JP7189326B2 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム - Google Patents

基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム Download PDF

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Description

本開示は、基板処理装置、半導体装置の製造方法および記録媒体に関する。
半導体デバイスの製造工程における基板（ウェハ）の熱処理では、例えば縦型基板処理装置が使用されている。縦型基板処理装置では、基板保持具によって複数の基板を垂直方向に配列して保持し、基板保持具を処理室内に搬入する。その後、処理室を加熱した状態で処理室内に処理ガスを導入し、基板に対して薄膜形成処理が行われる。この様な縦型基板処理装置において、反応炉内の累積膜厚と温度との関係に基づいて、加熱装置を制御する技術がある。例えば、特許文献１、特許文献２等に記載されている。
特開２００３－１０９９０６号公報 特開２０１０－１１８６０５号公報
本開示は、基板に対して薄膜形成処理を行っている最中の測定データを用いて薄膜形成処理を制御することにより、基板に形成する薄膜の膜厚をより正確に制御して形成することを可能にする技術を提供するものである。
本開示の一態様では、基板処理装置を、複数枚の基板を保持する基板保持具と、基板を保持した基板保持具を収容する反応管と、反応管内を加熱する加熱部と、反応管に収容された基板保持具に保持された基板に処理ガスを供給するガス供給部と、反応管の内部から処理ガスを排気する排気部と、反応管内の温度を計測する温度計測部と、加熱部で加熱した状態で反応管の内部にガス供給部から処理ガスを供給する事により形成される膜の反射率を計測する反射率計測部と、温度計測部で計測した反応管の内管と外管との間の温度情報と反射率計測部で計測した膜の反射率情報とを用いて基板保持具上に保持されて反応管に収容された基板に形成する膜の成膜条件をフィードバック制御する制御部とを有する技術に関する。
本開示によれば、累積膜厚増加に伴うヒータ出力に対する反応管内部の設定昇温速度と実施の昇温速度との乖離を解消することができるので、オーバーシュートを緩和することができ、半導体デバイスの生産コストを下げることが可能になる。
実施例１に係る縦型基板処理装置の概略の構成を示すブロック図である。 実施例１に係る縦型基板処理装置において、ボートを上昇させて反応管の内部に収容した状態における処理炉の概略の断面構造を示すブロック図である。 実施例１に係る縦型基板処理装置の制御部の構成を示すブロック図である。 実施例１に係る縦型基板処理装置による基板の処理手順を示すフロー図である。 実施例１に係る縦型基板処理装置における反応炉に設けたヒータと温度検出部、反射率計測部および温度制御部の概略の構成を示すブロック図である。 実施例２に係る縦型基板処理装置の概略の構成を示すブロック図である。 実施例３に係る縦型基板処理装置における処理炉の概略の断面構造を示すブロック図である。 実施例４に係る縦型基板処理装置における反応炉に設けたヒータと温度検出部、反射率計測部および温度制御部の概略の構成を示すブロック図である。 （a）は、実施例１に係る反射率と膜厚との関係を示すグラフ、（ｂ）は膜厚と温度との関係を示すグラフである。
図１～図３を用いて、実施例１に係る半導体製造装置の構成について説明する。
（１）半導体製造装置の全体構成
本実施形態において、半導体製造装置は、半導体装置（デバイス）の製造方法における製造工程の一工程として熱処理等の基板処理工程を実施する縦型基板処理装置（以下、処理装置と称する）１として構成されている。図１に示すように、処理装置１は、移載室１２４と、移載室１２４の上方に配置された処理炉２を有する。図１は、複数の基板７を支持するボート２１が移載室１２４の側に下降している状態を示し、図２は、ボート２１が上昇して処理炉２の内部にある状態を示している。
処理炉２は、鉛直方向に延びた円筒形状の反応管４と、反応管４の外周に設置された炉本体３１０に取り付けられた第１加熱手段（炉体）としてのヒータ３とを備える。反応管４は、例えば石英（ＳｉＯ）や炭化シリコン（ＳｉＣ）等の耐熱性材料により形成される。
反応管４の下端開口部には、円筒形のマニホールド５が、Ｏリング等のシール部材を介して連結され、反応管４の下端を支持している。マニホールド５は、例えばステンレス等の金属により形成される。マニホールド５の中央の開口部は円盤状の蓋部１９によって開閉される。蓋部１９は、例えば金属により円盤状に形成される。蓋部１９の上面には図２に示すようにＯリング等のシール部材１９Ａが設置されており、これにより、反応管４内と外気とが気密にシールされる。
蓋部１９上には、断熱部２２が載置される。断熱部２２は、例えば石英により形成される。断熱部２２の上方には、基板保持具（基板保持部）としてのボート２１が設置される。ボート２１は、天板２１ａと、底板２１ｃと、天板２１ａと底板２１ｃとの間に複数本設置された支柱２１ｂとで構成される。ボート２１は、支柱２１ｂに複数段形成された溝に基板７を載置することにより、複数枚、例えば２５～１５０枚の基板７を、水平姿勢で、かつ互いに中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に支持する。そこでは基板７は、一定の間隔を空けて配列させる。ボート２１は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料より形成される。断熱部２２とボート２１とにより基板保持体が構成される。基板処理の際、ボート２１は、内管４Ｂの内部に収納される。
断熱部２２は、蓋部１９を貫通する回転軸１２８に接続される。回転軸１２８は、蓋部１９の下方に設置された回転機構１３０に接続されている。回転機構１３０によって回転軸１２８を回転させることにより、断熱部２２およびボート２１を回転させることができる。
移載室１２４内には、基板移載機１５６と、ボート２１と、昇降機構としてのボートエレベータ１３２とが配置される。基板移載機１５６は、例えば５枚の基板７を取り出すことができるアーム（ツィーザ）１５６ａを有している。基板移載機１５６は、図示しない駆動手段によりアーム１５６ａを上下回転動作させることにより、ポッドオープナ１５８の位置に置かれたポッド１６０とボート２１との間にて、基板７を搬送させることが可能なように構成される。ボートエレベータ１３２は、蓋部１９を上下に昇降させることにより、反応管４に対してボート２１を搬入出させる。移載室１２４の構成の詳細については後述する。
処理装置１は、基板処理に使用されるガスを反応管４内に供給するガス供給機構１３４を備えている。ガス供給機構１３４が供給するガスは、成膜される膜の種類に応じて適宜換えられる。ガス供給機構１３４は、原料ガス供給部（原料ガス供給系）、反応ガス供給部（反応ガス供給系）および不活性ガス供給部（不活性ガス供給系）を含む。
原料ガス供給系は、ガス供給管９を備え、ガス供給管９には、上流側から順に、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１０および開閉弁であるバルブ１１が設けられている。ガス供給管９はマニホールド５の側壁を貫通するノズル８に接続される。ノズル８は、反応管４内に上下方向に沿って立設し、ボート２１に保持される基板７に向かって開口する複数の供給孔が形成されている。ノズル８の供給孔を通して基板７に対して原料ガスが供給される。
以下、同様の構成にて、反応ガス供給系からは、ガス供給管９、ＭＦＣ１０、バルブ１１およびノズル８を介して、反応ガスが基板７に対して供給される。不活性ガス供給系からは、ガス供給管１２、ＭＦＣ１３、バルブ１４およびノズル８を介して、反応ガスが基板７に対して供給される。
マニホールド５には、排気管１５が取り付けられている。排気管１５には、反応管４内の圧力を検出する圧力検出器（圧力検出部）としての圧力センサ１６および圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）バルブ１７を介して、真空排気装置としての真空ポンプ１８が接続されている。このような構成により、反応管４内の圧力を処理に応じた処理圧力とすることができる。
図１に示すように、回転機構１３０、ボートエレベータ１３２、基板移載機１５６、ガス供給機構１３４（ＭＦＣ１０，１３およびバルブ１１，１４）、ＡＰＣバルブ１７、クリーンユニット１６２、移載室ガス供給機構１７８（ＭＦＣ１３８ｃおよびバルブ１４０ｃ）には、図２に示すように、これらを制御するコントローラ２９が接続される。コントローラ２９は、例えば、ＣＰＵを備えたマイクロプロセッサ（コンピュータ）を含んで構成され、処理装置１の動作を制御するよう構成される。
処理炉２は、後述する反応管４の筒部を加熱するために、上下方向に沿って配置されたメインヒータとしてのヒータ３を有する。ヒータ３は例えば、円筒形状であり、後述する反応管４の筒部（本実施形態では側部）に上下方向に沿って配置されている。ヒータ３は、上下方向に複数に分割された複数のヒータユニットで構成されている。なお、ヒータ３は、反応管４の外側を囲む様に設けられても良い。本実施形態では、ヒータ３は、上方から下方に向かって順にアッパヒータ３０１と、センタアッパヒータ３０２と、センタロアヒータ３０３と、ロアヒータ３０４と、を備えている。ヒータ３は、保持板としてのヒータベース（図示せず）に支持されることにより、処理装置１の設置床に対して垂直に据え付けられている。アッパヒータ３０１と、センタアッパヒータ３０２と、センタロアヒータ３０３と、ロアヒータ３０４の温度とは、それぞれ独立して温度が制御される。
ヒータ３の内側に、反応容器（処理容器）を構成する反応管４が配設されている。反応管４は、上端が閉塞し下端が開口した円筒形状に形成されている。反応管４は、下端のフランジ部４Ｃにおいて互いに結合した外管４Ａと内管４Ｂとを有する２重管構造とされている。言い換えると、外管４Ａと内管４Ｂは、それぞれ円筒状に形成されており、外管４Ａの内部に内管４Ｂが配置されている。
外管４Ａの下部には、フランジ部４Ｃが設けられている。フランジ部４Ｃは、外管４Ａよりも大きな外径を有し、外側へ突出している。反応管４の下端寄りには、外管４Ａ内と連通する排気ポート４Ｄが設けられる。これらを含む反応管４全体は単一の材料で一体に形成される。外管４Ａは、内側を真空にしたときの圧力差に耐えうるように、比較的肉厚に構成されている。
マニホールド５は、円筒又は円錐台形状で金属製又は石英製であり、反応管４の下端を支えるように設けられている。マニホールド５の内径は、反応管４の内径（フランジ部４Ｃの内径）よりも大きく形成されている。これにより、反応管４の下端（フランジ部４Ｃ）と蓋部１９との間に後述する円環状の空間を形成される。この空間もしくはその周辺の部材を炉口部と総称する。
内管４Ｂは、排気ポート４Ｄよりも反応管の奥側で、その側面において内側と外側を連通させる主排気口４Ｅを有し、また、主排気口４Ｅと反対の位置において供給スリット４Ｆを有する。主排気口４Ｅは、基板としての基板７が配置されている領域に対して開口する単一の縦長の開口としてもよいし、円周方向に延びた複数のスリットとしてもよい（図１参照）。供給スリット４Ｆは、円周方向に伸びたスリットであり、各基板７に対応するように垂直方向に複数並んで設けられている。
外管４Ａと内管４Ｂの間のガス供給空間Ｓ１には、供給スリット４Ｆの位置に対応させて、原料ガス等の処理ガスを供給する１本以上のノズル８が設けられている。ノズル８には、処理ガス（原料ガス）を供給するガス供給管９がマニホールド５を貫通して接続されている。
ノズル８から外管４Ａと内管４Ｂの間の排気空間Ｓに供給された処理ガスは、ヒータ３で加熱されながら供給スリット４Ｆを通って内管４Ｂの内部に入り、各基板７の端から端へ横断して各基板７の隙間（最上段の基板にあっては、天板２１aとの隙間）を基板７の表側面に平行に流れる。この基板７の表側面に平行に流れた処理ガスは、内管４Ｂの主排気口４Ｅから外管４Ａと内管４Ｂの間の排気空間Ｓに流れ、排気ポート４Ｄから排気される。
ノズル８の側面や上端には、ガスを供給する１ないし複数のガス供給孔８Ｈが設けられている。複数のガス供給孔８Ｈは、供給スリット４Ｆのそれぞれの開口に対応させて、反応管４の中心を向くように開口させることで、内管４Ｂを通り抜けて基板７に向けてガスを噴射することができる。
排気ポート４Ｄには、反応管４内の雰囲気を排気する排気管１５が接続されている。排気管１５には、反応管４の内部の圧力を検出する圧力検出器（圧力計）としての圧力センサ１６および圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Auto Pressure Controller）バルブ１７を介して、真空排気装置としての真空ポンプ１８が接続されている。ＡＰＣバルブ１７は、真空ポンプ１８を作動させた状態で弁を開閉することで、反応管４の内部の真空排気および真空排気停止を行うことができる。更に、ＡＰＣバルブ１７は、真空ポンプ１８を作動させた状態で、圧力センサ１６により検出された圧力情報に基づいて弁開度を調節することで、反応管４内の圧力を調整することができるように構成される。主に、排気管１５、ＡＰＣバルブ１７、圧力センサ１６により、排気系が構成される。真空ポンプ１８を排気系に含めて考えてもよい。
また、蓋部１９の上面には、マニホールド５の下端内周より内側の部分に対し、蓋部１９を保護するカバープレート２０が設置されている。カバープレート２０は、例えば、石英、サファイヤ、またはＳｉＣ等の耐熱耐蝕性材料で形成され、円板状に形成されている。カバープレート２０は、機械的強度が要求されないため、薄い肉厚で形成されうる。カバープレート２０は、蓋部１９と独立して用意される部品に限らず、蓋部１９の上面にコーティングされた或いは表面が改質された、窒化物等の薄膜或いは層であってもよい。カバープレート２０はまた、円周の縁からマニホールド５の内面に沿って立ち上がる壁を有しても良い。
反応管４の内管４Ｂの内部には、基板保持具としてのボート２１が収容されている。ボート２１は、直立した複数の支柱２１ｂのと、複数の支柱２１ｂの上端を互いに固定する円板状の天板２１aとを備えている。ここで、ボート２１の天板２１aは、天板の一例である。なお、本実施形態では、ボート２１は、複数の支柱２１ｂの下端部に円環状の底板２１cを備えているが、これに代えて、円板状の底板を設けてもよい。
反応管４の内管４Ｂの内径は、ボート２１を安全に搬入出可能な最小限の内径を有することが望ましい。
ボート２１の下部には断熱部（断熱構造体）２２が配設されている。断熱部２２は、上下方向の熱の伝導或いは伝達が小さくなるような構造を有し、通常、内部に空洞を有する。内部は軸パージガスによってパージされうる。反応管４において、ボート２１が配置されている上部分を基板７の処理領域Ａ、断熱部２２が配置されている下部分を断熱領域Ｂと呼ぶ。
蓋部１９の反応管４と反対側には、ボート２１を回転させる回転機構１３０が設置されている。回転機構１３０には、軸パージガスのガス供給管２４が接続されている。ガス供給管２４には、上流方向から順に、ＭＦＣ２５およびバルブ２６が設けられている。このパージガスの１つの目的は、回転機構１３０の内部（例えば軸受け）を、反応管４内で用いられる腐食性ガスなどから守ることである。パージガスは、回転機構１３０から回転軸１２８に沿って供給され、断熱部２２内に導かれる。
ボートエレベータ１３２は、反応管４の外部下方に垂直に備えられ、蓋部１９を昇降させる昇降機構（搬送機構）として動作する。これにより、蓋部１９に支えられたボート２１および基板７が、反応管４の内外に搬入出される。なお、蓋部１９が最下位置に降りている間、蓋部１９の代わりに反応管４の下端開口を塞ぐシャッタ（不図示）を設けることもできる。
コントローラ２９は、図３に示すように、ＭＦＣ１０、１３、２５、１３８ｃ、バルブ１１、１４、２６、１４０ｃ、圧力センサ１６、ＡＰＣバルブ１７、真空ポンプ１８、回転機構１３０、ボートエレベータ１３２、反射率計２０１－２０５等の各構成と電気的に接続され、それらを自動制御する。また、コントローラ２９は、ヒータ３（アッパヒータ３０１、センタアッパヒータ３０２、センタロアヒータ３０３、ロアヒータ３０４）、温度センサ３１１，３１２等の各構成と電気的に接続され、ヒータ３を自動制御する。
コントローラ２９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１２、ＲＡＭ（Random Access Memory）２１４、記憶装置２１６、Ｉ／Ｏポート２１８を備えたコンピュータとして構成される。ＲＡＭ２１４、記憶装置２１６、Ｉ／Ｏポート２１８は、内部バス２２０を介して、ＣＰＵ２１２とデータ交換可能なように構成される。Ｉ／Ｏポート２１８は、上述の各構成に接続されている。コントローラ２９には、例えばタッチパネル等との入出力装置２２２及び外部記憶装置２２４が接続されている。
記憶装置２１６は、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等で構成されている。記憶装置２１６内には、処理装置１の動作を制御する制御プログラムや、処理条件に応じて処理装置１の各構成に成膜処理等を実行させるためのプログラム（プロセスレシピやクリーニングレシピ等のレシピ）が読み出し可能に格納されている。ＲＡＭ２１４は、ＣＰＵ２１２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。
ＣＰＵ２１２は、記憶装置２１６から制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置２２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置２１６からレシピを読み出し、レシピに沿うように各構成を制御する。
コントローラ２９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、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＨＤＤ）２２４に持続的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２１６や外部記憶装置２２４は、コンピュータ読み取り可能な有体の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。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２２４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。
コントローラ２９は、個々のダミー基板の使用履歴を管理する。つまりダミー基板のそれぞれについて、前記基板保持具に保持されて前記製品基板とともに処理された履歴を、膜厚の累積値として保持する。そして、前記累積値が規定値を超えた時に所定の記録動作、報告動作あるいは当該ダミー基板を前記基板保持具から取り除く動作を行う。
（２）基板処理工程（成膜工程）
図４を用いて、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、基板７上に、金属膜を形成する工程の一例としてＴｉＮ層を形成する工程について説明する。ＴｉＮ層などの金属膜を形成する工程は、上述した処理装置１の反応管４の内部で実行される。上述した通り、製造工程の実行は、図３のコントローラ２９のＣＰＵ２１２のプログラム実行によってなされる。
本実施形態による基板処理工程（半導体装置の製造工程）では、
（ａ）反応管４内に収容された基板７に対して、ＴｉＣｌ４ガスを供給する工程と、
（ｂ）反応管４内の残留ガスを除去する工程と、
（ｃ）反応管４内に収容された基板７に対して、ＮＨ３を供給する工程と、
（ｄ）反応管４内の残留ガスを除去する工程と、
を有し、前記（ａ）～（ｄ）を複数回繰り返して、ＴｉＮ層を形成する工程と、
を有し、ＴｉＮ層を基板７上に形成する。
なお、本明細書において「基板」という言葉を用いた場合は、「基板そのもの」を意味する場合や、「基板とその表面に形成された所定の層や膜等との積層体（集合体）」を意味する場合（すなわち、表面に形成された所定の層や膜等を含めて基板と称する場合）がある。また、本明細書において「基板の表面」という言葉を用いた場合は、「基板そのものの表面（露出面）」を意味する場合や、「基板上に形成された所定の層や膜等の表面、すなわち、積層体としての基板の最表面」を意味する場合がある。
なお、本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も、「ウェハ」という言葉を用いた場合と同義である。
（基板搬入）
複数枚の基板７がボート２１に装填（基板チャージ：Ｓ４０１）されると、図１に示されているように、複数枚の基板７を支持したボート２１は、ボートエレベータ１３２によって持ち上げられて反応管４の内部に搬入（ボートロード：Ｓ４０２）される。この状態で、蓋部１９はＯリングで形成されたシール部材１９Ａを介して反応管４の下端開口を閉塞した状態となる。
（圧力調整および温度調整）
反応管４の内部が所望の圧力（真空度）となるように真空ポンプ１８によって真空排気される。この際、反応管４の内部の圧力は、圧力センサ１６で測定され、この測定された圧力情報に基づき、ＡＰＣバルブ１７がフィードバック制御される（圧力調整）。真空ポンプ１８は、少なくとも基板７に対する処理が完了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。また、反応管４の内部が所望の温度となるようにヒータ３によって加熱される。この際、反応管４の内部が所望の温度分布となるように、温度センサ３１１及び３１２が検出した温度情報に基づきヒータ３への通電量がフィードバック制御される（温度調整：Ｓ４０３）。ヒータ３による反応管４の内部の加熱は、少なくとも基板７に対する処理が完了するまでの間は継続して行われる。
［ＴｉＮ層形成工程］
続いて、第１の金属層として例えば金属窒化層であるＴｉＮ層を形成するステップを実行する。
（ＴｉＣｌ４ガス供給（ステップＳ４０４））
バルブ１１を開き、ガス供給管９内に原料ガスであるＴｉＣｌ４ガスを流す。ＴｉＣｌ４ガスは、ＭＦＣ１０により流量調整され、ノズル８のガス供給孔８Ｈから反応管４の内部に供給され、排気管１５から排気される。このとき、基板７に対してＴｉＣｌ４ガスが供給されることとなる。このとき同時にバルブ１４を開き、ガス供給管１２内にＮ２ガス等の不活性ガスを流す。ガス供給管１２内を流れたＮ２ガスは、ＭＦＣ１３により流量調整され、ＴｉＣｌ４ガスと一緒に反応管４内に供給され、排気管１５から排気される。
Ｎ２ガスは、ガス供給管１２、ノズル８を介して反応管４の内部に供給され、排気管１５から排気される。このときヒータ３の温度は、基板７の温度が、例えば２５０～５５０℃の範囲内の温度となるような温度に設定する。
反応管４に流しているガスはＴｉＣｌ４ガスとＮ２ガスのみであり、ＴｉＣｌ４ガスの供給により、基板７（表面の下地膜）上に、例えば１原子層未満から数原子層程度の厚さのＴｉ含有層が形成される。
（残留ガス除去（ステップＳ４０５））
反応管４の内部に所定の時間ＴｉＣｌ４ガスを供給して基板７の表面にＴｉ含有層が形成された後、バルブ１１を閉じ、ＴｉＣｌ４ガスの供給を停止する。このとき、排気管１５のＡＰＣバルブ１７は開いたままとして、真空ポンプ１８により反応管４の内部を真空排気し、反応管４内に残留する未反応もしくはＴｉ含有層形成に寄与した後のＴｉＣｌ４ガスを反応管４内から排除する。このときバルブ１４は開いたままとして、Ｎ２ガスの反応管４への供給を維持する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用し、反応管４内に残留する未反応もしくはＴｉ含有層形成に寄与した後のＴｉＣｌ４ガスを反応管４内から排除する効果を高めることができる。
（ＮＨ３ガス供給（ステップＳ４０６））
反応管４内の残留ガスを除去した後、ＮＨ３ガス供給用のバルブ１１を開き、ＮＨ３ガス供給用のガス供給管９内に、反応ガスとしてＮ含有ガスであるＮＨ３ガスを流す。ＮＨ３ガスは、ＮＨ３ガス供給用のＭＦＣ１０により流量調整され、ＮＨ３ガス供給用のノズル８のガス供給孔８Ｈから反応管４内に供給され、排気管１５から排気される。このとき基板７に対して、ＮＨ３ガスが供給されることとなる。このとき、ＮＨ３ガス供給用のバルブ１４は閉じた状態として、Ｎ２ガスがＮＨ３ガスと一緒に反応管４内に供給されないようにする。すなわち、ＮＨ３ガスはＮ２ガスで希釈されることなく、反応管４内に供給され、排気管１５から排気される。
このとき、ＴｉＣｌ４ガス供給用のノズル８内へのＮＨ３ガスの侵入を防止するために、バルブ１４を開き、ガス供給管１２内にＮ２ガスを流す。Ｎ２ガスは、ＮＨ３ガス供給用のガス供給管１２、ノズル８を介して反応管４内に供給され、排気管１５から排気される。この場合、反応ガスであるＮＨ３ガスを、Ｎ２ガスで希釈することなく、反応管４内へ供給するので、ＴｉＮ層の成膜レートを向上させることが可能である。なお、基板７近傍におけるＮ２ガスの雰囲気濃度も調整可能である。このときのヒータ３の温度は、ＴｉＣｌ４ガス供給ステップと同様の温度に設定する。
このとき反応管４内に流しているガスは、ＮＨ３ガスとＮ２ガスのみである。ＮＨ３ガスは、ＴｉＣｌ４ガス供給ステップで基板７上に形成されたＴｉ含有層の少なくとも一部と置換反応する。置換反応の際には、Ｔｉ含有層に含まれるＴｉとＮＨ３ガスに含まれるＮとが結合して、基板７上にＴｉとＮとを含むＴｉＮ層が形成される。
（残留ガス除去（ステップＳ４０７））
ＴｉＮ層を形成した後、ＮＨ３ガス供給用のバルブ１１を閉じて、ＮＨ３ガスの供給を停止する。そして、ステップＳ４０５と同様の処理手順により、反応管４内に残留する未反応もしくはＴｉＮ層の形成に寄与した後のＮＨ３ガスや反応副生成物を反応管４内から排除する。
（所定回数実施）
上記したステップＳ４０４～ステップＳ４０７を順に行うサイクルを１回以上（所定回数（ｎ回））行うことにより（Ｓ４０８）、基板７上に、所定の厚さ（例えば０．１～２ｎｍ）のＴｉＮ層を形成する。上述のサイクルは、複数回繰り返すのが好ましく、例えば１０～８０回ほど行うことが好ましく、より好ましくは１０～１５回ほど行う。
（アフターパージおよび大気圧復帰）
ガス供給管１２のそれぞれからＮ２ガスを反応管４内へ供給し、排気管１５から排気する。Ｎ２ガスはパージガスとして作用し、これにより反応管４内が不活性ガスでパージされ、反応管４内に残留するガスや副生成物が反応管４内から除去される（アフターパージ：Ｓ４１０）。その後、反応管４内の雰囲気が不活性ガスに置換され（不活性ガス置換）、反応管４内の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）。
（基板搬出）
その後、ボートエレベータ１３２により蓋部１９が下降されて、反応管４の下端が開口される。そして、処理済の基板７がボート２１に支持された状態で反応管４の下端からその外部に搬出（ボートアンロード：Ｓ４１１）される。その後、処理済の基板７は、ボート２１より取り出される（基板ディスチャージ：Ｓ４１２）。
図１及び図２では説明を簡単にするために図示を省略したが、処理炉２は、図５に示すように、分割した各ヒータ３０１～３０４に対応する位置に、それぞれ温度センサ３１２および３１１と反射率計２０１～２０４とが取り付けられており、それらはコントローラ（制御部）２９とつながっている。一方、図５においては、説明を簡単にするために、原料ガスを供給するノズル８の表示を省略してある。
ヒータ３は、処理炉２の内壁面に沿って取り付けられ、複数のブロックに分割されて、各ブロック毎に温度制御される。図５に示したヒータ３は、アッパヒータ３０１、センタアッパヒータ３０２、センタロアヒータ３０３、ロアヒータ３０４の４つのブロックに分けた例を示している。
反応管４の外管４Ａの内側と処理炉２のヒータ３に沿った位置には、分割された各ヒータ３０１-３０４に対応して温度センサ３１２および３１１が取り付けられている。外管４Ａの内側に設置する温度センサ３１２は、カスケード熱電対で構成されている。処理炉２のヒータ３に沿った位置で、分割された各ヒータ３０１～３０４に対応した位置に設けた温度センサ３１１は、ヒータ熱電対である。
また、各ヒータの高さ方向の中央部付近には、アッパヒータ３０１、センタアッパヒータ３０２、センタロアヒータ３０３、ロアヒータ３０４それぞれのヒータに設けられた穴を貫いて、反射率計２０１～２０４が取り付けられている。反射率計２０１～２０４は、反応管４の外管４Ａの反射率を測定する。なお、ここでは、反射率計を４つ設けた例を示したが、少なくともいずれか１つを設ける様に構成しても良い。
カスケード熱電対で構成された温度センサ３１２で検出される複数の個所の温度検出信号、及びヒータ熱電対で構成された各ヒータ３０１～３０４に対応した位置に設けた温度センサ３１１からの温度検出信号は、温度制御部２６０における温度制御器２３０の温度変換機２３１に入力されて、温度情報に変換される。
一方、反射率計２０１～２０４で検出された信号は、温度制御部２６０の反射率計測器２４０に入力して、反射率データに変換される。反射率計測器２４０で求められた反射率のデータは、演算部２５０に入力される。演算部２５０では、反射率計測器２４０で求められた各反射率計２０１～２０４で検出して得られたそれぞれの信号反射率データから、予め求めて記憶装置２１６に記憶されている反射率と膜厚の関係に基づいて、反応管４の内管４Ｂの各部に付着した膜の膜厚を求める。
記憶装置２１６には、反応管４の外管４Ａの内側に設置した温度センサ３１２の検出温度と内管４Ｂのボート２１に積載された基板７の温度との関係を、外管４Ａの内側の各部に付着した膜の膜厚ごとに温度制御係数として記憶しておく。ボート２１に積載された基板７の温度は、熱電対を張り付けた基板７を、ボート２１の所定の位置（高さ）に搭載して測定すればよい。
演算部２５０においては、反射率計２０１～２０４で検出された信号から求めた反応管４の外管４Ａの各部に付着した膜の膜厚の情報に基づいて、記憶装置２１６に記憶しておいた温度制御係数の中から膜厚に対応した温度制御係数を抽出し、この抽出した温度制御係数を用いて、温度センサ３１２の検出信号から温度変換機２３１で得られた外管４Ａの内側の温度情報を修正して外管４Ａの内部の温度を求め、目標値との差を外管４Ａの各部ごとに算出し、外管４Ａの各部ごとの制御目標温度を算出する。
ここで、温度制御係数は、予め測定された反射率と膜厚との関係を示すデータと、膜厚と温度制御係数の対応データ（対応表（不図示））によって、抽出される様に構成した。しかし、これに限るものでは無い。例えば、図９の（ａ）に示すように、反射率と膜厚との間にはある関係があり、また、（ｂ）に示すように、膜厚と温度との間にもある関係がある。この図９の（ａ）と（ｂ）とに示す関係から、温度係数と、反射率（膜厚）には、一定の関係がある。そこで、この関係の近似式データを記憶装置２１６に記憶しておき、反射率のデータと近似式データとを基に、演算部２５０で、温度係数を演算（算出）する様に構成しても良い。
この算出された制御目標温度と温度変換機２３１で求められた各部の温度との差分がＰＩＤ制御部（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２３２に入力されて、各ヒータ３０１～３０４に印加する電力信号が作られる。
ＰＩＤ制御部２３２で作成され各ヒータに印可する電力信号は、ＳＣＲ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｅｄ Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ：シリコン制御整流器）２７０に入力し、ＳＣＲ２７０で整流されて各ヒータ３０１～３０４に入力して、各ヒータ３０１～３０４の温度が個別に制御される。
このような構成を備えた温度制御部２６０でヒータ３を制御しながら、上記に（２）基板処理工程（成膜工程）で説明したように、図４の処理フローに沿って処理して、基板７の表面に薄膜を形成する。
この基板処理工程（成膜工程）のＳ４０４からＳ４０７の工程を繰り返し実行している最中に、温度制御部２６０は、反射率計２０１～２０４で検出された反応管４の外管４Ａの壁面の反射率計測データを用いて算出された制御目標温度と、温度センサ３１２および３１１で検出された処理炉２の内部の各部の温度データに基づいて温度変換機２３１で求められた各部の温度との差分に基づいてＰＩＤ制御部２３２において各ヒータに印加する電力信号が作られＳＣＲ２７０を介して各ヒータ３０１～３０４の温度が個別にフィードバック制御される。
このように、反射率計２０１～２０４で検出された反応管４の外管４Ａの壁面の反射率計測データを用いてリアルタイムで各ヒータ３０１～３０４の温度を個別にフィードバック制御することにより、成膜を繰り返し実行して反応管４の内壁面に形成される膜の厚さが徐々に増加していった場合でも、実際の膜厚のデータに基づいて各ヒータ３０１～３０４の温度を個別に制御することができる。これにより、反応管４の内部での成膜条件を一定に維持することが可能になり、基板７の表面に形成する薄膜の品質の安定化を図ることができる。
また、一般に、成膜開始時には基板７の温度を急速に立ち上げるために、各ヒータ３０１～３０４に印加する電圧を定常運転時よりも多めに設定するが、反射率計２０１～２０４で検出された反応管４の外管４Ａの壁面の反射率計測データを用いてリアルタイムで各ヒータ３０１～３０４の温度を個別にフィードバック制御することにより、オーバーシュートを防止することができ、基板７の表面に形成する薄膜の品質の安定化を図ることができる。
さらに、反応管４の外管４Ａの壁面の反射率計測データを用いてリアルタイムで計測することにより、反応管４の外管４Ａの内壁面に付着した膜の膜厚情報を得ることができ、反応管４のクリーニングのタイミングを判断することができる。これにより、反応管４の外管４Ａの内壁面に付着した膜が厚くなることによる各ヒータ３０１～３０４の加熱効率の低下を防ぐことができる。さらに、反応管４の外管４Ａの内壁面に付着して厚く成長した膜の一部が剥がれ落ちて、ボート２１に載置した基板７に付着するのを防止できる。
本実施例によれば、基板処理における反応管の壁面への累積膜厚増加による反応管内部の温度バラツキを改善することができ、基板処理の均一化を図ることができる。
また、実施例によれば、累積膜厚増加に伴うヒータ出力に対する反応管内部の設定昇温速度と実施の昇温速度との乖離を解消することができるので、加熱開始時のオーバーシュートを緩和することができ、半導体装置の製造コストの低減や、基板処理効率の改善が期待できる。
［変形例］
図１，２、及び５に示した構成においては、処理炉２のヒータ３として、電気抵抗を利用した抵抗加熱型のヒータ３０１～３０４を用いた例を示したが、これをランプヒータのような放射光による加熱機構に替えてもよい。
このように、処理炉２の熱源としてランプヒータを用いた場合、抵抗加熱型のヒータ３０１～３０４を用いた場合と比べて加熱開始時の温度の立ち上がりを急峻にすることができる。これにより、反応管４の内部の温度を、加熱開始から所定の温度となるまでの時間を短縮することができ、薄膜形成のスループットを向上させることができる。
処理炉２の熱源としてランプヒータを用いて加熱開始時の温度の立ち上がりを急峻にした場合、反応管４の内部の温度がオーバーシュートするのを防ぐために、実施例１で説明したのとは異なる、ランプヒータによる加熱に対応させた温度制御が必要になる。
すなわち、反応管４の外管４Ａの壁面に付着した膜厚ごとに求めた、反射率計２０１～２０４で検出された反射率計測データと反応管４の内管４Ｂ内部の温度との関係に基づいて、温度制御部２６０でランプヒータに印加する電力を制御する。
反応管４の内部の温度が所定の温度になって、
本変形例によれば、処理炉２のヒータ３として、ランプヒータを用いた場合においても、実施例１で説明したのと同様に、温度制御部２６０によりランプヒータで構成されたヒータ３を制御しながら、上記に（２）基板処理工程（成膜工程）で説明したように、図４の処理フローに沿って処理して、基板７の表面に薄膜を形成する。
この基板処理工程（成膜工程）のＳ４０４からＳ４０７の工程を繰り返し実行している最中に、温度制御部２６０は、反射率計２０１～２０４で検出された反応管４の外管４Ａの壁面の反射率計測データを用いて算出された制御目標温度と、温度センサ３１２および３１１で検出された処理炉２の内部の各部の温度データに基づいて温度変換機２３１で求められた各部の温度との差分に基づいてＰＩＤ制御部２３２において実施例１で説明した各ヒータ３０１～３０４に相当する各ランプヒータに印加する電力信号が作られＳＣＲ２７０を介して各ランプヒータの温度が個別にフィードバック制御される。
実施例１においては、反射率計２０１～２０４を処理炉２の各ヒータ３０１～３０４の位置に取り付けて反応管４の外管４Ａの壁面の反射率を計測して各ヒータ３０１～３０４の温度を個別に制御することに利用する例について説明した。これに対して本実施例では、図６に示すように、成膜が終了してボート２１を移載室１２４の側に下降させるときに、移載室１２４の側に取り付けた反射率計２１５でボート２１の支柱２１ｂの反射率を支柱２１ｂに沿って測定するような構成とした。
このような構成とすることにより、図２に示した成膜時の各ヒータ３０１～３０４の位置に対応する支柱２１ｂの各位置（高さ方向）の反射率データを得ることができる。そして、この測定して得られた支柱２１ｂの反射率のデータを図５で説明した温度制御部２６０の反射率計測器２４０に入力し、演算部２５０で処理することにより、支柱２１ｂの高さ方向の各位置における膜厚の情報が得られる。
この得られた支柱２１ｂの高さ方向の各位置における膜厚の情報は、新たな基板７を搭載したボート２１を移載室１２４から反応管４の内部に上昇させて成膜処理を行うときに各ヒータ３０１～３０４の出力を制御する場合に用いることができる。
本実施例によれば、反射率計を処理炉２の内部に取り付ける必要がなくなり、より簡素な構成で、成膜時の温度制御パラメータを変更することができる。
また、ボート２１を移載室１２４の側に下降させるときに、回転機構１３０によって回転軸１２８を回転させてボート２１を回転させることにより、ボート２１に取り付けられた複数の支柱２１ｂの反射率を反射率計２１５で計測することができる。これにより、支柱２１ｂの高さ方向のゾーンごとに複数のデータを得ることができ、ゾーン毎にその平均値を用いて温度制御部でヒータ３０１～３０４毎に制御することにより、より精度の高いフィードバック制御を行うことができる。
［変形例］
実施例２の変形例として、実施例１と実施例２の構成を組み合わせてもよい。
すなわち、実施例１で説明した図１及び２に記載したような反射率計２０１～２０４を処理炉側のヒータ３に備え、且つ、移載室１２４の側には、実施例２で説明したような反射率計２０６を備える構成とする。
このような構成とすることにより、各ヒータ３０１～３０４にそれぞれ反射率計２０１～２０４を取付けて反応管４の内部でボート２１に載置された基板７に成膜処理痛に反射率計２０１～２０４で計測した外管４Ａの反射率測定データから反応管４のクリーニングの時期を判断し、反射率計２０６で計測したボート２１の支柱２１ｂの反射率測定データからボート２１のクリーニングのタイミングを判断することができる。
第３の実施例として、反射率計で、反応管４の内管４Ｂの内部の状態を直接モニタ出来るようにした構成について、図７を用いて説明する。
図７に示した構成において、２０６は実施例１及び２で説明したものと同じ反射率モニタで、蓋部１９に固定されている。本実施例における反射率モニタは、反射率計２０６とその先端部分に取り付けられた石英パイプ２０７で構成される。石英パイプ２０７の先端部分は、内管４Ｂの内部に達している。
図７では、反射率計２０６と石英パイプ２０７との組み合わせを１組だけ表示したが、石英パイプ２０７の長さを各ヒータ３０１～３０４の高さ方向のほぼ中央の位置に対応する長さにした、複数の組（図7の構成の場合は、４組）設置されている。また、本実施例においても、実施例１において図５で説明したような温度センサ３１１と３１２とを備えている。
内管４Ｂの内部でボート２１にセットされた基板７の表面に成膜するときに、石英パイプ２０７の先端部分にも成膜されて、反射率計２０６で検出する石英パイプ２０７の先端部分の反射率が、石英パイプ２０７の先端部分に成膜された膜の膜厚に応じて変化する。反射率計２０６で石英パイプ２０７の先端部分の反射率の変化をモニタすることで、実施例1で説明したような手順でボート２１にセットされた基板７の表面の成膜状態を推定することができる。この石英パイプ２０７の先端部分に付着した膜の反射率の変化情報を用いて各ヒータ３０１～３０４を実施例１で説明したように、基板処理工程（成膜工程）のＳ４０４からＳ４０７の工程を繰り返し実行している最中に、温度制御部２６０は、反射率計２０６で検出された石英パイプ２０７の先端部分の反射率計測データを用いて算出された制御目標温度と、温度センサ３１２および３１１で検出された処理炉２の内部の各部の温度データに基づいて温度変換機２３１で求められた各部の温度との差分に基づいてＰＩＤ制御部２３２において各ヒータに印加する電力信号が作られＳＣＲ２７０を介して各ヒータ３０１～３０４の温度が個別にフィードバック制御される。
このように、反射率計２０６で検出された反応管４の内管４Ｂの内側における石英パイプ２０７の先端部分に付着した膜の反射率計測データを用いてリアルタイムで各ヒータ３０１～３０４の温度を個別にフィードバック制御することにより、成膜を繰り返し実行して反応管４の内壁面に形成される膜の厚さが徐々に増加していった場合でも、各ヒータ３０１～３０４の温度を個別に制御することができる。これにより、反応管４の内部での成膜条件を一定に維持することが可能になり、基板７の表面に形成する薄膜の品質の安定化を図ることができる。
また、一般に、成膜開始時には基板７の温度を急速に立ち上げるために、各ヒータ３０１～３０４に印加する電圧を定常運転時よりも多めに設定するが、反射率計２０６で検出された反応管４の内管４Ｂの内側における石英パイプ２０７の先端部分に付着した膜の反射率計測データを用いてリアルタイムで各ヒータ３０１～３０４の温度を個別にフィードバック制御することにより、オーバーシュートを防止することができ、基板７の表面に形成する薄膜の品質の安定化を図ることができる。
さらに、反応管４の内管４Ｂの内側における石英パイプ２０７の先端部分に付着した膜の反射率計測データを用いてリアルタイムで計測することにより、反応管４の外管４Ａの内壁面に付着した膜の厚さを推定することができ、反応管４のクリーニングのタイミングを判断することができる。これにより、反応管４の外管４Ａの内壁面に付着した膜が厚くなることによる各ヒータ３０１～３０４の加熱効率の低下を防ぐことができる。さらに、反応管４の外管４Ａの内壁面に付着して厚く成長した膜の一部が剥がれ落ちて、ボート２１に載置した基板７に付着するのを防止できる。
第４の実施例として、実施例１で説明した構成に加えて、ボート２１にセットする基板７の中に、表面に熱電対が張り付けられた温度計測用基板を用いた例を示す。
本実施例の構成は基本的には実施例１で説明した処理装置１と同じであり、図８に記載したように、ボート２１の一番下の段に表面に熱電対が張り付けられた温度計測用基板７１を用いている。また、図８に示した温度制御部２６０の構成については、ハード的には実施例１で図５を用いて説明した構成と同じであるので、同じ番号で表示する。
このような構成において、温度計測用基板７１で測定された基板温度のデータは、温度制御部２６０における温度制御器２３０の温度変換機２３１に入力され処理されて、実施例１で説明したのと同様に、カスケード熱電対で構成された温度センサ３１２及びヒータ熱電対で構成された各ヒータ３０１～３０４に対応した位置に設けた温度センサ３１１からの温度検出信号と共に、温度情報に変換される。
一方、反射率計２０１～２０４で検出された信号は、実施例１の場合と同様に、温度制御部２６０の反射率計測器２４０に入力して、反射率データに変換される。反射率計測器２４０で求められた反射率のデータは、演算部２５０に入力される。演算部２５０では、反射率計測器２４０で求められた各反射率計２０１～２０４で検出して得られたそれぞれの信号反射率データから、予め求めて記憶装置２１６に記憶されている反射率と膜厚の関係に基づいて、反応管４の内管４Ｂの各部に付着した膜の膜厚を求める。
記憶装置２１６には、反応管４の外管４Ａの内側に設置した温度センサ３１２の検出温度と温度計測用基板７１で測定された基板温度及び内管４Ｂのボート２１に積載された基板７の温度との関係を、反応管４の外管４Ａの内側の各部に付着した膜の膜厚に対応させて、膜厚毎に温度制御係数として記憶しておく。ボート２１に積載された基板７の温度は、温度計測用基板７１に相当する基板７をボート２１の所定の位置（高さ）に搭載して測定すればよい。
演算部２５０においては、反射率計２０１～２０４で検出された信号から求めた反応管４の外管４Ａの各部に付着した膜の膜厚の情報に基づいて、記憶装置２１６に記憶しておいた温度制御係数の中から膜厚に対応した温度制御係数を抽出し、この抽出した温度制御係数を用いて、温度センサ３１２の検出信号から温度変換機２３１で得られた外管４Ａの内側の温度情報を修正して外管４Ａの内部の温度を求め、目標値との差を外管４Ａの各部ごとに算出し、外管４Ａの各部ごとの制御目標温度を算出する。
この算出された制御目標温度と温度変換機２３１で求められた各部の温度との差分がＰＩＤ制御部（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２３２に入力されて、各ヒータ３０１～３０４に印加する電力信号が作られる。
ＰＩＤ制御部２３２で作成され各ヒータに印可する電力信号は、ＳＣＲ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｅｄ Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ：シリコン制御整流器）２７０に入力し、ＳＣＲ２７０で整流されて各ヒータ３０１～３０４に入力して、各ヒータ３０１～３０４の温度が個別に制御される。
このような構成を備えた温度制御部２６０でヒータ３を制御しながら、上記に（２）基板処理工程（成膜工程）で説明したように、実施例１において説明した図４の処理フローに沿って処理して、基板７の表面に薄膜を形成する。
この基板処理工程（成膜工程）のＳ４０４からＳ４０７の工程を繰り返し実行している最中に、温度制御部２６０は、反射率計２０１～２０４で検出された反応管４の外管４Ａの壁面の反射率計測データを用いて算出された制御目標温度と、温度センサ３１１と３１２で検出された処理炉２の内部の各部の温度データ及び温度計測用基板７１で測定された基板温度に基づいて温度変換機２３１で求められた各部の温度との差分に基づいてＰＩＤ制御部２３２において各ヒータに印加する電力信号が作られＳＣＲ２７０を介して各ヒータ３０１～３０４の温度が個別にフィードバック制御される。
本実施例によれば、実施例1で説明した効果に加えて、反射率計２０１～２０４で検出された反応管４の外管４Ａの壁面の反射率計測データを用いてリアルタイムで各ヒータ３０１～３０４の温度を個別にフィードバック制御することにより、成膜を繰り返し実行して反応管４の内壁面に形成される膜の厚さが徐々に増加していった場合でも、実際の膜厚のデータに基づいて各ヒータ３０１～３０４の温度を個別に制御することができる。これにより、反応管４の内部での成膜条件を一定に維持することが可能になり、基板７の表面に形成する薄膜の品質の安定化を図ることができる。
また、一般に、成膜開始時には基板７の温度を急速に立ち上げるために、各ヒータ３０１～３０４に印加する電圧を定常運転時よりも多めに設定するが、反射率計２０１～２０４で検出された反応管４の外管４Ａの壁面の反射率計測データを用いてリアルタイムで各ヒータ３０１～３０４の温度を個別にフィードバック制御することにより、オーバーシュートを防止することができ、基板７の表面に形成する薄膜の品質の安定化を図ることができる。
さらに、反応管４の外管４Ａの壁面の反射率計測データを用いてリアルタイムで計測することにより、反応管４の外管４Ａの内壁面に付着した膜の膜厚情報を得ることができ、反応管４のクリーニングのタイミングを判断することができる。これにより、反応管４の外管４Ａの内壁面に付着した膜が厚くなることによる各ヒータ３０１～３０４の加熱効率の低下を防ぐことができる。さらに、反応管４の外管４Ａの内壁面に付着して厚く成長した膜の一部が剥がれ落ちて、ボート２１に載置した基板７に付着するのを防止できる。
なお、実施例１の変形例を本実施例に適用して、処理炉２のヒータ３として、電気抵抗を利用した抵抗加熱型のヒータ３０１～３０４に替えて、ランプヒータのような放射光による加熱機構を採用してもよい。
なお、上述の実施例では、反応管を、内管と外管とで構成する例について記したが、これに限るものでは無い。反応管を外管だけで構成しても良い。
また、本開示は、以下の実施形態を含む。
内管と前記内管の外周を覆う外管とを備えた反応管の前記内管の内部に複数の基板を保持した基板保持具を収容するステップを記録した記録部と、
前記反応管の前記内管の内部に前記基板保持具を収容した状態で前記基板を加熱部により加熱するステップを記録した記録部と、
前記基板が加熱された状態でガス供給部から前記反応管の内部に処理ガスを供給して前記基板の表面に膜を形成するステップを記録した記録部と備え、
前記基板の表面に膜を形成するステップを記録した記録部は、
前記反応管の前記内管と前記外管との間で温度を温度計測部で計測するステップと、
前記加熱部で加熱して前記反応管の内部に前記ガス供給部から処理ガスを供給することにより形成される膜の反射率を反射率計測部で計測するステップと、
前記温度計測部で計測した前記反応管の前記内管と前記外管との間の温度情報と前記反射率計測部で計測した前記膜の反射率情報とを用いて制御部により前記基板保持具上に保持されて前記反応管に収容された前記基板に形成する膜の成膜条件をフィードバック制御するステップとを含んで記録していることを特徴とする記録媒体。
 産業上の利用分野
本開示による発明は、半導体デバイスの製造工程において、基板上に薄膜を形成する工程に利用することができる。
１・・・縦型基板処理装置（処理装置） ２・・・処理炉 ３・・・ヒータ ４・・・反応管 ７・・・基板 ８・・・ノズル ２１・・・ボート ２９・・・コントローラ １２４・・・移載室 ２０１，２０２，２０３，２０４・・・反射率計 ２３０・・・温度制御器 ２４０・・・反射率計測器 ２６０・・・温度制御部 ３０１・・・アッパヒータ ３０２・・・センタアッパヒータ ３０３・・・センタロアヒータ ３０４・・・ロアヒータ ３１１，３１２・・・温度センサ。

Claims (17)

  1. 複数枚の基板を保持する基板保持具と、
    前記基板保持具に保持された前記基板を収容する反応管と、
    前記反応管内を加熱する加熱部と、
    前記反応管の内部に収容された前記基板に処理ガスを供給するガス供給部と、
    前記反応管の内部から前記処理ガスを排気する排気部と、
    前記反応管内の温度を計測する温度計測部と、
    前記ガス供給部から前記処理ガスを供給する事により形成される膜の反射率を計測する反射率計測部と、
    前記温度計測部で計測した温度情報と前記反射率計測部で計測した反射率情報とを用いて前記反応管に収容された前記基板に形成する膜の成膜条件のフィードバック制御を実行可能に構成された制御部と、
    前記温度計測部で計測した前記反応管内の検出温度と前記基板保持具に保持されて前記反応管の内部に収容された基板の温度との関係を前記反応管の管壁に形成された膜の膜厚ごとに温度制御係数として記憶しておく記憶部と、
    を備えた基板処理装置。
  2. 前記制御部は、前記基板に形成する前記膜の成膜条件として、前記加熱部により前記基板を加熱する加熱条件のフィードバック制御を実行可能に構成される請求項１記載の基板処理装置。
  3. 前記反射率計測部は、前記加熱部に形成された穴を通して前記反応管の管壁の反射率を計測する請求項１記載の基板処理装置。
  4. 前記加熱部は、前記反応管の内部を高さごとに複数のゾーンに分けて加熱し、前記反射率計測部は、前記加熱部で加熱する複数のゾーンに対応する位置ごとの前記反応管の管壁の反射率を計測し、前記制御部は、前記反射率計測部で計測した情報を用いて前記加熱部を前記複数のゾーンごとに前記基板に形成する前記膜の成膜条件をフィードバック制御する請求項１記載の基板処理装置。
  5. 前記反応管の下部に位置して前記基板保持具を移載する移載室と、
    前記基板保持具を前記反応管と前記移載室との間で上昇または下降させる反応管上下駆動部とをさらに備え、
    前記反射率計測部は、前記反応管上下駆動部が駆動して前記基板保持具を前記反応管から前記移載室へ下降させる途中において、前記基板保持具に付着した膜の反射率を複数の個所について計測する請求項１記載の基板処理装置。
  6. 前記反応管上下駆動部は前記基板保持具を回転させながら前記反応管から前記移載室へ下降させ、前記反射率計測部は、前記回転しながら下降する前記基板保持具の周囲の複数の個所の反射率を計測する請求項５記載の基板処理装置。
  7. 前記反射率計測部は前記反応管の管壁の反射率を計測する第1の反射率計測部と前記基板保持具に付着した前記膜の反射率を計測する第２の反射率計測部とを備え、前記制御部は、前記第１の反射率計測部で計測した前記反応管の反射率情報を用いて前記反応管のクリーニングのタイミングを判定し、前記第２の反射率計測部で計測した前記基板保持具に付着した前記膜の反射率情報を用いて前記基板保持具のクリーニングのタイミングを判定する請求項５記載の基板処理装置。
  8. 前記制御部は、前記反射率計測部で計測して得られた反射率の情報から前記計測して領域の膜厚を求め、前記求めた膜厚の情報に基づいて前記記憶部に記憶された前記温度制御係数を用いて前記加熱部により前記基板を加熱する加熱条件にフィードバック制御する請求項１記載の基板処理装置。
  9. 複数枚の基板を保持する基板保持具と、
    前記基板保持具に保持された前記基板を収容する反応管と、
    前記反応管内を加熱する加熱部と、
    前記反応管の内部に収容された前記基板に処理ガスを供給するガス供給部と、
    前記反応管の内部から前記処理ガスを排気する排気部と、
    前記反応管内の温度を計測する温度計測部と、
    前記ガス供給部から前記処理ガスを供給する事により形成される膜の反射率を計測する反射率計測部と、
    前記温度計測部で計測した温度情報と前記反射率計測部で計測した反射率情報とを用いて前記反応管に収容された前記基板に形成する膜の成膜条件のフィードバック制御を実行可能に構成された制御部と、を備え、
    前記反射率計測部は、前記反応管の内部に挿入した石英パイプの先端部分に形成された膜の反射率を計測する基板処理装置。
  10. 前記基板保持具は、表面に熱電対を装着した基板を含めて前記複数枚の基板を保持し、前記制御部は、前記温度計測部で計測した前記反応管内の温度情報及び前記基板保持具に保持された前記表面に熱電対を装着した基板の温度情報と前記反射率計測部で計測した前記膜の反射率情報とを用いて前記反応管の内部で前記基板保持具に保持された前記基板に形成する膜の成膜条件をフィードバック制御する請求項１記載の基板処理装置。
  11. 前記加熱部はランプヒータを備えて、前記反応管の周囲を囲んで前記反応管内の内部に収容された前記基板保持具上に保持された前記基板を前記ランプヒータで加熱し、前記制御部は、前記反射率計測部で計測して得られた反射率の情報を用いて前記ランプヒータで加熱を開始するときの加熱条件を制御する請求項１記載の基板処理装置。
  12. 前記制御部は、前記基板の処理中に前記成膜条件のフィードバック制御行うことが可能に構成される
    請求項１に記載の基板処理装置。
  13. 反応管の内部に、基板保持具に保持された複数の基板を収容する工程と、
    前記反応管内に前記基板保持具を収容した状態で前記基板を加熱する工程と、
    前記反応管の内部にガス供給部から処理ガスを供給して前記基板の表面に膜を形成する工程と、
    前記反応管内の検出温度と前記基板保持具に保持されて前記反応管の内部に収容された基板の温度との関係を前記反応管の管壁に形成された膜の膜厚ごとに温度制御係数として記憶する工程と、
    を備え、
    前記基板の表面に膜を形成する工程は、
    前記反応管内で温度を計測する工程と、
    前記ガス供給部から前記処理ガスを供給することにより形成される膜の反射率を計測する工程と、
    前記温度を計測する工程で計測した温度情報と前記反射率を計測する工程で計測した反射率情報とを用いて制御部により前記基板に形成する膜の成膜条件をフィードバック制御する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  14. 前記基板に形成する膜の成膜条件をフィードバック制御する工程では、前記基板に形成する膜の成膜条件として、前記基板を加熱する加熱条件をフィードバック制御する請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
  15. 反応管の内部に、基板保持具に保持された複数の基板を収容する工程と、
    前記反応管内に前記基板保持具を収容した状態で前記基板を加熱する工程と、
    前記反応管の内部にガス供給部から処理ガスを供給して前記基板の表面に膜を形成する工程と、を備え、
    前記基板の表面に膜を形成する工程は、
    前記反応管内で温度を計測する工程と、
    前記ガス供給部から前記処理ガスを供給することにより、前記反応管の内部に挿入した石英パイプの先端部分に形成された膜の反射率を計測する工程と、
    前記温度を計測する工程で計測した温度情報と前記反射率を計測する工程で計測した反射率情報とを用いて制御部により前記基板に形成する膜の成膜条件をフィードバック制御する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  16. 反応管の内部に基板保持具に保持された複数の基板を収容させる手順と、
    前記反応管の内部の前記基板を加熱させる手順と、
    前記反応管の内部に処理ガスを供給して前記基板の表面に膜を形成させる手順と、
    前記反応管内の検出温度と前記基板保持具に保持されて前記反応管の内部に収容された基板の温度との関係を前記反応管の管壁に形成された膜の膜厚ごとに温度制御係数として記憶させる手順と、
    を備え、
    前記基板の表面に膜を形成させる手順は、
    前記反応管内で温度を計測させる手順と、
    前記処理ガスを供給することにより形成される膜の反射率を計測させる手順と、
    前記温度を計測させる手順で計測した温度情報と前記反射率を計測される手順で計測した反射率情報とを用いて前記基板に形成する膜の成膜条件をフィードバック制御させる手順と、
    をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。
  17. 反応管の内部に基板保持具に保持された複数の基板を収容させる手順と、
    前記反応管の内部の前記基板を加熱させる手順と、
    前記反応管の内部に処理ガスを供給して前記基板の表面に膜を形成させる手順と、を備え、
    前記基板の表面に膜を形成させる手順は、
    前記反応管内で温度を計測させる手順と、
    前記処理ガスを供給することにより、前記反応管の内部に挿入した石英パイプの先端部分に形成された膜の反射率を計測させる手順と、
    前記温度を計測させる手順で計測した温度情報と前記反射率を計測される手順で計測した反射率情報とを用いて前記基板に形成する膜の成膜条件をフィードバック制御させる手順と、
    をコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。
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