WO2019053805A1 - 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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WO2019053805A1
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supply unit
microwave
microwave supply
processing
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PCT/JP2017/033043
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豊田　一行
哲夫 山本
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株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ
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Publication date
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    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/20—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy
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    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/268—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation

Definitions

  • the present invention relates to a substrate processing apparatus, a method of manufacturing a semiconductor device, and a program.
  • a substrate in a processing chamber is heated using a heating device to change the composition or crystal structure in a thin film formed on the surface of the substrate.
  • a modification process typified by an annealing process for repairing crystal defects and the like in the deposited thin film.
  • the substrate In the process using the conventional microwave, the substrate can not be uniformly heated, and it may be difficult to uniformly process the substrate.
  • An object of the present invention is to provide a microwave processing technology that can uniformly process a substrate.
  • a processing chamber for processing a substrate a first microwave supply unit for supplying a microwave of a first frequency for heating a dielectric disposed in the processing chamber, and a frequency higher than the first frequency
  • a second microwave supply unit for supplying microwaves of a second frequency for reforming the surface of the substrate; and the first microwave supply unit until the substrate reaches a predetermined temperature.
  • Control unit, Technology is provided.
  • the substrate processing apparatus 100 is configured as a single-wafer heat treatment apparatus that performs various heat treatments on a wafer, and an annealing process using electromagnetic waves described later Description will be made as an apparatus for performing (reforming process).
  • the processing furnace has a case 102 as a cavity (processing container) made of a material that reflects electromagnetic waves such as metal.
  • the inner space of the case 102 is mainly configured as a processing chamber 201 for processing a substrate such as a silicon wafer.
  • a reaction tube (not shown) made of quartz for transmitting an electromagnetic wave may be installed inside the case 102, or the processing container may be configured such that the inside of the reaction tube becomes a processing chamber.
  • the processing chamber 201 may be configured by notching the ceiling surface of the case 102 and providing a cap flange (closing plate) made of a metal material in the cutout portion.
  • a first substrate support pin (substrate support portion) 207 for supporting the wafer 200 at a predetermined position when the wafer 200 as a substrate is carried in and out is disposed.
  • a susceptor support pin (susceptor support portion, dielectric support portion) 210a for supporting a susceptor 103 described later, a bottom plate 210b, and a top plate 210c can be rotated and raised and lowered vertically above and below the wafer 200 to be processed.
  • the heat insulation unit (heat retention unit) 210 is disposed.
  • a dielectric such as a silicon plate (Si plate) or a silicon carbide plate (SiC plate) that absorbs electromagnetic waves and heats itself (generates heat).
  • a susceptor (also referred to as an energy conversion member, a radiation plate, a heat equalizing plate, or a heating element) 103 having a diameter larger than that of a wafer for indirectly heating the wafer 200 formed of a substance is supported by the susceptor support pins 210a. It is placed.
  • the susceptor 103 is a substrate support (substrate holder, substrate mounting portion) for supporting the wafer 200 by a second substrate support pin (second support portion) 103 a provided on the surface of the susceptor 103 in a substrate processing step described later. It also works as Further, the susceptor 103 may be configured to be attachable to and detachable from the heat insulation unit 210, or may be configured to be fixed to the heat insulation unit 210.
  • a heating plate 106 made of the same material as the susceptor is disposed at the ceiling of the case 102 and at a position above the top plate 210 c of the heat insulation unit 210.
  • the case 102 as a processing container has, for example, a circular cross section, and is configured as a flat sealed container.
  • the transport container 202 as the lower container is made of, for example, a metal material such as aluminum (Al) or stainless steel (SUS), or quartz.
  • a space surrounded by the case 102 may be referred to as a processing chamber 201 or a reaction area 201 as a processing space, and a space surrounded by the conveyance container 202 may be referred to as a conveyance chamber 203 or a conveyance area 203 as a conveyance space.
  • the processing chamber 201 and the transfer chamber 203 are not limited to being horizontally adjacent as in the present embodiment, but may be vertically adjacent.
  • a substrate loading / unloading port 206 adjacent to the gate valve 205 is provided on the side surface of the transfer container 202, and the wafer 200 is processed through the substrate loading / unloading port 206. Move between and.
  • An electromagnetic wave supply unit (microwave supply unit) as a heating device, which will be described in detail later, is installed on the side surface of the case 102, and an electromagnetic wave such as microwaves supplied from the electromagnetic wave supply unit is introduced into the processing chamber 201.
  • the wafer 200 and the like are heated to process the wafer 200.
  • the mounting table 210 is supported by a shaft 255 as a rotation axis.
  • the shaft 255 penetrates the bottom of the case 102, and is further connected to a drive mechanism 267 that performs a rotation operation outside the transport container 202.
  • the periphery of the lower end portion of the shaft 255 is covered with a bellows 212, and the inside of the processing chamber 201 and the transfer area 203 is kept airtight.
  • An exhaust unit that exhausts the atmosphere of the processing chamber 201 is provided below the processing chamber 201 and on the outer peripheral side of the heat insulation unit 210.
  • an exhaust port 221 is provided in the exhaust part.
  • An exhaust pipe 231 is connected to the exhaust port 221, and a pressure regulator 244 such as an APC valve that controls the valve opening degree according to the pressure in the processing chamber 201 and a vacuum pump 246 are connected in series to the exhaust pipe 231. It is connected to the.
  • the pressure regulator 244 is not limited to the APC valve as long as it can adjust the exhaust amount by receiving the pressure information (feedback signal from the pressure sensor 245 described later) in the processing chamber 201 and not limited to the APC valve. It may be comprised so that the on-off valve and pressure regulation valve may be used together.
  • An exhaust portion (also referred to as an exhaust system or an exhaust line) is mainly configured by the exhaust port 221, the exhaust pipe 231, and the pressure regulator 244.
  • the exhaust port 221 may not be disposed on the bottom surface of the case 102 as shown in FIG. 1, and the exhaust port 221 may be disposed on the side wall surface or the ceiling surface of the case 102.
  • a vacuum pump 246 may be added to the configuration of the exhaust unit.
  • the case 102 is provided with a gas supply pipe 232 for supplying a processing gas for processing various substrates such as an inert gas, a source gas, and a reaction gas into the processing chamber 201.
  • a mass flow controller (MFC) 241 which is a flow rate controller (flow rate control unit) and a valve 243 which is an on-off valve are provided in the gas supply pipe 232 sequentially from the upstream side.
  • MFC mass flow controller
  • N 2 nitrogen
  • the gas is provided with an MFC that is a flow rate controller and a valve that is an on-off valve sequentially from the upstream side downstream of the valve 243 of the gas supply pipe 232
  • MFC that is a flow rate controller
  • valve that is an on-off valve sequentially from the upstream side downstream of the valve 243 of the gas supply pipe 232
  • Plural kinds of gases can be supplied by using the configuration in which the supply pipe is connected.
  • An MFC and a gas supply pipe provided with a valve may be installed for each gas type.
  • a gas supply nozzle may be provided at the downstream end of the gas supply pipe.
  • a gas supply system (gas supply unit) is mainly configured by the gas supply pipe 232, the MFC 241, and the valve 243.
  • an inert gas When an inert gas is allowed to flow through the gas supply system, it is also referred to as an inert gas supply system.
  • the inert gas in addition to N 2 gas, for example, rare gas such as Ar gas, He gas, Ne gas, Xe gas and the like can be used.
  • a temperature sensor 263 is installed on the ceiling surface of the case 102 as a noncontact temperature measuring device. By adjusting the output of the microwave oscillator 655 described later based on the temperature information detected by the temperature sensor 263, the substrate is heated, and the substrate temperature becomes a desired temperature distribution.
  • the temperature sensor 263 is configured of a radiation thermometer such as an infrared (IR) sensor, for example.
  • the temperature sensor 263 is installed to measure one or more of the surface temperature of the heating plate 106, the surface temperature of the top plate 210 c of the heat insulation unit 210, and the surface temperature of the wafer 200. When the measurement site is the top plate 210c or the wafer 200, measurement may be performed by providing a temperature measurement window on the heating plate 106 or the top plate 210c.
  • the temperature of the wafer converted by temperature conversion data described later that is, the estimated wafer temperature means the temperature sensor 263.
  • the case is meant where the temperature obtained by directly measuring the temperature of the wafer 200 is meant, and the case where both are meant.
  • the heating plate 106 or the top plate is obtained by acquiring in advance the transition of the temperature change in the substrate processing process described later for each of the heating plate 106 or the top plate 210 c or the susceptor 103 and the wafer 200 by the temperature sensor 263.
  • the temperature conversion data indicating the correlation between the temperature of the wafer 200 which is the object to be processed and the susceptor 103 may be stored in the storage device 121 c or the external storage device 123.
  • the temperature of the wafer 200 can be estimated by measuring only the temperature of the heating plate 106 (or the top plate 210c), so that the temperature of the wafer 200 can be estimated. Based on the temperature of 200, it becomes possible to control the output of the microwave oscillator 655, that is, the heating device.
  • thermocouple As a means to measure the temperature of a board
  • the temperature sensor 263 may be provided not only on the ceiling surface of the case 102 but also on the bottom surface of the heat insulation unit 210 or the case 102.
  • the temperature sensor 263 is not only installed directly on the case 102 or the heat insulation unit 210, but also indirectly reflects light emitted from a measurement window provided on the case 102 or the heat insulation unit 210 by a mirror or the like. May be configured.
  • the temperature sensor 263 is not limited to one, and a plurality of temperature sensors may be installed.
  • electromagnetic wave introducing ports 653-1, 653-2 and 653-3 are installed in the ceiling, side wall and bottom of the case 102 respectively.
  • One end of each of waveguides 654-1, 654-2, 654-3 for supplying an electromagnetic wave into the processing chamber 201 is connected to each of the electromagnetic wave introduction ports 653-1, 653-2, 653-3. ing.
  • each of the waveguides 654-1, 654-2 and 654-3 is supplied with an electromagnetic wave into the processing chamber 201, and a first micro wave supplying an electromagnetic wave of a first frequency as a heating source for heating Wave oscillators (electromagnetic wave sources) 655-1 and 655-2 and a second microwave oscillator 656 for supplying an electromagnetic wave of a frequency different from that of the first microwave oscillator are connected. That is, the first microwave oscillators 655-1 and 655-2 are at least on the side to be processed (also referred to as the main surface) of the wafer 200 and on the side opposite to the surface to be processed of the wafer 200 (also referred to as the back). One by one, and the second microwave oscillator 656 will be placed on the side of the wafer.
  • the first microwave oscillators 655-1 and 655-2 and the second microwave oscillator 656 supply electromagnetic waves such as microwaves to the waveguides 654-1, 654-2 and 654-3, respectively. Further, as the microwave oscillators 655-1 and 655-2, a magnetron, a klystron, or the like is used.
  • the electromagnetic wave introduction ports 653-1, 653-2 and 653-3, the waveguides 654-1, 654-2 and 654-3, and the first microwave oscillators 655-1 and 655-2 are particularly When it is not necessary to distinguish and explain, the electromagnetic wave introduction port 653, the waveguide 654, and the microwave oscillator 655 are described.
  • the frequency of the electromagnetic wave generated by the first microwave oscillator 655 and the second microwave oscillator 656 is preferably controlled to be in the frequency range of 13.56 MHz or more and 24.125 GHz or less. More preferably, the frequency is controlled to be 2.45 GHz or 5.8 GHz.
  • the respective frequencies of the microwave oscillators 655-1 and 655-2 may be the same frequency or may be installed at different frequencies.
  • the first microwave oscillator 655 and the second microwave oscillator 656 are described as being disposed one on each of the ceiling surface, the side surface, and the bottom surface of the case 102, Not limited to this, one or more may be provided. Further, the first microwave oscillator 655 is not limited to being provided on different axes in the vertical direction as shown in FIG. 1, but may be disposed to face the case 102, that is, to be provided coaxially. It is also good.
  • microwave oscillator 655-1, 655-2, 656, the waveguides 654-1, 654-2, 654-3 and the electromagnetic wave introduction port 653-1, 653-2, 653-3 by the heating device or
  • An electromagnetic wave supply unit also referred to as an electromagnetic wave supply device, a microwave supply unit, or a microwave supply device as a reforming device
  • the microwave generators 655-1, 655-2, the waveguides 654-1, 654-2 and the electromagnetic wave introduction ports 653-1, 653-2 are used as a first microwave supply unit (first microwave supply unit System), the microwave oscillator 656, the waveguide 654-3, and the electromagnetic wave introduction port 653-3 may be referred to as a second microwave supply unit (second microwave supply system).
  • the first electromagnetic wave supply system may be referred to as a heating device
  • the second supply system may be referred to as a reforming device.
  • the microwaves supplied from the first microwave oscillators 655-1 and 655-2 have a frequency of 2.45 GHz (first frequency)
  • the second microwave oscillator The microwave supplied from 656 is described as being 5.8 GHz (the second frequency).
  • a controller 121 described later is connected to each of the microwave oscillators 655-1, 655-2, 656.
  • the controller 121 is connected to a thermal insulation unit 210 or a susceptor 103 housed in the processing chamber 201, or a temperature sensor 263 for measuring the temperature of the wafer 200.
  • the temperature sensor 263 measures the temperature of the adiabatic unit 210 or the susceptor 103 or the wafer 200 by the method described above and transmits it to the controller 121, and the controller 121 outputs the outputs of the microwave oscillators 655-1, 655-2, 656. It controls and controls heating of the wafer 200 described later or modification of the wafer 200.
  • the method of controlling by controlling the voltage input to the microwave oscillators 655 and 656, and the power supply of the microwave oscillators 655 and 656 are turned on.
  • a control method or the like can be used by changing the ratio between the time and the OFF time.
  • the microwave oscillators 655-1 and 655-2 are controlled by the same control signal transmitted from the controller 121.
  • the invention is not limited thereto, and the microwave oscillators 655-1 and 655-2 can be individually controlled by transmitting individual control signals from the controller 121 to the microwave oscillators 655-1 and 655-2, respectively. You may
  • the controller 121 which is a control unit (control device, control means) includes a central processing unit (CPU) 121 a, a random access memory (RAM) 121 b, a storage device 121 c, and an I / O port 121 d. It is configured as a computer.
  • the RAM 121b, the storage device 121c, and the I / O port 121d are configured to be able to exchange data with the CPU 121a via the internal bus 121e.
  • An input / output device 122 configured as, for example, a touch panel or the like is connected to the controller 121.
  • the storage device 121 c is configured by, for example, a flash memory, a hard disk drive (HDD), or the like.
  • a control program for controlling the operation of the substrate processing apparatus and a process recipe in which the procedure (conditions) and the like of the annealing (reforming) process are stored are readably stored.
  • the process recipe is a combination of processes so as to cause the controller 121 to execute each procedure in the substrate processing process described later and obtain a predetermined result, and functions as a program.
  • the process recipe, the control program and the like are collectively referred to simply as a program.
  • the process recipe is simply referred to as a recipe.
  • the RAM 121 b is configured as a memory area (work area) in which programs and data read by the CPU 121 a are temporarily stored.
  • the I / O port 121 d is connected to the above-mentioned MFC 241, valve 243, pressure sensor 245, APC valve 244, vacuum pump 246, temperature sensor 263, rotation mechanism 267, elevation mechanism 107, microwave oscillators 655, 656, etc. .
  • the CPU 121a is configured to read out and execute the control program from the storage device 121c, and to read out the recipe from the storage device 121c in response to the input of the operation command from the input / output device 122 or the like.
  • the CPU 121a adjusts the flow rate of various gases by the MFC 241, opens and closes the valve 243, adjusts the pressure by the APC valve 244 based on the pressure sensor 245, starts and stops the vacuum pump 246, and temperature according to the contents of the read recipe.
  • the controller 121 installs the above-described program stored in an external storage device (for example, a magnetic disk such as a hard disk, an optical disk such as a CD, a magneto-optical disk such as an MO, a semiconductor memory such as a USB memory) 123 in a computer Can be configured by
  • the storage device 121 c and the external storage device 123 are configured as computer readable recording media. Hereinafter, these are collectively referred to simply as recording media.
  • recording medium when only the storage device 121c is included, only the external storage device 123 may be included, or both of them may be included.
  • the program may be provided to the computer using communication means such as the Internet or a dedicated line without using the external storage device 123.
  • wafer when used in the present specification, it may mean the wafer itself or a laminate of the wafer and a predetermined layer or film formed on the surface thereof.
  • surface of wafer when used in the present specification, it may mean the surface of the wafer itself or the surface of a predetermined layer or the like formed on the wafer.
  • the phrase “forming a predetermined layer on the wafer” means that the predetermined layer is directly formed on the surface of the wafer itself, or a layer formed on the wafer, etc. It may mean forming a predetermined layer on top of.
  • substrate in this specification is also synonymous with the use of the word "wafer”.
  • the atmosphere in the processing chamber 201 is controlled so that the inside of the processing chamber 201 has a predetermined pressure (for example, 10 to 102000 Pa).
  • a predetermined pressure for example, 10 to 102000 Pa.
  • the valve opening degree of the pressure regulator 244 is feedback-controlled based on the pressure information detected by the pressure sensor 245, and the inside of the processing chamber 201 is set to a predetermined pressure.
  • the electromagnetic wave supply unit may be controlled as preheating to control heating to a predetermined temperature (S302).
  • control may be performed to shift to an inert gas supply step S303 described later.
  • the controller 121 controls the lifting and lowering device 107 to raise the heat insulation unit 210 and heat the wafer 200 by a predetermined height ( First processing height, first processing position). By this operation, the wafer 200 is shifted from being supported by the first substrate support pin 207 to being supported by the second substrate support pin 103a.
  • the rising operation of the heat insulation unit 210 may be performed at the timing of the in-furnace pressure / temperature adjustment step S302 or the inert gas supply step S303 described above.
  • the microwave oscillators 655-1 and 655-2 controlled by the controller 121 are firstly inserted into the processing chamber 201 through the above-described portions.
  • Microwaves 501 and 502 are supplied (S401).
  • the wafer 200 has a predetermined processing temperature for reforming, that is, a temperature of 100 ° C. or more and 1000 ° C. or less, preferably 400 ° C. or more and 900 ° C. or less. It heats so that it may become temperature, More preferably, it heats so that it may become the temperature of 500 degreeC or more and 700 degrees C or less.
  • the substrate processing can be performed at a temperature at which the wafer 200 efficiently absorbs the first microwaves 501 and 502, and the speed of the modification processing can be improved.
  • the temperature of the wafer 200 is processed at a temperature lower than 100 ° C. or higher than 1000 ° C., the surface of the wafer 200 is altered, and the first microwaves 501 and 502 are absorbed. As it becomes difficult to heat the wafer 200, it becomes difficult to heat the wafer 200. Therefore, it is desirable to perform substrate processing in the above-described temperature range.
  • the microwave oscillator 655 When the measured temperature of the wafer 200 becomes higher or lower than the predetermined processing temperature zone, that is, the upper limit temperature and the lower limit temperature, the microwave oscillator 655 is not turned off, and the microwave is not turned off.
  • the temperature of the wafer 200 may be set to a predetermined temperature range by controlling the output of the oscillator 655 to be low. In this case, when the temperature of the wafer 200 returns to the temperature within the predetermined range, the output of the microwave oscillator 655 is controlled to be high.
  • the controller 121 When the temperature sensor 263 detects that the wafer 200 has reached a predetermined temperature range by supplying the first microwaves 501 and 502 to the processing chamber 201 (S402), the controller 121 is configured as shown in FIG. Then, the adiabatic unit 210 is lowered to a predetermined height (second processing height, second processing position) for performing the reforming process. When the adiabatic unit 210 is positioned at a predetermined height for performing the reforming process and the wafer 200 is placed at the reforming position, the controller 121 controls the second microwave oscillator 656 to the processing chamber 201. The second microwave 601 is supplied, and the wafer 200 is reformed (S403).
  • the first microwaves 501 and 502 are controlled in the same manner as heating the wafer 200 and continue to be supplied into the processing chamber 201.
  • the second processing position for performing the modification processing is set to a height substantially the same as the opening height of the second microwave oscillator 656, that is, the electromagnetic wave introduction port 653-3.
  • the second processing position for performing the modification processing is set to a height substantially the same as the opening height of the second microwave oscillator 656, that is, the electromagnetic wave introduction port 653-3.
  • the second processing position for performing the modification processing is set to a height substantially the same as the opening height of the second microwave oscillator 656, that is, the electromagnetic wave introduction port 653-3.
  • the supply of the second microwave 601 into the processing chamber 201 is started, the supply of the first microwaves 501 and 502 and the second microwave 601 is stopped when a predetermined time elapses.
  • the controller 121 deactivates the first microwave oscillator 655 and the second microwave oscillator 656, respectively.
  • a standing wave is generated in the processing chamber 201, and the wafer 200 (susceptor as well as the wafer 200 when the susceptor is mounted) is on
  • a heated concentrated area (hot spot) and a non-heated area (non-heated area) other than that locally heated are generated, and the wafer 200 (if the susceptor is placed, the susceptor is also the same as the wafer 200).
  • the generation of a hot spot on the wafer 200 is suppressed by controlling ON / OFF of the power supply of the electromagnetic wave supply unit.
  • the temperature sensor 263 is a non-contact temperature sensor, and deformation or breakage is caused on the wafer 200 to be measured (the susceptor 103 is also the same as the wafer 200 when the susceptor 103 is mounted). Since the position of the wafer 200 monitored by the temperature sensor and the measurement angle with respect to the wafer 200 change, the measured value (monitored value) becomes inaccurate and the measured temperature changes rapidly. In the present embodiment, the rapid change of the measurement temperature of the radiation thermometer due to such deformation or breakage of the measurement object is used as a trigger for turning on / off the electromagnetic wave supply unit.
  • the wafer 200 is heated to reform (crystallize) the amorphous silicon film formed on the surface of the wafer 200 into a polysilicon film (S304) . That is, the wafer 200 can be reformed uniformly.
  • the wafer 200 is reformed, and the process moves to the substrate processing step using the next different apparatus.
  • the substrate By using the first microwave heating the substrate and the second microwave modifying the substrate, the substrate can be processed uniformly.
  • a hot spot region where microwaves are concentrated on the substrate is obtained by using both direct heating and indirect heating when heating the substrate and maintaining the substrate temperature mainly by indirect heating when modifying the substrate. As it is possible to suppress the occurrence and to process the substrate uniformly, it is possible to improve the film quality.
  • the second embodiment differs from the first embodiment in that, as shown in FIG. 7, a heating chamber 701 for heating the wafer 200 and a modification of the wafer 200 by the processing chamber 201 by the partition plate 703.
  • a first microwave supply system is disposed in the heating chamber 701, and a second microwave supply system is disposed in the reforming chamber 702;
  • the reforming chamber 702 is provided with a gas supply system and an exhaust system, and the heating plate 106 in the first embodiment is not provided.
  • components having the same functions as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted.
  • the various processes of the substrate processing process in the present embodiment are substantially the same as those in the first embodiment. Therefore, the operation of the substrate processing apparatus 700 suitably used in the second embodiment when performing the reforming step S304 will be described.
  • the susceptor 103 supporting the wafer 200 that is, the heat insulation unit 210 is raised by the lifting device 107 to a predetermined height.
  • first microwave oscillator 655-1 supplies first microwave 501 to heating chamber 701 in order to heat wafer 200 to a predetermined reforming temperature.
  • the wafer 200 and the susceptor 103 are heated.
  • the second microwave 601 is supplied to the reforming chamber 702 by the second microwave oscillator 656 to reform the wafer 200.
  • the Rukoto At this time, as shown in FIG. 9, a choke structure 703 a for the first microwave 501 is provided on the surface of the partition plate 703 on the heating chamber 701 side, and the second micro By providing the choke structure 703b for the wave 601, it is possible to prevent the first microwave 501 and the second microwave 601 from leaking to the heating chamber 701 or the reforming chamber 702, respectively.
  • the heating chamber 701 and the reforming chamber 702 can be separated electromagnetically. With this configuration, it is possible to process the wafer 200 efficiently with simple control.
  • the process of modifying an amorphous silicon film into a polysilicon film as a film containing silicon as a main component has been described, but the invention is not limited to this, and oxygen (O), nitrogen (N), A film containing at least one or more of carbon (C) and hydrogen (H) may be supplied to reform the film formed on the surface of the wafer 200.
  • oxygen O
  • nitrogen N
  • a film containing at least one or more of carbon (C) and hydrogen (H) may be supplied to reform the film formed on the surface of the wafer 200.
  • a hafnium oxide film (HfxOy film) as a high dielectric film is formed on the wafer 200
  • the inside of the hafnium oxide film is supplied by supplying a microwave while supplying a gas containing oxygen and heating it.
  • the defective oxygen can be supplemented to improve the characteristics of the high dielectric film.
  • the hafnium oxide film is described here, the present invention is not limited thereto.
  • the above-described film forming sequence is performed on the wafer 200 using TiOCN film, TiOC film, TiON film, TiO film, ZrOCN film, ZrOC film, ZrON film, ZrO film, HfOCN film, HfOC film, HfON film, HfO film, TaOCN film, TaOC film, TaON film, TaO film, NbOCN film, NbOC film, NbON film, NbO film, NbO film, AlOCN film, AlOC film, AlON film, AlO film, AlO film, MoOCN film, MoOC film, MoON film, MoO film, WOCN film Even when the WOC film, the WON film, and the WO film are modified, the present invention can be suitably applied.
  • a film containing silicon doped with impurities as a main component may be heated.
  • a film mainly composed of silicon a silicon nitride film (SiN film), a silicon oxide film (SiO film), a silicon oxycarbonized film (SiOC film), a silicon oxycarbonitride film (SiOCN film), a silicon oxynitride film (SiON) Si-based oxide film such as film).
  • the impurities include, for example, at least one or more of bromine (B), carbon (C), nitrogen (N), aluminum (Al), phosphorus (P), gallium (Ga), arsenic (As) and the like.
  • it may be a resist film based on at least one of a methyl methacrylate resin (Polymethyl methacrylate: PMMA), an epoxy resin, a novolac resin, and a polyvinylphenyl resin.
  • a methyl methacrylate resin Polymethyl methacrylate: PMMA
  • PMMA Polymethyl methacrylate
  • epoxy resin epoxy resin
  • novolac resin novolac resin
  • polyvinylphenyl resin polyvinylphenyl resin
  • the patterning process of the manufacturing process of the liquid crystal panel, the patterning process of the manufacturing process of the solar cell, and the patterning process of the manufacturing process of the power device are not limited thereto. It is applicable also to the technology which processes a substrate, such as.

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Abstract

基板を処理する処理室と、前記処理室内に配置された誘電体を加熱する第１の周波数のマイクロ波を供給する第１のマイクロ波供給部と、前記第１の周波数よりも高い周波数であって前記基板表面を改質する第２の周波数のマイクロ波を供給する第２のマイクロ波供給部と、を有し、前記基板が所定の温度となるまでは前記第１のマイクロ波供給部を動作させ、前記基板が前記所定の温度となると、前記第２のマイクロ波供給部を動作させるように前記第１のマイクロ波供給部と前記第２のマイクロ波供給部とを制御するよう構成された制御部と、を有する技術を提供することができる。

Description

基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプログラム
　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マイクロ波を用いた熱処理方法が検討されている。
特開２０１５－０７００４５
　従来のマイクロ波を用いた処理では、基板を均一に加熱することができず、基板を均一に処理することが困難となってしまう場合がある。
　本発明の目的は、基板を均一に処理することが可能となるマイクロ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、
　基板を処理する処理室と、前記処理室内に配置された誘電体を加熱する第１の周波数のマイクロ波を供給する第１のマイクロ波供給部と、前記第１の周波数よりも高い周波数であって前記基板表面を改質する第２の周波数のマイクロ波を供給する第２のマイクロ波供給部と、を有し、前記基板が所定の温度となるまでは前記第１のマイクロ波供給部を動作させ、前記基板が前記所定の温度となると、前記第２のマイクロ波供給部を動作させるように前記第１のマイクロ波供給部と前記第２のマイクロ波供給部とを制御するよう構成された制御部と、
　を有する技術が提供される。
　本発明によれば、基板を均一に処理することが可能となるマイクロ波処理技術を提供することができる。
本発明の第１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。 本発明における改質工程の詳細フローを示すである。 本発明の第１の実施形態で好適に用いられる基板処理装置における第１のマイクロ波照射時の処理炉を示した概略構成図である。 本発明の第１の実施形態で好適に用いられる基板処理装置における第２のマイクロ波照射時の処理炉を示した概略構成図である。 本発明における第２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図であり、第１のマイクロ波照射時の処理炉を示した図である。 本発明における第２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図であり、第２のマイクロ波照射時の処理炉を示した図である。 図７における破線領域Ａを拡大した図である。
＜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。
（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。
（処理炉）
　図１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。主にケース１０２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、ケース１０２の天井面を切り欠いて、当該切り欠き部分に金属材料で構成されたキャップフランジ（閉塞板）が設けられることで、処理室２０１を構成するようにしてもよい。
　処理室２０１内には、基板としてのウエハ２００が搬入・搬出される際に、所定の位置でウエハ２００を支持する第１の基板支持ピン(基板支持部)２０７が配置されている。処理対象であるウエハ２００の垂直方向上下には、後述するサセプタ１０３を支持するサセプタ支持ピン（サセプタ支持部、誘電体支持部）２１０ａ、底板２１０ｂ、天板２１０ｃによって構成される回転・昇降が可能な断熱ユニット（保温ユニット）２１０が配置されている。
　また、底板２１０ｂとウエハ２００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（発熱する）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ウエハよりも大径のサセプタ（エネルギー変換部材、輻射板、均熱板、発熱体とも称する）１０３がサセプタ支持ピン２１０ａに支持されることで載置されている。サセプタ１０３は、後述する基板処理工程において、サセプタ１０３表面に設けた第２の基板支持ピン（第２の支持部）１０３ａによってウエハ２００を支持する基板支持具（基板保持具、基板載置部）としても機能する。また、サセプタ１０３、は断熱ユニット２１０に対して着脱可能に構成されていてもよいし、断熱ユニット２１０に固定されるように構成されていてもよい。
　また、ケース１０２の天井部であって、断熱ユニット２１０の天板２１０ｃよりも上方に位置する場所にはサセプタと同一の材料で構成される加熱板１０６が配置されている。このように構成することによって、後述する電磁波を供給することによって、ウエハ２００を直接的に加熱するだけでなく、サセプタ１０３および加熱板１０６からの輻射熱によってウエハ２００を間接加熱することが可能となり、ウエハ２００をより効率的かつ均一に加熱することが可能となる。
　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る構成としてもよい。
　図１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。
　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（マイクロ波供給部）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、ケース１０２の底部を貫通しており、更には搬送容器２０２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。
　処理室２０１の下方であって、断熱ユニット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、図１のように排気口２２１をケース１０２の底面に配置しなくともよく、ケース１０２の側壁面や天井面に排気口２２１が配置されるように構成してもよい。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。
　ケース１０２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。また、ガス供給管の下流端にガス供給ノズルを設けるようにしてもよい。
　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。
　ケース１０２の天井面には、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、加熱板１０６の表面温度、または、断熱ユニット２１０の天板２１０ｃの表面温度、または、ウエハ２００の表面温度のいずれか一つまたは複数を測定するように設置される。測定箇所を天板２１０ｃ、または、ウエハ２００とする際には、加熱板１０６や天板２１０ｃに温度測定窓を設けることで測定するとよい。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によって加熱板１０６、または天板２１０ｃ、またはサセプタ１０３と、ウエハ２００のそれぞれに対し、後述する基板処理工程における温度変化の推移を予め取得しておくことで加熱板１０６、または天板２１０ｃ、またはサセプタ１０３と、被処理体であるウエハ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、加熱板１０６（または天板２１０ｃ）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、ケース１０２の天井面に設けることに限らず、断熱ユニット２１０やケース１０２の底面などに設けるようにしてもよい。また、温度センサ２６３は、ケース１０２や断熱ユニット２１０に直接設置するだけでなく、ケース１０２や断熱ユニット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。
　図１に示すように、ケース１０２の天井部、側壁部、底部のそれぞれには電磁波導入ポート６５３－１、６５３－２、６５３－３が設置されている。電磁波導入ポート６５３－１、６５３－２、６５３－３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、６５４－３のそれぞれの一端が接続されている。導波管６５４－１、６５４－２、６５４－３の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第１の周波数の電磁波を供給する第１のマイクロ波発振器（電磁波源）６５５－１、６５５－２と、第１のマイクロ波発振器とは異なる周波数の電磁波を供給する第２のマイクロ波発振器６５６が接続されている。すなわち、第１のマイクロ波発振器６５５－１、６５５－２は、ウエハ２００の被処理面（主面とも称する）側と、ウエハ２００の被処理面とは反対面（裏面とも称する）側に少なくとも１つずつ配置され、第２のマイクロ波発振器６５６はウエハの側面側に配置されることとなる。
　第１のマイクロ波発振器６５５－１、６５５－２および第２のマイクロ波発振器６５６はマイクロ波などの電磁波を導波管６５４－１、６５４－２、６５４－３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、６５３－３、導波管６５４－１、６５４－２、６５４－３、第１のマイクロ波発振器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。
　第１のマイクロ波発振器６５５および第２のマイクロ波発振器６５６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、第１のマイクロ波発振器６５５、第２のマイクロ波発振器６５６は、ケース１０２の天井面、側面、底面のそれぞれに１つず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、第１のマイクロ波発振器６５５は、図１のように垂直方向において異なる軸上に設けられるのに限らず、ケース１０２に対向するように、すなわち、同軸上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、６５６、導波管６５４－１、６５４－２、６５４－３および電磁波導入ポート６５３－１、６５３－２、６５３－３によって加熱装置（または改質装置）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と、導波管６５４－１、６５４－２、および、電磁波導入ポート６５３－１、６５３－２を第１のマイクロ波供給部（第１のマイクロ波供給系）とし、マイクロ波発振器６５６と、導波管６５４－３、および、電磁波導入ポート６５３－３を第２のマイクロ波供給部（第２のマイクロ波供給系）と称してもよい。
　また、本実施の形態において、第１の電磁波供給系を加熱装置、第２の供給系を改質装置と称してもよい。本実施の形態に関する説明では、第第１のマイクロ波発振器６５５－１、６５５－２から供給されるマイクロ波は、２．４５ＧＨｚの周波数（第１の周波数）であり、第２のマイクロ波発振器６５６から供給されるマイクロ波は、５．８ＧＨｚ（第２の周波数）であることとして説明する。
　マイクロ波発振器６５５－１、６５５－２、６５６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内に収容される断熱ユニット２１０またはサセプタ１０３、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断熱ユニット２１０またはサセプタ１０３、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、６５６の出力を制御し、後述するウエハ２００の加熱、または、ウエハ２００の改質を制御する。なお、電磁波供給部による熱または改質エネルギー供給制御の方法としては、マイクロ波発振器６５５、６５６へ入力する電圧を制御することで制御する方法と、マイクロ波発振器６５５、６５６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。
（制御装置）
　図２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、回転機構２６７、昇降機構１０７、マイクロ波発振器６５５、６５６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、６５６の出力調整動作、回転機構２６７による断熱ユニット２１０（またはサセプタ１０３、ウエハ２００）の回転および回転速度調節動作、昇降機構１０７による断熱ユニット２１０（またはサセプタ１０３、ウエハ２００）の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３と図４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。
（基板搬入工程（Ｓ３０１））
　図示しない移載機によってウエハ収容器から搬送されたウエハ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（ローディング）される（Ｓ３０１）。
 （炉内圧力・温度調整工程（Ｓ３０２））
　処理室２０１内へのウエハ２００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（Ｓ３０２）。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Ｓ３０３へ移行するように制御してもよい。
（不活性ガス供給工程（Ｓ３０３））
　炉内圧力・温度調整工程Ｓ３０３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、回転機構２６７は、シャフト２５５を回転させ、断熱ユニット２１０によって支持されたサセプタ１０３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（Ｓ３０３）。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Ｓ３０１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（Ｓ３０４））
　処理室２０１内を所定の圧力となるように維持すると、図５に示すように、コントローラ１２１は昇降装置１０７を制御することで断熱ユニット２１０を上昇させ、ウエハ２００を加熱する所定の高さ（第１の処理高さ、第１の処理位置）に位置させる。この動作によって、ウエハ２００は第１の基板支持ピン２０７に支持されていた状態から第２の基板支持ピン１０３ａに支持される状態へと移行する。なお、断熱ユニット２１０の上昇動作は、上述した炉内圧力・温度調整工程Ｓ３０２や、不活性ガス供給工程Ｓ３０３のタイミングで行うようにしてもよい。
　断熱ユニット２１０の上昇によってウエハ２００が所定の加熱位置に配置されると、コントローラ１２１によって制御されたマイクロ波発振器６５５－１、６５５－２は、上述した各部を介して処理室２０１内に第１のマイクロ波５０１、５０２を供給する（Ｓ４０１）。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が改質のための所定の処理温度、すなわち、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が効率よく第１のマイクロ波５０１、５０２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、第１のマイクロ波５０１、５０２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。なお、ウエハ２００の測定温度が上述した所定の処理温度帯、すなわち、上限温度および下限温度となる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。
　処理室２０１に第１のマイクロ波５０１、５０２が供給されることでウエハ２００が所定の温度帯に到達したことを温度センサ２６３が検知する（Ｓ４０２）と、コントローラ１２１は、図６に示すように、改質処理を行うための所定の高さ（第２の処理高さ、第２の処理位置）に断熱ユニット２１０を降下させる。断熱ユニット２１０が改質処理を行うための所定の高さに位置することでウエハ２００が改質位置に配置されると、コントローラ１２１は第２のマイクロ波発振器６５６を制御し、処理室２０１に第２のマイクロ波６０１を供給し、ウエハ２００の改質処理を行う（Ｓ４０３）。このとき、ウエハ２００の温度を維持するために第１のマイクロ波５０１、５０２はウエハ２００を加熱する時と同様に制御され、処理室２０１内に供給され続ける。このとき、改質処理を行うための第２の処理位置は、図６に示すように第２のマイクロ波発振器６５６、すなわち、電磁波導入ポート６５３－３の開口高さと略同一の高さに設定されることが好ましい。このような高さを設定することによって、改質処理を行う際には主として間接加熱によってウエハ２００の適切な改質温度を維持することが可能となり、ウエハ２００上に形成された所定の膜を効率よく均一に改質することが可能となる。
　処理室２０１内に第２のマイクロ波６０１を供給開始した後に、予め定められた時間が経過すると、第１のマイクロ波５０１、５０２および第２のマイクロ波を６０１供給することを停止するようにコントローラ１２１は、第１のマイクロ波発振器６５５と、第２のマイクロ波発振器６５６をそれぞれ停止させる。
　ここで、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（サセプタが載置されている場合はサセプタもウエハ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（サセプタが載置されている場合はサセプタもウエハ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、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、６５６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（Ｓ３０４）。すなわち、ウエハ２００を均一に改質することが可能となる。
　その後、予め設定されたタイミングにてボート２１７の回転、ガスの供給および排気管の排気が停止する。
（基板搬出工程（Ｓ３０５））
　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、ボートに載置されているウエハ２００を移載機によって、搬送室２０３に搬出する（Ｓ３０５）。
　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、次の異なる装置を用いた基板処理工程に移行することとなる。
（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が得られる。
（ａ）基板を加熱する第１のマイクロ波と基板を改質する第２のマイクロ波を用いることで、基板を均一に処理することが可能となる。
（ｂ）基板昇温時には直接加熱と間接加熱の両方を用い、基板改質時には、主に間接加熱で基板温度を維持することで、基板上にマイクロ波が集中して存在するホットスポット領域が生じることを抑制可能とし、均一に基板を処理することが可能となるため、膜質の向上を図ることが可能となる。
＜本発明の第２の実施形態＞
　次に、図７、８、９を用いて本発明における第２の実施形態について説明する。
　第２の実施形態において、第１の実施形態と異なる点は、図７に示すように、処理室２０１が仕切板７０３によって、ウエハ２００を加熱するための加熱室７０１と、ウエハ２００を改質するための改質室７０２に分割されている点、加熱室７０１には第１のマイクロ波供給系が配置され、改質室７０２には第２のマイクロ波供給系が配置されている点、改質室７０２にガス供給系および排気系が設けられている点、また、第１の実施形態における加熱板１０６が設けられていない点である。なお、本実施形態において、第１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。
　本実施形態における基板処理工程の各種工程は、第１の実施形態と略同一である。このため、改質工程Ｓ３０４を実施する際の第２の実施形態で好適に用いられる基板処理装置７００の動作について説明する。図７に示すように、所定の処理が実施されると、ウエハ２００を支持したサセプタ１０３、すなわち断熱ユニット２１０が昇降装置１０７によって、所定の高さに上昇する。ウエハ２００が所定の処理位置に配置されると、ウエハ２００を所定の改質温度に加熱するために、第１のマイクロ波発振器６５５－１から第１のマイクロ波５０１が加熱室７０１に供給されて、ウエハ２００およびサセプタ１０３が加熱される。
　ウエハ２００が所定の温度帯に加熱されると、図８に示すように、第２のマイクロ波発振器６５６により第２のマイクロ波６０１が改質室７０２に供給されて、ウエハ２００が改質されることとなる。このとき、図９に示すように、仕切板７０３の加熱室７０１側の表面には、第１のマイクロ波５０１に対するチョーク構造７０３ａを設け、改質室７０２側の表面には、第２のマイクロ波６０１に対するチョーク構造７０３ｂを設けるようにすることで、第１のマイクロ波５０１、および第２のマイクロ波６０１のそれぞれが加熱室７０１または改質室７０２に漏えいすることを抑制することが可能となり、加熱室７０１と改質室７０２とを電磁界的に分離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、簡易な制御で、かつ、効率的にウエハ２００を処理することが可能となる。
（５）本実施形態による効果
（ｄ）基板の昇温時と改質時において基板の保持位置を変更する必要がないため、単純な制御で基板処理を行うことが可能となり、基板の均一処理を行いつつ、生産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、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よい。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、基板を均一に処理することが可能となるマイクロ波処理技術を提供することができる。
　１０３・・・サセプタ（誘電体、発熱体、基板支持具）、１０６・・・加熱板、２００・・・ウエハ（基板）、２０１・・・処理室、２１０・・・断熱ユニット、６５３・・・電磁波導入ポート、６５４・・・導波管、６５５・・・第１のマイクロ波発振器、６５６・・・第２のマイクロ波発振器。

Claims (11)

  1. 　基板を処理する処理室と、
    　前記処理室内に配置された誘電体を加熱する第１の周波数のマイクロ波を供給する第１のマイクロ波供給部と、
    　前記第１の周波数よりも高い周波数であって前記基板表面を改質する第２の周波数のマイクロ波を供給する第２のマイクロ波供給部と、を有し、
    　前記基板が所定の温度となるまでは前記第１のマイクロ波供給部を動作させ、前記基板が前記所定の温度となると、前記第２のマイクロ波供給部を動作させるように前記第１のマイクロ波供給部と前記第２のマイクロ波供給部とを制御するよう構成された制御部と、
    を有する基板処理装置。
  2. 　前記第１のマイクロ波供給部は、前記基板の被処理面側とその反対面側に対して少なくとも１つずつ配置され、
    　前記第２のマイクロ波供給部は、前記基板の側面側に少なくとも１つ配置される請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 　前記誘電体は前記基板よりも大径に構成されて前記基板と前記第１のマイクロ波供給部の間に配置され、前記第１のマイクロ波を吸収することで前記基板を間接的に加熱する請求項１に記載の基板処理装置。
  4. 　前記基板と前記誘電体とを挟み込むように配置され、前記基板を昇温させるタイミングの時に第１の処理高さに位置し、前記基板を改質するタイミングのときに第２の処理高さに位置するよう昇降する断熱ユニットをさらに有する請求項２に記載の基板処理装置。
  5. 　前記第１の処理高さは、前記第２の処理高さよりも高く配置される請求項４に記載の基板処理装置。
  6. 　前記第２の処理高さは前記第２のマイクロ波供給部のマイクロ波供給口と同一の高さに位置する請求項５に記載の基板処理装置。
  7. 　前記断熱ユニットは、前記誘電体を支持する誘電体支持部を有し、
    　前記誘電体は、前記基板を支持する基板支持部を有する、請求項６に記載の基板処理装置。
  8. 　前記処理室は、前記第１のマイクロ波を供給する加熱室と、前記第２のマイクロ波を供給する改質室とを有し、前記加熱室と前記改質室は電磁界的に分離されるように構成される請求項１に記載の基板処理装置。
  9. 　前記加熱室と前記改質室の間に前記加熱室と前記改質室とを仕切る仕切り板を有し、前記仕切板は前記第１のマイクロ波を遮断するチョーク構造を有する請求項７に記載の基板処理装置。
  10. 　基板を処理する処理室と、前記処理室内に配置された誘電体を加熱する第１の周波数のマイクロ波を供給する第１のマイクロ波供給部と、前記第１の周波数よりも高い周波数であって前記基板表面を改質する第２の周波数のマイクロ波を供給する第２のマイクロ波供給部と、を有し、前記基板が所定の温度となるまでは前記第１のマイクロ波供給部を動作させ、前記基板が前記所定の温度となると、前記第２のマイクロ波供給部を動作させるように前記第１のマイクロ波供給部と前記第２のマイクロ波供給部とを制御するよう構成された制御部と、を有する基板処理装置の前記処理室内に前記基板を搬送する工程と、
    前記第１のマイクロ波供給部から前記第１の周波数のマイクロ波を供給し、前記基板を加熱する工程と、
    前記第２のマイクロ波供給部から前記第２の周波数のマイクロ波を供給し、前記基板を改質する工程と、
    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。
  11. 　基板を処理する処理室と、前記処理室内に配置された誘電体を加熱する第１の周波数のマイクロ波を供給する第１のマイクロ波供給部と、前記第１の周波数よりも高い周波数であって前記基板表面を改質する第２の周波数のマイクロ波を供給する第２のマイクロ波供給部と、を有し、前記基板が所定の温度となるまでは前記第１のマイクロ波供給部を動作させ、前記基板が前記所定の温度となると、前記第２のマイクロ波供給部を動作させるように前記第１のマイクロ波供給部と前記第２のマイクロ波供給部とを制御するよう構成された制御部と、を有する基板処理装置の前記処理室内に前記基板を搬送する手順と、
    前記第１のマイクロ波供給部から前記第１の周波数のマイクロ波を供給し、前記基板を加熱する手順と、
    前記第２のマイクロ波供給部から前記第２の周波数のマイクロ波を供給し、前記基板を改質する手順と、
    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。
     
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