(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板が載置されるボートと、
反応管を備え、前記ボートが前記反応管に挿入され、前記ボートに載置された基板への成膜を行う処理炉と、
前記ボートに基板を搬入する基板移載機と、
前記基板移載機を制御するコントローラと、を有し、
前記処理炉は、前記反応管に挿入された前記ボートを回転軸体上に載せて回転させる回転機構を有しており、
前記コントローラは、あらかじめ計測された前記回転軸体の回転軸と前記反応管の仮想中心軸との差に基づき、前記基板移載機により前記ボートに搬入される基板の中心位置が、前記ボートの中心軸から前記反応管の仮想中心軸との間であって、前記ボートの中心軸から所定以上の安全率を満たす範囲に含まれるように、前記基板移載機を制御する基板処理装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記反応管の仮想中心軸は、ヒートランを行った後の前記反応管の内表面の形状を計測し、真円もしくは円筒のモデルにフィッティングさせたときの、前記モデルの中心位置として求められ、
前記ボートの中心軸は、前記反応管からアンロードされた前記ボートを、前記基板移載機に取り付けられたセンサを用いて計測した結果に基づいて決定する基板処理装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記コントローラは、前記反応管の仮想中心軸が前記ボートの中心軸から所定以上の安全率を満たす前記範囲に含まれる場合に、前記基板移載機により前記ボートに搬入される基板の中心位置が前記反応管の仮想中心軸となるように、前記基板移載機を制御する基板処理装置。
【請求項４】
請求項１または請求項３において、
前記反応管は、内管と外管とを有する２重管構造を有し、
前記反応管の仮想中心軸は、前記回転軸体の回転軸を基準として前記内管の内表面の形状を計測して求められる基板処理装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記回転軸体は、前記反応管の内外を連通させる、前記回転軸体の回転軸と同軸の開口を有し、
前記コントローラは、前記開口から挿入され、前記内管の内表面の形状を取得するセンサのデータに基づいて決定された前記仮想中心軸を用いる基板処理装置。
【請求項６】
複数の基板が載置されたボートが反応管に挿入され、前記ボートに載置された前記基板への成膜を行う処理炉を有する基板処理装置において、前記反応管の形状を測定する反応管形状測定方法であって、
前記処理炉は、前記反応管に挿入された前記ボートを回転軸体上に載せて回転させる回転機構を有しており、
前記回転軸体の開口に隙間嵌めする外径を有する柱状の鞘管を設置し、
前記鞘管内にセンサユニットを挿入し、
前記センサユニットの高さ位置を変えながら、所定の速度で１回転させて、前記センサユニットと前記反応管の内表面との距離を計測する反応管形状測定方法。
【請求項７】
複数の基板が載置されたボートが反応管に挿入され、前記ボートに載置された前記基板への成膜を行う処理炉を有する基板処理装置において、前記反応管の形状を測定する反応管形状測定方法であって、
前記処理炉は、前記反応管に挿入された前記ボートを回転軸体上に載せて回転させる回転機構を有しており、
前記回転軸体の開口に隙間嵌めする外径を有する測定支柱とセンサとを有するセンサ治具を設置し、
前記センサの高さ位置を変えながら、前記センサ治具を所定の速度で１回転させて、前記センサと前記反応管の内表面との距離を計測する反応管形状測定方法。
【請求項８】
請求項７において、
前記センサ治具は、前記処理炉の前記回転軸体を回転させる回転機構により回転させられ、前記ボートを前記反応管に挿入するボートエレベータにより前記センサの高さ位置を変えられる反応管形状測定方法。
【請求項９】
請求項６または請求項７において、
前記基板への成膜を行う場合、前記回転軸体の開口にサブヒータ支柱が取り付けられる反応管形状測定方法。
【請求項１０】
ボートが挿入される反応管の仮想中心軸を基準にして、移載機が複数の基板を前記ボートに搬入する工程と、
ボートエレベータが前記ボートを前記反応管に挿入する工程と、
前記ボートを回転軸体上に載せて回転させながら前記反応管にガスを供給して前記基板を処理する工程と
を有し、
前記搬入する工程では、あらかじめ計測された前記回転軸体の回転軸と前記反応管の仮想中心軸との差に基づき、前記移載機により前記ボートに搬入される基板の中心位置が、前記ボートの中心軸から前記反応管の仮想中心軸との間であって、前記ボートの中心軸から所定以上の安全率を満たす範囲に含まれるように、前記移載機を制御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、基板処理装置に関し、特に縦型処理炉における成膜等の均一性を改善する基板処理装置、縦型処理炉の反応管の形状を測定する反応管形状測定方法及び半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基板処理装置の縦型反応炉では、基板（ウェーハ）に成膜する際、反応管に複数のウェーハを挿入し、所定の圧力、温度条件の下、反応ガスを流して成膜する。良好な膜厚均一性及び膜質を確保するためには、ヒータ加熱によるウェーハ面内温度及び面間温度の温度均一性、ウェーハに対するガス流の均一性が非常に重要である。近年は、反応管のガス置換性を高めるため、ウェーハの縁と反応管内面との隙間をできるだけ狭めることが求められることがある。【０００３】
特許文献１には、基板をボートに移載するロボットを制御するために、ボートの位置や形状などを測定するティーチング技術が開示されている。このように、基板処理装置ごと、あるいはボートごとの微妙な寸法差（機差）をロボットに教えるために、装置の運用前に通常１回だけ行われる。測定自体をプログラムに基づいてロボット自身に行わせるものは、オートティーチングなどと呼ばれる。特許文献１には、基板をボートに移載する移載ポジションをどの位置とすることが半導体縦型炉装置において適切かに関する記述はない。【０００４】
また、特許文献２には、反応管とボートとの芯ずれを防止するため、回転軸に距離測定治具を取り付け、処理管内面までの距離を測定することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１７５０７６号公報
【特許文献２】特開２００５−２１７２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１に基板処理装置１００の概略図を示す。ウェーハ移載機（基板移載機）１２５によってボート２１にウェーハが搬送される。従来、ウェーハはボート２１の中心に位置するように載置され、全ウェーハが搬送された後、処理炉２内に挿入され、熱処理、成膜される。【０００７】
ウェーハの縁とウェーハが挿入される処理炉内の反応管内表面との隙間が狭くなったことで、ウェーハに製膜される膜の均一性に対してウェーハの位置精度が与える影響が大きくなった。しかしながら、反応管形状の複雑化に伴い、製作精度も緩和せざるを得なくなっている。またウェーハを反応管に搬入するためのボートも、製作が難しい、より細い柱のものが求められることがある。反応管やボートの材料として石英を用いることが多いが、石英にはヒートランもしくは特定の熱履歴によって変形が現れる可能性がある。このため、ボート２１の中心軸に揃えられたウェーハが、反応管の中心軸におかれているとは言い難い状況が生じている。また、他の問題として、ボート２１と反応管との間隙が数ｍｍ程度しかない場合、ボート２１の昇降時の振動等で反応管と接触するおそれがあるため、ボート２１の昇降時と同じ環境でクリアランスを評価することが望まれている。【０００８】
本発明は、反応管等の実際の据付寸法に基づいて、ウェーハを適切な位置に載置し、処理の均一性を高めることができる基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施の態様である基板処理装置は、複数の基板が載置されるボートと、反応管を備え、ボートが反応管に挿入され、ボートに載置された基板への成膜を行う処理炉と、ボートに基板を搬入する基板移載機と、基板移載機を制御するコントローラと、を有し、処理炉は、反応管に挿入されたボートを回転軸体上に載せて回転させる回転機構を有しており、コントローラは、あらかじめ計測された回転軸体の回転軸と反応管の仮想中心軸との差に基づき、基板移載機によりボートに搬入される基板の中心位置が、ボートの中心軸から反応管の仮想中心軸との間であって、ボートの中心軸から所定以上の安全率を満たす範囲に含まれるように、基板移載機を制御する。
【００１０】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【発明の効果】
【００１１】
処理の均一性を高めることができる基板処理装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】基板処理装置の斜視図である。
【図２Ａ】処理炉とその周辺の構造を示す図である。
【図２Ｂ】断熱アセンブリ及び回転機構の断面を示す図である。
【図３】反応管の断面を含む斜視図である。
【図４】ボートエレベータによるシールキャップの担持構造を示す図である。
【図５】コントローラの構成図である。
【図６】反応管の形状測定を行う形状測定装置の構成例である。
【図７】センサユニット２０１の構成例である。
【図８】反応管の形状測定を行う形状測定装置の別構成例である。
【図９】ウェーハ移載位置を算出するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本実施の形態では、形状測定装置により処理炉の回転軸を基準として反応管（内管）の内表面の形状を計測する。そして計測された形状を高さ位置において円筒にフィッティングして得られた円筒の軸を仮想中心軸とし、移載ロボットは、ボートの中心軸ではなく、反応管（内管）の仮想中心軸を基準にウェーハをボートに搬入する。反応管の仮想中心軸に対して、ウェーハが設置されていることで、ヒータ加熱によるウェーハ面内温度及び面間温度の温度均一性、ウェーハに対するガス流の均一性アップが期待できる。
【００１４】
反応管内にボートを搭載した状態で形状測定装置により回転軸とボート中心軸とのズレを計測して、ウェーハ載置位置を決定してもよい。縦型処理炉のボートは回転及び昇降可能に構成されているため、形状測定装置は、それらの機構を用いて反応管の３次元形状を、測定するように構成することも可能であり、または、先端にミラーを取り付けた細長い石英管を回転軸から反応管へ挿入し、真空中、もしくは高温下で使用できるようにすることもできる。
【００１５】
図１に、半導体装置の製造装置（基板処理装置）の斜視図を示す。基板処理装置１００は、半導体装置の製造における熱処理工程を実施する縦型熱処理装置として構成され、複数のウェーハ（基板）を収容する基板収容器であるポッド１１０を搬入出するロードポート１１４と、ポッド１１０のキャップを着脱するポッドオープナ１２１と、ポッド１１０を一時的に保管する回転棚１０５と、ポッド１１０を搬送するポッド搬送装置１１８と、ウェーハを積層するように搭載するボート２１と、ポッドオープナ１２１の載置台１２２に載置されたポッド１１０とボート２１との間でウェーハの移載を行うウェーハ移載機１２５と、処理室（不図示）やヒータ（不図示）を備えた縦型処理炉２と、ボート２１を処理炉２内に搬入、及び搬出するボートエレベータ２７と、記憶部（不図示）等の基板処理装置の各構成部と、各構成部を制御する制御部（不図示）とを備えている。そして、制御部が、記憶部に記憶したプロセスレシピに基づき、熱処理等のウェーハ処理を実行する。
【００１６】
図２Ａに基板処理装置の縦型処理炉２とその周辺の構造を示す。処理炉２は、処理炉２を均一に加熱するために、複数のヒータユニットからなるヒータ３を有する。ヒータ３は円筒形状であり、保持板としてのヒータベース（不図示）に支持されることにより、基板処理装置１００の設置床に対して垂直に据え付けられている。ヒータ３は、ガスを熱で活性化（励起）させる活性化機構（励起部）としても機能する。
【００１７】
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、例えば石英（ＳｉＯ2）または炭化シリコン（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重管構造を有する。外管４Ａと内管４Ｂの上端は閉じられ、内管４Ｂの下端は開口している。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。
【００１８】
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）と後述するシールキャップ１９との間に円環状の空間が形成される。この空間もしくはその周辺の部材を炉口部と総称する。
【００１９】
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、ウェーハ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である。供給スリット４Ｆは、円周方向に伸びたスリットであり、各ウェーハ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。
【００２０】
内管４Ｂは更に、排気ポート４Ｄよりも反応管４の奥側で且つ主排気口４Ｅよりも開口側の位置に、処理室６と排気空間Ｓ（外管４Ａと内管４Ｂの間の空間を排気空間Ｓと呼ぶ）とを連通させる複数の副排気口４Ｇが設けられる。また、フランジ部４Ｃにも、処理室６と排気空間Ｓ下端とを連通させる複数の底排気口４Ｈが形成される。言い換えれば、排気空間Ｓの下端は、フランジ部４Ｃによって底排気口４Ｈやノズル導入孔を除き閉塞されている。副排気口４Ｇ、底排気口４Ｈは、後述する軸パージガスを排気するように機能する。
【００２１】
排気空間Ｓ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を貫通してそれぞれ接続されている。
【００２２】
それぞれのガス供給管９の流路上には、上流方向から順に、流量制御器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。バルブ１１よりも下流側では、不活性ガスを供給するガス供給管１２がガス供給管９に接続されている。ガス供給管１２には、上流方向から順に、ＭＦＣ１３およびバルブ１４が設けられている。主に、ガス供給管９、ＭＦＣ１０、バルブ１１により、処理ガス供給系である処理ガス供給部が構成される。
【００２３】
ノズル８は、反応管４内に、反応管４の下部から立ち上がるように設けられている。ノズル８の側面や上端には、ガスを供給する１ないし複数のノズル孔８Ｈが設けられている。複数のノズル孔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を通り抜けてウェーハ７に向けてガスを噴射することができる。
【００２４】
排気ポート４Ｄには、処理室６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、処理室６内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、処理室６内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、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、処理室６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。
【００２５】
マニホールド５の下方には、マニホールド５の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ１９が設けられている。シールキャップ１９は、例えばステンレスやニッケル合金等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ１９の上面には、マニホールド５の下端と当接するシール部材としてのＯリング１９Ａが設けられている。
【００２６】
また、シールキャップ１９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、シールキャップ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からなり、円盤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、シールキャップ１９と独立して用意される部品に限らず、シールキャップ１９の内面にコーティングされた或いは内面が改質された、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。
【００２７】
基板保持具としてのボート２１は、複数枚、例えば２５〜２００枚のウェーハ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。そこではウェーハ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等の耐熱性材料からなる。反応管４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。
【００２８】
ボート２１の下部には断熱アセンブリ２２が配設されている。断熱アセンブリ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処理領域Ａ、断熱アセンブリ２２が配置されている下部分を断熱領域Ｂと呼ぶ。
【００２９】
シールキャップ１９の処理室６と反対側には、ボート２１を回転させる回転機構２３が設置されている。回転機構２３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２３の内部（例えば軸受け）を、処理室６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２３から軸に沿って排出され、断熱アセンブリ２２内に導かれる。
【００３０】
ボートエレベータ２７は、反応管４の外部下方に垂直に備えられ、シールキャップ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、シールキャップ１９に支えられたボート２１およびウェーハ７が、処理室６内外に搬入出される。なお、シールキャップ１９が最下位置に降りている間、シールキャップ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）が設けられうる。
【００３１】
外管４Ａの外壁には、温度検出器２８が設置されている。温度検出器２８は、上下に並んで配列された複数の熱電対によって構成されうる。温度検出器２８により検出された温度情報に基づきヒータ３への通電具合を調整することで、処理室６内の温度が所望の温度分布となる。
【００３２】
コントローラ２９は、基板処理装置１００全体を制御するコンピュータであり、本構成については後述する。
【００３３】
図２Ｂに断熱アセンブリ２２及び回転機構２３の断面を示す。回転機構２３は、上端が開口し下端が閉塞した略円筒形状に形成されたケーシング（ボディ）２３Ａを備えており、ケーシング２３Ａはシールキャップ１９の下面にボルトで固定される。ケーシング２３Ａの内部では、内側から順に、円筒形状の内軸２３Ｂと、内軸２３Ｂの直径よりも大きな直径の円筒形状に形成された外軸２３Ｃが、同軸に設けられる。そして、外軸２３Ｃは、内軸２３Ｂとの間に介設された上下で一対の内側ベアリング２３Ｄ，２３Ｅと、ケーシング２３Ａとの間に介設された上下で一対の外側ベアリング２３Ｆ，２３Ｇとによって回転自在に支承されている。一方、内軸２３Ｂは、ケーシング２３Ａと固定され、回転不能になっている。
【００３４】
内側ベアリング２３Ｄおよび外側ベアリング２３Ｆの上（処理室６側）には、真空と大気圧の空気とを隔てる磁性流体シール２３Ｈ，２３Ｉが設置されている。外軸２３Ｃは、電動モータ（不図示）等によって駆動されるウオームホイール或いはプーリ２３Ｋが装着される。
【００３５】
内軸２３Ｂの内側には、処理室６内にてウェーハ７を下方から加熱する第１の補助加熱機構としてのサブヒータ支柱３３が、垂直に挿通されている。サブヒータ支柱３３は、石英製のパイプであり、その上端においてキャップヒータ３４を同心に保持する。サブヒータ支柱３３は、内軸２３Ｂの上端位置において耐熱樹脂で形成された支持部２３Ｎによって支持される。更に下方において、サブヒータ支柱３３は、真空用継手２３Ｐによって内軸２３Ｂとの間が密封される。更に下方に固定ブロック２３Ｑが設けられ、内軸２３Ｂをシールキャップ１９に対して回転不能に固定する。
【００３６】
フランジ状に形成された外軸２３Ｃの上面には、下端にフランジを有する円筒形状の回転軸体３６が固定されている。回転軸体３６の空洞を、サブヒータ支柱３３が貫いている。回転軸体３６の上端部には、サブヒータ支柱３３を貫通させる貫通穴が中心に形成された円盤形状の回転台３７が、カバープレート２０と所定の間隔ｈ1を空けて固定されている。
【００３７】
回転台３７の上面には、断熱体４０を保持する断熱体保持具３８と、円筒部３９が同心に載置され、ネジ等によって固定されている。断熱アセンブリ２２は、回転台３７、断熱体保持具３８、円筒部３９および断熱体４０により構成されており、回転台３７は底板（受け台）を構成する。回転台３７には、直径（幅）ｈ2の排気孔３７Ａが、縁寄りに回転対称に複数形成されている。
【００３８】
断熱体保持具３８は、中心にサブヒータ支柱３３を貫通させる空洞を有する円筒形状に構成される。断熱体保持具３８の下端には、回転台３７よりも小さな外径の外向きフランジ形状の足３８Ｃを有する。一方、断熱体保持具３８の上端は、そこからサブヒータ支柱３３が突き出させるように開口し、パージガスの供給口３８Ｂを構成している。
【００３９】
断熱体保持具３８とサブヒータ支柱３３との間に、断熱アセンブリ２２内の上部に軸パージガスを供給する、円環状の断面を有する流路が形成される。供給口３８Ｂから供給されたパージガスは、断熱体保持具３８と円筒部３９の内壁との間の空間を下向きに流れて、排気孔３７Ａから円筒部３９外へ排気される。排気孔３７Ａを出た軸パージガスは、回転台３７とカバープレート２０との間の隙間を半径方向に流れて炉口部に放出され、そこで炉口部をパージする。
【００４０】
断熱体保持具３８の柱には、断熱体４０として複数の反射板４０Ａと断熱板４０Ｂが、同軸に設置されている。
【００４１】
円筒部３９は、内管４Ｂとの間隙ｈ6が所定の値となるような外径を有する。間隙ｈ6は、処理ガスや軸パージガスの通り抜けを抑制するために、狭く設定することが望ましく、例えば、７．５ｍｍ〜１５ｍｍとするのが好ましい。
【００４２】
円筒部３９の上端は、平坦な板で閉じており、そこにボート２１が設置される。また、円筒部３９の上面の中心部に、後述するように反応管の形状測定時にサブヒータ支柱３３やキャップヒータ３４を取り外したり、形状測定装置を貫通させたりするための開口３９Ａを設ける。開口３９Ａは、後述する形状測定装置による内管４Ｂの形状測定時以外は、開口３９Ａにぴったりはまる蓋３９Ｂによって塞がれ、このとき円筒部３９の上面の外側表面には段差が生じることなく平坦が保たれるものとする。
【００４３】
図３に、水平に切断された反応管４の斜視図が示される。なお、この図ではフランジ部４Ｃは省略されている。内管４Ｂには、処理室内に処理ガスを供給するための供給スリット４Ｆが縦方向にウェーハ７と同数、横方向に３個、格子状に並んで形成されている。供給スリット４Ｆの横方向の並びの間や両端の位置において、外管４Ａと内管４Ｂの間の排気空間Ｓを区画するように縦方向に伸びた仕切り板４１が、それぞれ設けられる。複数の仕切り板４１によって、主たる排気空間Ｓから分離された区画は、ノズル室（ノズルバッファ）４２を形成する。結果的に排気空間Ｓは、断面においてＣ字型に形成されることになる。ノズル室４２と内管４Ｂ内を直接つなぐ開口は、供給スリット４Ｆだけである。
【００４４】
仕切り板４１は、内管４Ｂとは連結されるものの、外管４Ａと内管４Ｂの温度差に起因する応力を避けるために外管４Ａとは連結させず、わずかな隙間を有するように構成することができる。ノズル室４２は、排気空間Ｓから完全に隔離される必要はなく、特に上端や下端において排気空間Ｓと通じた開口もしくは隙間を有しうる。ノズル室４２は、その外周側が外管４Ａによって区画されるものに限らず、外管４Ａの内面に沿った仕切り版を別途設けても良い。
【００４５】
内管４Ｂには、断熱アセンブリの側面に向かって開口する位置に、３個の副排気口４Ｇが設けられている。副排気口４Ｇの１つは、排気ポート４Ｄと同じ向きに設けられ、その開口の少なくとも１部が、排気ポート４Ｄの管と重なるような高さに配置されている。また、残りの２つの副排気口４Ｇは、ノズル室４２の両側部付近に配置されている。或いは、３個の副排気口４Ｇが、内管４Ｂの円周上で１８０度間隔となるような位置に配置されうる。
【００４６】
図４を用いてボートエレベータ２７によるシールキャップ１９の担持構造を説明する。シールキャップ１９には、下面から垂直にリニアブッシュ（リニアガイド）の軸５１Ａ〜Ｃの３本が設けられる。一方、ボートエレベータ２７は、そのアームの上に平板状の支持板２７Ｂを有し、支持板２７Ｂにはシールキャップ１９側と係合するリニアブッシュ５２Ａ〜Ｃの３個が備えられる。また、支持板２７Ｂとシールキャップ１９との間には、コイル状バネ等の弾性体５３Ａ〜Ｃの３個が備えられる。そしてリニアブッシュ５２Ａ〜Ｃのそれぞれに軸５１Ａ〜Ｃが嵌挿されると、シールキャップ１９は、ボートエレベータ２７のアーム及び支持板２７Ｂに対し、上下動のみ可能な様態（１軸自由度）で担持される。なお、ボートエレベータ２７のアーム及び支持板は鋳造などにより一体に構成されうる。またそれらは十分な剛性を有しており、ボート２１等の荷重やマニホールド５への押さえ圧によってそれらが撓み、ボート２１の中心軸が垂直から傾いたり、揺動したりすることがないようになっている。なお、リニアブッシュ５２と支持板２７Ｂとの間にＸ−Ｙ微動ステージを設けて、軸の水平位置を調整できるようにしてもよい。あるいは、反応管４をマニホールド５へ設置する水平位置をボルトなどで調整できるようにしてもよい。
【００４７】
図５に示すように、コントローラ２９は、ＭＦＣ１０，１３，２５、バルブ１１，１４，２６、圧力センサ１６、ＡＰＣバルブ１７、真空ポンプ１８、ヒータ３、キャップヒータ３４、温度検出器２８、回転機構２３、ボートエレベータ２７等の各構成と電気的に接続され、それらを自動制御する。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が接続されている。
【００４８】
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、基板処理装置１００の動作を制御する制御プログラムや、処理条件に応じて基板処理装置１００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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
図６に反応管４（内管４Ｂ）の形状測定を行う形状測定装置を示す。形状測定装置は、レーザ光を照射して距離の変化を測定するセンサユニット２０１と、センサユニット２０１の鞘管２０２と、センサユニット２０１を駆動しながら測長結果を収集するオートプロファイラ２０３と、オートプロファイラ２０３による測長結果に対して演算処理を行う計算機（不図示）とを有する。
【００５２】
鞘管２０２は、一端が半球状に閉じられ、他端が開放する石英円筒管であり、高精度の円筒形状及び直線性を有する。根元（開放端）付近では内軸２３Ｂの中心穴（開口）に対して所定の公差で隙間嵌めするような外径を有し、その他の部分は開放端付近よりもわずかに小さい外径を有する。
【００５３】
図７にセンサユニット２０１の構成例を示す。集束レーザモジュール８１と、ビームスプリッタ（ハーフミラー）８２と、参照ミラー８３と、４５°ロッドミラー８４と、光強度検出器８５と、駆動回路８６と、測長制御部８７と、ユニットケース８８を有し、位相差方式（干渉方式）の距離計を構成している。ユニットケース８８は、集束レーザモジュール８１から光強度検出器８５までの構成を、剛体的に固定する剛体固定部材、あるいはそれらを光路長が変化しないような様態で接続する可撓性パイプ状ケースであり、鞘管２０２内に挿通可能に構成される。なお鞘管２０２内には少なくとも４５°ロッドミラー８４が挿入されればよく、ユニットケース８８の先端部は、鞘管２０２内面との隙間嵌めによって４５°ロッドミラー８４を上下及び回転運動のみ可能となるように保持する。あるいはセンサユニット２０１全体を鞘管２０２に挿入可能な直径に構成してもよい。
【００５４】
集束レーザモジュール８１は、適度のコヒーレンスを有する平行光を発射する。内管４Ｂの内表面は完全な鏡面ではないものの、反射光にはコヒーレンス性が残る程度の平滑性を有している。駆動回路８６は、集束レーザモジュール８１のレーザ発振器に電気エネルギーを与えて励起する。駆動電流（電圧）を変化させることで、集束レーザモジュール８１から発射される光の強度や波長を変調させることができる。ビームスプリッタ（ハーフミラー）８２と、参照ミラー８３により干渉計を構成する。４５°ロッドミラー８４は、測定対象（内管４Ｂの内表面）への照射光およびそこからの反射光の方向を９０度曲げる。光強度検出器８５は、照射光と内管４Ｂの内表面からの反射光との位相差を、両者の干渉による光の強度の変化によって検出する。測長制御部８７は、ＦＭＣＷもしくは振幅変調によって集束レーザモジュール８１からの発射光の周波数を変化させながら、光強度検出器８５の出力を解析し、距離を計算する。ＦＭＣＷであれば、光強度検出器８５の出力の周波数スペクトルによって、各反射経路の絶対距離が一意に決定される。また、発射光に光コム（Optical Combs）を用いるものでもよい。もし内管４Ｂの内周全体が滑らかであれば、測長制御部８７は、干渉縞計数型のように距離の変化を算出できるものでもよい。
【００５５】
形状測定装置のセットアップは、処理炉２からサブヒータ支柱３３及びキャップヒータ３４を取り外し、ボートエレベータ２７をロード位置に静止させ、鞘管２０２をサブヒータ支柱３３の代わりに回転機構２３に設置する。具体的には、サブヒータ支柱３３と同様に、内軸２３Ｂに支持部２３Ｎ、真空用継手２３Ｐ、固定ブロック２３Ｑによって固定される。鞘管２０２が固定されると、その中にセンサユニット２０１を挿入し、さらにセンサユニット２０１をオートプロファイラ２０３に固定する。
【００５６】
形状測定装置のセットアップが完了すると、オートプロファイラ２０３に計測プログラムを実行させる。計測プログラムは、オートプロファイラ２０３により、センサユニット２０１を所定の速度で１回転させ、鞘管２０２内を所定量上昇又は下降させる、という動作を複数回反復し、その間に得られた測定結果を記録する。
【００５７】
次に、測定結果を最小二乗法等により真円もしくは円筒モデルにフィッティングさせる。モデルの中心位置が内管４Ｂの仮想中心軸であり、これにより各高さ位置（ｉ）における回転軸体３６の回転軸と内管４Ｂの仮想中心軸との差ＤＡiが算出される。なお、１つの直円筒モデルにフィッティングさせたほうが、より高い精度が得られる場合がある。
【００５８】
また、フィッティングの際、内管４Ｂには主排気口４Ｅや供給スリット４Ｆが設けられているため、これらを通り抜けてレーザ（発射光）が外管４Ａまで到達し、内管４Ｂまでの距離ではない値が得られることがある。フィッティングにあたっては、そのような外れ値及び外れ値が得られた付近の測定値は除外する。
【００５９】
また、鞘管２０２がレーザのコヒーレンス性に悪影響を及ぼす場合、鞘管２０２の側面に所定間隔で開口を複数設け、その開口を通して計測するようにするか、鞘管２０２先端付近に設けた開口を設け、その開口に４５°ロッドミラー８４を固定し、鞘管２０２と４５°ロッドミラー８４との隙間を密封する。後者の場合は、測定の際に、オートプロファイラ２０３により、鞘管２０２ごと回転、上下させるようにする。
【００６０】
図８に、反応管４（内管４Ｂ）の形状測定を行う形状測定装置の別構成例を示す。図６に示した形状測定装置ではオートプロファイラ２０３によりセンサユニット２０１を回転させて形状測定を行ったのに対し、本構成例では、基板処理装置の回転機構２３及びボートエレベータ２７を利用して、センサを回転、上下動させることにより、内管４Ｂの形状測定を行う。このため、通常使用時には内軸２３Ｂはケーシング２３Ａと固定されて回転不能になっているところ、内軸２３Ｂを回転不能に固定している固定ブロック（脱落防止具）２３Ｑを取り外すとともに、連結具を用いて内軸２３Ｂと外軸２３Ｃとを連結する。この状態で外軸２３Ｃを回転駆動させることにより、内軸２３Ｂが回転する。これにより、内軸２３Ｂを回転させるためのモータを別途用意する必要がなくなる。
【００６１】
センサ治具６０は、センサヘッド６１、センサヘッド６１を搭載する支持板６２、測定支柱６３を有している。支持板６２は円盤形状をしており、その中心に測定支柱６３が接続されている。測定支柱６３はステンレス製のパイプであり、サブヒータ支柱３３の外径、もしくは内軸２３Ｂの内径と略同一の直径を有し、サブヒータ支柱３３の代わりに内軸２３Ｂの開口に隙間嵌めの様態で挿入され、真空用継手２３Ｐもしくはそれに代わるより強固な固定具で固定される。なお、支持板６２を設けることなく、センサヘッド６１を直接、測定支柱６３の上端部に取り付けてもよい。いずれの場合も、センサヘッド６１の上端がボートエレベータ２７を最上位置に持ち上げたときに、断熱アセンブリ２２及びボート２１が搭載されたときのボートの上端とほぼ同じ高さになるように配置される。
【００６２】
センサヘッド６１は、産業用途で一般的な三角測量式のレーザ距離計（変位計）であり、レーザ光線を発射し、受光部に入射してくる被計測体からの反射光（正反射光）の角度を検知し、算出した距離を示す電気信号をシリアルインターフェースから出力する。センサヘッド６１が測定できる距離範囲は、１０〜２０ｃｍ程度で十分である。センサヘッド６１からのケーブルは適宜測定支柱６３内を通り、Ｉ／Ｏポート２１８（図６参照）もしくは外部の計算機等に接続される。
【００６３】
センサヘッド６１の発射光及び入射光の光路は、一例として、水平（回転軸に垂直）な面内とし、ある半径線（回転軸の垂線）に対して略対称を成すようなジオメトリとしたり、回転軸と同じ面内とし、水平面に対して略対称を成すようなジオメトリとしたり、他の例では、発射光もしくは入射光の少なくとも一方が、半径線と一致するジオメトリとすることができる。
【００６４】
形状測定装置のセットアップが完了すると、コントローラ２９に計測プログラムを実行させる。本形状測定装置は基板処理装置の機構を用いるため、計測プログラムはコントローラ２９で実行することが望ましいが、外部の計算機を用いることも可能である。ボートエレベータ２７は最初、アンロード位置（下）にあるとする。計測プログラムは、回転軸体３６を所定の速度で１回転させ、ボートエレベータを所定量上昇させる、という動作を、複数回反復し、その間センサヘッド６１から得られた測定結果を記録する。あるいは、センサヘッド６１はらせん状に上昇させてもよい。このとき、ボートエレベータ２７のアームが撓み振動しないように、昇降の加減速は穏やかに行われる。
【００６５】
次に、コントローラ２９のＣＰＵ２１２は、その測定結果に基づき、形状測定装置の第１の例と同様のフィッティングにより、各高さ位置（ｉ）における回転軸体３６の回転軸と内管４Ｂの仮想中心軸との差ＤＡiを算出する。
【００６６】
なお、内管４Ｂの形状測定はレーザ光を用いるものには限られず、磁気リニアスケールを用いることも可能である。磁気リニアスケールは２ピースあり、一方は測定支柱６３内に、所定の規則的な磁気バターンを発生させる磁石として構成され、他方は真空用継手２３Ｐ上に磁気センサとして構成される。真空用継手２３Ｐは、測定支柱６３をその自重で落ちないが、人の力で上下させることができる程度の強さで保持する。
【００６７】
また、円筒部３９に開口３９Ａを設けている場合（図２Ｂ参照）、ボート２１、断熱アセンブリ２２を設置したまま、図８に示したセンサ治具６０を内軸２３Ｂに装着し、形状測定装置として動作させることで、センサ治具６０を、ボート２１に対して相対的に回転可能にし、回転軸を基準としてボート２１の形状を測定できる。これにより、ボートの柱の位置から、ボートの中心位置あるいは各ウェーハの挿入可能範囲を測定することもできる。
【００６８】
以上説明した内管４Ｂの形状測定によって求めた、反応管４の各高さ位置における回転軸体３６の回転軸と内管４Ｂの仮想中心軸との差ＤＡiを用いて、ウェーハ移載機がウェーハをボートに挿入する位置を適正化する方法を説明する。
【００６９】
図９にウェーハ移載位置を算出するフローチャートを示す。図９のフローチャートは、回転軸体３６の回転軸とボート２１の中心軸とが比較的良好に一致しており、ボートの製作精度もしくはオートティーチングの精度の問題により、ウェーハが最適な挿入位置からずれている場合に好適である。
【００７０】
前提として、内管４Ｂを形状測定して得た反応管４の各高さ位置における回転軸体３６の回転軸と内管４Ｂの仮想中心軸との差ＤＡiはコントローラ２９の記憶装置２１６に保持されている（ステップＳ７０）。
【００７１】
まず、ボート２１を反応管４からアンロードした状態で、従来と同様の方法により、ボート２１にウェーハを安全に挿入できる移載位置座標Ｐ０iを把握する（ステップＳ７１）。具体的には、移載位置座標Ｐ０iは、ボート２１の中心軸上にウェーハ中心がくるようにウェーハを載置するときのウェーハ中心位置の座標となる。ボート２１は鉛直方向に設置される３本の柱を有し、柱に設けられた溝にウェーハが挿入されるようになっている。コントローラ２９によって、ボート２１の３本の柱の内の中央の一本がウェーハ移載機１２５の移載ロボット１２５ａから最も遠くなるような回転位置（移載用位置）でボート２１を静止させた状態で、移載ロボット１２５ａに取り付けられたセンサを用いて、計測（オートティーチング）が行われる。これによりボート２１におけるウェーハを収容する高さ位置の機差や、ボート２１の傾きによる水平位置ズレなどが考慮された挿入すべき移載位置座標Ｐ０iが、移載ロボットの座標系で１乃至複数のウェーハ毎に測定される。この１測定当たりのウェーハの枚数は、移載ロボット１２５ａが１回の動作で移載する枚数に対応する。また、このときに、移載位置に加えて、所定以上の安全率（所定以下のウェーハ破損率）で挿入できる、移載位置座標Ｐ０i（ボートの中心軸）からの上下及び左右方向の範囲Ｍiを把握しておくことが望ましい。これは、ボート２１の支柱に彫られたウェーハが係合する溝の幅や深さに基づいて与えられうる。
【００７２】
次に、移載ロボット１２５ａの座標系における回転軸の位置ＰＲを決定する（ステップＳ７２）。ボート２１の傾きがないと認められる（ボート２１の傾きを無視できる）場合は、ステップＳ７１で得られた挿入すべき移載位置座標Ｐ０iを、任意の垂直線にフィッティングして求めればよい。一方、ボート２１の傾きを考慮する場合には、ステップ７１の測定（オートティーチング）の結果を、移載ロボット１２５ａが１回の動作で移載するウェーハ毎に、ウェーハに対応する直径の円筒にフィッティングし、その中心軸の座標を移載ロボット１２５ａの座標系における回転軸の位置ＰＲiとする。
【００７３】
次に、回転軸と内管４Ｂの仮想中心軸とのずれを考慮して、実際に移載ロボット１２５ａがウェーハを移載する移載位置座標Ｐ１iを求める（ステップＳ７３）。ここで、移載ロボット１２５ａの座標系は、回転軸の延伸方向をＺ軸方向とし、これに対して垂直な面内においてＸ軸方向、Ｙ軸方向とが定義されているものとする。まず、ステップＳ７２で求めた回転軸の位置ＰＲ（または、ＰＲi）のＸ軸及びＹ軸成分に、その高さ位置での差ＤＡiのＸ軸及びＹ軸成分をそれぞれ加算し、仮の移載位置座標Ｐ１i’とする。なお、差ＤＡiが定義される座標系が移載ロボット１２５ａの座標系とは異なる場合には、移載ロボット１２５ａの座標系に変換しておく。仮の移載位置座標Ｐ１i’の全てが、ステップＳ７１で得た許容範囲Ｍi内であれば、仮の移載位置座標Ｐ１i’を移載位置座標Ｐ１iとして決定する。一方、１つでも許容範囲Ｍi外となる座標があれば、それらについては許容範囲Ｍi内におさまるような移載位置座標Ｐ１iを求める。例えば、α（０＜α＜１）を変数として、
Ｐ１i＝αＰ１i’＋（１−α）Ｐ０i
とおき、αの値を変化させながら、ボート２１の中心軸と反応管４の内管４Ｂの仮想中心軸との間で、かつ許容範囲Ｍi内となる移載位置座標Ｐ１iを求める。すべての高さ位置で許容範囲Ｍi内となる移載位置座標Ｐ１iが求まればフローは終了する。
【００７４】
以上のフローに加えて、各高さ位置における回転軸体３６の回転軸の位置を移載ロボット１２５ａによって測定すれば、回転軸体３６の回転軸とボート２１の中心軸とにずれが生じている場合においても、形状測定装置による測定結果をウェーハの移載に高精度に反映させることができる。この場合のフローを、図９のフローとの差分を中心に説明する。
【００７５】
この場合、形状測定装置による形状測定の前または後に、移載ロボット１２５ａに搭載されたセンサで、形状測定装置（具体的には鞘管２０２（図６参照）、測定支柱６３（図８参照を指し、ここでは以下、鞘管等という）の位置座標を測定する。移載ロボット１２５ａは、自身のセンサ（通常、移載ロボット１２５ａの設置位置（旋回位置）と回転軸とを結ぶ水平線の上に設けられる）から、鞘管等の円筒面上の最短位置を探し、その位置及び距離を計測する。この計測は異なる高さの２点以上で行われる。鞘管等の軸は回転軸と十分一致していることが期待できるため、鞘管等を回転させて複数回計測する必要はないが、精度を高めるため、例えば１２０度ずつ３回回転させて、３回の測定結果の平均をとってもよい。
【００７６】
続いて図９のフローを実施するが、ステップＳ７２の内容を実施するとき、移載ロボット１２５ａの座標系における回転軸の位置ＰＲiを決定するにあたり、移載ロボット１２５ａで測定した鞘管等の異なる高さでの２点以上の測定結果を補間あるいはフィッティングして、移載ロボット１２５ａの座標系における回転軸の位置ＰＲiを求める。
【００７７】
以上のフローでは、移載ロボット１２５ａにより回転軸の位置座標を計測したが、これに対して形状測定装置が移載のためのボート計測（オートティーチング）を行ってもよい。前述したように、ボート２１、断熱アセンブリ２２を設置したまま、形状測定を行うことで、回転軸を基準としてボート２１の形状を測定できる。そこで、形状測定装置は回転軸を基準にして（すなわち、回転軸座標系で）、ボート計測（オートティーチング）及び内管４Ｂの形状計測を一括して行う。続いて、移載ロボット１２５ａのセンサによって回転軸の位置座標を移載ロボット１２５ａの座標系で計測し、形状測定装置で計測した結果を回転軸座標系から移載ロボット１２５ａの座標系に変換する。これらの変換された計測結果を用いて、移載位置座標Ｐ１iを求める。
【００７８】
本実施形態によれば、半導体装置の製造工場などに据え付けられ、ヒートランを行った後の基板処理装置において、成膜の均一性の観点でより好ましい位置にウェーハを配置できる。
【符号の説明】
【００７９】
２：縦型処理炉、３：ヒータ、４：反応管、５：マニホールド、６：処理室、７：ウェーハ（基板）、８：ノズル、９，１２，２４：ガス供給管、１０，１３，２５：マスフローコントローラ、１１，１４，２６：バルブ、１５：排気管、１６：圧力センサ、１７：ＡＰＣバルブ、１８：真空ポンプ、１９：シールキャップ、２０：カバープレート、２１：ボート、２２：断熱アセンブリ、２３：回転機構、２７：ボートエレベータ、２８：温度検出器、２９：コントローラ、３３：サブヒータ支柱、３４：キャップヒータ、３６：回転軸体、３７：回転台、３８：断熱体保持具、３９：円筒部、４０：断熱体、４１：仕切り板、４２：ノズル室、６０：センサ治具、６１：センサヘッド、６２：支持板、６３：測定支柱、８１：集束レーザモジュール、８２：ビームスプリッタ、８３：参照ミラー、８４：４５°ロッドミラー、８５：光強度検出器、８６：駆動回路、８７：測長制御部、８８：ユニットケース、１００：基板処理装置、１０５：回転棚、１１０：ポッド、１１４：ロードポート、１１８：ポッド搬送装置、１２１：ポッドオープナ、１２２：載置台、１２５：ウェーハ移載機、２０１：センサユニット、２０２：鞘管、２０３：オートプロファイラ。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0006971383.tif 000008
【図７】
0006971383.tif 000009
【図８】
0006971383.tif 000010
【図９】
0006971383.tif 000011