TWI455243B - 基板處理設備及製造半導體裝置之方法 - Google Patents

基板處理設備及製造半導體裝置之方法 Download PDF

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Masahisa Okuno
Shinji Yashima
Atsushi Umekawa
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Description

基板處理設備及製造半導體裝置之方法
本發明關於一種用於將如為積體電路(ICs)之半導體裝置形成在基板上的基板處理技術，且更尤其是，關於一種半導體製造設備，該半導體製造設備能使用微波以處理如半導體晶圓(此後稱為「晶圓」)等之基板；用於處理基板之基板處理設備；以及製造半導體裝置之方法。
在半導體製造製程中，存在一種化學氣相沉積(CVD)製程，用於在單一基板(以矽晶圓或玻璃作為底層，其上形成微細電路圖案之標的基板)之表面上形成膜。在CVD製程中，將基板裝載在氣密反應室中且以設置於反應室中之加熱器來加熱，當正將形成膜之氣體供應在基板上時，造成化學反應，使得可將膜均勻地形成在形成於基板上之微細電路圖案上。例如，依據此種CVD製程，可使用有機化學材料作為形成膜之原料以形成如HfO膜等之高k膜，其為具有高介電常數之絕緣膜。
以此方式所形成之HfO膜，由於有機化學材料之故，包含如CH、OH等之大量(亦即，數百分比)雜質，因此其具有不夠充分之電絕緣特性。為了確保此種膜充分之電絕緣特性及穩定性，嘗試藉由使HfO膜在約650℃至800℃之O2 或N2 氣體環境下受到快速退火處理，將HfO膜改造成緻密化且穩定之膜，藉以自膜中移除如C、H等之雜質。儘管未造成結晶化，實施此種緻密化以縮短非晶質狀態中之平均原子間的距離。此等快速退火處理使整個基板加熱至預定溫度以改造HfO膜。
近年來，半導體裝置可具迷你化之薄接面(shallow junction)結構且需低熱預算(thermal budget)(熱履歷(thermal history))。因此，為了提供低的熱預算，上述形成高k之製程中所使用之退火處理需在低溫下自膜中移除雜質供膜之緻密化。低溫退火處理之理由如下。大體上，製造裝置之製程中，若在稍後步驟中以高於稍早步驟中所使用之溫度來處理裝置，則在稍早步驟中已增建之裝置可能會崩潰或者其膜的特性可能會改變。因此，在稍後步驟中無法以超出稍早步驟中所使用之溫度來處理裝置。因此，有能在低溫下實施用以改良裝置性能之膜改造製程之技術需求。
日本專利申請案先行公開之公開案號2004-296820發明一種技術，其中於膜沉積製程中，在基板上形成含鉿之薄膜，且在膜改造製程中，將氬自由基供應至基板上以移除在膜沉積製程中所形成之薄膜中所包含的雜質元素。
相較於習知技術，本發明提供基板處理設備之一些實施例，該基板處理設備能將基板均勻地加熱，同時進一步藉由抑制基板溫度之增高，限制熱預算。
本發明提議一種技術，當旋轉基板時，以微波照射偏離基板中心之位置，用於將基板均勻地加熱。依據本發明之一個實施例，有提供一種基板處理設備，該基板處理設備包含：處理室，係建構為處理基板；基板支撐構件，係設置於該處理室中以支撐該基板；微波產生器係設置在該處理室外部；波導發動埠，係建構為將由該微波產生器所產生之微波供應至該處理室中，其中該波導發動埠之中心位置係偏離被支撐在該基板支撐構件上之該基板的中心位置，且該波導發動埠面對被支撐在該基板支撐構件上之該基板的前表面的一部分；以及控制單元，係建構為在相對於該波導發動埠之水平方向上改變該基板支撐構件之相對位置。
依據本發明之另一個實施例，有提供一種製造半導體裝置之方法，該半導體裝置使用基板處理設備，該基板處理設備包含：處理室，係建構為處理基板；基板支撐構件，係設置於該處理室中以支撐該基板；微波產生器，係設置在該處理室外部；波導發動埠，係建構為將由該微波產生器所產生之微波供應至該處理室中，其中該波導發動埠之中心位置係偏離被支撐在該基板支撐構件上之該基板的中心位置，且該波導發動埠面對被支撐在該基板支撐構件上之該基板之前表面的一部分；以及控制單元，係建構為在相對於該波導發動埠之水平方向上相對地旋轉該基板支撐構件，該方法包含：將該基板裝載在該處理室中；將該基板支撐在被設置於該處理室中之該基板支撐構件上；在相對於該波導發動埠之水平方向上相對地旋轉被支撐在該基板支撐構件上之該基板支撐構件；在開始旋轉該基板後，以微波照射該基板之前表面；以及將該基板自該處理室卸出。
首先，現在將參考第1圖說明依據本發明實施例之基板處理設備的一般構造。第1圖為依據本發明實施例之基板處理設備的垂直截面圖。基板處理設備100包含處理室10、移轉室(未示出)及微波供應單元。處理室10處理作為半導體基板的晶圓11。微波供應單元包含微波產生器20、波導21及波導發動埠22。
微波產生器20產生如定頻微波或變頻微波。微波產生器20之範例可包含電子迴旋加速器(microtron)等。經由波導21，自與處理室10相連接之波導發動埠22將微波產生器20中所產生之微波供應至處理室10中。
形成處理室10之處理容器18係由如鋁、不鏽鋼(SUS)等之金屬製成，且具有遮蔽處理室20以避開外部環境之結構。
用以支撐晶圓11之基板支撐銷13係設置於處理室10。設置基板支撐銷13之此種方式為：所支撐之晶圓11的中心在垂直方向上與處理室10之中心大致相同。被構成為支撐晶圓11之基板支撐銷13係由如石英、Teflon等之材料製成，且其數量為複數(在此實施例中為三個)。
具有導電性之基板支撐台12係設置於位在基板支撐銷13下部位之晶圓11的下方。基板支撐台12係由如鋁(Al)等之導電金屬材料製成。基板支撐台12為碟狀或圓柱板，其外徑大於晶圓11之外徑。依此方式，基板支撐台12係設置於由基板支撐銷13所支撐之晶圓11的背面下方且與該背面平行。基板支撐台12具有面對晶圓11背面之反面。
基板支撐構件係由基板支撐銷13及基板支撐台12構成。
基板支撐台12係由如不鏽鋼(SUS)等之金屬製成的轉軸31所支撐，且藉由旋轉驅動器32在水平方向上旋轉轉軸31。據此，可藉由旋轉驅動器32在水平方向上旋轉轉軸31、基板支撐台12及晶圓11。旋轉驅動器32係電性連接至控制單元80且受其控制。
用以供應如氮(N2 )等之氣體的氣體入口52係設在處理容器18上部位之處理室10之上壁。氣體入口52自上游依順序連接至氣體源55、用以調節氣體流率之流率控制器54、及用以開啟/關閉氣體通道之閥53。藉由開啟/關閉閥53，供應或隔絕氣體自氣體入口52進入處理室10。供應自氣體入口52之氣體被用來冷卻晶圓11或被用來作為沖洗氣體以壓迫處理室10中之氣體排出處理室10。
氣體供應單元係由氣體源55、氣體入口52、流率控制器54及閥53所構成。流率控制器54及閥53係電性連接至控制單元80且受其控制。
如第1圖所示，用以排出處理室10中氣體之排氣管62係設在矩形處理容器18之下部位之處理室10之側壁。排氣管62自上游依順序連接至壓力調節閥63及為排氣機之真空泵64。藉由調節壓力調節閥63之開啟程度，將處理室10之內壓調整為預定值。
排氣單元係由排氣管62、壓力調節閥63及真空泵64所構成。壓力調節閥63及真空泵64係以電性連接至控制單元80且受其控制。
如第1圖所示，用以將晶圓11移轉進/出處理室10之晶圓移轉閘71係設在處理容器18之一側。晶圓移轉閘71設有閘閥72。在藉由閘閥驅動器73開啟閘閥72時，處理室10經由晶圓移轉閘71而與移轉室相連接。
用以移轉晶圓11之移轉機械人(未示出)係設置於移轉室中。移轉機械人具移轉臂用以在移轉晶圓11時支撐晶圓11。藉由開啟閘閥72，移轉機械人可在處理室10與移轉室之間轉運晶圓11。
基板處理設備100包含控制單元80，用以控制基板處理設備100之各種組件的運作，如微波產生器20、閘閥驅動器73、移轉機械人、流率控制器54、閥53、壓力調節閥63、旋轉驅動器32等。
接著，將說明依據此實施例之基板處理設備的詳細結構。
被供應至處理室10中之微波對著處理室10之壁反覆反射。微波在處理室10中亦以不同方向反射。因此，處理室10充滿微波。照射在處理室10中之晶圓11上的微波為接著受微波以誘電性加熱之晶圓11所吸收。
每當自波導發動埠22所發動之微波碰撞在處理室10之壁上時，其能量便降低。
在處理晶圓11時，藉由將具有高能量之微波照射在晶圓11上，可使晶圓11快速受熱。我們的研究結果顯示以微波直接照射晶圓比在以反射波為主之狀態下處理晶圓的情況提供較大之基板改造效果。
然而，在以微波直接照射晶圓11的情況中，因波導發動埠22之尺寸小且自波導發動埠22發動微波後無法將微波顯著地散佈，故不易使照射在晶圓11之前表面上之微波能量均勻化。
此外，即使以微波直接照射晶圓11，晶圓11未吸收其所有能量，但一些自晶圓之前表面被反射或透過晶圓。此反射波在處理室10中造成駐波。在處理室10中產生駐波時，晶圓之表面具有較多受熱的部位及較少受熱的部位。這造成晶圓11之加熱不均，其成為晶圓表面上之膜質均勻性退化的一個因素。
因此，在此實施例中，波導發動埠22係設置在處理室10之頂部壁且將波導發動埠22與被支撐在基板支撐銷13上之晶圓11的前表面之間的距離設成短於所供應之微波的一個波長。在此範例中，所使用之微波的頻率為5.8GHz且將距離設成短於51.7mm之微波波長。在短於自波導發動埠22之一個波長之距離的範圍中，視為以自波導發動埠22所發動之直接微波為主。如本文中所使用者，「為主」一詞指的是具有高密度的直接微波之情況。如上述，因為照射晶圓11之微波主要為自波導發動埠22所發動之直接微波且在處理室10中之駐波效應可相當小，所以可將接近波導發動埠22的晶圓11快速加熱。而且，可不將熱履歷儲存在除了面對波導發動埠22之區域以外之晶圓11的區域中。
此外，在此實施例中，將波導發動埠22與被支撐在基板支撐銷13上之晶圓11的前表面之間的距離設成所供應之微波之1/4波長(λ/4)的奇數倍。明確地說，將所使用之微波的頻率設成5.8GHz且將距離設成12.9mm，其等於51.7mm之微波波長的1/4。此結構允許將晶圓11安置在微波之波峰位置(或凸狀位置)，藉以提供晶圓11之高加熱效率。
然而，「將波導發動埠22與被支撐在基板支撐銷13上之晶圓11的前表面之間的距離設成短於所供應之微波的一個波長」或「將波導發動埠22與被支撐在基板支撐銷13上之晶圓11的前表面之間的距離設成所供應之微波之1/4波長(λ/4)的奇數倍」意為僅將接近波導發動埠22之晶圓11的一部份加熱，這在晶圓表面上造成低均勻性。
因此，在此實施例中，波導發動埠22之中心位置係偏離被支撐在基板支撐銷13上之晶圓11的中心位置，且波導發動埠22面對被支撐在基板支撐銷13上之晶圓11之前表面的一部分。在此實施例中，晶圓11之直徑為300mm且波導發動埠22之中心位置與晶圓11之中心位置之間的距離為90mm。依此方式，建構為使得自波導發動埠22所發動之微波藉由使波導發動埠22之中心位置偏離晶圓11之中心位置，且藉由旋轉驅動器32繞著基板支撐台12之轉軸31在水平方向上旋轉晶圓11來掃描晶圓表面。
換言之，在相對於波導發動埠22之水平方向上，藉由旋轉驅動器32改變基板支撐構件之相對位置。同樣地，在相對於被支撐在基板支撐銷13上之晶圓11的水平方向上，改變波導發動埠22之相對位置，使得波導發動埠22間歇性地面對被支撐在基板支撐銷13上之晶圓11之前表面的特定部位。
依此方式，藉由以使波導發動埠22偏離晶圓11之中心位置的方式旋轉晶圓11，可更均勻地將晶圓加熱且將晶圓11之標的區域密集地且快速地加熱，同時對其它區域提供低的熱履歷。理由如下。直接位在發動微波之波導發動埠22下方之晶圓11的區域受到最高之微波能量且因此充分地受熱。其它區域受到相當低之微波能量且因此可能較少受熱。因此，在旋轉中之晶圓11上的特定點直接置於波導發動埠22下方時，其被快速加熱，且在其自波導發動埠22移開時，該點不可能受熱。而且，將如稍後所述，藉由基板支撐台12冷卻除了直接置於波導發動埠22下方之區域以外的區域。亦即，冷卻效率高於加熱效率。結果，該點之熱履歷減低。
晶圓11之溫度係與微波之功率成正比。第2圖表示在以微波照射矽晶圓時，微波功率與晶圓溫度之間關係的一個範例圖。如第2圖中所示，較高之微波功率提供較高之晶圓溫度。
晶圓溫度亦取決於處理室之大小與形狀、微波之波導發動埠的位置、及晶圓之位置。本文中所示之晶圓溫度值僅為範例。然而，較高之微波功率提供較高之晶圓溫度的關係保持不變。
此外，如上述，在基板支撐銷13係由如石英之具有低導熱性的材料製成時，可防止晶圓11之熱量移轉至基板支撐台12。如本文中所使用，「低導熱性」一詞指的是導熱性至少低於基板支撐台12之導熱性。這使得晶圓11均勻地受熱。例如，若基板支撐台12係由如金屬之具有高導熱性材料製成，由於自晶圓11至基板支撐銷13之熱傳導所致的熱釋放增加，其造成晶圓11中之低溫之局部分佈。這使其難以均勻地加熱晶圓11之表面。
如第3圖所示，在此實施例中，冷卻劑通道37係設置於基板支撐台12，用於冷卻晶圓11之冷卻劑可流經冷卻劑通道37且基板支撐台12作為基板冷卻台用。第3圖為依據此實施例之基板支撐台的示意垂直截面圖。在此實施例中，使用水作為冷卻劑。在其他實施例中，可使用如冷卻冷凍劑等之其它冷卻劑作為冷卻劑。冷卻劑通道37係連接至用以將冷卻劑供應至冷卻劑通道37中之冷卻劑供應管36及用以將冷卻劑自冷卻劑通道37排出至處理室10外部之冷卻劑排管38。冷卻劑供應管36自下游依順序係連接至用以開啟/關閉冷卻劑供應管36之閘閥33、用以控制冷卻劑流率之流率控制器34及冷卻劑源35。閘閥33及流率控制器34係電性連接至控制單元80且受其控制。
參考第4及5圖將詳述基板支撐台12及其周邊結構。第4圖為依據此實施例之基板支撐台及基板支撐台支撐機構的側截面圖。第5圖為第4圖之部分放大圖。
如第4圖所示，基板支撐台12係設有冷卻劑通道37。冷卻劑通道37係形成在整個基板支撐台12中以均勻地冷卻基板。冷卻劑之範例可包含GaldenHT200。
構成轉軸31之軸402為用以支撐基板支撐台12之支撐構件。軸402包含冷卻劑(冷凍劑)通道，被供應至基板支撐台12之冷卻劑通道37中的冷卻劑在.該通道中流動且被排出冷卻劑通道37之冷卻劑在該通道中流動。軸402係由鋁製成。軸402具環狀之水平橫截面。軸402中所含之冷卻劑通道包含用以將冷卻劑自冷卻劑入口/出口單元417供應至冷卻劑通道37的第一冷卻劑供應路徑408、及用以使被排出冷卻劑通道37之冷卻劑流動的第一冷卻劑排出路徑409。如第4圖中所示，第一冷卻劑供應路徑408及第一冷卻劑排出路徑409在軸402內部係配置成平行且彼此分開。
元件符號32表示在平行方向中使軸402旋轉且由SUS(不鏽鋼)製成之旋轉驅動器。軸402之側為空心軸423所覆蓋。空心軸423托住軸402且與軸402一起水平地旋轉。使用空心軸423以保護軸402對抗旋轉摩擦力等。空心軸423係由SUS製成。O型環405係設置於軸402與空心軸423之間。使用O型環405防止軸402振動且防止氣體洩出處理室10。旋轉驅動器32在接觸空心軸423之一側設有作為真空封口之磁性流體封口420、軸承421、及馬達422。將馬達422之旋轉運動傳遞至空心軸423以使軸402水平地旋轉。
設置於旋轉驅動器32之機箱的凸緣係固定於處理容器18之底部。使用O型環407以防止氣體洩出處理室10。
如第5圖所示，將軸402之下前端插入軸承受器(shaft receiver)411中。固定環416係設置在軸承受器411之上方且壓縮環410係設置在固定環416之上方。軸承受器411、固定環416及壓縮環410構成連接軸402及冷卻劑入口/出口單元417之連接器且與軸402一起水平地旋轉。
如第5圖中所示，冷卻劑入口/出口單元417係設置在軸承受器411之下方。在將軸402水平地旋轉時，冷卻劑入口/出口單元417保持靜止而未被水平地旋轉。
冷卻劑入口/出口單元417係由SUS製成。冷卻劑入口/出口單元417在其機箱中具有轉子且經由連接器將冷卻劑供應至/排出軸402，未洩出冷卻劑。冷卻劑入口/出口單元417係設有第二冷卻劑供應路徑418及第二冷卻劑排出路徑419。第二冷卻劑排出路徑419係配置為與第二冷卻劑供應路徑418同心而圍繞第二冷卻劑供應路徑418。亦即，第二冷卻劑供應路徑418相當於內軸且第二冷卻劑排出路徑419相當於被設置成圍繞內軸之外軸。依此方式，第二冷卻劑供應路徑418及第二冷卻劑排出路徑419構成雙軸。因軸承受器411繞著雙軸水平地旋轉，所以即使在旋轉期間，軸承受器411可自內軸供應冷卻劑且將冷卻劑排出於外軸。
如第5圖所示，軸402之前端402a接觸O型環412以防止冷卻劑洩出。軸402之第一冷卻劑供應路徑408及冷卻劑入口/出口單元417之第二冷卻劑供應路徑418係相互連接以提供重疊之雙重管，且軸402之第一冷卻劑排出路徑409及冷卻劑入口/出口單元417之第二冷卻劑排出路徑419係相互連接以提供重疊之雙重管。
軸402之第一冷卻劑供應路徑408及第一冷卻劑排出路徑409係配置成彼此平行且分開。同時，冷卻劑入口/出口單元417之第二冷卻劑排出路徑419係配置為與第二冷卻劑供應路徑418同心而圍繞第二冷卻劑供應路徑418。依此方式，藉由使軸402中之冷卻劑通道彼此平行且分開，可輕易製造軸402，不需採用雙軸結構。
如第5圖中所示，固定環416係設置在軸承受器411之上方。固定環416為在垂直方向具有厚度之環狀(甜甜圈狀)且具有大致為左右對稱之結構，該結構沿垂直方向可分成兩部分。固定環416(可分成兩部分)被插入軸402之前端的一側中。凸狀凸緣416a係設置於固定環416。在凸緣416a係裝設在軸402之前端側之凹狀部位的狀態下，藉由以水平螺栓(未示出)結合且固定固定環416，將固定環416固定於軸402。此外，藉由螺栓(未示出)等，將軸承受器411固定於固定環416。因此，軸承受器411係與軸402一起旋轉。
接著，將說明基板支撐台與基板之間的距離。
因基板支撐台12係由導電金屬材料製成，在基板支撐台12中微波之電位變成零。因此，若將晶圓11直接安置在基板支撐台12上，則微波之電場強度變弱。因此，在此實施例中，將晶圓11安置在離基板支撐台12之表面有微波的1/4波長(λ/4)或λ/4之奇數倍的位置。如本文中所使用，片語「基板支撐台12之表面」指的是基板支撐台12的面對晶圓背面之表面。因在λ/4之奇數倍的位置處的電場強烈，故可以微波對晶圓11有效率地加熱。
明確地說，在此實施例中，因微波具有固定頻率，例如，5.8GHz，及波長，例如，51.7mm，所以將離基板支撐台12之表面至晶圓11的距離設成12.9mm。換言之，在處理基板時，將基板支撐銷13之頂部與基板支撐台12之相對於晶圓11的表面之間的距離設成相當於所供應之微波的1/4波長。
此結構允許將晶圓11安置在微波之波峰位置(或波凸位置)，藉以提供晶圓11之高加熱效率。由於來自晶圓11之介電質膜的熱傳導，因此期望高加熱效率使得其它膜被加熱。然而，藉由將含冷卻器且面積等於或大於晶圓11尺寸之金屬基板支撐台12安置在面對晶圓11背面之位置，可將熱量引出離開晶圓11之整個背面。結果，可均勻地冷卻晶圓11以防止晶圓11上之除了介電質膜以外的膜受熱。
微波之頻率可隨時間而改變(變化)。在此情況下，可自變頻頻帶中之代表性頻率之波長計算自基板支撐台12之表面至晶圓11的距離。例如，對於5.8GHz至7.0GHz之變頻頻帶，可將其中心頻率設成代表性頻率且對於代表性頻率6.4GHz之46mm波長，可將自基板支撐台12之表面至晶圓11的距離設成11.5mm。
而且，可提供具有不同固定頻率之複數個電源供應器以供應稍後將被處理之具有不同頻率的不同微波。
接著，將說明依據基板處理設備100中之此實施例的基板處理作業。依據此實施例之基板處理作業係複數個用於製造半導體裝置之製程中的一者。基板處理作業係受控制單元80控制。
(基板裝載製程)
將晶圓11裝載在處理室10中之基板裝載製程中，首先開啟閘閥72以便處理室10與移轉室相連接。接著，藉由移轉機械人將要被處理之晶圓11自移轉室移轉至處理室10。藉由移轉機械人將被移轉至處理室10中之晶圓11安置在基板支撐銷13之頂部上且由基板支撐銷13支撐。接著，在運送機械人自處理室10返回至運送室時，關閉閘閥72。
(氮氣替換製程)
接著，以惰氣氣體環境替換處理室10中之氣體環境以防止以下將說明之加熱製程對晶圓11有反效果。當藉由真空泵64將處理室10中之氣體(氣體環境)自排氣管62排出時，自氣體入口52將N2 氣體供應至處理室10中。此時，藉由壓力調節閥63將處理室10之內壓調整至預定壓力(在此實施例中為空氣壓力)。
(加熱製程)
接著，在藉由旋轉驅動器32旋轉晶圓11以達到預定轉速且晶圓11之轉速保持固定後，經由波導發動埠22，將在微波產生器20中所產生之微波供應至處理室10中且以微波照射晶圓11之前表面。若在晶圓11以預定速度旋轉前供應微波，微波之照射強度會依晶圓11上之位置而變，自晶圓11之均勻加熱的觀點看來，這較不佳。
在此範例中，此種微波照射將晶圓11前表面上之高k膜加熱至100至600℃而改造高k膜，亦即，自高k膜移除如C、H等之雜質，以完成緻密化與穩定之絕緣薄膜。依此方式，藉由旋轉晶圓11，可更均勻地對晶圓11加熱。
如高k膜等之介電質具有依其介電常數而變之微波吸收率。較高之介電常數提供較高之微波吸收率。我們的研究顯示，相較於以低功率之微波，以高功率之微波照射晶圓更能將在晶圓上之介電質膜加以改造。此外，我們已發現微波之加熱的特徵為取決於介電係數ε及介電正切tanδ之介電性加熱，且同時加熱具有此種相異物理特性之材料時，選擇性地只將較可能被加熱之材料，亦即具有較高介電係數之材料加熱。
依此方式，利用具有較高介電係數之材料會被快速加熱但具有較低介電係數之材料會被緩慢加熱的事實，因藉由照射高功率之微波可縮短微波對介電質之所需加熱所花的照射時間，所以可藉由在加熱其它材料前完成微波照射來選擇性地將具有較高介電係數之材料加熱。
至於高k膜之退火，高k膜比晶圓基板材料之矽具較高之介電係數ε。例如，矽之介電係數ε為9.6，而HfO與ZrO膜之介電係數ε分別為25與35。因此，當以微波照射上面形成有高k膜之晶圓時，可選擇性地只加熱高k膜。
我們的研究顯示較高的功率微波照射提供較大之膜改造效果。較高的功率微波照射亦可造成高k膜之溫度較快增加。
相較之下，若長時間照射相當低功率之微波，則在重製製程期間增加整個晶圓之溫度。這是因為由於微波對矽本身之介電性加熱以及自被照射微波之晶圓之前表面上的高k膜至晶圓背面之矽的熱傳導，所以矽之溫度亦增加。
將藉由高功率微波照射所致之重大膜改造效果之原因視為可藉由介電性加熱將介電性加熱至高溫，直到整個晶圓之溫度達到其溫度上限。
因此，在此實施例中，以高能量直接微波照射上面形成有高k膜之晶圓的前表面，使得對介電質與晶圓的加熱差異更大。此外，旋轉晶圓11以抑制晶圓11溫度之增高。這是因為在晶圓11停留在接近波導發動埠22處之時期中晶圓11被快速加熱，但是當其自波導發動埠22下方移走時便不太可能被加熱，因此晶圓11之溫度即下降。這使其可能抑制整個晶圓溫度之增高。更佳的是，於微波照射期間，藉由冷卻晶圓11可抑制晶圓11溫度之增高。藉由例如增加通過處理室10之N2 氣體量或使冷卻劑在基板支撐台12內之冷卻劑通道37中循環，可使晶圓11冷卻。
此外，在加熱製程中，控制單元80開啟閥53，自氣體入口52將N2 氣體供應至處理室10中，同時藉由壓力調節閥63將處理室10之內壓調整至預定值(在此實施例中為空氣壓力)，將處理室10中之N2 氣體自排氣管62排出。因此，在加熱製程中，將處理室10之內壓保持在預定壓力值。在此範例中，於具有頻率為5.8GHz之微波的功率係1600W且處理室10之內壓為空氣壓力的條件下，執行加熱製程5分鐘。此時，藉由控制被供應至處理室10之惰氣(例如，N2 氣體)的流率，可進一步使晶圓11冷卻。
在N2 氣體之冷卻效果為有效使用時，藉由將氣體入口52設置於基板支撐台12且使氣體在晶圓11與基板支撐台12之間流動，可進一步增進冷卻效果。藉由控制氣體之流率，亦可控制晶圓11之溫度。
此外，儘管在此實施例中使用N2 氣體，只要在製程及穩定性中沒問題，亦可將如經稀釋之He氣體等之具有大導熱係數的其它氣體添加至N2 氣體，用以進一步改善基板之冷卻效果。
如上述，於供應微波，執行基板加熱製程達預定時期後，即停止微波之供應。停止微波之供應後，停止晶圓11之旋轉。若在停止微波之供應前停止晶圓11之旋轉，微波之照射強度會依晶圓11之區域而改變，自晶圓11之均勻加熱的觀點看來，這是不佳的。
(基板卸載製程)
完成冷卻程序後，以與上述基板裝載製程所示順序相反之順序，將經加熱之晶圓11自處理室10卸載至移轉室中。
上述之實施例可提供至少以下效用(1)至(7)。
(1)藉由使波導發動埠之中心位置偏離基板之中心位置且旋轉基板，可均勻地加熱基板且抑制基板溫度之增高。此外，可將基板上之標的區域密集地且快速地加熱，同時對其它區域提供低的熱履歷。
(2)因在基板之轉速達到固定之預定值後，藉由以微波照射基板之前表面來加熱基板且然後在停止微波之供應後停止基板之旋轉，所以可均勻地加熱基板。
(3)因在基板加熱製程中，藉由將波導發動埠22與基板前表面之間的距離設成小於所供應之微波的一個波長且主要使用自波導發動埠22所發動之直接微波，可以高能量微波照射晶圓，所以可有效率地將基板加熱且相當地降低經反射之微波的效果。
(4)因在基板加熱製程中，藉由將波導發動埠22與基板前表面之間的距離設成所供應之微波之1/4波長的奇數倍，可將基板設置在自波導發動埠22所發動之微波的波峰位置，所以基板加熱效率高。
(5)因在基板加熱製程中，藉由將基板背面(基板支撐構件之頂部)與導電基座之表面之間的距離設成所供應之微波之1/4波長的奇數倍，可將基板設置在自波導發動埠22所發動之微波的波峰位置，所以基板加熱效率高。
(6)因基板支撐銷係由具有低導熱性的材料製成，所以可防止熱量自基板支撐銷逃逸且因而可將基板均勻地加熱。
(7)可選擇性地將具有高介電係數之材料加熱。
本發明不限於以上實施例，但應了解的是可以各種方式修飾本發明而不致偏離本發明之精神與範圍。
儘管在所揭露之實施例中，波導發動埠22係固定且基板支撐構件係水平地旋轉，反倒是，基板支撐構件可為固定，可將天線形成為連接在波導發動埠22下方之新波導發動埠且該新波導發動埠可以基板中心位置為轉軸而被水平地旋轉。然而考量到，若為了旋轉新波導發動埠而在基板上方之特定位置提供旋轉機構，則由於機械性接觸等而在或接近波導開口轉軸處可能產生灰塵，且可能掉落在基板上，可能造成基板之污染。因此，更佳是要固定波導發動埠22及水平地旋轉基板支撐構件。
此外，儘管在所揭露之實施例中使用基板支撐銷13作為用以直接支撐基板之構件，但可藉由除了該銷以外之構件來支撐基板。
而且，儘管在所揭露之實施例中，將處理之物件為晶圓，但該物件可為光罩、印刷電路板、液晶面板、光碟、磁碟等。
此外，本發明可包含至少以下觀點。
本發明之第一觀點可提供一種基板處理設備，其包含：處理室，係建構為處理基板；基板支撐構件，係設置於該處理室中以支撐該基板；微波產生器，係設置在該處理室外部；波導發動埠，係建構為將由該微波產生器所產生之微波供應至該處理室中，其中該波導發動埠之中心位置係偏離被支撐在該基板支撐構件上之該基板的中心位置，且該波導發動埠面對被支撐在該基板支撐構件上之該基板的前表面的一部分；以及控制單元，係建構為在相對於該波導發動埠之水平方向上改變該基板支撐構件之相對位置。
利用基板處理設備之上述結構，藉由使波導發動埠之中心位置偏離基板之中心位置且相對於波導發動埠，改變基板支撐構件的相對位置(例如，藉由旋轉基板)，可均勻地加熱基板，同時抑制整個基板之熱履歷。此外，可將基板上之標的區域密集地且快速地加熱，同時對其它區域提供低的熱履歷。
本發明之第二觀點可提供一種依據第一觀點的基板處理設備，其中該基板支撐構件係水平地繞著該基板支撐構件之轉軸旋轉且該波導發動埠係固定在偏離該基板支撐構件之轉軸的位置。
利用基板處理設備之上述結構，可輕易實現相對於波導發動埠改變基板支撐構件的相對位置且可在基底下方設置旋轉機構，其可造成基板之較少污染。
依據第一或第二觀點，本發明之第三觀點可提供一種基板處理設備，其中該波導發動埠與被支撐在該基板支撐構件上之該基板之間的距離短於所供應之微波的波長。
利用基板處理設備之上述結構，因照射基板之微波係以自波導所發動之直接微波為主且因此使用較高能量之微波，所以可更有效率地加熱介電質。此外，因直接微波並未實質接觸除了直接位在波導發動埠下方之區域以外的區域且因此未將熱履歷儲存在此區域，所以可將基板中之標的區域密集地且快速地加熱，同時對其它區域提供低的熱履歷。
本發明之第四觀點可提供一種依據第一或第三觀點的基板處理設備，其中該波導發動埠與被支撐在該基板支撐構件上之該基板之間的距離相當於自該波導發動埠所發動的微波之1/4波長的奇數倍。
利用基板處理設備之上述結構，因可將基板設置在自波導發動埠所發動之直接微波的波峰位置(或凸狀位置)，增強在基板高度位置之微波的電場，藉以提供基板之高加熱效率。
本發明之第五觀點可提供一種依據第一或第四觀點的基板處理設備，其中該基板支撐構件包含：複數個基板支撐銷，係其上支撐該基板；及導電座，係設置在該基板支撐銷下方，其中該基板支撐銷之頂部與該導電座之間的距離相當於在基板加熱製程中所供應之微波之1/4波長的奇數倍。
利用基板處理設備之上述結構，因可將基板設置在自波導發動埠所發動之微波的波峰位置(或凸狀位置)，增強在基板高度位置之微波的電場，藉以提供基板之高加熱效率。
本發明之第六觀點可提供一種依據第五觀點的基板處理設備，其中該導電座為包含冷卻劑通道之金屬座。
利用基板處理設備之上述結構，因增強在基板高度位置之微波的電場，所以可將如形成在基板上之高k膜的膜有效率地加熱且抑制整個基板之加熱。
本發明之第七觀點可提供一種依據第一或第六觀點的基板處理設備，其中該控制單元在相對於該波導發動埠之水平方向上於開始改變該基板支撐構件之相對位置後，控制該微波以將其供應至該處理室中。
利用基板處理設備之上述結構，因在將相對於該波導發動埠之水平方向上該基板支撐構件之相對位置的改變(例如，在基板支撐構件之旋轉後)穩定後供應微波，所以可將基板均勻地加熱。
本發明之第八觀點可提供一種基板處理設備，包含：處理室，係建構為處理基板；基板支撐構件，係設置於該處理室中以支撐該基板；微波產生器，係設置在該處理室外部；波導發動埠，係建構為將由該微波產生器所產生之微波供應至該處理室中，其中該波導發動埠之中心位置係偏離被支撐在該基板支撐構件上之該基板的中心位置，且該波導發動埠面對該所支撐基板之前表面的一部分；以及控制單元，係建構為在相對於該所支撐基板之水平方向上改變該波導發動埠之相對位置，使得該波導發動埠間歇性地面對該所支撐的基板之前表面的部分。
利用基板處理設備之上述結構，藉由使波導發動埠偏離基板之中心位置，且相對於基板之部位改變波導發動埠的相對位置(例如，藉由旋轉基板)使得波導發動埠間歇性地面對基板之部位，可均勻地加熱基板，同時抑制整個基板之熱履歷。此外，可將基板中之標的區域密集地且快速地加熱，同時對其它區域提供低的熱履歷。
本發明之第九觀點可提供一種製造半導體裝置之方法，該半導體裝置使用基板處理設備，該基板處理設備包含：處理室，係建構為處理基板；基板支撐構件，係設置於該處理室中以支撐該基板；微波產生器，係設置在該處理室外部；波導發動埠，係建構為將由該微波產生器所產生之微波供應至該處理室中，其中該波導發動埠之中心位置係偏離被支撐在該基板支撐構件上之該基板的中心位置且該波導發動埠面對被支撐在該基板支撐構件上之該基板的前表面的一部分；以及控制單元，係建構為在相對於該波導發動埠之水平方向上，相對地旋轉該基板支撐構件，該方法包括：將該基板裝載在該處理室中；將該基板支撐在被設置於該處理室中之該基板支撐構件上；在相對於該波導發動埠之水平方向上，相對地旋轉被支撐在該基板支撐構件上之該基板支撐構件；在開始旋轉該基板後，以微波照射該基板之前表面；以及將該基板自該處理室卸出。
利用製造半導體裝置之方法的上述結構，因在轉速變成固定後供應微波，所以可均勻地加熱基板表面。
本發明之第十觀點可提供一種依據第九觀點的製造半導體裝置之方法，更包含：在啟始照射步驟後，於經過預定時期後停止微波之供應，且在停止微波之供應後停止被支撐在基板支撐構件上之基板的旋轉作業。
利用製造半導體裝置之方法的上述構成，因在旋轉作業期間停止微波之供應，所以可在維持均勻加熱的狀態下，結束基板加熱製程。
如以上所建構之基板處理設備及半導體裝置之製造方法具有抑制基板溫度增高之效果且與習知技術比較，藉由以微波照射將基板加熱，進一步限制熱預算，且藉由以微波波導發動埠偏離基板之中心位置的方式旋轉基板，更均勻地將基板加熱。
儘管已經說明特定的實施例，但此等實施例係僅以範例的方式呈現，而無意侷限本發明之範圍。確實，可以各種其它形式實現本文中所說明之嶄新方法及設備，而且，可在不偏離本發明之精神下進行本文中所說明之實施例形式的各種省略、替代及改變。隨附之申請專利範圍及其均等範圍係用於涵蓋會落入本發明及精神的形態或修飾。
100．．．基板處理設備
11．．．晶圓
10．．．處理室
12．．．基板支撐台
13．．．基板支撐銷
14．．．溫度檢測器
18．．．矩形處理容器
20．．．微波產生器
21．．．波導
22．．．波導開口
31．．．轉軸
32．．．旋轉驅動器
52．．．氣體入口
53．．．閥
54．．．流率控制器
55．．．氣體源
62．．．排氣管
63．．．壓力調節閥
64．．．真空泵
71．．．晶圓移轉閘
72．．．閘閥
73．．．閘閥驅動器
80．．．控制單元
33．．．閘閥
34．．．流率控制器
35．．．冷卻劑源
36．．．冷卻劑供應管
37．．．冷卻劑通道
38．．．冷卻劑排管
402．．．軸
408．．．冷卻劑供應路徑
409．．．冷卻劑排出路徑
417．．．冷卻劑入口/出口單元
423．．．空心軸
405．．．O形環
420．．．磁性流體封口
421．．．軸承
422．．．馬達
407．．．O形環
411．．．軸承受器
416．．．固定環
410．．．壓縮環
418．．．冷卻劑供應路徑
419．．．冷卻劑排出路徑
402a．．．前端
412．．．O形環
416a．．．凸緣
第1圖為依據本發明實施例之基板處理設備的垂直截面圖。
第2圖為表示微波功率與基板溫度之間關係的一個範例的圖。
第3圖為依據本發明實施例之基板支撐台的示意垂直截面圖。
第4圖為依據本發明實施例之基板支撐台及其支撐機構的側截面圖。
第5圖為第4圖之部分放大圖。
10．．．處理室
11．．．晶圓
12．．．基板支撐台
13．．．基板支撐銷
18．．．矩形處理容器
20．．．微波產生器
21．．．波導
22．．．波導開口
31．．．轉軸
32．．．旋轉驅動器
52．．．氣體入口
53．．．閥
54．．．流率控制器
55．．．氣體源
62．．．排氣管
63．．．壓力調節閥
64．．．真空泵
71．．．晶圓移轉閘
72．．．閘閥
73．．．閘閥驅動器
80．．．控制單元
100．．．基板處理設備

Claims (10)

  1. 一種基板處理設備，包括：處理室，係建構為處理基板；基板支撐構件，係設置於該處理室中以支撐該基板，該基板支撐構件包含支撐基板之複數個基板支撐銷，及設於該等基板支撐銷下方的基板支撐座；微波產生器，係設置在該處理室外部；波導發動埠，係建構為將由該微波產生器所產生之微波供應至該處理室中，其中該波導發動埠之中心位置係偏離被支撐在該基板支撐構件上之該基板的中心位置，且該波導發動埠面對被支撐在該基板支撐構件上之該基板的前表面的一部分；以及控制單元，係建構為當該基板支撐在該等基板支撐銷上時，改變該基板支撐構件，在相對於該波導發動埠之水平方向上之相對位置。
  2. 如申請專利範圍第1項之基板處理設備，其中該基板支撐構件係水平地繞著該基板支撐構件之轉軸旋轉且該波導發動埠係固定在偏離該基板支撐構件之轉軸的位置。
  3. 如申請專利範圍第1項之基板處理設備，其中該波導管發動埠與被支撐在該基板支撐構件上之該基板之間的距離短於該所供應之微波的波長。
  4. 如申請專利範圍第1項之基板處理設備，其中該波導管發動埠與被支撐在該基板支撐構件上之該基板之間的距離相當於自該波導發動埠所供應的微波之1/4波 長的奇數倍。
  5. 如申請專利範圍第1項之基板處理設備，其中該基板支撐座係一導電座；以及其中該基板支撐銷之頂部與該導電座之間的距離相當於在處理該基板時所供應之微波之1/4波長的奇數倍。
  6. 如申請專利範圍第5項之基板處理設備，其中該導電座為包含冷卻劑通道之金屬座。
  7. 如申請專利範圍第1項之基板處理設備，其中該控制單元控制該微波產生器，在相對於該波導發動埠之水平方向上於開始改變該基板支撐構件之相對位置後，將微波供應至該處理室中。
  8. 一種基板處理設備，包括：處理室，係建構為處理基板；基板支撐構件，係設置於該處理室中以支撐該基板，該基板支撐構件包含支撐基板之複數個基板支撐銷，及設於該等基板支撐銷下方的基板支撐座；微波產生器，係設置在該處理室外部；波導發動埠，係建構為將由該微波產生器所產生之微波供應至該處理室中，其中該波導發動埠之中心位置係偏離被支撐在該基板支撐構件上之該基板的中心位置，且該波導發動埠面對該所支撐基板之前表面的一部分；以及控制單元，係建構為當該基板支撐在該等基板支撐銷上時，在相對於該所支撐基板之水平方向上改變 該波導發動埠之相對位置，使得該波導發動埠間歇性地面對該所支撐的基板之前表面的部分。
  9. 一種製造半導體裝置之方法，該半導體裝置使用基板處理設備，該基板處理設備包含：處理室，係建構為處理基板；基板支撐構件，係設置於該處理室中以支撐該基板，該基板支撐構件包含支撐基板之複數個基板支撐銷，及設於該等基板支撐銷下方的基板支撐座；微波產生器，係設置在該處理室外部；波導發動埠，係建構為將由該微波產生器所產生之微波供應至該處理室中，其中該波導發動埠之中心位置係偏離被支撐在該基板支撐構件上之該基板的中心位置，且該波導發動埠面對被支撐在該基板支撐構件上之該基板的前表面的一部分；以及控制單元，係建構為當該基板支撐在該等基板支撐銷上時，在相對於該波導發動埠之水平方向上，相對地旋轉該基板支撐構件，該方法包括：將該基板裝載在該處理室中；將該基板支撐在被設置於該處理室中之該基板支撐構件上；在相對於該波導發動埠之水平方向上，相對地旋轉被支撐在該基板支撐構件上之該基板支撐構件；以微波照射該基板之前表面；以及將該基板自該處理室卸出。
  10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中照射該基板之前表面包括，在開始旋轉該基板後，以微波照射該基板 之前表面。
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