JPWO2020039562A1 - 基板処理装置、半導体装置の製造方法、及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の第1実施形態に係る基板処理装置、半導体装置の製造方法、及びプログラムの一例を図1〜図8に従って説明する。なお、図中に示す矢印Hは装置上下方向(鉛直方向)を示し、矢印Wは装置幅方向(水平方向)を示し、矢印Dは装置奥行方向(水平方向)を示す。
図8に示されるように、本実施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。
なお、本実施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。
図5、図8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。
また、検出センサ46aは、搬入搬出口51hの外側(搬入搬出口52hとは反対側の搬送筐体41の側壁側:図1、図2、図5の左側)に配置され、検出センサ46bは、搬入搬出口52hの外側(搬入搬出口51hとは反対側の搬送筐体41の右側壁側:図1、図2、図5の右側)に配置されている。すなわち、検出センサ46aが第2処理室52の搬入搬出口52hから離れた位置(搬入搬出口52hから漏洩するマイクロ波が届かない位置)に配置され、また、検出センサ46bが第1処理室51の搬入搬出口51hから離れた位置(搬入搬出口51hから漏洩するマイクロ波が届かない位置)に配置されている。このような位置に配置することにより、検出センサ46aが第2処理室52の搬入搬出口52hから漏洩するマイクロ波の誤検出を防止し、また、検出センサ46bが第1処理室51の搬入搬出口51hから漏洩するマイクロ波の誤検出を防止することができる。
本実施形態に係る基板処理装置1では、図3、図8に示されるように、処理室5の上部には、排気部10が配置されている。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。
なお、本実施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。
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が配置されている。具体的には、ガス導入部20は、搬送室4側とは反対側の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。
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が配置されてもよい。
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が配置されている。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。
図3に示されるように、搬送室4側とは反対側において、処理筐体53の側壁には、処理室5(処理室51)の内部と外部とを貫通する電磁波導入ポート90bが配置されている。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個配置されている(図3には2個だけ示す)。電磁波導入ポート90bは、搬送室4から処理室5側を見て、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。
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。
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。
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5を参照しつつ、図6を用いて説明する。本実施形態では、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8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の処理室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。
図8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。
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3、図8に示される開閉部43の開閉動作によって搬入搬出口51hが開放された処理室51の内部に搬入される(ボートローディングされる)。さらに、ウエハ2が内部に搬入されると、開閉部43の開閉動作によって搬入搬出口51hが閉塞される。
処理室51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〕以上102000〔Pa〕以下に調節される。具体的には、処理室51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51の内部が所定の圧力に調節される。
なお、大気圧下で基板処理を行う場合、処理室51の内部の圧力調整は行わず、処理の内部の温度調整のみを行った後、次の不活性ガス供給(ステップS4)へ移行する制御としてもよい。
炉内圧力、温度調整工程により処理室51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51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、MFC23、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51の下部の待機部57内に窒素ガスが供給される。
処理室51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51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、好ましくは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。
マイクロ波が漏洩したと判定した場合、制御部100は、マイクロ波発生器91、92によるマイクロ波の発信を停止させる(ステップS8)。そして、一連の動作が終了する。
一方、処理時間が経過すると、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。
ステップS9において、改質工程が終了したと判定されると、圧力調整器13を調整することにより、処理室51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、開閉部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51の下部から上部へ向かって排気され、処理室51の上部の熱こもりを効果的に抑制することができる。
開閉部43が開放されることで、処理室51と搬送室4とが連通される。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。
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、冷却室9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。
冷却室9で冷却されたウエハ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、所定の位置に収容される。
ここで、前述の図4に示される処理室51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、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。
本第1実施形態によれば、以下に示す複数の効果が得られる。
本発明の第2実施形態に係る基板処理装置、半導体装置の製造方法、及びプログラムの一例を説明する。具体的には、第2実施形態に係る基板処理装置1による基板処理方法について、図9に示すフローを用いて説明する。なお、第2実施形態については、第1実施形態に対して異なる部分を主に説明する。
処理室51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51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、好ましくは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。
(1)本第2実施形態では、マイクロ波を検出した検出センサ46aが複数個であり、かつ、マイクロ波を検出した検出センサ46aによって、マイクロ波が継続して検出された時間がそれぞれ閾値時間に達した場合に、制御部100は、マイクロ波が漏洩したと判定する。このため、例えば、マイクロ波を検出した検出センサ46aが1個(単数)だけで、かつ、マイクロ波を検出した検出センサ46aによって、マイクロ波が継続して検出された時間が閾値時間に達した際にマイクロ波が漏洩したと判定する場合と比して、誤検知を抑制することができる。換言すれば、マイクロ波の漏洩を検知する検知精度を向上させることができる。
1…基板処理装置、2…ウエハ、4…搬送室、5…処理室、41…搬送筐体、43…開閉部、46a…検出センサ(第1検出センサ)、46b…検出センサ(第2検出センサ)、51h…搬入搬出口、52h…搬入搬出口、53…処理筐体、54…処理筐体、91…マイクロ波発生器、92…マイクロ波発生器、100…制御部
Claims (16)
- 基板が処理される処理室を有する処理筐体と、
前記処理筐体に隣接され、前記基板が搬送される搬送室を有する搬送筐体と、
前記処理室に供給されるマイクロ波を発信するマイクロ波発生器と、
前記処理室と前記搬送室とを連通し前記基板を搬入搬出する搬入搬出口と、
前記搬入搬出口を開閉する開閉部と、
前記搬送室内で前記搬入搬出口の周囲に配置され、前記開閉部が前記搬入搬出口を閉塞した状態で前記処理室から前記搬送室に漏洩する前記マイクロ波を検出する検出センサと、
を備える基板処理装置。 - 複数個の前記検出センサが前記搬入搬出口の周囲に配置されている請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記マイクロ波発生器を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記検出センサによって前記マイクロ波が検出されている時間が閾値時間に達した場合に、前記マイクロ波の発信を停止させるよう前記マイクロ波発生器を制御するように構成される請求項1又は2に記載の基板処理装置。 - 前記マイクロ波発生器を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記複数個の検出センサのうち2個以上の前記検出センサによってマイクロ波が検出されている時間がそれぞれ閾値時間に達した場合に、前記マイクロ波の発信を停止させるよう前記マイクロ波発生器を制御するように構成される請求項2に記載の基板処理装置。 - 前記マイクロ波発生器と前記搬入搬出口とは、前記処理室を間に挟んで対向する位置に配置されている請求項1に記載の基板処理装置。
- 前記処理室は、第1処理室と第2処理室とを有し、
前記検出センサは、前記第2処理室から漏洩する前記マイクロ波が届かない位置に配置され、前記第1処理室から前記搬送室に漏洩する前記マイクロ波を検出する第1検出センサと、前記第1処理室から漏洩する前記マイクロ波が届かない位置に配置され、前記第2処理室から前記搬送室に漏洩する前記マイクロ波を検出する第2検出センサとを有する請求項1に記載の基板処理装置。 - 基板が処理される処理室を有する処理筐体と、前記処理筐体に隣接され、前記基板が搬送される搬送室を有する搬送筐体と、前記処理室に供給されるマイクロ波を発信するマイクロ波発生器と、前記処理室と前記搬送室とを連通し前記基板を搬入搬出する搬入搬出口と、前記搬入搬出口を開閉する開閉部と、前記搬送室内で前記搬入搬出口の周囲に配置され、前記開閉部が前記搬入搬出口を閉塞した状態で前記処理室から前記搬送室に漏洩する前記マイクロ波を検出する検出センサとを備える基板処理装置の前記処理室に前記基板を搬入する工程と、
前記マイクロ波発生器がマイクロ波を発信し、前記基板を前記マイクロ波によって処理する工程と、
前記検出センサが、前記搬送室に漏洩する前記マイクロ波を検出する工程と、
を備えた半導体装置の製造方法。 - 前記基板処理装置は、前記搬入搬出口の周囲に配置された複数個の前記検出センサを備えており、
前記マイクロ波を検出する工程では、前記搬入搬出口の周囲に配置された複数個の前記検出センサが、前記搬送室に漏洩する前記マイクロ波を検出する請求項7に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記基板処理装置は、前記マイクロ波発生器を制御する制御部を備えており、
前記マイクロ波を検出する工程では、前記制御部が、前記検出センサによって前記マイクロ波が検出されていた時間が閾値時間に達した場合に、前記マイクロ波の発信を停止させる請求項7又は8に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記マイクロ波を検出する工程では、制御部が、前記複数個の検出センサのうち2個以上の前記検出センサによって前記マイクロ波が検出されていた時間がそれぞれ閾値時間に達した場合に、前記マイクロ波の発信を停止させる請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記マイクロ波を検出する工程では、前記検出センサが、前記搬入搬出口に対して前記処理室を間に挟んで対向する位置に配置された前記マイクロ波発生器によって発信され、前記搬入搬出口を通して前記搬送室に漏洩する前記マイクロ波を検出する請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
- 基板が処理される処理室を有する処理筐体と、前記処理筐体に隣接され、前記基板が搬送される搬送室を有する搬送筐体と、前記処理室に供給されるマイクロ波を発信するマイクロ波発生器と、前記処理室と前記搬送室とを連通し前記基板を搬入搬出する搬入搬出口と、前記搬入搬出口を開閉する開閉部と、前記搬送室内で前記搬入搬出口の周囲に配置され、前記開閉部が前記搬入搬出口を閉塞した状態で前記処理室から前記搬送室に漏洩する前記マイクロ波を検出する検出センサとを備える基板処理装置の前記処理室に前記基板を搬入する手順と、
前記マイクロ波発生器がマイクロ波を発信し、前記基板を前記マイクロ波によって処理する手順と、
前記検出センサが、前記搬送室に漏洩する前記マイクロ波を検出する手順と、
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。 - 前記基板処理装置は、前記搬入搬出口の周囲に配置された複数個の前記検出センサを備えており、
前記マイクロ波を検出する手順では、前記搬入搬出口の周囲に配置された複数個の前記検出センサが、前記搬送室に漏洩する前記マイクロ波を検出する請求項12に記載のプログラム。 - 前記基板処理装置は、前記マイクロ波発生器を制御する制御部を備えており、
前記マイクロ波を検出する手順では、前記制御部が、前記検出センサによって前記マイクロ波が検出されていた時間が閾値時間に達した場合に、前記マイクロ波の発信を停止させる請求項12又は13に記載のプログラム。 - 前記マイクロ波を検出する手順では、制御部が、前記複数個の検出センサのうち2個以上の前記検出センサによって前記マイクロ波が検出されていた時間がそれぞれ閾値時間に達した場合に、前記マイクロ波の発信を停止させる請求項13に記載のプログラム。
- 前記マイクロ波を検出する手順では、前記検出センサが、前記搬入搬出口に対して前記処理室を間に挟んで対向する位置に配置された前記マイクロ波発生器によって発信され、前記搬入搬出口を通して前記搬送室に漏洩する前記マイクロ波を検出する請求項12に記載のプログラム。
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