KR20150060567A - 매칭 방법 및 마이크로파 가열 처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 마이크로파 가열 처리 장치에 있어서, 반사파를 억제하고, 마이크로파의 이용 효율이 높은 상태로 기판에 대해 가열 처리를 행하는 것을 가능하게 하는 매칭 방법 및 마이크로파 가열 처리 방법을 제공한다.
스텝 S1에서는, 웨이퍼 W를 제 1 높이 위치로 조정한다. 스텝 S2에서는, 웨이퍼 W를 제 1 높이 위치로 유지한 상태에서, 마그네트론(31)과 처리 용기(2)간의 임피던스의 매칭을 행한다. 스텝 S3에서는, 웨이퍼 W의 온도를 지표로 하여 제 2 높이 위치를 결정한다. 스텝 S4에서는, 웨이퍼 W를 제 2 높이 위치로 유지한 상태에서, 재차 임피던스의 매칭을 행한다. 스텝 S5에서는, 마이크로파 도입 장치(3)에 의해서 처리 용기(2) 내에 마이크로파를 도입하고, 제 2 높이 위치로 유지한 웨이퍼 W에 대해 마이크로파를 조사하는 것에 의해 가열 처리를 행한다.

Description

매칭 방법 및 마이크로파 가열 처리 방법{MATCHING METHOD AND MICROWAVE HEATING PROCESSING METHOD}

본 발명은 마이크로파를 처리 용기에 도입하여 기판에 대해 가열 처리를 행하는 마이크로파 가열 처리 장치에 있어서의 매칭 방법 및 마이크로파 가열 처리 방법에 관한 것이다.

최근, 반도체 웨이퍼 등의 기판에 대해 어닐 처리를 실시하는 장치로서, 마이크로파를 사용하는 장치가 제안되어 있다. 마이크로파에 의한 어닐 처리는, 내부 가열, 국소 가열, 선택 가열이 가능하므로, 종래의 램프 가열 방식이나 저항 가열 방식의 어닐 장치에 비해 프로세스 메리트가 큰 것이 알려져 있다. 예를 들면, 마이크로파 가열을 이용하여 도핑 원자의 활성화를 행하는 경우, 마이크로파가 도핑 원자에 직접 작용하므로, 잉여 가열이 일어나지 않고, 확산층의 확대를 억제할 수 있다는 이점이 있다. 또, 마이크로파 조사를 이용하는 것에 의해서, 종래의 램프 가열 방식이나 저항 가열 방식에 비해, 비교적 저온으로의 어닐 처리가 가능하고, 서멀 예산(thermal budget)의 증대를 억제할 수 있다는 이점도 있다.

그런데, 마이크로파를 이용하는 처리 장치에서는, 반사파를 억제하여, 전력의 이용 효율을 최대화할 목적으로, 마이크로파원과 부하측간의 임피던스의 매칭이 행해진다. 예를 들면, 특허문헌 1에서는, EH 튜너를 사용하여 자동으로 매칭을 행하는 것이 제안되어 있다. 또한, 특허문헌 2에서는, 마이크로파 가열 처리 장치에 있어서, 기판에 대한 처리가 행해지고 있는 동안에, 마이크로파원과 처리 용기간의 임피던스의 매칭을 행하는 방법이 제안되어 있다.

일본 특허 공개 소하63-264893호 공보(특허청구범위 등) 일본 특허 공개 제2013-58652호 공보(도 7 등)

마이크로파 가열 처리 장치에 있어서의 임피던스의 매칭은 처리 용기측으로부터의 반사 전력이 최소가 되도록 튜닝을 행하는 조작이다. 통상, 매칭은 처리 용기 내에서 기판을 일정한 높이로 유지한 상태에서 행해진다. 그러나, 매칭을 행한 기판의 높이가 반드시, 마이크로파의 이용 효율이 최대가 되는 높이라고는 할 수 없다. 예를 들면, 마이크로파 가열 처리 장치에서 기판에 대한 처리가 행해지고 있는 동안에, 처리 대상으로 되는 기판 이외의 부재(예를 들면 처리 용기 등)에 온도 상승 등의 상태 변화가 생기면, 반사파가 급격하게 증가하는 일이 있다. 이것은, 매칭을 행한 후에도, 기판 이외의 부재 상태 변화에 따라 마이크로파원과 처리 용기간의 임피던스가 크게 변화할 가능성을 시사하고 있다. 이 때문에, 기판을 임의의 높이 위치에 고정한 상태에서, 반사 전력이 최소가 되도록 매칭을 행하더라도, 마이크로파의 이용 효율을 최대한으로 높일 수 있다고는 할 수 없다.

따라서, 본 발명의 목적은, 마이크로파 가열 처리 장치에 있어서, 반사파를 억제하여, 마이크로파의 이용 효율이 높은 상태에서 기판에 대해 가열 처리를 행하는 것을 가능하게 하는 매칭 방법 및 마이크로파 가열 처리 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 매칭 방법은, 기판을 수용하는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 상기 기판을 지지하는 지지 부재와, 마이크로파를 생성하는 마이크로파원을 갖고, 상기 처리 용기 내에 상기 마이크로파를 도입하는 마이크로파 도입 장치를 구비하며, 상기 지지 부재에 지지된 상기 기판에 대해 상기 마이크로파를 조사하는 것에 의해 가열 처리를 행하는 마이크로파 가열 처리 장치에 있어서 상기 마이크로파원과 상기 처리 용기간의 임피던스의 매칭을 행하는 매칭 방법이다. 본 발명의 매칭 방법은, 상기 지지 부재에 의해서 상기 기판을 제 1 높이 위치로 유지한 상태에서, 상기 마이크로파 도입 장치로의 반사 전력이 최소가 되도록 상기 매칭을 행하는 최초의 매칭 공정과, 상기 지지 부재에 의해서 상기 기판의 높이를 변위시키면서, 상기 마이크로파 도입 장치에 의해서 상기 마이크로파를 상기 처리 용기 내에 도입하고, 적어도 상기 기판의 온도를 지표로서 제 2 높이 위치를 결정하는 제 2 높이 위치 결정 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 매칭 방법은, 상기 제 2 높이 위치 결정 공정 후에, 상기 제 2 높이 위치에 상기 기판을 유지한 상태에서, 상기 마이크로파 도입 장치로의 반사 전력이 최소가 되도록, 재차 상기 매칭을 행하는 재차의 매칭 공정을 더 포함하고 있어도 좋다.

본 발명의 매칭 방법에 있어서, 상기 제 2 높이 위치 결정 공정은 상기 기판의 복수의 계측 개소에 있어서의 온도의 최대치를 지표로 하여도 좋다.

본 발명의 매칭 방법에 있어서, 상기 제 2 높이 위치 결정 공정은 상기 기판의 복수의 계측 개소에 있어서의 온도의 평균치를 지표로 하여도 좋다.

본 발명의 매칭 방법에 있어서, 상기 제 2 높이 위치 결정 공정은 또한 상기 기판의 복수의 계측 개소에 있어서의 온도차를 부가적인 지표로 하여도 좋다. 이 경우, 상기 온도차를 미리 설정된 임계치와 비교하여도 좋다.

본 발명의 매칭 방법에 있어서, 상기 제 2 높이 위치 결정 공정은 또한 상기 마이크로파 도입 장치에의 반사 전력을 부가적인 지표로 하여도 좋다.

본 발명의 매칭 방법에 있어서, 상기 마이크로파 가열 처리 장치는 상기 마이크로파원을 복수 가지고 있어도 좋다. 이 경우, 상기 제 2 높이 위치 결정 공정은 각 마이크로파원으로의 개별의 반사 전력 또는 복수의 마이크로파원에 있어서의 합계의 반사 전력을 상기 부가적인 지표로 하여도 좋다.

본 발명의 매칭 방법에 있어서, 상기 제 2 높이 위치 결정 공정은 각 마이크로파원으로의 개별의 반사 전력 또는 복수의 마이크로파원에 있어서의 합계의 반사 전력을 미리 설정된 임계치와 비교하여도 좋다.

본 발명의 매칭 방법에 있어서, 상기 마이크로파 가열 처리 장치는 상기 마이크로파원을 복수 가지고 있고, 상기 최초의 매칭 공정에서는, 복수의 상기 마이크로원에 대해 순차적으로 매칭을 행하여도 좋다. 이 경우, 상기 제 2 높이 위치 결정 공정은 복수의 상기 마이크로파원의 모두에서 상기 마이크로파를 생성시키는 것에 의해 상기 기판을 가열한 상태에서 행하여도 좋다.

본 발명의 마이크로파 가열 처리 방법은, 기판을 수용하는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 상기 기판을 지지하는 지지 부재와, 마이크로파를 생성하는 마이크로파원을 갖고, 상기 처리 용기 내에 상기 마이크로파를 도입하는 마이크로파 도입 장치를 구비한 마이크로파 가열 처리 장치를 이용하여, 상기 지지 부재에 지지된 상기 기판에 대해 상기 마이크로파를 조사하는 것에 의해 가열 처리를 행하는 마이크로파 가열 처리 방법이다. 본 발명의 마이크로파 가열 처리 방법은, 상기 지지 부재에 의해서 상기 기판을 제 1 높이 위치로 유지한 상태에서, 상기 마이크로파 도입 장치로의 반사 전력이 최소가 되도록 상기 마이크로파원과 상기 처리 용기간의 임피던스의 매칭을 행하는 최초의 매칭 공정과, 상기 지지 부재에 의해서 상기 기판의 높이를 변위시키면서, 상기 마이크로파 도입 장치에 의해서 마이크로파를 상기 처리 용기 내에 도입하고, 적어도 상기 기판의 온도를 지표로서 제 2 높이 위치를 결정하는 제 2 높이 위치 결정 공정과, 상기 제 2 높이 위치로 유지한 상기 기판에 대해, 상기 마이크로파 도입 장치에 의해서 상기 처리 용기 내에 도입한 상기 마이크로파를 조사함으로써 가열 처리를 행하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 마이크로파 가열 처리 방법은, 상기 제 2 높이 위치 결정 공정 후이고 상기 가열 처리를 행하는 공정 전에, 상기 제 2 높이 위치에 상기 기판을 유지한 상태에서, 상기 마이크로파 도입 장치로의 반사 전력이 최소가 되도록, 재차 상기 매칭을 행하는 재차의 매칭 공정을 더 포함하고 있어도 좋다.

본 발명의 마이크로파 가열 처리 방법에 있어서, 상기 마이크로파 가열 처리 장치는 상기 마이크로파원을 복수 가지고 있고, 상기 최초의 매칭 공정에서는, 복수의 상기 마이크로원에 대해 순차적으로 매칭을 행하는 것이어도 좋다.

본 발명의 마이크로파 가열 처리 방법에 있어서, 상기 제 2 높이 위치 결정 공정은 복수의 상기 마이크로파원의 모두에서 마이크로파를 생성시키는 것에 의해 상기 기판을 가열한 상태에서 행하는 것이어도 좋다.

본 발명의 매칭 방법 및 마이크로파 가열 처리 방법에 의하면, 반사파를 억제하여, 마이크로파의 이용 효율이 높은 상태로 기판에 대해 가열 처리를 행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 마이크로파 가열 처리 방법에 사용하는 마이크로파 가열 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 처리 용기의 천정부의 하면을 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 마이크로파 가열 처리 장치의 고전압 전원부의 개략 구성을 나타내는 설명도이다.
도 4는 제어부의 하드웨어 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 마이크로파 가열 처리 방법의 순서의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 6은 실험예에 있어서의 반도체 웨이퍼의 높이 위치(세로축)와 반사 전력(가로축)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 실험예에 있어서의 반도체 웨이퍼의 높이 위치(세로축)와 반도체 웨이퍼의 중앙부에 있어서의 온도(가로축)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 실험예에 있어서의 반도체 웨이퍼의 높이 위치(세로축)와 반도체 웨이퍼의 중간부에 있어서의 온도(가로축)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 실험예에 있어서의 반도체 웨이퍼의 높이 위치(세로축)와 반도체 웨이퍼의 에지부에 있어서의 온도(가로축)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 반도체 웨이퍼의 높이 위치(세로축)와 4개의 마그네트론별 반사 전력(가로축)의 관계를 플롯한 그래프이다.
도 11은 반도체 웨이퍼의 높이 위치와 반도체 웨이퍼의 중앙부 및 에지부의 최대 온도 및 그 차분 Δt의 관계를 플롯한 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

우선, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 마이크로파 가열 처리 방법에 이용하는 마이크로파 가열 처리 장치에 대해 설명한다. 도 1은 마이크로파 가열 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 단면도이다. 도 2는 도 1에 나타낸 처리 용기의 천정부의 하면을 나타내는 평면도이다. 마이크로파 가열 처리 장치(1)는, 연속하는 복수의 동작을 수반하고, 예를 들면 반도체 디바이스 제조용의 반도체 웨이퍼(이하, 간단히 「웨이퍼」라고 기재함) W에 대해 마이크로파를 조사하여 어닐 처리를 실시하는 장치이다. 여기서, 평판 형상을 이루는 웨이퍼 W에 있어서, 면적이 넓은 상하의 면 중, 상면이 반도체 디바이스의 형성면이고, 이 면을 처리 대상이 되는 주면으로 한다.

마이크로파 가열 처리 장치(1)는, 피처리체인 웨이퍼 W를 수용하는 처리 용기(2)와, 처리 용기(2) 내에 마이크로파를 도입하는 마이크로파 도입 장치(3)와, 처리 용기(2) 내에 있어서 웨이퍼 W를 지지하는 지지 장치(4)와, 처리 용기(2) 내에 가스를 공급하는 가스 공급 기구(5)와, 처리 용기(2) 내를 감압 배기하는 배기 장치(6)와, 이들 마이크로파 가열 처리 장치(1)의 각 구성부를 제어하는 제어부(8)를 구비하고 있다.

<처리 용기>

처리 용기(2)는 금속 재료에 의해서 형성되어 있다. 처리 용기(2)를 형성하는 재료로서는, 예를 들면 알루미늄, 알루미늄 합금, 스테인레스 등이 이용된다. 마이크로파 도입 장치(3)는 처리 용기(2)의 상부에 마련되고, 처리 용기(2) 내에 전자기파(마이크로파)를 도입하는 마이크로파 도입 수단으로서 기능한다. 마이크로파 도입 장치(3)의 구성에 대해서는 이후에 상세히 설명한다.

처리 용기(2)는, 상벽으로서의 판 형상의 천정부(11) 및 바닥벽으로서의 바닥부(13)와, 천정부(11)와 바닥부(13)를 연결하는 측벽으로서의 4개의 측벽부(12)와, 천정부(11)를 상하로 관통하도록 마련된 복수의 마이크로파 도입 포트(10)와, 측벽부(12)에 마련된 반입출구(12a)와, 바닥부(13)에 마련된 배기구(13a)를 가지고 있다. 여기서, 4개의 측벽부(12)는 수평 단면이 직각으로 접속된 각통(角筒) 형상을 이루고 있다. 따라서, 처리 용기(2)는 내부가 공동(空洞)인 입방체 형상을 이루고 있다. 또한, 각 측벽부(12)의 내면은 모두 평탄하게 되어 있고, 마이크로파를 반사시키는 반사면으로서의 기능을 가지고 있다. 반입출구(12a)는 처리 용기(2)에 인접하는 도시하지 않은 반송실과의 사이에서 웨이퍼 W의 반입출을 행하기 위한 것이다. 처리 용기(2)와 도시하지 않은 반송실 사이에는, 게이트 밸브 GV가 마련되어 있다. 게이트 밸브 GV는 반입출구(12a)를 개폐하는 기능을 갖고, 닫힌 상태에서 처리 용기(2)를 기밀하게 밀봉함과 아울러, 열린 상태에서 처리 용기(2)와 도시하지 않은 반송실 사이에서 웨이퍼 W의 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 부근으로부터 거의 수평 방향으로 마련된 복수(예를 들면 3개)의 아암부(15)와, 각 아암부(15)의 각각에 착탈 가능하게 장착된 복수의 지지 핀(16)과, 샤프트(14)를 회전시키는 회전 구동부(17)와, 샤프트(14)를 상하로 변위시키는 승강 구동부(18)와, 샤프트(14)를 지지함과 아울러, 회전 구동부(17)와 승강 구동부(18)을 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. 또, 처리 용기(2) 내를 진공 상태로 하는 경우는, 샤프트(14)가 바닥부(13)를 관통하는 부분의 주위에, 예를 들면 벨로우즈 등의 밀봉 기구(20)를 마련할 수 있다.

지지 장치(4)에 있어서, 샤프트(14), 아암부(15), 회전 구동부(17) 및 가동 연결부(19)는 지지 핀(16)에 지지된 웨이퍼 W를 수평 방향으로 회전시키는 회전 기구를 구성하고 있다. 또한, 지지 장치(4)에 있어서, 샤프트(14), 아암부(15), 승강 구동부(18) 및 가동 연결부(19)는 지지 핀(16)에 지지된 웨이퍼 W의 높이 위치를 조절하는 높이 위치 조절 기구를 구성하고 있다. 복수의 지지 핀(16)은 처리 용기(2) 내에서 웨이퍼 W의 이면에 접하여 웨이퍼 W를 지지한다. 복수의 지지 핀(16)은 또한 단부가 웨이퍼 W의 둘레 방향으로 나열되도록 배치되어 있다. 복수의 아암부(15)는 회전 구동부(17)을 구동시키는 것에 의해서, 샤프트(14)를 회전 중심으로 하여 회전하여, 각 지지 핀(16)을 수평 방향으로 공전시킨다. 또한, 복수의 지지 핀(16) 및 아암부(15)는 승강 구동부(18)을 구동시키는 것에 의해서, 샤프트(14)와 함께, 상하 방향으로 승강 변위하도록 구성되어 있다.

복수의 지지 핀(16) 및 아암부(15)는 유전체 재료에 의해서 형성되어 있다. 복수의 지지 핀(16) 및 아암부(15)를 형성하는 재료로서는, 예를 들면 석영, 세라믹 등을 이용할 수 있다.

회전 구동부(17)는, 샤프트(14)를 회전시킬 수 있는 것이면, 특별히 제한은 없으며, 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 없으며, 예를 들면 도시하지 않은 볼 나사 등을 구비하고 있어도 좋다. 회전 구동부(17)와 승강 구동부(18)는 일체의 기구이어도 좋고, 가동 연결부(19)를 가지지 않는 구성이어도 좋다. 또, 웨이퍼 W를 수평 방향으로 회전시키는 회전 기구 및 웨이퍼 W의 높이 위치를 조절하는 높이 위치 조절 기구는 그러한 목적을 실현할 수 있으면, 다른 구성이어도 좋다.

<배기 기구>

배기 장치(6)는, 예를 들면 드라이 펌프 등의 진공 펌프를 가지고 있다. 마이크로파 가열 처리 장치(1)는 배기구(13a)와 배기 장치(6)를 접속하는 배기관(21)과, 배기관(21)의 도중에 마련된 압력 조정 밸브(22)를 더 구비하고 있다. 배기 장치(6)의 진공 펌프를 작동시키는 것에 의해, 처리 용기(2)의 내부 공간이 감압 배기된다. 또, 마이크로파 가열 처리 장치(1)는 대기압에서의 처리도 가능하고, 그 경우는 진공 펌프는 불필요하다. 배기 장치(6)로서 드라이 펌프 등의 진공 펌프를 이용하는 대신에, 마이크로파 가열 처리 장치(1)가 설치되는 시설에 마련된 배기 설비를 이용하는 것도 가능하다.

<가스 도입 기구>

마이크로파 가열 처리 장치(1)는 처리 용기(2) 내에 가스를 공급하는 가스 공급 기구(5)를 더 구비하고 있다. 가스 공급 기구(5)는 도시하지 않은 가스 공급원을 구비한 가스 공급 장치(5a)와, 가스 공급 장치(5a)에 접속되고, 처리 용기(2) 내에 처리 가스를 도입하는 복수의 배관(23)(2개만 도시)을 구비하고 있다. 복수의 배관(23)은 처리 용기(2)의 측벽부(12)에 접속되어 있다.

가스 공급 장치(5a)는, 복수의 배관(23)을 거쳐서, 처리 가스로서 예를 들면, N₂, Ar, He, Ne, O₂, H₂ 등의 가스를 처리 용기(2) 내에 사이드 플로우 방식으로 공급할 수 있도록 구성되어 있다. 또, 처리 용기(2) 내로의 가스의 공급은, 예를 들면 웨이퍼 W에 대향하는 위치(예를 들면, 천정부(11))에 가스 공급 수단을 마련하여 행하여도 좋다. 또한, 가스 공급 장치(5a) 대신에, 마이크로파 가열 처리 장치(1)의 구성에는 포함되지 않는 외부의 가스 공급 장치를 사용하여도 좋다. 도시하지 않지만, 마이크로파 가열 처리 장치(1)는 배관(23)의 도중에 마련된 매스플로우 콘트롤러 및 개폐 밸브를 더 구비하고 있다. 처리 용기(2) 내에 공급되는 가스의 종류나, 이러한 가스의 유량 등은 매스플로우 콘트롤러 및 개폐 밸브에 의해서 제어된다.

<정류판>

마이크로파 가열 처리 장치(1)는 처리 용기(2) 내의 복수의 지지 핀(16)의 주위에서, 측벽부(12)와의 사이에, 프레임 형상을 한 정류판(24)를 더 구비하고 있다. 정류판(24)은 정류판(24)를 상하로 관통하도록 마련된 복수의 정류 구멍(24a)을 가지고 있다. 정류판(24)은 처리 용기(2) 내에 있어서 웨이퍼 W가 배치될 예정인 영역의 분위기를 정류하면서 배기구(13a)로 향해 흘리기 위한 것이다. 정류판(24)은, 예를 들면 알루미늄, 알루미늄 합금, 스테인레스 등의 금속 재료에 의해서 형성되어 있다. 또, 정류판(24)는 마이크로파 가열 처리 장치(1)에 있어서의 필수의 구성요소가 아니며, 마련되지 않아도 좋다.

<온도 계측부>

마이크로파 가열 처리 장치(1)는 웨이퍼 W의 표면 온도를 측정하는 복수의 방사 온도계(26)와, 복수의 방사 온도계(26)에 접속된 온도 계측부(27)를 더 구비하고 있다. 또, 도 1에서는, 웨이퍼 W의 중앙부의 표면 온도를 측정하는 방사 온도계(26)을 제외하고, 복수의 방사 온도계(26)의 도시를 생략하고 있다.

<마이크로파 방사 공간>

본 실시 형태의 마이크로파 가열 처리 장치(1)에서는, 처리 용기(2) 내에 있어서, 천정부(11), 4개의 측벽부(12) 및 정류판(24)으로 구획되는 공간이 마이크로파 방사 공간 S를 형성하고 있다. 이 마이크로파 방사 공간 S에는, 천정부(11)에 마련된 복수의 마이크로파 도입 포트(10)로부터 마이크로파가 방사된다. 처리 용기(2)의 천정부(11), 4개의 측벽부(12) 및 정류판(24)은 모두 금속 재료에 의해서 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 대해 설명한다. 도 3은 마이크로파 도입 장치(3)의 고전압 전원부의 개략 구성을 나타내는 설명도이다. 전술한 바와 같이, 마이크로파 도입 장치(3)는 처리 용기(2)의 상부에 마련되고, 처리 용기(2) 내에 전자파(마이크로파)를 도입하는 마이크로파 도입 수단으로서 기능한다. 도 1에 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 실시 형태에서는, 복수의 마이크로파 유닛(30)의 구성은 모두 동일하다. 각 마이크로파 유닛(30)은 웨이퍼 W를 처리하기 위한 마이크로파를 생성하는 마그네트론(31)과, 마그네트론(31)에서 생성된 마이크로파를 처리 용기(2)에 전송하는 전송로로서의 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 2에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 처리 용기(2)는 천정부(11)에서 둘레 방향으로 등간격으로 배치된 4개의 마이크로파 도입 포트(10)를 가지고 있다. 각 마이크로파 도입 포트(10)는 긴 변과 짧은 변을 가지는 평면에서 보아 직사각형을 이루고 있다. 각 마이크로파 도입 포트(10)의 크기나, 긴 변과 짧은 변의 비는 마이크로파 도입 포트(10)마다 상이하여도 좋지만, 웨이퍼 W에 대한 어닐 처리의 균일성을 높임과 아울러 제어성을 좋게 하는 관점에서, 4개의 마이크로파 도입 포트(10)의 모두가 동일한 크기 및 형상인 것이 바람직하다. 또, 본 실시 형태에서는, 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 의해서 공급되는 고전압이 인가되는 양극 및 음극(모두 도시 생략)을 가지고 있다. 또한, 마그네트론(31)으로서는, 여러 주파수의 마이크로파를 발진할 수 있는 것을 이용할 수 있다. 마그네트론(31)에 의해서 생성되는 마이크로파는 피처리체의 처리마다 최적인 주파수를 선택하고, 예를 들면 어닐 처리에서는 2.45㎓, 5.8㎓ 등의 높은 주파수의 마이크로파인 것이 바람직하고, 5.8㎓의 마이크로파인 것이 특히 바람직하다.

도파관(32)은, 단면이 직사각형 또한 각통 모양의 형상을 갖고, 처리 용기(2)의 천정부(11)의 상면으로부터 위쪽으로 연장되어 있다. 마그네트론(31)은 도파관(32)의 상단부의 근방에 접속되어 있다. 도파관(32)의 하단부는 투과창(33)의 상면에 접하고 있다. 마그네트론(31)에서 생성된 마이크로파는 도파관(32) 및 투과창(33)을 거쳐서 처리 용기(2) 내에 도입된다.

투과창(33)은 유전체 재료에 의해서 형성되어 있다. 투과창(33)의 재료로서는, 예를 들면 석영, 세라믹 등을 이용할 수 있다. 투과창(33)과 천정부(11) 사이는 도시하지 않은 밀봉 부재에 의해서 기밀하게 밀봉되어 있다. 투과창(33)의 하면으로부터 지지 핀(16)에 지지된 웨이퍼 W의 표면까지의 거리(갭 G)는 웨이퍼 W에 마이크로파가 직접 방사되는 것을 억제하는 관점으로부터, 예를 들면 25㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 25~50㎜의 범위 내로 조절하는 것이 보다 바람직하다.

마이크로파 유닛(30)은 도파관(32)의 도중에 설치된 서큘레이터(34), 검출기(35) 및 튜너(36)와 서큘레이터(34)에 접속된 더미 로드(37)를 더 가지고 있다. 서큘레이터(34), 검출기(35) 및 튜너(36)는 도파관(32)의 상단부측으로부터 이 순서대로 마련되어 있다. 서큘레이터(34) 및 더미 로드(37)는 처리 용기(2)로부터의 반사파를 분리하는 아이솔레이터를 구성한다. 즉, 서큘레이터(34)는 처리 용기(2)로부터의 반사파를 더미 로드(37)로 유도하고, 더미 로드(37)는 서큘레이터(34)에 의해서 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 정재파의 전계를 검출하는 정재파 모니터에 의해서 구성되어 있다. 정재파 모니터는, 예를 들면 도파관(32)의 내부 공간으로 돌출하는 3개의 핀에 의해서 구성할 수 있다. 정재파 모니터에 의해서 정재파의 전계의 장소, 위상 및 강도를 검출하는 것에 의해, 처리 용기(2)로부터의 반사파를 검출할 수 있다. 또한, 검출기(35)는 진행파와 반사파를 검출하는 것이 가능한 방향성 결합기에 의해서 구성되어 있어도 좋다.

튜너(36)는 마그네트론(31)과 처리 용기(2)간의 임피던스의 매칭(이하, 간단히 「매칭」이라고 기재하는 경우가 있음)을 행하는 기능을 가지고 있다. 튜너(36)에 의한 매칭은 검출기(35)에 있어서의 반사파의 검출 결과에 근거하여 행해진다. 튜너(36)는, 예를 들면 도파관(32)의 내부 공간으로 출입할 수 있도록 마련된 도체판(도시 생략)에 의해서 구성할 수 있다. 이 경우, 도체판의, 도파관(32)의 내부 공간으로의 돌출량을 제어하는 것에 의해, 반사파의 전력량을 조정하고, 마그네트론(31)과 처리 용기(2)간의 임피던스를 조정할 수 있다.

(고전압 전원부)

고전압 전원부(40)는 마그네트론(31)에 대해 마이크로파를 생성하기 위한 고전압을 공급한다. 도 3에 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 콘트롤러(43)와, 스위칭 회로(42)에 접속된 승압 트랜스(44)와, 승압 트랜스(44)에 접속된 정류 회로(45)를 가지고 있다. 마그네트론(31)은 정류 회로(45)를 거쳐서 승압 트랜스(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 의해서 변환된 직류의 온·오프를 제어하는 회로이다. 스위칭 회로(42)에서는, 스위칭 콘트롤러(43)에 의해서 페이즈 시프트형의 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 또는 PAM(Pulse Amplitude Modulation) 제어가 행해지고, 펄스 형상의 전압 파형이 생성된다. 승압 트랜스(44)는 스위칭 회로(42)로부터 출력된 전압 파형을 소정의 크기로 승압하는 것이다. 정류 회로(45)는 승압 트랜스(44)에 의해서 승압된 전압을 정류하여 마그네트론(31)에 공급하는 회로이다.

<제어부>

마이크로파 가열 처리 장치(1)의 각 구성부는 각각 제어부(8)에 접속되고, 제어부(8)에 의해서 제어된다. 제어부(8)는 전형적으로는 컴퓨터이다. 도 4는 도 1에 나타낸 제어부(8)의 하드웨어 구성의 일례를 나타내고 있다. 제어부(8)는 주제어부(101)와, 키보드, 마우스 등의 입력 장치(102)와, 프린터 등의 출력 장치(103)와, 표시 장치(104)와, 기억 장치(105)와, 외부 인터페이스(106)와, 이들을 서로 접속하는 버스(107)를 구비하고 있다. 주제어부(101)는 CPU(중앙 처리 장치)(111), RAM(Random Access Memory)(112) 및 ROM(Read Only Memory)(113)을 가지고 있다. 기억 장치(105)는, 정보를 기억할 수 있는 것이면, 그 형태는 묻지 않지만, 예를 들면 하드디스크 장치 또는 광디스크 장치이다. 또한, 기억 장치(105)는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체(115)에 대해 정보를 기록하고, 또한 기록 매체(115)로부터 정보를 판독하도록 되어 있다. 기록 매체(115)는 정보를 기억할 수 있는 것이면, 그 형태는 묻지 않지만, 예를 들면 하드디스크, 광디스크, 플래쉬 메모리 등이다. 기록 매체(115)는 본 실시 형태에 따른 플라스마 에칭 방법의 레시피를 기록한 기록 매체이어도 좋다.

제어부(8)에서는, CPU(111)가, RAM(112)를 작업 영역으로서 이용하여, ROM(113) 또는 기억 장치(105)에 저장된 프로그램을 실행하는 것에 의해, 본 실시 형태의 마이크로파 가열 처리 장치(1)에서 웨이퍼 W에 대한 가열 처리를 실행할 수 있도록 되어 있다. 구체적으로는, 제어부(8)는 마이크로파 가열 처리 장치(1)에 있어서, 예를 들면 웨이퍼 W의 온도, 처리 용기(2) 내의 압력, 가스 유량, 마이크로파 출력, 웨이퍼 W의 회전 속도 등의 프로세스 조건에 관계하는 각 구성부(예를 들면, 마이크로파 도입 장치(3), 지지 장치(4), 가스 공급 장치(5a), 배기 장치(6) 등)를 제어한다.

이상의 구성을 가지는 마이크로파 가열 처리 장치(1)에서는, 웨이퍼 W의 면 내에서의 가열 온도의 편차를 억제하여, 균일한 가열 처리가 가능하게 된다.

[매칭 방법 및 마이크로파 가열 처리 방법]

다음으로, 마이크로파 가열 처리 장치(1)에서 행해지는 매칭 방법 및 마이크로파 가열 처리 방법에 대해 설명한다. 도 5는 본 실시 형태의 마이크로파 가열 처리 방법의 순서의 일례를 나타내는 흐름도이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태의 마이크로파 가열 처리 방법은 스텝 S1로부터 스텝 S5까지를 포함하고 있다. 이 중에서, 스텝 S1로부터 스텝 S4까지는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 매칭 방법의 순서이다. 즉, 본 실시 형태의 마이크로파 가열 처리 방법은 본 발명의 일 실시 형태의 매칭 방법을 포함하고 있다.

전제로서 우선, 게이트 밸브 GV가 열린 상태로 되고, 도시하지 않은 반송 장치에 의해서, 매칭용의 웨이퍼 W가 게이트 밸브 GV 및 반입출구(12a)를 거쳐서 처리 용기(2) 내로 반입되고, 복수의 지지 핀(16) 위에 탑재된다.

<스텝 S1>

우선, 스텝 S1에서는, 웨이퍼 W를 제 1 높이 위치로 조정한다. 구체적으로는, 지지 장치(4)의 승강 구동부(18)에 의해서, 웨이퍼 W를 유지하는 복수의 지지 핀(16)을 상하로 변위시켜 제 1 높이 위치로 세트한다. 이 제 1 높이 위치는 임의로 설정할 수 있다. 제 1 높이 위치는, 상기와 같이, 갭 G가 예를 들면 25㎜ 이상으로 되는 범위 내에서 설정하는 것이 바람직하고, 25㎜ 이상 50㎜ 이하의 범위 내에서 설정하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 제 1 높이 위치는, 예를 들면 바닥부(13)의 내벽면으로부터 25㎜ 이상으로 되는 범위 내에서 설정하는 것이 바람직하고, 25㎜ 이상 45㎜ 이하의 범위 내에서 설정하는 것이 보다 바람직하다.

<스텝 S2>

다음으로, 스텝 S2에서는, 웨이퍼 W를 제 1 높이 위치로 유지한 상태에서, 마이크로파 도입 장치(3)로부터 처리 용기(2) 내로 마이크로파를 도입한다. 그리고, 도파관(32)으로의 반사 전력이 최소가 되도록, 마그네트론(31)과 처리 용기(2)간의 매칭을 행한다. 매칭은 4개의 마그네트론(31)에서 마이크로파를 생성시키고, 4개의 마이크로파 도입 포트(10)로부터 따로따로 마이크로파를 도입하면서, 4개의 마그네트론(31)의 각각에 대해 순차적으로 매칭을 실시한다. 매칭은 대상이 되는 마그네트론(31)에서 생성하고, 대응하는 도파관(32) 및 마이크로파 도입 포트(10)를 거쳐서 처리 용기(2) 내에 도입된 마이크로파의 반사파를, 당해 도파관(32)에서 검출기(35)에 의해 검출하고, 해당 반사파의 전력치가 최소가 되도록 튜너(36)에서 조절하는 것에 의해 행해진다. 튜너(36)가 전술한 도체판에 의해서 구성되어 있는 경우에는, 도체판의, 도파관(32)의 내부 공간으로의 돌출량을 제어하는 것에 의해서 매칭을 행할 수 있다.

상기 스텝 S1 및 스텝 S2는 본 실시 형태의 매칭 방법에 있어서의 「최초의 매칭 공정」에 상당한다.

<스텝 S3>

다음으로, 스텝 S3에서는, 적어도 상기 기판의 온도를 지표로 하여 제 2 높이 위치를 결정한다. 구체적으로는, 스텝 S3에서는, 마이크로파 도입 장치(3)에 의해서 소정의 마이크로파 도입 조건에서 마이크로파를 처리 용기(2) 내에 도입하여 웨이퍼 W를 가열한다. 이 때의 마이크로파 도입 조건은 후술하는 스텝 S5에서 웨이퍼 W에 대한 어닐 처리를 행할 때의 조건과 동일한 것이 바람직하다. 그리고, 지지 장치(4)의 승강 구동부(18)에 의해서, 웨이퍼 W를 유지하는 복수의 지지 핀(16)을 승강 변위시킨다. 예를 들면, 웨이퍼 W의 높이 위치를 0.5㎜마다 단계적으로 변화시키고, 각 높이 위치에 있어서의 온도 데이터를 취득한다. 이 때, 4개의 마그네트론(31)의 모두에서 마이크로파를 생성시키는 것에 의해, 웨이퍼 W를 가열한 상태에서, 온도 계측부(27)에 의해서 웨이퍼 W의 온도를 계측한다. 웨이퍼 W의 온도는 복수 개소를 계측하는 것이 바람직하고, 예를 들면, 웨이퍼 W의 중앙부, 에지부, 중앙부와 에지부 사이의 중간부 등의 복수의 영역에 대해 각각 계측을 행하는 것이 바람직하다. 또한, 얻어진 온도 데이터로부터, 각 영역의 최대치나 평균치를 산출하여도 좋다. 여기서, 웨이퍼 W의 중앙부는 웨이퍼 W의 중심을 포함하는 직경의 2/6 정도의 범위 내의 영역을 의미한다. 웨이퍼 W의 에지부는 웨이퍼 W의 단부로부터 내측으로 직경의 1/6 정도의 범위 내의 영역을 의미한다. 웨이퍼 W의 중간부는 직경 방향으로 중앙부보다 외측의 영역이고 에지부보다 내측의 영역을 의미한다. 예를 들면, 300㎜ 지름의 원형의 웨이퍼 W의 경우는, 웨이퍼 W의 중심으로부터 반경 50㎜까지의 영역을 중앙부로 하고, 중심으로부터 반경 50㎜를 초과하고 반경 100㎜까지의 영역을 중간부로 하고, 중심으로부터 반경 100㎜를 초과하고 단부(반경 150㎜)까지의 영역을 에지부로 한다.

스텝 S3에서 지표로 하는 웨이퍼 W의 온도 데이터로서는, 예를 들면,

ⅰ) 웨이퍼 W의 1개소의 계측 온도,

ⅱ) 웨이퍼 W의 복수 개소의 계측 온도의 최대치,

ⅲ) 웨이퍼 W의 복수 개소의 계측 온도의 평균치,

ⅳ) 웨이퍼 W의 복수 개소의 계측 온도의 특정의 영역의 평균치,

ⅴ) 웨이퍼 W의 복수 개소의 계측 온도의 복수의 영역의 평균치의 최대치

등을 들 수 있다. 여기서, 상기 ⅳ), ⅴ)에 있어서의 「영역」으로서는, 예를 들면 웨이퍼 W의 중앙부, 에지부, 중앙부와 에지부 사이의 중간부 등을 들 수 있다.

스텝 S3에서는, 지표로 되는 상기 ⅰ)~ⅴ) 중 어느 하나 이상의 온도 데이터의 값이 가장 높아지는 웨이퍼 W의 높이 위치를 「제 2 높이 위치」로서 결정하는 것이 바람직하다. 그러나, 웨이퍼 W의 면 내에 있어서의 온도차나 반사파 등의 부가적인 지표를 이용하는 경우도 고려하면, 상기 어느 하나의 웨이퍼 W의 온도 데이터의 값이 가장 높아지는 웨이퍼 W의 높이 위치에 한정하지 않고, 예를 들면 2번째, 3번째 등의 상위에 위치하는 높이 위치를 「제 2 높이 위치」로서 결정할 수 있다. 예를 들면, 상기 웨이퍼 W의 온도 데이터의 값이 가장 높아지는 웨이퍼 W의 높이 위치이더라도, 웨이퍼 W의 면 내에 있어서의 온도차가 크거나, 반사파가 크거나 하는 경우는 「제 2 높이 위치」로 하지 않고, 온도 데이터의 값이 2번째 이후의 높이 위치로부터, 부가적인 지표와의 밸런스를 종합적으로 고려하여 「제 2 높이 위치」를 결정할 수 있다. 제 2 높이 위치를 결정하기 위한 구체적인 순서에 대해서는 후술한다.

스텝 S3에서는, 더 부가적인 지표로서 예를 들면,

a) 웨이퍼 W의 복수의 계측 개소에 있어서의 온도차,

b) 마이크로파 도입 장치(3)로의 반사 전력의 크기

등을 들 수 있다. 이러한 부가적인 지표는 상기 ⅰ)~ⅴ)의 온도 데이터와 병용할 수 있다. 또한, 이들 부가적인 지표의 양쪽을 이용할 수도 있다.

상기 a)의 웨이퍼 W의 복수의 계측 개소에 있어서의 온도차는 작을수록 웨이퍼 W의 면 내에 있어서의 균일성이 얻어지기 때문에 바람직하다. 상기 a)의 온도차로서는, 예를 들면 웨이퍼 W의 중앙부의 계측 개소와 에지부의 계측 개소의 온도차, 웨이퍼 W의 중앙부의 계측 개소와 중간부의 계측 개소의 온도차, 웨이퍼 W의 중간부의 계측 개소와 에지부의 계측 개소의 온도차 등 중에서 1개 또는 2개 이상을 선택하여 이용할 수 있다. 또한, 온도차는 상기 웨이퍼 W의 중앙부, 중간부, 에지부 등으로 대표되는 복수의 영역의 온도의 평균치끼리의 차이이어도 좋다. 또, 본 실시 형태에서는, 상기 어느 하나의 온도차를, 미리 설정된 임계치와 비교하는 것에 의해서, 제 2 높이 위치를 결정하기 위한 부가적인 지표로 하여도 좋다. 이 경우, 온도차가 임계치 이하이면, 웨이퍼 W의 면 내에 있어서의 가열 온도의 편차가 소정 범위인 것을 의미한다. 이러한 임계치를 이용하는 것에 의해서, 웨이퍼 W의 면 내 균일성을 고려한 높이 위치를 「제 2 높이 위치」로서 결정할 수 있기 때문에, 웨이퍼 W의 면 내에서 가열 처리의 균일성을 향상시키는 효과를 기대할 수 있다.

상기 b)의 반사 전력은 작을수록 마이크로파 전력의 이용 효율이 향상하기 때문에 바람직하다. 상기 b)의 반사 전력으로서는, 예를 들면 복수의 마그네트론(31)으로의 개별의 반사 전력이어도 좋고, 또는 복수의 마그네트론(31)으로의 합계의 반사 전력이어도 좋다. 스텝 S3에서 반사 전력을 부가적인 지표로 하는 것은 제 2 높이 위치를 결정하는 과정에서 웨이퍼 W의 높이 위치를 변화시킬 필요가 있고, 이것에 의해서, 마그네트론(31)과 처리 용기(2)간의 임피던스가 크게 변화해 버릴 가능성을 고려한 것이다.

또한, 본 실시 형태에서는, 상기 어느 하나의 반사 전력의 크기를 미리 설정된 임계치와 비교하는 것에 의해서, 제 2 높이 위치를 결정하기 위한 부가적인 지표로 하여도 좋다. 이 경우의 임계치는 반사파가 허용 범위 내에 있는지 여부를 판단하기 위한 지표이다. 이 임계치는, 미리 설정된 것이며, 예를 들면 제어부(8)의 기억 장치(105)에 레시피의 일부로서 보존해 둘 수 있다. 임계치의 기준으로서, 모든 마이크로파원으로부터 출력되는 합계 마이크로파 전력의 20%, 바람직하게는 18%, 보다 바람직하게는 15%의 값을 예시할 수 있다. 예를 들면, 반사파의 합계 전력량이 4개의 마이크로파원으로부터의 합계 출력의 20% 이하이면, 임계치 이하이더라도, 허용 범위가 된다. 임계치를 이용하는 것에 의해서, 반사 전력이 극단적으로 커지는 높이 위치를 「제 2 높이 위치」로부터 제외할 수 있기 때문에, 마이크로파 전력의 이용 효율을 높이는 효과를 기대할 수 있다. 반사 전력치는, 스텝 S2의 매칭과 마찬가지로, 각 마그네트론(31)에서 생성하고, 대응하는 도파관(32) 및 마이크로파 도입 포트(10)를 거쳐서 처리 용기(2) 내에 도입된 마이크로파의 반사파를 각 도파관(32)의 검출기(35)에 의해 검출할 수 있다.

스텝 S3에서는, 복수의 높이 위치로부터, 상기의 지표 및 필요에 따라 부가적인 지표를 이용하여 「제 2 높이 위치」를 결정한다.

스텝 S3로 제 2 높이 위치를 결정하기 위한 구체적인 방법으로서 예를 들면 이하와 같은 순서를 들 수 있다.

순서 1) 상기 ⅰ)~ⅴ) 중 어느 하나 이상의 온도 데이터의 값이 가장 높은 웨이퍼 W의 높이 위치를 「제 2 높이 위치」로서 결정한다. 이 경우, 상기 부가적인 지표는 고려하지 않는다.

순서 2) 상기 ⅰ)~ⅴ) 중 어느 하나 이상의 온도 데이터의 값이 가장 높은 웨이퍼 W의 높이 위치에 있어서의 당해 온도 데이터를 기준으로 하여, 해당 기준으로 되는 온도 데이터의 90% 이상의 레벨의 온도 데이터를 나타내는 높이 위치 중에서, 상기 부가적인 지표를 고려하여, 「제 2 높이 위치」를 결정한다. 예를 들면, 상기 기준으로 되는 온도 데이터와 비교하여 90% 이상의 레벨의 온도 데이터를 나타내는 높이 위치 중에서, 부가적인 지표인 a 및/또는 b가 가장 양호한 높이 위치, 혹은 a 및/또는 b가 소정의 임계치 이하인 높이 위치를 「제 2 높이 위치」로서 결정한다.

또한, 제 2 높이 위치는, 상기와 같이, 갭 G가 예를 들면 25㎜ 이상으로 되는 범위 내에서 설정하는 것이 바람직하고, 25㎜ 이상 50㎜ 이하의 범위 내에서 설정하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 제 2 높이 위치는, 예를 들면 바닥부(13)의 내벽면으로부터 25㎜ 이상으로 되는 범위 내에서 설정하는 것이 바람직하고, 25㎜ 이상 45㎜ 이하의 범위 내에서 설정하는 것이 보다 바람직하다.

스텝 S3은 본 실시 형태의 매칭 방법에 있어서의 「제 2 높이 위치 결정 공정」에 상당한다.

<스텝 S4>

다음으로, 스텝 S4에서는, 웨이퍼 W를 제 2 높이 위치로 유지한 상태에서, 마이크로파 도입 장치(3)로부터 처리 용기(2) 내로 마이크로파를 도입한다. 그리고, 도파관(32)으로의 반사 전력이 최소가 되도록, 재차 마그네트론(31)과 처리 용기(2)간의 매칭을 행한다. 구체적으로는, 우선 지지 장치(4)의 승강 구동부(18)에 의해서, 매칭용의 웨이퍼 W를 유지하는 복수의 지지 핀(16)을 상하로 변위시켜 제 2 높이 위치에 세트한다. 그리고 4개의 마그네트론(31)에서 마이크로파를 생성시키고, 4개의 마이크로파 도입 포트(10)로부터 따로따로 마이크로파를 도입하면서, 4개의 마그네트론(31)의 각각에 대해 순차적으로 매칭을 실시한다. 매칭은 대상으로 되는 마그네트론(31)에서 생성하고, 대응하는 도파관(32) 및 마이크로파 도입 포트(10)를 거쳐서 처리 용기(2) 내에 도입된 마이크로파의 반사파를, 당해 도파관(32)에서 검출기(35)에 의해 검출하고, 해당 반사파의 전력치가 최소로 되도록 튜너(36)에서 조절하는 것에 의해 행해진다. 튜너(36)가 전술한 도체판에 의해서 구성되어 있는 경우에는, 도체판의, 도파관(32)의 내부 공간으로의 돌출량을 제어하는 것에 의해서 매칭을 행할 수 있다.

스텝 S4는 본 실시 형태의 매칭 방법에 있어서의 「재차의 매칭 공정」에 상당한다.

<스텝 S5>

다음으로, 스텝 S5에서는, 마이크로파 도입 장치(3)에 의해서 처리 용기(2) 내에 마이크로파를 도입하고, 제 2 높이 위치로 유지한 웨이퍼 W에 대해, 마이크로파를 조사하는 것에 의해 가열 처리를 행한다.

우선, 예를 들면 제어부(8)의 입력 장치(102)로부터 마이크로파 가열 처리 장치(1)에서 어닐 처리를 행하도록 지령이 입력된다. 다음으로, 주제어부(101)는, 이 지령을 받고, 기억 장치(105) 또는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체(115)에 보존된 레시피를 읽어낸다. 다음으로, 레시피에 근거하는 조건에 의해서 어닐 처리가 실행되도록, 주제어부(101)로부터 마이크로파 가열 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 GV가 열린 상태로 되고, 도시하지 않은 반송 장치에 의해서, 웨이퍼 W가 게이트 밸브 GV 및 반입출구(12a)를 통해 처리 용기(2) 내에 반입되고, 복수의 지지 핀(16) 위에 탑재된다. 승강 구동부(18)를 구동시키는 것에 의해서 복수의 지지 핀(16)을 변위시키고, 웨이퍼 W를 상기 스텝 S3에서 결정된 제 2 높이 위치에 세트한다. 이 제 2 높이에서, 필요에 따라, 제어부(8)의 제어 하에서 회전 구동부(17)를 구동시키는 것에 의해서, 웨이퍼 W를 수평 방향으로 소정의 속도로 회전시킨다. 또, 웨이퍼 W의 회전은 연속적이지 않고, 비연속적이어도 좋다. 다음으로, 게이트 밸브 GV가 닫힌 상태로 되고, 필요한 경우는 배기 장치(6)에 의해서 처리 용기(2) 내가 감압 배기된다. 다음으로, 필요한 경우는, 가스 공급 장치(5a)에 의해서 처리 가스가 처리 용기(2) 내에 도입된다. 처리 용기(2)의 내부 공간은 배기량 및 처리 가스의 공급량을 조정하는 것에 의해서, 소정의 압력으로 조정된다.

다음으로, 제어부(8)의 제어 하에서, 고전압 전원부(40)로부터 마그네트론(31)에 대해 전압을 인가하여 마이크로파를 생성한다. 마그네트론(31)에서 생성된 마이크로파는, 도파관(32)을 전파하고, 또 투과창(33)을 투과하여, 처리 용기(2) 내에서 회전하는 웨이퍼 W의 위쪽의 공간에 도입된다. 본 실시 형태에서는, 복수의 마그네트론(31)에서 순차적으로 마이크로파를 생성하고, 각 마이크로파 도입 포트(10)로부터 교대로 마이크로파를 처리 용기(2) 내에 도입한다. 또, 복수의 마그네트론(31)에서 동시에 복수의 마이크로파를 생성시키고, 각 마이크로파 도입 포트(10)로부터 동시에 마이크로파를 처리 용기(2) 내에 도입하도록 하여도 좋다.

처리 용기(2)에 도입된 마이크로파는, 웨이퍼 W에 조사되고, 주울 가열, 자성 가열, 유도 가열 등의 전자파 가열에 의해, 웨이퍼 W가 신속히 가열된다. 그 결과, 웨이퍼 W에 대해 어닐 처리가 실시된다.

어닐 처리 동안은, 웨이퍼 W를 회전시키는 것에 의해서, 웨이퍼 W에 조사되는 마이크로파의 편향을 줄여서, 웨이퍼 W의 면 내의 가열 온도를 균일화할 수 있다.

주제어부(101)로부터 마이크로파 가열 처리 장치(1)의 각 엔드 디바이스로 어닐 처리를 종료시키는 제어 신호가 송출되면, 마이크로파의 생성이 정지됨과 아울러, 웨이퍼 W의 회전이 정지하고, 처리 가스의 공급이 정지되고, 웨이퍼 W에 대한 어닐 처리가 종료한다.

소정 시간의 어닐 처리 또는 어닐 처리 후의 냉각 처리가 종료한 후, 게이트 밸브 GV가 열린 상태로 되고, 지지 장치(4)에 의해서 웨이퍼 W의 높이 위치를 조정한 후, 도시하지 않은 반송 장치에 의해서 웨이퍼 W가 반출된다.

마이크로파 가열 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.

상기 스텝 S2 및 스텝 S4의 매칭은, 관리자가 수동으로 행하여도 좋고, 예를 들면, 매칭을 행하도록 작성된 소프트웨어(제어 프로그램)에 의해서 제어부(8)의 제어 하에서 실행하여도 좋다. 또한, 스텝 S3의 제 2 높이 위치의 결정은, 관리자가 웨이퍼 W의 계측 온도를 참조하여 결정해도 좋고, 소프트웨어에 의해서, 제어부(8)의 제어 하에서 웨이퍼 W의 계측 온도 정보에 근거하는 연산 처리를 행하여 자동적으로 결정해도 좋다. 또한, 스텝 S1~스텝 S5의 일련의 순서는, 제어부(8)에 의해서, 복수의 소프트웨어를 협동시키는 것에 의해서 실행시키는 것도 가능하다.

다음으로, 본 발명의 기초로 된 실험 결과에 대해 설명한다. 우선, 지지 장치(4)의 지지 핀(16)에 의해서, 처리 용기(2)의 바닥부(13)로부터 35㎜의 높이 위치에서 웨이퍼 W를 지지하고, 마그네트론(31)과 처리 용기(2)의 임피던스의 매칭을 행하였다. 그 후, 마이크로파 도입 장치(3)에 의해서 처리 용기(2) 내에 마이크로파를 도입하면서, 승강 구동부(18)에 의해서 웨이퍼 W의 높이 위치를 바꾸고, 각 높이 위치에 있어서의 반사 전력을 계측하였다. 웨이퍼 W의 높이 위치는 바닥부(13)로부터 31㎜~40㎜의 범위 내에서 0.5㎜마다 변위시켰다. 도 6은 본 실험에 있어서의 웨이퍼 W의 높이 위치(세로축)와 반사 전력(가로축)의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 6에 있어서, 웨이퍼 W의 높이는 바닥부(13)의 내벽면으로부터의 거리를 나타내고 있다. 또한, 반사 전력은 4개의 전송로(도파관(32))에 있어서의 합계의 전력치를 나타내고 있다.

도 6으로부터, 임피던스의 매칭을 행한 후에 웨이퍼 W의 높이 위치를 변화시키면, 반사파가 크게 변동하고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 매칭을 행한 바닥부(13)로부터 35㎜의 높이 위치보다, 반사 전력이 더 작아지는 웨이퍼 W의 높이 위치가 존재하는 것도 밝혀졌다. 본 실험에서는, 웨이퍼 W를 바닥부(13)로부터 37.5㎜의 높이 위치에 배치했을 때에 반사 전력이 최소였다.

도 7~도 9는 본 실험에 있어서의 웨이퍼 W의 면 내에서의 다른 부위에 있어서의 온도 변화를 나타내고 있다. 도 7은 웨이퍼 W의 중앙부, 도 8은 웨이퍼 W의 중간부, 도 9는 웨이퍼 W의 에지부에 있어서의 온도 변화를 각각 나타내고 있다. 또한, 도 10은 웨이퍼 W의 높이 위치와 4개의 마그네트론(31)별의 반사 전력의 관계를 플롯한 그래프이다. 또, 도 10에 있어서는, 4개의 마그네트론(31)을 구별하는 편의상, 「마그네트론 1」, 「마그네트론 2」, 「마그네트론 3」 및 「마그네트론 4」라고 표기하고 있다. 도 11은 웨이퍼 W의 높이 위치와, 웨이퍼 W의 중앙부 및 에지부의 최대 온도, 및 그 차분인 Δt(Δt=중앙부의 최대 온도-에지부의 최대 온도)의 관계를 플롯한 그래프이다.

도 6 및 도 7~9를 참조하면, 각 도면 중에 화살표로 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 W를 바닥부(13)로부터 37.5㎜의 높이 위치에 배치했을 때가 가장 반사 전력이 작고, 또한, 웨이퍼 W의 중앙부, 중간부 및 에지부에서 종합적으로 온도가 높은 것을 알 수 있다. 도 7에서는, 바닥부(13)로부터 39.5㎜의 높이 위치에서 웨이퍼 W의 중앙부의 온도가 가장 높아지고 있지만, 도 6 및 도 10을 참조하면, 이 높이 위치는 반사 전력이 비교적 크고, 전력 손실이 큰 것을 알 수 있다. 또한, 도 11로부터 바닥부(13)로부터 39.5㎜의 높이 위치에서는 Δt도 커지고 있어, 웨이퍼 W의 면 내에서의 온도 분포에 불규칙하지만, 바닥부(13)로부터 37.5㎜의 높이 위치에서는 Δt가 비교적 작고, 웨이퍼 W의 면 내에서의 온도의 균일성도 높았다.

이상의 실험 결과로부터, 마그네트론(31)과 처리 용기(2)간의 임피던스의 매칭을 행한 높이 위치(바닥부(13)로부터 35㎜)와, 전력의 이용 효율이 높고, 웨이퍼 W를 효율 좋게 가열할 수 있는 높이 위치(바닥부(13)로부터 37.5㎜)는 다른 것이 이해된다. 이 경우, 전자는 본 발명에 있어서의 제 1 높이 위치에 상당하고, 후자는 제 2 높이 위치에 상당한다.

이상과 같이, 본 실시 형태의 매칭 방법에서는, 웨이퍼 W를 제 1 높이 위치로 유지한 상태에서 매칭을 행한 후, 웨이퍼 W의 높이를 변위시키면서 온도를 측정하는 것에 의해서, 반사파가 적고, 또한 웨이퍼 W를 효율 좋게 가열할 수 있는 제 2 높이 위치를 결정할 수 있다. 본 실시 형태의 마이크로파 가열 처리 방법에서는, 제 2 높이 위치에서 웨이퍼 W에 마이크로파를 조사하여 가열 처리를 행하는 것에 의해서, 반사파를 억제하고, 마이크로파의 이용 효율이 높은 상태로 웨이퍼 W에 대해 가열 처리를 행하는 것이 가능하게 된다.

또, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 여러 가지의 변경이 가능하다. 예를 들면, 본 발명의 마이크로파 가열 처리 장치는, 반도체 웨이퍼를 기판으로 하는 경우에 한정되지 않고, 예를 들면 태양 전지 패널의 기판이나 플랫 패널 디스플레이용 기판을 기판으로 하는 마이크로파 가열 처리 장치에도 적용할 수 있다.

또한, 마이크로파 가열 처리 장치에 있어서의 마이크로파 유닛(30)의 수(마그네트론(31)의 수)나 마이크로파 도입 포트(10)의 수는 상기 실시 형태에서 설명한 수에 한정되지 않는다.

1: 마이크로파 가열 처리 장치
2: 처리 용기
3: 마이크로파 도입 장치
4: 지지 장치
5: 가스 공급 기구
5a: 가스 공급 장치
6: 배기 장치
8: 제어부
10: 마이크로파 도입 포토
12: 측벽부
14: 샤프트
15: 아암부
16: 지지 핀
17: 회전 구동부
18: 승강 구동부
30: 마이크로파 유닛
31: 마그네트론
32: 도파관
33: 투과창
34: 서큘레이터
35: 검출기
36: 튜너
37: 더미 로드
40: 고전압 전원부
W: 반도체 웨이퍼

Claims (15)

1. 기판을 수용하는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 상기 기판을 지지하는 지지 부재와, 마이크로파를 생성하는 마이크로파원을 갖고, 상기 처리 용기 내에 상기 마이크로파를 도입하는 마이크로파 도입 장치를 구비하고, 상기 지지 부재에 지지된 상기 기판에 대해 상기 마이크로파를 조사하는 것에 의해 가열 처리를 행하는 마이크로파 가열 처리 장치에서 상기 마이크로파원과 상기 처리 용기간의 임피던스의 매칭을 행하는 매칭 방법으로서,
   상기 지지 부재에 의해서 상기 기판을 제 1 높이 위치로 유지한 상태에서, 상기 마이크로파 도입 장치로의 반사 전력이 최소가 되도록 상기 매칭을 행하는 최초의 매칭 공정과,
   상기 지지 부재에 의해서 상기 기판의 높이를 변위시키면서, 상기 마이크로파 도입 장치에 의해서 상기 마이크로파를 상기 처리 용기 내에 도입하고, 적어도 상기 기판의 온도를 지표로 하여 상기 기판의 제 2 높이 위치를 결정하는 제 2 높이 위치 결정 공정
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 매칭 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 높이 위치 결정 공정 후에, 상기 제 2 높이 위치에 상기 기판을 유지한 상태에서, 상기 마이크로파 도입 장치로의 반사 전력이 최소가 되도록, 재차 상기 매칭을 행하는 재차의 매칭 공정을 더 포함하는 매칭 방법.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 제 2 높이 위치 결정 공정은 상기 기판의 복수의 계측 개소에 있어서의 온도의 최대치를 지표로 하는 매칭 방법.
   
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 제 2 높이 위치 결정 공정은 상기 기판의 복수의 계측 개소에 있어서의 온도의 평균치를 지표로 하는 매칭 방법.
   
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
   상기 제 2 높이 위치 결정 공정은 또한 상기 기판의 복수의 계측 개소에 있어서의 온도차를 부가적인 지표로 하는 매칭 방법.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 온도차를 미리 설정된 임계치와 비교하는 매칭 방법.
   
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 2 높이 위치 결정 공정은 또한 상기 마이크로파 도입 장치로의 반사 전력을 부가적인 지표로 하는 매칭 방법.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 마이크로파 가열 처리 장치는 상기 마이크로파원을 복수 갖고 있고,
   상기 제 2 높이 위치 결정 공정은 각 마이크로파원으로의 개별의 반사 전력 또는 복수의 마이크로파원에 있어서의 합계의 반사 전력을 상기 부가적인 지표로 하는 매칭 방법.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 제 2 높이 위치 결정 공정은 각 마이크로파원으로의 개별의 반사 전력 또는 복수의 마이크로파원에 있어서의 합계의 반사 전력을 미리 설정된 임계치와 비교하는 매칭 방법.
   
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로파 가열 처리 장치는 상기 마이크로파원을 복수 갖고 있고,
    상기 최초의 매칭 공정에서는, 복수의 상기 마이크로원에 대해 순차적으로 매칭을 행하는 매칭 방법.
    
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 높이 위치 결정 공정은 복수의 상기 마이크로파원의 모두에서 상기 마이크로파를 생성시키는 것에 의해 상기 기판을 가열한 상태에서 행하는 매칭 방법.
    
12. 기판을 수용하는 처리 용기와, 상기 처리 용기 내에서 상기 기판을 지지하는 지지 부재와, 마이크로파를 생성하는 마이크로파원을 갖고, 상기 처리 용기 내에 상기 마이크로파를 도입하는 마이크로파 도입 장치를 구비한 마이크로파 가열 처리 장치를 이용하여, 상기 지지 부재에 지지된 상기 기판에 대해 상기 마이크로파를 조사하는 것에 의해 가열 처리를 행하는 마이크로파 가열 처리 방법으로서,
    상기 지지 부재에 의해서 상기 기판을 제 1 높이 위치로 유지한 상태에서, 상기 마이크로파 도입 장치로의 반사 전력이 최소가 되도록 상기 마이크로파원과 상기 처리 용기간의 임피던스의 매칭을 행하는 최초의 매칭 공정과,
    상기 지지 부재에 의해서 상기 기판의 높이를 변위시키면서, 상기 마이크로파 도입 장치에 의해서 마이크로파를 상기 처리 용기 내에 도입하고, 적어도 상기 기판의 온도를 지표로 하여 상기 기판의 제 2 높이 위치를 결정하는 제 2 높이 위치 결정 공정과,
    상기 제 2 높이 위치로 유지한 상기 기판에 대해, 상기 마이크로파 도입 장치에 의해서 상기 처리 용기 내에 도입한 상기 마이크로파를 조사하는 것에 의해 가열 처리를 행하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 가열 처리 방법.
    
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 높이 위치 결정 공정 후이고 상기 가열 처리를 행하는 공정 전에, 상기 제 2 높이 위치로 상기 기판을 유지한 상태에서, 상기 마이크로파 도입 장치로의 반사 전력이 최소가 되도록, 재차 상기 매칭을 행하는 재차의 매칭 공정을 더 포함하는 마이크로파 가열 처리 방법.
    
14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 마이크로파 가열 처리 장치는, 상기 마이크로파원을 복수 갖고 있고, 상기 최초의 매칭 공정에서는 복수의 상기 마이크로원에 대해 순차적으로 매칭을 행하는 마이크로파 가열 처리 방법.
    
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 2 높이 위치 결정 공정은 복수의 상기 마이크로파원의 모두에서 마이크로파를 생성시키는 것에 의해 상기 기판을 가열한 상태에서 행하는 마이크로파 가열 처리 방법.

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