(57)【要約】【課題】量産安定性およびプロセスの再現性が高い処理を行うことができるマイクロ波照射装置を提供すること。【解決手段】被処理基板Ｗを収容する処理容器１と、処理容器１内で被処理基板Ｗを支持する支持部材２３と、マイクロ波を生成して処理容器１内にマイクロ波を導入するためのマイクロ波導入機構３と、マイクロ波導入機構３で生成されたマイクロ波を処理容器１内に導入するマイクロ波導入ポート１０と、処理容器１内に導入されたマイクロ波により形成される電界を測定する電界センサ８５と、電界センサ８５で測定された電界に基づいて、マイクロ波導入機構３からマイクロ波導入ポート１０を介して処理容器１に導入されるマイクロ波のパワーを制御する制御部９とを具備する。【選択図】図１
2014032766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板にマイクロ波を照射して所定の処理を行うマイクロ波照射装置であって、
被処理基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内で被処理基板を支持する支持部材と、
マイクロ波を生成して前記処理容器内に導入するためのマイクロ波導入機構と、
前記マイクロ波導入機構で生成されたマイクロ波を前記処理容器内に導入するマイクロ波導入ポートと、
前記処理容器内に導入されたマイクロ波により形成される電界を測定する電界センサと、
前記電界センサで測定された電界に基づいて、前記マイクロ波導入機構から前記マイクロ波導入ポートを介して前記処理容器内に導入されるマイクロ波のパワーを制御する制御部と
を具備することを特徴とするマイクロ波照射装置。
【請求項２】
前記マイクロ波導入ポートおよび前記電界センサを複数ずつ有し、前記制御部は、前記複数の電界センサの検出値に基づいて、前記複数のマイクロ波導入ポートから導入されるマイクロ波のパワーを、被処理基板の電界分布が所望の均一性を有するように制御することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波照射装置。
【請求項３】
前記複数の電界センサは、それぞれ前記各マイクロ波導入ポートに対応する位置に設けられていることを特徴とする請求項２に記載のマイクロ波照射装置。
【請求項４】
前記複数のマイクロ波導入ポートは前記処理容器の天壁に設けられ、前記天壁を前記被処理基板に対応して複数の領域に分けた場合に、各領域に少なくとも１個のマイクロ波導入ポートが存在し、前記制御部は、前記複数の電界センサの検出値に基づいて、前記各領域のマイクロ波導入ポートから導入されるマイクロ波のパワーを、被処理基板の電界分布が所望の均一性を有するように制御することを特徴とする請求項２に記載のマイクロ波照射装置。
【請求項５】
前記複数の電界センサは、それぞれ前記複数の領域に対応するように設けられていることを特徴とする請求項４に記載のマイクロ波照射装置。
【請求項６】
前記領域は、前記被処理基板の中央部分に対応する内側領域と、前記被処理基板の外側部分に対応する外側領域とを有していることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のマイクロ波照射装置。
【請求項７】
前記マイクロ波導入ポートを４つ有し、前記４つのマイクロ波導入ポートは、前記内側領域と前記外側領域とに２つずつ設けられていることを特徴とする請求項６に記載のマイクロ波照射装置。
【請求項８】
前記マイクロ波導入ポートを４つ有し、これらマイクロ波導入ポートは任意の配置であり、前記４つのマイクロ波導入ポートから導入されるマイクロ波のパワーを独立に制御することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のマイクロ波照射装置。
【請求項９】
前記支持部材に支持された被処理基板を回転させる回転機構をさらに具備し、前記被処理基板にマイクロ波を照射する際に被処理基板を回転させることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のマイクロ波照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波を対象物に照射して加熱や改質等の処理を行うマイクロ波照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程においては、半導体基板に不純物を注入した後に不純物活性化アニールを行って不純物拡散層を形成する工程がある。従来から、不純物の活性化処理には、ランプアニールによる１０００℃以上の高温短時間の熱処理が行われているが、最近では、半導体素子のデザインルールの微細化にともない、不純物の熱拡散を抑制したアニール技術が求められており、より低温でのアニール技術が検討されている。このような低温でのアニールとしてマイクロ波照射によるアニールが提案されている（例えば特許文献１）。また、マイクロ波照射によるゲート絶縁膜の改質処理も検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００９−５１６３７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このような用途に用いられるマイクロ波照射装置では、設定されたマイクロ波パワーと処理時間だけで処理を規定するオープンループ制御を行うか、または温度をフィードバックしてマイクロ波パワーを制御することが一般的に行われている。
【０００５】
しかし、オープンループ制御では量産安定性に問題がある。一方、温度をフィードバックしてマイクロ波パワーを制御する場合には、プロセスの再現性が十分ではない。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、量産安定性およびプロセスの再現性が高い処理を行うことができるマイクロ波照射装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、被処理基板にマイクロ波を照射して所定の処理を行うマイクロ波照射装置であって、被処理基板を収容する処理容器と、前記処理容器内で被処理基板を支持する支持部材と、マイクロ波を生成して前記処理容器内に導入するためのマイクロ波導入機構と、前記マイクロ波導入機構で生成されたマイクロ波を前記処理容器内に導入するマイクロ波導入ポートと、前記処理容器内に導入されたマイクロ波により形成される電界を測定する電界センサと、前記電界センサで測定された電界に基づいて、前記マイクロ波導入機構から前記マイクロ波導入ポートを介して前記処理容器内に導入されるマイクロ波のパワーを制御する制御部とを具備することを特徴とするマイクロ波照射装置を提供する。
【０００８】
本発明において、前記マイクロ波導入ポートおよび前記電界センサを複数ずつ有し、前記制御部は、前記複数の電界センサの検出値に基づいて、前記複数のマイクロ波導入ポートから導入されるマイクロ波のパワーを、被処理基板の電界分布が所望の均一性を有するように制御するようにすることができる。また、前記複数の電界センサは、それぞれ前記各マイクロ波導入ポートに対応する位置に設けられていてもよい。
【０００９】
前記複数のマイクロ波導入ポートは前記処理容器の天壁に設けられ、前記天壁を前記被処理基板に対応して複数の領域に分けた場合に、各領域に少なくとも１個のマイクロ波導入ポートが存在し、前記制御部は、前記複数の電界センサの検出値に基づいて、前記各領域のマイクロ波導入ポートから導入されるマイクロ波のパワーを、被処理基板の電界分布が所望の均一性を有するように制御するようにしてもよい。この場合に、前記複数の電界センサは、それぞれ前記複数の領域に対応するように設けてもよい。
【００１０】
前記領域は、前記被処理基板の中央部分に対応する内側領域と、前記被処理基板の外側部分に対応する外側領域とを有していてよい。このとき、前記マイクロ波導入ポートを４つ有し、前記４つのマイクロ波導入ポートは、前記内側領域と前記外側領域とに２つずつ設けられている構成をとることができる。
【００１１】
また、前記マイクロ波導入ポートを４つ有し、これらマイクロ波導入ポートは任意の配置であり、前記４つのマイクロ波導入ポートから導入されるマイクロ波のパワーを独立に制御するように構成することができる。
【００１２】
前記支持部材に支持された被処理基板を回転させる回転機構をさらに具備し、前記被処理基板にマイクロ波を照射する際に被処理基板を回転させるように構成してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、処理容器内の電界を測定し、それに基づいて、マイクロ波導入機構からマイクロ波導入ポートを介して処理容器内に導入されるマイクロ波のパワーを制御するので、量産安定性およびプロセスの再現性が高いマイクロ波照射処理を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るマイクロ波照射装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１のマイクロ波照射装置における高電圧電源部の概略構成を示すブロック図である。
【図３】電界モニタ部における電界センサの配置例を説明するための図である。
【図４】電界モニタ部における電界センサの構成を示す断面図である。
【図５】図１のマイクロ波照射装置における制御部の構成を示すブロック図である。
【図６】マイクロ波導入ポートの形状を説明するための図である。
【図７】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図である。
【図８】マイクロ波導入ポートの第１の配置例を示す天壁の底面図である。
【図９】マイクロ波導入ポートの第２の配置例を示す天壁の底面図である。
【図１０】マイクロ波導入ポートの第３の配置例を示す天壁の底面図である。
【図１１】マイクロ波導入ポートを均等配置した場合と、２ゾーン配置した場合とについて、マイクロ波パワーを適正化してマイクロ波をウエハに照射して活性化処理を行った場合におけるウエハ径方向の抵抗値のばらつきを、（ａ）昇温領域および（ｂ）飽和領域について把握した結果を示す図である。
【図１２】マイクロ波導入ポートを２ゾーン配置し、内側領域と外側領域とのマイクロ波パワー比率を変更してマイクロ波をウエハに照射して活性化処理を行った場合におけるウエハ径方向の抵抗値のばらつきを、（ａ）昇温領域および（ｂ）飽和領域について把握した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
ここでは、マイクロ波照射装置として、シリコンウエハ等の半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と記す。）に対して、マイクロ波を照射して、アニール処理や改質処理を施す装置について説明する。このような処理としては、ソースおよびドレインに不純物を注入した後に行われる不純物活性化アニールや、ゲート絶縁膜に用いられる高誘電率（Ｈｉｇｈ−ｋ）材料膜の改質処理を挙げることができる。
【００１６】
＜マイクロ波照射装置の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るマイクロ波照射装置の概略構成を示す断面図である。
【００１７】
マイクロ波照射装置１００は、被処理基板であるウエハＷを収容する処理容器１と、処理容器１内でウエハＷを支持する支持部２と、処理容器１内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入機構３と、処理容器１内にガスを導入するガス導入部５と、処理容器１内を排気する排気機構７と、温度や電界をモニタするモニタ部８と、これら各構成部を制御する制御部９とを備えている。
【００１８】
処理容器１は、金属材料、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス等で形成されている。処理容器１は、角筒状をなす側壁１２と、側壁１２の上部開口を塞ぐ天壁１１と、側壁１２の下部開口を塞ぐ低壁１３とを有している。天壁１１には、上下に貫通するように複数（本実施形態では４つ、図１では２つのみ図示）のマイクロ波導入ポート１０が設けられ、かつ上部シャワー機構５２を内蔵している。側壁１２には、図示しない搬送室との間でウエハＷを搬入出するための搬入出口１２ａが設けられ、底壁１３には排気口１３ａが設けられている。側壁１２の内面は、平坦に形成されており、マイクロ波を反射させる反射面として機能する。搬入出口１２ａは、処理容器１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。搬入出口１２ａはゲートバルブＧにより開閉可能となっており、ゲートバルブＧを閉状態にすることにより処理容器１を気密にシールし、開状態にすることにより処理容器１と搬送室との間でウエハＷの搬送を可能にする。また、処理容器１内の底部近傍の外周部分には、額縁状をなす整流板１６が設けられている。整流板１６には、上下に貫通するように複数の整流孔１６ａが形成されている。整流板１６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。
【００１９】
支持部２は、処理容器１の底部１３のほぼ中央を貫通して処理容器１の外部まで延びる管状のシャフト２１と、シャフト２１の上端付近からほぼ水平方向に延びる複数（例えば３つ）のアーム部２２と、各アーム部２２に着脱可能に装着された、ウエハＷを支持する複数の支持ピン２３と、シャフト２１を回転させる回転駆動部２４と、シャフト２１を上下動させる昇降駆動部２５と、シャフト２１を支持するとともに、回転駆動部２４と昇降駆動部２５とを連結する可動連結部２６とを有している。回転駆動部２４、昇降駆動部２５および可動連結部２６は、処理容器１の外部に設けられている。シャフト２１が処理容器１の底壁１３を貫通する部分の周囲には、ベローズ２７が設けられている。処理容器１内が大気圧付近にされ、供給するガスの漏洩が許容される場合には、ベローズ２７は設けなくともよい。
【００２０】
支持部２において、シャフト２１、アーム部２２、回転駆動部２４および可動連結部２６は、支持ピン２３に支持されたウエハＷを水平面内で回転させる回転機構を構成している。複数の支持ピン２３は、処理容器１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。複数のアーム部２２は、回転駆動部２４を駆動させることによって、シャフト２１を回転中心にして回転し、支持ピン２３に支持されたウエハＷを回転させる。また、昇降駆動部２５を駆動させることによって、シャフト２１が昇降するように構成されている。支持ピン２３およびアーム部２２は、誘電体材料、例えば、石英、セラミックス等によって形成されている。
【００２１】
なお、回転駆動部２４は、シャフト２１を回転させ得るものであれば特に制限はなく、例えばモータを用いることができる。また、昇降駆動部２５は、シャフト２１および可動連結部２６を昇降させ得るものであれば特に制限はなく、例えばボールねじやシリンダ機構を用いることができる。また、回転駆動部２４と昇降駆動部２５は一体の機構であってもよい。
【００２２】
上記マイクロ波導入機構３は、処理容器１の上方に設けられ、処理容器１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、マイクロ波導入機構３は、マイクロ波を処理容器１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。
【００２３】
本実施形態では、複数のマイクロ波ユニット３０は全て同一の構成を有している。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イクロ波源であるマグネトロン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１に伝送する導波管３２とを有している。導波管３２は、処理容器１の天壁１１に設けられたマイクロ波導入ポート１０に接続されている。マイクロ波導入ポート１０には、その入り口部を塞ぐ透過窓３３が天壁１１に嵌め込まれている。
【００２４】
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（いずれも図示せず）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、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。
【００２５】
導波管３２は角筒状をなし、処理容器１の天壁１１の上面のマイクロ波導入ポート１０に嵌め込まれた透過窓３３に対応する部分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。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１内に導入される。
【００２６】
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。透過窓３３の下面から支持ピン２３に支持されたウエハＷの表面までの距離は、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の範囲内で調節することがより好ましい。
【００２７】
マイクロ波ユニット３０は、さらに、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とを有し、これらは導波管３２の上端部からこの順に設けられている。また、サーキュレータ３４にはダミーロード３７が接続されている。サーキュレータ３４およびダミーロード３７は、処理容器１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１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。
【００２８】
検出器３５は、導波管３２における処理容器１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１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。
【００２９】
チューナ３６は、マグネトロン３１と処理容器１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（図示せず）によって構成することができ、導波管３２の内部空間への導体板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１との間のインピーダンスを調整することができる。
【００３０】
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。高電圧電源部４０は、図２に示すように、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。
【００３１】
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。
【００３２】
ガス導入部５は、ガス供給部５１と、上部シャワー機構５２と、側部シャワー機構５３とを有している。
【００３３】
ガス供給部５１は、ガス供給源、ガス配管、バルブシステム、および流量制御器等を備えたガス供給機構５４と、ガス供給機構５４からガスを、それぞれ上部シャワー機構５２および側部シャワー機構５３へ供給するためのガス供給配管５５および５６とを有している。ガス供給配管５５は、処理容器１の天壁１１の中央に設けられたガス導入口１４に接続されている。また、ガス供給配管５６は、処理容器１の側壁の搬入出口１２ａに対向する位置に設けられたガス導入口１５に接続されている。
【００３４】
上部シャワー機構５２は、処理容器１の天壁１１の下面に形成された凹部に嵌め込まれて固定された円板状をなす本体６１を有している。本体６１は、支持ピン２３に支持されたウエハＷに対応するように設けられており、その面には複数のガス穴（オリフィス）６２が形成されている。また本体６１の上部の周縁部にはリブ６３が形成されており、このリブ６３が天壁１１の下面に当接することにより、天壁１１の下面と本体６１の上面との間にガスが拡散するための空間６４が形成される。これにより、ガス供給部５１から供給されたガスが、ガス導入口１４を経て空間６４で拡散し、ガス穴６２からウエハＷに向けて吐出される。
【００３５】
側部シャワー機構５３は、処理容器１の側壁１２の搬入出口１２ａに対向する側に形成されており、側壁１２の内側面に形成された凹部に嵌め込まれて固定された矩形状をなす本体６５を有している。本体６５は、搬入出口１２ａに対向するように設けられており、その面には複数のガス穴６６が形成されている。また、本体６５のガス吐出面とは反対側の面の周縁部にはリブ６８が形成されており、本体６５が側壁１２に嵌め込まれた際に、リブ６８の存在により、本体６５と側壁１２との間に空間６９が形成される。空間６９には側壁１２に設けられた上記ガス導入口１５が接続されており、ガス供給部５１から供給されたガスが、ガス導入口１５を経て空間６９で拡散し、ガス穴６６から処理容器１内に水平方向に沿って吐出される。
【００３６】
ガス導入部５では、ガス供給部５１からのガスを上部シャワー機構５２および側部シャワー機構５３を介して処理容器１内に導入するが、導入されるガスとしては、処理容器１内の雰囲気形成用のガス、ウエハＷを冷却するための冷却ガス、処理容器１内をパージするためのパージガスを挙げることができる。また、処理によっては、所定の処理を行う処理ガスを用いる場合もある。上部シャワー機構５２および側部シャワー機構５３から吐出したガスは、いずれも雰囲気形成用ガス、冷却ガス、パージガス、処理ガスとして機能させることができるが、上部シャワー機構５２から吐出されたガスはウエハＷに直接当てることができるため、ウエハＷの冷却に適しており、側部シャワー機構５３から吐出されたガスは、搬入出口１２ａに向けて供給されるので、ゲートバルブＧの開放時に、処理容器１内へ酸素を含む外気が流入するのを抑制するのに適している。ガス供給部５から供給されるガスとしては、例えば、Ｎ２ガス、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｏ２ガス、Ｈ２ガス等を用いることができる。
【００３７】
排気機構７は、排気口１３ａに接続された排気配管７１と、排気配管７１に設けられた、例えば、ドライポンプ等の真空ポンプを有する排気装置７２と、排気配管７１の途中に設けられた圧力調整バルブ７３とを有している。この排気機構７により、処理容器１内が排気される。なお、マイクロ波照射装置１００は大気圧での処理も可能であり、その場合には、排気装置７２は真空ポンプではなく、処理容器１内をガス置換できる程度に排気するファン等の簡易な構成とすることができ、また、マイクロ波照射装置１００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。
【００３８】
モニタ部８は、処理容器１内の温度をモニタする温度モニタ部８１と、処理容器１内の電界をモニタする電界モニタ部８２とを有している。
【００３９】
温度モニタ部８１は、ウエハＷの表面温度を測定する複数の放射温度計８３と、複数の放射温度計８３に接続された温度計測部８４とを備えている。なお、図１では、便宜上、ウエハＷの中央部の表面温度を測定する放射温度計８３のみを描いている。
【００４０】
電界モニタ部８２は、処理容器１内にマイクロ波を導入することにより処理容器１内に形成される電界（すなわちマイクロ波の強度）を検出する複数の電界センサ８５と、複数の電界センサ８５に接続された電界計測部８６とを備えている。電界センサ８５は、例えば、図１に示すように、処理容器１の底壁１３から処理容器１内に臨むように３個、および側壁１２の中間の高さ位置から処理容器１内に臨むように１個設けられている。底壁１３の電界センサ８５は、例えば図３に示すように、底壁１３の対角線上の、中央、外側、および中間に１個ずつ設けられている。なお、電界センサ８５の配置位置および数は、これに限定されず、１個であってもよい。
【００４１】
電界センサ８５は、同軸ケーブル状をなし、先端がモノポールアンテナとなっている。具体的には、電界センサ８５は、図４に示すように、内部導体１１１と、その外側の外部導体１１２と、これらの間に設けられたテフロン（登録商標）等の誘電体１１３とからなり、先端の３ｍｍ程度の部分には外部導体１１２および誘電体１１３が存在せずに、内側導体１１１の先端部１１５が、底壁１３（または側壁１２）の内側面に位置する誘電体部材１１４に埋め込まれた状態でモノポールアンテナを構成している。これにより、先端部１１５から処理容器１内の電磁波（マイクロ波）が入力され、信号を取り出すことができる。取り出された信号は、電界計測部８６により計測される。この場合、電界センサ８５の線路を流れるモニタ電流は電界に比例することから、電界センサ８５により電界をモニタすることができる。そして、モニタした電界の値の２乗が導入されたマイクロ波パワーと比例することとなり、モニタした電界の値に基づいて、マイクロ波導入機構３から導入されるマイクロ波パワーを制御することができる。
【００４２】
電界センサ８５としては、規格品の同軸ケーブル（内部導体：φ０．５１ｍｍ、外部導体：φ２．１９ｍｍ、誘電体：φ１．６７ｍｍ）を用いることができる。
【００４３】
上記制御部９は、マイクロ波照射装置１００の各構成部を制御するものであり、典型的にはコンピュータで構成されている。図５に示すように、制御部９は、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ９１と、このプロセスコントローラ９１に接続されたユーザーインターフェース９２および記憶部９３とを備えている。プロセスコントローラ９１は、支持部２、マイクロ波導入機構３、ガス導入部５、排気機構７等を構成する構成要素を統括して制御する。また、ユーザーインターフェース９２は、オペレータがマイクロ波放射装置１００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、マイクロ波放射装置１００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９３には、マイクロ波照射装置１００で実行される処理をプロセスコントローラ９１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処理レシピ等が保存されている。制御プログラムや処理レシピは、記録部９３の中の記憶媒体にコンピュータが読み取り可能なように記憶されている。記憶媒体はハードディスクであってもよいし、ＣＤ−ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＤＶＤ、ブルーレイディスク等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。
【００４４】
プロセスコントローラ９１は、ユーザーインターフェース９２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９３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９１による制御下で、マイクロ波照射装置１００において所望の処理が行われる。
【００４５】
また、本実施形態では、温度モニタ部８１の放射温度計８３で温度をモニタし、その信号を温度計測部８４からプロセスコントローラ９１に送る。また、電界モニタ部８２の電界センサ８５により、処理容器１内の電界をモニタし、その信号を電界計測部８６からプロセスコントローラ９１に送る。プロセスコントローラ９１は、モニタした電界値に基づいて、ウエハＷの電界が最適になるように、マイクロ波導入機構３から処理容器１内へ入力するパワーを制御する。
【００４６】
＜マイクロ波導入ポートの形状および配置＞
（マイクロ波導入ポートの形状）
４つのマイクロ波導入ポート１０は、図６に示すように、平面形状が長辺と短辺とを有する矩形状をなしている。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、５〜２０が好ましい。マイクロ波導入ポート１０をこのように扁平形状にすることにより、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）に強めることができる。
【００４７】
図７（ａ）、（ｂ）は、マイクロ波導入口１０からマイクロ波を放射した状態を示すものであり、（ａ）はマイクロ波導入ポート１０を下方から見た図、（ｂ）は処理容器１の天壁１１をマイクロ波導入ポート１０の短辺方向で切断した断面図である。図７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を示している。図７に示すように、マイクロ波はマイクロ波導入口１０から外側に向かって放射され、マイクロ波導入口１０のＬ１／Ｌ２が大きい場合には、図７（ａ）に示すように、マイクロ波は長辺に垂直な方向が強くなるような放射指向性を示す。
【００４８】
また、このようにマイクロ波導入ポート１０が扁平形状を有していることにより、マイクロ波はマイクロ波導入ポート１０の外側へ広がって放射されることとなるため、ウエハＷへ直接照射されるマイクロ波は極めて少ない。そして、マイクロ波が放射されるマイクロ波放射空間は、金属材料で形成された天壁１１、側壁１２および整流板１６で区画されているため、放射されたマイクロ波はこれらによって反射され、マイクロ波放射空間を散乱し、ウエハＷに入射する。
【００４９】
長辺の長さＬ１と短辺の長さＬ２との比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、透過窓３３とウエハＷとのギャップが短い場合に、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。
【００５０】
なお、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（ｎは整数）とすることが好ましく、ｎ＝２がより好ましい。
【００５１】
（マイクロ波導入ポートの第１の配置例）
図８はマイクロ波導入ポートの第１の配置例を示す天壁１１の底面図である。図８に示すように、４つのマイクロ波導入ポート１０は、天壁１１に嵌め込まれた上部シャワー機構５２の本体６１に設けられている。なお、本体６１には、多数のガス孔が設けられているが、ここでは省略している。また、４つのマイクロ波導入ポート１０は、隣接するマイクロ波導入ポート１０の長手方向が直交するように９０°ずつ角度をずらして均等に配置されている。そして、対向するマイクロ波導入ポート１０の長手方向の軸が重ならないように配置されている。各マイクロ波導入ポート１０の大きさや、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および形状であることが好ましい。このように、マイクロ波導入ポート１０のＬ１／Ｌ２の値を大きくし、隣接するマイクロ波導入ポート１０が９０度ずつ角度をずらして配置するとともに、対向するマイクロ波導入ポート１０の長手方向の軸が重ならないように配置することにより、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へ進入することを極力防止して電力の損失を抑制するようになっている。
【００５２】
また、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１２の内壁面と平行になるように設けられている。このため、１つのマイクロ波導入ポート１０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２方向へ進行し、伝播していき、２つの側壁１２によってそれぞれ反射された際に、生成する反射波の指向性（電磁界ベクトルの方向）は、進行波の指向性（電磁界ベクトルの方向）とは１８０度逆向きになって、他のマイクロ波導入ポート１０へ向かう方向へ散乱することはほとんどない。これによっても、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へ進入することが防止され電力の損失を抑制している。
【００５３】
図８の例では、４つのマイクロ波導入ポート１０が均等配置されているため、処理容器１内のウエハＷ存在領域に比較的均一な電界が形成することができる。
【００５４】
（マイクロ波導入ポートの第２の配置例）
図９はマイクロ波導入ポートの第２の配置例を示す天壁１１の底面図である。図８の第の配置例では、マイクロ波導入ポート１０を均等に配置しているが、本例では、天壁１１のウエハＷに対応する部分（上部シャワー機構５２の本体６１）をウエハＷの中央部に対応する内側領域１１ＡとウエハＷの外側部に対応する外側領域１１Ｂとに分け、４つのマイクロ波導入ポート１０の形状や向きを配置例１と同様にしたままで、これらマイクロ波導入ポート１０の内、隣接しないものの組の一つを内側領域１１Ａに配置し、他を外側領域１１Ｂに配置するようにしている。
【００５５】
図９の例では、内側領域１１Ａに形成されたマイクロ波導入ポート１０から導入するマイクロ波パワーと、外側領域１１Ｂに形成されたマイクロ波導入ポート１０から導入するマイクロ波パワーとを独立して調整することにより、ウエハＷの電界分布を制御することができる。
【００５６】
（マイクロ波導入ポートの第３の配置例）
図１０はマイクロ波導入ポートの第３の配置例を示す天壁１１の底面図である。本例では、４つのマイクロ波導入ポート１０の形状や向きを第１の配置例１と同様にしたままで４つのマイクロ波導入ポート１０の位置を適宜ずらした任意の配置であり、４つのマイクロ波導入ポート１０にそれぞれ対応するマイクロ波ユニット３０のマイクロ波パワーを独立して調整できるようにしている。これにより、ウエハＷの電界分布をより高精度で制御することができる。
【００５７】
＜マイクロ波照射装置の処理動作＞
次に、以上のように構成されるマイクロ波照射装置１００における処理動作について説明する。
処理に先立って、ユーザーインターフェース９２から、マイクロ波照射装置１００において所定のマイクロ波照射処理、例えばウエハＷに不純物を注入した後の不純物活性化アニールが行われるように、プロセスコントローラ９１に指令が与えられ、プロセスコントローラ９１は、この指令を受けて、記憶部９３の記憶媒体に保存された処理レシピを読み出して、この処理レシピに基づいて、以下の処理を実行する。
【００５８】
まず、ゲートバルブＧを開状態にし、図示しない搬送装置によって、ウエハＷを、搬入出口１２ａから処理容器１内に搬入し、支持ピン２３上に載置する。そして、昇降駆動部２５によりウエハＷを所定の高さ位置にセットする。この高さ位置で、回転駆動部２４を駆動させることによって、ウエハＷを、水平面内に回転させる。なお、ウエハＷの回転は、連続的であっても、非連続的であってもよい。
【００５９】
次に、ゲートバルブＧを閉じ、必要な場合は排気機構７によって、処理容器１内を減圧排気する。次に、ガス導入部５のガス供給部５１から上部シャワー機構５２および側部シャワー機構５３から、雰囲気形成用ガス、冷却ガス、パージガス等として機能するガスを処理容器１内に導入する。処理容器１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。
【００６０】
次に、高電圧電源部４０から各マイクロ波ユニット３０のマグネトロン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を伝播し、透過窓３３を透過して、処理容器１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１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１内に導入するようにしてもよい。
【００６１】
処理容器１に導入されたマイクロ波は、回転するウエハ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。アニール処理の間、ウエハＷの高さ位置を２段階以上の多段階に変位させることができる。例えば、アニール処理の開始から、ある期間までは、所定の高さ位置にウエハＷをセットしておく。次に、昇降駆動部２５を駆動させることによって、上記初期高さ位置から、初期高さ位置とは異なる別の高さ位置にウエハＷをセットし、残りのアニール処理を行うことができる。このように、２段階以上の高さ位置でウエハＷを処理することによって、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。
【００６２】
このようにしてマイクロ波を照射する際には、モニタ部８において、温度モニタ部８１により温度をモニタするとともに、電界モニタ部８２で処理容器内の電界をモニタする。電界モニタ部８２では、電界センサ８５により検出した信号を電界計測部８６で処理容器１内の電界として計測し、これに基づいてマイクロ波導入機構３から処理容器１０内に導入されるマイクロ波パワーを制御する。
【００６３】
従来のマイクロ波照射装置では、設定されたマイクロ波パワーと処理時間だけで処理を規定するオープンループ制御を行うか、または温度をフィードバックしてマイクロ波パワーを制御することが一般的に行われていたが、オープンループ制御では量産安定性に問題があり、温度をフィードバックしてマイクロ波パワーを制御する場合には、プロセスの再現性が十分ではなかった。
【００６４】
これに対して、本実施形態では、処理容器１内の電界を電界センサ８５によりモニタし、これに基づいてマイクロ波導入機構３のマイクロ波パワーを制御するので、処理容器１内のウエハＷ上のマイクロ波による電界を制御することができる。このため、安定したマイクロ波照射処理を行うことができ、量産安定性およびプロセスの再現性を良好にすることができる。
【００６５】
具体的には、例えば、電界センサ８５で検出した電界の値とウエハ上での電界の値またはウエハ面内の電界の分布を予め計測し、これらの相関データを作成しておき、制御部９のプロセスコントローラ９１または記憶部９３に入力しておく。また、マイクロ波導入機構３から導入されるマイクロ波パワーと、電界センサ８５で検出された電界の値との関係を予め測定しておき、制御部９のプロセスコントローラ９１または記憶部９３に入力しておく。実際の処理においては、上記相関データからウエハ上での電界の値またはウエハ面内の電界の分布を推定し、マイクロ波パワーと電界センサ８５で検出された電界の値との関係に基づいて、推定したウエハ上での電界の値またはウエハ面内の電界の分布が所望の値になるようにマイクロ波パワーを制御する。
【００６６】
マイクロ波導入ポート１０が上記図８に示す第１の配置例の場合、４つのマイクロ波導入ポート１０が均等に配置されているため、ある程度の電界分布の均一性を確保することができる。このため、ウエハ上の電界が所望の値になるようにマイクロ波導入機構３からのマイクロ波パワーを制御することができる。この場合、初期の電界分布を調整するために、各マイクロ波ユニット３０のマイクロ波パワー比を設定し、その比率にてウエハ上の電界が所望の値になるようにマイクロ波導入機構３からのマイクロ波パワーを制御することができる。また、複数の電界センサ８５のデータに基づいて、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パワーを制御して所望の均一性が得られるようにしてもよい。
【００６７】
一方、マイクロ波導入ポート１０が図９に示す第２の配置例の場合、ウエハＷの中央部に対応する内側領域１１ＡとウエハＷの外側部に対応する外側領域１１Ｂとに２つずつのマイクロ波導入ポート１０が存在しているため、内側領域１１Ａに存在するマイクロ波導入ポート１０から導入されるマイクロ波のパワーと、外側領域１１Ｂに存在するマイクロ波導入ポート１０から導入されるマイクロ波のパワーとの比率を調整することにより、ウエハ面内の電界分布を制御することができる。
【００６８】
すなわち、複数設けられた電界センサ８５の検出値に基づいてウエハ面内の電界の分布を推定し、推定したウエハ面内の電界の分布が所望の値になるように、マイクロ波導入部３から導入される全体のマイクロ波パワー、および内側領域１１Ａの２つのマイクロ波導入ポート１０からマイクロ波を導入する２つのマイクロ波ユニット３０のマイクロ波パワーと、外側領域１１Ｂの２つのマイクロ波導入ポート１０からマイクロ波を導入する２つのマイクロ波ユニット３０のマイクロ波パワーとの比率とを制御する。
【００６９】
第２の配置例の場合、ウエハＷの中央部に対応する内側領域１１ＡとウエハＷの外側部に対応する外側領域１１Ｂとで導入するマイクロ波パワーを調整することができるので、ウエハ面内での電界分布を制御することができ、ウエハ面内での電界分布の均一性をより高めることができる。これにより、マイクロ波照射処理の均一性を高めることができる。
【００７０】
図１１は、マイクロ波導入ポート１０を図８のように均等配置した場合と、図９に示すように２ゾーン配置した場合とについて、マイクロ波パワーを適正化してマイクロ波を３００ｍｍウエハに照射して６００℃で活性化処理を行った場合におけるウエハ径方向の抵抗値のばらつきを、（ａ）昇温領域（６００℃に到達した時点）および（ｂ）飽和領域（６００℃に達してから２ｍｉｎ後）について把握した結果を示す図である。ここでは、均等配置の場合、マイクロ波導入ポート１０を上部シャワー機構５２の本体６１の中心から半径２９〜８４ｍｍの範囲に設け、２ゾーン配置の場合には、内側領域１１Ａを本体６１の中心から半径２９〜８４ｍｍの範囲、外側領域１１Ｂを本体６１の中心から半径１０６〜１３８ｍｍの範囲とした。この図に示すように、マイクロ波導入ポート１０を２ゾーン配置して電界分布を制御できるようにすることにより、マイクロ波導入ポート１０を均等配置した場合よりも、昇温領域および飽和領域のいずれも抵抗値の均一性が高まることが確認された。
【００７１】
図１２は、マイクロ波導入ポート１０を図９に示すように２ゾーン配置し、内側領域１１Ａに形成されたマイクロ波導入ポート１０から導入するマイクロ波と、外側領域１１Ｂに形成されたマイクロ波導入ポート１０から導入するマイクロ波とのパワー比率を変更してマイクロ波をウエハに照射して６００℃で活性化処理を行った場合におけるウエハ径方向の抵抗値のばらつきを、（ａ）昇温領域（６００℃に到達した時点）および（ｂ）飽和領域（６００℃に達してから２ｍｉｎ後）について把握した結果を示す図である。この図に示すように、内側領域１１Ａと外側領域１１Ｂとで導入するマイクロ波のパワー比率を変更することにより、昇温領域および飽和領域のいずれも抵抗値の分布が変化しており、マイクロ波のパワー比率の調整によりマイクロ波照射処理の均一性を制御できることが確認された。この例の場合には、内側領域１１Ａに導入するマイクロ波パワーに対して、外側領域１１Ｂに導入するマイクロ波パワーを１．４倍にすることにより、均等に導入する場合よりもウエハ面内での処理の均一性が高くなる。このことから、マイクロ波導入ポート１０が図９に示す第２の配置例の場合に制御性が高いことが確認された。
【００７２】
なお、図９の例では、内側領域１１Ａと外側領域１１Ｂとの２つの領域に分け、それぞれに２つずつマイクロ波導入ポート１０を設けたが、領域の区分は同心円状に限らず、例えば左右に分けてもよく、また２つの領域に限らず４つの領域に分けて、各領域にマイクロ波導入ポート１０が一つずつ存在するようにしてもよい。また、電界センサ８５を領域毎に設け、各領域での電界の検出値を、各領域のマイクロ波導入ポート１０に対応するマイクロ波ユニット３０にフィードバックするようにしてもよい。
【００７３】
マイクロ波導入ポート１０が図１０に示す第３の配置例の場合、４つのマイクロ波導入ポート１０の位置を適宜ずらし、４つのマイクロ波導入ポート１０から導入するマイクロ波パワーを独立して調整できるようにしているため、４つのマイクロ波導入ポート１０から導入されるマイクロ波のパワーの比率を調整することにより、ウエハ面内の電界分布を制御することができる。
【００７４】
すなわち、複数設けられた電界センサ８５の検出値に基づいてウエハ面内の電界の分布を推定し、推定したウエハ面内の電界の分布が所望の値になるように、マイクロ波導入部３から導入されるマイクロ波パワー、および４つのマイクロ波導入ポート１０に対応するそれぞれのマイクロ波ユニット３０のマイクロ波パワーの比率を制御する。
【００７５】
このように制御することにより、ウエハ面内での電界分布の制御をより高精度で制御することができ、これにより、マイクロ波照射処理の均一性を一層高めることができる。
【００７６】
このように４つのマイクロ波導入ポート１０の位置を適宜設定し、これらから導入するマイクロ波パワーを独立して調整する場合、マイクロ波導入ポート１０の指向性をより高めることが好ましい。また、この場合には、電界センサ８５を４つのマイクロ波導入ポート１０に対応して設け、各電界センサ８５の検出値に基づいてそれぞれに対応するマイクロ波導入ポート１０から導入されるマイクロ波パワーを制御するようにすることによって、さらに高精度の電界分布制御を行える可能性がある。
【００７７】
以上のようにマイクロ波アニールを所定時間行った後、プロセスコントローラ９１からの指令により、マイクロ波の生成が停止されるととともに、ウエハＷの回転が停止され、冷却ガス等の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。その後、必要に応じて処理容器１内のガスをパージし、次いで、ゲートバルブＧを開放して、支持ピン２３上のウエハＷの高さ位置を搬入出口１２ａの高さに調整した後、図示しない搬送装置によって、ウエハＷを搬出する。
【００７８】
＜他の適用＞
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、本発明の思想の範囲内において種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、マイクロ波導入ポートを４つ設け、これらに対応してマイクロ波ユニットの数を４つとした例を示したが、これに限るものではない。
【００７９】
また、上記実施の形態では、マイクロ波照射装置を主に不純物活性化アニールに適用した例について示したが、被処理基板を加熱することが必要となる用途であればこれに限るものではない。さらに、上記実施の形態では、被処理基板として半導体ウエハを用いた場合について示したが、本発明の原理上、被処理基板は半導体ウエハに限定されるものではなく、太陽電池パネル用の基板やフラットパネルディスプレイ用基板等、種々の基板に対するマイクロ波照射処理に適用することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１；処理容器
２；支持部
３；マイクロ波導入機構
５；ガス導入部
７；排気機構
８；センサ部
９；制御部
１０；マイクロ波導入ポート
１１；天壁
１１Ａ；内側領域
１１Ｂ；外側領域
２４；回転駆動部
３０；マイクロ波ユニット
５１；ガス供給部
５２；上部シャワー機構
６１；本体
８５；電界センサ
８６；電界計測部
９１；プロセスコントローラ
９２；ユーザーインターフェース
９３；記憶部
１００；マイクロ波照射装置
１１１；内部導体
１１２；外部導体
１１３；誘電体
１１４；誘電体部材
１１５；先端部
Ｗ；半導体ウエハ
【図１】
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【図２】
2014032766.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2014032766.tif 000011
【図１０】
2014032766.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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