JPWO2018173197A1 - 発熱体、基板処理装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
マイクロ波によって基板保持具に保持された基板を加熱し、処理する基板処理装置に用いられる発熱体であって、
前記マイクロ波によって発熱する誘電体によって環状に形成され、前記基板の外周よりも外側に内周が位置するとともに前記基板と接触しない位置で前記基板保持具に保持される発熱体
を有する技術が提供される。
以下に本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施の形態において、本発明に係る基板処理装置100は、ウエハに各種の熱処理を施す枚葉式熱処理装置として構成されており、後述する電磁波を用いたアニール処理(改質処理)を行う装置として説明を行う。本実施形態における基板処理装置100では、基板としてのウエハ200を内部に収容した収納容器(キャリア)としてFOUP(Front Opening Unified Pod:以下、ポッドと称する)110が使用される。ポッド110は、ウエハ200を種々の基板処理装置間を搬送する為の搬送容器としても用いられる。
図1の破線で囲まれた領域Aには、図3に示すような基板処理構造を有する処理炉が構成される。図2に示すように、本実施形態においては処理炉が複数設けられているが、処理炉の構成は同一である為、一方の構成を説明するに留め、他方の処理炉構成の説明は省略する。
図3に示すように、処理炉は、金属などの電磁波を反射する材料で構成されるキャビティ(処理容器)としてのケース102を有している。また、ケース102の天井面には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(図示せず)を介してケース102の天井面を閉塞するように構成する。主にケース102とキャップフランジ104の内側空間をシリコンウエハ等の基板を処理する処理室201として構成している。ケース102の内部に電磁波を透過させる石英製の図示しない反応管を設置してもよく、反応管内部が処理室となるように処理容器を構成してもよい。また、キャップフランジ104を設けずに、天井が閉塞したケース102を用いて処理室201を構成するようにしてもよい。
ここで、載置台210は基板搬入搬出口206の高さに応じて、駆動機構267によって、ウエハ200の搬送時にはウエハ200がウエハ搬送位置となるよう上昇または下降し、ウエハ200の処理時にはウエハ200が処理室201内の処理位置(ウエハ処理位置)まで上昇または下降するよう構成されていてもよい。
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。
ガス供給管232には、上流から順に、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の上流側には、例えば不活性ガスである窒素(N2)ガス源が接続され、MFC241、バルブ243を介して処理室201内へ供給される。基板処理の際に複数種類のガスを使用する場合には、ガス供給管232のバルブ243よりも下流側に、上流側から順に流量制御器であるMFCおよび開閉弁であるバルブが設けられたガス供給管が接続された構成を用いることで複数種類のガスを供給することができる。ガス種毎にMFC、バルブが設けられたガス供給管を設置してもよい。
また、温度センサ263は、キャップフランジ104に設けることに限らず、載置台210に設けるようにしてもよい。また、温度センサ263は、キャップフランジ104や載置台210に直接設置するだけでなく、キャップフランジ104や載置台210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もよい。さらに、温度センサ263は1つ設置することに限らず、複数設置するようにしてもよい。
また、本実施形態において、マイクロ波発振器655は、ケース102の側面に2つ配置されるように記載されているが、これに限らず、1つ以上設けられていればよく、また、ケース102の対向する側面等の異なる側面に設けられるように配置してもよい。主に、マイクロ波発振器655―1、655−2、導波管654−1、654−2および電磁波導入ポート653−1、653−2によって加熱装置としての電磁波供給部(電磁波供給装置、マイクロ波供給部、マイクロ波供給装置とも称する)が構成される。
図4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。
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5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。また、上述した処理炉構造と同様に本実施形態における基板処理工程においても、処理内容、すなわちレシピについては複数設けられた処理炉において同一レシピを使用する為、一方の処理炉を使用した基板処理工程について説明するに留め、他方の処理炉を用いた基板処理工程の説明は省略する。
図3に示されるように、ツィーザ125a−1、125a―2のいずれか一方、または両方に載置されたウエハ200はゲートバルブ205の開閉動作によって所定の処理室201に搬入(ローディング)される(S501)。
処理室201内へのウエハ200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電磁波供給部を制御し、所定の温度まで加熱を行うように制御してもよい(S502)。電磁波供給部によって、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。
炉内圧力・温度調整工程S403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、駆動機構267は、シャフト255を回転させ、載置台210上のボート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(S503)。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。
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。
処理室201内の圧力を大気圧復帰させた後、ゲートバルブ205を開放し処理室201と搬送室203とを空間的に連通させる。その後、ボートに載置されているウエハ200を移載機125のツィーザ125aによって、搬送室203に搬出する(S505)。
次に図6、図7を用いて、サセプタ103の形状及びサセプタ103保持するボート217の保持構造の一例について説明する。図6(A)では説明の簡単化のため、上述したボート217の天井板(端板)や、石英プレート101、および、石英プレート101の保持部の記載を省略している。
図6(A)に示すように、ボート217には、ウエハ200を保持するためのボート柱(保持柱)217a〜217cが設けられ、ボート柱217a〜217cのウエハ中心側の側面それぞれに、ウエハを保持するウエハ保持部217dが垂直方向上下に2箇所設けられている。ボート柱217a〜217cのウエハ保持部217dとは反対側の側面には、サセプタ103を保持するためのサセプタ保持部217eが2箇所設けられている。図7(B)に示すように、垂直方向上側に配置されたサセプタ保持部217eは、垂直方向上側に配置されたウエハ保持部217dよりも垂直方向において上側に位置するように構成されている。同様に、垂直方向下側に配置されたサセプタ保持部217eは、垂直方向下側に配置されたウエハ保持部217dよりも垂直方向において下側に位置するように構成される。
なお、サセプタ103の内周縁とウエハ200の外周縁との隙間(ギャップ)は、水平方向、垂直方向ともに処理室201内に供給されるマイクロ波の波長の1/2波長以下の長さとなるように設置されるのが好ましい。これらの隙間が1/2波長よりも大きくなるようにサセプタ103とウエハ200を配置してしまうと、マイクロ波の振幅が最大となる波の腹の部分がウエハ200の外周部に複数回照射されることとなってしまい、エッジ効果の抑制が低下してしまう。
また、サセプタ103のリング幅についても、上述しサセプタ103の内周とウエハ200の外周との隙間と同様の理由により、処理室201に供給されるマイクロ波の波長の1/2波長以下の長さとなることが好ましい。サセプタ103にエッジ効果が生じたとしても、そのことによってウエハ200の改質に直接の影響は小さいが、サセプタ103がエッジ効果によって過加熱された場合、サセプタ103に要求されている発熱量よりも大きな発熱が生じてしまい、結果、ウエハ200の外周側が加熱され易くなってしまうため、所定のリング幅となるように設定する必要がある。
図8(A)に示すように、サセプタを用いずにウエハ200のみで図5に示した基板処理フローを行った場合、ウエハ200の外周部にマイクロ波が集中し、エッジ効果による過加熱800が生じることとなる。これによって図9(A)および図9(B)に示すように基板の外周部のみ改質が進み、基板の外周部だけが極端にシート抵抗が低くなってしまう。これに対し、図8(B)に示すようにリング状のサセプタ103をウエハ200と非接触となる位置に載置させ、ウエハ200ではなく、サセプタ103の外周部にエッジ効果800が生じることとなり、ウエハ200に生じるエッジ効果を抑制することが可能となる。この場合、図9(C)および図9(D)に示すように、ウエハ200全体が均等に改質され、シート抵抗も均一に得られることとなる。
なお、仮に環形状ではない、単なる板形状のサセプタを用いた場合には、図9(E)および図9(F)に示すように、処理室内に供給されるマイクロ波の波長の腹と節の間隔で、サセプタ103が発熱する位置に発熱ムラが生じてしまい、その結果ウエハ200面上において、十分に改質される領域と改質されない領域が同心円状(縞状)に形成される改質結果となってしまうため、用いられるサセプタ103はウエハ200に対応する領域を切り欠いた環形状として、面内処理均一性を向上させることが好ましい。
また、仮にサセプタ103とウエハ200が接触するような配置とした場合、エッジ効果によってサセプタ103に生じた熱がウエハ200に伝熱されてしまい、ウエハ200の伝熱された箇所が他の位置に比べて加熱され易くなってしまうため、非接触とする必要がある。
また、本実施形態において、サセプタ103は円形の外周を有した環形状となるように構成して説明したが、外周形状はこれに限らず、多角形状でもよいし、どのような形状でもよい。
本実施形態によれば以下に示す1つまたは複数の効果が得られる。
図10、図11に示すように、本実施形態における変形例1は、サセプタ保持部217eの高さをウエハ保持部217dと同等の高さとなるように構成し、さらに、サセプタ103には、ウエハ200の搬送時にツィーザ125aがサセプタ103と接触することなく逃げることが可能なツィーザ125aの逃げ部130が形成されるように構成されている。このように構成することによって、ウエハ200とサセプタ103とを非接触となるように配置することが可能となるだけでなく、ウエハ200とサセプタ103の垂直方向の載置位置を略同一とすることが可能となり、ウエハ200の外周部とサセプタ103の内周部との隙間を狭くし易くなり、ウエハ200に生じるエッジ効果をより低減することが可能となる。また、ボート217の垂直方向の長さを短くすることが可能となるため、処理室201、すなわち、ケース102の高さを短くすることが可能となり、装置構造が大きくなることを抑制することができる。なお、図10(A)では説明の簡単化のため、上述したボート217の天井板(端板)や、石英プレート101の保持部の記載を省略している。
次に、図12、図13に示すように、本実施形態における変形例2は、ウエハ200を保持するボート217と、マイクロ波を透過する石英などの材質で形成されたサセプタ103を保持するサセプタ保持具としてのサセプタボート136とをそれぞれ別に構成させ、サセプタボート136を上下に昇降させる機構を備えている。
なお、図12(B)に示すように本変形例2においてサセプタ103には必ずしも変形例1のような切欠部105や逃げ部130は必要なく、サセプタ103の載置時に、スライダ132によって、サセプタボート136のサセプタ保持部136dの高さ位置が、ボート217の上面よりも上方に位置するように移動させればよい。
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。
200・・・ウエハ(基板)、
201・・・処理室、
205・・・ゲートバルブ、
217・・・ボート(基板保持具)、
655・・・マイクロ波発振器。
Claims (11)
- マイクロ波によって基板保持具に保持された基板を加熱し、処理する基板処理装置に用いられる発熱体であって、
前記マイクロ波によって発熱する誘電体によって環状に形成され、前記基板の外周よりも外側に内周が位置するとともに前記基板と接触しない位置で前記基板保持具に保持される発熱体。 - 前記発熱体は、前記基板の載置位置と略同一の高さで前記基板保持具に保持される請求項1に記載の発熱体。
- 前記発熱体の幅は、前記マイクロ波の1/2波長以下の長さを有する請求項1または2に記載の発熱体。
- 前記発熱体の内周と前記基板外周との隙間が前記マイクロ波の1/2波長以下の長さとなるように前記基板保持具に保持される請求項1から3のいずれか1つに記載の発熱体。
- 前記発熱体の内周には前記基板保持具の発熱体保持部に対応する位置に設けられた切欠部を有する請求項1から4のいずれか1つに記載の発熱体。
- 前記発熱体は、前記基板保持具が有する保持柱の外側側面に設けられた発熱体保持部に保持される請求項1から5のいずれか1つに記載の発熱体。
- 基板を保持する基板保持具と、
前記基板保持具を収容し、前記基板を処理する処理室と、
前記基板をマイクロ波によって加熱する加熱装置と、
前記マイクロ波によって発熱する誘電体によって環状に形成され、前記基板の外周よりも外側に内周が位置するとともに前記基板と接触しない位置で前記基板保持具に保持される発熱体と、
を有する基板処理装置。 - 前記基板保持具は、少なくとも2つ以上の保持柱を有し、
前記保持柱は、内側側面に前記基板を保持する基板保持部を有し、外側側面に前記発熱体を保持する発熱体保持部を有する請求項7に記載の基板処理装置。 - 前記基板保持部と前記発熱体保持部は、略同一の高さとなるように設けられる請求項8に記載の基板処理装置。
- 基板を保持する基板保持具と、前記基板保持具を収容し、前記基板を処理する処理室と、前記基板をマイクロ波によって加熱する加熱装置と、前記マイクロ波によって発熱する誘電体によって環状に形成され、前記基板の外周よりも外側に内周が位置するとともに前記基板と接触しない位置で前記基板保持具に保持される発熱体と、を有する基板処理装置の前記処理室内へ前記基板を搬入する工程と、
前記マイクロ波を供給して前記基板と前記発熱体とを加熱し、前記基板を処理する工程と、
前記基板の処理後、前記基板を搬出する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 - 基板を保持する基板保持具と、
前記基板保持具を収容し、前記基板を処理する処理室と、
前記基板をマイクロ波によって加熱する加熱装置と、
前記マイクロ波によって発熱する誘電体によって環状に形成され、前記基板の外周よりも外側に内周が位置するとともに前記基板と接触しない位置で保持される発熱体と、
前記発熱体を保持し、前記発熱体が前記基板の保持位置と同じ高さに昇降可能な昇降機構を有する発熱体保持具と、
を有する基板処理装置。
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