WO2021100107A1 - 基板処理装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

基板処理装置および半導体装置の製造方法 Download PDF

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WO2021100107A1
WO2021100107A1 PCT/JP2019/045209 JP2019045209W WO2021100107A1 WO 2021100107 A1 WO2021100107 A1 WO 2021100107A1 JP 2019045209 W JP2019045209 W JP 2019045209W WO 2021100107 A1 WO2021100107 A1 WO 2021100107A1
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WO
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substrate
heat insulating
insulating body
heating element
processing apparatus
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PCT/JP2019/045209
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English (en)
French (fr)
Inventor
哲夫 山本
和宏 湯浅
愛彦 柳沢
佐々木 伸也
典明 道田
Original Assignee
株式会社Kokusai Electric
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26Bombardment with radiation
    • H01L21/263Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/268Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation

Definitions

  • the present disclosure relates to a method for manufacturing a substrate processing device and a semiconductor device.
  • the substrate in the processing chamber is heated by using a heating device to change the composition and crystal structure in the thin film formed on the surface of the substrate.
  • a modification treatment typified by an annealing treatment that repairs crystal defects and the like in the filmed thin film.
  • semiconductor devices have become remarkably miniaturized and highly integrated, and along with this, a modification process is required for a high-density substrate on which a pattern having a high aspect ratio is formed.
  • a heat treatment method using electromagnetic waves as seen in Patent Document 1 for example, has been studied. Further, in Patent Document 1, a wafer and a heat insulating plate for maintaining (retaining) the temperature of the wafer are held on the boat holding the wafer so as to sandwich the wafer at predetermined intervals.
  • An object of the present disclosure is to provide a technique for improving the processing uniformity of a large number of substrates.
  • a processing room for carrying in the substrate holder and processing the substrate, and A technique is provided that includes an electromagnetic wave supply unit that supplies electromagnetic waves to the processing chamber.
  • the substrate processing device according to the present disclosure is configured as a batch type vertical heat treatment device that performs various heat treatments on a wafer.
  • the case 102 as a cavity made of a material that reflects electromagnetic waves such as aluminum and the upper and lower ends of the case 102 are housed inside the case 102 in the vertical direction. It has an open tubular reaction tube 103.
  • the reaction tube 103 is made of a material that transmits electromagnetic waves, such as quartz.
  • the cap flange (blocking plate) 104 made of a metal material is brought into contact with the upper end of the reaction tube 103 via an O-ring (not shown) as a sealing member (seal member), and the upper end of the reaction tube 103 is contacted. To block.
  • the case 102, the reaction tube 103, and the cap flange 104 mainly form a processing container for processing a substrate such as a silicon wafer, and in particular, the inner space of the reaction tube 103 is configured as a processing chamber 201.
  • the processing chamber 201 is configured to accommodate the wafer 200 as a substrate in a state of being arranged in multiple stages in the vertical direction in a horizontal posture by a boat 217 described later.
  • the nozzle 249 is made of quartz.
  • a gas supply pipe 232 is connected to the nozzle 249.
  • the reaction tube 103 is provided with the nozzle 249 and the gas supply tube 232, so that at least one type of processing gas can be supplied into the processing chamber 201.
  • the processing chamber 201 of this embodiment is not limited to the above-described embodiment.
  • a metal manifold that supports the reaction tube 103 may be provided below the reaction tube 103, and a nozzle may be provided so as to penetrate the side wall of the manifold.
  • the exhaust pipe 231 may be further provided on the manifold. Even in this case, the exhaust pipe 231 may be provided at the lower part of the reaction pipe 103 instead of the manifold.
  • the furnace opening portion of the processing chamber 201 may be made of metal, and a nozzle or the like may be attached to the metal furnace opening portion. Further, a plurality of nozzles may be attached for each type of processing gas.
  • the gas supply pipe 232 is provided with a mass flow controller (MFC) 241 which is a flow rate controller (flow control unit) and a valve 243 which is an on-off valve in order from the upstream direction.
  • MFC mass flow controller
  • a nozzle 249 is connected to the tip of the gas supply pipe 232.
  • the nozzles 249 are provided in the annular space between the inner wall of the reaction tube 103 and the wafer 200 so as to rise upward from the lower part to the upper part of the inner wall of the reaction tube 103 in the arrangement direction of the wafer 200. ing. That is, the nozzles 249 are provided along the wafer arrangement area 200a in the area horizontally surrounding the wafer arrangement area 200a on the side of the wafer arrangement area 200a in which the wafer 200 is arranged.
  • the nozzle 249 is provided on the side of the end portion (peripheral portion) of the wafer 200 carried into the processing chamber 201 perpendicular to the surface (flat surface) of the wafer 200.
  • the nozzle 249 is configured as an L-shaped long nozzle, the horizontal portion of the nozzle 249 is provided so as to penetrate the lower side wall of the reaction tube 103, and each of the vertical portions thereof is at least in the wafer arrangement region 200a. It is provided so as to stand up from one end side to the other end side.
  • a plurality of gas supply holes 250 for supplying gas are provided on the side surface of the nozzle 249.
  • the gas supply holes 250 are opened so as to face the center of the reaction tube 103, and gas can be supplied toward the wafer 200.
  • a plurality of gas supply holes 250 are provided from the lower part to the upper part of the reaction tube 103, each having the same opening area, and further provided with the same opening pitch.
  • the gas is conveyed via the nozzle 249 arranged in the shaped space. Then, the gas is ejected into the reaction tube 103 for the first time in the vicinity of the wafer 200 from the gas supply hole 250 opened in the nozzle 249.
  • the main flow of gas in the reaction tube 103 is in the direction parallel to the surface of the wafer 200, that is, in the horizontal direction.
  • an inert gas as a cooling gas or a purge gas can be uniformly supplied to each wafer 200, and the film thickness uniformity of the thin film formed on each wafer 200 can be improved.
  • the direction of the residual gas flow is appropriately specified by the position of the exhaust port, and is not limited to the vertical direction.
  • the gas supply pipe 232 for example, nitrogen (N 2 ) gas as an inert gas is supplied into the processing chamber 201 via the MFC 241 and the valve 243 and the nozzle 249.
  • N 2 nitrogen
  • the gas supply pipe 232, the MFC 241 and the valve 243 constitute an inert gas supply system.
  • the inert gas supply system can also be referred to as a purge gas supply system or a cooling gas supply system.
  • a rare gas such as Ar gas, He gas, Ne gas, or Xe gas can be used.
  • An exhaust portion for exhausting the atmosphere of the processing chamber 201 is provided on the lower side wall of the reaction tube 103 below the processing chamber 201.
  • an exhaust port 221 is provided in the exhaust portion between the reaction tube 103 and the case 102a.
  • An exhaust pipe 231 is connected to the exhaust port 221.
  • a pressure regulator 244 such as an APC valve that controls the valve opening according to the pressure in the processing chamber 201 and a vacuum pump 246 are connected in series to the exhaust pipe 231. It is connected to the.
  • the pressure regulator 244 is an APC (Auto Pressure Controller) valve as long as it can receive pressure information (feedback signal from the pressure sensor 245, which will be described later) in the processing chamber 201 and adjust the exhaust amount. However, it may be configured to use a normal on-off valve and a pressure adjusting valve together.
  • an exhaust unit (also referred to as an exhaust system or an exhaust line) is composed of an exhaust port 221 and an exhaust pipe 231 and a pressure regulator 244.
  • An exhaust path may be provided so as to surround the processing chamber 201 so that the gas can be exhausted from the entire circumference of the wafer 200.
  • the vacuum pump 246 may be added to the configuration of the exhaust unit.
  • a temperature sensor 263 is installed on the cap flange 104 as a non-contact temperature detector. By adjusting the output of the microwave oscillator 655 as an electromagnetic wave supply unit, which will be described later, based on the temperature information detected by the temperature sensor 263, the substrate is heated and the substrate temperature becomes a desired temperature distribution.
  • the temperature sensor 263 is composed of a radiation thermometer such as an IR (Infrared Radiation) sensor.
  • the method for measuring the temperature of the substrate is not limited to the radiation thermometer described above, and the temperature may be measured using a thermocouple, or the temperature may be measured using a thermocouple and a radiation thermometer in combination. Good.
  • the temperature is measured using a thermocouple, it is necessary to arrange the thermocouple in the vicinity of the processing wafer 200 to measure the temperature in order to improve the temperature measurement accuracy of the thermocouple. Since the thermocouple itself is heated by the supplied microwaves, it is preferable to use a radiation thermometer as the temperature sensor 263. With this configuration, it is possible to use the reaction tube 103 whose upper end is closed, and it is possible to reduce the possibility of leakage of microwaves, processing gas, etc. supplied to the processing chamber 201.
  • the temperature sensor 263 is configured not only to be directly installed on the cap flange 104 but also to indirectly measure by reflecting the synchrotron radiation from the measurement window provided on the cap flange 104 with a mirror or the like. Good. With such a configuration, it is possible to relax the restriction on the place where the temperature sensor 263 is installed.
  • a plurality of electromagnetic wave introduction ports 653-1 to 653-3 are vertically installed on the side wall of the case 102.
  • One ends of the waveguides 654-1 to 654-3 are connected to the electromagnetic wave introduction ports 653-1 to 653-3, respectively.
  • Microwave oscillators 655-1 to 655-3 are connected to the other ends of the waveguides 654-1 to 654-3.
  • the controller 121 is connected to each of the microwave oscillators 655-1 to 655-3.
  • a temperature sensor 263 for measuring the temperature of the quartz plate 101a or 101b or the wafer 200 housed in the processing chamber 201 is connected to the controller 121.
  • the temperature sensor 263 measures the temperature of the quartz plate 101a or 101b or the wafer 200 and transmits the temperature to the controller 121, and the controller 121 controls the output of the microwave oscillators 655-1 to 655-3 to heat the wafer 200. Control.
  • the microwave oscillators 655-1 to 655-3 are controlled by the same control signal transmitted from the controller 121.
  • the present invention is not limited to this, and the microwave oscillators 655-1 to 655-3 are individually controlled by transmitting individual control signals from the controller 121 to each of the microwave oscillators 655-1 to 655-3. You may.
  • the microwave oscillators 655-1 to 655-3 are controlled by, for example, the microwave oscillators 655-1 and 655-2 with the same control signal, and the microwave oscillators 655-3 are controlled by individual control signals. It may be controlled by a predetermined combination (grouping).
  • the processing temperature zone of the wafer 200 is different for each set described later (for example, the processing temperature of the wafer 200 corresponding to the upper side (microwave oscillator 655-1) and the central portion (microwave oscillator 655-2) correspond to each other.
  • the processing temperature zone of the wafer 200 is supported by transmitting an individual control signal from the controller 121. Then, the outputs of the respective microwave oscillators 655-1 to 655-3 are adjusted.
  • the temperature inside the furnace above the central portion of the wafer arrangement region 200a (for example, the temperature of the upper region 200b) is the temperature inside the furnace below the central portion (for example, the lower region). Since the temperature is higher than 200d), the output of the upper microwave oscillator 655-1 is lowered and the output of the lower microwave oscillator 655-3 is raised by transmitting individual control signals from the controller 121. .. That is, the output of the lower microwave oscillator 655-3 is made higher than the output of the upper microwave oscillator 655-1. Alternatively, the output of the lower microwave oscillator 655-3 is made higher than the output of the central microwave oscillator 655-2, and the output of the upper microwave oscillator 655-1 is set to the central microwave oscillator 655-2. Lower than the output of.
  • a seal cap 219 is provided as a furnace palate body capable of airtightly closing the lower end opening of the reaction tube 103.
  • the seal cap 219 is configured to come into contact with the lower end of the reaction tube 103 from the lower side in the vertical direction.
  • the seal cap 219 is made of a metal such as aluminum (SUS) and is formed in a disk shape.
  • An O-ring (not shown) as a seal member that comes into contact with the lower end of the reaction tube 103 is provided on the upper surface of the seal cap 219.
  • a rotation mechanism 268 for rotating the boat 217, which will be described later, is installed.
  • the shaft 255 of the rotating mechanism 268 penetrates the seal cap 219 and is connected to the boat 217.
  • the rotation mechanism 268 is configured to rotate the wafer 200 by rotating the boat 217.
  • the seal cap 219 is configured to be vertically lifted and lowered by a boat elevator 115 as a lifting mechanism vertically installed outside the reaction tube 103.
  • the boat elevator 115 is configured so that the boat 217 can be carried in and out of the processing chamber 201 by raising and lowering the seal cap 219. That is, the boat elevator 115 is configured as a transport device (convey mechanism) for transporting the boat 217, that is, the wafer 200, inside and outside the processing chamber 201.
  • the boat 217 as a substrate holder has a plurality of substrates, for example, 25 to 200 substrates (wafer 200, quartz plates 101a, 101b, susceptors 105a, 105b, etc.) in a horizontal posture and in a state of being centered on each other. It is configured to be vertically aligned and supported in multiple stages, that is, to be spaced apart.
  • the boat 217 is made of a heat resistant material such as quartz or SiC.
  • a heat insulating plate 218 made of a heat-resistant material such as quartz or SiC may be supported in multiple stages in a horizontal posture, and quartz without providing the heat insulating plate 218 in the lower part of the boat 217.
  • a heat insulating cylinder made of a heat-resistant material such as or SiC may be provided as a tubular member. With this configuration, the heat from the wafer 200 and the quartz plate 101b is less likely to be transferred to the furnace opening side. Further, the end plate (ceiling plate) 217a of the boat 217 is provided with a hole (not shown) as a measurement window of the temperature sensor 263 so that the surface temperature of the quartz plate 101a can be measured by the temperature sensor 263. It is held on boat 217.
  • quartz plates 101a and 101b placed vertically above and below the wafer 200 so as to sandwich the wafer 200 are held on the boat 217 at predetermined intervals, and are outside the wafer 200.
  • the susceptors 105a and 105b placed inside the quartz plate 101a and the quartz plate 101b are held. That is, the boat 217 vertically loads and holds a plurality of sets 301 in which the quartz plate 101a, the susceptor 105a, the wafer 200, the susceptor 105b, and the quartz plate 101b are configured in this order from above.
  • the quartz plates 101a and 101b are heat insulating bodies for maintaining (retaining) the temperature of the wafer 200.
  • the susceptors 105a and 105b are formed of a material such as a dielectric that absorbs electromagnetic waves and heats itself, such as a silicon plate (Si plate) or a silicon carbide plate (SiC plate), and indirectly heats the wafer 200. It is a heating element.
  • a material such as a dielectric that absorbs electromagnetic waves and heats itself, such as a silicon plate (Si plate) or a silicon carbide plate (SiC plate), and indirectly heats the wafer 200. It is a heating element.
  • the controller 121 which is a control unit (control device, control means), includes a CPU (Central Processing Unit) 121a, a RAM (Random Access Memory) 121b, a storage device 121c, and an I / O port 121d. It is configured as a computer.
  • the RAM 121b, the storage device 121c, and the I / O port 121d are configured so that data can be exchanged with the CPU 121a via the internal bus 121e.
  • An input / output device 122 configured as, for example, a touch panel is connected to the controller 121.
  • the storage device 121c is composed of, for example, a flash memory, an HDD (Hard Disk Drive), or the like.
  • a control program that controls the operation of the substrate processing device, a process recipe that describes the procedure and conditions of the annealing (modification) process, and the like are readablely stored.
  • the process recipes are combined so that the controller 121 can execute each procedure in the substrate processing step described later and obtain a predetermined result, and functions as a program.
  • this process recipe, control program, etc. are collectively referred to as a program.
  • a process recipe is also simply referred to as a recipe.
  • the RAM 121b is configured as a memory area (work area) in which programs, data, and the like read by the CPU 121a are temporarily held.
  • the I / O port 121d is connected to the above-mentioned MFC 241, valve 243, pressure sensor 245, pressure regulator 244, vacuum pump 246, temperature sensor 263, rotation mechanism 268, microwave oscillator 655 and the like.
  • the CPU 121a is configured to read and execute a control program from the storage device 121c and read a recipe from the storage device 121c in response to an input of an operation command from the input / output device 122 or the like.
  • the CPU 121a has a substrate transfer operation by the transfer machine, a flow rate adjustment operation of various gases by the MFC 241, an opening / closing operation of the valve 243, and a pressure adjustment by the pressure regulator 244 based on the pressure sensor 245 so as to follow the contents of the read recipe.
  • the controller 121 installs the above-mentioned program stored in an external storage device (for example, a magnetic disk such as a hard disk, an optical disk such as a CD, a magneto-optical disk such as MO, or a semiconductor memory such as a USB memory) 123 in a computer.
  • an external storage device for example, a magnetic disk such as a hard disk, an optical disk such as a CD, a magneto-optical disk such as MO, or a semiconductor memory such as a USB memory
  • the storage device 121c and the external storage device 123 are configured as a computer-readable recording medium. Hereinafter, these are collectively referred to simply as a recording medium.
  • the term recording medium may include only the storage device 121c alone, it may include only the external storage device 123 alone, or it may include both of them.
  • the program may be provided to the computer by using a communication means such as the Internet or a dedicated line without using the external storage device 123.
  • wafer when the word “wafer” is used in the present specification, it may mean the wafer itself or a laminate of a wafer and a predetermined layer or film formed on the surface thereof.
  • wafer surface when the term “wafer surface” is used in the present specification, it may mean the surface of the wafer itself or the surface of a predetermined layer or the like formed on the wafer.
  • a predetermined layer when it is described that "a predetermined layer is formed on a wafer”, it means that a predetermined layer is directly formed on the surface of the wafer itself, or a layer formed on the wafer or the like. It may mean forming a predetermined layer on top of it.
  • board and “semiconductor substrate” in the present specification is also synonymous with the use of the term "wafer”.
  • the atmosphere in the processing chamber 201 is controlled so that the pressure inside the processing chamber 201 becomes a predetermined pressure (for example, 10 to 102000 Pa).
  • a predetermined pressure for example, 10 to 102000 Pa.
  • the valve opening degree of the pressure regulator 244 is feedback-controlled based on the pressure information detected by the pressure sensor 245, and the inside of the processing chamber 201 is set to a predetermined pressure.
  • the microwave oscillator 655 may be controlled as preheating so as to heat to a predetermined temperature (S402).
  • the temperature is raised to a predetermined substrate processing temperature by the microwave oscillator 655, it is preferable to raise the temperature with an output smaller than the output of the reforming step described later so that the wafer 200 is not deformed or damaged.
  • the pressure inside the furnace may not be adjusted, only the temperature inside the furnace may be adjusted, and then the process may be controlled so as to shift to the inert gas supply step S403 described later.
  • the rotation mechanism 268 rotates the shaft 255 and rotates the wafer 200 via the boat 217.
  • an inert gas such as nitrogen gas is supplied via the gas supply pipe 232 (S403).
  • the pressure in the processing chamber 201 is a predetermined value in the range of 10 Pa or more and 102000 Pa or less, and is adjusted to be, for example, 101300 Pa or more and 101650 Pa or less.
  • the shaft 255 may be rotated during the substrate loading step S401, that is, after the wafer 200 has been loaded into the processing chamber 201. Further, this step may be carried out at the same time as the furnace pressure / temperature adjusting step S402 as the furnace pressure adjusting method.
  • the microwave oscillator 655 supplies microwaves into the processing chamber 201 via the above-mentioned parts.
  • the wafer 200 is heated to a temperature of 100 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, preferably 400 ° C. or higher and 900 ° C. or lower, and more preferably. , 500 ° C or higher and 700 ° C or lower.
  • the wafer 200 can be processed at a temperature at which the wafer 200 efficiently absorbs microwaves, and the speed of the reforming process can be improved.
  • the temperature of the wafer 200 is processed at a temperature lower than 100 ° C. or a temperature higher than 1000 ° C.
  • the surface of the wafer 200 is deteriorated and it becomes difficult to absorb microwaves. It becomes difficult to heat the wafer 200. Therefore, it is desirable to perform the substrate treatment in the above-mentioned temperature range.
  • a standing wave is generated in the processing chamber 201, and a heating concentration region (hot spot) is locally heated on the wafer 200 and the susceptors 105a and 105b.
  • a heating concentration region hot spot
  • other unheated regions non-heated regions
  • the wafer 200 is heated, and the amorphous silicon film formed on the surface of the wafer 200 is modified (crystallized) into a polysilicon film. That is, the wafer 200 can be uniformly modified.
  • the wafer 200 is controlled so that the output of the microwave oscillator 655 is lowered instead of turning off the microwave oscillator 655.
  • the temperature of the above may be within a predetermined range. In this case, when the temperature of the wafer 200 returns to a temperature within a predetermined range, the output of the microwave oscillator 655 is controlled to be increased.
  • the wafer 200 is reformed.
  • one wafer 200 is symmetrically sandwiched between the upper and lower susceptors 105a and 105b and the quartz plates 101a and 101b.
  • the roles of the quartz plates 101a and 101b are heat escape suppression (heat retention) by heat transfer from the wafer 200 and susceptors 105a and 105b and heat escape suppression (convection control) by gas convection.
  • the roles of the susceptors 105a and 105b are the suppression of heat escape from the susceptors 105a and 105b (heat retention), the suppression of heat escape by gas convection (convection control), and the suppression of heat escape by microwave absorption, especially in the low temperature range. Heating of the wafer 200 (high-speed temperature rise).
  • a set composed of a quartz plate (first heating element) 101a, a susceptor (first heating element) 105a, a wafer 200, a susceptor (second heating element) 105b, and a quartz plate (second heating element) 101b.
  • the same microwave annealing environment can be spatially separated into multiple stages in the vertical direction. This prevents deterioration of the uniformity of the comparative example, improves the uniformity as compared with the comparative example, and obtains the same degree of uniformity as the single-wafer process.
  • the set 301 has quartz plates 101a and 101b, but in the first modification, the adjacent quartz plates, that is, the upper layer quartz plate 101b and the lower layer quartz plate 101a are shared.
  • the uppermost layer set 301 is composed of a quartz plate 101a, a susceptor 105a, a wafer 200, a susceptor 105b, and a quartz plate 101b, as in the embodiment. It does not have a quartz plate 101a, but is composed of a susceptor 105a, a wafer 200, a susceptor 105b, and a quartz plate 101b.
  • the present invention is not limited to this, and for example, the set 301 and the second layer are loaded on the bottom layer.
  • the set 302 may be loaded as described above.
  • the set 302 does not have the quartz plate 101b, but is composed of the quartz plate 101a, the susceptor 105a, the wafer 200, and the susceptor 105b.
  • a quartz plate 101a may be provided on the uppermost layer, and a set 302 (susceptor 105a, wafer 200, susceptor 105b, quartz plate 101b) may be loaded under the quartz plate 101a.
  • the uppermost set 303 and the second set 303 from the top are a quartz plate 101a, a susceptor 105a, a wafer 200, a susceptor 105b, a quartz plate 101b, and a quartz plate (third heat insulating body) 101c.
  • the third and lower sets 301 have the same configuration as that of the embodiment, and are composed of a quartz plate 101a, a susceptor 105a, a wafer 200, a susceptor 105b, and a quartz plate 101b.
  • the set 303 may be one set on the uppermost layer.
  • the set 301 may be one of the lowest layer sets.
  • the quartz plate c may be added above or below the quartz plate 101b and above or below the quartz plate 101a.
  • the quartz plate 101c may be provided either above or below the quartz plate 101a and above or below the quartz plate 101b.
  • the temperature inside the furnace below the central portion of the wafer arrangement region 200a (for example, the temperature of the lower region 200d) is the temperature inside the furnace above the central portion (for example, the temperature inside the lower region 200d).
  • the temperature is lower than the temperature of the upper region 200b)
  • a reflector is added to the set loaded on the lower side of the boat 217.
  • the lowermost set 304 is composed of a quartz plate 101a, a susceptor 105a, a wafer 200, a susceptor 105b, a reflector 106, and a quartz plate 101b.
  • the reflector 106 is made into a microwave reflector by, for example, spattering a metal on a quartz plate.
  • the set 301 from the uppermost layer to the third layer has the same configuration as that of the embodiment, and is composed of a quartz plate 101a, a susceptor 105a, a wafer 200, a susceptor 105b, and a quartz plate 101b.
  • the reflector 106 can raise the temperature of the wafer 200 on the lower side of the boat 217, so that the temperature imbalance between the upper side and the lower side of the boat 217 can be reduced.
  • the present invention is not limited to this, and for example, the set 304 is further provided on the lowest layer set. May be good.
  • the reflector 106 may also be provided between the quartz plate 101a and the susceptor 105a, or the susceptor 105b and quartz may be provided.
  • a reflector 106 may be provided between the quartz plate 101a and the susceptor 105a instead of the plate 101b.
  • the fourth modification susceptors having different reflectances are used for each set.
  • the uppermost set 305 is composed of a quartz plate 101a, a susceptor 105a, a wafer 200, a susceptor 105c, and a quartz plate 101b.
  • the second and lower sets 301 have the same configuration as that of the embodiment, and are composed of a quartz plate 101a, a susceptor 105a, a wafer 200, a susceptor 105b, and a quartz plate 101b.
  • the reflectance of the susceptor 105c is smaller than the reflectance of the susceptor 105b.
  • Microwave power is expressed by the following equation.
  • P K ⁇ ⁇ r ⁇ tan ⁇ ⁇ f ⁇ E 2 [W / m 3 ] here, K: 0.556 ⁇ 10 -10 ⁇ r: Relative permittivity of dielectric tan ⁇ : Dielectric loss angle of dielectric f: Frequency [Hz] E: Electric field strength [V / m] Is.
  • Tan ⁇ is the physical property of each material and is a key factor in heating.
  • the susceptor 105c as a material having a tan ⁇ lower than that of the susceptor 105b, the microwave power can be reduced and the heating temperature can be suppressed.
  • the tan ⁇ of the susceptor for each set 305 it is possible to heat-treat a plurality of wafers at one time in different temperature zones. Further, as in the second modification and the third modification, it is possible to reduce the temperature imbalance between the upper side and the lower side of the boat 217.
  • the present invention is not limited to this, and for example, the set 305 is limited to only a part of the top layer set or the bottom layer set.
  • the set 301 of the embodiment may be provided in another set.
  • the susceptor 105c may be further provided between the wafer 200 and the quartz plate 101b, or the wafer 200 and the quartz plate 101b may be provided.
  • a susceptor 105c may be provided between the quartz plate 101a and the wafer 200 instead of the above.
  • each set 306 is composed of a quartz plate 101a, a susceptor 105a, a wafer 200, a susceptor 105b, and a quartz plate 101d.
  • the quartz plate 101d has fins 101f, and as shown in FIG. 10, the quartz plate 101d is provided below the susceptor 105b.
  • the fin 101f may be machined from a quartz plate or welded.
  • the quartz plate 101d transmits microwaves even if the fins are provided, so that the heating is not affected, and when the boat 217 is moved to the transfer chamber, the fins provide cooling gas (N 2 gas). ) Makes it easier for the quartz plate to be cooled, so that the wafer can also be cooled quickly.
  • the set 306 is the top layer set, the bottom layer set, or the central part set. Etc. may be provided only in a part of the above, and the set 301 of the embodiment may be provided in another set.
  • the quartz plate 101d may be provided below the susceptor 105b, or the quartz plate 101d may be provided above the susceptor 105a instead of below the susceptor 105b. May be provided. That is, one or both of the quartz plate 101a and the quartz plate 101b (at least the quartz plate 101a or the quartz plate 101b) of the set 301 described above may be provided in place of the quartz plate 101d provided with fins.
  • the wafer 200 is not limited to one wafer, and may be provided so as to load 2 to 10 wafers as described above.
  • the upper layer quartz plate 101b and the lower layer quartz plate 101a may be shared.
  • the quartz plate 101c as a heat insulating body may be added to the set loaded on the upper side of the central portion of the boat 217. ..
  • the quartz plate 101c is provided above or below the quartz plate 101b.
  • the reflector 106 may be added to the set loaded on the lower side of the boat 217.
  • the reflector 106 is provided above the quartz plate 101a or below the quartz plate 101b.
  • one or both of the quartz plate 101a and the quartz plate 101b are provided with fins on the quartz plate 101d. It may be provided instead of.
  • the quartz plate 101d provided with the fins has the same configuration as that shown in FIG. 11 described above, and may be provided in each set 307 or in some sets 307. Further, the quartz plate 101d provided with the fins may be provided above the quartz plate 101a or above the quartz plate 101b, for example.
  • the configuration of the embodiment described above can be appropriately modified and used, and its effect can also be obtained.
  • the process of modifying an amorphous silicon film into a polysilicon film as a film containing silicon as a main component has been described, but the present invention is not limited to this, and oxygen (O), nitrogen (N), and carbon (
  • the film formed on the surface of the wafer 200 may be modified by supplying a gas containing at least one of C) and hydrogen (H).
  • a hafnium oxide film (HfxOy film) as a high dielectric film is formed on the wafer 200, the hafnium oxide film is heated by supplying microwaves while supplying a gas containing oxygen. It is possible to replenish the oxygen deficient in the above and improve the characteristics of the high dielectric film.
  • hafnium oxide film is shown here, it is not limited to this, but aluminum (Al), titanium (Ti), zirconium (Zr), tantalum (Ta), niobium (Nb), lanthanum (La), and cerium ( An oxide film containing a metal element containing at least one of Ce), yttrium (Y), barium (Ba), strontium (Sr), calcium (Ca), lead (Pb), molybdenum (Mo), tungsten (W) and the like. That is, it can be suitably applied even in the case of modifying a metal-based oxide film.
  • the TiOCN film, the TiOC film, the TiON film, the TiO film, the ZrOCN film, the ZrOC film, the ZrON film, the ZrO film, the HfOCN film, the HfOC film, the HfON film, and the HfO film are formed on the wafer 200.
  • WOC film, WON film, and WO film can also be suitably applied.
  • a film containing silicon as a main component doped with impurities may be heated.
  • Si-based oxide film such as (membrane).
  • the impurities include, for example, at least one or more of boron (B), carbon (C), nitrogen (N), aluminum (Al), phosphorus (P), gallium (Ga), arsenic (As) and the like.
  • a resist film based on at least one of methyl methacrylate resin (Polymethyl methylatePMMA), epoxy resin, novolak resin, polyvinyl phenyl resin and the like may be used.
  • the present invention is not limited to this, the patterning process of the manufacturing process of the liquid crystal panel, the patterning process of the manufacturing process of the solar cell, and the patterning process of the manufacturing process of the power device. It can also be applied to technologies for processing substrates such as.
  • the first heat insulating body (quartz plate), the first heating element (susceptor), at least one substrate, the second heating element (susceptor), and the second heat insulating body (quartz plate) are assembled in this order from above.
  • a set a board holder for loading a plurality of this set, and A processing room for carrying in the spike holder and processing the substrate, and A substrate processing apparatus including an electromagnetic wave supply unit that supplies electromagnetic waves to the processing chamber is provided.
  • Appendix 2 In the substrate processing apparatus of Appendix 1, preferably The set loaded on the upper side of the substrate holder further comprises a third insulation.
  • the third heat insulating body is provided at least above or below the first heat insulating body, or above or below the second heat insulating body.
  • the set loaded on the lower side of the substrate holder further includes a reflector.
  • the reflector is provided at least between the first heating element and the first heating element, or between the second heating element and the second heating element.
  • Appendix 6 In the substrate processing apparatus of Appendix 1, preferably The reflectance of the first and second heating elements is different for each group.
  • the set loaded on the upper part of the substrate holder includes a heating element having a reflectance different from that of the heating element provided in the set loaded on the lower side of the substrate holder.
  • the set loaded on the lower part of the substrate holder includes a heating element having a reflectance different from that of the heating element provided in the set loaded on the upper side of the substrate holder.
  • At least the first heat insulating body or the second heat insulating body is composed of a heat insulating body provided with fins.
  • Appendix 10 In the substrate processing apparatus of Appendix 1, preferably Among the sets loaded on the substrate holder, some sets have a heat insulating plate provided with fins.
  • a heat insulating body provided with fins is provided at least above the first heating element or below the second heating element.
  • the heat insulating body provided with the fins is made of a material that transmits microwaves.
  • Appendix 13 In the substrate processing apparatus of Appendix 1, preferably A plurality of the electromagnetic wave supply units are provided in the vertical direction on the side wall of the processing chamber.
  • Appendix 14 In the substrate processing apparatus of Appendix 13, preferably It has a control unit configured to adjust the output of a plurality of electromagnetic wave supply units and control the processing temperature of the substrate to be constant.
  • control unit controls the output of the electromagnetic wave supply unit on the lower side to be higher than the output of the electromagnetic wave supply unit on the upper side.
  • Appendix 16 In the substrate processing apparatus of Appendix 13, preferably It has a control unit configured to adjust the output of a plurality of electromagnetic wave supply units and control the processing temperature of the substrate for each group so as to be different.
  • a heating element (quartz plate) is provided on the uppermost layer, and a heating element (susceptor), at least one substrate, a heating element (susceptor), and a heat insulating body (quartz plate) are assembled in this order from above (hereinafter, susceptor).
  • susceptor As a set), a board holder for loading multiple sets, and A processing chamber for processing the substrate and A substrate processing apparatus including an electromagnetic wave supply unit that supplies electromagnetic waves to the processing chamber is provided.
  • a first heat insulating body (quartz plate), at least one substrate, and a second heat insulating body (quartz plate) are assembled in this order (hereinafter referred to as a set) from above, and a plurality of these sets are loaded.
  • a processing chamber for processing the substrate and A substrate processing apparatus including an electromagnetic wave supply unit that supplies electromagnetic waves to the processing chamber is provided.
  • the set loaded on the upper side of the substrate holder further comprises a third insulation.
  • the third heat insulating body is provided at least above or below the first heat insulating body, or above or below the second heat insulating body.
  • the set loaded on the lower side of the substrate holder further includes a reflector.
  • Appendix 22 In the substrate processing apparatus of Appendix 21, preferably The reflector is provided at least above the first heat insulating body or below the second heat insulating body.
  • At least the first heat insulating body or the second heat insulating body is a heat insulating body provided with fins.
  • Appendix 24 In the substrate processing apparatus of Appendix 18, preferably, Among the sets loaded on the substrate holder, some sets have a heat insulating body provided with fins.
  • the heat insulating body provided with the fins is provided at least above the first heat insulating body or below the second heat insulating body.
  • the heat insulating body provided with the fins is made of a material that transmits microwaves.
  • the first heat insulating body, the second heating element, at least one substrate, the second heating element, and the second heat insulating body are assembled in this order (hereinafter referred to as a set) from above, and a plurality of these sets are loaded.
  • a process of bringing the substrate holder into the processing chamber of the substrate processing apparatus including a substrate holder for processing, a processing chamber for processing the substrate, and an electromagnetic wave supply unit for supplying electromagnetic waves to the substrate.
  • the first heat insulating body, the first heating element, at least one substrate, the second heating element, and the second heat insulating body are assembled in this order (hereinafter referred to as a set) from above, and a plurality of these sets are loaded.
  • a loading procedure for loading the substrate into the processing chamber of the substrate processing apparatus including a substrate holder for processing, a processing chamber for processing the substrate, and an electromagnetic wave supply unit for supplying electromagnetic waves to the substrate.
  • the first heat insulating body, the first heating element, at least one substrate, the second heating element, and the second heat insulating body are assembled in this order (hereinafter referred to as a set) from above, and a plurality of these sets are loaded.
  • a loading procedure for loading the substrate into the processing chamber of the substrate processing apparatus including a substrate holder for processing, a processing chamber for processing the substrate, and an electromagnetic wave supply unit for supplying electromagnetic waves to the substrate.
  • a recording medium is provided in which a program for causing a computer to execute a program is recorded.
  • the first heat insulating body (quartz plate), the first heating element (susceptor), at least one substrate, the second heating element (susceptor), and the second heat insulating body (quartz plate) are assembled in this order from above.
  • a substrate holder configured to load a plurality of the set is provided.
  • the set loaded on the upper side is further configured to include a third insulator.
  • the third heat insulating body is configured to be provided at least above or below the first heat insulating body, or above or below the second heat insulating body.
  • the set loaded on the lower side is further configured to include a reflector.
  • the reflector is configured to be provided at least between the first heating element and the first heating element, or between the second heating element and the second heating element.
  • the first and second heating elements are configured so that the reflectance differs for each set.
  • the set loaded on the upper side is configured to include a heating element having a reflectance different from that of the heating element provided in the set loaded on the lower side.
  • the set loaded on the lower side is configured to include a heating element having a reflectance different from that of the heating element provided on the set loaded on the upper side.
  • At least the first heat insulating body or the second heat insulating body is composed of a heat insulating body provided with fins.
  • Appendix 39 In the substrate holder of Appendix 30, preferably Some of the loaded sets are configured to have a heat insulating plate provided with fins.
  • a heat insulating body provided with fins is configured to be provided at least above the first heating element or below the second heating element.
  • the heat insulating body provided with the fins is configured to be formed of a material that transmits microwaves.

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Abstract

多数基板の処理均一性を向上させる技術を提供することにある。垂直方向に、上方から第1断熱体、第1発熱体、少なくとも1枚の基板、第2発熱体、第2断熱体をこの順序に組として、この組を複数積載する基板保持具と、基板保持具を搬入して基板を処理する処理室と、処理室内に電磁波を供給する電磁波供給部と、を備える技術が提供される。

Description

基板処理装置および半導体装置の製造方法
 本開示は、基板処理装置および半導体装置の製造方法に関する。
 半導体装置(半導体デバイス)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、基板の表面に成膜された薄膜中の組成や結晶構造を変化させたり、成膜された薄膜内の結晶欠陥等を修復したりする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、微細化、高集積化が著しくなっており、これに伴い、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改質処理が求められている。このような高密度基板への改質処理方法として例えば特許文献1に見るような電磁波を用いた熱処理方法が検討されている。また、特許文献1では、ウエハを保持するボートには、ウエハと、ウエハの温度を維持(保温)するための断熱板が、所定の間隔でウエハを挟み込むように保持されている。
国際公開第2017/056148号
 しかし、生産性を向上させるため上方の断熱板と下方の断熱板との間に多数枚のウエハを配置すると、ウエハ間の処理均一性が悪化することがある。
 本開示の課題は、多数基板の処理均一性を向上させる技術を提供することにある。
 本開示の一態様によれば、
 垂直方向に、上方から第1断熱体、第1発熱体、少なくとも1枚の基板、第2発熱体、第2断熱体をこの順序に組として、前記組を複数積載する基板保持具と、
 前記基板保持具を搬入して前記基板を処理する処理室と、
 前記処理室内に電磁波を供給する電磁波供給部と、を備える技術が提供される。
 本開示によれば、多数基板の処理均一性を向上させることが可能になる。
本開示の実施形態で好適に用いられる基板処理装置の縦型処理炉の概略構成を処理炉の位置で示す縦断面図である。 本開示の実施形態で好適に用いられる基板保持具の要部概略構成を示す正面図である。 本開示の実施形態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。 本開示の実施形態における基板処理工程のフローを示す図である。 (a)比較例(枚葉プロセス)における基板保持具の要部概略構成を示す正面図である。(b)比較例(バッチプロセス)における基板保持具の要部概略構成を示す正面図である。 本開示における実施形態の第一変形例を示す図である。 本開示における実施形態の第二変形例を示す図である。 本開示における実施形態の第三変形例を示す図である。 本開示における実施形態の第四変形例を示す図である。 本開示における実施形態の第五変形例を示す図である。 第五変形例における石英板の拡大図である。 本開示における実施形態の第六変形例を示す図である。
 以下、本開示の実施形態について図1から4を参照しながら説明する。
(1)基板処理装置の構成
 本実施形態において、本開示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縦型熱処理装置として構成されている。
 (処理室)
 図1に示すように、本実施形態における基板処理装置100は、アルミニウム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(不図示)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。処理室201は、基板としてのウエハ200を後述するボート217によって水平姿勢で垂直方向に多段に整列した状態で収容可能に構成されている。
 (ガス供給部)
 処理室201内には、後述するガス供給ノズルとしてのノズル249が反応管103の下部側壁を貫通するように組み込まれている。ノズル249は石英により構成されている。ノズル249には、ガス供給管232が接続されている。このように、反応管103には、ノズル249と、ガス供給管232とが設けられており、処理室201内へ少なくとも1種類の処理ガスを供給することが可能となっている。
 但し、本実施形態の処理室201は上述の形態に限定されない。例えば、反応管103の下方に、反応管103を支持する金属製のマニホールドを設け、ノズルを、マニホールドの側壁を貫通するように設けてもよい。この場合、マニホールドに、排気管231をさらに設けてもよい。この場合であっても、排気管231を、マニホールドではなく、反応管103の下部に設けてもよい。このように、処理室201の炉口部を金属製とし、この金属製の炉口部にノズル等を取り付けてもよい。また、処理ガスの種類ごとに複数のノズルを取り付けるようにしてもよい。
 ガス供給管232には、上流方向から順に、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の先端部にはノズル249が接続されている。ノズル249は、反応管103の内壁とウエハ200との間における円環状の空間に、反応管103の内壁の下部より上部に沿って、ウエハ200の配列方向上方に向かって立ち上がるようにそれぞれ設けられている。すなわち、ノズル249は、ウエハ200が配列されるウエハ配列領域200aの側方の、ウエハ配列領域200aを水平に取り囲む領域に、ウエハ配列領域200aに沿うようにそれぞれ設けられている。すなわち、ノズル249は、処理室201内へ搬入されたウエハ200の端部(周縁部)の側方にウエハ200の表面(平坦面)と垂直に設けられている。ノズル249は、L字型のロングノズルとして構成されており、ノズル249の水平部は反応管103の下部側壁を貫通するように設けられており、それらの各垂直部は少なくともウエハ配列領域200aの一端側から他端側に向かって立ち上がるように設けられている。ノズル249の側面には、ガスを供給するガス供給孔250が複数設けられている。ガス供給孔250は、反応管103の中心を向くようにそれぞれ開口しており、ウエハ200に向けてガスを供給することが可能となっている。ガス供給孔250は、反応管103の下部から上部にわたって複数設けられ、それぞれが同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。
 このように、本実施形態では、反応管103の側壁の内壁と、積載された複数枚のウエハ200の端部(周縁部)と、で定義される円環状の縦長の空間内、すなわち、円筒状の空間内に配置したノズル249を経由してガスを搬送している。そして、ノズル249に開口されたガス供給孔250から、ウエハ200の近傍で初めて反応管103内にガスを噴出させている。そして、反応管103内におけるガスの主たる流れを、ウエハ200の表面と平行な方向、すなわち、水平方向としている。このような構成とすることで、冷却ガスまたはパージガスとしての不活性ガスを各ウエハ200に均一にガスを供給でき、各ウエハ200に形成される薄膜の膜厚均一性を向上させることが可能となる。ウエハ200の表面上を流れたガス、すなわち、反応後の残ガスは、排気口、すなわち、後述する排気管231の方向に向かって流れる。但し、この残ガスの流れの方向は、排気口の位置によって適宜特定され、垂直方向に限ったものではない。
 ガス供給管232からは、例えば、不活性ガスとして窒素(N)ガスがMFC241、バルブ243、ノズル249を介して処理室201内へ供給される。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。不活性ガス供給系をパージガス供給系、冷却ガス供給系と称することもできる。不活性ガスとしては、N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。
 (排気部)
 処理室201の下方であって、反応管103の下部側壁には、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、反応管103とケース102aとの間の排気部には排気口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(Auto Pressure Controller)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。
 主に、排気口221、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。
 (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電磁波供給部としてのマイクロ波発振器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。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103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に直接設置するだけでなく、キャップフランジ104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。
 (電磁波供給部)
 ケース102の側壁には複数の電磁波導入ポート653-1~653-3がそれぞれ垂直方向に設置されている。電磁波導入ポート653-1~653-3には、それぞれ導波管654-1~654-3の一端が接続されている。導波管654-1~654-3のそれぞれの他端には、マイクロ波発振器655-1~655-3が接続されている。このように構成することによって、処理室201内に供給された電磁波であるマイクロ波によって垂直方向に複数多段に保持されたウエハ200間において、均一に加熱することが可能となり、ウエハ200の面間均一性を向上させることが可能となる。なお、マイクロ波発振器655(導波管および電磁波導入ポート)の数は三つに限定されるものではなく、ウエハ配列領域200aの高さによって増減してもよい。
 また、マイクロ波発振器655-1~655-3は、それぞれにコントローラ121が接続されている。コントローラ121には処理室201内に収容される石英板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、石英板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655-1~655-3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655-1~655-3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655-1~655-3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655-1~655-3が個々に制御されるように構成してもよい。さらに、マイクロ波発振器655-1~655-3を例えばマイクロ波発振器655-1と655-2を同一の制御信号で制御し、マイクロ波発振器655-3を個別の制御信号で制御するというような所定の組合せ(グループ分け)で制御するようにしてもよい。
 例えば、ウエハ200の処理温度帯が後述する組ごとに異なる(例えば、上部側(マイクロ波発振器655-1)に対応するウエハ200の処理温度、中央部(マイクロ波発振器655-2)に対応するウエハ200の処理温度、下部側(マイクロ波発振器655-3)に対応するウエハ200の処理温度が異なる)場合に、コントローラ121から個別の制御信号を送信することでウエハ200の処理温度帯に対応してそれぞれのマイクロ波発振器655-1~655-3の出力を調整する。また、ウエハ200の処理温度が一定の場合、ウエハ配列領域200aの中央部よりも上部側の炉内温度(例えば上部領域200bの温度)が中央部よりも下部側の炉内温度(例えば下部領域200dの温度)よりも高くなるため、コントローラ121から個別の制御信号を送信することで上部側のマイクロ波発振器655-1の出力を低く、下部側のマイクロ波発振器655-3の出力を高くする。すなわち、下部側のマイクロ波発振器655-3の出力を、上部側のマイクロ波発振器655-1の出力より高くする。または、下部側のマイクロ波発振器655-3の出力を中央部のマイクロ波発振器655-2の出力より高くし、上部側のマイクロ波発振器655-1の出力を中央部のマイクロ波発振器655-2の出力より低くする。
 (周辺機構)
 反応管103の下方には、反応管103の下端開口を気密に閉塞可能な炉口蓋体としてのシールキャップ219が設けられている。シールキャップ219は、反応管103の下端に垂直方向下側から当接されるように構成されている。シールキャップ219は、例えばアルミニウム(SUS)等の金属により構成され、円盤状に形成されている。シールキャップ219の上面には、反応管103の下端と当接するシール部材としてのOリング(不図示)が設けられている。シールキャップ219の処理室201と反対側には、後述するボート217を回転させる回転機構268が設置されている。回転機構268のシャフト255は、シールキャップ219を貫通してボート217に接続されている。回転機構268は、ボート217を回転させることでウエハ200を回転させるように構成されている。シールキャップ219は、反応管103の外部に垂直に設置された昇降機構としてのボートエレベータ115によって垂直方向に昇降されるように構成されている。ボートエレベータ115は、シールキャップ219を昇降させることで、ボート217を処理室201内外に搬入および搬出することが可能なように構成されている。すなわち、ボートエレベータ115は、ボート217すなわちウエハ200を、処理室201内外に搬送する搬送装置(搬送機構)として構成されている。
 (基板保持具)
 基板保持具としてのボート217は、複数枚、例えば25~200枚の基板(ウエハ200、石英板101a,101bおよびサセプタ105a,105b等)を、水平姿勢で、かつ、互いに中心を揃えた状態で垂直方向に整列させて多段に支持するように、すなわち、間隔を空けて配列させるように構成されている。ボート217は、例えば石英やSiC等の耐熱性材料により構成される。ボート217の下部には、例えば石英やSiC等の耐熱性材料により構成される断熱プレート218が水平姿勢で多段に支持されていてもよく、ボート217の下部に断熱プレート218を設けずに、石英やSiC等の耐熱性材料で筒状の部材として構成された断熱筒を設けてもよい。このように構成することにより、ウエハ200や石英板101bからの熱が炉口側に伝わりにくくなっている。また、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(不図示)が設けられており、石英板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。
 図2に示すように、ボート217にはウエハ200を挟み込むようにウエハ200の垂直方向上下に載置された、石英板101a,101bが所定の間隔で保持されており、ウエハ200の外側であって石英板101aと石英板101bの内側に載置されたサセプタ105a,105bが保持されている。すなわち、ボート217は、垂直方向に、上方から石英板101a、サセプタ105a、ウエハ200、サセプタ105bおよび石英板101bをこの順に構成された組301を複数積載して保持している。石英板101a,101bはウエハ200の温度を維持(保温)するための断熱体である。サセプタ105a,105bは、例えばシリコンプレート(Si板)や炭化シリコンプレート(SiC板)などの電磁波を吸収して自身が加熱される誘電体などの材質で形成し、ウエハ200を間接的に加熱する発熱体である。このように複数層で構成される組を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。なお、図2では、組301を四つ載置した例を示しているが、これに限定されるものではなく、上述したようにボート217に25~200枚の基板が載置可能な場合は、組301を5~40組設けることが可能である。
 (制御装置)
  図3に示すように、制御部(制御装置、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、内部バス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。
 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プログラムや、アニール(改質)処理の手順や条件等が記載された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、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、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、それら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。
 I/Oポート121dは、上述のMFC241、バルブ243、圧力センサ245、圧力調整器244、真空ポンプ246、温度センサ263、回転機構268、マイクロ波発振器655等に接続されている。
 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、移載機による基板の移載動作、MFC241による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245に基づく圧力調整器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655の出力調整動作、回転機構268によるボート217の回転および回転速度調節動作、または、ボートエレベータ115による昇降動作等を制御するように構成されている。
 コントローラ121は、外部記憶装置(例えば、ハードディスク等の磁気ディスク、CD等の光ディスク、MO等の光磁気ディスク、USBメモリ等の半導体メモリ)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、それら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。
 (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4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。
 ここで、本明細書において「ウエハ」という言葉を用いた場合は、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」や「半導体基板」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。
 (基板搬入工程(S401))
 図1に示すように、所定枚数のウエハ200(所定数の組301)がボート217に移載されると、ボートエレベータ115は、シールキャップ219を上昇させることでボート217を反応管103内側の処理室201に搬入(ボートローディング)する(S401)。
 (炉内圧力・温度調整工程(S402))
 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10~102000Pa)となるよう処理室201内の雰囲気を制御する。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244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。また、同時に予備加熱としてマイクロ波発振器655を制御し、所定の温度まで加熱を行うように制御してもよい(S402)。マイクロ波発振器655によって、所定の基板処理温度まで昇温させる場合、ウエハ200が変形・破損しないように、後述する改質工程の出力よりも小さな出力で昇温を行うことが好ましい。なお、大気圧下で基板処理を行う場合、炉内圧力調整を行わず、炉内の温度調整のみを行った後、後述する不活性ガス供給工程S403へ移行するように制御してもよい。
 (不活性ガス供給工程(S403))
 炉内圧力・温度調整工程S402によって処理室201内の圧力と温度を所定の値に制御すると、回転機構268は、シャフト255を回転させ、ボート217を介してウエハ200を回転させる。このとき、窒素ガス等の不活性ガスがガス供給管232を介して供給される(S403)。さらにこのとき、処理室201内の圧力は10Pa以上102000Pa以下の範囲となる所定の値であって、例えば101300Pa以上101650Pa以下となるように調整される。なお、シャフト255は基板搬入工程S401時、すなわち、ウエハ200を処理室201内に搬入完了後に回転させてもよい。また、本工程は炉内圧力調整方法として炉内圧力・温度調整工程S402と同時に実施されてもよい。
 (改質工程(S404))
 処理室201内を所定の圧力となるように維持すると、マイクロ波発振器655は上述した各部を介して処理室201内にマイクロ波を供給する。処理室201内にマイクロ波が供給されることによって、ウエハ200が100℃以上、1000℃以下の温度、好適には400℃以上、900℃以下の温度となるように加熱し、さらに好適には、500℃以上、700℃以下の温度となるように加熱する。このような温度で基板処理することによって、ウエハ200が効率よくマイクロ波を吸収する温度下での基板処理となり、改質処理の速度向上が可能となる。換言すると、ウエハ200の温度を100℃よりも低い温度、または1000℃よりも高い温度下で処理してしまうと、ウエハ200の表面が変質してしまい、マイクロ波を吸収し難くなってしまうためにウエハ200を加熱し難くなってしまうこととなる。このため、上述した温度帯で基板処理を行うことが望まれる。このような基板処理の温度帯を維持するために、改質処理(アニール処理)中に冷却処理を行うことが好ましい。
 例えば、電磁波による加熱方式にて加熱を行う本実施形態では、処理室201に定在波が発生し、ウエハ200およびサセプタ105a,105b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200およびサセプタ105a,105bが変形することを抑制するため、回転機構268を用いてボート217を回転させることでウエハ200にホットスポットが生じることを抑制している。
 以上のようにマイクロ波発振器655を制御することによって、ウエハ200を加熱し、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をポリシリコン膜へと改質(結晶化)させる。すなわち、ウエハ200を均一に改質することが可能となる。なお、ウエハ200の測定温度が上述した閾値を超えて高くまたは低くなった場合、マイクロ波発振器655をオフとするのではなく、マイクロ波発振器655の出力を低くするように制御することでウエハ200の温度が所定の範囲の温度となるようにしてもよい。この場合、ウエハ200の温度が所定の範囲の温度に戻るとマイクロ波発振器655の出力を高くするように制御される。
 予め設定された処理時間が経過すると、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。
 (基板搬出工程(S405))
 処理室201内の圧力を大気圧復帰させた後に、ボートエレベータ115はシールキャップ219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を搬出(ボートアンローディング)する。その後ボートに載置されているウエハ200を搬送室に搬出する(S405)。
 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。
 本開示者らが本開示に先立って検討した技術(比較例)を参照しながら本実施形態による効果について説明する。
 図5(a)に示すような枚葉プロセスでは、ウエハ200が1枚で上下のサセプタ105a,105bと石英板101a,101bで、対称に挟み込む構成をしている。ここで、石英板101a,101bの役割は、ウエハ200及びサセプタ105a,105bからの熱伝達による熱逃げ抑制(保温)とガスの対流による熱逃げ抑制(対流制御)である。また、サセプタ105a,105bの役割は、サセプタ105a,105bからの熱逃げ抑制(保温)、ガスの対流による熱逃げ抑制(対流制御)及び特に低温域でのマイクロ波吸収による、サセプタ105a,105bとウエハ200の加熱(高速昇温)である。
 この構成で生産性向上するため、図1に示すような多数枚のバッチプロセス(例えばウェハ枚数25枚)では、ウエハ200の面間で言うと中央部に熱がこもり、図5(a)の枚葉プロセスより均一性が悪化する。そこで図5(b)に示すような少数枚のバッチプロセス(例えばウエハ2枚~10枚)を複数積載することで、空間分離により熱こもりを改善しバッチ処理が可能になる。
 本実施形態では、石英板(第1断熱体)101a、サセプタ(第1発熱体)105a、ウエハ200、サセプタ(第2発熱体)105b、石英板(第2断熱体)101bで構成される組を複数積載するので、処理室201内に導入されたマイクロ波雰囲気の中に、空間分離して同じマイクロ波アニール環境を縦方向に多段化することができる。これにより、比較例の均一性の悪化を防ぎ比較例よりも均一性が向上し、枚葉プロセスと同程度の均一性が得られる。また、複数枚の基板処理が可能となり、基板処理効率(生産性)を向上させることが可能となる。
 <変形例>
 以下、実施形態の代表的な変形例について、幾つか例示する。以下の変形例の説明において、上述の実施形態にて説明されているものと同様の構成および機能を有する部分に対しては、上述の実施形態と同様の符号が用いられ得るものとする。そして、かかる部分の説明については、技術的に矛盾しない範囲内において、上述の実施形態における説明が適宜援用され得るものとする。また、上述の実施形態の一部、および、複数の変形例の全部または一部が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、複合的に適用され得る。
 (第一変形例)
 実施形態では、組301は石英板101a,101bを有しているが、第一変形例では隣接する石英板、すなわち、上層組の石英板101bと下層組の石英板101aを共用する。図6に示すように、最上層の組301は実施形態と同様に、石英板101a、サセプタ105a、ウエハ200、サセプタ105bおよび石英板101bで構成されるが、二層目以下の組302は、石英板101aを有さず、サセプタ105a、ウエハ200、サセプタ105bおよび石英板101bで構成される。これにより、石英板およびサセプタの機能を損なわず、実施形態よりも石英板の数を低減することが可能である。また、石英板の数の削減により、ボート217に搭載するウエハ200の数を増加することが可能になる。
 なお、第一変形例では、最上層に組301、二層目以下に組302を積載する例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、最下層に組301、二層目以上に組302を積載してもよい。この場合、組302は石英板101bを有さず、石英板101a、サセプタ105a、ウエハ200およびサセプタ105bで構成される。また、最上層に石英板101aを設け、その下に、組302(サセプタ105a、ウエハ200、サセプタ105b、石英板101b)を積載するようにしてもよい。
 (第二変形例)
 上述したように、ウエハ200の処理温度が一定の場合、ウエハ配列領域200aの中央部よりも上部側の炉内温度(例えば上部領域200bの温度)が下部側の炉内温度(例えば下部領域200dの温度)よりも高くなるので、第二変形例ではボート217の上部側に積載される組に対して、断熱体(第3断熱体)としての石英板を追加する。例えば、図7に示すように、最上層の組303および上から二番目の組303は、石英板101a、サセプタ105a、ウエハ200、サセプタ105b、石英板101bおよび石英板(第3断熱体)101cで構成される。また、三層目以下の組301は、実施形態と同様の構成であり、石英板101a、サセプタ105a、ウエハ200、サセプタ105bおよび石英板101bで構成される。これにより、ボート217の上部側では、上層組のサセプタ105bと下層組のサセプタ105aとの間に断熱体としての石英板が三枚配置され、ウエハ200の温度上昇を抑制することができるので、ボート217の上部側と下部側の温度のアンバランスを低減させることが可能である。
 なお、第二変形例では、組303、組301をそれぞれ二つ積載する例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、組303は最上層の組一つであってもよいし、組301は最下層の組一つであってもよい。また、石英板101cを石英板101bの下方に追加する例を説明したが、石英板cを、石英板101bの上方または下方、石英板101aの上方または下方のいずれかに追加してもよい。また、石英板101cを、石英板101aの上方または下方のいずれか、および、石英板101bの上方または下方のいずれかに設けてもよい。
 (第三変形例)
 上述したように、ウエハ200の処理温度が一定の場合、ウエハ配列領域200aの中央部よりも下部側の炉内温度(例えば下部領域200dの温度)が中央部よりも上部側の炉内温度(例えば上部領域200bの温度)より低くなるので、第三変形例ではボート217の下部側に積載される組に対して、反射板を追加する。例えば、図8に示すように、最下層の組304は、石英板101a、サセプタ105a、ウエハ200、サセプタ105b、反射板106および石英板101bで構成される。ここで、金属はマイクロ波を反射させる特性を有し、また、石英はマイクロ波を透過する特性を有する。そこで、反射板106は、例えば、石英板に金属をスパッタさせてマイクロ波反射体とする。また、最上層から三層目までの組301は、実施形態と同様の構成であり、石英板101a、サセプタ105a、ウエハ200、サセプタ105bおよび石英板101bで構成される。これにより、ボート217の下部側では、反射板106がウエハ200の温度を上昇することができるので、ボート217の上部側と下部側の温度のアンバランスを低減させることが可能である。
 なお、第三変形例では、組304を最下層の組に設ける例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、組304を、さらに、最下層の組の上にも設けてもよい。また、反射板106をサセプタ105bと石英板101bとの間に設ける例を説明したが、さらに、反射板106を石英板101aとサセプタ105aとの間にも設けてもよいし、サセプタ105bと石英板101bとの間に代えて石英板101aとサセプタ105aとの間に反射板106を設けてもよい。
 (第四変形例)
 第四変形例では、各組ごとで反射率の異なるサセプタを使用する。例えば、図9に示すように、最上層の組305は、石英板101a、サセプタ105a、ウエハ200、サセプタ105cおよび石英板101bで構成される。また、二層目以下の組301は、実施形態と同様の構成であり、石英板101a、サセプタ105a、ウエハ200、サセプタ105bおよび石英板101bで構成される。ここで、サセプタ105cの反射率はサセプタ105bの反射率よりも小さい。
 マイクロ波電力(P)は下式で表される。
   P=K・εr・tanδ・f・E [W/m
ここで、
  K:0.556×10-10
  εr:誘電体の比誘電率
  tanδ:誘電体の誘電損失角
  f:周波数[Hz]
  E:電界強度[V/m]
である。
 tanδは材料ごとの物性で、加熱におけるキーファクターとなる。例えば、サセプタ105cをサセプタ105bより低いtanδの材質とすることにより、マイクロ波電力は低下し、加熱温度を抑えることができる。サセプタのtanδを組305ごとに変えることにより、異なる温度帯で1度に複数のウエハを加熱処理することが可能である。また、第二変形例や第三変形例と同様に、ボート217の上部側と下部側の温度のアンバランスを低減させることが可能である。
 なお、第四変形例では、すべての組に組305を設ける例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、組305を最上層の組や最下層の組の一部のみに設けて、他の組に実施形態の組301を設けてもよい。また、サセプタ105cをウエハ200と石英板101bとの間に設ける例を説明したが、さらに、サセプタ105cを石英板101aとウエハ200との間にも設けてもよいし、ウエハ200と石英板101bとの間に代えて石英板101aとウエハ200との間にサセプタ105cを設けてもよい。
 (第五変形例)
 第五変形例では、フィンを設けた石英板101dを使用する。例えば、図10に示すように、各組306は、石英板101a、サセプタ105a、ウエハ200、サセプタ105bおよび石英板101dで構成される。例えば、図11に示すように、石英板101dはフィン101fを有し、図10に示すように、石英板101dがサセプタ105bの下方に設けられる。なお、フィン101fは、石英板より削り出してもよいし、溶接してもよい。
 第五変形例によれば、フィンを設けたとしても石英板101dはマイクロ波を透過するので加熱には影響なく、ボート217を移載室に移動した際に、フィンにより冷却ガス(Nガス)により石英板が冷却されやすくなるため、ウエハも早く冷却することが可能となる。
 なお、第五変形例では、すべての組に組306を設ける例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、組306を最上層の組や最下層の組、中央部の組等の一部のみに設けて、他の組に実施形態の組301も設けてもよい。また、石英板101dをサセプタ105bの下方に設ける例を説明したが、さらに、石英板101dをサセプタ105aの上方に設けてもよいし、サセプタ105bの下方に代えてサセプタ105aの上方に石英板101dを設けてもよい。すなわち、上述した組301の石英板101a、石英板101bのいずれか一方または両方(少なくとも石英板101aまたは石英板101b)を、フィンが設けられた石英板101dに代えて設けるようにしてもよい。
 (第六変形例)
 上記本実施例では、石英板101a、サセプタ105a、ウエハ200、サセプタ105b、石英板101bで構成される組を複数積載する例を説明したが、これに限定されるものではない。第六変形例では、図12に示すように、垂直方向に、上方から石英板101a、ウエハ200、石英板101bをこの順序に組307(以下、組とする)として、この組307を複数積載するようにしてもよい。このような構成とすることで、ウエハ200を石英板101aおよび101bで空間分離することが可能となり、この空間分離により熱こもりを改善し、バッチ処理が可能となる。また、石英板の数の削減により、ボート217に搭載するウエハ200の数を増加することが可能になる。なお、ウエハ200は、1枚に限らず、上述したように2~10枚積載するように設けてもよい。また、第六変形例では、上述した第一変形例のように、上層組の石英板101bと下層組の石英板101aを共有するようにしてもよい。また、第六変形例では、上述した第二変形例のように、ボート217の中央部よりも上部側に積載される組に対して断熱体としての石英板101cを追加するようにしてもよい。なお、この石英板101cは、石英板101bの上部または下部に設けられる。また、第六変形例では、上述した第三変形例のように、ウエハ200の処理温度が一定の場合、ウエハ配列200aの中央部よりも下側の炉内温度が中央部よりも上部側の炉内温度より低くなるので、ボート217の下部側に積載される組に対して、反射板106を追加するようにしてもよい。なお、この反射板106は、石英板101aの上方または石英板101bの下方に設けられる。また、第六変形例では、上述した第五変形例にように、石英板101a、石英板101bのいずれか一方または両方(少なくとも石英板101aまたは石英板101b)を、フィンを設けた石英板101dに代えて設けてもよい。なお、このフィンを設けた石英板101dは、上述した図11に示した構成と同様の構成であって、各組307に設けてもよく、一部の組307に設けてもよい。また、このフィンを設けた石英板101dは、例えば、石英板101aの上方または石英板101bの上方に設けられるようにしてもよい。
 以上説明した実施形態の構成は、適宜変更して用いることができ、その効果も得ることができる。例えば、上述の説明では、シリコンを主成分とする膜として、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記載したが、これに限らず、酸素(O)、窒素(N)、炭素(C)、水素(H)のうち、少なくとも1つ以上を含むガスを供給させて、ウエハ200の表面に形成された膜を改質しても良い。例えば、ウエハ200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に、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させることによって、ハ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、これに限らず、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おいても、好適に適用可能である。すなわち、上述の成膜シーケンスは、ウエハ200上に、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、WO膜を改質する場合にも、好適に適用することが可能となる。
 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ようにしてもよい。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)などの少なくとも1つ以上を含む。
 また、メタクリル酸メチル樹脂(Polymethyl methacrylatePMMA)、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などの少なくともいずれかをベースとするレジスト膜であってもよい。
 また、上述では、半導体装置の製造工程の一工程について記したが、これに限らず、液晶パネルの製造工程のパターニング処理、太陽電池の製造工程のパターニング処理や、パワーデバイスの製造工程のパターニング処理などの、基板を処理する技術にも適用可能である。
 なお、本開示は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本開示のより良い理解のために詳細に説明したのであり、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
 更に、上述した各構成、機能、制御装置等は、それらの一部又は全部を実現するプログラムを作成する例を説明したが、それらの一部又は全部を例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良いことは言うまでもない。すなわち、処理部の全部または一部の機能は、プログラムに代え、例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)などの集積回路などにより実現してもよい。
 <本開示の好ましい態様>
 以下、本開示の好ましい態様について付記する。
 (付記1)
 本開示の一態様によれば、
 垂直方向に、上方から第1断熱体(石英板)、第1発熱体(サセプタ)、少なくとも1枚の基板、第2発熱体(サセプタ)、第2断熱体(石英板)をこの順序に組(以下、組とする)として、この組を複数積載する基板保持具と、
 前記穂版保持具を搬入して前記基板を処理する処理室と、
 前記処理室内に電磁波を供給する電磁波供給部と、を備える
基板処理装置が提供される。
 (付記2)
 付記1の基板処理装置において、好ましくは、
 前記基板保持具の上部側に積載される前記組は、さらに、第3断熱体を備える。
 (付記3)
 付記2の基板処理装置において、好ましくは、
 前記第3断熱体は、少なくとも前記第1断熱体の上方若しくは下方、または、前記第2断熱体の上方若しくは下方に設けられる。
 (付記4)
 付記1の基板処理装置において、好ましくは、
 前記基板保持具の下部側に積載される前記組は、さらに、反射板を備える。
 (付記5)
 付記4の基板処理装置において、好ましくは、
 前記反射板は、少なくとも前記第1断熱体と第1発熱体との間、または、前記第2発熱体と第2断熱体との間に設けられる。
 (付記6)
 付記1の基板処理装置において、好ましくは、
 前記第1および第2発熱体は組ごとで反射率が異なる。
 (付記7)
 付記1の基板処理装置において、好ましくは、
 前記基板保持具の上部に積載される前記組は、前記基板保持具の下部側に積載される前記組に設けられる発熱体とは反射率が異なる発熱体を備える。
 (付記8)
 付記1の基板処理装置において、好ましくは、
 前記基板保持具の下部に積載される前記組は、前記基板保持具の上部側に積載される前記組に設けられる発熱体とは反射率が異なる発熱体を備える。
 (付記9)
 付記1の基板処理装置において、好ましくは、
 少なくとも前記第1断熱体または前記第2断熱体は、フィンを設けた断熱体で構成される。
 (付記10)
 付記1の基板処理装置において、好ましくは、
 前記基板保持具に積載される組のうち、一部の組は、フィンを設けた断熱板を有する。
 (付記11)
 付記1の基板処理装置において、好ましくは、
 フィンを設けた断熱体が、少なくとも第1発熱体の上方または第2発熱体の下方に設けられる。
 (付記12)
 付記9~11のいずれかの基板処理装置において、好ましくは、
 前記フィンを設けた断熱体は、マイクロ波を透過する材料で形成される。
 (付記13)
 付記1の基板処理装置において、好ましくは、
 前記電磁波供給部は、前記処理室の側壁に垂直方向に複数設けられる。
 (付記14)
 付記13の基板処理装置において、好ましくは、
 複数設けられた電磁波供給部の出力を調整して前記基板の処理温度が一定となるように制御するよう構成される制御部を有する。
 (付記15)
 付記14の基板処理装置において、好ましくは、
 前記制御部は、下部側の前記電磁波供給部の出力を、上部側の前記電磁波供給部の出力より高くなるように制御する。
 (付記16)
 付記13の基板処理装置において、好ましくは、
 複数設けられた電磁波供給部の出力を調整して前記組ごとの前記基板の処理温度が異なるように制御するよう構成される制御部を有する。
 (付記17)
 本開示の一態様によれば、
 垂直方向に、最上層に断熱体(石英板)を備え、上方から発熱体(サセプタ)、少なくとも1枚の基板、発熱体(サセプタ)、断熱体(石英板)をこの順序に組(以下、組とする)として、この組を複数積載する基板保持具と、
 前記基板を処理する処理室と、
 前記処理室内に電磁波を供給する電磁波供給部と、を備える
基板処理装置が提供される。
 (付記18)
 本開示の一態様によれば、
 垂直方向に、上方から第1断熱体(石英板)、少なくとも1枚の基板、第2断熱体(石英板)をこの順序に組(以下、組とする)として、この組を複数積載する基板保持部と、
 前記基板を処理する処理室と、
 前記処理室内に電磁波を供給する電磁波供給部と、を備える
基板処理装置が提供される。
 (付記19)
 付記18の基板処理装置において、好ましくは、
 前記基板保持具の上部側に積載される前記組は、さらに、第3断熱体を備える。
 (付記20)
 付記19の基板処理装置において、好ましくは、
 前記第3断熱体は、少なくとも前記第1断熱体の上方若しくは下方、または、前記第2断熱体の上方若しくは下方に設けられる。
 (付記21)
 付記18の基板処理装置において、好ましくは、
 前記基板保持具の下部側に積載される前記組は、さらに、反射板を備える。
 (付記22)
 付記21の基板処理装置において、好ましくは、
 前記反射板は、少なくとも前記第1断熱体の上方または前記第2断熱体の下方に設けられる。
 (付記23)
 付記18の基板処置装置において、好ましくは、
 少なくとも前記第1断熱体または前記第2断熱体は、フィンを設けた断熱体である。
 (付記24)
 付記18の基板処理装置において、好ましくは、
 前記基板保持具に積載される組のうち、一部の組は、フィンを設けた断熱体を有する。
 (付記25)
 付記18の基板処置装置において、好ましくは、
 前記フィンを設けた断熱体が、少なくとも前記第1断熱体の上方または前記第2断熱体の下方に設けられる。
 (付記26)
 付記23~25のいずれかの基板処理装置において、好ましくは、
 前記フィンを設けた断熱体は、マイクロ波を透過する材料で形成される。
 (付記27)
 本開示の他の態様によれば、
 垂直方向に、上方から第1断熱体、第2発熱体、少なくとも1枚の基板、第2発熱体、第2断熱体をこの順序に組(以下、組とする)として、この組を複数積載する基板保持具と、前記基板を処理する処理室と、前記基板に電磁波を供給する電磁波供給部と、を備える基板処理装置の前記処理室に前記基板保持具を搬入する搬入工程と、
 前記処理室内に前記電磁波を供給する供給工程と、
 前記基板保持具を前記処理室から搬出する搬出工程と、を有する
半導体装置の製造方法が提供される。
 (付記28)
 本開示の他の態様によれば、
 垂直方向に、上方から第1断熱体、第1発熱体、少なくとも1枚の基板、第2発熱体、第2断熱体をこの順序に組(以下、組とする)として、この組を複数積載する基板保持具と、前記基板を処理する処理室と、前記基板に電磁波を供給する電磁波供給部と、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搬入手順と、
 前記処理室内に前記電磁波を供給する供給手順と、
 前記基板を前記処理室から搬出する搬出手順と、
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。
 (付記29)
 本開示の他の態様によれば、
 垂直方向に、上方から第1断熱体、第1発熱体、少なくとも1枚の基板、第2発熱体、第2断熱体をこの順序に組(以下、組とする)として、この組を複数積載する基板保持具と、前記基板を処理する処理室と、前記基板に電磁波を供給する電磁波供給部と、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搬入手順と、
 前記処理室内に前記電磁波を供給する供給手順と、
 前記基板を前記処理室から搬出する搬出手順と、
をコンピュータに実行させるプログラムが記録された記録媒体が提供される。
 (付記30)
 本開示の一態様によれば、
 垂直方向に、上方から第1断熱体(石英板)、第1発熱体(サセプタ)、少なくとも1枚の基板、第2発熱体(サセプタ)、第2断熱体(石英板)をこの順序に組(以下、組とする)として、この組を複数積載するように構成される基板保持具が提供される。
 (付記31)
 付記30の基板保持具において、好ましくは、
 上部側に積載される前記組は、さらに、第3断熱体を備えるように構成される。
 (付記32)
 付記31の基板保持具において、好ましくは、
 前記第3断熱体は、少なくとも前記第1断熱体の上方若しくは下方、または、前記第2断熱体の上方若しくは下方に設けられるように構成される。
 (付記33)
 付記30の基板保持具において、好ましくは、
 下部側に積載される前記組は、さらに、反射板を備えるように構成される。
 (付記34)
 付記33の基板保持具において、好ましくは、
 前記反射板は、少なくとも前記第1断熱体と第1発熱体との間、または、前記第2発熱体と第2断熱体との間に設けられるように構成される。
 (付記35)
 付記30の基板保持具において、好ましくは、
 前記第1および第2発熱体は組ごとで反射率が異なるように構成される。
 (付記36)
 付記30の基板保持具において、好ましくは、
 上部に積載される前記組は、下部側に積載される前記組に設けられる発熱体とは反射率が異なる発熱体を備えるように構成される。
 (付記37)
 付記30の基板保持具において、好ましくは、
 下部に積載される前記組は、上部側に積載される前記組に設けられる発熱体とは反射率が異なる発熱体を備えるように構成される。
 (付記38)
 付記30の基板保持具において、好ましくは、
 少なくとも前記第1断熱体または前記第2断熱体は、フィンを設けた断熱体で構成される。
 (付記39)
 付記30の基板保持具において、好ましくは、
 積載される組のうち、一部の組は、フィンを設けた断熱板を有するように構成される。
 (付記40)
 付記30の基板保持具において、好ましくは、
 フィンを設けた断熱体が、少なくとも第1発熱体の上方または第2発熱体の下方に設けられるように構成される。
 (付記41)
 付記38~40のいずれかの基板保持具において、好ましくは、
 前記フィンを設けた断熱体は、マイクロ波を透過する材料で形成されるように構成される。
 100:基板処理装置
 101a,101b:石英板(断熱体)
 105a,105b:サセプタ(発熱体)
 200:ウエハ(基板) 
 201:処理室
 217:ボート(基板保持具)
 655:マイクロ波発振器(電磁波供給部)

Claims (18)

  1.  垂直方向に、上方から第1断熱体、第1発熱体、少なくとも1枚の基板、第2発熱体、第2断熱体をこの順序に組として、前記組を複数積載する基板保持具と、
     前記基板保持具を搬入して前記基板を処理する処理室と、
     前記処理室内に電磁波を供給する電磁波供給部と、を備える基板処理装置。
  2.  前記基板保持具の上部側に積載される前記組は、さらに、第3断熱体を備える請求項1に記載の基板処理装置。
  3.  前記第3断熱体は、少なくとも前記第1断熱体の上方若しくは下方、または、前記第2断熱体の上方若しくは下方に設けられる請求項2に記載の基板処理装置。
  4.  前記基板保持具の下部側に積載される前記組は、さらに、反射板を備える請求項1に記載の基板処理装置。
  5.  前記反射板は、少なくとも前記第1断熱体と第1発熱体との間、または、前記第2発熱体と第2断熱体との間に設けられる請求項4に記載の基板処理装置。
  6.  前記第1発熱体および第2発熱体は組ごとで反射率が異なる請求項1に記載の基板処理装置。
  7.  前記基板保持具の上部側に積載される前記組は、前記基板保持具の下部側に積載される前記組に設けられる発熱体とは反射率が異なる前記第1発熱体および第2発熱体を備える請求項1に記載の基板処理装置。
  8.  前記基板保持具の下部側に積載される前記組は、前記基板保持具の上部側に積載される前記組に設けられる発熱体とは反射率が異なる前記第1発熱体および第2発熱体を備える請求項1に記載の基板処理装置。
  9.  少なくとも前記第1断熱体または第2断熱体は、フィンを設けた断熱体である請求項1に記載の基板処理装置。
  10.  前記基板保持具に積載される組のうち、一部の組は、フィンを設けた断熱体を有する請求項1に記載の基板処理装置。
  11.  フィンを設けた断熱体が、少なくとも前記第1発熱体の上部または前記第2発熱体の下部に設けられる請求項1に記載の基板処理装置。
  12.  前記フィンを設けた断熱体は、マイクロ波を透過する材料で形成される請求項9に記載の基板処理装置。
  13.  前記電磁波供給部は、前記処理室の側壁に垂直方向に複数設けられる請求項1に記載の基板処理装置。
  14.  複数設けられた前記電磁波供給部の出力を調整して前記基板の処理温度が一定となるように制御するよう構成される制御部を有する請求項13に記載の基板処理装置。
  15.  前記制御部は、下部側の前記電磁波供給部の出力が、上部側の前記電磁波供給部の出力より高くなるように制御する請求項14に記載の基板処理装置。
  16.  複数設けられた前記電磁波供給部の出力を調整して、前記組ごとに設けられる前記基板の処理温度が異なるように制御するよう構成される制御部を有する請求項13に記載の基板処理装置。
  17.  垂直方向に、上方から第1断熱体、少なくとも1枚の基板、第2断熱体をこの順序に組として、前記組を複数積載する基板保持部と、
     前記基板保持部を搬入して前記基板を処理する処理室と、
     前記処理室内に電磁波を供給する電磁波供給部と、を備える基板処理装置。
  18.  垂直方向に、上方から第1断熱体、第1発熱体、少なくとも1枚の基板、第2発熱体、第2断熱体をこの順序に組として、前記組を複数積載する基板保持具と、前記基板保持具を搬入して前記基板を処理する処理室と、前記基板に電磁波を供給する電磁波供給部と、を備える基板処理装置の前記処理室に前記基板保持具を搬入する搬入工程と、
     前記処理室内に前記電磁波を供給する供給工程と、
     前記基板保持具を前記処理室から搬出する搬出工程と、を有する半導体装置の製造方法。
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