WO2020188675A1 - 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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WO2020188675A1
WO2020188675A1 PCT/JP2019/011062 JP2019011062W WO2020188675A1 WO 2020188675 A1 WO2020188675 A1 WO 2020188675A1 JP 2019011062 W JP2019011062 W JP 2019011062W WO 2020188675 A1 WO2020188675 A1 WO 2020188675A1
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賢次 篠崎
哲夫 山本
志有 廣地
愛彦 柳沢
原　直樹
上野　正昭
山口　英人
村田　等
周平 西堂
一洋 木村
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株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ
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Definitions

  • the present disclosure relates to a method for manufacturing a semiconductor device, a substrate processing device, and a program.
  • a substrate in a processing chamber is heated by using a heating device to change the composition and crystal structure in a thin film formed on the surface of the substrate.
  • a heating device to change the composition and crystal structure in a thin film formed on the surface of the substrate.
  • An object of the present disclosure is to provide a technique capable of uniformly treating a target film.
  • the heat insulating plate held by the substrate holder that holds the substrate is heated to the processing temperature at which the substrate is processed by electromagnetic waves supplied from the heating device, and the heat insulation until the processing temperature is reached by the non-contact thermometer.
  • the process of measuring the temperature change of the board and The substrate, which is held by the substrate holder and has a chip made of a material that does not transmit the detection light of the non-contact thermometer, is heated to the processing temperature by the heating device, and is heated by the non-contact thermometer.
  • the step of measuring the temperature change of the chip until it reaches the processing temperature and A step of acquiring the correlation between the temperature change of the heat insulating plate and the chip based on the measurement result of the temperature change of the heat insulating plate and the measurement result of the temperature change of the chip.
  • FIG. 6 is a temperature conversion graph showing the correlation between the heat insulating plate and the quartz chip formed from the graph of the heat insulating plate and the quartz chip in FIG. 7. It is a figure which showed the modification 1 of the embodiment in this disclosure. It is a figure which showed the modification 2 of the embodiment in this disclosure.
  • the substrate processing device 100 is configured as a single-wafer heat treatment device that performs various heat treatments on a wafer.
  • the substrate processing apparatus 100 has a case 102 as a cavity made of a material that reflects electromagnetic waves such as metal, and is housed inside the case 102, and is housed in the upper and lower ends in the vertical direction. It has a tubular reaction tube 103 with an open portion.
  • the reaction tube 103 is made of a material that transmits electromagnetic waves, such as quartz.
  • the cap flange (closing plate) 104 made of a metal material is brought into contact with the upper end of the reaction tube 103 via an O-ring 220 as a sealing member (sealing member) to close the upper end of the reaction tube 103. ..
  • the case 102, the reaction tube 103, and the cap flange 104 mainly form a processing container for processing a substrate such as a silicon wafer, and in particular, the inner space of the reaction tube 103 is configured as a processing chamber 201.
  • a mounting table 210 is provided below the reaction tube 103, and a boat 217 as a substrate holder for holding the wafer 200 is mounted on the upper surface of the mounting table 210.
  • the boat 217 is provided with heat insulating plates 101a and 101b for maintaining (keeping) the temperature of the wafer 200 to be processed and the wafer 200 formed of, for example, a quartz plate such as a dummy wafer or a silicon plate (Si plate).
  • the wafers 200 are held so as to sandwich them at predetermined intervals.
  • a protruding portion (not shown) projecting in the radial direction of the mounting table 210 is provided on the bottom surface side of the mounting table 210.
  • the atmosphere in the processing chamber 201 moves into the transport space 203, and the transport space 203 can be moved. It suppresses the movement of the atmosphere inside the processing chamber 201 into the processing chamber 201.
  • a plurality of heat insulating plates 101a and 101b may be installed depending on the substrate processing temperature. By installing a plurality of wafers in this way, it is possible to suppress heat dissipation in the area where the wafer 200 is placed, and it is possible to improve the in-plane or inter-plane temperature uniformity of the wafer 200. Become. Further, as shown in FIG.
  • the end plate (ceiling plate) 217a of the boat 217 is provided with a hole 217b as a measurement window of the temperature sensor 263, and the heat insulating plate 101a is exposed to the surface temperature by the temperature sensor 263. Is held on the boat 217 to be measured.
  • the case 102 as the upper container has a circular cross section, for example, and is configured as a flat closed 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), quartz, or the like.
  • a transport space 203 for transporting a wafer 200 such as a silicon wafer as a substrate is formed below the processing container.
  • the space solidified in the case 102 or the space solidified in the reaction tube 103 and above the partition plate 204 is referred to as a processing chamber 201 or a reaction area 201, and is a space solidified in the transport container 202. Therefore, the space below the partition plate may be referred to as a transport area 203.
  • a substrate carry-in outlet 206 adjacent to the gate valve 205 is provided on the side surface of the transport container 202, and the wafer 200 moves between the substrate transport chamber (not shown) via the substrate carry-in outlet 206.
  • Electromagnetic wave introduction ports 653-1 and 653-2 are bored on the side surface of the case 102. One ends of the waveguides 654-1 and 654-2 for supplying microwaves into the processing chamber 201 are connected to the electromagnetic wave introduction ports 653-1 and 653-2, respectively. Microwave oscillators (electromagnetic wave sources) 655-1 and 655-2 as heating sources that supply electromagnetic waves to the processing chamber 201 and heat them are connected to the other ends of the waveguides 654-1 and 654-2, respectively. ing.
  • the electromagnetic wave introduction ports 653-1 and 653-2, the waveguides 654-1 and 654-2, and the microwave oscillators 655-1 and 655-2 are used for general explanation and the like. As a representative, the electromagnetic wave introduction port 653, the waveguide 654, and the microwave oscillator 655 will be described.
  • the mounting table 210 is supported by a shaft 255 as a rotating shaft.
  • the shaft 255 penetrates the bottom of the transport container 202, and is further connected to a drive mechanism 267 that rotates and raises and lowers outside the transport container 202.
  • the lower end of the shaft 255 is covered with a bellows 212, and the processing chamber 201 and the transport space 203 are kept airtight.
  • the mounting table 210 When the wafer 200 is transported, the mounting table 210 is lowered so that the upper surface of the mounting table is at the position of the substrate loading port 206 (wafer transfer position), and when the wafer 200 is processed, the wafer 200 is in the processing chamber as shown in FIG. It rises to the processing position (wafer processing position) in 201.
  • An exhaust unit for exhausting the atmosphere of the processing chamber 201 is provided below the processing chamber 201 and on the outer peripheral side of the mounting table 210. As shown in FIG. 1, an exhaust port 221 is provided in the exhaust section. An exhaust pipe 231 is connected to the exhaust port 221. A pressure regulator 244 such as an APC valve that controls the valve opening 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 receive the pressure information (feedback signal from the pressure sensor 245 described later) in the processing chamber 201 and adjust the displacement.
  • the on-off valve and the pressure regulating valve of the above may be configured to be used together.
  • an exhaust unit (also referred to as an exhaust system or an exhaust line) is composed of an exhaust port 221, a decompression system exhaust pipe 231 and a pressure regulator 244.
  • An exhaust path may be provided so as to surround the processing chamber 201 so that gas can be exhausted from the entire circumference of the wafer 200.
  • the vacuum pump 246 may be added to the configuration of the exhaust unit.
  • the cap flange 104 is provided with a gas supply pipe 232 for supplying a processing gas for processing various substrates such as an inert gas, a raw material gas, and a reaction gas into the processing chamber 201.
  • the gas supply pipe 232 is provided with 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 in this order from the upstream side.
  • MFC mass flow controller
  • a nitrogen (N 2 ) gas source which is an inert gas, is connected to the upstream side of the gas supply pipe 232, and is supplied into the processing chamber 201 via the MFC 241 and the valve 243.
  • a gas provided with an MFC as a flow controller and a valve as an on-off valve in order from the upstream direction on the downstream side of the valve 243 of the gas supply pipe 232.
  • the supply pipe may be connected.
  • the inert gas supply system is mainly composed of the gas supply pipe 232, the MFC 241 and the valve 243.
  • the inert gas in addition to the N 2 gas, a rare gas such as Ar gas, He gas, Ne gas, or Xe gas can be used.
  • a temperature sensor 263 is installed on the cap flange 104 as a non-contact type temperature detector (non-contact type thermometer). By adjusting the output of the microwave oscillator 655, which will be described later, based on the temperature information detected by the temperature sensor 263, the substrate is heated and the substrate temperature has a desired temperature distribution.
  • the temperature sensor 263 is composed of a radiation thermometer such as an IR (Infrared Radiation) sensor.
  • the method for measuring the temperature of the substrate is not limited to the radiation thermometer described above, and the temperature may be measured using a thermocouple, or the temperature may be measured using a thermocouple and a radiation thermometer in combination. Good.
  • thermocouple when the temperature is measured using a thermocouple, it is necessary to arrange the temperature in the vicinity of the processing wafer 200 in order to improve the temperature measurement accuracy of the thermocouple, and therefore the temperature is measured from the microwave oscillator described later. Since the thermocouple itself is heated by the supplied microwaves, it is preferable to use a radiation thermometer as the temperature sensor 263. Further, the temperature sensor 263 is not limited to being provided on the cap flange 104, and may be provided on the mounting table 210. With this configuration, it is possible to use a reaction tube whose upper end is closed, and it is possible to reduce the possibility of leakage of microwaves, processing gas, etc. supplied to the processing chamber 201.
  • the temperature sensor 263 is not only directly installed on the cap flange 104 or the mounting table 210, but also indirectly measures by reflecting the synchrotron radiation from the measuring window provided on the cap flange 104 or the mounting table 210 with a mirror or the like. It may be configured to do so. With such a configuration, it is possible to relax the restriction on the place where the temperature sensor 263 is installed.
  • Electromagnetic wave introduction ports 653-1 and 653-2 are installed on the side wall of the case 102. One ends of the waveguides 654-1 and 654-2 for supplying electromagnetic waves into the processing chamber 201 are connected to the electromagnetic wave introduction ports 653-1 and 653-2, respectively.
  • Microwave oscillators (electromagnetic wave sources) 655-1 and 655-2 as heating sources that supply electromagnetic waves to the processing chamber 201 and heat them are connected to the other ends of the waveguides 654-1 and 654-2, respectively. There is.
  • the microwave oscillators 655-1 and 655-2 supply electromagnetic waves such as microwaves to the waveguides 654-1 and 654-2, respectively.
  • the frequency of the electromagnetic wave generated by the microwave oscillator 655 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. Further, in the present embodiment, it is described that two microwave oscillators 655 are arranged on the side surface of the case 102, but the present invention is not limited to this, and one or more microwave oscillators 655 may be provided. Further, it may be arranged so as to be provided on different side surfaces such as opposite side surfaces of the case 102.
  • the electromagnetic wave supply unit (electromagnetic wave supply device, microwave) as a heating device by the microwave oscillators 655-1 and 655-2, the waveguides 654-1 and 654-2 and the electromagnetic wave introduction ports 653-1 and 653-2.
  • Supply unit, microwave supply device is configured.
  • a controller 121 which will be described later, is connected to each of the microwave oscillators 655-1 and 655-2.
  • a temperature sensor 263 for measuring the temperature of the heat insulating plate 101a or 101b or the wafer 200 housed in the processing chamber 201 is connected to the controller 121.
  • the temperature sensor 263 measures the temperature of the heat insulating plate 101a or 101b or the wafer 200 and transmits the temperature to the controller 121, and the controller 121 controls the outputs of the microwave oscillators 655-1 and 655-2 to heat the wafer 200.
  • Control the microwave oscillators 655-1 and 655-2 are controlled by the same control signal transmitted from the controller 121.
  • the present invention is not limited to this, and the microwave oscillators 655-1 and 655-2 are 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 means), is configured as a computer including a CPU (Central Processing Unit) 121a, a RAM (Random Access Memory) 121b, a storage device 121c, and an I / O port 121d.
  • the RAM 121b, the storage device 121c, and the I / O port 121d are configured so that data can be exchanged with the CPU 121a via the internal path 121e.
  • An input / output device 122 configured as, for example, a touch panel is connected to the controller 121.
  • the storage device 121c is composed of, for example, a flash memory, an HDD (Hard Disk Drive), or the like.
  • a control program that controls the operation of the substrate processing device, and etching recipes and process recipes that describe the procedures and conditions for nozzle etching processing and film forming processing, which will be described later, are readable and stored. Has been done.
  • the etching recipe and the process recipe are combined so that the controller 121 can execute each procedure in the substrate processing step described later and obtain a predetermined result, and functions as a program.
  • this process recipe, control program, etc. are collectively referred to as a program.
  • etching recipes and process recipes are simply called recipes.
  • the RAM 121b is configured as a memory area (work area) in which programs, data, and the like read by the CPU 121a are temporarily held.
  • the I / O port 121d is connected to the above-mentioned MFC 241a to 241d, valves 243a to 243d, pressure sensor 245, APC valve 244, vacuum pump 246, temperature sensor 263, drive mechanism 267, microwave oscillator 655 and the like.
  • the CPU 121a is configured to read and execute a control program from the storage device 121c and read a recipe from the storage device 121c in response to an input of an operation command from the input / output device 122 or the like.
  • the CPU 121a adjusts the flow rate of various gases by the MFCs 241a to 241d, opens and closes the valves 243a to 243d, opens and closes the APC valve 244, and adjusts the pressure by the APC valve 244 based on the pressure sensor 245 so as to follow the contents of the read recipe.
  • the controller 121 is used in an external storage device (for example, magnetic tape, magnetic such as flexible disk or hard disk, disk, optical disk such as CD or DVD, magneto-optical disk such as MO, semiconductor memory such as USB memory or memory card) 123).
  • the stored program described above can be configured by installing it on a computer.
  • the storage device 121c and the external storage device 123 are configured as a computer-readable recording medium. Hereinafter, these are collectively referred to simply as a recording medium.
  • recording medium When the term recording medium is used in the present specification, it may include only the storage device 121c alone, it may include only the external storage device 123 alone, or it may include both of them.
  • the program may be provided to the computer by using a communication means such as the Internet or a dedicated line without using the external storage device 123.
  • wafer When the term “wafer” is used in the present specification, it may mean a wafer (product wafer) itself or a laminate of a wafer and a predetermined layer or film formed on the surface thereof. ..
  • wafer surface When the term “wafer surface” is 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.
  • a predetermined layer is formed on a wafer
  • board in the present specification is also synonymous with the use of the term "wafer”.
  • Temporal conversion graph creation step As a preliminary step to perform a predetermined substrate treatment, a chip 604 (for example, quartz) made of a material (for example, quartz) that does not transmit the detection light of the heat insulating plate 101a, the temperature sensor 263, the target substrate 603, the perforated heat insulating plate 602, and the temperature sensor 263 (for example).
  • a quartz chip data acquisition processing for creating a temperature conversion graph as illustrated in FIG. 8 showing the correlation between the heat insulating plate 101a and the quartz chip 604, which will be described later, is performed (S302).
  • the drive mechanism 267 rotates the wafer 200 via the boat 217.
  • an inert gas such as N 2 gas is supplied from the nozzle 249 via the gas supply pipe 232 (S308).
  • the pressure in the processing chamber 201 is a predetermined value in 1 Pa to 200,000 Pa, and is adjusted to, for example, 1 Pa to 300 Pa.
  • the microwave oscillators 655-1 and 655-2 raise the temperature of the wafer 200 to a temperature range of 100 to 900 ° C., for example, 400 ° C.
  • the temperature of the wafer 200 is estimated and controlled by measuring the surface temperature of the heat insulating plate 101a with the temperature sensor 263 and using the temperature conversion graph creation data stored in the temperature conversion graph creation step.
  • the microwave oscillators 655-1 and 655-2 supply the microphone mouth wave into the processing chamber 201 from the electromagnetic wave introduction ports 653-1 and 653-26 via the waveguides 654-1 and 654-2. Since the microwaves supplied into the processing chamber 201 enter the wafer 200 and are efficiently absorbed, the temperature of the wafer 200 can be raised extremely effectively.
  • the microwave oscillators 655-1 and 655-2 increase the output of the microwave oscillators 655-1 and 655-2 while intermittently supplying the microphone mouth wave. It is preferable to be controlled. That is, as shown in FIG. 4A, the pulse control 401 that intermittently supplies the microphone mouth wave supply from the microwave oscillators 655-1 and 655-2 and the outputs of the microwave oscillators 655-1 and 655-2 are linearly output. It is preferable that the power limit control 402 for controlling the above is combined. By supplying microwaves under pulse control when the temperature of the wafer 200 is raised in this way, as shown in FIG.
  • a region (microphone) in which a standing wave is formed in the processing chamber 201 and concentrated on the wafer surface is heated. Even if the mouth wave concentration region (hot spot) 404 is formed, a time during which microwaves are not supplied (OFF time) can be provided. By providing the timing at which the microwave is not supplied, the heat generated in the microwave concentration region 404 is transferred to the entire in-plane of the wafer 200, and the in-plane temperature of the wafer 200 can be maintained uniformly. By providing a period during which heat transfer occurs in the plane of the wafer 200 in this way, it is possible to prevent the microwave concentration region 404 from being intensively heated.
  • the microwaves in pulse control it is possible to prevent the microwave concentration region 404 from being intensively heated and the temperature difference between the microwave concentration region 404 and other wafer surfaces from becoming large. it can. That is, it is possible to suppress wafer deformation such as cracking, warping, and distortion of the wafer 200 due to a temperature difference on the surface of the wafer 200 due to intensive and continuous heating of only the microwave concentrated region 404. It becomes. Further, by supplying microwaves under power limit control when the temperature of the wafer 200 is raised, the temperature of the wafer 200 can be efficiently raised, and the wafer 200 can be heated to a desired substrate processing temperature in a short time. Become.
  • the microwave oscillators 655-1 and 655-2 are controlled so as to maintain the temperature measured by the temperature sensor 263 as the substrate processing temperature within a constant range. Specifically, the temperature measured by the temperature sensor 263 is converted based on the temperature conversion graph shown in FIG. 8 created in the temperature conversion graph creating step (S302), and the temperature is controlled. At this time, as shown in FIG. 4B, the temperature measured by the temperature sensor 263 is fed back to the controller 121, and the feedback control 403 for controlling the microwave oscillators 655-1 and 655-2 is performed based on the fed back data.
  • the substrate processing temperature may be controlled to be within a certain range by pulse control as in the case of raising the temperature of the wafer. By controlling in this way, the temperature of the wafer 200 can be maintained at the substrate processing temperature in a predetermined range. The reason for pulse control is the same as when the wafer is heated.
  • the pulse width is, for example, 1 ⁇ 10. It is preferable to be able to control at -4 sec intervals. With this configuration, accurate temperature control is possible both when the wafer is heated and when the wafer is processed. It should be noted that the pulse width may be controlled to be different when the wafer is heated and when the wafer is processed. With this configuration, the temperature difference between the microwave concentration region 404 and the other surfaces on the surface of the wafer 200 tends to be large (the region other than the microwave concentration region is not heated), and the pulse width when the wafer is heated.
  • the in-plane temperature uniformity By reducing the size, it is possible to improve the in-plane temperature uniformity. Similarly, by increasing the pulse width during wafer processing, the temperature difference between the microwave concentration region 404 and the other surfaces on the surface of the wafer 200 is unlikely to be large (the region other than the microwave concentration region is heated to some extent). , The wafer surface can be sufficiently irradiated with microwaves, and sufficient wafer processing can be performed. Further, the time interval between the ON time and the OFF time of the pulse width may be controlled to be different from each other. By heat-treating the wafer 200 as described above, the amorphous silicon film formed on the surface of the wafer 200 is modified (crystallized) into a polysilicon film. That is, the wafer 200 can be uniformly modified.
  • the end plate (ceiling plate) 217a of the boat 217 is provided with a hole 217b as a measurement window of the temperature sensor 263, and the surface temperature of the heat insulating plate 101a is measured by the temperature sensor 263. It is held on the boat 217 so as to.
  • a dummy substrate (dummy wafer) 601 and a heat insulating plate 101b which are different in material from the wafer 200 (product wafer) on which the substrate is processed and have similar thermal characteristics, are held by the boat 217.
  • the boat 217 is carried into the processing chamber 201 (S502). Although the dummy substrate 601 is held in the boat 217, the product wafer may be held in the boat 217.
  • the temperature of the heat insulating plate 101a measured by the temperature sensor 263 is stored in the storage device 121c via the CPU 121a.
  • the stored data can be visualized, for example, as shown in graph 701 of FIG.
  • the temperature of the quartz chip 604 measured by the temperature sensor 263 is stored in the storage device 121c via the CPU 121a.
  • the stored data can be visualized, for example, as shown in graph 702 of FIG.
  • the storage device 121c stores the correlation between the heat insulating plate and the target wafer in which the vertical axis represents the temperature of the quartz chip and the horizontal axis represents the temperature of the heat insulating plate. In this way, the temperature conversion graph creation process is completed.
  • thermometer By measuring the temperature of the heat insulating plate and the temperature of the quartz chip with a non-contact thermometer such as a radiation thermometer, it is possible to prevent the thermometer itself from being affected by microwaves, which is accurate. Temperature measurement is possible.
  • the microwave oscillator is controlled by combining pulse control and power limit control, so that the temperature difference between the microwave concentration region and the other wafer region in the plane of the wafer is increased. It is possible to suppress the increase. Further, it is possible to suppress deformation such as warpage, distortion, and cracking of the wafer. Further, the temperature of the wafer can be efficiently raised, and the wafer can be heated to a desired substrate processing temperature in a short time.
  • the microwave oscillator is controlled by combining feedback control and pulse control, so that the wafer temperature can be maintained at the substrate processing temperature within a predetermined range. ..
  • the substrate processing apparatus in this embodiment is not limited to the above-described embodiment, and can be modified as in the modification shown below.
  • Modification example 1 As shown in FIG. 9, in the first modification, the installation position of the non-contact temperature sensor 263 such as a radiation thermometer is shifted radially outward from the center, and the hole 217b in the ceiling plate of the boat 217 is installed.
  • the shape is configured to be a C-shaped groove 217c. With this configuration, heat is dissipated from the ceiling plate of the boat 217 as compared with the case where the hole diameter of the hole 217b is enlarged, and it is possible to suppress a decrease in the substrate temperature.
  • Modification 2 As shown in FIG. 10, in the second modification, a plurality of waveguides 654 connected to one microwave oscillator 655 are branched and connected to the case 102, whereby a plurality of electromagnetic wave introduction ports 653-1 ⁇ 653-3 is provided in the case 102. With this configuration, the microwaves supplied from each of the plurality of electromagnetic wave introduction ports 653-1 to 653-3 are uniformly irradiated to the wafer 200, and the wafer 200 can be uniformly heated.

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Abstract

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、非接触温度計の検知光を透過しない材質により構成されるチップが設置された基板を、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チップ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チップの温度変化の測定結果によって断熱板とチップ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、を有する技術が提供される。

Description

半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
　本開示は、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、基板の表面に形成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。
国際公開第２０１７／０５６１４８号公報
　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行われないことがある。　
　本開示の目的は、対象膜の均一な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。
　本開示の一態様によれば、
　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、非接触温度計の検知光を透過しない材質により構成されるチップが設置された前記基板を、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チップ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チップの温度変化の測定結果によって前記断熱板と前記チップ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前記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。
　本開示によれば、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。
本開示における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。 本開示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。 本開示における基板処理のフローを示す図である。 本開示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。 本開示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。 本開示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。 本開示における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。 本開示における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。 本開示における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、石英チップの温度を測定する際の図である。 本開示における実施形態で測定された断熱板と石英チップの温度と時間の推移を示したグラフである。 図７における断熱板と石英チップのグラフから形成された断熱板と石英チップの相関関係を示した温度変換グラフである。 本開示における実施形態の変形例１を示した図である。 本開示における実施形態の変形例２を示した図である。
　＜本開示の実施形態＞
　以下に本開示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、本開示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との聞に設けられる仕切り板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に固まれた空間、または、反応管１０３に固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に固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２００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、ポート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、処理室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、上流側から順に、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（非接触式温度計）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６５５－１、６５５－２、導波管６５４－１、６５４－２および電磁波導入ポート６５３－１、６５３－２によって加熱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）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、内部パス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フログラムや、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。
　本明細書において「ウエハ」とい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。
　（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６０３、孔開き断熱板６０２、温度センサ２６３の検知光を透過しない材料（例えば、石英）により構成されたチップ６０４（以下、石英チップともいう）を用いて、後述する断熱板１０１ａと石英チップ６０４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３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、Ｎ２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１Ｐａ～２００，０００Ｐａの中の所定の値であって、例えば１Ｐａ～３００Ｐａ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、断熱板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、６５４－２を介して電磁波導入ポート６５３－１、６５３－２６からマイク口波を処理室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、マイク口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６５５－１、６５５－２からのマイク口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なることが好ましい。　
　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（マイク口波集中領域、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２６３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によってマイク口波を供給する時間（ＯＮ時間）と、マイク口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聞が経過すると、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２１７に載置されているウエハ２００を搬送空間２０３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、本開示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）。なお、ダミー基板６０１をボート２１７に保持しているが、プロダクトウエハをボート２１７に保持するようにしてもよい。
　（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問、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）。
　（石英チップ測定準備、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、プロダクトウエハまたは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ウエハ（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。　
　このウエハ６０３上の中央部には、温度センサ２６３の検知光を透過しない材料で形成され、薄く小型の石英チップ６０４が設置される。　
　ボート２１７の所定の位置に孔開き断熱板６０２、石英チップ６０４が設置されたターゲットウエハ６０３がそれぞれ保持されると、ボート２１７が処理室２０１内に搬入される（Ｓ５１０）。
　（温度調整、石英チップ温度測定（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問、所定の開始タイミングでターゲットウエハ６０３上の石英チップ６０４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）。　
　ターゲッ卜ウエハ６０３は温度センサ２６３の検知光を一部透過するのに対し、石英チップ６０４は温度センサ２６３の検知光を透過しないため、精度よく温度を測定することが可能である。
　（データ取得完了判定（Ｓ５１４））
　温度センサ２６３が石英チップ６０４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（Ｓ５１２）を実施する。
　温度センサ２６３によって測定された石英チップ６０４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））
　石英チップ６０４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、石英チップ６０４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に示した石英チップ６０４の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、縦軸が石英チップの温度、横軸が断熱板の温度とした断熱板とターゲッ卜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卜ウエハ上の石英チップ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）断熱板の温度と石英チップの温度と、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）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２１７の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、複数の電磁波導入ポート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、複数の電磁波導入ポート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。
１０１ａ、１０１ｂ・・・断熱板（石英板、Ｓｉ板）
１２１・・・コントローラ（制御部）
２０２・・・ウエハ（基板）
２０１・・・処理室
２１７・・・ボート（基板保持具）
２６３・・・温度センサ（非接触式温度計）
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、前記非接触式温度計の検知光を透過しない材料により構成されるチップが設置された前記基板を、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達するまでの前記チップ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チップの温度変化の測定結果によって前記断熱板と前記チップ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前記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. 　前記チップは石英により構成される石英チップであって、前記チップの温度変化を測定する工程では、前記石英チップの温度変化を測定する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 　前記断熱板の温度変化を測定する工程において、前記基板よりも上方に保持されている前記断熱板の温度変化が測定される請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 　前記断熱板は、少なくとも１つの前記基板を挟み込むように２つ以上前記基板保持具に保持され、前記加熱装置によって加熱される請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 　基板と断熱板を保持する基板保持具が搬入される処理室と、
    　前記処理室内に電磁波を発振する電磁波発振器を有する加熱装置と、
    　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、前記基板を処理する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し、前記処理温度に到達するまでの前記非接触式温度計の検知光を透過しない材料により構成されるチップの温度変化を測定し、前記測定した前記断熱板の温度変化と前記チップの温度変化の相関関係を取得し、前記非接触式温度計が測定する前記断熱板と前記相関関係とを基に前記加熱装置を制御することが可能なよう構成される制御部と、
    　を有する基板処理装置。
  6. 　前記チップは石英により構成される石英チップである請求項５に記載の基板処理装置。
  7. 　前記断熱板は、前記基板よりも上方に保持されている請求項５に記載の基板処理装置。
  8. 　前記断熱板は、少なくとも１つの前記基板を挟み込むように２つ以上前記基板保持具に保持される請求項５に記載の基板処理装置。
  9. 　基板を保持する基板保持具に保持された断熱板を、基板処理装置の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、前記非接触式温度計の検知光を透過しない材料により構成されるチップが設置された前記基板を、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達するまでの前記チップ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チップの温度変化の測定結果によって前記断熱板と前記チップ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前記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、
    をコンピュータによって前記基板処理装置に実行させるプログラム。
  10. 　前記チップは石英により構成される石英チップであって、前記チップの温度変化を測定する手順では、前記石英チップの温度変化を測定する請求項９に記載のプログラム。
  11. 　前記断熱板の温度変化を測定する手順において、前記基板よりも上方に保持される前記断熱板の温度変化が測定される請求項９に記載のプログラム。
  12. 　前記断熱板は、少なくとも１つの前記基板を挟み込むように２つ以上前記基板保持具に保持され、前記加熱装置によって加熱される請求項９に記載のプログラム。
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