特許 6012933 基板処理装置、半導体装置の製造方法および基板処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6012933

(24)【登録日】2016年9月30日

(45)【発行日】2016年10月25日

(54)【発明の名称】基板処理装置、半導体装置の製造方法および基板処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/324 20060101AFI20161011BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20161011BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20161011BHJP

   H01L 21/26 20060101ALI20161011BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/324 T

   H01L21/68 N

   H01L21/31 C

   H01L21/31 E

   H01L21/26 T

   H01L21/324 R

   H01L21/324 Q

   H01L21/26 Q

【請求項の数】7

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2011-98103(P2011-98103)

(22)【出願日】2011年4月26日

(65)【公開番号】特開2012-231001(P2012-231001A)

(43)【公開日】2012年11月22日

【審査請求日】2014年3月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001122

【氏名又は名称】株式会社日立国際電気

(74)【代理人】

【識別番号】100145872

【弁理士】

【氏名又は名称】福岡 昌浩

(74)【代理人】

【識別番号】100091362

【弁理士】

【氏名又は名称】阿仁屋 節雄

(74)【代理人】

【識別番号】100105256

【弁理士】

【氏名又は名称】清野 仁

(72)【発明者】

【氏名】富田 雅之

(72)【発明者】

【氏名】吉野 晃生

【審査官】 右田 勝則

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２３５１１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０８８３４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１６１３５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５３８５６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−１３５０１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−３０７７３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１２４４２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６３−０７９６３６（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３２４

Ｈ０１Ｌ ２１／２６

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

Ｈ０１Ｌ ２１／３２４

Ｈ０１Ｌ ２１／２６

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を処理する処理室と、
前記処理室内に搬入された前記基板を一時的に支持する第１基板支持部と、
前記処理室内に設けられ、前記第１基板支持部から前記基板が移載される第２基板支持部と、
少なくとも前記第１基板支持部の上方に設けられたランプ加熱装置と前記第２基板支持部の内部に設けられたヒータにより構成され、前記処理室内に搬入された前記基板を加熱する加熱部と、
前記処理室内にガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内を排気する排気部と、を有し、
前記第２基板支持部の上方に、前記処理室内に搬入された前記基板を前記第１基板支持部により前記第２基板支持部から離して支持させるステップと、
前記処理室内の圧力を前記基板の搬入時の圧力より高い所定の圧力とし、前記第１基板支持部により支持された前記基板を前記加熱部により昇温させるステップと、
所定時間経過した後に、前記第１基板支持部から前記第２基板支持部へと前記基板を移載させるステップと、
前記ガス供給部から処理ガスを供給して、前記第２基板支持部により支持された前記基板を前記加熱部により加熱させながら前記基板を処理させるステップと、
を実行するように、前記第１基板支持部又は前記第２基板支持部の少なくとも一方、前記加熱部、前記ガス供給部および前記排気部を制御するよう構成される制御部と、
をさらに有する基板処理装置。

【請求項2】

前記第１基板支持部に支持させた前記基板と前記第２基板支持部との距離は、搬入時の前記基板の温度と前記加熱部により所定温度に加熱された前記第２基板支持部の温度との差に応じて調整されるように構成される請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項3】

前記処理室内のガスをプラズマ励起するプラズマ生成部を有し、
前記制御部は、
前記基板を処理させるステップにおいて、前記処理室内に供給された前記処理ガスをプラズマ励起させるよう、前記プラズマ生成部を制御する請求項１又は請求項２に記載の基板処理装置。

【請求項4】

基板を処理する処理室内に前記基板を搬入する工程と、
前記基板を一時的に支持する第１基板支持部により、前記処理室内に設けられた第２基板支持部の上方に、前記処理室内に搬入した前記基板を前記第２基板支持部から離して支持する工程と、
前記処理室内の圧力を前記基板の搬入時の圧力より高い所定の圧力とし、前記第１基板支持部により支持された前記基板を、少なくとも前記第１基板支持部の上方に設けられたランプ加熱装置と前記第２基板支持部の内部に設けられたヒータにより構成される加熱部により昇温する工程と、
所定時間経過した後に、前記第１基板支持部から前記第２基板支持部へと前記基板を移載する工程と、
前記処理室内に処理ガスを供給して、前記第２基板支持部により支持された前記基板を前記加熱部により加熱しながら前記基板を処理する工程と、
前記処理室内から前記基板を搬出する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。

【請求項5】

前記第１基板支持部が支持する前記基板と前記第２基板支持部との距離は、搬入時の前記基板の温度と前記加熱部により所定の温度に加熱された前記第２基板支持部の温度との差に応じて調整する請求項４に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項6】

前記第１基板支持部に支持した前記基板を昇温する工程では、
前記処理室内に水素含有ガスを供給し、前記処理室内の前記水素含有ガスをプラズマ励起する請求項４又は請求項５に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項7】

基板を処理する処理室内に前記基板を搬入する工程と、
前記基板を一時的に支持する第１基板支持部により、前記処理室内に設けられた第２基板支持部の上方に、前記処理室内に搬入した前記基板を前記第２基板支持部から離して支持する工程と、
前記処理室内の圧力を前記基板の搬入時の圧力より高い所定の圧力とし、前記第１基板支持部により支持された前記基板を、少なくとも前記第１基板支持部の上方に設けられたランプ加熱装置と前記第２基板支持部の内部に設けられたヒータにより構成される加熱部により昇温する工程と、
所定時間経過した後に、前記第１基板支持部から前記第２基板支持部へと前記基板を移載する工程と、
前記処理室内に処理ガスを供給して、前記第２基板支持部により支持された前記基板を前記加熱部により加熱しながら前記基板を処理する工程と、
前記処理室内から前記基板を搬出する工程と、を有する基板処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置の製造工程では、基板を加熱して、窒化、酸化、アニール等の処理を行う基板処理装置が用いられる。係る基板処理装置は、例えば基板を処理する処理室内に設けられ基板を支持する基板支持部と、基板を加熱する加熱部とを有し、処理室内に搬入した基板を基板支持部に載置し、加熱部により加熱しながら基板を処理していた。係る加熱部は、例えば基板支持部内や処理室の上部に設けられる場合があった（例えば特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−０８８３４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のような加熱部を備える基板処理装置においては、基板支持部側若しくは処理室の上部側、又は両側からと、様々な方向から基板を加熱することが考えられる。しかしながら、基板を処理室内に搬入して基板支持部に移載すると、例えば基板の片面（下面）だけが基板支持部と接触することとなる。このため、いずれの方向から加熱する場合であっても、基板支持部との接触面（下面）ともう一方の非接触面（上面）とで加熱され易さが異なり、基板の上下面の昇温速度が異なってしまう場合があった。これにより、基板の温度均一性が低下してしまう場合があった。

【0005】

本発明の目的は、基板の温度均一性を向上させつつ、基板を高速に昇温することが可能な基板処理装置及び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】

【0006】

本発明の一態様によれば、基板を処理する処理室と、前記処理室内に搬入された前記基板を一時的に支持する第１基板支持部と、前記処理室内に設けられ、前記第１基板支持部から前記基板が移載される第２基板支持部と、前記処理室内に搬入された前記基板を加熱する加熱部と、前記処理室内にガスを供給するガス供給部と、前記第２基板支持部の上方に、前記処理室内に搬入された前記基板を前記第１基板支持部により前記第２基板支持部から離して支持させ、前記ガス供給部により前記処理室内に前記ガスを供給させ、前記処理室内の圧力を前記基板の搬入時の圧力より高めさせた状態で、前記加熱部により前記基板を昇温させ、所定時間経過した後に、前記第１基板支持部から前記第２基板支持部へと前記基板を移載させ、前記加熱部により前記基板を加熱させながら前記基板を処理させるよう、前記第１基板支持部、前記加熱部および前記ガス供給部を制御する制御部と、を有する基板処理装置が提供される。

【0007】

本発明の他の態様によれば、基板を処理する処理室内に前記基板を搬入する工程と、前記基板を一時的に支持する第１基板支持部により、前記処理室内に設けられた第２基板支持部の上方に、前記処理室内に搬入した前記基板を前記第２基板支持部から離して支持し、ガス供給部により前記処理室内にガスを供給し、前記処理室内の圧力を前記基板を搬入する工程における圧力より高めた状態で、前記処理室内に搬入された前記基板を加熱する加熱部により前記基板を昇温する工程と、所定時間経過した後に、前記第１基板支持部から前記第２基板支持部へと前記基板を移載する工程と、前記加熱部により前記基板を加熱
しながら前記基板を処理する工程と、前記処理室内から前記基板を搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、基板の温度均一性を向上させつつ、基板を高速に昇温することが可能な基板処理装置及び半導体装置の製造方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１実施形態に係る基板処理装置としての変形マグネトロン型プラズマ処理装置の図であって、（ａ）は基板の搬入時の様子を示す断面図であり、（ｂ）は基板の処理時の様子を示す断面図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る基板処理装置が備えるガス排気部を示す模式図である。

【図3】本発明の第２実施形態に係る基板処理装置が備えるガス排気部の図であって、（ａ）はガス排気部の一例を示す模式図であり、（ｂ）はガス排気部の他の例を示す模式図である。

【図4】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法の適用有無を比較するサンプルについての説明図であって、（ａ）はサンプルの作成手順を示すフロー図であり、（ｂ）はサンプルの自然酸化膜の膜厚を示すグラフ図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

＜本発明の一実施形態＞
（１）基板処理装置の構成
本発明の第１実施形態に係る基板処理装置について、図１を用いて以下に説明する。図１は、本実施形態に係る基板処理装置としての変形マグネトロン型プラズマ処理装置の図であって、（ａ）は基板の搬入時の様子を示す断面図であり、（ｂ）は基板の処理時の様子を示す断面図である。

【0011】

本実施形態に係る基板処理装置は、電界と磁界とにより高密度プラズマを生成する変形マグネトロン型プラズマ源（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ Ｔｙｐｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｓｏｕｒｃｅ）を用いて、シリコン（Ｓｉ）基板等のウエハ２００をプラズマ処理する変形マグネトロン型プラズマ処理装置（以下、ＭＭＴ装置１００と記載）である。ＭＭＴ装置１００は、気密性を保持した処理室２０１内にウエハ２００を搬入し、処理室２０１内に供給した各種のガスに、一定の圧力下で高周波電圧をかけてマグネトロン放電を起こすように構成されている。ＭＭＴ装置１００によれば、係る機構により例えば処理ガス等を励起させて、ウエハ２００に酸化、窒化等の拡散処理を行なったり、薄膜を形成したり、またはウエハ２００の表面をエッチングしたり等の各種プラズマ処理を施すことができる。

【0012】

（処理室）
ＭＭＴ装置１００は、ウエハ２００をプラズマ処理する処理炉２０２を備えている。処理炉２０２には、処理室２０１を構成する処理容器２０３が設けられている。処理容器２０３は、第１の容器であるドーム型の上側容器２１０と、第２の容器である碗型の下側容器２１１とを備えている。上側容器２１０が下側容器２１１の上に被さることにより、処理室２０１が形成される。上側容器２１０は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）または石英（ＳｉＯ_２）等の非金属材料で形成されており、下側容器２１１は、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。

【0013】

また、下側容器２１１の下部側壁には、ゲートバルブ２４４が設けられている。ゲートバルブ２４４は、開いているときには、搬送機構（図示せず）を用いて処理室２０１内へ
ウエハ２００を搬入し、または処理室２０１外へウエハ２００を搬出することができるように構成されている。ゲートバルブ２４４は、閉まっているときには、処理室２０１内の気密性を保持する仕切弁となるように構成されている。

【0014】

（サセプタ）
処理室２０１の底側中央には、ウエハ２００を支持する第２基板支持部としてのサセプタ２１７が配置されている。サセプタ２１７は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、セラミックス、石英等の非金属材料から形成されており、ウエハ２００上に形成される膜等への金属汚染を低減することができるように構成されている。

【0015】

サセプタ２１７の内部には、加熱部としてのヒータ２１７ｂが一体的に埋め込まれている。ヒータ２１７ｂは、電力が供給されると、ウエハ２００表面を例えば２５℃〜７００℃程度に加熱することができるように構成されている。

【0016】

サセプタ２１７は、下側容器２１１とは電気的に絶縁されている。サセプタ２１７内部にはインピーダンス調整電極２１７ｃが装備されている。インピーダンス調整電極２１７ｃは、インピーダンス調整部としてのインピーダンス可変機構２７４を介して接地されている。インピーダンス調整電極２１７ｃは、後述する第１の電極としての筒状電極２１５に対する第２の電極として機能する。インピーダンス可変機構２７４はコイルや可変コンデンサから構成されており、コイルのインダクタンス及び抵抗並びに可変コンデンサの容量値を制御することにより、インピーダンス調整電極２１７ｃ及びサセプタ２１７を介して、ウエハ２００の電位（バイアス電圧）を制御できるように構成されている。

【0017】

サセプタ２１７には、サセプタ２１７を昇降させるサセプタ昇降機構２６８が設けられている。また、サセプタ２１７には貫通孔２１７ａが設けられ、一方、下側容器２１１の底面には、第１基板支持部としてのウエハ突上げピン２６６が設けられている。貫通孔２１７ａとウエハ突上げピン２６６とは互いに対向する位置に、少なくとも各３箇所ずつ設けられている。図１（ａ）に示すように、サセプタ昇降機構２６８によりサセプタ２１７が下降させられたときには、ウエハ突上げピン２６６がサセプタ２１７とは非接触な状態で貫通孔２１７ａを突き抜ける（挿通する）ことで、ウエハ突上げピン２６６により、処理室２０１内に搬入されたウエハ２００を一時的に支持するように構成されている。また、図１（ｂ）に示すように、サセプタ昇降機構２６８によりサセプタ２１７が上昇させられたときには、ウエハ突上げピン２６６からサセプタ２１７へとウエハ２００を移載するように構成されている。

【0018】

（ランプ加熱ユニット）
処理室２０１の上方、つまり上側容器２１０の上面には、光透過窓２７８が設けられ、光透過窓２７８上の反応容器２０３外側には、ランプ加熱装置としてのランプ加熱ユニット２８０が設置されている。ランプ加熱ユニット２８０は、サセプタ２１７と対向する位置に設けられ、ウエハ２００の上方からウエハ２００を加熱するよう構成されている。ランプ加熱ユニット２８０を点灯することで、ヒータ２１７ｂと比較してより短時間でウエハ２００を加熱することができるよう構成されている。また、ヒータ２１７ｂを併用することで、基板表面の温度を例えば９００℃にすることができる。

【0019】

（ガス供給部）
処理室２０１の上方、つまり上側容器２１０の上部には、シャワーヘッド２３６が設けられている。シャワーヘッド２３６は、キャップ状の蓋体２３３と、ガス導入口２３４と、バッファ室２３７と、開口２３８と、遮蔽プレート２４０と、ガス吹出口２３９とを備え、各種のガスを処理室２０１内へ供給できるように構成されている。バッファ室２３７は、ガス導入口２３４より導入されるガスを分散する分散空間として構成されている。

【0020】

ガス導入口２３４には、水素含有ガスとしての水素（Ｈ_２）ガスを供給する水素含有ガス供給管２３２ａの下流端と、窒素含有ガスとしての窒素（Ｎ_２）ガスを供給する窒素含有ガス供給管２３２ｂの下流端と、が合流するように接続されている。水素含有ガス供給管２３２ａには、上流側から順にＨ_２ガス供給源２５０ａ、流量制御装置としてのマスフローコントローラ２５２ａ、開閉弁としてのバルブ２５３ａが設けられている。窒素含有ガス供給管２３２ｂには、上流側から順にＮ_２ガス供給源２５０ｂ、流量制御装置としてのマスフローコントローラ２５２ｂ、開閉弁としてのバルブ２５３ｂが設けられている。水素含有ガス供給管２３２ａと窒素含有ガス供給管２３２ｂとが合流した下流側には、バルブ２５４が設けられ、ガスケット２０３ｂを介してガス導入口２３４の上流端に接続されている。バルブ２５３ａ，２５３ｂ，２５４を開くことによって、マスフローコントローラ２５２ａ，２５２ｂによりそれぞれのガスの流量を調整しつつ、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂを介して、水素含有ガス及び窒素含有ガスを処理室２０１内へ供給できるように構成されている。

【0021】

主に、シャワーヘッド２３６（蓋体２３３、ガス導入口２３４、バッファ室２３７、開口２３８、遮蔽プレート２４０、ガス吹出口２３９）、水素含有ガス供給管２３２ａ、窒素含有ガス供給管２３２ｂ、Ｈ_２ガス供給源２５０ａ、Ｎ_２ガス供給源２５０ｂ、マスフローコントローラ２５２ａ，２５２ｂ、バルブ２５３ａ，２５３ｂ，２５４により、本実施形態に係るガス供給部が構成されている。

【0022】

（ガス排気部）
下側容器２１１の側壁には、処理室２０１内からガスを排気するガス排気室２０１ａが設けられている。ガス排気室２０１ａには、ガス排気管２３１ａの上流端が接続されている。図２に示すように、ガス排気室２０１ａには、例えばキャパシタンスマノメータ等の圧力制御センサとしてのダイアフラムゲージ２４１ａが設けられている。ダイアフラムゲージ２４１ａは、例えば上限の圧力として２Ｔｏｒｒ（２６６Ｐａ）まで計測可能に構成されている。ガス排気管２３１ａには、上流側から順に圧力調整器（圧力調整部）としてのＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２４２、真空排気装置としてのターボ分子ポンプ２４６ａ、開閉弁としての主要バルブ２４３ａ、真空排気装置としてのドライポンプ２４６ｂが設けられている。

【0023】

ＡＰＣ２４２は、弁を開閉することで真空排気・排気停止ができ、さらに、ダイアフラムゲージ２４１ａにより計測された圧力情報に基づき弁を開度調節することで、処理室２０１内圧力の調整が可能な開閉弁である。ＭＭＴ装置１００を用いた基板処理は、例えば２６６Ｐａ以下、より好ましくは２４０Ｐａ以下の圧力下で実施される。ダイアフラムゲージ２４１ａの上限の圧力を例えば２Ｔｏｒｒ（２６６Ｐａ）とすることで、基板処理の圧力領域での計測精度が向上し、基板処理時に高い圧力制御性及び分解能を得ることができる。

【0024】

ターボ分子ポンプ２４６ａには、例えば広帯域型を用いることができ、その場合、ターボ分子ポンプ２４６ａの上流側、すなわち、ターボ分子ポンプ２４６ａの１次側の最大圧力として４００Ｐａまで対応可能に構成されている。

【0025】

ターボ分子ポンプ２４６ａの下流側、すなわち、ターボ分子ポンプ２４６ａの２次側には、スロー排気ラインが設けられている。具体的には、ガス排気管２３１ａのターボ分子ポンプ２４６ａと主要バルブ２４３ａとの間には、ガス排気管２３１ｂの上流端が接続されている。また、ガス排気管２３１ａの主要バルブ２４３ａとドライポンプ２４６ｂとの間には、ガス排気管２３１ｂの下流端が接続されている。ガス排気管２３１ｂには、例えば３／８インチ配管が用いられ、開閉弁としてのスロー排気バルブ２４３ｂが設けられて
いる。

【0026】

主に、ガス排気室２０１ａ、ダイアフラムゲージ２４１ａ、ガス排気管２３１ａ、ＡＰＣ２４２、ターボ分子ポンプ２４６ａ、主要バルブ２４３ａ、ドライポンプ２４６ｂ、ガス排気管２３１ｂ、スロー排気バルブ２４３ｂにより、本実施形態に係るガス排気部が構成されている。

【0027】

（プラズマ生成部）
処理室２０１の外周部、すなわち上側容器２１０の側壁の外側には、処理室２０１を囲うように、第１の電極としての筒状電極２１５が設けられている。筒状電極２１５は、筒状、例えば円筒状に形成されている。筒状電極２１５は、インピーダンスの整合を行なう整合器２７２を介して高周波電力を印加する、例えば周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電源２７３に接続されている。

【0028】

筒状電極２１５の外側表面の上下端部には、上側磁石２１６ａ及び下側磁石２１６ｂがそれぞれ取り付けられている。上側磁石２１６ａおよび下側磁石２１６ｂは、ともに筒状、例えば円筒状に形成された永久磁石により構成されている。上側磁石２１６ａおよび下側磁石２１６ｂは、処理室２０１に向いた面側とその反対の面側とに磁極を有している。上側磁石２１６ａおよび下側磁石２１６ｂの磁極の向きは、逆向きになるよう配置されている。すなわち、上側磁石２１６ａおよび下側磁石２１６ｂの処理室２０１に向いた面側の磁極同士は互いに異極となっている。これにより、筒状電極２１５の内側表面に沿って円筒軸方向の磁力線が形成される。

【0029】

上側磁石２１６ａおよび下側磁石２１６ｂにより磁界を発生させ、さらに処理室２０１内に各種のガスを導入した後、筒状電極２１５に高周波電力を供給して電界を形成することで、図１（ｂ）に示すように、処理室２０１内のプラズマ生成領域２２４にマグネトロン放電プラズマが生成されるように構成されている。放出された電子を上述の電磁界が周回運動させることによって、プラズマの電離生成率が高まり、長寿命かつ高密度のプラズマを生成させることができる。

【0030】

なお、筒状電極２１５、上側磁石２１６ａおよび下側磁石２１６ｂの周囲には、これらが形成する電磁界が他の装置や外部環境に悪影響を及ぼさないように、電磁界を有効に遮蔽する金属製の遮蔽板２２３が設けられている。

【0031】

主に、筒状電極２１５、整合器２７２、高周波電源２７３、上側磁石２１６ａおよび下側磁石２１６ｂにより、本実施形態に係るプラズマ生成部が構成されている。

【0032】

（基板搬送口）
また、ＭＭＴ装置１００には、ゲートバルブ２４４を介して処理容器２０３の外側に図示しない基板搬送室口が設けられている。基板搬送室口は、ＭＭＴ装置１００に接続される図示しない基板搬送室へと連通している。基板搬送室には図示しない搬送機構が設けられ、基板を処理室２０１内に搬入・搬出自在に構成されている。なお、基板搬送室内の温度は例えば室温に保たれ、圧力は０．１Ｐａ以上２６６Ｐａ以下であって、例えば１００Ｐａ程度に保たれている。これにより、基板搬送室内にパーティクルが発生したとしても、搬送機構による基板の搬入・搬出動作により、パーティクルが舞い上がることを抑制することができる。

【0033】

（制御部）
制御部としてのコントローラ１２１は、信号線Ａを通じてダイアフラムゲージ２４１ａ、ＡＰＣ２４２、ターボ分子ポンプ２４６ａ、ドライポンプ２４６ｂ、主要バルブ２４３
ａ、スロー排気バルブ２４３ｂを、信号線Ｂを通じてサセプタ昇降機構２６８を、信号線Ｃを通じてヒータ２１７ｂ及びインピーダンス可変機構２７４を、信号線Ｄを通じてゲートバルブ２４４を、信号線Ｅを通じて整合器２７２及び高周波電源２７３を、信号線Ｆを通じてマスフローコントローラ２５２ａ，２５２ｂ及びバルブ２５３ａ，２５３ｂ，２５４を、信号線Ｇを通じてランプ加熱ユニット２８０を、それぞれ制御するように構成されている。

【0034】

（２）基板処理工程
次に、本実施形態に係る基板処理工程について説明する。本実施形態に係る基板処理工程は、例えば半導体装置の製造工程の一工程として、上述のＭＭＴ装置１００により実施される。本実施形態に係る基板処理工程においては、第２基板支持部としてのサセプタ２１７に内蔵される加熱部としてのヒータ２１７ｂにより、サセプタ２１７側からウエハ２００を昇温し、また、加熱しつつ、例えばシリコン（Ｓｉ）からなるウエハ２００に所定の基板処理、例えば窒化処理を施す。なお以下の説明において、ＭＭＴ装置１００を構成する各部の動作は、コントローラ１２１により制御される。

【0035】

（基板搬入工程）
まずは、処理室２０１内の圧力を処理室２０１に隣接する基板搬送室（図示せず）と同じ圧力、例えば１００Ｐａとし、ウエハ２００を基板搬送室から処理室２０１内に搬入する。具体的には、ターボ分子ポンプ２４６ａとドライポンプ２４６ｂとを用いて処理室２０１内を真空排気すると共に、ウエハ２００若しくはウエハ２００に施す処理に対して不活性なガスを処理室２０１内に供給し、処理室２０１内の圧力を基板搬送室と略同圧力に調整する。次に、ウエハ２００の搬送位置までサセプタ２１７を下降させて、サセプタ２１７の貫通孔２１７ａにウエハ突上げピン２６６を貫通させる。その結果、ウエハ突上げピン２６６が、サセプタ２１７上面よりも所定の高さ分だけ、例えば０．５ｍｍ〜３．０ｍｍ程度、突出した状態となる。続いて、ゲートバルブ２４４を開き、図中省略の搬送機構を用いて基板搬送室から処理室２０１内にウエハ２００を搬入する。その結果、ウエハ２００は、サセプタ２１７の上面から突出したウエハ突上げピン２６６上に水平姿勢で支持される。処理室２０１内にウエハ２００を搬入したら、搬送機構を処理室２０１外へ退避させ、ゲートバルブ２４４を閉じて処理室２０１内を密閉する。

【0036】

ヒータ２１７ｂには予め電力が供給され、ヒータ２７１ｂ及びサセプタ２１７は、例えば２５℃以上７００℃以下、ランプ加熱ユニット２８０を併用した場合には９００℃以下の範囲内の所定温度に加熱されている。ここで、搬入したウエハ２００を直ちにサセプタ２１７上に移載すると、ウエハ２００のサセプタ２１７との接触面の方が加熱され易く、ウエハ２００の反対側の面との昇温速度に差が生じてしまう。その結果、ウエハ２００の温度均一性が低下してしまうおそれがある。ウエハ２００の温度均一性の低下は、例えば７００℃以上で起こり易い。

【0037】

そこで本実施形態においては、ウエハ２００をサセプタ２１７に移載する前に以下の基板昇温工程を実施する。すなわち、本発明者等は、以下に述べるように、ウエハ突上げピン２６６によりウエハ２００をサセプタ２１７から離して支持させ、サセプタ２１７からの熱の輻射により、ウエハ２００の温度均一性を良好に保ったまま徐々に昇温することに想到した。しかしながら、係る手法では、ウエハ２００が所定温度にまで昇温されるのに長時間を要してしまう懸念がある。

【0038】

このため、本発明者等は、ウエハ２００を高速に昇温すべく、更に研究を重ねた。以下、係る研究結果から本発明者等が得た知見に基づき、ウエハ２００の温度均一性を向上させつつ、ウエハ２００を高速に昇温する手法について説明する。

【0039】

（基板昇温工程）
基板昇温工程では、処理室２０１内に搬入したウエハ２００の昇温を行う。具体的には、例えばヒータ２１７ｂにより２５℃以上７００℃以下、ランプ加熱ユニット２８０を併用した場合には９００℃以下の範囲内の所定温度に加熱されたサセプタ２１７の上方に、ウエハ突上げピン２６６によりウエハ２００をサセプタ２１７から離して支持させる。また、ターボ分子ポンプ２４６ａ及びドライポンプ２４６ｂによりガス排気管２３１ａを介して処理室２０１内を排気しつつ、例えば昇圧ガスとしてのＮ_２ガスを処理室２０１内に供給して、処理室２０１内の圧力を高める。具体的には、バルブ２５３ｂ，２５４を開け、マスフローコントローラ２５２ｂにて流量制御しながら、バッファ室２３７を介して処理室２０１内にＮ_２ガスを供給する。このとき、Ｎ_２ガスの流量を、例えば１０００ｓｃｃｍ以上２０００ｓｃｃｍ以下の範囲内の所定値とする。これにより、処理室２０１内の圧力を例えば１００Ｐａ以上２６６Ｐａ以下の範囲内であって、基板搬入工程における圧力より高い所定値とする。ターボ分子ポンプ２４６ａ及びドライポンプ２４６ｂは、少なくとも後述の基板搬出工程が終了するまで作動させておく。

【0040】

上記の状態を所定時間、例えば４０秒間〜６０秒間保つことで、サセプタ２１７からの熱の輻射により、ウエハ２００は、サセプタ２１７側の面から徐々に昇温される。このとき、ウエハ２００をサセプタ２１７から離して支持させているので、ウエハ２００のサセプタ２１７側の面が急激に昇温されてしまうことを抑制し、ウエハ２００のサセプタ２１７側の面（以降、下面ともいう）と反対側の面（以降、上面ともいう）との昇温速度の差を低減して、ウエハ２００の温度均一性を向上させることができる。

【0041】

また、上記により、処理室２０１内はＮ_２ガスで満たされた状態となっている。これにより、サセプタ２１７とウエハ２００との間に存在するＮ_２ガスによって、サセプタ２１７からウエハ２００へと熱が伝達される。つまり、サセプタ２１７からの熱の輻射に加え、Ｎ_２ガスの熱伝達によってもウエハ２００が加熱されるので、ウエハ２００の昇温速度を向上させることができる。

【0042】

また、ウエハ２００とサセプタ２１７との距離は、搬入時のウエハ２００の温度（例えば常温）と、ヒータ２１７ｂにより所定温度に加熱されたサセプタ２１７の温度との差に応じて調整することが好ましい。すなわち、ウエハ２００の温度とサセプタ２１７の温度との差が大きいときは、ウエハ２００とサセプタ２１７との距離を大きく取ることで、ウエハ２００の下面が急激に昇温されて上面との昇温速度差が生じることを抑制する。また、ウエハ２００の温度とサセプタ２１７の温度との差が小さいときは、ウエハ２００とサセプタ２１７との距離を小さく取ることで、ウエハ２００の昇温を加速し、ウエハ２００が所定温度に到達するまでの時間を短縮することができる。ウエハ２００とサセプタ２１７との距離は、例えばサセプタ昇降機構２６８によるサセプタ２１７の昇降により調整することができる。

【0043】

また、ウエハ２００とサセプタ２１７との距離は、ウエハ２００とサセプタ２１７との温度差だけでなく、処理室２０１内に供給するガスの種類（本実施形態ではＮ_２ガス）や、ガスの流量、処理室２０１内の圧力等に応じて調整することがより好ましい。これにより、ウエハ２００の下面が急激に昇温されることを抑制したり、或いはウエハ２００の昇温を加速したりすることができる。

【0044】

（基板移載工程）
所定時間が経過した後に、所定温度まで昇温されたウエハ２００をウエハ突上げピン２６６からサセプタ２１７へと移載する。つまり、サセプタ昇降機構２６８を用いてサセプタ２１７を上昇させ、ウエハ２００をサセプタ２１７の上面に支持させる。その後、ウエハ２００を所定の処理位置まで上昇させる。

【0045】

（処理ガス供給工程）
次に、処理室２０１内に処理ガスとしてのＮ_２ガスの供給を行う。本実施形態では、例えば昇圧ガスとして用いたＮ_２ガスを処理ガスとしても用いるので、上述の基板昇温工程にて開始した、Ｎ_２ガスの処理室２０１内への供給を継続しておくことでＮ_２ガスの供給が可能である。この状態で、マスフローコントローラ２５２ｂ及びＡＰＣ２４２による再調整を行って、処理ガスとしてのＮ_２ガスの流量及び処理室２０１内の圧力を、基板処理に係る所定値とする。すなわち、Ｎ_２ガスの流量を、例えば１００ｓｃｃｍ以上５００ｓｃｃｍ以下の範囲内の所定値とする。また、処理室２０１内の圧力が、例えば１Ｐａ以上２６６Ｐａ以下の範囲内の所定圧力となるように、ＡＰＣ２４２の開度を調整して処理室２０１内を排気する。このように、処理室２０１内を適度に排気しつつ、後述のプラズマ処理工程の終了時までＮ_２ガスの供給をさらに継続する。

【0046】

（プラズマ処理工程）
処理室２０１内の圧力が安定したら、筒状電極２１５に対して高周波電源２７３から整合器２７２を介して、例えば１５０Ｗ以上１０００Ｗ以下の範囲内の所定の出力値の高周波電力の印加を開始する。このとき、インピーダンス可変機構２７４は、予め所定のインピーダンス値に制御しておく。これにより、処理室２０１内、より具体的にはウエハ２００の上方のプラズマ生成領域２２４内にプラズマ放電を起こしてＮ_２ガスを励起する。Ｎ_２ガスは例えばプラズマ化されて解離し、窒素（Ｎ）を含む窒素活性種等の反応種を生成する。Ｎ_２ガスが励起して生じた窒素活性種により、ウエハ２００の表面に窒化処理が施される。

【0047】

その後、所定の処理時間が経過したら、高周波電源２７３からの電力の印加を停止して、処理室２０１内のプラズマ放電を停止する。また、バルブ２５３ｂ，２５４を閉めて、Ｎ_２ガスの処理室２０１内への供給を停止する。以上により、プラズマ処理工程が終了する。

【0048】

（排気工程）
Ｎ_２ガスの供給を停止したら、ガス排気管２３１ａを用いて処理室２０１内を排気する。これにより、処理室２０１内のＮ_２ガスや、Ｎ_２ガスが反応した排ガス等を処理室２０１外へと排気する。その後、ＡＰＣ２４２の開度を調整し、処理室２０１内の圧力を処理室２０１に隣接する基板搬送室（ウエハ２００の搬出先。図示せず）と同じ圧力（例えば１００Ｐａ）に調整する。

【0049】

（基板搬出工程）
処理室２０１内が所定の圧力となったら、サセプタ２１７をウエハ２００の搬送位置まで下降させ、ウエハ突上げピン２６６上にウエハ２００を支持させる。そして、ゲートバルブ２４４を開き、図中省略の搬送機構を用いてウエハ２００を処理室２０１外へ搬出する。以上により、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。

【0050】

なお、上述の基板昇温工程にてＮ_２ガスを供給して処理室２０１内の圧力を高める際には、処理室２０１内を密閉状態としてＮ_２ガスを処理室２０１内に封入するようにしてもよい。すなわち、Ｎ_２ガスを処理室２０１内に供給しつつ、ＡＰＣ２４２を閉じて処理室２０１内の排気を停止してＮ_２ガスを処理室２０１内に封入し、処理室２０１内の圧力を高めてもよい。これにより、処理室２０１内の圧力の上昇速度を高めることができ、また、ウエハ２００の温度の上昇速度を高めることができる。また、圧力の上限を２６６Ｐａとし、基板処理時の圧力から大きく外れないようにすることによって、基板昇温工程からプラズマ処理工程にかけての圧力調整時間を短縮することができる。

【0051】

また、昇温工程で処理室２０１内にＮ_２ガス等を供給する際には、Ｎ_２ガス等の供給位置を上述とは異ならせることも可能である。例えば、処理炉２０３が備える下側容器２１１の側壁にノズルを設け、サセプタ２１７を下降させたときのウエハ２００の搬送位置近傍、より具体的には、ウエハ突上げピン２６６にて支持されたウエハ２００とサセプタ２１７との間に、ノズルを介してＮ_２ガス等を供給する。これにより、ウエハ２００の下面側でサセプタ２１７から熱を受け取ったＮ_２ガスの一部がウエハ２００の上面側に回り込み、上面側への熱伝達が促進される。このように、Ｎ_２ガス等の対流によってもウエハ２００の昇温速度を速めることができる。

【0052】

（３）本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果を奏する。

【0053】

（ａ）本実施形態によれば、処理室２０１内に搬入したウエハ２００を昇温する基板昇温工程を有する。つまり、基板昇温工程では、ウエハ２００を一時的に支持するウエハ突上げピン２６６により、処理室２０１内に設けられたサセプタ２１７の上方に、処理室２０１内に搬入したウエハ２００をサセプタ２１７から離して支持し、ヒータ２１７ｂによりサセプタ２１７を介してウエハ２００を昇温する。これにより、ウエハ２００のサセプタ２１７側の面（下面）と反対側の面（上面）との昇温速度の差が低減され、ウエハ２００の温度均一性を向上させることができる。

【0054】

（ｂ）また、本実施形態によれば、基板昇温工程では、ガス供給部により処理室２０１内にＮ_２ガスを供給し、処理室２００内の圧力を基板搬入工程における圧力より高めた状態で、ウエハ２００を昇温する。これにより、サセプタ２１７からの熱輻射に加え、サセプタ２１７とウエハ２００との間のＮ_２ガスによってもサセプタ２１７からウエハ２００へと熱が伝達され、ウエハ２００の昇温速度を向上させてウエハ２００を高速に昇温することができる。

【0055】

（ｃ）また、本実施形態における、ウエハ２００をサセプタ２１７から離して一時的に支持する構成は、ウエハ２００を処理室２０１内へ搬入し処理位置へと配置するシーケンスの一部のタイミングを変更するだけで適用することができる。後のプラズマ処理工程への影響もほとんど生じることがない。

【0056】

（ｄ）また、本実施形態によれば、ウエハ突上げピン２６６が支持するウエハ２００とサセプタ２１７との距離を、搬入時のウエハ２００の温度と、ヒータ２１７ｂにより所定温度に加熱されたサセプタ２１７の温度との差に応じて調整する。これによって、温度差が大きいときは距離を大きく取り、ウエハ２００の下面と上面との昇温速度の差を低減することができる。また、温度差が小さいときは距離を小さく取り、ウエハ２００の昇温にかかる時間をさらに短縮することができる。

【0057】

（ｅ）また、本実施形態によれば、ウエハ突上げピン２６６が支持するウエハ２００と、サセプタ２１７との距離を、昇温工程にて処理室２０１内に供給するガスの種類や、ガスの流量、処理室２０１内の圧力等に応じて調整する。これにより、ウエハ２００の下面の急激な昇温を抑制したり、ウエハ２００の昇温時間の短縮を図ったりすることができる。

【0058】

（ｆ）また、本実施形態によれば、基板昇温工程にてＮ_２ガスを供給する際、ウエハ突上げピン２６６にて支持されたウエハ２００とサセプタ２１７との間に、ノズルを介してＮ_２ガス等を供給する。これにより、サセプタ２１７から熱を受け取ったウエハ２００の下面側のＮ_２ガスが、ウエハ２００の上面側に一部回り込んで熱伝達を促進し、ウエハ２００の昇温速度を向上させて昇温時間を短縮することができる。

【0059】

（ｇ）なお、本実施形態によれば、ウエハ２００の温度均一性を向上させることができる。したがって、ウエハ２００の上下面の熱膨張の差によるウエハ２００の反りを低減する効果も期待することができる。係るウエハ２００の反りは、例えばウエハ２００の温度が７００℃以上となったときに起こり易い。

【0060】

＜本発明の第２実施形態＞
上述の実施形態では、ウエハ突上げピン２６６によりウエハ２００をサセプタ２１７から離して支持させ、また、処理室２０１内をＮ_２ガスで満たし圧力を高めた状態で、サセプタ２１７からの熱の輻射とＮ_２ガスの熱伝達とによりウエハ２００を昇温する場合について説明した。係る構成では、処理室２０１内の圧力を高めるほど、熱伝達による昇温速度が向上するはずである。しかしながら、上述の実施形態に係るＭＭＴ装置１００では、基板処理時の圧力領域に合わせたダイアフラムゲージ２４１ａの上限の圧力が使用可能な圧力の上限値であった。

【0061】

そこで本実施形態では、基板処理の圧力領域での計測精度を低下させることなく、ウエハ２００の昇温にかかる時間をさらに短縮すべく、更に高い圧力領域での基板処理工程が可能となるＭＭＴ装置および係るＭＭＴ装置を用いた基板処理工程について説明する。

【0062】

（１）基板処理装置の構成
本実施形態に係るＭＭＴ装置は、ガス排気部の構成が上述の実施形態と異なる。それ以外の構成については、上述の図１に示すＭＭＴ装置１００と同様であるので説明を省略し、ガス排気部の構成について図３を用いて以下に説明する。図３は、本実施形態に係るＭＭＴ装置が備えるガス排気部の図であって、（ａ）はガス排気部の一例を示す模式図であり、（ｂ）はガス排気部の他の例を示す模式図である。図３において、上述の実施形態の図２の構成と同様の構成には同様の符号を付して説明を省略する。

【0063】

図３（ａ）に示すガス排気部のガス排気室２０１ａには、ダイアフラムゲージ２４１ａに加え、例えばキャパシタンスマノメータ等の圧力制御センサとしてのダイアフラムゲージ２４１ｂが設けられている。ダイアフラムゲージ２４１ｂは、例えば上限の圧力として１０Ｔｏｒｒ（１３３０Ｐａ）まで計測可能に構成されている。これにより、ダイアフラムゲージ２４１ｂにて計測された圧力情報に基づき、ＡＰＣ２４２の弁開度を調整することで、制御可能な処理室２０１内圧力を、例えばターボ分子ポンプ２４６ａが対応可能な最大圧力である４００Ｐａ程度まで高めることができる。

【0064】

図３（ｂ）のガス排気部においても、ガス排気室２０１ａには、ダイアフラムゲージ２４１ｂが設けられている。また、図３（ｂ）に示すガス排気部では、スロー排気ラインがターボ分子ポンプ２４６ａを迂回する構造をとっている。すなわち、上流端がガス排気室２０１ａに接続されるガス排気管２３１ａの、ＡＰＣ２４２とターボ分子ポンプ２４６ａとの間には、開閉弁としての遮断バルブ２４３ｃが設けられている。また、ガス排気管２３１ａのＡＰＣ２４２と遮断バルブ２４３ｃとの間には、スロー排気ラインのガス排気管２３１ｃの上流端が接続され、ガス排気管２３１ａの主要バルブ２４３ａとドライポンプ２４６ｂとの間には、ガス排気管２３１ｃの下流端が接続されている。これにより、ターボ分子ポンプ２４６ａの対応可能圧力によらず、例えばダイアフラムゲージ２４１ｂの上限の圧力である１０Ｔｏｒｒ（１３３０Ｐａ）程度まで、処理室２０１内の圧力を高めることができる。すなわち、遮断バルブ２４３ｃを閉じ、スロー排気バルブ２４３ｂを開けた状態で、ダイアフラムゲージ２４１ｂにて計測された圧力情報に基づき、ＡＰＣ２４２の弁開度を調整することで、ターボ分子ポンプ２４６ａを高圧下に曝すことなく処理室２０１内の圧力を高圧に制御することができる。なお、スロー排気ラインのガス排気管２３１ｃは、例えば３／８インチ配管と同等の排気コンダクタンスを有するため、４００Ｐａ以上の高圧力であっても対応可能である。

【0065】

（２）基板処理工程
本実施形態に係る基板処理工程は、例えば半導体装置の製造工程の一工程として、上述の図３に示すガス排気部を備えるＭＭＴ装置により実施される。本実施形態に係る基板処理工程においても、上述の実施形態と同様、Ｎ_２ガスによる窒化処理を行うものとするが、本実施形態に係る基板処理工程は、主に基板昇温工程が上述の実施形態とは異なる。以下、異なる点について説明する。以下の説明において、ＭＭＴ装置は図３（ｂ）のガス排気部を備えるものとする。また、本実施形態に係るＭＭＴ装置を構成する各部の動作は、上述の図１のコントローラ１２１と同様のコントローラにより制御される。

【0066】

（基板昇温工程）
基板搬入工程にて処理室２０１内に搬入したウエハ２００に対し、昇温工程を実施する。すなわち、上述の実施形態と同様の手順で、例えばヒータ２１７ｂにより２５℃以上７００℃以下、ランプ加熱ユニット２８０を併用した場合には９００℃以下の範囲内の所定温度に加熱されたサセプタ２１７の上方に、ウエハ２００を離して支持する。また、例えば昇圧ガスとしてのＮ_２ガスを処理室２０１内に供給して、処理室２０１内の圧力を例えば基板搬入工程における圧力より高める。具体的には、バルブ２５３ｂ，２５４を開け、マスフローコントローラ２５２ｂにて流量制御しながら、バッファ室２３７を介して処理室２０１内にＮ_２ガスを供給する。このとき、Ｎ_２ガスの流量を、例えば１０００ｓｃｃｍ以上２０００ｓｃｃｍ以下の範囲内の所定値とする。また、処理室２０１内の圧力を、例えば２４０Ｐａ以上１０００Ｐａ以下、より好ましくは４００Ｐａ以上１０００Ｐａ以下の範囲内の所定圧力とする。具体的には、遮断バルブ２４３ｃを閉じ、スロー排気バルブ２４３ｂを開けた状態で、ダイアフラムゲージ２４１ｂにて計測された圧力情報に基づきＡＰＣ２４２の開度を調整し、処理室２０１内を排気する。

【0067】

これにより、処理室２０１内がＮ_２ガスで満たされる。この状態を所定時間、例えば４０秒間〜６０秒間保つことで、サセプタ２１７とウエハ２００との間に存在するＮ_２ガスによって、サセプタ２１７からウエハ２００へと熱が伝達される。つまり、サセプタ２１７からの熱の輻射に加え、Ｎ_２ガスの熱伝達によってもウエハ２００が加熱されるので、ウエハ２００の昇温速度を向上させることができる。

【0068】

また、ウエハ突上げピン２６６により支持されるウエハ２００と、サセプタ２１７との距離を、ウエハ２００とサセプタ２１７との温度差や、処理室２０１内に供給するガスの種類（本実施形態ではＮ_２ガス）、ガスの流量、処理室２０１内の圧力等に応じて調整することができる。これにより、ウエハ２００の下面が急激に昇温されることを抑制したり、或いはウエハ２００の昇温を加速したりすることができる。

【0069】

（基板移載工程）
所定時間が経過した後、上述の実施形態に係る基板移載工程と同様の手順により、ウエハ２００をサセプタ２１７へと移載して所定の処理位置へと上昇させる。

【0070】

（処理ガス供給工程）
本実施形態では、例えば上述の基板昇温工程にて開始した、Ｎ_２ガスの処理室２０１内への供給を継続しておく。この状態で、マスフローコントローラ２５２ｂ及びＡＰＣ２４２による再調整を行って、処理ガスとしてのＮ_２ガスの流量及び処理室２０１内の圧力を、例えば上述の実施形態に係る処理ガス供給工程と同様の所定値とする。

【0071】

このとき、ＡＰＣ２４２による圧力制御は、ダイアフラムゲージ２４１ａにて計測された圧力情報に基づいて行う。これにより、例えば２６６Ｐａ以下、より好ましくは２４０Ｐａ以下の圧力下で実施される基板処理時の圧力を、精度よく制御することができる。こ
のように、各工程における制御圧力に応じてそれぞれのダイアフラムゲージ２４１ａ，２４１ｂを使い分けることで、処理室２０１内の圧力を精度よく計測し、制御することができる。

【0072】

また、処理室２０１内の圧力を所定値とするにあたっては、処理室２０１内の圧力が例えば４００Ｐａ程度に下がるまでは、ターボ分子ポンプ２４６ａが高圧下に曝されないよう、遮断バルブ２４３ｃを閉じ、スロー排気バルブ２４３ｂを開けた状態で、スロー排気ラインを介して処理室２０１内の排気を継続する。処理室２０１内の圧力が４００Ｐａ以下となった後は、スロー排気バルブ２４３ｂを閉じ、遮断バルブ２４３ｃを開けて、ターボ分子ポンプ２４６ａを介して処理室２０１内の排気を行う。

【0073】

以上、図３（ｂ）のガス排気部を備えるＭＭＴ装置による基板処理工程の説明を終了する。

【0074】

なお、上述の実施形態で述べた、基板昇温工程にてＮ_２ガス等の供給に下側容器２１１の側壁に設けたノズルを用いる手法や、Ｎ_２ガスを処理室２０１内に封入して処理室２０１内の圧力を高める手法は、本実施形態においても適用可能である。Ｎ_２ガスを封入する場合には、本実施形態では上限の圧力を１０００Ｐａまで高めることができる。

【0075】

また、ＭＭＴ装置が図３（ａ）のガス排気部を備える場合は、昇温工程における処理室２０１内の圧力を、ターボ分子ポンプ２４６ａの対応可能圧力を上限として、例えば１Ｐａ以上４００Ｐａ以下とすることができる。

【0076】

（３）本実施形態に係る効果
本実施形態においても、上述の実施形態と同様の効果を奏する。

【0077】

（ａ）また、本実施形態によれば、基板昇温工程で、処理室２００内の圧力を２４０Ｐａ以上１０００Ｐａ以下、より好ましくは４００Ｐａ以上１０００Ｐａ以下に高める。これにより、Ｎ_２ガスによるサセプタ２１７からウエハ２００への熱の伝達が一層促進され、ウエハ２００の昇温速度をより一層向上させて昇温時間を短縮することができる。

【0078】

（ｂ）また、本実施形態によれば、ガス排気部は、計測圧力の上限が２Ｔｏｒｒ（２６６Ｐａ）のダイアフラムゲージ２４１ａと、計測圧力の上限が１０Ｔｏｒｒ（１３３０Ｐａ）のダイアフラムゲージ２４１ｂと、を備えている。また、処理ガス供給工程やプラズマ処理工程等ではダイアフラムゲージ２４１ａの圧力情報に基づき処理室２０１内の圧力制御を行い、基板昇温工程ではダイアフラムゲージ２４１ｂの圧力情報に基づき処理室２０１内の圧力制御を行う。これにより、基板処理時の制御圧力の精度を維持したまま、基板昇温工程では処理室２０１内の圧力をいっそう高めることができる。

【0079】

（ｃ）また、本実施形態によれば、ガス排気部は、ターボ分子ポンプ２４６ａを迂回する構造のスロー排気ラインを備えている。これにより、昇温工程では、ターボ分子ポンプ２４６ａの対応可能圧力よりさらに高い、ダイアフラムゲージ２４１ｂの上限圧力まで処理室２０１内の圧力を高めることができる。よって、ウエハ２００をさらに高速に昇温することができる。

【0080】

＜本発明の第３実施形態＞
上述の実施形態では、サセプタ２１７に埋め込まれたヒータ２１７ｂを加熱部として、ウエハ２００を昇温する場合について説明した。しかしながら、係る手法では、主にウエハ２００の下面側からウエハ２００を加熱して昇温することとなり、ウエハ２００の下面と上面との昇温速度の差が充分に低減されない場合が考えられる。

【0081】

また、上述の実施形態のように、Ｎ_２ガス等をウエハ２００の上方のシャワーヘッド２３６から吹き出させて処理室２０１内に供給すると、例えば供給されるＮ_２ガス等が比較的低温であった場合、ウエハ２００の上面にＮ_２ガス等が直接当たってウエハ２００の上面が冷却され、ウエハ２００の下面との昇温速度の差を低減する効果が弱まってしまうことが考えられる。

【0082】

そこで本発明者等は、ウエハ２００の下面と上面との昇温速度の差を低減する効果を一層高めるべく、更に研究を重ねた。以下、係る研究結果から本発明者等が得た知見に基づき、ウエハ２００の下面と上面との昇温速度の差を一層低減し、ウエハ２００の温度均一性を更に向上させる手法について説明する。

【0083】

（１）基板処理工程
本実施形態に係る基板処理工程においても、上述の図３（ｂ）に示すガス排気部を備えるＭＭＴ装置を用いてＮ_２ガスによる窒化処理を行うものとする。以下、上述の実施形態とは異なる基板昇温工程について、主に説明する。

【0084】

（基板昇温工程）
上述の実施形態と同様の手順で、例えばヒータ２１７ｂにより２５℃以上７００℃以下、ランプ加熱ユニット２８０を併用した場合には９００℃以下の範囲内の所定温度に加熱されたサセプタ２１７の上方に、ウエハ２００を離して支持する。また、バルブ２５３ａ，２５４を開け、マスフローコントローラ２５２ａにて流量制御しながら、バッファ室２３７を介して処理室２０１内に、ウエハ２００若しくはウエハ２００に施す処理に対して不活性なガス、例えばＮ_２ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス等の不活性ガスを供給する。ここで、例えばＮ_２ガスを用いるとすると、Ｎ_２ガスの流量を、例えば１０００ｓｃｃｍ以上２０００ｓｃｃｍ以下の範囲内の所定値とすることができる。また、処理室２０１内の圧力を、例えば２４０Ｐａ以上１０００Ｐａ以下、より好ましくは４００Ｐａ以上１０００Ｐａ以下の範囲内の所定圧力とする。

【0085】

次に、処理室２０１内の圧力が安定したら、筒状電極２１５に対して高周波電源２７３から整合器２７２を介して、例えば１５０Ｗ以上１０００Ｗ以下の範囲内の所定の出力値の高周波電力の印加を開始する。このとき、インピーダンス可変機構２７４は、予め所定のインピーダンス値に制御しておく。これにより、処理室２０１内、より具体的にはウエハ２００の上方のプラズマ生成領域２２４内にプラズマ放電を起こす。

【0086】

このように、不活性ガスを励起させてウエハ２００の上方にプラズマを生成させることで、プラズマからの熱がウエハ２００に伝わり、ウエハ２００は上面側からも加熱される。これにより、ウエハ２００下面側のヒータ２１７ｂとウエハ２００の上面側のプラズマとを熱源として、ウエハ２００を両面から加熱して昇温させることができる。よって、ウエハ２００の下面と上面との昇温速度の差を一層低減することができる。

【0087】

また、高周波電力の印加時には、ウエハ２００の温度は急速に上昇する。このため、上述の実施形態のようにガスをプラズマ化せずに供給する場合に比べ、ウエハ２００の昇温時間を一層短縮することができる。

【0088】

また、処理室２０１内への搬入前、ウエハ２００は例えば大気に曝されており、ウエハ２００の表面には予め自然酸化膜（ＳｉＯ_２膜）が形成されている場合がある。このような場合に、処理室２０１内にＨ_２ガスを導入し、励起させてもよい。Ｈ_２ガスは例えばプラズマ化されて解離し、水素（Ｈ）を含む水素活性種等の反応種を生成する。生成した水
素活性種等により、ウエハ２００の表面の自然酸化膜をエッチングして、少なくとも一部を除去することができる。Ｈ_２ガスプラズマによる自然酸化膜のエッチングレートは、ウエハ２００の温度が高いほど、つまり、予めヒータ２１７ｂの温度を高く設定しておくほど増大する。また、筒状電極２１５に印加する高周波電力を高めることによってもエッチングレートが増大する。このように、ウエハ２００の表面の自然酸化膜を予め除去しておくことで、プラズマ処理工程における窒化速度および窒化濃度を向上させることができる。

【0089】

また、ウエハ２００の表面には凹凸のパターンが形成されることがあり、さらに、係る表面の略全体に自然酸化膜（ＳｉＯ_２）が形成されていることがある。このような場合に、突上げピン２６６の突出高さを高くすることで、ウエハ２００とインピーダンス調整電極２１７ｃとの間に真空のキャパシタンスを形成する。真空のキャパシタンスにより、ウエハ２００のバイアスを低減してプラズマの引き込み量を減少させ、凹凸パターンの側面に対する凹部の底面や凸部の上面の除去レートを抑えて、凹凸パターンの底面や上面と、側面とに形成された自然酸化膜を均一に除去することができる。よって、ウエハ２００の表面に凹凸パターンが形成されている場合でも、自然酸化膜による影響を低減することができ、プラズマ処理工程における窒化速度及び窒化濃度を向上させることができる。

【0090】

所定時間、例えば４０秒間〜６０秒間経過後、処理室２０１内のプラズマ放電を停止し、Ｈ_２ガスの供給を停止する。なお、高周波電力の印加後、上記昇温速度差の低減や昇温時間の短縮等のいずれかの効果が得られた時点でプラズマ放電を停止してもよく、必ずしも昇温工程の全期間に亘ってプラズマ放電を維持しなくともよい。

【0091】

以上のように、本実施形態においては、プラズマ生成部も加熱部としての機能を果たす。

【0092】

（基板移載工程）
所定時間が経過した後、上述の実施形態に係る基板移載工程と同様の手順により、ウエハ２００をサセプタ２１７へと移載して所定の処理位置へと上昇させる。また、処理室２０１内のＨ_２ガスや、Ｈ_２ガスが反応した排ガス等を処理室２０１外へと排気する。これにより、Ｈ_２ガス等が処理室２０１内に残留して後の工程に影響を及ぼすことを抑制することができる。

【0093】

以上、本実施形態に係る基板処理工程の、上述の実施形態とは異なる点についての説明を終了する。

【0094】

なお、ウエハ２００の上面側からウエハ２００を加熱してウエハ２００の下面と上面との昇温速度の差を低減する手法は、上述のプラズマを用いる手法のほかにも考えられうる。例えば、ウエハ２００の上方のシャワーヘッド２３６から、所定温度に加熱したガスを噴出させて処理室２０１内に供給する。これにより、上面側からウエハ２００を加熱することができる。この手法によれば、所定温度のガスで処理室２０１内が満たされることで、ウエハ２００の周囲が略一定温度となり、ウエハ２００の外周部からの放熱を抑えることができる。これにより、ウエハ２００の面内における昇温速度の差も低減することができる。よって、ウエハ２００の温度均一性を一層向上させることができる。このように、係る構成においてはガス供給部も加熱部としての機能を果たす。

【0095】

また、これまでに述べてきたランプ加熱装置としてのランプ加熱ユニット２８０を用いることによっても、ウエハ２００の上方からウエハ２００を加熱することとなっており、ウエハ２００の下面と上面との昇温速度の差を低減する効果がある。このように、係る観点からは、ランプ加熱ユニット２８０も加熱部としての機能を果たしているといえる。

【0096】

（２）本実施形態に係る効果
本実施形態においても、上述の実施形態と同様の効果を奏する。

【0097】

（ａ）また、本実施形態によれば、基板昇温工程で、ウエハ突上げピン２６６に支持したウエハ２００を昇温する際、ガス供給部により処理室２０１内に不活性ガスを供給し、プラズマ生成部により不活性ガスを励起させ、ウエハ２００の上方にプラズマを生成させる。これにより、ウエハ２００下面側のヒータ２１７ｂとウエハ２００の上面側のプラズマとを熱源として、ウエハ２００を加熱して昇温することができる。よって、ウエハ２００の下面と上面との昇温速度の差を一層低減することができ、ウエハ２００の温度均一性を更に向上させることが可能となる。

【0098】

（ｂ）また、本実施形態によれば、基板昇温工程で、高周波電力を印加して不活性ガスをプラズマ化している。これにより、高周波電力を印加した際、ウエハ２００の温度を急速に上昇させることができる。よって、ガスをプラズマ化せずに供給する場合に比べ、ウエハ２００を更に高速に昇温することが可能となる。

【0099】

（ｃ）また、本実施形態によれば、基板昇温工程で、Ｈ_２ガスを励起させてプラズマ化している。これにより、ウエハ２００の表面に形成された自然酸化膜を除去することができ、プラズマ処理工程における窒化速度および窒化密度を向上させることができる。

【0100】

図４（ａ）に示すフローにて製作したサンプルのＡＰＭ洗浄後およびＨ_２ガスプラズマ処理後の自然酸化膜厚の測定値を、図４（ｂ）に示す。Ｈ_２ガスプラズマによる処理は、ウエハ２００の温度を制御して実験精度を上げるため、ウエハ２００をサセプタ２１７上に直接載置した状態で、ヒータ２１７ｂの温度をそれぞれ６００℃（図中、□印の）と９００℃（図中、●印）としてデータを取得した。図４（ｂ）に示すように、ヒータ２１７ｂの温度をより高温にし、かつ、Ｈ_２ガスプラズマによる処理を行うことで、自然酸化膜を除去することができる。

【0101】

本実施形態では、同一の処理室２０１内で、Ｈ_２ガスプラズマによる処理に引き続いて窒化処理を行うため、途中、ウエハ２００が大気に曝されることがなく、より一層、窒化処理が効率化される。

【0102】

（ｄ）また、本実施形態によれば、ウエハ２００をサセプタ２１７から離してウエハ突上げピン２６６に支持した状態で、Ｈ_２ガスを励起させてプラズマ化している。これにより、ウエハ２００とインピーダンス調整電極２１７ｃとの距離が離れ、真空インピーダンスが形成されるため、バイアスを弱めることができる。つまり、プラズマ中の活性種をウエハ２００に引き込む力を弱めることができる。よって、ウエハ２００に凹凸パターンが形成され、さらに凹凸パターンの表面に自然酸化膜が形成されている場合であっても、凹凸パターンの底面や上面と、側面とに形成された自然酸化膜を均一に除去することができる。

【0103】

（ｅ）また、本実施形態によれば、昇温工程においてウエハ２００の昇温のみならず、自然酸化膜除去等の副次的な処理を行う。これにより、基板処理工程の効率化が図られ、基板処理の生産性を向上させることができる。

【0104】

（ｆ）また、本実施形態によれば、加熱したガスやランプ加熱ユニット２８０により、ウエハ２００を上方から加熱する。これにより、ウエハ２００の上面と下面との昇温速度の差が更に低減される。

【0105】

（ｇ）また、加熱したガスを用いる場合、所定温度のガスでウエハ２００の周囲が満たされることで、ウエハ２００の外周部からの放熱が抑えられ、ウエハ２００の面内の昇温速度の差も低減でき、ウエハ２００の温度均一性が一層向上する。

【0106】

＜本発明の他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

【0107】

例えば、上述の実施形態においては、サセプタ２１７を上昇させることにより、ウエハ突上げピン２６６により支持したウエハ２００をサセプタ２１７上に移載することとしたが、例えばウエハ突上げピンに昇降等を行う駆動機構を設け、ウエハ突上げピンを降下させることによりウエハ２００をサセプタ上に移載してもよい。また、上述の実施形態においては、ウエハ２００をウエハ突上げピン２６６上に支持する際に、サセプタ２１７を降下させたが、ウエハ突上げピンを上昇させることによりウエハ２００をウエハ突上げピン上に支持させてもよい。これにより、サセプタ２１７を昇降動作させるよりも昇降動作の機構を簡略化することができ、基板処理装置の消費電力を低減することができる。また、サセプタ及びウエハ突上げピンの両方が昇降動作するように、サセプタ及びウエハ突上げピンのそれぞれに昇降等を行う駆動機構を設け、それぞれが相対的に昇降動作するようにしてもよい。

【0108】

また、上述の実施形態においては、ウエハ突上げピン２６６によりウエハ２００をサセプタ２１７から離して支持することとしたが、ウエハ２００の支持はウエハ突上げピン２６６によるものに限られず、例えばウエハ２００をサセプタの上方に所定距離離して吊り下げて支持たり、処理室２０１内にウエハ２００を搬入する搬送機構をサセプタの上方で所定時間停止することでウエハ２００をサセプタから離して支持したりしてもよい。また、例えばサセプタの上面に凹凸加工（エンボス加工）を施して、サセプタ上面の凸部によりウエハ２００を支持してもよい。これにより、サセプタとウエハ２００との接触面積が減り、ウエハ２００を載置したときのウエハ２００の横滑りを抑制することができる。また、ウエハ２００の裏面に形成される傷等を減らすことができる。さらに、ウエハ２００の反りを低減することができる。

【0109】

また、上述したように、サセプタ２１７が備えるヒータ２１７ｂ、ランプ加熱ユニット２８０、プラズマ生成部、加熱したガスを供給するガス供給部等が加熱部として用いられ得る。その際、加熱部は、ヒータ２１７ｂ、ランプ加熱ユニット２８０、プラズマ生成部、ガス供給部のいずれか、又はこれらのうちのいくつか若しくは全てを組み合わせたものとすることができる。上記いずれの組み合わせにおいても、基板昇温工程にてサセプタ２１７から離してウエハ２００を支持し、また、サセプタ２１７とウエハ２００との距離を適宜調整することで、ウエハ２００の上下面の温度環境を均一化させることができる。よって、上下面での昇温速度の差が生じ難くなり、ウエハ２００の温度均一性を向上させることができる。

【0110】

また、昇温工程で処理室２０１内に供給して圧力を高めるガスやプラズマ化するガスは、上述の実施形態で示したＮ_２ガスやＨ_２ガスに限られず、基板処理の内容やウエハ２００の表面状態（所定膜の形成有無等）に応じて適宜選択することができる。以下に、いくつかの具体例を示す。

【0111】

例えば、ウエハ２００のＳｉ表面やシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）の窒化時には、上述のＮ_２ガスやＨ_２ガスのほか、例えばＡｒガス、Ｈｅガス、Ｋｒガス等の希ガスを用いることができる。但し、Ｏ_２ガスは、処理室２０１内に残留して窒化効率を低下させるおそれがあるので好ましくない。

【0112】

また、Ｓｉ等の酸化処理時には、例えばＮ_２ガスやＯ_２ガス、Ｈ_２ガス、希ガス等を用いることができる。但し、フラッシュメモリ等の半導体装置のゲート酸化膜の形成時には、ゲート酸化膜中に取り込まれて電気的特性を悪化させるおそれがあるＨ_２ガスを使用することは好ましくない。

【0113】

また、アニール処理時には、例えばＮ_２ガスや希ガス等を用いることができる。但し、Ｏ_２ガスやＨ_２ガス等、アニール処理時の高温下でウエハ２００やウエハ２００上に形成された膜を酸化あるいは還元させてしまうおそれのあるガスは好ましくない。

【0114】

また、ＳｉＯ_２膜／金属膜（順不同）等の積層構造に対して行う選択酸化時には、Ｎ_２ガスやＯ_２ガス、Ｈ_２ガス、希ガス等を用いることができ、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いた各種成膜時には、Ｎ_２ガスや希ガス等を用いることができる。

【0115】

いずれの処理においても、例えばＨｅガス等の分子量や分子サイズが小さいガスを用いることで、熱の伝達効率をより向上させることができる。

【0116】

また、本発明は上記に挙げた基板処理のみならず、ベアウエハや各種の膜が形成されたウエハに対する、酸化と窒化とを一緒に行う酸窒化、拡散、エッチング、アニール等の処理にも適用可能である。上記処理は、プラズマにより、又はプラズマによらずに行うことができる。

【0117】

＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様を付記する。

【0118】

本発明の一態様は、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に搬入された前記基板を一時的に支持する第１基板支持部と、
前記処理室内に設けられ、前記第１基板支持部から前記基板が移載される第２基板支持部と、
前記処理室内に搬入された前記基板を加熱する加熱部と、
前記第２基板支持部の上方に、前記処理室内に搬入された前記基板を前記第１基板支持部により前記第２基板支持部から離して支持させ、前記加熱部により前記基板を昇温させ、
所定時間経過した後に、前記第１基板支持部から前記第２基板支持部へと前記基板を移載させ、
前記加熱部により前記基板を加熱させながら前記基板を処理させるよう、前記第１基板支持部および前記加熱部を制御する制御部と、を有する
基板処理装置である。

【0119】

好ましくは、
前記第１基板支持部に支持させた前記基板と前記第２基板支持部との距離は、搬入時の前記基板の温度と前記加熱部により所定温度に加熱された前記第２基板支持部の温度との差に応じて調整されるよう構成される。

【0120】

好ましくは、
前記処理室内にガスを供給するガス供給部を有し、
前記制御部は、
前記第１基板支持部に支持させた前記基板を昇温させる際、前記ガス供給部により前記
処理室内に前記ガスを供給させ、前記処理室内の圧力を前記基板の搬入時の圧力より高めさせるよう、更に前記ガス供給部を制御する。

【0121】

好ましくは、
前記加熱部は、
前記処理室内に供給された前記ガスを励起するプラズマ生成部を有し、
前記制御部は、
前記ガス供給部により前記処理室内に前記ガスを供給させて前記第１基板支持部に支持させた前記基板を昇温させる際、前記プラズマ生成部により前記ガスを励起させるよう、更に前記プラズマ生成部を制御する。

【0122】

さらに好ましくは、
前記基板の表面には自然酸化膜が形成されており、
前記ガスは水素含有ガスである。

【0123】

好ましくは、
前記加熱部は、
前記第１基板支持部の上方に設けられたランプ加熱装置を有し、
前記制御部は、
前記第１基板支持部に支持させた前記基板を昇温させる際、前記ランプ加熱装置により前記基板を上方から加熱させるよう、更に前記ランプ加熱装置を制御する。

【0124】

本発明の他の態様は、
基板を処理する処理室内に前記基板を搬入する工程と、
前記基板を一時的に支持する第１基板支持部により、前記処理室内に設けられた第２基板支持部の上方に、前記処理室内に搬入した前記基板を前記第２基板支持部から離して支持し、前記処理室内に搬入された前記基板を加熱する加熱部により前記基板を昇温する工程と、
所定時間経過した後に、前記第１基板支持部から前記第２基板支持部へと前記基板を移載する工程と、
前記加熱部により前記基板を加熱しながら前記基板を処理する工程と、
前記処理室内から前記基板を搬出する工程と、を有する
半導体装置の製造方法である。

【0125】

好ましくは、
前記第１基板支持部が支持する前記基板と前記第２基板支持部との距離は、搬入時の前記基板の温度と前記加熱部により所定温度に加熱された前記第２基板支持部の温度との差に応じて調整する。

【0126】

好ましくは、
前記第１基板支持部に支持した前記基板を昇温する工程では、
ガス供給部により前記処理室内にガスを供給し、前記処理室内の圧力を前記基板を搬入する工程における圧力より高める。

【0127】

好ましくは、
前記第１基板支持部に支持した前記基板を昇温する工程では、
ガス供給部により前記処理室内にガスを供給し、前記加熱部が有するプラズマ生成部により前記ガスを励起する。

【0128】

さらに好ましくは、
前記基板の表面には自然酸化膜が形成されており、
前記ガスは水素含有ガスである。

【0129】

好ましくは、
前記第１基板支持部に支持した前記基板を昇温する工程では、
前記加熱部が有し、前記第１基板支持部の上方に設けられたランプ加熱装置により、前記基板を上方から加熱する。

【符号の説明】

【0130】

１２１ コントローラ（制御部）
２００ ウエハ（基板）
２０１ 処理室
２１７ サセプタ（第２基板支持部）
２１７ｂ ヒータ（加熱部）
２６６ ウエハ突上げピン（第１基板支持部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】