KR20140034675A - 마이크로파 어닐링 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

마이크로파 어닐링 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

일 실시 형태에 따르면, 전자기파를 차폐하는 하우징(10)과, 상기 하우징(10) 내에 제1 전자기파를 공급하도록 구성된 제1 전자기파원(21)과, 상기 하우징(10) 내에 상기 제1 전자기파보다 주파수가 높은 제2 전자기파를 공급하도록 구성된 제2 전자기파원(22)과, 반도체 기판(11)을 보유하도록 구성되고, 상기 제1 전자기파에 대해 투명한 재료로 형성되고, 상기 하우징(10) 내에 구비되는 서셉터(12)와, 상기 반도체 기판(11)의 온도를 측정하도록 구성된 온도 계측기(13)와, 상기 온도 계측기(13)에 의해 측정된 온도에 따라 상기 제1 전자기파원 및 제2 전자기파원(21, 22) 각각의 전력을 제어하도록 구성된 제어부(31)를 포함하는, 마이크로파 어닐링 장치가 제공된다.

Description

마이크로파 어닐링 장치 및 반도체 장치의 제조 방법{MICROWAVE ANNEALING APPARATUS AND METHOD OF MANUFACTURING A SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 명세서에 기재된 실시예는, 3차원 반도체 장치의 제조에 이용하기 위한 마이크로파 어닐링 장치와, 이 장치를 이용한 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 장치에서 회로의 활성화를 실현하는 방법으로서, 마이크로파 어닐링이 주목받고 있다. 마이크로파 어닐링은, 광 어닐링에 비해 저온(350 내지 650℃)에서 활성화를 행할 수 있다. 이로 인해, 불순물의 확산을 제어할 수 있어 누설 전류를 낮추는 것이 가능하게 된다. 또한, 마이크로파는, 광의 파장에 비해 그 파장이 길기 때문에(몇 cm 내지 수 백 cm), 다층형 회로의 최심층에 도달한다. 그 때문에, 다층형 회로의 균일한 활성화를 실현할 가능성이 높다. 따라서, 마이크로파 어닐링 처리는, 3차원 반도체 장치의 제조에 이용하는 것이 기대된다.
그러나, 마이크로파 어닐링은, 마이크로파가 1GHz 이하의 주파수를 가지면 거의 활성화가 행해지지 않는다. 이 경우, 실험에 의해 증명되듯이 충분한 활성화를 달성하는데 시간이 더 걸린다. 한편, 전자기파의 주파수를 광 주파수 영역, 예를 들면 300THz 이상(파장 1 ㎛이하에 상당)으로 상승시키면, 저온 활성화는 발생하지 않는다. 이 경우, 온도를 1000℃ 이상으로 설정하지 않으면, 활성화가 실제 수행되지 않는다. 이 경우, 악역향일 수 있는, 불순물이 불가피하게 확산된다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 마이크로파 주파수를 최적치로 조정될 수 있다. 그러나, 반도체 기판의 종류 및 비단결정 실리콘의 변화 및 다른 인자로 인해 최적의 조정을 행하는 것이 매우 어렵다. 결과적으로, 각각의 반도체 기판에 대해 마이크로파 주파수를 조정하는 것은 매우 어렵다.
도 1은, 제1 실시 형태에 따른 마이크로파 어닐링 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는, 도 1의 장치를 이용한 어닐링 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도 3은, 제2 실시 형태에 따른 마이크로파 어닐링 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 4는, 제3 실시 형태에 따른 마이크로파 어닐링 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 5는, 제4 실시 형태에 따른 마이크로파 어닐링 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 6은, 마이크로파 어닐링을 행한 경우 관찰되는, 마이크로파 주파수와 흡수 계수와의 관계를 나타내는 특성도이다.
도 7은, 상이한 온도에서 마이크로파 어닐링을 행한 경우 관찰되는 마이크로파 주파수와 흡수 계수와의 관계를 나타내는 특성도이다.
도 8은, 변형예에 따라 마이크로파 어닐링 장치를 도시한 개략 구성도이다.
일반적으로, 일 실시 형태에 따르면, 마이크로파 어닐링 장치는,
전자기파를 차폐하도록 구성된 하우징과,
상기 하우징 내에 마이크로파 영역의 제1 전자기파를 공급하도록 구성된 제1 전자기파원(electromagnetic wave source)과,
상기 하우징 내에 상기 제1 전자기파보다 주파수가 높은 제2 전자기파를 공급하도록 구성된 제2 전자기파원과,
반도체 기판을 보유하도록 구성되고, 상기 제1 전자기파에 대해 투명한 재료로 형성되고, 상기 하우징 내에 구비되는 서셉터와,
상기 반도체 기판의 온도를 측정하도록 구성된 온도 계측기와,
상기 온도 계측기에 의해 측정된 온도에 따라 상기 제1 전자기파원 및 제2 전자기파원 각각의 전력을 제어하도록 구성된 제어부를 포함한다.
본 실시 형태를 설명하기 전에, 마이크로파 어닐링에 의한 저온 활성화 및 저온 활성화 효율을 올리기 위한 방법에 대해서 설명한다.
우선, 마이크로파 어닐링의 저온 활성화 메커니즘에 대해서 설명한다. 그러나, 마이크로파 어닐링의 저온 활성화의 메커니즘은 아직 해명되어 있지 않다. 따라서, 여기서는 실제 측정에 기초한 저온 활성화 메커니즘의 이론 모델에 대해서 설명한다.
반도체 기판의 재료가 되는 단결정 실리콘은 마이크로파를 거의 흡수하지 않는 것이, 일반적으로 알려져 있다. 마이크로파 어닐링에서 비단결정 실리콘이 중요한 역활을 한다고 여겨진다. 실제로, 우리의 측정에 의해, 비단결정 실리콘은 마이크로파에 비해 매우 큰 유전 손실(즉, 복소 비유전율의 허수부)을 갖는 것을 알았다.
도 6에, 반도체 기판(각종 회로가 구비되고 단결정 실리콘부를 갖는 실리콘 기판)에 대해 마이크로파 어닐링을 행한 경우 관찰되는, 마이크로파 주파수와 흡수 계수와의 관계를 나타낸다. 도 6에서, 측정 결과로부터 산출되는, 흡수 계수의 주파수 스펙트럼을 원(빈 표시)으로 표시한다. 도 6에서, 횡축이 주파수 [GHz]이며, 종축이 흡수 계수 [1/cm]이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 저주파수일수록 흡수 계수가 작아지게 된다. 즉, 주파수가 감소함에 따라, 마이크로파가 덜 흡수되고, 어닐링에 의한 활성화가 거의 유도되지 않는다고 말할 수 있다. 반대로, 고주파수일수록 흡수 계수는 커지게 된다. 그럼에도, 주파수가 단결정 실리콘 및 비단결정 실리콘의 포논 진동(3 내지 17THz에서)에 접근하면, 흡수된 에너지가 열로 변화될 가능성이 높아질 수 있다. 이 경우, 저온 활성화 메커니즘은 저주파수측에서보다 더 기능하기 어렵다고 여겨진다.
상술한 측정 결과로부터, 저온 활성화의 메커니즘에서, 비단결정 실리콘의 댕글링 결합에 의해 다이폴 모멘트가 발생하고, 그 다이폴 모멘트를 가진 임의의 "분자"가 회전함으로써 결정 성장한다고 여겨진다. 여기서 사용되는 "분자"라는 용어는, 원자의 그룹(단, 그룹은 원자 1개로도 구성될 수 있음)을 의미하기도 한다.
한편, 비단결정 실리콘중에 흡수된 마이크로파의 에너지는, 열로 변경되는 열적 성분 이외에, 열을 통하지 않고 직접 결정으로 성장시키는데 이용되는 비열적 성분을 가져야 한다. 저온 활성화 메커니즘의 이론적 모델에서, 비열적인 결정화는 분자가 회전하면 실현될 수 있고, 마이크로파 전계의 진동과 공명한다. 따라서, 비열적 성분은 저온에서 활성화를 실현한다고 여겨진다.
임의의 열적 성분은, 포논 진동의 공명 주파수에 가까운 주파수를 갖는 마이크로파에 의해 쉽게 여기된다. 비단결정 실리콘의 포논 주파수는 3THz 내지 17THz의 범위에 있다. 반대로, 비열적 성분을 여기하는 주파수는, 적어도 2 내지 6GHz의 범위에서 저온 활성화할 수 있고, 이는 실험적인 사실로 증명된다. 따라서, 이 주파수는 열적 성분을 여기하는 주파수보다 낮은 주파수 대역에 있다고 여겨진다.
다음으로, 저온 활성화 효율을 올리기 위한 방법에 대해서 설명한다.
상술한 바와 같이, 비단결정 실리콘은, 분자 회전 운동에 의해 비열적 결정화를 일으킨다고 여겨진다. 분자 회전 운동은 열 및 마찰력에 의해 완화된다. 이런 점에서, 복소 유전율 ε는 장치의 유전 완화에 의해 응답 함수의 형태로 본 기술분야에서 공지된 다음으로 설명될 수 있다.
Figure pat00001
…(1)
여기서, ε∞은 무한 복소 유전율의 극한치이며, εS는 주파수를 0에 가까이 했을 때의 복소 유전율의 극한치이고, f는 전자기파의 주파수이며, i는 허수이고, τD는, 유전 완화 시간이다. 유전 완화 시간은 다음과 같이 주어진다.
Figure pat00002
…(2)
여기서, ζ은 마찰 계수이고, kB는 볼트만 상수이고, T는 매질(여기서는 비단결정 실리콘)의 온도이다.
복소 유전율ε, 및 광속 c를 적용하면, 흡수 계수는 다음과 같이 표현된다.
Figure pat00003
…(3)
여기서, Im()은 허수부이다. 이 식(3)에 식(1)을 대입하면, 흡수 계수가 얻어진다. 이 식(3)은, 도 6에 도시된 측정 결과와 일치한다. 도 6에서, 실제로 측정된 주파수 의존성에 따라, 이론으로부터 계산된 복소 유전율의 주파수 의존성이 실선으로 도시된다.
식(3)을 사용하면, 복소 유전율의 주파수 의존성이 예측될 수 있다. 도 7에 몇 개의 상이한 온도 T 각각에 대해, 계산된 복소 유전율을 도시한다. 도 7에서, 실선이 온도 25℃의 경우이며, 일점 쇄선이 온도 300℃의 경우이며, 파선이 온도 500℃의 경우다. 도 7에 도시된 바와 같이, 온도가 높을수록, 흡수 계수가 높아진다. 이로부터, 불순물의 확산을 제어하도록 기판의 온도를 먼저 내릴 수 있고, 그 후, 마이크로파 어닐링을 행할 수 있다. 이에 따라, 저주파수의 마이크로파에서도, 충분한 활성화를 기대할 수 있다.
따라서, 불순물의 확산을 제어하는 기판의 온도를 내리고, 그 후 마이크로파 어닐링을 행한다. 결과적으로, 활성화가 촉진되고, 어닐링 시간이 단축될 수 있다. 저주파수의 마이크로파(예를 들면, 1GHz 이하)를 이용하는 것은 기판의 온도를 효율적으로 올릴 수 없다. 왜냐하면, 기판이 비단결정 실리콘을 매우 소량으로 함유하면, 마이크로파는 저온에서 거의 흡수되지 않고, 기판의 온도가 거의 상승하지 않기 때문이다.
상기한 바와 같은 온도 어시스트를 달성하기 위한 전자기파로서, 45GHz 이상의 주파수를 가진 마이크로파가 2개의 이유로 사용될 수 있다. 첫째, 도 6 및 도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 흡수 계수는 실측에서는 45GHz에서 최대이다. 둘째, 이론적으로 45GHz 이상의 주파수에서 흡수 계수가 증대한다.
기판의 온도를 올리기 위해서, 비단결정 실리콘에 대해 흡수 계수의 큰 테라헤르츠파를 적용할 수 있다. 이 경우, 테라헤르츠파는 포논 주파수인 3THz 내지 17THz 범위의 주파수를 가질 수 있다. 이와 달리, 광을 이용할 수 있다. 이 경우, 비단결정 실리콘뿐만 아니라, 반도체 기판의 재료인 단결정 실리콘도 광을 흡수한다. 이로 인해, 반도체 기판이 비단결정 실리콘을 매우 소량으로 함유하여도, 기판이 충분히 가열될 수 있다. 이 경우, 주파수는, 단결정 실리콘 및 비단결정 실리콘에 대해 흡수 계수가 큰 300THz 이상으로 설정될 수 있다.
또한, 기판을 보유하는 서셉터의 상측에 히터를 배치해도 좋다. 이 경우에는, 마이크로파가 하우징 내에 한정되는 전자기장 분포를 히터가 방해하기 때문에, 하우징의 형상을 조정해야만 한다. 또한, 히터는 마이크로파를 흡수하기 때문에, 기판의 온도를 모니터링하면서 어닐링중의 기판의 온도를 일정한 값으로 제어해야만 한다. 이런 점에서, 히터에 의한 온도 어시스트보다 전자기파에 의한 온도 어시스트가 더 바람직하다.
이하, 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.
(제1 실시 형태)
도 1은, 제1 실시 형태에 따른 마이크로파 어닐링 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
본 실시 형태의 마이크로파 어닐링 장치는, 전자기파를 차폐하고 가두도록 구성된 하우징(10)과, 하우징(10) 내에 전자기파를 도입하도록 구성된 제1 및 제2 전자기파원(21, 22)과, 하우징(10) 내에 구비되고 반도체 기판(11)을 보유하도록 구성된 서셉터(12)를 구비한다. 또한, 마이크로파 어닐링 장치는 반도체 기판(11)의 온도를 측정하도록 구성된 온도 센서(13), 전자기파원(21, 22)을 제어하도록 구성된 제어부(31), 및 제어부(31)를 구동하도록 구성된 처리부(32)를 포함한다.
제1 전자기파원(21)(EW1)은 하우징(10)의 상부면에 구비된다. 제1 전자기파원(21)은 마이크로파 영역의 전자기파 A를 반도체 기판(11)의 상부면에 조사한다. 제2 전자기파원(22)(EW2)은, 하우징(10)의 하부면에 구비된다. 제2 전자기파원(22)은, 전자기파 A보다 주파수가 높은 전자기파 B를 반도체 기판(11)의 하부면에 조사한다. 마이크로파는 하우징(10)에서 반사된다. 따라서, 전자기파 A, B뿐만 아니라 하우징(10)에서 반사된 파도 반도체 기판(11)에 조사된다.
제1 전자기파원(21)으로서는, 예를 들면 마그네트론을 가진 마이크로파 발생 장치를 사용할 수 있다. 이 경우, 전자기파 A는 마이크로파이며, 그 주파수는 예를 들면 6GHz이다. 그러나, 전자기파 A의 주파수는 이 값에 한정되지 않는다. 1GHz 내지 45GHz 범위의 임의의 값일 수 있다.
제2 전자기파원(22)으로서는, 예를 들면 자이로트론을 가진 마이크로파 발생 장치를 사용할 수 있다. 전자기파 B의 주파수는, 예를 들면 45GHz이다. 그러나, 주파수는 이 값에 한정되지 않는다. 전자기파 A의 주파수보다 높을 수 있고 반도체 기판(11)을 효율적으로 가열할 수 있는 임의의 값일 수 있다. 예를 들면, 테라헤르츠파일 수 있고, 그 주파수는, 예를 들면 3THz 내지 17THz의 범위일 수 있다.
전자기파원(21, 22)의 설치 위치는, 각각 상부 및 하부에 제한되지 않는다. 전자기파원(21, 22)은 다른 주위에 위치될 수 있다. 또한, 전자기파원(21, 22) 모두가 상부 또는 하부 중 한 쪽에 위치될 수 있다.
하우징(10)은, 전자기파 A 및 전자기파 B를 반사하는 예를 들면 스테인리스 스틸과 같은 재료로 형성된다. 단, 재료는 스테인리스 스틸에 제한되지 않는다. 알루미늄이나 구리일 수 있다.
온도 센서(13)는, 예를 들면 방사 온도계이며, 하우징(10)의 내부 바닥에 배치된다. 이 온도 센서(13)는, 반도체 기판(11)의 온도를 비접촉으로 측정하도록 반도체 기판(11)을 향한다. 온도 센서(13)는, 하우징(10)의 내부 바닥이 아니라, 하우징(10)의 천정에 구비하도록 해도 좋다.
서셉터(12)는, 전자기파 A의 전파에 악영향을 미치지 않도록 전자기파 A에 대해 투명한 것이 바람직하다. 서셉터(12)는 전자기파 B에 대해 투명이거나 불투명할 수 있다. 따라서, 서셉터(12)의 재료로서는, 예를 들면 단결정 실리콘을 사용할 수 있다. 단, 재료는 단결정 실리콘에 제한되지 않는다. 유리일 수도 있다. 어느 하나의 재료는 전자기파 A에 대해 투명하다.
제어부(31)는, 전자기파원(21, 22) 양쪽에 접속된다. 그리고, 제어부(31)는, 전자기파원(21, 22)으로부터 조사되는 전자기파 A와 전자기파 B의 강도를 서로 독립적으로 조정할 수 있다. 또한, 제어부(31)는, 제1 전자기파원(21)과 제2 전자기파원(22)을 서로 독립적으로 온/오프 할 수 있다.
처리부(32)는, 온도 센서(13)와 제어부(31)에 접속된다. 이 처리부(32)는, 온도 센서(13)의 측정값을 실시간으로 판독하고, 그 값을 제어부(31)에 공급한다. 이에 따라, 제어부(31)는, 전자기파 A와 전자기파 B의 강도를 실시간으로 조정할 수 있다.
반도체 기판(11)은 기본적으로 단결정 실리콘으로 형성된다. 그러나, 이 단결정 실리콘 기판위에 각종 회로층이 형성된다. 이로 인해, 반도체 기판(11)은, 비단결정 실리콘으로 형성된 영역을 갖는다. 특히, 어닐링에 의해 활성화되는 영역은, 불순물로 도핑되고, 비단결정화(비정질화)가 된다.
도 2의 플로우챠트를 참조하여, 본 실시 형태의 장치를 이용한 어닐링 방법에 대해서 설명한다.
우선, 처리부(32)는, 제어부(31)를 통해 전자기파원(22)을 온으로 한다. 이에 따라, 전자기파원(22)은 반도체 기판(11)에 대해 전자기파 B를 조사한다(스텝 S1). 이 전자기파 B의 조사에 의해, 반도체 기판(11)은 효율적으로 가열되고, 기판 온도가 상승한다. 전자기파 B를 조사하는 동안, 처리부(32)는 온도 센서(13)가 측정한 온도를 판독하여, 반도체 기판(11)의 온도 T를 실시간으로 측정한다(스텝 S2). 그리고, 처리부(32)는 반도체 기판(11)의 온도 T가 설정 온도 Tref(예를 들면 500℃)에 도달했는지 여부를 판정한다(스텝 S3). 반도체 기판(11)의 온도 T가 설정 온도 Tref에 도달한 것을 확인하면, 전자기파원(22)을 오프로 하고, 전자기파 B의 조사를 정지한다(스텝 S4). 반도체 기판(11)의 설정 온도 Tref는 500℃에 한정되지 않는 것에 유의해야 한다. 설정 온도 Tref는 350℃ 내지 650℃의 범위이면 좋다.
그 후, 제1 전자기파원(21)을 온으로 하고, 전자기파 A를 조사한다(스텝 S5). 조사된 전자기파 A는, 반도체 기판(11)의 온도를 상승시키지만 극히 소량만큼만 상승시킨다. 또한, 전자기파 A의 조사에 의한 기판 온도의 상승이 문제가 될 수 있다. 이 경우, 전자기파 A의 조사중에도, 처리부(32)는 온도 센서(13)로부터의 온도를 판독한다. 그리고, 이 온도가 예를 들면 500℃로 일정하게 되도록 제어하면 좋다. 온도를 일정하게 유지시키는 기구로서는, 질소로 하우징(10)을 충전할 수 있고, 질소는 순환될 수 있다.
이상과 같은 처리를 반도체 기판(11)에 행함으로써, 전자기파 A에 대한 흡수 계수를 높일 수 있다. 실제로, 전자기파 B를 조사하지 않고 처리를 행하는 경우와 비교하여 전자기파 B를 조사한 후(500℃에서) 흡수 계수는, 상온(25℃)의 경우보다 1.2배 높아진다.
전자기파 B를 조사하지 않으면, 전자기파 A만으로 온도를 500℃까지 올려야만 한다. 흡수 계수 비로부터 산출하면, 전자기파 B도 조사함으로써 500℃로 온도를 상승시킬 때 필요한 시간이 최대 2.6배 단축할 수 있다
한편, 전자기파 B만을 조사하고, 전자기파 A를 전혀 조사하지 않을 경우를 가정하자. 그러면, 전자기파 B의 주파수는 비단결정 실리콘의 포논 주파수에 가깝기 때문에, 비단결정에 의해 흡수된 거의 모든 에너지는 열로 변경된다. 이러한 열은 불순물의 확산을 촉진시켜, 회로의 성능 열화를 가져온다. 그러나, 전자기파 B보다 파장이 긴 전자기파 A를 이용하면, 저온 활성화에 의한 어닐링을 실현할 수 있다.
또한, 서셉터(12)는 유리로 형성될 수 있다. 이 경우, 유리는 전자기파 B에 대해 투명하기 때문에, 반도체 기판(11)의 이면을 전자기파 B로 직접 가열할 수 있다. 전자기파 B는 전자기파 A보다 파장이 짧기 때문에, 그 회로 패턴으로 인해 균일하게 흡수되지 않을 수 있다. 그러나, 이러한 구성에는, 반도체 기판(11)의 이면에 회로가 없고, 불균일 흡수가 일어나지 않는다.
서셉터(12)가 단결정 실리콘으로 형성된 경우, 전자기파 B로 균일하게 가열할 수 있다. 서셉터(12)와 반도체 기판(11)은 열적으로 접속되기 때문에, 반도체 기판(11)이 가열된다. 이 경우도 회로 패턴에 의한 불균일 흡수가 발생하지 않는다.
따라서, 반도체 기판(11)과 합체되는 하우징(10)에 2개의 전자기파원(21, 22)을 구비하고, 주파수가 높은 제2 전자기파원(22)의 구동에 의해 반도체 기판(11)을 특정 온도까지 가열시킨다. 그 후, 주파수가 낮은 제1 전자기파원(21)의 구동에 의해 반도체 기판(11)에 마이크로파를 조사한다. 이에 따라, 반도체 기판(11)에 어닐링 처리를 행할 수 있다. 이 경우, 반도체 기판(11)의 종류에 따라 장치를 조정하지 않고, 마이크로파 어닐링에 의한 저온 활성화의 효율을 향상시킬 수 있다.
본 실시 형태에서는, 반도체 기판(11)을 가열하기 위한 기구로서 제2 전자기파원(22)을 이용하고, 반도체 기판(11)을 보유하는 서셉터(12)를 전자기파 A에 대해 투명한 재료로 형성한다. 이로 인해, 본 실시 형태는 서셉터(12)나 가열 기구에 의해 산란되지 않고, 전자기파 A를 반도체 기판(11)에 균일하게 조사할 수 있는 이점도 있다.
(제2 실시 형태)
도 3은, 제2 실시 형태에 따른 마이크로파 어닐링 장치를 나타내는 개략 구성도이다. 또한, 도 1에 도시된 것과 동일한 부품에는 동일 부호로 표시하고, 그 상세한 설명은 생략한다.
본 실시 형태가 상술한 제1 실시 형태와 다른 점은, 이용되는 제2 전자기파원(23)이 전자기파 A보다 고주파수의 전자기파 C 또는 적외광을 발생하도록 구성된 장치라는 점이다. 전자기파원(23)으로서는, 예를 들면 할로겐 램프이다. 전자기파 C의 피크 파장은, 예를 들면 약 1 ㎛이다. 전자기파 C의 피크 파장은 이에 한정되지 않는다. 전자기파 A의 피크 파장보다 짧을 수 있다.
또한, 서셉터(12)는, 전자기파 A에 대해 투명하면 되고, 따라서 예를 들면 유리로 형성될 수 있다. 이것은, 유리가 전자기파 C에 대해서도 투명하기 때문이다. 따라서 전자기파 C는 반도체 기판(11)을 직접 가열할 수 있다. 이에 따라, 반도체 기판(11)의 이면에는 회로가 없기 때문에, 회로 패턴에 의한 불균일 흡수가 일어나지 않는다.
이러한 구성에서, 도 2에 나타낸 처리를 행함으로써, 처리에서 전자기파 C를 조사하지 않는 경우와 비교하여, 전자기파 A에 대한 흡수 계수를 높일 수 있다. 이에 따라, 어닐링의 효율을 높일 수 있다.
따라서, 본 실시 형태에 따르면, 제2 전자기파원(23)의 구동에 의해 반도체 기판(11)을 특정 온도까지 가열한 후, 제1 전자기파원(21)의 구동에 의해 반도체 기판(11)에 마이크로파를 조사한다. 따라서, 반도체 기판(11)에 어닐링 처리를 행할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 또한, 제2 전자기파원(23)으로 할로겐 램프 등을 이용할 수 있기 때문에, 장치 비용을 저감할 수 있다.
(제3 실시 형태)
도 4는, 제3 실시 형태에 따른 마이크로파 어닐링 장치를 나타내는 개략 구성도이다. 또한, 도 1에 도시된 것과 동일 부분에는 동일 부호를 표시하고, 그 상세한 설명은 생략한다.
본 실시 형태가 제1 실시 형태와 다른 점은, 제2 전자기파원 대신에 히터 기능을 갖는 서셉터(40)를 이용한다는 점이다.
즉, 도 1에 도시된 제2 전자기파원(22)은 존재하지 않고, 서셉터(12)도 존재하지 않는다. 대신, 하우징(10) 내에는 반도체 기판(11)을 보유하기 위한 서셉터(40)가 구비된다. 이 서셉터(40)는, 반도체 기판(11)을 보유하기 위해 판형의 형상이고, 히터에 의해 가열될 수 있다. 또한, 서셉터(40)는 전자기파 A에 대해 투명한 것이 바람직하다. 예를 들면, 석영 기판의 양쪽 주면에 도전막을, 전자기파 A가 충분히 투과할 만큼 얇게(즉, 전자기파 A의 파장보다 얇게) 증착하고, 투명 유리 히터 또는 단결정 실리콘 히터를 이용하면 좋다. 이와 달리, 투명 세라믹 기판의 양쪽주면에 도전막을 얇게 증착한 투명 세라믹 히터를 이용하는 것도 가능하다. 서셉터(40)의 히터 부분은 제어부(31)에 접속된다.
이러한 구성에서는, 전자기파원(21)이 전자기파 A를 조사하기 전에, 서셉터(40)의 히터가 반도체 기판(11)을 500℃까지 가열한다. 그 후, 히터를 오프로 하고, 전자기파원(21)을 온으로 함으로써, 마이크로파 어닐링을 행한다.
이상과 같은 처리를 반도체 기판(11)에 행하다. 이에 따라, 히터를 이용하여 미리 가열 처리하지 않은 경우와 비교하여, 전자기파 A에 대한 흡수 계수를 높일 수 있다. 이에 따라, 어닐링의 효율을 높일 수 있다.
따라서, 본 실시 형태에서는 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 또한, 투명 유리 히터, 단결정 실리콘 히터, 또는 투명 세라믹 히터를 이용하기 때문에, 서셉터(40)에서 전자기파 A가 산란되는 것을 방지할 수가 있는 이점도 있다.
(제4 실시 형태)
도 5는, 제4 실시 형태에 따른 마이크로파 어닐링 장치를 나타내는 개략 구성도이다. 또한, 도 1에 도시된 것과 동일 부분에는 동일 부호를 표시하고, 그 상세한 설명은 생략한다.
본 실시 형태가 제1 실시 형태와 다른 점은, 서셉터(12)가 회전 가능하다는 점이다. 즉, 서셉터(12)는 회전 가능하도록 배치되고, 전자기파 A에 대해 투명한 축체(51)에 의해 모터(50)에 접속된다. 모터(50)에 의해 구동될 때, 서셉터(12)는 회전한다. 제2 전자기파원(22)은, 하우징(10)의 하부면이 아닌, 제1 전자기파원(21)과 함께 하우징의 상부면에 구비된다.
상술한 바와 같이 구성된 본 실시 형태에서는, 전자기파원(22)을 온으로 하고 전자기파 B를 조사하여 기판(11)을 설정 온도까지 가열하고, 그 후 전자기파원(22)을 오프로 하고, 전자기파원(21)을 온으로 하고, 전자기파 A를 조사함으로써, 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한, 서셉터(12)를 회전시킴으로써, 다른 것보다 더 균일하게 전자기파 A를 반도체 기판(11)에 조사할 수 있다. 따라서, 더 균일한 어닐링을 행할 수 있다.
(변형 예)
또한, 본 발명은 상술한 각 실시 형태에 한정되지 않는다. 제1 전자기파는 마그네트론에 한정되지 않는다. 대신, 비교적 낮은 주파수의 마이크로파(1 내지 45GHz)를 발생하는 임의의 소스일 수 있다. 제2 전자기파원은, 제1 전자기파원에 의해 발생된 마이크로파보다 높은 주파수의 마이크로파를 발생하는 임의의 소스일 수 있다. 제2 전자기파원으로서, 마그네트론은 물론 사용할 수 있고, 자이로트론이나 적외 램프도 사용할 수 있다.
제1 및 제2 전자기파원의 위치는 실시 형태의 것에 한정되지 않는다. 하우징 내에 전자기파를 효율적으로 조사할 수 있으면 임의의 장소에 위치될 수 있다. 온도 센서의 위치도 하우징의 상부 또는 하부에 제한되지 않는다. 온도 센서는 반도체 기판의 온도를 고효율로 측정할 수 있는 위치이면 좋다.
서셉터의 재료는, 단결정 실리콘이나 유리에 한정되지 않는다. 서셉터는 전자기파 A에 대해 투명한 임의의 재료로 형성될 수 있다.
단결정 실리콘으로 형성된 추가 서셉터(19)는 도 8에 도시된 바와 같이 반도체 기판의 상부에 위치될 수 있다. 이는 반도체 기판이 단결정 실리콘으로 형성된 두 개의 서셉터(12, 19) 사이에 개재된다는 것을 의미한다. 이 경우, 전자기파 B는 두 개의 서셉터(12, 19)에 의해 흡수될 수 있다. 이것은, 반도체 기판의 균일한 온도 분포를 가져온다.
임의의 실시 형태를 설명했지만, 이들 실시 형태는, 단지 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 제한하려는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에서 설명된 신규한 실시 형태는, 그 밖의 여러가지 형태로 실시되는 것이 가능하며, 또한 발명의 기술 사상 내에서 본 명세서에서 설명한 실시 형태에서의 다양한 생략, 치환 및 변경을 행할 수 있다. 본 발명의 범위나 사상 내에만 있으면 첨부된 특허청구 범위 및 그 등가물은 이러한 형태 또는 변형을 커버한다.

Claims (18)

  1. 마이크로파 어닐링 장치로서,
    전자기파를 차폐하도록 구성된 하우징과,
    상기 하우징 내에 마이크로파 영역의 제1 전자기파를 공급하도록 구성된 제1 전자기파원(electromagnetic wave source)과,
    상기 하우징 내에 상기 제1 전자기파보다 주파수가 높은 제2 전자기파를 공급하도록 구성된 제2 전자기파원과,
    반도체 기판을 보유하도록 구성되고, 상기 제1 전자기파에 대해 투명한 재료로 형성되고, 상기 하우징 내에 구비되는 서셉터와,
    상기 반도체 기판의 온도를 측정하도록 구성된 온도 계측기와,
    상기 온도 계측기에 의해 측정된 온도에 따라 상기 제1 전자기파원 및 제2 전자기파원 각각의 전력을 제어하도록 구성된 제어부를 포함하는, 마이크로파 어닐링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 측정된 온도가 설정 온도에 도달할 때까지 상기 제2 전자기파원의 온을 유지시키고, 상기 측정된 온도가 상기 설정 온도에 도달할 때, 상기 제2 전자기파원을 오프로 하고 상기 제1 전자기파원을 온으로 하는, 마이크로파 어닐링 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 서셉터는 유리로 형성되는, 마이크로파 어닐링 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 서셉터는 단결정 실리콘으로 형성되는, 마이크로파 어닐링 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전자기파는 1GHz 내지 45GHz 범위의 주파수를 가진 마이크로파이고, 상기 제2 전자기파는 3THz 내지 17THz 범위의 주파수를 가진 테라헤르츠파인, 마이크로파 어닐링 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전자기파는 1GHz 내지 45GHz 범위의 주파수를 가진 마이크로파이고, 상기 제2 전자기파는 적어도 300THz의 주파수를 가진 광인, 마이크로파 어닐링 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 서셉터는 상기 제1 전자기파에 대해 투명한 재료로 형성된 회전 기구에 고정되고, 회전 가능한, 마이크로파 어닐링 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 온도 계측기는 방사 온도계인, 마이크로파 어닐링 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전자기파원은 마그네트론인, 마이크로파 어닐링 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전자기파원은 상기 하우징의 상부면에 구비되고, 상기 제2 전자기파원은 상기 하우징의 하부면에 구비되는, 마이크로파 어닐링 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 서셉터는 단결정 실리콘으로 형성되고, 단결정 실리콘으로 형성된 추가 서셉터가 상기 반도체 기판의 상부에 위치되는, 마이크로파 어닐링 장치.
  12. 마이크로파 어닐링 장치로서,
    전자기파를 차폐하도록 구성된 하우징과,
    반도체 기판을 보유하도록 구성되고, 상기 하우징 내에 구비되고, 상기 반도체 기판을 가열하기 위한 히터를 갖는 서셉터와,
    상기 하우징 내에 마이크로파 영역의 전자기파를 공급하도록 구성된 전자기파원과,
    상기 반도체 기판의 온도를 측정하도록 구성된 온도 계측기와,
    상기 온도 계측기에 의해 측정된 온도에 따라 상기 전자기파원의 전력을 제어하도록 구성된 제어부를 포함하는, 마이크로파 어닐링 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 측정된 온도가 설정 온도에 도달할 때까지 상기 서셉터의 히터의 온을 유지시키고, 상기 측정된 온도가 상기 설정 온도에 도달할 때, 상기 서셉터의 히터를 오프로 하고 상기 전자기파원을 온으로 하는, 마이크로파 어닐링 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 서셉터는, 상기 전자기파에 대해 각각 투명한, 투명 유리 히터, 투명 세라믹 히터 또는 단결정 실리콘 히터를 갖고, 평판형 형상이고, 상기 전자기파의 파장보다 얇은, 마이크로파 어닐링 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 전자기파는 1GHz 내지 45GHz 범위의 주파수를 가진 마이크로파인, 마이크로파 어닐링 장치.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 온도 계측기는 방사 온도계인, 마이크로파 어닐링 장치.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 전자기파원은 마그네트론인, 마이크로파 어닐링 장치.
  18. 반도체 장치의 제조 방법으로서,
    전자기파를 차폐하는 하우징 내에 보유된 반도체 기판을 가열하도록 구성된 가열 기구와, 상기 하우징 내에 마이크로파 영역의 전자기파를 공급하도록 구성된 전자기파원과, 상기 반도체 기판의 온도를 측정하도록 구성된 온도 계측기를 구비한 마이크로파 어닐링 장치를 이용하는 단계와,
    상기 전자기파원을 구동하기 전에 상기 반도체 기판을 가열하는 가열 기구를 구동하여 상기 반도체 기판을 가열하는 단계와,
    상기 온도 계측기에 의해 측정된 온도가 설정된 온도가 될 때 상기 가열 기구를 오프로 하거나 상기 가열 기구의 전력을 감소시키고, 그 후 상기 전자기파원을 구동하고, 상기 반도체 기판에 전자기파를 조사하여 상기 반도체 기판을 어닐링하는 단계를 포함하는, 반도체 장치의 제조 방법.
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