JPWO2017145261A1 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびコンピュータ読み取り可能な記録媒体 - Google Patents
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Abstract
基板を第１の処理温度まで加熱する第１の加熱装置と、第１の加熱装置を備えた第１の処理室と、基板をマイクロ波によって第１の処理温度よりも高い第２の処理温度まで加熱する第２の加熱装置と、第２の加熱装置を備えた第２の処理室と、基板を載置しつつ回転することによって、第１の処理室と第２の処理室に基板を搬入出する基板載置部と、第１の加熱装置と第２の加熱装置および基板載置部をそれぞれ制御する制御部と、を有する技術を提供できる。
Description
本発明は、基板処理装置、半導体装置の製造方法およびコンピュータ読み取り可能な記録媒体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。最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、高いアスペクト比を有するパターンが形成された基板を均一に加熱することができないため、基板表面を均一に処理することが困難であった。
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、基板を第１の処理温度まで加熱する第１の加熱装置と、第１の加熱装置を備えた第１の処理室と、基板をマイクロ波によって第１の処理温度よりも高い第２の処理温度まで加熱する第２の加熱装置と、第２の加熱装置を備えた第２の処理室と、基板を載置しつつ回転することによって、第１の処理室と第２の処理室に基板を搬入出する基板載置部と、第１の加熱装置と第２の加熱装置および基板載置部をそれぞれ制御する制御部と、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。
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型熱処理装置として構成されている。また、本発明に係る基板処理装置１００において、製品としての処理基板（ウエハ）２００などの処理対象基板を搬送するキャリアとして、ＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ。以下、ポッドと称する。）１１０が使用されている。なお、以下の説明において、前後左右は図１に示されているＸ１の方向を右方向、Ｘ２方向を左方向、Ｙ１方向を前方向、Ｙ２方向を後ろ方向として説明する。同様に、図２のＺ１方向を上方向、Ｚ２方向を下方向として説明する。
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型熱処理装置として構成されている。また、本発明に係る基板処理装置１００において、製品としての処理基板（ウエハ）２００などの処理対象基板を搬送するキャリアとして、ＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ。以下、ポッドと称する。）１１０が使用されている。なお、以下の説明において、前後左右は図１に示されているＸ１の方向を右方向、Ｘ２方向を左方向、Ｙ１方向を前方向、Ｙ２方向を後ろ方向として説明する。同様に、図２のＺ１方向を上方向、Ｚ２方向を下方向として説明する。
図１および図２に示すように、本実施形態に係る基板処理装置１００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１０３を備えており、第１の搬送室１０３の筐体１０１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１０３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を移載出来る物でも良い。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１１５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１２２と１２３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）１２２，１２３には基板支持台１４０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。
予備室１２２，１２３には、ウエハの間に隔壁板（中間プレート）１４１が設置される。複数枚の処理済基板が予備室１２２または１２３に入る場合、先に入った処理済の冷却途中のウエハが、次に入った処理済基板の熱影響で温度の下がり具合が遅くなるような熱干渉を、隔壁板１４１があることで防止できる。
ここで、一般的な冷却効率を上げるための手法を説明する。予備室１２２および１２３、隔壁板１４１には冷却水やチラーなどを流し、壁面温度を低く抑え、どのスロットに入った処理済基板であっても冷却効率を上げることができる。負圧においては、基板と隔壁板１４１の距離が離れすぎていると熱交換による冷却効率が低下するため、冷却効率を向上させる手法として、基板支持台１４０（ピン）に置いたあと、基板支持台１４０を上下させ、予備室壁面に近づけるための駆動機構を設ける場合もある。
予備室１２２および予備室１２３の前側には、略大気圧下で用いられる第２の搬送室１２１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１２１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に設置された第２の基板移載機エレベータ１３１によって昇降可能に構成されているとともに、リニアアクチュエータ１３２によって左右方向に往復移動可能に構成されている。
図１に示すように、第２の搬送室１２１の左側にはノッチまたはオリフラ合わせ装置１０６を設置させることも出来る。また、図２に示すように、第２の搬送室１２１の上部にはクリーンエアを供給するクリーンユニット１１８が設置されている。
図１および図２に示すように、第２の搬送室１２１の筐体１２５の前側には、ウエハ２００を第２の搬送室１２１に対して搬入搬出するための基板搬入搬出口１３４と、ポッドオープナ１０８が設置されている。基板搬入搬出口１３４を挟んでポッドオープナ１０８と反対側、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１４２と、クロージャ１４２を駆動する駆動機構１３６とを備えており、ロードポート１０５に載置されたポッド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。また、ポッド１１０は図示しない工程内搬送装置（ＯＨＴなど）によって、ロードポート１０５に対して、供給および排出されるようになっている。
図１に示すように、第１の搬送室筐体１０１の五枚の側壁のうち後ろ側（背面側）に位置する四枚の側壁には、基板に所望の処理を行う第１の処理室２０２ａと、第２の処理室２０２ｂと、第三の処理室２０２ｃと、第四の処理室２０２ｄとがゲートバルブ１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄを介してそれぞれ隣接して連結されている。つまり、第１の搬送室１０３は、処理室２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄのそれぞれに隣接して設けられている。ここで、図２に示すように処理室２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄを総称する際には処理室２０２とし、ゲートバルブ１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄを総称する際にはゲートバルブ１５０として説明する。
（処理室）
図３および図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、処理室２０２は、円筒状の気密容器である反応容器２０３を備えている。反応容器２０３は、上部容器２０３−１と下部容器２０３−２によって構成され、例えばアルミニウムで形成されている。また、上部容器２０３−１と下部容器２０３−２とは、環状の封止部材３０７によって気密に封止されている。反応容器２０３内には、ウエハ２００の処理空間として、後述するマイクロ波発振器によってウエハ２００を加熱するマイクロ波加熱室（マイクロ波処理室）２０８−１、２０８−２と、抵抗加熱ヒータなどのマイクロ波以外の加熱装置（ヒータ）によってウエハ２００を予備加熱する予備加熱室（予備加熱処理室）２０９−１、２０９−２の２種類の加熱室にて構成されており、特に指定しない限り、マイクロ波加熱室２０８、予備加熱室２０９と称して説明する。
図３および図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、処理室２０２は、円筒状の気密容器である反応容器２０３を備えている。反応容器２０３は、上部容器２０３−１と下部容器２０３−２によって構成され、例えばアルミニウムで形成されている。また、上部容器２０３−１と下部容器２０３−２とは、環状の封止部材３０７によって気密に封止されている。反応容器２０３内には、ウエハ２００の処理空間として、後述するマイクロ波発振器によってウエハ２００を加熱するマイクロ波加熱室（マイクロ波処理室）２０８−１、２０８−２と、抵抗加熱ヒータなどのマイクロ波以外の加熱装置（ヒータ）によってウエハ２００を予備加熱する予備加熱室（予備加熱処理室）２０９−１、２０９−２の２種類の加熱室にて構成されており、特に指定しない限り、マイクロ波加熱室２０８、予備加熱室２０９と称して説明する。
マイクロ波加熱室２０８および予備加熱室２０９は、処理室壁３０５によって区分されており、ウエハ２００をマイクロ波加熱室２０８と予備加熱室２０９との間を回転させて移動させる基板回転装置の役割と、基板処理時における基板載置部との役割を兼ねた装置として、トレー（サセプタ、基板支持部、基板載置部、基板保持部とも称する）３０６が配置されている。トレー３０６は、ウエハを支持するウエハ支持部としてのウエハ支持ピン（第１のウエハ支持部）３０６−１と、支持ピン３０６−１と接続されてウエハ２００の外径よりも大きい径を有するリング部３０６−２と、リング部３０６−２と接続され、複数のリング部を結合するアーム３０６−３によって構成される。トレー３０６は、トレー３０６の中心に位置した回転軸４０１と接続され、回転軸４０１と接続された回転・昇降駆動部４０２が回転または昇降することによって、トレー３０６が回転または昇降し、ウエハ２００が予備加熱室２０９とマイクロ波加熱室２０８によって加熱され、所定の処理が行われる。
ここで、トレー３０６はマイクロ波を透過する石英などの部材（マイクロ波透過部材、電磁波透過部材）で形成されることが好ましく、トレー３０６がマイクロ波に影響を与える事でウエハ２００が均一に加熱されないことを避けるために、ウエハ支持部である支持ピン３０６−１、リング部３０６−２は必要最低限の強度を有する構成で、表面積が小さくなるように構成されることが好ましい。また、支持ピン３０６−１は熱容量が小さく、熱伝導率も小さな構造、材質が好ましい。トレー３０６をこのような構成とすることによって、トレー３０６が加熱され、トレー３０６からの伝熱でウエハ２００を加熱してしまうことを抑制することが可能となり、ウエハ２００は加熱せず、ウエハ表面に形成された膜だけを選択的に加熱する選択加熱が可能となる。
ここで、トレー３０６はマイクロ波を透過する石英などの部材（マイクロ波透過部材、電磁波透過部材）で形成されることが好ましく、トレー３０６がマイクロ波に影響を与える事でウエハ２００が均一に加熱されないことを避けるために、ウエハ支持部である支持ピン３０６−１、リング部３０６−２は必要最低限の強度を有する構成で、表面積が小さくなるように構成されることが好ましい。また、支持ピン３０６−１は熱容量が小さく、熱伝導率も小さな構造、材質が好ましい。トレー３０６をこのような構成とすることによって、トレー３０６が加熱され、トレー３０６からの伝熱でウエハ２００を加熱してしまうことを抑制することが可能となり、ウエハ２００は加熱せず、ウエハ表面に形成された膜だけを選択的に加熱する選択加熱が可能となる。
図４（ａ）に示すように、予備加熱室２０９には、処理室２０２に搬送されたウエハ２００を予備加熱するための予備加熱装置４０３として、予備加熱室２０９の天井部に設けられた上側ヒータ４０３−１と、トレー３０６よりも下方に設けられ、ヒータ昇降ユニット（ヒータ昇降機）４０６によって昇降する下側ヒータ４０３−２とが設けられている。また、下側ヒータ４０３−２には、ウエハを支持するウエハ支持ピン（第２のウエハ支持部）４０４を通すための貫通孔が設けられている。
また、マイクロ波加熱室２０８には、後述するマイクロ波発振器３００−１、３００−２が、アイソレータ３０１−２、方向性結合器３０２−２、整合器３０３−２とともに、導波管３０４−２を介して反応容器２０３に接続されている。なお、マイクロ波発振器、アイソレータ、方向性結合器、整合器、導波管のそれぞれは、特に指定しない限り、マイクロ波発振器３００、アイソレータ３０１、方向性結合器３０２、整合器３０３、導波管３０４と称して説明を行う。
（マイクロ波供給部）
マイクロ波加熱室２０８の側壁には電磁波導入ポート４１０が設置されている。電磁波導入ポート４１０にはマイクロ波加熱室２０８内に電磁波を供給するための導波管３０４の一端が接続されている。導波管３０４の他端にはマイクロ波加熱室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、マイクロ波電源）３００、導波管３０４に供給したマイクロ波が下流側で反射してマイクロ波電源に戻らないように、反射波を導波路の途中で吸収するためのアイソレータ３０１、進行波と反射波のどちらか一方のみを電力に比例した電気信号を測定するための方向性結合器３０２、マイクロ波発振器側と負荷側のインピーダンスを整合するための整合器３０３がそれぞれ順番に接続されている。マイクロ波発振器３００には、マグネトロンやクライストロンなどが用いられ、アイソレータ３０１、方向性結合器３０２、整合器３０３を介して、マイクロ波などの電磁波を導波管３０４に供給する。マイクロ波発振器３００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３００は、マイクロ波加熱室２０８の側面に垂直方向多段に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。
マイクロ波加熱室２０８の側壁には電磁波導入ポート４１０が設置されている。電磁波導入ポート４１０にはマイクロ波加熱室２０８内に電磁波を供給するための導波管３０４の一端が接続されている。導波管３０４の他端にはマイクロ波加熱室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、マイクロ波電源）３００、導波管３０４に供給したマイクロ波が下流側で反射してマイクロ波電源に戻らないように、反射波を導波路の途中で吸収するためのアイソレータ３０１、進行波と反射波のどちらか一方のみを電力に比例した電気信号を測定するための方向性結合器３０２、マイクロ波発振器側と負荷側のインピーダンスを整合するための整合器３０３がそれぞれ順番に接続されている。マイクロ波発振器３００には、マグネトロンやクライストロンなどが用いられ、アイソレータ３０１、方向性結合器３０２、整合器３０３を介して、マイクロ波などの電磁波を導波管３０４に供給する。マイクロ波発振器３００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３００は、マイクロ波加熱室２０８の側面に垂直方向多段に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。
主に、マイクロ波発振器３００と導波管３０４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）としてのマイクロ波加熱装置が構成される。なお、マイクロ波加熱装置としてアイソレータ３０１、方向性結合器３０２、整合器３０３のいずれか１つ、または、全てを含むようにしても良い。
マイクロ波発振器３００には後述するコントローラ１６０が接続されている。コントローラ１６０にはマイクロ波加熱室２０８および予備加熱室２０９内に収容されるウエハ２００の温度を測定する温度センサ４０５−１、４０５−２が接続されている。温度センサ４０５−１、４０５−２は、ウエハ２００の温度を測定してコントローラ１６０に送信し、コントローラ１６０によって予備加熱装置４０３およびマイクロ波発振器３００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３００−１、３００−２のそれぞれは、コントローラ１６０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３００−１、３００−２それぞれにコントローラ１６０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３００−１、３００−２が個別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３００−１、または、３００−２のそれぞれにおいても、上下で同一の制御信号で制御されても良いし、個別の制御信号で制御されても良い。このようにコントローラ１６０から送信されてくる同一の制御信号によってマイクロ波発振器３００を制御する場合には、単一の制御になってしまう反面、制御を簡素化にすることが可能になり、個別の制御信号によってマイクロ波発振器３００を制御する場合には、複雑な制御になってしまう反面、加熱室毎の詳細な制御が可能となる。
ここで、マイクロ波発振器３００−１、３００−２のそれぞれは、コントローラ１６０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３００−１、３００−２それぞれにコントローラ１６０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３００−１、３００−２が個別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３００−１、または、３００−２のそれぞれにおいても、上下で同一の制御信号で制御されても良いし、個別の制御信号で制御されても良い。このようにコントローラ１６０から送信されてくる同一の制御信号によってマイクロ波発振器３００を制御する場合には、単一の制御になってしまう反面、制御を簡素化にすることが可能になり、個別の制御信号によってマイクロ波発振器３００を制御する場合には、複雑な制御になってしまう反面、加熱室毎の詳細な制御が可能となる。
（排気部）
マイクロ波加熱室２０８の下方であって、トレー３０６の下方には、マイクロ波加熱室２０８内の雰囲気を排気する排気部が設けられている。図５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、マイクロ波加熱室２０８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。
マイクロ波加熱室２０８の下方であって、トレー３０６の下方には、マイクロ波加熱室２０８内の雰囲気を排気する排気部が設けられている。図５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、マイクロ波加熱室２０８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）
マイクロ波加熱室２０８の天井面には、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マイクロ波加熱室２０８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。
マイクロ波加熱室２０８の天井面には、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マイクロ波加熱室２０８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。
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。
（制御装置）
図６に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ１６０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１６０ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１６０ｂ、記憶装置１６０ｃ、Ｉ／Ｏポート１６０ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ１６０ｂ、記憶装置１６０ｃ、Ｉ／Ｏポート１６０ｄは、内部バス１６０ｅを介して、ＣＰＵ１６０ａ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１６０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１６１が接続されている。
図６に示すように、制御部（制御手段）であるコントローラ１６０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１６０ａ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１６０ｂ、記憶装置１６０ｃ、Ｉ／Ｏポート１６０ｄを備えたコンピュータとして構成されている。ＲＡＭ１６０ｂ、記憶装置１６０ｃ、Ｉ／Ｏポート１６０ｄは、内部バス１６０ｅを介して、ＣＰＵ１６０ａ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１６０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１６１が接続されている。
記憶装置１６０ｃ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１６０ｃ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１６０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。ＲＡＭ１６０ｂは、ＣＰＵ１６０ａ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１６０ｄは、マイクロ波加熱室２０８および予備加熱室２０９内に供給するガスの流量を制御するＭＦＣ２４１、ガス供給管を開閉するバルブ２４３、圧力センサ２４５、ＡＰＣバルブ２４４、真空ポンプ２４６、温度センサ４０５−１、４０５−２、駆動機構２６７、マイクロ波発振器３００等に接続されている。
ＣＰＵ１６０ａは、記憶装置１６０ｃ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１６１からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置１６０ｃからレシピを読み出すように構成されている。ＣＰＵ１６０ａ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、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４０５−１に基づく予備加熱装置４０３の温度制御、温度センサ４０５−２に基づくマイクロ波発振器３００の出力調整動作、回転・昇降駆動部４０２によるトレー３０６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１６０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）１６２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１６０ｃや外部記憶装置１６２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１６０ｃ単体のみを含む場合、外部記憶装置１６２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１６２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、ウエハ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７および図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１６０により制御される。
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、ウエハ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７および図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１６０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。
（基板搬入・載置工程（Ｓ７０１））
図２に示されているように、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１２２または１２３に搬入される。予備室１２２または１２３に搬入されたウエハ２００は、第１の搬送装置によって保持され、コントローラ１６０からの制御によって所定の処理室２０２内、より正確には、予備加熱室２０９−１に搬入され、予備加熱室２０９−１内に待機しているウエハ支持ピン４０４上に載置される（Ｓ７０１）。このとき、マイクロ波加熱室２０８内と予備加熱室２０９内では、ガス供給管２３２、ＭＦＣ２４１、バルブ２４３によって形成されるガス供給系から不活性ガスとしてのＮ２ガスが供給され、マイクロ波加熱室２０８内と予備加熱室２０９内の雰囲気を置換し、マイクロ波加熱室２０８内と予備加熱室２０９内の酸素濃度を所定の値以下、例えば１０ｐｐｍ以下となるように制御される。また、マイクロ波加熱室２０８内と予備加熱室２０９内の圧力を、それぞれ、大気圧、微加圧（〜１．０１［ＫｇＦ／ｃｍ２］）、減圧（≦１［Ｐａ］）などの所望の圧力になるようガス供給部と排気部を制御する。好ましくは、マイクロ波加熱室２０８と予備加熱室２０９を微加圧または大気圧とすることで、ウエハ２００をマイクロ波加熱室２０８と予備加熱室２０９の間を移載するときにウエハ温度が降温してしまうことを回避することが可能となる。また圧力を適正にすることでマイクロ波によるプラズマ生成も回避することが可能となる。例えば０．０１ＭＰａ以上または１Ｐａ以下でアニール処理を行うことでプラズマに起因した異常放電を抑制できる。
図２に示されているように、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１２２または１２３に搬入される。予備室１２２または１２３に搬入されたウエハ２００は、第１の搬送装置によって保持され、コントローラ１６０からの制御によって所定の処理室２０２内、より正確には、予備加熱室２０９−１に搬入され、予備加熱室２０９−１内に待機しているウエハ支持ピン４０４上に載置される（Ｓ７０１）。このとき、マイクロ波加熱室２０８内と予備加熱室２０９内では、ガス供給管２３２、ＭＦＣ２４１、バルブ２４３によって形成されるガス供給系から不活性ガスとしてのＮ２ガスが供給され、マイクロ波加熱室２０８内と予備加熱室２０９内の雰囲気を置換し、マイクロ波加熱室２０８内と予備加熱室２０９内の酸素濃度を所定の値以下、例えば１０ｐｐｍ以下となるように制御される。また、マイクロ波加熱室２０８内と予備加熱室２０９内の圧力を、それぞれ、大気圧、微加圧（〜１．０１［ＫｇＦ／ｃｍ２］）、減圧（≦１［Ｐａ］）などの所望の圧力になるようガス供給部と排気部を制御する。好ましくは、マイクロ波加熱室２０８と予備加熱室２０９を微加圧または大気圧とすることで、ウエハ２００をマイクロ波加熱室２０８と予備加熱室２０９の間を移載するときにウエハ温度が降温してしまうことを回避することが可能となる。また圧力を適正にすることでマイクロ波によるプラズマ生成も回避することが可能となる。例えば０．０１ＭＰａ以上または１Ｐａ以下でアニール処理を行うことでプラズマに起因した異常放電を抑制できる。
（基板処理工程）
（第１予備加熱工程（Ｓ７０２））
予備加熱室２０９−１内のウエハ支持ピン４０４にウエハ２００が載置されると、トレー３０６が上昇し、ウエハ支持ピン３０６−２上にウエハ２００が載置され、ヒータ４０３によって予備加熱が可能な位置にウエハ２００が配置される。トレー３０６が上昇すると、ヒータ昇降ユニット４０６によって下側ヒータ４０３−２が所定の位置に上昇し、上側ヒータ４０３−１と下側ヒータ４０３−２によってウエハ２００を挟み込んで配置される。ウエハ２００と下側ヒータ４０３−２が所定の位置に配置されると、コントローラ１６０からの制御信号によって、ヒータ４０３が所定の温度（第１の予備加熱温度）に加熱され、ウエハ２００が予備加熱される（Ｓ７０２）。第１の予備加熱+中はウエハ２００の表面温度を温度センサ４０５−１によって測定することでヒータ４０３が制御される。
（第１予備加熱工程（Ｓ７０２））
予備加熱室２０９−１内のウエハ支持ピン４０４にウエハ２００が載置されると、トレー３０６が上昇し、ウエハ支持ピン３０６−２上にウエハ２００が載置され、ヒータ４０３によって予備加熱が可能な位置にウエハ２００が配置される。トレー３０６が上昇すると、ヒータ昇降ユニット４０６によって下側ヒータ４０３−２が所定の位置に上昇し、上側ヒータ４０３−１と下側ヒータ４０３−２によってウエハ２００を挟み込んで配置される。ウエハ２００と下側ヒータ４０３−２が所定の位置に配置されると、コントローラ１６０からの制御信号によって、ヒータ４０３が所定の温度（第１の予備加熱温度）に加熱され、ウエハ２００が予備加熱される（Ｓ７０２）。第１の予備加熱+中はウエハ２００の表面温度を温度センサ４０５−１によって測定することでヒータ４０３が制御される。
このようにウエハ２００を予備加熱することによって、後述するマイクロ波加熱工程によって生じる加熱ムラによるウエハ２００面内の温度差を小さくすることが可能となり、ウエハ２００の反り、割れなどを抑制することが可能となる。ここで、第１の予備加熱温度は１００℃以上４５０℃以下となるように制御されることが好ましく、特に好適には、３００℃以上４００℃以下となるように制御されることが好ましい。
（第１マイクロ波加熱工程（Ｓ７０３））
所定時間、または、ウエハ２００が所定の温度に到達すると、予備加熱工程が完了し、下側ヒータ４０３−２とトレー３０６が下降する。トレー３０６が所定の位置まで下降すると、回転・昇降駆動部４０２を介して回転軸４０１が回転し、トレー３０６が時計回りに９０°回転する。トレー３０６が回転することによって、ウエハ２００が予備加熱室２０９−１に設けられたスリット４０７を通ってマイクロ波加熱室２０８−１に搬入される。
所定時間、または、ウエハ２００が所定の温度に到達すると、予備加熱工程が完了し、下側ヒータ４０３−２とトレー３０６が下降する。トレー３０６が所定の位置まで下降すると、回転・昇降駆動部４０２を介して回転軸４０１が回転し、トレー３０６が時計回りに９０°回転する。トレー３０６が回転することによって、ウエハ２００が予備加熱室２０９−１に設けられたスリット４０７を通ってマイクロ波加熱室２０８−１に搬入される。
マイクロ波加熱室２０８−１に搬入されたウエハ２００は、トレー３０６によって所定の高さまで上昇する。マイクロ波発振器３００−１によって発生したマイクロ波によって所定の温度（第１の改質処理温度）まで昇温されるとともに、第１の改質処理温度に到達後、所定の時間だけ第１の改質処理温度を維持し、ウエハ２００の表面に形成された非晶質シリコン膜（アモルファスシリコン膜）を結晶化（改質）させる（Ｓ７０３）。
ウエハ２００の温度は、ウエハ２００の表面温度を温度センサ４０５−２によって測定され、制御される。マイクロ波発振器３００は、導波管３０４を介して電磁波導入ポート４１０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、マイクロ波発振器３００によって発生したマイクロ波はウエハ２００を３００℃以上７００℃以下の温度帯、好ましくは５００℃以上６００℃以下に昇温するように制御される。
また、改質処理温度を維持する時間長さは、改質対象膜種によって異なるが、マイクロ波を連続で照射したりパルス状に照射する場合がある。ウエハ２００の温度をある一定範囲に維持する場合はマイクロ波電力を制御してマイクロ波を連続で照射し、所要の温度を維持しながらウエハ２００に印加するマイクロ波の電界を連続照射する場合よりも大きくしたい場合はマイクロ波電力をパルス状に供給する。
また、改質処理温度を維持する時間長さは、改質対象膜種によって異なるが、マイクロ波を連続で照射したりパルス状に照射する場合がある。ウエハ２００の温度をある一定範囲に維持する場合はマイクロ波電力を制御してマイクロ波を連続で照射し、所要の温度を維持しながらウエハ２００に印加するマイクロ波の電界を連続照射する場合よりも大きくしたい場合はマイクロ波電力をパルス状に供給する。
（第２予備加熱工程（Ｓ７０４））
所定時間、マイクロ波によってウエハ２００の表面を加熱し改質処理を行うと、第１のマイクロ波加熱工程が完了し、トレー３０６が下降する。トレー３０６が所定の位置まで下降すると、回転・昇降駆動部４０２を介して回転軸４０１が回転し、トレー３０６が時計回りに９０°回転する。トレー３０６が回転することによって、ウエハ２００がマイクロ波加熱室２０８−１に設けられたスリット４０７を通って予備加熱室２０９−２に搬入される。
所定時間、マイクロ波によってウエハ２００の表面を加熱し改質処理を行うと、第１のマイクロ波加熱工程が完了し、トレー３０６が下降する。トレー３０６が所定の位置まで下降すると、回転・昇降駆動部４０２を介して回転軸４０１が回転し、トレー３０６が時計回りに９０°回転する。トレー３０６が回転することによって、ウエハ２００がマイクロ波加熱室２０８−１に設けられたスリット４０７を通って予備加熱室２０９−２に搬入される。
予備加熱室２０９−２に搬入されたウエハ２００は、第１予備加熱工程（Ｓ７０２）同様に、トレー３０６と下側ヒータ４０３−２が所定の位置まで上昇し、上側ヒータ４０３−１と下側ヒータ４０３−２によってウエハ２００を挟み込んで配置される。ウエハ２００と下側ヒータ４０３−２が所定の位置に配置されると、コントローラ１６０からの制御信号によって、ヒータ４０３が所定の温度（第２の予備加熱温度）に加熱され、ウエハ２００が予備加熱される（Ｓ７０４）。第２の予備加熱中はウエハ２００の表面温度を温度センサ４０５−１によって測定することでヒータ４０３が制御される。
第２の予備加熱温度は、第１の予備加熱温度と同様に１００℃以上４５０℃以下となるように制御されることが好ましく、特に好適には、３００℃以上４００℃以下となるように制御されることが好ましい。
（第２マイクロ波加熱工程（Ｓ７０５））
所定時間、または、ウエハ２００が所定の温度に到達すると、第２予備加熱工程が完了し、第１予備加熱工程完了後と同様に下側ヒータ４０３−２とトレー３０６が下降する。その後、トレー３０６が時計回りに９０°回転することによって、ウエハ２００がスリット４０７を通ってマイクロ波加熱室２０８−２に搬入される。
所定時間、または、ウエハ２００が所定の温度に到達すると、第２予備加熱工程が完了し、第１予備加熱工程完了後と同様に下側ヒータ４０３−２とトレー３０６が下降する。その後、トレー３０６が時計回りに９０°回転することによって、ウエハ２００がスリット４０７を通ってマイクロ波加熱室２０８−２に搬入される。
第１マイクロ波加熱工程（Ｓ７０３）と同様にマイクロ波加熱室２０８−２に搬入されたウエハ２００は、トレー３０６によって所定の高さまで上昇し、マイクロ波発振器３００−１によって発生したマイクロ波によって所定の温度（第２の改質処理温度）まで昇温される。第２の改質処理温度に到達後、所定の時間だけ第２の改質処理温度を維持し、ウエハ２００の表面に形成された非晶質シリコン膜（アモルファスシリコン膜）を改質させる（Ｓ７０５）。
このようにウエハ２００を加熱する方法としてヒータ４０３による予備加熱とマイクロ波発振器３００によるマイクロ波加熱とを交互に行うことによって、仮にマイクロ波加熱室２０８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、ホットスポットが生じた領域以外の領域との昇温時の温度差も小さくなる。温度差を小さくすることによって、ウエハ２００内の処理の状態が均一になる。また予備加熱室にて加熱されるため、必要以上にウエハ２００の温度が低下することを抑制することが可能となる。さらに、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、マイクロ波照射領域が集中して加熱され、ウエハ２００の面内温度が不均一になり、割れ、反り、歪み等の変形が生じることを抑制可能となる。
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。
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。
（判定（Ｓ７０６））
第２マイクロ波加熱工程Ｓ７０５が完了すると、コントローラ１６０は、上述した第１予備加熱工程Ｓ７０２、第１マイクロ波加熱工程Ｓ７０３、第２予備加熱工程Ｓ７０４、第２マイクロ波加熱工程Ｓ７０５を１サイクルとして、所定回数実施したか否かを判定する。
このように、上記第１予備加熱工程Ｓ７０２から判定Ｓ７０６までの工程を改質工程または基板処理工程と称することができる。なお、第１予備加熱工程Ｓ７０２から第２マイクロ波加熱工程Ｓ７０５までを改質工程または基板処理工程と称しても良い。
第２マイクロ波加熱工程Ｓ７０５が完了すると、コントローラ１６０は、上述した第１予備加熱工程Ｓ７０２、第１マイクロ波加熱工程Ｓ７０３、第２予備加熱工程Ｓ７０４、第２マイクロ波加熱工程Ｓ７０５を１サイクルとして、所定回数実施したか否かを判定する。
このように、上記第１予備加熱工程Ｓ７０２から判定Ｓ７０６までの工程を改質工程または基板処理工程と称することができる。なお、第１予備加熱工程Ｓ７０２から第２マイクロ波加熱工程Ｓ７０５までを改質工程または基板処理工程と称しても良い。
（基板搬出工程（Ｓ７０７））
ウエハ２００を第１の搬送室１０３に搬出（アンローディング）する。その後ウエハ２００を第１の搬送室１０３に隣接する予備室１２２または１２３に移載される。
以上の動作が繰り返されることにより、ウエハ２００が改質処理されることとなる。
ウエハ２００を第１の搬送室１０３に搬出（アンローディング）する。その後ウエハ２００を第１の搬送室１０３に隣接する予備室１２２または１２３に移載される。
以上の動作が繰り返されることにより、ウエハ２００が改質処理されることとなる。
ここで図９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。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９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、キャリア密度も大きく上昇するが、領域（Ｂ）は温度が上昇した場合であっても、キャリア密度は大きく上昇しない。
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。このため、領域（Ａ）において、第１および第２のマイクロ波加熱工程が行われることが好ましい。また、領域（Ａ）は、上述したようにウエハ２００の昇温速度が大きいため、マイクロ波が局所的に集中すると、集中した箇所が高温となりウエハ２００の面内で部分的に温度差が大きくなり、熱膨張差でウエハ２００が変形してしまう。このため、領域（Ｂ）の温度帯においては第１および第２の予備加熱工程を行い、領域（Ａ）で第１および第２のマイクロ波加熱工程を行うようにプロセス制御することで、ウエハ２００の面内温度差を小さくしてウエハ２００が変形することを抑制しつつ、ウエハ２００の改質処理速度を向上させることが可能となる。
なお、図９のようなキャリア密度と温度の関係は、ウエハ２００の材質によって変化する為、ウエハ２００の材質に応じて、領域（Ｂ）の温度帯で第１および第２のマイクロ波加熱工程と第１および第２の予備加熱工程を行うように制御してもよい。領域（Ｂ）でマイクロ波加熱工程を行った場合、キャリア密度の増加が少ないため昇温速度はあまり大きくならないが、ウエハ２００の面内で温度差が生じ難くなるため、マイクロ波加熱における温度制御を簡易に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奏する。
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）ウエハを改質するための加熱方法として予備加熱工程とマイクロ波加熱工程とを異なる加熱室にて交互に行うことによって、マイクロ波の定在波の発生によるウエハ面内の局所的な加熱を抑制することが可能となり、ウエハに割れ、反り、歪みなどの変形が生じることを抑制することが可能となる。
（ｂ）マイクロ波による加熱の前に予備加熱工程を行うことによって、マイクロ波加熱によってウエハ面内の温度差が大きくなることを抑制することが可能となり、ウエハに割れ、反り、歪みなどの変形が生じることを抑制することが可能となる。
（ｃ）マイクロ波加熱工程の後に予備加熱工程を行うことで、ウエハ表面の温度が過度に低下することを抑制でき、次のマイクロ波加熱工程におけるウエハ昇温時間を短縮することが可能となる。
（ｄ）マイクロ波加熱工程を行う際に、キャリア密度の変化が少ない温度帯で処理を行うことで、ウエハ面内で温度差が生じることを抑制することが可能となり、ウエハに割れ、反り、歪みなどの変形が生じることを抑制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。
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。
図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように変形例では、マイクロ波加熱室２０８にウエハ回転ユニットを設け、マイクロ波加熱工程時にマイクロ波加熱室２０８内でウエハ２００が自転す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、マイクロ波によるウエハ２００の局所加熱を抑制することが可能となり、回転しない場合に比べてウエハ２００をより均一に処理することが可能となる。
このように構成することによって、マイクロ波によるウエハ２００の局所加熱を抑制することが可能となり、回転しない場合に比べてウエハ２００をより均一に処理す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の実施形態について図１１および図１２を用いて説明する。
次に本発明の第２の実施形態について図１１および図１２を用いて説明する。
第２の実施形態は、マイクロ波加熱室２０８と予備加熱室２０９とがそれぞれ１つずつ設置されており、予備加熱工程とマイクロ波加熱工程を行うために、トレー３０６が１８０°回転することでウエハ２００を移載する点において、第１の実施形態と異なる。その他の点においては第１の実施形態と同様であり、詳細な説明については省略する。
図１２に示すように、ゲートバルブ１５０から搬入されたウエハ２００は、予備加熱室２０９に配置されたトレー３０６上に載置され、予備加熱工程が施される。予備加熱が行われることで予備加熱温度（１００℃以上４５０℃以下）に加熱されたウエハ２００は、トレー３０６が回転することによって、マイクロ波加熱室２０８に搬入され、マイクロ波加熱工程が施される。マイクロ波加熱工程が行われることで改質処理温度（３００℃以上７００℃以下）に加熱されたウエハ２００が改質処理されることとなる。ここで、図１２には予備加熱処理とマイクロ波加熱処理を１回ずつ処理することが記載されているが、これに限らず、第１の実施形態同様に予備加熱工程とマイクロ波加熱工程とを交互に所定回数行うように構成されていても良い。
第２の実施形態のように構成することによって、処理室内の構成を簡素化することが可能となり、構成の簡素化に伴い、コントローラ１６０による制御を簡素化することが可能となるため、基板処理をより精密に行うことが可能となる。またマイクロ波加熱室と予備加熱室を近接できるため、装置の設置面積を小さくすることが可能になる。
＜本発明の第３の実施形態＞
次に本発明の第３の実施形態について図１３を用いて説明する。
次に本発明の第３の実施形態について図１３を用いて説明する。
第３の実施形態は、第１の実施形態がマイクロ波加熱室２０８と予備加熱室２０９が交互に配置されるとともに、トレー３０６に保持されたウエハ２００が予備加熱工程、マイクロ波加熱工程毎に９０°回転することで移載されるのに対し、マイクロ波加熱室２０８と予備加熱室２０９とがそれぞれ並列して配置されている点、トレー３０６に保持されたウエハ２００が、予備加熱工程、マイクロ波加熱工程ごとに１８０°回転することで移載される点、また、マイクロ波加熱室２０８、予備加熱室２０９が並列して配置されているため、ゲートバルブ１５０にウエハ２００を２枚ずつ搬入し、処理することが可能な点において第１の実施形態と異なる。その他の点においては第１の実施形態と同様であり、詳細な説明については省略する。
具体的には、図１３に示すように、ゲートバルブ１５０側に予備加熱室２０９−１、２０９−２が配置され、予備加熱室２０９−１、２０９−２と対向するようにマイクロ波加熱室２０８−１、２０８−２が配置されている。基板移載機１１２に保持された２枚のウエハ２００は、ゲートバルブ１５０から予備加熱室２０９−１と２０９−２のそれぞれに一度に搬入され、予備加熱工程の処理が行われる。
予備加熱工程の処理が完了すると、トレー３０６に保持されたウエハ２００は、トレー３０６が１８０°時計回りに回転することによって、予備加熱室２０９−１に搬入されていたウエハ２００はマイクロ波加熱室２０８−２に移載され、予備加熱室２０９−２に搬入されていたウエハ２００はマイクロ波加熱室２０８−１に移載されることとなり、それぞれにマイクロ波加熱工程の処理が行われる。このように構成され、制御することによって、１度に処理する枚数を増やすだけでなく、複数のウエハ処理の制御を簡素化することが可能となる。これによってウエハ１枚あたりの搬送時間が短縮されスループットが向上する。
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、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。
なお、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、上述の実施形態では、ガス供給系から供給するガスを不活性ガスとし、基板処理を改質処理として説明したが、これに限らず、単体で成膜可能な原料ガスや、原料ガスと反応する反応ガス、エッチングするためのエッチングガスなどをマイクロ波加熱室内に供給し、成膜処理やエッチング処理を行うように構成しても良い。
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。
１００・・・基板処理装置、
２００・・・ウエハ（基板）、
２０２・・・処理室、
２０８・・・マイクロ波加熱室（第２の処理室）、
２０９・・・予備加熱室（第１の処理室）、
３００・・・マイクロ波発振器、
３０１・・・アイソレータ、
３０２・・・方向性結合器、
３０３・・・整合器、
３０４・・・導波管、
３０６・・・トレー（サセプタ、基板支持部、基板載置部、基板保持部）、
４０３・・・予備加熱装置。
２００・・・ウエハ（基板）、
２０２・・・処理室、
２０８・・・マイクロ波加熱室（第２の処理室）、
２０９・・・予備加熱室（第１の処理室）、
３００・・・マイクロ波発振器、
３０１・・・アイソレータ、
３０２・・・方向性結合器、
３０３・・・整合器、
３０４・・・導波管、
３０６・・・トレー（サセプタ、基板支持部、基板載置部、基板保持部）、
４０３・・・予備加熱装置。
Claims (9)
- 基板を第１の処理温度まで加熱する第１の加熱装置と、
前記第１の加熱装置を備えた第１の処理室と、
前記基板をマイクロ波によって前記第１の処理温度よりも高い第２の処理温度まで加熱する第２の加熱装置と、
前記第２の加熱装置を備えた第２の処理室と、
前記基板を載置しつつ回転することによって、前記第１の処理室と前記第２の処理室に前記基板を搬入出する基板載置部と、
前記第１の加熱装置と前記第２の加熱装置および前記基板載置部をそれぞれ制御する制御部と、
を有する基板処理装置。 - 前記第１の処理室と前記第２の処理室をそれぞれ複数有する請求項１に記載の基板処理装置。
- 前記基板は前記第１の処理室と前記第２の処理室に交互に搬入されて処理される請求項１に記載の基板処理装置。
- 前記基板載置部は、前記第２の加熱装置から供給されるマイクロ波を透過するマイクロ波透過材によって構成される請求項１に記載の基板処理装置。
- 前記基板載置部は、前記基板を支持するための第１の基板支持部と、前記第１の基板支持部に接続されて前記基板の外径よりも大きい径を有する複数の環状部と、前記複数の環状部と接続され、前記環状部同士を結合する腕部によって構成される請求項１に記載の基板処理装置。
- 前記制御部は、前記第２の処理温度を前記基板のキャリア密度が変化しない温度帯となるように前記第２の加熱装置を制御する請求項１に記載の基板処理装置。
- 前記制御部は、前記第１の処理温度を１００℃以上４５０℃以下であって、前記第２の処理温度を３００℃以上７００℃以下となるように前記第１の加熱装置と前記第２の加熱装置とを制御する請求項１に記載の基板処理装置。
- 基板を第１の処理温度まで加熱する第１の加熱装置と、前記第１の加熱装置を備えた第１の処理室と、前記基板をマイクロ波によって前記第１の処理温度よりも高い第２の処理温度まで加熱する第２の加熱装置と、前記第２の加熱装置を備えた第２の処理室と、前記基板を載置しつつ回転することによって、前記第１の処理室と前記第２の処理室に前記基板を搬入出する基板載置部と、前記第１の加熱装置と前記第２の加熱装置および前記基板載置部をそれぞれ制御する制御部と、を有する基板処理装置を用いる半導体装置の製造方法であって、
前記基板を前記第１の処理室に搬入し、前記第１の処理温度に加熱する第１の加熱工程と、
前記基板を前記第１の処理室から前記第２の処理室に移載し、前記基板を前記第２の加熱装置から供給されたマイクロ波によって前記第２の処理温度に加熱する第２の加熱工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 基板を第１の処理温度まで加熱する第１の加熱装置と、前記第１の加熱装置を備えた第１の処理室と、前記基板をマイクロ波によって前記第１の処理温度よりも高い第２の処理温度まで加熱する第２の加熱装置と、前記第２の加熱装置を備えた第２の処理室と、前記基板を載置しつつ回転することによって、前記第１の処理室と前記第２の処理室に前記基板を搬入出する基板載置部と、前記第１の加熱装置と前記第２の加熱装置および前記基板載置部をそれぞれ制御する制御部と、を有する基板処理装置に用いるコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記基板を前記第１の処理室に搬入し、前記第１の処理温度に加熱する第１の加熱手順と、
前記基板を前記第１の処理室から前記第２の処理室に移載し、前記基板を前記第２の加熱装置から供給されたマイクロ波によって前記第２の処理温度に加熱する第２の加熱手順と、
を行わせる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。
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