(57)【要約】【課題】マイクロ波を処理容器内に導入して被処理基板を加熱する熱処理において、当該被処理基板を効率的に冷却する。【解決手段】  マイクロ波加熱処理装置１は、処理容器１０においてウェハＷを支持する支持台１３と、処理容器１０内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入機構１１と、支持台１３の内部に形成された冷媒流路３５と、冷媒流路３５に冷媒を供給する冷媒供給源３４と、を有している。支持台１３の少なくともウェハＷを支持する面は、比誘電率と誘電損失角との積が０．００５より小さい材料により形成されている。冷媒供給源３４から供給される冷媒は、電気的極性を有さない液体である。【選択図】図１
2014192372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内の被処理基板にマイクロ波を照射することで、被処理基板を熱処理するマイクロ波加熱処理装置であって、
前記処理容器において被処理基板を支持する支持台と、
前記処理容器内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入機構と、
前記支持台の内部に形成された冷媒流路と、
前記冷媒流路に冷媒を供給する冷媒供給源と、を有し、
前記支持台の少なくとも基板を支持する面は、比誘電率と誘電損失角との積が０．００５より小さい材料により形成され、
前記冷媒供給源から供給される冷媒は、電気的極性を有さない液体であることを特徴とする、マイクロ波加熱処理装置。
【請求項２】
前記支持台は、耐熱温度が９００℃以上の材料で形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロ波加熱処理装置。
【請求項３】
前記支持台の材料は石英であることを特徴とする、請求項２に記載のマイクロ波加熱処理装置。
【請求項４】
前記冷媒流路は、前記支持台の内部を切削して形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のマイクロ波加熱処理装置。
【請求項５】
前記支持台に支持された基板の温度を測定する温度測定機構と、
前記温度測定機構の測定結果に基づいて、前記冷媒流路に供給する冷媒の温度または冷媒の流量の少なくともいずれかを調整する温度調整機構と、をさらに有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のマイクロ波加熱処理装置。
【請求項６】
前記温度測定機構は、非接触式の温度計であることを特徴とする、請求項５に記載のマイクロ波加熱処理装置。
【請求項７】
前記支持台を回転させる駆動機構をさらに有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のマイクロ波加熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波を処理容器内に導入して被処理基板を熱処理するマイクロ波加熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体デバイスの製造においては、シリコン基板に不純物としてのイオンを注入し、イオン注入による結晶欠陥によって基板表面に生じたアモルファスシリコンを修復して結晶化すると共に、シリコン基板の表層に拡散層を形成する。この際の加熱処理としては、ランプヒータを用いて例えば数ｍ秒オーダーのパルス幅の光を照射するフラッシュアニール、もしくは数秒から数十秒の光を照射するいわゆるＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）が一般に用いられる。このＲＴＡを用いた加熱処理における基板温度は８００℃〜１１００℃程度に達する。
【０００３】
ところで近年、半導体デバイスの微細化に伴い、この拡散層における基板の厚み方向の深さを短くして、浅い拡散層を形成することが求められている。しかしながら、ＲＴＡを用いた加熱処理は９００℃前後という高温で行われるため、不純物の拡散により、拡散層を所望の浅さとすることは困難である。拡散層を浅くするには、熱処理の温度を低くして不純物の拡散を抑制することが考えられるが、その場合は不純物の活性化が不十分となり拡散層の電気抵抗が増大するという問題があった。
【０００４】
この問題を解決するために、近年、マイクロ波を用いた加熱方法が提案されている。マイクロ波を用いて加熱することで、マイクロ波が不純物であるイオンに直接作用し、ＲＴＡよりも低い温度で不純物を活性化させ、且つ拡散層が広がることを抑制できる。その結果、浅い拡散層を形成することができる。
【０００５】
マイクロ波を用いて、所望の極浅拡散層を形成することが可能な加熱処理装置が例えば特許文献１に開示されている。この加熱処理装置では、処理容器内の支持ピンにウェハを載置し、マイクロ波を基板に照射して加熱を行ながら、基板の温度を測定する。そして、測定された基板の温度に応じて処理容器内に供給する冷却ガスの量を制御することで、基板の温度制御が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１９１１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながらガスを用いて基板を冷却する場合、大量のガスを消費するために、加熱処理装置のランニングコストの点で問題がある。
【０００８】
ガス以外を用いて基板を冷却する手段としては、例えば基板を支持ピンではなく、基板の裏面の全面を支持する支持台により支持し、この支持台を冷却することが考えられる。しかしながら、支持台を例えば従来から基板の支持台として一般的に用いられるセラミックスにより形成した場合、このセラミックスがマイクロ波を吸収してしまう。その場合、支持台そのものが発熱してしまうため、適切に基板を冷却することは困難である。
【０００９】
セラミックス以外には、金属を用いて支持台を形成することも考えられるが、基板を金属と接触させると、金属イオンといった、いわゆるコンタミにより基板が汚染される危険がある。また、金属製の支持台を用いると、支持台でのマイクロ波の反射により、基板に照射されるマイクロ波の均一性の確保が困難となってしまうという問題がある。
【００１０】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、マイクロ波を処理容器内に導入して被処理基板を加熱する熱処理において、当該被処理基板を効率的に冷却することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明は、処理容器内の被処理基板にマイクロ波を照射することで、被処理基板を熱処理するマイクロ波加熱処理装置であって、前記処理容器において被処理基板を支持する支持台と、前記処理容器内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入機構と、前記支持台の内部に形成された冷媒流路と、前記冷媒流路に冷媒を供給する冷媒供給源と、を有し、前記支持台の少なくとも基板を支持する面は、比誘電率と誘電損失角との積が０．００５より小さい材料により形成され、前記冷媒供給源から供給される冷媒は、電気的極性を有さない液体であることを特徴としている。
【００１２】
本発明によれば、前記支持台の少なくとも基板を支持する面が、比誘電率と誘電損失角との積が０．００５より小さい材料により形成されているので、マイクロ波での誘電加熱による支持台の温度上昇が最低限に抑えられる。また、この支持台の内部に形成された冷媒流路を流れる冷媒は、電気的極性を有さない液体であり、マイクロ波の影響を受けることがないため、誘電加熱による冷媒温度上昇も最低限に抑えられる。したがって、支持台に支持された基板を効率的に冷却することができる。
【００１３】
前記支持台は、耐熱温度が９００℃以上の材料で形成されていてもよい。かかる場合、前記支持台の材料は石英であってもよい。
【００１４】
前記冷媒流路は、前記支持台の内部を切削して形成されていてもよい。
【００１５】
前記支持台に支持された基板の温度を測定する温度測定機構と、前記温度測定機構の測定結果に基づいて、前記冷媒流路に供給する冷媒の温度または冷媒の流量の少なくともいずれかを調整する温度調整機構と、をさらに有していてもよい。
【００１６】
前記温度測定機構は、非接触式の温度計であってもよい。
【００１７】
前記支持台を回転させる駆動機構をさらに有していてもよい。
【００１８】
本発明によれば、マイクロ波を処理容器内に導入して被処理基板を加熱する熱処理において、効率的に基板を冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施の形態に係るマイクロ波加熱処理装置の概略縦断面図である。
【図２】シャフトの構成の概略を示す断面図である。
【図３】マイクロ波ユニットの構成の概略を示す説明図である。
【図４】電源部の構成の概略を示す説明図である。
【図５】処理容器の天井板の下面を示す下面図である。
【図６】天井板の開口の形状を示す説明図である。
【図７】他の実施の形態にかかる支持台近傍の構成の概略を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。図１は、本実施の形態にかかるマイクロ波加熱処理装置１を概略的に示した縦断面図である。なお、本実施の形態では、マイクロ波加熱処理装置１により、例えば基板としての半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という）Ｗの加熱処理を行う場合を例にして説明する。また、本実施の形態にかかるウェハＷは例えばシリコン基板であり、不純物としてのイオンが注入されることにより、その表面に結晶欠陥に伴うアモルファスシリコン層が形成されたものである。
【００２１】
図１に示すように、マイクロ波加熱処理装置１は、被処理基板としてのウェハＷを収容する処理容器１０と、処理容器１０の内部にマイクロ波を導入するマイクロ波導入機構１１と、処理容器１０の内部に所定のガスを供給するガス供給機構１２と、処理容器１０内でウェハＷを支持する支持台１３と、マイクロ波加熱処理装置１の各機構を制御する制御部１４を備えている。処理容器１０は、例えばアルミニウム、ステンレス等の金属により形成さえている。
【００２２】
処理容器１０は、全体として、例えば略直方体状の容器であり、平面視が例えば正方形の筒状の側壁２０と、側壁２０の上端を覆う略正方形状の天井板２１と、側壁２０の下端を覆う略正方形状の底板２２を有している。これら側壁２０、天井板２１、底板２２により囲まれた領域に、処理容器１０の処理空間Ａが形成される。また、側壁２０、天井板２１、底板２２の処理空間Ａ側の面は鏡面加工されており、マイクロ波を反射させる反射面として機能する。これにより、鏡面加工されていない場合と比較して、ウェハＷを加熱処理する際の到達温度を高くすることができる。
【００２３】
処理容器１０の側壁２０にはウェハＷの搬入出口２０ａが形成されている。搬入出口２０ａにはゲートバルブ２３が設けられており、このゲートバルブ２３は図示しない駆動機構により開閉自在となっている。ゲートバルブ２３と側壁２０との間には、マイクロ波の漏えいを防止するための、図示しないシール部材が設けられている。また、処理容器１０の側壁２０には、ガス供給機構１２が供給管２４を介して接続されている。なお、ガス供給機構１２からは、例えば処理ガス又は冷却ガスとして、例えば窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス、ネオンガス、水素ガスといったガスが供給される。
【００２４】
処理容器１０の底板２２には、排気口２２ａが形成されており、この排気口２２ａには排気管２５を介して、例えば真空ポンプなどの排気機構３０が接続されている。
【００２５】
支持台１３の中央部には、底板２２の中央を上下方向に貫通して処理容器１０の外部まで延伸するシャフト３１が貫通して設けられている。支持台はこのシャフト３１により支持されている。支持台１３の上面には、その上面でウェハＷを当接して支持する支持ピン３２が複数設けられている。シャフト３１の下端より上方であって、処理容器１０の外部の位置には、当該シャフト３１を、回転及び昇降させる駆動機構３３が接続されている。処理容器１０内におけるウェハＷの高さ方向の位置は、ウェハＷを支持する支持台１３を駆動機構３３により昇降駆動させることにより調整される。また、シャフト３１の下端には、冷媒供給機構３４が接続されている。冷媒供給機構３４は、例えば冷媒を冷却するチラー（図示せず）や冷媒を後述する冷媒流路３５へ圧送するポンプ（図示せず）、冷媒流路３５へ供給する冷媒の流量を制御する流量調節弁（図示せず）などを組み合わせて構成されている。なお、シャフト３１と底板２１との間は、図示しないシール部材により気密に塞がれている。また、支持ピン３２でウェハＷを支持するのではなく、ウェハＷを支持台１３の上面に直接載置するようにしてもよい。
【００２６】
冷媒供給機構３４により供給される冷媒には、電気的極性を有さない液体が用いられる。電気的極性を有さない液体はマイクロ波を吸収しないため、マイクロ波の誘電加熱による温度上昇を最低限に抑えることができる。極性を有さない液体の一例としては、例えばフッ素有機系の液体としてパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）が挙げられる。この場合、冷媒の温度上昇は、支持台１３との熱交換のみに依存するため、安定してウェハＷの冷却を行うことができる。
【００２７】
支持台１３は、誘電加熱による温度上昇が小さい材質で形成されている。換言すれば、マイクロ波を透過する（マイクロ波を吸収しにくい）材質で形成されている。誘電加熱による温度上昇は、材質の比誘電率と誘電損失角との積に比例する。本発明者らによれば、この積が０．００５より小さい、より好ましくは０．００１以下の材料を用いれば、ウェハＷの冷却が阻害されない程度に支持台１３の発熱を抑えることができることが確認されている。そして、本実施の形態における支持台１３は、その積が０．００５より小さい材質として、石英を用いて形成されている。そのため、支持台１３は、ウェハＷに対して放射されるマイクロ波の大半を透過する。その結果、支持台１３そのものが発熱したり、支持台１３でマイクロ波が反射して、ウェハＷ近傍の領域で電界分布の均一性が乱れたりすることを抑制できる。また、支持台１３はウェハＷが加熱処理される際の温度に耐えうる必要がある。ウェハＷの加熱処理温度は、その用途により概ね２００℃〜８５０℃程度であるので、支持台１３は耐熱温度が９００℃以上の材料で形成されることが好ましい。石英の耐熱温度はこれを満足している。なお、石英以外に比誘電率と誘電損失角との積が０．００５より小さくなる材質としては、例えばテフロン（登録商標）やポリスチレンなどがあげられるが、テフロン（登録商標）やポリスチレンは耐熱温度が２００℃程度と石英と比較して低い。そのため、テフロン（登録商標）やポリスチレンといった材質については、低い温度で加熱処理を行う場合の支持台１３に用いることができる。
【００２８】
支持台１３の内部には、冷媒を供給する冷媒流路３５が形成されている。冷媒流路３５は、支持台３１の内部を切削することにより形成されている。なお、冷媒流路３５は必ずしも切削により形成する必要はなく、支持台１３と同様にマイクロ波を透過し、且つ所定の温度に耐えられる材質で形成されていれば、どのように形成するかは任意に選択が可能である。また、冷媒流路３５の配置については、ウェハＷの全面を効率的に冷却できるものであればよく、例えば平面視において渦巻状となるような配置や、支持台１３内部を折り返して進むような配置が用いられる。
【００２９】
シャフト３１は、例えば図２の断面図に示すように、直径の異なる複数の同軸管により形成されている。本実施の形態では、例えば３つの同軸管３１ａ，３１ｂ，３１ｃにより形成されている。最も内側の同軸管３１ａの内部には、ウェハＷの温度を測定する温度測定機構２６が設けられている。温度測定機構２６としては、例えば放射温度計などの非接触式の温度計が用いられる。温度測定機構２６で測定された温度は、制御部１４に入力され、マイクロ波によるウェハＷの加熱の際の制御に用いられる。
【００３０】
中間に位置する同軸管３１ｂと、最も外側の同軸管３１ｃの内部には、冷媒供給機構３４から供給される冷媒が流通する。同軸管３１ｂ、３１ｃには、支持台１３の冷媒流路３５と連通する連通管（図示せず）が設けられ、冷媒流路３５への冷媒の供給及び、冷媒流路３５から冷媒供給機構３４へ戻る冷媒の移送を行うことができる。この場合、冷媒供給機構３４、冷媒流路３５及び同軸管３１ｂ、３１ｃによって、冷媒を冷却して循環させる冷却系統が構成される。なお、３１ｂ、３１ｃのいずれを冷媒の供給側とし、いずれを戻り側とするかは任意に設定が可能である。
【００３１】
処理容器１０の天井板２１には、当該処理容器１０内にマイクロ波を導入するためのマイクロ波導入ポートとして機能する開口３６が形成されており、この開口３６を塞ぐように透過窓３７が設けられている。マイクロ波導入機構１１はこの透過窓３７の上部に設けられており、マイクロ波導入機構１１はマイクロ波を発生させるマイクロ波ユニット４０とマイクロ波ユニットに接続された電源部４１とを有している。本実施の形態では、例えば透過窓３７及びマイクロ波ユニット４０はそれぞれ４つずつ、電源部４１は一つ設けられている。
【００３２】
透過窓３７は、例えば石英、セラミックス等の誘電体により形成されている。透過窓３７と天井板２１との間は、図示しないシール部材により気密に塞がれている。なお、透過窓３７の下面から処理容器１０内で加熱処理されるウェハＷとの距離Ｇは、ウェハＷに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５０ｍｍ以下となるように設定されている。なお、透過窓３７の具体的な配置については後述する。
【００３３】
マイクロ波ユニット４０は、例えば図３に示すように、マイクロ波を生成するためのマグネトロン４２と、マイクロ波を伝送する導波管４３と、導波管４３と透過窓３７の間に設けられたサーキュレータ４４、検出器４５、チューナ４６と、サーキュレータ４４に接続されたダミーロード４７を有している。
【００３４】
マグネトロン４２は、電源部４１により高電圧を印加するための図示しない陽極及び陰極を有している。マグネトロン４２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。なお、マグネトロンにより生成されるマイクロ波の周波数は、被処理基板としてのウェハＷの処理に最適な周波数が選択され、例えば加熱処理においては、２．４５ＧＨｚ以上の高い周波数のマイクロ波であることが好ましく、５．８ＧＨｚのマイクロ波がより好ましい。
【００３５】
導波管４３は、断面が矩形であって且つ筒状の形状を有し、処理容器１０の天井板２１及び透過窓３７の上面から上方に向けて延伸している。マグネトロン４２は、この導波管４３の上端部近傍に接続されており、マグネトロン４２で生成されたマイクロ波は、導波管４３と透過窓３７を介して処理容器１０の処理空間Ａ内に伝送される。
【００３６】
サーキュレータ４４、検出器４５及びチューナ４６は、導波管４３の上端部から下端部に向けてこの順で設けられている。サーキュレータ４４及びダミーロード４７は、処理容器１０内に導入されたマイクロ波の反射波を分離するアイソレータとして機能する。換言すれば、処理容器１０からの反射波はサーキュレータ４４によりダミーロード４７に伝送され、ダミーロード４７はサーキュレータ４４により伝送された反射波を熱に変換する。
【００３７】
検出器４５は、導波管４３における処理容器１０からの反射波を検出するものであり、例えばインピーダンスモニタ、より具体的には、導波管４３における定在波の電界を検出する定在波モニタにより構成されている。なお、検出器４５は、進行波と反射波を検出することが可能な、例えば方向性結合器により構成されていてもよい。
【００３８】
チューナ４６は、インピーダンスを調整するものであり、マグネトロン４２と処理容器１０との間のインピーダンスはチューナ４６により整合される。チューナ４６によるインピーダンス整合は、検出器４５における反射波の検出結果に基づいて行われる。
【００３９】
電源部４１は、マグネトロン４２に対し、マイクロ波を生成するための高電圧を印加する。電源部４１は、例えば図４に示すように、商用電源に接続されたＡＣ−ＤＣ変換回路５０と、ＡＣ−ＤＣ変換回路５０に接続されたスイッチング回路５１と、スイッチング回路５１の動作を制御するスイッチングコントローラ５２と、スイッチング回路５１に接続された昇圧トランス５３と、昇圧トランス５３に接続された整流回路５４とを有している。昇圧トランス５３とマグネトロン４２とは、整流回路５４を介して接続されている。
【００４０】
ＡＣ−ＤＣ変換回路５０では、商用電源からの例えば三相２００Ｖの交流電圧が整流され、直流に変換される。スイッチング回路５１は、ＡＣ−ＤＣ変換回路５０により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５１では、スイッチングコントローラ５２によりパルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）またはパルス振幅変調（ＰＡＭ：Ｐｕｌｓｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）が行われ、パルス状の電圧が生成される。スイッチング回路５１から出力されるパルス状の電圧は、昇圧トランス５３により昇圧される。昇圧されたパルス状の電圧は、整流回路５４により整流されてマグネトロン４２に供給される。
【００４１】
次に、マイクロ波導入ポートとして機能する、天井板２１に形成された開口３６の配置について説明する。図５は、天井板２１を下面から見た状態を示す図である。図５において、符号Ｏはウェハ及び天井板２１の中心を表している。また、符号Ｍは、天井板２１と側壁２０との境界となる４つの辺において、対向する辺の中点同士を結んだ線である。なお、ウェハＷの中心と天井板２１の中心とは、必ずしも一致している必要はない。
【００４２】
図５に示すように、天井板２１に形成された、例えば４つの開口３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄは、概ね中心線Ｍに沿って略十字状に配置されている。各開口３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄは、図５及び図６に示すように長方形状に形成されており、長辺の長さＬ１と短辺の長さＬ２との比は、例えば２以上１００以下の範囲に設定されており、好ましくは５以上２０以下の範囲に設定される。長辺の長さＬ１と短辺の長さＬ２との比を２以上とするのは、各開口３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄから処理容器１０内に放射されるマイクロ波の指向性を開口３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄの長辺と垂直な方向に強めるためである。長辺の長さＬ１と短辺の長さＬ２との比が２未満の場合、開口３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄの直下の方向に対してもマイクロ波の指向性が強くなるため、透過窓３７とウェハＷとの間の距離Ｇとが短い場合に、ウェハＷの一部にマイクロ波が直接照射され、ウェハＷが局所的に昇温してしまう。その一方、長辺の長さＬ１と短辺の長さＬ２との比が２０を超えると、開口３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄの直下や開口３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄの長辺と平行な方向へ向かうマイクロ波の指向性が弱くなりすぎ、ウェハＷの加熱効率が低下してしまう。
【００４３】
なお、各開口３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄの長辺の長さＬ１は、例えば導波管３２の管内波長λｇに対してＬ１＝ｎ×λｇ／２（ｎは正の整数）とすることが好ましい。なお、各開口３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄの大きさや、長さＬ１とＬ２との比は、各開口３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ毎に異なっていてもよいが、ウェハＷに対してマイクロ波を均等に照射して均一な加熱処理を行うことを考慮すると、各開口３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄの大きさや、長さＬ１、Ｌ２は同一であることが好ましい。
【００４４】
また、本実施の形態では、各開口３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄは、ウェハＷ上面近傍の電界分布を均一にする観点から、各開口３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄの中心Ｏｐが、例えば図５に示すように、例えばウェハＷより小さく異なる直径を有し、ウェハＷの中心Ｏを中心とする２つの同心円のいずれかに重なるように配置されている。この際に、各開口３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄの全ての中心Ｏｐの位置が、同一の円周上に配置されないようにしている。本実施の形態では、例えば図５に示すように、例えば二つの開口３６ａ、３６ｃを半径ＲＩＮの円周上に配置し、開口３６ｂ、３６ｄを半径ＲＩＮより大きな半径ＲＯＵＴを有する円周上に配置している。
【００４５】
なお、図５に示すように、各開口３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄは、それぞれの長辺と短辺が、側壁２０の内側面と平行になるように配置されている。図５では、二つの開口３６ａ、３６ｃの長辺がＸ方向正方向側と負方向側の側壁２０と平行で、且つ他の二つの開口３６ｂ、３６ｄの長辺がＹ方向正方向側と負方向側の側壁２０と平行になるように配置された状態を描図している。
【００４６】
また、各開口３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄは、それぞれの長辺と垂直な方向に平行移動させた場合に、他の開口と干渉しない位置に配置されている。例えば、図５に示す開口３６ａは、その長辺と垂直な方向、即ちＸ方向に移動させても、開口３６ｂ、３６ｄとは干渉せず、当然開口３６ｃとも干渉しない。このような条件で各開口３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄを略十字状に配置することによって、各開口３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄから、その長辺に対して垂直な方向へ強い指向性を持って放射されるマイクロ波及びその反射波が、他の開口３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄに進入することを抑制できる。その結果、マイクロ波及びその反射波が各開口３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄへ進入することによる損失を抑え、マイクロ波による効率的な加熱処理を行うことができる。
【００４７】
また、本実施の形態では、略十字状に配置された開口３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄのうち、互いに隣接していない２つの開口はそれぞれの中心Ｏｐが、中心線Ｍに平行な同一の直線状に位置しないように配置されている。例えば長辺の方向が同じ開口３６ａと開口３６ｃの中心Ｏｐは、それぞれ異なる方向に中心軸Ｍから所定の距離だけずれている。このように開口３６ａと開口３６ｃを配置することによって、開口３６ａと開口３６ｃとの間で、それぞれに短辺に垂直な方向に放射されたマイクロ波が進入し合い、電力損失が生じることを抑制できる。なお、例えば開口３６ａと開口３６ｃの中心Ｏｐが同一の直線状に位置していなければ、いずれか一方の開口の中心Ｏｐが中心線Ｍと重なっていてもよい。各開口３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄの配置は本実施の形態に限定されるものではなく、上記の関係を満たすような配置であれば、任意に設定が可能である。
【００４８】
制御部１４は、記憶部６０と温度調整機構６１とを有している。制御部１４は、記憶部６０に記憶されたレシピに従い、マイクロ波加熱装置１の各機構を制御する。温度調整機構６１は、温度測定機構２６での測定結果に基づいて、冷媒供給機構３４で冷却される冷媒の温度や、冷媒供給機構３４から冷媒流路３５に供給する冷媒の流量を調整してウェハＷの温度を調整する。なお、制御部１４への指令は、専用の制御デバイスあるいはプログラムを実行するＣＰＵ(図示せず)により実行される。プロセス条件を設定したレシピは、ＲＯＭや不揮発性メモリ(ともに図示せず)に予め記憶されていて、ＣＰＵが、これらのメモリからレシピの条件を読み出し実行する。
【００４９】
本実施の形態にかかるマイクロ波加熱処理装置１は以上のように構成されている。次に、マイクロ波加熱処理装置１によるウェハＷの加熱処理について説明する。
【００５０】
ウェハＷの加熱処理にあたっては、先ずゲートバルブ２３が開操作されて、搬送機構（図示せず）により処理容器１０内にウェハＷが搬入される。搬入されたウェハＷは、支持ピン３３上に載置される。次いで、ゲートバブル２３が閉操作され、排気機構３０により処理容器１０内が排気されて減圧雰囲気となる。次に、ガス供給機構１２から所定の流量で処理ガスが処理容器１０内に供給される。それと共に、冷媒供給機構３４からシャフト３１を介して冷媒流路３５に所定の温度の冷媒が所定の流量で供給される。
【００５１】
次に、電源部４１からマグネトロン４２に対して電圧が印加され、マグネトロン４２で生成されたマイクロ波が導波管４３を伝搬して、透過窓３７を介して処理容器１０内の処理空間Ａに導入される。この際、駆動機構３３によりシャフト３１が回転され、支持台１３に載置されているウェハＷも所定の速度で回転する。
【００５２】
処理容器１０内に導入されたマイクロ波は、ウェハＷの表面に照射されてウェハＷが加熱処理される。この際、照射されるマイクロ波の出力が調整され、ウェハＷが所定の温度に昇温され、所定の期間加熱される。
【００５３】
ウェハＷが所定の期間加熱される間、温度測定機構２６でウェハＷの温度が測定される。温度測定機構２６での測定結果は制御部１４に入力され、温度調整機構６１では、この測定結果に基づいて、ウェハＷの温度が一定に保たれるように、冷媒供給機構３４から供給する冷媒の温度を調整する。なお、温度調整機構６１によるウェハＷの温度制御は本実施の形態の内容に限定されるものではない。例えば、冷媒温度は一定温度に制御し、ウェハＷの温度に応じて冷媒供給機構３４から冷媒流路３５に供給する冷媒の流量を調整してもよいし、冷媒流路３５に供給する冷媒の温度と流量の両方を調整してもよい。また、ウェハＷに照射されるマイクロ波の出力に応じて、冷媒供給機構３４から供給する冷媒の流量や温度を変化させる、いわゆるカスケード制御を用いてもよい。また、駆動機構３３により支持台１３の高さを変化させ、ウェハＷと透過窓３７との間の距離Ｇを調整することで、ウェハＷの温度を制御してもよい。かかる場合、距離Ｇが変化しても、支持台１３、冷媒流路３５及び冷媒流路３５を流れる冷媒は、いずれもマイクロ波を吸収、反射しないため、支持台１３の高さを変化させても処理空間Ａの電界分布は一定に保たれる。そのため、ウェハＷの温度制御のために支持台１３の高さを変化させても、安定した加熱処理を行うことができる。
【００５４】
マイクロ波によるウェハＷの加熱処理が終了すると、電源部４１からマグネトロン４２への電圧の印加が停止され、処理容器１０内に導入されるマイクロ波も停止する。それと共に、駆動機構３３も停止し、ウェハＷの回転が停止する。また、ガス供給機構１２からの処理ガスの供給及び冷媒供給機構３４からの冷媒の供給も停止される。その後、ゲートバルブ２３が開操作されてウェハＷが処理容器１０から外部に搬出される。これにより、一連のウェハＷの加熱処理が終了する。
【００５５】
以上の実施の形態によれば、支持台１３が、比誘電率と誘電損失角との積が０．００５より小さい材料である石英により形成されているので、マイクロ波の誘電加熱による支持台１３の温度上昇が最低限に抑えられる。また、この支持台１３の内部に形成された冷媒流路３５を流れる冷媒は、電気的極性を有さない液体であるフッ素有機系の液体である。したがって、誘電加熱による冷媒の温度上昇も最低限に抑えられる。そのため、本実施のマイクロ波加熱処理装置１においては、支持台１３に支持されたウェハＷを冷媒により効率的に冷却することができる。それゆえ、本実施の形態にかかるマイクロ波加熱処理装置１によれば、従来のように大量の冷却ガスを用いてウェハＷを冷却する必要がなく、低ランニングコストでウェハＷの加熱処理を行うことができる。
【００５６】
また、冷媒流路３５も支持台１３の内部を切削して形成されているため、冷媒流路３５が誘電加熱により温度上昇して冷媒を加熱してしまうこともない。
【００５７】
また、従来のように冷却ガスを用いた冷却の場合、ガスの熱容量が小さいため、ウェハＷを急速に冷却する場合、大量の冷却ガスを処理容器内に流す必要がある。これに対して本実施の形態のように、ウェハＷを支持する支持台１３を冷媒により冷却してウェハＷを冷却する場合、冷却ガスと比較して熱容量の大きな支持体１３との間で、輻射熱や直接的な熱伝導により熱交換が行われるので、従来の冷却ガスによる冷却と比較して迅速にウェハＷを冷却することができる。かかる場合、温度測定機構２６により測定した温度に基づいてウェハＷの温度を制御する際にも、応答性のよい制御が可能となる。
【００５８】
さらには、石英により形成された支持台１３は、例えば処理容器１０内で昇降移動させても、処理容器内の電界分布にほとんど影響を与えないため、例えばウェハＷの温度制御のために支持台１３を移動させても、安定してウェハＷの加熱を行うことができる。
【００５９】
以上の実施の形態では、シャフト３１により支持台１３を支持していたが、例えば支持台１３を回転させる必要が無い場合などは、シャフトは必ずしも設ける必要がなく、例えば図７に示すように、支持台１３を底板２２の上面に直接配置してもよい。かかる場合、冷媒流路３５と冷媒供給機構３４との間の接続は、底板２２を貫通して設けられた冷媒供給管３５ａ及び冷媒回収管３５ｂを用いて行われる。
【００６０】
以上の実施の形態では、支持台１３の全てが石英により形成されていたが、支持台１３は、少なくともウェハＷを支持する面が石英で構成されていればよい。かかる場合も、支持台１３の誘電加熱によるウェハＷの温度上昇が最低限に抑えられる。なお、誘電加熱による冷媒の温度上昇を抑えるという観点からは、冷媒流路３５が形成されている領域までを石英で構成することが好ましい。
【００６１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００６２】
１    マイクロ波加熱処理装置
１０  処理容器
１１  マイクロ波導入機構
１２  ガス供給機構
１３  支持台
１４  制御部
２０  側壁
２１  天井板
２２  底板
３０  排気機構
３４  冷媒供給機構
３５  冷媒流路
４０  マイクロ波ユニット
４１  電源部
Ｗ    ウェハ
Ａ    処理空間
【図１】
2014192372.tif 000003
【図２】
2014192372.tif 000004
【図３】
2014192372.tif 000005
【図４】
2014192372.tif 000006
【図５】
2014192372.tif 000007
【図６】
2014192372.tif 000008
【図７】
2014192372.tif 000009