JP2012094600A - 基板処理装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スループットの低下を抑制しつつ、処理室内壁に付着した副生成物を除去することのできる基板処理装置を提供する。
【解決手段】基板を処理する処理室と、前記処理室内に設けられ基板を保持する基板保持部と、前記基板保持部に基板が保持された状態で、前記処理室内に第１のガスを導入する第１のガス導入部と、前記基板保持部に基板が保持されてない状態で、前記処理室内に第２のガスを導入する第２のガス導入部と、前記第１のガスを処理室に導入している間及び前記第２のガスを処理室に導入している間、前記処理室内にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部とから基板処理装置を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板上にＩＣ（Integrated Circuit）等の半導体装置を製造する基板処理技術に係り、特に、マイクロ波を用いて、半導体ウェハ（以下、ウェハという。）等の基板を処理し、半導体装置を製造する半導体製造装置や、基板を処理する基板処理装置、あるいは、半導体装置の製造方法に関する。

ＩＣの製造工程においては、ウェハ上にＩＣ回路を作製する前工程が終了した後、ウェハを研磨して薄くするバック・グラインド、ウェハをチップに切断するダイシング、チップをパッドに装着するマウント、接着、モールド、仕上げプロセス、テストという後工程に進む。
ＷＬＰ（Wafer Level Packing）は、ＩＣが作製されたウェハ上に、半導体パッケージとして必要な再配線、封止樹脂、はんだバンプを形成し個片化するものである。ＷＬＰの一種であるＳｉＰ（System in Package）の製造では、前工程と後工程の間に中間工程が必要となり、前工程のウェハを受取った後、バック・グラインドの前に、チップの配線上部に加工を施す再配線などの工程が入り、ポリイミド系材料等で層間絶縁膜を形成して銅再配線を形成し、その先端にはんだボールを搭載する。

従来、ポリイミド系材料の加熱・硬化には、抵抗加熱型ヒータが使用されてきたが、近年、低温での硬化、ウェハの反りの減少を目的として、マイクロ波を用いる試みがなされている。これは、例えば４〜８ＧＨｚの範囲でマイクロ波の周波数を変化させ、特定箇所のみが集中電界により加熱されることを防止しつつ、処理室内にマイクロ波を導入し、ウェハ上のポリイミド系材料を加熱処理して硬化するものである。このような、ポリイミド系材料を硬化する工程を、同一処理室内で繰り返すと、処理室内壁にポリマーであるＮ−メチルピロリドン（N-methylpyrrolidone：Ｃ_５Ｈ_９ＮＯ）が付着して、処理室内壁のマイクロ波の反射率を低下させ、ウェハ間での再現性の良い処理ができなくなる。また、マイクロ波エネルギーの損失になり、また、製品ウェハにパーティクルが付着する要因となる。

しかし、生産を止めて処理室内を薬品等により清掃することは容易でなく、メンテナンス時間を増大させることにより、スループットの低下をもたらす。スループットの低下をもたらすことなく、処理室内壁に付着したポリマー等の副生成物を除去することが望まれている。

本発明の目的は、上述した課題を解決し、スループットの低下を抑制しつつ、処理室内壁に付着したポリマー等の副生成物を除去することのできる基板処理装置および半導体装置の製造方法を提供することにある。

本発明では、マイクロ波を発生させ、該マイクロ波により励起したプラズマを用いて、処理室内壁に付着したポリマー等の副生成物を除去するものである。本発明に係る基板処理装置の代表的な構成は、次のとおりである。
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に設けられ基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部に基板が保持された状態で、前記処理室内に第１のガスを導入する第１のガス導入部と、
前記基板保持部に基板が保持されてない状態で、前記処理室内に第２のガスを導入する第２のガス導入部と、
前記第１のガスを処理室に導入している間及び前記第２のガスを処理室に導入している間、前記処理室内にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
を備える基板処理装置。

また、本発明に係る半導体装置の製造方法の代表的な構成は、次のとおりである。
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に設けられ基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部に基板が保持された状態で、前記処理室内に第１のガスを導入する第１のガス導入部と、
前記基板保持部に基板が保持されてない状態で、前記処理室内に第２のガスを導入する第２のガス導入部と、
前記処理室内にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部とを備える半導体製造装置を用いた半導体装置の製造方法であって、
前記処理室内に基板を搬入し、前記基板保持部に基板を載置する工程と、
前記基板保持部に基板が保持された状態で、前記処理室内に第１のガスを供給するとともに、前記マイクロ波供給部から前記処理室内にマイクロ波を供給する工程と、
前記処理室内から基板を搬出する工程と、
前記基板保持部に基板が保持されてない状態で、前記処理室内に第２のガスを導入するとともに、前記マイクロ波供給部から前記処理室内にマイクロ波を供給する工程と、
を備える半導体装置の製造方法。

上記のように基板処理装置や半導体装置の製造方法を構成すると、スループットの低下を抑制しつつ、処理室内壁に付着したポリマー等の副生成物を除去することができ、さらに、第１のガスで基板処理したときに発生し、処理室に付着した反応副生成物を、基板に影響しない状態でクリーニングすることができる。

本発明の実施形態に係る基板処理装置の垂直断面図である。 本発明の実施形態に係る電磁波加熱装置の斜視図である。 本発明の実施形態に係る処理容器の壁の構造を示す図である。 本発明の実施形態に係るＯ_２ガス噴射時の圧力とマイクロ波パワーの関係を示す図である。

本発明の実施形態に係る基板処理装置の構成について、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る基板処理装置の垂直断面図である。基板処理装置１０は、後述する搬送室７０と電磁波加熱装置１２とを備える。電磁波加熱装置１２は、処理容器１８と電磁波発生部２０と導波路２２とを備える。

電磁波発生部２０は、例えば、固定マイクロ波又は可変周波数マイクロ波等の電磁波を発生する。電磁波発生部２０としては、例えばマイクロトロン等が用いられる。電磁波発生部２０で発生した電磁波は、導波路２２を介して導波口２４から処理室１６内に導入される。電磁波発生部２０と導波路２２と導波口２４から、マイクロ波供給部が構成される。

処理容器１８内には、基板としてのウェハ１４を処理する処理室１６が備えられる。処理容器１８は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）など金属材料により構成されており、処理室１６を電磁波的に遮蔽する構造となっている。
処理室１６内には、ウェハ１４を保持する基板保持部としてのボート３０が設けられている。ボート３０は、保持したウェハ１４の中心と処理室１６の中心とが垂直方向で略一致するように設けられている。ボート３０は、例えば石英又はテフロン（登録商標）等からなる複数（本実施形態においては３本）の柱３２を備える。柱３２にはそれぞれ、ウェハ１４を載置する載置溝３４が設けられている。載置溝３４を挟んで上下の位置に、反射板３６、３８が設けられている。反射板３６、３８は、リング状に形成されており、電磁波を反射する。
処理室１６内には、ウェハ１４の温度を検出する温度検出器２６が設けられている。温度検出器２６は、後述する制御部８０に電気的に接続されている。

ボート３０に保持されるウェハ１４よりも上方に、電磁波を処理室１６内に供給する導波口２４が設けられ、ウェハ１４と導波口２４が所定の距離に保たれている。このような構成とすることで、この構成を有さない場合と比較して、ウェハ１４上の位置による加熱度合いのばらつきを抑制することができる。すなわち、ウェハ１４に、加熱し過ぎる箇所や、加熱されない箇所が生じるのを防止することができる。

処理容器１８の下部であって処理室１６の底面の略中心には、例えば窒素（Ｎ_２）等の第１のガスを導入する第１のガス導入管４０が設けられている。第１のガス導入管４０には、上流から順に、第１のガス供給源８１ａ、ガス流量を調整するＭＦＣ８２ａ、ガス流路を開閉するバルブ８３ａが設けられており、このバルブ８３ａを開閉することで、処理室１６内にガス導入管４０からガスが導入、又は導入停止される。第１のガス導入管４０から導入される導入ガスは、ウェハ１４や後述する壁面５２を冷却したり、パージガスとして処理室１６内のガスを押し出したりするのに用いられる。
第１のガス供給源８１ａと第１のガス導入管４０とＭＦＣ８２ａとバルブ８３ａから、第１のガス導入部が構成される。ＭＦＣ８２ａとバルブ８３ａは、制御部８０と電気的に接続されており、制御部８０により制御される。

処理容器１８の各壁面には、例えば酸素（Ｏ_２）等の第２のガスを導入する第２のガス導入管４１ｂ〜４１ｅが設けられている。図１の例では、底面にはガス導入管４１ｂ、右側面にはガス導入管４１ｃ、左側面にはガス導入管４１ｄ、上面にはガス導入管４１ｅが設けられている。第２のガス導入管４１ｂ〜４１ｅには、それぞれ、上流から順に、第２のガス供給源８１ｂと、ＭＦＣ８２ｂ〜８２ｅ、バルブ８３ｂ〜８３ｅが設けられている。手前側の正面と向こう側の背面にも、同様の第２のガス導入管が設けられているが、ガス導入管４１ｂ〜４１ｅと同様の構成であるので、説明を省略する。

第２のガス導入管４１ｂ〜４１ｅから導入されたガスは、それぞれ、処理容器１８の各壁面内部に設けられたガス流路４６ｂ〜４６ｅに接続され、それぞれ、処理容器１８の内壁に設けられたガス導入孔４７ｂ〜４７ｅ（図３参照）から、処理室１６内に導入されるようになっている。例えば、ガス導入管４１ｂから導入されたガスは、ガス流路４６ｂを経てガス導入孔４７ｂから、処理室１６内に導入される。ガス流路４６ｂ〜４６ｅは、それぞれ、互いに分離された別構造のガス流路であり、互いに連通することはない。したがって、第２のガスを、処理容器１８の各壁面から、互いに独立した経路で、互いに独立のタイミングで、処理室１６内に導入することができる。

ガス流路４６ｂとガス導入孔４７ｂの例を、図３に示す。図３は、本発明の実施形態に係る処理容器１８の壁の構造を示す図であり、図３（ａ）は、処理室１６内から処理容器１８の壁面内側を見た図であり、複数のガス導入孔４７ｂが格子状に配列されている。図３（ｂ）は、図３（ａ）の平面図であり、図３（ｃ）は、図３（ａ）の側面図である。図３の例では、処理容器１８の壁面内部に、互いに連通する複数のガス流路４６ｂが設けられ、各ガス流路４６ｂに、それぞれ複数のガス導入孔４７ｂが、処理室１６内に向けて開口している。ガス導入孔４７ｂは、１ｃｍ^２当たり、１つ程度、又はそれ以上の密度で設けるのが好ましい。ガス導入孔４７ｂは、本例では、孔径が０．５ｍｍである。
第２のガス供給源８１ｂと第２のガス導入管４１ｂ〜４１ｅとＭＦＣ８２ｂ〜８２ｅとバルブ８３ｂ〜８３ｅとガス導入孔４７ｂ〜４７ｅから、第２のガス導入部が構成される。ＭＦＣ８２ｂ〜８２ｅとバルブ８３ｂ〜８３ｅは、制御部８０と電気的に接続されており、制御部８０により制御される。

図２は、本発明の実施形態に係る電磁波加熱装置の斜視図である。図２に示すように、例えば直方体である処理容器１８の上部であって処理室１６の四隅には、導入ガスを排気するガス排出管４２が設けられている。図１に示すように、４つのガス排出管４２は、統合されてガス排出管４３となり、ガス排出管４３には、上流から順に、圧力調整バルブ４４と排気装置としての真空ポンプ４５が設けられており、この圧力調整バルブ４４の開度を調整することで、処理室１６内の圧力が所定の値に調整される。
ガス排出管４３と圧力調整バルブ４４と真空ポンプ４５からガス排出部が構成される。圧力調整バルブ４４と真空ポンプ４５は、制御部８０と電気的に接続されており、制御部８０により圧力調整制御される。
ガス排出管４２は、それぞれ、水平方向の位置が、ウェハ１４の外周部よりも外側に設けられている。このため、ガス排出管４２に付着した不純物がウェハ１４上へ落下することを防止することができる。

図３に示すように、処理容器１８の各壁面５２の内部には、この壁面５２を冷却する冷却路５４が設けられている。冷却路５４には冷却水が供給されており、例えば加熱処理過程において、ウェハ１４からの放射熱や加熱されたガス等により壁面５２が温度上昇するのを抑制することができる。これにより、温度上昇に伴う壁面５２の電磁波の反射効率の低下を抑制することができる。壁面５２の温度を一定とすることで、壁面５２の電磁波の反射効率を一定とし、延いては、実質的な電磁波電力を安定させることが可能となる。

図１に示すように、処理容器１８の壁面５２の一側面には、処理室１６の内外にウェハ１４を搬送するためのウェハ搬送口６０が設けられている。ウェハ搬送口６０には、ゲートバルブ６２が設けられており、このゲートバルブ６２を開けることにより、処理室１６内と搬送室７０内とが連通するように構成されている。搬送室７０は密閉容器７２内に形成されている。

ゲートバルブ６２とウェハ搬送口６０との接触部分には、シール材としての非金属製のガスケット（導電性Ｏリング）６４が取り付けられている。このため、ゲートバルブ６２とウェハ搬送口６０との接触部分は密閉され、処理室１６から電磁波が漏洩しないようになっている。

搬送室７０内には、ウェハ１４を搬送する搬送ロボット７４が設けられている。搬送ロボット７４には、ウェハ１４を搬送する際にウェハ１４を支持する搬送アーム７４ａが備えられている。ゲートバルブ６２を開くことによって、搬送ロボット７４により処理室１６内と搬送室７０内との間で、ウェハ１４を搬送することが可能なように構成されている。処理室１６内に搬送されたウェハ１４は、載置溝３４に載置される。

次に、電磁波加熱装置１２について、図２を用いて説明する。
ボート３０の柱３２は、例えば石英やテフロン（登録商標）等により構成されているため、電磁波を透過させるようになっている。これにより、本構成を有さない場合と比較して、効果的にウェハ１４全体に電磁波が照射される。

反射板３６、３８は、金属等の電磁波を反射する材料（本例ではステンレス）から、リング板状に構成される。反射板３６、３８の外径は、ウェハ１４の外径よりも大きく、内径は、ウェハ１４の外径よりも小さい。すなわち、リング状の反射板３６、３８の外周部は、ウェハ１４の外周部よりも半径方向において外側にあり、反射板３６、３８の内周部は、ウェハ１４の外周部よりも半径方向おいて内側にある。このため、載置溝３４に載置されたウェハ１４の端部（外周部近傍）は、垂直方向において、反射板３６、３８と重なる。

ここで、電磁波による加熱においては、被加熱物に端面や突起等がある場合、その部分に電磁波エネルギーで発生する電界が集中する傾向（端面効果）があり、それにより被加熱物が不均一に加熱されることがある。
そこで、本実施形態においては、反射板３６、３８の水平面とウェハ１４の端部が、垂直方向において重なるように設けている。このようにすることで、反射板３６、３８により電磁波を反射し、ウェハ１４の端部に照射される電磁波の集中を抑制し、調整することができる。その結果、電磁波の端面効果によってウェハ１４の端部が過度に加熱されること、つまり、ウェハ１４が不均一に加熱されることを防止し、ウェハ１４を均一に加熱することができる。

反射板３６、３８は、ウェハ１４との重なりが、ウェハ１４の外周部からλ／４（１／４波長）程度の範囲となるように設けられている。つまり、反射板３６、３８の内周部の半径は、ウェハ１４の半径よりもλ／４程度小さく、反射板３６、３８の外周部の半径は、ウェハ１４の半径よりもλ／４程度大きくなっている。ここでλは、処理室１６内に導入されるマイクロ波の波長である。この反射板３６、３８とウェハ１４との重なりがλ／４未満であると、端面効果による不均一な加熱を防止する効果が弱まる。また、この重なりがλ／４より大きくなると、ウェハ１４が反射対３６、３８で覆われる部分が増加するため、ウェハ１４に対する加熱作用が弱まる。

反射板３６、３８は、それぞれ、ウェハ１４からの垂直方向における距離が、ウェハ１４の搬送を阻害しない範囲で、λ（１波長）未満の範囲となるように配置されている。この距離がλ以上になると、端面効果による不均一な加熱を防止する効果が弱まる。
反射板３６、３８が、それぞれ、ウェハ１４の搬送を阻害しない範囲で最も近づく位置に設けられている場合、それよりも遠くに配置されている場合と比較して、より効果的に端面効果による不均一な加熱を防止することができる。

基板処理装置１０は、この基板処理装置１０の各構成部分の動作を制御する制御部８０を備え、制御部８０は、電磁波発生部２０、ゲートバルブ６２、搬送ロボット７４、ＭＦＣ８２ａ〜８２ｅ、バルブ８３ａ〜８３ｅ、圧力調整バルブ４４等の各構成部の動作を制御する。

次に、本実施形態の基板処理の内容について説明する。本実施形態の基板処理は、半導体装置を製造する複数の工程の中の一工程を構成するものである。
本実施形態の基板は、ＷＬＰ（ウェハレベルパッケージ）技術が使用され、ポリイミド系材料を絶縁膜として使用している。ポリイミド系材料のキュア（硬化）処理では、例えば、層間絶縁膜を形成し、Ｃｕ配線にはんだボールを付着させた状態で、マイクロ波によって基板温度を２５０℃程度まで加熱する。このときの処理室内雰囲気は、処理室及び基板の酸化を防止するために、例えば窒素雰囲気とする。キュア処理によって層間絶縁膜が硬化され、層間をより高絶縁状態とすることが可能となる。
ポリイミド系材料を硬化させるためのキュア処理においては、副生成物として例えばＮ−メチルピロリドンが発生し、処理室の壁面に付着してしまう。Ｎ−メチルピロリドンが壁面に付着すると、壁面から反射するマイクロ波の反射率が変動してしまい、基板間での再現性の良い処理ができなくなる。
付着したＮ−メチルピロリドンを除去するために、キュア処理を所定の回数行った後、例えばプラズマ酸素によるクリーニング処理を行う。プラズマ酸素を壁面に当てることで、Ｎ−メチルピロリドンがＮＯ，Ｈ_２Ｏ，ＣＯ_２など、Ｏと結合した気体となり、その雰囲気を排除することで、処理室の壁面がクリーニングされる。

次に、基板処理装置１０における本実施形態の基板処理動作について、即ち、半導体装置を製造する複数の工程の中の１工程を説明する。
（基板搬入工程）
ウェハ１４を処理室１６に搬入する基板搬入工程において、まず、ゲートバルブ６２を開き、処理室１６と搬送室７０とを連通させる。次に、処理対象のウェハ１４を搬送アーム７４ａで支持し、搬送ロボット７４により、搬送室７０内から処理室１６内へ搬入する。処理室１６内に搬入されたウェハ１４は、搬送ロボット７４により柱３２の載置溝３４に載置され、ボート３０に保持される。次に、搬送ロボット７４の搬送アーム７４ａが処理室１６内から搬送室７０内へ戻ると、ゲートバルブ６２が閉じられる。

（窒素ガス置換工程）
次に、処理室１６内を窒素（Ｎ_２）雰囲気に置換する。ガス排出管４２から、真空ポンプ４５により処理室１６内のガス（雰囲気）を排出するとともに、ガス導入管４０から、第１のガスとしてのＮ_２ガスを処理室１６内に導入する。このとき、圧力調整バルブ４４により処理室１６内の圧力を所定の値（大気圧）に調整する。

（加熱処理工程）
次に、電磁波発生部２０で発生させた電磁波であるマイクロ波を、導波口２４から処理室１６内に導入し、ウェハ１４を加熱し、ウェハ１４上のポリイミド系絶縁層のキュア処理を行う。このとき、冷却路５４に冷却水を供給しておくことで、壁面５２の温度上昇を抑制する。所定時間、電磁波を導入して基板加熱処理を行った後、電磁波の導入を停止する。
キュア処理では、ポリイミド系材料の分子をマイクロ波により振動させることで加熱している。その結果、ポリイミド系材料の層における不要な成分（この場合はＮ−メチルピロリドン）が排出され、ポリイミド系材料の層を硬化させる。

加熱処理工程において、制御部８０はバルブ８３ａを開いて、処理室１６内にガス導入管４０からＮ_２ガスを導入するとともに、圧力調整バルブ４４により処理室１６内の圧力を所定の値（大気圧）に調整しつつ、ガス排出管４２から処理室１６内のＮ_２ガスを排出する。このようにして、加熱処理工程において、ウェハ１４が所定の温度となるようにＮ_２ガスにより冷却し、また、処理室１６内を所定の圧力値に維持する。本例では、周波数５．８５〜６．６５ＧＨｚのマイクロ波をパワー５００Ｗ、ウェハ１４の温度２５０℃、処理室１６内の圧力を大気圧として１０分間、加熱処理を行った。

（基板搬出工程）
加熱処理工程が終了すると、上述した基板搬入工程に示した手順とは逆の手順により、加熱処理したウェハ１４を処理室１６から搬送室７０内へ搬出する。

（酸素ガス置換工程）
次に、処理室１６内にウェハ１４がない状態で、ゲートバルブ６２を閉じた後、処理室１６内を真空引きして処理室１６内のＮ_２ガスを排出する。その後、ガス導入管４１ｂ〜４１ｅのいずれか又は複数から、第２のガスとしてのＯ_２ガスを処理室１６内に導入しつつ、圧力調整バルブ４４により処理室１６内の圧力を、マイクロ波を照射してもプラズマが発生しない低圧である基底圧力に調整する。基底圧力は、例えば２００Ｐａ以下であり、本例では、５Ｐａとした。

（クリーニング工程）
次に、所定の時間、処理室１６内にマイクロ波を供給しつつ、ガス導入管４１ｂ〜４１ｅのいずれか、例えばガス導入管４１ｂから、第２のガスとしてのＯ_２ガスを処理室１６内に導入する。このとき、プラズマを生成しやすいように、マイクロ波の周波数を単一周波数でなく、例えば、５．８５〜６．６５ＧＨｚの帯域のなかで、１秒間に約４０００周期で変更する。こうすることにより、Ｏ_２ガスを導入したガス導入管４１ｂの近くの処理容器１８の壁面５２付近の圧力を高くして、Ｏ_２ガスを導入したガス導入管４１ｂの近くの壁面５２にのみ、プラズマを発生させることができる。このプラズマにより、ガス導入管４１ｂの近くの壁面５２に付着した副生成物を除去（クリーニング）する。本例では、マイクロ波パワー１５０Ｗ、処理室１６内の温度を室温（約２５℃）とし、処理室１６内の圧力２０〜５０Ｐａで、２０秒間、クリーニング処理を行った。
クリーニング処理後は、ガス導入管４１ｂから処理室１６内へＯ_２ガスを導入しつつ、あるいは、ガス導入管４０とガス導入管４１ｂから、処理室１６内へＮ_２ガスとＯ_２ガスを導入しつつ、処理室１６内のプラズマを含む雰囲気をガス排気管４２から排気して、処理室１６内を所定の基底圧力へ戻す。

なお、上述のように処理容器１８の壁面５２の一部の圧力のみを高くするのではなく、処理室１６内全体の圧力を高くした場合は、導波口２４近傍にのみプラズマが生成するため、全ての壁面５２にプラズマが行き渡らない。プラズマは、電導性を有するので、最初に導波口２４近傍にプラズマが生成されると、そのプラズマが、導波口２４から出ようとするマイクロ波を反射するからである。

上述のように、クリーニング時は、処理室内に供給した酸素をプラズマ状態とするために、マイクロ波照射により、酸素分子を振動させ励起させるものである。特に、酸素プラズマ生成時、酸素プラズマを継続的に生成するために、周波数を変動させている。酸素分子を様々な周波数で振動させることで、継続して効率良くプラズマを生成することが容易となる。

次に、所定の時間、ガス導入管４１ｃから、第２のガスとしてのＯ_２ガスを処理室１６内に導入する。こうすることにより、ガス導入管４１ｃの近くの壁面５２付近のみの圧力を高くして、その壁面５２にのみ、プラズマを発生させることができる。このプラズマにより、ガス導入管４１ｃの近くの壁面５２に付着した副生成物を除去する。
ガス導入管４１ｃの近くの壁面５２のクリーニング処理後は、ガス導入管４１ｃから処理室１６内へＯ_２ガスを導入しつつ、あるいは、ガス導入管４０とガス導入管４１ｂから、処理室１６内へＮ_２ガスとＯ_２ガスを導入しつつ、処理室１６内のプラズマを含む雰囲気をガス排気管４２から排気して、処理室１６内を基底圧力へ戻す。

以下同様にして、ガス導入管４１ｄ、４１ｅから順次、Ｏ_２ガスを処理室１６内に導入し、Ｏ_２ガスを導入した付近の壁面５２に付着した副生成物を除去し、処理容器１８の全ての壁面５２をクリーニングする。このように、壁面５２付近にプラズマを生成することで、壁面５２に付着した副生成物に確実にプラズマを当てることができる。Ｏ_２ガスを噴射する壁面５２の噴射区域の順番は任意であり、事前に順番など設定して実施する。

壁面５２を順次クリーニングする様子を図４に示す。図４の例では、処理容器１８の壁面５２を複数のゾーン（噴射区域）、すなわち、ゾーン１〜ゾーンｎに分割し、各ゾーンに設けたガス導入管から順次、Ｏ_２ガスを処理室１６内に導入する。図４は、本発明の実施形態に係るＯ_２ガス噴射時の圧力とマイクロ波パワーの関係を示す図であり、図４（ａ）は、ゾーン１〜ゾーンｎに順次、ガス噴射する様子を示し、図４（ｂ）は、ガス噴射されたゾーン１〜ゾーンｎ付近の圧力が、ガス噴射により、プラズマを発生できない低圧である基底圧力から、プラズマを発生できる圧力へ上昇する様子を示し、図４（ｃ）は、ゾーン１〜ゾーンｎへのガス噴射のタイミングに合わせて、マイクロ波を発生させる様子を示す。

図４に示すように、まず、所定時間、処理容器１８内のゾーン１へＯ_２ガスを噴射するとともに、マイクロ波を発生させ処理室１６内に供給し、ゾーン１をクリーニングする。所定時間後、Ｏ_２ガス噴射は継続しつつマイクロ波供給を停止し、処理室１６内のプラズマを含む雰囲気を排気して、処理室１６内を基底圧力へ戻す。Ｏ_２ガスを流し続けることで、処理室１６内を基底圧力に保つ。
次に、所定時間、処理容器１８内のゾーン２へＯ_２ガスを噴射するとともに、マイクロ波を発生させ処理室１６内に供給し、ゾーン２をクリーニングする。所定時間後、Ｏ_２ガス噴射は継続しつつマイクロ波供給を停止し、処理室１６内のプラズマを含む雰囲気を排気して、処理室１６内を基底圧力へ戻す。以下同様にして、ゾーンｎまでの全てのゾーンをクリーニングする。

上述の実施形態によれば、（１）処理室内をムラなくクリーニングできる、（２）ｉｎ-ｓｉｔｕクリーニングが容易かつ効果的にできる、（３）加熱処理に用いたマイクロ波設備を有効に活用できる等の効果のうち、少なくとも１つを奏することができる。

なお、本発明は、上述の実施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。本発明は、層間絶縁膜だけでなく、封止材や緩衝材等のキュア処理にも適用できる。上述の実施形態では、第１のガスに窒素ガスを用いたが、アルゴン等の不活性ガスを用いることもできる。また、第２のガスとして、窒素ガス、三フッ化窒素ガス、三フッ化塩素ガス等を用いることもできる。
また、上述の実施形態では、マイクロ波の周波数を変動させることで、継続的にプラズマを生成したが、それに限るものではなく、マイクロ波の周波数は固定されていてもよい。固定周波数の場合は、周波数を変動させる場合に比べ、プラズマの生成効率が低いものの、周波数変動機能を持たない電源を使用できるので、基板処理装置の製造コストを低減できる。
また、上述の実施形態では、ウェハに処理が施される場合について説明したが、処理対象は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。

本明細書には、少なくとも次の発明が含まれる。すなわち、第１の発明は、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に設けられ基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部に基板が保持された状態で、前記処理室内に第１のガスを導入する第１のガス導入部と、
前記基板保持部に基板が保持されてない状態で、前記処理室内に第２のガスを導入する第２のガス導入部と、
前記第１のガスを処理室に導入している間及び前記第２のガスを処理室に導入している間、前記処理室内にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
を備える基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、スループットの低下を抑制しつつ、処理室内壁に付着したポリマー等の副生成物を除去することができ、さらに、第１のガスで基板処理したときに発生し、処理室に付着した反応副生成物を、基板に影響しない状態でクリーニングすることができる。

第２の発明は、前記第１の発明における基板処理装置であって、
前記第２のガス導入部は、前記処理室の壁面に設けられた基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、処理室の壁面近辺にクリーニングガスを維持させることができるので、効率よくクリーニング処理が可能となる。

第３の発明は、前記第１の発明又は第２の発明における基板処理装置であって、
前記マイクロ波供給部は、前記第２のガスを処理室に導入している間、供給するマイクロ波の周波数を変化させる基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、第２のガスのガス分子を様々な周波数で振動させることで、継続して効率良くプラズマを生成することが容易となる。

第４の発明は、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に設けられ基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部に基板が保持された状態で、前記処理室内に第１のガスを導入する第１のガス導入部と、
前記基板保持部に基板が保持されてない状態で、前記処理室内に第２のガスを導入する第２のガス導入部と、
前記処理室内にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部とを備える半導体製造装置を用いた半導体装置の製造方法であって、
前記処理室内に基板を搬入し、前記基板保持部に基板を載置する工程と、
前記基板保持部に基板が保持された状態で、前記処理室内に第１のガスを供給するとともに、前記マイクロ波供給部から前記処理室内にマイクロ波を供給する工程と、
前記処理室内から基板を搬出する工程と、
前記基板保持部に基板が保持されてない状態で、前記処理室内に第２のガスを導入するとともに、前記マイクロ波供給部から前記処理室内にマイクロ波を供給する工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
このように半導体装置の製造方法を構成すると、スループットの低下を抑制しつつ、処理室内壁に付着したポリマー等の副生成物を除去することができ、さらに、第１のガスで基板処理したときに発生し、処理室に付着した反応副生成物を、基板に影響しない状態でクリーニングすることができる。

第５の発明は、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に設けられ基板を保持する基板保持部と、
前記処理室内に第１のガスを導入する第１のガス導入部と、
前記処理室の第１の壁面及び第２の壁面にそれぞれガス導入孔を有し、該ガス導入孔から前記処理室内に第２のガスを導入する第２のガス導入部と、
前記処理室内にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
前記基板保持部に基板が保持された状態で、前記処理室内に前記マイクロ波供給部からマイクロ波を供給しつつ、前記処理室内に前記第１のガス導入部から第１のガスを導入し、前記基板保持部に基板が保持されてない状態で、前記処理室内に前記マイクロ波供給部からマイクロ波を供給しつつ、前記処理室の第１の壁面のガス導入孔からのみ第２のガスを導入し、その後、前記処理室内に前記マイクロ波供給部からマイクロ波を供給しつつ、前記処理室の第２の壁面のガス導入孔からのみ第２のガスを導入するよう制御する制御部と、
を備える基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、処理室の壁面近辺にクリーニングガスを維持させることができるので、効率よくクリーニング処理が可能となる。

第６の発明は、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に設けられ基板を保持する基板保持部と、
前記処理室内に第１のガスを導入する第１のガス導入部と、
前記処理室の第１の壁面及び第２の壁面にそれぞれガス導入孔を有し、該ガス導入孔から前記処理室内に第２のガスを導入する第２のガス導入部と、
前記処理室内にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
前記基板保持部に基板が保持された状態で、前記処理室内に前記第１のガス導入部から第１のガスを導入し、前記基板保持部に基板が保持されてない状態で、前記処理室内に前記マイクロ波供給部からマイクロ波を供給しつつ、前記処理室の第１の壁面のガス導入孔からのみ第２のガスを導入し、その後、前記処理室内に前記マイクロ波供給部からマイクロ波を供給しつつ、前記処理室の第２の壁面のガス導入孔からのみ第２のガスを導入するよう制御する制御部と、
を備える基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、処理室の壁面近辺にクリーニングガスを維持させることができるので、効率よくクリーニング処理が可能となる。

第７の発明は、前記第５の発明又は前記第６の発明における基板処理装置であって、
前記マイクロ波供給部が、前記第２のガスを処理室に導入している間、供給するマイクロ波の周波数を変化させるマイクロ波供給部である基板処理装置。
このように半導体装置の製造方法を構成すると、第２のガスのプラズマ状態を維持し続けることが容易になる。

１０…基板処理装置、１２…電磁波加熱装置、１４…ウエハ、１６…処理室、１８…処理容器、２０…電磁波発生部、２２…導波路、２４…導波口、２６…温度検出器、３０…ボート、３２…柱、３４…載置溝、３６、３８…反射板、４０…第１のガス導入管、４１ｂ〜４１ｅ…第２のガス導入管、４２、４３…ガス排出管、４４…圧力調整バルブ、４５…真空ポンプ、４６ｂ〜４６ｅ…ガス流路、４７ｂ〜４７ｅ…ガス導入孔、５２…壁面、５４…冷却路、６２…ゲートバルブ、７０…搬送室、８０…制御部、８１ａ…第１のガス供給源、８１ｂ…第２のガス供給源、８２ａ〜８２ｅ…ＭＦＣ、８３ａ〜８３ｅ…バルブ。

Claims (2)

1. 基板を処理する処理室と、
   前記処理室内に設けられ基板を保持する基板保持部と、
   前記基板保持部に基板が保持された状態で、前記処理室内に第１のガスを導入する第１のガス導入部と、
   前記基板保持部に基板が保持されてない状態で、前記処理室内に第２のガスを導入する第２のガス導入部と、
   前記第１のガスを処理室に導入している間及び前記第２のガスを処理室に導入している間、前記処理室内にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
   を備える基板処理装置。
2. 基板を処理する処理室と、
   前記処理室内に設けられ基板を保持する基板保持部と、
   前記基板保持部に基板が保持された状態で、前記処理室内に第１のガスを導入する第１のガス導入部と、
   前記基板保持部に基板が保持されてない状態で、前記処理室内に第２のガスを導入する第２のガス導入部と、
   前記処理室内にマイクロ波を供給するマイクロ波供給部とを備える半導体製造装置を用いた半導体装置の製造方法であって、
   前記処理室内に基板を搬入し、前記基板保持部に基板を載置する工程と、
   前記基板保持部に基板が保持された状態で、前記処理室内に第１のガスを供給するとともに、前記マイクロ波供給部から前記処理室内にマイクロ波を供給する工程と、
   前記処理室内から基板を搬出する工程と、
   前記基板保持部に基板が保持されてない状態で、前記処理室内に第２のガスを導入するとともに、前記マイクロ波供給部から前記処理室内にマイクロ波を供給する工程と、
   を備える半導体装置の製造方法。

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