プログラム。
【請求項１３】
基板が搬入される処理室と、
前記処理室に搬入された基板をその外周側から加熱する加熱装置と、
前記処理室に搬入された基板をその外周側から冷却する冷却装置と、
前記処理室に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記基板の中心側と外周側に温度差を設けるように前記加熱装置と前記冷却装置とを制御するとともに前記処理ガス供給部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記加熱装置と前記冷却装置の両方を動作させる第１の制御と、前記第１の制御の後に少なくとも前記冷却装置の動作を停止させつつ、前記加熱装置の設定を処理温度よりも低く設定して前記加熱装置を制御する第３の制御と、少なくとも前記第３の制御の実行中に前記処理ガス供給部を動作させて前記処理室に処理ガスを供給する基板処理装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置、基板処理方法、半導体装置の製造方法および制御プログラムに関する。
【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を実現するための変化温度量を求め、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
特許文献１に開示される所望の平均温度偏差を実現しても、基板に形成される膜厚の均一性に限度があった。【０００５】
本発明は、基板に形成され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、基板処理方法、半導体装置の製造方法および制御プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一つの態様によれば、基板が搬入される処理室と、前記処理室に搬入された基板をその外周側から加熱する加熱装置と、前記処理室に搬入された基板をその外周側から冷却する冷却装置と、前記処理室に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、基板の中心側と外周側とに温度差を設けるように前記加熱装置と前記冷却装置とを制御するとともに前記処理ガス供給部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記加熱装置と前記冷却装置の両方を動作させる第１の制御と、前記第１の制御の後に少なくとも前記冷却装置の動作を停止させる第２の制御とを行うとともに、少なくとも前記第２の制御の実行中に前記処理ガス供給部を動作させて前記処理室に処理ガスを供給する基板処理装置が提供される。【０００７】
また、好適には、前記制御部は、少なくとも前記第１の制御から前記第２の制御に切り替えてから所定時間にわたり、前記処理ガス供給部を動作させて前記処理室に処理ガスを供給する。【０００８】
また、好適には、前記制御部は、前記第１の制御の実行途中から前記処理ガス供給部を動作させて前記処理室への処理ガスの供給を開始する。【０００９】
また、好適には、前記制御部は、前記第２の制御の実行中にのみ前記処理ガス供給部を動作させて前記処理室に処理ガスを供給する。【００１０】
また、好適には、前記制御部は、前記第１の制御と前記第２の制御とを交互に所定回数繰り返し実行する。【００１１】
本発明の一つの態様によれば、基板が搬入される処理室と、前記処理室に搬入された基板をその外周側から加熱する加熱装置と、前記処理室に搬入された基板をその外周側から冷却する冷却装置と、前記処理室に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、基板の中心側と外周側とに温度差を設けるように前記加熱装置と前記冷却装置とを制御するとともに前記処理ガス供給部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記処理ガス供給部を動作させて前記処理室に処理ガスを供給するときに前記冷却装置の動作を停止させる基板処理装置が提供される。【００１２】
本発明の一つの態様によれば、処理室に基板を搬送する第１の工程と、前記処理室に搬送された基板をその外周側から加熱装置によって加熱しつつ冷却装置によって冷却する第２の工程と、前記第２の工程の実行中に処理ガス供給部を動作させて前記処理室への処理ガスの供給を開始する第３の工程と、前記第２の工程の後、前記第３の工程による前記処理ガスの供給中に、前記冷却装置の動作を停止する第４の工程と、を有する基板処理方法が提供される。【００１３】
また、本発明の一つの態様によれば、処理室に基板を搬送する第１の工程と、前記処理室に搬送された基板をその外周側から加熱装置によって加熱しつつ冷却装置によって冷却する第２の工程と、前記第２の工程の後、前記冷却装置の動作を停止するとともに処理ガス供給部を動作させて前記処理室に処理ガスを供給する第３の工程と、を有する基板処理方法が提供される。【００１４】
本発明の一つの態様によれば、処理室に基板を搬送する第１の工程と、前記処理室に搬送された基板をその外周側から加熱装置によって加熱しつつ冷却装置によって冷却する第２の工程と、前記第２の工程の実行中に処理ガス供給部を動作させて前記処理室への処理ガスの供給を開始する第３の工程と、前記第２の工程の後、前記第３の工程による前記処理ガスの供給中に、前記冷却装置の動作を停止する第４の工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。【００１５】
また、本発明の一つの態様によれば、処理室に基板を搬送する第１の工程と、前記処理室に搬送された基板をその外周側から加熱装置によって加熱しつつ冷却装置によって冷却する第２の工程と、前記第２の工程の後、前記冷却装置の動作を停止するとともに処理ガス供給部を動作させて前記処理室に処理ガスを供給する第３の工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。【００１６】
本発明の一つの態様によれば、処理室に基板を搬送する第１の手順と、前記処理室に搬送された基板をその外周側から加熱装置によって加熱しつつ冷却装置によって冷却する第２の手順と、前記第２の手順の実行中に処理ガス供給部を動作させて前記処理室への処理ガスの供給を開始する第３の手順と、前記第２の手順の後、前記処理ガスの供給中に、前記冷却装置の動作を停止する第４の手順と、を制御部に実行させるための制御プログラムが提供される。【００１７】
また、本発明の一つの態様によれば、処理室に基板を搬送する第１の手順と、前記処理室に搬送された基板をその外周側から加熱装置によって加熱しつつ冷却装置によって冷却する第２の手順と、前記第２の手順の後、前記冷却装置の動作を停止するとともに処理ガス供給部を動作させて前記処理室に処理ガスを供給する第３の手順と、を制御部に実行させるための制御プログラムが提供される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、基板に形成され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、基板処理方法、半導体装置の製造方法および制御プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態で好適に用いられる基板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制御部（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】図１に示した基板処理装置の処理対象であるウェハの形状を例示する図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る基板処理装置の加熱制御と処理ガス供給制御の一例を示すタイミングチャートである。
【図７】本発明の第２実施形態に係る基板処理装置の加熱制御と処理ガス供給制御の一例を示すタイミングチャートである。
【図８】冷却装置の動作を停止したときのアウタチューブの熱伝導を示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る基板処理装置の加熱制御と処理ガス供給制御の一例を示すタイミングチャートである。
【図１０】本発明の第４実施形態に係る基板処理装置の構成を示す図である。
【図１１】本発明の第５実施形態に係る基板処理装置の構成を示す図である。
【図１２】本発明の第５実施形態に係る基板処理装置における圧力設定値の演算の一例を説明する図である。
【図１３】本発明の第５実施形態に係る基板処理装置において圧力設定値を変更したときのウェハの中心側と外周側の温度差を示す図である。
【図１４】本発明の第６実施形態に係る基板処理装置の過熱制御と処理ガス供給制御の一例を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る基板処理装置、基板処理方法、半導体装置の製造方法および制御プログラムについて説明する。
【実施例１】
【００２１】
以下に、本発明の第１実施形態を説明する。
［基板処理装置１］   図１は、第１実施形態で好適に用いられる基板処理装置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（基板）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に示した処理室３の周辺の構成部分、および、基板処理装置１に対する制御を行う制御プログラム４０の構成を示す図である。【００２２】
基板処理装置１は、例えば半導体装置の製造に用いられるウェハ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、基板処理装置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ェハ移載機１０６、ウェハ移載機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、ウェハ移載機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。【００２３】
［処理室３］
図２に示すように、処理室３は、中空のヒータ３２、アウタチューブ（外管）３６０、インナチューブ（内管）３６２、ガス供給ノズル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、断熱材３００−１及び断熱材３００−２を有する。【００２４】
ヒータ３２は、加熱装置を構成し、処理室３に搬入されたウェハ１２を、ウェハ１２の外周側（端部）から加熱する。
冷却ガス流路３５２、排気路３５４および排気部３５５は、冷却装置を構成し、処理室３に搬入されたウェハ１２を、ウェハ１２の外周側から冷却する。【００２５】
アウタチューブ３６０は、光を透過させる材料、例えば石英から製作され、下部が開口した円筒状に形成される。
インナチューブ３６２は、光を透過させる材料、例えば石英から製作され、上部と下部が開口した円筒状に形成される。インナチューブ３６２は、アウタチューブ３６０の内側に、アウタチューブ３６０と同心円となるように配置される。
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。【００２６】
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３２０−１〜３２０−４を備える。温度調節部分３２０−１〜３２０−４とアウタチューブ３６０との間には熱電対などの外部温度センサ３２２−１〜３２２−４が配設される。外部温度センサ３２２−１〜３２２−４は、温度調節部分３２０−１〜３２０−４のそれぞれに対応した位置に設けられ、温度調節部分３２０−１〜３２０−４またはその付近の温度を検出する。【００２７】
また、アウタチューブ３６０の内部（より具体的にはインナチューブ３６２の内部）には、熱電対などの内部温度センサ３２４−１〜３２４−４が配設される。内部温度センサ３２４−１〜３２４−４は、温度調整部分３２０−１〜３２０−４のそれぞれに対応した位置に配置され、アウタチューブ３６０の内部（より具体的にはインナチューブ３６２の内部）の温度を検出する。内部温度センサ３２４−１〜３２４−４の検出温度は、後述の加熱制御において、ウェハ１２の温度を示す値として用いられる。
尚、内部温度センサ３２４−１〜３２４−４は、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。また、内部温度センサ３２４−１〜３２４−４を、温度調整部分３２０−１〜３２０−４のそれぞれに対応する位置でインナチューブ３６２の内方に折り曲げ、ウェハ１２とウェハ１２との間の空間（例えばウェハ１２の中心部の上方）の温度を検出するようしてもよい。【００２８】
ヒータ３２の温度調整部分３２０−１〜３２０−４のそれぞれは、例えば光加熱用の装置であり、ウェハ１２を光加熱するための光をアウタチューブ３６０の周囲から放射する。温度調整部分３２０−１〜３２０−４から放射された光は、アウタチューブ３６０およびインナチューブ３６２を透過して、ボート１４に保持されたウェハ１２に吸収される。これによりウェハ１２は、その外周側から加熱（昇温）される。
尚、符号１４０は、ボート１４の下部に配置された断熱板であり、ボート１４の下方への熱伝達を抑制する。【００２９】
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孔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。【００３０】
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構成されている。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に保持されたウェハ１２をその外周側から冷却する。つまり、ウェハ１２は、冷却ガス流路３５２を通過する冷却ガスにより、その外周側から冷却される。【００３１】
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。【００３２】
排気路３５４には、排気部３５５が設けられる。排気部３５５は、ブロワ等からなる冷却ガス排気装置３５６およびラジエタ３５７を有する。冷却ガスは、冷却ガス排気装置３５６によって吸引され、冷却ガス排気装置３５６の下流に設けられた排気孔３５８から排出される。
ラジエタ３５７は、処理室３内でアウタチューブ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。
尚、吸気孔３５３およびラジエタ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の開閉が制御される。【００３３】
また、図３に示すように、基板処理装置１は、さらに、温度制御装置３７０、温度測定装置３７２、処理ガス流量制御装置（処理ガス供給部。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を有する。【００３４】
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。【００３５】
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の動作速度（ブロアの回転数）を制御する。【００３６】
［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、基板処理装置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であって、後述する加熱制御や処理ガス供給部制御を含む制御プログラム）を実行し、基板処理装置１の各構成部分を制御して以下に述べる減圧ＣＶＤ処理を実行させる。【００３７】
［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４２４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。【００３８】
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。【００３９】
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、温度センサ３２２，３２４によって検出された温度に基づき、加熱装置を制御する。具体的には、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３２２−１〜３２２−４，３２４−１〜３２４−４の検出温度を入力し、それらに基づき、温度調整部分３２０−１〜３２０−４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、ウェハ１２を所望の温度とさせる。【００４０】
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。【００４１】
圧力制御部４１６は、ＰＳ３７８で検出されたアウタチューブ３６０内の処理ガスの圧力に基づき、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。【００４２】
冷却ガス流量制御部４２２は、冷却装置の動作を制御する。具体的には、冷却ガス流量制御部４２２は、冷却ガスの流量が予め設定された流量となるようにインバータ３８４を介して冷却ガス排気装置３５６の動作を制御することで、ウェハ１２を所望の温度とさせる。尚、冷却ガス流量制御部４２２は、プロセス制御部４００から温度設定値および温度センサ３２２−１〜３２２−４，３２４−１〜３２４−４の検出温度を入力し、それらも考慮して冷却ガス排気装置３５６の動作を制御するようにしてもよい。【００４３】
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。【００４４】
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、および炉口蓋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供給ノズル３４０を介して、不活性ガスあるいは処理ガスがインナチューブ３６２内に供給される。【００４５】
マニホールド３５０の上部には、ＰＳ３７８、ＡＰＣ３８０およびＥＰ３８２に連結された排気管３４６（図２）が取り付けられている。
インナチューブ３６２内に供給された処理ガスは、インナチューブ３６２内を通過した後、アウタチューブ３６０とインナチューブ３６２との間を通過し、排気管３４６、ＡＰＣ３８０およびＥＰ３８２を介して処理室３の外部に排出される。【００４６】
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供給されるべき時には、アウタチューブ３６０内が常圧となるように、圧力制御部４１６の指示に従ってアウタチューブ３６０内の圧力を調整し、あるいは、ウェハ１２を処理するよう処理ガスが供給されるべき時には、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の指示に従ってアウタチューブ３６０内の圧力を調整する。【００４７】
多数のウェハ１２を保持するボート１４は、その下部に回転軸３４８が連結されている。
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を昇降させるとともに、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。【００４８】
被処理物として用いられるウェハ１２は、ウェハカセット４９０（図１）に収容された状態で基板処理装置１の外部から搬送され、カセット授受ユニット１００に載置される。
カセット授受ユニット１００は、このウェハ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。
ウェハ移載機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。【００４９】
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内に搬入する。
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。処理済みのウェハ１２は、ウェハ移載機１０６によってボート１４からカセットストッカ１０２に戻された後、カセット授受ユニット１００を介して基板処理装置１の外部へと搬出される。【００５０】
［ウェハ１２の温度と膜厚］
図５は、基板処理装置１において処理対象となるウェハ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に示すように略円形であり、ボート１４において、水平に保持される。【００５１】
ウェハ１２は、前述したように、温度調整部分３２０−１〜３２０−４によってアウタチューブ３６０の周囲から加熱される。
したがって、ウェハ１２は、その外周側が多くの光を吸収するため、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の外周側（端部）の温度が中心側（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による加熱により、ウェハ１２には、その中心部から端部に近づくにしたがって温度が高いという、ウェハ１２の中心部を底としたすり鉢状の温度分布となる。【００５２】
また、反応ガスなどの処理ガスは、ウェハ１２の外周側から供給されるので、ウェハ１２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、処理ガスがウェハ１２の外周側で消費され、その後、ウェハ１２の中心側に至るため、ウェハ１２の中心側では、ウェハ１２の外周側に比べて処理ガスの濃度が低くなってしまう。
そのため、仮にウェハ１２の面内に上記したような温度分布が生じていないとしても、ウェハ１２の外周側からの処理ガス供給に起因して、ウェハ１２に形成される膜の厚さが不均一になることがある。【００５３】
一方、冷却ガスを冷却ガス流路３５２に通過させると、上述したように、ウェハ１２がその外周側から冷却される。
つまり、基板処理装置１は、温度調整部分３２０によってウェハ１２の中心側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ることで、ウェハ１２の中心側および外周側のそれぞれに対して異なる温度を設定することが可能であり、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。【００５４】
このように、基板処理装置１にあっては、膜形成の反応速度などに応じて、膜厚を制御するための加熱制御（加熱と冷却とを含む制御）がなされる。加熱制御は、制御部２によるヒータ３２と冷却ガス排気装置３５６の制御によってなされる。この加熱制御の詳細については後述する。【００５５】
［基板処理装置１による減圧ＣＶＤ処理の概要］ 
基板処理装置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内に搬入されたウェハ１２に対して、ＣＶＤにより、Ｓｉ３Ｎ４膜、ＳｉＯ２膜およびポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜などの形成を行う。【００５６】
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、処理対象となるウェハ１２が所望の枚数セットされる。ウェハ１２がセットされたボート１４は、ボートエレベータ１０８によってアウタチューブ３６０内（インナチューブ３６２内）に移動される。これにより、処理室３にウェハ１２が搬入される。【００５７】
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、制御部２の制御に従って、アウタチューブ３６０の内部を加熱し、ウェハ１２の中心側（中心部）の温度が予め設定された温度（処理温度）となるように加熱する。
一方、冷却ガス流路３５２には、制御部２による冷却ガス排気装置３５６の制御に従って冷却ガスが流され、ウェハ１２がその外周側から冷却される。【００５８】
次に、アウタチューブ３６０内が所望の圧力（真空度）となるようにＥＰ３８２によって真空排気される。続いて、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、ガス供給ノズル３４０を介して処理ガスがアウタチューブ３６０内に供給されると、供給された処理ガスは、インナチューブ３６２内を上昇し、各ウェハ１２に対して均等に供給される。【００５９】
ＥＰ３８２は、減圧ＣＶＤ処理中の処理室３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、ウェハ１２に対して、減圧ＣＶＤ処理が所定時間、実行される。【００６０】
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、処理室３から取り出される。【００６１】
尚、冷却ガスは、ボート１４を処理室３内に移動させる場合、およびボート１４を処理室３内から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。【００６２】
以上で説明した膜形成処理において、ウェハ１２の中心側の温度を設定温度に維持するようにヒータ３２を制御しつつ、冷却ガスによりウェハ１２の外周側の温度と中心側の温度とに温度差を設けるように加熱制御すれば、膜質を変えることなく、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、処理温度を大きく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。【００６３】
そこで、基板処理装置１は、温度調整部分３２０の発熱量、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、ウェハ１２の面内温度分布を制御すれば、膜質が変化することを防止しつつ、ウェハ１２に形成される膜の厚さの均一性を制御することができる。【００６４】
次いで、上記した加熱制御、並びに、処理ガスの供給制御について詳説する。これらの制御は、制御部２によって実行される。【００６５】
図６は、本発明の第１実施形態に係る基板処理装置１の加熱制御と処理ガス供給制御の一例を示すタイミングチャートである。
図６に示すように、制御部２は、先ず、内部温度センサ３２４で検出される温度が所定のスタンバイ温度から所定の処理温度（設定温度）まで上昇するように加熱装置（具体的には、ヒータ３２の温度調整部分３２０）の動作を制御する。これにより、ウェハ１２の中心側の温度が処理温度まで昇温される。尚、内部温度センサ３２４の検出温度とウェハ１２の中心側の温度は厳密には一致しないが、予め、温度調整部分３２０の発熱量と冷却ガスの流量をある値に設定したときの内部温度センサ３２４の検出温度とウェハ１２の中心側の温度の相関を求めておくことで、内部温度センサ３２４の検出温度に基づいてウェハ１２の中心側の温度を所定の温度に制御することができる。ここでは、理解の便宜のため、内部温度センサ３２４の検出温度をウェハ１２の中心側の温度として説明する。【００６６】
内部温度センサ３２４で検出される温度が処理温度に達する（ウェハ１２の中心側の温度が処理温度に達する）と、制御部２は、冷却装置の動作を開始させる（具体的には、冷却ガス排気装置３５６を動作させ、冷却ガス流路３５２に予め設定された流量の冷却ガスを流す）。
冷却装置の動作が開始すると、ウェハ１２がその外周側から冷却されるが、内部温度センサ３２４で検出される温度が処理温度となるように加熱装置を制御することにより、ウェハ１２の中心側の温度は処理温度に維持される。このとき、ウェハ１２の外周側の温度は、冷却ガス流路３５２を流れる冷却ガスにより、ウェハ１２の中心側の温度よりも低い所定の温度に維持される。【００６７】
内部温度センサ３２４で検出される温度が処理温度で安定する（ウェハ１２の中心側の温度および外周側の温度がそれぞれの設定温度に安定する、具体的には、ウェハ１２の中心側の温度と外周側の温度に所定の温度差を設けた状態で安定する）と、制御部２は、処理ガス流量制御装置（ＭＦＣ）３７４を動作させ、処理室３（アウタチューブ３６０内部）への処理ガスの供給を開始する。
尚、冷却装置の動作を開始してから処理ガスの供給を開始するまでの時間（図６で「ＳＴＡＢＬＥ」と示す期間は、例えば予め実験等により定められる。【００６８】
図６の下部に、ウェハ１２の中心側と外周側の温度差（ウェハ１２の外周側の温度から中心側の温度を減算して得た値）の遷移を示す。図示の如く、処理期間中（処理ガスの供給期間中。（図６で「ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」と示す期間）、ウェハ１２の外周側の温度が中心側の温度に比して所定の温度だけ低く保たれる。【００６９】
前述したように、処理ガスがウェハの外周側から供給されると、処理ガスがウェハの外周側で消費され、その後、ウェハの中心側に至るため、ウェハの中心側では外周側に比べて処理ガスの濃度が低くなることがある。この場合、ウェハの中心側の膜厚が、外周側の膜厚に比べて薄くなる。
これに対し、本発明の第１実施形態にあっては、処理ガスの供給期間中、ウェハの中心側の温度に比して外周側の温度が所定の温度差だけ低く保たれるよう、制御部２によって加熱装置と冷却装置が制御されることから、ウェハの外周側の成膜が抑制され、ウェハに形成される膜の厚さを均一にすることができる。
【実施例２】
【００７０】
次いで、本発明の第２実施形態を説明する。【００７１】
上述の第１実施形態では、処理ガスの供給期間中、ウェハの中心側の温度に比して外周側の温度を所定の温度差だけ低く保つことで、ウェハに形成される膜の厚さを均一にするようにした。
ここで、ウェハの外周側と中心側の温度差をより大きくしようとした場合（ウェハの外周側の温度を中心側の温度よりもより低くしようとした場合）、冷却装置の冷却性能を向上させることが考えられる。しかしながら、冷却装置の冷却性能を向上させると、ウェハの中心側の温度を一定に保つための加熱装置の負荷が増大する。
そこで、本発明の第２実施形態にあっては、冷却装置の冷却性能を向上させることなく、ウェハの中心側と外周側により大きな温度差を設けることができるように加熱制御と処理ガス供給制御を改良した。【００７２】
図７は、本発明の第２実施形態に係る基板処理装置１の加熱制御と処理ガス供給制御の一例を示すタイミングチャートである。尚、第２実施形態に係る基板処理装置１の構成は、第１実施形態に係る基板処理装置１と同様であるので、説明を省略する。【００７３】
図７に示すように、制御部２は、先ず、内部温度センサ３２４で検出される温度がスタンバイ温度から処理温度まで上昇するように加熱装置（ヒータ３２の温度調整部分３２０）の動作を制御する。これにより、ウェハ１２の中心側の温度を処理温度まで昇温させる。
内部温度センサ３２４で検出される温度が処理温度に達する（ウェハ１２の中心側の温度が設定温度に達する）と、制御部２は、冷却装置の動作を開始させる。
ここまでの処理は、上述した第１実施形態と同じである。【００７４】
本発明の第２実施形態にあっては、内部温度センサ３２４で検出される温度が処理温度で安定する（ウェハ１２の中心側の温度が処理温度で安定すると）と、制御部２は、冷却装置の動作を停止させるとともに、処理ガス流量制御装置３７４を動作させ、処理室３（アウタチューブ３６０内部）への処理ガスの供給を開始する。【００７５】
図７の下部に示すように、冷却装置の動作を停止してから一定時間にわたり、ウェハ１２の中心側と外周側の温度差が大きくなっている。これは、ウェハ１２の外周側の温度が中心側の温度に対して大きく低下していることを示している。即ち、冷却装置の動作を稼動状態から停止すると、一時的にウェハの外周側の温度が中心側の温度よりも早く低下する。この理由は以下の通りである。
まず、冷却装置の動作が停止することにより、処理室３の内部（アウタチューブ３６０の内部）の温度が上昇しようとする。すると、加熱装置はその動作が停止するか、あるいは、出力（発熱量）が低下するように制御される。図８に示すように、加熱装置の発熱量が低下すると、アウタチューブ３６０からその外部への熱伝導が増大し、ウェハ１２の外周側からの放熱量が大きくなる。そのため、冷却装置の停止後は、一時的にウェハの外周側の温度が中心側の温度よりも早く低下する【００７６】
そこで、第２実施形態にあっては、制御部２は、処理ガス流量制御装置３７４を動作させて処理室３への処理ガスの供給を開始するとき、冷却装置の動作を停止させるようにした。これにより、冷却装置の冷却性能を向上させることなく、ウェハ１２の外周側の温度を中心側の温度に対して大きく低下させることができ、ウェハ１２の中心側と外周側により大きな温度差を設けることが可能となる。そのため、ウェハに形成される膜の厚さの均一性をより効果的に制御することができ、膜厚の均一性をより向上させることができる。【００７７】
図７の説明に戻る。尚、以下の説明において、加熱装置と冷却装置の両方を動作させる（ウェハをその外周側から加熱装置によって加熱しつつ冷却装置によって冷却する）制御を「第１の制御」と呼び、この第１の制御の後に少なくとも冷却装置の動作を停止させる制御を「第２の制御」と呼ぶ。【００７８】
[第２の制御の開始タイミング] 
図６と図７を対比してわかるように、前述の第１実施形態では、ウェハ１２の外周側の温度を中心側の温度よりも所定の温度だけ低い状態にしてから処理ガスの供給を開始するようにしたが、第２実施形態では、ウェハ１２の外周側の温度が中心側の温度よりも低くなる前に第２の制御を開始し、処理ガスの供給を開始している。これは、第２実施形態では、第２の制御を行うことで、ウェハ１２の外周側の温度を効果的に低下させることができるためである。【００７９】
すなわち、第２実施形態では、第１の制御の実行時間を予め決められた期間（ウェハ１２の中心側の温度を所定温度に維持しつつ、第１の制御によってウェハ１２の中心側と外周側の温度差が所定の温度となる期間）に設定しておき、第１の制御を当該期間だけ実行した後に第２の制御を開始する。【００８０】
尚、第２実施形態では、ウェハ１２の外周側の温度が中心側の温度よりも低くなる前に第２の制御を開始しているため、第２実施形態では、第１実施形態よりも冷却性能の低い冷却装置を用いることも可能である。
また、第２実施形態では、冷却装置を長時間連続して動作させることがないため、冷却による加熱装置の負荷が軽減される。そのため、上記とは逆に、冷却装置の冷却性能を向上させ、ウェハ１２の外周側を短時間で冷却し、第１の制御の実行時間を短縮することも可能である。
尚、ウェハ１２の外周側の温度が中心側の温度よりも低くなった後に第２の制御を実行してもよいし、第１実施形態のように、ウェハ１２の外周側の温度と中心側の温度の温度差が安定してから第２の制御を実行してもよい。【００８１】
[第２の制御の実行時間] 
図７に示すように、第１の制御の後、一定時間、第２の制御を実行し、この第２の制御を実行しているとき、処理ガス流量制御装置３７４を動作させて処理室３へ処理ガスを供給する。【００８２】
第２の制御の実行時間は、予め実験等に基づいて決定される。冷却装置の動作が停止しても、アウタチューブ３６０は自然放熱によって温度低下が生じるため、制御部２は、内部温度センサ３２４で検出される温度が処理温度に保たれるように加熱装置を制御する。前述のように、加熱装置はウェハ１２をその外周側から加熱することから、冷却装置が停止している場合、ウェハ１２は中心側よりも外周側の方が温度上昇しやすい。そのため、冷却装置の停止後、ウェハの外周側の温度が中心側の温度よりも早く低下する期間を過ぎると、中心側と外周側の温度差は小さくなり、やがて外周側の温度が中心側の温度を上回る。そこで、ウェハ１２の中心側と外周側に所定の温度以上の差を設けることができる期間、即ち、外周側の温度を中心側の温度より所定の温度以上低く維持できる期間を予め実験等によって計測し、その期間を第２の制御の実行時間に設定する。【００８３】
第２の制御の実行時間内に所望の膜厚を形成できない場合、即ち、第２の制御の実行時間が所定の処理時間を満たさない場合は、処理ガスの供給を停止させるとともに、再度冷却装置を動作させて第１の制御を実行し、その後、再度冷却装置の動作を停止させて第２の制御を実行するとともに、処理ガスの供給を行う。このように、第１の制御と第２の制御とを交互に所定回数繰り返し実行することで、所定の処理時間を確保することができる。【００８４】
尚、図７においては、第２の制御の開始タイミング（冷却装置の動作を停止させるタイミング）と処理ガスの供給の開始するタイミングを一致させるとともに、第２の制御の終了タイミング（冷却装置の動作を再開させるタイミング）と処理ガスの供給を終了するタイミングを一致させているが、少なくとも第２の制御の実行中に処理ガスを供給すればよい。
したがって、例えば、第２の制御の開始タイミングよりも処理ガスの供給開始タイミングを遅らせてもよい。また、処理ガスの供給終了タイミングを第２の制御の終了タイミングよりも早くしてもよい。即ち、少なくとも第１の制御から第２の制御に切り替えられた後、第２の制御の実行中に所定時間にわたって処理ガスを供給すれば、第２の制御による効率的なウェハ外周側の冷却効果を得ることができる。ただし、処理時間を確保する上では、第２の制御の実行時間と処理ガスの供給時間を一致させるのが好ましい。
【実施例３】
【００８５】
次いで、本発明の第３実施形態を説明する。【００８６】
図９は、本発明の第３実施形態に係る基板処理装置１の加熱制御と処理ガス供給制御の一例を示すタイミングチャートである。尚、第３実施形態に係る基板処理装置１の構成は、第１実施形態に係る基板処理装置１と同様であるので、説明を省略する。【００８７】
第３実施形態にあっては、図９に示すように、ウェハ１２の中心側の温度を所定温度に維持しつつ、第１の制御によってウェハ１２の外周側の温度を中心側の温度よりも所定の温度だけ低い状態にしてから第２の制御を実行する。そして、第１の制御の実行途中（具体的には、ウェハ１２の中心側の温度を所定温度に維持しつつ、ウェハ１２の外周側の温度が中心側の温度よりも所定の温度だけ低い状態に安定したとき）から、処理ガス流量制御装置３７４を動作させて処理室３への処理ガスの供給を開始するようにした。
即ち、第３実施形態にあっては、第１の制御の実行後、処理ガスの供給中に冷却装置の動作を停止する。換言すれば、ウェハ処理時間（処理ガス供給時間）のうちの一定時間のみ、冷却装置の動作を停止させる。【００８８】
図９に示すように、制御部２は、先ず、内部温度センサ３２４で検出される温度がスタンバイ温度から処理温度まで上昇するように加熱装置（ヒータ３２の温度調整部分３２０）の動作を制御する。これにより、ウェハ１２の中心側の温度を処理温度まで昇温させる。
内部温度センサ３２４で検出される温度が処理温度に達する（ウェハ１２の中心側の温度が処理温度に達する）と、制御部２は、冷却装置の動作を開始させる（第１の制御を開始する）。
ここまでの処理は、前述した実施形態と同じである。【００８９】
制御部２は、第１の制御の開始後、予め設定された期間（具体的には、ウェハ１２の中心側の温度を処理温度に維持しつつ、ウェハ１２の外周側の温度が中心側の温度よりも所定の温度だけ低い状態に安定するまでの期間）が経過すると、処理ガス流量制御装置３７４を動作させ、処理室３（アウタチューブ３６０内部）への処理ガスの供給を開始する。【００９０】
続いて、制御部２は、処理ガスを所定時間供給すると、処理ガスの供給を継続した状態で冷却装置の動作を停止させる（第２の制御を開始する）。
図９の下部に示すように、ウェハ１２の外周側の温度が中心側の温度よりも所定の温度だけ低い状態であっても、冷却装置の動作を停止することで、第２実施形態と同様に一定時間の間、ウェハ１２の外周側の温度が中心側の温度に対して大きく低下する。これにより、冷却装置の冷却性能を向上させることなく、ウェハ１２の外周側の温度を中心側の温度に対して大きく低下させることができ、ウェハ１２の中心側と外周側により大きな温度差を設けることが可能となる。そのため、ウェハに形成される膜の厚さの均一性をより効果的に制御することができ、膜厚の均一性をより向上させることができる。【００９１】
[第２の制御の開始タイミング] 
第３実施形態における第２の制御の開始タイミングは、例えば次のように決定される。（１）第１の制御と第２の制御を１サイクルのみ実行する場合
所望の処理時間を１サイクルの第１の制御と第２の制御で満足させる場合は、所望の処理時間の終了タイミングから第２の制御でウェハ外周部の冷却効果を得ることができる期間（第２実施形態で説明した[第２制御の実行時間]）だけ前のタイミングで第２の制御を開始する。尚、処理ガスの供給は、第２の制御が終了するまで継続して行う。（２）第１の制御と第２の制御を複数サイクル実行する場合
１サイクルあたりの処理時間の終了タイミングから第２の制御でウェハ外周部の冷却効果を得ることができる期間（第２実施形態で説明した[第２制御の実行時間]）だけ前のタイミングで第２の制御を開始する。第２の制御が終了した後は、冷却装置の動作を再開して第１の制御を行う。尚、処理ガスの供給は、第２の制御が終了するまで継続して行い、第２の制御の終了と同時に終了する。そして、第１の制御の再開後、予め設定された期間（ウェハ１２の中心側の温度を所定温度に維持しつつ、ウェハ１２の外周側の温度が中心側の温度よりも所定の温度だけ低い状態に安定するまでの期間）の経過後、再び処理ガスの供給を開始する。以降、同様な処理を予め設定されたサイクルだけ実行する。【００９２】
尚、上記した（１）、（２）の各ケースにおいて、処理ガスの供給は第２の制御の途中で終了するようにしてもよい。また、第２の制御から第１の制御に切替るとき、処理ガスの供給を継続して行うようにしてもよい。【００９３】
第３実施形態にあっては、第１実施形態のウェハ処理条件を用いつつも、ウェハに形成される膜の厚さの均一性をより効果的に制御することができ、膜厚の均一性をより向上させることができる。また、第２実施形態のように１サイクルあたりの処理時間が第２の制御の実行時間に限定されないため、１サイクルあたりの処理時間を、所望の処理時間を実現する最適な時間に設定することができる。
【実施例４】
【００９４】
次いで、本発明の第４実施形態を説明する。【００９５】
［排気圧力と膜厚］
上述のように、基板処理装置１でウェハ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により排気孔３５８から排気されている。排気孔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。【００９６】
排気施設の排気圧力は、排気施設から排気孔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。
排気施設の施設圧力が変化した場合、冷却ガス排気装置３５６を一定の制御値で制御していても、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に減少したとすると、冷却流路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に増加したとすると、冷却流路３５２を流れる冷却ガスの流量は多くなる。【００９７】
このように施設の排気圧力の変化によって冷却性能に変動が生じると、ウェハ１２の膜厚均一性に影響を与える可能性がある。【００９８】
そこで、第４実施形態では、施設の排気圧力にばらつきや変化があったとしてもウェハ１２の膜厚を均一とすることができるように工夫を施している。【００９９】
図１０は、本発明の第４実施形態に係る基板処理装置の構成を示す図である。本発明の第４実施形態に係る基板処理装置は、第１実施形態の基板処理装置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、ウェハ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。尚、第１実施形態の基板処理装置１と同様な一部の構成については、図示および説明を省略する。【０１００】
図１０に示すように、基板処理装置は、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。【０１０１】
制御プログラム４０は、第１実施形態で述べた基板処理装置１と同様に、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４２４を有する。図１０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、およ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、第１実施形態で述べた半導体処理装置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。【０１０２】
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とを有する。
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、ウェハ１２の中心側が処理温度となり、ウェハ１２の外周側が処理温度よりも低くなるように予め設定される。
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が入力される。減算器４２２０は、圧力目標値Ｓから圧力値Ａを減算して得た偏差Ｄを出力する。【０１０３】
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へと変換されて出力される。
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（ブロアの回転数）が変更される。【０１０４】
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（排気路３５４、具体的には、冷却ガス排気装置３５６の上流位置の圧力の目標値）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。【０１０５】
尚、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。周波数設定値Ｔは、ユーザが表示・入力部２２（図４）を操作することにより、変更できるようにしてもよい。【０１０６】
以上の制御により、排気孔３５８に接続される設備の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、ウェハ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。【０１０７】
また、この第４実施形態に係る基板処理装置においても、制御部２による加熱制御と処理ガス供給制御は、第１実施形態、第２実施形態および第３実施形態と同様な制御を適用する。
これにより、第４実施形態においては、排気孔３５８に接続される設備の排気圧力にばらつきや変化があったとしても、第１実施形態、第２実施形態および第３実施形態で述べたのと同様な効果を得ることができる。
【実施例５】
【０１０８】
次いで、本発明の第５実施形態を説明する。【０１０９】
図１１は、本発明の第５実施形態に係る基板処理装置の構成を示す図である。
先述の第４実施形態に係る基板処理装置は、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５実施形態に係る基板処理装置は、圧力センサ３１が検出した圧力値と、目標とするウェハ１２の中心側と外周側の温度差（以下「温度分布」という）とに基づき、排気路３５４内の目標とする圧力設定値（圧力目標値）を調整するように構成している。尚、第１実施形態の基板処理装置１と同様な一部の構成については、図示および説明を省略する。【０１１０】
第５実施形態に用いられる制御プログラム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４２４から構成されている。図１１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、およ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、および温度測定部４２０は図示を省略している。制御プログラムは、第１実施形態の基板処理装置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。【０１１１】
温度制御部４１０は、圧力設定値調整部４１０２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、ウェハ１２の所望の温度分布を演算し、設定する。【０１１２】
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、ウェハ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。【０１１３】
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４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、目標とする圧力設定値を調整する。【０１１４】
図１２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、予めウェハ１２の各温度分布値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。【０１１５】
図１２に示されるように、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３の関係にある温度分布値について、温度分布値がＴ１の時の圧力設定値Ｐ１、温度分布値がＴ２の時の圧力設定値Ｐ２、温度分布値がＴ３の時の圧力設定値Ｐ３が登録されているとき、所望の温度分布値Ｔ０を得たい場合は、Ｔ０を挟む各温度分布値（図１２の例ではＴ１とＴ２）で直線補完することにより、所望の温度分布値Ｔ０に対応する圧力設定値を求めることができる。
上記のようにして求めた圧力設定値を、第４実施形態で説明した圧力目標値Ｓに設定し、この圧力目標値と圧力センサ３１で計測した圧力値Ａとの偏差Ｄが０となるように、冷却ガス排気装置３５６の周波数の制御を行う。【０１１６】
この第５実施形態に係る基板処理装置においても、制御部２による加熱制御と処理ガス供給制御は、第１実施形態、第２実施形態および第３実施形態と同様な制御を適用する。【０１１７】
図１３は、上述した第２実施形態と第３実施形態で述べた第２の制御を、異なる圧力設定値で実行したときの、ウェハ１２の中心側と外周側の温度差を示す図である。図１３に示すように、圧力設定値を大きくすると、冷却装置の動作を停止したときのウェハ１２の中心側と外周側の温度差も大きくなる。
よって、図１２に示す圧力設定値の演算は、第５実施形態において、第２実施形態および第３実施形態で説明した第２の制御を実行するときの圧力設定値の演算にも適用することができる。【０１１８】
このように、第５実施形態においては、目標とする温度分布値（ウェハ１２の中心側と外周側の温度差）に応じた排気圧力を設定することで、当該目標とする温度分布を実現することができる。
さらに、第５実施形態においては、排気孔３５８に接続される設備の排気圧力にばらつきや変化があったとしても、第１実施形態、第２実施形態および第３実施形態で述べたのと同様な効果を得ることができる。
【実施例６】
【０１１９】
次いで、本発明の第６実施形態を説明する。【０１２０】
上述の第２実施形態では、処理ガスの供給期間中、加熱制御と処理ガス供給制御を改良することによって、（ウェハをその外周側から加熱装置によって加熱しつつ冷却装置によって冷却する）第１の制御と（第１の制御の後に少なくとも冷却装置の動作を停止させる制御）第２の制御を切り替えて、第２の制御実行中に処理ガスを供給することでより第１実施形態より効率的なウェハ外周部の冷却効果を得ていた。
そこで第６の実施形態ではさらにウェハ外周部の温度低下を向上させるよう、加熱制御をさらに改良した。【０１２１】
図１４は、本発明の第６実施形態に係る基板処理装置１の加熱制御と処理ガス供給制御の一例を示すタイミングチャートである。尚、第６実施形態に係る基板処理装置１の構成は、第１実施形態に係る基板処理装置１と同様であるので、説明を省略する。【０１２２】
図１４に示すように、制御部２は、先ず、内部温度センサ３２４で検出される温度がスタンバイ温度から処理温度まで上昇するように加熱装置（具体的には、ヒータ３２の温度調整部分３２０）を動作させる。これにより、ウェハ１２の中心側の温度を設定温度まで上昇させる。
内部温度センサ３２４で検出される温度が処理温度に達する（ウェハ１２の中心側の温度が設定温度に達する）と、制御部２は、冷却装置の動作を開始させる（第３の制御を開始する）。【０１２３】
本発明の第６実施形態にあっては、内部温度センサ３２４で検出される温度が処理温度で安定する（ウェハ１２の中心側の温度が設定温度で安定すると）と、制御部２は、冷却装置の動作を停止させると共に、処理ガス流量制御装置３７４を動作させ、また設定温度を所定の降温速度で低下させるよう動作させ、処理室３（アウタチューブ３６０内部）への処理ガスの供給を開始する。【０１２４】
本発明の第２実施形態で示したように、第６実施形態においても冷却装置の動作を停止してから一定時間の間、ウェハ１２の中心側と外周側の温度差が大きくなる。これは、ウェハ１２の外周側の温度が中心側の温度に対して大きく低下していることを示している。即ち、冷却装置の動作を稼動状態から停止すると、一時的にウェハの外周側の温度が中心側の温度よりも早く低下する。この理由は第２実施形態と同様であるので、説明を省略する。【０１２５】
そこで、第６実施形態にあっては、制御部２は、処理ガス流量制御装置３７４を動作させて処理室３への処理ガスの供給を開始するとき、冷却装置の動作を停止させるだけでなく、さらに加熱装置の設定温度を積極的に低下させるようにした。これにより、第２実施形態と比較して、内部温度センサ３２４で検出される温度を低下させることになる為、それに伴い加熱装置の出力が低下し、ウェハ１２の外周側の温度を中心側の温度に対してより大きく低下させることができ、ウェハ１２の中心側と外周側により大きな温度差を設けることが可能となる。そのため、ウェハに形成される膜の厚さの均一性をより効果的に制御することができ、膜厚の均一性をより向上させることができる。【０１２６】
図１４の説明を続ける。尚、以下の説明において、上述の第１の制御の後に少なくとも冷却装置の動作を停止させ、また同時に処理ガスを供給する期間（図１４においてＤＥＰＯと記載されている期間）、加熱装置の設定温度を使用する処理ガスが活性化する温度以上であって、処理温度よりも低い温度に設定し、内部温度センサ３２４で検出する温度（ウェハ中心側の温度）を処理温度よりも低くする制御を「第３の制御」と呼ぶ。【０１２７】
[第３制御の開始タイミング] 
上述の第２実施形態での第２の制御の開始タイミングと同様である。【０１２８】
第１の制御の実行時間を予め決められた期間（ウェハ１２の中心側の温度を所定温度に維持しつつ、第１の制御によってウェハ１２の中心側と外周側の温度差が所望の温度となる期間）に設定しておき、第１の制御を当該期間だけ実行した後に第３の制御を開始する。【０１２９】
尚、第６実施形態では、第２実施形態同様にウェハ１２の外周側の温度が中心側の温度よりも低くなる前に第３の制御を開始しているため、第６実施形態も、第２実施形態同様に第１実施形態よりも冷却性能の低い冷却装置を用いることが可能である。
また、第６実施形態では、冷却装置を長時間連続して動作させることがないため、冷却による加熱装置の負荷が軽減される。そのため、上記とは逆に、冷却装置の冷却性能を向上させ、ウェハ１２の外周側を短時間で冷却し、第１の制御の実行時間を短縮することも可能である。【０１３０】
[第３の制御の実行時間] 
図１４に示すように、第１の制御の後、一定時間、第３の制御を実行し、この第３の制御を実行しているとき、処理ガス流量制御装置３７４を動作させて処理室３へ処理ガスを供給する。【０１３１】
第３の制御の実行時間は、予め実験等に基づいて決定される。冷却装置の動作が停止しても、アウタチューブ３６０は自然放熱によって温度低下が生じるため、制御部２は、内部温度センサ３２４で検出される温度が一定の傾き（降温速度）で低下している設定温度と一致するように加熱装置を制御する。第２の制御と比べて、設定温度が低下している分、加熱装置から与えられる熱量は小さくなり、より自然放熱による温度低下が大きくなる。前述のように、加熱装置はウェハ１２をその外周側から加熱することから、冷却装置が停止している場合、ウェハ１２は中心側よりも外周側の方が温度上昇しやすい。そのため、冷却装置の停止後、ウェハの外周側の温度が中心側の温度よりも早く低下する期間を過ぎると、中心側と外周側の温度差は小さくなり、やがて外周側の温度が中心側の温度を上回る。そこで、ウェハ１２の中心側と外周側に所定の温度以上の差を設けることができる期間、即ち、外周側の温度を中心側の温度より所定の温度以上低く維持できる期間を予め実験等によって計測し、その期間を第３の制御の実行時間に設定する。【０１３２】
第３の制御の実行時間内に所望の膜厚を形成できない場合、即ち、第３の制御の実行時間が所定の処理時間を満たさない場合は、再度冷却装置を動作させて第１の制御を実行し、設定温度を処理温度まで上昇させ、ウェハ１２の中心側と外周側の温度（温度差）を設定温度とした後、再度冷却装置の動作を停止させて第３の制御を実行すると共に、処理ガスの供給を行う。このように、第１の制御と第３の制御とを交互に所定回数繰り返し実行することで、所定の処理時間を確保することができる。【０１３３】
尚、図１４においては、第３の制御の開始タイミング（冷却装置の動作を停止させるタイミング）と処理ガスの供給の開始するタイミングを一致させると共に、第３の制御の終了タイミング（冷却装置の動作を再開させるタイミング）と処理ガスの供給を終了するタイミングを一致させているが、少なくとも第３の制御の実行中に処理ガスを供給すればよい。
したがって、例えば、第３の制御の開始タイミングよりも処理ガスの供給開始タイミングを遅らせてもよい。また、処理ガスの供給終了タイミングを第３の制御の終了タイミングよりも早くしてもよい。即ち、少なくとも第１の制御から第３の制御に切り替えられた後、第３の制御の実行中に所定時間にわたって処理ガスを供給すれば、第３の制御による効率的なウェハ外周側の冷却効果を得ることができる。ただし、処理時間を確保する上では、第３の制御の実行時間と処理ガスの供給時間を一致させるのが好ましい。【０１３４】
また第３の制御において処理温度から設定温度を低下させているが、処理温度より高い温度から低下させてもよい。また第３の制御においてある特定の加熱領域だけを設定温度を低下させることで、設定温度の低下する傾きをウェハ間の膜厚調整値として適用してもよい。【０１３５】
以上、第１実施形態から第６実施形態について説明したが、上述の各実施形態や各変形例や各応用例等は適宜組み合わせて用いることができ、それぞれの実施例で得られる効果についても組合せに応じて得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３６】
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、基板処理方法、半導体装置の製造方法および制御プログラムに利用することができる。
【符号の説明】
【０１３７】
１・・・基板処理装置、１２・・・ウェハ（基板）、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・・・ウェハ移載機、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、４１０２・・・圧力設定値調整部、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、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、３・・・処理室、３００・・・断熱材、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・・・ガス供給ノズル、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・・・吸気孔、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 
【図１】
2014088026.tif 000003
【図２】
2014088026.tif 000004
【図３】
2014088026.tif 000005
【図４】
2014088026.tif 000006
【図５】
2014088026.tif 000007
【図６】
2014088026.tif 000008
【図７】
2014088026.tif 000009
【図８】
2014088026.tif 000010
【図９】
2014088026.tif 000011
【図１０】
2014088026.tif 000012
【図１１】
2014088026.tif 000013
【図１２】
2014088026.tif 000014
【図１３】
2014088026.tif 000015
【図１４】
2014088026.tif 000016
【国際調査報告】
2014088026.tif 000017
2014088026.tif 000018
2014088026.tif 000019
2014088026.tif 000020