(57)【要約】  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。
2020188675.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１７／０５６１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。
【発明の効果】
【０００６】
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。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】本開示における基板処理のフローを示す図である。
【図４Ａ】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。
【図４Ｂ】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。
【図４Ｃ】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。
【図５】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。
【図６Ａ】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。
【図６Ｂ】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。
【図７】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８】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。
【図９】本開示における実施形態の変形例１を示した図である。
【図１０】本開示における実施形態の変形例２を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
＜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。
【０００９】
（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。
【００１０】
（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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
（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。
【００１８】
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。
【００１９】
（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。
【００２０】
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。
【００２１】
（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。
【００２２】
（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。
【００２３】
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。
【００２４】
（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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
（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。
【００３０】
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。
【００３１】
（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）。
【００３２】
（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）。
【００３３】
（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）。
【００３４】
（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。
【００３５】
（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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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）。
【００４０】
（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）。
【００４１】
（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。
【００４２】
（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。
【００４３】
（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。
【００４４】
（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）。
【００４５】
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。
【００４６】
（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。
【００４７】
（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）。
【００４８】
（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）。
【００４９】
（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。
【００５０】
（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。
【００５１】
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。
【００５２】
（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。
【００５３】
（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。
【００５４】
（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。
【００５５】
（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。
【００５６】
（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。
【００５７】
（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。
【００５８】
（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。
【００５９】
（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。
【００６０】
（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。
【００６１】
（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。
【００６２】
（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。
【符号の説明】
【００６３】
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）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2020188675.tif 000007
【図４Ｃ】
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【図５】
2020188675.tif 000009
【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
2020188675.tif 000013
【図９】
2020188675.tif 000014
【図１０】
2020188675.tif 000015
【国際調査報告】
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2020188675.tif 000017
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