特開 2022-185393 半導体製造装置及び温度制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022185393

(43)【公開日】2022-12-14

(54)【発明の名称】半導体製造装置及び温度制御方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20221207BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20221207BHJP

   C23C 16/44 20060101ALI20221207BHJP

   G01K 13/024 20210101ALI20221207BHJP

   G01K 1/14 20210101ALI20221207BHJP

【ＦＩ】

H01L21/205

H01L21/31 B

C23C16/44 B

G01K13/024

G01K1/14 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021093048

(22)【出願日】2021-06-02

(71)【出願人】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】榎本 忠

(72)【発明者】

【氏名】菅原 勉

【テーマコード（参考）】

2F056

4K030

5F045

【Ｆターム（参考）】

2F056CB06

2F056WF01

2F056WF05

2F056WF08

4K030KA39

4K030KA41

5F045AA06

5F045AB03

5F045AB04

5F045AB32

5F045AB33

5F045DP19

5F045DQ05

5F045EC02

5F045EC09

5F045EF02

5F045EJ02

5F045EJ10

5F045EK06

5F045GB05

(57)【要約】

【課題】ガス導入配管内のガスの温度を測定する。
【解決手段】半導体製造装置の処理容器に接続され、前記処理容器の内部にガスを導入するガス導入配管と、前記ガス導入配管に設けられ、前記ガス導入配管の内部のガスの温度を測定するように構成された温度センサと、を有する、半導体製造装置が提供される。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体製造装置の処理容器に接続され、前記処理容器の内部にガスを導入するガス導入配管と、
前記ガス導入配管に設けられ、前記ガス導入配管の内部のガスの温度を測定するように構成された温度センサと、
を有する、半導体製造装置。

【請求項2】

前記温度センサは、測温部が前記ガス導入配管の内壁よりも内側に配置されている、
請求項１に記載の半導体製造装置。

【請求項3】

前記温度センサは、前記処理容器のガス導入口付近に配置される、
請求項１又は２に記載の半導体製造装置。

【請求項4】

前記温度センサは、２箇所以上で前記ガス導入配管に接合されている、
請求項１～３のいずれか一項に記載の半導体製造装置。

【請求項5】

前記温度センサは、前記ガス導入配管に設けられた２つの貫通孔を貫通するように構成されている、
請求項１～４のいずれか一項に記載の半導体製造装置。

【請求項6】

前記温度センサは、前記ガス導入配管に設けられた１つの貫通孔を貫通し、先端部が前記ガス導入配管の内壁に当接するように構成されている、
請求項１～５のいずれか一項に記載の半導体製造装置。

【請求項7】

前記温度センサは、前記ガス導入配管の内部を流れるガスの流れに対して垂直に配置されるように構成される、
請求項１～６のいずれか一項に記載の半導体製造装置。

【請求項8】

前記ガス導入配管の内部に配置され、前記ガス導入配管の内部のガスを加熱するように構成されるヒータを有する、
請求項１～７のいずれか一項に記載の半導体製造装置。

【請求項9】

前記ヒータは、長手方向が前記ガス導入配管の内部を流れるガスの流れに対して水平に配置されるように構成される、
請求項８に記載の半導体製造装置。

【請求項10】

前記ヒータの一端又は両端において前記ガス導入配管に接合されている、
請求項８又は９に記載の半導体製造装置。

【請求項11】

半導体製造装置の処理容器に接続され、前記処理容器の内部にガスを導入するガス導入配管と、前記ガス導入配管に設けられ、前記ガス導入配管の内部のガスの温度を測定するように構成された温度センサと、前記ガス導入配管の内部に配置され、前記ガス導入配管の内部のガスを加熱するように構成されたヒータと、を有する半導体製造装置において実行する温度制御方法であって、
前記温度センサを使用して前記ガス導入配管の内部を流れるガスの温度を測定する工程と、
測定した前記ガスの温度に基づき、前記ガス導入配管の内部のガスの温度が目標温度になる又は前記目標温度に近づくように前記ヒータに供給する電流を制御する工程と、
を含む温度制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体製造装置及び温度制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、半導体製造装置の処理容器内の温度を測定し、測定結果を処理容器内にて実行される基板処理におけるプロセス条件の制御に使用することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４－１７２４０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、ガス導入配管内のガスの温度を測定することができる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一の態様によれば、半導体製造装置の処理容器に接続され、前記処理容器の内部にガスを導入するガス導入配管と、前記ガス導入配管に設けられ、前記ガス導入配管の内部のガスの温度を測定するように構成された温度センサと、を有する、半導体製造装置が提供される。

【発明の効果】

【0006】

一の側面によれば、ガス導入配管内のガスの温度を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態に係る半導体製造装置の一例を示す断面模式図。

【図2】実施形態に係る温度センサと比較例に係る温度センサを示す図。

【図3】実施形態に係る温度センサの実施例１～３を示す図。

【図4】実施形態に係るヒータの実施例１、２を示す図。

【図5】実施形態に係る温度制御方法を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

【0009】

［半導体製造装置］
はじめに、図１を参照し、実施形態の半導体製造装置の一例について説明する。図１は、実施形態の半導体製造装置の一例を示す断面模式図である。

【0010】

半導体製造装置１は、処理容器１０、ガス供給部２０、排気部３０、加熱部４０、冷却部５０、制御部９０等を有する。

【0011】

処理容器１０は、略円筒形状を有する。処理容器１０は、内管１１、外管１２、マニホールド１３、インジェクタ１４、ガス出口１５、蓋体１６等を含む。内管１１は、略円筒形状を有する。内管１１は、例えば石英等の耐熱材料により形成されている。内管１１は、インナーチューブとも称される。

【0012】

外管１２は、有天井の略円筒形状を有し、内管１１の周囲に同心的に設けられている。すなわち、内管１１と外管１２とにより２重管構造を構成する。外管１２は、例えば石英等の耐熱材料により形成されている。外管１２は、アウターチューブとも称される。

【0013】

マニホールド１３は、略円筒形状を有する。マニホールド１３は、内管１１及び外管１２の下端を支持する。マニホールド１３は、例えばステンレス鋼により形成されている。インジェクタ１４は、マニホールド１３を貫通して内管１１内に水平に延びると共に、内管１１内でＬ字状に屈曲して上方に延びる。インジェクタ１４は、基端がガス導入配管２４と接続され、先端が開口する。インジェクタ１４は、ガス導入配管２４を介して導入される処理ガス（以下、単に「ガス」ともいう。）を先端の開口から内管１１内に吐出する。処理ガスは、例えば成膜ガス、クリーニングガス、パージガスを含む。本実施形態において、成膜ガスは、シリコン含有膜を成膜するために用いられるガスであり、例えばシリコン含有ガス、窒化ガス、酸化ガス、ドーピングガスを含む。シリコン含有膜は、例えばシリコン膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜を含む。シリコン膜は、例えばアモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）膜、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ－Ｓｉ）膜、ドープドシリコン（Ｄｏｐｅｄ－Ｓｉ）膜を含む。クリーニングガスは、クリーニング方法を実施するために用いられるガスであり、例えばＦ_２ガス、Ｃｌ_２ガス、ＣｌＦ_３ガス、ＮＦ_３ガス、ＨＦガス等のハロゲン含有ガスを含む。パージガスは、処理容器１０内の雰囲気を不活性ガス雰囲気に置換するためのガスであり、例えばＮ_２ガス、Ａｒガス等の不活性ガスを含む。なお、図１の例では、インジェクタ１４が１本の場合を示しているが、インジェクタ１４は複数本であってもよい。

【0014】

ガス出口１５は、マニホールド１３に形成されている。ガス出口１５には、排気配管３２が接続されている。処理容器１０内に供給される処理ガスは、ガス出口１５を介して排気部３０により排気される。

【0015】

蓋体１６は、マニホールド１３の下端の開口を気密に塞ぐ。蓋体１６は、例えばステンレス鋼により形成されている。蓋体１６上には、保温筒１７を介してウエハボート１８が載置されている。保温筒１７及びウエハボート１８は、例えば石英等の耐熱材料により形成されている。ウエハボート１８は、複数のウエハＷを鉛直方向に所定間隔をあけて略水平に保持する。ウエハボート１８は、昇降機構１９が蓋体１６を上昇させることで処理容器１０内へと搬入（ロード）され、処理容器１０内に収容される。ウエハボート１８は、昇降機構１９が蓋体１６を下降させることで処理容器１０内から搬出（アンロード）される。

【0016】

ガス供給部２０は、ガスソース２１、ＩＧＳ２２（Integrated Gas System）、外部配管２３、及びガス導入配管２４を含む。ガスソース２１は、処理ガスの供給源であり、例えば成膜ガスソース、クリーニングガスソース、パージガスソースを含む。ＩＧＳ２２は、ガス配管の集積回路であり、ガスソース２１の成膜ガスソース、クリーニングガスソース、パージガスソース等にそれぞれ接続された配管群が集積される。ＩＧＳ２２内には流量制御部が設置され、各配管を流れるガスの流量を制御する。流量制御部は、例えばマスフローコントローラ、開閉バルブを含む。

【0017】

ＩＧＳ２２は、外部配管２３に接続されている。外部配管２３は、ガス導入配管２４に接続されている。外部配管２３の外壁にヒータを巻き、外部配管２３を加熱するように構成されている。ガス導入配管２４は、半導体製造装置１の処理容器１０に接続され、処理容器１０の内部にガスを導入する。つまり、ガスソース２１からの処理ガスをＩＧＳ２２内の流量制御部でその流量を制御し、外部配管２３を通流する際に加熱してガス導入配管２４に流し、ガス導入配管２４からインジェクタ１４を介して処理容器１０内に供給する。インジェクタ１４は処理容器１０のガス導入口として機能する。

【0018】

処理容器１０のガス導入口付近には、ガス導入配管２４に接続されたガス配管継手（以下、継手７０という。）が設けられている。温度センサ８０は、継手７０を貫通するように構成されている。温度センサ８０は、ガス導入配管２４内のガスの温度を測定するように構成されている。温度センサ８０は、測定した温度を制御部９０に送信する。また、ガス導入配管２４内には、ヒータ１００が配置され、ヒータ１００はガス導入配管２４内のガスを加熱するように構成されている。

【0019】

排気部３０は、排気装置３１、排気配管３２及び圧力制御器３３を含む。排気装置３１は、例えばドライポンプ、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプである。排気配管３２は、ガス出口１５と排気装置３１とを接続する。圧力制御器３３は、排気配管３２に介設されており、排気配管３２のコンダクタンスを調整することにより処理容器１０内の圧力を制御する。圧力制御器３３は、例えば自動圧力制御バルブである。

【0020】

加熱部４０は、断熱材４１、発熱体４２及び外皮４３を含む。断熱材４１は、略円筒形状を有し、外管１２の周囲に設けられている。断熱材４１は、シリカ及びアルミナを主成分として形成されている。発熱体４２は、線状を有し、断熱材４１の内周に螺旋状又は蛇行状に設けられている。発熱体４２は、処理容器１０の高さ方向に複数のゾーンに分けて温度制御が可能なように構成されている。外皮４３は、断熱材４１の外周を覆うように設けられている。外皮４３は、断熱材４１の形状を保持すると共に断熱材４１を補強する。外皮４３は、ステンレス鋼等の金属により形成されている。また、加熱部４０の外部への熱影響を抑制するために、外皮４３の外周に水冷ジャケット（図示せず）を設けてもよい。係る加熱部４０は、発熱体４２が発熱することにより、処理容器１０内を加熱する。

【0021】

冷却部５０は、処理容器１０に向けて冷却流体を供給し、処理容器１０内のウエハＷを冷却する。冷却流体は、例えば空気であってよい。冷却部５０は、例えば熱処理の後にウエハＷを急速降温させる際に処理容器１０に向けて冷却流体を供給する。また、冷却部５０は、例えば処理容器１０内の堆積膜を除去するクリーニングの際に処理容器１０内に向けて冷却流体を供給する。冷却部５０は、流体流路５１、吹出孔５２、分配流路５３、流量調整部５４、排熱口５５を有する。

【0022】

流体流路５１は、断熱材４１と外皮４３との間に高さ方向に複数形成されている。流体流路５１は、例えば断熱材４１の外側に周方向に沿って形成された流路である。吹出孔５２は、各流体流路５１から断熱材４１を貫通して形成されており、外管１２と断熱材４１との間の空間に冷却流体を吹き出す。分配流路５３は、外皮４３の外部に設けられており、冷却流体を各流体流路５１に分配して供給する。流量調整部５４は、分配流路５３に介設されており、流体流路５１に供給される冷却流体の流量を調整する。

【0023】

排熱口５５は、複数の吹出孔５２よりも上方に設けられており、外管１２と断熱材４１との間の空間に供給された冷却流体を半導体製造装置１の外部に排出する。半導体製造装置１の外部に排出された冷却流体は、例えば熱交換器により冷却されて再び分配流路５３に供給される。ただし、半導体製造装置１の外部に排出された冷却流体は、再利用されることなく排出されてもよい。

【0024】

温度センサ６０は、処理容器１０内の温度を検出する。温度センサ６０は、例えば内管１１内に設けられている。ただし、温度センサ６０は、処理容器１０内の温度を検出できる位置に設けられていればよく、例えば内管１１と外管１２との間の空間に設けられていてもよい。温度センサ６０は、例えば複数のゾーンに対応して高さ方向の異なる位置に設けられた複数の測温部を有する。温度センサ６０の測温部は、それぞれ上から順に「ＴＯＰ」、「Ｃ－Ｔ」、「ＣＴＲ」、「Ｃ－Ｂ」及び「ＢＴＭ」のゾーンに対応して設けられている。複数の測温部は、例えば熱電対、測温抵抗体であってよい。温度センサ６０は、複数の測温部で検出した温度を制御部９０に送信する。

【0025】

制御部９０は、半導体製造装置１の動作を制御する。制御部９０は、例えばコンピュータであってよい。半導体製造装置１の全体の動作を行うコンピュータのプログラムは、記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、フラッシュメモリ、ＤＶＤ等であってよい。

【0026】

［温度センサ］
ガス導入配管２４の外壁にヒータを巻いて加熱することで間接的に配管内のガスを加熱し、ガス導入配管２４の外壁に取り付けられた温度センサによりガス導入配管２４の温度を測定することで間接的に配管内のガスの温度を測定することがある。この場合、測定した温度と実際にガス導入配管２４内を流れるガスの温度との間に温度差が生じてしまう。また、ガス導入配管２４内のガスの流量変化や配管の構造によってその温度差が変動してしまう。

【0027】

ガスの温度は、処理容器１０内で実行されるプロセス（基板処理）に影響を及ぼす要因の一つである。このため、本開示の半導体製造装置１では、ガス導入配管２４内のガスの温度を直接測定することが可能な温度センサ８０を設置する。温度センサ８０の設置場所は、処理容器１０内のガスの温度に最も近い温度を測定できる位置が好ましく、処理容器１０のガス導入口付近がよい。図１の例では、温度センサ８０は、処理容器１０内にガスを導入するインジェクタ１４に接続されるガス導入配管２４のガス導入口付近、すなわちインジェクタ１４付近に継手７０を設け、その継手７０に配置する。

【0028】

半導体製造装置１では、基板を処理する際、処理容器１０内を減圧状態にし、ガス導入配管２４に設けられた図示しないガスバルブ開き、処理容器１０内にガスを供給する。このとき、真空チャンバの処理容器１０に音速に近い又はそれ以上、例えばマッハ０．３～マッハ０．１未満の速度で急激にガスが流入するため、ガス導入配管２４の内部にカルマン渦が発生する。温度センサ８０がカルマン渦で破損するリスクは高い。

【0029】

しかし、カルマン渦に耐え得る強度を確保する目的で温度センサ８０を太くしてしまうと温度センサ８０の動特性を損ない、実際の温度に対する測定温度の遅れが生じる恐れがある。そこで、以下に説明する実施形態の温度センサ８０は、動特性を損なわず、かつ、カルマン渦による破損が生じない構造を有する。

【0030】

図２（ａ）は実施形態の温度センサ８０を示し、図２（ｂ）は比較例の温度センサ２００を示す。図２（ａ）では、ガス導入配管２４と接合した継手７０を貫通する２つの孔を設け、その２つの孔に温度センサ８０を挿入し、継手７０の両端で温度センサ８０を溶接している。これにより、本開示の温度センサ８０は、点Ａと点Ｂの２箇所で支持されている。

【0031】

これに対して、図２（ｂ）では、比較例の温度センサ２００がガス導入配管２４に設けられた１つの孔から差し込まれている。比較例の温度センサ２００は、１箇所で支持されている。ガス導入配管２４と接合した継手７０を貫通する１つの孔から差し込まれてもよい。

【0032】

温度センサ８０及び温度センサ２００のいずれも、測温部ＴＣがガス導入配管２４の内壁よりも内側に配置されている。これにより、ガス導入配管２４内のガスの温度を測定できる。なお、温度センサ８０の測温部ＴＣはガス導入配管２４の中心軸Ａｘ上に設けられ、温度センサ２００の測温部ＴＣはガス導入配管２４の中心軸Ａｘから外れた位置に設けられている。しかし、これに限らず、測温部ＴＣはガス導入配管２４の内壁よりも内側に配置されていればよい。ただし、測温部ＴＣは中心軸Ａｘの近くに配置されることがより好ましい。

【0033】

比較例の温度センサ２００の支持点は１点であり、温度センサ２００に共振が生じ易い。カルマン渦による破損は共振によって生じるため、温度センサ２００はカルマン渦により破損する恐れがある。また、温度センサ２００は、温度センサ８０よりも太く、温度センサ８０における測定信号の動特性を損う恐れがある。

【0034】

これに対して、実施形態の温度センサ８０の支持点は２点であり、温度センサ２００に共振が生じ難い。よって、温度センサ８０の構成及び配置によれば、カルマン渦による温度センサ８０の破損のリスクをなくすことができる。つまり、温度センサ８０を２箇所以上で接合することで共振が発生せず、温度センサ８０を細くしても破損しない構成にできる。また、温度センサ８０を細くするほど、動特性が良くなり、応答性が良くなる。よって、実施形態に係る温度センサ８０の構成によれば、温測部ＴＣの構造を細くしつつ、２箇所以上で接合することで共振によって引き起こされるカルマン渦による破損がなく、応答性が高く、継手７０内のガスの温度を直接測定できる。

【0035】

［実施例１～３］
次に、実施形態の温度センサ８０の実施例１～３について、図３を参照しながら説明する。図３（ａ）～（ｃ）は、実施形態に係る温度センサ８０の実施例１～３を示す図である。図３（ａ）～（ｃ）に示す温度センサ８０では、シース温度センサを用いる。温度センサ８０は、外装のシース８１の内部にシース熱電対８２（熱電対素線）を入れ、酸化マグネシウム８３等の絶縁材を充填した構成を有する。シース８１は金属の円柱のチューブであり、シース８１の材質は、例えばステンレス（ＳＵＳ３１６）、インコネル（ＮＣＦ６００）であってもよい。シース８１の材質は、継手７０及び／又はガス導入配管２４と同じ材質であってもよいし、異なる材質であってもよい。なお、実施例１～３では、実施形態の温度センサ８０は円柱であるが、これに限らない。実施形態の温度センサ８０は、カルマン渦を抑制する形状であれば、いずれの形状（たとえば、直方体等の角柱やその他の形状）を使用してもよい。なお、カルマン渦を抑制する形状については、「カルマン渦列の発生と物理と数理」、数理解析研究所講究録、第１７７６巻２０１２年２８～４２に開示された事項を考慮して定めることができる。

【0036】

（実施例１）
図３（ａ）に示す実施例１では、継手７０に２つの貫通孔７１、７２を設け、温度センサ８０を貫通孔７１、７２に挿入し、貫通孔７１、７２の２箇所（両端）を溶接し、温度センサ８０を継手７０に接合する。温度センサ８０の先端部８４は閉じており、継手７０から突出している。シース熱電対８２は、シース８１内にて折り返し、折り返し部に温度センサ８０の測温部ＴＣを有する。

【0037】

このように温度センサ８０の測温部ＴＣは、継手７０の内壁７０ａよりも内側に配置され、内壁７０ａに接しない。なお、各実施例において、継手７０はガス導入配管２４の一部であり、測温部ＴＣがガス導入配管２４の内壁よりも内側に配置されるとしてよい。つまり、測温部ＴＣは内壁７０ａよりも内側に配置され、内壁７０ａに接しない。これにより、温度センサ８０は、ガス導入配管２４の内部のガスの温度を直接測定できる。

【0038】

また、実施例１の温度センサは、継手７０に設けられた２つの貫通孔７１、７２を貫通し、貫通孔７１、７２の２箇所で継手７０に接合されている。これにより、共振が発生せず、カルマン渦による温度センサ８０の破損を防止できる。

【0039】

（実施例２）
図３（ｂ）に示す実施例２では、継手７０に１つの貫通孔７１を設け、温度センサ８０を貫通孔７１に挿入し、先端部８４を貫通孔７１に対向する継手７０の内壁７０ａに当接する。実施例２では、貫通孔７１、先端部８４が当接する内壁７０ａの２箇所（両端）で溶接し、温度センサ８０を継手７０に接合する。シース熱電対８２は、温度センサ８０のシース８１内にて折り返し、折り返し部に温度センサ８０の測温部ＴＣを有する。

【0040】

実施例２の温度センサ８０においても、測温部ＴＣは内壁７０ａよりも内側に配置され、内壁７０ａに接しない。これにより、温度センサ８０は、ガス導入配管２４の内部のガスの温度を直接測定できる。

【0041】

また、実施例２の温度センサは、貫通孔７１と内壁７０ａの２箇所で継手７０に接合されている。これにより、共振が発生せず、カルマン渦による温度センサ８０の破損を防止できる。

【0042】

（実施例３）
図３（ｃ）に示す実施例３では、継手７０に２つの貫通孔７１、７２を設け、温度センサ８０を貫通孔７１、７２に挿入し、貫通孔７１、７２の２箇所を溶接し、温度センサ８０を継手７０に接合する。実施例３の温度センサ８０の先端は開いており、継手７０から突出している。シース熱電対８２は、温度センサ８０のシース８１内にて１本の線として貫通し、シース熱電対８２に測温部ＴＣが設けられている。測温部ＴＣは内壁７０ａよりも内側に配置され、内壁７０ａに接しない。

【0043】

係る構成の実施例１の温度センサ８０は、測温部ＴＣが継手７０の内壁７０ａよりも内側に配置されている。これにより、温度センサ８０は、ガス導入配管２４の内部のガスの温度を直接測定できる。

【0044】

また、実施例３の温度センサは、継手７０に設けられた２つの貫通孔７１、７２を貫通し、貫通孔７１、７２の２箇所で継手７０に接合されている。これにより、共振が発生せず、カルマン渦による温度センサ８０の破損を防止できる。

【0045】

（共通事項）
各実施例に係る温度センサ８０は、ガス導入配管２４（継手７０）の内部を流れるガスの流れに対して垂直に配置されるように構成されることが好ましい。ここで、ガスの流れに対して垂直とは、ガスの流れに対して９０°であることに限らず、例えば、９０°から２°～３°程度ずれて配置されている場合を含む。また、温度センサ８０の測温部ＴＣはガス導入配管２４（継手７０）の径方向の中央に設けることが好ましい。これにより、ガスの温度を精度良く測定できる。ただし、測温部ＴＣは、図２のガス導入配管２４（継手７０）の中心軸Ａｘ上に配置することに限らず、中心軸Ａｘから径方向にずれて配置されている場合を含む。ただし、測温部ＴＣは、ガス導入配管２４（継手７０）の内壁には接しない。

【0046】

温度センサ８０を、２箇所以上でガス導入配管２４に接合する構造とすることで機械的な強度が向上しカルマン渦による共振などによる破損を防止すると共にシース熱電対の径を細くする事が可能となる。

【0047】

シース８１の外径は、例えば０．０８ｍｍ程度であってもよい。このように温度センサ８０を細くすることで、温度センサ８０の熱容量を小さくすることができる。これにより、応答性を高め、測定精度を向上させることができる。

【0048】

［実施例１、２］
次に、実施形態に係るヒータ１００の実施例１、２について、図４を参照しながら説明する。図４（ａ）及び（ｂ）は、実施形態に係るヒータ１００の実施例１、２を示す図である。

【0049】

実施形態に係るヒータ１００は、ガス導入配管２４及び継手７０に設置されている。ヒータ１００をガス導入配管２４に設置することで、ガス導入配管２４に流れるガスの温度を、ヒータ１００を使用して温度制御することができる。これにより、ガスの温度に起因するプロセス性能のバラツキを抑制することができる。ただし、ヒータ１００は、ガス導入配管２４等に設置しなくてもよい。

【0050】

ヒータ１００は、金属のシース中に発熱体を保持し、その隙間を熱伝導のよい絶縁材で充填したシースヒータを使用してもよい。図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、ヒータ１００は、ガス導入配管２４の内部にてガスの流れに対して水平に配置されるように構成される。ヒータ１００は、一端又は両端においてガス導入配管２４に接合されてよい。図４（ａ）の例では、温度センサ８０が設けられた継手７０に貫通孔７０ｂを開ける。貫通孔７０ｂにヒータ１００を通し、継手７０内でヒータ１００を略直角に曲げてガス導入配管２４の内部にて、ヒータ１００の長手方向がガスの流れに対して水平になるように配置する。貫通孔７０ｂの位置にてヒータ１００を継手７０に溶接する。この場合、ヒータ１００の一端１００ａが貫通孔７０ｂから露出する。なお、ヒータ１００の長手方向がガスの流れに対して水平に配置されるとは、ヒータ１００の長手方向がガスの流れと完全に同一方向である場合だけでなく略同一方向、例えば、図２の中心軸Ａｘに対して２°～３°程度斜めに配置されている場合を含む。

【0051】

図４（ｂ）の例では、温度センサ８０が設けられた継手７０と、ヒータ１００の長さに相当する分、継手７０から離れた位置においてガス導入配管２４に設けられた継手７５とに貫通孔７０ｂ、７５ａを開ける。貫通孔７０ｂ、７５ａにヒータ１００を通し、継手７０内でヒータ１００を略直角に曲げてガス導入配管２４の内部にてガスの流れに対して水平に配置されるように配置する。貫通孔７０ｂ、７５ａの位置にてヒータ１００を継手７０に溶接する。この場合、ヒータ１００の両端１００ａ、１００ｂが貫通孔７０ｂ、７５ａから露出する。

【0052】

図４（ａ）及び（ｂ）の例では、ガス導入配管２４の内壁２４ａの径（太さ）は約４．４πであり、その内部に約２πの径（太さ）のヒータ１００を挿入する。これにより、ある程度太いヒータ１００をガスの流れに対して水平に配置することでカルマン渦によるヒータ１００の破損を防止できる。

【0053】

また、層流では熱の授受が行われ難い。よって、ヒータ１００をある程度太くすることで、ガス導入配管２４の内部に乱流を発生させることで熱の授受が行われ易いようにし、これにより、ヒータ１００の加熱効率を高めることができる。

【0054】

［温度制御方法］
次に、以上に説明した半導体製造装置１を使用して行う実施形態に係る温度制御方法について図５を参照しながら説明する。図５は、実施形態に係る温度制御方法を示すフローチャートである。本開示の温度制御方法は、制御部９０によって実行される。

【0055】

本処理では、まず、ステップＳ１において、制御部９０は、ガス導入配管２４内に配置した温度センサ８０の測温部ＴＣによりガスの温度を取得する。

【0056】

次に、ステップＳ２において、制御部９０は、測定したガスの温度に基づき、ガス導入配管２４内のガスの温度が目標温度になる又は目標温度に近づくようにヒータ１００に供給する電流を制御する。ヒータ１００は、ガス導入配管２４内に配置され、ガス導入配管２４内のガスを直接加熱するように構成されている。

【0057】

次に、ステップＳ３において、制御部９０は、プロセスが終了したかを判定する。制御部９０は、プロセスが終了したと判定するまで所定時間毎にステップＳ１～Ｓ３の処理を繰り返し実行し、プロセスが終了したと判定したとき本処理を終了する。

【0058】

以上に説明したように、本開示の温度センサ８０によれば、ガス導入配管２４内のガスの温度を測定することができる。これにより、処理容器１０内のガスの温度をより精度よく予測できる。また、温度センサ８０を細くして２箇所以上で固定することで、カルマン渦による温度センサ８０の破損を防止できると共に、熱容量低減による動特性の向上を図ることができる。更に、ガス導入配管２４内へヒータ１００を配置することでガスの温度を制御することができる。

【0059】

半導体製造装置１にて実行する成膜等のプロセスにおいて、温度、ガス濃度及び圧力は基板のプロセスに影響を及ぼす主なパラメータである。そこで、これまで温度センサ６０により測定していた処理容器１０内の温度に加えて、本開示では、温度センサ８０及びヒータ１００を用いることで処理容器１０のガス導入口付近のガスの温度を測定し、かつガスの温度をヒータ１００により制御する。これにより、ガスの温度を積極的に成膜プロセスの結果に基づき制御することで、プロセスの安定性の向上を図ることができ、処理容器１０内の熱負荷の低減に貢献できる。

【0060】

なお、温度センサ８０及びヒータ１００は、ガス導入配管２４内だけでなく、ガス供給部２０の外部配管２３等のいずれのガス配管にも配置可能である。温度センサ８０及びヒータ１００の個数も１つに限らない。これにより、プロセスに影響を及ぼす重要パラメータの一つである温度として、ガス導入配管２４及びその他のガス配管の内部のガス温度のデータを収集できる。このため、処理容器１０内の温度センサ６０等の他の各種温度センサのデータとの解析を行い、プロセス条件等、半導体製造装置１の各種の改良へ温度センサ８０のデータが活用可能となる。

【0061】

今回開示された実施形態に係る半導体製造装置及び温度制御方法は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

【0062】

本開示の半導体製造装置は、Atomic Layer Deposition(ALD)装置、Capacitively Coupled Plasma(CCP)、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna(RLSA)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)のいずれのタイプの装置でも適用可能である。

【0063】

また、本開示の半導体製造装置は、基板に所定の処理（例えば、成膜処理、エッチング処理等）を施す装置であれば、プラズマを使用する処理装置及びプラズマを使用しない処理装置のいずれでもよい。また、本開示の半導体製造装置は、基板を一枚ずつ処理する枚葉装置、複数枚の基板を一括処理するバッチ装置、バッチ装置で一括処理する枚数よりも少ない複数枚の基板を一括処理するセミバッチ装置のいずれであってもよい。

【符号の説明】

【0064】

１ 半導体製造装置
１０ 処理容器
１４ インジェクタ
２０ ガス供給部
２４ ガス導入配管
３０ 排気部
４０ 加熱部
５０ 冷却部
６０ 温度センサ
８０ 温度センサ
９０ 制御部
１００ ヒータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】