JP6134274B2 - 半導体製造装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、半導体製造装置および半導体装置の製造方法に関する。
半導体装置の微細化に伴い、種々の半導体製造プロセスにおけるプロセス温度の低温化が求められている。そこで、不純物の活性化、アモルファスの結晶化、金属シリサイドの形成などにマイクロ波を使用することが提案されている。しかしながら、電極層や配線層などの金属層が形成されたウエハにマイクロ波を照射する場合、マイクロ波で加熱したい領域（加熱対象領域）が十分に加熱されない可能性がある。理由は、マイクロ波の一部が金属層により吸収または反射されてしまうからである。そのため、加熱対象領域を十分に加熱するための消費電力が増大してしまう。さらには、電極や配線がある箇所とない箇所とで加熱のばらつきが生じ、ウエハを均一に加熱できなくなる。
ウエハをマイクロ波で加熱する場合において加熱対象領域を効率的に加熱することが可能な半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供する。
一の実施形態によれば、半導体製造装置は、第１および第２の面を有するウエハを支持するための支持部を備える。さらに、前記装置は、前記支持部を収容するチャンバを備える。さらに、前記装置は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生器を備える。さらに、前記装置は、前記マイクロ波を前記チャンバ内に出射して、前記ウエハの前記第１または第２の面に前記マイクロ波を照射する導波管であって、前記導波管から出射された前記マイクロ波の前記第１または第２の面への入射方向が、前記第１または第２の面に非垂直になるように前記チャンバに取り付けられている導波管を備える。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の半導体製造装置の構造を概略的に示す断面図である。
図１の半導体製造装置は、支持部１１と、チャンバ１２と、１台以上のマイクロ波発生器１３と、１本以上の導波管１４と、１台以上の温度計１５と、１台以上のガス供給器１６とを備えている。
図１は、第１実施形態の半導体製造装置の構造を概略的に示す断面図である。
図１の半導体製造装置は、支持部１１と、チャンバ１２と、１台以上のマイクロ波発生器１３と、１本以上の導波管１４と、１台以上の温度計１５と、１台以上のガス供給器１６とを備えている。
［支持部１１］
支持部１１は、ウエハ１を支持するための機構であり、石英サセプタ１１ａと、複数本の支持ピン１１ｂと、回転シャフト１１ｃとを備えている。石英サセプタ１１ａは、透明部材である石英で形成されている。支持ピン１１ｂは、石英サセプタ１１ａの表面から突出しており、矢印Ａのように、ウエハ１を上下方向に昇降させることができる。回転シャフト１１ｃは、石英サセプタ１１ａの裏面に取り付けられており、矢印Ｂのように、ウエハ１を水平面内で回転させることができる。
支持部１１は、ウエハ１を支持するための機構であり、石英サセプタ１１ａと、複数本の支持ピン１１ｂと、回転シャフト１１ｃとを備えている。石英サセプタ１１ａは、透明部材である石英で形成されている。支持ピン１１ｂは、石英サセプタ１１ａの表面から突出しており、矢印Ａのように、ウエハ１を上下方向に昇降させることができる。回転シャフト１１ｃは、石英サセプタ１１ａの裏面に取り付けられており、矢印Ｂのように、ウエハ１を水平面内で回転させることができる。
図１のウエハ１は、基板１ａと、基板１ａ上に形成された１層以上の被加工層１ｂと、被加工層１ｂに含まれる１層以上の金属層１ｃとを備えている。基板１ａの例は、Ｓｉ（シリコン）基板、ＧａＮ（窒化ガリウム）基板、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）基板、Ｓｉ基板上にＧａＮ層を成長させた基板、Ｓｉ基板上にＳｉＣ層を成長させた基板などの半導体基板である。被加工層１ｂの例は、層間絶縁膜、素子分離絶縁膜、電極層、配線層などである。金属層１ｃの例は、金属電極を含む電極層や、金属配線を含む配線層などである。
符号Ｓ1は、ウエハ１の表面、すなわち、ウエハ１の被加工層１ｂ側の面を示す。符号Ｓ2は、ウエハ１の裏面、すなわち、ウエハ１の基板１ａ側の面を示す。ウエハ１の表面Ｓ1と裏面Ｓ2はそれぞれ、第１および第２の面の例である。本実施形態のウエハ１は、表面Ｓ1を上向き、裏面Ｓ2を下向きにして、支持部１１上に設置されている。本実施形態の支持部１１は、ウエハ１の裏面Ｓ2を支持している。
図１は、ウエハ１の表面Ｓ1および裏面Ｓ2に平行で、互いに垂直なＸ方向およびＹ方向と、ウエハ１の表面Ｓ1および裏面Ｓ2に垂直なＺ方向とを示している。本明細書においては、＋Ｚ方向を上方向として取り扱い、−Ｚ方向を下方向として取り扱う。例えば、基板１ａと被加工層１ｂとの位置関係は、基板１ａが被加工層１ｂの下方に位置していると表現される。
［チャンバ１２］
チャンバ１２は、支持部１１を収容している。図１においては、チャンバ１２内に搬入されたウエハ１が支持部１１上に設置されている。
チャンバ１２は、支持部１１を収容している。図１においては、チャンバ１２内に搬入されたウエハ１が支持部１１上に設置されている。
チャンバ１２は、支持部１１上のウエハ１の温度を測定するための窓部１２ａを有している。窓部１２ａは、石英やサファイアなどの透明部材で形成されている。
チャンバ１２は、マイクロ波の反射率が９０％以上である内壁面１２ｂを有している。マイクロ波の反射率とは、内壁面１２ｂに垂直に入射するマイクロ波の強度と、内壁面１２ｂで反射するマイクロ波の強度との比である。９０％以上の反射率は、例えば、マイクロ波を反射しやすい材料で内壁面１２ｂを形成することや、内壁面１２ｂの光学研磨を行うことにより実現可能である。
本実施形態のチャンバ１２の内壁面１２ｂは、アルミニウムを含有する材料、例えば、アルミニウム単体またはアルミニウム合金で形成されている。また、本実施形態のチャンバ１２の内壁面１２ｂは、アルミニウム単体またはアルミニウム合金の表面を覆う、マイクロ波を透過可能な材料で形成されていてもよい。このような材料の例は、１００μｍ以下の膜厚を有する透明絶縁膜である。この透明絶縁膜は、アルミニウム含有材料を下地として、アルミニウム含有材料の表面に形成される。本実施形態においては、チャンバ１２の内壁面１２ｂにおける石英サセプタ１１ａの側方の領域付近のみを、アルミニウム含有材料や透明絶縁膜で形成してもよい。なお、このような内壁面１２ｂの利点については、後述する。
［マイクロ波発生器１３］
マイクロ波発生器１３は、マイクロ波を発生させる。マイクロ波の周波数は、どのような値でもよいが、次に示す周波数範囲内に設定することが望ましい。本実施形態のマイクロ波発生器１３は、２．０〜３０．０ＧＨｚの周波数帯、望ましくは２．４５〜２４．１２５ＧＨｚの周波数帯のマイクロ波を発生させる。例えば、マイクロ波発生器１３の製造コストや信頼性の観点から、マイクロ波の周波数は、ＩＳＭ（Industry-Science-Medical）バンド（産業科学医療用バンド）である２．４５ＧＨｚ帯、５．８０ＧＨｚ帯、２４．１２５ＧＨｚ帯とすることが望ましい。また、高電力電源のコストや信頼性の観点から、マイクロ波の周波数は５．８０〜１４．０ＧＨｚの周波数帯に設定してもよい。マイクロ波発生器１３の例は、マグネトロンである。
マイクロ波発生器１３は、マイクロ波を発生させる。マイクロ波の周波数は、どのような値でもよいが、次に示す周波数範囲内に設定することが望ましい。本実施形態のマイクロ波発生器１３は、２．０〜３０．０ＧＨｚの周波数帯、望ましくは２．４５〜２４．１２５ＧＨｚの周波数帯のマイクロ波を発生させる。例えば、マイクロ波発生器１３の製造コストや信頼性の観点から、マイクロ波の周波数は、ＩＳＭ（Industry-Science-Medical）バンド（産業科学医療用バンド）である２．４５ＧＨｚ帯、５．８０ＧＨｚ帯、２４．１２５ＧＨｚ帯とすることが望ましい。また、高電力電源のコストや信頼性の観点から、マイクロ波の周波数は５．８０〜１４．０ＧＨｚの周波数帯に設定してもよい。マイクロ波発生器１３の例は、マグネトロンである。
［導波管１４］
導波管１４は、マイクロ波発生器１３から発生したマイクロ波をチャンバ１２内に出射して、ウエハ１の表面Ｓ1にマイクロ波を照射する。符号Ｋは、導波管１４から出射されたマイクロ波のウエハ１の表面Ｓ1への入射方向を示す。導波管１４は、この入射方向Ｋが、ウエハ１の表面Ｓ1に非垂直になるようにチャンバ１２に取り付けられている。導波管１４は、チャンバ１２に直接的に取り付けられていてもよいし、チャンバ１２に他の部材などを介して間接的に取り付けられていてもよい。
導波管１４は、マイクロ波発生器１３から発生したマイクロ波をチャンバ１２内に出射して、ウエハ１の表面Ｓ1にマイクロ波を照射する。符号Ｋは、導波管１４から出射されたマイクロ波のウエハ１の表面Ｓ1への入射方向を示す。導波管１４は、この入射方向Ｋが、ウエハ１の表面Ｓ1に非垂直になるようにチャンバ１２に取り付けられている。導波管１４は、チャンバ１２に直接的に取り付けられていてもよいし、チャンバ１２に他の部材などを介して間接的に取り付けられていてもよい。
符号Ｌは、導波管１４の中心軸を示す。本実施形態の中心軸Ｌは、Ｋ方向に平行に設定されている。その結果、本実施形態の導波管１４から出射されたマイクロ波は、ウエハ１の表面Ｓ1にＫ方向から入射する。なお、本実施形態においては、マイクロ波の出射方向と入射方向が同じ方向に設定されているが、マイクロ波の出射方向と入射方向は異なる方向に設定されていてもよい。
符号θは、導波管１４から出射されたマイクロ波のウエハ１の表面Ｓ1への入射角度を示す。よって、符号θは、ウエハ１の表面Ｓ1に対するＫ方向の角度を示す。入射角度θは、例えば０°＜θ＜６０°を満たす値であり、望ましくは５５度以下（θ≦５５°）である。具体的には、本実施形態における入射角度θは、０°＜θ≦３０°を満たす値に設定され、例えば０°＜θ≦１０°を満たす値に設定される。よって、本実施形態のウエハ１の表面Ｓ1には、表面Ｓ1に平行に近い方向、具体的には、入射角度θが３０度以下の視射角の方向からのマイクロ波が入射する。
［温度計１５］
温度計１５は、ウエハ１の温度を測定し、温度の測定結果を出力する。本実施形態の温度計１５は、１波長または２波長の電磁波の受信および測定が可能な放射温度計である。よって、本実施形態の温度計１５は、ウエハ１から放射された電磁波を測定することで、ウエハ１の温度を測定する。温度計１５による温度の測定結果は、例えば、支持ピン１１ｂの位置（Ａ）、回転シャフト１１ｃの回転（Ｂ）、マイクロ波発生器１３の動作、ガス供給器１６の動作などの制御用に利用される。
温度計１５は、ウエハ１の温度を測定し、温度の測定結果を出力する。本実施形態の温度計１５は、１波長または２波長の電磁波の受信および測定が可能な放射温度計である。よって、本実施形態の温度計１５は、ウエハ１から放射された電磁波を測定することで、ウエハ１の温度を測定する。温度計１５による温度の測定結果は、例えば、支持ピン１１ｂの位置（Ａ）、回転シャフト１１ｃの回転（Ｂ）、マイクロ波発生器１３の動作、ガス供給器１６の動作などの制御用に利用される。
本実施形態の温度計１５は、ウエハ１の表面Ｓ1へのマイクロ波照射によりウエハ１の裏面Ｓ2から放射された光の強度を、９００〜２０００ｎｍの波長の範囲内で測定する。本実施形態の温度計１５は、ウエハ１の温度領域によって最も感度が高い波長の光を測定するが、５００℃以下の低温領域で温度測定を行う場合には、測定精度を高くするために上記光に対するノイズを減らすことが望ましい。
本実施形態の温度計１５は、少なくとも１台の第１温度計１５ａと、少なくとも１台の第２温度計１５ｂとを含んでいる。第１温度計１５ａは、Ｍ方向に角度が可変な光ファイバ１５ｃを窓部１２ａ付近に備えている。第１温度計１５ａは、ウエハ１から放射された電磁波を窓部１２ａおよび光ファイバ１５ｃを介して測定することで、ウエハ１の温度を測定する。第２温度計１５ｂは、チャンバ１２の壁面を貫通している光ファイバ１５ｄを備えている。第２温度計１５ｂは、ウエハ１から放射された電磁波を光ファイバ１５ｄを介して測定することで、ウエハ１の温度を測定する。
本実施形態の温度計１５は、ウエハ１の異なる２箇所以上の温度を測定する。例えば、ウエハ１の中心部付近と端部付近の温度が測定される。さらには、ウエハ１の中心部と端部との間の地点の温度を測定してもよい。図１の温度計１５は、５台の第２温度計１５ｂによりウエハ１の５箇所の温度を測定している。
［ガス供給器１６］
ガス供給器１６は、ウエハ１を冷却するための冷却ガスを主に供給する第１ガス供給器１６ａと、ウエハ１を加工するためのプロセスガスを主に供給する第２ガス供給器１６ｂとを含んでいる。第１および第２ガス供給器１６ａ、１６ｂは、支持部１１上のウエハ１に冷却ガスやプロセスガスを吹き付けるための共通の吹付ノズル１６ｃを備えている。吹付ノズル１６ｃは、複数の開口部を有しており、これらのガスをシャワーのようにウエハ１に吹き付けることで、これらのガスをウエハ１の表面Ｓ1の全面に均一に吹き付けることができる。
ガス供給器１６は、ウエハ１を冷却するための冷却ガスを主に供給する第１ガス供給器１６ａと、ウエハ１を加工するためのプロセスガスを主に供給する第２ガス供給器１６ｂとを含んでいる。第１および第２ガス供給器１６ａ、１６ｂは、支持部１１上のウエハ１に冷却ガスやプロセスガスを吹き付けるための共通の吹付ノズル１６ｃを備えている。吹付ノズル１６ｃは、複数の開口部を有しており、これらのガスをシャワーのようにウエハ１に吹き付けることで、これらのガスをウエハ１の表面Ｓ1の全面に均一に吹き付けることができる。
第１ガス供給器１６ａは、不活性ガス、例えばＡｒ（アルゴン）ガス、Ｎｅ（ネオン）ガス、Ｈｅ（ヘリウム）ガス、Ｘｅ（キセノンガス）、Ｎ２（窒素）ガスの中から選ばれる少なくとも１つ以上のガスを、第１マスフローコントローラー１６ｄを通して供給する。
一方、第２ガス供給器１６ｂは、例えばＡｒガス、Ｈｅガス、Ｎ２ガス、Ｏ２（酸素）ガス、Ｈ２（水素）ガス、Ｈ２Ｏ（水）ガスの中から選ばれる少なくとも１つ以上のガスを、第２マスフローコントローラー１６ｅを通して供給する。
なお、本実施形態のガス供給器１６は、供給ガスの総流量を多くするために、第１および第２ガス供給器１６ａ、１６ｂから同一ガスを供給してもよい。
また、本実施形態においては、第１マスフローコントローラー１６ｄの最大流量が第２マスフローコントローラー１６ｅの最大流量よりも大きく設計されている。よって、多くの場合、第１および第２マスフローコントローラー１６ｄ、１６ｅは、第１ガス供給器１６ａからのガス流量を第２ガス供給器１６ａからのガス流量よりも大きく設定するように動作することとなる。
（１）第１実施形態の半導体製造装置の詳細
次に、引き続き図１を参照し、第１実施形態の半導体製造装置の詳細を説明する。
一般的な半導体製造装置は、導波管１４から出射されたマイクロ波のウエハ１の表面Ｓ1への入射方向Ｋが、表面Ｓ1に垂直になるように構成されている。よって、導波管１４から出射されたマイクロ波は、ウエハ１の表面Ｓ1に−Ｚ方向から入射し、ウエハ１の表面Ｓ1で主に＋Ｚ方向に反射される。＋Ｚ方向に反射されたマイクロ波は、チャンバ１２の上部に到達する。一般に、チャンバ１２内のウエハ１の上部領域には多くの機器が配置されている。そのため、チャンバ１２内のウエハ１の上部領域に到達するマイクロ波は、様々な方向に反射されてしまう。よって、チャンバ１２内のウエハ１の上部領域に到達するマイクロ波の多くは、再びウエハ１に照射されることはない。
次に、引き続き図１を参照し、第１実施形態の半導体製造装置の詳細を説明する。
一般的な半導体製造装置は、導波管１４から出射されたマイクロ波のウエハ１の表面Ｓ1への入射方向Ｋが、表面Ｓ1に垂直になるように構成されている。よって、導波管１４から出射されたマイクロ波は、ウエハ１の表面Ｓ1に−Ｚ方向から入射し、ウエハ１の表面Ｓ1で主に＋Ｚ方向に反射される。＋Ｚ方向に反射されたマイクロ波は、チャンバ１２の上部に到達する。一般に、チャンバ１２内のウエハ１の上部領域には多くの機器が配置されている。そのため、チャンバ１２内のウエハ１の上部領域に到達するマイクロ波は、様々な方向に反射されてしまう。よって、チャンバ１２内のウエハ１の上部領域に到達するマイクロ波の多くは、再びウエハ１に照射されることはない。
一方、本実施形態の半導体製造装置は、導波管１４から出射されたマイクロ波のウエハ１の表面Ｓ1への入射方向Ｋが、表面Ｓ1に非垂直になるように構成されている。よって、ウエハ１の表面Ｓ1で反射されたマイクロ波は、主にチャンバ１２の側部に到達する。一般に、チャンバ１２の側部には機器がほとんど配置されていない。よって、本実施形態においては、チャンバ１２の側部に到達するマイクロ波の多くを、その後、チャンバ１２の内壁面１２ｂで繰り返し反射させることができる。よって、本実施形態においては、チャンバ１２の側部に到達するマイクロ波の多くを、再びウエハ１に照射することができる。
よって、本実施形態によれば、ウエハ１が金属層１ｃを含む場合であっても、同じマイクロ波をウエハ１に繰り返し照射することにより、ウエハ１の加熱対象領域を少ない消費電力で十分に加熱することができる。
さらに、本実施形態によれば、ウエハ１の様々な領域に様々な方向からマイクロ波が照射されるため、ウエハ１を均一に加熱することができる。
また、本実施形態のチャンバ１２は、マイクロ波の反射率が９０％以上の内壁面１２ｂを有している。よって、マイクロ波がチャンバ１２の内壁面１２ｂで反射される際、マイクロ波のエネルギーがほとんど失われない。例えば、チャンバ１２の内壁面１２ｂに垂直入射したマイクロ波がチャンバ１２の内壁面１２ｂで反射される際、マイクロ波のエネルギーの損失量は１０％未満である。よって、本実施形態によれば、マイクロ波のエネルギーの損失を抑制しつつ、同じマイクロ波をウエハ１に繰り返し照射することができる。
なお、本実施形態の導波管１４の位置、角度、形状は、各導波管１４から出射されたマイクロ波が、再び同じ導波管１４や別の導波管１４に戻ってこないように設計することが望ましい。
（２）第１実施形態の半導体装置の製造方法
図２は、第１実施形態の半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
まず、チャンバ１２内にウエハ１を搬入し、支持部１１によりウエハ１を支持する（ステップＳ１）。このとき、ウエハ１は、表面Ｓ1を上向き、裏面Ｓ2を下向きにして、支持部１１により支持される。
図２は、第１実施形態の半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
まず、チャンバ１２内にウエハ１を搬入し、支持部１１によりウエハ１を支持する（ステップＳ１）。このとき、ウエハ１は、表面Ｓ1を上向き、裏面Ｓ2を下向きにして、支持部１１により支持される。
次に、マイクロ波発生器１３からマイクロ波を発生させる（ステップＳ２）。次に、導波管１４からチャンバ１２内にマイクロ波を出射する（ステップＳ３）。導波管１４は、ウエハ１の表面Ｓ1へのマイクロ波の入射方向Ｋが、表面Ｓ1に非垂直になるようにチャンバ１２に取り付けられている。導波管１４からマイクロ波が出射されることで、マイクロ波がウエハ１の表面Ｓ1に照射され、ウエハ１がマイクロ波の熱によりアニールされる（ステップＳ４）。
このアニールは例えば、不純物の活性化や、イオン注入時の欠陥修復や、アモルファスの結晶化や、金属シリサイドの形成のために行われる。これらの場合、ウエハ１の加熱対象領域は、活性化対象の不純物が注入された領域や、イオン注入時に欠陥が形成された領域や、結晶化対象のアモルファス層が形成された領域や、金属シリサイド層の形成予定領域である。
なお、ステップＳ２〜Ｓ４の処理の間、回転シャフト１１ｃを回転させることで、ウエハ１を回転させてもよい。これにより、ウエハ１をより均一に加熱することができる。また、ステップＳ２〜Ｓ４の処理の間、温度計１５によりウエハ１の温度を測定してもよいし、ガス供給器１６によりウエハ１を冷却してもよい。
以上のように、本実施形態の導波管１４は、ウエハ１の表面Ｓ1へのマイクロ波の入射方向Ｋが、表面Ｓ1に非垂直になるようにチャンバ１２に取り付けられている。具体的には、本実施形態のマイクロ波の入射角度θは、３０度以下に設定されている。よって、本実施形態によれば、ウエハ１（例えば、ウエハ１の半導体層、絶縁層、半導体層と絶縁層との界面、金属層など）をマイクロ波で加熱する場合において、ウエハ１の加熱対象領域を効率的に加熱することが可能となる。
なお、本実施形態のマイクロ波の入射角度θは、マイクロ波の入射方向ＫがＺ方向に非平行であれば、３０度より大きくてもよい。ただし、本実施形態においては、入射角度θを３０度以下に設定することにより、入射方向Ｋをウエハ１の表面Ｓ1に平行に近い方向に設定することができる。その結果、本実施形態によれば、ウエハ１の表面Ｓ1で反射されるマイクロ波の多くを、チャンバ１２の上部ではなくウエハ１の側部に向かわせることが可能となる。
また、本実施形態のウエハ１は、表面Ｓ1を下向き、裏面Ｓ2を上向きにして、支持部１１上に設置してもよい。例えば、ウエハ１の表面Ｓ1側に高密度の電極パターンや配線パターンが形成されている場合や、ウエハ１の裏面Ｓ2側に不純物がイオン注入やプラズマドーピングにより導入されている場合には、ウエハ１をこのように設置してもよい。これらの場合、ウエハ１の表面Ｓ1と裏面Ｓ2はそれぞれ第２および第１の面の例であり、ウエハ１の裏面Ｓ2にマイクロ波が照射される。
（第２実施形態）
図３は、第２実施形態の半導体製造装置の構造を概略的に示す断面図である。
図３の半導体製造装置は、図１の半導体製造装置と同様に、支持部１１と、チャンバ１２と、１台以上のマイクロ波発生器１３と、１本以上の導波管１４と、１台以上の温度計１５と、１台以上のガス供給器１６とを備えている。
図３は、第２実施形態の半導体製造装置の構造を概略的に示す断面図である。
図３の半導体製造装置は、図１の半導体製造装置と同様に、支持部１１と、チャンバ１２と、１台以上のマイクロ波発生器１３と、１本以上の導波管１４と、１台以上の温度計１５と、１台以上のガス供給器１６とを備えている。
本実施形態のマイクロ波の入射角度θは、４５度〜５５度（４５°≦θ≦５５°）である。よって、本実施形態のウエハ１の表面Ｓ1には、表面Ｓ1と斜めの方向からのマイクロ波が入射する。
本実施形態においては、第１実施形態と同様、マイクロ波の入射方向ＫがＺ方向に非平行であるため、同じマイクロ波をウエハ１に繰り返し照射することができる。その結果、本実施形態によれば、ウエハ１の加熱対象領域を少ない消費電力で十分に加熱することができる。
さらに、本実施形態においては、第１実施形態と同様に同じマイクロ波をウエハ１に繰り返し照射することができるため、ウエハ１の様々な領域に様々な方向からマイクロ波を照射することができる。その結果、本実施形態によれば、ウエハ１を均一に加熱することができる。
なお、本実施形態の導波管１４の位置、角度、形状は、各導波管１４から出射されたマイクロ波が、再び同じ導波管１４や別の導波管１４に戻ってこないように設計することが望ましい。本実施形態においては、ウエハ１に対する導波管１４の位置が、ウエハ１の水平に近い方向（視射角方向）ではなくウエハ１の斜め方向に位置しているため、このような設計を実現しやすい。
ここで、ウエハ１の表面Ｓ1にてマイクロ波の入射強度Ｉと反射強度Ｒとの比Ｒ／Ｉが最小になる入射角度θを、ウエハ１の最小反射入射角度θ0と呼ぶことにする。本実施形態のマイクロ波の入射角度θは、マイクロ波の入射角度θとウエハ１の最小反射入射角度θ0との差の大きさが、５度以下となるように設定することが望ましい。即ち、マイクロ波の入射角度θは、ウエハ１の最小反射入射角度θ0に近い角度に設定することが望ましい。例えば、ウエハ１の最小反射入射角度θ0が５０度の場合、マイクロ波の入射角度θは４５度〜５５度に設定することが望ましい。
本実施形態においては、マイクロ波の入射角度θを最小反射入射角度θ0に近い角度に設定することにより、マイクロ波の多くをウエハ１内に吸収させることができる。その結果、本実施形態によれば、ウエハ１をより効率的に加熱することができる。
以上のように、本実施形態の導波管１４は、ウエハ１の表面Ｓ1へのマイクロ波の入射方向Ｋが、表面Ｓ1に非垂直になるようにチャンバ１２に取り付けられている。具体的には、本実施形態のマイクロ波の入射角度θは、４５度〜５５度（４５°≦θ≦５５°）に設定されている。よって、本実施形態によれば、ウエハ１をマイクロ波で加熱する場合において、ウエハ１の加熱対象領域を効率的に加熱することが可能となる。
なお、第１および第２実施形態の半導体製造装置を使用し、ウエハ１をマイクロ波により加熱したところ、ウエハ１の温度を室温から６００℃まで上昇させる時間は、一般的な半導体製造装置を使用した場合の半分未満となることが分かった。
（第１および第２実施形態の変形例）
図４は、第１または第２実施形態の種々の変形例の半導体製造装置の構造を概略的に示す平面図である。
図４(ａ)〜図４(ｆ)の半導体製造装置の各々は、Ｎ本（Ｎは２以上の整数）の導波管１４を備えている。具体的には、図４(ａ)〜図４(ｆ)の半導体製造装置はそれぞれ、４〜９本の導波管１４を備えている。図４(ａ)〜図４(ｆ)の各々において、Ｎ本の導波管１４は等間隔に配置されている。
図４は、第１または第２実施形態の種々の変形例の半導体製造装置の構造を概略的に示す平面図である。
図４(ａ)〜図４(ｆ)の半導体製造装置の各々は、Ｎ本（Ｎは２以上の整数）の導波管１４を備えている。具体的には、図４(ａ)〜図４(ｆ)の半導体製造装置はそれぞれ、４〜９本の導波管１４を備えている。図４(ａ)〜図４(ｆ)の各々において、Ｎ本の導波管１４は等間隔に配置されている。
図５は、第１または第２実施形態の種々の変形例における導波管１４の本数とマイクロ波のエネルギーの平均損失率との関係の一例を示したグラフである。例えば、図５において導波管１４の本数が５本の場合、マイクロ波がチャンバ１２の内壁面１２ｂなどで１回反射されるごとに、マイクロ波のエネルギーの８％程度が失われる。
図５によれば、導波管１４の本数が奇数の場合の平均損失率が、導波管１４の本数が偶数の場合の平均損失率よりも低いことが分かる。理由は、導波管１４の本数が偶数の場合には、各導波管１４から出射されたマイクロ波が、再び同じ導波管１４や別の導波管１４に戻ってきて、エネルギーを大きく失う可能性が高いからである。
よって、第１および第２実施形態における導波管１４の本数は、３本以上の奇数に設定することが望ましい。これにより、マイクロ波発生器１３からのマイクロ波を効率よくウエハ１に照射することが可能となる。その結果、より消費電力の少ないマイクロ波発生器１３を使用することが可能になり、半導体製造装置の消費電力の低減や、半導体装置の製造コストの低減を実現することが可能となる。
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。
１：ウエハ、１ａ：基板、１ｂ：被加工層、１ｃ：金属層、
１１：支持部、１１ａ：石英サセプタ、１１ｂ：支持ピン、１１ｃ：回転シャフト、
１２：チャンバ、１２ａ：窓部、１２ｂ：内壁面、１３：マイクロ波発生器、
１４：導波管、１５：温度計、１５ａ：第１温度計、１５ｂ：第２温度計、
１５ｃ：光ファイバ、１５ｄ：光ファイバ、１６：ガス供給器、
１６ａ：第１ガス供給器、１６ｂ：第２ガス供給器、１６ｃ：吹付ノズル、
１６ｄ：第１マスフローコントローラー、１６ｅ：第２マスフローコントローラー
１１：支持部、１１ａ：石英サセプタ、１１ｂ：支持ピン、１１ｃ：回転シャフト、
１２：チャンバ、１２ａ：窓部、１２ｂ：内壁面、１３：マイクロ波発生器、
１４：導波管、１５：温度計、１５ａ：第１温度計、１５ｂ：第２温度計、
１５ｃ：光ファイバ、１５ｄ：光ファイバ、１６：ガス供給器、
１６ａ：第１ガス供給器、１６ｂ：第２ガス供給器、１６ｃ：吹付ノズル、
１６ｄ：第１マスフローコントローラー、１６ｅ：第２マスフローコントローラー
Claims (9)
- 第１および第２の面を有するウエハを支持するための支持部と、
前記支持部を収容するチャンバと、
マイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、
前記マイクロ波を前記チャンバ内に出射して、前記ウエハの前記第１または第２の面に前記マイクロ波を照射する導波管であって、前記導波管から出射された前記マイクロ波の前記第１または第２の面への入射方向が、前記第１または第２の面に非垂直になるように前記チャンバに取り付けられている導波管と、
を備え、
前記導波管から出射された前記マイクロ波は、前記導波管から前記ウエハに入射して前記ウエハで反射され、前記ウエハで反射された前記マイクロ波の少なくとも一部は、前記チャンバの側部に到達し、前記チャンバの内壁面で反射され、再び前記ウエハに入射する、半導体製造装置。 - 前記チャンバは、前記マイクロ波の反射率が９０％以上である前記内壁面を有する、請求項１に記載の半導体製造装置。
- 前記チャンバは、アルミニウムを含有する第１材料で形成された前記内壁面を有する、請求項１または２に記載の半導体製造装置。
- 前記チャンバは、前記マイクロ波を透過可能な第２材料で形成された前記内壁面を有し、前記第２材料は、アルミニウムを含有する第１材料を下地として前記第１材料の表面に形成されている、請求項１に記載の半導体製造装置。
- 前記導波管から出射された前記マイクロ波の前記第１または第２の面への入射角度は、０度より大きくかつ３０度以下である、請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
- 前記導波管から出射された前記マイクロ波の前記第１または第２の面への入射角度は、４５度以上かつ５５度以下である、請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
- 前記ウエハは、基板と、前記基板上の被加工層とを含み、
前記第１の面は、前記ウエハの前記被加工層側の面であり、
前記第２の面は、前記ウエハの前記基板側の面であり、
前記導波管は、前記ウエハの前記第１の面に前記マイクロ波を照射し、
前記導波管から出射された前記マイクロ波は、前記導波管から前記ウエハの前記第１の面に入射して前記ウエハの前記第１の面で反射され、前記ウエハの前記第１の面で反射された前記マイクロ波の少なくとも一部は、前記チャンバの側部に到達し、前記チャンバの内壁面で反射され、再び前記ウエハの前記第１の面に入射する、半導体製造装置。 - チャンバ内の支持部により、第１および第２の面を有するウエハを支持し、
マイクロ波発生器からマイクロ波を発生させ、
前記チャンバに取り付けられた導波管から前記チャンバ内に前記マイクロ波を出射して、前記ウエハの前記第１または第２の面に前記マイクロ波を照射する、
ことを含み、
前記導波管は、前記導波管から出射された前記マイクロ波の前記第１または第２の面への入射方向が、前記第１または第２の面に非垂直になるように前記チャンバに取り付けられており、
前記導波管から出射された前記マイクロ波は、前記導波管から前記ウエハに入射して前記ウエハで反射され、前記ウエハで反射された前記マイクロ波の少なくとも一部は、前記チャンバの側部に到達し、前記チャンバの内壁面で反射され、再び前記ウエハに入射する、半導体装置の製造方法。 - 前記導波管から出射された前記マイクロ波の前記第１または第２の面への入射角度と、前記ウエハにおいて前記マイクロ波の入射強度と反射強度との比が最小になる前記入射角度である最小反射入射角度との差の大きさは、５度以下である、請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
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