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JP2016009796A - Substrate heating apparatus, substrate supporting apparatus, substrate processing apparatus and substrate processing method - Google Patents

Substrate heating apparatus, substrate supporting apparatus, substrate processing apparatus and substrate processing method Download PDF

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JP2016009796A
JP2016009796A JP2014130472A JP2014130472A JP2016009796A JP 2016009796 A JP2016009796 A JP 2016009796A JP 2014130472 A JP2014130472 A JP 2014130472A JP 2014130472 A JP2014130472 A JP 2014130472A JP 2016009796 A JP2016009796 A JP 2016009796A
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substrate
waveguide
heating apparatus
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JP2014130472A
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Japanese (ja)
Inventor
野村 正道
Masamichi Nomura
正道 野村
河西 繁
Shigeru Kasai
河西  繁
木下 秀俊
Hidetoshi Kinoshita
秀俊 木下
靖 森田
Yasushi Morita
靖 森田
洋二 飯塚
Yoji Iizuka
洋二 飯塚
仁嗣 三浦
Hitotsugu Miura
仁嗣 三浦
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Tokyo Electron Ltd
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Tokyo Electron Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate heating apparatus which allows for uniform heating in the substrate plane, regardless of the substrate size, by using microwaves.SOLUTION: A supporting apparatus 5 has a plurality of microwave irradiation units 25 arranged, at a regular interval, in a direction parallel with a mounting surface 21a below a mounting plate 21. Each microwave irradiation unit 25 includes a microwave generator 41 generating microwaves, a microwave radiation port 43 radiating microwaves toward the mounting plate 21, a unit container 45 for supporting the microwave radiation port 43, and a microwave transmission path 47 for transmitting microwaves from the microwave generator 41 to the microwave radiation port 43.

Description

本発明は、例えば半導体ウエハなどの基板を加熱する基板加熱装置、それを備えた基板支持装置及び基板処理装置、並びに、基板処理方法に関する。   The present invention relates to a substrate heating apparatus that heats a substrate such as a semiconductor wafer, a substrate support apparatus and a substrate processing apparatus including the substrate heating apparatus, and a substrate processing method.

半導体装置の製造においては、半導体ウエハなどの基板を高温に加熱することが行われる。例えば、GaN、AlN、SiCなどの化合物半導体の製造プロセスでは、基板を1000℃以上、例えば1100〜1200℃の高温に加熱した状態で、エピタキシャル成長やCVD(化学気相成長)などの処理が行われる。   In manufacturing a semiconductor device, a substrate such as a semiconductor wafer is heated to a high temperature. For example, in a manufacturing process of a compound semiconductor such as GaN, AlN, and SiC, a process such as epitaxial growth or CVD (chemical vapor deposition) is performed while the substrate is heated to a high temperature of 1000 ° C. or higher, for example, 1100 to 1200 ° C. .

基板を加熱するための装置としては、抵抗加熱方式のヒーターやランプ方式のヒーターなどが一般的に使用されている。   As a device for heating the substrate, a resistance heating type heater, a lamp type heater, or the like is generally used.

抵抗加熱方式は、基板の面内で温度の不均一が発生したり、基板上に成膜された薄膜にヒーターパターンが発生したりするという問題がある。特許文献1では、基板面内での加熱温度の均一化を図るため、複数の矩形のヒーターユニットを配列した加熱装置が提案されている。また、基板支持装置に埋設されたタイプの抵抗加熱型ヒーターでは、均等な加熱を行う上で、基板支持装置の熱容量を大きくする必要があるため、急速な昇温・降温が困難であり、応答性に問題がある。   The resistance heating method has a problem that temperature non-uniformity occurs in the plane of the substrate and a heater pattern is generated in a thin film formed on the substrate. Patent Document 1 proposes a heating device in which a plurality of rectangular heater units are arranged in order to make the heating temperature uniform within the substrate surface. In addition, the resistance heating heater of the type embedded in the substrate support device needs to increase the heat capacity of the substrate support device for uniform heating. There is a problem with sex.

ランプ方式のヒーターは、急速な昇温・降温が可能で応答性に優れているが、電力の利用効率が低いという問題がある。   Lamp heaters are capable of rapid temperature rise and fall and have excellent responsiveness, but have a problem of low power utilization efficiency.

基板を加熱するための装置として、上記以外に、マイクロ波加熱を利用するものが知られている。例えば、特許文献2では、複数の貫通孔が形成された板状体を介して試料台にマイクロ波を照射することによって試料台を加熱し、そこに載置された基板を加熱する加熱装置が提案されている。この特許文献2の加熱装置は、複数の貫通孔が形成された板状体をアンテナとして利用することによって、マイクロ波を試料台に均等に照射できる、とされている。しかし、単一のマイクロ波発生源を用いる特許文献2の方式では、基板サイズが大型化すると、均一な加熱処理が困難になるものと考えられる。   In addition to the above, an apparatus that utilizes microwave heating is known as an apparatus for heating a substrate. For example, in Patent Document 2, there is provided a heating device that heats a sample stage by irradiating the sample stage with microwaves through a plate-like body in which a plurality of through holes are formed, and heats a substrate placed thereon. Proposed. The heating device disclosed in Patent Document 2 is capable of evenly irradiating a sample stage with microwaves by using a plate-like body having a plurality of through holes as an antenna. However, in the method of Patent Document 2 using a single microwave generation source, it is considered that uniform heat treatment becomes difficult as the substrate size increases.

また、特許文献3では、支持装置に設けられた発熱層に対し、該発熱層と平行な方向に、かつ同心円状に設けられた導波管からマイクロ波を供給することによって、支持装置を介して基板を加熱する加熱装置が提案されている。このように、同心円状の導波管からマイクロ波を供給する方式では、基板サイズが変わると、それに合わせて、発熱層におけるマイクロ波の吸収効率が最大となるように伝送経路の設計をやり直す必要がある。   Further, in Patent Document 3, a microwave is supplied to a heat generation layer provided in a support device in a direction parallel to the heat generation layer and from a waveguide provided concentrically. A heating apparatus for heating the substrate has been proposed. As described above, in the method of supplying microwaves from concentric waveguides, it is necessary to redesign the transmission path so that the microwave absorption efficiency in the heat generating layer is maximized when the substrate size changes. There is.

特開平11−354528号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-354528 特開2005−268624号公報JP 2005-268624 A 国際公開WO2013/145932号International Publication WO2013 / 145932

近年、基板サイズは大型化しており、基板面内での加熱温度の均一化を図ることが益々困難になりつつある。従って、本発明は、マイクロ波を利用し、基板サイズに関わらず、基板面内で均一な加熱処理を可能とする基板加熱装置を提供することを目的とする。   In recent years, the size of the substrate has increased, and it has become increasingly difficult to make the heating temperature uniform within the substrate surface. Therefore, an object of the present invention is to provide a substrate heating apparatus that uses microwaves and enables uniform heat treatment within the substrate surface regardless of the substrate size.

本発明の基板加熱装置は、マイクロ波が照射されることによって発熱し、その熱を基板に伝えて該基板を加熱する平板状の発熱部材と、前記発熱部材に対し、独立して前記マイクロ波を照射する複数のマイクロ波照射ユニットと、を備えている。そして、本発明の基板加熱装置において、前記マイクロ波照射ユニットは、前記マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置と、前記発熱部材に向けて前記マイクロ波を放射するマイクロ波放射ポートと、前記マイクロ波発生装置と前記マイクロ波放射ポートとの間で前記マイクロ波を伝送するマイクロ波伝送路と、を有している。   The substrate heating apparatus of the present invention generates heat when irradiated with microwaves, transmits the heat to the substrate and heats the substrate, and the microwaves independently from the heating member. A plurality of microwave irradiation units. In the substrate heating apparatus of the present invention, the microwave irradiation unit includes a microwave generator that generates the microwave, a microwave radiation port that radiates the microwave toward the heat generating member, and the microwave. And a microwave transmission path for transmitting the microwave between the generator and the microwave radiation port.

本発明の基板加熱装置において、前記複数のマイクロ波照射ユニットは、前記発熱部材の下面と平行な方向に配列されていてもよい。   In the substrate heating apparatus of the present invention, the plurality of microwave irradiation units may be arranged in a direction parallel to the lower surface of the heat generating member.

本発明の基板加熱装置において、前記マイクロ波放射ポートは、マイクロ波透過性の平面視多角形をなすマイクロ波放射窓を有していてもよく、該マイクロ波放射窓は、前記発熱部材に対向して配置されていてもよい。   In the substrate heating apparatus of the present invention, the microwave radiation port may have a microwave radiation window having a polygonal shape in plan view that is microwave transmissive, and the microwave radiation window faces the heat generating member. May be arranged.

本発明の基板加熱装置は、前記マイクロ波放射ポートの周囲に、前記マイクロ波の漏洩を妨げるシールド部を有していてもよい。   The substrate heating apparatus of the present invention may have a shield portion that prevents leakage of the microwave around the microwave radiation port.

本発明の基板加熱装置において、前記マイクロ波伝送路は、一端側が前記マイクロ波発生装置に接続する導波管と、前記導波管の他端側を塞ぐマイクロ波透過性の圧力隔壁と、前記圧力隔壁を介して前記導波管の他端側に接続する真空導波路と、を備えていてもよい。この場合、前記真空導波路の少なくとも一部分に、誘電体部材が充填されていてもよい。   In the substrate heating apparatus of the present invention, the microwave transmission path includes a waveguide whose one end is connected to the microwave generator, a microwave-permeable pressure bulkhead that closes the other end of the waveguide, And a vacuum waveguide connected to the other end side of the waveguide through a pressure partition. In this case, at least a part of the vacuum waveguide may be filled with a dielectric member.

本発明の基板加熱装置において、前記真空導波路は、前記導波管と接続する側とは反対側で、前記マイクロ波放射ポートに接続していてもよく、前記マイクロ波放射ポートは、前記真空導波路との接続部位に、前記マイクロ波を放射する矩形のスロット孔を有していてもよい。この場合、前記スロット孔は、前記マイクロ波放射ポートにおいて、中心から外れた位置に偏在して設けられていてもよい。また、前記スロット孔は、前記真空導波路に臨む側の長辺の長さが、前記マイクロ波放射窓に臨む側の長辺の長さよりも長い段差部を有する開口であってもよい。   In the substrate heating apparatus of the present invention, the vacuum waveguide may be connected to the microwave radiation port on the side opposite to the side connected to the waveguide, and the microwave radiation port may be connected to the vacuum radiation port. You may have the rectangular slot hole which radiates | emits the said microwave in the connection part with a waveguide. In this case, the slot hole may be provided unevenly at a position off the center in the microwave radiation port. Further, the slot hole may be an opening having a stepped portion having a longer side length facing the vacuum waveguide longer than a longer side length facing the microwave radiation window.

本発明の基板加熱装置は、前記発熱部材を回転させる回転装置をさらに備えていてもよい。   The substrate heating apparatus of the present invention may further include a rotating device that rotates the heat generating member.

本発明の基板支持装置は、上記いずれかの基板加熱装置を備え、前記発熱部材に前記基板を載置する。   The substrate support apparatus of the present invention includes any one of the above-described substrate heating apparatuses, and places the substrate on the heat generating member.

本発明の基板処理装置は、上記いずれかの基板加熱装置を備え、前記発熱部材に前記基板を載置して処理を行う。   A substrate processing apparatus of the present invention includes any one of the above-described substrate heating apparatuses, and performs processing by placing the substrate on the heat generating member.

本発明の基板処理方法は、上記基板処理装置を用い、前記基板を加熱しながら処理を行う。   The substrate processing method of the present invention uses the substrate processing apparatus to perform processing while heating the substrate.

本発明の基板加熱装置及び基板支持装置は、発熱部材に対し、独立してマイクロ波を照射する複数のマイクロ波照射ユニットを備えたことによって、基板サイズに関わらず、基板面内で均一な加熱を行うことができる。例えば、基板サイズが大きくなっても、マイクロ波照射ユニットを増設することによって容易に基板面内での均一性を確保できる。また、マイクロ波を利用することによって、基板を短時間に昇温させることが可能である。従って、本発明の基板加熱装置又は基板支持装置を備えた基板処理装置は、基板の加熱を必要とする各種のプロセスにおいて信頼性の高い温度制御が可能であり、有利に利用できる。   The substrate heating apparatus and the substrate support apparatus of the present invention are provided with a plurality of microwave irradiation units that independently irradiate microwaves to the heat generating member, so that uniform heating within the substrate surface is possible regardless of the substrate size. It can be performed. For example, even if the substrate size is increased, uniformity within the substrate surface can be easily ensured by adding a microwave irradiation unit. In addition, the substrate can be heated in a short time by using microwaves. Therefore, the substrate processing apparatus provided with the substrate heating apparatus or the substrate supporting apparatus of the present invention can be controlled with high reliability in various processes that require heating of the substrate, and can be advantageously used.

本発明の一実施の形態に係る基板処理装置の概略の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the schematic structure of the substrate processing apparatus which concerns on one embodiment of this invention. 図1の基板処理装置におけるマイクロ波照射ユニットの拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the microwave irradiation unit in the substrate processing apparatus of FIG. 図1の基板処理装置における支持装置の上部の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the upper part of the support apparatus in the substrate processing apparatus of FIG. 図1の基板処理装置におけるマイクロ波照射ユニットの配置を示す平面図である。It is a top view which shows arrangement | positioning of the microwave irradiation unit in the substrate processing apparatus of FIG. 図4に示したマイクロ波照射ユニットからマイクロ波放射窓を取り外した状態を示す平面図である。It is a top view which shows the state which removed the microwave radiation window from the microwave irradiation unit shown in FIG. ポート基部に形成されたスロット孔の拡大平面図である。It is an enlarged plan view of the slot hole formed in the port base. 図6のVII−VII矢視における断面図である。It is sectional drawing in the VII-VII arrow of FIG. 図1の基板処理装置における制御部の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the control part in the substrate processing apparatus of FIG. 基板処理装置を用いた載置板のステップ状昇温制御実験の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the step-like temperature rising control experiment of the mounting plate using a substrate processing apparatus. 基板処理装置を用いた載置板の急速昇温制御実験の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the rapid temperature rising control experiment of the mounting plate using a substrate processing apparatus. 基板処理装置を用いた載置板のステップ状昇温制御実験の別の結果を示すグラフである。It is a graph which shows another result of the step-like temperature rising control experiment of the mounting plate using a substrate processing apparatus. 基板処理装置を用いた載置板の急速昇温制御実験の別の結果を示すグラフである。It is a graph which shows another result of the rapid temperature rising control experiment of the mounting plate using a substrate processing apparatus. 複数のマイクロ波照射ユニットによるゾーン制御性のシミュレーション結果を示す図面である。It is drawing which shows the simulation result of the zone controllability by a several microwave irradiation unit. 複数のマイクロ波照射ユニットによるゾーン制御性の別のシミュレーション結果を示す図面である。It is drawing which shows another simulation result of the zone controllability by a some microwave irradiation unit.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。まず、図1を参照して、本発明の一実施の形態に係る基板処理装置について説明する。図1は、基板処理装置1の概略の構成を示す断面図である。図2は、図1の基板処理装置1におけるマイクロ波照射ユニットを示す拡大断面図である。図3は、図1の基板処理装置1における支持装置の上部の分解斜視図である。図4は、図1に示した基板処理装置1における複数のマイクロ波照射ユニットの配置を示す平面図である。図5は、図4に示したマイクロ波照射ユニットからマイクロ波放射窓を取り外した状態を示す平面図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the substrate processing apparatus 1. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a microwave irradiation unit in the substrate processing apparatus 1 of FIG. FIG. 3 is an exploded perspective view of the upper portion of the support device in the substrate processing apparatus 1 of FIG. FIG. 4 is a plan view showing an arrangement of a plurality of microwave irradiation units in the substrate processing apparatus 1 shown in FIG. FIG. 5 is a plan view showing a state where a microwave radiation window is removed from the microwave irradiation unit shown in FIG.

基板処理装置1は、連続する複数の動作を伴って、例えば被処理体である、半導体デバイス製造用の半導体ウエハ(以下、単に「ウエハ」と記す。)Wに対して、成膜処理を施すことが可能に構成されている。ここで、平板状をなすウエハWにおいて、面積の広い上下の面のうち、上面が半導体デバイスの形成面であり、この面を処理対象となる主面とする。   The substrate processing apparatus 1 performs a film forming process on a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as “wafer”) W for manufacturing a semiconductor device, for example, which is an object to be processed, with a plurality of continuous operations. It is configured to be possible. Here, in the wafer W having a flat shape, the upper surface of the upper and lower surfaces having a large area is a semiconductor device formation surface, and this surface is a main surface to be processed.

基板処理装置1は、ウエハWを収容する処理容器3と、処理容器3内においてウエハWを支持する支持装置5と、処理容器3内にガスを供給するガス供給装置7と、処理容器3内を減圧排気する排気装置9とを備えている。   The substrate processing apparatus 1 includes a processing container 3 that accommodates a wafer W, a support device 5 that supports the wafer W in the processing container 3, a gas supply device 7 that supplies gas into the processing container 3, and an inside of the processing container 3. And an exhaust device 9 for evacuating the vacuum.

<処理容器>
処理容器3は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス等の金属材料によって形成されている。処理容器3内は、真空引き可能に構成されており、ウエハWに対して成膜処理を行う処理空間S1が形成されている。
<Processing container>
The processing container 3 is made of, for example, a metal material such as aluminum, an aluminum alloy, or stainless steel. The processing container 3 is configured to be evacuated, and a processing space S <b> 1 for performing a film forming process on the wafer W is formed.

処理容器3は、天井部11および底壁部13と、天井部11と底壁部13とを連結する4つの側壁部15と、を有している。側壁部15には、搬入出口15aが設けられている。搬入出口15aは、処理容器3に隣接する外部の搬送室(図示せず)との間でウエハWの搬入出を行うためものである。処理容器3と搬送室との間には、ゲートバルブGVが設けられている。ゲートバルブGVは、搬入出口15aを開閉する機能を有し、閉状態で処理容器3の処理空間S1を気密にシールすると共に、開状態で処理容器3の処理空間S1と搬送室との間でウエハWの移送を可能にする。   The processing container 3 includes a ceiling portion 11 and a bottom wall portion 13, and four side wall portions 15 that connect the ceiling portion 11 and the bottom wall portion 13. The side wall portion 15 is provided with a loading / unloading port 15a. The loading / unloading port 15 a is for loading / unloading the wafer W to / from an external transfer chamber (not shown) adjacent to the processing container 3. A gate valve GV is provided between the processing container 3 and the transfer chamber. The gate valve GV has a function of opening and closing the loading / unloading port 15a. The gate valve GV hermetically seals the processing space S1 of the processing container 3 in the closed state, and between the processing space S1 of the processing container 3 and the transfer chamber in the open state. The wafer W can be transferred.

また、底壁部13には、上下に貫通する複数の開口13aが形成されている。各開口13aは、長辺と短辺とを有する平面視矩形をなしており、マイクロ波伝送路の一部分を構成している。各開口13aは、それぞれ、後述する真空窓63を介して、導波管61に接続している。   The bottom wall portion 13 is formed with a plurality of openings 13a penetrating vertically. Each opening 13a has a rectangular shape in plan view having a long side and a short side, and constitutes a part of the microwave transmission path. Each opening 13a is connected to the waveguide 61 via a vacuum window 63 described later.

<支持装置>
ウエハWを支持する支持装置5は、ウエハWを支持する円板状の載置板21と、載置板21を回転可能に支持する回転支持部23と、載置板21の下面(ウエハWを載置する面とは反対側の面;被照射面21b)に向けて、独立してマイクロ波を照射する複数のマイクロ波照射ユニット25と、を備えている。図1では、3つのマイクロ波照射ユニット25を図示している。マイクロ波照射ユニット25を有することにより、本実施の形態の支持装置5は、ウエハWを加熱するための加熱装置としても機能する。
<Supporting device>
The supporting device 5 that supports the wafer W includes a disk-shaped mounting plate 21 that supports the wafer W, a rotation support portion 23 that rotatably supports the mounting plate 21, and a lower surface of the mounting plate 21 (wafer W And a plurality of microwave irradiation units 25 that irradiate microwaves independently toward the surface 21b) to be irradiated. In FIG. 1, three microwave irradiation units 25 are illustrated. By having the microwave irradiation unit 25, the support device 5 of the present embodiment also functions as a heating device for heating the wafer W.

(載置板)
載置板21は、マイクロ波を吸収して発熱する発熱部材である。平板状の載置板21の上面は、ウエハWを載置する載置面21aとなっており、載置板21の下面はマイクロ波が照射される被照射面21bとなっている。本実施の形態の基板処理装置1では、載置面21aの大きさ(面積)は、ウエハWの大きさ(面積)よりも僅かに大きく形成されている。また、載置面21aの形状は、ウエハWの形状と略同じになるように例えば円形に形成されている。従って、マイクロ波の照射によって加熱された載置板21の載置面21aの全体から、そこに載置されたウエハWの全体へ熱伝導や輻射によって均等に伝熱することができる。
(Mounting plate)
The mounting plate 21 is a heat generating member that absorbs microwaves and generates heat. The upper surface of the flat mounting plate 21 is a mounting surface 21a on which the wafer W is mounted, and the lower surface of the mounting plate 21 is an irradiated surface 21b to which microwaves are irradiated. In the substrate processing apparatus 1 of the present embodiment, the size (area) of the mounting surface 21 a is formed slightly larger than the size (area) of the wafer W. Further, the mounting surface 21 a is formed in a circular shape, for example, so as to be substantially the same as the shape of the wafer W. Therefore, heat can be evenly transferred from the entire mounting surface 21a of the mounting plate 21 heated by the microwave irradiation to the entire wafer W mounted thereon by heat conduction or radiation.

マイクロ波照射の誘電加熱による物体の温度上昇は、構成材料の比誘電率(ε)と誘電損失角(tanδ)との積に比例する。載置板21の材質として、この積が1以上の材料、より好ましくは10以上の誘電体材料を用いることによって、マイクロ波を効率良く吸収して熱に変換し、載置板21を発熱させることができる。また、載置板21は、1000℃以上の耐熱温度を有する材料で形成することが好ましい。以上のことから、本実施の形態における支持装置5では、載置板21の材質として、例えばSiC、SiCとカーボンとの複合材料、SiCとカーボンナノチューブとの複合材料などの耐熱性を有するマイクロ波吸収性材料を使用することが好ましい。なお、例えば600℃程度までの比較的低温でウエハWの加熱処理を行う場合には、載置板21の材質として、耐熱性が1000℃未満のものも使用できる。また、ウエハWにおける面内の温度均一性の重要性から、熱伝導率が高いことも重要である。また、セラミクスは高温になるほどε、およびtanδが大きくなる傾向があるため、少なくとも目標温度付近で、εとtanδの積が10以上であることが望ましい。低温時などにこの積がもっと小さな値であっても徐々に発熱するため使用可能であるが、加熱効率やマイクロ波の漏れ、透過などが増える場合がある。   The temperature rise of the object due to dielectric heating by microwave irradiation is proportional to the product of the relative dielectric constant (ε) and the dielectric loss angle (tan δ) of the constituent material. By using a material having a product of 1 or more, more preferably 10 or more, as the material of the mounting plate 21, microwaves are efficiently absorbed and converted into heat, and the mounting plate 21 is heated. be able to. The mounting plate 21 is preferably formed of a material having a heat resistant temperature of 1000 ° C. or higher. From the above, in support device 5 in the present embodiment, microwaves having heat resistance such as SiC, a composite material of SiC and carbon, and a composite material of SiC and carbon nanotube are used as the material of mounting plate 21. It is preferred to use an absorbent material. For example, when the wafer W is heat-treated at a relatively low temperature up to about 600 ° C., a material having a heat resistance of less than 1000 ° C. can be used as the material of the mounting plate 21. Further, from the importance of in-plane temperature uniformity on the wafer W, it is also important that the thermal conductivity is high. Further, since ceramics tend to have larger ε and tan δ at higher temperatures, it is desirable that the product of ε and tan δ is 10 or more at least near the target temperature. Even if this product has a smaller value at low temperatures, etc., it can be used because it gradually generates heat, but there are cases where heating efficiency, microwave leakage, transmission, etc. increase.

(回転支持部)
回転支持部23は、ウエハWを載置する載置板21を回転可能に支持する。回転支持部23は、載置板21を支持しながら水平方向に回転する支持リング31を備えている。支持リング31は、載置板21とは異なる断熱性の高い材質、例えば石英、ジルコニアなどによって構成された環状部材である。図3に示すように、支持リング31の上面の内周側は、外周側よりも低く、段差部31aが形成されている。この段差部31aに載置板21が嵌めこまれて支持される。
(Rotating support)
The rotation support unit 23 rotatably supports the mounting plate 21 on which the wafer W is mounted. The rotation support unit 23 includes a support ring 31 that rotates in the horizontal direction while supporting the mounting plate 21. The support ring 31 is an annular member made of a highly heat-insulating material different from the mounting plate 21, such as quartz or zirconia. As shown in FIG. 3, the inner peripheral side of the upper surface of the support ring 31 is lower than the outer peripheral side, and a step portion 31a is formed. The mounting plate 21 is fitted into and supported by the step portion 31a.

また、回転支持部23は、支持リング31を支持しつつ回転させる内部回転体33Aと、自ら回転することによって、内部回転体33Aを同期して回転させる外部回転体33Bと、を備えている。外部回転体33Bは、処理容器3の外部に配置されている。内部回転体33A及び外部回転体33Bは、外部回転体33Bから内部回転体33Aに回転力を伝達するマグネットカップリング35を備えている。マグネットカップリング35は、側壁部15を隔てて外部回転体33Bの回転力を内部回転体33Aに非接触で伝達する。従って、外部回転体33Bを回転させることによって、内部回転体33Aを回転させ、支持リング31、載置板21を水平方向に回転させることができる。   The rotation support unit 23 includes an internal rotating body 33A that rotates while supporting the support ring 31, and an external rotating body 33B that rotates the internal rotating body 33A in synchronization by rotating itself. The external rotating body 33B is disposed outside the processing container 3. The internal rotating body 33A and the external rotating body 33B include a magnet coupling 35 that transmits a rotational force from the external rotating body 33B to the internal rotating body 33A. The magnet coupling 35 transmits the rotational force of the external rotator 33B to the internal rotator 33A in a non-contact manner across the side wall 15. Therefore, by rotating the external rotating body 33B, the internal rotating body 33A can be rotated, and the support ring 31 and the mounting plate 21 can be rotated in the horizontal direction.

(マイクロ波照射ユニット)
図4に示すように、本実施の形態の支持装置5は、載置板21の下方において、載置面21a及び被照射面21bと平行な方向に等間隔に配置された7つのマイクロ波照射ユニット25を有している。各マイクロ波照射ユニット25は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置41と、載置板21に向けてマイクロ波を放射するマイクロ波放射ポート43と、マイクロ波放射ポート43を支持するユニット容器45と、マイクロ波発生装置41からマイクロ波放射ポート43へマイクロ波を伝送するマイクロ波伝送路47と、を備えている。
(Microwave irradiation unit)
As shown in FIG. 4, the support device 5 of the present embodiment has seven microwave irradiations arranged at equal intervals in a direction parallel to the mounting surface 21 a and the irradiated surface 21 b below the mounting plate 21. A unit 25 is provided. Each microwave irradiation unit 25 includes a microwave generator 41 that generates microwaves, a microwave radiation port 43 that radiates microwaves toward the mounting plate 21, and a unit container 45 that supports the microwave radiation port 43. And a microwave transmission path 47 for transmitting microwaves from the microwave generator 41 to the microwave radiation port 43.

本実施の形態では、7つマイクロ波照射ユニット25の構成は全て同一である。以下、説明の便宜上、7つのマイクロ波照射ユニット25を、符号25A,25B,25C,25D,25E,25F,25Gとして区別する場合がある。マイクロ波照射ユニット25Aは、中央に配置され、マイクロ波照射ユニット25B〜25Gは、その周囲に配置されている。なお、マイクロ波照射ユニット25の数は、ウエハWの大きさなどに応じて任意に増減できる。また、各マイクロ波照射ユニット25は、独立してマイクロ波を照射できるため、一部分のマイクロ波照射ユニット25のみを使用して載置板21を加熱することも可能である。   In the present embodiment, all the configurations of the seven microwave irradiation units 25 are the same. Hereinafter, for convenience of explanation, the seven microwave irradiation units 25 may be distinguished as reference numerals 25A, 25B, 25C, 25D, 25E, 25F, and 25G. The microwave irradiation unit 25A is disposed at the center, and the microwave irradiation units 25B to 25G are disposed around the microwave irradiation unit 25A. Note that the number of the microwave irradiation units 25 can be arbitrarily increased or decreased according to the size of the wafer W or the like. Moreover, since each microwave irradiation unit 25 can irradiate a microwave independently, it is also possible to heat the mounting plate 21 using only a part of the microwave irradiation units 25.

(マイクロ波発生装置)
マイクロ波発生装置41は、図示は省略するが、例えばマグネトロン、クライストロンなどのマイクロ波発生源と、マイクロ波発生源に高電圧を印加する電源とを有している。マイクロ波発生源としては、種々の周波数のマイクロ波を発振することができるものを用いることができる。マイクロ波発生源によって生成されるマイクロ波は、例えばISM(Industry-Science-Medical)バンドの中から、処理の目的に応じて最適な周波数を選択できる。マイクロ波の周波数は、例えば915MHz、2.45GHz、5.8GHz、24GHz等が好ましく、2.45GHzが特に好ましい。
(Microwave generator)
Although not shown, the microwave generation device 41 includes a microwave generation source such as a magnetron or a klystron, and a power source that applies a high voltage to the microwave generation source. As the microwave generation source, one that can oscillate microwaves of various frequencies can be used. For the microwave generated by the microwave generation source, an optimum frequency can be selected from, for example, an ISM (Industry-Science-Medical) band according to the purpose of processing. For example, the frequency of the microwave is preferably 915 MHz, 2.45 GHz, 5.8 GHz, 24 GHz or the like, and particularly preferably 2.45 GHz.

図示は省略するが、マイクロ波発生装置41は、マイクロ波発生源を冷却するための冷却装置を備えていてもよい。冷却装置としては、例えば空冷ファンなどを用いることができる。   Although illustration is omitted, the microwave generator 41 may include a cooling device for cooling the microwave generation source. As the cooling device, for example, an air cooling fan or the like can be used.

(マイクロ波放射ポート)
図4に示すように、各マイクロ波放射ポート43は、平面視6角形をなしている。マイクロ波放射ポート43を6角形にすることによって、マイクロ波照射ユニット25の数を増減する場合に、ハニカム状に配列することによって、全体として円形に近い形状を作りやすくなる。各マイクロ波放射ポート43は、後述する誘電体導波路65に接続するポート基部51と、このポート基部51の凹部51aに嵌め込まれたマイクロ波放射窓53とを有している。
(Microwave radiation port)
As shown in FIG. 4, each microwave radiation port 43 has a hexagonal shape in plan view. By making the microwave radiation port 43 hexagonal, when the number of the microwave irradiation units 25 is increased or decreased, by arranging the microwave irradiation units 25 in a honeycomb shape, it becomes easy to make a shape close to a circle as a whole. Each microwave radiation port 43 has a port base 51 connected to a dielectric waveguide 65 described later, and a microwave radiation window 53 fitted in the recess 51 a of the port base 51.

図3及び図5に示すように、皿状のポート基部51は、平面視6角形をなしている。本実施の形態では、7つのポート基部51がハニカム状に配列されている。ポート基部51は、窪んだ凹部51aと、この凹部51aの底に貫通形成された開口であるスロット孔51bとを有している。ポート基部51は、例えばアルミニウムなどの金属、セラミックスにタングステンなどの高融点金属材料をコーティングした複合材料、グラファイトなどの導電性材料によって構成されている。これらの中でも、ウエハWを1000℃以上の高温に加熱する場合は、耐熱性に優れたグラファイトを用いることが好ましい。   As shown in FIGS. 3 and 5, the dish-shaped port base 51 has a hexagonal shape in plan view. In the present embodiment, seven port bases 51 are arranged in a honeycomb shape. The port base 51 has a recessed recess 51a and a slot hole 51b that is an opening formed through the bottom of the recess 51a. The port base 51 is made of, for example, a metal such as aluminum, a composite material obtained by coating a ceramic with a high melting point metal material such as tungsten, or a conductive material such as graphite. Among these, when heating the wafer W to a high temperature of 1000 ° C. or higher, it is preferable to use graphite having excellent heat resistance.

ポート基部51のスロット孔51bは、後述する誘電体導波路65の上端に接続する位置に開口しており、誘電体導波路65を伝播してきたマイクロ波を放射する。スロット孔51bは、長辺と短辺とを有する矩形をなしている。   The slot hole 51b of the port base 51 is opened at a position connected to the upper end of a dielectric waveguide 65, which will be described later, and radiates microwaves that have propagated through the dielectric waveguide 65. The slot hole 51b has a rectangular shape having a long side and a short side.

図6は、ポート基部51における凹部51aの底に形成されたスロット孔51bの拡大平面図であり、図7は、そのVII−VII矢視における断面図である。ここで、スロット孔51bにおける短辺の長さをL1、長辺の長さをL2とすると、スロット孔51bにおける短辺の長さL1と長辺の長さL2の比(L2/L1)は、マイクロ波の放射効率を高めるため、例えば2〜4の範囲内とすることが好ましい。   6 is an enlarged plan view of a slot hole 51b formed in the bottom of the recess 51a in the port base 51, and FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the arrow VII-VII. Here, when the length of the short side in the slot hole 51b is L1, and the length of the long side is L2, the ratio (L2 / L1) of the short side length L1 to the long side length L2 in the slot hole 51b is In order to increase the microwave radiation efficiency, for example, it is preferably in the range of 2 to 4.

また、図6及び図7に示すように、ポート基部51を貫通する開口であるスロット孔51bは、上部開口51b1と下部開口51b2を有している。上部開口51b1と下部開口51b2は、ポート基部51の開口に段差を設けることによって形成されている。上部開口51b1と下部開口51b2の短辺の長さは、ともにL1であるが、長辺の長さが異なっている。すなわち、上部開口51b1の長辺の長さはL2、下部開口51b2の長辺の長さはL3であり、L2<L3となっている。このように、スロット孔51bの開口に、段差を設けて上部と下部のスロット長を変えることによって、スロット孔51bで発生する反射波の位相を、進行波と打ち消し合うように変化させて、マイクロ波放射ポート43からの放射効率を高めることができる。なお、スロット孔51bにおける上記長辺の長さL2は、上部開口51b1の長辺の長さである。   Further, as shown in FIGS. 6 and 7, the slot hole 51b, which is an opening penetrating the port base 51, has an upper opening 51b1 and a lower opening 51b2. The upper opening 51b1 and the lower opening 51b2 are formed by providing a step in the opening of the port base 51. The lengths of the short sides of the upper opening 51b1 and the lower opening 51b2 are both L1, but the lengths of the long sides are different. That is, the length of the long side of the upper opening 51b1 is L2, the length of the long side of the lower opening 51b2 is L3, and L2 <L3. In this way, by providing a step in the opening of the slot hole 51b and changing the upper and lower slot lengths, the phase of the reflected wave generated in the slot hole 51b is changed so as to cancel out the traveling wave. The radiation efficiency from the wave radiation port 43 can be increased. The long side length L2 of the slot hole 51b is the length of the long side of the upper opening 51b1.

ポート基部51の凹部51aにおけるスロット孔51bの配置は、誘電体導波路65の上端に接続している限り任意である。マイクロ波放射窓53の全体から均等に効率良くマイクロ波を放射する観点から、スロット孔51bを凹部51aの底の中央部分よりも周辺に偏った位置に偏在して設けることが好ましい。例えば、スロット孔51bの中心が、平面視6角形の凹部51aの中心から、その内径の1/5〜2/5程度、径外方向に偏った位置に配置することが好ましい。スロット孔51bを凹部51aの底の片側に寄せて配置することによって、中央部分に配置する場合に比べ、スロット孔51bから放射されるマイクロ波の電磁界をポート基部51の全体に均一に広げることができる。また、スロット孔51bは、平面視6角形の凹部51aにおいて、任意の角度で形成できる。   The slot hole 51b in the recess 51a of the port base 51 is arbitrarily arranged as long as it is connected to the upper end of the dielectric waveguide 65. From the viewpoint of efficiently and efficiently radiating microwaves from the entire microwave radiation window 53, it is preferable that the slot holes 51b are provided unevenly at positions deviating from the central portion of the bottom of the recess 51a. For example, it is preferable that the center of the slot hole 51b is disposed at a position deviated from the center of the hexagonal recess 51a in plan view by about 1/5 to 2/5 of its inner diameter. By disposing the slot hole 51b close to one side of the bottom of the recess 51a, the electromagnetic field of the microwave radiated from the slot hole 51b is uniformly spread over the entire port base 51 as compared with the case where the slot hole 51b is disposed at the center portion. Can do. Further, the slot hole 51b can be formed at an arbitrary angle in the hexagonal recess 51a in plan view.

マイクロ波放射窓53は、スロット孔51bから放射されたマイクロ波を透過させて載置板21へ向けて放射する。マイクロ波放射窓53は、ポート基部51の凹部51aの形状に合わせて6角柱状をなしている。マイクロ波放射窓53は、マイクロ波透過性材料によって構成されている。マイクロ波透過性材料としては、例えば石英や、アルミナなどのセラミックス、合成樹脂などの誘電体を挙げることができる。これらの誘電体の中でも、耐熱性を有し、マイクロ波を透過させやすい石英を用いることが最も好ましい。   The microwave radiation window 53 transmits the microwave radiated from the slot hole 51 b and radiates it toward the mounting plate 21. The microwave radiation window 53 has a hexagonal column shape in accordance with the shape of the recess 51 a of the port base 51. The microwave radiation window 53 is made of a microwave transmissive material. Examples of the microwave transparent material include quartz, ceramics such as alumina, and dielectrics such as synthetic resin. Among these dielectrics, it is most preferable to use quartz that has heat resistance and easily transmits microwaves.

マイクロ波放射窓53の上面(放射面53a)から、対向する載置板21の被照射面21bまでの間隔(ギャップ)は、載置板21を回転させる場合は、例えば1〜3mmの範囲内とすることが好ましい。マイクロ波放射窓53の放射面53aから載置板21の被照射面21bまでの間隔が3mmよりも大きいと、マイクロ波放射窓53から放射されたマイクロ波の漏洩や反射波が発生し、載置板21による吸収効率が低下する場合がある。また、載置板21を回転させない状態で使用する場合も同様である。   The distance (gap) from the upper surface (radiation surface 53a) of the microwave radiation window 53 to the irradiated surface 21b of the opposing mounting plate 21 is within a range of, for example, 1 to 3 mm when the mounting plate 21 is rotated. It is preferable that When the distance from the radiation surface 53a of the microwave radiation window 53 to the irradiated surface 21b of the mounting plate 21 is larger than 3 mm, leakage or reflected waves of the microwave radiated from the microwave radiation window 53 are generated, and the mounting is performed. The absorption efficiency by the mounting plate 21 may decrease. The same applies to the case where the mounting plate 21 is used without being rotated.

また、スロット孔51bを有するポート基部51の凹部51aの底壁の上面とマイクロ波放射窓53の下面との間隔も、例えば2mm以下とすることが好ましく、両者が接触していることがより好ましい。凹部51aとマイクロ波放射窓53の下面との間隔が2mmよりも大きいと、スロット孔51bから放射されたマイクロ波による反射波が発生し、載置板21による吸収効率が低下する場合がある。   In addition, the distance between the upper surface of the bottom wall of the recess 51a of the port base 51 having the slot hole 51b and the lower surface of the microwave radiation window 53 is preferably 2 mm or less, and more preferably, both are in contact with each other. . If the distance between the recess 51a and the lower surface of the microwave radiation window 53 is larger than 2 mm, a reflected wave due to the microwave radiated from the slot hole 51b is generated, and the absorption efficiency by the mounting plate 21 may be reduced.

(ユニット容器)
ユニット容器45は、その上端にポート基部51を嵌め込んで支持する。ユニット容器45は、例えば処理容器3の底壁部13に固定される。ユニット容器45は、ポート基部51の形状に合わせて6角筒状をなし、ハニカム状に配列されている。ユニット容器45は、内部にポート基部51を支持する支持棚55を有している。ユニット容器45は、例えばアルミニウムなどの金属、セラミックスにタングステンなどの高融点金属材料をコーティングした複合材料、グラファイトなどの導電性材料によって構成されている。これらの中でもウエハWを1000℃以上の高温に加熱する場合は、耐熱性に優れたグラファイトを用いることが好ましい。
(Unit container)
The unit container 45 is supported by fitting the port base 51 into the upper end thereof. The unit container 45 is fixed to the bottom wall portion 13 of the processing container 3, for example. The unit containers 45 have a hexagonal cylindrical shape according to the shape of the port base 51 and are arranged in a honeycomb shape. The unit container 45 has a support shelf 55 that supports the port base 51 therein. The unit container 45 is made of, for example, a metal such as aluminum, a composite material obtained by coating a ceramic with a high melting point metal material such as tungsten, or a conductive material such as graphite. Among these, when heating the wafer W to a high temperature of 1000 ° C. or higher, it is preferable to use graphite having excellent heat resistance.

また、ユニット容器45は、マイクロ波の漏洩を防ぐためのシールド部としてのチョーク溝57を有している。チョーク溝57は、マイクロ波放射ポート43(ポート基部51及びマイクロ波放射窓53)を嵌め込んだ状態で、その周囲を囲むように形成されている。従って、本実施の形態では、チョーク溝57は6角形の溝である。チョーク溝57の深さは、マイクロ波放射ポート43から放射されるマイクロ波の波長λに対し、例えばλ/4とすることが好ましい。例えば、マイクロ波発生装置41で発生させるマイクロ波の周波数が2.45GHz(λ=約122mm)の場合、チョーク溝57の深さは、30mm程度とすることが好ましい。なお、チョーク溝57の幅については、ギャップ(マイクロ波放射窓53の放射面53aから載置板21の被照射面21bまでの間隔)の寸法や電界の強さなどが関係するので電磁界シミュレーションの結果をもとに決定することが好ましい。このように、各マイクロ波放射ポート43を囲むようにチョーク溝57を設け、隣接するマイクロ波放射ポート43間でのマイクロ波の漏洩、干渉などを防ぐことによって、マイクロ波の照射効率を高めることができる。   The unit container 45 has a choke groove 57 as a shield part for preventing leakage of microwaves. The choke groove 57 is formed so as to surround the periphery thereof in a state in which the microwave radiation port 43 (the port base 51 and the microwave radiation window 53) is fitted. Therefore, in the present embodiment, the choke groove 57 is a hexagonal groove. The depth of the choke groove 57 is preferably λ / 4, for example, with respect to the wavelength λ of the microwave radiated from the microwave radiation port 43. For example, when the frequency of the microwave generated by the microwave generator 41 is 2.45 GHz (λ = about 122 mm), the depth of the choke groove 57 is preferably about 30 mm. Note that the width of the choke groove 57 is related to the size of the gap (the distance from the radiation surface 53a of the microwave radiation window 53 to the irradiated surface 21b of the mounting plate 21), the strength of the electric field, and the like, and therefore the electromagnetic field simulation. It is preferable to determine based on the results of In this way, the choke groove 57 is provided so as to surround each microwave radiation port 43, and microwave leakage between adjacent microwave radiation ports 43 is prevented, thereby improving the microwave irradiation efficiency. Can do.

(マイクロ波伝送路)
図1及び図2に示すように、マイクロ波伝送路47は、マイクロ波発生装置41に接続された導波管61と、導波管61の上端を塞ぐ真空窓63と、底壁部13に形成された開口13aと、開口13aに接続してマイクロ波を伝送する誘電体導波路65と、によって構成される。ここで、開口13aと誘電体導波路65とは、真空導波路を形成している。このように、本実施の形態では、開口13aを、マイクロ波伝送路47の一部分(つまり、マイクロ波照射ユニット25の一部分)として利用している。なお、開口13aをマイクロ波伝送路47の一部分として利用する代わりに、開口13aに例えば導波管を挿入することによって、マイクロ波伝送路を構成してもよい。
(Microwave transmission line)
As shown in FIGS. 1 and 2, the microwave transmission path 47 includes a waveguide 61 connected to the microwave generator 41, a vacuum window 63 that closes the upper end of the waveguide 61, and the bottom wall portion 13. The opening 13a is formed, and the dielectric waveguide 65 is connected to the opening 13a and transmits a microwave. Here, the opening 13a and the dielectric waveguide 65 form a vacuum waveguide. Thus, in the present embodiment, the opening 13a is used as a part of the microwave transmission path 47 (that is, a part of the microwave irradiation unit 25). Instead of using the opening 13a as a part of the microwave transmission path 47, a microwave transmission path may be configured by inserting, for example, a waveguide into the opening 13a.

導波管61は、断面が矩形、且つ中空の角筒形状を有し、処理容器3の底壁部13の下方に配置されている。導波管61の上端部は、真空窓63を介して開口13aにマイクロ波を伝送可能に接続されている。導波管61の他端側は、マイクロ波発生装置41に接続されている。マイクロ波発生装置41において生成されたマイクロ波は、導波管61、真空窓63を介して処理容器3内に導入される。   The waveguide 61 has a rectangular rectangular cross section and a hollow rectangular tube shape, and is disposed below the bottom wall portion 13 of the processing vessel 3. The upper end portion of the waveguide 61 is connected to the opening 13a through the vacuum window 63 so that microwaves can be transmitted. The other end side of the waveguide 61 is connected to the microwave generator 41. The microwave generated in the microwave generator 41 is introduced into the processing container 3 through the waveguide 61 and the vacuum window 63.

真空窓63は、導波管61と開口13aとの間に介在して、大気圧である導波管61の管内と、真空に減圧される開口13a内とを隔てる圧力隔壁である。真空窓63は、マイクロ波透過性の材料、例えば石英や、アルミナなどのセラミックス、合成樹脂などの誘電体材料によって形成できる。これらの誘電体材料の中でも、大気圧と真空との圧力差に耐え得る十分な強度を有し、かつ、マイクロ波を透過させやすい石英を用いることが最も好ましい。   The vacuum window 63 is a pressure partition wall that is interposed between the waveguide 61 and the opening 13a and separates the inside of the waveguide 61 that is at atmospheric pressure from the inside of the opening 13a that is decompressed to a vacuum. The vacuum window 63 can be formed of a microwave transparent material, for example, a dielectric material such as quartz, ceramics such as alumina, and synthetic resin. Among these dielectric materials, it is most preferable to use quartz that has sufficient strength to withstand the pressure difference between atmospheric pressure and vacuum, and easily transmits microwaves.

誘電体導波路65は、開口13aとマイクロ波放射ポート43を接続する。誘電体導波路65は、断面が矩形をなす角筒65aの内部に、誘電体柱65bが充填された導波路である。角筒65aは、例えばアルミニウムなどの金属、セラミックスにタングステンなどの高融点材料をコーティングした複合材料、グラファイトなどの導電性材料によって構成されている。これらの中でも、ウエハWを1000℃以上の高温に加熱する場合は、耐熱性に優れたグラファイトを用いることが好ましい。   The dielectric waveguide 65 connects the opening 13 a and the microwave radiation port 43. The dielectric waveguide 65 is a waveguide in which a dielectric column 65b is filled in a rectangular tube 65a having a rectangular cross section. The rectangular tube 65a is made of, for example, a metal such as aluminum, a composite material obtained by coating a ceramic with a high melting point material such as tungsten, or a conductive material such as graphite. Among these, when heating the wafer W to a high temperature of 1000 ° C. or higher, it is preferable to use graphite having excellent heat resistance.

誘電体柱65bは、四角柱状をなし、角筒65aの内部に隙間なく挿入されている。誘電体柱65bは、例えば石英や、アルミナなどのセラミックス、合成樹脂などの誘電体材料によって形成することができる。これらの誘電体材料の中でも、耐熱性を有し、マイクロ波を透過させやすい石英を用いることが最も好ましい。真空よりも高い誘電率を有する誘電体柱65bを媒体としてマイクロ波を伝播させることによって、真空中を伝播させる場合に比べ、マイクロ波の波長を短縮して導波路の径(角筒65aの内径)を小さくできる。その結果、一つのマイクロ波照射ユニット25の大きさを小さくすることができるので、限られたスペースの中に、多数のマイクロ波照射ユニット25を配置できる。   The dielectric pillar 65b has a quadrangular prism shape and is inserted into the square cylinder 65a without a gap. The dielectric pillar 65b can be formed of a dielectric material such as quartz, ceramics such as alumina, and synthetic resin. Among these dielectric materials, it is most preferable to use quartz which has heat resistance and easily transmits microwaves. By propagating the microwave using the dielectric pillar 65b having a dielectric constant higher than that of the vacuum as a medium, the wavelength of the waveguide (the inner diameter of the rectangular tube 65a) is shortened compared with the case of propagating in the vacuum. ) Can be reduced. As a result, since the size of one microwave irradiation unit 25 can be reduced, a large number of microwave irradiation units 25 can be arranged in a limited space.

本実施の形態のマイクロ波照射ユニット25では、マイクロ波発生装置41からマイクロ波放射ポート43へ至る各構成部材の寸法、形状、材質等の組み合わせを最適化することによって、反射による伝送損失を極力低減している。具体的には、例えばマイクロ波伝送路47における導波管61、真空窓63、誘電体導波路65、マイクロ波放射ポート43におけるポート基部51(凹部51a、スロット孔51b)、マイクロ波放射窓53、ユニット容器45におけるチョーク溝57などの寸法、形状、材質等の選択によって、マイクロ波供給源の出力インピーダンスと負荷の入力インピーダンスが等しい値(例えば50Ω)になるようにしている。従って、本実施の形態のマイクロ波照射ユニット25では、例えばチューナなどを用いるインピーダンス整合は不要であり、整合器を省略して設備の簡素化を図ることが可能になっている。また、各マイクロ波照射ユニット25から照射されるマイクロ波の載置板21における吸収効率は、およそ90%以上であり、優れた電力利用効率を有する。さらに、マイクロ波の伝送効率が安定していることから、載置板21及びウエハWの温度制御の精度が高く、信頼性が高い加熱処理を行うことができる。   In the microwave irradiation unit 25 of the present embodiment, the transmission loss due to reflection is minimized as much as possible by optimizing the combination of dimensions, shapes, materials, and the like of each component from the microwave generator 41 to the microwave radiation port 43. Reduced. Specifically, for example, the waveguide 61 in the microwave transmission path 47, the vacuum window 63, the dielectric waveguide 65, the port base 51 (recess 51 a and the slot hole 51 b) in the microwave radiation port 43, and the microwave radiation window 53. The output impedance of the microwave supply source and the input impedance of the load are equal to each other (for example, 50Ω) by selecting the dimensions, shape, material, etc. of the choke groove 57 in the unit container 45. Therefore, in the microwave irradiation unit 25 of the present embodiment, impedance matching using, for example, a tuner is unnecessary, and the matching unit can be omitted and the equipment can be simplified. Moreover, the absorption efficiency of the microwave mounting plate 21 irradiated from each microwave irradiation unit 25 is approximately 90% or more, and has excellent power utilization efficiency. Furthermore, since the microwave transmission efficiency is stable, the temperature control of the mounting plate 21 and the wafer W can be performed with high accuracy and highly reliable heat treatment.

図示は省略するが、さらに、支持装置5は、載置板21へのウエハWの載置、及び、図示しない搬送装置との間でウエハWを受け渡す際に使用されるリフトピンなどを備えていてもよい。   Although not shown, the support device 5 further includes lift pins that are used when the wafer W is placed on the placement plate 21 and when the wafer W is transferred to or from a transfer device (not shown). May be.

<ガス導入機構>
基板処理装置1は、更に、処理容器3内にガスを供給するガス供給装置7を備えている。ガス供給装置7は、一つないし複数の異なるガスを供給するガス供給源71と、ガス供給源71に接続され、処理容器3内にガスを導入する一つないし複数の配管73(1本のみ図示)とを備えている。配管73は、ガス供給源71から、処理容器3の天井部11に接続されている。
<Gas introduction mechanism>
The substrate processing apparatus 1 further includes a gas supply device 7 that supplies a gas into the processing container 3. The gas supply device 7 is connected to the gas supply source 71 for supplying one or a plurality of different gases, and one to a plurality of pipes 73 (only one) for introducing the gas into the processing vessel 3. As shown). The pipe 73 is connected from the gas supply source 71 to the ceiling portion 11 of the processing container 3.

天井部11には、処理容器1内にガスを導入するガス導入部としてのシャワーヘッド75が設けられている。シャワーヘッド75は、処理空間S1に臨むように、支持装置5の上方に設けられている。シャワーヘッド75の下面は、支持装置5の上面(載置板21の載置面21a)と平行に、かつ対向している。シャワーヘッド75の下面には、複数のガス噴射孔75aが形成されている。また、シャワーヘッド75内には、配管73に連通し、ガスを拡散させるガス拡散空間75bが設けられている。配管73は、一端側がガス供給源71に接続され、他端側がシャワーヘッド75に接続されている。   The ceiling part 11 is provided with a shower head 75 as a gas introduction part for introducing gas into the processing container 1. The shower head 75 is provided above the support device 5 so as to face the processing space S1. The lower surface of the shower head 75 is parallel to and opposed to the upper surface of the support device 5 (the mounting surface 21a of the mounting plate 21). A plurality of gas injection holes 75 a are formed on the lower surface of the shower head 75. Further, in the shower head 75, a gas diffusion space 75b that communicates with the pipe 73 and diffuses gas is provided. The pipe 73 has one end connected to the gas supply source 71 and the other end connected to the shower head 75.

ガス供給装置7とシャワーヘッド75は、ガス供給機構を構成している。ガス供給装置7は、配管73及びシャワーヘッド75を介して、例えば、各種の成膜ガス、不活性ガスなど、基板処理の目的に応じて適切なガス種を選択し、処理容器3内へ供給する。すなわち、ガス供給源71から、配管73を介して、シャワーヘッド75内のガス拡散空間75bに導入されたガスは、複数のガス噴射孔75aを介してシャワーヘッド75の下方の処理空間S1へ噴射される。図示しないが、基板処理装置1は、更に、配管73の途中に設けられたマスフローコントローラおよび開閉バルブを備えている。処理容器3内に供給されるガスの種類や、これらのガスの流量等は、マスフローコントローラおよび開閉バルブによって制御される。   The gas supply device 7 and the shower head 75 constitute a gas supply mechanism. The gas supply device 7 selects an appropriate gas type according to the purpose of substrate processing, such as various film forming gases and inert gases, and supplies the gas into the processing container 3 through the pipe 73 and the shower head 75. To do. That is, the gas introduced from the gas supply source 71 into the gas diffusion space 75b in the shower head 75 through the pipe 73 is injected into the processing space S1 below the shower head 75 through the plurality of gas injection holes 75a. Is done. Although not shown, the substrate processing apparatus 1 further includes a mass flow controller and an opening / closing valve provided in the middle of the pipe 73. The types of gases supplied into the processing container 3 and the flow rates of these gases are controlled by a mass flow controller and an opening / closing valve.

なお、ガス供給装置7の代りに、基板処理装置1の構成には含まれない外部のガス供給装置を使用してもよい。また、ガスを導入するガス導入部は、天井部11以外の位置、例えば側壁部15などに設けてもよい。   Instead of the gas supply device 7, an external gas supply device that is not included in the configuration of the substrate processing apparatus 1 may be used. Further, the gas introduction part for introducing the gas may be provided at a position other than the ceiling part 11, for example, at the side wall part 15.

<排気機構>
排気装置9は、例えば、ドライポンプ、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプ(図示省略)を有している。基板処理装置1は、更に、底壁部13に形成された排気口13bと排気装置9とを接続する排気管81、及び、排気管81の途中に設けられた圧力調整バルブ83を備えている。排気装置9は、排気管81及び排気口13bを介して処理容器3内に接続されている。従って、排気装置9の真空ポンプを作動させることにより、処理空間S1が所定の圧力まで減圧排気される。
<Exhaust mechanism>
The exhaust device 9 has, for example, a vacuum pump (not shown) such as a dry pump or a turbo molecular pump. The substrate processing apparatus 1 further includes an exhaust pipe 81 connecting the exhaust port 13 b formed in the bottom wall portion 13 and the exhaust apparatus 9, and a pressure adjusting valve 83 provided in the middle of the exhaust pipe 81. . The exhaust device 9 is connected to the inside of the processing container 3 through the exhaust pipe 81 and the exhaust port 13b. Accordingly, by operating the vacuum pump of the exhaust device 9, the processing space S1 is evacuated to a predetermined pressure.

<温度計測部>
基板処理装置1は、更に、ウエハWの表面温度を測定する複数の放射温度計(図示省略)と、これら複数の放射温度計に接続された温度計測部85とを備えている。温度計測部85によって、ウエハWの複数の部位の温度をリアルタイムでモニタすることができる。
<Temperature measurement unit>
The substrate processing apparatus 1 further includes a plurality of radiation thermometers (not shown) that measure the surface temperature of the wafer W, and a temperature measurement unit 85 connected to the plurality of radiation thermometers. The temperature measurement unit 85 can monitor the temperature of a plurality of parts of the wafer W in real time.

<制御部>
基板処理装置1は、更に、制御部90を備えている。基板処理装置1の各構成部は、それぞれ制御部90に接続されて、制御部90によって制御される。制御部90は、典型的にはコンピュータである。図8は、図1に示した制御部90の構成を示す説明図である。図8に示した例では、制御部90は、CPUを備えたプロセスコントローラ91と、このプロセスコントローラ91に接続されたユーザーインターフェース92および記憶部93とを備えている。
<Control unit>
The substrate processing apparatus 1 further includes a control unit 90. Each component of the substrate processing apparatus 1 is connected to the control unit 90 and controlled by the control unit 90. The control unit 90 is typically a computer. FIG. 8 is an explanatory diagram showing the configuration of the control unit 90 shown in FIG. In the example illustrated in FIG. 8, the control unit 90 includes a process controller 91 including a CPU, and a user interface 92 and a storage unit 93 connected to the process controller 91.

プロセスコントローラ91は、基板処理装置1において、例えば、ウエハWの加熱温度、ガス流量、処理容器3内の圧力、ウエハWの回転速度等のプロセス条件に関係する各構成部(例えば、マイクロ波発生装置41、ガス供給装置7、排気装置9、回転支持部23等)を統括して制御する制御手段である。   In the substrate processing apparatus 1, the process controller 91 includes each component (for example, microwave generation) related to process conditions such as the heating temperature of the wafer W, the gas flow rate, the pressure in the processing container 3, and the rotation speed of the wafer W. The control means controls the apparatus 41, the gas supply apparatus 7, the exhaust apparatus 9, the rotation support unit 23, and the like.

ユーザーインターフェース92は、工程管理者が基板処理装置1を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードやタッチパネル、基板処理装置1の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有している。   The user interface 92 includes a keyboard and touch panel on which a process manager manages command processing for managing the substrate processing apparatus 1, a display for visualizing and displaying the operating status of the substrate processing apparatus 1, and the like.

記憶部93には、基板処理装置1で実行される各種処理をプロセスコントローラ91の制御によって実現するための制御プログラム(ソフトウエア)や、処理条件データ等が記録されたレシピ等が保存されている。プロセスコントローラ91は、ユーザーインターフェース92からの指示等、必要に応じて、任意の制御プログラムやレシピを記憶部93から呼び出して実行する。これにより、プロセスコントローラ91による制御下で、基板処理装置1の処理容器3内において所望の処理が行われる。また、プロセスコントローラ91は、温度計測部85により計測されたウエハWの一ないし複数の部位のリアルタイムの温度データを参照し、各マイクロ波照射ユニット25へフィードバックすることにより、マイクロ波発生装置41におけるマイクロ波出力、ON/OFF時間などの制御を行うことができる。   The storage unit 93 stores a control program (software) for realizing various processes executed by the substrate processing apparatus 1 under the control of the process controller 91, a recipe in which processing condition data and the like are recorded. . The process controller 91 calls and executes an arbitrary control program or recipe from the storage unit 93 as necessary, such as an instruction from the user interface 92. Thereby, a desired process is performed in the processing container 3 of the substrate processing apparatus 1 under the control of the process controller 91. In addition, the process controller 91 refers to real-time temperature data of one or a plurality of parts of the wafer W measured by the temperature measuring unit 85 and feeds back to each microwave irradiation unit 25, thereby allowing the microwave generator 41 to Control of microwave output, ON / OFF time, etc. can be performed.

上記の制御プログラムおよびレシピは、例えば、CD−ROM、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリ、DVD等のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納された状態のものを利用することができる。また、上記のレシピは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用することも可能である。   As the control program and the recipe, for example, a program stored in a computer-readable storage medium such as a CD-ROM, a hard disk, a flexible disk, a flash memory, or a DVD can be used. Also, the above recipe can be transmitted from other devices as needed via, for example, a dedicated line and used online.

以上の構成を有する基板処理装置1では、ウエハWに対し、支持装置5による加熱処理、又は、支持装置5による加熱を行いながら、成膜等の処理を行うことができる。   In the substrate processing apparatus 1 having the above configuration, the wafer W can be subjected to heat treatment by the support device 5 or treatment such as film formation while being heated by the support device 5.

[処理手順]
次に、基板処理装置1において、ウエハWに対して、加熱しながら成膜処理を施す際の手順について説明する。まず、例えばユーザーインターフェース92から、基板処理装置1において成膜処理を行うように、プロセスコントローラ91に指令が入力される。次に、プロセスコントローラ91は、この指令を受けて、記憶部93またはコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に保存されたレシピを読み出す。次に、レシピに基づく条件によって成膜処理が実行されるように、プロセスコントローラ91から基板処理装置1の各エンドデバイス(例えば、マイクロ波発生装置41、ガス供給装置7、排気装置9、回転支持部23等)に制御信号が送出される。
[Processing procedure]
Next, in the substrate processing apparatus 1, a procedure for performing the film forming process on the wafer W while heating will be described. First, for example, a command is input from the user interface 92 to the process controller 91 so as to perform a film forming process in the substrate processing apparatus 1. Next, the process controller 91 receives this command and reads a recipe stored in the storage unit 93 or a computer-readable storage medium. Next, each end device of the substrate processing apparatus 1 (for example, the microwave generation apparatus 41, the gas supply apparatus 7, the exhaust apparatus 9, and the rotation support is performed so that the film forming process is executed according to the conditions based on the recipe. The control signal is sent to the unit 23).

次に、ゲートバルブGVが開状態にされ、図示しない搬送装置によって、ウエハWが、搬入出口15aを介して処理容器3内に搬入される。そして、ウエハWは、支持装置5の載置板21に受け渡される。次に、ゲートバルブGVが閉状態にされて、排気装置9によって、処理容器3内の処理空間S1が減圧排気される。また、支持装置5の回転支持部23の支持リング31を水平方向に回転させることによって、載置板21とともに、そこに載置されたウエハWを回転させる。   Next, the gate valve GV is opened, and the wafer W is loaded into the processing container 3 via the loading / unloading port 15a by a transfer device (not shown). Then, the wafer W is transferred to the mounting plate 21 of the support device 5. Next, the gate valve GV is closed, and the processing space S1 in the processing container 3 is evacuated by the exhaust device 9 under reduced pressure. Further, by rotating the support ring 31 of the rotation support portion 23 of the support device 5 in the horizontal direction, the wafer W placed thereon is rotated together with the placement plate 21.

次に、マイクロ波照射ユニット25では、マイクロ波発生装置41の例えばマグネトロンに対して電圧を印加し、マイクロ波を生成する。マイクロ波発生装置41において生成されたマイクロ波は、導波管61を伝搬し、真空窓63、底壁部13の開口13a、誘電体導波路65を介してマイクロ波放射ポート43に伝送される。そして、各マイクロ波放射ポート43では、ポート基部51のスロット孔51bを介してマイクロ波がマイクロ波放射窓53の全体から均等に載置板21へ向けて照射される。載置板21に照射されたマイクロ波は、誘電体からなる載置板21に吸収され、載置板21が例えば1000℃以上の高温に加熱される。載置板21の熱は、熱伝導、輻射などによって載置面21aに載置されたウエハWに伝わり、ウエハWが所望の温度まで加熱される。ウエハWの複数の部位の温度は、温度計測部85により計測される。   Next, in the microwave irradiation unit 25, a voltage is applied to, for example, a magnetron of the microwave generator 41 to generate a microwave. The microwave generated in the microwave generator 41 propagates through the waveguide 61 and is transmitted to the microwave radiation port 43 through the vacuum window 63, the opening 13 a of the bottom wall 13, and the dielectric waveguide 65. . In each microwave radiation port 43, microwaves are evenly emitted from the entire microwave radiation window 53 toward the mounting plate 21 through the slot holes 51 b of the port base 51. The microwave irradiated to the mounting plate 21 is absorbed by the mounting plate 21 made of a dielectric, and the mounting plate 21 is heated to a high temperature of, for example, 1000 ° C. or higher. The heat of the mounting plate 21 is transmitted to the wafer W mounted on the mounting surface 21a by heat conduction, radiation, etc., and the wafer W is heated to a desired temperature. The temperature of the plurality of parts of the wafer W is measured by the temperature measuring unit 85.

ウエハWが所定の温度まで昇温した段階で、ガス供給装置7によって、所定の流量の原料ガスがシャワーヘッド75から処理容器3内の処理空間S1へ導入される。処理空間S1は、排気量およびガス供給量を調整することによって、所定の圧力、例えば10〜1000Paの範囲内に調整される。そして、所定の温度に加熱されたウエハWの主面に、例えばエピタキシャル成長によって、GaN、AlN、SiCなどの化合物半導体の薄膜を成膜することができる。   When the temperature of the wafer W has risen to a predetermined temperature, the gas supply device 7 introduces a raw material gas having a predetermined flow rate from the shower head 75 into the processing space S <b> 1 in the processing container 3. The processing space S1 is adjusted to a predetermined pressure, for example, in the range of 10 to 1000 Pa by adjusting the exhaust amount and the gas supply amount. Then, a thin film of a compound semiconductor such as GaN, AlN, or SiC can be formed on the main surface of the wafer W heated to a predetermined temperature, for example, by epitaxial growth.

プロセスコントローラ91から基板処理装置1の各エンドデバイスに成膜処理を終了させる制御信号が送出されると、マイクロ波発生装置41によるマイクロ波の生成が停止されると共に、原料ガスの供給停止、さらに支持リング31の回転が停止されて、ウエハWに対する処理が終了する。次に、処理空間S1の圧力調節を行った後、ゲートバルブGVが開状態にされる。そして、図示しないリフトピンなどを用いてウエハWを受け渡し位置に上昇させた後、外部の搬送装置にウエハWが受け渡され、処理容器3内から搬出される。   When a control signal for terminating the film forming process is sent from the process controller 91 to each end device of the substrate processing apparatus 1, the microwave generation by the microwave generator 41 is stopped, the supply of the source gas is stopped, and further The rotation of the support ring 31 is stopped, and the processing for the wafer W is completed. Next, after adjusting the pressure of the processing space S1, the gate valve GV is opened. Then, the wafer W is lifted to a delivery position using lift pins (not shown), and then the wafer W is delivered to an external transfer device and unloaded from the processing container 3.

本実施の形態の基板処理装置1では、独立してマイクロ波を生成・放射可能な7つのマイクロ波照射ユニット25を備えているので、マイクロ波照射ユニット25毎に、載置板21へ照射するマイクロ波の出力を個別に制御できる。例えば、中央のマイクロ波照射ユニット25Aと、その周囲のマイクロ波照射ユニット25B〜25Gで、マイクロ波の出力を変化させたり、マイクロ波のON/OFF時間を変化させたりすることができる。これによって、載置板21の面内における温度分布を少なくし、ウエハWの中央部分と周縁部分との温度分布の発生を防ぎ、ウエハWへの均一な伝熱を可能とする。   The substrate processing apparatus 1 according to the present embodiment includes seven microwave irradiation units 25 that can independently generate and radiate microwaves. Therefore, each microwave irradiation unit 25 irradiates the mounting plate 21. Microwave output can be individually controlled. For example, the microwave output can be changed or the microwave ON / OFF time can be changed between the central microwave irradiation unit 25A and the surrounding microwave irradiation units 25B to 25G. Thus, the temperature distribution in the surface of the mounting plate 21 is reduced, the temperature distribution between the central portion and the peripheral portion of the wafer W is prevented, and uniform heat transfer to the wafer W is enabled.

また、マイクロ波照射ユニット25A〜25Gの中の任意のマイクロ波照射ユニット25について、マイクロ波の出力を変化させたり、マイクロ波のON/OFF時間を変化させたりすることによって、ウエハWの中央部分と周縁部分に限らず、より細分化された領域での温度制御を行うことも可能になる。   Further, with respect to an arbitrary microwave irradiation unit 25 among the microwave irradiation units 25A to 25G, the central portion of the wafer W can be changed by changing the microwave output or changing the microwave ON / OFF time. It is possible to perform temperature control not only in the peripheral portion but also in a more fragmented region.

基板処理装置1は、例えば半導体デバイスの作製工程において、ウエハWの加熱を伴う処理であれば、エピタキシャル成長やCVD(化学気相成長)などによる成膜処理に限らず、例えば、アニール処理、プラズマエッチング処理、プラズマ成膜処理、プラズマ改質処理など多様な用途への適用が可能である。   The substrate processing apparatus 1 is not limited to a film forming process such as epitaxial growth or CVD (chemical vapor deposition) as long as it is a process that involves heating the wafer W in a semiconductor device manufacturing process. It can be applied to various uses such as processing, plasma film forming processing, and plasma modification processing.

次に、図9〜図12を参照しながら、本発明の効果を確認した実験結果について説明する。図1の基板処理装置1と同様の構成を有する基板処理装置を用い、ウエハWの加熱を行った。マイクロ波照射ユニット25の設置数は7つとした。   Next, experimental results confirming the effects of the present invention will be described with reference to FIGS. The wafer W was heated using a substrate processing apparatus having the same configuration as the substrate processing apparatus 1 of FIG. The number of installed microwave irradiation units 25 was seven.

各マイクロ波照射ユニット25のマイクロ波発生装置41において、それぞれ800Wの出力でマイクロ波を発生させ、載置板21に照射することによって、設定温度をほぼ3分毎にステップ状に変更しながら、載置板21を段階的に加熱した。ステップ状に設定された各設定温度までの昇温中はマイクロ波をONの状態にし、各設定温度の前後では、マイクロ波のON/OFFを適切にコントロールした。その時の載置板21の昇温データを図9に示した。図9より、およそ1700秒かけて載置板21を約600℃に段階的に加熱できた。また、昇温過程では、ほぼ50℃毎に制御性よく段階的な(ステップ状の)昇温が可能であった。   In the microwave generator 41 of each microwave irradiation unit 25, by generating a microwave with an output of 800 W and irradiating the mounting plate 21, the set temperature is changed in steps approximately every 3 minutes, The mounting plate 21 was heated stepwise. During the temperature increase to each set temperature set in a step shape, the microwave was turned on, and the microwave ON / OFF was appropriately controlled before and after each set temperature. The temperature rise data of the mounting plate 21 at that time is shown in FIG. From FIG. 9, the mounting plate 21 could be heated stepwise to about 600 ° C. over about 1700 seconds. Further, in the temperature raising process, the temperature could be raised stepwise (step-like) with good controllability approximately every 50 ° C.

図10は、各マイクロ波照射ユニット25からのマイクロ波の出力を800Wに設定して急速昇温した場合の載置板21の表面温度(縦軸左)とマイクロ波出力(縦軸右)を示している。図10より、およそ170秒の短時間で、載置板21が500℃に到達し、その後安定した。   FIG. 10 shows the surface temperature (vertical axis left) and the microwave output (vertical axis right) of the mounting plate 21 when the microwave output from each microwave irradiation unit 25 is set to 800 W and the temperature is rapidly increased. Show. From FIG. 10, the mounting plate 21 reached 500 ° C. in a short time of about 170 seconds and then stabilized.

また、各マイクロ波照射ユニット25のマイクロ波発生装置41において、それぞれ約1300Wの出力でマイクロ波を発生させ、載置板21に照射することによって、設定温度をほぼ6分毎にステップ状に変更しながら、載置板21を段階的に加熱した。ステップ状に設定された各設定温度までの昇温中はマイクロ波をONの状態にし、各設定温度の前後では、マイクロ波のON/OFFを適切にコントロールした。その時の載置板21の昇温データを図11に示した。図11より、およそ3000秒かけて載置板21を約700℃に段階的に加熱できた。また、昇温過程では、ほぼ50℃毎に制御性よく段階的な(ステップ状の)昇温が可能であった。   In addition, the microwave generator 41 of each microwave irradiation unit 25 generates microwaves with an output of about 1300 W and irradiates the mounting plate 21, thereby changing the set temperature almost every six minutes. The mounting plate 21 was heated step by step. During the temperature increase to each set temperature set in a step shape, the microwave was turned on, and the microwave ON / OFF was appropriately controlled before and after each set temperature. The temperature rise data of the mounting plate 21 at that time is shown in FIG. From FIG. 11, the mounting plate 21 could be heated stepwise to about 700 ° C. over about 3000 seconds. Further, in the temperature raising process, the temperature could be raised stepwise (step-like) with good controllability approximately every 50 ° C.

図12は、各マイクロ波照射ユニット25からのマイクロ波の出力を約1300Wに設定して急速昇温した場合の載置板21の表面温度(縦軸左)を示している。図12より、およそ250秒の短時間で、載置板21が700℃に到達し、その後、ほぼ安定した。   FIG. 12 shows the surface temperature (vertical axis left) of the mounting plate 21 when the microwave output from each microwave irradiation unit 25 is set to about 1300 W and the temperature is rapidly increased. From FIG. 12, the mounting plate 21 reached 700 ° C. in a short time of about 250 seconds, and then almost stabilized.

次に、図13及び図14を参照しながら、複数のマイクロ波照射ユニット25を用いた場合のゾーン制御性のシミュレーション結果について説明する。図13及び図14は、19個のマイクロ波照射ユニット25を、中心1個、中間6個、外周12個に3つの領域にゾーン分けしてハニカム状に配置した場合の電磁界シミュレーション結果である。図13は、中間6個のマイクロ波照射ユニット25のみからマイクロ波を照射する場合を示している。図14は、中心1個、中間6個、外周12個のマイクロ波照射ユニット25から、マイクロ波のパワー比を、中心:中間:外周=1:2:3の比率で変えて照射する場合を示している。図13及び図14は白黒表示のため判別しにくいが、中心、中間、外周のゾーン毎に、共通した傾向が見て取れる。従って、図13及び図14から、複数のマイクロ波照射ユニット25を3つのゾーンに区分けして、ゾーン毎に個別にパワーを変化させることによって、各マイクロ波照射ユニット25が独立して機能するとともに、3つのゾーン毎に電流密度の制御が可能であることが示された。   Next, a simulation result of zone controllability when a plurality of microwave irradiation units 25 are used will be described with reference to FIGS. 13 and 14. FIG. 13 and FIG. 14 show electromagnetic field simulation results when 19 microwave irradiation units 25 are arranged in a honeycomb shape by zoning into three regions of 1 center, 6 in the middle, and 12 in the outer periphery. . FIG. 13 shows a case where microwaves are irradiated from only the middle six microwave irradiation units 25. FIG. 14 shows a case in which the microwave power ratio is changed from the center 1, the middle 6 and the outer periphery 12 microwave irradiation units 25 at a ratio of center: intermediate: outer periphery = 1: 2: 3. Show. Although FIG. 13 and FIG. 14 are difficult to discriminate because of black and white display, a common tendency can be seen for each of the central, intermediate, and outer peripheral zones. Accordingly, from FIG. 13 and FIG. 14, the microwave irradiation units 25 function independently by dividing the plurality of microwave irradiation units 25 into three zones and individually changing the power for each zone. It was shown that the current density can be controlled for every three zones.

本実施の形態の基板処理装置1によれば、発熱部材である載置板21に対し、独立してマイクロ波を照射する複数のマイクロ波照射ユニット25を備えたことによって、ウエハWのサイズに関わらず、ウエハWの面内で均一な加熱を行うことができる。例えば、ウエハWのサイズが大きくなっても、マイクロ波照射ユニット25の数を増やすことによって、ウエハWの面内での均一性を容易に確保できる。また、マイクロ波を利用することによって、ウエハWを短時間に昇温させることが可能である。従って、基板処理装置1は、ウエハWの加熱を必要とする各種のプロセスにおいて信頼性の高い温度制御が可能であり、有利に利用できる。   According to the substrate processing apparatus 1 of the present embodiment, a plurality of microwave irradiation units 25 that irradiate microwaves independently to the mounting plate 21 that is a heat generating member are provided, so that the size of the wafer W can be reduced. Regardless, uniform heating can be performed in the plane of the wafer W. For example, even if the size of the wafer W increases, it is possible to easily ensure uniformity in the plane of the wafer W by increasing the number of the microwave irradiation units 25. Further, the temperature of the wafer W can be raised in a short time by using the microwave. Therefore, the substrate processing apparatus 1 can perform temperature control with high reliability in various processes that require heating of the wafer W, and can be advantageously used.

なお、基板処理装置1では、載置板21を取り外し、又は載置板21の代わりにマイクロ波透過性材料からなる部材を装着した状態で、処理容器3内にマイクロ波を導入することによって、処理容器3内のクリーニングを行うことができる。この場合、ガス供給装置7からシャワーヘッド75を介してクリーニングガスを導入しながら、複数のマイクロ波照射ユニット25から処理容器3内にマイクロ波を導入し、処理容器3内でクリーニングガスのプラズマを生成させればよい。   In the substrate processing apparatus 1, by removing the mounting plate 21 or introducing a microwave into the processing container 3 in a state where a member made of a microwave transmissive material is attached instead of the mounting plate 21, The inside of the processing container 3 can be cleaned. In this case, while introducing the cleaning gas from the gas supply device 7 through the shower head 75, microwaves are introduced into the processing container 3 from the plurality of microwave irradiation units 25, and cleaning gas plasma is generated in the processing container 3. What is necessary is just to generate.

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、本発明の基板処理装置は、半導体ウエハを基板とする場合に限らず、例えば太陽電池パネルの基板やフラットパネルディスプレイ用基板を基板とする基板処理装置にも適用できる。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible. For example, the substrate processing apparatus of the present invention is not limited to a case where a semiconductor wafer is used as a substrate, but can be applied to a substrate processing apparatus using, for example, a solar cell panel substrate or a flat panel display substrate as a substrate.

また、基板処理装置1におけるマイクロ波照射ユニット25の設置数は、7個に限らず、基板の大きさに応じて、例えば2〜6個でもよいし、あるいは8個以上でもよい。一例として、300mm径のウエハWを処理する場合は、1kW程度の出力のマグネトロンを有する小型のマイクロ波照射ユニット25を19個程度配置すればよい。また。マイクロ波照射ユニット25の配置の仕方も任意である。   Further, the number of microwave irradiation units 25 installed in the substrate processing apparatus 1 is not limited to seven, and may be, for example, 2 to 6, or 8 or more, depending on the size of the substrate. As an example, when processing a wafer W having a diameter of 300 mm, about 19 small microwave irradiation units 25 each having a magnetron with an output of about 1 kW may be arranged. Also. The arrangement of the microwave irradiation unit 25 is also arbitrary.

また、マイクロ波放射ポート43の形状は、平面視6角形に限らず、例えば3角形、4角形などの多角形、円形、楕円形などでもよい。   The shape of the microwave radiation port 43 is not limited to a hexagon in plan view, and may be a polygon such as a triangle or a quadrangle, a circle, an ellipse, or the like.

1…基板処理装置、3…処理容器、5…支持装置、7…ガス供給装置、9…排気装置、10…マイクロ波導入ポート、11…天井部、13…底壁部、13a…開口、13b…排気口、15…側壁部、15a…搬入出口、21…載置板、21a…載置面、21b…被照射面、23…回転支持部、25…マイクロ波照射ユニット、31…支持リング、31a…段差部、33A…内部回転体、33B…外部回転体、35…マグネットカップリング、41…マイクロ波発生装置、43…マイクロ波放射ポート、45…ユニット容器、47…マイクロ波伝送路、51…ポート基部、53…マイクロ波放射窓、51a…凹部、51b…スロット孔、57…チョーク溝、61…導波管、63…真空窓、65…誘電体導波路、65a…角筒、71…ガス供給源、73…配管、75…シャワーヘッド、75a…ガス噴射孔、75b…ガス拡散空間、81…排気管、83…圧力調整バルブ、85…温度計測部、90…制御部、GV…ゲートバルブ、W…半導体ウエハ、S1…処理空間   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate processing apparatus, 3 ... Processing container, 5 ... Support apparatus, 7 ... Gas supply apparatus, 9 ... Exhaust apparatus, 10 ... Microwave introduction port, 11 ... Ceiling part, 13 ... Bottom wall part, 13a ... Opening, 13b DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Exhaust port, 15 ... Side wall part, 15a ... Loading / unloading port, 21 ... Mounting plate, 21a ... Mounting surface, 21b ... Irradiated surface, 23 ... Rotation support part, 25 ... Microwave irradiation unit, 31 ... Support ring, 31a: Stepped portion, 33A: Internal rotating body, 33B: External rotating body, 35 ... Magnet coupling, 41 ... Microwave generator, 43 ... Microwave radiation port, 45 ... Unit container, 47 ... Microwave transmission path, 51 ... Port base, 53 ... Microwave radiation window, 51a ... Recess, 51b ... Slot hole, 57 ... Choke groove, 61 ... Waveguide, 63 ... Vacuum window, 65 ... Dielectric waveguide, 65a ... Square tube, 71 ... Gas supply source 73 ... Pipe, 75 ... Shower head, 75a ... Gas injection hole, 75b ... Gas diffusion space, 81 ... Exhaust pipe, 83 ... Pressure adjustment valve, 85 ... Temperature measuring unit, 90 ... Control unit, GV ... Gate valve, W ... Semiconductor wafer, S1 ... processing space

Claims (13)

マイクロ波が照射されることによって発熱し、その熱を基板に伝えて該基板を加熱する平板状の発熱部材と、
前記発熱部材に対し、独立して前記マイクロ波を照射する複数のマイクロ波照射ユニットと、
を備え、
前記マイクロ波照射ユニットは、
前記マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置と、
前記発熱部材に向けて前記マイクロ波を放射するマイクロ波放射ポートと、
前記マイクロ波発生装置と前記マイクロ波放射ポートとの間で前記マイクロ波を伝送するマイクロ波伝送路と、
を有している基板加熱装置。
A flat plate-like heat generating member that generates heat by being irradiated with microwaves and transfers the heat to the substrate to heat the substrate;
A plurality of microwave irradiation units that irradiate the microwaves independently to the heating member;
With
The microwave irradiation unit is:
A microwave generator for generating the microwave;
A microwave radiation port for radiating the microwave toward the heat generating member;
A microwave transmission path for transmitting the microwave between the microwave generator and the microwave radiation port;
A substrate heating apparatus.
前記複数のマイクロ波照射ユニットは、前記発熱部材の下面と平行な方向に配列されている請求項1に記載の基板加熱装置。   The substrate heating apparatus according to claim 1, wherein the plurality of microwave irradiation units are arranged in a direction parallel to a lower surface of the heat generating member. 前記マイクロ波放射ポートは、マイクロ波透過性の平面視多角形をなすマイクロ波放射窓を有しており、該マイクロ波放射窓は、前記発熱部材に対向して配置されている請求項1又は2に記載の基板加熱装置。   The microwave radiation port has a microwave radiation window having a polygonal shape in plan view that is microwave transmissive, and the microwave radiation window is disposed to face the heat generating member. 3. The substrate heating apparatus according to 2. 前記マイクロ波放射ポートの周囲に、前記マイクロ波の漏洩を妨げるシールド部を有する請求項3に記載の基板加熱装置。   The substrate heating apparatus according to claim 3, further comprising a shield portion that prevents leakage of the microwave around the microwave radiation port. 前記マイクロ波伝送路は、一端側が前記マイクロ波発生装置に接続する導波管と、
前記導波管の他端側を塞ぐマイクロ波透過性の圧力隔壁と、
前記圧力隔壁を介して前記導波管の他端側に接続する真空導波路と、
を備えている請求項3又は4に記載の基板加熱装置。
The microwave transmission path is a waveguide having one end connected to the microwave generator;
A microwave permeable pressure bulkhead closing the other end of the waveguide;
A vacuum waveguide connected to the other end of the waveguide via the pressure partition;
The substrate heating apparatus according to claim 3 or 4, further comprising:
前記真空導波路の少なくとも一部分に、誘電体部材が充填されている請求項5に記載の基板加熱装置。   6. The substrate heating apparatus according to claim 5, wherein at least a part of the vacuum waveguide is filled with a dielectric member. 前記真空導波路は、前記導波管と接続する側とは反対側で、前記マイクロ波放射ポートに接続しており、前記マイクロ波放射ポートは、前記真空導波路との接続部位に、前記マイクロ波を放射する矩形のスロット孔を有する請求項5又は6に記載の基板加熱装置。   The vacuum waveguide is connected to the microwave radiating port on the side opposite to the side connected to the waveguide, and the microwave radiating port is connected to the micro wave radiating port at the connection portion with the vacuum waveguide. The substrate heating apparatus according to claim 5, further comprising a rectangular slot hole that radiates a wave. 前記スロット孔は、前記マイクロ波放射ポートにおいて、中心から外れた位置に偏在して設けられている請求項7に記載の基板加熱装置。   The substrate heating apparatus according to claim 7, wherein the slot hole is unevenly provided at a position off the center in the microwave radiation port. 前記スロット孔は、前記真空導波路に臨む側の長辺の長さが、前記マイクロ波放射窓に臨む側の長辺の長さよりも長い段差部を有する開口である請求項7に記載の基板加熱装置。   8. The substrate according to claim 7, wherein the slot hole is an opening having a step portion having a longer side length facing the vacuum waveguide longer than a length of the longer side facing the microwave radiation window. Heating device. 前記発熱部材を回転させる回転装置をさらに備えている請求項1から9のいずれか1項に記載の基板加熱装置。   The substrate heating apparatus according to claim 1, further comprising a rotating device that rotates the heat generating member. 請求項1から10のいずれか1項に記載の基板加熱装置を備え、前記発熱部材に前記基板を載置する基板支持装置。   A substrate support apparatus comprising the substrate heating apparatus according to claim 1, wherein the substrate is placed on the heat generating member. 請求項1から10のいずれか1項に記載の基板加熱装置を備え、前記発熱部材に前記基板を載置して処理を行う基板処理装置。   A substrate processing apparatus comprising the substrate heating apparatus according to claim 1, wherein the substrate is placed on the heat generating member to perform processing. 請求項12に記載の基板処理装置を用い、前記基板を加熱しながら処理を行う基板処理方法。   A substrate processing method using the substrate processing apparatus according to claim 12 to perform processing while heating the substrate.
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