KR102204253B1 - 발열체, 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

발열체, 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 Download PDF

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유키토모 히로치
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가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭
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Abstract

마이크로파에 의해 기판 보지구에 보지된 기판을 가열하여 처리하는 기판 처리 장치에 이용되는 발열체로서, 상기 마이크로파에 의해 발열되는 유전체에 의해 환 형상으로 형성되고, 상기 기판의 외주보다 외측에 내주가 위치하는 것과 함께 상기 기판과 접촉하지 않는 위치에서 상기 기판 보지구에 보지되는 발열체를 포함하는 기술을 제공할 수 있다.

Description

발열체, 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법{HEATING ELEMENT, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 발열체, 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 장치(반도체 디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서, 예컨대 가열 장치를 이용하여 처리실 내의 기판을 가열하여, 기판의 표면에 성막된 박막 중의 조성이나 결정(結晶) 구조를 변화시키거나 성막된 박막 내의 결정 결함 등을 수복하는 어닐링 처리로 대표되는 개질 처리가 있다. 최근의 반도체 디바이스에서는 미세화, 고집적화가 현저해지고 있으며, 이에 따라 높은 애스펙트비를 가지는 패턴이 형성된 고밀도의 기판에 대한 개질 처리가 요구되고 있다. 이러한 고밀도 기판에 대한 개질 처리 방법으로서 마이크로파를 이용한 열처리 방법이 검토되고 있다.
1. 일본 특개 2015-070045
종래의 마이크로파를 이용한 처리에서는 기판 등의 처리실 내부의 구성 부품의 외연(外緣)인 에지부에 마이크로파가 집중되어 에지부가 과가열되는 에지 효과가 발생해 기판을 균일하게 처리하는 것이 곤란해지는 경우가 있다.
본 발명의 목적은 기판을 균일하게 처리하는 것이 가능한 마이크로파 처리 기술을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 마이크로파에 의해 기판 보지구(保持具)에 보지된 기판을 가열하여 처리하는 기판 처리 장치에 이용되는 발열체로서, 상기 마이크로파에 의해 발열되는 유전체에 의해 환 형상[環狀]으로 형성되고, 상기 기판의 외주보다 외측에 내주가 위치하는 것과 함께 상기 기판과 접촉하지 않는 위치에서 상기 기판 보지구에 보지되는 발열체를 포함하는 기술이 제공된다.
본 발명에 따르면, 기판을 균일하게 처리하는 것이 가능한 마이크로파 처리 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 개략 구성을 도시한 종단면도(縱斷面圖).
도 2는 본 발명의 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 개략 구성을 도시한 횡단면도(橫斷面圖).
도 3은 본 발명의 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 매엽형(枚葉型) 처리로의 개략 구성도이며, 처리로 부분을 종단면도로 도시하는 도면.
도 4는 본 발명에서 바람직하게 이용되는 기판 처리 장치의 컨트롤러의 개략 구성도.
도 5는 본 발명에서의 기판 처리의 플로우를 도시하는 도면.
도 6의 (A)는 본 발명의 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 기판 보지구의 개략 구성도.
도 6의 (B)는 본 발명의 실시 형태에서 바람직하게 이용되는 서셉터의 전체 사시도.
도 7의 (A)는 도 6의 (A)에 도시한 기판 보지구에, 도 6의 (B)에 도시한 서셉터를 보지한 경우를 도시한 수평 단면도.
도 7의 (B)는 도 6의 (A)에 도시한 기판 보지구에, 도 6의 (B)에 도시한 서셉터를 보지한 경우를 도시한 측면도.
도 8의 (A)는 서셉터를 이용하지 않고 기판 처리를 수행한 경우의 에지 효과를 도시하는 모식도.
도 8의 (B)는 도 6의 (B)에서 도시한 서셉터를 이용하여 기판 처리를 수행한 경우의 에지 효과를 도시하는 모식도.
도 9의 (A)는 서셉터를 이용하지 않고 기판 처리를 수행한 경우의 시트 저항 분포를 도시한 도면.
도 9의 (B)는 서셉터를 이용하지 않고 기판 처리를 수행한 경우의 시트 저항 분포를 도시한 그래프.
도 9의 (C)는 도 6의 (B)에 도시한 서셉터를 이용하여 기판 처리를 수행한 경우의 시트 저항 분포를 도시한 도면.
도 9의 (D)는 도 6의 (B)에 도시한 서셉터를 이용하여 기판 처리를 수행한 경우의 시트 저항 분포를 도시한 그래프.
도 9의 (E)는 원반 형상의 서셉터를 이용하여 기판 처리를 수행한 경우의 시트 저항 분포를 도시한 도면.
도 9의 (F)는 원반 형상의 서셉터를 이용하여 기판 처리를 수행한 경우의 시트 저항 분포를 도시한 그래프.
도 10의 (A)는 본 발명의 실시 형태의 변형예 1에서 바람직하게 이용되는 기판 보지구의 개략 구성도.
도 10의 (B)는 본 발명의 실시 형태의 변형예 1에서 바람직하게 이용되는 서셉터의 전체 사시도.
도 11의 (A)는 도 10의 (A)에 도시한 기판 보지구에, 도 10의 (B)에 도시한 서셉터를 보지한 경우를 도시한 수평 단면도.
도 11의 (B)는 도 10의 (A)에 도시한 기판 보지구에, 도 10의 (B)에 도시한 서셉터를 보지한 경우를 도시한 측면도.
도 12의 (A)는 본 발명의 실시 형태의 변형예 2에서 바람직하게 이용되는 기판 보지 구조의 개략 구성도.
도 12의 (B)는 본 발명의 실시 형태의 변형예 2에서 바람직하게 이용되는 서셉터의 전체 사시도.
도 13의 (A)는 도 12의 (A)에 도시한 기판 보지 구조에, 도 12의 (B)에 도시한 서셉터를 보지한 경우를 도시한 수평 단면도.
도 13의 (B)는 도 12의 (A)에 도시한 기판 보지구에, 도 12의 (B)에 도시한 서셉터를 보지한 경우를 도시한 측면도.
<본 발명의 일 실시 형태>
이하, 본 발명의 일 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
(1) 기판 처리 장치의 구성
본 실시 형태에서 본 발명에 따른 기판 처리 장치(100)는 웨이퍼에 각종의 열처리를 수행하는 매엽식 열처리 장치로서 구성되고, 후술하는 전자파를 이용한 어닐링 처리(개질 처리)를 수행하는 장치로서 설명한다. 본 실시 형태에서의 기판 처리 장치(100)에서는 기판으로서의 웨이퍼(200)를 내부에 수용한 수납 용기(캐리어)로서 FOUP(Front Opening Unified Pod: 이하, 포드라고 부른다)(110)가 사용된다. 포드(110)는 웨이퍼(200)를 각종 기판 처리 장치 간을 반송하기 위한 반송 용기로서도 이용된다.
도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이 기판 처리 장치(100)는 웨이퍼(200)를 반송하는 반송실(반송 영역)(203)을 내부에 포함하는 반송 광체(筐體)(202)와, 반송 광체(202)의 측벽에 설치되고 웨이퍼(200)를 처리하는 처리실(201-1, 201-2)을 각각 내부에 포함하는 후술하는 처리 용기로서의 케이스(102-1, 102-2)를 구비한다. 반송실(203)의 광체 전측(前側)인 도 1의 정면 우측(도 2의 정면 하측)에는, 포드(110)의 덮개를 개폐하고 웨이퍼(200)를 반송실(203)에 반송·반출하기 위한 포드 개폐 기구로서의 로드 포트 유닛(LP)(106)이 배치된다. 로드 포트 유닛(106)은 광체(106a)와 스테이지(106b)와 오프너(106c)를 구비하고, 스테이지(106b)는 포드(110)를 재치하여 반송실(203)의 광체 전방(前方)에 형성된 기판 반입반출구(134)에 포드(110)를 근접시키도록 구성되고, 오프너(106c)에 의해 포드(110)에 설치된 미도시의 덮개를 개폐시킨다. 또한 반송 광체(202)는 반송실(203) 내를 N2 등의 퍼지 가스를 순환시키기 위한 클린 유닛(166)을 설치한 퍼지 가스 순환 구조를 가진다.
반송실(203)의 반송 광체(202) 후측인 도 1의 정면 좌측(도 2의 정면 상측)에는 처리실(201-1, 201-2)을 개폐하는 게이트 밸브(205-1, 205-2)가 각각 배치된다. 반송실(203)에는 웨이퍼(200)를 이재하는 기판 이재 기구(기판 이재 로봇)로서의 이재기(125)가 설치된다. 이재기(125)는 웨이퍼(200)를 재치하는 재치부로서의 트위저(암)(125a-1, 125a-2)와, 트위저(125a-1, 125a-2)의 각각을 수평 방향으로 회전 또는 직동(直動) 가능한 이재 장치(125b)와, 이재 장치(125b)를 승강시키는 이재 장치 엘리베이터(125c)로 구성된다. 트위저(125a-1, 125a-2), 이재 장치(125b), 이재 장치 엘리베이터(125c)의 연속 동작에 의해 후술하는 기판 보지구(217)나 포드(110)에 웨이퍼(200)를 장전(charging) 또는 탈장(discharging)하는 것이 가능한 구성으로 한다. 이후, 케이스(102-1, 102-2), 처리실(201-1, 201-2), 트위저(125a-1, 125a-2)의 각각은 특히 구별해서 설명할 필요가 없는 경우에는 단순히 케이스(102), 처리실(201), 트위저(125a)로서 기재한다.
도 1에 도시하는 바와 같이 반송실(203)의 상방(上方) 공간이며, 클린 유닛(166)보다 하방(下方)에는 처리한 웨이퍼(200)를 냉각하기 위한 웨이퍼 냉각용 재치구(108)가 웨이퍼 냉각 테이블(109) 상에 설치된다. 웨이퍼 냉각용 재치구(108)는 후술하는 기판 보지구로서의 보트(217)와 마찬가지의 구조를 가지고, 복수의 웨이퍼 보지 홈[溝](보지부)에 의해 복수 매의 웨이퍼(200)를 수직 다단으로 수평 보지하는 것이 가능하도록 구성된다. 웨이퍼 냉각용 재치구(108) 및 웨이퍼 냉각 테이블(109)은 기판 반입반출구(134) 및 게이트 밸브(205)의 설치 위치보다 상방에 설치되는 것에 의해 웨이퍼(200)를 이재기(125)에 의해 포드(110)로부터 처리실(201)에 반송할 때의 동선 상에서 벗어나기 때문에, 웨이퍼 처리의 스루풋을 저하시키지 않고 처리 후의 웨이퍼(200)를 냉각하는 것을 가능하게 한다. 이후, 웨이퍼 냉각용 재치구(108)와 웨이퍼 냉각 테이블(109)을 총칭하여 냉각 에어리어(냉각 영역)이라고 부르는 경우도 있다.
여기서 포드(110) 내의 압력, 반송실(203) 내의 압력 및 처리실(201) 내의 압력은 모두 대기압 또는 대기압보다 10Pa 내지 200Pa(계기 압력) 정도 높은 압력으로 제어된다. 반송실(203) 내의 압력이 처리실(201)의 압력보다 높고, 또한 처리실(201) 내의 압력이 포드(110) 내의 압력보다 높게 하는 것이 바람직하다.
(처리로)
도 1의 파선으로 둘러싸인 영역A에는 도 3에 도시하는 바와 같은 기판 처리 구조를 가지는 처리로가 구성된다. 도 2에 도시하는 바와 같이 본 실시 형태에서는 처리로가 복수 설치되지만, 처리로의 구성은 동일하기 때문에 일방(一方)의 구성을 설명하고, 타방(他方)의 처리로 구성의 설명은 생략한다. 도 3에 도시하는 바와 같이 처리로는 금속등의 전자파를 반사하는 재료로 구성되는 캐비티(처리 용기)로서의 케이스(102)를 포함한다. 또한 케이스(102)의 천장면에는 금속 재료로 구성된 캡 플랜지(폐색판)(104)가 봉지 부재(씰 부재)로서의 O링(미도시)을 개재하여 케이스(102)의 천장면을 폐색(閉塞)하도록 구성한다. 주로 케이스(102)와 캡 플랜지(104)의 내측 공간을 실리콘 웨이퍼 등의 기판을 처리하는 처리실(201)로서 구성한다. 케이스(102)의 내부에 전자파를 투과시키는 석영제의 미도시의 반응관을 설치해도 좋고, 반응관 내부가 처리실이 되도록 처리 용기를 구성해도 좋다. 또한 캡 플랜지(104)를 설치하지 않고, 천장이 폐색된 케이스(102)를 이용하여 처리실(201)을 구성하도록 해도 좋다.
처리실(201) 내에는 재치대(210)가 설치되고, 재치대(210)의 상면에는 기판으로서의 웨이퍼(200)를 보지하는 기판 보지구로서의 보트(217)가 재치된다. 보트(217)에는 처리 대상인 웨이퍼(200)와, 웨이퍼(200)를 개재하도록 웨이퍼(200)의 수직 방향 상하에 재치된 단열판으로서의 석영 플레이트(101a, 101b)가 소정의 간격으로 보지된다. 또한 석영 플레이트(101a, 101b)와 웨이퍼(200) 사이에는, 각각 예컨대 실리콘 플레이트(Si 판)이나 탄화실리콘 플레이트(SiC판) 등의 전자파를 흡수하여 스스로 가열되는(발열되는) 유전체 등의 유전물질로 형성되고, 웨이퍼(200)를 간접적으로 가열하는 서셉터(에너지 변환 부재, 복사판, 균열판, 발열체라고도 부른다.)(103a, 103b)를 재치해도 좋다. 이와 같이 구성하는 것에 의해 서셉터(103a, 103b)로부터의 복사열에 의해 웨이퍼(200)를 보다 효율적으로 균일하게 가열하는 것이 가능해진다. 본 실시 형태에서 석영 플레이트(101a, 101b) 및 서셉터(103a, 103b)는 각각 동일한 부품이며, 이후 특히 구별해서 설명할 필요가 없는 경우에는 석영 플레이트(101), 서셉터(103)라고 불러서 설명한다.
처리 용기로서의 케이스(102)는 예컨대 횡단면이 원형이며 평평한 밀폐 용기로서 구성된다. 또한 하부 용기로서의 반송 광체(202)는 예컨대 알루미늄(Al)이나 스텐레스(SUS) 등의 금속 재료 또는 석영 등에 의해 구성된다. 또한 케이스(102)에 둘러싸인 공간을 처리 공간으로서의 처리실(201) 또는 반응 영역(201)이라고 부르고, 반송 광체(202)에 둘러싸인 공간을 반송 공간으로서의 반송실(203) 또는 반송 영역(203)이라고 부르는 경우도 있다. 또한 처리실(201)과 반송실(203)은 본 실시 형태와 같이 수평 방향에 인접시켜서 구성하는 것에 한정되지 않고, 수직 방향에 인접시키는 구성으로 해도 좋다.
도 1, 도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이 반송 광체(202)의 측면에는 게이트 밸브(205)에 인접한 기판 반입반출구(206)가 설치되고, 웨이퍼(200)는 기판 반입반출구(206)를 개재하여 처리실(201)과 반송실(203) 사이를 이동한다.
케이스(102)의 측면에는 후술하는 가열 장치로서의 전자파 공급부가 설치되고, 전자파 공급부로부터 공급된 마이크로파 등의 전자파가 처리실(201)에 도입되어 웨이퍼(200) 등을 가열하고, 웨이퍼(200)를 처리한다.
재치대(210)는 회전축으로서의 샤프트(255)에 의해 지지된다. 샤프트(255)는 케이스(102)의 저부(底部)를 관통하고, 또한 반송 광체(202)의 외부에서 회전 동작을 수행하는 구동(驅動) 기구(267)에 접속된다. 구동 기구(267)를 작동시켜서 샤프트(255) 및 재치대(210)를 회전시키는 것에 의해 보트(217) 상에 재치되는 웨이퍼(200)를 회전시키는 것이 가능하도록 이루어진다. 또한 샤프트(255) 하단부의 주위는 벨로즈(212)에 의해 피복되고, 처리실(201) 및 반송 영역(203) 내는 기밀하게 보지된다. 여기서 재치대(210)는 기판 반입반출구(206)의 높이에 따라, 구동 기구(267)에 의해 웨이퍼(200) 반송 시에는 웨이퍼(200)가 웨이퍼 반송 위치가 되도록 상승 또는 하강하고, 웨이퍼(200) 처리 시에는 웨이퍼(200)가 처리실(201) 내의 처리 위치(웨이퍼 처리 위치)까지 상승 또는 하강하도록 구성되어도 좋다.
처리실(201)의 하방이며, 재치대(210)의 외주측에는 처리실(201)의 분위기를 배기하는 배기부가 설치된다. 도 3에 도시하는 바와 같이 배기부에는 배기구(221)가 설치된다. 배기구(221)에는 배기관(231)이 접속되고, 배기관(231)에는 처리실(201) 내의 압력에 따라 밸브 개도를 제어하는 APC 밸브 등의 압력 조정기(244), 진공 펌프(246)가 순서대로 직렬로 접속된다. 여기서 압력 조정기(244)는 처리실(201) 내의 압력 정보[후술하는 압력 센서(245)로부터의 피드백 신호]를 수신하여 배기량을 조정할 수 있는 것이라면 APC 밸브에 한정되지 않고, 통상의 개폐 밸브와 압력 조정 밸브를 병용하도록 구성되어도 좋다.
주로 배기구(221), 배기관(231), 압력 조정기(244)에 의해 배기부(배기계 또는 배기 라인과도 부른다)가 구성된다. 또한 재치대(210)를 둘러싸도록 배기구를 설치하고, 웨이퍼(200)의 전주(全周)로부터 가스를 배기 가능하도록 구성해도 좋다. 또한 배기부의 구성에 진공 펌프(246)를 추가해도 좋다.
캡 플랜지(104)에는 불활성 가스, 원료 가스, 반응 가스 등의 각종 기판 처리를 위한 처리 가스를 처리실(201) 내에 공급하기 위한 가스 공급관(232)이 설치된다. 가스 공급관(232)에는 상류부터 순서대로 유량 제어기(유량 제어부)인 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(241) 및 개폐 밸브인 밸브(243)가 설치된다. 가스 공급관(232)의 상류측에는 예컨대 불활성 가스인 질소(N2) 가스원(源)이 접속되고, MFC(241), 밸브(243)를 개재하여 처리실(201) 내에 공급된다. 기판 처리 시에 복수 종류의 가스를 사용하는 경우에는 가스 공급관(232)의 밸브(243)보다 하류측에 상류측부터 순서대로 유량 제어기인 MFC 및 개폐 밸브인 밸브가 설치된 가스 공급관이 접속된 구성을 이용하는 것에 의해 복수 종류의 가스를 공급할 수 있다. 가스종마다 MFC, 밸브가 설치된 가스 공급관을 설치해도 좋다.
주로 가스 공급관(232), MFC(241), 밸브(243)에 의해 가스 공급계(가스 공급부)가 구성된다. 가스 공급계에 불활성 가스를 흘릴 경우에는 불활성 가스 공급계라고도 부른다. 불활성 가스로서는 N2 가스 외에 예컨대 Ar 가스, He 가스, Ne 가스, Xe 가스 등의 희가스를 이용할 수 있다.
캡 플랜지(104)에는 비접촉식의 온도 측정 장치로서 온도 센서(263)가 설치된다. 온도 센서(263)에 의해 검출된 온도 정보에 기초하여 후술하는 마이크로파 발진기(655)의 출력을 조정하는 것에 의해 기판을 가열하여, 기판의 온도가 원하는 온도 분포로 된다. 온도 센서(263)는 예컨대 IR(Infrared Radiation) 센서 등의 방사 온도계로 구성된다. 온도 센서(263)는 석영 플레이트(101a)의 표면 온도 또는 웨이퍼(200)의 표면 온도를 측정하도록 설치된다. 전술한 발열체로서의 서셉터가 설치된 경우에는 서셉터의 표면 온도를 측정하도록 구성해도 좋다. 또한 본 발명에서 웨이퍼(200)의 온도(웨이퍼 온도)라고 기재한 경우는 후술하는 온도 변환 데이터에 의해 변환된 웨이퍼 온도, 즉 추측된 웨이퍼 온도를 의미하는 경우와, 온도 센서(263)에 의해 직접 웨이퍼(200)의 온도를 측정하여 취득한 온도를 의미하는 경우와, 그것들의 양방(兩方)을 의미하는 경우를 가리키는 것으로서 설명한다.
온도 센서(263)에 의해 석영 플레이트(101) 또는 서셉터(103)와, 웨이퍼(200) 각각에 대하여 온도 변화의 전환을 미리 취득해두는 것에 의해, 석영 플레이트(101) 또는 서셉터(103)와, 웨이퍼(200)의 온도의 상관관계를 나타낸 온도 변환 데이터를 기억 장치(121c) 또는 외부 기억 장치(123)에 기억시켜도 좋다. 이와 같이 미리 온도 변환 데이터를 작성하는 것에 의해, 웨이퍼(200)의 온도는 석영 플레이트(101)의 온도만을 측정하는 것에 의해 웨이퍼(200)의 온도를 추측 가능하도록 하고, 추측된 웨이퍼(200)의 온도를 기초로 마이크로파 발진기(655)의 출력, 즉 가열 장치의 제어를 수행하는 것이 가능해진다.
또한 기판의 온도를 측정하는 수단으로서 전술한 방사 온도계에 한정되지 않고, 열전대를 이용하여 온도 측정을 수행해도 좋고, 열전대와 비접촉식 온도계를 병용하여 온도 측정을 수행해도 좋다. 단, 열전대를 이용하여 온도 측정을 수행한 경우, 열전대를 웨이퍼(200)의 근방에 배치하여 온도 측정을 수행할 필요가 있다. 즉 처리실(201) 내에 열전대를 배치할 필요가 있기 때문에 후술하는 마이크로파 발진기로 공급된 마이크로파에 의해 열전대 자체가 가열되므로 정확하게 온도를 측정할 수 없다. 따라서 비접촉식 온도계를 온도 센서(263)로서 이용하는 것이 바람직하다. 또한 온도 센서(263)는 캡 플랜지(104)에 설치하는 것에 한정되지 않고, 재치대(210)에 설치해도 좋다. 또한 온도 센서(263)는 캡 플랜지(104)나 재치대(210)에 직접 설치할 뿐만 아니라 캡 플랜지(104)나 재치대(210)에 설치된 측정 창문으로의 방사광을 거울 등으로 반사시켜서 간접적으로 측정하도록 구성되어도 좋다. 또한 온도 센서(263)는 1개 설치하는 것에 한정되지 않고, 복수 설치해도 좋다.
케이스(102)의 측벽에는 전자파 도입 포트(653-1, 653-2)가 설치된다. 전자파 도입 포트(653-1, 653-2)의 각각에는 처리실(201) 내에 전자파를 공급하기 위한 도파관(654-1, 654-2)의 각각의 일단(一端)이 접속된다. 도파관(654-1, 654-2)의 각각의 타단(他端)에는 처리실(201) 내에 전자파를 공급하여 가열하는 가열원으로서의 마이크로파 발진기(전자파원)(655-1, 655-2)가 접속된다. 마이크로파 발진기(655-1, 655-2)는 마이크로파등의 전자파를 도파관(654-1, 654-2)에 각각 공급한다. 또한 마이크로파 발진기(655-1, 655-2)는 마그네트론이나 클라이스트론 등이 이용된다. 이후, 전자파 도입 포트(653-1, 653-2), 도파관(654-1, 654-2), 마이크로파 발진기(655-1, 655-2)는 특히 각각을 구별해서 설명할 필요가 없는 경우에는 전자파 도입 포트(653), 도파관(654), 마이크로파 발진기(655)라고 기재하여 설명한다.
마이크로파 발진기(655)에 의해 발생하는 전자파의 주파수는 바람직하게는 13.56MHz 이상 24.125GHz 이하의 주파수 범위가 되도록 제어된다. 또한 바람직하게는 2.45GHz 또는 5.8GHz의 주파수가 되도록 제어되는 것이 바람직하다. 여기서 마이크로파 발진기(655-1, 655-2)의 각각의 주파수는 동일한 주파수로 해도 좋고, 다른 주파수로 설치되어도 좋다. 또한 본 실시 형태에서 마이크로파 발진기(655)는 케이스(102)의 측면에 2개 배치되도록 기재되지만 이에 한정되지 않고, 1개 이상 설치되면 좋고, 또한 케이스(102)가 대향하는 측면 등의 다른 측면에 설치되도록 배치해도 좋다. 주로 마이크로파 발진기(655-1, 655-2), 도파관(654-1, 654-2) 및 전자파 도입 포트(653-1, 653-2)에 의해 가열 장치로서의 전자파 공급부(전자파 공급 장치, 마이크로파 공급부, 마이크로파 공급 장치라고도 부른다.)가 구성된다.
마이크로파 발진기(655-1, 655-2)의 각각에는 후술하는 컨트롤러(121)가 접속된다. 컨트롤러(121)에는 처리실(201) 내에 수용되는 석영 플레이트(101a) 또는 석영 플레이트(101b), 혹은 웨이퍼(200)의 온도를 측정하는 온도 센서(263)가 접속된다. 온도 센서(263)는 전술한 방법에 의해 석영 플레이트(101) 또는 서셉터(103) 혹은 웨이퍼(200)의 온도를 측정하여 컨트롤러(121)에 송신하여 컨트롤러(121)에 의해 마이크로파 발진기(655-1, 655-2)의 출력을 제어하고, 웨이퍼(200)의 가열을 제어한다. 또한 가열 장치에 의한 가열 제어의 방법으로서는 마이크로파 발진기(655)에 입력하는 전압을 제어하는 것에 의해 웨이퍼(200)의 가열을 제어하는 방법과, 마이크로파 발진기(655)의 전원을 ON으로 하는 시간과 OFF로 하는 시간의 비율을 변경하는 것에 의해 웨이퍼(200)의 가열을 제어하는 방법 등을 이용할 수 있다.
여기서 마이크로파 발진기(655-1, 655-2)는 컨트롤러(121)로부터 송신되는 동일한 제어 신호에 의해 제어된다. 하지만 이에 한정되지 않고, 마이크로파 발진기(655-1, 655-2) 각각 컨트롤러(121)로부터 개별의 제어 신호를 송신하는 것에 의해 마이크로파 발진기(655-1, 655-2)가 개별로 제어되도록 구성해도 좋다.
(제어 장치)
도 4에 도시하는 바와 같이 제어부(제어 장치, 제어 수단)인 컨트롤러(121)는 CPU(Central Processing Unit)(121a), RAM(Random Access Memory)(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)를 구비한 컴퓨터로서 구성된다. RAM(121b), 기억 장치(121c), I/O 포트(121d)는 내부 버스(121e)를 개재하여 CPU(121a)과 데이터 교환 가능하도록 구성된다. 컨트롤러(121)에는 예컨대 터치패널 등으로서 구성된 입출력 장치(122)가 접속된다.
기억 장치(121c)는 예컨대 플래시 메모리, HDD(Hard Disk Drive) 등으로 구성된다. 기억 장치(121c) 내에는 기판 처리 장치의 동작을 제어하는 제어 프로그램이나, 어닐링(개질)처리의 순서나 조건 등이 기재된 프로세스 레시피 등이 판독 가능하도록 격납된다. 프로세스 레시피는 후술하는 기판 처리 공정에서의 각 순서를 컨트롤러(121)에 실행시켜 소정의 결과를 얻을 수 있도록 조합된 것이며, 프로그램으로서 기능한다. 이하, 이 프로세스 레시피나 제어 프로그램 등을 총칭하여 단순히 프로그램이라고도 부른다. 또한 프로세스 레시피를 단순히 레시피라고도 부른다. 본 명세서에서 프로그램이라는 단어를 사용한 경우는 레시피 단체(單體)만을 포함하는 경우, 제어 프로그램 단체만을 포함하는 경우 또는 그것들의 양방을 포함하는 경우가 있다. RAM(121b)은 CPU(121a)에 의해 판독된 프로그램이나 데이터 등이 일시적으로 보지되는 메모리 영역(work area)으로서 구성된다.
I/O 포트(121d)는 전술한 MFC(241), 밸브(243), 압력 센서(245), APC 밸브(244), 진공 펌프(246), 온도 센서(263), 구동 기구(267), 마이크로파 발진기(655) 등에 접속된다.
CPU(121a)은 기억 장치(121c)로부터 제어 프로그램을 판독하여 실행하는 것과 함께, 입출력 장치(122)로부터의 조작 커맨드의 입력 등에 따라 기억 장치(121c)로부터 레시피를 판독하도록 구성된다. CPU(121a)은 판독한 레시피의 내용을 따르도록 MFC(241)에 의한 각종 가스의 유량 조정 동작, 밸브(243)의 개폐 동작, 압력 센서(245)에 기초하는 APC 밸브(244)에 의한 압력 조정 동작, 진공 펌프(246)의 기동 및 정지, 온도 센서(263)에 기초하는 마이크로파 발진기(655)의 출력 조정 동작, 구동 기구(267)에 의한 재치대(210)[또는 보트(217)]의 회전 및 회전 속도 조절 동작 또는 승강 동작 등을 제어하도록 구성된다.
컨트롤러(121)는 외부 기억 장치[예컨대 하드 디스크 등의 자기(磁氣) 디스크, CD 등의 광 디스크, MO 등의 광자기 디스크, USB메모리 등의 반도체 메모리](123)에 격납된 전술한 프로그램을 컴퓨터에 인스톨하는 것에 의해 구성할 수 있다. 기억 장치(121c)나 외부 기억 장치(123)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체로서 구성된다. 이하, 이들을 총칭하여 단순히 기록 매체라고도 부른다. 본 명세서에서 기록 매체라는 단어를 사용한 경우는 기억 장치(121c) 단체만을 포함하는 경우, 외부 기억 장치(123) 단체만을 포함하는 경우 또는 그것들의 양방을 포함하는 경우가 있다. 또한 컴퓨터로의 프로그램의 제공은 외부 기억 장치(123)를 이용하지 않고, 인터넷이나 전용 회선 등의 통신 수단을 이용하여 수행해도 좋다.
(2) 기판 처리 공정
다음으로 전술한 기판 처리 장치(100)의 처리로를 이용하여 반도체 장치(디바이스)의 제조 공정의 일 공정으로서 예컨대 기판 상에 형성된 실리콘 함유막으로서의 어모퍼스실리콘막의 개질(결정화) 방법의 일례에 대해서 도 5에 도시한 처리 플로우를 따라 설명한다. 이하의 설명에서 기판 처리 장치(100)를 구성하는 각(各) 부(部)의 동작은 컨트롤러(121)에 의해 제어된다. 또한 전술한 처리로 구조와 마찬가지로 본 실시 형태에서의 기판 처리 공정에서도 처리 내용, 즉 레시피에 대해서는 복수 설치된 처리로에서 동일 레시피를 사용하기 때문에, 일방의 처리로를 사용한 기판 처리 공정에 대해서 설명하고, 타방의 처리로를 이용한 기판 처리 공정의 설명은 생략한다.
여기서 본 명세서에서 「웨이퍼」라는 단어를 사용한 경우는 웨이퍼 그 자체를 의미하는 경우나, 웨이퍼와 그 표면에 형성된 소정의 층이나 막과의 적층체를 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「웨이퍼의 표면」이라는 단어를 사용한 경우는 웨이퍼 그 자체의 표면을 의미하는 경우나, 웨이퍼 상에 형성된 소정의 층 등의 표면을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「웨이퍼 상에 소정의 층을 형성한다」라고 기재한 경우는 웨이퍼 그 자체의 표면 상에 소정의 층을 직접 형성하는 것을 의미하는 경우나, 웨이퍼 상에 형성된 층 등의 상에 소정의 층을 형성하는 것을 의미하는 경우가 있다. 본 명세서에서 「기판」이라는 단어를 사용한 경우도 「웨이퍼」라는 단어를 사용한 경우와 같은 의미다.
[기판 반입 공정(S501)]
도 3에 도시되는 바와 같이 트위저(125a-1, 125a-2) 중 어느 일방 또는 양방에 재치된 웨이퍼(200)는 게이트 밸브(205)의 개폐 동작에 의해 소정의 처리실(201)에 반입(로딩)된다(S501).
[노 내 압력·온도 조정 공정(S502)]
처리실(201) 내로의 웨이퍼(200)의 반입이 완료되면, 처리실(201) 내가 소정의 압력(예컨대 10Pa 내지 102,000Pa)이 되도록 처리실(201) 내의 분위기를 제어한다. 구체적으로는 진공 펌프(246)에 의해 배기하면서 압력 센서(245)에 의해 검출된 압력 정보에 기초하여 압력 조정기(244)의 밸브 개도(開度)를 피드백 제어하여 처리실(201) 내를 소정의 압력으로 한다. 또한 동시에 예비 가열로서 전자파 공급부를 제어하여 소정의 온도까지 가열을 수행하도록 제어해도 좋다(S502). 전자파 공급부에 의해 소정의 기판 처리 온도까지 승온시키는 경우, 웨이퍼(200)가 변형·파손되지 않도록 후술하는 개질 공정의 출력보다 작은 출력으로 승온을 수행하는 것이 바람직하다. 또한 대기압 하에서 기판 처리를 수행하는 경우, 노 내 압력 조정을 수행하지 않고 노 내의 온도 조정만을 수행한 후, 후술하는 불활성 가스 공급 공정(S503)으로 이행하도록 제어해도 좋다.
[불활성 가스 공급 공정(S503)]
노 내 압력·온도 조정 공정(S502)에 의해 처리실(201) 내의 압력과 온도를 소정의 값으로 제어하면, 구동 기구(267)는 샤프트(255)를 회전시켜 재치대(210) 상의 보트(217)를 개재하여 웨이퍼(200)를 회전시킨다. 이때 질소 가스 등의 불활성 가스가 가스 공급관(232)을 개재하여 공급된다(S503). 또한 이때 처리실(201) 내의 압력은 10Pa 이상 102,000Pa 이하의 범위가 되는 소정의 값으로, 예컨대 101,300Pa 이상 101,650Pa 이하가 되도록 조정된다. 또한 샤프트는 기판 반입 공정(S401) 시, 즉 웨이퍼(200)를 처리실(201) 내에 반입 완료한 후에 회전시켜도 좋다.
[개질 공정(S504)]
처리실(201) 내를 소정의 압력이 되도록 유지하면, 마이크로파 발진기(655)는 전술한 각 부를 개재하여 처리실(201) 내에 마이크로파를 공급한다. 처리실(201) 내에 마이크로파가 공급되는 것에 의해 웨이퍼(200)가 100℃ 이상 1,000℃ 이하의 온도, 바람직하게는 400℃ 이상 900℃ 이하의 온도가 되도록 가열하고, 또한 바람직하게는 500℃ 이상 700℃ 이하의 온도가 되도록 가열한다. 이러한 온도로 기판을 처리하는 것에 의해 웨이퍼(200)가 효율적으로 마이크로파를 흡수하는 온도 하에서의 기판 처리가 되고, 개질 처리의 속도 향상이 가능해진다. 바꿔 말하면, 웨이퍼(200)의 온도를 100℃보다 낮은 온도 또는 1,000℃보다 높은 온도 하에서 처리하면 웨이퍼(200)의 표면이 변질되어 마이크로파를 흡수하기 어려워지기 때문에 웨이퍼(200)를 가열하기 어려워지는 경우가 있다. 그래서 전술한 온도대로 기판 처리를 수행하는 것이 요구된다.
마이크로파에 의한 가열 방식으로 가열을 수행하는 본 실시 형태에서는 처리실(201)에 정재파가 발생하고, 웨이퍼(200)[서셉터가 재치된 경우에는 서셉터도 웨이퍼(200)와 마찬가지로] 상에 국소적으로 가열되는 가열 집중 영역(핫스폿)과 그 이외의 가열되지 않는 영역(비가열 영역)이 발생하고, 웨이퍼(200)[서셉터가 재치된 경우는 서셉터도 웨이퍼(200)와 마찬가지로]가 변형되는 것을 억제하기 위해서 전자파 공급부의 전원의 ON/OFF를 제어하는 것에 의해 웨이퍼(200)에 핫스폿이 발생하는 것을 억제한다.
여기서 전술한 바와 같이 온도 센서(263)는 비접촉식의 온도 센서이며, 측정 대상인 웨이퍼(200)[서셉터(103)가 재치된 경우에는 서셉터(103)도 웨이퍼(200)와 마찬가지로]에 변형이나 파손이 발생하면, 온도 센서가 모니터 하는 웨이퍼(200)의 위치나, 웨이퍼(200)에 대한 측정 각도가 변화되기 때문에 측정값(모니터값)이 부정확해지고, 측정 온도가 급격하게 변화된다. 본 실시 형태에서는 이러한 측정 대상의 변형이나 파손에 따라 방사 온도계의 측정 온도가 급격하게 변화되는 것을 전자파 공급부의 ON/OFF를 수행하는 트리거로서 이용한다.
이상과 같이 마이크로파 발진기(655)를 제어하는 것에 의해 웨이퍼(200)를 가열하고, 웨이퍼(200) 표면 상에 형성된 어모퍼스실리콘막을 폴리실리콘막으로 개질(결정화)한다(S504). 즉 웨이퍼(200)를 균일하게 개질하는 것이 가능해진다. 또한 웨이퍼(200)의 측정 온도가 전술한 임계값을 초과하여 높아지거나 또는 낮아진 경우, 마이크로파 발진기(655)를 OFF로 하는 것이 아니라, 마이크로파 발진기(655)의 출력을 낮게 하도록 제어하는 것에 의해 웨이퍼(200)의 온도가 소정의 범위의 온도가 되도록 해도 좋다. 이 경우, 웨이퍼(200)의 온도가 소정의 범위의 온도로 돌아가면 마이크로파 발진기(655)의 출력을 높게 하도록 제어된다.
미리 설정된 처리 시간이 경과하면, 보트(217)의 회전, 가스의 공급, 마이크로파의 공급 및 배기관의 배기가 정지된다.
[기판 반출 공정(S505)]
처리실(201) 내의 압력을 대기압 복귀한 후, 게이트 밸브(205)를 개방하여 처리실(201)과 반송실(203)을 공간적으로 연통시킨다. 그 후 보트에 재치된 웨이퍼(200)를 이재기(125)의 트위저(125a)에 의해 반송실(203)에 반출한다(S505).
이상의 동작이 반복되는 것에 의해 웨이퍼(200)가 개질 처리되어 다음 기판 처리 공정으로 이행된다.
(3) 서셉터 형상 및 서셉터 보지 구조
다음으로 도 6, 도 7을 이용하여 서셉터(103)의 형상 및 서셉터(103)를 보지하는 보트(217)의 보지 구조의 일례에 대해서 설명한다. 도 6의 (A)에서는 설명의 간단화를 위해서 전술한 보트(217)의 천장판[단판(端板)]이나, 석영 플레이트(101) 및 석영 플레이트(101)의 보지부의 기재를 생략한다. 도 6의 (A)에 도시하는 바와 같이 보트(217)에는 웨이퍼(200)를 보지하기 위한 보트 기둥(보지 기둥)(217a 내지 217c)이 설치되고, 보트 기둥(217a 내지 217c)의 웨이퍼 중심측의 측면 각각에, 웨이퍼를 보지하는 웨이퍼 보지부(217d)가 수직 방향 상하로 2군데 설치된다. 보트 기둥(217a 내지 217c)의 웨이퍼 보지부(217d)와는 반대측의 측면에는 서셉터(103)를 보지하기 위한 서셉터 보지부(217e)가 2개소(箇所) 설치된다. 도 7의 (B)에 도시하는 바와 같이 수직 방향 상측에 배치된 서셉터 보지부(217e)는 수직 방향 상측에 배치된 웨이퍼 보지부(217d)보다 수직 방향에서 상측에 위치하도록 구성된다. 마찬가지로 수직 방향 하측에 배치된 서셉터 보지부(217e)는 수직 방향 하측에 배치된 웨이퍼 보지부(217d)보다 수직 방향에서 하측에 위치하도록 구성된다.
또한 도 6의 (B)에 도시하는 바와 같이 서셉터(103)는 환 형상(링 형상)을 가지고, 내주 부분에 서셉터 보지부(217e)에 대응하는 개소에 노치부(105)가 설치된다. 이와 같이 노치부(105)를 설치하는 것에 의해 예컨대 서셉터(103)를 상방으로부터 삽입하여 하측에 위치하는 서셉터 보지부(217e)에 보지하는 경우, 상측의 서셉터 보지부(217e)를 노치부(105)의 위치에서 통과시킨다. 노치부(105)의 위치에서 서셉터 보지부(217e)를 통과시킨 후, 서셉터(103)를 소정의 위치까지 회전시키는 것에 의해 도 7의 (A)에 도시하는 바와 같이 하측의 서셉터 보지부(217e)에 서셉터(103)를 보지하는 것이 가능해진다. 이때 상측의 서셉터 보지부(217e)에 보지되는 서셉터(103)에는 노치부(105)가 설치되지 않아도 좋다. 만약 하측으로부터 서셉터(103)를 삽입해서 보지하는 경우에는 보지되는 서셉터(103) 전체에 노치부(105)를 설치할 필요가 있다.
이와 같이 서셉터(103) 및 보트(217)를 구성하는 것에 의해, 도 7의 (A) 및 도 7의 (B)에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(200)와 서셉터(103)가 비접촉이 되는 위치(접촉하지 않는 위치)에 각각 배치되고, 또한 웨이퍼(200)의 외주부(단부, 에지부, 주연부와도 부른다)보다 외측에 서셉터(103)의 내주부가 위치하도록 배치된다. 이에 의해 웨이퍼(200)의 외주부에 마이크로파가 집중하는 것, 즉 에지 효과를 억제하는 것이 가능해지고, 웨이퍼(200)의 외주부가 다른 부분에 비해 극단적으로 개질이 진행되는 것을 억제하는 것이 가능해진다. 또한 서셉터(103)의 내주연과 웨이퍼(200)의 외주연의 극간(隙間)(갭)은 수평 방향, 수직 방향 모두 처리실(201) 내에 공급되는 마이크로파의 파장의 1/2파장 이하의 길이가 되도록 설치되는 것이 바람직하다. 이것들의 극간이 1/2파장보다 크게 되도록 서셉터(103)와 웨이퍼(200)를 배치하면, 마이크로파의 진폭이 최대가 되는 파장의 배(腹)의 부분이 웨이퍼(200)의 외주부에 복수 회 조사(照射)되어, 에지 효과의 억제가 저하된다. 또한 서셉터(103)의 링 폭에 대해서도 전술한 서셉터(103)의 내주와 웨이퍼(200)의 외주의 극간과 마찬가지의 이유에 의해 처리실(201)에 공급되는 마이크로파의 파장의 1/2파장 이하의 길이가 되는 것이 바람직하다. 서셉터(103)에 에지 효과가 발생해도 그것에 의해 웨이퍼(200)의 개질에 직접적인 영향은 작지만, 서셉터(103)가 에지 효과에 의해 과가열된 경우, 서셉터(103)에 요구되는 발열량보다 큰 발열이 발생해, 그 결과 웨이퍼(200)의 외주측이 가열되기 쉬워지기 때문에 소정의 링 폭이 되도록 설정할 필요가 있다.
도 8, 도 9를 이용하여 본 실시 형태에서의 서셉터(103)를 이용한 경우와 서셉터(103)를 이용하지 않는 경우에서 도 5에 도시하는 기판 처리를 수행한 결과에 대해서 설명한다. 또한 도 8에서 실선 또는 파선으로 기재된 화살표는 마이크로파가 조사되는 모습을 모식적으로 기재한 것이다. 도 8의 (A)에 도시하는 바와 같이 서셉터를 이용하지 않고 웨이퍼(200)만으로 도 5에 도시한 기판 처리 플로우를 수행한 경우, 웨이퍼(200)의 외주부에 마이크로파가 집중해 에지 효과에 의한 과가열(800)이 발생한다. 이에 의해 도 9의 (A) 및 도 9의 (B)에 도시하는 바와 같이 기판의 외주부만 개질이 진행되어, 기판의 외주부만이 극단적으로 시트 저항이 낮아진다. 이에 대하여 도 8의 (B)에 도시하는 바와 같이 링 형상의 서셉터(103)를 웨이퍼(200)와 비접촉이 되는 위치에 재치시켜, 웨이퍼(200)가 아닌 서셉터(103)의 외주부에 에지 효과에 의한 과가열(800)가 발생하게 되고, 웨이퍼(200)에 발생하는 에지 효과를 억제하는 것이 가능해진다. 이 경우, 도 9의 (C) 및 도 9의 (D)에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(200) 전체가 균등하게 개질되어, 시트 저항도 균일하게 얻을 수 있다. 또한 만약 환 형상이 아닌, 단순한 판 형상의 서셉터를 이용한 경우에는 도 9의 (E) 및 도 9의 (F)에 도시하는 바와 같이 처리실 내에 공급되는 마이크로파의 파장의 배와 마디의 간격으로 서셉터(103)가 발열하는 위치에 발열 불균일이 발생해, 그 결과 웨이퍼(200) 면상(面上)에서 충분히 개질되는 영역과 개질되지 않는 영역이 동심원 형상(줄무늬 형상)으로 형성되는 개질 결과가 되기 때문에, 이용되는 서셉터(103)는 웨이퍼(200)에 대응하는 영역을 노치한 환 형상으로 하여 면내(面內) 처리 균일성을 향상시키는 것이 바람직하다. 또한 만약 서셉터(103)와 웨이퍼(200)가 접촉할만한 배치로 한 경우, 에지 효과에 의해 서셉터(103)에 발생한 열이 웨이퍼(200)에 전열되고, 웨이퍼(200)의 전열(傳熱)된 개소(箇所)가 다른 위치에 비해 가열되기 쉬워지기 때문에 비접촉으로 할 필요가 있다. 또한 본 실시 형태에서 서셉터(103)는 원형의 외주를 포함한 환 형상이 되도록 구성하여 설명했지만, 외주 형상은 이에 한정되지 않고, 다각 형상이어도 좋고, 어떤 형상이어도 좋다.
(4) 본 실시 형태에 따른 효과
본 실시 형태에 따르면 이하에 나타내는 하나 또는 복수의 효과를 얻을 수 있다.
(a) 웨이퍼(200)의 단부에 발생하는 마이크로파의 과가열을 억제하는 것이 가능해지고, 웨이퍼(200)를 균일하게 처리하는 것이 가능해진다.
(b) 웨이퍼(200)의 보지 높이와 서셉터(103)의 보지 높이를 다르게 구성하는 것에 의해 웨이퍼(200)의 반송을 방해하지 않고, 단순한 구조로 웨이퍼(200)와 서셉터(103)를 보지하는 것이 가능해진다.
(c) 서셉터(103)를 환 형상으로 하는 것에 의해 웨이퍼(200)를 균일하게 가열하는 것이 가능해지고, 면내 처리 균일성을 향상시키는 것이 가능해진다.
(d) 웨이퍼(200)와 서셉터(103)를 비접촉이 되도록 배치하는 것에 의해 서셉터(103)에 발생한 과가열의 에너지가 웨이퍼(200)에 전달되는 것을 억제하는 것이 가능해지기 때문에 웨이퍼(200)를 균일하게 처리하는 것이 가능해진다.
또한 본 실시 형태에서의 기판 처리 장치는 전술한 형태에 한정되지 않고, 이하에 나타내는 변형예와 같이 변경할 수 있다.
(변형예1)
도 10, 도 11에 도시하는 바와 같이 본 실시 형태에서의 변형예 1은 서셉터 보지부(217e)의 높이를 웨이퍼 보지부(217d)와 동등한 높이가 되도록 구성하고, 또한 서셉터(103)에는 웨이퍼(200) 반송 시에 트위저(125a)가 서셉터(103)와 접촉하지 않고 누설되는 것이 가능한 트위저(125a)의 누설부(130)가 형성되도록 구성된다. 이와 같이 구성하는 것에 의해, 웨이퍼(200)와 서셉터(103)를 비접촉이 되도록 배치하는 것이 가능해질 뿐만 아니라 웨이퍼(200)와 서셉터(103)의 수직 방향의 재치 위치를 거의 동일하게 하는 것이 가능해지고, 웨이퍼(200)의 외주부와 서셉터(103)의 내주부의 극간을 좁게 하기 쉬워져 웨이퍼(200)에 발생하는 에지 효과를 보다 저감하는 것이 가능해진다. 또한 보트(217)의 수직 방향의 길이를 짧게 하는 것이 가능해지기 때문에 처리실(201), 즉 케이스(102)의 높이를 짧게 하는 것이 가능해지고, 장치 구조가 크게 되는 것을 억제할 수 있다. 또한 도 10의 (A)에서는 설명의 간단화를 위해서 전술한 보트(217)의 천장판(단판)이나, 석영 플레이트(101)의 보지부의 기재를 생략한다.
(변형예 2)
다음으로 도 12, 도 13에 도시하는 바와 같이 본 실시 형태에서의 변형예 2는 웨이퍼(200)를 보지하는 보트(217)와, 마이크로파를 투과하는 석영 등의 재질로 형성된 서셉터(103)를 보지하는 서셉터 보지구로서의 서셉터 보트(136)를 각각 별도로 구성시켜, 서셉터 보트(136)를 상하로 승강시키는 기구를 구비한다.
도 12 및 도 13을 이용하여 서셉터 보트(136)의 구조에 대해서 설명한다. 도 12의 (A)에 도시하는 바와 같이 서셉터 보트(136)에는 서셉터 보트(136)의 상면에 설치된 설치 플랜지(134), 설치 플랜지(134)에 접속되어 서셉터 보트(136)를 승강시키는 샤프트(133), 샤프트(133)를 개재하여 서셉터 보트(136)를 승강시키는 승강 기구로서의 슬라이더(서셉터 보트 엘리베이터)(132), 슬라이더(132)를 구동시키기 위한 모터(131)가 설치된다. 또한 처리실 내에 배치되는 샤프트(133)의 주위는 신축 가능한 벨로즈(135)에 의해 피복되고, 처리실(201) 및 반송 영역(203) 내는 기밀하게 보지된다. 이때 주로 모터(131), 슬라이더(132), 샤프트(133)에 의해 서셉터 보트 승강 기구(승강 장치)가 구성된다. 설치 플랜지(134)나 벨로즈(135)를 서셉터 보트 승강 기구로 해도 좋다.
도 13의 (A)에 도시하는 바와 같이 서셉터 보트(136)는 보트 기둥(217a 내지 217c)과 같은 각도로 배치된 서셉터 보트 기둥(136a 내지 136c)이 설치되고, 서셉터 보트 기둥(136a 내지 136c)의 웨이퍼(200) 재치측의 측면에는 서셉터 보지부(136d)가 설치된다. 서셉터 보트 기둥(136a 내지 136c)는 반드시 보트 기둥(217a 내지 217c)와 같은 각도로 배치될 필요는 없지만, 마이크로파의 투과율에 의한 웨이퍼(200)의 가열에 대한 영향을 고려하여 보트 기둥(217a 내지 217c)과 같은 각도로 위치하도록 배치하는 것이 바람직하다.
도 13의 (B)에 도시하는 바와 같이 서셉터 보지부(136d)에 서셉터(103)를 보지한 상태에서 모터(131), 슬라이더(132)의 연속 동작에 의해 샤프트(133), 설치 플랜지(134)를 개재하여 서셉터 보트(136)가 상하로 승강된다. 이 승강 동작에 의해 기판 처리 시에 서셉터 보트(136)에 보지된 서셉터(103)가 웨이퍼(200)와 거의 동일한 높이 위치에 배치된다. 또한 웨이퍼(200)와 서셉터(103)를 비접촉이 되도록 배치하는 것이 가능해지기 때문에 전술한 변형예 1과 마찬가지로 웨이퍼(200)의 외주부에 발생하는 에지 효과를 저감시키는 것이 가능해진다. 또한 도 12(B)에 도시하는 바와 같이 본 변형예 2에서 서셉터(103)에는 반드시 변형예 1과 같은 노치부(105)나 누설부(130)는 필요하지 않고, 서셉터(103)의 재치 시에 슬라이더(132)에 의해 서셉터 보트(136)의 서셉터 보지부(136d)의 높이 위치가 보트(217)의 상면보다 상방에 위치하도록 이동시키면 좋다.
이상, 본 발명을 실시 형태를 따라 설명했지만, 전술한 각 실시 형태나 각 변형예 등은 적절히 조합해서 이용할 수 있고, 그 효과도 얻을 수 있다.
예컨대 전술한 각 실시 형태나 각 변형예에서는 보트 기둥(217a 내지 217c)의 지름 방향 외측에 서셉터(103)가 보지되도록[보트 기둥(217a 내지 217c)를 개재하여 웨이퍼(200)와 서셉터(103)가 보지되도록] 구성되지만 이에 한정되지 않고, 보트 기둥(217a 내지 217c)의 지름 방향 내측에 서셉터 보지부(217e)를 설치하고, 웨이퍼(200)와 서셉터(103)가 보트 기둥(217a 내지 217c)의 내측에 배치되도록 해도 좋다. 또한 웨이퍼(200)와 서셉터(103)가 보트 기둥(217a 내지 217c)이 같은 방향에 재치되는 경우, 서셉터 보지부(217e)를 설치하지 않고 웨이퍼(200)와 서셉터(103)를 같은 보지 부재로 보지하도록 구성해도 좋다.
또한 예컨대 도 3에 도시하는 바와 같이 전술한 본 발명에서의 일 실시 형태에서는 보트(217)에 웨이퍼(200)를 2장 재치하는 것에 의해 복수 매의 웨이퍼(200)를 동시에 일괄로 처리하는 구성에 대해서 설명했다. 하지만 이에 한정되지 않고, 보트(217)에 웨이퍼(200)를 1장 재치해서 처리해도 좋고, 웨이퍼(200)와 미도시의 더미 웨이퍼를 보트(217)에 재치하여 처리해도 좋다. 더미 웨이퍼를 이용하여 기판을 처리하는 것에 의해, 처리실 내의 열용량을 웨이퍼(200)를 2장 재치하여 처리할 때의 처리실 내의 열용량으로 근접시키는 것이 가능해지고, 웨이퍼(200)를 1장 재치해서 처리하는 경우에도 마찬가지의 처리 결과를 얻는 것이 가능해진다.
또한 예컨대 전술한 각 실시 형태에서는 실리콘을 주성분으로 하는 막으로 하고, 어모퍼스실리콘막을 폴리실리콘막으로 개질하는 처리에 대해서 기재했지만 이에 한정되지 않고, 산소(O), 질소(N), 탄소(C), 수소(H) 중 적어도 1개 이상을 포함하는 가스를 공급시켜서 웨이퍼(200)의 표면에 형성된 막을 개질해도 좋다. 예컨대 웨이퍼(200)에 고(高)유전체막으로서의 하프늄산화막(HfxOy막)이 형성된 경우에 산소를 포함하는 가스를 공급하면서 마이크로파를 공급하여 가열하는 것에 의해 하프늄산화막 중의 결손된 산소를 보충하고 고유전체막의 특성을 향상시킬 수 있다. 또한 여기서는 하프늄산화막에 대해서 제시했지만 이에 한정되지 않고, 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 탄탈(Ta), 니오브(Nb), 란탄(La), 세륨(Ce), 이트륨(Y), 바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 칼슘(Ca), 납(Pb), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 등의 적어도 어느 하나를 포함하는 금속 원소를 포함하는 산화막, 즉 금속계 산화막을 개질하는 경우에도 바람직하게 적용 가능하다. 즉 전술한 성막 시퀀스는 웨이퍼(200) 상에 TiOCN막, TiOC막, TiON막, TiO막, ZrOCN막, ZrOC막, ZrON막, ZrO막, HfOCN막, HfOC막, HfON막, HfO막, TaOCN막, TaOC막, TaON막, TaO막, NbOCN막, NbOC막, NbON막, NbO막, AlOCN막, AlOC막, AlON막, AlO막, MoOCN막, MoOC막, MoON막, MoO막, WOCN막, WOC막, WON막, WO막을 개질하는 경우에도 바람직하게 적용하는 것이 가능해진다.
또한 고유전체막에 한정되지 않고 불순물이 도핑된 실리콘을 주성분으로 하는 막을 가열해도 좋다. 실리콘을 주성분으로 하는 막으로서는 실리콘질화막(SiN막), 실리콘산화막(SiO막), 실리콘산탄화막(SiOC막), 실리콘산탄질화막(SiOCN막), 실리콘산질화막(SiON막) 등의 Si계 산화막이 있다. 불순물로서는 예컨대 브롬(B), 탄소(C), 질소(N), 알루미늄(Al), 인(P), 갈륨(Ga), 비소(As) 등의 적어도 1개 이상을 포함한다.
또한 메타크릴산메틸 수지(Polymethyl methacrylate: PMMA), 에폭시 수지, 노볼락 수지, 폴리비닐페닐 수지 등의 적어도 어느 하나를 기반으로 하는 레지스트 막이어도 좋다.
또한 전술에서는 반도체 장치의 제조 공정의 일 공정에 대해서 기재했지만 이에 한정되지 않고, 액정 패널의 제조 공정의 패터닝 처리, 태양 전지의 제조 공정의 패터닝 처리나, 파워 디바이스의 제조 공정의 패터닝 처리 등의 기판을 처리하는 기술에도 적용 가능하다.
이상 서술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 기판을 균일하게 처리하는 것이 가능한 마이크로파 처리 기술을 제공할 수 있다.
103: 서셉터(발열체) 200: 웨이퍼(기판)
201: 처리실 205: 게이트 밸브
217: 보트(기판 보지구) 655: 마이크로파 발진기.

Claims (17)

  1. 마이크로파에 의해 기판 보지구(保持具)에 보지된 기판을 가열하여 처리하는 기판 처리 장치에 이용되는 발열체로서,
    상기 마이크로파에 의해 발열되는 유전체에 의해 환 형상[環狀]으로 형성되고, 상기 기판의 외주보다 외측에 내주가 위치하는 것과 함께 상기 기판과 접촉하지 않는 위치에서 상기 기판 보지구에 보지되는 발열체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발열체는 상기 기판의 재치 위치와 실질적으로 동일한 높이로 상기 기판 보지구에 보지되는 발열체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발열체의 폭은 상기 마이크로파의 1/2파장 이하의 길이를 가지는 발열체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 발열체의 내주와 상기 기판의 외주의 극간(隙間)이 상기 마이크로파의 1/2파장 이하의 길이가 되도록 상기 기판 보지구에 보지되는 발열체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 발열체의 내주에는 상기 기판 보지구의 발열체 보지부에 대응하는 위치에 설치된 노치부를 포함하는 발열체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 발열체는 상기 기판 보지구가 포함하는 보지 기둥의 외측 측면에 설치된 발열체 보지부에 보지되는 발열체.
  7. 기판을 보지하는 기판 보지구;
    상기 기판 보지구를 수용하고, 상기 기판을 처리하는 처리실;
    상기 기판을 마이크로파에 의해 가열하는 가열 장치; 및
    상기 마이크로파에 의해 발열되는 유전체에 의해 환 형상으로 형성되고, 상기 기판의 외주보다 외측에 내주가 위치하는 것과 함께 상기 기판과 접촉하지 않는 위치에서 상기 기판 보지구에 보지되는 발열체
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기판 보지구는 적어도 2개 이상의 보지 기둥을 포함하고,
    상기 보지 기둥은 내측 측면에 상기 기판을 보지하는 기판 보지부를 포함하고, 외측 측면에 상기 발열체를 보지하는 발열체 보지부를 포함하는 기판 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기판 보지부와 상기 발열체 보지부는 실질적으로 동일한 높이가 되도록 설치되는 기판 처리 장치.
  10. 기판을 보지하는 기판 보지구와, 상기 기판 보지구를 수용하고 상기 기판을 처리하는 처리실과, 상기 기판을 마이크로파에 의해 가열하는 가열 장치와, 상기 마이크로파에 의해 발열되는 유전체에 의해 환 형상으로 형성되고 상기 기판의 외주보다 외측에 내주가 위치하는 것과 함께 적어도 상기 기판의 상부이자 상기 기판과 접촉하지 않는 위치에서 상기 기판 보지구에 보지되는 발열체를 포함하는 기판 처리 장치의 상기 처리실 내에 상기 기판을 반입하는 공정;
    상기 마이크로파를 공급하여 상기 기판과 상기 발열체를 가열하여 상기 기판을 처리하는 공정; 및
    상기 기판을 처리한 후 상기 기판을 반출하는 공정
    을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 기판을 보지하는 기판 보지구;
    상기 기판 보지구를 수용하고, 상기 기판을 처리하는 처리실;
    상기 기판을 마이크로파에 의해 가열하는 가열 장치;
    상기 마이크로파에 의해 발열되는 유전체에 의해 환 형상으로 형성되고, 상기 기판의 외주보다 외측에 내주가 위치하는 것과 함께, 적어도 상기 기판의 상부이자 상기 기판과 접촉하지 않는 위치에서 상기 기판 보지구에 보지되는 발열체; 및
    상기 발열체를 보지하고, 상기 발열체가 상기 기판의 보지 위치와 같은 높이에 승강 가능한 승강 기구를 포함하는 발열체 보지구
    를 포함하는 기판 처리 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 발열체는 적어도 상기 기판의 상부의 위치에서 상기 기판 보지구에 보지되는 발열체.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 발열체는 적어도 상기 기판의 상부에서 상기 기판 보지구에 보지되는 기판 처리 장치.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 발열체의 폭은 상기 마이크로파의 1/2파장 이하의 길이를 가지는 기판 처리 장치.
  15. 제7항에 있어서,
    상기 발열체의 내주와 상기 기판의 외주의 극간이 상기 마이크로파의 1/2파장 이하의 길이가 되도록 상기 기판 보지구에 보지되는 기판 처리 장치.
  16. 제8항에 있어서,
    상기 발열체의 내주에는 상기 기판 보지구의 발열체 보지부에 대응하는 위치에 설치된 노치부를 포함하는 기판 처리 장치.
  17. 제8항에 있어서,
    상기 발열체는 상기 기판 보지구가 포함하는 보지 기둥의 외측 측면에 설치된 발열체 보지부에 보지되는 기판 처리 장치.
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