JP7011033B2 - 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プログラム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電磁波を用いた熱処理方法が検討されている。
特開２０１５－０７００４５号公報
従来の電磁波を用いた処理では、熱処理によって高温に加熱された基板を処理室内で冷却するという冷却工程を設ける必要があるため、生産性が低下してしまう場合がある。
本発明の目的は、基板の冷却工程を設けた場合であっても生産性の低下を抑制することが可能となる電磁波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、
基板を加熱する処理室と、前記処理室で加熱された基板を冷却する冷却室と、前記基板を搬送する基板搬送部と、を有し、前記基板搬送部を用いて、前記処理室に搬入する前記基板の枚数が、前記冷却室に搬入する基板の枚数より多い、
技術が提供される。
本発明によれば、基板の冷却工程を設けた場合であっても生産性の低下を抑制することが可能となる電磁波処理技術を提供することができる。
本発明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を処理炉の位置で示した縦断面図である。 本発明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を示した横断面図である。 本発明の実施形態で好適に用いられ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。 本発明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を冷却室の位置で示した縦断面図である。 （Ａ）ウエハを冷却室へ搬送する方法について模式的に示した図である。（Ｂ）冷却が完了したウエハを冷却室から搬出する方法について模式的に示した図である。 本発明の実施形態で好適に用いられる搬送室のパージガス循環構造を示した図である。 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。 本発明における基板処理のフローを示す図である。 （Ａ）処理室のゲートバルブ開放により搬送室内圧力が低下した際の各部の制御内容を示す図である。（Ｂ）処理室のゲートバルブ開放により搬送室内圧力が上昇した際の各部の制御内容を示す図である。
＜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。
（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、１枚または複数枚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１００では、基板としてのウエハ２００を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）１１０が使用される。ポッド１１０は、ウエハ２００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。
図１および図２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（搬送エリア）２０３を内部に有する搬送筐体（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、後述する冷却室２０４を形成する冷却ケース（冷却容器、冷却筐体）１０９が設けられている。搬送室２０３の筐体前側である図１の向かって右側（図２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に搬送・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、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Ｎ２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、筐体２０２は、搬送室２０３内をＮ２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。
搬送室２０３の筐体２０２後側である図１の向かって左側（図２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（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、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。
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°Ｃ以上、より好ましくは、２００°Ｃ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、反応室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。
本実施の形態において、ツィーザ１２５ａ－１を低温用のツィーザとし、ツィーザ１２５ａ－２は高温用の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や石英部材等の材質で構成しても良い。
（処理炉）
図１の破線で囲まれた領域Ａには、図３に示すような基板処理構造を有する処理炉が構成される。図２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。
図３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、封止部材（シール部材）としてのＯリング（図示せず）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の内側空間をシリコンウエハ等の基板を処理する処理室２０１として構成している。ケース１０２の内部に電磁波を透過させる石英製の図示しない反応管を設置してもよく、反応管内部が処理室となるように処理容器を構成してもよい。また、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。
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、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石英プレート１０１ａ、１０１ｂが所定の間隔で保持されている。また、石英プレート１０１ａ、１０１ｂとウエハ２００のそれぞれの間には、例えば、シリコンプレート（Ｓｉ板）や炭化シリコンプレート（ＳｉＣ板）などの電磁波を吸収して自身が加熱される誘電体などの誘電物質で形成されたウエハ２００を間接的に加熱するサセプタ（エネルギー変換部材、輻射板、均熱板とも称する）１０３ａ、１０３ｂを載置してもよい。このように構成することによってサセプタ１０３ａ、１０３ｂからの輻射熱によってウエハ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れており、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。
処理容器としてのケース１０２は、例えば横断面が円形であり、平らな密閉容器として構成されている。また、下部容器としての搬送容器２０２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）などの金属材料、または、石英などにより構成されている。なお、ケース１０２に囲まれた空間を処理空間としての処理室２０１又は反応エリア２０１と称し、搬送容器２０２に囲まれた空間を搬送空間としての搬送室２０３又は搬送エリア２０３と称する場合もある。なお、処理室２０１と搬送室２０３は、本実施形態のように水平方向に隣接させて構成することに限らず、垂直方向に隣接させ、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。
図１、図２および図３に示すように、搬送容器２０２の側面には、ゲートバルブ２０５に隣接した基板搬入搬出口２０６が設けられており、ウエハ２００は基板搬入搬出口２０６を介して処理室２０１と搬送室２０３との間を移動する。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。
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、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。
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。
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。
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。
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（Ｎ２）ガス源が接続され、ＭＦＣ２４１、バルブ２４３を介して処理室２０１内へ供給される。基板処理の際に複数種類のガスを使用する場合には、ガス供給管２３２のバルブ２４３よりも下流側に、上流側から順に流量制御器であるＭＦＣおよび開閉弁であるバルブが設けられたガス供給管が接続された構成を用いることで複数種類のガスを供給することができる。ガス種毎にＭＦＣ、バルブが設けられたガス供給管を設置してもよい。
主に、ガス供給管２３２、ＭＦＣ２４１、バルブ２４３によりガス供給系（ガス供給部）が構成される。ガス供給系に不活性ガスを流す場合には、不活性ガス供給系とも称する。不活性ガスとしては、Ｎ２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。
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、本発明においてウエハ２００の温度（ウエハ温度）と記載した場合は、後述する温度変換データによって変換されたウエハ温度、すなわち、推測されたウエハ温度のことを意味する場合と、温度センサ２６３によって直接ウエハ２００の温度を測定して取得した温度を意味する場合と、それらの両方を意味する場合を指すものとして説明する。
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またはサセプタ１０３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。
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。
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（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）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。
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。
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。
(冷却室)
図２および図４に示すように、搬送室２０３の側方であって、処理室２０１－１、２０１－２の間に処理室２０１－１、２０１－２から略等距離となる位置、具体的には、処理室２０１－１、２０１－２の基板搬入搬出口２０６からの搬送距離が略同一距離となるように、所定の基板処理を実施したウエハ２００を冷却する冷却領域としての冷却室（冷却エリア、冷却部とも称する）２０４が冷却ケース１０９によって形成されている。冷却室２０４の内部には、基板保持具としてのボート２１７と同様の構造を有するウエハ冷却用載置具（クーリングステージとも称する、以下、ＣＳと記載する）１０８が設けられている。ＣＳ１０８は、後述する図５に示すように、複数のウエハ保持溝１０７ａ～１０７ｄによって複数枚のウエハ２００を垂直多段に水平保持することが可能なように構成されている。また、冷却ケース１０９には、ガス供給配管（冷却室用ガス供給配管）４０４を介して冷却室２０４内の雰囲気をパージするパージガス（冷却室用パージガス）としての不活性ガスを予め定められた第１のガス流量で供給する、冷却室用パージガス供給部としてのガス供給ノズル（冷却室用ガス供給ノズル）４０１が設置される。ガス供給ノズル４０１は、ノズル端部が開口された開口ノズルであってもよく、好ましくは、ＣＳ１０８側に面するノズル側壁に複数のガス供給口が設けられた多孔ノズルを用いることが好ましい。また、ガス供給ノズル４０１は複数設けられていてもよい。なお、ガス供給ノズル４０１から供給されるパージガスは、ＣＳ１０８に載置される処理後のウエハ２００を冷却する冷却ガスとして用いてもよい。
冷却室２０４は、図２に示すように、処理室２０１－１および処理室２０１－２の間に設けるのが好ましい。これにより、処理室２０１－１と冷却室２０４の移動距離（移動時間）と処理室２０１－２と冷却室２０４の移動距離とを同じにすることができ、タクトタイムを同じにすることがきできる。また、処理室２０１－１と処理室２０１－２の間に冷却室２０４を設けることで、搬送スループットを向上させることができる。
冷却室２０４の内部に設けられるＣＳ１０８は、図５に示すように、４枚のウエハ２００を保持可能である。つまり、ＣＳ１０８は、処理室２０１－１または２０１－２で加熱されるウエハ２００の枚数（２枚）の少なくとも２倍のウエハ２００（４枚）を冷却できる構成とされている。
また、冷却室２０４には、冷却室用パージガスを排気するための排気口４０５と、ガス排気量を調節するための冷却室用排気バルブとしての開閉バルブ（またはＡＰＣバルブ）４０６、冷却室用排気配管としての排気配管４０７が設けられている。開閉バルブ４０６の後段の排気配管４０７には、冷却室２０４内の雰囲気を積極的に排気するための図示しない冷却室用真空ポンプを設けるようにしてもよい。排気配管４０７は、後述する搬送室２０３内の雰囲気を循環させるためのパージガス循環構造に接続されて循環するようにしても良い。その場合排気配管４０７は、後述する図６に示す循環路１６８Ａに接続されることが好ましく、さらに好ましくは、循環路１６８Ａの下流であって、クリーンユニット１６６の直前となる上流位置に接続（合流）されることが好ましい。
また、冷却ケース１０９には冷却室２０４内の圧力を検知する冷却室用圧力センサ（冷却室用圧力計）４０８が設けられており、搬送室用圧力センサ（搬送室用圧力計）１８０によって検知された搬送室内の圧力と冷却室２０４内の差圧を一定にするように、後述するコントローラ１２１によって、冷却室用ＭＦＣとしてのＭＦＣ４０３、冷却室用バルブとしてのバルブ４０２が制御されてパージガスの供給または供給停止が実施され、また、開閉バルブ４０５と冷却室用真空ポンプが制御されてパージガスの排気または排気停止が制御される。これらの制御によって、冷却室２０４内の圧力制御、およびＣＳ１０８に載置されたウエハ２００の温度制御が行われる。なお、主にガス供給ノズル４０１、バルブ４０２、ＭＦＣ４０３、ガス供給配管４０４によって冷却室用ガス供給系（第１のガス供給部）が構成され、また、主に排気口４０５、開閉バルブ４０６、排気配管４０７によって冷却室用ガス排気系（冷却室用ガス排気部）が構成される。冷却室用ガス排気系には冷却室用真空ポンプを含めるようにしてもよい。また、冷却室２０４内には、ＣＳ１０８に載置されたウエハ２００の温度を測定するための図示しない温度センサを設けていてもよい。ここで、ウエハ保持溝１０７ａ～１０７ｄ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、単にウエハ保持溝１０７として記載する。
（パージガス循環構造）
次に、本実施形態の搬送室２０３に設けられている搬送室２０３内のパージガス循環構造について図１、図６を用いて説明する。図６に示すように、搬送室２０３は、搬送室２０３の周囲に形成されたダクト内にパージガスとしての不活性ガスまたは空気（フレッシュエアー）を予め定められた第２のガス流量で供給するパージガス供給機構（第２のガス供給部）１６２と、搬送室２０３内の圧力制御を行う圧力制御機構１５０とを備える。パージガス供給機構１６２は、主に搬送室２０３内の酸素濃度を検出する検出器１６０による検出値に応じてダクト内にパージガスを供給するように構成されている。検出器１６０は、塵や不純物を取り除き、搬送室２０３内にパージガスを供給するガス供給機構としてのクリーンユニット１６６の上方（上流側）に設置されている。クリーンユニット１６６は、塵や不純物を取り除くためのフィルタとパージガスを送風するための送風機（ファン）で構成されている。パージガス供給機構１６２と圧力制御機構１５０とにより、搬送室２０３内の酸素濃度を制御することが可能となる。ここで、検出器１６０は、酸素濃度に加えて水分濃度も検出可能な様に構成されていても良い。
圧力制御機構１５０は、搬送室２０３内を所定の圧力に保持するように構成された調整ダンパ１５４と、排気路１５２を全開または全閉にするように構成された排気ダンパ１５６とにより構成される。調整ダンパ１５４は、搬送室２０３内の圧力が所定の圧力より高くなると開くように構成されたオートダンパ（背圧弁）１５１と、オートダンパ１５１の開閉を制御するように構成されたプレスダンパ１５３とにより構成される。このように調整ダンパ１５４および排気ダンパ１５６の開閉を制御することで、搬送室２０３内を任意の圧力に制御することが可能なように構成されている。
図６に示すように、搬送室２０３の天井部には、クリーンユニット１６６が左右に１つずつ配置される。移載機１２５の周辺には、パージガスの流れを整える整流板である多孔板１７４が設置される。多孔板１７４は複数の孔を有し、例えば、パンチングパネルで形成される。多孔板１７４を設けることにより、搬送室２０３内の空間が上部空間である第一の空間１７０と下部空間である第二の空間１７６とに区画される。すなわち、天井部と多孔板１７４との間の空間にウエハ搬送領域である第一の空間１７０が形成され、また、多孔板１７４と搬送室２０３の床面との間の空間にガス排気領域である第二の空間１７６が形成される。
搬送室２０３の下方である第二の空間１７６の下部には、搬送室２０３内を流れたパージガスを循環および排気する吸出部１６４が移載機１２５を挟んで左右にそれぞれ１つずつ配置されている。また、筐体２０２の壁面内、すなわち、筐体２０２の外壁面と内壁面の間には、左右一対の吸出部１６４と左右一対のフィルタユニット１６６とをそれぞれ繋ぐ循環経路および排気経路としての経路１６８が形成されている。経路１６８には、流体を冷却する図示しない冷却機構(ラジエーター)を設置することにより、循環パージガスの温度制御が可能となる。
経路１６８は、循環経路である循環路１６８Ａと排気路１６８Ｂとの２つの経路に分岐される。循環路１６８Ａは、クリーンユニット１６６の上流側へ接続し、搬送室２０３内へパージガスを再び供給する流路である。排気路１６８Ｂは、圧力制御機構１５０に接続し、パージガスを排気する流路であり、筐体２０２の左右に設けられた排気路１６８Ｂは下流側において一本の外部排気経路１５２に合流される。
次に、搬送室２０３内のガスの流れについて説明する。図６に示す矢印は、パージガス供給機構１６２から供給されたパージガスの流れを模式的に示したものである。例えばパージガスとしてのＮ２ガス（不活性ガス）を搬送室２０３内に導入する場合、Ｎ２ガスはクリーンユニット１６６を介して、搬送室２０３の天井部から搬送室２０３内に供給され、搬送室２０３内にダウンフロー１１１を形成する。搬送室２０３内には、多孔板１７４が設けられ、搬送室２０３内の空間を、主にウエハ２００が搬送される領域である第１の空間１７０と、パーティクルが沈降し易い第２の空間１７６とに区画することにより、第１の空間１７０と第２の空間１７６との間に差圧を形成する構造を有している。この際、第１の空間１７０の圧力は第２の空間１７６の圧力よりも高くなっている。このような構成により、ツィーザ１２５ａ下方の移載機エレベータ１２５ｃなどの駆動部から発生するパーティクルがウエハ搬送領域内へ飛散することを抑制できる。また、搬送室２０３の床面のパーティクルが第１の空間１７０へ巻き上がることを抑制できる。
ダウンフロー１１１によって第２の空間１７６に供給されたＮ２ガスは、吸出部１６４によって搬送室２０３から吸い出される。搬送室２０３から吸い出されたＮ２ガスは、吸出部１６４の下流において循環路１６８Ａと排気路１６８Ｂとの２つの流路に分かれる。循環路１６８Ａに導入されたＮ２ガスは、筐体２０２の上方に流れ、クリーンユニット１６６を介して搬送室２０３内に循環される。また、排気路１６８Ｂに導入されたＮ２ガスは、筐体２０２の下方に流れ、外部排気経路１５２より外部へ排気されることとなる。ここで、循環路１６８のコンダクタンスが小さい場合、左右の吸出部１６４にＮ２ガスの循環を促す送風機としてのファン１７８を設置しても良い。ファン１７８を設置することにより、Ｎ２ガスの流れを良くすることができ、循環エアフローを形成しやすくなる。このように、左右２つの系統に分かれて循環および排気を行う事により、搬送室２０３内において均一なエアフローを形成することができる。
ここで、搬送室２０３内にＮ２ガスを循環させるか否かは、調整ダンパ１５４と、排気ダンパ１５６の開閉を制御することで可能としてもよい。すなわち、搬送室２０３内にＮ２ガスを循環させる際には、オートダンパ１５１およびプレスダンパ１５３を開とし、排気ダンパ１５６を閉とすることで搬送室２０３内への循環エアフローを形成しやすくするように構成してもよい。この場合、排気路１６８Ｂに導入されたＮ２ガスは、排気路１６８Ｂ内に滞留させてもよいし、循環路１６８Ａに流れるように構成してもよい。
ここで、ポッド１１０内の圧力、搬送室２０３内の圧力、処理室２０１内の圧力および冷却室２０４内の圧力は、すべて大気圧、または大気圧よりも１０Ｐａ以上～２００Ｐａ以下（ゲージ圧）程度の高い圧力にてコントローラ１２１によって各部が制御される。なお、後述する炉内圧力・温度調整工程Ｓ８０３、不活性ガス供給工程Ｓ８０４、改質工程Ｓ８０５のそれぞれにおいては、搬送室２０３内の圧力の方が処理室２０１および冷却室２０４の圧力よりも高く、また、処理室２０１内の圧力の方がポッド１１０内の圧力よりも高くなるように制御するのが好ましく、基板搬入工程Ｓ８０２、基板搬出工程Ｓ８０６、基板冷却工程Ｓ８０７のそれぞれにおいては、搬送室２０３内の圧力が処理室２０１内の圧力よりも低く、かつ、冷却室２０４内の圧力よりも高くなるように制御されることが好ましい。
（制御装置）
図７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、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。
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、マイクロ波発振器６５５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、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、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。
（２）基板処理工程
次に、上述の基板処理装置１００の処理炉を用いて、半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程として、例えば、基板上に形成されたシリコン含有膜としてのアモルファスシリコン膜の改質（結晶化）方法の一例について図８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。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。
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。
（基板取出し工程（Ｓ８０１））
図１に示されるように、移載機１２５はロードポートユニット１０６によって開口されたポッド１１０から処理対象となるウエハ２００を所定枚数取り出し、ツィーザ１２５ａ－１、１２５ａ―２の両方にウエハ２００を載置する。つまり、低温用のツィーザ１２５ａ－１、高温用のツィーザ１２５ａ－２に２枚のウエハを載置して、２枚のウエハをポッド１１０から取り出す。
（基板搬入工程（Ｓ８０２））
図３に示されるように、ツィーザ１２５ａ－１、１２５ａ―２の両方に載置されたウエハ２００はゲートバルブ２０５の開閉動作によって所定の処理室２０１に搬入（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。
（炉内圧力・温度調整工程（Ｓ８０３））
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。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（Ｓ８０３）。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Ｓ８０４へ移行するように制御してもよい。
（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。
（改質工程（Ｓ８０５））
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。
マイクロ波による加熱方式にて加熱を行う本実施形態では、処理室２０１に定在波が発生し、ウエハ２００（サセプタ１０３が載置されている場合はサセプタ１０３もウエハ２００と同様に）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１０３が載置されている場合はサセプタ１０３もウエハ２００と同様に）が変形することを抑制するため、電磁波供給部の電源のＯＮ／ＯＦＦを制御することでウエハ２００にホットスポットが生じることを抑制している。このとき、電磁波供給部の供給電力を低出力とすることで、ホットスポットの影響が小さくなるように制御することにより、ウエハ２００の変形を抑制することも可能である。ただしこの場合、ウエハ２００やサセプタ１０３に照射されるエネルギーが小さくなるため、昇温温度も小さくなり、加熱時間を長くする必要がある。
ここで、上述したように温度センサ２６３は非接触式の温度センサであり、測定対象であるウエハ２００（サセプタ１０３が載置されている場合はサセプタ１０３もウエハ２００と同様に）に変形や破損が生じると、温度センサがモニタするウエハ２００の位置や、ウエハ２００に対する測定角度が変化するため、測定値（モニタ値）が不正確となり、測定温度が急激に変化してしまうこととなる。本実施形態では、このような測定対象の変形や破損に伴って放射温度計の測定温度が急激に変化することを電磁波供給部のＯＮ／ＯＦＦを行うトリガとして利用している。
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（Ｓ８０５）。すなわち、ウエハ２００を均一に改質することが可能となる。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、マイクロ波発振器６５５をＯＦＦとするのではなく、マイクロ波発振器６５５の出力を低くするように制御することでウエハ２００の温度が所定の範囲の温度となるようにしてもよい。この場合、ウエハ２００の温度が所定の範囲の温度に戻るとマイクロ波発振器６５５の出力を高くするように制御される。
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。
（基板搬出工程（Ｓ８０６））
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（Ｓ８０６）。
（基板冷却工程（Ｓ８０７））
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、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、ＣＳ１０８に載置される。具体的には、図５（Ａ）に示すように、高温用のツィーザ１２５ａ－２１に保持された改質処理Ｓ８０５後のウエハ２００ａが、ＣＳ１０８に設けられたウエハ保持溝１０７ｂに移送され、所定時間載置されることでウエハ２００ａが冷却される（Ｓ８０７）。このとき、図５（Ｂ）に示すように既に先行してＣＳ１０８に冷却されていた冷却済ウエハ２００ｂが載置されている場合には、改質処理Ｓ８０５完了後のウエハ２００ａをウエハ保持溝１０７ｂに載置後の高温用のツィーザ１２５ａ－２および、低温用のツィーザ１２５ａ－１が２枚の冷却済ウエハ２００ｂをロードポート、すなわちポッド１１０に搬送する。
処理室２０１内のボート２１７上で２枚のウエハ２００が一括して加熱（処理）される場合、基板搬出工程（Ｓ８０６）および基板冷却工程（Ｓ８０７）が連続して複数回（この例では、２回）実施されることで、２枚の高温のウエハ２００aが、高温用のツィーザ１２５ａ－２により、１枚ずつ、ＣＳ１０８に載置される。この時、ＣＳ１０８に２枚の冷却済ウエハ２００ｂが載置されている場合、２枚の冷却済ウエハ２００ｂは高温用のツィーザ１２５ａ－２および低温用のツィーザ１２５ａ－１により、ＣＳ１０８から、ポッド１１０へ搬出される。これにより、高温用のツィーザ１２５ａ－２が高温のウエハ２００aを保持する時間を短くできるので、移載機１２５への熱負荷を軽減することが出来る。また、ウエハ２００を冷却する時間も長くできる。
以上の様に、高温用のツィーザ１２５ａ－２を設け、処理室２０１内の加熱（処理）後の高温のウエハ２００ａを、処理室２０１内で、例えば、１００°Ｃ以下になるまで冷却することなく、比較的高温のまま、高温用のツィーザ１２５ａ－２を用いて、冷却室２０４内のＣＳ１０８へ移動させる。これにより、処理室２０１内でのウエハ２００の載置時間が短くできるので、処理室２０１の利用効率が向上でき、ウエハ２００の改質処理などの生産性を向上させることが出来る。高温のウエハ２００ａを、処理室２０１内で、例えば、１００°Ｃ以下になるまで冷却する方法として、窒素（Ｎ２）等の不活性ガスにより、ウエハ２００を強制的に１００°Ｃ以下となるまで冷却する方法もある。しかし、本実施形態においては、このような不活性ガスによる強制的な冷却を利用しないので、不活性ガスの利用量も低減することも可能である。
なお、冷却室２０４のウエハ保持溝（１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄ）に、ウエハ２００ａを載置する際、前回載置した加熱（処理）後の高温のウエハ２００の直下または直上に、次の加熱済の高温のウエハ２００ａを載置するのが好ましい。このようにすることで、冷却室２０４で冷却したウエハ２００ｂの取り出しのための管理が容易となる。
（基板収容工程（Ｓ８０８））
基板冷却工程Ｓ８０７によって冷却されたウエハ２００は、低温用のツィーザ１２５ａ－１および高温用のツィーザ１２５ａ－２によって、冷却された２枚のウエハを、冷却室２０４から取り出し、所定のポッド１１０に搬送する。このようにウエハの１枚搬送（冷却室２０４への搬入）と２枚搬送（冷却室２０４からの搬出）とを組み合わせることで、ウエハ２００の搬送時間を高速化することができる。
以上の動作が繰り返されることにより、ウエハ２００が改質処理され、次の基板処理工程に移行することとなる。また、ウエハ２００をボート２１７に２枚載置させることで基板処理を行うように構成して説明したが、これに限らず、処理室２０１－１、２０１－２のそれぞれに設置されているボート２１７に１枚ずつ載置させて同一の処理を行うようにしてもよいし、スワップ処理を行うことで、ウエハ２００を２枚ずつ、処理室２０１－１、２０１－２にて処理するようにしてもよい。このとき、処理室２０１－１、２０１－２のそれぞれで行われる基板処理の回数が一致するようにウエハ２００の搬送先を制御してもよい。このように制御することで各処理室２０１－１、２０１－２における基板処理の実施回数が一定となり、メンテナンスなどの保守作業を効率よく行うことが可能となる。例えば、前回ウエハ２００を搬送した処理室が処理室２０１－１である場合、次のウエハ２００の搬送先は処理室２０１－２とするように制御することで各処理室２０１－１、２０１－２における基板処理の実施回数を制御することができる。
処理室２０１－１、２０１－２のそれぞれに設置されているボート２１７に１枚ずつ載置させて同一の処理を行うようにする場合、次の様に、低温用のツィーザ１２５ａ－１と高温用のツィーザ１２５ａ－２とを利用するのが好ましい。低温用のツィーザ１２５ａ－１及び高温用のツィーザ１２５ａ－２でロードポートユニット１０６からウエハ２００の２枚を取り出し、例えば、低温用のツィーザ１２５ａ－１に載置された１枚のウエハ２００を処理室２０１－１に搬入し、高温用のツィーザ１２５ａ－２に載置された１枚のウエハ２００を処理室２０１－２に搬入する。その後、加熱の処理が終了すると、高温用のツィーザ１２５ａ－２で処理室２０１－１から加熱（処理）後の１枚のウエハ２００ａを取り出して冷却室２０４に搬入し、そして、高温用のツィーザ１２５ａ－２で処理室２０１－２から加熱（処理）後の１枚のウエハ２００ａを取り出して冷却室２０４に搬入する。
（３）冷却室内圧力制御
次に図９（Ａ）、（Ｂ）を用いて冷却室２０４内の圧力制御について説明する。基板処理工程と同様に以下の説明において、各部の動作はコントローラ１２１により制御される。
図４に示す通り、本実施形態における冷却室２０４には、処理室２０１と搬送室２０３とを空間的に隔離するゲートバルブ２０５のような隔壁が配置されていない。このため、冷却室２０４内の圧力に応じて搬送室２０３内を流れるパージガスのガス流れに変化が生じてしまう。搬送室２０３内のガス流れの変化は搬送室２０３内においてパージガスの乱流を生じさせる原因となり、搬送室内のパーティクルを巻き上げてしまう原因や、ウエハ搬送時のウエハずれの原因となってしまうため、結果として形成された膜質の低下やスループットの低下などの悪影響が生じてしまうこととなる。これら悪影響を抑制するため、冷却室２０４内の圧力制御が必要となる。この圧力制御を行うため、搬送室２０３内に供給されるパージガスの流量は、冷却室２０４に供給されるパージガスの流量よりも大きくなるように制御される。
ここで、搬送室２０３内に供給されるパージガスの流量は、１００ｓｌｍ以上、２０００ｓｌｍ以下となるように供給されることが好ましい。仮に１００ｓｌｍよりも小さい流量でガス供給した場合、搬送室２０３内を完全にパージすることが困難となり、搬送室２０３内に不純物や副生成物が残留してしまうことになる。また、仮に２０００ｓｌｍよりも大きい流量でガス供給した場合、移載機１２５によるウエハ２００を搬送する際に、所定の位置に載置されていたウエハ２００がずれてしまう原因となったり、搬送室筐体２０２の角部などにおいて渦などの乱流が生じてしまう原因となり、パーティクル等の不純物を巻き上げる原因となってしまう。
また、上述した搬送室２０３内へのガス供給流量とした場合、冷却室２０４内へ供給されるパージガスの流量は、１０ｓｌｍ以上、８００ｓｌｍ以下となるように供給されることが好ましい。仮に１０ｓｌｍよりも小さい流量でガス供給した場合、冷却室２０４内を完全にパージすることが困難となり、搬送室２０３内に不純物や副生成物が残留してしまうことになる。また、仮に８００ｓｌｍよりも大きい流量でガス供給した場合、移載機１２５によるウエハ２００を搬送する際に、所定の位置に載置されていたウエハ２００がずれてしまう原因となったり、冷却室ケース１０９の角部などにおいて渦などの乱流が生じてしまう原因となり、パーティクル等の不純物を巻き上げる原因となってしまう。
搬送室２０３内の圧力と冷却室２０４内の圧力とを制御する際は、例えば、搬送室用圧力センサ１８０によって検知される搬送室２０３内の圧力値が冷却室用圧力センサ４０７によって検知される冷却室２０４内の圧力値よりも常時高くなるように制御されることが好ましい。すなわち、搬送室２０３内の圧力の方が冷却室２０４内の圧力よりも高くなるように制御されることが好ましい。このとき、特に搬送室２０３と冷却室２０４との圧力差を０Ｐａより大きく、１００Ｐａ以下を維持するように制御することで、冷却室２０４内の圧力が搬送室２０３内のパージガスフローに与える影響を最小限にすることが可能となる。仮に、搬送室２０３と冷却室２０４との圧力差を０Ｐａとすると、搬送室２０３と冷却室２０４との圧力差がなくなり、冷却室に供給されるパージガスが搬送室２０３に逆流し、搬送室２０３内のガス流れに変化が生じてしまう。また、搬送室２０３と冷却室２０４との圧力差が１００Ｐａよりも大きくなってしまうと、搬送室２０３に供給されるパージガスが必要以上に冷却室２０４内に流れ込むことになってしまい、搬送室２０３内のガス流れに大きな変化が生じてしまう。以下の説明では、搬送室２０３と冷却室２０４との圧力差が１０Ｐａとなるように制御する場合について記載する。
まず、処理室２０１に設けられたゲートバルブ２０５を開放することによって、搬送室２０３内の圧力が低下した場合の制御について図９（Ａ）を用いて説明する。
図９（Ａ）に示すように、例えば、基板処理工程における炉内圧力・温度調整工程Ｓ８０３から改質工程Ｓ８０５を実施している間などの、処理室２０１に配置されたゲートバルブ２０５が閉じている状態において、搬送室２０３内の圧力が５０Ｐａであり、冷却室２０４内の圧力が４０Ｐａとなるように、開閉バルブ４０６を閉じ、ガス供給ノズル４０１から冷却室２０４内に供給されるガス流量が、１００ｓｌｍとなるようにＭＦＣ４０３を制御している（ＳＴＥＰ１）。
ＳＴＥＰ１の状態から、例えば基板搬出工程Ｓ８０６などを実施し、処理室２０１に配置されたゲートバルブ２０５が開放されることで、搬送室２０３内の圧力が低下し、４０Ｐａとなったことを搬送室用圧力センサ１８０が検知する（ＳＴＥＰ２）。
搬送室用圧力センサ１８０が、所定の圧力値を検出すると、コントローラ１２１は、開閉バルブ４０５を開放し、冷却室２０４内の圧力が低下するように制御する（ＳＴＥＰ３）。このとき、ゲートバルブ２０５は開放された状態を維持している。
ＳＴＥＰ３の状態の後、例えば基板搬出工程Ｓ８０６において、処理室２０１からウエハ２００の搬出処理が完了すると、ゲートバルブ２０５が閉鎖される。ゲートバルブ２０５が閉鎖されるとコントローラ１２１は、開閉バルブを閉鎖し、搬送室２０３と冷却室２０４との圧力差が所定の値を維持するように制御する（ＳＴＥＰ４）。
以上のように制御することによって、ゲートバルブ２０５が開放されることによって搬送室２０３内の圧力が低下した場合であっても、適宜冷却室２０４内の圧力を調整し、搬送室２０３と冷却室２０４との圧力差を一定に維持することが可能となり、搬送室２０３内におけるガス流れを乱すことなく、膜質の低下やスループットの低下を抑制することが可能となる。
次に、処理室２０１に設けられたゲートバルブ２０５を開放することによって、搬送室２０３内の圧力が上昇した場合の制御について図９（Ｂ）を用いて説明する。
図９（Ｂ）に示すように、例えば、基板処理工程における炉内圧力・温度調整工程Ｓ８０３から改質工程Ｓ８０５を実施している間などの、処理室２０１に配置されたゲートバルブ２０５が閉じている状態において、搬送室２０３内の圧力が５０Ｐａであり、冷却室２０４内の圧力が４０Ｐａとなるように、開閉バルブ４０６を閉じ、ガス供給ノズル４０１から冷却室２０４内に供給されるガス流量が１００ｓｌｍとなるようにＭＦＣ４０３を制御している（ＳＴＥＰ５）。なお、この状態における各部の制御は、図９（Ａ）で行ったＳＴＥＰ１の説明と同一である。
ＳＴＥＰ５の状態からゲートバルブ２０５が開放されることで、搬送室２０３内の圧力が上昇し、６０Ｐａとなったことを搬送室用圧力センサ１８０が検知する（ＳＴＥＰ６）。
搬送室用圧力センサ１８０が、所定の圧力値を検出すると、コントローラ１２１は、開閉バルブ４０６は閉鎖した状態を維持したまま、ガス供給ノズル４０１から冷却室内に供給されるガス流量を１５０ｓｌｍに増加させ、冷却室２０４内の圧力が上昇するようにＭＦＣ４０３を制御する（ＳＴＥＰ７）。
ＳＴＥＰ７によって冷却室２０４内の圧力が所定の値となると、コントローラ１２１は、開閉バルブを閉鎖し、搬送室２０３と冷却室２０４との圧力差が所定の値を維持するように制御する（ＳＴＥＰ８）。
以上のように制御することによって、ゲートバルブ２０５が開放されることによって搬送室２０３内の圧力が上昇した場合であっても、適宜冷却室２０４内の圧力を調整し、搬送室２０３と冷却室２０４との圧力差を一定に維持することが可能となり、搬送室２０３内におけるガス流れを乱すことなく、膜質の低下やスループットの低下を抑制することが可能となる。
また、本実施形態においては、搬送室２０３と冷却室２０４とを空間的に隔離するゲートバルブを設置しない構造について説明したが、これに限らず、冷却室２０４の側壁に搬送室２０３と冷却室２０４とを空間的に隔離するゲートバルブを設置する場合においても、上述した冷却室内の圧力制御を行ってもよい。また、冷却室２０４の側壁面に冷媒が流通する冷媒配管４０９を設けて冷却効率を向上させるように構成しても良い。
また、本実施形態においては、処理室２０１に設けられた加熱装置として、マイクロ波発振器６５５を用いて説明したが、これに限定されない。処理室２０１に設けられた加熱装置として、ランプ等の加熱装置を用いることも可能である。
（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。
（１）基板搬送部（１２５）を用いて、ポッド１１０から処理室２０１に搬入するウエハ２００の枚数（２枚）が、処理室２０１から冷却室２０４に搬入するウエハ２００の枚数（１枚）より多い構成とした。ウエハ２００の１枚搬送と２枚搬送とを組み合わせることで、ウエハ２００の搬送時間を高速化することができる。
（２）基板搬送部（１２５）を用いて、処理室２０１に搬入するウエハ２００の枚数（２枚）が、処理室２０１から搬出するウエハ２００の枚数より多い構成とした。
（３）基板移載機構（基板移載ロボット、基板搬送部）１２５に、低温用のツィーザ１２５ａ－１（低温用基板搬送部）と高温用のツィーザ１２５ａ－２（高温用基板搬送部）を設けた。ポッド１１０から処理室２０１へ低温のウエハ２００を搬入する場合、低温用のツィーザ１２５ａ－１と高温用のツィーザ１２５ａ－２を用いて低温の２枚のウエハ２００を処理室２０１に搬入する。処理室２０１から冷却室２０４へ高温のウエハ２００を搬入する場合、高温用のツィーザ１２５ａ－２を用いて高温の１枚のウエハ２００を冷却室２０４に搬入する。
（４）処理室２０１内の加熱（処理）後の高温のウエハ２００を、処理室２０１内で冷却することなく、比較的高温のまま、高温用のツィーザ１２５ａ－２を用いて、冷却室２０４内のＣＳ１０８へ移動させることが出来る。そのため、処理室２０１の利用効率が向上でき、ウエハ２００の改質処理などの生産性を向上させることが出来る。
（５）冷却室２０４は、処理室２０１－１および処理室２０１－２の間に設ける構成とした。これにより、処理室２０１－１と冷却室２０４の移動距離（移動時間）と処理室２０１－２と冷却室２０４の移動距離とを同じにすることができ、タクトタイムを同じにすることがきできる。
（６）処理室２０１－１と処理室２０１－２の間に冷却室２０４を設けることで、ウエハ２００の搬送スループットを向上させることができる。
（７）冷却室２０４の内部に設けられるＣＳ１０８は、４枚のウエハ２００を保持可能な構成とした。つまり、ＣＳ１０８は、処理室２０１－１または２０１－２で加熱されるウエハ２００の枚数（２枚）の少なくとも２倍のウエハ２００（４枚）を冷却できる構成とされている。処理室２０１内のボート２１７上で２枚のウエハ２００が一括して加熱（処理）される場合、２枚の高温のウエハ２００が、高温用のツィーザ１２５ａ－２により、１枚ずつ、ＣＳ１０８に載置される。この時、ＣＳ１０８に２枚の冷却済ウエハ２００ｂが載置されている場合、２枚の冷却済ウエハ２００ｂは高温用のツィーザ１２５ａ－２および低温用のツィーザ１２５ａ－１により、ＣＳ１０８から、ポッド１１０へ搬出される。これにより、高温用のツィーザ１２５ａ－２が高温のウエハ２００aを保持する時間を短くできるので、移載機１２５への熱負荷を軽減することが出来る。
以上、本発明を実施形態に沿って説明してきたが、上述の実施形態は、適宜変更し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、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。
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。
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、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、基板の冷却工程を設けた場合であっても生産性の低下を抑制することが可能となる電磁波処理技術を提供することができる。
２００・・・ウエハ（基板）、２０１・・・処理室、２０３・・・搬送室、２０４・・・冷却室、１２５・・・基板移載機構（基板移載ロボット、基板搬送部）、１２５ａ－１・・・低音用のツィーザ（低温用基板搬送部）、１２５ａ－２・・・高温用のツィーザ（高温用基板搬送部）、１０８・・・ウエハ冷却用載置具（クーリングステージ、ＣＳ）。

Claims (16)

  1. 基板を加熱する処理室と、
    前記処理室で加熱された前記基板を冷却する冷却室と、
    前記基板を搬送する基板搬送部と、を有し、
    前記基板搬送部を用いて、前記処理室に搬入する前記基板の枚数が、前記冷却室に搬入する前記基板の枚数より多く、且つ、前記処理室から搬出する前記基板の枚数より多い基板処理装置。
  2. 基板を加熱する処理室と、
    前記処理室で加熱された前記基板を冷却する冷却室と、
    前記基板を搬送する基板搬送部と、を有し、
    前記基板搬送部を用いて、前記処理室に搬入する前記基板の枚数が、前記冷却室に搬入する前記基板の枚数より多く、且つ、前記基板搬送部を用いて、前記冷却室で冷却した前記基板の搬出する枚数が、前記冷却室に前記処理室で加熱した前記基板の搬入する枚数より多い基板処理装置。
  3. 前記基板搬送部は、高温の基板を搬送する少なくとも１つの高温用基板搬送部と、低温の基板を搬送する少なくとも１つの低温用基板搬送部と、を有する請求項１に記載の基板処理装置。
  4. 前記処理室に前記低温の基板を搬入する場合には、前記高温用基板搬送部と前記低温用基板搬送部とを用いて前記低温の基板を前記処理室に搬入し、
    前記冷却室に前記高温の基板を搬入する場合には、前記高温用基板搬送部を用いて前記高温の基板を前記冷却室に搬入する請求項３に記載の基板処理装置。
  5. 前記処理室に前記低温の基板を搬入する場合には、前記高温用基板搬送部と前記低温用基板搬送部とを用いて前記低温の基板を前記処理室に搬入し、
    前記処理室から前記高温の基板を搬出する場合には、前記高温用基板搬送部を用いて前記高温の基板を前記処理室から搬出する請求項３に記載の基板処理装置。
  6. 前記処理室で加熱した前記高温の基板を前記冷却室へ搬入する場合には、前記高温用基板搬送部を用いて前記高温の基板を搬入し、
    前記冷却室で冷却した前記低温の基板を前記冷却室から搬出する場合には、前記高温用基板搬送部と前記低温用基板搬送部とを用いて前記低温の基板を前記処理室から搬出する請求項３に記載の基板処理装置。
  7. 前記処理室が少なくとも２つ設けられ、前記冷却室が前記処理室との間に設けられる請求項１に記載の基板処理装置。
  8. 前記基板搬送部が設けられる搬送室と、前記搬送室内の圧力が、前記冷却室の圧力より高くなるように制御するよう構成される制御部と、を有する請求項１に記載の基板処理装置。
  9. 前記制御部は、前記搬送室と前記冷却室の圧力差が１０Ｐａとなるように制御する請求項８に記載の基板処理装置。
  10. 前記冷却室は、前記処理室で加熱される前記基板の枚数の少なくとも２倍の前記基板を冷却する構成を備える請求項１に記載の基板処理装置。
  11. 前記冷却室内に、冷却ガスを供給するガス供給管と、冷却ガスを排気する排気部と、が設けられる請求項１に記載の基板処理装置。
  12. 前記高温用基板搬送部は、耐熱性が高く、熱伝導率が低い材料で構成される請求項３に記載の基板処理装置。
  13. 前記処理室内へマイクロ波を供給するマイクロ波発振器を有する請求項１に記載の基板処理装置。
  14. 基板を加熱する処理室と、
    前記処理室で加熱された前記基板を冷却する冷却室と、
    前記基板を搬送する基板搬送部と、を有し、
    前記基板搬送部を用いて、前記処理室に搬入する前記基板の枚数が、前記冷却室に搬入する前記基板の枚数より多い基板処理装置であって、
    前記基板搬送部は、高温の基板を搬送する少なくとも１つの高温用基板搬送部と、低温の基板を搬送する少なくとも１つの低温用基板搬送部と、を有し、
    前記少なくとも１つの低温用基板搬送部は、マッピングセンサが設けられている基板処理装置。
  15. 基板を処理室に搬入する第１の搬入工程と、
    前記処理室で前記基板を加熱する工程と、
    前記基板を前記処理室から搬出する搬出工程と、
    前記処理室で加熱された前記基板を冷却室に搬入する第２の搬入工程と、
    前記加熱された前記基板を前記冷却室で冷却する工程と、を有し、
    前記第１の搬入工程で前記処理室に搬入される前記基板の枚数が、前記第２の搬入工程で前記冷却室に搬入される前記基板の枚数より多く、且つ、前記搬出工程で前記処理室から搬出する前記基板の枚数より多い半導体装置の製造方法。
  16. 基板を処理室に搬入する第１の搬入手順と、
    前記処理室で前記基板を加熱する手順と、
    前記基板を前記処理室から搬出する搬出手順と、
    前記処理室で加熱された前記基板を冷却室に搬入する第２の搬入手順と、
    前記加熱された前記基板を前記冷却室で冷却する手順と、を有し、
    前記第１の搬入手順で前記処理室に搬入される前記基板の枚数が、前記第２の搬入手順で前記冷却室に搬入される前記基板の枚数より多く、且つ、前記搬出手順で前記処理室から搬出する前記基板の枚数より多いことをコンピュータによって基板処理装置に実行させるプログラム。
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