(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に誘電体を含む膜が形成された基板を処理する処理室と、
前記処理室内に設けられ基板を支持する基板支持ピンと、
前記基板支持ピンで支持された基板の表面側からマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
前記基板支持ピンで支持された基板の裏面側に設けられ、前記基板の裏面と対向する対向面を有する導電性の基板冷却部と、
前記基板支持ピンの上端と前記基板冷却部の対向面との間の距離が、前記供給されるマイクロ波の１／４波長の奇数倍の距離になるように調整し、その後、前記マイクロ波を供給して前記基板支持ピンで支持された基板を表面側から加熱処理するとともに、該加熱処理中に、前記基板冷却部により前記基板支持ピンで支持された基板を裏面側から冷却するよう制御する制御部と、
を備える基板処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載された基板処理装置であって、
前記基板は、誘電率の異なる複数の材質から構成されるものである基板処理装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載された基板処理装置であって、
前記基板支持ピンは、前記基板冷却部よりも伝熱性の低い低伝熱性材質である基板処理装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３に記載された基板処理装置であって、
前記処理室の壁を冷却するための壁冷却部を備える基板処理装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４に記載された基板処理装置であって、
前記制御部は、前記加熱処理後において、前記基板と前記基板冷却部との間の距離が前記加熱処理時における距離よりも短い位置に、前記基板を所定時間維持するように制御する基板処理装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５に記載された基板処理装置であって、
前記基板冷却部には、該基板冷却部内を流れる冷媒の流量を制御する冷媒流量制御装置が接続されている基板処理装置。
【請求項７】
請求項６に記載された基板処理装置であって、
前記基板支持ピンで支持された基板の温度を検出するための温度検出器を備え、
前記温度検出器で検出された温度データに基づき、前記制御部が、前記冷媒流量制御装置を制御する基板処理装置。
【請求項８】
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に設けられ基板を支持する基板支持ピンと、
前記基板支持ピンで支持された基板の表面側からマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
前記基板支持ピンで支持された基板の裏面側に設けられ、前記基板の裏面と対向する対向面を有する導電性の基板冷却部と、
を備える基板処理装置を用いる半導体装置の製造方法であって、
表面に誘電体を含む膜が形成された基板を前記処理室内に搬入し、前記基板支持ピンに支持させる工程と、
前記基板支持ピンの上端と前記基板冷却部の対向面との間の距離が、前記供給されるマイクロ波の１／４波長の奇数倍の距離になるように調整する調整工程と、
前記調整工程の後、前記基板支持ピンで支持された基板の表面側からマイクロ波を供給するマイクロ波供給工程と、
前記マイクロ波を供給中に、前記基板支持ピンで支持された基板の裏面側から基板を冷却する工程と、
前記マイクロ波供給工程の後、マイクロ波の供給を停止して、前記処理室内から基板を搬出する工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上にＩＣ（Integrated Circuit）等の半導体装置を製造する基板処理技術に係り、特に、マイクロ波を用いて、半導体ウェハ（以下、ウェハという。）等の基板を処理し、半導体装置を製造する半導体製造装置や、基板を処理する基板処理装置、あるいは、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程の１つに基板（シリコンウェハやガラスなどをベースとする微細な電気回路のパターンが形成された被処理基板）の表面に所定の成膜処理を行うＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）工程がある。これは、気密な反応室に基板を装填し、室内に設けた加熱手段により基板を加熱し、成膜ガスを基板上へ導入しながら化学反応を起こし、基板上に設けた微細な電気回路のパターン上へ薄膜を均一に形成するものである。このようなＣＶＤ工程により、例えば、成膜原料に有機化学材料を使って、誘電率の高い絶縁膜であるＨｉｇｈ−ｋ膜として、ＨｆＯ膜等を形成することができる。
こうして形成されたＨｆＯ膜は、有機材料に起因するＣＨ、ＯＨなどの不純物が数％と多量に含まれているため、そのままでは、電気的絶縁性が不十分である。このような薄膜の電気的絶縁性、およびその安定性を確保するため、ＨｆＯ膜をＯ２やＮ２雰囲気中で６５０℃〜８００℃前後の高速アニール処理を施すことにより、ＣやＨ等の不純物を離脱させて緻密化し安定した絶縁体薄膜に改質しようとする試みが行われている。この緻密化は、結晶化まではさせないが、アモルファス状態の平均原子間距離を縮めるために行なわれる。このような高速アニール処理では、ＨｆＯ膜を改質処理するために、基板全体を所定の温度に加熱することになる。
【０００３】
一方、最近の半導体デバイスにおいては、微細化に伴い浅接合化が進んでおり、サーマルバジェット（熱履歴）を小さくすることが求められている。そのため、上述したＨｉｇｈ−ｋ膜の形成工程で用いられるアニール処理においても、サーマルバジェットを小さくするため、低温で不純物を離脱させて緻密化することが求められている。低温でアニール処理を行う理由は、次のとおりである。デバイスを製造する工程において、後の工程で、前の工程で処理された温度より高い温度で処理すると、既に前工程で構築されていたデバイスが崩れたり、膜の特性が変化することがある。そのため前の工程で処理された温度を超える温度で処理することはできない。よって、デバイス性能向上のための膜質改善処理を低温で行える技術が望まれている。
下記の特許文献には、成膜工程では基板上にハフニウムを含む薄膜を形成し、改質工程ではアルゴンラジカルを基板上に供給して、成膜工程において形成した膜中の不純物元素を除去する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２９６８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、上述した課題を解決し、基板温度の上昇を抑えサーマルバジェットを抑制しつつ、基板表面の誘電体を改質することができる基板処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、導電性の基板冷却部の上方に所定の間隔で支持された基板上の誘電体を、マイクロ波を用いて加熱して改質しながら、基板を冷却することにより、基板のサーマルバジェットを抑制するものである。本発明に係る基板処理装置の代表的な構成は、次のとおりである。
表面に誘電体を含む基板を処理する処理室と、
前記処理室内に設けられ基板を支持する基板支持部と、
前記基板支持部で支持された基板の表面側からマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
前記基板支持部で支持された基板の裏面側に設けられ、前記基板の裏面と対向する対向面を有する導電性の基板冷却部とを備え、
基板処理時における前記基板支持部の上端と前記基板冷却部の対向面との間の距離が、前記供給されるマイクロ波の１／４波長の奇数倍の距離である基板処理装置。
【０００７】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法の代表的な構成は、次のとおりである。
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に設けられ基板を支持する基板支持部と、
前記基板支持部で支持された基板の表面側からマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
前記基板支持部で支持された基板の裏面側に設けられ、前記基板の裏面と対向する対向面を有する導電性の基板冷却部とを備え、
前記基板支持部の上端と前記基板冷却部の対向面との間の距離が、前記供給されるマイクロ波の１／４波長の奇数倍の距離である基板処理装置を用いる半導体装置の製造方法であって、
表面に誘電体を含む基板を処理室内に搬入し、前記基板支持部で基板を支持する工程と、
前記基板支持部で支持された基板の表面側からマイクロ波を供給するマイクロ波供給工程と、
前記マイクロ波を供給中に、前記基板支持部で支持された基板の裏面側から基板を冷却する工程と、
前記マイクロ波供給工程の後、マイクロ波の供給を停止して、前記処理室内から基板を搬出する工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
上記のように基板処理装置や半導体装置の製造方法を構成すると、基板温度の上昇を抑えサーマルバジェットを抑制しつつ、基板表面の誘電体を改質することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る基板処理装置の垂直断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る基板処理装置の垂直断面図である。
【図３】マイクロ波パワーと基板温度の相関の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る基板処理装置の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る基板処理装置の垂直断面図である。基板処理装置１００は、処理室１０と搬送室（不図示）とマイクロ波供給部とを備える。処理室１０は、半導体基板としてのウェハ１１を処理する。マイクロ波供給部は、マイクロ波発生部２０と導波路２１と導波口２２とを備える。
【００１１】
マイクロ波発生部２０は、例えば、固定周波数マイクロ波又は可変周波数マイクロ波を発生する。マイクロ波発生部２０としては、例えばマイクロトロン等が用いられる。マイクロ波発生部２０で発生したマイクロ波は、導波路２１を介して、処理室１０と連通している導波口２２から処理室１０内に導入される。
処理室１０内に導入されたマイクロ波は、処理室１０壁面に対して反射を繰り返す。マイクロ波は処理室１０内でいろいろな方向へ反射し、処理室１０内はマイクロ波で満たされる。処理室１０内のウェハ１１に当たったマイクロ波はウェハ１１に吸収され、ウェハ１１はマイクロ波により誘電加熱される。
【００１２】
ウェハ１１の温度は、マイクロ波のパワーが小さければ温度が低く、パワーが大きければ温度が高くなる。図３に、シリコンウェハにマイクロ波を照射したときのマイクロ波パワーとウェハ温度の相関データを示す。図３は、マイクロ波パワーと基板温度の相関の一例を示す図である。図３に示すように、マイクロ波のパワーが大きくなるほど、ウェハ温度が上昇している。
なお、ウェハ温度は、処理室の大きさや形状、マイクロ波の導波口の位置、ウェハの位置によって変わるものであり、ここにあげるデータのウェハ温度値は一例である。しかし、マイクロ波パワーを大きくすると、ウェハ温度が高くなるという相関関係は崩れない。
【００１３】
処理室１０を形成する処理容器１８は、例えばアルミニウム（Ａｌ）やステンレス（ＳＵＳ）など金属材料により構成されており、処理室１０と外部とをマイクロ波的に遮蔽する構造となっている。
処理室１０内には、ウェハ１１を支持する基板支持部としての基板支持ピン１３が設けられている。基板支持ピン１３は、支持したウェハ１１の中心と処理室１０の中心とが垂直方向で略一致するように設けられている。基板支持ピン１３は、例えば石英又はテフロン（登録商標）等からなる複数（本実施形態においては３本）で構成され、その上端でウェハ１１を支持する。
【００１４】
基板支持ピン１３を、石英のような低伝熱性材質とすることで、ウェハ１１の熱が基板支持ピン１３を介して、後述する基板支持台１２へ逃げることを抑制できる。ここで、低伝熱性とは、少なくとも基板支持台１２よりも伝熱性が低いことをいう。これにより、ウェハ１１を均一に加熱することが可能となる。仮に、基板支持ピン１３を金属のような伝熱性の高い材質とした場合は、ウェハ１１から基板支持ピン１３への熱伝導による熱逃げがより大きくなり、その結果、ウェハ１１面内に温度の低い箇所が局所的に現われてしまう。従って、ウェハ１１面内を均一に加熱することが難しくなる。
また、基板支持ピン１３は、台座１５に支持されている。台座１５を上下方向に駆動することで、基板支持ピン１３は上下動可能となっている。
【００１５】
基板支持ピン１３の下部であってウェハ１１の下方には、基板冷却部である導電性の基板支持台１２が設けられている。基板支持台１２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）などの導体である金属材料により構成されている。基板支持台１２は、上面から見た形がウェハ１１の外径よりも大きい円形で、円盤状又は円柱状に形成されている。このように、基板支持台１２は、基板支持ピン１３で支持されたウェハ１１の裏面側に設けられ、該ウェハ１１の裏面と平行で、ウェハ１１の裏面と対向する対向面を有するものである。
【００１６】
基板支持台１２は金属製つまり導電性であるため、基板支持台１２においてはマイクロ波の電位がゼロとなる。したがって、仮にウェハ１１を基板支持台１２に直接置いた場合、マイクロ波の電界強度が弱い状態となる。そこで、本実施形態では、基板支持台１２の表面からマイクロ波の１／４波長（λ／４）の位置、もしくはλ／４の奇数倍の位置にウェハ１１を載置するようにする。ここでいう基板支持台１２の表面とは、基板支持台１２を構成する面の内、ウェハの裏面と対向する面を言う。λ／４の奇数倍の位置では電界が強いため、ウェハ１１を効率よくマイクロ波で加熱することができる。本実施形態では、たとえば５．８ＧＨｚに固定したマイクロ波を使用し、マイクロ波の波長が５１．７ｍｍであるので、基板支持台１２からウェハ１１までの高さが１２．９ｍｍとなるように設定する。つまり、基板処理時における前記基板支持部の上端と前記基板冷却部の対向面との間の距離が、前記供給されるマイクロ波の１／４波長の距離となるように、後述の制御部８０により基板支持ピン１３を上下動制御している。
【００１７】
このような構成とすることで、マイクロ波のピーク位置（波形の腹の位置）にウェハ１１を位置させることができるので、ウェハ１１の加熱効率が良い。加熱効率が良いと、ウェハ１１の誘電体膜からの熱伝導により他の膜も加熱されてしまうことが考えられる。しかしながら、ウェハ１１のサイズと等しいか若しくはそれより大きい面積を有し、後述するように、冷却部を内蔵する金属製の基板支持台１２をウェハ１１の裏面に対向する位置に置くことで、ウェハ１１裏面の全面から熱を奪うことができる。その結果、ウェハ１１を均一に冷却することができ、ウェハ１１上の誘電体膜以外の膜の加熱を抑制することができる。
【００１８】
マイクロ波の周波数が時間とともに変化（可変）する形態も可能である。その場合、基板支持台１２の表面からウェハ１１までの高さは、変化する周波数帯の代表周波数の波長から求めれば良い。たとえば５．８ＧＨｚ〜７．０ＧＨｚまで変化する場合、代表周波数を変化する周波数帯のセンタ周波数とし、代表周波数６．４ＧＨｚの波長４６ｍｍより、基板支持台１２の表面からウェハ１１までの高さを１１．５ｍｍとすればよい。
更には、固定周波数の電源を複数設け、それぞれから異なる周波数のマイクロ波を切り替えて供給し、処理するようにしてもよい。
【００１９】
基板支持台１２内には、ウェハ１１を冷却するための冷媒を流す冷媒流路３１が設けられている。本実施形態では、冷媒として水が使用されるが、この冷媒は冷却チラーなど他の冷媒を用いても良い。冷媒流路３１は、処理室１０の外部において、冷媒流路３１へ冷媒を供給する冷媒供給管３２と、冷媒流路３１から冷媒を排出する冷媒排出管３６に接続される。冷媒供給管３２には、下流から順に、冷媒供給管３２を開閉する開閉バルブ３３、冷媒流量を制御する流量制御装置３４、冷媒源３５が設けられている。開閉バルブ３３と流量制御装置３４は、制御部８０と電気的に接続されており、制御部８０により制御される。
【００２０】
処理室１０内のウェハ１１の上方には、ウェハ１１の温度を検出する温度検出器１４が設けられている。温度検出器１４には、例えば、赤外線センサを用いることができる。温度検出器１４は、制御部８０に電気的に接続されている。温度検出器１４によって検出されたウェハ１１の温度データが、所定の温度よりも高い場合、制御部８０は、ウェハ１１の温度が所定の温度となるように、開閉バルブ３３と流量制御装置３４を制御して、冷媒流路３１へ流す冷却水の流量を調節する。
【００２１】
処理容器１８の上部であって処理室１０の上壁には、例えば窒素（Ｎ２）等のガスを導入するガス供給管５２が設けられている。ガス供給管５２には、上流から順に、ガス供給源５５、ガス流量を調整する流量制御装置５４、ガス流路を開閉するバルブ５３が設けられており、このバルブ５３を開閉することで、処理室１０内にガス供給管５２からガスが導入、又は導入停止される。ガス供給管５２から導入される導入ガスは、ウェハ１１を冷却したり、パージガスとして処理室１０内のガスを押し出したりするのに用いられる。
ガス供給源５５とガス供給管５２と流量制御装置５４とバルブ５３から、ガス供給部が構成される。流量制御装置５４とバルブ５３は、制御部８０と電気的に接続されており、制御部８０により制御される。
【００２２】
図１に示すように、例えば直方体である処理容器１８の下部であって処理室１０の側壁には、処理室１０内のガスを排気するガス排出管６２が設けられている。ガス排出管６２には、上流から順に、圧力調整バルブ６３と、排気装置としての真空ポンプ６４が設けられており、この圧力調整バルブ６３の開度を調整することで、処理室１０内の圧力が所定の値に調整される。
ガス排出管６２と圧力調整バルブ６３と真空ポンプ６４から、ガス排出部が構成される。圧力調整バルブ６３と真空ポンプ６４は、制御部８０と電気的に接続されており、制御部８０により圧力調整制御される。
【００２３】
図１に示すように、処理容器１８の一側面には、処理室１０の内外にウェハ１１を搬送するためのウェハ搬送口７１が設けられている。ウェハ搬送口７１には、ゲートバルブ７２が設けられており、ゲートバルブ駆動部７３によりゲートバルブ７２を開けることにより、処理室１０内と搬送室内とが連通するように構成されている。
搬送室内には、ウェハ１１を搬送する搬送ロボット（不図示）が設けられている。搬送ロボットには、ウェハ１１を搬送する際にウェハ１１を支持する搬送アームが備えられている。ゲートバルブ７２を開くことによって、搬送ロボットにより処理室１０内と搬送室内との間で、ウェハ１１を搬送することが可能なように構成されている。
【００２４】
基板処理装置１００は、この基板処理装置１００の各構成部分の動作を制御する制御部８０を備え、制御部８０は、マイクロ波発生部２０、ゲートバルブ駆動部７３、搬送ロボット、台座１５、流量制御装置５４，３４、バルブ５３，３３、圧力調整バルブ６３等の各構成部の動作を制御する。
【００２５】
次に、基板処理装置１００における本実施形態の基板処理動作について説明する。本実施形態の基板処理は、半導体装置を製造する複数工程の中の一工程を構成するものである。この基板処理動作は、制御部８０により制御される。
（基板搬入工程）
ウェハ１１を処理室１０に搬入する基板搬入工程において、まず、ゲートバルブ７２を開き、処理室１０と搬送室とを連通させる。次に、基板支持台１２からウェハ１１までの高さが、供給されるマイクロ波の１／４波長の奇数倍の距離となるように、基板支持ピン１３の高さを調節する。次に、処理対象のウェハ１１を、搬送ロボットにより、搬送室内から処理室１０内へ搬入する。処理室１０内に搬入されたウェハ１１は、搬送ロボットにより基板支持ピン１３の上端に載置され、基板支持ピン１３に支持される。次に、搬送ロボットが処理室１０内から搬送室内へ戻ると、ゲートバルブ７２が閉じられる。
【００２６】
（窒素ガス置換工程）
次に、処理室１０内を窒素（Ｎ２）雰囲気に置換する。ウェハ１１を搬入すると処理室１０の外の大気雰囲気が巻き込まれるので、この大気雰囲気中の水分や酸素がプロセスに影響しないように処理室１０内のＮ２置換を行う。ガス排出管６２から、真空ポンプ６４により処理室１０内のガス（雰囲気）を排出するとともに、ガス供給管５２から、Ｎ２ガスを処理室１０内に導入する。このとき、圧力調整バルブ６３により処理室１０内の圧力を所定の圧力、本実施形態では大気圧に調整する。所定の圧力として、プラズマが発生しない圧力より高い圧力が望ましく、例えば２００Ｔｏｒｒよりも高い圧力を言う。
【００２７】
（加熱処理工程）
次に、マイクロ波発生部２０で発生させたマイクロ波を、導波口２２から処理室１０内に導入し、ウェハ１１の表面側から照射する。このマイクロ波照射により、ウェハ１１表面上のＨｉｇｈ−ｋ膜を１００〜６００℃に加熱し、Ｈｉｇｈ−ｋ膜の改質処理、つまり、Ｈｉｇｈ−ｋ膜からＣやＨ等の不純物を離脱させて、緻密化し安定した絶縁体薄膜に改質する処理を行う。
Ｈｉｇｈ−ｋ膜等の誘電体は、誘電率に応じてマイクロ波の吸収率が異なる。誘電率が高いほどマイクロ波を吸収しやすい。我々の研究によれば、ハイパワーのマイクロ波をウェハに照射し処理すると、ウェハ上の誘電体膜が加熱され改質されることがわかった。また、マイクロ波による加熱の特徴は、誘電率εと誘電正接tanδによる誘電加熱で、この物性値が異なる物質を同時に加熱すると、加熱されやすい物質、すなわち、誘電率が高い方の物質だけ選択的に加熱できることが分かった。
【００２８】
Ｈｉｇｈ−ｋ膜のアニールについて説明すると、ウェハの基板材料であるシリコンに比べ、Ｈｉｇｈ−ｋ膜は誘電率εが高い。例えば、シリコンの誘電率εは９．６であるが、Ｈｉｇｈ−ｋ膜であるＨｆＯ膜の誘電率εは２５、ＺｒＯ膜の誘電率εは３５である。よって、Ｈｉｇｈ−ｋ膜を成膜したウェハにマイクロ波を照射すると、Ｈｉｇｈ−ｋ膜だけ選択的に加熱することができる。
我々の研究によると、ハイパワーのマイクロ波を照射する方が膜の改質効果が大きい。ハイパワーのマイクロ波を照射すると、急速にＨｉｇｈ−ｋ膜の温度を上昇させることができる。
これに対し、比較的低パワーのマイクロ波を長時間照射した場合は、改質プロセス中にウェハ全体の温度が高くなってしまう。時間が経過すると、シリコン自身がマイクロ波により誘電加熱されるのと、マイクロ波が照射されるウェハ表面のＨｉｇｈ−ｋ膜からウェハ裏面側のシリコンへの熱伝導により、シリコンの温度も上昇してしまうからである。
ハイパワーのマイクロ波を照射する場合に膜の改質効果が大きい理由は、ウェハ全体が温度上昇し上限温度に達するまでの時間内に、誘電体を誘電加熱により高い温度まで加熱することができるためと考えられる。
【００２９】
そこで、本実施形態では、マイクロ波を照射中に、冷却流路１３に冷却水を供給しておくことで、ウェハ１１の温度上昇を抑制する。好ましくは、ウェハ１１の温度が所定の温度となるように、開閉バルブ３３と流量制御装置３４を制御して、冷媒流路３１へ流す冷却水の流量を調節する。このように、ウェハ１１の処理温度を一定とすることにより、複数のウェハを処理した際のプロセス結果の再現性を向上することができる。
【００３０】
また、加熱処理工程において、制御部８０はバルブ５３を開いて、処理室１０内にガス供給管５２からＮ２ガスを導入するとともに、圧力調整バルブ６３により処理室１０内の圧力を所定の値、本実施形態では大気圧に調整しつつ、ガス排出管６２から処理室１０内のＮ２ガスを排出する。このようにして、加熱処理工程において、処理室１０内を所定の圧力値に維持する。本例では、周波数５．８〜７．０ＧＨｚのマイクロ波をパワー１６００Ｗ、処理室１０内の圧力を大気圧として５分間、加熱処理を行った。なお、処理室１０内に導入するＮ２ガスの流量を制御することで、ウェハ１１の冷却を助長することもできる。
積極的にＮ２ガスの冷却効果を使う場合は、ガス供給管５２を基板支持台１２に設け、ウェハ１１と基板支持台１２の間にガスを流すことにより、ガスによる冷却効果向上を図ることもできる。このガスの流量を制御することにより、ウェハ１１の温度制御を行うこともできる。
また本実施例ではＮ２ガスを使用しているが、プロセス的、安全性に問題がなければ、熱伝達率の高い他のガス、たとえば希釈ＨｅガスなどをＮ２ガスに追加し、基板冷却効果を向上することもできる。
以上のようにして、所定時間、マイクロ波を導入して基板加熱処理を行った後、マイクロ波の導入を停止する。
なお、本実施形態では、ウェハ１１を水平方向に回転させることなく加熱処理を行っているが、ウェハ１１を回転させながら加熱処理を行ってもよい。
【００３１】
（冷却工程）
加熱処理工程が終了すると、基板支持ピン１３を下降し、ウェハ１１と基板支持台１２との距離が加熱処理工程における距離よりも短い位置に、ウェハ１１を所定時間維持する。このときの距離は、例えば０．１ｍｍから０．５ｍｍとする。このようにすることで、加熱されたウェハ１１をより急速に冷却することが可能となる。本来、加熱されたウェハを大気圧間で移動する場合、基板温度が降下するのに時間がかかり、生産性に支障が生じる恐れがある。そこで、急速に冷却し、温度降下時間を短縮することで、大気圧間を移動する場合でもスループットを高くすることが可能となる。
また、急速に冷却することで、熱処理されたウェハ１１上の膜を急速に安定化することが可能となる。特にＨｉｇｈ‐ｋ膜の場合、急速に結晶構造を安定化することができる。仮に、加熱処理工程が終了後、冷却工程を行うことなく、すぐに大気搬送室に搬送した場合は、不純物が膜中に混入する恐れがある。
また、処理室１０内で冷却することで、大気搬送室の搬送ロボットに高い耐熱性の材質を使用する必要が無くなる。
【００３２】
（基板搬出工程）
冷却工程が終了すると、上述した基板搬入工程に示した手順とは逆の手順により、加熱処理したウェハ１１を処理室１０から搬送室内へ搬出する。このとき、搬送ロボットが基板支持ピン１３上のウェハ１１を取り出す際に、基板支持台１２からウェハ１１までの高さが、加熱処理工程における高さとなるように、基板支持ピン１３の高さを調節しておくのが好ましい。このようにすると、次のウェハ１１を搬入した後、基板支持台１２からウェハ１１までの高さを調節する工程を省くことができる。
【００３３】
上述の第１実施形態によれば、少なくとも次の（１）〜（８）の効果を奏することができる。
（１）基板のサーマルバジェットを抑制しつつ、基板表面の誘電体を改質することができる。
（２）誘電率の高い材質を選択的に加熱することができる。
（３）基板の高さ位置におけるマイクロ波の電界を強くできるため、基板表面の誘電体を効率よく加熱することができる。
（４）基板支持ピンを低伝熱性材質としているので、基板支持ピンから熱が逃げることを抑制でき、基板を均一に加熱することができる。
（５）基板の冷却度合いをプロセスに応じて制御することができる。
（６）基板の処理温度を一定とすることにより、複数の基板を処理した際のプロセス結果の再現性を向上することができる。
（７）加熱処理後、基板支持ピンを下降させて、基板を急速に冷却することで、基板上の膜を急速に安定化することが可能となる。特にＨｉｇｈ‐ｋ膜の場合、急速に結晶構造を安定化することができる。
（８）基板搬入出時の基板の高さ位置を、加熱処理時の位置と同じ高さにしているので、加熱処理時に高さ調整を行う工程を省略できる。
【００３４】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る基板処理装置の構成について、図２を用いて説明する。図２は、本発明の第２実施形態に係る基板処理装置の垂直断面図である。第２実施形態においては、第１実施形態における基板支持台１２を用いず、その代わりに、処理容器１８の底壁内に設けた冷媒流路４１を、基板冷却部としている。冷媒流路４１に関連する構成以外の構成や、加熱処理工程を含む基板処理動作等の点は、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。また、第２実施形態においても、図示しないが、第１実施形態と同様の台座１５を有するが、同様の機能であるので説明を省略する。
【００３５】
図２に示すように、処理容器１８の各壁面の内部には、各壁面を冷却する冷媒流路４１が設けられている。冷媒流路４１は、処理室１０の外部において、冷媒流路４１へ冷媒を供給する冷媒供給管４２と、冷媒流路４１から冷媒を排出する冷媒排出管４６に接続される。冷媒供給管４２には、下流から順に、冷媒供給管４２を開閉する開閉バルブ４３、冷媒流量を制御する流量制御装置４４、冷媒源４５が設けられている。開閉バルブ４３と流量制御装置４４は、制御部８０と電気的に接続されており、制御部８０により制御される。本実施形態では、冷媒流路４１には冷却水が供給されており、加熱処理工程において、マイクロ波照射により加熱されたウェハ１１を、底壁内に設けた冷媒流路４１により、ウェハ１１の裏面から冷却することができる。このように、第１実施形態における基板支持台１２を用いないので、処理容器１８を小型化することが容易となる。
また積極的にガスの冷却効果を使う場合は、ガス供給管５２を処理室１０の底壁面に設け、ウェハ１１と処理室底面の間にガスを流すことにより、ガスによる冷却効果向上を図ることができる。第１実施形態より構造が容易となる。
【００３６】
また、マイクロ波照射やウェハ１１からの放射熱や加熱されたガス等により、側壁や上壁の各壁面が温度上昇することを、側壁内や上壁内に設けた壁冷却部としての冷媒流路４１により、抑制することができる。これにより、温度上昇に伴う各壁面のマイクロ波の反射効率の低下を抑制することができる。各壁面の温度を一定とすることで、各壁面のマイクロ波の反射効率を一定とし、延いては、実質的なマイクロ波電力を安定させることが可能となる。したがって、複数の基板処理を１バッチとして処理する際に、バッチ内及びバッチ間の処理条件が一定となるので、バッチ内及びバッチ間における処理の再現性が向上する。
【００３７】
上述の第２実施形態によれば、上述の第１実施形態の効果に加え、少なくとも次の（１）〜（２）の効果を奏することができる。
（１）処理室の底壁により基板冷却部を構成することができる。
（２）処理室の側壁又は上壁の温度を一定条件に維持することができるので、基板間やバッチ間の処理のバラツキをさらに抑制でき、プロセス結果の再現性をさらに向上することができる。
【００３８】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
上述の第１実施形態において、基板支持台１２と併せて、第２実施形態で用いた、各壁面を冷却する冷媒流路４１を設けるようにしてもよい。
また、上述の第１実施形態において、基板処理時における前記基板支持部の上端と前記基板冷却部の対向面との間の距離が、前記供給されるマイクロ波の１／４波長の奇数倍の距離となるように、制御部により基板支持ピン１３を上下動制御したが、基板支持ピン１３の位置を固定し、基板処理時における前記基板支持部の上端と前記基板冷却部の対向面との間の距離が、前記供給されるマイクロ波の１／４波長の奇数倍の距離に固定されるようにすることもできる。ただしこの場合は、冷却工程において、基板を基板支持台１２に近接させることはできないので、冷却効率が低下する。
【００３９】
また、上述の第１実施形態の加熱処理工程と冷却工程において、前記基板支持部の上端と前記基板冷却部の対向面との間の距離を調整するため、制御部により基板支持ピン１３を上下動制御したが、基板支持ピン１３を上下動する代わりに、基板支持台１２を上下動制御してもよい。
また、上述の各実施形態では、ウェハに処理が施される場合について説明したが、処理対象はホトマスクやプリント配線基板、液晶パネル、コンパクトディスクおよび磁気ディスク等であってもよい。
【００４０】
本明細書には、少なくとも次の発明が含まれる。すなわち、第１の発明は、
表面に誘電体を含む基板を処理する処理室と、
前記処理室内に設けられ基板を支持する基板支持部と、
前記基板支持部で支持された基板の表面側からマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
前記基板支持部で支持された基板の裏面側に設けられ、前記基板の裏面と対向する対向面を有する導電性の基板冷却部とを備え、
基板処理時における前記基板支持部の上端と前記基板冷却部の対向面との間の距離が、前記供給されるマイクロ波の１／４波長の奇数倍の距離である基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、基板の高さ位置におけるマイクロ波の電界が強くなるため、基板表面の誘電体を効率よく加熱することができる。また、基板冷却部により、基板裏面の全面から熱を奪うことができ、基板を均一に冷却することができる。それにより、基板表面の誘電体以外の部分に対する加熱を抑制することができる。
【００４１】
第２の発明は、前記第１の発明における基板処理装置であって、
前記基板支持部は、前記基板冷却部よりも伝熱性の低い低伝熱性材質である基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、基板支持部が石英等の低伝熱性材質なので、基板の熱が基板支持部から逃げることを抑制できる。その結果、基板を均一に加熱することが可能となる。
【００４２】
第３の発明は、前記第１の発明又は第２の発明における基板処理装置であって、
前記基板支持部は、基板をその上端で支持する基板支持ピンである基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、基板冷却部を構成することが容易となる。
【００４３】
第４の発明は、前記第１の発明ないし第３の発明における基板処理装置であって、
前記基板冷却部は、前記処理室の底壁に設けられた基板冷却部である基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、処理室の底壁により基板冷却部を構成することができる。さらには、このように基板処理装置を構成すると、基板冷却部を構成することが容易となる。
【００４４】
第５の発明は、前記第１の発明ないし前記第４の発明における基板処理装置であって、
前記処理室の側壁又は上壁あるいはその両方を冷却するための壁冷却部を備える基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、処理室の側壁又は上壁の温度を一定条件に維持することができるので、基板間やバッチ間の処理のバラツキをより抑制できる。
【００４５】
第６の発明は、前記第１の発明ないし第５の発明における基板処理装置であって、
前記基板は、誘電率の異なる複数の材質から構成されるものである基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、誘電率の高い材質を選択的に加熱することができる。
【００４６】
第７の発明は、前記第１の発明ないし第６の発明における基板処理装置であって、
前記処理室内にガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内からガスを排出するガス排出部と、
前記処理室内の圧力を２００Ｔｏｒｒよりも高い圧力に維持するよう、前記ガス供給部と前記ガス排出部を制御する制御部と、
を備える基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、ガスが基板冷却を助長するので、より高い冷却効果をもたらすことができる。また、プラズマが生成されない圧力であるので、プラズマによるダメージを回避し、効率よく加熱することができる。
【００４７】
第８の発明は、前記第１の発明ないし第７の発明における基板処理装置であって、
前記基板冷却部には、該基板冷却部内を流れる冷媒の流量を制御する冷媒流量制御装置が接続されている基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、基板の冷却度合いをプロセスに応じて制御することができる。
【００４８】
第９の発明は、前記第８の発明における基板処理装置であって、
前記基板支持部で支持された基板の温度を検出するための温度検出器を備え、
前記温度検出器で検出された温度データに基づき、前記冷媒流量制御装置が制御される基板処理装置。
このように基板処理装置を構成すると、基板の温度に応じて冷媒流量を制御することができるので、基板温度をより細かく制御することができ、結果、品質の高い基板とすることができる。
【００４９】
第１０の発明は、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に設けられ基板を支持する基板支持部と、
前記基板支持部で支持された基板の表面側からマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
前記基板支持部で支持された基板の裏面側に設けられ、前記基板の裏面と対向する対向面を有する導電性の基板冷却部とを備え、
前記基板支持部の上端と前記基板冷却部の対向面との間の距離が、前記供給されるマイクロ波の１／４波長の奇数倍の距離である基板処理装置を用いる半導体装置の製造方法であって、
表面に誘電体を含む基板を処理室内に搬入し、前記基板支持部で基板を支持する工程と、
前記基板支持部で支持された基板の表面側からマイクロ波を供給するマイクロ波供給工程と、
前記マイクロ波を供給中に、前記基板支持部で支持された基板の裏面側から基板を冷却する工程と、
前記マイクロ波供給工程の後、マイクロ波の供給を停止して、前記処理室内から基板を搬出する工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
【００５０】
第１１の発明は、
基板を処理する処理室と、
前記処理室内に設けられ基板を支持する基板支持部と、
前記基板支持部で支持された基板の表面側からマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
前記基板支持部で支持された基板の裏面側に設けられ、前記基板の裏面と対向する対向面を有する導電性の基板冷却部とを備える基板処理装置を用いる半導体装置の製造方法であって、
表面に誘電体を含む基板を処理室内に搬入し、前記基板支持部で基板を支持する工程と、
前記基板支持部の上端と前記基板冷却部の対向面との間の距離を、前記供給されるマイクロ波の１／４波長の奇数倍の距離とする工程と、
前記基板支持部の上端と前記基板冷却部の対向面との間の距離が、前記供給されるマイクロ波の１／４波長の奇数倍の距離である状態で、前記基板支持部で支持された基板の表面側からマイクロ波を供給するマイクロ波供給工程と、
前記マイクロ波を供給中に、前記基板支持部で支持された基板の裏面側から基板を冷却する工程と、
前記マイクロ波供給工程の後、マイクロ波の供給を停止して、前記処理室内から基板を搬出する工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００５１】
１０…処理室、１１…ウェハ、１２…基板冷却部、１３…基板支持ピン、１４…温度検出器、１８…処理容器、２０…マイクロ波発生部、２１…導波路、２２…導波口、３１…冷媒流路、３２…冷媒供給管、３３…開閉バルブ、３４…流量制御装置、３５…冷媒源、４１…冷媒流路、４２…冷媒供給管、４３…開閉バルブ、４４…流量制御装置、４５…冷媒源、５２…ガス供給管、５３…開閉バルブ、５４…流量制御装置、５５…ガス供給源、６２…ガス排出管、６３…圧力調整バルブ、６４…真空ポンプ、７１…ウェハ搬送口、７２…ゲートバルブ、７３…ゲートバルブ駆動部、８０…制御部、１００…基板処理装置。
【図１】
0005256328.tif 000002
【図２】
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【図３】
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