TW201340788A - 微波加熱處理裝置及處理方法 - Google Patents

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Abstract

〔要約〕本發明的課題是在於提供一種電力的利用效率及加熱效率佳，且可對被處理體進行均一的處理之微波加熱處理裝置及處理方法。其解決手段為：4個的微波導入埠(10)是被設成其全部會離開晶圓(W)的正上方，且其長邊會與側壁部(12)的4個直線部分的至少1個平行。被設成包圍晶圓(W)的周圍之整流板(23)的上面是傾斜成從晶圓W側(內側)朝側壁部(12)側(外側)擴開而形成傾斜部(23A)。傾斜部(23A)是與4個的微波導入埠(10)上下對向設置。

Description

微波加熱處理裝置及處理方法
本發明是有關將微波導入至處理容器來進行所定的處理之微波加熱處理裝置及使用此微波加熱處理裝置來加熱處理被處理體的處理方法。
隨著LSI裝置或記憶體裝置的微細化進展，電晶體製作工程的擴散層的深度會變淺。以往，被注入擴散層的摻雜原子的活化是藉由利用燈加熱器之被稱為RTA(Rapid Thermal Annealing)的急速加熱處理來進行。但，就RTA處理而言，因摻雜原子的擴散進展，有擴散層的深度超過容許範圍而變深，成為微細設計的障礙之問題發生。若擴散層的深度的控制不完全，則將成為發生洩漏電流等使裝置的電氣特性降低之主要因素。
近年來，提案使用微波之裝置，作為對半導體晶圓實施熱處理的裝置。以微波加熱來進行摻雜原子的活化時，因為微波直接作用於摻雜原子，所以不會發生多餘加熱，具有可抑制擴散層的擴散的優點。
作為利用微波的加熱裝置，例如在專利文獻1是提案一使連結處理室的內壁面之中與被基板支撐部支撐的基板的處理面對向的面及關閉基板搬出入口時構成處理室的內壁面的一部分的開閉部所構成的面之線對於基板的處理面傾斜構成的基板處理裝置(例如專利文獻1)。
〔先行技術文獻〕 〔專利文獻〕
[專利文獻1]日本特開2011-66254號公報
可是，藉由微波加熱來進行摻雜原子的活化時，需要供給某程度大的電力。為此，設置複數的微波導入埠來對處理容器內導入微波的方法為有效。不過，在設置複數的微波導入埠時，從一個的微波導入埠導入的微波會往其他的微波導入埠進入，因此有電力的利用效率及加熱效率降低的問題。
並且，在微波加熱時，若微波直接被照射在位於微波導入埠的正下方之半導體晶圓，則也會有在半導體晶圓的面內產生局部的加熱不均之問題。
本發明是有鑑於該問題點而研發者，其目的是在於提供一種電力的利用效率及加熱效率佳，可對被處理體進行均一的處理之微波加熱處理裝置及處理方法。
本發明的微波加熱處理裝置係具備：處理容器，其係於內部具有微波放射空間的同時也收容被處理體；支撐部，其係於前述處理容器內支撐被處理體；及 微波導入裝置，其係生成用以加熱處理前述被處理體的微波而導入至前述處理容器。
在本發明的微波加熱處理裝置中，前述處理容器係具有上壁、底壁及側壁，且前述側壁的水平剖面形狀係具有4個的直線部分，前述微波導入裝置係具有第1~第4微波源，作為前述複數的微波源，前述上壁係具有將在各前述第1~第4微波源生成的前述微波導入至前述處理容器的第1~第4微波導入埠。
在本發明的微波加熱處理裝置中，前述第1~第4微波導入埠係分別形成具有長邊及短邊的平面視矩形，各微波導入埠係被配置成其長邊會與前述4個的直線部分之中至少1個平行。並且，在本發明的微波加熱處理裝置中，前述第1~第4微波導入埠係以不會重疊於與被前述支撐部支撐的被處理體垂直的方向之方式設在比被處理體還外側的位置，在各微波導入埠的正下方，對向設置有使微波往被處理體的方向反射的傾斜部。
在本發明的微波加熱處理裝置中，前述第1~第4微波導入埠係被配置於彼此改變90°角度的旋轉位置，前述直線部分係分別對應於前述第1~第4微波導入埠的任一個而設。
在本發明的微波加熱處理裝置中，前述側壁係水平剖面形狀為包含前述4個的直線部分、及介於各直線部分之間的曲線部分。
本發明的微波加熱處理裝置係前述傾斜部亦可以能夠包圍被處理體的方式設於其周圍。
在本發明的微波加熱處理裝置中，前述微波放射空間係藉由前述上壁、前述側壁、及設在前述上壁與前述底壁之間的隔開部來劃定，前述傾斜部亦可設在前述隔開部。並且，前述傾斜部亦可以前述被處理體的高度作為基準位置，具有包含比該基準位置更上方位置及下方位置的斜面。
本發明的處理方法，係利用微波加熱處理裝置來加熱處理前述被處理體的處理方法，該微波加熱處理裝置係具備：處理容器，其係於內部具有微波放射空間的同時也收容被處理體；支撐部，其係於前述處理容器內支撐被處理體；及微波導入裝置，其係生成用以加熱處理前述被處理體的微波而導入至前述處理容器。
在本發明的處理方法中，前述處理容器係具有上壁、底壁及側壁，且前述側壁的水平剖面形狀係具有4個的直線部分，前述微波導入裝置係具有第1~第4微波源，作為前述複數的微波源，前述上壁係具有將在各前述第1~第4微波源生成的前述微波導入至前述處理容器的第1~第4微波導入埠。
在本發明的處理方法中，前述第1~第4微波導入埠 係分別形成具有長邊及短邊的平面視矩形，各微波導入埠係被配置成其長邊會與前述4個的直線部分之中至少1個平行。並且，在本發明的處理方法中，前述第1~第4微波導入埠係以不會重疊於與被前述支撐部支撐的被處理體垂直的方向之方式設在比被處理體還外側的位置，在各微波導入埠的正下方，對向設置有使微波往被處理體的方向反射的傾斜部。
本發明的微波加熱處理裝置及處理方法是被放射於處理容器內的微波的損失會被減低，電力的利用效率及加熱效率佳。又，若根據本發明，則可對被處理體進行均一的加熱處理。
以下，參照圖面詳細說明有關本發明的實施形態。
首先，參照圖1來說明有關本發明之一實施形態的微波加熱處理裝置的概略構成。圖1是表示本實施形態的微波加熱處理裝置的概略構成的剖面圖。本實施形態的微波加熱處理裝置1是隨著連續的複數個動作來例如對半導體裝置製造用的半導體晶圓(以下簡稱「晶圓」)W照射微波而實施退火處理的裝置。
微波加熱處理裝置1是具備：收容被處理體的晶圓W的處理容器2、及對處理容器2內導入微波的微波導入裝 置3、及在處理容器2內支撐晶圓W的支撐裝置4、及對處理容器2內供給氣體的氣體供給機構5、及將處理容器2內減壓排氣的排氣裝置6、及控制該等微波加熱處理裝置1的各構成部的控制部8。
<處理容器>
處理容器2是藉由金屬材料所形成。作為形成處理容器2的材料是例如可使用鋁、鋁合金、不鏽鋼等。
處理容器2是內部成空洞，具有：作為上壁之板狀的頂部11及作為底壁的底部13、及作為連結頂部11與底部13的側壁之側壁部12、及設成上下貫通頂部11的複數個微波導入埠10、及設在側壁部12的搬出入口(圖示省略)、及設在底部13的排氣口13a。搬出入口是用以在與處理容器2鄰接的搬送室(未圖示)之間進行晶圓W的搬出入者。在處理容器2與搬送室之間是設有閘閥(圖示省略)。閘閥是具有開閉搬出入口的機能，可在閉狀態下使處理容器2氣密地密封，且可在開狀態下使晶圓W移送於處理容器2與未圖示的搬送室之間。另外，有關側壁部12的形狀會在往後詳細說明。
微波導入裝置3是被設在處理容器2的上部，具有作為對處理容器2內導入電磁波(微波)的微波導入手段之機能。有關微波導入裝置3的構成會在往後詳細說明。
<支撐裝置>
支撐裝置4是具有：被配置於處理容器2內之板狀且中空的升降板15、及從升降板15的上面延伸至上方之管狀的複數個支撐銷14、及從升降板15的下面貫通底部13來延伸至處理容器2的外部之管狀的軸16。軸16是在處理容器2的外部被固定於未圖示的致動器。
複數的支撐銷14是用以在處理容器2內抵接於晶圓W來支撐晶圓W者。複數的支撐銷14是被配置成其上端部會排列於晶圓W的周方向。並且，複數的支撐銷14、升降板15及軸16是構成可藉由未圖示的致動器來使晶圓W變位於上下。
並且，複數的支撐銷14、升降板15及軸16是構成可藉由排氣裝置6來使晶圓W吸附於複數的支撐銷14。具體而言，複數的支撐銷14及軸16是分別具有連通至升降板15的內部空間的管狀的形狀。並且，在複數的支撐銷14的上端部是形成有用以吸引晶圓W的背面的吸附孔。
複數的支撐銷14及升降板15是藉由介電質材料所形成。作為形成複數的支撐銷14及升降板15的材料是例如可使用石英、陶瓷等。
<排氣機構>
微波加熱處理裝置1是更具備：連接排氣口13a與排氣裝置6的排氣管17、及連接軸16與排氣管17的排氣管18、及設在排氣管17的途中的壓力調整閥19、及設在排氣管18的途中的開閉閥20及壓力計21。排氣管18是以 能夠連通至軸16的內部空間之方式直接或間接地連接至軸16。壓力調整閥19是設在排氣口13a與排氣管17，18的連接點之間。
排氣裝置6是具有乾式泵等的真空泵。藉由使排氣裝置6的真空泵作動，將處理容器2的內部空間減壓排氣。此時，藉由使開閉閥20形成開狀態，可吸引晶圓W的背面來使晶圓W吸附於複數的支撐銷14而固定。另外，排氣裝置6亦可取代乾式泵等的真空泵，而使用設在微波加熱處理裝置1所設的施設的排氣設備。
<氣體導入機構>
微波加熱處理裝置1是更具備對處理容器2內供給氣體的氣體供給機構5。氣體供給機構5是具備：具備未圖示的氣體供給源的氣體供給裝置5a、及在處理容器2內被配置於配置有晶圓W的預定位置的下方的淋浴頭部22、及被配置於淋浴頭部22與側壁部12之間的環狀的整流板23、及連接淋浴頭部22與氣體供給裝置5a的配管24、及被連接至氣體供給裝置5a，對處理容器2內導入處理氣體的複數根配管25。淋浴頭部22及整流板23是例如藉由鋁、鋁合金、不鏽鋼等的金屬材料所形成。
淋浴頭部22是用以在對晶圓W實施比較低溫的處理時，藉由冷卻氣體來冷卻晶圓W者。淋浴頭部22是具有：連通至配管24的氣體通路22a、及連通至氣體通路22a，朝晶圓W噴出冷卻氣體的複數個氣體噴出孔22b。 就圖1所示的例子而言，複數的氣體噴出孔22b是被形成於淋浴頭部22的上面側。另外，淋浴頭部22並非是微波加熱處理裝置1的必須構成要素，亦可不設。
整流板23是具有設成上下貫通整流板23的複數個整流孔23a。整流板23是用以在處理容器2內一邊將配置有晶圓W的預定區域的環境整流，一邊朝排氣口13a流動者。在整流板23的上面(與頂部11對向的面)是設有傾斜部23A。有關傾斜部23A的詳細構成會在往後敘述。
氣體供給裝置5a是構成可供給例如N2、Ar、He、Ne、O2、H2等的氣體，作為處理氣體或冷卻氣體。另外，作為對處理容器2內供給氣體的手段，亦可取代氣體供給裝置5a，而使用未含在微波加熱處理裝置1的構成之外部的氣體供給裝置。
雖未圖示，但實際微波加熱處理裝置1是更具備設在配管24，25的途中之質量流控制器及開閉閥。被供給至淋浴頭部22及處理容器2內的氣體的種類或該等氣體的流量等是藉由質量流控制器及開閉閥來控制。
<微波放射空間>
本實施形態的微波加熱處理裝置1是在處理容器2內，以頂部11、4個的側壁部12、淋浴頭部22及整流板23所區劃的空間會形成微波放射空間S。此微波放射空間S是從設在頂部11的複數個微波導入埠10來放射微波。在此，淋浴頭部22及整流板23是除了上述的機能以外， 還兼具在處理容器2內作為規定微波放射空間S的下端之隔開部的任務。處理容器2的頂部11、4個的側壁部12、淋浴頭部22及整流板23皆是藉由金屬材料所形成，因此將微波反射，使散亂於微波放射空間S內。
<溫度計測部>
微波加熱處理裝置1是更具備：測定晶圓W的表面溫度的複數個放射溫度計26、及被連接至複數個放射溫度計26的溫度計測部27。另外，在圖1中，除了測定晶圓W的中央部的表面溫度的放射溫度計26以外，省略複數個放射溫度計26的圖示。複數個放射溫度計26是以其上端部能夠接近晶圓W的背面之方式，從底部13朝配置有晶圓W的預定位置延伸。
<微波導入裝置>
其次，參照圖1及圖2來說明有關微波導入裝置3的構成。圖2是表示微波導入裝置3的高電壓電源部的概略的構成的說明圖。
如前述般，微波導入裝置3是設在處理容器2的上部，具有作為對處理容器2內導入電磁波(微波)的微波導入手段之機能。如圖1所示般，微波導入裝置3是具備：將微波導入至處理容器2的複數的微波單元30、及被連接至複數的微波單元30的高電壓電源部40。
(微波單元)
在本實施形態中，複數的微波單元30的構成是全部相同。各微波單元30是具有：將用以處理晶圓W的微波生成的磁控管31、及將在磁控管31中所被生成的微波傳送至處理容器2的導波管32、及以能夠堵塞微波導入埠10的方式固定在頂部11的透過窗33。磁控管31是對應於本發明的微波源。
磁控管31是具有陽極及陰極(皆是圖示省略)，該等是被施加藉由高電壓電源部40所供給的高電壓。並且，可使用振盪各種頻率的微波作為磁控管31。藉由磁控管31所生成的微波是按被處理體的處理來選擇最適的頻率，例如在退火處理中是2.45GHz、5.8GHz等的高頻率的微波為理想，5.8GHz的微波特別理想。
導波管32是具有剖面為矩形且方筒狀的形狀，從處理容器2的頂部11的上面延伸至上方。磁控管31是被連接至導波管32的上端部的附近。導波管32的下端部是接至透過窗33的上面。在磁控管31中所被生成的微波是經由導波管32及透過窗33來導入至處理容器2內。
透過窗33是藉由介電質材料所形成。透過窗33的材料是例如可使用石英、陶瓷等。透過窗33與頂部11之間是藉由未圖示的密封構件來氣密地密封。從透過窗33的下面到被支撐銷14支撐的晶圓W的表面的高度為止的垂直距離(間隙G)，由抑制微波直接放射至晶圓W的觀點來看，例如25mm以上為理想，25~50mm的範圍內更理 想。
微波單元30是更具有：設在導波管32的途中的循環器34、檢測器35及調整器36、以及被連接至循環器34的假負載37。循環器34、檢測器35及調整器36是從導波管32的上端部側依序設置。循環器34及假負載37是構成分離來自處理容器2的反射波之隔離器。亦即，循環器34是將來自處理容器2的反射波引導至假負載37，假負載37是將藉由循環器34所引導的反射波變換成熱。
檢測器35是用以檢測出導波管32之來自處理容器2的反射波者。檢測器35是例如藉由阻抗監視器，具體而言是檢測出導波管32之駐波的電場的駐波監視器所構成。駐波監視器是例如可藉由突出至導波管32的內部空間之3根的針所構成。藉由駐波監視器來檢測出駐波的電場的場所、相位及強度，藉此可檢測出來自處理容器2的反射波。並且，檢測器35亦可藉由能夠檢測出行進波及反射波的方向性耦合器所構成。
調整器36是具有整合磁控管31與處理容器2之間的阻抗的機能。調整器36之阻抗整合是根據檢測器35的反射波的檢測結果來進行。調整器36是例如可藉由導體板(圖示省略)所構成，該導體板是設成可出入於導波管32的內部空間。此情況，藉由控制導體板之往導波管32的內部空間的突出量，可調整反射波的電力量，而來調整磁控管31與處理容器2之間的阻抗。
(高電壓電源部)
高電壓電源部40是對磁控管31供給用以生成微波的高電壓。如圖2所示般，高電壓電源部40是具有：被連接至商用電源的AC-DC變換電路41、及被連接至AC-DC變換電路41的開關電路42、及控制開關電路42的動作的開關控制器43、及被連接至開關電路42的昇壓變壓器44、及被連接至昇壓變壓器44的整流電路45。磁控管31是經由整流電路45來連接至昇壓變壓器44。
AC-DC變換電路41是將來自商用電源的交流(例如三相200V的交流)予以整流而變換成所定波形的直流之電路。開關電路42是控制藉由AC-DC變換電路41所變換之直流的開啟‧關閉的電路。在開關電路42是藉由開關控制器43來進行相移型的PWM(Pulse Width Modulation)控制或PAM(Pulse Amplitude Modulation)控制，而生成脈衝狀的電壓波形。昇壓變壓器44是將從開關電路42輸出的電壓波形昇壓成所定的大小者。整流電路45是將藉由昇壓變壓器44所昇壓的電壓予以整流而供給至磁控管31的電路。
<側壁部的形狀及微波導入埠的配置>
其次，參照圖1、圖3及圖4來詳細說明有關本實施形態的側壁部12的形狀與微波導入埠10的配置之關係。圖3是由處理容器2的內部來看圖1所示之處理容器2的頂部11的下面之狀態。並且，圖4是將一個的微波導入 埠10擴大顯示的平面圖。在圖3中是以2點虛線來將晶圓W的大小及位置重疊顯示於頂部11。符號O是表示晶圓W的中心，且在本實施形態中也表示頂部11的中心。
側壁部12是形成水平剖面包含4個直線部分及介於各直線部分之間的4個曲線部分的形狀。側壁部12的內壁面是具有作為使微波反射的反射面之機能。在圖3中，基於說明的方便起見，在頂部11與側壁部12的內壁面的境界，將4個直線部分區別附上符號12A、12B、12C、12D，將4個曲線部分區別附上符號12E、12F、12G、12H，顯示該等的位置。圖3所示的頂部11與側壁部12的內壁面的境界的形狀是對應於側壁部12的水平剖面形狀。亦即，圖3的4個直線部分12A、12B、12C、12D是對應於側壁部12的水平剖面的4個直線部分，4個曲線部分12E、12F、12G、12H是對應於側壁部12的水平剖面的4個曲線部分。因此，在以下的說明中，4個直線部分12A、12B、12C、12D的措詞也包含側壁部12的水平剖面形狀的直線部分的意思，4個曲線部分12E、12F、12G、12H的措詞也包含側壁部12的水平剖面形狀的曲線部分的意思。在側壁部12的內壁面，相當於4個直線部分的部分是平面，相當於4個曲線部分的部分是曲面。圖3的符號M是表示通過頂部11的中心O及4個直線部分12A、12B、12C、12D的中點之中央線。另外，晶圓W的中心與頂部11的中心亦可不一定重疊。
如圖3所示般，本實施形態是具有在頂部11以等間 隔配置的4個微波導入埠10。以下，在彼此區別顯示4個的微波導入埠10時，是附上符號10A，10B，10C，10D來表示。另外，本實施形態是在各微波導入埠10分別連接微波單元30。亦即，微波單元30的數量是4個。
微波導入埠10是形成具有長邊及短邊的平面視矩形。微波導入埠10的長邊的長度L1與短邊的長度L2的比(L1/L2)是例如1.2~3的範圍內為理想，1.5~2.5的範圍內為更理想。另外，L1/L2>1。之所以將前述L1/L2設為1.2~3的範圍內，是為了控制從微波導入埠10放射至處理容器2內之微波的指向性。亦即，若此L1/L2未滿1.2，則往與微波導入埠10的長邊平行的方向(與短邊垂直的方向)之微波的指向性及往與微波導入埠10的長邊垂直的方向(與短邊平行的方向)之微波的指向性之間不太有差。另一方面，若前述L1/L2超過3，則朝微波導入埠10的正下方或與微波導入埠10的長邊平行的方向之微波的指向性會過弱，因此有時晶圓W的加熱效率會降低。如此，本實施形態是藉由將前述L1/L2設為1.2~3的範圍內，可使往與微波導入埠10的長邊垂直的方向之微波的指向性要比往與微波導入埠10的長邊平行的方向之微波的指向性還相對地稍微強。
另外，微波導入埠10的長邊的長度L1，例如對於導波管32的管內波長λg是設L1=n×λg/2(在此n是意味整數)為理想，n=2更理想。各微波導入埠10的大小或前述L1/L2亦可按各微波導入埠10而不同，但由提高對於 晶圓W的加熱處理的均一性且使控制性變佳的觀點來看，4個的微波導入埠10全部同大小及形狀為理想。
在本實施形態中，4個的微波導入埠10是被配置成其全部離開晶圓W的正上方。亦即，4個的微波導入埠10皆是設成不會重疊於與被支撐裝置4支撐的晶圓W垂直的方向(亦即上下)。
在本實施形態中，4個微波導入埠10是分別其長邊設成與4個直線部分12A、12B、12C、12D的至少1個平行。例如，在圖3中，微波導入埠10A的長邊是與直線部分12A，12C平行。從L1/L2例如為1.2~3的微波導入埠10A放射的微波的指向性是有對其長邊垂直的方向要比對其長邊平行的方向稍微強的傾向。而且，從微波導入埠10A放射的微波之中，朝對長邊垂直的方向的微波是藉由具有直線部分12A，12C的內壁面來反射。具有直線部分12A，12C的內壁面為平坦，因為對微波導入埠10A的長邊平行設置，所以生成的反射波是在處理容器2內分散。藉由如此將L1/L2例如為1.2~3的4個微波導入埠10配置成各個長邊會在具有4個直線部分12A，12B，12C，12D的側壁部12中形成與平坦的內壁面平行，可控制從微波導入埠10放射的微波及其反射波的方向。
並且，在本實施形態中，上述L1/L2例如為1.2~3的4個微波導入埠10是被配置彼此改變90°角度的旋轉位置。亦即，4個微波導入埠10是以頂部11的中心O為基準，旋轉對稱地配置，其旋轉角為90°。藉由如此以頂部 11的中心O為基準來對稱配置4個的微波導入埠10，可將微波均等地導入至處理容器2內。另外，各微波導入埠10的中心亦可不是與中央線M重疊。因此，例如亦可將各微波導入埠10配置於遠離中央線M的位置。但，由謀求均等的導入微波至處理容器2內的觀點，各微波導入埠10是接近前述中央線M來配置為理想，如圖3所示般，配置成至少各微波導入埠10的一部分與中央線M重疊更為理想，各微波導入埠10的中心重疊於中央線M上更為理想。
以上，舉微波導入埠10A為例，但有關微波導入埠10B、10C、10D也是分別在與其他的微波導入埠10及側壁部12之間，以上述關係能夠成立的方式配置。
<傾斜部及各微波導入埠的配置>
其次，參照圖1、圖3及圖5來詳細說明有關本實施形態的傾斜部23A的配置與微波導入埠10的配置之關係。圖5是表示傾斜部23A的作用的說明圖。如上述般，氣體供給機構5的淋浴頭部22及整流板23是兼具作為規定微波放射空間S的下端之隔開部的任務。而且，整流板23是具備使微波朝晶圓W的方向反射的傾斜部23A。亦即，在晶圓W的周圍，設成包圍晶圓W的整流板23的上面是傾斜成從晶圓W側(內側)朝側壁部12側(外側)擴開。傾斜部23A是與4個的微波導入埠10上下對向設置。
在本實施形態中，為了使微波從晶圓W的周圍往其中心效率佳地集中，而以晶圓W的高度作為基準位置P0，具有包含比該基準位置P0更上方位置P1及下方位置P2的斜面之方式，設置整流板23的傾斜部23A。亦即，如圖5所示般，整流板23之傾斜的上面(傾斜部23A)的上端是位於比被支撐銷14支撐的晶圓W更上方(上方位置P1)。並且，整流板23之傾斜的上面(傾斜部23A)的下端是位於比被支撐銷14支撐的晶圓W更下方(下方位置P2)。在圖5是藉由電磁場向量100，101來模式性地顯示在整流板23的傾斜部23A所反射的微波的方向。本實施形態是將傾斜部23A設於與4個微波導入埠10上下對向的位置，因此可藉由傾斜部23A來使從微波導入埠10放射而於微波放射空間S內朝向下方(亦即從處理容器2的頂部11側往整流板23側)的微波反射，使往朝向晶圓W的中心的方向變化。如此一來，可使微波從晶圓W的周圍往其中心集中，利用反射波來提高加熱效率，將晶圓W的全面均一地加熱。
傾斜部23A的角度與寬度是沿著側壁部12的內壁面(晶圓W的全周圍)成一定。整流板23的上面(傾斜部23A)的角度是任意，只要是可將從各微波導入埠10所放射的微波予以效率佳地朝晶圓W方向反射的角度即可。具體而言，可考慮微波導入埠10的配置、形狀(例如前述L1/L2)、間隙G等來適當設定。
本實施形態的微波加熱處理裝置1是在整流板23設 置傾斜部23A，藉此相較於以別的構件來設置傾斜部時，可減少零件點數，實現裝置構成的簡素化。另外，傾斜部23A是例如只要設在各微波導入埠10的正下方即可，並非一定要設在晶圓W的全周，但基於謀求處理容器2內的微波擴散所產生的晶圓W的均一加熱，較理想是設在晶圓W的全周。
<控制部>
微波加熱處理裝置1的各構成部是分別被連接至控制部8，藉由控制部8來控制。控制部8典型的是電腦。圖6是表示圖1所示之控制部8的構成的說明圖。就圖6所示的例子而言，控制部8是具備：具備CPU的製程控制器81、及被連接至此製程控制器81的使用者介面82及記憶部83。
製程控制器81是在微波加熱處理裝置1中，統括控制例如有關溫度、壓力、氣體流量、微波輸出等的製程條件的各構成部(例如微波導入裝置3、支撐裝置4、氣體供給裝置5a、排氣裝置6、溫度計測部27等)之控制手段。
使用者介面82是具有工程管理者為了管理微波加熱處理裝置1而進行指令的輸入操作等的鍵盤或觸控面板、及使微波加熱處理裝置1的運轉狀況可視化而顯示的顯示器等。
在記憶部83是保存有記錄控制程式(軟體)或處理 條件資料等的處方等，該控制程式(軟體)是用以藉由製程控制器81的控制來實現在微波加熱處理裝置1所被實行的各種處理。製程控制器81是按照來自使用者介面82的指示等，因應所需，從記憶部83叫出任意的控制程式或處方而實行。藉此，在製程控制器81的控制下，於微波加熱處理裝置1的處理容器2內進行所望的處理。
上述的控制程式及處方是例如可利用儲存在CD-ROM、硬碟、軟碟、快閃記憶體、DVD、藍光光碟等電腦可讀取的記憶媒體的狀態者。並且，上述的處方亦可從其他的裝置例如經由專線來使隨時傳送而線上利用。
[處理程序]
其次，說明有關對晶圓W實施退火處理時的微波加熱處理裝置1的處理程序。首先，例如由使用者介面82來對製程控制器81輸入指令，而使能夠在微波加熱處理裝置1中進行退火處理。其次，製程控制器81是接受此指令來讀出被保存於記憶部83或電腦可讀取的記憶媒體的處方。其次，從製程控制器81送出控制訊號給微波加熱處理裝置1的各終端裝置(例如微波導入裝置3、支撐裝置4、氣體供給裝置5a、排氣裝置6等)，而使能夠藉由根據處方的條件來實施退火處理。
其次，閘閥(圖示省略)形成開狀態，藉由未圖示的搬送裝置來使晶圓W通過閘閥及搬出入口(圖示省略)而搬入至處理容器2內。晶圓W是被載置於支撐銷14 上。其次，閘閥形成閉狀態，藉由排氣裝置6來將處理容器2內減壓排氣。此時，開閉閥20形成開狀態，晶圓W的背面會被吸引，晶圓W會被吸附固定於支撐銷14。其次，藉由氣體供給裝置5a來將所定的流量的處理氣體及冷卻氣體導入至處理容器2內。處理容器2的內部空間是藉由調整排氣量及氣體供給量來調整成所定的壓力。
其次，從高電壓電源部40來對磁控管31施加電壓而生成微波。在磁控管31中所被生成的微波是傳播於導波管32，其次透過透過窗33來導入至處理容器2內之晶圓W的上方的空間。本實施形態是在複數的磁控管31中依序生成微波，從各微波導入埠10來交替地將微波導入至處理容器2內。另外，亦可在複數的磁控管31中同時使複數的微波生成，從各微波導入埠10來同時將微波導入至處理容器2內。
被導入至處理容器2的微波是藉由側壁部12中具有直線部12A，12B，12C，12D的平坦的壁面部分或傾斜部23A所反射，效率佳地照射於晶圓W，藉由焦耳加熱、磁性加熱、感應加熱等的電磁波加熱來迅速地加熱晶圓W。其結果，對晶圓W實施退火處理。
一旦從製程控制器81送出使退火處理終了的控制訊號給微波加熱處理裝置1的各終端裝置，則微波的生成會被停止，且處理氣體及冷卻氣體的供給會被停止，對晶圓W的退火處理終了。其次，閘閥形成開狀態，藉由未圖示的搬送裝置來搬出晶圓W。
微波加熱處理裝置1是例如在半導體裝置的製作工程中，理想地利用在用以進行被注入至擴散層的摻雜原子的活化之退火處理等的目的。
<作用>
其次，一邊參照圖3及圖7A，7B，一邊說明有關本實施形態的微波加熱處理裝置1及使用微波加熱處理裝置1之晶圓W的處理方法的作用效果。本實施形態是藉由微波導入埠10之具特徵性的形狀及配置、處理容器2的側壁部12的形狀、以及傾斜部23A的組合，來一邊極力抑制從一個微波導入埠10放射至處理容器2內的微波往其他的微波導入埠10進入，一邊效率佳地朝晶圓W照射，構成可將晶圓W均一加熱。其原理是如以下般。
圖7A、7B是模式性地表示前述L1/L2為2的微波導入埠10之微波的放射指向性。圖7A是由頂部11(未圖示)的下方來看微波導入埠10的狀態。圖7B是在短邊方向的頂部11的剖面顯示微波導入埠10者。在圖7A，7B中，箭號是表示從微波導入埠10放射的電磁場向量100，箭號越長，表示微波的指向性越強。另外，在圖7A，7B中，X軸及Y軸皆是與頂部11的下面平行的方向，X軸是意味對於微波導入埠10的長邊垂直的方向，Y軸是意味對於微波導入埠10的長邊平行的方向，Z軸是意味對於頂部11的下面垂直的方向。
本實施形態是如前述般，在頂部11配置4個具有長 邊及短邊的平面視矩形的微波導入埠10。而且，在本實施形態所使用的各微波導入埠10是將L1/L2例如設為1.2~3的範圍內，較理想是1.5~2.5的範圍內。因此，如圖7A所示般，微波的指向性是沿著X軸來與長邊垂直的方向要比沿著Y軸來與長邊平行的方向更相對性地稍微變強。因此，從某微波導入埠10放射的微波是主要沿著處理容器2的頂部11來傳播，以和其長邊平行的側壁部12的直線部分12A，12B，12C，12D的內壁面作為反射面來反射。在此，就本實施形態而言，4個微波導入埠10的長邊是被設成與4個直線部分12A，12B，12C，12D的平坦的內壁面平行。因此，在4個直線部分12A，12B，12C，12D的平坦的內壁面所生成的反射波是分散於處理容器2內，有助於晶圓W的電力吸收分布的改善。
並且，L1/L2為1.2~3的範圍內，較理想是1.5~2.5的範圍內的微波導入埠10，如圖7B所示般，被放射的微波的指向性是往下方(亦即沿著Z軸來朝向晶圓W側的方向)也具有一定的強度。如此的情況，若在微波導入埠10的正下方存在晶圓W，則微波直接被照射至晶圓W的比例會變大，因此晶圓W面內的局部性的加熱會容易發生。但，在本實施形態中，4個微波導入埠10是全部被配置離開晶圓W的正上方。而且，在晶圓W的周圍，與4個微波導入埠10對向而設有傾斜部23A。因此，從微波導入埠10放射，往下方(亦即沿著Z軸而朝向晶圓W側的方向)具有一定的強度的指向性的微波是被反射於傾斜 部23A，成為從晶圓W的周圍朝向晶圓W的中心的反射波。並且，在4個直線部分12A，12B，12C，12D的平坦的內壁面所被反射的反射波之中，具有往下方的指向性的部分也更被反射於傾斜部23A，成為從晶圓W的周圍朝向晶圓W的中心的反射波。藉此，可使反射波從晶圓W的周圍往其中心集中而提高加熱效率，將晶圓W的全面均一地加熱。
本實施形態的微波加熱處理裝置1是如以上般，藉由具特徵性的微波導入埠10的形狀及配置、側壁部12的形狀、及傾斜部23A的配置之組合，可一邊抑制具有像圖7A，7B所示那樣的放射指向性的微波或其反射波往其他的微波導入埠10進入，一邊使朝晶圓W集中，使供給電力的利用效率提升。
其次，一邊參照圖8A，圖8B，一邊說明有關模擬使處理容器的形狀、及微波導入埠10的形狀與配置變化時的晶圓W的電力吸收效率的結果。圖8A，圖8B的上段是將成為模擬的對象之微波加熱處理裝置的微波導入埠10的配置及側壁部12的形狀相對於晶圓W的配置而投影說明的模式圖，中段是表示顯示晶圓面內的微波電力的體積損失密度分布的模擬結果的圖，下段是表示以模擬所取得的散亂參數、晶圓吸收電力Pw、晶圓面積對全面積(晶圓面積+處理室的內面積)的比率Aw。此模擬是在圖8A，圖8B的上段，由塗黑顯示的1個微波導入埠來導入3000W的微波之條件下進行檢討。另外，處理容器的側壁 部12的直徑是圖8A設為505mm，圖8B設為470mm。間隙G是圖8A設為67mm，圖8B設為39.9~67mm。晶圓W的高度是圖8A、圖8B皆設為13.8mm。晶圓W的介質損耗角正切(tanδ)是設為0.1。
圖8A是在具有水平剖面為圓形的圓筒形的側壁部12的處理容器設置4個微波導入埠10之比較例的構成的模擬結果。圖8B是與圖3所例示者同樣，在具有水平剖面為具有直線部分及曲線部分的側壁部12的處理容器設置4個微波導入埠10之本實施形態的微波加熱處理裝置1的模擬結果。在圖8A，8B皆是微波導入埠10的長邊的長度L1與短邊的長度L2的比(L1/L2)為2。並且，在圖8A，8B中，微波導入埠10的配置是被設定成在圓形的晶圓W的周緣部的外側上方，該周緣部的接線方向與微波導入埠10的長邊的方向會形成平行。並且，在圖8B的模擬是設置與圖1同樣構成的傾斜部23A。
在此，晶圓W的吸收電力是可藉由散亂參數(S參數)來計算。若將輸入電力設為Pin，將吸收晶圓W的全電力設為Pw，則全電力Pw可藉由以下的式(1)來求取。另外，S11、S21、S31、S41是4個微波導入埠10的S參數，塗黑的微波導入埠10是該當於埠1。
[數式1]Pw=Pin(1-|S11|2-|S21|2-|S31|2-|S41|2)…(1)
並且，為了提高晶圓的電力吸收效率，晶圓W的面積對規定微波放射空間S的處理室的內面積的比大為理 想，以次式(2)所示的Aw大為理想。Aw是晶圓面積對全面積(晶圓面積+處理室的內面積)的比率。
Aw=[晶圓面積/(晶圓面積+處理室的內面積)]×100...(2)
並且，晶圓W的面內之電力吸收的分布是利用晶圓W面內的指示向量來求取電磁波體積損失密度，藉此計算。另外，晶圓W所吸收的全電力Pw可藉由以下的式(3)來求取，且晶圓W每單位體積吸收的電力pw可藉由式(4)來求取。在電磁場模擬裝置計算該等的值，繪圖於晶圓W上，藉此作成圖8A、圖8B的中段所示的圖。在該等的圖中，因為白黑表示，所以雖無法嚴密地表現，但大致是黑色越薄(白)的部分，晶圓W面內的電磁波體積損失密度越大。
[式中，S是表示指示向量，J是表示電流密度，E是表示電場，H是表示磁場。]
另外，當被處理體為晶圓W時，在上述式(3)、(4)中，因為焦耳損失佔大部分，所以晶圓W每單位體積吸收的電力pw與電場的關係是可藉由將上述式(4)變形的次式(5)來表示，晶圓W每單位體積吸收的電力pw是大致與電場的2乘方成比例。
若比較圖8A及圖8B，則可確認根據本實施形態之組合微波導入埠10的形狀及配置、處理容器2的側壁部12的形狀、以及傾斜部23A而採用的圖8B是電場的偏差小，晶圓所吸收的全電力Pw大，電力吸收效率佳。並且，晶圓W的面積對規定微波放射空間S的處理室的內面積之比(Aw)也與圖8A作比較，圖8B形成較大。
由以上的模擬結果可確認，本實施形態的微波加熱處理裝置1是被放射至處理容器2內的微波的損失會被低減，電力的利用效率及加熱效率佳。並且，亦可確認，藉由使用本實施形態的微波加熱處理裝置1，可對晶圓W實現均一的加熱處理。
另外，本發明並非限於上述實施形態，可實施各種的變更。例如，上述實施形態的微波加熱處理裝置是舉半導體晶圓為例，作為被處理體的基板，但並非限於此，例如在以太陽電池面板的基板或平板顯示器用基板作為被處理體的微波加熱處理裝置亦可適用本發明。
並且，在上述實施形態是舉側壁部12的水平剖面形狀為交替包含4個直線部分12A、12B、12C、12D及4個曲線部分12E、12F、12G、12H的處理容器2為例，但亦可為其他的形成，只要側壁部的水平剖面形狀為對應於微波導入埠10的配置來包含4個的直線部分即可。例如，側壁部的水平剖面形狀為4角形或8角形時也可適用本發 明。
並且，在上述實施形態是藉由氣體供給機構5的淋浴頭部22及整流板23來規定微波放射空間S的下端，因此以整流板23的上面作為傾斜部23A。但，例如不具備淋浴頭部22及整流板23的微波加熱處理裝置時，亦可在處理容器2的底部13設置傾斜部。此情況，亦可使底部13的內壁面的一部分傾斜成所定角度，或將具有傾斜部的別的構件配置於底部13上，作為傾斜部。
1‧‧‧微波加熱處理裝置
2‧‧‧處理容器
3‧‧‧微波導入裝置
4‧‧‧支撐裝置
5‧‧‧氣體供給機構
5a‧‧‧氣體供給裝置
6‧‧‧排氣裝置
8‧‧‧控制部
10、10A，10B，10C，10D‧‧‧微波導入埠
12‧‧‧側壁部
12A，12B，12C，12D‧‧‧直線部分
22‧‧‧淋浴頭部
23‧‧‧整流板
23A‧‧‧傾斜部
30‧‧‧微波單元
31‧‧‧磁控管
32‧‧‧導波管
33‧‧‧透過窗
34‧‧‧循環器
35‧‧‧檢測器
36‧‧‧調整器
37‧‧‧假負載
40‧‧‧高電壓電源部
41‧‧‧AC-DC變換電路
42‧‧‧開關電路
43‧‧‧開關控制器
44‧‧‧昇壓變壓器
45‧‧‧整流電路
81‧‧‧製程控制器
82‧‧‧使用者介面
83‧‧‧記憶部
W‧‧‧半導體晶圓
圖1是表示本發明的實施形態之微波加熱處理裝置的概略的構成的剖面圖。
圖2是表示本發明的實施形態之微波導入裝置的高電壓電源部的概略的構成的說明圖。
圖3是表示圖1所示的處理容器的頂部的下面的平面圖。
圖4是擴大微波導入埠來顯示的說明圖。
圖5是表示傾斜部的作用的說明圖。
圖6是表示圖1所示的控制部的構成的說明圖。
圖7A是模式性地顯示從微波導入埠放射的微波的電磁場向量的說明圖。
圖7B是模式性地顯示從微波導入埠放射的微波的電磁場向量的其他說明圖。
圖8A是表示比較例的電力吸收效率的模擬結果的圖 面。
圖8B是表示本發明的實施形態之電力吸收效率的模擬結果的圖面。
1‧‧‧微波加熱處理裝置
2‧‧‧處理容器
3‧‧‧微波導入裝置
4‧‧‧支撐裝置
5‧‧‧氣體供給機構
5a‧‧‧氣體供給裝置
6‧‧‧排氣裝置
8‧‧‧控制部
10‧‧‧微波導入埠
11‧‧‧頂部
12‧‧‧側壁部
12A，12C‧‧‧直線部分
13‧‧‧底部
13a‧‧‧排氣口
14‧‧‧支撐銷
15‧‧‧升降板
16‧‧‧管狀的軸
17、18‧‧‧排氣管
19‧‧‧壓力調整閥
20‧‧‧開閉閥
21‧‧‧壓力計
22‧‧‧淋浴頭部
22a‧‧‧氣體通路
22b‧‧‧氣體噴出孔
23‧‧‧整流板
23A‧‧‧傾斜部
23a‧‧‧整流孔
24、25‧‧‧配管
26‧‧‧放射溫度計
27‧‧‧溫度計測部
30‧‧‧微波單元
31‧‧‧磁控管
32‧‧‧導波管
33‧‧‧透過窗
34‧‧‧循環器
35‧‧‧檢測器
36‧‧‧調整器
37‧‧‧假負載
40‧‧‧高電壓電源部
S‧‧‧微波放射空間
G‧‧‧間隙
W‧‧‧半導體晶圓

Claims (7)

  1. 一種微波加熱處理裝置，係具備：處理容器，其係於內部具有微波放射空間的同時也收容被處理體；支撐部，其係於前述處理容器內支撐被處理體；及微波導入裝置，其係生成用以加熱處理前述被處理體的微波而導入至前述處理容器，其特徵為：前述處理容器係具有上壁、底壁及側壁，且前述側壁的水平剖面形狀係具有4個的直線部分，前述微波導入裝置係具有第1~第4微波源，作為前述複數的微波源，前述上壁係具有將在各前述第1~第4微波源生成的前述微波導入至前述處理容器的第1~第4微波導入埠，前述第1~第4微波導入埠係分別形成具有長邊及短邊的平面視矩形，各微波導入埠係被配置成其長邊會與前述4個的直線部分之中至少1個平行，前述第1~第4微波導入埠係以不會重疊於與被前述支撐部支撐的被處理體垂直的方向之方式設在比被處理體還外側的位置，在各微波導入埠的正下方，對向設置有使微波往被處理體的方向反射的傾斜部。
  2. 如申請專利範圍第1項之微波加熱處理裝置，其中，前述第1~第4微波導入埠係被配置於彼此改變90°角度的旋轉位置，前述直線部分係分別對應於前述第1~ 第4微波導入埠的任一個而設。
  3. 如申請專利範圍第1項之微波加熱處理裝置，其中，前述側壁係水平剖面形狀為包含前述4個的直線部分、及介於各直線部分之間的曲線部分。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之微波加熱處理裝置，其中，前述傾斜部係以能夠包圍被處理體的方式設於其周圍。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之微波加熱處理裝置，其中，前述微波放射空間係藉由前述上壁、前述側壁、及設在前述上壁與前述底壁之間的隔開部來劃定，前述傾斜部係設在前述隔開部。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之微波加熱處理裝置，其中，前述傾斜部係以前述被處理體的高度作為基準位置，具有包含比該基準位置更上方位置及下方位置的斜面。
  7. 一種處理方法，係利用微波加熱處理裝置來加熱處理前述被處理體的處理方法，該微波加熱處理裝置係具備：處理容器，其係於內部具有微波放射空間的同時也收容被處理體；支撐部，其係於前述處理容器內支撐被處理體；及微波導入裝置，其係生成用以加熱處理前述被處理體的微波而導入至前述處理容器，其特徵為： 前述處理容器係具有上壁、底壁及側壁，且前述側壁的水平剖面形狀係具有4個的直線部分，前述微波導入裝置係具有第1~第4微波源，作為前述複數的微波源，前述上壁係具有將在各前述第1~第4微波源生成的前述微波導入至前述處理容器的第1~第4微波導入埠，前述第1~第4微波導入埠係分別形成具有長邊及短邊的平面視矩形，各微波導入埠係被配置成其長邊會與前述4個的直線部分之中至少1個平行，前述第1~第4微波導入埠係以不會重疊於與被前述支撐部支撐的被處理體垂直的方向之方式設在比被處理體還外側的位置，在各微波導入埠的正下方，對向設置有使微波往被處理體的方向反射的傾斜部。
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