TW201251515A - Microwave irradiation apparatus - Google Patents

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TW201251515A
TW201251515A TW101105730A TW101105730A TW201251515A TW 201251515 A TW201251515 A TW 201251515A TW 101105730 A TW101105730 A TW 101105730A TW 101105730 A TW101105730 A TW 101105730A TW 201251515 A TW201251515 A TW 201251515A
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TW
Taiwan
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gas
microwave
processed
microwave irradiation
processing
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TW101105730A
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English (en)
Inventor
Shigeru Kasai
Ryoji Yamazaki
Mitsutoshi Ashida
Yuji Obata
Sumi Tanaka
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
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Description

201251515 τ、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種對半導體晶圓等被處理體照射 微波以進行改質處理、退火處理等之微波照射裝置。 【先前技術】 一般於製造半導體元件時，係對半導體晶圓反覆進 行成膜處理、圖案蝕刻處理、氧化擴散處理、改質處理、 退火處理等各種熱處理來製造所希望之元件，惟伴隨半 導體元件之高密度化、多層化以及高積體化，其規格逐 年變得嚴苛，此等各種熱處理之晶圓面内的均勻性的提 升、膜質之提升以及熱處理之短時間化等受到期盼。 例如對半導體晶圓表面進行退火、改質之情況，一 般係使用具有加熱燈、加熱器之處理裝置，於此處理裝 置之處理容器内在惰性氣體等處理氣體之環境氣氛中 加熱半導體晶圓，並進行退火、改質處理等。 另一方面，最近於進行摻質之活性化等退火處理、 改質處理等之情況，基於可一面抑制雜質之擴散、一面 可形成淺活性層，進而可修復晶格缺陷之考量，有人提 議一種使用微波之微波照射裝置（專利文獻1、2)。 先前技術文獻 專利文獻1曰本特表2009—516375號公報 專利文獻2日本特開2010— 129790號公報 【發明内容】 5 201251515 如上述般’藉由使用微波能以短時間且高效率進行 各種處理。但是’當使用如上述般之微波照射裝置來進 行各種處理之情況，作為被處理體之半導體晶圓的溫度 官理非常地重要’然以往之微波照射裝置無法充分控制 ，圓溫1，此為問題所在。此外，雖有人想到利用控制 Μ波之投入電力來控制晶圓溫度，惟隨處理樣態的不 同二必須獨立控制微波電力與晶圓溫度，而有針對特殊 樣悲無法對應之問題。因此，尋求上述問題之早期解 決。此外，在不同的處理樣態下，有時需要一面對晶圓 南效率地照射微波、一面將被微波所加熱之晶圓儘可能 有效率地冷卻。 本發明係著眼於以上問題點，而為了有效解決此問 題所提出者。本發明之一實施例，係一種微波照射裝 置，可一邊對被處理體照射微波、一邊可個別獨立地進 行被處理體之溫度控制。此外，本發明之其他之一實施 例係一種微波照射裝置，可一邊對被處理體高效率地照 射微波、一邊高效率地冷卻被處理體。 申請專利範圍第1項之發明係一種微波照射裝置， 係對被處理體照射微波來進行處理者；其特徵在於係具 備有：處理容器，係可進行真空排氣；支撐台，係支撐 該被處理體；處理氣體導入機構，係對該處理容器内導 入處理氣體；微波導入機構，係對該處理容器内導入微 波；加熱機構，係加熱該被處理體；氣體冷卻機構，係 將該被處理體以冷卻氣體來冷卻；輻射溫度計，係測定 該被處理體之温度；以及溫度控制部，係基於該輻射溫 201251515 =====熱機構與該氣體冷卻機構，藉 邊以幸成’可—邊對被處理體照射微波、一 來控;力；：f與:口:體之溫度，基於此測定值 溫度。 礼體力部機構，藉以調整被處理體之 # 第2項之發明係—種微波照射裝置， 借右：：二:、射微波來進行處理者;其特徵在於係具 μ係可進行真空排氣；支撲台，係支撐 处1 ’·、理氣體導入機構’係對該處理容器内導 =处，氣體’、u波導人機構，係對該處理容s内導入微 /、.’氣虹冷卻機構，係將該被處理體以冷卻氣體來冷 卻；輕射溫度計，係敎該被處理體之溫度；以及溫度 控制部’係基_||射溫度狀败絲控制該氣體冷 卻機構，藉以調整該被處理體之溫度。 依據如此之構成，可一邊對被處理體照射微波、一 邊以輻射溫度計來測定被處理體之溫度，基於此測定值 來控制氣體冷卻機構’藉以調整被處理體之溫度。 申請專利範圍第9項之發明係一種微波照射裝置， 係對被處理體照射微波來進行處理者；其特徵在於係具 備有：處理容器，係可進行真空排氣；支撐台，係支撐 該被處理體；處理氣體導入機構，係對該處理容器内導 入處理氣體；微波導入機構，係對該處理容器内導入微 波；加熱機構，係加熱該被處理體；輻射溫度計，係測 定該被處理體之溫度；以及溫度控制部，係基於該輻射 201251515 ’藉以調整該被處理 溫度計之測疋值來控制该加熱機構 體之溫度。 依據如此之構成，可-邊對被處理體照射微波、一 邊以輻射溫度計來測定被處理體之溫度，基於此測定值 來控制加熱機構，藉以調整被處理體之溫产。 ΐ請專利㈣第16項之發明係—種^波照射裝 置，係對被處理體照射微波來進行處理七其特徵在於 係具備有.處理谷器，係收容該被處理體；真空排氣系 統，係對該處理容器内之環境氣氛進行排氣〜微波導二 機構’係對該處理容H内導人微波；氣體冷卻機構，係 對該被處理體之下面噴射冷卻氣體進行冷卻；升降機 構，係具有支撐該被處理體之升降銷來使得該被處理體 進行升降；以及真U賴構，係具有形成於該升降銷 之吸引孔’以將該吸引孔利用吸引通路來連接於該真空 排氣系統的方式所形成。 ’工 依據如此之構成，可一邊對被處理體高效率地照射 微波、一邊高效率地冷卻被處理體。 依據本發明之微波照射裝置，可發揮如下述之優異 作用教果。 ' ί專利範圍第1項以及引用該項之請求項的 ::目丨丨-：♦對被處理體照射微波、一邊以輻射溫度計 盥氣二=之?度’基於此測定值來控制加熱機構 體卩機構’秸以調整被處理體之溫度。 發明依圍第2項以及㈣該項之請求項的 遠對破處理體照射微波、一邊以輻射溫度計 201251515 來測定被處理體之溫度，基於此測定值來控制氣體冷卻 機構，藉以調整被處理體之溫度。 依據申請專利範圍第9項以及引用該項之請求項的 發明，可一邊對被處理體照射微波、一邊以輻射溫度計 來測定被處理體之溫度，基於此測定值來控制加熱機 構，藉以調整被處理體之溫度。 依據申請專利範圍第16項以及引用該項之請求 項的發明，可一邊對被處理體高效率地照射微波、一 邊高效率地冷卻被處理體。 【實施方式】 以下，基於所附圖式詳述本發明之微波照射裝置之 一實施例。圖1係顯示本發明之微波照射裝置之第1實施 例之構成圖，圖2係顯示處理容器之天花板部之微波導 入機構之導波管配置圖，圖3係顯示氣體冷卻機構(處理 氣體導入機構)之淋灑頭下面之圖。 <第1實施例> 如圖示般，此微波照射裝置2係具有藉由I呂、銘合 金或是不鏽鋼等來將内部成形為截面圓形之筒體狀處 理容器4。於此處理容器4内，呈圓板狀之支撐台6係藉 由呈圓筒狀之支柱8自容器底部豎立來設置著。上述支 撐台6以及支柱8係由鋁、鋁合金或是不鏽鋼等金屬所形 成。 於上述支撐台6係往上方延伸設置有複數支（此處 為3支）支撐銷10(圖1中僅顯示了 2支），以此支撐銷10上 201251515 端來和做為被處理體之例如直徑3 0 0 mm 的半導體晶圓 W内面抵接來將其支撐。此支撐銷10係沿著晶圓W之圓 周方向均等分散配置著。此支撐銷10係由介電係數低、 亦即介電耗損少之介電質材料例如石英、陶究材所形 成，且此支撐銷10係形成為中空狀亦即管狀。此中空狀 支撐銷10之内徑為例如2mm程度。 此外上述圓筒狀支柱8内係密閉形成夾頭用密閉空 間12。此外，此夾頭用密閉空間π係和上述管狀支撐銷 10連通著，而構成為真空夾頭機構14。從而，如後述般， 藉由將此夾頭用密閉空間加以抽真空，而以上述支撐銷 10之上端來抽引晶圓W内面來進行真空吸附。 此外為了將支撐於上述支樓台6的晶圓w予以加熱 係設有加熱機構16。具體而言’此加熱機構16於此處係 具有於上述支撐台6上面側所配置之複數發光元件單元 18。此發光元件單元18係對應於晶圓w下面之大致全面 來配置著。此外，於各發光元件單元18搭載著LED元 件、雷射元件等多數的發光元件，可藉由此發光元件單 元18所放射之光來加熱晶圓W。此外，亦可將上述發光 元件單元18以同心圓狀來區分，而以同心圓狀對每個區 域獨立地加熱晶圓W。此各發光元件單元丨8係連接於供 電線路20 ’可從於此供電線路20所設之加熱電源22來供 給電力。 此外’於上述支撑台6與晶圓w之間設有升降機構 24，於晶圓W之搬出入時可將晶圓w加以上移、下移。 具體而言’此升降機構24係具有：成形為圓弧狀之升降 201251515 =6、以及設置於此升降板26上面側之複數例如3支涓 僅"、’員示2支）之升降銷28。此升降銷28係沿著晶圓w 内面側之周緣部而以成為大致均等距離的方式來配 置，可藉由升降此升降銷28來將晶圓貿往上方做升降。 、，此，上述升降板26係被卡合在貫通上述支撐台6 以及容ϋ底部而往下方延伸之升降#3()之上端部，此升 =桿30之下部係連結於用以使其上下動之致動㈣。此 刹、於上述升降桿3〇之容器底部的貫通部係介設有金屬 製波紋管34，可一面維持處理容器4内之氣密性、一面 容許升降桿30之上下動。此升降銷28、升降㈣係由介 電質材料之例如石英、陶瓷材所形成。 抑此外於處理容器4之底部係形成有對處理容器4内 之環境氣氛進行純之減口 36，於此排氣口36連接著 真，排氣系統38。此真空排氣系統38係具有連接於上述 排氣口 36之排氣通路4〇,於此排氣通路4〇從上游側往下 游侧依序介設有壓力調整_以及真线44，而如上述 般一面對處理容器4内之環境氣氛進行壓力調整、一 抽真空。 >再者，於區劃上述夾頭用密閉空間12之容器底部係 設有夾頭用減π 46。此外’於上述壓力調整閥42與真 空粟44之間的排氣通路4G和上述夾頭㈣氣口 46之間 係藉由夾頭用排氣通路48來連接著。此外，於此爽頭用 排氣通路48係介設有第i開閉閥5〇，可藉由使得此第i開 閉閥5 0處於開放狀態㈣上述夾糊密閉空㈣内之 環境氣氛進行抽真空而將晶圓Μ _引吸㈣可發 11 201251515 揮真空夾頭功能。 此外於上述第1開閉閥50之上游側的夾頭用排氣通 路48與上述壓力調整閥42之上游側的排氣通路4〇之間 係由釋放通路52來連接著。此外，於此釋放通路52係介 設有第2開閉閥54,藉由讓此第2開閉閥54處於開放狀態 (第1開閉閥50為關閉狀態）來使得收容著晶圓w之處理 空間與夾頭用密閉空間12的壓力成為同壓以解除晶圓 W之夾頭。 此外，於上述處理容器4内之支撐台6周緣部與處理 容器4内之側壁之間介設有環狀整流板56，且於此整流 板56形成有多數整流孔58，來一邊將設置有晶圓w之處 理空間S的環境氣氛朝下方整流一邊流動至排氣口 ％而 排出® 此外，於處理容器4之側壁形成有用以將晶圓w搬 出、搬入之搬出入口 60，於此搬出入口 6〇裝設有閘閥 62。此外，於此處理容器4係設置有用以測定上述晶圓 W之溫度的輻射溫度計64。具體而言，此輻射溫度計料 係具有貫通上述處理容器4之底部以及支撐台6而延伸 之例如光纖所構成之探針線路66，此探針線路66之前端 係接近於晶圓W内面而位於晶圓w之正下方。於是，基 於此探針線路66所引導之光而由溫度測量部68來計算 晶圓W之溫度。 ° 然後’此溫度測量部6 8所得到之測定值係通知例如 電恥所構成之溫度控制部7〇，溫度控制部基於此測定 值於本第1實施例中係控制上述加熱電源22以及後述氣
12 201251515 體冷卻機構來調整控制晶圓w之溫度。 另一方面’於上述處理容器4之天花板部設置有用 以對此處理容器4内導入微波之微波導入機構72。此 外’此處之微波係指頻率為例如3〇〇MHz〜30GHz之電磁 波。具體而言，上述微波導入機構72此處係具有複數例 如4台微波單元74(圖1中僅顯示2台）。再者，此微波單元 74之數量並不特別限定為4台。具體而言，上述微波單 元74係具有分別連結於容器天花板部之導波管76。如圖 2所示般’此導波管76係成形為截面矩形狀，於容器天 花板部沿著圓周方向以等間隔配置著。 此外’於上述容器天花板部設有呈開口之微波導入 淳78，且例如石英等介電質材料所構成之穿透窗8〇係經 由〇型環等密封構件82而被裝設於此微波導入埠78。此 外’上述各導波管76之下端部係裝設於上述穿透窗8〇， 經由此穿透窗80將微波導入處理容器4内。 於上述各導波管76之中途介設有循環器84,其方向 往直角方向彎曲而於其基端部設有微波產生器86。此處 係使用2.456GHz或5.8GHz或28GHz之微波。藉此，由上 述微波產生器86所產生之微波係傳遞於上述導波管76 而從微波導入埠78導入於處理容器4内。此外，於上述 循環器84連結著虛擬負載(dummy load)88，而發揮絕緣 裔功能。此外，虛擬負載88亦可非設置於各微波單元74 而是於各微波單元74間共用著。 上述微波產生器8 6之動作係由微波控制部9 0所控 制’由各微波產生器86所產生之微波係設定為例如避免 13 201251515 重疊。此時’磁控管之電源波形可設定為半波正 形波、矩形波等。 掃 此外，於此處理容器4之天花板部係設有將利用上 述微波導人機構72所導人之微波加以㈣之授掉機 92二具體而言’輯拌機92具有配置在處理容^内之 天知板部正下方⑽拌螺旋槳…纟㈣拌職槳料之 轉軸^係經由磁性流體密封件98將天花板部氣 通《lit旋轉馬達"來旋轉。此外，上述㈣螺旋紫94 係由$屬、PZT等複合喊或水晶藍寶石等所構成之介 電耗損小的高介電材料所形成，藉由使得此螺旋槳 94進行旋轉來微波以防止於處理容器4内產生微波 之駐波。 此外，於此攪拌螺旋槳94與支撐台6之間設有將此 處理容器4+内做上下區分之分隔板咖，避免從上述授拌 螺旋紫94落下之粒子附著於晶®W上面。此分隔板100 係由介電係數小之介電質材料例如石英、喊材、鐵氟 龍(註冊純)卿成，讓微波儘量不被錄而能高效率 地穿透。、具體而言，此分隔板酬之材料以使用介電係 數在4.〇以下、介電正切(tan delta)在0.0001以下之介電質 材料為佳。此外，於此分隔板1〇〇之周邊部係形成有複 數連通孔102 ’將此分隔板1〇〇之上下空間加以連通。 藉此，由於解除了分隔板100之上下空間的差壓， 故該分隔板1GG之厚度可儘量變薄。此外，上述連通孔 102以和位於下方之整流板56處所形成之整流孔58在上 下方上形成於相同區域為佳，據此，當收容著上述攪拌 201251515 螺旋槳94之空間的環境氣氛通過連通孔1〇2而被排出之 情況’並不會往晶圓w方向擴散，而是可直接朝向正下 方之整流孔58向下流動被排出。 此外’於此處理容器4係設有將上述半導體晶圓w 以冷卻氣體來冷卻之氣體冷卻機構1〇4。此處，上述氣 體冷卻機構104可兼做為對處理容器4内導入處理氣體 之處理氣體導入機構106。具體而言，此氣體冷卻機構 104於此處係具有配置於晶圓w上方、分隔板1〇〇下方之 淋灑頭110。此淋灑頭11〇如圖3所示般具有配置成為同 心圓狀之複數（圖示例中為兩支）大小的環狀分散管 112A，112B ’此等分散管112A，112B係以連通管114連接 且相互連通著。 此外，於上述分散管112A，112B之下面側沿著圓周 方向以等間隔形成有多數氣體噴射孔110，可朝向下方 之晶圓W表面噴射冷卻氣體（處理氣體）。此淋灑頭110 係由介電係、數低之材料例如石英、喊材等所形成而儘 量避免吸收微波。 此外此淋灑頭110係被支撐於容器側壁，且此淋灑 頭no連接著氣體通路118。此外，於此氣體通路118介 設有質流控制器般之流量控卿12G，可—邊控制流量 冷卻氣體(處理氣體)。於此情況，為了提高晶 f ΐίί部效率，讓淋灑頭UG儘可能接近於晶圓w來 I-二幻丨Γ此情況，日日aKW與淋灑頭iig之間的距離 如10〜300mm程度。此處，兼氣體 與處理㈣之氣體係供驗氣體或是n2氣體、或是此 15 201251515 等兩氣體。做為此冷卻氣體以及處理氣體，除了上述以 外亦可使用He、Ne等其他稀有氣體。此外，隨處理樣 態之不同，有時冷卻氣體、處理氣體也有使用氫、氧等 之情況。 此外’如前述般，上述溫度控制部70可基於溫度測 量部68之測定值來控制上述處理氣體導入機構1〇6之流 量控制器12 0以及加熱電源2 2以調整晶圓w之溫度。 此外’此微波照射裝置2之整體動作係由例如微電 腦等所構成之裝置控制部122所控制，進行此動作之電 月包程式係被儲存於軟碟、CD(CompactDisc)、快閃記憶 體、硬碟等記憶媒體124中。具體而言，藉由來自此裝 置控制部12 2之指令來直接或間接地進行氣體之供給、 流量控制、微波供給、電力控制、晶圓溫度或程序壓力 之控制等。 其次’針對使用上.述微波照射裝置2所進行之處理 (退火處理、改質處理等）來說明。首先，經由開放之閘 閥62將半導體晶圓W以搬送臂（未圖示）來收容於處理容 器4内，使得升降機構24之升降銷28上下動以將晶圓W 載置於支撐台6之支撐銷1〇上，然後關閉閘閥62來密閉 處理容器4内。於此情況，上述半導體晶圓霄亦可使用 單體之半導體基板例如石夕基板。 此處真空排氣系統38之真空泵44受到連續驅動，藉 由使得介設於夾頭用排氣通路48之第1開閉闊50調整為 開放狀態（第2開閉閥54為關閉狀態），將支撐台6下方之 夾頭用岔閉空間12予以抽真空減壓，藉此，發揮夾頭功 201251515 能對載置於中空狀支撐銷10上之晶圓w内面進行真空 吸附來吸附固定晶圓W。此外，為了解除此真空吸附， 只要將上述第1開閉閥50設定為關閉狀態，並將介設於 釋放通路52之第2開閉閥54調整為開放狀態，即可使得 夾頭用密閉空間12與處理空間s成為同壓。 其次，一旦如上述般吸附了晶圓w，則對處理容器 4内以兼做為氣體冷卻機構1 〇4之處理氣體導入機構1 % 的淋灑頭110以控制流量的情況下來供給做為處理氣體 之Ar氣體、N2氣。於此情況，處理空間s之程序壓力雖 取決於處理樣態但例如數1 〇〇T〇rr程度，而夾頭用密閉 空間12之壓力為了發揮夾頭功能係相對低數 lOmmTorr。 此外’從加熱機構16之加熱電源22對各發光元件單 元18供給電力，從搭載於此發光元件單元182LED元 件、雷射元件放射光而照射於晶圓w内面，將晶圓w升 溫來加熱至既定溫度。與此同時，驅動微波導入機構72 之各微波單元7 4的微波產生器8 6來產生微波。此微波係 傳遞於導波管76而從形成於處理容器4之天花板部的各 微波導入埠78被導入處理容器4内，此微波進而穿透分 隔板100而照射於晶圓w表面。如此般，一旦微波照射 於晶fW，則晶圓财因為焦耳加熱、磁性加熱、感應 加熱等電磁波加熱來更迅速地被加熱，其結果，乃成為 進行退火處理、改質處理等。 此處，當晶圓之程序溫度相對高之情況，若僅以微 波來加熱至高溫’有時於晶圓表面會產生放電。是以， 17 201251515 藉由如上述般另外設置加熱機構16來輔助晶圓加熱，可 避免晶圓表面產生放電而可加熱至高溫。此時之晶圓溫 度係在例如100〜400°c程度之範圍内。此外，於此微波 之處理中，係使得設置於容器天花板部之攪拌機92的攪 拌螺旋槳94事先旋轉。如此般，將導入處理容器4内之 微波以攪拌螺旋槳94來進行攪拌以防止於處理容器4内 產生駐波，可提升晶圓處理之面内均勻性。 如此之晶圓處理中，藉由在晶圓W内面側所配置之 幸昌射溫度計64的探針線路66來引入晶圓w之輻射光，藉 由溫度測定部68來連續地測定晶圓W之溫度。此測定值 被傳送至溫度控制部70，溫度控制部70基於此測定值來 控制加熱電源22而增減對於發光元件單元18之供給電 力’並控制氣體冷卻機構(處理氣體導入機構)1 〇 4之流量 控制器120來增減冷卻氣體（處理氣體）之流量以調整（亦 即控制）晶圓W之溫度。 由於微波之吸收率會因晶圓W之溫度而發生變 動’故此處係以例如一面將微波之供給電力保持一定、 —面將晶圓W維持在既定溫度的方式來控制對於發光 元件單元18之供給電力，或是控制對晶圓W表面所吹送 之冷卻氣體之流量。藉此，可將晶圓W之溫度與微波之 供給電力做個別獨立地控制。 此外’雖恐怕因為上述攪拌螺旋槳94之旋轉而產生 粒子等，惟由於所產生之粒子係由其下方的分隔板1〇〇 所承接’所以不會落下到晶圓W表面。此外，當所產生 之粒子和此區域空間的環境氣氛一同經由連通孔1〇2而
18 201251515 流入處理空間s之情況，由於此流出之環境氣氛係朝向 位於此正下方之整流板56的整流孔58流動，故從此點來 看亦可防止於晶圓W表面附著粒子。 如以上所述，藉由一面對做為被處理體之半導體晶 圓W照射微波、一面以輻射溫度計64來測定被處理體之 溫度，基於此測定值來控制加熱機構16與氣體冷卻機構 104，可獨立於微波之照射量來調整被處理體之溫度。 <第2貫施例> 其次針對本發明之微波照射裝置之第2實施例來說 明。半導體晶圓W在不同的處理樣態下，未必要將晶圓 W之溫度設定為相當高，有時以微波照射所產生之加熱 量即足以將晶圓溫度升溫至目標之溫度區域。於如此之 情況下’將可省略前面第1實施例所使用之加熱機構 16。圖4係顯示如此之本發明之微波照射裝置之第2實施 例的構成圖。此外，於圖4中，針對和前面圖1至圖3所 示部分為同一構成部分係賦予同一參見符號而省略其 說明。 如圖4所示般，此處係從圖1所示構成挪除構成加熱 機構16之發光元件單元18以及加熱電源22(參見圖丨），而 其他構成則和圖1所示構成為相同。此外，由於挪除了 加熱機構16 ’故溫度控制部70係精由氣體冷卻機構 1〇4(處理氣體導入機構1〇6)來控制冷卻氣體流量以進行 晶圓W之溫度調整。 即使於此情況下，也可發揮和第1實施例為同樣的 作用效果。亦即，可一邊對被處理體之半導體晶圓照射 201251515 微波、-邊以輻射溫度計64來岐被處理體之溫度，基 於此測定值隸職财賴構論㈣整被處理體之 溫度。 <第3實施例> 、其、次，針對本發明之微波照射裝置之第3實施例來 說明。半導體晶UW在不同處理樣態下，有時程序π卢 相對地高而無須使祕體冷卻機構來 = f以加錢構之控制充分地將晶圓溫度控制在目 之情況。於如此之情況下，可無須先前第！實施 例所使用之氣體冷卻機構104。圖5係顯示如此之本發明 =微波照射裝置之第3實施例的構成圖。此外，於圖$ 所示部分為同―構成部分係賦予 冋一參見符號而省略其說明。 圖5所示般，此處係自圖1所示構成挪除氣體冷卻 t構而成之構成，其他構成則和圖1所示構成相同。 ，即’圖1所示情況，由於兼用氣體冷卻機構1〇4與處理 =導入機構106,故此處淋麗頭110、流量控制器12〇 係，揮處理氣體導人機構·之功能。此外，由於挪除 ^氣體冷卻機構1G4 ’故溫度控制部观由專門控制加 …機構16之加熱電源22來進行晶圓w之溫度調整。 於此情況下，可發揮和第1實施例同樣的作用效 一亦即，可一邊對被處理體之半導體晶圓照射微波、 a邊以輻射溫度計64來測定被處理體之溫度，基於此測 疋值來控制加熱機構16以調整被處理體之溫度。 <氣體冷卻機構(處理氣體導入機構)之變形例> 201251515 其次，針對氣體冷卻機構(處理氣體導入機構)之變 形例來說明。於前面所說明過之第1〜第3實施例，氣體 ^卻機構1 〇 4或是處理氣體導入機構10 6係具有配置為 ^心圓狀之2支分散管112A，112B(參見圖3)，惟不限定 於此，亦可使用噴嘴。圖6係顯示氣體冷卻機構(處理氣 體導入機構)之變形例之圖。此外’於圖6中針對和前面 所説明過之圖為同一構成部分係賦予同一參見符號而 省略其說明。 如圖6所示般，此處並未設置淋灑_頭丨1 〇(參見圖 1)，而是取而代之以貫通處理容器4之側壁的方式設置 複數支氣體喷嘴130,使得此氣體噴嘴130的前端從上方 傾斜接近朝向晶圓W的表面。藉此所喷射之冷卻氣體(處 理氣體)會直接地接觸晶圓W的表面而提高冷卻效率。此 外，此氣體喷嘴130之數量並無特別限制。 此外，於以上各實施例（不包括第3實施例）之說明 中，雖兼用了氣體冷卻機構104與處理氣體導入機構 106 ’惟不限定於此’亦可將兩者分離來個別設置。例 =可在氣體冷钾機構104方面使用具有圖6所示氣體喷 嘴13—0之物’在處理氣料人機構丨财面使用具有圖 1所不之淋灑頭110之物’或是亦可將兩者反過來使用。 t外，此處在加熱機構16方面係使用了具備有LED元 4雷射兀件之發光元件單元18(參見圖^，惟不限定於 此’亦可使用鹵素燈、水銀燈、閃光料加熱燈。 <第4實施例> 其-人’針對本發明之微波照射裝置之第*實施例來 201251515 說明。半導體晶圓在不同的處理樣 第2實施例同樣地’基於對例如底二 的而希望將晶B1W之程序溫度壓低之情況二= 下，於第1實施例所使用之加熱機構_變得不需要， :使疋微波照射所產生之加熱量也會讓晶圓溫度相當 程度地上升，故於程序巾必須有效率地冷卻晶圓。 圖7係顯示如此之本發明之微波照射裝置之第4實 施例的構成圖’圖8係顯示氣體冷卻機構之冷卻氣聽喷 射箱附近之俯視圖，圖9係顯示升降機構之升降銷鄯分 之放大截面圖。於圖7至圖9中，針對和前面圖丨至圖6所 示部分為同一構成部分係賦予同一參見符號而省略其 說明。 如圖7所示般，此第4實施例之微波照射裝置，於處 理谷器4之天;fb板部係和前面第1實施例同樣地設有微 波導入機構72以及權摔機92。但是，並未設置會成為微 波照射Ρ早礙之分隔板100以及淋麗頭11 〇(參見圖1), 4從 設置於天花板部之微波導入機構72的微波導入埠78將 微波朝向被處理體之半導體晶圓W來直接照射。 此外，於此處理容器4内設有：升降機構134，係具 有支樓上述半導體晶圓W之升降銷132而可使得此晶圓 W升降；以及氣體冷卻機構136，係對上述晶圓W之下 面喷射冷卻氣體來進行冷卻。進而，於上述升降機構134 設有用以吸附晶圓W之真空夾頭機構138。 具體而言，上述升降機構134係具有：上述升降銷 132 ;升降板140 ’係連結於此升降銷132之下端部來支 ⑥ 22 201251515 撐升降銷132，·升降桿142，其上端部係連結於此升降板 140，以及致動器144，係使得此升降桿142進行升降。 上述升降銷132係複數支例如3支（圖7中僅記載2支)於圓 周上以等間隔配置著（參見圖8)。 此外，上述升降板140係形成為例如圓形環狀，上 述升降銷132之下端部係接合連結於此升降板“ο之上 面。此外，此升降板140亦可成形為圓弧形狀或是圓板 狀。此外，係將上述升降銷132之上端抵接於上述晶圓 W下面的周緣部來加以支撐晶圓w。 上述升降桿142之上端部係接合連結於上述升降板 140之一端部，此升降桿142之下部係朝下方延伸而貫通 處理容器4之底部。此外，上述致動器144係連結於此升 降桿142之下端部側，可使得上述升降板14〇以及升降銷 132做一體性升降。 此外於上述升降桿142之容器底部的貫通部係介設 有金屬製波紋管146，可一邊維持處理容器4内之氣密性 一邊容許升降桿142之上下動。 此處上述升降銷132、升降板14〇以及升降桿142係 由對微波之吸收少的介電質材料亦即石英（Si〇2 )、氧化 紹(Al2〇3)、氮化铭（A1N)、碳化石夕（si〇等陶瓷材所形 成。於本實施例，係於上述各升降銷132形成有吸引孔 150，此吸引孔150係形成上述真空夾頭機構138之一部 分。具體而言，上述吸引孔15〇係於升降銷132之中心部 沿著其長度方向來形成，且於上述升降板14〇以及升降 桿142之内部係沿著此等構件形成有吸引通路152。此吸 23 201251515 引通路152之前端部係連通於在上述升降銷132所形成 之吸％孔150的下端部。 再者，於上述升降桿142所形成之吸引通路152的下 端部係經由容許升降桿142上下動之金屬製波紋管154 來連接於夾頭用排氣通路48。此外，此夾頭用排氣通路 48之另一端係連接於真空排氣系統％之壓力調整閥 與真空系44之間的排氣通路4〇。 此外，於此夾頭用排氣通路48介設有第丨開閉閥 50，藉由使得此第1開閉閥5〇處於開放狀態來對上述吸 =通路152内以及吸引孔15_之環境氣氛進行抽真空 可發揮將晶11W予以吸引吸附之真空夾頭功能。 4請^外亡述第1開閉閥5〇之上游側的夾頭用排氣通路 述壓力調整閥42之上游側_氣通路4G之間係 第2門所連接著。此外’於此釋放通路52介設有 藉由使得此第2開閉閥54處於開放狀態 頭了 之壓力s周整為同壓而解除晶圓W之夾 此處’上述升降銷132之上 擴徑，將吸引孔15G内之上端部=係如圖9所示般呈現 大來增大則㈣，可對二=卩=丨/_之直徑二 ，兄’吸引物6之直徑如後述般二於 之直-的大小維取決於真::氣== 24 201251515 能力，惟設定為例如2〜l〇mm之範圍内的大小，此處係 設定為例如3mm。 此外，對於被支撐在上述升降銷132之晶圓w的下 面喷射冷卻氣體之上述氣體冷卻機構136係具有配置於 上述晶DW下方的冷卻氣體噴射箱158。此冷卻氣體噴 射箱158係成形為比晶圓w之直徑來得略大之圓形箱狀 或是容器狀。此冷卻氣體喷射箱158係受到從處理容器4 底部豎立之支柱8所支撐著。於此情況，可如前面第1實 施例般使用1支大直徑之圓筒狀支柱8、或是使用複數支 小直徑的圓柱狀支柱8。 此處藉由複數支小直徑的圓柱狀支柱8來支撐著上 述冷部氣射箱158。此外，於此冷卻氣體喷射箱158 之内部形成有驗擴散室祕於此冷卻氣體噴射箱158 之上面區劃壁，複數氣體喷射孔162係於整面大致均等 分散地被設置，從錢體喷射孔⑹朝晶圓w下面吹送 冷卻氣體以冷卻上述晶圓W。 此外於上述冷卻氣體噴射箱158係對應於上述升降 銷132之設置位置而沿著上下方向形成有銷插通管 164 ’且沿者此銷插通管164内插通有上述升降銷出。 =插通㈣相對於上述氣體擴散室_皮氣密 區二者Λ述冷部氣體嘴射箱158可由！呂、铭合金等金 屬巧染少<金屬或石英、喊材等來成形。、* 此外從上述冷卻氣體嘴射箱158往下方延伸有氣體 5=6方6^"^^166係_型環等密封構件 队"卜’於此氣體導入管166連接著氣體 25 201251515 ，路118。於此氣體通路118係介設有f流控㈣般之流 ，控制_閥17()’可將Ar、N2#冷卻氣體在流 量控制的情況下加則L做為上述冷卻氣體亦可使用 He、Ne等之其他稀有氣體。 此外，於上述冷卻氣體喷射箱158之周緣部與處理 容器4内之側壁之間介設有環狀整流板56，於此整流板 56形成有多數整流孔58，使得設置有晶圓w之處理空間 S的環境氣氛-邊朝下方整流—邊流動而往排氣口 36排 出。 其次，針對使用上述微波照射裝置所進行之處理 (退火處理、改質處理等）來說明。首先，經由開放狀態 下之閘閥62來將半導體晶圓W以搬送臂（未圖示）收容至 處理容器4内，使得升降機構134之升降銷132上升來以 升降銷132之上端頂舉晶圓w下面來承接晶圓貿，於使 得搬送臂後退之後關閉閘閥6 2將處理容器4内加以密 閉。於此情況下，做為上述半導體晶圓W亦可使用單體 之半導體基板例如叾夕基板。 此處’真空排氣系統38之真空泵44係受到連續驅 動，藉由將介設於真空夾頭機構138之夾頭用排氣通路 48的第1開閉閥5〇調整為開放狀態（第2開閉閥54呈關閉 狀態）’將在升降機構134之升降板14〇以及升降桿142所 形成之吸引通路152内以及在升降銷132所形成之吸引 孔150内之環境氣氛予以抽真空做減壓，藉此發揮夾頭 功能而對載置於升降銷132上之晶圓w内面進行真空吸 附來吸附固疋晶圓W。此外，於解除此真空吸附時，係 ⑤ 26 201251515 使得上述第1開閉閥50成為關閉狀態，並使得介設於釋 放通路52之第2開閉閥54成為開放狀態，藉此來使得夾 頭用密閉空間12與處理空間S成為同壓即可。 其次，一旦如上述般吸附了晶圓W，乃使得升降銷 132下降至進行程序之位置並停止升降銷132。於此情 況，晶圓W並未接觸於冷卻氣體喷射箱158的上面而位 於此上方並停止，於此狀態下開始程序。 然後，驅動氣體冷卻機構136來對氣體擴散室160 内將做為冷卻氣體之A r氣體、N 2氣體於流量控制下進行 供給並擴散，讓此冷卻氣體從各氣體噴射孔162往上方 吹出而對晶圓W下面全體吹送冷卻氣體，開始晶圓w的 冷卻。此時，於晶圓W之下面與冷卻氣體喷射箱158之 上面之間形成有既定寬度H1之間隙，從各氣體噴射孔 162所吹出之冷卻氣體可均勻地遍及晶圓w内面全體。 上述間隙之寬度H1係在例如數mm〜數cm之範圍内。於 此情況’處理空間S之程序壓力雖取決於處理樣態而有 所不同，例如數lOOTorr程度，為了發揮夾頭功能，吸 引孔150内之壓力係較之低數lOmmTorr。 與此同時’驅動微波導入機構72之各微波單元74 的微波產生器86來產生微波。此微波係沿著導波管％被 傳遞而從形成於處理容器4之天花板部的各微波導入埠 78被導入處理容器4内，此微波係直接照射於晶圓w表 面。如此般，一旦微波照射於晶圓貿，晶圓％會因為焦 耳加熱、磁性加熱、感應加熱等電磁波加熱而被迅速加 熱，其結果，乃成為進行退火處理、改質處理等。 27 201251515 此處’由於晶圓w因吸收微波而升溫，故如上述般 從冷部氣體噴射箱158之各氣體喷射孔162朝晶圓W之 下面喷射冷卻氣體來冷卻晶圓W。於此情況，由於冷卻 氣體係大致均句地吹送於晶圓W下面，故可提高晶圓溫 度之面内均勻性。此時之晶圓的程序溫度係在例如 100〜400 C程度之範圍内。 此外’雖對晶圓W下面吹送冷卻氣體會於晶圓w產 生往上方之浮力，但由於從内面支撐晶圓W之升降銷 132係兼做為真空夾頭機構138，故可一邊防止晶圓W的 位偏一邊確實地進行冷卻。此外，此處雖對於升降銷132 上端所設之吸彳丨埠156之直徑做適度調整來最適化以使 得此吸引埠156所發生之吸引力與吹送於晶圓w下面之 冷卻氣體所產生之上浮力成為大致相同、或是吸引力側 略為變大。從而，即便晶圓W出現熱伸縮，此熱伸縮也 容易被容許而避免在晶圓W下面與升降銷132上端面之 間發生大的摩擦力，可抑制粒子之發生、晶圓下面受損 傷。 此外’雖對於晶圓W吸收微波而言最適之晶圓W下 面與冷卻氣體噴射箱158上面之間隙的寬度H1係隨被照 射之微波條件而變化，但由於可將晶圓W保持於升降銷 132之狀態下來進行微波照射，故可將寬度H1設定在適 切值之情況下進行晶圓W處理。如此般，於本實施例， 可對於作為被處理體之例如半導體晶圓W高效率地照 射微波並高效率地冷卻被處理體。 此外，此處雖冷卻氣體之流量設定為固定，惟不限
28 201251515 定於此，亦玎如第1實施例般設置測定晶圓溫度之輻射 溫度計’以此檢測溫度來回饋控制冷卻氣體之流量，以 控制晶圓w之溫度。 再者此處雖對處理容器4内僅導入冷卻氣體，惟於 不同的處理樣態下，有時會使用H2等還原氣體、〇2等氧 化氣體等處理氣體，於如此之情況，只要以於上述氣體 冷卻機構136之氣體通路ι18連接處理氣體通路而一面 控制流量一面導入處理氣體，將冷卻氣體與處理氣體以 混合狀態供給的方式來構成即可。於此情況下，將會成 為兼用氣體冷卻機構與處理氣體導入機構。 此外，導入上述處理氣體之情況，亦可在氣體冷卻 機構136之外，如圖1所示般在處理容器4内的上方設置 具有淋灑頭110之處理氣體導入機構106。 再者’於上述第4實施例’做為氣體冷卻機構13 6 雖使用了冷卻氣體喷射箱158，惟不限定於此，亦可例 如圖1以及圖3所示般，使用由複數分散管U2a，112b與 連通管114所構成之淋灑頭110。於此情況下，係將此淋 灑頭110配置於晶圓W下方，將各氣體喷射孔116朝向上 方而對晶圓W下面吹送冷卻氣體。此外，隨處理樣態之 不同，亦可使得晶圓W下面與冷卻氣體噴射箱158上面 之間的間隙寬度Hl(參見圖9)不同。 此外，此處被處理體係舉出半導體晶圓為例來說 明’惟此半導體晶圓亦包含矽基板、GaAs、SiC、GaN 等化合物半導體基板，進而不限定於此等基板，於液 晶顯示裝置所使用之玻璃基板、陶瓷基板等也可適用 29 201251515 於本發明。 【圖式簡單說明】 圖1係顯示本發明之微波照射裝置之第1實施例之 構成圖。 圖2係顯示處理容器之天花板部之微波導入機構之 導波管配置之圖。 圖3係顯示氣體冷卻機構（處理氣體導入機構)之淋 灑頭下面之圖。 圖4係顯示本發明之微波照射裝置之第2實施例之 構成圖。 圖5係顯示本發明之微波照射裝置之第3實施例之 構成圖。 圖6係顯示氣體冷卻機構（處理氣體導入機構)之變 形例之圖。 圖7係顯示本發明之微波照射裝置之第4實施例之 構成圖。 圖8係顯示氣體冷卻機構之冷卻氣體喷射箱附近之 俯視圖。 圖9係顯示升降機構之升降銷之部分的放大截面 圖。 【主要元件符號說明】 2微波照射裝置 4處理容器 30 201251515 6支撐台 10支撐銷 12夾頭用密閉空間 14真空夾頭機構 16加熱機構 18發光元件單元 22加熱電源 38真空排氣系統 64輻射溫度計 66探針線 68溫度測定部 70溫度控制部 72微波導入機構 74微波單元 86微波產生器 92攪拌機 94攪拌螺旋槳 104氣體冷卻機構 106處理氣體導入機構 110淋灑頭 132升降銷 134升降機構 136氣體冷卻機構 138真空夾頭機構 140升降板 31 201251515 142升降桿 144致動器 150吸引孔 152吸引通路 158冷卻氣體喷射箱 160氣體擴散室 162氣體喷射孔 164銷插通管 W半導體晶圓(被處理體)
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Claims (1)

  1. 201251515 七、申請專利範圍： 理體照射微波來 L 一種微波照射裝置，係對被處 進行處理者；其特徵在於係具備有： 處理容器，係可進行真空排氣； 支撐台，係支撐該被處理體； 處理氣體導入機構，係對該處理容器内導入處理氣 微波導入機構，係對該處理容器内導入微波； 加熱機構，係加熱該被處理體； ’ 氣體冷卻機構，係將該被處理體以冷卻氣體來冷 輻射溫度計，係測定該被處理體之溫度；以及 溫度控制部，係基於該輻射溫度計之測定值來控制 該加熱機構與該氣體冷卻機構，藉以調整該被處 」 溫度。 體之 2. —種微波照射裝置，係對被處理體照射微波來 進行處理者；其特徵在於係具備有： / 處理容器，係可進行真空排氣； 支撐台，係支撐該被處理體； 處理氣體導入機構’係對該處理容器内導入處理氣 微波導入機構，係對該處理容器内導入微波； 氣體冷卻機構，係將該被處理體以冷卻氣體來冷 卻； 輻射溫度計，係測定該被處理體之溫度；以及 33 201251515 溫度控制部，係基於該輻射溫度計之測定值來控制 該氣體冷卻機構，藉以調整該被處理體之溫度。 3. 如申請專利範圍第1項之微波照射裝置，其中該 氣體冷卻機構係具有設置於該支撐台上方之淋灑頭。 4. 如申請專利範圍第2項之微波照射裝置，其中該 氣體冷卻機構係具有設置於該支撐台上方之淋灑頭。 5. 如申請專利範圍第1項之微波照射裝置，係兼用 該氣體冷卻機構與該氣體導入機構。 6. 如申請專利範圍第2項之微波照射裝置，係兼用 該氣體冷卻機構與該氣體導入機構。 7. 如申請專利範圍第3項之微波照射裝置，係兼用 該氣體冷卻機構與該氣體導入機構。 8. 如申請專利範圍第4項之微波照射裝置，係兼用 該氣體冷卻機構與該氣體導入機構。 .9. 一種微波照射裝置，係對被處理體照射微波來 進行處理者；其特徵在於係具備有： 處理容器，係可進行真空排氣； 支撐台，係支撐該被處理體； 處理氣體導入機構，係對該處理容器内導入處理氣 體； 微波導入機構，係對該處理容器内導入微波； 加熱機構，係加熱該被處理體； 輻射溫度計，係測定該被處理體之溫度；以及 溫度控制部，係基於該輻射溫度計之測定值來控制 該加熱機構，藉以調整該被處理體之溫度。 34 201251515 照射裝置’其中於該處=〜項之微波 從該微波導人麟㈣以财進行;=^對於 • 刮軏圍第1〇項之微波照射_ w，f =拌機與該、之間係設有由介= 12_⑹申請專利範㈣⑽之微波 中於該分隔板之周邊部係形成有用以將該分二； 隔之上下"加以連通之連通孔。 & _刀 13·如申請專利範圍第1至9項中任一項之微波 照射裝置’其中該被處理體係經由複數支撐銷*被支樓 於該支撐台上。 14.如申請專利範圍第13項之微波照射裝置，其 中s亥支樓銷呈中空，係以將該被處理體之内面加以真空 吸附之真空夾頭機構的形式所形成。 15*如申請專利範圍第14項之微波照射裝置，其 中該支撐台之下部係以為了形成該真空夾頭機構之一 部分而被抽真空之夾頭用密閉空間的形式所形成，該夾 頭用密閉空間與該支撐銷係連通著。 16·—種微波照射裝置’係對被處理體照射微波 來進行處理者；其特徵在於係具備有： 處理容器，係收容該被處理體； 真空排氣系統，係對該處理容器内之環境氣氛進行 排氣； 微波導入機構，係對該處理容器内導入微波； 35 201251515 氣體冷卻機構’係對該被處理體之下面喷射冷卻氣 體進行冷卻； 升降機構，係具有支撐該被處理體之升降銷來使得 該被處理體進行升降；以及 、真空夹頭機構’係具有形成於該升降銷之吸引孔， 以將β吸引孔利用吸引通路來連接於該真空排氣系統 的方式所形成。 17. 如申請專利範圍第16項之微波照射裝置，豆 中，氣體冷卻機構係具有冷卻氣料㈣，其配置於該 被處理體之下方，上面形成有減氣财射孔且内部設 有氣體擴散室。 18. 如申請專利範圍第16項之微波照射裝置盆 中該氣體冷卻機構係具有於該㈣理體下方以同心圓 tLt複數分散管，於該分散管朝上方形成有複數氣 19·如中請專鄉圍第邮18項巾任 波照射裝置，其中該升降機構係具有： 銷；升降板’係連結該各升降銷之下端部來支樓該升降 升降桿’其上端部連結於該升降板 致動器，係使得該升降桿進行升降。 20. 如申請專利範圍第19項之。 中該吸引通路係沿著該升降板與該升降桿所其 21. 如申請專利範圍第16至18項"；所^成者。 波照射裝置，係具有對該處理容器内導入處 36 201251515 理氣體導入機構。 22. 如申請專利範圍第21項之微波照射裝置，其 中該氣體冷卻機構係和該處理氣體導入機構被兼用。 23. 如申請專利範圍第16至18項中锌一項之微 波照射裝置，其中於該處理容器内之天花板部係設有對 於從該微波導入機構所導入之微波進行攪拌之攪拌機。 24. 如申請專利範圍第16至18項中任一項之 微波照射裝置，其中於該被處理體之處理時，係於該 被處理體之下面與該氣體冷卻機構之間形成有既定寬 度的間隙。 37
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