基板処理装置及び基板処理装置の温度制御方法
【課題】温度センサを用いて熱処理を制御する際の不具合を抑制する基板処理装置及び基板処理装置の温度制御方法を提供する。
【解決手段】第１の放射温度計の第１の温度検出手段と、第１の放射温度計によって測定される温度の範囲の上限よりも高い温度を温度の範囲の上限とし、かつ、第１の放射温度計によって測定される温度の範囲の下限よりも高い温度を測定される温度の範囲の下限とする第２の放射温度計を用いて、温度を検出する第２の温度検出手段とを有し、前記第１の温度検出手段により検出された温度が第一の閾値を超えた場合には第２の温度検出手段に切り替え、前記第２の温度検出手段により検出された温度が前記第一の閾値より低い第二の閾値を下回った場合には第１の温度検出手段に切り替え、前記第１の温度検出手段又は前記第２の温度検出手段により検出された温度と予め定められた閾値とに基づいて、加熱手段の制御を切り替える。
【解決手段】第１の放射温度計の第１の温度検出手段と、第１の放射温度計によって測定される温度の範囲の上限よりも高い温度を温度の範囲の上限とし、かつ、第１の放射温度計によって測定される温度の範囲の下限よりも高い温度を測定される温度の範囲の下限とする第２の放射温度計を用いて、温度を検出する第２の温度検出手段とを有し、前記第１の温度検出手段により検出された温度が第一の閾値を超えた場合には第２の温度検出手段に切り替え、前記第２の温度検出手段により検出された温度が前記第一の閾値より低い第二の閾値を下回った場合には第１の温度検出手段に切り替え、前記第１の温度検出手段又は前記第２の温度検出手段により検出された温度と予め定められた閾値とに基づいて、加熱手段の制御を切り替える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡散やＣＶＤ処理を行い、所望の熱処理を行う基板処理装置及び基板処理装置の温度制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
縦型熱拡散装置や縦型減圧ＣＶＤ装置は、例えば処理基板に薄膜を形成するために熱処理炉内に基板を収容し、所定の加熱手段で熱処理炉内を加熱する。そして、多くの場合、熱処理炉に設置した温度センサにより熱処理炉内の温度を検知し、その結果に従い温度を制御するようになっている。
【０００３】
例えば、特許文献１は、急速冷却にともなう外乱が生じても常に安定したフィードバック制御により温度を制御する半導体製造装置について開示している。この半導体製造装置では、昇温工程及び目標温度の維持時は、熱処理炉内を加熱するヒータ近傍に設置された熱電対（ヒータ熱電対）と、熱処理炉内部の均熱管と反応管との間に設置された熱電対（カスケード熱電対）とを用いてカスケード制御ループによる温度制御を行い、ヒータの温度を下降時は、カスケード熱電対のみを用いた直接制御ループに切り替えて温度制御を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１１９８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、放射温度計を用いて熱処理炉内の温度を検知する場合、放射温度計は波長により対象物の温度を測定するので、測定可能温度範囲が限られてしまう。そこで、広範囲の温度測定を実現するには、低温用放射温度計、高温用放射温度計といったように複数種の放射温度計が必要となる。しかし、複数種の放射温度計を温度帯によって切り替えて制御する場合、切り替え時の温度測定値及び切り替えがなされる温度付近の温度測定値が不安定になるという問題がある。
【０００６】
また、例えば、放射温度計の故障検知は、放射温度計から得られる測定可能範囲内にあるかどうかで検知するが、放射率等の放射温度計設定パラメータにのみ瑕疵があった場合、放射温度計自体には故障がな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ことから、その瑕疵を検知できないという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、温度センサを用いて熱処理を制御する際の不具合を抑制する基板処理装置及び基板処理装置の温度制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明にかかる基板処理装置は、基板を収容する処理室を加熱する加熱手段と、第１の放射温度計を用いて前記加熱手段によって加熱された温度を検出する第１の温度検出手段と、第１の放射温度計によって測定される温度の範囲の上限よりも高い温度を測定される温度の範囲の上限とし、かつ、第１の放射温度計によって測定される温度の範囲の下限よりも高い温度を測定される温度の範囲の下限とする第２の放射温度計を用いて、前記加熱手段によって加熱された温度を検出する第２の温度検出手段と、前記第１の温度検出手段により検出された温度に基づき前記加熱手段を制御する第１の制御手段と、前記第２の温度検出手段により検出された温度に基づき前記加熱手段を制御する第２の制御手段と、前記第１の温度検出手段により検出された温度が第一の閾値を超えた場合には第２の温度検出手段に切り替え、前記第２の温度検出手段により検出された温度が前記第一の閾値より低い第二の閾値を下回った場合には第１の温度検出手段に切り替え、前記第１の温度検出手段又は前記第２の温度検出手段により検出された温度と予め定められた閾値とに基づいて、前記第１の制御手段による前記加熱手段の制御と前記第２の制御手段による前記加熱手段の制御とを切り替える制御切り替え手段と、を有する。
【０００９】
また、本発明にかかる基板処理装置の温度制御方法は、基板を収容する処理室を加熱手段により加熱し、第１の放射温度計を用いて前記加熱手段によって加熱された温度を第１の温度検出手段により検出し、第１の放射温度計によって測定される温度の範囲の上限よりも高い温度を測定される温度の範囲の上限とし、かつ、第１の放射温度計によって測定される温度の範囲の下限よりも高い温度を測定される温度の範囲の下限とする第２の放射温度計を用いて、前記加熱手段によって加熱された温度を第２の温度検出手段により検出し、前記第１の温度検出手段により検出された温度が第一の閾値を超えた場合には第２の温度検出手段に切り替える第１の制御と、前記第２の温度検出手段により検出された温度が前記第一の閾値より低い第二の闘値を下回った場合には第１の温度検出手段に切り替える第２の制御と、を前記第１の温度検出手段又は前記第２の温度検出手段により検出された温度と予め定められた闘値とに基づいて切り替える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、温度センサを用いて熱処理を制御する際の不具合を抑制する基板処理装置及び基板処理装置の温度制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体製造装置３００の一例を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は、本発明の実施形態に係る処理炉３２８の一例を示す側面断面図であり、（ｂ）は、ボート３２０に支持されたウエハ３０４の側面断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る処理炉３２８内の要部断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る半導体製造装置３００のガス供給ユニット３８０の一例を示す模式図である。
【図５】本発明の実施形態に係る処理炉３２８及び周辺構造の概略断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る半導体製造装置３００の制御構成の一例を示すブロック図である。
【図７】温度制御部３６２による温度制御の切り替え処理を示す図である。
【図８】高温用放射温度計による制御と低温放射温度計による制御との切り替えを示す図である。
【図９】本発明の実施形態に係る放射温度計の故障検知の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態に係るＳｉＣ（炭化ケイ素）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方法の一つであるＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する基板の製造方法ついて図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置３００の一例を示す斜視図である。
【００１３】
基板処理装置（成膜装置）としての半導体製造装置３００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３０２を有する。半導体製造装置３００には、例えばＳｉＣ等で構成された基板としてのウエハ３０４（後述する図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）３０６がウエハキャリアとして使用される。筐体３０２の正面側には、ポッドステージ３０８が配置されており、ポッドステージ３０８にポッド３０６が搬送される。ポッド３０６には、例えば２５枚のウエハ３０４が収納され、蓋が閉じられた状態でポッドステージ３０８にセットされる。
【００１４】
筐体３０２内の正面側であって、ポッドステージ３０８に対向する位置には、ポッド搬送装置３１０が配置されている。また、ポッド搬送装置３１０の近傍にはポッド収納棚３１２、ポッドオープナ３１４及び基板枚数検知器３１６が配置されている。ポッド収納棚３１２は、ポッドオープナ３１４の上方に配置され、ポッド３０６を複数個載置した状態で保持するように構成されている。基板枚数検知器３１６は、ポッドオープナ３１４に隣接して配置され、ポッド搬送装置３１０は、ポッドステージ３０８とポッド収納棚３１２とポッドオープナ３１４との間でポッド３０６を搬送する。ポッドオープナ３１４は、ポッド３０６の蓋を開けるものであり、基板枚数検知器３１６は蓋を開けられたポッド３０６内のウエハ３０４の枚数を検知するようになっている。
【００１５】
筐体３０２内には、基板移載機３１８、基板保持具としてのボート３２０が配置されている。基板移載機３１８は、アーム（ツイーザ）３２２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。アーム３２２は、例えば５枚のウエハ３０４を取出すことができ、アーム３２２を動かすことにより、ポッドオープナ３１４の位置に置かれたポッド３０６及びボート３２０間にてウエハ３０４を搬送する。
【００１６】
ボート３２０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、複数枚のウエハ３０４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、保持するように構成されている。なお、ボート３２０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盤形状の断熱部材としてボート断熱部３２４が配置されており、後述する被加熱体（被誘導体）３２６からの熱が処理炉３２８の下方側に伝わりにくくなるように構成されている（後述する図２参照）。
【００１７】
筐体３０２内の背面側上部には、処理炉３２８が配置されている。処理炉３２８内に複数枚のウエハ３０４を装填したボート３２０が搬入され、熱処理が行われる。
【００１８】
次に、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置３００の処理炉３２８について説明する。
【００１９】
図２（ａ）は、本発明の実施形態に係る処理炉３２８の一例を示す側面断面図であり、図２（ｂ）は、ボート３２０に支持されたウエハ３０４の側面断面図である。また、図３は、処理炉３２８内の要部断面図である。また、図４は、図２に接続されるガス供給ユニット３８０の一例を示す模式図である。
【００２０】
処理炉３２８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３４４を備えている。反応管３４４の下方には、反応管３４４と同心円状にマニホールド３４６が配設されている。マニホールド３４６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。マニホールド３４６は、反応管３４４を支持するように設けられている。なお、マニホールド３４６と反応管３４４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。マニホールド３４６が図示しない保持体に支持されることにより、反応管３４４は垂直に据付けられた状態になっている。反応管３４４とマニホールド３４６により、反応容器が形成されている。
【００２１】
処理炉３２８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加熱体（被誘導体）３２６及び磁場発生部としての誘導コイル３４８を具備している。反応管３４４の内側には、反応室３５０が形成れており、ＳｉＣ等で構成された基板としてのウエハ３０４を保持したボート３２０を収納可能に構成されている。被加熱体３２６は、反応管３４４の外側に設けられた誘導コイル３４８により発生される磁場によって加熱されるようになっており、被加熱体３２６が発熱することにより、反応室３５０内が加熱されるようになっている。
【００２２】
また、図２（ｂ）に示されるように、ウエハ３０４は、円環状の下部ウエハホルダ３５２ｂに保持され、上面を円板状の上部ウエハホルダ３５２ａで覆われた状態でボート３２０に保持されるとよい。これにより、ウエハ上部から落下しているパーティクルからウエハ３０４を守ることができると共に、成膜面（ウエハ３０４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、ウエハホルダ３５２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３２０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エハホルダ３５２に保持されたウエハ３０４を保持するよう構成されている。
【００２３】
また、被加熱体３２６の近傍には、後述する反応室３５０内の温度を検出する温度検出体として温度センサが設けられている。誘導コイル３４８及び温度センサは、温度制御部３６２と電気的に接続されており（後述する図６参照）、温度センサにより検出された温度情報に基づき、誘導コイル３４８への通電具合が調整されることで、反応室３５０内の温度が所望の温度分布となるよう制御される。温度センサとして、例えば、被加熱体３２６の近傍に縦方向に３つのゾーンに分割して放射温度計３５４、３５６、３５８、３６０が配置されている。
【００２４】
反応管３４４と被加熱体３２６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３７２が設けられ、断熱材３７２を設けることにより、被加熱体３２６の熱が反応管３４４或は反応管３４４の外側へ伝達するのを抑制することができる。
【００２５】
又、誘導コイル３４８の外側には、反応室３５０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３７４が反応室３５０を囲むように設けられている。更に、外側断熱壁３７４の外側には、誘導コイル３４８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３７６が設けられている。
【００２６】
図２に示すように、被加熱体３２６とウエハ３０４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エハ３０４に供給するために少なくとも１つの第１のガス供給口３３０が形成された第１のガス供給ノズル３３２が設置される。又、被加熱体３２６とウエハ３０４との間の第１のガス供給ノズル３３２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エハ３０４に供給するために、少なくとも１つの第２のガス供給口３３４が形成された第２のガス供給ノズル３３６が設けられる。
【００２７】
また、第１のガス供給ノズル３３２及び第２のガス供給ノズル３３６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３３６は３本設けられ、第２のガス供給ノズル３３６に挟まれるように第１のガス供給ノズル３３２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３３６を中心に成膜ガス供給を左右対称とすることができ、ウエハ３０４内の均一性を高めることができる。
【００２８】
第１のガス供給ノズル３３２は、例えばカーボングラファイトで構成され、反応室３５０内に設けられる。又、第１のガス供給ノズル３３２は、マニホールド３４６を貫通するようにマニホールド３４６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３３０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３３２を介して、反応室３５０内に供給するようになっている。
【００２９】
第１のガス供給ノズル３３２は、第１のガスライン３７８を介してガス供給ユニット３８０に接続される。図４に示されるように、第１のガスライン３７８は、ＳｉＨ4ガス、ＨＣｌガス、不活性ガスに対してそれぞれバルブ３８４ｃ，３８４ｄ，３８４ｆ、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）３８２ｃ，３８２ｄ，３８２ｆを介して、例えばＳｉＨ4ガス供給源３８６ｃ、ＨＣｌガス供給源３８６ｄ、不活性ガス供給源３８６ｆに接続されている。
【００３０】
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３５０内に於いて制御することができる。バルブ３８４ｃ，３８４ｄ，３８４ｆ、ＭＦＣ３８２ｃ，３８２ｄ，３８２ｆは、ガス流量制御部３８８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ように、所定のタイミングにて制御されるようになっている（後述する図６参照）。尚、ＳｉＨ4ガス、ＨＣｌガス、不活性ガスのそれぞれのガス供給源３８６ｃ，３８６ｄ、３８６ｆ、バルブ３８４ｃ，３８４ｄ、３８４ｆ、ＭＦＣ３８２ｃ，３８２ｄ，３８２ｆ、第１のガスライン３７８、第１のガス供給ノズル３３２及び第１のガス供給ノズル３３２に少なくとも１つ設けられる第１のガス供給口３３０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。
【００３１】
第２のガス供給ノズル３３６は、例えばカーボングラファイトで構成され、反応室３５０内に設けられる。また、第２のガス供給ノズル３３６は、マニホールド３４６を貫通するように、マニホールド３４６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３３４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）ガスとを第２のガス供給ノズル３３６を介して反応室３５０内に供給するようになっている。
【００３２】
第２のガス供給ノズル３３６は、第２のガスライン３９０を介してガス供給ユニット３８０に接続されている。また、図４に示されるように第２のガスライン３９０は、例えばガス配管２１３ａ，２１３ｂに分岐され、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ガスに対してバルブ３８４ａ及び流量制御手段としてのＭＦＣ３８２ａを介してＣ3Ｈ8ガス供給源３８６ａに接続され、還元ガスとして、例えばＨ2ガスに対してバルブ３８４ｂ及び流量制御手段としてのＭＦＣ３８２ｂを介してＨ2ガス供給源３８６ｂに接続されている。
【００３３】
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３５０内に於いて制御することができる。バルブ３８４ａ，３８４ｂ、ＭＦＣ３８２ａ，３８２ｂはガス流量制御部３８８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よう、所定のタイミングにて制御されるようになっている（図６参照）。尚、Ｃ3Ｈ8ガス、Ｈ2ガスのガス供給源３８６ａ，３８６ｂ、バルブ３８４ａ，３８４ｂ、ＭＦＣ３８２ａ，３８２ｂ、第２のガスライン３９０、第２のガス供給ノズル３３６、第２のガス供給口３３４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。
【００３４】
又、第１のガス供給ノズル３３２及び第２のガス供給ノズル３３６に於いて、ウエハ３０４の配列領域に第１のガス供給口３３０及び第２のガス供給口３３４がそれぞれ１つ設けられていてもよく、ウエハ３０４の所定枚数毎に設けられていてもよい。
【００３５】
又、図２及び図３に示すように、第３のガス供給口３４０が、反応管３４４と断熱材３７２との間に配置され、マニホールド３４６を貫通するように取付けられている。第３のガス供給口３４０はマニホールド３４６を貫通する第３のガスライン４００に形成され、バルブ３８４ｅ、ＭＦＣ３８２ｅを介してガス供給源３８６ｅに接続されている。ガス供給源３８６ｅ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３４４と断熱材３７２との間に進入するのを防ぎ、反応管３４４の内壁又は断熱材３７２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。
【００３６】
図２（ａ）に示すように、第１のガス排気口３３８は、被加熱体３２６とウエハ３０４との間に配置される。また、反応管３４４と断熱材３７２との間に、第２のガス排気口３４２が配置されている。
【００３７】
また、第１のガス排気口３３８は、ボート３２０より下部に設けられ、マニホールド３４６には、第１のガス排気口３３８に接続されたガス排気管３９２が貫通するよう設けられている。ガス排気管３９２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３９４を介して真空ポンプ等の真空排気装置３９６が接続されている。圧力センサ及びＡＰＣバルブ３９４には、圧力制御部３９８が電気的に接続されており、圧力制御部３９８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３９４の開度を調整し、処理炉３２８内の圧力が所定の圧力となるよう所定のタイミングにて制御するように構成されている（後述する図６参照）。
【００３８】
上記したように、第１のガス供給口３３０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３３４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で構成されたウエハ３０４に対し平行に流れ、第１のガス排気口３３８より排気されるので、ウエハ３０４全体が効率的且つ均一にガスに晒される。
【００３９】
又、反応管３４４と断熱材３７２との間には、第２のガス排気口３４２が第３のガス供給口３４０に対して対向するように配置され、第２のガス排気口３４２はガス排気管３９２に接続されている。
【００４０】
又、反応管３４４と断熱材３７２との間に供給された不活性ガスは、第２のガス排気口３４２よりガス排気管３９２の下流側にあるＡＰＣバルブ３９４を介して真空排気装置３９６から排気される。
【００４１】
また、好ましくは、反応室３５０内において第１及び第２のガス供給ノズル３３２，３３６と第１のガス排気口３３８との間であって、被加熱体３２６とウエハ３０４との間には、被加熱体３２６とウエハ３０４との間の空間を埋めるよう、鉛直方向に延在し断面が円弧状の構造物３７０を反応室３５０内に設けるのがよい。例えば、図３に示すように、対向する位置にそれぞれ構造物３７０を設けることで、第１及び第２のガス供給ノズル３３２，３３６から供給されるガスが、被加熱体３２６の内壁に沿ってウエハ３０４を迂回するのを防止することができる。構造物３７０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。
【００４２】
次に、処理炉３２８及びその周辺の構成について説明する。
【００４３】
図５は、本発明の実施形態に係る処理炉３２８及び周辺構造の概略断面図である。処理炉３２８の下方には、処理炉３２８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４０２が設けられている。シールキャップ４０２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。シールキャップ４０２の上面には、処理炉３２８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４０２には回転機構４０４が設けられ、回転機構４０４の回転軸４０６はシールキャップ４０２を貫通してボート３２０に接続されており、ボート３２０を回転させることでウエハ３０４を回転させるように構成されている。
【００４４】
又、シールキャップ４０２は処理炉３２８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４０８によって垂直方向に昇降されるように構成されており、これによりボート３２０を処理炉３２８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４０４及び昇降モータ４０８には、駆動制御部４１０が電気的に接続されており、所定の動作をするよう所定のタイミングにて制御するよう構成されている（後述する図６参照）。
【００４５】
予備室としてのロードロック室４１２の外面に下基板４１４が設けられている。下基板４１４には、昇降台４１６と摺動自在に嵌合するガイドシャフト４１８及び昇降台４１６と螺合するボール螺子４２０が設けられている。又、下基板４１４に立設したガイドシャフト４１８及びボール螺子４２０の上端には上基板４２２が設けられている。ボール螺子４２０は、上基板４２２に設けられた昇降モータ４０８によって回転され、ボール螺子４２０が回転されることで昇降台４１６が昇降するようになっている。
【００４６】
昇降台４１６には中空の昇降シャフト４２４が垂設され、昇降台４１６と昇降シャフト４２４の連結部は気密となっており、昇降シャフト４２４は昇降台４１６と共に昇降するようになっている。昇降シャフト４２４はロードロック室４１２の天板４２６を遊貫し、昇降シャフト４２４が貫通する天板４２６の貫通孔は、昇降シャフト４２４が天板４２６と接触することがないよう充分な隙間が形成されている。
【００４７】
又、ロードロック室４１２と昇降台４１６との間には、昇降シャフト４２４の周囲を覆うように伸縮性を有する中空伸縮体としてベローズ４２８が設けられ、ベローズ４２８によりロードロック室４１２が気密に保たれるようになっている。尚、ベローズ４２８は昇降台４１６の昇降量に対応できる充分な伸縮量を有し、ベローズ４２８の内径は昇降シャフト４２４の外径に比べて充分に大きく、伸縮の際にベローズ４２８と昇降シャフト４２４が接触することがないように構成されている。
【００４８】
昇降シャフト４２４の下端には、昇降基板４３０が水平に固着され、昇降基板４３０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４３２が気密に取付けられる。昇降基板４３０と駆動部カバー４３２とで駆動部収納ケース４３４が構成され、この構成により駆動部収納ケース４３４内部はロードロック室４１２内の雰囲気と隔離される。
【００４９】
又、駆動部収納ケース４３４の内部にはボート３２０の回転機構４０４が設けられ、回転機構４０４の周辺は冷却機構４３６によって冷却されるようになっている。
【００５０】
電力ケーブル４３８は、昇降シャフト４２４の上端から中空部を通り、回転機構４０４に導かれて接続されている。又、冷却機構４３６及びシールキャップ４０２には冷却水流路４４０が形成されている。更に、冷却水配管４４２が昇降シャフト４２４の上端から中空部を通り冷却水流路４４０に導かれて接続されている。
【００５１】
昇降モータ４０８が駆動され、ボール螺子４２０が回転することで、昇降台４１６及び昇降シャフト４２４を介して駆動部収納ケース４３４を昇降させる。
【００５２】
駆動部収納ケース４３４が上昇することにより、昇降基板４３０に気密に設けられているシールキャップ４０２が処理炉３２８の開口部である炉口４４４を閉塞し、ウエハ処理が可能な状態となる。又、駆動部収納ケース４３４が下降することにより、シールキャップ４０２と共にボート３２０が降下され、ウエハ３０４を外部に搬出できる状態となる。
【００５３】
次に、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置３００を構成する各部の制御構成について説明する。
【００５４】
図６に於いて、温度制御部３６２、ガス流量制御部３８８、圧力制御部３９８、駆動制御部４１０は、操作部及び入出力部を構成し、半導体製造装置３００全体を制御する主制御部４４６に電気的に接続されている。又、温度制御部３６２、ガス流量制御部３８８、圧力制御部３９８、駆動制御部４１０は、コントローラ４４８として構成されている。
【００５５】
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。
【００５６】
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３５０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、本実施形態のように、複数枚のウエハ３０４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、ウエハ間の均一性を向上させるため、成膜ガスを夫々のウエハ近傍のガス供給口から供給できるように、反応室３５０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３５０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。
【００５７】
そこで、本実施形態では、第１のガス供給ノズル３３２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３３６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。
【００５８】
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３３６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３５０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。
【００５９】
更に、第１のガス供給ノズル３３２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。
【００６０】
尚、図２から図４に示す例では、第１のガス供給ノズル３３２にＳｉＨ4ガス及びＨＣｌガスを供給し、第２のガス供給ノズル３３６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から４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。
【００６１】
又、図２から図４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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
上述では、第１のガス供給ノズル３３２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３３６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３３０，３３４からウエハ３０４に到達するまでの間に充分に行う必要がある。
【００６６】
従って、ウエ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３３２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。
【００６７】
次に、上述した半導体製造装置３００を用い、半導体デバイスの製造工程の一工程として、ＳｉＣ等で構成されるウエハ３０４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。
【００６８】
尚、以下の説明に於いて半導体製造装置３００を構成する各部の動作は、コントローラ４４８により制御される。
【００６９】
先ず、ポッドステージ３０８に複数枚のウエハ３０４を収納したポッド３０６がセットされると、ポッド搬送装置３１０によりポッド３０６をポッドステージ３０８からポッド収納棚３１２へ搬送し、ストックする。次に、ポッド搬送装置３１０により、ポッド収納棚３１２にストックされたポッド３０６をポッドオープナ３１４に搬送してセットし、ポッドオープナ３１４によりポッド３０６の蓋を開き、基板枚数検知器３１６によりポッド３０６に収納されているウエハ３０４の枚数を検知する。
【００７０】
次に、基板移載機３１８により、ポッドオープナ３１４の位置にあるポッド３０６からウエハ３０４を取出し、ボート３２０に移載する。
【００７１】
複数枚のウエハ３０４がボート３２０に装填されると、ウエハ３０４を保持したボート３２０は、昇降モータ４０８による昇降台４１６及び昇降シャフト４２４の昇降動作により反応室３５０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４０２はＯリング（図示せず）を介してマニホールド３４６の下端をシールした状態となる。
【００７２】
ボート３２０搬入後、反応室３５０内が所定の圧力（真空度）となるように、真空排気装置３９６によって真空排気される。この時、反応室３５０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３３８及び第２のガス排気口３４２に連通するＡＰＣバルブ３９４がフィードバック制御される。又、ウエハ３０４及び反応室３５０内が所定の温度となるよう被加熱体３２６が加熱される。この時、反応室３５０内が所定の温度分布となるよう、後述する切り替え方式により選択された高温用放射温度計３５６又は低温用放射温度計３５８が検出した温度情報に基づき誘導コイル３４８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４０４により、ボート３２０が回転されることで、ウエハ３０４が周方向に回転される。
【００７３】
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３８６ｃ，３８６ｄから供給され、第１のガス供給口３３０より反応室３５０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、所定の流量となるように対応するＭＦＣ３８２ａ，３８２ｂの開度が調整された後、バルブ３８４ａ，３８４ｂが開かれ、それぞれのガスが第２のガスライン３９０に流通し、第２のガス供給ノズル３３６に流通して第２のガス供給口３３４より反応室３５０内に導入される。
【００７４】
第１のガス供給口３３０及び第２のガス供給口３３４より供給されたガスは、反応室３５０内の被加熱体３２６の内側を通り、第１のガス排気口３３８からガス排気管３９２を通って排気される。第１のガス供給口３３０及び第２のガス供給口３３４より供給されたガスは、反応室３５０内を通過する際に、ＳｉＣ等で構成されるウエハ３０４と接触し、ウエハ３０４表面上にＳｉＣエピタキシャル膜成長がなされる。
【００７５】
又、ガス供給源３８６ｅ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ように対応するＭＦＣ３８２ｅの開度が調整された後、バルブ３８４ｅが開かれ、第３のガスライン４００に流通し、第３のガス供給口３４０から反応室３５０内に供給される。第３のガス供給口３４０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３５０内の断熱材３７２と反応管３４４との間を通過し、第２のガス排気口３４２から排気される。
【００７６】
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３５０内の被加熱体３２６の内側の空間が不活性ガスで置換されると共に、反応室３５０内の圧力が常圧に復帰される。
【００７７】
その後、昇降モータ４０８によりシールキャップ４０２が下降され、マニホールド３４６の下端が開口されると共に、処理済みのウエハ３０４がボート３２０に保持された状態でマニホールド３４６の下端から反応管３４４の外部に搬出（ボートアンローディング）され、ボート３２０に保持されたウエハ３０４が冷える迄、ボート３２０を所定位置にて待機させる。待機させたボート３２０のウエハ３０４が所定温度迄冷却されると、基板移載機３１８により、ボート３２０からウエハ３０４を取出し、ポッドオープナ３１４にセットされている空のポッド３０６に搬送して収納する。その後、ポッド搬送装置３１０によりウエハ３０４が収納されたポッド３０６をポッド収納棚３１２、又はポッドステージ３０８に搬送する。このようにして、半導体製造装置３００の一連の作動が完了する。
【００７８】
次に、本発明の実施形態に係る温度センサについて詳述する。
温度センサとして、例えば被加熱体３２６の近傍に縦方向に３つのゾーンに分割して放射温度計３５４、３５６、３５８、３６０が配置されている。
放射温度計３５４は、縦方向の３つのゾーンのうち上部のゾーンに配置されており、放射温度計３５６、３５８は、縦方向の３つのゾーンのうち中部のゾーンに配置されており、放射温度計３６０は、縦方向の３つのゾーンのうち下部のゾーンに配置されている。
【００７９】
上部のゾーンに配置された放射温度計３５４及び下部のゾーンに配置された放射温度計３６０は、モニター用であり、目的に応じて低温用放射温度計又は高温用放射温度計のいずれかが配置されている。中部のゾーンに配置された放射温度計３５６及び３５８のうち、放射温度計３５６は高温用放射温度計であり、放射温度計３５８は低温用放射温度計である。放射温度計３５６及び３５８は、同じ場所の温度を測定する目的で配置されており、高温用放射温度計である放射温度計３５６と低温用放射温度計である放射温度計３５８とを切り替えて温度制御を行なう。
【００８０】
誘導コイル３４８及び放射温度計３５４、３５６、３５８、３６０は、それぞれ図６に示されているように温度制御部３６２と電気的に接続されている。温度制御部３６２は、放射温度計３５６又は放射温度計３５８により検出された温度情報に基づき、誘導コイル３４８への通電具合が調節されることで、反応室３５０内の温度が所望の温度分布となるよう所定のタイミングにて制御されるよう構成されている。例えば、高周波電源で駆動される円柱型の誘導過熱ヒータである誘導コイル３４８に対し、温度制御部３６２は、放射温度計３５６又は放射温度計３５８により検出された温度情報と設定温度とを比較して適切な熱量を出力させるべく高周波電源を駆動する。
【００８１】
また、温度制御部３６２は、放射温度計３５６により検出された温度情報に基づく制御と、放射温度計３５８により検出された温度情報に基づく制御とを後述する切り替え方式により切り替えて制御を行なう。
【００８２】
さらに、誘導コイル３４８の近傍に、縦方向に３つのゾーンに分割して熱電対３６４、３６６、３６８が配置されている。熱電対３６４は、縦方向の３つのゾーンのうち上部のゾーンに配置されており、熱電対３６６は、縦方向の３つのゾーンのうち中部のゾーンに配置されており、熱電対３６８は、縦方向の３つのゾーンのうち下部のゾーンに配置されている。熱電対３６４、３６６、３６８は、過温保護のために用いられ、それぞれ温度制御部３６２に電気的に接続されている。
【００８３】
次に、本発明の実施形態に係る温度制御における放射温度計の切り替えについて説明する。
【００８４】
本発明の実施形態に係る温度制御では、例えば、低温用放射温度計である放射温度計３５８（以下、低温用放射温度計３５８）による測定値（検出温度）に基づく温度制御から高温用放射温度計である放射温度計３５６（以下、高温用放射温度計３５６）による測定値（検出温度）に基づく温度制御へ切り替える判断の基準として閾値Ｐを設定し、高温用放射温度計３５６による測定値（検出温度）から低温用放射温度計３５８による測定値（検出温度）に基づく温度制御へ切り替える判断の基準として閾値Ｐとは異なる閾値Ｍを設定する。
【００８５】
また、低温用放射温度計３５８による測定値（検出温度）に基づく温度制御から高温用放射温度計３５６による測定値（検出温度）に基づく温度制御へ切り替える際に故障の判断基準となる閾値ＫＰＭ、閾値ＫＰＰを設定し、高温用放射温度計３５６による測定値（検出温度）から低温用放射温度計３５８による測定値（検出温度）に基づく温度制御へ切り替える際に故障の判断基準となる閾値ＫＭＭ、閾値ＫＭＰを設定する。
【００８６】
具体的には、高温用放射温度計３５６の測定値が閾値Ｍを下回る場合、低温用放射温度計３５８による測定値に基づく温度制御に切り替える。
また、低温用放射温度計３５８の測定値が閾値Ｐを上回った場合、高温用放射温度計３５６による測定値に基づく温度制御に切り替える。
【００８７】
温度制御部３６２は、低温用放射温度計３５８による温度制御から高温用放射温度計３５６による温度制御へと切り替える判断基準となる閾値Ｐと、高温用放射温度計３５６による温度制御から低温用放射温度計３５８による温度制御へ切り替える閾値Ｍとに基づいて、制御を切り替える。ここで、閾値Ｐは、閾値Ｍよりも大きい（すなわち、Ｐ＞Ｍの関係にある）。
【００８８】
また、高温用放射温度計３５６の計測可能な温度範囲の上限値をMax_Highとし、高温用放射温度計３５６の計測可能な温度範囲の下限値をMin_Highとし、低温用放射温度計３５８の計測可能な温度範囲の上限値をMax_Lowとし、低温用放射温度計３５８の計測可能な
温度範囲の下限値をMin_Lowとすると、閾値Ｐ及び閾値Ｍは、以下の式を満たす。
【００８９】
Max_High ＞ Max_Low ＞ Ｐ ＞ Ｍ ＞ Min_High ＞ Min_Low
【００９０】
そして、高温用放射温度計３５６による制御から低温用放射温度計３５８による制御に切り替える場合、高温用放射温度計３５６が閾値Ｍを下回った時点で低温用放射温度計３５８の測定値が閾値ＫＭＭから閾値ＫＭＰの許容範囲外であれば、高温用放射温度計３５６と低温用放射温度計３５８のいずれかが故障していると判断して、温度制御を中止する。ここで、閾値Ｍ、ＫＭＭ、ＫＭＰは、以下の式を満たす。
【００９１】
Max_Low ≧ ＫＭＰ ＞ Ｍ ＞ ＫＭＭ ≧ Min_Low
【００９２】
但し、等号（＝）は許容範囲の上限閾値または下限閾値を設定しない場合に適用する。
【００９３】
また、低温用放射温度計３５８による制御から高温用放射温度計３５６による制御に切り替える場合、低温用放射温度計３５８が閾値Ｐを上回った時点で高温用放射温度計３５６の測定値が閾値ＫＰＭから閾値ＫＰＰの許容範囲外であれば、高温用放射温度計３５６と低温用放射温度計３５８のいずれかが故障していると判断して、温度制御を中止する。ここで、閾値Ｐ、ＫＰＭ、ＫＰＰは、以下の式を満たす。
【００９４】
Max_High ≧ ＫＰＰ ＞ Ｐ ＞ ＫＰＭ ≧ Min_High
【００９５】
但し、等号（＝）は許容範囲の上限閾値または下限閾値を設定しない場合に適用する。
【００９６】
図７は、温度制御部３６２による温度制御の切り替え処理を示す図である。また、図８は、高温用放射温度計３５６による制御と低温放射温度計３５８による制御との切り替えを示す図である。図８において、横軸は、高温用放射温度計３５６による温度制御を行なうか低温用放射温度計３５８による温度制御を行なうかを示しており、縦軸は、放射温度計により測定される測定温度を示している。なお、太線で示された測定温度は、低温用放射温度計３５８により測定された測定温度を示し、破線で示された測定温度は、高温用放射温度計３５６により測定された測定温度を示す。
【００９７】
図７及び図８に示されるように、温度制御部３６２は、現在の温度制御に用いている放射温度計の測定温度と閾値との比較により制御の切り替えがなされる。温度制御部３６２は、低温用放射温度計３５８による制御から高温用放射温度計３５６に制御対象を切り替える場合、低温用放射温度計３５８の測定値が閾値Ｐ以上となり、高温用放射温度計３５８の測定値が閾値ＫＰＰより高い場合や、閾値ＫＰＭより低い場合には低温用放射温度計又は高温用放射温度計の故障を検知する。
同様に、低温用放射温度計３５８の測定値が閾値Ｐ以上となり、高温用放射温度計３５８の測定値が閾値ＫＰＭから閾値ＫＰＰであれば、高温用放射温度計３５６による制御へと切り替える。
また、低温用放射温度計３５８の測定値が閾値Ｐ未満であれば、低温用放射温度計３５８の使用を継続する。このとき、温度制御部３６２は、高温用放射温度計の測定値は切り替え判断において考慮しない。
【００９８】
図９は、本発明の実施形態に係る放射温度計の故障検知の一例を示す図である。
図９に示されているように、高温用放射温度計３５６による温度制御から低温用放射温度計３５８による温度制御へと切り替える場合、高温用放射温度計３５６の測定値が闘値Ｍを下回った時点で低温用放射温度計３５８の測定値が闘値ＫＭＭから闘置ＫＭＰの範囲内にない場合には、低温用放射温度計又は高温用放射温度計の故障を検知する。
すなわち、温度制御部３６２は、高温用放射温度計３５６による温度制御から低温用放射温度計３５８による温度制御へと切り替える場合、高温用放射温度計３５６の測定値が閾値Ｍ未満となり、低温用放射温度計３５８の測定値が閾値ＫＭＰより高い場合や、閾値ＫＭＭより低い場合には低温用放射温度計又は高温用放射温度計の故障を検知する。
【００９９】
同様に、高温用放射温度計３５６の測定値が閾値Ｍ未満となり、低温用放射温度計３５８の測定値が閾値ＫＭＭから閾値ＫＭＰであれば、低温用放射温度計３５８による制御へと切り替える。
また、高温用放射温度計３５６の測定値が閾値Ｍ以上であれば、高温用放射温度計３５６の使用を継続する。このとき、温度制御部３６２は、低温用放射温度計の測定値は切り替え判断において考慮しない。
【０１００】
上述の温度制御部３６２による制御の切り替えでは、複数種の放射温度計の切り替え時及び切り替え温度付近で危惧される温度測定値の不安定を改善でき、温度制御性を向上させることができる。
【０１０１】
また、放射温度計の切り替え時に他方の放射温度計の測定の範囲をチェックすることにより、放射温度計の故障やパラメータ設定ミス等を検知することができ、安全な温度制御を実現できる。
【０１０２】
以上の温度制御は、中部のゾーンに配置された放射温度計３５６及び３５８を用いて行なう例を示したが、上部又は下部のゾーンにおいて高温用放射温度計及び低温用放射温度計を設置して、同様に制御の切り替えを行なってもよい。
【０１０３】
また、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置に限らず、縦型の基板処理装置全般に適用することができる。
【０１０４】
［本発明の好ましい態様］
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
【０１０５】
（付記１）
基板を収容する処理室を加熱する加熱手段と、
第１の放射温度計を用いて前記加熱手段によって加熱された温度を検出する第１の温度検出手段と、
第１の放射温度計によって測定される温度の範囲の上限よりも高い温度を測定される温度の範囲の上限とし、かつ、第１の放射温度計によって測定される温度の範囲の下限よりも高い温度を測定される温度の範囲の下限とする第２の放射温度計を用いて、前記加熱手段によって加熱された温度を検出する第２の温度検出手段と、
前記第１の温度検出手段により検出された温度に基づき前記加熱手段を制御する第１の制御手段と、
前記第２の温度検出手段により検出された温度に基づき前記加熱手段を制御する第２の制御手段と、
前記第１の温度検出手段により検出された温度が第一の閾値を超えた場合には第２の温度検出手段に切り替え、前記第２の温度検出手段により検出された温度が前記第一の閾値より低い第二の閾値を下回った場合には第１の温度検出手段に切り替え、前記第１の温度検出手段又は前記第２の温度検出手段により検出された温度と予め定められた閾値とに基づいて、前記第１の制御手段による前記加熱手段の制御と前記第２の制御手段による前記加熱手段の制御とを切り替える制御切り替え手段と、
を有する基板処理装置。
【０１０６】
（付記２）
基板を収容する処理室を加熱手段により加熱し、
第１の放射温度計を用いて前記加熱手段によって加熱された温度を第１の温度検出手段により検出し、
第１の放射温度計によって測定される温度の範囲の上限よりも高い温度を測定される温度の範囲の上限とし、かつ、第１の放射温度計によって測定される温度の範囲の下限よりも高い温度を測定される温度の範囲の下限とする第２の放射温度計を用いて、前記加熱手段によって加熱された温度を第２の温度検出手段により検出し、
前記第１の温度検出手段により検出された温度が第一の閾値を超えた場合には第２の温度検出手段に切り替える第１の制御と、前記第２の温度検出手段により検出された温度が前記第一の閾値より低い第二の闘値を下回った場合には第１の温度検出手段に切り替える第２の制御と、を前記第１の温度検出手段又は前記第２の温度検出手段により検出された温度と予め定められた闘値とに基づいて切り替える、
基板処理装置の温度制御方法。
【０１０７】
（付記３）
それぞれ測定温度帯が異なる複数の温度センサを有する熱処理装置において、温度帯に応じて温度センサを切り替える温度測定方法。
【０１０８】
（付記４）
それぞれ測定温度帯が異なる複数の温度センサを有する熱処理装置において、温度帯に応じて温度センサを切り替える際に、他方の温度センサが許容範囲内であるかどうかに応じて判断する温度センサの故障検知方法。
【０１０９】
（付記５）
付記３及び付記４の方法をプログラマ化し計算機上に実装した温度制御装置及び熱処理装置。
【符号の説明】
【０１１０】
３００ 半導体製造装置
３０４ ウエハ（基板）
３２６ 被加熱体（被誘導体）
３２８ 処理炉
３６２ 温度制御部
３８０ ガス供給ユニット
３５４、３５６、３５８，３６０ 放射温度計
３６４、３６６、３６８ 熱電対
４４８ コントローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡散やＣＶＤ処理を行い、所望の熱処理を行う基板処理装置及び基板処理装置の温度制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
縦型熱拡散装置や縦型減圧ＣＶＤ装置は、例えば処理基板に薄膜を形成するために熱処理炉内に基板を収容し、所定の加熱手段で熱処理炉内を加熱する。そして、多くの場合、熱処理炉に設置した温度センサにより熱処理炉内の温度を検知し、その結果に従い温度を制御するようになっている。
【０００３】
例えば、特許文献１は、急速冷却にともなう外乱が生じても常に安定したフィードバック制御により温度を制御する半導体製造装置について開示している。この半導体製造装置では、昇温工程及び目標温度の維持時は、熱処理炉内を加熱するヒータ近傍に設置された熱電対（ヒータ熱電対）と、熱処理炉内部の均熱管と反応管との間に設置された熱電対（カスケード熱電対）とを用いてカスケード制御ループによる温度制御を行い、ヒータの温度を下降時は、カスケード熱電対のみを用いた直接制御ループに切り替えて温度制御を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１１９８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、放射温度計を用いて熱処理炉内の温度を検知する場合、放射温度計は波長により対象物の温度を測定するので、測定可能温度範囲が限られてしまう。そこで、広範囲の温度測定を実現するには、低温用放射温度計、高温用放射温度計といったように複数種の放射温度計が必要となる。しかし、複数種の放射温度計を温度帯によって切り替えて制御する場合、切り替え時の温度測定値及び切り替えがなされる温度付近の温度測定値が不安定になるという問題がある。
【０００６】
また、例えば、放射温度計の故障検知は、放射温度計から得られる測定可能範囲内にあるかどうかで検知するが、放射率等の放射温度計設定パラメータにのみ瑕疵があった場合、放射温度計自体には故障がな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ことから、その瑕疵を検知できないという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、温度センサを用いて熱処理を制御する際の不具合を抑制する基板処理装置及び基板処理装置の温度制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明にかかる基板処理装置は、基板を収容する処理室を加熱する加熱手段と、第１の放射温度計を用いて前記加熱手段によって加熱された温度を検出する第１の温度検出手段と、第１の放射温度計によって測定される温度の範囲の上限よりも高い温度を測定される温度の範囲の上限とし、かつ、第１の放射温度計によって測定される温度の範囲の下限よりも高い温度を測定される温度の範囲の下限とする第２の放射温度計を用いて、前記加熱手段によって加熱された温度を検出する第２の温度検出手段と、前記第１の温度検出手段により検出された温度に基づき前記加熱手段を制御する第１の制御手段と、前記第２の温度検出手段により検出された温度に基づき前記加熱手段を制御する第２の制御手段と、前記第１の温度検出手段により検出された温度が第一の閾値を超えた場合には第２の温度検出手段に切り替え、前記第２の温度検出手段により検出された温度が前記第一の閾値より低い第二の閾値を下回った場合には第１の温度検出手段に切り替え、前記第１の温度検出手段又は前記第２の温度検出手段により検出された温度と予め定められた閾値とに基づいて、前記第１の制御手段による前記加熱手段の制御と前記第２の制御手段による前記加熱手段の制御とを切り替える制御切り替え手段と、を有する。
【０００９】
また、本発明にかかる基板処理装置の温度制御方法は、基板を収容する処理室を加熱手段により加熱し、第１の放射温度計を用いて前記加熱手段によって加熱された温度を第１の温度検出手段により検出し、第１の放射温度計によって測定される温度の範囲の上限よりも高い温度を測定される温度の範囲の上限とし、かつ、第１の放射温度計によって測定される温度の範囲の下限よりも高い温度を測定される温度の範囲の下限とする第２の放射温度計を用いて、前記加熱手段によって加熱された温度を第２の温度検出手段により検出し、前記第１の温度検出手段により検出された温度が第一の閾値を超えた場合には第２の温度検出手段に切り替える第１の制御と、前記第２の温度検出手段により検出された温度が前記第一の閾値より低い第二の闘値を下回った場合には第１の温度検出手段に切り替える第２の制御と、を前記第１の温度検出手段又は前記第２の温度検出手段により検出された温度と予め定められた闘値とに基づいて切り替える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、温度センサを用いて熱処理を制御する際の不具合を抑制する基板処理装置及び基板処理装置の温度制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体製造装置３００の一例を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は、本発明の実施形態に係る処理炉３２８の一例を示す側面断面図であり、（ｂ）は、ボート３２０に支持されたウエハ３０４の側面断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る処理炉３２８内の要部断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る半導体製造装置３００のガス供給ユニット３８０の一例を示す模式図である。
【図５】本発明の実施形態に係る処理炉３２８及び周辺構造の概略断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る半導体製造装置３００の制御構成の一例を示すブロック図である。
【図７】温度制御部３６２による温度制御の切り替え処理を示す図である。
【図８】高温用放射温度計による制御と低温放射温度計による制御との切り替えを示す図である。
【図９】本発明の実施形態に係る放射温度計の故障検知の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態に係るＳｉＣ（炭化ケイ素）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方法の一つであるＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する基板の製造方法ついて図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置３００の一例を示す斜視図である。
【００１３】
基板処理装置（成膜装置）としての半導体製造装置３００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３０２を有する。半導体製造装置３００には、例えばＳｉＣ等で構成された基板としてのウエハ３０４（後述する図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）３０６がウエハキャリアとして使用される。筐体３０２の正面側には、ポッドステージ３０８が配置されており、ポッドステージ３０８にポッド３０６が搬送される。ポッド３０６には、例えば２５枚のウエハ３０４が収納され、蓋が閉じられた状態でポッドステージ３０８にセットされる。
【００１４】
筐体３０２内の正面側であって、ポッドステージ３０８に対向する位置には、ポッド搬送装置３１０が配置されている。また、ポッド搬送装置３１０の近傍にはポッド収納棚３１２、ポッドオープナ３１４及び基板枚数検知器３１６が配置されている。ポッド収納棚３１２は、ポッドオープナ３１４の上方に配置され、ポッド３０６を複数個載置した状態で保持するように構成されている。基板枚数検知器３１６は、ポッドオープナ３１４に隣接して配置され、ポッド搬送装置３１０は、ポッドステージ３０８とポッド収納棚３１２とポッドオープナ３１４との間でポッド３０６を搬送する。ポッドオープナ３１４は、ポッド３０６の蓋を開けるものであり、基板枚数検知器３１６は蓋を開けられたポッド３０６内のウエハ３０４の枚数を検知するようになっている。
【００１５】
筐体３０２内には、基板移載機３１８、基板保持具としてのボート３２０が配置されている。基板移載機３１８は、アーム（ツイーザ）３２２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。アーム３２２は、例えば５枚のウエハ３０４を取出すことができ、アーム３２２を動かすことにより、ポッドオープナ３１４の位置に置かれたポッド３０６及びボート３２０間にてウエハ３０４を搬送する。
【００１６】
ボート３２０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、複数枚のウエハ３０４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、保持するように構成されている。なお、ボート３２０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盤形状の断熱部材としてボート断熱部３２４が配置されており、後述する被加熱体（被誘導体）３２６からの熱が処理炉３２８の下方側に伝わりにくくなるように構成されている（後述する図２参照）。
【００１７】
筐体３０２内の背面側上部には、処理炉３２８が配置されている。処理炉３２８内に複数枚のウエハ３０４を装填したボート３２０が搬入され、熱処理が行われる。
【００１８】
次に、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置３００の処理炉３２８について説明する。
【００１９】
図２（ａ）は、本発明の実施形態に係る処理炉３２８の一例を示す側面断面図であり、図２（ｂ）は、ボート３２０に支持されたウエハ３０４の側面断面図である。また、図３は、処理炉３２８内の要部断面図である。また、図４は、図２に接続されるガス供給ユニット３８０の一例を示す模式図である。
【００２０】
処理炉３２８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３４４を備えている。反応管３４４の下方には、反応管３４４と同心円状にマニホールド３４６が配設されている。マニホールド３４６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。マニホールド３４６は、反応管３４４を支持するように設けられている。なお、マニホールド３４６と反応管３４４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。マニホールド３４６が図示しない保持体に支持されることにより、反応管３４４は垂直に据付けられた状態になっている。反応管３４４とマニホールド３４６により、反応容器が形成されている。
【００２１】
処理炉３２８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加熱体（被誘導体）３２６及び磁場発生部としての誘導コイル３４８を具備している。反応管３４４の内側には、反応室３５０が形成れており、ＳｉＣ等で構成された基板としてのウエハ３０４を保持したボート３２０を収納可能に構成されている。被加熱体３２６は、反応管３４４の外側に設けられた誘導コイル３４８により発生される磁場によって加熱されるようになっており、被加熱体３２６が発熱することにより、反応室３５０内が加熱されるようになっている。
【００２２】
また、図２（ｂ）に示されるように、ウエハ３０４は、円環状の下部ウエハホルダ３５２ｂに保持され、上面を円板状の上部ウエハホルダ３５２ａで覆われた状態でボート３２０に保持されるとよい。これにより、ウエハ上部から落下しているパーティクルからウエハ３０４を守ることができると共に、成膜面（ウエハ３０４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、ウエハホルダ３５２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３２０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エハホルダ３５２に保持されたウエハ３０４を保持するよう構成されている。
【００２３】
また、被加熱体３２６の近傍には、後述する反応室３５０内の温度を検出する温度検出体として温度センサが設けられている。誘導コイル３４８及び温度センサは、温度制御部３６２と電気的に接続されており（後述する図６参照）、温度センサにより検出された温度情報に基づき、誘導コイル３４８への通電具合が調整されることで、反応室３５０内の温度が所望の温度分布となるよう制御される。温度センサとして、例えば、被加熱体３２６の近傍に縦方向に３つのゾーンに分割して放射温度計３５４、３５６、３５８、３６０が配置されている。
【００２４】
反応管３４４と被加熱体３２６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３７２が設けられ、断熱材３７２を設けることにより、被加熱体３２６の熱が反応管３４４或は反応管３４４の外側へ伝達するのを抑制することができる。
【００２５】
又、誘導コイル３４８の外側には、反応室３５０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３７４が反応室３５０を囲むように設けられている。更に、外側断熱壁３７４の外側には、誘導コイル３４８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３７６が設けられている。
【００２６】
図２に示すように、被加熱体３２６とウエハ３０４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エハ３０４に供給するために少なくとも１つの第１のガス供給口３３０が形成された第１のガス供給ノズル３３２が設置される。又、被加熱体３２６とウエハ３０４との間の第１のガス供給ノズル３３２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エハ３０４に供給するために、少なくとも１つの第２のガス供給口３３４が形成された第２のガス供給ノズル３３６が設けられる。
【００２７】
また、第１のガス供給ノズル３３２及び第２のガス供給ノズル３３６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３３６は３本設けられ、第２のガス供給ノズル３３６に挟まれるように第１のガス供給ノズル３３２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３３６を中心に成膜ガス供給を左右対称とすることができ、ウエハ３０４内の均一性を高めることができる。
【００２８】
第１のガス供給ノズル３３２は、例えばカーボングラファイトで構成され、反応室３５０内に設けられる。又、第１のガス供給ノズル３３２は、マニホールド３４６を貫通するようにマニホールド３４６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３３０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３３２を介して、反応室３５０内に供給するようになっている。
【００２９】
第１のガス供給ノズル３３２は、第１のガスライン３７８を介してガス供給ユニット３８０に接続される。図４に示されるように、第１のガスライン３７８は、ＳｉＨ4ガス、ＨＣｌガス、不活性ガスに対してそれぞれバルブ３８４ｃ，３８４ｄ，３８４ｆ、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）３８２ｃ，３８２ｄ，３８２ｆを介して、例えばＳｉＨ4ガス供給源３８６ｃ、ＨＣｌガス供給源３８６ｄ、不活性ガス供給源３８６ｆに接続されている。
【００３０】
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３５０内に於いて制御することができる。バルブ３８４ｃ，３８４ｄ，３８４ｆ、ＭＦＣ３８２ｃ，３８２ｄ，３８２ｆは、ガス流量制御部３８８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ように、所定のタイミングにて制御されるようになっている（後述する図６参照）。尚、ＳｉＨ4ガス、ＨＣｌガス、不活性ガスのそれぞれのガス供給源３８６ｃ，３８６ｄ、３８６ｆ、バルブ３８４ｃ，３８４ｄ、３８４ｆ、ＭＦＣ３８２ｃ，３８２ｄ，３８２ｆ、第１のガスライン３７８、第１のガス供給ノズル３３２及び第１のガス供給ノズル３３２に少なくとも１つ設けられる第１のガス供給口３３０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。
【００３１】
第２のガス供給ノズル３３６は、例えばカーボングラファイトで構成され、反応室３５０内に設けられる。また、第２のガス供給ノズル３３６は、マニホールド３４６を貫通するように、マニホールド３４６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３３４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）ガスとを第２のガス供給ノズル３３６を介して反応室３５０内に供給するようになっている。
【００３２】
第２のガス供給ノズル３３６は、第２のガスライン３９０を介してガス供給ユニット３８０に接続されている。また、図４に示されるように第２のガスライン３９０は、例えばガス配管２１３ａ，２１３ｂに分岐され、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ガスに対してバルブ３８４ａ及び流量制御手段としてのＭＦＣ３８２ａを介してＣ3Ｈ8ガス供給源３８６ａに接続され、還元ガスとして、例えばＨ2ガスに対してバルブ３８４ｂ及び流量制御手段としてのＭＦＣ３８２ｂを介してＨ2ガス供給源３８６ｂに接続されている。
【００３３】
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３５０内に於いて制御することができる。バルブ３８４ａ，３８４ｂ、ＭＦＣ３８２ａ，３８２ｂはガス流量制御部３８８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よう、所定のタイミングにて制御されるようになっている（図６参照）。尚、Ｃ3Ｈ8ガス、Ｈ2ガスのガス供給源３８６ａ，３８６ｂ、バルブ３８４ａ，３８４ｂ、ＭＦＣ３８２ａ，３８２ｂ、第２のガスライン３９０、第２のガス供給ノズル３３６、第２のガス供給口３３４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。
【００３４】
又、第１のガス供給ノズル３３２及び第２のガス供給ノズル３３６に於いて、ウエハ３０４の配列領域に第１のガス供給口３３０及び第２のガス供給口３３４がそれぞれ１つ設けられていてもよく、ウエハ３０４の所定枚数毎に設けられていてもよい。
【００３５】
又、図２及び図３に示すように、第３のガス供給口３４０が、反応管３４４と断熱材３７２との間に配置され、マニホールド３４６を貫通するように取付けられている。第３のガス供給口３４０はマニホールド３４６を貫通する第３のガスライン４００に形成され、バルブ３８４ｅ、ＭＦＣ３８２ｅを介してガス供給源３８６ｅに接続されている。ガス供給源３８６ｅ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３４４と断熱材３７２との間に進入するのを防ぎ、反応管３４４の内壁又は断熱材３７２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。
【００３６】
図２（ａ）に示すように、第１のガス排気口３３８は、被加熱体３２６とウエハ３０４との間に配置される。また、反応管３４４と断熱材３７２との間に、第２のガス排気口３４２が配置されている。
【００３７】
また、第１のガス排気口３３８は、ボート３２０より下部に設けられ、マニホールド３４６には、第１のガス排気口３３８に接続されたガス排気管３９２が貫通するよう設けられている。ガス排気管３９２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３９４を介して真空ポンプ等の真空排気装置３９６が接続されている。圧力センサ及びＡＰＣバルブ３９４には、圧力制御部３９８が電気的に接続されており、圧力制御部３９８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３９４の開度を調整し、処理炉３２８内の圧力が所定の圧力となるよう所定のタイミングにて制御するように構成されている（後述する図６参照）。
【００３８】
上記したように、第１のガス供給口３３０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３３４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で構成されたウエハ３０４に対し平行に流れ、第１のガス排気口３３８より排気されるので、ウエハ３０４全体が効率的且つ均一にガスに晒される。
【００３９】
又、反応管３４４と断熱材３７２との間には、第２のガス排気口３４２が第３のガス供給口３４０に対して対向するように配置され、第２のガス排気口３４２はガス排気管３９２に接続されている。
【００４０】
又、反応管３４４と断熱材３７２との間に供給された不活性ガスは、第２のガス排気口３４２よりガス排気管３９２の下流側にあるＡＰＣバルブ３９４を介して真空排気装置３９６から排気される。
【００４１】
また、好ましくは、反応室３５０内において第１及び第２のガス供給ノズル３３２，３３６と第１のガス排気口３３８との間であって、被加熱体３２６とウエハ３０４との間には、被加熱体３２６とウエハ３０４との間の空間を埋めるよう、鉛直方向に延在し断面が円弧状の構造物３７０を反応室３５０内に設けるのがよい。例えば、図３に示すように、対向する位置にそれぞれ構造物３７０を設けることで、第１及び第２のガス供給ノズル３３２，３３６から供給されるガスが、被加熱体３２６の内壁に沿ってウエハ３０４を迂回するのを防止することができる。構造物３７０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。
【００４２】
次に、処理炉３２８及びその周辺の構成について説明する。
【００４３】
図５は、本発明の実施形態に係る処理炉３２８及び周辺構造の概略断面図である。処理炉３２８の下方には、処理炉３２８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４０２が設けられている。シールキャップ４０２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。シールキャップ４０２の上面には、処理炉３２８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４０２には回転機構４０４が設けられ、回転機構４０４の回転軸４０６はシールキャップ４０２を貫通してボート３２０に接続されており、ボート３２０を回転させることでウエハ３０４を回転させるように構成されている。
【００４４】
又、シールキャップ４０２は処理炉３２８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４０８によって垂直方向に昇降されるように構成されており、これによりボート３２０を処理炉３２８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４０４及び昇降モータ４０８には、駆動制御部４１０が電気的に接続されており、所定の動作をするよう所定のタイミングにて制御するよう構成されている（後述する図６参照）。
【００４５】
予備室としてのロードロック室４１２の外面に下基板４１４が設けられている。下基板４１４には、昇降台４１６と摺動自在に嵌合するガイドシャフト４１８及び昇降台４１６と螺合するボール螺子４２０が設けられている。又、下基板４１４に立設したガイドシャフト４１８及びボール螺子４２０の上端には上基板４２２が設けられている。ボール螺子４２０は、上基板４２２に設けられた昇降モータ４０８によって回転され、ボール螺子４２０が回転されることで昇降台４１６が昇降するようになっている。
【００４６】
昇降台４１６には中空の昇降シャフト４２４が垂設され、昇降台４１６と昇降シャフト４２４の連結部は気密となっており、昇降シャフト４２４は昇降台４１６と共に昇降するようになっている。昇降シャフト４２４はロードロック室４１２の天板４２６を遊貫し、昇降シャフト４２４が貫通する天板４２６の貫通孔は、昇降シャフト４２４が天板４２６と接触することがないよう充分な隙間が形成されている。
【００４７】
又、ロードロック室４１２と昇降台４１６との間には、昇降シャフト４２４の周囲を覆うように伸縮性を有する中空伸縮体としてベローズ４２８が設けられ、ベローズ４２８によりロードロック室４１２が気密に保たれるようになっている。尚、ベローズ４２８は昇降台４１６の昇降量に対応できる充分な伸縮量を有し、ベローズ４２８の内径は昇降シャフト４２４の外径に比べて充分に大きく、伸縮の際にベローズ４２８と昇降シャフト４２４が接触することがないように構成されている。
【００４８】
昇降シャフト４２４の下端には、昇降基板４３０が水平に固着され、昇降基板４３０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４３２が気密に取付けられる。昇降基板４３０と駆動部カバー４３２とで駆動部収納ケース４３４が構成され、この構成により駆動部収納ケース４３４内部はロードロック室４１２内の雰囲気と隔離される。
【００４９】
又、駆動部収納ケース４３４の内部にはボート３２０の回転機構４０４が設けられ、回転機構４０４の周辺は冷却機構４３６によって冷却されるようになっている。
【００５０】
電力ケーブル４３８は、昇降シャフト４２４の上端から中空部を通り、回転機構４０４に導かれて接続されている。又、冷却機構４３６及びシールキャップ４０２には冷却水流路４４０が形成されている。更に、冷却水配管４４２が昇降シャフト４２４の上端から中空部を通り冷却水流路４４０に導かれて接続されている。
【００５１】
昇降モータ４０８が駆動され、ボール螺子４２０が回転することで、昇降台４１６及び昇降シャフト４２４を介して駆動部収納ケース４３４を昇降させる。
【００５２】
駆動部収納ケース４３４が上昇することにより、昇降基板４３０に気密に設けられているシールキャップ４０２が処理炉３２８の開口部である炉口４４４を閉塞し、ウエハ処理が可能な状態となる。又、駆動部収納ケース４３４が下降することにより、シールキャップ４０２と共にボート３２０が降下され、ウエハ３０４を外部に搬出できる状態となる。
【００５３】
次に、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置３００を構成する各部の制御構成について説明する。
【００５４】
図６に於いて、温度制御部３６２、ガス流量制御部３８８、圧力制御部３９８、駆動制御部４１０は、操作部及び入出力部を構成し、半導体製造装置３００全体を制御する主制御部４４６に電気的に接続されている。又、温度制御部３６２、ガス流量制御部３８８、圧力制御部３９８、駆動制御部４１０は、コントローラ４４８として構成されている。
【００５５】
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。
【００５６】
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３５０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、本実施形態のように、複数枚のウエハ３０４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、ウエハ間の均一性を向上させるため、成膜ガスを夫々のウエハ近傍のガス供給口から供給できるように、反応室３５０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３５０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。
【００５７】
そこで、本実施形態では、第１のガス供給ノズル３３２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３３６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。
【００５８】
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３３６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３５０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。
【００５９】
更に、第１のガス供給ノズル３３２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。
【００６０】
尚、図２から図４に示す例では、第１のガス供給ノズル３３２にＳｉＨ4ガス及びＨＣｌガスを供給し、第２のガス供給ノズル３３６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から４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。
【００６１】
又、図２から図４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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
上述では、第１のガス供給ノズル３３２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３３６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３３０，３３４からウエハ３０４に到達するまでの間に充分に行う必要がある。
【００６６】
従って、ウエ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３３２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。
【００６７】
次に、上述した半導体製造装置３００を用い、半導体デバイスの製造工程の一工程として、ＳｉＣ等で構成されるウエハ３０４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。
【００６８】
尚、以下の説明に於いて半導体製造装置３００を構成する各部の動作は、コントローラ４４８により制御される。
【００６９】
先ず、ポッドステージ３０８に複数枚のウエハ３０４を収納したポッド３０６がセットされると、ポッド搬送装置３１０によりポッド３０６をポッドステージ３０８からポッド収納棚３１２へ搬送し、ストックする。次に、ポッド搬送装置３１０により、ポッド収納棚３１２にストックされたポッド３０６をポッドオープナ３１４に搬送してセットし、ポッドオープナ３１４によりポッド３０６の蓋を開き、基板枚数検知器３１６によりポッド３０６に収納されているウエハ３０４の枚数を検知する。
【００７０】
次に、基板移載機３１８により、ポッドオープナ３１４の位置にあるポッド３０６からウエハ３０４を取出し、ボート３２０に移載する。
【００７１】
複数枚のウエハ３０４がボート３２０に装填されると、ウエハ３０４を保持したボート３２０は、昇降モータ４０８による昇降台４１６及び昇降シャフト４２４の昇降動作により反応室３５０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４０２はＯリング（図示せず）を介してマニホールド３４６の下端をシールした状態となる。
【００７２】
ボート３２０搬入後、反応室３５０内が所定の圧力（真空度）となるように、真空排気装置３９６によって真空排気される。この時、反応室３５０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３３８及び第２のガス排気口３４２に連通するＡＰＣバルブ３９４がフィードバック制御される。又、ウエハ３０４及び反応室３５０内が所定の温度となるよう被加熱体３２６が加熱される。この時、反応室３５０内が所定の温度分布となるよう、後述する切り替え方式により選択された高温用放射温度計３５６又は低温用放射温度計３５８が検出した温度情報に基づき誘導コイル３４８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４０４により、ボート３２０が回転されることで、ウエハ３０４が周方向に回転される。
【００７３】
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３８６ｃ，３８６ｄから供給され、第１のガス供給口３３０より反応室３５０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、所定の流量となるように対応するＭＦＣ３８２ａ，３８２ｂの開度が調整された後、バルブ３８４ａ，３８４ｂが開かれ、それぞれのガスが第２のガスライン３９０に流通し、第２のガス供給ノズル３３６に流通して第２のガス供給口３３４より反応室３５０内に導入される。
【００７４】
第１のガス供給口３３０及び第２のガス供給口３３４より供給されたガスは、反応室３５０内の被加熱体３２６の内側を通り、第１のガス排気口３３８からガス排気管３９２を通って排気される。第１のガス供給口３３０及び第２のガス供給口３３４より供給されたガスは、反応室３５０内を通過する際に、ＳｉＣ等で構成されるウエハ３０４と接触し、ウエハ３０４表面上にＳｉＣエピタキシャル膜成長がなされる。
【００７５】
又、ガス供給源３８６ｅ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ように対応するＭＦＣ３８２ｅの開度が調整された後、バルブ３８４ｅが開かれ、第３のガスライン４００に流通し、第３のガス供給口３４０から反応室３５０内に供給される。第３のガス供給口３４０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３５０内の断熱材３７２と反応管３４４との間を通過し、第２のガス排気口３４２から排気される。
【００７６】
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３５０内の被加熱体３２６の内側の空間が不活性ガスで置換されると共に、反応室３５０内の圧力が常圧に復帰される。
【００７７】
その後、昇降モータ４０８によりシールキャップ４０２が下降され、マニホールド３４６の下端が開口されると共に、処理済みのウエハ３０４がボート３２０に保持された状態でマニホールド３４６の下端から反応管３４４の外部に搬出（ボートアンローディング）され、ボート３２０に保持されたウエハ３０４が冷える迄、ボート３２０を所定位置にて待機させる。待機させたボート３２０のウエハ３０４が所定温度迄冷却されると、基板移載機３１８により、ボート３２０からウエハ３０４を取出し、ポッドオープナ３１４にセットされている空のポッド３０６に搬送して収納する。その後、ポッド搬送装置３１０によりウエハ３０４が収納されたポッド３０６をポッド収納棚３１２、又はポッドステージ３０８に搬送する。このようにして、半導体製造装置３００の一連の作動が完了する。
【００７８】
次に、本発明の実施形態に係る温度センサについて詳述する。
温度センサとして、例えば被加熱体３２６の近傍に縦方向に３つのゾーンに分割して放射温度計３５４、３５６、３５８、３６０が配置されている。
放射温度計３５４は、縦方向の３つのゾーンのうち上部のゾーンに配置されており、放射温度計３５６、３５８は、縦方向の３つのゾーンのうち中部のゾーンに配置されており、放射温度計３６０は、縦方向の３つのゾーンのうち下部のゾーンに配置されている。
【００７９】
上部のゾーンに配置された放射温度計３５４及び下部のゾーンに配置された放射温度計３６０は、モニター用であり、目的に応じて低温用放射温度計又は高温用放射温度計のいずれかが配置されている。中部のゾーンに配置された放射温度計３５６及び３５８のうち、放射温度計３５６は高温用放射温度計であり、放射温度計３５８は低温用放射温度計である。放射温度計３５６及び３５８は、同じ場所の温度を測定する目的で配置されており、高温用放射温度計である放射温度計３５６と低温用放射温度計である放射温度計３５８とを切り替えて温度制御を行なう。
【００８０】
誘導コイル３４８及び放射温度計３５４、３５６、３５８、３６０は、それぞれ図６に示されているように温度制御部３６２と電気的に接続されている。温度制御部３６２は、放射温度計３５６又は放射温度計３５８により検出された温度情報に基づき、誘導コイル３４８への通電具合が調節されることで、反応室３５０内の温度が所望の温度分布となるよう所定のタイミングにて制御されるよう構成されている。例えば、高周波電源で駆動される円柱型の誘導過熱ヒータである誘導コイル３４８に対し、温度制御部３６２は、放射温度計３５６又は放射温度計３５８により検出された温度情報と設定温度とを比較して適切な熱量を出力させるべく高周波電源を駆動する。
【００８１】
また、温度制御部３６２は、放射温度計３５６により検出された温度情報に基づく制御と、放射温度計３５８により検出された温度情報に基づく制御とを後述する切り替え方式により切り替えて制御を行なう。
【００８２】
さらに、誘導コイル３４８の近傍に、縦方向に３つのゾーンに分割して熱電対３６４、３６６、３６８が配置されている。熱電対３６４は、縦方向の３つのゾーンのうち上部のゾーンに配置されており、熱電対３６６は、縦方向の３つのゾーンのうち中部のゾーンに配置されており、熱電対３６８は、縦方向の３つのゾーンのうち下部のゾーンに配置されている。熱電対３６４、３６６、３６８は、過温保護のために用いられ、それぞれ温度制御部３６２に電気的に接続されている。
【００８３】
次に、本発明の実施形態に係る温度制御における放射温度計の切り替えについて説明する。
【００８４】
本発明の実施形態に係る温度制御では、例えば、低温用放射温度計である放射温度計３５８（以下、低温用放射温度計３５８）による測定値（検出温度）に基づく温度制御から高温用放射温度計である放射温度計３５６（以下、高温用放射温度計３５６）による測定値（検出温度）に基づく温度制御へ切り替える判断の基準として閾値Ｐを設定し、高温用放射温度計３５６による測定値（検出温度）から低温用放射温度計３５８による測定値（検出温度）に基づく温度制御へ切り替える判断の基準として閾値Ｐとは異なる閾値Ｍを設定する。
【００８５】
また、低温用放射温度計３５８による測定値（検出温度）に基づく温度制御から高温用放射温度計３５６による測定値（検出温度）に基づく温度制御へ切り替える際に故障の判断基準となる閾値ＫＰＭ、閾値ＫＰＰを設定し、高温用放射温度計３５６による測定値（検出温度）から低温用放射温度計３５８による測定値（検出温度）に基づく温度制御へ切り替える際に故障の判断基準となる閾値ＫＭＭ、閾値ＫＭＰを設定する。
【００８６】
具体的には、高温用放射温度計３５６の測定値が閾値Ｍを下回る場合、低温用放射温度計３５８による測定値に基づく温度制御に切り替える。
また、低温用放射温度計３５８の測定値が閾値Ｐを上回った場合、高温用放射温度計３５６による測定値に基づく温度制御に切り替える。
【００８７】
温度制御部３６２は、低温用放射温度計３５８による温度制御から高温用放射温度計３５６による温度制御へと切り替える判断基準となる閾値Ｐと、高温用放射温度計３５６による温度制御から低温用放射温度計３５８による温度制御へ切り替える閾値Ｍとに基づいて、制御を切り替える。ここで、閾値Ｐは、閾値Ｍよりも大きい（すなわち、Ｐ＞Ｍの関係にある）。
【００８８】
また、高温用放射温度計３５６の計測可能な温度範囲の上限値をMax_Highとし、高温用放射温度計３５６の計測可能な温度範囲の下限値をMin_Highとし、低温用放射温度計３５８の計測可能な温度範囲の上限値をMax_Lowとし、低温用放射温度計３５８の計測可能な
温度範囲の下限値をMin_Lowとすると、閾値Ｐ及び閾値Ｍは、以下の式を満たす。
【００８９】
Max_High ＞ Max_Low ＞ Ｐ ＞ Ｍ ＞ Min_High ＞ Min_Low
【００９０】
そして、高温用放射温度計３５６による制御から低温用放射温度計３５８による制御に切り替える場合、高温用放射温度計３５６が閾値Ｍを下回った時点で低温用放射温度計３５８の測定値が閾値ＫＭＭから閾値ＫＭＰの許容範囲外であれば、高温用放射温度計３５６と低温用放射温度計３５８のいずれかが故障していると判断して、温度制御を中止する。ここで、閾値Ｍ、ＫＭＭ、ＫＭＰは、以下の式を満たす。
【００９１】
Max_Low ≧ ＫＭＰ ＞ Ｍ ＞ ＫＭＭ ≧ Min_Low
【００９２】
但し、等号（＝）は許容範囲の上限閾値または下限閾値を設定しない場合に適用する。
【００９３】
また、低温用放射温度計３５８による制御から高温用放射温度計３５６による制御に切り替える場合、低温用放射温度計３５８が閾値Ｐを上回った時点で高温用放射温度計３５６の測定値が閾値ＫＰＭから閾値ＫＰＰの許容範囲外であれば、高温用放射温度計３５６と低温用放射温度計３５８のいずれかが故障していると判断して、温度制御を中止する。ここで、閾値Ｐ、ＫＰＭ、ＫＰＰは、以下の式を満たす。
【００９４】
Max_High ≧ ＫＰＰ ＞ Ｐ ＞ ＫＰＭ ≧ Min_High
【００９５】
但し、等号（＝）は許容範囲の上限閾値または下限閾値を設定しない場合に適用する。
【００９６】
図７は、温度制御部３６２による温度制御の切り替え処理を示す図である。また、図８は、高温用放射温度計３５６による制御と低温放射温度計３５８による制御との切り替えを示す図である。図８において、横軸は、高温用放射温度計３５６による温度制御を行なうか低温用放射温度計３５８による温度制御を行なうかを示しており、縦軸は、放射温度計により測定される測定温度を示している。なお、太線で示された測定温度は、低温用放射温度計３５８により測定された測定温度を示し、破線で示された測定温度は、高温用放射温度計３５６により測定された測定温度を示す。
【００９７】
図７及び図８に示されるように、温度制御部３６２は、現在の温度制御に用いている放射温度計の測定温度と閾値との比較により制御の切り替えがなされる。温度制御部３６２は、低温用放射温度計３５８による制御から高温用放射温度計３５６に制御対象を切り替える場合、低温用放射温度計３５８の測定値が閾値Ｐ以上となり、高温用放射温度計３５８の測定値が閾値ＫＰＰより高い場合や、閾値ＫＰＭより低い場合には低温用放射温度計又は高温用放射温度計の故障を検知する。
同様に、低温用放射温度計３５８の測定値が閾値Ｐ以上となり、高温用放射温度計３５８の測定値が閾値ＫＰＭから閾値ＫＰＰであれば、高温用放射温度計３５６による制御へと切り替える。
また、低温用放射温度計３５８の測定値が閾値Ｐ未満であれば、低温用放射温度計３５８の使用を継続する。このとき、温度制御部３６２は、高温用放射温度計の測定値は切り替え判断において考慮しない。
【００９８】
図９は、本発明の実施形態に係る放射温度計の故障検知の一例を示す図である。
図９に示されているように、高温用放射温度計３５６による温度制御から低温用放射温度計３５８による温度制御へと切り替える場合、高温用放射温度計３５６の測定値が闘値Ｍを下回った時点で低温用放射温度計３５８の測定値が闘値ＫＭＭから闘置ＫＭＰの範囲内にない場合には、低温用放射温度計又は高温用放射温度計の故障を検知する。
すなわち、温度制御部３６２は、高温用放射温度計３５６による温度制御から低温用放射温度計３５８による温度制御へと切り替える場合、高温用放射温度計３５６の測定値が閾値Ｍ未満となり、低温用放射温度計３５８の測定値が閾値ＫＭＰより高い場合や、閾値ＫＭＭより低い場合には低温用放射温度計又は高温用放射温度計の故障を検知する。
【００９９】
同様に、高温用放射温度計３５６の測定値が閾値Ｍ未満となり、低温用放射温度計３５８の測定値が閾値ＫＭＭから閾値ＫＭＰであれば、低温用放射温度計３５８による制御へと切り替える。
また、高温用放射温度計３５６の測定値が閾値Ｍ以上であれば、高温用放射温度計３５６の使用を継続する。このとき、温度制御部３６２は、低温用放射温度計の測定値は切り替え判断において考慮しない。
【０１００】
上述の温度制御部３６２による制御の切り替えでは、複数種の放射温度計の切り替え時及び切り替え温度付近で危惧される温度測定値の不安定を改善でき、温度制御性を向上させることができる。
【０１０１】
また、放射温度計の切り替え時に他方の放射温度計の測定の範囲をチェックすることにより、放射温度計の故障やパラメータ設定ミス等を検知することができ、安全な温度制御を実現できる。
【０１０２】
以上の温度制御は、中部のゾーンに配置された放射温度計３５６及び３５８を用いて行なう例を示したが、上部又は下部のゾーンにおいて高温用放射温度計及び低温用放射温度計を設置して、同様に制御の切り替えを行なってもよい。
【０１０３】
また、ＳｉＣエピタキシャル膜を成膜する半導体製造装置に限らず、縦型の基板処理装置全般に適用することができる。
【０１０４】
［本発明の好ましい態様］
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
【０１０５】
（付記１）
基板を収容する処理室を加熱する加熱手段と、
第１の放射温度計を用いて前記加熱手段によって加熱された温度を検出する第１の温度検出手段と、
第１の放射温度計によって測定される温度の範囲の上限よりも高い温度を測定される温度の範囲の上限とし、かつ、第１の放射温度計によって測定される温度の範囲の下限よりも高い温度を測定される温度の範囲の下限とする第２の放射温度計を用いて、前記加熱手段によって加熱された温度を検出する第２の温度検出手段と、
前記第１の温度検出手段により検出された温度に基づき前記加熱手段を制御する第１の制御手段と、
前記第２の温度検出手段により検出された温度に基づき前記加熱手段を制御する第２の制御手段と、
前記第１の温度検出手段により検出された温度が第一の閾値を超えた場合には第２の温度検出手段に切り替え、前記第２の温度検出手段により検出された温度が前記第一の閾値より低い第二の閾値を下回った場合には第１の温度検出手段に切り替え、前記第１の温度検出手段又は前記第２の温度検出手段により検出された温度と予め定められた閾値とに基づいて、前記第１の制御手段による前記加熱手段の制御と前記第２の制御手段による前記加熱手段の制御とを切り替える制御切り替え手段と、
を有する基板処理装置。
【０１０６】
（付記２）
基板を収容する処理室を加熱手段により加熱し、
第１の放射温度計を用いて前記加熱手段によって加熱された温度を第１の温度検出手段により検出し、
第１の放射温度計によって測定される温度の範囲の上限よりも高い温度を測定される温度の範囲の上限とし、かつ、第１の放射温度計によって測定される温度の範囲の下限よりも高い温度を測定される温度の範囲の下限とする第２の放射温度計を用いて、前記加熱手段によって加熱された温度を第２の温度検出手段により検出し、
前記第１の温度検出手段により検出された温度が第一の閾値を超えた場合には第２の温度検出手段に切り替える第１の制御と、前記第２の温度検出手段により検出された温度が前記第一の閾値より低い第二の闘値を下回った場合には第１の温度検出手段に切り替える第２の制御と、を前記第１の温度検出手段又は前記第２の温度検出手段により検出された温度と予め定められた闘値とに基づいて切り替える、
基板処理装置の温度制御方法。
【０１０７】
（付記３）
それぞれ測定温度帯が異なる複数の温度センサを有する熱処理装置において、温度帯に応じて温度センサを切り替える温度測定方法。
【０１０８】
（付記４）
それぞれ測定温度帯が異なる複数の温度センサを有する熱処理装置において、温度帯に応じて温度センサを切り替える際に、他方の温度センサが許容範囲内であるかどうかに応じて判断する温度センサの故障検知方法。
【０１０９】
（付記５）
付記３及び付記４の方法をプログラマ化し計算機上に実装した温度制御装置及び熱処理装置。
【符号の説明】
【０１１０】
３００ 半導体製造装置
３０４ ウエハ（基板）
３２６ 被加熱体（被誘導体）
３２８ 処理炉
３６２ 温度制御部
３８０ ガス供給ユニット
３５４、３５６、３５８，３６０ 放射温度計
３６４、３６６、３６８ 熱電対
４４８ コントローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容する処理室を加熱する加熱手段と、
第１の放射温度計を用いて前記加熱手段によって加熱された温度を検出する第１の温度検出手段と、
第１の放射温度計によって測定される温度の範囲の上限よりも高い温度を測定される温度の範囲の上限とし、かつ、第１の放射温度計によって測定される温度の範囲の下限よりも高い温度を測定される温度の範囲の下限とする第２の放射温度計を用いて、前記加熱手段によって加熱された温度を検出する第２の温度検出手段と、
前記第１の温度検出手段により検出された温度に基づき前記加熱手段を制御する第１の制御手段と、
前記第２の温度検出手段により検出された温度に基づき前記加熱手段を制御する第２の制御手段と、
前記第１の温度検出手段により検出された温度が第一の閾値を超えた場合には第２の温度検出手段に切り替え、前記第２の温度検出手段により検出された温度が前記第一の閾値より低い第二の閾値を下回った場合には第１の温度検出手段に切り替え、前記第１の温度検出手段又は前記第２の温度検出手段により検出された温度と予め定められた閾値とに基づいて、前記第１の制御手段による前記加熱手段の制御と前記第２の制御手段による前記加熱手段の制御とを切り替える制御切り替え手段と、
を有する基板処理装置。
【請求項２】
基板を収容する処理室を加熱手段により加熱し、
第１の放射温度計を用いて前記加熱手段によって加熱された温度を第１の温度検出手段により検出し、
第１の放射温度計によって測定される温度の範囲の上限よりも高い温度を測定される温度の範囲の上限とし、かつ、第１の放射温度計によって測定される温度の範囲の下限よりも高い温度を測定される温度の範囲の下限とする第２の放射温度計を用いて、前記加熱手段によって加熱された温度を第２の温度検出手段により検出し、
前記第１の温度検出手段により検出された温度が第一の閾値を超えた場合には第２の温度検出手段に切り替える第１の制御と、前記第２の温度検出手段により検出された温度が前記第一の閾値より低い第二の闘値を下回った場合には第１の温度検出手段に切り替える第２の制御と、を前記第１の温度検出手段又は前記第２の温度検出手段により検出された温度と予め定められた闘値とに基づいて切り替える、
基板処理装置の温度制御方法。
【請求項１】
基板を収容する処理室を加熱する加熱手段と、
第１の放射温度計を用いて前記加熱手段によって加熱された温度を検出する第１の温度検出手段と、
第１の放射温度計によって測定される温度の範囲の上限よりも高い温度を測定される温度の範囲の上限とし、かつ、第１の放射温度計によって測定される温度の範囲の下限よりも高い温度を測定される温度の範囲の下限とする第２の放射温度計を用いて、前記加熱手段によって加熱された温度を検出する第２の温度検出手段と、
前記第１の温度検出手段により検出された温度に基づき前記加熱手段を制御する第１の制御手段と、
前記第２の温度検出手段により検出された温度に基づき前記加熱手段を制御する第２の制御手段と、
前記第１の温度検出手段により検出された温度が第一の閾値を超えた場合には第２の温度検出手段に切り替え、前記第２の温度検出手段により検出された温度が前記第一の閾値より低い第二の閾値を下回った場合には第１の温度検出手段に切り替え、前記第１の温度検出手段又は前記第２の温度検出手段により検出された温度と予め定められた閾値とに基づいて、前記第１の制御手段による前記加熱手段の制御と前記第２の制御手段による前記加熱手段の制御とを切り替える制御切り替え手段と、
を有する基板処理装置。
【請求項２】
基板を収容する処理室を加熱手段により加熱し、
第１の放射温度計を用いて前記加熱手段によって加熱された温度を第１の温度検出手段により検出し、
第１の放射温度計によって測定される温度の範囲の上限よりも高い温度を測定される温度の範囲の上限とし、かつ、第１の放射温度計によって測定される温度の範囲の下限よりも高い温度を測定される温度の範囲の下限とする第２の放射温度計を用いて、前記加熱手段によって加熱された温度を第２の温度検出手段により検出し、
前記第１の温度検出手段により検出された温度が第一の閾値を超えた場合には第２の温度検出手段に切り替える第１の制御と、前記第２の温度検出手段により検出された温度が前記第一の閾値より低い第二の闘値を下回った場合には第１の温度検出手段に切り替える第２の制御と、を前記第１の温度検出手段又は前記第２の温度検出手段により検出された温度と予め定められた闘値とに基づいて切り替える、
基板処理装置の温度制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−６２４６６（Ｐ２０１３−６２４６６Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０１５４１（Ｐ２０１１−２０１５４１）
【出願日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【出願人】（０００００１１２２）株式会社日立国際電気 (5,007)
【Ｆターム（参考）】
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