衬底处理设备和制造半导体器件的方法技术

一种衬底处理设备包括：被配置为处理具有包括电介质的前表面的衬底的处理室；被设置在处理室内以支撑衬底的衬底支撑部件；向被支撑在衬底支撑部件上的衬底的前表面侧供应微波的微波供应单元；以及导电衬底冷却单元，其被设置在被支撑在衬底支撑部件上的衬底的后表面侧处并具有面对衬底的后表面的相对表面。衬底支撑部件的顶部与衬底冷却单元的相对表面之间的距离对应于在处理衬底时供应的微波的1/4波长的奇数倍。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及一种用于在衬底上形成诸如集成电路(IC)的半导体器件的衬底处理技术，并且更特别地涉及一种半导体制造设备，其能够使用微波来处理诸如半导体晶片(在下文中称为“晶片”)等的衬底，一种用于处理衬底的衬底处理设备以及制造半导体器件的方法。
技术介绍
存在一种用于在半导体制造过程中在单个衬底(具有硅晶片或玻璃作为基底的具有在其上面形成的电路的细微图案的目标衬底)的表面上形成膜的化学汽相沉积(CVD)过程。在CVD过程中，将衬底加载到气密反应室中并由在反应室内提供的加热器来加热以在将膜形成气体引入到衬底上的同时引起化学反应，使得能够在形成于衬底上的电路的细微图案上均匀地形成膜。根据此类CVD过程，例如，可以使用有机化学材料作为膜形成原材料来形成高k膜，诸如HfO膜等，其是具有高介电常数的绝缘膜。由于以这种方式形成的HfO膜由于有机化学材料而包含相当量(即，几个百分比)的杂质(诸如CH、OH等)，所以其具有不足的电绝缘性质。为了保证此类膜的充分的电绝缘性质和稳定性，已经进行尝试以通过使HfO膜在O2或N2气氛下在约650℃至800℃下经受快速退火处理、从而从膜去除诸如C、H等杂质来将HfO膜改造成致密且稳定的膜。执行此类致密化是为了缩短无定形状态下的平均原子间距离，虽然其不导致结晶。此类快速退火处理将整个衬底加热至预定温度以改造HfO膜。近年来，半导体器件可以具有具有小型化的浅结结构并要求低热预算(热历史)。因此，在上述高k形成过程中使用的退火处理要求在低温下从膜去除杂质以进行膜密化以便提供低热预算。低温退火处理的理由如下。通常，在制造器件的过程中，如果在稍后的步骤在比在早先步骤中使用的温度高的温度下处理器件，则在早先步骤中已经构建的器件可能崩溃，或者其膜可能改变其特性。因此，不能在稍后步骤中在超过在早先步骤中使用的温度的温度下处理器件。因此，需要一种能够在低温下执行膜改造过程以获得改善的器件性能的技术。日本专利申请特许公开号2004-296820公开了一种技术，其中，在膜沉积过程中，在衬底上形成包含铪的薄膜，并且在膜改造过程中，将氩基团(argon radical)供应到衬底上，从而去除包含于在膜沉积过程中形成的薄膜中的杂质元素。
技术实现思路
本公开提供了衬底处理设备的某些实施例，其能够克服上述问题并通过抑制衬底温度的增加在限制热预算的同时对在衬底表面上形成的电介质进行改造。本公开提出一种用于使用微波对在被支撑在导电衬底冷却单元的衬底(在其之间具有间隙)上形成的电介质进行加热和改造，并将衬底冷却以限制衬底的热预算的技术。根据本公开的一个实施例，提供了一种衬底处理设备，包括：处理室，其被配置为处理具有包括电介质的前表面的衬底；衬底支撑部件，其被设置在处理室内以支撑衬底；微波供应单元，其被配置为向被支撑在衬底支撑部件上的衬底的前表面侧供应微波；以及导电衬底冷却单元，其被设置在被支撑在衬底支撑部件上的衬底的后表面侧处并具有面对衬底的后表面的相对表面，其中，衬底支撑部件的顶部与衬底冷却单元的相对表面之间的距离对应于在处理衬底时供应的微波的1/4波长的奇数倍。根据本公开的另一实施例，提供了一种使用衬底处理设备来制造半导体器件的方法，所述衬底处理设备包括处理室，其被配置为处理衬底；衬底支撑部件，其被设置在处理室内以支撑衬底；微波供应单元，其被配置为向被支撑在衬底支撑部件上的衬底的前表面侧供应微波；以及导电衬底冷却单元，其被设置在被支撑在衬底支撑部件上的衬底的后表面侧处并具有面对衬底的后表面的相对表面，其中，衬底支撑部件的顶部与衬底冷却单元的相对表面之间的距离对应于供应的微波的1/4波长的奇数倍，该方法包括：将具有包括电介质的前表面的衬底加载到处理室中并将衬底支撑在衬底支撑部件上；向被支撑在衬底支撑部件上的衬底的前表面侧供应微波；在正在供应微波的同时从被支撑在衬底支撑部件上的衬底的后表面侧对衬底进行冷却；以及在供应微波之后，停止供应微波并将衬底从处理室卸载。附图说明图1是根据本公开的第一实施例的衬底处理设备的垂直剖视图。图2是根据本公开的第二实施例的衬底处理设备的垂直剖视图。图3是示出微波功率与衬底温度之间的关系的一个示例的图。具体实施方式(第一实施例)现在将参考图1来描述根据本公开的第一实施例的衬底处理设备的构造。图1是根据本公开的第一实施例的衬底处理设备的垂直剖视图。衬底处理设备100包括处理室10、转移室(未示出)和微波供应单元。处理室10处理作为半导体衬底的晶片11。微波供应单元包括微波发生器20、波导21和波导开口22。微波发生器20产生诸如固定频率微波或可变频率微波的微波。微波发生器20的示例包括电子回旋加速器等。在微波发生器20中产生的微波被经由波导21从与处理室10连通的波导开口22引入处理室10中。被引入到处理室10中的微波反复地从处理室10的壁反射。微波在处理室10内沿不同方向反射。因此，处理室10充满微波。在处理室10内照射到晶片11上的微波被晶片11吸收，其随后被微波介电地加热。晶片11的温度与微波的功率成比例。图3示出用微波来照射硅晶片时的微波功率与晶片温度之间的关系的一个示例。如图3所示，较高的微波功率提供较高的晶片温度。晶片温度还取决于处理室的尺寸和形状、微波的波导开口的位置以及晶片的位置。本文所示的晶片温度值仅仅是示例。然而，较高微波功率提供较高晶片温度的关系保持不变。形成处理室10的处理器皿18由诸如铝(Al)、不锈钢(SUS)等的金属制成，并具有将处理室20与外部环境屏蔽的结构。在处理室10内提供了衬底支撑引脚13，其为用于支撑晶片11的衬底支撑部件。衬底支撑引脚13是以这种方式提供的，即被支撑晶片11的中心基本上沿垂直方向与处理室10的中心重合。被配置为支撑晶片11的衬底支撑引脚13由诸如石英、聚四氟乙烯等材料制成，并且其数目是多个(在本实施例中为三个)。如果衬底支撑引脚13由具有低热传递性质的材料(诸如石英)制成，则可以防止晶片11的热量被传递至衬底支撑台12，这将在稍后描述。如本文所使用的，术语“低热传递性质”至少指的是比衬底支撑台12的热传递性质低的热传递性质。这允许均匀地将晶片11加热。例如，如果衬底支撑台12由具有高热传递性质的材料(诸如金属)制成，则增加由于从本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2010.10.28 JP 2010-241884;2011.06.29 JP 2011-143711.一种衬底处理设备，包括：
处理室，其被配置为处理具有包括电介质的前表面的衬底；
衬底支撑部件，其被设置在处理室内以支撑衬底；
微波供应单元，其被配置为向被支撑在衬底支撑部件上的衬底
的前表面侧供应微波；以及
导电衬底冷却单元，其被设置在被支撑在衬底支撑部件上的衬
底的后表面侧处，并具有面对衬底的后表面的相对表面，
其中衬底支撑部件的顶部与衬底冷却单元的相对表面之间的距
离对应于在处理衬底时供应的微波的1/4波长的奇数倍。
2.根据权利要求1的衬底处理设备，其中所述衬底由具有不同
电容率的多个材料制成。
3.根据权利要求1的衬底处理设备，其中所述衬底支撑部件由
具有热传递性质比衬底冷却单元的热传递性质低的材料制成。
4.根据权利要求1的衬底处理设备，其中所述衬底支撑部件包
括用于将衬底支撑在衬底支撑部件的顶部上的衬底支撑引脚。
5.根据权利要求1的衬底处理设备，其中所述衬底冷却单元被
设置在处理室的底壁中。
6.根据权利要求1的衬底处理设备，还包括被配置为对处理室
的侧壁和顶壁中的至少一个进行冷却的壁冷却单元。
7.根据权利要求1的衬底处理设备，还包括：
供气单元，其被配置为向处理室中供应气体；
排气单元，其被配置为从处理室排出气体；以及
控制单元，其被配置为控制供气单元和排气单元，使得处理室
的内部压力被保持在高于200托。
8.根据权利要求1的衬底处理设备，还包括用于控制流入衬底
冷却单元中的冷却剂的流速的冷却剂流速控制器，其中所述冷却剂
流速控制器被连接到衬底冷却单元。
9.根据权利要求8的衬底处理设备，还包括用于检测被支撑在
衬底支撑部件上的衬底的温度的温度检测器，其中基于由温度检测
器检测的温度数据来控制冷却剂流速控制器。...

【专利技术属性】
技术研发人员：赤尾德信，小川云龙，奥野正久，八岛伸二，梅川纯史，南嘉一郎，
申请(专利权)人：株式会社日立国际电气，
类型：发明
国别省市：