TWI478224B - 基板處理裝置及半導體裝置之製造方法 - Google Patents

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Description

基板處理裝置及半導體裝置之製造方法
本發明，係關於在基板上製造IC(Integrated Circuit，積體電路)等的半導體裝置的基板處理技術，尤其是關於使用微波，處理半導體晶圓(以下，稱為晶圓)等的基板，製造半導體裝置的半導體製造裝置、及處理基板的基板處理裝置、或是半導體裝置之製造方法。
在半導體製造製程之一，有在基板(以矽晶圓或玻璃等為基底之形成有微細的電性電路圖案的被處理基板)的表面進行既定的成膜處理的CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣相沉積)製程。其係將基板裝填至氣密的反應室，利用設在室內的加熱手段加熱基板，一邊將成膜氣體朝基板上供給一邊引起化學反應，朝設在基板上的微細的電性電路圖案上均勻地形成薄膜者。能利用這種CVD製程，例如，使用有機化學材料作為成膜原料，形成氧化鉿(HfO)膜、氧化鋯(ZrO)膜等，作為介電率高的絕緣膜的高介電體(High-k)膜。
為了使所形成的高介電體膜穩定，必須將基板退火處理，但若在加熱後熱預算(thermal budget)累積，則將不耐熱的材質形成在基板的情況等，便可能對該材料造成不良影響。
在下述的專利文獻中，揭示一種技術：在成膜製程於基板上形成含鉿的薄膜，在改質製程將氬自由基供給至基板上，將在成膜製程中形成的膜中的不純物元素除去。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2004-296820號公報
本發明的目的，係解決上述課題而提供一種基板處理裝置及半導體裝置之製造方法，該基板處理裝置能壓抑基板溫度的上升且抑制熱預算，同時均勻地加熱基板。
本發明，係使用微波加熱基板上的介電體而進行改質，進一步地，藉由冷卻基板，來抑制基板的熱預算者。本發明的基板處理裝置的代表性構成如下所述。
一種基板處理裝置，其具備：處理室，係處理基板；基板支持部，係支持設在前述處理室內的基板；微波供給部，係具有將由微波源所供給的微波輻射至處理室的微波輻射部，前述微波輻射部被構成為可旋轉的，從被前述基板支持部支持的基板的處理面側供給微波；隔間，係設在前述微波供給部與前述基板支持部之間；冷卻部，係設於前述基板支持部；及控制部，係控制各構成。
進一步地，一種半導體裝置之製造方法，其使用具備以下構成的基板處理裝置：處理室，係處理基板；基板支持部，係支持設在前述處理室內的基板；微波供給部，係具有將由微波源所供給的微波輻射至處理室的微波輻射部，前述微波輻射部被構成為可旋轉的，從被前述基板支持部支持的基板的處理面側供給微波；隔間，係設在前述微波供給部與前述基板支持部之間；冷卻部，係設於前述基板支持部；惰性氣體供給部，係將惰性氣體供給至前述處理室；及控制部，係控制各構成，該半導體裝置之製造方法具有：惰性氣體供給製程，係將基板載置於前述基板支持部後，從前述惰性氣體供給部供給惰性氣體；微波供給製程，係在前述惰性氣體供給製程之後，一邊使前述微波輻射部旋轉，一邊將微波供給至處理室；及微波供給停止製程，係在微波供給製程之後，停止微波的供給。
若依上述方式來構成基板處理裝置及半導體裝置之製造方法，便能壓抑基板溫度的上升且抑制熱預算，同時加熱基板。
 [用於實施發明的形態]
HfO膜等之高介電體材料，包含有多達數%之因有機材料所引起的CH、OH等不純物，因此在其原始的狀態下，電性的絕緣性是不足的。為了確保這種薄膜的電性絕緣性及其穩定性，進行了以下的嘗試：欲藉由將HfO膜在氧(O2 )及氮(N2 )氣體環境中施加650℃~800℃左右的高速退火處理，使碳(C)及氫(H)等之不純物脫離而改質成緻密化、穩定的絕緣體薄膜。此緻密化，並非使其進行到結晶化為止，而是為了縮短非晶狀態的平均原子間距離而進行。在這種高速退火處理，為了改質處理HfO膜，要將整體基板加熱至高溫。
另一方面，在最近的半導體裝置中，隨著微細化而正在發展淺接合化，謀求縮小熱預算(熱履歷)。因此，即使是在上述的高介電體膜的形成製程中，仍可謀求以小的熱預算使不純物脫離來進行緻密化。
又，為了實現高介電體膜的高介電率特性，而特地謀求立方晶或正方晶狀態的結晶化。這是因為高介電體膜的比介電率與其結晶構造有關的緣故。
在例如DRAM的電容器的情況下，要在下部電極的鈦氮化膜之上形成高介電體膜，但由於因氧化劑的氧化能力不足及製程條件的不完全性、低溫化要求等而無法將構成高介電體膜的全部原料完全氧化，及當為了使高介電體膜的比介電率提高而進行結晶化退火時氧會游離等理由，而有在高介電體膜中氧會缺損，碳(C)會殘留等膜中缺陷發生的情況。以這種膜中缺陷作為通路會因電流流動而使電容器的漏電流增大、電容器劣化等不良現象發生。又，因為結晶化退火的最適化不足，無法充分地控制高介電體膜的結晶構造的情況，即不是立方晶或正方晶狀態的結晶狀態的情況，因具有較低介電率的結晶相成為舉足輕重而無法實現所要求的比介電率，發生了因大結晶粒產生所造成之漏電流的增大等之不良情形。
又，考量將以不耐熱的金屬材料作為電性電路使用的基板退火的情況。在利用退火處理將整體基板加熱的情況下，金屬材料也會被加熱，擔心金屬材料的氧化及膜剝落等。進一步地，亦有注入基板的活性種被擴散的疑慮。以下就解決以上擔心事項的裝置及方法加以說明。
(第1實施形態)
就本發明之第1實施形態的基板處理裝置的構成，使用第1圖說明。第1圖係本發明之第1實施形態的基板處理裝置的垂直剖面圖。基板處理裝置100具備處理室10、搬送室(未圖示)及微波供給部19。處理室10，係處理作為半導體基板的晶圓11。微波供給部19，係具備微波產生部20、導波路徑21及導波口22。
<微波產生部>
微波產生部20，係例如，產生固定頻率微波。作為微波產生部20，可使用例如電子迴旋加速器(microtron)、速調管(klystron)、振動陀螺儀(gyrotron)等。在微波產生部20產生的微波，係透過導波路徑21，從設在作為微波產生部的金屬製的溝式天線23的導波口22輻射至處理室10內。在導波路徑21，設置將導波路徑21內部的反射電力減少的匹配(matching)機構26。溝式天線23係連接至旋轉機構24，藉由控制部80控制旋轉機構來旋轉溝式天線23。溝式天線23，係作成例如如第2圖的形狀。第2圖係從下側(晶圓側)看溝式天線23的圖。導波口22為溝狀，設有複數個。藉由使溝式天線23旋轉，能將微波均勻地照射至晶圓11的表面側。
供給至處理室10內的微波，係朝向晶圓11照射。碰到處理室10內的晶圓11的微波被晶圓11吸收，利用微波將晶圓11介電加熱。
以微波產生部20、導波路徑21、具有導波口22的溝式天線23、旋轉機構24、匹配機構26構成微波供給部19。
<處理室>
形成處理室10的處理容器18，係利用例如鋁(Al)或不鏽鋼(SUS)等金屬材料構成，成為將處理室10及外部加以微波性遮蔽的構造。
<基板支持部>
在處理室10內，設有作為支持晶圓11的基板支持機構的基板支持銷13。具體而言，晶圓11係以基板支持銷13的上端支持。基板支持銷13，係設成使支持的晶圓11的中心與處理室10的中心在垂直方向上約略一致。
基板支持銷13，係以例如石英或陶瓷、藍寶石、或鐵弗龍(註冊商標)等，傳熱性低，電性上絕緣性良好的材質形成。利用這種材質，能抑制基板支持銷13那個東西被加熱，進一步地抑制熱從晶圓11逃逸至基板支持銷13。由於能抑制熱的逃逸，可將基板面內均勻地加熱。又，藉由防止基板支持銷13的加熱，能防止基板支持銷13的熱變形，結果能將因熱變形所造成的晶圓高度保持為固定，因此可將1溝周圍的晶圓加熱再現性良好地加熱。
基板支持銷13，係以複數根(在本實施形態中為3根)構成，在其上端支持晶圓11。
各個基板支持銷13係搭載在座台14。座台14具有未圖示的位置控制機構，藉由控制部80控制位置控制機構，構成為可上下移動，進一步在特定的位置停止基板支持銷。藉由上下移動座台14，基板支持銷13亦可共同地上下移動。
基板支持銷13，例如能將晶圓維持在如下的位置：使晶圓11離基板支持台12表面的距離，成為微波的1/4波長(λ/4)，或是λ/4的奇數倍的位置。換言之，能將基板支持銷13的上端13a的基板載置面與基板支持台12表面的距離，定為微波的1/4波長(λ/4)的位置，或是λ/4的奇數倍的距離。藉由定為這種距離，在從基板上部穿過基板的微波在基板支持台12表面被反射，再回到基板表面的情況下，能避免與從基板上部被入射的微波干涉，減弱微波電場。換言之，能抑制駐波對基板的影響。
又，基板支持銷13，能將晶圓維持在如下的位置：在溝式天線23之內，將與基板支持台12對向的對向面和基板的距離定為微波的1/4波長(λ/4)，或是λ/4的奇數倍。換言之，能將該對向面與基板支持銷13的上端13a的基板載置面的距離，定為微波的1/4波長(λ/4)的位置，或是λ/4的奇數倍的距離。藉由定為這種距離，在基板表面的高頻率電場成為最大，能將微波能量效率佳地朝基板表面入射。
在基板支持銷13的上端13a的下部、晶圓13的下方，設有基板冷卻部的導電性的基板支持台12。基板支持台12，係利用例如鋁(Al)或碳化矽(SiC)等導電體構成。基板支持台12，係從上面看到的形狀為比晶圓11的外徑大的圓形，形成為圓盤狀或圓柱狀。
由於基板支持台12為導電體，因此在基板支持台12中微波的電位成為零。據此，如果將晶圓11直接放置在基板支持台12的情況，微波的電場強度成為弱的狀態。因此，在本實施形態，藉由移動基板支持銷13，來將晶圓11載置於離基板支持台12的表面有微波的1/4波長(λ/4)的位置，或是λ/4的奇數倍的位置。在此所謂的基板支持台12的表面，係指構成基板支持台12的面之內，與晶圓的背面對向的面。在λ/4的奇數倍的位置電場強，因此能效率佳地以微波加熱晶圓11。在本實施形態，係使用固定在例如5.8GHz的微波，微波的波長為51.7 mm，因此將基板支持台12至晶圓11的高度定為12.9 mm。
進一步地，由於基板支持台12為導電體，因此不會在基板支持台12表面消耗微波能量，所以即使是在來自基板支持台12的反射波中仍能效率佳地加熱晶圓11。
在此，利用基板支持台12與基板支持銷13，構成基板支持部。
<冷卻部>
在基板支持台12內，設有讓用於冷卻晶圓11的冷媒流動的冷媒流路31。在本實施形態，使用水作為冷媒，但此冷媒亦可使用冷卻冷凍劑(chiller)等其他的冷媒。冷媒流路31，係構成為在處理室10的外部中，連接至朝冷媒流路31供給冷媒的冷媒供給管32、及從冷媒流路31排出冷媒的冷媒排出管36，使冷媒流向箭頭的方向。在冷媒供給管32，係從下游開始依序設有：開關閥33，係開關冷媒供給管32；流量控制裝置34，係控制冷媒流量；及冷媒源35。開關閥33及流量控制裝置34，係與控制部80電性連接，利用控制部80控制。
利用冷媒流路31、冷媒供給管32、開關閥33、流量控制裝置34、及冷媒排出管36，構成冷卻部30。
<隔間>
旋轉機構24因為是機構上的構造，進一步地因為溝式天線23為金屬製，因此擔心在溝式天線23旋轉期間，因構件的接觸或過加熱等原因，金屬等會剝落，牽連到晶圓的金屬污染。進一步地，旋轉機構部具有複雜的機構，因此難以將處理室作成氣密的構造。
因此，在基板支持台12與溝式天線23之間，進一步地在比氣體供給管52還高的位置設置隔間25。隔間25，係設成與處理容器18的內壁連接，將處理室10區隔。
隔間25為透過微波的材質。換言之，此材質，係微波的損失係數小的介電體材質，利用例如石英或陶瓷構成。
利用損失係數小的材質，可將能量的損失量少的狀態的微波朝晶圓11上照射。
<溫度檢測器>
在處理室10內的晶圓11的上方，設有檢測晶圓11的溫度的溫度檢測器15。溫度檢測器15，係例如，能使用紅外線感測器。溫度檢測器15，係電性連接至控制部80。由溫度檢測器15所檢測的晶圓11的溫度，比既定溫度高的情況，控制部80，以使晶圓11的溫度成為既定溫度的方式，控制開關閥33及流量控制裝置34，調節流向冷媒流路31的冷卻水的流量。
<氣體供給部>
在比隔間25低的位置、處理室10的側壁，設有供給例如氮(N2 )等氣體的氣體供給管52。在氣體供給管52，從上游開始依序設有：氣體供給源55、調整氣體流量的流量控制裝置54、開關氣體流路的閥53，藉由開關此閥53，可從氣體供給管52供給或停止供給氣體至處理室10內。從氣體供給管52所供給的氣體，係用於冷卻晶圓11，及作為沖洗氣體將處理室10內的氣體或氣體環境推出。
由氣體供給源55、氣體供給管52、流量控制裝置54、及閥53構成氣體供給部50。流量控制裝置54及閥53，係與控制部80電性連接，由控制部80予以控制。
<氣體排出部>
如第1圖所示，在例如直方體的處理容器18的下部、處理室10的側壁，設有將處理室10內的氣體排氣的氣體排出管62。在氣體排出管62，從上游開始依序設有：壓力調整閥63、及作為排氣裝置的真空泵64，藉由調整此壓力調整閥63的開度，可調整處理室10內的壓力至既定的值。
藉由氣體排出管62、壓力調整閥63及真空泵64，構成氣體排出部60。壓力調整閥63及真空泵64，係與控制部80電性連接，由控制部80予以壓力調整控制。
<晶圓搬送部>
如第1圖所示，在處理容器18的一側面，在處理室10的內外設有用於搬送晶圓11的晶圓搬送口71。在晶圓搬送口71，設有閘閥72，構成為利用閘閥驅動部73打開閘閥72，藉以使處理室10內與搬送室內連通。
以晶圓搬送口71、閘閥72、閘閥驅動部73構成晶圓搬送部。
在搬送室內，設有搬送晶圓11的搬送機器人(未圖示)。搬送機器人，具備當搬送晶圓11時支持晶圓11的搬送臂。構成為：可藉由打開閘閥72，利用搬送機器人在處理室10內與搬送室內之間，搬送晶圓11。
<控制部>
基板處理裝置100具備控制此基板處理裝置100的各構成部分的動作的控制部80，控制部80控制微波產生部20、閘閥驅動部73、搬送機器人、流量控制裝置54、34、閥53、33、壓力調整閥63等各構成部的動作。
接著，針對在基板處理裝置100的本實施形態的基板處理動作加以說明。第3圖係本實施形態的基板處理製程的流程圖。又，第4圖顯示本實施形態的基板處理裝置的控制構成。又，本實施形態的基板處理，係構成製造半導體裝置的複數個製程當中的一個製程者。又，後述的各部的動作，係利用控制部80控制。
<基板搬入製程，步驟S10>
在將晶圓11搬入處理室10的基板搬入製程中，首先，打開閘閥72，使處理室10與搬送室連通。接著，將處理對象的晶圓11，利用搬送機器人，從搬送室內朝處理室10內搬入。搬入處理室10內的晶圓11，係利用搬送機器人載置於基板支持銷13的上端13a，被基板支持銷13支持。接著，若搬送機器人從處理室10內回到搬送室內，便將閘閥72關閉。
<氮氣供給製程，步驟S11>
接著，將處理室10內取代成氮(N2 )氣體環境。若搬入晶圓11則處理室10外的大氣環境被捲入，因此為了不使此大氣環境中的水分及氧影響製程而將處理室10內取代成N2 氣體環境。利用真空泵64將處理室10內的氣體(氣體環境)從氣體排出管62排出，並且從氣體供給管52將N2 氣體供給至處理室10內。此時，利用壓力調整閥63將處理室10內的壓力調整為既定值，在本實施形態係調整為不會生成電漿的壓力的大氣壓。假如，在處理室的壓力遠低於大氣壓的壓力下供給微波的情況，便會在處理室內部生成電漿。因電漿有反射微波的性質，因此會妨礙微波朝基板表面的行進。因此，為了抑制在處理室內的電漿生成，而必須使腔內的壓力在大氣壓以上。
接著，旋轉溝式天線23(步驟S12)。
<加熱處理製程(開始供給微波)，步驟S13>
一旦溝式天線23的旋轉速度成為固定，則將在微波產生部20產生的微波，從導波口22供給至處理室10內，從晶圓11的表面側照射。此時，將晶圓維持在如下的位置(第一位置)：離基板支持台12的表面有微波的1/4波長(λ/4)，或是λ/4的奇數倍的位置。微波的頻率，係從1GHz到8GHz之內，設定為所要的頻率。藉由照射此微波，將晶圓11表面上的高介電體膜加熱至100℃~600℃，進行高介電體膜的改質處理，即，進行使C及H等不純物從高介電體膜脫離，改質成緻密化、穩定的絕緣體薄膜的處理。
高介電體膜等介電體，微波的吸收率因介電率而異。介電率越高越容易吸收微波。根據我們的研究，可知若將高功率的微波照射至晶圓而加以處理，則晶圓上的介電體膜被加熱而被改質。又，可知由微波所造成的加熱的特徵，係若利用由介電率ε及介電正切tanδ所決定的介電加熱，同時加熱此物性值不同的物質，便能選擇性地只將易被加熱的物質，即，介電率較高的物質加熱成更高溫。
以下，就高介電體膜的退火加以說明。相較於晶圓的基板材料的矽，高介電體膜係介電率ε高。例如，矽的比介電率εr 為3.9，高介電體膜的HfO膜的比介電率εr 為25，ZrO膜的比介電率εr 為35。因此，若將微波照射至形成高介電體膜的晶圓，便可選擇性地將高介電體膜加熱成更高溫。又，當然矽與高介電體膜的溫度差可藉由熱傳達來使其緩和。
根據我們的研究，照射高功率微波，膜的改質效果較大。若照射高功率微波，便能急速地使高介電體膜的溫度上升。
相對於此，長時間照射較低功率的微波的情況，係在改質製程中整體晶圓的溫度變高。這是因為若時間經過，矽本身會被微波介電加熱，藉由從被照射微波的晶圓表面的高介電體膜朝晶圓背面側的矽之熱傳導，矽的溫度也會上升的緣故。
在照射高功率微波的情況下膜的改質效果大的理由，可認為是在整體晶圓溫度上升而達到上限溫度為止的時間內，能將介電體利用介電加熱加熱至更高的溫度為止的緣故。例如，HfO膜的情況，即使是打算將改質時的晶圓溫度定為約400℃，基底的溫度仍會進一步上升，因此必須冷卻抑制溫度上升。
因此，在本實施形態，在照射(供給)微波的期間，將冷媒的冷卻水供給至冷媒流路31，藉以抑制晶圓11的溫度上升。較佳為，以使晶圓11的溫度成為既定溫度的方式，控制開關閥33及流量控制裝置34，調節流向冷媒流路31的冷卻水的流量。依此方式，能藉由將晶圓11的處理溫度設為固定，來提升當處理複數片晶圓時之製程結果的再現性。
又，在加熱處理製程中，控制部80打開閥53，將N2 氣體從氣體供給管52供給至處理室10內，並且利用壓力調整閥63將處理室10內的壓力調整為既定的值，在本實施形態係調整為大氣壓，從氣體排出管62排出處理室10內的N2 氣體。依此方式，在加熱處理製程中，將處理室10內維持在既定的壓力值。在本例，將頻率5.8GHz的微波定為功率1600W，將處理室10內的壓力定為大氣壓，進行5分鐘的加熱處理。又，藉由控制供給至處理室10內的N2 氣體的流量，亦能助長晶圓11的冷卻。
在積極地使用N2 氣體的冷卻效果的情況，亦能將氣體供給管52設在基板支持台12，藉由在晶圓11與基板支持台12之間流動氣體，來謀求由氣體所造成的冷卻效果提升。亦能藉由控制此氣體的流量，來進行晶圓11的溫度控制。
又，如HfO2 膜的高介電體膜的情況，在微波區域存在有效率地吸收能量，能利用於加熱的頻率頻帶。這是因為，當接受由微波所造成的電場時產生成為高介電率的原因的極化現象當中，存在由配向極化所造成的介電分散波峰，及因結晶化而離子極化的共振型的波峰不在通常的紅外區域而是變化為更低的頻率頻帶的緣故。因上述的理由，尤其是利用在高介電體膜中合適地選擇微波的頻率，可效率佳地進行加熱。
例如，由配向極化所造成的介電分散波峰顯示比較寬廣的分散，因此使用數GHz的微波的話，便可將如高介電體膜之容易高配向極化(即極化的移位大)的材料選擇性地加熱。又，在使用所謂的毫米波以上之更高的微波區域的情況下，亦能期待利用離子極化的加熱效果的有效活用。
進一步地，在意欲更有效率地實現高介電體膜的加熱的情況下，依照以下的方針決定合適的頻率頻帶是有效的。即，事前測定該高介電體膜的介電鬆弛的頻率特性。首先測定高介電體膜的交流電場、電磁場中之介電鬆弛的虛數項。這樣一來便可得到在作為對象的高介電體膜中特有的波峰。使用此波峰的頻率的1/2以上的頻率的微波對本應用是有效的。
在此，微波的吸收率，在假設分布為急峻的德拜(Debye)型鬆弛的情況下，從在上述波峰的位置飽和值的約一半、在1/2的頻率處進一步成為它的約一半來看，在考慮效率佳的加熱的情況下可說是使用頻率為波峰頻率的1/2以上的微波是妥當的。又，因為高介電體膜的鬆弛波峰有隨著溫度上升而向高頻率側偏移(shift)的傾向，因此在當加熱時希望高度獲取溫度上升後的效率的情況下，選擇至少在室溫下的波峰頻率以上，較佳為10倍程度以上是有效的。又，在想防止高溫下的過加熱的情況下，則相反地選擇比波峰頻率還低的頻率，有效地將溫度上升後的加熱效率降得比上升前還低。
又，在本實施例，雖使用N2 氣體，但只要是製程上、安全性沒有問題的話，亦能將熱傳達率高的其他氣體，例如稀釋He氣體等追加至N2 氣體，提高基板冷卻效果。
作為提高基板冷卻效果的手法，亦可在照射微波的期間，降下基板支持銷13，將晶圓11維持在縮短晶圓11與基板支持台12的距離的第二位置。此時的距離，定為例如0.1 mm至1.0 mm。或是亦可直接載置於基板支持台12的表面。由於晶圓11與基板支持台12的距離改變，因此由微波所造成的加熱效率性下降，但因冷卻效率上升所以熱預算抑制效果高。此情況，亦可在熱預算降低某個程度後，再度使基板支持銷13上升，在微波的加熱效率高的位置，繼續加熱。
依以上方式進行，供給微波一段既定時間進行基板加熱處理後，停止微波的供給(步驟S14)，停止溝式天線23的旋轉(步驟S15)。
<冷卻製程，步驟S16>
停止溝式天線23的旋轉後，降下基板支持銷13，在晶圓11與基板支持台12的距離短的第三位置，將晶圓11維持一段既定時間。此時的距離，定為例如0.1 mm至0.5 mm。
藉由依此方式進行，可急遽地冷卻經加熱的晶圓11。本來，在將經加熱的晶圓在大氣壓間移動的情況下，基板溫度下降須花時間，有對生產性產生障礙之虞。因此，藉由急遽地冷卻，縮短溫度下降時間，即使是在大氣壓間移動的情況下仍可提高產能(throughput)。
<基板搬出製程，步驟S17>
加熱處理製程一結束，便依與上述基板搬入製程所示的操作順序相反的操作順序，將經加熱處理的晶圓11從處理室10朝搬送室內搬出。在本實施形態，因為是在較低的溫度下處理晶圓11，因此不須要冷卻晶圓11的晶圓冷卻時間，產能提高。
根據上述第1實施形態，便能發揮以下效果當中的至少1個：(1)能抑制基板的熱預算，並將基板表面的介電體改質；(2)能選擇性地加熱介電率高的材質；(3)因為使用基板支持台因此變得容易構成基板冷卻部；(4)在溝式天線的旋轉速度成為固定後，能藉由利用微波加熱，來使加熱固定地進行；(5)由於能將在基板高度位置的微波電場強化，因此能效率佳地加熱基板表面的介電體；(6)能因應製程控制基板的冷卻程度；(7)能藉由固定基板的處理溫度，來提高當處理複數個基板時之製程結果的再現性；(8)因為在較低的溫度下處理基板，因此不須要冷卻基板的基板冷卻時間，提高產能。
(第二實施形態)
接下來，說明第2實施形態。
第2實施形態中之裝置形態使用幾乎與第1實施形態相同的裝置/處理方法，在加熱製程的第一位置不同。
在第二實施例中，將第一位置定在溝式天線23之內，離與基板支持台12對向的對向面有微波的1/4波長(λ/4)，或是λ/4的奇數倍的位置，維持晶圓。
藉由定在這種位置，基板表面中之微波的電場強度成為最大，可將微波能量效率佳地照射在晶圓表面。
又，在本發明，一邊使設有微波供給孔的溝式天線旋轉一邊供給微波，並且於基板支持台冷卻基板，但不限於此，只要是藉由變更基板與微波的相對位置(例如旋轉)均勻地供給微波並且冷卻基板的構造即可。
因此，考量旋轉基板支持台，並且利用基板支持台的冷卻機構冷卻基板，在基板支持台流動冷卻液並旋轉的構造在機構上是非常複雜的，且有成本高之虞，因此較佳為如本件的溝式天線，以基板支持台以外的構成相對地使微波供給孔與基板移動。
本發明，並非限定於上述的實施形態者，當然可在不脫離其要旨的範圍下進行種種的變更。在上述的各實施形態，係針對對晶圓施加處理的情況說明，但處理對象亦可為光罩或印刷配線基板、液晶面板、碟片(Compact Disk)及磁碟。
又，雖然就進行具有如本實施例的高介電率膜的晶圓的退火處理(控制結晶化、降低不純物、補充缺損的氧)的情況說明，但不限於此，可應用於：注入裸矽基板的不純物的活性化、Poly-Si的活性化及控制結晶化形狀、聚合物的硬化(cure)、控制Cu配線的增益尺寸(Gain size)、修復Epi-Si或Epi-SiGe的缺陷、將非晶質或Poly構造結晶化。在LED製程中，能適用於針對GaN的結晶性改善等的基板處理裝置及基板製造方法。
又，在本實施例係固定微波頻率進行處理，但不限於此，亦可為微波的頻率會隨時間變化(可變)的形態。該情況下，從基板支持台12的表面到晶圓11的高度，從變化的頻率頻帶的代表頻率的波長求出即可。例如5.8GHz~7.0GHz變化的情況，以代表頻率作為變化的頻率頻帶的中心頻率，由代表頻率6.4GHz的波長46 mm，將從基板支持台12的表面到晶圓11的高度定為11.5 mm即可。
進一步地，亦可依以下方式進行處理：設置複數個固定頻率的電源，切換、供給來自各電源的不同頻率的微波或同時供給頻率不同的複數個微波。
<附記1>
一種基板處理裝置，其具備：處理室，係處理基板；基板支持部，係支持設在前述處理室內的基板；微波供給部，係從被前述基板支持部支持的基板的表面側供給微波；隔間，係設在前述微波供給部與前述基板支持部之間；冷卻部，係設於前述基板支持部；及控制部，係控制各構成。
<附記2>
附記1記載的基板處理裝置，其中前述隔間係微波透過材(石英)。
<附記3>
附記1記載的基板處理裝置，其中前述微波供給部具有將微波輻射至處理室的微波輻射部(溝式天線)，前述微波輻射部被構成為可旋轉的。
<附記4>
附記1記載的基板處理裝置，其中前述基板支持部具有支持基板的基板支持機構及基板支持台，前述基板支持機構，可將前述基板支持機構的上端與前述基板支持台的表面(面向基板的面)的距離，控制成前述所供給的微波的1/4波長的奇數倍的距離。
<附記5>
附記1記載的基板處理裝置，其中前述基板支持部，具有支持基板的基板支持機構，前述天線內，與前述基板支持部對向的對向面和前述基板支持部之間的距離，可控制成1/4波長的奇數倍的距離。
<附記6>
附記1記載的基板處理裝置，其中前述基板支持部，具有支持基板的基板支持台，前述基板支持台為導電性高的材質。
<附記7>
附記1記載的基板處理裝置，其中前述基板支持部，具有支持基板的基板支持機構，前述基板支持機構為低傳熱性且為絕緣性。
附記4記載的基板處理裝置，其中前述控制部，在由前述微波供給部供給微波的期間，將前述基板支持機構的上端與前述基板支持台的表面的距離，控制成前述所供給的微波的1/4波長的奇數倍的第一距離，在停止前述微波的供給後，將前述基板支持機構的上端與前述基板支持台的表面的距離控制成比前述第一距離還短。
附記4記載的基板處理裝置，其中前述控制部，在由前述微波供給部供給微波的期間，將前述基板支持機構的上端與前述對向面的距離，控制成前述所供給的微波的1/4波長的奇數倍的距離之第一距離，在供給前述微波的狀態下，將前述基板支持機構的上端與前述基板支持台的表面的距離控制成比前述第一距離還短。
一種半導體裝置之製造方法，基板處理裝置具備：處理室，係處理基板；基板支持部，係支持設在前述處理室內的基板；微波供給部，係從被前述基板支持部支持的基板的表面側供給微波；隔間，係設在前述微波供給部與前述基板支持部之間；冷卻部，係設於前述基板支持部；及控制部，係控制各構成，該半導體裝置之製造方法具有：將被前述基板支持部支持的基板搬入的製程；從前述微波供給部供給微波的製程；及在供給前述微波的期間，將冷卻媒體供給至前述冷卻部的製程。
<附記8>
一種基板處理裝置，其具備：處理室，係處理基板；基板支持部，係支持設在前述處理室內的基板；微波供給部，係具有將由微波源所供給的微波輻射至處理室的微波輻射部(溝式天線)，前述微波輻射部被構成為可旋轉的，從被前述基板支持部支持的基板的處理面側供給微波；隔間，係設在前述微波供給部與前述基板支持部之間；冷卻部，係設於前述基板支持部；及控制部，係控制各構成。藉此，能利用微波輻射部旋轉來對形成在基板表面的膜，均勻地照射微波，因此可均勻地加熱。
<附記9>
附記8記載的基板處理裝置，其中前述基板支持部具有支持基板的基板支持機構及基板支持台，前述基板支持機構，可將前述基板支持機構的上端與前述基板支持台的表面的距離，控制成前述所供給的微波的1/4波長的奇數倍的距離。藉此，因為能將基板置於微波的波峰(波形的腹部位置)，因此加熱效率佳。考量若加熱效率佳，則其他的膜亦會受來自高介電體膜的熱傳導加熱，但能藉由將具有冷卻部的導電性的基板支持台置於基板下，來抑制高介電體膜以外的膜的加熱。
<附記10>
附記8記載的基板處理裝置，其中前述基板支持部，具有支持基板的基板支持機構，前述微波輻射部內，與前述基板支持部對向的對向面和前述基板支持部之間的距離，可控制成1/4波長的奇數倍的距離。藉此，因為能將基板置於微波的波峰(波形的腹部位置)，因此加熱效率佳。尤其是，由於微波的直接波被照射在基板，因此能供給未經衰減的微波，結果效率佳地加熱。
<附記11>
附記8記載的基板處理裝置，其中前述基板支持部，具有支持基板的基板支持台，前述基板支持台為導電性高的材質。藉此，可獲得高冷卻效果。
<附記12>
附記8記載的基板處理裝置，其中前述基板支持部，具有支持基板的基板支持機構，前述基板支持機構為低傳熱性且為絕緣性。藉由作成低傳熱性材質來防止來自基板支持銷的熱逃逸，其結果，能均勻地加熱。
<附記13>
附記9記載的基板處理裝置，其中前述控制部，在由前述微波供給部供給微波的期間，將前述基板支持機構的上端與前述基板支持台的表面的距離，控制成前述所供給的微波的1/4波長的奇數倍的第一距離，在停止前述微波的供給後，將前述基板支持機構的上端與前述基板支持台的表面的距離控制成比前述第一距離還短。藉此，可將經加熱的晶圓急遽地冷卻。本來，在將經加熱的晶圓在大氣壓間移動的情況下，基板溫度下降須花時間，而有對生產性產生障礙之虞。因此，藉由急遽地冷卻，縮短溫度下降時間，即使是在大氣壓間移動的情況下仍能提高產能。
<附記14>
前述控制部，在由前述微波供給部供給微波的期間，將前述基板支持機構的上端與前述基板支持台的表面的距離，控制成前述所供給的微波的1/4波長的奇數倍的距離之第一距離，在供給前述微波的狀態下，將前述基板支持機構的上端與前述基板支持台的表面的距離控制成比前述第一距離還短。藉此，冷卻效率上升因此熱預算抑制效果變高。
<附記15>
一種半導體裝置之製造方法，其使用具備以下構成的基板處理裝置：處理室，係處理基板；基板支持部，係支持設在前述處理室內的基板；微波供給部，係具有將由微波源所供給的微波輻射至處理室的微波輻射部(溝式天線)，前述微波輻射部被構成為可旋轉的，從被前述基板支持部支持的基板的處理面側供給微波；隔間，係設在前述微波供給部與前述基板支持部之間；冷卻部，係設於前述基板支持部；惰性氣體供給部，係將惰性氣體供給至前述處理室；及控制部，係控制各構成，該半導體裝置之製造方法具有：惰性氣體供給製程，係將基板載置於前述基板支持部後，從前述惰性氣體供給部供給惰性氣體；微波供給製程，係在前述惰性氣體供給製程之後，一邊使前述微波輻射部旋轉，一邊將微波供給至處理室；及微波供給停止製程，係在微波供給製程之後，停止微波的供給。在天線的旋轉速度成為固定後，能藉由利用微波加熱，來使加熱固定地進行。
<附記16>
附記15記載的半導體裝置之製造方法，其中前述基板支持部具有支持基板的基板支持機構及基板支持台，在由前述微波供給部供給微波的期間，將前述基板支持機構的上端與前述基板支持台的表面的距離，定為前述所供給的微波的1/4波長的奇數倍的第一距離，在停止前述微波的供給後，將前述基板支持機構的上端與前述基板支持台的表面的距離定為比前述第一距離還短。藉此，能將經加熱的晶圓急遽地冷卻。本來，在將經加熱的晶圓在大氣壓間移動的情況下，基板溫度下降須花時間，而有對生產性產生障礙之虞。因此，藉由急遽地冷卻，縮短溫度下降時間，即使是在大氣壓間移動的情況下仍能提高產能。
10．．．處理室
11．．．晶圓
12．．．基板支持台
13．．．基板支持銷
15．．．溫度檢測器
18．．．處理容器
19．．．微波供給部
20．．．微波產生部
21．．．導波路徑
22．．．導波口
23．．．溝式天線(微波輻射部)
24．．．旋轉機構
25．．．隔間
30．．．冷卻部
31．．．冷媒流路
32．．．冷媒供給管
33．．．開關閥
34．．．流量控制裝置
35．．．冷媒源
36．．．冷媒排出口
50．．．氣體供給部
52．．．氣體供給管
53．．．開關閥
54．．．流量控制裝置
55．．．氣體供給源
60．．．氣體排出部
62．．．氣體排出管
63．．．壓力調整閥
64．．．真空泵
71．．．晶圓搬送口
72．．．閘閥
73．．．閘閥驅動部
80．．．控制部
100．．．基板處理裝置
第1圖係本發明之實施形態的基板處理裝置的垂直剖面圖。
第2圖係本發明之實施形態的溝式天線的圖。
第3圖係本發明之實施形態的基板處理製程的流程圖。
第3圖係本發明之實施形態的基板處理製程的流程圖。
第4圖係顯示本發明之實施形態的基板處理裝置的控制構成的圖。
10．．．處理室
11．．．晶圓
12．．．基板支持台
13．．．基板支持銷
13a．．．上端
14．．．座台
15．．．溫度檢測器
18．．．處理容器
19．．．微波供給部
20．．．微波產生部
21．．．導波路徑
23．．．溝式天線(微波輻射部)
24．．．旋轉機構
25．．．隔間
26．．．匹配機構
30．．．冷卻部
31．．．冷媒流路
32．．．冷媒供給管
33．．．開關閥
34．．．流量控制裝置
35．．．冷媒源
36．．．冷媒排出口
50．．．氣體供給部
52．．．氣體供給管
53．．．開關閥
54．．．流量控制裝置
55．．．氣體供給源
60．．．氣體排出部
62．．．氣體排出管
63．．．壓力調整閥
64．．．真空泵
71．．．晶圓搬送口
72．．．閘閥
73．．．閘閥驅動部
80．．．控制部
100．．．基板處理裝置

Claims (12)

  1. 一種基板處理裝置，其具備：處理室，係處理基板；基板支持部，係具有設在前述處理室內且支持前述基板的基板支持機構、和基板支持台和冷卻部；微波供給部，係具有將由微波源所供給的微波輻射至前述基板的微波輻射部，前述微波輻射部被構成為可旋轉的，對被前述基板支持機構支持的基板的處理面供給微波；及控制部，係控制各構成，使得當加熱前述基板時，一邊將前述基板支持機構的上端與前述基板支持台的表面的距離維持在既定距離，一邊藉由前述微波加熱前述基板，當冷卻前述基板時，將被前述基板支持機構所支持的基板與前述基板支持台的表面的距離縮短為小於前述既定距離，並藉由前述冷卻部將前述基板冷卻。
  2. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中可將前述基板支持機構的上端與前述基板支持台的表面的距離，控制成所供給的前述微波的1/4波長的奇數倍的距離。
  3. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中前述基板支持機構為低傳熱性且為絕緣性。
  4. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中前述基板支持台為導電性高的材質。
  5. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中前述控 制部，在停止前述微波的供給後，將前述基板支持機構的上端與前述基板支持台的表面的距離控制成比前述既定距離還短。
  6. 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中前述控制部，在已供給前述微波的狀態下，將前述基板支持機構的上端與前述基板支持台的表面的距離控制成比前述既定距離還短。
  7. 一種半導體裝置之製造方法，其具有：將基板載置於基板支持部的基板支持機構之製程，其中該基板支持部係具有設在處理室內且支持基板的前述基板支持機構、基板支持台和冷卻部；使前述微波輻射部旋轉之製程；經由微波輻射部將微波輻射到前述基板之製程；一邊將前述基板支持機構的上端與前述基板支持台的表面的距離維持在既定距離，一邊供給微波以加熱前述基板之製程；及將被前述基板支持機構所支持的基板與前述基板支持台的表面的距離縮短為小於前述既定距離，並藉由前述冷卻部將前述基板冷卻之製程。
  8. 如申請專利範圍第7項之半導體裝置之製造方法，其中在加熱前述基板的製程中，將前述基板冷卻。
  9. 如申請專利範圍第7項之半導體裝置之製造方法，其中前述既定距離為前述微波的1/4波長的奇數倍。
  10. 一種半導體裝置之製造方法，其具有：將基板載置於基板支持部的基板支持機構之製 程，其中該基板支持部係具有設在處理室內且支持基板的前述基板支持機構、和基板支持台；經由微波輻射部將微波輻射到前述基板之製程；一邊將被前述基板支持機構所支持的基板與前述基板支持台的表面的距離維持在既定距離，一邊供給微波以加熱前述基板之製程；及將前述基板支持機構的上端與前述基板支持台的表面的距離縮短為小於前述既定距離，並藉由設置於前述基板支持部的冷卻部將前述基板冷卻之製程。
  11. 一種基板處理裝置，其具備：處理室，係處理基板；基板支持部，係具有設在前述處理室內且支持前述基板的基板支持機構、和基板支持台；微波供給部，係具有將由微波源所供給的微波輻射至前述基板的微波輻射部，對被前述基板支持機構支持的基板的處理面供給微波；及控制部，係控制各構成，俾一邊將前述基板支持機構的上端與前述基板支持台的表面的距離維持在既定距離，一邊藉由前述微波將前述基板加熱。
  12. 如申請專利範圍第11項之基板處理裝置，其中設有：冷卻部，係設置於前述基板支持部；和溫度檢測部，係檢測前述基板的溫度；前述控制部係以在藉由前述溫度檢測部所檢測出的溫度高於既定溫度的情況下，使前述基板的溫度成為前述既定溫度的方式控制前述冷卻部。
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