JP7033651B2 - 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 - Google Patents
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Description
以下に本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
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。
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。
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。
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(N2)ガス源が接続され、窒素(N2)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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
Claims (14)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
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