特許 6986562 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム

(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】6986562

(24)【登録日】2021年12月1日

(45)【発行日】2021年12月22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プログラム

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/268 20060101AFI20211213BHJP

   H01L 21/20 20060101ALI20211213BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/268 Z

   H01L21/20

【請求項の数】11

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2019-541538(P2019-541538)

(86)(22)【出願日】2017年9月13日

(86)【国際出願番号】JP2017033043

(87)【国際公開番号】WO2019053805

(87)【国際公開日】20190321

【審査請求日】2020年2月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】318009126

【氏名又は名称】株式会社ＫＯＫＵＳＡＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣ

(72)【発明者】

【氏名】豊田 一行

(72)【発明者】

【氏名】山本 哲夫

【審査官】 桑原 清

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１７／１４５２６１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−０９００５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０７７０６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１７３２３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０５６９２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０５３３８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２１６５２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２６８

Ｈ０１Ｌ ２１／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を処理する処理室と、
前記基板を支持し、前記基板を間接的に加熱する誘電体と、
前記処理室内の上部に配置され前記基板を間接的に加熱する加熱板と前記誘電体とを加熱する第１の周波数のマイクロ波を供給する第１のマイクロ波供給部と、
前記第１の周波数よりも高い周波数であって前記基板表面を改質する第２の周波数のマイクロ波を供給する第２のマイクロ波供給部と、を有し、
前記基板を前記加熱板との距離が近くなる位置に移動させて、前記基板が所定の温度となるまでは前記第１のマイクロ波供給部を動作させ、前記基板が前記所定の温度となると、前記第２のマイクロ波供給部を動作させるように前記第１のマイクロ波供給部と前記第２のマイクロ波供給部とを制御するよう構成された制御部と、
を有する基板処理装置。

【請求項2】

前記第１のマイクロ波供給部は、前記基板の被処理面側とその反対面側に対して少なくとも１つずつ配置され、
前記第２のマイクロ波供給部は、前記基板の側面側に少なくとも１つ配置される請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項3】

前記誘電体は前記基板よりも大径に構成されて前記基板と前記第１のマイクロ波供給部の間に配置され、前記第１のマイクロ波を吸収することで前記基板を間接的に加熱する請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項4】

前記基板と前記誘電体とを挟み込むように配置され、前記基板を昇温させるタイミングの時に第１の処理高さに位置し、前記基板を改質するタイミングのときに第２の処理高さに位置するよう昇降する断熱ユニットをさらに有する請求項２に記載の基板処理装置。

【請求項5】

前記第１の処理高さは、前記第２の処理高さよりも高く配置される請求項４に記載の基板処理装置。

【請求項6】

前記第２の処理高さは前記第２のマイクロ波供給部のマイクロ波供給口と同一の高さに位置する請求項５に記載の基板処理装置。

【請求項7】

前記誘電体と前記加熱板とは、同一の材料である請求項１に記載の基板処置装置。

【請求項8】

前記制御部は、前記基板の温度が前記所定の温度を超えて高くなった場合、前記第１のマイクロ波供給部をＯＦＦまたは前記マイクロ波供給部の出力を低くするように制御する請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項9】

前記基板の温度を測定する温度センサを備え、
前記制御部は、前記温度センサが測定した温度が急激に変化した場合に、前記第１のマイクロ波供給部をＯＦＦとするように制御する請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項10】

基板を処理する処理室と、前記基板を支持し、前記基板を間接的に加熱する誘電体と、前記処理室内の上部に配置され前記基板を間接的に加熱する加熱板と前記誘電体とを加熱する第１の周波数のマイクロ波を供給する第１のマイクロ波供給部と、前記第１の周波数よりも高い周波数であって前記基板表面を改質する第２の周波数のマイクロ波を供給する第２のマイクロ波供給部と、を有し、前記基板を前記加熱板との距離が近くなる位置に移動させて、前記基板が所定の温度となるまでは前記第１のマイクロ波供給部を動作させ、前記基板が前記所定の温度となると、前記第２のマイクロ波供給部を動作させるように前記第１のマイクロ波供給部と前記第２のマイクロ波供給部とを制御するよう構成された制御部と、を有する基板処理装置の前記処理室内に前記基板を搬送する工程と、
前記第１のマイクロ波供給部から前記第１の周波数のマイクロ波を供給し、前記基板を加熱する工程と、
前記第２のマイクロ波供給部から前記第２の周波数のマイクロ波を供給し、前記基板を改質する工程と、
前記基板を前記処理室から搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法。

【請求項11】

基板を処理する処理室と、前記基板を支持し、前記基板を間接的に加熱する誘電体と、前記処理室内の上部に配置され前記基板を間接的に加熱する加熱板と前記誘電体とを加熱する第１の周波数のマイクロ波を供給する第１のマイクロ波供給部と、前記第１の周波数よりも高い周波数であって前記基板表面を改質する第２の周波数のマイクロ波を供給する第２のマイクロ波供給部と、を有し、前記基板を前記加熱板との距離が近くなる位置に移動させて、前記基板が所定の温度となるまでは前記第１のマイクロ波供給部を動作させ、前記基板が前記所定の温度となると、前記第２のマイクロ波供給部を動作させるように前記第１のマイクロ波供給部と前記第２のマイクロ波供給部とを制御するよう構成された制御部と、を有する基板処理装置の前記処理室内に前記基板を搬送する手順と、
前記第１のマイクロ波供給部から前記第１の周波数のマイクロ波を供給し、前記基板を加熱する手順と、
前記第２のマイクロ波供給部から前記第２の周波数のマイクロ波を供給し、前記基板を改質する手順と、
前記基板を前記処理室から搬出する手順と、
をコンピュータによって前記基板処理装置に実行させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

半導体装置（半導体デバイス）の製造工程の一工程として、例えば、加熱装置を用いて処理室内の基板を加熱し、基板の表面に成膜された薄膜中の組成や結晶構造を変化させたり、成膜された薄膜内の結晶欠陥等を修復するアニール処理に代表される改質処理がある。近年の半導体デバイスにおいては、微細化、高集積化が著しくなっており、これに伴い、高いアスペクト比を有するパターンが形成された高密度の基板への改質処理が求められている。このような高密度基板への改質処理方法としてマイクロ波を用いた熱処理方法が検討されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５−０７００４５

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来のマイクロ波を用いた処理では、基板を均一に加熱することができず、基板を均一に処理することが困難となってしまう場合がある。

【0005】

本発明の目的は、基板を均一に処理することが可能となるマイクロ波処理技術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、前記処理室内に配置された誘電体を加熱する第１の周波数のマイクロ波を供給する第１のマイクロ波供給部と、前記第１の周波数よりも高い周波数であって前記基板表面を改質する第２の周波数のマイクロ波を供給する第２のマイクロ波供給部と、を有し、前記基板が所定の温度となるまでは前記第１のマイクロ波供給部を動作させ、前記基板が前記所定の温度となると、前記第２のマイクロ波供給部を動作させるように前記第１のマイクロ波供給部と前記第２のマイクロ波供給部とを制御するよう構成された制御部と、
を有する技術が提供される。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、基板を均一に処理することが可能となるマイクロ波処理技術を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の第１の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の枚葉型処理炉の概略構成図であり、処理炉部分を縦断面図で示す図である。

【図2】本発明で好適に用いられる基板処理装置のコントローラの概略構成図である。

【図3】本発明における基板処理のフローを示す図である。

【図4】本発明における改質工程の詳細フローを示すである。

【図5】本発明の第１の実施形態で好適に用いられる基板処理装置における第１のマイクロ波照射時の処理炉を示した概略構成図である。

【図6】本発明の第１の実施形態で好適に用いられる基板処理装置における第２のマイクロ波照射時の処理炉を示した概略構成図である。

【図7】本発明における第２の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の概略構成図であり、第１のマイクロ波照射時の処理炉を示した図である。

【図8】本発明における第２の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の概略構成図であり、第２のマイクロ波照射時の処理炉を示した図である。

【図9】図７における破線領域Ａを拡大した図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

＜本発明の第１の実施形態＞
以下に本発明の第１の実施形態を図面に基づいて説明する。

【0010】

（１）基板処理装置の構成
本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置１００は、ウエハに各種の熱処理を施す枚葉式熱処理装置として構成されており、後述する電磁波を用いたアニール処理（改質処理）を行う装置として説明を行う。

【0011】

（処理炉）
図１に示すように、処理炉は、金属などの電磁波を反射する材料で構成されるキャビティ（処理容器）としてのケース１０２を有している。主にケース１０２の内側空間をシリコンウエハ等の基板を処理する処理室２０１として構成している。ケース１０２の内部に電磁波を透過させる石英製の図示しない反応管を設置してもよく、反応管内部が処理室となるように処理容器を構成してもよい。また、ケース１０２の天井面を切り欠いて、当該切り欠き部分に金属材料で構成されたキャップフランジ（閉塞板）が設けられることで、処理室２０１を構成するようにしてもよい。

【0012】

処理室２０１内には、基板としてのウエハ２００が搬入・搬出される際に、所定の位置でウエハ２００を支持する第１の基板支持ピン(基板支持部)２０７が配置されている。処理対象であるウエハ２００の垂直方向上下には、後述するサセプタ１０３を支持するサセプタ支持ピン（サセプタ支持部、誘電体支持部）２１０ａ、底板２１０ｂ、天板２１０ｃによって構成される回転・昇降が可能な断熱ユニット（保温ユニット）２１０が配置されている。

【0013】

また、底板２１０ｂとウエハ２００の間には、例えば、シリコンプレート（Ｓｉ板）や炭化シリコンプレート（ＳｉＣ板）などの、電磁波を吸収して自身が加熱される（発熱する）誘電体などの誘電物質で形成されたウエハ２００を間接的に加熱するウエハよりも大径のサセプタ（エネルギー変換部材、輻射板、均熱板、発熱体とも称する）１０３がサセプタ支持ピン２１０ａに支持されることで載置されている。サセプタ１０３は、後述する基板処理工程において、サセプタ１０３表面に設けた第２の基板支持ピン（第２の支持部）１０３ａによってウエハ２００を支持する基板支持具（基板保持具、基板載置部）としても機能する。また、サセプタ１０３、は断熱ユニット２１０に対して着脱可能に構成されていてもよいし、断熱ユニット２１０に固定されるように構成されていてもよい。

【0014】

また、ケース１０２の天井部であって、断熱ユニット２１０の天板２１０ｃよりも上方に位置する場所にはサセプタと同一の材料で構成される加熱板１０６が配置されている。このように構成することによって、後述する電磁波を供給することによって、ウエハ２００を直接的に加熱するだけでなく、サセプタ１０３および加熱板１０６からの輻射熱によってウエハ２００を間接加熱することが可能となり、ウエハ２００をより効率的かつ均一に加熱することが可能となる。

【0015】

処理容器としてのケース１０２は、例えば横断面が円形であり、平らな密閉容器として構成されている。また、下部容器としての搬送容器２０２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）などの金属材料、または、石英などにより構成されている。なお、ケース１０２に囲まれた空間を処理空間としての処理室２０１又は反応エリア２０１と称し、搬送容器２０２に囲まれた空間を搬送空間としての搬送室２０３又は搬送エリア２０３と称する場合もある。なお、処理室２０１と搬送室２０３は、本実施形態のように水平方向に隣接させて構成することに限らず、垂直方向に隣接させる構成としてもよい。

【0016】

図１に示すように、搬送容器２０２の側面には、ゲートバルブ２０５に隣接した基板搬入搬出口２０６が設けられており、ウエハ２００は基板搬入搬出口２０６を介して処理室２０１と搬送室２０３との間を移動する。

【0017】

ケース１０２の側面には、後に詳述する加熱装置としての電磁波供給部（マイクロ波供給部）が設置されており、電磁波供給部から供給されたマイクロ波等の電磁波が処理室２０１に導入されてウエハ２００等を加熱し、ウエハ２００を処理する。

【0018】

載置台２１０は回転軸としてのシャフト２５５によって支持される。シャフト２５５は、ケース１０２の底部を貫通しており、更には搬送容器２０２の外部で回転動作を行う駆動機構２６７に接続されている。駆動機構２６７を作動させてシャフト２５５及び載置台２１０を回転させることにより、ボート２１７上に載置されるウエハ２００を回転させることが可能となっている。なお、シャフト２５５下端部の周囲はベローズ２１２により覆われており、処理室２０１および搬送エリア２０３内は気密に保持されている。

【0019】

処理室２０１の下方であって、断熱ユニット２１０の外周側には、処理室２０１の雰囲気を排気する排気部が設けられている。図１に示すように、排気部には排気口２２１が設けられている。排気口２２１には排気管２３１が接続されており、排気管２３１には、処理室２０１内の圧力に応じて弁開度を制御するＡＰＣバルブなどの圧力調整器２４４、真空ポンプ２４６が順に直列に接続されている。
ここで、圧力調整器２４４は、処理室２０１内の圧力情報（後述する圧力センサ２４５からのフィードバック信号）を受信して排気量を調整することができるものであればＡＰＣバルブに限らず、通常の開閉バルブと圧力調整弁を併用するように構成されていてもよい。

【0020】

主に、排気口２２１、排気管２３１、圧力調整器２４４により排気部（排気系または排気ラインとも称する）が構成される。なお、図１のように排気口２２１をケース１０２の底面に配置しなくともよく、ケース１０２の側壁面や天井面に排気口２２１が配置されるように構成してもよい。また、排気部の構成に、真空ポンプ２４６を加えるようにしてもよい。

【0021】

ケース１０２には、不活性ガス、原料ガス、反応ガスなどの各種基板処理のための処理ガスを処理室２０１内に供給するためのガス供給管２３２が設けられている。
ガス供給管２３２には、上流から順に、流量制御器（流量制御部）であるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１、および、開閉弁であるバルブ２４３が設けられている。ガス供給管２３２の上流側には、例えば不活性ガスである窒素（Ｎ_２）ガス源が接続され、ＭＦＣ２４１、バルブ２４３を介して処理室２０１内へ供給される。基板処理の際に複数種類のガスを使用する場合には、ガス供給管２３２のバルブ２４３よりも下流側に、上流側から順に流量制御器であるＭＦＣおよび開閉弁であるバルブが設けられたガス供給管が接続された構成を用いることで複数種類のガスを供給することができる。ガス種毎にＭＦＣ、バルブが設けられたガス供給管を設置してもよい。また、ガス供給管の下流端にガス供給ノズルを設けるようにしてもよい。

【0022】

主に、ガス供給管２３２、ＭＦＣ２４１、バルブ２４３によりガス供給系（ガス供給部）が構成される。ガス供給系に不活性ガスを流す場合には、不活性ガス供給系とも称する。不活性ガスとしては、Ｎ_２ガスの他、例えば、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｘｅガス等の希ガスを用いることができる。

【0023】

ケース１０２の天井面には、非接触式の温度測定装置として温度センサ２６３が設置されている。温度センサ２６３により検出された温度情報に基づき後述するマイクロ波発振器６５５の出力を調整することで、基板を加熱し、基板温度が所望の温度分布となる。温度センサ２６３は、例えばＩＲ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ）センサなどの放射温度計で構成されている。温度センサ２６３は、加熱板１０６の表面温度、または、断熱ユニット２１０の天板２１０ｃの表面温度、または、ウエハ２００の表面温度のいずれか一つまたは複数を測定するように設置される。測定箇所を天板２１０ｃ、または、ウエハ２００とする際には、加熱板１０６や天板２１０ｃに温度測定窓を設けることで測定するとよい。なお、本発明においてウエハ２００の温度（ウエハ温度）と記載した場合は、後述する温度変換データによって変換されたウエハ温度、すなわち、推測されたウエハ温度のことを意味する場合と、温度センサ２６３によって直接ウエハ２００の温度を測定して取得した温度を意味する場合と、それらの両方を意味する場合を指すものとして説明する。

【0024】

温度センサ２６３によって加熱板１０６、または天板２１０ｃ、またはサセプタ１０３と、ウエハ２００のそれぞれに対し、後述する基板処理工程における温度変化の推移を予め取得しておくことで加熱板１０６、または天板２１０ｃ、またはサセプタ１０３と、被処理体であるウエハ２００の温度の相関関係を示した温度変換データを記憶装置１２１ｃまたは外部記憶装置１２３に記憶させてもよい。このように予め温度変換データを作成することによって、ウエハ２００の温度は、加熱板１０６（または天板２１０ｃ）の温度のみを測定することで、ウエハ２００の温度を推測可能とし、推測されたウエハ２００の温度を基に、マイクロ波発振器６５５の出力、すなわち加熱装置の制御を行うことが可能となる。

【0025】

なお、基板の温度を測定する手段として、上述した放射温度計に限らず、熱電対を用いて温度測定を行ってもよいし、熱電対と非接触式温度計を併用して温度測定を行ってもよい。ただし、熱電対を用いて温度測定を行った場合、熱電対をウエハ２００の近傍に配置して温度測定を行う必要がある。すなわち、処理室２０１内に熱電対を配置する必要があるため、後述するマイクロ波発振器から供給されたマイクロ波によって熱電対自体が加熱されてしまうので正確に測温することができない。したがって、非接触式温度計を温度センサ２６３として用いることが好ましい。
また、温度センサ２６３は、ケース１０２の天井面に設けることに限らず、断熱ユニット２１０やケース１０２の底面などに設けるようにしてもよい。また、温度センサ２６３は、ケース１０２や断熱ユニット２１０に直接設置するだけでなく、ケース１０２や断熱ユニット２１０に設けられた測定窓からの放射光を鏡等で反射させて間接的に測定するように構成されてもよい。さらに、温度センサ２６３は１つ設置することに限らず、複数設置するようにしてもよい。

【0026】

図１に示すように、ケース１０２の天井部、側壁部、底部のそれぞれには電磁波導入ポート６５３−１、６５３−２、６５３−３が設置されている。電磁波導入ポート６５３−１、６５３−２、６５３−３のそれぞれには処理室２０１内に電磁波を供給するための導波管６５４−１、６５４−２、６５４−３のそれぞれの一端が接続されている。導波管６５４−１、６５４−２、６５４−３のそれぞれの他端には処理室２０１内に電磁波を供給して加熱する加熱源としての第１の周波数の電磁波を供給する第１のマイクロ波発振器（電磁波源）６５５−１、６５５−２と、第１のマイクロ波発振器とは異なる周波数の電磁波を供給する第２のマイクロ波発振器６５６が接続されている。すなわち、第１のマイクロ波発振器６５５−１、６５５−２は、ウエハ２００の被処理面（主面とも称する）側と、ウエハ２００の被処理面とは反対面（裏面とも称する）側に少なくとも１つずつ配置され、第２のマイクロ波発振器６５６はウエハの側面側に配置されることとなる。

【0027】

第１のマイクロ波発振器６５５−１、６５５−２および第２のマイクロ波発振器６５６はマイクロ波などの電磁波を導波管６５４−１、６５４−２、６５４−３にそれぞれ供給する。また、マイクロ波発振器６５５−１、６５５−２は、マグネトロンやクライストロンなどが用いられる。以降、電磁波導入ポート６５３−１、６５３−２、６５３−３、導波管６５４−１、６５４−２、６５４−３、第１のマイクロ波発振器６５５−１、６５５−２は、特にそれぞれを区別して説明する必要のない場合には、電磁波導入ポート６５３、導波管６５４、マイクロ波発振器６５５と記載して説明する。

【0028】

第１のマイクロ波発振器６５５および第２のマイクロ波発振器６５６によって生じる電磁波の周波数は、好ましくは１３．５６ＭＨｚ以上２４．１２５ＧＨｚ以下の周波数範囲となるように制御される。さらに好適には、２．４５ＧＨｚまたは５．８ＧＨｚの周波数となるように制御されることが好ましい。ここで、マイクロ波発振器６５５−１、６５５−２のそれぞれの周波数は同一の周波数としてもよいし、異なる周波数で設置されてもよい。

【0029】

また、本実施形態において、第１のマイクロ波発振器６５５、第２のマイクロ波発振器６５６は、ケース１０２の天井面、側面、底面のそれぞれに１つずつ配置されるように記載されているが、これに限らず、１つ以上設けられていればよい。また、第１のマイクロ波発振器６５５は、図１のように垂直方向において異なる軸上に設けられるのに限らず、ケース１０２に対向するように、すなわち、同軸上に設けられるように配置してもよい。主に、マイクロ波発振器６５５―１、６５５−２、６５６、導波管６５４−１、６５４−２、６５４−３および電磁波導入ポート６５３−１、６５３−２、６５３−３によって加熱装置（または改質装置）としての電磁波供給部（電磁波供給装置、マイクロ波供給部、マイクロ波供給装置とも称する）が構成される。マイクロ波発振器６５５−１、６５５−２と、導波管６５４−１、６５４−２、および、電磁波導入ポート６５３−１、６５３−２を第１のマイクロ波供給部（第１のマイクロ波供給系）とし、マイクロ波発振器６５６と、導波管６５４−３、および、電磁波導入ポート６５３−３を第２のマイクロ波供給部（第２のマイクロ波供給系）と称してもよい。

【0030】

また、本実施の形態において、第１の電磁波供給系を加熱装置、第２の供給系を改質装置と称してもよい。本実施の形態に関する説明では、第第１のマイクロ波発振器６５５−１、６５５−２から供給されるマイクロ波は、２．４５ＧＨｚの周波数（第１の周波数）であり、第２のマイクロ波発振器６５６から供給されるマイクロ波は、５．８ＧＨｚ（第２の周波数）であることとして説明する。

【0031】

マイクロ波発振器６５５−１、６５５−２、６５６のそれぞれには後述するコントローラ１２１が接続されている。コントローラ１２１には処理室２０１内に収容される断熱ユニット２１０またはサセプタ１０３、若しくはウエハ２００の温度を測定する温度センサ２６３が接続されている。温度センサ２６３は、上述した方法によって断熱ユニット２１０またはサセプタ１０３、若しくは、ウエハ２００の温度を測定してコントローラ１２１に送信し、コントローラ１２１によってマイクロ波発振器６５５−１、６５５−２、６５６の出力を制御し、後述するウエハ２００の加熱、または、ウエハ２００の改質を制御する。なお、電磁波供給部による熱または改質エネルギー供給制御の方法としては、マイクロ波発振器６５５、６５６へ入力する電圧を制御することで制御する方法と、マイクロ波発振器６５５、６５６の電源をＯＮとする時間とＯＦＦとする時間の比率を変更することで制御する方法などを用いることができる。

【0032】

ここで、マイクロ波発振器６５５−１、６５５−２は、コントローラ１２１から送信される同一の制御信号によって制御される。しかし、これに限らず、マイクロ波発振器６５５−１、６５５−２それぞれにコントローラ１２１から個別の制御信号を送信することでマイクロ波発振器６５５−１、６５５−２が個々に制御されるように構成してもよい。

【0033】

（制御装置）
図２に示すように、制御部（制御装置、制御手段）であるコントローラ１２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２１ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ１２１ｂ、記憶装置１２１ｃ、Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、内部バス１２１ｅを介して、ＣＰＵ１２１ａとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ１２１には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置１２２が接続されている。

【0034】

記憶装置１２１ｃ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１２１ｃ内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、アニール（改質）処理の手順や条件等が記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ１２１に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単に、プログラムともいう。また、プロセスレシピを、単にレシピともいう。本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、レシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。ＲＡＭ１２１ｂは、ＣＰＵ１２１ａ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。

【0035】

Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述のＭＦＣ２４１、バルブ２４３、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、温度センサ２６３、回転機構２６７、昇降機構１０７、マイクロ波発振器６５５、６５６等に接続されている。

【0036】

ＣＰＵ１２１ａは、記憶装置１２１ｃ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１２２からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１２１ｃからレシピを読み出すように構成されている。ＣＰＵ１２１ａは、読み出したレシピの内容に沿うように、ＭＦＣ２４１による各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３の開閉動作、圧力センサ２４５に基づくＡＰＣバルブ２４４による圧力調整動作、真空ポンプ２４６の起動および停止、温度センサ２６３に基づくマイクロ波発振器６５５、６５６の出力調整動作、回転機構２６７による断熱ユニット２１０（またはサセプタ１０３、ウエハ２００）の回転および回転速度調節動作、昇降機構１０７による断熱ユニット２１０（またはサセプタ１０３、ウエハ２００）の昇降動作等を制御するように構成されている。

【0037】

コントローラ１２１は、外部記憶装置（例えば、ハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ等の半導体メモリ）１２３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１２１ｃや外部記憶装置１２３は、コンピュータ読み取り可能な記録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。本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置１２１ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置１２３単体のみを含む場合、または、それらの両方を含む場合がある。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１２３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。

【0038】

（２）基板処理工程
次に、上述の基板処理装置１００の処理炉を用いて、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、例えば、基板上に形成されたシリコン含有膜としてのアモルファスシリコン膜の改質（結晶化）方法の一例について図３と図４に示した処理フローに沿って説明する。以下の説明において、基板処理装置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。

【0039】

ここで、本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、ウエハそのものを意味する場合や、ウエハとその表面に形成された所定の層や膜との積層体を意味する場合がある。本明細書において「ウエハの表面」という言葉を用いた場合は、ウエハそのものの表面を意味する場合や、ウエハ上に形成された所定の層等の表面を意味する場合がある。本明細書において「ウエハ上に所定の層を形成する」と記載した場合は、ウエハそのものの表面上に所定の層を直接形成することを意味する場合や、ウエハ上に形成されている層等の上に所定の層を形成することを意味する場合がある。本明細書において「基板」という言葉を用いた場合も、「ウエハ」という言葉を用いた場合と同義である。

【0040】

（基板搬入工程（Ｓ３０１））
図示しない移載機によってウエハ収容器から搬送されたウエハ２００はゲートバルブ２０５の開閉動作によって所定の処理室２０１に搬入（ローディング）される（Ｓ３０１）。

【0041】

（炉内圧力・温度調整工程（Ｓ３０２））
処理室２０１内へのウエハ２００の搬入が完了したら、処理室２０１内が所定の圧力（例えば１０〜１０２０００Ｐａ）となるよう処理室２０１内の雰囲気を制御する。具体的には、真空ポンプ２４６により排気しつつ、圧力センサ２４５により検出された圧力情報に基づいて圧力調整器２４４の弁開度をフィードバック制御し、処理室２０１内を所定の圧力とする。また、同時に予備加熱として電磁波供給部を制御し、所定の温度まで加熱を行うように制御してもよい（Ｓ３０２）。電磁波供給部によって、所定の基板処理温度まで昇温させる場合、ウエハ２００が変形・破損しないように、後述する改質工程の出力よりも小さな出力で昇温を行うことが好ましい。なお、大気圧下で基板処理を行う場合、炉内圧力調整を行わず、炉内の温度調整のみを行った後、後述する不活性ガス供給工程Ｓ３０３へ移行するように制御してもよい。

【0042】

（不活性ガス供給工程（Ｓ３０３））
炉内圧力・温度調整工程Ｓ３０３によって処理室２０１内の圧力と温度を所定の値に制御すると、回転機構２６７は、シャフト２５５を回転させ、断熱ユニット２１０によって支持されたサセプタ１０３を介してウエハ２００を回転させる。このとき、窒素ガス等の不活性ガスがガス供給管２３２を介して供給される（Ｓ３０３）。さらにこのとき、処理室２０１内の圧力は１０Ｐａ以上１０２０００Ｐａ以下の範囲となる所定の値であって、例えば１０１３００Ｐａ以上１０１６５０Ｐａ以下となるように調整される。なお、シャフトは基板搬入工程Ｓ３０１時、すなわち、ウエハ２００を処理室２０１内に搬入完了後に回転させてもよい。

【0043】

（改質工程（Ｓ３０４））
処理室２０１内を所定の圧力となるように維持すると、図５に示すように、コントローラ１２１は昇降装置１０７を制御することで断熱ユニット２１０を上昇させ、ウエハ２００を加熱する所定の高さ（第１の処理高さ、第１の処理位置）に位置させる。この動作によって、ウエハ２００は第１の基板支持ピン２０７に支持されていた状態から第２の基板支持ピン１０３ａに支持される状態へと移行する。なお、断熱ユニット２１０の上昇動作は、上述した炉内圧力・温度調整工程Ｓ３０２や、不活性ガス供給工程Ｓ３０３のタイミングで行うようにしてもよい。

【0044】

断熱ユニット２１０の上昇によってウエハ２００が所定の加熱位置に配置されると、コントローラ１２１によって制御されたマイクロ波発振器６５５−１、６５５−２は、上述した各部を介して処理室２０１内に第１のマイクロ波５０１、５０２を供給する（Ｓ４０１）。処理室２０１内にマイクロ波が供給されることによって、ウエハ２００が改質のための所定の処理温度、すなわち、１００℃以上、１０００℃以下の温度、好適には４００℃以上、９００℃以下の温度となるように加熱し、さらに好適には、５００℃以上、７００℃以下の温度となるように加熱する。このような温度で基板処理することによって、ウエハ２００が効率よく第１のマイクロ波５０１、５０２を吸収する温度下での基板処理となり、改質処理の速度向上が可能となる。換言すると、ウエハ２００の温度を１００℃よりも低い温度、または１０００℃よりも高い温度下で処理してしまうと、ウエハ２００の表面が変質してしまい、第１のマイクロ波５０１、５０２を吸収し難くなってしまうためにウエハ２００を加熱し難くなってしまうこととなる。このため、上述した温度帯で基板処理を行うことが望まれる。なお、ウエハ２００の測定温度が上述した所定の処理温度帯、すなわち、上限温度および下限温度となる閾値を超えて高くまたは低くなった場合、マイクロ波発振器６５５をＯＦＦとするのではなく、マイクロ波発振器６５５の出力を低くするように制御することでウエハ２００の温度が所定の範囲の温度となるようにしてもよい。この場合、ウエハ２００の温度が所定の範囲の温度に戻るとマイクロ波発振器６５５の出力を高くするように制御される。

【0045】

処理室２０１に第１のマイクロ波５０１、５０２が供給されることでウエハ２００が所定の温度帯に到達したことを温度センサ２６３が検知する（Ｓ４０２）と、コントローラ１２１は、図６に示すように、改質処理を行うための所定の高さ（第２の処理高さ、第２の処理位置）に断熱ユニット２１０を降下させる。断熱ユニット２１０が改質処理を行うための所定の高さに位置することでウエハ２００が改質位置に配置されると、コントローラ１２１は第２のマイクロ波発振器６５６を制御し、処理室２０１に第２のマイクロ波６０１を供給し、ウエハ２００の改質処理を行う（Ｓ４０３）。このとき、ウエハ２００の温度を維持するために第１のマイクロ波５０１、５０２はウエハ２００を加熱する時と同様に制御され、処理室２０１内に供給され続ける。このとき、改質処理を行うための第２の処理位置は、図６に示すように第２のマイクロ波発振器６５６、すなわち、電磁波導入ポート６５３−３の開口高さと略同一の高さに設定されることが好ましい。このような高さを設定することによって、改質処理を行う際には主として間接加熱によってウエハ２００の適切な改質温度を維持することが可能となり、ウエハ２００上に形成された所定の膜を効率よく均一に改質することが可能となる。

【0046】

処理室２０１内に第２のマイクロ波６０１を供給開始した後に、予め定められた時間が経過すると、第１のマイクロ波５０１、５０２および第２のマイクロ波を６０１供給することを停止するようにコントローラ１２１は、第１のマイクロ波発振器６５５と、第２のマイクロ波発振器６５６をそれぞれ停止させる。

【0047】

ここで、マイクロ波による加熱方式にて加熱を行う本実施形態では、処理室２０１に定在波が発生し、ウエハ２００（サセプタが載置されている場合はサセプタもウエハ２００と同様に）上に、局所的に加熱されてしまう加熱集中領域（ホットスポット）とそれ以外の加熱されない領域（非加熱領域）が生じ、ウエハ２００（サセプタが載置されている場合はサセプタもウエハ２００と同様に）が変形することを抑制するため、電磁波供給部の電源のＯＮ／ＯＦＦを制御することでウエハ２００にホットスポットが生じることを抑制している。

【0048】

このとき、上述したように温度センサ２６３は非接触式の温度センサであり、測定対象であるウエハ２００（サセプタ１０３が載置されている場合はサセプタ１０３もウエハ２００と同様に）に変形や破損が生じると、温度センサがモニタするウエハ２００の位置や、ウエハ２００に対する測定角度が変化するため、測定値（モニタ値）が不正確となり、測定温度が急激に変化してしまうこととなる。本実施形態では、このような測定対象の変形や破損に伴って放射温度計の測定温度が急激に変化することを電磁波供給部のＯＮ／ＯＦＦを行うトリガとして利用している。

【0049】

以上のようにマイクロ波発振器６５５、６５６を制御することによって、ウエハ２００を加熱し、ウエハ２００表面上に形成されているアモルファスシリコン膜をポリシリコン膜へと改質（結晶化）させる（Ｓ３０４）。すなわち、ウエハ２００を均一に改質することが可能となる。

【0050】

その後、予め設定されたタイミングにてボート２１７の回転、ガスの供給および排気管の排気が停止する。

【0051】

（基板搬出工程（Ｓ３０５））
処理室２０１内の圧力を大気圧復帰させた後、ゲートバルブ２０５を開放し処理室２０１と搬送室２０３とを空間的に連通させる。その後、ボートに載置されているウエハ２００を移載機によって、搬送室２０３に搬出する（Ｓ３０５）。

【0052】

以上の動作が繰り返されることにより、ウエハ２００が改質処理され、次の異なる装置を用いた基板処理工程に移行することとなる。

【0053】

（４）本実施形態による効果
本実施形態によれば以下に示す１つまたは複数の効果が得られる。

【0054】

（ａ）基板を加熱する第１のマイクロ波と基板を改質する第２のマイクロ波を用いることで、基板を均一に処理することが可能となる。

【0055】

（ｂ）基板昇温時には直接加熱と間接加熱の両方を用い、基板改質時には、主に間接加熱で基板温度を維持することで、基板上にマイクロ波が集中して存在するホットスポット領域が生じることを抑制可能とし、均一に基板を処理することが可能となるため、膜質の向上を図ることが可能となる。

【0056】

＜本発明の第２の実施形態＞
次に、図７、８、９を用いて本発明における第２の実施形態について説明する。

【0057】

第２の実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、図７に示すように、処理室２０１が仕切板７０３によって、ウエハ２００を加熱するための加熱室７０１と、ウエハ２００を改質するための改質室７０２に分割されている点、加熱室７０１には第１のマイクロ波供給系が配置され、改質室７０２には第２のマイクロ波供給系が配置されている点、改質室７０２にガス供給系および排気系が設けられている点、また、第１の実施形態における加熱板１０６が設けられていない点である。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同一の機能を有する構成要素には、同一の参照番号を付し、説明を省略する。

【0058】

本実施形態における基板処理工程の各種工程は、第１の実施形態と略同一である。このため、改質工程Ｓ３０４を実施する際の第２の実施形態で好適に用いられる基板処理装置７００の動作について説明する。図７に示すように、所定の処理が実施されると、ウエハ２００を支持したサセプタ１０３、すなわち断熱ユニット２１０が昇降装置１０７によって、所定の高さに上昇する。ウエハ２００が所定の処理位置に配置されると、ウエハ２００を所定の改質温度に加熱するために、第１のマイクロ波発振器６５５−１から第１のマイクロ波５０１が加熱室７０１に供給されて、ウエハ２００およびサセプタ１０３が加熱される。

【0059】

ウエハ２００が所定の温度帯に加熱されると、図８に示すように、第２のマイクロ波発振器６５６により第２のマイクロ波６０１が改質室７０２に供給されて、ウエハ２００が改質されることとなる。このとき、図９に示すように、仕切板７０３の加熱室７０１側の表面には、第１のマイクロ波５０１に対するチョーク構造７０３ａを設け、改質室７０２側の表面には、第２のマイクロ波６０１に対するチョーク構造７０３ｂを設けるようにすることで、第１のマイクロ波５０１、および第２のマイクロ波６０１のそれぞれが加熱室７０１または改質室７０２に漏えいすることを抑制することが可能となり、加熱室７０１と改質室７０２とを電磁界的に分離することが可能となる。このように構成することによって、簡易な制御で、かつ、効率的にウエハ２００を処理することが可能となる。

【0060】

（５）本実施形態による効果
（ｄ）基板の昇温時と改質時において基板の保持位置を変更する必要がないため、単純な制御で基板処理を行うことが可能となり、基板の均一処理を行いつつ、生産性を向上させることが可能となる。

【0061】

以上、本発明を実施形態に沿って説明してきたが、上述の各実施形態や各変形例等は、適宜組み合わせて用いることができ、その効果も得ることができる。

【0062】

例えば、上述の各実施形態では、シリコンを主成分とする膜として、アモルファスシリコン膜をポリシリコン膜に改質する処理について記載したが、これに限らず、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）のうち、少なくとも１つ以上を含むガスを供給させて、ウエハ２００の表面に形成された膜を改質してもよい。例えば、ウエハ２００に、高誘電体膜としてのハフニウム酸化膜（ＨｆｘＯｙ膜）が形成されている場合に、酸素を含むガスを供給しながらマイクロ波を供給して加熱させることによって、ハフニウム酸化膜中の欠損した酸素を補充し、高誘電体膜の特性を向上させることができる。
なお、ここでは、ハフニウム酸化膜について示したが、これに限らず、アルミニウム（Ａｌ）、チタニウム（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、イットリウム（Ｙ）、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）、鉛（Ｐｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等の少なくともいずれかを含む金属元素を含む酸化膜、すなわち、金属系酸化膜を改質する場合においても、好適に適用可能である。すなわち、上述の成膜シーケンスは、ウエハ２００上に、ＴｉＯＣＮ膜、ＴｉＯＣ膜、ＴｉＯＮ膜、ＴｉＯ膜、ＺｒＯＣＮ膜、ＺｒＯＣ膜、ＺｒＯＮ膜、ＺｒＯ膜、ＨｆＯＣＮ膜、ＨｆＯＣ膜、ＨｆＯＮ膜、ＨｆＯ膜、ＴａＯＣＮ膜、ＴａＯＣ膜、ＴａＯＮ膜、ＴａＯ膜、ＮｂＯＣＮ膜、ＮｂＯＣ膜、ＮｂＯＮ膜、ＮｂＯ膜、ＡｌＯＣＮ膜、ＡｌＯＣ膜、ＡｌＯＮ膜、ＡｌＯ膜、ＭｏＯＣＮ膜、ＭｏＯＣ膜、ＭｏＯＮ膜、ＭｏＯ膜、ＷＯＣＮ膜、ＷＯＣ膜、ＷＯＮ膜、ＷＯ膜を改質する場合にも、好適に適用することが可能となる。

【0063】

また、高誘電体膜に限らず、不純物がドーピングされたシリコンを主成分とする膜を加熱させるようにしてもよい。シリコンを主成分とする膜としては、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）、シリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）シリコン酸炭化膜（ＳｉＯＣ膜）、シリコン酸炭窒化膜（ＳｉＯＣＮ膜）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）等のＳｉ系酸化膜がある。不純物としては、例えば、臭素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、リン（Ｐ）、ガリウム（Ｇａ）、砒素（Ａｓ）などの少なくとも１つ以上を含む。

【0064】

また、メタクリル酸メチル樹脂（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ：ＰＭＭＡ）、エポキシ樹脂、ノボラック樹脂、ポリビニルフェニール樹脂などの少なくともいずれかをベースとするレジスト膜であってもよい。

【0065】

また、上述では、半導体装置の製造工程の一工程について記したが、これに限らず、液晶パネルの製造工程のパターニング処理、太陽電池の製造工程のパターニング処理や、パワーデバイスの製造工程のパターニング処理などの、基板を処理する技術にも適用可能である。

【産業上の利用可能性】

【0066】

以上述べたように、本発明によれば、基板を均一に処理することが可能となるマイクロ波処理技術を提供することができる。

【符号の説明】

【0067】

１０３・・・サセプタ（誘電体、発熱体、基板支持具）、１０６・・・加熱板、２００・・・ウエハ（基板）、２０１・・・処理室、２１０・・・断熱ユニット、６５３・・・電磁波導入ポート、６５４・・・導波管、６５５・・・第１のマイクロ波発振器、６５６・・・第２のマイクロ波発振器。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】