(57)【要約】【課題】  複数のマイクロ波導入ポートの間における電力損失を抑制し、電力の利用効率及び加熱効率に優れたマイクロ波処理装置および処理方法を提供する。【解決手段】  天井部１１の下面には、略十字形をなすように、マイクロ波伝播抑制手段としての凸部である仕切り壁５０が設けられている。仕切り壁５０は、各マイクロ波導入ポート１０の長辺に対応して、該長辺に平行な壁面を有する直線状壁部５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄを備えている。仕切り壁５０は、一つのマイクロ波導入ポート１０から放射されたマイクロ波や、その反射波が、他のマイクロ波導入ポート１０へ入射することを抑制するマイクロ波伝播抑制手段として機能する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にマイクロ波放射空間を有するとともに被処理体を収容する処理容器と、
前記被処理体を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、
を備えたマイクロ波処理装置であって、
前記処理容器は、上壁、底壁及び互いに接続された４つの側壁を有し、
前記マイクロ波導入装置は、マイクロ波源として、複数のマイクロ波源を有し、
前記上壁は、前記複数のマイクロ波源の各々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おり、
前記複数のマイクロ波導入ポートは、それぞれ、長辺と短辺とを有する平面視矩形をなしており、その長辺と短辺が、前記４つの側壁の内壁面と平行になるように設けられ、
前記上壁は、前記複数のマイクロ波導入ポートの中の互いに隣り合う２つのマイクロ波導入ポートの間に、一のマイクロ波導入ポートから放射されたマイクロ波が他のマイクロ波導入ポートへ伝播し、進入することを抑制するマイクロ波伝播抑制手段を有していることを特徴とするマイクロ波処理装置。
【請求項２】
前記マイクロ波伝播抑制手段は、前記一のマイクロ波導入ポートの長辺と平行な壁面を有する凸部である請求項１に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項３】
前記平行な壁面の長さが、前記一のマイクロ波導入ポートの長辺の長さ以上である請求項２に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項４】
前記凸部の角が面取り加工もしくは丸め加工されている請求項２又は３に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項５】
前記複数のマイクロ波源として、第１ないし第４のマイクロ波源を有しており、
前記上壁は、前記第１ないし第４のマイクロ波源の各々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第１ないし第４のマイクロ波導入ポートを有しており、
各マイクロ波導入ポートは、互いに９０°角度を変えた回転位置に配置され、かつ、前記長辺と垂直な方向に平行移動させた場合に、平行な長辺を有する他のマイクロ波導入ポートに重ならないように配置されている請求項２から４のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項６】
前記凸部が、平面視十字形をなしている請求項５に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項７】
前記マイクロ波伝播抑制手段は、前記一のマイクロ波導入ポートの長辺と平行な壁面を有する凹部である請求項１に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項８】
前記平行な壁面の長さが、前記一のマイクロ波導入ポートの長辺の長さ以上である請求項７に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項９】
前記凹部の角が面取り加工もしくは丸め加工されている請求項７又は８に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項１０】
前記複数のマイクロ波源として、第１ないし第４のマイクロ波源を有しており、
前記上壁は、前記第１ないし第４のマイクロ波源の各々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第１ないし第４のマイクロ波導入ポートを有しており、
各マイクロ波導入ポートは、互いに９０°角度を変えた回転位置に配置され、かつ、前記長辺と垂直な方向に平行移動させた場合に、平行な長辺を有する他のマイクロ波導入ポートに重ならないように配置されている請求項７から９のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項１１】
前記凹部が、平面視十字形をなしている請求項１０に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項１２】
前記マイクロ波導入ポートの長辺の長さＬ１と短辺の長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）が、４以上であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置を用いて、前記被処理体にマイクロ波を照射して処理することを特徴とする処理方法。
【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に導入して所定の処理を行うマイクロ波処理装置およびこのマイクロ波処理装置を用いて被処理体を処理する処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。マイクロ波加熱で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。
【０００４】
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には、矩形導波管から正四角錐ホーンにマイクロ波を導入して試料を加熱するマイクロ波加熱装置が提案されている。この特許文献１では、矩形導波管と正四角錐ホーンとの角度を軸心方向に４５度回転させて配置することにより、ＴＥ１０モードの直交２偏波のマイクロ波を同位相で試料に照射できるとされている。
【０００５】
また、特許文献２には、被加熱物を曲げ加工するための加熱装置として、加熱室内を導入マイクロ波の自由空間波長のλ／２〜λの寸法の正方形断面に設定したマイクロ波加熱装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−２６８０８６号公報
【特許文献２】実開平６−１７１９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、マイクロ波加熱によってドーピング原子の活性化を行う場合、ある程度大きな電力を供給する必要がある。そのためには、複数のマイクロ波導入ポートを設けて処理容器内にマイクロ波を導入する方法が効率的である。ところが、複数のマイクロ波導入ポートを設けた場合、一つのマイクロ波導入ポートから導入されたマイクロ波が、他のマイクロ波導入ポートへ進入することによって、電力の利用効率及び加熱効率が低下してしまう、という問題があった。
【０００８】
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、複数のマイクロ波導入ポートの間における電力損失を抑制し、電力の利用効率に優れたマイクロ波処理装置および処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のマイクロ波処理装置は、内部にマイクロ波放射空間を有するとともに被処理体を収容する処理容器と、前記被処理体を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、を備えている。本発明のマイクロ波処理装置において、前記処理容器は、上壁、底壁及び互いに接続された４つの側壁を有し、前記マイクロ波導入装置は、マイクロ波源として、複数のマイクロ波源を有し、前記上壁は、前記複数のマイクロ波源の各々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おり、前記複数のマイクロ波導入ポートは、それぞれ、長辺と短辺とを有する平面視矩形をなしており、その長辺と短辺が、前記４つの側壁の内壁面と平行になるように設けられている。そして、本発明のマイクロ波処理装置において、前記上壁は、前記複数のマイクロ波導入ポートの中の互いに隣り合う２つのマイクロ波導入ポートの間に、一のマイクロ波導入ポートから放射されたマイクロ波が他のマイクロ波導入ポートへ伝播し、進入することを抑制するマイクロ波伝播抑制手段を有していることを特徴とする。
【００１０】
本発明のマイクロ波処理装置において、前記マイクロ波伝播抑制手段は、前記一のマイクロ波導入ポートの長辺と平行な壁面を有する凸部であってもよい。この場合、前記平行な壁面の長さが、前記一のマイクロ波導入ポートの長辺の長さ以上であってもよい。また、前記凸部の角が面取り加工もしくは丸め加工されていてもよい。さらに、前記複数のマイクロ波源として、第１ないし第４のマイクロ波源を有していてもよい。また、前記上壁は、前記第１ないし第４のマイクロ波源の各々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第１ないし第４のマイクロ波導入ポートを有していてもよい。さらに、各マイクロ波導入ポートは、互いに９０°角度を変えた回転位置に配置され、かつ、前記長辺と垂直な方向に平行移動させた場合に、平行な長辺を有する他のマイクロ波導入ポートに重ならないように配置されていてもよい。また、前記凸部が、平面視十字形をなしていてもよい。
【００１１】
本発明のマイクロ波処理装置において、前記マイクロ波伝播抑制手段は、前記一のマイクロ波導入ポートの長辺と平行な壁面を有する凹部であってもよい。この場合、前記平行な壁面の長さが、前記一のマイクロ波導入ポートの長辺の長さ以上であってもよい。また、前記凹部の角が面取り加工もしくは丸め加工されていてもよい。さらに、前記複数のマイクロ波源として、第１ないし第４のマイクロ波源を有していてもよい。また、前記上壁は、前記第１ないし第４のマイクロ波源の各々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第１ないし第４のマイクロ波導入ポートを有していてもよい。さらに、各マイクロ波導入ポートは、互いに９０°角度を変えた回転位置に配置され、かつ、前記長辺と垂直な方向に平行移動させた場合に、平行な長辺を有する他のマイクロ波導入ポートに重ならないように配置されていてもよい。また、前記凹部が、平面視十字形をなしていてもよい。
【００１２】
本発明のマイクロ波処理装置において、前記マイクロ波導入ポートの長辺の長さＬ１と短辺の長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）が、４以上であってもよい。
【００１３】
本発明の処理方法は、上記いずれかのマイクロ波処理装置を用いて、前記被処理体にマイクロ波を照射して処理することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のマイクロ波処理装置および処理方法では、一のマイクロ波導入ポートから放射されたマイクロ波が他のマイクロ波導入ポートへ伝播し、進入することを抑制するマイクロ波伝播抑制手段を有しているため、処理容器内に放射されたマイクロ波の損失が低減され、電力の利用効率に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るマイクロ波処理装置の概略の構成を示す断面図である。
【図２】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３】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。
【図４】マイクロ波導入ポートを拡大して示す説明図である。
【図５】図１に示した処理容器の天井部の下面を示す斜視図である。
【図６】図１に示した制御部の構成を示す説明図である。
【図７】仕切り壁の第１の変形例の説明に供する要部斜視図である。
【図８】仕切り壁の第２の変形例の説明に供する処理容器の天井部の下面を示す斜視図である。
【図９】マイクロ波導入ポートから放射されるマイクロ波の電磁界ベクトルを模式的に示す説明図である。
【図１０】マイクロ波導入ポートから放射されるマイクロ波の電磁界ベクトルを模式的に示す他の説明図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係るマイクロ波処理装置の概略の構成を示す断面図である。
【図１２】図１１に示した処理容器の天井部の下面を示す平面図である。
【図１３】図１１に示した処理容器の天井部の下面を示す斜視図である。
【図１４】仕切り溝の第１の変形例の説明に供する要部斜視図である。
【図１５】仕切り溝の第２の変形例の説明に供する処理容器の天井部の下面を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
［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。
【００１８】
マイクロ波処理装置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。
【００１９】
＜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。
【００２０】
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。
【００２１】
天井部１１の下面には、一つのマイクロ波導入ポート１０から放射されたマイクロ波や、その反射波が、他のマイクロ波導入ポート１０へ入射することを抑制するマイクロ波伝播抑制手段としての凸部である仕切り壁５０が設けられている。この仕切り壁５０については、後述する。
【００２２】
側壁部１２に設けられた搬入出口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。
【００２３】
＜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の外部まで延びる中空管状のシャフト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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。なお、マイクロ波処理装置１において、回転駆動部１７、昇降駆動部１８及び可動連結部１９は任意の構成であり、これらを設けなくてもよい。
【００２７】
＜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。
【００２８】
＜ガス導入機構＞
マイクロ波処理装置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（１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１２に接続されている。
【００２９】
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。
【００３０】
＜温度計測部＞
マイクロ波処理装置１は、更に、ウエハＷの表面温度を測定する図示しない複数の放射温度計と、これら複数の放射温度計に接続された温度計測部２７とを備えている。
【００３１】
＜マイクロ波導入装置＞
次に、図１及び図２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２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。
【００３２】
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。
【００３３】
（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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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）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。
【００３７】
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。
【００３８】
本実施の形態では、例えば４つのマイクロ波ユニット３０を備えている。ここで、図示は省略するが、４つのマイクロ波ユニット３０のマグネトロン３１は、互いに近接するように、天井部１１の上方において偏在して配置されている。これに伴い、各マイクロ波ユニット３０におけるマグネトロン３１からサーキュレータ３４までの導波管３２の形状は、それぞれ異なる形状になっている。このように、複数のマグネトロン３１を近接した位置に集中して配置することによって、複数のマグネトロン３１のメンテナンスを容易に行うことができる。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
（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２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。
【００４２】
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。
【００４３】
＜マイクロ波放射空間＞
本実施の形態のマイクロ波処理装置１では、処理容器２内において、天井部１１、４つの側壁部１２及び底部１３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及び底部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Ｓ内に散乱させる。
【００４４】
＜マイクロ波導入ポートと仕切り壁の配置＞
次に、図１、図３、図４及び図５を参照して、本実施の形態におけるマイクロ波導入ポート１０と仕切り壁５０の配置について詳しく説明する。図３は、図１に示した処理容器２の天井部１１の下面を処理容器２の内部から見た状態を示す平面図である。また、図４は、一つのマイクロ波導入ポート１０を拡大して示す平面図である。図５は、図１に示した処理容器２の天井部１１を下面側からみた斜視図である。
【００４５】
図３では、ウエハＷの大きさと位置を２点鎖線で天井部１１に重ねて示した。符号ＯはウエハＷの中心を表し、かつ、本実施の形態では、天井部１１の中心も表している。従って、符号Ｏを通る２つの線は、天井部１１と側壁部１２の境界となる４つの辺において、対向する辺の中点どうしを結ぶ中央線Ｍを表している。なお、ウエハＷの中心と天井部１１の中心とは必ずしも重ならなくてもよい。また、図３では、説明の便宜上、天井部１１と処理容器２の４つの側壁部１２の内壁面との接合部分に、４つの側壁部１２を区別して符号１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄを付し、それらの位置を示している。
【００４６】
図３に示したように、本実施の形態では、天井部１１において４つのマイクロ波導入ポート１０を有している。以下、４つのマイクロ波導入ポート１０を互いに区別して表す場合には、符号１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄを付して表す。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。また、本実施の形態では、複数のマイクロ波導入ポートとして４つのマイクロ波導入ポート１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄを有する場合を例に挙げるが、マイクロ波導入ポート１０の数は任意であり、例えば２〜８個の範囲内の数で設けることが可能である。
【００４７】
図４に示すように、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。マイクロ波導入ポート１０の長辺の長さＬ１と短辺の長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）は、例えば２以上１００以下であり、４以上であることが好ましく、５〜２０がより好ましい。前記比Ｌ１／Ｌ２を２以上、好ましくは４以上とするのは、マイクロ波導入ポート１０から処理容器２内に放射されるマイクロ波の指向性をマイクロ波導入ポート１０の長辺と垂直な方向（短辺と平行な方向）に強めるためである。この比Ｌ１／Ｌ２が２未満であると、マイクロ波導入ポート１０から処理容器２内に放射されるマイクロ波がマイクロ波導入ポート１０の長辺と平行な方向（短辺と垂直な方向）に向かいやすくなる。また、前記比Ｌ１／Ｌ２が２未満であると、マイクロ波導入ポート１０の直下の方向へもマイクロ波の指向性が強くなるため、ウエハＷに直接マイクロ波が照射され、局所的な加熱が生じやすくなる。一方、前記比Ｌ１／Ｌ２が２０を超えると、マイクロ波導入ポート１０の直下やマイクロ波導入ポート１０の長辺と平行な方向（短辺と垂直な方向）へ向かうマイクロ波の指向性が弱くなりすぎるため、ウエハＷの加熱効率が低下する場合がある。
【００４８】
マイクロ波導入ポート１０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（ここで、ｎは整数を意味する）とすることが好ましく、ｎ＝２がより好ましい。各マイクロ波導入ポート１０の大きさや、前記比Ｌ１／Ｌ２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。
【００４９】
本実施の形態では、４つのマイクロ波導入ポート１０は、そのすべてがウエハＷの直上に重なるように配置されている。ここで、天井部１１において、ウエハＷの径方向における各マイクロ波導入ポート１０の位置は、ウエハＷ上の電界分布を均一化する観点から、例えばウエハＷの中心Ｏを基準に、その径外方向に、ウエハＷの半径の１／５〜３／５までの距離の範囲内に上下に重なるようにすることが好ましい。なお、ウエハＷの面内での均一加熱が実現可能であるならば、必ずしもウエハＷとマイクロ波導入ポート１０との位置が重なる必要はない。
【００５０】
本実施の形態において、４つのマイクロ波導入ポート１０は、それぞれ、その長辺と短辺が、４つの側壁部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄの内壁面と平行になるように設けられている。例えば、図３では、マイクロ波導入ポート１０Ａの長辺は、側壁部１２Ｂ，１２Ｄと平行であり、その短辺は、側壁部１２Ａ，１２Ｃと平行である。図３では、マイクロ波導入ポート１０Ａから放射されるマイクロ波について、支配的な指向性を示す電磁界ベクトル１００を実線の矢印で示し、側壁部１２Ｂ，１２Ｄによって反射されたマイクロ波の指向性を示す電磁界ベクトル１０１を破線の矢印で示した。マイクロ波導入ポート１０Ａから放射されるマイクロ波は、大部分がその長辺に対して垂直な方向（短辺に平行な方向）へ進行し、伝搬していく。また、マイクロ波導入ポート１０Ａから放射されたマイクロ波は、２つの側壁部１２Ｂ及び１２Ｄによってそれぞれ反射される。これら側壁部１２Ｂ及び１２Ｄは、マイクロ波導入ポート１０Ａの長辺に対して平行に設けられているため、生成する反射波の指向性（電磁界ベクトル１０１）は、進行波の指向性（電磁界ベクトル１００）の１８０度逆向きになり、他のマイクロ波導入ポート１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄへ向かう方向へ散乱することは殆どない。このように、比Ｌ１／Ｌ２が例えば２以上である４つのマイクロ波導入ポート１０を、それぞれの長辺と短辺が、４つの側壁部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄの内壁面と平行になるように配置することで、マイクロ波導入ポート１０から放射されるマイクロ波及びその反射波の方向を制御できる。
【００５１】
また、本実施の形態では、上記比Ｌ１／Ｌ２が例えば２以上である４つのマイクロ波導入ポート１０は、互いに９０°角度を変えた回転位置に配置されている。つまり、４つのマイクロ波導入ポート１０は、天井部１１の中心Ｏを基準に回転対称に配置されており、その回転角は９０°である。そして、各マイクロ波導入ポート１０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、平行な長辺を有する他のマイクロ波導入ポート１０に重ならないように配置されている。例えば、図３では、互いに隣接する２つのマイクロ波導入ポート１０は、それらの長辺の方向と平行な中心軸ＡＣが互いに直交するように、９０度ずつ角度をずらして配置されている。そして、マイクロ波導入ポート１０Ａを、その長辺と垂直な方向に平行移動させた場合でも、平行な長辺を有する他のマイクロ波導入ポート１０Ｃには重ならない。換言すれば、マイクロ波導入ポート１０Ａの長辺の長さの範囲内において、このマイクロ波導入ポート１０Ａの長辺と平行な２つの側壁部１２Ｂ及び１２Ｄの間には、マイクロ波導入ポート１０Ａと長辺の向きが同方向である他のマイクロ波導入ポート１０（マイクロ波導入ポート１０Ｃ）は配置されていない。このような配置によって、マイクロ波導入ポート１０Ａから、その長辺に対し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、他のマイクロ波導入ポート１０に進入することを極力回避できる。すなわち、マイクロ波導入ポート１０Ａと、平行な２つの側壁部１２Ｂ及び１２Ｄとの間に、その長辺の長さの範囲内で、同じ向きの他のマイクロ波導入ポート１０が介在すると、マイクロ波の励起方向が同じであるため、その同じ向きのマイクロ波導入ポート１０にマイクロ波及びその反射波が進入しやすく、電力損失が大きくなる。それに対し、マイクロ波導入ポート１０Ａの長辺の長さの範囲内で、平行な２つの側壁部１２Ｂ及び１２Ｄとの間にマイクロ波導入ポート１０Ａと同じ向きの他のマイクロ波導入ポート１０が存在しなければ、マイクロ波導入ポート１０Ａから放射されたマイクロ波及びその反射波が、他のマイクロ波導入ポート１０へ進入することに伴う電力の損失を抑えることができる。
【００５２】
なお、図３において、マイクロ波導入ポート１０Ａから放射されたマイクロ波、及びその反射波は、マイクロ波導入ポート１０Ａに対して９０度角度を変えて配置された隣接するマイクロ波導入ポート１０Ｂ，１０Ｄとは励起方向が異なるため、マイクロ波導入ポート１０Ｂ，１０Ｄにはほとんど入射しない。従って、マイクロ波導入ポート１０Ａを、その長辺と垂直な方向に平行移動させた場合に、長辺の向きが異なるマイクロ波導入ポート１０Ｂ，１０Ｄに重なる場合があってもよい。
【００５３】
また、本実施の形態では、４つのマイクロ波導入ポート１０のうち、互いに隣接しない２つのマイクロ波導入ポート１０は、それぞれの中心軸ＡＣが同一直線上に重ならないように配置されている。例えば、図３では、マイクロ波導入ポート１０Ａの中心軸ＡＣに対して、マイクロ波導入ポート１０Ａと隣接しないマイクロ波導入ポート１０Ｃの中心軸ＡＣは、方向は同じであっても、互いに重ならないように位置をずらして配置されている。このように、４つのマイクロ波導入ポート１０のうち、互いに隣接しない２つのマイクロ波導入ポート１０を、互いの中心軸ＡＣが重ならないように配置することによって、中心軸ＡＣの方向が同じ２つのマイクロ波導入ポート１０の間で、それぞれの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。従って、例えば、各マイクロ波導入ポート１０を、中央線Ｍから大きく離れた位置、例えば各マイクロ波導入ポート１０の長辺が側壁部１２に近接するような位置に配置してもよい。
【００５４】
以上、マイクロ波導入ポート１０Ａを例に挙げたが、マイクロ波導入ポート１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄについても、それぞれ他のマイクロ波導入ポート１０及び側壁部１２との間で、上記関係が成立するように配置されている。
【００５５】
上記マイクロ波導入ポート１０の配置を前提に、本実施の形態のマイクロ波処理装置１では、天井部１１の下面に略十字形をなすように、マイクロ波伝播抑制手段としての凸部である仕切り壁５０が設けられている。仕切り壁５０は、４つのマイクロ波導入ポート１０の中の互いに隣り合う２つのマイクロ波導入ポート１０の間に介在して設けられている。この仕切り壁５０によって、本実施の形態のマイクロ波処理装置１では、一つのマイクロ波導入ポート１０から放射されたマイクロ波及びその反射波が、他のマイクロ波導入ポート１０へ入射することをさらに抑制できる。
【００５６】
仕切り壁５０は、天井部１１と一体でもよいし、別部材でもよい。本実施の形態では、仕切り壁５０として、十字形をなす別部材を装着している。仕切り壁５０は、天井部１１に例えば螺子等の固定手段（図示省略）で装着されている。
【００５７】
仕切り壁５０の材質は、マイクロ波を透過する材質でもよいし、マイクロ波を反射させる材質でもよい。なお、「マイクロ波を透過させる」とは、マイクロ波を１００％透過させるという意味ではなく、相対的に透過が反射や損失を上回るという意味である。マイクロ波を透過させる材質としては、例えば石英、合成樹脂等を挙げることができる。仕切り壁５０がマイクロ波を透過する材質で構成されている場合、一つのマイクロ波導入ポート１０から放射されたマイクロ波の大部分は、仕切り壁５０を透過する際に屈折し、その位相が変化することによって他のマイクロ波導入ポート１０への入射が抑制される。
【００５８】
また、仕切り壁５０がマイクロ波を反射させる材質で構成されている場合、一つのマイクロ波導入ポート１０から放射されたマイクロ波の一部分が、仕切り壁５０で反射し、他のマイクロ波導入ポート１０への入射が抑制される。図３では、代表的にマイクロ波導入ポート１０Ａから放射され、仕切り壁５０で反射したマイクロ波の指向性（電磁界ベクトル１０２）を破線の矢印で示している。仕切り壁５０は、マイクロ波導入ポート１０Ａから放射されたマイクロ波のうち、指向性が水平に近いものの多くを反射する。なお、他のマイクロ波導入ポート１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄから放射されたマイクロ波についても、同様に仕切り壁５０によって反射される。
【００５９】
仕切り壁５０は、各マイクロ波導入ポート１０の長辺に対応して、該長辺に平行な壁面を有する直線状壁部５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄを備えている。例えば、マイクロ波導入ポート１０Ａの長辺には、これに対応して直線状壁部５０ａが平行な壁面を形成している。同様に、マイクロ波導入ポート１０Ｂの長辺には、これに対応して直線状壁部５０ｂが平行な壁面を形成している。マイクロ波導入ポート１０Ｃの長辺には、これに対応して直線状壁部５０ｃが平行な壁面を形成している。マイクロ波導入ポート１０Ｄの長辺には、これに対応して直線状壁部５０ｄが平行な壁面を形成している。直線状壁部５０ａ〜５０ｄは、それぞれ、各マイクロ波導入ポート１０の長辺の長さＬ１に対して、同等以上の長さで形成されている。図５では、直線状壁部５０ａ〜５０ｄの長さを符号Ｌ３で示した。直線状壁部は、各マイクロ波導入ポート１０から放射されるマイクロ波及びその反射波の電磁界ベクトル１００，１０１に対して垂直な壁面である。
【００６０】
直線状壁部５０ａ〜５０ｄは、各マイクロ波導入ポート１０の長辺の長さＬ１に対して、同等以上の長さで形成されている。直線状壁部５０ａ〜５０ｄの長さＬ３とマイクロ波導入ポート１０の長辺の長さＬ１との関係は、Ｌ３≧Ｌ１であればよいが、マイクロ波導入ポート１０から放射されるマイクロ波及びその反射波を遮る効果を大きくするため、Ｌ３≧１．２×Ｌ１とすることが好ましく、Ｌ３≧１．５×Ｌ１とすることがより好ましい。
【００６１】
仕切り壁５０の高さＬ４は、特に限定されるものではないが、マイクロ波導入ポート１０から放射されたマイクロ波もしくはその反射波の伝播を効果的に遮るために、アニール処理時のウエハＷの上面に出来るだけ近接させることが好ましい。具体的には、仕切り壁５０の高さＬ４は、天井部１１の下面から支持ピン１６によって支持されたウエハＷの上面までの距離の１／１０以上９／１０以下の範囲内とすることが好ましく、例えば３／１０以上９／１０以下の範囲内とすることがより好ましい。
【００６２】
仕切り壁５０の幅Ｌ５は、特に限定されるものではないが、マイクロ波導入ポート１０から放射されたマイクロ波もしくはその反射波の伝播を効果的に遮るために、マイクロ波導入ポート１０の配置を考慮した上で出来るだけ幅広にすることが好ましい。具体的には、仕切り壁５０の幅Ｌ５は、互いに隣接するマイクロ波導入ポート１０間において、片方のマイクロ波導入ポート１０の短辺に平行な仮想の直線と、もう片方のマイクロ波導入ポート１０の長辺に平行な仮想の直線との間の最短距離Ｌ６に対し、例えば１／１０以上８／１０以下の範囲内とすることが好ましく、４／１０以上８／１０以下の範囲内とすることがより好ましい。
【００６３】
図３では、２本の中央線Ｍに対して十字型の仕切り壁５０が対称に設けられ、十字形の仕切り壁５０の中心と天井部１１（又はウエハＷ）の中心Ｏが重なっているが、仕切り壁５０は非対称な形状であってもよい。
【００６４】
＜制御部＞
マイクロ波処理装置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の構成を示す説明図である。図６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。
【００６５】
プロセスコントローラ８１は、マイクロ波処理装置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、温度計測部２７等）を統括して制御する制御手段である。
【００６６】
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。
【００６７】
記憶部８３には、マイクロ波処理装置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。
【００６８】
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。
【００６９】
［処理手順］
次に、ウエハＷに対してアニール処理を施す際のマイクロ波処理装置１における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、マイクロ波処理装置１においてアニール処理を行うように、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アニール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。
【００７０】
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、アーム部１５とともに、上下方向に昇降し、ウエハＷが所定の高さ位置（初期高さ位置）にセットされる。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および冷却ガスが処理容器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。
【００７１】
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、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。
【００７２】
処理容器２に導入されたマイクロ波は、ウエハＷの表面に照射されて、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。本実施の形態では、マイクロ波の伝播を遮る仕切り壁５０を設けている。また、本実施の形態では、マイクロ波導入ポート１０の形状、特に上記比Ｌ１／Ｌ２と、その形状に起因するマイクロ波の放射指向性と、さらに処理容器２の側壁部１２の形状と、を考慮してマイクロ波導入ポート１０を配置している。これらの構成によって、一つのマイクロ波導入ポート１０から導入されたマイクロ波が、他のマイクロ波導入ポート１０へ進入することを出来るだけ回避し、電力の損失を最小限に抑制している。なお、アニール処理の間に、支持装置４によって、ウエハＷを水平方向に回転させてもよいし、さらにウエハＷの高さ位置を変化させてもよい。アニール処理の間にウエハＷを回転させたり、ウエハＷの高さ位置を変位させたりすることによって、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面内の加熱温度を均一化することができる。
【００７３】
プロセスコントローラ８１からマイクロ波処理装置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、処理ガスおよび冷却ガスの供給が停止されて、ウエハＷに対するアニール処理が終了する。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。
【００７４】
マイクロ波処理装置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。
【００７５】
以上のように、本実施の形態では、マイクロ波導入ポート１０から放射されるマイクロ波やその反射波の指向性（電磁界ベクトル１００，１０１）に対して垂直な直線状壁部５０ａ〜５０ｄを有する仕切り壁５０を設けたことによって、一つのマイクロ波導入ポート１０から放射されたマイクロ波やその反射波が他のマイクロ波導入ポート１０へ進入することを抑制できる。従って、本実施の形態のマイクロ波処理装置１によれば、処理容器２内に放射されたマイクロ波の損失が低減され、電力の利用効率及び加熱効率に優れている。
【００７６】
＜変形例＞
次に、図７及び図８を参照しながら、仕切り壁５０の変形例について説明する。
【００７７】
図７は、第１の変形例を示している。本変形例の仕切り壁５０１は、角部を面取り加工しており、斜面部５０１ａを有している。このように、角部を面取り加工することによって、角部における異常放電の発生を防止できるので、マイクロ波導入ポート１０から放射するマイクロ波のパワーのマージンを広げることが可能になる。なお、同様の効果を得るため、面取り加工に代えて丸め加工を施してもよい。
【００７８】
図８は、第２の変形例を示している。本変形例の仕切り壁５０２は、一体ではなく、複数の部分に分割している。すなわち、仕切り壁５０２は、第１の部分５０２Ａ、第２の部分５０２Ｂ、第３の部分５０２Ｃ、第４の部分５０２Ｄに分かれている。第１の部分５０２Ａ、第２の部分５０２Ｂ、第３の部分５０２Ｃ、第４の部分５０２Ｄは、それぞれ直線状壁部５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄを有している。このような形状でも、各直線状壁部５０ａ〜５０ｄの長さＬ３とマイクロ波導入ポート１０の長辺の長さＬ１との関係は、Ｌ３≧Ｌ１であればよいが、マイクロ波導入ポート１０から放射されるマイクロ波及びその反射波を遮る効果を大きくするため、Ｌ３≧１．２×Ｌ１とすることが好ましく、Ｌ３≧１．５×Ｌ１とすることがより好ましい。このように、一体ではなく、複数の部分に分割された仕切り壁５０２についても、図３に例示した平面視十字形状の仕切り壁５０と同様に、マイクロ波及びその反射波を遮る効果を有している。
【００７９】
以上、代表的な変形例を挙げたが、仕切り壁５０，５０１，５０２は、マイクロ波導入ポート１０から放射されるマイクロ波やその反射波の指向性（電磁界ベクトル１００，１０１）に対して垂直な壁面を有する直線状壁部５０ａ〜５０ｄを備えていればよく、その形状には種々のバリエーションが存在する。また、マイクロ波導入ポート１０の個数と配置は、図３に例示した個数と配置に限らず、種々の変形が可能であり、それに応じて仕切り壁５０の形状についても変形が可能である。
【００８０】
次に、本実施の形態のマイクロ波処理装置１の作用効果について説明する。本実施の形態では、マイクロ波導入ポート１０の特徴的な形状及び配置と、処理容器２の側壁部１２の形状と、仕切り壁５０，５０１，５０２との組み合わせによって、一つのマイクロ波導入ポート１０から処理容器２内に放射されたマイクロ波が、他のマイクロ波導入ポート１０へ進入することを極力抑制している。図９，図１０は、長辺の長さＬ１と短辺の長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）が４以上であるマイクロ波導入ポート１０におけるマイクロ波の放射指向性を模式的に示している。図９は、マイクロ波導入ポート１０を天井部１１（図示せず）の下方から見た状態を示している。図１０は、マイクロ波導入ポート１０を短辺方向における天井部１１の断面において示したものである。図９，図１０において、矢印は、マイクロ波導入ポート１０から放射される電磁界ベクトル１００を示しており、矢印が長いほど、マイクロ波の指向性が強いことを示している。なお、図９，図１０において、Ｘ軸及びＹ軸は、いずれも天井部１１の下面と平行な方向であり、Ｘ軸はマイクロ波導入ポート１０の長辺に対し垂直な方向、Ｙ軸はマイクロ波導入ポート１０の長辺に対し平行な方向を意味し、また、Ｚ軸は、天井部１１の下面に対して垂直な方向を意味する。
【００８１】
本実施の形態では、前述のように、天井部１１に、長辺と短辺とを有する平面視矩形のマイクロ波導入ポート１０を４つ配置している。そして、本実施の形態で用いる各マイクロ波導入ポート１０は、比Ｌ１／Ｌ２を例えば２以上、好ましくは４以上としている。このため、図９に示すように、マイクロ波の放射指向性は、Ｘ軸に沿って（長辺と垂直な方向（短辺と平行な方向））が強く、支配的となる。従って、あるマイクロ波導入ポート１０から放射されたマイクロ波は、主に処理容器２の天井部１１に沿って伝搬し、その長辺と平行な側壁部１２の内壁面を反射面として反射される。ここで、本実施の形態では、処理容器２の４つの側壁部１２は、互いに直交して接続されており、４つのマイクロ波導入ポート１０は、それぞれ、その長辺と短辺が、４つの側壁部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄの内壁面と平行になるように設けられている。従って、４つの側壁部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄで生成する反射波の方向は、進行波のほぼ１８０度逆向きとなり、反射波が他のマイクロ波導入ポート１０へ向かうことは殆どない。
【００８２】
また、本実施の形態では、比Ｌ１／Ｌ２を２以上、好ましくは４以上としていることにより、図１０に示すように、マイクロ波導入ポート１０から放射されたマイクロ波は、横方向（Ｘ軸方向）への指向性が強くなり、主に天井部１１の下面に沿って横方向へ広がる。従って、マイクロ波導入ポート１０の直下に位置するウエハＷへ直接マイクロ波が照射されることが少なく、局所的な加熱が生じにくくなる。その結果、本実施の形態のマイクロ波処理装置１では、ウエハＷに対して均一な処理を行うことが可能になる。
【００８３】
さらに、一つのマイクロ波導入ポート１０から放射されたマイクロ波の大部分は、仕切り壁５０によって屈折又は反射することによって他のマイクロ波導入ポート１０への入射が抑制される。天井部１１から突出した仕切り壁５０は、マイクロ波導入ポート１０から放射されたマイクロ波のうち、主に処理容器２の天井部１１に沿って伝搬し、指向性が水平に近いものを遮る上で効果的である。
【００８４】
以上のように、本実施の形態では、マイクロ波導入ポート１０の形状に起因するマイクロ波の放射指向性と、処理容器２の側壁部１２の形状と、仕切り壁５０，５０１，５０２との組み合わせによって、一つのマイクロ波導入ポート１０から導入されたマイクロ波が、他のマイクロ波導入ポート１０へ進入することを出来るだけ回避し、電力の損失を最小限に抑制している。従って、本実施の形態のマイクロ波処理装置１によれば、処理容器２内に放射されたマイクロ波の損失が低減され、電力の利用効率及び加熱効率に優れている。
【００８５】
［第２の実施の形態］
次に、図１１〜１３を参照しながら、本発明の第２の実施の形態に係るマイクロ波処理装置について説明する。図１１は、本実施の形態に係るマイクロ波処理装置１Ａの概略の構成を示す断面図である。図１２は、マイクロ波処理装置１Ａの天井部１１を処理容器２内からみた平面図であり、図１３はマイクロ波処理装置１Ａの天井部１１を下面側からみた斜視図である。
【００８６】
本実施の形態に係るマイクロ波処理装置１Ａ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。以下の説明では、第１の実施の形態のマイクロ波処理装置１との相違点を中心に説明し、図１１〜１３に示すマイクロ波処理装置１Ａにおいて、第１の実施の形態のマイクロ波処理装置１と同じ構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００８７】
マイクロ波処理装置１Ａ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。そして、マイクロ波処理装置１Ａは、処理容器２の天井部１１の下面に、一つのマイクロ波導入ポート１０から放射されたマイクロ波や、その反射波が、他のマイクロ波導入ポート１０へ入射することを抑制するマイクロ波伝播抑制手段としての凹部である仕切り溝６０を有している。なお、本実施の形態に係るマイクロ波処理装置１Ａにおいて、マイクロ波導入ポート１０の配置は第１の実施の形態と同様である。
【００８８】
＜仕切り溝＞
本実施の形態おいて、仕切り溝６０は全体として十字形をなす溝である。仕切り溝６０は、天井部１１の下面に開口した凹部である。本実施の形態では、仕切り溝６０は平面視十字形をなしている。
【００８９】
仕切り溝６０は、天井部１１の下面に沿って伝播するマイクロ波を反射させることによって遮る作用を有している。すなわち、仕切り溝６０は、マイクロ波導入ポート１０Ａから放射されたマイクロ波のうち、指向性が水平に近いものの多くを反射する。図１２では、代表的にマイクロ波導入ポート１０Ａから放射され、仕切り溝６０で反射したマイクロ波の指向性（電磁界ベクトル１０２）を破線の矢印で示している。なお、他のマイクロ波導入ポート１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄから放射されたマイクロ波についても、同様に仕切り溝６０によって反射される。
【００９０】
仕切り溝６０は、一つのマイクロ波導入ポート１０の長辺に対応して、該長辺に平行な壁面を有する直線状溝部６０ａ〜６０ｄを備えている。例えば、マイクロ波導入ポート１０Ａの長辺には、これに対応して直線状溝部６０ａが平行な壁面を形成している。同様に、マイクロ波導入ポート１０Ｂの長辺には、これに対応して直線状溝部６０ｂが平行な壁面を形成している。マイクロ波導入ポート１０Ｃの長辺には、これに対応して直線状溝部６０ｃが平行な壁面を形成している。マイクロ波導入ポート１０Ｄの長辺には、これに対応して直線状溝部６０ｄが平行な壁面を形成している。直線状溝部６０ａ〜６０ｄは、それぞれ、各マイクロ波導入ポート１０の長辺の長さＬ１に対して、同等以上の長さで形成されている。図１３では、直線状溝部６０ａ〜６０ｄの長さを符号Ｌ７で示した。直線状溝部６０ａ〜６０ｄは、各マイクロ波導入ポート１０から放射されるマイクロ波及びその反射波の電磁界ベクトル１００，１０１に対して垂直な壁面を有している。
【００９１】
直線状溝部６０ａ〜６０ｄは、各マイクロ波導入ポート１０の長辺の長さＬ１に対して、同等以上の長さで形成されている。各直線状溝部６０ａ〜６０ｄの長さＬ７と各マイクロ波導入ポート１０の長辺の長さＬ１との関係は、Ｌ７≧Ｌ１であればよいが、マイクロ波導入ポート１０から放射されるマイクロ波及びその反射波を遮る効果を大きくするため、Ｌ７≧１．２×Ｌ１とすることが好ましく、Ｌ７≧１．５×Ｌ１とすることがより好ましい。
【００９２】
仕切り溝６０の深さＬ８は、特に限定されるものではないが、マイクロ波導入ポート１０から放射されたマイクロ波もしくはその反射波を効果的に遮るために、天井部１１の厚みの制約の中で出来るだけ深いことが好ましい。具体的には、仕切り溝６０の深さＬ８は、例えば天井部１１の厚みＬ９の１／１０以上９／１０以下の範囲内とすることが好ましく、３／１０以上９／１０以下の範囲内とすることがより好ましい。
【００９３】
仕切り溝６０の幅Ｌ１０は、特に限定されるものではないが、マイクロ波導入ポート１０から放射されたマイクロ波もしくはその反射波を効果的に遮るために、マイクロ波導入ポート１０の配置を考慮した上で出来るだけ幅広にすることが好ましい。具体的には、仕切り溝６０の幅Ｌ１０は、互いに隣接するマイクロ波導入ポート１０間において、片方のマイクロ波導入ポート１０の短辺に平行な仮想の直線と、もう片方のマイクロ波導入ポート１０の長辺に平行な仮想の直線との間の最短距離Ｌ１１に対し、例えば１／１０以上８／１０以下の範囲内とすることが好ましく、４／１０以上８／１０以下の範囲内とすることがより好ましい。
【００９４】
なお、図１２では、２本の中央線Ｍに対して十字型の仕切り溝６０が対称に設けられ、十字形の仕切り溝６０の中心と天井部１１（又はウエハＷ）の中心Ｏが重なっているが、仕切り溝６０は非対称な形状であってもよい。
【００９５】
本実施の形態では、マイクロ波の伝播を遮る仕切り溝６０によって、一つのマイクロ波導入ポート１０から導入されたマイクロ波が、他のマイクロ波導入ポート１０へ進入することを出来るだけ回避し、電力の損失を最小限に抑制している。
＜変形例＞
次に、図１４及び図１５を参照しながら、仕切り溝の変形例について説明する。
【００９６】
図１４は、第１の変形例を示している。本変形例の仕切り溝６０１は、角部を面取り加工しており、斜面部６０１ａを有している。このように、角部を面取り加工することによって、角部における異常放電の発生を防止できるので、マイクロ波導入ポート１０から放射するマイクロ波のパワーのマージンを広げることが可能になる。なお、同様の効果を得るため、面取り加工に代えて丸め加工を施してもよい。
【００９７】
図１５は、第２の変形例を示している。本変形例の仕切り溝６０２は、一体ではなく、複数の部分に分割している。すなわち、仕切り溝６０２は、第１の部分６０２Ａ、第２の部分６０２Ｂ、第３の部分６０２Ｃ、第４の部分６０２Ｄに分かれている。第１の部分６０２Ａ、第２の部分６０２Ｂ、第３の部分６０２Ｃ、第４の部分６０２Ｄは、それぞれ直線状溝部６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄを有している。このような形状でも、直線状溝部６０ａ〜６０ｄの長さＬ７とマイクロ波導入ポート１０の長辺の長さＬ１との関係は、Ｌ７≧Ｌ１であればよいが、マイクロ波導入ポート１０から放射されるマイクロ波及びその反射波を遮る効果を大きくするため、Ｌ７≧１．２×Ｌ１とすることが好ましく、Ｌ７≧１．５×Ｌ１とすることがより好ましい。このように、一体ではなく、複数の部分に分割された仕切り溝６０２についても、図１３に例示した平面視十字形状の仕切り溝６０と同様に、マイクロ波及びその反射波を遮る効果を有している。
【００９８】
以上、代表的な変形例を挙げたが、仕切り溝６０，６０１，６０２は、マイクロ波導入ポート１０から放射されるマイクロ波やその反射波の指向性（電磁界ベクトル１００，１０１）に対して垂直な壁面を有する直線状溝部６０ａ〜６０ｄを備えていればよく、その形状には種々のバリエーションが存在する。また、マイクロ波導入ポート１０の個数と配置は、図１２に例示した個数と配置に限らず、種々の変形が可能であり、それに応じて仕切り溝６０の形状についても変形が可能である。
【００９９】
以上のように、本実施の形態では、マイクロ波導入ポート１０の形状に起因するマイクロ波の放射指向性と、処理容器２の側壁部１２の形状と、仕切り溝６０，６０１，６０２との組み合わせによって、一つのマイクロ波導入ポート１０から導入されたマイクロ波が、他のマイクロ波導入ポート１０へ進入することを出来るだけ回避し、電力の損失を最小限に抑制している。従って、本実施の形態のマイクロ波処理装置１Ａによれば、処理容器２内に放射されたマイクロ波の損失が低減され、電力の利用効率及び加熱効率に優れている。
【０１００】
本実施の形態のマイクロ波処理装置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処理装置１と同様であるので説明を省略する。
【０１０１】
［シミュレーション実験］
次に、マイクロ波処理装置１，１Ａと同様の構成のマイクロ波処理装置によるウエハＷの電力吸収効率をシミュレーションした結果について説明する。
【０１０２】
シミュレーションにおける共通条件は、以下のとおりである。処理容器は、角筒形の側壁部１２を有する形状とした。４つのマイクロ波導入ポート１０は、その長辺と短辺が、４つの側壁部１２の内壁面と平行になるように設けられており、マイクロ波導入ポート１０の長辺の長さＬ１と短辺の長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）は４である。また、４つのマイクロ波導入ポート１０は、互いに、一つのマイクロ波導入ポート１０をその長辺と垂直なＸ軸方向に平行移動させた場合に、平行な長辺を有する他のマイクロ波導入ポート１０に重ならないように配置されている。ウエハＷとしては、不純物としてヒ素などをドープしたシリコンを想定した。
【０１０３】
ここで、ウエハＷの吸収電力は、散乱パラメータ（Ｓパラメータ）により計算することができる。第１ないし第４のマイクロ波導入ポート１０Ａ〜１０Ｄから処理容器２内に導入されるマイクロ波（以下、入射マイクロ波と言う。）と、処理容器２から第１ないし第４のマイクロ波導入ポート１０Ａ〜１０Ｄに反射される反射マイクロ波との関係は、下記の式（１）で表される。
【０１０４】
【数１】
2014170701.tif 000003
【０１０５】
式（１）において、ａ１〜ａ４は、それぞれ第１ないし第４のマイクロ波導入ポート１０Ａ〜１０Ｄによって導入される入射マイクロ波を表し、ｂ１〜ｂ４は、それぞれ第１ないし第４のマイクロ波導入ポート１０Ａ〜１０Ｄに反射される反射マイクロ波を表している。
【０１０６】
そして、４つのマイクロ波導入ポート１０からシリアルにＸ［Ｗ］の出力でマイクロ波を入力する場合に、ウエハＷが吸収する全吸収電力をＰａｂｓとすると、全吸収電力Ｐａｂｓは、以下の式（２）によって求めることができる。ここで、ｉ、ｊは、それぞれ１以上４以下の整数を表すものとする。
【０１０７】
【数２】
2014170701.tif 000004
【０１０８】
＜第１のシミュレーション＞
マイクロ波処理装置１と同様の構成の平面視十字形の仕切り壁５０を想定した。仕切り壁５０の材質はアルミニウムに設定した。仕切り壁５０の高さＬ４を５〜３０ｍｍの範囲内で５ｍｍ毎に変化させるとともに、平面視十字形をなす仕切り壁５０の中心（図３の中心Ｏと同じ）から各直線状壁部５０ａ〜５０ｄの先端までの距離Ｌ１２を１０〜１５０ｍｍの範囲内で１０ｍｍ毎に変化させる条件でウエハＷが吸収する全電力をＰａｂｓのシミュレーションを行った。その結果、仕切り壁５０を設けることによって、設けない場合に比べてウエハＷの電力吸収効率が約２０％増大した。特にＬ４＝２５ｍｍ、Ｌ１２＝１１０ｍｍでウエハＷの電力吸収効率が最も増大した。
【０１０９】
＜第２のシミュレーション＞
仕切り壁５０に代えて、角部を面取り加工した仕切り壁５０１を使用する以外は、第１のシミュレーションと同様の条件でウエハＷが吸収する全電力をＰａｂｓのシミュレーションを行った。その結果、斜面部５０１ａを有する仕切り壁５０１では、設けない場合に比べてウエハＷの電力吸収効率が約２７％増大した。特にＬ４＝２５ｍｍ、Ｌ１２＝１２０ｍｍでウエハＷの電力吸収効率が最も増大した。
【０１１０】
＜第３のシミュレーション＞
仕切り壁５０の材質をアルミニウムから石英に変更した以外は、第１のシミュレーションと同様の条件でウエハＷが吸収する全電力をＰａｂｓのシミュレーションを行った。その結果、仕切り壁５０を設けない場合に比べてウエハＷの電力吸収効率が約３２％増大した。特にＬ４＝２５ｍｍ、Ｌ１２＝１００ｍｍでウエハＷの電力吸収効率が最も増大した。
【０１１１】
＜第４のシミュレーション＞
マイクロ波処理装置１Ａと同様の構成の平面視十字形の仕切り溝６０を想定した。仕切り溝６０の深さＬ８を５〜３０ｍｍの範囲内で５ｍｍ毎に変化させるとともに、平面視十字形をなす仕切り溝６０の中心（図１２の中心Ｏと同じ）から各直線状溝部６０ａ〜６０ｄの先端までの距離Ｌ１３を１０〜１５０ｍｍの範囲内で１０ｍｍ毎に変化させる条件でウエハＷが吸収する全電力をＰａｂｓのシミュレーションを行った。その結果、仕切り溝６０を設けることによって、設けない場合に比べてウエハＷの電力吸収効率が約１０％増大した。特にＬ８＝３０ｍｍ、Ｌ１３＝７０ｍｍでウエハＷの電力吸収効率が最も増大した。
【０１１２】
以上の結果から、天井部１１に仕切り壁又は仕切り溝を設けることによって、一つのマイクロ波導入ポート１０から放射されたマイクロ波やその反射波が他のマイクロ波導入ポート１０へ進入することを抑制し、マイクロ波の損失が低減され、電力の利用効率及び加熱効率が向上することが確認できた。
【０１１３】
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処理装置にも適用できる。
【０１１４】
また、マイクロ波ユニット３０の数（マグネトロン３１の数）や処理容器２に同時に導入されるマイクロ波の数は、上記実施の形態で説明した数に限られない。
【符号の説明】
【０１１５】
１…マイクロ波処理装置、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、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ…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、５０…仕切り壁、Ｗ…半導体ウエハ。
【図１】
2014170701.tif 000005
【図２】
2014170701.tif 000006
【図３】
2014170701.tif 000007
【図４】
2014170701.tif 000008
【図５】
2014170701.tif 000009
【図６】
2014170701.tif 000010
【図７】
2014170701.tif 000011
【図８】
2014170701.tif 000012
【図９】
2014170701.tif 000013
【図１０】
2014170701.tif 000014
【図１１】
2014170701.tif 000015
【図１２】
2014170701.tif 000016
【図１３】
2014170701.tif 000017
【図１４】
2014170701.tif 000018
【図１５】
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