特許 7034324 基板温度センサ、温度制御システム、基板処理装置および半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-03-03

(45)【発行日】2022-03-11

(54)【発明の名称】基板温度センサ、温度制御システム、基板処理装置および半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/31 20060101AFI20220304BHJP

   C23C 16/46 20060101ALI20220304BHJP

【ＦＩ】

H01L21/31 B

C23C16/46

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2020548523

(86)(22)【出願日】2019-09-17

(86)【国際出願番号】 JP2019036426

(87)【国際公開番号】W WO2020059722

(87)【国際公開日】2020-03-26

【審査請求日】2021-01-13

(31)【優先権主張番号】P 2018173328

(32)【優先日】2018-09-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】318009126

【氏名又は名称】株式会社ＫＯＫＵＳＡＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣ

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】赤尾 徳信

(72)【発明者】

【氏名】村田 等

(72)【発明者】

【氏名】田中 昭典

(72)【発明者】

【氏名】上野 正昭

【審査官】田中 崇大

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－３０２２１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１４７９７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２２９３３１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００６－１７３１５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２００１３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－００６７３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｃ２３Ｃ １６／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板保持具が回転する際に基板と同様に回転すると共に基板の温度を測定する基板温度センサと、該基板温度センサと処理室の外側で接続され、基板と同様に回転するように構成される送信機と、該送信機から出力される信号を受信する受信機と、を有する温度制御システムにおける基板温度センサであって、
前記基板が載置された状態で処理室に挿入される基板保持具の少なくとも底板に設けられる切り欠きに設置される保護管内に設けられる基板温度センサ。

【請求項2】

更に、前記基板保持具の支柱に沿わせるように設けられているケーブルを有する請求項1記載の基板温度センサ。

【請求項3】

更に、前記基板保持具の支柱内に這わせるように設けられているケーブルを有する請求項1記載の基板温度センサ。

【請求項4】

基板保持具が回転する際に基板と同様に回転すると共に基板の温度を測定する基板温度センサと、
前記基板温度センサと処理室の外側で接続され、基板と同様に回転するように構成される送信機と、
前記送信機から出力される信号を受信する受信機と、
前記基板が載置された状態で前記処理室に挿入され、少なくとも底板に設けられる切り欠きに、前記基板温度センサを格納可能に構成される保護管を設ける基板保持具と、
を有するよう構成されている温度制御システム。

【請求項5】

前記基板温度センサは、基板の温度を測定する測温部と、該測温部を構成する素線を包含するケーブルを少なくとも有する請求項４記載の温度制御システム。

【請求項6】

前記保護管は、前記基板保持具の支柱の近傍に設けられる請求項４記載の温度制御システム。

【請求項7】

前記保護管は、クランク状に形成される請求項４記載の温度制御システム。

【請求項8】

更に、前記基板保持具は、基板を保持する基板処理領域を有する基板ホルダ部と、断熱板を保持する断熱領域を有する断熱板ホルダ部と、下端部に切欠きを有するベース部と、を有するように構成される請求項４記載の温度制御システム。

【請求項9】

前記ベース部の厚みは、前記保護管の外径より大きく構成される請求項８記載の温度制御システム。

【請求項10】

前記保護管は、前記切欠きをガイドにして横方向に伸び、前記断熱板ホルダ部の外周で上方向に立ち上がるように構成される請求項８記載の温度制御システム。

【請求項11】

更に、前記基板保持具を回転させる回転機構を有し、
前記回転機構により、前記基板保持具が回転すると同様に前記基板温度センサが回転するように構成される請求項４記載の温度制御システム。

【請求項12】

更に、前記送信機は、前記回転機構の下部に設けられる請求項１１記載の温度制御システム。

【請求項13】

基板が載置された状態で処理室と、
前記基板の温度を測定する基板温度センサと、
前記基板温度センサを格納可能に構成される保護管と、
少なくとも底板に設けられる切り欠きに前記保護管が設けられる基板保持具と、
前記基板保持具を回転させる回転機構と、
前記基板温度センサと処理室の外側で接続され、前記基板と同様に回転するように構成される送信機と、
前記送信機から出力される信号を受信する受信機と、
を有するよう構成されている基板処理装置。

【請求項14】

更に、前記受信機に接続されるコントローラを有し、
前記受信機は、前記送信機が出力したデジタル信号を受信し、受信した前記デジタル信号をアナログ信号に変換し前記コントローラに出力するよう構成されている請求項１３記載の基板処理装置。

【請求項15】

更に、前記処理室と隣接する搬送室が設けられ、
前記受信機は、前記処理室と前記搬送室との境界に設けられる前記送信機から離れた前記搬送室の内壁に設けられる請求項１３記載の基板処理装置。

【請求項16】

前記送信機は、前記回転機構の下部に設けられる請求項１３記載の基板処理装置。

【請求項17】

前記送信機は、入力された信号をデジタル変換し、無線で前記受信機に送信するよう構成されている請求項１３記載の基板処理装置。

【請求項18】

前記基板温度センサは、基板の温度を測定する測温部と、該測温部を構成する素線を包含するケーブルを少なくとも有する請求項１３記載の基板処理装置。

【請求項19】

前記保護管は、前記基板保持具の支柱の近傍に設けられる請求項１３記載の基板処理装置。

【請求項20】

請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の前記基板温度センサにより前記基板の温度を測定しつつ、前記基板を処理する工程を有する半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、基板処理装置、温度制御システム及び半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の熱電対付き基板１０１を用いた基板温度測定時のケーブル１０１ｃの引き回し例を図５に示す。熱電対付き基板１０１を使用した場合、熱電対付き基板１０１から出たケーブル１０１ｃを基板保持具(以後、ボートともいう)３１の柱に沿わせるなどして引き回し、該ボートを支持しつつ閉塞する蓋体としてのシールキャップ(以後、ＣＡＰという)２５の外までケーブル１０１ｃを引き出す。ＣＡＰ２５の外まで引き出されたケーブル１０１ｃをさらに延長し、温度コントローラ６４まで配線しなければならない。

【0003】

しかしながら、この状態でボート３１を回転すると、ケーブル１０１ｃが断線してしまうことがある。このため、ボート３１および基板１を回転することができない場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１４－０６７７６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本開示の目的は、温度センサを基板近傍に設けると共に、回転する基板の基板温度を測定することができる構成を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様によれば、
基板が載置された状態で処理室に挿入される基板保持具と、基板保持具を回転させる回転機構と、基板保持具が回転する際に基板と同様に回転すると共に基板の温度を測定する基板温度センサと、基板温度センサと処理室の外側で接続され、基板と同様に回転するように構成される送信機と、送信機から出力される信号を受信する受信機と、該受信機に接続されるコントローラと、を備えた構成が提供される。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、温度センサを基板近傍に設けると共に、回転する基板の基板温度を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の一実施形態に係る基板処理装置の正面断面図である。

【図2】本開示の一実施形態に係る基板処理装置を示す一部切断正面図である。

【図3】本開示の一実施形態に係る基板処理装置におけるコントローラのハードウェア構成を示す図である。

【図4】熱電対付き基板の例を示す図である。

【図5】熱電対付き基板を用いた基板温度測定時のケーブル引き回し例を説明する図である。

【図6】本開示の一実施形態に係る基板処理装置の概略図を示す図である。

【図7】本開示の一実施形態に係る基板処理装置のボートロード時の遷移を示す概略図であり、図７（ａ）は基板の移載中の状態を示す図であり、図７（ｂ）はボートが上昇中の状態を示す図であり、図７（ｃ）はボートロードが完了した状態を示す図である。

【図8】本開示の一実施形態に係る基板処理工程のフローチャートである。

【図9】図９（ａ）は本開示の一実施形態に係るボートの変形例の分解斜視図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）の縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の一実施の形態を図面に即して説明する。

【0010】

図１に示された基板処理装置１０は、支持された縦形の反応管としてのプロセスチューブ１１を備えており、プロセスチューブ１１は互いに同心円に配置された外管としてのアウタチューブ１２と内管としてのインナチューブ１３とから構成されている。アウタチューブ１２は石英（ＳｉＯ_２）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。インナチューブ１３は上下両端が開口した円筒形状に形成されている。インナチューブ１３の筒中空部はボート３１が搬入される処理室１４を形成しており、インナチューブ１３の下端側(開口空間)はボート３１を出し入れするための炉口部（炉口空間）１５を構成している。後述するように、ボート３１は複数枚の基板（以後、ウエハともいう。）１を長く整列した状態で保持するように構成されている。したがって、インナチューブ１３の内径は取り扱う基板１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。

【0011】

アウタチューブ１２とインナチューブ１３との間の下端部は、略円筒形状に構築された炉口フランジ部としてのマニホールド１６によって気密封止されている。アウタチューブ１２およびインナチューブ１３の交換等のために、マニホールド１６はアウタチューブ１２およびインナチューブ１３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１６が基板処理装置１０の筐体２に支持されることによって、プロセスチューブ１１は垂直に据え付けられた状態になっている。以後、図ではプロセスチューブ１１としてインナチューブ１３を省略する場合もある。

【0012】

アウタチューブ１２とインナチューブ１３との隙間によって排気路１７が、横断面形状が一定幅の円形リング形状に構成されている。図１に示されているように、マニホールド１６の側壁の上部には排気管１８の一端が接続されており、排気管１８は排気路１７の最下端部に通じた状態になっている。排気管１８の他端には圧力コントローラ２１によって制御される排気装置１９が接続されており、排気管１８の途中には圧力センサ２０が接続されている。圧力コントローラ２１は圧力センサ２０からの測定結果に基づいて排気装置１９をフィードバック制御するように構成されている。

【0013】

マニホールド１６の下方にはガス導入管２２がインナチューブ１３の炉口部１５に通じるように配設されており、ガス導入管２２には原料ガス供給装置、反応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。）２３が接続されている。ガス供給装置２３はガス流量コントローラ２４によって制御されるように構成されている。ガス導入管２２から炉口部１５に導入されたガスは、インナチューブ１３の処理室１４内を流通して排気路１７を通って排気管１８によって排気される。

【0014】

マニホールド１６には下端開口を閉塞するＣＡＰ２５が垂直方向下側から接するようになっている。ＣＡＰ２５はマニホールド１６の外径と略等しい円盤形状に構築されており、筐体２の移載室３に設備されたボートカバー３７に保護されたボートエレベータ２６によって垂直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ２６はモータ駆動の送りねじ軸装置およびベローズ等によって構成されており、ボートエレベータ２６のモータ２７は駆動コントローラ２８によって制御されるように構成されている。ＣＡＰ２５の中心線上には回転軸３０が配置されて回転自在に支持されており、回転軸３０は駆動コントローラ２８によって制御されるモータ２９により回転駆動されるように構成されている。回転軸３０の上端にはボート３１が垂直に支持されている。本実施形態では、回転軸３０とモータ２９により回転機構を構成する。

【0015】

ボート３１は上下で一対の端板３２，３３と、これらの間に垂直に架設された三本の保持部材としての支柱(柱)３４とを備えており、三本の支柱３４には多数の保持溝３５が長手方向に等間隔に刻まれている。三本の支柱３４において同一の段に刻まれた保持溝３５同士は、互いに対向して開口するようになっている。ボート３１は三本の支柱３４の同一段の保持溝３５間に基板１を挿入されることにより、複数枚の基板１を水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列させて保持するようになっている。また、三本の支柱３４の同一段の保持溝３９間に断熱板１２０を挿入されることにより、複数枚の断熱板１２０を水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列させて保持するようになっている。

【0016】

つまり、ボート３１は、複数枚の基板１が保持される端板３２から端板３８間の基板処理領域と、複数枚の断熱板１２０が保持される端板３８から端板３３間の断熱板領域とを区別するように構成され、基板処理領域の下方に断熱板領域が配置されるよう構成されている。端板３８と端板３３の間に保持される断熱板１２０により断熱部３６が構成される。

【0017】

回転軸３０はボート３１をＣＡＰ２５の上面から持ち上げた状態に支持するように構成されている。断熱部３６は、炉口部１５に設けられ、炉口部１５を断熱するよう構成されている。また、ＣＡＰ２５の下にはボート３１を回転するモータ２９があり、そのモータ２９は中空モータ構造となっており、回転軸３０がモータ２９を貫通している。

【0018】

図２に示すように、プロセスチューブ１１の外側には、加熱部としてのヒータユニット４０が同心円に配置されて、筐体２に支持された状態で設置されている。これにより、ヒータユニット４０は、ボート３１に保持される基板処理領域内の基板１を加熱するよう構成される。ヒータユニット４０はケース４１を備えている。ケース４１はステンレス鋼（ＳＵＳ）が使用されて上端閉塞で下端開口の筒形状、好ましくは円筒形状に形成されている。ケース４１の内径および全長はアウタチューブ１２の外径および全長よりも大きく設定されている。

【0019】

図２に示すように、ケース４１内には断熱構造体４２が設置されている。断熱構造体４２は、外側に配置された側壁外層（以後、外層ともいう。）４５と、内側に配置された側壁内層（以後、内層ともいう。）４４とを備え、筒形状好ましくは円筒形状に形成されており、その円筒体の側壁部４３が複数層構造に形成されている。

【0020】

また、図２に示すように、ケース４１には、各ゾーンに逆拡散防止体１０４ａを備えたチェックダンパ１０４が設けられている。この逆拡散防止体１０４ａの開閉により冷却エア９０がガス導入路１０７を介してバッファ部１０６に供給されるように構成されている。

【0021】

そして、バッファ部１０６に供給された冷却エア９０は、内層４４内に設けられたガス供給流路１０８を流れ、該ガス供給流路１０８を含む供給経路の一部としての開口部としての開口穴１１０から冷却エア９０を空間７５に供給するように構成されている。

【0022】

図１および図２に示されているように、断熱構造体４２の側壁部４３の上端側には天井部としての天井壁部８０が空間７５を閉じるように被せられている。天井壁部８０には空間７５の雰囲気を排気する排気経路の一部としての排気孔８１が環状に形成されており、排気孔８１の上流側端である下端は内側空間７５に通じている。排気孔８１の下流側端は排気ダクト８２に接続されている。そして、開口穴１１０から空間７５に吹き出した冷却エア９０は排気孔８１および排気ダクト８２によって排気されるように構成されている。尚、図２では、ガス供給系及び排気系が省略されている。

【0023】

図３に示すように、制御部としての制御用コンピュータであるコントローラ２００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｅｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２０１およびメモリ２０２などを含むコンピュータ本体２０３と、通信部としての通信ＩＦ（Ｉｎｔｅｒ ｆａｃｅ）２０４と、記憶部としての記憶装置２０５と、操作部としての表示・入力装置２０６とを有する。つまり、コントローラ２００は一般的なコンピュータとしての構成部分を含んでいる。

【0024】

ＣＰＵ２０１は、操作部の中枢を構成し、記憶装置２０５に記憶された制御プログラムを実行し、表示・入力装置２０６からの指示に従って、記憶装置２０５に記録されているレシピ（例えば、プロセス用レシピ）を実行する。尚、プロセス用レシピは、図８に示す後述するステップＳ１からステップＳ９までの温度制御を含むのは言うまでもない。

【0025】

また、一時記憶部としてのメモリ２０２は、ＣＰＵ２０１のワークエリアとして機能する。

【0026】

通信部２０４は、圧力コントローラ２１、ガス流量コントローラ２４、駆動コントローラ２８、温度コントローラ６４（これらをまとめてサブコントローラということもある。）と電気的に接続されている。コントローラ２００は、この通信部２０４を介してサブコントローラと各部品の動作に関するデータをやり取りすることができる。

【0027】

図６は本開示の一実施形態の基板処理装置の概略図である。図６では処理基板は「１」と表記し省略している。

【0028】

ヒータユニット４０の構造を説明する。ヒータユニット４０は縦方向に複数ゾーンに分割制御可能（図６では５ゾーン分割）なように、ゾーン毎にヒータが設けられているため、複数のヒータが積み重なって構成されている。そして、それぞれのゾーン毎にヒータの温度を測定するヒータ熱電対（第１温度センサ）６５が設置されている。

【0029】

アウタチューブ１２の内側には、チューブ内部の温度を測定するカスケード熱電対（第２温度センサ）６６が設置されている。このカスケード熱電対６６は1つの石英管の中にゾーン数に応じた数の熱電対が収められている構造となっている。そしてその測温点はゾーンに対向した位置に設けられている。

【0030】

基板温度センサとしての基板温度測定部（第３温度センサ）２１１は、ボート３１が回転し基板１が回転する時に、基板１と共に回転するように構成されている。基板温度測定部２１１は、基板温度を測定する測温部２１１ｂと、測温部を構成する素線を包含するケーブル２１１ｃを含む構成となっている。なお、測温部２１１ｂと基板１は必ずしも接触させる必要はない。但し、測温部２１１ｂが処理室１４に配置される構成であるため、測温部２１１ｂを覆う保護部(図示せず)を設けるのが好ましい。また、ケーブル２１１ｃは、ボート３１の支柱３４に沿わせボート３１の下部まで引き出されている。ボート３１の下部まで引き出されたケーブル２１１ｃは、シールキャップ２５に空いた孔に設けられた回転軸３０の孔を通して、シールキャップ２５の下の送信機２２１まで引き回し接続する。

【0031】

この送信機２２１は回転軸３０に固定されており、回転軸３０と共に動く構造になっている。回転軸３０にはケーブル２１１ｃを通す孔が貫通しており、ハーメチックシールなどを使って真空シールをしつつ、ケーブル２１１ｃを処理室１４の外側（例えば、回転軸３０の下部）の送信機２２１まで引き出せる構造となっている。

【0032】

基板温度測定部２１１は、例えば、図４に示すように、熱電対付き基板１０１であってもよい。この基板温度測定部２１１(図４では１０１)をボート３１に載せ、ケーブル２１１ｃ（図４では１０１ｃ）をボート３１の支柱３４に沿わせボート３１の下部まで引き出すことで、基板温度を測温部１０１ｂで測定することができる。

【0033】

なお、基板温度測定部２１１は、温度を電気信号として測定できるものであれば良く、熱電対に限らず、測温抵抗体などの他のセンサでも良い。また、ケーブル２１１ｃは、ボート３１の支柱３４内を這わせて、ボート３１の下部まで引き出されるように構成してもよい。このように構成すれば、送信機２２１までケーブル２１１ｃが処理室１４に配置されることはないので、基板１及びボート３１の回転によるケーブル２１１ｃ断線がない。

【0034】

そして、送信機２２１はケーブル２１１ｃを介して入力された熱電対等の基板温度測定部２１１からの電気信号(電圧)をデジタル変換し、電波に乗せて無線伝送で送信する。

【0035】

ＣＡＰ２５の下のエリアに固定された受信機２２２があり、送信機２２１が出した信号を受信し、受信したデジタル信号をシリアル通信出力する端子（出力端子）２２２ａ、または受信したデジタル信号を例えば４－２０ｍＡなどのアナログ信号に変換し出力する端子（出力端子）２２２ｂがある。このデジタル信号またはアナログ信号の出力信号端子と温度表示器（不図示）または温度コントローラ６４との間をケーブル２２３で接続し、温度データを温度コントローラ６４に入力する。

【0036】

本実施形態では、基板温度測定部２１１、送信機２２１、受信機２２２、温度コントローラ６４により温度制御システムを構成する。この構成にすることで、基板温度測定部２１１、ボート３１、回転軸３０および送信機２２１からなる回転部と、装置に固定された受信機２２２との間はワイヤレス伝送となり、温度データ伝送経路は維持したまま、機械的には切り離される。また、基板温度測定部２１１、ボート３１、回転軸３０および送信機２２１からなる回転部は一体となって回転するため、ケーブル２１１ｃがボート３１に巻き付くことはない。

【0037】

受信機２２２の出力端子２２２ａまたは出力端子２２２ｂから出た信号を温度コントローラ６４に入力し、温度コントローラ６４で温度データとして表示する。また、この温度コントローラ６４に入力された温度データをもとにヒータユニット４０の温度制御を行うことで、アウタチューブ１２とインナチューブ１３との間に設けられた従来のカスケード熱電対での温度制御に比べ、より基板温度を精度よく制御することができる。

【0038】

次に、ボートロード時の動作の遷移図を図７に示す。図７はボート３１に基板１を複数枚搭載し、基板温度測定部２１１を設置した状態での基板上昇動作の遷移図を示している。処理基板は「１」と表記し省略している。

【0039】

図７（ａ）に示すように、移載装置１２５によりボート３１に基板１を搭載する場合、ボート３１の全体は移載室３内に位置し、送信機２２１は移載室３の床付近に位置する。なお、受信機２２２は移載室３の床付近の壁に固定されている。その後、ボート３１への基板１の搭載が終了し、図７（ｂ）に示すように、ボート３１および送信機２２１がボートエレベータ２６（図１参照）によって上昇する。送信機２２１は移載室３の下部から天井に向けて上昇し受信機２２２から遠ざかる。その後、ＣＡＰ２５がマニホールド１６に接して固定され、ボート３１は処理室１４に格納される。

【0040】

送信機２２１は入力された電気信号（電圧）をデジタル変換し、電波に乗せて、移載室３の各部の固定された受信機２２２に無線伝送で送信する。受信機２２２は移載室３の外に設けられた温度コントローラ６４とケーブル２２３で接続されている。

【0041】

この構成にすることで、ＣＡＰ２５の下のエリアである移載室３でケーブルを引き回す必要が無くなる。ケーブルが無くなることで、ボート３１の昇降軸が動作してもケーブル長が足りない、ケーブルがどこかに引っかかって断線するというリスクは無くなる。

【0042】

実施形態によれば、温度データ伝達経路に無線伝送技術を用いることにより、基板１と共に回転する基板温度測定部２１１、ボート３１（回転軸３０）、送信機２２１を含む回転部と、測定した温度を温度コントローラ６４に入力する受信機２２２等の固定部と、を機械的に分離しつつ、温度データ伝達経路としてはつながった状態にできるため、基板温度センサ２１１を基板１近傍に設けつつ、基板１を回転しながら基板温度を測定することが可能となる。また、温度データ伝達経路に無線伝送技術を用いることにより、ボート３１の昇降軸が動作時のケーブルの断線リスクを無くし、基板温度測定の作業性が向上することが可能となる。

【0043】

また、本実施形態によれば、基板１近傍に温度センサを設けることができるので、基板温度を基板１に近い場所で検出できる。これにより、例えば、従来の温度制御に比べ、格段に温度制御性が向上させることができる。

【0044】

実施形態の変形例のボートについて図９を用いて説明する。変形例における基板保持具としてのボート３１は基板処理領域となる基板ホルダ７１と、基板ホルダ７１の下方に配置され、断熱領域となる断熱板ホルダ７２と、筒部としての石英ベース７３と、で構成される。基板ホルダ７１は上下で一対の端板３２，３８ａと、これらの間に垂直に架設された三本の支柱３４ａとを備えており、三本の支柱３４ａには多数の保持ピン３５ａが長手方向に等間隔に設けられている。三本の支柱３４ａにおいて同一の段に設けられた保持ピン３５ａ同士は、互いに対向して突出するようになっている。基板ホルダ７１は三本の支柱３４ａの同一段の保持ピン３５ａ間に基板１が挿入されることにより、複数枚の基板１を水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列させて保持するようになっている。

【0045】

また、断熱板ホルダ７２は端板３８ｂ，３３とこれらの間に垂直に架設された三本の支柱４ｂとを備えており、三本の支柱３４ｂの同一段の保持溝３９ｂ間に断熱板１２０を挿入されることにより、複数枚の断熱板１２０を水平にかつ互いに中心を揃えた状態に整列させて保持するようになっている。つまり、断熱板ホルダ７２と断熱板ホルダ７２に保持される断熱板１２０により断熱部３６が構成される。

【0046】

基板温度センサとしての基板温度測定部２１１は、基板温度を測定する測温部２１１ｂと、測温部を構成する素線を包含するケーブル２１１ｃをクランク状の形状をした石英で形成される保護管７６の内部に格納される。

【0047】

ＣＡＰ２５は基板１を熱処理するときにマニホールド１６とＯリング（不図示）を介してインナチューブ１３に接触することで、炉内をシールする。図示しないがＣＡＰ２５は昇降動作可能なＥ軸に取り付けられており昇降動作が可能である。ＣＡＰ２５の中心には孔が空いており、当該孔の中をボート受け７４が貫通している。ボート受け７４は磁気シールユニット７８でシールされており、炉内の真空を保ちつつＲ軸のモータ２９で回転動作を行うことができる。

【0048】

基板温度測定部２１１を内包する保護管７６は、ボート受け７４の中心に開いている孔を通ってＣＡＰ２５の下に出てくる構造となっている。ＣＡＰ２５の下に出てきた保護管７６は、真空シール可能な固定方法（例えば、Ultra-Torr（登録商標）)によってボート受け７４に固定される。

【0049】

ボート受け７４の上にボート３１の下端部である石英ベース７３を設置する。この石英ベース７３にはＵ字型に切欠きがあり、当該切欠きをガイドにしてボート受け７４の中心から炉内に出た保護管７６が横方向に伸び、断熱板ホルダ７２の外周で再び保護管７６が上方向に立ち上がる構造となっている。石英ベース７３の上に断熱板１２０を複数枚収納できる断熱板ホルダ７２が設置されるが、石英ベース７３の厚みは保護管７６の外径より大きくなっており、保護管７６に荷重がかからないようになっている。

【0050】

断熱板ホルダ７２の天板である端板３８ｂおよび底板である端板３３には、立ち上がった保護管７６が通るための切欠きが設けられている。基板１の近傍に保護管７６を設置するため、ボート３１の基板ホルダ７１の天板である端板３２および底板である端板３８ａにも切欠きが設けられている。これにより基板１の近傍に基板温度測定部２１１の測温点である測温部２１１ｂを配置することができ、従来の反応管壁近傍に設置されたカスケードＴＣより、さらに基板１に近い温度を測定することができる。なお、保護管７６は支柱３４ａ，３４ｂの近傍に設けられている。

【0051】

基板ホルダ７１、断熱板ホルダ７２および石英ベース７３で構成されるボート３１および基板温度測定部２１１、は、ボート受け７４の上に載っている構造となり、Ｒ軸のモータ２９が駆動ベルト７７を介してボート受け７４を回転することで、ボート３１および基板温度測定部２１１が一緒に回転することになる。なお、ＣＡＰ２５および磁気シールユニット７８は回転しない。

【0052】

ＣＡＰ２５の下まで引き出されたケーブル２１１ｃを、ボート受け７４と共に回転する送信機２２１に接続することで、基板１を回転させながら基板温度を測定することが可能である。

【0053】

なお、変形例では、基板温度測定部２１１を保護管７６内に設ける例を説明したが、これに限定されるものではなく、支柱３４ａ，３４ｂ内に設ける構成にしてもよい。また、保護管を設けず、支柱３４ａ，３４ｂに熱電対の素線を這わせてもよい。

【0054】

次に、上述の基板処理装置１０を用い、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、基板上に膜を形成する処理（以下、成膜処理ともいう。）のシーケンス例について図８を用いて説明する。

【0055】

以下、原料ガスとしてヘキサクロロジシラン（Ｓｉ_２Ｃｌ_６、略称：ＨＣＤＳ）ガスを用い、反応ガスとしてアンモニア（ＮＨ_３）ガスを用い、基板１上にシリコン窒化膜（Ｓｉ_３Ｎ_４膜、以下、ＳｉＮ膜ともいう）を形成する例について説明する。なお、以下の説明において、基板処理装置１０を構成する各部の動作はコントローラ２００及びサブコントローラにより制御される。

【0056】

本実施形態における成膜処理では、処理室１４の基板１に対してＨＣＤＳガスを供給する工程と、処理室１４からＨＣＤＳガス（残留ガス）を除去する工程と、処理室１４の基板１に対してＮＨ_３ガスを供給する工程と、処理室１４からＮＨ₃ガス（残留ガス）を除去する工程と、を非同時に行うサイクルを所定回数（１回以上）行うことで、基板１上にＳｉＮ膜を形成する。

【0057】

（基板搬入：ステップＳ１）
駆動コントローラ２８により移載装置１２５及び移載装置エレベータを動作させて、ボート３１の基板処理領域に複数枚の基板１が保持されて装填（ウエハチャージ）される。尚、ボート３１の断熱板領域には、既に、複数枚の断熱板１２０が保持されて装填されている。

【0058】

そして、基板１と断熱板１２０が保持されたボート３１は、駆動コントローラ２８によりボートエレベータ２６を動作させてプロセスチューブ１１内に装入され、処理室１４に搬入（ボートロード）される。このとき、ＣＡＰ２５は、不図示のＯリングを介してインナチューブ１３の下端を気密に閉塞（シール）した状態となる。

【0059】

（圧力調整および温度調整：ステップＳ２）
処理室１４が所定の圧力（真空度）となるように、圧力コントローラ２１によって排気装置１９が制御される。この際、処理室１４の圧力は、圧力センサ２０で測定され、この測定された圧力情報に基づき排気装置１９が、フィードバック制御される。排気装置１９は、少なくとも基板１に対する処理が終了するまでの間は常時作動させた状態を維持する。

【0060】

また、処理室１４の基板１が所定の温度となるように、ヒータユニット４０によって加熱される。この際、温度コントローラ６４により処理室１４が所定の温度分布となるように、少なくとも基板温度測定部２１１が検出した温度情報に基づきヒータユニット４０への通電具合がフィードバック制御される。ヒータユニット４０による処理室１４の加熱は、少なくとも基板１に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。なお、更に、ヒータ熱電対６５、カスケード熱電対６６が検出した温度情報を用いてもよいのは言うまでもない。

【0061】

また、モータ２９によるボート３１および基板１の回転を開始する。具体的には、駆動コントローラ２８によりモータ２９を回転させると、ボート３１及び送信機２２１が回転されるに伴い、基板１が回転される。このモータ２９の回転によるボート３１、送信機２２１および基板１の回転は、少なくとも、基板１に対する処理が終了するまでの間は継続して行われる。

【0062】

＜成膜処理＞
処理室１４内の温度が予め設定された処理温度に安定すると、次の４つのステップ、すなわち、ステップＳ３～Ｓ６を順次実行する。

【0063】

（原料ガス供給：ステップＳ３）
このステップでは、処理室１４の基板１に対し、ＨＣＤＳガスを供給する。

【0064】

このステップでは、ガス導入管２２から処理室１４に導入されたＨＣＤＳガスが、ガス流量コントローラ２４によって流量制御され、インナチューブ１３の処理室１４を流通して排気路１７を通って排気管１８から排気される。このとき、同時に、ガス導入管２２内へＮ_２ガスを流す。Ｎ_２ガスは、ガス流量コントローラ２４により流量調整され、ＨＣＤＳガスと一緒に処理室１４へ供給され、排気管１８から排気される。基板１に対してＨＣＤＳガスを供給することにより、基板１の最表面上に、第１の層として、例えば１原子層未満から数原子層の厚さのシリコン（Ｓｉ）含有層が形成される。

【0065】

（パージガス供給：ステップＳ４）
第１の層が形成された後、ＨＣＤＳガスの供給を停止する。このとき、排気装置１９により処理室１４を真空排気し、処理室１４に残留する未反応もしくは第１の層の形成に寄与した後のＨＣＤＳガスを処理室１４から排出する。このとき、Ｎ_２ガスの処理室１４への供給を維持する。Ｎ_２ガスはパージガスとして作用し、これにより、処理室１４に残留するガスを処理室１４から排出する効果を高めることができる。

【0066】

（反応ガス供給：ステップＳ５）
ステップＳ４が終了した後、処理室１４の基板１、すなわち、基板１上に形成された第１の層に対してＮＨ_３ガスを供給する。ＮＨ_３ガスは熱で活性化されて基板１に対して供給されることとなる。

【0067】

このステップでは、ガス導入管２２から処理室１４に導入されたＮＨ_３ガスが、ガス流量コントローラ２４によって流量制御され、インナチューブ１３の処理室１４を流通して排気路１７を通って排気管１８から排気される。このとき、同時に、ガス導入管２２内へＮ_２ガスを流す。Ｎ_２ガスは、ガス流量コントローラ２４により流量調整され、ＮＨ_３ガスと一緒に処理室１４へ供給され、排気管１８から排気される。このとき、基板１に対してＮＨ_３ガスが供給されることとなる。基板１に対して供給されたＮＨ_３ガスは、ステップＳ３で基板１上に形成された第１の層、すなわちＳｉ含有層の少なくとも一部と反応する。これにより第１の層は、ノンプラズマで熱的に窒化され、第２の層、すなわち、シリコン窒化層（ＳｉＮ層）へと変化させられる（改質される）。

【0068】

（パージガス供給：ステップＳ６）
第２の層が形成された後、ＮＨ_３ガスの供給を停止する。そして、ステップＳ４と同様の処理手順により、処理室１４に残留する未反応もしくは第２の層の形成に寄与した後のＮＨ₃ガスや反応副生成物を処理室１４から排出する。このとき、処理室１４に残留するガス等を完全に排出しなくてもよい点は、ステップＳ４と同様である。

【0069】

（所定回数実施：ステップＳ７）
上述した４つのステップを非同時に、すなわち、同期させることなく行うサイクルを所定回数（ｎ回）行うことにより、基板１上に、所定膜厚のＳｉＮ膜を形成することができる。なお、上述のサイクルを１回行う際に形成される第２の層（ＳｉＮ層）の厚さを所定の膜厚よりも小さくし、第２の層（ＳｉＮ層）を積層することで形成されるＳｉＮ膜の膜厚が所定の膜厚になるまで、上述のサイクルを複数回繰り返すのが好ましい。

【0070】

（パージおよび大気圧復帰：ステップＳ８）
成膜処理が完了した後、ガス導入管２２からＮ₂ガスを処理室１４へ供給し、排気管１８から排気する。Ｎ_２ガスはパージガスとして作用する。これにより、処理室１４がパージされ、残留するガスや反応副生成物が処理室１４から除去される（パージ）。同時に、処理室１４の温度を処理温度から効率よく低下させるために、冷却ガスとしての冷却エア９０がチェックダンパ１０４を介してガス導入路１０７に供給される。供給された冷却エア９０はバッファ部１０６内で一時的に溜められ、複数個の開口穴１１０からガス供給流路１０８を介して空間７５に吹出され、プロセスチューブ１１を冷却するように構成される。このとき、基板温度測定部２１１により検出される温度によって、冷却エアによる処理室１４の冷却を温度コントローラ６４に制御させるようにしてもよいし、冷却を停止させるか温度コントローラ６４に判定させるようにしてもよい。その後、処理室１４の雰囲気が不活性ガスに置換され（不活性ガス置換）、処理室１４の圧力が常圧に復帰される（大気圧復帰）。ここで、基板温度測定部２１１により検出される温度に基づき、次のボートアンロードに移行するか温度コントローラ６４に判定させるようにしてもよい。

【0071】

（基板搬出：ステップＳ９）
駆動コントローラ２８によりボートエレベータ２６を下降させることによりＣＡＰ２５が下降され、プロセスチューブ１１の下端が開口される。そして、処理済の基板１が、ボート３１に支持された状態で、プロセスチューブ１１の下端からプロセスチューブ１１の外部に搬出される（ボートアンロード）。処理済の基板１は、ボート３１より取出される（ウエハディスチャージ）。

【0072】

以上、本発明の実施形態について具体的に説明した。しかしながら、本発明は上述の実施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変更可能である。

【0073】

また、上述の実施形態では、ＳｉＮ膜を形成する例について説明したが、膜種は特に限定されない。例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）、金属酸化膜等の酸化膜等の種々の膜種に適用することができる。

【0074】

また、上述の実施形態では、基板処理装置について説明したが、半導体製造装置全般に適用することができる。また、半導体製造装置に限らずＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）装置のようなガラス基板を処理する装置にも適用することができる。

【符号の説明】

【0075】

１ 基板（ウエハ）
１０ 基板処理装置
１４ 処理室
３０ 回転軸
３１ ボート（基板保持具）
４０ ヒータユニット（加熱部）
６４ 温度コントローラ
２１１ 基板温度測定部（基板温度センサ）
２２１ 送信機
２２２ 受信機

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】