特開 2025-5515 基板処理装置、基板処理方法、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】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025005515

(43)【公開日】2025-01-17

(54)【発明の名称】基板処理装置、基板処理方法、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 21/265 20060101AFI20250109BHJP

   H01L 21/268 20060101ALI20250109BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20250109BHJP

【ＦＩ】

H01L21/265 602C

H01L21/268 Z

H01L21/31 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】18

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023105706

(22)【出願日】2023-06-28

(71)【出願人】

【識別番号】318009126

【氏名又は名称】株式会社ＫＯＫＵＳＡＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣ

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】鍋田 和弥

(72)【発明者】

【氏名】道田 典明

【テーマコード（参考）】

5F045

【Ｆターム（参考）】

5F045EK18

5F045HA16

(57)【要約】

【課題】熱拡散を抑制することが可能な技術を提供する。
【解決手段】ドーパントが添加された第１膜と、前記第１膜とは異なる第２膜とが形成された基板を処理する処理室と、前記基板に電磁波を供給する電磁波供給部と、前記電磁波により前記ドーパントを加熱中に、前記第２膜が加熱される前に前記電磁波の供給を停止させるように前記電磁波供給部を制御することが可能なよう構成される制御部と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ドーパントが添加された第１膜と、前記第１膜とは異なる第２膜とが形成された基板を処理する処理室と、
前記基板に電磁波を供給する電磁波供給部と、
前記電磁波により前記ドーパントを加熱中に、前記第２膜が加熱される前に前記電磁波の供給を停止させるように前記電磁波供給部を制御することが可能なよう構成される制御部と、
を備える基板処理装置。

【請求項2】

前記電磁波は、第１所定時間をＯＮとし、第２所定時間をＯＦＦとするパルス状である請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項3】

前記第２所定時間は、前記第１所定時間より長い請求項２に記載の基板処理装置。

【請求項4】

前記第１所定時間と前記第２所定時間を可変可能な請求項２に記載の基板処理装置。

【請求項5】

前記第１所定時間は、０．６μ秒以下にならないように設定される請求項２に記載の基板処理装置。

【請求項6】

前記ドーパントは、双極子を有する請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項7】

前記ドーパントは、少なくともボロンまたはリンである請求項６に記載の基板処理装置。

【請求項8】

前記第１膜には、少なくとも前記ボロンまたは前記リンがイオン注入されている請求項７に記載の基板処理装置。

【請求項9】

前記第１膜には、少なくともシリコン膜が形成されている請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項10】

前記第２膜には、少なくとも酸化膜が形成されている請求項９に記載の基板処理装置。

【請求項11】

前記第１膜は、前記第２膜の上に形成される請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項12】

前記電磁波は、マイクロ波である請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項13】

前記基板を複数枚保持することが可能な基板保持部を有する請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項14】

前記電磁波供給部は、前記処理室の側面に設けられる請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項15】

前記電磁波供給部の対向する位置に前記基板を搬出入する搬出入口が設けられる請求項１４に記載の基板処理装置。

【請求項16】

ドーパントが添加された第１膜と、前記第１膜とは異なる第２膜とが形成された基板に電磁波を供給する工程と、
前記電磁波により前記ドーパントを加熱中に、前記第２膜が加熱される前に前記電磁波の供給を停止させる工程と、
を備える基板処理方法。

【請求項17】

請求項１６の基板処理方法を用いた半導体装置の製造方法。

【請求項18】

ドーパントが添加された第１膜と、前記第１膜とは異なる第２膜とが形成された基板に電磁波を供給する手順と、
前記電磁波により前記ドーパントを加熱中に、前記第２膜が加熱される前に前記電磁波の供給を停止させる手順と、
をコンピュータにより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】

本開示は、基板処理装置、基板処理方法、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したりするアニール処理に代表される改質処理がある。改質処理方法として例えば特許文献１に見るような電磁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号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の電磁波を用いた処理では、熱処理により処理対象膜から処理対象膜以外の膜に熱拡散する場合がある。

【0005】

本開示は、熱拡散を抑制することが可能な技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様によれば、
ドーパントが添加された第１膜と、前記第１膜とは異なる第２膜とが形成された基板を処理する処理室と、
前記基板に電磁波を供給する電磁波供給部と、
前記電磁波により前記ドーパントを加熱中に、前記第２膜が加熱される前に前記電磁波の供給を停止させるように前記電磁波供給部を制御することが可能なよう構成される制御部と、
を備える技術が提供される。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、熱拡散を抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は本開示の一実施形態である基板処理装置の処理炉部分を縦断面図で示した概略構成図である。

【図2】図２は本開示の一実施形態である基板処理装置の概略構成を処理炉の位置で示した縦断面図である。

【図3】図３は本開示の一実施形態である基板処理装置の断面構成を示した横断面図である。

【図4】図４は本開示の一実施形態である基板処理装置のコントローラの概略構成図である。

【図5】図５は本開示の実施形態で好適に用いられる、マイクロ波電源がパルス制御された波形の一例を示す図である。

【図6】図６は本開示の実施形態で好適に用いられる、マイクロ波電源の設定の一例を示す図である。

【図7】図７は本開示の一実施形態である基板処理のフローの一例を示す図である。

【図8】図８は本開示の実施形態で好適に用いられる、基板上の膜の構成を示す断面図である。

【図9】図９は図８に示す処理対象膜における反応モデルを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の一態様について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において用いられる図面は、いずれも模式的なものであり、図面に示される、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。また、複数の図面の相互間においても、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は必ずしも一致していない。また、複数の図面の相互間において、実質的に同一の要素には同一の符号を付し、各要素が最初に登場した図面において当該要素の説明が行われ、以降の図面では特に必要がない限りその説明が省略される。明細書中に特段の断りが無い限り、各要素は一つに限定されず、複数存在してもよい。

【0010】

（１）基板処理装置の構成
本実施形態における基板処理装置は、１枚または複数枚の基板としての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。本実施形態における基板処理装置では、ウエハを処理室内部に収容した収納容器（キャリア）としてＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ：以下、ポッドと称する）が使用される。ポッドは、ウエハを種々の基板処理装置間を搬送する為の搬送容器としても用いられる。

【0011】

図１、図２および図３に示すように、基板処理装置１００は、ウエハ２００を搬送する搬送室２０３を内部に有する搬送筐体２０２と、搬送筐体２０２の側壁に設けられ、ウエハ２００を処理する処理室２０１－１、２０１－２をそれぞれ内部に有する後述する処理容器としてのケース１０２－１、１０２－２を備えている。また、処理室２０１－１、２０１－２の間には、冷却室２０４を形成する冷却ケース１０９が設けられている。

【0012】

搬送筐体２０２の前側である図２の向かって右側（図３の向かって下側）には、ポッド１１０の蓋を開閉し、ウエハ２００を搬送室２０３に搬入・搬出するための、ポッド開閉機構としてのロードポートユニット（ＬＰ）１０６が配置されている。ロードポートユニット１０６は、筐体１０６ａと、ステージ１０６ｂと、オープナ１０６ｃとを備える。ステージ１０６ｂは、ポッド１１０を載置し、搬送室２０３の筐体前方に形成された基板搬入搬出口１３４にポッド１１０を近接させるように構成され、オープナ１０６ｃによってポッド１１０に設けられている図示しない蓋を開閉させる。また、ロードポートユニット１０６は、ポッド１１０内部をＮ_２ガス等のパージガスでパージする可能な機能を有していてもよい。また、搬送筐体２０２は、搬送室２０３内をＮ_２などのパージガスを循環させるための後述するパージガス循環構造を有している。

【0013】

搬送筐体２０２の後側である図２の向かって左側（図３の向かって上側）には、処理室２０１－１、２０１－２を開閉するゲートバルブ（ＧＶ）２０５－１、２０５－２がそれぞれ配置されている。搬送室２０３には、ウエハ２００を移載する基板移載機構である基板移載ロボット、基板搬送部としての移載機１２５が設置されている。移載機１２５は、ウエハ２００を載置する載置部としてのツィーザ（アーム）１２５ａ－１、１２５ａ―２と、ツィーザ１２５ａ－１、１２５ａ―２のそれぞれを水平方向に回転または直動可能な移載装置１２５ｂと、移載装置１２５ｂを昇降させる移載装置エレベータ１２５ｃとで構成されている。ツィーザ１２５ａ－１、１２５ａ－２、移載装置１２５ｂおよび移載装置エレベータ１２５ｃの連続動作により、後述する基板保持具（基板保持部）２１７、冷却室２０４やポッド１１０にウエハ２００を装填（チャージング）または脱装（ディスチャージング）することを可能な構成としている。以降、ケース１０２－１、１０２－２、処理室２０１－１、２０１－２、ツィーザ１２５ａ－１および１２５ａ－２のそれぞれは、特に区別して説明する必要が無い場合には、単にケース１０２、処理室２０１、ツィーザ１２５ａとして記載する。

【0014】

ツィーザ１２５ａ－１は、通常のアルミ材質であって、低温および常温のウエハの搬送に用いられる。ツィーザ１２５ａ－２は、耐熱性が高く、熱伝導率の悪いアルミナや石英部材等の材質であって、高温および常温のウエハの搬送に用いられる。つまり、ツィーザ１２５ａ－１は低温用の基板搬送部であり、ツィーザ１２５ａ－２は高温用の基板搬送部である。高温用のツィーザ１２５ａ－２は、例えば、１００℃以上、より好ましくは、２００℃以上の耐熱性を有する様に構成するのが良い。低温用ツィーザ１２５ａ－１には、マッピングセンサを設置することが出来る。低温用ツィーザ１２５ａ－１にマッピングセンサを設けることにより、ロードポートユニット１０６内のウエハ２００の枚数の確認、処理室２０１内のウエハ２００の枚数の確認、冷却室２０４内のウエハ２００の枚数の確認を行うことが可能になる。

【0015】

本実施形態の基板処理装置において、ツィーザ１２５ａ－１を低温用ツィーザとし、ツィーザ１２５ａ－２は高温用ツィーザとして説明を行うが、これに限定されない。ツィーザ１２５ａ－１を耐熱性が高く、熱伝導率の悪いアルミナや石英部材等の材質で構成し、高温および常温のウエハの搬送に用い、ツィーザ１２５ａ－２を、通常のアルミ材質で構成し、低温および常温のウエハの搬送に用いても良い。また、ツィーザ１２５ａ－１、１２５ａ－２の両方を、耐熱性が高く、熱伝導率の悪いアルミナや石英部材等の材質で構成しても良い。

【0016】

（処理炉）
図２の破線で囲まれた領域Ａには、図１に示すような基板処理構造を有する処理炉（処理室２０１）が構成される。図３に示すように、本実施形態においては処理炉が複数設けられているが、処理炉の構成は同一である為、一つの構成を説明するに留め、他方の処理炉構成の説明は省略する。

【0017】

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。また、金属材料で構成されたキャップフランジ（閉塞板）１０４が、図示を省略したシール部材としてのＯリングを介してケース１０２の上端を閉塞するように構成する。主にケース１０２とキャップフランジ１０４の内側空間をウエハ２００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、キャップフランジ１０４を設けずに、天井が閉塞したケース１０２を用いて処理室２０１を構成するようにしてもよい。

【0018】

処理室２０１内には載置台２１０が設けられており、載置台２１０の上面には、ウエハ２００を保持する基板保持具（基板保持部）としてのボート２１７が載置されている。ボート２１７には、処理対象であるウエハ２００と、ウエハ２００を挟み込むようにウエハ２００の垂直方向上下に載置されたサセプタ１０３ａ、１０３ｂが所定の間隔で保持されている。このサセプタ１０３ａ、１０３ｂ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）などの材料としてウエハ２００の上下に配置することにより、ウエハ２００のエッジに対する電界強度が集中することを抑制する。すなわち、サセプタは、ウエハのエッジに対する電磁波の吸収を抑制するものである。また、サセプタ１０３ａ、１０３ｂの上面及び下面に、断熱板としての石英プレート１０１ａ、１０１ｂが所定の間隔で保持されるようにしても良い。本実施形態において、石英プレート１０１ａと１０１ｂのそれぞれ、サセプタ１０３ａと１０３ｂのそれぞれは同一の部品で構成さており、以後、特に区別して説明する必要が無い場合には、石英プレート１０１、サセプタ１０３と称して説明する。ボート２１７は複数のウエハ２００を保持することが可能である。これにより、処理能力が向上する。

【0019】

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筐体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（又は反応エリア）２０１と称し、搬送筐体２０２に囲まれた空間を搬送空間としての搬送室（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、所定の構造を有する基板保持具を昇降させる構成としてもよい。

【0020】

図１、図２および図３に示すように、搬送筐体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。ゲートバルブ２０５または基板搬入搬出口２０６の周辺には、後述する電磁波の漏洩対策として、使用される電磁波の１／４波長の長さを有するチョーク構造が設けられている。

【0021】

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。電磁波供給部は基板搬入搬出口２０６の対向する位置に設けられる。

【0022】

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、処理室２０１の底部を貫通しており、更には処理室２０１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。

【0023】

ここで、載置台２１０は基板搬入搬出口２０６の高さに応じて、駆動機構２６７によって、ウエハ２００の搬送時にはウエハ２００がウエハ搬送位置となるよう上昇または下降し、ウエハ２００の処理時にはウエハ２００が処理室２０１内の処理位置（ウエハ処理位置）まで上昇または下降するよう構成されていてもよい。

【0024】

処理室２０１の下方であって、載置台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。

【0025】

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。

【0026】

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、載置台２１０を囲むように排気口を設け、ウエハ２００の全周からガスを排気可能に構成してもよい。また、真空ポンプ２４６を排気部の構成に含めてもよい。

【0027】

キャップフランジ１０４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。このガス供給管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。主に、ガス供給管２３２、ＭＦＣ２４１、バルブ２４３により、ガス供給系が構成される。ガス源をガス供給系に含めてもよい。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。

【0028】

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。

【0029】

キャップフランジ１０４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、石英プレート１０１ａの表面温度、または、ウエハ２００の表面温度を測定するように設置される。上述した発熱体としてのサセプタが設けられている場合にはサセプタの表面温度を測定するように構成してもよい。なお、本実施形態においてウエハ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。

【0030】

温度センサ２６３によって石英プレート１０１またはサセプタ１０３と、ウエハ２００のそれぞれに対し、温度変化の推移を予め取得しておくことで石英プレート１０１またはサセプタ１０３と、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、石英プレート１０１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。

【0031】

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。

【0032】

また、温度センサ２６３は、キャップフランジ１０４に設けることに限らず、載置台２１０に設けるようにしてもよい。また、温度センサ２６３は、キャップフランジ１０４や載置台２１０に直接設置するだけでなく、キャップフランジ１０４や載置台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。

【0033】

ケース１０２の側壁には電磁波導入ポート（マイクロ波導入ポート）６５３－１、６５３－２が設置されている。電磁波導入ポート６５３－１、６５３－２のそれぞれには処理室２０１内に電磁波（マイクロ波）を供給するための導波管６５４－１、６５４－２のそれぞれの一端が接続されている。導波管６５４－１、６５４－２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マイクロ波発振器（電磁波源、電磁波発振器）６５５－１、６５５－２が接続されている。マイクロ波発振器６５５－１、６５５－２はマイクロ波などの電磁波を導波管６５４－１、６５４－２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、導波管６５４－１、６５４－２、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。

【0034】

マイクロ波発振器６５５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。

【0035】

また、本実施形態において、マイクロ波発振器６５５は、ケース１０２の側面に２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く、また、ケース１０２の対向する側面等の異なる側面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、導波管６５４－１、６５４－２および電磁波導入ポート６５３－１、６５３－２によって加熱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。

【0036】

マイクロ波発振器６５５－１、６５５－２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内に収容される石英プレート１０１ａまたは１０１ｂ、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石英プレート１０１、またはウエハ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の出力を制御し、ウエハ２００の加熱を制御する。なお、加熱装置による加熱制御の方法としては、マイクロ波発振器６５５へ入力する電圧を制御することでウエハ２００の加熱を制御する方法と、マイクロ波発振器６５５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ウエハ２００の加熱を制御する方法などを用いることができる。

【0037】

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。

【0038】

（制御装置）
図４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。

【0039】

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。

【0040】

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。ＲＡＭ１
２１ｂ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。

【0041】

Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述の移載機１２５、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、駆動機構２６７、マイクロ波発振器６５５等に接続されている。

【0042】

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、移載機による基板の移載動作、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の出力調整動作、マイクロ波発振器６５５から出力されるマイクロ波のＯＮ／ＯＦＦ動作、駆動機構２６７による載置台２１０（またはボート２１７）の回転および回転速度調節動作、または、昇降動作等を制御するように構成されている。

【0043】

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。

【0044】

図５に示すように、マイクロ波発振器６５５は、第１所定時間（Ｔ１）がＯＮとなり、第２所定時間（Ｔ２）がＯＦＦとなるパルス状に電磁波を供給する。ここで、第１所定時間と第２所定時間を可変可能である。例えば、パルス周波数は１～１００ｋＨｚまで設定可能である。言い換えると、パルス周期（Ｔ＝Ｔ１＋Ｔ２）は１０マイクロ秒～１秒まで設定可能である。また、例えば、デューティ比（Ｄ＝Ｔ１／Ｔ）は1０～９０％設定可能である。この設定により、電源周波数（例えば、２．４５ＧＨｚ）分だけ電磁波が出力され、時間当たりの出力電力量はデューティ比の数値により減少する。

【0045】

マイクロ波発振器６５５から出力される電磁波のパルス周波数およびデューティ比は、入出力装置１２２から設定可能である。この設定においては、図６に示すように、オペレータは、まず、パラメータ設定を確認し、次に、パルス値（パルス周波数）およびデューティ比を入力し、最後に、電源出力を確認する。

【0046】

（２）基板処理工程
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、ウエハ２００上に形成された熱処理（改質処理）の対象となる処理対象膜ＦＬ１の改質（結晶化）方法の一例について、図７に示した処理フローに沿って説明する。

【0047】

ウエハ２００上には、図８に示すように、第２膜としての酸化膜ＦＬ２、第１膜としての処理対象膜ＦＬ１が形成されている。処理対象膜ＦＬ１は、例えば、ドーパント（不純物）が添加された非晶質シリコン（Ｓｉ）膜である。ドーパントは、例えば、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）である。Ｐが添加（ドープ）されたシリコン膜をＰ－ｄｏｐｅｄ－Ｓｉ膜という。酸化膜ＦＬ２は、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）である。

【0048】

なお、ＳｉＯ膜は、反応室内を酸素雰囲気にしてシリコン基板の表面に酸素（Ｏ）を拡散させて形成される膜である。また、Ｐ－ｄｏｐｅｄ－Ｓｉ膜は、Ｐ（リン）をイオン注入した膜である。これらＳｉＯ膜、Ｐ－ｄｏｐｅｄ－Ｓｉ膜は、上述の基板処理装置１００とは、別の基板処理装置で、例えば、バッチ式の基板処理装置やイオン注入装置によりウエハ２００に成膜される。

【0049】

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。また、上述した処理炉構造と同様に本実施形態における基板処理工程においても、処理内容、すなわちレシピについては複数設けられた処理炉において同一レシピを使用する為、一方の処理炉を使用した基板処理工程について説明するに留め、他方の処理炉を用いた基板処理工程の説明は省略する。

【0050】

本明細書において用いる「ウエハ」という用語は、ウエハそのものを意味する場合や、ウエハとその表面上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。本明細書において用いる「ウエハの表面」という言葉は、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。

【0051】

まず、基板取出し工程（Ｓ８０１）の後、基板搬入工程（Ｓ８０２）が実施され、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（ボートローディング）される。つまり、低温用のツィーザ１２５ａ－１、高温用のツィーザ１２５ａ－２に載置された２枚のウエハを、処理室２０１に搬入する。

【0052】

（炉内圧力・温度調整工程（Ｓ８０３））
処理室２０１へウエハ２００の搬入が完了したら、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。

【0053】

なお、本明細書における「１０～１０２０００Ｐａ」のような数値範囲の表記は、下限値および上限値がその範囲に含まれることを意味する。よって、例えば、「１０～１０２０００Ｐａ」とは「１０Ｐａ以上１０２０００Ｐａ以下」を意味する。他の数値範囲についても同様である。

【0054】

（不活性ガス供給工程（Ｓ８０４））
炉内圧力・温度調整工程Ｓ８０３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、駆動機構２６７は、シャフト２５５を回転させ、載置台２１０上のボート２１７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（Ｓ８０４）。さらにこのとき、処理室２０１内の圧力は１０～１０２０００Ｐａの範囲となる所定の値であって、例えば１０１３００～１０１６５０Ｐａとなるように調整される。なお、シャフトは基板搬入工程Ｓ４０２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。

【0055】

不活性ガスとしては、窒素（Ｎ_２）ガスの他、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス等の希ガスを用いることができる。

【0056】

（予備加熱工程（Ｓ８０５））
続いて、処理室２０１内を所定の圧力になると、マイクロ波発振器６５５は上述した各部を介して処理室２０１内にマイクロ波が供給する。マイクロ波出力は、後述する改質工程におけるマイクロ波の出力よりも小さく、マイクロ波供給のＯＮ時間と、ＯＮ時間よりも短いＯＦＦ時間とを所定回数または所定時間繰り返して、ウエハ２００を加熱する予備加熱処理を行う。これにより、ウエハの温度上昇を緩やかにすることで、ウエハの反りや割れを防止できる。

【0057】

（改質工程（Ｓ８０６））
処理室２０１内を所定の圧力となるように維持しながら、マイクロ波発振器６５５は上述した各部を介して処理室２０１内にマイクロ波を供給してウエハ２００を処理する（改質処理を行う）。マイクロ波は、熱伝導する前にマイクロ波の供給をＯＦＦ、昇温および加熱（熱平衡）を保つためにマイクロ波の供給をＯＮ、を繰り返すマイクロ波パルス照射が行われる。言い換えると、温度上昇速度を抑制させ、内部熱伝導（選択加熱と内部加熱）までの熱平衡を保ちながら加熱を行う。マイクロ波の連続照射時間が長いとジュール加熱（熱伝導）による加熱が支配的なるが、マイクロ波パルス照射によって内部熱伝導までに抑えられる。マイクロ波の供給のＯＮ時間とＯＦＦ時間を可変可能であるので、短い周期でＯＮ／ＯＦＦを繰り返することが可能である。これにより、熱平衡状態を保つので加熱選択性の維持が期待できる。熱拡散を抑制するため、好ましくは、ＯＮ時間は、１マイクロ秒オーダーにする。コントローラ１２１は、マイクロ波パルス照射により、処理対象膜ＦＬ１のドーパントを加熱するためにマイクロ波パルス照射をＯＮし、酸化膜ＦＬ２が加熱される前に、すなわち、酸化膜ＦＬ２が加熱されないように、マイクロ波照射をＯＦＦするように、マイクロ波発振器６５５を制御することが可能なように構成されている。

【0058】

例えば、マイクロ波電源の周波数は２．４５ＧＨｚである。例えば、マイクロ波供給のＯＮ時間と、ＯＮ時間よりも長いＯＦＦ時間とを所定回数または所定時間繰り返して、ウエハ２００を加熱する。ここで、好適には、ＯＮ時間は、０．６マイクロ秒超、１０マイクロ秒未満とする。ＯＮ時間が０．６マイクロ秒以下であると加熱が不足してドーパントが活性化されない。ＯＮ時間が１０マイクロ秒以上であると熱伝導により加熱が支配的になる。

【0059】

イオン注入によってドーパントが添加された処理対象膜ＦＬ１としてＰ－ｄｏｐｅｄ－Ｓｉ膜を例にその反応モデルについて図９を用いて説明する。Ｐ－ｄｏｐｅｄ－Ｓｉ膜においては、未結合部（破線円で囲まれたＶの周りのＳｉおよびドーパントとしてのＰは未結合である）だけでなく、同時に双極子ＤＰもできている。マイクロ波（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ）を供給すると、Ｐ－ｄｏｐｅｄ－Ｓｉ膜中に双極子ＤＰがあるためマイクロ波加熱でＰの活性化が可能であり、マイクロ波のエネルギーによって双極子ＤＰが徐々に減少すると共に未結合部分が徐々に補完される。Ｐの活性化により双極子ＤＰが失われるため、同じエネルギーでは加熱ができなくなる。言い換えると、自己制限がかかるため、加熱が不足しているところのみ活性化が継続される。よって、マイクロ波加熱によりＰのみが活性化され、熱伝導による不純物拡散が抑制される。言い換えると、熱拡散が抑制され、酸化膜ＦＬ２を加熱せずに処理対象膜ＦＬ１だけ加熱できる。

【0060】

（基板搬出工程（Ｓ８０７））
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２１７に載置されている加熱（処理）後の１枚のウエハ２００を移載機１２５の高温用のツィーザ１２５ａ－２によって、搬送室２０３に搬出する（Ｓ８０７）。

【0061】

（基板冷却工程（Ｓ８０８））
高温用のツィーザ１２５ａ－２によって搬出された加熱（処理）後の１枚のウエハ２００は、移載装置１２５ｂおよび移載装置エレベータ１２５ｃの連続動作により、冷却室２０４まで移動され、高温用のツィーザ１２５ａ－２によって、冷却室１０８内に、２枚のウエハ２００が載置され、所定時間載置されることで冷却される（Ｓ８０８）。

【0062】

（基板収容工程（Ｓ８０９））
基板冷却工程Ｓ８０８によって冷却された２枚のウエハ２００を、冷却室１０８から取り出し、所定のポッドに搬送する。

【0063】

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。

【0064】

なお、本開示は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、さらに、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は、本開示を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

【0065】

更に、上述した各構成、機能、制御部であるコントローラ等は、それらの一部又は全部を実現するプログラムを作成する例を中心に説明したが、それらの一部又は全部を例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良いことは言うまでもない。すなわち、処理部の全部または一部の機能は、プログラムに代え、例えば、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などの集積回路などにより実現してもよい。

【0066】

上述の態様では、一度に１枚または数枚の基板を処理する枚葉式の基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本開示は上述の態様に限定されず、例えば、一度に複数枚の基板を処理するバッチ式の基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、好適に適用することができる。また、上述の態様では、コールドウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する例について説明した。本開示は上述の態様に限定されず、ホットウォール型の処理炉を有する基板処理装置を用いて膜を形成する場合にも、好適に適用することができる。

【0067】

これらの基板処理装置を用いる場合においても、上述の態様と同様な処理手順、処理条件にて各処理を行うことができ、上述の態様と同様の効果が得られる。

【符号の説明】

【0068】

１００ 基板処理装置
１２１ コントローラ（制御部）
２０１ 処理室
６５５－１、６５５－２ マイクロ波発振器（電磁波発振器）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】