TWI808537B - 基板處理裝置，基板保持裝置，半導體裝置的製造方法及程式 - Google Patents

基板處理裝置，基板保持裝置，半導體裝置的製造方法及程式 Download PDF

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山岸紀睦
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Abstract

本發明的課題是在於提供一種可改善膜厚的均一性之技術。 其解決手段是提供一種具有下列構成之技術， 處理基板的處理室； 產生微波的微波產生部； 積載複數的基板而保持的基板保持部； 支撐基板保持部的輸出軸；及 在對於輸出軸偏心的位置設置輸入軸的旋轉機構部。

Description

基板處理裝置，基板保持裝置，半導體裝置的製造方法及程式
本案是有關基板處理裝置、基板保持裝置、半導體裝置的製造方法及程式。
作為半導體裝置(半導體裝置)的製造工序的一工序，例如有以退火處理為代表的改質處理，其係使用加熱裝置來加熱處理室內的基板，使被成膜於基板的表面的薄膜中的組成或結晶構造變化，或修復被成膜的薄膜內的結晶缺陷等。在近年來的半導體裝置中，微細化、高集聚化顯著，隨之對形成具有高的長寬比的圖案之高密度的基板要求改質處理。作為如此對於高密度基板的改質處理方法，例如專利文獻1所示般使用電磁波的熱處理方法被檢討。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 日本國際公開第2017/149663號
(發明所欲解決的課題)
晶舟旋轉機構的旋轉軸與晶圓的旋轉軸處於同一直線狀。就照射電磁波至晶圓的感應加熱而言，因為電磁波的波長或頻率所致的駐波的影響，圓周狀地顯現膜厚厚的部分及薄的部分，有膜厚的均一性惡化的可能性。
本案的課題是在於提供一種可改善膜厚的均一性之技術。 (用以解決課題的手段)
若根據本案之一形態，則可提供一種具有下列構成之技術， 處理基板的處理室； 產生微波的微波產生部； 積載複數的基板而保持的基板保持部； 支撐前述基板保持部的輸出軸；及 在對於前述輸出軸偏心的位置設置輸入軸的旋轉機構部。 [發明的效果]
若根據本案，則可改善膜厚的均一性。
以下，邊參照圖1~圖12邊說明有關本案的實施形態。 全圖面中，有關相同或對應的構成是附上相同或對應的參照符號，省略重複的說明。另外，在以下的說明中使用的圖面皆為模式性者，在圖面中所示的各要素的尺寸的關係、各要素的比率等是不一定與現實者一致。又，複數的圖面的相互間也各要素的尺寸的關係、各要素的比率等是不一定一致。
(1)基板處理裝置的構成 實施形態的基板處理裝置100是被構成為對1片或複數片的晶圓實施各種的熱處理的單片式熱處理裝置，作為進行利用後述的電磁波的退火處理(改質處理)之裝置進行說明。就本實施形態的基板處理裝置100而言，是使用FOUP (Front Opening Unified Pod：以下稱為晶盒(Pod))110，當作用以將作為基板的晶圓200收容於內部的收納容器(載體)。晶盒110是亦作為用以將晶圓200搬送於各種的基板處理裝置間的搬送容器使用。
如圖1及圖2所示般，基板處理裝置100具備： 搬送框體202，其係於內部具有搬送晶圓200的搬送室203； 作為後述的處理容器的處理箱(case)102-1、102-2，其係設在搬送框體202的側壁，分別在內部具有處理晶圓200的處理室201-1、201-2。 並且，在處理室201-1、201-2之間設有形成後述的冷卻室204的冷卻箱109。
在搬送框體202的前側，朝向圖1右側(朝向圖2下側)是配置有將晶盒110的蓋開閉，用以將晶圓200搬入･搬出於搬送室203的作為晶盒開閉機構的裝載埠單元(LP)106。裝載埠單元106是具備框體106a、平台106b及開啟器(opener)106c，平台106b是被構成為載置晶盒110，使晶盒110接近至在搬送室203的框體前方所形成的基板搬入搬出口134，藉由開啟器106c來使被設在晶盒110的未圖示的蓋開閉。又，裝載埠單元106是亦可具有使用N 2氣體等的淨化氣體來淨化晶盒110內部的機能。又，搬送框體202是具有用以使N 2等的淨化氣體循環於搬送室203內的後述的淨化氣體循環構造。
在搬送框體202的後側，朝向圖1左側(朝向圖2上側)是分別配置有將處理室201-1、201-2開閉的閘閥(GV)205-1、205-2。在搬送室203是設置有移載晶圓200的基板移載機構的基板移載機械手臂、作為基板搬送部的移載機125。移載機125是以作為載置晶圓200的載置部的鑷子(tweezers)(臂(arm))125a-1、125a-2，及可將鑷子125a-1、125a-2的各者旋轉或直動於水平方向的移載裝置125b，以及使移載裝置125b昇降的移載裝置升降機125c所構成。藉由鑷子125a-1、125a-2、移載裝置125b、移載裝置升降機125c的連續動作，可構成將晶圓200裝填(充填)或脫裝(釋放)於後述的晶舟(基板保持部)217、冷卻室204或晶盒110。以後，處理箱102-1、102-2、處理室201-1、201-2、鑷子125a-1及125a-2的各者是在不須特別區別各者說明時，簡記為處理箱102、處理室201、鑷子125a。
鑷子125a-1是一般的鋁材質，被用在低溫及常溫的晶圓的搬送。鑷子125a-2是耐熱性高、熱傳導率差的鋁或石英構件等的材質，被用在高溫及常溫的晶圓的搬送。亦即，鑷子125a-1是低溫用的基板搬送部，鑷子125a-2是高溫用的基板搬送部。高溫用的鑷子125a-2是例如構成為具有100℃以上、更理想是200℃以上的耐熱性為佳。在低溫用的鑷子125a-1是可設置映射感測器(mapping sensor)。藉由在低溫用的鑷子125a-1設置映射感測器，可進行裝載埠單元106內的晶圓200的片數的確認、處理室201內的晶圓200的片數的確認、冷卻室204內的晶圓200的片數的確認。
在本實施形態中，是將鑷子125a-1設為低溫用鑷子，且鑷子125a-2是作為高溫用鑷子進行說明，但不限於此。亦可以耐熱性高、熱傳導率差的鋁或石英構件等的材質來構成鑷子125a-1，用在高溫及常溫的晶圓的搬送，以通常的鋁材質來構成鑷子125a-2，用在低溫及常溫的晶圓的搬送。又，亦可以耐熱性高，熱傳導率差的鋁或石英構件等的材質來構成鑷子125a-1、125a-2的雙方。
(處理爐) 在以圖1的虛線所包圍的區域A是構成具有圖3所示般的基板處理構造之處理爐。如圖2所示般，在本實施形態中是設有複數個處理爐，但由於處理爐的構成是相同，因此止於說明一個的構成，另一方的處理爐構成的說明是省略。
如圖3所示般，處理爐是具有以金屬等的反射電磁波的材料所構成的作為空腔(cavity)(處理容器)的處理箱102。又，以金屬材料所構成的蓋凸緣(cap flange)(閉塞板)104會構成為經由省略圖示的作為密封構件的O型環來閉塞處理箱102的上端。主要將處理箱102及蓋凸緣104的內側空間構成為處理矽晶圓等的基板的處理室201。亦可在處理箱102的內部設置使電磁波透過的石英製的未圖示的反應管，亦可以反應管內部成為處理室的方式構成處理容器。又，亦可不設蓋凸緣104，利用頂部閉塞的處理箱102來構成處理室201。
在處理室201內是設有載置台210，在載置台210的上面是載置作為基板保持部的晶舟217，積載保持複數作為基板的晶圓200。在晶舟217是以預定的間隔來保持處理對象的晶圓200、及以夾入晶圓200的方式載置於晶圓200的垂直方向上下的基座103a、103b。此基座103a、103b是例如以不持結晶方位，持等方性的熱傳導率的縱一方向(與晶圓200垂直的方向)凝固的柱狀的結晶組織的多結晶矽作為材料的矽板(Si板)所構成，藉由配置於晶圓200的上下，抑制電場強度對於晶圓200的邊緣集中。亦即，基座是抑制電磁波對於晶圓的邊緣的吸收。又，由於基座103a、103b的發熱量是比晶圓200的發熱量更大，因此在晶圓200的上下形成有發熱體，保溫性(隔熱性)變大，晶圓內溫度的偏差變小。又，亦可在基座103a、103b的上面及下面，以預定的間隔保持作為隔熱板的石英板101a、101b。在本實施形態中，石英板101a及101b的各者、基座103a及103b的各者是以相同的零件所構成，以後，不須特別區別說明時，稱為石英板101、基座103進行說明。
作為處理容器的處理箱102是例如橫剖面為圓形，作為平的密閉容器構成。又，作為下部容器的搬送框體202是例如藉由鋁(Al)或不鏽鋼(SUS)等的金屬材料、或石英等所構成。另外，亦有將被處理箱102包圍的空間稱作處理空間的處理室201或反應區域201，將被搬送框體202包圍的空間稱作搬送空間的搬送室或搬送區域203的情況。另外，處理室201與搬送室203是不限於本實施形態般使鄰接於水平方向而構成者，亦可使鄰接於垂直方向，作為使具有預定的構造的基板保持具昇降的構成。
如圖1、圖2及圖3所示般，在搬送框體202的側面是設有與閘閥205鄰接的基板搬入搬出口206，晶圓200是經由基板搬入搬出口206來移動於處理室201與搬送室203之間。在閘閥205或基板搬入搬出口206的周邊是設置具有被使用的電磁波的1/4波長的長度的扼流圈 (Choke)構造，作為後述的電磁波的漏洩對策。
在處理箱102的側面是設置有作為後面詳述的加熱裝置的電磁波供給部，從電磁波供給部供給的微波等的電磁波會被導入至處理室201而加熱晶圓200等，處理晶圓200。
載置台210是藉由作為旋轉軸的傳動軸(shaft)255來支撐。傳動軸255是被連接至作為在處理室201的底部及外部進行旋轉動作的旋轉機構部之驅動機構267。藉由使驅動機構267作動來使傳動軸255及載置台210旋轉，可使被載置於晶舟217上的晶圓200旋轉。驅動機構267的詳細是後述。
在此，載置台210是亦可被構成為按照基板搬入搬出口206的高度，藉由驅動機構267，在晶圓200的搬送時是使晶圓200上昇或下降成為晶圓搬送位置，在晶圓200的處理時是使晶圓200上昇或下降至處理室201內的處理位置(晶圓處理位置)。
在處理室201的下方，載置台210的外周側是設有將處理室201的氣氛排氣的排氣部。如圖3所示般，在排氣部設有排氣口221。排氣口221是連接排氣管231，在排氣管231是按照處理室201內的壓力來控制閥開度的APC閥等的壓力調整器244、真空泵246會依序串聯連接。
在此，壓力調整器244是只要為可接收處理室201內的壓力資訊、來自後述的壓力感測器245的反饋訊號而調整排氣量者即可，不限於APC閥，亦可構成為併用通常的開閉閥與壓力調整閥。
主要藉由排氣口221、排氣管231、壓力調整器244來構成排氣部(亦稱為排氣系或排氣管線)。另外，亦可構成為將排氣口設為包圍載置台210，可從晶圓200的全周排除氣體。又，亦可在排氣部的構成加上真空泵246。
在蓋凸緣104是設有用以將惰性氣體、原料氣體、反應氣體等的各種基板處理用的處理氣體供給至處理室201內的氣體供給管232。在此氣體供給管232是從上游依序設有流量控制器(流量控制部)的質量流控制器(MFC)241及開閉閥的閥243。在氣體供給管232的上游側是連接例如惰性氣體的氮(N 2)氣體源，經由MFC241、閥243來供給至處理室201內。在基板處理時使用複數種類的氣體時，可藉由使用從上游側依序設有流量控制器的MFC及開閉閥的閥之氣體供給管被連接至比氣體供給管232的閥243更下游側之構成來供給複數種類的氣體。亦可按每個氣體種類設置設有MFC、閥的氣體供給管。
主要藉由氣體供給管232、MFC241、閥243來構成氣體供給系(氣體供給部)。在氣體供給系流動惰性氣體時，亦稱為惰性氣體供給系。惰性氣體是除了N 2氣體以外，例如可使用Ar氣體、He氣體、Ne氣體、Xe氣體等的稀有氣體。
在蓋凸緣104是設置有溫度感測器263，作為非接觸式的溫度測定裝置。根據藉由溫度感測器263所檢測出的溫度資訊來調整後述的微波振盪器(微波產生部)655的輸出，藉此加熱基板，基板溫度成為所望的溫度分佈。溫度感測器263是例如以IR(Infrared Radiation)感測器等的放射溫度計所構成。溫度感測器263是被設置為測定石英板101a的表面溫度或晶圓200的表面溫度。在設置作為上述的發熱體的基座時是構成為測定基座的表面溫度。另外，在本實施形態中記載為晶圓200的溫度(晶圓溫度)時，是意指依據後述的溫度變換資料而變換的晶圓溫度、亦即被推測的晶圓溫度時，及藉由溫度感測器263來直接測定晶圓200的溫度而取得的溫度時，以及該等的雙方時，進行說明。
亦可藉由溫度感測器263，對於石英板101或基座103及晶圓200的各者，預先取得溫度變化的推移，藉此使表示石英板101或基座103與晶圓200的溫度的相關關係之溫度變換資料記憶於記憶裝置121c或外部記憶裝置123。藉由如此預先作成溫度變換資料，晶圓200的溫度是可只測定石英板101的溫度來推測晶圓200的溫度，能以被推測的晶圓200的溫度為基礎，進行微波振盪器655的輸出，亦即加熱裝置的控制。
另外，作為測定基板的溫度的手段，不限於上述的放射溫度計，亦可使用熱電偶來進行溫度測定，或亦可併用熱電偶及非接觸式溫度計來進行溫度測定。但，使用熱電偶來進行溫度測定時，需要將熱電偶配置於晶圓200的附近來進行溫度測定。亦即，需要在處理室201內配置熱電偶，因此熱電偶本身會藉由從後述的微波振盪器供給的微波而被加熱，所以無法正確地測溫。因此，使用非接觸式溫度計作為溫度感測器263為理想。
又，溫度感測器263是不限於設在蓋凸緣104，亦可設在載置台210。又，溫度感測器263是不僅直接設置在蓋凸緣104或載置台210，亦可被構成為使來自被設在蓋凸緣104或載置台210的測定窗的放射光反射於鏡子等而間接地測定。再者，溫度感測器263是不限於設置1個，亦可設置複數個。
在處理箱102的側壁是設置有電磁波導入埠653-1、653-2。電磁波導入埠653-1、653-2的各者是連接用以將電磁波(微波)供給至處理室201內的導波管654-1、654-2的各者的一端。導波管654-1、654-2各者的另一端是連接作為供給電磁波至處理室201內而加熱的加熱源之微波振盪器(電磁波源)655-1、655-2。微波振盪器655-1、655-2是將微波等的電磁波分別供給至導波管654-1、654-2。又，微波振盪器655-1、655-2是使用磁控管或速調管等。以後，電磁波導入埠653-1、653-2、導波管654-1、654-2、微波振盪器655-1、655-2是在不須特別區別各者說明時，記載成電磁波導入埠653、導波管654、微波振盪器655進行說明。
藉由微波振盪器655產生的電磁波的頻率是理想被控制為13.56MHz以上24.125GHz以下的頻率範圍。更合適是被控制為2.45GHz或5.8GHz的頻率為理想。在此，微波振盪器655-1、655-2的各者的頻率是可為相同的頻率，或亦可以不同的頻率設置。
並且，在本實施形態中，微波振盪器655是被記載為在處理箱102的側面配置2個，但不限於此，只要設置1個以上即可，又，亦可配置為被設在處理箱102的對向的側面等的不同的側面。主要藉由微波振盪器655-1、655-2、導波管654-1、654-2及電磁波導入埠653-1、653-2來構成作為加熱裝置的電磁波供給部(亦稱為電磁波供給裝置、微波供給部、微波供給裝置)。
微波振盪器655-1、655-2的各者是連接後述的控制器121。控制器121是連接測定被收容於處理室201內的石英板101a或101b或晶圓200的溫度之溫度感測器263。溫度感測器263是藉由上述的方法來測定石英板101或晶圓200的溫度而發送至控制器121，藉由控制器121來控制微波振盪器655-1、655-2的輸出，控制晶圓200的加熱。另外，作為加熱裝置的加熱控制的方法，可使用藉由控制往微波振盪器655輸入的電壓來控制晶圓200的加熱之方法、及藉由變更將微波振盪器655的電源設為ON的時間及設為OFF的時間的比率來控制晶圓200的加熱之方法等。
在此，微波振盪器655-1、655-2是藉由從控制器121發送的相同的控制訊號來控制。但，不限於此，亦可構成為藉由從控制器121發送個別的控制訊號至微波振盪器655-1、655-2各者，各自控制微波振盪器655-1、655-2。
(冷卻室) 如圖2及圖4所示般，搬送室203的側方，處理室201-1、201-2之間，離處理室201-1、201-2大略等距離的位置，具體而言，離處理室201-1、201-2的基板搬入搬出口206的搬送距離大略相同距離，藉由冷卻箱109來形成作為冷卻實施了預定的基板處理後的晶圓200的冷卻區域的冷卻室(亦稱為冷卻區域、冷卻部)204。在冷卻室204的內部設置具有與作為基板保持具的晶舟217同樣的構造之晶圓冷卻用載置具(亦稱為冷卻平台，以下記載成CS)108。CS108是如後述的圖5所示般，被構成為可藉由複數的晶圓保持溝107a~107d來垂直多段地水平保持複數片的晶圓200。並且，在冷卻箱109是設置有作為冷卻室用淨化氣體供給部的氣體供給噴嘴(冷卻室用氣體供給噴嘴)401，經由氣體供給配管(冷卻室用氣體供給配管)404來以預定的第1氣體流量供給作為淨化冷卻室204內的氣氛的淨化氣體(冷卻室用淨化氣體)之惰性氣體。氣體供給噴嘴401是亦可為噴嘴端部被開口的開口噴嘴，理想是使用在面對CS108側的噴嘴側壁設有複數的氣體供給口的多孔噴嘴為理想。又，氣體供給噴嘴401是亦可設置複數個。另外，從氣體供給噴嘴401供給的淨化氣體是亦可作為冷卻被載置於CS108的處理後的晶圓200的冷卻氣體使用。
冷卻室204是如圖2所示般，設在處理室201-1及處理室201-2之間為理想。藉此，可將處理室201-1與冷卻室204的移動距離(移動時間)及處理室201-2與冷卻室204的移動距離設為相同，可將間歇時間(takt time)設為相同。又，藉由在處理室201-1與處理室201-2之間設置冷卻室204，可使搬送處理能力提升。
被設在冷卻室204的內部之CS108是如圖5所示般，可保持4片的晶圓200。亦即，CS108是被設為可冷卻在處理室201-1或201-2被加熱的晶圓200的片數(2片)的至少2倍的晶圓200(4片)。
並且，在冷卻室204是設有： 用以排除冷卻室用淨化氣體的排氣口405；及 作為用以調節氣體排氣量的冷卻室用排氣閥的開閉閥(或APC閥)406、作為冷卻室用排氣配管的排氣配管407。 在開閉閥406的後段的排氣配管407是亦可設置用以將冷卻室204內的氣氛積極地排氣的未圖示的冷卻室用真空泵。排氣配管407是亦可被連接至用以使後述的搬送室203內的氣氛循環的淨化氣體循環構造而循環。
並且，在冷卻箱109是設有檢測冷卻室204內的壓力之冷卻室用壓力感測器(冷卻室用壓力計)408，以使藉由搬送室用壓力感測器(搬送室用壓力計)180來檢測到的搬送室內的壓力與冷卻室204內的差壓成為一定的方式，藉由後述的控制器121來控制作為冷卻室用MFC的MFC403、作為冷卻室用閥的閥402，而實施淨化氣體的供給或供給停止，又，控制開閉閥405及冷卻室用真空泵來控制淨化氣體的排氣或排氣停止。藉由該等的控制來進行冷卻室204內的壓力控制、及被載置於CS108的晶圓200的溫度控制。另外，主要藉由氣體供給噴嘴401、閥402、MFC403、氣體供給配管404來構成冷卻室用氣體供給系(第1氣體供給部)，又，主要藉由排氣口405、開閉閥406、排氣配管407來構成冷卻室用氣體排氣系(冷卻室用氣體排氣部)。冷卻室用氣體排氣系是亦可包含冷卻室用真空泵。又，冷卻室204內是亦可設置用以測定被載置於CS108的晶圓200的溫度之未圖示的溫度感測器。在此，晶圓保持溝107a~107d的各者是在無須特別加以區別說明時，僅記載成晶圓保持溝107。
(驅動機構) 利用圖8~圖12來說明有關驅動機構267的構成及動作。 如圖9及圖10所示般，驅動機構267是具備： 被固定於處理箱102的底部的卡合部267a； 藉由未圖示的驅動部來旋轉的輸入軸267b；及 據有與輸入軸267b的旋轉中心RCi偏心的旋轉中心RCo的輸出軸267c。 在此，在輸入軸267b的上部是形成有凹部，在凹部的內周具有齒輪的齒。輸出軸267c是在外周具有齒輪的齒。輸入軸267b的凹部的齒與輸出軸267c的齒會嵌合，被構成為彼此旋轉於逆方向。
如圖8所示般，在輸出軸267c上經由傳動軸255，以輸出軸267c的旋轉中心RCo與載置台210的旋轉中心會一致的方式設置載置台210。晶舟217(晶圓200)的旋轉中心RCb是可與輸出軸267c的旋轉中心RCo一致，或亦可偏心。晶舟217、輸出軸267c及輸入軸267b是構成基板保持裝置。
藉由使輸出軸267c的旋轉中心RCo對於輸入軸267b的旋轉中心RCi偏心，輸出軸267c的旋轉是移動於以輸入軸267b的旋轉中心RCi為中心的公轉的軌道。又，公轉的旋轉是藉由輸入軸267b與輸出軸267c的齒輪比，可對於輸入軸267b的1旋轉來決定輸出軸267c的旋轉數。藉此，輸入軸167b對於在輸出軸267c上經由傳動軸255來設置的載置台210而言旋轉中心偏離，因此產生偏心的旋轉，自轉公轉的關係成立。晶圓200的旋轉數即輸出軸267c的旋轉數是相對於輸入軸267b的旋轉數設為整數倍為理想。藉由成為整數倍，例如處理結束，回到原本的位置(基板搬送位置)，因此使晶圓200回到搬入搬出位置，而容易搬入搬出。
例如，當輸入軸267b的旋轉數與輸出軸267c的旋轉數的比為1：2時，晶圓200是移動於圖11所示般的軌道。在此，輸出軸267c的旋轉中心RCo與晶圓200的旋轉中心RCb是一致。在晶圓200配合輸入軸267b的旋轉而右旋轉一周(公轉)的期間，晶圓200本身會左旋轉(自轉)。另外，在圖11顯示標記(notch)20，使得晶圓200的旋轉位置明確。
又，輸入軸267b的旋轉數與輸出軸267c的旋轉數的比為1：2，將輸出軸267c的旋轉中心RCo與晶圓200的旋轉中心RCb錯開時，晶圓200是移動於圖12所示般的軌道。晶圓200本身的旋轉(自轉)是不變，但旋轉的軌道(公轉)是繪出楕圓軌道。
藉由如此改變驅動機構267的輸入軸267b與輸出軸267c的齒輪比(旋轉數)，晶圓200的定點消失。藉此，可抑制在將電磁波照射至晶圓200的感應加熱中，因為電磁波的波長或頻率所致的駐波的影響，圓周狀地顯現膜厚厚的部分及薄的部分的現象。所以，膜厚的不均一會被改善。
(控制裝置) 如圖6所示般，控制部(控制裝置、控制手段)即控制器121是被構成為具備CPU(Central Processing Unit)121a、RAM(Random Access Memory)121b、記憶裝置121c、I/O埠121d之電腦。RAM121b、記憶裝置121c、I/O埠121d是被構成為可經由內部匯流排121e來與CPU121a交換資料。控制器121是連接例如被構成為觸控面板等構成的輸出入裝置122。
記憶裝置121c是例如以快閃記憶體、HDD (Hard Disk Drive)等所構成。在記憶裝置121c內是可讀出地儲存有控制基板處理裝置的動作的控制程式，或記載退火(改質)處理的程序或條件等的製程處方等。製程處方是被組合為可使後述的基板處理工序的各程序實行於控制器121，可取得預定的結果，作為程式機能。以下，亦此製程處方或控制程式等總簡稱為程式。又，亦將製程處方簡稱為處方。在本說明書中使用程式的用語時，是有只包含處方單體時，只包含控制程式單體時，或包含該等的雙方時。RAM121b是被構成為暫時性地保持藉由CPU121a所讀出的程式或資料等之記憶區域(工作區域)。
I/O埠121d是被連接至上述的移載機125、MFC241、閥243、壓力感測器245、APC閥244、真空泵246、溫度感測器263、驅動機構267、微波振盪器655等。
CPU121a是被構成為從記憶裝置121c讀出控制程式而實行，且可按照來自輸出入裝置122的操作指令的輸入等，從記憶裝置121c讀出處方。CPU121a是被構成為可按照讀出的處方的內容，控制移載機之基板的移載動作、MFC241之各種氣體的調整流量動作、閥243的開閉動作、根據壓力感測器245之APC閥244的壓力調整動作、真空泵246的啟動及停止、根據溫度感測器263之微波振盪器655的輸出調整動作、驅動機構267之載置台210(或晶舟217)的旋轉及旋轉速度調節動作、或昇降動作等。
控制器121是可藉由將被儲存於外部記憶裝置(例如硬碟等的磁碟、CD等的光碟、MO等的光磁碟、USB記憶體等的半導體記憶體)123的上述的程式安裝於電腦來構成。記憶裝置121c或外部記憶裝置123是被構成為電腦可讀取的記錄媒體。以下，亦可將該等總簡稱為記錄媒體。在本說明書中使用記錄媒體的用語時，是有只包含記憶裝置121c單體時，只包含外部記憶裝置123單體時，或包含該等雙方時。另外，對電腦的程式的提供是亦可不使用外部記憶裝置123，而利用網際網路或專用線路等的通訊手段來進行。
(2)基板處理工序 其次，按照圖7所示的處理流程來說明有關使用上述的基板處理裝置100的處理爐，作為半導體裝置(device)的製造工序的一工序，例如作為被形成於基板上的含矽膜的非晶質矽膜的改質(結晶化)方法的一例。在以下的說明中，構成基板處理裝置100的各部的動作是藉由控制器121來控制。又，與上述的處理爐構造同樣，在本實施例的基板處理工序中也是有關處理內容亦即處方是在設置複數個的處理爐中使用同一處方，因此止於說明有關使用一方的處理爐的基板處理工序，使用另一方的處理爐的基板處理工序的說明是省略。
在此，本說明書中使用「晶圓」的用語時，是有意思晶圓本身時，或意思晶圓及被形成於其表面的預定的層或膜的層疊體時。本說明書中使用「晶圓的表面」的用語時，有意思晶圓本身的表面時，或意思被形成於晶圓上的預定的層等的表面時。本說明書中記載成「在晶圓上形成預定的層」時，是有意思在晶圓本身的表面上直接形成預定的層時，或在被形成於晶圓上的層等上形成預定的層時。本說明書中使用「基板」或「半導體基板」的用語時也與使用「晶圓」的用語時同義。
(基板取出工序(S801)) 如圖1所示般，移載機125是藉由裝載埠單元106來從被開口的晶盒110取出預定片數成為處理對象的晶圓200，在鑷子125a-1、125a-2的雙方載置晶圓200。亦即，在低溫用的鑷子125a-1、高溫用的鑷子125a-2載置2片的晶圓，從晶盒110取出2片的晶圓。
(基板搬入工序(S802)) 如圖1及3所示般，被載置於鑷子125a-1、125a-2的雙方的晶圓200是藉由閘閥205的開閉動作來搬入至預定的處理室201(晶舟裝載)。亦即，將被載置於低溫用的鑷子125a-1、高溫用的鑷子125a-2的2片的晶圓搬入至處理室201。
(爐內壓力･溫度調整工序(S803)) 一旦往處理室201內的晶舟217的搬入完了，則控制處理室201內的氣氛，使得處理室201內成為預定的壓力(例如10~102000Pa)。具體而言，一面藉由真空泵246來排氣，一面根據藉由壓力感測器245所檢測出的壓力資訊來反饋控制壓力調整器244的閥開度，將處理室201內設為預定的壓力。又，亦可同時控制電磁波供給部，作為預備加熱，控制為進行加熱至預定的溫度(S803)。藉由電磁波供給部，使昇溫至預定的基板處理溫度時，以比後述的改質工序的輸出更小的輸出來進行昇溫為理想，使得晶圓200不會變形･破損。另外，在大氣壓下進行基板處理時，亦可控制為不進行爐內壓力調整，只進行爐內的溫度調整之後，移往後述的惰性氣體供給工序S804。
(惰性氣體供給工序(S804)) 一旦藉由爐內壓力･溫度調整工序S803來將處理室201內的壓力及溫度控制成預定的值，則驅動機構267使傳動軸255旋轉，經由載置台210上的晶舟217來使晶圓200旋轉。此時，氮氣體等的惰性氣體會經由氣體供給管232來供給(S804)。進一步，此時，處理室201內的壓力是被調整成為10Pa以上102000Pa以下的範圍的預定的值，例如被調整成為101300Pa以上101650Pa以下。另外，傳動軸是亦可在基板搬入工序S402時亦即將晶圓200搬入至處理室201內完了後使旋轉。
(改質工序(S805)) 一旦將處理室201內維持成為預定的壓力，則微波振盪器655經由上述的各部來供給微波至處理室201內。藉由微波被供給至處理室201內，晶圓200會加熱成為100℃以上、1000℃以下的溫度，合適是400℃以上、900℃以下的溫度，更合適是500℃以上、700℃以下的溫度。藉由以如此的溫度來進行基板處理，可成為晶圓200效率佳吸收微波的溫度下的基板處理，提升改質處理的速度。換言之，若在比100℃更低的溫度或比1000℃更高的溫度下處理晶圓200，則晶圓200的表面會變質，難吸收微波，因此難加熱晶圓200。為此，最好在上述的溫度帶進行基板處理。
就以利用微波的加熱方式來進行加熱的本實施形態而言，是在處理室201產生駐波，在晶圓200(基座103載置時是基座103也與晶圓200同樣)上，產生局部地被加熱的加熱集中區域(熱點)及除此以外的未被加熱的區域(非加熱區域)，為了抑制晶圓200(基座103載置時是基座103也與晶圓200同樣)變形，藉由控制電磁波供給部的電源的ON/OFF，控制在晶圓200產生熱點。此時，藉由低輸出電磁波供給部的供給電力，控制成熱點的影響小，亦可抑制晶圓200的變形。但，此情況，由於被照射至晶圓200或基座103的能量變小，因此昇溫溫度也變小，需要拉長加熱時間。
在此，如上述般溫度感測器263是非接觸式的溫度感測器，若在測定對象的晶圓200(基座103也與晶圓200同樣)產生變形、偏離或破損，則溫度感測器所監測的晶圓200的位置或對於晶圓200的測定角度會變化，因此測定值(監測值)變不正確，測定溫度會急劇地變化。就本實施形態而言，是利用伴隨如此的測定對象的變形或破損而放射溫度計的測定溫度急劇地變化的情形，作為進行電磁波供給部的ON/OFF的觸發點(trigger)。
藉由以上般控制微波振盪器655，加熱晶圓200，使被形成於晶圓200表面上的非晶質矽膜改質成多晶矽膜(結晶化)(S805)。亦即，可將晶圓200均一地改質。另外，當晶圓200的測定溫度超過上述的臨界值而變高或變低時，亦可不是將微波振盪器655設為OFF，而是藉由控制為降低微波振盪器655的輸出，使晶圓200的溫度成為預定的範圍的溫度。此情況，一旦晶圓200的溫度回到預定的範圍的溫度，則控制成提高微波振盪器655的輸出。
一旦經過預先被設定的處理時間，則停止晶舟217的旋轉、氣體的供給、微波的供給及排氣管的排氣。
(基板搬出工序(S806)) 使處理室201內的壓力恢復大氣壓之後，將閘閥205開放，使處理室201與搬送室203空間性地連通。然後，藉由移載機125的高溫用的鑷子125a-2來將被載置於晶舟217的加熱(處理)後的1片的晶圓200搬出至搬送室203(S806)。
(基板冷卻工序(S807)) 藉由高溫用的鑷子125a-2來搬出的加熱(處理)後的1片的晶圓200是藉由移載裝置125b、移載裝置升降機125c的連續動作來移動至冷卻室204，藉由高溫用的鑷子125a-2來載置於CS108。具體而言，如圖5(A)所示般，被保持於高溫用的鑷子125a-2的改質工序S805後的晶圓200a會被移送至CS108所設的晶圓保持溝107b，藉由載置預定時間，晶圓200a被冷卻(S807)。此時，如圖5(B)所示般當已先行在CS108冷卻的冷卻完了晶圓200b被載置時，將改質工序S805完了後的晶圓200a載置於晶圓保持溝107b後的高溫用的鑷子125a-2及低溫用的鑷子125a-1會將2片的冷卻完了晶圓200b般送至裝載埠亦即晶盒110。
在處理室201內的晶舟217上，2片的晶圓200一併被加熱(處理)時，基板搬出工序(S806)及基板冷卻工序(S807)會連續被實施複數次(此例是2次)，2片的高溫的晶圓200a會藉由高溫用的鑷子125a-2來各1片載置於CS108。此時，當2片的冷卻完了晶圓200b被載置於CS108時，2片的冷卻完了晶圓200b是藉由高溫用的鑷子125a-2及低溫用的鑷子125a-1來從CS108搬出至晶盒110。藉此，可縮短高溫用的鑷子125a-2保持高溫的晶圓200a的時間，因此可減輕對移載機125的熱負荷。又，冷卻晶圓200的時間也可拉長。
如以上般，設置高溫用的鑷子125a-2，在處理室201內，例如不是冷卻至100℃以下，而是維持比較高溫，利用高溫用的鑷子125a-2來使處理室201內的加熱(處理)後的高溫的晶圓200a移動至冷卻室204內的CS108。
(基板收容工序(S808)) 依據基板冷卻工序S807而被冷卻的晶圓200是藉由低溫用的鑷子125a-1及高溫用的鑷子125a-2來將被冷卻的2片的晶圓從冷卻室204取出，搬送至預定的晶盒110。藉由如此組合晶圓的1片搬送(往冷卻室204的搬入)及2片搬送(來自冷卻室204的搬送)，可使晶圓200的搬送時間高速化。
藉由重複以上的動作，晶圓200被改質處理，移至其次的基板處理工序。又，雖說明了構成為藉由使2片晶圓200載置於晶舟217進行基板處理，但不限於此，亦可使各1片載置於被設置在處理室201-1、201-2的各者的晶舟217而進行相同的處理，或亦可藉由進行交換(swap)處理，各2片晶圓200，在處理室201-1、201-2處理。此時，亦可控制晶圓200的搬送去處，使得在處理室201-1、201-2的各者進行的基板處理的次數會一致。藉由如此控制，各處理室201-1、201-2的基板處理的實施次數會成為一定，可效率佳進行維修等的保養作業。例如，當前回搬送晶圓200的處理室為處理室201-1時，藉由控制成其次的晶圓200的搬送去處為處理室201-2，可控制各處理室201-1、201-2的基板處理的實施次數。
若根據本實施形態，則可取得以下所示的1個或複數的效果。
(a)就微波退火而言，是藉由駐波而產生電場分佈，基板的中心位置的固定的旋轉是形成Hot spot所致的加熱不均的要因。於是，藉由使基板的旋轉中心變化，可減低加熱不均。
(b)藉由將旋轉機構部的輸入軸的中心設在對於基板的中心偏芯的位置，可減低加熱不均。
(c)基板的旋轉數相對於旋轉機構部的輸入軸的旋轉數是形成整數倍。藉此，經過預定時間，處理結束時，可回到與旋轉的開始時相同的位置(基板搬入位置)，因此容易將基板搬入至基板保持部或從基板保持部搬出基板。
(d)旋轉機構部的輸入軸與輸出軸是分別具有齒輪，輸入軸的齒輪的齒的數量與輸出軸的齒輪的齒的數量是形成整數倍。藉此，經過預定時間，處理結束時，可回到與旋轉的開始時相同的位置(基板搬入位置)，因此容易將基板搬入至基板保持部或從基板保持部搬出基板。
以上說明的實施形態的構成是可適當變更使用，其效果也可取得。例如，就上述的說明而言，是記載有關將非晶質矽膜改質成多晶矽膜作為以矽為主成分的膜的處理，但不限於此，亦可使供給含氧(O)、氮(N)、碳(C)、氫(H)之中至少1個以上的氣體，將被形成於晶圓200的表面的膜改質。例如，在晶圓200形成作為高介電質膜的鉿氧化膜(HfxOy膜)時，藉由邊供給含氧的氣體邊供給微波而使加熱，可補充鉿氧化膜中的缺損的氧，使高介電質膜的特性提升。
另外，在此是表示有關鉿氧化膜，但不限於此，在將含有鋁(Al)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉭(Ta)、鈮(Nb)、鑭(La)、鈰(Ce)、釔(Y)、鋇(Ba)、鍶(Sr)、鈣(Ca)、鉛(Pb)、鉬(Mo)、鎢(W)等的至少任一個的金屬元素的氧化膜亦即金屬系氧化膜改質時也可良好地適用。亦即，上述的成膜順序是在晶圓200上，將TiOCN膜、TiOC膜、TiON膜、TiO膜、ZrOCN膜、ZrOC膜、ZrON膜、ZrO膜、HfOCN膜、HfOC膜、HfON膜、HfO膜、TaOCN膜、TaOC膜、TaON膜、TaO膜、NbOCN膜、NbOC膜、NbON膜、NbO膜、AlOCN膜、AlOC膜、AlON膜、AlO膜、MoOCN膜、MoOC膜、MoON膜、MoO膜、WOCN膜、WOC膜、WON膜、WO膜改質時也可良好地適用。
又，不限於高介電質膜，亦可使摻雜雜質的以矽作為主成分的膜加熱。以矽作為主成分的膜是有矽氮化膜(SiN膜)、矽氧化膜(SiO膜)矽氧碳化膜(SiOC膜)、矽氧碳氮化膜(SiOCN膜)、矽氧氮化膜(SiON膜)等的Si系氧化膜。雜質是例如包含硼(B)、碳(C)、氮(N)、鋁(Al)、磷(P)、鎵(Ga)、砷(As)等的至少1個以上。
又，亦可為以聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylatePMMA)、環氧樹脂、酚醛樹脂、聚乙烯苯酚樹脂等的至少任一個為基礎的抗蝕膜(resist film)。
又，上述是記載有關半導體裝置的製造工序的一工序，但不限於此，在液晶面板的製造工序的圖案化處理、太陽電池的製造工序的圖案化處理、功率元件的製造工序的圖案化處理等的處理基板的技術也可適用。
另外，本案不是被限定於上述的實施形態者，可包含各種的變形例。例如，上述的實施形態是為了更好理解本案而詳細說明者，不是一定要被限定於說明的全部的構成者。
又，上述的各構成、機能、控制裝置等說明了作成實現該等的一部分或全部的程式之例，但當然亦可藉由例如以積體電路來設計該等的一部分或全部等而以硬體實現。亦即，處理部的全部或一部分的機能是亦可取代程式，例如藉由ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)等的積體電路等來實現。
200:晶圓(基板) 201:處理室 217:晶舟(基板保持部) 267:驅動機構(旋轉機構部) 267b:輸入軸 267c:輸出軸 655:微波振盪器(微波產生部)
[圖1]是以處理爐的位置來表示在本案的實施形態所適用的基板處理裝置的概略構成的縱剖面圖。 [圖2]是表示在本案的實施形態所適用的基板處理裝置的概略構成的橫剖面圖。 [圖3]是以縱剖面圖來表示在本案的實施形態所適用的基板處理裝置的處理爐部分的概略構成圖。 [圖4]是以冷卻室的位置來表示在本案的實施形態所適用的基板處理裝置的概略構成的縱剖面圖。 [圖5](A)是模式性地表示將晶圓搬送至冷卻室的方法的圖，(B)是模式性地表示將冷卻完了的晶圓從冷卻室搬出的方法的圖。 [圖6]是在本案的實施形態所適用的基板處理裝置的控制器的概略構成圖。 [圖7]是表示本案的實施形態的基板處理工序的流程的圖。 [圖8]是以縱剖面圖來表示在本案的實施形態所適用的基板處理裝置的晶舟、載置台及驅動機構的概略構成圖。 [圖9]是以縱剖面圖來表示在本案的實施形態所適用的基板處理裝置的驅動機構的概略構成圖。 [圖10]是以俯視圖來表示在本案的實施形態所適用的基板處理裝置的驅動機構的概略構成圖。 [圖11]是說明在本案的實施形態所適用的基板處理裝置的驅動機構所致的晶圓的自轉及公轉的圖，顯示晶圓的旋轉中心與驅動機構的輸出部軸未偏心時的圖。 [圖12]是說明在本案的實施形態所適用的基板處理裝置的驅動機構所致的晶圓的自轉及公轉的圖，顯示晶圓的旋轉中心與驅動機構的輸出部軸偏心時的圖。
101a,101b:石英板
102:處理箱
103a,103b:基座
104:蓋凸緣
121:控制器
200:晶圓(基板)
201:處理室
205:閘閥
206:基板搬入搬出口
210:載置台
217:晶舟(基板保持部)
221:排氣口
232:氣體供給管
241:MFC
243:閥
244:壓力調整器
245:壓力感測器
246:真空泵
255:傳動軸
263:溫度感測器
267:驅動機構(旋轉機構部)
653-1,653-2:電磁波導入埠
654-1,654-2:導波管
655-1,655-2:微波振盪器

Claims (16)

  1. 一種基板處理裝置，其特徵為具有：處理基板的處理室；產生微波的微波產生部；積載複數的基板而保持的基板保持部；支撐前述基板保持部，對於前述基板的中心偏心的輸出軸；及在對於前述輸出軸偏心的位置設置輸入軸的旋轉機構部。
  2. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，被構成為前述輸入軸與前述輸出軸嵌合，前述輸入軸與前述輸出軸旋轉於逆方向。
  3. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，前述輸入軸的旋轉數與前述輸出軸的旋轉數不同。
  4. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，前述輸出軸的旋轉數相對於前述輸入軸的旋轉數成為整數倍。
  5. 如請求項1記載的基板處理裝置，其中，前述基板的旋轉數相對於前述輸入軸的旋轉數成為整數倍。
  6. 一種基板處理裝置，其特徵為具備：處理基板的處理室；產生微波的微波產生部；積載複數的基板而保持的基板保持部； 支撐前述基板保持部的輸出軸；及在對於前述輸出軸偏心的位置設置輸入軸的旋轉機構部，在前述輸入軸的上部形成有凹部，在前述凹部的內周具有齒輪的齒，在前述輸出軸的外周具有齒輪的齒，前述輸入軸的前述凹部的前述齒與前述輸出軸的前述齒嵌合。
  7. 一種基板保持裝置，其特徵為設有：積載複數的基板而保持的基板保持部；支撐前述基板，對於前述基板的中心偏心保持部的輸出軸；及在與前述輸出軸偏心的位置設置輸入軸。
  8. 如請求項7記載的基板保持裝置，其中，被構成為前述輸入軸與前述輸出軸嵌合，前述輸入軸與前述輸出軸旋轉於逆方向。
  9. 如請求項7記載的基板保持裝置，其中，前述輸入軸的旋轉數與前述輸出軸的旋轉數不同。
  10. 如請求項7記載的基板保持裝置，其中，前述輸出軸的旋轉數相對於前述輸入軸的旋轉數成為整數倍。
  11. 如請求項7記載的基板保持裝置，其中，前述基板的旋轉數相對於前述輸入軸的旋轉數成為整數倍。
  12. 一種基板保持裝置，其特徵為具備：積載複數的基板而保持的基板保持部；支撐前述基板的輸出軸；及在與前述輸出軸偏心的位置設置輸入軸，在前述輸入軸的上部形成有凹部，在前述凹部的內周具有齒輪的齒，在前述輸出軸的外周具有齒輪的齒，前述輸入軸的前述凹部的前述齒與前述輸出軸的前述齒嵌合。
  13. 一種半導體裝置的製造方法，其特徵為具有：將基板搬入至基板處理裝置的處理室的工序；及藉由微波來加熱前述基板的工序，前述基板處理裝置係具有：處理前述基板的前述處理室；產生前述微波的微波產生部；積載複數的基板而保持的基板保持部；支撐前述基板保持部，對於前述基板的中心偏心的輸出軸；及在對於前述輸出軸偏心的位置設置輸入軸的旋轉機構部。
  14. 一種為了基板處理的電腦程式，其特徵為藉由電腦來使下列程序實行於基板處理裝置，將基板搬入至前述基板處理裝置的處理室的工序；及 藉由微波來加熱前述基板的工序，前述基板處理裝置係具有：處理前述基板的前述處理室；產生前述微波的微波產生部；積載複數的基板而保持的基板保持部；支撐前述基板保持部，對於前述基板的中心偏心的輸出軸；及在對於前述輸出軸偏心的位置設置輸入軸的旋轉機構部。
  15. 一種半導體裝置的製造方法，其特徵為具有：將基板搬入至基板處理裝置的處理室的工序；及藉由微波來加熱前述基板的工序，前述基板處理裝置係具備：處理前述基板的前述處理室；產生微波的微波產生部；積載複數的基板而保持的基板保持部；支撐前述基板保持部的輸出軸；及在對於前述輸出軸偏心的位置設置輸入軸的旋轉機構部，在前述輸入軸的上部形成有凹部，在前述凹部的內周具有齒輪的齒，在前述輸出軸的外周具有齒輪的齒，前述輸入軸的前述凹部的前述齒與前述輸出軸的前述 齒嵌合。
  16. 一種為了基板處理的電腦程式，其特徵為藉由電腦來使下列程序實行於基板處理裝置，將基板搬入至前述基板處理裝置的處理室的工序；及藉由微波來加熱前述基板的工序，前述基板處理裝置係具備：處理前述基板的前述處理室；產生微波的微波產生部；積載複數的基板而保持的基板保持部；支撐前述基板保持部的輸出軸；及在對於前述輸出軸偏心的位置設置輸入軸的旋轉機構部，在前述輸入軸的上部形成有凹部，在前述凹部的內周具有齒輪的齒，在前述輸出軸的外周具有齒輪的齒，前述輸入軸的前述凹部的前述齒與前述輸出軸的前述齒嵌合。
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