JP2014170787A - マイクロ波加熱処理装置および処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な設備でパージガスの使用量を抑制しながらパージ処理の時間を短縮できる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の処理容器２の内部は、隔壁７と処理容器２とによって、少なくとも、ウエハＷが収容される第１の部屋Ｓ１と、ガス導入部２６によってパージガスが直接導入される第２の部屋Ｓ２と、に区画されている。ガス導入部２６から、第２の部屋Ｓ２にパージガスを導入することによって、隔壁７の複数のガス孔７ａを介してパージガスを第２の部屋Ｓ２から第１の部屋Ｓ１へ拡散させて、第１の部屋Ｓ１の雰囲気をパージする。
【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。

近年、半導体ウエハに対してアニール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。マイクロ波を利用した加熱装置として、例えば、特許文献１では、排気可能な処理容器内に、基板を加熱するための電磁波導入手段を備えた加熱処理装置が提案されている。また、特許文献２では、処理容器内にマイクロ波を撹拌するための攪拌機と、この攪拌機から落下するパーティクルが基板上に付着することを防ぐための仕切板を備えたマイクロ波照射装置が提案されている。

ところで、加熱処理装置において、処理容器内に高濃度の酸素が存在した状態で加熱処理を行うと、基板上の金属膜等が酸化してしまうおそれがある。そのため、加熱処理装置では、基板の搬入・搬出動作毎に、処理容器内の雰囲気を例えばＮ_２などの不活性ガスによって置換し、酸素を追い出すためのパージ処理が行われる。なお、上記特許文献１、２の装置では、パージ処理のための機構については開示されていない。

特開２０１１−７７０６５号公報（例えば、図１） 特開２０１２−１９１１５８号公報（例えば、図１）

パージ処理は、通常、基板の入れ替え毎に行われるため、パージ処理に要する時間は、基板処理のスループットに大きな影響を与え、半導体装置の生産性を左右する。パージ処理の時間は、主に（１）処理容器の容積、（２）処理容器内の圧力及び（３）パージガスの流量によって決定される。そのため、パージ処理時間の短縮を図る上では、上記（１）〜（３）を考慮に入れる必要がある。しかし、上記特許文献１、２に挙げたように、基板にマイクロ波を照射して加熱処理を行うマイクロ波加熱処理装置では、処理容器の形状や寸法が電磁界分布に影響を与えるため、処理容器の容積や形状について設計変更を行うことは現実的ではない。また、処理容器内の圧力制御、特に処理容器内を高真空状態にすることは、パージ処理時間の短縮に有効であるものの、耐圧容器や、真空ポンプ、圧力制御バルブなどの設備が必要となるため、装置の簡素化、低コスト化という観点から好ましくない。さらに、パージガスの流量を増加させることは、パージ処理時間の短縮に有効であるものの、Ｎ_２などの不活性ガスの使用量の増加はコスト増につながるため、ガス流量を抑制しながらパージ効率を最大化する工夫が求められていた。

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、簡易な設備でパージガスの使用量を抑制しながらパージ処理の時間を短縮できる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、上壁、底壁及び側壁を有し、被処理体を収容する処理容器と、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内に導入するマイクロ波導入装置と、前記処理容器内にパージガスを導入するパージガス導入部と、
前記処理容器内で前記被処理体を支持する支持部材と、前記支持部材と前記パージガス導入部との間に配置され、前記パージガスを通過させる複数のガス孔を有する誘電体隔壁と、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、前記処理容器の内部は、前記誘電体隔壁と前記処理容器とによって、少なくとも、被処理体が収容される第１の部屋と、前記パージガス導入部によって前記パージガスが直接導入される第２の部屋と、に分割されている。そして、本発明のマイクロ波加熱処理装置は、前記第２の部屋に導入されたパージガスが、前記誘電体隔壁の前記ガス孔を介して前記第２の部屋から前記第１の部屋へ拡散し、前記第１の部屋の雰囲気をパージするように構成されている。

本発明のマイクロ波加熱処理装置は、前記パージガス導入部からパージガスを導入している間の前記第１の部屋のパージガスの濃度をＣ１、前記第２の部屋のパージガスの濃度をＣ２としたとき、Ｃ２＞Ｃ１となるように構成されていてもよい。

本発明のマイクロ波加熱処理装置において、前記誘電体隔壁は、前記支持部材の上方に設けられていてもよい。

本発明のマイクロ波加熱処理装置において、前記誘電体隔壁は、前記支持部材の上方と下方にそれぞれ設けられていてもよい。この場合、前記処理容器内は、被処理体が収容される第１の部屋と、前記被処理体の上方に設けられた誘電体隔壁と前記処理容器とによって画定される上部の第２の部屋と、前記被処理体の下方に設けられた誘電体隔壁と前記処理容器とによって画定される下部の第２の部屋と、に分割されていてもよい。そして、前記上部の第２の部屋及び前記下部の第２の部屋に、前記パージガスを導入するパージガス導入部をそれぞれ備えていてもよい。

本発明のマイクロ波加熱処理装置において、前記誘電体隔壁は、被処理体の上下左右を囲むように設けられ、かつ、開口部を有していてもよい。この場合、該開口部は、前記第１の部屋が被処理体を搬入出するために前記処理容器に形成された開口に連通するように形成されていてもよい。

本発明のマイクロ波加熱処理装置において、前記ガス孔は、少なくとも、前記誘電体隔壁における被処理体に対向する領域に設けられていてもよい。

本発明のマイクロ波加熱処理装置は、前記誘電体隔壁の内部に、冷媒を流通させる流路を有していてもよい。

本発明のマイクロ波加熱処理装置は、前記誘電体隔壁が、石英によって形成されていてもよい。

本発明のマイクロ波加熱処理装置において、前記処理容器の上壁は、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てもよい。

本発明の処理方法は、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である。本発明の処理方法において、前記マイクロ波加熱処理装置は、上壁、底壁及び側壁を有し、前記被処理体を収容する処理容器と、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内に導入するマイクロ波導入装置と、前記処理容器内にパージガスを導入するパージガス導入部と、前記処理容器内で前記被処理体を支持する支持部材と、前記支持部材と前記パージガス導入部との間に配置され、前記パージガスを通過させる複数のガス孔を有する誘電体隔壁と、を備えている。本発明の処理方法において、前記処理容器の内部は、前記誘電体隔壁と前記処理容器とによって、少なくとも、被処理体が収容される第１の部屋と、前記パージガス導入部によって前記パージガスが直接導入される第２の部屋と、に区画されている。そして、本発明の処理方法は、前記パージガス導入部から前記第２の部屋へパージガスを導入することによって、該第２の部屋に導入されたパージガスを、前記誘電体隔壁の前記ガス孔を介して前記第１の部屋へ拡散させて該第１の部屋の雰囲気をパージするパージ処理工程と、前記パージガス導入部から前記第２の部屋へパージガスを導入することによって、該第２の部屋に導入されたパージガスを、前記誘電体隔壁の前記ガス孔を介して前記第１の部屋へ拡散させながら、前記マイクロ波導入装置によって前記処理容器内にマイクロ波を導入して前記被処理体を加熱処理するアニール処理工程と、を含む。

本発明の処理方法は、前記パージ処理工程及び前記アニール処理工程における前記第１の部屋のパージガスの濃度をＣ１、前記第２の部屋のパージガスの濃度をＣ２としたとき、Ｃ２＞Ｃ１であってもよい。

本発明の処理方法は、前記被処理体を前記処理容器に搬入し、及び／又は、前記処理容器から搬出する毎に、前記パージ処理工程を行うことによって、複数の被処理体を順次処理してもよい。

本発明のマイクロ波加熱処理装置及び処理方法によれば、簡易な設備でパージガスの使用量を抑制しながらパージ処理の時間を短縮できる。従って、本発明のマイクロ波加熱処理装置及び処理方法によって、基板などの被処理体の処理のスループットを向上させることができる。

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。 本発明の第１の実施の形態における隔壁の平面図である。 本発明の第１の実施の形態における隔壁のガス孔の一例を示す拡大断面図である。 本発明の第１の実施の形態における隔壁のガス孔の別の例を示す拡大断面図である。 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上面を示す平面図である。 図１に示した制御部の構成を示す説明図である。 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。 本発明の第３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。 本発明の第４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。

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、処理容器２の内部を複数の領域に区画する隔壁７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。

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とを連結する角筒状の側壁部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。なお、側壁部１２は円筒状であってもよい。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。また、天井部１１には、処理容器２内にガスを導入するためのガス導入部２６が設けられている。

＜マイクロ波導入装置＞
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。

＜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の外部まで延びる管状のシャフト１４と、シャフト１４の上端付近においてほぼ水平方向に設けられたアーム部１５と、アーム部１５に着脱可能に装着された支持部材としての複数の支持ピン１６とを有している。さらに、支持装置４は、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。

複数（本実施の形態では３本）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。各支持ピン１６は、アーム部１５に着脱可能に装着されている。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を形成する誘電体材料としては、例えば、石英、セラミックス等を用いることができる。なお、支持ピン１６の本数は、ウエハＷを安定して支持できれば３本に限らない。

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を水平方向に回転運動させる回転機構を構成している。複数の支持ピン１６及びアーム部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を水平方向に円運動（公転）させる。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。なお、マイクロ波加熱処理装置１において、回転駆動部１７、昇降駆動部１８及び可動連結部１９は任意の構成であり、これらを設けなくてもよい。

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。

＜排気装置＞
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。また、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。マイクロ波加熱処理装置１において、処理容器２内のパージ処理を行う場合は、例えば上記施設の排気設備を利用して処理容器２内に供給されるパージガス量と排気されるガス量が釣り合う程度に排気を行い、処理容器２内を一定の圧力に保つことが好ましい。

＜ガス供給機構＞
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、一つ又は複数の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一つ又は複数の配管２３（１本のみ図示）と、を備えている。ガス供給機構５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（ＭＦＣ）２４および一つ又は複数の開閉バルブ２５（一つのみ図示）を備えている。処理容器２内に供給されるガスの流量等は、マスフローコントローラ２４および開閉バルブ２５によって制御される。配管２３は、処理容器２の天井部１１に設けられたガス導入部２６に接続されている。

ガス供給装置５ａは、配管２３、ガス導入部２６を介して処理容器２内へ、例えば雰囲気を置換するためのパージガスを供給する。パージガスとしては、例えばＮ_２等の不活性ガスを用いることができる。また、ガス供給機構５は、パージガス以外に、処理ガスまたは冷却ガスとして、例えば、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｏ_２、Ｈ_２等のガスを処理容器２内へ供給できるように構成されていてもよい。なお、処理容器２内へのガスの導入は、例えば複数のガス噴射口からガス導入を行うシャワーヘッド方式や、側壁部１２からガス導入を行うサイドフロー方式を利用してもよい。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。

＜隔壁＞
隔壁７は、支持部材としての支持ピン１６に支持されたウエハＷの上方に、ウエハＷに対向して設けられている。隔壁７は、パージガスを通過させる複数のガス孔７ａを有している。隔壁７は、処理容器２の側壁部１２に固定されている。隔壁７は、ガスを遮断し、かつマイクロ波を透過する性質を有する誘電体材料によって構成されている。本実施の形態では、２．４５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ等の周波数のマイクロ波の透過性が高い材質、例えば石英や、石英と同程度の誘電率及び誘電正接を有する合成樹脂等の材料（誘電率εr×誘電正接tanδが０．００５より小さい材料）を用いることがより好ましい。このように、使用するマイクロ波の周波数に応じて高い透過性を有する誘電体を用いることによって、マイクロ波の伝播や拡散にとって隔壁７が存在しない状態と等価になり、マイクロ波によるウエハＷの加熱に対してほとんど障害となることがない。

処理容器２の内部は、隔壁７と処理容器２とによって、少なくとも、ウエハＷが収容される第１の部屋Ｓ１と、ガス導入部２６によってパージガスが直接導入される第２の部屋Ｓ２と、に区画されている。このように、処理容器２内の空間は、隔壁７によって、２分割されている。側壁部１２の第１の部屋Ｓ１に臨む部分には、搬入出口１２ａが設けられている。つまり、第１の部屋Ｓ１は、ゲートバルブＧＶを開放した状態で、搬入出口１２ａを介して処理容器２の外部と連通可能に構成されている。また、第１の部屋Ｓ１は、排気装置６又は施設の排気設備に接続する処理容器２の排気用開口（例えば排気口１３ａ）に接続されている。

天井部１１における第２の部屋Ｓ２に臨む部分には、上記のとおりガス導入部２６が設けられており、第２の部屋Ｓ２へパージガスが導入される。ガス導入部２６から、第２の部屋Ｓ２に導入されたパージガスは、隔壁７の複数のガス孔７ａを介して第２の部屋Ｓ２から第１の部屋Ｓ１へ拡散していく。このようにして、第１の部屋Ｓ１の雰囲気を置換できるように構成されている。また、ガス導入部２６からパージガスを導入している間の第１の部屋Ｓ１のパージガスの濃度をＣ１、第２の部屋Ｓ２のパージガスの濃度をＣ２としたとき、Ｃ２＞Ｃ１の関係となるように、隔壁７における複数のガス孔７ａは、それらの大きさ、流路抵抗、個数、開口率、配置などが規定されている。

ガス孔７ａは、ウエハＷ表面及び近傍の雰囲気をパージしやすくするため、少なくとも、隔壁７におけるウエハＷに対向する領域に設けておくことが好ましい。具体的には、複数のガス孔７ａが、ウエハＷの面積と同等以上の面積に分布するように形成することが好ましい。図２は、ガス孔７ａの配設例を示す隔壁７の平面図である。図２では、隔壁７に対向するウエハＷの位置を破線で示している。図２に示した例では、複数の平面視円形のガス孔７ａが、隔壁７の中心（本実施の形態ではウエハＷの中心に一致する）から放射状、かつ同心円状に、ウエハＷの面積以上の広さの領域に配設されている。

ガス孔７ａは、隔壁７を貫通する開口である。ガス孔７ａは、上記Ｃ２＞Ｃ１の関係を維持できるように、パージガスを通過させる際の流路抵抗を考慮して、例えば直径１ｍｍ以下、好ましくは直径０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下の範囲内に形成することができる。なお、ガス孔７ａの形状や配置は、図２に示した配置に限るものではない。例えば、ガス孔７ａの形状は、円形以外に、楕円形、四角形等の形状でもよいし、ガス孔７ａの配置は、例えば格子状、螺旋状などでもよい。また、隔壁７における領域によって、ガス孔７ａの大きさ（径）や形状を変化させてもよい。また、隔壁７におけるガス孔７ａの個数は特に制限はない。複数のガス孔７ａによる開口率は、例えば1×１０^−２〜１×１０^−４の範囲内とすることが好ましい。ここで、開口率とは、複数のガス孔７ａによる開口面積の合計が、隔壁７の面積に対して占める割合を意味し、「隔壁７の面積」とは、ガス孔７ａが存在しない平面と仮定した場合の隔壁７の上下いずれかの面の面積を意味する。開口率を上記範囲内とすることによって、Ｃ２＞Ｃ１の関係を維持しながら、パージガスが直接導入される第２の部屋Ｓ２側からウエハＷが収容される第１の部屋Ｓ１側へ向けてパージガスを効率良く拡散させることが可能となる。

また、好ましい態様として、ガス孔７ａに絞り構造を設けてもよい。図３Ａ及び図３Ｂは、絞り構造を有するガス孔７ａの構成例を示している。図３Ａでは、ガス孔７ａは、ガス導入部２６によってパージガスが直接導入される第２の部屋Ｓ２側から、ウエハＷが収容される第１の部屋Ｓ１側へ向けて、開口径が狭くなるように形成されている。すなわち、テーパー状に形成されたガス孔７ａの傾斜壁面７ｂが絞り部となっており、第２の部屋Ｓ２側から第１の部屋Ｓ１側の出口へ向けて流路抵抗が高くなるように形成されている。また、図３Ｂでは、ガス孔７ａは、第２の部屋Ｓ２側及び第１の部屋Ｓ１側から、それぞれ隔壁７の厚み方向の中央側へ向けて開口径が狭くなるように形成されている。この場合も、テーパー状に形成されたガス孔７ａの傾斜壁面７ｂが絞り部となっている。このような絞り構造を有する形状とすることで、ガス孔７ａの流路抵抗を調節し、上記Ｃ２＞Ｃ１の関係を維持しやすくなる。また、絞り構造によって、ガス孔７ａを通過する際のパージガスの流速を高め、第１の部屋Ｓ１側から第２の部屋Ｓ２側へ向けて雰囲気中の酸素ガスが進入することを妨げ、隔壁７の作用を向上させることができる。なお、ガス孔７ａの絞り構造は、図３Ａ，図３Ｂに例示する形状に限るものではない。

＜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図示しない複数の放射温度計と、これらの放射温度計に接続された温度計測部２７とを備えている。

＜マイクロ波導入装置＞
次に、図１、図４及び図５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。図５は、図１に示した処理容器２の天井部１１の上面を示す平面図である。

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。

図５に示したように、本実施の形態では、処理容器２は、天井部１１において全体として略十字形をなすように周方向に等間隔に配置された４つのマイクロ波導入ポート１０を有している。各マイクロ波導入ポート１０は、長辺と短辺とを有する平面視矩形をなしている。各マイクロ波導入ポート１０の大きさや、長辺と短辺の比は、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に対するアニール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。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。

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）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。

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をオン・オフ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。

＜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６は、図１に示した制御部８の構成を示す説明図である。図６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、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。

本実施の形態の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。

［処理手順］
次に、マイクロ波加熱処理装置１においてウエハＷに対してアニール処理を施す際の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が所定の高さにセットされる。

上記ウエハＷの搬入動作中は、ゲートバルブＧＶが開放されて外気が処理容器２内に進入してくるため、ガス供給装置５ａからガス導入部２６を介して、第２の部屋Ｓ２にパージガスを連続的に導入しておく。パージガスを導入し続けることによって、上記Ｃ２＞Ｃ１の関係を維持し、第２の部屋Ｓ２へ酸素を含む外気が進入しないようにする。第２の部屋Ｓ２へ導入されたパージガスは、第２の部屋Ｓ２と第１の部屋Ｓ１とのパージガスの濃度勾配及び圧力差によって、少しずつ第１の部屋Ｓ１へ拡散していく。

次に、ゲートバルブＧＶを閉状態にして、必要な場合は排気装置６によって処理容器２内を減圧排気しながら、ガス供給装置５ａからガス導入部２６を介して処理容器２内にパージガスを導入しながらパージ処理を行う。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。なお、第２の部屋Ｓ２のパージガスの濃度Ｃ２は、第１の部屋Ｓ１の濃度Ｃ１よりも高い状態となっているため、パージ処理は、主に、第１の部屋Ｓ１が対象になる。このため、処理容器２の全体の容積に比べ小さく、パージ処理の時間を短縮できる。

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、ウエハＷ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。なお、アニール処理の間に、支持装置４によって、ウエハＷを水平方向回転させてもよいし、さらにウエハＷの高さを変化させてもよい。アニール処理の間にウエハＷを回転させたり、ウエハＷの高さ位置を変位させたりすることによって、ウエハＷに照射されるマイクロ波の偏りを少なくし、ウエハＷ面内の加熱温度を均一化することができる。

上記アニール処理の間、ガス導入部２６から、第２の部屋Ｓ２に少量のパージガスを連続的に導入し続けることによって、上記Ｃ２＞Ｃ１の関係を維持し、第２の部屋Ｓ２へ酸素を含む外気が進入しないようにする。第２の部屋Ｓ２へ導入されたパージガスは、第２の部屋Ｓ２と第１の部屋Ｓ１とのパージガスの濃度勾配及び圧力差によって、少しずつ第１の部屋Ｓ１へ拡散していき、さらに排気口１３ａから排出されていく。このようにして、アニール処理の間も、第１の部屋Ｓ１内の雰囲気の置換が、連続的かつゆっくりと進行する。

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。

上記ウエハＷの搬出動作中は、ゲートバルブＧＶが開放されて外気が処理容器２内に進入してくるため、ガス導入部２６から、第２の部屋Ｓ２に少量のパージガスを連続的に導入することによって、上記Ｃ２＞Ｃ１の関係を維持し、第２の部屋Ｓ２へ酸素を含む外気が進入しないようにする。第２の部屋Ｓ２へ導入されたパージガスは、第２の部屋Ｓ２と第１の部屋Ｓ１とのパージガスの濃度勾配及び圧力差によって、少しずつ第１の部屋Ｓ１へ拡散していく。

以上の動作を繰り返すことによって、ウエハＷを入れ替えながら、マイクロ波加熱処理装置１において複数枚のウエハＷに対してアニール処理を行うことができる。

＜作用＞
次に、本実施の形態に係るマイクロ波加熱処理装置１の作用効果について説明する。マイクロ波加熱処理装置１の処理容器２は、ウエハＷを搬入し、もしくは、搬出するために、側壁部１２に搬入出口１２ａを有している。そのため、処理容器２には、ウエハＷの搬入出毎に、外部の雰囲気、例えば酸素が混入する。処理容器２内に酸素が混入した状態で、ウエハＷをアニール処理すると、ウエハＷの表面の金属膜などが酸化されてしまう懸念がある。処理容器２内に混入した酸素等の外気を短時間で追い出すための手段として、処理容器２内を例えば１０〜１×１０^４Ｐａ程度の高真空状態にしてパージ処理を行う方法や、処理容器２内に例えば１０，０００〜２００，０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）程度の大流量のパージガスを導入してパージ処理を行う方法などが考えられる。しかし、処理容器２内を高真空状態にすることは、耐圧容器や、真空ポンプ、圧力制御バルブなどの設備が必要となるため、装置の簡素化、低コスト化という観点から好ましくない。また、パージガスの流量増加は、コスト増につながる。

そこで、本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１は、上記方法によらず、処理容器２内の酸素を効果的に排気するため、処理容器２の内部を、隔壁７と処理容器２とによって、少なくとも、ウエハＷが収容される第１の部屋Ｓ１と、ガス導入部２６によってパージガスが直接導入される第２の部屋Ｓ２と、に区画している。ウエハＷの搬入、搬出時に進入する外気は、隔壁７の存在によって、第２の部屋Ｓ２への進入が抑制され、大部分が第１の部屋Ｓ１に留まる。そして、マイクロ波加熱処理装置１では、ガス導入部２６から、第２の部屋Ｓ２にパージガスを導入することによって、隔壁７の複数のガス孔７ａを介してパージガスを第２の部屋Ｓ２から第１の部屋Ｓ１へ拡散させて、第１の部屋Ｓ１の雰囲気をパージする。この場合、実質的に雰囲気の置換が必要となる容積は、ほぼ第１の部屋Ｓ１の容積に等しい。そのため、処理容器２の内部全体をパージする場合に比べ、短時間でパージ処理を完了させることができる。また、パージ処理に必要なパージガスの総流量も、処理容器２の内部全体をパージする場合に比べ、大幅に節減できる。さらに、効率の良いパージ処理が可能になるため、処理容器２内を高真空状態にする必要がなく、真空設備も最小限で足りる。

また、ガス導入部２６から所定の流量でパージガスを導入するパージ処理の間に限らず、例えば、ウエハＷの搬入出動作の間や、ウエハＷに対してアニール処理を行っている間においても、常時、ガス導入部２６から第２の部屋Ｓ２へ少量のパージガスを連続的に導入しておくことができる。少量のパージガスを連続的に第２の部屋Ｓ２へ導入しておくことによって、第１の部屋Ｓ１のパージガスの濃度をＣ１、第２の部屋Ｓ２のパージガスの濃度をＣ２としたとき、Ｃ２＞Ｃ１の関係を維持できる。これによって、処理容器２の外部から混入した酸素が、ガス孔７ａを介して第１の部屋Ｓ１から第２の部屋Ｓ２に拡散することが防止される。

以上のように、本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１および処理方法では、簡易な設備でパージガスの使用量を抑制しながらパージ処理の時間を短縮できる。従って、マイクロ波加熱処理装置１を用いることによって、ウエハＷの処理のスループットを向上させることができる。

［第２の実施の形態］
次に、図７を参照して、本発明の第２の実施の形態のマイクロ波加熱処理装置について説明する。図７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。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７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。

本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ａは、支持ピン１６によって支持された状態のウエハＷの上方と下方にそれぞれ誘電体隔壁を備えている。すなわち、マイクロ波加熱処理装置１Ａは、支持ピン１６の上方に隔壁７を有しており、支持ピン１６の下方に、隔壁１０７を有している。隔壁７は、第１の実施の形態における隔壁７と同様の構成であり、複数のガス孔７ａを有している。また、隔壁１０７も、第１の実施の形態における隔壁７と同様の構成であり、複数のガス孔１０７ａを有している。

本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ａの処理容器２内は、ウエハＷが収容される第１の部屋Ｓ１と、この第１の部屋Ｓ１よりも上方に設けられた上部の第２の部屋Ｓ２１と、第１の部屋Ｓ１よりも下方に設けられた下部の第２の部屋Ｓ２２と、を有している。

第１の部屋Ｓ１は、隔壁７と、隔壁１０７と、処理容器２の側壁部１２とによって画定される。側壁部１２の第１の部屋Ｓ１に臨む部分には、搬入出口１２ａが設けられており、第１の部屋Ｓ１は、ゲートバルブＧＶを開放した状態で、搬入出口１２ａを介して処理容器２の外部と連通可能に構成されている。上部の第２の部屋Ｓ２１は、隔壁７と、処理容器２の天井部１１と、側壁部１２とによって画定される。下部の第２の部屋Ｓ２２は、隔壁１０７と、処理容器２の底部１３と、側壁部１２とによって画定される。このように、処理容器２内の空間は、上下１対の隔壁７，１０７によって、３分割されている。

本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ａにおいて、ガス供給機構５は、一つ又は複数の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１２３Ａ，１２３Ｂと、を備えている。また、ガス供給機構５は、配管１２３Ａの途中に設けられたマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１２４Ａおよび一つ又は複数の開閉バルブ１２５Ａ（一つのみ図示）を備えている。処理容器２の上部の第２の部屋Ｓ２１へ供給されるガスの流量等は、マスフローコントローラ１２４Ａおよび開閉バルブ１２５Ａによって制御される。さらに、ガス供給機構５は、配管１２３Ｂの途中に設けられたマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１２４Ｂおよび一つ又は複数の開閉バルブ１２５Ｂ（一つのみ図示）を備えている。処理容器２の下部の第２の部屋Ｓ２２へ供給されるガスの流量等は、マスフローコントローラ１２４Ｂおよび開閉バルブ１２５Ｂによって制御される。

本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ａにおいて、天井部１１における上部の第２の部屋Ｓ２１に臨む部分には、ガス導入部１２６Ａが設けられている。このガス導入部１２６Ａから、上部の第２の部屋Ｓ２１へ直接パージガスが導入される。ガス導入部１２６Ａは、配管１２３Ａを介してガス供給装置５ａに接続されている。ガス供給装置５ａは、配管１２３Ａ、ガス導入部１２６Ａを介して処理容器２内へ、例えば雰囲気を置換するためのパージガスを供給する。

また、本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ａにおいて、側壁部１２における下部の第２の部屋Ｓ２２に臨む部分には、ガス導入部１２６Ｂが設けられている。ガス導入部１２６Ｂは、配管１２３Ｂを介してガス供給装置５ａに接続されている。ガス供給装置５ａは、配管１２３Ｂ、ガス導入部１２６Ｂを介して処理容器２内へ、例えば雰囲気を置換するためのパージガスを供給する。

さらに、本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ａにおいて、側壁部１２の第１の部屋Ｓ１に臨む部分には、排気口１２ｂが設けられている。この排気口１２ｂは、ガス導入部１２６Ｂが設けられた側壁部１２とは反対側の側壁部１２に設けられている。マイクロ波加熱処理装置１Ａは、更に、排気口１２ｂと排気装置６とを接続する排気管１２１と、排気管１２１の途中に設けられた圧力調整バルブ１２２と、を備えている。この排気口１２ｂを介して、上部の第２の部屋Ｓ２１や下部の第２の部屋Ｓ２２を介することなく、第１の部屋Ｓ１内の雰囲気を処理容器２の外部へ排出できるように構成されている。

上部の第２の部屋Ｓ２１には、ガス導入部１２６Ａから、パージガスが直接導入される。上部の第２の部屋Ｓ２１に導入されたパージガスは、隔壁７の複数のガス孔７ａを介して上部の第２の部屋Ｓ２１から第１の部屋Ｓ１へ拡散し、第１の部屋Ｓ１の雰囲気をパージできるように構成されている。第１の部屋Ｓ１からの排気は、排気口１２ｂを介して行われる。なお、上部の第２の部屋Ｓ２１へのガスの供給は、例えば複数のガス噴射口からガス導入を行うシャワーヘッド方式や、側壁部１２からガス導入を行うサイドフロー方式を利用してもよい。また、上部の第２の部屋Ｓ２１へのガスの供給は、ガス供給装置５ａの代りに、マイクロ波加熱処理装置１Ａ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。

下部の第２の部屋２２には、ガス導入部１２６Ｂから、パージガスが直接導入される。下部の第２の部屋Ｓ２２に導入されたパージガスは、隔壁１０７の複数のガス孔１０７ａを介して下部の第２の部屋Ｓ２２から第１の部屋Ｓ１へ拡散し、第１の部屋Ｓ１の雰囲気をパージできるように構成されている。第１の部屋Ｓ１からの排気は、排気口１２ｂを介して行われる。なお、下部の第２の部屋Ｓ２２へのガスの導入方法は、側壁部１２を介するサイドフロー方式に限らず、例えば複数のガス噴射口を有するシャワーヘッド方式を利用して行ってもよい。また、下部の第２の部屋Ｓ２２へのガスの供給は、ガス供給装置５ａの代りに、マイクロ波加熱処理装置１Ａ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。

［処理手順］
マイクロ波加熱処理装置１ＡにおいてウエハＷに対してアニール処理を施す際の処理の手順は、ガス導入部１２６Ａ，１２６Ｂから、上部及び下部の第２の部屋Ｓ２１，Ｓ２２に、それぞれパージガスを導入する点を除き、第１の実施の形態と同様である。

本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ａでは、上部及び下部の第２の部屋Ｓ２１，Ｓ２２に、それぞれパージガスを導入することで、隔壁７，１０７の複数のガス孔７ａ，１０７ａを介してパージガスを上部及び下部の第２の部屋Ｓ２１，Ｓ２２から第１の部屋Ｓ１へ拡散させて、第１の部屋Ｓ１の雰囲気をパージする。

マイクロ波加熱処理装置１Ａでは、上下一対の隔壁７，１０７を設けることによって、第１の実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１に比べ、第１の部屋Ｓ１の容積をさらに小さくすることができる。パージ処理の際に、実質的に雰囲気の置換が必要となる容積は、第１の部屋Ｓ１の容積であるため、処理容器２の全体をパージする場合に比べ、短時間でパージ処理を完了させることができる。また、第１の部屋Ｓ１を上下から挟み込むように、上部の第２の部屋Ｓ２１と下部の第２の部屋Ｓ２２を配置し、隔壁７，１０７のガス孔７ａ，１０７ａを介してパージガスを拡散させることで、第１の部屋Ｓ１のパージ効率を高めることができる。また、パージ処理に必要なパージガスの総流量も、処理容器２の内部全体をパージする場合に比べ、大幅に節減できる。さらに、効率の良いパージ処理が可能になるため、処理容器２内を高真空状態にする必要がなく、真空設備も最小限で足りる。

また、マイクロ波加熱処理装置１Ａでは、ガス導入部１２６Ａ，１２６Ｂから所定の流量でパージガスを導入するパージ処理の間に限らず、例えば、ウエハＷの搬入出動作の間や、ウエハＷに対してアニール処理を行っている間においても、常時、ガス導入部１２６Ａ，１２６Ｂから少量のパージガスを連続的に供給しておくことができる。少量のパージガスを、それぞれ上部及び下部の第２の部屋Ｓ２１，Ｓ２２へ連続的に導入しておくことによって、第１の部屋Ｓ１のパージガスの濃度をＣ１、上部及び下部の第２の部屋Ｓ２１，Ｓ２２のパージガスの濃度をＣ２としたとき、Ｃ２＞Ｃ１の関係を維持できる。これによって、処理容器２の外部から混入した酸素が、ガス孔７ａ，１０７ａを介して第１の部屋Ｓ１から上部及び下部の第２の部屋Ｓ２１，Ｓ２２に拡散することが防止される。

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、マイクロ波加熱処理装置１Ａにおいても、隔壁７，１０７のガス孔７ａ，１０７ａに絞り機能を持たせることが可能である（図３Ａ，図３Ｂ参照）。その場合、上部及び下部の第２の部屋Ｓ２１，Ｓ２２側から第１の部屋Ｓ１側へ向けて、ガス孔７ａ，１０７ａの流路抵抗が高くなるように形成すればよい。

［第３の実施の形態］
次に、図８を参照して、本発明の第３の実施の形態のマイクロ波加熱処理装置について説明する。図８は、本実施の形態に係るマイクロ波加熱処理装置１Ｂ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１Ｂは、連続する複数の動作を伴って、例えばウエハ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８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。

本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ｂは、誘電体隔壁を、支持ピン１６によって支持された状態のウエハＷの上下左右を囲むように設けている。すなわち、マイクロ波加熱処理装置１Ｂは、支持ピン１６によって支持されたウエハＷの周囲を囲繞する隔壁２０７を有している。隔壁２０７は、複数のガス孔２０７ａを有している。複数のガス孔２０７ａは、隔壁２０７において、少なくともウエハＷの上面に対向する領域に設けられている。隔壁２０７の材質は、第１の実施の形態における隔壁７と同様であり、ガス孔２０７ａの構成は、第１の実施の形態の隔壁７におけるガス孔７ａと同様である。なお、複数のガス孔２０７ａを、隔壁２０７の全体の領域に亘って設けてもよい。

本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ｂの処理容器２内は、隔壁２０７に囲まれたウエハＷが収容される第１の部屋Ｓ１と、第１の部屋Ｓ１の外側において、隔壁２０７と処理容器２とによって画定される第２の部屋Ｓ２とを有している。

第１の部屋Ｓ１は、隔壁２０７によって画定される。隔壁２０７は、処理容器２の側壁部１２に固定されている。隔壁２０７の一つの側部には、開口部２０７ｂが設けられている。この開口部２０７ｂは、ウエハＷを搬入出するために処理容器２に形成された開口である搬入出口１２ａに連通する位置に形成されており、隔壁２０７中の第１の部屋Ｓ１におけるウエハＷの搬入出を可能にしている。

第２の部屋Ｓ２は、隔壁２０７、処理容器２の天井部１１、側壁部１２及び底部１３によって画定される。第２の部屋Ｓ２は、第１の部屋Ｓ１を囲むように形成されている。このように、処理容器２内の空間は、隔壁２０７によって、２分割されている。また、底部１３には、排気口１３ａとは別に、排気口１３ｂが設けられている。

また、本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ｂにおいて、隔壁２０７は、排気路２０７ｃを有している。排気路２０７ｃは、隔壁２０７の下部から、処理容器２の底部１３に形成された排気口１３ｂに接続されている。マイクロ波加熱処理装置１Ｂは、更に、排気口１３ｂと排気装置６とを接続する排気管２２１と、排気管２２１の途中に設けられた圧力調整バルブ２２２と、を備えている。この排気路２０７ｃ、排気口１３ｂを介して、第２の部屋Ｓ２を介することなく、第１の部屋Ｓ１内の雰囲気を処理容器２の外部へ排出できるように構成されている。

本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ｂは、第１の実施の形態と同様に、ガス導入部２６を介して、第２の部屋Ｓ２へ直接パージガスを導入できるように構成されている。第２の部屋Ｓ２に導入されたパージガスは、隔壁２０７の複数のガス孔２０７ａを介して第２の部屋Ｓ２から第１の部屋Ｓ１へ拡散し、第１の部屋Ｓ１の雰囲気をパージできるように構成されている。なお、第２の部屋Ｓ２へのガスの供給は、例えば複数のガス噴射口からガス導入を行うシャワーヘッド方式や、側壁部１２からガス導入を行うサイドフロー方式を利用してもよい。また、第２の部屋Ｓ２へのガスの供給は、ガス供給装置５ａの代りに、マイクロ波加熱処理装置１Ｂ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。

［処理手順］
マイクロ波加熱処理装置１ＢにおいてウエハＷに対してアニール処理を施す際の処理の手順は、第１の実施の形態と同様である。

マイクロ波加熱処理装置１Ｂでは、ガス導入部２６から、第２の部屋Ｓ２にパージガスを導入する。そして、隔壁２０７の複数のガス孔２０７ａを介してパージガスを第２の部屋Ｓ２から第１の部屋Ｓ１へ拡散させて、排気路２０７ｃ及び排気口１３ｂを介して排出し、第１の部屋Ｓ１の雰囲気をパージする。

本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ｂでは、ウエハＷを囲む隔壁２０７を設けることによって、第１の実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１に比べ、第１の部屋Ｓ１の容積をさらに小さくすることができる。パージ処理の際に、実質的に雰囲気の置換が必要となる容積は、第１の部屋Ｓ１の容積であるため、処理容器２の全体をパージする場合に比べ、短時間でパージ処理を完了させることができる。また、パージ処理に必要なパージガスの総流量も、処理容器２の内部全体をパージする場合に比べ、大幅に節減できる。

また、ガス導入部２６から所定の流量でパージガスを導入するパージ処理の間に限らず、例えば、ウエハＷの搬入出動作の間や、ウエハＷに対してアニール処理を行っている間においても、常時、ガス導入部２６から少量のパージガスを連続的に供給しておくことができる。このように少量のパージガスを連続的に導入しておくことによって、第１の部屋Ｓ１のパージガスの濃度をＣ１、第２の部屋Ｓ２のパージガスの濃度をＣ２としたとき、Ｃ２＞Ｃ１の関係を維持できる。従って、処理容器２の外部から混入した酸素が、ガス孔２０７ａを介して第１の部屋Ｓ１から第２の部屋Ｓ２に拡散することが防止される。

本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ｂ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。

［第４の実施の形態］
次に、図９を参照して、本発明の第４の実施の形態のマイクロ波加熱処理装置について説明する。図９は、本実施の形態に係るマイクロ波加熱処理装置１Ｃ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１Ｃは、連続する複数の動作を伴って、例えばウエハ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９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。

本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ｃは、誘電体隔壁にパージガスおよびウエハＷを冷却する冷却機構を設けている。すなわち、マイクロ波加熱処理装置１Ｃは、冷媒供給装置３０１と、この冷媒供給装置３０１からの冷媒を通流させる流路構造を有する隔壁７と、を有している。隔壁７は、支持ピン１６によって支持されたウエハＷの上部に設けられている。隔壁７は、複数のガス孔７ａを有している。複数のガス孔７ａは、隔壁７において、少なくともウエハＷの上面に対向する領域に設けられている。隔壁７の材質や、ガス孔７ａの構成は、第１の実施の形態の隔壁７やガス孔７ａと同様である。

本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ｃにおいて、隔壁７の内部には、流路７ｂが設けられている。流路７ｂは、隔壁７の内部において、ガス孔７ａを避けるように網目状に縦横に形成されている。マイクロ波加熱処理装置１Ｃは、更に、冷媒供給装置３０１からの冷媒を流路７ｂへ供給するための供給用配管３０２と、この供給用配管３０２の途中に設けられたバルブ３０３とを有している。

また、本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ｃにおいて、側壁部１２の内部には、冷媒供給装置３０１からの冷媒を隔壁７の流路７ｂへ供給するための流路１２ｃと、流路７ｂからの冷媒を冷媒供給装置３０１へ循環させるための流路１２ｄと、を有している。さらに、本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ｃは、流路１２ｄに接続された循環用配管３０４を備えている。図示は省略するが、循環用配管３０４は、冷媒供給装置３０１に接続されている。

以上の構成によって、本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ｃでは、冷媒供給装置３０１からの冷媒を、供給用配管３０２、側壁部１２内の流路１２ｃ、隔壁７内の流路７ｂ、側壁部１２内の流路１２ｄ及び循環用配管３０４を介して循環させることができる。これにより、隔壁７のガス孔７ａを通過する際に、パージガスを冷却し、このように冷却されたパージガスを用いて、ウエハＷの冷却を行うことができる。また、冷却された隔壁７により、直接ウエハＷを冷却することも可能な構成になっている。

冷媒供給装置３０１から流路７ｂへ供給する冷媒としては、マイクロ波を透過する性質を有する冷媒が好ましく、特に、本実施の形態では、２．４５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ等の周波数のマイクロ波の透過性が高い冷媒を用いることがより好ましい。このような周波数のマイクロ波の透過性が高い冷媒として、例えば、ガルデン（パーフルオロポリエーテル）などのフッ素系冷媒を用いることができる。

本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ｃでは、冷却機能を備えた隔壁７を設けることによって、第１の実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１の作用効果に加えて、さらに、ウエハＷを冷却する効果が期待できる。

本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ｃ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。また、本実施の形態の冷却機構は、第２の実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ａ、第３の実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ｂにも適用できる。

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、上記実施の形態では、パージガスを第２の部屋Ｓ２，Ｓ２１，Ｓ２２だけに導入する構成としている。しかし、パージ処理の効率を上げてパージ処理時間を短縮する目的で、第１の部屋Ｓ１にもパージガス導入部を設け、第２の部屋Ｓ２，Ｓ２１，Ｓ２２へパージガスを導入しながら、第１の部屋Ｓ１へも直接パージガスを導入する構成としてもよい。

また、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、マイクロ波加熱処理装置におけるマイクロ波ユニット３０の数（マグネトロン３１の数）やマイクロ波導入ポート１０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、７…隔壁、７ａ…ガス孔、８…制御部、１０…マイクロ波導入ポート、１１…天井部、１２…側壁部、１２ａ…搬入出口、１３…底部、１３ａ…排気口、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、１９…可動連結部、２１…排気管、２２…圧力調整バルブ、２３…配管、２４…マスフローコントローラ、２５…開閉バルブ、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、ＧＶ…ゲートバルブ、Ｓ１…第１の部屋、Ｓ２…第２の部屋、Ｗ…半導体ウエハ。

Claims (12)

1. 上壁、底壁及び側壁を有し、被処理体を収容する処理容器と、
   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内に導入するマイクロ波導入装置と、
   前記処理容器内にパージガスを導入するパージガス導入部と、
   前記処理容器内で前記被処理体を支持する支持部材と、
   前記支持部材と前記パージガス導入部との間に配置され、前記パージガスを通過させる複数のガス孔を有する誘電体隔壁と、
   を備え、
   前記処理容器の内部は、前記誘電体隔壁と前記処理容器とによって、少なくとも、被処理体が収容される第１の部屋と、前記パージガス導入部によって前記パージガスが直接導入される第２の部屋と、に分割されており、前記第２の部屋に導入されたパージガスが、前記誘電体隔壁の前記ガス孔を介して前記第２の部屋から前記第１の部屋へ拡散し、前記第１の部屋の雰囲気をパージするように構成されたマイクロ波加熱処理装置。
2. 前記パージガス導入部からパージガスを導入している間の前記第１の部屋のパージガスの濃度をＣ１、前記第２の部屋のパージガスの濃度をＣ２としたとき、Ｃ２＞Ｃ１となるように構成されている請求項１に記載のマイクロ波加熱処理装置。
3. 前記誘電体隔壁は、前記支持部材の上方に設けられている請求項１又は２に記載のマイクロ波加熱処理装置。
4. 前記誘電体隔壁は、前記支持部材の上方と下方にそれぞれ設けられており、
   前記処理容器内は、被処理体が収容される第１の部屋と、前記被処理体の上方に設けられた誘電体隔壁と前記処理容器とによって画定される上部の第２の部屋と、前記被処理体の下方に設けられた誘電体隔壁と前記処理容器とによって画定される下部の第２の部屋と、に分割されており、
   前記上部の第２の部屋及び前記下部の第２の部屋に、前記パージガスを導入するパージガス導入部をそれぞれ備えている請求項１又は２に記載のマイクロ波加熱処理装置。
5. 前記誘電体隔壁は、被処理体の上下左右を囲むように設けられ、かつ、開口部を有しており、
   該開口部は、前記第１の部屋が被処理体を搬入出するために前記処理容器に形成された開口に連通するように形成されている請求項１又は２に記載のマイクロ波加熱処理装置。
6. 前記ガス孔は、少なくとも、前記誘電体隔壁における被処理体に対向する領域に設けられている請求項１から５のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱処理装置。
7. 前記誘電体隔壁の内部に、冷媒を流通させる流路を有している請求項１から６のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱処理装置。
8. 前記誘電体隔壁が、石英によって形成されている請求項１から７のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱処理装置。
9. 前記処理容器の上壁は、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請求項１から８のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱処理装置。
10. 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であって、
    前記マイクロ波加熱処理装置は、
    上壁、底壁及び側壁を有し、前記被処理体を収容する処理容器と、
    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内に導入するマイクロ波導入装置と、
    前記処理容器内にパージガスを導入するパージガス導入部と、
    前記処理容器内で前記被処理体を支持する支持部材と、
    前記支持部材と前記パージガス導入部との間に配置され、前記パージガスを通過させる複数のガス孔を有する誘電体隔壁と、
    を備え、
    前記処理容器の内部は、前記誘電体隔壁と前記処理容器とによって、少なくとも、被処理体が収容される第１の部屋と、前記パージガス導入部によって前記パージガスが直接導入される第２の部屋と、に区画されており、
    前記パージガス導入部から前記第２の部屋へパージガスを導入することによって、該第２の部屋に導入されたパージガスを、前記誘電体隔壁の前記ガス孔を介して前記第１の部屋へ拡散させて該第１の部屋の雰囲気をパージするパージ処理工程と、
    前記パージガス導入部から前記第２の部屋へパージガスを導入することによって、該第２の部屋に導入されたパージガスを、前記誘電体隔壁の前記ガス孔を介して前記第１の部屋へ拡散させながら、前記マイクロ波導入装置によって前記処理容器内にマイクロ波を導入して前記被処理体を加熱処理するアニール処理工程と、
    を含むことを特徴とする処理方法。
11. 前記パージ処理工程及び前記アニール処理工程における前記第１の部屋のパージガスの濃度をＣ１、前記第２の部屋のパージガスの濃度をＣ２としたとき、Ｃ２＞Ｃ１である請求項１０に記載の処理方法。
12. 前記被処理体を前記処理容器に搬入し、及び／又は、前記処理容器から搬出する毎に、前記パージ処理工程を行うことによって、複数の被処理体を順次処理する請求項１０又は１１に記載の処理方法。

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