KR101332252B1 - 마이크로파 조사 장치 - Google Patents

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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

피처리체에 대하여 마이크로파를 조사하면서, 이와는 별개 독립적으로 피처리체의 온도 제어를 행할 수 있는 마이크로파 조사 장치를 제공한다. 피처리체(W)에 대하여 마이크로파를 조사하여 처리를 하는 마이크로파 조사 장치(2)는, 진공 배기가 가능하게 이루어진 처리 용기(4)와, 피처리체를 지지하는 지지대(6)와, 처리 가스를 도입하는 처리 가스 도입 수단(106)과, 마이크로파를 도입하는 마이크로파 도입 수단(72)과, 피처리체를 가열하는 가열 수단(16)과, 피처리체를 냉각 가스에 의해 냉각하는 가스 냉각 수단(104)과, 피처리체의 온도를 측정하는 방사 온도계(64)와, 방사 온도계의 측정치에 기초하여, 가열 수단과 가스 냉각 수단을 제어함으로써, 피처리체의 온도를 조정하는 온도 제어부(70)를 구비한다. 이에 따라, 피처리체에 대하여 마이크로파를 조사하면서 이와는 별개로 독립적으로 피처리체의 온도 제어를 행한다.

Description

마이크로파 조사 장치{MICROWAVE IRRADIATION APPARATUS}
본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 피처리체에 대하여 마이크로파를 조사함으로써 개질 처리나 어닐링 처리 등을 행하는 마이크로파 조사 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 디바이스를 제조하기 위해서는 반도체 웨이퍼에 성막 처리, 패턴 에칭 처리, 산화 확산 처리, 개질 처리, 어닐링 처리 등의 각종의 열처리를 반복해서 행하여 원하는 디바이스를 제조하는데, 반도체 디바이스가 고밀도화, 다층화 및 고집적화하는 것에 수반하여 그 사양이 해마다 엄격해지고 있고, 이들 각종의 열처리의 웨이퍼 면 내에서의 균일성의 향상, 막질 향상 및 열처리의 단시간화 등이 요구되고 있다.
예를 들면, 반도체 웨이퍼의 표면을 어닐링 또는 개질할 경우에는 일반적으로는 가열 램프나 가열 히터를 가지는 처리 장치를 이용하고, 이 처리 장치의 처리 용기 내에서 불활성 가스 등의 처리 가스의 분위기 중에서 반도체 웨이퍼를 가열하여, 어닐링 또는 개질 처리 등을 행하도록 되어 있다.
그런데, 최근에는 도펀트의 활성화 등의 어닐링 처리 또는 개질 처리 등을 행할 경우, 불순물의 확산을 억제하면서, 얕은 활성층을 형성할 수 있고 또한 격자 결손도 수복 가능하다는 점에서 마이크로파를 이용한 마이크로파 조사 장치가 제안되어 있다(특허 문헌 1, 2).
일본특허공표공보 2009-516375호 일본특허공개공보 2010-129790호
상술한 바와 같이, 마이크로파를 이용함으로써 각종의 처리를 단시간이고 또한 효율적으로 행할 수 있다. 그러나, 상기한 바와 같은 마이크로파 조사 장치를 이용하여 각종의 처리를 행할 경우, 피처리체인 반도체 웨이퍼의 온도 관리가 매우 중요한데, 종래의 마이크로파 조사 장치에서는 웨이퍼의 온도를 충분히 제어할 수 없다고 하는 문제가 있었다. 또한, 마이크로파의 투입 전력을 제어함으로써 웨이퍼 온도를 제어하는 것도 고려되는데, 처리의 태양에 따라서는 마이크로파의 전력과 웨이퍼의 온도를 독립적으로 제어할 필요가 있어, 이러한 태양에는 대응할 수 없다고 하는 문제도 있었다. 이 때문에, 상기 문제점의 조기 해결이 요구되고 있었다. 또한, 다른 처리의 태양에 따라서는 마이크로파를 웨이퍼에 효율적으로 조사하면서 마이크로파에 의해 가열되는 웨이퍼를 가능한 효율적으로 냉각시키는 것이 요구되는 경우도 있었다.
본 발명은 이상과 같은 문제점에 착목하여, 이를 유효하게 해결하기 위하여 창안된 것이다. 본 발명의 일 실시예는 피처리체에 대하여 마이크로파를 조사하면서, 이와는 별개로 독립적으로 피처리체의 온도 제어를 행할 수 있는 마이크로파 조사 장치이다. 또한, 본 발명의 다른 일 실시예는 피처리체에 대하여 마이크로파를 효율적으로 조사하면서 피처리체를 효율적으로 냉각시키는 것이 가능한 마이크로파 조사 장치이다.
청구항 1에 따른 발명은, 피처리체에 대하여 마이크로파를 조사하여 처리를 하는 마이크로파 조사 장치에 있어서, 진공 배기가 가능하게 이루어진 처리 용기와, 상기 피처리체를 지지하는 지지대와, 상기 처리 용기 내로 처리 가스를 도입하는 처리 가스 도입 수단과, 상기 처리 용기 내로 마이크로파를 도입하는 마이크로파 도입 수단과, 상기 피처리체를 가열하는 가열 수단과, 상기 피처리체를 냉각 가스에 의해 냉각하는 가스 냉각 수단과, 상기 피처리체의 온도를 측정하는 방사 온도계와, 상기 방사 온도계의 측정치에 기초하여, 상기 가열 수단과 상기 가스 냉각 수단을 제어함으로써, 상기 피처리체의 온도를 조정하는 온도 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 마이크로파 조사 장치이다.
이러한 구성에 의해, 피처리체에 대하여 마이크로파를 조사하면서 방사 온도계로 피처리체의 온도를 측정하고, 이 측정치에 기초하여 가열 수단과 가스 냉각 수단을 제어함으로써, 피처리체의 온도를 조정할 수 있다.
청구항 2에 따른 발명은, 피처리체에 대하여 마이크로파를 조사하여 처리를 하는 마이크로파 조사 장치에 있어서, 진공 배기가 가능하게 이루어진 처리 용기와, 상기 피처리체를 지지하는 지지대와, 상기 처리 용기 내로 처리 가스를 도입하는 처리 가스 도입 수단과, 상기 처리 용기 내로 마이크로파를 도입하는 마이크로파 도입 수단과, 상기 피처리체를 냉각 가스에 의해 냉각하는 가스 냉각 수단과, 상기 피처리체의 온도를 측정하는 방사 온도계와, 상기 방사 온도계의 측정치에 기초하여, 상기 가스 냉각 수단을 제어함으로써, 상기 피처리체의 온도를 조정하는 온도 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 마이크로파 조사 장치이다.
이러한 구성에 의해, 피처리체에 대하여 마이크로파를 조사하면서 방사 온도계로 피처리체의 온도를 측정하고, 이 측정치에 기초하여 가스 냉각 수단을 제어함으로써 피처리체의 온도를 조정할 수 있다.
청구항 5에 따른 발명은, 피처리체에 대하여 마이크로파를 조사하여 처리를 하는 마이크로파 조사 장치에 있어서, 진공 배기가 가능하게 이루어진 처리 용기와, 상기 피처리체를 지지하는 지지대와, 상기 처리 용기 내로 처리 가스를 도입하는 처리 가스 도입 수단과, 상기 처리 용기 내로 마이크로파를 도입하는 마이크로파 도입 수단과, 상기 피처리체를 가열하는 가열 수단과, 상기 피처리체의 온도를 측정하는 방사 온도계와, 상기 방사 온도계의 측정치에 기초하여 상기 가열 수단을 제어함으로써 상기 피처리체의 온도를 조정하는 온도 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 마이크로파 조사 장치이다.
이러한 구성에 의해, 피처리체에 대하여 마이크로파를 조사하면서 방사 온도계로 피처리체의 온도를 측정하고, 이 측정치에 기초하여 가열 수단을 제어함으로써 피처리체의 온도를 조정할 수 있다.
청구항 12에 따른 발명은, 피처리체에 대하여 마이크로파를 조사하여 처리를 하는 마이크로파 조사 장치에 있어서, 상기 피처리체를 수용하는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내의 분위기를 배기하는 진공 배기계와, 상기 처리 용기 내로 마이크로파를 도입하는 마이크로파 도입 수단과, 상기 피처리체의 하면에 대하여 냉각 가스를 분사하여 냉각하는 가스 냉각 수단과, 상기 피처리체를 지지하는 리프트 핀을 가지고 상기 피처리체를 승강시키는 리프터 기구와, 상기 리프트 핀에 형성된 흡인홀을 가지고, 상기 흡인홀을 흡인 통로에 의해 상기 진공 배기계에 접속함으로써 형성된 진공 척 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 마이크로파 조사 장치이다.
이러한 구성에 의해, 피처리체에 대하여 마이크로파를 효율적으로 조사하면서 피처리체를 효율적으로 냉각할 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로파 조사 장치에 의하면, 다음과 같이 뛰어난 작용 효과를 발휘할 수 있다.
청구항 1 및 이를 인용하는 청구항에 따른 발명에 의하면, 피처리체에 대하여 마이크로파를 조사하면서 방사 온도계로 피처리체의 온도를 측정하고, 이 측정치에 기초하여 가열 수단과 가스 냉각 수단을 제어함으로써 피처리체의 온도를 조정할 수 있다.
청구항 2 및 이를 인용하는 청구항에 따른 발명에 의하면, 피처리체에 대하여 마이크로파를 조사하면서 방사 온도계로 피처리체의 온도를 측정하고, 이 측정치에 기초하여 가스 냉각 수단을 제어함으로써 피처리체의 온도를 조정할 수 있다.
청구항 5 및 이를 인용하는 청구항에 따른 발명에 의하면, 피처리체에 대하여 마이크로파를 조사하면서 방사 온도계로 피처리체의 온도를 측정하고, 이 측정치에 기초하여 가열 수단을 제어함으로써 피처리체의 온도를 조정할 수 있다.
청구항 12 및 이를 인용하는 청구항에 따른 발명에 의하면, 피처리체에 대하여 마이크로파를 효율적으로 조사하면서 피처리체를 효율적으로 냉각할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로파 조사 장치의 제 1 실시예를 도시한 구성도이다.
도 2는 처리 용기의 천장부에서의 마이크로파 도입 수단의 도파관의 배치를 도시한 도면이다.
도 3은 가스 냉각 수단(처리 가스 도입 수단)의 샤워 헤드부의 하면을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 마이크로파 조사 장치의 제 2 실시예를 도시한 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 마이크로파 조사 장치의 제 3 실시예를 도시한 구성도이다.
도 6은 가스 냉각 수단(처리 가스 도입 수단)의 변형예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 마이크로파 조사 장치의 제 4 실시예를 도시한 구성도이다.
도 8은 가스 냉각 수단의 냉각 가스 분사 상자의 근방을 도시한 평면도이다.
도 9는 리프터 기구의 리프트 핀의 부분을 도시한 확대 단면도이다.
이하에, 본 발명에 따른 마이크로파 조사 장치의 일 실시예를 첨부 도면에 기초하여 상술한다. 도 1은 본 발명에 따른 마이크로파 조사 장치의 제 1 실시예를 도시한 구성도, 도 2는 처리 용기의 천장부에서의 마이크로파 도입 수단의 도파관의 배치를 도시한 도면, 도 3은 가스 냉각 수단(처리 가스 도입 수단)의 샤워 헤드부의 하면을 도시한 도면이다.
<제 1 실시예>
도시한 바와 같이, 이 마이크로파 조사 장치(2)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 스테인레스 스틸 등에 의해 내부가 단면(斷面) 원형으로 성형된 통체 형상의 처리 용기(4)를 가지고 있다. 이 처리 용기(4) 내에는 원판 형상으로 이루어진 지지대(6)가 원통 형상으로 이루어진 지지 기둥(8)에 의해 용기 저부로부터 기립하여 설치되어 있다. 상기 지지대(6) 및 지지 기둥(8)은 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 스테인레스 스틸 등의 금속에 의해 형성되어 있다.
상기 지지대(6)에는 상방으로 연장되는 복수 개, 여기서는 3 개의 지지 핀(10)(도 1에서는 2 개만 도시함)이 설치되어 있고, 이 지지 핀(10)의 상단에서 피처리체인, 예를 들면 직경이 300 mm인 반도체 웨이퍼(W)의 이면에 접촉하여 이를 지지하도록 되어 있다. 이 지지 핀(10)은 웨이퍼(W)의 둘레 방향으로 균등하게 분산되어 배치되어 있다. 이 지지 핀(10)은 유전율이 작은, 즉 유전손실이 적은 유전체 재료, 예를 들면 석영 또는 세라믹재에 의해 형성되어 있고, 또한 이 지지 핀(10)은 중공 형상, 즉 관 형상으로 형성되어 있다. 이 중공 형상의 지지 핀(10)의 내경은, 예를 들면 2 mm 정도이다.
또한, 상기 원통 형상의 지지 기둥(8) 내는 밀폐되어 척용 밀폐 공간(12)으로서 형성되어 있다. 그리고, 이 척용 밀폐 공간(12)은 상기 관 형상의 지지 핀(10)과 연통되어 진공 척 기구(14)로서 구성되어 있다. 따라서, 후술하는 바와 같이, 이 척용 밀폐 공간을 진공 배기함으로써, 상기 지지 핀(10)의 상단에서 웨이퍼(W)의 이면을 흡인하여 진공 흡착하도록 되어 있다.
또한, 상기 지지대(6)에 지지된 웨이퍼(W)를 가열하기 위하여, 가열 수단(16)이 설치되어 있다. 구체적으로, 이 가열 수단(16)은 여기서는 상기 지지대(6)의 상면측에 배치된 복수의 발광소자 유닛(18)을 가지고 있다. 이 발광소자 유닛(18)은 웨이퍼(W)의 하면의 거의 전체 면에 대응하여 배치되어 있다. 그리고, 각 발광소자 유닛(18)에는 LED 소자 또는 레이저 소자 등의 다수의 발광소자가 탑재되어 있고, 이 발광소자 유닛(18)으로부터 방사된 광에 의해 웨이퍼(W)를 가열할 수 있도록 되어 있다. 또한, 상기 발광소자 유닛(18)을 동심원 형상으로 구분하여, 웨이퍼(W)를 동심원 형상으로 존마다 독립적으로 가열할 수 있도록 해도 좋다. 이 각 발광소자 유닛(18)은 급전라인(20)에 접속되어 있고, 이 급전라인(20)에 설치된 가열 전원(22)으로부터 전력을 공급할 수 있도록 되어 있다.
또한, 상기 지지대(6)와 웨이퍼(W)의 사이에는 웨이퍼(W)의 반출입시에 이를 들어올리고 내리는 리프터 기구(24)가 설치된다. 구체적으로, 이 리프터 기구(24)는 원호 형상으로 성형된 리프트 판(26)과, 이 리프트 판(26)의 상면측에 설치된 복수, 예를 들면 3 개(도 1에서는 2 개만 도시함)의 리프트 핀(28)을 가지고 있다. 이 리프트 핀(28)은 웨이퍼(W)의 이면측의 주연부를 따라 거의 균등한 거리가 되도록 배치되어 있고, 이 리프트 핀(28)을 승강시킴으로써 웨이퍼(W)를 상방향으로 승강시킬 수 있도록 되어 있다.
이 때문에, 상기 리프트 판(26)은 상기 지지대(6) 및 용기 저부를 관통하여 하방으로 연장되는 승강 로드(30)의 상단부에 계합(係合)되어 있고, 이 승강 로드(30)의 하부는 이를 상하 이동시키는 액츄에이터(32)에 연결되어 있다. 또한, 상기 승강 로드(30)의 용기 저부의 관통부에는 처리 용기(4) 내의 기밀성을 유지하면서 승강 로드(30)의 상하 이동을 허용하는 금속제의 벨로우즈(34)가 개재 설치되어 있다. 이 리프트 핀(28) 또는 리프트 판(26)은 유전체 재료인, 예를 들면 석영 또는 세라믹재에 의해 형성되어 있다.
또한, 처리 용기(4)의 저부(底部)에는 처리 용기(4) 내의 분위기를 배기하는 배기구(36)가 형성되어 있고, 이 배기구(36)에는 진공 배기계(38)가 접속되어 있다. 이 진공 배기계(38)는 상기 배기구(36)에 접속된 배기 통로(40)를 가지고 있고, 이 배기 통로(40)에는 그 상류측으로부터 하류측을 향하여 압력 조정 밸브(42) 및 진공 펌프(44)가 차례로 개재 설치되고, 상술한 바와 같이 처리 용기(4) 내의 분위기를 압력 조정하면서 진공 배기하도록 되어 있다.
또한, 상기 척용 밀폐 공간(12)을 구획하는 용기 저부에는 척용 배기구(46)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 압력 조정 밸브(42)와 진공 펌프(44)의 사이의 배기 통로(40)와 상기 척용 배기구(46)의 사이는 척용 배기 통로(48)에 의해 접속되어 있다. 또한, 이 척용 배기 통로(48)에는 제 1 개폐 밸브(50)가 개재 설치되어 있고, 이 제 1 개폐 밸브(50)를 개방 상태로 함으로써 상기 척용 밀폐 공간(12) 내의 분위기를 진공 배기하여 웨이퍼(W)를 흡인 흡착하는 진공 척 기능을 발휘할 수 있도록 되어 있다.
또한, 상기 제 1 개폐 밸브(50)의 상류측의 척용 배기 통로(48)와 상기 압력 조정 밸브(42)의 상류측의 배기 통로(40)의 사이는 릴리스 통로(52)에 의해 접속되어 있다. 그리고, 이 릴리스 통로(52)에는 제 2 개폐 밸브(54)가 개재 설치되어, 이 제 2 개폐 밸브(54)를 개방 상태(제 1 개폐 밸브(50)는 폐쇄 상태)로 함으로써, 웨이퍼(W)가 수용되어 있는 처리 공간과 척용 밀폐 공간(12)의 압력을 동압(同壓)으로 하여 웨이퍼(W)의 척을 해제할 수 있도록 되어 있다.
그리고, 상기 처리 용기(4) 내의 지지대(6)의 주연부와 처리 용기(4) 내의 측벽과의 사이에는 링 형상의 정류판(56)이 개재 설치되고, 이 정류판(56)에는 다수의 정류홀(58)이 형성되어 있어, 웨이퍼(W)가 설치되어 있는 처리 공간(S)의 분위기를 하방향으로 정류하면서 흘려 배기구(36)로 배출하도록 되어 있다.
또한, 처리 용기(4)의 측벽에는 웨이퍼(W)를 반출입하기 위한 반출입구(60)가 형성되고, 이 반출입구(60)에는 게이트 밸브(62)가 장착되어 있다. 그리고, 이 처리 용기(4)에는 상기 웨이퍼(W)의 온도를 측정하기 위한 방사 온도계(64)가 설치되어 있다. 구체적으로, 이 방사 온도계(64)는 상기 처리 용기(4)의 저부 및 지지대(6)를 관통하여 연장되는, 예를 들면 광파이버로 이루어지는 프로브 라인(66)을 가지고 있고, 이 프로브 라인(66)의 선단(先端)은 웨이퍼(W)의 이면에 접근시켜 웨이퍼(W)의 직하(直下)에 위치되어 있다. 그리고, 이 프로브 라인(66)으로 유도한 광에 기초하여 온도 계측부(68)에서 웨이퍼(W)의 온도를 구하도록 되어 있다.
그리고, 이 온도 계측부(68)에서 구한 측정치를, 예를 들면 컴퓨터로 이루어지는 온도 제어부(70)에 통지하고, 이 측정치에 기초하여 온도 제어부(70)는 이 제 1 실시예에서는 상기 가열 전원(22)과 후술하는 가스 냉각 수단을 제어함으로써, 웨이퍼(W)의 온도를 조정하여 제어하도록 되어 있다.
한편, 상기 처리 용기(4)의 천장부에는 이 처리 용기(4) 내로 마이크로파를 도입하기 위한 마이크로파 도입 수단(72)이 설치되어 있다. 또한, 여기서 마이크로파는 주파수가, 예를 들면 300 MHz ~ 30 GHz까지인 전자파를 나타내는 것으로 한다. 구체적으로, 상기 마이크로파 도입 수단(72)은 여기서는 복수, 예를 들면 4 대의 마이크로파 유닛(74)(도 1에서는 2 대만 도시함)을 가지고 있다. 또한, 이 마이크로파 유닛(74)의 수량은 특히 4 대에는 한정되지 않는다. 구체적으로, 상기 마이크로파 유닛(74)은 각각 용기 천장부에 연결된 도파관(76)을 가지고 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 이 도파관(76)은 단면 직사각형 형상으로 성형되어 있고, 용기 천장부에 그 둘레 방향을 따라 등간격으로 배치되어 있다.
또한, 상기 용기 천장부에는 개구된 마이크로파 도입 포트(78)가 설치되고, 이 마이크로파 도입 포트(78)에는, 예를 들면 석영 등의 유전체 재료로 이루어지는 투과창(80)이 O 링 등의 씰링 부재(82)를 개재하여 장착되어 있다. 그리고, 상기 각 도파관(76)의 하단부가 상기 투과창(80)에 장착되어 있고, 이 투과창(80)을 개재하여 마이크로파를 처리 용기(4) 내로 도입하도록 되어 있다.
상기 각 도파관(76)의 도중에는 서큘레이터(84)가 개재 설치되고, 그 방향이 직각 방향으로 휘어지고, 그 기단부에는 마이크로파 발생기(86)가 설치되어 있다. 여기서는 2.456 GHz 또는 5.8 GHz 또는 28 GHz의 마이크로파가 이용된다. 이에 따라, 상기 마이크로파 발생기(86)에서 발생된 마이크로파는 상기 도파관(76)을 전파하여 마이크로파 도입 포트(78)로부터 처리 용기(4) 내로 도입되게 된다. 또한, 상기 서큘레이터(84)에는 더미 로드(88)가 연결되어 있어, 인슐레이터의 기능을 발휘하도록 되어 있다. 또한, 더미 로드(88)는 각 마이크로파 유닛(74)마다 설치하지 않고, 각 마이크로파 유닛(74) 간에 공용하도록 해도 좋다.
상기 마이크로파 발생기(86)의 동작은 마이크로파 제어부(90)에 의해 제어되어 있어, 각 마이크로파 발생기(86)로부터 발생하는 마이크로파가, 예를 들면 서로 중첩되지 않도록 하고 있다. 또한, 이때 마그네트론의 전원 파형은 반파 싸인, 사다리꼴파, 직사각형파 등으로 할 수 있다.
또한, 이 처리 용기(4)의 천장부에는 상기 마이크로파 도입 수단(72)에 의해 도입된 마이크로파를 교반하기 위한 교반기(92)가 설치되어 있다. 구체적으로, 이 교반기(92)는 처리 용기(4) 내의 천장부의 직하에 배치된 교반 프로펠러(94)를 가지고 있다. 이 교반 프로펠러(94)의 회전축(96)은 자성(磁性) 유체 씰(98)을 개재하여 천장부를 기밀하게 관통하고 있고, 회전 모터(99)에 의해 회전되도록 되어 있다. 그리고, 상기 교반 프로펠러(94)는 금속 또는 PZT 등의 복합 세라믹 또는 쿼츠 사파이어 등으로 이루어지는 유전 손실이 적은 고유전 재료에 의해 형성되어 있고, 이 교반 프로펠러(94)를 회전함으로써 마이크로파를 교반하여 처리 용기(4) 내에 마이크로파의 정재파가 발생하는 것을 방지하도록 되어 있다.
또한, 이 교반 프로펠러(94)와 지지대(6)의 사이에는 이 처리 용기(4) 내를 상하로 구분하는 구획판(100)이 설치되어 있어, 상기 교반 프로펠러(94)로부터 낙하하는 파티클이 웨이퍼(W)의 상면에 부착되지 않도록 하고 있다. 이 구획판(100)은 유전율이 작은 유전체 재료, 예를 들면 석영 또는 세라믹재 또는 테플론(등록상표)에 의해 형성되어 있어, 마이크로파를 가능한 한 흡수하지 않고 효율적으로 투과하도록 되어 있다. 구체적으로, 이 구획판(100)의 재료로서는 유전율이 4.0 이하이며, 탄델타(tan delta)(유전 정접(誘電 正接))가 0.0001 이하인 유전체 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 이 구획판(100)의 주변부에는 복수의 연통홀(102)이 형성되어 있어, 이 구획판(100)의 상하의 공간을 연통하도록 되어 있다.
이에 따라, 구획판(100)의 상하의 공간의 차압이 해소되므로, 그 구획판(100)의 두께를 가능한 한 얇게 할 수 있다. 또한, 상기 연통홀(102)은 그 하방에 위치하는 정류판(56)에 형성된 정류홀(58)과, 이 상하 방향에서 동일한 영역에 형성하는 것이 바람직하고, 이에 따르면, 상기 교반 프로펠러(94)를 수용한 공간의 분위기가 연통홀(102)을 통과하여 배출될 경우에 웨이퍼(W)의 방향으로 확산되지 않고, 그대로 직하 방향의 정류홀(58)을 향하여 다운 플로우가 되어 배출하는 것이 가능해진다.
또한, 이 처리 용기(4)에는 상기 반도체 웨이퍼(W)를 냉각 가스에 의해 냉각시키는 가스 냉각 수단(104)이 설치되어 있다. 여기서, 상기 가스 냉각 수단(104)은 처리 용기(4) 내로 처리 가스를 도입하는 처리 가스 도입 수단(106)과 겸용되어 있다. 구체적으로, 이 가스 냉각 수단(104)은 여기서는 웨이퍼(W)의 상방으로서 구획판(100)의 하방에 배치된 샤워 헤드부(110)를 가지고 있다. 이 샤워 헤드부(110)는, 도 3에도 도시한 바와 같이, 동심원 형상으로 배치된 복수, 도시예에서는 2 개의 대소의 링 형상의 분산관(112A, 112B)을 가지고 있고, 이들 분산관(112A, 112B)은 연통관(114)에서 접속되고 또한 서로 연통되어 있다.
그리고, 상기 분산관(112A, 112B)의 하면측에는 그 둘레 방향을 따라 등간격으로 다수의 가스 분사홀(116)이 형성되어 있고, 하방향의 웨이퍼(W)의 표면을 향하여 냉각 가스(처리 가스)를 분사할 수 있게 되어 있다. 이 샤워 헤드부(110)는 유전율이 낮은 재료, 예를 들면 석영 또는 세라믹재 등에 의해 형성되어 있고, 마이크로파를 가능한 한 흡수하지 않도록 되어 있다.
또한, 이 샤워 헤드부(110)는 용기 측벽에 지지되어 있고, 이 샤워 헤드부(110)에는 가스 통로(118)가 접속되어 있다. 그리고, 이 가스 통로(118)에는 매스 플로우 콘트롤러와 같은 유량 제어기(120)가 개재 설치되어 있고, 냉각 가스(처리 가스)를 유량 제어하면서 공급할 수 있도록 되어 있다. 이 경우, 웨이퍼(W)의 냉각 효율을 높이기 위해서는 샤워 헤드부(110)를 가능한 한 웨이퍼(W)에 접근시켜 설치하는 것이 좋다. 이 경우, 웨이퍼(W)와 샤워 헤드부(110) 간의 거리는, 예를 들면 10 ~ 300 mm 정도로 설정되어 있다. 여기서는, 냉각 가스와 처리 가스를 겸용하는 가스로서 Ar 가스 혹은 N2 가스 또는 이들 양 가스를 공급하고 있다. 이 냉각 가스 및 처리 가스로서 상기 외에 He, Ne 등의 다른 희가스를 이용하도록 해도 좋다. 또한, 처리의 태양에 따라서는 냉각 가스 및 처리 가스로서 수소 또는 산소 등을 이용하는 경우도 있다.
그리고, 전술한 바와 같이, 상기 온도 제어부(70)는 온도 계측부(68)에서의 측정치에 기초하여, 상기 처리 가스 도입 수단(106)의 유량 제어기(120) 및 가열 전원(22)을 제어하여 웨이퍼(W)의 온도를 조정할 수 있도록 되어 있다.
그리고, 이 마이크로파 조사 장치(2)의 전체의 동작은, 예를 들면 마이크로 컴퓨터 등으로 이루어지는 장치 제어부(122)에 의해 제어되도록 되어 있고, 이 동작을 행하는 컴퓨터의 프로그램은 플렉서블 디스크 또는 CD(Compact Disc) 또는 플래쉬 메모리 또는 하드 디스크 등의 기억 매체(124)에 기억되어 있다. 구체적으로는, 이 장치 제어부(122)로부터의 지령에 의해, 가스의 공급 또는 유량 제어, 마이크로파의 공급 또는 전력 제어, 웨이퍼 온도 또는 프로세스 압력의 제어 등이 직접적 혹은 간접적으로 행해진다.
이어서, 상기 마이크로파 조사 장치(2)를 이용하여 행해지는 처리(어닐링 처리나 개질 처리 등)에 대하여 설명한다. 우선, 열린 게이트 밸브(62)를 거쳐 반도체 웨이퍼(W)를 반송 암(도시하지 않음)에 의해 처리 용기(4) 내에 수용하고, 리프터 기구(24)의 리프트 핀(28)을 상하 이동시킴으로써 웨이퍼(W)를 지지대(6)의 지지 핀(10) 상에 재치하고, 게이트 밸브(62)를 닫아 처리 용기(4) 내를 밀폐한다. 이 경우, 상기 반도체 웨이퍼(W)로서는 단일체의 반도체 기판, 예를 들면 실리콘 기판을 이용해도 좋다.
여기서, 진공 배기계(38)의 진공 펌프(44)는 연속 구동되어 있고, 척용 배기 통로(48)에 개재 설치된 제 1 개폐 밸브(50)를 개방 상태(제 2 개폐 밸브(54)는 폐쇄 상태)로 함으로써, 지지대(6)의 하방의 척용 밀폐 공간(12)을 진공 배기하여 감압하고, 이에 따라 척 기능이 발휘되어 중공 형상의 지지 핀(10) 상에 재치되어 있는 웨이퍼(W)의 이면을 진공 흡착하여 웨이퍼(W)를 흡착 고정한다. 또한, 이 진공 흡착을 해제하기 위해서는 상기 제 1 개폐 밸브(50)를 폐쇄 상태로 하고, 릴리스 통로(52)에 개재 설치된 제 2 개폐 밸브(54)를 개방 상태로 함으로써, 척용 밀폐 공간(12)과 처리 공간(S)을 동압으로 하면 된다.
이어서, 상술한 바와 같이 웨이퍼(W)를 흡착했다면, 처리 용기(4) 내에 가스 냉각 수단(104)을 겸용하는 처리 가스 도입 수단(106)의 샤워 헤드부(110)로부터, 처리 가스로서 Ar 가스 또는 N2 가스를 유량 제어하면서 공급한다. 이 경우, 처리 공간(S)의 프로세스 압력은 처리 태양에도 따르지만, 예를 들면 수 100 Torr 정도이며, 척용 밀폐 공간(12)의 압력은 척 기능을 발휘하기 위하여 이보다 낮은 수 10 mmTorr이다.
또한, 가열 수단(16)의 가열 전원(22)으로부터 각 발광소자 유닛(18)으로 전력을 공급하고, 이 발광소자 유닛(18)에 탑재되어 있는 LED 소자 또는 레이저 소자로부터 광을 방사하여 웨이퍼(W)의 이면에 비추어, 웨이퍼(W)를 승온시켜 소정의 온도까지 가열한다. 이와 동시에, 마이크로파 도입 수단(72)의 각 마이크로파 유닛(74)의 마이크로파 발생기(86)를 구동하여 마이크로파를 발생시킨다. 이 마이크로파는 도파관(76)을 전파하여 처리 용기(4)의 천장부에 형성된 각 마이크로파 도입 포트(78)로부터 처리 용기(4) 내로 도입되고, 이 마이크로파는 구획판(100)을 투과하여 웨이퍼(W)의 표면에 조사된다. 이와 같이, 마이크로파가 웨이퍼(W)에 조사되면, 줄 가열, 자성 가열, 유전 가열 등의 전자파 가열에 의해 웨이퍼(W)는 더욱 신속히 가열되게 되고, 이 결과 어닐링 처리나 개질 처리 등이 행해지게 된다.
여기서 웨이퍼의 프로세스 온도가 비교적 높은 경우에는 마이크로파만으로 고온까지 가열하려고 하면, 웨이퍼 표면에 방전이 발생하는 경우가 있다. 따라서, 상술한 바와 같이 별도로 가열 수단(16)을 설치하여 웨이퍼의 가열을 보조함으로써, 웨이퍼 표면에 방전을 일으키지 않고 이를 고온까지 가열할 수 있다. 이 때의 웨이퍼 온도는, 예를 들면 100 ~ 400℃ 정도의 범위 내이다. 또한, 이 마이크로파의 처리 중에는 용기 천장부에 설치한 교반기(92)의 교반 프로펠러(94)를 선회시킨다. 이와 같이, 처리 용기(4) 내로 도입된 마이크로파를 교반 프로펠러(94)에 의해 교반함으로써 처리 용기(4) 내에 정재파가 발생하는 것을 방지하고, 웨이퍼 처리의 면 내 균일성을 향상시킬 수 있다.
이러한 웨이퍼 처리 중에서 웨이퍼(W)의 이면측에 배치된 방사 온도계(64)의 프로브 라인(66)에 의해 웨이퍼(W)의 방사광이 흡수되고, 온도 측정부(68)에 의해 웨이퍼(W)의 온도가 연속적으로 측정되고 있다. 이 측정치는 온도 제어부(70)에 전달되고, 온도 제어부(70)는 이 측정치에 기초하여 가열 전원(22)을 제어하여 발광소자 유닛(18)으로의 공급 전력을 증감시키고, 가스 냉각 수단(처리 가스 도입 수단)(104)의 유량 제어기(120)를 제어하여 냉각 가스(처리 가스)의 유량을 증감시켜 웨이퍼(W)의 온도를 조정, 즉 컨트롤한다.
여기서, 웨이퍼(W)의 온도에 의존하여 마이크로파의 흡수율이 변동하는 경우가 있으므로, 여기서는 예를 들면 마이크로파의 공급 전력을 일정하게 하면서, 웨이퍼(W)가 소정의 온도를 유지하도록 발광소자 유닛(18)으로의 공급 전력을 제어하거나, 웨이퍼(W)의 표면에 분출하는 냉각 가스의 유량을 제어한다. 이에 따라, 웨이퍼(W)의 온도를 마이크로파의 공급 전력과는 별개 독립적으로 제어할 수 있다.
또한, 상기 교반 프로펠러(94)의 회전에 의해 파티클 등이 발생할 우려가 발생하지만, 발생된 파티클은 이 하방의 구획판(100)에 의해 받아지므로, 웨이퍼(W)의 표면에 낙하하는 일은 없다. 또한, 발생된 파티클이 이 영역 공간의 분위기와 함께 연통홀(102)을 거쳐 처리 공간(S)으로 유입된 경우에는 이 유출된 분위기는 그 직하에 위치하는 정류판(56)의 정류홀(58)을 향하여 흐르므로, 이러한 점에서도 웨이퍼(W)의 표면에 파티클이 부착되는 것을 방지할 수 있다.
이상과 같이, 피처리체인 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 마이크로파를 조사하면서 방사 온도계(64)로 피처리체의 온도를 측정하고, 이 측정치에 기초하여 가열 수단(16)과 가스 냉각 수단(104)을 제어함으로써 마이크로파의 조사량과는 독립적으로 피처리체의 온도를 조정할 수 있다.
<제 2 실시예>
이어서, 본 발명의 마이크로파 조사 장치의 제 2 실시예에 대하여 설명한다. 반도체 웨이퍼(W)의 처리 태양에 따라서는 웨이퍼(W)의 온도를 그 정도로 높게 할 필요는 없고, 마이크로파 조사에 의한 가열량으로 충분히 목표로 하는 온도대역까지 웨이퍼 온도를 승온시킬 수 있는 경우가 있다. 이러한 경우에는 앞의 제 1 실시예에서 이용된 가열 수단(16)을 불필요하게 할 수 있다. 도 4는 이러한 본 발명에 따른 마이크로파 조사 장치의 제 2 실시예를 도시한 구성도이다. 또한, 도 4에서 앞의 도 1 내지 도 3에 도시한 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 참조 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 여기서는 도 1에 도시한 구성으로부터 가열 수단(16)을 구성하는 발광소자 유닛(18) 및 가열 전원(22)(도 1 참조)을 제거한 구성으로 되어 있고, 다른 구성은 도 1에 도시한 구성과 동일하다. 또한, 가열 수단(16)을 제거하였으므로, 온도 제어부(70)는 가스 냉각 수단(104)(처리 가스 도입 수단(106))으로 냉각 가스의 유량을 제어함으로써, 웨이퍼(W)의 온도 조정을 행하게 된다.
이 경우에도, 제 1 실시예와 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있다. 즉, 피처리체인 반도체 웨이퍼에 대하여 마이크로파를 조사하면서 방사 온도계(64)로 피처리체의 온도를 측정하고, 이 측정치에 기초하여 가스 냉각 수단(104)을 제어함으로써 피처리체의 온도를 조정할 수 있다.
<제 3 실시예>
이어서, 본 발명의 마이크로파 조사 장치의 제 3 실시예에 대하여 설명한다. 반도체 웨이퍼(W)의 처리 태양에 따라서는 프로세스 온도가 비교적 높아 웨이퍼(W)의 온도를 가스 냉각 수단을 이용하여 냉각할 필요는 없고, 가열 수단의 제어로 충분히 목표로 하는 온도로 웨이퍼 온도를 제어할 수 있는 경우가 있다. 이러한 경우에는 앞의 제 1 실시예에서 이용한 가스 냉각 수단(104)을 불필요하게 할 수 있다. 도 5는 이러한 본 발명에 따른 마이크로파 조사 장치의 제 3 실시예를 도시한 구성도이다. 또한, 도 5에서 앞의 도 1 내지 도 3에 도시한 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 참조 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 여기서는 도 1에 도시한 구성으로부터 가스 냉각 수단(104)을 제거한 구성으로 되어 있고, 다른 구성은 도 1에 도시한 구성과 동일하다. 즉, 도 1에 도시한 경우는 가스 냉각 수단(104)과 처리 가스 도입 수단(106)과는 겸용되어 있었으므로, 여기서는 샤워 헤드부(110) 또는 유량 제어기(120)는 처리 가스 도입 수단(106)으로서 기능하게 된다. 또한, 가스 냉각 수단(104)을 제거하였으므로, 온도 제어부(70)는 가열 수단(16)의 가열 전원(22)만을 제어함으로써, 웨이퍼(W)의 온도 조정을 행하게 된다.
이 경우에도 제 1 실시예와 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있다. 즉, 피처리체인 반도체 웨이퍼에 대하여 마이크로파를 조사하면서 방사 온도계(64)로 피처리체의 온도를 측정하고, 이 측정치에 기초하여 가열 수단(16)을 제어함으로써 피처리체의 온도를 조정할 수 있다.
<가스 냉각 수단(처리 가스 도입 수단)의 변형예>
이어서, 가스 냉각 수단(처리 가스 도입 수단)의 변형예에 대하여 설명한다. 앞서 설명한 제 1 ~ 제 3 실시예에서는 가스 냉각 수단(104) 혹은 처리 가스 도입 수단(106)은 동심원 형상으로 배치된 2 개의 분산관(112A, 112B)(도 3 참조)을 가지고 있었지만, 이에 한정되지 않고, 노즐을 이용해도 좋다. 도 6은 가스 냉각 수단(처리 가스 도입 수단)의 변형예를 도시한 도면이다. 또한, 도 6에서 앞서 설명한 도면과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 참조 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 여기서는 샤워 헤드부(110)(도 1 참조)를 설치하지 않고, 이에 대신하여 처리 용기(4)의 측벽을 관통시키도록 하여 복수 개의 가스 노즐(130)을 설치하고 있고, 이 가스 노즐(130)의 선단(先端)을 웨이퍼(W)의 표면에 비스듬히 상방으로부터 접근시키고 있다. 이에 따라 분사되는 냉각 가스(처리 가스)를 직접적으로 웨이퍼(W)의 표면에 비추고, 냉각 효율을 높이도록 되어 있다. 또한, 이 가스 노즐(130)의 수는 특별히 제한되지 않는다.
또한, 이상의 각 실시예(제 3 실시예를 제외함)의 설명에서는 가스 냉각 수단(104)과 처리 가스 도입 수단(106)을 겸용하도록 했지만, 이에 한정되지 않고, 양자를 분리하여 각각 별개로 설치하도록 해도 좋다. 예를 들면, 가스 냉각 수단(104)으로서 도 6에 도시한 바와 같은 가스 노즐(130)을 가지는 것을 이용하고, 처리 가스 도입 수단(106)으로서 도 1에 도시한 바와 같은 샤워 헤드부(110)를 가지는 것을 이용해도 좋고, 혹은 양자를 반대로 하여 이용하도록 해도 좋다. 또한, 여기서는 가열 수단(16)으로서 LED 소자나 레이저 소자를 구비한 발광소자 유닛(18)(도 1 참조)을 이용했지만, 이에 한정되지 않고, 할로겐 램프, 수은 램프, 플래시 램프 등의 가열 램프를 이용하도록 해도 좋다.
<제 4 실시예>
이어서, 본 발명의 마이크로파 조사 장치의 제 4 실시예에 대하여 설명한다. 반도체 웨이퍼의 처리 태양에 따라서는 앞의 제 2 실시예와 마찬가지로, 예를 들면 하지막 등을 열적으로 보호할 목적으로 웨이퍼(W)의 프로세스 온도를 낮게 억제하고자 하는 경우가 있다. 이러한 경우에는 제 1 실시예에서 이용한 가열 수단(16)은 불필요하고, 마이크로파 조사에 의한 가열량으로도 웨이퍼 온도는 상당히 상승하므로, 프로세스 중에는 웨이퍼를 효율적으로 냉각시킬 필요가 있다.
도 7은 이러한 본 발명에 따른 마이크로파 조사 장치의 제 4 실시예를 도시한 구성도, 도 8은 가스 냉각 수단의 냉각 가스 분사 상자의 근방을 도시한 평면도, 도 9는 리프터 기구의 리프트 핀의 부분을 도시한 확대 단면도이다. 도 7 내지도 9에서 앞의 도 1 내지 도 6에 도시한 부분과 동일 구성 부분에 대해서는 동일 참조 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다.
도 7에도 도시한 바와 같이, 이 제 4 실시예의 마이크로파 조사 장치에서, 처리 용기(4)의 천장부에는 앞의 제 1 실시예와 마찬가지로 마이크로파 도입 수단(72) 및 교반기(92)는 설치되어 있다. 그러나, 마이크로파 조사의 장해가 되는 구획판(100) 및 샤워 헤드부(110)(도 1 참조)는 설치되어 있지 않고, 천장부에 설치한 마이크로파 도입 수단(72)의 마이크로파 도입 포트(78)로부터 마이크로파를 피처리체인 반도체 웨이퍼(W)를 향하여 직접적으로 조사할 수 있도록 되어 있다.
그리고, 이 처리 용기(4) 내에는 상기 반도체 웨이퍼(W)를 지지하는 리프트 핀(132)을 가지고, 이 웨이퍼(W)를 승강시키는 리프터 기구(134)와, 상기 웨이퍼(W)의 하면에 대하여 냉각 가스를 분사하여 냉각하는 가스 냉각 수단(136)이 설치되고, 상기 리프터 기구(134)에 웨이퍼(W)를 흡착시키는 진공 척 기구(138)가 설치된다.
구체적으로, 상기 리프터 기구(134)는 상기 리프트 핀(132)과, 이 리프트 핀(132)의 하단부에 연결되어 리프트 핀(132)을 지지하는 리프트 판(140)과, 이 리프트 판(140)에 그 상단부가 연결된 승강 로드(142)와, 이 승강 로드(142)를 승강시키는 액츄에이터(144)를 가지고 있다. 상기 리프트 핀(132)은 복수 개, 예를 들면 3개(도 7에서는 2 개만 기재함)가 원주(圓周) 상에 등간격으로 배치되어 있다(도 8 참조).
그리고, 상기 리프트 판(140)은, 예를 들면 원형 링 형상으로 형성되어 있고, 이 리프트 판(140)의 상면에 상기 리프트 핀(132)의 하단부가 접합하여 연결되어 있다. 또한, 이 리프트 판(140)은 원호 형상 혹은 원판 형상으로 성형해도 좋다. 그리고, 상기 리프트 핀(132)의 상단을 상기 웨이퍼(W)의 하면의 주연부에 접촉시켜 이를 지지하도록 되어 있다.
상기 리프트 판(140)의 일단부에는 상기 승강 로드(142)의 상단부가 접합하여 연결되어 있고, 이 승강 로드(142)의 하부는 하방향으로 연장되어 처리 용기(4)의 저부를 관통하고 있다. 그리고, 이 승강 로드(142)의 하단부측에 상기 액츄에이터(144)를 연결하고 있고, 상기 리프트 판(140) 및 리프트 핀(132)을 일체적으로 승강할 수 있도록 되어 있다. 또한, 상기 승강 로드(142)의 용기 저부의 관통부에는 금속제의 벨로우즈(146)가 개재 설치되어 있고, 처리 용기(4) 내의 기밀성을 유지하면서 승강 로드(142)의 상하 이동을 허용하도록 되어 있다.
여기서, 상기 리프트 핀(132), 리프트 판(140) 및 승강 로드(142)는 마이크로파에 대한 흡수가 적은 유전체 재료인 석영(SiO2) 또는 알루미나(Al2O3), 질화 알루미늄(AlN), 실리콘 카바이트(SiC) 등의 세라믹재에 의해 형성되어 있다. 본 실시예에서는 상기 각 리프트 핀(132)에 흡인홀(150)이 형성되어 있고, 이 흡인홀(150)이 상기 진공 척 기구(138)의 일부를 형성하고 있다. 구체적으로, 상기 흡인홀(150)은 리프트 핀(132)의 중심부에 그 길이 방향을 따라 형성되어 있고, 상기 리프트 판(140) 및 승강 로드(142)의 내부에는 이들을 따라 흡인 통로(152)가 형성되어 있다. 이 흡인 통로(152)의 선단부는 상기 리프트 핀(132)에 형성한 흡인홀(150)의 하단부에 연통되어 있다.
또한, 상기 승강 로드(142)에 형성한 흡인 통로(152)의 하단부는 승강 로드(142)의 상하 이동을 허용하는 금속제의 벨로우즈(154)를 개재하여 척용 배기 통로(48)에 접속되어 있다. 그리고, 이 척용 배기 통로(48)의 타단은 진공 배기계(38)의 압력 조정 밸브(42)와 진공 펌프(44) 간의 배기 통로(40)에 접속되어 있다.
그리고, 이 척용 배기 통로(48)에는 제 1 개폐 밸브(50)가 개재 설치되어 있고, 이 제 1 개폐 밸브(50)를 개방 상태로 함으로써 상기 흡인 통로(152) 내 및 흡인홀(150) 내의 분위기를 진공 배기하여 웨이퍼(W)를 흡인 흡착하는 진공 척 기능을 발휘할 수 있도록 되어 있다.
또한, 상기 제 1 개폐 밸브(50)의 상류측의 척용 배기 통로(48)와 상기 압력 조정 밸브(42)의 상류측의 배기 통로(40)의 사이는 릴리스 통로(52)에 의해 접속되어 있다. 그리고, 이 릴리스 통로(52)에는 제 2 개폐 밸브(54)가 개재 설치되고, 이 제 2 개폐 밸브(54)를 개방 상태(제 1 개폐 밸브(50)는 폐쇄 상태)로 함으로써, 웨이퍼(W)가 수용되어 있는 처리 공간과 흡인홀(150) 내의 압력을 동압으로 하여 웨이퍼(W)의 척을 해제할 수 있도록 되어 있다.
여기서, 상기 리프트 핀(132)의 상단부는, 도 9에도 도시한 바와 같이, 직경이 확대되어 있고, 흡인홀(150) 내의 상단부인 흡인 포트(156)의 직경을 크게 하여 흡인 면적이 확대되어 있어, 웨이퍼(W)에 대하여 적정한 흡인력을 발생하도록 되어 있다. 이 경우, 흡인 포트(156)의 직경은, 후술하는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 이면에 대하여 분출되는 냉각 가스에 의해 웨이퍼(W)가 상방으로 날려보내지지 않고 또한 과도하게 큰 흡인력을 발생하지 않도록 하는 크기로 설정된다. 이 흡인 포트(156)의 직경(D1)의 크기는 진공 배기계(38)의 배기 흡인 능력에도 따르지만, 예를 들면 2 ~ 10 mm의 범위 내의 크기이며, 여기서는, 예를 들면 3 mm로 설정되어 있다.
그리고, 상기 리프트 핀(132)에 지지된 웨이퍼(W)의 하면에 대하여 냉각 가스를 분사하는 상기 가스 냉각 수단(136)은 상기 웨이퍼(W)의 하방에 배치된 냉각 가스 분사 상자(158)를 가지고 있다. 이 냉각 가스 분사 상자(158)는 웨이퍼(W)의 직경보다 조금 크게 이루어진 원형의 상자 형상 혹은 용기 형상으로 성형되어 있다. 이 냉각 가스 분사 상자(158)는 처리 용기(4)의 저부로부터 기립된 지지 기둥(8)에 의해 지지되어 있다. 이 경우, 앞의 제 1 실시예와 같이 직경이 큰 원통 형상의 1 개의 지지 기둥(8)을 이용해도 좋고 혹은 직경이 작은 원주 형상의 복수 개의 지지 기둥(8)을 이용해도 좋다.
여기서는 직경이 작은 원주 형상의 복수 개의 지지 기둥(8)에 의해 상기 냉각 가스 분사 상자(158)를 지지하고 있다. 그리고, 이 냉각 가스 분사 상자(158)의 내부에는 가스 확산실(160)이 형성되어 있다. 이 냉각 가스 분사 상자(158)의 상면 구획벽에는 복수의 가스 분사홀(162)이 전체 면에 걸쳐 거의 균등하게 분산하여 형성되어 있고, 각 가스 분사홀(162)로부터 웨이퍼(W)의 하면을 향하여 냉각 가스를 분출시킴으로써 상기 웨이퍼(W)를 냉각할 수 있도록 되어 있다.
또한, 상기 냉각 가스 분사 상자(158)에는 상기 리프트 핀(132)의 설치 위치에 대응시켜 핀 삽입 통과관(164)이 상하 방향을 따라 형성되어 있고, 이 핀 삽입 통과관(164) 내를 따라 상기 리프트 핀(132)을 삽입 통과시키도록 되어 있다. 이 핀 삽입 통과관(164) 내는 상기 가스 확산실(160)에 대하여 기밀하게 구획되어 있다. 상기 냉각 가스 분사 상자(158)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등의 금속 오염이 적은 금속 또는 석영 또는 세라믹재 등에 의해 성형할 수 있다.
또한, 상기 냉각 가스 분사 상자(158)로부터는 하방을 향하여 가스 도입관(166)이 연장되어 있고, 이 가스 도입관(166)은 O 링 등의 씰링 부재(168)를 개재하여 하방으로 관통되어 있다. 그리고, 이 가스 도입관(166)에는 가스 통로(118)가 접속되어 있다. 이 가스 통로(118)에는 매스 플로우 콘트롤러와 같은 유량 제어기(120) 또는 개폐 밸브(170)가 개재 설치되어 있고, Ar 또는 N2 등의 냉각 가스를 유량 제어하면서 공급할 수 있도록 되어 있다. 상기 냉각 가스로서 He, Ne 등의 다른 희가스를 이용해도 좋다.
그리고, 상기 냉각 가스 분사 상자(158)의 주연부와 처리 용기(4) 내의 측벽과의 사이에는 링 형상의 정류판(56)이 개재 설치되고 또한 이 정류판(56)에는 다수의 정류홀(58)이 형성되어 있어, 웨이퍼(W)가 설치되어 있는 처리 공간(S)의 분위기를 하방향으로 정류하면서 흘려 배기구(36)로 배출하도록 되어 있다.
이어서, 상기 마이크로파 조사 장치를 이용하여 행해지는 처리(어닐링 처리 또는 개질 처리 등)에 대하여 설명한다. 우선, 열린 게이트 밸브(62)를 거쳐 반도체 웨이퍼(W)를 반송 암(도시하지 않음)에 의해 처리 용기(4) 내에 수용하고, 리프터 기구(134)의 리프트 핀(132)을 상승시킴으로써 리프트 핀(132)의 상단으로 웨이퍼(W)의 하면을 밀어 올려 웨이퍼(W)를 수취하고, 반송 암을 후퇴시킨 후에 게이트 밸브(62)를 닫아 처리 용기(4) 내를 밀폐한다. 이 경우, 상기 반도체 웨이퍼(W)로서는 단일체의 반도체 기판, 예를 들면 실리콘 기판을 이용해도 좋다.
여기서, 진공 배기계(38)의 진공 펌프(44)는 연속 구동되어 있고, 진공 척 기구(138)의 척용 배기 통로(48)에 개재 설치된 제 1 개폐 밸브(50)를 개방 상태(제 2 개폐 밸브(54)는 폐쇄 상태)로 함으로써, 리프터 기구(134)의 리프트 판(140) 및 승강 로드(142)에 형성된 흡인 통로(152) 내 및 리프트 핀(132)에 형성된 흡인홀(150) 내의 분위기를 진공 배기하여 감압하고, 이에 따라 척 기능이 발휘되어 리프트 핀(132) 상에 재치되어 있는 웨이퍼(W)의 이면을 진공 흡착하여 웨이퍼(W)를 흡착 고정한다. 또한, 이 진공 흡착을 해제하기 위해서는 상기 제 1 개폐 밸브(50)를 폐쇄 상태로 하고, 릴리스 통로(52)에 개재 설치된 제 2 개폐 밸브(54)를 개방 상태로 함으로써, 척용 밀폐 공간(12)과 처리 공간(S)을 동압으로 하면 된다.
이어서, 상술한 바와 같이 웨이퍼(W)를 흡착했다면, 리프트 핀(132)을 프로세스를 행하는 위치까지 강하시켜 리프트 핀(132)을 정지시킨다. 이 경우, 웨이퍼(W)는 냉각 가스 분사 상자(158)의 상면에 접하지 않고 이 상방에 위치시켜 정지되어 있고, 이 상태에서 프로세스가 개시된다.
그리고, 가스 냉각 수단(136)을 구동하여 가스 확산실(160) 내로 냉각 가스로서 Ar 가스 또는 N2 가스를 유량 제어하면서 공급하여 확산시키고, 이 냉각 가스를 각 가스 분사홀(162)로부터 상방으로 분출하여 웨이퍼(W)의 하면 전체에 걸쳐 냉각 가스를 분출하여, 웨이퍼(W)의 냉각을 개시한다. 이 때, 웨이퍼(W)의 하면과 냉각 가스 분사 상자(158)의 상면과의 사이는 소정의 폭(H1)의 간극이 형성되어 있어, 각 가스 분사홀(162)로부터 분출된 냉각 가스가 웨이퍼(W)의 이면 전체에 균일하게 도달할 수 있다. 상기 간극의 폭(H1)은 예를 들면 수 mm ~ 수 cm의 범위 내이다. 이 경우, 처리 공간(S)의 프로세스 압력은 처리 태양에도 따르지만, 예를 들면 수 100 Torr 정도이며, 흡인홀(150) 내의 압력은 척 기능을 발휘하기 위하여 이보다 낮은 수 10 mmTorr이다.
이와 동시에, 마이크로파 도입 수단(72)의 각 마이크로파 유닛(74)의 마이크로파 발생기(86)를 구동하여 마이크로파를 발생시킨다. 이 마이크로파는 도파관(76)을 전파하여 처리 용기(4)의 천장부에 형성된 각 마이크로파 도입 포트(78)로부터 처리 용기(4) 내로 도입되고, 이 마이크로파는 웨이퍼(W)의 표면에 직접적으로 조사된다. 이와 같이, 마이크로파가 웨이퍼(W)에 조사되면, 줄 가열, 자성 가열, 유전 가열 등의 전자파 가열에 의해 웨이퍼(W)는 신속히 가열되게 되고, 이 결과 어닐링 처리 또는 개질 처리 등이 행해지게 된다.
여기서, 마이크로파의 흡수에 의해 웨이퍼(W)는 승온(昇溫)하기 때문에, 상술한 바와 같이 냉각 가스 분사 상자(158)의 각 가스 분사홀(162)로부터 웨이퍼(W)의 하면에 냉각 가스를 분사하여 웨이퍼(W)를 냉각시키고 있다. 이 경우, 웨이퍼(W)의 하면에 냉각 가스가 거의 균일하게 분출되므로, 웨이퍼 온도의 면내 균일성을 높일 수 있다. 이 때의 웨이퍼의 프로세스 온도는, 예를 들면 100 ~ 400℃ 정도의 범위 내이다.
또한, 웨이퍼(W)의 하면에 냉각 가스를 분출함으로써 웨이퍼(W)에는 상방으로의 부력이 발생하는데, 웨이퍼(W)를 이면으로부터 지지하는 리프트 핀(132)이 진공 척 기구(138)를 겸하고 있으므로 웨이퍼(W)의 위치 이탈을 방지하면서 확실히 냉각시킬 수 있다. 또한, 여기서는 리프트 핀(132)의 상단에 형성된 흡인 포트(156)의 직경을 적절히 조정하여 최적화하여 이 흡인 포트(156)에서 발생하는 흡인력과 웨이퍼(W)의 하면에 분출되는 냉각 가스에 의해 발생하는 부상력(浮上力)이 거의 동일해지거나 혹은 흡인력이 약간 커지도록 설정되어 있다. 따라서, 웨이퍼(W)가 열신축해도 이 열신축은 용이하게 허용되어 웨이퍼(W)의 하면과 리프트 핀(132)의 상단면과의 사이에서 큰 마찰력이 발생하지 않고, 파티클의 발생 또는 웨이퍼 하면이 손상되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 웨이퍼(W)가 마이크로파를 흡수하는데 최적인 웨이퍼(W)의 하면과 냉각 가스 분사 상자(158)의 상면과의 간극의 폭(H1)은 조사되는 마이크로파의 조건에 따라 변화되지만, 웨이퍼(W)를 리프트 핀(132)에 보지(保持)한 채 마이크로파의 조사를 행할 수 있으므로, 폭(H1)을 적절한 값으로 한 다음 웨이퍼(W)의 처리를 행할 수 있다. 이와 같이, 본 실시예에서는 피처리체인, 예를 들면 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 마이크로파를 효율적으로 조사하면서 피처리체를 효율적으로 냉각할 수 있다.
또한, 여기서는 냉각 가스의 유량은 고정적으로 설정했지만, 이에 한정되지 않고, 제 1 실시예와 같이 웨이퍼 온도를 측정하는 방사 온도계를 설치하고, 이 검출 온도로 냉각 가스의 유량을 피드백 제어함으로써, 웨이퍼(W)의 온도를 제어하도록 해도 좋다.
또한, 여기서는 처리 용기(4) 내로는 냉각 가스만 도입하고 있지만, 처리 태양에 따라서는 H2 등의 환원 가스 또는 O2 등의 산화 가스 등의 처리 가스를 이용하는 경우가 있고, 이러한 경우에는 상기 가스 냉각 수단(136)의 가스 통로(118)에 처리 가스 통로를 접속하여 유량 제어하면서 처리 가스를 도입하고, 냉각 가스와 처리 가스를 혼합 상태로 공급하도록 구성하면 좋다. 이 경우에는 가스 냉각 수단과 처리 가스 도입 수단이 겸용되게 된다.
또한, 상기 처리 가스를 도입할 경우에는 가스 냉각 수단(136)과는 별개로, 도 1에 도시한 바와 같이, 샤워 헤드부(110)를 가지는 처리 가스 도입 수단(106)을 처리 용기(4) 내의 상방에 설치하도록 해도 좋다.
또한, 상기 제 4 실시예에서는 가스 냉각 수단(136)으로서 냉각 가스 분사 상자(158)를 이용했지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들면 도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 복수의 분산관(112A, 112B)과 연통관(114)으로 이루어지는 샤워 헤드부(110)를 이용해도 좋다. 이 경우에는 이 샤워 헤드부(110)를 웨이퍼(W)의 하방에 배치하고, 각 가스 분사홀(116)을 상방을 향하여 웨이퍼(W)의 하면에 냉각 가스를 분출하도록 한다. 또한, 처리 태양에 따라서는 웨이퍼(W)의 하면과 냉각 가스 분사 상자(158)의 상면과의 사이의 간극의 폭(H1(도 9 참조))을 상이하도록 해도 좋다.
또한, 여기서는 피처리체로서 반도체 웨이퍼를 예를 들어 설명했지만, 이 반도체 웨이퍼에는 실리콘 기판 또는 GaAs, SiC, GaN 등의 화합물 반도체 기판도 포함되고, 또한 이들 기판에 한정되지 않고, 액정 표시 장치에 이용하는 글라스 기판 또는 세라믹 기판 등에도 본 발명을 적용할 수 있다.
2 : 마이크로파 조사 장치
4 : 처리 용기
6 : 지지대
10 : 지지 핀
12 : 척용 밀폐 공간
14 : 진공 척 기구
16 : 가열 수단
18 : 발광소자 유닛
22 : 가열 전원
38 : 진공 배기계
64 : 방사 온도계
66 : 프로브 라인
68 : 온도 측정부
70 : 온도 제어부
72 : 마이크로파 도입 수단
74 : 마이크로파 유닛
86 : 마이크로파 발생기
92 : 교반기
94 : 교반 프로펠러
104 : 가스 냉각 수단
106 : 처리 가스 도입 수단
110 : 샤워 헤드부
132 : 리프트 핀
134 : 리프터 기구
136 : 가스 냉각 수단
138 : 진공 척 기구
140 : 리프트 판
142 : 승강 로드
144 : 액츄에이터
150 : 흡인홀
152 : 흡인 통로
158 : 냉각 가스 분사 상자
160 : 가스 확산실
162 : 가스 분사홀
164 : 핀 삽입 통과관
W : 반도체 웨이퍼(피처리체)

Claims (20)

  1. 피처리체에 대하여 마이크로파를 조사하여 처리를 하는 마이크로파 조사 장치에 있어서,
    상기 피처리체를 수용하는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내로 처리 가스를 도입하는 처리 가스 도입 수단과,
    상기 처리 용기 내로 마이크로파를 도입하는 마이크로파 도입 수단과,
    상기 피처리체를 가열하는 가열 수단과,
    상기 피처리체를 냉각 가스에 의해 냉각하는 가스 냉각 수단과,
    상기 피처리체의 온도를 측정하는 방사 온도계와,
    상기 방사 온도계의 측정치에 기초하여, 마이크로파 조사에 의한 가열을 실시하면서 상기 가열 수단과 상기 가스 냉각 수단을 제어함으로써, 상기 피처리체의 온도를 조정하는 온도 제어부
    를 구비한 것을 특징으로 하는 마이크로파 조사 장치.
  2. 피처리체에 대하여 마이크로파를 조사하여 처리를 하는 마이크로파 조사 장치에 있어서,
    상기 피처리체를 수용하는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내로 처리 가스를 도입하는 처리 가스 도입 수단과,
    상기 처리 용기 내로 마이크로파를 도입하는 마이크로파 도입 수단과,
    상기 피처리체를 냉각 가스에 의해 냉각하는 가스 냉각 수단과,
    상기 피처리체의 온도를 측정하는 방사 온도계와,
    상기 방사 온도계의 측정치에 기초하여, 마이크로파 조사에 의한 가열을 실시하면서 상기 가스 냉각 수단을 제어함으로써, 상기 피처리체의 온도를 조정하는 온도 제어부
    를 구비한 것을 특징으로 하는 마이크로파 조사 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 가스 냉각 수단은 상기 피처리체를 지지하는 지지대의 상방에 설치된 샤워 헤드부를 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로파 조사 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가스 냉각 수단과 상기 가스 도입 수단은 겸용되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 조사 장치.
  5. 피처리체에 대하여 마이크로파를 조사하여 처리를 하는 마이크로파 조사 장치에 있어서,
    상기 피처리체를 수용하는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내로 처리 가스를 도입하는 처리 가스 도입 수단과,
    상기 처리 용기 내로 마이크로파를 도입하는 마이크로파 도입 수단과,
    상기 피처리체를 가열하는 가열 수단과,
    상기 피처리체의 온도를 측정하는 방사 온도계와,
    상기 방사 온도계의 측정치에 기초하여, 마이크로파 조사에 의한 가열을 실시하면서 상기 가열 수단을 제어함으로써, 상기 피처리체의 온도를 조정하는 온도 제어부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 조사 장치.
  6. 제 1 항, 제 2 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 용기 내의 천장부에는, 상기 마이크로파 도입 수단으로부터 도입되는 마이크로파를 교반하는 교반기가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 조사 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 교반기와 상기 피처리체를 지지하는 지지대의 사이에는, 유전체로 이루어지는 구획판이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 조사 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 구획판의 주변부에는, 상기 구획판으로 나누어진 상하의 공간을 연통하기 위한 연통홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 조사 장치.
  9. 제 1 항, 제 2 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피처리체는, 상기 피처리체를 지지하는 지지대 상에 복수의 지지 핀을 개재하여 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 조사 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 지지 핀은 중공으로 이루어져 있고, 상기 피처리체의 이면을 진공 흡착하는 진공 척 기구로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 조사 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 지지대의 하부는, 상기 진공 척 기구의 일부를 형성하기 위하여 진공 배기된 척용 밀폐 공간으로서 형성되어 있고, 상기 척용 밀폐 공간과 상기 지지 핀은 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 조사 장치.
  12. 피처리체에 대하여 마이크로파를 조사하여 처리를 하는 마이크로파 조사 장치에 있어서,
    상기 피처리체를 수용하는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내의 분위기를 배기하는 배기계와,
    상기 처리 용기 내로 마이크로파를 도입하는 마이크로파 도입 수단과,
    상기 피처리체의 하면에 대하여 냉각 가스를 분사하여 냉각하는 가스 냉각 수단과,
    상기 피처리체를 지지하는 리프트 핀을 가지고 상기 피처리체를 승강시키는 리프터 기구와,
    상기 리프트 핀에 형성된 흡인홀을 가지고, 상기 흡인홀을 흡인 통로에 의해 상기 배기계에 접속시킴으로써 형성된 진공 척 기구를 구비하고,
    상기 피처리체의 처리는 마이크로파 조사에 의한 가열을 실시하면서 상기 가스 냉각 수단을 제어하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로파 조사 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 가스 냉각 수단은, 상기 피처리체의 하방에 배치되고, 상면에 복수의 가스 분사홀이 형성되고 내부에 가스 확산실이 설치된 냉각 가스 분사 상자를 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로파 조사 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 가스 냉각 수단은, 상기 피처리체의 하방에 동심원 형상으로 배치된 복수의 분산관을 가지고, 상기 분산관에는 상방을 향하여 복수의 가스 분사홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 조사 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 리프터 기구는,
    상기 각 리프트 핀의 하단부(下端部)가 연결되어 상기 리프트 핀을 지지하는 리프트 판과,
    상기 리프트 판에 그 상단부(上端部)가 연결된 승강 로드와,
    상기 승강 로드를 승강시키는 액츄에이터를 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로파 조사 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 흡인 통로는, 상기 리프트 판과 상기 승강 로드를 따라 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 조사 장치.
  17. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 용기 내로 처리 가스를 도입하는 처리 가스 도입 수단을 더 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로파 조사 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 가스 냉각 수단은 상기 처리 가스 도입 수단과 겸용되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 조사 장치.
  19. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 용기 내의 천장부에는, 상기 마이크로파 도입 수단으로부터 도입되는 마이크로파를 교반하는 교반기가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 조사 장치.
  20. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피처리체의 처리 시에는, 상기 피처리체의 하면과 상기 가스 냉각 수단의 사이에는 소정의 폭의 간극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 조사 장치.
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