(57)【要約】本発明は、温度のみに対する制御により、半導体基板上の膜厚を均一にすることができる温度制御方法および半導体処理装置を提供することを目的とする。半導体基板の加熱温度を所定時間内に温度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、変化温度量Ｎにより、半導体基板に対する加熱温度を制御する。
2005008755.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の加熱温度を所定時間内に温度変化させたときに発生する前記基板端部の温度と中心部の温度との偏差と、前記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、前記変化温度量Ｎにより、前記半導体基板に対する加熱温度を制御する
ことを特徴とする温度制御方法。
【請求項２】
前記変化温度量Ｎに基づき、温度設定補正値Ｚを求め、前記温度設定補正値Ｚを設定することにより、前記半導体基板に対する加熱温度を制御する
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の温度制御方法。
【請求項３】
前記温度設定補正値Ｚと温度設定値とを加算して設定することにより、前記半導体基板に対する加熱温度を制御する
ことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の温度制御方法。
【請求項４】
前記温度設定補正値Ｚは、第１の記憶部に記憶され、
前記温度設定値は、第２の記憶部に記憶される
ことを特徴とする請求の範囲第３項に記載の温度制御方法。
【請求項５】
半導体基板を処理する処理室と、
前記処理室内を加熱する加熱手段と、
所定時間内に温度変化させたときに発生する前記基板端部の温度と中心部の温度との偏差と、前記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を実現するための温度変化量Ｎを求め、前記変化温度量Ｎにより、前記半導体基板に対する加熱温度を制御する制御手段とを備えた
ことを特徴とする基板処理装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記変化温度量Ｎに基づき、温度設定補正値Ｚを求め、前記温度設定補正値Ｚを設定することにより、前記半導体基板に対する加熱温度を制御する
ことを特徴とする請求の範囲第５項に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記温度設定補正値Ｚと温度設定値とを加算して設定することにより、前記半導体基板に対する加熱温度を制御する
ことを特徴とする請求の範囲第６項に記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記温度設定補正値Ｚは、第１の記憶部に記憶され、
前記温度設定値は、第２の記憶部に記憶される
ことを特徴とする請求の範囲第７項に記載の基板処理装置。
【請求項９】
半導体基板を処理する処理室と、前記処理室内を加熱する加熱手段と、所定時間内に温度変化させたときに発生する前記基板端部の温度と中心部の温度との偏差と、前記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を実現するための温度変化量Ｎを求め、前記変化温度量Ｎにより、前記半導体基板に対する加熱温度を制御する制御手段とを備えた基板処理装置を用いる半導体製造方法であって、
前記半導体基板の端部の温度と中心部の温度との定常偏差を求める工程と、
前記半導体基板の加熱温度を、所定時間内に温度変化させたときに発生する前記半導体基板の端部の温度と中心部の温度との偏差を求める工程と、
前記半導体基板の端部の温度と中心部の温度との定常偏差を用いて、所望の平均温度偏差Ｍを実現するための変化温度量Ｎを求める工程と、
前記変化温度量Ｎにより、前記半導体基板に対する加熱温度を制御する工程と、
前記半導体基板に対する加熱温度を制御することにより、前記半導体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製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、半導体基板に対して熱処理を行うための温度制御方法および半導体処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  例えば、特許文献１，２は、均一な熱処理を行えるように工夫された半導体処理方式を開示する。
しかしながら、これらの文献に開示された方式は、半導体基板上の膜厚を均一にするために、温度以外のパラメータを制御する必要がある。【０００３】
【特許文献１】特許公開公報２００２−４３３００号（ＪＰ，２００２−０４３３００，Ａ）
【特許文献２】特許公開公報２００２−４３３０１号（ＪＰ，２００２−０４３３０１，Ａ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  本発明は、上述した背景からなされたものであり、温度のみに対する制御により、半導体基板上の膜厚を均一にすることができる温度制御方法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】
【０００５】  上記目的を達成するために、本発明に係る温度制御方法は、半導体基板の加熱温度を所定時間内に温度変化させたときに発生する前記基板端部の温度と中心部の温度との偏差と、前記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、前記変化温度量Ｎにより、前記半導体基板に対する加熱温度を制御することを特徴とする。【０００６】  好適には、前記変化温度量Ｎに基づき、温度設定補正値Ｚを求め、前記温度設定補正値Ｚを設定することにより、前記半導体基板に対する加熱温度を制御する。【０００７】  好適には、前記温度設定補正値Ｚと温度設定値とを加算して設定することにより、前記半導体基板に対する加熱温度を制御する。【０００８】  好適には、前記温度設定補正値Ｚは、第１の記憶部に記憶され、前記温度設定値は、第２の記憶部に記憶される。【０００９】  また、本発明にかかる半導体処理装置は、半導体基板を処理する処理室と、前記処理室内を加熱する加熱手段と、所定時間内に温度変化させたときに発生する前記基板端部の温度と中心部の温度との偏差と、前記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を実現するための温度変化量Ｎを求め、前記変化温度量Ｎにより、前記半導体基板に対する加熱温度を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。【００１０】  また、本発明にかかる半導体処理方法は、半導体基板を処理する処理室と、前記処理室内を加熱する加熱手段と、所定時間内に温度変化させたときに発生する前記基板端部の温度と中心部の温度との偏差と、前記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を実現するための温度変化量Ｎを求め、前記変化温度量Ｎにより、前記半導体基板に対する加熱温度を制御する制御手段とを備えた基板処理装置を用いる半導体製造方法であって、前記半導体基板の端部の温度と中心部の温度との定常偏差を求める工程と、前記半導体基板の加熱温度を、所定時間内に温度変化させたときに発生する前記半導体基板の端部の温度と中心部の温度との偏差を求める工程と、前記半導体基板の端部の温度と中心部の温度との定常偏差を用いて、所望の平均温度偏差Ｍを実現するための変化温度量Ｎを求める工程と、前記変化温度量Ｎにより、前記半導体基板に対する加熱温度を制御する工程と、前記半導体基板に対する加熱温度を制御することにより、前記半導体基板を処理する工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】  以上説明したように、本発明に係る温度制御方法によれば、温度のみに対する制御により、半導体基板上の膜厚を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】［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エハを収容した状態の反応室を例示する図である。
［図３］図１，図２に示した反応室の周辺の構成部分、および、反応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］図２などに示したウエハおよびボートを例示する図である。
［図６］半導体処理装置（図１）における処理の対象となるウエハの形状を例示する図である。
［図７］ウエハ（図６）の端部と中心部との間の温度偏差の特性を例示する図であって、（Ａ）はウエハの温度がＴからＴ＋ΔＴに変化して、再びＴに戻ったときの面内温度偏差量Ｂ，Ｂ’を示し、（Ｂ）はウエハの温度が２×ΔＴ変化したときの面内温度偏差量を示す。
［図８］ウエハ（図６）の端部と中心部との間に定常温度偏差Ａ，Ａ’が生じている場合の面内温度偏差量を、温度８００℃付近で例示する図である。
［図９］本発明に係る半導体処理方法において用いられる第１の温度設定補正値Ｚを例示する図である。
［図１０］図９に示した第１の温度設定補正値Ｚの設定に用いられるテーブルを例示する図である。
［図１１］温度設定補正値Ｚにより補正されたウエハに対する温度設定値を例示する図である。
［図１２］温度設定補正値Ｚを用いた補正を行わないときのウエハの面内温度偏差を、グラフ形式で示す図である。
［図１３］図９，図１０のウエハの平均温度偏差量Ｍを、−１℃になるように温度変化量Ｎを求め、求めたＺを用いた補正を行ったときのウエハの面内温度偏差を、グラフ形式で示す図である。
［図１４］ウエハの平均温度偏差量Ｍを、＋１℃になるように温度変化量Ｎを求め、求めたＺを用いた補正を行ったときのウエハの面内温度偏差を、グラフ形式で示す図である。
［図１５］本発明に係る半導体処理方法において用いられる第２の温度設定補正値Ｚを例示する図である。
［図１６］本発明に係る半導体処理方法において用いられる第３の温度設定補正値Ｚを例示する図である。
［図１７］図１６に示した第３の温度設定補正値Ｚの設定に用いられるテーブルを例示する図である。
［図１８］図１，図２に示した反応室の周辺の構成部分、および、反応室３に対する制御を行う第２の制御プログラムの構成を示す図である。
［図１９］図１８に示した温度設定記憶部に記憶された処理レシピの温度設定値に対する補正処理を説明する図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】  ［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。【００１４】  ［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およびウエハ１２を収容した状態の反応室３を例示する図である。
図３は、図１，図２に示した反応室３の周辺の構成部分、および、反応室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。【００１５】  半導体処理装置１は、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反応室３、および、制御部２から構成される。【００１６】  ［反応室３］
図２に示すように、図１に示した反応室３は、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３５２およびガス流量調整器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、断熱材３００により覆われている。【００１７】  アウタチューブ３６０は、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、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。
従って、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。
シールキャップ３５４は、例えばステンレスからなり、円盤状に形成されている。【００１８】  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、温度調整部分３２０−１〜３２０−４とアウタチューブ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３２０−１〜３２０−４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３２４−１〜３２４−４を含む。
ヒータ３２の温度調整部分３２０−１〜３２０−４は、例えば、１つの連続したヒータ３２の巻線から、複数のタップを引き出すことにより、あるいは、それぞれ独立した巻線を有する４個のヒータを設けることにより実現される。
温度調整部分３２０は、それぞれ円筒状に形成され、アウタチューブ３６０の外側に、これの同心円上に配設される。【００１９】  また、図３に示すように、反応室３には、温度制御装置３７０、温度測定装置３７２、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および排気装置（ＥＰ）３８２が付加される。【００２０】  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それぞれの温度測定値を制御部２に対して出力する。
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。【００２１】  ［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、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、半導体ウエハ１２に対して、以下に述べる減圧ＣＶＤ処理を実行させる。【００２２】  ［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、ガス流量制御部４１２、駆動制御部４１４、圧力制御部４１６、排気装置制御部４１８および温度測定部４２０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。【００２３】  温度設定値記憶部４２２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。【００２４】  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３２２，３２４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。【００２５】  ガス流量制御部４１２は、ＭＦＣ３７４を制御し、アウタチューブ３６０内部に供給する反応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およびこれに保持されたウエハ１２２を回転させる。【００２６】  圧力制御部４１６は、ＰＳ３７８によるアウタチューブ３６０内の反応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内部の反応ガスを所望の圧力とする。
排気装置制御部４１８は、ＥＰ３８２を制御し、アウタチューブ３６０内部の反応ガスまたは不活性ガスを排気させる。【００２７】  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。【００２８】  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には環状のフランジが設けられ、このフランジの間にはＯリング３５２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反応ガスがアウタチューブ３６０内に導入される。【００２９】  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との間を流れる反応ガスは、排気管３４６、ＡＰＣ３８０およびＥＰ３８２を介して外部に排出される。
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内に常圧の不活性ガスが導入されるべき時には、アウタチューブ３６０内の不活性ガス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内に低圧の反応ガスが導入されるべき時には、アウタチューブ３６０内の反応ガス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。【００３０】  マニホールド３５０の下端には、シールキャップ３５４が取り付けられ、これらはＯリング３５２を介して、着脱自在に気密にシールされる。
また、シールキャップ３５４には、回転軸３４８が連結され、回転軸３４８により、多数の半導体基板（ウエハ）１２およびこれらを保持するボート１４が回転させられる。
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およびボート１４を所定のスピードで回転させる。【００３１】  被処理物のウエハ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また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。
ボートエレベータ１０８は、ウエハ１２が装填されたボート１４を上昇させて反応室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を下降させて反応室３内から取り出す。【００３２】  ［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、反応室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膜およびポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜などの形成を行う。【００３３】  反応室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。【００３４】  図５は、図２などに示したウエハ１２およびボート１４を例示する図である。
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、設定に従って、アウタチューブ３６０の内部を加熱し、ウエハ１２が予め設定された温度になるように加熱する。
このときには、温度センサ３２２−１〜３２２−４による温度測定値に基づくフィードバック制御が、適宜、行われる。
温度調整部分３２０−１〜３２０−４それぞれに対して温度を設定すると、図５に示すボート１４の上段〜下段に保持されたウエハ１２に形成される膜厚を均一にする温度制御を行うことができる。【００３５】  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、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、ヒータ３２により所望の処理温度に維持された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。【００３６】  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およ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を介して反応ガスがアウタチューブ３６０内に導入されると、導入された反応ガスは、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。【００３７】  ＥＰ３８２は、減圧ＣＶＤ処理中のアウタチューブ３６０内から、排気管３４６を介して反応ガスを排気し、ＡＰＣ３８０は、アウタチューブ３６０内の反応ガスを、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。【００３８】  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の内部の反応ガスが不活性ガスにより置換され、さらに常圧とされる。
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。【００３９】  ［ウエハ１２上の温度偏差］
図６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６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、ヒータ３２は、アウタチューブ３６０の周囲から、アウタチューブ３６０内に収容されたウエハ１２を加熱する。
このように、ウエハ１２には、端部から熱量が供給されるので、ウエハ１２の面の端部の温度は、その中心部の温度に比べて高くなる。【００４０】  つまり、ヒータ３２がウエハ１２を周囲（端部）から加熱すると、例えば、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生じることになる。
また、反応ガスも、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。
従って、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。【００４１】  このように、ウエハ１２に、均一な膜を形成するためには、ウエハ１２に生じる温度偏差を極力抑える必要がある。
また、ウエハ１２に、均一な膜を形成するためには、さらに、ウエハ１２上に膜を形成する反応速度に応じて、膜厚を調整するための温度制御を行う必要がある。【００４２】  ［半導体処理方法］
これらの必要を満たすために、本発明に係る半導体処理方法は、ボート１４に保持された多数のウエハ１２の温度制御を行うために、温度偏差を目標値設定項目としている。
この温度偏差には、ウエハ１２が、図５に示したボート１４の上段にあるか、下段にあるかなどによって生じる基板間の温度偏差と、図６に示したウエハ１２の面内に生じる基板内の温度偏差とがある。
本発明に係る半導体処理方法においては、温度調整部分３２０（図２）それぞれに対する温度設定値の他に、温度偏差（基板間温度偏差および基板内温度偏差）が設定される。【００４３】  温度調整部分３２０に対する温度制御が行われるときには、予め求められた温度変化量（Ｎ）と、平均温度偏差量（Ｍ）との関係式が使用されて、これらの値Ｎ，Ｍから、温度設定補正量（Ｚ）が算出される。
温度調整部分３２０それぞれには、算出された温度設定補正量Ｚと、温度設定値との加算値が設定され、温度調整部分３２０それぞれは、ウエハ１２が設定された温度になるように、アウタチューブ３６０の内部を加熱する。【００４４】  図７は、ウエハ１２（図６）の端部と中心部との間の温度偏差の特性を例示する図であって、（Ａ）はウエハ１２の温度がＴからＴ＋ΔＴに変化して、再びＴに戻ったときの面内温度偏差量Ｂ，Ｂ’を示し、（Ｂ）はウエハ１２の温度が２×ΔＴ変化したときの面内温度偏差量Ｃ，Ｃ’を示す。
図８は、ウエハ１２の端部と中心部との間に定常温度偏差Ａ，Ａ’が生じている場合の面内温度偏差量を、温度８００℃付近で例示する図である。
温度変化量Ｎと平均温度偏差量Ｍとの関係式は、以下のウエハ１２の端部と中心部との間の温度偏差の特性に基づいて導出される。
まず、図７（Ａ）に示すように、ウエハ１２の温度が、ある設定温度ＴからＴ＋ΔＴに上昇した場合、点線で示すウエハ１２の端部の温度変化と、実線で示すウエハ１２の中心部の温度変化との面内温度偏差量（Ｂ）の総和Ｂ−Ｂ’は０である。【００４５】  従って、このときには、面内温度偏差量Ｂは、ウエハ１２が設定温度Ｔで定常状態になっている場合と同じ値となる。
また、図７（Ｂ）に示すように、ウエハ１２の端部と中心部との間の面内温度偏差量（Ｃ，Ｃ’）は、変化温度２×ΔＴに対し、Ｃ＝２Ｂとなり、変化温度ΔＴに対し、面内温度偏差値Ｃ（Ｃ’）は比例することになる。
上記温度偏差の特性は、図７（Ａ），（Ｂ）に示した変化温度ΔＴが、設定温度Ｔに対して十分に小さく、また、図８に示すように、ウエハ１２の端部と中心部との間に定常的に生じている定常温度偏差Ａ，Ａ’が、温度変化の前後で変化しないことを前提としている。【００４６】  逆の見方をすると、図７（Ａ），（Ｂ）に示した温度偏差の特性は、温度変化の前の定常温度偏差Ａと、温度変化後の定常温度偏差Ａ’とが大きく変化しない範囲で成り立つ。
従って、変化温度ΔＴが１００℃以上もあって、温度変化の前後の定常温度偏差Ａ，Ａ’に大きい変化が生じてしまうようなときには、図７（Ａ），（Ｂ）に示した特性は成立しないことがある。
なお、図７（Ａ），（Ｂ）に示した特性が成立しない範囲における温度変化量と温度偏差量との間の特性は、任意の温度帯ごとの実験・測定などにより調べられうる。【００４７】  まず、図８に示したように、ボート１４の上段、中上段、中下段および下段それぞれのウエハ１２において、定常温度偏差Ａ（℃・ｍｉｎ／ｍｉｎ）が測定される。
また、図８に示したように、ボート１４の上段、中上段、中下段および下段それぞれのウエハ１２において、０ｍｉｎ〜ｔｍｉｎ（図８においてｔ＝１０ｍｉｎ）の間で温度をＴ℃からＴ＋ΔＴ℃まで（図８においては８００℃から８１０℃まで）変化させたときに、ウエハ１２の端部と中心部との間に生じた温度偏差量Ｄが測定される。【００４８】  この温度偏差量Ｄは、下式１に示すように定義される。
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【００４９】  ここで、面内温度偏差量Ｄ’を、下式２−１，２−２に示すとおりに定義する。
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【００５０】  式２に示した面内温度偏差量Ｄ’を、下式３に示すように、変化温度ΔＴで除算すると、１℃当たりの温度偏差量Ｋが求められる。
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【００５１】  変化温度ΔＴ（℃）を、温度変化量Ｎ（℃；Ｎ＝ΔＴ）と書き換え、式３に代入して変形すると、下式４が得られる。
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【００５２】  ここで、式２−１の右辺第１項を線形近似可能で、また、図８に示した定常温度偏差Ａ，Ａ’が一定であるときには、Ｄ’＝（Ｄ−Ａ）×ｔと表される。
Ｄ’＝（Ｄ−Ａ）×ｔを、式４に代入すると、温度変化Ｎは、平均温度偏差量Ｍおよび定常温度偏差Ａを用いて、下式５の通りに表される。
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【００５３】  式５を変形すると、平均温度偏差量Ｍは、下式６の通りに表される。
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【００５４】  例えば、成膜時間ｔが２５ｍｉｎ、定常偏差Ａが０．２℃、単位面積内温度偏差量Ｋが０．７５℃ｍｉｎ／℃であるとき、平均温度偏差量Ｍを−１℃にして成膜を行いたいとすると、Ｎ＝（Ｍ（−１）−Ａ（０．２）×ｔ（２５））／Ｋ（０．７５）＝−４０（Ｎ＝±２０）であり、温度変化量Ｎは±２０℃となる。
つまり、ｔ時間の間に、設定値＋２０℃とした後、設定値−２０℃とすれば、平均温度偏差量Ｍが−１℃になる。【００５５】  次に、上式５に、上述のように測定された定常温度偏差Ａと、単位面内温度偏差量Ｋと、成膜時間ｔと、改善したい面内平均温度偏差量Ｍとが代入され、温度変化量Ｎ（℃）が算出される。
このように、温度変化量Ｎを変化させることにより、ウエハ１２の中心部と端部の温度差を制御することができ、この温度差の制御を介して、ウエハ１２上の膜厚を制御することができる。
なお、温度変化量Ｎは、温度変化の前後で温度偏差量Ｄの値が０になるように求められ、求められた温度変化量Ｎは、設定温度となるように２で除算され、±が付された形式で表される。【００５６】  図９は、本発明に係る半導体処理方法において用いられる第１の温度設定補正値Ｚを例示する図である。
図１０は、図９に示した第１の温度設定補正値Ｚの設定に用いられるテーブルを例示する図である。
レートは、温度変化量Ｎ／成膜時間ｔ（図９においてはｔ＝２５ｍｉｎ）で表され、任意の成膜処理前の温度整定時間（図９においては５ｍｉｎ）と、成膜処理後の温度安定時間（図９においては５ｍｉｎ）とが付加され、図９に示す温度設定補正値Ｚが得られる。
図９に示した温度設定補正値Ｚは、例えば、制御部２の表示・入力部２２表示されたテーブルに対するユーザの操作に応じて、図１０に示すように設定される。【００５７】  図１１は、温度設定補正値Ｚにより補正されたウエハ１２に対する温度設定値を例示する図である。
なお、図１０に示した温度設定補正値Ｚにより、処理レシピの温度設定値が補正され、実際には、ウエハ１２に対して、図１１に示すような温度設定がなされる。
以上説明したようにウエハ１２に対する温度設定を行うことにより、所望の面内温度偏差を生じさせ、ウエハ１２に形成される膜の厚さを均一にすることができる。【００５８】  図１２は、温度設定補正値Ｚを用いた補正を行わないときのウエハ１２の面内温度偏差を、グラフ形式で示す図である。
図１３は、図９，図１０のウエハ１２の平均温度偏差量Ｍを、−１℃になるように温度変化量Ｎを求め、求めたＺを用いた補正を行ったときのウエハ１２の面内温度偏差を、グラフ形式で示す図である。【００５９】  図１４は、ウエハ１２の平均温度偏差量Ｍを、＋１℃になるように温度変化量Ｎを求め、求めたＺを用いた補正を行ったときのウエハ１２の面内温度偏差を、グラフ形式で示す図である。
例えば、図３においては、図９．図１０のように設定することにより、Ｍが−１℃になるように補正されている。
所望の温度変化量Ｎを求めて、温度設定補正値Ｚを、求めたＺを用いて補正することにより、Ｍを任意に設定できる（ｅｘ．−１℃，−１℃）。【００６０】  図１５は、本発明に係る半導体処理方法において用いられる第２の温度設定補正値Ｚを例示する図である。
図１６は、本発明に係る半導体処理方法において用いられる第３の温度設定補正値Ｚを例示する図である。
図１７は、図１６に示した第３の温度設定補正値Ｚの設定に用いられるテーブルを例示する図である。【００６１】  なお、温度設定補正値Ｚは、全体としての温度補正量が一致すればよく、その変化の態様は自由に変更することができる。
例えば、図１５に実線で示し、温度設定補正値Ｚを、全体としての温度補正量が同じになることを条件として、１段階で温度を変化させるようにしてもよい。
また、図１５に点線で示すように、温度設定補正値Ｚを、全体としての温度補正量が同じになることを条件として、階段状に温度を変化させるようにしてもよい。
同様に、例えば、図１６に示し、また、その設定値を図１７に示すように、温度設定補正値Ｚにおいて、図９に示した場合よりも、全体としての温度補正量が同じになることを条件として、温度変化期間を短くしてもよい。【００６２】  ［第２の制御プログラム４４］
図１８は、図１，図２に示した反応室３の周辺の構成部分、および、反応室３に対する制御を行う第２の制御プログラム４４の構成を示す図である。
なお、図１８に示した第２の制御プログラム４４の構成部分の内、図３に示した第１の制御プログラム４０の構成部分と実質的に同じものには、同じ符号が付してある。
つまり、第２の制御プログラム４４は、第１の制御プログラム４０に、温度設定補正値記憶部４４２を付加した構成を採る。
制御プログラム４４において、温度設定補正値記憶部４４２は、上述のように算出された温度設定補正値Ｚを記憶し、プロセス制御部４００に対して出力する。【００６３】  図１９は、図１８に示した温度設定記憶部４２２に記憶された処理レシピの温度設定値に対する補正処理を説明する図である。
図１９に示すように、制御プログラム４４において、プロセス制御部４００は、温度設定記憶部４２２に記憶された温度設定値に、温度設定補正値記憶部４４２に記憶された温度設定補正値Ｚ（図９，図１０，図１５〜図１７）を加算して、補正された温度設定値（図１１）とし、温度制御部４１０に設定する。
制御プログラム４４において、温度制御部４１０は、ウエハ１２が、プロセス制御部４００から設定された温度になるように、温度調整部分３２０に対して供給する電力を制御する。
このように、制御プログラム４０の代わりに制御プログラム４４を用いることにより、半導体処理装置１（図１）において、本発明に係る半導体処理方法が実現される。【００６４】  なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その旨を逸脱しない範囲で種々に変形が可能である。
また、本実施の形態ではバッチ式の半導体処理装置の減圧ＣＶＤ装置の場合について説明したが、本発明は、これに限らず、バッチ式の半導体装置の拡散装置などの熱処理装置や、枚葉装置、その他の基板処理装置全般に適応することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】  本発明は、半導体基板の処理のために利用可能である。
【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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【国際調査報告】
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