JP2012069638A

JP2012069638A - 基板処理装置

Info

Publication number: JP2012069638A
Application number: JP2010211881A
Authority: JP
Inventors: Masahisa Okuno; 正久奥野
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2010-09-22
Filing date: 2010-09-22
Publication date: 2012-04-05

Abstract

【課題】基板上に均一に電磁波を照射させて、基板面内に均一に不純物を拡散させることができる。
【解決手段】基板を処理する処理室と、前記処理室内で基板を保持する基板保持部と、前記基板保持部に保持された基板の側面を覆う筒状体と、前記基板保持部に保持された基板よりも上方に設けられ、電磁波が導入される電磁波導入部と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板処理装置に関する。

半導体基板としてのシリコンウエハには不純物を注入し、トランジスタのソース領域やドレイン領域などを形成している。
ウエハに注入された不純物は、ウエハ面内に均一に拡散させる必要があり、その不純物を拡散させる方法として熱拡散法やウエハに電磁波（例えば、固定マイクロ波又は可変周波数マイクロ波等）を照射して不純物を活性化させる方法等がある。このウエハに電磁波を照射して不純物を活性化させる方法は、電磁波の波長によって、選択的に不純物を拡散させることが可能であるため、様々な種類の不純物に対応することができる。

ウエハ面内に均一に不純物を拡散させるためには、ウエハ上に電磁波を均一に照射させる必要がある。しかしながら、電磁波は、処理室内の圧力や処理室壁面の電磁波の反射状態などに影響されやすい。更には、基板処理面の中央と異なり、基板端部は側面が露出しているため、基板中央部より電磁波を受ける量が多くなる。このため、不純物はウエハ面内に均一に拡散されずに、不均一に拡散される等の問題が生じていた。

本発明は、基板上に均一に電磁波を照射させて、基板面内に均一に不純物を拡散させることができる基板処理装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の特徴とするところは、基板を処理する処理室と、前記処理室内で基板を保持する基板保持部と、前記基板保持部に保持された基板の側面を覆う筒状体と、前記基板保持部に保持された基板よりも上方に設けられ、電磁波が導入される電磁波導入部と、を有する基板処理装置にある。したがって、基板上に均一に電磁波を照射させて、基板面内に均一に不純物を拡散させることができる。

本発明の第２の特徴とするところは、基板を処理室内に搬入し、基板保持部で基板を保持するステップと、前記基板保持部に保持された基板の側面を筒状体で覆い、前記基板保持部に保持された基板よりも上方に設けられた電磁波導入部から電磁波が前記処理室内に導入されるステップと、基板を前記処理室内から搬出するステップと、を有する基板処理方法にある。したがって、基板上に均一に電磁波を照射させて、基板面内に均一に不純物を拡散させることができる。

本発明によれば、基板上に均一に電磁波を照射させて、基板面内に均一に不純物を拡散させることができる基板処理装置を提供することができる。

本発明の一実施形態にかかる基板処理装置の断面構成図である。電磁波加熱装置の斜視図である。図３（ａ）は、電磁波加熱装置の図１におけるＡ−Ａ線断面図であり、図３（ｂ）は、電磁波加熱装置の上面図である。本実施形態にかかるボートを説明するための電磁波加熱装置の断面構成図である。基板処理装置の動作のフローチャートである。第２実施形態にかかるボートを説明するための電磁波加熱装置の断面構成図である。

［第１実施形態］
本実施形態にかかる基板処理装置１０の構成について、図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかる基板処理装置１０の断面構成図である。

基板処理装置１０は、電磁波加熱装置１２を備えている。電磁波加熱装置１２は、基板としてのウエハ１４を処理する処理室１６を内部に構成する処理容器１８と、電磁波（例えば、固定マイクロ波又は可変周波数マイクロ波等）を発生する電磁波発生部２０を備える。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。
処理室１６内には、ウエハ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。

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、また、処理室１６を、電磁波的に閉じる構造となっている。
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。

処理室１６内には、ウエハ１４を保持する基板保持部であるボート３０が設けられている。ボート３０は、処理容器１８に固定される固定部３１と、固定部３１の上面に接続され、その上面に支持ベース３２を支えた状態で上下方向に移動する可動部３３から構成される。すなわち、ボート３０は、ウエハを支持する際に後述するウエハ搬送口６０に搬入又は搬出可能な高さに上下方向に移動される。

支持ベース３２には、ウエハ１４を保持する基板保持ピン３４が少なくとも３つ設けられている。基板保持ピン３４は石英製であり、基板保持ピン３４の上面にウエハ１４が載置された状態で略水平に昇降される。

基板保持ピン３４に載置されたウエハ１４の側面を覆うように支持ベース３２の上面にはリング状の反射板３６が設けられている。反射板３６は、電磁波を反射する。
ボート３０は、保持したウエハ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。

電磁波を処理室１６内に供給する導波口２４は、このボート３０に保持されたウエハ１４よりも上方に設けられている。このような構成とし、ウエハ１４と導波口２４を所定の距離に保つことで、本構成を有さない場合と比較して、ウエハ１４の加熱状況のばらつきを抑制することができる。

処理容器１８の下部には、例えば窒素（Ｎ₂）等のガスを導入するガス導入部４０が設けられている。ガス導入部４０には、バルブＶ１が設けられており、このバルブＶ１を開くと、処理室１６内にガス導入部４０からガスが導入されるようになっている。ガス導入部４０から導入されるガス（以下、導入ガスと称する場合がある）は、ウエハ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。

処理容器１８の上部には、導入ガスを排気するガス排出部４２が４つ設けられている（図２参照）。４つのガス排出部４２それぞれには、バルブＶ２が設けられており、このバルブＶ２を開くと、処理室１６内のガスがガス排出部４２から排出されるになっている。

処理容器１８の壁面５２には、この壁面５２を冷却する冷却板５４が設けられている。冷却板５４には冷却水が供給されており、例えば処理過程において、ウエハ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構造となっている。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り、また複数基板間における処理の再現性を一定とすることが可能となる。

処理容器１８の壁面５２の一側面には、処理室１６の内外にウエハ１４を搬送するためのウエハ搬送口６０が設けられている。ウエハ搬送口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（予備室）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とウエハ搬送口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とウエハ搬送口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。また、導電性Ｏリング６４を取り付けることで、ウエハ搬送口６０とゲートバルブ６２との間での金属的な接触を緩和し、塵の発生や、金属による汚染等が抑制される。

搬送室７０内には、ウエハ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、ウエハ１４を搬送する際にウエハ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、ウエハ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内に搬送されたウエハ１４は、基板保持ピン３４に載置される。

例えば、ボート３０及び基板保持ピン３４を昇降させて、処理室１６内におけるウエハ１４の載置箇所の高さを、搬送アーム７４ａの高さに合わせて調整する。

次に、電磁波加熱装置１２について、より詳細に説明する。
図２は、電磁波加熱装置１２の斜視図を示す。図３（ａ）は、電磁波加熱装置１２の図１におけるＡ−Ａ線（導波口２４とボート３０との間の高さ）断面図を示し、図３（ｂ）は、電磁波加熱装置１２の上面図を示す。図４は、本実施形態に係るボート３０を説明するための図である。

基板保持ピン３４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、反射による電磁波レベルの減衰を起こさないため、本構成を有さない場合と比較して、効果的にウエハ１４全体に電磁波が照射される。

支持ベース３２はリング形状であり、外径はウエハ１４より大きく、内径はウエハ１４より小さく形成されている。これにより、下方に設けられたガス導入部４０の先端から供給されるガスをウエハ１４の裏面から供給するようにしている。また、裏面から窒素等のガスを供給することで、ウエハ１４の温度を調整し、例えば過度に加熱されないように、適度に冷却することができる。

反射板３６は、金属製である。また、反射板３６はリング形状（筒状）であり、その内径と外径がウエハ１４の外径よりも大きく構成されている。また、反射板３６の高さ方向の厚みは、ウエハ１４の厚みより厚くなるように構成されている。また、ウエハ１４の表面は開放されている。すなわち、基板保持ピン３４に載置されたウエハ１４の周囲（側面）は、金属製の反射板３６に覆われている。反射板３６を金属製とすることにより、電磁波のエネルギーを減衰させることが可能となり、ウエハ側面をリング状の反射板３６で覆うことで、ウエハ側面への電磁波集中が抑制される。したがって、ウエハ側面への電磁波集中が抑制され、ウエハ表面へ電磁波を集中させることが可能となる。

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、本実施形態のように、反射板３６をウエハ１４の端部（側面）を覆うように設けることで、この反射板３６により電磁波を反射し、ウエハ１４の端部に照射される電磁波の量を調整することができる。このため、電磁波の端面効果によってウエハ１４の端部が過度に加熱される（ウエハ１４が不均一に加熱される）のを防止し、結果、ウエハ１４を均一に加熱することができる。

図３（ｂ）に示すように、ガス導入部４０は、処理室１６の底面であって、ウエハ裏面の略中心と対向するように設けられており、また、ガス排出部４２はそれぞれ、例えば直方体である処理室１６の四隅に設けられている。
また、ガス導入部４０にガスを均一に拡散する拡散器を設けるようにしてもよい。

ガス排出部４２はそれぞれ、垂直方向で、ウエハ１４の外周よりも外側に設けられている。このため、ガス排出部４２に付着した不純物のウエハ１４上への落下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を有する。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、バルブＶ１、Ｖ２等の動作を制御する。

次に、基板処理装置１０の動作について説明する。
図５は、基板処理装置１０の動作（Ｓ１０）のフローチャートである。

ステップ１００（Ｓ１００）において、ウエハ１４を処理室１６に搬入する。
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。そして、搬送ロボット７４により搬送室７０内から処理室１６内へ処理対象のウエハ１４を搬送アーム７４ａで支持した状態で搬入する（基板搬入工程）。

ステップ１０２（Ｓ１０２）において、ボート３０でウエハ１４を保持する。
処理室１６内に搬入したウエハ１４は、ボート３０の基板保持ピン３４に保持される。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（基板保持工程）。

ステップ１０４（Ｓ１０４）において、処理室１６内を窒素（Ｎ₂）雰囲気とする。
ガス排出部４２から、処理室１６内のガス（雰囲気）を排出するとともに、ガス導入部４０から、導入ガスとしてのＮ₂を処理室１６内に導入し、ガスがプラズマ状態とならない圧力、例えば大気圧レベルに調整する（置換工程）。

ステップ１０６（Ｓ１０６）において、ウエハ１４を加熱する。
電磁波発生部２０により電磁波を発生させ、これを導波口２４から処理室１６内に導入する。また、冷却板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、電磁波を導入した後、電磁波の導入を停止する（加熱工程）。

加熱工程において、温度検出器２６によりウエハ１４が所定の温度よりも高温となっていることが検出されると、制御部８０はバルブＶ１、Ｖ２を更に開いて処理室１６内にガス導入部４０からＮ₂ガスを導入するとともに、ガス排出部４２から処理室１６内のＮ₂ガスを排出する。このように、Ｎ₂ガスの流量を多くすることでウエハ１４を所定の温度となるように冷却する。

ステップ１０８（Ｓ１０８）において、ウエハ１４を処理室１６から搬出する。
上述した基板搬入工程（Ｓ１００）、基板載置工程（Ｓ１０２）に示した手順とは逆の手順により、加熱処理した後のウエハ１４を処理室１６内から搬送室７０内へ搬出して、基板処理装置１０の動作を完了する。

上記実施形態においては、反射板３６に金属製のものを用いた例を示したが、これに限らず、基板側面を覆うように基板周囲に石英チューブを設けてもよい。金属製に比べて減衰量が大きくないものの、これによっても、電磁波のエネルギーを減衰させることが可能となり、ウエハ側面を覆うことで、ウエハ側面への電磁波集中が抑制される。さらには、ウエハと同じシリコンが主成分であるため、高温処理をする場合においても、基板への汚染が抑制される。

また、基板側面を覆うように基板周囲にマイクロバブル混入石英材料の石英チューブを用いてもよい。これによって、通常の石英より電磁波のエネルギーを減衰させることができる。また、ウエハ側面を覆うことで、ウエハ側面への電磁波集中が抑制され、ウエハと同じシリコンが主成分であるため、高温処理をする場合においても、基板への汚染が抑制される。また、気泡の密度を制御しやすいため、電磁波のエネルギーの減衰量を調整しやすく、高温プロセス、低温プロセス等幅広い分野に対応できる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。
図６は、第２実施形態に係るボート３０を説明するための図である。
第１実施形態においては、ボート３０においてウエハ１４の側面（端部）を覆うようにリング状の反射板３６が設けられていたのに対し、第２実施形態においては、ウエハ１４の上面と側面を覆うようにカバー状の反射板３８が設けられている。また、支持ベース３２として、マイクロバブル混入石英材料を用いる。

反射板３８は、石英製であり、ウエハ１４を介して支持ベース２０２と対向するように設けられている。反射板３８は、ウエハ１４と対向して設けられた上面部３８ａと上面部３８ａの側面に接続された側面部３８ｂを有している。上面部３８ａは円盤形状であり、ウエハ１４の径より大きい内径を有している。また、側面部３８ｂは円筒形状であり、ウエハ１４の径より大きい内径を有している。側面部３８ｂの下面は支持柱３９を介して支持ベース３２上面に載置され、反射板３８は下方に向けて開放されている。すなわち、ウエハ１４が基板支持ピン３４に載置されている状態では、反射板３８の開放部の先端部３８ｃと上面３８ａとの間にウエハ１４の高さ方向の位置を設定し、反射板３８がウエハ１４を覆うように構成される。

このようにウエハ１４の周囲を石英カバーである反射板３８で覆うことで、電磁波のエネルギーは減衰され、ウエハ１４は過度の電磁波を受けることが抑制される。また、ウエハ１４の端部においては、電磁波が集中するものの、エネルギーが減衰するため、不純物が不均一に拡散することも抑制される。

［第３実施形態］
第３の実施形態においては、第２の実施形態における支持ベース３２に加えて、反射板３８にマイクロバブル混入石英材料を用いる。

マイクロバブル混入石英材料とは、石英であって、中に微細気泡を有する材質である。石英であるため、高熱状態であってもウエハ１４や処理室１６への汚染が少ない。更には、微細気泡を有しているため、電磁波のエネルギーを減衰させることができる。更には、マイクロバブル混入石英材料を形成する過程では、微細気泡の密度を調整することができるので、減衰させるエネルギーの量を調整することが可能である。すなわち、種々の温度に対応できる。

また、反射板３８の上面である上面部３８ａより側面である側面部３８ｂの微細気泡の密度を高くする等、反射板３８の上面部３８ａと側面部３８ｂの微細気泡の密度とを異ならせてもよい。この密度の差により、ウエハ１４への端部集中を抑制するとともに、ウエハ１４の表面に高エネルギーの電磁波を照射することができる。

［本発明の好ましい態様］
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。

本発明の一態様によれば、基板を処理する処理室と、前記処理室内で基板を保持する基板保持部と、前記基板保持部に保持された基板の側面を覆う筒状体と、前記基板保持部に保持された基板よりも上方に設けられ、電磁波が導入される電磁波導入部と、を有する基板処理装置が提供される。これにより、基板端部への電磁波集中を抑制し、基板面内に不純物が均一に拡散される。

好ましくは、前記筒状体は、石英製である。これにより、汚染を抑制しつつ、基板面内に不純物が均一に拡散される。

好ましくは、前記筒状体は、マイクロバブルが混入された石英である。これにより、汚染を抑制しつつ、より確実に基板面内に不純物が均一に拡散される。

本発明の他の態様によれば、基板を処理室内に搬入し、基板保持部で基板を保持するステップと、前記基板保持部に保持された基板の側面を筒状体で覆い、前記基板保持部に保持された基板よりも上方に設けられた電磁波導入部から電磁波が前記処理室内に導入されるステップと、基板を前記処理室内から搬出するステップと、を有する基板処理方法が提供される。

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
３０ボート
３２支持ベース
３４基板保持ピン
３６、３８反射板
４０ガス導入部
４２ガス排出部
７０搬送室

Claims

基板を処理する処理室と、
前記処理室内で基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部に保持された基板の側面を覆う筒状体と、
前記基板保持部に保持された基板よりも上方に設けられ、電磁波が導入される電磁波導入部と、
を有する基板処理装置。
前記筒状体は、石英製である請求項１記載の基板処理装置。