JP5657059B2 - マイクロ波加熱処理装置および処理方法 - Google Patents

マイクロ波加熱処理装置および処理方法 Download PDF

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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。
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。
特開平３−２３３８８８号公報（例えば、図１）
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に導入するマイクロ波導入装置と、
前記処理容器内で被処理体に当接してこれを保持する保持部と、
前記保持部によって保持された状態の被処理体の下方に配置され、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された前記マイクロ波の定在波の位相を変化させる位相調節部と、
を備えている。
本発明のマイクロ波加熱処理装置は、前記位相調節部の少なくとも一部分が、前記保持部によって保持された状態の被処理体と上下に重なる位置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、前記位相調節部は、前記底壁の内壁面を基準にして窪んだ凹部又は突出した凸部を有していてもよい。
本発明のマイクロ波加熱処理装置において、前記位相調節部は、前記凹部の深さ又は前記凸部の高さを可変に調節する可動部材と、該可動部材を移動させる駆動部を有していてもよい。
本発明のマイクロ波加熱処理装置において、前記位相調節部は、前記凹部の内径又は前記凸部の径を可変に調節する可動部材と、該可動部材を移動させる駆動部を有していてもよい。
本発明のマイクロ波加熱処理装置において、前記位相調節部は、前記凹部の深さ又は前記凸部の高さを可変に調節する補助部材を有していてもよい。
本発明のマイクロ波加熱処理装置において、前記位相調節部は、前記凹部の内径又は前記凸部の径を可変に調節する補助部材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、前記凹部又は凸部が、金属材料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は、前記位相調節部が、複数箇所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、前記保持部は、
基部と、
前記基部から放射状に延びるアーム部と、
前記アーム部に固定され、被処理体に接触してこれを支持する支持部材と、
を備えていてもよく、
前記位相調節部は、前記基部に形成された凹部であってもよい。
本発明のマイクロ波加熱処理装置は、前記基部が誘電体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は、前記保持部によって支持された被処理体を水平方向に回転させる回転機構をさらに備えていてもよい。
本発明のマイクロ波加熱処理装置は、前記保持部が被処理体を支持する高さ位置を可変に調節する高さ位置調節機構をさらに備えていてもよい。
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、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に導入するマイクロ波導入装置と、
前記処理容器内で被処理体に当接してこれを保持する保持部と、
前記保持部によって保持された状態の被処理体の下方に配置され、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された前記マイクロ波の定在波の位相を変化させる位相調節部と、
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ものである。
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。
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の実施の形態のマイクロ波加熱処理装置における位相調節部の周辺の構成を拡大して示す要部断面図である。 補助部材の一例としての嵌合プレートの全体構成を示す斜視図である。 図３の嵌合プレートを装着した位相調節部の周辺の構成を拡大して示す要部断面図である。 図３の嵌合プレートを装着した別の例の位相調節部の周辺の構成を拡大して示す要部断面図である。 補助部材の別の例としての嵌合プレートの全体構成を示す斜視図である。 図６の嵌合プレートを装着した位相調節部の周辺の構成を拡大して示す要部断面図である。 図６の嵌合プレートを装着した別の例の位相調節部の周辺の構成を拡大して示す要部断面図である。 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２の実施の形態に係るマイクロ波加熱処理装置の位相調節部の周辺の構成を拡大して示す要部断面図である。 図１３の状態から可動ブロックを下降させた状態を示す位相調節部の周辺の要部断面図である。 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３の実施の形態に係るマイクロ波加熱処理装置の位相調節部の周辺の構成を拡大して示す要部断面図である。 図１６の状態から可動筒を上昇させた状態を示す位相調節部の周辺の要部断面図である。 本発明の第３の実施の形態の変形例に係るマイクロ波加熱処理装置の位相調節部の周辺の構成を拡大して示す要部断面図である。 図１８の状態から可動筒を上昇させた状態を示す位相調節部の周辺の要部断面図である。 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。 本発明の第４の実施の形態におけるホルダの全体を示す斜視図である。 本発明の第４の実施の形態におけるホルダの基部の断面図である。 本発明の変形例の説明に供する、処理容器の内部から見た底部の平面図である。
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加熱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、マイクロ波導入装置３によって処理容器２内に導入されたマイクロ波の定在波の位相を変化させる手段としての位相調節部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。
＜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基部１５ａと、この基部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および複数の支持ピン１６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（図示せず）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、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。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、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。
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、処理ガスまたは冷却ガスとして、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。
＜温度計測部＞
図示は省略するが、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と、これらの放射温度計に接続された温度計測部とを備えている。
＜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、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Ｓ１を形成している。このマイクロ波放射空間Ｓ１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、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Ｓ１内に散乱させ定在波が生成される。また、処理容器２内に導入されたマイクロ波は、底部１３とウエハＷとの間の空間Ｓ２にも定在波を生成させる。
＜位相調節部＞
次に、図２から図８を参照して、定在波の位相を変化させる手段としての位相調節部について詳細に説明する。まず、図２は、本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１における位相調節部７の周辺の構成を拡大して示す要部断面図である。位相調節部７は、マイクロ波導入装置３によって処理容器２内に導入されたマイクロ波の定在波の位相を変化させる。位相調節部７は、ウエハＷの径方向におけるマイクロ波の放射を均一化しやすくする観点から、支持ピン１６によって保持された状態のウエハＷの下方に配置することが好ましい。具体的には、位相調節部７の少なくとも一部分、好ましくは全体を、支持ピン１６によって保持された状態のウエハＷと上下に重なるように配置する。
図２では、位相調節部７は、処理容器２の底部１３の内壁面１３ｂを基準にして、この内壁面１３ｂよりも窪んだ凹部を有している。位相調節部７は、底部１３と、該底部１３の下面に処理容器２の外側から装着された固定板２７と、によって形成されている。底部１３の中央には、開口部１３ｃが設けられている。この開口部１３ｃを処理容器２の外側から塞ぐように固定板２７が装着されて位相調節部７を形成している。固定板２７は、その中央部分にシャフト１４を挿通可能な開口部２７ａを有する金属板である。固定板２７は、図示しない螺子等の固定手段で底部１３に固定されている。開口部１３ｃ及び開口部２７ａにはシャフト１４が挿通されている。固定板２７と底部１３との間、並びに、固定板２７とシャフト１４との間には、マイクロ波の漏洩を防ぐための図示しない電磁波シールド部材が配備されている。また、固定板２７と底部１３との間、並びに、固定板２７とシャフト１４との間には、必要な場合は処理容器２内の気密性を確保するための真空シール部材を配備することもできる。
位相調節部７は、マイクロ波導入装置３によって処理容器２内に導入されたマイクロ波の定在波の位相を変化させる。位相調節部７は、マイクロ波を反射させる金属製の壁で形成されている。すなわち、位相調節部７の凹部は、いずれも金属製の底部１３と固定板２７とによって形成されている。このように、金属製の壁で囲まれた位相調節部７の凹部内にマイクロ波が入射し、反射することによって、処理容器２内の定在波の位相を変化させることができる。底部１３の内壁面１３ｂがフラットな平面である場合に比べて、凹部を有する位相調節部７を設けたことによって、定在波を移動させやすくなる。さらに、本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１では、位相調節部７における凹部の深さや内径を変化させることによって、処理容器２内における定在波の位相をコントロールし、ウエハＷの面内において均一な加熱を行うことが可能になる。位相調節部７の凹部の深さ及び／又は内径を可変に調節する手段として、本実施の形態では、補助部材を用いることができる。
次に、図３〜図８を参照しながら、位相調節部７が補助部材を含む場合の例について説明する。本実施の形態では、補助部材として、一つ又は複数の嵌合プレートを用いる。まず、図３は、補助部材の一例としての嵌合プレート２９Ａの全体構成を示す斜視図である。図４は、嵌合プレート２９Ａを装着した状態の位相調節部７の周辺の構成を拡大して示す要部断面図である。図５は、複数の嵌合プレート２９Ａを積層して装着した状態の位相調節部７の周辺の構成を拡大して示す要部断面図である。嵌合プレート２９Ａは、環状をなす金属製部材である。嵌合プレート２９Ａの外径は、開口部１３ｃの内径よりわずかに小さく、開口部１３ｃ内に嵌め込むことができるように構成されている。環状をなす嵌合プレート２９Ａの内径は、シャフト１４よりわずかに大きい程度に形成されている。
図４では、１つの嵌合プレート２９Ａを位相調節部７の凹部内に嵌め込んだ状態を示している。図示のように、環状をなす嵌合プレート２９Ａは、シャフト１４が挿入された状態で位相調節部７の凹部に置かれる。図４に示した例では、嵌合プレート２９Ａの高さは、底部１３の厚みの略１／２である。従って、嵌合プレート２９Ａを装着することによって、位相調節部７の凹部の深さは、実質的に略１／２に縮小されている。
一方、図５では、３つの嵌合プレート２９Ａを上下に重ねて位相調節部７の凹部内に嵌め込んだ状態を示している。図示のように、環状をなす各嵌合プレート２９Ａは、シャフト１４が挿入された状態で位相調節部７の凹部に置かれる。図５に示した例では、嵌合プレート２９Ａの高さは、底部１３の厚みの１／２である。従って、３つの嵌合プレート２９Ａを装着することによって、積層された３つの嵌合プレート２９Ａの合計の高さは、底部１３の内壁面１３ｂよりも大きくなる。つまり、位相調節部７は、積層された３つの嵌合プレート２９Ａによって、底部１３の内壁面１３ｂを基準にした場合に、実質的に凸部を形成する。このように、位相調節部７は、凹部に限らず、凸部とすることも可能である。金属製の嵌合プレート２９Ａにより形成された凸部において、空間Ｓ２の定在波が反射することにより、その位相を変化させることができる。
図６は、補助部材の別の例としての嵌合プレート２９Ｂの全体構成を示す斜視図である。図７は、嵌合プレート２９Ｂを装着した状態の位相調節部７の周辺の構成を拡大して示す要部断面図である。嵌合プレート２９Ｂは、環状をなす金属製部材である。嵌合プレート２９Ｂの外径は、開口部１３ｃの内径よりわずかに小さく、開口部１３ｃ内に嵌め込むことができるように構成されている。また、環状をなす嵌合プレート２９Ｂの内径は、シャフト１４の直径よりも十分に大きく、例えば４〜５倍程度に形成されている。
図７では、２つの嵌合プレート２９Ｂを上下に重ねて位相調節部７の凹部内に嵌め込んだ状態を示している。図７に示した例では、嵌合プレート２９Ｂの高さは、底部１３の厚みの１／２である。従って、２つの嵌合プレート２９Ｂを装着することによって、積層された２つの嵌合プレート２９Ｂの合計の高さは、底部１３の内壁面１３ｂと同じ高さになっている。また、環状をなす嵌合プレート２９Ｂの内径は、図３に示した嵌合プレート２９Ａに比べて大きく形成されている。従って、嵌合プレート２９Ｂを位相調節部７の凹部に嵌め込んだ状態でも、シャフト１４の周囲には凹部が形成される。このように、２つの嵌合プレート２９Ｂを重ねて装着することによって、実質的に位相調節部７の凹部の内径を縮小することができる。なお、嵌合プレート２９Ｂは、内外に２つ以上を重ねて配置することもできる。例えば、嵌合プレート２９Ｂよりも径が小さな別の環状の嵌合プレートを、嵌合プレート２９Ｂの内側に配置することによって、位相調節部７の凹部の径をさらに縮小させることもできる。
図８は、さらに別の例において、嵌合プレート２９Ｂを装着した状態の位相調節部７の周辺の構成を拡大して示す要部断面図である。図８では、４つの嵌合プレート２９Ｂを上下に重ねて底部１３の開口部１３ｃ内に嵌め込んだ状態を示している。図８に示した例では、嵌合プレート２９Ｂの高さは、底部１３の厚みの１／２である。従って、４つの嵌合プレート２９Ｂを装着することによって、積層された４つの嵌合プレート２９Ｂの合計の高さは、底部１３の厚みのほぼ２倍となっている。つまり、４つの嵌合プレート２９Ｂによって、位相調節部７には、空間Ｓ２に突出した凸部が形成されている。また、環状をなす嵌合プレート２９Ｂを開口部１３ｃ内に嵌め込んだ状態でも、シャフト１４の周囲には凹部が形成されている。このように、４つの嵌合プレート２９Ｂを重ねて装着することによって、実質的に位相調節部７の凹部の内径を縮小するとともに、該凹部の深さを大きくすることができる。
なお、嵌合プレートの厚み、幅、内径、外径などは、特に限定されるものではない。また、嵌合プレートは、例えば、三角形、四角形など多角形の枠状もしくは筒状に形成してもよい。また、嵌合プレートは、例えば、組み合わせて環状又は枠状もしくは筒状となるように複数の部分に分割されていてもよい。さらに、形状の異なる複数種類の嵌合プレートを組み合わせて使用してもよい。
＜マイクロ波導入装置＞
次に、図１、図９及び図１０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９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１０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１０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。なお、複数のマイクロ波導入ポート１０は、図１０に示した配置に限らず、任意の配置が可能である。さらに、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の数も４つに限らない。
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。
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９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１１は、図１に示した制御部８の構成を示す説明図である。図１１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。
＜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。上記のとおり、マイクロ波加熱処理装置１は、位相調節部７を備えている。各マイクロ波導入ポート１０から処理容器２内に導入されたマイクロ波は、処理容器２の底部１３とウエハＷとの間の空間Ｓ２に定在波を生成させる。本実施の形態に係るマイクロ波加熱処理装置１では、空間Ｓ２もしくは空間Ｓ２に臨む位置に、定在波の位相を変化させる位相調節部７を設けたことによって、空間Ｓ２における定在波の位相を変化させることができる。また、補助部材としての嵌合プレートを用いることによって、例えばマイクロ波導入ポート１０の配置や数を変更した場合でも、それに応じて、空間Ｓ２における定在波の位相を最適化できる。従って、ウエハＷの面内、特に、ウエハＷの径方向におけるマイクロ波の放射を均一化することが可能になり、均一な加熱処理が実現される。なお、空間Ｓ２の定在波の状態を変化させることにより、結果的には空間Ｓ１における定在波の位相も変化させている。
また、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加熱処理を行う。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、ウエハＷの面内での周方向においても、加熱処理の均一化が実現できる。
［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に対して加熱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において加熱処理を行うように、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加熱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、ホルダ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。この高さで、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、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、位相調節部７によって、空間Ｓ１およびＳ２の定在波の位相を変化させることが可能であるため、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。さらに、加熱処理の間に、昇降駆動部１８を駆動させてウエハＷの高さを変化させてもよい。
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、処理ガスおよび冷却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、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加熱処理などの目的で好ましく利用できる。
以上のように、本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１および処理方法では、位相調節部７を設けることによって、ウエハＷ面内でのマイクロ波の吸収を均一化し、加熱効率を改善することができる。また、ウエハＷを水平方向に所定の速度で回転させながら加熱処理を行う場合は、ウエハＷの面内において、マイクロ波の吸収がさらに均一化される。従って、本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１および処理方法によれば、ウエハＷに対して効率良く、かつ、ウエハＷの面内において優れた均一性で加熱処理を行うことが可能である。
［第２の実施の形態］
次に、図１２〜図１４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１２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１３及び図１４は、本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ａにおける位相調節部の周辺の構成を拡大して示す要部断面図である。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加熱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１２から図１４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、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、マイクロ波導入装置３によって処理容器２内に導入されたマイクロ波の定在波の位相を変化させる手段としての位相調節部７Ａ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。
＜位相調節部＞
本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ａの位相調節部７Ａは、処理容器２の底部１３において、処理容器２内の空間Ｓ２に突没可能に装着された可動部材としての可動ブロック７１と、この可動ブロック７１を昇降変位させる変位駆動部７３と、を備えている。変位駆動部７３は、例えばボールねじ、ラック＆ピニオン、エアシリンダ、油圧シリンダなどの駆動機構を備えている。
位相調節部７Ａは、マイクロ波導入装置３によって処理容器２内に導入されたマイクロ波の定在波の位相を変化させる。位相調節部７Ａは、ウエハＷの径方向におけるマイクロ波の放射を均一化しやすくする観点から、支持ピン１６によって保持された状態のウエハＷの下方に配置されている。具体的には、位相調節部７Ａの少なくとも一部分が、支持ピン１６によって保持された状態のウエハＷと上下に重なるように設けられている。
底部１３の中央には、開口部１３ｃが設けられており、この開口部１３ｃを処理容器２の外側から塞ぐように可動ブロック７１が装着されている。可動ブロック７１は、その中央部分にシャフト１４を挿通可能な開口部７１ａを有する円筒状の金属製部材である。可動ブロック７１の上部の外径は、開口部１３ｃの内径よりわずかに小さく、開口部１３ｃ内に挿入することができるように構成されている。筒状をなす可動ブロック７１の開口部７１ａの内径は、シャフト１４よりわずかに大きい程度に形成されている。
可動ブロック７１は、変位駆動部７３に連結され、変位駆動部７３を駆動させることによって所定のストロークで上下に変位できるように構成されている。可動ブロック７１と底部１３との間、並びに、可動ブロック７１とシャフト１４との間には、マイクロ波の漏洩を防ぐための図示しない電磁波シールド部材が配備されている。また、可動ブロック７１と底部１３との間、並びに、可動ブロック７１とシャフト１４との間には、必要な場合は処理容器２内の気密性を確保するための真空シール部材を配備することもできる。
図１３は、可動ブロック７１を上昇させた状態を示している。上昇位置において、可動ブロック７１は、その上端が底部１３の内壁面１３ｂよりも高くなっており、処理容器２の空間Ｓ２内に進出している。図１３に示したように、可動ブロック７１を上昇させた状態では、位相調節部７Ａは底部１３の内壁面１３ｂを基準にして処理容器２内に突出した凸部を形成している。可動ブロック７１は、マイクロ波を反射させる金属で形成されている。可動ブロック７１を上昇させた状態では、凸部を形成する金属製の可動ブロック７１によってマイクロ波を反射させ、処理容器２内の定在波の位相を変化させることができる。つまり、底部１３の内壁面１３ｂがフラットな平面である場合に比べて、可動ブロック７１による凸部を有する位相調節部７Ａを設けたことによって、定在波の位置を移動させることができる。
図１４は可動ブロック７１を下降させた状態を示している。可動ブロック７１は、その上端が底部１３の内壁面１３ｂよりも下方に退避している。このように可動ブロック７１を下降させた状態では、位相調節部７Ａは、底部１３の内壁面１３ｂを基準にして窪んだ凹部を形成している。可動ブロック７１及び底部１３は、マイクロ波を反射させる金属で形成されている。図１４に示す位置まで可動ブロック７１を下降させた状態では、金属製の壁で囲まれた位相調節部７Ａの凹部内にマイクロ波が入射し、反射することによって、処理容器２内の定在波の位相を変化させることができる。つまり、底部１３の内壁面１３ｂがフラットな平面である場合に比べて、可動ブロック７１による凹部を有する位相調節部７Ａを設けたことによって、定在波の位置を移動させることができる。
本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ａでは、加熱処理の間に、可動ブロック７１の位置を固定してもよいし、連続的もしくは不連続的に変位させてもよい。加熱処理の間に可動ブロック７１を連続的もしくは不連続的に上下に変位させることによって、位相調節部７Ａの凸部の高さや凹部の深さを変化させることができる。加熱処理の間に、位相調節部７Ａの凸部の高さや凹部の深さを変化させることによって、処理容器２内における定在波の位相をコントロールし、ウエハＷの面内において均一な加熱を行うことが可能になる。
本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ａでは、空間Ｓ２もしくは空間Ｓ２に臨む位置に、定在波の位相を変化させる位相調節部７Ａを設けたことによって、空間Ｓ２における定在波の位相を変化させることができる。さらに、位相調節部７Ａにおける可動ブロック７１を変位させ、凸部の高さや凹部の深さを変化させることによって、処理容器２内における定在波の位相をコントロールできるので、ウエハＷの面内において、均一な加熱を行うことが可能になる。なお、空間Ｓ２の定在波の状態を変化させることにより、結果的には空間Ｓ１における定在波の位相も変化させている。
なお、可動ブロック７１は、例えば、三角形、四角形など多角形の筒状に形成してもよい。また、可動ブロック７１は、例えば、組み合わせて筒状となるように複数の部分に分割されていてもよい。
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。
［第３の実施の形態］
次に、図１５〜図１７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１Ｂについて説明する。図１５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。図１６及び図１７は、本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ｂにおける位相調節部の周辺の構成を拡大して示す要部断面図である。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加熱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１５から図１７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、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、マイクロ波導入装置３によって処理容器２内に導入されたマイクロ波の定在波の位相を変化させる手段としての位相調節部７Ｂと、これらマイクロ波加熱処理装置１Ｂの各構成部を制御する制御部８とを備えている。
＜位相調節部＞
本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ｂの位相調節部７Ｂは、処理容器２の底部１３において、処理容器２内の空間Ｓ２に突没可能に装着された可動部材としての可動筒７５と、この可動筒７５を昇降変位させる変位駆動部７３と、底部１３の下面に処理容器２の外側から装着された固定板７７Ａ，７７Ｂと、を備えている。固定板７７Ａは、可動筒７５を挿通可能な開口部７７ａを有する金属製の半筒状部材である。固定板７７Ｂは、可動筒７５を挿通可能な開口部７７ｂを有する金属製の半筒状部材である。固定板７７Ａ，７７Ｂは、それぞれ図示しない螺子等の固定手段で底部１３に固定されている。なお、変位駆動部７３の構成は、第２の実施の形態と同様である。
位相調節部７Ｂは、マイクロ波導入装置３によって処理容器２内に導入されたマイクロ波の定在波の位相を変化させる。位相調節部７Ｂは、ウエハＷの径方向におけるマイクロ波の放射を均一化しやすくする観点から、支持ピン１６によって保持された状態のウエハＷの下方に配置されている。具体的には、位相調節部７Ｂの少なくとも一部分が、支持ピン１６によって保持された状態のウエハＷと上下に重なるように設けられている。
底部１３の中央には、開口部１３ｃが設けられており、この開口部１３ｃを処理容器２の外側から塞ぐように固定板７７Ａ，７７Ｂ及び可動筒７５が装着されている。可動筒７５は、その中央部分にシャフト１４を挿通可能な開口部７５ａを有する円筒状の金属製部材である。可動筒７５の外径は、底部１３の開口部１３ｃの内径よりわずかに小さく、開口部１３ｃ内に挿入できるように構成されている。筒状をなす可動筒７５の開口部７５ａの内径は、シャフト１４の直径よりも十分に大きく、例えば４〜５倍程度に形成されている。
可動筒７５は、変位駆動部７３に連結され、変位駆動部７３を駆動させることによって所定のストロークで上下に変位できるように構成されている。可動筒７５と固定板７７Ａ，７７Ｂとの間、固定板７７Ａ，７７Ｂと底部１３との間、並びに、固定板７７Ａ，７７Ｂとシャフト１４との間には、マイクロ波の漏洩を防ぐための図示しない電磁波シールド部材が配備されている。また、可動筒７５と固定板７７Ａ，７７Ｂとの間、固定板７７Ａ，７７Ｂと底部１３との間、並びに、固定板７７Ａ，７７Ｂとシャフト１４との間には、必要な場合は処理容器２内の気密性を確保するための真空シール部材を配備することもできる。
図１６は、可動筒７５を下降させた状態を示している。具体的には、可動筒７５の上端を固定板７７Ａ，７７Ｂと同じ高さに合わせている。従って、可動筒７５は、その上端が底部１３の内壁面１３ｂよりも下方に退避している。図１６に示したように、可動筒７５を下降させた状態では、位相調節部７Ｂは底部１３の内壁面１３ｂを基準にして窪んだ凹部を形成している。可動筒７５、固定板７７Ａ，７７Ｂ及び底部１３は、マイクロ波を反射させる金属で形成されている。図１６に示す位置まで可動筒７５を下降させた状態では、金属製の壁で囲まれた位相調節部７Ｂの凹部（開口部１３ｃ）内にマイクロ波が入射し、反射することによって、処理容器２内の定在波の位相を変化させることができる。つまり、底部１３の内壁面１３ｂがフラットな平面である場合に比べて、可動筒７５による凹部を有する位相調節部７Ｂを設けたことによって、定在波の位置を移動させることができる。
図１７は、図１６の位置から、底部１３の厚みだけ可動筒７５を上昇させた状態を示している。図１７に示した上昇位置において、可動筒７５は、その上端が底部１３の内壁面１３ｂとほぼ同じ高さになっている。また、筒状をなす可動筒７５の開口部７５ａの内径は、シャフト１４の外径に比べて十分に大きく形成されている。従って、可動筒７５を上昇させた図１７の状態でも、シャフト１４の周囲には凹部が形成される。このように、図１７に示す位置まで可動筒７５を変位させることによって、図１６に示す状態に比べ、実質的に位相調節部７Ｂの凹部の内径が縮小されている。
また、図示は省略するが、図１７に示す位置から、可動筒７５をさらに上昇させることにより、可動筒７５の上部を処理容器２内の空間Ｓ２に進出させてもよい。この場合、可動筒７５によって、位相調節部７Ｂにおいて、空間Ｓ２に突出した凸部を形成すると同時に、凹部の深さを大きくすることができる。
本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ｂでは、加熱処理の間に、可動筒７５の位置を固定してもよいし、連続的もしくは不連続的に変位させてもよい。加熱処理の間に可動筒７５を連続的もしくは不連続的に上下に変位させることによって、位相調節部７Ｂの凹部の内径や深さ、凸部の高さを変化させることができる。加熱処理の間に、位相調節部７Ｂの凹部の内径や深さ、凸部の高さを変化させることによって、処理容器２内における定在波の位相をコントロールし、ウエハＷの面内において均一な加熱を行うことが可能になる。
［変形例］
次に、図１８及び図１９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の変形例について説明する。図１８及び図１９は、本変形例のマイクロ波加熱処理装置１Ｂにおける位相調節部の周辺の構成を拡大して示す要部断面図である。本変形例のマイクロ波加熱処理装置１Ｂの位相調節部７Ｂは、処理容器２の底部１３において、処理容器２内の空間Ｓ２に突没可能に装着された可動部材としての可動筒７５と、この可動筒７５を昇降変位させる変位駆動部７３と、底部１３の下面に処理容器２の外側から装着された固定板７９Ａ，７９Ｂと、を備えている。固定板７９Ａは、可動筒７５を挿通可能な開口部７９ａと、凸部７９ｃとを有する金属製の半筒状部材である。固定板７９Ｂは、可動筒７５を挿通可能な開口部７９ｂと、凸部７９ｄとを有する金属製の半筒状部材である。固定板７９Ａ，７９Ｂは、それぞれ図示しない螺子等の固定手段で底部１３に固定されている。凸部７９ｃ，７９ｄは、共に処理容器２内の空間Ｓ２に突出しており、位相調節部７Ｂにおける凸部を形成している。
図１８は、可動筒７５の上端を底部１３の内壁面１３ｂの高さに合わせた状態を示している。図１８に示したように、可動筒７５を底部１３の内壁面１３ｂの高さに合わせた状態では、位相調節部７Ｂは、固定板７９Ａ，７９Ｂによる凸部７９ｃ，７９ｄを有している。金属製の壁である凸部７９ｃ，７９ｄによってマイクロ波が反射することによって、処理容器２内の定在波の位相を変化させることができる。つまり、底部１３の内壁面１３ｂがフラットな平面である場合に比べて、凸部７９ｃ，７９ｄを有する位相調節部７Ｂを設けたことによって、定在波の位置を移動させることができる。
図１９は、図１８の位置から、凸部７９ｃ，７９ｄの高さまで可動筒７５の上端を上昇させた状態を示している。図１９に示した上昇位置において、可動筒７５は、その上端が凸部７９ｃ，７９ｄとほぼ同じ高さになっている。従って、位相調節部７Ｂの凸部の径は、凸部７９ｃ，７９ｄの幅に、可動筒７５の厚みを加えた大きさとなっている。このように、可動筒７５を変位させることによって、実質的に位相調節部７Ｂの凸部の径を変化させることができる。従って、加熱処理の間に、位相調節部７Ｂにおける可動筒７５を変位させることによって、処理容器２内における定在波の位相をコントロールできる。
以上のように、本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ｂでは、空間Ｓ２もしくは空間Ｓ２に臨む位置に、定在波の位相を変化させる位相調節部７Ｂを設けたことによって、空間Ｓ２における定在波の位相を変化させることができる。さらに、位相調節部７Ｂにおける可動筒７５を変位させ、凹部の内径や深さ、凸部の高さや径を変化させることによって、処理容器２内における定在波の位相をコントロールできるので、ウエハＷの面内において、均一な加熱を行うことが可能になる。
なお、可動筒７５は、例えば、三角形、四角形など多角形の筒状に形成してもよい。また、可動筒７５は、例えば、組み合わせて筒状となるように複数の部分に分割されていてもよい。
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２０〜図２２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２０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。図２１は、ホルダ１５Ａの全体を示す斜視図である。また、図２２は、ホルダ１５Ａの基部１５ａの断面図である。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加熱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２０から図２２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、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４Ａ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、マイクロ波導入装置３によって処理容器２内に導入されたマイクロ波の定在波の位相を変化させる手段としての位相調節部７Ｃと、これらマイクロ波加熱処理装置１Ｃの各構成部を制御する制御部８とを備えている。
＜位相調節部＞
本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１Ｃの位相調節部７Ｃは、支持装置４Ａに設けられている。位相調節部７Ｃは、ホルダ１５Ａの基部１５ａに形成された凹部１５ｃを備えている。凹部１５ｃは、円形の窪みである。位相調節部７Ｃは、マイクロ波導入装置３によって処理容器２内に導入されたマイクロ波の定在波の位相を変化させる。すなわち、位相調節部７Ｃは、支持ピン１６によって保持された状態のウエハＷの中央付近の直下に位置しており、ウエハＷの下方おけるマイクロ波の定在波の位相を変化させる。
ホルダ１５Ａは、例えば、石英、セラミックス等の誘電体材料によって形成されており、凹部１５ｃ内に入射したマイクロ波は、凹部１５ｃ内で反射し、あるいは、ホルダ１５Ａを透過する際に屈折することによって、位相が変化する。従って、凹部１５ｃの深さや内径を調節することによって、処理容器２内における定在波の位相をコントロールし、ウエハＷの面内において均一な加熱を行うことが可能になる。
なお、凹部１５ｃは、円形の窪みに限らず、例えば、三角形、四角形など多角形の窪みに形成してもよい。
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。
上記第１〜第３の実施の形態では、それぞれ一つの位相調節部７、７Ａ、７Ｂをシャフト１４の周囲に設けたが、位相調節部は複数箇所に設けることができる。図２３は、処理容器２の内部から見た底部１３の平面図である。図２３は、位相調節部を複数箇所に設ける場合の配置例を示している。図２３では、位相調節部７Ｄの位置のみを示している。位相調節部７Ｄの構成は、例えば、第１〜第３の実施の形態の位相調節部７，７Ａ，７Ｂと同様とすることができる。図２３は、４つの位相調節部７Ｄを、支持装置４のシャフト１４を中心にして対称な位置に設けた態様を示している。このように、ウエハＷの回転中心であるシャフト１４に対して対称な位置に位相調節部７Ｄを設けることによって、ウエハＷの径方向における加熱処理の均一性を向上させることができる。
なお、位相調節部７Ｄの数は、４つに限らず、２以上の任意の数とすることができる。
次に、本発明の効果を確認した試験結果について説明する。
［試験例１］
４つのマイクロ波導入ポート１０の配置を変更した以外は、図１に示したマイクロ波加熱処理装置１と同様の構成のマイクロ波加熱処理装置を使用し、ウエハＷの加熱処理を行った。この試験は、処理容器２内に４０Ｌ／ｍｉｎ（ｓｌｍ）の窒素ガスを導入しながら、各マイクロ波導入ポート１０からそれぞれ１２５０Ｗのパワーでマイクロ波を導入し、５分間かけてウエハＷの加熱処理を実施した。また、比較例として、底部１３がフラットな平面である以外は、図１に示したマイクロ波加熱処理装置１と同様の構成のマイクロ波加熱処理装置を使用し、同様の条件でウエハＷの加熱処理を行った。
５分間の加熱処理後に、ウエハＷの中心部とエッジ部の温度差を計測した。その結果、位相調節部７を備えた本発明のマイクロ波加熱処理装置を使用した場合は、ウエハＷの中心部とエッジ部の温度差が１４℃であった。それに対し、比較例のマイクロ波加熱処理装置を使用した場合は、ウエハＷの中心部とエッジ部の温度差が７９℃であった。本試験結果から、位相調節部７を備えた本発明のマイクロ波加熱処理装置を用いることによって、ウエハＷの面内での温度差を小さくすることができており、均一な加熱が可能であることが確認できた。
［試験例２］
第４の実施の形態（図２０〜図２２）と同様の構成のマイクロ波加熱処理装置１Ｃにおいて、不純物としてヒ素をドープしたシリコンウエハを加熱処理する場合を想定したシミュレーションを実施した。凹部１５ｃの深さは２５ｍｍに設定した。比較例として、位相調節部７Ｃ（凹部１５ｃ）を有しない以外は、図２０〜図２２に示したマイクロ波加熱処理装置１Ｃと同様の構成のマイクロ波加熱処理装置を使用し、同様の条件でウエハＷの加熱処理を行う場合のシミュレーションを行った。シミュレーションでは、ウエハＷの面内におけるシート抵抗値のばらつきを評価した。その結果、本発明のマイクロ波加熱処理装置１Ｃを使用したシミュレーションでは、シリコンウエハ面内のシート抵抗値の標準偏差が１．０％であったのに対し、比較例では１．９％であった。本シミュレーション結果から、位相調節部７Ｃを備えた本発明のマイクロ波加熱処理装置を用いることによって、ウエハＷの面内で均一な加熱が可能であることが確認できた。
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。
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、４Ａ…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、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…ホルダ、１５ａ…基部、１５ｂ…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…整流板、２４ａ…整流孔、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、Ｇ…ギャップ、ＧＶ…ゲートバルブ、Ｓ１…マイクロ波放射空間、Ｓ２…空間、Ｗ…半導体ウエハ。

Claims (7)

  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に導入するマイクロ波導入装置と、
    前記処理容器内で被処理体に当接してこれを保持する保持部と、
    前記保持部によって保持された状態の被処理体の下方に配置され、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された前記マイクロ波の定在波の位相を変化させる位相調節部と、
    を備え、
    前記保持部は、
    基部と、
    前記基部から延びるアーム部と、
    前記アーム部に設けられ、被処理体に接触してこれを支持する支持部と、
    を備えており、
    前記位相調節部は、前記基部に形成された凹部であるマイクロ波加熱処理装置。
  2. 前記基部が誘電体によって形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. 前記保持部によって支持された被処理体を水平方向に回転させる回転機構をさらに備えた請求項１又は２に記載のマイクロ波加熱処理装置。
  4. 前記保持部が被処理体を支持する高さ位置を可変に調節する高さ位置調節機構をさらに備えた請求項１から３のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱処理装置。
  5. 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４のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱処理装置。
  6. 前記アーム部は、前記基部から放射状に延びていることを特徴とする請求項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. 前記支持部は、前記アーム部に固定されていることを特徴とする請求項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。
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