特許 7033651 基板処理装置、半導体装置の製造方法、プログラム、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】

(24)【登録日】2022-03-02

(45)【発行日】2022-03-10

(54)【発明の名称】基板処理装置、半導体装置の製造方法、プログラム、および、基板処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/268 20060101AFI20220303BHJP

   H01L 21/324 20060101ALI20220303BHJP

   H01L 21/20 20060101ALI20220303BHJP

   H01L 21/316 20060101ALI20220303BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20220303BHJP

   H05B 6/68 20060101ALI20220303BHJP

【ＦＩ】

H01L21/268 Z

H01L21/324 T

H01L21/20

H01L21/316 S

H01L21/31 E

H05B6/68 320M

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2020510203

(86)(22)【出願日】2018-03-26

(86)【国際出願番号】 JP2018012175

(87)【国際公開番号】W WO2019186655

(87)【国際公開日】2019-10-03

【審査請求日】2020-07-16

(73)【特許権者】

【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】ポレール特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 伸也

【審査官】桑原 清

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１０３７２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１４９６６３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００９－３０１７６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０６３０９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０５８６５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１３５１６３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／２６８

Ｈ０１Ｌ ２１／３２４

Ｈ０１Ｌ ２１／２０

Ｈ０１Ｌ ２１／３１６

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

Ｈ０５Ｂ ６／６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を処理する処理室と、
前記基板を保持する基板保持部と、
前記処理室内へ冷却ガスを導入するガス導入部と、
前記処理室内へ供給された前記冷却ガスを排気する排気部と、
マイクロ波を発生させる複数のマイクロ波発生器と、
前記基板保持部に保持された前記基板の中央部の温度を測定する第１温度測定部と、エッジ部の温度を測定する第２温度測定部と、を備える温度測定部と、
前記温度測定部により測定された結果が、前記基板の中央部の温度より前記基板のエッジ部の温度が高い場合、前記ガス導入部から導入される前記冷却ガスの供給流量を増加させるとともに、前記基板の中央部の電界強度を前記基板のエッジ部の電界強度より強くなるように、前記複数のマイクロ波発生器の照射位置を変更するように前記複数のマイクロ波発生器のうち少なくとも１つを停止するようにし、前記基板のエッジ部の温度より、前記基板の中央部の温度が高い場合に、前記ガス導入部から導入される前記冷却ガスの供給流量を低下させるとともに、前記基板のエッジ部の電界強度を前記基板の中央部の電界強度より強くなるように、前記複数のマイクロ波発生器の照射位置を変更するように前記複数のマイクロ波発生器のうち少なくとも１つを停止するように前記ガス導入部と前記複数のマイクロ波発生器を制御するよう構成される制御部と、を有する基板処理装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記基板の中央部の温度より前記基板のエッジ部の温度が高い場合に、前記基板のエッジ部の電磁界強度が弱くなるように、前記複数のマイクロ波発生器からの出力を所定の出力値に維持しながら前記複数のマイクロ波発生器のうちの少なくとも１つを停止するように前記複数のマイクロ波発生器を制御するよう構成される請求項１に記載の基板処理装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記基板のエッジ部の温度より、前記基板の中央部の温度が高い場合に、前記測定された基板の中央部の電磁界強度が弱くなるように、前記複数のマイクロ波発生器からの出力を所定の出力値に維持しながら前記複数のマイクロ波発生器のうちの少なくとも１つを停止するように前記複数のマイクロ波発生器を制御するよう構成される請求項１又は２に記載の基板処理装置。

【請求項4】

前記ガス導入部は、前記処理室の上部であって前記基板保持部に保持された前記基板のエッジ部に対応する位置に設けられる請求項１～３のいずれか一項に記載の基板処理装置。

【請求項5】

前記複数のマイクロ波発生器は、前記処理室の側面に設けられる請求項１～４のいずれか一項に記載の基板処理装置。

【請求項6】

基板を処理室に搬入する工程と、
前記基板に複数のマイクロ波発生器により発生させたマイクロ波を照射して前記基板を加熱する工程と、
前記基板の中央部の温度を測定する第１温度測定部と、エッジ部の温度を測定する第２温度測定部とを備える温度測定部により、前記基板の中央部及びエッジ部の温度を測定する工程と、
前記基板の温度測定の結果が、前記基板の中央部の温度より前記基板のエッジ部の温度が高い場合に、前記基板のエッジ部に供給される冷却ガスの供給流量を増加させるとともに、前記基板の中央部の電界強度を前記基板のエッジ部の電界強度より強くなるように、前記複数のマイクロ波発生器の照射位置を変更するように前記複数のマイクロ波発生器のうちの少なくとも１つのマイクロ波発生器を停止させ、前記基板のエッジ部の温度より、前記基板の中央部の温度が高い場合に、前記基板のエッジ部に供給される前記冷却ガスの供給流量を低下させるとともに、前記基板のエッジ部の電界強度を前記基板の中央部の電界強度より強くなるように、前記複数のマイクロ波発生器の照射位置を変更するように前記複数のマイクロ波発生器のうち少なくとも１つのマイクロ波発生器を停止させて、前記基板を改質する工程と、
改質後の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7】

前記改質する工程では、前記基板の中央部の温度より前記基板のエッジ部の温度が高い場合に、前記測定した基板のエッジ部の電磁界強度が弱くなるように、所定の出力値を維持しながら前記複数のマイクロ波発生器のうちの少なくとも１つを停止する請求項６に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項8】

前記改質する工程では、前記基板のエッジ部の温度より、前記基板の中央部の温度が高い場合に、前記測定した基板の中央部の電磁界強度が弱くなるように、所定の出力値を維持しながら前記複数のマイクロ波発生器のうちの少なくとも１つを停止する請求項６又は７に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項9】

基板を基板処理装置の処理室にする手順と、
前記基板に複数のマイクロ波発生器により発生させたマイクロ波を照射して前記基板を加熱する手順と、
前記基板の中央部の温度を測定する第１温度測定部と、エッジ部の温度を測定する第２温度測定部とを備える温度測定部により、前記基板の中央部及びエッジ部の温度を測定する手順と、
前記基板の温度測定の結果が、前記基板の中央部の温度より前記基板のエッジ部の温度が高い場合に、前記基板のエッジ部に供給される冷却ガスの供給流量を増加させるとともに、前記基板の中央部の電界強度を前記基板のエッジ部の電界強度より強くなるように、前記複数のマイクロ波発生器の照射位置を変更するように前記複数のマイクロ波発生器のうちの少なくとも１つのマイクロ波発生器を停止させ、前記基板のエッジ部の温度より、前記基板の中央部の温度が高い場合に、前記基板のエッジ部に供給される前記冷却ガスの供給流量を低下させるとともに、前記基板のエッジ部の電界強度を前記基板の中央部の電界強度より強くなるように、前記複数のマイクロ波発生器の照射位置を変更するように前記複数のマイクロ波発生器のうち少なくとも１つのマイクロ波発生器を停止させて、前記基板を改質する手順と、
改質後の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。

【請求項10】

前記改質する手順では、前記基板の中央部の温度より前記基板のエッジ部の温度が高い場合に、前記測定した基板のエッジ部の電磁界強度が弱くなるように、所定の出力値を維持しながら前記複数のマイクロ波発生器のうちの少なくとも１つを停止する請求項９に記載のプログラム。

【請求項11】

前記改質する手順では、前記基板のエッジ部の温度より、前記基板の中央部の温度が高い場合に、前記測定した基板の中央部の電磁界強度が弱くなるように、所定の出力値を維持しながら前記複数のマイクロ波発生器のうちの少なくとも１つを停止する請求項９又は１０に記載のプログラム。

【請求項12】

基板を処理室に搬入する工程と、
前記基板に複数のマイクロ波発生器により発生させたマイクロ波を照射して前記基板を加熱する工程と、
前記基板の中央部の温度を測定する第１温度測定部と、エッジ部の温度を測定する第２温度測定部とを備える温度測定部により、前記基板の中央部及びエッジ部の温度を測定する工程と、
前記基板の温度測定の結果が、前記基板の中央部の温度より前記基板のエッジ部の温度が高い場合に、前記基板のエッジ部に供給される冷却ガスの供給流量を増加させるとともに、前記基板の中央部の電界強度を前記基板のエッジ部の電界強度より強くなるように、前記複数のマイクロ波発生器の照射位置を変更するように前記複数のマイクロ波発生器のうちの少なくとも１つのマイクロ波発生器を停止させ、前記基板のエッジ部の温度より、前記基板の中央部の温度が高い場合に、前記基板のエッジ部に供給される前記冷却ガスの供給流量を低下させるとともに、前記基板のエッジ部の電界強度を前記基板の中央部の電界強度より強くなるように、前記複数のマイクロ波発生器の照射位置を変更するように前記複数のマイクロ波発生器のうち少なくとも１つのマイクロ波発生器を停止させて、前記基板を改質する工程と、
改質後の前記基板を前記処理室から搬出する工程と、
を有する基板処理方法。

【請求項13】

前記改質する工程では、前記基板の中央部の温度より前記基板のエッジ部の温度が高い場合に、前記測定した基板のエッジ部の電磁界強度が弱くなるように、所定の出力値を維持しながら前記複数のマイクロ波発生器のうちの少なくとも１つを停止する請求項１２に記載の基板処理方法。

【請求項14】

前記改質する手順では、前記基板のエッジ部の温度より、前記基板の中央部の温度が高い場合に、前記測定した基板の中央部の電磁界強度が弱くなるように、所定の出力値を維持しながら前記複数のマイクロ波発生器のうちの少なくとも１つを停止する請求項１２又は１３に記載の基板処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板処理装置、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など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】

【文献】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】

従来のマイクロ波を用いた熱処理では、基板を均一に加熱することができず、対象膜の均一な処理ができない場合がある。

【0005】

本発明の目的は、均一な基板処理を行うことが可能となる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、前記基板を保持する基板保持部と、前記処理室内へ冷却ガスを導入するガス導入部と、前記処理室内へ供給された冷却ガスを排気する排気部と、マイクロ波を発生させる複数のマイクロ波発生器と、前記基板保持部に保持された前記基板の中央部とエッジ部の温度を測定する温度測定部と、前記温度測定部により測定された前記基板の中央部及びエッジ部の温度に応じて、前記ガス導入部から導入される前記冷却ガスの供給流量を調整するとともに、前記複数のマイクロ波発生器のうち少なくとも１つを停止するように前記ガス導入部と前記複数のマイクロ波発生器を制御するよう構成される制御部と、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、均一な基板処理を行うことが可能となる技術を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明における一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】本発明における一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の温度測定方法を示す図であり、サセプタの温度を測定する際の図である。

【図3】図１の基板処理装置において、ケースに６つの電磁波導入ポートを設けた場合の電磁波供給部の構成例を示す図である。

【図4】図３のケースの上面図である。

【図5】図３のケースの側面図である。

【図6】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7】本発明における基板処理のフローを示す図である。

【図8】本発明における一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の実施例１における温度制御方法の一例を示す図である。

【図9】本発明における一実施形態で好適に用いられる基板処理装置の実施例２における温度制御方法の一例を示す図である。

【図10】本発明における一実施形態に好適に用いられる基板処理装置の実施例３における制御フローを説明するための図である。

【図11】本発明における一実施形態に用いられるマイクロ波を照射したときの基板と断熱板の温度推移の一例を示す図である。

【図12】本発明における一実施形態に用いられる基板のマイクロ波の吸収率とマイクロ波の反射率の温度依存性を示す図である。

【図13】本発明における一実施形態に用いられる処理サンプルの断面図である。

【図14】本発明における一実施形態に用いられる処理サンプルのシート抵抗値の面内分布のマイクロ波照射口との位置依存性を示す図である。

【図15】本発明における他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16】本発明における他の実施形態で好適に用いられる基板処理装置における処理炉部分を縦断面図で示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。なお、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。

【0010】

＜本発明の一実施形態＞
以下に本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

【0011】

（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いる。本実施の形態において基板処理装置１００は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。

【0012】

（処理室）
図１に示すように、本実施形態に係る基板処理装置１００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（上部容器）としてのケース１０２と、ケース１０２の内部に収容され、垂直方向の上下端部が開放された円筒形状の反応管１０３を有している。反応管１０３は、石英などの電磁波を透過する材料で構成される。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、封止部材（シール部材）としてのＯリング２２０を介して反応管１０３の上端と当接されて反応管１０３の上端を閉塞する。主にケース１０２と反応管１０３、および、キャップフランジ１０４によってシリコンウエハ等の基板を処理する処理容器を構成し、特に反応管１０３の内側空間を処理室２０１として構成している。反応管１０３を設けずに、ケース１０２、キャップフランジ１０４により処理容器を構成するようにしてもよい。その場合、ケース１０２の内部空間が処理室２０１となる。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、ケース１０２と反応管１０３、または、ケース１０２によって処理容器を構成するようにしてもよい。

【0013】

反応管１０３の下方には載置台２１０が設けられており、載置台２１０の上面には、基板としてのウエハ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１０１１ａ、１０１１ｂと、サセプタ１０１１ａ、１０１１ｂを挟み込むように垂直方向上下に載置された断熱板としての石英プレート１０１ａ、１０１ｂとが所定の間隔で保持されている。すなわち、サセプタ１０１ａ、１０１１ｂは、ウエハ２００の外側であって石英プレート１０１ａと石英プレート１０１ｂの内側に載置される。サセプタ１０１１ａ、１０１１ｂは、ウエハ２００を間接的に加熱する機能を有する輻射板または均熱板であり、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誘電体などの材質で形成される。このように構成することによってウエハ２００をより効率的に均一に加熱することが可能となる。本実施形態において、石英プレート１０１ａ、１０１ｂは、同一の部品であり、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と称して説明する。また、サセプタ１０１１ａ、１０１１ｂは、同一の部品であり、以後、特に区別して説明する必要が無い場合には、サセプタ１０１１と称して説明する。

【0014】

載置台２１０の側壁には、載置台２１０の径方向に向かって突出した図示しない突出部が載置台２１０の底面側に設けられる。この突出部が、後述する処理室２０１と搬送空間２０３との間に設けられる仕切り板２０４と接近または接触することで処理室２０１内の雰囲気が搬送空間２０３内へ移動することや、搬送空間２０３内の雰囲気が処理室２０１内へ移動することを抑制させる。

【0015】

上部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。処理容器の下方には、シリコンウエハ等のウエハ２００を搬送する搬送エリア２０３が形成されている。なお、ケース１０２に囲まれた空間、または、反応管１０３に囲まれた空間であって、仕切り板２０４よりも上方の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に囲まれた空間であって、仕切り板よりも下方の空間を搬送空間としての搬送エリア２０３と称する場合もある。なお、処理室２０１と搬送エリア２０３は、本実施例のように垂直方向に隣接させて構成することに限らず、水平方向に隣接させて構成したり、搬送エリア２０３を設けずに処理室２０１のみ有する構成としてもよい。

【0016】

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を介して図示しない基板搬送室との間を移動する。

【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、搬送容器２０２の底部を貫通しており、更には搬送容器２０２の外部で回転、昇降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、昇降させることにより、ボート２１７上に載置されるウエハ２００を回転または昇降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】

載置台２１０は、ウエハ２００の搬送時には、載置台上面が基板搬入搬出口２０６の位置（ウエハ搬送位置）となるよう下降し、ウエハ２００の処理時には図１で示されるように、ウエハ２００が処理室２０１内の処理位置（ウエハ処理位置）まで上昇する。なお、上述したように処理室２０１と搬送エリア２０３を水平方向に隣接させて構成したり、搬送エリア２０３を設けずに処理室２０１のみ有する構成とした場合には、載置台を昇降させる機構を設けずに載置台を回転させる機構のみ設けるようにしてもよい。

【0020】

（排気部）
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。

【0021】

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。

【0022】

主に、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、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。

【0023】

（ガス供給部）
処理室２０１の上部に設けられたキャップフランジ１０４には、ガス導入口（ガス導入部）２２２が設けられており、ガス導入口２２２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が接続されている。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、窒素（Ｎ_２）ガスがＭＦＣ２４１、バルブ２４３を介して、ガス導入口２２２から処理室２０１内へ供給される。

【0024】

本実施態様において、ガス導入口２２２は、ウエハ２００のエッジ部を冷却ガス（例えば、Ｎ_２ガス）により冷却することを可能とするため、キャップフランジ１０４のウエハ２００のエッジ部の上部に対応する箇所に設けられる。これにより、ガス導入口２２２から反応室２０１内へ供給された冷却ガスとしてのＮ_２ガスが、ウエハ２００のエッジ部の近傍に流れ、ウエハ２００のエッジ部の温度を所望の温度へ冷却することが可能となる。ウエハ２００のエッジ部の近傍に流れたＮ_２ガスは、排気口２２１から排出される。なお、ウエハ２００のエッジ部とは、ウエハ２００の外周部または周縁部の部分を意味している。

【0025】

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、上流方向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。

【0026】

主に、ガス供給管２３２、ＭＦＣ２４１、バルブ２４３、ガス導入口２２２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。

【0027】

本実施形態では、ガス供給部を１つ設置した構成例を示したが、それに限定されない。ガス供給部は、１つ以上設置すれば良く、複数設置してもよい。この場合においても、ガス導入口は、キャップフランジ１０４のウエハ２００のエッジ部の上部に対応する箇所に設けられる。また、本実施形態では、ガス導入口２２２を処理室２０１の上部のキャップフランジ１０４に設置した構成例を示したが、それに限定されない。ガス導入口２２２は、処理室２０１の側壁（反応管１０３の側壁）に設けてもよい。

【0028】

（温度センサ）
キャップフランジ１０４には、非接触式の温度測定装置（温度測定部）として温度センサ２６３ａ、２６３ｂが設置されている。温度センサ２６３ａ、２６３ｂ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生器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２６３ａ、２６３ｂ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。

【0029】

温度センサ２６３ａは、断熱板である石英プレート１０１ａの中央部の表面温度、ウエハ２００の中央部の表面温度、または、サセプタ１０１１ａの中央部の表面温度を測定するように設置される。温度センサ２６３ｂは、サセプタ１０１１ａのエッジ部の表面温度を測定するように設置される。サセプタ１０１１ａのエッジ部とは、サセプタ１０１１ａの外周部または周縁部の部分を意味している。

【0030】

発熱体としてサセプタ１０１１ａの中央部とエッジ部の表面温度を温度センサ２６３ａ、２６３ｂにより測定するように構成する。この場合、温度センサ２６３ａ、２６３ｂで検知する波長は、断熱板である石英プレート１０１ａを透過する波長、好ましくは、１．５μｍの波長を利用するのが良い。サセプタ１０１１ａの面内温度はウエハ２００の面内温度とほぼ同等と考えられるため、サセプタ１０１１ａの中央部の表面温度とエッジ部の表面温度を温度センサ２６３ａ、２６３ｂにより測定することにより、ウエハ２００の中央部の表面温度とエッジ部の表面温度を推定することが可能できる。推測されたウエハ２００の中央部の表面温度とエッジ部の表面温度を基に、マイクロ波発生器６５５の出力、すなわち加熱装置の制御、ＭＦＣ２４１の流量調整の制御、バルブ２４３の開閉の制御が行われる。

【0031】

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２６３ａ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。温度センサ２６３ａ、２６３ｂ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、温度センサ２６３として説明する。

【0032】

また、温度センサ２６３ｂを用いて石英プレート１０１ａ、ウエハ２００のエッジ部の表面温度を測定する場合も、上述のように、温度センサ２６３ｂを用いて、石英プレート１０１ａのエッジ部の温度を測定し、ウエハ２００のエッジ部の温度を測定する場合にも、石英プレート１０１ａに測定孔（図示せず）およびサセプタ１０１１ａのエッジ部に測定孔（図示せず）を設け、温度センサ２６３ｂにより、ウエハのエッジ部の表面温度を測定する。

【0033】

図２に示すように、温度センサ２６３ａ、２６３ｂを利用して、サセプタ１０１１ａの中央部の表面温度およびエッジ部の表面温度を測定する。先に述べた様に、温度センサ２６３ａ、２６３ｂの検出する波長を、石英プレート１０１ａを透過する波長（例えば、１．５μｍ）として、それぞれの表面温度を測定する。本実施態様において、サセプタ１０１１ａの中央部の表面温度およびエッジ部の表面温度の温度測定は、後述される基板処理工程（改質工程）において利用される。石英プレート１０１ａの中央部の表面温度およびエッジ部の表面温度を測定する必要がある場合には、温度センサ２６３ａ、２６３ｂの検出する波長を、石英プレート１０１ａを透過しない波長として、それぞれの表面温度を測定することも可能である。

【0034】

なお、ウエハ２００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、サーモグラフィや熱電対を用いて温度測定を行ってもよいし、サーモグラフィ、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生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。

【0035】

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２６３ａ、２６３ｂは２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。

【0036】

（電磁波供給部）
図３は、図面の複雑さを避けるため、マイクロ波発生器６５５の図示は省略されている。

【0037】

次に、図１および図３を用いて、電磁波供給部の構成を説明する。本実施形態においては、図３に示すように、電磁波供給部を６つ有する構造を例示して説明する。なお、図１において、便宜的に、側面から確認できる電磁波導入ポート６５３－１、６５３－４、導波管６５４－１、６５４－４、マイクロ波発生器６５５－１、６５５－４が例示的に示されている。電磁波導入ポートは、電磁波導入口と見做すことも可能である。

【0038】

図３に示すように、ケース１０２の１つの側壁には６つの電磁波導入ポート（第１導入ポート６５３－１、第２導入ポート６５３－２、第３導入ポート６５３－３、第４導入ポート６５３－４、第５導入ポート６５３－５、第６導入ポート６５３－６）が設置されている。第１導入ポート６５３－１～第６導入ポート６５３－６のそれぞれには処理室２０１内に電磁波を供給するための６つの導波管（第１導波管６５４－１、第２導波管６５４－２、第３導波管６５４－３、第４導波管６５４－４、第５導波管６５４－５、第６導波管６５４－６）のそれぞれの一端が接続されている。第１導波管６５４－１～第６導波管６５４－６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６つのマイクロ波発生器（第１マイクロ波発生器６５５－１、第２マイクロ波発生器６５５－２、第３マイクロ波発生器６５５－３、第４マイクロ波発生器６５５－４、第５マイクロ波発生器６５５－５、第６マイクロ波発生器６５５－６）が接続されている。マイクロ波発生器を電磁波源（マイクロ波源）と称してもよい。なお、図４、図５には図示されていないが、前述したように、第４導波管６５４－４、第５導波管６５４－５のそれぞれの他端には、第４マイクロ波発生器６５５－４、第５マイクロ波発生器６５５－５が接続されている。

【0039】

図３、図４、図５に示されるように、ウエハ２００は、この例では、ケース１０２のほぼ中央部分、すなわち、図４の側面図において、電磁波導入ポート６５３－３と６５３－６の間の高さ位置に配置され、また、図５の上面図において、ケース１０２のほぼ中央部分に配置される。これにより、６つの電磁波導入ポートから供給されるマイクロ波は、ウエハ２００の上面及び下面または全体に、ほぼ均等に照射可能にされている。

【0040】

なお、図３には、６つの電磁波導入ポートを設けた電磁波供給部の一例を示したが、電磁波導入ポートは４つとしても良い。この場合、例えば、電磁波導入ポート６５３－２、６５３－５及びそれに関連する導波管６５４－２、６５４－５、マイクロ波発生器６５５－２、６５５－５を削除する。電磁波供給部は、４つの電磁波導入ポート６５４－１、６５４－３、６５４－４、６５４－６、４つの導波管６５４－１、６５４－３、６５４－４、６５４－６、４つのマイクロ波発生器６５５－１、６５５－３、６５５－４、６５５－６により、構成する。このように構成することにより、ケース１０２内または処理室２０１内のウエハ２００に対する４つの電磁波導入ポート６５４－１、６５４－３、６５４－４、６５４－６の距離をほぼ均等にすることで、ウエハ２００に各電磁波導入ポートからのマイクロ波をほぼ均等に作用させることが出来る。

【0041】

各マイクロ波発生器６５５－１～６５５－６はマイクロ波などの電磁波を各導波管６５４－１～６５４－６にそれぞれ供給し、各導波管６５４－１～６５４－６を介して各導入ポート６５３－１～６５３－６から処理室２０１内へ電磁波を供給する。また、各マイクロ波発生器６５５－１～６５５－６には、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６５３－１～６５３－６、導波管６５４－１～６５４－６、マイクロ波発生器６５５－１～６５５－６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、マイクロ波発生器６５５と記載して説明する。

【0042】

マイクロ波発生器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、マイクロ波発生器６５５－１～６５５－６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。

【0043】

また、本実施形態において、マイクロ波発生器６５５は、ケース１０２の側面に６つ配置されるように記載されているが、これに限定されない。また、マイクロ波発生器６５５は、ケース１０２の１側面に設けられているが、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。

【0044】

主に、マイクロ波発生器６５５―１～６５５－６、導波管６５４－１～６５４－６および電磁波導入ポート６５３－１～６５３－６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。

【0045】

マイクロ波発生器６５５－１～６５５－６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生器６５５－１～６５５－６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、マイクロ波発生器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、マイクロ波発生器６５５の電源をオン（ＯＮ）とする時間とオフ（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。

【0046】

ここで、マイクロ波発生器６５５－１～６５５－６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、マイクロ波発生器６５５－１～６５５－６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生器６５５－１～６５５－６が個々に制御されるように構成してもよい。

【0047】

（制御装置）
図６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。

【0048】

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。

【0049】

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、駆動機構２６７、マイクロ波発生器６５５等に接続されている。

【0050】

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（冷却ガス）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生器６５５の出力調整動作、温度センサ２６３に基づくＭＦＣ２４１の流量調整動作およびマイクロ波発生器６５５の出力調整動作、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。

【0051】

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。このコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されるプログラムには、図９、図１０及び図１１で説明されるマイクロ波発生器６５５の出力調整動作の制御に関する記述が含まれる。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。

【0052】

（２）基板処理工程
次に、基板処理装置１００の処理炉を用いた基板処理方法を説明する。ここ説明される基板処理方法では、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、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）工程の一例について図７に示した処理フローに沿って説明する。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。

【0053】

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。

【0054】

（基板搬入工程（Ｓ４０１））
図１に示されているように、所定枚数のウエハ２００がボート２１７に移載されると、駆動機構２６７は、載置台２１０を上昇させることでボート２１７を反応管１０３内側の処理室２０１に搬入（ボートローディング）する（Ｓ４０１）。

【0055】

（炉内圧力（Ｓ４０２））
処理室２０１内へのボート２１７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。

【0056】

（不活性ガス供給工程（Ｓ４０３））
炉内圧力Ｓ４０２によって処理室２０１内の圧力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（Ｓ４０３）。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Ｓ４０１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。また、本工程は炉内圧力調整方法として炉内圧力Ｓ４０２と同時に実施されてもよい。

【0057】

（改質工程（Ｓ４０４））
処理室２０１内を所定の圧力となるように維持すると、マイクロ波発生器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する。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が効率よくマイクロ波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、マイクロ波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。このような基板処理の温度帯を維持するために、改質処理（アニール処理）中に冷却処理を行うことが好ましい。

【0058】

例えば、電磁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オン／オフ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。

【0059】

本実施形態において、特に、マイクロ波の照射初期のウエハ２００の昇温時において、ウエハ２００が反ることを防止するため、以下の１）、または、２）、または、１）および２）の組み合わせを実施する。

【0060】

１）ウエハ２００にマイクロ波発生器６５５からマイクロ波の供給を開始するとともに、ガス供給部のガス導入口２２２から反応室２０１へ冷却ガスの供給を開始し、ウエハ２００の中央部及びエッジ部の温度を温度センサ２６３ａ、２６３ｂにより測定する。ウエハ２００の中央部よりウエハ２００のエッジ部の温度が高い場合、ウエハ２００のエッジ部の温度が低くなるように、（I）ガス供給部のガス導入口２２２から反応室２０１へ供給されている冷却ガスの供給流量を増加させる共に、(II)ウエハ２００に対する電磁界強度が所定の電磁界強度となるように（ウエハ２００のエッジ部の電磁界強度が弱くなるように）、複数のマイクロ波発生器（第１マイクロ波発生器６５５－１、第２マイクロ波発生器６５５－２、第３マイクロ波発生器６５５－３、第４マイクロ波発生器６５５－４、第５マイクロ波発生器６５５－５、第６マイクロ波発生器６５５－６）のうち少なくとも１つのマイクロ波発生器からのマイクロ波の発生を停止する。

【0061】

２）ウエハ２００にマイクロ波発生器６５５からマイクロ波の供給を開始するとともに、ガス供給部のガス導入口２２２から反応室２０１へ冷却ガスの供給を開始し、温度センサ２６３ａ、２６３ｂにより、ウエハ２００の中央部及びエッジ部の温度を測定する。ウエハ２００のエッジ部よりウエハ２００の中央部の温度が高い場合、ウエハ２００の中央部の温度が低くなるように、（I）ガス供給部のガス導入口２２２から反応室２０１へ供給されている冷却ガスの供給流量を減少ないし低下させると共に、(II)ウエハ２００に対する電磁界強度が所定の電磁界強度となるように（ウエハ２００の中央部の電磁界強度が弱くなるように）、複数のマイクロ波発生器（第１マイクロ波発生器６５５－１、第２マイクロ波発生器６５５－２、第３マイクロ波発生器６５５－３、第４マイクロ波発生器６５５－４、第５マイクロ波発生器６５５－５、第６マイクロ波発生器６５５－６）のうち少なくとも１つのマイクロ波発生器からのマイクロ波の発生を停止する。

【0062】

つまり、改質工程（Ｓ４０４）中において、ウエハ２００（断熱板１０１ａまたはサセプタ１０１１ａ）の温度を温度センサ２６３ａ、２６３ｂにより測定する。測定の結果、ウエハ２００の中央部の温度よりウエハ２００のエッジ部の温度が高い場合、ガス供給部から供給されている冷却ガス（例えばＮ_２ガス）の供給流量を調整（供給流量を増加）するとともに、基板２００のエッジ部の温度が低下するように、複数のマイクロ波発生器からのマイクロ波の合計出力を所定の出力値に維持しながら、複数のマイクロ波発生器（第１マイクロ波発生器６５５－１、第２マイクロ波発生器６５５－２、第３マイクロ波発生器６５５－３、第４マイクロ波発生器６５５－４、第５マイクロ波発生器６５５－５、第６マイクロ波発生器６５５－６）のうちの少なくとも１つを停止して、ウエハ２００へマイクロ波を供給する。例えば、第５マイクロ波発生器６５５－５を停止し、第１マイクロ波発生器６５５－１、第２マイクロ波発生器６５５－２、第３マイクロ波発生器６５５－３、第４マイクロ波発生器６５５－４、および、第６マイクロ波発生器６５５－６から、ウエハ２００へマイクロ波を供給する。

【0063】

また、改質工程中に、ウエハ２００（断熱板１０１ａまたはサセプタ１０１１ａ）の温度を温度センサ２６３ａ、２６３ｂにより測定し、ウエハ２００のエッジ部の温度よりウエハ２００の中央部の温度が高い場合に、ガス供給部から供給されている冷却ガス（例えばＮ_２ガス）の供給流量を調整（供給流量を低下）するとともに、ウエハ２００の中央部の温度が低下するように、複数のマイクロ波発生器からのマイクロ波の合計出力を所定の出力値に維持しながら、複数のマイクロ波発生器（第１マイクロ波発生器６５５－１、第２マイクロ波発生器６５５－２、第３マイクロ波発生器６５５－３、第４マイクロ波発生器６５５－４、第５マイクロ波発生器６５５－５、第６マイクロ波発生器６５５－６）のうちの少なくとも１つを停止して、ウエハ２００へマイクロ波を供給する。例えば、第２マイクロ波発生器６５５－２を停止し、第１マイクロ波発生器６５５－１、第３マイクロ波発生器６５５－３、第４マイクロ波発生器６５５－４、第５マイクロ波発生器６５５－５、および、第６マイクロ波発生器６５５－６から、ウエハ２００へマイクロ波を供給する。

【0064】

これにより、マイクロ波照射の初期に発生するウエハ２００の反りを防止することができるとともに、ウエハ２００の面内の温度を均一にすることができるので、均一な基板処理を行うことが可能となる。

【0065】

以上のようにマイクロ波発生器６５５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。すなわち、ウエハ２００を均一に改質することが可能となる。

【0066】

なお、ウエハ２００の測定温度が上述した閾値を超えて高くまたは低くなった場合、マイクロ波発生器６５５をオフとするのではなく、マイクロ波発生器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生器６５５の出力を高くするように制御される。

【0067】

予め設定された処理時間が経過すると、ボート２１７の回転、ガスの供給、マイクロ波の供給および排気管の排気が停止する。そして、ウエハ２００の温度が所定の温度になるまで、ウエハ２００が冷却される。

【0068】

（搬出工程（Ｓ４０５））
処理室２０１内の圧力を大気圧復帰させた後に、駆動機構２６７は載置台２１０を下降させることにより、炉口を開口するとともに、ボート２１７を搬送空間２０３に搬出（ボートアンローディング）する。その後ボートに載置されているウエハ２００を搬送空間２３の外部に位置する搬送室に搬出する（Ｓ４０５）。

【0069】

以上の動作が繰り返されることにより、ウエハ２００が改質処理されることとなる。

【0070】

（３）温度制御方法
以下に、改質工程Ｓ４０４における温度制御方法について、図面を用いて説明する。以下の説明において、マイクロ波発生器６５５の出力（ＰＯＷＥＲ）とは、ケース１０２内または処理室２０１内に照射されるマイクロ波の入力電力を意味する。また、図１および図３に示されるように、複数のマイクロ波発生器６５５－１～６５５－６が設けられる場合、特に記載がない場合、マイクロ波発生器６５５の出力とは、複数のマイクロ波発生器６５５－１～６５５－６から照射される各マイクロ波の出力の合計を意味する。

【実施例1】

【0071】

実施例１について、図８を用いて説明する。実施例１では、改質工程（Ｓ４０４）の昇温期間において、複数のマイクロ波発生器６５５－１～６６５－６からのマイクロ波の照射位置の最適化による電磁界分布の変更により、ウエハ２００反り量を低減する構成例を説明する。

【0072】

図９は、図８と同様に、基板処理工程として、基板搬入工程（Ｓ４０１）と、不活性ガス供給工程（Ｓ４０３）と、改質工程（Ｓ４０４）と、基板搬出工程（Ｓ４０５）と、が代表的に例示されている。また、改質工程（Ｓ４０４）は、例えば、昇温期間と、改質期間と、冷却期間と、とに分けられている。

【0073】

反応室２０１内へ供給されるマイクロ波発生器６５５の出力（ＰＯＷＥＲ）は、改質工程（Ｓ４０４）の昇温期間および改質期間では、１０ｋＷとされており、それ以外の基板搬入工程（Ｓ４０１）、不活性ガス供給工程（Ｓ４０３）、改質工程（Ｓ４０４）の冷却期間、基板搬出工程（Ｓ４０５）では、マイクロ波発生器６５５の出力（ＰＯＷＥＲ）は０ｋＷである。

【0074】

改質工程（Ｓ４０４）の昇温期間において、複数のマイクロ波発生器６５５－１～６５５－６の内、1つのマイクロ波発生器６５５－５からのマイクロ波の発生が停止（０ｋＷ）され、残りの５つのマイクロ波発生器（６５５－１、６５５－２、６５５－３、６５５－４、６５５－６）からマイクロ波が発生されている。各マイクロ波発生器（６５５－１、６５５－２、６５５－３、６５５－４、６５５－６）は、各々２ｋＷのマイクロ波を発生しており、その合計出力（ＰＯＷＥＲ）は１０ｋＷである。

【0075】

一方、改質工程（Ｓ４０４）の改質期間において、複数のマイクロ波発生器６５５－１～６５５－６の内、1つのマイクロ波発生器６５５－６からのマイクロ波の発生が停止（０ｋＷ）され、残りの５つのマイクロ波発生器（６５５－１、６５５－２、６５５－３、６５５－４、６５５－５）からマイクロ波が発生されている。各マイクロ波発生器（６５５－１、６５５－２、６５５－３、６５５－４、６５５－５）は、各々２ｋＷのマイクロ波を発生しており、その合計出力（ＰＯＷＥＲ）は１０ｋＷである。

【0076】

このように、改質工程（Ｓ４０４）の昇温期間において、マイクロ波の照射位置の最適化によって、反応室２０１内の電磁界分布を適切に変更しすることで、改質工程（Ｓ４０４）の昇温期間におけるウエハ２００の反り量を低減することが出来る。これにより、ウエハ２００の面内温度を均一にすることができるので、均一な基板処理を行うことが可能となる。

【実施例2】

【0077】

実施例２について、図９を用いて説明する。実施例２では、改質工程（Ｓ４０４）の昇温期間において、ウエハ２００のエッジ部または外周部への冷却ガス（Ｎ２ガス）の供給と複数のマイクロ波発生器６５５－１～６６５－６からのマイクロ波の照射位置の最適化による電磁界分布の変更とを、ウエハ２００のエッジ部および中央部の計測温度に基づいて適切に調整する。

【0078】

図９に示されるように、改質工程（Ｓ４０４）の昇温期間において、不活性ガスの供給流量を３０ｓｌｍとし、ウエハ２００の回転数を５．０ｒｐｍとし、複数のマイクロ波発生器６５５－１～６５５－６の内、1つのマイクロ波発生器６５５－５からのマイクロ波の発生が停止（０ｋＷ）され、残りの５つのマイクロ波発生器（６５５－１、６５５－２、６５５－３、６５５－４、６５５－６）からマイクロ波が発生されている。

【0079】

一方、改質工程（Ｓ４０４）の改質期間において、不活性ガスの供給流量を５ｓｌｍとし、ウエハ２００の回転数を２．５ｒｐｍとし、複数のマイクロ波発生器６５５－１～６５５－６の内、1つのマイクロ波発生器６５５－６からのマイクロ波の発生が停止（０ｋＷ）され、残りの５つのマイクロ波発生器（６５５－１、６５５－２、６５５－３、６５５－４、６５５－５）からマイクロ波が発生されている。

【実施例3】

【0080】

実施例３について、図１０を用いて説明する。図１０は、改質工程（Ｓ４０４）での制御フローを示している。この制御フローが開始（スタート）されると、反応室２０１内へのマイクロ波の供給と、ガス導入口２２２から反応室２０１内への冷却ガスの供給とが開始される（Ｓ９０）。マイクロ波は、マイクロ波発生器６５５－１～６５５－５から発生（ＯＮ）された状態であり、マイクロ波発生器６５５－６は停止している。この時、冷却ガスとしての不活性ガスの供給流量は３０ｓｌｍであり、ウエハ２００の回転数は５．０ｒｐｍである。

【0081】

次に、サセプタ１０１１ａの中心部の温度（Ｔｃ）およびサセプタ１０１１ａのエッジ部の温度（Ｔｅ）が図２（Ｃ）で説明された様に、温度センサ２６３ａ、２６３ｂによって検出される（Ｓ９１）。

【0082】

Ｓ９１の後、サセプタ１０１１ａの中心部の温度（Ｔｃ）がサセプタ１０１１ａのエッジ部の温度（Ｔｅ）より低い（Ｔｃ＜Ｔｅ）か否の判断が行われる（Ｓ９２）。サセプタ１０１１ａの中心部の温度（Ｔｃ）がサセプタ１０１１ａのエッジ部の温度（Ｔｅ）より低い（Ｔｃ＜Ｔｅ）場合（Ｙ）、Ｓ９３へ移行する。一方、サセプタ１０１１ａの中心部の温度（Ｔｃ）がサセプタ１０１１ａのエッジ部の温度（Ｔｅ）より高い（Ｔｃ＞Ｔｅ）場合（Ｎ）、Ｓ９４へ移行する。

【0083】

Ｓ９３では、サセプタ１０１１ａの中心部の温度（Ｔｃ）がサセプタ１０１１ａのエッジ部の温度（Ｔｅ）より低い（Ｔｃ＜Ｔｅ）ので、同様に、ウエハ２００の中心部の温度がウエハ２００のエッジ部の温度より低いと考えられる。また、ウエハ２００の中心部の電界強度がウエハ２００のエッジ部の電界強度より弱いと考えられる。このため、ウエハ２００のエッジ部をさらに冷却し、ウエハ２００の面内温度を均一化する必要がある。また、ウエハ２００の中心部の電界強度をウエハ２００のエッジ部の電界強度より強くするような制御も必要である。よって、冷却ガス供給流量を調整する（増加させる）とともに、例えば、第５マイクロ波発生器６５５－５を停止し、第６マイクロ波発生器６５５－６を動作（ＯＮ）させる（６５５－１～６５５－４、６５５－６：ＯＮ）。

【0084】

一方、Ｓ９４では、サセプタ１０１１ａの中心部の温度（Ｔｃ）がサセプタ１０１１ａのエッジ部の温度（Ｔｅ）より高い（Ｔｃ＞Ｔｅ）ので、同様に、ウエハ２００の中心部の温度がウエハ２００のエッジ部の温度より高いと考えられる。また、ウエハ２００の中心部の電界強度がウエハ２００のエッジ部の電界強度より強いと考えられる。このため、ウエハ２００のエッジ部の冷却を低減し、ウエハ２００の面内温度を均一化する必要がある。また、ウエハ２００の中心部の電界強度をウエハ２００のエッジ部の電界強度より弱くするような制御も必要である。よって、冷却ガス供給流量を調整する（低下させる）とともに、例えば、第２マイクロ波発生器６５５－２を停止し、第６マイクロ波発生器６５５－６を動作（ＯＮ）させる（６５５－１，６５５－３～６５５－６：ＯＮ）。

【0085】

次に、サセプタ１０１１ａの中心部の温度（Ｔｃ）を検出し、検出された温度が改質期間におけるウエハ２００の最適な温度範囲内（Ｔａ１＜Ｔｃ＜Ｔａ２）か否かを判断する（Ｓ９５）。サセプタ１０１１ａの中心部の温度（Ｔｃ）が改質期間におけるウエハ２００の最適な温度範囲内（Ｔａ１＜Ｔｃ＜Ｔａ２）であれば（Ｙ）、Ｓ９６へ移行する。一方、サセプタ１０１１ａの中心部の温度（Ｔｃ）が改質期間におけるウエハ２００の最適な温度範囲内（Ｔａ１＜Ｔｃ＜Ｔａ２）でなければ（Ｎ）、再度、Ｓ９１へ遷移し、Ｓ９２，Ｓ９３，Ｓ９４およびＳ９５が繰り返し実施される。

【0086】

Ｓ９６では、予め設定された処理時間が経過したか否かを判断し、予め設定された処理時間が経過していれば（Ｙ）、図１１の改質工程の制御フローは終了する。一方、予め設定された処理時間が経過していなければ（Ｎ）、再度、Ｓ９１へ遷移し、Ｓ９２、Ｓ９３、Ｓ９４、Ｓ９５、Ｓ９６が繰り返し実施される。

【0087】

以上により、改質工程（Ｓ４０４）において、ウエハ２００のエッジ部および中央部の計測温度に基づいて、冷却ガスの供給流量の調整及びマイクロ波の照射位置の最適化による反応室２０１内の電磁界分布を適切に調整することで、改質工程（Ｓ４０４）におけるウエハ２００の反り量を低減することが出来る。これにより、ウエハ２００の面内温度を均一にすることができるので、均一な基板処理を行うことが可能となる。

【0088】

（実験例および考察例）
図１１は、マイクロ波を照射したときの基板と断熱板の温度推移の一例を示す図である。基板としてリンがドープされた直径３００ｍｍのシリコン基板(以下、ウエハ２００とも言う)、サセプタ１０１１ａとして直径３００ｍｍのシリコン基板、断熱板１０１ａとして透明石英を反応室２０１に設置し、マイクロ波を１０ｋＷで、３００秒間照射したときのウエハ２００と断熱板１０１ａの温度推移である。

【0089】

図１１は、ウエハ２００と断熱板１０１ａの温度はその中心部を測定したものである。図１１に示すように、積層膜のないウエハ２００においても、マイクロ波を照射すると、所定の温度まで加熱される。

【0090】

マイクロ波出力を１０ｋＷで基板処理を行うと、ウエハ２００の温度が安定するまでに１２０秒程度時間がかかり、その後、８００°Ｃ付近で、ウエハ２００の温度が安定する。

【0091】

透明石英の断熱板１０１ａは、マイクロ波に作用しにくく、サセプタ１０１１ａからの輻射によって加熱されるため、断熱板１０１ａの温度は３００秒で３５０°Ｃに達するものの、断熱板１０１ａの温度が安定するにはもう少し時間がかかる。

【0092】

ウエハ２００の温度が上昇しているマイクロ波照射の初期（３０秒）では、ウエハ２００に反りが発生し、ウエハ２００の温度が８００°Ｃ付近の温度安定領域（１５０秒）では、ウエハ２００の反りが低減し、マイクロ波の照射前（０秒）とほぼ同じ様子である。

【0093】

ウエハ２００の反りは、マイクロ波の照射開始から約６０秒間発生し、その後、反り量は小さくなる。

【0094】

このように、ウエハ２００に所定の高いマイクロ波出力（ＰＯＷＥＲ）を照射した場合、ウエハ２００の基板温度が上昇しているマイクロ波照射の初期（３０秒）において、ウエハ２００に反りが発生する。この傾向は、ウエハ２００の上に、マイクロ波に作用しやすい材料や膜があった場合でも同じである。ただし、この場合、材料や膜がマイクロ波に作用しやすい分だけ、ウエハ２００よりも材料や膜の温度が高くなり、低いマイクロ波出力（ＰＯＷＥＲ）でも所望の温度を得やすい。

【0095】

図１２は、シリコン基板のマイクロ波の吸収率とマイクロ波の反射率の温度依存性を示す図である。マイクロ波の吸収率と反射率は、自由空間法により測定した。マイクロ波は、周波数８．２ＧＨｚと周波数１２．４ＧＨｚの場合を測定した。

【0096】

周波数８．２ＧＨｚと１２．４ＧＨｚのウエハ２００の吸収率は、室温付近で、４０％以上であるが、ウエハ２００の温度が高くなるにつれ吸収率は低下し、ウエハ２００の温度が６００°Ｃより高い温度では吸収率は約１３％となる。

【0097】

反射率は、低温領域（室温～２００°Ｃ）では、２０～５０％ぐらいであるが、ウエハ２００の温度が４００°Ｃ以上では、約８０％となる。

【0098】

ウエハ２００の温度が上昇しているマイクロ波照射の初期（３０秒）におけるウエハ２００の温度は、マイクロ波を吸収しやすい室温～４００°Ｃぐらいになる。

【0099】

ウエハ２００の反りが発生するマイクロ波照射開始６０秒の間のウエハ２００の中心部の温度は、２５°Ｃ～７４０°Ｃぐらいであり、ウエハ２００の昇温の過程で、マイクロ波を吸収しやすい２５°Ｃ～４００°Ｃの温度帯も含まれる。

【0100】

一般的に、ウエハ２００の中央部の温度Ｔｃとウエハ２００の外周部（エッジ部）の温度Ｔｅの温度差が「中央部の温度Ｔｃ＜外周部の温度Ｔｅ」であれば、ウエハ２００は鞍型に反る。また、ウエハ２００の温度差が「中央部の温度Ｔｃ＞外周部の温度Ｔｅ」であれば、ウエハ２００はドーム型に反る。ウエハ２００が５ｍｍ－１０ｍｍ反るには、ウエハ２００の温度が約３００°Ｃ～５００°Ｃのときは、ウエハ２００の面内の温度差が約４５°Ｃ～８５°Ｃ必要になる。

【0101】

以上を考慮すると、ウエハ２００に反りが発生するメカニズムは、以下の通りと考えられる。

【0102】

マイクロ波出力が１０ｋＷと比較的高出力でマイクロ波を照射した場合、マイクロ波出力照射開始から６０秒までのウエハ２００の昇温時の温度帯は、比較的ウエハ２００がマイクロ波を吸収しやすい温度帯である。したがって、マイクロ波の少しの照射むらでも、ウエハ２００の面内温度差が大きくなりやすい状態にある。

【0103】

ウエハ２００の温度分布は、ウエハ２００の中央部の温度Ｔｃとウエハ２００の外周部（エッジ部）の温度Ｔｅの温度差が、「中央部の温度Ｔｃ＜外周部の温度Ｔｅ」であり、その温度差が約４５°Ｃ～８５°Ｃとなり、ウエハ２００が鞍型に反るものと考えられる。ウエハ２００の面内温度差が大きくなると、ウエハ２００がさらに大きく反るため、ウエハ２００がサセプタ１０１１ａと衝突する虞がある。

【0104】

図１３に示される処理サンプルは、シリコン（Ｓｉ）基板（Ｓｉ－Ｓｕｂ）と、Ｓｉ基板上に形成された熱酸化膜ＳｉＯ_２と、この熱酸化膜ＳｉＯ_２上に形成されたリンを含むシリコン膜（Ｐ－ｄｏｐｅｄ Ｓｉ膜）を有する。熱酸化膜ＳｉＯ_２の膜厚は、約１０００Å程度である。この熱酸化膜ＳｉＯ_２は、例えば、抵抗加熱ヒータを備えた縦型基板処理装置において、９００℃酸素雰囲気でＳｉ基板の表面に酸素Ｏを拡散させ形成したＳｉ酸化膜である。Ｐ－ｄｏｐｅｄ Ｓｉ膜は、その膜厚が約３０００Åであり、リン（Ｐ）濃度は、１ｅ^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である。このＰ－ｄｏｐｅｄ Ｓｉ膜は、例えば、抵抗加熱ヒータを備えた縦型基板処理装置において、反応室温度５００～６５０℃で減圧下の反応室内にＳｉＨ₄（モノシラン：Ｍｏｎｏｓｉｌａｎｅ）とＰＨ₃（フォスフィン：Ｐｈｏｓｐｈｉｎｅ）を導入し、予め反応室内に搬送固定しておいた基板上に堆積・成膜し形成される。

【0105】

図１３の処理サンプルに、マイクロ波照射を行うと、非晶質のＰ－ｄｏｐｅｄ Ｓｉ膜は結晶化する。ただし、マイクロ波の照射時間が適度に中途半端であると処理むらが発生する。これは、マイクロ波処理したものの処理時間が十分でなかったため、結晶化できた箇所と結晶化が不十分な箇所が存在し、処理むらが同心円状の干渉縞となって表れる。

【0106】

反応室２０１内にマイクロ波を照射すると、マイクロ波発生器の周波数、反応室２０１の寸法、反応室２０１内の材料(ウエハ２００、サセプタ１０１１ａ、断熱板１０１ａ等）等をパラメータとした固有の電磁界分布が反応室２０１内に形成される。この電磁界分布は、材料の温度にも依存する。

【0107】

このような電磁界分布が存在する中で、ウエハ２００は回転しているので、電磁界の強弱がウエハ２００上には同心円状の４～５個の輪模様となって表れる。マイクロ波の照射によって、特定箇所だけが作用して加熱されるが、時間を延ばして十分な処理時間を確保できた場合は、ウエハ２００全体に熱が伝導し、ウエハ２００全体において結晶化が完了する。

【0108】

つまり、処理時間が不十分であれば、その処理むらからどのような電磁界分布になっているか検証する手掛かりになることを意味する。

【0109】

この処理むらは、シート抵抗値（Ｒｓ）を測定することで数値化できる。四探針法により測定したシート抵抗値（Ｒｓ）は、一様の厚さを持つ薄い膜やフィルム状物質の電気抵抗を表す量の一つで、物質や材料の電気の通し難さを表す。結晶化・活性化していれば電気が流れやすいため、シート抵抗値（Ｒｓ）は小さくなり、非晶質であれば大きくなる。
非晶質のＰ-Ｄｏｐｅｄ Ｓｉ膜は熱アニールによって５５０°Ｃ付近以上で結晶化・活性化することが知られている。したがって、非晶質Ｐ-Ｄｏｐｅｄ Ｓｉ膜のウエハ２００全面のシート抵抗値（Ｒｓ）のマップデータを取得することで、５５０°Ｃ付近での反応室２０１内の電磁界分布を把握することができる。

【0110】

図１４は、シート抵抗値（Ｒｓ）の面内分布のマイクロ波照射口との位置依存性を示す図である。図１３の構造の非晶質Ｐ-Ｄｏｐｅｄ Ｓｉ膜を含むウエハ２００に、マイクロ波照射（４ｋＷで３００秒＋９ｋＷで４５秒）を行うと非晶質のＰ-Ｄｏｐｅｄ Ｓｉ膜は一部結晶化するものの処理むらが発生する。

【0111】

反応室２０１におけるマイクロ波の照射口は、図３のようになるが、マイクロ波の照射口の照射位置を変更して、非晶質Ｐ-Ｄｏｐｅｄ Ｓｉ膜を処理したときのシート抵抗値（Ｒｓ）の面内分布の傾向は、図１４のＭＡＰ部分に示されるように、それぞれ異なる。

【0112】

例えば、マイクロ波発生器６５５－２をＯＦＦし、マイクロ波発生器６５５－１、６５５－３～６５５－６を使用したとき、ウエハ２００のシート抵抗値（Ｒｓ）の面内分布は、ウエハ２００の中央付近のシート抵抗値（Ｒｓ）が高い傾向にある。これは、ウエハ２００の中央付近の電磁界分布が弱かったせいであると考えられる。この場合のマイクロ波発生器６５５の照射口の照射位置は、図３において、６５３－１、６５３－３、６５３－４、６５３－５、６５３－６である。図１０のＳ９４は、この構成を利用したものである。

【0113】

同様に、例えば、マイクロ波発生器６５５－５をＯＦＦし、マイクロ波発生器６５５－１～６５５－４、６５５－６を使用したとき、ウエハ２００のシート抵抗値（Ｒｓ）の面内分布は、ウエハ２００の外周付近（エッジ部）のシート抵抗値（Ｒｓ）が高い傾向にある。これは、ウエハ２００の外周部の電磁界分布が弱かったせいであると考えられる。この場合のマイクロ波発生器６５５の照射口の照射位置は、図３において、６５３－１、６５３－２、６５３－３、６５３－４、６５３－６である。図１０のＳ９３は、この構成を利用したものである。

【0114】

同様に、例えば、マイクロ波発生器６５５－６をＯＦＦし、マイクロ波発生器６５５－１～６５５－５を使用したとき、ウエハ２００のシート抵抗値（Ｒｓ）の面内分布は、面内においてほぼ均一であり、ウエハ２００の面内の電磁界分布がほぼ均一であると考えられる。この場合のマイクロ波発生器６５５の照射口の照射位置は、図３において、６５３－１、６５３－２、６５３－３、６５３－４、６５３－５である。図７の改質工程（Ｓ４０４）の昇温期間及び改質期間は、この構成を利用したものである。
（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。

【0115】

１）基板のエッジ部へ冷却ガスを反応室の上部から導入できる位置にガス導入口を設け、冷却ガスを反応室の下部から排気できる位置に排気口を設け、エッジ部分へ冷却ガスを供給し、基板の中央部よりエッジ部の温度を低くする。これにより、基板の面内温度を均一にすることができるので、均一な基板処理を行うことが可能となる。

【0116】

２）マイクロ波を発生する複数のマイクロ波発生器と、このマイクロ波発生器が発生したマイクロ波を基板に照射する複数のマイクロ波照射口とを設け、基板内の電磁界強度がエッジ部よりも中央部が高くなるように複数のマイクロ波発生器のいずれかをOFFして、マイクロ波照射口の位置を変更する。これにより、基板の面内温度を均一にすることができるので、均一な基板処理を行うことが可能となる。

【0117】

３）上記１）および上記２）を組み合わせて行う事により、マイクロ波照射の初期に発生する基板の反りを防止することができるとともに、基板面内の温度を均一にすることができる。

【0118】

４）基板にマイクロ波の供給を開始するとともに冷却ガスの供給を開始し、基板の中央部及びエッジ部の温度を測定し、中央部より流エッジ部の温度が高い場合に、エッジ部の温度が低くなるように、（I）冷却ガスの供給流量を増加すると共に、(II) 基板の電磁界強度が所定の電磁界強度となるように、複数のマイクロ波発生器のうち少なくとも１つを停止する。

【0119】

５）また、基板にマイクロ波の供給を開始するとともに冷却ガスの供給を開始し、基板の中央部及びエッジ部の温度を測定し、エッジ部より中央部の温度が高い場合に、中央部の温度が低くなるように、（I）冷却ガスの供給流量を低下すると共に、(II) 基板の電磁界強度が所定の電磁界強度となるように、複数のマイクロ波発生器のうち少なくとも１つを停止する。

【0120】

６）上記４）および上記５）を組み合わせて実施することにより、マイクロ波照射の初期に発生する基板の反りを防止することができるとともに、基板面内の温度を均一にすることができる。これにより、均一な基板処理を行うことが可能となる。

【0121】

＜本発明の他の実施形態＞
本発明の他の実施形態に係る基板処理装置を、図１５を用いて説明する。図１５に示される基板処理装置１００ａが、図１に示される基板処理装置１００と異なる点は、ガス供給部として、さらに、ガス供給管２３２ａ、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）２４１ａ、開閉弁であるバルブ２４３ａ、およびガス導入口２２２ａが設けられている点と、載置台２１０を囲むように排気口２２１が設けられている点と、である。その他の構成は、図１と同様であるので、説明は省略する。

【0122】

ガス導入口２２２ａは、ガス導入口２２２と同様に、ウエハ２００のエッジ部分へ冷却ガスを供給できるように、キャップフランジ１０４のウエハ２００のエッジ部の上部に対応する箇所に設けられる。反応室２０１の上部に設けられたガス導入口２２２、２２２ａから反応室２０１内へ供給された冷却ガスは、ウエハ２００のエッジ部およびその近傍を通過して、載置台２１０を囲むように設けられた排気口２２１から搬送空間２０３内を経由して、排気管２３１へ排出される。

【0123】

これにより、ガス導入口２２２、２２２ａから供給される冷却ガスの供給流量を多くしても、載置台２１０を囲むように設けられた排気口２２１から速やかに排出することが可能になる。

【0124】

図１６に示すように本実施形態では、垂直方向多段に基板を複数枚保持可能な、いわゆる、縦型バッチ式の基板処理装置として構成している。ボート２１７には、処理対象である垂直方向多段に保持された複数のウエハ２００と、この複数のウエハ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断熱板としての石英プレート１０１ａ、１０１ｂおよび、サセプタ１０１１ａ、１０１１ｂが所定の間隔で保持されている。図１６では、この複数のウエハ２００間に、石英プレート１０１ｃが設けられていない構成例である。他の構成は、図１と同じであり、その説明は省略される。ボート２１７に保持するウエハ２００を３枚として記載しているが、これに限らず、例えば２５枚や５０枚など多数枚のウエハ２００を処理するようにしてもよい。

【0125】

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。

【0126】

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良い。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。

【0127】

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。

【0128】

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。

【0129】

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。

【0130】

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】

【0131】

以上述べたように、本発明によれば、基板の変形または破損を抑制し、均一な基板処理を行うことが可能となる電磁波熱処理技術を提供することができる。

【符号の説明】

【0132】

１０１ａ、１０１ｂ・・・石英プレート（石英板）、
１２１・・・コントローラ（制御部）、
２００・・・ウエハ（基板）、
２０１・・・処理室、
２２１・・・排気口、
２２２・・・ガス導入口、
２６３・・・温度センサ、
６５５・・・マイクロ波発生器。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】