JP2014056806A - マイクロ波加熱処理装置および処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 被処理体に対して均一な処理を行うことが可能なマイクロ波加熱処理装置および処理方法を提供する。
【解決手段】 マイクロ波加熱処理装置１では、アニール処理の間、複数の支持ピン１６によりウエハＷを支持し、回転駆動部１７を駆動させることによって、ウエハＷを水平方向に所定の速度で回転させる。複数の支持ピン１６は、昇降駆動部１８を駆動させることによって、シャフト１４とともに上下方向に昇降し、ウエハＷの高さ位置を可変に調節する。高電圧電源部４０からマグネトロン３１に対して電圧を印加してマイクロ波を生成し、導波管３２、透過窓３３を介して、処理容器２内において回転するウエハＷの上方の空間に導入する。処理容器２に導入されたマイクロ波は、回転するウエハＷの表面に照射されて、ジュール加熱、磁性加熱、誘導加熱等の電磁波加熱により、ウエハＷが迅速に加熱される。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ波を処理容器に導入して所定の処理を行うマイクロ波加熱処理装置およびこのマイクロ波加熱処理装置を用いて被処理体を加熱処理する処理方法に関する。

ＬＳＩデバイスやメモリデバイスの微細化が進むに伴い、トランジスタ作製工程における拡散層の深さが浅くなっている。従来、拡散層に注入されるドーピング原子の活性化は、ランプヒーターを用いるＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）と呼ばれる急速加熱処理により行われてきた。しかし、ＲＴＡ処理では、ドーピング原子の拡散が進むため、拡散層の深さが許容範囲を超えて深くなってしまい、微細設計の障害となるという問題が生じていた。拡散層の深さのコントロールが不完全であると、リーク電流の発生などデバイスの電気的特性を低下させてしまう要因となる。

近年、半導体ウエハに対して熱処理を施す装置として、マイクロ波を使用する装置が提案されている。マイクロ波加熱でドーピング原子の活性化を行う場合、マイクロ波がドーピング原子に直接作用することから、余剰加熱が起こらず、拡散層の拡がりを抑制できるという利点がある。

マイクロ波を利用した加熱装置として、例えば、特許文献１には、矩形導波管から正四角錐ホーンにマイクロ波を導入して試料を加熱するマイクロ波加熱装置が提案されている。この特許文献１では、矩形導波管と正四角錐ホーンとの角度を軸心方向に４５度回転させて配置することにより、ＴＥ_１０モードの直交２偏波のマイクロ波を同位相で試料に照射できるとされている。

また、特許文献２には、被加熱物を曲げ加工するための加熱装置として、加熱室内を導入マイクロ波の自由空間波長のλ／２〜λの寸法の正方形断面に設定したマイクロ波加熱装置が提案されている。

特開昭６２−２６８０８６号公報 実開平６−１７１９０号公報

マイクロ波は、波長が数十ミリと長く、しかも、処理容器内で定在波を形成しやすいという特徴を有している。そのため、例えば半導体ウエハをマイクロ波で加熱処理する場合、半導体ウエハの面内で電磁界の強弱に分布が生じ、加熱温度の不均一が生じやすいという問題があった。処理容器内でマイクロ波の均一な拡散を促進するために、マイクロ波放射空間に、マイクロ波を撹拌するスターラーを設けることが知られている。しかし、スターラーによる撹拌効果は小さく、しかも、半導体プロセスにおいては、スターラーの回転駆動部からのパーティクル発生も懸念される。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、被処理体に対して均一な処理を行うことが可能なマイクロ波加熱処理装置および処理方法を提供することにある。

本発明のマイクロ波加熱処理装置は、内部にマイクロ波放射空間を有するとともに被処理体を収容する処理容器と、前記処理容器内で被処理体を支持する支持装置と、前記被処理体を加熱処理するためのマイクロ波を生成して前記処理容器に導入するマイクロ波導入装置と、を備えたマイクロ波加熱処理装置である。本発明のマイクロ波加熱処理装置において、前記処理容器は、上壁、底壁及び互いに接続された４つの側壁を有し、前記上壁は、前記マイクロ波導入装置において生成された前記マイクロ波を前記処理容器に導入する複数のマイクロ波導入ポートを有している。これら複数のマイクロ波導入ポートは、それぞれ、長辺と短辺とを有する平面視矩形をなし、その長辺と短辺が、前記４つの側壁の内壁面と平行になるように設けられている。また、本発明のマイクロ波加熱処理装置において、前記支持装置は、被処理体に当接して支持する支持部材と、前記支持部材に支持された被処理体を回転させる回転機構と、を備えている。

本発明のマイクロ波加熱処理装置において、前記支持装置は、さらに、前記支持部材が被処理体を支持する高さ位置を調節する高さ位置調節機構を備えていてもよい。

本発明のマイクロ波加熱処理装置において、前記複数のマイクロ波導入ポートは第１ないし第４のマイクロ波導入ポートを含み、前記第１ないし第４のマイクロ波導入ポートは、前記上壁の中心から外側へ向かう方向に、内側のマイクロ波放射ゾーンを形成する２つのマイクロ波導入ポートと、外側のマイクロ波放射ゾーンを形成する２つのマイクロ波導入ポートと、に区分されていてもよい。この場合、前記内側のマイクロ波放射ゾーンを形成する２つのマイクロ波導入ポートは、それらの中心が、２つの仮想の同心円のうちの内側の円周上に重なり、前記外側のマイクロ波放射ゾーンを形成する２つのマイクロ波導入ポートは、それらの中心が、２つの仮想の同心円のうち外側の円周上に重なるように、それぞれ配置されていてもよい。

本発明のマイクロ波加熱処理装置において、前記第１ないし第４のマイクロ波導入ポートは、互いに隣接する２つのマイクロ波導入ポートの長辺の方向と平行な中心軸が互いに直交するように、かつ、互いに隣接しない２つのマイクロ波導入ポートの前記中心軸が同一直線上に重ならないように配置されていてもよい。

本発明のマイクロ波加熱処理装置は、前記マイクロ波導入ポートの長辺の長さＬ_１と短辺の長さＬ_２との比（Ｌ_１／Ｌ_２）が、４以上であってもよい。

本発明のマイクロ波加熱処理装置において、前記マイクロ波導入装置は、マイクロ波を前記処理容器へ向けて伝送する導波管と、前記処理容器の上壁の外側に装着され、複数の金属製のブロック体によって構成されたアダプター部材と、を備えていてもよい。そして、本発明の前記マイクロ波導入装置において、前記アダプター部材は、内部にマイクロ波を伝送する略Ｓ字形をした導波路を有していてもよい。この場合、前記導波路は、その一端側が前記導波管に接続され、他端側が前記マイクロ波導入ポートに接続されることによって、前記導波管と前記マイクロ波導入ポートの一部もしくは全部が互いに上下に重ならない位置で接続していてもよい。

本発明の処理方法は、内部にマイクロ波放射空間を有するとともに被処理体を収容する処理容器と、前記処理容器内で被処理体を支持する支持装置と、前記被処理体を加熱処理するためのマイクロ波を生成して前記処理容器に導入するマイクロ波導入装置と、を備えたマイクロ波加熱処理装置を用いて前記被処理体を加熱処理する処理方法である。

本発明の処理方法において、前記処理容器は、上壁、底壁及び互いに接続された４つの側壁を有し、前記上壁は、前記マイクロ波導入装置において生成された前記マイクロ波を前記処理容器に導入する複数のマイクロ波導入ポートを有している。これら複数のマイクロ波導入ポートは、それぞれ、長辺と短辺とを有する平面視矩形をなし、その長辺と短辺が、前記４つの側壁の内壁面と平行になるように設けられている。また、本発明の処理方法において、前記支持装置は、被処理体に当接して支持する支持部材と、前記支持部材に支持された被処理体を回転させる回転機構と、を備えている。また、本発明の処理方法において、前記複数のマイクロ波導入ポートは、前記上壁の中心から外側へ向かう方向に、内側のマイクロ波放射ゾーンと、外側のマイクロ波放射ゾーンと、を形成するように区分されている。そして、本発明の処理方法は、前記回転機構により、前記支持部材に支持された被処理体を回転させながら、前記複数のマイクロ波導入ポートから、それぞれマイクロ波を導入して被処理体を処理する。

本発明の処理方法において、前記支持装置は、さらに、前記支持部材が被処理体を支持する高さ位置を調節する高さ位置調節機構を備えており、前記高さ位置調節機構により、前記支持部材に支持された被処理体を、第１の高さ位置に設定して処理する第１のステップと、前記第１の高さ位置とは異なる第２の高さ位置に設定して処理する第２のステップと、を備えていてもよい。

本発明のマイクロ波加熱処理装置および処理方法では、被処理体に対して均一な加熱処理を行うことが可能である。

本発明の第１の実施の形態に係るマイクロ波加熱処理装置の概略の構成を示す断面図である。 図１におけるゲートバルブ付近の要部断面図である。 支持ピンの構成例を示す説明図である。 支持ピンの構成例を示す別の説明図である。 本発明の第１の実施の形態におけるマイクロ波導入装置の高電圧電源部の概略の構成を示す説明図である。 図１に示した処理容器の天井部の下面を示す平面図である。 マイクロ波導入ポートを拡大して示す説明図である。 マイクロ波導入ポートの配置の変形例の説明に供する処理容器の天井部の下面を示す平面図である。 マイクロ波導入ポートの配置の別の変形例の説明に供する処理容器の天井部の下面を示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態に係るマイクロ波加熱処理装置におけるチャンバ開閉動作の説明に供する図面である。 図８Ａの状態から、上部ユニットを引き出した状態を示す図面である。 図８Ｂの状態から、上部ユニットのスライド方向を変えて移動させた状態を示す図面である。 図１に示した制御部の構成を示す説明図である。 マイクロ波導入ポートの配置をＸ軸方向に変化させた場合の電力吸収効率のシミュレーション結果を示す図面である。 マイクロ波導入ポートの配置をＹ軸方向に変化させた場合の電力吸収効率のシミュレーション結果を示す図面である。 角部の丸め加工に関するシミュレーションに用いたマイクロ波加熱処理装置の構成を模式的に示す説明図である。 角部の丸め加工に関するシミュレーション結果を示す図面である。 ウエハの高さ位置を変化させてアニール処理をした場合の半導体ウエハの面内での温度変化を計測した実験結果を示すグラフである。 ウエハの高さ位置を変化させてアニール処理をした場合の半導体ウエハの面内でのシート抵抗の計測結果を示すグラフである。 実験３の条件Ａ、ＢにおけるウエハＷの温度の計測結果を示すグラフである。 実験３の条件Ａ、Ｂにおけるマイクロ波反射量の計測結果を示すグラフである。 実験３の条件Ｃにおいてウエハの高さ位置を変化させてアニール処理をした場合の半導体ウエハの温度の計測結果を示すグラフである。 実験３の条件Ｃにおけるマイクロ波反射量の計測結果を示すグラフである 実験４において、ウエハの高さ位置を変えてアニール処理をした場合のウエハの最高到達温度を計測した実験結果を示すグラフである。 実験５において、ウエハの高さ位置を変えてアニール処理をした場合のマイクロ波反射量を計測した実験結果を示すグラフである。 マイクロ波導入ポートから放射されるマイクロ波の電磁界ベクトルを模式的に示す説明図である。 マイクロ波導入ポートから放射されるマイクロ波の電磁界ベクトルを模式的に示す他の説明図である。 本発明の第２の実施の形態に係るマイクロ波加熱処理装置の概略の構成を示す断面図である。 天井部にマイクロ波導入アダプターを装着した状態を示す説明図である。 マイクロ波導入アダプターに形成された溝の状態を示す説明図である。

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。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係るマイクロ波加熱処理装置の概略の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係るマイクロ波加熱処理装置の概略の構成を示す断面図である。本実施の形態に係るマイクロ波加熱処理装置１は、連続する複数の動作を伴って、例えば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、マイクロ波を照射してアニール処理を施す装置である。

マイクロ波加熱処理装置１は、被処理体であるウエハＷを収容する処理容器２と、処理容器２内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入装置３と、処理容器２内においてウエハＷを支持する支持装置４と、処理容器２内にガスを供給するガス供給機構５と、処理容器２内を減圧排気する排気装置６と、これらマイクロ波加熱処理装置１の各構成部を制御する制御部８とを備えている。

＜処理容器＞
処理容器２は、金属材料によって形成されている。処理容器２を形成する材料としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス等が用いられる。マイクロ波導入装置３は、処理容器２の上部に設けられ、処理容器２内に電磁波（マイクロ波）を導入するマイクロ波導入手段として機能する。マイクロ波導入装置３の構成については、後で詳しく説明する。

処理容器２は、上壁としての板状の天井部１１および底壁としての底部１３と、天井部１１と底部１３とを連結する側壁としての４つの側壁部１２と、天井部１１を上下に貫通するように設けられた複数のマイクロ波導入ポート１０と、側壁部１２に設けられた搬入出口１２ａと、底部１３に設けられた排気口１３ａとを有している。ここで、４つの側壁部１２は、水平断面が直角に接続された角筒状をなしている。従って、処理容器２は、内部が空洞の立方体状をなしている。また、各側壁部１２の内面は、いずれも平坦になっており、マイクロ波を反射させる反射面としての機能を有している。本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１では、処理容器２のすべての内壁面（つまり、天井部１１、４つの側壁部１２および底部１３の内側）が鏡面加工されている。このように、処理容器２の内壁面を鏡面仕上げすることによって、ウエハＷからの輻射熱の反射効率を向上させることができる。また、鏡面仕上げにより、処理容器２の内壁面の表面積を減らすことができるので、処理容器２の壁に吸収されるマイクロ波を低減し、マイクロ波の反射効率も向上させることができる。従って、ウエハＷに対して効率の良いアニール処理を行うことが可能となり、鏡面仕上げしない場合よりも、ウエハＷの到達温度を高くすることができる。なお、処理容器２の加工は削り出しで行われる場合もある。この場合、各側壁部１２同士の合わせ目や側壁部１２と底部１３との合わせ目である角部を直角に加工することは事実上不可能なため、この角部に丸め加工を施してもよい。この丸め加工の寸法は、曲率半径Ｒ_Ｃを１５〜１６ｍｍの範囲内とすることがマイクロ波導入ポート１０への反射を抑制する上で好ましいことがシミュレーションの結果から分かっている（図１０Ｄ参照）。搬入出口１２ａは、処理容器２に隣接する図示しない搬送室との間でウエハＷの搬入出を行うためものである。処理容器２と図示しない搬送室との間には、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１２ａを開閉する機能を有し、閉状態で処理容器２を気密にシールすると共に、開状態で処理容器２と図示しない搬送室との間でウエハＷの移送を可能にする。

図２は、処理容器２のゲートバルブＧＶ付近の要部断面図である。ゲートバルブＧＶは、本体１１０と、本体１１０の凹部に嵌めこまれる板状のブロック１１１と、図示しない駆動機構とを有している。本体１１０及びブロック１１１は、弁体を構成している。駆動機構は、弁体を上下方向及び水平方向に変位させる。本体１１０及びブロック１１１は、いずれも例えばステンレスやアルミニウムなどの金属によって形成されている。ブロック１１１は、処理容器２内の空間に露出するため、交換可能な消耗部品である。本体１１０とブロック１１１の間には、隙間１１２が形成されてマイクロ波の漏洩を防止するためのチョーク構造をなしている。

ゲートバルブＧＶと処理容器２の側壁部１２との間には、ゲートバルブＧＶを当接させる枠体１１３が介在配備されている。枠体１１３は、例えばステンレスやアルミニウムなどの金属によって形成されている。枠体１１３は、処理容器２内の空間に露出するため、交換可能な消耗部品である。枠体１１３は、搬入出口１２ａにほぼ対応した大きさの開口１１３ａが設けられている。枠体１１３と処理容器２の側壁部１２との間には、開口１１３ａを囲むように、電磁シールド部材１１４及びＯリング１１５が配備されている。図２に示すように、電磁シールド部材１１４は内側に、Ｏリング１１５は外側に配備されている。

弁体である本体１１０及びブロック１１１は、図示しない駆動部によって、鉛直方向及び水平方向に変位可能に設けられており、これによりゲートバルブＧＶの開閉が行われる。なお、例えば弁体を斜め方向に変位させて開閉を行う場合には、処理容器２内に露出するブロック１１１の内面が傾斜面となってマイクロ波の反射に影響を与えることがある。このような場合は、例えば傾斜面を矯正して垂直面を形成するための反射板をブロック１１１の内壁面に装着してもよい。

＜支持装置＞
支持装置４は、処理容器２の底部１３のほぼ中央を貫通して処理容器２の外部まで延びる中空管状のシャフト１４と、シャフト１４の上端付近からほぼ水平方向に設けられた複数（例えば３つ）のアーム部１５と、各アーム部１５のそれぞれに着脱可能に装着された、複数の支持ピン１６と、シャフト１４を回転させる回転駆動部１７と、シャフト１４を上下に変位させる昇降駆動部１８と、シャフト１４を支持するとともに、回転駆動部１７と昇降駆動部１８とを連結する可動連結部１９と、を有している。回転駆動部１７、昇降駆動部１８及び可動連結部１９は、処理容器２の外部に設けられている。なお、処理容器２内を真空状態にする場合は、シャフト１４が底部１３を貫通する部分の周囲に、例えばベローズなどのシール機構２０を設けることができる。

支持装置４において、シャフト１４、アーム部１５、回転駆動部１７及び可動連結部１９は、支持ピン１６に支持されたウエハＷを水平方向に回転させる回転機構を構成している。また、支持装置４において、シャフト１４、アーム部１５、昇降駆動部１８及び可動連結部１９は、支持ピン１６に支持されたウエハＷの高さ位置を調節する高さ位置調節機構を構成している。複数の支持ピン１６は、処理容器２内においてウエハＷの裏面に当接してウエハＷを支持する。複数の支持ピン１６は、その上端部がウエハＷの周方向に並ぶように配置されている。複数のアーム部１５は、回転駆動部１７を駆動させることによって、シャフト１４を回転中心にして回転し、各支持ピン１６を水平方向に公転させる。また、複数の支持ピン１６及びアーム部１５は、昇降駆動部１８を駆動させることによって、シャフト１４とともに、上下方向に昇降変位するように構成されている。支持装置４は、アーム部１５及び支持ピン１６によって支持するウエハＷの水平度を保つために、シャフト１４の傾きを調節する機構（図示せず）を有している。

また、支持装置４を介してのマイクロ波の漏洩防止、異常放電の防止、駆動部分からのパーティクル発生の防止などを図るために、支持装置４において以下のような対策が講じられている。まず、支持装置４を介するマイクロ波の漏洩を防止するため、管状のシャフト１４内に、図示は省略するが２重のチョーク構造が設けられている。また、シャフト１４には、図示しないシールドフィンガーなどの接地端子が装着されており、接地電位に維持されている。また、中空状のシャフト１４内では、駆動部分からのパーティクルが発生しやすいため、シャフト１４内を排気又はパージするための図示しない排気・パージ機構を有している。

複数の支持ピン１６およびアーム部１５は、誘電体材料によって形成されている。複数の支持ピン１６およびアーム部１５を形成する材料としては、例えば、石英、セラミックス等を用いることができる。

図３Ａ及び図３Ｂは、アーム部１５に装着された支持ピン１６の構成例を示している。まず、図３Ａは、一つのアーム部１５に２つの支持ピン１６Ａ及び１６Ｂを装着した状態を例示している。支持ピン１６Ａは、ウエハＷの外周部付近の裏面に当接して支持し、支持ピン１６Ｂは、支持ピン１６ＡよりもウエハＷの径方向内側よりの位置でウエハＷの裏面に当接して支持する。支持ピン１６Ａは、アーム部１５に設けられた装着穴１５ａ，１５ａに嵌めこまれることによって着脱自在に装着される。支持ピン１６Ｂは、アーム部１５に設けられた装着穴１５ｂ，１５ｂに嵌めこまれることによって着脱自在に装着される。このように、装着穴１５ａ，１５ａ及び装着穴１５ｂ，１５ｂを各２つずつ設けることによって、支持ピン１６Ａ及び支持ピン１６Ｂを確実にアーム部１５に固定できる。従って、例えばウエハＷへの静電吸着等によって支持ピン１６Ａ及び支持ピン１６Ｂが脱落することを防止できる。また、支持ピン１６Ａ及び支持ピン１６Ｂを、装着穴１５ａ，１５ａ及び装着穴１５ｂ，１５ｂへ嵌め込む方式で固定することによって、ねじ込み方式などに比べ、パーティクルの発生を低減できる。

図３Ｂは、図３Ａの状態から、支持ピン１６Ａを支持ピン１６Ｃに交換するとともに、支持ピン１６Ｂを取り外した状態を示している。支持ピン１６Ｃは、ウエハＷのベベル部に当接してウエハＷを支持する傾斜面１６Ｃ１を有している。

図３Ａ及び図３Ｂに示したように、本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１では、着脱可能な支持ピン１６を用いることによって、アーム部１５に装着する支持ピン１６の数、形状、装着位置、ウエハＷへの当接状態などを適宜選択することができる。

回転駆動部１７は、シャフト１４を回転させ得るものであれば、特に制限はなく、例えば図示しないモータ等を備えていてもよい。昇降駆動部１８は、シャフト１４及び可動連結部１９を昇降変位させ得るものであれば、特に制限はなく、例えば図示しないボールねじ等を備えていてもよい。回転駆動部１７と昇降駆動部１８は一体の機構であってもよく、可動連結部１９を有しない構成であってもよい。なお、ウエハＷを水平方向に回転させる回転機構及びウエハＷの高さ位置を調節する高さ位置調節機構は、それらの目的を実現できれば、他の構成であってもよい。

＜排気機構＞
排気装置６は、例えば、ドライポンプ等の真空ポンプを有している。マイクロ波加熱処理装置１は、更に、排気口１３ａと排気装置６とを接続する排気管２１と、排気管２１の途中に設けられた圧力調整バルブ２２と、を備えている。排気装置６の真空ポンプを作動させることにより、処理容器２の内部空間が減圧排気される。なお、マイクロ波加熱処理装置１は、大気圧での処理も可能であり、その場合は、真空ポンプは不要である。排気装置６としてドライポンプ等の真空ポンプを用いる替わりに、マイクロ波加熱処理装置１が設置される施設に設けられた排気設備を用いることも可能である。

＜ガス導入機構＞
マイクロ波加熱処理装置１は、更に、処理容器２内にガスを供給するガス供給機構５を備えている。ガス供給機構５は、図示しないガス供給源を備えたガス供給装置５ａと、ガス供給装置５ａに接続され、処理容器２内に処理ガスを導入する複数の配管２３と、を備えている。複数の配管２３は、処理容器２の側壁１２に接続されている。

ガス供給装置５ａは、複数の配管２３を介して、処理ガスまたは冷却ガスとして、例えば、Ｎ_２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｏ_２、Ｈ_２等のガスを処理容器２内へサイドフロー方式で供給できるように構成されている。なお、処理容器２内へのガスの供給は、例えばウエハＷに対向する位置（例えば、天井部１１）にガス供給手段を設けて行ってもよい。また、ガス供給装置５ａの代りに、マイクロ波加熱処理装置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。図示しないが、マイクロ波加熱処理装置１は、更に、配管２３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２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。

＜整流板＞
マイクロ波加熱処理装置１は、更に、処理容器２内の複数の支持ピン１６の周囲において、側壁部１２との間に、枠状をした整流板２４を備えている。整流板２４は、整流板２４を上下に貫通するように設けられた複数の整流孔２４ａを有している。整流板２４は、処理容器２内においてウエハＷが配置される予定の領域の雰囲気を整流しながら排気口１３ａに向かって流すためのものである。整流板２４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。なお、整流板２４は、マイクロ波加熱処理装置１における必須の構成要素ではなく、設けられていなくてもよい。

＜温度計測部＞
マイクロ波加熱処理装置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２６と、複数の放射温度計２６に接続された温度計測部２７とを備えている。なお、図１では、中空状のシャフト１４を介してウエハＷの裏面中央部の温度を測定する放射温度計２６を除いて、複数の放射温度計２６の図示を省略している。

＜マイクロ波放射空間＞
本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１では、処理容器２内において、天井部１１、４つの側壁部１２及び整流板２４で区画される空間がマイクロ波放射空間Ｓを形成している。このマイクロ波放射空間Ｓには、天井部１１に設けられた複数のマイクロ波導入ポート１０からマイクロ波が放射される。処理容器２の天井部１１、４つの側壁部１２及び整流板２４は、いずれも金属材料によって形成されているため、マイクロ波を反射し、マイクロ波放射空間Ｓ内に散乱させる。

＜マイクロ波導入装置＞
次に、図１及び図４を参照して、マイクロ波導入装置３の構成について説明する。図４は、マイクロ波導入装置３の高電圧電源部の概略の構成を示す説明図である。

前述のように、マイクロ波導入装置３は、処理容器２の上部に設けられ、処理容器２内に電磁波（マイクロ波）を導入するマイクロ波導入手段として機能する。図１に示したように、マイクロ波導入装置３は、マイクロ波を処理容器２に導入する複数のマイクロ波ユニット３０と、複数のマイクロ波ユニット３０に接続された高電圧電源部４０とを備えている。

（マイクロ波ユニット）
本実施の形態では、複数のマイクロ波ユニット３０の構成は全て同一である。各マイクロ波ユニット３０は、ウエハＷを処理するためのマイクロ波を生成するマグネトロン３１と、マグネトロン３１において生成されたマイクロ波を処理容器２に伝送する導波管３２と、マイクロ波導入ポート１０を塞ぐように天井部１１に固定された透過窓３３とを有している。マグネトロン３１は、本発明におけるマイクロ波源に対応する。

マグネトロン３１は、高電圧電源部４０によって供給される高電圧が印加される陽極および陰極（いずれも図示省略）を有している。また、マグネトロン３１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。マグネトロン３１によって生成されるマイクロ波は、被処理体の処理毎に最適な周波数を選択し、例えばアニール処理においては、２．４５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ等の高い周波数のマイクロ波であることが好ましく、５．８ＧＨｚのマイクロ波であることが特に好ましい。

導波管３２は、断面が矩形且つ角筒状の形状を有し、処理容器２の天井部１１の上面から上方に延びている。マグネトロン３１は、導波管３２の上端部の近傍に接続されている。導波管３２の下端部は、透過窓３３の上面に接している。マグネトロン３１において生成されたマイクロ波は、導波管３２および透過窓３３を介して処理容器２内に導入される。

透過窓３３は、誘電体材料によって形成されている。透過窓３３の材料としては、例えば、石英、セラミックス等を用いることができる。透過窓３３と天井部１１との間は、図示しないシール部材によって気密にシールされている。透過窓３３の下面から支持ピン１６に支持されたウエハＷの表面までの距離（ギャップＧ）は、ウエハＷへマイクロ波が直接放射されることを抑制する観点から、例えば２５ｍｍ以上とすることが好ましく、２５〜５０ｍｍの範囲内で可変に調節することがより好ましい。

マイクロ波ユニット３０は、更に、導波管３２の途中に設けられたサーキュレータ３４、検出器３５およびチューナ３６と、サーキュレータ３４に接続されたダミーロード３７とを有している。サーキュレータ３４、検出器３５およびチューナ３６は、導波管３２の上端部側からこの順に設けられている。サーキュレータ３４およびダミーロード３７は、処理容器２からの反射波を分離するアイソレータを構成する。すなわち、サーキュレータ３４は、処理容器２からの反射波をダミーロード３７に導き、ダミーロード３７は、サーキュレータ３４によって導かれた反射波を熱に変換する。

本実施の形態では、例えば４つのマイクロ波ユニット３０を備えている。ここで、図示は省略するが、４つのマイクロ波ユニット３０のマグネトロン３１は、互いに近接するように、天井部１１の上方において偏在して配置されている。これに伴い、各マイクロ波ユニット３０におけるマグネトロン３１からサーキュレータ３４までの導波管３２の形状は、それぞれ異なる形状になっている。このように、複数のマグネトロン３１を近接した位置に集中して配置することによって、複数のマグネトロン３１のメンテナンスを容易に行うことができる。

検出器３５は、導波管３２における処理容器２からの反射波を検出するためのものである。検出器３５は、例えばインピーダンスモニタ、具体的には、導波管３２における定在波の電界を検出する定在波モニタによって構成されている。定在波モニタは、例えば、導波管３２の内部空間に突出する３本のピンによって構成することができる。定在波モニタによって定在波の電界の場所、位相および強さを検出することにより、処理容器２からの反射波を検出することができる。また、検出器３５は、進行波と反射波を検出することが可能な方向性結合器によって構成されていてもよい。

チューナ３６は、マグネトロン３１と処理容器２との間のインピーダンスを整合する機能を有している。チューナ３６によるインピーダンス整合は、検出器３５における反射波の検出結果に基づいて行われる。チューナ３６は、例えば、導波管３２の内部空間に出し入れすることができるように設けられた導体板（図示省略）によって構成することができる。この場合、導体板の、導波管３２の内部空間への突出量を制御することにより、反射波の電力量を調整して、マグネトロン３１と処理容器２との間のインピーダンスを調整することができる。

（高電圧電源部）
高電圧電源部４０は、マグネトロン３１に対してマイクロ波を生成するための高電圧を供給する。図４に示したように、高電圧電源部４０は、商用電源に接続されたＡＣ−ＤＣ変換回路４１と、ＡＣ−ＤＣ変換回路４１に接続されたスイッチング回路４２と、スイッチング回路４２の動作を制御するスイッチングコントローラ４３と、スイッチング回路４２に接続された昇圧トランス４４と、昇圧トランス４４に接続された整流回路４５とを有している。マグネトロン３１は、整流回路４５を介して昇圧トランス４４に接続されている。

ＡＣ−ＤＣ変換回路４１は、商用電源からの交流（例えば、三相２００Ｖの交流）を整流して所定の波形の直流に変換する回路である。スイッチング回路４２は、ＡＣ−ＤＣ変換回路４１によって変換された直流のオン・オフを制御する回路である。スイッチング回路４２では、スイッチングコントローラ４３によってフェーズシフト型のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御またはＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation）制御が行われて、パルス状の電圧波形が生成される。昇圧トランス４４は、スイッチング回路４２から出力された電圧波形を所定の大きさに昇圧するものである。整流回路４５は、昇圧トランス４４によって昇圧された電圧を整流してマグネトロン３１に供給する回路である。

＜マイクロ波導入ポートの配置＞
次に、図１、図５及び図６を参照して、本実施の形態におけるマイクロ波導入ポート１０の配置について詳しく説明する。図５は、図１に示した処理容器２の天井部１１の下面を処理容器２の内部から見た状態を示している。図５では、ウエハＷの大きさと位置を２点鎖線で天井部１１に重ねて示した。符号ＯはウエハＷの中心を表し、かつ、本実施の形態では、天井部１１の中心も表している。符号Ｏを通る２つの線は、天井部１１と側壁部１２の境界となる４つの辺において、対向する辺の中点どうしを結ぶ中央線Ｍを表している。なお、ウエハＷの中心と天井部１１の中心とは必ずしも重ならなくてもよい。また、図５では、説明の便宜上、天井部１１と処理容器２の４つの側壁部１２の内壁面との接合部分に、４つの側壁部１２を区別して符号１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄを付し、それらの位置を示している。また、図６は、一つのマイクロ波導入ポート１０を拡大して示す平面図である。

図５に示したように、本実施の形態では、複数のマイクロ波導入ポートとして、天井部１１において全体として略十字形をなすように配置された４つのマイクロ波導入ポート１０を有している。以下、４つのマイクロ波導入ポート１０を互いに区別して表す場合には、符号１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄを付して表す。なお、本実施の形態では、各マイクロ波導入ポート１０にそれぞれマイクロ波ユニット３０が接続されている。つまり、マイクロ波ユニット３０の数は４つである。なお、本実施の形態では、複数のマイクロ波導入ポートとして４つのマイクロ波導入ポート１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄを有する場合を例に挙げるが、マイクロ波導入ポート１０の数は任意であり、例えば２〜８個の範囲内の数で設けることが可能である。

マイクロ波導入ポート１０は、図６にも示すように、長辺と短辺とを有する平面視矩形をなしている。マイクロ波導入ポート１０の長辺の長さＬ_１と短辺の長さＬ_２との比（Ｌ_１／Ｌ_２）は、例えば２以上１００以下であり、４以上であることが好ましく、５〜２０がより好ましい。前記比Ｌ_１／Ｌ_２を２以上、好ましくは４以上とするのは、マイクロ波導入ポート１０から処理容器２内に放射されるマイクロ波の指向性をマイクロ波導入ポート１０の長辺と垂直な方向（短辺と平行な方向）に強めるためである。この比Ｌ_１／Ｌ_２が２未満であると、マイクロ波導入ポート１０から処理容器２内に放射されるマイクロ波がマイクロ波導入ポート１０の長辺と平行な方向（短辺と垂直な方向）に向かいやすくなる。また、前記比Ｌ_１／Ｌ_２が２未満であると、マイクロ波導入ポート１０の直下の方向へもマイクロ波の指向性が強くなるため、ギャップＧが短い場合に、ウエハＷに直接マイクロ波が照射され、局所的な加熱が生じやすくなる。一方、前記比Ｌ_１／Ｌ_２が２０を超えると、マイクロ波導入ポート１０の直下やマイクロ波導入ポート１０の長辺と平行な方向（短辺と垂直な方向）へ向かうマイクロ波の指向性が弱くなりすぎるため、ウエハＷの加熱効率が低下する場合がある。

なお、マイクロ波導入ポート１０の長辺の長さＬ_１は、例えば導波管３２の管内波長λｇに対して、Ｌ_１＝ｎ×λ_ｇ／２（ここで、ｎは整数を意味する）とすることが好ましく、ｎ＝２がより好ましい。各マイクロ波導入ポート１０の大きさや、前記比Ｌ_１／Ｌ_２は、マイクロ波導入ポート１０毎に異なっていてもよいが、ウエハＷに対する加熱処理の均一性を高めるとともに制御性をよくする観点から、４つのマイクロ波導入ポート１０のすべてが同じ大きさ及び形状であることが好ましい。

また、本実施の形態では、ウエハＷ上の電界分布を均一化する観点から、天井部１１において、４つのマイクロ波導入ポート１０は、それらの中心Ｏ_Ｐが、２つの同心円のいずれかに重なるように、天井部１１（ウエハＷ）の中心Ｏから外側へ向かう方向に位置を変えて配置されている。つまり、ウエハＷの径方向における４つのマイクロ波導入ポート１０の位置は同じではなく、ウエハＷに対して複数のマイクロ波放射ゾーンを形成できるように径方向の位置を変えて配置されている。例えば、図５に示すように、４つのマイクロ波導入ポート１０は、内側のマイクロ波放射ゾーンと、外側のマイクロ波放射ゾーンと、を形成するように２組に分けて位置を変えて配置されている。より具体的には、ウエハＷの周方向に互いに隣接しないマイクロ波導入ポート１０Ａ，１０Ｃは、ウエハＷの中心Ｏを基準に、半径Ｒ_ＩＮの仮想円周上にマイクロ波導入ポート１０の中心Ｏ_Ｐが重なるように配置されて内側のマイクロ波放射ゾーンを形成している。また、ウエハＷの周方向に互いに隣接しないマイクロ波導入ポート１０Ｂ，１０Ｄは、ウエハＷの中心Ｏを基準に、半径Ｒ_ＯＵＴの仮想円周上にマイクロ波導入ポート１０の中心Ｏ_Ｐが重なるように配置されて外側のマイクロ波放射ゾーンを形成している。ここで、二つの仮想の同心円の中心は、天井部１１の中心（ウエハＷの中心）Ｏに一致し、それらの半径の大きさは、Ｒ_ＩＮ＜Ｒ_ＯＵＴである。

図５に示す例では、マイクロ波導入ポート１０Ａ，１０Ｃは、マイクロ波導入ポート１０の基準位置に配置されている。４つのマイクロ波導入ポート１０のすべてが基準位置にあるときは、４つのマイクロ波導入ポート１０の中心Ｏ_Ｐはすべて半径Ｒ_ＩＮの仮想円周上に位置する。そして、天井部１１の下面と平行な平面において、各マイクロ波導入ポート１０の長辺に対し垂直な方向をＸ軸、各マイクロ波導入ポート１０の長辺に対し平行な方向をＹ軸とすると、マイクロ波導入ポート１０Ｂ，１０Ｄは、それらの基準位置（図５において仮想線で示す）から、それぞれＹ軸方向に距離Ｒ_ＯＵＴ−Ｒ_ＩＮだけ平行移動させた配置となっている。

図５に示すように、マイクロ波導入ポート１０を、内側のマイクロ波放射ゾーンと、外側のマイクロ波放射ゾーンと、の２つの領域に分けてマイクロ波を放射できるように配置する場合、ウエハＷの半径をＲとすると、Ｒ_ＩＮ＜Ｒ_ＯＵＴであることを条件に、例えば、基準位置を示す半径Ｒ_ＩＮは、Ｒ／５≦Ｒ_ＩＮ≦３Ｒ／５であることが好ましく、半径Ｒ_ＯＵＴは、２Ｒ／５≦Ｒ_ＩＮ≦５Ｒ／５であることが好ましい。例えば３００ｍｍ径ウエハＷの場合は、Ｒ_ＩＮ＜Ｒ_ＯＵＴであることを条件に、半径Ｒ_ＩＮは３０〜９０ｍｍの範囲内に、半径Ｒ_ＯＵＴは６０〜１５０ｍｍの範囲内に、それぞれ設定することが好ましい。このように、マイクロ波導入ポート１０を、内側のマイクロ波放射ゾーンと、外側のマイクロ波放射ゾーンと、の２つの領域に区分して配置し、それぞれからマイクロ波を放射することによって、回転駆動部１７を駆動させて支持ピン１６上のウエハＷを水平回転させた場合に、ウエハＷの周方向における加熱の均一性とともに、ウエハＷの径方向における加熱の均一性を高めることができる。なお、マイクロ波放射ゾーンは、内側と外側の２つに限るものではなく、例えば４つのマイクロ波放射ゾーンを形成できるように、４つのマイクロ波導入ポート１０を、それぞれ、異なる半径を持つ４つの仮想の同心円上に配置してもよい。また、本実施の形態では、４つのマイクロ波導入ポート１０は、そのすべてがウエハＷに重なるように直上に配置されているが、ウエハＷの面内での均一加熱が実現可能であるならば、必ずしもウエハＷとマイクロ波導入ポート１０との位置が重なる必要はない。

また、本実施の形態において、４つのマイクロ波導入ポート１０は、それぞれ、その長辺と短辺が、４つの側壁部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄの内壁面と平行になるように設けられている。例えば、図５では、マイクロ波導入ポート１０Ａの長辺は、側壁部１２Ｂ，１２Ｄと平行であり、その短辺は、側壁部１２Ａ，１２Ｃと平行である。マイクロ波導入ポート１０Ａから放射されるマイクロ波は、大部分がその長辺に対して垂直なＸ軸方向（短辺に平行な方向）へ進行し、伝搬していく。また、マイクロ波導入ポート１０Ａから放射されたマイクロ波は、２つの側壁部１２Ｂ及び１２Ｄによってそれぞれ反射される。これら側壁部１２Ｂ及び１２Ｄは、マイクロ波導入ポート１０Ａの長辺に対して平行に設けられているため、生成する反射波の指向性（電磁界ベクトル）は、進行波の指向性（電磁界ベクトル）の１８０度逆向きになり、他のマイクロ波導入ポート１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄへ向かう方向へ散乱することは殆どない。このように、比Ｌ_１／Ｌ_２が例えば２以上である４つのマイクロ波導入ポート１０を、それぞれの長辺と短辺が、４つの側壁部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄの内壁面と平行になるように配置することで、マイクロ波導入ポート１０から放射されるマイクロ波及びその反射波の方向を制御できる。

また、本実施の形態では、上記比Ｌ_１／Ｌ_２が例えば２以上である４つのマイクロ波導入ポート１０は、それぞれの長辺と垂直なＸ軸方向に平行移動させた場合に、平行な長辺を有する他のマイクロ波導入ポート１０に重ならないように配置されている。例えば、図５では、マイクロ波導入ポート１０Ａ〜１０Ｄは、全体として十字形をなすように配置されている。つまり、互いに隣接する２つのマイクロ波導入ポート１０は、それらの長辺の方向と平行な中心軸ＡＣが互いに直交するように、９０度ずつ角度をずらして配置されている。そして、マイクロ波導入ポート１０Ａを、その長辺と垂直なＸ軸方向に平行移動させた場合でも、平行な長辺を有する他のマイクロ波導入ポート１０Ｃには重ならない。換言すれば、マイクロ波導入ポート１０Ａの長辺の長さの範囲内において、このマイクロ波導入ポート１０Ａの長辺と平行な２つの側壁部１２Ｂ及び１２Ｄの間には、マイクロ波導入ポート１０Ａと長辺の向きが同方向である他のマイクロ波導入ポート１０（マイクロ波導入ポート１０Ｃ）は配置されていない。このような配置によって、マイクロ波導入ポート１０Ａから、その長辺に対し垂直なＸ軸方向へ強い指向性を持って放射されるマイクロ波及びその反射波が、他のマイクロ波導入ポート１０に進入することを極力回避できる。仮に、マイクロ波導入ポート１０Ａと、平行な２つの側壁部１２Ｂ及び１２Ｄとの間に、その長辺の長さの範囲内で、同じ向きの他のマイクロ波導入ポート１０が介在すると、マイクロ波の励起方向が同じであるため、その同じ向きのマイクロ波導入ポート１０にマイクロ波及びその反射波が進入しやすく、電力損失が大きくなる。それに対し、マイクロ波導入ポート１０Ａの長辺の長さの範囲内で、平行な２つの側壁部１２Ｂ及び１２Ｄとの間にマイクロ波導入ポート１０Ａと同じ向きの他のマイクロ波導入ポート１０が存在しなければ、マイクロ波導入ポート１０Ａから放射されたマイクロ波及びその反射波が、他のマイクロ波導入ポート１０へ進入することが抑制される。従って、マイクロ波導入ポート１０Ａから放射されたマイクロ波及びその反射波が、他のマイクロ波導入ポート１０へ進入することに伴う電力の損失を抑えることができる。

なお、図５において、マイクロ波導入ポート１０Ａから放射されたマイクロ波、及びその反射波は、マイクロ波導入ポート１０Ａに対して９０度角度を変えて配置された隣接するマイクロ波導入ポート１０Ｂ，１０Ｄとは励起方向が異なるため、マイクロ波導入ポート１０Ｂ，１０Ｄにはほとんど入射しない。従って、マイクロ波導入ポート１０Ａを、その長辺と垂直なＸ軸方向に平行移動させた場合に、長辺の向きが異なるマイクロ波導入ポート１０Ｂ，１０Ｄに重なる場合があってもよい。

また、本実施の形態では、全体として十字形をなすように配置された４つのマイクロ波導入ポート１０のうち、互いに隣接しない２つのマイクロ波導入ポート１０は、それぞれの中心軸ＡＣが同一直線上に重ならないように配置されている。例えば、図５では、マイクロ波導入ポート１０Ａの中心軸ＡＣに対して、マイクロ波導入ポート１０Ａと隣接しないマイクロ波導入ポート１０Ｃの中心軸ＡＣは、方向は同じであっても、互いに重ならないように位置をずらして配置されている。このように、全体として十字形をなすように配置された４つのマイクロ波導入ポート１０のうち、互いに隣接しない２つのマイクロ波導入ポート１０を、互いの中心軸ＡＣが重ならないように配置することによって、中心軸ＡＣの方向が同じ２つのマイクロ波導入ポート１０の間で、それぞれの短辺に垂直な方向（長辺に平行なＹ軸方向）に放射されたマイクロ波が進入し合い、電力損失が生じることを抑制できる。このような配置の場合、各マイクロ波導入ポート１０の中心軸ＡＣは、中央線Ｍとは重ならなくてもよい。従って、各マイクロ波導入ポート１０を、中央線Ｍから大きく離れた位置、例えば各マイクロ波導入ポート１０の長辺が側壁部１２に近接するような位置に配置してもよい。処理容器２内へのマイクロ波の均等な導入を図るという観点からは、各マイクロ波導入ポート１０は、前記中央線Ｍに近接して配置することが好ましく、図５に示したように、少なくとも各マイクロ波導入ポート１０の一部が中央線Ｍに重なるように配置することがより好ましい。なお、全体として十字形をなすように配置された４つのマイクロ波導入ポート１０のうち、互いに隣接しない２つのマイクロ波導入ポート１０の中心軸ＡＣどうしが重なるように配置してもよく、この場合には、中心軸ＡＣと中央線Ｍとが一致してもよい。

マイクロ波導入ポート１０Ａ，１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄは、それぞれ他のマイクロ波導入ポート１０及び側壁部１２との間で、上記関係が成立するように配置されている。

＜変形例＞
ここで、マイクロ波導入ポート１０の配置に関する変形例について、図７Ａ及び図７Ｂを参照して説明する。図５では、マイクロ波導入ポート１０Ｂ，１０Ｄは、前記基準位置から、それぞれＹ軸方向に平行移動させた配置例を示したが、例えば図７Ａに示すように、マイクロ波導入ポート１０Ｂ，１０Ｄを、それらの中心Ｏ_Ｐが半径Ｒ_ＯＵＴの仮想円周上に重なるように、基準位置（図７Ａにおいて仮想線で示す）からＸ軸方向に平行移動させてもよい。この場合も、図５の場合と同様に、ウエハＷを水平回転させた場合に、ウエハＷの周方向における加熱の均一性とともに、ウエハＷの径方向における加熱の均一性を高めることができる。また、図示は省略するが、マイクロ波導入ポート１０Ｂ，１０Ｄを、それらの中心Ｏ_Ｐが半径Ｒ_ＯＵＴの仮想円周上に重なるように、基準位置からＸ軸方向及びＹ軸方向の両方向に移動させてもよい。

また、図５及び図７Ａでは、ウエハＷの周方向に互いに隣り合わないマイクロ波導入ポート１０Ｂ，１０Ｄを基準位置からそれぞれ平行移動させた配置例を示したが、ウエハＷの周方向に互いに隣接する２つのマイクロ波導入ポート１０を組みにして移動させてもよい。例えば、図７Ｂは、ウエハＷの周方向に互いに隣接するマイクロ波導入ポート１０Ｃ，１０Ｄを、それらの基準位置（図７Ｂにおいて仮想線で示す）からＹ軸方向に、距離Ｒ_ＯＵＴ−Ｒ_ＩＮだけ平行移動させて、それらの中心Ｏ_Ｐが半径Ｒ_ＯＵＴの仮想円周上に重なるように配置した例である。この場合も、図５の場合と同様に、ウエハＷを水平回転させた場合に、ウエハＷの周方向における加熱の均一性とともに、ウエハＷの径方向における加熱の均一性を高めることができる。なお、本変形例の場合でも、移動方向は、Ｙ軸方向に限らず、Ｘ軸方向でもよいし、Ｘ軸及びＹ軸の両方向でもよい。

次に、図８Ａ〜図８Ｃを参照しながら、マイクロ波加熱処理装置１におけるチャンバ開閉機構について説明する。図８Ａ〜図８Ｃは、チャンバ開閉機構における開閉動作の手順を示している。なお、図８Ａ〜図８Ｃでは、マイクロ波加熱処理装置１におけるマイクロ波導入装置３と処理容器２の天井部１１とを含む部分を上部ユニット１０１として箱型に簡略化して図示している。本実施の形態のチャンバ開閉機構は、上部ユニット１０１をレール上でスライドさせることによって処理容器２の内部を開放する。

図８Ａは、３つのマイクロ波加熱処理装置１と、各マイクロ波加熱処理装置１における上部ユニット１０１を引き出すためのレール機構１０２と、を示している。レール機構１０２は、格子状のレール部１０２ａを備えている。レール部１０２ａは、不使用時には起立状態であり、使用時には水平状態に倒してマイクロ波加熱処理装置１に架け渡すことができるように傾倒可能に設けられている。

図８Ａの状態から、上部ユニット１０１の一部分を構成し、リッドとして機能する天井部１１を、図示しないバネ等の付勢手段の付勢力によって押し上げることで、上部ユニット１０１を処理容器２の側壁部１２から浮き上がらせる。図８Ｂは、レール部１０２ａ上をスライド移動させることによって、上部ユニット１０１を引き出した状態を示している。図８Ｃは、さらに上部ユニット１０１のスライド方向を直角に変えて隣接するマイクロ波加熱処理装置１の正面まで移動させた状態を示している。このように、レール機構１０２を設けることによって、簡単にマイクロ波加熱処理装置１の処理容器２を開放することが可能になり、処理容器２内やマイクロ波導入装置３のメンテナンスが容易になる。また、レール機構１０２を共有する複数のマイクロ波加熱処理装置１の間では、レール機構１０２を介して上部ユニット１０１の交換を容易に行うことができる。

＜制御部＞
マイクロ波加熱処理装置１の各構成部は、それぞれ制御部８に接続されて、制御部８によって制御される。制御部８は、典型的にはコンピュータである。図９は、図１に示した制御部８の構成を示す説明図である。図９に示した例では、制御部８は、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ８１と、このプロセスコントローラ８１に接続されたユーザーインターフェース８２および記憶部８３とを備えている。

プロセスコントローラ８１は、マイクロ波加熱処理装置１において、例えば温度、圧力、ガス流量、マイクロ波出力等のプロセス条件に関係する各構成部（例えば、マイクロ波導入装置３、支持装置４、ガス供給装置５ａ、排気装置６、温度計測部２７等）を統括して制御する制御手段である。

ユーザーインターフェース８２は、工程管理者がマイクロ波加熱処理装置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、マイクロ波加熱処理装置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。

記憶部８３には、マイクロ波加熱処理装置１で実行される各種処理をプロセスコントローラ８１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８１は、ユーザーインターフェース８２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８３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８１による制御下で、マイクロ波加熱処理装置１の処理容器２内において所望の処理が行われる。

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、ブルーレイディスク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。

［処理手順］
次に、ウエハＷに対してアニール処理を施す際のマイクロ波加熱処理装置１における処理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８２から、マイクロ波加熱処理装置１においてアニール処理を行うように、プロセスコントローラ８１に指令が入力される。次に、プロセスコントローラ８１は、この指令を受けて、記憶部８３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アニール処理が実行されるように、プロセスコントローラ８１からマイクロ波加熱処理装置１の各エンドデバイス（例えば、マイクロ波導入装置３、支持装置４、ガス供給装置５ａ、排気装置６等）に制御信号が送出される。

次に、ゲートバルブＧＶが開状態にされて、図示しない搬送装置によって、ウエハＷが、ゲートバルブＧＶおよび搬入出口１２ａを通って処理容器２内に搬入され、複数の支持ピン１６の上に載置される。複数の支持ピン１６は、昇降駆動部１８を駆動させることによって、シャフト１４、アーム部１５とともに、上下方向に昇降し、ウエハＷが所定の高さ位置（初期高さ位置）にセットされる。この高さ位置で、回転駆動部１７を駆動させることによって、ウエハＷを、水平方向に所定の速度で回転させる。なお、ウエハＷの回転は、連続的でなく、非連続的であってもよい。次に、ゲートバルブＧＶが閉状態にされて、必要な場合は排気装置６によって、処理容器２内が減圧排気される。次に、ガス供給装置５ａによって、所定の流量の処理ガスおよび冷却ガスが処理容器２内に導入される。処理容器２の内部空間は、排気量およびガス供給量を調整することによって、所定の圧力に調整される。

次に、高電圧電源部４０からマグネトロン３１に対して電圧を印加してマイクロ波を生成する。マグネトロン３１において生成されたマイクロ波は、導波管３２を伝搬し、次に、透過窓３３を透過して、処理容器２内において回転するウエハＷの上方の空間に導入される。本実施の形態では、複数のマグネトロン３１において順次マイクロ波を生成し、各マイクロ波導入ポート１０から交互にマイクロ波を処理容器２内に導入する。なお、複数のマグネトロン３１において同時に複数のマイクロ波を生成させ、各マイクロ波導入ポート１０から同時にマイクロ波を処理容器２内に導入するようにしてもよい。

処理容器２に導入されたマイクロ波は、回転するウエハＷの表面に照射されて、ジュール加熱、磁性加熱、誘導加熱等の電磁波加熱により、ウエハＷが迅速に加熱される。その結果、ウエハＷに対してアニール処理が施される。アニール処理の間、ウエハＷの高さ位置を多段階に変位させることができる。例えば、アニール処理の開始から、ある期間までは、上記初期高さ位置（第１の高さ位置）にウエハＷをセットしておく。次に、昇降駆動部１８を駆動させることによって、上記初期高さ位置から、初期高さ位置とは異なる第２の高さ位置にウエハＷをセットし、残りのアニール処理を行うことができる。なお、高さ位置は、２段階に限らず、３段階以上に設定することも可能であるし、２段階以上の高さ位置の切り替えを繰り返し行うこともできる。このように、２段階以上の高さ位置でウエハＷを処理することによって、ウエハＷに照射されるマイクロ波の偏りを少なくし、マイクロ波の反射を抑え、昇温レート及び最高到達温度を高めて加熱効率を向上させるとともに、ウエハＷ面内の加熱温度を均一化することができる。

プロセスコントローラ８１からマイクロ波加熱処理装置１の各エンドデバイスにアニール処理を終了させる制御信号が送出されると、マイクロ波の生成が停止されると共に、ウエハＷの回転が停止し、処理ガスおよび冷却ガスの供給が停止されて、ウエハＷに対するアニール処理が終了する。次に、ゲートバルブＧＶが開状態にされて、支持ピン１６上のウエハＷの高さ位置を調整した後、図示しない搬送装置によって、ウエハＷが搬出される。

マイクロ波加熱処理装置１は、例えば半導体デバイスの作製工程において、拡散層に注入されたドーピング原子の活性化を行うためのアニール処理などの目的で好ましく利用できる。

次に、図１、図５、図１０Ａ、図１０Ｂ、図１１Ａ及び図１１Ｂを参照しながら、本実施の形態に係るマイクロ波加熱処理装置１およびマイクロ波加熱処理装置１を用いたウエハＷの処理方法の作用効果について説明する。本実施の形態では、回転駆動部１７を駆動させることによって、複数の支持ピン１６に支持されたウエハＷを水平方向に所定の速度で回転させながらアニール処理を行う。これによって、ウエハＷの面内において、周方向でのマイクロ波の放射が均一化される。従って、回転によって、ウエハＷの面内での周方向におけるアニール処理の均一化が実現できる。

また、本実施の形態では、ウエハＷの面内において、径方向でのマイクロ波照射の均一化を図るため、図５に示すように、４つのマイクロ波導入ポート１０を、ウエハＷの径方向に２つ以上のマイクロ波放射ゾーンが形成されるように区分して配置している。このような配置によって、ウエハＷを水平回転させながらアニール処理を行う場合に、ウエハＷの周方向における加熱の均一性とともに、ウエハＷの径方向における加熱の均一性を高めることができる。従って、ウエハＷの回転とマイクロ波導入ポート１０の配置とを組み合わせることによって、ウエハＷの面内でのアニール処理の均一化が実現できる。

ここで、図１０Ａ，図１０Ｂを参照しながら、マイクロ波導入ポート１０の配置を、Ｘ軸方向又はＹ軸方向に変化させた場合のウエハＷの電力吸収効率をシミュレーションした結果について説明する。このシミュレーションは、基準位置にある４つのマイクロ波導入ポート１０のうち、２つのマイクロ波導入ポート１０によって内側のマイクロ波放射ゾーンを形成し、他の２つのマイクロ波導入ポート１０を外側へ平行移動させて外側のマイクロ波放射ゾーンを形成する場合の最適な配置を決定することを目的として実施した。

図１０Ａ，図１０Ｂには、ウエハ面内でのマイクロ波電力の体積損失密度分布を示すシミュレーション結果のマップと、シミュレーションで得られた散乱パラメータ及びウエハ吸収電力Ｐｗを示している。また、図１０Ａ，図１０Ｂの左上端の枠内には、シミュレーションの対象としたマイクロ波導入ポート１０の基準位置と、そこからの移動方向をウエハＷの位置に投影して図示している。ここで、マイクロ波導入ポート１０の基準位置は、ウエハＷの中心Ｏから半径５５ｍｍの仮想円周上に、４つのマイクロ波導入ポート１０の中心が重なる配置とした。

図１０Ａは、基準位置の配置から、互いに隣接しない２つのマイクロ波導入ポート１０の中心の位置を、Ｘ軸方向の外側へ０〜１２０ｍｍまで１０ｍｍ単位でシフトさせた場合のシミュレーション結果を示している。図１０Ｂは、基準位置の配置から、互いに隣接しない２つのマイクロ波導入ポート１０の中心の位置を、Ｙ軸方向の外側へ０〜１００ｍｍまで１０ｍｍ単位でシフトさせた場合のシミュレーション結果を示している。

シミュレーションにおける他の条件は、以下のとおりである。処理容器は、角筒形の側壁部１２を有する形状とした。４つのマイクロ波導入ポート１０は、その長辺と短辺が、４つの側壁部１２の内壁面と平行になるように設けられており、マイクロ波導入ポート１０の長辺の長さＬ_１と短辺の長さＬ_２との比（Ｌ_１／Ｌ_２）は４である。また、４つのマイクロ波導入ポート１０は、互いに、一つのマイクロ波導入ポート１０をその長辺と垂直なＸ軸方向に平行移動させた場合に、平行な長辺を有する他のマイクロ波導入ポート１０に重ならないように配置されている。ウエハＷとしては、不純物としてヒ素などをドープしたシリコンを想定した。そして、図１０Ａ，図１０Ｂ中の左上端の枠内において、黒塗りで示す１つのマイクロ波導入ポートより５００〜３０００Ｗのマイクロ波を導入する条件で検討を行った。

ここで、ウエハＷの吸収電力は、散乱パラメータ（Ｓパラメータ）により計算することができる。入力電力をＰｉｎ、ウエハＷが吸収する全電力をＰｗとすると、全電力Ｐｗは、以下の式（１）によって求めることができる。なお、Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１、Ｓ４１は、４つのマイクロ波導入ポート１０のＳパラメータであり、黒塗りのマイクロ波導入ポート１０は、ポート１に該当する。

また、ウエハＷの面内における電力吸収の分布は、ウエハＷ面内のポインティングベクトルを用いて電磁波体積損失密度を求めることにより計算した。なお、ウエハＷが吸収する全電力Ｐｗは、以下の式（２）により求めることができる。これらの値を電磁界シミュレーターで計算し、ウエハＷ上にプロットすることによって、図１０Ａ，図１０Ｂに示すマップを作成した。これらのマップでは、白黒表記のため、厳密には表現できていないが、概ね、黒色が薄い（白い）部分ほど、ウエハＷ面内での電磁波体積損失密度が大きいことを示している。

図１０Ａに示すシミュレーション結果から、互いに隣接しない２つのマイクロ波導入ポート１０を、基準位置からＸ軸方向へシフトさせる場合には、例えば８０ｍｍ外側へ移動させた位置が、ウエハＷが吸収する全電力Ｐｗが大きく、かつウエハＷの面内における電力吸収分布も均一化していることから、外側のマイクロ波放射ゾーンを形成するために最適な配置であると考えられる。従って、上記シミュレーション条件の場合は、互いに隣接しない２つのマイクロ波導入ポート１０を、基準位置からＸ軸方向へ外側に例えば１０〜８０ｍｍの距離でシフトさせることが好ましい。また、図１０Ｂに示すシミュレーション結果から、互いに隣接しない２つのマイクロ波導入ポート１０を、基準位置からＹ軸方向へシフトさせる場合には、例えば５０ｍｍ外側へ移動させた位置が、ウエハＷが吸収する全電力Ｐｗが大きく、かつウエハＷの面内における電力吸収分布も均一化していることから、外側のマイクロ波放射ゾーンを形成するために最適な配置であると考えられる。従って、上記シミュレーション条件の場合は、互いに隣接しない２つのマイクロ波導入ポート１０を、基準位置からＹ軸方向へ外側に例えば１０〜７０ｍｍの距離でシフトさせることが好ましい。このようなシミュレーションにより、ウエハＷを回転させる場合の各種ウエハＷに対する最適なマイクロ波導入ポート１０の位置を決定することができる。そして、４つのマイクロ波導入ポート１０を複数のマイクロ波放射ゾーンを形成できるように区別して配置することで、ウエハＷの面内における電力吸収の分布を制御できることが確認された。

次に、図１０Ｃ及び図１０Ｄを参照しながら、処理容器２の隣り合う側壁部１２の接続部分の角部の内側の丸め加工がマイクロ波の反射に与える影響について検討したシミュレーション結果について説明する。図１０Ｃは、シミュレーションで想定したマイクロ波加熱処理装置の構成を模式的に示す説明図である。図１０Ｃでは、隣り合う側壁部１２の接続部分の角部に丸め加工を施した場合の側壁部１２の形状（内壁面の位置のみを示す）と、ウエハＷとの位置関係を模式的に示している。なお、図１０Ｃでは、図示しない天井部１１に設けられた４つのマイクロ波導入ポート１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの位置をウエハＷ上に投影して示している。図１０Ｃから見て取れるように、側壁部１２Ａと側壁部１２Ｂとの間、側壁部１２Ｂと側壁部１２Ｃとの間、側壁部１２Ｃと側壁部１２Ｄとの間、及び、側壁部１２Ｄと側壁部１２Ａとの間の角部Ｃは、いずれも曲率半径Ｒ_Ｃで丸め加工が施されている。他の構成は図１のマイクロ波加熱処理装置１と同様とした。

シミュレーションでは、角部Ｃの丸め加工の曲率半径Ｒ_Ｃを０ｍｍ（直角）から１８ｍｍまで１ｍｍ単位で変化させたときの散乱パラメータＳ１１及びＳ３１を解析した。ここで、マイクロ波は、マイクロ波導入ポート１０Ａから導入する設定とした。Ｓ１１は、マイクロ波導入ポート１０Ａでの放射マイクロ波と反射マイクロ波の散乱パラメータであり、Ｓ３１は、マイクロ波導入ポート１０Ａから放射され、マイクロ波導入ポート１０Ｃへ反射するマイクロ波の散乱パラメータである。

図１０Ｄにシミュレーション結果を示した。図１０Ｄより、曲率半径Ｒ_Ｃが１５〜１６ｍｍの範囲では、Ｓ１１、Ｓ３１ともに変動が少なく、かつ、比較的低い値となっている。従って、マイクロ波導入ポート１０へ入射する反射波を抑制し、マイクロ波電力の利用効率を高める観点から、処理容器２の隣り合う側壁部１２の接続部分の角部Ｃの丸め加工は、曲率半径Ｒ_Ｃが１５〜１６ｍｍの範囲内で施すことが好ましいことが確認された。なお、このシミュレーションは、処理容器２の隣り合う側壁部１２どうしの接続部分の角部Ｃの丸め加工に関して行ったが、各側壁部１２と底部１３のとの接続部分の角部の丸め加工についても、同様の曲率半径Ｒ_Ｃを好ましく適用できるものと考えられる。

以上のシミュレーション結果から、本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１を用いることで、ウエハＷに対して均一な加熱処理が実現できることも確認された。

以上のように、本実施の形態では、ウエハＷを回転させることに加え、マイクロ波導入ポート１０が内側のマイクロ波放射ゾーンと外側のマイクロ波放射ゾーンを形成するように配置することによって、アニール処理の面内均一性の向上を図っている。しかし、マイクロ波は定在波を形成するため、処理容器２内で定在波が発生した場合には、定在波の腹と節の位置が固定化されてしまう。定在波の腹の位置では局所的に電磁界が強くなり、節の位置では局所的に電磁界が弱くなるため、上記２つのマイクロ波放射ゾーンを形成するだけでは、ウエハＷの径方向におけるアニール処理に不均一が生じる場合がある。そこで、本実施の形態では、さらに好ましい態様として、昇降駆動部１８によって、ウエハＷの高さ位置を変化させる構成としている。図１から見て取れるように、支持ピン１６に支持されたウエハＷの高さ位置を変化させることは、マイクロ波導入ポート１０の透過窓３３の下面から支持ピン１６に支持されたウエハＷの表面までの距離（ギャップＧ）を変化させることに他ならない。ギャップＧを変化させれば、処理容器２内に定在波が形成されたとしても、該定在波とウエハＷとの相対的位置関係が変化する結果、ウエハＷの径方向におけるマイクロ波の放射分布を変えることができる。

次に、図１１Ａ〜図１１Ｈを参照しながら、マイクロ波加熱処理装置１においてウエハＷの高さ位置を変えてアニール処理を行った場合の実験結果について説明する。

＜実験例１＞
図１１Ａは、マイクロ波加熱処理装置１を用い、支持ピン１６上に支持された３００ｍｍ径ウエハＷの高さ位置を変化させてアニール処理をした場合のウエハＷの面内での温度変化を計測した実験結果を示すグラフである。この実験では、ポイント１（ウエハＷの中心Ｏから径方向に０ｍｍ）、ポイント２（同７５ｍｍ）、ポイント３（同１４５ｍｍ）の３か所を計測点とした。アニール処理は、マイクロ波周波数５．８ＧＨｚ、マイクロ波パワー２０００Ｗ、圧力９０ｋＰａ、窒素ガス流量１０ｓｌｍ（Ｌ／ｍｉｎ）として、５分間実施した。図１１Ａの横軸は、ウエハＷの高さ位置を、整流板２４の上面からの高さ（ｍｍ）で示している。なお、整流板２４の上面から、マイクロ波導入ポート１０を塞ぐ透過窓３３の下面までの高さは、６７ｍｍである。図１１Ａの縦軸は、ウエハＷの各計測ポイントにおける到達温度である。図１１Ａから、ポイント１とポイント２、３とでは、ウエハＷの高さ位置による加熱温度の傾向が大きく異なっていることがわかる。例えば、ウエハＷの面内の３か所の計測ポイントの温度差は、整流板２４の上面からの高さが２０ｍｍ前後のときは、２〜３℃程度であるのに対し、整流板２４の上面からの高さが３０ｍｍ前後では、４０℃程度にまで拡大している。このことは、ウエハＷの面内での温度分布は、ウエハＷの高さ位置によって変化するとともに、該高さ位置を変えることによって、ウエハＷの面内での温度分布を制御できることを示している。

＜実験例２＞
図１１Ｂは、マイクロ波加熱処理装置１を用い、不純物としてヒ素をドープしたシリコンウエハの高さ位置を変化させてアニール処理を行い、活性化させた場合のシート抵抗値の計測結果を示すグラフである。アニール処理の条件は、実験１と同様とした。図１１Ｂでは、ウエハＷの高さ位置を、整流板２４の上面から２１．２ｍｍ、２７．０ｍｍ、３１．２ｍｍに設定した場合と、高さ位置２７．０ｍｍでの３分間処理と高さ位置３１．２ｍｍでの２分間処理とを組み合わせた場合について、シート抵抗値（ρｓ）の平均と標準偏差を示している。また、図１１Ｂ中には、各高さ位置におけるシート抵抗のウエハＷの面内分布を示すマップも併記した。これらのマップは、白黒表示のため、シート抵抗の厳密な面内分布を表現できていないが、色の濃淡が少ないほどシート抵抗の分布が小さい（均一性がよい）ことを示している。

図１１Ｂより、ウエハＷの高さ位置が、整流板２４の上面から２７．０ｍｍ及び３１．２ｍｍの場合は、シート抵抗値の標準偏差が大きく、シート抵抗の面内分布を示すマップにも、大きなばらつきが確認できる。一方、ウエハＷの高さ位置が、整流板２４の上面から２１．２ｍｍの場合は、シート抵抗値の標準偏差が小さく、シート抵抗の面内分布を示すマップもほぼ均一な状態であることが確認できる。ここで、実験１の結果を参照すると、図１１Ａにおいて、ウエハＷの高さ位置が整流板２４の上面から２０ｍｍ前後で、ウエハＷの面内での温度分布がもっとも小さかったことから、図１１Ｂにおいて、ウエハＷの高さ位置が整流板２４の上面から２１．２ｍｍのときに、シート抵抗の面内均一性が高いことと一致している。一方で、図１１Ａにおいて、ウエハＷの高さ位置が、整流板２４の上面から３０ｍｍ前後の場合にウエハＷの面内の温度差が最も拡大していることと、図１１Ｂにおいて、ウエハＷの高さ位置が、整流板２４の上面から２７．０ｍｍ、３１．２ｍｍの場合にシート抵抗値のばらつきが大きいこととが一致している。

また、アニール処理の途中でウエハＷの高さ位置を２７．０ｍｍ（３分間）から３１．２ｍｍ（２分間）に変化させた場合には、高さ位置が２７．０ｍｍ又は３１．２ｍｍの場合に比べ、ウエハＷの面内でのシート抵抗の均一性が顕著に改善されている。これは、異なる２種の高さ位置を組み合わせた結果、それぞれの高さ位置におけるアニール処理の不均一性が相殺され、ウエハＷの面内でのシート抵抗の分布が解消されたためであると考えられる。

＜実験例３＞
マイクロ波加熱処理装置１を用い、支持ピン１６上に支持された３００ｍｍ径ウエハＷの高さ位置を変化させてアニール処理をした場合のウエハＷの面内での温度変化及びマイクロ波反射量を計測した。マイクロ波反射量は、検出器３５により計測した（以下、同様である）。この実験では、アニール処理は、マイクロ波周波数５．８ＧＨｚ、マイクロ波パワー３９００Ｗ、圧力１００ｋＰａ、窒素ガス流量５ｓｌｍ（Ｌ／ｍｉｎ）として、２分間実施した。

実験は、処理容器２の底壁１３の上面からウエハＷの裏面までの高さ(以下、「ウエハ高さ」と記すことがある）Ｚを変えて実施した。条件ＡはＺ＝３４ｍｍ、条件ＢはＺ＝３６ｍｍ、条件Ｃはアニール処理の途中でウエハ高さＺを３４ｍｍから３６ｍｍに切り替えた。条件Ｃにおけるウエハ高さＺの切り替えタイミングは、アニール処理の開始から約２５秒経過時点とした。条件Ａ及び条件Ｂでのアニール処理における、ウエハＷの温度と時間との関係を図１１Ｃに、マイクロ波反射量と時間との関係を図１１Ｄに、それぞれ示した。また、条件ＣにおけるウエハＷの温度と時間との関係を図１１Ｅに、マイクロ波反射量と時間との関係を図１１Ｆに、それぞれ示した。なお、図１１Ｅには、参照のため、条件Ａ、条件Ｂの結果も併記した。

図１１Ｃ、図１１Ｅから、条件Ａ（Ｚ＝３４ｍｍ）は、条件Ｂ（Ｚ＝３６ｍｍ）に比べ、昇温レートが速く、条件Ｂは、条件Ａよりも最高到達温度が高いことがわかる。そして、条件Ｃ（Ｚ＝３４ｍｍ⇒３６ｍｍ）は、昇温レートは条件Ａと同等であり、最高到達温度は条件Ｂと同等である。つまり、アニール処理の途中でウエハ高さＺを３４ｍｍから３６ｍｍに切り替えることによって、条件Ｃでは、条件Ａと同等の大きな昇温レートと条件Ｂと同等の高い到達温度の両方が得られている。

また、図１１Ｄより、条件Ｂ（Ｚ＝３６ｍｍ）の場合、条件Ａ（Ｚ＝３４ｍｍ）に比べて、処理時間が３０秒程度まではマイクロ波反射量が多いことが判る。一方、条件Ａ（Ｚ＝３４ｍｍ）では、処理時間が３０秒を超えたあたりから反射が増大している。これは、ウエハＷの温度上昇によって、処理容器２内のマッチングが変化したためであると考えられる。しかし、図１１Ｆから、アニール処理の途中でウエハ高さＺを変化させた条件Ｃでは、マイクロ波反射量を低減させることが可能になっている。

＜実験４＞
図１１Ｇは、マイクロ波加熱処理装置１を用い、支持ピン１６上に支持された３００ｍｍ径ウエハＷの高さ位置を変えてアニール処理をした場合のウエハＷの最高到達温度を計測した実験結果を示すグラフである。実験は、ウエハ高さＺを変えて実施した。アニール処理は、マイクロ波周波数５．８ＧＨｚ、マイクロ波パワー３９００Ｗ、圧力１００ｋＰａ、窒素ガス流量５ｓｌｍ（Ｌ／ｍｉｎ）として、５分間実施した。図１１Ｇより、ウエハ高さＺを変化させることによって、ウエハＷの加熱温度（最高到達温度）も変化しており、ウエハ高さＺが加熱効率に影響を与えることが確認された。

＜実験５＞
図１１Ｈは、マイクロ波加熱処理装置１を用い、実験４と同様の条件で支持ピン１６上に支持された３００ｍｍ径ウエハＷの高さ位置を変えてアニール処理をした場合のマイクロ波反射量を計測した実験結果を示すグラフである。図１１Ｈより、ウエハ高さＺを変化させることによって、マイクロ波反射量も変化しており、ウエハ高さＺがマイクロ波の吸収効率に影響を与えることが確認された。

以上の結果から、ウエハＷの高さ位置は、アニール処理におけるマイクロ波反射量、並びに、ウエハＷ面内での温度分布、シート抵抗の分布、昇温レート及び最高到達温度に大きな影響を与えることが明らかとなった。また、アニール処理の途中で、ウエハＷの高さ位置を変化させることによって、ウエハＷ面内での温度分布やシート抵抗を均一化できるとともに、マイクロ波の反射を抑え、昇温レート及び最高到達温度を高めて加熱効率を向上させ得ることが確認された。

以上のように、本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置および処理方法では、ウエハＷを水平方向に所定の速度で回転させながらアニール処理を行うことによって、ウエハＷの面内において、周方向でのマイクロ波の放射が均一化される。また、４つのマイクロ波導入ポート１０を、それらの中心Ｏ_Ｐが、２つの仮想の同心円のいずれかに重なるように配置して、２つのマイクロ波放射ゾーンを形成することによって、ウエハＷを水平回転させながらアニール処理を行う場合に、ウエハＷの周方向における加熱の均一性とともに、ウエハＷの径方向における加熱の均一性を高めることができる。さらに、本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置および処理方法では、アニール処理の途中で、ウエハＷの高さ位置を変化させることによって、ウエハＷ面内での処理の均一性をさらに改善することができる。従って、本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置および処理方法によれば、ウエハＷに対して均一な加熱処理を行うことが可能である。

次に、本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１の他の作用効果について説明する。本実施の形態では、マイクロ波導入ポート１０の特徴的な形状及び配置と、処理容器２の側壁部１２の形状と、の組み合わせによって、一つのマイクロ波導入ポート１０から処理容器２内に放射されたマイクロ波が、他のマイクロ波導入ポート１０へ進入することを極力抑制している。図１２Ａ，図１２Ｂは、長辺の長さＬ_１と短辺の長さＬ_２との比（Ｌ_１／Ｌ_２）が４以上であるマイクロ波導入ポート１０におけるマイクロ波の放射指向性を模式的に示している。図１２Ａは、マイクロ波導入ポート１０を天井部１１（図示せず）の下方から見た状態を示している。図１２Ｂは、マイクロ波導入ポート１０を短辺方向における天井部１１の断面において示したものである。図１２Ａ，図１２Ｂにおいて、矢印は、マイクロ波導入ポート１０から放射される電磁界ベクトル１００を示しており、矢印が長いほど、マイクロ波の指向性が強いことを示している。なお、図１２Ａ，図１２Ｂにおいて、Ｘ軸及びＹ軸は、いずれも天井部１１の下面と平行な方向であり、Ｘ軸はマイクロ波導入ポート１０の長辺に対し垂直な方向、Ｙ軸はマイクロ波導入ポート１０の長辺に対し平行な方向を意味し、また、Ｚ軸は、天井部１１の下面に対して垂直な方向を意味する。

本実施の形態では、前述のように、天井部１１に、長辺と短辺とを有する平面視矩形のマイクロ波導入ポート１０を４つ配置している。そして、本実施の形態で用いる各マイクロ波導入ポート１０は、比Ｌ_１／Ｌ_２を例えば２以上、好ましくは４以上としている。このため、図１２Ａに示すように、マイクロ波の放射指向性は、Ｘ軸に沿って（長辺と垂直な方向（短辺と平行な方向））が強く、支配的となる。従って、あるマイクロ波導入ポート１０から放射されたマイクロ波は、主に処理容器２の天井部１１に沿って伝搬し、その長辺と平行な側壁部１２の内壁面を反射面として反射される。ここで、本実施の形態では、処理容器２の４つの側壁部１２は、互いに直交して接続されており、４つのマイクロ波導入ポート１０は、それぞれ、その長辺と短辺が、４つの側壁部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄの内壁面と平行になるように設けられている。従って、４つの側壁部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄで生成する反射波の方向は、進行波のほぼ１８０度逆向きとなり、反射波が他のマイクロ波導入ポート１０へ向かうことは殆どない。

本実施の形態では、比Ｌ_１／Ｌ_２を２以上、好ましくは４以上としていることにより、図１２Ｂに示すように、マイクロ波導入ポート１０から放射されたマイクロ波は、横方向（Ｘ軸方向）への指向性が強くなり、主に天井部１１の下面に沿って横方向へ広がる。従って、マイクロ波導入ポート１０の直下に位置するウエハＷへ直接マイクロ波が照射されることが少なく、ウエハＷの高さ位置を上昇させてギャップＧを小さくした場合でも局所的な加熱が生じにくくなる。その結果、本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１では、ウエハＷに対して均一な処理を行うことが可能になる。

一方、マイクロ波導入ポート１０の比Ｌ_１／Ｌ_２が２未満である場合、図示は省略するが、マイクロ波の指向性は、Ｙ軸に沿って、長辺と平行な方向（短辺と垂直な方向）にも強まるため、相対的に長辺と垂直なＸ軸方向（短辺と平行な方向）への指向性が弱まり、マイクロ波の放射指向性に大きな強弱がなくなる。従って、比Ｌ_１／Ｌ_２が２未満（例えば長辺：短辺＝１：１）のマイクロ波導入ポート１０を図５のように配置した場合、例えばマイクロ波導入ポート１０Ａから放射されたマイクロ波は、マイクロ波導入ポート１０Ａの長辺に平行な方向（Ｙ軸方向）にも進行し、マイクロ波導入ポート１０Ｃへ進入する可能性が大きくなる。また、比Ｌ_１／Ｌ_２が２未満のマイクロ波導入ポート１０では、放射されるマイクロ波は、下方（つまり、Ｚ軸に沿ってウエハＷ側へ向かう方向）への指向性が強くなり、マイクロ波導入ポート１０の直下のウエハＷへ直接マイクロ波が照射される割合が大きくなるため、ウエハＷの高さ位置を上昇させてギャップＧを小さくした場合にウエハＷ面内での局所的な加熱が生じやすくなる。

また、本実施の形態では、図５に示すように、上記比Ｌ_１／Ｌ_２が例えば２以上である４つのマイクロ波導入ポート１０は、互いに隣接する２つのマイクロ波導入ポート１０の長辺の方向と平行な中心軸ＡＣが互いに直交するように、９０度ずつ角度をずらして配置されている。そして、各マイクロ波導入ポート１０は、それぞれの長辺と垂直な方向に平行移動させた場合に、平行な長辺を有する他のマイクロ波導入ポート１０に重ならないように配置されているため、マイクロ波導入ポート１０の長辺に垂直な方向において、マイクロ波の励起方向が同じマイクロ波導入ポート１０どうしの間で、マイクロ波及びその反射波が進入し合うことを抑制できる。さらに、４つのマイクロ波導入ポート１０のうち、互いに隣接しない２つのマイクロ波導入ポート１０を、それぞれの中心軸ＡＣが同一直線上に重ならないように配置することで、マイクロ波導入ポート１０の短辺に垂直な方向についても、マイクロ波の励起方向が同じマイクロ波導入ポート１０どうしの間で、マイクロ波及びその反射波が進入し合うことが殆どなくなる。このように、本実施の形態では、マイクロ波導入ポート１０の形状、特に上記比Ｌ_１／Ｌ_２と、その形状に起因するマイクロ波の放射指向性と、さらに処理容器２の側壁部１２の形状と、を考慮してマイクロ波導入ポート１０を配置しているため、一つのマイクロ波導入ポート１０から導入されたマイクロ波が、他のマイクロ波導入ポート１０へ進入することを出来るだけ回避し、電力の損失を最小限に抑制している。

本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１では、以上のように、特徴的なマイクロ波導入ポート１０の形状、配置及び側壁部１２の形状に、ウエハＷの回転と、さらに高さ位置の調節とを組み合わせることによって、図１２Ａ，図１２Ｂに示したような放射指向性を有するマイクロ波や、その逆方向に進行する反射波を効率よく利用し、ウエハＷの面内において、周方向だけでなく、径方向にも優れた均一性でアニール処理を行うことができる。

［第２の実施の形態］
次に、図１３〜図１５を参照しながら、本発明の第２の実施の形態に係るマイクロ波加熱処理装置について説明する。図１３は、本実施の形態に係るマイクロ波加熱処理装置１Ａの概略の構成を示す断面図である。図１４は、天井部１１に、内部にマイクロ波を伝送する導波路を有するアダプター部材としてのマイクロ波導入アダプター５０を装着した状態を示す説明図である。図１５は、マイクロ波導入アダプター５０に形成された溝の状態を示す説明図である。本実施の形態に係るマイクロ波加熱処理装置１Ａは、連続する複数の動作を伴って、例えば半導体デバイス製造用の半導体ウエハＷに対して、マイクロ波を照射してアニール処理を施す装置である。以下の説明では、第１の実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１との相違点を中心に説明し、図１３〜図１５に示すマイクロ波加熱処理装置１Ａにおいて、第１の実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１と同じ構成には同一の符号を付して説明を省略する。

マイクロ波加熱処理装置１Ａは、被処理体であるウエハＷを収容する処理容器２と、処理容器２内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入装置３Ａと、処理容器２内においてウエハＷを支持する支持装置４と、処理容器２内にガスを供給するガス供給機構５と、処理容器２内を減圧排気する排気装置６と、これらマイクロ波加熱処理装置１Ａの各構成部を制御する制御部８とを備えている。

マイクロ波導入装置３Ａは、処理容器２の上部に設けられ、処理容器２内に電磁波（マイクロ波）を導入するマイクロ波導入手段として機能する。図１３に示したように、マイクロ波導入装置３Ａは、マイクロ波を処理容器２に導入する複数のマイクロ波ユニット３０と、複数のマイクロ波ユニット３０に接続された高電圧電源部４０と、導波管３２とマイクロ波導入ポート１０との間でマイクロ波を伝送可能に接続するマイクロ波導入アダプター５０を有している。

本実施の形態では、複数のマイクロ波ユニット３０の構成は全て同一である。各マイクロ波ユニット３０は、ウエハＷを処理するためのマイクロ波を生成するマグネトロン３１と、マグネトロン３１において生成されたマイクロ波を処理容器２に伝送する導波管３２と、マイクロ波導入ポート１０を塞ぐように天井部１１に固定された透過窓３３とを有している。マイクロ波ユニット３０は、更に、導波管３２の途中に設けられたサーキュレータ３４、検出器３５およびチューナ３６と、サーキュレータ３４に接続されたダミーロード３７とを有している。

図１４に示すように、マイクロ波導入アダプター５０は、金属製の複数のブロック体が集合することにより構成されている。すなわち、マイクロ波導入アダプター５０は、中央に配置された一つの大型の中心ブロック５１と、中心ブロック５１の周囲に隣接して配置された４つの補助ブロック５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄとを有している。これらのブロック体は、例えばボルトなどの固定手段で天井部１１に固定されている。

図１５に示すように、中心ブロック５１は、その側面に複数の溝５１ａを有している。溝５１ａは、中心ブロック５１の側部において、中心ブロック５１の上面から下面に至るまで略Ｓ字形をなすように形成されている。溝５１ａの数は、マイクロ波ユニット３０の数に対応しており、本実施の形態では４つである。

各補助ブロック５２Ａ〜５２Ｄは、中心ブロック５１と組み合わされてマイクロ波導入アダプター５０を構成する。各補助ブロック５２Ａ〜５２Ｄは、中心ブロック５１の溝５１ａに対応して配置される。すなわち、各補助ブロック５２Ａ〜５２Ｄは、中心ブロック５１の溝５１ａが形成された側面に密着した状態で固定される。そして、中心ブロック５１の側面における溝５１ａの開放部分を各補助ブロック５２Ａ〜５２Ｄによって塞ぐことによって、マイクロ波を伝送可能な略Ｓ字形をなす導波路５３が形成される。つまり、溝５１ａ内の３つの壁と、各補助ブロック５２Ａ〜５２Ｄの１つの壁によって、導波路５３が形成される。導波路５３は、マイクロ波導入アダプター５０の上面から下面に至る貫通開口である。導波路５３の上端は、導波管３２の下端に接続し、導波路５３の下端は、マイクロ波導入ポート１０を塞ぐ透過窓３３に接続する。導波管３２は、導波路５３に位置合わせをされて、例えばボルトなどの固定手段でマイクロ波導入アダプター５０に固定される。導波路５３をＳ字形状とするのは、マイクロ波の伝送損失を極力少なくしながら、導波管３２とマイクロ波導入ポート１０との位置を水平方向にずらすためである。このように、複数のブロック体を組み合わせて利用することによって、簡易な金属加工で伝送損失の少ない導波路５３を形成でできる。

本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ａでは、マイクロ波導入アダプター５０を用いることによって、各マイクロ波ユニット３０及びマイクロ波導入ポート１０の配置の自由度を大幅に高めることができる。マイクロ波加熱処理装置１Ａでは、処理容器２の上部に４つのマイクロ波ユニット３０の各構成部を配置しなければならない。しかし、処理容器２の上方の設置スペースには限りがあるため、マイクロ波導入ポート１０に直接導波管３２を接続する構成では、隣接するマイクロ波ユニット３０どうしの干渉によって、マイクロ波導入ポート１０の配置が制約を受ける場合がある。本実施の形態で用いるマイクロ波導入アダプター５０は、Ｓ字形の導波路５３によって、導波管３２とマイクロ波導入ポート１０との相対的な位置を、互いに上下に重なる固定的な配置から、互いに上下に重ならないか、部分的にしか重ならない配置（つまり、横方向にずれた配置）へフレキシブルに調節できる。従って、マイクロ波導入アダプター５０を用いることによって、マイクロ波ユニット３０の設置スペースに制約を受けることなく、マイクロ波導入ポート１０を天井部１１の任意の位置に設けることができる。例えば、４つのマイクロ波導入ポート１０を天井部１１の中央付近に集中して配置する場合に、マイクロ波導入アダプター５０を利用することによって、マイクロ波ユニット３０どうしの干渉を回避することができる

以上のように、本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ａでは、マイクロ波導入アダプター５０を利用することによって、マイクロ波導入ポート１０の配置の自由度が大幅に向上する。従って、本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ａによれば、ウエハＷの面内における加熱の均一性を高め、ウエハＷに対して均一な加熱処理を行うことが可能である。

本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ａにおける他の構成及び効果は、第１の実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１と同様であるので説明を省略する。なお、マイクロ波導入アダプター５０は、マイクロ波導入ポート１０の配置や個数に応じて、様々な大きさと形状のブロック体を用いることができる。例えば、中心ブロック５１を設けず、補助ブロック５２Ａ〜５２Ｄのような小型のブロック体を２個ずつ組み合わせて導波路を形成するようにしてもよい。また、本実施の形態では、マイクロ波導入アダプター５０が各マイクロ波ユニット３０に共通して設けられているが、各マイクロ波ユニット３０について、個別にマイクロ波導入アダプター５０を設けてもよい。また、マイクロ波ユニット３０の一構成部分としてマイクロ波導入アダプター５０が含まれる構成としてもよい。

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、本発明のマイクロ波加熱処理装置は、半導体ウエハを被処理体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被処理体とするマイクロ波加熱処理装置にも適用できる。

また、マイクロ波ユニット３０の数（マグネトロン３１の数）や処理容器２に同時に導入されるマイクロ波の数は、上記実施の形態で説明した数に限られない。

１…マイクロ波加熱処理装置、２…処理容器、３…マイクロ波導入装置、４…支持装置、５…ガス供給機構、５ａ…ガス供給装置、６…排気装置、８…制御部、１０、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ…マイクロ波導入ポート、１２…側壁部、１４…シャフト、１５…アーム部、１６…支持ピン、１７…回転駆動部、１８…昇降駆動部、３０…マイクロ波ユニット、３１…マグネトロン、３２…導波管、３３…透過窓、３４…サーキュレータ、３５…検出器、３６…チューナ、３７…ダミーロード、４０…高電圧電源部、Ｗ…半導体ウエハ。

Claims (10)

1. 内部にマイクロ波放射空間を有するとともに被処理体を収容する処理容器と、
   前記処理容器内で被処理体を支持する支持装置と、
   前記被処理体を加熱処理するためのマイクロ波を生成して前記処理容器に導入するマイクロ波導入装置と、
   を備えたマイクロ波加熱処理装置であって、
   前記処理容器は、上壁、底壁及び互いに接続された４つの側壁を有し、
   前記上壁は、前記マイクロ波導入装置において生成された前記マイクロ波を前記処理容器に導入する複数のマイクロ波導入ポートを有しており、
   前記複数のマイクロ波導入ポートは、それぞれ、長辺と短辺とを有する平面視矩形をなし、その長辺と短辺が、前記４つの側壁の内壁面と平行になるように設けられており、
   前記支持装置は、被処理体に当接して支持する支持部材と、前記支持部材に支持された被処理体を回転させる回転機構とを備えていることを特徴とするマイクロ波加熱処理装置。
2. 前記支持装置は、さらに、前記支持部材が被処理体を支持する高さ位置を調節する高さ位置調節機構を備えている請求項１に記載のマイクロ波加熱処理装置。
3. 前記複数のマイクロ波導入ポートは第１ないし第４のマイクロ波導入ポートを含み、前記第１ないし第４のマイクロ波導入ポートは、前記上壁の中心から外側へ向かう方向に、内側のマイクロ波放射ゾーンを形成する２つのマイクロ波導入ポートと、外側のマイクロ波放射ゾーンを形成する２つのマイクロ波導入ポートと、に区分されている請求項１又は２に記載のマイクロ波加熱処理装置。
4. 前記内側のマイクロ波放射ゾーンを形成する２つのマイクロ波導入ポートは、それらの中心が、２つの仮想の同心円のうちの内側の円周上に重なり、前記外側のマイクロ波放射ゾーンを形成する２つのマイクロ波導入ポートは、それらの中心が、２つの仮想の同心円のうち外側の円周上に重なるように、それぞれ配置されている請求項３に記載のマイクロ波加熱処理装置。
5. 前記第１ないし第４のマイクロ波導入ポートは、互いに隣接する２つのマイクロ波導入ポートの長辺の方向と平行な中心軸が互いに直交するように、かつ、互いに隣接しない２つのマイクロ波導入ポートの前記中心軸が同一直線上に重ならないように配置されている請求項３または４に記載のマイクロ波加熱処理装置。
6. 前記マイクロ波導入ポートの長辺の長さＬ_１と短辺の長さＬ_２との比（Ｌ_１／Ｌ_２）が、４以上である請求項１ないし５のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱処理装置。
7. 前記マイクロ波導入装置は、
   マイクロ波を前記処理容器へ向けて伝送する導波管と、
   前記処理容器の上壁の外側に装着され、複数の金属製のブロック体によって構成されたアダプター部材と、
   を備え、
   前記アダプター部材は、内部にマイクロ波を伝送する略Ｓ字形をした導波路を有している請求項１ないし６のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱処理装置。
8. 前記導波路は、その一端側が前記導波管に接続され、他端側が前記マイクロ波導入ポートに接続されることによって、前記導波管と前記マイクロ波導入ポートの一部もしくは全部が互いに上下に重ならない位置で接続している請求項７に記載のマイクロ波加熱処理装置。
9. 内部にマイクロ波放射空間を有するとともに被処理体を収容する処理容器と、
   前記処理容器内で被処理体を支持する支持装置と、
   前記被処理体を加熱処理するためのマイクロ波を生成して前記処理容器に導入するマイクロ波導入装置と、
   を備えたマイクロ波加熱処理装置を用いて前記被処理体を加熱処理する処理方法であって、
   前記処理容器は、上壁、底壁及び互いに接続された４つの側壁を有し、
   前記上壁は、前記マイクロ波導入装置において生成された前記マイクロ波を前記処理容器に導入する複数のマイクロ波導入ポートを有しており、
   前記複数のマイクロ波導入ポートは、それぞれ、長辺と短辺とを有する平面視矩形をなし、その長辺と短辺が、前記４つの側壁の内壁面と平行になるように設けられており、
   前記支持装置は、被処理体に当接して支持する支持部材と、前記支持部材に支持された被処理体を回転させる回転機構とを備えており、
   前記複数のマイクロ波導入ポートは、前記上壁の中心から外側へ向かう方向に、内側のマイクロ波放射ゾーンを形成するマイクロ波導入ポートと、外側のマイクロ波放射ゾーンを形成するマイクロ波導入ポートと、に区分されており、
   前記回転機構により、前記支持部材に支持された被処理体を回転させながら、前記複数のマイクロ波導入ポートから、それぞれマイクロ波を導入して被処理体を処理することを特徴とする処理方法。
10. 前記支持装置は、さらに、前記支持部材が被処理体を支持する高さ位置を調節する高さ位置調節機構を備えており、
    前記高さ位置調節機構により、前記支持部材に支持された被処理体を、第１の高さ位置に設定して処理する第１のステップと、前記第１の高さ位置とは異なる第２の高さ位置に設定して処理する第２のステップと、を備えている請求項９に記載の処理方法。