JP2012193985A - 基板処理装置、及び、基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放射温度計の故障およびパラメータ設定ミス等を検知できる基板処理装置と基板製造方法を提供する。
【解決手段】基板が配置される処理室と、処理室又は加熱部の温度を検出する第１放射温度計６３０ｂ、第２放射温度計６３０ａ、及び、第３放射温度計６３０ｃと、第１放射温度計による第１検出結果、第２放射温度計による第２検出結果、第３放射温度計による第３検出結果が入力され、加熱部を制御する温度制御部と、を具備し、温度制御部は、第１放射温度計による第１検出結果に基づく温度と第２放射温度計による第２検出結果に基づく温度とを比較し、所定の温度より差が離れていると判断し、かつ、第１放射温度計による第１検出結果に基づく温度と第３放射温度計による第３検出結果に基づく温度とを比較し、所定の温度より差が離れていると判断した場合、第１放射温度計が故障している判断する。
【選択図】図５

Description

本発明は、基板処理装置に関し、特に、基板処理装置の温度制御において放射温度計の故障を検知する方式に関する。

ウェーハ等の基板に熱を加えながら処理を行う基板処理装置では、特許文献１に記載されるように熱電対や放射温度計を用いて処理室内の温度を検出し、検出された温度に基づいて、処理室内の温度を制御することが行われている。

従って、この熱電対や放射温度計が故障すると、処理室内の正確な温度が検出できず、処理室内を本来ターゲットとしている温度に制御できない。そのため、従来の基板処理装置では、放射温度計から得られる測定値が測定可能範囲内にあるかどうかで検知することにより、放射温度計が正常に動作しているかチェックしていた。

特開２００６−２１０７６８号公報

しかし、放射率等の放射温度計の設定パラメータのみに瑕疵があった場合は、放射温度計自体は故障が無いために測定値が測定可能範囲内から外れることがないため、従来の方法によると、その瑕疵を検知できないという問題点があった。

そこで、本発明の目的は、放射温度計の故障およびパラメータ設定ミス等を検知する方法を提供することにより、安全に放射温度計の計測、および、温度制御をすることである。

本発明の一態様によれば、基板が配置される処理室と、前記処理室を加熱する加熱部と、前記処理室又は加熱部の温度を検出する第１放射温度計、第２放射温度計、及び、第３放射温度計と、前記第１放射温度計による第１検出結果、前記第２放射温度計による第２検出結果、前記第３放射温度計による第３検出結果が入力され、前記加熱部を制御する温度制御部と、を具備し、前記温度制御部は、前記第１放射温度計による第１検出結果に基づく温度と前記第２放射温度計による第２検出結果に基づく温度とを比較し、所定の温度より差が離れていると判断し、かつ、前記第１放射温度計による第１検出結果に基づく温度と前記第３放射温度計による第３検出結果に基づく温度とを比較し、所定の温度より差が離れていると判断した場合、前記第１放射温度計が故障している判断する基板処理装置が提供される。

また、他の一態様によれば、基板を保持する保持部材を処理室内に搬入する搬入工程と、前記搬入工程の後、加熱部により前記処理室内を昇温する昇温工程と、前記処理室内に配置された基板の処理を行う処理工程と、を具備し、前記昇温工程及び前記処理工程において、前記処理室内の温度を検出し、当該検出結果に基づき処理室内の温度を制御するとともに、特定の放射温度計の測定値と他の放射温度計の測定値と比較しその差に応じて当該放射温度計の故障を検知する基板の製造方法が提供される。

安全に放射温度計の計測、および、温度制御をすることができる。

本発明が適用される半導体製造装置の斜視図である。 本発明が適用される処理炉の側面断面図である。 本発明が適用される処理炉の平面断面図である。 本発明が適用される処理炉のうち温度検出に関する部分を抜き出した図である。 本発明が適用される処理炉のうち温度検出チップ及び放射温度計の配置を説明する図である。 本発明が適用される半導体製造装置のガス供給ユニットを説明する図である。 本発明が適用される半導体製造装置の制御構成を示すブロック図である。 本発明が適用される半導体製造装置の処理炉及びその周辺構造の概略断面図である。

＜全体構成＞
先ず、図１に於いて、本発明の第１の実施形態に於けるＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する基板処理装置、および、半導体デバイスの製造工程の一つであるＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する基板の製造方法について説明する。

基板処理装置（成膜装置）としての半導体製造装置１０は、バッチ式縦型熱処理装置であり、主要部が配置される筐体１２を有する。前記半導体製造装置１０には、例えばＳｉＣ等で構成された基板としてのウェーハ１４（図２参照）を収納する基板収容器として、フープ（以下、ポッドと称す）１６がウェーハキャリアとして使用される。前記筐体１２の正面側には、ポッドステージ１８が配置されており、該ポッドステージ１８にポッド１６が搬送される。ポッド１６には、例えば２５枚のウェーハ１４が収納され、蓋が閉じられた状態で前記ポッドステージ１８にセットされる。

前記筐体１２内の正面であって、前記ポッドステージ１８に対向する位置には、ポッド搬送装置２０が配置されている。又、該ポッド搬送装置２０の近傍にはポッド収納棚２２、ポッドオープナ２４及び基板枚数検知器２６が配置されている。前記ポッド収納棚２２は前記ポッドオープナ２４の上方に配置され、ポッド１６を複数個載置した状態で保持する様に構成されている。前記基板枚数検知器２６は、前記ポッドオープナ２４に隣接して配置され、前記ポッド搬送装置２０は前記ポッドステージ１８と前記ポッド収納棚２２と前記ポッドオープナ２４との間でポッド１６を搬送する。前記ポッドオープナ２４はポッド１６の蓋を開けるものであり、前記基板枚数検知器２６は蓋を開けられたポッド１６内のウェーハ１４の枚数を検知する様になっている。

前記筐体１２内には、基板移載機２８、基板保持具としてのボート３０が配置されている。前記基板移載機２８は、アーム（ツイーザ）３２を有し、図示しない駆動手段により昇降可能且つ回転可能な構造となっている。前記アーム３２は、例えば５枚のウェーハ１４を取出すことができ、前記アーム３２を動かすことにより、前記ポッドオープナ２４の位置に置かれたポッド１６及びボート３０間にてウェーハ１４を搬送する。

前記ボート３０は、例えばカーボングラファイトやＳｉＣ等の耐熱性材料で構成されており、複数枚のウェーハ１４を水平姿勢で、且つ互いに中心を揃えた状態で整列させて縦方向に積上げ、保持する様に構成されている。尚、前記ボート３０の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料で構成された円筒形状の断熱部材としてボート断熱部３４が配置されており、後述する被加熱体４８からの熱が処理炉４０の下方側に伝わりにくくなる様に構成されている（図２参照）。

前記筐体１２内の背面側上部には前記処理炉４０が配置されている。該処理炉４０内に複数枚のウェーハ１４を装填した前記ボート３０が搬入され、熱処理が行われる。

＜処理炉構成＞
次に、図２から図６において、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する前記半導体製造装置１０の前記処理炉４０について説明する。処理炉４０には、第１のガス供給口６８を有する第１のガス供給ノズル６０、第２のガス供給口７２を有する第２のガス供給ノズル７０、及び第１のガス排気口９０が設けられる。又、不活性ガスを供給する第３のガス供給口３６０、第２のガス排気口３９０が図示されている。

処理炉４０は、石英又はＳｉＣ等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成された反応管４２を備えている。前記反応管４２の下方には、反応管４２と同心円状にマニホールド３６が配設されている。該マニホールド３６は、例えばステンレス等からなり、上端及び下端が開口した円筒形状に形成されている。該マニホールド３６は、前記反応管４２を支持する様に設けられている。尚、前記マニホールド３６と前記反応管４２との間には、シール部材としてのＯリング（図示せず）が設けられている。前記マニホールド３６が図示しない保持体に支持されることにより、前記反応管４２は垂直に据付けられた状態になっている。該反応管４２と前記マニホールド３６により、反応容器が形成されている。

前記処理炉４０は、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成された被誘導体４８及び磁場発生部としての誘導コイル５０を具備している。被誘導体４８の筒中空部には、反応室４４が形成れており、ＳｉＣ等で構成された基板としてのウェーハ１４を保持したボート３０を収納可能に構成されている。また、図２の下枠内に示されるように、ウェーハ１４は、円環状の下部ウェーハホルダ１５に保持され、上面を円板状の上部ウェーハホルダ１５ａで覆われた状態でボート３０に保持されるとよい。これにより、ウェーハ上部から落下しているパーティクルからウェーハ１４を守ることができると共に、成膜面（ウェーハ１４の下面）に対して裏面側の成膜を抑制することができる。また、ウェーハホルダ１５の分ボート柱から成膜面を離すことができ、ボート柱の影響を小さくすることができる。ボート３０は、水平姿勢で、且つ、互いに中心を揃えた状態で縦方向に整列するようにウェーハホルダ１５に保持されたウェーハ１４を保持するよう構成されている。被誘導体４８は、該反応管４２の外側に設けられた誘導コイル５０により発生される磁場によって加熱される様になっており、被誘導体４８が発熱することにより、反応室４４内が加熱される様になっている。

尚、好ましくは、反応室４４内に於いて前記第１及び第２のガス供給ノズル６０，７０と第１のガス排気口９０との間であって、前記被加熱体４８とウェーハ１４との間には、被加熱体４８とウェーハ１４との間の空間を埋める様、鉛直方向に延在し断面が円弧状の構造物３００を反応室４４内に設けるのがよい。例えば、図３に示す様に、対向する位置にそれぞれ構造物３００を設けることで、第１及び第２のガス供給ノズル６０，７０から供給されるガスが、被誘導体４８の内壁に沿ってウェーハ１４を迂回するのを防止することができる。構造物４００としては、好ましくは断熱材若しくはカーボンフェルト等で構成すると、耐熱及びパーティクルの発生を抑制することができる。

反応管４２と被誘導体４８との間には、例えば誘電されにくいカーボンフェルト等で構成された断熱材５４が設けられ、該断熱材５４を設けることにより、被誘導体４８の熱が反応管４２或は該反応管４２の外側へ伝達するのを抑制することができる。

又、誘導コイル５０の外側には、反応室４４内の熱が外側に伝達するのを抑制する為の、例えば水冷構造である外側断熱壁５５が反応室４４を囲む様に設けられている。更に、外側断熱壁５５の外側には、誘導コイル５０により発生された磁場が外側に漏れるのを防止する磁気シール５８が設けられている。

又、図４に示されるように、放射光反射ミラー６２０と温度検出手段である放射温度計６３０が反応室４４の下方の空間に設けられている。前記放射光反射ミラー６２０は、ビューポート６１０を介して被誘導体４８と断熱材５４との間に設けられた温度測定用チップ６００と対向する位置に設けられ、放射温度計６２０は、温度測定用チップ６００から放出され、放射光反射ミラー６２０によって反射された赤外光等の放射光を受光することで、温度測定用チップ６００の温度を測定し、図７に示される温度制御部５２に光ファイバ、シリアル通信を介して通知し、測定結果をフィードバックできる様になっている。

又、温度測定用チップ６００と被誘導体４８は、同材質であり、温度測定用チップ６００は、被誘導体４８と近接しているから、温度測定用チップ６００は、被誘導体４８と同様に加熱され、温度測定用チップ６００の温度は、被誘導体４８の温度と等しくなり、温度測定用チップ６００の温度を測定することで被誘導体４８の温度の正確な測定が可能となる。

更に、被誘導体４８と断熱材５４との間の温度検出チップとは異なる位置に、過温保護用熱電対６４０が設けられる。過温保護用熱電対６４０により検出された温度も、放射温度計で検出された温度と同様に温度制御部５２に通知される。

図５は、温度測定用チップ６００及び放射温度計６３０の配置を示している。温度測定用チップ６００ａは、被誘導体４８を高さ方向に３つのゾーンに分割し、最も位置が高いゾーンＩに対応して設けられる。また、温度測定用チップ６００ａに対応して高温用放射温度計６３０ａが設けられ、温度測定用チップ６００ａからの放射光は、高温用放射温度計６３０ａに入射する。中央部のゾーンIIに対応して、温度測定用チップ６００ｂ及び６００ｄが設けられる。また、温度測定用チップ６００ｂに対応して高温用放射温度計６３０ｂが設けられ、温度測定用チップ６００ｂからの放射光は、高温用放射温度計６３０ｂに入射する。更に、温度測定用チップ６００ｄに対応して低温用放射温度計６３０ｄが設けられ、温度測定用チップ６００ｄからの放射光は、高温用放射温度計６００ｂに対して低温側の温度を検出する低温用放射温度計６３０ｄに入射する。最も位置の低いゾーンIIIには、温度測定用チップ６００ｃが設けられ、それに対応し、高温用放射温度計６００ｃが設けられる。温度測定用チップ６００ｃからの放射光は、高温用放射温度計６３０ｃに入射する。

このように本実施形態では、被誘導体４８を高さ方向に複数ゾーンに分割し、夫々のゾーンに対して温度測定用チップ６００、及び、高温用放射温度計６３０が設けられ、各ゾーンの温度が検出できるようになっている。また、中央部のゾーンIIは、温度測定用チップ６００ｄと低温用放射温度計６３０ｄが更に設けられ、昇温中の低い温度の時に温度制御ができるようになっている。なお、図５には図示していないが、過温保護用熱電対６４０も同様に各ゾーンに対応して設けられている。

また、図２に示す様に、被誘導体４８とウェーハ１４との間には、少なくともＳｉ（シリコン）原子含有ガスと、Ｃｌ（塩素）原子含有ガスとをウェーハ１４に供給するために少なくとも１つの第１のガス供給口６８が設けられた第１のガス供給ノズル６０が設置される。又、被誘導体４８とウェーハ１４との間の第１のガス供給ノズル６０とは異なる箇所には、少なくともＣ（炭素）原子含有ガスと還元ガスとをウェーハ１４に供給するために、少なくとも１つの前記第２のガス供給口７２が設けられた第２のガス供給ノズル７０が設けられる。また、第１のガス排気口９０も同様に被加熱体４８とウェーハ１４との間に配置される。又、反応管４２と断熱材５４との間に、第３のガス供給口３６０及び第２のガス排気口３９０が配置されている。

第１のガス供給ノズル６０及び第２のガス供給ノズル７０は、夫々１本ずつでも構わないが、図３に示されるように、第２のガス供給ノズル７０は３本設けられ、第２のガス供給ノズル７０に挟まれるように第１のガス供給ノズル６０が設けられるように構成すると良い。このように交互に配置することにより、Ｓｉ原子含有ガスとＣ原子含有ガスの混合を促進することができる。また、第１のガス供給ノズル及び第２のガス供給ノズルを奇数本とすることにより、中央の第２ガス供給ノズル７０を中心に成膜ガス供給を左右対称とすることができ、ウェーハ１４内の均一性を高めることができる。

第１のガス供給口６８及び第１のガス供給ノズル６０は、例えばカーボングラファイトで構成され、反応室４４内に設けられる。又、第１のガス供給ノズル６０は、マニホールド３６を貫通する様に該マニホールド３６に取付けられている。ここで、ＳｉＣエピタキシャル膜を形成する際に、第１のガス供給口６８は、少なくともＳｉ（シリコン）原子含有ガスとして、例えばモノシラン（以下ＳｉＨ４とする）ガスと、Ｃｌ（塩素）原子含有ガスとして、例えば塩化水素（以下ＨＣｌとする）ガスと、キャリアガスとして不活性ガス(例えばＡｒ（アルゴン））とを第１のガス供給ノズル６０を介して、反応室４４内に供給する様になっている。

該第１のガス供給ノズル６０は、第１のガスライン２２２を介してガス供給ユニット２００に接続される。また、図６に示されるように、該第１のガスライン２２２は、ＳｉＨ４ガス、ＨＣｌガス、不活性ガスに対して流量制御器（流量制御手段）としてのマスフローコントローラ（以下ＭＦＣとする）２１１ｃ，２１１ｄ，２１１ｆ、及び、バルブ２１２ｃ，２１２ｃ，２１２ｆを介して、例えばＳｉＨ４ガス供給源２１０ｃ、ＨＣｌガス供給源２１０ｄ、不活性ガス供給源２１０ｆに接続されている。

上記構成により、ＳｉＨ４ガス、ＨＣｌガス、不活性ガスのそれぞれの供給流量、濃度、分圧、供給タイミングを反応室４４内に於いて制御することができる。バルブ２１２ｃ，２１２ｄ，２１２ｆ、ＭＦＣ２１１ｃ，２１１ｄ，２１１ｆは、ガス流量制御部７８に電気的に接続されており、それぞれ供給するガスの流量が所定流量となる様に、所定のタイミングにて制御される様になっている（図７参照）。尚、ＳｉＨ４ガス、ＨＣｌガス、不活性ガスのそれぞれの前記ガス供給源２１０ｃ，２１０ｄ、２１０ｆ、前記バルブ２１２ｃ，２１２ｄ、２１２ｆ、前記ＭＦＣ２１１ｃ，２１１ｄ，２１１ｆ、前記第１のガスライン２２２、前記第１のガス供給ノズル６０及び該第１のガス供給ノズル６０に少なくとも１つ設けられる前記第１のガス供給口６８により、ガス供給系として第１のガス供給系が構成される。

前記第２のガス供給口７２は、例えばカーボングラファイトで構成され、反応室４４内に設けられる。また、第２のガス供給ノズル７０は、マニホールド３６を貫通する様に、該マニホールド３６に取付けられている。ここで、ＳｉＣエピタキシャル膜を形成する際に、第２のガス供給口７２は、少なくともＣ（炭素）原子含有ガスとして、例えばプロパン（以下Ｃ３Ｈ８とする）ガスと、還元ガスとして、例えば水素（Ｈ原子単体、若しくはＨ２分子。以下Ｈ２とする）とを第２のガス供給ノズル７０を介して反応室４４内に供給する様になっている。

第２のガス供給ノズル７０は、第２のガスライン２６０を介してガス供給ユニット２００に接続されている。また、図６に示されるように該第２のガスライン２６０は、例えばガス配管２１３ａ，２１３ｂと接続され、該ガス配管２１３ａ，２１３ｂはそれぞれ、Ｃ（炭素）原子含有ガスとして、例えばＣ３Ｈ８ガスに対して流量制御手段としてのＭＦＣ２１１ａ及びバルブ２１２ｂを介してＣ３Ｈ８ガス供給源２１０ａに接続され、還元ガスとして、例えばＨ２ガスに対して流量制御手段としてのＭＦＣ２１１ｂ及びバルブ２１２ｂを介してＨ２ガス供給源２１０ｂに接続されている。

上記構成により、例えばＣ３Ｈ８ガス、Ｈ２ガスの供給流量、濃度、分圧を反応室４４内に於いて制御することができる。バルブ２１２ａ，２１２ｂ、前記ＭＦＣ２１１ａ，２１１ｂは前記ガス流量制御部７８に電気的に接続されており、供給するガス流量が所定の流量となる様、所定のタイミングにて制御される様になっている（図７参照）。尚、Ｃ３Ｈ８ガス、Ｈ２ガスのガス供給源２１０ａ，２１０ｂ、バルブ２１２ａ，２１２ｂ、ＭＦＣ２１１ａ，２１１ｂ、第２のガスライン２６０、第２のガス供給ノズル７０、第２のガス供給口７２により、ガス供給系として第２のガス供給系が構成される。

又、第１のガス供給ノズル６０及び第２のガス供給ノズル７０に於いて、基板の配列領域に第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７２が１つ設けられていてもよく、ウェーハ１４の所定枚数毎に設けられていてもよい。

＜排気系＞
図３に示す様に、第１のガス排気口９０が、ボート３０より下部に設けられ、マニホールド３６には、第１のガス排気口９０に接続されたガス排気管２３０が貫通する様設けられている。該ガス排気管２３０の下流側には、図示しない圧力検出器としての圧力センサ及び、圧力調整器としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ２１４を介して真空ポンプ等の真空排気装置２２０が接続されている。圧力センサ及びＡＰＣバルブ２１４には、圧力制御部９８が電気的に接続されており、該圧力制御部９８は圧力センサにより検出された圧力に基づいてＡＰＣバルブ２１４の開度を調整し、処理炉４０内の圧力が所定の圧力となる様所定のタイミングにて制御する様に構成されている（図７参照）。

上記した様に、第１のガス供給口６８から少なくともＳｉ（シリコン）原子含有ガスとＣｌ（塩素）原子含有ガスとを供給し、第２のガス供給口７２から少なくともＣ（炭素）原子含有ガスと還元ガスとを供給し、供給されたガスはＳｉ又はＳｉＣで構成されたウェーハ１４に対し平行に流れ、第１のガス排気口９０より排気されるので、ウェーハ１４全体が効率的且つ均一にガスに晒される。

又、図３に示す様に、第３のガス供給口３６０は反応管４２と断熱材５４との間に配置され、マニホールド３６を貫通する様に取付けられている。更に、第２のガス排気口３９０が、反応管４２と断熱材５４との間であり、第３のガス供給口３６０に対して対向する様に配置され、第２のガス排気口３９０はガス排気管２３０に接続されている。第３のガス供給口３６０は前記マニホールド３６を貫通する第３のガスライン２４０に形成され、バルブ２１２ｅ、ＭＦＣ２１１ｅを介してガス供給源２１０ｅと接続されている。該ガス供給源２１０ｅからは不活性ガスとして、例えば希ガスのＡｒガスが供給され、ＳｉＣエピタキシャル膜成長に寄与するガス、例えばＳｉ（シリコン）原子含有ガス又はＣ（炭素）原子含有ガス又はＣｌ（塩素）原子含有ガス又はそれらの混合ガスが、反応管４２と断熱材５４との間に進入するのを防ぎ、反応管４２の内壁又は断熱材５４の外壁に不要な生成物が付着するのを防止することができる。

又、反応管４２と断熱材５４との間に供給された不活性ガスは、第２のガス排気口３９０よりガス排気管２３０の下流側にあるＡＰＣバルブ２１４を介して真空排気装置２２０から排気される。

＜各ガス供給系に供給されるガスの詳細＞
次に、上述した第１のガス供給系及び第２のガス供給系を構成する理由について説明する。ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置では、少なくともＳｉ（シリコン）原子含有ガスと、Ｃ（炭素）原子含有ガスとで構成される原料ガスを反応室４４に供給し、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する必要がある。また、本実施例の様に、複数枚のウェーハ１４が水平姿勢で多段に整列させて保持される場合に於いて、ウェーハ間の均一性を向上させるため、成膜ガスを夫々のウェーハ近傍のガス供給口から供給できるように、前記反応室４４内にガス供給ノズルを設けている。従って、ガス供給ノズル内も反応室と同じ条件となっている。この時、Ｓｉ原子含有ガスとＣ原子含有ガスを同じガス供給ノズルにて供給すると、原料ガス同士が反応することで原料ガスが消費され、反応室４４の下流側で原料ガスが不足するだけでなく、ガス供給ノズル内で反応し堆積したＳｉＣ膜等の堆積物がガス供給ノズルを閉塞し、原料ガスの供給が不安定になると共に、パーティクルを発生させる等の問題を生じてしまう。

そこで、本実施例では、第１のガス供給ノズル６０を介してＳｉ原子含有ガスを供給し、第２のガス供給ノズル７０を介してＣ原子含有ガスを供給している。このように、Ｓｉ原子含有ガスとＣ原子含有ガスを異なるガス供給ノズルから供給することにより、ガス供給ノズル内では、ＳｉＣ膜が堆積しないようにすることができる。なお、Ｓｉ原子含有ガス及びＣ原子含有ガスの濃度や流速を調整したい場合は、夫々適切なキャリアガスを供給すればよい。

更に、Ｓｉ原子含有ガスを、より効率的に使用するため水素ガスのような還元ガスを用いる場合がある。この場合、還元ガスは、Ｃ原子含有ガスを供給する第２のガス供給ノズル７０を介して供給することが望ましい。このように還元ガスをＣ原子含有ガスと共に供給し、反応室４４内でＳｉ原子含有ガスと混合することにより、還元ガスが少ない状態となるためＳｉ原子含有ガスの分解を成膜時と比較して抑制することができ、第１のガス供給ノズル内におけるＳｉ膜の堆積を抑制することが可能となる。この場合、還元ガスをＣ原子含有ガスのキャリアガスとして用いることが可能となる。なお、Ｓｉ原子含有ガスのキャリアとしては、アルゴン（Ａｒ）のような不活性ガス（特に希ガス）を用いることにより、Ｓｉ膜の堆積を抑制することが可能となる。

更に、第１のガス供給ノズル６０には、ＨＣｌのような塩素原子含有ガスを供給することが望ましい。このようにすると、Ｓｉ原子含有ガスが熱により分解し、第１のガス供給ノズル内に堆積可能な状態となったとしても、塩素によりエッチングモードとすることが可能となり、第１のガス供給ノズル内へのＳｉ膜の堆積をより抑制することが可能になる。

尚、図２に示す例では、第１のガス供給ノズル６０にＳｉＨ４ガス及びＨＣｌガスを供給し、第２のガス供給ノズル７０にＣ３Ｈ８ガス及びＨ２ガスを供給する構成で説明したが、上述した通り、図２、図４及び図６に示す例は、最も良いと考えられる組合せであり、それに限られることはない。

又、図２、図３、及び、図６に示す例では、ＳｉＣエピタキシャル膜を形成する際に流すＣｌ（塩素）原子含有ガスとしてＨＣｌガスを例示したが、塩素ガスを用いてもよい。

又、上述ではＳｉＣエピタキシャル膜を形成する際に、Ｓｉ（シリコン）原子含有ガスとＣｌ（塩素）原子含有ガスとを供給したが、Ｓｉ原子とＣｌ原子を含むガス、例えばテトラクロロシラン（以下ＳｉＣｌ４とする）ガス、トリクロロシラン（以下ＳｉＨＣｌ３）ガス、ジクロロシラン（以下ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスを供給してもよい。また、言うまでもないが、これらのＳｉ原子及びＣｌ原子を含むガスは、Ｓｉ原子含有ガスでも有り、又は、Ｓｉ原子含有ガス及びＣｌ原子含有ガスの混合ガスともいえる。特に、ＳｉＣｌ４は、熱分解される温度が比較的高いため、ノズル内のＳｉ消費抑制の観点から望ましい。

又、上述ではＣ（炭素）原子含有ガスとしてＣ３Ｈ８ガスを例示したが、エチレン（以下Ｃ２Ｈ４とする）ガス、アセチレン（以下Ｃ２Ｈ２とする）ガスを用いてもよい。

また、還元ガスとしてＨ２ガスを例示したが、これに限らず他のＨ（水素）原子含有ガスを用いても良い。更には、キャリアガスとしては、Ａｒ（アルゴン）ガス、Ｈｅ（ヘリウム）ガス、Ｎｅ（ネオン）ガス、Ｋｒ（クリプトン）ガス、Ｘｅ（キセノン）ガス等の希ガスのうち少なくとも１つを用いてもよいし、上記したガスを組合わせた混合ガスを用いてもよい。

上述では、第１のガス供給ノズル６０を介してＳｉ原子含有ガスを供給し、第２のガス供給ノズル７０を介してＣ原子含有ガスを供給することでガス供給ノズル内のＳｉＣ膜の堆積を抑制するようにしている（以下、Ｓｉ原子含有ガスとＣ原子含有ガスを分離して供給する方式を、「セパレート方式」と呼ぶ。）。しかしながら、この方法は、ガス供給ノズル内でのＳｉＣ膜の堆積を抑制できるものの、Ｓｉ原子含有ガスとＣ原子含有ガスの混合がガス供給口６８，７２からウェーハ１４に到達するまでの間に充分に行う必要がある。

従って、ウェーハ内の均一化の観点から見れば、Ｓｉ原子含有ガスとＣ原子含有ガスを予め混合して、ガス供給ノズル６０に供給するほうが望ましい（以下、Ｓｉ原子含有ガスとＣ原子含有ガスを同一のガス供給ノズルから供給する方式を「プレミックス方式」と呼ぶ。）。しかしながら、Ｓｉ原子含有ガス及びＣ原子含有ガスを同一のガス供給ノズルから供給するとガス供給ノズル内にＳｉＣ膜が堆積してしまう恐れがある。一方で、Ｓｉ原子含有ガスは、エッチングガスである塩素と還元ガスである水素との比（Ｃｌ／Ｈ）を大きくすると塩素によるエッチング効果の方が大きくなり、Ｓｉ原子含有ガスの反応を抑えることが可能である。従って、一方のガス供給ノズルにＳｉ原子含有ガス、Ｃ原子含有ガス、及び、塩素含有ガスを供給し、還元反応に用いられる還元ガス（例えば、水素ガス）を他方のガス供給ノズルから供給することで、ガス供給ノズル内のＣｌ／Ｈが大きくなり、ＳｉＣ膜の堆積を抑制することが可能である。

＜処理炉の周辺構成＞
次に、図８に於いて、処理炉４０及びその周辺の構成について説明する。該処理炉４０の下方には、該処理炉４０の下端開口を気密に閉塞する為の炉口蓋体としてシールキャップ１０２が設けられている。該シールキャップ１０２は、例えばステンレス等の金属製であり、円盤状に形成されている。該シールキャップ１０２の上面には、処理炉４０の下端と当接するシール材としてのＯリング（図示せず）が設けられている。シールキャップ１０２には回転機構１０４が設けられ、該回転機構１０４の回転軸１０６はシールキャップ１０２を貫通してボート３０に接続されており、該ボート３０を回転させることでウェーハ１４を回転させる様に構成されている。

又、シールキャップ１０２は処理炉４０の外側に設けられた昇降機構として、後述する昇降モータ１２２によって垂直方向に昇降される様に構成されており、これにより前記ボート３０を処理炉４０に対して搬入搬出することが可能となっている。回転機構１０４及び昇降モータ１２２には、駆動制御部１０８が電気的に接続されており、所定の動作をする様所定のタイミングにて制御する様構成されている（図５参照）。

予備室としてのロードロック室１１０の外面に下基板１１２が設けられている。該下基板１１２には、昇降台１１４と摺動自在に嵌合するガイドシャフト１１６及び昇降台１１４と螺合するボール螺子１１８が設けられている。又、下基板１１２に立設した前記ガイドシャフト１１６及びボール螺子１１８の上端には上基板１２０が設けられている。ボール螺子１１８は、上基板１２０に設けられた昇降モータ１２２によって回転され、ボール螺子１１８が回転されることで昇降台１１４が昇降する様になっている。

該昇降台１１４には中空の昇降シャフト１２４が垂設され、昇降台１１４と昇降シャフト１２４の連結部は気密となっており、該昇降シャフト１２４は昇降台１１４と共に昇降する様になっている。昇降シャフト１２４はロードロック室１１０の天板１２６を遊貫し、昇降シャフト１２４が貫通する天板１２６の貫通孔は、昇降シャフト１２４が天板１２６と接触することがない様充分な隙間が形成されている。

又、ロードロック室１１０と昇降台１１４との間には、昇降シャフト１２４の周囲を覆う様に伸縮性を有する中空伸縮体としてベローズ１２８が設けられ、該ベローズ１２８によりロードロック室１１０が気密に保たれる様になっている。尚、ベローズ１２８は昇降台１１４の昇降量に対応できる充分な伸縮量を有し、ベローズ１２８の内径は昇降シャフト１２４の外径に比べて充分に大きく、伸縮の際に前記ベローズ１２８と昇降シャフト１２４が接触することがない様に構成されている。

該昇降シャフト１２４の下端には、昇降基板１３０が水平に固着され、該昇降基板１３０の下面にはＯリング等のシール部材を介して駆動部カバー１３２が気密に取付けられる。昇降基板１３０と駆動部カバー１３２とで駆動部収納ケース１３４が構成され、この構成により該駆動部収納ケース１３４内部はロードロック室１１０内の雰囲気と隔離される。

又、駆動部収納ケース１３４の内部には前記ボート３０の回転機構１０４が設けられ、該回転機構１０４の周辺は冷却機構１３５によって冷却される様になっている。

電力ケーブル１３８は、昇降シャフト１２４の上端から中空部を通り、回転機構１０４に導かれて接続されている。又、冷却機構１３５及びシールキャップ１０２には冷却水流路１４０が形成されている。更に、冷却水配管１４２が昇降シャフト１２４の上端から中空部を通り冷却水流路１４０に導かれて接続されている。

昇降モータ１２２が駆動され、ボール螺子１１８が回転することで、昇降台１１４及び昇降シャフト１２４を介して駆動部収納ケース１３４を昇降させる。

該駆動部収納ケース１３４が上昇することにより、昇降基板１３０に気密に設けられているシールキャップ１０２が処理炉４０の開口部である炉口１４４を閉塞し、ウェーハ処理が可能な状態となる。又、駆動部収納ケース１３４が下降することにより、シールキャップ１０２と共にボート３０が降下され、ウェーハ１４を外部に搬出できる状態となる。

＜制御部＞
次に、図５に於いて、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置１０を構成する各部の制御構成について説明する。

温度制御部５２、ガス流量制御部７８、圧力制御部９８、駆動制御部１０８は、操作部及び入出力部を構成し、半導体製造装置１０全体を制御する主制御部１５０に電気的に接続されている。又、温度制御部５２、ガス流量制御部７８、圧力制御部９８、駆動制御部１０８は、コントローラ１５２として構成されている。

＜温度制御方法＞
次に、温度制御部５２における温度制御について説明する。通常、温度制御部５２は、中央部のゾーンIIに対応した放射温度計６３０ｂ及び６３０ｄにて検出された温度に基づいて制御を行う。なお、高温用放射温度計６００ａ及び高温用放射温度計６００ｃは、後述する故障検出用のモニタとして用いられる。まず、昇温開始時には、低温用放射温度計６００ｄにて検出された温度に基づいて、誘電コイル５０に供給される電力の制御を行う。その後、所定の温度を超えた時点で、低温用放射温度計６００ｄにて検出された温度から高温用放射温度計６００ｂにて検出された温度に基づいて所定の温度になるように誘電コイル５０に供給する電力を制御する。

また、過温保護用熱電対６４０により所定の温度を超えたことが検出された場合には、温度制御部５２は、誘電コイル５０に供給する電力をオフにするように制御する。これにより、安全に運用することが可能となる。

温度制御部５２は、反応室４４内の温度制御と並行して、放射温度計６００が故障していないかもチェックする。本発明では、３つのゾーンに配置されている高温用放射温度計６００ａ，６００ｂ，６００ｃの測定値を比較し、それぞれの高温用放射温度計について、他の高温用放射温度計の測定値との温度差が大きいとき、当該放射温度計が故障していると判断する。詳細に説明すると、予め故障判断基準となる温度差Ｅを設定しておき、中央部の高温用放射温度計６００ｂの測定値（以下、中央部ＨＣ）について、上部の高温用放射温度計６００ａの測定値（以下、上部ＨＵ）、および、下部の高温用放射温度計６００ｃの測定値（以下、下部ＨＬ）と比較し、以下の条件１が成立したとき、中央部ＨＣが故障していると判断する。そして、中央部ＨＣが故障していると判断された場合は、ヒータを駆動するパワーを０とする。
｜上部HU−中央部HC｜＞E、かつ、｜下部HL−中央部HC｜＞E …（条件１）
（但し、｜・｜は絶対値演算を示す。）

なお、中央部ＨＣが故障していると判断された場合は、故障していないと判断された上部ＨＵまたは下部ＨＬに切り替えて温度制御を継続してもよい。または、中央部ＨＣが故障していると判断された場合は、故障していないと判断された上部ＨＵと下部ＨＬの平均値に切り替えて温度制御を継続してもよい。

＜ＳｉＣ膜の形成方法＞
次に、上述した半導体製造装置１０を用い、半導体デバイスの製造工程の一工程として、ＳｉＣ等で構成されるウェーハ１４等の基板上に、例えばＳｉＣ膜を形成する基板の製造方法について説明する。尚、以下の説明に於いて半導体製造装置１０を構成する各部の動作は、コントローラ１５２により制御される。

先ず、ポッドステージ１８に複数枚のウェーハ１４を収納したポッド１６がセットされると、ポッド搬送装置２０によりポッド１６をポッドステージ１８からポッド収納棚２２へ搬送し、ストックする。次に、ポッド搬送装置２０により、ポッド収納棚２２にストックされたポッド１６をポッドオープナ２４に搬送してセットし、該ポッドオープナ２４によりポッド１６の蓋を開き、基板枚数検知器２６によりポッド１６に収納されているウェーハ１４の枚数を検知する。

次に、基板移載機２８により、ポッドオープナ２４の位置にあるポッド１６からウェーハ１４を取出し、ボート３０に移載する。

複数枚のウェーハ１４がボート３０に装填されると、ウェーハ１４を保持したボート３０は、昇降モータ１２２による昇降台１１４及び昇降シャフト１２４の昇降動作により反応室４４内に搬入（ボートローディング）される。この状態では、シールキャップ１０２はＯリング（図示せず）を介してマニホールド３６の下端をシールした状態となる。

ボート３０搬入後、反応室４４内が所定の圧力（真空度）となる様に、真空排気装置２２０によって真空排気される。この時、反応室４４内の圧力は、圧力センサ（図示せず）によって測定され、測定された圧力に基づき第１のガス排気口９０及び第２のガス排気口３９０に連通するＡＰＣバルブ２１４がフィードバック制御される。又、ウェーハ１４及び反応室４４内が所定の温度となる様前記被誘導体４８が加熱される。この時、反応室４４内が所定の温度分布となる様、放射温度計６００ｄ又は放射温度計６００ｄが検出した温度情報に基づき、上述のように、誘導コイル５０への通電具合がフィードバック制御される。続いて、回転機構１０４により、ボート３０が回転されることで、ウェーハ１４が周方向に回転される。

続いて、ＳｉＣエピタキシャル成長反応に寄与するＳｉ（シリコン）原子含有ガス及びＣｌ（塩素）原子含有ガスは、それぞれガス供給源２１０ｃ，２１０ｄから供給され、前記第１のガス供給口６８より前記反応室４４内に噴出される。又、Ｃ（炭素）原子含有ガス及び還元ガスであるＨ２ガスが、所定の流量となる様に対応する前記ＭＦＣ２１１ａ，２１１ｂの開度が調整された後、バルブ２１２ａ，２１２ｂが開かれ、それぞれのガスが第２のガスライン２６０に流通し、第２のガス供給ノズル７０に流通して第２のガス供給口７２より反応室４４内に導入される。

第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７２より供給されたガスは、反応室４４内の被誘導体４８の内側を通り、第１のガス排気口９０からガス排気管２３０を通って排気される。第１のガス供給口６８及び第２のガス供給口７２より供給されたガスは、反応室４４内を通過する際に、ＳｉＣ等で構成されるウェーハ１４と接触し、ウェーハ１４表面上にＳｉＣエピタキシャル膜成長がなされる。

又、ガス供給源２１０ｅより、不活性ガスとしての希ガスであるＡｒガスが所定の流量となる様に対応するＭＦＣ２１１ｅの開度が調整された後、バルブ２１２ｅが開かれ、第３のガスライン２４０に流通し、第３のガス供給口３６０から反応室４４内に供給される。第３のガス供給口３６０から供給された不活性ガスとしての希ガスであるＡｒガスは、反応室４４内の断熱材５４と反応管４２との間を通過し、第２のガス排気口３９０から排気される。

次に、予め設定された時間が経過すると、上述したガスの供給が停止され、図示しない不活性ガス供給源より不活性ガスが供給され、反応室４４内の被加熱体４８の内側の空間が不活性ガスで置換されると共に、反応室４４内の圧力が常圧に復帰される。

その後、昇降モータ１２２によりシールキャップ１０２が下降され、マニホールド３６の下端が開口されると共に、処理済みのウェーハ１４がボート３０に保持された状態でマニホールド３６の下端から反応管４２の外部に搬出（ボートアンローディング）され、ボート３０に保持されたウェーハ１４が冷える迄、ボート３０を所定位置にて待機させる。待機させた該ボート３０のウェーハ１４が所定温度迄冷却されると、基板移載機２８により、ボート３０からウェーハ１４を取出し、ポッドオープナ２４にセットされている空のポッド１６に搬送して収納する。その後、ポッド搬送装置２０によりウェーハ１４が収納されたポッド１６をポッド収納棚２２、又は前記ポッドステージ１８に搬送する。この様にして、半導体製造装置１０の一連の作動が完了する。

以上、実施形態に基づいて本発明を説明してきたが、これに限らず、様々な変更が可能なことはいうまでもない。例えば、実施形態では、ＳｉＣエピタキシャル成長装置において説明してきたが、これに限らず、基板を加熱して処理を行う基板処理装置全般に用いることができる。また、加熱方式も誘導加熱方式に限らず、抵抗式ヒータやランプ加熱であっても適用可能である。放射温度計の配置する位置も反応室の下に限らず、反応管の側壁に設けても良い。また、ゾーンの分割も３分割に限らず、より多くても良い。

以上の説明のように、本発明によれば、現在測定している複数の放射温度計との測定値の比較によって故障もしくは設定ミス等を検知することができ、安全に放射温度計の計測、および、温度制御をすることができる。

最後に本発明の好ましい主たる態様について付記する。
（１）基板が配置される処理室と、前記処理室を加熱する加熱部と、前記処理室又は加熱部の温度を検出する第１放射温度計、第２放射温度計、及び、第３放射温度計と、前記第１放射温度計による第１検出結果、前記第２放射温度計による第２検出結果、前記第３放射温度計による第３検出結果が入力され、前記加熱部を制御する温度制御部と、を具備し、前記温度制御部は、前記第１放射温度計による第１検出結果に基づく温度と前記第２放射温度計による第２検出結果に基づく温度とを比較し、所定の温度より差が離れていると判断し、かつ、前記第１放射温度計による第１検出結果に基づく温度と前記第３放射温度計による第３検出結果に基づく温度とを比較し、所定の温度より差が離れていると判断した場合、前記第１放射温度計が故障している判断する基板処理装置。
（２）上記（１）において、前記処理室は、高さ方向に並んだ複数の基板を保持するボートが搬入されることで前記基板が配置され、前記第１放射温度計、前記第２放射温度計、前記第３放射温度計は、異なる高さに位置するように配置され、前記第１放射温度計は、前記第２放射温度計及び前記第３放射温度計との間の高さになるように配置される基板処理装置。
（３）上記（１）又は（２）において、前記温度制御部は、前記第１放射温度計が故障していると判断した場合、前記加熱部による加熱を終了する基板処理装置。
（４）上記（１）又は（２）において、前記温度制御部は、前記第１放射温度計が故障していると判断した場合、前記第２放射温度計による第２検出結果又は前記第３放射温度計による第３検出結果に基づいて前記加熱部を制御する基板処理装置。
（５）上記（１）又は（２）において、前記温度制御部は、前記第１放射温度計が故障していると判断した場合、前記第２放射温度計による第２検出結果に基づく温度と前記第３放射温度計による第３検出結果に基づく温度との平均値を用いて前記加熱部を制御する基板処理装置。
（６）基板を保持する保持部材を処理室内に搬入する搬入工程と、前記搬入工程の後、加熱部により前記処理室内を昇温する昇温工程と、前記処理室内に配置された基板の処理を行う処理工程と、を具備し、前記昇温工程及び前記処理工程において、前記処理室内の温度を検出し、当該検出結果に基づき処理室内の温度を制御するとともに、特定の放射温度計の測定値と他の放射温度計の測定値と比較しその差に応じて当該放射温度計の故障を検知する基板の製造方法。

Claims (2)

1. 基板が配置される処理室と、
   前記処理室を加熱する加熱部と、
   前記処理室又は加熱部の温度を検出する第１放射温度計、第２放射温度計、及び、第３放射温度計と、
   前記第１放射温度計による第１検出結果、前記第２放射温度計による第２検出結果、前記第３放射温度計による第３検出結果が入力され、前記加熱部を制御する温度制御部と、を具備し、
   前記温度制御部は、前記第１放射温度計による第１検出結果に基づく温度と前記第２放射温度計による第２検出結果に基づく温度とを比較し、所定の温度より差が離れていると判断し、かつ、前記第１放射温度計による第１検出結果に基づく温度と前記第３放射温度計による第３検出結果に基づく温度とを比較し、所定の温度より差が離れていると判断した場合、前記第１放射温度計が故障している判断する基板処理装置。
2. 基板を保持する保持部材を処理室内に搬入する搬入工程と、
   前記搬入工程の後、加熱部により前記処理室内を昇温する昇温工程と、
   前記処理室内に配置された基板の処理を行う処理工程と、を具備し、
   前記昇温工程及び前記処理工程において、前記処理室内の温度を検出し、当該検出結果に基づき処理室内の温度を制御するとともに、特定の放射温度計の測定値と他の放射温度計の測定値と比較しその差に応じて当該放射温度計の故障を検知する基板の製造方法。