(57)【要約】  【課題】  電熱線の経時変化を信頼性高く検知することができる機能を有する基板処理装置を提供する。  【解決手段】  本発明の基板処理装置は、基板を処理する処理室２０２と、電熱線Ｒに加熱用電力Ｐ０を供給することにより、処理室２０２内を加熱する加熱手段と、電熱線Ｒに加熱用電力の周波数より高い経時変化検出用電力ＰDを供給し、該供給結果を検出することで電熱線Ｒの経時変化を検出する経時変化検出手段と、処理室に処理ガスを供給するガス供給手段と、処理室内を排気する排気手段とを備える。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理室と、
電熱線に第１の電力を供給することにより、前記処理室内を加熱する加熱手段と、
前記電熱線に前記第１の電力の周波数より高い第２の電力を供給し、該供給結果を検出することで前記電熱線の経時変化を検出する経時変化検出手段と、
前記処理室に処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記処理室内を排気する排気手段と
を備えてなる基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電熱線を用いたヒータを使用する加熱装置における電熱線の経時変化を検出（例えば断線の予知且つ/又は検知）することができる基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属を含む電熱線を用いたヒータは表面の酸化と昇降温の反復による膨張、収縮の反復により劣化し、電熱線が断線するという問題がある。
半導体製造装置の炉では、高価なウエハを一度に１００〜１５０枚の単位で処理することもあり、処理中に断線が発生すると、処理中のウエハは不良品となるばかりでなく、急激な温度低下により、ヒータ内部でウエハを処理するために設置されている高価な反応管の破損につながるなど多大な損害をもたらすという問題がある。
【０００３】
このため、従来から電熱線の断線を予知又は検出するための技術が知られる。例えば、下記特許文献１においては、反応室に基板が未だ搬入されていない基板処理プロセス開始前のスタンバイ状態において、反応室のヒータ制御を行いその場合にヒータへ供給される電流を検出することにより電熱線（ヒータ）の異常を検出するようにしている。この場合、経時変化の検出回路は加熱用電源に対して図１０に示されるように、ヒータＲに加熱用電力Ｐ０を供給した場合の電流（電源電流）を検出する構成とされ、加熱用電力供給線にカレントトランスＣＴを介して電流計Ａが接続される構成とされる。
【特許文献１】特開２０００−２２３４２７号公報（第９,１０頁、図２２〜図３２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した技術において、通常定常的な運転状態での断線の検出ならびに電熱線が劣化することによる抵抗値の変化に伴う電流変化を検知することは可能であるが、加熱用電力は昇温時と温度安定時では異なり、またいわゆる温度安定時といえども被加熱物を周囲の気圧や温度の変化に応じて一定に保つために加熱用電力の大きさは微妙に変化しているため、電流の低下を検出して電熱線の経時変化を検出するようにすると、場合によっては誤検出が生じるという虞もある。
【０００５】
本発明は、従来技術で解決できなかった電熱線の劣化等の経時変化を電熱線に加熱用電力の周波数と異なる高周波数の経時変化検出用電力を供給し、電熱線における該電力の供給結果を測定することにより、誤検出を防止することができる基板処理装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するため、本発明に係る基板処理装置は、基板を処理する処理室と、電熱線に第１の電力（加熱用電力）を供給することにより、前記処理室内を加熱する加熱手段と、前記電熱線に前記第１の電力の周波数より高い第２の電力（経時変化検出用電力）を供給し、前記電熱線の経時変化を検出する経時変化検出手段と、前記処理室に処理ガスを供給するガス供給手段と、前記処理室内を排気する排気手段とを備えてなるものである。
【発明の効果】
【０００７】
以上に詳述したように本発明によれば、基板処理装置の運転状況によらず、信頼性高く電熱線の劣化等の経時変化を検出することができる基板処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【０００９】
図１は本発明の基本原理を示す回路図である。図１においては、加熱用電力Ｐ０と別に電熱線（ヒータＲ：以下電熱線とヒータは同じ意味として使用する）のインピーダンスを測定するため、加熱用電力と異なる高い周波数（高周波）ｆDを持つ検知用電源ＰD及び検出部Ｄ（電流、電圧などを測定する）を設けている。これは、高周波の交流で測定を行うと直流分のみならず、Ｌ，Ｃを含む測定が可能となるからである。なお、検知用電源ＰDは、スイッチＳＷをオンすることにより加熱用電力に重畳される構成とされており、従って、スイッチＳＷの開閉動作により電熱線の経時変化の検出を適宜行うことが可能である。なお、検知用電源により供給される電力が本発明の経時変化検出用電力のことである。
【００１０】
検知用電源ＰDについて説明すると、一般に導体に高周波電流を流すと表皮効果により表面に比べて電流密度の大きさが１/ｅになる深さｄは、
【００１１】
ｄ＝√(２/ω・μ・Ｋ)＝５．１４×１０2/√（ｆ・μr・Ｋ）［ｍ］
ω＝２πｆ    μ=μ0・μr
【００１２】
であらわされる。
ここで、ｆは周波数、μrは比透磁率、μ0は真空の透磁率、Ｋは導電率である。
【００１３】
例えば、銅の場合はｆ＝５０［Ｈｚ］で（Ｋ＝(１／１．６９)×１０8、μr＝１である）ｄ＝９．５［ｍｍ］、ｆ＝５０［ＭＨｚ］でｄ＝９．５［μｍ］、ｆ＝５［ＧＨｚ］でｄ＝０．９５［μｍ］である。
【００１４】
このように高周波では、導体表面のみに電流が流れることとなる。図４に示すように、新品のヒータでは表面の酸化／変質層は数Åとわずかであるが、図５に示すように、劣化に従って表面の酸化／変質層は数ｍｍにも及び、やがて抵抗値の上昇による局所的な発熱を経て急激に溶断し断線に至る。従って、電熱線に加熱用の商用電力と同等の周波数で測定をしても表面の酸化／変質による抵抗値の変化は捉え難いが、高周波を印加することにより表面の状態を高周波電流の変化によって捉えることが可能である。
【００１５】
更に加熱用電源の周波数による外乱を減少させるためには図２に示すように、フィルタ回路ＦＬDを設けることにより、更に高い感度で断線に至る電熱線の変化を捉えることができる。図３はフィルタ回路の一例であり、ＬＣ回路で構成することができ、検出部Ｄとしては、高周波電流計Ａで構成できる。これにより、例えば図３のＰD、Ａのラインには、ｆ0の電力が流れずに、ＰD，Ａのラインには、ｆDの電力が流れるのみとすることができる。尚、高周波電流計Ａと検知用電源ＰDと並列に電圧計Ｖを接続し、検知するようにするといっそう検知しやすくなる。
【００１６】
次に、本実施の形態による基板処理装置の構成を図面を用いて説明する。尚、以下の説明では、基板処理装置として基板に拡散処理やＣＶＤ処理などを行なう縦型の装置（以下、処理装置という）を適用した場合について述べる。
【００１７】
図６は基板処理装置の外観斜視図である。尚、この図は透視図として描かれている。また、図７は図６に示す基板処理装置の側面図である。
【００１８】
この処理装置は、シリコン等からなるウエハ（基板）２００を収納したポッド（基板収納容器）１００を、外部から筐体１０１内へ挿入するため、およびその逆に筐体１０１内から外部へ払出すためのＩ／Ｏステージ（保持具授受部材）１０５が筐体１０１の前面に付設され、筐体１０１内には挿入されたポッド１００を保管するためのカセット棚（載置手段）１０９が敷設されている。また、ウエハ２００の搬送エリアであり、後述のボート（基板保持手段）２１７のローディング、アンローディング空間となるＮ２パージ室（気密室（予備室））１０２が設けられている。ウエハ２００に処理を行なうときのＮ２パージ室１０２の内部は、ウエハ２００の自然酸化膜を防止するためにＮ２ガスなどの不活性ガスが充満されるように、Ｎ２パージ室１０２は密閉容器となっている。
【００１９】
上述したポッド１００としては、現在ＦＯＵＰというタイプが主流で使用されており、ポッド１００の一側面に設けられた開口部を蓋体（図示せず）で塞ぐことで大気からウエハ２００を隔離して搬送でき、蓋体を取り去る事でポッド１００内へウエハ２００を入出させることができる。このポッド１００の蓋体を取外し、ポッド内の雰囲気とＮ２パージ室１０２の雰囲気とを連通させるためにＮ２パージ室１０２の前面側には、ポッドオープナ（開閉手段）１０８が設けられている。ポッドオープナ１０８、カセット棚１０９、およびＩ／Ｏステージ１０５間のポッド１００の搬送は、カセット移載機１１４によって行なわれる。このカセット移載機１１４によるポッド１００の搬送空間には、筐体１０１に設けられたクリーンユニット（図示せず）によって清浄化した空気をフローさせるようにしている。
【００２０】
Ｎ２パージ室１０２の内部には、複数のウエハ２００を多段に積載するボート２１７と、ウエハ２００のノッチ（又はオリエンテーションフラット）の位置を任意の位置に合わせる基板位置合わせ装置１０６と、ポッドオープナ１０８上のポッド１００と基板位置合わせ装置１０６とボート２１７との間でウエハ２００の搬送を行なうウエハ移載機（搬送手段）１１２とが設けられている。また、Ｎ２パージ室１０２の上部にはウエハ２００を処理するための処理室２０２が設けられており、ボート２１７はボートエレベータ（昇降手段）１１５によって処理室２０２へローディング、又は処理室２０２からアンローディングすることができる。
【００２１】
次に、上述の基板処理装置の動作について説明する。
【００２２】
先ず、ＡＧＶやＯＨＴなどにより筐体１０１の外部から搬送されてきたポッド１００は、Ｉ／Ｏステージ１０５に載置される。Ｉ／Ｏステージ１０５に載置されたポッド１００は、カセット移載機１１４によって、直接ポッドオープナ１０８上に搬送されるか、または、一旦カセット棚１０９にストックされた後にポッドオープナ１０８上に搬送される。ポッドオープナ１０８上に搬送されたポッド１００は、ポッドオープナ１０８によってポッド１００の蓋体を取外され、ポッド１００の内部雰囲気がＮ２パージ室１０２の雰囲気と連通される。
【００２３】
次に、ウエハ搬送機１１２によって、Ｎ２パージ室１０２の雰囲気と連通した状態のポッド１００内からウエハ２００を取り出す。取り出されたウエハ２００は、基板位置合わせ装置１０６によって任意の位置にノッチが定まる様に位置合わせが行なわれ、位置合わせ後、ボート２１７へ搬送される。
【００２４】
ボート２１７へのウエハ２００の搬送が完了したならば、処理室２０２の炉口シャッタ１１６を開けて、ボートエレベータ１１５によりウエハ２００を搭載したボート２１７をローディングする。
【００２５】
ローディング後は、処理室２０２にてウエハ２００に任意の処理が実施され、処理後は上述の逆の手順で、ウエハ２００およびポッド１００は筐体１０１の外部へ払出される。
【００２６】
図８を用いて処理室２０２における基板処理の詳細について説明する。
【００２７】
外管（以下、アウターチューブ２０５）は例えば石英（ＳｉＯ２）等の耐熱性材料からなり、上端が閉塞され、下端に開口を有する円筒状の形態である。内管（以下、インナーチューブ２０４）は、上端及び下端の両端に開口を有する円筒状の形態を有し、アウターチューブ２０５内に同心円状に配置されている。アウターチューブ２０５とインナーチューブ２０４の間の空間は筒状空間２５０を成す。インナーチューブ２０４の上部開口から上昇したガスは、筒状空間２５０を通過して排気管２３１から排気されるようになっている。
【００２８】
アウターチューブ２０５およびインナーチューブ２０４の下端には、例えばステンレス等よりなるマニホールド２０９が係合され、このマニホールド２０９にアウターチューブ２０５およびインナーチューブ２０４が保持されている。このマニホールド２０９は保持手段（以下、ヒータベース２５１）に固定される。アウターチューブ２０５の下端部およびマニホールド２０９の上部開口端部には、それぞれ環状のフランジが設けられ、これらのフランジ間には気密部材（以下Ｏリング２２０）が配置され、両者の間が気密にシールされている。
【００２９】
マニホールド２０９の下端開口部には、例えばステンレス等よりなる円盤状の蓋体（以下、シールキャップ２１９）がＯリング２２０を介して気密シール可能に着脱自在に取付けられている。アウターチューブ２０５の下方には、ガス供給手段としてのガスの供給管２３２が設けられている。これらのガスの供給管２３２により、処理用のガスがアウターチューブ２０５内に供給されるようになっている。これらのガスの供給管２３２はガスの流量制御手段（以下、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）３１２）に連結されており、マスフローコントローラ３１２はガスコントローラ３０４に接続されており、供給するガスの流量を所定の量に制御し得る。
【００３０】
マニホールド２０９の上部には、圧力調節器（例えばＡＰＣ、Ｎ２バラスト制御器があり、以下ここではＡＰＣ２４２とする）及び、排気手段としての排気装置（以下真空ポンプ２４６）に連結されたガスの排気管２３１が接続されており、アウターチューブ２０５とインナーチューブ２０４との間の筒状空間２５０を流れるガスを排出し、アウターチューブ２０５内をＡＰＣ２４２により圧力を制御することにより、所定の圧力の減圧雰囲気にするよう圧力検出手段（圧力センサ３２７）により検出し、圧力コントローラ３０５により制御する。
【００３１】
シールキャップ２１９には、回転手段（回転軸２５４）が連結されており、回転軸２５４により、ボート２１７及びボート２１７上に保持されているウエハ２００を回転させる。又、シールキャップ２１９は昇降手段（ボートエレベータ１１５）に連結されていて、ボート２１７を昇降させる。回転軸２５４、及びボートエレベータ１１５を所定のスピードにするように、搬送コントローラ３０３により制御する。
【００３２】
アウターチューブ２０５の外周には、図９において後述する加熱手段であるヒータ２０７（図９の１１，１２，１３，１４）が同心円状に配置されている。ヒータ２０７は、アウターチューブ２０５内の温度を所定の処理温度にするよう温度センサ（熱電対）３２１（図９の１，２，３，４）により温度を検出し、温度コントローラ３０２により制御する。
【００３３】
図８に示した処理室２０２による減圧ＣＶＤ処理方法の一例を説明すると、まず、ボートエレベータ１１５によりボート２１７を下降させる。ボート２１７に複数枚のウエハ２００を保持する。次いで、ヒータ２０７により加熱しながら、アウターチューブ２０５内の温度を所定の処理温度にする。ガスの供給管２３２に接続されたマスフローコントローラ３１２により予めアウターチューブ２０５内を不活性ガスで充填しておき、ボートエレベータ１１５により、ボート２１７を上昇させてアウターチューブ２０５内に移し、アウターチューブ２０５内の内部温度を所定の処理温度に維持する。アウターチューブ２０５内を所定の真空状態まで排気した後、回転軸２５４により、ボート２１７及びボート２１７上に保持されているウエハ２００を回転させる。同時にガスの供給管２３２から処理用のガスを供給する。供給されたガスは、アウターチューブ２０５内を上昇し、ウエハ２００に対して均等に供給される。
【００３４】
減圧ＣＶＤ処理中のアウターチューブ２０５内は、排気管２３１を介して排気され、所定の真空になるようＡＰＣ２４２により圧力が制御され、所定時間減圧ＣＶＤ処理を行なう。
【００３５】
このようにして減圧ＣＶＤ処理が終了すると、次のウエハ２００の減圧ＣＶＤ処理に移るべく、アウターチューブ２０５内のガスを不活性ガスで置換するとともに、圧力を常圧にし、その後、ボートエレベータ１１５によりボート２１７を下降させて、ボート２１７および処理済のウエハ２００をアウターチューブ２０５から取り出す。アウターチューブ２０５から取り出されたボート２１７上の処理済のウエハ２００は、未処理のウエハ２００と交換され、再度同様にしてアウターチューブ２０５内に上昇され、減圧ＣＶＤ処理がなされる。
【００３６】
図９は上述したＣＶＤ装置の温度制御系に関する構成を示す図である。
図９において、加熱部５内には、筒状の処理室２０２が立設され、この処理室２０２内にボート２１７が複数の加熱物であるウエハ２００を搭載して挿入されている。ウエハ２００はカセット１００（図７）からウエハ移載機１１２によりボート２１７に移載される。
【００３７】
加熱部５の外周側壁には、加熱部５内を上部よりＵゾーン、ＣＵゾーン、ＣＬゾーン、Ｌゾーンの４ゾーンに分けて各ゾーンを加熱する電熱線であるヒータ１１，１２，１３，１４（図８の２０７）が設けられ、また、各電熱線に対向する加熱部５の外周側壁には、各ゾーンの温度を検出するＵゾーンの温度検出熱電対１、ＣＵゾーンの温度検出熱電対２、ＣＬゾーンの温度検出熱電対３、Ｌゾーンの温度検出熱電対４が設けられている。ボート２１７は、その下部のシールキャップ２１９端部がエレベータ１１５に支持されている。
【００３８】
ヒータ１１，１２，１３，１４には、それぞれ電力ケーブル１５，１６，１７，１８が電源入力部２４よりブレーカ２３を介して接続されている。各電力ケーブル１５，１６，１７，１８には、それぞれ電力制御用のサイリスタ１９，２０，２１，２２が設けられ、各電力ケーブル１５，１６，１７，１８における各サイリスタ１９，２０，２１，２２と各ヒータ１１，１２，１３，１４との間にはフィルタ回路ＦＬD（図２参照）を介して各ヒータ（電熱線）の経時変化検出装置３５が接続されている。また各サイリスタ１９，２０，２１，２２とブレーカ２３との間には、補助的に過電流検知用電流センサ３１，３２，３３，３４が設けられている。なお、この過電流検知用電流センサ３１，３２，３３，３４は本発明によれば、ヒータの経時変化が検出されていて、過電流状態となることもないので、省略するようにしてもよい。
【００３９】
サイリスタ１９〜２２は温度コントローラ３０２の出力側に接続されている。温度コントローラ３０２の入力側には熱電対１〜４の出力部が接続されている。また、温度コントローラ３０２は上位コントローラ２６に接続されている。過電流検知用電流センサ３１，３２，３３，３４は過電流防止装置３６に接続され、過電流防止装置３６はブレーカ２３に接続されている。
【００４０】
以上の構成において、温度コントローラ３０２は熱電対１〜４から温度を読み取り、制御演算を行い、ヒータ出力値を決定し、サイリスタ１９〜２２を制御し、これにより、電力ケーブル１５〜１８により供給される各ゾーンのヒータ１１〜１４への電力を制御する。ウエハ２００はボート２１７によって保持され、エレベータ１１５によって処理室２０２内に挿入される。上位コントローラ２６は、温度コントローラ３０２及び、ガスコントローラ３０４、圧力コントローラ３０５等を通信接続し、図８で説明したようにプロセスイベント制御を行う。
【００４１】
ヒータ経時変化検出装置３５は、図２又は図３に示した検出部（経時変化検出用電源ＰD及び高周波電流計Ａ）を有しており、例えば上位コントローラ２６からの指示に基づいてスイッチＳＷ（図１参照）を開閉して高周波電流の測定を行い経時変化を検出する。経時変化は例えば当該高周波電流の測定値に対応する経時変化の状態をテーブルとして有し、測定値をテーブルの値と比較して経時変化の程度として検出される。その程度は、例えば、電熱線が交換時期に達した場合、断線が切断する間近となった場合、断線してしまった場合などを段階的に表示できる。これにより、ユーザは高い信頼度で電熱線の交換時期を知り得、基板処理装置の稼動時を避けて、効率的に電熱線の交換を行うことができ、もって、不良基板を製造することもない。なお、上記テーブルは上位コントローラ２６側で有しても良い。
【００４２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の基板処理装置は縦型に限らず、枚葉式のものにも適用されることは言うまでもなく、またＣＶＤ装置に限らず、ＰＶＤ装置など全てのタイプの基板処理装置に使用される。また電熱線の種類、配置なども実施の形態に限定されることはない。
【００４３】
なお、本発明の実施の形態においては、以下の基板処理装置が開示されている。
（１）請求項１の基板処理装置において、前記経時変化検出手段は、前記電熱線のインピーダンス値を検出することにより経時変化を予測することを特徴とする基板処理装置。
（２）請求項１の基板処理装置において、前記経時変化検出手段は前記電熱線のインピーダンス値を検出することにより前記電熱線の断線を予測することを特徴とする基板処理装置。
（３）請求項１の基板処理装置において、前記処理室内を加熱するために用いられる電流（電力、電圧）の供給路には、交流電流測定器（カレントトランス及び電流計）を設置していることを特徴とする基板処理装置。
（４）請求項１の基板処理装置において、第２の電力（電力、電圧）の供給路には第１の電力の周波数を非通過帯域とし、第２の電力の周波数を通過帯域とするフィルタ回路を設けていることを特徴とする基板処理装置。
（５）金属を含む電熱線により構成される加熱装置であって、前記電熱線に前記加熱用電力の周波数より高い周波数の経時変化検出用電力を印加又は重畳し、その印加又は重畳結果を検出することにより前記電熱線の経時変化を検出する経時変化検出手段を備えていることを特徴とする加熱装置。
（６）上記（５）において、前記ヒータに供給する加熱用の電流（電力、電圧）の供給路に交流電流測定器（カレントトランス）を併設することを特徴とする加熱装置。
（７）上記（５）において、第２の電力（電流、電圧）の供給路にはフィルタ回路を設けていることを特徴とする加熱装置。
（８）基板を処理する処理室と、
金属を含む電熱線に第１の電力を印加することにより前記処理室内を加熱する加熱手段と、
前記電熱線に前記第１の電力の周波数より高い周波数の第２の電力を印加又は重畳することにより前記電熱線の経時変化を検出する検出手段と、
前記処理室に処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記処理室内を排気する排気手段と、
基板を搬送する搬送手段とで構成されることを特徴とする基板処理装置を用いて処理する半導体装置の製造方法であって、
前記処理室へ前記基板を前記搬送手段により搬送する工程と、
前記電熱線に前記第１の電力を印加する工程と、
前記電熱線に前記第２の電力を印加する工程と、
前記処理室内にガス供給手段により処理ガスを流す工程と、
前記処理室内において前記基板を処理する工程と、
前記処理室内を前記排気手段により排気する工程とを有する半導体装置の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の基本原理を示す経時変化検出用回路図である。
【図２】フィルタを用いた経時変化検出用回路図である。
【図３】図２のフィルタの一例を詳細に示す回路図である。
【図４】新しい電熱線の断面を示す図である。
【図５】劣化した電熱線の断面を示す図である。
【図６】本発明の基板処理装置の一例を示す斜視図である。
【図７】図６の基板処理装置の概略を示す側面図である。
【図８】処理室を示す側面図である。
【図９】本実施の形態の基板処理室の温度制御系に関する構成を示す図である。
【図１０】従来の電熱線の経時変化を検出する経時変化検出回路図である。
【符号の説明】
【００４５】
Ｐ０  加熱用電力（電源）、ＣＴ  カレントトランス、Ａ  高周波電流計、Ｒ、１１〜１４  電熱線（ヒータ）、ＰD  検知用電源、ＦＬD  フィルタ、３５  ヒータ経時変化検出装置、２００  ウエハ（基板）、２０２  処理室、Ｌ  インダクタンス（２コイル等）、Ｃ  静電容量（コンデンサ等）。
【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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【図１０】
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