(57)【要約】【課題】  チャンバ内を真空引きする技術を提供する。【解決手段】  真空引き装置１０は、チャンバ３０と、チャンバ３０内を脱気する真空ポンプ６０と、チャンバ３０内にマイクロ波を照射するマイクロ波照射装置５０を備えている。チャンバ３０は、半導体ウエハ２０を収容する収容部４０を備えている。また、チャンバ３０は、マイクロ波を透過するとともに、気密性、及び耐圧性に優れた素材で形成されている。この真空引き装置１０では、収容部４０を真空引きする際に、真空ポンプ６０を用いて収容部４０内を脱気するとともに、収容部４０にマイクロ波を照射する。これによって、収容部４０内の水分子が水蒸気化し、収容部４０内に存在する水蒸気が真空ポンプ６０によって脱気される。収容部４０にマイクロ波を照射することで、半導体ウエハ２０に無用な熱履歴を与えることなく、チャンバ３０内を短時間で高真空化することができる。【選択図】図１
2010157661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、
チャンバ内を脱気する脱気手段と、
チャンバ内にマイクロ波を照射するマイクロ波照射手段と、
を備える真空引き装置。
【請求項２】
脱気手段とマイクロ波照射手段を制御する制御手段をさらに備えており、
制御手段は、脱気手段の動作期間の少なくとも一部においてマイクロ波照射手段を動作させることを特徴とする請求項１に記載の真空引き装置。
【請求項３】
制御手段は、脱気手段の動作を開始させた後にマイクロ波照射手段の動作を開始させることを特徴とする請求項２に記載の真空引き装置。
【請求項４】
制御手段は、マイクロ波照射手段の動作を停止させた後に脱気手段の動作を停止させることを特徴とする請求項２または３に記載の真空引き装置。
【請求項５】
チャンバ内を真空引きする真空引き方法であって、
チャンバ内を脱気する工程と、
チャンバ内にマイクロ波を照射する工程と、
を備える真空引き方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャンバ内を真空引きする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、真空熱処理装置が記載されている。この装置では、処理対象物である半導体ウエハを反応チャンバ内に載置し、真空ポンプを用いて反応チャンバ内を脱気（排気）し、反応チャンバ内で半導体ウエハに熱処理（薄膜形成）を実施する。一般に、反応チャンバ内を高真空化することで、半導体ウエハの表面に良質な薄膜を形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−８９９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、チャンバ内を脱気すると、チャンバ内の圧力の急速な低下に伴ってチャンバ内の温度が低下し、チャンバ内に存在する水蒸気（気体）が水（液体）や氷（固体）に変化する。チャンバ内に水や氷が発生した場合、その水や氷を除去しなければ、チャンバ内の高真空化を完了することができない。チャンバ内の水や氷を除去するためには、低温化したチャンバ内で水や氷が自然に水蒸気へ戻るまで、比較的に長い時間に亘って脱気を続ける必要があり、チャンバ内を高真空化するのに長い時間が必要であった。
上記の問題に対して、ヒータ等によってチャンバ内を加熱し、発生した水や氷を再び水蒸気へと変化させることが考えられる。しかしながら、ヒータ等によってチャンバ内を加熱した場合、チャンバ内に収容された処理対象物（例えば半導体ウエハ）も同時に加熱されてしまう。この場合、処理対象物に無用な熱履歴を与えてしまうこととなり、処理対象物を意図せず変化させてしまう。
本発明は、上記の問題を解決する。本発明は、処理対象物に無用な熱履歴を与えることなく、チャンバ内を短時間で高真空化することができる技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、チャンバ内を真空引きするための真空引き装置に具現化される。この真空引き装置は、チャンバと、脱気手段と、マイクロ波照射手段を備えている。脱気手段は、チャンバ内を脱気する。マイクロ波照射手段は、チャンバ内にマイクロ波を照射する。
【０００６】
本発明の真空引き装置では、チャンバ内を脱気する際に、チャンバ内にマイクロ波を照射する。これによって、チャンバ内で水や氷が発生した場合でも、その水や氷を短時間で水蒸気化することができる。マイクロ波の照射によって生じた水蒸気は、脱気手段によってチャンバ外へ速やかに脱気される。低温なチャンバ内で水や氷が水蒸気へ自然に変化するのを待つ必要がなく、チャンバ内を比較的に短時間で高真空化することができる。また、マイクロ波を利用することから、チャンバ内の処理対象物を加熱することなく、チャンバ内で発生した水や氷のみを加熱することができる。
本発明の真空引き装置によると、処理対象物に無用な熱履歴を与えることなく、チャンバ内を短時間で高真空化することができる。
【０００７】
本発明に係る真空引き装置では、脱気手段とマイクロ波照射手段を制御する制御手段をさらに備えていることが好ましい。この場合、制御手段は、脱気手段の動作期間の少なくとも一部において、マイクロ波照射手段を動作させることが好ましい。つまり、制御手段は、脱気手段とマイクロ波照射手段が同時に動作する期間が存在するように、脱気手段とマイクロ波照射手段を制御することが好ましい。
脱気手段とマイクロ波照射手段が同時に動作することで、マイクロ波の照射によって生じた水蒸気を、脱気手段によって直ちにチャンバ外へと脱気することができる。これによって、チャンバ内を高真空化するのに必要な時間をさらに短縮することができる。
【０００８】
前記した制御手段は、脱気手段の動作を開始させた後に、マイクロ波照射手段の動作を開始させることが好ましい。
チャンバ内では、主に、圧力低下に伴う温度低下によって水や氷が発生する。即ち、脱気手段が動作を開始し、チャンバ内の圧力がある程度低下した段階で、水や氷が発生し始める。そのころから、マイクロ波照射手段は、初期段階において必ずしも動作する必要はなく、脱気手段が動作を開始した後に適切なタイミングで動作を開始すれば足りる。それにより、無駄にマイクロ波を照射する時間を省くことができる。
【０００９】
また、制御手段は、マイクロ波照射手段の動作を停止させた後に、脱気手段の動作を停止させることが好ましい。
上記ように制御することで、マイクロ波の照射によって生じた水蒸気を確実に脱気することができ、チャンバ内を確実に高真空化することができる。
【００１０】
本発明は、チャンバ内を真空引きする方法にも具現化される。この真空引き方法は、以下の２つの工程を少なくとも備えている。
（１）チャンバ内を脱気する工程。
（２）チャンバ内にマイクロ波を照射する工程。
上記２つの工程は、同時に行われてもよいし、交互に繰り返して行われてもよい。
この方法によれば、処理対象物に無用な熱履歴を与えることなく、チャンバ内を短時間で高真空化することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、処理対象物に無用な熱履歴を与えることなく、チャンバ内を短時間で高真空化することができる。これにより、例えば半導体ウエハを高真空雰囲気で熱処理する場合に、熱処理に必要な時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】真空引き装置１０の模式図。
【図２】真空引き装置１０のフローチャート。
【図３】真空引き装置１１０の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に説明する実施例の主要な特徴を最初に整理する。
（特徴１）  チャンバは、気密性、及び耐圧性を有している。
（特徴２）  チャンバは、例えば石英やアルミナのように、マイクロ波を透過する材料で形成されている。
（特徴３）  制御手段は、コンピュータを備えている。コンピュータのハードウエアやソフトウエアによって、脱気手段とマイクロ波照射手段を制御する各処理を実行する構成が実現されている。
【実施例１】
【００１４】
本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図１に、第１実施例の真空引き装置１０の構成を示す模式図を示す。真空引き装置１０は、半導体ウエハ２０を高真空雰囲気下で薄膜形成するために、半導体ウエハ２０を載置するチャンバとチャンバ内を高真空化する手段を備えている。
【００１５】
図１に示すように、真空引き装置１０は、主に、チャンバ３０と真空ポンプ６０とマイクロ波照射装置５０と制御装置８０を備えている。
チャンバ３０は、半導体ウエハ２０を収容する密閉容器であり、気密性、及び耐圧性に優れている。チャンバ３０は、本体部３４と蓋部３６によって構成されている。チャンバ３０は、石英で形成されている。石英は、マイクロ波を透過する特性を有している。なお、チャンバ３０は、石英に限られず、例えばアルミナで形成することもできる。本体部３４の内部には、半導体ウエハ２０を収容するための収容部４０が形成されている。収容部４０には、収容された半導体ウエハ２０を支える支持台４８が形成されている。
本体部３４には、収容部４０に半導体ウエハ２０を搬入するための導入部３８が形成されている。収容部４０は、導入部３８を通して本体部３４の外部に繋がっている。収容部４０を密閉する際には、蓋部３６によって本体部３４の導入部３８を塞ぐ。これによって、耐圧性と断熱性が高く維持された収容部４０が気密に密閉される。
【００１６】
マイクロ波照射装置５０は、チャンバ３０に向けてマイクロ波を照射する装置であり、チャンバ３０の本体部３４の外周面３４ａに配置されている。マイクロ波照射装置５０から照射されたマイクロ波は、チャンバ３０を透過して収容部４０へと照射される。マイクロ波照射装置５０から照射されるマイクロ波の波長は、水分子の分子運動を活性化させるのに適した周波数に調整されている。そのため、マイクロ波照射装置５０から収容部４０へとマイクロ波を照射すると、収容部４０に存在する水分子が加熱される。つまり、チャンバ３０内に氷が存在する場合には、氷が融解して水となり、あるいは氷が昇華して水蒸気となる。また、チャンバ３０内に水が存在する場合には、水が蒸発して水蒸気となる。なお、収容部４０に半導体ウエハ２０を搬入し、マイクロ波照射装置５０から収容部４０へとマイクロ波を照射しても、半導体ウエハ２０は直接的には加熱されない。
【００１７】
チャンバ３０には、排気管７０と圧力センサ７２と排気弁７６がさらに設けられている。排気管７０は、概して管形状を有しており、その一端が収容部４０に開口している。また、排気管７０の他端は真空ポンプ６０に接続されており、真空ポンプ６０は、排気管７０を通して収容部４０内を脱気する。排気管７０を開閉する排気弁７６が、排気管７０に形成されている。排気弁７６が開かれると、排気管７０を通して真空ポンプ６０が収容部４０内を脱気する。逆に、排気弁７６が閉じられると、収容部４０と真空ポンプ６０の間が遮断され、収容部４０内の圧力（真空）が維持される。圧力センサ７２が、排気管７０のうちの排気弁７６よりも収容部４０側に配置されている。圧力センサ７２は、排気管７０を通して収容部４０内の圧力を測定する。
【００１８】
制御装置８０は、マイクロ波照射装置５０と真空ポンプ６０に接続されており、マイクロ波照射装置５０と真空ポンプ６０の動作タイミング等を制御している。制御装置８０はさらに、排気弁７６に接続されている。制御装置８０は、真空ポンプ６０による収容部４０の脱気を開始する際に、排気弁７６を開放し、排気管７０を通して真空ポンプ６０と収容部４０を接続する。逆に、真空ポンプ６０による収容部４０の脱気を停止する際に、排気弁７６を閉鎖し、真空ポンプ６０と収容部４０を遮断する。制御装置８０はさらに、圧力センサ７２に接続されている。制御装置８０には、複数の圧力基準値（Ｐｒｅｆ１、Ｐｒｅｆ２）が記憶されており、制御装置８０は、圧力センサ７２が測定した圧力値Ｐｉｎと圧力基準値を比較し、その比較結果に基づいてマイクロ波照射装置５０と真空ポンプ６０の動作を切換え、また排気弁７６の開閉を制御する。
【００１９】
図２は、真空引き装置１０の動作の流れを示すフローチャートである。以下、図２を用いて、真空引き装置１０の動作を説明する。
先ず、チャンバ３０の収容部４０に半導体ウエハ２０を収容（ステップＳ１２）した後に、蓋部３６によって本体部３４の導入部３８を塞ぎ、収容部４０を密閉する（ステップＳ１４）。
【００２０】
次に、制御装置８０は、真空ポンプ６０を用いて収容部４０の脱気を開始する（ステップＳ１６）。制御装置８０は、上記の動作を実行する際に、排気弁７６を開放し、真空ポンプ６０を始動させる。
収容部４０の脱気が開始されると、収容部４０内の圧力が急激に低下し、それに伴って収容部４０内の温度が急激に低下する。収容部４０内の温度が急激に低下すると、収容部４０内に存在する水分が液化して水が発生する。あるいは、収容部４０内に存在する水分が昇華して氷が発生する。
【００２１】
収容部４０内に水や氷が存在していると、高真空化後に水や氷が再び水蒸気となり、チャンバ３０内の真空度が低下してしまう。チャンバ３０内の真空度が低下すると、チャンバ３０内で半導体ウエハ２０に薄膜形成する際に、精度のよい薄膜を形成することができない。
【００２２】
そのため、収容部４０内に水や氷が発生した場合、発生した水や氷を除去する必要がある。真空ポンプ６０を用いて水や氷を除去するには、水や氷を再び水蒸気化し、真空ポンプ６０によって発生した水蒸気を脱気する必要がある。しかし、上記したように、真空引きをしている間は、チャンバ３０内が低温化しており、水や氷を再び水蒸気化するのに長い時間が必要となる。つまり、チャンバ３０内を真空化するのに必要な時間が長期化してしまう。
【００２３】
本実施例の真空引き装置１０では、制御装置８０が、収容部４０の脱気を開始してから一定時間経過後に、マイクロ波照射装置５０を始動させる。あるいは、圧力センサ７２が測定した収容部４０の圧力値Ｐｉｎがマイクロ波照射装置５０の動作タイミングを決定するための第１圧力基準値Ｐｒｅｆ１よりも低くなった場合に、マイクロ波照射装置５０を始動させる（ステップＳ１８）。これによって、マイクロ波照射装置５０から収容部４０へとマイクロ波が照射され、収容部４０内に存在する水分子の分子運動が発熱する。そのため、収容部４０に発生した水や氷が加熱されて水蒸気となり、発生した水蒸気が真空ポンプ６０によって脱気される。この結果、収容部４０に存在する水蒸気が除去され、収容部４０内が高真空化される。
【００２４】
制御装置８０は、圧力センサ７２が測定した収容部４０の圧力値Ｐｉｎを監視し、圧力値Ｐｉｎが熱処理に必要な真空度以下に設定されている第２圧力基準値Ｐｒｅｆ２以上である間（ステップＳ２０でＮｏ）は、真空ポンプ６０による脱気と、マイクロ波照射装置５０によるマイクロ波の照射を継続する。そして、制御装置８０は、圧力値Ｐｉｎが第２圧力基準値Ｐｒｅｆ２よりも低くなった場合（ステップＳ２０でＹｅｓ）に、マイクロ波照射装置５０を停止する（ステップＳ２２）。
【００２５】
次に、制御装置８０は、マイクロ波照射装置５０を停止してから一定時間経過後に、真空ポンプ６０を用いた収容部４０の脱気を停止する。（ステップＳ２４）。制御装置８０は、上記の動作を実行する際に、排気弁７６を閉鎖し、真空ポンプ６０を停止させる。これによって、半導体ウエハ２０が載置された収容部４０が高真空化された状態に維持される。
【００２６】
本実施例の真空引き装置１０では、チャンバ３０内を真空引きする際に、マイクロ波照射装置５０から収容部４０へとマイクロ波を照射し、収容部４０内の水分子を発熱させる。本実施例によれば、チャンバ３０内を真空引きする際に、チャンバ３０内に存在する水蒸気が液化又は昇華した場合でも、マイクロ波を用いて水や氷を加熱し、水や氷を短時間で再び水蒸気化することができる。真空引きによって低温化したチャンバ３０内で水や氷が自然と水蒸気化するまで、長い時間に亘って真空ポンプ６０を動作し続ける必要がない。短時間でチャンバ３０内を高真空化することができる。
【００２７】
マイクロ波照射装置５０から照射されるマイクロ波は、収容部４０内の水分子を加熱し、チャンバ３０自体や半導体ウエハ２０そのものを加熱しない。そのため、チャンバ３０全体を加熱する従来技術のように、チャンバ３０内に収容されている半導体ウエハ２０に意図しない熱履歴が加わることがない。
半導体ウエハ２０が受けた熱履歴は、半導体ウエハ２０に形成される酸化膜の特性値（厚みや耐圧）に少なからず影響を与える。半導体ウエハ２０に意図しない熱履歴が加わった場合、半導体ウエハ２０から製造する半導体装置の製造品質を意図した品質に保つことができない。
【００２８】
本実施例では、マイクロ波を用いることから、半導体ウエハ２０の加熱を避けることができる。また、マイクロ波の照射によってチャンバ３０が加熱され、それによって半導体ウエハ２０が加熱されることもない。そのため、半導体ウエハ２０に意図しない熱履歴が加わることがなく、半導体ウエハ２０から製造する半導体装置の製造品質を意図した品質に保つことができる。
【００２９】
本実施例の真空引き装置１０では、チャンバ３０内の真空引きを開始する際に、制御装置８０が、マイクロ波照射装置５０を始動させるに先立って、真空ポンプ６０を用いた収容部４０の脱気を開始する。
チャンバ３０内では、主に、圧力低下に伴う温度低下によって水や氷が発生する。即ち、真空ポンプ６０が動作を開始し、チャンバ３０内の圧力がある程度低下した段階で、水や氷が発生し始める。そのころから、マイクロ波照射装置５０は、初期段階において必ずしも動作する必要はなく、真空ポンプ６０が動作を開始した後に、適切なタイミングで動作を開始すれば足りる。それにより、無駄にマイクロ波を照射する時間を省くことができる。
【００３０】
また、マイクロ波照射装置５０を遅れて動作させることで、真空ポンプ６０によってチャンバ３０内の圧力及び温度が十分に低下した後に、チャンバ３０で発生した水や氷の加熱が開始される。この段階では、チャンバ３０内が低温化することによって、半導体ウエハ２０の温度も低下している。そのため、マイクロ波によって発生した水蒸気が半導体ウエハ２０の表面を酸化させることが防止され、半導体ウエハ２０に意図しない酸化膜が形成されることがない。
【００３１】
また、本実施例の真空引き装置１０では、チャンバ３０内の真空引きを停止する際に、制御装置８０が、マイクロ波照射装置５０の動作を停止させるに遅れて、真空ポンプ６０を用いた収容部４０の脱気を停止する。これによって、マイクロ波の照射によって発生した水分を、真空ポンプ６０を用いて確実に脱気することができ、チャンバ３０内を確実に高真空化することができる。
【実施例２】
【００３２】
図３に、第２実施例の真空引き装置１１０の構成の模式図を示す。第２実施例のチャンバ１３０は、複数枚の半導体ウエハ２０を収容部１４０に収容可能なバッチ式チャンバである。チャンバ１３０は、その外周面１３０ａにマイクロ波照射装置１５０が配置されている。マイクロ波照射装置１５０は、チャンバ１３０内の収容部１４０に向かってマイクロ波を照射する。
バッチ式のチャンバ１３０を用いた場合でも、真空ポンプ６０を用いて収容部１４０を脱気する際に、マイクロ波を収容部１４０に照射することによって、半導体ウエハ２０に無用な熱履歴を与えることなく、チャンバ１３０内を短時間で高真空化することができる。
【００３３】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
上記では、マイクロ波照射装置５０と真空ポンプ６０を同時に動作させる場合の実施例を用いて説明を行ったが、マイクロ波照射装置５０の動作と真空ポンプ６０の脱気動作は必ずしも同時に行われる必要がない。例えば、マイクロ波照射装置５０の動作と真空ポンプ６０の脱気動作が交互に繰り返し実行されてもよい。真空ポンプ６０の脱気動作後にマイクロ波を照射し、収容部４０に発生した水や氷を加熱して水蒸気に変化させ、その後再び真空ポンプ６０の脱気動作を動作させて収容部４０に発生した水蒸気を脱気してもよい。
【００３４】
しかし、マイクロ波照射装置５０と真空ポンプ６０は、同時に動作する期間を有することが好ましい。マイクロ波照射装置５０と真空ポンプ６０が同時に動作する期間があると、照射されたマイクロ波によって発生した水蒸気を、真空ポンプによってチャンバ３０外へ直ちに脱気することができ、チャンバ３０内を高真空化するのに必要な時間を短縮することができる。
【００３５】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３６】
１０、１１０    真空引き装置
２０    半導体ウエハ
３０、１３０    チャンバ
３４    本体部
３６    蓋部
３８    導入部
４０、１４０    収容部
４８    支持台
５０、１５０    マイクロ波照射装置
６０    真空ポンプ
７０    排気管
７２    圧力センサ
７６    排気弁
８０    制御装置
Ｐｉｎ    圧力値
Ｐｒｅｆ１、Ｐｒｅｆ２    圧力基準値
【図１】
2010157661.tif 000003
【図２】
2010157661.tif 000004
【図３】
2010157661.tif 000005