KR101434054B1 - 마이크로파 가열 처리 장치 및 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

전력의 이용 효율 및 가열 효율에 우수하고, 피처리체에 대하여 균일한 처리를 실행할 수 있는 마이크로파 가열 처리 장치 및 처리 방법을 제공한다. 마이크로파 가열 처리 장치(1)에서는, 처리 용기(2)의 천장부(11)에서, 4개의 마이크로파 도입 포트(10)는, 각각, 그 장변과 단변이 4개의 측벽부(12A, 12B, 12C, 12D)의 내벽면에 평행해지고, 또한 서로 90° 각도를 변경한 회전 위치에 배치되어 있다. 각 마이크로파 도입 포트(10)는 각각의 장변에 수직인 방향으로 평행 이동시켰을 경우에, 평행한 장변을 갖는 다른 마이크로파 도입 포트(10)에 겹치지 않도록 배치되어 있다.

Description

마이크로파 가열 처리 장치 및 처리 방법{MICROWAVE HEATING APPARATUS AND PROCESSING METHOD}
본 발명은 마이크로파를 처리 용기에 도입해서 소정의 처리를 실행하는 마이크로파 가열 처리 장치 및 이 마이크로파 가열 처리 장치를 이용하여 피처리체를 가열 처리하는 처리 방법에 관한 것이다.
LSI 디바이스나 메모리 장치의 미세화가 진행됨에 따라, 트랜지스터 제작 공정에 있어서의 확산층의 깊이가 얕아지고 있다. 종래, 확산층에 주입되는 도핑 원자의 활성화는 램프 히터를 이용하는 RTA(Rapid Thermal Annealing)라 불리는 급속 가열 처리에 의해 실행되어 왔다. 그러나 RTA 처리에서는, 도핑 원자의 확산이 진행되기 때문에, 확산층의 깊이가 허용 범위를 초과하여 깊어져, 미세 설계의 장해가 된다고 하는 문제가 발생하고 있었다. 확산층의 깊이 컨트롤이 불완전하면, 리크 전류의 발생 등 디바이스의 전기적 특성을 저하시켜 버리는 요인이 된다.
최근, 반도체 웨이퍼에 대하여 열처리를 실시하는 장치로서, 마이크로파를 사용하는 장치가 제안되어 있다. 마이크로파 가열에서 도핑 원자의 활성화를 실행할 경우, 마이크로파가 도핑 원자에 직접 작용하기 때문에, 잉여 가열이 일어나지 않아 확산층의 확산을 억제할 수 있다고 하는 이점이 있다.
마이크로파를 이용한 가열 장치로서, 예컨대, 특허 문헌 1에는, 직사각형 도파관으로부터 정사각뿔 혼에 마이크로파를 도입해서 시료를 가열하는 마이크로파 가열 장치가 제안되어 있다. 이 특허 문헌 1에서는, 직사각형 도파관과 정사각뿔 혼의 각도를 축심 방향으로 45도 회전시켜서 배치함으로써, TE10 모드의 직교 2편파의 마이크로파를 동 위상으로 시료에 조사할 수 있는 것으로 되어 있다.
또한, 특허 문헌 2에는, 피가열물을 벤딩(Bending) 가공하기 위한 가열 장치로서, 가열실 내를 도입 마이크로파의 자유 공간 파장의 λ/2∼λ 치수의 정방형 단면으로 설정한 마이크로파 가열 장치가 제안되어 있다.
일본 특허 공개 공보 소화 제62268086호 일본 실용신안 공개 공보 평성 제617190호 공보
그런데, 마이크로파 가열에 의해 도핑 원자의 활성화를 실행할 경우, 어느 정도 큰 전력을 공급할 필요가 있다. 이를 위해서는, 복수의 마이크로파 도입 포트를 마련해서 처리 용기 내에 마이크로파를 도입하는 방법이 효율적이다. 그런데, 복수의 마이크로파 도입 포트를 마련했을 경우, 하나의 마이크로파 도입 포트로부터 도입된 마이크로파가 다른 마이크로파 도입 포트에 진입함으로써, 전력의 이용 효율 및 가열 효율이 저하되어 버린다고 하는 문제가 있었다.
또한, 마이크로파 가열의 경우, 마이크로파 도입 포트의 바로 아래에 위치하는 반도체 웨이퍼에 마이크로파가 직접 조사되면, 반도체 웨이퍼의 면내에 국소적인 가열 흔적이 발생해 버린다고 하는 문제도 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안해서 이루어진 것으로, 그 목적은 전력의 이용 효율 및 가열 효율이 우수하고, 피처리체에 대하여 균일한 처리를 실행할 수 있는 마이크로파 가열 처리 장치 및 처리 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 마이크로파 가열 처리 장치는 내부에 마이크로파 방사 공간을 가짐과 아울러 피처리체를 수용하는 처리 용기와, 상기 피처리체를 가열 처리하기 위한 마이크로파를 생성하여 상기 처리 용기에 도입하는 마이크로파 도입 장치를 구비하고 있다.
또한, 본 발명의 마이크로파 가열 처리 장치에 있어서, 상기 처리 용기는 상벽, 저벽 및 서로 접속된 4개의 측벽을 갖고, 상기 마이크로파 도입 장치는 상기 복수의 마이크로파원으로서, 제 1 내지 제 4 마이크로파원을 갖고, 상기 상벽은 상기 제 1 내지 제 4 마이크로파원의 각각에서 생성된 상기 마이크로파를 상기 처리 용기에 도입하는 제 1 내지 제 4 마이크로파 도입 포트를 갖고 있고, 상기 제 1 내지 제 4 마이크로파 도입 포트는, 각각, 장변과 단변을 갖는 평면에서 보아 직사각형을 이루고 있고, 그 장변과 단변은 상기 4개의 측벽의 내벽면과 평행으로 되도록 마련되고, 각 마이크로파 도입 포트는 서로 90°각도를 변경한 회전 위치에 배치되며, 또한 상기 장변에 수직인 방향으로 평행 이동시켰을 경우에, 평행한 장변을 갖는 다른 마이크로파 도입 포트에 겹치지 않도록 배치되어 있다.
또한, 본 발명의 마이크로파 가열 처리 장치는 상기 마이크로파 도입 포트의 장변 길이(L1)와 단변 길이(L2)의 비(L1/L2)가 4 이상이라도 좋다.
또한, 본 발명의 마이크로파 가열 처리 장치에 있어서, 상기 제 1 내지 제 4 마이크로파 도입 포트는 서로 인접하는 2개의 마이크로파 도입 포트의 장변 방향에 평행한 중심축이 서로 직교하도록, 또한 서로 인접하지 않는 2개의 마이크로파 도입 포트의 상기 중심축이 동일 직선상에 겹치지 않도록 배치되어 있어도 좋다.
또한, 본 발명의 마이크로파 가열 처리 장치에 있어서, 상기 마이크로파 방사 공간은 상기 상벽과 상기 4개의 측벽과 상기 상벽과 상기 저벽 사이에 마련된 칸막이부로 구획되어 있고, 상기 칸막이부에 마이크로파를 피처리체의 방향으로 반사시키는 경사부가 마련되어 있어도 좋다.
또한, 본 발명의 마이크로파 가열 처리 장치에 있어서, 상기 경사부는 상기 피처리체의 높이를 기준 위치로 하여, 해당 기준 위치보다 상방 위치와 하방 위치를 포함하는 경사면을 갖고, 또한 상기 피처리체를 둘러싸도록 마련되어도 좋다.
본 발명의 마이크로파 가열 처리 장치에 있어서, 상기 마이크로파 도입 장치는 마이크로파를 상기 처리 용기를 향해 전송하는 도파관과, 상기 처리 용기 상벽의 외측에 장착되어, 복수의 금속제 블럭체로 구성된 어댑터 부재를 구비하고 있어도 좋다. 그리고 본 발명의 상기 마이크로파 도입 장치에 있어서, 상기 어댑터 부재는 내부에 마이크로파를 전송하는 대략 S자형을 한 도파로를 갖고 있어도 좋다. 이 경우, 상기 도파로는 그 일단측이 상기 도파관에 접속되고, 타단측이 상기 마이크로파 도입 포트에 접속됨에 따라, 상기 도파관과 상기 마이크로파 도입 포트의 일부 혹은 전부가 상호 상하로 겹치지 않는 위치에 접속되어 있어도 좋다.
본 발명의 처리 방법은, 내부에 마이크로파 방사 공간을 가짐과 아울러 피처리체를 수용하는 처리 용기와, 상기 피처리체를 가열 처리하기 위한 마이크로파를 생성하여 상기 처리 용기에 도입하는 마이크로파 도입 장치를 구비한 마이크로파 가열 처리 장치를 이용하여, 상기 피처리체를 가열 처리한다.
본 발명의 처리 방법에 있어서, 상기 처리 용기는 상벽, 저벽 및 상호 접속된 4개의 측벽을 갖고, 상기 마이크로파 도입 장치는, 상기 복수의 마이크로파원으로서, 제 1 내지 제 4 마이크로파원을 갖고, 상기 상벽은 상기 제 1 내지 제 4 마이크로파원의 각각에서 생성된 상기 마이크로파를 상기 처리 용기에 도입하는 제 1 내지 제 4 마이크로파 도입 포트를 갖고, 상기 제 1 내지 제 4 마이크로파 도입 포트는, 각각, 장변과 단변을 갖는 평면에서 보아 직사각형을 이루고 있고, 그 장변과 단변이 상기 4개의 측벽의 내벽면과 평행해지도록 마련되고, 각 마이크로파 도입 포트는 서로 90° 각도를 변경한 회전 위치에 배치되고, 또한, 상기 장변에 수직인 방향으로 평행 이동시켰을 경우에, 평행한 장변을 갖는 다른 마이크로파 도입 포트에 겹치지 않도록 배치되어 있다.
본 발명의 마이크로파 가열 처리 장치 및 처리 방법에서는, 처리 용기 내에 방사된 마이크로파의 손실이 감소되고, 전력의 이용 효율 및 가열 효율이 우수하다. 또한, 본 발명에 따르면, 피처리체에 대하여 균일한 가열 처리를 실행할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 마이크로파 가열 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 있어서의 마이크로파 도입 장치의 고전압 전원부의 개략 구성을 나타내는 설명도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 처리 용기의 천장부의 하면을 나타내는 평면도이다.
도 4는 마이크로파 도입 포트를 확대해서 나타내는 설명도이다.
도 5는 도 1에 나타낸 제어부의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 6a는 마이크로파 도입 포트로부터 방사되는 마이크로파의 전자계 벡터를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 6b는 마이크로파 도입 포트로부터 방사되는 마이크로파의 전자계 벡터를 모식적으로 나타내는 다른 설명도이다.
도 7a는 마이크로파 도입 포트로부터 방사되는 마이크로파의 전자계 벡터를 모식적으로 나타내는 별도의 설명도이다.
도 7b는 마이크로파 도입 포트로부터 방사되는 마이크로파의 전자계 벡터를 모식적으로 나타내는 별도의 설명도이다.
도 8a는 장변과 단변의 비가 6인 마이크로파 도입 포트에 의한 마이크로파 방사 지향성 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.
도 8b는 장변과 단변의 비가 2 미만인 마이크로파 도입 포트에 의한 마이크로파 방사 지향성 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.
도 9a는 비교예의 마이크로파 도입 포트의 배치에 의한 전력 흡수 효율의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.
도 9b는 다른 비교예의 마이크로파 도입 포트의 배치에 의한 전력 흡수 효율의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.
도 9c는 본 실시예의 마이크로파 도입 포트의 배치에 의한 전력 흡수 효율의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.
도 9d는 각 부분의 라운딩 가공에 관한 시뮬레이션에 이용한 마이크로파 가열 처리 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 9e는 각 부분의 라운딩 가공에 관한 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 마이크로파 가열 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에서 경사부에 의해 반사되는 마이크로파의 전자계 벡터를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 12는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 마이크로파 가열 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 13은 천장부에 마이크로파 도입 어댑터를 장착한 상태를 나타내는 설명도이다.
도 14는 마이크로파 도입 어댑터에 형성된 홈의 상태를 나타내는 설명도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
[제 1 실시예]
우선, 도 1을 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 마이크로파 가열 처리 장치의 개략 구성에 대해 설명한다. 도 1은 본 실시예에 따른 마이크로파 가열 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이다. 본 실시예에 따른 마이크로파 가열 처리 장치(1)는 연속하는 복수의 동작을 수반하여, 예컨대, 반도체 디바이스 제조용 반도체 웨이퍼(W: 이하, 단지 「웨이퍼」라고 함)에 대해 마이크로파를 조사하여 어닐링 처리를 실시하는 장치이다.
마이크로파 가열 처리 장치(1)는 피처리체인 웨이퍼(W)를 수용하는 처리 용기(2)와, 처리 용기(2) 내에 마이크로파를 도입하는 마이크로파 도입 장치(3)와, 처리 용기(2) 내에서 웨이퍼(W)를 지지하는 지지 장치(4)와, 처리 용기(2) 내에 가스를 공급하는 가스 공급 기구(5)와, 처리 용기(2) 내를 감압 배기하는 배기 장치(6)와, 이들 마이크로파 가열 처리 장치(1)의 각 구성부를 제어하는 제어부(8)를 구비하고 있다.
<처리 용기>
처리 용기(2)는 금속 재료로 형성되어 있다. 처리 용기(2)를 형성하는 재료로는, 예컨대, 알루미늄, 알루미늄 합금, 스테인리스 스틸 등이 이용된다. 마이크로파 도입 장치(3)는 처리 용기(2)의 상부에 마련되고, 처리 용기(2) 내에 전자파(마이크로파)를 도입하는 마이크로파 도입 수단으로서 기능한다. 마이크로파 도입 장치(3)의 구성에 대해서는 나중에 자세하게 설명한다.
처리 용기(2)는 상벽으로서의 판 형상의 천장부(11) 및 저벽으로서의 바닥부(13)와, 천장부(11)와 바닥부(13)를 연결하는 측벽으로서의 4개의 측벽부(12)와, 천장부(11)를 상하로 관통하도록 마련된 복수의 마이크로파 도입 포트(10)와, 측벽부(12)에 마련된 반출입구(12a)와, 바닥부(13)에 마련된 배기구(13a)를 갖고 있다. 여기에, 4개의 측벽부(12)는 수평 단면이 직각으로 접속된 각통 형상을 이루고 있다. 따라서 처리 용기(2)는 내부가 공동(空洞)의 입방체 형상을 이루고 있다. 또한, 각 측벽부(12)의 내면은 모두 바람직하게는 평탄하게 되어 있고, 마이크로파를 반사시키는 반사면으로서의 기능을 갖고 있다. 또, 처리 용기(2)의 가공은 절삭을 통해 행해지는 경우도 있다. 이 경우, 각 측벽부(12)끼리 맞닿는 부분이나 측벽부(12)와 바닥부(13)가 맞닿는 부분인 각부(角部)를 직각으로 가공하는 것은 사실상 불가능하기 때문에, 이 각부에 라운딩 가공을 실시해도 좋다. 이 라운딩 가공의 치수는 곡률 반경(Rc)을 15∼16㎜의 범위 내로 하는 것이 마이크로파 도입 포트(10)에의 반사를 억제하는데 바람직하다는 것을 시뮬레이션의 결과로부터 알고 있다(도 9D와 9E 참조). 반출입구(12a)는 처리 용기(2)에 인접하는 도시하지 않는 반송실과의 사이에서 웨이퍼(W)의 반출입을 실행하기 위한 것이다. 처리 용기(2)와 도시하지 않은 반송실의 사이에는, 게이트 밸브(GV)가 마련되어 있다. 게이트 밸브(GV)는 반출입구(12a)를 개폐하는 기능을 갖고, 닫힌 상태에서 처리 용기(2)를 기밀하게 밀봉하고, 또한 열린 상태에서 처리 용기(2)와 도시하지 않은 반송실의 사이에서 웨이퍼(W)의 이송을 가능하게 한다.
<지지 장치>
지지 장치(4)는 처리 용기(2) 내에 배치된 판 형상 또한 중공(中空)의 리프트판(15)과, 리프트판(15)의 상면으로부터 상방으로 연장하는 관 형상의 복수의 지지 핀(14)과, 리프트판(15)의 하면으로부터 바닥부(13)를 관통하여 처리 용기(2)의 외부까지 연장되는 관 형상의 샤프트(16)를 갖고 있다. 샤프트(16)는 처리 용기(2)의 외부에서 도시하지 않는 액추에이터에 고정되어 있다.
복수의 지지 핀(14)은 처리 용기(2) 내에서 웨이퍼(W)에 접촉하여 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 것이다. 복수의 지지 핀(14)은 그 상단부가 웨이퍼(W)의 둘레 방향과 나란하도록 배치되어 있다. 또한, 복수의 지지 핀(14), 리프트판(15) 및 샤프트(16)는 도시하지 않는 액추에이터에 의해 웨이퍼(W)를 상하로 변위시킬 수 있도록 구성되어 있다.
또한, 복수의 지지 핀(14), 리프트판(15) 및 샤프트(16)는 배기 장치(6)에 의해 웨이퍼(W)를 복수의 지지 핀(14)에 흡착시킬 수 있도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 복수의 지지 핀(14) 및 샤프트(16)는 각각 리프트판(15)의 내부 공간에 연결되는 관 형상을 갖고 있다. 또한, 복수의 지지 핀(14)의 상단부에는 웨이퍼(W)의 이면을 흡인하기 위한 흡착 구멍이 형성되어 있다.
복수의 지지 핀(14) 및 리프트판(15)은 유전체 재료로 형성되어 있다. 복수의 지지 핀(14) 및 리프트판(15)을 형성하는 재료로는, 예컨대, 석영, 세라믹 등을 이용할 수 있다.
<배기 기구>
마이크로파 가열 처리 장치(1)는 배기구(13a)와 배기 장치(6)를 접속하는 배기관(17)과, 샤프트(16)와 배기관(17)을 접속하는 배기관(18)과, 배기관(17) 도중에 마련된 압력 조정 밸브(19)와, 배기관(18) 도중에 마련된 개폐 밸브(20) 및 압력계(21)를 더 구비하고 있다. 배기관(18)은 샤프트(16)의 내부 공간에 연결되도록 샤프트(16)에 직간접적으로 접속되어 있다. 압력 조정 밸브(19)는 배기구(13a)와 배기관(17, 18)의 접속점 사이에 마련되어 있다.
배기 장치(6)는 드라이 펌프 등의 진공 펌프를 갖고 있다. 배기 장치(6)의 진공 펌프를 작동시킴으로써, 처리 용기(2)의 내부 공간이 감압 배기된다. 이 때, 개폐 밸브(20)를 열린 상태로 함으로써, 웨이퍼(W)의 이면을 흡인하고, 웨이퍼(W)를 복수의 지지 핀(14)에 흡착시켜서 고정할 수 있다. 또, 배기 장치(6)로서 드라이 펌프 등의 진공 펌프를 이용하는 대신, 마이크로파 가열 처리 장치(1)가 설치되는 시설에 마련된 배기 설비를 이용하는 것도 가능하다.
<가스 도입 기구>
앞에서 언급한 대로, 마이크로파 가열 처리 장치(1)는 처리 용기(2) 내에 가스를 공급하는 가스 공급 기구(5)를 더 구비하고 있다. 가스 공급 기구(5)는 도시하지 않은 가스 공급원을 구비한 가스 공급 장치(5a)와, 처리 용기(2) 내의 웨이퍼(W)가 배치될 예정 위치의 아래쪽에 배치된 샤워 헤드부(22)와, 샤워 헤드부(22)와 측벽부(12) 사이에 배치된 4각형의 프레임 형상을 한 정류판(23)과, 샤워 헤드부(22)와 가스 공급 장치(5a)를 접속하는 배관(24)과, 가스 공급 장치(5a)에 접속되어 처리 용기(2) 내에 처리 가스를 도입하는 복수의 배관(25)을 구비하고 있다. 샤워 헤드부(22) 및 정류판(23)은, 예컨대, 알루미늄, 알루미늄 합금, 스테인리스 스틸 등의 금속 재료로 형성되어 있다.
샤워 헤드부(22)는, 웨이퍼(W)에 대해 비교적 저온 처리를 할 경우에, 냉각 가스로 웨이퍼(W)를 냉각하기 위한 것이다. 샤워 헤드부(22)는 배관(24)에 연결되는 가스 통로(22a)와, 가스 통로(22a)에 연결되어 웨이퍼(W)를 향해 냉각 가스를 분출하는 복수의 가스 분출 구멍(22b)을 갖고 있다. 도 1에 나타낸 예에서는, 복수의 가스 분출 구멍(22b)은 샤워 헤드부(22)의 상면 측에 형성되어 있다. 또, 샤워 헤드부(22)는 마이크로파 가열 처리 장치(1)에서 필수 구성 요소가 아니므로, 마련하지 않아도 관계없다.
정류판(23)은 정류판(23)을 상하로 관통하도록 마련된 복수의 정류 구멍(23a)을 갖고 있다. 정류판(23)은 처리 용기(2) 내에서 웨이퍼(W)가 배치될 예정인 영역의 분위기를 정류하면서 배기구(13a)를 향해 흘러가도록 하기 위한 것이다. 또, 정류판(23)은 마이크로파 가열 처리 장치(1)에서 필수 구성 요소가 아니므로, 마련하지 않아도 좋다.
가스 공급 장치(5a)는, 처리 가스 또는 냉각 가스로서, 예컨대, N2, Ar, He, Ne, O2, H2 등의 가스를 공급할 수 있게 구성되어 있다. 또, 처리 용기(2) 내에 가스를 공급할 수단으로는, 가스 공급 장치(5a) 대신, 마이크로파 가열 처리 장치(1)의 구성에는 포함되지 않는 외부의 가스 공급 장치를 사용해도 좋다.
도시하지 않지만, 마이크로파 가열 처리 장치(1)는 배관(24, 25)의 도중에 마련된 매스플로우 컨트롤러 및 개폐 밸브를 더 구비하고 있다. 샤워 헤드부(22) 및 처리 용기(2) 내에 공급되는 가스의 종류나 이들 가스의 유량 등은 매스플로우 컨트롤러 및 개폐 밸브에 의해 제어된다.
<마이크로파 방사 공간>
본 실시예의 마이크로파 가열 처리 장치(1)에서는, 처리 용기(2) 내에 천장부(11), 4개의 측벽부(12), 샤워 헤드부(22) 및 정류판(23)으로 구획되는 공간이 마이크로파 방사 공간(S)을 형성하고 있다. 이 마이크로파 방사 공간(S)에는, 천장부(11)에 마련된 복수의 마이크로파 도입 포트(10)로부터 마이크로파가 방사된다. 여기서, 샤워 헤드부(22) 및 정류판(23)은 상술한 기능에 더하여, 처리 용기(2) 내로 마이크로파 방사 공간(S)의 하단을 규정하는 칸막이부로서의 역할을 겸하고 있다. 처리 용기(2)의 천장부(11), 4개의 측벽부(12), 샤워 헤드부(22) 및 정류판(23)은 모두 금속 재료로 형성되어 있기 때문에, 마이크로파를 반사하여 마이크로파 방사 공간(S) 내로 산란시킨다.
<온도 계측부>
마이크로파 가열 처리 장치(1)는 웨이퍼(W)의 표면 온도를 측정하는 복수의 방사 온도계(26)와, 복수의 방사 온도계(26)에 접속된 온도 계측부(27)를 더 구비하고 있다. 또, 도 1에는, 웨이퍼(W) 중앙부의 표면 온도를 측정하는 방사 온도계(26)를 제외하고, 복수의 방사 온도계(26)의 도시를 생략하고 있다. 복수의 방사 온도계(26)는 그 상단부가 웨이퍼(W)의 이면에 근접하도록, 바닥부(13)로부터 웨이퍼(W)가 배치될 예정인 위치를 향해 연장되어 있다.
<마이크로파 도입 장치>
다음으로, 도 1 및 도 2를 참조하여 마이크로파 도입 장치(3)의 구성에 대해 설명한다. 도 2는 마이크로파 도입 장치(3)의 고전압 전원부(40)의 개략 구성을 나타내는 설명도이다.
상술한 바와 같이, 마이크로파 도입 장치(3)는 처리 용기(2)의 상부에 마련되고, 처리 용기(2) 내에 전자파(마이크로파)를 도입하는 마이크로파 도입 수단으로서 기능한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 마이크로파 도입 장치(3)는 마이크로파를 처리 용기(2)에 도입하는 복수의 마이크로파 유닛(30)과, 복수의 마이크로파 유닛(30)에 접속된 고전압 전원부(40)를 구비하고 있다.
(마이크로파 유닛)
본 실시예에서는, 복수의 마이크로파 유닛(30)의 구성은 모두 동일하다. 각 마이크로파 유닛(30)은 웨이퍼(W)를 처리하기 위한 마이크로파를 생성하는 마그네트론(31)과, 마그네트론(31)에서 생성된 마이크로파를 처리 용기(2)로 전송하는 도파관(32)과, 마이크로파 도입 포트(10)를 막도록 천장부(11)에 고정된 투과창(33)을 갖고 있다. 마그네트론(31)은 본 발명의 마이크로파원에 대응한다.
마그네트론(31)은 고전압 전원부(40)에 의해 공급되는 고전압이 인가되는 양극 및 음극(모두 도시하지 않음)을 갖고 있다. 또한, 마그네트론(31)으로는 다양한 주파수의 마이크로파를 발진시킬 수 있는 것을 이용할 수 있다. 마그네트론(31)에 의해 생성되는 마이크로파는 피처리체를 처리할 때마다 적절한 주파수를 선택하고, 예컨대, 어닐링 처리 시에는, 2.45㎓, 5.8㎓ 등의 높은 주파수의 마이크로파인 것이 바람직하고, 5.8㎓의 마이크로파인 것이 특히 바람직하다.
도파관(32)은 단면이 직사각형 또한 각통 형상을 갖고, 처리 용기(2)의 천장부(11)의 상면으로부터 상방으로 연장되어 있다. 마그네트론(31)은 도파관(32)의 상단부 근방에 접속되어 있다. 도파관(32)의 하단부는 투과창(33)의 상면에 접하고 있다. 마그네트론(31)에서 생성된 마이크로파는 도파관(32) 및 투과창(33)을 거쳐 처리 용기(2) 내에 도입된다.
투과창(33)은 유전체 재료로 형성되어 있다. 투과창(33)의 재료로는, 예컨대, 석영, 세라믹 등을 이용할 수 있다. 투과창(33)과 천장부(11) 사이는 도시하지 않는 밀봉 부재에 의해 기밀하게 밀봉되어 있다. 투과창(33)의 하면으로부터 지지 핀(14)에 지지된 웨이퍼(W)의 표면까지의 거리(갭(G))는 웨이퍼(W)에 마이크로파가 직접 방사되는 것을 억제하는 관점에서, 예컨대, 25㎜ 이상이 바람직하고, 25∼50㎜의 범위 내가 더 바람직하다.
마이크로파 유닛(30)은 도파관(32)의 도중에 마련된 서큘레이터(34), 검출기(35) 및 튜너(36)와, 서큘레이터(34)에 접속된 더미 로드(Dummy Load)(37)를 더 갖고 있다. 서큘레이터(34), 검출기(35) 및 튜너(36)는 도파관(32)의 상단부 측에서 이 순서로 마련되어 있다. 서큘레이터(34) 및 더미 로드(37)는 처리 용기(2)로부터의 반사파를 분리하는 아이솔레이터를 구성한다. 즉, 서큘레이터(34)는 처리 용기(2)로부터의 반사파를 더미 로드(37)로 안내하고, 더미 로드(37)는 서큘레이터(34)에 의해 안내된 반사파를 열로 변환한다.
검출기(35)는 도파관(32)에서의 처리 용기(2)로부터의 반사파를 검출하기 위한 것이다. 검출기(35)는, 예컨대, 임피던스 모니터, 구체적으로는, 도파관(32)에서의 정재파의 전기장을 검출하는 정재파 모니터로 구성되어 있다. 정재파 모니터는, 예컨대, 도파관(32)의 내부 공간으로 돌출하는 3개의 핀으로 구성할 수 있다. 정재파 모니터에 의해 정재파의 전기장의 장소, 위상 및 강도를 검출함으로써, 처리 용기(2)로부터의 반사파를 검출할 수 있다. 또한, 검출기(35)는 진행파와 반사파를 검출할 수 있는 방향성 결합기로 구성되어 있어도 좋다.
튜너(36)는 마그네트론(31)과 처리 용기(2) 사이의 임피던스를 조정하는 기능을 갖고 있다. 튜너(36)에 의한 임피던스 정합은 검출기(35)에서의 반사파의 검출 결과에 근거하여 실행된다. 튜너(36)는, 예컨대, 도파관(32)의 내부 공간을 출납할 수 있도록 마련된 도체판(도시 생략)으로 구성할 수 있다. 이 경우, 도파관(32) 내부 공간에의 돌출량을 제어함으로써, 도체판의 반사파 전력량을 조정하여, 마그네트론(31)과 처리 용기(2) 사이의 임피던스를 조정할 수 있다.
(고전압 전원부)
고전압 전원부(40)는 마그네트론(31)에 대하여 마이크로파를 생성하기 위한 고전압을 공급한다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 고전압 전원부(40)는 상용 전원에 접속된 AC-DC 변환 회로(41)와, AC-DC 변환 회로(41)에 접속된 스위칭 회로(42)와, 스위칭 회로(42)의 동작을 제어하는 스위칭 컨트롤러(43)와, 스위칭 회로(42)에 접속된 승압 트랜스(44)와, 승압 트랜스(44)에 접속된 정류 회로(45)를 갖고 있다. 마그네트론(31)은 정류 회로(45)를 거쳐 승압 트랜스(44)에 접속되어 있다.
AC-DC 변환 회로(41)는 상용 전원으로부터의 교류(예컨대, 삼상 200V의 교류)를 정류하여 소정 파형의 직류로 변환하는 회로이다. 스위칭 회로(42)는 AC-DC 변환 회로(41)에 의해 변환된 직류의 온·오프를 제어하는 회로이다. 스위칭 회로(42)에서는, 스위칭 컨트롤러(43)에 의해 페이즈 시프트(Phase-Shift)형의 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 또는 PAM(Pulse Amplitude Modulation) 제어가 실행되어 펄스 형상의 전압 파형이 생성된다. 승압 트랜스(44)는 스위칭 회로(42)로부터 출력된 전압 파형을 소정의 크기로 승압하는 것이다. 정류 회로(45)는 승압 트랜스(44)에 의해 승압된 전압을 정류하여 마그네트론(31)에 공급하는 회로이다.
<마이크로파 도입 포트의 배치>
다음으로, 도 1, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 실시예에 있어서의 마이크로파 도입 포트(10)의 배치에 대해 자세하게 설명한다. 도 3은 도 1에 나타낸 처리 용기(2)의 천장부(11)의 하면을 처리 용기(2)의 내부로부터 본 상태를 나타내고 있다. 도 3에서는, 웨이퍼(W)의 크기와 위치를 2점 쇄선으로 천장부(11)와 겹쳐 나타냈다. 참조 부호 O는 웨이퍼(W)의 중심을 나타내고, 또한, 본 실시예에서는, 천장부(11)의 중심도 나타내고 있다. 따라서 참조 부호 O를 지나는 2개의 선은, 천장부(11)와 측벽부(12)의 경계가 되는 4개의 변에서, 대향하는 변의 중점끼리를 연결하는 중앙선(M)을 나타내고 있다. 또, 웨이퍼(W)의 중심과 천장부(11)의 중심은 반드시 겹치지 않아도 좋다. 또한, 도 3에서는, 설명의 편의상, 천장부(11)와 처리 용기(2)의 4개의 측벽부(12)의 내벽면의 접합 부분에, 4개의 측벽부(12)를 구별하여 참조 부호 12A, 12B, 12C, 12D를 부여하여 그들의 위치를 나타내고 있다. 또한, 도 4는 하나의 마이크로파 도입 포트(10)를 확대하여 나타내는 평면도이다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에서는, 천장부(11)에서 전체적으로 거의 십자형을 이루도록, 등 간격으로 배치된 4개의 마이크로파 도입 포트(10)를 갖고 있다. 이하, 4개의 마이크로파 도입 포트(10)를 상호 구별하여 나타낼 경우에는, 참조 부호 10A, 10B, 10C, 10D를 부여하여 나타낸다. 또, 본 실시예에서는, 각 마이크로파 도입 포트(10)에 각각 마이크로파 유닛(30)이 접속되어 있다. 즉 마이크로파 유닛(30)의 수는 4개이다.
마이크로파 도입 포트(10)는 장변과 단변을 갖는 평면에서 보아 직사각형을 이루고 있다. 마이크로파 도입 포트(10)의 장변 길이(L1)과 단변 길이(L2)의 비(L1/L2)는, 예컨대, 2 이상 100 이하이며, 4 이상인 것이 바람직하고, 5∼20이 보다 바람직하다. 상기 비(L1/L2)를 2 이상, 바람직하게는 4 이상으로 하는 것은 마이크로파 도입 포트(10)로부터 처리 용기(2) 내로 방사되는 마이크로파의 지향성을 마이크로파 도입 포트(10)의 장변에 수직인 방향(단변에 평행한 방향)으로 강화하기 위함이다. 이 비(L1/L2)가 2 미만이면, 마이크로파 도입 포트(10)로부터 처리 용기(2) 내로 방사되는 마이크로파가 마이크로파 도입 포트(10)의 장변에 평행한 방향(단변에 수직인 방향)을 향하기 쉬워진다. 또한, 상기 비(L1/L2)가 2 미만이면, 마이크로파 도입 포트(10) 바로 아래의 방향에도 마이크로파의 지향성이 강하게 되기 때문에, 웨이퍼(W)에 직접 마이크로파가 조사되어, 국소적인 가열이 발생되기 쉬워진다. 한편, 상기 비(L1/L2)가 20을 넘으면, 마이크로파 도입 포트(10)의 바로 아래나 마이크로파 도입 포트(10)의 장변에 평행한 방향(단변에 수직인 방향)으로 향하는 마이크로파의 지향성이 너무 약해지기 때문에, 웨이퍼(W)의 가열 효율이 저하하는 경우가 있다.
또, 마이크로파 도입 포트(10)의 장변 길이(L1)는, 예컨대, 도파관(32)의 관내 파장(λg)에 대하여, L1=n×λg/2(여기서, n은 정수)로 하는 것이 바람직하고, n=2가 더 바람직하다. 각 마이크로파 도입 포트(10)의 크기나 상기 비(L1/L2)는, 마이크로파 도입 포트(10)마다 달라도 좋지만, 웨이퍼(W)에 대한 가열 처리의 균일성을 높임과 아울러 제어성을 좋게 하는 관점에서, 4개의 마이크로파 도입 포트(10)의 전부가 같은 크기 및 형상인 것이 바람직하다.
본 실시예에서는, 4개의 마이크로파 도입 포트(10)는 그 전부가 웨이퍼(W)의 바로 위에 겹치도록 배치되어 있다. 여기서, 천장부(11)에 있어서, 웨이퍼(W)의 직경 방향에서의 각 마이크로파 도입 포트(10)의 위치는 웨이퍼(W) 상의 전기장 분포를 균일화하는 관점에서 볼 때, 예컨대, 웨이퍼(W)의 중심 O를 기준으로, 그 직경 이외 방향으로, 웨이퍼(W) 반경의 1/5∼3/5까지의 거리 범위 내에서 상하로 겹치도록 하는 것이 바람직하다. 또, 웨이퍼(W)의 면내에서의 균일 가열을 실현할 수 있으면, 반드시 웨이퍼(W)와 마이크로파 도입 포트(10)의 위치가 겹칠 필요는 없다.
본 실시예에 있어서, 4개의 마이크로파 도입 포트(10)는, 각각, 그 장변과 단변이 4개의 측벽부(12A, 12B, 12C, 12D)의 내벽면과 평행해지도록 마련되어 있다. 예컨대, 도 3에서는, 마이크로파 도입 포트(10A)의 장변은 측벽부(12B, 12D)와 평행하고, 그 단변은, 측벽부(12A, 12C)와 평행하다. 도 3에서는, 마이크로파 도입 포트(10A)로부터 방사되는 마이크로파에 대하여, 지배적인 지향성을 나타내는 전자계 벡터(100)를 실선의 화살표로 나타내고, 측벽부(12B, 12D)에 의해 반사된 마이크로파의 지향성을 나타내는 전자계 벡터(101)를 파선의 화살표로 나타냈다. 마이크로파 도입 포트(10A)로부터 방사되는 마이크로파는 대부분이 그 장변에 대하여 수직인 방향(단변에 평행한 방향)으로 진행하여, 전파되어 간다. 또한, 마이크로파 도입 포트(10A)로부터 방사된 마이크로파는 2개의 측벽부(12B, 12D)에 의해 각각 반사된다. 이들 측벽부(12B, 12D)는 마이크로파 도입 포트(10A)의 장변에 대하여 평행하게 마련되어 있기 때문에, 생성하는 반사파의 지향성(전자계 벡터(101))은 진행파의 지향성(전자계 벡터(100))의 180도 역방향으로 되고, 다른 마이크로파 도입 포트(10B, 10C, 10D)로 향하는 방향으로 산란하는 일은 거의 없다. 이와 같이, 비(L1/L2)가, 예컨대, 2 이상인 4개의 마이크로파 도입 포트(10)를, 각각의 장변과 단변이 4개의 측벽부(12A, 12B, 12C, 12D)의 내벽면과 평행해지도록 배치함으로써, 마이크로파 도입 포트(10)로부터 방사되는 마이크로파 및 그 반사파의 방향을 제어할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 상기 비(L1/L2)가, 예컨대, 2 이상인 4개의 마이크로파 도입 포트(10)는 서로 90° 각도를 변경한 회전 위치에 배치되어 있다. 즉 4개의 마이크로파 도입 포트(10)는 천장부(11)의 중심 O를 기준으로 회전 대칭으로 배치되어 있고, 그 회전각은 90°이다. 그리고 각 마이크로파 도입 포트(10)는 각각의 장변에 수직인 방향으로 평행 이동시켰을 경우에, 평행한 장변을 갖는 다른 마이크로파 도입 포트(10)에 겹치지 않도록 배치되어 있다. 예컨대, 도 3에서는, 마이크로파 도입 포트(10A∼10D)는 전체적으로 십자형을 이루도록 배치되어 있다. 즉 서로 인접하는 2개의 마이크로파 도입 포트(10)는 그들의 장변 방향에 평행한 중심축(AC)이 서로 직교하도록, 각도가 90도씩 어긋나게 배치되어 있다. 그리고 마이크로파 도입 포트(10A)를, 그 장변에 수직인 방향으로 평행 이동시켰을 경우에도, 평행한 장변을 갖는 다른 마이크로파 도입 포트(10C)에는 겹치지 않는다. 바꾸어 말하면, 마이크로파 도입 포트(10A)의 장변 길이의 범위 내에서, 이 마이크로파 도입 포트(10A)의 장변에 평행한 2개의 측벽부(12B, 12D)의 사이에는, 마이크로파 도입 포트(10A)와 장변 방향이 같은 방향인 것 이외의 마이크로파 도입 포트(10)(마이크로파 도입 포트(10C))는 배치되지 않는다. 이러한 배치에 의해, 마이크로파 도입 포트(10A)로부터, 그 장변에 대하여 수직인 방향으로 강한 지향성을 갖고 방사되는 마이크로파 및 그 반사파가 다른 마이크로파 도입 포트(10)에 진입되는 것을 상당히 회피할 수 있다. 즉, 마이크로파 도입 포트(10A)와 평행한 2개의 측벽부(12B, 12D) 사이에, 그 장변 길이의 범위 내에서, 같은 방향의 다른 마이크로파 도입 포트(10)가 개재되면, 마이크로파의 여기 방향이 동일하기 때문에, 이러한 같은 방향의 마이크로파 도입 포트(10)에 마이크로파 및 그 반사파가 진입하기 쉬워, 전력 손실이 커진다. 그에 대하여, 마이크로파 도입 포트(10A)의 장변 길이의 범위 내에서, 평행한 2개의 측벽부(12B, 12D) 사이에 마이크로파 도입 포트(10A)와 같은 방향의 다른 마이크로파 도입 포트(10)가 존재하지 않으면, 마이크로파 도입 포트(10A)로부터 방사된 마이크로파 및 그 반사파가 다른 마이크로파 도입 포트(10)에 진입하는 것에 따른 전력 손실을 억제할 수 있다.
또, 도 3에서, 마이크로파 도입 포트(10A)로부터 방사된 마이크로파 및 그 반사파는 마이크로파 도입 포트(10A)에 대하여 90도 각도를 변경하여 배치된 인접하는 마이크로파 도입 포트(10B, 10D)와는 여기 방향이 다르기 때문에, 마이크로파 도입 포트(10B, 10D)에는 거의 입사되지 않는다. 따라서 마이크로파 도입 포트(10A)를 그 장변에 수직인 방향으로 평행 이동시켰을 경우에, 장변 방향이 다른 마이크로파 도입 포트(10B, 10D)에 겹치더라도 좋다.
또한, 본 실시예에서는, 전체로서 십자형을 이루도록 배치된 4개의 마이크로파 도입 포트(10) 중, 서로 인접하지 않는 2개의 마이크로파 도입 포트(10)는 각각의 중심축(AC)이 동일 직선상에 겹치지 않도록 배치되어 있다. 예컨대, 도 3에서는, 마이크로파 도입 포트(10A)의 중심축(AC)에 대하여, 마이크로파 도입 포트(10A)와 인접하지 않는 마이크로파 도입 포트(10C)의 중심축(AC)은 방향이 동일해도, 서로 겹치지 않도록 위치가 어긋나게 배치되어 있다. 이와 같이, 전체로서 십자형을 이루도록 배치된 4개의 마이크로파 도입 포트(10) 중, 서로 인접하지 않는 2개의 마이크로파 도입 포트(10)를 서로의 중심축(AC)이 겹치지 않도록 배치함으로써, 중심축(AC)의 방향이 같은 2개의 마이크로파 도입 포트(10) 사이에서, 각각의 단변에 수직인 방향으로 방사된 마이크로파가 서로 진입해, 전력 손실이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 이와 같은 배치의 경우, 각 마이크로파 도입 포트(10)의 중심축(AC)은 중앙선(M)과는 겹치지 않아도 좋다. 따라서 예컨대, 각 마이크로파 도입 포트(10)를 중앙선(M)으로부터 크게 벗어난 위치, 예컨대, 각 마이크로파 도입 포트(10)의 장변이 측벽부(12)에 근접하도록 하는 위치에 배치해도 좋다. 그러나 처리 용기(2) 내로의 마이크로파의 균등한 도입을 도모한다고 하는 관점에서 볼 때, 각 마이크로파 도입 포트(10)는 상기 중앙선(M)에 근접하여 배치하는 것이 바람직하고, 도 3에 나타내는 바와 같이, 적어도 각 마이크로파 도입 포트(10)의 일부가 중앙선(M)에 겹치도록 배치하는 것이 보다 바람직하다. 또, 다른 실시예에서는, 전체로서 십자형을 이루도록 배치된 4개의 마이크로파 도입 포트(10) 중, 서로 인접하지 않는 2개의 마이크로파 도입 포트(10)의 중심축(AC)끼리가 겹치도록 배치해도 좋고, 이 경우에는, 중심축(AC)과 중앙선(M)이 일치해도 좋다.
이상, 마이크로파 도입 포트(10A)만을 예로 들었지만, 마이크로파 도입 포트(10B, 10C, 10D)에 대해서도, 각각 다른 마이크로파 도입 포트(10) 및 측벽부(12) 사이에서 상기 관계가 성립하도록 배치되어 있다.
<제어부>
마이크로파 가열 처리 장치(1)의 각 구성부는, 각각 제어부(8)에 접속되어 제어부(8)에 의해 제어된다. 제어부(8)는 전형적으로는 컴퓨터이다. 도 5는 도 1에 나타낸 제어부(8)의 구성을 나타내는 설명도이다. 도 5에 나타낸 예에서, 제어부(8)는 CPU를 구비한 프로세스 컨트롤러(81)와, 이 프로세스 컨트롤러(81)에 접속된 유저 인터페이스(82) 및 기억부(83)를 구비하고 있다.
프로세스 컨트롤러(81)는, 마이크로파 가열 처리 장치(1)에 있어서, 예컨대, 온도, 압력, 가스 유량, 마이크로파 출력 등의 프로세스 조건에 관계되는 각 구성부(예컨대, 마이크로파 도입 장치(3), 지지 장치(4), 가스 공급 장치(5a), 배기 장치(6), 온도 계측부(27) 등)를 총괄해서 제어하는 제어 수단이다.
유저 인터페이스(82)는 공정 관리자가 마이크로파 가열 처리 장치(1)를 관리하기 위해 커맨드의 입력 조작 등을 실행하는 키보드나 터치 패널, 마이크로파 가열 처리 장치(1)의 가동 상황을 가시화해서 표시하는 디스플레이 등을 갖고 있다.
기억부(83)에는, 마이크로파 가열 처리 장치(1)에서 실행되는 각종 처리를 프로세스 컨트롤러(81)의 제어에 의해 실현하기 위한 제어 프로그램(소프트웨어)이나, 처리 조건 데이터 등이 기록된 레시피 등이 보존되어 있다. 프로세스 컨트롤러(81)는 유저 인터페이스(82)로부터의 지시 등, 필요에 따라, 임의의 제어 프로그램이나 레시피를 기억부(83)로부터 호출해서 실행한다. 이에 따라, 프로세스 컨트롤러(81)에 의한 제어 하에, 마이크로파 가열 처리 장치(1)의 처리 용기(2) 내에서 소망하는 처리가 실행된다.
상기 제어 프로그램 및 레시피는, 예컨대, CD-ROM, 하드 디스크, 플렉시블 디스크, 플래시 메모리, DVD, 블루레이 디스크 등의 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체에 저장된 상태의 것을 이용할 수 있다. 또한, 상기 레시피는 다른 장치로부터, 예컨대, 전용 회선을 거쳐 수시로 전송시킴으로써 온라인으로 이용하는 것도 가능하다.
[처리 순서]
다음으로, 웨이퍼(W)에 대하여 어닐링 처리를 실시할 때의 마이크로파 가열 처리 장치(1)에 있어서의 처리 순서에 대해서 설명한다. 우선, 예컨대, 유저 인터페이스(82)로부터, 마이크로파 가열 처리 장치(1)에서 어닐링 처리를 실행하도록, 프로세스 컨트롤러(81)에 명령이 입력된다. 다음으로, 프로세스 컨트롤러(81)는 이 명령을 받아, 기억부(83) 또는 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체에 보존된 레시피를 판독한다. 다음으로, 레시피에 근거하는 조건에 의해 어닐링 처리가 실행되도록, 프로세스 컨트롤러(81)로부터 마이크로파 가열 처리 장치(1)의 각 엔드 디바이스(예컨대, 마이크로파 도입 장치(3), 지지 장치(4), 가스 공급 장치(5a), 배기 장치(6) 등)에 제어 신호가 송출된다.
다음으로, 게이트 밸브(GV)가 열린 상태로 되어서, 도시하지 않는 반송 장치에 의해, 웨이퍼(W)가, 게이트 밸브(GV) 및 반출입구(12a)를 통하여 처리 용기(2) 내에 반입된다. 웨이퍼(W)는, 지지 핀(14) 위에 탑재된다. 다음으로, 게이트 밸브(GV)가 닫힌 상태로 되어서, 배기 장치(6)에 의해, 처리 용기(2) 내가 감압 배기된다. 이 때, 개폐 밸브(20)가 열린 상태로 되어서, 웨이퍼(W)의 이면이 흡인되어서, 웨이퍼(W)가 지지 핀(14)에 흡착 고정된다. 다음으로, 가스 공급 장치(5a)에 의해, 소정의 유량의 처리 가스 및 냉각 가스가 처리 용기(2) 내에 도입된다. 처리 용기(2)의 내부 공간은 배기량 및 가스 공급량을 조정함으로써, 소정의 압력으로 조정된다.
다음으로, 고전압 전원부(40)로부터 마그네트론(31)에 대하여 전압을 인가해서 마이크로파를 생성한다. 마그네트론(31)에서 생성된 마이크로파는 도파관(32)을 전파하고, 다음에, 투과창(33)을 투과하여, 처리 용기(2) 내에서의 웨이퍼(W)의 상방 공간에 도입된다. 본 실시예에서는, 복수의 마그네트론(31)에 있어서 순차적으로 마이크로파를 생성하고, 각 마이크로파 도입 포트(10)로부터 교대로 마이크로파를 처리 용기(2) 내에 도입한다. 또, 복수의 마그네트론(31)에 있어서 동시에 복수의 마이크로파를 생성시켜, 각 마이크로파 도입 포트(10)로부터 동시에 마이크로파를 처리 용기(2) 내에 도입하도록 해도 좋다.
처리 용기(2)에 도입된 마이크로파는 웨이퍼(W)의 표면에 조사되어서, 줄 가열, 자성 가열, 유도 가열 등의 전자파 가열에 의해, 웨이퍼(W)가 신속하게 가열된다. 그 결과, 웨이퍼(W)에 대하여 어닐링 처리가 실시된다.
프로세스 컨트롤러(81)로부터 마이크로파 가열 처리 장치(1)의 각 엔드 디바이스에 어닐링 처리를 종료시키는 제어 신호가 송출되면, 마이크로파의 생성이 정지됨과 아울러, 처리 가스 및 냉각 가스의 공급이 정지되어 웨이퍼(W)에 대한 어닐링 처리가 종료된다. 다음으로, 게이트 밸브(GV)가 열린 상태로 되어 도시하지 않는 반송 장치에 의해 웨이퍼(W)가 반출된다.
마이크로파 가열 처리 장치(1)는, 예컨대, 반도체 디바이스의 제작 공정에서, 확산층에 주입된 도핑 원자의 활성화를 실행하기 위한 어닐링 처리 등의 목적으로 바람직하게 이용할 수 있다.
다음으로, 도 3, 도 6A, 6B 및 도 7A, 7B를 참조하여, 본 실시예에 따른 마이크로파 가열 처리 장치(1) 및 마이크로파 가열 처리 장치(1)를 이용한 웨이퍼(W)의 처리 방법의 작용 효과에 대해서 설명한다. 본 실시예에서는, 마이크로파 도입 포트(10)의 특징적인 형상 및 배치와, 처리 용기(2)의 측벽부(12) 형상의 조합에 의해, 하나의 마이크로파 도입 포트(10)로부터 처리 용기(2) 내로 방사된 마이크로파가 다른 마이크로파 도입 포트(10)에 진입되는 것을 상당히 억제하고 있다. 그 원리는 이하와 같다.
도 6a, 6b는 장변 길이(L1)와 단변 길이(L2)의 비(L1/L2)가 4 이상인 마이크로파 도입 포트(10)에서의 마이크로파의 방사 지향성을 모식적으로 나타내고 있다. 도 7a, 7b는 상기 비(L1/L2)가 2미만인 마이크로파 도입 포트(10)에서의 마이크로파의 방사 지향성을 모식적으로 나타내고 있다. 도 6a 및 도 7a는 마이크로파 도입 포트(10)를 천장부(11)(도시하지 않음)의 하방으로부터 본 상태를 나타내고 있다. 도 6b 및 도 7b는 마이크로파 도입 포트(10)와 천장부(11)를 나타내는 도 1의 부분 확대 단면도이다. 도 6a, 6b 및 도 7a, 7b에서, 화살표는 마이크로파 도입 포트(10)로부터 방사되는 전자계 벡터(100)를 나타내고, 화살표가 길수록, 마이크로파의 지향성이 강한 것을 나타내고 있다. 또, 도 6a, 6b 및 도 7a, 7b에서, X축 및 Y축은 모두 천장부(11)의 하면에 평행한 방향이며, X축은 마이크로파 도입 포트(10)의 장변에 대하여 수직인 방향, Y축은 마이크로파 도입 포트(10)의 장변에 대하여 평행한 방향, Z축은 천장부(11)의 하면에 대하여 수직인 방향을 의미한다.
본 실시예에서는, 상술한 바와 같이, 천장부(11)에 장변과 단변을 갖는 평면에서 보아 직사각형인 마이크로파 도입 포트(10)를 4개 배치하고 있다. 그리고 본 실시예에서 이용하는 각 마이크로파 도입 포트(10)는 비(L1/L2)를 예컨대, 2 이상, 바람직하게는 4 이상으로 하고 있다. 이 때문에, 도 6a에 도시하는 바와 같이, 마이크로파의 방사 지향성은 X축을 따라 장변에 수직인 방향(단변에 평행한 방향)이 강하고, 지배적인 것으로 된다. 따라서 임의의 마이크로파 도입 포트(10)로부터 방사된 마이크로파는 주로 처리 용기(2)의 천장부(11)를 따라 전파되고, 그 장변에 평행한 측벽부(12)의 내벽면을 반사면으로 하여 반사된다. 여기서, 본 실시예에 있어서는, 처리 용기(2)의 4개의 측벽부(12)는 서로 직교하여 접속되고 있고, 4개의 마이크로파 도입 포트(10)는 각각 그 장변과 단변이 4개의 측벽부(12A, 12B, 12C, 12D)의 내벽면에 평행하도록 마련되어 있다. 따라서 생성하는 반사파의 방향은 거의 180도 역방향으로 되어, 반사파가 다른 마이크로파 도입 포트(10)로 향하는 일은 거의 없다.
또한, 본 실시예에서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 상기 비(L1/L2)가 예컨대, 2 이상인 4개의 마이크로파 도입 포트(10)는 서로 90° 각도를 변경한 회전 위치에 배치되어 있다. 즉 4개의 마이크로파 도입 포트(10)는 전체적으로 거의 십자형을 이루도록, 또한 서로 인접하는 2개의 마이크로파 도입 포트(10)의 장변 방향에 평행한 중심축(AC)이 서로 직교하도록, 90도씩 각도가 어긋나게 배치되어 있다. 그리고 각 마이크로파 도입 포트(10)는 각각의 장변에 수직인 방향으로 평행 이동시켰을 경우에, 평행한 장변을 갖는 다른 마이크로파 도입 포트(10)에 겹치지 않도록 배치되어 있기 때문에, 마이크로파 도입 포트(10)의 장변에 수직인 방향에서, 마이크로파의 여기 방향이 같은 마이크로파 도입 포트(10)끼리의 사이에, 마이크로파 및 그 반사파가 함께 진입하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 4개의 마이크로파 도입 포트(10) 중, 서로 인접하지 않는 2개의 마이크로파 도입 포트(10)를, 각각의 중심축(AC)이 동일 직선상에 겹치지 않도록 배치함으로써, 마이크로파 도입 포트(10)의 단변에 수직인 방향에 대해서도, 마이크로파의 여기 방향이 같은 마이크로파 도입 포트(10)끼리의 사이에, 마이크로파 및 그 반사파가 함께 진입하는 일이 거의 없게 된다. 이와 같이, 본 실시예에서는, 마이크로파 도입 포트(10)의 형상, 특히 상기 비(L1/L2)와, 그 형상에 기인하는 마이크로파의 방사 지향성과, 처리 용기(2)의 측벽부(12) 형상을 더 고려해서 마이크로파 도입 포트(10)를 배치하고 있기 때문에, 하나의 마이크로파 도입 포트(10)로부터 도입된 마이크로파가 다른 마이크로파 도입 포트(10)로 진입하는 것을 될 수 있는 한 피하고, 전력의 손실을 최소한으로 억제하고 있다.
본 실시예의 마이크로파 가열 처리 장치(1)에서는, 이상과 같이, 특징적인 마이크로파 도입 포트(10)의 형상 및 배치 및 측벽부(12) 형상의 조합에 의해, 도 6a, 6b에 나타내는 것과 같은 방사 지향성을 갖는 마이크로파나, 그 역 방향으로 진행하는 반사파가 다른 마이크로파 도입 포트(10)로 진입하는 것을 상당히 억제하고, 공급 전력의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 비(L1/L2)를 2 이상, 바람직하게는 4 이상으로 함으로써, 도 6b에 도시하는 바와 같이, 마이크로파 도입 포트(10)로부터 방사된 마이크로파는 가로 방향(X축 방향)으로의 지향성이 강해지고, 주로 천장부(11)의 하면에 따라 가로 방향으로 넓어진다. 또한, 본 실시예에서는, 투과창(33)의 하면으로부터 지지 핀(14)에 지지된 웨이퍼(W) 표면까지의 거리(갭(G))를 25㎜ 이상으로 하고 있다. 이와 같이, 마이크로파의 방사 지향성을 고려해서 충분한 갭(G)을 확보함으로써, 마이크로파 도입 포트(10)의 바로 아래에 위치하는 웨이퍼(W)에 직접 마이크로파가 조사되는 일이 적어, 국소적인 가열이 발생하기 어려워진다. 그 결과, 본 실시예의 마이크로파 가열 처리 장치(1)에서는, 웨이퍼(W)에 대하여 균일한 처리를 실행할 수 있게 된다.
한편, 비(L1/L2)가 2미만인 마이크로파 도입 포트(10)에서는, 도 7a에 도시하는 바와 같이, 마이크로파의 지향성은 Y축을 따라 장변에 평행한 방향(단변에 수직인 방향)에도 강해지기 때문에, 상대적으로 장변에 수직인 방향(단변에 평행한 방향)으로의 지향성이 약해져, 마이크로파의 방사 지향성에 강약의 차이가 없어진다. 따라서 비(L1/L2)가 2미만(예컨대, 장변:단변=1:1)인 마이크로파 도입 포트(10)를 도 3과 같이 배치했을 경우, 마이크로파 도입 포트(10A)로부터 방사된 마이크로파는 마이크로파 도입 포트(10A)의 장변에 평행한 방향(Y축 방향)으로도 진행하여, 마이크로파 도입 포트(10C)로 진입할 가능성이 커진다. 또한, 비(L1/L2)가 2미만인 마이크로파 도입 포트(10)에서는, 도 7b에 도시하는 바와 같이, 방사되는 마이크로파는 하방(즉, Z축을 따라 웨이퍼(W) 측을 향하는 방향)으로의 지향성이 강하게 되어, 마이크로파 도입 포트(10) 바로 아래의 웨이퍼(W)에 직접 마이크로파가 조사되는 비율이 커지기 때문에, 웨이퍼(W) 면내에서의 국소적인 가열이 발생하기 쉬워진다.
다음으로, 도 8a 및 도 8b를 참조하여, 본 발명의 기초가 된 마이크로파 도입 포트(10)의 방사 지향성의 시뮬레이션 결과에 대해서 설명한다. 도 8a는 상기 비(L1/L2)가 6인 마이크로파 도입 포트(10)의 방사 지향성의 시뮬레이션 결과를 도시하고 있다. 도 8b는 상기 비(L1/L2)가 2 미만인 마이크로파 도입 포트(10)의 방사 지향성의 시뮬레이션 결과를 도시하고 있다. 또, 도 8a, 도 8b 중 X축, Y축, Z축의 의미는 도 6a, 6b 및 도 7a, 7b와 마찬가지이다.
도 8a 및 도 8b에서는, 흑백 표기이기 때문에, 엄밀하게 표현할 수는 없지만, 대략, 색이 짙은(검은) 부분일수록 방사 지향성이 강한 것을 나타내고 있다. 도 8a로부터, 상기 비(L1/L2)가 6인 마이크로파 도입 포트(10)는 X축 방향으로의 방사 지향성이 강하고, Y축 방향 및 Z축 방향으로의 방사 지향성이 약한 것이 이해된다. 이에 대하여, 도 8b로부터, 상기 비(L1/L2)가 2미만인 마이크로파 도입 포트(10)는, Z축 방향(단, 하향)의 방사 지향성이 강하게 되어 있다. 이것은 도파관(32) 내에서의 마이크로파의 진행 방향 그대로 마이크로파 도입 포트(10)로부터 방사되는 경향이 강하고, 웨이퍼(W)에 대하여 직접 마이크로파가 조사될 가능성이 큰 것을 나타내고 있다. 따라서 상기 비(L1/L2)를, 예컨대, 2 이상 바람직하게는 4 이상으로 함으로써, 방사되는 마이크로파를, 마이크로파 도입 포트(10)의 장변에 수직이고, 또한 천장부(11)의 하면을 따라 가로 방향으로 효율적으로 전파시킬 수 있는 것이 이해된다.
다음으로, 도 9a, 도 9b, 도 9c를 참조하면서, 처리 용기의 형상 및 마이크로파 도입 포트(10)의 형상과 배치를 변화시켰을 경우의 웨이퍼(W)의 전력 흡수 효율을 시뮬레이션한 결과에 대해서 설명한다. 도 9a, 도 9b, 도 9c의 상단은 시뮬레이션의 대상인 마이크로파 가열 처리 장치의 마이크로파 도입 포트(10) 및 측벽부(12)의 배치·형상에 대해 웨이퍼(W)의 배치를 투영하여 설명하는 도면을 나타내고, 중단은 웨이퍼면 내에서의 마이크로파 전력의 부피 손실 밀도 분포를 나타내는 시뮬레이션 결과의 맵을 나타내고, 하단은 시뮬레이션에서 얻어지는 산란 파라미터, 웨이퍼 흡수 전력 Pw, 전면적(웨이퍼 면적+처리실의 내부 면적)에 대한 웨이퍼 면적의 비율 Aw를 나타내고 있다. 이 시뮬레이션에서는, 도 9a, 도 9b, 도 9c 중 상단에서, 검은 색으로 나타내는 1개의 마이크로파 도입 포트로부터 3000W의 마이크로파를 도입하는 조건으로 검토를 실행했다. 또, 웨이퍼(W)의 유전 정접(tan δ)은 0.1로 했다.
도 9a는 원통형의 측벽부(12)를 갖는 처리 용기에, 4개의 마이크로파 도입 포트(10)를 마련한 비교예 구성의 시뮬레이션 결과이다. 도 9B는 각통 형상의 측벽부(12)를 갖는 처리 용기에, 4개의 마이크로파 도입 포트(10)를 마련한 비교예 구성의 시뮬레이션 결과이다. 도 9a, 9b에서는 모두 마이크로파 도입 포트(10)의 장변 길이(L1)와 단변 길이(L2)의 비(L1/L2)는 2이다. 또한, 도 9a, 9b에서는 마이크로파 도입 포트(10)의 배치는 원형 웨이퍼(W)의 가장자리부의 바로 위의 위치에서, 해당 가장자리부의 접선 방향과 마이크로파 도입 포트(10)의 장변 방향이 평행해지도록 설정되어 있다. 또한, 도 9b에서는 하나의 마이크로파 도입 포트(10)를 그 장변에 수직인 방향으로 평행 이동시켰을 경우에, 평행한 장변을 갖는 다른 마이크로파 도입 포트(10)와 겹쳐지도록 배치되어 있다.
한편, 도 9c는 각통 형상의 측벽부(12)를 갖는 처리 용기 내에, 4개의 마이크로파 도입 포트(10)를 상호 90° 각도를 변경한 회전 위치에 배치한 본 실시예와 마찬가지 구성의 시뮬레이션 결과이다. 도 9c에서는 4개의 마이크로파 도입 포트(10)의 장변과 단변이, 4개의 측벽부(12)의 내벽면과 평행해지도록 마련되어 있고, 마이크로파 도입 포트(10)의 장변 길이(L1)와 단변 길이(L2)의 비(L1/L2)는 4이다. 또한, 도 9c에서는 하나의 마이크로파 도입 포트(10)를 그 장변에 수직인 방향으로 평행 이동시켰을 경우에, 평행한 장변을 갖는 다른 마이크로파 도입 포트와 겹치지 않도록 배치되어 있다
여기에서, 웨이퍼(W)의 흡수 전력은 산란 파라미터(S 파라미터)에 의해 계산할 수 있다. 입력 전력을 PiN, 웨이퍼(W)가 흡수하는 전체 전력을 Pw라고 하면, 전체 전력 Pw는 이하의 식(1)에 의해 구할 수 있다. 또, S11, S21, S31, S41은 4개의 마이크로파 도입 포트(10)의 S 파라미터이며, 검은 색의 마이크로파 도입 포트(10)는 포트 1에 해당한다.
Figure 112012105683819-pat00001
... (1)
또한, 웨이퍼(W)의 전력 흡수 효율을 높이기 위해서는, 마이크로파 방사 공간(S)을 규정하는 처리실의 내면적에 대한 웨이퍼(W) 면적의 비가 큰 편이 바람직하고, 다음 식 (2)로 표시되는 Aｗ가 큰 것이 바람직하다. Aｗ는 전체 면적(웨이퍼 면적+ 처리실의 내면적)에 대한 웨이퍼 면적의 비율이다.
Aｗ= [웨이퍼 면적/ (웨이퍼 면적+ 처리실의 내면적)]×100 … (2)
또한, 웨이퍼(W)의 면내에서의 전력 흡수의 분포는 웨이퍼(W) 면내의 포인팅 벡터를 이용하여 전자파 부피 손실 밀도를 구함으로써 계산했다. 또, 웨이퍼(W)가 흡수하는 전체 전력 Pw는 이하의 식 (3)에 의해, 또한 웨이퍼(W)가 단위 부피당 흡수하는 전력 pw는 식 (4)에 의해 각각 구할 수 있다. 이들의 값을 전자계 시뮬레이터로 계산하고, 웨이퍼(W) 상에 플로팅 함으로써, 도 9A 내지 도 9C의 중단(中段)에 나타내는 맵을 작성했다. 이들 맵에서는, 흑백 표기이기 때문에, 엄밀하게는 표현되어 있지 않지만, 대략, 흑색이 얇은 (흰) 부분일수록, 웨이퍼(W) 면내에서의 전자파 부피 손실 밀도가 큰 것을 나타내고 있다.
Figure 112012105683819-pat00002
... (3)
[식중
Figure 112012105683819-pat00003
는 포인팅 백터,
Figure 112012105683819-pat00004
는 전류 밀도,
Figure 112012105683819-pat00005
는 전기장,
Figure 112012105683819-pat00006
는 자기장을 나타낸다]
Figure 112012105683819-pat00007
… (4)
또, 피처리체가 웨이퍼(W)일 경우, 상기 식 (3), (4)에 있어서는, 주울 손실이 대부분을 차지하기 때문에, 웨이퍼(W)가 단위 부피당 흡수하는 전력 pw와 전기장의 관계는 상기 식 (4)을 변형한 다음 식 (5)로 나타낼 수 있고, 웨이퍼(W)가 단위 부피당 흡수하는 전력 Pw는 거의 전기장의 제곱에 비례한다.
Figure 112012105683819-pat00008
…(5)
도 9a, 도 9b와 비교하면, 본 실시예에 따른 마이크로파 도입 포트(10)의 형상, 배치 및 처리 용기(2)의 측벽부(12) 형상의 조합을 채용한 도 9C에서는 전기장의 편차가 작고, 웨이퍼가 흡수하는 전체 전력 Pw가 커서 전력 흡수 효율이 우수하다는 것이 확인되었다. 또한, 마이크로파 방사 공간(S)을 규정하는 처리실의 내면적에 대한 웨이퍼(W)의 면적의 비(Aｗ)도 도 9a, 9b와 비교하면, 도 9c가 가장 크게 되어 있다.
다음으로, 도 9d 및 도 9e를 참조하여, 처리 용기(2)의 이웃하는 측벽부(12)의 접속 부분의 각부(角部) 내측의 라운딩 가공이 마이크로파의 반사에 미치는 영향에 대해 검토한 시뮬레이션 결과에 대해 설명한다. 도 9d는 시뮬레이션에서 상정한 마이크로파 가열 처리 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 설명도이다. 도 9d에서는 이웃하는 측벽부(12)의 접속 부분의 각부에 라운딩 가공을 실시했을 경우의 측벽부(12)의 형상(내벽면의 위치만을 나타냄)과, 웨이퍼(W)의 위치 관계를 모식적으로 나타내고 있다. 또, 도 9d에서는 도시하지 않은 천장부(11)에 마련된 4개의 마이크로파 도입 포트(10A, 10B, 10C, 10D)의 위치를 웨이퍼(W) 위로 투영해서 나타내고 있다. 도 9d로부터 보아, 측벽부(12A)와 측벽부(12B) 사이, 측벽부(12B)와 측벽부(12C) 사이, 측벽부(12C)와 측벽부(12D) 사이 및 측벽부(12D)와 측벽부(12A) 사이의 각부(C)는 모두 곡률 반경(Rc)으로 라운딩 가공이 실시되어 있다. 또, 다른 구성은 도 1의 마이크로파 가열 처리 장치(1)와 마찬가지로 하였다.
시뮬레이션에서는, 각부(C)의 라운딩 가공의 곡률 반경(Rc)을 0㎜(직각)로부터 18㎜까지 1㎜단위로 변화시켰을 때의 산란 파라미터 S11 및 S31을 해석했다. 여기서, 마이크로파는 마이크로파 도입 포트(10A)로부터 도입하는 설정으로 하였다. S11은 마이크로파 도입 포트(10A)에서의 방사 마이크로파와 반사 마이크로파의 산란 파라미터이며, S31은 마이크로파 도입 포트(10A)로부터 방사되고, 마이크로파 도입 포트(10C)로 반사되는 마이크로파의 산란 파라미터이다.
도 9e에 시뮬레이션 결과를 나타냈다. 도 9e로부터, 곡률 반경(Rc)이 15∼16㎜의 범위에서는, S11, S31 모두 변동이 적고 또한 비교적 낮은 값으로 되어 있다. 따라서 마이크로파 도입 포트(10)에 입사되는 반사파를 억제하고, 마이크로파 전력의 이용 효율을 높이는 관점에서 보면, 처리 용기(2)의 이웃하는 측벽부(12)의 접속 부분의 각부(C)의 라운딩 가공은 곡률 반경(Rc)이 15∼16㎜인 범위 내에서 실시하는 것이 바람직한 것이 확인되었다. 또, 이 시뮬레이션은 처리 용기(2)의 이웃하는 측벽부(12)끼리의 접속 부분의 각부(C)의 라운딩 가공에 대해서 행하였지만, 각 측벽부(12)와 바닥부(13)의 접속 부분의 각부의 라운딩 가공에 대해서도, 마찬가지의 곡률 반경(Rc)을 바람직하게 적용할 수 있는 것으로 생각된다.
이상의 시뮬레이션 결과로부터, 본 실시예의 마이크로파 가열 처리 장치(1)는 처리 용기(2) 내로 방사된 마이크로파의 손실이 감소되어, 전력의 이용 효율 및 가열 효율에 우수한 것이 확인되었다. 또한, 본 실시예의 마이크로파 가열 처리 장치(1)를 이용하는 것에 의해, 웨이퍼(W)에 대하여 균일한 가열 처리를 실현할 수 있는 것도 확인되었다.
[제 2 실시예]
다음으로, 도 10 및 도 11을 참조하면서, 본 발명의 제 2 실시예의 마이크로파 가열 처리 장치에 대해서 설명한다. 도 10은 본 실시예에 대한 마이크로파 가열 처리 장치(1A)의 개략 구성을 나타내는 단면도이다. 도 11은 본 실시예에 따른 마이크로파 가열 처리 장치(1A)의 정류판(23A)에 의한 마이크로파의 반사 기구를 설명하는 도면이다.
본 실시예에 대한 마이크로파 가열 처리 장치(1A)는 피처리체인 웨이퍼(W)를 수용하는 처리 용기(2)와, 처리 용기(2) 내에 마이크로파를 도입하는 마이크로파 도입 장치(3)와, 처리 용기(2) 내에서 웨이퍼(W)를 지지하는 지지 장치(4)와, 처리 용기(2) 내에 가스를 공급하는 가스 공급 기구(5A)와, 처리 용기(2) 내를 감압 배기하는 배기 장치(6)와, 이들 마이크로파 가열 처리 장치(1A)의 각 구성부를 제어하는 제어부(8)를 구비하고 있다. 본 실시예의 마이크로파 가열 처리 장치(1A)와, 제 1 실시예에 따른 마이크로파 가열 처리 장치(1)의 상이점은, 가스 공급 기구(5A)에서의 정류판(23A)의 형상이다. 따라서 도 10에서, 도 1과 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다. 또, 도 10에서는, 반출입구(12a) 및 게이트 밸브(GV)는 도시를 생략하고 있다.
본 실시예에 있어서도, 가스 공급 기구(5A)에서의 샤워 헤드부(22) 및 정류판(23A)은 마이크로파 방사 공간(S)의 하단을 규정하는 칸막이부로서의 역할을 겸하고 있다. 그리고 마이크로파 가열 처리 장치(1A)는 마이크로파를 웨이퍼(W) 방향으로 반사시키는 경사부를 갖는 정류판(23A)을 구비하고 있다. 즉, 웨이퍼(W)의 주위를 둘러싸도록 마련된 정류판(23A)의 상면은 웨이퍼(W) 측(내측)으로부터 측벽부(12) 측(외측)을 향해 확산되도록 경사져 있다. 경사부의 각도와 폭은 측벽부(12)의 내벽면을 따라 일정하다. 또, 샤워 헤드부(22) 및 정류판(23A)은, 예컨대, 알루미늄, 알루미늄 합금, 스테인리스 스틸 등의 금속 재료로 형성되어 있다.
본 실시예에서는, 웨이퍼(W)의 주위로부터 그 중심에 마이크로파를 효율적으로 집중시키기 위해, 웨이퍼(W)의 높이를 기준 위치 Po로 하여, 해당 기준 위치 Po보다 상방 위치 P1과 하방 위치 P2를 포함하는 경사면을 갖도록 정류판(23A)의 경사부를 마련하고 있다. 즉, 도 11에 도시하는 바와 같이, 정류판(23A)의 경사한 상면(경사부)의 상단은 지지 핀(14)에 지지된 웨이퍼(W)보다 상방에 위치한다(상방 위치 P1). 또한, 정류판(23A)의 경사진 상면(경사부)의 하단은, 지지 핀(14)에 지지된 웨이퍼(W)보다 아래쪽에 위치한다(하방 위치 P2). 도 11에서는, 정류판(23A)의 경사부에서 반사하는 마이크로파의 방향을 전자계 벡터(100, 101)에 의해 모식적으로 나타냈다. 경사부에 의해, 마이크로파 방사 공간(S) 내를 산란하여 아래쪽으로, 즉 처리 용기(2)의 천장부(11)측으로부터 정류판(23A) 측을 향하는 마이크로파를 반사시켜, 웨이퍼(W)의 중심을 향하는 방향으로 변화시킬 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼(W) 주위로부터 그 중심에 마이크로파를 집중시켜, 반사파를 이용하여 가열 효율을 높이고, 웨이퍼(W)의 전면(全面)을 균일하게 가열할 수 있다.
또, 정류판(23A) 상면(경사부)의 각도는 임의이고, 각 마이크로파 도입 포트(10)로부터 방사되는 마이크로파를 효율적으로 웨이퍼(W) 방향으로 반사할 수 있는 각도이면 좋다. 구체적으로는, 마이크로파 도입 포트(10)의 배치, 형상(예컨대, 상기 비(L1/L2)), 갭(G) 등을 감안하여 적절히 설정할 수 있다.
본 실시예의 마이크로파 가열 처리 장치(1A)에서는 정류판(23A)에 경사부를 마련함으로써, 별도의 부재로 경사부를 마련하는 경우와 비교하여, 부품 개수를 삭감하여, 장치 구성의 간소화를 실현하고 있다.
본 실시예의 마이크로파 가열 처리 장치(1A)에 있어서의 다른 구성 및 효과는 제 1 실시예의 마이크로파 가열 처리 장치(1)와 마찬가지이다. 즉, 본 실시예에서도, 처리 용기(2)의 4개의 측벽부(12)는 서로 직교로 접속되어 있고, 4개의 마이크로파 도입 포트(10)는, 각각, 그 장변과 단변이 4개의 측벽부(12A, 12B, 12C, 12D)의 내벽면에 평행해지도록 마련되어 있다. 또한, 4개의 마이크로파 도입 포트(10)는 상호 90° 각도를 변경한 회전 위치에 배치되어 있고, 각 마이크로파 도입 포트(10)는 각각의 장변에 수직인 방향에 평행 이동시켰을 경우에, 평행한 장변을 갖는 다른 마이크로파 도입 포트(10)에 겹치지 않도록 배치되어 있다. 또한, 4개의 마이크로파 도입 포트(10) 중 서로 인접하지 않는 2개의 마이크로파 도입 포트(10)는 각각의 중심축(AC)이 동일 직선상에 겹치지 않도록 배치되어 있다. 따라서 하나의 마이크로파 도입 포트(10)로부터 도입된 마이크로파가 다른 마이크로파 도입 포트(10)로 진입 하는 것을 될 수 있는 한 회피할 수 있는 배치로 되어 있다. 그리고 이러한 마이크로파 도입 포트(10)의 배치에 더하여, 본 실시예에서는, 웨이퍼(W)의 주위로부터 그 중심에 마이크로파를 효율적으로 집중시키기 위해, 정류판(23A)에 경사부를 마련하고 있다. 따라서 각 마이크로파 도입 포트(10)로부터 방사되는 마이크로파의 손실을 최소한으로 억제하면서, 웨이퍼(W)의 중심에 마이크로파 및 반사파를 집중시켜서 이용 효율을 높여, 웨이퍼(W)의 가열 효율을 높일 수 있게 되어 있다.
또, 본 실시예에서는, 가스 공급 기구(5A)에서의 샤워 헤드부(22) 및 정류판(23A)에 의해, 마이크로파 방사 공간(S)의 하단이 규정되기 때문에, 정류판(23A)의 상면을 경사부로 하고 있다. 그러나, 예컨대, 샤워 헤드부(22) 및 정류판(23A)을 구비하지 않은 마이크로파 가열 처리 장치의 경우는, 처리 용기(2)의 바닥부(13)에 경사부를 마련할 수도 있다. 이 경우, 경사부로서, 바닥부(13)의 내벽면의 일부를 소정 각도로 경사시켜도 좋고, 경사부를 갖는 별도의 부재를 바닥부(13) 상에 배치해도 좋다.
또한, 마이크로파를 반사시키는 경사부는 마이크로파 방사 공간(S)의 하부에 한정되지 않고, 상부에 마련해도 좋다. 예컨대, 도시는 생략하지만, 천장부(11)와 측벽부(12)가 이루는 각으로 경사부를 마련해도 좋다.
[제 3 실시예]
다음으로, 도 12∼도 14를 참조하면서, 본 발명의 제 3 실시예에 대한 마이크로파 가열 처리 장치에 대해서 설명한다. 도 12는 본 실시예에 대한 마이크로파 가열 처리 장치(1B)의 개략 구성을 나타내는 단면도이다. 도 13은 천장부(11) 내부에 마이크로파를 전송하는 도파로를 갖는 어댑터 부재로서의 마이크로파 도입 어댑터(50)를 장착한 상태를 나타내는 설명도이다. 도 14는 마이크로파 도입 어댑터(50)에 형성된 홈의 상태를 나타내는 설명도이다. 본 실시예에 따른 마이크로파 가열 처리 장치(1B)는 연속하는 복수의 동작을 수반하고, 예컨대, 반도체 디바이스 제조용 반도체 웨이퍼(W)에 대하여, 마이크로파를 조사하여 어닐링 처리를 실시하는 장치이다. 이하의 설명에서는, 제 1 실시예의 마이크로파 가열 처리 장치(1)와의 상이점을 중심으로 설명하고, 도 12∼도 14에 나타내는 마이크로파 가열 처리 장치(1B)에 있어서, 제 1 실시예의 마이크로파 가열 처리 장치(1)와 같은 구성에는 동일한 부호를 부여해서 설명을 생략한다.
마이크로파 가열 처리 장치(1B)는 피처리체인 웨이퍼(W)를 수용하는 처리 용기(2)와, 처리 용기(2) 내에 마이크로파를 도입하는 마이크로파 도입 장치(3A)와, 처리 용기(2) 내에서 웨이퍼(W)를 지지하는 지지 장치(4)와, 처리 용기(2) 내에 가스를 공급하는 가스 공급 기구(5)와, 처리 용기(2) 내를 감압 배기하는 배기 장치(6)와, 이들 마이크로파 가열 처리 장치(1B)의 각 구성부를 제어하는 제어부(8)를 구비하고 있다.
마이크로파 도입 장치(3A)는 처리 용기(2)의 상부에 마련되어, 처리 용기(2) 내에 전자파(마이크로파)를 도입하는 마이크로파 도입 수단으로서 기능한다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 마이크로파 도입 장치(3A)는 마이크로파를 처리 용기(2)에 도입하는 복수의 마이크로파 유닛(30)과, 복수의 마이크로파 유닛(30)에 접속된 고전압 전원부(40)와, 도파관(32)과 마이크로파 도입 포트(10) 사이에서 마이크로파를 전송 가능하게 접속하는 마이크로파 도입 어댑터(50)를 갖고 있다.
본 실시예에서는, 복수의 마이크로파 유닛(30)의 구성은 모두 동일하다. 각 마이크로파 유닛(30)은 웨이퍼(W)를 처리하기 위한 마이크로파를 생성하는 마그네트론(31)과, 마그네트론(31)에서 생성된 마이크로파를 처리 용기(2)에 전송하는 도파관(32)과, 마이크로파 도입 포트(10)를 막도록 천장부(11)에 고정된 투과창(33)을 갖고 있다. 마이크로파 유닛(30)은, 또한, 도파관(32)의 도중에 마련된 서큘레이터(34), 검출기(35) 및 튜너(36)와, 서큘레이터(34)에 접속된 더미 로드(37)를 갖고 있다.
도 13에 도시하는 바와 같이, 마이크로파 도입 어댑터(50)는 금속제의 복수의 블럭체가 집합하는 것에 의해 구성되어 있다. 즉, 마이크로파 도입 어댑터(50)는 중앙에 배치된 하나의 대형 중심 블럭(51)과, 중심 블럭(51)의 주위에 인접하여 배치된 4개의 보조 블럭(52A, 52B, 52C, 52D)을 갖고 있다. 이들 블럭체는, 예컨대, 볼트 등의 고정 수단에 의해 천장부(11)에 고정되어 있다.
도 14에 도시하는 바와 같이, 중심 블럭(51)은 그 측면에 복수의 홈(51a)을 갖고 있다. 홈(51a)은 중심 블럭(51)의 측부에서, 중심 블럭(51)의 상면으로부터 하면에 이르기까지 대략 S자형을 이루도록 형성되어 있다. 홈(51a)의 수는 마이크로파 유닛(30)의 수에 대응하고, 본 실시예에서는 4개이다.
각 보조 블럭(52A∼52D)은 중심 블럭(51)과 조합되어 마이크로파 도입 어댑터(50)를 구성한다. 각 보조 블럭(52A∼52D)은 중심 블럭(51)의 홈(51a)에 대응하여 배치된다. 즉, 각 보조 블럭(52A∼52D)은 중심 블럭(51)의 홈(51a)이 형성된 측면에 밀착한 상태에서 고정된다. 그리고 중심 블럭(51)의 측면에서의 홈(51a)의 개방 부분을 각 보조 블럭(52A∼52D)에 의해 막는 것에 따라, 마이크로파를 전송 가능한 대략 S자형을 이루는 도파로(53)가 형성된다. 즉 홈(51a) 내의 3개의 벽과, 각 보조 블럭(52A∼52D)의 1개의 벽에 의해 도파로(53)가 형성된다. 도파로(53)는 마이크로파 도입 어댑터(50)의 상면으로부터 하면에 이르는 관통 개구이다. 도파로(53)의 상단은 도파관(32)의 하단에 접속되고, 도파로(53)의 하단은 마이크로파 도입 포트(10)를 막는 투과창(33)에 접속된다. 도파관(32)은 도파로(53)에 위치 정렬 하고, 예컨대, 볼트 등의 고정 수단으로 마이크로파 도입 어댑터(50)에 고정된다. 도파로(53)를 S자형 형상으로 하는 것은 마이크로파의 전송 손실을 매우 적게 하면서, 도파관(32)과 마이크로파 도입 포트(10)의 위치를 수평 방향으로 어긋나게 하기 위함이다. 이와 같이, 복수의 블럭체를 조합해서 이용함으로써, 간편한 금속 가공으로 전송 손실이 적은 도파로(53)를 형성할 수 있게 된다.
본 실시예의 마이크로파 가열 처리 장치(1B)에서는 마이크로파 도입 어댑터(50)를 이용함으로써, 각 마이크로파 유닛(30) 및 마이크로파 도입 포트(10)의 배치의 자유도를 대폭 향상시킬 수 있다. 마이크로파 가열 처리 장치(1B)에서는 처리 용기(2)의 상부에 4개의 마이크로파 유닛(30)의 각 구성부를 배치해야 한다. 그러나 처리 용기(2)의 상방의 설치 공간은 제한적이기 때문에, 마이크로파 도입 포트(10)에 직접 도파관(32)을 접속하는 구성은, 인접하는 마이크로파 유닛(30)끼리의 간섭에 의해, 마이크로파 도입 포트(10)의 배치가 제약을 받는 경우가 있다. 본 실시예에서 이용하는 마이크로파 도입 어댑터(50)는 S자형의 도파로(53)에 의해, 도파관(32)과 마이크로파 도입 포트(10)의 상대적인 위치를 서로 상하로 겹치는 고정적인 배치로부터, 서로 상하로 겹치지 않든지, 부분적으로만 겹치지 않는 배치(즉, 가로 방향으로 어긋난 배치)로 플렉시블하게 조절할 수 있다. 따라서 마이크로파 도입 어댑터(50)를 이용함에 따라, 마이크로파 유닛(30)의 설치 스페이스에 제약을 받지 않고, 마이크로파 도입 포트(10)를 천장부(11)의 임의인 위치에 마련할 수 있다. 예컨대, 4개의 마이크로파 도입 포트(10)를 천장부(11)의 중앙 부근에 집중해서 배치할 경우에, 마이크로파 도입 어댑터(50)를 이용함으로써, 마이크로파 유닛(30)끼리의 간섭을 피할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시예의 마이크로파 가열 처리 장치(1B)는 마이크로파 도입 어댑터(50)를 이용함으로써, 마이크로파 도입 포트(10)의 배치 자유도가 대폭 향상된다. 따라서 본 실시예의 마이크로파 가열 처리 장치(1B)에 의하면, 웨이퍼(W)의 면내에서의 가열의 균일성을 높여, 웨이퍼(W)에 대하여 균일한 가열 처리를 실행하는 것이 가능하다.
본 실시예의 마이크로파 가열 처리 장치(1B)에 있어서의 다른 구성 및 효과는 제 1 실시예의 마이크로파 가열 처리 장치(1)와 마찬가지이므로 설명을 생략한다. 또, 마이크로파 도입 어댑터(50)는 마이크로파 도입 포트(10)의 배치나 개수에 따라 여러 가지 크기와 형상의 블럭체를 이용할 수 있다. 예컨대, 중심 블럭(51)을 마련하지 않고, 보조 블럭(52A∼52D)과 같은 소형의 블럭체를 2개씩 조합하여 도파로를 형성하도록 해도 좋다. 또한, 본 실시예에서는, 마이크로파 도입 어댑터(50)가 각 마이크로파 유닛(30)에 공통하여 마련되고 있지만, 각 마이크로파 유닛(30)에 대해서, 개별적으로 마이크로파 도입 어댑터(50)를 마련해도 좋다. 또한, 마이크로파 유닛(30)의 1구성 부분으로서 마이크로파 도입 어댑터(50)가 포함되는 구성으로 하여도 좋다. 또, 마이크로파 도입 어댑터(50)는 제 2 실시예의 마이크로파 가열 처리 장치(1A)에도 적용할 수 있다.
또, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 여러 가지의 변경이 가능하다. 예컨대, 본 발명의 마이크로파 가열 처리 장치는 반도체 웨이퍼를 피처리체로 할 경우에 한정되지 않고, 예컨대, 태양 전지 패널의 기판이나 플랫 패널 디스플레이용 기판을 피처리체로 하는 마이크로파 가열 처리 장치에도 적용할 수 있다.
또한, 마이크로파 유닛(30)(마그네트론(31))의 수나 마이크로파 도입 포트(10)의 수, 또한 처리 용기(2)에 동시에 도입되는 마이크로파의 수는 상기 실시예에서 설명한 수에 한정되지 않는다. 예컨대, 마이크로파 가열 처리 장치는, 예컨대, 2 내지 3개, 혹은 5개 이상의 마이크로파 도입 포트(10)를 갖고 있어도 좋다.
1 : 마이크로파 가열 처리 장치 2 : 처리 용기
3 : 마이크로파 도입 장치 4 : 지지 장치
5 : 가스 공급 기구 5a : 가스 공급 장치
6 : 배기 장치 8 : 제어부
10, 10A, 10B, 10C, 10D : 마이크로파 도입 포트
12, 12A, 12B, 12C, 12D : 측벽부
30 : 마이크로파 유닛 31 : 마그네트론
32 : 도파관 33 : 투과창
34 : 서큘레이터 35 : 검출기
36 : 튜너 37 : 더미 로드
40 : 고전압 전원부 41 : AC-DC 변환 회로
42 : 스위칭 회로 43 : 스위칭 컨트롤러
44 : 승압 트랜스 45 : 정류 회로
81 : 프로세스 컨트롤러 82 : 유저 인터페이스
83 : 기억부 W : 반도체 웨이퍼

Claims (8)

  1. 내부에 마이크로파 방사 공간을 가짐과 아울러 피처리체를 수용하는 처리 용기와,
    상기 피처리체를 가열 처리하기 위한 마이크로파를 생성하여 상기 처리 용기에 도입하는 마이크로파 도입 장치
    를 구비한 마이크로파 가열 처리 장치로서,
    상기 처리 용기는 상벽, 저벽 및 상호 접속된 4개의 측벽을 갖고,
    상기 마이크로파 도입 장치는 제 1 내지 제 4 마이크로파원을 갖고,
    상기 상벽은, 상기 제 1 내지 제 4 마이크로파원의 각각에서 생성된 상기 마이크로파를 상기 처리 용기에 도입하는 제 1 내지 제 4 마이크로파 도입 포트를 갖고,
    상기 제 1 내지 제 4 마이크로파 도입 포트는, 각각, 평면에서 보아 장변과 단변을 갖는 직사각형을 이루고, 그 장변과 단변이, 상기 4개의 측벽의 내벽면에 평행해지도록 마련되며,
    각 마이크로파 도입 포트는 서로 90°각도를 변경한 회전 위치에 배치되고, 또한 상기 장변에 수직인 방향으로 평행 이동시켰을 경우에, 평행한 장변을 갖는 다른 마이크로파 도입 포트와 겹치지 않도록 배치되어 있는
    것을 특징으로 하는 마이크로파 가열 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로파 도입 포트의 장변 길이(L1)와 단변 길이(L2)의 비(L1/L2)가 4 이상인 것을 특징으로 하는 마이크로파 가열 처리 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 4 마이크로파 도입 포트는 서로 인접하는 2개의 마이크로파 도입 포트의 장변 방향에 평행한 중심축이 서로 직교하도록, 또한, 서로 인접하지 않는 2개의 마이크로파 도입 포트의 상기 중심축이 동일 직선상에 겹치지 않도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 가열 처리 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 마이크로파 방사 공간은, 상기 상벽과, 상기 4개의 측벽과, 상기 상벽과 상기 저벽 사이에 마련된 칸막이부에 의해 구획되어 있고, 상기 칸막이부에, 마이크로파를 피처리체의 방향으로 반사시키는 경사부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 가열 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 경사부는, 상기 피처리체의 높이를 기준 위치로 하여, 해당 기준 위치보다 상방 위치와 하방 위치를 포함하는 경사면을 갖고, 또한 상기 피처리체를 둘러싸도록 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 가열 처리 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 마이크로파 도입 장치는
    마이크로파를 상기 처리 용기를 향해 전송하는 도파관과,
    상기 처리 용기 상벽의 외측에 장착되어, 복수의 금속제의 블럭체로 구성된 어댑터 부재
    를 구비하되,
    상기 어댑터 부재는 내부에 마이크로파를 전송하는 S자형을 한 도파로를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 가열 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 도파로는 그 일단측이 상기 도파관에 접속되고, 타단측이 상기 마이크로파 도입 포트에 접속되는 것에 의해, 상기 도파관과 상기 마이크로파 도입 포트의 일부 혹은 전부가 서로 상하로 겹치지 않는 위치에서 접속하고 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 가열 처리 장치.
  8. 삭제
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