(57)【要約】      （修正有）【課題】ウエハの加熱に電磁波加熱方法を使用する際に、ウエハの面状態や放射率によらずウエハの温度を非接触かつ正確に測定することができる基板処理装置を提供する。【解決手段】電磁波加熱形バッチ式熱処理装置は、ウエハ１を収納するキャビティと、キャビティ内に電磁波を導入してウエハ１を加熱する電磁波源５５と、ウエハ１と同質の材料によって形成されキャビティ内のウエハ１近傍に配置される温度検出体５８と、温度検出体５８の中心に埋設された熱電対５７とを備える。温度検出体５８は直径が電磁波の波長λの１／４または１／２の球形状に形成する。ウエハ１を複数枚積層したボート上に処理ウエハ１と同等のダミーウエハ１Ａを設置し、キャビティの上に放射温度計５９を設置する。熱電対５７の温度を放射温度計５９の温度によって補正する。【選択図】図４
2009302177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収納するキャビティと、
前記キャビティ内に電磁波を導入して前記基板を加熱する加熱源と、
前記基板と同質の材料によって形成され、前記キャビティ内の前記基板近傍に配置される温度検出体と、
前記温度検出体の温度を計測する温度計と、
を有する基板処理装置。
【請求項２】
前記温度検出体は、直径が前記電磁波の波長λの１／４以上好ましくは１／２以上の球形状に形成されており、中心部にはその中心部の温度を計測する温度計が挿入されていることを特徴とする前記請求項１に記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置に関する。
例えば、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造方法において、ＩＣが作り込まれる半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に熱処理（thermal treatment ）を施すのに利用して有効なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣの製造方法において、ウエハを加熱処理する方法として、抵抗加熱方法が広く用いられてきた。
抵抗加熱方法を用いた場合の問題点として、昇温および降温時間が長い点が挙げられる。昇温および降温時間が長くなる理由は、処理炉を囲む断熱材および反応管等の熱容量が大きい構成部材の加熱冷却が必要であり、ウエハのみを加熱できないためである。
【０００３】
近年、ＩＣのパッケージング（packaging ）技術の分野において、抵抗加熱方法によるホットプレートに代わり、マイクロ波等を使用する電磁波加熱方式が試みられている。
この場合、温度均一性を図るため周波数を、４〜８ＧＨｚで周波数を可変する方式が採用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述のように、ウエハをマイクロ波等によって均一に加熱する場合、温度計測方法としては、非接触式温度計である放射温度計が使用されている。
しかし、放射温度計を使用する場合は、放射率が特定可能なポリイミドのキュア等を使用したパッケージングに限られるばかりでなく、その使用状況は、枚葉式基板処理装置に限定されている。
ＩＣの製造方法で多用されるシリコンウエハは、低温においては放射率が極めて低い上に、典型的な放射温度計が検知する波長領域８〜１４μｍにおいて温度依存性が大きい。そのため、放射温度計を使用するのは難しい状況にある。 
【０００５】
本発明の目的は、基板の加熱に電磁波加熱方法を使用する際に、基板の表面状態、放射率によらず基板の温度を非接触かつ正確に測定することができる基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
（１）基板を収納するキャビティと、
前記キャビティ内に電磁波を導入して前記基板を加熱する加熱源と、
前記基板と同質の材料によって形成され、前記キャビティ内の前記基板近傍に配置される温度検出体と、
前記温度検出体の温度を計測する温度計と、
を有する基板処理装置。
（２）前記温度検出体は、直径が前記電磁波の波長λの１／４以上好ましくは１／２以上の球形状に形成されており、中心部にはその中心部の温度を計測する温度計が挿入されていることを特徴とする前記（１）に記載の基板処理装置。
（３）前記基板を複数枚積層した上部に温度計測用基板を設置し、前記キャビティの最上部に補正用放射温度計を設置し、前記温度検出体を計測した前記温度計の温度と、前記補正用温度計の温度とを照合および／または補正することを特徴とする前記（１）または（２）に記載の基板処理装置。
（４）前記（１）の基板処理装置を使用して、パッケージングした前記基板を加熱することを特徴とする基板処理方法。
【発明の効果】
【０００７】
前記した手段によれば、基板の加熱に電磁波加熱方法を使用する際に、基板の表面状態、放射率によらず基板の温度を非接触かつ正確に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【０００９】
本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置は、ウエハに各種の熱処理を施すバッチ式熱処理装置として構成されている。
【００１０】
図１および図２に示されているように、バッチ式熱処理装置１０においては、基板であるウエハ１を収納して搬送するためのウエハキャリアとしては、ＦＯＵＰ（以下、ポッドという。）２が使用されている。
バッチ式熱処理装置１０は筐体１１を備えている。
筐体１１の正面壁１１ａの正面前方部には正面メンテナンス口１２が開設されている。正面メンテナンス口１２はメンテナンス作業を実施するための開口である。正面メンテナンス口１２は正面メンテナンス扉１３、１３によって開閉される。
筐体１１の正面壁１１ａにはポッド搬入搬出口１４が筐体１１の内外を連通するように開設されている。ポッド搬入搬出口１４はフロントシャッタ１５によって開閉される。
ポッド搬入搬出口１４の正面前方側にはロードポート１６が設置されている。ロードポート１６はポッド２を載置されて位置合わせする。
ポッド２はロードポート１６上に工程内搬送装置（図示せず）によって搬入され、かつまた、ロードポート１６上から搬出される。
【００１１】
筐体１１内の前後方向の略中央部における上部には、回転式ポッド棚１７が設置されており、回転式ポッド棚１７は複数個のポッド２を保管する。
すなわち、回転式ポッド棚１７は支柱１８および複数枚の棚板１９を備えている。支柱１８は水平面内で間欠回転される。複数枚の棚板１９は支柱１８に上中下段の各位置に配置され、放射状に支持されている。複数枚の棚板１９はポッド２を複数個宛それぞれ載置した状態で保持する。
【００１２】
筐体１１内におけるロードポート１６と回転式ポッド棚１７との間には、ポッド搬送装置２０が設置されている。ポッド搬送装置２０はポッドエレベータ２０ａおよびポッド搬送機構２０ｂを備えている。ポッド搬送装置２０はポッドエレベータ２０ａとポッド搬送機構２０ｂとの連続動作により、ロードポート１６と回転式ポッド棚１７とポッドオープナ２１との間でポッド２を搬送する。
【００１３】
ポッドオープナ２１はポッド２を載置する載置台２２、２２と、ポッド２のキャップを着脱するキャップ着脱機構２３、２３とを備えている。ポッドオープナ２１は載置台２２に載置されたポッド２のキャップをキャップ着脱機構２３によって装着したり外したりする。これにより、ポッド２はウエハ出し入れ口を開いたり閉じたりする。
【００１４】
筐体１１内には前後方向略中央下部に、サブ筐体２４が後端まで構築されている。サブ筐体２４の正面壁２４ａには一対のウエハ搬入搬出口２５、２５が垂直方向に上下二段に並べられて開設されている。上下段のウエハ搬入搬出口２５、２５には一対のポッドオープナ２１、２１がそれぞれ設置されている。ウエハ搬入搬出口２５はウエハ１をサブ筐体２４内に搬入したり、ウエハ１をサブ筐体２４内から搬出するための出し入れ口（ゲート）である。
【００１５】
サブ筐体２４はポッド搬送装置２０および回転式ポッド棚１７の設置空間から流体的に隔絶された移載室２６を構成している。移載室２６は前側領域にウエハ移載機構２７を設置されている。
ウエハ移載機構２７はウエハ移載装置２７ａ、ウエハ移載装置エレベータ２７ｂおよびツィーザ２７ｃを備えている。ウエハ移載装置２７ａは水平面内において回転または直動する。ウエハ移載装置エレベータ２７ｂはウエハ移載装置２７ａを昇降させる。ツィーザ２７ｃはウエハ移載装置２７ａに支持されており、ウエハ１を水平に保持する。
ウエハ移載装置エレベータ２７ｂおよびウエハ移載装置２７ａの連続動作により、ツィーザ２７ｃによって保持したウエハ１を後記するボートに搬送して装填（チャージング）したり、ボートに装填されたウエハ１をツィーザ２７ｃによって受け取る。
図１に想像線で示されているように、ウエハ移載装置エレベータ２７ｂは筐体１１の右側端部とサブ筐体２４の移載室２６の前方領域右端部との間に設置されている。
【００１６】
移載室２６の後側領域には待機部２８が構成されている。待機部２８はボートを収容して待機させる予備室である。待機部２８の天井面には炉口シャッタ２９が設けられており、炉口シャッタ２９は後記する処理炉の炉口を開閉する。
【００１７】
図１に想像線で示されているように、筐体１１の右側端部とサブ筐体２４の待機部２８の右端部との間には、ボートエレベータ３０が設置されている。ボートエレベータ３０のアーム３１にはシールキャップ３２が水平に据え付けられている。アーム３１はボートエレベータ３０の昇降台に連結された連結具である。シールキャップ３２は処理炉の炉口を閉塞する蓋体である。
【００１８】
図１に示されているように、ウエハ移載装置エレベータ２７ｂ側およびボートエレベータ３０側と反対側である移載室２６左側端部には、クリーンユニット３３が設置されている。クリーンユニット３３は供給フアンおよび防塵フィルタによって構成されている。クリーンユニット３３は清浄化した雰囲気もしくは不活性ガスであるクリーンエア３４（図１の矢印参照）を供給する。
図示はしないが、ウエハ移載装置２７ａとクリーンユニット３３との間にはノッチ合わせ装置が設置されている。ノッチ合わせ装置はウエハの円周方向の位置を整合する。
クリーンユニット３３から吹き出されたクリーンエア３４は、ノッチ合わせ装置、ウエハ移載装置２７ａおよびボートを流通する。その後に、クリーンエア３４は図示しないダクトにより吸い込まれる。吸い込まれたクリーンエア３４は筐体１１の外部に排気がなされるか、または、クリーンユニット３３の吸い込み側である一次側（供給側）に戻されて、クリーンユニット３３から移載室２６内に再び吹き出される。
【００１９】
図１および図２に示されているように、筐体１１の後側上部には処理炉３５が垂直に設置されている。
図３に示されているように、処理炉３５はシールド３６を備えている。
シールド３６は電磁波の外部への漏洩を効果的に防止可能な導電性材料によって形成されている。例えば、このような導電性材料としては、銅、アルミニウム、ステンレス、白金、銀等を挙げることができる。
但し、シールド３６は導電性材料のみによって形成するに限らない。シールド３６は多層シールド材料によって形成してもよい。例えば、多層シールド材料は、導電性材料からなる基材の内側表面に、電磁波を反射する反射面および電磁波を吸収する吸収層を形成することにより、構築することができる。
シールド３６は一端開口で他端閉塞の円筒形状に形成されており、シールド３６は中心線が垂直になるように縦に配されて固定的に支持されている。
シールド３６の筒中空部は複数枚のウエハ１が収容されるキャビティ３７を形成しており、シールド３６の内径は取り扱うウエハ１の最大外径よりも大きくなるように設定されている。
シールド３６の下端部には炉口フランジ３８が設置されている。炉口フランジ３８は処理炉３５の炉口３９を形成している。炉口フランジ３８がサブ筐体２４に支持された状態で、シールド３６は垂直に据え付けられた状態になっている。
【００２０】
図３に示されているように、ボートエレベータ３０は処理炉３５の真下近傍に設置されている。ボートエレベータ３０のアーム３１に支持されたシールキャップ３２は炉口３９を閉塞する。すなわち、シールキャップ３２は炉口フランジ３８の外径と略等しい円盤形状に形成されており、ボートエレベータ３０によって上昇されることにより、炉口３９を気密シールする。
【００２１】
シールド３６の下端部の側壁には排気管４０の一端が接続されており、排気管４０は他端を排気装置（図示せず）に接続されている。排気装置は排気管４０を介してキャビティ３７を排気する。
シールド３６の排気管４０と異なる位置には、キャビティ３７へガスを供給するためのガス供給管４１の一端が接続されている。
【００２２】
シールキャップ３２上にはボート４２が垂直に立脚されて支持されている。ボート４２は複数枚のウエハ１を保持して、キャビティ３７内に搬入（ボートローディング）したり、キャビティ３７外へ搬出（ボートアンローディング）したりする。
ボート４２は石英等の誘電体が使用されて形成されている。
ボート４２は上下で一対の端板４３、４４と、３本の保持柱４５、４５、４５とを備えている。３本の保持柱４５、４５、４５は両端板４３、４４間に垂直に架橋されている。３本の保持柱４５、４５、４５には複数の保持溝４６が、上下方向に等間隔に配置されてそれぞれ形成されており、同一段の保持溝４６、４６、４６は同一平面を構成している。すなわち、ボート４２は同一段の保持溝４６、４６、４６によってウエハ１の外周縁部を保持することにより、複数枚のウエハ１を中心を揃えて整列させた状態で保持する。
ボート４２の下部には複数枚の断熱板４７が配置されている。断熱板４７はキャビティ３７からの熱の放射を抑制する。
シールキャップ３２下面の中央にはロータリーアクチュエータ４８が設置されている。ロータリーアクチュエータ４８の回転軸４９はボート４２を支持する。すなわち、ロータリーアクチュエータ４８は回転軸４９によってボート４２を回転させる。
【００２３】
シールド３６の外部にはベース５１が水平に配置されており、ベース５１上にはケース５２がシールド３６と同心円状に設置されている。ケース５２は上端が閉塞した円筒形状もしくは多角形筒状に形成されており、シールド３６よりも大きい。ケース５２はシールド３６の外側を取り囲んで電磁波の漏洩を防止し、シールド３６を保護するとともに、周囲の環境を保護する。
なお、ケース５２は省略してもよい。
【００２４】
シールド３６の側壁には複数の電磁波導入ポート５３が穿設されている。各電磁波導入ポート５３にはキャビティ３７内に電磁波を供給するための導波管５４の一端がそれぞれ接続されている。
導波管５４の他端にはキャビティ３７内に電磁波を供給して加熱する加熱源としての電磁波源５５が接続されている。電磁波源５５は電磁波であるマイクロ波またはミリ波を供給する。マイクロ波は波長１ｍ以下の電波で極超短波とも称される。マイクロ波には遠赤外部に接する１ｍｍ以下のサブミリ波まで含まれる。
電磁波源５５は０．５〜５０ＧＨｚの電磁波を導波管５４に供給する。
電磁波源５５にはコントローラ５６が接続されている。コントローラ５６は供給する電磁波の周波数を増減して調整する調整部を構成している。
【００２５】
コントローラ５６には温度計としての熱電対５７が複数接続されており、図３（ｂ）に示されているように、熱電対５７の熱接点は温度検出体５８に挿入されている。複数の温度検出体５８はシールド３６側壁の複数の電磁波導入ポート５３に対向する位置にそれぞれ配置されている。複数の温度検出体５８はこれらにそれぞれ近接する場所のウエハ１の温度に感温し、同等の温度となる。熱電対５７は温度検出体５８の温度を測定し、測定結果をコントローラ５６に送信する。
コントローラ５６は熱電対５７からの測定結果に基づいて後述する制御を実施する。
【００２６】
温度検出体５８はウエハ１と同質の材料、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、化合物半導体によって形成されている。
また、温度検出体５８は球形状に形成されており、球の直径は電磁波の波長λの１／４以上１／１以下、好ましくは、１／２以上１／１以下に設定されている。
【００２７】
シールド３６の天井壁中央には、補正用温度計としての放射温度計５９が垂直方向下向きに設置されており、図４に示されているように、放射温度計５９はボート４２の最上位置に配置されたダミーウエハ１Ａの温度を測定するとともに、当該測定結果をコントローラ５６に送信する。
【００２８】
次に、前記構成に係るバッチ式熱処理装置１０を用いる本発明の一実施形態であるＩＣの製造方法の熱処理工程を、ウエハパッケージング工程を例に説明する。
ウエハパッケージング工程においては、ＩＣが作り込まれた側の主面にポリイミド等のパッケージング材料を塗布されたウエハ１がポッド２に収納されて、バッチ式熱処理装置１０に送られて来る。
予め、図３および図４に示されているにように、ボート４２の最上位置には、これから熱処理しようとするウエハ１と同等のダミーウエハ１Ａが配置される。
【００２９】
図１および図２に示されているように、ポッド２がロードポート１６に供給されると、フロントシャッタ１５はポッド搬入搬出口１４を開放する。
ポッド搬入搬出口１４が開放すると、ポッド搬送装置２０はロードポート１６上のポッド２を筐体１１内へポッド搬入搬出口１４から搬入する。ポッド搬送装置２０は搬入したポッド２を回転式ポッド棚１７の指定された棚板１９へ搬送して受け渡す。
ポッド２を棚板１９に一時的に保管した後、ポッド搬送装置２０はポッド２を棚板１９から一方のポッドオープナ２１に搬送し、載置台２２に移載する。
なお、ポッド搬送装置２０はロードポート１６上のポッド２を回転式ポッド棚１７に搬送せずに、ポッドオープナ２１に直接搬送する場合もある。
【００３０】
ポッド２を搬送中、キャップ着脱機構２３はポッドオープナ２１のウエハ搬入搬出口２５を閉じている。クリーンユニット３３は移載室２６にクリーンエア３４を流通させて循環させる。
クリーンユニット３３が移載室２６にクリーンエア３４として窒素ガスを循環させることにより、移載室２６内の酸素濃度は筐体１１内（大気雰囲気）の酸素濃度よりも遥かに低く（例えば、２０ｐｐｍ以下）維持される。
【００３１】
ポッドオープナ２１は載置台２２に載置されたポッド２の開口側端面をサブ筐体正面壁２４ａの搬入搬出口２５開口縁辺部に押し付ける。キャップ着脱機構２３はポッド２のキャップを取り外し、ウエハ出し入れ口を開放させる。
ポッド２が開放されると、ウエハ移載装置２７ａはツィーザ２７ｃによってウエハ１をポッド２からウエハ出し入れ口を通じてピックアップしノッチ合わせ装置に搬送する。
ノッチ合わせ装置がウエハ１のノッチを合わせると、ウエハ移載装置２７ａはウエハ１をノッチ合わせ装置からピックアップし、移載室２６の後方にある待機部２８へ搬入し、ボート４２に装填（チャージング）する。
ボート４２にウエハ１を受け渡したウエハ移載装置２７ａはポッド２に戻り、次のウエハ１をピックアップし、再び、ボート４２に搬送し、ボート４２に装填する。
【００３２】
この一方（上段または下段）のポッドオープナ２１からボート４２へのウエハ１の装填作業中に、ポッド搬送装置２０は回転式ポッド棚１７から別のポッド２を他方（下段または上段）のポッドオープナ２１に搬送し移載する。ポッドオープナ２１はポッド２を開放する。すなわち、ウエハ移載装置２７ａによるウエハ装填作業と、ポッド搬送装置２０およびポッドオープナ２１によるポッド開放作業とが、同時進行される。
【００３３】
所定枚数のウエハ１がボート４２に移載されると、ボートエレベータ３０はボート４２を上昇させ、図４に示されているように、処理炉３５のキャビティ３７に搬入（ボートローディング）する。
ボート４２が上限に達すると、シールキャップ３２が炉口３９をシール状態に閉塞するので、キャビティ３７は気密に閉じられた状態になる。
この状態で、複数の温度検出体５８は配置された各場所でウエハ１にそれぞれ近接し、放射温度計５９はボート４２の最上位置に配置されたダミーウエハ１Ａに対向する。
【００３４】
気密に閉じられると、排気管４０はキャビティ３７を排気する。
ロータリーアクチュエータ４８はボート４２を回転させる。
必要に応じて、窒素ガス等の不活性ガスがガス供給管４１から供給される。
電磁波源５５はウエハ１を所定温度（例えば、２００℃程度）に昇温させる。すなわち、電磁波源５５はマイクロ波またはミリ波を導波管５４を経由してケース５２内に供給する。ケース５２内に供給されたマイクロ波はシールド３６およびウエハ１に入射して効率的に吸収されるために、シールド３６およびウエハ１をきわめて効果的に昇温させる。
電磁波による加熱に際して、放射温度計５９は対向したダミーウエハ１Ａの温度を計測し、計測温度をコントローラ５６に送信する。
各熱電対５７は各温度検出体５８の温度すなわち各場所で近接したウエハ１の温度をそれぞれ計測し、計測温度をコントローラ５６にそれぞれ送信する。
コントローラ５６は各熱電対５７の計測温度を放射温度計５９の計測温度によって校正しつつ各熱電対５７の計測温度に基づいて、各電磁波源５５をフィードバック制御することにより、ボート４２上のウエハ１群の温度分布を適正に維持する。
【００３５】
予め設定された処理時間が経過すると、ボート４２の回転、ガスの供給、マイクロ波の供給および排気管４０の排気が停止する。
その後に、ボートエレベータ３０はシールキャップ３２を下降させることにより、炉口３９を開口するとともに、ボート４２を炉口３９からキャビティ３７の外部に搬出（ボートアンローディング）する。
【００３６】
ウエハ移載機構２７はボート４２のウエハ１をポッド２内に、前述した作動とは逆の手順により収める。
以上の作動が繰り返されることにより、複数枚のウエハ１がバッチ処理される。
【００３７】
ところで、図５および図６に示されているように、シリコンウエハは、低温においては放射率が極めて低い上に、典型的な放射温度計が検知する波長領域８〜１４μｍにおいて温度依存性が大きい。そのため、 放射温度計を使用するのは難しい。 
【００３８】
前述したウエハパッケージング工程において、周波数として、２．４５ＧＨｚの単一マイクロ波を利用した場合、波長λは約１２ｃｍとなり、半波長（１／２λ）＝約６ｃｍおきに高温部または低温部が発生することになり、均一な加熱が難しい。
そこで、周波数を可変（ＶＦＭ：Variable Frequency MicroWave）にして、高温部または低温部が発生する空間的間隔を狭くして均一に加熱すること、が考えられる。
【００３９】
ここで、ウエハ温度の計測方法が、重要な課題となる。
ウエハ１のＩＣが作り込まれた側の主面には様々な膜（酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、半導体膜、金属膜等）が付着されているため、温度による放射率の変動が大きい。
ウエハパッケージング工程のウエハ１には、その上にポリイミド等のパッケージング材料がさらに塗布されているため、温度による放射率の変動がより一層大きい。
このようなウエハの温度を非接触型の放射温度計によって計測する場合には、放射率を的確に断定することは困難であるため、放射温度計による計測は不向きである。
また、バッチ式熱処理装置の場合には、複数枚のウエハがボートに積載されているので、上下のウエハの隙間から放射される赤外線を検知することとなり、計測個所および計測温度の信頼性に問題が出てくる場合がある。
【００４０】
前述した通り、本実施形態に係るバッチ式熱処理装置１０においては、電磁波による加熱に際して、放射温度計５９はボート４２の最上位置に配置されたダミーウエハ１Ａに対向し、ダミーウエハ１Ａの温度を計測し、熱電対５７がそれぞれ埋設された複数の温度検出体５８は配置された各場所でウエハ１にそれぞれ近接し、近接したウエハ１の温度をそれぞれ計測する。
ダミーウエハ１Ａに塗布されたポリイミドの放射率は既知であるので、放射温度計５９はポリイミドが塗布されたダミーウエハ１Ａの温度を正確に計測することができる。
温度検出体５８はウエハ１と同質の材料によって球形状に形成されているとともに、球の直径が電磁波のエネルギを吸収し易い値に設定されているので、温度検出体５８の球の中心に埋設された熱電対５７は、温度検出体５８が検出したウエハ１の温度を対応性よく測定することができる。
したがって、コントローラ５６は熱電対５７の計測温度を放射温度計５９の計測温度によって校正することにより、ポリイミドが塗布されたウエハ１の温度を正確に認識することができる。
つまり、コントローラ５６は熱電対５７の計測温度と放射温度計５９の計測温度との関係を予め求めておくことにより、各熱電対５７の計測温度を放射温度計５９の計測温度によって校正することができるので、各電磁波源５５を各熱電対５７の計測温度に基づいてフィードバック制御することにより、ボート４２上のウエハ１群の温度分布を適正に維持することができる。
【００４１】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００４２】
1)  電磁波によってウエハを加熱することにより、ウエハを直接的に加熱することができるので、ウエハをエネルギ効率よく加熱することができ、また、低温領域での温度を適正かつ精密に制御することができる。
【００４３】
2)  複数枚のウエハを電磁波によって一律に加熱することにより、ウエハのボート全長および各ウエハ面内の温度を均一に分布させることができるため、ウエハの熱処理状況をウエハ面内および各ウエハ相互間のいずれにおいても均一化することができる。
【００４４】
3)  複数枚のウエハを一括してバッチ処理することにより、ウエハを一枚ずつ枚葉処理する場合に比べて、スループットを大幅に向上させることができる。
【００４５】
4)  ウエハと同質の材料によって形成した球形状の温度検出体に熱電対を埋設し、この温度検出体をウエハ近傍に配置することにより、電磁波導入ポートに対するウエハの位置にかかわらず、ウエハの温度を正確かつ安定的に計測することができる。
【００４６】
5)  処理するウエハと同等に形成されたダミーウエハの温度を放射温度計によって計測することにより、各熱電対の計測温度を放射温度計の計測温度によって補正することができるので、各電磁波源を各熱電対の計測温度に基づいてフィードバック制御することにより、ボート上のウエハ群の温度分布を適正に維持することができる。
【００４７】
6)  熱電対を埋設した温度検出体はウエハ近傍に容易に配置することができるので、電磁波加熱によるバッチ式熱処理装置への搭載を容易化することができる。
【００４８】
7)  ダミーウエハをボートの最上位置に配置することにより、放射温度計はキャビティの天井壁に配置すれば済むため、電磁波加熱によるバッチ式熱処理装置への搭載を容易化することができる。
【００４９】
図７は本発明の他の実施形態である枚葉式プラズマ処理装置を示している。
本実施形態において、本発明に係る基板処理装置は、図７に示されているように、枚葉式プラズマ処理装置１１０として構成されており、被処理基板であるウエハを減圧下の処理室で１枚ずつ処理するものとして構成されている。
【００５０】
図７に示された枚葉式プラズマ処理装置１１０は筐体１１１を備えており、筐体１１１は処理室１１２を誘電体ドーム１１３とともに構成している。処理室１１２は気密に構成されている。
誘電体ドーム１１３の外側にはコイル１１４が設けられており、コイル１１４は処理室１１２内にプラズマを生成する。コイル１１４には高周波電源１１５と整合器１１６とが接続されており、高周波電源１１５の出力する高周波電力が整合器１１６を介してコイル１１４に供給されることにより、処理室１１２内でプラズマ１１７を生成する。
筐体１１１は略二重円筒形状に形成されており、内側円筒と外側円筒との間の空間がバッファ室１１８を形成している。筐体１１１の外側円筒下端部には排気口１１９がバッファ室１１８に連通するように開設されており、排気口１１９には排気管１２０の一端が接続されている。排気管１２０の他端はポンプ１２１に接続されており、ポンプ１２１はバッファ室１１８を排気管１２０および排気口１１９を経由して排気する。
筐体１１１にはガス導入管１２２の一端が接続されており、ガス導入管１２２の他端はガス供給装置（図示せず）に接続されている。ガス導入管１２２はガス供給装置からのガスを処理室１１２に導入する。ガス導入管１２２から処理室１１２へ導入されたガスは、処理室１１２内でプラズマ化され、プラズマ１１７およびプラズマ１１７で生成された活性種によりウエハ１をプラズマ処理する。
【００５１】
処理室１１２内にはサセプタ１２３が内側円筒上端に設けられている。サセプタ１２３は石英（ＳｉＯ2 ）が使用されて略円板形状に形成されている。サセプタ１２３上にはマイクロ波吸収板１２４が載置されている。マイクロ波吸収板１２４は２．４５ＧＨｚのマイクロ波を吸収する材料（例えば、シリコン）が使用されてウエハ１よりも若干大きめの円板形状に形成されている。
サセプタ１２３の外側にはカバーリング１２５が設けられている。カバーリング１２５は内径がウエハ１の外径よりも大きく、外径がサセプタ１２３の外径よりも大きい円形リング形状に形成されており、プラズマ１１７に晒されるウエハ１近傍の部材からの汚染物質の発生を抑制する構造となっている。
【００５２】
筐体１１１の内側円筒中空部はマイクロ波を導入するキャビティ１２６を構成しており、キャビティ１２６の底には仕切り板１２７が昇降可能に配置されている。
筐体１１１の仕切り板１２７下方にはエレベータ１２８が設置されており、エレベータ１２８のシャフト１２９には支持台１３０が水平に固定されている。支持台１３０上にはマイクロ波電源１３１が設置されており、マイクロ波電源１３１には導波管１３２を介してアイソレータ１３３が接続されている。アイソレータ１３３には導波管１３４を介して整合器１３５が接続されている。整合器１３５は導波管１３６を介して、仕切り板１２７に開設されたマイクロ波導入口１３７に接続されている。
エレベータ１２８は支持台１３０をシャフト１２９によって昇降させることにより、仕切り板１２７を昇降させることができるようになっており、仕切り板１２７の昇降により、キャビティ１２６内に導入されたマイクロ波の定在波の状態を変更させる。
【００５３】
キャビティ１２６の底壁を構成した仕切り板１２７には、モータ１３８によって回転されるスタラファン１３９が設置されている。スタラファン１３９は回転することにより、キャビティ１２６内のマイクロ波の定在波の状態を代える。
マイクロ波の周波数として、２．４５ＧＨｚを用いると、マイクロ波のエネルギの高い部分が局在化し、マイクロ波吸収板１２４における吸収が偏り、ウエハ１の加熱が不均一になる可能性がある。
これを改善するために、モータ１３８によってスタラファン１３９を回転させることにより、定在波の状態を経時変化させて、マイクロ波吸収板１２４に吸収されるマイクロ波の不均一さを改善する。
スタラファン１３９を回転させることにより、定在波の状態を短時間に周期的に変化させることができるので、キャビティ１２６内のマイクロ波エネルギの分布を素早く均一化することができる。
【００５４】
図７に示されているように、複数個の温度検出体５８はカバーリング１２５上に周方向に等間隔に配されて設けられている。各温度検出体５８はマイクロ波吸収板１２４上のウエハ１の外周に、ウエハ１の移載作業と干渉しない範囲内で可及的に近接するようにそれぞれ配置されている。
前記実施形態と同様に、温度検出体５８はウエハ１と同質の材料、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、化合物半導体によって形成されている。温度検出体５８は球形状に形成されており、球の直径は電磁波の波長λの１／４以上１／１以下、好ましくは、１／２以上１／１以下に設定されている。
温度検出体５８内には熱電対５７の熱接点が埋設されており、熱電対５７はコントローラ５６に接続されている。
コントローラ５６はウエハ１外周に近接した複数の熱電対５７からの測定結果に基づいて、後述する制御を実施する。
【００５５】
次に、以上の構成に係る枚葉式プラズマ処理装置の作用を説明する。
【００５６】
バッファ室１１８内および処理室１１２内はポンプ１２１により排気管１２０および排気口１１９を経由して排気されて、所定の圧力に減圧される。
その後に、ウエハ１がマイクロ波吸収板１２４上にウエハ移載装置（図示せず）によって載置される。このとき、マイクロ波吸収板１２４はマイクロ波によって所定の温度に保持されている。
カバーリング１２５上の複数個の温度検出体５８内にそれぞれ埋設された熱電対５７は、ウエハ１外周近傍の温度をそれぞれ計測し、コントローラ５６にそれぞれ送信する。
コントローラ５６はウエハ１外周に近接した複数の熱電対５７からの測定結果に基づいて、後述する制御を実施する。
【００５７】
一例として、ウエハ１の温度を９００℃に加熱する場合について説明する。
ウエハ１の搬送時はマイクロ波吸収板１２４の温度が３００℃になるように、マイクロ波電源１３１の出力を制御し、ウエハ搬送終了後、３０秒程度待機してウエハ１の温度がマイクロ波吸収板１２４の温度とほぼ同じになった後に、マイクロ波電力の投入量を増やしてマイクロ波吸収板１２４の温度を上昇させる。
このとき、マイクロ波はキャビティ１２６内の導電性の壁で反射され、マイクロ波電力の多くはマイクロ波吸収板１２４に吸収されるため、これを効率良く加熱する。
マイクロ波の周波数として、２．４５ＧＨｚを用いると、マイクロ波のエネルギの高い部分が局在化し、マイクロ波吸収板１２４における吸収が偏り、ウエハ１の加熱が不均一になる可能性がある。
マイクロ波をキャビティ１２６内に投入する場合は、整合器１３５によって反射が極少になるように調整する。
しかし、その調整が困難な場合は、キャビティ１２６の壁の一部である仕切り板１２７をエレベータ１２８によって上下に移動させることにより、反射波電力が０ワット［Ｗ］となる最適な位置を見出す。
また、スタラファン１３９を回転させることにより、定在波の状態を短時間に周期的に変化させることができるので、キャビティ１２６内のマイクロ波エネルギの分布を素早く均一化することができる。
【００５８】
ガス導入管１２２から一定流量の反応性ガスが導入されて、処理室１１２内の圧力が所定値に設定された後に、高周波電源１１５の出力する高周波電力がコイル１１４に整合器１１６を介して印加されると、処理室１１２内でプラズマ１１７が生成され、このプラズマ１１７および活性種がウエハ１に供給されるため、所定のプラズマ処理がウエハ１に施される。
【００５９】
本実施形態においては、ウエハと同質の材料によって形成した球形状の温度検出体に熱電対を埋設し、この温度検出体をウエハ外周近傍の複数箇所にそれぞれ配置することにより、ウエハ外周の複数箇所の温度を正確かつ安定的にそれぞれ計測することができるので、ウエハの周方向の温度を均一に制御することができる。ウエハの周方向の温度分布を均一に制御することにより、温度分布に依存するウエハ面内のプラズマ処理状況を均一化することができる。
ここでは、枚葉装置の例としてプラズマ処理装置を用いて説明したが、それに限るものではなく、加熱することでウエハを処理する装置であればよい。
【００６０】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【００６１】
例えば、温度検出体の数は、電磁波電源の個数と等しくするに限らず、それ以上設けてもよい。
【００６２】
本発明は、バッチ式熱処理装置または枚葉式プラズマ処理装置に限らず、拡散装置や減圧ＣＶＤ装置およびアニール装置等の基板処理装置全般に適用することができる。
【００６３】
また、被処理基板はウエハに限らず、ホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の一実施の形態であるバッチ式熱処理装置を示す一部省略斜視図である。
【図２】側面断面図である。
【図３】（ａ）は処理炉を通る正面断面図、（ｂ）は温度検出体の断面図である。
【図４】処理ステップにおける処理炉部分を示す正面断面図である。
【図５】波長と放射率と温度との関係を示すグラフである。
【図６】波長と放射率との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の他の実施形態である枚葉式プラズマ処理装置を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１…ウエハ（基板）、２…ポッド、
１０…バッチ式熱処理装置（基板処理装置）、１１…筐体、１１ａ…正面壁、１２…正面メンテナンス口、１３…正面メンテナンス扉、１４…ポッド搬入搬出口、１５…フロントシャッタ、１６…ロードポート、
１７…回転式ポッド棚、１８…支柱、１９…棚板、
２０…ポッド搬送装置、２０ａ…ポッドエレベータ、２０ｂ…ポッド搬送機構、
２１…ポッドオープナ、２２…載置台、２３…キャップ着脱機構、
２４…サブ筐体、２４ａ…正面壁、２５…ウエハ搬入搬出口、２６…移載室、
２７…ウエハ移載機構、２７ａ…ウエハ移載装置、２７ｂ…ウエハ移載装置エレベータ、２７ｃ…ツィーザ、
２８…待機部、２９…炉口シャッタ、
３０…ボートエレベータ、３１…アーム、３２…シールキャップ、
３３…クリーンユニット、３４…クリーンエア、
３５…処理炉、３６…シールド、３７…キャビティ、３８…炉口フランジ、３９…炉口、４０…排気管、４１…ガス供給管、
４２…ボート（搬送治具）、４３、４４…端板、４５…保持柱、４６…保持溝、４７…断熱板、４８…ロータリーアクチュエータ、４９…回転軸、
５１…ベース、５２…ケース、５３…電磁波導入ポート、５４…導波管、５５…電磁波源（マイクロ波加熱源）、５６…コントローラ（調整部）、５７…熱電対（温度計）、５８…温度検出体、５９…放射温度計、
１１０…基板処理装置（枚様式プラズマ処理装置）、１１１…筐体、１１２…処理室、１１３…誘電体ドーム、１１４…コイル、１１５…高周波電源、１１６…整合器、１１７…プラズマ、
１１８…バッファ室、１１９…排気口、１２０…排気管、１２１…ポンプ、
１２２…ガス導入管、
１２３…サセプタ、１２４…マイクロ波吸収板、１２５…カバーリング、
１２６…キャビティ、１２７…仕切り板、１２８…エレベータ、１２９…シャフト、
１３０…支持台、１３１…マイクロ波電源、１３２…導波管、１３３…アイソレータ、１３４…導波管、１３５…整合器、１３６…導波管、１３７…マイクロ波導入口、
１３８…モータ、１３９…スタラファン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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