(57)【要約】【課題】処理室内壁の表面状態が変動しても、再現性よく基板処理を実施できる半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置を提供する。【解決手段】処理室１０内に設置された半導体基板を加熱する加熱工程において、まず、処理室１０内に設置された半導体基板に対して熱を放射する側壁内面１ｓの放射率が放射率計８により計測される。また、側壁１の温度が熱電対４により測定される。次いで、測定された側壁１の温度に対応してあらかじめ取得されている上記放射率と処理室１０内に設置された半導体基板の実温度との対応関係に基づいて、処理室１０内に設置された半導体基板の温度が取得される。そして、取得された半導体基板の温度に基づいて、処理室１０内に設置された半導体基板が目標温度となる状態に、側壁１の温度がヒータ３により調整される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処置室内に設置された半導体基板を加熱した状況下で処理する加熱工程を含む、半導体装置の製造方法であって、
前記加熱工程が、
前記処理室内に設置された半導体基板に対して熱を放射する熱放射面の放射率を測定する工程と、
前記熱放射面を有する発熱体の温度を測定する工程と、
測定された発熱体の温度に対応してあらかじめ取得された、前記熱放射面の放射率と前記処理室内に設置された半導体基板の温度との対応関係に基づいて、処理室内に設置された半導体基板の温度を取得する工程と、
取得された半導体基板の温度に基づいて、処理室内に設置された半導体基板が目標温度となる状態に、前記発熱体の温度を調整する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記加熱工程が、目標温度になった前記半導体基板上に、前記処理室内に導入された反応性ガスに対応する膜を堆積する工程をさらに有する、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記熱放射面が、前記処理室の内壁または前記処理室内で前記半導体基板が設置される基板支持部の表面である、請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記熱放射面の放射率が、前記処理室内に前記半導体基板を設置する前に計測される、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記熱放射面の放射率が、基板処理中に計測される、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記処理室内に半導体基板が設置されるまでの間に、前記熱放射面の放射率が、あらかじめ設定された放射率になる状態に加熱する工程をさらに有する、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
処置室内に設置された半導体基板を加熱した状況下で処理する半導体装置の製造装置であって、
前記処理室内で、処理対象の半導体基板が設置される基板支持部と、
処理室内に設置された半導体基板に対して熱を放射する熱放射面の放射率を測定する手段と、
前記熱放射面を有する発熱体の温度を測定する手段と、
測定された発熱体の温度に対応してあらかじめ取得された、前記熱放射面の放射率と前記処理室内に設置された半導体基板の温度との対応関係に基づいて、前記処理室内に設置された半導体基板の温度を取得する手段と、
取得された半導体基板の温度に基づいて、処理室内に設置された半導体基板が目標温度となる状態に、前記発熱体の温度を調整する手段と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項８】
目標温度になった前記半導体基板上に成膜を行うための反応性ガスを前記処理室内に導入する手段をさらに備えた請求項７記載の半導体装置の製造装置。
【請求項９】
前記熱放射面が、前記処理室の内壁または前記基板支持部の表面である請求項７記載の半導体装置の製造装置。
【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および半導体装置の製造装置に関し、特に半導体基板を処理するときの加熱温度の制御方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路装置（以下、半導体装置という。）のパターン寸法の微細化に伴い、半導体装置の製造工程で使用される製造装置（以下、半導体製造装置という。）には制御性や再現性の向上が求められている。この要求に対応するため、半導体製造装置は、バッチ式の製造装置から枚葉式の製造装置へと急速に移行している。
【０００３】
例えば、ＳｉＨ4やＣＦ4といった反応性ガスあるいはＡｒなどの不活性ガス等を用いて、半導体基板にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）、ドライエッチングといった加工処理を行う半導体製造装置では、加工結果の再現性を向上するために、処理中の半導体基板の温度を一定の範囲内に安定化させる必要がある。
【０００４】
この種の従来の半導体製造装置は、半導体基板の温度を制御するために、半導体基板の保持台あるいは処理室内に加熱用ヒータや冷却用チラーといった加熱・冷却装置と、半導体基板の温度を測定する熱電対や放射温度計といった温度監視装置とを備えている。この半導体製造装置は、温度監視装置からのデータに基づいて加熱・冷却装置を動作させ、半導体基板の温度が一定の温度範囲内に属するように自動制御している。
【０００５】
しかしながら、枚葉式の熱処理装置では、室温状態の半導体基板が処理室に挿入され、処理温度に近くなったところで引き出されるという工程が連続して繰り返される。そのため、処理室内に熱的外乱が発生し、自動制御の目標温度と実際の半導体基板の温度とが異なっていることが指摘されている（例えば、特許文献１等参照。）。
【０００６】
図７は、従来の半導体製造装置の一例である枚葉式の熱処理装置の構成を示す概略断面図である。図７に示すように、この熱処理装置は、処理対象の半導体基板１０１が挿入される石英製の反応管１０２を備える。反応管１０２の外側には、反応管１０２内の所定位置に配置された半導体基板１０１の放射熱を測定する放射温度計１０３の計測部（石英プリズム１０９）が配置されている。放射温度計１０３は、石英プリズム１０９およびミラー１１０を介して入射する熱放射を測定する。反応管１０２および放射温度計１０３は、ＳｉＣ製の均熱管１０４に囲まれている。均熱管１０４の周囲にはヒータ１０５が設置されており、均熱管１０４の壁面内に熱電対１０６が配置されている。熱電対１０６は、均熱管１０４の比較的温度が均一な壁面の温度を測定する。放射温度計１０３および熱電対１０６が測定した温度は、温度制御装置１０８に入力されており、温度制御装置１０８は、放射温度計１０３および熱電対１０６の温度に基づいてヒータ１０５の温度を調節する。また、処理対象の半導体基板１０１は、搬送機構１０７の保持部１１１に支持された状態で、反応管１０２内に挿入される。保持部１１１は、反応管１０２内での半導体基板１０１の傾きを調節する機能を有している。
【０００７】
以上の構成を有する半導体製造装置において熱処理が実施される場合、まず、処理対象の半導体基板１０１が、搬送機構１０７により反応管１０２内の所定位置に挿入される。このとき、半導体基板１０１表面や反応管１０２の外表面で反射して放射温度計１０３に入射する放射熱を発する部分（外乱放射の発生源）が、熱電対１０６の位置となる状態に、半導体基板１０１の傾きおよび石英プリズム１０９の角度が調整される。この場合、熱電対１０６は外乱放射の発生源の温度を測定し、放射温度計１０３は半導体基板１０１からは発生する放射熱と外乱放射の放射熱とを測定することになる。反応炉１０２内に挿入された直後の半導体基板１０１は、基板温度が未だ上昇していない状態であるため、当該状態で放射温度計１０３および熱電対１０６が測定した温度により、半導体基板１０１の放射率および放射温度計１０３に入射する熱輻射のうち、外乱放射に起因する熱輻射の量を求めることができる。
【０００８】
このようにして求めた半導体基板１０１の放射率および放射温度計１０３の測定値に対する補正量を使用して算出した半導体基板１０１の温度に基づいて、温度制御装置１０８がヒータ１０５の温度を制御することで、半導体基板１０１の温度をより正確に制御することができる。
【特許文献１】特開平２−３９５２５号公報
【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、上述の従来技術は、ヒータ１０５の温度が同一であるときに均熱管１０４の内面から放射される熱量が同一であることを前提としている。したがって、熱を放射する熱放射面の表面状態が変動する状況下では、半導体基板の温度を正確に制御することができない。
【００１０】
例えば、５００℃程度以下の温度領域で熱処理が実施される半導体製造装置の処理室は、加工の容易性や半導体基板への二次汚染の影響度の低減といった観点から、アルミニウムを材料としていることが多い。アルミニウムは酸化反応が進行しやすい材料であるため、処理室の内壁面等にアルミニウムが露出していると内壁面の表面状態が変化することになる。このため、アルミニウムから構成された半導体製造装置の処理室では、アルミニウムの表面にアルマイト等を形成する表面処理を実施し、内壁面の表面状態が変化することを防止するとともに、反応性ガスに対する耐食性を向上させている。なお、内壁面に形成されるアルマイト等の表面酸化膜の膜厚は、通常、数十μｍ程度である。
【００１１】
しかしながら、処理中の温度が高い状態で、かつ長期間使用していると、処理室の内壁面の表面酸化がさらに進行し、これに伴って内壁面の放射率が変動する。表１は、表面酸化が進行した場合の放射率の変動と半導体基板の実温度との相関の一例である。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
表１に示すデータは、ヒータと熱電対とを埋め込んだ、アルミニウム（Ａｌ）を母材とする箱体（処理室）の内部に半導体基板を設置し、熱電対により計測される温度が５００℃になる状態にヒータを制御したときの熱平衡状態での半導体基板の温度を示している。なお、箱体の内壁面にはあらかじめ表面酸化膜が形成されている。
【００１４】
表１において、エイジング時間は、上記箱体を大気中に一定の温度で放置した時間であり、放射率は箱体内壁面の放射率である。表１から理解できるように、エイジングにより内壁面の表面酸化が進行し、当初０．１０であった放射率が０．２８に増大している。また、熱電対の表示値が一定範囲内であるにも関わらず、箱体内部に設置された半導体基板の実温度も変動している。これは、箱体内壁面の放射率が増大した結果、箱体内壁面から半導体基板へ放射される熱量が変動したためである。すなわち、このように箱体内壁面の放射率が変化する場合、上記従来の手法では、半導体基板の温度を正確に制御することはできなくなる。なお、半導体基板の実温度は、半導体基板に直接接触する状態で配置した熱電対により測定された温度である。
【００１５】
一方、処理室内に反応性ガスを導入した状態で半導体基板を処理する半導体製造装置では、処理中に処理室内で副生成物が発生する。この副生成物は、半導体基板の処理枚数の増加に伴って処理室の内壁面や半導体基板の保持台の表面に付着する。このような副生成物の付着によっても、処理室内壁の表面状態は変化する。すなわち、処理室の内壁面の放射率が変動し、内壁面から半導体基板へ放射される熱量が変動する。
【００１６】
また、ドライエッチング装置やプラズマＣＶＤ装置等、処理室内で化学反応が発生する半導体製造装置の場合には、処理枚数の増加に伴い、処理室内の温度が徐々に上昇する傾向もある。具体的には、化学反応によって発生した熱が処理室の壁面などに蓄積されることにより処理室全体の温度が上昇し、その結果、処理室内の温度が徐々に上昇していく。
【００１７】
また、少量多品種の製品を製造する製造ラインでは、半導体製造装置において連続的に処理される半導体基板（同一ロットに属する半導体基板）の枚数が製品種によって異なる。そのため、以上のような処理枚数に依存する温度変動はさらに増長される。
【００１８】
このような温度変動を回避する手段として、半導体製造装置での処理開始前にダミー半導体基板を処理することにより、連続的に処理される半導体基板の枚数を一定にし、処理室内の温度を一定化する手法が広く用いられている。しかしながら、多品種少量生産のシステムＬＳＩの製造ラインではこのダミー半導体基板の使用回数が増加するため、生産スループットが低下してしまう。
【００１９】
本発明は、上記従来の事情を鑑みて提案されたものであって、処理室の内壁面の状態が変動しても、再現性よく基板処理を行うことができる半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するため、本発明は、以下の技術的手段を採用している。まず、本発明は、処置室内に設置された半導体基板を加熱した状況下で処理する加熱工程を含む半導体装置の製造方法を前提としている。そして、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記加熱工程において、まず、処理室内に設置された半導体基板に対して熱を放射する熱放射面の放射率が測定される。また、上記熱放射面を有する発熱体の温度が測定される。次いで、測定された発熱体の温度に対応してあらかじめ取得された、上記熱放射面の放射率と処理室内に設置された半導体基板の温度との対応関係に基づいて、上記処理室内に設置された半導体基板の温度が取得される。そして、取得された半導体基板の温度に基づいて、処理室内に設置された半導体基板が目標温度となる状態に、上記発熱体の温度が調整される。
【００２１】
この半導体装置の製造方法では、処理室内に設置された半導体基板に熱を放射する熱放射面の放射率と半導体基板の温度との対応関係から半導体基板温度を取得するため、熱放射面の表面状態が変動する状況下でも、当該表面状態の変動を反映して半導体基板の温度を調整することができる。この結果、処理時の半導体基板の温度を目標温度に正確に調整することができる。
【００２２】
上記半導体装置の製造方法において、上記加熱工程は、目標温度になった半導体基板上に、上記処理室内に導入された反応性ガスに対応する膜を堆積する工程を有してもよい。上記熱放射面は、例えば、上記処理室の内壁または上記処理室内で半導体基板が設置される基板支持部の表面である。
【００２３】
また、上記熱放射面の放射率は、例えば、上記処理室内に半導体基板を設置する前に計測することができる。また、上記熱放射面の放射率は、基板処理中に計測されてもよい。さらに、上記半導体装置の製造方法は、半導体基板が処理室内に設置されるまでの間に、熱放射面の放射率が、あらかじめ設定された放射率になる状態に加熱する工程をさらに有してもよい。
【００２４】
一方、他の観点では、本発明は、処置室内に設置された半導体基板を加熱した状況下で処理する半導体装置の製造装置を提供することもできる。すなわち、本発明に係る半導体装置の製造装置は、上記処理室内に、処理対象の半導体基板が設定される基板支持部を備える。また、上記処理室内に設置された半導体基板に対して熱を放射する熱放射面の放射率を測定する放射率計と、上記熱放射面を有する発熱体の温度を測定する温度センサとを備える。さらに、測定された発熱体の温度に対応してあらかじめ取得された、上記熱放射面の放射率と処理室内に設置された半導体基板の温度との対応関係に基づいて、処理室内に設置された半導体基板の温度を取得する基板温度取得部を備える。また、取得された半導体基板の温度に基づいて、上記半導体基板が目標温度となる状態に、上記発熱体の温度を調整する温度制御部を備える。
【００２５】
この半導体装置の製造装置は、目標温度になった半導体基板上に成膜を行うための反応性ガスを処理室内に導入するガス供給手段をさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、半導体基板に対する処理が実施される処理室の内壁等の表面状態が変動した場合であっても、当該表面状態の変動を反映した状態で半導体基板の温度を調整することができる。この結果、半導体基板の基板処理を再現性よく行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、処理室内で所定温度に加熱された半導体基板上に所定の材質からなる膜を堆積する枚葉式のＣＶＤ装置により本発明を具体化している。
【００２８】
図１は、本発明の一実施形態におけるＣＶＤ装置の構成を示す概略断面図である。図１に示すように、当該ＣＶＤ装置２０は、アルミニウムを主成分する材質からなる壁面を有する処理室１０を備える。処理室１０内には、処理対象の半導体基板が設置されるサセプタ（基板支持部）５が設けられており、サセプタ５と対向する処理室１０の壁面は、透光性材料からなる天板２により構成されている。
【００２９】
処理室１０の側壁１には、ヒータ３と、側壁１の温度を計測する熱電対（温度センサ）４とが埋設されている。ヒータ３および熱電対４は温度制御部１２に接続されている。温度制御部１２は、熱電対４により測定された温度が所定温度となる状態にヒータ３の発熱量を調整する。すなわち、サセプタ５上に設置された半導体基板は、側壁１の内面１ｓ（以下、側壁内面１ｓという。）を熱放射面とする発熱体（ヒータ３が埋設された側壁１）から放射される熱によって加熱される。なお、図１では、ヒータ３が側壁１の一部に埋設された図になっているが、ヒータ３は側壁１の全周に配置されている。このため、側壁１の全周はほぼ同一温度になっている。なお、ヒータ３は、独立に制御可能な複数のヒータにより構成されてもよい。この場合、各ヒータに対応する位置に熱電対が設置され、各熱電対により計測される温度が同一温度となる状態に各ヒータの発熱量が調整される。
【００３０】
また、上記ＣＶＤ装置２０は、処理室１０内への半導体基板の搬入出を行う搬送装置１５を備える。搬送装置１５は、処理室１０の壁面に設けられた搬入出口を通じて、処理室１０の内外にわたって移動可能に構成され、当該搬入出口を通じて半導体基板を搬入出する。また、図示を省略しているが、ＣＶＤ装置２０は、サセプタ５上に配置された半導体基板に所望材料からなる膜を堆積するための反応性ガスを処理室１０内に導入するガス供給手段を備える。また、処理室１０内の気体を排出するとともに処理室１０内を所定の圧力に維持するガス排出手段を備える。温度制御部１２、搬送装置１５、ガス供給手段およびガス排出手段は、装置制御部１１からの指示に基づいて動作する構成になっている。
【００３１】
さらに、ＣＶＤ装置２０は、放射率を計測する放射率計８を備えている。放射率計８は、定温放射源、反射エネルギーの検出器、演算回路等を備えており、定温放射源が所定波長かつ所定強度の赤外線を対象物に放射して対象物により反射された当該波長の赤外線の強度を検出することで、対象物の放射率（＝吸収率）を計測する。本実施形態では、放射率計８は、赤外線の放射方向および検出方向が側壁１の所定位置に向けた状態で搬送装置１５の先端に支持されている。放射率計８により計測された放射率は、装置制御部１１に入力されている。
【００３２】
以上の構成を有するＣＶＤ装置２０は、以下のようにして半導体基板を処理する。基板処理が開始されると、まず、装置制御部１１が搬送装置１５に半導体基板（図示せず）の搬入を指示する。当該指示に応じて、搬送装置１５は、処理室１０への処理対象の半導体基板の搬入を開始する。ＣＶＤ装置２０では、従来のＣＶＤ装置とは異なり、半導体基板の搬入中に側壁内面１ｓの放射率を計測する。
【００３３】
例えば、搬送装置１５は、半導体基板の搬入中に、あらかじめ設定されている所定位置に到達すると停止し、装置制御部１１にその旨を通知する。当該通知を受信した装置制御部１１は、放射率計８に放射率の取得を指示する。当該指示に応じて、放射率計８は、側壁内面１ｓの放射率を計測し、計測結果を装置制御部１１に通知する。当該通知を受けた装置制御部１１は、搬送装置１５へ半導体基板の搬入再開を指示する。当該指示を受けた搬送装置１５は、サセプタ５上の所定位置に半導体基板を設置する。半導体基板を所定位置に設置した搬送装置１５は、処理室１０外部への退避を開始する。
【００３４】
搬送装置１５の退避が完了すると、装置制御部１１は、温度制御部１２に温度制御の開始を指示する。当該指示を受けた温度制御部１２は、熱電対４により計測される温度があらかじめ設定された温度になる状態にヒータ３の発熱量を調整する。また、装置制御部１１は、当該指示とともに、放射率計８が計測した側壁内面１ｓの放射率を温度制御部１２へ入力する。
【００３５】
温度制御部１２は、熱電対４により計測された温度と、放射率計８により計測された放射率とに基づいて、以下のようにして半導体基板の温度を目標温度に維持する。
【００３６】
上述したように、アルミニウムを主成分とする材質により構成された処理室１０では、エイジングにより内壁の表面状態が徐々に変化する。図２は、エイジング時間と側壁内面１ｓの放射率との関係を示す図である。なお、図２では、側壁１の温度（熱電対４により計測された温度）が２００℃、３００℃、４００℃および５００℃であるそれぞれの場合のエイジング時間と側壁内面１ｓの放射率との関係を示している。図２から理解できるように、エイジング時間の増大に伴って、側壁内面１ｓの放射率が増大している。これは、エイジングにより、アルミニウムを主成分とする側壁内面１ｓに形成される酸化膜の膜厚が増大し、それに伴って、放射率が増大するからである。また、側壁１の温度が高いほど、放射率の増大量が大きくなっている。これは、側壁１の温度が高いほど、側壁内面１ｓに形成される酸化膜の膜厚が大きくなるからである。このような側壁内面１ｓの酸化膜厚の変動は、大気雰囲気に限らず、処理室１０内に酸化性ガスが存在すれば発生する。
【００３７】
また、側壁内面１ｓから半導体基板へ放射される熱は、側壁内面１ｓの放射率に応じて変動する。そのため、側壁１の温度が一定である場合でも、半導体基板の温度は、側壁内面１ｓの放射率に対応して変動することになる。図３は、放射率計８により計測された側壁内面１ｓの放射率と、サセプタ５上に設置された半導体基板の実温度との関係を示す図である。なお、半導体基板の実温度は、半導体基板に直接配置された熱電対等の接触式の温度センサにより計測している。また、図３では、側壁１の温度が５００℃である場合の例を示している。
【００３８】
図３から理解できるように、半導体基板の実温度は、放射率の上昇に伴って上昇するが、側壁内面１ｓの放射率と半導体基板の実温度とは１対１に対応している。したがって、図３に示すような、側壁内面１ｓの放射率と半導体基板の実温度との関係（以下、検量線という。）をあらかじめ取得し、側壁内面１ｓの放射率に基づいて半導体基板の実温度を求めることにより、処理中の半導体基板の温度をより正確に目標温度に一致させることが可能になる。
【００３９】
なお、熱放射面（側壁内面１ｓ）の放射率Ｅｗと、半導体基板の実温度Ｔｗとの間には、初期状態の熱放射面の放射率Ｅｏ、初期状態の半導体基板の実温度Ｔｏ、平衡状態の熱放射面の放射率Ｔｓ、平衡状態の半導体基板の実温度Ｔｓとすると、以下の式１に示す関係が近似的に成立する。
【００４０】
Ｔｗ=Ｔｏ＋（Ｔｓ−Ｔｏ）／（Ｅｓ−Ｅｏ）×（Ｅｗ−Ｅｏ）    ・・・（１）
【００４１】
ここで、初期状態とは、エイジング時間が０時間の状態であり、平衡状態とは、十分なエイジングの結果、表面酸化に起因する放射率の変動がそれ以上進行しなくなった状態である。
【００４２】
したがって、側壁１の温度ごとに、初期状態の放射率Ｅｏ、初期状態の実温度Ｔｏ、平衡状態の放射率Ｔｓ、平衡状態の実温度Ｔｓをあらかじめ取得しておくことで、側壁１の設定温度にそれぞれ対応する検量線を比較的容易に取得することができる。
【００４３】
本実施形態では、図３に示したような検量線が、基板処理時に設定される側壁１の温度ごとにあらかじめ取得され、温度制御部１２が備える基板温度取得部１２１に格納されている。基板温度取得部１２１は、当該検量線と、放射率計８により計測された側壁内面１ｓの放射率とに基づいて、半導体基板の実温度を取得する。そして、温度制御部１２は、基板温度取得部１２１により取得された半導体基板の実温度に基づいて、半導体基板の温度が目標温度となるように、ヒータ３の発熱量を調整する。
【００４４】
例えば、側壁１の温度が５００℃となるようにヒータ３の発熱量が調整された状況下（図３に示す検量線）では、放射率計８により計測された放射率が０．２であった場合、半導体基板の実温度は４７５℃である。このとき、半導体基板の目標温度が４６５℃であるとすると、温度制御部１２は側壁１の温度の設定温度を、例えば１０℃低下させる。これにより、半導体基板の実温度は４６５℃に近づくことになる。また、このような半導体基板温度の調整は、側壁１の設定温度を徐々に低下させ、その設定温度に対応する検量線と、放射率計８により取得した放射率とにより、順次取得される半導体基板の実温度が目標温度になるように調整することもできる。
【００４５】
以上のようにして、半導体基板の温度が目標温度に到達すると、装置制御部１１は、ガス供給手段に反応性ガスの供給開始を指示する。これにより、処理室１０内に反応性ガスが所定流量で導入される。また、このとき、ガス排出手段は、装置制御部１１からの指示に基づいて、処理室１０から排出する気体の流量を調整し、処理室１０内をあらかじめ設定されている所定の圧力に維持する。これにより、半導体基板への成膜が開始される。
【００４６】
以上説明したように、本構成によれば、処理室内壁の表面状態が変動した状況下であっても、当該表面状態の変動を反映して、半導体基板の温度を目標温度に正確に維持することができる。この結果、基板処理を再現性よく同一の加工精度で実施することができる。
【００４７】
なお、上記では、処理室内の状態を厳密に管理するために、半導体基板が目標温度に到達した後に、処理室１０内に反応性ガスを導入する構成としたが、処理室１０への反応性ガスの導入は、ヒータ３による温度調整を開始した直後に行ってもよい。また、処理室１０への反応性ガスの導入は、半導体基板をサセプタ５上に載置した搬送装置１５の退避が完了した直後に実施されてもよい。これにより、半導体基板の処理時間を短縮し、生産効率を向上させることができる。
【００４８】
また、装置制御部１１および温度制御部１２は、例えば、プロセッサとＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等のメモリとを備えたハードウェア、および当該メモリに格納され、プロセッサ上で動作するソフトウェアにより実現することができる。
【００４９】
上記では、側壁１からの熱放射により半導体基板を加熱するＣＶＤ装置について説明したが、サセプタ５からの熱放射により半導体基板を加熱するＣＶＤ装置も存在する。図４は、この種のＣＶＤ装置の構成を示す概略断面図である。図４において、図１に示すＣＶＤ装置２０と同一の作用効果を奏する部位には同一の参照符号を付し、以下での詳細な説明は省略する。
【００５０】
図４に示すように、このＣＶＤ装置３０は、サセプタ５に、ヒータ６と、サセプタ５の温度を計測する熱電対７とが埋設されている。ヒータ６および熱電対７は、温度制御部１２に接続されている。温度制御部１２は、熱電対７により測定された温度に基づいてヒータ６の発熱量を調整する。すなわち、サセプタ５上に設置された半導体基板は、側壁内面１ｓを熱放射面とする発熱体（ヒータ３が埋設された側壁１）およびサセプタ５の表面５ｓ（以下、サセプタ表面５ｓという。）を熱放射面とする発熱体（ヒータ６が埋設されたサセプタ５）から放射される熱によって加熱される。サセプタ５が、アルミニウムを主成分とする材質からなる場合、上述の理由により、サセプタ表面５ｓの放射率は徐々に変動することになる。
【００５１】
本構成のＣＶＤ装置３０では、放射率計８は、側壁内面１ｓの任意の位置およびサセプタ表面５ｓの任意の位置の放射率が測定できるように、赤外線の放射方向および検出方向を少なくとも側壁内面１ｓと、サセプタ表面５ｓとに向けることができる状態で搬送装置１５の先端に支持されている。そして、基板処理が開始されると、まず、半導体基板の搬入中に、側壁内面１ｓの放射率だけでなくサセプタ表面５ｓの放射率も計測する。放射率計８は、計測した側壁内面１ｓの放射率およびサセプタ表面５ｓの放射率を装置制御部１１へ入力する。
【００５２】
この構成の場合、側壁内面１ｓよりもサセプタ表面５ｓの方が半導体基板の近傍に位置している。したがって、半導体基板の実温度は、側壁内面１ｓから放射される熱に比べてサセプタ表面５ｓから放射される熱の影響を大きく受ける。このため、基板温度取得部１２１は、まず、サセプタ５の設定温度および側壁内面１ｓの設定温度の組ごとにあらかじめ取得されている検量線と、放射率計８により計測されたサセプタ表面５ｓの放射率とに基づいて、半導体基板の温度を取得する。なお、この検量線は、側壁内面１ｓの放射率が既知でありかつ一定値である状態で取得されている。
【００５３】
次いで、基板温度取得部１２１は、放射率計８により計測された側壁内面１ｓの放射率と、使用した検量線を取得したときの側壁内面１ｓの放射率とを比較する。そして、両放射率が同一と看做せる場合、検量線に基づいて取得された半導体基板の温度を半導体基板の実温度とする。また、両放射率が同一と看做せない場合、検量線に基づいて取得された半導体基板の温度に対して補正をした温度を、半導体基板の実温度とする。両放射率が同一と看做せるか否かの判断は、使用した検量線において側壁表面１ｓの放射率が変動した場合に、半導体基板温度が変動するか否かにより行うことができる。また、半導体基板温度が変動する場合の変動量が補正量になる。このような変動量は、実験等によりあらかじめ取得することができる。
【００５４】
以上のようにして、基板温度取得部１２１により取得された半導体基板の実温度に基づいて、温度制御部１２は、半導体基板の温度が目標温度となるように、ヒータ３およびヒータ６の発熱量を調整する。これにより、図１に示したＣＶＤ装置２０と同様に、熱放射面の表面状態が変動した状況下であっても、当該表面状態の変動を反映して、半導体基板の温度を目標温度に正確に維持することができる。この結果、基板処理を再現性よく同一の加工精度で実施することができる。
【００５５】
また、上述の各ＣＶＤ装置２０、３０は、図４に示すように、放射率計８と同様の機能を有する放射率計９を天板２の上方に備えてもよい。放射率計９は、透光性材料からなる天板２を通じて、処理室内部の熱放射面（側壁内面１ｓやサセプタ表面５ｓ）の放射率を基板処理中に計測する。このような基板処理中に計測された熱放射面の放射率に基づいて熱放射面を有する発熱体（側壁１やサセプタ５）の温度をさらに調整することで、処理中の放射率の変動をも反映して半導体基板温度を目標温度に調整することができる。これにより、基板温度をさらに正確に目標温度に一致させることができ、基板処理の再現性および処理均一性をより高めることができる。この場合、放射率計９により計測された放射率も装置制御部１１に入力され、基板温度取得部１２１が放射率計９により計測された放射率に基づいて処理中の半導体基板温度を取得する。そして、温度制御部１２が、取得された基板処理中の半導体基板温度に基づいて、半導体基板温度が目標温度になる状態に発熱体の温度を調整する。
【００５６】
なお、図１、図４では、ＣＶＤ装置の天板２が透光性材料により構成された例を示したが、当該構成は本発明に必須の要素ではない。放射率計９を設置する場合は、放射率計９が熱放射面の放射率を計測可能であればよく、例えば、側壁１と同一の材料からなる天板の一部に透光性材料からなる窓を設けた構成を採用することができる。また、放射率計９を設置しない場合は、側壁１と同一の材料からなる天板により処理室を構成してもよい。
【００５７】
ところで、半導体装置の製造工程では、半導体基板はロットごとに処理される。すなわち、同一ロットに属する複数枚の半導体基板は、ウエハカセットやＦＯＵＰ等の搬送キャリアに搭載された状態で半導体装置の製造ラインに属する各製造装置間を搬送され、同一の搬送キャリアに搭載された複数枚の半導体基板が各製造装置において連続的に処理される。上述のＣＶＤ装置において、このようなロット処理が実施される場合、先行するロットの処理が完了したときに後続のロットがＣＶＤ装置に到達していないと、後続のロットが到着するまでの間、ＣＶＤ装置は基板処理を実施せずに待機することになる。このような待機状態にある場合、ＣＶＤ装置は加熱処理を実施しないため、処理室の温度は低下することになる。放射率は弱い温度依存性を有しているため、処理室の温度が低下すると、上述の手法により基板処理時の半導体基板の温度を目標温度とする際に誤差が生じうる。このような誤差を低減するために、上述のＣＶＤ装置は、ロット処理を行うに際し、以下のようにして半導体基板を処理することが好ましい。
【００５８】
例えば、図１に例示したＣＶＤ装置２０では、基板処理終了後、次ロットの処理が一定時間内に開始されない場合、装置制御部１１が、処理室１０への放射率計８の挿入を搬送装置１５に指示する。当該指示を受けて、搬送装置１５は、放射率計８を処理室１０内に挿入する。このとき、放射率計８は、熱放射面の放射率の計測を開始する。
【００５９】
装置制御部１１は、放射率計８により計測される放射率を継続的に監視し、放射率があらかじめ設定されている所定値よりも低くなった場合には、温度制御部１２に設定温度の変更を指示する。当該指示を受けた温度制御部１２は、ヒータ３の発熱量を、放射率計８により計測される放射率が上記所定値以上になるように変更する。これにより、熱放射面の放射率は、上記所定値以上の値に維持される。また、ヒータ３の発熱量は、次ロットの基板処理が開始されるまでに、当該次ロットに属する半導体基板の処理温度に対応する発熱量に自動的に再設定される。本構成によれば、基板処理終了後、次ロットの処理が一定時間内に開始されない場合であっても、上述の放射率を利用した半導体基板温度の制御を誤差なく実施することができる。なお、上記所定値としては、例えば、直前の基板処理の際に計測された熱放射面の放射率から一定量低い値を設定することができる。
【００６０】
図５は、このような処理を実現する半導体装置の製造ラインの一部を示す概略構成図である。図５に示すように、製造ラインには、製造ラインへのロットの投入および製造ラインに投入されているロットの進捗状態が生産管理装置２２により管理されている。すなわち、生産管理装置２２が管理する各ロットの生産情報（各ロットの生産スケジュールを示す情報）に基づいて、半導体装置の製造ラインを構成する各製造装置へロットが計画的に搬送されるとともに、搬送されたロットに応じた基板処理が各製造装置において実施される。また、製造ラインに属する製造装置における処理が完了し、次の処理が他の製造装置で直ちに実施されないロットは、生産管理装置２２の指示に基づいて製造ラインに配置されている保管庫（ストッカ）２３に一時的に保管される。ストッカ２３に保管されているロットは、生産管理装置２２の指示に基づいてストッカ２３から搬出され、製造ラインに属する各製造装置に搬入される。なお、図５では、製造ラインに属する多数の製造装置のうち図１に示したＣＶＤ装置２０である製造装置２１のみを示している。また、図５では、ストッカ２３から製造装置２１へのロットの搬入出は、公知のキャリア搬送装置２４により行われる構成を示しているが、キャリアの搬送は任意の手段により実現することができる。ストッカ２３、キャリア搬送装置２４、製造装置２１は生産管理装置２２と、データを送受信可能に接続されている。
【００６１】
当該製造ラインにおいて、キャリア搬送装置２４は、ストッカ２３に保管されているロットの在庫情報と生産管理装置２２からのロット搬送指示とを照合して、指示されたロットをストッカ２３から製造装置２１へ搬送する。また、キャリア搬送装置２４は、例えば、指定されたロットが収容されたキャリアをストッカ２３から移載したときに、製造装置２１へ搬送開始信号を通知する。搬送開始信号を受信した製造装置２１（ＣＶＤ装置２０）は、当該搬送開始信号に基づいて次ロットの到着予定時刻を予測し、先の基板処理が完了してから一定時間内に次ロットが到着しない場合には、上述の熱放射面の熱反射率を所定値以上に維持する制御を開始する。
【００６２】
また、熱放射面の放射率が平衡状態に達した場合には、上述の熱放射面の熱反射率を所定値以上に維持する制御に代えて以下の制御を行うことでも、同様の効果を奏することができる。すなわち、製造装置２１（ＣＶＤ装置２０）は、基板処理終了後、次ロットの処理が一定時間内に開始されない場合、装置制御部１１が、処理室１０への放射率計８の挿入を搬送装置１５に指示する。当該指示を受けて、搬送装置１５は、放射率計８を処理室１０内に挿入する。このとき、放射率計８は、熱放射面の放射率の計測を開始する。
【００６３】
製造装置２１が搬送開始信号を受信すると、装置制御部１１は、搬送開始信号に基づいて次ロットの到着予定時刻を予測する。そして、処置室１０内に配置されている放射率計８により計測される放射率が、到着予定時刻までにあらかじめ設定されている所定範囲（管理範囲）内の値となるように、ヒータ３の発熱量を増大させ、側壁１の温度を上昇させる。
【００６４】
図６は、この昇温時に放射率計８により計測された放射率の変動を示す図である。図６に示すように、側壁１の昇温は搬送開始信号を受信したときに開始され、側壁１の温度上昇に伴って、側壁内面１ｓの放射率が次第に上昇する。そして、次ロット（キャリア）が到着するまでに管理範囲内の放射率に到達する。本構成によれば、基板処理の間隔が変動する場合であっても、上述の放射率を利用した半導体基板温度の制御を誤差なく実施することができる。なお、上記所定範囲は、例えば、平衡状態の熱放射面の放射率を基準にして設定することができる。また、放射率は、次ロットが到着するまでに管理範囲内にあればよく、加熱開始のタイミングは搬送開始時に限定されるものではない。
【００６５】
以上説明したように、本発明によれば、半導体基板に対する処理が実施される処理室の内壁等の表面状態が変動した場合であっても、当該表面状態の変動を反映した状態で半導体基板の温度を調整することができる。この結果、半導体基板の基板処理を再現性よく各半導体基板間で均一に行うことができる。
【００６６】
また、本発明を適用した場合、処理室内の熱放射面の状態変動を監視することが可能であるため、例えば、放射率の異常な上昇や異常な低下を検出することもできる。したがって、このような放射率の異常な変動を伴う温度制御機構の不具合についても同時に検出することができる。
【００６７】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において、種々の変形および応用が可能である。例えば、上記では、熱放射面の表面状態が酸化により変動することに着目して説明したが、本発明は熱放射面の放射率の変動を反映した状態で半導体基板の温度を調整するものであり、熱放射面の放射率の変動要因は問わない。したがって、ＣＶＤ装置において、例えば、処理室内に副生成物が付着することにより熱放射面の放射率が変動する場合であっても、同様の効果を得ることができる。この場合、上記式１の平衡状態の放射率Ｅｓは、処理室内の副生成物をクリーニング除去する直前の熱放射面の放射率になる。また、処理間隔の変動によって処理室内壁の表面状態が変動する場合であっても、同様の効果を得ることができる。さらに、放射率を計測する熱放射面の計測位置は複数箇所であってもよい。加えて、上記実施形態では、本発明をＣＶＤ装置に適用した事例について説明したが、本発明は、熱放射により半導体基板を加熱するいかなる半導体製造装置に対しても適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、熱放射面の表面状態が変動した場合であっても、再現性よく基板処理を実施できるという効果を有し、半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の一実施形態におけるＣＶＤ装置を示す概略断面図。
【図２】エイジング時間と放射率との関係を示す図。
【図３】放射率と半導体基板の実温度との対応関係を示す図。
【図４】本発明の一実施形態におけるＣＶＤ装置の変形例を示す概略断面図。
【図５】本発明の一実施形態におけるＣＶＤ装置を備える製造ラインの一部を示す概略構成図。
【図６】本発明の一実施形態におけるＣＶＤ装置の側壁昇温時の放射率変動を示す図。
【図７】従来の半導体製造装置を示す概略断面図。
【符号の説明】
【００７０】
１  側壁
１ｓ  側壁内面
２  天板
３  ヒータ
４  熱電対
５  サセプタ
５ｓ  サセプタ表面
６  ヒータ
７  熱電対
８  放射率計
９  放射率計
１０  処理室
１１  装置制御部
１２  温度制御部
１２１  基板温度取得部
１５  搬送装置
２１  半導体製造装置（ＣＶＤ装置）
２２  生産管理装置
２３  ストッカ
２４  搬送装置
【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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