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    本發明的課題是在於提供一種可一面抑制基板溫度的過度上昇，一面加熱處理包含加熱對象的聚醯亞胺膜或High-k膜的基板之基板處理技術。其解決手段係構成一種基板處理裝置，係具備：處理室，其係處理基板；導電性的基板支撐台，其係設於上述處理室內；介電質板，其設於上述基板支撐台上，載置基板；微波產生部，其係設於上述處理室外；及微波供給部，其係將在上述微波產生部所產生的微波供給至上述處理室內。
    公开号:TW201312682A
    申请号:TW101120290
    申请日:2012-06-06
    公开日:2013-03-16
    发明作者:Shinji Yashima；Atsushi Umekawa
    申请人:Hitachi Int Electric Inc；
    IPC主号:H01L21-00
    专利说明:
    基板處理裝置及半導體裝置的製造方法
    本發明是有關在基板上製造IC(Integrated Circuit)等的半導體裝置之基板處理技術，特別是有關利用微波來處理半導體晶圓(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，處理基板的基板處理裝置、或半導體裝置的製造方法。
    半導體製造工程之一，有WLP(Wafer Level Package)技術。這是在晶圓狀態下處理至封裝最終工程而使完成者，在被製作IC的晶圓上作為半導體封裝形成必要的再配線、密封樹脂、焊錫凸塊而小片化，可小型化至與IC的晶片同程度的大小。
    通常的LSI的製造是在前工程的終了後，前進至將晶圓研磨而薄化的背面研磨、將晶圓切斷成小片或晶片的切割、將晶片裝在焊墊上的安裝、黏著、模製、加工製程、測試等的後工程。
    另一方面，在WLP之一種的SiP(System in Package)的製造中，在前工程與後工程之間放入新的中間工程，亦即在接受前工程的晶圓之後至背面研磨之間放入對晶片的配線上部實施加工的再配線等的工程。而且，以聚醯亞胺等來形成層間絕緣膜而形成Cu配線，在其前端搭載焊球。
    因為在此中間工程之後，進行晶圓的研磨等，所以在中間工程中，晶圓的厚度或翹曲等也需要注意，加熱處理時的溫度需要注意。
    在以上述聚醯亞胺來形成層間絕緣膜時，是將聚醯亞胺加熱使硬化，但就以往的電阻加熱型加熱器的加熱硬化處理而言，由於晶圓本身形成高溫，因為不容易抑制晶圓的翹曲。因此，期望一面將晶圓壓在低溫，一面可進行聚醯亞胺的加熱硬化處理。
    又，半導體製造工程之一，有對基板(以矽晶圓或玻璃等為基礎之形成有微細的電路圖案的被處理基板)的表面進行預定的成膜處理之CVD(Chemical Vapor Deposition)工程。此是在氣密的反應室裝填基板，藉由設於室內的加熱手段來加熱基板，一邊將成膜氣體導入至基板上，一邊產生化學反應，對設於基板上的微細的電路圖案上均一地形成薄膜者。藉由如此的CVD工程，例如在成膜原料使用有機化學材料，可形成ZrO(氧化鋯)膜等，作為介電常數高的絕緣膜之High-k(高介電質)膜。
    由於如此形成的ZrO膜起因於有機材料而含多量數%的CH、OH等的雜質，所以若照舊的話則電性絕緣性不夠充分。為了確保如此的薄膜的電性絕緣性及其安定性，而試行使ZrO膜在O2(氧)或N2(氮)環境中實施650℃~800℃前後的高速退火處理，藉此使C(碳)或H(氫)等的雜質脫離而緻密化改質成安定的絕緣體薄膜。此緻密化雖不使至結晶化，但為了縮小非晶形狀態的平均原子間距離而進行。如此的高速退火處理，為了將ZrO膜改質處理，而使基板全體加熱至預定的溫度。
    另一方面，在最近的半導體裝置中，隨著微細化，淺接合化進展，被要求縮小熱積存(thermal budget)(熱履歷)。為此，在被使用於上述High-k膜的形成工程的退火處理中也為了縮小熱積存，而被要求一面將基板壓在低溫，一面加熱High-k膜，使雜質脫離而緻密化。將基板壓在低溫的理由是如其次般。在製造裝置的工程中，若在後工程以比在前工程被處理的溫度還高的溫度來處理，則會有已在前工程被構築的裝置瓦解或膜的特性變化的情形。因此無法在超過在前工程被處理的溫度之溫度下處理。所以，期望可低溫進行為了裝置性能提升的膜質改善處理之技術。
    在下述的專利文獻中揭示：在成膜工程是將含鉿的高介電質薄膜形成於基板上，改質工程是將氬自由基供給至基板上，而除去在成膜工程中形成的膜中的雜質元素之技術。 [先行技術文獻] [專利文獻]
    [專利文獻1]特開2004-296820號公報
    本發明的目的是在於解決上述的課題，提供一種可一面抑制基板溫度的過度上昇，例如抑制熱積存，一面加熱處理包含加熱對象的聚醯亞胺膜或High-k膜的基板之基板處理技術。
    本發明是在導電性的基板支撐台與基板之間夾著介電質的狀態下，利用微波來加熱基板，藉此一面抑制對基板的過度加熱，一面加熱聚醯亞胺膜或High-k膜等的加熱對象者。本發明的基板處理裝置的代表性的構成是如其次般。
    一種基板處理裝置，係具備：處理室，其係處理基板；導電性的基板支撐台，其係設於上述處理室內；介電質板，其設於上述基板支撐台上，載置基板；微波產生部，其係設於上述處理室外；及微波供給部，其係將在上述微波產生部所產生的微波供給至上述處理室內。
    並且，本發明的半導體裝置的製造方法的代表性的構成是如其次般。
    一種半導體裝置的製造方法，係使用基板處理裝置之半導體裝置的製造方法，該基板處理裝置係具備：處理室，其係處理基板；導電性的基板支撐台，其係設於上述處理室內；介電質板，其設於上述基板支撐台上，載置基板；微波產生部，其係設於上述處理室外；及微波供給部，其係將在上述微波產生部所產生的微波供給至上述處理室內，其特徵係具備：基板載置工程，其係將基板搬入至處理室，在上述基板支撐台上的介電質板上載置基板；基板處理工程，其係從上述微波供給部供給微波至上述處理室內，處理上述介電質板上的基板；及基板搬出工程，其係於上述基板處理工程之後，從上述處理室搬出基板。
    若如上述那樣構成基板處理裝置或半導體裝置的製造方法，則可一面抑制基板溫度的過度上昇，一面加熱處理包含加熱對象的基板。
    利用圖1、圖2來說明本發明的實施形態的基板處理裝置1。圖1是由上面來看基板處理裝置1時的構成的概略平面圖。圖2是由側面來看基板處理裝置時的構成的概略側面圖。
    本發明的實施形態的基板處理裝置1是構成為實行為了製造半導體而預先被設定(以下稱為「預定」)的處理之半導體製造裝置。以下，本發明的實施形態的基板處理裝置1是說明利用微波來加熱晶圓的裝置。
    本發明的實施形態的基板處理裝置1是至少藉由：包含對晶圓實施預定處理的處理室的製程模組(PM；Process Module)10、及包含晶圓被搬送的搬送室的前端模組(EFEM；Equipment Front End Module)20、及作為將收納晶圓而搬運的基板收容器(例如FOUP(Front-Opening Unifiled Pod)，以下記載為「收納盒」)與裝置外部的搬送裝置交接的容器載置台的裝載埠(LP；Load Port)30所構成。
    製程模組10及裝載埠30是至少各設1個。在此，製程模組10及裝載埠30是各設3個，但此構成是其一例，本發明的構成並非限於此構成。
    並且，作為控制手段的控制部40是藉由實行預定的程式檔案，控制作為後述的基板搬送手段之搬送機器人(robot)202，在製程模組10、前端模組20及裝載埠30間搬送晶圓。
    並且，控制部40是藉由實行預定的程式檔案，控制構成製程模組10的各種機構，在製程模組10內處理晶圓。 (製程模組10)
    製程模組10是對晶圓實施加熱處理(退火)或為了改善膜質的改質處理等的處理。有關製程模組10的詳細會在往後敘述。
    製程模組10是可經由閘閥(GV；Gate Valve)100來與前端模組20連通。 (前端模組20)
    前端模組20是具備：載置在製程模組10所被處理的晶圓之基板載置部200、搬送機器人202、風扇201等。
    基板載置部200是設在構成前端模組20的空間的一角，設在台203上。台203是設在不與支撐搬送機器人200的機器人支撐台205重疊的位置，不會擋住閘閥100或遮擋板300的位置。
    在前端模組20的頂部設有風扇201。風扇201是從頂部朝基板載置部200、搬送機器人202或前端模組20的底部供給被除塵的大氣。藉此形成氣流(airflow)204。
    在前端模組20的底部設有將藉由風扇201所供給的大氣予以排氣的排氣管206。在排氣管206中從氣流的上游側設有氣體排出用閥207及泵208，控制前端模組20內的環境的排氣。
    藉由形成氣流204，使前端模組20內經常成為清淨的大氣狀態，且藉由從排氣管206排氣，前端模組20內的塵埃等不會揚起。
    另外，前端模組20的排氣部不僅是如上述般設置排氣管206、排出用閥207、泵208來積極地將環境排氣之構成，亦可如其次般構成。
    亦即，在前端模組20的底部設置開口面積可調整的構造之縫隙。如此的構成時，為了抑制來自外部的微粒侵入，將內部調整成比外部還加壓若干的狀態。藉由從風扇201供給的氣流204，環境從底部的縫隙排出至外部。
    藉由如此的構成，可提供更廉價的裝置。
    搬送機器人202是如前述般被機器人支撐台205所支撐。
    並且，搬送機器人202為了在製程模組10、被搭載於裝載埠30的收納盒301、及基板載置部200之間移載晶圓，而構成臂及其支撐軸會水平旋轉。
    而且，為了在各閘閥100(1)~100(3)的附近、遮擋板300(1)~300(3)的附近、基板支撐部200的附近移動，而構成可與製程模組10的配列方向平行地在機器人支撐台205上滑動移於水平方向。
    藉由以上的構成，搬送機器人202可在製程模組10、被搭載於裝載埠30的收納盒301、及基板載置部200的3者之間搬送晶圓。
    並且，搬送機器人202是在上下各具備1個作為保持晶圓的基板保持部。搬送機器人202是例如構成可在上臂的前端載置未處理晶圓，對各製程模組10搬入，且在下臂的前端載置製程模組10內的處理完畢晶圓，從各製程模組10搬出(更換晶圓搬送)。
    基板載置部200是支撐在製程模組10被加熱處理之處理完成的晶圓者。對被載置的晶圓供給氣流204，冷卻被加熱處理的晶圓。
    另外，就圖1及圖2而言，製程模組10的數量與基板載置部200的晶圓收容數是只設同數量(3個)，但本發明並非限於如此的構成，製程模組10的個數可按照晶圓所被搬送的時間來適當變更。並且，前端模組20可經由遮擋板(shutter)300來與裝載埠30連通。 (裝載埠30)
    裝載埠30是載置有作為基板收容器的收納盒301之載置台，設置複數個。如圖1所示，裝載埠30設置與製程模組10同數量，但到底要設置幾個裝載埠30是依後述的晶圓搬送方式而不同。具體而言，藉由從1個收納盒301往複數個製程模組10搬送晶圓的分配方式來搬送晶圓時，裝載埠30是至少設置1個即可，藉由從複數個收納盒301搬送晶圓的並列方式來搬送晶圓時，是按照記述搬送目的地的搬送處方等來設置預定數量的裝載埠30。 (晶圓搬送方法)
    以下，利用圖3來說明本發明的實施形態的基板處理裝置1搬送晶圓的方法。圖3是用以說明將被收納於1個收納盒301的晶圓111予以一片一片地搬送至各製程模組10的分配方式的圖。在此是設為在裝載埠30(1)與製程模組10(1)~10(3)之間搬送晶圓者。
    首先，如箭號A所示，從被載置於裝載埠30(1)的收納盒301取出(第1片的)晶圓，如箭號B所示，搬入至製程模組10(1)。
    其次，如箭號A所示，從被載置於裝載埠30(1)的收納盒301取出其次的(第2片的)晶圓，如箭號C所示，搬入至製程模組10(2)。
    又，如箭號A所示，從被載置於裝載埠30(1)的收納盒301取出其次的(第3片的)晶圓，如箭號D所示，搬入至製程模組10(3)。
    在製程模組10(1)~10(3)中被處理的晶圓是如箭號E那樣，往基板載置部200載置，藉由氣流204冷卻。被冷卻的晶圓依序被取出，搬送至裝載埠30(1)的收納盒。 (製程模組10的詳細)
    接著，利用圖4來詳細說明有關圖1的製程模組10。
    圖4是本發明的實施形態的製程模組10的垂直剖面圖。製程模組10是形成在處理室110具備微波產生部120、氣體供給管152等的氣體供給部、氣體排出管162等的氣體排出部、冷媒供給管132等的冷卻部等之構成。
    處理室110是處理作為介電質的半導體基板的晶圓111，例如矽晶圓。在處理室110內設有導電性的基板支撐台112，在基板支撐台112上設有介電質板113，晶圓111是被載置於介電質板113上。 (微波產生部及供給部)
    微波產生部120是例如產生固定頻率微波。微波產生部120是例如可使用磁控管、克萊斯管、振動陀螺儀等。在微波產生部120產生的微波是經由導波路121來從導波口122照射至處理室110內。在導波路121設有減少導波路121內部的反射電力的匹配機構126。
    被供給至處理室110內的微波是朝晶圓111的表面照射。
    撞上處理室110內的晶圓111的微波是被晶圓111吸收，晶圓111是藉由微波來感應加熱。
    由導波路121、導波口122、匹配機構126來構成微波供給部。
    利用微波的加熱是感應加熱，發熱量是依存於加熱對象的介電常數ε與tanδ(介電正接)的乘積。由如此的性質，對該等的物性值不同的物質同時照射微波時，具有僅容易被加熱的物質亦即介電常數與tanδ的乘積大的物質可選擇性地加熱的特徵。藉此，可藉由選擇適當的微波頻率來選擇性地加熱晶圓的表面上的聚醯亞胺膜或High-k膜。
    另一方面，介電質板113的介電常數與介電正接(tanδ)的乘積是如後述般，設定成比聚醯亞胺膜或High-k膜的介電常數與介電正接的乘積更低。因此，介電質板113是比聚醯亞胺膜或High-k膜更被抑制加熱，幾乎未被加熱。 (處理室)
    形成處理室110的處理容器118是例如藉由鋁(Al)或不鏽鋼(SUS)等金屬材料所構成，形成微波性地遮蔽處理室110與外部的構造。
    在處理室110內設有用以載置晶圓111而支撐的基板支撐台112。在基板支撐台112上設有介電質板113。介電質板113在本實施形態是由上面來看的形狀(平面視)與基板同形狀且同大小或比基板稍微大。若晶圓111為圓形，則介電質板113也設為圓形。如此一來，基板支撐台112與晶圓111之間的空間是以介電質板113來充填。
    基板支撐台112是例如藉由鋁(Al)等的金屬製的導電體所構成。基板支撐台112是由上面來看的形狀比晶圓111的外徑大的圓形，形成圓盤狀或圓柱狀。
    由於基板支撐台112為導電體，所以在基板支撐台112中，微波的電位成為零。因此，假設將晶圓111直接置於基板支撐台112上時，在晶圓111是成為微波的電場強度弱的狀態。於是，在本實施形態是藉由使用介電質板113，設定成晶圓111會從基板支撐台112的表面位於微波的1/4波長(λ/4)的奇數倍的位置。亦即，設定成晶圓111會位於微波的電位成為峰值的位置(微波的波形的波腹的位置)。
    在此所謂的基板支撐台112的表面是意指構成基板支撐台112的面內，與晶圓111的背面對向的面。由於離基板支撐台112的表面，λ/4的奇數倍的位置電場強，因此可效率佳地以微波加熱晶圓111。
    並且，最好是設定成在聚醯亞胺膜或High-k膜等的加熱對象的高度位置，微波的電位成為峰值。例如，聚醯亞胺膜或High-k膜等的加熱對象被形成於晶圓111的表面時，設定成晶圓111的表面會位於微波的電位成為峰值的位置。
    因此，介電質板113的厚度是如其次般規定。亦即，將微波的介電質板113中的波長設為λd時，最好將介電質板113的厚度設為λd/4的奇數倍的厚度。在此，可知介電質中的微波的介電質中的波長是與該介電質的介電常數的平方根的倒數成比例。
    因此，若將介電質板113的介電常數設為ε，將微波的真空中的波長(自由空間波長)設為λ，則由於λd=λ/(√ε)，所以介電質板113的厚度是成為(λ/4)/(√ε)的奇數倍，亦即(λ/4)×(ε)-1/2的奇數倍的厚度。
    在本實施形態是例如設定成使用固定於2.45GHz的微波作為代表性的頻率，從基板支撐台112到晶圓111的高度會成為1/4波長。由於此微波的真空中的波長λ為122mm，因此λ/4是成為30.5mm。並且，在本實施形態是使用石英作為介電質板113。如後述般，石英的介電常數是3.81程度，所以介電質板113的厚度，亦即從基板支撐台112到晶圓111的高度是設定成λd/4，亦即(30.5mm)×(3.81)-1/2=30mm。
    又，由於基板支撐台112為導電體，因此不會有在基板支撐台112表面消耗微波能量的情形，反射微波。由於晶圓111會位於所被反射的微波的電位成為峰值的位置(λd/4)，因此即使藉由來自基板支撐台112的反射波，還是可效率佳地加熱晶圓111。
    另外，介電質板113的厚度是只要如上述般接近微波的1/4波長的奇數倍的長度之長度，即使稍微偏離1/4波長的奇數倍的長度，例如1/16波長或1/8波長程度，還是會因為晶圓111的位置接近微波的電位成為峰值的位置，所以某程度可取得上述的效果。
    又，若考慮後述的晶圓111的冷卻效果，則介電質板113的厚度是接近微波的1/4波長或1/4波長的長度，例如以1/4波長為中心，1/8波長以內的長度(1/8~3/8波長)或以1/4波長為中心，1/16波長以內的長度(3/16~5/16波長)為合適。
    介電質板113為了將晶圓111的熱傳至基板支撐台112，而選擇熱傳導率高的材料。並且，選擇藉微波而產生加熱少的材料，亦即tanδ(介電正接)與介電常數的乘積小的材料。至少，選擇比加熱對象的介電質材料更tanδ與介電常數的乘積小的材料。
    如此的介電質板113可使用石英、氧化鋁、鐵氟龍(註冊商標)等。聚醯亞胺的tanδ與介電常數的乘積、或High-k膜之ZrO膜的tanδ與介電常數的乘積是比晶圓111的材料之矽的tanδ與介電常數的乘積、或介電質板113的材料之石英的tanδ與介電常數的乘積更大。並且，石英的tanδ與介電常數的乘積是比矽的tanδ與介電常數的乘積更小。因此，藉由微波來加熱聚醯亞胺或ZrO膜時，可抑制晶圓111的發熱，且可使石英之介電質板113的發熱比晶圓111的發熱更抑制，可形成幾乎無發熱。
    又，由於石英的介電常數為3.81程度，因此石英內的微波的波長是真空中的波長的(3.81)-1/2倍，亦即被縮短成一半程度(0.512倍)，亦即可使晶圓111與基板支撐台112之間的距離形成未使用介電質板113時的一半程度，可使介電質板113的厚度變薄。
    並且，石英的熱傳導率是1.38(W/m．K)，比氮的熱傳導率25.83×10-3(W/m．K)或氦的0.1513(W/m．K)還大。因此，與使氮或氦介於晶圓111與基板支撐台112之間的空間時作比較，介在石英時，冷卻效果大，若連前述的波長的縮短效果也配合，則可期待氮的1070倍、氦的117倍的冷卻效果。
    如此，不論介電質板113的厚度是否為微波的1/4波長，介電質板113可取得冷卻效果。
    在設為上述那樣的構成下，由於可使晶圓111位於微波的峰值位置(波形的波腹的位置)，因此晶圓111的加熱效率佳。一旦加熱效率佳，則來自聚醯亞胺膜或High-k膜的傳播熱也互起作用，可想像晶圓111全體會被過度加熱，熱積存會變大。
    然而，藉由將熱傳導率高的金屬製的基板支撐台112置於與晶圓111的背面對向的位置，且在基板支撐台112之上放置熱傳導率高的介電質板113，可從晶圓111背面的全面解熱。其結果，可均一地冷卻晶圓111，可抑制對晶圓111的過度加熱。 (冷卻部)
    在基板支撐台112內設有使用以冷卻晶圓111的冷媒流動的冷媒流路131。在本實施形態是使用水作為冷媒，但此冷媒亦可使用冷卻設備等其他的冷媒。冷媒流路131是在處理室110的外部，連接至對冷媒流路131供給冷媒的冷媒供給管132、及從冷媒流路131排出冷媒的冷媒排出管136，構成冷媒會流動於圖中的箭號F的方向。在冷媒供給管132從下游依序設有開閉冷媒供給管132的開閉閥133、控制冷媒流量的流量控制裝置134、冷媒源135。開閉閥133及流量控制裝置134是與控制部40電性連接，藉由控制部40來控制。
    主要由冷媒流路131、冷媒供給管132、開閉閥133、流量控制裝置134、冷媒源135、冷媒排出管136來構成冷卻部。冷卻部亦可使用冷卻元件(Peltier device)等來構成。藉由使用冷卻部，可更冷卻晶圓111或介電質板113。 (溫度檢測器)
    以能夠接觸於介電質板113內(最好是晶圓111的附近)或介電質板113的背面(與基板支撐台112接觸的面)之方式，設有檢測出介電質板113的溫度之溫度檢測器114。溫度檢測器114例如可使用熱電對。
    並且，在處理室110內的晶圓111的上方設有檢測出晶圓111的溫度之溫度檢測器115。溫度檢測器115是例如可使用紅外線感測器。
    溫度檢測器114、溫度檢測器115是分別被電性連接至控制部40。當藉由溫度檢測器114所檢測出的介電質板113的溫度比預定的溫度更高時，或藉由溫度檢測器115所檢測出的晶圓111的溫度比預定的溫度更高時，控制部40會以介電質板113的溫度能夠形成預定的溫度，或晶圓111的溫度能夠形成預定的溫度之方式，控制開閉閥133及流量控制裝置134，而來調節往冷媒流路131流動的冷卻水的流量。 (氣體供給部)
    在處理室110的側壁設有例如供給氮(N2)等的氣體的氣體供給管152。在氣體供給管152從上游依序設有氣體供給源155、調整氣體流量的流量控制裝置154及開閉氣體流路的閥153，藉由開閉此閥153，從氣體供給管152供給或停止供給氣體至處理室110內。藉由流量控制裝置154來調節氣體流量。從氣體供給管152供給的氣體是冷卻晶圓111或作為淨化氣體將處理室110內的氣體擠出用。
    由氣體供給源155、流量控制裝置154、閥153及氣體供給管152來構成氣體供給部。流量控制裝置154及閥153是與控制部40電性連接，藉由控制部40來控制。 (氣體排出部)
    例如在長方體的處理容器118的下部，處理室110的側壁，設有將處理室110內的氣體予以排氣的氣體排出管162。氣體排出管162的高度位置是形成比被載置於基板支撐台112的晶圓111的表面的高度位置更低。在氣體排出管162從上游依序設有壓力調整閥163及作為排氣裝置的真空泵164，藉由調整此壓力調整閥163的開度，處理室110內的壓力會被調整成預定的值。
    由氣體排出管162、壓力調整閥163及真空泵164來構成氣體排出部。壓力調整閥163及真空泵164是與控制部40電性連接，藉由控制部40來壓力控制。 (晶圓搬送口)
    在處理容器118的一側面設有用以搬送晶圓111至處理室110的內外之晶圓搬送口171。在晶圓搬送口171設有閘閥100，構成藉由閘閥驅動部173開啟閘閥100，連通處理室110內與前端模組20內。
    一旦開啟閘閥100，則前端模組20內的搬送機器人202會搬出處理室110內的晶圓111。 (製程模組的加熱處理的具體例)
    其次，說明有關基板處理裝置1的本實施形態的基板處理動作。本實施形態的基板處理是構成製造半導體裝置的複數工程之中的一工程者。此基板處理動作是藉由控制部40來控制。在此是說明有關製程模組10的具體的加熱處理方法。此加熱處理是如其次所述，依基板搬入工程、氮氣置換工程、加熱處理工程、基板搬出工程的順序進行。 (基板搬入工程)
    在將晶圓111搬入至處理室110內的基板搬入工程中，首先，開啟閘閥100，使處理室110與前端模組20連通。其次，使處理對象的晶圓111藉由搬送機器人202來從前端模組20內往處理室110內搬入。被搬入至處理室110內的晶圓111會藉由搬送機器人202來載置於基板支撐台112上的介電質板113之上。一旦搬送機器人202從處理室110內回到前端模組20內，則閘閥100關閉。 (氮氣置換工程)
    晶圓111往處理室110內搬入後，將處理室110內置換成氮(N2)環境。由於搬入晶圓111時處理室110之外的大氣環境會被捲入，因此進行處理室110內的N2置換，而使此大氣環境中的水分或氧不會影響製程。從氣體排出管162藉由真空泵164來排出處理室110內的氣體(環境)，且從氣體供給管152將N2氣體導入至處理室110內。此時，藉由調整壓力調整閥163的閥的開度，將處理室110內的壓力調整成預定的值(例如大氣壓)。
    另外，此氣體置換工程亦可作為開始晶圓處理之前的準備工程的一部分進行。並且，亦可同時將複數的處理室110內置換成氮環境。 (加熱處理工程)
    其次，將使產生於微波產生部120的微波從導波口122導入至處理室110內，照射至晶圓111的表面。藉由此微波照射，例如將形成於晶圓的表面上的High-k膜加熱至100~600℃，而將High-k膜予以改質。具體而言，使C或H等的雜質從High-k膜脫離，可改質成緻密化且安定的絕緣體薄膜(膜質改善)。High-k膜等的介電質是按照tanδ與介電常數的乘積而微波的吸收率有所不同。tanδ與介電常數的乘積越大，越容易吸收微波。藉由將高功率的微波照射至晶圓進行處理，晶圓上的介電質膜會被加熱而改質。
    若針對High-k膜的退火來說明，則相較於晶圓111的基板材料之矽或介電質板113的材料之石英，High-k膜是tanδ與介電常數的乘積大。因此，若對形成High-k膜的晶圓照射微波，則僅High-k膜可選擇性地加熱。並且，照射高功率的微波，膜的改質效果較大。因此，若照射高功率的微波，則可急速地使High-k膜的溫度上昇。
    若在持續供給微波下持續加熱High-k膜，則藉由從High-k膜往矽基板的熱傳導，會有連與High-k膜不同的膜也被加熱的情形。
    此情況，一旦成為比在前工程被處理的溫度還高的溫度，則會有已被構築的裝置瓦解或膜的特性變化的情形。因此難以在超過在前工程被處理的溫度之溫度下設想處理。
    於是，本發明的實施形態是在照射微波中，對冷媒流路131供給冷卻水，藉此抑制晶圓111的溫度上昇。最好是以晶圓111的溫度能夠成為上限溫度以下的方式，控制流量控制裝置134，調節往冷媒流路131流動的冷卻水的流量。此時，藉由介電質板113，可提高冷卻效果。如此，藉由將晶圓111的處理溫度設為一定，即使在處理複數的晶圓時，還是可使處理後的晶圓的狀態形成均一。
    並且，在加熱處理工程中，開啟氣體供給用閥153，從氣體供給管152導入N2氣體至處理室110內，且一面藉由壓力調整閥163來將處理室110內的壓力調整成預定的值(例如大氣壓)，一面從氣體排出管162排出處理室110內的N2氣體。如此一來，在加熱處理工程中，將處理室110內維持於被預先設定的壓力值，且藉由流動N2氣體，可冷卻晶圓111。本實施形態是將頻率2.45GHz的微波設為功率1600W，將處理室110內的壓力設為大氣壓，進行5分鐘加熱處理。如此一來，預定時間，導入微波進行基板加熱處理後，停止微波的導入。在此是不使晶圓111旋轉於水平方向進行加熱處理，但亦可一邊使晶圓111旋轉，一邊進行加熱處理。
    另外，上述加熱處理工程是加熱High-k膜，但當然亦可藉由適當地設定微波的波長來加熱High-k膜以外的基板部分。 (基板搬出工程)
    一旦加熱處理工程終了，則藉由與基板搬入工程所示的程序相反的程序，從處理室110搬出加熱處理後的晶圓111，往前端模組20內搬送。
    若根據本實施形態，則至少可取得其次(1)~(5)的效果。
    (1)藉由在基板支撐台與基板之間夾著介電質板，相較於在基板支撐台與基板之間夾著氣體時，可縮短基板支撐台與基板之間的長度，因此可使基板的冷卻效果提升。又，由於介電質板的熱傳導率比氣體的熱傳導率高，因此可使基板的冷卻效果更提升。
    (2)由於可加強基板的高度位置的微波的電場，因此可效率佳地加熱基板。
    (3)像聚醯亞胺膜或High-k膜那樣，可選擇性地加熱介電常數與tanδ的乘積大的物質，此時，可抑制比聚醯亞胺膜或High-k膜更小介電常數與tanδ的乘積之介電質板的加熱，因此可一面抑制基板溫度的過度的上昇，一面在比以往更低溫下加熱處理含聚醯亞胺膜或High-k膜的基板。
    (4)可利用處理室內的溫度檢測器來按照製程控制基板的冷卻程度。
    (5)可利用接觸於介電質板的溫度檢測器來按照製程控制介電質板的冷卻程度。
    另外，本發明並非限於上述的實施形態，當然可在不脫離其主旨的範圍實施各種變更。
    本發明的實施形態是構成至少可取得上述的(1)~(5)的效果，但亦可構成取得上述(1)~(5)的效果的其中至少1個的效果。
    又，上述的實施形態是使用N2氣體，但若無製程的問題或安全性的問題，則亦可將熱傳達率高的其他氣體(例如稀釋He氣體)追加於N2氣體，使晶圓的冷卻效果提升。
    又，處理室110內的壓力調整用的氣體與晶圓冷卻用的氣體亦可為相異的種類。例如，亦可在處理室110內的壓力調整使用N2氣體，在晶圓冷卻使用稀釋He氣體。
    又，上述的各實施形態是說明有關對晶圓實施處理時，但處理對象亦可為光罩或印刷配線基板、液晶面板、光碟及磁碟等。
    在本說明書中至少含其次的發明。亦即，第1發明係一種基板處理裝置，具備：處理室，其係處理基板；導電性的基板支撐台，其係設於上述處理室內；介電質板，其設於上述基板支撐台上，載置基板；微波產生部，其係設於上述處理室外；及微波供給部，其係將在上述微波產生部所產生的微波供給至上述處理室內。
    第2發明係如第1發明的基板處理裝置，其中，將上述被供給之微波的真空中的波長設為λ，且將上述介電質板的介電常數設為ε時，上述介電質板的厚度為(λ/4)×(ε)-1/2的奇數倍的長度，或接近(λ/4)×(ε)-1/2的奇數倍的長度之長度。亦即，上述介電質板的厚度為上述介電質板中的微波的波長的1/4的奇數倍的長度~1/8波長以內的長度。
    第3發明係如第2發明的基板處理裝置，其中，上述介電質板的厚度為(λ/4)×(ε)-1/2的長度~1/8波長以內的長度。
    第4發明係如第1發明~第3發明的基板處理裝置，其中，上述基板支撐台係具有冷卻構造。
    第5發明係如第1發明~第4發明的基板處理裝置，其中，在上述介電質板內設有計測上述介電質板的溫度之溫度檢測器。
    第6發明係如第1發明~第5發明的基板處理裝置，其中，上述介電質板的材質為石英。
    第7發明係如第1發明~第5發明的基板處理裝置，其中，上述介電質板的材質為氧化鋁。
    第8發明係如第1發明~第5發明的基板處理裝置，其中，上述介電質板的介電常數與介電正接的乘積係比上述基板所含的加熱對象的介電常數與介電正接的乘積更小。
    第9發明係一種半導體裝置的製造方法，係使用基板處理裝置之半導體裝置的製造方法，該基板處理裝置係具備：處理室，其係處理基板；導電性的基板支撐台，其係設於上述處理室內；介電質板，其設於上述基板支撐台上，載置基板；微波產生部，其係設於上述處理室外；及微波供給部，其係將在上述微波產生部所產生的微波供給至上述處理室內，其特徵係具備：基板載置工程，其係將基板搬入至處理室，在上述基板支撐台上的介電質板上載置基板；基板處理工程，其係從上述微波供給部供給微波至上述處理室內，處理上述介電質板上的基板；及基板搬出工程，其係於上述基板處理工程之後，從上述處理室搬出基板。
    1‧‧‧基板處理裝置
    10‧‧‧製程模組(PM)
    20‧‧‧前端模組(EFEM)
    30‧‧‧裝載埠(LP)
    40‧‧‧控制部
    100‧‧‧閘閥(GV)
    110‧‧‧處理室
    111‧‧‧晶圓
    112‧‧‧基板支撐台
    113‧‧‧介電質板
    114‧‧‧溫度檢測器
    115‧‧‧溫度檢測器
    118‧‧‧處理容器
    120‧‧‧微波產生部
    121‧‧‧導波路
    122‧‧‧導波口
    126‧‧‧匹配機構
    131‧‧‧冷媒流路
    132‧‧‧冷媒供給管
    133‧‧‧開閉閥
    134‧‧‧流量控制裝置
    135‧‧‧冷媒源
    136‧‧‧冷媒排出管
    152‧‧‧氣體供給管
    153‧‧‧開閉閥
    154‧‧‧流量控制裝置
    155‧‧‧氣體供給源
    162‧‧‧氣體排出管
    163‧‧‧壓力調整閥
    164‧‧‧真空泵
    171‧‧‧晶圓搬送口
    173‧‧‧閘閥驅動部
    200‧‧‧基板載置部
    201‧‧‧風扇
    202‧‧‧搬送機器人
    203‧‧‧台
    204‧‧‧氣流
    205‧‧‧機器人支撐台
    206‧‧‧排氣管
    207‧‧‧氣體排出用閥
    208‧‧‧泵
    300‧‧‧遮擋板
    301‧‧‧收納盒
    圖1是表示本發明的實施形態的基板處理裝置的構成的概略平面圖。
    圖2是表示本發明的實施形態的基板處理裝置的構成的概略側面圖。
    圖3是本發明的實施形態的基板處理裝置的基板搬送流程的說明圖。
    圖4是本發明的實施形態的基板處理裝置的製程模組的說明圖。
    40‧‧‧控制部
    100‧‧‧閘閥(GV)
    110‧‧‧處理室
    111‧‧‧晶圓
    112‧‧‧基板支撐台
    113‧‧‧介電質板
    114‧‧‧溫度檢測器
    115‧‧‧溫度檢測器
    118‧‧‧處理容器
    120‧‧‧微波產生部
    121‧‧‧導波路
    122‧‧‧導波口
    126‧‧‧匹配機構
    131‧‧‧冷媒流路
    132‧‧‧冷媒供給管
    133‧‧‧開閉閥
    134‧‧‧流量控制裝置
    135‧‧‧冷媒源
    136‧‧‧冷媒排出管
    152‧‧‧氣體供給管
    153‧‧‧開閉閥
    154‧‧‧流量控制裝置
    155‧‧‧氣體供給源
    162‧‧‧氣體排出管
    163‧‧‧壓力調整閥
    164‧‧‧真空泵
    171‧‧‧晶圓搬送口
    173‧‧‧閘閥驅動部
    权利要求:
    Claims (15)
    [1] 一種基板處理裝置，其特徵係具備：處理室，其係處理基板；導電性的基板支撐台，其係設於上述處理室內；介電質板，其設於上述基板支撐台上，載置基板；微波產生部，其係設於上述處理室外；及微波供給部，其係將在上述微波產生部所產生的微波供給至上述處理室內。
    [2] 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中，將上述被供給之微波的真空中的波長設為λ，且將上述介電質板的介電常數設為ε時，上述介電質板的厚度為(λ/4)×(ε)-1/2的奇數倍的長度。
    [3] 如申請專利範圍第2項之基板處理裝置，其中，上述基板支撐台係具有冷卻構造。
    [4] 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中，上述介電質板的厚度為(λ/4)×(ε)-1/2的長度至1/8波長以內的長度。
    [5] 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中，上述基板支撐台係具有冷卻構造。
    [6] 如申請專利範圍第5項之基板處理裝置，其中，將上述被供給之微波的真空中的波長設為λ，且將上述介電質板的介電常數設為ε時，上述介電質板的厚度為(λ/4)×(ε)-1/2的奇數倍的長度。
    [7] 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中，在上述介電質板內設有計測上述介電質板的溫度之溫度檢測器。
    [8] 如申請專利範圍第7項之基板處理裝置，其中，將上述被供給之微波的真空中的波長設為λ，且將上述介電質板的介電常數設為ε時，上述介電質板的厚度為(λ/4)×(ε)-1/2的奇數倍的長度。
    [9] 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中，上述介電質板係材質為石英。
    [10] 如申請專利範圍第9項之基板處理裝置，其中，將上述被供給之微波的真空中的波長設為λ，且將上述介電質板的介電常數設為ε時，上述介電質板的厚度為(λ/4)×(ε)-1/2的奇數倍的長度。
    [11] 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中，上述介電質板係材質為氧化鋁。
    [12] 如申請專利範圍第11項之基板處理裝置，其中，將上述被供給之微波的真空中的波長設為λ，且將上述介電質板的介電常數設為ε時，上述介電質板的厚度為(λ/4)×(ε)-1/2的奇數倍的長度。
    [13] 如申請專利範圍第1項之基板處理裝置，其中，上述介電質板的介電常數與介電正接的乘積係比上述基板所含的加熱對象的介電常數與介電正接的乘積更小。
    [14] 如申請專利範圍第13項之基板處理裝置，其中，將上述被供給之微波的真空中的波長設為λ，且將上述介電質板的介電常數設為ε時，上述介電質板的厚度為(λ/4)×(ε)-1/2的奇數倍的長度。
    [15] 一種半導體裝置的製造方法，係使用基板處理裝置之半導體裝置的製造方法，該基板處理裝置係具備：處理室，其係處理基板；導電性的基板支撐台，其係設於上述處理室內；介電質板，其設於上述基板支撐台上，載置基板；微波產生部，其係設於上述處理室外；及微波供給部，其係將在上述微波產生部所產生的微波供給至上述處理室內，其特徵係具備：基板載置工程，其係將基板搬入至處理室，在上述基板支撐台上的介電質板上載置基板；基板處理工程，其係從上述微波供給部供給微波至上述處理室內，處理上述介電質板上的基板；及基板搬出工程，其係於上述基板處理工程之後，從上述處理室搬出基板。
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    TWI492324B|2015-07-11|
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