KR20140109291A - 마이크로파 처리 장치 및 마이크로파 처리 방법 - Google Patents

마이크로파 처리 장치 및 마이크로파 처리 방법 Download PDF

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히로유키 하야시
스미 다나카
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

마이크로파 처리 장치는, 피처리체를 수용하는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 피처리체에 접촉하여 이를 지지하는 지지 부재와, 상기 피처리체를 처리하기 위한 마이크로파를 생성하여 상기 처리 용기 내에 도입하는 마이크로파 도입 장치를 포함한다. 마이크로파 처리 장치는, 상기 처리 용기 내에서 상기 지지 부재에 의해 지지된 상태의 피처리체와 대향하는 부재의 벽면에 마련된 열흡수층을 더 포함한다. 상기 열흡수층은 마이크로파를 투과하고, 상기 피처리체와 대향하는 부재보다도 방사율이 높은 재질에 의해 형성되어 있다.

Description

마이크로파 처리 장치 및 마이크로파 처리 방법{MICROWAVE PROCESSING APPARATUS AND MICROWAVE PROCESSING METHOD}
본 발명은, 마이크로파를 처리 용기에 도입하여 피처리체에 대하여 소정의 처리를 행하는 마이크로파 처리 장치, 및 해당 마이크로파 처리 장치에 있어서 피처리체에 대하여 마이크로파의 조사를 행하는 마이크로파 처리 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 웨이퍼 등의 기판에 대하여 열처리를 실시하는 장치로서, 마이크로파를 사용하는 장치가 제안되어 있다. 마이크로파에 의한 열처리는, 내부 가열, 국소 가열, 선택 가열이 가능하므로, 종래의 램프 가열 방식이나 저항 가열 방식의 어닐 장치에 비하여 프로세스적인 장점이 크다고 알려져 있다. 예를 들면, 마이크로파 가열을 이용해서 도핑 원자의 활성화를 행하는 경우, 마이크로파가 도핑 원자에 직접 작용하므로, 잉여 가열이 일어나지 않고, 확산층의 확산을 억제할 수 있다는 이점이 있다. 또한, 마이크로파 조사에 의한 가열은, 종래의 램프 가열 방식이나 저항 가열 방식에 비하여, 비교적 저온에서의 어닐 처리가 가능하고, 열 예산(thermal budget)의 증대를 억제할 수 있다는 이점도 있다. 그러나, 기판 전체의 온도를 마이크로파의 출력만으로 제어하는 것은 곤란하고, 지나친 온도 상승이 발생하지 않도록, 마이크로파에 의한 가열과 냉각의 밸런스를 고려한 어닐 처리가 필요한 것으로 생각된다.
마이크로파 조사에 의한 가열 도중 또는 가열된 기판을, 마이크로파 처리 장치의 처리 용기 내에서 냉각하기 위해서는, 처리 용기 내에 냉각 가스를 도입하는 가스 냉각 방식을 고려할 수 있다. 그러나, 가스 냉각 방식의 경우, 냉각 가스의 유량에 대한 냉각 효율은, 처리 용기 내의 용량에 크게 의존한다. 따라서, 가스 냉각 방식에 있어서, 기판의 냉각 효율을 향상시키는 가장 유효한 수단은, 마이크로파 처리 장치의 처리 용기 내의 용적을 축소하는 것이다. 그러나, 마이크로파 처리 장치에서는, 처리 용기의 형상이나 치수가 전자계(electromagnetic field) 분포에 영향을 미치기 때문에, 냉각 효율을 우선하여 처리 용기의 용적이나 형상에 대해서 설계 변경을 행하는 것은 현실적이지 않다. 또한, 냉각 가스에 의한 기판의 냉각 효율은, 가스 유량이나 처리 용기 내에서의 기류에 의해 변동하기 쉽기 때문에, 기판의 면내에서 균일하고 또한 안정적인 냉각 효과를 얻는 것이 어렵다.
처리 용기 내에서 기판을 냉각할 때의 냉각 효율을 개선하기 위해서, 처리 공간에 면하는 커버의 내면에 흑색 산화 피막에 의한 열흡수층을 마련하고, 기판으로부터의 복사열을 흡수시키도록 구성한 기판 냉각 장치가 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1). 그러나, 특허 문헌 1의 기판 냉각 장치는, 기판을 냉각하기 위한 냉각 전용 장치이며, 기판에 대하여 마이크로파 처리를 행하는 것은 고려되지 않고 있다.
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 H09-007925호 공보(예를 들면, 도 2)
마이크로파는, 파장이 수십㎜로 길고, 또한 처리 용기 내에서 정상파(standing wave)를 형성하기 쉽다는 특징을 가지고 있다. 이 때문에, 기판을 마이크로파로 처리하는 마이크로파 처리 장치에 있어서, 마이크로파의 성질을 고려하지 않고, 처리 용기 내에 기판의 냉각 효율을 향상시키기 위한 열흡수층을 마련한 경우, 기판의 면내에서 전자계의 강약에 분포가 발생하고, 가열 온도의 불균일이 발생하는 결과가 나타난다.
본 발명의 목적은, 처리 용기 내에서의 마이크로파의 동작에 큰 영향을 미치지 않고, 피처리체의 냉각을 효율적으로 행하는 것이 가능한 마이크로파 처리 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 마이크로파 처리 장치는, 상벽, 바닥벽 및 측벽을 가지고, 피처리체를 수용하는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 피처리체에 접촉하여 이를 지지하는 지지 부재와, 상기 피처리체를 처리하기 위한 마이크로파를 생성하여 상기 처리 용기 내에 도입하는 마이크로파 도입 장치와, 상기 처리 용기 내에서 상기 지지 부재에 의해 지지된 상태의 피처리체와 대향하는 부재의 벽면에 마련되어 있고, 마이크로파를 투과하고, 또한 상기 피처리체와 대향하는 부재보다도 방사율이 높은 재질에 의해 형성되어 있는 열흡수층을 구비하고 있다.
본 발명의 마이크로파 처리 장치는, 상기 열흡수층이, 합성 수지 또는 알루마이트 피막에 의해 형성되어 있어도 좋다. 이 경우, 상기 합성 수지가, 불소 수지, 폴리이미드 수지, 폴리스티렌 및 폴리에틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상이라도 좋다.
본 발명의 마이크로파 처리 장치는, 상기 열흡수층이, 상기 마이크로파의 주파수에 있어서의 유전정접이 10-3 이하이며, 또한 유전율이 3 이하의 재질에 의해 형성되어 있어도 좋다.
본 발명의 마이크로파 처리 장치는, 상기 열흡수층의 두께가, 0.05㎜ 이상 0.25㎜ 이하의 범위 내라도 좋다.
본 발명의 마이크로파 처리 장치는, 상기 열흡수층이, 상기 피처리체와 대향하는 부재에 있어서, 적어도 피처리체와 대향하는 영역에 마련되어 있어도 좋다. 이 경우, 상기 피처리체와 대향하는 부재가, 상기 상벽이라도 좋고, 상기 상벽 및 상기 바닥벽 모두라도 좋다.
본 발명의 마이크로파 처리 장치는, 상기 피처리체와 대향하는 부재로서, 복수의 가스 구멍을 가지고 상기 처리 용기 내에 가스를 도입하는 가스 도입 부재를 더 구비하고 있어도 좋다.
본 발명의 마이크로파 처리 장치는, 상기 열흡수층이, 상기 측벽의 내벽면에 더 마련되어 있어도 좋다.
본 발명의 마이크로파 처리 장치는, 상기 피처리체와 대향하는 부재의 벽면이, 경면 가공되어 있어도 좋다.
본 발명의 마이크로파 처리 방법은, 상기 어느 하나의 마이크로파 처리 장치의 상기 처리 용기 내에서, 피처리체에 상기 마이크로파를 조사한다.
본 발명의 마이크로파 처리 방법에 있어서, 상기 마이크로파 처리 장치는, 상기 지지 부재에 지지된 피처리체를 회전시키는 회전 기구를 더 구비하고 있어도 좋고, 피처리체를 회전시키면서 상기 마이크로파의 조사를 행해도 좋다.
본 발명의 마이크로파 처리 방법에 있어서, 상기 마이크로파 처리 장치는, 상기 지지 부재에 지지된 피처리체의 높이 위치를 변위시키는 높이 위치 조절 기구를 더 구비하고 있어도 좋고, 상기 피처리체의 높이 위치를, 제 1 높이 위치와, 상기 제 1 높이 위치와는 상이한 제 2 높이 위치로 변위시켜서 상기 마이크로파의 조사를 행해도 좋다.
본 발명의 마이크로파 처리 장치에서는, 처리 용기 내에서의 마이크로파의 동작에 큰 영향을 미치지 않고, 피처리체의 냉각을 효율적으로 행하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 마이크로파 처리 장치의 개략의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 있어서의 마이크로파 도입 장치의 고전압 전원부의 개략의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 처리 용기의 천정부의 상면을 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 1에 나타낸 처리 용기의 천정부와 열흡수층을 나타내는 확대 단면도이다.
도 5는 도 1에 나타낸 처리 용기의 천정부와 열흡수층의 다른 예를 나타내는 확대 단면도이다.
도 6은 열흡수층으로서 경질 알루마이트 피막을 마련한 변형예에 있어서의 반도체 웨이퍼의 온도의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 도 1에 나타낸 제어부의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 마이크로파 처리 장치의 개략의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 9는 열흡수층의 방사율을 변화시킨 경우의 웨이퍼의 냉각 효과를 시뮬레이션한 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
[제 1 실시예]
우선, 도 1을 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 마이크로파 처리 장치의 개략의 구성에 대하여 설명한다. 도 1은, 본 실시예에 따른 마이크로파 처리 장치의 개략의 구성을 나타내는 단면도이다. 본 실시예에 따른 마이크로파 처리 장치(1)는, 연속하는 복수의 동작을 따라, 예를 들면 반도체 디바이스 제조용의 반도체 웨이퍼(이하, 간단히 「웨이퍼」로 기재한다)(W)에 대하여, 마이크로파를 조사하여 어닐 처리를 실시하는 장치이다.
마이크로파 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) 내에 있어서 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 처리 장치(1)의 각 구성부를 제어하는 제어부(8)를 구비하고 있다.
<처리 용기>
처리 용기(2)는, 마이크로파를 반사하는 금속 재료에 의해 형성되어 있다. 처리 용기(2)를 형성하는 재료로서는, 예를 들면, 알루미늄, 알루미늄 합금 등이 이용된다.
처리 용기(2)는, 상벽으로서의 판 형상의 천정부(11) 및 바닥벽으로서의 바닥부(13)와, 천정부(11)와 바닥부(13)를 연결하는 코너 관 형상의 측벽부(12)와, 천정부(11)를 상하에 관통하도록 마련된 복수의 마이크로파 도입 포트(10)와, 측벽부(12)에 마련된 반입출구(12a)와, 바닥부(13)에 마련된 배기구(13a)를 가지고 있다. 또한, 측벽부(12)는 원통 형상이라도 좋다. 반입출구(12a)는, 처리 용기(2)에 인접하는 도시하지 않은 반송실과의 사이에서 웨이퍼(W)의 반입출을 행하기 위한 것이다. 처리 용기(2)와 도시하지 않은 반송실과의 사이에는, 게이트 밸브(GV)가 마련되어 있다. 게이트 밸브(GV)는, 반입출구(12a)를 개폐하는 기능을 가지고, 폐쇄 상태에서 처리 용기(2)를 기밀하게 시일하면서, 개방 상태에서 처리 용기(2)와 도시하지 않은 반송실과의 사이에서 웨이퍼(W)의 이송을 가능하게 한다.
<지지 장치>
지지 장치(4)는, 처리 용기(2)의 바닥부(13)의 거의 중앙을 관통하여 처리 용기(2)의 외부까지 연장되는 관 형상의 샤프트(14)와, 샤프트(14)의 상단 부근에 있어서 거의 수평 방향으로 방사 형상으로 마련된 복수의 아암부(15)와, 각 아암부(15)에 장착 및 분리 가능하게 장착된 지지 부재로서의 복수의 지지핀(16)을 가지고 있다. 또한, 지지 장치(4)는, 샤프트(14)를 회전시키는 회전 구동부(17)와, 샤프트(14)를 상하로 변위시키는 승강 구동부(18)와, 샤프트(14)를 지지함과 함께, 회전 구동부(17)와 승강 구동부(18)를 연결하는 가동 연결부(19)를 가지고 있다. 회전 구동부(17), 승강 구동부(18) 및 가동 연결부(19)는, 처리 용기(2)의 외부에 마련되어 있다. 또한, 처리 용기(2) 내를 진공 상태로 하는 경우에는, 샤프트(14)가 바닥부(13)를 관통하는 부분의 주위에, 예를 들면 벨로즈 등의 시일 기구(20)를 마련할 수 있다.
복수(본 실시예에서는 3개)의 지지핀(16)은, 처리 용기(2)내에 있어서 웨이퍼(W)의 이면에 접촉하여 웨이퍼(W)를 지지한다. 복수의 지지핀(16)은, 그 상단부가 웨이퍼(W)의 둘레 방향으로 나열되도록 배치되어 있다. 각 지지핀(16)은, 막대 형상의 아암부(15)에 장착 및 분리 가능하게 장착되어 있다. 복수의 지지핀(16) 및 아암부(15)는, 유전체 재료에 의해 형성되어 있다. 복수의 지지핀(16) 및 아암부(15)를 형성하는 유전체 재료로서는, 예를 들면, 석영, 세라믹스 등을 이용할 수 있다. 또한, 지지핀(16)의 개수는, 웨이퍼(W)를 안정적으로 지지할 수 있으면 3개에 한하지 않는다.
지지 장치(4)에 있어서, 샤프트(14), 아암부(15), 회전 구동부(17) 및 가동 연결부(19)는, 지지핀(16)에 지지된 웨이퍼(W)를 수평 방향으로 회전 운동시키는 회전 기구를 구성하고 있다. 복수의 지지핀(16) 및 아암부(15)는, 회전 구동부(17)를 구동시키는 것에 의해, 샤프트(14)를 회전 중심으로 하여 회전하고, 각 지지핀(16)을 수평 방향으로 원 운동(공전)시킨다. 또한, 지지 장치(4)에 있어서, 샤프트(14), 아암부(15), 승강 구동부(18) 및 가동 연결부(19)는, 지지핀(16)에 지지된 웨이퍼(W)의 높이 위치를 조절하는 높이 위치 조절 기구를 구성하고 있다. 복수의 지지핀(16) 및 아암부(15)는, 승강 구동부(18)를 구동시키는 것에 의해, 샤프트(14)와 함께, 상하 방향으로 승강 변위하도록 구성되어 있다. 또한, 마이크로파 처리 장치(1)에 있어서, 회전 구동부(17), 승강 구동부(18) 및 가동 연결부(19)는 임의의 구성이며, 이들을 마련하지 않아도 좋다.
회전 구동부(17)는, 샤프트(14)를 회전시킬 수 있는 것이면 특별히 제한은 없고, 예를 들면 도시하지 않은 모터 등을 구비하고 있어도 좋다. 승강 구동부(18)는, 샤프트(14) 및 가동 연결부(19)를 승강 변위시킬 수 있는 것이면 특별히 제한은 없고, 예를 들면 도시하지 않은 볼 나사 등을 구비하고 있어도 좋다. 회전 구동부(17)와 승강 구동부(18)는 일체의 기구라도 좋고, 가동 연결부(19)를 가지지 않는 구성이라도 좋다. 또한, 웨이퍼(W)를 수평 방향으로 회전시키는 회전 기구 및 웨이퍼(W)의 높이 위치를 조절하는 높이 위치 조절 기구는, 그 목적을 실현할 수 있으면, 다른 구성이라도 좋다.
<배기 기구>
배기 장치(6)는, 예를 들면, 드라이 펌프 등의 진공 펌프를 가지고 있다. 마이크로파 처리 장치(1)는, 또한 배기구(13a)와 배기 장치(6)를 접속하는 배기관(21)과, 배기관(21)의 도중에 마련된 압력 조정 밸브(22)를 구비하고 있다. 배기 장치(6)의 진공 펌프를 작동시키는 것에 의해, 처리 용기(2)의 내부 공간이 감압 배기된다. 또한, 마이크로파 처리 장치(1)는, 대기압에서의 처리도 가능하고, 이 경우에는, 진공 펌프는 불필요하다. 배기 장치(6)로서 드라이 펌프 등의 진공 펌프를 이용하는 대신에, 마이크로파 처리 장치(1)가 설치되는 시설에 마련된 배기 설비를 이용하는 것도 가능하다.
<가스 공급 기구>
마이크로파 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, 가스 공급 장치(5a)에 접속되어, 처리 용기(2)내에 처리 가스를 도입하는 복수의 배관(23)(1개만 도시)을 구비하고 있다. 복수의 배관(23)은, 처리 용기(2)의 측벽부(12)에 접속되어 있다. 가스 공급 기구(5)는, 배관(23)의 도중에 마련된 매스플로우 컨트롤러(MFC)(24) 및 하나 또는 복수의 개폐 밸브(25)(1개만 도시)를 더 구비하고 있다. 처리 용기(2)내에 공급되는 가스의 유량 등은, 매스플로우 컨트롤러(24) 및 개폐 밸브(25)에 의해 제어된다.
가스 공급 장치(5a)는, 복수의 배관(23)을 거쳐서, 처리 가스 또는 냉각 가스로서, 예를 들면, N2, Ar, He, Ne, O2, H2 등의 가스를 처리 용기(2)내에 사이드 플로우 방식으로 공급할 수 있게 구성되어 있다. 또한, 처리 용기(2)내에의 가스의 공급은, 예를 들면 웨이퍼(W)에 대향하는 위치(예를 들면, 천정부(11))에 가스 공급 수단을 마련하여 행해도 좋다. 또한, 가스 공급 장치(5a)의 대신에, 마이크로파 처리 장치(1)의 구성에는 포함되지 않는 외부의 가스 공급 장치를 사용해도 좋다.
<온도 계측부>
마이크로파 처리 장치(1)는, 웨이퍼(W)의 표면 온도를 측정하는 도시하지 않은 복수의 방사 온도계와, 이들 방사 온도계에 접속된 온도 계측부(27)를 더 구비하고 있다.
<마이크로파 방사 공간>
본 실시예의 마이크로파 처리 장치(1)에서는, 처리 용기(2)내에 마이크로파 방사 공간(S)이 형성되어 있다. 이 마이크로파 방사 공간(S)에는, 천정부(11)에 마련된 복수의 마이크로파 도입 포트(10)로부터 마이크로파가 방사된다. 처리 용기(2)의 천정부(11), 측벽부(12) 및 바닥부(13)는, 모두 금속 재료에 의해 형성되어 있기 때문에, 마이크로파를 반사하여, 마이크로파 방사 공간(S)내에 산란시킨다.
<마이크로파 도입 장치>
다음으로, 도 1, 도 2 및 도 3을 참조하여, 마이크로파 도입 장치(3)의 구성에 대해서 설명한다. 도 2는, 마이크로파 도입 장치(3)의 고전압 전원부의 개략의 구성을 나타내는 설명도이다. 도 3은, 도 1에 나타낸 처리 용기(2)의 천정부(11)의 상면을 나타내는 평면도이다.
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 나타낸 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)에 있어서 생성된 마이크로파를 처리 용기(2)에 전송하는 도파관(32)과, 마이크로파 도입 포트(10)를 막도록 천정부(11)에 고정된 투과창(33)을 가지고 있다. 마그네트론(31)은, 본 발명에 있어서의 마이크로파원에 대응한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서는, 처리 용기(2)는, 천정부(11)에 있어서 전체로 대략 십자형을 이루도록 둘레 방향으로 등간격으로 배치된 4개의 마이크로파 도입 포트(10)를 가지고 있다. 각 마이크로파 도입 포트(10)는, 긴 변과 짧은 변을 가지는 평면시(平面視)에서 직사각형을 이루고 있다. 각 마이크로파 도입 포트(10)의 크기나, 긴 변과 짧은 변의 비는, 마이크로파 도입 포트(10)마다 달라도 좋지만, 웨이퍼(W)에 대한 어닐 처리의 균일성을 높임과 함께 제어성을 좋게 하는 관점에서, 4개의 마이크로파 도입 포트(10)의 전부가 동일한 크기 및 형상인 것이 바람직하다. 또한, 본 실시예에서는, 각 마이크로파 도입 포트(10)에 각각 마이크로파 유닛(30)이 접속되어 있다. 즉 마이크로파 유닛(30)의 수는 4개이다.
마그네트론(31)은, 고전압 전원부(40)에 의해 공급되는 고전압이 인가되는 양극 및 음극(모두 도시 생략)을 가지고 있다. 또한, 마그네트론(31)으로서는, 여러 가지 주파수의 마이크로파를 발진 가능한 것을 이용할 수 있다. 마그네트론(31)에 의해 생성되는 마이크로파는, 피처리체의 처리마다 최적의 주파수를 선택하고, 예를 들면 어닐 처리에 있어서는, 2.45GHz, 5.8GHz 등의 높은 주파수의 마이크로파인 것이 바람직하고, 5.8GHz의 마이크로파인 것이 특히 바람직하다.
도파관(32)은, 단면이 직사각형 또한 코너 관 형상의 형상을 가지고, 처리 용기(2)의 천정부(11)의 상면으로부터 상방으로 연장되어 있다. 마그네트론(31)은, 도파관(32)의 상단부의 근방에 접속되어 있다. 도파관(32)의 하단부는, 투과창(33)의 상면에 접하고 있다. 마그네트론(31)에 있어서 생성된 마이크로파는, 도파관(32) 및 투과창(33)을 거쳐서 처리 용기(2)내에 도입된다.
투과창(33)은, 유전체 재료에 의해 형성되어 있다. 투과창(33)의 재료로서는, 예를 들면, 석영, 세라믹스 등을 이용할 수 있다. 투과창(33)과 천정부(11)의 사이에는, 도시하지 않은 시일 부재에 의해 기밀하게 시일되어 있다. 투과창(33)의 하면으로부터 지지핀(16)에 지지된 웨이퍼(W)의 표면까지의 거리는, 웨이퍼(W)에 마이크로파가 직접 방사되는 것을 억제하는 관점에서, 예를 들면 25㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 25 ~ 50㎜의 범위 내에서 가변으로 조절하는 것이 보다 바람직하다.
마이크로파 유닛(30)은, 도파관(32)의 도중에 마련된 써큘레이터(34), 검출기(35) 및 튜너(36)와, 써큘레이터(34)에 접속된 더미 로드(37)를 더 가지고 있다. 써큘레이터(34), 검출기(35) 및 튜너(36)는, 도파관(32)의 상단부측으로부터 이 순서대로 마련되어 있다. 써큘레이터(34) 및 더미 로드(37)는, 처리 용기(2)로부터의 반사파를 분리하는 아이솔레이터를 구성한다. 즉, 써큘레이터(34)는, 처리 용기(2)로부터의 반사파를 더미 로드(37)에 유도하고, 더미 로드(37)는, 써큘레이터(34)에 의해 유도된 반사파를 열로 변환한다.
검출기(35)는, 도파관(32)에 있어서의 처리 용기(2)로부터의 반사파를 검출하기 위한 것이다. 검출기(35)는, 예를 들면 임피던스 모니터, 구체적으로는, 도파관(32)에 있어서의 정상파의 전계를 검출하는 정상파 모니터에 의해 구성되어 있다. 정상파 모니터는, 예를 들면, 도파관(32)의 내부 공간에 돌출하는 3개의 핀에 의해 구성할 수 있다. 정상파 모니터에 의해 정상파의 전계의 장소, 위상 및 세기를 검출하는 것에 의해, 처리 용기(2)로부터의 반사파를 검출할 수 있다. 또한, 검출기(35)는, 진행파와 반사파를 검출하는 것이 가능한 방향성 결합기에 의해 구성되어 있어도 좋다.
튜너(36)는, 마그네트론(31)과 처리 용기(2)의 사이의 임피던스를 조정하는 기능을 가지고 있다. 튜너(36)에 의한 임피던스 정합은, 검출기(35)에 있어서의 반사파의 검출 결과에 근거하여 행해진다. 튜너(36)는, 예를 들면, 도파관(32)의 내부 공간에 출납할 수 있도록 마련된 도체판(도시 생략)에 의해 구성할 수 있다. 이 경우, 도체판의, 도파관(32)의 내부 공간에의 돌출량을 제어하는 것에 의해, 반사파의 전력량을 조정하여, 마그네트론(31)과 처리 용기(2)의 사이의 임피던스를 조정할 수 있다.
(고전압 전원부)
고전압 전원부(40)는, 마그네트론(31)에 대하여 마이크로파를 생성하기 위한 고전압을 공급한다. 도 2에 나타낸 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 트랜스포머(44)와, 승압 트랜스포머(44)에 접속된 정류 회로(45)를 가지고 있다. 마그네트론(31)은, 정류 회로(45)를 거쳐서 승압 트랜스포머(44)에 접속되어 있다.
AC-DC 변환 회로(41)는, 상용 전원으로부터의 교류(예를 들면, 3상 200V의 교류)를 정류하여 소정의 파형의 직류로 변환하는 회로이다. 스위칭 회로(42)는, AC-DC 변환 회로(41)에 의해 변환된 직류를 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 행해져서, 펄스 형상의 전압 파형이 생성된다. 승압 트랜스포머(44)는, 스위칭 회로(42)로부터 출력된 전압 파형을 소정의 크기로 승압하는 것이다. 정류 회로(45)는, 승압 트랜스포머(44)에 의해 승압된 전압을 정류하여 마그네트론(31)에 공급하는 회로이다.
[열흡수층]
처리 용기(2)의 천정부(11), 측벽부(12) 및 바닥부(13)의 내벽면에는, 열흡수층(50)이 마련되어 있다. 열흡수층(50)은, 웨이퍼(W)의 냉각 효율을 높이기 위해서, 적어도 처리 용기(2) 내에서 지지 장치(4)의 지지핀(16)에 의해 지지된 상태의 웨이퍼(W)와 대향하는 부재의 벽면에 마련하는 것이 바람직하다. 여기서 「웨이퍼(W)와 대향한다」라는 것은, 웨이퍼(W)의 상면 또는 하면에 대하여 마주한다는 의미이다. 본 실시예의 마이크로파 처리 장치(1)에 있어서, 지지 장치(4)의 지지핀(16)에 의해 지지된 상태의 웨이퍼(W)와 대향하는 부재는, 웨이퍼(W)보다 상방에서 웨이퍼(W)의 상면과 대향하는 천정부(11) 및 웨이퍼(W)보다 하방에서 웨이퍼(W)의 하면과 대향하는 바닥부(13)이다. 따라서, 열흡수층(50)은, 천정부(11) 및 바닥부(13)의 내벽면에 형성하면 좋지만, 본 실시예에서는, 측벽부(12)의 내벽면에도 열흡수층(50)을 더 마련하고 있다.
또한, 웨이퍼(W)의 면내에서 균등한 냉각 촉진 효과를 얻는 관점에서, 열흡수층(50)은, 웨이퍼(W)와 대향하는 부재에 있어서, 적어도 웨이퍼(W)와 대향하는 영역에 마련해 두는 것이 바람직하다. 여기서 「웨이퍼(W)와 대향하는 영역」이라는 것은, 예를 들면, 천정부(11)의 내벽면에, 지지 장치(4)의 지지핀(16)에 의해 지지된 상태의 웨이퍼(W)의 윤곽을 투영한 경우에, 그 투영된 영역을 의미한다. 또한, 「웨이퍼(W)와 대향하는 영역」은, 예를 들면, 바닥부(13)의 내벽면에, 지지 장치(4)의 지지핀(16)에 의해 지지된 상태의 웨이퍼(W)의 윤곽을 투영한 경우에, 그 투영된 영역을 의미한다. 또한, 본 실시예의 마이크로파 처리 장치(1)에서는, 천정부(11)에 복수의 마이크로파 도입 포트(10)가 형성되어 있기 때문에, 이들 마이크로파 도입 포트(10)를 제외한 천정부(11)의 내벽면의 전체면에 열흡수층(50)을 형성하고 있다. 또한, 본 실시예의 마이크로파 처리 장치(1)에서는, 바닥부(13)에는, 배기구(13a)가 마련되어 있고, 또한 바닥부(13)에는 샤프트(14)가 관통하고 있기 때문에, 배기구(13a) 및 샤프트(14)의 장착 부위를 제외한 바닥부(13)의 내벽면의 전체면에 열흡수층(50)을 형성하고 있다.
열흡수층(50)은, 예를 들면 100℃ 정도까지의 내열성을 가지고, 또한 웨이퍼(W)와 대향하는 부재보다도 방사율이 높은 재질에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 처리 용기(2)는, 상기와 같이, 알루미늄, 알루미늄 합금 등의 금속으로 구성되어 있다. 따라서, 열흡수층(50)은, 이들 금속보다도 방사율이 높은 재질에 의해 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 열흡수층(50)은, 마이크로파를 투과하기 쉽고, 마이크로파가 투과할 때에 마이크로파의 손실이 적은 재질에 의해 구성하는 것이 바람직하다. 열흡수층(50)에 있어서의 마이크로파의 손실이 크면, 열흡수층(50)에 의해 마이크로파가 소비되어 버리므로, 마이크로파 처리 장치(1)에서 웨이퍼(W)에의 어닐 처리를 행하는 경우에, 웨이퍼(W)의 가열 효율이 저하한다. 따라서, 열흡수층(50)은, 예를 들면, 마이크로파의 주파수인 5.8GHz에 있어서의 유전정접(tanδ)이 10-3 이하이며, 또한 유전율이 3 이하의 재질에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 유전정접 및 유전율이 상기 범위 내라면, 열흡수층(50)에 있어서의 마이크로파의 손실을 최대한 억제하여 처리 용기(2)내에서의 마이크로파의 동작에 영향을 미치지 않고, 웨이퍼(W)의 가열 효율의 저하를 회피할 수 있다.
열흡수층(50)에 사용되는, 내열성을 가지고, 처리 용기(2)를 구성하는 금속보다도 방사율이 높고, 또한 마이크로파의 손실이 적은 재질로서, 예를 들면, 불소 수지, 폴리이미드 수지, 폴리스티렌, 폴리에틸렌 등의 합성 수지를 들 수 있다. 또한, 특히 불소 수지는, 마이크로파의 주파수인 5.8GHz에 있어서의 유전정접이 10-3 이하이며, 또한 유전율이 3 이하이기 때문에, 어닐 처리시의 마이크로파의 손실을 억제하면서, 냉각시에는 웨이퍼(W)로부터 효율이 좋은 발열(拔熱, 열을 빼 냄)이 가능해지므로 바람직하다. 이러한 저유전정접 및 저유전율의 불소 수지로서는, 예를 들면, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 퍼플루오로알콕시알칸 불소 수지(PFA) 등을 들 수 있다. 예를 들면, 처리 용기(2)의 일반적 재료인 알루미늄의 방사율이 0.09인 것에 비하여, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)의 방사율은, 두께가 0.2㎜의 경우 0.68 정도이므로, 알루미늄 조면(粗面, 거친면)보다도 큰 열흡수를 기대할 수 있다.
도 4 및 도 5는, 열흡수층(50)이 형성된 천정부(11)의 확대 단면도이다. 열흡수층(50)은, 도 4에 나타낸 바와 같이, 천정부(11)의 내벽면(11a)에 직접 마련할 수 있다. 이와 같이, 천정부(11)의 내벽면(11a)에 직접 열흡수층(50)을 마련하는 경우에는, 내벽면(11a)과 열흡수층(50)의 접착성을 확보하기 위해서, 내벽면(11a)의 표면을 조화(粗化, 거칠게 함)시켜 두는 것이 바람직하다.
또한, 도 5에 나타낸 바와 같이, 천정부(11)의 내벽면(11a)에, 바인더층(51)을 거쳐서 열흡수층(50)을 마련할 수도 있다. 바인더층(51)으로서는, 예를 들면 폴리아미드이미드 수지, 폴리에테르술폰 수지, 에폭시 수지 등의 수지계 접착제를 이용할 수 있다. 이와 같이, 천정부(11)의 내벽면(11a)에 바인더층(51)을 거쳐서 열흡수층(50)을 마련하는 경우에는, 마이크로파의 반사 효율을 높이기 위해서, 내벽면(11a)을 경면 가공해 두는 것이 바람직하다.
열흡수층(50)의 두께는, 방사율에도 영향을 미치기 때문에, 그 재질에 따라 설정할 수 있다. 예를 들면, 천정부(11)의 내벽면(11a)에 열흡수층(50)을 직접 마련하는 경우(도 4 참조), 열흡수층(50)의 재질이 불소 수지라면, 열흡수층(50)의 두께(T)는, 마이크로파의 손실을 최소한으로 억제하면서, 열흡수층(50)의 방사율을 높여서 웨이퍼(W)의 냉각 효율을 향상시키는 관점에서, 예를 들면 0.05㎜ 이상 0.25㎜ 이하의 범위 내가 바람직하고, 예를 들면 0.08㎜ 이상 0.2㎜ 이하의 범위 내가 보다 바람직하다.
또한, 바인더층(51)을 거쳐서 천정부(11)의 내벽면(11a)에 열흡수층(50)을 간접적으로 마련하는 경우(도 5 참조), 열흡수층(50)의 재질이 불소 수지라면, 열흡수층(50)과 바인더층(51)의 합계 두께(T1)는, 마이크로파의 손실을 최소한으로 억제하면서, 열흡수층(50)의 방사율을 높여서 웨이퍼(W)의 냉각 효율을 향상시키는 관점에서, 예를 들면 0.01㎜ 이상 0.015㎜ 이하의 범위 내가 바람직하고, 예를 들면 0.01㎜ 이상 0.013㎜ 이하의 범위 내가 보다 바람직하다.
또한, 본 실시예의 변형예로서, 알루미늄으로 구성된 처리 용기(2)의 내벽면에 알루마이트 처리(양극 산화 처리)를 실시하여 얻어지는 알루마이트 피막, 특히 경질 알루마이트 피막(방사율 0.6 정도)을 열흡수층(50)으로 할 수도 있다. 경질 알루마이트 피막은, 마이크로파의 주파수인 5.8GHz에 있어서의 유전정접(tanδ)이 약 0.001이며, 유전율이 약 8이다. 열흡수층(50)으로서의 경질 알루마이트 피막의 두께는, 마이크로파의 손실을 최소한으로 억제하면서, 열흡수층(50)의 방사율을 높여서 웨이퍼(W)의 냉각 효율을 향상시키는 관점에서, 예를 들면 30㎛ 이상 100㎛ 이하의 범위 내가 바람직하고, 예를 들면 50㎛ 이상 60㎛ 이하의 범위 내가 보다 바람직하다. 도 6은, 천정부(11)의 내벽면(11a)에, 열흡수층(50)으로서 두께 50㎛의 경질 알루마이트층을 마련한 처리 용기(2)내에 마이크로파를 공급하여 웨이퍼(W)의 온도를 측정한 실험 결과를 나타내는 그래프이다. 도 6에서는, 비교를 위하여, 알루미늄 표면에 대한 실험 결과도 병기하였다. 도 6에 있어서의 좌측의 세로축은 웨이퍼(W)의 온도를 나타내고, 우측의 세로축은, 경질 알루마이트층을 마련한 경우의 알루미늄 표면에 대한 강하 온도를 나타내고 있다. 도 6의 가로축은 마이크로파 파워이며, 이 실험에서는, 600W에서 4000W의 사이에서 마이크로파를 공급하였다. 도 6에서, 열흡수층(50)으로서 경질 알루마이트 피막을 형성하는 것에 의해, 웨이퍼(W)의 냉각이 효율적으로 행해지고 있다는 것을 이해할 수 있다.
또한, 도 4 및 도 5는, 천정부(11)에 열흡수층(50)을 마련하는 경우를 예로 들었지만, 측벽부(12), 바닥부(13) 등의 내벽면에 열흡수층(50)을 마련하는 경우에도, 천정부(11)와 마찬가지이다.
<제어부>
마이크로파 처리 장치(1)의 각 구성부는, 각각 제어부(8)에 접속되어, 제어부(8)에 의해 제어된다. 제어부(8)는, 전형적으로는 컴퓨터이다. 도 7은, 도 1에 나타낸 제어부(8)의 구성을 나타내는 설명도이다. 도 7에 나타낸 예에서는, 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 처리 장치(1)에 있어서, 예를 들면 온도, 압력, 가스 유량, 마이크로파 출력, 웨이퍼(W)의 회전 속도 등의 프로세스 조건에 관계되는 각 구성부(예를 들면, 마이크로파 도입 장치(3), 지지 장치(4), 가스 공급 장치(5a), 배기 장치(6), 온도 계측부(27) 등)를 통괄해서 제어하는 제어 수단이다.
유저 인터페이스(82)는, 공정 관리자가 마이크로파 처리 장치(1)를 관리하기 위해서 커맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드나 터치 패널, 마이크로파 처리 장치(1)의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등을 가지고 있다.
기억부(83)에는, 마이크로파 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 따라서, 임의의 제어 프로그램이나 레시피를 기억부(83)로부터 호출하여 실행한다. 이에 따라, 프로세스 컨트롤러(81)에 의한 제어 하에서, 마이크로파 처리 장치(1)의 처리 용기(2)내에 있어서 소망하는 처리가 행해진다.
상기의 제어 프로그램 및 레시피는, 예를 들면, CD-ROM, 하드 디스크, 플렉시블 디스크, 플래쉬 메모리, DVD, 블루레이 디스크 등의 컴퓨터로 판독 가능한 기억 매체에 저장된 상태의 것을 이용할 수 있다. 또한, 상기의 레시피는, 다른 장치로부터, 예를 들면 전용 회선을 거쳐서 수시로 전송시켜서 온라인으로 이용하는 것도 가능하다.
[처리 순서]
다음으로, 마이크로파 처리 장치(1)에 있어서 웨이퍼(W)에 대하여 어닐 처리를 실시할 때의 처리의 순서에 대해서 설명한다. 우선, 예를 들면 유저 인터페이스(82)로부터, 마이크로파 처리 장치(1)에 있어서 어닐 처리를 행하도록, 프로세스 컨트롤러(81)에 지령이 입력된다. 다음으로, 프로세스 컨트롤러(81)는, 이 지령을 수신하여, 기억부(83) 또는 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체에 보존된 레시피를 판독한다. 다음으로, 레시피에 근거하는 조건에 의해 어닐 처리가 실행되도록, 프로세스 컨트롤러(81)로부터 마이크로파 처리 장치(1)의 각 엔드 디바이스(예를 들면, 마이크로파 도입 장치(3), 지지 장치(4), 가스 공급 장치(5a), 배기 장치(6) 등)에 제어 신호가 송출된다.
다음으로, 게이트 밸브(GV)가 개방 상태로 되어, 도시하지 않은 반송 장치에 의해, 웨이퍼(W)가, 게이트 밸브(GV) 및 반입출구(12a)를 통하여 처리 용기(2)내에 반입되어, 복수의 지지핀(16) 상에 탑재된다. 복수의 지지핀(16)은, 승강 구동부(18)를 구동시키는 것에 의해, 샤프트(14), 아암부(15)와 함께, 상하 방향으로 승강하고, 웨이퍼(W)가 소정의 높이로 세트된다. 이 높이에서, 회전 구동부(17)를 구동시키는 것에 의해, 웨이퍼(W)를, 수평 방향으로 소정의 속도로 회전시킨다. 또한, 웨이퍼(W)의 회전은, 연속적이지 않고, 비연속적이라도 좋다. 다음으로, 게이트 밸브(GV)가 폐쇄 상태로 되어, 필요한 경우에는 배기 장치(6)에 의해, 처리 용기(2) 내가 감압 배기된다. 다음으로, 가스 공급 장치(5a)에 의해, 소정의 유량의 처리 가스가 처리 용기(2)내에 도입된다. 처리 용기(2)의 내부 공간은, 배기량 및 가스 공급량을 조정하는 것에 의해, 소정의 압력으로 조정된다.
다음으로, 고전압 전원부(40)로부터 마그네트론(31)에 대하여 전압을 인가하여 마이크로파를 생성한다. 마그네트론(31)에 있어서 생성된 마이크로파는, 도파관(32)을 통하여 전파되고, 다음으로, 투과창(33)을 투과하여, 처리 용기(2)내에 있어서 회전하는 웨이퍼(W)의 상방의 마이크로파 방사 공간(S)에 도입된다. 본 실시예에서는, 복수의 마그네트론(31)에 있어서 순차적으로 마이크로파를 생성하고, 각 마이크로파 도입 포트(10)로부터 교대로 마이크로파를 처리 용기(2)내에 도입한다. 또한, 복수의 마그네트론(31)에 있어서 동시에 복수의 마이크로파를 생성시키고, 각 마이크로파 도입 포트(10)로부터 동시에 마이크로파를 처리 용기(2)내에 도입하도록 해도 좋다.
처리 용기(2)에 도입된 마이크로파는, 회전하는 웨이퍼(W)에 조사되어, 주울 가열(joule heating), 자성 가열, 유도 가열 등의 전자파 가열에 의해, 웨이퍼(W)가 신속하게 가열된다. 그 결과, 웨이퍼(W)에 대하여 어닐 처리가 실시된다. 어닐 처리 동안에는, 처리 용기(2)의 천정부(11), 측벽부(12) 및 바닥부(13)의 내벽면에 마련된 열흡수층(50)이 웨이퍼(W)로부터의 복사열을 효율적으로 흡수하는 것에 의해 발열하여, 웨이퍼(W)의 지나친 온도 상승을 억제하고, 가열과 냉각의 밸런스를 고려한 프로세스가 가능하게 된다.
또한, 어닐 처리 동안에, 지지 장치(4)에 의해, 웨이퍼(W)를 수평 방향으로 회전시켜도 좋고, 나아가 웨이퍼(W)의 높이 위치를 변화시켜도 좋다. 어닐 처리 동안에 웨이퍼(W)를 회전시키거나, 웨이퍼(W)의 높이 위치를 변위시키거나 하는 것에 의해, 웨이퍼(W)에 조사되는 마이크로파의 편중됨을 적게 하고, 웨이퍼(W) 면내의 가열 온도를 균일화할 수 있다. 예를 들면, 어닐 처리 동안, 지지 장치(4)에 의해 웨이퍼(W)를 회전시키는 것에 의해, 웨이퍼(W)의 면내에 있어서의 온도 분포를 균등하게 하면서 냉각을 행할 수 있다. 본 실시예의 마이크로파 처리 장치(1)에서는, 천정부(11)에 복수의 마이크로파 도입 포트(10)를 가지고 있고, 이 부분에는 열흡수층(50)을 마련할 수 없기 때문에, 웨이퍼(W)를 회전시키는 것은, 웨이퍼(W)의 면내에서의 균일한 냉각이라는 관점에서도 유효하다. 또한, 어닐 처리 동안, 지지 장치(4)에 의해 웨이퍼(W)의 높이 위치를 변화시키는 것에 의해, 열흡수층(50)에 의한 냉각 효율을 조절하는 것도 가능하다. 예를 들면, 어닐 처리 동안, 통상의 높이 위치와는 다른 냉각 위치까지 웨이퍼(W)를 상승시키는 것에 의해, 웨이퍼(W)로부터의 발열량(拔熱量)을 증가시킬 수 있다. 이러한 웨이퍼(W)의 높이 위치의 조절은, 예를 들면, 천정부(11)에만 열흡수층(50)을 마련하는 경우에도 유효하다.
프로세스 컨트롤러(81)로부터 마이크로파 처리 장치(1)의 각 엔드 디바이스에 어닐 처리를 종료시키는 제어 신호가 송출되면, 마이크로파의 생성이 정지됨과 함께, 웨이퍼(W)의 회전이 정지하고, 처리 가스의 공급이 정지되어, 웨이퍼(W)에 대한 어닐 처리가 종료한다.
또한, 어닐 처리의 종료 후, 웨이퍼(W)를 지지핀(16) 상에 유지한 상태에서 웨이퍼(W)의 냉각 처리를 행하는 것도 가능하다. 처리 용기(2)의 천정부(11), 측벽부(12) 및 바닥부(13)의 내벽면에 마련된 열흡수층(50)은, 웨이퍼(W)로부터의 복사열을 효율적으로 흡수하는 것에 의해 발열하고, 웨이퍼(W)의 냉각을 촉진할 수 있다.
또한, 냉각 처리 동안에는, 지지 장치(4)에 의해 웨이퍼(W)를 회전시키는 것에 의해, 웨이퍼(W)의 면내에 있어서의 온도 분포를 균등하게 하면서 냉각을 행할 수 있다.
또한, 냉각 처리 동안에는, 지지 장치(4)에 의해 웨이퍼(W)의 높이 위치를 변화시켜도 좋다. 예를 들면, 어닐 처리 시의 높이 위치와는 다른 상기 냉각 위치까지 웨이퍼(W)를 상승시키는 것에 의해, 웨이퍼(W)로부터의 발열량을 증가시킬 수 있다.
또한, 냉각 처리 동안, 웨이퍼(W)의 냉각을 촉진하기 위해서, 필요에 따라서 가스 공급 장치(5a)로부터 처리 용기(2)내에 냉각용 가스를 도입해도 좋다.
소정 시간의 어닐 처리 또는 냉각 처리가 종료한 후, 게이트 밸브(GV)가 개방 상태로 되어, 지지 장치(4)에 의해 웨이퍼(W)의 높이 위치를 조정한 후, 도시하지 않은 반송 장치에 의해, 웨이퍼(W)가 반출된다.
마이크로파 처리 장치(1)는, 예를 들면 반도체 디바이스의 제작 공정에 있어서, 확산층에 주입된 도핑 원자의 활성화를 행하기 위한 어닐 처리 등의 목적으로 바람직하게 이용할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시예의 마이크로파 처리 장치(1)는, 웨이퍼(W)에 대하여 마이크로파를 조사해서 어닐 처리를 하면서, 혹은 어닐 처리 후, 처리 용기(2)내에서 웨이퍼(W)의 냉각 처리를 행하는 것이 가능하다. 냉각 처리 시에는, 처리 용기(2)의 내벽면에 마련된 열흡수층(50)에 의해 웨이퍼(W)로부터의 열을 흡수하여, 신속하게 강온시킬 수 있다. 특히, 웨이퍼(W)의 온도가 고온일수록, 발열량이 크고, 효율이 좋은 냉각이 가능하다.
또한, 열흡수층(50)을 적어도 웨이퍼(W)와 대향하는 영역에 마련해 두는 것에 의해 웨이퍼(W)의 면내에서 균등한 냉각 촉진 효과가 얻어지기 때문에, 웨이퍼(W) 면내에서의 열분포에 의한 휘어짐의 발생 등을 방지하면서 냉각 시간을 단축할 수 있다.
또한, 처리 용기(2)의 용적이 클수록, 열흡수층(50)의 표면적을 크게 할 수 있기 때문에, 냉각 가스를 이용하는 경우에 비교하여, 처리 용기(2)가 대형화되어도 우수한 냉각 효과를 유지할 수 있다.
이상과 같이, 마이크로파 처리 장치(1)에서는, 어닐 처리를 한 웨이퍼(W)의 다음 공정으로의 이행을 신속하게 행하는 것이 가능하고, 복수 매의 웨이퍼(W)를 교체하여 처리하는 경우의 스루풋을 높일 수 있다.
또한, 도 1의 마이크로파 처리 장치(1)에서는, 처리 용기(2)의 천정부(11), 측벽부(12) 및 바닥부(13)의 내벽면에 열흡수층(50)을 마련했지만, 천정부(11)의 내벽면(11a)에만 열흡수층(50)을 마련해도 좋다.
[제 2 실시예]
다음으로, 도 8을 참조하여, 본 발명의 제 2 실시예의 마이크로파 처리 장치에 대해서 설명한다. 도 8은, 본 실시예에 따른 마이크로파 처리 장치(1A)의 개략의 구성을 나타내는 단면도이다. 본 실시예에 다른 마이크로파 처리 장치(1A)는, 연속하는 복수의 동작을 따라, 예를 들면 웨이퍼(W)에 대하여, 마이크로파를 조사하여 어닐 처리를 실시하는 장치이다. 이하의 설명에서는, 제 1 실시예의 마이크로파 처리 장치(1)와의 상이점을 중심으로 설명하고, 도 8에 있어서, 제 1 실시예의 마이크로파 처리 장치(1)와 동일한 구성에는 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다.
본 실시예의 마이크로파 처리 장치(1A)는, 가스 도입 부재로서의 샤워헤드(60)를 구비하고 있다. 샤워헤드(60)는, 처리 용기(2)내에 가스를 도입한다. 샤워헤드(60)는, 웨이퍼(W)에 대향하도록, 천정부(11)에 장착되어 있다. 샤워헤드(60)는, 복수의 가스 구멍(60a)과, 이들 복수의 가스 구멍(60a)에 연통하는 가스 확산실(60b)을 가지고 있다. 가스 확산실(60b)은, 배관(23)에 접속되어 있다. 또한, 배관(23)의 도중에는, 매스플로우 컨트롤러(MFC)(24) 및 하나 또는 복수의 개폐 밸브(25)(1개만 도시)가 마련되어 있다. 처리 용기(2)내에 공급되는 가스의 유량 등은, 매스플로우 컨트롤러(24) 및 개폐 밸브(25)에 의해 제어된다.
또한, 본 실시예의 마이크로파 처리 장치(1A)는, 천정부(11) 및 바닥부(13)를 냉각하는 냉각 기구를 마련하고 있다. 즉, 마이크로파 처리 장치(1A)는, 냉매 공급 장치(70)와, 이 냉매 공급 장치(70)로부터의 냉매를 공급하는 공급용 배관(71, 72)과, 냉매를 순환시키는 순환용 배관(73, 74)을 가지고 있다. 공급용 배관(71)에는, 밸브(75)가 마련되어 있다. 공급용 배관(72)에는, 밸브(76)가 마련되어 있다. 또한, 도시는 생략하지만, 순환용 배관(73, 74)은, 각각 냉매 공급 장치(70)에 접속되어 있다.
또한, 천정부(11)에는, 냉매를 유통시키는 유로(11b)가 마련되어 있다. 공급용 배관(71)은, 이 유로(11b)에 접속되어 있다. 유로(11b)는, 순환용 배관(73)을 거쳐서 냉매를 냉매 공급 장치(70)에 순환시킨다.
또한, 바닥부(13)에는, 냉매를 유통시키는 유로(13b)가 마련되어 있다. 공급용 배관(72)은, 이 유로(13b)에 접속되어 있다. 유로(13b)는, 순환용 배관(74)을 거쳐서 냉매를 냉매 공급 장치(70)에 순환시킨다.
이상의 구성에 의해, 마이크로파 처리 장치(1A)에서는, 냉매 공급 장치(70)로부터의 냉매를, 공급용 배관(71), 천정부(11)내의 유로(11b) 및 순환용 배관(73)을 거쳐서 순환시킬 수 있다. 또한, 마이크로파 처리 장치(1A)에서는, 냉매 공급 장치(70)로부터의 냉매를, 공급용 배관(72), 바닥부(13)내의 유로(13b) 및 순환용 배관(74)을 거쳐서 순환시킬 수 있다. 냉매 공급 장치(70)로부터 유로(11b, 13b)에 공급하는 냉매로서는, 특별히 제한은 없고, 예를 들면 물, 불소계 냉매 등을 이용할 수 있다. 또한, 냉매로서 물을 이용하는 경우, 순환용 배관(73, 74)을 거쳐서 냉매 공급 장치(70)에 순환시키지 않고 폐기해도 좋다.
마이크로파 처리 장치(1A)에서는, 샤워헤드(60)의 하면, 처리 용기(2)의 측벽부(12) 및 바닥부(13)의 내벽면에, 열흡수층(50)이 마련되어 있다. 열흡수층(50)은, 웨이퍼(W)의 냉각 효율을 높이기 위해서, 적어도 처리 용기(2)내에서 지지 장치(4)의 지지핀(16)에 의해 지지된 상태의 웨이퍼(W)와 대향하는 부재의 벽면에 마련하는 것이 바람직하다. 본 실시예의 마이크로파 처리 장치(1A)에 있어서, 지지 장치(4)의 지지핀(16)에 의해 지지된 상태의 웨이퍼(W)와 대향하는 부재는, 웨이퍼(W)보다 상방에서 웨이퍼(W) 상면과 대향하는 샤워헤드(60) 및 웨이퍼(W)보다 하방에서 웨이퍼(W)의 하면과 대향하는 바닥부(13)이다. 따라서, 열흡수층(50)은, 샤워헤드(60) 및 바닥부(13)의 내벽면에 형성하면 좋지만, 본 실시예에서는, 측벽부(12)의 내벽면에도 열흡수층(50)을 더 마련하고 있다.
또한, 열흡수층(50)은, 웨이퍼(W)와 대향하는 부재에 있어서, 적어도 웨이퍼(W)와 대향하는 영역에 마련해 두는 것이 바람직하다. 본 실시예의 마이크로파 처리 장치(1A)에서는, 샤워헤드(60)에 복수의 가스 구멍(60a)이 형성되어 있기 때문에, 이 가스 구멍(60a)을 제외한 샤워헤드(60)의 벽면의 전체면에 열흡수층(50)을 형성하고 있다. 바닥부(13)의 열흡수층(50)에 대해서는, 제 1 실시예와 마찬가지이다.
마이크로파 처리 장치(1A)에 있어서의 마이크로파 처리 및 냉각 처리의 순서는, 천정부(11)의 유로(11b) 및 바닥부(13)의 유로(13b)에 냉매를 공급하면서, 샤워헤드(60)를 이용해서 가스 공급을 행하는 점 이외에는, 제 1 실시예에 준해서 행할 수 있다. 마이크로파 처리 장치(1A)에서는, 냉매 공급 장치(70)로부터 냉매를 천정부(11)의 유로(11b)에 공급하는 것에 의해, 천정부(11) 및 샤워헤드(60)를 냉각할 수 있다. 따라서, 샤워헤드(60)의 하면에 형성한 열흡수층(50)에 의한 웨이퍼(W)의 냉각 효율을 높일 수 있다. 또한, 마이크로파 처리 장치(1A)에서는, 냉매 공급 장치(70)로부터 냉매를 바닥부(13)의 유로(13b)에 공급하는 것에 의해, 바닥부(13)를 냉각할 수 있다. 따라서, 바닥부(13)의 내벽면에 형성한 열흡수층(50)에 의한 웨이퍼(W)의 냉각 효율을 높일 수 있다.
또한, 마이크로파 처리 장치(1A)에서는, 가스 도입 부재로서의 샤워헤드(60)를 천정부(11)에 끼워 넣은 상태로 장착하고 있지만, 예를 들면, 샤워헤드를, 독립한 부재로서, 천정부(11)로부터 이간시켜서 배치하는 구성으로 해도 좋다.
본 실시예의 마이크로파 처리 장치(1A)에 있어서의 다른 구성 및 효과는, 제 1 실시예의 마이크로파 처리 장치(1)와 마찬가지이므로 설명을 생략한다. 또한, 본 실시예에 있어서도 열흡수층(50)으로서 알루마이트 피막을 이용할 수 있다.
[시뮬레이션 시험]
다음으로, 도 9을 참조하면서, 본 발명의 효과를 확인한 시뮬레이션 시험의 결과에 대해서 설명한다. 제 1 실시예(도 1)와 마찬가지의 구성의 마이크로파 처리 장치(1)에 있어서, 열흡수층(50)의 방사율을 변화시킨 경우의 웨이퍼(W)의 냉각 효과를 시뮬레이션하였다. 이 시뮬레이션에서는, 일정 열량을 웨이퍼(W)에 연속으로 도입하면서, 처리 용기(2)의 재질로서 흔히 사용되는 알루미늄 소면(素面, 재료 그대로의 면)의 방사율 0.09을 기준으로, 처리 용기(2) 내면의 방사율을 0.2, 0.5, 0.7, 및 1로 변화시킨 경우의 웨이퍼(W)의 온도를 산출했다. 시뮬레이션에 있어서의 웨이퍼(W)에의 입력 열량은, 2250W, 처리 용기(2)의 용적은 8L, 웨이퍼(W)는 300㎜ 직경으로 하였다. 또한, 웨이퍼(W)의 온도는, 안정된 시점의 온도로 했다.
시뮬레이션 시험의 결과를 도 9에 나타냈다. 도 9로부터, 처리 용기(2)의 내벽면의 방사율을 올리는 것에 의해, 웨이퍼(W)의 온도가 저하하고 있고, 냉각 효과가 향상하는 것이 확인되었다. 따라서, 처리 용기(2)의 내벽면에 열흡수층(50)을 마련한 경우라도, 마찬가지로, 웨이퍼(W)의 강온을 촉진하는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 열흡수층(50)을 적어도 웨이퍼(W)와 대향하는 영역에 마련해 두는 것에 의해, 웨이퍼(W)의 면내에서 균등한 냉각 촉진 효과를 얻을 수 있기 때문에, 웨이퍼(W) 면내에서의 열분포에 의한 휘어짐의 발생 등을 방지하면서 냉각 시간을 단축할 수 있다. 특히, 웨이퍼(W)의 온도가 고온일수록, 발열량이 크고, 효율이 좋은 냉각이 가능하다.
또한, 처리 용기(2)의 용적이 클수록, 열흡수층(50)의 표면적을 크게 할 수 있기 때문에, 냉각 가스를 이용하는 경우에 비교하여, 처리 용기(2)가 대형화해도 우수한 냉각 효과를 유지할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 여러 가지 변경이 가능하다. 예를 들면, 본 발명의 마이크로파 처리 장치는, 반도체 웨이퍼를 피처리체로 하는 경우에 한하지 않고, 예를 들면 태양 전지 패널의 기판이나 플랫 패널 디스플레이용 기판을 피처리체로 하는 마이크로파 처리 장치에도 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시예의 마이크로파 처리 장치(1, 1A)는, 어닐 처리를 목적으로 하는 것이지만, 예를 들면 에칭 장치, 애싱 장치, 성막 장치 등에 있어서 웨이퍼(W)가 가열되는 프로세스를 행하는 경우에도, 마찬가지로 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 마이크로파 처리 장치에 있어서의 마이크로파 유닛(30)의 개수(마그네트론(31)의 개수)나 마이크로파 도입 포트(10)의 개수는, 상기 실시예에서 설명한 개수에 한정되지 않는다.
1 : 마이크로파 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 : 마이크로파 도입 포트
11 : 천정부
12 : 측벽부
12a : 반입출구
13 : 바닥부
13a : 배기구
14 : 샤프트
15 : 아암부
16 : 지지핀
17 : 회전 구동부
18 : 승강 구동부
19 : 가동 연결부
21 : 배기관
22 : 압력 조정 밸브
23 : 배관
30 : 마이크로파 유닛
31 : 마그네트론
32 : 도파관
33 : 투과창
34 : 써큘레이터
35 : 검출기
36 : 튜너
37 : 더미 로드
40 : 고전압 전원부
GV : 게이트 밸브
S : 마이크로파 방사 공간
W : 반도체 웨이퍼

Claims (14)

  1. 상벽, 바닥벽 및 측벽을 가지고, 피처리체를 수용하는 처리 용기와,
    상기 처리 용기 내에서 피처리체에 접촉하여 이를 지지하는 지지 부재와,
    상기 피처리체를 처리하기 위한 마이크로파를 생성하여 상기 처리 용기 내에 도입하는 마이크로파 도입 장치와,
    상기 처리 용기 내에서 상기 지지 부재에 의해 지지된 상태의 피처리체와 대향하는 부재의 벽면에 마련되어 있고, 마이크로파를 투과하고, 또한 상기 피처리체와 대향하는 부재보다도 방사율이 높은 재질에 의해 형성되어 있는 열흡수층을
    구비한 마이크로파 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열흡수층이, 합성 수지 또는 알루마이트 피막에 의해 형성되어 있는 마이크로파 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 합성 수지가, 불소 수지, 폴리이미드 수지, 폴리스티렌 및 폴리에틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상인 마이크로파 처리 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열흡수층이, 상기 마이크로파의 주파수에 있어서의 유전정접(dielectric loss tangent)이 10-3 이하이며, 또한 유전율이 3 이하의 재질에 의해 형성되어 있는 마이크로파 처리 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열흡수층의 두께가, 0.05㎜ 이상 0.25㎜ 이하의 범위 내인 마이크로파 처리 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열흡수층이, 상기 피처리체와 대향하는 부재에 있어서, 적어도 피처리체와 대향하는 영역에 마련되어 있는 마이크로파 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 피처리체와 대향하는 부재가, 상기 상벽인 마이크로파 처리 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 피처리체와 대향하는 부재가, 상기 상벽 및 상기 바닥벽 모두인 마이크로파 처리 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 피처리체와 대향하는 부재로서, 복수의 가스 구멍을 가지고 상기 처리 용기 내에 가스를 도입하는 가스 도입 부재를 더 구비하고 있는 마이크로파 처리 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열흡수층이, 상기 측벽의 내벽면에 더 마련되어 있는 마이크로파 처리 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피처리체와 대향하는 부재의 벽면이, 경면 가공되어 있는 마이크로파 처리 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 마이크로파 처리 장치의 상기 처리 용기 내에서, 피처리체에 상기 마이크로파를 조사하는 마이크로파 처리 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 마이크로파 처리 장치는, 상기 지지 부재에 지지된 피처리체를 회전시키는 회전 기구를 더 구비하고 있고, 피처리체를 회전시키면서 상기 마이크로파의 조사를 행하는 마이크로파 처리 방법.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 마이크로파 처리 장치는, 상기 지지 부재에 지지된 피처리체의 높이 위치를 변위시키는 높이 위치 조절 기구를 더 구비하고 있고, 상기 피처리체의 높이 위치를, 제 1 높이 위치와, 상기 제 1 높이 위치와는 상이한 제 2 높이 위치로 변위시켜서 상기 마이크로파의 조사를 행하는 마이크로파 처리 방법.
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