JP2006186049A

JP2006186049A - 基板処理装置

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Publication number: JP2006186049A
Application number: JP2004376858A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Ueno; 正昭上野; Takenori Oka; 威憲岡; Akira Hayashida; 晃林田
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2024-12-27
Also published as: JP4516838B2

Abstract

【課題】導入されるガスの影響を防止して熱電対の温度測定精度を向上させる。
【解決手段】ウエハ１を処理する処理室３２を構成したプロセスチューブ３１と、処理室３２を加熱するヒータユニット５０と、複数枚のウエハ１を保持して処理室３２に搬入搬出するボート３０と、冷却ガス噴出口６７を有し処理室３２の片側に垂直に敷設された冷却ガスノズル６６と、冷却ガスノズル６６と反対側の下端部に設けられて冷却ガス７０を排気する排気口３８と、処理室３２の温度を検出する熱電対７１とを備えているＣＶＤ装置１０において、処理室３２の冷却ガスノズル６６と９０度の位相差を持った位置に保護管７３を敷設し、保護管７３に熱電対７１の熱接点７２を封入する。熱接点が冷却ガスの流れに影響されるのを回避できるので、熱電対の温度測定精度を維持できる。
【選択図】図５

Description

本発明は、基板処理装置に関し、例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造方法に使用されるＣＶＤ装置や拡散装置、酸化装置およびアニール装置等の熱処理装置（furnace ）に利用して有効なものに関する。

ＩＣの製造方法において、半導体素子を含む集積回路が作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に窒化シリコン（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）や酸化シリコンおよびポリシリコン等のＣＶＤ膜を形成する工程に、バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置が広く使用されている。
一般に、バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置（以下、ＣＶＤ装置という。）は、ウエハが搬入されるインナチューブおよびインナチューブを取り囲むアウタチューブから構成されて縦形に設置されたプロセスチューブと、プロセスチューブによって形成された処理室に処理ガスとしての成膜ガスを供給するガス供給管と、処理室を真空排気する排気管と、プロセスチューブ外に敷設されて処理室を加熱するヒータユニットと、ボートエレベータによって昇降されて処理室の炉口を開閉するシールキャップと、シールキャップの上に垂直に設置されて複数枚のウエハを保持するボートとを備えている。
そして、このようなＣＶＤ装置は、複数枚のウエハがボートによって垂直方向に整列されて保持された状態で、処理室に下端の炉口から搬入（ボートローディング）され、シールキャップによって炉口が閉塞された状態で、処理室に成膜ガスがガス供給管から供給されるとともに、ヒータユニットによって処理室が加熱されることにより、ウエハの上にＣＶＤ膜を堆積させるように構成されている。

従来のこの種のＣＶＤ装置においては、ヒータユニットによる処理室の温度制御の精度を向上させるために、処理室内の実際の温度を検出する温度検出手段としてのカスケード熱電対が処理室内に配置されている。例えば、特許文献１参照。
特開２００２−１１０５５６号公報

しかしながら、カスケード熱電対が処理室内に配置されたＣＶＤ装置においては、処理室へ導入されるガスの流量が増減する場合には、ガスの流量や流速の変化によってカスケード熱電対の測定温度が変化するために、ヒータユニットによる処理室の温度制御の精度が低下するという問題点がある。
例えば、カスケード熱電対がガス導入管やガス噴出口の近傍に配置されている場合において、ガスの導入流量が、５リットル毎分から２０リットル毎分に急激に変化されると、導入されたガスは処理室内の温度に比べて低温度であるために、導入されたガスの流量変化に影響されて、カスケード熱電対の測定温度は低下する。
このカスケード熱電対の測定温度の低下分を予め設定された目標温度に修復するために、ヒータユニットをコントローラによってフィードバック制御しようとすると、カスケード熱電対の測定温度の低下分以上に余計に加熱してしまう結果、フィードバック制御の温度に所謂オーバシュート現象が発生する。
また、カスケード熱電対がガス導入管やガス噴出口の近傍に配置されていると、導入するガスの流量が変化しない場合であっても、カスケード熱電対の測定はガス導入管やガス噴出口から噴出したガスによって影響を受け、カスケード熱電対が当該影響を受けた分だけ冷却されることになるために、目標温度にフィードバック制御するのにヒータユニットの出力が高められる結果となり、同様にしてオーバシュート現象が発生してしまう。

本発明の目的は、導入されるガスの影響を回避して温度検出手段の温度測定精度の低下を防止することができる基板処理装置を提供することにある。

本願において開示される発明のうち代表的なものは、次の通りである。
（１）基板を鉛直方向に所定の間隔を保ちつつ収容して処理する処理室と、
前記処理室の周りを囲うように配置されて前記基板を加熱する加熱手段と、
前記基板を保持して前記処理室に搬入する基板保持具と、
前記基板の周りであって前記基板が保持される鉛直方向の範囲に設けられて冷却ガスを噴き出す冷却ガス噴出口と、
前記処理室の下端部に設けられて前記冷却ガス噴出口から噴き出された前記冷却ガスを排気する排気口と、
前記処理室内の温度を検知する検知部が、前記処理室内の前記基板の周りであって前記冷却ガス噴出口から吹き出される前記冷却ガスの吹出方向に対して水平方向の位置で、かつ、前記基板が保持される鉛直方向の範囲に設けられており、この検知部が保護管によって囲われた温度検出手段と、
を備えていることを特徴とする基板処理装置。
（２）基板を鉛直方向に所定の間隔を保ちつつ収容して処理する処理室と、
前記処理室の周りを囲うように配置されて前記基板を加熱する加熱手段と、
前記基板を保持して前記処理室に搬入する基板保持具と、
前記基板の周りであって前記基板が保持される鉛直方向の範囲に設けられて冷却ガスを噴き出す冷却ガス噴出口と、
前記処理室の下端部に設けられて前記冷却ガス噴出口から噴き出された前記冷却ガスを排気する排気口と、
前記処理室内の温度を検出する検出部が、前記処理室内の前記基板の周りであって前記冷却ガス噴出口から吹き出される前記冷却ガスの流れを避ける位置で、かつ、前記基板が保持される鉛直方向の範囲に設けられており、この検知部が保護管によって囲われた温度検出手段と、
を備えていることを特徴とする基板処理装置。
（３）基板を鉛直方向に所定の間隔を保ちつつ収容して処理する処理室と、
前記処理室の周りを囲うように配置されて前記基板を加熱する加熱手段と、
前記基板を保持して前記処理室に搬入する基板保持具と、
前記基板の周りであって前記基板が保持される鉛直方向の範囲に設けられて冷却ガスを噴き出す冷却ガス噴出口と、
前記処理室の下端部に設けられて前記冷却ガス噴出口から噴き出された前記冷却ガスを排気する排気口と、
前記処理室内の温度を検知する検知部が、前記処理室内の前記基板の周りであって前記冷却ガス噴出口から吹き出される前記冷却ガスの吹出方向に対して水平方向の位置で、かつ、前記基板が保持される鉛直方向の範囲に設けられており、この検知部が保護管によって囲われた温度検出手段と、
を備えている基板処理装置を用いて前記基板を処理する半導体装置の製造方法において、
前記処理室に前記基板保持具を搬入するステップと、
前記加熱手段が前記基板を加熱するステップと、
前記冷却ガス噴出口から冷却ガスを噴き出して前記基板の間を流通させて前記基板に接触させ、前記排気管によって排気するステップと、
前記温度検出手段によって前記処理室内の温度を検出するステップと、
を備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。

前記した（１）によれば、温度検出手段の検知部が導入されるガスの流れに影響されるのを防止することができるので、温度検出手段の所期の温度測定精度を維持することができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。

本実施の形態において、図１、図２および図３に示されているように、本発明に係る基板処理装置はＩＣの製造方法における成膜工程を実施するＣＶＤ装置（バッチ式縦形ホットウオール形減圧ＣＶＤ装置）１０として構成されている。
なお、本実施の形態に係るＣＶＤ装置においては、ウエハ１を搬送するウエハキャリアとしては、ＦＯＵＰ（front opening unified pod 。以下、ポッドという。）２が使用されている。

図１〜図３に示されているように、ＣＶＤ装置１０は型鋼や鋼板等によって直方体の箱形状に構築された筐体１１を備えている。筐体１１の正面壁にはポッド搬入搬出口１２が筐体１１の内外を連通するように開設されており、ポッド搬入搬出口１２はフロントシャッタ１３によって開閉されるようになっている。
ポッド搬入搬出口１２の手前にはポッドステージ１４が設置されており、ポッドステージ１４はポッド２を載置されて位置合わせを実行するように構成されている。ポッド２はポッドステージ１４の上に工程内搬送装置（図示せず）によって搬入され、かつまた、ポッドステージ１４の上から搬出されるようになっている。

筐体１１内の前後方向の略中央部における上部には、回転式ポッド棚１５が設置されており、回転式ポッド棚１５は複数個のポッド２を保管するように構成されている。すなわち、回転式ポッド棚１５は垂直に立設されて水平面内で間欠回転される支柱１６と、支柱１６に上中下段の各位置において放射状に支持された複数枚の棚板１７とを備えており、複数枚の棚板１７はポッド２を複数個宛それぞれ載置した状態で保持するように構成されている。
筐体１１内におけるポッドステージ１４と回転式ポッド棚１５との間には、ポッド搬送装置１８が設置されており、ポッド搬送装置１８はポッドステージ１４と回転式ポッド棚１５との間および回転式ポッド棚１５とポッドオープナ２１との間で、ポッド２を搬送するように構成されている。

筐体１１内の前後方向の略中央部における下部には、サブ筐体１９が後端にわたって構築されている。サブ筐体１９の正面壁にはウエハ１をサブ筐体１９内に対して搬入搬出するためのウエハ搬入搬出口２０が一対、垂直方向に上下二段に並べられて開設されており、上下段のウエハ搬入搬出口２０、２０には一対のポッドオープナ２１、２１がそれぞれ設置されている。
ポッドオープナ２１はポッド２を載置する載置台２２と、載置台２２に載置されたポッド２のキャップを着脱するキャップ着脱機構２３とを備えており、載置台２２に載置されたポッド２のキャップをキャップ着脱機構２３によって着脱することにより、ポッド２のウエハ出し入れ口を開閉するように構成されている。
ポッドオープナ２１の載置台２２に対しては、ポッド２がポッド搬送装置１８によって搬入および搬出されるようになっている。

サブ筐体１９内の前側領域にはウエハ移載室（以下、移載室という。）２４が形成されており、移載室２４にはウエハ移載装置２５が設置されている。ウエハ移載装置２５はボート３０に対してウエハ１を装填（チャージング）および脱装（ディスチャージング）するように構成されている。
サブ筐体１９内の後端部には、基板保持具としてのボート３０を収容して待機させる待機室２６が形成されている。待機室２６にはボート３０を昇降させるためのボートエレベータ２７が設置されている。ボートエレベータ２７はモータ駆動の送りねじ軸装置やベローズ等によって構成されている。
ボートエレベータ２７の昇降台に連結されたアーム２８には、シールキャップ２９が水平に据え付けられており、シールキャップ２９はボート３０を垂直に支持するように構成されている。
基板保持具としてのボート３０は複数本の保持部材を備えており、複数枚（例えば、五十枚程度〜百五十枚程度）のウエハ１をその中心を揃えて水平に支持した状態で、保持するように構成されている。

図３に示されているように、ＣＶＤ装置１０は中心線が垂直になるように縦に配されて支持された縦形のプロセスチューブ３１を備えている。プロセスチューブ３１は後記する加熱ランプの熱線（赤外線や遠赤外線等）を透過する材料の一例である石英（ＳｉＯ₂ ）が使用されて、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に一体成形されている。
プロセスチューブ３１の筒中空部はボート３０によって長く整列した状態に保持された複数枚のウエハが搬入される処理室３２を実質的に形成している。プロセスチューブ３１の内径は取り扱うウエハの最大外径（例えば、直径３００ｍｍ）よりも大きくなるように設定されている。

プロセスチューブ３１の下端は略円筒形状に構築されたマニホールド３６に支持されており、マニホールド３６の下端開口は炉口３５を構成している。マニホールド３６はプロセスチューブ３１の交換等のために、プロセスチューブ３１にそれぞれ着脱自在に取り付けられている。マニホールド３６がサブ筐体１９に支持されることにより、プロセスチューブ３１は垂直に据え付けられた状態になっている。

マニホールド３６の一箇所には処理室３２を排気する排気口３８を構成した排気管３７が接続されており、排気管３７には圧力コントローラ４１によって制御される排気装置３９が圧力センサ４０を介して接続されている。圧力コントローラ４１は圧力センサ４０からの測定結果に基づいて排気装置３９をフィードバック制御するように構成されている。

サブ筐体１９には処理室３２に原料ガスを導入するガス導入管４２が挿入されており、ガス導入管４２にはガス流量コントローラ４４によって制御される原料ガス供給装置および不活性ガス供給装置（以下、ガス供給装置という。）４３が接続されている。ガス導入管４２によって導入されたガスは、プロセスチューブ３１の処理室３２内を流通して排気管３７によって排気されるようになっている。

マニホールド３６の下端開口には、マニホールド３６の外径と略等しい円盤形状に構築されたシールキャップ２９が垂直方向下側から当接するように配設されており、シールキャップ２９はマニホールド３６の下端面に当接することにより、マニホールド３６の下端開口である炉口３５を閉塞するように構成されている。
シールキャップ２９の中心線上には回転軸４５が挿通されて回転自在に支承されており、回転軸４５は駆動コントローラ４６によって制御されるモータ４７によって回転駆動されるように構成されている。ちなみに、駆動コントローラ４６はボートエレベータ２７のモータ２７ａも制御するように構成されている。
回転軸４５の上端にはボート３０が垂直に立脚されて支持されているとともに、シールキャップ２９とボート３０との間には、断熱キャップ部４８が配置されている。すなわち、ボート３０はその下端が炉口３５の位置から適当な距離だけ離間するように、シールキャップ２９の上面から持ち上げられた状態で回転軸４５に支持されており、断熱キャップ部４８はそのボート３０の下端とシールキャップ２９との間を埋めるキャップ部を構成している。

プロセスチューブ３１の外側にはヒータユニット５０が設置されている。ヒータユニット５０はプロセスチューブ３１を全体的に被覆する熱容量の小さい断熱槽５１を備えており、断熱槽５１はサブ筐体１９に垂直に支持されている。
断熱槽５１の内側には加熱手段としてのＬ管形ハロゲンランプ（以下、加熱ランプという。）５２が複数本、周方向に等間隔に配置されて同心円に設備されている。加熱ランプ５２群は長さが異なる複数規格のものが組み合わされて上下に分けて配置されており、熱の逃げ易いプロセスチューブ３１の上部および下部の発熱量が増加するように構成されている。
各加熱ランプ５２の端子５２ａはプロセスチューブ３１の上部および下部にそれぞれ配置されており、端子５２ａの介在による発熱量の低下が回避されている。加熱ランプ５２はカーボンやタングステン等のフィラメントを石英（ＳｉＯ₂ ）のＬ管によって被覆し、不活性ガスまたは真空雰囲気に封止して構成されている。加熱ランプ５２は熱エネルギーのピーク波長が１．０μｍ〜２．０μｍ程度の熱線を照射するように構成され、プロセスチューブ３１を殆ど加熱することなく、ウエハ１を輻射によって加熱することができるように設定されている。

図３および図４に示されているように、断熱槽５１の天井面の下側における中央部にはＬ管形ハロゲンランプ（以下、天井加熱ランプという。）５３が複数本、互いに平行で両端を揃えられて敷設されており、天井加熱ランプ５３群はボート３０に保持されたウエハ１群をプロセスチューブ３１の上方から加熱するように構成されている。
天井加熱ランプ５３はカーボンやタングステン等のフィラメントを石英（ＳｉＯ₂ ）のＬ管によって被覆し、不活性ガスまたは真空雰囲気に封止して構成されている。天井加熱ランプ５３は熱エネルギーのピーク波長が１．０μｍ〜２．０μｍ程度の熱線を照射するように構成されており、プロセスチューブ３１を殆ど加熱することなく、ウエハ１を輻射によって加熱することができるように設定されている。
同様に、ボート３０と断熱キャップ部４８との間にはキャップ加熱ランプ５３Ａ群が設置されており、キャップ加熱ランプ５３Ａ群はウエハ１群をプロセスチューブ３１の下方から加熱するように構成されている。
図３に示されているように、加熱ランプ５２群や天井加熱ランプ５３群およびキャップ加熱ランプ５３Ａ群は、加熱ランプ駆動装置５４に接続されており、加熱ランプ駆動装置５４は温度コントローラ５５によって制御されるように構成されている。

図３および図４に示されているように、加熱ランプ５２群の外側には円筒形状に形成されたリフレクタ（反射板）５７が、プロセスチューブ３１と同心円に設置されており、リフレクタ５７は加熱ランプ５２群からの熱線をプロセスチューブ３１の方向に全て反射させるように構成されている。リフレクタ５７はステンレス鋼板に石英（ＳｉＯ₂ ）をコーティングして形成された材料のように耐酸化性、耐熱性および耐熱衝撃性に優れた材料によって構成されている。
リフレクタ５７の外周面には、冷却水が流通する冷却水配管５８が螺旋状に敷設されており、冷却水配管５８はリフレクタ５７をリフレクタ表面の石英（ＳｉＯ₂ ）コーティングの耐熱温度である３００℃以下に冷却するように設定されている。
リフレクタ５７は３００℃を超えると、酸化等によって劣化し易くなるが、リフレクタ５７を３００℃以下に冷却することにより、リフレクタ５７の耐久性を向上させることができるとともに、リフレクタ５７の劣化に伴うパーティクルの発生を抑制することができる。また、断熱槽５１の内部の温度を低下させる際に、リフレクタ５７を冷却することにより、冷却効果を向上させることができる。

さらに、冷却水配管５８はリフレクタ５７の冷却領域を上中下段のゾーンに分けてそれぞれ制御し得るように構成されている。冷却水配管５８をゾーン制御することにより、プロセスチューブ３１の温度を降下させる際に、プロセスチューブ３１のゾーンに対応して冷却することができる。例えば、ウエハ群が置かれたゾーンは熱容量がウエハ群の分だけ大きくなることにより、ウエハ群が置かれないゾーンに比べて冷却し難くなるために、冷却水配管５８のウエハ群に対応するゾーンを優先的に冷却するようにゾーン制御することができる。

図３および図４に示されているように、断熱槽５１の天井面には円板形状に形成された天井リフレクタ５９がプロセスチューブ３１と同心円に設置されており、天井リフレクタ５９は天井加熱ランプ５３群からの熱線をプロセスチューブ３１の方向に全て反射させるように構成されている。天井リフレクタ５９も耐酸化性、耐熱性および耐熱衝撃性に優れた材料によって構成されている。
天井リフレクタ５９の上面には、冷却水が流通する冷却水配管６０が蛇行状に敷設されており、冷却水配管６０は天井リフレクタ５９を３００℃以下に冷却するように設定されている。
天井リフレクタ５９は３００℃を超えると、酸化等によって劣化し易くなるが、天井リフレクタ５９を３００℃以下に冷却することにより、天井リフレクタ５９の耐久性を向上させることができるとともに、天井リフレクタ５９の劣化に伴うパーティクルの発生を抑制することができる。また、断熱槽５１の内部の温度を低下させる際に、天井リフレクタ５９を冷却することにより、冷却効果を向上させることができる。

図３および図４に示されているように、断熱槽５１とプロセスチューブ３１との間には冷却ガスとしての冷却エアを流通させる冷却エア通路６１が、プロセスチューブ３１を全体的に包囲するように形成されている。断熱槽５１の下端部には冷却エアを冷却エア通路６１に供給する給気管６２が接続されており、給気管６２に供給された冷却エアは冷却エア通路６１の全周に拡散するようになっている。
断熱槽５１の天井壁の中央部には冷却エアを冷却エア通路６１から排出する排気口６３が開設されており、排気口６３には排気装置に接続された排気路（図示せず）が接続されている。断熱槽５１の天井壁における排気口６３の下側には排気口６３と連通するバッファ部６４が大きく形成されており、バッファ部６４の底面における周辺部にはサブ排気口６５が複数、バッファ部６４と冷却エア通路６１とを連絡するように開設されている。
これらサブ排気口６５により、冷却エア通路６１を効率よく排気することができるようになっている。また、サブ排気口６５を断熱槽５１の天井壁の周辺部に配置することにより、天井加熱ランプ５３を断熱槽５１の天井面の中央部に敷設することができるとともに、天井加熱ランプ５３を排気流路から退避させて排気流による応力や化学反応を防止することにより、天井加熱ランプ５３の劣化を抑制することができる。

図３および図５に示されているように、プロセスチューブ３１の内周面の近傍には、ウエハ１の主面に対して水平方向に冷却ガス７０を噴き出す冷却ガスノズル６６が複数本（図示例では三本）、周方向に間隔を置いて配されて垂直方向に敷設されている。各冷却ガスノズル６６の下端部はマニホールド３６の側壁に支持されている。冷却ガスノズル６６の内側を向く面には、冷却ガス７０を噴き出す冷却ガス噴出口としての噴出口６７が複数個、垂直方向に等間隔に配置されて窒素ガスを処理室３２の内側に向けて噴出するようにそれぞれ開設されている。複数個の噴出口６７の間隔は、各噴出口６７がボート３０に保持された上下のウエハ１、１の間に対向するように設定されている。

図３に示されているように、冷却ガスノズル６６には窒素ガス供給装置６８が接続されており、窒素ガス供給装置６８は流量調整コントローラ６９によって制御されるように構成されている。冷却ガスノズル６６による冷却能力は、冷却ガス７０としての窒素ガスの噴出量を窒素ガス供給装置６８によって制御することにより調整することができる。

図３、図４および図５に示されているように、プロセスチューブ３１の内周面近傍には、処理室３２内の温度を検出する温度検出手段としてのカスケード熱電対（以下、熱電対という。）７１が垂直方向に敷設されており、熱電対７１は計測結果を温度コントローラ５５に送信するようになっている。
本実施の形態においては、熱電対７１が複数本（図４では五本が示されている。）、保護管７３に纏めて封入されており、各熱電対７１の熱接点７２は保護管７３内において高さが段階的にずらされて配置されている。図５に示されているように、保護管７３は処理室３２のボート３０の周りであって、冷却ガスノズル６６の冷却ガス噴出口６７から吹き出される冷却ガス７０の吹出方向に対して水平方向の位置で、かつ、ウエハ１が保持される鉛直方向の範囲である９０度の位相差を持った位置に配設されている。また、この保護管７３の位置はガス導入管４２に対して９０度の位相差を持った位置でもある。
温度コントローラ５５は熱電対７１からの計測温度によって加熱ランプ駆動装置５４をフィードバック制御するようになっている。すなわち、温度コントローラ５５は加熱ランプ駆動装置５４の目標温度と熱電対７１の計測温度との誤差を求めて、誤差がある場合には誤差を解消させるフィードバック制御を実行するようになっている。また、温度コントローラ５５は複数本の熱電対７１からの計測温度のそれぞれによって加熱ランプ５２群をゾーン制御するように構成されている。

前記構成に係るＣＶＤ装置によるＩＣの製造方法における成膜工程を説明する。
図１および図２に示されているように、ポッド２がポッドステージ１４に供給されると、ポッド搬入搬出口１２がフロントシャッタ１３によって開放され、ポッドステージ１４の上のポッド２はポッド搬送装置１８によって筐体１１の内部へポッド搬入搬出口１２から搬入される。
搬入されたポッド２は回転式ポッド棚１５の指定された棚板１７へポッド搬送装置１８によって自動的に搬送されて受け渡され、その棚板１７に一時的に保管される。
保管されたポッド２はポッド搬送装置１８によって一方のポッドオープナ２１に搬送されて載置台２２に移載される。この際、ポッドオープナ２１のウエハ搬入搬出口２０はキャップ着脱機構２３によって閉じられており、移載室２４には窒素ガスが流通されることによって充満されている。すなわち、移載室２４の酸素濃度は２０ｐｐｍ以下と、筐体１１の内部（大気雰囲気）の酸素濃度よりも遙に低く設定されている。

載置台２２に載置されたポッド２は、その開口側端面がサブ筐体１９の正面におけるウエハ搬入搬出口２０の開口縁辺部に押し付けられるとともに、そのキャップがキャップ着脱機構２３によって取り外され、ウエハ出し入れ口を開放される。
続いて、ポッド２に収納された複数枚のウエハ１は、ウエハ移載装置２５によって掬い取られ、ウエハ搬入搬出口２０から移載室２４を通じて待機室２６へ搬入され、ボート３０に装填（チャージング）される。ボート３０にウエハ１を受け渡したウエハ移載装置２５はポッド２に戻り、次のウエハ１をボート３０に装填する。
以降、前記ウエハ移載装置２５の作動が繰り返されることにより、一方のポッドオープナ２１の載置台２２の上のポッド２の全てのウエハ１が、ボート３０に順次装填されて行く。

この一方（上段または下段）のポッドオープナ２１におけるウエハ移載装置２５によるウエハのボート３０への装填作業中に、他方（下段または上段）のポッドオープナ２１には回転式ポッド棚１５から別のポッド２がポッド搬送装置１８によって搬送されて移載され、ポッドオープナ２１によるポッド２の開放作業が同時進行される。
このように他方のポッドオープナ２１において開放作業が同時進行されていると、一方のポッドオープナ２１におけるウエハ１のボート３０への装填作業の終了と同時に、他方のポッドオープナ２１にセットされたポッド２についてのウエハ移載装置２５によるウエハのボート３０への装填作業を開始することができる。すなわち、ウエハ移載装置２５はポッド２の入替え作業についての待ち時間を浪費することなく、ウエハのボート３０への装填作業を連続して実施することができるため、ＣＶＤ装置１０のスループットを高めることができる。

図３に示されているように、予め指定された枚数のウエハ１がボート３０に装填されると、ウエハ１群を保持したボート３０はシールキャップ２９がボートエレベータ２７によって上昇されることにより、プロセスチューブ３１の処理室３２に搬入（ボートローディング）されて行き、シールキャップ２９に支持されたままの状態で処理室３２に存置される（図５参照）。上限に達したシールキャップ２９はマニホールド３６に押接することにより、プロセスチューブ３１の内部をシールした状態になる。
また、ボート３０がモータ４７によって回転される。

続いて、プロセスチューブ３１の内部が排気管３７によって排気されるとともに、加熱ランプ５２群および天井加熱ランプ５３群によって温度コントローラ５５のシーケンス制御の目標温度に加熱される。すなわち、加熱ランプ５２群や天井加熱ランプ５３群およびキャップ加熱ランプ５３Ａ群の加熱によるプロセスチューブ３１の内部の実際の上昇温度と、加熱ランプ５２群や天井加熱ランプ５３群およびキャップ加熱ランプ５３Ａ群のシーケンス制御の目標温度との誤差は、熱電対７１の計測結果に基づくフィードバック制御によって補正される。

プロセスチューブ３１の内圧や温度およびボート３０の回転が全体的に一定の安定した状態になると、プロセスチューブ３１の処理室３２には原料ガスが、ガス供給装置４３によってガス導入管４２から導入される。ガス導入管４２によって導入された原料ガスは、プロセスチューブ３１の処理室３２内を流通して排気管３７によって排気される。処理室３２を流通する際に、原料ガスが所定の処理温度に加熱されたウエハ１に接触することによる熱ＣＶＤ反応により、ウエハ１にはＣＶＤ膜が形成される。
この際、熱電対７１がガス導入管４２に対して９０度の位相差を持った位置に配されていることにより、熱電対７１の熱接点７２は導入された原料ガスの流れの影響を受けないので、例え、導入されるガスの流量が大幅に変化する場合であっても、熱電対７１は所期の温度測定精度を維持することができる。
ちなみに、窒化珪素（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）が成膜される場合の処理条件の一例は、次の通りである。
処理温度は７００〜８００℃、原料ガスとしてのジクロロシラン（ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ ）ガスの流量は０．１〜０．５ＳＬＭ（スタンダード・リットル毎分）、アンモニア（ＮＨ₃ ）ガスの流量は０．３〜５ＳＬＭ、処理圧力は２０〜１００Ｐａである。

ところで、プロセスチューブ３１およびヒータユニット５０の温度は処理温度以上に維持する必要がないばかりでなく、処理温度未満に下げることがかえって好ましいために、成膜ステップにおいては、冷却エアが給気管６２から供給されてサブ排気口６５、バッファ部６４および排気口６３から排気されることにより、冷却エア通路６１に流通される。この際、断熱槽５１は熱容量が通例に比べて小さく設定されているので、急速に冷却することができる。
このように冷却エア通路６１における冷却エアの流通によってプロセスチューブ３１およびヒータユニット５０を強制的に冷却することにより、例えば、シリコン窒化膜であればシリコン窒化膜のプロセスチューブへの成膜を防止し、かつ、塩化アンモニウム（ＮＨ₄ Ｃｌ）の付着を防止することができる１５０℃程度にプロセスチューブ３１の温度を維持することができる。
なお、冷却エア通路６１は処理室３２から隔離されているので、冷却ガスとして冷却エアを使用することができる。但し、冷却効果をより一層高めるためや、エア内の不純物による高温下での腐食を防止するためには、窒素ガス等の不活性ガスを冷媒ガスとして使用してもよい。

所定の処理時間が経過すると、処理ガスの導入が停止された後に、図５に示されているように、窒素ガスからなる冷却ガス７０が冷却ガスノズル６６の噴出口６７からウエハ１群に吹き付けられる。吹き付けられた冷却ガス７０は冷却ガスノズル６６の向かい側に敷設された排気管３７の排気口３８によって吸引されて排気される。
この窒素ガスのウエハ１群への吹き付けにより、ウエハ１群が直接的かつ全長にわたって均等に冷却されるために、ウエハ１群の温度は大きいレート（速度）をもって急速に下降するとともに、ウエハ１群の全長およびウエハ１の面内において均一に下降する。
冷却ガス７０のウエハ１への吹き付けに際して、ボート３０をモータ４７によって回転させると、ウエハ１の面内の温度差をより一層低減することができる。すなわち、冷却ガス７０をウエハ１に浴びせながらウエハ１をボート３０ごと回転させることにより、冷却ガス７０をウエハ１の全周にわたって均等に吹きかけることができるために、ウエハ１の面内の温度差を低減させることができる。
ここで、熱電対７１が冷却ガスノズル６６に対して９０度の位相差を持った位置に配されていることにより、熱電対７１の熱接点７２は冷却ガスノズル６６から吹き出された冷却ガス７０の流れの影響を受けないので、冷却ガス７０の流量が大幅に変化する場合であっても、熱電対７１の所期の温度測定精度を維持することができる。

続いて、シールキャップ２９に支持されたボート３０はボートエレベータ２７によって下降されることにより、処理室３２から搬出（ボートアンローディング）される。このボートアンローディングに際しては、冷却ガスノズル６６の噴出口６７からウエハ１群に吹き付けられることにより、ウエハ１群の温度が大きいレート（速度）をもって急速に下降されるとともに、ウエハ１群の全長およびウエハ１の面内において均一に下降される。

待機室２６に搬出されたボート３０の処理済みウエハ１は、ボート３０からウエハ移載装置２５によって脱装（ディスチャージング）され、ポッドオープナ２１において開放されているポッド２に挿入されて収納される。
処理済みウエハ１のボート３０からの脱装作業の際も、ボート３０がバッチ処理したウエハ１の枚数は一台の空のポッド２に収納するウエハ１の枚数よりも何倍も多いため、複数台のポッド２が上下のポッドオープナ２１、２１に交互にポッド搬送装置１８によって繰り返し供給されることになる。
この場合においても、一方（上段または下段）のポッドオープナ２１へのウエハ移載作業中に、他方（下段または上段）のポッドオープナ２１への空のポッド２への搬送や準備作業が同時進行されることにより、ウエハ移載装置２５はポッド２の入替え作業についての待ち時間を浪費することなく、脱装作業を連続して実施することができるので、ＣＶＤ装置１０のスループットを高めることができる。

所定枚数の処理済みのウエハ１が収納されると、ポッド２はポッドオープナ２１によってキャップを装着されて閉じられる。
続いて、所定枚数の処理済みのウエハ１が収納されたポッド２は、ポッドオープナ２１の載置台２２から回転式ポッド棚１５の指定された棚板１７に、ポッド搬送装置１８によって搬送されて一時的に保管される。
その後、処理済みのウエハ１を収納したポッド２は、回転式ポッド棚１５からポッド搬入搬出口１２へポッド搬送装置１８により搬送され、ポッド搬入搬出口１２から筐体１１の外部に搬出されてポッドステージ１４の上に載置される。ポッドステージ１４の上に載置されたポッド２は、次工程へ工程内搬送装置によって搬送される。
なお、新旧のポッド２についてのポッドステージ１４への搬入搬出作業およびポッドステージ１４と回転式ポッド棚１５との間の入替え作業は、処理室３２におけるボート３０の搬入搬出作業や成膜処理の間に同時に進行されるため、ＣＶＤ装置１０の全体としての作業時間が延長されるのを防止することができる。

以降、前記作用が繰り返されることにより、ＣＶＤ装置１０によってウエハ１に対する成膜処理が実施されて行く。

前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。

1) 熱処理後に、冷却ガスとしての窒素ガスを冷却ガスノズルの噴出口から噴出してウエハ群に吹き付けることにより、ウエハ群を直接かつ全長にわたって均等に冷却することができるので、ウエハ群の降温速度を高めることができるとともに、ウエハ相互間およびウエハの面内温度の均一性を高めることができる。

2) ウエハ群におけるウエハ相互間の温度差およびウエハ面内の温度差の発生を防止することにより、ＩＣの特性に及ぼす悪影響を回避することができ、また、ウエハ群の温度を充分に降温させることができるので、熱を帯びたウエハが酸素を多く含んだ雰囲気に晒されることによる自然酸化膜の生成を防止することができる。

3) 熱処理後およびボートアンローディング時にウエハ群を充分に降温させることにより、ボートアンローディング後の降温待機時間を省略ないしは短縮することができるので、ＣＶＤ装置のスループットを向上させることができる。

4) 複数本の冷却ガスノズルを周方向に間隔を置いて配置して垂直方向に立脚し、各冷却ガスノズルには複数個の噴出口を窒素ガスをボートに向けて噴出するようにそれぞれ開設することにより、ウエハ群を大きいレート（速度）をもってより一層急速に降温させることができるので、ＣＶＤ装置のスループットをより一層向上させることができ、また、ウエハの熱履歴を小さくすることにより、ＩＣの歩留りを向上させることができる。

5) 熱電対を冷却ガスノズルに対して９０度の位相差を持った位置に配することにより、熱電対の熱接点が冷却ガスノズルから吹き出された冷却ガスの流れの影響を受けるのを回避することができるので、冷却ガスの流量が大幅に変化する場合であっても、熱電対の所期の温度測定精度を維持することができる。

6) 熱電対をガス導入管に対して９０度の位相差を持った位置に配することにより、熱電対の熱接点が導入された原料ガスの流れの影響を受けるのを回避することができるので、例え、導入されるガスの流量が大幅に変化する場合であっても、熱電対の所期の温度測定精度を維持することができる。

図６は本発明の第二の実施の形態を示している。
本実施の形態が前記実施の形態と異なる点は、三種類の長さをそれぞれ有する三本の熱電対７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃが、互いに周方向にずれた位置にそれぞれ配設され、かつ、上段中段下段と高さが相異する三本の保護管７３Ａ、７３Ｂ、７３Ｃに一本ずつ封入されている点、である。
本実施の形態においても、熱電対の熱接点は冷却ガスおよび原料ガスの流れの影響を受けるのを回避することができるので、ガスの流量が大幅に変化する場合であっても、熱電対の所期の温度測定精度を維持することができる。

図７は本発明の第三の実施の形態を示している。
本実施の形態が前記実施の形態と異なる点は、径方向の流路を狭める絞り部３３を形成した一定幅一定厚さの矩形形状の一対の塞ぎ板３４、３４がプロセスチューブ３１の内周面における互いに正対する位置にそれぞれ全高にわたって垂直に敷設されており、複数本の熱電対７１を封入した保護管７３が一方の塞ぎ板３４の冷却ガスノズル６６と反対側の片脇に敷設されている点、である。
本実施の形態においても、熱電対の熱接点は冷却ガスおよび原料ガスの流れの影響を受けるのを回避することができるので、ガスの流量が大幅に変化する場合であっても、熱電対の所期の温度測定精度を維持することができる。

図８は本発明の第四の実施の形態を示している。
本実施の形態が前記実施の形態と異なる点は、プロセスチューブ３１の側壁が平面断面において瓢箪形状に変形されて絞り部３３Ａが形成されており、複数本の熱電対７１を封入した保護管７３が絞り部３３Ａの冷却ガスノズル６６と反対側の片脇に敷設されている点、である。
本実施の形態においても、熱電対の熱接点は冷却ガスおよび原料ガスの流れの影響を受けるのを回避することができるので、ガスの流量が大幅に変化する場合であっても、熱電対の所期の温度測定精度を維持することができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。

例えば、保護管は図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示されているように、形成してもよい。
図９（ａ）は、ガス流に対する上流側の側壁が厚く形成された保護管７３Ｄを示している。
図９（ｂ）は、ガス流に対する上流側の側壁の外面がコーティングしない外面よりも熱伝導率が悪くなるようなコーティング被膜７４によって被覆された保護管７３Ｅを示している。
図９（ｃ）は、ガス流に対する上流側の側壁が二重に形成された保護管７３Ｆを示している。
これらの保護管によれば、ガスの流量の変化に対する熱伝導や輻射および対流の熱伝達に対しての温度変化の熱接点への影響が小さくなるので、ガスの流量が大幅に変化する場合であっても、熱電対の所期の温度測定精度をより一層確実に維持することができる。
また、ガス流に対する上流側以外の側壁部分、特に、加熱ランプの発する熱エネルギーを直接受ける側には、側壁の厚さを厚くしたりせず、また、熱伝導率の悪いコーティング被膜を被膜せず、また、二重にしないので、熱エネルギーの測定も適確に実行することができる。
なお、加熱ランプの発する熱エネルギーを直接受けるようにした方がよいが、この受熱分を考慮しなくてもよいような温度制御を行う場合には、図９（ｄ）のような内外二重管構造の形成でもよい。
図９（ｄ）は、内外二重管構造に形成された保護管７３Ｇを示している。

加熱手段としては、熱エネルギーのピーク波長が１．０μｍのハロゲンランプを使用するに限らず、熱線（赤外線や遠赤外線等）の波長（例えば、０．５〜３．５μｍ）を照射する他の加熱ランプ（例えば、カーボンランプ）を使用してもよいし、誘導加熱ヒータ、珪化モリブデンやＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金等の金属発熱体を使用してもよい。

前記実施の形態においては、ＣＶＤ装置について説明したが、酸化・拡散装置やアニール装置等の基板処理装置全般に適用することができる。

被処理基板はウエハに限らず、ホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。

本発明の一実施の形態であるＣＶＤ装置を示す一部省略斜視図である。その側面断面図である。その背面断面図である。主要部を示す一部省略側面断面図である。主要部を示す平面断面図である。本発明の第二の実施の形態の主要部を示す平面断面図である。本発明の第三の実施の形態の主要部を示す平面断面図である。本発明の第四の実施の形態の主要部を示す平面断面図である。保護管の他の実施の形態を示す平面断面図であり、（ａ）は一部が厚く形成された保護管を示しており、（ｂ）は一部がコーティング被膜によって被覆された保護管を示しており、（ｃ）は一部が二重に形成された保護管を示しており、（ｄ）は二重管構造に形成された保護管を示している。

符号の説明

１…ウエハ（基板）、２…ポッド、１０…ＣＶＤ装置（基板処理装置）、１１…筐体、１２…ポッド搬入搬出口、１３…フロントシャッタ、１４…ポッドステージ、１５…回転式ポッド棚、１６…支柱、１７…棚板、１８…ポッド搬送装置、１９…サブ筐体、２０…ウエハ搬入搬出口、２１…ポッドオープナ、２２…載置台、２３…キャップ着脱機構、２４…移載室、２５…ウエハ移載装置、２６…待機室、２７…ボートエレベータ、２８…アーム、２９…シールキャップ、３０…ボート（基板保持体）、３１…プロセスチューブ、３２…処理室、３３、３３Ａ…絞り部、３４…塞ぎ板、３５…炉口、３６…マニホールド、３７…排気管、３８…排気口、３９…排気装置、４０…圧力センサ、４１…圧力コントローラ、４２…ガス導入管、４３…ガス供給装置、４４…ガス流量コントローラ、４５…回転軸、４６…駆動コントローラ、４７…モータ、４８…断熱キャップ部、５０…ヒータユニット、５１…断熱槽、５２…加熱ランプ（加熱手段）、５３…天井加熱ランプ、５３Ａ…キャップ加熱ランプ、５４…加熱ランプ駆動装置、５５…温度コントローラ、５７…リフレクタ、５８…冷却水配管、５９…天井リフレクタ、６０…冷却水配管、６１…冷却エア通路、６２…給気管、６３…排気口、６４…バッファ部、６５…サブ排気口、６６…冷却ガスノズル、６７…噴出口、６８…窒素ガス供給装置、６９…流量調整コントローラ、７０…冷却ガス（窒素ガス）、７１…熱電対（温度検出手段）、７２…熱接点（検知部）、７３〜７３Ｇ…保護管、７４…コーティング被膜。

Claims

基板を鉛直方向に所定の間隔を保ちつつ収容して処理する処理室と、
前記処理室の周りを囲うように配置されて前記基板を加熱する加熱手段と、
前記基板を保持して前記処理室に搬入する基板保持具と、
前記基板の周りであって前記基板が保持される鉛直方向の範囲に設けられて冷却ガスを噴き出す冷却ガス噴出口と、
前記処理室の下端部に設けられて前記冷却ガス噴出口から噴き出された前記冷却ガスを排気する排気口と、
前記処理室内の温度を検知する検知部が、前記処理室内の前記基板の周りであって前記冷却ガス噴出口から吹き出される前記冷却ガスの吹出方向に対して水平方向の位置で、かつ、前記基板が保持される鉛直方向の範囲に設けられており、この検知部の周りが保護管によって囲われた温度検出手段と、
を備えていることを特徴とする基板処理装置。