JP2015103373A - マッチング方法及びマイクロ波加熱処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】マイクロ波加熱処理装置において、反射波を抑制し、マイクロ波の利用効率が高い状態で基板に対して加熱処理を行うことを可能とするマッチング方法及びマイクロ波加熱処理方法を提供する。【解決手段】ステップS1では、ウエハWを第1の高さ位置に調整する。ステップS2では、ウエハWを第1の高さ位置に保持した状態で、マグネトロンと処理容器との間のインピーダンスのマッチングを行う。ステップS3では、ウエハWの温度を指標として第2の高さ位置を決定する。ステップS4では、ウエハWを第2の高さ位置に保持した状態で、再度、インピーダンスのマッチングを行う。ステップS5では、マイクロ波導入装置3によって処理容器2内にマイクロ波を導入し、第2の高さ位置に保持したウエハWに対し、マイクロ波を照射することにより加熱処理を行う。【選択図】図5
Description
本発明は、マイクロ波を処理容器に導入して基板に対して加熱処理を行うマイクロ波加熱処理装置におけるマッチング方法及びマイクロ波加熱処理方法に関する。
近年、半導体ウエハなどの基板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。マイクロ波によるアニール処理は、内部加熱、局所加熱、選択加熱が可能であることから、従来のランプ加熱方式や抵抗加熱方式のアニール装置に比べてプロセスメリットが大きいことが知られている。例えば、マイクロ波加熱を利用して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。さらに、マイクロ波照射を利用することによって、従来のランプ加熱方式や抵抗加熱方式に比べ、比較的低温でのアニール処理が可能であり、サーマルバジェットの増大を抑えることができるという利点もある。
ところで、マイクロ波を利用する処理装置では、反射波を抑制し、電力の利用効率を最大化する目的で、マイクロ波源と負荷側との間のインピーダンスのマッチングが行われる。例えば、特許文献1では、EHチューナを使用して自動でマッチングを行うことが提案されている。また、特許文献2では、マイクロ波加熱処理装置において、基板に対する処理が行われている間に、マイクロ波源と処理容器との間のインピーダンスのマッチングを行う方法が提案されている。
マイクロ波加熱処理装置におけるインピーダンスのマッチングは、処理容器側からの反射電力が最小となるようにチューニングを行う操作である。通常、マッチングは、処理容器内で基板を一定の高さに保持した状態で行われる。しかし、マッチングを行った基板の高さが、必ずしも、マイクロ波の利用効率が最大となる高さとは限らない。例えば、マイクロ波加熱処理装置で基板に対する処理が行われている間に、処理対象となる基板以外の部材(例えば処理容器など)に温度上昇などの状態変化が生じると、反射波が急激に増加することがある。このことは、マッチングを行った後でも、基板以外の部材の状態変化に伴ってマイクロ波源と処理容器との間のインピーダンスが大きく変化する可能性を示唆している。このため、基板をある高さ位置に固定した状態で、反射電力が最小となるようにマッチングを行っても、マイクロ波の利用効率を最大限に高めることが出来るとは限らない。
従って、本発明の目的は、マイクロ波加熱処理装置において、反射波を抑制し、マイクロ波の利用効率が高い状態で基板に対して加熱処理を行うことを可能とするマッチング方法及びマイクロ波加熱処理方法を提供することである。
本発明のマッチング方法は、基板を収容する処理容器と、前記処理容器内で前記基板を支持する支持部材と、マイクロ波を生成するマイクロ波源を有し、前記処理容器内に前記マイクロ波を導入するマイクロ波導入装置と、を備え、前記支持部材に支持された前記基板に対して前記マイクロ波を照射することにより加熱処理を行うマイクロ波加熱処理装置において前記マイクロ波源と前記処理容器との間のインピーダンスのマッチングを行うマッチング方法である。本発明のマッチング方法は、前記支持部材によって前記基板を第1の高さ位置に保持した状態で、前記マイクロ波導入装置への反射電力が最小となるように前記マッチングを行う最初のマッチング工程と、前記支持部材によって前記基板の高さを変位させながら、前記マイクロ波導入装置によって前記マイクロ波を前記処理容器内に導入し、少なくとも前記基板の温度を指標として第2の高さ位置を決定する第2の高さ位置決定工程と、を含むことを特徴とする。
本発明のマッチング方法は、前記第2の高さ位置決定工程の後で、前記第2の高さ位置に前記基板を保持した状態で、前記マイクロ波導入装置への反射電力が最小となるように、再度、前記マッチングを行う再度のマッチング工程をさらに含んでいてもよい。
本発明のマッチング方法において、前記第2の高さ位置決定工程は、前記基板の複数の計測箇所における温度の最大値を指標としてもよい。
本発明のマッチング方法において、前記第2の高さ位置決定工程は、前記基板の複数の計測箇所における温度の平均値を指標としてもよい。
本発明のマッチング方法において、前記第2の高さ位置決定工程は、さらに、前記基板の複数の計測箇所における温度差を付加的な指標としてもよい。この場合、前記温度差を予め設定されたしきい値と比較してもよい。
本発明のマッチング方法において、前記第2の高さ位置決定工程は、さらに、前記マイクロ波導入装置への反射電力を付加的な指標としてもよい。
本発明のマッチング方法において、前記マイクロ波加熱処理装置は、前記マイクロ波源を複数有していてもよい。この場合、前記第2の高さ位置決定工程は、各マイクロ波源への個別の反射電力又は複数のマイクロ波源における合計の反射電力を前記付加的な指標としてもよい。
本発明のマッチング方法において、前記第2の高さ位置決定工程は、各マイクロ波源への個別の反射電力又は複数のマイクロ波源における合計の反射電力を予め設定されたしきい値と比較してもよい。
本発明のマッチング方法において、前記マイクロ波加熱処理装置は、前記マイクロ波源を複数有しており、前記最初のマッチング工程では、複数の前記マイクロ源について順次マッチングを行ってもよい。この場合、前記第2の高さ位置決定工程は、複数の前記マイクロ波源のすべてで前記マイクロ波を生成させることにより前記基板を加熱した状態で行ってもよい。
本発明のマイクロ波加熱処理方法は、基板を収容する処理容器と、前記処理容器内で前記基板を支持する支持部材と、マイクロ波を生成するマイクロ波源を有し、前記処理容器内に前記マイクロ波を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、前記支持部材に支持された前記基板に対して前記マイクロ波を照射することにより加熱処理を行うマイクロ波加熱処理方法である。本発明のマイクロ波加熱処理方法は、前記支持部材によって前記基板を第1の高さ位置に保持した状態で、前記マイクロ波導入装置への反射電力が最小となるように前記マイクロ波源と前記処理容器との間のインピーダンスのマッチングを行う最初のマッチング工程と、前記支持部材によって前記基板の高さを変位させながら、前記マイクロ波導入装置によってマイクロ波を前記処理容器内に導入し、少なくとも前記基板の温度を指標として第2の高さ位置を決定する第2の高さ位置決定工程と、前記第2の高さ位置に保持した前記基板に対し、前記マイクロ波導入装置によって前記処理容器内に導入した前記マイクロ波を照射することにより加熱処理を行う工程と、を含むことを特徴とする。
本発明のマイクロ波加熱処理方法は、前記第2の高さ位置決定工程の後であって前記加熱処理を行う工程の前に、前記第2の高さ位置に前記基板を保持した状態で、前記マイクロ波導入装置への反射電力が最小となるように、再度、前記マッチングを行う再度のマッチング工程をさらに含んでいてもよい。
本発明のマイクロ波加熱処理方法において、前記マイクロ波加熱処理装置は、前記マイクロ波源を複数有しており、前記最初のマッチング工程では、複数の前記マイクロ源について順次マッチングを行うものであってもよい。
本発明のマイクロ波加熱処理方法において、前記第2の高さ位置決定工程は、複数の前記マイクロ波源のすべてでマイクロ波を生成させることにより前記基板を加熱した状態で行うものであってもよい。
本発明のマッチング方法及びマイクロ波加熱処理方法によれば、反射波を抑制し、マイクロ波の利用効率が高い状態で基板に対して加熱処理を行うことができる。
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。
まず、図1を参照して、本発明の一の実施の形態に係るマイクロ波加熱処理方法に用いるマイクロ波加熱処理装置について説明する。図1は、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2は、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。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。
まず、図1を参照して、本発明の一の実施の形態に係るマイクロ波加熱処理方法に用いるマイクロ波加熱処理装置について説明する。図1は、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2は、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。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。
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、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。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。
<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。
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。
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。
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(2本のみ図示)と、を備えている。複数の配管23は、処理容器2の側壁部12に接続されている。
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(2本のみ図示)と、を備えている。複数の配管23は、処理容器2の側壁部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、処理ガスとして、例えば、N2、Ar、He、Ne、O2、H2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、設けなくてもよい。
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、ウエハWの中央部の表面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、ウエハWの中央部の表面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。
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、図2及び図3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3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。
次に、図1、図2及び図3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3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に伝送する伝送路としての導波管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。
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に伝送する伝送路としての導波管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2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のマッチング(以下、単に「マッチング」と記すことがある)を行う機能を有している。チューナ36によるマッチングは、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3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。
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3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。
<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4は、図1に示した制御部8のハードウェア構成の一例を示している。制御部8は、主制御部101と、キーボード、マウス等の入力装置102と、プリンタ等の出力装置103と、表示装置104と、記憶装置105と、外部インターフェース106と、これらを互いに接続するバス107とを備えている。主制御部101は、CPU(中央処理装置)111、RAM(ランダムアクセスメモリ)112およびROM(リードオンリメモリ)113を有している。記憶装置105は、情報を記憶できるものであれば、その形態は問わないが、例えばハードディスク装置または光ディスク装置である。また、記憶装置105は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体115に対して情報を記録し、また記録媒体115より情報を読み取るようになっている。記録媒体115は、情報を記憶できるものであれば、その形態は問わないが、例えばハードディスク、光ディスク、フラッシュメモリなどである。記録媒体115は、本実施の形態に係るプラズマエッチング方法のレシピを記録した記録媒体であってもよい。
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4は、図1に示した制御部8のハードウェア構成の一例を示している。制御部8は、主制御部101と、キーボード、マウス等の入力装置102と、プリンタ等の出力装置103と、表示装置104と、記憶装置105と、外部インターフェース106と、これらを互いに接続するバス107とを備えている。主制御部101は、CPU(中央処理装置)111、RAM(ランダムアクセスメモリ)112およびROM(リードオンリメモリ)113を有している。記憶装置105は、情報を記憶できるものであれば、その形態は問わないが、例えばハードディスク装置または光ディスク装置である。また、記憶装置105は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体115に対して情報を記録し、また記録媒体115より情報を読み取るようになっている。記録媒体115は、情報を記憶できるものであれば、その形態は問わないが、例えばハードディスク、光ディスク、フラッシュメモリなどである。記録媒体115は、本実施の形態に係るプラズマエッチング方法のレシピを記録した記録媒体であってもよい。
制御部8では、CPU111が、RAM112を作業領域として用いて、ROM113または記憶装置105に格納されたプログラムを実行することにより、本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置1においてウエハWに対する加熱処理を実行できるようになっている。具体的には、制御部8は、マイクロ波加熱処理装置1において、例えばウエハWの温度、処理容器2内の圧力、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等)を制御する。
以上の構成を有するマイクロ波加熱処理装置1では、ウエハWの面内での加熱温度のばらつきを抑制し、均一な加熱処理が可能になる。
[マッチング方法及びマイクロ波加熱処理方法]
次に、マイクロ波加熱処理装置1で行われるマッチング方法及びマイクロ波加熱処理方法について説明する。図5は、本実施の形態のマイクロ波加熱処理方法の手順の一例を示すフローチャートである。図5に示したように、本実施の形態のマイクロ波加熱処理方法は、ステップS1からステップS5までを含んでいる。この中で、ステップS1からステップS4までは、本発明の一実施の形態に係るマッチング方法の手順である。すなわち、本実施の形態のマイクロ波加熱処理方法は、本発明の一実施の形態のマッチング方法を含んでいる。
次に、マイクロ波加熱処理装置1で行われるマッチング方法及びマイクロ波加熱処理方法について説明する。図5は、本実施の形態のマイクロ波加熱処理方法の手順の一例を示すフローチャートである。図5に示したように、本実施の形態のマイクロ波加熱処理方法は、ステップS1からステップS5までを含んでいる。この中で、ステップS1からステップS4までは、本発明の一実施の形態に係るマッチング方法の手順である。すなわち、本実施の形態のマイクロ波加熱処理方法は、本発明の一実施の形態のマッチング方法を含んでいる。
前提として、まず、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、マッチング用のウエハWが、ゲートバルブGVおよび搬入出口12aを介して処理容器2内に搬入され、複数の支持ピン16の上に載置される。
<ステップS1>
まず、ステップS1では、ウエハWを第1の高さ位置に調整する。具体的には、支持装置4の昇降駆動部18によって、ウエハWを保持する複数の支持ピン16を上下に変位させて第1の高さ位置にセットする。この第1の高さ位置は、任意に設定することができる。第1の高さ位置は、上記のとおり、ギャップGが例えば25mm以上となる範囲内で設定することが好ましく、25mm以上50mm以下の範囲内で設定することがより好ましい。また、第1の高さ位置は、例えば底部13の内壁面から25mm以上となる範囲内で設定することが好ましく、25mm以上45mm以下の範囲内で設定することがより好ましい。
まず、ステップS1では、ウエハWを第1の高さ位置に調整する。具体的には、支持装置4の昇降駆動部18によって、ウエハWを保持する複数の支持ピン16を上下に変位させて第1の高さ位置にセットする。この第1の高さ位置は、任意に設定することができる。第1の高さ位置は、上記のとおり、ギャップGが例えば25mm以上となる範囲内で設定することが好ましく、25mm以上50mm以下の範囲内で設定することがより好ましい。また、第1の高さ位置は、例えば底部13の内壁面から25mm以上となる範囲内で設定することが好ましく、25mm以上45mm以下の範囲内で設定することがより好ましい。
<ステップS2>
次に、ステップS2では、ウエハWを第1の高さ位置に保持した状態で、マイクロ波導入装置3から処理容器2内へマイクロ波を導入する。そして、導波管32への反射電力が最小となるように、マグネトロン31と処理容器2との間のマッチングを行う。マッチングは、4つのマグネトロン31でマイクロ波を生成させ、4つのマイクロ波導入ポート10から別々にマイクロ波を導入しながら、4つのマグネトロン31のそれぞれについて、順次マッチングを実施する。マッチングは、対象となるマグネトロン31で生成し、対応する導波管32及びマイクロ波導入ポート10を介して処理容器2内に導入されたマイクロ波の反射波を、当該導波管32において検出器35により検出し、該反射波の電力値が最小となるようにチューナ36で調節することにより行われる。チューナ36が前述の導体板によって構成されている場合には、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ってマッチングを行うことができる。
次に、ステップS2では、ウエハWを第1の高さ位置に保持した状態で、マイクロ波導入装置3から処理容器2内へマイクロ波を導入する。そして、導波管32への反射電力が最小となるように、マグネトロン31と処理容器2との間のマッチングを行う。マッチングは、4つのマグネトロン31でマイクロ波を生成させ、4つのマイクロ波導入ポート10から別々にマイクロ波を導入しながら、4つのマグネトロン31のそれぞれについて、順次マッチングを実施する。マッチングは、対象となるマグネトロン31で生成し、対応する導波管32及びマイクロ波導入ポート10を介して処理容器2内に導入されたマイクロ波の反射波を、当該導波管32において検出器35により検出し、該反射波の電力値が最小となるようにチューナ36で調節することにより行われる。チューナ36が前述の導体板によって構成されている場合には、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ってマッチングを行うことができる。
上記ステップS1及びステップS2は、本実施の形態のマッチング方法における「最初のマッチング工程」に相当する。
<ステップS3>
次に、ステップS3では、少なくとも前記基板の温度を指標として第2の高さ位置を決定する。具体的には、ステップS3では、マイクロ波導入装置3によって所定のマイクロ波導入条件でマイクロ波を処理容器2内に導入してウエハWを加熱する。このときのマイクロ波導入条件は、後述するステップS5でウエハWに対するアニール処理を行う際の条件と同じであることが好ましい。そして、支持装置4の昇降駆動部18によって、ウエハWを保持する複数の支持ピン16を昇降変位させる。例えば、ウエハWの高さ位置を0.5mm毎に段階的に変化させ、各高さ位置における温度データを取得する。この際、4つのマグネトロン31の全てにおいてマイクロ波を生成させることにより、ウエハWを加熱した状態で、温度計測部27によってウエハWの温度を計測する。ウエハWの温度は、複数箇所を計測することが好ましく、例えば、ウエハWの中央部、エッジ部、中央部とエッジ部との間の中間部などの複数の領域についてそれぞれ計測を行うことが好ましい。また、得られた温度データから、各領域の最大値や平均値を算出してもよい。ここで、ウエハWの中央部は、ウエハWの中心を含む直径の2/6程度の範囲内の領域を意味する。ウエハWのエッジ部は、ウエハWの端部から内側に直径の1/6程度の範囲内の領域を意味する。ウエハWの中間部は、径方向に中央部よりも外側の領域であってエッジ部よりも内側の領域を意味する。例えば、300mm径の円形のウエハWの場合は、ウエハWの中心から半径50mmまでの領域を中央部とし、中心から半径50mmを超え半径100mmまでの領域を中間部とし、中心から半径100mmを超え端部(半径150mm)までの領域をエッジ部とする。
次に、ステップS3では、少なくとも前記基板の温度を指標として第2の高さ位置を決定する。具体的には、ステップS3では、マイクロ波導入装置3によって所定のマイクロ波導入条件でマイクロ波を処理容器2内に導入してウエハWを加熱する。このときのマイクロ波導入条件は、後述するステップS5でウエハWに対するアニール処理を行う際の条件と同じであることが好ましい。そして、支持装置4の昇降駆動部18によって、ウエハWを保持する複数の支持ピン16を昇降変位させる。例えば、ウエハWの高さ位置を0.5mm毎に段階的に変化させ、各高さ位置における温度データを取得する。この際、4つのマグネトロン31の全てにおいてマイクロ波を生成させることにより、ウエハWを加熱した状態で、温度計測部27によってウエハWの温度を計測する。ウエハWの温度は、複数箇所を計測することが好ましく、例えば、ウエハWの中央部、エッジ部、中央部とエッジ部との間の中間部などの複数の領域についてそれぞれ計測を行うことが好ましい。また、得られた温度データから、各領域の最大値や平均値を算出してもよい。ここで、ウエハWの中央部は、ウエハWの中心を含む直径の2/6程度の範囲内の領域を意味する。ウエハWのエッジ部は、ウエハWの端部から内側に直径の1/6程度の範囲内の領域を意味する。ウエハWの中間部は、径方向に中央部よりも外側の領域であってエッジ部よりも内側の領域を意味する。例えば、300mm径の円形のウエハWの場合は、ウエハWの中心から半径50mmまでの領域を中央部とし、中心から半径50mmを超え半径100mmまでの領域を中間部とし、中心から半径100mmを超え端部(半径150mm)までの領域をエッジ部とする。
ステップS3で指標とするウエハWの温度データとしては、例えば、
i)ウエハWの1箇所の計測温度、
ii)ウエハWの複数箇所の計測温度の最大値、
iii)ウエハWの複数箇所の計測温度の平均値、
iv)ウエハWの複数箇所の計測温度の特定の領域の平均値、
v)ウエハWの複数箇所の計測温度の複数の領域の平均値の最大値、
などを挙げることができる。ここで、上記iv)、v)における「領域」としては、例えばウエハWの中央部、エッジ部、中央部とエッジ部との間の中間部などを挙げることができる。
i)ウエハWの1箇所の計測温度、
ii)ウエハWの複数箇所の計測温度の最大値、
iii)ウエハWの複数箇所の計測温度の平均値、
iv)ウエハWの複数箇所の計測温度の特定の領域の平均値、
v)ウエハWの複数箇所の計測温度の複数の領域の平均値の最大値、
などを挙げることができる。ここで、上記iv)、v)における「領域」としては、例えばウエハWの中央部、エッジ部、中央部とエッジ部との間の中間部などを挙げることができる。
ステップS3では、指標となる上記i)〜v)のいずれか1つ以上の温度データの値が最も高くなるようなウエハWの高さ位置を「第2の高さ位置」として決定することが好ましい。しかし、ウエハWの面内における温度差や反射波などの付加的な指標を用いる場合も考慮すると、上記いずれかのウエハWの温度データの値が最も高くなるようなウエハWの高さ位置に限らず、例えば二番目、三番目などの上位に位置する高さ位置を「第2の高さ位置」として決定することができる。例えば、上記ウエハWの温度データの値が一番高くなるウエハWの高さ位置であっても、ウエハWの面内における温度差が大きかったり、反射波が大きかったりする場合は、「第2の高さ位置」とせず、温度データの値が二番目以降の高さ位置から、付加的な指標とのバランスを総合的に考慮して「第2の高さ位置」を決定することができる。第2の高さ位置を決定するための具体的な手順については、後述する。
ステップS3では、さらに、付加的な指標として、例えば、
a)ウエハWの複数の計測箇所における温度差、
b)マイクロ波導入装置3への反射電力の大きさ、
などを挙げることができる。これらの付加的な指標は、上記i)〜v)の温度データと併用することができる。また、これらの付加的な指標の両方を用いることもできる。
a)ウエハWの複数の計測箇所における温度差、
b)マイクロ波導入装置3への反射電力の大きさ、
などを挙げることができる。これらの付加的な指標は、上記i)〜v)の温度データと併用することができる。また、これらの付加的な指標の両方を用いることもできる。
上記a)のウエハWの複数の計測箇所における温度差は、小さいほどウエハWの面内における均一性が得られるので好ましい。上記a)の温度差としては、例えばウエハWの中央部の計測箇所とエッジ部の計測箇所との温度差、ウエハWの中央部の計測箇所と中間部の計測箇所との温度差、ウエハWの中間部の計測箇所とエッジ部の計測箇所との温度差、などの中から1つ又は2つ以上を選択して用いることができる。また、温度差は、上記ウエハWの中央部、中間部、エッジ部等に代表される複数の領域の温度の平均値どうしの差であってもよい。さらに、本実施の形態では、上記いずれかの温度差を、予め設定されたしきい値と比較することによって、第2の高さ位置を決定するための付加的な指標としてもよい。この場合、温度差がしきい値以下であれば、ウエハWの面内における加熱温度のばらつきが所定範囲であることを意味する。このようなしきい値を用いることによって、ウエハWの面内均一性を考慮した高さ位置を「第2の高さ位置」として決定できるため、ウエハWの面内で加熱処理の均一性を向上させる効果が期待できる。
上記b)の反射電力は、小さいほどマイクロ波電力の利用効率が向上するので好ましい。上記b)の反射電力としては、例えば複数のマグネトロン31への個別の反射電力でもよいし、又は、複数のマグネトロン31への合計の反射電力でもよい。ステップS3で反射電力を付加的な指標とするのは、第2の高さ位置を決定する過程でウエハWの高さ位置を変化させる必要があり、これによって、マグネトロン31と処理容器2との間のインピーダンスが大きく変化してしまう可能性を考慮したものである。
また、本実施の形態では、上記いずれかの反射電力の大きさを、予め設定されたしきい値と比較することによって、第2の高さ位置を決定するための付加的な指標としてもよい。この場合のしきい値は、反射波が許容範囲内にあるか否かを判断するための指標である。このしきい値は、予め設定されたものであり、例えば制御部8の記憶装置105にレシピの一部として保存しておくことができる。しきい値の目安として、全てのマイクロ波源から出力される合計マイクロ波電力の20%、好ましくは18%、より好ましくは15%の値を例示することができる。例えば、反射波の合計電力量が、4つのマイクロ波源からの合計出力の20%以下であれば、しきい値以下であるとして、許容範囲となる。しきい値を用いることによって、反射電力が極端に大きくなる高さ位置を「第2の高さ位置」から除外できるため、マイクロ波電力の利用効率を高める効果が期待できる。反射電力値は、ステップS2のマッチングと同様に、各マグネトロン31で生成し、対応する導波管32及びマイクロ波導入ポート10を介して処理容器2内に導入されたマイクロ波の反射波を、各導波管32の検出器35により検出することができる。
ステップS3では、複数の高さ位置から、上記の指標及び必要に応じて付加的な指標を用いて「第2の高さ位置」を決定する。ステップS3で第2の高さ位置を決定するための具体的な方法として、例えば以下のような手順を挙げることができる。
手順1)上記i)〜v)のいずれか1つ以上の温度データの値が最も高いウエハWの高さ位置を「第2の高さ位置」として決定する。この場合、上記付加的な指標は考慮しない。
手順2)上記i)〜v)のいずれか1つ以上の温度データの値が最も高いウエハWの高さ位置における当該温度データを基準として、該基準となる温度データの90%以上のレベルの温度データを示す高さ位置の中から、上記付加的な指標を考慮して、「第2の高さ位置」を決定する。例えば、上記基準となる温度データと比較して90%以上のレベルの温度データを示す高さ位置の中から、付加的な指標であるa及び/又はbが最も良好である高さ位置、あるいは、a及び/又はbが所定のしきい値以下である高さ位置を「第2の高さ位置」として決定する。
手順1)上記i)〜v)のいずれか1つ以上の温度データの値が最も高いウエハWの高さ位置を「第2の高さ位置」として決定する。この場合、上記付加的な指標は考慮しない。
手順2)上記i)〜v)のいずれか1つ以上の温度データの値が最も高いウエハWの高さ位置における当該温度データを基準として、該基準となる温度データの90%以上のレベルの温度データを示す高さ位置の中から、上記付加的な指標を考慮して、「第2の高さ位置」を決定する。例えば、上記基準となる温度データと比較して90%以上のレベルの温度データを示す高さ位置の中から、付加的な指標であるa及び/又はbが最も良好である高さ位置、あるいは、a及び/又はbが所定のしきい値以下である高さ位置を「第2の高さ位置」として決定する。
また、第2の高さ位置は、上記のとおり、ギャップGが例えば25mm以上となる範囲内で設定することが好ましく、25mm以上50mm以下の範囲内で設定することがより好ましい。また、第2の高さ位置は、例えば底壁13の内壁面から25mm以上となる範囲内で設定することが好ましく、25mm以上45mm以下の範囲内で設定することがより好ましい。
ステップS3は、本実施の形態のマッチング方法における「第2の高さ位置決定工程」に相当する。
<ステップS4>
次に、ステップS4では、ウエハWを第2の高さ位置に保持した状態で、マイクロ波導入装置3から処理容器2内へマイクロ波を導入する。そして、導波管32への反射電力が最小となるように、再度、マグネトロン31と処理容器2との間のマッチングを行う。具体的には、まず、支持装置4の昇降駆動部18によって、マッチング用のウエハWを保持する複数の支持ピン16を上下に変位させて第2の高さ位置にセットする。そして4つのマグネトロン31でマイクロ波を生成させ、4つのマイクロ波導入ポート10から別々にマイクロ波を導入しながら、4つのマグネトロン31のそれぞれについて、順次マッチングを実施する。マッチングは、対象となるマグネトロン31で生成し、対応する導波管32及びマイクロ波導入ポート10を介して処理容器2内に導入されたマイクロ波の反射波を、当該導波管32において検出器35により検出し、該反射波の電力値が最小となるようにチューナ36で調節することにより行われる。チューナ36が前述の導体板によって構成されている場合には、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ってマッチングを行うことができる。
次に、ステップS4では、ウエハWを第2の高さ位置に保持した状態で、マイクロ波導入装置3から処理容器2内へマイクロ波を導入する。そして、導波管32への反射電力が最小となるように、再度、マグネトロン31と処理容器2との間のマッチングを行う。具体的には、まず、支持装置4の昇降駆動部18によって、マッチング用のウエハWを保持する複数の支持ピン16を上下に変位させて第2の高さ位置にセットする。そして4つのマグネトロン31でマイクロ波を生成させ、4つのマイクロ波導入ポート10から別々にマイクロ波を導入しながら、4つのマグネトロン31のそれぞれについて、順次マッチングを実施する。マッチングは、対象となるマグネトロン31で生成し、対応する導波管32及びマイクロ波導入ポート10を介して処理容器2内に導入されたマイクロ波の反射波を、当該導波管32において検出器35により検出し、該反射波の電力値が最小となるようにチューナ36で調節することにより行われる。チューナ36が前述の導体板によって構成されている場合には、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ってマッチングを行うことができる。
ステップS4は、本実施の形態のマッチング方法における「再度のマッチング工程」に相当する。
<ステップS5>
次に、ステップS5では、マイクロ波導入装置3によって処理容器2内にマイクロ波を導入し、第2の高さ位置に保持したウエハWに対し、マイクロ波を照射することにより加熱処理を行う。
次に、ステップS5では、マイクロ波導入装置3によって処理容器2内にマイクロ波を導入し、第2の高さ位置に保持したウエハWに対し、マイクロ波を照射することにより加熱処理を行う。
まず、例えば制御部8の入力装置102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指令が入力される。次に、主制御部101は、この指令を受けて、記憶装置105またはコンピュータ読み取り可能な記録媒体115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、主制御部101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。昇降駆動部18を駆動させることによって複数の支持ピン16を変位させ、ウエハWを前記ステップS3で決定された第2の高さ位置にセットする。この第2の高さで、必要に応じて、制御部8の制御の下で回転駆動部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、必要な場合は、ガス供給装置5aによって処理ガスが処理容器2内に導入される。処理容器2の内部空間は、排気量および処理ガスの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、制御部8の制御の下で、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、さらに透過窓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、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。
アニール処理の間は、ウエハWを回転させることによって、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の面内の加熱温度を均一化することができる。
主制御部101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。
所定時間のアニール処理又はアニール処理後の冷却処理が終了した後、ゲートバルブGVが開状態にされて、支持装置4によってウエハ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。
上記ステップS2及びステップS4のマッチングは、管理者が手動で行ってもよいし、例えば、マッチングを行うように作成されたソフトウェア(制御プログラム)によって制御部8の制御下で実行してもよい。また、ステップS3の第2の高さ位置の決定は、管理者がウエハWの計測温度を参照して決定してもよいし、ソフトウェアによって、制御部8の制御下でウエハWの計測温度情報に基づく演算処理を行って自動的に決定してもよい。また、ステップS1〜ステップS5の一連の手順は、制御部8によって、複数のソフトウェアを協働させることによって実行させることも可能である。
次に、本発明の基礎となった実験結果について説明する。まず、支持装置4の支持ピン16によって、処理容器2の底部13から35mmの高さ位置でウエハWを支持し、マグネトロン31と処理容器2とのインピーダンスのマッチングを行った。その後、マイクロ波導入装置3によって処理容器2内にマイクロ波を導入しながら、昇降駆動部18によってウエハWの高さ位置を変え、各高さ位置における反射電力を計測した。ウエハWの高さ位置は、底部13から31mm〜40mmの範囲内で0.5mm毎に変位させた。図6は、本実験におけるウエハWの高さ位置(縦軸)と反射電力(横軸)との関係を示すグラフである。図6において、ウエハWの高さは、底部13の内壁面からの距離を表している。また、反射電力は、4つの伝送路(導波管32)における合計の電力値を示している。
図6から、インピーダンスのマッチングを行った後にウエハWの高さ位置を変化させると、反射波が大きく変動していることがわかる。また、マッチングを行った底部13から35mmの高さ位置よりも、反射電力がさらに小さくなるウエハWの高さ位置が存在することも明らかになった。本実験では、ウエハWを底部13から37.5mmの高さ位置に配置したときに反射電力が最小であった。
図7〜図9は、本実験におけるウエハWの面内での異なる部位における温度変化を示している。図7は、ウエハWの中央部、図8は、ウエハWの中間部、図9は、ウエハWのエッジ部における温度変化をそれぞれ示している。また、図10は、ウエハWの高さ位置と4つのマグネトロン31別の反射電力との関係をプロットしたグラフである。なお、図10においては、4つのマグネトロン31を区別する便宜上、「マグネトロン1」、「マグネトロン2」、「マグネトロン3」及び「マグネトロン4」と表記している。図11は、ウエハWの高さ位置と、ウエハWの中央部及びエッジ部の最大温度、並びにその差分であるΔt(Δt=中央部の最大温度−エッジ部の最大温度)との関係をプロットしたグラフである。
図6及び図7〜9を参照すると、各図中に矢印で示したように、ウエハWを底部13から37.5mmの高さ位置に配置したときが、最も反射電力が小さく、かつ、ウエハWの中央部、中間部及びエッジ部で総合的に温度が高いことがわかる。図7では、底部13から39.5mmの高さ位置でウエハWの中央部の温度が最も高くなっているが、図6及び図10を参照すると、この高さ位置は反射電力が比較的大きく、電力損失が大きいことがわかる。また、図11から底部13から39.5mmの高さ位置ではΔtも大きくなっており、ウエハWの面内での温度分布にばらつきが大きいが、底部13から37.5mmの高さ位置ではΔtが比較的小さく、ウエハWの面内での温度の均一性も高かった。
以上の実験結果から、マグネトロン31と処理容器2との間のインピーダンスのマッチングを行った高さ位置(底部13から35mm)と、電力の利用効率が高く、ウエハWを効率良く加熱できる高さ位置(底部13から37.5mm)とは異なることが理解される。この場合、前者は本発明における第1の高さ位置に相当し、後者は第2の高さ位置に相当する。
以上のように、本実施の形態のマッチング方法では、ウエハWを第1の高さ位置に保持した状態でマッチングを行った後、ウエハWの高さを変位させながら温度を測定することによって、反射波が少なく、かつウエハWを効率良く加熱できる第2の高さ位置を決定することができる。本実施の形態のマイクロ波加熱処理方法では、第2の高さ位置でウエハWにマイクロ波を照射して加熱処理を行うことによって、反射波を抑制し、マイクロ波の利用効率が高い状態でウエハWに対して加熱処理を行うことが可能になる。
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、本発明のマイクロ波加熱処理装置は、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、8…制御部、10…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 (15)
- 基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内で前記基板を支持する支持部材と、
マイクロ波を生成するマイクロ波源を有し、前記処理容器内に前記マイクロ波を導入するマイクロ波導入装置と、
を備え、前記支持部材に支持された前記基板に対して前記マイクロ波を照射することにより加熱処理を行うマイクロ波加熱処理装置において前記マイクロ波源と前記処理容器との間のインピーダンスのマッチングを行うマッチング方法であって、
前記支持部材によって前記基板を第1の高さ位置に保持した状態で、前記マイクロ波導入装置への反射電力が最小となるように前記マッチングを行う最初のマッチング工程と、
前記支持部材によって前記基板の高さを変位させながら、前記マイクロ波導入装置によって前記マイクロ波を前記処理容器内に導入し、少なくとも前記基板の温度を指標として第2の高さ位置を決定する第2の高さ位置決定工程と、
を含むことを特徴とするマッチング方法。 - 前記第2の高さ位置決定工程の後で、前記第2の高さ位置に前記基板を保持した状態で、前記マイクロ波導入装置への反射電力が最小となるように、再度、前記マッチングを行う再度のマッチング工程をさらに含む請求項1に記載のマッチング方法。
- 前記第2の高さ位置決定工程は、前記基板の複数の計測箇所における温度の最大値を指標とする請求項1又は2に記載のマッチング方法。
- 前記第2の高さ位置決定工程は、前記基板の複数の計測箇所における温度の平均値を指標とする請求項1又は2に記載のマッチング方法。
- 前記第2の高さ位置決定工程は、さらに、前記基板の複数の計測箇所における温度差を付加的な指標とする請求項3又は4に記載のマッチング方法。
- 前記温度差を予め設定されたしきい値と比較する請求項5に記載のマッチング方法。
- 前記第2の高さ位置決定工程は、さらに、前記マイクロ波導入装置への反射電力を付加的な指標とする請求項1から6のいずれか1項に記載のマッチング方法。
- 前記マイクロ波加熱処理装置は、前記マイクロ波源を複数有しており、前記第2の高さ位置決定工程は、各マイクロ波源への個別の反射電力又は複数のマイクロ波源における合計の反射電力を前記付加的な指標とする請求項7に記載のマッチング方法。
- 前記第2の高さ位置決定工程は、各マイクロ波源への個別の反射電力又は複数のマイクロ波源における合計の反射電力を予め設定されたしきい値と比較する請求項8に記載のマッチング方法。
- 前記マイクロ波加熱処理装置は、前記マイクロ波源を複数有しており、前記最初のマッチング工程では、複数の前記マイクロ源について順次マッチングを行う請求項1から9のいずれか1項に記載のマッチング方法。
- 前記第2の高さ位置決定工程は、複数の前記マイクロ波源のすべてで前記マイクロ波を生成させることにより前記基板を加熱した状態で行う請求項10に記載のマッチング方法。
- 基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内で前記基板を支持する支持部材と、
マイクロ波を生成するマイクロ波源を有し、前記処理容器内に前記マイクロ波を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、前記支持部材に支持された前記基板に対して前記マイクロ波を照射することにより加熱処理を行うマイクロ波加熱処理方法であって、
前記支持部材によって前記基板を第1の高さ位置に保持した状態で、前記マイクロ波導入装置への反射電力が最小となるように前記マイクロ波源と前記処理容器との間のインピーダンスのマッチングを行う最初のマッチング工程と、
前記支持部材によって前記基板の高さを変位させながら、前記マイクロ波導入装置によってマイクロ波を前記処理容器内に導入し、少なくとも前記基板の温度を指標として第2の高さ位置を決定する第2の高さ位置決定工程と、
前記第2の高さ位置に保持した前記基板に対し、前記マイクロ波導入装置によって前記処理容器内に導入した前記マイクロ波を照射することにより加熱処理を行う工程と、
を含むことを特徴とするマイクロ波加熱処理方法。 - 前記第2の高さ位置決定工程の後であって前記加熱処理を行う工程の前に、前記第2の高さ位置に前記基板を保持した状態で、前記マイクロ波導入装置への反射電力が最小となるように、再度、前記マッチングを行う再度のマッチング工程をさらに含む請求項12に記載のマイクロ波加熱処理方法。
- 前記マイクロ波加熱処理装置は、前記マイクロ波源を複数有しており、前記最初のマッチング工程では、複数の前記マイクロ源について順次マッチングを行う請求項12又は13に記載のマイクロ波加熱処理方法。
- 前記第2の高さ位置決定工程は、複数の前記マイクロ波源のすべてでマイクロ波を生成させることにより前記基板を加熱した状態で行う請求項14に記載のマイクロ波加熱処理方法。
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