JPWO2018163386A1 - 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
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Abstract
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。
(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。
(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。
(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。
(温度センサ)
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。
(電磁波供給部)
図3は、図面の複雑さを避けるため、マイクロ波発振器の図示は省略されている。
(制御装置)
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。
(2)基板処理工程
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。
(基板搬入工程(S401))
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)。
(炉内圧力・温度調整工程(S402))
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(S402)。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S403へ移行するように制御してもよい。
(不活性ガス供給工程(S403))
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、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・温度調整工程S402と同時に実施されてもよい。
(改質工程(S404))
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。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。
(搬出工程(S405))
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)。
(3)温度制御方法
以下に、上述した炉内圧力・温度調整工程S402及び改質工程S404におけるマイクロ波の照射方法を制御することによ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、マイクロ波発振器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振器655−1〜655−6が設けられる場合、特に記載がない場合、マイクロ波発振器655の出力とは、複数のマイクロ波発振器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。
(実施例1)
実施例1における炉内圧力・温度調整工程S402及び改質工程S404におけるマイクロ波の照射方法について、図8を用いて説明する。図8において、縦軸は温度(T℃)であり、横軸は時間(秒:sec)である。
(実施例2)
次に、実施例2における炉内圧力・温度調整工程S402及び改質工程S404におけるマイクロ波の照射方法について、図9を用いて説明する。実施例2におけるマイクロ波の照射方法が、実施例1と異なる点は、改質工程のアニール処理において、ウエハ200の処理温度が一定の温度範囲内で上下するようにマイクロ波の照射とマイクロ波の照射停止とを交互に繰り返す点である。その他の点は、特に言及しない限りは、実施例1と同様である。
(実施例3)
次に、実施例3における炉内圧力・温度調整工程S402及び改質工程S404におけるマイクロ波の照射方法について、図10を用いて説明する。実施例3におけるマイクロ波の照射方法が、実施例1、2と異なる点は、改質工程のアニール処理において、複数設けられたマイクロ波導入ポートから供給されるマイクロ波を所定の順番で供給停止し、処理室に供給されるマイクロ波出力を一定とし、マイクロ波導入ポートからのマイクロ波供給を一通り停止した後に、全てのマイクロ波導入ポートからのマイクロ波供給を停止する点である。その他の点は、特に言及しない限りは、実施例1、2と同様である。
(実施例4)
次に、実施例4における炉内圧力・温度調整工程S402及び改質工程S404におけるマイクロ波の照射方法について、図11、図12を用いて説明する。実施例4におけるマイクロ波の照射方法が、実施例3と異なる点は、予備加熱処理においても、複数設けられたマイクロ波導入ポートから供給されるマイクロ波を所定の順番で供給停止し、処理室に供給されるマイクロ波出力を一定とする点である。その他の点は、特に言及しない限りは、実施例1、2、3と同様である。なお、以下で説明されるように、実施例4では、予備加熱処理において上述のサイクルマイクロ波(MW)照射が繰り返して実行され、また、改質工程のアニール処理において上述のサイクルマイクロ波(MW)照射の繰り返しとマイクロ波停止のイベントとの組み合わせが繰り返し実行される。
(実験結果の一例)
上述した実施例を用いて実際に実験を行った結果について以下に説明する。
(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が得られる。
図18に示すように本実施形態では、垂直方向多段に基板を複数枚保持可能な、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。基板保持具としてのボート217には、処理対象である垂直方向多段に保持された複数のウエハ200と、この複数のウエハ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。垂直方向多段に保持されたウエハ200間に断熱板としての石英プレート101cが設けられている。他の構成は、図1と同じであり、その説明は省略される。
(変形例1)
図19も、図18と同様に、垂直方向多段に基板を複数枚保持可能な、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。ボート217には、処理対象である垂直方向多段に保持された複数のウエハ200と、この複数のウエハ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。図19では、この複数のウエハ200間に、石英プレート101cが設けられていない構成例である。他の構成は、図1と同じであり、その説明は省略される。ボート217に保持するウエハ200を3枚として記載しているが、これに限らず、例えば25枚や50枚など多数枚のウエハ200を処理するようにしてもよい。
(変形例2)
図20に示すように、ボート217には、断熱板としての石英プレート101a、101bの間及び断熱板としての石英プレート101c、101dの間に、処理対象であるウエハ200が各々保持されている。ウエハ200と石英プレート101a、101bの間には、電磁波によって誘電加熱される発熱体としてのサセプタ1011a及び1011bが各々保持されている。また、ウエハ200と石英プレート101c、101dの間には、電磁波によって誘電加熱される発熱体としてのサセプタ1011c及び1011dが各々保持されている。
102・・・ケース(キャビティ)、
103・・・反応管、
121・・・コントローラ(制御部)、
200・・・ウエハ(基板)、
201・・・処理室、
217・・・ボート(基板保持具)、
655・・・マイクロ波発振器。
Claims (5)
- 基板を処理する処理室と、
前記処理室内の基板を加熱するためのマイクロ波を供給する複数のマイクロ波供給源を有する加熱装置と、
前記複数のマイクロ波供給源のそれぞれから前記基板に対して供給されるマイクロ波の入力電力を一定としつつ、前記複数のマイクロ波供給源がオフとなる期間がそれぞれ異なるように前記複数のマイクロ波供給源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、前記複数のマイクロ波供給源が所定の順番にオフとなることを確認した後に、全マイクロ波供給源をオフとするように前記複数のマイクロ波供給源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、前記基板へ供給される入力電力は2kW以上、24kW以下となるように前記加熱装置を制御するよう構成される請求項1または2に記載の基板処理装置。
- 基板を処理する処理室と、前記処理室内の基板を加熱するためのマイクロ波を供給する複数のマイクロ波供給源を有する加熱装置と、前記複数のマイクロ波供給源のそれぞれから前記基板に対して供給されるマイクロ波の入力電力を一定としつつ、前記複数のマイクロ波供給源がオフとなる期間がそれぞれ異なるように前記複数のマイクロ波供給源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の前記処理室内に前記基板を保持した基板保持具を搬入する工程と、
前記基板を加熱して所定の改質処理を行う工程と、
前記処理室から前記基板保持具を搬出する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 基板を処理する処理室と、前記処理室内の基板を加熱するためのマイクロ波を供給する複数のマイクロ波供給源を有する加熱装置と、前記複数のマイクロ波供給源のそれぞれから前記基板に対して供給されるマイクロ波の入力電力を一定としつつ、前記複数のマイクロ波供給源がオフとなる期間がそれぞれ異なるように前記複数のマイクロ波供給源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の前記処理室内に前記基板を保持した基板保持具を搬入する手順と、
前記基板を加熱して所定の改質処理を行う手順と、
前記処理室から前記基板保持具を搬出する手順と、
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ためのプログラム。
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