JP2013207058A - 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記録媒体。 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置の製造品質を向上させると共に、製造スループット向上させる。
【解決手段】複数の基板を収納した運搬容器を載置する載置台と、前記基板に対して加熱処理を施す処理室と、前記処理室に隣接され且つ前記載置台との間に設けられ、前記載置台と前記処理室の間で前記基板を搬送する搬送ロボットを有する搬送室と、前記搬送室に設けられ、前記処理室で処理された基板を積層するよう構成する基板載置部と、前記搬送室に設けられ、前記積層された基板を当該基板の側方から冷却ガスを供給する冷却部と、を有する
【選択図】図１

Description

本発明は、基板を加熱処理する基板処理装置、基板処理方法、半導体装置の製造方法および記録媒体に関する。

基板処理装置の一種である半導体装置の製造装置は、少なくとも、基板を収納した基板運搬機としてのキャリア（ＰＯＤ）が載置されるキャリア載置台と、基板を処理する処理室と、キャリア載置台に載置されたキャリア内の基板を処理室までに搬送する搬送手段を備えた搬送室を有する。

基板処理装置においては、処理室にて真空状態で基板を加熱処理している。一方、クリーンルーム内で搬送されるキャリアは大気状態で搬送される。そのため、処理室とキャリア載置台の間に圧力を調整するためのロードロック室を有している。

このような基板処理装置や半導体装置の製造装置では、渋滞から、搬送手段が処理済の基板（以下ウエハと記載）を処理室から搬出し、キャリアに戻す際に、搬送手段及びキャリアに熱ダメージを与えないよう、処理済のウエハが冷却されることがある。ウエハは、処理室やロードロック室などで冷却される。

半導体装置の製造装置においては、上記のようにウエハの品質を向上させることを目的としているが、一方で高いスループットが求められている。
しかしながら、処理済のウエハが冷却される際の冷却場所や、冷却方法によっては、スループットが低下するという問題が有った。

特開２００１−３４５２７９

本発明の目的は、基板の品質を向上させると共に、製造スループット向上させることが可能な基板処理装置及び基板処理方法を提供することである。

本発明の一態様によれば、
複数の基板を収納した運搬容器を載置する載置台と、前記基板に対して加熱処理を施す処理室と、前記処理室に隣接され且つ前記載置台との間に設けられ、前記載置台と前記処理室の間で前記基板を搬送する搬送ロボットを有する搬送室と、前記搬送室に設けられ、前記処理室で処理された基板を積層するよう構成する基板載置部と、前記搬送室に設けられ、前記積層された基板を当該基板の側方から冷却ガスを供給する冷却部と、を有する基板処理装置が提供される。

本発明の更に他の態様によれば、
処理室に基板を搬入するステップと、前記処理室で基板を加熱処理するステップと、前記処理室から加熱処理された基板を搬送室へ搬出するステップと、前記加熱処理された基板を、当該基板の側方へ冷却ガスを供給する冷却部が設けられ複数の基板が載置される基板載置部に搬送するステップと、を有する基板処理方法が提供される。

また本発明の更に他の態様によれば、
処理室に基板を搬入するステップと、前記処理室で基板を加熱処理するステップと、前記処理室から加熱処理された基板を搬送室へ搬出するステップと、前記加熱処理された基板を、当該基板の側方へ冷却ガスを供給する冷却部が設けられ複数の基板が載置される基板載置部に搬送するステップと、を有する半導体装置の製造方法が提供される。

また本発明の更に他の態様によれば、
処理室に基板を搬入するステップと、前記処理室で基板を加熱処理するステップと、前記処理室から加熱処理された基板を搬送室へ搬出するステップと、前記加熱処理された基板を、当該基板の側方へ冷却ガスを供給する冷却部が設けられ複数の基板が載置される基板載置部に搬送するステップと、を有する基板処理方法を実行するためのプログラムが記録された記録媒体が提供される。

本発明に係る基板処理装置および基板処理方法によれば、基板の品質を向上させると共に、製造スループットを向上させることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る基板処理装置の上面構成概略図である。 本発明の一実施形態に係る基板処理装置の側面構成概略図である。 本発明の一実施形態に係る処理炉の構成概略図である。 本発明の一実施形態に係る基板載置台の構成例である。 本発明の一実施形態に係る基板処理シーケンス例である。 本発明の他の実施形態に係る基板処理装置の上面構成概略図である。 本発明の他の実施形態に係る基板冷却室の構成例である。 本発明の更に他の実施形態に係る基板冷却室の構成例である。 本発明の実施形態に係る制御部の構成例である。

（１）＜本発明の一実施形態＞
以下に、本発明の一実施形態について説明する。

[基板処理装置の構成]
まず、本実施形態にかかる基板処理装置の構成例について、図１、図２を用いて説明する。図１、図２は基板処理装置の断面構成図である。基板処理装置は、マイクロ波を用いて基板や基板に形成された膜を加熱処理する装置である。例えば、シリコン等からなる基板２００を処理する装置である。

図１は、基板処理装置１を上面から見たときの構成概略図である。図２は、基板処理装置を側面から見たときの構成概略図である。

図３に示されているように、真空状態などの大気圧未満の圧力（負圧）に耐え得るロードロックチャンバ構造に構成された処理室を備えている。処理炉は、いずれもコールドウォール式の処理炉によって構成されている。

処理室の前側には、大気圧下で用いられる搬送室１２１がゲートバルブ１２８、１２９、１３０を介して連結されている。搬送室１２１には、基板２００を移載する基板移載機１２４が設置されている。基板移載機１２４は搬送室１２１に設置された基板移載機エレベータ１３１によって昇降されるように構成されているとともに、リニアアクチュエーター１３２によって左右方向に往復移動可能なように構成されている。

図１に示すように、搬送室１２１の左側には処理基板の載置台１０６が設置される。また、図２に示すように、搬送室１２１の上部にはクリーンエアを供給するクリーンユニット１１８が設置されている。

図１および図２に示されているように、搬送室１２１の搬送室筐体１２５の前側には、基板２００を搬送室１２１に対して搬入搬出するための基板搬入搬出口１３４と、ポッドオープナ１０８が設置されている。基板搬入搬出口１３４を挟んでポッドオープナ１０８と反対側、即ち搬送室筐体１２５の外側にはロードポート１０５が設置されている。ポッドオープナ１０８は、ポッド１００のキャップ１００ａを開閉すると共に基板搬入搬出口１３４を閉塞可能なクロージャ１４２と、クロージャ１４２を駆動する駆動機構１３６とを備えており、ロードポート１０５に設置されたポッド１００のキャップ１００ａを開閉すること
により、ポッド１００に対する基板２００の出し入れを可能にする。また、ポッド１００は図示しない工程内搬送装置（ＯＨＴ）によって、ロードポート１０５に対して供給および排出されるようになっている。

また、搬送室筐体１２５の後ろ側には、基板２００に後述の処理をする第一処理炉２０１、第二処理炉２０２、第三処理炉２０３が設置されている。

[基板の搬送工程の構成]
以下、前記構成をもつ基板処理装置を使用した基板の搬送工程を説明する。

基板２００は最大２５枚がポッド１００に収納された状態で、処理工程を実施する基板処理装置へ工程内搬送装置によって搬送される。図１および図２に示されているように、搬送されて来たポッド１００はロードポート１０５上に工程内搬送装置から受け渡されて載置される。ポッド１００のキャップ１００ａがポッドオープナ１０８によって取り外され、ポッド１００の基板出し入れ口が開放される。

ポッド１００がポッドオープナ１０８により開放されると、搬送室１２１に設置された基板搬送機１２４は、ポッド１００から基板２００をピックアップして処理室に搬入する。

ここで、処理室内が予め設定された圧力値となると、ゲートバルブ１２８が開かれ、第一処理炉２０１と搬送室筐体１２５とが連通される。続いて、搬送室筐体１２５の基板移載機１２４は、基板２００を処理室に搬入する。その後、ゲートバルブ１２８が閉じられた後、第一処理炉２０１内で圧力調整が行われた後、処理ガスが供給され、基板２００に対して所望の処理が施される。

第一処理炉２０１で基板２００に対する処理が完了した後、予め設定された冷却時間が経過すると、ゲートバルブ１２８が開かれ、基板２００は基板移載機１３１によって、搬送室１２１の基板載置台１０６に置かれる。ここで、基板２００を基板載置台１０６上で冷却する。予め設定された冷却時間が経過すると、基板２００は基板移載機１３１によって、ロードポート１０５に載置された空のポッド１００に基板搬入搬出口１３４を通じて空のポッド１００に収納していく。ここで、ポッド１００のキャップ１００ａは最大２５枚の基板が収納されるまで開けていても良く、空きのポッド１００に収納せずに基板を搬出してきたポッドに戻しても良い。

以上の動作が繰返されることによって２５枚の処理済み基板２００がポッド１００への収納が完了すると、ポッド１００のキャップ１００のキャップ１００ａがポッドオープナ１０８によって閉じられる。閉じられたポッド１００はロードポート１０５の上から次の工程へ工程内搬送装置によって搬送される。

以上の動作は、第一処理炉２０１が使用される場合を例にして説明したが、第二処理炉２０２および第三処理炉２０３が使用される場合についても同様の動作が実施される。

また、全ての処理炉で同じ処理を行っても良いし、各処理炉で別の処理を行っても良い。第一処理炉２０１と第二処理炉２０２で別の処理を行う場合、例えば第一処理炉２０１で基板２００にある処理を行った後、続けて第二処理炉２０２で別の処理を行わせても良い。

また、処理炉は少なくとも処理炉２０１、２０２、２０３のいずれか１箇所の連結が成されていれば良く、処理炉２０２と２０３の２箇所など、処理炉２０１、２０２、２０３の最大３箇所の範囲において可能な組み合わせであればいくつ連結しても良い。

[処理炉の構成]
続いて本発明の実施形態に係る処理炉の構成について、図３に示す処理炉２０１を用いて説明する。

図３は、本発明の実施形態に係る基板処理装置の垂直断面図である。処理炉２０１は、マイクロ波供給部を供え、基板２００を処理する。マイクロ波供給部は、マイクロ波発生部２２０と導波路２２１と導波口２２２とを備える。

本基板処理装置は、各構成部分の動作を制御する制御部３００を備え、制御部３００は、マイクロ波発生部２２０、ゲートバルブ１２８、１２９、１３０、基板移載機１２４、流量制御装置２５４、バルブ２５３、圧力調整バルブ２６３等の各構成部の動作を制御している。

マイクロ波発生部２２０は、例えば、国定周波数マイクロ波又は可変周波数マイクロ波を発生する。マイクロ波発生部２２０としては、例えばマグネトロン等が用いられる。マイクロ波発生部２２０で発生したマイクロ波は、導波路２２１を解して、処理炉２０１に連通する導波口２２２から処理炉２０１内に導入される。

処理炉２０１内に導入されたマイクロ波は、処理炉２０１の壁面に対して反射を繰返す。マイクロ波は処理炉２０１内で様々な方向へ反射し、処理炉２０１内はマイクロ波で満たされる。処理炉２０１内の基板２００に当たったマイクロ波は、基板２００に吸収され、基板２００はマイクロ波により誘電加熱される。

導波口２２２から発射されたマイクロ波は、処理炉２０１の壁面に当たる毎にエネルギーが減衰する。この処理炉の特徴は、高いエネルギーのマイクロ波を基板２００に当てることで、急速加熱することができる。

ここで発明者は、実験的に、反射波が支配的な状態で基板を処理した場合と、基板に直接マイクロ波を照射した場合とを比較すると、後者の方が基板や基板に形成された膜を効率良く加熱することができ、後述する改質の効果を高めることができる知見を得た。

ここで、基板２００に直接マイクロ波を照射する場合、基板２００の面積に比べ、導波口２２２の大きさは小さいため、基板２００の表面に照射されるマイクロ波のエネルギーを基板２００の全面に均一に供給することは容易でなくなる。また、基板２００にマイクロ波を直接照射しても、その全てのエネルギーが基板２００に吸収されるわけではなく、一部が基板表面で反射したり、一部が基板を透過したりする。これが反射波となり処理炉２０１内に定在波が発生する。この定在波によって処理炉内の空間にマイクロ波の電界の強い部分と弱い部分は生じ、これにより基板面内においてよく加熱される部分と、あまり加熱されない部分が生じる。これが基板２００の加熱ムラとなり、膜質の基板面内均一性を悪くする一因となる。

そこで、本実施形態においては、導波口２２２を処理炉２０１の上壁に設け、導波口２２２と基板支持ピン２１３で支持された基板２００の表面との間の距離を供給されるマイクロ波の１波長よりも短い距離としている。本発明では、使用するマイクロ波の周波数を５．８ＧＨｚとし、そのマイクロ波の波長５１．７ｍｍよりも短い距離としている。導波口２２２から１波長よりも短い距離の範囲では、導波口２２２から発射された直接波が支配的であると考えられる。上記のようにすると、基板２００に照射されるマイクロ波は、導波口２２２から直接発射された直接波が支配的となり、処理炉２０１内の定在波の影響を相対的に小さくすることができ、導波口２２２の近辺の基板２００を急速加熱することができる。

ここで、一般に基板２００の温度は、マイクロ波のパワーが小さければ温度が低く、パワーが大きければ温度が高くなる。なお、基板の温度は、処理炉の大きさや形状、マイクロ波の導波口の位置、基板の位置によって変わるが、マイクロ波パワーを大きくすると、基板温度が高くなるという相関関係は崩れない。

処理炉２０１を形成する反応炉筐体２１８は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）など金属材料により構成されており、処理炉２０１と外部とをマイクロ波的に遮蔽する構造となっている。処理炉２０１内には、基板２００の支持する基板支持部としての基板支持ピン２１３が設けられている。基板支持ピン２１３は、支持した基板２００の中心と処理炉２０１の中心とが垂直方向で実質的に一致するように設けられている。基板支持ピン２１３は、例えば石英又はポリテトラフルオロエチレンなどからなる複数で構成され、その上端で基板２００を支持する。基板支持ピン２１３は、例えば基板２００の端を支持する箇所に３本設けられる。本実施形態では３本設けたが３本以上設けても良い。基板支持ピン２１３の下部であって基板２００の下方には、基板支持台２１２が設けられている。基板支持台２１２は例えばアルミニウム（Ａｌ）などの導体により構成される。

基板支持台２１２は、金属製であるため、基板支持台２１２表面においてはマイクロ波の電位がゼロとなる。仮に基板２００を基板支持台２１２に直接置いた場合、マイクロ波の電界強度が弱い状態となり、加熱されない。そこで、本実施形態では、基板支持台２１２の表面からおよそマイクロ波の１／４波長（λ／４）の位置、もしくはおよそλ／４の奇数倍の位置に基板２００を載置するようにする。ここでいう基板支持台２１２の表面とは、基板支持台２１２を構成する面内、基板の裏面と対向する面を言う。λ／４の奇数倍の位置では電界が強いため、基板２００を効率よくマイクロ波で加熱することができる。本実施形態では、例えば、５．８ＧＨｚに固定したマイクロ波を使用し、マイクロ波の波長が５１．７ｍｍであるので、基板支持台２１２の表面から基板２００までの高さを１２．９ｍｍとしている。

マイクロ波の周波数が時間とともに変化（可変）する形態も可能である。その場合、基板支持台２１２の表面から基板２００までの高さは、変化する周波数帯の代表周波数の波長から求めれば良く、例えば、波長が５．８ＧＨｚ〜７．０ＧＨｚまで変化する場合、代表周波数を変化する周波数帯のセンタ周波数とし、代表周波数６．４ＧＨｚの波長４６ｍｍより、基板支持台２１２の表面から基板２００までの高さを１１．５ｍｍとすればよい。

また、固定周波数の電源を複数設け、それぞれから異なる周波数のマイクロ波を切替えて供給し処理するようにしても良い。

処理炉２０１には例えば窒素（Ｎ２）等のガスを導入するガス供給管２５２が設けられている。ガス供給管２５２には、上流から順に、ガス供給源２５５、ガス流量を調整する流量制御装置２５４、ガス流路を開閉するバルブ２５３が設けられており、このバルブ２５３を開閉することで、処理炉２０１内にガス供給管２５２からガスが導入、又は導入停止される。ガス供給管２５２から導入される導入ガスは、基板２００を冷却したり、パージガスとして処理炉２０１内のガスを押し出したりするのに用いられる。

ガス供給管２５２と流量制御装置２５４とバルブ２５３からガス供給部が構成される。流量制御装置２５４とバルブ２５３は、制御部３００と電気的に接続されており、制御部３００により制御される。なお、ガス供給部にガス供給源２５５を設けても良い。

図３に示すように、処理炉２０１には、処理炉２０１内のガスを排気するガス排気管２６２が設けられている、ガス排出管２６２には、圧力調整バルブ２６３が設けられており、この圧力調整バルブ２６３の開度を調整することがで、処理炉２０１内の圧力は所定の値に調整される。また、排気装置として真空ポンプ２６４を設けても良い。

ガス排出管２６２と圧力調整バルブ２６３から、ガス排出部が構成される。圧力調整バルブ２６３は、制御部３００と電気的に接続されており、圧力調整制御される。
なお、真空ポンプ２６４をガス排出部に含めるようにしても良い。

図３に示すように、反応炉筐体２１８の一側面には、処理炉２０１の内外に基板２００を搬送するための基板搬送口２７１が設けられている。基板搬送口２７１には、ゲートバルブ１２８が設けられており、ゲートバルブ１２８を開けることにより、処理炉２０１内と搬送室内とが連通するように構成されている。

次に、後述の加熱処理工程で基板２００に悪影響を及ぼさないよう、処理炉２０１内を不活性ガス雰囲気に置換する方法の一形態について説明する。本実施例では、不活性ガスとしての窒素（Ｎ２）ガスを用いる。ガス排出管２６２から、真空ポンプ２６４により処理炉２０１内のガス（雰囲気）を排出するとともに、ガス供給管２５２からＮ２ガスを処理炉２０１内に導入する。このとき、圧力調整バルブ２６３により処理炉２０１内の圧力を所定の値、本実施形態では大気圧に調整する。

[マイクロ波加熱処理工程の構成]
続いて、本実施形態に於ける加熱処理工程について説明する。

マイクロ波発生部２２０で発生させたマイクロ波を、導波口２２２から処理炉２０１内に導入し、基板２００の表面に照射する。本実施例では、このマイクロ波照射により、基板２００表面上のＨｉｇｈ−ｋ膜を１００℃〜６００℃に加熱し、Ｈｉｇｈ−ｋ膜の改質処理、つまり、Ｈｉｇｈ−ｋ膜からＣやＨ等の不純物を脱離させて、緻密化し安定した絶縁体薄膜に改質する処理を行う。

制御部３００はバルブ２５３を開いて、処理炉２０１内にガス供給管２５２からＮ２ガスを導入するとともに、圧力調整バルブ２６３により処理炉２０１内の圧力を所定の値に調整しつつ、ガス排出管２６２から処理炉２０１内のＮ２ガスを排出する。以上のようにして、処理炉２０１内を所定の圧力値に維持する。

この状態で所定時間、マイクロ波を導入して基板加熱処理装置を行った後、マイクロ波の導入を停止する。

ここでは、Ｈｉｇｈ−ｋ膜等の誘電体は、誘電率に応じてマイクロ波の吸収率が異なる。誘電率が高いほどマイクロ波を吸収しやすい。実験的に、高パワーのマイクロ波を基板に照射し処理すると、低パワーのマイクロ波で処理するときよりも、基板上の誘電体膜がより改質されることを確認している。また、マイクロ波による加熱の特徴は、誘電率εと誘電正接tanδによる誘電加熱で、この物性値が異なる物質を同時に加熱すると、加熱されやすい物質、即ち誘電率の高い物質を選択的に加熱することができる。例えば、基板２００上に金属膜とＨｉｇｈ−ｋ膜とＬｏｗ−ｋ膜が形成されている場合、金属膜やＬｏｗ−ｋ膜を加熱させずにＨｉｇｈ−ｋ膜を優先的に加熱させることができる。

前述したように、誘電率の高い物質は急速に加熱され、それ以外の物質は加熱されるのに比較的時間がかかることを利用し、ハイパワーのマイクロ波を照射することにより、誘電体に対し所望の加熱をするためのマイクロ波の照射時間を短くすることができるので、それ以外の物質は加熱される前にマイクロ波の照射を終えることにより、誘電率が高い物質を選択的に加熱することができる。

続いて、Ｈｉｇｈ−ｋ膜のアニールについて説明する。基板材料であるシリコンに比べＨｉｇｈ−ｋ膜は誘電率εが高い。例えば、シリコンの誘電率εは９．６であるが、Ｈｉｇｈ−ｋ膜であるハフニウム酸化（ＨｆＯ）膜の誘電率εは２５、ジルコニウム酸化（ＺｒＯ）膜の誘電率εは３５である。よってＨｉｇｈ−ｋ膜を成膜した基板にマイクロ波を照射すると、Ｈｉｇｈ−ｋ膜だけ選択的に加熱することができる。

実験的に、ハイパワーのマイクロ波を照射する方が膜の改質効果が大きい。ハイパワーのマイクロ波を照射すると、急速にＨｉｇｈ−ｋ膜の温度を上昇させることができる。

前述に対して、比較的低パワーのマイクロ波を長時間照射した場合は、改質プロセス中に基板全体の温度が高くなってしまう。これは、時間が経過すると、シリコン自身がマイクロ波により誘電加熱されることに加え、マイクロ波が照射され加熱されるＨｉｇｈ−ｋ膜からシリコン側への熱伝導により、シリコン基板の温度も上昇してしまうからである。ハイパワーのマイクロ波を照射する場合に膜の改質効果が大きい理由は、基板全体が温度上昇し、上限温度に達するまでの時間内に、誘電加熱により高い温度まで加熱することができるためと考えられる。

そこで、本実施形態では、Ｈｉｇｈ−ｋ膜に形成された基板表面側にエネルギーの強い直接波を照射し、誘電体と基板との加熱差をより大きくなるように設定した。

[基板冷却工程の構成]
続いて、基板の冷却効率を向上させるための方法を説明する。

例えば、マイクロ波を照射中に、基板２００を冷却することで、基板２００の温度上昇を抑制することが出来る。基板２００を冷却するには、例えば、処理炉２０１内に導入する不活性ガス（例えばＮ２ガス）の流量を多くする、そしてその流量制御することで、基板２００の温度制御を行うこともできる。

また、積極的にＮ２ガスの冷却効果を使用する場合は、ガス供給管２５２を基板支持台２１２に設け、基板２００と基板支持台２１２の間にガスを流すことにより、ガスによる冷却効果向上を図ることもできる。このガスの流量を制御することにより基板２００の温度制御を行うこともできる。

本実施例では、Ｎ２ガスを使用しているが、プロセス的に安全性に問題が無ければ、熱伝達率の高い他のガスを使用しても良い。例えば、ＨｅやＮｅなどの希ガスや、Ｎ２ガスを追加し、基板の冷却効果を向上することもできる。

あるいは、基板支持台２１２内に冷却水流量計２３１、開閉バルブ２３２、冷却水経路２３３のような冷媒を循環させる冷却流路を設けるようにすれば良い。

[基板載置台の構成]
ここで、図４を用いて搬送室１２１内に設けられた基板載置台１０６について具体的に説明する。

図４（ａ）は基板載置台１０６を上面（搬送室１２１の天井面）から見た概略図である。点線はウエハが載置された場合の位置を示している。図４（ｂ）は搬送室１２１の基板搬送機１２４側から見た概略図である。

基板載置台１０６は、複数の基板保持用パッド２８１を備えたフレーム２８０を、柱２８２に複数枚固定し、フレーム２８０を積み重ねるように構成する。フレーム２８０は中央を開放する「コ」の字形状で構成され、開口部分に搬送ロボットのアームが挿入される。
基板保持用パッド２８１は、フレーム２８０のそれぞれの辺に凸状に設ける。基板保持用パッドの材質は耐熱性材質とし、例えばアルミナセラミック、耐熱性樹脂、石英などを用いる。
複数のフレーム２８０は複数の支柱２８２によって、垂直方向に支持され、ウエハ２００を垂直方向に複数枚搭載可能な構造としている。フレーム２８０は例えば３枚搭載される。
アームによって搬送されたウエハ２００は、それぞれのフレーム２８０に備えられた基板保持用パッド２８１に載置され、積層される。このとき、各ウエハ２００のエッジ部と基板保持用パッド２８１が接触する。
尚、エッジ部とは、基板の外周であって、半導体装置として使用しない部分を言い、除外エリアとも呼ばれる。

このような構造とすることで、最も上に載置されたウエハに対して、天井からエアーフローを効率よく供給することが可能となる。
また、フレーム２８０の一部を支柱２８２で支持することで、それぞれの支柱２８２間からフレーム２８０間にエアーフローが流れ込むことが可能となる。更には、フレーム２８０の中央を開放することで、エアーフローがウエハ裏面及びその裏面に対向するウエハの表面に回り込むため、冷却効率をより上げることができる。

基板保持用パッドを凸状とすることで、ウエハ２００がフレーム２８０に接触することを防ぐ。接触を防ぐことで、基板裏面に傷が発生することを抑制できる。更には、ウエハエッジ部に対しても、エアーフローの回りこみを促し、より冷却効率を向上させることができる。
また、更に、耐熱性材質であるため、プロセスモジュールにて加熱処理されたウエハ２００を支持しても熱変形が起きることが無い。そのため、温度の高い基板を載置しても、ウエハ裏面の損傷を防ぐことができる。
尚、ここでフレーム２８０はコの字形状としたが、それに限らず、円形状、八角形状など多角形状でも良い。

[基板処理シーケンスの構成]
次に、本基板処理装置の基板処理シーケンスの詳細について、図５を用いて説明する。

以下のシーケンスの説明において、ｎは整数とする。
Ｗ１、Ｗ２・・・Ｗｎ・・・Ｗ９は、プロセスモジュール１０にて処理される基板を示し、Ｗ１は１ロット中の最初のウエハ、Ｗ２は１ロット中の２枚目のウエハ、Ｗｎはｎ毎目のウエハを示す。ここでは、説明の便宜上、９枚のウエハであって、Ｈｉｇｈ−ｋ膜を有するシリコン基板を対象として説明する。また、ＰＭ１はプロセスモジュール２０１、ＰＭ２は、プロセスモジュール２０２、ＰＭ３はプロセスモジュール２０３を示す。
また、ＣＳは基板載置部１０６を示し、ＣＳ１は基板載置部１０６の内最もファン１１８から遠い位置に設けられる第一フレーム２８０ａを、ＣＳ２はフレーム２８０ａの重力方向情報に隣接する基板載置部１０６の第二フレーム２８０ｂを、ＣＳ３は、フレーム２８０ｂの重力方向上方に隣接する基板載置部１０６の第三フレーム２８０ｃを示す。

初期基板搬送とは、基板移載機１２４がＷ１を搬送することを言う。
搬送とは、基板移載機１２４がウエハをプロセスモジュールへ搬入、もしくはプロセスモジュールから搬出することを言う。
スワップ搬送とは基板移載機１２４がプロセスモジュールで処理した処理済みウエハを搬出、未処理ウエハをプロセスモジュールに搬入し、更に、搬送室１２１の基板載置台１０６に処理済みウエハを載置することを言う。
基板返却搬送とは、基板移載機１２４がＷｎをロードポート１０５上のポッド１００に戻すことを言う。以下説明の搬送時間１Ｔは、上記スワップ搬送に要する時間に相当する。

処理（ＰＭｎ）は、プロセスモジュールｎでウエハを処理することを示す。
処理の具体例については、後述する。
本シーケンスは、全てのプロセスモジュールにて同じ処理をする場合を想定しており、処理時間を７Ｔとしている。
冷却（ＰＭｎ）は、プロセスモジュールｎで処理済みウエハを冷却する動作を言い、４Ｔとしている。

＜ステップ１（Ｓ１）＞
シャッター１３４が開放され、ロードポート上に載置されたポッド１００に搭載された最初のウエハＷ１を基板移載機１２４が取り出す。基板移載機１２４は、搬送室１２１内を移動／回転し、Ｗ１をＰＭ１の基板支持ピン上端２１３へ載置する（Ｗ１の搬送）。

＜ステップ２（Ｓ２）＞
基板移載機１２４は、移載室１２１内を移動／回転し、ポッド１００からＷ２を取り出す。基板移載１２４は、移載室１２１内を移動／回転し、Ｗ２をＰＭ２に搬入する（Ｗ２の搬送）。
これと並行して、PM１の導波口２２２から処理室にマイクロ波を供給し、Ｗ１を加熱する（処理（ＰＭ１））。

＜ステップ３（Ｓ３）＞
基板移載機１２４は、移載室１２１内を移動／回転し、ポッド１００からＷ３を取り出す。基板移載機１２４は、移載室１２１内を移動／回転し、Ｗ３をＰＭ３に搬入する（Ｗ３の搬送）。
これと並行して、ＰＭ２の導波口２２２から処理室にマイクロ波を供給しＷ２を加熱する（処理（ＰＭ２））。

＜ステップ４（Ｓ４）＞
ＰＭ３の導波口２２２から処理室にマイクロ波を供給し、Ｗ３を加熱する（処理（ＰＭ３））。

＜ステップ５（Ｓ５）＞
ステップ２の開始から７Ｔ後、ＰＭ１ではマイクロ波の供給を停止する。次にＰＭ１のガス供給管２５２から不活性のガス（例えばＮ２ガス）を供給する。基板２００と基板支持台２１２の間にガスを流すことにより、加熱されたＷ１を冷却する（冷却（ＰＭ１））。

＜ステップ６（Ｓ６）＞
ステップ３の開始から７Ｔ後、ＰＭ２ではマイクロ波の供給を停止する。次にＰＭ２のガス供給管２５２から不活性のガス（例えばＮ２ガス）を供給する。基板２００と基板支持台２１２の間にガスを流すことにより、加熱されたＷ２を冷却する（冷却（ＰＭ２））。

＜ステップ７（Ｓ７）＞
ステップ４の開始から７Ｔ後、ＰＭ３ではマイクロ波の供給を停止する。次にＰＭ３のガス供給管２５２から不活性のガス（例えばＮ２ガス）を供給する。基板２００と基板支持台２１２との間にガスを流すことにより、加熱されたＷ３を冷却する（冷却（ＰＭ３））。

＜ステップ８（Ｓ８）＞
基板移載機１２４は、ポッド１００から取り出したＷ４をＰＭ１に搬入し、加熱処理され、更に処理室内で冷却されたＷ１をＰＭ１から搬出する。搬出されたＷ１を搭載した基板移載機１２４は、移載室１２１内を移動／回転し、移載室１２１内に備えられた基板載置台１０６の内、第一フレーム２８０ａにウエハを載置する（搬送）。

＜ステップ９（Ｓ９）＞
基板載置台１０６の第一フレーム２８０ａに載置されたウエハは天井からのエアーフローにより効率よく冷却が行われる。
基板移載機１２４は、ポッド１００から取り出したＷ５をＰＭ２に搬入し、加熱処理され、更に処理室内で冷却されたＷ２をＰＭ２から搬出する。搬出されたＷ２を搭載した基板移載機１２４は、移載室１２１内を移動／回転し、移載室１２１内に備えられた基板載置台１０６の内、第二フレーム２８０ｂにウエハを載置する（搬送）。また、これと並行して、ＰＭ１の導波口１２２から処理室にマイクロ波を供給し、Ｗ４を加熱する（処理（ＰＭ１））。

＜ステップ１０（Ｓ１０）＞
基板載置台１０６の第二フレーム２８０ｂに載置されたウエハは天井からのエアーフローにより効率よく冷却が行われる。このとき、第一フレーム２８０ａに載置されたＷ１は、基板載置台１０６の側面から供給されるエアーフローによって、間接的に冷却される（冷却（ＣＳ１））。
基板移載機１２４は、ポッド１００から取り出したＷ６をＰＭ３に搬入し、加熱処理され、更に処理室内で冷却されたＷ３をＰＭ３から搬出する。搬出されたＷ３を搭載した基板移載機１２４は、移載室１２１内を移動／回転し、移載室１２１内に備えられた基板載置台１０６の内、第三フレーム２１０ｃにウエハを載置する（搬送）。
また、これと並行して、ＰＭ２の導波口２２２から処理室にマイクロ波を供給し、Ｗ５を加熱する（処理（ＰＭ２））。

＜ステップ１１（Ｓ１１）＞
基板載置台１０６の第三フレーム２８０ｃに載置されたウエハは天井からのエアーフローにより効率良く冷却が可能となる。このとき、第二フレーム２８０ｂに載置されたＷ２は、基板載置台１０６の側面から供給されるエアーフローによって間接的に冷却される（冷却（ＣＳ３））。
また、これと並行して、ＰＭ３の導波口２２２から処理室にマイクロ波を供給し、Ｗ６を加熱する（処理（ＰＭ３））。

＜ステップ１２（Ｓ１２）＞
Ｓ９から３Ｔ後、基板移載機１２４が第一フレーム２８０ａからＷ１を取り出し、移載室１２１内を移動／回転し、ポッド１００の所定の位置へ戻す。

＜ステップ１３（Ｓ１３）＞
Ｓ１０から３Ｔ後、基板移載機１２４が第二フレーム２８０ｂからＷ２を取り出し、移載室１２１内を移動／回転し、ポッド１００の所定の位置へ戻す。

＜ステップ１４（Ｓ１４）＞
Ｓ１１から３Ｔ後、基板移載機１２４が第三フレーム２８０ｃからＷ３を取り出し、移載室１２１内を移動／回転し、ポッド１００の所定の位置へ戻す。

＜ステップ１５（Ｓ１５）からステップ３３（Ｓ３３）＞
上記ステップと同様に、各プロセスモジュール、基板載置フレームでウエハを加熱処理、冷却処理を繰り返し、ポッド１００の所定の位置へウエハを戻す。

基板載置フレームの載置方法に関して、前述のように、加熱処理済みのウエハは、空いているフレーム内の、下層側のフレームに載置する。
更に、処理時間及び冷却時間を調整することで、下層側のフレームにウエハを載置する際には、上層側のフレームにウエハを載置していない状態にする。
具体的には、加熱されたｎ枚目のウエハを最下層に載置する。例えば、第一フレーム２１０ａに載置した後、次に加熱されたｎ+１枚目のウエハを、ｎ枚目のウエハを載置したフレームより更にファンに近い位置に設けられたフレーム、例えば第二フレーム２１０ｂに載置する。
このように搬送／載置することで、ウエハを基板載置部に載置した際、ｎ+１枚目のウエハがｎ番目のウエハの熱影響を受けたとしても、エアーフローによる冷却効果を優先的に得ることができるため、ｎ+１番目のウエハの冷却時間を短くすることができる。

（２）＜本発明の一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。

（ａ）本実施形態によれば、
Ｈｉｇｈ−ｋ膜とＬｏｗ−ｋ膜が形成され、Ｈｉｇｈ−ｋ膜が加熱された基板を効率良く冷却することができる。
（ｂ）また、上述の基板処理シーケンスによって、Ｈｉｇｈ−ｋ膜とＬｏｗ−ｋ膜が形成され、Ｈｉｇｈ−ｋ膜を加熱処理する処理工程の工程を短縮することができる。
（ｃ）また、基板載置台へ、上述の様に基板を搬送することによって、ｎ+１枚目のウエハがｎ番目のウエハの熱影響を受けたとしても、エアーフローによる冷却効果を優先的に得ることができるため、ｎ+１番目のウエハの冷却時間を短くすることができる

（３）＜本発明の他の実施形態＞
以下に、本発明の他の実施形態について説明する。

[基板冷却室]
前述の様に、マイクロ波の出力を上げる等して基板の処理時間を短くして更に高いスループット処理を達成するためには、基板処理時間に合わせて基板載置台１０６での基板冷却時間も短くする必要がある。
発明者は、更に鋭意研究した結果、基板載置台１０６へのエアーフローを工夫することにより、基板の冷却時間を短縮することができ、基板処理スループットを向上させられることを見出した。

図６に示すように、基板冷却室１１０を搬送室１２１に隣接して設け、その中に基板載置台１０６設置している。

次に基板冷却室１１０の実施形態について説明する。
図７に示す基板冷却室１１０では、冷却室前部にクリーンユニット１１１が備えられている。クリーンユニット１１１は、基板冷却汁１１０の前方から基板冷却室１１０の中に設置された基板載置台１０６に向けて、除塵された大気または、Ｎ２ガスやＡｒガスなどの基板に対して不活性な冷却ガスを供給することで、基板載置台１０６に積層されて置かれた加熱処理されたウエハを冷却する。

図７に示した基板冷却室１１０では、基板冷却室１１０の中に設置されたクリーンユニット１１１から基板載置台１０６までの距離が近く、更にクリーンユニット１１１から基板載置台１０６に対して側方からのエアーフローが供給される。これにより、加熱されたウエハを基板載置台１０６の最下層の第一フレーム２８０ａから最上層の第三フレーム２８０ｃまで、ｎ枚目からｎ+２枚目まで基板が積層されて置かれても基板の間の空間に、常時側方からの十分なエアーフローの供給が可能となるため、基板の冷却時間を更に短縮することができる。

（４）＜本発明の他の実施形態に係る効果＞
本実施形態によれば、上述の一実施形態に係る効果に加え、以下に示す１つまたは複数の効果を奏する。

（ａ）本実施形態によれば、基板の側方から冷却ガスを供給することにより、基板の上面と側面と下面に均一に冷却ガスを供給することが可能となり、基板を均一に冷却することが可能となる。

（ｂ）また、ｎ枚目からｎ+２枚目まで基板が積層されて置かれても基板の間の空間に、常時側方からの十分なエアーフローの供給が可能となるため、基板の冷却時間を更に短縮することができる。

（５）＜本発明の更に他の実施形態＞
以下に、本発明の更に他の実施形態について説明する。

［基板冷却室］
図８に示した基板冷却室１１０の実施形態について説明する。
基板冷却室１１０の内部には、図８に示すように、一方にシャワーヘッド１１２が備えられ、他の一方にガス排気管１１５が備えられている。移載室１２１と冷却室１１０との間にはドアバルブ１１３が設けられ、処理基板を処理室１２１から冷却室１１０へ移載する時と、冷却済み基板を冷却室１１０から移載室１２１へ移載する時に開く。シャワーヘッド１１２には、一個または複数個のガス供給孔が設けられ、ガス供給管１１４からＮ２ガスなどの不活性ガスが供給される。シャワーヘッド１１２のガス供給孔から、基板冷却室１１０の中に設置された基板載置台１０６に向けて、不活性ガスを供給することで、基板載置台１０６に積層されて置かれた加熱処理されたウエハを冷却する。

シャワーヘッド１１２から基板載置台１０６に対して側方から不活性ガスによるエアーフローが供給されることにより、加熱されたウエハを基板載置台１０６の最下層の第一フレーム２８０ａのフレームから最上層の第三フレーム２８０ｃのフレームまで、ｎ枚目からｎ+２枚目までの基板が積層されて置かれても基板の間の空間にも側方からの十分な不活性ガスのエアーフローの供給が可能となるため、基板の冷却時間を短縮することが出来る。シャワーヘッド１１２から供給された不活性ガスはガス排気管１１５によって排気される。

本実施例では、Ｎ２ガスを使用しているが、プロセス的に基板と反応しないガスであって、熱伝導率の高い他のガスを使用しても良い。例えば、ＨｅやＮｅ等の希ガスを追加して使用しても良い。

また、不活性ガスを供給するシャワーヘッド１１２は、ガス供給管１１４にガス供給孔が設けられたシャワーノズルにすることも出来る。

また、基板冷却室１１０の各実施形態においては、クリーンユニット１１１のファン回転速度の調整やガス供給管１１４に供給する不活性ガス供給量の調整により、基板載置台１０６に対して側方からのエアーフローの量を調整することにより、基板処理時間に合わせて基板冷却時間を調整することもできる。

なお、基板処理シーケンスは、前述の図５の基板処理シーケンスと同様であり、プロセスモジュールにおける処理時間と基板冷却台１０６における冷却時間が異なる。

また、上述の実施形態では、基板中心にマイクロ波を供給するように導波口２２２の位置を基板２００の中心に対向するようにしているが、導波口２２２の位置を基板２００の中心から９０ｍｍ程度の位置に設け、基板２００を回転させることにより、基板２００へのマイクロ波の供給が均一になるようにしても良い。

また、上述の実施形態を複数組み合わせる様にしても良い。組み合わせることで、基板の処理スループットを向上させることができる。

なお、上述の実施形態では、制御部３００が各部の動作を制御するようになっている。
図１，図２，図７，図８に示すように、制御部３００は、信号線Ａによって処理室２０１と接続され、信号線Ｂによって処理室２０２と接続され、信号線Ｃによって処理室２０３と接続され、信号線Ｄによって、基板載置台１０６と接続され、信号線Ｅによって基板移載機１２４と接続され、信号線Ｆによって、基板搬入搬出口１３４・基板搬入搬出口クロージャ１４２と接続され、信号線Ｈによってクリーンユニット１１１と接続され、信号線Ｉによってガス排気部と接続され、信号線Jによってガス供給管１１４と接続されている。また、図３に示すように、制御部３００は、信号線Ａａによってマイクロ波発生部２２０と接続され、信号線Ａｂによってウエハ温度測定器２２３と接続され、信号線Ａｃによって開閉バルブ２５３・流量制御装置２５４と接続され、信号線Ａｄによって圧力調整バルブ２６３・真空ポンプ２６４と接続され、信号線Ａｅによって、開閉バルブ２３２・冷却水流量計２３１と接続されている。
なお、信号線Ｇでクリーンユニット１１８と制御部３００とを接続し、クリーンユニット１１８に設けられたファン回転数を調整できるようにしても良い。

図９に示すように、制御部３００は、表示部３０１と、演算部３０２と、操作部３０３と、記録部３０４とを有する。記録部３０４には、基板処理装置が上述の処理や工程を行うプログラムが記録された記録媒体を有する。

＜本発明の好ましい態様＞
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。

＜付記１＞
本発明の一態様によれば、
複数の基板を収納した運搬容器を載置する載置台と、前記基板に対して加熱処理を施す処理室と、前記処理室に隣接され且つ前記載置台との間に設けられ、前記載置台と前記処理室の間で前記基板を搬送する搬送ロボットを有する搬送室と、前記搬送室に設けられ、前記処理室で処理された基板を積層するよう構成する基板載置部と、前記搬送室に設けられ、前記積層された基板を当該基板の側方から冷却ガスを供給する冷却部と、を有する基板処理装置が提供される。

＜付記２＞
また好ましくは、
前記冷却ガスを排気する排気部を有する。

＜付記３＞
また好ましくは、
冷却部はシャワーヘッドを有する。

＜付記４＞
また好ましくは、
前記搬送室内であって、基板載置台の上部に別の冷却部を設ける。

＜付記５＞
また好ましくは、
前記処理室には、マイクロ波供給部が設けられている。

＜付記６＞
また本発明の他の態様によれば、
処理室に基板を搬入するステップと、前記処理室で基板を加熱処理するステップと、前記処理室から加熱処理された基板を搬送室へ搬出するステップと、前記加熱処理された基板を、当該基板の側方へ冷却ガスを供給する冷却部が設けられ複数の基板が載置される基板載置部に搬送するステップと、を有する基板処理方法が提供される。

＜付記７＞
また好ましくは、
前記基板載置部に設けられた複数の基板載置フレームの下方から基板を載置するステップを有する。

＜付記８＞
また本発明の他の態様によれば、
上述の基板処理方法を実行するためのプログラムが記録された記録媒体が提供される。

＜付記９＞
また本発明の他の態様によれば、
処理室に基板を搬入するステップと、前記処理室で基板を加熱処理するステップと、前記処理室から加熱処理された基板を搬送室へ搬出するステップと、前記加熱処理された基板を、当該基板の側方へ冷却ガスを供給する冷却部が設けられ複数の基板が載置される基板載置部に搬送するステップと、を有する半導体装置の製造方法が提供される。

＜付記１０＞
また好ましくは、
前記基板載置部に設けられた複数の基板載置フレームの下方から基板を載置するステップを有する。

＜付記１１＞
また好ましくは、
上述の半導体装置の製造方法を実行させるプログラムが記録された記録媒体が提供される。

１００ ＦＯＵＰ
１００ａ ＦＯＵＰキャップ
１０５ ロードポート
１０６ 基板載置台
１０８ ポッドオープナ
１１１ クリーンユニット
１１２ シャワーヘッド
１１３ ドアバルブ
１１４ ガス供給管
１１５ ガス排気管
１１８ クリーンユニット
１２１ 搬送室
１２４ 基板移載機
１２５ 搬送室筐体
１２８〜１３０ ゲートバルブ
１３１ 基板移載機エレベータ
１３２ リニアアクチュエーター
１３４ 基板搬入搬出口
１３６ クロージャ駆動機構
１４２ 基板搬入搬出口クロージャ
２００ 基板（ウエハ）
２０１ 第一の処理炉
２０２ 第二の処理炉
２０３ 第三の処理炉
２１２ 基板支持台
２１３ 基板支持ピン
２１８ 反応炉筐体
２２０ マイクロ波発生部
２２１ 導波路（導波管）
２２２ 導波口
２２３ ウエハ温度測定器
２３１ 冷却水流量計
２３２ 開閉バルブ
２３３ 冷却水経路
２５２ ガス供給管
２５３ 開閉バルブ
２５４ 流量制御装置
２５５ ガス供給源
２６２ ガス排出管
２６３ 圧力調整バルブ
２６４ 真空ポンプ
２７１ 基板搬送口
２８０ 基板載置台フレーム
２８１ 基板保持パッド
２８２ 基板載置台柱
３００ 制御部
３０１ 表示部
３０２ 演算部
３０３ 操作部
３０４ 記録部

Claims (5)

1. 複数の基板を収納した運搬容器を載置する載置台と、
   前記基板に対して加熱処理を施す処理室と、
   前記処理室に隣接され且つ前記載置台との間に設けられ、前記載置台と前記処理室の間で前記基板を搬送する搬送ロボットを有する搬送室と、
   前記搬送室に設けられ、前記処理室で処理された基板を積層するよう構成する基板載置部と、
   前記搬送室に設けられ、前記積層された基板を当該基板の側方から冷却ガスを供給する冷却部と、
   を有する基板処理装置。
2. 処理室に基板を搬入するステップと、
   前記処理室で基板を加熱処理するステップと、
   前記処理室から加熱処理された基板を搬送室へ搬出するステップと、
   前記加熱処理された基板を、当該基板の側方へ冷却ガスを供給する冷却部が設けられ複数の基板が載置される基板載置部に搬送するステップと、
   を有する基板処理方法。
3. 前記基板載置部に設けられた複数の基板載置フレームの下方から基板を載置するステップを有する請求項２記載の基板処理方法。
4. 処理室に基板を搬入するステップと、
   前記処理室で基板を加熱処理するステップと、
   前記処理室から加熱処理された基板を搬送室へ搬出するステップと、
   前記加熱処理された基板を、当該基板の側方へ冷却ガスを供給する冷却部が設けられ複数の基板が載置される基板載置部に搬送するステップと、
   を有する半導体装置の製造方法。
5. 処理室に基板を搬入するステップと、
   前記処理室で基板を加熱処理するステップと、
   前記処理室から加熱処理された基板を搬送室へ搬出するステップと、
   前記加熱処理された基板を、当該基板の側方へ冷却ガスを供給する冷却部が設けられ複数の基板が載置される基板載置部に搬送するステップと、
   を有する基板処理方法を実行させるプログラムが記録された記録媒体。

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