JP6917495B1 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム - Google Patents

基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】配管ヒータの過昇温を抑制することができる。【解決手段】基板を処理する処理室へガスを供給するガス配管を加熱する配管ヒータと、ガス配管の温度を検出する温度検出部と、温度検出部が検出した温度に基づき、配管ヒータに与えるべき電力を示す操作量を出力し、ガス配管の温度を目標値に近づける制御をする温度調節器と、温度調節器の制御によるガス配管の加熱の開始と停止を制御する上位制御器と、を備え、上位制御器は、温度調節器の制御によるガス配管の加熱の開始後に、操作量を取得し、操作量が最大値となっている時間を積算し、積算した時間が閾値以上になった場合に、ガス配管の加熱を停止するように温度調節器を制御する。【選択図】図５

Description

本開示は、基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラムに関する。
半導体装置の製造工程の一工程として、炉内に設置された温度センサの測定温度に基づいてヒータへの電力値を制御することで炉内を温度制御しながら、基板上に膜を形成する処理が行われることがある。また、温度センサが故障した場合でも炉内の温度制御の安定継続を可能とする技術が用いられることがある（例えば特許文献１参照）。
特開２００７−８８３９４号公報
また、ガス配管に、テープ状やリボン状の配管ヒータを巻き付けて、ガス配管を加熱しながら、基板上に膜を形成する処理が行われることもある。このとき、ガス配管の温度を検出するために、熱電対（ＴＣ）等の温度センサを用いて温度監視が行われる。
そして、熱電対が配管ヒータと分離する構成の場合には、例えば熱電対をガス配管に取り付けて、その上から配管ヒータを巻き付けて温度監視を行う。このような場合に、熱電対が外れたりするなど、温度監視に不具合が発生すると、配管ヒータに電力が供給され続けて、配管ヒータが過昇温されてしまうことがある。
本開示は、配管ヒータの過昇温を抑制することが可能な技術を提供することを目的とする。
本開示の一態様によれば、
基板を処理する処理室へガスを供給するガス配管を加熱する配管ヒータと、
前記ガス配管の温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部が検出した温度に基づき、前記配管ヒータに与えるべき電力を示す操作量を出力し、前記ガス配管の温度を目標値に近づける制御をする温度調節器と、
前記温度調節器の前記制御による前記ガス配管の加熱の開始と停止を制御する上位制御器と、を備え、
前記上位制御器は、前記温度調節器の前記制御による前記ガス配管の加熱の開始後に、前記操作量を取得し、前記操作量が最大値となっている時間を積算し、前記積算した時間が閾値以上になった場合に、前記ガス配管の加熱を停止するように前記温度調整器を制御する
技術が提供される。
本開示によれば、配管ヒータの過昇温を抑制することができる。
本開示の一実施形態における基板処理装置の縦型処理炉の概略を示す縦断面図である。 本開示の一実施形態における基板処理装置のコントローラの機能構成を説明する図である。 本開示の一実施形態における基板処理工程を示すフロー図である。 図４（Ａ）は、図１におけるＡで示される部分の拡大図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＡ−１線断面図である。図４（Ｃ）は、図４（Ａ）のＡ−１線断面図の変形例を示す図である。図４（Ｄ）は、本開示の一実施形態における配管ヒータの構成について説明するための部分拡大図である。 本開示の一実施形態における温度調節器の構成を説明するための図である。 本開示の一実施形態におけるプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）の動作を説明するためのフロー図である。 図７（Ａ）は、本実施例におけるテープヒータの出力値と、テープヒータの温度と、熱電対による測定温度の時間変化を示す図であって、図７（Ｂ）は、比較例におけるテープヒータの出力値と、テープヒータの温度と、熱電対による測定温度の時間変化を示す図である。
（１）基板処理装置の構成
以下、実施形態について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。なお、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本開示の解釈を限定するものではない。
（処理炉）
図１に示すように、第１加熱部であるヒータ２０７の内側に、基板であるウエハ２００を処理する処理容器として反応管２０３が設けられる。この反応管２０３の下端には炉口部としてのインレットフランジ２１０が設けられ、インレットフランジ２１０は蓋体であるシールキャップ２１９により気密部材であるＯリング２２０を介して気密に閉塞されている。また、インレットフランジ２１０には、インナーチューブ２０４が載置されている。少なくとも、反応管２０３、インナーチューブ２０４、インレットフランジ２１０、シールキャップ２１９により処理室２０１を形成している。シールキャップ２１９には石英キャップ２１８を介して基板保持部であるボート２１７が設置されている。石英キャップ２１８、ボート２１７は処理室２０１内外に搬入出される。ボート２１７にはバッチ処理される複数のウエハ２００が水平に多段に積載される。ヒータ２０７は処理室２０１に挿入されたウエハ２００を所定の温度に加熱する。
処理室２０１には第１の処理ガス(原料ガス)を供給するガス管としてのガス配管１０と第２の処理ガス(反応ガス)を供給するガス配管１１とが連通される。ガス配管１０には、上流側から、第１の処理ガスとしての原料ガスを供給するガス供給器４、ガス供給器４からの原料ガスの流量を制御する流量制御器（マスフローコントローラ：ＭＦＣ）４１、原料ガスの流路を開閉するバルブ３４が設けられている。ガス配管１０からは、ガス供給器４、ＭＦＣ４１、バルブ３４を介し、さらに処理室２０１内に設置されたノズル２３４を介して、処理室２０１内に原料ガスが供給される。ガス配管１０、ＭＦＣ４１、バルブ３４、ノズル２３４により第１の処理ガス供給系（原料ガス供給系ともいう）が構成される。
ガス配管１１には、上流側から、第２の処理ガスとしての反応ガスを供給するガス供給器５、ガス供給器５からの反応ガスの流量を制御するＭＦＣ３２、反応ガスの流路を開閉するバルブ３５が設けられている。ガス配管１１からは、ガス供給器５、ＭＦＣ３２、バルブ３５を介して、さらに処理室２０１内に設置されたノズル２３３を介して、処理室２０１内に反応ガスが供給される。ガス配管１１、ＭＦＣ３２、バルブ３５、ノズル２３３により第２の処理ガス供給系（反応ガス供給系ともいう）が構成される。
ガス供給器４から処理室２０１までのガス配管１０の周りには、ガス配管１０を加熱するガス配管用ヒータ２２が設けられている。ガス配管用ヒータ２２(以後、第１の配管ヒータともいう)には実施形態に係る第２加熱部としてのテープ状のヒータであるテープヒータが用いられる。
ガス配管１０には、不活性ガスを供給するためのガス配管４０が、バルブ３９を介してバルブ３４の下流側に接続されている。ガス配管４０のバルブ３９からガス配管１０との接続点の間にも、ガス配管用ヒータ２２が設けられる。また、ガス配管１１には、不活性ガスを供給するためのガス配管６がＭＦＣ３３、バルブ３６を介してバルブ３５の下流側に接続されている。
なお、本実施形態では第２の処理ガス供給系にガス配管用ヒータを設けていないが、第２の処理ガスに応じて適宜本実施形態におけるガス配管用ヒータ２２を設けるようにしてもよい。
処理室２０１は、ガスを排気する排気側のガス配管としての排気配管２３１によりＡＰＣバルブ２４３を介して真空ポンプ２４６に接続されている。排気配管２３１、ＡＰＣバルブ２４３、真空ポンプ２４６によりガス排気系が構成されている。反応管２０３から真空ポンプ２４６までの排気配管２３１の周りには、排気配管２３１を加熱する第３加熱部としての排気配管用ヒータ２０(以後、第２の配管ヒータともいう)が設けられている。尚、排気配管用ヒータ２０には通常、成形された断熱材を有するジャケット状のヒータが用いられ、細い配管には上述したテープヒータが用いられる。以後、排気配管用ヒータ２０、ガス配管用ヒータ２２をまとめて配管ヒータ３１０と称する場合がある。同様に、ガス配管６，１０，１１，４０，２３１をまとめて単にガス配管と称する場合がある。
反応管２０３の下部から上部へ縦方向に延在して、ノズル２３４が設置されている。そしてノズル２３４には原料ガスを分配し供給するための複数のガス供給孔が設けられている。このガス供給孔は、インナーチューブ２０４を介して対向するウエハ２００とウエハ２００の間の位置に開けられ、ウエハ２００に処理ガスが配給される。ノズル２３４の位置より反応管２０３の内周方向に離れた位置に、ノズル２３３がノズル２３４と同様に設置されている。このノズル２３３にも同様に複数のガス供給孔が設けられている。ノズル２３４は上述の通りガス配管１０に連通し、処理室２０１内に原料ガス及びガス配管１０に接続されたガス配管４０からの不活性ガスを配給する。また、ノズル２３３は上述の通りガス配管１１に連通し、処理室２０１内に、反応ガス及びガス配管１１に接続されたガス配管６からの不活性ガスを配給する。ノズル２３４及びノズル２３３から交互に処理室２０１内に処理ガスが供給されて成膜が行われる。
インナーチューブ２０４内には複数枚のウエハ２００を多段に同一間隔で載置するボート２１７が設けられており、このボート２１７はボートエレベータにより処理室２０１内に出入りできるようになっている。また、処理の均一性を向上するためにボート２１７を回転するための回転手段であるボート回転機構２６７が設けてあり、ボート回転機構２６７を回転することにより石英キャップ２１８に保持されたボート２１７を回転するようになっている。
（コントローラ３２１の機能構成）
次に、制御部としてのコントローラ３２１について図２を用いて説明する。
コントローラ３２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３２１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）３２１ｂ、記憶装置３２１ｃ、Ｉ／Ｏポート３２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ３２１ｂ、記憶装置３２１ｃ、Ｉ／Ｏポート３２１ｄは、内部バス３２１ｅを介して、ＣＰＵ３２１ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ３２１には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置３２２が接続されている。
記憶装置３２１ｃは、例えばフラッシュメモリ等で構成される。記憶装置３２１ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件などが記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。なお、プロセスレシピは、後述する基板搬入工程Ｓ１０２から基板搬出工程Ｓ１０６までを含む基板処理工程における各手順をコントローラ３２１に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものである。また、ＲＡＭ３２１ｂは、ＣＰＵ３２１ａによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域(ワークエリア)として構成されている。
Ｉ／Ｏポート３２１ｄは、上述のＭＦＣ３２，３３，４１、バルブ３４，３５，３６，３９、圧力センサ、ＡＰＣバルブ２４３、真空ポンプ２４６、温度検出部としての熱電対５５０、ヒータ２０７、配管ヒータ３１０(ガス配管用ヒータ２２、排気配管用ヒータ２０)、温度調節器６００、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）６０８、ボート回転機構２６７、ボートエレベータ等に接続されている。
ＣＰＵ３２１ａは、記憶装置３２１ｃから制御プログラムを読み出して実行すると共に、操作表示部としての入出力装置３２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置３２１ｃからプロセスレシピを読み出すように構成されている。そして、ＣＰＵ３２１ａは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、ＭＦＣ３２，３３，４１による各種ガスの流量調整動作、バルブ３４，３５，３６，３９の開閉動作、ＡＰＣバルブ２４３の開閉動作及びＡＰＣバルブ２４３による圧力センサに基づく圧力調整動作、各ゾーンに設けられる温度センサに基づくヒータ２０７の温度調整動作、熱電対５５０に基づく温度調節器６００による配管ヒータ３１０(ガス配管用ヒータ２２、排気配管用ヒータ２０のそれぞれ)の温度調整動作、ＰＬＣ６０８に基づく温度調節器６００による配管ヒータ３１０の加熱開始および停止動作、真空ポンプ２４６の起動および停止、ボート回転機構２６７によるボート２１７の回転および回転速度調節動作、ボートエレベータによるボート２１７の昇降動作等を制御するように構成されている。
なお、コントローラ３２１は、外部記憶装置（例えば、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）３２３に格納された上述のプログラムを、コンピュータにインストールすることにより構成することができる。記憶装置３２１ｃや外部記憶装置３２３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成されている。以下、これらを総称して、単に、記録媒体ともいう。本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置３２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置３２３単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。なお、コンピュータへのプログラムの提供は、外部記憶装置３２３を用いず、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて行ってもよい。
（２）基板処理工程
次に、半導体製造装置としての基板処理装置を使用して、基板を処理する基板処理工程の概略について図３を用いて説明する。この基板処理工程は、例えば、半導体装置を製造するための一工程である。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作や処理は、コントローラ３２１により制御される。
ここでは、基板としてのウエハ２００に対して、第１の処理ガス（原料ガス）と第２の処理ガス（反応ガス）とを交互に供給することで、ウエハ２００上に膜を形成する例について説明する。以下、原料ガスとしてヘキサクロロジシラン（Ｓｉ2Ｃｌ6、略称：ＨＣＤＳ）ガスを用い、反応ガスとしてＮＨ3（アンモニア）を用いてウエハ２００上に薄膜としてＳｉＮ（シリコン窒化）膜を形成する例について説明する。なお、例えば、ウエハ２００上には、予め所定の膜が形成されていてもよく、また、ウエハ２００又は所定の膜には予め所定のパターンが形成されていてもよい。
（基板搬入工程Ｓ１０２）
まず、ウエハ２００をボート２１７に装填し、処理室２０１内へ搬入し、基板搬入工程Ｓ１０２を行う。
（成膜工程Ｓ１０４）
次に、ウエハ２００の表面上に薄膜を形成する成膜工程Ｓ１０４を行う。成膜工程は次の４つのステップを順次実行する。なお、ステップ１〜４の間は、ヒータ２０７により、ウエハ２００を所定の温度に加熱しておく。また、ガス配管用ヒータ２２は、ガス配管１０及びガス配管４０の一部を第１の指定温度に加熱する。第１の指定温度は、原料ガスに応じて適宜設定される。本実施の形態では、原料ガスとしてＳｉ2Ｃｌ6ガスが用いられるので、成膜工程Ｓ１０４の間、例えば、第１の指定温度として１８０℃以上に加熱される。また、排気配管用ヒータ２０は、成膜工程Ｓ１０４の間、排気配管２３１を第２の指定温度に加熱する。第２の指定温度は、原料ガスと反応ガスにより生じる反応物（副生成物）の排気配管２３１内面への付着を抑制することができる温度に適宜設定され、例えば１００℃以上である。
［ステップ１］
ステップ１では、Ｓｉ2Ｃｌ6ガスを流す。まず、ガス配管１０に設けたバルブ３４と排気配管２３１に設けたＡＰＣバルブ２４３を共に開けて、ガス供給器４からＭＦＣ４１により流量調節されたＳｉ2Ｃｌ6ガスをガス配管１０に通し、ノズル２３４のガス供給孔から処理室２０１内に供給しつつ、排気配管２３１から排気する。この際、ガス配管用ヒータ２２はガス配管１０を加熱し、排気配管用ヒータ２０は排気配管２３１を所定温度に加熱する。また、この際、処理室２０１内の圧力を所定の圧力に保つ。これにより、ウエハ２００の表面にシリコン（Ｓｉ）薄膜を形成する。
［ステップ２］
ステップ２では、ガス配管１０のバルブ３４を閉めてＳｉ2Ｃｌ6ガスの供給を止める。排気配管２３１のＡＰＣバルブ２４３は開いたままにし、真空ポンプ２４６により処理室２０１を排気し、残留ガスを処理室２０１から排除する。また、ガス配管４０に設けられたバルブ３９を開けて、ガス配管４０からＮ2等の不活性ガスを処理室２０１に供給し処理室２０１のパージを行い、処理室２０１内の残留ガスを処理室２０１外に排出する。さらに、ガス配管６に設けられたバルブ３６を開けて、ＭＦＣ３３により流量調節されたＮ2等の不活性ガスをガス配管６からも処理室２０１に供給する。
［ステップ３］
ステップ３では、ＮＨ3ガスを流す。配管１１に設けられた、バルブ３５と排気配管２３１に設けられたＡＰＣバルブ２４３を共に開け、ガス供給器５からＭＦＣ３２により流量調節されたＮＨ3ガスをガス配管１１に通し、ノズル２３３のガス供給孔から処理室２０１に供給しつつ、排気配管２３１から排気する。また、処理室２０１の圧力を所定の圧力に調整する。ＮＨ3ガスの供給により、Ｓｉ2Ｃｌ6ガスがウエハ２００の表面に形成したＳｉ薄膜とＮＨ3ガスが表面反応して、ウエハ２００上にＳｉＮ膜が形成される。
［ステップ４］
ステップ４では、再び不活性ガスによる処理室２０１のパージを行う。ガス配管１１のバルブ３５を閉めて、ＮＨ3ガスの供給を止める。排気配管２３１のＡＰＣバルブ２４３は開いたままにし、真空ポンプ２４６により処理室２０１を排気し、残留ガスを処理室２０１から排除する。また、ガス配管６に設けられたバルブ３６を開けて、ＭＦＣ３３により流量調節されたＮ2等の不活性ガスをガス配管６より処理室２０１に供給して処理室２０１のパージを行う。さらに、ガス配管４０に設けられたバルブ３９を開けて、ガス配管４０からもＮ2等の不活性ガスを処理室２０１に供給する。
上記ステップ１〜４を１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返すことによりウエハ２００上に所定膜厚のＳｉＮ膜を形成する。
（基板搬出工程Ｓ１０６）
次に、ＳｉＮ膜が形成されたウエハ２００が載置されたボート２１７を、処理室２０１から搬出する。
本実施形態によれば、少なくともガス配管用ヒータ２２により加熱した状態でガス配管１０から処理室２０１に原料(Ｓｉ2Ｃｌ6)ガスを供給する構成となっているので、原料ガスの液化を抑制し、処理室２０１にパーティクルを含むガスが供給されることを防ぐことができる。言い換えれば、温度の上昇と共に飽和蒸気圧が上がり、液化を起こさせることなく供給できる圧力及び量を増加させることができる。なお、ガス配管１０は、上流から下流に亘って均一な温度或いは下流に行くほど緩やかに上昇する温度分布で加熱されることが望ましい。温度ムラはガス配管１０が原料ガスよりも低温となる状況を引き起こしうる。その結果、液化のリスクが生じる。ガス配管１０やガス配管４０が長い場合、ガス配管用ヒータ２２は、複数に分割して設けられうる。
なお、本実施形態において、ステップ１〜４のサイクルを複数回繰り返している間、少なくとも、排気配管用ヒータ２０が排気配管２３１を加熱しつつ、ガス配管用ヒータ２２はガス配管１０及びガス配管４０を加熱し続けており、第１及び第２の指定温度を保つようにしている。また、本実施形態において、プロセスレシピ実行中(基板搬入工程Ｓ１０２から基板搬出工程Ｓ１０６まで)、排気配管用ヒータ２０が排気配管２３１を加熱しつつ、温度制御するようにしてもよく、更に、少なくともガス配管１０及び排気配管２３１のいずれか一方を加熱しつつ、温度制御するようにしてもよい。
（３）配管ヒータ３１０の構成
次に、本実施形態における配管ヒータ３１０の詳細について説明する。
配管ヒータ３１０は、例えばテープ状のテープヒータである。配管ヒータ３１０は、図４(Ｂ)及び図４(Ｃ)に示すように、ＳＵＳ等の金属部材で構成される排気配管２３１又はガス配管１０等の配管に例えばらせん状に巻き付けて用いられる。
配管ヒータ３１０は、繊維質の絶縁体を用いることなく素線が絶縁された構造であって、例えば図４（Ｄ）に示すように、発熱体としての発熱体フィルム３１０ａをフッ素炭素樹脂であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）シート３１０ｂで挟み込んだ構造である。
配管ヒータ３１０の外周側は、断熱材５５２で覆われて包囲される。断熱材５５２の一端側には、断熱材５５２の一端側と他端側とが隣接した状態或いは断熱材５５２が１周以上配管ヒータ３１０に巻き付けられた状態で一端側と他端側を留める留め部７００が設けられている。配管ヒータ３１０は塑性変形するが、通常の施工状態では弾性変形も残る。従って、配管ヒータ３１０のガス配管１０等への密着を向上させるため、常に外周から押さえつけるか、巻き付けの両端を引っ張ることが望ましい。
図４(Ｂ)は、配管ヒータ３１０の内側に熱電対５５０が設けられた状態の断面図であり、図４(Ｃ)は、配管ヒータ３１０の外側に熱電対５５０が設けられた状態の断面図である。
図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）に示すように、配管ヒータ３１０の内側又は配管ヒータ３１０の外側に、排気配管２３１又はガス配管１０等の配管の温度を検出する温度検出部としての熱電対５５０が装着される。熱電対５５０は、配管ヒータ３１０と分離可能に構成され、排気配管２３１又はガス配管１０の温度を検出する。熱電対５５０は、排気配管２３１又はガス配管１０に接触することにより排気配管２３１又はガス配管１０に熱的に結合するように装着される。また、熱電対５５０は、配管ヒータ３１０に対応して１つのみ設けられる。すなわち、排気配管用ヒータ２０と、ガス配管用ヒータ２２のそれぞれに、１つずつ熱電対５５０が装着される。排気配管用ヒータ２０が複数ある場合は、熱電対５５０もそれに対応して複数備えられる。
そして、コントローラ３２１は、排気配管２３１又はガス配管１０のそれぞれの熱電対５５０により検出される温度(実測値)に基づいてそれぞれの配管ヒータ３１０に出力する電力を示す操作量（出力値）を調整して、排気配管２３１又はガス配管１０の温度(実測値)をそれぞれの所定の設定値に追従させるように制御する。
このように、熱電対５５０が配管ヒータ３１０と分離した構成の場合には、配管ヒータ３１０を排気配管２３１又はガス配管１０に装着する際、配管ヒータ３１０から熱電対５５０が外れてしまうことがある。また、内周に装着する際でも、配管ヒータ３１０に熱電対５５０を施工漏れしてしまうことがある。或いは、配管ヒータ３１０と熱電対５５０との対応を間違えたりすることがある。このような状態で温度制御を続けると、配管ヒータ３１０に１００％の出力で電力供給され続け、配管ヒータ３１０が過昇温されてしまう。
また、図４(Ｂ)及び図４(Ｃ)に示すように、熱電対５５０が配管ヒータ３１０の内側に装着される構成や、断熱材５５２の内側に装着される構成であるため、基板処理装置のメンテナンスの際に配管ヒータ３１０の脱着が行われると、熱電対５５０の装着忘れや位置ずれがあったとしても外観からは視認することができない。例えば、配管交換や洗浄作業の後で配管ヒータ３１０の巻き直しを行った場合、熱電対５５０の位置が変わっていても、配管内の温度実測値(実温)の変化を直接確認できないため、熱電対５５０の検出温度を配管内の温度実測値として取り扱ってしまう。
温度実測値は、設定温度に追従するように温度制御されているので、必然的に熱電対５５０が検出する温度も温度制御され、設定温度に追従するようになるため、熱電対５５０の位置がずれたところで制御された温度を熱電対５５０が検出しているのに過ぎない。従い、温度実測値だけを監視すると、熱電対５５０が配管ヒータ３１０から離れてしまっている場合に、熱電対５５０が周辺の温度を検出してしまい、ガス配管内の温度が設定温度に到達しても設定温度に到達していないものとしてコントローラ３２１は配管ヒータ３１０に１００％の出力（操作量）で電力供給し続けてしまう。
発明者等は、上述の問題を解決するために、配管ヒータ３１０から熱電対５５０が離れてしまった場合や、熱電対５５０を装着し忘れた場合等を異常であると検知して、自動的に配管ヒータ３１０への電力供給をＯＦＦにして配管ヒータ３１０の過昇温を防止して、配管ヒータ３１０及び周辺の部品の焼損等から保護することができることを見出した。
図５は、本実施形態において用いられる温度調節器６００の構成を説明するためのブロック図である。
温度調節器６００は、少なくとも温度調節部６０２と電源出力制御器としての電源出力制御部６０４とを備える。
温度調節部６０２には、熱電対５５０により検出された測定温度が入力される。そして、温度調節部６０２は、熱電対５５０により検出された測定温度と、記憶された配管ヒータ３１０の設定温度（目標温度）との偏差に対してＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ−Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御を行い、配管ヒータ３１０に与えるべき電力を示す操作量を生成する。そして、温度調節部６０２は、測定温度と設定温度との偏差がなくなるように電源出力制御部６０４を自動調整する。
電源出力制御部６０４には、ＡＣ電源６０６が接続されている。電源出力制御部６０４は、入力されたＡＣ電源を、温度調節部６０２からの操作量に応じて調整して、配管ヒータ３１０へ出力する。電源出力制御部６０４として、例えば、ＡＣ電源６０６と配管ヒータ３１０を含む回路に直列に挿入される半導体リレー（ｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅ ｒｅｌａｙ：ＳＳＲ）を用いることができる。
一例として、温度調節部６０２は、連続量である操作量を出力し、電源出力制御部６０４は、操作量に比例するデューティ比の２値信号を生成し、半導体リレーをオンオフ制御する。このような制御はサイクル制御若しくは時分割比例制御と呼ばれる。２値信号は、温度調節器６００内で生成されてもよい。或いは、電源出力制御部６０４は、サイリスタを備え、操作量に対応する導通角を与えるトリガ信号をＡＣ電源に同期して生成してサイリスタを制御してもよい。このような制御は位相制御と呼ばれる。
温度調節器６００は、上位制御器としてのＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）６０８にＲＳ−４８５等によって通信可能に接続されている。ＰＬＣ６０８はまた、コントローラ３２１と通信可能に接続される。
ＰＬＣ６０８には、ヒータスイッチ６１０が接続されている。ＰＬＣ６０８は、温度調節器６００の制御による排気配管２３１又はガス配管１０の加熱の開始と停止を制御する。ヒータスイッチ６１０は物理的なスイッチの他、コントローラ３２１によってその状態が変化させられる論理的なスイッチでもよい。
ＰＬＣ６０８は、ヒータスイッチ６１０の起動により温度調節器６００に対して制御開始信号を送信する。そして、ＰＬＣ６０８は、温度調節器６００から熱電対５５０による測定温度である温度情報と、配管ヒータ３１０へ与えるべき電力を示す操作量の操作量情報を取得する。また、ＰＬＣ６０８は、配管ヒータ３１０の温度が目標値から大きく外れていないかを監視する。
そして、ＰＬＣ６０８は、温度調節器６００の制御による排気配管２３１又はガス配管１０の加熱の開始後に、配管ヒータ３１０に与えるべき電力を示す操作量情報を繰り返し取得する。そして、ＰＬＣ６０８は、取得した操作量が最大値である１００％となっている時間を積算し、積算した時間が閾値以上になった場合に、排気配管２３１又はガス配管１０の加熱を停止するように温度調節器６００を制御する。
また、ＰＬＣ６０８は、温度調整器６００の制御による排気配管２３１又はガス配管１０の加熱の開始後に、熱電対５５０により検出した温度である温度情報を繰り返し取得し、操作量が最大値である１００％となっており、且つ、熱電対５５０により検出した温度の、排気配管２３１又はガス配管１０の加熱の開始時の温度との偏差が所定の閾値未満である時間を積算する。そして、ＰＬＣ６０８は、積算した時間が閾値以上になった場合に、排気配管２３１又はガス配管１０の加熱を停止するように温度調節器６００を制御する。
例えば、電源出力制御部６０４が、ＰＬＣ６０８からの遮断信号に呼応して、前述の２値信号やトリガ信号を強制的にオフにする。これは生成した２値信号やトリガ信号と遮断信号の論理積を用いることで達成される。或いは、温度制御に用いるＳＳＲ等とは別個に、遮断信号によって制御されるＳＳＲを回路に直列に挿入して設ける。これにより、温度調節部６０２からの操作量と無関係に、配管ヒータ３１０への電力供給をオフにする。
配管ヒータ３１０と、熱電対５５０と、温度調節器６００とは、複数組設けられうる。その場合、ＡＣ電源６０６側に設けられる電磁リレーのような１つの遮断手段が、複数の配管ヒータ３１０に共通に用いられうる。そして、ＰＬＣ６０８は、それぞれの温度調節器６００に目標値を設定するとともに、少なくとも１つの温度調節器６００の制御においてガス配管３１０の加熱を停止する場合に、電源出力制御部６０４により複数の配管ヒータ３１０全てへの電力供給をオフにすることによって制御の停止を行ってもよい。
次に、ＰＬＣ６０８の動作について図６を用いて説明する。ＰＬＣ６０８は、ヒータスイッチ６１０によりＯＮ信号が入力されている間、内部に保持されたラダープログラムに従って、以下の処理を行う。
ステップＳ１０において、ＰＬＣ６０８は、ヒータスイッチ６１０によりＯＮ信号が入力されると、温度調節器６００に制御開始信号を送信する。
ステップＳ１２において、ＰＬＣ６０８から制御開始信号が送信されると、電源出力制御部６０４により配管ヒータ３１０への電源出力が開始され、排気配管２３１、ガス配管１０が加熱される。
ステップＳ１４において、ＰＬＣ６０８は、温度調節器６００から温度情報として熱電対５５０により検出された測定温度を取得する。
ステップＳ１６において、ＰＬＣ６０８は、予め設定された時間が経過するまで待機する。或いはステップＳ１８以降の処理を行わない。待機時間の経過後、ステップＳ１８において、ステップＳ１０における制御開始時刻における測定温度（初期温度）と、設定時間経過後における測定温度との温度偏差が閾値以上であるか否かを判定する。すなわち、ＰＬＣ６０８は、熱電対５５０により検出した測定温度の、排気配管２３１又はガス配管１０の加熱開始時の温度との偏差が所定の閾値未満であるか否かを判定する。なお、待機時間には、配管ヒータ３１０による加熱によって、正常な熱電対５５０により検出される温度に変化が現れるのに十分な時間（例えば１分）が用いられる。
そして、ステップＳ１８において、温度偏差が閾値以上であると判定された場合には（ステップＳ１８においてＹｅｓ）、ステップＳ２０において、電源出力制御部６０４による電源供給を続け、ステップＳ１８の処理に戻り、温度調節器６００による温度制御の監視を続ける。
また、ステップＳ１８において、温度偏差が閾値未満であると判定された場合には（ステップＳ１８においてＮｏ）、ステップＳ２２において、電源出力制御部６０４による操作量が１００％の状態が、閾値時間以上継続したか否かを判定する。これを行うために、ステップＳ２２は、取得した操作量情報における操作量が１００％であるか判断し、１００％であれば積算時間を更新（インクリメント）するサブステップＳ２２ａと、積算時間と閾値時間を比較するサブステップＳ２２ｂと、を含みうる。なお、熱電対５５０が外れている場合、待機時間経過後は操作量が必然的に最大値に飽和するため、操作量が１００％であるとの推定のもと、判断を省略して積算時間を更新してもよい。その場合、積算時間が閾値時間以上になった時点で、１回だけ操作量が１００％であるか判断が行われていればよい。
そして、ステップＳ２２において、操作量が１００％（最大値）かつ閾値時間以上経過したと判定された場合には（ステップＳ２２においてＹｅｓ）、ステップＳ２４において、電源出力制御部６０４により電源を遮断する。すなわち、排気配管２３１又はガス配管１０の加熱を停止するように温度調節器６００を制御して配管ヒータ３１０への電力の供給を遮断する。
また、ステップＳ２２において、操作量が１００％（最大値）かつ閾値時間以上経過していないと判定された場合には（ステップＳ２２においてＮｏ）、ステップＳ１８の処理に戻り、温度調節器６００による温度制御が継続される。
すなわち、ヒータスイッチ６１０を押した瞬間と、押した後の温度測定値の温度偏差が閾値以上であれば、配管ヒータ３１０への電源出力が継続され、そのまま温度制御が継続される。そして、ヒータスイッチ６１０を押した瞬間と、押した後の温度測定値の温度偏差が閾値未満であり、かつ出力値情報が１００％（最大値）の時間を積算し、積算した時間が閾値以上経過した場合には配管ヒータ３１０への電源出力を遮断する。なお、温度制御中に熱電対５５０が外れた場合であっても、ステップＳ１８からステップＳ２２に分岐し、最終的に電源出力を遮断することができる。
ＰＬＣ６０８は、図６に示した動作以外にも、配管ヒータ３１０への操作量（出力値）と熱電対５５０による測定温度との関係を監視することができ、配管内の実温に影響を与えうる事象を検知し、アラームを発することができる。つまり、予め設定された時間が経過しても測定温度が上昇せず、温度偏差が閾値未満であって、配管ヒータ３１０への操作量が１００％（最大値）の状態が閾値時間以上続く場合には、熱電対５５０の故障(断線)や取り付け位置のズレが異常の要因と判定できる。また、配管ヒータ３１０の過熱が検知された場合には、サイリスタ（ＳＣＲ）の異常（ショート）、配管ヒータ３１０の過度に低い温度が検知された場合には、配管ヒータ３１０の断線又はＳＣＲの異常（オープン）等の異常であると判定できる。そして、異常であると判定した場合に、基板処理装置に設置された対象の配管ヒータ３１０への電力供給を停止する。すなわち、配管ヒータ３１０の過昇温を抑制することができる。
本実施形態によれば、ガス配管１０の温度変化の異常を検知することができる。従い、配管ヒータ３１０の巻きなおしなどの復旧処理を行うことにより、例えば、ガス配管１０の温度低下による処理ガスの液化が抑えられることで、炉口部に溜まることがない。よって、膜厚への影響が抑えられるので基板の処理品質の低下が抑えられる。
本実施形態によれば、排気配管２３１の温度変化の異常を検知することができる。従い、配管ヒータ３１０の巻きなおしなどの復旧処理を行うことにより、例えば、排気配管２３１の温度低下により、排気配管２３１への副生成物の付着が抑えられる。これにより、クリーニング周期を長くすることができる。
上記実施形態では、配管ヒータ３１０としてテープヒータを用いる例について説明したが、本開示はこれに限定されず、ジャケットヒータや、ジャケットヒータとテープヒータの組み合わせや、アルミブロックとジャケットヒータの組み合わせや、ラバーヒータ等の配管に脱着可能な配管ヒータを用いる場合にも、好適に適用できる。
また、上記実施形態では、ウエハ２００上にＳｉＮ膜を形成する工程の一例について説明したが、本開示はこれに限定されず、配管ヒータ３１０を用いて膜を形成、改質或いはエッチングする場合に、好適に適用できる。
また、上記実施形態では、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の縦型装置である基板処理装置を用いて成膜する例について説明したが、本開示はこれに限定されず、一度に１枚または数枚の基板を処理する枚葉式の基板処理装置を用いて成膜する場合にも、好適に適用できる。
以上、本開示の種々の典型的な実施形態を説明してきたが、本開示はそれらの実施形態に限定されず、適宜組み合わせて用いることもできる。
（４）実施例
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、配管ヒータ３１０の一例であるテープヒータから熱電対５５０が外れている場合のテープヒータの出力値（操作量）と、テープヒータの温度と、熱電対５５０による測定温度の時間変化を示す図である。なお、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）の右縦軸は、温度の上昇量（現在の温度と初期温度との差）を示している。
図７（Ｂ）に示すように、ＰＬＣ６０８及び温度調節器６００を備えていない基板処理装置を用いた比較例では、ガス配管を１８０℃に加熱する場合に、熱電対がテープヒータから外れていると、熱電対が外れた状態でテープヒータに対して温度制御が続けられ、ガス配管の温度がテープヒータに反映されず、テープヒータが１００％の出力値（操作量）で電力供給され続け、テープヒータの温度を１８０℃まで上昇させてしまう。このため、テープヒータは異常発熱状態となってしまう。
これに対して、本実施形態における基板処理装置を用いた本実施例では、図７（Ａ）に示すように、ガス配管を１８０℃に加熱する場合に、熱電対がテープヒータから外れていると、ヒータスイッチをＯＮした後、ＰＬＣ６０８が温度調整器６００から熱電対による測定温度（温度情報）とテープヒータへの操作量（操作量情報）を取得し、ヒータスイッチを押した瞬間と押した１分後の熱電対の測定温度の温度偏差が２℃以下、かつテープヒータの操作量が１００％（最大値）で１分間以上継続した場合に、熱電対の位置や状態が異常であると検知し、時刻ｔにおいてテープヒータへ供給する電源を遮断する。
すなわち、テープヒータに装着された熱電対が外れた場合に、テープヒータの異常を検知し、テープヒータに供給する電力の供給を遮断する。これにより、配管ヒータの異常発熱や過昇温を防止することができる。なお、温度制御器６００が用いる操作量の最大値は、電源出力制御部６０４が常時ＯＮするような１００％に限らず、０から１００％の間の任意の値に設定されうる。
１０ ガス配管
２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室
２３１ 排気配管
３１０ 配管ヒータ
３２１ コントローラ
６００ 温度調節器
６０８ ＰＬＣ

Claims (11)

  1. 基板を処理する処理室へガスを供給するガス配管を加熱する配管ヒータと、
    前記ガス配管の温度を検出する温度検出部と、
    前記温度検出部が検出した温度に基づき、前記配管ヒータに与えるべき電力を示す操作量を出力し、前記ガス配管の温度を目標値に近づける制御をする温度調節器と、
    前記温度調節器の前記制御による前記ガス配管の加熱の開始と停止を制御する上位制御器と、を備え、
    前記上位制御器は、前記温度調節器の前記制御による前記ガス配管の加熱の開始後に、前記操作量と前記温度検出部により検出した温度を取得し、前記操作量が最大値となっており、且つ、前記温度検出部により検出した温度の、前記ガス配管の加熱の開始時の温度との偏差が所定の閾値未満である時間を積算し、前記積算した時間が閾値以上になった場合に、前記ガス配管の加熱を停止するように前記温度調節器を制御する
    基板処理装置。
  2. 前記温度検出部は、前記配管ヒータと分離可能に構成される請求項１記載の基板処理装置。
  3. 前記配管ヒータは、繊維質の絶縁体を用いることなく素線が絶縁されたテープヒータである、請求項１又は２記載の基板処理装置。
  4. 前記温度検出部は、前記ガス配管に接触することにより前記ガス配管に熱的に結合するように装着されて、前記テープヒータに対応して１つのみ設けられる、請求項３記載の基板処理装置。
  5. 前記上位制御器の制御によって前記配管ヒータへの電力供給をオンオフする電源出力制御器を更に備え、
    前記配管ヒータと、前記温度検出部と、前記温度調節器とは、複数組設けられ、
    それぞれの前記温度調節器は、前記電源出力制御器から出力された電源に対して、導通角制御もしくはオンオフ制御によって操作量に応じた電力が、対応する前記配管ヒータに与えられるように制御し、
    前記上位制御器は、それぞれの前記温度調節器に前記目標値を設定するとともに、少なくとも１つの前記温度調節器の制御において前記ガス配管の加熱を停止する場合に、前記電源出力制御器により全ての配管ヒータへの電力供給をオフにすることによって前記制御の停止を行う、請求項１又は２記載の基板処理装置。
  6. 前記電源出力制御器は、交流電源と前記配管ヒータを含む回路に直列に挿入されるサイリスタ又は半導体リレーを備える請求項５記載の基板処理装置。
  7. 前記配管ヒータは、発熱体フィルムを耐熱性樹脂シートで挟んだ構造を有する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  8. 前記配管ヒータは、前記ガス配管の外周と対応する幅を有し、前記配管ヒータの長手方向が、前記ガス配管に沿うように設置される請求項１乃至７のいずれか１項に記載の基板処理装置。
  9. 処理室で基板を処理する工程と、
    前記処理室へガスを供給するガス配管を、配管ヒータにより加熱する工程と、
    前記ガス配管の温度を、温度検出部により検出する工程と、
    検出された温度に基づき、前記配管ヒータに与えるべき電力を示す操作量を出力し、前記ガス配管の温度を目標値に近づける工程と、
    前記ガス配管の加熱の開始後に、前記操作量と前記温度検出部により検出した温度を取得し、前記操作量が最大値となっており、且つ、前記温度検出部により検出した温度の、前記ガス配管の加熱の開始時の温度との偏差が所定の閾値未満である時間を積算し、前記積算した時間が閾値以上になった場合に、前記ガス配管の加熱を停止する工程と、
    を備える半導体装置の製造方法。
  10. 処理室で基板を処理する工程と、
    前記処理室へガスを供給するガス配管を、配管ヒータにより加熱する工程と、
    前記ガス配管の温度を、温度検出部により検出する工程と、
    検出された温度に基づき、前記配管ヒータに与えるべき電力を示す操作量を出力し、前記ガス配管の温度を目標値に近づける工程と、
    前記ガス配管の加熱の開始後に、前記操作量と前記温度検出部により検出した温度を取得し、前記操作量が最大値となっており、且つ、前記温度検出部により検出した温度の、前記ガス配管の加熱の開始時の温度との偏差が所定の閾値未満である時間を積算し、前記積算した時間が閾値以上になった場合に、前記ガス配管の加熱を停止する工程と、
    を備える基板処理方法。
  11. 処理室で基板を処理する手順と、
    前記処理室へガスを供給するガス配管を、配管ヒータにより加熱する手順と、
    前記ガス配管の温度を、温度検出部により検出する手順と、
    検出された温度に基づき、前記配管ヒータに与えるべき電力を示す操作量を出力し、前記ガス配管の温度を目標値に近づける手順と、
    前記ガス配管の加熱の開始後に、前記操作量と前記温度検出部により検出した温度を取得し、前記操作量が最大値となっており、且つ、前記温度検出部により検出した温度の、前記ガス配管の加熱の開始時の温度との偏差が所定の閾値未満である時間を積算し、前記積算した時間が閾値以上になった場合に、前記ガス配管の加熱を停止する手順と、
    を基板処理装置が備えるコンピュータに実行させるプログラム。
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