JP6513285B2 - 基板処理装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

基板処理装置及び半導体装置の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、基板処理装置、温度測定ユニット及び半導体装置の製造方法に関する。
特許文献１には、基板に加熱処理を行う基板処理装置及びこの基板処理装置を用いた半導体装置の製造方法が開示されている。集積回路パターンの微細化、低温処理による高集積化の進展に伴い、基板の処理中の正確な温度測定並びに温度管理が必要とされている。温度測定方法として、放射温度計を用いた非接触式の温度測定方法、若しくは処理中の基板の支持部材に埋め込まれた熱電対を用いた接触式の温度測定方法が一般的である。
特開２０１３−３３９４６号公報
上記非接触式の温度測定方法では、基板としてシリコン基板が使用されると、シリコン基板の特性上、放射温度計の低温における測定波長の透過量が多くなるので、シリコン基板の低温域を測定することが難しい。また、シリコン基板の透過量が少ない短波長の放射温度計でも、低温域の測定が難しい。さらに、基板の成膜状態により、基板の輻射率が変化するので、温度を測定する基板毎に輻射率を変更する必要がある。
一方、上記接触式の温度測定方法では、熱電対が埋め込まれる支持部材に、硬度、耐熱性、清浄性が求められ、この結果、セラミックスが使用されている。一般的にセラミックスの熱容量は大きく、基板の温度測定の感度は支持部材を介在させると悪くなるので、正確な温度測定が難しい。さらに、支持部材が熱源により加熱されるので、支持部材からの熱影響を受けて正確な基板の温度測定が難しい。
本発明は、上記課題を考慮し、基板の成膜状態にかかわらず、基板の温度測定の精度を簡易に向上させることができる技術を提供する。
上記課題を解決するため、本発明の一実施態様に係る基板処理装置は、載置面を有し、当該載置面に基板が載置される基板載置部と、前記載置面に載置される前記基板を加熱する加熱部と、先端が温度検出部を構成する弾性変形可能な温度センサと、を備え、前記温度センサは前記載置面の下から前記載置面の上まで延びており、前記先端が前記載置面から突出している。
本発明は、基板の成膜状態にかかわらず、基板の温度測定の精度を簡易に向上させることができる技術を提供することができるという優れた効果を有する。
本発明の一実施の形態に係る基板処理装置の概略平面図である。 図１に示される基板処理装置の概略側面図である。 図１に示される基板処理装置の処理室の拡大断面図である。 図３に示される処理室の拡大斜視図である。 図３及び図４に示される処理室の基板処理部に配設された温度測定部を示す要部拡大斜視図である。 図５に示される温度測定部の側面図（左側側面図）である。 図６に示される温度測定部の温度センサを示す拡大側面図（図６に示される符号Ｈ部分の拡大側面図）である。 （Ａ）は図５に示される温度測定部の正面図、（Ｂ）は温度測定部の左側側面図、（Ｃ）は温度測定部の右側側面図、（Ｄ）は温度測定部の平面図である。 図３に示される処理室の平面図である。 図９に対応する処理室の斜視図である。 一実施の形態に係る基板処理方法の第１工程を説明する図４に対応する拡大斜視図である。 第２工程を説明する拡大斜視図である。 第３工程を説明する拡大斜視図である。 本実施の形態に係る基板処理方法を説明する基板加熱時間と基板加熱温度との関係を示す図である。
以下、図１〜図１４を用いて、本発明の一実施の形態に係る基板処理装置、基板処理方法及び基板処理プログラムを説明する。なお、図中、適宜示される矢印Ｘ方向は水平方向の一方向を示し、矢印Ｙ方向は水平方向において矢印Ｘ方向に対して直交する他方向を示す。また、矢印Ｚ方向は、矢印Ｘ方向及び矢印Ｙ方向に対して直交する上方向を示す。
［基板処理装置の全体の概略構成］
図１及び図２に示されるように、本実施の形態に係る基板処理装置１０は、大気搬送室（EFEM：Equipment Front End Module）１２と、ロードロック室１４、１６と、搬送室１８と、処理室２０及び２２とを備えている。これらの大気搬送室１２、ロードロック室１４、１６、搬送室１８、処理室２０及び２２は、矢印Ｙ方向に向かって順次配設されている。
図１に示されるように、大気搬送室１２には、処理対象となる基板２４を搬送するキャリア２６が配設されている。キャリア２６にはポッド（FOUP：Front Opening Unified Pod）が使用されている。また、キャリア２６は、縦方向に一定間隔を隔てて、例えば２５枚までの基板２４を収納可能である。大気搬送室１２には、ロードロック室１４、１６との間において、基板２４を搬送する大気ロボット２８が設置されている。本実施の形態では、基板２４として例えばシリコンウェーハ等の半導体装置を製造する半導体ウェーハが使用される。
ロードロック室１４、１６は、いずれも大気搬送室１２に対向して設置されている。図２に示されるように、一方のロードロック室１４には、例えば２５枚の基板２４を縦方向に一定間隔を隔てて収容可能な基板支持体１４０が配設されている。基板支持体１４０は、上下方向に対向して配置された上板１４１及び下板１４２と、上板１４１と下板１４２とを連結する支柱１４３とを含んで構成されている。支柱１４３の長手方向内側には、内側へ突出し、長手方向に沿って一定間隔を隔てて形成された収容部位１４４が配設されている。基板２４は、収容部位１４４毎に載置され、基板支持体１４０に収容される。
支持体駆動部１４５は、矢印Ａ方向に基板支持体１４０を上昇並びに下降させ、又矢印Ｂ方向の水平方向に基板支持体１４０を回転させる。なお、他方のロードロック室１６は一方のロードロック室１４と同一の構成である。
図１及び図２に示されるように、搬送室１８は、ロードロック室１４、１６の大気搬送室１２とは反対側に対向し、仮想中心軸Ｃ上に設置されている。搬送室１８には、ロードロック室１４、１６との間、並びに処理室２０、２２との間において、基板２４を搬送する真空ロボット１８０が設置されている。真空ロボット１８０は、フィンガー部１８２を有するアーム１８１を備えている。アーム１８１は、ここでは図示を省略しているが、２本設置されている。フィンガー部１８２は、下側フィンガー１８３と上側フィンガー１８４とを含んで構成され、基板支持体１４０に収容された上下２枚の基板２４を同時に搬送可能としている。
真空ロボット１８０において、アーム１８１は矢印Ｄ方向の水平方向にフィンガー部１８２を移動させ、又アーム駆動部１８５は矢印Ｅ方向の水平方向にアーム１８１を回転させる。
図１に示されるように、処理室２０、２２は、搬送室１８のロードロック室１４及び１６とは反対側に対向して設置されている。一方の処理室２０は反応室２０１を有し、図１及び図２に示されるように、反応室２０１の同一空間には矢印Ｙ方向に沿って２つの基板載置部（基板載置台）２０２、２０３が配設されている。基板載置部２０２と基板載置部２０３との間には仕切部２０４が配置され、この仕切部２０４により反応室２０１を仕切ることが可能とされている。他方の処理室２２は、一方の処理室２０と同一の構成とされている。処理室２０、２２は、例えばアルミニウムを主体に構成されている。なお、処理室２０及び２２は、同様の機能を得られる場合、アルミニウム以外の金属や合金を主体として構成されてもよい。
さらに、図１に示されるように、基板処理装置１０は制御部３０を備えている。制御部３０はケーブル３２を介して大気搬送室１２等の基板処理装置１０の各構成要素に接続され、基板処理装置１０の全体の動作が制御部３０により制御されている。制御部３０は、図示を省略するが、記憶媒体とコンピュータ（CPU）とを含んで構成されている。制御部３０では、記憶媒体に格納された基板処理プログラムがコンピュータにより実行され、基板処理装置１０の動作が制御される。記憶媒体には、例えばハードディスク、半導体記憶装置（例えばRAM： Random Access Memory）等が使用されている。なお、基板処理装置１０の各構成要素と制御部３０とは無線により接続されてもよい。
［処理室の詳細構成］
次に、上記処理室２０、２２について、詳しく説明する。図１、図３及び図４に示されるように、一方の処理室２０には、反応室本体２００に平面視において半円形状に形成され、側面視において凹形状に形成された反応室２０１が配設されている。反応室２０１の矢印Ｙ方向中間部には、矢印Ｘ方向に横切る角柱形状の仕切部２０４が着脱自在に配置されている。反応室２０１では仕切部２０４を中心として両側のそれぞれに基板載置部２０２、２０３が配設されている。仕切部２０４は、ここではアルミニウムにより形成されている。また、仕切部２０４は、石英、酸化アルミニウム等により形成されてもよい。基板載置部２０２において１枚の基板２４を処理することができ、基板載置部２０３において他の１枚の基板２４を処理することができる。従って、処理室２０では２枚の基板２４を処理することができる。
図３に示されるように、反応室本体２００の基板載置部２０２上に対応する位置には蓋部２０５が配設され、反応室本体２００の基板載置部２０３上に対応する位置には蓋部２０６が配設されている。反応室本体２００の蓋部２０５の近傍には外部から反応室２０１に通じる供給管２０７が配管され、同様に、反応室本体２００の蓋部２０６の近傍には外部から反応室２０１に通じる供給管２０８が配管されている。供給管２０７、２０８は、外部から反応室２０１内へ、基板２４を処理するガスを供給する。また、反応室２０１は、図示を省略した真空ポンプに接続され、この真空ポンプを用いて例えば０．１Ｐａ以下の真空雰囲気を生成可能としている。
一方の基板載置部２０２は直径に比べて高さが低い円筒形状を有する。基板載置部２０２の蓋部２０５側の上面は基板２４を載置する円形状の載置面２０２Ａとして構成されている。載置面２０２Ａの高さは反応室２０１の高さよりも低い位置に設定されている。基板載置部２０２の底部２０２Ｂには外周囲に突出するフランジ２０２Ｃが設けられ、基板載置部２０２はフランジ２０２Ｃを介して支柱２０９により支えられている。図３及び図４に示されるように、固定部材２１０を用いて支柱２０９にフランジ２０２Ｃが固定され、反応室本体２００に基板載置部２０２が取付けられている。
同様に、他方の基板載置部２０３は、基板載置部２０２と同様に円筒形状を有する。基板載置部２０３の蓋部２０６側の上面は基板２４を載置する円形状の載置面２０３Ａとして構成されている。載置面２０３Ａの高さは反応室２０１の高さよりも低い位置に設定されている。基板載置部２０３の底部２０３Ｂには外周囲に突出するフランジ２０３Ｃが設けられ、基板載置部２０３はフランジ２０３Ｃを介して支柱２０９により支えられている。図３及び図４に示されるように、固定部材２１０を用いて支柱２０９にフランジ２０３Ｃが固定され、反応室本体２００に基板載置部２０３が取付けられている。
図３に示されるように、基板載置部２０２には加熱部２１１が内蔵され、同様に基板載置部２０３には加熱部２１１が内蔵されている。加熱部２１１としては例えばヒータが使用され、加熱部２１１は載置面２０２Ａ上、２０３Ａ上に載置された基板２４を処理温度に加熱する。本実施の形態では、加熱部２１１を用いて、基板２４の処理温度を例えば４５０℃まで昇温させることができる。
基板載置部２０２には、この基板載置部２０２の側面周囲を取り囲む平面視においてリング形状の整流用排気バッフルリング２１２が配設されている。同様に、基板載置部２０３には、この基板載置部２０３の側面周囲を取り囲むリング形状の整流用排気バッフルリング２１２が配設されている。整流用排気バッフルリング２１２には板厚方向に貫通された複数の排気孔２１２Ａが設けられている。基板載置部２０２の側面周囲に沿って、更に基板載置部２０３の側面周囲に沿って第１排気口２１３が配設されおり、排気孔２１２Ａは基板２４の処理後の排気ガスを第１排気口２１３に排気可能な構成とされている。
反応室本体２００において、基板載置部２０２下には第２排気口２１４、第３排気口２１５のそれぞれが順次配設され、同様に基板載置部２０３下には第２排気口２１４、第３排気口２１５のそれぞれが順次配設されている。第２排気口２１４は第１排気口２１３に連結され、第３排気口２１５は第２排気口２１４に連結されている。これにより、排気孔２１２Ａから第１排気口２１３及び第２排気口２１４を介して第３排気口２１５に至る排気経路が構築されている。
図３及び図４に示されるように、反応室２０１内には、搬送機構としてのロボットアーム２２０が配設されている。ロボットアーム２２０は、矢印Ｚ方向を軸方向とする軸部２２１と、基板２４を搬送するアーム２２２とを含んで構成されている。軸部２２１は、矢印Ｆ方向の水平方向に回転し、かつ、矢印Ｇ方向に上昇及び下降する２軸構成とされ、図示を省略した駆動部に連結されている。
アーム２２２の一端は軸部２２１に接続され、アーム２２２の他端にはフィンガー２２３が設けられている。フィンガー２２３は、平面視において、基板２４の半径並びに基板載置部２０２、２０３の半径よりも大きな半径を有する円弧状に形成されている。フィンガー２２３には、その一端部、中間部、他端部のそれぞれからフィンガー２２３の中心部に向かって突出し、基板載置部２０２、２０３の側面周囲よりも内側に入り込む支持部位（爪部）２２３Ａが一体に形成されている。本実施の形態では、支持部位２２３Ａは、フィンガー２２３の中心部を回転角度の中心として、１２０度間隔によりフィンガー２２３の３箇所に形成されている。フィンガー２２３は例えばアルミナセラミックスにより形成されている。
ロボットアーム２２０では、フィンガー２２３の支持部位２２３Ａを用いて基板２４を支え、基板載置部２０２の載置面２０２Ａに搬送された基板２４を、基板載置部２０３の載置面２０３Ａに搬送することができる。また、逆に、ロボットアームでは、載置面２０３Ａに搬送された基板２４を、基板処理後に載置面２０２Ａに搬送（回収）することができる。
ロボットアーム２２０及び仕切部２０４は、反応室２０１内に配設され、反応室２０１内の空間を完全に分離しない構成とされている。つまり、図３に示されるように、処理室２０は、供給管２０７、２０８から供給されるガスを、載置面２０２Ａ上の基板２４、載置面２０３Ａ上の基板２４にそれぞれスムーズに流す構成とされている。更に、処理室２０は、基板処理後の排気ガスを排気孔２１２Ａ、第１排気口２１３、第２排気口２１４、第３排気孔２１５のそれぞれを通してスムーズに排気する構成とされている。
図５に示されるように、基板載置部２０２の載置面２０２Ａの周縁部には、矢印Ｚ方向の鉛直方向に昇降する基板保持ピン２２４が設けられている。図４に示されるように、基板保持ピン２２４は、載置面２０２Ａの周縁部に等間隔で、ここでは３個配置されている。同様に、基板載置部２０３の載置面２０３Ａの周縁部に、３個の基板保持ピン２２４が設けられている。基板保持ピン２２４は、載置面２０２Ａ上又は載置面２０３Ａ上に突出して基板２４の受け渡しや載置を行う構成とされている。
図３〜図５に示されるように、基板載置部２０２の側面部であって、平面視においてフィンガー２２３の支持部位２２３Ａに対応する位置には、収納部２２５が配設されている。収納部２２５は、載置面２０２Ａに対して垂直方向のアーム２２２の移動において支持部位２２３Ａを収納し、支持部位２２３Ａと基板載置部２０２との干渉を防止する構成とされている。本実施の形態では、収納部２２５は、平面視において支持部位２２３Ａの形状と実質的に同一形状で一回り大きいＵ字形状とされ、かつ、鉛直方向を長さ方向とするＵ溝（Ｕ字形状の切欠部）により形成されている。収納部２２５は、支持部位２２３Ａの配設個数と同一の配設個数に設定され、ここでは３個配設されている。一方、基板載置部２０３の側面部にも、同様に収納部２２５が配設されている。なお、収納部２２５の形状は、特に限定されるものではなく、半円溝、台形溝、三角溝、矩形溝等の溝（切欠部）であってもよい。また、支持部位２２３Ａの配設個数が４個以上であれば、収納部２２５の配設個数も、それと同一の数（すなわち４個以上）に設定される。
図１に示されるように、他方の処理室２２は、一方の処理室２０と同一構成とされているので、ここでの説明を省略する。
［温度測定部の詳細構成］
図５〜図７に示されるように、処理室２０、２２のそれぞれにおいて、基板載置部２０２の収納部２２５及び基板載置部２０３の収納部２２５には、温度測定部（温度測定ユニット）４０が配設されている。温度測定部４０は、基板載置部２０２に少なくとも１個、基板載置部２０３に少なくとも１個配設されている。なお、基板載置部２０２、基板載置部２０３にはそれぞれ３個の温度測定部４０が配設可能である。詳しく説明すると、温度測定部４０は、載置面２０２Ａ上、載置面２０３Ａ上に温度検出部（温感部）である先端部４２Ａが突出し、かつ、弾性変形可能な温度センサ４２と、この温度センサ４２を取付けて収納部２２５に固定する取付部材（土台）４４とを含んで構成されている。
温度センサ４２は、詳細な構造を省略するが、耐熱金属管内に熱電対素線が挿入され、かつ、耐熱金属管内に無機絶縁物が充填されたシース熱電対により構成されている。熱電対素線は耐熱金属管の先端まで挿入されており、耐熱金属管の先端である先端部４２Aが温度検出部（温感部）を構成する。耐熱金属管は例えばニッケル合金により形成され、耐熱金属管の直径は０．５ｍｍ以下、好ましくは０．１５ｍｍの極細に設定されている。また、耐熱金属管はステンレス鋼により形成してもよい。温度センサ４２は、熱容量が小さいほど過渡応答性に優れているため、より細く、熱容量が小さいことが好ましい。図７に示されるように、温度センサ４２の先端部４２Ａの突出量ｄは載置面２０２Ａ又は載置面２０３Ａから０．３ｍｍ〜０．７ｍｍに設定され、ここでは０．５ｍｍに設定されている。突出量ｄは、温度センサ４２の先端部４２Ａの撓み量δ、取付部材４４への取付けや突出量ｄの調整のし易さ等に基づいて設定されている。
また、先端部４２Ａの突出方向は、載置面２０２Ａ又は載置面２０３Ａの中心方向及び矢印Ｚ方向とされ、載置面２０２Ａ又は載置面２０３Ａ（水平面）に対して１０度〜４５度、ここでは３０度の角度θを持って傾斜させている。先端部４２Ａが上記突出量ｄ及び角度θに設定されることにより、弾性変形の範囲内（塑性変形しない範囲内）において先端部４２Ａを撓ませることができる。
図５、図６、図７（Ａ）〜図７（Ｄ）に示されるように、取付部材４４は、底板４４Ａと、底板４４Ａの両端部から各々立設された一対の側壁板４４Ｂ及び側壁板４４Ｃとを備え、側面視においてＵ字形状に形成されている。取付部材４４は、例えばステンレス鋼板により形成され、側壁板４４Ｂ、４４Ｃは底板４４Ａの両端部を折曲げて成形されている。側壁板４４Ｂは収納部２２５のＵ溝の一方の溝壁に固定され、側壁板４４ＣはＵ溝の他方の溝壁に固定されている。なお、底板４４Ａの両端部の折曲げ形成において、内側の折曲げ角度が９０°より若干大きい角度となるように形成した場合、取付部材４４の弾性力によって、側壁板４４Ｂと４４Ｃを収納部２２５のＵ溝の内側に押し付けるように固定することができる。
側壁板４４Ｃの上部には載置面２０２Ａ又は載置面２０３Ａの中心部に向かって突出する固定部位４４Ｄが一体に形成され、固定部位４４Ｄは側壁板４４Ｂ側に折曲げられてＵ溝の他方の溝壁から離間されている。また、底板４４Ａ、側壁板４４Ｂ及び４４Ｃには、それぞれ突起状の支持部である突起部４４Ｇが設けられている。底板４４Ａ、側壁板４４Ｂ及び４４Ｃは、突起部４４Ｇを介して収納部２２５のＵ溝に接触して支持され、固定される構造となっている。
固定部位４４Ｄの側壁板４４Ｂ側の表面に温度センサ４２の先端部４２Ａが取付けられている。先端部４２Ａは、固定部位４４Ｄと保持板４４Ｅとで挟まれて固定されている。図示を省略するが、保持板４４Ｅには先端部４２Ａを保持する溝部が設けられ、この溝部に先端部４２Ａを挟み込んだ状態において、保持板４４Ｅは溶接を用いて固定部位４４Ｄに接合されている。また、温度センサ４２は、先端部４２Ａから側壁板４４Ｃの辺に沿って下方へ引出され、中間部において底板４４Ａに保持板４４Ｆを用いて挟み込まれている。保持板４４Ｅ及び４４Ｆは、例えばステンレスのシートにより構成され、スポット溶接により固定部位４４Ｄや底板４４Ａに接合される。これにより、非常に細く形成されている温度センサ４２へ熱ダメージを与えることなく、温度センサ４２を固定することができる。図９及び図１０に示されるように、温度センサ４２は、反応室本体２００の側部に配設された出力ポート２２６を通して反応室２０１の外部に引出される。温度センサ４２は、最終的には図１に示される制御部３０に接続されている。
温度測定部４０では、載置面２０２Ａ又は載置面２０３Ａに基板２４が載置されると、基板２４の裏面に温度センサ４２の先端部４２Ａが接触し、基板２４の自重により、先端部４２Ａの突出量ｄに相当する分が撓む構成とされている。先端部４２Ａは、撓むことにより載置面２０２Ａ又は載置面２０３Ａよりも下方に移動（弾性変形）し、収納部２２５内に収納される。このため、先端部４２Ａが突出していても、先端部４２Ａは撓むので、載置面２０２Ａ又は載置面２０３Ａに隙間無く基板２４を正確に載置することができ、載置面２０２Ａ又は載置面２０３Ａに載置されている状態では、常時、先端部４２Ａと基板２４の裏面とを接触させることができる。また、基板２４の自重のみにより、先端部４２Ａの突出量ｄに相当する分が撓む構成とされているため、載置面２０２A又は２０３Aから先端部４２が突出している構成であっても、基板２４を載置面２０２A又は２０３Aに固定するための機構を更に設ける必要がない。なお、温度測定部４０は、フィンガー２２３の昇降動作の際に、支持部位２２３Ａと干渉しない構成とされている。
ここで、図７に示される温度センサ４２の先端部４２Ａの取付位置（固定部位４４Ｄと保持板４４Ｅとの挟持位置）から最先端までの長さ（スパン長さ）Ｌは、片持ち支持梁の撓み量δの算出式（１）及び断面二次モーメントＩの算出式（２）を用いて算出される。
δ＝ＰＬ3／３ＥＩ …（１）
Ｉ＝πＤ4／６４ …（２）
算出条件は、温度センサ４２の耐熱金属管の材料を例えばステンレス鋼材とし、基板２４の直径を３００ｍｍとし、先端部４２Ａにかかる基板２４からの作用力Ｐを基板２４の質量の１／５とする。撓み量δは０．５［ｍｍ］、作用力Ｐは０．２７［Ｎ］、ヤング係数Ｅは２００×１０3［Ｎ／ｍｍ2］、耐熱金属管の直径Ｄは０．２５［ｍｍ］とすると、長さＬは５［ｍｍ］となる。許容範囲を考慮し、長さＬは４［ｍｍ］〜６［ｍｍ］に設定される。
［基板処理方法、半導体装置の製造方法及び基板処理プログラム］
次に、上記基板処理装置１０を用いた基板処理方法を説明し、併せて半導体装置の製造方法並びに基板処理プログラムを説明する。基板処理装置１０では、図１に示される大気搬送室１２のキャリア２６から大気ロボット２８を用いてロードロック室１４、１６に基板２４が搬送される。基板２４は半導体装置を製造するために用いられる半導体ウェーハである。例えば基板２４の面上に半導体装置が形成される。搬送された基板２４は、図２に示される基板支持体１４０に搬送され、かつ、収納される。
基板支持体１４０に収納された基板２４は、ロードロック室１４、１６から、図２に示される搬送室１８の真空ロボット１８０を用いて、図３及び図１１に示される処理室２０、２２の反応室２０１へ搬送される。真空ロボット１８０のフィンガー部１８２は下側フィンガー１８３及び上側フィンガー１８４を備えているので、同時に２枚の基板２４が反応室２０１内の基板載置部２０２の載置面２０２Ａ上に搬送される。ここで、図１１〜図１３では、ロボットアーム２２０等の動作を明確に示すために、基板２４の図示が省略されている。
図１１に示されるように、反応室２０１では、基板載置部２０２上に搬送された２枚の基板２４間にロボットアーム２２０のフィンガー２２３が待機している。次に、基板載置部２０２の載置面２０２Ａの周縁部に配設された基板保持ピン２２４（図５参照）が上昇し、真空ロボット１８０の下側フィンガー１８３により搬送された基板２４が基板保持ピン２２４に受け渡される。一方、基板保持ピン２２４の上昇に連動して、ロボットアーム２２０のフィンガー２２３が矢印Ｇ方向に上昇し、真空ロボット１８０の上側フィンガー１８４により搬送された基板２４がフィンガー２２３の支持部位２２３Ａに受け渡される。この後、真空ロボット１８０のフィンガー部１８２が搬送室１８に戻される。基板保持ピン２２４が下降し、基板保持ピン２２４に受け渡された基板２４が基板載置部２０２の載置面２０２Ａ上に載置される。
ここで、図５〜図８に示されるように、基板載置部２０２の収納部２２５には温度測定部４０が配設され、温度測定部４０の温度センサ４２の先端部４２Ａが載置面２０２Ａ上に突出されている。このため、載置面２０２Ａ上に基板２４が載置されると、先端部４２Ａが基板２４の裏面に接触し、かつ、基板２４の自重により先端部４２Ａが基板２４の裏面に接触した状態において載置面２０２Ａよりも下方に弾性変形する。ここでは、先端部４２Ａは収納部２２５内に収納される。そして、温度センサ４２により基板２４の温度測定が開始され、この測定結果は図１に示される制御部３０に送られる。
一方、フィンガー２２３に受け渡された基板２４は、図１２に示されるように、ロボットアーム２２０の矢印Ｆ方向の回転により、基板載置部２０３の載置面２０３Ａ上に搬送される。そして、図１３に示されるように、フィンガー２２３が矢印Ｇ方向に降下することにより、基板載置部２０３の載置面２０３Ａ上に基板２４が載置される。この際、下降したフィンガー２２３の支持部位２２３Ａは、基板載置部２０３に設けられた収納部２２５内に収容される。基板載置部２０３にも同様に温度測定部４０が配設されているので、載置面２０３Ａ上に載置された基板２４の温度測定が開始される。
なお、載置面２０２Ａ上に基板２４を載置する場合と同様に、基板載置部２０３に設けられた基板保持ピン２２４を用いて、基板２４を載置面２０３Ａ上に載置させるようにしてもよい。この場合も、フィンガー２２３の支持部位２２３Ａは、基板載置部２０３に設けられた収納部２２５内に収容される。
載置面２０２Ａ上、載置面２０３Ａ上に載置された基板２４は、図３に示される加熱部２１１により加熱される。基板２４は例えば４５０℃に加熱される。この加熱処理と並行して、供給管２０７、２０８のそれぞれから反応室２０１へ基板２４の処理に必要なガスが供給される。本実施の形態では、ガスとして窒素（N2）ガス及び酸素（O2）が供給され、基板２４の表面上に絶縁性保護膜が成膜される。なお、放射温度計（パイロメータ等）を用いた非接触式の温度測定方法の場合、上述の通り、低温域で加熱された基板２４の温度を測定することは困難である。従って、本実施の形態の温度測定部４０を用いる温度測定方法は、非接触式の温度測定方法において測定が困難な温度帯、例えば５００℃以下の温度帯の温度に加熱された基板２４の温度を測定する際に特に好適に用いることができる。
また、基板載置部２０２及び基板載置部２０３それぞれについて、温度測定部４０を複数個配設することにより、載置面２０２Ａ上、載置面２０３Ａ上にそれぞれ載置された基板２４の面内温度分布を測定するようにしてもよい。
ここで、反応室２０１内の上方に、加熱部２１１に加えて、補助加熱部が配設されてもよい。補助加熱部が配設されると、処理温度に至る時間が短縮されて加熱効率を向上させることができ、又処理温度範囲を拡大することができる。さらに、反応室２０１内の上方に、加熱部２１１に加えて、高周波コイルが配設されてもよい。高周波コイルは高周波電源に接続され、高周波コイルに所定の高周波電源が供給されるとプラズマを発生させることができる。プラズマの発生により、基板２４にアッシング処理やプラズマＣＶＤ処理を行うことができる。
基板２４の基板処理が終了すると、大気搬送室１２から処理室２０、２２へ搬送した手順と逆の手順により、反応室２０１から大気搬送室１２へ基板２４が搬送される。搬送された基板２４はキャリア２６に収容される。なお、上記基板処理方法では、処理室２０の反応室２０１、処理室２２の反応室２０１のそれぞれにおいて同時に２枚の基板２４に基板処理が行われているが、１つの反応室２０１において１枚の基板２４に基板処理が行われてもよい。上記基板処理は、図１に示される制御部３０の記憶媒体に格納された基板処理プログラムに従って制御部３０のコンピュータにより実行されている。
（本実施の形態の作用及び効果）
本実施の形態に係る基板処理装置１０は、図５〜図８に示されるように、載置面２０２Ａ上に突出して基板載置部２０２に設けられた弾性変形可能な温度センサ４２を有する温度測定部４０を備える。温度センサ４２の先端部４２Ａは載置面２０２Ａ上に基板２４を載置するだけで基板２４の裏面に接触し、弾性変形により撓むことにより先端部４２Ａと基板２４の裏面との接触が確実なものとなる。同様に、基板処理装置１０は、載置面２０３Ａ上に突出して基板載置部２０３に設けられた弾性変形可能な温度センサ４２を有する温度測定部４０を備える。温度センサ４２の先端部４２Ａは載置面２０３Ａ上に基板２４を載置するだけで基板２４の裏面に接触し、弾性変形により撓むことにより先端部４２Ａと基板２４の裏面との接触が確実なものとなる。このため、基板２４の成膜状態にかかわらず、基板２４の温度測定の精度を簡易に向上させることができる。
図１４に、本実施の形態に係る温度測定部４０を使用した基板２４の温度の測定結果と比較例に係る温度の測定結果とが示されている。図１４の横軸は基板加熱時間（秒）、縦軸は基板加熱温度（℃）である。比較例に係る測定結果は、熱電対付き基板を用いた温度の測定結果であり、実線により示されている。一方、温度測定部４０を使用した基板２４の温度の測定結果は、破線により示され、比較例に係る測定結果と実質的に同一となる。すなわち、本実施の形態に係る基板処理装置１０によれば、比較例に係る熱電対付き基板に匹敵する高い精度により温度を測定することができる。
また、本実施の形態に係る基板処理装置１０では、特に図７に示されるように、温度測定部４０の温度センサ４２の先端部４２Ａは、載置面２０２Ａ上に載置される基板２４の裏面に接触し、かつ、弾性変形により載置面２０２Ａよりも下方に収められる。同様に、温度センサ４２の先端部４２Ａは、載置面２０３Ａ上に載置される基板２４の裏面に接触し、かつ、弾性変形により載置面２０３Ａよりも下方に収められる。このため、温度測定部４０は載置面２０２Ａ又は載置面２０３Ａへの基板２４の載置を妨げることなく、この温度測定部４０を用いて高い精度により温度を測定することができる。
さらに、本実施の形態に係る基板処理装置１０では、温度測定部４０の温度センサ４２は、耐熱金属管内に熱電対素線が挿入されたシース熱電対により構成される（図７参照）。このため、温度センサ４２の特に先端部４２Ａに撓みを持たせ、高い精度により温度を測定することができる。
また、本実施の形態に係る基板処理装置１０では、シース熱電対の耐熱金属管は０．５ｍｍ以下の直径に設定される。耐熱金属管の直径を小さくすることにより、温度センサ４２の熱容量が小さくなり、温度センサ４２の過渡応答性を向上させることができる。このため、温度測定部４０を用いて短時間で高い精度により温度を測定することができる。
さらに、本実施の形態に係る基板処理装置１０では、図７に示されるように、温度センサ４２の先端部４２Ａの突出方向は載置面２０２Ａ又は載置面２０３Ａに対して傾斜させる。このため、先端部４２Ａは、基板２４の裏面に傾いた状態から接触を開始するので、撓み易くなる。すなわち、先端部４２Ａは撓むことにより基板２４の裏面に確実に接触させられるので、高い精度により温度を測定することができる。
また、本実施の形態に係る基板処理装置１０では、図５に示されるように、搬送機構としてのロボットアーム２２０のフィンガー２２３の支持部位２２３Ａを収納する収納部２２５が基板載置部２０２、２０３に配設され、温度測定部４０の温度センサ４２は収納部２２５に配設される。このため、収納部２２５を利用しているので、簡易に温度測定部４０を配設することができる。また、温度測定部４０を配設しても基板処理装置１０の大型化を防止することができる。
さらに、本実施の形態に係る基板処理装置１０では、図５〜図８に示されるように、温度測定部４０は、温度センサ４２を取付部材４４に取付けて、この取付部材４４を収納部２２５内に固定することにより配設される。このため、温度センサ４２を取付部材４４により簡単に収納部２２５に固定することができる。
また、本実施の形態に係る基板処理装置１０では、特に図５及び図８（Ｄ）に示されるように、取付部材４４は、基板載置部２０２又は２０３の収納部２２５の溝壁から離間された固定部位４４Ｄを有し、温度センサ４２は固定部位４４Ｄに取付けられる。このため、基板載置部２０２又は２０３から温度センサ４２の特に先端部４２Ａに測定ノイズとなる温度が伝わり難いので、高い精度により温度を測定することができる。さらに、取付部材４４は、突起部４４Ｇを介して収納部２２５のＵ溝に接触し、固定される構造となっているため、基板載置部２０２又は２０３から温度センサ４２へ伝わる熱を低減することができる。
さらに、本実施の形態に係る基板処理装置１０では、図３に示されるように、処理室２０、２２において、加熱部２１１は基板載置部２０２、２０３に内蔵されているので、コンパクトな反応室２０１を実現することができる。
また、本実施の形態に係る基板処理方法は、基板載置部２０２の載置面２０２Ａ上又は基板載置部２０３の載置面２０３Ａ上に基板２４を載置する工程を備える。加えて、基板処理方法は、載置面２０２Ａ上又は載置面２０３Ａ上に突出する温度測定部４０の温度センサ４２を基板２４に接触させて載置面２０２Ａ又は載置面２０３Ａよりも下方に弾性変形させる工程を備える。このため、温度センサ４２の先端部４２Ａと基板２４の裏面との接触が確実なものとなるので、基板２４の成膜状態にかかわらず、基板２４の温度測定の精度を簡易に向上させることができる基板処理方法を提供することができる。
さらに、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法、基板処理プログラム並びに記録媒体では、上記本実施の形態に係る基板処理方法により得られる作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
（その他の実施の形態）
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変形可能である。例えば、本発明は、温度測定部の温度センサの先端部を変形し難い高い剛性により形成し、先端部を回動可能とし、ばね等の弾性部材を用いて載置面上に先端部の突出状態を維持するように構成してもよい。この場合、先端部の上に基板が載置されると、基板の自重により弾性部材が撓むことにより、先端部が基板裏面に接触した状態が維持される。
また、本発明は、フィンガーの支持部位の収納部を利用しないで、基板載置部の外側に温度測定部を配設してもよい。また、フィンガーの支持部位の収納部とは異なる、別の凹部（貫通穴、切欠き等も含む）を基板載置部に設け、温度測定部をこの凹部内に配設するようにしてもよい。
また、本発明は、温度センサを円柱コイル状（螺旋状）に形成することにより、円柱の長さ方向におけるバネ性（弾性）を持たせるようにしてもよい。円柱コイル状になった温度センサの先端部に基板を載置することにより、基板の自重で温度センサを撓ませて、先端部が基板裏面に接触した状態を維持することができる。
本発明によれば、基板の成膜状態にかかわらず、基板の温度測定の精度を簡易に向上させることができる技術を提供することができる。
１０ 基板処理装置 ２０、２２ 処理室 ２４ 基板 ２０２、２０３ 基板載置部 ２２３ フィンガー ２２３Ａ 支持部位 ２２５ 収納部 ４０ 温度測定部 ４２ 温度センサ ４４ 取付部材

Claims (9)

  1. 載置面を有し、当該載置面に基板が載置される基板載置部と、
    前記基板を保持可能なアームを備え、前記アームにより保持された前記基板を前記載置面上に搬送することができるように構成された基板搬送機構と、
    前記載置面に載置される前記基板を加熱する加熱部と、
    シース熱電対により構成され、先端が温度検出部を構成する弾性変形可能な温度センサと、を備え、
    前記基板載置部は、前記アームの少なくとも一部が収容されるように構成される凹部又は切欠部を備えており、
    前記温度センサは前記載置面の下から前記載置面の上まで延びており、前記先端が、前記凹部又は切欠部の内側から前記載置面の上に突出している、
    基板処理装置。
  2. 前記温度センサは、前記載置面に前記基板が載置されると、前記先端が前記基板の裏面に接触するとともに、前記載置面から突出する部分が前記載置面の下に収まるように弾性変形するように構成されている、請求項１記載の基板処理装置。
  3. 前記温度センサは、前記載置面に前記基板が載置されると、前記基板の自重のみによって弾性変形して前記載置面から突出する部分が前記載置面の下に収まるように構成されている、請求項２記載の基板処理装置。
  4. 前記温度センサは、前記シース熱電対自体が弾性変形するように構成されている、請求項１記載の基板処理装置。
  5. 前記シース熱電対の直径は０．５ｍｍ以下である、請求項１記載の基板処理装置。
  6. 前記シース熱電対の前記載置面から突出する部分は、前記載置面に対して傾斜するように設けられる、請求項１記載の基板処理装置。
  7. 前記凹部又は切欠部の内側には、前記温度センサが固定されるように構成される取付部材が設けられ、
    前記取付部材は、突起状の支持部を備え、前記取付部材は前記支持部を介して前記基板載置部に対して固定されるように構成される、請求項１記載の基板処理装置。
  8. 前記加熱部は前記基板載置部内に設けられている、請求項７記載の基板処理装置。
  9. 載置面を有し、当該載置面に基板が載置される基板載置部と、前記基板を保持可能なアームを備え、前記アームにより保持された前記基板を前記載置面上に搬送することができるように構成された基板搬送機構と、前記載置面に載置される前記基板を加熱する加熱部と、 シース熱電対により構成され、先端が温度検出部を構成する弾性変形可能な温度センサと、を備え、前記基板載置部は、前記アームの少なくとも一部が収容されるように構成される凹部又は切欠部を備えており、前記温度センサは前記載置面の下から前記載置面の上まで延びており、前記先端が、前記凹部又は切欠部の内側から前記載置面の上に突出している、基板処理装置の前記載置面に基板を載置する工程と、
    前記基板を加熱する工程と、
    前記温度センサを用いて前記基板の温度を測定する工程と、
    を備えた半導体装置の製造方法。
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