JP2015207452A - マイクロ波加熱処理装置及びマイクロ波加熱処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 被処理体に対して均一かつ効率のよい加熱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マイクロ波加熱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は、上壁１１、底壁１３及び側壁部１２を有し、ウエハＷを収容する処理容器２と、ウエハＷを加熱処理するためのマイクロ波を生成して上壁１１に形成された一つないし複数のマイクロ波導入ポート１０から処理容器２に導入するマイクロ波導入装置３と、ウエハＷに当接することによって処理容器２内で上壁１１に対向する位置にウエハＷを保持する保持部１５と、を備えている。マイクロ波加熱処理装置１では、保持部１５によって、底壁１３の上面からウエハＷの下面までの距離Ｈ１が、マイクロ波の波長λに対してＨ１＜λ／２となり、上壁１１の下面からウエハＷの上面までの距離Ｈ２が、マイクロ波の波長λに対して３λ／４≦Ｈ２＜λとなる第１の高さ位置にウエハＷを保持して加熱処理を行う。
【選択図】図４
【解決手段】 マイクロ波加熱処理装置１は、上壁１１、底壁１３及び側壁部１２を有し、ウエハＷを収容する処理容器２と、ウエハＷを加熱処理するためのマイクロ波を生成して上壁１１に形成された一つないし複数のマイクロ波導入ポート１０から処理容器２に導入するマイクロ波導入装置３と、ウエハＷに当接することによって処理容器２内で上壁１１に対向する位置にウエハＷを保持する保持部１５と、を備えている。マイクロ波加熱処理装置１では、保持部１５によって、底壁１３の上面からウエハＷの下面までの距離Ｈ１が、マイクロ波の波長λに対してＨ１＜λ／２となり、上壁１１の下面からウエハＷの上面までの距離Ｈ２が、マイクロ波の波長λに対して３λ／４≦Ｈ２＜λとなる第１の高さ位置にウエハＷを保持して加熱処理を行う。
【選択図】図４
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加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。マイクロ波による加熱処理は、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、比較的低温での加熱処理が可能であり、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。
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、被処理物を均一に加熱する目的で、導電性の誘導板の表面に導電性突起を偏在させて立設したマイクロ波照射装置が提案されている。
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。
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かつ効率のよい加熱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マイクロ波加熱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、該上壁に平行な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上壁に形成された一つないし複数のマイクロ波導入ポートから前記処理容器に導入するマイクロ波導入装置と、
前記被処理体に当接することによって、前記処理容器内で前記上壁に対向する位置に前記被処理体を保持する保持部と、
を備えている。本発明のマイクロ波加熱処理装置は、前記保持部によって、
前記底壁の上面から前記被処理体の下面までの距離Ｈ１が、前記マイクロ波の波長λに対してＨ１＜λ／２となり、
前記上壁の下面から前記被処理体の上面までの距離Ｈ２が、前記マイクロ波の波長λに対して３λ／４≦Ｈ２＜λとなる第１の高さ位置に前記被処理体を保持して加熱処理を行う。
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上壁に形成された一つないし複数のマイクロ波導入ポートから前記処理容器に導入するマイクロ波導入装置と、
前記被処理体に当接することによって、前記処理容器内で前記上壁に対向する位置に前記被処理体を保持する保持部と、
を備えている。本発明のマイクロ波加熱処理装置は、前記保持部によって、
前記底壁の上面から前記被処理体の下面までの距離Ｈ１が、前記マイクロ波の波長λに対してＨ１＜λ／２となり、
前記上壁の下面から前記被処理体の上面までの距離Ｈ２が、前記マイクロ波の波長λに対して３λ／４≦Ｈ２＜λとなる第１の高さ位置に前記被処理体を保持して加熱処理を行う。
本発明のマイクロ波加熱処理装置は、さらに、前記保持部が前記被処理体を保持する高さ位置を可変に調節する高さ位置調節装置と、
前記加熱処理の途中で、前記保持部によって前記被処理体を保持する高さ位置を、前記第１の高さ位置とは異なる第２の高さ位置から、前記第１の高さ位置へ切替るように、前記高さ位置調節装置を制御する制御部と、
を備えていてもよい。
前記加熱処理の途中で、前記保持部によって前記被処理体を保持する高さ位置を、前記第１の高さ位置とは異なる第２の高さ位置から、前記第１の高さ位置へ切替るように、前記高さ位置調節装置を制御する制御部と、
を備えていてもよい。
本発明のマイクロ波加熱処理装置は、さらに、前記保持部に保持された前記被処理体の温度を計測する温度計測部を備えていてもよく、
前記制御部は、前記温度計測部による前記被処理体の計測温度に基づき、前記第２の高さ位置から、前記第１の高さ位置への切り替えを行うものであってもよい。
前記制御部は、前記温度計測部による前記被処理体の計測温度に基づき、前記第２の高さ位置から、前記第１の高さ位置への切り替え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装置は、前記被処理体がシリコン基板であってもよく、
前記制御部は、前記加熱処理において、前記シリコン基板の温度が４００℃以上に到達した段階で、第２の高さ位置から、前記第１の高さ位置への切り替えを行うものであってもよい。
前記制御部は、前記加熱処理において、前記シリコン基板の温度が４００℃以上に到達した段階で、第２の高さ位置から、前記第１の高さ位置への切り替え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は、上壁、該上壁に平行な底壁及び側壁を有し、被処理体を収容する処理容器内に、前記上壁に形成された一つないし複数のマイクロ波導入ポートからマイクロ波を導入して前記被処理体の加熱処理を行う。そして、本発明のマイクロ波加熱処理方法は、前記底壁の上面から前記被処理体の下面までの距離Ｈ１が、前記マイクロ波の波長λに対してＨ１＜λ／２となり、
前記上壁の下面から前記被処理体の上面までの距離Ｈ２が、前記マイクロ波の波長λに対して３λ／４≦Ｈ２＜λとなる第１の高さ位置に前記被処理体を保持して加熱処理を行うことを特徴とする。
前記上壁の下面から前記被処理体の上面までの距離Ｈ２が、前記マイクロ波の波長λに対して３λ／４≦Ｈ２＜λとなる第１の高さ位置に前記被処理体を保持して加熱処理を行うことを特徴とする。
本発明のマイクロ波加熱処理方法は、前記加熱処理の途中で、前記被処理体を保持する高さ位置を、前記第１の高さ位置とは異なる第２の高さ位置から、前記第１の高さ位置へ切替えてもよい。
本発明のマイクロ波加熱処理方法は、前記被処理体の計測温度に基づき、前記第２の高さ位置から、前記第１の高さ位置への切り替えを行ってもよい。
本発明のマイクロ波加熱処理方法は、前記被処理体がシリコン基板であってもよく、
前記加熱処理において、前記シリコン基板の温度が４００℃以上に到達した段階で、第２の高さ位置から、前記第１の高さ位置への切り替えを行うものであってもよい。
前記加熱処理において、前記シリコン基板の温度が４００℃以上に到達した段階で、第２の高さ位置から、前記第１の高さ位置への切り替え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装置および処理方法では、被処理体に対して均一かつ効率の良い加熱処理を行うことが可能である。
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。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上壁の下面を示す平面図である。図３は、図１に示したマイクロ波加熱処理装置の処理容器内において被処理体を支持する保持部としてのホルダの斜視図である。図４は、図１に示した処理容器内におけるホルダの高さ位置を示す説明図である。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加熱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、この面が処理対象となる。
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内において上壁１１に対向する位置でウエハ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、板状の上壁１１および底壁１３と、上壁１１と底壁１３とを連結する側壁としての４つの側壁部１２と、上壁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、底壁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、図１及び図３に示すように、処理容器２の底壁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の上端に装着された保持部としてのホルダ１５とを有している。ホルダ１５は、シャフト１４の上端に装着されたホルダ基部１５ａと、このホルダ基部１５ａからほぼ水平方向に放射状に設けられた複数（本実施の形態では３本）のアーム部１５ｂと、各アーム部１５ｂに着脱可能に装着された支持ピン１６とを有している。複数の支持ピン１６は、処理容器２内においてウエハＷの下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１５ｂに着脱可能に装着されている。なお、アーム部１５ｂ、支持ピン１６の数は、ウエハＷを安定して支持できればよく、特に限定されない。ホルダ１５は、誘電体材料によって形成されている。これら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。
支持装置４は、図１及び図３に示すように、処理容器２の底壁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の上端に装着された保持部としてのホルダ１５とを有している。ホルダ１５は、シャフト１４の上端に装着されたホルダ基部１５ａと、このホルダ基部１５ａからほぼ水平方向に放射状に設けられた複数（本実施の形態では３本）のアーム部１５ｂと、各アーム部１５ｂに着脱可能に装着された支持ピン１６とを有している。複数の支持ピン１６は、処理容器２内においてウエハＷの下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１５ｂに着脱可能に装着されている。なお、アーム部１５ｂ、支持ピン１６の数は、ウエハＷを安定して支持できればよく、特に限定されない。ホルダ１５は、誘電体材料によって形成されている。これら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。
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が底壁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装置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、ホルダ１５、回転駆動部１７及び可動連結部１９は、ウエハＷを水平方向に回転運動させる回転装置を構成している。ホルダ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。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。
また、支持装置４において、シャフト１４、ホルダ１５、昇降駆動部１８及び可動連結部１９は、ウエハＷの高さ位置を調節する高さ位置調節装置を構成している。ホルダ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。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。
本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１において、支持装置４のホルダ１５は、所定の高さでウエハＷを保持することができる。ホルダ１５によってウエハＷを保持する高さ位置は可変に調節できる。例えば、図４を参照すると、ホルダ１５は、マイクロ波の真空波長（以下、単に「波長」と記すことがある）λに対して、底壁１３の上面からウエハＷの下面までの距離Ｈ１が、Ｈ１＜λ／２となり、かつ、上壁１１の下面からウエハＷの上面までの距離Ｈ２が３λ／４≦Ｈ２＜λとなる高さ位置にウエハＷを保持することができる。この高さ位置は、本発明における第１の高さ位置である。なお、ウエハＷの厚み（約０．６ｍｍ程度）を無視すれば、距離Ｈ１と距離Ｈ２との合計は、処理容器２の全体の高さＨ（つまり、上壁１１の下面から底壁１３の上面までの距離）に等しい。
第１の高さ位置では、距離Ｈ１をλ／２未満とすることによって、例えば４００℃以上の温度域において、ウエハＷの下方空間Ｓ２（底壁１３の上面からウエハＷの下面までの空間）に、処理容器２の高さ方向に波長を持つ定在波（以下、「高さ方向の定在波」と記すことがある）を発生させない。なお、ウエハＷの下方空間Ｓ２において、高さ方向の定在波以外の定在波、例えば、ウエハＷの上面や下面に対して平行な方向の定在波は発生してもよい。本実施の形態では、距離Ｈ１をＨ１＜λ／２とし、ウエハＷの下方空間Ｓ２における高さ方向の定在波の発生を防ぐことによって、ウエハＷの下方空間Ｓ２において、定在波の種類を減少させる事で、定在波の変動を極力回避できる。
また、第１の高さ位置では、距離Ｈ２を３λ／４以上λ未満の範囲内とすることによって、例えば４００℃以上の温度域において、ウエハＷの上方空間Ｓ１（上壁１１の下面からウエハＷの上面までの空間）における高さ方向の定在波が一つ発生することを許容する。このことにより、上壁１１の各マイクロ波導入ポート１０から導入されるマイクロ波が、ウエハＷの上方空間Ｓ１において、ウエハＷへ向けて効率良く照射されるようにしている。また、３λ／４≦Ｈ２＜λとすることで、マイクロ波がウエハＷの上面と平行な方向へ進みやすくなり、ウエハＷの上面に対して平行な方向の定在波の波長を短くすることができる。そのため、電界が強い腹の位置でウエハＷを均等に加熱することが可能となり、ウエハＷの面内における加熱温度の均一性を高めることができる。
ウエハＷの上下の空間における定在波の変動は、ウエハＷの面内での加熱温度の均一性の障害となる。本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１では、ホルダ１５によりウエハＷを第１の高さ位置に保持することによって、ウエハＷの上下の空間における定在波の挙動をコントロールして、それらの変動を抑制し、ウエハＷの面内での加熱温度の均一性を高めることができる。
また、ホルダ１５は、第１の高さ位置以外の任意の高さ位置をとり得る。例えば、第２の高さ位置として、底壁１３の上面からウエハＷの下面までの距離Ｈ１と、上壁１１の下面からウエハＷの上面までの距離Ｈ２が等しくなる高さ位置（Ｈ１＝Ｈ２）にウエハＷを保持することができる。この高さ位置は、処理容器２における上壁１１と底壁１３との中間の位置である（以下、「中間位置」と記すことがある）。中間位置では、例えば、室温以上４００℃未満の範囲内の温度域において、処理容器２内での電界強度が強い定在波の腹の位置にウエハＷを配置できるため、ウエハＷの加熱効率を高め、昇温レートを向上させることができる。
なお、ウエハＷを水平方向に回転させる回転装置及びウエハＷの高さ位置を調節する高さ位置調節装置は、それらの目的を実現できれば、他の構成であってもよい。また、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。
＜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。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、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、上壁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。
＜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、上壁１１、４つの側壁部１２及び底壁１３で区画される空間がマイクロ波放射空間を形成している。このマイクロ波放射空間には、上壁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の上壁１１、４つの側壁部１２及び底壁１３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、上壁１１、４つの側壁部１２及び底壁１３で区画される空間がマイクロ波放射空間を形成している。このマイクロ波放射空間には、上壁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の上壁１１、４つの側壁部１２及び底壁１３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５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５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を塞ぐように上壁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を塞ぐように上壁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、上壁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。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、例えば加熱処理においては、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の上壁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と上壁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。
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５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５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６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６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加熱処理などの目的で好ましく利用できる。
［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で行われるマイクロ波加熱処理方法の好ましい実施の形態について説明する。
次に、マイクロ波加熱処理装置１で行われるマイクロ波加熱処理方法の好ましい実施の形態について説明する。
＜第１の実施の形態＞
まず、マイクロ波加熱処理装置１で行われる本発明の第１の実施の形態のマイクロ波加熱処理方法について説明する。本実施の形態では、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において加熱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加熱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。
まず、マイクロ波加熱処理装置１で行われる本発明の第１の実施の形態のマイクロ波加熱処理方法について説明する。本実施の形態では、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において加熱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加熱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、ホルダ１５の複数の支持ピン１６の上に載置される。
ホルダ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、上下方向に昇降し、ウエハＷが所定の高さ位置にセットされる。ここで、本実施の形態では、底壁１３の上面からウエハＷの下面までの距離Ｈ１が、波長λに対してＨ１＜λ／２となり、かつ、上壁１１の下面からウエハＷの上面までの距離Ｈ２が、マイクロ波の波長λに対して３λ／４≦Ｈ２＜λとなる高さ位置にウエハＷを配置する。この高さ位置は、本発明における第１の高さ位置に相当する。
第１の高さ位置では、距離Ｈ１をＨ１＜λ／２とすることによって、例えば４００℃以上の温度域において、ウエハＷの下方空間Ｓ２における、処理容器２の高さ方向の定在波の発生を防ぐことができる。本実施の形態では、ウエハＷの下方空間Ｓ２における高さ方向の定在波の発生を防ぐことによって、ウエハＷの下方空間Ｓ２において、定在波の変動を極力回避できる。
また、第１の高さ位置では、距離Ｈ２を３λ／４≦Ｈ２＜λとなるようにすることによって、例えば４００℃以上の温度域において、ウエハＷの上方空間Ｓ１における高さ方向の定在波が一つ発生することを許容する。このことにより、上壁１１の各マイクロ波導入ポート１０から導入されるマイクロ波が、ウエハＷの上方空間Ｓ１において、ウエハＷへ向けて効率良く照射されるようにしている。また。距離Ｈ２を３λ／４≦Ｈ２＜λとすることによって、ウエハＷの上面に対して平行な方向の定在波の波長を短くし、ウエハＷの面内における加熱温度の均一性を高めることができる。
ウエハＷの上下の空間における定在波の変動は、ウエハＷの面内での加熱温度の均一性の障害となる。第１の高さ位置では、ウエハＷの上下の空間における定在波の挙動をコントロールし、それらの変動を小さくすることによって、ウエハＷの面内での加熱温度の均一性を高めることができる。
また、第１の高さ位置で、必要に応じて回転駆動部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ことが好ましい。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、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、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。例えば、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に対して加熱処理が施される。本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１では、底壁１３の上面からウエハＷの下面までの距離Ｈ１がＨ１＜λ／２となり、かつ、上壁１１の下面からウエハＷの上面までの距離Ｈ２が３λ／４≦Ｈ２＜λとなる高さ位置にウエハＷを配置することによって、ウエハＷの面内で均一な加熱処理が可能になる。また、加熱処理の間にウエハＷを回転させた場合は、ウエハＷの周方向において、マイクロ波の偏りを少なくし、ウエハＷ面内の加熱温度をより均一化することができる。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。また、必要な場合は排気装置６によって、処理容器２内を減圧排気してもよい。さらに、必要な場合は、ガス供給装置５ａによって処理ガスを処理容器２内に導入してもよい。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加熱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に対する加熱処理が終了する。
所定時間の加熱処理又は加熱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。
以上のように、本実施の形態のマイクロ波加熱処理方法では、所定の高さ位置に保持したウエハＷに対し、マイクロ波を照射して加熱処理を行うことによって、定在波の変動による影響を低減し、ウエハＷの面内で均一な加熱処理が可能になる。
＜第２の実施の形態＞
次に、マイクロ波加熱処理装置１で行われる本発明の第２の実施の形態のマイクロ波加熱処理方法について説明する。図７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７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Ｓ１１〜ステップＳ１４を含んでいる。
次に、マイクロ波加熱処理装置１で行われる本発明の第２の実施の形態のマイクロ波加熱処理方法について説明する。図７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７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Ｓ１１〜ステップＳ１４を含んでいる。
本実施の形態では、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において加熱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加熱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、ホルダ１５の複数の支持ピン１６の上に載置される。
（ステップＳ１１）
まず、ステップＳ１１では、支持装置４の昇降駆動部１８によって、ウエハＷを保持するホルダ１５を上下に変位させて、ウエハＷを所定の高さ位置に調整する。この高さ位置は、後述するステップＳ１３における第１の高さ位置とは異なる高さ位置であればよい。本実施の形態のマイクロ波加熱処理方法では、底壁１３の上面からウエハＷの下面までの距離Ｈ１と、上壁１１の下面からウエハＷの上面までの距離Ｈ２が等しくなる中間位置（Ｈ１＝Ｈ２）にウエハＷを配置することができる。この高さ位置は、本発明における「第２の高さ位置」に相当する。第２の高さ位置では、例えば室温〜４００℃未満の範囲内の温度域において、処理容器２内での電磁界分布において、電界強度が強い定在波の腹の位置にウエハＷを配置できるため、ウエハＷの誘電加熱効果を向上させることができる。
まず、ステップＳ１１では、支持装置４の昇降駆動部１８によって、ウエハＷを保持するホルダ１５を上下に変位させて、ウエハＷを所定の高さ位置に調整する。この高さ位置は、後述するステップＳ１３における第１の高さ位置とは異なる高さ位置であればよい。本実施の形態のマイクロ波加熱処理方法では、底壁１３の上面からウエハＷの下面までの距離Ｈ１と、上壁１１の下面からウエハＷの上面までの距離Ｈ２が等しくなる中間位置（Ｈ１＝Ｈ２）にウエハＷを配置することができる。この高さ位置は、本発明における「第２の高さ位置」に相当する。第２の高さ位置では、例えば室温〜４００℃未満の範囲内の温度域において、処理容器２内での電磁界分布において、電界強度が強い定在波の腹の位置にウエハＷを配置できるため、ウエハＷの誘電加熱効果を向上させることができる。
（ステップＳ１２）
次に、ステップＳ１２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によって処理容器２内にマイクロ波を導入する。そして、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。具体的には、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。
次に、ステップＳ１２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によって処理容器２内にマイクロ波を導入する。そして、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。具体的には、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に対して加熱処理が施される。
加熱処理の間は、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。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。また、必要な場合は排気装置６によって、処理容器２内を減圧排気してもよい。さらに、必要な場合は、ガス供給装置５ａによって処理ガスを処理容器２内に導入してもよい。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、所定の圧力に調整することができる。
（ステップＳ１３）
ステップＳ１３では、ウエハＷに対するマイクロ波の照射を継続しながら、昇降駆動部１８を駆動させることによってホルダ１５を変位させ、ウエハＷを第２の高さ位置から、第１の高さ位置に切り替える。第１の高さ位置では、距離Ｈ１をＨ１＜λ／２とすることによって、例えば４００℃以上の温度域において、ウエハＷの下方空間Ｓ２における、処理容器２の高さ方向の定在波の発生を防ぐことができる。本実施の形態では、ウエハＷの下方空間Ｓ２における高さ方向の定在波の発生を防ぐことによって、ウエハＷの下方空間Ｓ２において、定在波の変動を極力回避できる。
ステップＳ１３では、ウエハＷに対するマイクロ波の照射を継続しながら、昇降駆動部１８を駆動させることによってホルダ１５を変位させ、ウエハＷを第２の高さ位置から、第１の高さ位置に切り替える。第１の高さ位置では、距離Ｈ１をＨ１＜λ／２とすることによって、例えば４００℃以上の温度域において、ウエハＷの下方空間Ｓ２における、処理容器２の高さ方向の定在波の発生を防ぐことができる。本実施の形態では、ウエハＷの下方空間Ｓ２における高さ方向の定在波の発生を防ぐことによって、ウエハＷの下方空間Ｓ２において、定在波の変動を極力回避できる。
また、第１の高さ位置では、距離Ｈ２を３λ／４≦Ｈ２＜λとすることによって、例えば４００℃以上の温度域において、ウエハＷの上方空間Ｓ１における高さ方向の定在波が一つ発生することを許容する。このことにより、上壁１１の各マイクロ波導入ポート１０から導入されるマイクロ波が、ウエハＷの上方空間Ｓ１において、ウエハＷへ向けて効率良く照射されるようにしている。また。距離Ｈ２を３λ／４≦Ｈ２＜λとすることによって、ウエハＷの上面に対して平行な方向の定在波の波長を短くし、ウエハＷの面内における加熱温度の均一性を高めることができる。
ステップＳ１２からステップＳ１３への移行（つまり、第２の高さ位置から第１の高さ位置への切り替えのタイミング）は、例えば温度計測部２７により計測されたウエハＷの温度に基づき行うことができる。具体的には、制御部８の主制御部１０１において、温度計測部２７の計測温度情報をモニタし、ウエハＷの温度が所定の温度域に到達した時点でステップＳ１２からステップＳ１３への移行を行うように昇降駆動部１８に制御信号を送出すればよい。また、ステップＳ１２からステップＳ１３への移行は、例えば実験的に得られたウエハＷ温度の計測データに基づき、予め設定した時間を基準にして実施してもよい。ここで、ステップＳ１２からステップＳ１３への移行は、ウエハＷの温度が、例えば４００℃以上、好ましくは４００℃以上６００℃以下の範囲内、より好ましくは４００℃以上５００℃以下の範囲内で行うことがよい。４００℃以上の温度域では、ウエハＷを構成するシリコンが導体として振る舞い、ウエハＷが反射面となるため、処理容器２内でウエハＷの上方空間Ｓ１と下方空間Ｓ２で、マイクロ波が別々の挙動を示す。そして、第１の高さ位置では、ウエハＷの下方空間Ｓ２における高さ方向の定在波の発生を抑えることができるとともに、定在波の変動を極力生じさせないことが可能になる。また、第１の高さ位置では、ウエハＷの上方空間Ｓ１において、ウエハＷの上面に対して平行な方向の定在波の波長を短くし、ウエハＷの面内における加熱温度の均一性を高めることができる。従って、ウエハＷの温度が４００℃以上では、第１の高さ位置への切り替えによって、ウエハＷの面内での加熱温度の均一性を高めることができる。なお、ウエハＷの温度が４００℃未満の場合には、ウエハＷを構成するシリコンがほとんど導体としては振る舞わないため、ほとんどのマイクロ波はウエハＷを透過する。これにより上方空間Ｓ１と下方空間Ｓ２とに形成される定在波およびその分布は、ウエハＷの温度が４００℃以上の場合と異なることになる。よって、シリコンが導体として振る舞う温度領域でのウエハＷの高さ位置は、ウエハＷの面内での均一処理を行なう上で重要な要素となる。
ステップＳ１３における処理条件は、ウエハＷの高さ位置を第１の高さ位置に変化させた以外は、ステップＳ１２と同様である。
（ステップＳ１４）
次に、ステップＳ１４では、マイクロ波の供給を停止する。例えば、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加熱処理を終了させる制御信号を送出することによって、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に対する加熱処理が終了する。
次に、ステップＳ１４では、マイクロ波の供給を停止する。例えば、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加熱処理を終了させる制御信号を送出することによって、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に対する加熱処理が終了する。
所定時間の加熱処理又は加熱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。
以上のように、本実施の形態のマイクロ波加熱処理方法では、ウエハＷにマイクロ波を照射して加熱処理を行う途中でウエハＷの高さ位置を切り替えることによって、処理容器２内における定在波の挙動をコントロールし、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。特に、ウエハＷの温度が４００℃未満では第２の高さ位置で加熱処理を行い、４００℃以上では第１の高さ位置に切り替えて加熱処理を行うことによって、誘電加熱効果の向上とウエハＷの面内での処理の均一性を両立させることができる。なお、ウエハＷの高さ位置は、２段階に限らず、３段階以上に切り替えてもよい。また、ウエハＷの高さ位置を切り替える際に、マイクロ波の供給を一旦停止するようにしてもよい。
＜作用＞
次に、図８〜図１１を参照しながら、本発明の作用について説明する。まず、図８は、一般的な濃度でドーパントをドープしたシリコン基板を加熱していく昇温過程でのキャリア密度の変化を示すグラフである。半導体は、通常、温度が上がると電気伝導性が増す。図８のグラフにおいて、室温から約１２７℃程度までは一定の導電率を有する出払い領域である。１２７℃を超えて昇温すると、キャリアの大幅な増加とともに電気伝導性が増して真性領域となる。従って、ウエハＷを構成するシリコンは、４００℃以上の温度域では導体としての性質を強めるものと考えられる。
次に、図８〜図１１を参照しながら、本発明の作用について説明する。まず、図８は、一般的な濃度でドーパントをドープしたシリコン基板を加熱していく昇温過程でのキャリア密度の変化を示すグラフである。半導体は、通常、温度が上がると電気伝導性が増す。図８のグラフにおいて、室温から約１２７℃程度までは一定の導電率を有する出払い領域である。１２７℃を超えて昇温すると、キャリアの大幅な増加とともに電気伝導性が増して真性領域となる。従って、ウエハＷを構成するシリコンは、４００℃以上の温度域では導体としての性質を強めるものと考えられる。
図９は、図１と同様の構成のマイクロ波加熱処理装置１において、ウエハＷを加熱処理した場合の温度変化と反射波電力の変化を示している。この実験では、４つのマグネトロン３１で、それぞれ１０００Ｗの出力で５．８ＧＨｚのマイクロ波を生成させ、各マイクロ波導入ポート１０からマイクロ波を処理容器２内に導入したときのウエハＷの温度と各マイクロ波導入ポート１０への反射波電力を計測した。図９の上段のグラフは、ウエハＷの中央部、周縁部及び中央部と周縁部との間の中間部の温度変化を示している。下段のグラフは、４つのマイクロ波導入ポート１０（図９では、マイクロ波導入ポートを１０Ａ，１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄと表記する）への反射波電力を示している。図９では、昇温開始（ここでは、反射波電力が発生するタイミングを意味する）から、１５〜２０秒程度かけてウエハＷが３００℃〜５００℃程度まで温度上昇する間に、符号ｔで示す時点を境に、反射波の挙動が大きく変化していることがわかる。このことは、例えば、４００℃以上に昇温すると、ウエハＷを構成するシリコンが導体として振る舞うようになったことを示している。
処理容器２は、上壁１１、側壁部１２及び底壁１３で囲まれている。そのため、処理容器２内に導入されたマイクロ波は、処理容器２内で、ウエハＷの上面又は下面に平行な方向及び処理容器２の高さ方向に定在波を形成する。ここで、処理容器２内の高さ方向に生成する定在波に着目すると、ウエハＷの温度が４００℃未満では、ウエハＷを構成するシリコンが半導体として振る舞うため、マイクロ波はウエハＷを透過し、処理容器２の高さ方向には、その高さＨと同じ波長を有する一つの定在波が生成する。そのため、ウエハＷの温度が４００℃未満では、処理容器２における上壁１１と底壁１３との中間位置が、電界強度が強い定在波の腹の位置となる。従って、ウエハＷの高さ位置を、例えば図１０に示すように、距離Ｈ１と距離Ｈ２が等しくなる中間位置に設定することによって、ウエハＷの誘電加熱効率を最大限に高めることができる。
一方、ウエハＷの温度が４００℃以上では、例えば５．８ＧＨｚのマイクロ波に対してウエハＷは金属と同等の挙動を示すため、ウエハＷが金属境界面となり、マイクロ波の反射が生じる。そのため、ウエハＷの上方空間Ｓ１及び下方空間Ｓ２に、それぞれ定在波が生成する。ここで、ウエハＷの下方空間Ｓ２に高さ方向の定在波が生成すると、ウエハＷの下方に配備されたホルダ１５のアーム部１５ｂやシャフト１５によって、定在波の変動が生じやすく、ウエハＷの面内での加熱温度の均一性を低下させる懸念がある。そこで、本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１では、図１１に示すように、Ｈ１＜λ／２となる第１の高さ位置にウエハＷを配置することによって、下方空間Ｓ２における高さ方向の定在波の発生を防ぎ、定在波の変動を回避している。具体的には、５．８ＧＨｚのマイクロ波を用いる場合は、真空波長λが約５１．７ｍｍであるから、距離Ｈ１を２５．８４ｍｍ未満とすればよい。
また、３λ／４≦Ｈ２＜λとなる第１の高さ位置では、ウエハＷの上方空間Ｓ１に、高さ方向の定在波が一つ発生することを許容する。このことにより、上壁１１の各マイクロ波導入ポート１０から導入されるマイクロ波の電界の向きが処理容器２の高さ方向に近づくため、マイクロ波がウエハＷへ向けて効率良く照射される。また、３λ／４≦Ｈ２＜λとすることによって、ウエハＷの上面に対して平行な方向の定在波の波長を短くすることができるため、ウエハＷの面内における加熱温度の均一性を高めることができる。具体的には、５．８ＧＨｚのマイクロ波を用いる場合は、距離Ｈ２を３８．７７ｍｍ以上５１．７ｍｍ以下の範囲内とすればよい。
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、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…ホルダ、１５ａ…ホルダ基部、１５ｂ…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 (8)
- 上壁、該上壁に平行な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上壁に形成された一つないし複数のマイクロ波導入ポートから前記処理容器に導入するマイクロ波導入装置と、
前記被処理体に当接することによって、前記処理容器内で前記上壁に対向する位置に前記被処理体を保持する保持部と、
を備え、
前記保持部によって、
前記底壁の上面から前記被処理体の下面までの距離Ｈ１が、前記マイクロ波の波長λに対してＨ１＜λ／２となり、
前記上壁の下面から前記被処理体の上面までの距離Ｈ２が、前記マイクロ波の波長λに対して３λ／４≦Ｈ２＜λとなる第１の高さ位置に前記被処理体を保持して加熱処理を行うマイクロ波加熱処理装置。 - さらに、前記保持部が前記被処理体を保持する高さ位置を可変に調節する高さ位置調節装置と、
前記加熱処理の途中で、前記保持部によって前記被処理体を保持する高さ位置を、前記第１の高さ位置とは異なる第２の高さ位置から、前記第１の高さ位置へ切替るように、前記高さ位置調節装置を制御する制御部と、
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。 - さらに、前記保持部に保持された前記被処理体の温度を計測する温度計測部を備え、
前記制御部は、前記温度計測部による前記被処理体の計測温度に基づき、前記第２の高さ位置から、前記第１の高さ位置への切り替えを行う請求項２に記載のマイクロ波加熱処理装置。 - 前記被処理体がシリコン基板であり、
前記制御部は、前記加熱処理において、前記シリコン基板の温度が４００℃以上に到達した段階で、前記第２の高さ位置から、前記第１の高さ位置への切り替えを行う請求項３に記載のマイクロ波加熱処理装置。 - 上壁、該上壁に平行な底壁及び側壁を有し、被処理体を収容する処理容器内に、前記上壁に形成された一つないし複数のマイクロ波導入ポートからマイクロ波を導入して前記被処理体の加熱処理を行うマイクロ波加熱処理方法であって、
前記底壁の上面から前記被処理体の下面までの距離Ｈ１が、前記マイクロ波の波長λに対してＨ１＜λ／２となり、
前記上壁の下面から前記被処理体の上面までの距離Ｈ２が、前記マイクロ波の波長λに対して３λ／４≦Ｈ２＜λとなる第１の高さ位置に前記被処理体を保持して加熱処理を行うことを特徴とするマイクロ波加熱処理方法。 - 前記加熱処理の途中で、前記被処理体を保持する高さ位置を、前記第１の高さ位置とは異なる第２の高さ位置から、前記第１の高さ位置へ切替る請求項５に記載のマイクロ波加熱処理方法。
- 前記被処理体の計測温度に基づき、前記第２の高さ位置から、前記第１の高さ位置への切り替えを行う請求項６に記載のマイクロ波加熱処理方法。
- 前記被処理体がシリコン基板であり、
前記加熱処理において、前記シリコン基板の温度が４００℃以上に到達した段階で、前記第２の高さ位置から、前記第１の高さ位置への切り替えを行う請求項７に記載のマイクロ波加熱処理方法。
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