(57)【要約】【課題】基板を処理する際に位置に応じた処理の不均一を生じにくくすることができる基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】基板処理装置１は、処理室１２内においてウエハ１２０を支持する基板支持ピン１２４と、基板支持ピン１２４に支持されたウエハ１２０の表面に向かってマイクロ波を供給するマイクロ波発生部１６０と、基板支持ピン１２４に支持されたウエハ１２０に処理ガスを供給するガス供給機構１８と、基板支持ピン１２４を上昇させるか降下させる昇降機構１９０と、基板支持ピン１２４を回転させる回転機構１９４と、少なくともマイクロ波発生部１６０、ガス供給機構１８、昇降機構１９０及び回転機構１９４を制御するコントローラ１００を有し、コントローラ１００は、回転機構１９４を回転させながらマイクロ波発生部１６０にマイクロ波を供給させている間に、昇降機構１９０に少なくとも１回、ウエハ１２０を上昇させるか降下させる基板処理装置。【選択図】図６
2014132613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内において基板を支持する支持部と、
前記支持部に支持された基板の表面に向かってマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
前記支持部に支持された基板に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記支持部を上昇させるか降下させる昇降機構と、
前記支持部を回転させる回転機構と、
少なくとも前記マイクロ波供給部、前記処理ガス供給部、前記昇降機構、及び前記回転機構を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記回転機構を回転させながら前記マイクロ波供給部にマイクロ波を供給させている間に、前記昇降機構に少なくとも１回、基板を上昇させるか降下させる基板処理装置。
【請求項２】
処理室内において基板を支持する工程と、
前記処理室内において支持された基板を回転させながら基板の表面に向かってマイクロ波が供給させている間に、基板を少なくとも１回、上昇させるか降下させる工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波を用いて基板を処理する基板処理装置が知られている。例えば、特許文献１には、基板の表面に向かってマイクロ波を供給するマイクロ波供給部、及び、基板の表面に向かって不活性ガスを供給するガス供給部を少なくとも備える処理室と、
前記処理室において処理がなされた基板を冷却する冷却機構を備える搬送室、及び、前記冷却機構によって冷却された基板を搬送する搬送機構を少なくとも備える搬送室とより少なくとも構成される基板処理装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１９５５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の基板処理装置においては、例えば中心部と外周部等の基板の位置によって処理が不均一になる虞があった。
【０００５】
本発明は、基板を処理する際に位置に応じた処理の不均一を生じにくくすることができる基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、処理室内において基板を支持する支持部と、前記支持部に支持された基板の表面に向かってマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、前記支持部に支持された基板に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記支持部を上昇させるか降下させる昇降機構と、前記支持部を回転させる回転機構と、少なくとも前記マイクロ波供給部、前記処理ガス供給部、前記昇降機構、及び前記回転機構を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記回転機構を回転させながら前記マイクロ波供給部にマイクロ波を供給させている間に、前記昇降機構を少なくとも１回、上昇させるか降下させる基板処理装置が提供される。
【０００７】
本発明の他の態様によれば、処理室内において基板を支持する工程と、前記処理室内において支持された基板を回転させながら基板の表面に向かってマイクロ波が供給させている間に、基板を少なくとも１回、上昇させるか降下させる工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、基板を処理する際に位置に応じた処理の不均一を生じにくくすることができる基板処理装置及び半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る基板処理装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す基板処理装置が有するプロセスモジュールの概略構成図であって、特に処理室部分を縦断面で示す図である。
【図３】図１に示す基板処理装置のコントローラを中心とした構成の一例を示すブロック図である。
【図４】図１に示す基板処理装置の動作を示す図である。
【図５】基板の表面における各位置と基板処理プロセスにおける処理の効果との関係を処理室内において基板が固定されている位置ごとに示すグラフである。
【図６】基板を処理する際に基板表面における位置に応じた処理の不均一を抑制するための方法を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
＜実施形態の構成＞
図１を参照しながら、本発明の実施形態に係る基板処理装置１の構成について説明する。図１には、本発明の実施形態に係る基板処理装置１の概略構成が示されている。
【００１２】
基板処理装置１は、半導体装置（半導体集積回路、ＩＣ：Integrated Circuit）を製造する半導体製造装置として構成されている。以下、本発明の実施形態を、可変のマイクロ波（ＶＦＭ：Variable Frequency Microwave）を利用する装置である基板処理装置１を例に挙げて説明する。
【００１３】
基板処理装置１は、基板として用いられているウエハ１２０を処理する装置であり、ウエハ１２０に予め定められた処理を施す処理室１２（図２参照）等を備えるプロセスモジュール（ＰＭ：Process Module）１０と、ウエハ１２０を搬送する搬送室として用いられているフロントエンドモジュール（ＥＦＥＭ：Equipment Front End Module）２０と、ウエハ１２０が収納されている基板収容器（例えば、ＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）、以下、適宜「ポッド」と略称する）を装置外部の搬送装置と受渡しする容器載置台として用いられているロードポート（ＬＰ：Load Port）３０とを少なくとも有する。
【００１４】
プロセスモジュール１０及びロードポート３０は、少なくとも１つずつが設けられている。図１に示す例では、プロセスモジュール１０及びロードポート３０がそれぞれ３個設けられている。すなわち、図１に示す例では、プロセスモジュール１０ａ、プロセスモジュール１０ｂ、及びプロセスモジュール１０ｃと、ロードポート３０ａ、ロードポート３０ｂ、及びロードポート３０ｃとが設けられている。以下、プロセスモジュール１０ａ、プロセスモジュール１０ｂ、プロセスモジュール１０ｃのいずれかを特定せずに記載する場合には、プロセスモジュール１０と記載する。また、ロードポート３０ａ、ロードポート３０ｂ、ロードポート３０ｃのいずれかを特定せずに記載する場合には、単にロードポート３０）と記載する。
【００１５】
プロセスモジュール１０は、例えば成膜、アッシング、エッチング及び膜質改善等の処理をウエハ１２０に施す。また、プロセスモジュール１０は、ウエハ１２０の施す処理の方式に合わせて、例えばマイクロ波発生機構、冷媒供給機構、冷媒排出管、ガス供給機構、ガス排気機構及び温度制御機構等の機構を備えている。
【００１６】
プロセスモジュール１０ａ、プロセスモジュール１０ｂ及びプロセスモジュール１０ｃは、それぞれが後述するゲートバルブ（ＧＶ：Gate Valve）２４２ａ、ゲートバルブ２４２ｂ、及びゲートバルブ２４２ｃを介して、フロントエンドモジュール２０と連通することができるようになっている。
【００１７】
フロントエンドモジュール２０は、ウエハ１２０を搬送する搬送機構として用いられている搬送ロボット２００を有する。搬送ロボット２００は、ウエハ１２０を保持する基板保持部として用いられているアーム２０２を上下に１つずつ備えている。そして、搬送ロボット２００は、例えば上側のアーム２０２の先に未処理のウエハ１２０を載せ、各プロセスモジュール１０へと搬入するとともに、処理済のウエハ１２０を下側のアーム２０２の先に載せて各プロセスモジュール１０から搬出することができるようになっている。このように、搬送ロボット２００によって、各プロセスモジュール１０内のウエハ１２０を入れ替えて搬送するスワップ搬送ができるようになっている。
【００１８】
また、フロントエンドモジュール２０は、３００ａ、シャッタ３００ｂ及びシャッタ３００ｃ）をそれぞれに介して、ロードポート３０ａ、ロードポート３０ｂ、及びロードポート３０ｃと連通することができるようになっている。ロードポート３０には、先述のポッドが載置されるように、複数の載置台が設けられている。この実施形態においては、図１に示すように、ロードポート３０は、プロセスモジュール１０の数と同じ数だけ設けられているものの、ロードポート３０をいくつ設けるかは、ウエハ１２０を搬送する搬送方式によって異なる。具体的には、例えば振分方式によってウエハ１２０を搬送する場合には、ロードポート３０は少なくとも１つ設けられれば良い。また、並列方式によってウエハ１２０を搬送する場合には、搬送先を記述した搬送レシピなどに応じて予め定められた数のロードポート３０が少なくとも設けられる。
【００１９】
次に、図２を参照しながら、プロセスモジュール１０について説明する。図２は、本発明の実施形態に係る基板処理装置１が有するプロセスモジュール１０の概略構成図であって、特に処理室部分を縦断面で示す図である。ここで、図２においては、後述する各センサ（温度センサ４００、ガス流量センサ４０２、圧力センサ４０４、周波数センサ４０６、ＲＦパワーセンサ４０８）がすべて処理室１２内に存在しているように図示されているが、便宜上、処理室１２内に図示しているに過ぎず、実際の構成とは異なる場合がある。
【００２０】
図２に示すように、プロセスモジュール１０は、処理室１２を形成する処理容器１２２、冷媒供給機構１４、マイクロ波発生機構１６、ガス供給機構１８、ガス排出機構２２、ウエハ搬送機構２４及びコントローラ１００を有する。
【００２１】
処理容器１２２は、例えばアルミニウム（Al）やステンレス（SUS）などの金属材料により構成されており、処理室１２の内部と処理室１２の外部とをマイクロ波的に遮蔽する構造となっている。また、処理室１２内には、ウエハ１２０を支持する基板支持部として用いられている複数の基板支持ピン１２４が設けられている。複数の基板支持ピン１２４は、支持するウエハ１２０の中心と処理室１２の中心とが垂直方向で略一致するようにウエハ１２０を指示する。また、複数の基板支持ピン１２４は、それぞれの材質が、例えば石英又はテフロン（登録商標）等であり、その上端でウエハ１２０を支持する。
【００２２】
ウエハ１２０の下方であって基板支持ピン１２４の下部には、基板冷却部として用いられている導電性の基板支持台１２６が配置されている。基板支持台１２６は、例えばアルミニウムなどの導体である金属材料により構成されている。基板支持台１２６は、上面から見た形がウエハ１２０の外径よりも大きい円形で、例えば円柱状に形成されている。
【００２３】
基板支持台１２６は金属製であるため、基板支持台１２６においてはマイクロ波の電位がゼロとなる。したがって、ウエハ１２０を基板支持台１２６に直接置いた場合、マイクロ波の電界強度が弱い状態となる。そこで、本実施形態では、基板支持台１２６の表面から離間した位置にウエハ１２０を位置させるようにしている。
【００２４】
基板支持台１２６内には、ウエハ１２０を冷却するための冷媒を流す冷媒流路１２８が設けられている。この実施形態においては冷媒として水を使用しているものの、水以外の冷媒を用いても良い。水以外の冷媒としては、例えば、冷却チラーを挙げることができる。処理室１２の外部において、冷媒流路１２８の後端部が冷媒排出管１３０に接続されていて、冷媒流路１２８の先端部に冷媒供給機構１４が接続されている。冷媒排出管１３０は、冷媒流路１２８を介して冷媒を排出する。
【００２５】
冷媒供給機構１４は、冷媒流路１２８へ冷媒を供給する冷媒供給管１４０、冷媒供給管１４０を開閉する冷媒用バルブ１４２及び冷媒源１４４を有する。後述するように、冷媒用バルブ１４２は、コントローラ１００と電気的に接続されていて、コントローラ１００により制御される。
【００２６】
基板支持台１２６には、基板支持台１２６、基板支持ピン１２４、及び基板支持ピン１２４に支持されたウエハ１２０を一体として上昇させるか下降させる昇降機構１９０が連結されている。後述するように、昇降機構１９０は、コントローラ１００と電気的に接続されていて、コントローラ１００により制御される。
【００２７】
また、基板支持台１２６には、基板支持台１２６、基板支持ピン１２４、及び基板支持ピン１２４に支持されたウエハ１２０を、ウエハ１２０の中心を回転の中心として一体として回転させる回転機構１９４が連結されている。回転機構１９４は、コントローラ１００と電気的に接続されていて、コントローラ１００により制御される。
【００２８】
処理容器１２２の上部であって処理室１２の側壁には、マイクロ波供給部として用いられているマイクロ波発生機構１６が取り付けられている。マイクロ波発生機構１６は、マイクロ波発生部１６０、導波路１６２及び導波口１６４を有し、例えば、固定周波数マイクロ波又は可変周波数マイクロ波を発生する。マイクロ波発生部１６０としては、例えばマイクロトロンなどの高周波電源を用いることができる。マイクロ波発生部１６０によって発生したマイクロ波は、導波路１６２を介して、処理室１２と連通する導波口１６４から処理室１２内に導入される。
【００２９】
処理室１２内に導入されたマイクロ波は、処理室１２の内壁面に対して反射を繰り返し、処理室１２内でいろいろな方向へ反射する。このため、処理室１２内はマイクロ波で満たされた状態となる。処理室１２内のウエハ１２０に当たったマイクロ波はウエハ１２０に吸収され、ウエハ１２０はマイクロ波により誘電加熱される。なお、ウエハ１２０の温度は、マイクロ波のパワー、処理室１２の大きさや形状、導波口１６４の位置、及び、ウエハ１２０の処理室１２における位置などによって変化する。後述するように、マイクロ波発生部１６０は、コントローラ１００と電気的に接続されており、コントローラ１００により制御される。
【００３０】
処理容器１２２の上部であって処理室１２の上壁には、ウエハ１２０の処理に用いられる処理ガスを供給する処理ガス供給部として用いられているガス供給機構１８が設けられている。ガス供給機構１８は、処理ガスを導入するガス供給管１８０、ガス供給管１８０を開閉するガス供給用バルブ１８２及びガス供給源１８４を有する。ガス供給機構１８は、ガス供給用バルブ１８２を開けることにより、ガス供給管１８０からのガスを処理室１２内に導入し、ガス供給用バルブ１８２を閉めることにより、ガスの導入を停止する。後述するように、ガス供給用バルブ１８２は、コントローラ１００と電気的に接続されており、コントローラ１００により制御される。
【００３１】
処理容器１２２の下部であって処理室１２の側壁には、ガス排出機構２２が設けられている。ガス排出機構２２は、処理室１２内のガスを排気するガス排出管２２０、ガス排出管２２０を開閉するガス排出用バルブ２２２及び排気装置としての真空ポンプ２２４を備える。ガス排出機構２２は、ガス排出用バルブ２２２の開度を調整することにより、処理室１２内の圧力を予め定められた値に調整する。後述するように、ガス排出用バルブ２２２は、コントローラ１００と電気的に接続されており、コントローラ１００により制御される。
【００３２】
処理容器１２２の一側面には、ウエハ搬送機構２４が設けられている。ウエハ搬送機構２４は、処理室１２の内外にウエハ１２０を搬送するためのウエハ搬送口２４０、図１を参照して上述したゲートバルブ２４２、及び、ゲートバルブ２４２を駆動させるゲートバルブ駆動部２４４を備える。
【００３３】
ウエハ搬送機構２４は、ゲートバルブ２４２を開けることにより、処理室１２がフロントエンドモジュール２０（図１参照）と連通するように構成されている。フロントエンドモジュール２０には、搬送ロボット２００（図１参照）が設けられている。ウエハ搬送機構２４は、ゲートバルブ２４２を開くことによって、搬送ロボット２００が、処理室１２及びフロントエンドモジュール２０の間で、ウエハ１２０を搬送することが可能なように構成されている。なお、ウエハ搬送口２４０の近傍には、ウエハ１２０の有無を検知するウエハ検知センサ２４６が設けられており、ウエハ１２０がゲートバルブ２４２に巻き込まれないように構成されている。
【００３４】
後述するように、ウエハ検知センサ２４６は、コントローラ１００と電気的に接続されている。具体的には、ウエハ検知センサ２４６によってウエハ１２０があることが検知された場合、コントローラ１００はゲートバルブ２４２が閉まってウエハ１２０を巻き込まないよう制御する。
【００３５】
処理室１２内のウエハ１２０の上方には、ウエハ１２０の温度を検出する温度センサ４００が設けられている。温度センサ４００には、例えば、赤外線センサを用いることができる。後述するように、温度センサ４００は、コントローラ１００と電気的に接続されている。具体的には、温度センサ４００によって検出されたウエハ１２０の温度が、予め定められた温度よりも高い場合、コントローラ１００は、ウエハ１２０の温度が予め定められた温度となるように、冷媒用バルブ１４２を制御して、冷媒流路１２８へ流す冷却水の流量を調節する。
【００３６】
また、処理室１２の内部には、ガス供給管１８０から導入されるガスの流量を検出するガス流量センサ４０２、処理室１２内の圧力を検出する圧力センサ４０４、マイクロ波発生部１６０によって発生したマイクロ波の周波数を検出する周波数センサ４０６及びマイクロ波発生部１６０によって発生したマイクロ波のＲＦ（Radio Frequency：高周波）パワーを検出するＲＦパワーセンサが設けられている。ガス流量センサ４０２、圧力センサ４０４、周波数センサ４０６及びＲＦパワーセンサ４０８は、それぞれがコントローラ１００と電気的に接続されている。
【００３７】
図３には、本発明の実施形態に係る基板処理装置１のコントローラ１００を中心とした構成の一例がブロック図として示されている。コントローラ１００は、少なくともマイクロ波発生機構１６、ガス供給機構１８、昇降機構１９０及び回転機構１９４を制御する制御部として用いられている。図３に示すように、コントローラ１００は、Ｉ／Ｆ部１０２、メインコントローラ１０４、ＨＤＤ１１２、表示部１１４、入力部１１６、Ｉ／Ｆ部１１８を有し、プロセスモジュール１０の動作全体を制御可能に構成された電子制御ユニットである。
【００３８】
Ｉ／Ｆ部１０２には、温度センサ４００、ガス流量センサ４０２、圧力センサ４０４、周波数センサ４０６、及びＲＦパワーセンサ４０８が電気的に接続されていて、温度センサ４００、ガス流量センサ４０２、圧力センサ４０４、周波数センサ４０６、及びＲＦパワーセンサ４０８からの出力の入力がなされる。また、Ｉ／Ｆ部１０２は、ホストコンピュータ４０と各種情報の送受信を行う。ホストコンピュータ４０は、例えば基板処理装置１が設置されているクリーンルームの外に設置されている。Ｉ／Ｆ部１１８には、冷媒用バルブ１４２、昇降機構１９０、回転機構１９４、マイクロ波発生部１６０、ガス供給用バルブ１８２、及びガス排出用バルブ２２２が電気的に接続されていて、Ｉ／Ｆ部１１８からの出力により冷媒用バルブ１４２、昇降機構１９０、回転機構１９４、マイクロ波発生部１６０、ガス供給用バルブ１８２、及びガス排出用バルブ２２２が制御される。
【００３９】
メインコントローラ１０４は、基板処理装置１全体の動作を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）１０８と、制御プログラムを含む各種プログラム等が予め記憶されたＲＯＭ１０６と、各種データを一時的に記憶し、ＣＰＵ１０８のワークエリア等として機能するＲＡＭ１１０とを有している。ＣＰＵ１０８は、コントローラ１００の中枢を構成し、ＲＯＭ１０６に記憶された制御プログラムを実行し、入力部１１６から入力された指示に従って、ＲＯＭ１１０に記憶されている例えばプロセス制御レシピ等のレシピを実行させる。
【００４０】
メインコントローラ１０４には、Ｉ／Ｆ部１０２を介して温度センサ４００、ガス流量センサ４０２、圧力センサ４０４、周波数センサ４０６又はＲＦパワーセンサ４０８からの出力が入力される。また、メインコントローラ１０４からは、Ｉ／Ｆ部１１８を介して冷媒用バルブ１４２、昇降機構１９０、回転機構１９４、マイクロ波発生部１６０、ガス供給用バルブ１８２、及びガス排出用バルブ２２２への出力がなされ、冷媒用バルブ１４２、昇降機構１９０、回転機構１９４、マイクロ波発生部１６０、ガス供給用バルブ１８２、及びガス排出用バルブ２２２がメインコントローラ１０４によって制御される。
【００４１】
ＲＯＭ１０６としては、例えば、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリー、ＨＤＤ等を用いることができる。ＲＯＭ１０６に記憶された各種プログラムの例としては、例えばＣＰＵ１０８の動作プログラムを挙げることができる。
【００４２】
ＨＤＤ１１２は、表示部１１４及び入力部１１６などを介して入力された指示データ、各種レシピ及び各種パラメータに関する情報をファイルとして格納している。本発明の実施形態において、ＨＤＤ１１２は、図３に示すように、コントローラ１００内に設けられ、メインコントローラ１０４と別体で設けられているが、メインコントローラ１０４と一体で設けられてもよい。
【００４３】
表示部１１４及び入力部１１６は、基板処理装置１と一体に、又はネットワークを介して設けられている。表示部１１４は、モニタ表示、ログ及びアラームなどの解析並びにパラメータ編集などを行うための操作画面を少なくとも表示する。入力部１１６としては、例えばキーボードや操作パネル等が用いられる。また、入力部１１６は、基板処理装置１の制御コマンドなどのコマンド及び各種レシピ作成時における各種パラメータの設定値を入力することが可能に構成されている。
【００４４】
コントローラ１００は、必ずしも専用のシステムにより構築することを要せず、通常のコンピュータシステム、汎用のコンピュータシステムを用いて実現することができる。例えば、汎用のコンピュータに、プロセス制御レシピ等のレシピを実行するためのプログラムを収納した記録媒体から収納されたプログラムをインストールすることができる。プログラムを収納する記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＵＳＢメモリー等を用いることができる。
【００４５】
また、レシピを実行するためのプログラムを供給は、記録媒体を用いる供給方法に限られず、他の供給方法を用いることができ、他の供給手段を用いることができる。例えば、通信回路、通信ネットワーク、通信システム等を介してプログラムを供給するようにすることができる。これらの場合、例えば、通信ネットワークの掲示板にプログラムを掲示し、掲示されたプログラムをネットワークを介して搬送波に重畳して供給するようにしても良い。そして、上述の方法で供給されたプログラムをＯＳの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、ウエハ１２０の処理を実行することができる。
【００４６】
次に、図４を参照し、本発明の実施形態に係る基板処理装置１の動作について説明する。図４には、本発明の実施形態に係る基板処理装置１の動作が示されている。以下の説明による基板処理装置１の各動作は、コントローラ１００が基板処理装置１の各部を制御することにより実現される。
【００４７】
[第１の搬送工程]
ウエハ１２０を処理室１２に搬入する第１の搬送工程において、コントローラ１００は、まず、ゲートバルブ２４２を開かせ、処理室１２とフロントエンドモジュール２０とを連通させる。次に、コントローラ１００は、搬送ロボット２００にロードポート３０に載置されたポッドからウエハ１２０を取り出させ、フロントエンドモジュール２０を経て処理室１２内へ搬入させる。処理室１２内に搬入されたウエハ１２０は、搬送ロボット２００により基板支持ピン１２４の上端に載置され、基板支持ピン１２４に支持される。次に、搬送ロボット２００を処理室１２内からフロントエンドモジュール２０へ戻させ、ゲートバルブ２４２を閉じさせる。
【００４８】
[第１の高さ設定工程]
次に、コントローラ１００は、昇降機構１９０に、基板支持ピン１２４で支持されたウエハ１２０を処理室１２内における適当な高さまで上昇させるか下降させる。
【００４９】
[処理ガス置換工程]
次に、コントローラ１００は、処理室１２内を処理ガス雰囲気に置換させる。処理ガスとしては、窒素（Ｎ２）ガスが用いられる。すなわち、コントローラ１００は、処理室１２内を窒素雰囲気に置換する。ウエハ１２０を搬入すると処理室１２の外の大気雰囲気が巻き込まれるので、この大気雰囲気中の水分や酸素がプロセスに影響しないように処理室１２内のＮ２置換を行う。すなわち、コントローラ１００は、ガス排出管２２０から、真空ポンプ２２４により処理室１２内のガス（雰囲気）を排出させるとともに、ガス供給管１８０から、Ｎ２ガスを処理室１２内に導入させる。このとき、コントローラ１００は、ガス供給用バルブ１８２を開閉させるとによって、処理室１２内の圧力を予め定められた値（例えば大気圧）に調整する。
【００５０】
[回転開始工程]
次に、コントローラ１００は、回転機構１９４に、基板支持ピン１２４に支持されているウエハ１２０の処理室１２内における回転を開始させる。
【００５１】
[加熱処理工程]
次に、コントローラ１００は、マイクロ波発生部１６０で発生させたマイクロ波を、導波口１６４から処理室１２内に導入させ、ウエハ１２０の表面側から照射させる。マイクロ波を照射させることにより、ウエハ１２０の表面上のＨｉｇｈ−ｋ膜（高誘電率ゲート絶縁膜）が１００℃〜６００℃まで加熱され、Ｈｉｇｈ−ｋ膜が改質される。すなわち、Ｈｉｇｈ−ｋ膜からＣやＨ等の不純物を離脱され、Ｈｉｇｈ−ｋ膜は、緻密化し安定した絶縁体薄膜に改質される （膜質改善)。Ｈｉｇｈ−ｋ膜等の誘電体は、誘電率に応じてマイクロ波の吸収率が異なる。誘電率が高いほどマイクロ波を吸収しやすい。我々の研究によれば、ハイパワーのマイクロ波をウエハ１２０に照射し処理すると、ウエハ１２０上の誘電体膜が加熱され改質される。また、マイクロ波による加熱の特徴は、誘電率εと誘電正接tanδによる誘電加熱で、この物性値が異なる物質を同時に加熱すると、加熱されやすい物質、すなわち、誘電率が高い方の物質だけ選択的に加熱できることである。
【００５２】
Ｈｉｇｈ−ｋ膜のアニールについて説明すると、ウエハ１２０の基板材料であるシリコンに比べ、Ｈｉｇｈ−ｋ膜は誘電率εが高い。例えば、シリコンの誘電率εは９．６であるが、Ｈｉｇｈ−ｋ膜であるＨｆＯ膜の誘電率εは２５、ＺｒＯ膜の誘電率εは３５である。よって、Ｈｉｇｈ−ｋ膜を成膜したウエハ１２０にマイクロ波を照射すると、Ｈｉｇｈ−ｋ膜だけ選択的に加熱することができる。また、ハイパワーのマイクロ波を照射する方が膜の改質効果が大きい。よって、ハイパワーのマイクロ波を照射すると、急速にＨｉｇｈ−ｋ膜の温度を上昇させることができる。これに対し、比較的低パワーのマイクロ波を長時間照射した場合は、改質プロセス中にウエハ全体の温度が高くなってしまう。時間が経過すると、シリコン自身がマイクロ波により誘電加熱されるのと、マイクロ波が照射されるウエハ表面のＨｉｇｈ−ｋ膜からウエハ裏面側のシリコンへの熱伝導により、シリコンの温度も上昇してしまうからである。ハイパワーのマイクロ波を照射する場合に膜の改質効果が大きい理由は、ウエハ全体が温度上昇し上限温度に達するまでの時間よりも早く誘電体を誘電加熱により高い温度まで加熱することができるためと考えられる。
【００５３】
そこで、本実施形態では、マイクロ波を照射中に、冷媒流路１２８に冷却水を供給させることにより、ウエハ１２０の温度上昇を抑制する。好ましくは、ウエハ１２０の温度が上限温度以下になるように、バルブを制御して、冷媒流路１２８へ流す冷却水の流量を調節する。このように、ウエハ１２０の処理温度を一定とすることにより、複数のウエハ１２０を処理した際のプロセス結果の再現性を向上することができる。
【００５４】
また、加熱処理工程において、ガス供給用バルブ１８２を開いて、処理室１２内にガス供給管１８０からＮ２ガスを導入するとともに、ガス排出用バルブ２２２により処理室１２内の圧力を予め定められた値（例えば大気圧）に調整しつつ、ガス排出管２２０から処理室１２内のＮ２ガスを排出する。このようにして、加熱処理工程において、処理室１２内を予め定められた圧力値に維持する。本実施形態では、周波数５．８〜７．０ＧＨｚのマイクロ波をパワー１６００Ｗ、処理室１２内の圧力を大気圧として５分間、加熱処理を行った。このようにして、所定時間、マイクロ波を導入して基板加熱処理を行った後、マイクロ波の導入を停止する。この加熱処理工程においては、回転開始工程で回転を開始したウエハ１２０の回転が継続している。すなわち、ウエハ１２０を水平方向に回転させ続けた状態で、ウエハ１２０の加熱加工処理がなされる。
【００５５】
また、加熱処理工程においては、コントローラ１００は、回転機構１９４にウエハ１２０を回転させながらマイクロ波発生部１６０にマイクロ波を発生させている間に、昇降機構１９０にウエハ１２０を少なくとも１回、上昇させるか下降させる。マイクロ波をウエハ１２０に照射している間にウエハ１２０を昇降させる回数は、１回以上であり、予め定められた回数、ウエハ１２０を処理室１２内で昇降させる。
【００５６】
このように、マイクロ波をウエハ１２０に照射させている間にウエハ１２０を昇降させると、マイクロ波発生部１６０とウエハ１２０との位置関係が変化することになり、ウエハ１２０表面における各位置におけるマイクロ波により受ける処理の程度が変わってくる。このため、マイクロ波を発生させている間において、ウエハ１２０を昇降させるタイミングと、昇降させた後のウエハ１２０の昇降方向における位置とを最適化することで、ウエハ１２０を昇降させない場合と比較して、ウエハ１２０の表面における位置に応じた処理の不均一を生じにくくすることができる。
【００５７】
マイクロ波発生部１６０に発生させるマイクロ波の強さは、加熱処理工程を通じて同一の出力としても良いし、加熱処理工程中に強さを変えても良い。加熱処理中にマイクロ波の強さを変える場合、例えば、ウエハ１２０が上昇又は下降した後に、上昇又は下降したウエハ１２０に位置に応じて予め定められた出力となるようにマイクロ波の出力を変化させることができる。
【００５８】
昇降機構１９０にインターロックが設けられている場合、ウエハ１２０を回転機構１９４に回転させている間に、ウエハ１２０を昇降機構１９０に昇降させるためには、上述のインターロックを解除する必要がある。
【００５９】
[冷却処理工程]
加熱処理工程を終了させると、コントローラ１００は、処理室１２内に導入するＮ２ガスの流量を制御するとともに、冷媒流路１２８に供給する冷却水の流量を制御することによって、ウエハ１２０を冷却させる。具体的には、ウエハ１２０及び基板支持台１２６の間にガスが流れるようにしつつ、ウエハ１２０近傍のガスの流量を制御するとともに、冷媒用バルブ１４２を開き、冷媒流路１２８に冷却水を供給させることにより、ウエハ１２０を冷却させる。このとき、ウエハ１２０の表面はＮ２ガスによって冷却され、ウエハ１２０の裏面は冷却水によって冷却され、ウエハ１２０の両面が冷却されることになるので、効率よくウエハ１２０を冷却することができる。
【００６０】
なお、本実施形態では、Ｎ２ガスを使用しているが、プロセス的、安全性に問題がなければ、熱伝達率の高い他のガス（例えば希釈Ｈｅガス）をＮ２ガスに追加し、ウエハ１２０の冷却効果を向上させてもよい。
[回転停止工程]
次に、コントローラ１００は、回転機構１９４による基板支持ピン１２４に支持されてウエハ１２０の処理室１２内における回転を停止させる。
[第２の高さ設定工程]
次に、コントローラ１００は、昇降機構１９０に、基板支持ピン１２４で支持されたウエハ１２０を処理室１２内からの搬出するために適した高さまで上昇させるか下降させる。
【００６１】
[第２の搬送工程]
次に、コントローラ１００は、上述した第１の搬送工程に示した手順とは逆の手順により、処理済みのウエハ１２０を処理室１２から搬出させ、フロントエンドモジュール２０に搬入させる。次に処理すべき未処理のウエハ１２０がある場合には、処理済みのウエハ１２０及び未処理のウエハ１２０を入れ替えて搬送させる（スワップ搬送）。
【００６２】
[第３の搬送工程]
第２の搬送工程が終了すると、コントローラ１００は、上述した第１の搬送工程に示した手順とは逆の手順により、処理済みのウエハ１２０をフロントエンドモジュール２０から搬出させ、ロードポート３０に載置されたポッドに収納させる。
【００６３】
図５には、ウエハ１２０の表面における各位置と基板処理プロセスにおける処理の効果との関係が処理室１２内における位置ごとに示されている。図５における線Ｌ１は、上述の加熱処理工程においてウエハ１２０を移動させずに、ウエハ１２０を処理室１２内における特定の位置Ａに固定して、ウエハ１２０に上述のプロセスの処理を施した場合のウエハ１２０の表面におけるウエハ１２０の中心からの距離と、その位置におけるプロセスの効果との関係を示している。線Ｌ１から分かるように、位置Ａにウエハ１２０を固定した場合、ウエハ１２０の中心に近いほどプロセス効果が大きく、ウエハ１２０の中心から離れるほどプロセス効果が小さい。
【００６４】
また、図５における線Ｌ２は、位置Ａとは異なる処理室１２内の特定の位置Ｂにウエハ１２０を固定して、ウエハ１２０に上述のプロセスの処理を施した場合のウエハ１２０の表面におけるウエハ１２０の中心からの距離と、その位置におけるプロセスの効果との関係を示している。線Ｌ２から分かるように、位置Ｂにウエハ１２０を固定した場合、ウエハ１２０の中心に近いほどプロセス効果が小さく、ウエハ１２０の中心から離れるほどプロセス効果が小さいことが分かる。
【００６５】
このようにウエハ１２０を処理室１２内の特定の位置に固定したままでウエハ１２０を処理すると、ウエハ１２０の表面における位置に応じた処理の不均一が生じてしまう。そして、この処理の不均一は、例えば、回転機構１９４によるウエハ１２０の回転速度、マイクロ波発生部１６０に発生させるマイクロ波の強度、マイクロ波発生部１６０にマイクロ波を発生させる時間等を制御しても解消することが困難である。
【００６６】
図６には、上述のプロセスを用いてウエハ１２０を処理する場合に、ウエハ１２０の表面における位置に応じた処理の不均一を抑制するための方法が説明されている。また、図６には、図５と同様に、ウエハ１２０の表面における各位置と基板処理プロセスにおける処理の効果との関係が処理室１２内における位置ごとに示されている。
【００６７】
図６における線Ｌ１は、ウエハ１２０を処理室１２内における特定の位置Ａに固定して、ウエハ１２０に上述の加熱処理工程の処理を１単位時間施した場合のウエハ１２０の表面におけるウエハ１２０の中心からの距離と、その位置におけるプロセスの効果との関係を示している。位置Ａにウエハ１２０を固定した場合には、ウエハ１２０の中心に近いほどプロセス効果が大きく、ウエハ１２０の中心から離れるほどプロセス効果が小さいことが分かる。
【００６８】
また、線Ｌ２は、位置Ａとは異なる処理室１２内における位置Ｂにウエハ１２０を固定して、ウエハ１２０に対して上述の加熱処理工程の処理を１単位時間施した場合のウエハ１２０の表面におけるウエハ１２０の中心からの距離と、その位置におけるプロセスの効果との関係を示している。位置Ｂにウエハ１２０を固定した場合には、ウエハ１２０の中心に近いほどプロセス効果が小さく、ウエハ１２０の中心から離れるほどプロセス効果が大きいことが分かる。
【００６９】
また、線Ｌ３は、位置Ａ、位置Ｂとは異なる処理室１２内における位置Ｃにウエハ１２０を固定して、ウエハ１２０に対して上述の加熱処理工程の処理を１単位時間施した場合のウエハ１２０の表面におけるウエハ１２０の中心からの距離と、その位置におけるプロセスの効果との関係を示している。位置Ｃにウエハ１２０を固定した場合には、ウエハ１２０の中心に近いほどプロセス効果が大きく、ウエハ１２０の中心から離れるほどプロセス効果が小さいものの、位置に応じたプロセス効果の違いは、位置Ａよりも小さいことが分かる。
【００７０】
また、線Ｌ４は、位置Ａ、位置Ｂ、及び位置Ｃとは異なる処理室１２内における位置Ｄにウエハ１２０を固定して、ウエハ１２０に対して上述の加熱処理工程の処理を１単位時間施した場合のウエハ１２０の表面におけるウエハ１２０の中心からの距離と、その位置におけるプロセスの効果との関係を示している。位置Ｄにウエハ１２０を固定した場合には、ウエハ１２０の中心に近いほどプロセス効果が大きく、ウエハ１２０の中心から離れるほどプロセス効果が小さいものの、位置に応じたプロセス効果の違いは、位置Ｂよりも小さいことが分かる。
【００７１】
図６における線Ｌ５は、上述のプロセスを用いてウエハ１２０を処理するにあたり、加熱処理工程を最適化した場合のウエハ１２０の表面におけるウエハ１２０の中心からの距離と、その位置におけるプロセスの効果との関係を示している。この最適化された処理においては、まず、ウエハ１２０を位置Ａに移動させ、位置Ａで４分の１単位時間の加熱処理をウエハ１２０に施す。次に、ウエハ１２０を位置Ｂに移動させ、位置Ｂで４分の１単位時間の加熱処理をウエハ１２０に施す。次に、ウエハ１２０を位置Ｃに移動させ、位置Ｃで４分の１単位時間の加熱処理をウエハ１２０に施す。そして、最後に、ウエハ１２０を位置Ｄに移動させ、位置Ｄで４分の１単位時間の加熱処理をウエハ１２０に施す。
【００７２】
このように処理室１２内の各位置における処理を重畳させて、処理室１２内の各位置における処理で生じるウエハ１２０表面の位置における処理の不均一を互いに打ち消し合うようにすることで、ウエハ１２０を処理室１２内に固定させて処理する場合と比較して、ウエハ１２０の表面上の位置に応じた処理の不均一さを低減させることができる。又、本実施形の形態においては、一つのレシピを実行するだけで、昇降機構により各位置を移動させて加熱処理ができるので、位置の最適化が容易となる。特に図６に示すように各位置での加熱処理効果を重ね合わせて表示することにより、最適な位置の抽出が可能となる。これにより、装置を工場等に入荷した際に、調整（セットアップ）時における最適な加熱処理を行える位置の抽出にかかる時間を短縮できる。
【００７３】
以上の説明においては、基板処理装置１を、半導体装置を製造する半導体製造装置として構成する場合を例として説明をしたものの、基板処理装置１は、基板上に薄膜を形成する半導体製造装置だけでなく、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display：液晶ディスプレイ）装置のようなガラス基板を処理する処理装置にも適用することができ、これらに対しても本発明を適用することができる。また、本発明を適用することができる成膜処理としては、例えば、ＣＶＤ、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition：物理気相成長法）、酸化膜、窒化膜を形成する処理、金属を含む膜を形成する処理等を挙げることができる。また、本発明は、以上で説明をした装置のみに適用することができるものではなく、例えば露光装置、リソグラフィ装置、塗布装置、プラズマを利用したＣＶＤ装置等にも適用することができる。
【００７４】
〔付記〕
以下に、本実施形態に係る好ましい態様を付記する。
【００７５】
〔付記１〕
処理室内において基板を支持する支持部と、
前記支持部に支持された基板の表面に向かってマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
前記支持部に支持された基板に処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記支持部を上昇させるか降下させる昇降機構と、
前記支持部を回転させる回転機構と、
少なくとも前記マイクロ波供給部、前記処理ガス供給部、前記昇降機構、及び前記回転機構を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記回転機構を回転させながら前記マイクロ波供給部にマイクロ波を供給させている間に、前記昇降機構に少なくとも１回、基板を上昇させるか降下させる基板処理装置。
【００７６】
〔付記２〕
前記制御部は、複数のステップで構成される所定のレシピを実行させて基板を処理させる付記１記載の基板処理装置。
【００７７】
〔付記３〕
前記所定のレシピは、前記昇降機構が基板を上昇させるか下降させる昇降工程と、前記昇降工程の後に前記マイクロ波供給部がマイクロ波を供給するマイクロ波供給工程とからなる工程群を少なくとも１つ以上含む付記２記載の基板処理装置。
【００７８】
〔付記４〕
前記制御部は、基板の処理を通じて、前記マイクロ波供給部に同一の出力でマイクロ波を供給させる付記１乃至付記３のいずれか一つに記載の基板処理装置。
【００７９】
〔付記５〕
処理室内において基板を支持する工程と、
前記処理室内において支持された基板を回転させながら基板の表面に向かってマイクロ波が供給させている間に、基板を少なくとも１回、上昇させるか降下させる工程と、
を有する半導体装置の製造方法。
【００８０】
〔付記６〕
処理室内において基板を支持する工程と、
前記処理室内において支持された基板を回転させながら基板の表面に向かってマイクロ波が供給させている間に、基板を少なくとも１回、上昇させるか降下させる工程と、
を有する基板処理方法。
【００８１】
〔付記７〕
処理室内において基板を支持する工程と、
前記処理室内において支持された基板を回転機構に回転させながら、基板の表面に向かってマイクロ波供給部にマイクロ波を供給させている間に、基板を少なくとも１回、昇降機構に基板を上昇させるか降下させる工程と、
を制御部に実行させるプログラム。
【００８２】
〔付記８〕
処理室内において基板を支持する工程と、前記処理室内において支持された基板を回転機構に回転させながら、基板の表面に向かってマイクロ波供給部にマイクロ波を供給させている間に、基板を少なくとも１回、昇降機構に基板を上昇させるか降下させる工程と、を制御部に実行させるプログラムを格納した読み取り可能な記憶媒体。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明に係る基板処理装置は、例えばシリコンウエハ等の基板に対してプロセス処理を行う基板処理装置及び半導体装置の製造方法に利用可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１：基板処理装置
１０：プロセスモジュール
１２：処理室
１６：マイクロ波発生機構
１８：ガス供給機構
１００：コントローラ
１２０：ウエハ
１２４：基板支持ピン
１２６：基板支持台
１６０：マイクロ波発生部
１６２：導波路
１６４：導波口
１８０：ガス供給管
１８２：ガス供給用バルブ
１８４：ガス供給源
１９０：昇降機構
１９４：回転機構
【図１】
2014132613.tif 000003
【図２】
2014132613.tif 000004
【図３】
2014132613.tif 000005
【図４】
2014132613.tif 000006
【図５】
2014132613.tif 000007
【図６】
2014132613.tif 000008