專利名稱：襯底處理設(shè)備和制造半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及一種用于在襯底上形成諸如集成電路(IC)的半導(dǎo)體器件的襯底處理技術(shù)，并且更特別地涉及一種半導(dǎo)體制造設(shè)備，其能夠使用微波來處理諸如半導(dǎo)體晶片 (在下文中稱為“晶片”)等的襯底，一種用于處理襯底的襯底處理設(shè)備以及制造半導(dǎo)體器件的方法。
背景技術(shù)：
存在一種用于在半導(dǎo)體制造過程中在單個(gè)襯底(具有硅晶片或玻璃作為基底的具有在其上面形成的電路的細(xì)微圖案的目標(biāo)襯底)的表面上形成膜的化學(xué)汽相沉積(CVD) 過程。在CVD過程中，將襯底加載到氣密反應(yīng)室中并由在反應(yīng)室內(nèi)提供的加熱器來加熱以在將膜形成氣體引入到襯底上的同時(shí)引起化學(xué)反應(yīng)，使得能夠在形成于襯底上的電路的細(xì)微圖案上均勻地形成膜。根據(jù)此類CVD過程，例如，可以使用有機(jī)化學(xué)材料作為膜形成原材料來形成高k膜，諸如HfO膜等，其是具有高介電常數(shù)的絕緣膜。由于以這種方式形成的HfO膜由于有機(jī)化學(xué)材料而包含相當(dāng)量(即，幾個(gè)百分比) 的雜質(zhì)(諸如CH、OH等)，所以其具有不足的電絕緣性質(zhì)。為了保證此類膜的充分的電絕緣性質(zhì)和穩(wěn)定性，已經(jīng)進(jìn)行嘗試以通過使HfO膜在&或隊(duì)氣氛下在約650°C至800°C下經(jīng)受快速退火處理、從而從膜去除諸如C、H等雜質(zhì)來將HfO膜改造成致密且穩(wěn)定的膜。執(zhí)行此類致密化是為了縮短無定形狀態(tài)下的平均原子間距離，雖然其不導(dǎo)致結(jié)晶。此類快速退火處理將整個(gè)襯底加熱至預(yù)定溫度以改造HfO膜。近年來，半導(dǎo)體器件可以具有具有小型化的淺結(jié)結(jié)構(gòu)并要求低熱預(yù)算(熱歷史)。 因此，在上述高k形成過程中使用的退火處理要求在低溫下從膜去除雜質(zhì)以進(jìn)行膜密化以便提供低熱預(yù)算。低溫退火處理的理由如下。通常，在制造器件的過程中，如果在稍后的步驟在比在早先步驟中使用的溫度高的溫度下處理器件，則在早先步驟中已經(jīng)構(gòu)建的器件可能崩潰，或者其膜可能改變其特性。因此，不能在稍后步驟中在超過在早先步驟中使用的溫度的溫度下處理器件。因此，需要一種能夠在低溫下執(zhí)行膜改造過程以獲得改善的器件性能的技術(shù)。日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開號(hào)2004-296820公開了一種技術(shù)，其中，在膜沉積過程中， 在襯底上形成包含鉿的薄膜，并且在膜改造過程中，將氬基團(tuán)(argon radical)供應(yīng)到襯底上，從而去除包含于在膜沉積過程中形成的薄膜中的雜質(zhì)元素。

發(fā)明內(nèi)容
本公開提供了襯底處理設(shè)備的某些實(shí)施例，其能夠克服上述問題并通過抑制襯底溫度的增加在限制熱預(yù)算的同時(shí)對(duì)在襯底表面上形成的電介質(zhì)進(jìn)行改造。本公開提出一種用于使用微波對(duì)在被支撐在導(dǎo)電襯底冷卻單元的襯底(在其之間具有間隙)上形成的電介質(zhì)進(jìn)行加熱和改造，并將襯底冷卻以限制襯底的熱預(yù)算的技術(shù)。
根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種襯底處理設(shè)備，包括處理室，其被配置為處理具有包括電介質(zhì)的前表面的襯底；襯底支撐部件，其被設(shè)置在處理室內(nèi)以支撐襯底； 微波供應(yīng)單元，其被配置為向被支撐在襯底支撐部件上的襯底的前表面?zhèn)裙?yīng)微波；以及導(dǎo)電襯底冷卻單元，其被設(shè)置在被支撐在襯底支撐部件上的襯底的后表面?zhèn)忍幉⒕哂忻鎸?duì)襯底的后表面的相對(duì)表面，其中，襯底支撐部件的頂部與襯底冷卻單元的相對(duì)表面之間的距離對(duì)應(yīng)于在處理襯底時(shí)供應(yīng)的微波的1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍。根據(jù)本公開的另一實(shí)施例，提供了一種使用襯底處理設(shè)備來制造半導(dǎo)體器件的方法，所述襯底處理設(shè)備包括處理室，其被配置為處理襯底；襯底支撐部件，其被設(shè)置在處理室內(nèi)以支撐襯底；微波供應(yīng)單元，其被配置為向被支撐在襯底支撐部件上的襯底的前表面?zhèn)裙?yīng)微波；以及導(dǎo)電襯底冷卻單元，其被設(shè)置在被支撐在襯底支撐部件上的襯底的后表面?zhèn)忍幉⒕哂忻鎸?duì)襯底的后表面的相對(duì)表面，其中，襯底支撐部件的頂部與襯底冷卻單元的相對(duì)表面之間的距離對(duì)應(yīng)于供應(yīng)的微波的1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，該方法包括將具有包括電介質(zhì)的前表面的襯底加載到處理室中并將襯底支撐在襯底支撐部件上；向被支撐在襯底支撐部件上的襯底的前表面?zhèn)裙?yīng)微波；在正在供應(yīng)微波的同時(shí)從被支撐在襯底支撐部件上的襯底的后表面?zhèn)葘?duì)襯底進(jìn)行冷卻；以及在供應(yīng)微波之后，停止供應(yīng)微波并將襯底從處理室卸載。


圖1是根據(jù)本公開的第一實(shí)施例的襯底處理設(shè)備的垂直剖視圖。圖2是根據(jù)本公開的第二實(shí)施例的襯底處理設(shè)備的垂直剖視圖。圖3是示出微波功率與襯底溫度之間的關(guān)系的一個(gè)示例的圖。
具體實(shí)施例方式(第一實(shí)施例)現(xiàn)在將參考圖1來描述根據(jù)本公開的第一實(shí)施例的襯底處理設(shè)備的構(gòu)造。圖1是根據(jù)本公開的第一實(shí)施例的襯底處理設(shè)備的垂直剖視圖。襯底處理設(shè)備100包括處理室 10、轉(zhuǎn)移室(未示出)和微波供應(yīng)單元。處理室10處理作為半導(dǎo)體襯底的晶片11。微波供應(yīng)單元包括微波發(fā)生器20、波導(dǎo)21和波導(dǎo)開口 22。微波發(fā)生器20產(chǎn)生諸如固定頻率微波或可變頻率微波的微波。微波發(fā)生器20的示例包括電子回旋加速器等。在微波發(fā)生器20中產(chǎn)生的微波被經(jīng)由波導(dǎo)21從與處理室10 連通的波導(dǎo)開口 22引入處理室10中。被引入到處理室10中的微波反復(fù)地從處理室10的壁反射。微波在處理室10內(nèi)沿不同方向反射。因此，處理室10充滿微波。在處理室10內(nèi)照射到晶片11上的微波被晶片11吸收，其隨后被微波介電地加熱。晶片11的溫度與微波的功率成比例。圖3示出用微波來照射硅晶片時(shí)的微波功率與晶片溫度之間的關(guān)系的一個(gè)示例。如圖3所示，較高的微波功率提供較高的晶片溫度。晶片溫度還取決于處理室的尺寸和形狀、微波的波導(dǎo)開口的位置以及晶片的位置。本文所示的晶片溫度值僅僅是示例。然而，較高微波功率提供較高晶片溫度的關(guān)系保持不變。
形成處理室10的處理器皿18由諸如鋁(Al)、不銹鋼(SUS)等的金屬制成，并具有將處理室20與外部環(huán)境屏蔽的結(jié)構(gòu)。在處理室10內(nèi)提供了襯底支撐引腳13，其為用于支撐晶片11的襯底支撐部件。 襯底支撐引腳13是以這種方式提供的，即被支撐晶片11的中心基本上沿垂直方向與處理室10的中心重合。被配置為支撐晶片11的襯底支撐引腳13由諸如石英、聚四氟乙烯 (Teflon )等材料制成，并且其數(shù)目是多個(gè)(在本實(shí)施例中為三個(gè))。如果襯底支撐引腳13由具有低熱傳遞性質(zhì)的材料(諸如石英)制成，則可以防止晶片11的熱量被傳遞至襯底支撐臺(tái)12，這將在稍后描述。如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“低熱傳遞性質(zhì)”至少指的是比襯底支撐臺(tái)12的熱傳遞性質(zhì)低的熱傳遞性質(zhì)。這允許均勻地將晶片 11加熱。例如，如果襯底支撐臺(tái)12由具有高熱傳遞性質(zhì)的材料(諸如金屬)制成，則增加由于從晶片11至襯底支撐引腳13的熱傳導(dǎo)熱引起的熱量釋放，這導(dǎo)致晶片11中的低溫的局部化分布。這使得難以均勻地將晶片11的表面加熱。另外，將襯底支撐引腳13支撐在基座15上。可以垂直地驅(qū)動(dòng)基座15以垂直地移動(dòng)襯底支撐引腳13。在晶片11下面提供了充當(dāng)襯底冷卻單元并具有導(dǎo)電性質(zhì)的襯底支撐臺(tái)12。襯底支撐臺(tái)12由諸如鋁(Al)等導(dǎo)電金屬材料制成。襯底支撐臺(tái)12是盤狀的或圓筒形板，其外徑大于晶片11的外徑。以這種方式，在由襯底支撐引腳13支撐的晶片11的下面且與其后表面平行地提供了襯底支撐臺(tái)12。襯底支撐臺(tái)12具有面對(duì)晶片11的后表面的相對(duì)表面。由于襯底支撐臺(tái)12由導(dǎo)電金屬材料制成，并且襯底支撐臺(tái)12中的微波的電位變?yōu)榱?。因此，如果將晶?1直接放置在襯底支撐臺(tái)12上，則微波的電場(chǎng)強(qiáng)度變?nèi)?。因此?在本實(shí)施例中，將晶片11放置在與襯底支撐臺(tái)12的相對(duì)表面相距微波的1/4波長(zhǎng)(λ/4) 或微波的λ/4的奇數(shù)倍的位置處。如本文所使用的，短語(yǔ)“襯底支撐臺(tái)12的相對(duì)表面”指的是面對(duì)晶片后表面的襯底支撐臺(tái)12的表面。由于電場(chǎng)在λ /4的奇數(shù)倍的位置處是強(qiáng)的， 所以能夠用微波高效地將晶片11加熱。在本實(shí)施例中，由于微波具有例如5. 8GHz的固定頻率和例如51. 7mm的波長(zhǎng)，所以將從襯底支撐臺(tái)12的相對(duì)表面至晶片11的后表面的距離設(shè)置為12. 9mm。換言之，稍后將描述的控制單元80控制襯底支撐引腳13被垂直地移動(dòng)，使得當(dāng)處理襯底時(shí)，襯底支撐部件的頂部與襯底冷卻單元的相對(duì)表面之間的距離對(duì)應(yīng)于微波的1/4波長(zhǎng)。此構(gòu)造允許將晶片11放置在微波的峰值位置(或凸起位置)處，從而提供晶片11 的高加熱效率。可以預(yù)期高加熱效率由于來自晶片11的電介質(zhì)膜的熱傳導(dǎo)而允許將其它膜加熱。然而，如稍后所述，通過將包括冷卻單元且具有等于或大于晶片11的尺寸的面積的金屬襯底支撐臺(tái)12放置在面對(duì)晶片11的后表面的位置處，能夠?qū)崃繌木?1的整個(gè)后表面吸走。結(jié)果，能夠?qū)⒕?1均勻地冷卻以防止除晶片11上的電介質(zhì)膜之外的膜被加熱。微波的頻率可以隨著時(shí)間改變(變化)。在這種情況下，可以根據(jù)變化頻帶中的典型頻率(r印resentative frequency)的波長(zhǎng)來計(jì)算從襯底支撐臺(tái)12的表面至晶片11的距離。例如，對(duì)于5. 8GHz至7. OGHz的變化頻帶而言，可以將其中心頻率設(shè)置為典型頻率， 并且對(duì)于6. 4GHz的典型頻率的46mm的波長(zhǎng)而言，可以將從襯底支撐臺(tái)12的相對(duì)表面至晶片11的后表面的距離設(shè)置為11. 5mm。
此外，可以提供具有不同的固定頻率的多個(gè)電源以供應(yīng)具有不同頻率的不同微波。襯底支撐臺(tái)12提供冷卻劑通道31，用于對(duì)晶片11進(jìn)行冷卻的冷卻劑能夠流過該冷卻劑通道31。在本實(shí)施例中，使用水作為冷卻劑。在其它實(shí)施例中，可以使用諸如冷卻器等的其它冷卻劑作為冷卻劑。冷卻劑通道31被連接到用于向冷卻劑通道31中供應(yīng)冷卻劑的冷卻劑供應(yīng)管道32和用于將從冷卻劑通道31出來的冷卻劑排出到處理室10外面的冷卻劑排出管道36。冷卻劑供應(yīng)管道32從下游開始依次被連接到用于打開/關(guān)閉冷卻劑供應(yīng)管道32的閘閥33、用于控制冷卻劑流速的流速控制器34和冷卻劑源35。閘閥33和流速控制器34被電連接到控制單元80并由控制單元80來控制。在處理室10內(nèi)的晶片11上提供了用于檢測(cè)晶片11的溫度的溫度檢測(cè)器14。溫度檢測(cè)器14的示例可以包括紅外傳感器。溫度檢測(cè)器14被電連接到控制單元80。如果由溫度檢測(cè)器14檢測(cè)的晶片11溫度高于預(yù)定溫度，則控制單元80控制閘閥33和流速控制器34調(diào)節(jié)流過冷卻劑通道31的冷卻劑的流速，使得能夠?qū)⒕?1的溫度降低至預(yù)定溫度。在處理器皿18的上部中的處理室10的上壁處提供了用于引入諸如氮?dú)?N2)等的氣體的氣體入口 52。氣體入口 52被連接到氣源55、用于調(diào)節(jié)氣體流速的流速控制器M以及用于從上游依次打開/關(guān)閉氣體通道的閥53。通過打開/閉合閥53，氣體被從氣體入口 52引入到處理室10中或被關(guān)掉。從氣體入口 52引入的氣體用來冷卻晶片11，或者用作吹掃氣體以將處理室10內(nèi)的氣體推出處理室10之外。氣體供應(yīng)單元由氣源55、氣體入口 52、流速控制器M和閥53組成。流速控制器 54和閥53被電連接到控制單元80并由控制單元80來控制。如圖1所示，在矩形處理器皿18的下部中的處理室10的側(cè)壁處提供了用于排出處理室10內(nèi)的氣體的氣體出口 62。氣體出口 62被從上游依次連接到壓力調(diào)節(jié)閥63和真空泵64 (其為排氣機(jī))。通過調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)閥63的開口的程度來將處理室10的內(nèi)部壓力
調(diào)整至預(yù)定值。排氣單元由氣體出口 62、壓力調(diào)節(jié)閥63和真空泵64組成。壓力調(diào)節(jié)閥63和真空泵64被電連接到控制單元80并由控制單元80來控制。如圖1所示，在處理器皿18的一側(cè)處提供了用于將晶片11轉(zhuǎn)移到/出處理室10 的晶片轉(zhuǎn)移開口 71。晶片轉(zhuǎn)移開口 71提供有閘閥72。當(dāng)由閘閥驅(qū)動(dòng)器73將閘閥72打開時(shí)，處理室10經(jīng)由晶片轉(zhuǎn)移開口 71與轉(zhuǎn)移室連通。在轉(zhuǎn)移室內(nèi)提供了用于轉(zhuǎn)移晶片11的轉(zhuǎn)移機(jī)器人(未示出)。轉(zhuǎn)移機(jī)器人具有用于在正在轉(zhuǎn)移晶片11的同時(shí)支撐晶片11的轉(zhuǎn)移臂。通過打開閘閥72，轉(zhuǎn)移機(jī)器人能夠在處理室10與轉(zhuǎn)移室之間轉(zhuǎn)移晶片11。襯底處理設(shè)備100包括用于控制襯底處理設(shè)備100的各種組件的操作的控制單元80，所述組件諸如微波發(fā)生器20、間閥驅(qū)動(dòng)器73、轉(zhuǎn)移機(jī)器人、基座15、流速控制器M和 34、閥53和33、壓力調(diào)節(jié)閥63等。接下來，將描述襯底處理設(shè)備100中的根據(jù)本實(shí)施例的襯底處理操作。根據(jù)本實(shí)施例的襯底處理操作是用于制造半導(dǎo)體器件的多個(gè)過程中的一個(gè)。由控制單元80來控制襯底處理操作。
(襯底加載過程)在將晶片加載到處理室10中的襯底加載過程中，首先打開閘閥72，使得處理室10 與轉(zhuǎn)移室連通。接下來，調(diào)整襯底支撐引腳13的高度，使得從襯底支撐臺(tái)12至晶片11的距離對(duì)應(yīng)于供應(yīng)微波的λ/4的奇數(shù)倍。接下來，由轉(zhuǎn)移機(jī)器人將要處理的晶片從轉(zhuǎn)移室轉(zhuǎn)移至處理室10中。由轉(zhuǎn)移機(jī)器人將被轉(zhuǎn)移到處理室10中的晶片11放置在襯底支撐引腳 13的頂部上并由襯底支撐引腳13來支撐。接下來，當(dāng)轉(zhuǎn)移機(jī)器人從處理室10返回至轉(zhuǎn)移室時(shí)，閉合閘閥72。(氮?dú)馓鎿Q過程)接下來，用氮?dú)?N2)氣氛來替換處理室10內(nèi)的氣氛。由于在處理室10外面的空氣氣氛(在晶片被轉(zhuǎn)移至處理室11中時(shí))被拖至處理室10中，所以執(zhí)行處理室10內(nèi)的N2 替換以防止空氣氣氛中的水或氧氣影響該過程。在由真空泵64從氣體出口 62排出處理室 10內(nèi)的氣體(氣氛)的同時(shí)將N2氣體從氣體入口 52引入到處理室10中。這時(shí)，由壓力調(diào)節(jié)閥63將處理室10的內(nèi)部壓力調(diào)整至預(yù)定壓力(在本實(shí)施例中為空氣壓力)。該預(yù)定壓力優(yōu)選地高于未產(chǎn)生等離子體時(shí)的壓力。例如，該預(yù)定壓力可以高于200托。(加熱過程)接下來，經(jīng)由波導(dǎo)開口 22將在微波發(fā)生器20中產(chǎn)生的微波引入到處理室10中， 并在其前表面?zhèn)扔梦⒉ㄕ丈渚?1。此類微波照射將晶片11的前表面上的高k膜加熱至 100至600°C以改造高k膜，即從高k膜去除諸如C、H等的雜質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)致密且穩(wěn)定的絕緣薄膜。諸如高k膜等的電介質(zhì)具有根據(jù)其介電常數(shù)而變的微波吸收率。較高的介電常數(shù)提供較高的微波吸收率。我們的研究顯示用高功率微波進(jìn)行的晶片的照射對(duì)晶片上的電介質(zhì)膜進(jìn)行加熱和改造。另外，我們已發(fā)現(xiàn)用微波進(jìn)行的加熱的特征在于電解質(zhì)加熱取決于電容率ε (permittivity)和介電正切(dielectric tangent) tan δ，并且當(dāng)將具有此類不同物理性質(zhì)的材料被同時(shí)加熱時(shí)，只有更可能被加熱的材料，即以及具有較高電容率的材料被選擇性地加熱。關(guān)于高k膜的退火，高k膜具有比作為晶片襯底的材料的硅高的電容率ε。例如， 硅的電容率是9. 6，而HfO和ZrO膜的電容率分別是25和35。因此，當(dāng)用微波來照射具有在其上面形成的高k膜的晶片時(shí)，只能將高k膜選擇性地加熱。我們的研究顯示較高功率的微波照射提供較大的膜改造效果。較高功率的微波照射還可以導(dǎo)致高k膜的溫度的更快增加。相比之下，如果長(zhǎng)時(shí)間照射相對(duì)低功率的微波，則在改造過程期間整個(gè)晶片的溫度都增加。這是因?yàn)楣璧臏囟冗€由于硅本身被微波電介質(zhì)加熱和從用微波照射的晶片的前表面上的高k膜至晶片的后表面中的硅的熱傳導(dǎo)而增加?？梢哉J(rèn)為由高功率微波照射實(shí)現(xiàn)的良好的膜改造效果的原因是能夠通過電介質(zhì)加熱將電介質(zhì)加熱至高溫，直至整個(gè)晶片的溫度達(dá)到其溫度上限。因此，在本實(shí)施例中，通過在微波照射期間向冷卻劑通道31中供應(yīng)冷卻劑來防止晶片11的溫度增加。優(yōu)選地，控制閘閥33和流速控制器34以調(diào)節(jié)流入冷卻劑通道31中的冷卻劑的流速，使得晶片11的溫度達(dá)到預(yù)定溫度。以這種方式，通過保持晶片11的處理溫度恒定，可以改善過程的可再現(xiàn)性，導(dǎo)致處理多個(gè)晶片。
另外，在加熱過程中，控制單元80打開閥53以將隊(duì)氣體從氣體入口 52引入到處理室10中，同時(shí)由壓力調(diào)節(jié)閥63將處理室10的內(nèi)部壓力調(diào)整至預(yù)定值(在本實(shí)施例中為空氣壓力)以從氣體出口 62排出處理室10內(nèi)的隊(duì)氣體。因此，在加熱過程中，將處理室 10的內(nèi)部壓力保持在預(yù)定壓力值。在本示例中，在其中具有5. 8至7. OGHz的頻率的微波的功率是1600W且處理室10的內(nèi)部壓力是空氣壓力的情況下執(zhí)行加熱過程5分鐘。另外，可以通過控制被引入處理室10中的隊(duì)氣體的流速來進(jìn)一步冷卻晶片11。當(dāng)隊(duì)氣體的冷卻效果被有效使用時(shí)，能夠通過在襯底支撐臺(tái)12中提供氣體入口 52并使氣體在晶片11與襯底支撐臺(tái)12之間流動(dòng)來進(jìn)一步改善氣體的冷卻效果。還可以通過控制氣體的流速來控制晶片11的溫度。另外，雖然在本實(shí)施例中使用N2氣體，但可以將具有大的熱傳遞系數(shù)的其它氣體 (諸如稀釋He氣體等)添加到隊(duì)氣體以便進(jìn)一步改善襯底冷卻效果，只要在過程和穩(wěn)定性方面不存在問題即可。在如上所述在引入微波的情況下執(zhí)行襯底加熱過程預(yù)定時(shí)間段之后，停止微波的引入。另外，雖然在本實(shí)施例中，在沒有水平地旋轉(zhuǎn)的情況下將晶片11加熱，但可以在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)將晶片11加熱。(冷卻過程)當(dāng)加熱過程完成時(shí)，使襯底支撐引腳13下降，并將晶片11保持在晶片11與襯底支撐臺(tái)12之間的距離小于在加熱過程期間的距離時(shí)的位置處達(dá)預(yù)定時(shí)間段。在這種情況下，將晶片11與襯底支撐臺(tái)12之間的距離設(shè)置為例如0. Imm至0. 5mm。這允許更快速地將加熱晶片11冷卻。由于當(dāng)加熱晶片在空氣壓下移動(dòng)時(shí)襯底溫度降低要花費(fèi)時(shí)間，所以吞吐量可能或多或少地被降低。因此，通過快速地冷卻晶片以減少降低晶片溫度所花費(fèi)的時(shí)間， 可以甚至在晶片在空氣壓下移動(dòng)的同時(shí)提高吞吐量。另外，此類快速冷卻允許快速地使加熱晶片11上的膜穩(wěn)定。特別地，這能夠快速地使高k膜的晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。在完成加熱過程之后，如果在不執(zhí)行冷卻過程的情況下將晶片直接轉(zhuǎn)移至常壓轉(zhuǎn)移室，則擔(dān)心的是雜質(zhì)可能被混合到膜中。另外，通過在處理室10內(nèi)對(duì)晶片進(jìn)行冷卻，不需要將高耐熱材料用于常壓轉(zhuǎn)移室中的轉(zhuǎn)移機(jī)器人。(襯底卸載過程)在完成冷卻過程之后，按照與上述襯底加載過程中所示的順序相反的順序?qū)⒓訜峋?1從處理室10卸載到轉(zhuǎn)移室。這時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)移機(jī)器人取出襯底支撐引腳13上的晶片11 時(shí)，優(yōu)選的是如此調(diào)整襯底支撐引腳13的高度，使得從襯底支撐臺(tái)12至晶片11的距離對(duì)應(yīng)于加熱過程期間的距離。這樣，可以省略在加載下一個(gè)晶片11之后調(diào)整從襯底支撐臺(tái)12 至晶片11的距離的過程。上述第一實(shí)施例可以提供至少以下效果(1)至(8)。(1)可以在抑制襯底的熱預(yù)算的同時(shí)改造襯底表面上的電介質(zhì)。(2)可以選擇性地將具有高電容率的材料加熱。(3)可以高效地將襯底表面上的電介質(zhì)加熱，因?yàn)槟軌蚣訌?qiáng)襯底高度位置處的微波的電場(chǎng)。
(4)可以防止熱量從襯底支撐引腳逸出，并因此均勻地將襯底加熱，因?yàn)橐r底支撐引腳由具有低熱傳遞性質(zhì)的材料制成。(5)可以根據(jù)過程控制襯底冷卻的程度。(6)可以通過保持襯底處理溫度恒定來改善過程的可再現(xiàn)性，導(dǎo)致處理多個(gè)晶片。(7)可以通過在加熱過程之后使襯底支撐引腳下降并快速地對(duì)襯底進(jìn)行冷卻來快速地使襯底上的膜穩(wěn)定。特別地，可以快速地使高k膜的晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。(8)可以省略在加熱過程中調(diào)整高度的過程，因?yàn)橐r底加載/卸載過程中的襯底具有與在加熱過程中相同的高度位置。(第二實(shí)施例)現(xiàn)在將參考圖2來描述根據(jù)本公開的第二實(shí)施例的襯底處理設(shè)備的構(gòu)造。圖2是根據(jù)本公開的第二實(shí)施例的襯底處理設(shè)備的垂直剖視圖。在第二實(shí)施例中，作為第一實(shí)施例中的襯底支撐臺(tái)12的替代，使用在處理器皿18的底壁中提供的冷卻通道41作為襯底冷卻單元。除關(guān)于冷卻通道41的構(gòu)造之外的其它構(gòu)造和包括加熱過程的襯底處理操作與在第一實(shí)施例中相同，因此出于簡(jiǎn)潔的目的將不再重復(fù)說明。另外，雖然未示出，但第二實(shí)施例具有與在第一實(shí)施例中相同的基座15，因此出于簡(jiǎn)潔的目的將不再重復(fù)說明。如圖2所示，在壁內(nèi)部提供用于對(duì)處理器民18的壁進(jìn)行冷卻的冷卻劑通道41。冷卻劑通道41被連接到用于向冷卻劑通道41中供應(yīng)冷卻劑的冷卻劑供應(yīng)管道42和用于將來自冷卻劑通道41的冷卻劑排出到處理室10外面的冷卻劑排出管道46。冷卻劑供應(yīng)管道42從下游開始依次被連接到用于打開/關(guān)閉冷卻劑供應(yīng)管道42的閘閥43、用于控制冷卻劑流速的流速控制器44和冷卻劑源。間閥43和流速控制器44被電連接到控制單元80 并由控制單元80來控制。在該實(shí)施例中，將冷卻劑供應(yīng)到冷卻劑通道41中，并且在加熱過程中，由在底壁中提供的冷卻劑通道41從晶片11的后表面?zhèn)葘?duì)由微波照射加熱的晶片11 進(jìn)行冷卻。這樣，可以減小處理器皿18的尺寸，因?yàn)椴恍枰褂玫谝粚?shí)施例中的襯底支撐臺(tái)12。另外，當(dāng)氣體的冷卻效果被有效使用時(shí)，能夠通過在處理室10的底壁中提供氣體入口 52并使氣體在晶片與處理室的底部之間流動(dòng)來進(jìn)一步改善氣體的冷卻效果。這提供比第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。另外，在側(cè)壁和頂壁內(nèi)部提供的作為壁冷卻單元的冷卻劑通道41能夠防止由于來自晶片11或加熱氣體的輻射熱和微波照射而引起的側(cè)壁和頂壁的溫度增加。因此，這能夠防止每個(gè)壁處的微波的反射效率隨著溫度增加而降低。通過保持每個(gè)壁的溫度恒定，可以保持每個(gè)壁處的微波的反射效率恒定并進(jìn)一步使實(shí)質(zhì)的(substantial)微波功率穩(wěn)定。 因此，當(dāng)在一批中處理多個(gè)襯底時(shí)，能夠改善該批和各批之間的過程的可再現(xiàn)性，因?yàn)樵撆透髋g的處理情況是固定的。除第一實(shí)施例的上述效果之外，第二實(shí)施例可以提供至少以下效果(1)至(2)。(1)可以用處理室的底壁構(gòu)造襯底冷卻單元。(2)可以進(jìn)一步改善過程結(jié)果的可再現(xiàn)性，因?yàn)樵诠潭l件下能夠保持處理室的側(cè)壁和/或頂壁的溫度，從而進(jìn)一步防止襯底之間或各批之間的過程的變化。本公開不限于上述實(shí)施例，但是應(yīng)理解的是在不脫離本公開的精神和范圍的情況下可以以各種方式來修改本公開。在第一實(shí)施例中，除襯底支撐臺(tái)12之外，還提供在第二實(shí)施例中使用的用于對(duì)每個(gè)壁進(jìn)行冷卻的冷卻劑通道41。另外，雖然在第一實(shí)施例中，由控制單元來控制襯底支撐引腳13垂直地移動(dòng)，使得在襯底處理期間襯底支撐部件的頂部與襯底冷卻單元的相對(duì)表面之間的距離對(duì)應(yīng)于供應(yīng)微波的1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，但襯底支撐引腳13的位置可以是固定的，并且可以將襯底處理期間的襯底支撐部件的頂部與襯底冷卻單元的相對(duì)表面之間的距離設(shè)置為供應(yīng)微波的1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍。然而，在這種情況下，冷卻效率可能降低，因?yàn)橐r底在冷卻過程期間不能接近襯底支撐臺(tái)12。另外，雖然在第一實(shí)施例的加熱過程和冷卻過程中，由控制單元來控制襯底支撐引腳13垂直地移動(dòng)，從而調(diào)整襯底支撐部件的頂部與襯底冷卻單元的相對(duì)表面之間的距離，但可以控制襯底支撐臺(tái)12垂直地移動(dòng)，而不是使襯底支撐引腳13垂直地移動(dòng)。此外，雖然在本公開實(shí)施例中，要處理的對(duì)象是晶片，但對(duì)象可以是光掩膜、印刷電路板、液晶面板、壓縮盤、磁盤等。另外，本公開可以涵蓋至少以下方面。本公開的第一方面可以提供一種襯底處理設(shè)備，包括處理室，其被配置為處理具有包括電介質(zhì)的前表面的襯底；襯底支撐部件，其被設(shè)置在處理室內(nèi)以支撐襯底；微波供應(yīng)單元，其被配置為向被支撐在襯底支撐部件上的襯底的前表面?zhèn)裙?yīng)微波；以及導(dǎo)電襯底冷卻單元，其被設(shè)置在被支撐在襯底支撐部件上的襯底的后表面?zhèn)忍幉⒕哂忻鎸?duì)襯底的后表面的相對(duì)表面，其中，襯底支撐部件的頂部與襯底冷卻單元的相對(duì)表面之間的距離對(duì)應(yīng)于在處理襯底時(shí)供應(yīng)的微波的1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍。用襯底處理設(shè)備的上述構(gòu)造，能夠高效地將襯底的前表面上的電介質(zhì)加熱，因?yàn)榧訌?qiáng)了襯底的高度位置處的微波的電場(chǎng)。另外，能夠均勻地將襯底加熱，因?yàn)橐r底冷卻單元能夠從襯底的整個(gè)后表面吸走襯底的熱量。結(jié)果，能夠防止除襯底的前表面上的電介質(zhì)之外的部分被加熱。本公開的第二方面可以提供根據(jù)第一方面的襯底處理設(shè)備，其中，襯底支撐部件由具有熱傳遞性質(zhì)比襯底冷卻單元的熱傳遞性質(zhì)低的材料制成。用襯底處理設(shè)備的上述構(gòu)造，由于襯底支撐部件由諸如石英等的具有低傳遞性質(zhì)的材料制成，所以可以防止襯底的熱量選出到襯底支撐部件。結(jié)果，可以將襯底均勻地加熱。本公開的第三方面可以提供根據(jù)第一或第二方面的襯底處理設(shè)備，其中，襯底支撐部件包括用于在襯底支撐部件的頂部上支撐襯底的襯底支撐引腳。用襯底處理設(shè)備的上述構(gòu)造，能夠更容易地構(gòu)造襯底冷卻單元。本公開的第四方面可以提供根據(jù)第一或第三方面的襯底處理設(shè)備，其中，在處理室的底壁中提供襯底冷卻單元。用襯底處理設(shè)備的上述構(gòu)造，能夠由處理室的底壁來構(gòu)造襯底冷卻單元。此外，用此構(gòu)造，能夠更容易地構(gòu)造襯底冷卻單元。本公開的第五方面可以提供根據(jù)第一或第四方面的襯底處理設(shè)備，還包括對(duì)處理室的側(cè)壁和/或頂壁中的一者或兩者進(jìn)行冷卻的壁冷卻單元。用襯底處理設(shè)備的上述構(gòu)造，由于在固定條件下能夠保持處理室的側(cè)壁和/或頂壁中的一個(gè)或多個(gè)的溫度，所以能夠進(jìn)一步防止襯底之間或各批之間的過程變化。本公開的第六方面可以提供根據(jù)第一或第五方面的襯底處理設(shè)備，其中，襯底由具有不同電容率的多個(gè)材料制成。用襯底處理設(shè)備的上述構(gòu)造，可以選擇性地將具有高電容率的材料加熱。本公開的第七方面可以提供根據(jù)第一或第六方面的襯底處理設(shè)備，還包括供氣單元，其被配置為向處理室中供應(yīng)氣體；排氣單元，其被配置為從處理室排出氣體；以及控制單元，其被配置為控制供氣單元和排氣單元，使得處理室的內(nèi)部壓力被保持在高于200 托。用襯底處理設(shè)備的上述構(gòu)造，由于氣體促進(jìn)襯底冷卻，所以能夠?qū)崿F(xiàn)更好的冷卻效果。另外，能夠在不產(chǎn)生等離子體的壓力下高效地將襯底加熱，而不會(huì)由于等離子體對(duì)其造成損害。本公開的第八方面可以提供根據(jù)第一或第七方面的襯底處理設(shè)備，還包括被連接到襯底冷卻單元的用于控制流入襯底冷卻單元的冷卻劑的流速的冷卻劑流速控制器。用襯底處理設(shè)備的上述構(gòu)造，能夠根據(jù)過程來控制襯底的冷卻程度。本公開的第九方面可以提供根據(jù)第八方面的襯底處理設(shè)備，還包括用于檢測(cè)被支撐在襯底支撐部件上的襯底的溫度的溫度檢測(cè)器，其中，基于由溫度檢測(cè)器檢測(cè)的溫度數(shù)據(jù)來控制所述冷卻劑流速控制器。用襯底處理設(shè)備的上述構(gòu)造，由于能夠基于襯底溫度來控制冷卻劑流速，所以能夠更精細(xì)地控制襯底溫度，這可以得到高質(zhì)量襯底。本公開的第十方面可以提供一種使用襯底處理設(shè)備來制造半導(dǎo)體器件的方法，所述襯底處理設(shè)備包括處理室，其被配置為處理襯底；襯底支撐部件，其被設(shè)置在處理室內(nèi)以支撐襯底；微波供應(yīng)單元，其被配置為向被支撐在襯底支撐部件上的襯底的前表面?zhèn)裙?yīng)微波；以及導(dǎo)電襯底冷卻單元，其被設(shè)置在被支撐在襯底支撐部件上的襯底的后表面?zhèn)忍幉⒕哂忻鎸?duì)襯底的后表面的相對(duì)表面，其中，襯底支撐部件的頂部與襯底冷卻單元的相對(duì)表面之間的距離對(duì)應(yīng)于供應(yīng)微波的1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，該方法包括將具有包括電介質(zhì)的前表面的襯底加載到處理室中并將襯底支撐在襯底支撐部件上；向被支撐在襯底支撐部件上的襯底的前表面?zhèn)裙?yīng)微波；在供應(yīng)微波的同時(shí)從被支撐在襯底支撐部件上的襯底的后表面?zhèn)葘?duì)襯底進(jìn)行冷卻；以及在供應(yīng)微波之后，停止供應(yīng)微波并將襯底從處理室卸載。本公開的第十一方面可以提供一種使用襯底處理設(shè)備來制造半導(dǎo)體器件的方法， 所述襯底處理設(shè)備包括處理室，其被配置為處理襯底；襯底支撐部件，其被設(shè)置在處理室內(nèi)以支撐襯底；微波供應(yīng)單元，其被配置成向被支撐在襯底支撐部件上的襯底的前表面?zhèn)裙?yīng)微波；以及導(dǎo)電襯底冷卻單元，其被設(shè)置在被支撐在襯底支撐部件上的襯底的后表面?zhèn)忍幉⒕哂忻鎸?duì)襯底的后表面的相對(duì)表面，該方法包括將具有包括電介質(zhì)的前表面的襯底加載到處理室中并將襯底支撐在襯底支撐部件上；將襯底支撐部件的頂部與襯底冷卻器的相對(duì)表面之間的距離設(shè)置為對(duì)應(yīng)于供應(yīng)微波的1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍；在其中襯底支撐部件的頂部與襯底冷卻單元的相對(duì)表面之間的距離被設(shè)置為對(duì)應(yīng)于供應(yīng)微波的1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍的狀態(tài)下向被支撐在襯底支撐部件上的襯底的前表面?zhèn)裙?yīng)微波；在供應(yīng)微波的同時(shí)從被支撐在襯底支撐部件上的襯底的后表面?zhèn)葘?duì)襯底進(jìn)行冷卻；以及在供應(yīng)微波之后，停止供應(yīng)微波并將襯底從處理室卸載。
如上配置的襯底處理設(shè)備和半導(dǎo)體器件制造方法具有通過抑制襯底溫度的增加在限制襯底的熱預(yù)算的同時(shí)改造襯底的前表面上的電介質(zhì)的效果。雖然已經(jīng)描述了某些實(shí)施例，但這些實(shí)施例僅僅是以示例的方式提出的，并且并不意圖限制本公開的范圍。事實(shí)上，可以以多種其它形式來體現(xiàn)本文所述的新型方法和設(shè)備；此外，在不脫離本公開的精神的情況下可以進(jìn)行本文所述的實(shí)施例的形式方面的各種省略、替換和更改。所附權(quán)利要求及其等價(jià)物意圖涵蓋將落在本公開的范圍和精神內(nèi)的此類形式或修改。
權(quán)利要求
1.一種襯底處理設(shè)備，包括處理室，其被配置為處理具有包括電介質(zhì)的前表面的襯底； 襯底支撐部件，其被設(shè)置在處理室內(nèi)以支撐襯底；微波供應(yīng)單元，其被配置為向被支撐在襯底支撐部件上的襯底的前表面?zhèn)裙?yīng)微波；以及導(dǎo)電襯底冷卻單元，其被設(shè)置在被支撐在襯底支撐部件上的襯底的后表面?zhèn)忍?，并具有面?duì)襯底的后表面的相對(duì)表面，其中襯底支撐部件的頂部與襯底冷卻單元的相對(duì)表面之間的距離對(duì)應(yīng)于在處理襯底時(shí)供應(yīng)的微波的1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的襯底處理設(shè)備，其中所述襯底由具有不同電容率的多個(gè)材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的襯底處理設(shè)備，其中所述襯底支撐部件由具有熱傳遞性質(zhì)比襯底冷卻單元的熱傳遞性質(zhì)低的材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的襯底處理設(shè)備，其中所述襯底支撐部件包括用于將襯底支撐在襯底支撐部件的頂部上的襯底支撐引腳。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的襯底處理設(shè)備，其中所述襯底冷卻單元被設(shè)置在處理室的底壁中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的襯底處理設(shè)備，還包括被配置為對(duì)處理室的側(cè)壁和頂壁中的至少一個(gè)進(jìn)行冷卻的壁冷卻單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的襯底處理設(shè)備，還包括 供氣單元，其被配置為向處理室中供應(yīng)氣體； 排氣單元，其被配置為從處理室排出氣體；以及控制單元，其被配置為控制供氣單元和排氣單元，使得處理室的內(nèi)部壓力被保持在高于200托。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的襯底處理設(shè)備，還包括用于控制流入襯底冷卻單元中的冷卻劑的流速的冷卻劑流速控制器，其中所述冷卻劑流速控制器被連接到襯底冷卻單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的襯底處理設(shè)備，還包括用于檢測(cè)被支撐在襯底支撐部件上的襯底的溫度的溫度檢測(cè)器，其中基于由溫度檢測(cè)器檢測(cè)的溫度數(shù)據(jù)來控制冷卻劑流速控制器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的襯底處理設(shè)備，還包括被配置為對(duì)處理室的壁進(jìn)行冷卻的壁冷卻單元。
11.一種使用襯底處理設(shè)備來制造半導(dǎo)體器件的方法，所述襯底處理設(shè)備包括處理室， 其被配置為處理襯底；襯底支撐部件，其被設(shè)置在處理室內(nèi)以支撐襯底；微波供應(yīng)單元，其被配置為向被支撐在襯底支撐部件上的襯底的前表面?zhèn)裙?yīng)微波；以及導(dǎo)電襯底冷卻單元，其被設(shè)置在被支撐在襯底支撐部件上的襯底的后表面?zhèn)忍幉⒕哂忻鎸?duì)襯底的后表面的相對(duì)表面，其中襯底支撐部件的頂部與襯底冷卻單元的相對(duì)表面之間的距離對(duì)應(yīng)于供應(yīng)微波的1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，所述方法包括將具有包括電介質(zhì)的前表面的襯底加載到處理室中，并將襯底支撐在襯底支撐部件上；向被支撐在襯底支撐部件上的襯底的前表面?zhèn)裙?yīng)微波；在正在供應(yīng)微波的同時(shí)，從被支撐在襯底支撐部件上的襯底的后表面?zhèn)葘?duì)襯底進(jìn)行冷卻；以及在供應(yīng)微波之后，停止供應(yīng)微波并將襯底從處理室卸載。
12. 一種使用襯底處理設(shè)備來制造半導(dǎo)體器件的方法，所述襯底處理設(shè)備包括處理室，其被配置為處理襯底；襯底支撐部件，其被設(shè)置在處理室內(nèi)以支撐襯底；微波供應(yīng)單元，其被配置為向被支撐在襯底支撐部件上的襯底的前表面?zhèn)裙?yīng)微波；以及導(dǎo)電襯底冷卻單元，其被設(shè)置在被支撐在襯底支撐部件上的襯底的后表面?zhèn)忍幉⒕哂忻鎸?duì)襯底的后表面的相對(duì)表面，所述方法包括將具有包括電介質(zhì)的前表面的襯底加載到處理室中并將襯底支撐在襯底支撐部件上；將襯底支撐部件的頂部與襯底冷卻單元的相對(duì)表面之間的距離設(shè)置為對(duì)應(yīng)于供應(yīng)微波的1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍；在其中襯底支撐部件的頂部與襯底冷卻單元的相對(duì)表面之間的距離被設(shè)置為對(duì)應(yīng)于供應(yīng)微波的1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍的狀態(tài)下，向被支撐在襯底支撐部件上的襯底的前表面?zhèn)裙?yīng)微波；在供應(yīng)微波的同時(shí)，從被支撐在襯底支撐部件上的襯底的后表面?zhèn)葘?duì)襯底進(jìn)行冷卻；以及在供應(yīng)微波之后，停止供應(yīng)微波并將襯底從處理室卸載。
全文摘要
一種襯底處理設(shè)備包括被配置為處理具有包括電介質(zhì)的前表面的襯底的處理室；被設(shè)置在處理室內(nèi)以支撐襯底的襯底支撐部件；向被支撐在襯底支撐部件上的襯底的前表面?zhèn)裙?yīng)微波的微波供應(yīng)單元；以及導(dǎo)電襯底冷卻單元，其被設(shè)置在被支撐在襯底支撐部件上的襯底的后表面?zhèn)忍幉⒕哂忻鎸?duì)襯底的后表面的相對(duì)表面。襯底支撐部件的頂部與襯底冷卻單元的相對(duì)表面之間的距離對(duì)應(yīng)于在處理襯底時(shí)供應(yīng)的微波的1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍。
文檔編號(hào)H01L21/324GK102468158SQ20111030243
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月28日
發(fā)明者八島伸二, 南嘉一郎, 奧野正久, 小川云龍, 梅川純史, 赤尾德信 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立國(guó)際電氣