JPWO2017056148A1 - 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム - Google Patents

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

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Abstract

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。基板を保持する基板保持具に保持された断熱板を、加熱装置から供給された電磁波によって基板を処理する処理温度まで加熱し、非接触式温度計によって処理温度に到達するまでの断熱板の温度変化を測定する工程と、基板保持具に保持された基板を、加熱装置によって処理温度まで加熱し、非接触式温度計によって処理温度に到達するまでの基板の温度変化を測定する工程と、断熱板の温度変化の測定結果と基板の温度変化の測定結果によって断熱板と基板の温度変化の相関関係を取得する工程と、非接触式温度計が測定する断熱板の温度と相関関係とを基に加熱装置を制御して基板を加熱する工程と、を有する技術を提供できる。

Description

本発明は、半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラムに関するものである。
半導体装置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るアニール処理がある。近の半導体デバイスにおいては、微細化に伴い、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アニール処理が求められている。
従来のアニール処理では、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かった。
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。
本発明の一態様によれば、
基板を保持する基板保持具に保持された断熱板を、加熱装置から供給された電磁波によって前記基板を処理する処理温度まで加熱し、非接触式温度計によって前記処理温度に到達するまでの前記断熱板の温度変化を測定する工程と、
前記基板保持具に保持された前記基板を、前記加熱装置によって前記処理温度まで加熱し、前記非接触式温度計によって前記処理温度に到達するまでの前記基板の温度変化を測定する工程と、
前記断熱板の温度変化の測定結果と前記基板の温度変化の測定結果によって前記断熱板と前記基板の温度変化の相関関係を取得する工程と、
前記非接触式温度計が測定する断熱板の温度と前記相関関係とを基に前記加熱装置を制御して前記基板を加熱する工程と、
を有する技術が提供される。
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。
本発明における第一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。 本発明における基板処理のフローを示す図である。 本発明における温度制御による温度推移を示した図であり、昇温時の温度制御による温度と時間の推移を示したグラフである。 本発明における温度制御による温度推移を示した図であり、基板処理時の温度制御による温度と時間の推移を示したグラフである。 本発明における基板処理時の温度制御によるウエハの加熱領域を示した模式図である。 本発明における第一の実施形態で好適に用いられる処理変換テーブルを作成するフローを示す図である。 本発明における第一の実施形態で好適に用いられる処理変換テーブルを作成するときの温度測定方法を示す図であり、断熱板の温度を測定する際の図である。 本発明における第一の実施形態で好適に用いられる処理変換テーブルを作成するときの温度測定方法を示す図であり、ターゲット基板の温度を測定する際の図である。 本発明における第一の実施形態で測定された断熱板とターゲット基板の温度と時間の推移を示したグラフである。 図７における断熱板とターゲット基板のグラフから形成された断熱板とターゲット基板の相関関係を示した温度変換グラフである。 本発明における第一の実施形態の変形例１を示した図である。 本発明における第一の実施形態の変形例２を示した図である。 本発明における第二の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦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。 本発明における第一の実施形態で好適に用いられる処理変換テーブルを作成するフローを示す図である。 本発明における第二の実施形態で好適に用いられる処理変換テーブルを作成するときの温度測定方法を示す図であり、断熱板の温度を測定する際の図である。 本発明における第二の実施形態で好適に用いられる処理変換テーブルを作成するときの温度測定方法を示す図であり、上部高さにターゲット基板を配置した際のターゲット基板温度を測定する際の図である。 本発明における第二の実施形態で好適に用いられる処理変換テーブルを作成するときの温度測定方法を示す図であり、略中央高さにターゲット基板を配置した際のターゲット基板温度を測定する際の図である。 本発明における第二の実施形態で好適に用いられる処理変換テーブルを作成するときの温度測定方法を示す図であり、下部高さにターゲット基板を配置した際のターゲット基板温度を測定する際の図である。
＜本発明の第一の実施形態＞
以下に本発明の第一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。
（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、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、処理対象としてのウエハ２００と、例えばダミーウエハなどの石英板やシリコンプレート（Ｓｉ板）などで形成されたウエハ２００の温度を維持（保温）するための断熱板１０１ａ、１０１ｂが、所定の間隔でウエハ２００を挟み込むように保持されている。また、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。
ここで、断熱板１０１ａ、１０１ｂは基板処理温度に応じて複数枚ずつ設置してもよい。このように複数枚ずつ設置することによってウエハ２００が載置されている領域が放熱されることを抑制することが可能となり、ウエハ２００の面内または面間温度均一性を向上させることが可能となる。また、後述する図６に示すように、ボート２１７の端板（天井板）２１７ａには、温度センサ２６３の測定窓としての孔２１７ｂが設けられており、断熱板１０１ａが温度センサ２６３によって表面温度を測定されるようにボート２１７に保持される。
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、基板としてのシリコンウエハ等のウエハ２００を搬送する搬送空間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エリア２０３と称する場合もある。
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出口２０６が設けられており、ウエハ２は基板搬入出口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、電磁波導入ポート６５３−１、６５３−２が穿設されている。電磁波導入ポート６５３−１、６５３−２のそれぞれには処理室２０１内にマイクロ波を供給するための導波管６５４−１、６５４−２の一端が接続されている。導波管６５４−１、６５４−２の他端のそれぞれには処理室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。
ここで、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、一般的な説明等をする場合には、それぞれを代表して電磁波導入ポート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、処理空間２０１および搬送空間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。
（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、減圧系排気管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、処理室２０１を囲むように排気路を設け、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ていてもよい。
ガス供給管２３２から不活性ガスを供給する場合、主に、ガス供給管２３２、ＭＦＣ２４１、バルブ２４３により不活性ガス供給系が構成される。
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。
（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。
なお、基板の温度を測定する方法として、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、熱電対と放射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、熱電対の測温精度を向上させるために処理ウエハ２００の近傍に配置して温度測定を行う必要があることから、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ため、放射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。このように構成することによって、上端が閉塞された反応管を用いることが可能となり、処理室２０１に供給されるマイクロ波や処理ガス等が漏洩する可能性を低減することが可能となる。
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いてもよい。このように構成することによって、温度センサ２６３を設置する場所の制限を緩和することが可能となる。
（マイクロ波発振器）
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は、マグネトロンやクライストロンなどが用いられる。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。
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い。
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。このように構成することによって、後述するマイクロ波がウエハ２００上で部分的に吸収される領域、すなわち、ウエハ２００が部分的に加熱されることを抑制することが可能となり、ウエハ２００の面内温度均一性を向上させることが可能となる。
主に、マイクロ波発振器６５５１、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）としての加熱装置が構成される。
マイクロ波発振器６５５−１、６５５−２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内に収容される断熱板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、断熱板１０１ａまたは１０１ｂ、若しくはウエハ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。
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、後述するノズルのエッチング処理や成膜処理の手順や条件等が記載されたエッチングレシピやプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。エッチングレシピやプロセスレシピは、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、エッチングレシピやプロセスレシピを、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、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、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、ＡＰＣバルブ２４４の開閉動作および圧力センサ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、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク、ＭＯ等の光磁気ディスク、ＵＳＢメモリやメモリカード等の半導体メモリ）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（プロダクトウエハ）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等との積層体（集合体）」を意味する場合、すなわち、表面に形成された所定の層や膜等を含めてウエハと称する場合、後述する「ターゲット基板（ターゲットウエハ）」または後述する「ダミー基板（ダミーウエハ）」もしくは「ターゲット基板（ターゲットウエハ）とダミー基板（ダミーウエハ）の両方」を意味する場合がある。また、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、上述した「ウエハ」の定義を用いた「ウエハそのものの表面（露出面）」を意味する場合や、「ウエハ上に形成された所定の層や膜等の表面、すなわち、積層体としてのウエハの最表面」を意味する場合がある。
従って、本明細書において「ウエハに対して所定のガスを供給する」と記載した場合は、上述した「ウエハ」の定義を用いた「ウエハそのものの表面（露出面）に対して所定のガスを供給する」ことを意味する場合や、「ウエハ上に形成されている層や膜等に対して、すなわち、積層体としてのウエハの最表面に対して所定のガスを供給する」ことを意味する場合がある。また、本明細書において「ウエハ上に所定の層（または膜）を形成する」と記載した場合は、「ウエハそのものの表面（露出面）上に所定の層（または膜）を形成する」ことを意味する場合や、「ウエハ上に形成されている層や膜等の上、すなわち、積層体としてのウエハの最表面の上に所定の層（または膜）を形成する」ことを意味する場合がある。
また、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。
（温度変換グラフ作成工程（Ｓ３０２））
所定の基板処理を行う前段階として、断熱板１０１ａ、温度センサ２６３、ターゲット基板６０１、孔開き断熱板６０２を用いて、後述する断熱板１０１ａとウエハ２００との相関関係を示した図８に例示するような温度変換グラフを作成するデータの取得処理を行う（Ｓ３０２）。
（搬入工程（Ｓ３０４））
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、ボートエレベータ１１５はボート２１７を上昇させ、図５に示されているように、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（Ｓ３０４）。
（圧力調整工程（Ｓ３０６））
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１０〜１００Ｐａ）となるよう処理室２０１内の雰囲気を排気する。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２４４ａまたは２４４ｂ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（Ｓ３０６）。
（不活性ガス供給工程（Ｓ３０８））
駆動機構２６７は、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を介してノズル２４９から供給される（Ｓ３０８）。処理室２０１内の圧力は０Ｐａ〜２００，０００Ｐａの中の所定の値であって、例えば０Ｐａ〜３００Ｐａ（Ｇ）に調整される。
（改質工程（Ｓ３１０））
マイクロ波発振器６５５−１、６５５−２はウエハ２００を１００〜９００℃の温度帯、例えば４００℃に昇温させる。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、温度変換グラフ作成工程で記憶された温度変換グラフの作成データによって推測され、制御される。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を極めて効果的に昇温させることが可能となる。
ここで、ウエハ２００を昇温させる場合、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、図４Ａに示すように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４０１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４０２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、図４Ｃに示すように、処理室２０１内に定常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）４０４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４０４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４０４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４０４だけが集中して加熱され、マイクロ波集中領域４０４とその他のウエハ面との温度差が大きくなることを抑止することができる。すなわち、マイクロ波集中領域４０４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でウエハ２００が割れたり、反ったり歪んだりといったウエハ変形を抑制することが可能となる。
また、ウエハ２００の昇温時にマイクロ波をパワーリミット制御して供給することによって、ウエハ２００を効率的に昇温することが可能となり、所望の基板処理温度まで短時間で加熱することが可能となる。
次に、ウエハ２００の昇温が完了すると、基板処理温度として、温度センサ２６３によって測定される温度を一定の範囲に維持するようにマイクロ波発振器６５５−１、６５５−２を制御する。具体的には、温度センサ２６３によって測定された温度を温度変換グラフ作成工程（Ｓ３０２）で作成した図８に示す温度変換グラフに基づいて変換し、温度制御を行う。
このとき、図４Ｂに示すように、温度センサによって測定された温度をコントローラ１２１にフィードバックし、フィードバックされたデータを基にマイクロ波発振器６５５−１、６５５−２を制御するフィードバック制御４０３を行うと共に、ウエハ昇温時と同様にパルス制御することで基板処理温度を一定の範囲にするように制御してもよい。このように制御することによって、ウエハ２００の温度を所定の範囲の基板処理温度に維持することが可能となる。パルス制御する理由についてはウエハ昇温時と同様の理由である。
ここで、マイクロ波発振器６５５−１、６５５−２によってマイクロ波を供給する時間（ＯＮ時間）と、マイクロ波を供給しない時間（ＯＦＦ時間）の間隔、すなわちパルス幅は、例えば１×１０−４ｓｅｃ間隔で制御できるようにすることが好ましい。このように構成することで、ウエハ昇温時とウエハ処理時の両方において正確な温度制御を可能とする。
なお、ウエハ昇温時とウエハ処理時で異なるパルス幅になるよう制御してもよい。このように構成することによって、ウエハ２００の表面におけるマイクロ波集中領域４０４とそれ以外の面の温度差が大きくなり易い（マイクロ波集中領域以外の領域が加熱されていない）ウエハ昇温時にはパルス幅を小さくすることで、面内温度均一性を向上させることが可能となる。同様に、ウエハ２００の表面におけるマイクロ波集中領域４０４とそれ以外の面の温度差が大きくなり難い（マイクロ波集中領域以外の領域がある程度加熱されている）ウエハ処理時にはパルス幅を大きくすることで、ウエハ表面にマイクロ波を十分に照射することが可能となり、十分なウエハ処理を行うことが可能となる。
また、パルス幅のＯＮ時間とＯＦＦ時間との時間間隔をそれぞれ異なるように制御してもよい。
以上のようにウエハ２００を加熱処理することによってウエハ２００表面上に形成されているアモルファスシリコン膜がポリシリコン膜へと改質（結晶化）されることとなる。すなわち、ウエハ２００を均一に改質することが可能となる。
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（Ｓ３１０）。
（大気圧復帰（Ｓ３１２））
改質工程の終了後、Ｎ２ガスなどの不活性ガスを供給し、処理室２０１内の圧力を大気圧に復帰する（Ｓ３１２）。
（搬出工程（Ｓ３１４））
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（Ｓ３１４）。
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）温度変換グラフ作成工程
次に、温度変換グラフ作成工程Ｓ３０２の詳細な処理フローについて図５〜８を用いて説明する。なお、本発明では説明の理解を助けるため、温度変換グラフ作成工程として説明を行うが、必ずしも温度変換グラフを作成する必要はなく、温度変換グラフを作成することができるデータを取得することができればよい。
（断熱板測定準備、搬入工程（Ｓ５０２））
図６Ａに示すように、ボート２１７の端板（天井板）２１７ａには、温度センサ２６３の測定窓としての孔２１７ｂが設けられており、断熱板１０１ａが温度センサ２６３によって表面温度を測定されるようにボート２１７に保持される。同様に、基板処理を行うウエハ２００（プロダクトウエハ）とは材質が異なり、熱的特性が類似するダミー基板（ダミーウエハ）６０１と断熱板１０１ｂがボート２１７に保持される。ボート２１７の所定の位置に断熱板１０１ａ、１０１ｂ、ダミーウエハ６０１が保持されると、処理室２０１にボート２１７が搬入される（Ｓ５０２）。
（温度調整、断熱板温度測定（Ｓ５０４））
ボート２１７が所定の基板処理位置に搬入されると、マイクロ波発振器６５５からマイクロ波が供給され、上述した制御方法によってマイクロ波発振器６５５が制御されて、基板処理温度までのウエハ２００の昇温・温度維持などの温度調整が行われる。温度調整が行われている間、所定の開始タイミングで断熱板１０１ａの表面温度を温度センサ２６３によって所定時間測定する（Ｓ５０４）。
温度センサ２６３によって測定された断熱板１０１ａの温度は、ＣＰＵ１２１ａを介して記憶装置１２１ｃに記憶される。記憶されたデータは、例えば図７のグラフ７０１に示すように視覚化することが可能となる。
（データ取得完了判定（Ｓ５０６））
温度センサ２６３が断熱板１０１ａの表面温度を一定時間測定すると、コントローラ１２１によって、予め定められたデータが取得できたか否かを判定する（Ｓ５０６）。所定のデータが取得完了している場合には次の工程に進み、完了していない場合には、再度温度調整、断熱板温度測定Ｓ５０４を実施する。
（搬出工程（Ｓ５０８））
断熱板１０１ａの所定データの取得が完了すると、ボート２１７を搬出する（Ｓ５０８）。
（ターゲット基板測定準備、搬入工程（Ｓ５１０））
ボート２１７が搬出されると、図６Ｂに示すようにボート２１７から断熱板１０１ａを取出し、断熱板１０１ａが保持されていた位置に孔開き断熱板６０２を保持させる。同様にダミーウエハ６０１を搬出した後には、ダミーウエハよりもプロダクトウエハに熱的特性が類似する材質で形成されたターゲット基板（ターゲットウエハ）６０３がボート２１７に保持される。
ボート２１７の所定の位置に孔開き断熱板６０２、ターゲットウエハ６０３がそれぞれ保持されると、前記ボート２１７が処理室２０１内に搬入される（Ｓ５１０）。
（温度調整、ターゲット基板温度測定（Ｓ５１２））
断熱板１０１ａの温度測定時と同様に、ボート２１７が所定の基板処理位置に搬入されると、マイクロ波発振器６５５からマイクロ波が供給され、上述した制御方法によってマイクロ波発振器６５５が制御されて、基板処理温度までのウエハ２００の昇温・温度維持などの温度調整が行われる。温度調整が行われている間、所定の開始タイミングでターゲットウエハ６０３の表面温度を温度センサ２６３によって所定時間測定する（Ｓ５１２）。
（データ取得完了判定（Ｓ５１４））
温度センサ２６３がターゲットウエハの温度を一定時間測定すると、コントローラ１２１によって、予め定められたデータが取得できたか否かを判定する（Ｓ５１４）。所定のデータが取得完了している場合には次の工程に進み、完了していない場合には、再度温度調整、ターゲット基板温度測定Ｓ５１４を実施する。
温度センサ２６３によって測定されたターゲットウエハ６０３の温度は、ＣＰＵ１２１ａを介して記憶装置１２１ｃに記憶される。記憶されたデータは、例えば図７のグラフ７０２に示すように視覚化することが可能となる。
（搬出工程、基板処理準備、温度変換グラフ作成（Ｓ５１６））
ターゲットウエハ６０３の所定データの取得が完了すると、ボート２１７を搬出する。ボート２１７を搬出後、孔開き断熱板６０２を取出し、図１に示すように断熱板１０１ａをボート２１７に配置する。また、ターゲットウエハ６０３を取出し、通常のウエハ２００をボート２１７に配置する。このように基板処理フローを実施する準備が行われる。
また、図７に示したターゲットウエハ６０３温度の時間推移グラフ７０２と断熱板１０１ａの温度の時間推移グラフ７０１のデータから、線形補間または一次式近似を用いることによって、図８に示すような、縦軸がターゲットウエハの温度、横軸が断熱板の温度とした断熱板とターゲットウエハの相関関係を記憶装置１２１ｃに記憶させる。このようにして温度変換グラフ作成工程が完了する。
（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奏する。
（ａ）プロダクトウエハと材質が異なる断熱板とプロダクトウエハに熱的特性が類似するターゲットウエハとの相関関係を記憶することによって、断熱板の温度からウエハの温度が推測可能となり、基板処理時の温度制御を容易に行うことを可能とする。
（ｂ）断熱板の温度からウエハの温度を推測可能としたことによって、ウエハ処理時に断熱板の温度を測定すれば足りるため、温度センサの設置場所を容易に決定することが可能となる。
（ｃ）断熱板の温度とターゲットウエハの温度と、を放射温度計などの非接触式温度計によって計測することによって、温度計自身がマイクロ波の影響を受けてしまうことを抑制でき、正確な温度測定が可能となる。
（ｄ）ウエハを昇温するときに、マイクロ波発振器をパルス制御とパワーリミット制御とを組合せて制御することによって、ウエハの面内において、マイクロ波集中領域とそれ以外のウエハ領域の温度差が大きくなることを抑制することが可能となる。また、ウエハに反りや歪み、割れ等の変形が生じることを抑制することが可能となる。さらに、ウエハを効率的に昇温することが可能となり、所望の基板処理温度まで短時間で加熱することが可能となる。
（ｅ）ウエハが処理温度となったときに、マイクロ波発振器をフィードバック制御とパルス制御とを組合せて制御することによって、ウエハの温度を所定の範囲の基板処理温度に維持することが可能となる。
（ｆ）パルス制御のパルス幅を制御することによって、ウエハ昇温時とウエハ処理時の両方において正確な温度制御が可能となる。
（５）第一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９に示すように変形例１では、放射温度計などの非接触式の温度センサ２６３の設置位置を中心から径方向外側にずらして設置することに伴い、ボート２１７の天井板の孔２１７ｂの形状をＣ字形状の溝２１７ｃとな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、孔２１７ｂの孔径を拡大する構成とした場合に比べてボート天井板から放熱されてしまい、基板温度が低下することを抑制することが可能となる。
（変形例２）
図１０に示すように、変形例２では、１つのマイクロ波発振器６５５に対して接続された導波管６５４が分岐してケース１０２に複数接続されることで、複数の電磁波供給ポート６５３−１〜６５３−３をケース１０２に設ける。このように構成することによって、複数の電磁波供給ポート６５３−１〜６５３−３のそれぞれから供給されたマイクロ波がウエハ２００に均等に照射され、ウエハ２００を均一に加熱することが可能となる。
＜本発明の第二の実施形態＞
次に本発明の第二の実施形態を図１１と図１３Ａ〜図１３Ｄを用いて説明する。
（６）基板処理装置の構成
第二の実施形態において、本発明に係る基板処理装置は、ウエハに各種の熱処理を施すバッチ式縦型熱処理装置として構成されている。なお、本実施形態において、第一の実施形態と同一の機能を有する構成要素には、同一の参照番号を付し、説明を省略する。
（処理室）
図１１に示すように、処理室２０１は、基板としてのウエハ２００を後述するボート２１７によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。
（ガス供給部）
処理室２０１内には、後述するガス供給ノズルとしてのノズル２４９反応管２０３の下部側壁を貫通するようにそれぞれ組み込まれている。ノズル２４９は石英により構成されている。ノズル２４９には、ガス供給管２３２が接続されている。このように、反応管１０３には、ノズル２４９と、ガス供給管２３２とが設けられており、処理室２０１内へ少なくとも１種類の処理ガスを供給することが可能となっている。
但し、本実施形態の処理室２０１は上述の形態に限定されない。例えば、反応管１０３の下方に、反応管１０３を支持する金属製のマニホールドを設け、各ノズルを、マニホールドの側壁を貫通するように設けてもよい。この場合、マニホールドに、排気管２３１をさらに設けてもよい。この場合であっても、排気管２３１を、マニホールドではなく、反応管１０３の下部に設けてもよい。このように、処理室２０１の炉口部を金属製とし、この金属製の炉口部にノズル等を取り付けてもよい。また、処理ガスの種類ごとに複数のノズルを取り付けるようにしてもよい。
第一の実施形態同様、ガス供給管２３２には、上流方向から順に、流量制御器（流量制御部）であるＭＦＣ２４１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の先端部にはノズル２４９が接続されている。ノズル２４９は、反応管１０３の内壁とウエハ２００との間における円環状の空間に、反応管１０３の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ２００の配列方向上方に向かって立ち上がるようにそれぞれ設けられている。すなわち、ノズル２４９は、ウエハ２００が配列されるウエハ配列領域２００ａの側方の、ウエハ配列領域２００ａを水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域２００ａに沿うようにそれぞれ設けられている。すなわち、ノズル２４９は、処理室２０１内へ搬入されたウエハ２００の端部（周縁部）の側方にウエハ２００の表面（平坦面）と垂直に設けられている。ノズル２４９は、Ｌ字型のロングノズルとして構成されており、ノズル２４９の水平部は反応管１０３の下部側壁を貫通するように設けられており、それらの各垂直部は少なくともウエハ配列領域２００ａの一端側から他端側に向かって立ち上がるように設けられている。ノズル２４９の側面には、ガスを供給するガス供給孔２５０が複数設けられている。ガス供給孔２５０は、反応管１０３の中心を向くようにそれぞれ開口しており、ウエハ２００に向けてガスを供給することが可能となっている。ガス供給孔２５０は、反応管１０３の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
このように、本実施形態では、反応管１０３の側壁の内壁と、積層された複数枚のウエハ２００の端部（周縁部）と、で定義される円環状の縦長の空間内、すなわち、円筒状の空間内に配置したノズル２４９を経由してガスを搬送している。そして、ノズル２４９に開口されたガス供給孔２５０から、ウエハ２００の近傍で初めて反応管１０３内にガスを噴出させている。そして、反応管１０３内におけるガスの主たる流れを、ウエハ２００の表面と平行な方向、すなわち、水平方向としている。このような構成とすることで、冷却ガスまたはパージガスとしての不活性ガスを各ウエハ２００に均一にガスを供給でき、各ウエハ２００に形成される薄膜の膜厚均一性を向上させることが可能となる。ウエハ２００の表面上を流れたガス、すなわち、反応後の残ガスは、排気口、すなわち、後述する排気管２３１の方向に向かって流れる。但し、この残ガスの流れの方向は、排気口の位置によって適宜特定され、垂直方向に限ったものではない。
ガス供給管２３２からは、例えば、不活性ガスとして窒素（Ｎ２）ガスがＭＦＣ２４１、バルブ２４３、ガス供給管２３２、ノズル２４９を介して処理室２０１内へ供給される。主に、ガス供給管２３２、ＭＦＣ２４１、バルブ２４３、により不活性ガス供給系が構成される。不活性ガス供給系をパージガス供給系、冷却ガス供給系と称することもできる。
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。
（排気部）
反応管１０３の側壁には、排気部として排気管２３１、ＡＰＣバルブなどの圧力調整器２４４、が設けられている。真空ポンプ２４６を排気部に含めてもよいことは第一の実施形態と同様である。
（マイクロ波発振器）
ケース１０２の側壁には複数の電磁波導入ポート６５３−１〜６５３−３がそれぞれ垂直方向に設置されている。電磁波導入ポート６５３−１〜６５３−３には、それぞれ導波管６５４−１〜６５４−３の一端が接続されている。導波管６５４−１〜６５４−３のそれぞれの他端には、マイクロ波発振器６５５−１〜６５５−３が接続されている。
このように構成することによって、垂直方向に複数多段に保持されたウエハ２００間において、均一に加熱することが可能となり、ウエハ２００の面間均一性を向上させることが可能となる。
また、第一の実施形態と同様にマイクロ波発振器６５５−１〜６５５−３は、それぞれにコントローラ１２１が接続されており、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６５５−１〜６５５−３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６５５−１〜６５５−３が個々に制御されるように構成してもよい。さらに、マイクロ波発振器６５５−１〜６５５−３を例えばマイクロ波発振器６５５−１と６５５−２を同一の制御信号で制御し、マイクロ波発振器６５５−３を個別の制御信号で制御するというような所定の組合せ（グループ分け）で制御するようにしてもよい。
（周辺機構）
反応管１０３の下方には、反応管１０３の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ２１９が設けられている。シールキャップ２１９は、反応管１０３の下端に垂直方向下側から当接されるように構成されている。シールキャップ２１９は、例えばＳＵＳ等の金属からなり、円盤状に形成されている。シールキャップ２１９の上面には、反応管１０３の下端と当接するシール部材としてのＯリングが設けられている。シールキャップ２１９の処理室２０１と反対側には、後述するボート２１７を回転させる回転機構２６８が設置されている。回転機構２６８のシャフト２５５は、シールキャップ２１９を貫通してボート２１７に接続されている。回転機構２６８は、ボート２１７を回転させることでウエハ２００を回転させるように構成されている。シールキャップ２１９は、反応管１０３の外部に垂直に設置された昇降機構としてのボートエレベータ１１５によって垂直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ１１５は、シールキャップ２１９を昇降させることで、ボート２１７を処理室２０１内外に搬入および搬出することが可能なように構成されている。すなわち、ボートエレベータ１１５は、ボート２１７すなわちウエハ２００を、処理室２０１内外に搬送する搬送装置（搬送機構）として構成されている。
（基板保持具）
基板保持具としてのボート２１７は、複数枚、例えば２５〜２００枚のウエハ２００を、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に支持するように、すなわち、間隔を空けて配列させるように構成されている。また、ボート２１７に保持された最上位のウエハ２００の上方には、断熱板１０１ａが保持されており、最下位のウエハ２００の下方には断熱板１０１ｂが保持されている。ボート２１７は、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる。ボート２１７の下部には、例えば石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる断熱プレート２１８が水平姿勢で多段に支持されていてもよく、ボート２１７の下部に断熱プレート２１８を設けずに、石英やＳｉＣ等の耐熱性材料からなる筒状の部材として構成された断熱筒を設けてもよい。このように構成することにより、基板２００や石英サセプタ１０１ｂからの熱が炉口側に伝わりにくくなっている。また、第一の実施形態同様に、ボート２１７の端板（天井板）２１７ａには、温度センサ２６３の測定窓としての孔２１７ｂが設けられており、断熱板１０１ａが温度センサ２６３によって表面温度を測定されるようにボート２１７に保持される。
（７）基板処理工程
上述した第二の実施形態における基板処理装置を用いた半導体装置（デバイス）の製造工程の一工程としての基板処理工程は、後に詳述する温度変換グラフ作成工程Ｓ３０２’が異なるだけであり、その他の工程は第一の実施形態における基板処理工程と同一である。すなわち、本実施形態では、温度変換グラフ作成工程Ｓ３０２’搬入工程Ｓ３０４、圧力調整工程Ｓ３０６、不活性ガス供給工程Ｓ３０８、改質工程Ｓ３１０、大気圧復帰工程Ｓ３１２、搬出工程Ｓ３１４の順番で基板処理を行う。
（８）温度変換グラフ作成工程
次に温度変換グラフ作成工程Ｓ３０２’の詳細な処理フローについて図１２、図１３Ａ〜図１３Ｄを用いて説明する。
（断熱板温度測定（Ｓ１２０２））
図１３Ａに示すように断熱板温度測定フローは、第一の実施形態と同様である。すなわち、断熱板温度測定Ｓ１２０２は、第一の実施形態における断熱板測定準備、搬入工程Ｓ５０２、温度調整、断熱板温度測定Ｓ５０４、データ取得判定Ｓ５０６、搬出工程Ｓ５０８の順に同じ処理を行い、データを取得する。このとき、図１３Ａに示すようにボート２１７のウエハ配列領域２００ａには、ダミーウエハ６０１が垂直方向に複数多段に保持されている。
（ターゲット基板測定準備、搬入工程（Ｓ１２０４））
ボート２１７が搬出されると、図１３Ｂに示すようにボート２１７から断熱板１０１ａを取出し、断熱板１０１ａが保持されていた位置に孔開き断熱板６０２を保持させる。同様にダミーウエハ６０１を搬出した後には、ダミーウエハよりもプロダクトウエハに熱特性が類似する材質で形成されたターゲットウエハ６０３がボート２１７のウエハ配列領域２００ａの最上部、またはウエハ配列領域２００ａの長手方向の長さを３等分した場合の上方１／３の長さ領域である上部領域（ＴＯＰ部）２００ｂに保持される。ターゲットウエハ６０３以外のウエハ配列領域２００ａには、ダミーウエハ６０１が保持されている。ボート２１７の所定の位置にダミーウエハ６０１、孔開き断熱板６０２、ターゲットウエハ６０３がそれぞれ保持されると、前記ボート２１７が処理室２０１内に搬入される（Ｓ１２０４）。
（温度調整、ターゲット基板温度測定（Ｓ１２０６））
第一の実施形態と同様に、ダミーウエハ６０１、孔開き断熱板６０２、ターゲットウエハ６０３がそれぞれ保持されたボート２１７が所定の基板処理位置に搬入されると、マイクロ波発振器６５５からマイクロ波が供給され、基板処理温度までのウエハ２００の昇温・温度維持などの温度調整が行われる。温度調整が行われている間、所定の開始タイミングでターゲットウエハ６０３の表面温度を温度センサ２６３によって所定時間測定する（Ｓ１２０６）。
（データ取得完了判定（Ｓ１２０８））
第一の実施形態と同様に、温度センサ２６３がターゲットウエハ６０３の温度を一定時間測定すると、コントローラ１２１によって、予め定められたデータが取得できたか否かを判定する（Ｓ１２０８）。所定のデータが取得完了している場合には次の工程に進み、完了していない場合には、再度温度調整、ターゲット基板温度測定Ｓ１２０６を実施する。
（搬出工程（Ｓ１２１０））
ウエハ配列領域２００ａの最上部、または上部領域２００ｂに保持されたターゲットウエハ６０３の温度データが取得できると、ボート２１７を搬出する（Ｓ１２１０）。
（ターゲット基板の温度測定完了判定（Ｓ１２１２））
搬出工程Ｓ１２１０によってボート２１７が搬出されると、ターゲットウエハ６０３の温度測定が所定の枚数分完了したか否かを判定する。所定の枚数分のデータの取得が完了している場合には次の工程に進み、完了していない場合には、後述する温度調整、ターゲット基板温度測定Ｓ１２０４’、または、Ｓ１２０４’’を実施する。
（ターゲット基板測定準備、搬入工程（Ｓ１２０４’、Ｓ１２０４’’））
ターゲット基板の温度測定完了判定Ｓ１２１２の判定でターゲットウエハ６０３の温度測定が所定の枚数分完了していないと判定されると、次のターゲット基板測定準備を実施する。図１３Ｃに示すように、温度測定対象となるターゲットウエハ６０３は、ボート２１７のウエハ配列領域２００ａの中央部、またはウエハ配列領域２００ａの長手方向の長さを３等分した場合の中央１／３の長さ領域である中部領域（Ｍｉｄｄｌｅ部）２００ｃに保持される。ターゲットウエハ６０３の上方のウエハ配列領域２００ａには、孔開き断熱板と垂直方向同位置に孔の開いた孔開きダミーウエハ６０４が保持され、ターゲットウエハ６０３の下方のウエハ配列領域２００ａには、ダミーウエハ６０１が保持される。ボート２１７の所定の位置にダミーウエハ６０１、孔開き断熱板６０２、ターゲットウエハ６０３、孔開きダミーウエハ６０４がそれぞれ保持されると、前記ボート２１７が処理室２０１内に搬入される（Ｓ１２０４’）。
以降の処理はターゲット基板測定準備、搬入工程Ｓ１２０４以降の処理と同じである。
ターゲット基板測定準備、搬入工程Ｓ１２０４’と同様にターゲット基板測定準備、搬入工程Ｓ１２０４’’が実施される。すなわち、図１３Ｄに示すように、温度測定対象となるターゲットウエハ６０３は、ボート２１７のウエハ配列領域２００ａの最下部、またはウエハ配列領域２００ａの長手方向の長さを３等分した場合の下方１／３の長さ領域である下部領域（Ｂｏｔｔｏｍ部）２００ｄに保持される。ターゲットウエハの上方のウエハ配列領域２００ａには、孔開きダミーウエハ６０４が保持される。ボート２１７の所定の位置に孔開き断熱板６０２、ターゲットウエハ６０３、孔開きダミーウエハ６０４がそれぞれ保持されると、前記ボート２１７が処理室２０１内に搬入される（Ｓ１２０４’’）。以降の処理はターゲット基板測定準備、搬入工程Ｓ１２０４、Ｓ１２０４’以降の処理と同じである。
なお、ターゲット基板測定準備、搬入工程Ｓ１２０４’およびＳ１２０４’’は、とくに実施せずに次の工程に移行することも可能であるが、これらの工程を実施することにより、垂直方向においても詳細な温度制御が可能なり、ウエハ２００の面間温度均一性を向上させることが可能となる。
（搬出工程、基板処理準備、温度変換グラフ作成（Ｓ１２１６））
ターゲット基板の温度測定完了判定Ｓ１２１２の判定でターゲットウエハ６０３の温度測定が所定の枚数分完了したと判定されると、ボート２１７を搬出する。ボート２１７を搬出後、孔開き断熱板６０２を取出し、図１１に示すように断熱板１０１ａをボート２１７に配置する。また、ターゲットウエハ６０３を取出し、通常のウエハ２００をボート２１７に配置する。このように基板処理フローを実施する準備が行われる。また、高さの異なる位置に保持されたターゲットウエハ６０３のそれぞれの温度と断熱板１０１ａの温度との時間推移のデータから、縦軸が断熱板の温度、横軸がターゲットウエハの温度とした断熱板とターゲットウエハの相関関係を記憶装置１２１ｃに記憶させる（Ｓ１２１６）。このようにして温度変換グラフ作成工程が完了する。
（９）本実施形態による効果
本実施形態によれば、第一の実施形態と同様の効果を得られるだけでなく、以下に示す１つまたは複数の効果を奏する。
（ｇ）高さの異なる位置に温度測定対象となるターゲットウエハを保持して温度測定を行うことで、複数多段に保持されたウエハの温度制御を正確に実施することが可能となるとともに、ウエハの面間温度均一性を向上させることが可能となる。
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、温度変換グラフの作成工程について記載したが、これに限らず、温度変換グラフに代わる温度変換リストを作成するようにしてもよい。
また、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たり、窒素ガス（Ｎ２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未結晶化部分を結晶化し、高誘電体膜の特性を向上させたりすることができる。
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、金属系酸化膜を形成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膜を形成する場合にも、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、エピタキシャルシリコン膜（Ｅｐｉ−Ｓｉ膜）、エピタキシャルシリコンゲルマニウム膜（Ｅｐｉ−ＳｉＧｅ膜）等がある。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。なお、上述したシリコンを主成分とする膜や金属酸化膜の他、エピタキシャルゲルマニウム膜（Ｅｐｉ−Ｇｅ膜）や、３−５族元素を用いて形成する膜を加熱するようにしてもよい。
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ができる。
＜本発明の好ましい態様＞
以下、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、
基板を保持する基板保持具に保持された断熱板を、加熱装置から供給された電磁波によって前記基板を処理する処理温度まで加熱し、非接触式温度計によって前記処理温度に到達するまでの前記断熱板の温度変化を測定する工程と、
前記基板保持具に保持された前記基板を、前記加熱装置によって前記処理温度まで加熱し、前記非接触式温度計によって前記処理温度に到達するまでの前記基板の温度変化を測定する工程と、
前記断熱板の温度変化の測定結果と前記基板の温度変化の測定結果によって前記断熱板と前記基板の温度変化の相関関係を取得する工程と、
前記非接触式温度計が測定する断熱板の温度と前記相関関係とを基に前記加熱装置を制御して前記基板を加熱する工程と、
を有する半導体装置の製造方法、または、基板処理方法が提供される。
（付記２）
前記基板を加熱する工程では、前記基板を加熱し昇温する期間において前記電磁波を間欠的に供給するパルス制御と、前記電磁波の供給出力を線形的に制御するパワーリミット制御とを組合せて前記加熱装置を制御する付記１に記載の方法が提供される。
（付記３）
前記基板を加熱する工程では、前記処理温度で維持する期間において、前記電磁波を間欠的に供給するパルス制御と、前記相関関係を基に前記加熱装置の制御を行うフィードバック制御とを組合せて前記加熱装置を制御する付記１または２に記載の方法が提供される。
（付記４）
前記断熱板の温度変化を測定する工程において、前記断熱板は、前記基板よりも上方または下方に保持される付記１から３のいずれか１つに記載の方法が提供される。
（付記５）
前記基板の温度変化を測定する工程において、前記温度変化を測定される基板は、前記基板保持具の基板保持領域の上部領域に保持される付記１から４のいずれか１つに記載の方法が提供される。
（付記６）
前記基板の温度変化を測定する工程において、前記温度変化を測定される基板は、前記基板保持具の基板保持領域の中部領域に保持される付記１から５のいずれか１つに記載の方法が提供される。
（付記７）
前記基板の温度変化を測定する工程において、前記温度変化を測定される基板は、前記基板保持具の基板保持領域の下部領域に保持される付記１から６のいずれか１つに記載の方法が提供される。
（付記８）
前記加熱装置に少なくとも２つ以上設けられ、前記電磁波を発振する電磁波発振器が、前記非接触式温度計によって測定された結果に基づいて同一の制御が行われる付記１から７のいずれか１つに記載の方法が提供される。
（付記９）
前記非接触式温度計は、放射温度計である付記１から８のいずれか１つに記載の方法が提供される。
（付記１０）
前記断熱板は、少なくとも前記基板を挟み込むように２つ以上保持される付記１から９のいずれか１つに記載の方法が提供される。
（付記１１）
前記断熱板と前記基板の相関関係を取得する工程では、前記断熱板と前記基板の温度変換グラフまたは温度変換リストを作成する付記１から１０のいずれか１つに記載の方法が提供される。
（付記１２）
本発明の他の態様によれば、
基板と断熱板を保持する基板保持具が搬入出される処理室と、
前記処理室に対して電磁波を発振する電磁波発振器を有する加熱装置と、
前記基板と前記断熱板の温度を測定する非接触式温度計と、
前記非接触式温度計によって前記処理室内の前記断熱板の温度を測定し、前記非接触式温度計によって前記処理室内の前記基板の温度を測定し、前記測定した断熱板の温度と前記基板の温度の相関関係を取得し、前記相関関係を基に前記加熱装置と前記非接触式温度計を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
（付記１３）
本発明の他の態様によれば、
基板を保持する基板保持具に保持された断熱板を、加熱装置から供給された電磁波によって前記基板を処理する処理温度まで加熱し、非接触式温度計によって前記処理温度に到達するまでの前記断熱板の温度変化を測定する手順と、
前記基板保持具に保持された前記基板を、前記加熱装置によって前記処理温度まで加熱し、前記処理温度に到達するまでの前記基板の温度変化を前記非接触式温度計によって測定する手順と、
前記断熱板の温度変化の測定結果と前記基板の温度変化の測定結果によって前記断熱板と前記基板の温度変化の相関関係を取得する手順と、
前記非接触式温度計が測定する断熱板の温度と前記相関関係とを基に前記加熱装置を制御して前記基板を加熱する手順と、
をコンピュータに実行させるプログラム、または、当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
１０１ａ、１０１ｂ・・・断熱板（石英板、Ｓｉ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 (12)

  1. 基板を保持する基板保持具に保持された断熱板を、加熱装置から供給された電磁波によって前記基板を処理する処理温度まで加熱し、非接触式温度計によって前記処理温度に到達するまでの前記断熱板の温度変化を測定する工程と、
    前記基板保持具に保持された前記基板を、前記加熱装置によって前記処理温度まで加熱し、前記非接触式温度計によって前記処理温度に到達するまでの前記基板の温度変化を測定する工程と、
    前記断熱板の温度変化の測定結果と前記基板の温度変化の測定結果によって前記断熱板と前記基板の温度変化の相関関係を取得する工程と、
    前記非接触式温度計が測定する断熱板の温度と前記相関関係とを基に前記加熱装置を制御して前記基板を加熱する工程と、
    を有する半導体装置の製造方法。
  2. 前記基板を加熱する工程では、前記基板を加熱し昇温する期間において前記電磁波を間欠的に供給するパルス制御と、前記電磁波の供給出力を線形的に制御するパワーリミット制御とを組合せて前記加熱装置を制御する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記基板を加熱する工程では、前記処理温度で維持する期間において、前記電磁波を間欠的に供給するパルス制御と、前記相関関係を基に前記加熱装置の制御を行うフィードバック制御とを組合せて前記加熱装置を制御する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記断熱板の温度変化を測定する工程において、前記断熱板は、前記基板よりも上方または下方に保持される請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記基板の温度変化を測定する工程において、前記温度変化を測定される基板は、前記基板保持具の基板保持領域の上部領域に保持される請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記基板の温度変化を測定する工程において、前記温度変化を測定される基板は、さらに前記基板保持具の基板保持領域の中部領域に保持される請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 前記基板の温度変化を測定する工程において、前記温度変化を測定される基板は、さらに前記基板保持具の基板保持領域の下部領域に保持される請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 前記加熱装置に少なくとも２つ以上設けられ、前記電磁波を発振する電磁波発振器が、前記非接触式温度計によって測定された結果に基づいて同一の制御が行われる請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  9. 前記非接触式温度計は、放射温度計である請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  10. 前記断熱板は、少なくとも前記基板を挟み込むように２つ以上保持される請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  11. 基板と断熱板を保持する基板保持具が搬入出される処理室と、
    前記処理室に対して電磁波を発振する電磁波発振器を有する加熱装置と、
    前記基板と前記断熱板の温度を測定する非接触式温度計と、
    前記非接触式温度計によって前記処理室内の前記断熱板の温度を測定し、前記非接触式温度計によって前記処理室内の前記基板の温度を測定し、前記測定した断熱板の温度と前記基板の温度の相関関係を取得し、前記相関関係を基に前記加熱装置を制御する制御部と、
    を有する基板処理装置。
  12. 基板を保持する基板保持具に保持された断熱板を、加熱装置から供給された電磁波によって前記基板を処理する処理温度まで加熱し、非接触式温度計によって前記処理温度に到達するまでの前記断熱板の温度変化を測定する手順と、
    前記基板保持具に保持された前記基板を、前記加熱装置によって前記処理温度まで加熱し、前記非接触式温度計によって前記処理温度に到達するまでの前記基板の温度変化を測定する手順と、
    前記断熱板の温度変化の測定結果と前記基板の温度変化の測定結果によって前記断熱板と前記基板の温度変化の相関関係を取得する手順と、
    前記非接触式温度計が測定する断熱板の温度と前記相関関係とを基に前記加熱装置を制御して前記基板を加熱する手順と、
    をコンピュータに実行させるプログラム。
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