(57)【要約】【課題】  クリーニングで受ける反応炉表面のダメージによる炉内温度測定への影響を低減して、炉内プロファイル測定温度の絶対性を向上する。【解決手段】  プロファイル熱電対をウェハ支持板間に設置する（ステップ１０１）。２枚のウェハ形状の均熱板を炉内へ搬入し、ウェハ支持板のウェハ載置部に載置する（ステップ１０２）。２枚の均熱板で挟み込まれた空間において炉内温度プロファイルを取得する（ステップ１０３）。温度プロファイルを取得後に、反応炉より２枚の均熱板を炉外へ搬出する（ステップ１０４）。プロファイル熱電対を炉から撤去する（ステップ１０５）。温度プロファイルを用いてヒータ温度制御しつつ成膜処理を行う（ステップ１０７）。処理が終了したウェハを反応炉より搬出する（ステップ１１０）。【選択図】  図１
2005166916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応炉内に少なくとも２枚の均熱板を搬入する工程と、
前記２枚の均熱板で挟み込まれた空間において炉内温度を測定する工程と、
前記炉内温度測定工程後に、前記反応炉より前記２枚の均熱板を取り出す工程と、
前記均熱板を反応炉より取り出した状態で前記反応炉内に基板を搬入する工程と、
前記反応炉内で前記温度測定の結果を利用して基板を処理する工程と、
前記反応炉より処理が終了した基板を搬出する工程と、
を有することを特徴と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】
本発明は半導体装置の製造方法に係り、特に炉内温度の測定時に反応炉表面からの輻射の影響を受けないようにしたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の製造において、ウェハに回路作成を行う処理装置として、ＣＶＤ装置やエッチング装置等の種々の真空処理装置が用いられている。これら装置によるウェハの処理過程において、装置を構成する反応炉の処理室内に発生する反応副生成物等による微小塵挨がウェハ表面に付着する。これが、半導体素子の製造過程の歩留まりや装置稼働率低下の主原因となっている。
そこで、このウェハ表面に付着する塵挨を低減するために、成膜により処理室の壁面等に堆積する反応副生成物を適宜、クリーニング（除去）することが行われる。
【０００３】
このような成膜およびクリーニングに関する反応炉の公知技術としては、例えば、特許文献１に記載のものがある。この公知技術においては、２枚の平行平板ヒータ（加熱源）により形成される加熱空間内に偏平な石英製などの反応管（以下、反応炉又は単に炉ともいう）を設ける。その反応管内部に配置されてウェハ領域にほぼ相当する円形部分が切り欠かれたウェハ支持板上に、半導体ウェハを載置し、ウェハを加熱しつつ処理室内にガスを供給しながら排気する。これにより、ウェハ表面に薄膜形成（またはエピタキシャル成長）を行わせる。そして、この成膜処理が繰り返されて反応管壁面あるいはガス排気部に反応副生成物が堆積し、その量が限界値（厚さ）を越えて堆積物が剥がれ落ちてくるようになった場合には、適宜ガス反応によるドライクリーニングを実施し、これを所定回数実施した後、さらにウェットクリーニングによって堆積物を除去する。
【０００４】
上記公知例の具体例として、図６、図７に示すような２枚葉の半導体ウェハ処理装置の反応炉が挙げられる。前述の２枚の平行平板ヒータ１はさらに複数のゾーンに分割され、各ゾーンヒータは独立に温度制御を行われる。温度制御を行うための温度センサとしての熱電対は、分割された各ヒータ１内の温度を測定するヒータ熱電対２と、石英反応管３の内部ウェハ領域の温度をモニタ測定するプロファイル熱電対５とを用いる。温度プロファイル取得時とウェハ処理時とで、いずれか一方の熱電対２、５を選択してヒータ１を温度制御するようになっている。
【０００５】
ウェハＷは、反応管３内に設けられた方形のウェハ支持板４に水平に保持されるようになっている。反応管３の両端にはガス導入／排気口６が設けられている。石英反応管３の一端部にはゲートバルブ７が開閉自在に設けられている。また、プロファイル熱電対５は、図７に示すように、３本の温度プローブ８にそれぞれ設けられて、ゲートバルブ７を設けた面と反対側のフランジ面から反応管内部ウェハ領域まで互いに平行に挿入されて固定され、炉内を真空シールする構造になっている。
【０００６】
図８に上述した反応炉の要部概略図を示す。これは偏平な反応管３の管軸線に沿った縦断面図である。２枚の平行平板ヒータ１の間に反応管３が配置されている。反応管３内に上下２段に２枚のウェハ支持板４が設けられる。ウェハ支持板４は四角の石英板（図７参照）で構成される。ウェハ支持板４にはウェハ載置部１０が設けられる。このウェハ載置部１０は、ウェハ支持板４の中央部に、ウェハより若干大きな径をもつウェハ領域となる円形のウェハ穴１１が開けられ、ウェハ穴１１の底部の外周に複数のウェハ支持爪１２が設けられる。ウェハ穴１１にはめられる２枚のウェハは、この複数の支持爪１２で支持されて、ウェハ支持板４に保持されるようになっている。
【０００７】
ヒータ１内の温度を測定する複数のヒータ熱電対２は、２枚の平行平板ヒータ１内の所定の位置に設置されている。反応管内部ウェハ領域の温度を測定する複数のプロファイル熱電対５は、石英反応管３と２枚のうちの１枚のウェハ支持板４との間に設置されている。なお、図８において、反応管３の表面に沿って繰り返し描かれている小さな黒四角は、後述する反応炉表面の凹凸度を意味している。
【０００８】
この反応炉でウェハ処理を行う場合、まず前述のプロファイル熱電対５を用い、反応管３の内部温度、すなわちウェハ処理温度を所定の温度になるよう制御部１３によって、ヒータ１の出力を制御する。反応管内部温度が安定した後、その時のヒータ温度を記録（温度プロファイル取得）し、以後ウェハ処理を行う場合は、取得した温度プロファイルを用いて各ヒータ１内のヒータ熱電対２にもとづいて炉内の温度制御を行う。
【特許文献１】特開平７−９４４１９号公報（図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１の半導体ウェハ処理装置において成膜処理を繰り返し行うと、反応管内壁およびウェハ支持部およびガス排気部に反応副生成物が堆積する。これら反応副生成物を除去するために、例えば反応ガスにてドライクリーニングを行った場合、堆積付着物と石英反応管との間にエッチングレート差が存在することにより、反応管表面にダメージが与えられ、反応管表面の凸凹度が増加する。またドライクリーニングを数回繰り返した後に、ウェットクリーニングを行うが、例えばフッ酸（ＨＦ）、フッ硝酸（ＨＦＮＯ3）を含んだ薬液で、反応管のウェットクリーニングを行った場合も、同様に反応管表面の凹凸度が増加することが知られている。
【００１０】
上記クリーニングを重ねることによって反応管ダメージが増加していくなか、上記温度プロファイル取得によってウェハ処理温度校正を定期的に繰り返し、校正温度にしたがって成膜を行う。例えば温度６１４℃、ＳｉＨ4ガス流量６０ｓｃｃｍ、圧力０．１３Ｐａ、時間２０分にてシリコン膜の成膜を行った結果を図９に示す。
【００１１】
図９より、ＷＥＴ洗浄（ウェットクリーニング）と、数回のＣｌＦ3ガスクリーニングとを繰り返していくと、白丸でプロットした温度プロファイル値（Profile T.C.（熱電対）モニタ温度）はほぼ一定であるのに対し、実際にウェハへ成膜される四角でプロットしたシリコン膜厚（Ｓｅｅｄ膜厚換算温度）が減少していく様子がわかる。なお、Ｓｅｅｄ膜厚換算温度は、ウェハ上に所定の膜厚をもつ膜が成膜されたときの成膜温度のことである。
【００１２】
ほぼ一定の温度プロファイル値に対し、Ｓｅｅｄ膜厚換算温度が減少していくことは、ウェハ温度と温度プロファイル値にズレが生じていることを意味する。その原因としては石英表面の凹凸度の変化による輻射光散乱因子がプロファイル熱電対の温度モニタ値の絶対性を劣化させているものと推察される。これは、プロファイル熱電対が、石英反応管とウェハ支持板との間の空間に設置されており、プロファイル熱電対が測定する炉内温度は、石英反応管の一方の表面からの輻射光散乱の影響を直接受けるばかりでなく、反応管ウェハ支持板のウェハ穴を介して石英反応管の他方の表面からの輻射光散乱の影響も受けるからである。
【００１３】
上述したような石英反応管表面のクリーニングダメージによる成膜再現性劣化が生じると、生産した半導体デバイスの歩留まりが低下するため、対策としては石英反応管の交換頻度を短くすることが挙げられる。しかしながらこの方法ではランニングコストの増加と反応管交換による装置停止時間が著しく増加し、装置稼働率が低下するので非効率的であった。
【００１４】
本発明の課題は、稼働率を低下させることなく、クリーニング後の反応炉表面のダメージによる成膜再現性劣化を軽減することが可能な半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
第１の発明は、反応炉内に少なくとも２枚の均熱板を搬入する工程と、前記２枚の均熱板で挟み込まれた空間において炉内温度を測定する工程と、前記温度測定工程後に、前記反応炉より前記２枚の均熱板を取り出す工程と、前記均熱板を反応炉より取り出した状態で前記反応炉内に基板を搬入する工程と、前記反応炉内で前記温度測定の結果を利用して基板を処理する工程と、前記反応炉より処理が終了した基板を搬出する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００１６】
少なくとも２枚の均熱板で挟み込まれた空間において炉内温度を測定するため、炉内測定温度は反応炉表面の影響を受けず、炉内温度値の絶対性が向上する。したがって、反応炉のクリーニングにより反応炉表面がダメージを受けても、絶対性の向上した温度測定の結果を利用して、反応炉内で成膜再現性の良好な基板処理ができる。その結果、成膜再現性劣化による歩留まり低下を抑制することができる。また反応炉の交換頻度が少なくなることで、ランニングコスト低減と生産性を向上することができる。
【００１７】
第２の発明は、第１の発明において、前記少なくとも２枚の均熱板を基板を支持する支持具にて保持することにより、前記空間を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法である。少なくとも２枚の均熱板を基板を支持する支持具にて保持することにより、空間を形成するようにすると、基板を支持する支持具に少なくとも２枚の基板を支持させる工程と同様な工程を実施するだけで、空間を容易に形成することができる。
【００１８】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記均熱板は、材質がシリコン、ＳｉＣのいずれかであることを特徴とする半導体装置の製造方法である。均熱板の材質が、特にシリコン又はＳｉＣであると、これらは赤外線の透過率が低く、反応炉表面からの輻射の影響を受けないため、炉内温度値の絶対性が一層向上する。
【００１９】
第４の発明は、第１ないし第３の発明において、前記均熱板は、基板と略同形状であることを特徴とする半導体装置の製造方法である。均熱板が基板と略同形状であると、基板を支持する支持具に２枚の基板を支持させる工程をそのまま均熱板に実施するだけで、空間を容易に形成することができる。
【００２０】
第５の発明は、第１ないし第４の発明において、前記反応炉内に少なくとも２枚の均熱板を搬入する前または後に、反応炉内の少なくとも２枚の均熱板で挟み込まれる空間に熱電対などから構成された温度測定手段を挿入する工程を有し、この温度測定手段により炉内温度を測定することを特徴とする半導体装置の製造方法である。反応炉内に少なくとも２枚の均熱板を搬入する前または後に、反応炉内の少なくとも２枚の均熱板で挟み込まれる空間に温度測定手段を挿入する工程を有すると、少なくとも２枚の均熱板で挟み込まれた空間において炉内温度を測定する工程を容易に実施できる。
【００２１】
第６の発明は、基板を収容する反応炉と、前記反応炉を加熱するヒータと、前記ヒータの温度を測定するヒータ温度測定手段と、前記反応炉内に対して２枚の均熱板及び前記基板を搬入、搬出する搬送手段と、前記反応炉内に搬入された２枚の均熱板で挟み込まれた空間において炉内温度を測定する炉内温度測定手段と、前記ヒータの出力及び前記搬送手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、炉内温度測定時にヒータにより加熱される炉内の温度を炉内温度測定手段により測定し、基板処理時に前記炉内温度測定手段で測定した炉内温度の結果を利用して前記ヒータ出力を制御するものであり、かつ、前記炉内温度測定後に前記反応炉より前記２枚の均熱板を取り出し、前記均熱板を反応炉より取り出した状態で前記反応炉内に基板を搬入し、前記炉内温度測定の結果を利用して前記反応炉内で基板を処理し、前記反応炉より処理が終了した基板を搬出するように前記搬送手段を制御するものであることを特徴とする基板処理装置である。ヒータ出力及び前記搬送手段を制御する制御手段を備えれば、第１の発明を容易に実施することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、測定する炉内温度値の絶対性が向上するので、反応炉表面がダメージを受けても、成膜再現性劣化による歩留まり低下を抑制することができる。また反応炉の交換頻度が少なくなることでランニングコスト低減と生産性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図５は、本発明の半導体装置の製造方法を実施するための二枚葉基板処理装置を構成する反応炉の概略縦断面図である。
【００２４】
石英製の反応容器としての反応管２０３は水平方向に扁平な空間を有しており、内部に基板としての半導体ウェハ（図示せず）を収容する。なお、反応容器は炭化珪素製、又はアルミナ製でもよい。反応管２０３内部には半導体ウェハを支持する支持具としてのウェハ支持板２１７が設けられ、反応管２０３の両端にはマニホールドとしてのガス導入フランジ２０９ａ、ガス導入フランジ２０９ｂが気密に設けられ、一方のガス導入フランジ２０９ａには更に仕切弁としてのゲートバルブ２４４を介して搬送室（図示せず）が連接されている。ガス導入フランジ２０９ａ、ガス導入フランジ２０９ｂにはそれぞれ供給管としてのガス導入ライン２３２ａ，２３２ｂ、排気管としての排気ライン２３１ａ、２３１ｂが連通される。ガス導入ライン２３２ａ、２３２ｂには、反応管２０３内に導入するガスの流量を制御する流量制御手段２４１ａ，２４１ｂがそれぞれ設けられている。また、排気ライン２３１ａ、２３１ｂには、反応管２０３内の圧力を制御する圧力制御手段２４８ａ，２４８ｂがそれぞれ設けられている。
【００２５】
反応管２０３の上下にはそれぞれ加熱手段としての上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂが設けられ、反応管２０３内部を均一にもしくは所定の温度勾配を生じさせて加熱するようになっている。また、上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂには、それぞれのヒータ温度を制御する温度制御手段２４７が接続されている。また上ヒータ２０７ａ、下ヒータ２０７ｂおよび反応管２０３を覆うように断熱部材としての断熱材２０８が設けられている。反応管２０３内の温度、反応管２０３内の圧力、反応管２０３内に供給するガスの流量は、それぞれ温度制御手段２４７、圧力制御手段２４８ａ、２４８ｂ、流量制御手段２４１ａ、２４１ｂにより、所定の温度、圧力、流量となるよう制御される。また、温度制御手段２４７、圧力制御手段２４８ａ、２４８ｂ、流量制御手段２４１ａ，２４１ｂは、主制御部２４９により制御される。
【００２６】
上述した反応管２０３、ヒータ２０７ａ，２０７ｂ、ガス導入ライン２３２ａ，２３２ｂ、ガス導入フランジ２０９ａ、２０９ｂ、排気ライン２３１ａ、２３１ｂ等のうち、少なくとも反応管２０３、ヒータ２０７ａ、２０７ｂを含むものから、ウェハを処理する反応炉２０１が構成される。
【００２７】
次に、半導体デバイスの製造工程の一工程として、上述した基板処理装置の反応炉を用いて半導体ウェハを処理する方法について説明する。
【００２８】
反応管２０３内の温度がヒータ２０７ａ，２０７ｂにより処理温度に維持された状態で、ゲートバルブ２４４が開かれ、ウェハ搬送ロボット２５０によリ図中左方より反応管２０３内に半導体ウェハが搬入され、ウェハ支持板２１７に載置される。本例ではウェハ支持板２１７には２枚のウェハ（図示せず）が載置され、２枚のウェハが同時に処理される。なお、同時に処理する２枚のウェハの熱履歴を等しくするためにウェハは２枚同時に反応管２０３内に搬送される。ウェハが反応管２０３内に搬入されると同時にウェハの処理温度までの昇温が開始される。
【００２９】
ウェハ搬送ロボット２５０が後退してゲートバルブ２４４が閉じられた後、反応管２０３内の圧力は処理圧力となるよう圧力制御手段２４８ａ，２４８ｂにより制御され（圧力安定化）、反応管２０３内の温度はウェハ温度が処理温度となるよう温度制御手段２４７により制御される（温度安定化）。この反応管２０３内の圧力安定化、ウェハの温度安定化の際、反応管２０３内にはガス導入ライン２３２ａ，２３２ｂより不活性ガスが導入されつつ排気ライン２３１ａ，２３１ｂより排気され、反応管２０３内は、不活性ガス雰囲気とされる。
【００３０】
反応管２０３内の圧力が処理圧力に安定化し、ウェハの温度が処理温度に安定化した後、反応管２０３内にガス導入ライン２３２ａ，２３２ｂより処理ガスが導入され、排気ライン２３１ａ，２３１ｂより排気されることにより、ウェハが処理される。この際、処理の均一性を確保するため、処理ガスは対角に向かって交互に流すのが好ましい。すなわち、例えば、まず処理ガスをガス導入ライン２３２ａから排気ライン２３１ｂに向かってウェハの表面に対して略水平な方向に流し、その後、それとは反対向きに、すなわちガス導入ライン２３２ｂから排気ライン２３１ａに向かってウェハの表面に対して略水平な方向に流し、所要時間毎に流れの向きを変更するのが好ましい。なお、処理の均一性が処理ガスの流れの向きに依存しないような場合は、処理ガスは一方向に向かって流れるようにしてもよい。すなわち、例えばガス導入ライン２３２ａから排気ライン２３１ｂに向かってウェハの表面に対して略水平な方向に、或はガス導入ライン２３２ｂから排気ライン２３１ａに向かってウェハの表面に対して略水平な方向に流れるようにしてもよい。
【００３１】
なお、本実施の形態の基板処理装置の反応炉にて基板を処理する際の処理条件としては、例えば、シリコン膜を成膜する場合、処理温度６１４℃、処理圧力圧力０．１３Ｐａ、ガス種ＳｉＨ4，ガス流量６０ｓｃｃｍ、時間２０分にての成膜を行った場合が例示される。
【００３２】
ウェハの処理が完了すると、反応管２０３内の残留ガスを除去するために、反応管２０３内には、ガス導入ライン２３２ａ、２３２ｂより不活性ガスが導入されつつ、排気ライン２３１ａ，２３１ｂより排気され、反応管内がパージされる。なお、ウェハ処理時の処理ガスの供給流量、ウェハ処理前または後の不活性ガスの供給流量は流量制御手段２４１ａ、２４１ｂにより制御される。
【００３３】
反応管２０３内のパージ後、反応管２０３内の圧力を圧力制御手段２４８ａ、２４８ｂにより、ウェハ搬送圧力となるよう調整する。反応管２０３内の圧力が搬送圧力となった後、ゲートバルブ２４４が開かれ、ウェハは、ウェハ搬送ロボット２５０により反応管２０３より搬送室へ搬出される。
【００３４】
なお、上述の圧力制御手段２４８ａ、２４８ｂによる反応管２０３内の圧力制御、温度制御手段２４７による反応管２０３内の温度制御、流量制御手段２４１ａ，２４１ｂによる反応管２０３内へのガス流量制御は、主制御部２４９が各制御手段を制御することにより行われる。
【００３５】
ところで、上述した反応炉２０１を用いて基板を処理する方法において、反応管２０３内の温度は、ウェハ温度が処理温度となるよう温度制御手段２４７により制御している。この場合、図２に示すように、まずプロファイル熱電対２０５を用い、反応管２０３の内部温度を所定の温度になるように、ヒータ２０７ａ、２０７ｂの出力を制御する。反応管内部温度が安定した後、その時のヒータ温度を記録（温度プロファイル取得）し、以後ウェハ処理を行う場合は、取得した温度プロファイルを用いて各ヒータ２０７ａ、２０７ｂ内のヒータ熱電対２０２にもとづい温度制御を行うやり方は従来と変らない。
【００３６】
しかし、従来の場合、プロファイル熱電対２０５が、石英反応管２０３と、ウェハを支持する支持具としてのウェハ支持板２１７との間に設置されていると、プロファイル熱電対２０５が測定する炉内温度は、石英反応管表面からの輻射光散乱の影響を直接受けるため、プロファイル熱電対２０５の温度モニタ値の絶対性を劣化させるという不具合があった。
【００３７】
そこで、本実施の形態では、温度プロファイル取得時に２枚の均熱板２１８を用いることによって、そのような不具合を解消している。以下、説明する。
【００３８】
図２は、偏平な反応管２０３の管軸線での概略縦断面図である。２枚の平行平板ヒータ２０７ａ、２０７ｂの間に反応管２０３が配置されている。反応管２０３内に上下２段に２枚の平行平板のウェハ支持板２１７が設けられる。ウェハ支持板２１７の中央部に、ウェハよりも若干大きな径をもつ円形のウェハ穴２１６が開けられ、ウェハ穴２１６の底部の外周に複数のウェハ支持爪２１９が設けられる。ウェハ穴２１６にはめられる２枚のウェハは、この複数の支持爪２１９で支持されて、ウェハ支持板２１７に保持される。ここでは、ウェハ穴２１６に、反応管２０３表面からの輻射光を遮光するための均熱板２１８が、ウェハに代わってはめられる。均熱板２１８は、複数の支持爪２１９で支持されて、ウェハ支持板２１７に保持されている。２枚の均熱板２１８により、これらで挟みこまれた空間２２０が炉内に形成される。
【００３９】
２枚の均熱板２１８は、ウェハ搬送ロボット２５０によって、反応管２０３の一方（左側）から反応炉２０１内に搬入可能であり、また、反応炉２０１より取り出すことが可能になっている。この場合、均熱板２１８は、ウェハと略同形状であることが好ましい。均熱板２１８がウェハと略同形状であると、均熱板搬送手段にウェハ搬送ロボット２５０を使うことができるからである。またウェハを支持するウェハ支持板２１７に２枚のウェハを支持させる工程をそのまま均熱板２１８に適用するだけで、前述した空間２２０を容易に形成することができるからである。特に均熱板２１８として、製品ウェハないしダミーウェハそのものを使うことが好ましい。
【００４０】
ヒータ２０７ａ、２０７ｂ内の温度を測定するヒータ温度測定手段としての複数のヒータ熱電対２０２は、２枚の平行平板ヒータ２０７ａ，２０７ｂ内の所定の位置に設置されている。反応管内部ウェハ領域の温度をモニタ測定する炉内温度測定手段としての複数のプロファイル熱電対２０５は、上下２枚の均熱板２１８で挟みこまれた空間２２０に設置されている。
【００４１】
複数のプロファイル熱電対２０５は、反応管２０３の他方（右側）から中央付近まで挿入した温度プローブ２１０に設置されており、この温度プローブ２１０を空間２２０に挿入することにより、プロファイル熱電対２０５を空間２２０に設置するようになっている。
【００４２】
このプロファイル熱電対２０５の設置方法を、前述した図５を用いて具体的に説明すれば、ゲートバルブ２４４とは反対側の反応管２０３の他方に設けたガス導入フランジ２０９ｂから、反応管２０３中央に温度プローブ２１０（図示せず）を挿入し、この挿入した温度プローブ２１０内の所定の位置に、複数のプロファイル熱電対２０５を設置する。このプロファイル熱電対２０５は、ガス導入フランジ２０９ｂから温度プローブ２１０を取り外すことにより、撤去できるようになっている。
【００４３】
また、図５に示す主制御部２４９は、ウェハ搬送ロボット２５０を制御して、炉内温度測定後に反応炉２０１より２枚の均熱板２１８を取り出し、２枚の均熱板２１８を反応炉２０１より取り出した状態で反応炉２０１内にウェハを搬入し、炉内温度測定の結果を利用して反応炉２０１内でウェハを処理し、反応炉２０１より処理が終了したウェハを搬出するようにする。
【００４４】
図２に戻る。上述した空間２２０を形成する２枚の均熱板２１８は、石英表面の凹凸度の変化による輻射光散乱因子を遮断するとともに、空間２２０内の温度の均一化をはかるために設置される。したがって、均熱板２１８は、熱伝導性が大きく、かつ赤外線の透過率の低い部材で構成することが好ましい。例えばシリコン、ＳｉＣのいずれかで構成するとよい。均熱板の材質が、シリコン又はＳｉＣであると、これらは赤外線の透過率が低く、反応管２０３表面からの輻射散乱光の影響を受け難いため、後述する炉内温度値の絶対性が向上するからである。
【００４５】
図３及び図４に、炉内温度値の絶対性を向上した温度制御系のブロック構成を示す。
温度制御系は、ウェハを収容する反応管２０３と、反応管２０３を加熱するヒータ２０７と、ヒータ２０７の温度を測定するヒータ熱電対２０２と、２枚の均熱板で挟み込まれた空間内で炉内温度を測定するプロファイル熱電対２０５と、ヒータ出力を制御する温度制御手段２４７とを備える。温度制御手段２４７は、電力制御量に応じてヒータ出力を制御する電力制御手段２４６と、熱電対測定値に応じて電力制御量を算出するコントローラ２４５とから構成される。
【００４６】
温度プロファイル取得時は、図３に示すように、プロファイル熱電対２０５によって反応管２０３の内部温度、すなわちウェハ処理温度をモニタ測定する。その測定したウェハ処理温度が所定の温度になるように温度制御手段２４７によって、ヒータ２０７ａ、２０７ｂの出力を制御する。反応管２０３内部温度が安定した後、その時のヒータ温度をヒータ熱電対２０２で測定する。コントローラ２４５によって、このウェハ処理温度とヒータ温度との相関関係、すなわち温度プロファイルを取得する。
【００４７】
ウェハ処理時は、図４に示すように、ヒータ熱電対２０２によってヒータ温度を測定する。反応管２０３の内部温度を所定のウェハ処理温度とするには、ヒータ温度を何度に設定すればよいかは、コントローラ２４５に取得してある温度プロファイルからわかる。この温度プロファイルに基づくヒータ設定温度とヒータ測定温度とを比較して、炉内温度が所定のウェハ処理温度となるようにヒータ２０７の温度制御を行う。
【００４８】
次に、図１の工程図を用いて、上述した均熱板２１８によるウェハ処理温度校正を行う反応炉２０１を用いてウェハを成膜処理する方法を説明する。
先ず、プロファイル熱電対２０５をウェハ支持板２１７間に設置する（ステップ１０１）。 プロファイル熱電対２０５を先端に設けた温度プローブ２１０は、ウェハを搬送する一方のガス導入フランジ２０９ａ面と反対方向のガス導入フランジ２０９ｂ面に設けた挿通孔から挿入する。プロファイル熱電対２０５が２枚のウェハ支持板２１７間に設置されるように、温度プローブ２１０の基端をフランジ２０９ｂ面に固定し、真空シールする。
【００４９】
プロファイル熱電対２０５を設置後、ウェハを搬送する一方のガス導入フランジ２０９ａ面に設けたゲートバルブ２４４を開けて、ウェハ搬送ロボット２５０により２枚の均熱板２１８を炉内に搬入し、２枚のウェハ支持板２１７の均熱板載置部、すなわちウェハ載置部２１５に載置する（ステップ１０２）。この載置により反応炉内には、上下２枚の均熱板２１８で挟み込まれた空間２２０が形成される。この空間２２０にプロファイル熱電対２０５が設置される（図２）。均熱板２１８の載置後、ウェハ搬送ロボット２５０のアームを炉外へ引き出し、ゲートバルブ２４４を閉じる。
なお、プロファイル熱電対２０５を設置するステップ１０１と、均熱板２１８を設置するステップ１０２との順序は逆にしてもよい。すなわち、反応炉内に２枚の均熱板２１８を先に搬入して、２枚の均熱板２１８で挟み込まれる空間２２０に、後からプロファイル熱電対２０５を挿入するようにしてもよい。
【００５０】
均熱板１２１８を載置後、図３を用いて説明したように、反応管２０３の内部温度を所定のウェハ処理温度になるように温度制御手段２４７によって、ヒータ１の出力を制御する。反応管内部温度が安定した後、プロファイル熱電対２０５を用いて、温度プロファイルを取得する（ステップ１０３）。
【００５１】
なお、均熱板２１８の搬入、搬出時に炉内に温度変化が生じるが、実施の形態による反応炉２０１は、ホットウォール式炉であり、温度条件を固定して熱的に安定した状態でヒータ温度とプロファイル温度を取得するので、取得したプロファイル温度の補正は不要である。
【００５２】
温度プロファイルを取得した後に、一方のガス導入フランジ２０９ａ面に設けたゲートバルブ２４４を開けてウェハ搬送ロボット２５０により２枚の均熱板２１８を炉外へ搬出する（ステップ１０４）。均熱板２１８を搬出した後、ゲートバルブ２４４を閉じる。
【００５３】
均熱板２１８を炉外へ搬出した後、他方のガス導入フランジ２０９ｂ面に取り付けた温度プローブ２１０を反応炉２０１から抜き取って、プロファイル熱電対２０５を撤去する（ステップ１０５）。
【００５４】
プロファイル熱電対２０５を撤去後、ゲートバルブ２４４を開けて、ウェハ搬送ロボット２５０により２枚のウェハを反応炉２０１内へ搬入し、ウェハ支持板２１７のウェハ載置部２１５に載置する（ステップ１０６）。
【００５５】
ウェハを載置後、図４を用いて説明したように、取得した温度プロファイルを温度制御手段２４７に用いて、ヒータ２０７内のヒータ熱電対２０２にもとづいて温度制御を行って炉内温度を安定化させると共に、圧力制御手段２４８ａ、２４８ｂによって炉内圧力を安定化させる（ステップ１０７）。
【００５６】
そして、流量制御手段２４１ａ，２４１ｂによって炉内に所定流量の反応ガスを供給しつつ排気してウェハ上に成膜する（ステップ１０８）。成膜後、炉内をＮ2ガスなどの不活性ガスによりパージする（ステップ１０９）。パージ後、ゲートバルブ２４４を開き、ウェハ搬送ロボット２５０により、成膜処理の終了したウェハを炉内より搬出する（ステップ１１０）。
【００５７】
上述したステップ１０１〜１１０の成膜処理が繰り返されて、反応管壁面あるいはガス排気部に堆積した反応副生成物を、所定サイクル毎にウェット洗浄（ウェットクリーニング）、ドライクリーニングを施すことによって除去する。
【００５８】
本実施の形態によれば、炉内に２枚の均熱板２１８で挟まれた空間２２０を形成し、その空間２２０内でプロファイル熱電対２０５により炉内温度をモニタ測定するようにしたので、石英反応管表面の凹凸度変化による輻射光散乱因子が温度モニタ値にもたらす影響を緩和できる。
従って、温度プロファイル値の絶対性が向上するので、ウェハ処理温度校正を正しく行うことができる。その結果、ドライクリーニングおよびウェットクリーニングによるダメージによって石英反応管表面の凹凸度が増しても、成膜再現性劣化による歩留まり低下を抑制することができる。また石英反応管２０３の交換頻度が少なくなることでランニングコスト低減と生産性を向上することができる。
【００５９】
図９の温度特性を得た従来例と同じ成膜条件で、実施の形態によりシリコン膜の成膜を行ったところ、グラフ中のＳｅｅｄ膜厚換算温度が６１４±１℃程度に改善された。即ち、石英反応管のクリーニングによる表面ダメージ量に、成膜結果が依存されにくくなった。
【００６０】
なお、上述した実施の形態では、２枚の均熱板２１８を上下平行に設置する場合について説明しているが、上下２枚の均熱板２１８に加えて、両側面２枚の均熱板をさらに加えて方形の偏平空間を形成すると、反応管四方からの輻射を遮断することができるので、炉内温度値の絶対性を一層向上できる。
【００６１】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、特に、半導体製造プロセスにおいて、半導体ウェハ面に金属膜、金属シリサイド膜、酸化膜、窒化膜、あるいは不純物をなどをドープしたシリコン膜などの薄膜を形成する熱ＣＶＤ装置、プラズマＣＶＤ装置、半導体ウェハ上に単結晶層を成長させるエピタキシャル成長装置、薄膜を所定のパターンにエッチングするドライエッチング装置等の半導体ウェハ処理装置を用いて実施することが可能であり、その中でも特に処理装置の反応管を外部から加熱することで半導体ウェハを加熱し成膜処理を行う、いわゆるホットウォール方式の半導体ウェハ処理装置を用いて実施した場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の半導体装置の製造方法を説明する実施の形態による成膜処理の工程図である。
【図２】本発明の半導体装置の製造方法を実施するための基板処理装置の反応炉の概略側縦断面図である。
【図３】実施の形態による温度プロファイル取得時の温度制御系の機能説明図である。
【図４】実施の形態によるウェハ処理時の温度制御系の機能説明図である。
【図５】実施の形態による基板処理装置の反応炉の要部概略縦断面図である。
【図６】従来例による基板処理装置の反応炉の縦断面図である。
【図７】従来例による基板処理装置の反応炉の平断面図である。
【図８】従来例による基板処理装置の反応炉の要部概略縦断面図である。
【図９】従来例による反応炉のクリーニングを重ねることによるプロファイル温度とシード膜厚換算温度との推移を示す温度特性図である。
【符号の説明】
【００６３】
２０１    反応炉
２０２    ヒータ熱電対
２０３    反応管
２０５    プロファイル熱電対
２０７ａ  上ヒータ
２０７ｂ  下ヒータ
２１０    温度プローブ
２１５    ウェハ載置部（均熱板載置部）
２１７    ウェハ支持板
２１８    均熱板
２２０    空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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