(57)【要約】  処理室（５）と、マイクロ波発生器（９１、９２）と、温度測定部（１６）と、ガス導入部（２０）と、排気部（１０）と、記憶部と、制御部（１００）と、を備えた技術が提供される。制御部（１００）は、処理室内の基板に対してマイクロ波発生器から発生されるマイクロ波を供給し、温度測定部により測定した内部温度が記憶部に記憶された下限閾値以上、且つ上限閾値以下である場合にガス導入部から所定の流量で冷却ガスを処理室内へ導入し、測定した内部温度が上限閾値を超える場合にガス導入部から所定の流量よりも多い冷却ガスを処理室内へ導入し、測定した内部温度が下限閾値に満たない場合にガス導入部から所定の流量よりも少ない冷却ガスを処理室内へ導入するようにマイクロ波発生器とガス導入部を制御する。
2019180966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理室と、
マイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、
前記処理室の内部温度を測定する温度測定部と、
前記処理室内へ冷却ガスを導入するガス導入部と、
前記処理室外へ前記冷却ガスを排気する排気部と、
前記処理室の内部温度の上限閾値及び下限閾値を記憶する記憶部と、
前記処理室内の前記基板に対して前記マイクロ波発生器から発生される前記マイクロ波を供給し、前記温度測定部により測定した内部温度が前記下限閾値以上、且つ前記上限閾値以下である場合に前記ガス導入部から所定の流量で前記冷却ガスを前記処理室内へ導入し、前記測定した内部温度が前記上限閾値を超える場合に前記ガス導入部から前記所定の流量よりも多い前記冷却ガスを前記処理室内へ導入し、前記測定した内部温度が前記下限閾値に満たない場合に前記ガス導入部から前記所定の流量よりも少ない前記冷却ガスを前記処理室内へ導入するように前記マイクロ波発生器と前記ガス導入部を制御するよう構成される制御部と、
を備えた基板処理装置。
【請求項２】
前記排気部は、前記処理室の内部において、前記マイクロ波を用いた前記基板の処理により生じる熱を前記冷却ガスと共に排出する請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記マイクロ波発生器から前記マイクロ波が発生されると、前記ガス導入部から前記処理室内へ前記冷却ガスを導入するように前記ガス導入部の制御するよう構成される請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記処理室内の圧力を調整する圧力調整器と、
前記冷却ガスが供給され、前記処理室に隣接する搬送室と、
前記搬送室の圧力制御を行う圧力制御機構と、
前記搬送室と前記処理室との間に配設され、前記搬送室から前記処理室への前記基板の搬入に際して開閉するゲートバルブと、を更に備え、
前記制御部は、前記処理室内の圧力より前記搬送室内の圧力が高くなるようにし、前記ゲートバルブを開き、前記搬送室に供給される前記冷却ガスを前記処理室の内部へ導入するように前記圧力調整器もしくは前記圧力制御機構の少なくともいずれか一方と前記ゲートバルブを制御するよう構成される請求項１記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記排気部は、前記処理室の上部四隅にそれぞれ連結された排気管を備えている請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記ガス導入部は、前記処理室の下部に配設されている請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記処理室の側壁の上下方向中間部に配設され、前記処理室内へ前記冷却ガスを導入する中間ガス導入部を更に備えた請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項８】
処理室内へ基板を搬入する工程と、
前記処理室内へ冷却ガスを導入しながらマイクロ波発生器から発生されるマイクロ波により前記処理室内の基板を加熱処理する工程と、
前記処理室の上部の内部温度を測定する工程と、
前記内部温度が下限閾値以上、且つ上限閾値以下の場合に前記冷却ガスを所定の流量で前記処理室内へ導入し、前記内部温度が前記上限閾値を超える場合に前記所定の流量より多い前記冷却ガスを前記処理室内へ導入し、前記内部温度が前記下限閾値に満たない場合に前記所定の流量より少ない前記冷却ガスを前記処理室内へ導入する工程と、
前記加熱処理後の前記基板を前記処理室内から搬出する工程と、
を備えた半導体装置の製造方法。
【請求項９】
基板処理装置の処理室内へ基板を搬入する手順と、
前記処理室内へ冷却ガスを導入しながらマイクロ波発生器から発生されるマイクロ波により前記基板を加熱処理する手順と、
前記処理室の上部の内部温度を測定する手順と、
前記内部温度が下限閾値以上、且つ上限閾値以下の場合に前記冷却ガスを所定の流量で前記処理室内へ導入し、前記内部温度が前記上限閾値を超える場合に前記所定の流量より多い前記冷却ガスを前記処理室内へ導入し、前記内部温度が前記下限閾値に満たない場合に前記所定の流量より少ない前記冷却ガスを前記処理室内へ導入する手順と、
前記加熱処理後の前記基板を前記処理室内から搬出する手順と、
をコンピュータを用いて前記基板処理装置に実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置、半導体装置の製造方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置（半導体デバイス）の製造プロセスの１つの工程として、例えば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、素子の微細化、高集積化の傾向が著しく、これに伴い、高いアスペクト比を有する高密度のパターンが形成された基板への改質処理が求められている。このような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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−０７００４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記マイクロ波を用いた熱処理方法では、処理室内において、熱処理により高温に加熱された基板により処理室内の雰囲気温度が上昇してしまうので、プロセス再現性が悪くなってしまう。【０００５】
本発明の目的は、プロセス再現性を向上させることが可能となるマイクロ波処理技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、基板を処理する処理室と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、前記処理室の内部温度を測定する温度測定部と、前記処理室の内へ冷却ガスを導入するガス導入部と、処理室外へ前記冷却ガスを排気する排気部と、前記処理室の内部温度の上限閾値及び下限閾値を記憶する記憶部と、前記処理室内の基板に対して前記処理室内の基板に対して前記マイクロ波発生器から発生される前記マイクロ波を供給し、前記温度測定部により測定した内部温度が前記下限閾値以上、且つ前記上限閾値以下である場合に前記ガス導入部から所定の流量で前記冷却ガスを前記処理室内へ導入し、前記測定した内部温度が前記上限閾値を超える場合に前記ガス導入部から前記所定の流量よりも多い前記冷却ガスを前記処理室内へ導入し、前記測定した内部温度が前記下限閾値に満たない場合に前記ガス導入部から前記所定の流量よりも少ない前記冷却ガスを前記処理室内へ導入するように前記マイクロ波発生器と前記ガス導入部を制御するよう構成される制御部と、を備えた技術が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、プロセス再現性を向上させ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。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る基板処理装置を側方から見た概略断面図である。
【図２】図１に示される基板処理装置を上方から見た概略平面図である。
【図３】図１に示される基板処理装置の処理室を側方から見た拡大断面図である。
【図４】図３に示される処理室を基板処理装置の搬送室側、かつ、やや上方側から見た斜視図である。
【図５】図３に示される処理室を搬送室側から見た拡大断面図（図４に示されるＡ−Ａ線において切った断面図）である。
【図６】図１に示される搬送室のパージガス循環構造を側方から見た概略構成図である。
【図７】図１に示される基板処理装置の制御部を含む制御システムを示すブロック構成図である。
【図８】図９に示される制御システムを用いて図１に示される基板処理装置を実行させる基板処理方法並びに基板処理プログラムを説明するフローチャートである。
【図９】第１実施の形態に係る基板処理装置において、処理室の内部温度と基板処理時間と冷却ガスの導入量との関係を示す図である。
【図１０】第１実施の形態に係る基板処理装置において、処理室毎に１枚の基板処理を行う際の基板処理シーケンスを示す図である。
【図１１】第１実施の形態に係る基板処理装置において、処理室毎に２枚の基板処理を行う際の基板処理シーケンスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［第１実施の形態］
図１〜図１１を用いて、本発明の第１実施の形態に係る基板処理装置、半導体装置の製造方法及び基板処理プログラムを説明する。
【００１０】
（基板処理装置１の構成）
図１に示される本実施の形態に係る基板処理装置１は、基板としての半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という）２に各種の熱処理を施す熱処理装置として構成されている。ここで、基板処理装置１は、マイクロ波（電磁波）を用いて、ウエハ２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る処理、成膜された薄膜内の結晶欠陥等を修復する処理等のアニール処理を行う装置として説明する。基板処理装置１では、ウエハ２を内部に収容した収納容器（キャリア）としてポッド（FOUP：Front Opening Unified Pod）３が使用される。ポッド３は、基板処理装置１を含む様々な基板処理装置間において、ウエハ２を搬送する搬送容器として使用されている。
【００１１】
図１及び図２に示されるように、基板処理装置１は、ウエハ２を搬送する搬送室（搬送エリア）４と、ウエハ２を処理する処理室５とを備えている。搬送室４は搬送筐体（筐体）４１の内部に設けられている。本実施の形態では、処理室５は２つの処理室５１、５２を備え、ポッド３とは対向する搬送筐体４１の側壁に設けられている。処理室５１、５２は、それぞれ処理容器としてのケース５３、５４の内部に配設されている。
ここで、搬送室４の搬送筐体４１は、例えばアルミニウム（Al）、ステンレス（SUS）等の金属材料、石英等により形成されている。
【００１２】
搬送室４において搬送筐体４１の前側（図１中、右側）にはロードポートユニット（LP）６が配設されている。ロードポートユニット６は、ポッド３の蓋を開閉し、ポッド３から搬送室４へウエハ２を搬送し、又搬送室４からポッド３へウエハ２を搬出するポッド開閉機構として使用されている。
ロードポートユニット６は、筐体６１と、ステージ６２と、オープナ６３とを備えている。ステージ６２は、ポッド３を載置し、搬送室４において搬送筐体４１の前方に形成された基板搬入搬出口４２にポッド３を近接させる構成とされている。オープナ６３は、ポッド３に設けられている図示省略の蓋を開閉させる構成とされている。
なお、ロードポートユニット６は、パージガスを用いてポッド３の内部をパージ可能な機能を備えてもよい。パージガスとしては、窒素（N2）ガス等の不活性ガスを使用することができる。また、搬送筐体４１はパージガス流通機構としてのパージガス循環構造を備えている。パージガス循環構造は、窒素ガス等のパージガスを搬送室４の内部に流通させるパージガス流通機構として構成されている。
【００１３】
搬送室４において搬送筐体４１の後側（図１中、左側）には、処理室５１、５２を開閉するゲートバルブ４３が配置されている。搬送室４には、ウエハ２を移載する基板移載機構（基板移載ロボット）としての移載機７が設置されている。移載機７は、ウエハ２を載置する載置部としてのツィーザ（アーム）７１、７２と、ツィーザ７１、７２のそれぞれを水平方向に回転又は直動可能な移載装置７３と、移載装置７３を昇降させる移載装置エレベータ７４とを含んで構成されている。
移載機７において、ツィーザ７１、７２、移載装置７３、移載装置エレベータ７４が連続動作することにより、処理室５の内部に配設された基板保持具としてのボート８（図１及び図３参照）やポッド３にウエハ２を装填（チャージング）することができる。また、移載機７において、ボート８やポッド３からウエハ２を脱装（ディスチャージング）することができる。
なお、本実施の形態の説明において、特に区別して説明する必要がない場合、処理室５１、５２は単に「処理室５」として説明する場合がある。
【００１４】
また、搬送室４にはウエハ冷却テーブル９Ａが配設され、このウエハ冷却テーブル９Ａ上にはウエハ２を冷却する基板冷却用載置具としてのウエハ冷却用載置具（冷却用ボート）９Ｂが配設されている。ウエハ冷却用載置具９Ｂは、搬送室４の上方の空間であって、クリーンユニット１１よりも下方の空間に配置されている。ウエハ冷却用載置具９Ｂは、ボート８と同様の構造を有し、上方から下方へ向かって複数のウエハ保持溝を備えている。ウエハ冷却用載置具９Ｂでは、複数枚のウエハ２が水平状態において多段に積載される構成とされている。
図１に示されるように、ウエハ冷却用載置具９Ｂ及びウエハ冷却テーブル９Ａは、搬送室４の内部において、基板搬入搬出口４２及びゲートバルブ４３の設置位置よりも上方に配設され、かつ、クリーンユニット１１よりも下方に配設されている。すなわち、ウエハ冷却用載置具９Ｂ及びウエハ冷却テーブル９Ａは、移載機７を用いてポッド３から処理室５へウエハ２を搬送する搬送経路外に配置されている。このため、ウエハ処理又はウエハ搬送におけるスループットが低下することなく、ウエハ処理後においてウエハ２を冷却することができる。
ここで、本実施の形態の説明において、ウエハ冷却用載置具９Ｂとウエハ冷却テーブル９Ａとを合わせて冷却エリア（冷却領域）として説明する場合がある。
なお、冷却テーブル９Ａ及びウエハ冷却用載置具９Ｂを搬送室４外に、例えば、処理室５１と処理室５２の間に冷却室を設け、この冷却室に冷却テーブル９Ａ及びウエハ冷却用載置具９Ｂを配置する構成としても良い。
【００１５】
（処理室５の構成）
図１及び図２に示されるように、処理室５は基板処理装置１の処理炉として構成されている。ここで、処理室５において、一方の処理室５１の構成は他方の処理室５２の構成と同一であるので、以下、処理室５１について説明し、処理室５２の説明は省略する。
【００１６】
処理室５１は、図３に示されるように、キャビティ（処理容器）としての中空直方体形状のケース５３を備えている。ケース５３は、マイクロ波を反射する例えばアルミニウム（Al）等の金属材料により形成されている。また、ケース５３の天井部（上部）にはキャップフランジ（閉塞板）５５が設けられている。キャップフランジ５５は、ケース５３と同様に金属材料等により形成されている。キャップフランジ５５は図示省略の封止部材（シール部材）を介在させてケース５３に取付けられ、処理室５の内部の気密性が確保されている。この処理室５の内部では、ウエハ２の処理が行われる。封止部材としては、例えばＯリングが使用されている。
ここで、処理室５１では、ケース５３の内部にマイクロ波を透過させる石英製の反応管が設置されてもよい。この場合、反応管の内部が実効的な処理室５１として使用される。また、ケース５３は、キャップフランジ５５を設けずに、天井が閉塞されていてもよい。
【００１７】
処理室５１の底部には搬入搬出部５７が設けられている。搬入搬出部５７の搬送室４側の側壁にはゲートバルブ４３を介して搬送室４へ連通される搬入出開口５７Ｈが配設されている。
搬入搬出部５７の内部には、処理室５１の内部を上下方向へ移動可能な載置台５６が設けられている。載置台５６の上面には、ボート８が載置されている。ボート８としては、例えば石英ボードが使用されている。ボート８には、上下方向に離間し、かつ、対向して配置されたサセプタ８１及び８２が配置されている。搬入搬出部５７へゲートバルブ４３及び搬入出口５７Ｈを通して搬入されたウエハ２は、サセプタ８１とサセプタ８２との間に挟まれてボート８に保持される構成とされている。
【００１８】
サセプタ８１、８２は、例えばシリコン半導体ウエハ（Siウエハ）、炭化シリコンウエハ（SiCウエハ）等のマイクロ波を吸収して自身が加熱される誘電体等の誘電物質により形成されたウエハ２を間接的に加熱する機能を有する。このため、サセプタ８１、８２は、エネルギ変換部材、輻射板又は均熱板と呼ばれている。特に、保持枚数は限定されるものではないが、例えば、ボート８は上下方向に所定間隔において重ね合わされた３枚のウエハ２を保持可能な構成とされている。サセプタ８１、８２を備えると、サセプタ８１、８２から生じる輻射熱によって、効率良く、均一にウエハ２を加熱することができる。
なお、ボート８では、サセプタ８１の上部、サセプタ８２の下部にそれぞれ断熱板としての石英プレートが配設されてもよい。
【００１９】
ここで、ケース５３に周囲を囲まれた処理室５が配設された空間は、「処理空間」として説明する場合がある。
なお、本実施の形態では、処理室５は搬送室４に対して水平方向へ隣接して設置されているが、処理室５は、搬送室４に対して垂直方向、具体的には搬送室４の上方側又は下方側に隣接して設置されてもよい。
【００２０】
図１、図２及び図３に示すように、処理室５において、搬入搬出部５７の搬送室４側の側面には、ゲートバルブ４３に隣接した搬入出口５７Ｈが設けられている。ウエハ２は、搬送室４から搬入出口５７Ｈを通して処理室５へ搬入され、又処理室５から搬入出口５７Ｈを通して搬送室４へ搬出される。ゲートバルブ４３又は搬入出口５７Ｈの周辺には基板処理において使用されるマイクロ波の１／４波長の長さを有する図示省略のチョーク構造が設けられている。チョーク構造はマイクロ波の漏洩対策として構成されている。
【００２１】
搬送室４とは反対側においてケース５３の側面には、加熱装置としての電磁波供給部９０が設置されている。電磁波供給部９０はここではマイクロ波発生器９１、９２により構成されている。マイクロ波発生器９１、９２から供給されるマイクロ波は、処理室５の内部に導入されてウエハ２を加熱し、ウエハ２に各種処理を施す。
【００２２】
図３に示されるように、ボート８が載置される載置台５６は、その下面中心部分において、回転軸としてのシャフト５８の上端部に連結され、かつ、支持されている。シャフト５８の他端部は、ケース５３の底部、つまり搬入搬出部５７の底部を貫通し、ケース５３の下方側に配設された駆動機構５９に連結されている。ここで、駆動機構５９には電気モータ及び昇降装置が使用されている。電気モータの回転軸にはシャフト５８の他端部が連結されている。駆動機構５９にシャフト５８が連結されているので、駆動機構５９によりシャフト５８を回転させて載置台５６を回転させ、ボート８に保持されるウエハ２を回転させることができる。
ここで、搬入搬出部５７の底部から駆動機構５９へ至るシャフト５８の外周囲は、上下方向へ伸縮可能なベローズ５７Ｂに覆われている。ベローズ５７Ｂは処理室５の内部及び搬送エリアの内部の気密を保持する構成とされている。
【００２３】
駆動機構５９は、搬入搬出部５７の底部と処理室５の底部との間において、上下方向へ載置台５６を昇降可能な構成とされている。つまり、搬入搬出部５７の内部においてウエハ２が保持される位置（搬入搬出位置）から、処理室５の内部においてウエハ２が保持される位置（ウエハ処理位置）まで、駆動機構５９はボート８を上昇させる。逆に、処理室５の内部においてウエハ２が保持される位置から、搬入搬出部５７の内部においてウエハ２が保持される位置まで、駆動機構５９はボート８を下降させる。
【００２４】
（排気部１０の構成）
本実施の形態に係る基板処理装置１では、図１及び特に図３に示されるように、処理室５の上部に排気部１０が配設されている。排気部１０は、処理室５の内部の雰囲気を排気する構成とされている。図３には簡略的に示されているが、排気部１０では、処理室５の天井部に排気口１１Ａが設けられている。排気口１１Ａには排気管１１の一端が接続されている。
【００２５】
詳しく説明すると、図４及び図５に示されるように、本実施の形態では、処理室５の天井部の四隅に相当する４箇所に、合計４つの排気口１１Ａ〜１１Ｄが配置されている。図４を用いて説明すると、搬送室４から処理室５を見て、天井部の右側手前の隅に排気口１１Ａが配置され、右側奥の隅に排気口１１Ｂが配置されている。また、天井部の左側手前の隅に排気口１１Ｃが配置され、左側奥の隅に排気口１１Ｄが配置されている。排気口１１Ａ〜１１Ｄが特に天井部の四隅に配置されることにより、少ない個数であるにもかかわらず、処理室５の内部の上部空間の「熱こもり」を小さくして、排気効率を向上させることができる。
なお、排気口は少なくとも１箇所に配置されていればよいが、２以上の複数箇所に排気口が配置されることにより、排気効率を向上させることができる。
【００２６】
図４及び図５に示されるように、排気口１１Ａ〜１１Ｄにそれぞれ一端が接続された排気管１１の他端は集合されて１本の排気管１１とされている。この１本の排気管１１は、図３に概念的に示されるように、バルブ１２、圧力調整器１３のそれぞれを順次直列に介在させて真空ポンプ１４に接続されている。バルブ１２は開閉弁として使用されている。圧力調整器１３として、例えば処理室５の内部の圧力に応じて弁開度を制御する圧力制御コントローラ（APC：Adaptive Pressure Control）バルブが使用されている。
ここで、圧力調整器１３は、処理室５の内部の圧力情報に基づいて排気量を調整することができれば、圧力制御コントローラバルブに限定されるものではなく、通常の開閉バルブと圧力調整弁とを併用する構成とされてもよい。圧力情報は、処理室５の天板部に配設された圧力センサ１５から取得される。
【００２７】
本実施の形態では、排気部１０は、図３〜図５に示される排気口１１Ａ〜１１Ｄ、排気管１１、バルブ１２、圧力調整器１３を含んで構成されている。また、排気部１０は、更に真空ポンプ１４を含んで構成されてもよい。ここで、図３に概念的に示される排気部１０は処理室５の上方に配設されているが、実際には、図４に示されるように、排気部１０の排気管１１は、処理室５の上部において集合され、ケース５３の外側壁に沿って下方向へ向かって配管されている。この排気管１１の配管途中にバルブ１２、圧力調整器１３が配設され、そして排気管１１は真空ポンプ１４に接続されるレイアウトとされている。
なお、本実施の形態の説明において、単に「排気系」又は単に「排気ライン」として、排気部１０を説明する場合がある。
【００２８】
（ガス導入部２０の構成）
図３に示されるように、基板処理装置１において、処理室５の下部にガス導入部２０が配設されている。詳しく説明すると、ガス導入部２０は、搬入搬出部５７の搬入出口５７Ｈとは異なる側壁に配置された供給口２１Ａに一端が接続された供給管２１を備えている。供給口２１Ａは、排気管１１の排気口１１Ａよりも下方側に配置されている。供給管２１の他端は、バルブ２２、マスフローコントローラ（MFC：Mass Flow Controller）２３のそれぞれが順次直列に介在されて、図示省略のガス供給源に接続されている。バルブ２２は例えば開閉弁である。MFC２３は流量制御器である。ガス供給源は不活性ガス、原料ガス、反応ガス等の各種基板処理に必要とされる処理ガスを供給し、供給された処理ガスは処理室５の内部に供給される。ここでは、不活性ガスとして、具体的には窒素ガスがガス供給源から処理室５の内部へ供給される構成とされている。
【００２９】
図４及び図５に示されるように、ガス導入部２０は、更にケース５３の上下方向中間部に配置された供給口２４Ａに一端が接続された供給管２１を備えている。供給口２４Ａは、排気管１１の排気口１１Ａよりも下方側であって、供給管２１の供給口２１Ａよりも上方側に配置されている。供給管２４の他端は、バルブ２２と同等の図示省略のバルブ、MFC２３のそれぞれが順次直列に介在されて、図示省略のガス供給源に接続されている。このガス供給源は、供給管２１が接続されたガス供給源と同一のガス供給源である。このように、供給管２４及びMFC２３を含んで構成されるガス導入部２０の一部は中間ガス導入部として構成されている。
なお、供給口２４Ａは、ケース５３の側壁のここでは矩形状領域内に複数形成された貫通孔の集合体により構成されている。つまり、供給口２４Ａはメッシュ形状に形成されている。供給口２４Ａから処理室５の内部へ供給される、例えば窒素ガスは処理室５の内部に均一に広がりを持たせられるので、ボート８に保持されたウエハ２の面内において又は複数のウエハ２において均一な処理を施すことができる。
【００３０】
なお、基板処理に際して、処理室５の内部へ複数種類のガスを供給する場合には、図３に示される処理室５とバルブ２２との間の供給管２１に、他の種類のガスを導入する供給管が接続される。この供給管には、下流側から上流側へ向かって、バルブ、MFCのそれぞれが順次直列に介在されて他の種類のガス供給源が接続される。
また、複数種類のガスを供給するガス供給源から処理室５へそれぞれ直接接続される並列的に配管された供給管を備え、各供給管にバルブ及びMFCが配設されてもよい。
【００３１】
本実施の形態では、図３に示される供給管２１、バルブ２２及びMFC２３を含んでガス導入部２０が構成されている。また、ガス導入部２０は図示省略のガス供給源を含んで構成されてもよい。さらに、ガス導入部２０は、図５に示される中間ガス導入部としての供給管２４、図示省略のバルブ、MFC２３（及びガス供給源）を含んで構成されてもよい。
なお、ガス導入部２０により供給される不活性ガスとしては、窒素ガスの他に、アルゴン（Ar）ガス、ヘリウム（He）ガス、ネオン（Ne）ガス、キセノン（Xe）ガス等の希ガスを使用することができる。
【００３２】
（温度測定部１６の構成）
図３に示されるように、処理室５の天井部はキャップフランジ５５により密閉され、キャップフランジ５５には温度測定部１６が配設されている。温度測定部１６には非接触式の温度センサが使用されている。温度測定部１６は処理室５の内部温度を測定して温度情報を生成し、この処理室５の内部温度情報に基づいて、ガス導入部２０から導入される冷却ガスの流量が調整される。また、温度測定部１６は、ウエハ２の温度を測定して温度情報を生成し、このウエハ２の温度情報に基づいて電磁波供給部９０の出力等が調整される。これにより、ウエハ２の加熱温度が調整され、処理室５の内部における温度分布、つまりウエハ２の温度分布が最適化される。温度測定部１６としての温度センサには、例えば放射温度計（IR：Infrared Radiation）を実用的に使用することができる。放射温度計では、ウエハ２の表面温度が測定される。ボート８にサセプタ８１が設けられている場合には、放射温度計はサセプタ８１の表面面度を測定する。
【００３３】
なお、本実施の形態の説明において、ウエハ２の温度（ウエハ温度）とは、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という意味で使用される。また、ウエハ２の温度とは、温度測定部１６を用いて、直接、ウエハ２の温度を測定して取得した温度という意味で使用される場合がある。さらに、双方の意味で使用される場合がある。
【００３４】
上記温度変換データは、図７に示される記憶部としての制御部１００の記憶装置１０３又は制御部１００の外部に設置された外部記憶装置１０５に予め記憶されている。温度変換データは、図３に示されるサセプタ８１、ウエハ２のそれぞれに対する温度変化の推移を取得し、この推移から導き出されたサセプタ８１の温度とウエハ２の温度との相関関係を示すデータである。
このような温度変換データが予め作成されると、サセプタ８１の温度のみを測定すれば、ウエハ２の温度を推定することができる。そして、この推定されたウエハ２の温度に基づいて、電磁波供給部９０の出力を調節して、処理温度を調節することができる。
【００３５】
温度測定部１６は、前述の放射温度計に限定されるものではない。例えば、温度の測定手段として、熱電対を利用した温度計による温度の測定、この温度計に非接触式温度計を併用した温度の測定であってもよい。但し、熱電対を利用した温度計が使用される場合、ウエハ２の近傍に熱電対が配置されて温度測定が行われるので、電磁波供給部９０から発生されたマイクロ波によって熱電対自体が加熱され、温度を正確に測定することが難しくなる。このため、温度測定部１６として、非接触式温度計を実用的に使用することができる。
【００３６】
また、温度測定部１６の配設場所はキャップフランジ５５に限定されるものではない。例えば、温度測定部１６は、載置台５６に配設してもよい。また、温度測定部１６は、キャップフランジ５５や載置台５６に直接配設するだけでなく、キャップフランジ５５や載置台５６に設けられた図示省略の測定窓からの放射光を鏡等を用いて反射させ、この反射光を間接的に測定して、温度を測定する構成としてもよい。さらに、温度測定部１６は、処理室５に１つ配設することに限定されず、処理室５に複数配設してもよい。
【００３７】
（電磁波供給部９０の構成）
図３及び図５に示されるように、搬送室４側とは反対側において、処理室５のケース５３の側壁には、処理室５の内部と外部とを貫通する電磁波導入ポート９０Ｂが配設されている。図５に示されるように、電磁波導入ポート９０Ｂは、ここでは、上下方向に２個、左右方向に２個の合計４個配設されている。電磁波導入ポート９０Ｂは、搬送室４から処理室５側へ見て、左右方向を長手方向とする矩形状に形成されている。なお、電磁波導入ポート９０Ｂの個数並びに形状は特に限定されるものではない。
電磁波導入ポート９０Ｂには導波管９０Ａの一端部が連結され、導波管９０Ａの他端部には電磁波供給部９０が連結されている。ここで、電磁波供給部９０にはマイクロ波発生器９１、９２が使用されている。処理室５の上側に配設された電磁波導入ポート９０Ｂには導波管９０Ａを通してマイクロ波発生器９１が連結されている。マイクロ波発生器９１を用いて発生したマイクロ波は導波管９０Ａ及び電磁波導入ポート９０Ｂを通して処理室５の内部へ供給される。処理室５の下側に配設された電磁波導入ポート９０Ｂには導波管９０Ａを通してマイクロ波発生器９２が連結されている。マイクロ波発生器９２を用いて発生したマイクロ波は導波管９０Ａ及び電磁波導入ポート９０Ｂを通して処理室５の内部へ供給される。
【００３８】
なお、マイクロ波発生器９１、９２として、マグネトロン、クライストロン等を使用することができる。マイクロ波発生器９１、９２により発生されるマイクロ波は、13.56 MHz以上、24.125 GHz以下の周波数範囲に制御されている。好適には、マイクロ波は、2.45 GHz、又は5.8 GHz以下の周波数に制御されている。
ここで、マイクロ波発生器９１、９２は、同一周波数のマイクロ波を発生させているが、異なる周波数のマイクロ波を発生させる構成としてもよい。また、電磁波供給部９０は、１つの処理室５に１個のマイクロ波発生器を備えてもよいし、２個、３個又は５個以上のマイクロ波発生器を備えて構成されてもよい。また、処理室５の対向する側壁にマイクロ波発生器９１、９２のそれぞれを配設してもよい。
【００３９】
図１及び図３に示されるように、電磁波供給部９０は制御部（コントローラ）１００に接続されている。少し詳しく説明すると、図７に示されるように、電磁波供給部９０は制御部１００に接続され、制御部１００は温度測定部１６に接続されている。処理室５において、温度測定部１６を用いてウエハ２の温度（処理室５の内部温度）が測定されると、測定された内部温度は温度情報として制御部１００へ送信される。制御部１００では、温度情報に基づいてマイクロ波発生器９１、９２の出力が調節され、ウエハ２の加熱温度（ウエハ２の処理温度）が調節される。
マイクロ波発生器９１、９２の出力の調節方法として、入力電圧レベルを調節する方法、入力電圧期間（電源のON時間とOFF時間との比率）を調節する方法のいずれかを使用することができる。
【００４０】
ここで、マイクロ波発生器９１、９２は、制御部１００から送信される同一の制御信号によって制御される。なお、マイクロ波発生器９１、９２は、制御部１００からそれぞれに個別の制御信号を送信して個々に制御する構成とされてもよい。
【００４１】
（処理室５のパージガス循環構造の構成）
図１及び図６に示されるように、処理室５に隣接する搬送室４には、搬送室４の内部のパージガスを流通させる機構としてパージガス循環構造が配設されている。図６に示されるように、搬送室４は、パージガス供給機構４０１と、圧力制御機構４３０とを備えている。パージガス供給機構４０１は、搬送室４の周囲に形成されたダクト内にパージガスとしての不活性ガス又は空気（フレッシュエアー）を供給する構成とされている。圧力制御機構４３０は搬送室４の内部の圧力を制御する。パージガス循環構造では、パージガス供給機構４０１及び圧力制御機構４３０を備えることにより、搬送室４の内部の酸素濃度を調節することができる。
搬送室４の内部に設置されたクリーンユニット１１の上方（パージガス循環経路の上流側）には、パージガス循環構造を構成する検出部４２２が設けられている。クリーンユニット１１は、搬送室４の内部に存在する塵や不純物等のパーティクルを取り除くフィルタと、パージガスを送風する送風機（ファン）４２０とを含んで構成されている。
検出部４２２は酸素濃度を検出する。また、検出部４２２は、酸素濃度に加えて水分濃度も検出する構成とされてもよい。
パージガスとしての不活性ガスには、処理室５の内部に供給される不活性ガスと同様の種類のガスを使用することができる。
【００４２】
圧力制御機構４３０は、搬送室４の内部を所定の圧力に保持する調整ダンパ４３４と、排気路４１４を全開又は全閉に調節可能な排気ダンパ４３５とにより構成される。調整ダンパ４３４は、搬送室４の内部の圧力が所定の圧力より高くなると開くオートダンパ（背圧弁）４３１と、オートダンパ４３１の開閉を制御するプレスダンパ４３２とを含んで構成されている。このように調整ダンパ４３４及び排気ダンパ４３５の開閉を制御することにより、搬送室４の内部を任意の圧力に制御することができる。
【００４３】
本実施の形態では、搬送室４の天井部において、クリーンユニット１１が、図８中、左右に１つずつ配置されている。移載機７の周辺であって、搬送室４の上下方向中間部には、パージガスの流れを整える整流板としての多孔板４０３が設置されている。多孔板４０３には、例えばステンレス製板材に複数の貫通孔を有するパンチングパネルが使用されている。
多孔板４０３を備えることにより、搬送室４の内部の空間が上部空間としての第１空間４０１と下部空間としての第２空間４０２とに区画されている。すなわち、搬送室４の内部において、天井部と多孔板４０３との間の空間にウエハ搬送領域として使用される第１空間４０１が形成され、又多孔板４０３と搬送室４の床面との間の空間にガス排気領域として使用される第２空間４０２が形成されている。
【００４４】
搬送室４の内部において、第２空間４０２の下部には、移載機７を挟んで、図７中、左右にそれぞれ１つずつ吸出部４１２が配置されている。吸出部４１２は、搬送室４の内部を流れたパージガスを循環させ、更に排気する。
また、搬送筐体４１の壁面内、すなわち、搬送筐体４１の外壁面と内壁面の間には、循環路４１１及び排気路４１３が配設されている。循環路４１１及び排気路４１３はパージガスの循環経路を構築している。循環路４１１は、クリーンユニット１１と吸出部４１２との間を繋ぐ循環経路である。循環路４１１は、図６中、左右一対に配設されている。排気路４１３は、吸出部４１２と圧力制御機構４３０とを繋ぐ循環経路である。
なお、循環経路には図示省略の冷却機構（ラジエータ）が配設可能である。冷却機構を備えると、循環経路を循環されるパージガスの温度を制御することができる。
【００４５】
循環経路は吸出部４１２から循環路４１１と排気路４１３とに分岐されている。循環路４１１は、クリーンユニット１１の上流側へ繋がれ、搬送室４の内部へパージガスを再び供給し循環させる流路である。左右一対の排気路４１３は搬送室４の下部において１本の外部排気路４１４に集合され、この外部排気路４１４は圧力制御機構４３０に繋がれている。圧力制御機構４３０からは循環されたパージガスが搬送室４の外部に排気される。
【００４６】
上記パージガス循環構造の動作は以下の通りである。図６において、パージガスの流れは矢印を用いて概略的に示されている。
例えばパージガスとしての窒素ガスが、パージガス供給機構４０１から搬送室４の内部に導入される。窒素ガスは、クリーンユニット１１を通して搬送室４の天井部から搬送室４の内部へ供給される。搬送室４の内部では、ダウンフローＤＦが形成される。搬送室４の内部では、多孔板４０３が設けられ、多孔板４０３の上方側が第１空間４０１、多孔板４０３の下方側が第２空間４０２とされているので、第１空間４０１と第２空間４０２との間に差圧が生じる。第１空間４０１の圧力は第２空間４０２の圧力よりも高くなる。
このような区画構造を採用することにより、ツィーザ７１よりも下方において移載機エレベータ７４等の駆動部から発生するパーティクルのウエハ搬送領域内への飛散を効果的に抑制又は防止することができる。また、搬送室４の内部において、床面から第１空間４０１へのパーティクルの舞い上がりが効果的に抑制又は防止することができる。
【００４７】
ダウンフローＤＦにより第１空間４０１から第２空間４０２に流れた窒素ガスは、吸出部４１２を通して搬送室４から吸い出される。窒素ガスの吸い出しには送風機４２０が使用される。搬送室４から吸い出された窒素ガスは、吸出部４１２の下流において循環路４１１と排気路４１３との２つの循環経路に分流される。循環路４１１に分流された窒素ガスは、搬送筐体４１の上方に流れ、クリーンユニット１１を通して搬送室４の内部へ循環される。
一方、排気路４１３に分流された窒素ガスは、搬送筐体４１の下方に流れ、外部排気路４１４を通して搬送室４の外部へ排気される。
【００４８】
ここで、送風機４２０は、吸出部４１２への窒素ガスの吸い出しを促す。循環路４１１、排気路４１３のコンダクタンスが小さい場合には、送風機４２０を用いることにより、窒素ガスの流れが良くなり、窒素ガスの循環効率を向上させ、循環される窒素ガスのダウンフローＤＦを発生し易くすることができる。
このようなパージガス循環構造では、左右２つの循環経路に分かれてパージガスが循環され、更に排気されるので、搬送室４の内部において均一なパージガスの流れを発生させることができる。
パージガス循環構造は、パージガス供給機構４０１と、クリーンユニット１１と、循環路４１１及び排気路４１３を含む循環経路とを主要な構成要素として構成されている。なお、圧力制御機構４３０、外部排気路４１４、調整ダンパ４３４、排気ダンパ４３５、吸出部４１２、第１空間４０１、第２空間４０２、送風機４２０の少なくとも１つは、パージガス循環構造を構築する主要な構成要素として含めてもよい。
【００４９】
ここで、パージガス循環構造において、搬送室４の内部に窒素ガスを循環させる制御は、調整ダンパ４３４及び排気ダンパ４３５の開閉制御により行ってもよい。例えば、パージガス循環構造において、オートダンパ４３１及びプレスダンパ４３２を開状態とし、排気ダンパ４３５を閉状態に制御することにより、搬送室４の内部に窒素ガスを循環させることができる。このとき、排気路４１３に流れる窒素ガスは、排気路４１３内に滞留させてもよいし、循環路４１１に流れる制御をしてもよい。なお、搬送室４の内部に冷却ユニットを備えれば、循環されるパージガスを冷却することができる。
【００５０】
ここで、基板処理装置１を用いた処理において、ポッド３の内部圧力、搬送室４の内部圧力及び処理室５の内部圧力は、すべて大気圧、又は大気圧よりも10 Pa 〜 200 Pa（ゲージ圧）程度の高い圧力に調節される。さらに、搬送室４の内部圧力は処理室５の内部圧力よりも高く調節され、又処理室５の内部圧力はポッド３の内部圧力よりも高く調節されることが好ましい。
【００５１】
（制御部１００の構成）
図７に示されるように、制御部１００は、中央演算処理ユニット（CPU：Central Processing Unit）１０１、ランダムアクセスメモリ（RAM：Random Access Memory）１０２、記憶装置１０３及び入出力（I/O）ポート１０４を含んで構成されている。すなわち、制御部１００はコンピュータとして構成されている。ここで、本実施の形態の説明において、中央演算処理ユニット１０１はCPU１０１、ランダムアクセスメモリ１０２はRAM１０２、入出力ポート１０４はI/Oポート１０４と記載する。
CPU１０１は、内部バス１１０を通してRAM１０２、記憶装置１０３、I/Oポート１０４のそれぞれに接続されると共に、相互に情報の送受信を行うことができる。制御部１００には内部バス１１０を通して入出力装置１０６が接続されている。入出力装置１０６としては、タッチパネル、キーボード、マウス等を使用することができる。記憶装置１０３には、例えばフラッシュメモリ、ハードディスク（HDD：Hard Disk Drive）等を使用することができる。
【００５２】
記憶装置１０３には、基板処理装置１の基板処理動作を制御する制御プログラム、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、アニール（改質）処理の手順、条件等が記載され、基板処理における各手順を制御部１００に実行させて所定の結果を得るために組み合わされたものであり、プログラム（ソフトウエア）として機能する。
本実施の形態の説明において、制御プログラム、プロセスレシピ等は、総称して、単に「プログラム」と記載する。また、プロセスレシピは、単に「レシピ」と記載する場合もある。ここで、「プログラム」とは、レシピ単体のみ、制御プログラム単体のみ、又は双方を含む意味において使用されている。RAM１０２は、CPU１０１により読み出されたプログラム、データ等を一時的に保存するメモリ領域（ワークエリア）として使用されている。
【００５３】
I/Oポート１０４は、MFC２３、バルブ２２、圧力センサ１５、圧力調整器１３、電磁波供給部９０、温度測定部１６、真空ポンプ１４、ゲートバルブ４３、駆動機構５９、圧力制御機構４３０、等のそれぞれに接続されている。これらの接続には外部バス１１１が使用されている。
【００５４】
制御部１００のCPU１０１は、記憶装置１０３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１０６から入力される操作コマンド等に応じて記憶装置１０３からレシピを読み出す。
CPU１０１は、読み出されたレシピの内容に沿って、MFC２３を用いた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１５に基づく圧力調整器２２を用いた圧力調整動作、真空ポンプ１４の起動及び停止のそれぞれを実行する。また、CPU１０１は、温度測定部１６に基づく電磁波供給部９０の出力調整動作を実行する。さらに、CPU１０１は、駆動機構５９による載置台５６（又はボート８）の回転動作、回転速度調節動作、又は昇降動作等を実行する。
【００５５】
制御部１００では、外部記憶装置１０５に格納されたプログラムがインストロールされる。外部記憶装置１０５には、例えばハードディスク等の磁気ディスク、光磁気ディスク（MO：Magneto-Optic disk）、コンパクトディスク（CD：Compact Disk）等の光ディスクが使用されている。また、外部記憶装置１０５としては、ユニバーサルシリアルバス（USB：Universal Serial Bus）メモリ等の半導体メモリを使用することができる。
ここで、記憶装置１０３、外部記憶装置１０５は、プログラム、データ等を読み取り可能な又は読み書き可能な記録媒体であり、総称して単に「記録媒体」と記載する場合がある。本実施の形態の説明において、記録媒体とは、記憶装置１０３単体のみ、外部記憶装置１０５単体のみ、又は双方を含む意味において使用されている。なお、プログラムは、記憶装置１０３や外部記憶装置１０５を用いることなく、インターネットや専用回線等の通信手段を用いて、制御部１００へ提供されてもよい。
【００５６】
（基板処理方法）
次に、基板処理装置１による基板処理方法について、図１〜図７を参照しつつ、図８を用いて説明する。本実施の形態では、基板処理方法として、半導体装置（デバイス）の製造プロセスの一工程である、例えば、ウエハ（基板）２上に形成されたアモルファスシリコン膜の改質方法（結晶化方法）を説明する。ここで、図１に示される基板処理装置１の各構成要素は、図７に示される制御部１００を用いて動作を制御する。
なお、基板処理装置１は複数の処理室５１、５２を備え、処理室５１、５２のそれぞれでは同一のレシピに基づいて同一の処理が実行されるので、一方の処理室５１を用いた処理について説明し、他方の処理室５２を用いた説明は省略する。
【００５７】
本実施の形態の説明において、「ウエハ２」とは、ウエハ２そのもの、又は表面に所定の単層膜や積層膜が形成されたウエハ２という意味において使用されている。「ウエハ２の表面」とは、ウエハ２そのものの表面、又はウエハ２に形成された単層膜や積層膜の表面という意味において使用されている。さらに、「ウエハ２の表面に所定の層を形成する」とは、ウエハ２そのものの表面に所定の層を直接形成する、又はウエハ２に形成された単層膜や積層膜の表面に、所定の層を形成するという意味において使用されている。また、「ウエハ２」は「基板」と同義として使用されている。
【００５８】
（１）基板取出し工程（ステップＳ１）
図１に示される基板処理装置１の搬送室４において、移載機７はロードポートユニット６によって開口されたポッド３から処理対象となるウエハ２を所定枚数取り出し、ツィーザ７１、７２のいずれか一方又は双方にウエハ２が載置される。
【００５９】
（２）基板搬入工程（ステップＳ２）
ツィーザ７１、７２のいずれか一方又は双方に載置されたウエハ２は、図１及び図３に示されるゲートバルブ４３の開閉動作によって所定の処理室５の内部に搬入される（ボートローディングされる）。ここでは、処理室５の搬入搬出部５７にボート８が降下されており、このボート８にウエハ２が保持される。ボート８に保持されたウエハ２は、駆動機構５９により載置台５６を上昇することでボート８を処理室５内に搬入される。
【００６０】
（３）炉内圧力、温度調整工程（ステップＳ３）
処理室５の内部（炉内）が所定の圧力に調節される。例えば、圧力は10 Pa 〜102000 Paに調節される。具体的には、処理室５の内部が真空ポンプ１４により排気されつつ、圧力センサ１５により検出された圧力情報に基づいて圧力調整器１３の弁開度がフィードバック制御され、処理室５の内部が所定の圧力に調節される。
また、同時に、予備加熱として電磁波供給部９０が制御され、マイクロ波発生器９１、９２からマイクロ波を発信させて所定の温度まで処理室５の内部が加熱される。所定の基板処理温度まで昇温させる場合、ウエハ２の変形や破損を防止するため、電磁波供給部９０は後工程である改質工程における出力よりも小さい出力において昇温させることが好ましい。
なお、大気圧下で基板処理を行う場合、処理室５の内部の圧力調整は行わず、処理室５の内部の温度調整のみを行った後、次の不活性ガス供給工程（ステップＳ４）へ移行する制御としてもよい。
【００６１】
（４）不活性ガス供給工程（ステップＳ４）
炉内圧力、温度調整工程により処理室５の内部の圧力と温度とが所定の値に調節されると、図３に示される駆動機構５９は、シャフト５８を回転させて載置台５６上のボート８に保持されたウエハ２を回転させる。このとき、ガス導入部２０から処理室５の内部への冷却ガスとしての不活性ガスの供給が開始される。不活性ガスには例えば窒素ガスが使用される。図示省略のガス供給源から、マスフローコントローラ２３、バルブ２２を介在させ、供給管２１の供給口２１Ａを通して、処理室５の下部の搬入搬出部５７内に窒素ガスが供給される。
一方、図３に示される排気部１０の動作が開始され、処理室５の内部の雰囲気が排気される。詳しく説明すると、排気部１０において、真空ポンプ１４の動作が開始され、バルブ１２、圧力調整器１３を介在させ、排気口１１Ａ〜１１Ｄから排気管１１を通して真空ポンプ１４により雰囲気が排気される。処理室５の内部の圧力は10 Pa 以上102000 Pa以下に調節され、好ましくは101300 Pa 以上102000 Pa以下に調節される。
なお、後述する改質工程での電磁波供給部９０からマイクロ波の供給が開始されたときに、この不活性ガス供給工程を開始するようにしても良い。
【００６２】
（５）改質工程開始（ステップＳ５）
処理室５の内部が所定の圧力に維持されると、電磁波供給部９０から処理室５の内部にマイクロ波が供給される。マイクロ波の供給によって、ウエハ２が100℃以上1000℃以下の温度、好適には400℃以上900℃以下の温度に加熱される。さらに、500℃以上700℃以下の温度にウエハ２を加熱することが好ましい。
このような温度範囲において基板処理を実施することにより、ウエハ２が効率良くマイクロ波を吸収するので、改質処理の速度を向上させることができる。換言すると、ウエハ２が100℃よりも低い温度、又は1000℃よりも高い温度により処理されると、ウエハ２の表面が変質してしまい、マイクロ波が吸収され難くなってしまうので、ウエハ２が効率良く加熱し難くなる。
【００６３】
ここで、処理室５の内部へのマイクロ波の供給が開始されると、このタイミングに一致させ、図４〜図５に示されるように、処理室５の内部に中間ガス導入部から冷却ガスとしての窒素ガスが供給される。つまり、ガス供給源からMFC２３、図示省略のバルブを介在させ、供給管２４の供給口２４Ａを通して、処理室５内に窒素ガスが供給される。
マイクロ波の供給が開始されると、処理室５の内部温度が急激に上昇する。処理室５の内部へのガス導入部２０からの冷却ガスの供給に加えて、中間ガス導入部から冷却ガスが処理室５の内部に供給されることにより、処理室５の上部の熱こもりを効果的に抑制又は防止することができる。
【００６４】
マイクロ波による加熱方式では、処理室５に定在波が発生し、ウエハ２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２が変形する。ここでは、ボート８のサセプタ８１、８２もウエハ２と同様に変形が生じる。このような変形を抑制するため、電磁波供給部９０の電源のON/OFF制御が行われている。
このとき、電磁波供給部９０の供給電力が低出力とされ、ホットスポットの影響を小さくすれば、ウエハ２の変形を効果的に抑制することができる。この場合、ウエハ２やサセプタ８１、８２に照射されるエネルギが小さくなるので、昇温温度が小さくなる。このため、加熱時間を長くする必要がある。
【００６５】
（６）温度測定（ステップＳ６）
図１及び図３に示される温度測定部１６を用いて処理室５の内部温度が測定される。ここでは、温度測定部１６に非接触式の温度センサが使用され、温度測定部１６により測定された温度情報に基づいて、処理温度が制御される。温度測定の対象であるウエハ２に変形や破損が生じると、温度測定部１６がモニタするウエハ２の位置やウエハ２に対する測定角度が変化するので、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。ここでは、ボート８のサセプタ８１、８２もウエハ２と同様に変形が生じる。このため、温度情報をトリガとして、電磁波供給部９０の電源のON/OFFを制御し、処理室５の内部温度が調節される。
【００６６】
図７に示す記憶部としての記憶装置１０３には、処理室５の内部温度の上限閾値及び下限閾値が予め記憶されている。そして、温度測定部１６から得られる温度情報に基づいて、処理室５内にガス導入部２０から供給される冷却ガスの流量が調整される。
図９には、温度測定部１６を用いて測定された温度と処理時間との関係並びに温度変化状態とMFC２３を用いて調節された窒素ガスの流量[slm]との関係が示されている。内部温度が下限閾値以上、かつ、上限閾値以下である場合、所定の流量の窒素ガスが処理室５の内部に供給される。測定温度は横向きの矢印により表され、ここでは、例えばガス導入部２０から処理室５内へ所定の流量の 5 slmの窒素ガスが供給されている。
ここで、処理室５の内部温度が上限閾値を超えるか否かが制御部１００により判定される（ステップＳ７）。上限閾値を超える場合、所定の流量よりも多い冷却ガスがガス導入部２０から処理室５内へ供給される（ステップＳ８）。上限閾値を超える場合（図９中、符号Ｐ２を用いて示される位置）には、測定温度は上向き矢印により表されるように上昇しているので、ガス導入部２０から供給される窒素ガスの流量が多く調節される。ここでは、10 slmに窒素ガスの流量が多くされる。これにより、処理室５の内部温度を下げて、基板処理温度の最適化を図ることができ、更に処理室５の上部の熱こもりを効果的に抑制することができる。
【００６７】
ステップＳ７において、処理室５の内部温度が上限閾値を超えない場合、処理室５の内部温度が下限閾値に満たないか否かが制御部１００により判定される（ステップＳ９）。下限閾値に満たない場合、所定の流量よりも少ない冷却ガスがガス導入部２０から処理室５の内部に供給される（ステップＳ１０）。下限閾値に満たない場合（図９中、符号Ｐ１を用いて示される位置）には、測定温度は下向き矢印により表されるように下降しているので、ガス導入部２０から供給される窒素ガスの流量が少なく調節される。ここでは、2 slmに窒素ガスの流量が少なくされる。これにより、処理室５の内部温度を上げることができ、基板処理温度の最適化を図ることができる。
なお、内部温度の上限閾値の判定、下限閾値の判定のそれぞれの手順は逆であってもよい。
【００６８】
また、処理室５の内部温度が下限閾値に満たない場合、図５に示される中間ガス導入部から処理室５内への冷却ガスの供給を停止させるようにしても良い。これにより、処理室５の内部温度を上げることができ、基板処理温度の最適化を図ることができる。
【００６９】
改質工程を実行することにより、ウエハ２が加熱され、ウエハ２の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。すなわち、ウエハ２には、均一に結晶化されたポリシリコン膜を形成することができる。
そして、改質工程が終了したか否かが制御部１００により判定される（ステップＳ１１）。具体的には、予め設定された処理時間が経過したか否かが判定され、所定時間が経過していない場合、すなわち、改質工程が終了していない場合にはステップＳ７に戻る。
一方、所定時間が経過すると、ボート８の回転、冷却ガスの供給、マイクロ波の供給及び処理室５の内部の排気が停止され、改質工程を終了する。
【００７０】
（７）不活性ガス供給工程（ステップＳ１２）
ステップＳ１１において、改質工程が終了したと判定されると、処理室５の圧力調整器１３もしくは搬送室４の圧力制御機構４３０の少なくともいずれか一方を調整することにより、処理室５の内部圧力が搬送室４の内部圧力よりも低く調節される。そして、ゲートバルブ４３が開放される。これにより、搬送室４の内部を循環するパージガスが処理室５の下部から上部へ向かって排気され、処理室５の上部の熱こもりを効果的に抑制することができる。
【００７１】
（８）基板搬出工程（ステップＳ１３）
ゲートバルブ４３が開放されるので、処理室５と搬送室４とが空間的に連通される。その後、ボート８に保持されている改質工程後のウエハ２が移載機７のツィーザ７１、７２により搬送室４へ搬出される。
【００７２】
（９）基板冷却工程（ステップＳ１４）
ツィーザ７１、７２によって搬出されたウエハ２は、移載装置７３、移載装置エレベータ７４の連続動作により、冷却エリアまで移動され、ツィーザ７１によって、ウエハ冷却用載置具９Ｂに載置される。
【００７３】
ここで、図１に示されるように、冷却エリアがクリーンユニット１１の近傍、すなわち、クリーンユニット１１のパージガス送出口の少なくとも一部に対向する位置に配置されることにより、ウエハ２の冷却効率を向上させることができる。さらに、ウエハ２の冷却にはパーティクルの少ないパージガスが使用されるので、ウエハ２の表面又は表面上に形成された薄膜の膜質を向上させることができる。
また、ウエハ冷却用載置具９Ｂは、ウエハ２を載置するウエハ保持溝９ａの上方にウエハ２の径と同一又はより大きい径を有する円盤形状の天板を備えてもよい。これにより、クリーンユニット１１からのダウンフローＤＦが直接ウエハ２に吹き付けられないので、急速冷却によるウエハ２の均一な冷却を抑制することができ、ウエハ２の変形を効果的に抑制又は防止することができる。
【００７４】
以上の動作が繰り返されることにより、ウエハ２に改質処理が施され、本実施の形態に係る基板処理工程が終了する。
【００７５】
ここで、前述の図３に示される処理室５では、ボート８に３枚のウエハ２を保持させて基板処理が行われているが、このウエハ２の枚数に限定されるものではない。例えば、図１０に示される基板処理シーケンスに示されるように、処理室５１、５２のそれぞれのボート８に１枚のウエハ２を保持させ、同一の基板処理を並列的に行った後に、ウエハ２に冷却処理を施してもよい。
また、図１１に示されるように、スワップ処理を行い、処理室５１、５２のそれぞれにおいて２枚のウエハ２に基板処理を施してもよい。このとき、処理室５１、５２のそれぞれで行われる基板処理の回数が一致するようにウエハ２の搬送先を制御することができる。このように制御されると、各処理室５１、５２における基板処理の実施回数が一定となり、メンテナンス等の保守点検作業を効率良く行うことができる。例えば、処理室５１にウエハ２が前回搬送された場合、次回搬送されるウエハ２の搬送先は処理室５２とされることにより、各処理室５１、５２における基板処理の実施回数を調節することができる。
【００７６】
（本実施の形態による効果）
本実施の形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果が得られる。
（１）本実施の形態は、処理室５と、ボート８と、マイクロ波発生器９１、９２と、温度測定部１６と、ガス導入部２０と、排気部１０と、記憶装置１０３（図９参照）と、制御部１００とを備える。処理室５はウエハ２を処理する。ボート８は、処理室５の内部に配設され、ウエハ２を保持する。マイクロ波発生器９１、９２は、処理室５の内部にマイクロ波を発生させる。温度測定部１６は、処理室５の内部温度を測定する。ガス導入部２０は、処理室５の下部に配設され、処理室５の内部へ冷却ガスを導入する。排気部１０は、処理室５の上部に配設され、処理室５の外部へ冷却ガスを排気する。
【００７７】
ここで、記憶装置１０３では、処理室５の内部温度の上限閾値及び下限閾値が記憶される。制御部１００は、マイクロ波発生器９１、９２からマイクロ波を発生させて処理室内のウエハ２を加熱処理し、温度測定部１６による処理室５の内部温度を測定し、内部温度が下限閾値以上、かつ、上限閾値以下の場合に、ガス導入部２０から所定の流量の冷却ガスを処理室５内へ導入し、内部温度が上限閾値を超える場合にガス導入部２０から所定の流量よりも多い冷却ガスを処理室５内へ導入し、内部温度が下限閾値に満たない場合にガス導入部２０から所定の流量よりも少ない冷却ガスを処理室５内へ導入するように制御する。
このため、処理室５の内部温度が下限閾値と上限閾値との範囲内に制御され、最適化された温度範囲内において基板処理が行えるとともに、処理室５の上部の熱こもりを効果的に抑制又は防止することができるので、プロセス再現性を向上させることができる。
【００７８】
（２）本実施の形態では、排気部１０は、処理室５内において、マイクロ波を用いたウエハ２の処理により生じる熱を冷却ガスと共に排出することができるので、処理室５の上部の熱こもりを効果的に抑制又は防止することができる。
【００７９】
（３）本実施の形態は、処理室内の圧力を調整する圧力調整器１３と、冷却ガスが供給され、処理室５に隣接する搬送室４と、搬送室４の圧力制御を行う初力制御機構４３０と、搬送室４と処理室５との間に配設され、搬送室４から処理室５へのウエハ２の搬入に際して開閉するゲートバルブ４３と、を更に備える。そして、制御部１００は、圧力調整器１３もしくは圧力制御機構４３０を調整の少なくともいずれか一方により、処理室５の内部圧力が搬送室４の内部圧力よりも低い状態にして、ゲートバルブ４３を開き、搬送室４に供給される冷却ガスを処理室５内へ導入するように制御を行う。
このため、搬送室４に供給される冷却ガスを用いて、処理室５の上部の熱こもりを効果的に抑制又は防止することができる。
【００８０】
（５）本実施の形態では、排気部１０は、処理室５の四隅にそれぞれ連結された排気管１１を備えているので、処理室５の上部隅の熱こもりが生じ易い部位において熱こもりを効果的に抑制又は防止することができる。
【００８１】
（６）本実施の形態では、ガス導入部は、処理室５の下部に配設されているので、処理室５の下部から上部への冷却ガスの流れを形成し、処理室５の上部の熱こもりを効果的に抑制又は防止することができる。
【００８２】
（７）本実施の形態は、処理室５の側壁の上下方向中間部に配設され、処理室５内へ冷却ガスを導入する中間ガス導入部を更に備えているので、加熱処理直後の基板の急激な温度上昇を効果的に抑制することができる。
【００８３】
［その他の実施の形態］
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更可能である。例えば、上記実施の形態では、ウエハ２に形成された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説明したが、本発明は、この例に限定されない。
【００８４】
詳しく説明すると、本発明は、酸素（O）、窒素（N）、炭素（C）、水素（H）のうち、少なくとも１以上を含むガスを供給し、基板表面に形成された膜を改質してもよい。例えば、ウエハに、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、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することにより、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、本発明は、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、ウエハ上に形成された、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膜又はWO膜を改質する場合にも、本発明を適用することができる。
【００８５】
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場合にも、本発明を適用することができる。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、硼素（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）等の少なくとも１つ以上が含まれる。
【００８６】
メタクリル酸メチル樹脂（PMMA：Polymethylmethacrylate、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等の少なくともいずれかをベースとするレジスト膜に本発明を適用することができる。
【００８７】
また、本発明は、液晶パネルの製造プロセスにおけるパターニング処理、太陽電池の製造プロセスにおけるパターニング処理や、パワーデバイスの製造プロセスにおけるパターニング処理等、基板を処理する技術にも適用可能である。
【符号の説明】
【００８８】
１  基板処理装置
２  ウエハ
４  搬送室
５  処理室
１０  排気部
２０  ガス導入部
９０  電磁波供給部
９１、９２  マイクロ波発生器
１００  制御部
１０３  記憶装置
【図１】
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【図２】
2019180966.tif 000004
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年8月31日(2020.8.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を処理する処理室と、
マイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、
前記処理室の内部温度を測定する温度測定部と、
前記処理室内へ冷却ガスを導入するガス導入部と、
前記処理室外へ前記冷却ガスを排気する排気部と、
前記処理室の内部温度の上限閾値及び下限閾値を記憶する記憶部と、前記処理室内の前記基板に対して前記マイクロ波発生器から発生される前記マイクロ波を供給し、前記温度測定部により測定した内部温度が前記下限閾値以上、且つ前記上限閾値以下である場合に前記ガス導入部から所定の流量で前記冷却ガスを前記処理室内へ導入し、前記測定した内部温度が前記上限閾値を超える場合に前記ガス導入部から前記所定の流量よりも多い前記冷却ガスを前記処理室内へ導入し、前記測定した内部温度が前記下限閾値に満たない場合に前記ガス導入部から前記所定の流量よりも少ない前記冷却ガスを前記処理室内へ導入するように前記マイクロ波発生器と前記ガス導入部を制御するよう構成される制御部と、
を備えた基板処理装置。
【請求項２】
前記排気部は、前記処理室の内部において、前記マイクロ波を用いた前記基板の処理により生じる熱を前記冷却ガスと共に排出する請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記マイクロ波発生器から前記マイクロ波が発生されると、前記ガス導入部から前記処理室内へ前記冷却ガスを導入するように前記ガス導入部の制御するよう構成される請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記処理室内の圧力を調整する圧力調整器と、
前記冷却ガスが供給され、前記処理室に隣接する搬送室と、
前記搬送室の圧力制御を行う圧力制御機構と、
前記搬送室と前記処理室との間に配設され、前記搬送室から前記処理室への前記基板の搬入に際して開閉するゲートバルブと、を更に備え、
前記制御部は、前記処理室内の圧力より前記搬送室内の圧力が高くなるようにし、前記ゲートバルブを開き、前記搬送室に供給される前記冷却ガスを前記処理室の内部へ導入するように前記圧力調整器もしくは前記圧力制御機構の少なくともいずれか一方と前記ゲートバルブを制御するよう構成される請求項１記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記排気部は、前記処理室の上部四隅に設けられ、前記処理室の上部にこもった熱を前記冷却ガスと共に排出する請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記処理室の上部四隅に設けられる前記排気部は、それぞれが連結される排気配管を備える請求項５に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記ガス導入部は、前記処理室の下部に配設されている請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記処理室の側壁の上下方向中間部に配設され、前記処理室内へ前記冷却ガスを導入する中間ガス導入部を更に備えた請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記中間ガス導入部は、矩形状領域内に複数形成された貫通孔により構成される請求項８に記載の基板処理装置。
【請求項１０】
前記マイクロ波発生器は、前記処理室の壁面に複数設けられる請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項１１】
前記基板を複数のサセプタとの間に挟んで保持する基板保持部を備える請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項１２】
処理室内へ基板を搬入する工程と、
前記処理室内へ冷却ガスを導入しながらマイクロ波発生器から発生されるマイクロ波により前記処理室内の基板を加熱処理する工程と、
前記処理室の上部の内部温度を測定する工程と、
前記内部温度が下限閾値以上、且つ上限閾値以下の場合に前記冷却ガスを所定の流量で前記処理室内へ導入し、前記内部温度が前記上限閾値を超える場合に前記所定の流量より多い前記冷却ガスを前記処理室内へ導入し、前記内部温度が前記下限閾値に満たない場合に前記所定の流量より少ない前記冷却ガスを前記処理室内へ導入する工程と、
前記加熱処理後の前記基板を前記処理室内から搬出する工程と、
を備えた半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
基板処理装置の処理室内へ基板を搬入する手順と、
前記処理室内へ冷却ガスを導入しながらマイクロ波発生器から発生されるマイクロ波により前記基板を加熱処理する手順と、
前記処理室の上部の内部温度を測定する手順と、
前記内部温度が下限閾値以上、且つ上限閾値以下の場合に前記冷却ガスを所定の流量で前記処理室内へ導入し、前記内部温度が前記上限閾値を超える場合に前記所定の流量より多い前記冷却ガスを前記処理室内へ導入し、前記内部温度が前記下限閾値に満たない場合に前記所定の流量より少ない前記冷却ガスを前記処理室内へ導入する手順と、
前記加熱処理後の前記基板を前記処理室内から搬出する手順と、
をコンピュータを用いて前記基板処理装置に実行させるプログラム。
【国際調査報告】
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