KR20120044889A - 기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

기판 온도의 상승을 억제하여 서멀 버짓을 억제하면서, 기판을 균일하게 가열 처리할 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다.
기판을 처리하는 처리실과, 상기 처리실 내에 설치되어 기판을 지지하는 기판 지지부와, 상기 처리실 외에 설치되는 마이크로파 발생부와, 상기 마이크로파 발생부에서 발생시킨 마이크로파를 상기 처리실 내에 공급하는 도파구로서, 그 도파구의 중심 위치가, 상기 기판 지지부에서 지지된 기판의 중심 위치로부터 편심 하고 있고, 그 도파구가 상기 기판 지지부에서 지지된 기판의 표면에 대향하고 있는 도파구와, 상기 도파구에 대한 상기 기판 지지부의 수평 방향에 있어서의 상대적인 위치를 변동시키는 제어부로부터 기판 처리 장치를 구성한다.

Description

기판 처리 장치 및 반도체 장치의 제조 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND METHOD OF MANUFACTURING A SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은, 기판 상에 IC(Integrated Circuit) 등의 반도체 장치를 제조하는 기판 처리 기술에 관한 것으로, 특히, 마이크로파를 이용하여, 반도체 웨이퍼(이하, 웨이퍼라고 함) 등의 기판을 처리하고, 반도체 장치를 제조하는 반도체 제조 장치나, 기판을 처리하는 기판 처리 장치, 혹은, 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 공정의 1개에 기판(실리콘 웨이퍼나 글래스 등을 베이스로 하는 미세한 전기 회로의 패턴이 형성된 피처리 기판)의 표면에 소정의 성막 처리를 행하는 CVD(Chemical Vapor Deposition) 공정이 있다. 이것은, 기밀한 반응실에 기판을 장전하고, 실내에 설치한 가열 수단에 의해 기판을 가열하고, 성막 가스를 기판 상에 도입하면서 화학 반응을 일으켜, 기판 상에 설치한 미세한 전기 회로의 패턴 상에 박막을 균일하게 형성하는 것이다. 이와 같은 CVD 공정에 의해, 예를 들면, 성막 원료에 유기 화학 재료를 사용하여, 유전율이 높은 절연막인 High-k막으로서, HfO막 등을 형성할 수 있다.
이렇게 하여 형성된 HfO막은, 유기 재료에 기인하는 CH, OH 등의 불순물이 수 ％로 다량으로 포함되어 있기 때문에, 그 상태에서는, 전기적 절연성이 불충분하다. 이와 같은 박막의 전기적 절연성, 및 그 안정성을 확보하기 위해, HfO막을 O2나 N2 분위기 속에서 650℃?800℃ 전후의 고속 어닐링 처리를 실시함으로써, C나 H 등의 불순물을 이탈시켜 치밀화하고 안정된 절연체 박막에 개질하고자 하는 시도가 행해지고 있다. 이 치밀화는, 결정화까지는 시키지 않지만, 아몰퍼스 상태의 평균 원자간 거리를 단축하기 위해 행해진다. 이와 같은 고속 어닐링 처리에서는, HfO막을 개질 처리하기 위해, 기판 전체를 소정의 온도로 가열하게 된다.
한편, 최근 반도체 디바이스에 있어서는, 미세화에 수반하여 얕은 접합화가 진행되고 있고, 서멀 버짓(열이력;thermal budget)을 작게 하는 것이 요구되고 있다. 그 때문에, 상술한 High-k막의 형성 공정에서 이용되는 어닐링 처리에 있어서도, 서멀 버짓을 작게 하기 위해, 저온으로 불순물을 이탈시켜 치밀화하는 것이 요구되고 있다. 저온으로 어닐링 처리를 행하는 이유는, 다음과 같다. 디바이스를 제조하는 공정에 있어서, 이후의 공정에서, 이전의 공정에서 처리된 온도보다 높은 온도로 처리하면, 이미 전공정에서 구축되어 있었던 디바이스가 무너지거나, 막의 특성이 변화되는 경우가 있다. 그 때문에 이전의 공정에서 처리된 온도를 초과하는 온도로 처리할 수는 없다. 따라서, 디바이스 성능 향상을 위한 막질 개선 처리를 저온으로 행할 수 있는 기술이 요망되고 있다.
하기의 특허 문헌에는, 성막 공정에서는 기판 상에 하프늄을 포함하는 박막을 형성하고, 개질 공정에서는 아르곤 래디컬을 기판 상에 공급하여, 성막 공정에 있어서 형성한 막 내의 불순물 원소를 제거하는 기술이 개시되어 있다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2004-296820호 공보
본 발명의 목적은, 종래보다도 기판 온도의 상승을 억제하여 서멀 버짓을 억제하면서, 기판을 균일하게 가열 처리할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명에서는, 기판을 회전시키면서, 기판 중심으로부터 편심한 위치에 마이크로파를 조사하여, 기판을 균일하게 가열하는 것이다. 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 대표적인 구성은, 다음과 같다.
기판을 처리하는 처리실과,
상기 처리실 내에 설치되어 기판을 지지하는 기판 지지부와,
상기 처리실 외에 설치되는 마이크로파 발생부와,
상기 마이크로파 발생부에서 발생시킨 마이크로파를 상기 처리실 내에 공급하는 도파구로서, 그 도파구의 중심 위치가, 상기 기판 지지부에서 지지된 기판의 중심 위치로부터 편심하고 있고, 그 도파구가 상기 기판 지지부에서 지지된 기판의 표면의 일부에 대향하고 있는 도파구와,
상기 도파구에 대한 상기 기판 지지부의 수평 방향에 있어서의 상대적인 위치를 변동시키는 제어부
를 구비하는 기판 처리 장치.
또한, 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조 방법의 대표적인 구성은, 다음과 같다.
기판을 처리하는 처리실과,
상기 처리실 내에 설치되어 기판을 지지하는 기판 지지부와,
상기 처리실 외에 설치되는 마이크로파 발생부와,
상기 마이크로파 발생부에서 발생시킨 마이크로파를 상기 처리실 내에 공급하는 도파구로서, 그 도파구의 중심 위치가, 상기 기판 지지부에서 지지된 기판의 중심 위치로부터 편심하고 있고, 그 도파구가 상기 기판 지지부에서 지지된 기판의 표면의 일부에 대향하고 있는 도파구와,
상기 도파구에 대하여 상기 기판 지지부를 상대적으로 수평 회전시키는 제어부
를 구비하는 기판 처리 장치를 이용한 반도체 장치의 제조 방법으로서,
기판을 처리실 내에 반입하는 반입 공정과,
상기 처리실 내에 설치된 기판 지지부에서 기판을 지지하는 지지 공정과,
상기 도파구에 대하여 상기 기판 지지부에서 지지한 기판을 상대적으로 수평 회전시키는 회전 공정과,
상기 기판의 회전 개시 후에 상기 마이크로파를 상기 기판 표면에 조사하는 조사 공정과,
상기 처리실 내로부터 기판을 반출하는 반출 공정
을 구비하는 반도체 장치의 제조 방법.
상기한 바와 같이 기판 처리 장치나 반도체 장치의 제조 방법을 구성하면, 마이크로파 조사에 의해 기판 가열함으로써, 종래보다도 기판 온도의 상승을 억제하여 서멀 버짓을 억제하고, 또한, 마이크로파 도파구를 기판의 중심 위치로부터 편심시키는 위치로 하고 기판을 회전시킴으로써, 보다 균일한 기판 가열이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 수직 단면도.
도 2는 마이크로파 파워와 기판 온도의 상관의 일례를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 지지대의 수직 단면 개요도.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 지지대와 기판 지지대 지지 기구를, 측면에서 본 단면도.
도 5는 도 4의 부분 확대도.
우선, 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 개략 구성에 대해서, 도 1을 이용하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 수직 단면도이다. 기판 처리 장치(100)는, 처리실(10)과 반송실(도시 생략)과 마이크로파 공급부를 구비한다. 처리실(10)은, 반도체 기판으로서의 웨이퍼(11)를 처리한다. 마이크로파 공급부는, 마이크로파 발생부(20)와 도파로(21)와 도파구(22)를 구비한다.
마이크로파 발생부(20)는, 예를 들면, 고정 주파수 마이크로파 또는 가변 주파수 마이크로파를 발생한다. 마이크로파 발생부(20)로서는, 예를 들면 마이크로 트론 등이 이용된다. 마이크로파 발생부(20)에서 발생한 마이크로파는, 도파로(21)를 통하여, 처리실(10)에 연통하는 도파구(22)로부터 처리실(10) 내에 도입된다.
처리실(10)을 형성하는 처리 용기(18)는, 예를 들면 알루미늄(Al)이나 스테인리스(SUS) 등 금속 재료에 의해 구성되어 있고, 처리실(10)과 외부를 마이크로파적으로 차폐하는 구조로 되어 있다.
처리실(10) 내에는, 웨이퍼(11)를 지지하는 기판 지지핀(13)이 설치되어 있다. 기판 지지핀(13)은, 지지한 웨이퍼(11)의 중심과 처리실(10)의 중심이 수직 방향으로 대략 일치하도록 설치되어 있다. 기판 지지핀(13)은, 예를 들면 석영 또는 테플론(등록 상표) 등으로 이루어지는 복수(본 실시 형태에 있어서는 3개)로 구성되고, 그 상단에서 웨이퍼(11)를 지지한다.
기판 지지핀(13)의 하부로서 웨이퍼(11)의 하방에는, 도전성의 기판 지지대(12)가 설치되어 있다. 기판 지지대(12)는, 예를 들면 알루미늄(Al) 등의 도체인 금속 재료에 의해 구성되어 있다. 기판 지지대(12)는, 상면에서 본 형태가 웨이퍼(11)의 외경보다도 큰 원형이며, 원반 형상 또는 원주 형상으로 형성되어 있다. 이와 같이, 기판 지지대(12)는, 기판 지지핀(13)으로 지지된 웨이퍼(11)의 이면측에 설치되고, 그 웨이퍼(11)의 이면과 평행하고, 웨이퍼(11)의 이면과 대향하는 대향면을 갖는 것이다.
기판 지지핀(13)과 기판 지지대(12)로부터 기판 지지부가 구성된다.
기판 지지대(12)는, 스테인리스(SUS) 등의 금속제의 회전축(31)으로 지지되고, 회전축(31)은, 회전 구동부(32)에 의해, 수평 방향으로 회전한다. 따라서, 회전 구동부(32)에 의해, 회전축(31), 기판 지지대(12), 웨이퍼(11)를, 수평 방향으로 회전할 수 있다. 회전 구동부(32)는, 제어부(80)와 전기적으로 접속되어 있고, 제어부(80)에 의해 제어된다.
처리 용기(18)의 상부로서 처리실(10)의 상벽에는, 예를 들면 질소(N2) 등의 가스를 도입하는 가스 공급관(52)이 설치되어 있다. 가스 공급관(52)에는, 상류로부터 순서대로, 가스 공급원(55), 가스 유량을 조정하는 유량 제어 장치(54), 가스 유로를 개폐하는 밸브(53)가 설치되어 있고, 이 밸브(53)를 개폐함으로써, 처리실(10) 내에 가스 공급관(52)으로부터 가스가 도입, 또는 도입 정지된다. 가스 공급관(52)으로부터 도입되는 도입 가스는, 웨이퍼(11)를 냉각하거나, 퍼지 가스로서 처리실(10) 내의 가스를 압출하거나 하는 데에 이용된다.
가스 공급원(55)과 가스 공급관(52)과 유량 제어 장치(54)와 밸브(53)로부터, 가스 공급부가 구성된다. 유량 제어 장치(54)와 밸브(53)는, 제어부(80)와 전기적으로 접속되어 있고, 제어부(80)에 의해 제어된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 예를 들면 직방체인 처리 용기(18)의 하부로서 처리실(10)의 측벽에는, 처리실(10) 내의 가스를 배기하는 가스 배출관(62)이 설치되어 있다. 가스 배출관(62)에는, 상류로부터 순서대로, 압력 조정 밸브(63)와, 배기 장치로서의 진공 펌프(64)가 설치되어 있고, 이 압력 조정 밸브(63)의 개방도를 조정함으로써, 처리실(10) 내의 압력이 소정의 값으로 조정된다.
가스 배출관(62)과 압력 조정 밸브(63)와 진공 펌프(64)로부터, 가스 배출부가 구성된다. 압력 조정 밸브(63)와 진공 펌프(64)는, 제어부(80)와 전기적으로 접속되어 있고, 제어부(80)에 의해 압력 조정 제어된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 처리 용기(18)의 일측면에는, 처리실(10)의 내외에 웨이퍼(11)를 반송하기 위한 웨이퍼 반송구(71)가 설치되어 있다. 웨이퍼 반송구(71)에는, 게이트 밸브(72)가 설치되어 있고, 게이트 밸브 구동부(73)에 의해 게이트 밸브(72)를 개방함으로써, 처리실(10) 내와 반송실 내가 연통하도록 구성되어 있다.
반송실 내에는, 웨이퍼(11)를 반송하는 반송 로봇(도시 생략)이 설치되어 있다. 반송 로봇에는, 웨이퍼(11)를 반송할 때에 웨이퍼(11)를 지지하는 반송 아암이 구비되어 있다. 게이트 밸브(72)를 개방함으로써, 반송 로봇에 의해 처리실(10) 내와 반송실 내와의 사이에서, 웨이퍼(11)를 반송하는 것이 가능하도록 구성되어 있다.
기판 처리 장치(100)는, 이 기판 처리 장치(100)의 각 구성 부분의 동작을 제어하는 제어부(80)를 구비하고, 제어부(80)는, 마이크로파 발생부(20), 게이트 밸브 구동부(73), 반송 로봇, 유량 제어 장치(54), 밸브(53), 압력 조정 밸브(63), 회전 구동부(32) 등의 각 구성부의 동작을 제어한다.
다음으로, 본 실시 형태에 따른 기판 처리 장치의 상세 구성에 대해서 설명한다.
처리실(10) 내에 도입된 마이크로파는, 처리실(10) 벽면에 대하여 반사를 반복한다. 마이크로파는 처리실(10) 내에서 다양한 방향으로 반사하고, 처리실(10) 내는 마이크로파로 충족된다. 처리실(10) 내의 웨이퍼(11)에 맞닿은 마이크로파는 웨이퍼(11)에 흡수되고, 웨이퍼(11)는 마이크로파에 의해 유전 가열된다.
도파구(22)로부터 발사된 마이크로파는, 처리실(10)의 벽면에 맞닿을 때마다 에너지가 감쇠한다.
웨이퍼(11)를 처리하는 경우, 높은 에너지의 마이크로파를 웨이퍼(11)에 맞닿음으로써, 급속 가열할 수 있다. 우리들의 연구에서는, 반사파가 지배적인 상태에서 웨이퍼를 처리한 경우와, 웨이퍼에 직접 마이크로파를 조사한 경우에서는, 후자의 쪽이 기판의 개질 효과가 높다고 하는 결과가 나왔다.
그러나, 웨이퍼(11)에 직접 마이크로파를 조사하는 경우, 웨이퍼(11)의 면적에 비해, 도파구(22)의 크기는 작고, 또한 마이크로파는 도파구(22)로부터 발사된 후 그다지 퍼지지 않기 때문에, 웨이퍼(11)의 표면에 조사되는 마이크로파의 에너지를 균일하게 하는 것은 용이하지 않다.
또한, 웨이퍼(11)에 마이크로파를 직접 조사한다고 해도, 그 모든 에너지가 웨이퍼(11)에 흡수되는 것이 아니라, 일부가 웨이퍼 표면에서 반사하거나, 일부가 웨이퍼를 투과하거나 한다. 이것이 반사파로 되어 처리실(10) 내에 정재파가 발생한다. 처리실(10) 내에서 정재파가 발생하면, 웨이퍼면 내에 있어서 잘 가열되는 부분과, 그다지 가열되지 않는 부분이 생긴다. 이것이 웨이퍼(11)의 가열 불균일로 되어, 막질의 웨이퍼면 내 균일성을 나쁘게 하는 하나의 원인으로 된다.
따라서, 본 실시 형태에 있어서는, 도파구(22)를 처리실(10) 상벽에 설치하고, 도파구(22)와 기판 지지핀(13)에서 지지된 웨이퍼(11)의 표면과의 사이의 거리를, 공급되는 마이크로파의 1 파장보다도 짧은 거리로 하고 있다. 본 예에서는, 사용하는 마이크로파의 주파수를 5.8㎓로 하고, 그 마이크로파의 파장 51.7㎜보다도 짧은 거리로 하고 있다. 도파구(22)로부터 1 파장보다도 짧은 거리의 범위에서는, 도파구(22)로부터 발사된 직접파가 지배적이라고 생각된다. 여기서, 지배적이란, 직접파의 밀도가 높은 상태를 말한다. 상기한 바와 같이 하면, 웨이퍼(11)에 조사되는 마이크로파는, 도파구(22)로부터 직접 발사된 직접파가 지배적으로 되고, 처리실(10) 내의 정재파의 영향을 상대적으로 작게 할 수 있어, 도파구(22)의 근변의 웨이퍼(11)를 급속 가열할 수 있다. 또는, 도파구(22)에 대향하는 영역 이외의 웨이퍼(11)의 영역에 대해서는, 그 영역에 열이력이 축적되지 않도록 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 도파구(22)와 기판 지지핀(13)으로 지지된 웨이퍼(11)의 표면과의 사이의 거리를, 공급되는 마이크로파의 1/4 파장(λ/4)의 홀수배의 거리로 하고 있다. 구체적으로는, 사용하는 마이크로파의 주파수를 5.8㎓로 하고, 그 마이크로파의 파장 51.7㎜의 1/4의 거리인 12.9㎜로 하고 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 도파구(22)로부터 조사되는 마이크로파의 피크 위치(파형의 볼록한 위치)에 웨이퍼(11)를 위치시킬 수 있으므로, 웨이퍼(11)의 가열 효율이 좋다.
그러나, 이와 같이, 「도파구(22)와 기판 지지핀(13)으로 지지된 웨이퍼(11)의 표면과의 사이의 거리를, 공급되는 마이크로파의 1 파장보다도 짧은 거리로 하거나」, 혹은, 「공급되는 마이크로파의 1/4 파장의 홀수배의 거리로 하는 것」만으로는, 도파구(22)의 부근의 웨이퍼(11)의 일부만이 가열되게 되어, 웨이퍼면 내 균일성은 나빠진다.
따라서, 본 실시 형태에 있어서는, 도파구(22)의 중심 위치는, 기판 지지핀(13)으로 지지된 웨이퍼(11)의 중심 위치로부터 편심하여 고정되고, 도파구(22)가 기판 지지핀(13)으로 지지된 웨이퍼(11)의 표면의 일부에 대향하고 있다. 본 예에서는, 웨이퍼(11)의 직경은 300㎜, 도파구(22)의 중심 위치와 웨이퍼(11)의 중심 위치까지의 거리를 90㎜로 하고 있다. 이와 같이, 도파구(22)를 웨이퍼(11)의 중심 위치로부터 편심시키고, 또한 회전 구동부(32)에 의해, 기판 지지대(12)의 회전축(31)을 중심으로 하여, 수평 방향으로 웨이퍼(11)를 회전시킴으로써, 웨이퍼면을 도파구(22)로부터 조사되는 마이크로파가 주사하도록 한다.
다시 말해서, 회전 구동부(32)에 의해, 도파구(22)에 대한 기판 지지부의 수평 방향에 있어서의 상대적인 위치를 변동시킨다. 즉, 기판 지지핀(13)으로 지지된 웨이퍼(11)의 표면의 일부에 대하여 도파구(22)가 간헐적으로 대향하도록, 기판 지지핀(13)으로 지지된 웨이퍼(11)에 대한 도파구(22)의 수평 방향에 있어서의 상대적인 위치를 변동시킨다.
이와 같이, 도파구(22)를 웨이퍼(11)의 중심 위치로부터 편심시켜 회전시킴으로써, 웨이퍼(11)를 보다 균일하게 가열할 수 있고, 또한, 웨이퍼(11) 내의 목적으로 하는 영역을 집중적으로 급속 가열할 수 있고, 그 이외의 영역은, 열이력을 적게 할 수 있다. 그 이유는 다음과 같다. 웨이퍼(11) 중에서, 마이크로파를 공급하는 도파구(22)의 바로 아래의 영역이 가장 마이크로파 에너지가 높으므로 잘 가열된다. 그 이외의 영역은, 마이크로파 에너지가 비교적 약하게 가열되기 어렵다. 따라서 회전하고 있는 웨이퍼(11)의 어느 포인트에 주목하면, 도파구(22)의 바로 아래에 있을 때만 급격히 가열되고, 그로부터 벗어나면 가열되기 어려워진다. 나아가서는, 도파구의 바로 아래 이외의 부분에서는, 후술하는 바와 같이 기판 지지대에 의해서 냉각된다. 즉, 냉각 효율이 가열 효율보다 높은 상태로 된다. 결과적으로 그 포인트의 열이력은 적어진다.
웨이퍼(11)의 온도는, 마이크로파의 파워가 작으면 온도가 낮고, 파워가 크면 온도가 높아진다. 도 2에, 실리콘 웨이퍼에 마이크로파를 조사하였을 때의 마이크로파 파워와 웨이퍼 온도의 상관의 일례를 도시한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 마이크로파의 파워가 커질수록, 웨이퍼 온도가 상승하고 있다.
또한, 웨이퍼 온도는, 처리실의 크기나 형상, 마이크로파의 도파구의 위치, 웨이퍼의 위치에 의해서 변하는 것이며, 여기에 예로 든 데이터의 웨이퍼 온도값은 일례이다. 그러나, 마이크로파 파워를 크게 하면, 웨이퍼 온도가 높아진다고 하는 상관 관계는 무너지지 않는다.
또한, 상술한 바와 같이, 기판 지지핀(13)을, 석영과 같은 저전열성 재질로 함으로써, 웨이퍼(11)의 열이 기판 지지핀(13)을 통하여, 기판 지지대(12)에 도피하는 것을 억제할 수 있다. 여기서, 저전열성이란, 적어도 기판 지지대(12)보다도 전열성이 낮은 것을 말한다. 이에 의해, 웨이퍼(11)를 균일하게 가열하는 것이 가능하게 된다. 가령, 기판 지지핀(13)을 금속과 같은 전열성이 높은 재질로 한 경우는, 웨이퍼(11)로부터 기판 지지핀(13)에의 열전도에 의한 열릴리프가 보다 커지고, 그 결과, 웨이퍼(11) 면내에 온도가 낮은 개소가 국소적으로 나타나게 되므로, 웨이퍼(11) 면내를 균일하게 가열하는 것이 어렵게 된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 기판 지지대(12) 내에는, 웨이퍼(11)를 냉각하기 위한 냉매를 흘리는 냉매 유로(37)가 설치되어 있고, 기판 지지대(12)는 기판 냉각대로서 기능한다. 도 3은, 본 실시 형태에 따른 기판 지지대의 수직 단면 개요도이다. 냉매로서 예를 들면 물이 사용되지만, 이 냉매는 냉각 칠러 등 다른 냉매를 이용해도 된다. 냉매 유로(37)는, 처리실(10)의 외부에 있어서, 냉매 유로(37)에 냉매를 공급하는 냉매 공급관(36)과, 냉매 유로(37)로부터 냉매를 배출하는 냉매 배출관(38)에 접속된다. 냉매 공급관(36)에는, 하류로부터 순서대로, 냉매 공급관(36)을 개폐하는 개폐 밸브(33), 냉매 유량을 제어하는 유량 제어 장치(34), 냉매원(35)이 설치되어 있다. 개폐 밸브(33)와 유량 제어 장치(34)는, 제어부(80)와 전기적으로 접속되어 있고, 제어부(80)에 의해 제어된다.
계속해서, 도 4 및 도 5를 이용하여, 기판 지지대(12) 및 그 주변의 구조에 대해서 상세하게 설명한다. 도 4는, 본 실시 형태에 따른 기판 지지대와 기판 지지대 지지 기구를, 측면에서 본 단면도이다. 도 5는, 도 4의 부분 확대도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 기판 지지대(12)에는, 냉매 유로(37)가 설치되어 있다. 냉매 유로(37)는, 기판 지지대(12) 전체에 둘러쌓여져 있어, 기판을 균일하게 냉각할 수 있다. 냉매로서는, 예를 들면, 가르덴(등록 상표) HT200이 사용된다.
회전축(31)을 구성하는 샤프트(402)는, 기판 지지대(12)를 지지하는 지지부이다. 샤프트(402)는, 냉매(냉각재) 유로를 내포하고 있고, 이 냉매 유로는, 기판 지지대(12)의 냉매 유로(37)에 공급하는 냉매를 흘리고, 냉매 유로(37)로부터 배출되는 냉매를 흘린다. 샤프트(402)의 재질은, 알루미늄이다. 샤프트(402)의 수평 단면은, 원형이다. 샤프트(402)에 내포되는 냉매 유로로서, 냉매를 냉매 공급/배출부(417)로부터 냉매 유로(37)에 공급하는 제1 냉매 공급로(408), 및 냉매 유로(37)로부터 배출되는 냉매를 흘리는 제1 냉매 배출로(409)가 배설되어 있다. 제1 냉매 공급로(408), 제1 냉매 배출로(409)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 샤프트(402) 내부에, 서로 평행하게 또한 이격하도록 설치되어 있다.
참조 부호 32는, 샤프트(402)를 수평 회전시키는 회전 구동부이며, SUS제(스테인리스 스틸)이다. 샤프트(402)의 측면은, 중공 샤프트(423)로 덮여져 있다. 중공 샤프트(423)는, 샤프트(402)를 협지하고, 샤프트(402)와 함께 수평 회전하는 것으로, 회전시의 마찰 등으로부터 샤프트(402)를 보호하는 것이다. 중공 샤프트(423)의 재질은, SUS이다. 샤프트(402)와 중공 샤프트(423)의 사이에는, O링(405)이 설치된다. O링(405)에 의해서, 샤프트(402)의 흔들림이 방지됨과 함께, 처리실(10)내로부터의 가스 누설이 방지된다. 회전 구동부(32)에는, 중공 샤프트(423)와 접하는 측에, 진공 시일로서의 자성 유체 시일(420), 베어링(421), 모터(422)가 구비되어 있다. 모터(422)의 회전 운동이, 중공 샤프트(423)에 전해져, 샤프트(402)가 수평 회전한다.
회전 구동부(32)의 케이싱에 설치된 플랜지(32a)는, 처리 용기(18)의 저부와 고정되어 있다. O링(407)은, 처리실(10) 내로부터 가스가 누설되는 것을 방지하는 것이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 샤프트(402)의 하부 선단은, 샤프트 받이부(411)에 삽입된다. 샤프트 받이부(411)의 상측에는, 고정링(416)이 설치되고, 고정링(416)의 상측에는, 압축링(410)이 설치되어 있다. 샤프트 받이부(411), 고정링(416), 압축링(410)은, 샤프트(402)와 냉매 공급/배출부(417)를 접속하는 접속부를 구성하고, 샤프트(402)와 함께 수평 회전한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 샤프트 받이부(411)의 하측에는, 냉매 공급/배출부(417)가 설치되어 있다. 냉매 공급/배출부(417)는, 샤프트(402)가 수평 회전할 때에, 수평 회전하지 않고 정지 상태를 유지한다.
냉매 공급/배출부(417)는, SUS제이다. 냉매 공급/배출부(417)는, 그 케이싱 내부에 로터가 조립되어 있고, 접속부를 통하여 샤프트(402)에, 냉매를 누설하는 일 없이 공급하고, 또한, 접속부를 통하여 샤프트(402)로부터, 냉매를 누설하는 일 없이 배출한다. 냉매 공급/배출부(417)에는, 제2 냉매 공급로(418)와 제2 냉매 배출로(419)가 설치되어 있다. 제2 냉매 배출로(419)는, 제2 냉매 공급로(418)를 둘러싸도록, 제2 냉매 공급로(418)와 동심원 상에 배치되어 있다. 즉, 제2 냉매 공급로(418)는 내축이며, 제2 냉매 배출로(419)는 내축을 둘러싸도록 설치한 외축이다. 이와 같이, 제2 냉매 공급로(418)와 제2 냉매 배출로(419)는, 2겹의 축을 구성하고 있다. 샤프트 받이부(411)는, 이 2겹의 축을 중심으로 수평 회전하므로, 회전 중에 있어서도, 내축으로부터 냉매를 공급하고, 외축으로부터 냉매를 배출하는 것이 가능하게 된다.
도 5에 도시한 바와 같이, 샤프트(402)의 선단(402a)을 O링(412)에 당접함으로써, 냉매의 누설이 방지된다. 샤프트(402)의 제1 냉매 공급로(408)와, 냉매 공급/배출부(417)의 제2 냉매 공급로(418)가, 2겹의 관이 겹치도록 접속되고, 샤프트(402)의 제1 냉매 배출로(409)와, 냉매 공급/배출부(417)의 제2 냉매 배출로(419)가, 2겹의 관이 겹치도록 접속된다.
샤프트(402)의 제1 냉매 공급로(408)와 제1 냉매 배출로(409)는, 서로 평행하게 또한 이격하도록 배치되어 있다. 한편, 냉매 공급/배출부(417)에 있어서는, 제2 냉매 배출로(419)는, 제2 냉매 공급로(418)를 둘러싸도록, 제2 냉매 공급로(418)와 동심원 상에 배치되어 있다. 이와 같이, 샤프트(402) 내의 냉매 유로를 2겹 축 구조로 하지 않고, 서로 평행하게 또한 이격하는 구조로 함으로써, 샤프트(402)의 제작이 용이해진다.
도 5에 도시한 바와 같이, 샤프트 받이부(411)의 상면에는, 고정링(416)이 설치된다. 고정링(416)은, 상하 방향으로 두께가 있는 링 형상(도넛 형상)이며, 대략 좌우 대칭으로 되도록, 상하 방향을 따라서 2 분할되는 구조이다. 2 분할된 고정링(416)이, 측면 방향으로부터, 샤프트(402)의 선단부 측면에 끼워 넣어진다. 고정링(416)에는, 볼록부인 플랜지(416a)가 설치되어 있다. 플랜지(416a)가 샤프트(402)의 선단부 측면의 오목부에 감합한 상태에서, 2 분할된 고정링(416)을, 수평 방향의 볼트(도시 생략)에 의해 결합하여 고정함으로써, 샤프트(402)에 고정링(416)이 고정된다. 또한, 샤프트 받이부(411)는, 고정링(416)에, 볼트 등(도시 생략)에 의해 고정된다. 이와 같은 구조로 함으로써, 샤프트 받이부(411)는, 샤프트(402)와 함께 회전한다.
다음으로, 기판 지지대와 기판과의 거리에 대해서 설명한다.
기판 지지대(12)는 금속제 즉 도전성이므로, 기판 지지대(12)에 있어서는 마이크로파의 전위가 제로로 된다. 따라서, 가령 웨이퍼(11)를 기판 지지대(12)에 직접 둔 경우, 마이크로파의 전계 강도가 약한 상태로 된다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 기판 지지대(12)의 표면으로부터 마이크로파의 1/4 파장(λ/4)의 위치, 혹은 λ/4의 홀수배의 위치에 웨이퍼(11)를 재치하도록 한다. 여기서 말하는 기판 지지대(12)의 표면이란, 기판 지지대(12)를 구성하는 면의 내, 웨이퍼의 이면과 대향하는 면을 말한다. λ/4의 홀수배의 위치에서는 전계가 강하기 때문에, 웨이퍼(11)를 효율적으로 마이크로파로 가열할 수 있다.
구체적으로는, 본 실시 형태에서는, 예를 들면 5.8㎓로 고정한 마이크로파를 사용하고, 마이크로파의 파장이 51.7㎜이므로, 기판 지지대(12)의 표면으로부터 웨이퍼(11)까지의 높이를 12.9㎜로 되도록 설정하고 있다. 즉, 기판 처리시에 있어서의 기판 지지핀(13)의 상단과 기판 지지대(12)의 대향면과의 사이의 거리가, 공급되는 마이크로파의 1/4 파장이 거리로 되도록 설정하고 있다.
이와 같은 구성으로 함으로써, 마이크로파의 피크 위치(파형의 볼록한 위치)에 웨이퍼(11)를 위치시킬 수 있으므로, 웨이퍼(11)의 가열 효율이 좋다. 가열 효율이 좋으면, 웨이퍼(11)의 유전체막으로부터의 열전도에 의해 다른 막도 가열되게 되는 것이 생각되지만, 웨이퍼(11)의 사이즈와 동등하거나 혹은 그것보다 큰 면적을 갖고, 냉각부를 내장하는 금속제의 기판 지지대(12)를 웨이퍼(11)의 이면에 대향하는 위치에 둠으로써, 웨이퍼(11) 이면의 전체면으로부터 열을 빼앗을 수 있다. 그 결과, 웨이퍼(11)를 균일하게 냉각할 수 있어, 웨이퍼(11) 상의 유전체막 이외의 막의 가열을 억제할 수 있다.
마이크로파의 주파수가 시간과 함께 변화(가변)하는 형태도 가능하다. 그 경우, 기판 지지대(12)의 표면으로부터 웨이퍼(11)까지의 높이는, 변화하는 주파수대의 대표 주파수의 파장으로부터 구하면 된다. 예를 들면 5.8㎓?7.0㎓까지 변화하는 경우, 대표 주파수를 변화하는 주파수대의 센터 주파수로 하고, 대표 주파수 6.4㎓의 파장 46㎜보다, 기판 지지대(12)의 표면으로부터 웨이퍼(11)까지의 높이를 11.5㎜로 하면 된다.
나아가서는, 고정 주파수의 전원을 복수 마련하고, 각각으로부터 다른 주파수의 마이크로파를 절환하여 공급하고, 처리하도록 하여도 된다.
다음으로, 기판 처리 장치(100)에 있어서의 본 실시 형태의 기판 처리 동작에 대해서 설명한다. 본 실시 형태의 기판 처리는, 반도체 장치를 제조하는 복수 공정 중의 1 공정을 구성하는 것이다. 이 기판 처리 동작은, 제어부(80)에 의해 제어된다.
(기판 반입 공정)
웨이퍼(11)를 처리실(10)에 반입하는 기판 반입 공정에 있어서, 우선, 게이트 밸브(72)를 개방하고, 처리실(10)과 반송실을 연통시킨다. 다음으로, 처리 대상의 웨이퍼(11)를, 반송 로봇에 의해, 반송실 내로부터 처리실(10) 내에 반입한다. 처리실(10) 내에 반입된 웨이퍼(11)는, 반송 로봇에 의해 기판 지지핀(13)의 상단에 재치되어, 기판 지지핀(13)으로 지지된다. 다음으로, 반송 로봇이 처리실(10) 내로부터 반송실 내로 복귀하면, 게이트 밸브(72)가 폐쇄된다.
(질소 가스 치환 공정)
다음으로, 후술하는 가열 처리 공정에서 웨이퍼(11)에 악영향을 미치지 않도록, 처리실(10) 내를 불활성 가스 분위기로 치환한다. 본 예에서는, 불활성 가스로서 질소(N2) 가스를 이용한다. 가스 배출관(62)으로부터, 진공 펌프(64)에 의해 처리실(10) 내의 가스(분위기)를 배출함과 함께, 가스 공급관(52)으로부터, N2 가스를 처리실(10) 내에 도입한다. 이때, 압력 조정 밸브(63)에 의해 처리실(10) 내의 압력을 소정의 값, 본 실시 형태에서는 대기압으로 조정한다.
(가열 처리 공정)
다음으로, 회전 구동부(32)에 의해 웨이퍼(11)를 회전시켜, 소정의 회전수에 도달하고, 웨이퍼(11)의 회전수가 일정한 상태로 된 후, 마이크로파 발생부(20)에서 발생시킨 마이크로파를, 도파구(22)로부터 처리실(10) 내에 도입하고, 웨이퍼(11)의 표면에 소정 시간 조사한다. 가령, 웨이퍼(11)의 회전 전, 혹은 웨이퍼(11)가 소정의 회전수에 도달하기 전에, 마이크로파를 도입하면, 웨이퍼(11)의 장소에 의해 마이크로파 조사 강도의 변동이 생기므로, 웨이퍼(11)를 균일하게 가열하는 점에서 바람직하지 않다.
본 예에서는, 이 마이크로파 조사에 의해, 웨이퍼(11) 표면 상의 High-k막을 100?600℃로 가열하고, High-k막의 개질 처리, 즉, High-k막으로부터 C나 H 등의 불순물을 이탈시켜, 치밀화하고 안정된 절연체 박막에 개질하는 처리를 행한다. 이와 같이, 웨이퍼(11)를 회전시킴으로써, 웨이퍼(11)를 보다 균일하게 가열할 수 있다.
High-k막 등의 유전체는, 유전율에 따라서 마이크로파의 흡수율이 다르다. 유전율이 높을수록 마이크로파를 흡수하기 쉽다. 우리들의 연구에 따르면, 하이파워의 마이크로파를 웨이퍼에 조사하여 처리하면, 저파워의 마이크로파로 처리할 때보다도, 웨이퍼 상의 유전체막이 보다 개질되는 것을 알 수 있었다. 또한, 마이크로파에 의한 가열의 특징은, 유전율 ε과 유전 탄젠트 tanδ에 의한 유전 가열이고, 이 물성값이 다른 물질을 동시에 가열하면, 가열되기 쉬운 물질, 즉, 유전율이 높은 쪽의 물질을 선택적으로 가열할 수 있다.
이와 같이, 유전율이 높은 물질은 급속히 가열되고, 그 이외의 물질은 가열되는 데에 비교적 시간이 걸리는 것을 이용하여, 하이파워의 마이크로파를 조사함으로써, 유전체에 대해 원하는 가열을 하기 위한 마이크로파의 조사 시간을 짧게 할 수 있으므로, 그 이외의 물질은 가열되기 전에 마이크로파의 조사를 끝냄으로써, 유전율이 높은 물질을 선택적으로 가열할 수 있다.
High-k막의 어닐링에 대해서 설명하면, 웨이퍼의 기판 재료인 실리콘에 비해, High-k막은 유전율 ε이 높다. 예를 들면, 실리콘의 유전율 ε은 9.6이지만, High-k막인 HfO막의 유전율 ε은 25, ZrO막의 유전율 ε은 35이다. 따라서, High-k막을 성막한 웨이퍼에 마이크로파를 조사하면, High-k막만 선택적으로 가열할 수 있다.
우리들의 연구에 의하면, 하이파워의 마이크로파를 조사하는 쪽이 막의 개질 효과가 크다. 하이파워의 마이크로파를 조사하면, 급속히 High-k막의 온도를 상승시킬 수 있다.
이에 대해, 비교적 저파워의 마이크로파를 장시간 조사한 경우는, 개질 프로세스 중에 웨이퍼 전체의 온도가 높아지게 된다. 시간이 경과되면, 실리콘 자신이 마이크로파에 의해 유전 가열되는 것과, 마이크로파가 조사되는 웨이퍼 표면의 High-k막으로부터 웨이퍼 이면측의 실리콘에의 열전도에 의해, 실리콘의 온도도 상승하게 되기 때문이다.
하이파워의 마이크로파를 조사하는 경우에 막의 개질 효과가 큰 이유는, 웨이퍼 전체가 온도 상승하여 상한 온도에 도달할 때까지의 시간 내에, 유전체를 유전 가열에 의해 높은 온도까지 가열할 수 있기 때문이라고 생각된다.
따라서, 본 실시 형태에서는, High-k막이 형성된 웨이퍼 표면측에 에너지의 강한 직접파를 조사하고, 유전체와 웨이퍼와의 가열 차이를 보다 크게 하도록 하였다. 또한, 웨이퍼(11)의 온도 상승을 억제하기 위해 웨이퍼(11)를 회전시키는 것으로 하였다. 이것은, 웨이퍼면에서 보면, 도파구(22) 부근에 체재하는 시간대는, 마이크로파에 의해서 급속히 가열되지만, 도파구(22) 부근으로부터 벗어나면, 가열되기 어려워 웨이퍼 온도는 내려 가기 때문이다. 이와 같이 함으로써, 웨이퍼 전체의 온도 상승을 억제할 수 있다. 더 바람직하게는, 마이크로파를 조사 중에, 웨이퍼(11)를 냉각함으로써, 웨이퍼(11)의 온도 상승을 억제하는 것이 좋다. 웨이퍼(11)를 냉각하기 위해서는, 예를 들면, 처리실(10) 내를 통과하는 N2 가스량을 증가시키거나, 혹은, 기판 지지대(12) 내의 냉매 유로(37)에 냉매를 순환시키도록 하면 된다.
또한, 가열 처리 공정에 있어서, 제어부(80)는 밸브(53)를 개방하여, 처리실(10) 내에 가스 공급관(52)으로부터 N2 가스를 도입함과 함께, 압력 조정 밸브(63)에 의해 처리실(10) 내의 압력을 소정의 값, 본 실시 형태에서는 대기압으로 조정하면서, 가스 배출관(62)으로부터 처리실(10) 내의 N2 가스를 배출한다. 이와 같이 하여, 가열 처리 공정에 있어서, 처리실(10) 내를 소정의 압력값으로 유지한다. 본 예에서는, 주파수 5.8㎓의 마이크로파를 파워 1600W, 처리실(10) 내의 압력을 대기압으로서 1분간, 가열 처리를 행하였다. 이때, 처리실(10) 내에 도입하는 불활성 가스(예를 들면 N2 가스)의 유량을 제어함으로써, 웨이퍼(11)의 냉각을 제어할 수도 있다.
적극적으로 N2 가스의 냉각 효과를 사용하는 경우는, 가스 공급관(52)을 기판 지지대(12)에 설치하고, 웨이퍼(11)와 기판 지지대(12)의 사이에 가스를 흘림으로써, 가스에 의한 냉각 효과 향상을 도모할 수도 있다. 이 가스의 유량을 제어함으로써, 웨이퍼(11)의 온도 제어를 행할 수도 있다.
또한 본 실시예에서는 N2 가스를 사용하고 있지만, 프로세스적, 안전성에 문제가 없으면, 열전달율이 높은 다른 가스, 예를 들면 희석 He 가스 등을 N2 가스에 추가하여, 기판 냉각 효과를 향상시킬 수도 있다.
이상과 같이 하여, 소정 시간, 마이크로파를 도입하여 기판 가열 처리를 행한 후, 마이크로파의 도입을 정지한다. 마이크로파의 도입을 정지한 후, 웨이퍼(11)의 회전을 정지한다. 가령, 마이크로파의 도입을 정지하기 전에, 웨이퍼(11)의 회전을 정지하면, 웨이퍼(11) 내의 영역에 의해 마이크로파 조사 강도의 변동이 생기므로, 웨이퍼(11)를 균일하게 가열하는 점에서 바람직하지 않다.
(기판 반출 공정)
가열 처리 공정이 종료되면, 상술한 기판 반입 공정에 나타낸 수순과는 반대의 수순에 의해, 가열 처리한 웨이퍼(11)를 처리실(10)로부터 반송실 내에 반출한다.
상술한 실시 형태에 따르면, 적어도 다음의 (1)?(7)의 효과를 발휘할 수 있다.
(1) 마이크로파 도파구를 기판의 중심 위치로부터 편심시키는 위치로 하고, 또한 기판을 회전시킴으로써, 균일한 기판 가열이 가능해지고, 또한, 기판 온도의 상승을 억제할 수 있다. 또한, 기판 상의 목적으로 하는 영역을 집중적으로 급속 가열할 수 있고, 그 이외의 영역은, 열이력을 적게 할 수 있다.
(2) 기판의 회전수가 소정의 일정 상태로 된 후, 마이크로파를 기판의 표면에 조사하여 가열 처리를 행하고, 가열 처리를 행한 후는, 마이크로파의 도입을 정지한 후, 기판의 회전을 정지하도록 하고 있으므로, 기판 내를 균일하게 가열할 수 있다.
(3) 기판 가열 처리시에 있어서의 도파구(22)와 기판의 표면과의 사이의 거리를, 공급되는 마이크로파의 1 파장 이하의 거리로 하고, 주로 도파구(22)로부터의 직접파를 이용함으로써, 강한 에너지의 마이크로파를 웨이퍼에 조사할 수 있으므로, 기판을 효율적으로 가열할 수 있고, 또한, 반사파의 영향을 상대적으로 저감할 수 있다.
(4) 또한, 기판 가열 처리시에 있어서의 도파구(22)와 기판의 표면과의 사이의 거리를, 공급되는 마이크로파의 1/4 파장의 홀수배의 거리로 하고 있으므로, 도파구(22)로부터 조사되는 마이크로파의 피크 위치에 기판을 위치시킬 수 있어, 기판의 가열 효율이 좋다.
(5) 기판 가열 처리시에 있어서의 기판의 이면(기판 지지부의 상단)과 도전성의 받침대의 기판 이면에 대향하는 대향면과의 사이의 거리가, 공급되는 마이크로파의 1/4 파장의 홀수배의 거리로 되도록 하고 있으므로, 도파구(22)로부터 조사되는 마이크로파의 피크 위치에 기판을 위치시킬 수 있어, 기판의 가열 효율이 좋다.
(6) 기판 지지핀을 저전열성 재질로 하고 있으므로, 기판 지지핀으로부터 열이 도피하는 것을 억제할 수 있어, 기판 내를 균일하게 가열할 수 있다.
(7) 유전율이 높은 재질을 선택적으로 가열할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상술한 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경이 가능한 것은 물론이다.
또한, 상술한 실시 형태에 있어서, 도파구(22)를 고정하여 기판 지지부를 수평 방향으로 회전시켰지만, 대신에, 기판 지지부를 고정함과 함께, 도파구(22) 아래에 안테나를 접속하여 새로운 도파구로 하고, 기판 중심 위치를 회전축으로 하여, 그 새로운 도파구를 수평 방향으로 회전시키도록 해도 된다. 단, 도파구를 회전시키고자 하면, 회전 기구가 기판 상부에 설치되기 때문에, 기계적인 접촉 등으로 도파구 회전축이나 그 주변으로부터 먼지가 발생하여 기판에 떨어지게 되는 것이 생각되어, 그 결과, 기판이 오염되게 될 가능성이 있다. 따라서, 도파구(22)를 고정하여 기판 지지부를 수평 방향으로 회전시키는 쪽이 바람직하다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 기판을 직접 지지하는 부재로서 기판 지지핀(13)을 이용하였지만, 핀 이외의 부재에 의해 기판을 지지해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 웨이퍼에 처리가 실시되는 경우에 대해서 설명하였지만, 처리 대상은 포토마스크나 프린트 배선 기판, 액정 패널, 컴팩트 디스크 및 자기 디스크 등이어도 된다.
본 명세서에는, 적어도 다음의 발명이 포함된다. 즉, 제1 발명은,
기판을 처리하는 처리실과,
상기 처리실 내에 설치되어 기판을 지지하는 기판 지지부와,
상기 처리실 외에 설치되는 마이크로파 발생부와,
상기 마이크로파 발생부에서 발생시킨 마이크로파를 상기 처리실 내에 공급하는 도파구로서, 그 도파구의 중심 위치가, 상기 기판 지지부에서 지지된 기판의 중심 위치로부터 편심하고 있고, 그 도파구가 상기 기판 지지부에서 지지된 기판의 표면의 일부에 대향하고 있는 도파구와,
상기 도파구에 대한 상기 기판 지지부의 수평 방향에 있어서의 상대적인 위치를 변동시키는 제어부
를 구비하는 기판 처리 장치.
이와 같이 기판 처리 장치를 구성하면, 마이크로파 도파구를 기판의 중심 위치로부터 편심시키는 위치로 하고, 도파구에 대한 기판 지지부의 상대적인 위치를 변동시킴(예를 들면 기판을 회전시킴)으로써, 기판 전체의 열이력을 억제하면서 균일한 기판 가열이 가능하게 된다. 또한, 기판 상의 목적으로 하는 영역을 집중적으로 급속 가열할 수 있고, 그 이외의 영역은, 열이력을 적게 할 수 있다.
제2 발명은, 상기 제1 발명에 있어서의 기판 처리 장치로서,
상기 기판 지지부는, 그 기판 지지부의 회전축을 중심으로 하여 수평 방향으로 회전하고,
상기 도파구는, 상기 기판 지지부의 회전축으로부터 편심한 위치에 고정되어 있는 기판 처리 장치.
이와 같이 기판 처리 장치를 구성하면, 도파구에 대한 기판 지지부의 상대적인 위치 변동을 용이하게 실현할 수 있고, 또한, 회전 기구를 기판 하부에 설치할 수 있으므로, 기판에 대한 오염을 적게 할 수 있다.
제3 발명은, 상기 제1 발명 또는 제2 발명에 있어서의 기판 처리 장치로서,
상기 도파구와 상기 기판 지지부에서 지지된 기판과의 사이의 거리는, 상기 공급되는 마이크로파의 파장보다도 짧은 거리인 기판 처리 장치.
이와 같이 기판 처리 장치를 구성하면, 기판에 조사되는 마이크로파는, 도파관으로부터 직접 발사된 직접파가 지배적으로 되고, 보다 강한 에너지의 마이크로파를 사용함으로써 효율적으로 유전체를 가열할 수 있다. 또한, 도파구의 바로 아래 근변 이외의 영역에는 직접파가 닿지 않으므로, 그 영역에는 열이력이 축적되지 않기 때문에, 보다 한층, 기판 상의 목적으로 하는 장소를 집중적으로 급속 가열 할 수 있어, 그 이외의 장소는, 열이력을 적게 할 수 있다.
제4 발명은, 상기 제1 발명 또는 상기 제3 발명에 있어서의 기판 처리 장치로서,
상기 도파구와 상기 기판 지지부에서 지지된 기판과의 사이의 거리는, 상기 도파구로부터 공급되는 마이크로파의 1/4 파장의 홀수배인 기판 처리 장치.
이와 같이 기판 처리 장치를 구성하면, 도파구로부터 공급되는 마이크로파의 직접파의 피크(파형의 볼록한 위치)에 기판을 위치할 수 있어, 기판의 높이 위치에 있어서의 마이크로파의 전계가 강해지므로, 기판을 효율적으로 가열할 수 있다.
제5 발명은, 상기 제1 발명 또는 제4 발명에 있어서의 기판 처리 장치로서,
상기 기판 지지부는, 기판을 그 상단에서 지지하는 기판 지지핀과, 상기 기판 지지핀의 하부에 설치된 도전성의 받침대를 구비하고,
기판 가열 처리시에 있어서의 상기 기판 지지핀 상단과 상기 도전성의 받침대와의 사이의 거리가, 상기 공급되는 마이크로파의 1/4 파장의 홀수배의 거리인 기판 처리 장치.
이와 같이 기판 처리 장치를 구성하면, 도파구로부터 공급되는 마이크로파의 피크(파형의 볼록한 위치)에 기판을 위치할 수 있어, 기판의 높이 위치에 있어서의 마이크로파의 전계가 강해지므로, 기판을 효율적으로 가열할 수 있다.
제6 발명은, 상기 제5 발명에 있어서의 기판 처리 장치로서,
상기 도전성의 받침대는, 냉매 유로를 내장한 금속제의 받침대인 기판 처리 장치.
이와 같이 기판 처리 장치를 구성하면, 기판의 높이 위치에 있어서의 마이크로파의 전계가 강해지므로 기판 상의 예를 들면 High-k막을 효율적으로 가열 할 수 있고, 또한, 기판 전체의 가열을 억제할 수 있다.
제7 발명은, 상기 제1 발명 또는 제6 발명에 있어서의 기판 처리 장치로서,
상기 제어부는, 상기 도파구에 대한 상기 기판 지지부의 수평 방향에 있어서의 상대적인 위치 변동을 개시한 후, 상기 마이크로파를 상기 처리실 내에 공급하도록 제어하는 기판 처리 장치.
이와 같이 기판 처리 장치를 구성하면, 도파구에 대한 기판 지지부의 상대적인 위치 변동(예를 들면 기판 지지부의 회전)이 안정된 후, 마이크로파를 공급하므로, 보다 균일한 기판 가열이 가능하게 된다.
제8 발명은,
기판을 처리하는 처리실과,
상기 처리실 내에 설치되어 기판을 지지하는 기판 지지부와,
상기 처리실 외에 설치되는 마이크로파 발생부와,
상기 마이크로파 발생부에서 발생시킨 마이크로파를 상기 처리실 내에 공급하는 도파구로서, 그 도파구의 중심 위치가, 상기 기판 지지부에서 지지된 기판의 중심 위치로부터 편심하고 있고, 그 도파구가 상기 지지된 기판의 표면의 일부에 대향하는 도파구와,
상기 지지된 기판의 표면의 일부에 대하여 상기 도파구가 간헐적으로 대향하도록, 상기 지지된 기판에 대한 상기 도파구의 수평 방향에 있어서의 상대적인 위치를 변동시키는 제어부
를 구비하는 기판 처리 장치.
이와 같이 기판 처리 장치를 구성하면, 마이크로파 도파구를 기판의 중심 위치로부터 편심시키는 위치로 하고, 기판의 일부에 대하여 도파구가 간헐적으로 대향하도록 상대적인 위치를 변동시킴(예를 들면 기판을 회전시킴)으로써, 기판 전체의 열이력을 억제하면서 균일한 기판 가열이 가능하게 된다. 또한, 기판 상의 목적으로 하는 영역을 집중적으로 급속 가열할 수 있고, 그 이외의 영역은, 열이력을 적게 할 수 있다.
제9 발명은,
기판을 처리하는 처리실과,
상기 처리실 내에 설치되어 기판을 지지하는 기판 지지부와,
상기 처리실 외에 설치되는 마이크로파 발생부와,
상기 마이크로파 발생부에서 발생시킨 마이크로파를 상기 처리실 내에 공급하는 도파구로서, 그 도파구의 중심 위치가, 상기 기판 지지부에서 지지된 기판의 중심 위치로부터 편심하고 있고, 그 도파구가 상기 기판 지지부에서 지지된 기판의 표면의 일부에 대향하고 있는 도파구와,
상기 도파구에 대하여 상기 기판 지지부를 상대적으로 수평 회전시키는 제어부
를 구비하는 기판 처리 장치를 이용한 반도체 장치의 제조 방법으로서,
기판을 처리실 내에 반입하는 반입 공정과,
상기 처리실 내에 설치된 기판 지지부에서 기판을 지지하는 지지 공정과,
상기 도파구에 대하여 상기 기판 지지부에서 지지한 기판을 상대적으로 수평 회전시키는 회전 공정과,
상기 기판의 회전 개시 후에 상기 마이크로파를 상기 기판 표면에 조사하는 조사 공정과,
상기 처리실 내로부터 기판을 반출하는 반출 공정
을 구비하는 반도체 장치의 제조 방법.
이와 같이 반도체 장치의 제조 방법을 구성하면, 회전 속도가 일정하게 된 후, 마이크로파를 공급하므로, 면내 균일하게 기판 가열을 행할 수 있다.
제10 발명은, 상기 제9 발명에 있어서의 반도체 장치의 제조 방법으로서,
상기 조사 공정을 개시 후, 소정 시간 경과된 후에 상기 마이크로파의 공급을 정지하고, 상기 마이크로파의 공급을 정지한 후, 상기 기판 지지부에서 지지한 기판의 회전 동작을 정지하는 공정
을 구비하는 반도체 장치의 제조 방법.
이와 같이 반도체 장치의 제조 방법을 구성하면, 회전 동작 중에 마이크로파의 공급을 정지하므로, 균일한 가열 상태를 유지한 채로, 기판 가열 처리를 종료할 수 있다.
10 : 처리실
11 : 웨이퍼
12 : 기판 지지대
13 : 기판 지지핀
14 : 온도 검출기
18 : 처리 용기
20 : 마이크로파 발생부
21 : 도파로
22 : 도파구
31 : 회전축
32 : 회전 구동부
33 : 개폐 밸브
34 : 유량 제어 장치
35 : 냉매원
36 : 냉매 공급관
37 : 냉매 유로
38 : 냉매 배출관
52 : 가스 공급관
53 : 개폐 밸브
54 : 유량 제어 장치
55 : 가스 공급원
62 : 가스 배출관
63 : 압력 조정 밸브
64 : 진공 펌프
71 : 웨이퍼 반송구
72 : 게이트 밸브
73 : 게이트 밸브 구동부
80 : 제어부
100 : 기판 처리 장치
402 : 샤프트
405 : O링
407 : O링
408 : 제1 냉매 공급로
409 : 제1 냉매 배출로
410 : 압축링
411 : 샤프트 받이부
412 : O링
416 : 고정링
417 : 냉매 공급/배출부
418 : 제2 냉매 공급로
419 : 제2 냉매 배출로
420 : 진공 시일
421 : 베어링
422 : 모터
423 : 중공 샤프트

Claims (9)

  1. 기판을 처리하는 처리실과,
    상기 처리실 내에 설치되어 기판을 지지하는 기판 지지부와,
    상기 처리실 외에 설치되는 마이크로파 발생부와,
    상기 마이크로파 발생부에서 발생시킨 마이크로파를 상기 처리실 내에 공급하는 도파구로서, 그 도파구의 중심 위치가, 상기 기판 지지부에서 지지된 기판의 중심 위치로부터 편심하고 있고, 그 도파구가 상기 기판 지지부에서 지지된 기판의 표면의 일부에 대향하고 있는 도파구와,
    상기 도파구에 대한 상기 기판 지지부의 수평 방향에 있어서의 상대적인 위치를 변동시키는 제어부
    를 구비하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판 지지부는, 그 기판 지지부의 회전축을 중심으로 하여 수평 방향으로 회전하고,
    상기 도파구는, 상기 기판 지지부의 회전축으로부터 편심한 위치에 고정되어 있는 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도파구와 상기 기판 지지부에서 지지된 기판과의 사이의 거리는, 상기 공급되는 마이크로파의 파장보다도 짧은 거리인 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 도파구와 상기 기판 지지부에서 지지된 기판과의 사이의 거리는, 상기 도파구로부터 공급되는 마이크로파의 1/4 파장의 홀수배인 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판 지지부는, 기판을 그 상단에서 지지하는 기판 지지핀과, 상기 기판 지지핀의 하부에 설치된 도전성의 받침대를 구비하고,
    기판 처리시에 있어서의 상기 기판 지지핀 상단과 상기 도전성의 받침대와의 사이의 거리가, 상기 공급되는 마이크로파의 1/4 파장의 홀수배의 거리인 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 도전성의 받침대는, 냉매 유로를 내장한 금속제의 받침대인 기판 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 도파구에 대한 상기 기판 지지부의 수평 방향에 있어서의 상대적인 위치 변동을 개시한 후, 상기 마이크로파 발생부가 상기 마이크로파를 상기 처리실 내에 공급하도록 제어하는 기판 처리 장치.
  8. 기판을 처리하는 처리실과,
    상기 처리실 내에 설치되어 기판을 지지하는 기판 지지부와,
    상기 처리실 외에 설치되는 마이크로파 발생부와,
    상기 마이크로파 발생부에서 발생시킨 마이크로파를 상기 처리실 내에 공급하는 도파구로서, 그 도파구의 중심 위치가, 상기 기판 지지부에서 지지된 기판의 중심 위치로부터 편심하고 있고, 그 도파구가 상기 지지된 기판의 표면의 일부에 대향하는 도파구와,
    상기 지지된 기판의 표면의 일부에 대하여 상기 도파구가 간헐적으로 대향하도록, 상기 지지된 기판에 대한 상기 도파구의 수평 방향에 있어서의 상대적인 위치를 변동시키는 제어부
    를 구비하는 기판 처리 장치.
  9. 기판을 처리하는 처리실과,
    상기 처리실 내에 설치되어 기판을 지지하는 기판 지지부와,
    상기 처리실 외에 설치되는 마이크로파 발생부와,
    상기 마이크로파 발생부에서 발생시킨 마이크로파를 상기 처리실 내에 공급하는 도파구로서, 그 도파구의 중심 위치가, 상기 기판 지지부에서 지지된 기판의 중심 위치로부터 편심하고 있고, 그 도파구가 상기 기판 지지부에서 지지된 기판의 표면의 일부에 대향하고 있는 도파구와,
    상기 도파구에 대하여 상기 기판 지지부를 상대적으로 수평 회전시키는 제어부
    를 구비하는 기판 처리 장치를 이용한 반도체 장치의 제조 방법으로서,
    기판을 처리실 내에 반입하는 반입 공정과,
    상기 처리실 내에 설치된 기판 지지부에서 기판을 지지하는 지지 공정과,
    상기 도파구에 대하여 상기 기판 지지부에서 지지한 기판을 상대적으로 수평 회전시키는 회전 공정과,
    상기 기판의 회전 개시 후에 상기 마이크로파를 상기 기판 표면에 조사하는 조사 공정과,
    상기 처리실 내로부터 기판을 반출하는 반출 공정
    을 구비하는 반도체 장치의 제조 방법.
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