JP6721695B2 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム - Google Patents

基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム Download PDF

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Description

本発明は、基板処理装置、半導体装置の製造方法および記録媒体に関するものである。
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。
特開２０１５−０７００４５
従来のマイクロ波を用いた熱処理では、処理対象の材質または種類に大きく影響を受けることに起因して基板を均一に加熱することができない場合があった。
本発明の目的は、処理対象を均一に処理可能な電磁波熱処理技術を提供することにある。
本発明の一態様によれば、基板を処理する処理室と、
前記基板を電磁波によって加熱する加熱装置と、
前記処理室内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、前記処理室内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給系とを少なくとも有するガス供給部と、
前記水素含有ガスをプラズマによって励起させるプラズマ生成部と、
前記プラズマ生成部によって励起された前記水素含有ガスを前記基板に供給して前記基板表面に水素原子を添加し、前記水素原子を添加した後に前記電磁波によって前記基板を加熱することで前記基板を改質させるように前記加熱装置、前記ガス供給部、前記プラズマ生成部のそれぞれ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。
本発明によれば、処理対象を均一に処理可能な電磁波熱処理技術を提供することができる。
本発明における第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。 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。 本発明の第１の実施形態で好適に用いられる基板処理のフローを示す図である。 本発明における基板のキャリア密度と温度の関係性を示した図である。 （Ａ）はＨ原子添加処理を行っていないウエハに対する改質工程前と改質工程後のウェットエッチングレート比を示したグラフである。（Ｂ）は、Ｈ原子添加処理を行ったウエハに対する改質工程前と改質工程後のウェットエッチングレート比を示したグラフである。 Ｈ原子添加処理を行ったウエハの改質工程前と改質工程後の不純物濃度を示したグラフである。 本発明における第１の実施形態の変形例１を示した図である。 本発明における第１の実施形態の変形例１を示した図である。 本発明における第１の実施形態の変形例２を示した図である。 本発明における第１の実施形態の変形例３を示した図である。 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る。 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のフローを示す図である。 本発明における第３の実施形態で好適に用いられる基板処理のフローを示す図である。
＜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。
（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。
（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。
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断熱板としてのプレート１０１ａ、１０１ｂが所定の間隔で保持されている。プレート１０１ａ、１０１ｂはウエハ２００よりも大径の円盤形状を有し、電磁波を透過し赤外線を遮断する石英などの材質で構成されている。以後、本実施形態では石英プレート１０１ａ、１０１ｂとして説明を行う。また、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。
なお、石英プレート１０１ａ、１０１ｂの代わりに、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誘電体などの材質で形成し、ウエハ２００を間接的に加熱する図示しないサセプタ（輻射板、均熱板とも称する）としての機能を有した部品を載置するようにしてもよい。また、このサセプタをウエハ２００の外側であって石英プレート１０１ａと石英プレート１０１ｂの内側に載置するように構成してもよい。すなわち、ウエハ２００はサセプタに挟みこまれ、サセプタは石英プレート１０１ａ、１０１ｂに挟みこまれるように（ウエハ２００と石英プレート１０１ａ、および、ウエハ２００と石英プレート１０１ｂとの間に配置されるように）構成してもよい。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。
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しきり板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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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、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。
（ガス供給部）
キャップフランジ１０４には、不活性ガス、原料ガス、反応ガス、改質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共通ガス供給管２３３が設けられている。
共通ガス供給管２３３には、ガス供給管２３２ａが接続されている。ガス供給管２３２ａ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）２４１ａ、および、開閉弁であるバルブ２４３ａ、リモートプラズマユニット２４７が設けられている。
ガス供給管２３２ａの上流側には、改質ガスとして、例えば、所定元素である水素原子（Ｈ原子）を含む原料として、水素含有（Ｈ含有）ガス源が接続され、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３を介して、リモートプラズマユニット２４７に供給される。その後リモートプラズマユニット２４７よって励起された水素活性種（水素ラジカル、Ｈ＊とも表現される）が処理室２０１上方から処理室２０１内へ供給される。Ｈ含有ガスとしては、例えば水素(Ｈ２)ガスやＨ２Ｏガス、Ｈ２Ｏ２ガス、重水素Ｄを含むガス、又はこれらの組合せた混合ガスを用いることができる。
主に、ガス供給管２３２ａ、ＭＦＣ２４１ａ、バルブ２４３ａによりガス供給系（ガス供給部）が構成される。ガス供給系に改質ガスを流す場合には、改質ガス供給系とも称する。原料ガスを流す場合、反応ガスを流す場合にも同様に原料ガス供給系、反応ガス供給系と称する。なお、ガス供給系にリモートプラズマユニット２４７、共通ガス供給管２３３を含めて考えてもよい。また、後述する第１不活性ガス供給系、キャリアガス供給系、第２不活性ガス供給系のそれぞれ、または、全てを含めてガス供給系と称してもよい。
バルブ２４３ａとリモートプラズマユニット２４７との間のガス供給管２３２ａには、第１の不活性ガスを供給するガス供給管２３２ｂと、キャリアガスを供給するガス供給管２３２ｃがそれぞれ接続されている。ガス供給管２３２ｂ、２３２ｃには、上流方向から順にＭＦＣ２４１ｂ、２４１ｃ、およびバルブ２４３ｂ、２４３ｃがそれぞれ設けられている。
ガス供給管２３２ｂの上流側には、第１の不活性ガスとして、第１の不活性ガス源が接続され、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂ、ガス供給管２３２ａ、共通ガス供給管２３３を介して処理室２０１内へ供給される。第１の不活性ガスとしては、例えば窒素（Ｎ２）ガスや、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガスなどの希ガスを用いることができる。主に、ガス供給管２３２ｂ、ＭＦＣ２４１ｂ、バルブ２４３ｂにより第１不活性ガス供給系（第１不活性ガス供給部）が構成される。
ガス供給管２３２ｃの上流側には、キャリアガスとして、キャリアガス源が接続され、ＭＦＣ２４１ｃ、バルブ２４３ｃ、ガス供給管２３２ａ、共通ガス供給管２３３を介して処理室２０１内へ供給される。キャリアガスとしては例えばＡｒガスが用いられる。主にガス供給管２３２ｃ、ＭＦＣ２４１ｃ、ルブ２４３ｃによりキャリアガス供給系（キャリアガス供給部）が構成される。
リモートプラズマユニット２４７よりも下流方向の共通ガス供給管２３３には、第２の不活性ガスを供給するガス供給管２３２ｄが接続されている。ガス供給管２３２ｄには、上流方向から順にＭＦＣ２４１ｄ、バルブ２４３ｄが設けられている。ガス供給管２３２ｄの上流側には、第２の不活性ガスとして、第２の不活性ガス源が接続され、ＭＦＣ２４１ｄ、バルブ２４３ｄ、共通ガス供給管２３３を介して処理室２０１内へ供給される。第２の不活性ガスとしては、第１の不活性ガス同様に、例えば窒素（Ｎ２）ガスや、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガスなどの希ガスを用いることができる。また、第２の不活性ガスは第１の不活性ガスと同じ種類のガスを用いてもよいし、異なる種類のガスを用いてもよい。主に、ガス供給管２３２ｄ、ＭＦＣ２４１ｄ、バルブ２４３ｄにより第２不活性ガス供給系（第２不活性ガス供給部）が構成される。
（プラズマ生成部）
プラズマ生成部としてのリモートプラズマユニット２４７は、図示しないプラズマ生成空間に高周波電源２４８、整合器２４９が接続されて構成されている。高周波電源２４８および整合器２４９でインピーダンスを調整することでプラズマを生成する。生成したプラズマによってプラズマ生成空間に供給された改質ガスを励起することで活性種（ラジカル）を生成し、生成した活性種を処理室２０１内へ供給する。なお、プラズマを生成する手段としてはどのような方法を用いてもよく、例えば、容量結合プラズマ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ、略称：ＣＣＰ）、誘導結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｕｍａ、略称：ＩＣＰ）、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｐｌａｓｍａ、略称：ＥＣＲプラズマ）、ヘリコン波励起プラズマ（Ｈｅｌｉｃｏｎ Ｗａｖｅ Ｅｘｃｉｔｅｄ Ｐｌａｓｍａ、略称：ＨＷＰ）、表面波プラズマ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ、略称：ＳＷＰ）のいずれを用いてもよい。
（温度センサ）
キャップフランジ１０４には、非接触式の温度検出器として温度センサ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２６３を用いて石英プレート１０１ａ、ウエハ２００の表面温度を測定する場合、ボート２１７の天井部（天板）２１７ａが温度測定を妨げないように、ボート天板２１７ａの温度センサ２６３に対向する位置に温度測定窓としての測定孔を設け、石英プレート１０１ａの表面温度を測定する。ウエハ２００の温度を測定する場合も石英プレート１０１ａの測定と同様に、ボート２１７の測定孔と同位置に石英プレート１０１ａに測定窓としての測定孔を設け、ウエハ２００の表面温度を測定する。これらの石英プレート１０１とウエハ２００の温度測定は基板処理工程を実施する前の準備段階で行うこととし、予め基板処理工程における石英プレート１０１とウエハ２００との温度変化の推移についてデータ取得しておくことが好ましい。このように石英プレート１０１とウエハ２００の温度変化の推移を取得することで石英プレート１０１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に記憶させる。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が行われる。
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、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。
（電磁波供給部）
ケース１０２の側壁には電磁波導入ポート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）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、６５３−２、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。
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。
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の対向する側面などの異なる側面にそれぞれ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。
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。
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。
（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。
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、後述する水素（Ｈ）原子添加処理や、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。
Ｉ／Ｏポート１２１ｄは、上述のＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｄ、バルブ２４３ａ〜２４３ｄ、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４４、リモートプラズマユニット２４７、マイクロ波発振器６５５、温度センサ２６３、真空ポンプ２４６、駆動機構２６７、ボートエレベータ１１５等に接続されている。
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、ＭＦＣ２４１ａ〜２４１ｄによる各種ガスの流量調整動作、バルブ２４３ａ〜２４３ｄ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、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。
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。
（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Ｓｉ酸化膜（ＳｉＯ２）の改質方法の一例について図３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。
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。
（基板搬入工程（Ｓ３０１））
図１に示されているように、表面に処理対象となるＳｉＯ２膜が形成された所定枚数のウエハ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（Ｓ３０１）。
（炉内圧力・温度調整工程（Ｓ３０２））
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以上、１０２０００Ｐａ以下の範囲内）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。
（不活性ガス供給工程（Ｓ３０３））
炉内圧力・温度調整工程Ｓ４０２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、バルブ２４３ｂが開かれ、第１の不活性ガスがガス供給管２３２ｂを介して供給される（Ｓ３０３）。なお、シャフト２５５は、上述した基板搬入工程Ｓ３０１完了後に回転させるようにしてもよい。また、本実施形態では、第１の不活性ガスとしてＮ２ガスを供給する。
（水素（Ｈ）原子添加工程（Ｓ３０４））
次に、処理ガスとしてＨ原子を含有するガスを処理室２０１内に供給し、当該ガスをプラズマ励起することによりＳｉＯ２膜に対するＨ原子添加工程を実施する。本実施形態では、Ｈ原子含有ガスであるＨ2ガスを供給する。具体的には次の通りである。
電磁波供給部によって、ウエハ２００をＨ原子添加工程の処理温度である１００℃以上５００℃以下の範囲まで加熱すると、バルブ２４３ａを開け、Ｈ2ガスをリモートプラズマユニット２４７を介して処理室２０１内に導入（供給）する。具体的には、バルブ２４３ａを開け、ＭＦＣ２４１ａにて流量制御しながら、リモートプラズマユニット２４７を介して処理室２０１内へのＨ2ガスの供給を開始する。必要に応じて、バルブ２４３ｃを開け、ガス供給管２３２ｃとＭＦＣ２４１ｃを介してキャリアガス（希釈ガス）を供給するようにしてもよい。なお、このとき、Ｈ2ガスの供給量は、例えば５０ｓｃｃｍ以上２０００ｓｃｃｍ以下の範囲内である。本実施形態では、Ｈ2ガスの供給量は４００ｓｃｃｍとしている。また、本実施形態では、キャリアガスとしてＡｒガスを供給する。
また、処理室２０１内の圧力が、例えば１０Ｐａ以上４００Ｐａ以下の範囲内、より好ましくは５０Ｐａ以上３００Ｐａ以下（本実施形態では１５０Ｐａ）の所定圧力となるように、ＡＰＣバルブ２４２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Ｈ2ガスの供給を継続する。
Ｈ2ガスをリモートプラズマユニット２４７に供給すると、リモートプラズマユニット２４７において、高周波電源２４８により高周波電力の印加を開始する。このとき、例えば２７．１２ＭＨｚの高周波電力を、０．５ＫＷ以上３．５ＫＷ以下の範囲内の電力で印加する。ここでは２．５ＫＷの電力を印加する。これにより、リモートプラズマユニット２４７においてプラズマが生成される。生成されたプラズマによりＨ2ガスは活性化されて解離し、Ｈ原子を含む活性種（Ｈ＊）が生成される。
Ｈ2ガスがプラズマにより活性化されることにより生成されたＨ＊を含むガスはウエハ２００の表面（露出面）に供給され、ウエハ２００表面上のＳｉＯ２膜と反応する。すなわち、Ｈ＊を含むガスがウエハ２００条のＳｉＯ２膜と反応して、ウエハ２００表面上のＳｉＯ２膜中にＨ原子が添加され、Ｈ原子添加工程が行われる（Ｓ３０４）。
また、本実施形態では、Ｈ原子を含有するガスをリモートプラズマユニット２４７に供給してプラズマ励起することにより活性種等の反応種を生成するように記載しているが、これに限らず、処理室２０１内でガスをプラズマ生成し、Ｈ原子をウエハ２００に添加することもできる。
高周波電力の印加を開始してから所定の処理時間経過後、例えば１０秒から１２００秒が経過したら、高周波電源２４８からの電力の出力を停止して、処理室２０１内におけるプラズマ放電を停止する。本実施形態では１２０秒としている。また、バルブ２４３ａを閉めて、Ｈ2ガスの処理室２０１内への供給を停止する。Ｈ２ガスの供給停止後、必要に応じてバルブ２４３ｂを開け、処理室２０１内に不活性ガスによるパージを行うようにしてもよい。このように、Ｈ原子添加工程を完了後に第１の不活性ガスによって処理室２０１内の雰囲気を置換することで、残留しているＨ２ガスをパージすることが可能となり、後述する改質工程Ｓ３０５への影響を抑制することが可能となる。
ここで、ウエハ２００に添加されるＨ原子含有率は、Ｈ原子が添加される対象膜に対して、０．５％以上８０％以下の範囲となるように制御されることが好ましく、さらに好ましくは、１％以上、１０％以下の範囲となるように制御されることが好ましい。このようにＨ原子含有率を制御することによって、後述する改質工程においてウエハ２００を効率よく加熱することが可能となる。仮に、対象膜に対してＨ原子含有率が０．５％よりも小さくなってしまうと、Ｈ原子添加工程時の熱エネルギーによって、または、後述する改質工程におけるマイクロ波加熱によってＨ原子がウエハ２００から脱離してしまい、マイクロ波の吸収効率が低下し、所定の改質効果を得ることができなくなってしまう。また、８０％よりも高い含有率となってしまうと、処理対象膜の膜特性が変化してしまう。したがって、上述したＨ原子含有率の範囲内で制御を添加されることが好ましい。
（改質工程（Ｓ３０５））
Ｈ原子添加工程が完了すると、バルブ２４３ｂを開き、ガス供給管２３２ｂを介して第１の不活性ガスを処理室２０１内に供給し、処理室２０１内を所定の圧力、例えば１０Ｐａ以上１０２０００Ｐａ以下の範囲となる所定の値であって、好ましくは１０１３００Ｐａ以上１０１６５０Ｐａ以下となるように維持する。その後、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３００℃以上、１０００℃以下の温度、好適には６００℃以上、９００℃以下の温度となるように加熱し、さらに好適には、８００℃以上、８５０℃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。
具体的には、ウエハ２００を効率よく加熱する、すなわち、ウエハ２００がマイクロ波を効率よく吸収させるためには、ウエハ２００のキャリア密度とキャリア温度依存性について考慮する必要がある。図４に示すように、縦軸をキャリア密度（導電率に比例）、横軸を温度としたウエハ２００のキャリア密度の温度依存性の一例を示した場合、温度によって、領域（Ａ）、領域（Ｂ）、領域（Ｃ）に分けることができる。ウエハ２００がシリコン（Ｓｉ）基板である場合、例えば領域（Ａ）と（Ｂ）を分ける温度は３２７℃、領域（Ｂ）と（Ｃ）とを分ける温度は−７３℃である。図４から明らかであるように、領域（Ａ）と（Ｃ）は温度上昇とともに、キャリア密度も上昇するが、領域（Ｂ）は温度が上昇した場合であっても、キャリア密度は殆ど上昇しない。
ウエハ２００の単位時間当たりの発熱量はウエハ２００のキャリア密度に比例するため、キャリア密度が変動するとそれに伴って発熱量も変化する。このため、キャリア密度の変化が大きい領域（Ａ）で、マイクロ波加熱を行った場合、温度変化に応じてキャリア密度が増加する割合が大きいため、照射されるマイクロ波の電力が同じでも、ウエハ２００の昇温速度が大きくなる。したがって、領域（Ａ）において、マイクロ波による加熱が行われることが好ましい。なお、ウエハ２００の温度変化が急峻に行われることを回避したい場合には、領域（Ａ）と（Ｂ）の境界温度近く（例えばＳｉ基板の場合には３００℃）から基板処理を行うように制御してもよい。また、領域（Ａ）で基板処理を行うために、改質処理工程中に不活性ガスなどの冷却ガスを処理室２０１内に供給して、処理温度を維持するようにしてもよい。本実施例においては、例えばバルブ２４３ｄを開け、ＭＦＣ２４１を介してガス供給管２３２ｄから供給される第２の不活性ガスを冷却ガスとして供給する。なお、本実施形態では、第２の不活性ガスとしてＮ２ガスを供給する。
ウエハ２００の温度は、石英サセプタ１０１ａの表面温度を温度センサ２６３によって測定した値から、記憶装置１２１ｃまたは外部記憶装置１２２に予め記憶された温度変換データによって推測される。マイクロ波発振器６５５−１、６５５−２は、導波管６５４−１と６５４−２を介して電磁波導入ポート６５３−１と６５３−２からマイクロ波を処理室２０１内に供給する。処理室２０１内に供給されたマイクロ波はウエハ２００に入射して効率的に吸収されるために、ウエハ２００を極めて効果的に加熱することが可能となる。
マイクロ波発振器６５５を制御することでウエハ２００を上述した所定の処理温度まで加熱すると、予め定められた時間、当該処理温度を維持する。このようにマイクロ波発振器６５５を制御することでマイクロ波ウエハ２００の表面上に形成されたＳｉＯ２膜の改質処理を行う。
ウエハ２００を加熱する場合、マイクロ波発振器６５５−１、６５５−２は、マイクロ波を間欠的に供給しながらマイクロ波発振器６５５−１、６５５−２の出力を大きくするように制御されることが好ましい。すなわち、マイクロ波発振器からのマイクロ波供給を間欠的に供給するパルス制御と、マイクロ波発振器６５５−１、６５５−２の出力を線形的に制御するパワーリミット制御を組合せて行うようにすることが好ましい。このようにウエハ２００の昇温時にマイクロ波をパルス制御して供給することによって処理室２０１内に定在波が形成されてウエハ表面に集中して加熱される領域（マイクロ波集中領域、ホットスポット）が形成されたとしても、マイクロ波を供給しない時間（ＯＦＦ時間）を設けることができる。マイクロ波を供給しないタイミングを設けることによって、マイクロ波集中領域に生じた熱がウエハ２００の面内全体に伝達され、ウエハ２００の面内温度を均一に維持することが可能となる。このようにウエハ２００の面内で熱伝達が起きる期間を設けることによって、マイクロ波集中領域が集中して加熱されてしまうことを抑制することが可能となる。
したがって、マイクロ波をパルス制御して供給することによって、マイクロ波集中領域だけが集中して加熱され、マイクロ波集中領域とその他のウエハ面との温度差が大きくなることを抑制することができる。すなわち、マイクロ波集中領域のみが集中的かつ連続的に加熱されることによってウエハ２００の表面に温度差が生じることを抑制でき、生じた温度差によってウエハ２００が割れたり、反ったり、歪んだりするといったウエハ変形を抑制することが可能となる。
以上のようにマイクロ波発振器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ＳｉＯ２膜を改質させる。すなわち、ウエハ２００を均一に改質することが可能となる（Ｓ３０５）。
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。
（搬出工程（Ｓ３０６））
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（Ｓ３０６）。
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。
（３）Ｈ原子添加工程の有無に関する比較
次に、Ｈ原子添加工程Ｓ３０４を実施した場合と実施しない場合の改質処理による改質後の膜質特性の比較について図５〜図７を用いて説明する。ここで、ウェットエッチレート（Ｗｅｔ Ｅｔｃｈ Ｒａｔｅ、略称：ＷＥＲ）とは、純粋で希釈したフッ化水素にＳｉ酸化膜を曝露した時のＳｉ酸化膜がエッチングされるエッチング速度のことを示している。また、ウェットエッチレート比（Ｗｅｔ Ｅｔｃｈ Ｒａｔｅ Ｒａｔｉｏ、略称：ＷＥＲＲ）とは、９００℃のＯ雰囲気下でＳｉ基板表面にＯを拡散させる熱処理によって形成されたＳｉ酸化膜（Ｓｉ熱酸化膜）のエッチング速度を１とした時のＷＥＲの相対比のことを示している。
図５（Ａ）に示すように、Ｈ原子添加工程Ｓ３０４を実施しておらず、Ｈ含有率が０．５％未満であるウエハ２００の場合、改質工程Ｓ３０５前のＷＥＲＲが３．３１であるのに対し、改質工程後のＷＥＲＲが３．１０となっていることが確認できる。これに対し、図５（Ｂ）に示すように、Ｈ原子添加工程Ｓ３０４を実施し、Ｈ含有率が０．５％以上であるウエハ２００の場合、改質工程Ｓ３０５前のＷＥＲＲが４．７３であるのに対し、改質工程Ｓ３０５後のＷＥＲＲが１．７５まで低減されていることが確認できる。これは、ウエハ２００の表面にＨ原子が添加されることによって、ウエハ２００とＨ原子とが結合することで比誘電率が変化し、マイクロ波を吸収し易くなり、ウエハ２００を均一に加熱可能となったためと考えられる。
また、図６に示すように、Ｈ原子添加工程Ｓ３０５を実施したウエハ２００に対して改質工程前と改質工程後の不純物濃度を比較してみると、Ｈ原子、Ｃ原子、Ｎ原子、Ｃｌ原子の全ての濃度が低下していることが確認できる。
また、図７に示すように、抵抗加熱源を用いたヒータによってウエハ２００を８３０℃で６０ｍｉｎ改質処理（Ｆｕｒｎａｃｅ Ａｎｎｅａｌ）した場合、未処理ウエハ２００のＷＥＲＲ４．７３に比べて、ＷＥＲＲは２．４４と低くなっている。これに対して、マイクロ波加熱によってウエハ２００を８５０℃で１５ｍｉｎ改質処理（ＭＷＡ）した場合、ＷＥＲＲが１．７５と低くなっており、抵抗加熱源により改質処理する場合に比べてマイクロ波加熱により改質処理した場合の方が、ＷＥＲＲを低くすることが可能となるだけでなく、処理時間も大きく短縮することが可能となる。
（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を得ることができる。
（ａ）Ｈ原子添加工程の後に電磁波による改質工程を連続して実施することによって、ウエハの電磁波吸収効率を向上させることが可能となり、ウエハを均一に処理することが可能となる。
（ｂ）ウエハを均一に処理することが可能となるため、ウエハのＷＥＲＲ、すなわち、ＷＥＲを大きく低減することが可能となる。
（ｃ）ウエハの電磁波吸収効率が向上するため、ウエハの改質処理時間を短縮することが可能となり、基板処理のスループットを向上させることが可能となる。
（ｄ）ウエハに添加するＨ原子の含有率を０．５％以上、８０％以下とすることで、処理対象膜の特性を変化させることなく、効率よく処理対象膜を改質することが可能となる。
（５）第１の実施形態の変形例
本実施形態における基板処理装置は、上述の態様に限定されず、以下に示す変形例のように変更することができる。
（変形例１）
図８に示すように、第１の実施形態における変形例１は、ボート２１７がウエハ２００を複数多段に保持可能な、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。具体的には、ボート２１７に保持された石英プレート１０１ａと１０１ｂの間に複数枚のウエハ２００を所定の間隔で水平多段に保持するように構成し、上述した基板処理工程の順番で保持された複数枚のウエハ２００が均等に処理される。このように構成することによって、一度の処理で複数枚のウエハ２００が処理可能となり、基板処理のスループットを向上させることが可能となる。
（変形例２）
また、図９に示すように、第１の実施形態における変形例２は、変形例１と同様に垂直方向多段にウエハ２００を複数枚保持可能な基板処理装置として構成している。しかし、変形例１が石英プレート１０１ａと１０１ｂとの間に複数枚のウエハ２００を配置して処理する構成であるのに対し、変形例２では、ウエハ２００間に石英プレート１０１ｃを配置し、ウエハ２００が石英プレート１０１間に必ず配置されるように構成されている。このように構成することによって、複数枚のウエハ２００をより均一に処理することが可能となる。
（変形例３）
また、図１０に示すように、第１の実施形態における変形例３は、ガス供給管２３２の下流方向の端部にガス供給ノズル９０１を設け、ＭＦＣ２４１、バルブ２４３を介してウエハ２００の側面から処理室２０１内に上述した各種処理ガスを供給する構成としている。このように構成することによって、ウエハ２００に均等に各種処理ガスを供給することが可能となり、Ｈ原子添加工程Ｓ３０４や改質処理Ｓ３０５の面内均一性を向上させることが可能となる。仮にウエハ２００を変形例１や変形例２のように複数枚多段に配置する構成とした場合には、ウエハ２００間における面間均一性も向上させることが可能となる。
＜本発明の第２の実施形態＞
次に本発明の第２の実施形態を図１１および図１２を用いて説明する。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ついては同一の参照番号を付し、説明を省略する。
（１）基板処理装置の構成
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１２に示すように基板処理工程において、Ｈ原子添加工程を行う装置と改質工程を行う処理室（装置）が異なる点である。すなわち、第１の実施形態では、Ｈ原子添加工程と改質工程とを同一装置（Ｉｎ−ｓｉｔｕ）で連続して行うのに対し、第２の実施形態では、Ｈ原子添加工程と改質工程とを異なる装置（Ｅｘ−ｓｉｔｕ）で装置間基板搬送工程を介して行うこととなる。
図１１に示すように、本実施形態に係る基板処理装置１１００は、１つの筐体に対して複数の処理室（Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｍｏｄｕｌｅ、略称：ＰＭ）１２０１を有するクラスタ型の処理装置であり、プラズマ生成部が接続され、Ｈ原子添加工程を行う処理室１２０１ａ、１２０１ｂと、電磁波供給部が接続され、電磁波加熱による改質工程を行う処理室１２０２ａ、１２０２ｂとを備えている。処理室１２０１ａ、１２０１ｂ、１２０２ａ、１２０２ｂのそれぞれには、ゲートバルブ１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄを介してそれぞれ隣接して連結されている。以降、特に区別して説明する必要のない限り、Ｈ原子添加工程を行う処理室１２０１ａ、１２０１ｂは処理室１２０１とし、電磁波加熱による改質工程を行う処理室１２０２ａ、１２０２ｂは処理室１２０２とし、ゲートバルブ１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄはゲートバルブ１５０として説明する。
基板処理装置１１００は、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第１の搬送室１１０３を備えており、第１の搬送室１１０３の筐体１１０１は平面視が五角形で上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。第１の搬送室１１０３には負圧下で複数枚のウエハ２００を同時に移載出来る第１の搬送装置としての第１の基板移載機１１２が設置されている。ここで、第１の基板移載機１１２は、一枚のウエハ２００を移載出来る装置でもよい。第１の基板移載機１１２は、昇降機構としての第１の基板移載機エレベータ１１３によって、第１の搬送室１０３の気密性を維持しつつ昇降できるように構成されている。
筐体１０１の五枚の側壁のうち前側に位置する二枚の側壁には、搬入用の予備室と搬出用の予備室とを併用可能な予備室１１２２と１１２３がそれぞれゲートバルブ１２６，１２７を介して連結されており、それぞれ負圧に耐え得る構造で構成されている。さらに、予備室（ロードロック室）１１２２，１１２３には図示しない基板支持台により複数枚（例えば２枚）のウエハ２００を積み重ねるように置くことが可能である。
また、第２の搬送室１１２１の筐体１２５には、ウエハ２００を第２の搬送室１１２１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、すなわち筐体１２５の外側にはロードポート（ＩＯステージ）１０５が設置されている。ポッドオープナ１０８は、ポッド１１０のキャップ１１０ａ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と、クロージャを駆動する駆動機構とを備えており、ロードポート１０５に載置されたポッド１１０のキャップ１１０ａを開閉することにより、ポッド１１０に対するウエハ２００の出し入れを可能にする。
予備室１１２２および予備室１１２３には、略大気圧下で用いられる第２の搬送室１１２１がゲートバルブ１２８、１２９を介して連結されている。第２の搬送室１１２１にはウエハ２００を移載する第２の搬送装置としての第２の基板移載機１２４が設置されている。第２の基板移載機１２４は、第２の搬送室１２１に設置された図示しない第２の基板移載機エレベータによって昇降可能に構成されているとともに、図示しないリニアアクチュエータによって左右方向に往復移動可能に構成されている。
（２）基板処理工程
次に、上述の基板処理装置１１００を用いて、第１の実施形態同様に、基板上に形成されたシリコン含有膜としてのＳｉ酸化膜（ＳｉＯ２）の改質方法の一例について図１２に示す処理フローに沿って説明する。第１の実施形態と同様、基板処理装置１１００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。なお、以下の基板処理工程において、第１の実施形態と同様の効果が得られる処理については詳細な説明を省略する。
（基板搬入工程（Ｈ原子添加用ＰＭ）（Ｓ１００１））
ポッド１１０がロードポート１０５に載置されると、ポッドオープナ１０８によってキャップ１１０ａが開放され、所定枚数のウエハ２００が第２の搬送装置１２４によって予備室１１２２または１１２３に搬入される。予備室１１２２または１１２３に搬入されたウエハ２００は第１の搬送装置１１２によって保持され、Ｈ原子添加処理を行うＨ原子添加装置としての処理室１２０１ａまたは１２０１ｂのいずれかに搬入される（Ｓ１００１）。
（水素（Ｈ）原子添加工程（Ｓ１００２））
処理室１２０１にウエハ２００が搬入されると、処理室１２０１内を所定の圧力および温度に維持し、処理ガスとしてＨ原子を含有するガスを処理室１２０１内に供給し、当該ガスをプラズマ励起することによりＳｉＯ２膜に対するＨ原子添加工程を実施する（Ｓ１００２）。このとき、第１の実施形態において、Ｈ原子添加工程は電磁波を用いた加熱装置によって処理温度まで昇温していたが、本実施形態におけるＨ原子添加工程では、電磁波を用いた加熱装置に限らず、抵抗加熱による加熱装置によって昇温されるようにしてもよい。本実施形態において使用されるＨ原子含有ガスは、第１の実施形態と同様に、Ｈ2ガス、Ｈ２Ｏガス、Ｈ２Ｏ２ガス、重水素Ｄを含むガス、又はこれらの組合せた混合ガスを用いることができる。Ｈ原子添加工程における各処理条件は第１の実施形態と同様である。
（基板搬出工程（Ｈ原子添加用ＰＭ）（Ｓ１００３））
Ｈ原子添加工程Ｓ１００２が完了すると、Ｈ原子添加処理が行われたウエハ２００は、第１の搬送装置１１２によって保持され、処理室１２０１から搬出される（Ｓ１００３）。
（装置間基板搬送工程（Ｓ１００４））
処理室１２０１から搬出されたウエハ２００は、第１の搬送装置１１２に保持された状態で改質工程を行う処理室１２０２へ搬送される（Ｓ１００４）。
（基板搬入工程（アニール用ＰＭ）（Ｓ１００５））
第１の搬送装置１１２に保持されたウエハ２００は、アニール装置としての処理室１２０２ａまたは１２０２ｂのいずれかに搬入される（Ｓ１００５）。
（改質工程（Ｓ１００６））
処理室１２０２にウエハ２００が搬入されると、処理室１２０１内を所定の圧力および温度に維持し、不活性ガスを処理室１２０２内に供給し、マイクロ波発振器６５５を供給する。マイクロ波発振器６５５を供給することによって、ウエハ２００を加熱し、ウエハ２００表面上に形成されているＳｉＯ２膜を改質させる。すなわち、ウエハ２００を均一に改質することが可能となる（Ｓ１００６）。
（基板搬出工程（アニール用ＰＭ）（Ｓ１００７））
改質工程Ｓ１００６が完了すると、改質処理が行われたウエハ２００は、第１の搬送装置１１２によって保持され、処理室１２０２から搬出される（Ｓ１００７）。
その後、第１の搬送装置１１２に保持された状態で、予備室１１２２または１１２３に搬入され、第２の搬送装置１２４によって、ポッド１１０へ搬送される。
以上の工程を行うことによって、第２の実施形態におけるＨ原子添加処理と改質処理が行われる。
（３）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を得ることができる。
（ｅ）Ｈ原子添加処理と改質処理とを異なる装置、すなわち異なる処理室で行うことが可能となり、それぞれの処理におけるガス供給制御や処理室内の圧力制御が単純化することが可能となる。
（ｆ）Ｈ原子添加処理と改質処理とを異なる処理室で行うことが可能となるため、各種処理が完了した段階で次の未処理ウエハを処理することが可能となり、スループットの向上を図ることが可能となる。
＜本発明の第３の実施形態＞
次に本発明の第３の実施形態を図１３を用いて説明する。第３の実施形態は第２の実施形態におけるＨ原子添加処理を行うＰＭにおいて、膜形成用の原料ガスと反応ガスとしての処理ガスを原料ガス供給系、反応ガス供給系のそれぞれから供給し、下地膜を形成可能としている点で第２の実施形態と異なる。なお、第３の実施形態で使用する装置の構成は、図１１と同様であるため、装置構成についての詳細な説明は省略する。また、以下の基板処理工程において、後述するパージ工程Ｓ１３０３以降のＨ原子添加工程、基板搬出工程(膜形成―Ｈ原子添加用ＰＭ)、ＰＭ間基板搬送工程、基板搬入工程（アニール用ＰＭ）、改質工程、基板搬出工程は、第２の実施形態と実質的に同一であるため、詳細な説明は省略する。
（１）基板処理工程
（基板搬入工程（膜形成‐Ｈ原子添加用ＰＭ）（Ｓ１３０１））
図１３に示すように、第２の実施形態と同様に未処理のウエハ２００が、第１の搬送装置１１２によって膜形成およびＨ原子添加用のＰＭ１２０１に搬入される（Ｓ１３０１）。
（膜形成工程（Ｓ１３０２））
未処理のウエハ２００が、処理室１２０１に搬入されると、所定の膜を形成する為、原料ガス、反応ガスおよびパージガスがそれぞれ同時または交互に所定のタイミングで供給される。
例えば、下地膜としてのＳｉＯ２膜を形成しようとする場合、原料ガスとしてＳｉ含有ガスであるビスターシャリーブチルアミノシラン（ＳｉＨ２［ＮＨ（Ｃ４Ｈ９）］２、略称：ＢＴＢＡＳ）ガス、原料ガスとは化学構造が異なる反応体（リアクタント）としてＯ含有ガスである酸素（Ｏ２）ガスを用いることができる。また、パージガスとして不活性ガスであるＮ２ガスを用いることができる。
ＳｉＯ２膜を形成する場合、まず、原料ガスであるＢＴＢＡＳガスを処理室１２０１に供給してＳｉ原子含有層、またはＢＴＢＡＳの吸着層、またはその両方をウエハ２００の表面に形成する。ウエハ２００の表面にＳｉ原子含有層、またはＢＴＢＡＳの吸着層、またはその両方をウエハ２００の表面に形成すると、処理室１２０１内にＮ２ガスを供給し、処理室１２０１内をパージする。処理室１２０１内がパージされると、次にＯ２ガスを供給し、プラズマやヒータ加熱などによって活性化されたＯ２ガスがウエハ２００の表面に供給されて反応し、ウエハ２００表面にＳｉＯ２膜を形成する。Ｏ２ガス供給後、必要に応じて再度Ｎ２ガスを供給してパージしてもよい。このように、原料ガス、パージガス、反応体、パージガスの順にそれぞれのガスを供給するステップを所定回数繰り返すことで所望の膜厚を有するＳｉＯ２膜を形成することが可能となる（Ｓ１３０２）。
（パージ工程（Ｓ１３０３））
所定の下地膜が形成されると、処理室１２０１内の残留ガスをパージするため、Ｎ２ガスが処理室１２０２内に供給され、パージ工程が行われる（Ｓ１３０３）。
（２）本実施形態による効果
本実施形態によれば以下に示す効果を得ることができる。
（ｇ）Ｈ原子添加工程を実施する反応室において下地膜を形成可能とすることによって、下地膜の膜形成工程と下地膜にＨ原子を添加するＨ原子添加工程とを連続（Ｉｎ−ｓｉｔｕ）で行うことが可能となり、ウエハ処理の効率向上が可能となる。
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。
例えば、上述の各実施形態では、下地膜として、ＳｉＯ２膜を改質する処理について記載したが、これに限らず、非晶質Ｓｉ（アモルファスＳｉ）膜を多結晶Ｓｉ（ポリＳｉ）膜に改質してもよく、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。
また、高誘電体膜に限らず、不純物がドーピングされたＳｉを主成分とする膜を加熱させるようにしてもよい。Ｓｉを主成分とする膜としては、Ｓｉ窒化膜（ＳｉＮ膜）、Ｓｉ酸炭化膜（ＳｉＯＣ膜）、Ｓｉ酸炭窒化膜（ＳｉＯＣＮ膜）、Ｓｉ酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）等のＳｉ含有膜がある。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。
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。
また、下地膜がＨ原子を多く含有するように、下地膜形成時にＨ原子を含有するガスを原料ガスまたは反応ガスとして用いるようにしてもよい。
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。
以上述べたように、本発明によれば、処理対象を均一に処理可能な電磁波熱処理技術を提供することができる。
１０１ａ、１０１ｂ・・・石英プレート（石英板）
１０２・・・ケース（キャビティ）、
１０３・・・反応管、
１０４・・・キャップフランジ（閉塞板）、
１２１・・・コントローラ（制御部）、
２００・・・ウエハ（基板）、
２０１・・・処理室、
２１０・・・載置台、
２１７・・・ボート（基板保持具）、
６５５・・・マイクロ波発振器（加熱装置）。

Claims (11)

  1. シリコン含有膜が形成された基板を処理する処理室と、
    前記処理室の側面に設けられ、前記基板をマイクロ波によって加熱するマイクロ波発振器と、
    前記処理室内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、前記処理室内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給系とを少なくとも有するガス供給部と、
    前記水素含有ガスをプラズマによって励起させるプラズマ生成部と、
    前記処理室内に前記マイクロ波発振器により前記マイクロ波を間欠的に供給することにより前記基板を第１の処理温度まで加熱すると、前記プラズマ生成部によって励起された前記水素含有ガスを前記基板に供給して前記基板上に形成されたシリコン含有膜中に水素原子を添加し、前記水素原子を添加した後に、前記処理室内に前記マイクロ波発振器により前記マイクロ波を間欠的に供給することによって前記基板を第２の処理温度まで加熱し、予め定められた時間、前記第２の処理温度を維持することで前記基板上に形成されたシリコン含有膜を改質させるように前記マイクロ波発振器、前記ガス供給部、前記プラズマ生成部のそれぞれ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。
  2. 前記制御部は、前記水素原子を添加する処理と、該添加する処理が終わると直ぐに前記マイクロ波によって前記基板を改質する処理とを行うように前記マイクロ波発振器、前記ガス供給部、前記プラズマ生成部のそれぞれ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。
  3. 前記第１の処理温度は１００℃以上５００℃以下の範囲であって、前記第２の処理温度は６００℃以上１０００℃以下の範囲である請求項１に記載の基板処置装置。
  4. 前記ガス供給部は、原料ガスとしてのシリコン含有ガスを供給する原料ガス供給系と、反応ガスとしての酸素含有ガスを供給する反応ガス供給系をさらに有し、
    前記制御部は、前記処理室に前記シリコン含有ガスと前記酸素含有ガスとを供給することで、前記基板表面に前記水素原子が添加されるシリコン含有膜を形成し、前記シリコン含有膜を形成後に前記水素含有ガスを供給して前記基板表面に前記水素原子を添加するよう、前記マイクロ波発振器、前記ガス供給部、前記プラズマ生成部のそれぞれ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。
  5. 前記制御部は、前記水素原子含有率が０．５％以上となるように水素原子が添加されるように前記マイクロ波発振器、前記ガス供給部、前記プラズマ生成部のそれぞれ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。
  6. 前記制御部は、前記水素原子含有率が８０％以下となるように水素原子が添加されるように前記マイクロ波発振器、前記ガス供給部、前記プラズマ生成部のそれぞれ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。
  7. 前記制御部は、前記マイクロ波を間欠的に供給しながら出力を大きくするように前記マイクロ波発振器を制御するよう構成される請求項１〜３のいずれか一項に記載の基板処理装置。
  8. シリコン含有膜が形成された基板を処理する処理室と、前記処理室の側面に設けられ、前記基板をマイクロ波によって加熱するマイクロ波発振器と、前記処理室内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、前記処理室内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給系とを少なくとも有するガス供給部と、前記水素含有ガスをプラズマによって励起させるプラズマ生成部と、を有する基板処理装置を用いた半導体装置の製造方法であって、
    前記シリコン含有膜が形成された基板を処理室内に搬入する工程と、
    前記処理室内に前記マイクロ波発振器により前記マイクロ波を間欠的に供給することにより前記基板を第１の処理温度まで加熱すると、前記処理室内に水素含有ガスを供給し、前記プラズマ生成部によって生成されたプラズマによって前記水素含有ガスを励起し、前記基板表面上に形成されたシリコン含有膜中に供給して水素原子を添加する工程と、
    前記水素原子を添加した後に前記マイクロ波発振器によって前記処理室内にマイクロ波を間欠的に供給することによって前記基板を第２の処理温度まで加熱し、予め定められた時間、前記第２の処理温度を維持することで前記基板上に形成されたシリコン含有膜を改質する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  9. 前記第１の処理温度は１００℃以上５００℃以下の範囲であって、前記第２の処理温度は６００℃以上１０００℃以下の範囲である請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
  10. シリコン含有膜が形成された基板を処理する処理室と、前記処理室の側面に設けられ、前記基板をマイクロ波によって加熱するマイクロ波発振器と、前記処理室内に水素含有ガスを供給する水素含有ガス供給系と、前記処理室内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給系とを有するガス供給部と、前記水素含有ガスをプラズマによって励起させるプラズマ生成部と、を有する基板処理装置の前記処理室に前記シリコン含有膜が形成された基板を搬入する手順と、
    前記処理室内に前記マイクロ波発振器により前記マイクロ波を間欠的に供給することにより前記基板を第１の処理温度まで加熱すると、前記処理室内に水素含有ガスを供給する手順と、
    前記プラズマ生成部によって生成されたプラズマによって前記水素含有ガスを励起し、前記基板表面上に形成されたシリコン含有膜中に供給して水素原子を添加する手順と、
    前記水素原子を添加した後に前記マイクロ波発振器によって前記処理室内にマイクロ波を間欠的に供給することによって前記基板を第２の処理温度まで加熱し、予め定められた時間、前記第２の処理温度を維持することで前記基板上に形成されたシリコン含有膜を改質する手順と、
    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。
  11. 前記第１の処理温度は１００℃以上５００℃以下の範囲であって、前記第２の処理温度は６００℃以上１０００℃以下の範囲である請求項１０に記載のプログラム。
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