(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、基板面内を均一に熱処理する。【解決手段】処理容器内のウェハに対してマイクロ波を照射することで、ウェハを加熱処理するマイクロ波加熱処理装置は、処理容器内においてウェハを保持して回転させる基板保持機構と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生源と、マイクロ波発生源からのマイクロ波を処理容器内へ導入する導波管１２と、導波管の処理容器側の端部に連結され、処理容器内に照射されるマイクロ波の指向性を変化させるマイクロ波照射機構１４と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内の基板に対してマイクロ波を照射することで、前記基板を加熱処理するマイクロ波加熱処理装置であって、
処理容器内において基板を保持して回転させる基板保持機構と、
マイクロ波を発生させるマイクロ波発生源と、
前記マイクロ波発生源からのマイクロ波を前記処理容器内へ導入する導波管と、
前記導波管の前記処理容器側の端部に連結され、前記処理容器内に照射されるマイクロ波の指向性を変化させるマイクロ波照射機構と、を有することを特徴とする、マイクロ波加熱処理装置。
【請求項２】
前記マイクロ波照射機構が複数設けら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】
前記マイクロ波照射機構は、その端部が前記処理容器側に開口する断面形状が長方形状の矩形導波管と、前記矩形導波管内において前記開口に向かうマイクロ波の進行方向に沿った軸を回転軸として前記矩形導波管を回転させる矩形導波管回転機構と、を有することを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載のマイクロ波加熱処理装置。
【請求項４】
前記矩形導波管の前記処理容器側と反対側の端部は、同軸変換器を介してロータリージョイントに接続されており、
前記矩形導波管回転機構は、前記ロータリージョイントの回転軸であることを特徴とする、請求項３に記載のマイクロ波加熱処理装置。
【請求項５】
前記矩形導波管の前記処理容器側と反対側の端部は、モード変換器を介して中空の回転側円筒導波管に接続され、
前記回転側円筒導波管の前記矩形導波管と反対側の端部には、軸心を中心に互いに回転自在に接続された中空の固定側円筒導波管が接続され、
前記矩形導波管回転機構は、前記回転側円筒導波管を回転させることで前記矩形導波管を回転させることを特徴とする、請求項３に記載のマイクロ波加熱処理装置。
【請求項６】
前記マイクロ波照射機構は、前記処理容器側に露出するアンテナと、前記アンテナと前記基板保持機構に保持された基板との間の角度を相対的に変化させるアンテナ角変位機構と、を有することを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載のマイクロ波加熱処理装置。
【請求項７】
前記アンテナ角変位機構は、前記アンテナと平行な第１の軸を中心にして当該アンテナを回転させる第１のアンテナ回転機構と、前記アンテナと平行で且つ前記第１の軸と直交する第２の軸を中心にして、前記第１のアンテナ回転機構を回転させる第２のアンテナ回転機構と、を有することを特徴とする、請求項６に記載のマイクロ波加熱処理装置。
【請求項８】
処理容器内の基板に対してマイクロ波を照射することで、前記基板を加熱処理するマイクロ波加熱処理方法であって、
処理容器内において基板保持機構により保持されて回転する基板に対して、マイクロ波発生源で発生させたマイクロ波を、指向性を変化させながら照射することを特徴とする、マイクロ波加熱処理方法。
【請求項９】
前記マイクロ波は、その端部が前記処理容器側に開口する断面形状が長方形状の矩形導波管を介して前記処理容器内に照射され、
前記マイクロ波の指向性を、前記矩形導波管内において前記開口に向かうマイクロ波の進行方向に沿った軸を回転軸として回転させることにより変化させることを特徴とする、請求項８に記載のマイクロ波加熱処理方法。
【請求項１０】
前記マイクロ波は、処理容器側に露出するアンテナを介して前記処理容器内に照射され、
前記マイクロ波の指向性を、前記アンテナと前記基板保持機構に保持された基板との間の角度を相対的に変化させることにより変化させることを特徴とする、請求項８に記載のマイクロ波加熱処理方法。
【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内に導入して被処理基板を加熱するマイクロ波加熱処理装置及びマイクロ波加熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体デバイスの製造工程では、例えば半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）上に成膜を行う成膜処理や改質処理、熱処理などの各種処理が順次行われる。ウェハの熱処理の一例としては、シリコン基板に不純物としてのイオンを注入した後、イオン注入による結晶欠陥を修復すると共にウェハとしてのシリコン基板の表層に拡散層を形成するためのアニール処理がある。
【０００３】
近年では、半導体デバイスの微細化に伴い、この拡散層におけるウェハ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。そのため、特許文献１に提案されるように、処理容器内に複数の導波管を通じてマイクロ波を導入することで、被処理体の熱処理を行うマイクロ波照射装置が提案されている。マイクロ波を用いた熱処理により、不純物であるイオン又は結晶格子の欠陥部にできる分極点にマイクロ波が直接作用することで、低い温度で不純物を活性化させ、拡散層が広がることを抑制できる。また、高温により表面に湧き出した熱電子を高速に揺することで起きるジュール損による効率的な加熱処理も行なうことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
ところで、上述のようなアニール処理においては、ウェハ処理の面内均一性を向上させるために、ウェハ面内を均一に加熱することが求められる。しかしながら、マイクロ波による熱処理においては、処理容器内に均一にマイクロ波を照射することが困難であり、ウェハ面内での温度分布にばらつきが生じてしまうという問題があった。
【０００６】
また、マイクロ波の吸収率は、ウェハの温度やウェハ上の成膜状態により異なったものとなる。そのため、例えばウェハの加熱状況に応じて、処理容器内にマイクロ波を導入する導波管ごとにマイクロ波の出力を変更するなどして対応している。しかしながら、マイクロ波の出力を変更することにより、マイクロ波照射装置の有する加熱処理能力を全て使い切れていないのが現状であり、結果として、マイクロ波による熱処理の効率が低下してしまっていた。
【０００７】
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、基板面内を均一で且つ効率的に熱処理することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、処理容器内の基板に対してマイクロ波を照射することで、前記基板を加熱処理するマイクロ波加熱処理装置であって、処理容器内において基板を保持して回転させる基板保持機構と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生源と、前記マイクロ波発生源からのマイクロ波を前記処理容器内へ導入する導波管と、前記導波管の前記処理容器側の端部に連結され、前記処理容器内に照射されるマイクロ波の指向性を変化させるマイクロ波照射機構と、を有することを特徴としている。
【０００９】
本発明によれば、マイクロ波照射機構によりマイクロ波の指向性を変化させることで、基板表面へのマイクロ波の照射を制御することができる。したがって、マイクロ波による基板の加熱の制御性を向上させ、その結果、基板面内で均一な加熱処理を行うことができる。また、マイクロ波の指向性を変化させるので、基板面内を均一に加熱するにあたり、従来のようにマイクロ波の出力を変更する必要がない。そのため、例えばマイクロ波発生源の定格能力を用いた加熱が可能となり、効率的な加熱処理を行うことができる。
【００１０】
前記マイクロ波照射機構が複数設けられていてもよい。
【００１１】
前記マイクロ波照射機構は、その端部が前記処理容器側に開口する断面形状が長方形状の矩形導波管と、前記矩形導波管内において前記開口に向かうマイクロ波の進行方向に沿った軸を回転軸として前記矩形導波管を回転させる矩形導波管回転機構と、を有していてもよい。
【００１２】
前記矩形導波管の前記処理容器側と反対側の端部は、同軸変換器を介してロータリージョイントに接続されており、前記矩形導波管回転機構は、前記ロータリージョイントの回転軸であってもよい。
【００１３】
前記矩形導波管の前記処理容器側と反対側の端部は、モード変換器を介して中空の回転側円筒導波管に接続され、前記回転側円筒導波管の前記矩形導波管と反対側の端部には、軸心を中心に互いに回転自在に接続された中空の固定側円筒導波管が接続され、前記矩形導波管回転機構は、前記回転側円筒導波管を回転させることで前記矩形導波管を回転させてもよい。
【００１４】
前記マイクロ波照射機構は、前記処理容器側に露出するアンテナと、前記アンテナと前記基板保持機構に保持された基板との間の角度を相対的に変化させるアンテナ角変位機構と、を有していてもよい。
【００１５】
前記アンテナ角変位機構は、前記アンテナと平行な第１の軸を中心にして当該アンテナを回転させる第１のアンテナ回転機構と、前記アンテナと平行で且つ前記第１の軸と直交する第２の軸を中心にして、前記第１のアンテナ回転機構を回転させる第２のアンテナ回転機構と、を有していてもよい。
【００１６】
別の観点による本発明は、処理容器内の基板に対してマイクロ波を照射することで、前記基板を加熱処理するマイクロ波加熱処理方法であって、処理容器内において回転保持機構により保持されて回転する基板に対して、マイクロ波発生源で発生させたマイクロ波を、指向性を変化させながら照射することを特徴としている。
【００１７】
前記マイクロ波は、その端部が前記処理容器側に開口する断面形状が長方形状の矩形導波管を介して前記処理容器内に照射され、前記マイクロ波の指向性を、前記矩形導波管内において前記開口に向かうマイクロ波の進行方向に沿った軸を回転軸として回転させることにより変化させてもよい。
【００１８】
前記マイクロ波は、処理容器側に露出するアンテナを介して前記処理容器内に照射され、前記マイクロ波の指向性を、前記アンテナと前記基板保持機構に保持された基板との間の角度を相対的に変化させることにより変化させてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
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、基板面内を均一で且つ効率的に熱処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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】マイクロ波照射機構の構成の概略を示す説明図である。
【図３】矩形導波管の配置の概略を示す説明図である。
【図４】矩形導波管の形状を示す説明図である。
【図５】矩形導波管によりマイクロ波を照射した場合の説明図である。
【図６】矩形導波管によりマイクロ波を照射した場合の説明図である。
【図７】他の実施の形態にかかるマイクロ波照射機構の構成の概略を示す説明図である。
【図８】他の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９】他の実施の形態にかかるマイクロ波照射機構の構成の概略を示す底面である。
【図１０】他の実施の形態にかかるマイクロ波照射機構の構成の概略を示す説明図である。
【図１１】アンテナ角変位機構の構成の概略を示す説明図である。
【図１２】他の実施の形態にかかるアンテナ角変位機構の構成の概略を示す平面図である。
【図１３】他の実施の形態にかかるアンテナ角変位機構の構成の概略を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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、ウェハＷの加熱処理を行う場合を例にして説明する。
【００２２】
マイクロ波加熱処理装置１は、ウェハＷを収容する処理容器１０と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生源としてのマグネトロン１１と、導波管１２及びマイクロ波ユニット１３を介して伝送されたマイクロ波を処理容器内へ照射するマイクロ波照射機構１４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１５と、処理容器１０内でウェハＷを保持するウェハ保持機構１６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１７を備えている。処理容器１０は、例えばアルミニウム等の金属により形成されている。
【００２３】
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。
【００２４】
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搬入出口２０ａを開閉自在とする構成になっている。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やチョーク機構が設けられている。また、処理容器１０の側壁２０には、供給管２４が接続されており、ガス供給機構１５からのガスは、供給管２４を介して処理容器内に供給される。なお、ガス供給機構１５からは、処理ガスやパージガスとして、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。
【００２５】
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。
【００２６】
ウェハ保持機構１６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中空管状のシャフト３１と、シャフト３１の上端近傍に設けられ、水平方向に延伸するアーム３２と、アーム３２の上端に設けられ、ウェハＷを支持する支持ピン３３を有している。シャフト３１の下端には、当該シャフト３１を、回転及び昇降させる駆動機構３４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を支持する支持ピン３３を駆動機構３４により昇降動させることにより調整される。駆動機構３４は、例えば処理容器１０の外部に配置されている。なお、シャフト３１と底板２２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。
【００２７】
また、シャフト３１の内部には、ウェハＷの温度を測定する温度測定機構（図示せず）が設けられている。温度測定機構としては、例えば放射温度計が用いられる。温度測定機構で測定された温度は、制御部１７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。
【００２８】
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、マイクロ波照射機構１４は、この開口３６を塞ぐように配置されている。本実施の形態では、例えば天井板２１の４箇所に開口３６が形成され、各開口３６にマイクロ波照射機構１４とマイクロ波ユニット１３がそれぞれ設けられている。即ち、処理容器１０には、マイクロ波照射機構１４とマイクロ波ユニット１３がそれぞれ４つずつ設けられている。
【００２９】
マイクロ波ユニット１３は、サーキュレータ４０と、方向性結合器４１と、チューナ４２を有しており、マグネトロン１１からマイクロ波照射機構１４に向けてこの順で導波管１２を介して接続されている。なお、導波管１２は、断面が矩形であって且つ筒状の形状を有している。また、マグネトロン１１は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おり、この陽極及び陰極に図示しない電源から高電圧を印加させることでマイクロ波を発生させる。マグネトロン１１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、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、ＩＳＭバンドとして規定されている周波数の内、ある程度高周波のエネルギーが高い（高い周波数である）、例えば２．４５ＧＨｚや５．８ＧＨｚのマイクロ波が使用される。
【００３０】
サーキュレータ４０の先にはダミーロード４３が設けられている。そのため、例えば処理容器１０からのマイクロ波の反射波は、サーキュレータ４０によりダミーロード４３に伝送され、ダミーロード４３はサーキュレータ４０により伝送された反射波を熱に変換する。つまり、サーキュレータ４０及びダミーロード４３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。
【００３１】
チューナ４２は、インピーダンスを調整するものであり、マグネトロン１１と処理容器１０との間のインピーダンスはチューナ４２により整合される。チューナ４２によるインピーダンス整合は、方向性結合器４１における反射波の検出結果に基づいて行われる。
【００３２】
次に、マイクロ波照射機構１４について詳述する。図２は、マイクロ波照射機構１４近傍の構成の概略を示す断面図である。マイクロ波照射機構１４は、処理容器１０の天井板２１の開口３６に設けられた、長方形状の断面形状を有する矩形導波管５０と、矩形導波管５０の上方に設けられたロータリージョイント５１と、ロータリージョイント５１の回転軸５１ａに絶縁材料からなる絶縁回転軸５２を介して接続された、例えばモータなどの回転機構５３を有している。
【００３３】
ロータリージョイント５１の上端部には、導波管１２がモード変換器としての同軸変換器５４を介して接続されている。導波管１２は、例えば図２に示すように、マイクロ波照射機構１４に対して水平に接続されており、同軸変換器５４は導波管１２の端部近傍の下端に設けられている。また、同軸変換器５４は、ロータリージョイント５１の固定部５１ｂに接続されている。この同軸変換器５４により、チューナ４２からＴＥモードで出力されたマイクロ波がＴＥＭモードに変換され、ロータリージョイント５１に導入される。なお、ロータリージョイント５１の固定部５１ｂは、図示しない支持部材により支持されている。
【００３４】
ロータリージョイント５１の回転軸５１ａの下端にも同軸変換器５５が設けられている。同軸変換器５５は、矩形導波管５０の天井板２１側とは反対側の端部近傍に接続されている。この同軸変換器５４により、ＴＥＭモードでロータリージョイント５１内を伝播するマイクロ波は再びＴＥモードに変換され、矩形導波管５０に導入される。矩形導波管５０は、天井板２１側とは反対側の端部が水平方向に延伸して設けられ、例えば図２に示すように、同一方向に２回直角に折り返した後、反対方向にさらにもう一回直角に折り返すことで、処理容器１０の開口３６側における矩形導波管５０の端部が、鉛直下方に開口するように構成されている。この矩形導波管５０の開口には、透過窓５６が設けられている。透過窓５６は、例えば石英、セラミックス等の低誘電体により形成されている。
【００３５】
透過窓５６と矩形導波管５０の先端は、天井板２１と段差なく平行に設けられた、略円盤形状の回転板５７により支持されている。回転板５７は、処理容器１０と同様に、アルミニウム等の金属により形成されている。回転板５７の外周端部と開口３６の内側面との間には所定の間隔の隙間Ｇが形成されている。隙間Ｇは、例えば０．０５ｍｍ〜１ｍｍ程度に設定されている。また、天井板２１の回転板５７と対向する面は階段状に形成されており、天井板２１の上端面２１ａよりも例えば一段下がった面には、ベアリング５８が設けられている。回転板５７の上部には、水平方向に突出するフランジ部５７ａが形成されており、ベアリング５８は、このフランジ部５７ａの先端部近傍の下面に配置されている。なお、ベアリング５８としては、例えばスラスト軸受が用いられる。これにより回転板５７は、天井板２１との間に階段状の隙間Ｇが形成された状態で天井板２１に支持されている。
【００３６】
天井板２１の開口３６の側面、即ち天井板２１の回転板５７と対向する面であって当該天井板２１に設けられたベアリング５８の下方向には、隙間Ｇからのマイクロ波漏洩を防止するためのチョーク３６ａが全周にわたって環状に設けられている。なお、チョーク３６ａの長さは、マイクロ波の漏洩を防ぐ目的から、マイクロ波の波長の１／４程度の長さが必要である。また、回転板５７は、当該回転板５７の回転中心とロータリージョイントの回転軸５１ａとが一致するように配置されている。そのため、ロータリージョイント５１の回転軸５１ａを回転させることで、回転板５７は、同軸変換器５５を介して矩形導波管５０と共に、矩形導波管５０内を当該矩形導波管５０の開口に向かって鉛直下方に進行するマイクロ波の進行方向に沿った軸、即ち鉛直軸を回転軸として回転する。この際、回転機構５３やロータリージョイント５１の回転軸５１ａは、矩形導波管５０を回転させる矩形導波管回転機構として機能する。なお、ベアリング５８は、例えば図２に示すように、天井板２１の下端面側から隙間Ｇを上方に向けて覗いた場合に、当該隙間Ｇから視認できない位置に配置することが好ましい。そうすることで、例えばベアリング５８などの摺動部からごみが発生した場合であっても、チャンバ内にごみが落下することを防ぐことができる。
【００３７】
次に、マイクロ波照射機構１４の天井板２１における配置について図３を用いて説明する。図３は、ウェハＷとマイクロ波照射機構１４の矩形導波管５０との位置関係を表す概略平面図である。マイクロ波照射機構１４は、図３に示すように、例えば、４つ矩形導波管５０のうち２つがウェハＷの中央部に対応する位置に、他の２つがウェハＷの外周部に対応する位置となるように配置されている。なお、図３における矩形導波管５０の配置は、図１のマイクロ波照射機構１４の配置と異なっているが、図１では図示の都合上、２つのマイクロ波照射機構１４を記載している。
【００３８】
また、矩形導波管５０は、既述のように長方形状に形成されており、例えば図４に示すように、長辺（Ｅ面）の長さＬ１と短辺（Ｈ面）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、矩形導波管５０から処理容器１０内に照射されるマイクロ波の指向性をＥ面と垂直な方向に強めるためである。例えば、長辺の長さＬ１と短辺の長さＬ２との比が２未満の場合、矩形導波管５０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、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。この点、本実施の形態にかかる矩形導波管５０では、例えば図３に破線で示す矢印の方向に強い指向性を持ってマイクロ波が照射される。また、矩形導波管５０の長辺の長さＬ１は、当該矩形導波管５０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。
【００３９】
そして、本実施の形態にかかる矩形導波管５０は、回転板５７と共に回転自在となっているので、矩形導波管５０のＥ面の向きを変えることで、マイクロ波照射機構１４から照射されるマイクロ波の指向性を変化させることができる。なお、図３において、４つ矩形導波管５０のうち２つがウェハＷの中央部に、他の２つがウェハＷの外周部に対応する位置に配置されているのは、中央部の２つの矩形導波管５０により主にウェハＷの直径方向のマイクロ波の指向性を、外周部の２つの矩形導波管５０により主にウェハＷの外周部近傍におけるマイクロ波の指向性を変化させるためである。具体的には、例えば図５に破線の矢印で示す、中央部の２つの矩形導波管５０から照射されるマイクロ波Ｍ、Ｎが重なる領域をＰとし、図５に示す点Ｂが領域Ｐに位置する状態から、ウェハＷを反時計回りに回転させると、図５に斜線で示す領域Ｑでは、マイクロ波Ｍとマイクロ波Ｎとが重なりあって照射される。そのため、領域Ｑにおいては、マイクロ波Ｍとマイクロ波Ｎの位相に応じて、マイクロ波が重畳して強めあったり、干渉して弱めあったりすることで、マイクロ波の強度を局所的に変更することができる。したがって、例えば矩形導波管５０を回転させて、領域Ｐを形成する位置を調整することで、ウェハＷの加熱温度を局所的に調整することができる。その一方、ウェハＷでの局所的な加熱温度の調整が不要な場合は、マイクロ波Ｍとマイクロ波ＮとがウェハＷの上面では重ならないように照射すればよい。かかる場合、ウェハＷを回転させた際に、ウェハＷがマイクロ波Ｍとマイクロ波Ｎの直下を横切る時間、換言すれば、ウェハＷにマイクロ波Ｍとマイクロ波Ｎが照射される時間は、ウェハＷ面内で概ね等しくなる。
【００４０】
また、ウェハＷの外周部においては、例えば図６に示すように、外周部の矩形導波管５０の一つから、例えばウェハＷの接線方向に沿って外周縁部にマイクロ波Ｒを照射しながらウェハＷを回転させることにより、ウェハＷ外周縁部の環状の領域Ｔに対して集中的にマイクロ波を照射できる。同様に、環状の領域Ｔよりも小さな同心円の接線方向に向けてマイクロ波Ｓを照射してウェハＷを回転させると、このマイクロ波Ｓの直下の環状の領域Ｕでは、ウェハＷへのマイクロ波の照射時間が他の領域よりも長くなる。その一方、マイクロ波Ｒ及びマイクロ波Ｓを、例えばウェハＷの中心部近傍を横切るように照射することで、ウェハＷを回転させた際に、ウェハＷにマイクロ波Ｒとマイクロ波Ｓが照射される時間は、ウェハＷ面内で概ね等しくなる。
【００４１】
制御部１７は、記憶部６０を有している。制御部１７は、記憶部６０に記憶されたレシピに従い、マイクロ波加熱処理装置１の各機構を制御する。なお、制御部１７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。
【００４２】
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。
【００４３】
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、ゲートバルブ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１５から所定の流量で処理ガスが処理容器１０内に供給されると共に、駆動機構３４によりウェハＷが所定の速度で回転する。
【００４４】
次に、マグネトロン１１に対して電圧が印加され、マグネトロン１１で生成されたマイクロ波が導波管１２を伝播して、マイクロ波照射機構１４に導入される。それと共に、ウェハＷが面内均一に加熱されるように、マイクロ波照射機構１４の回転機構５３により各矩形導波管５０が所定の角度だけ回転し、所定の位置からマイクロ波が供給される。この際の矩形導波管５０の回転角度は、例えば内部に温度センサを内蔵したダミーウェハにマイクロ波を照射する試験を予め行うことにより求められる。なお、当該試験においては、マイクロ波は定格出力の状態で照射され、定格出力下において面内均一な加熱を実施できる矩形導波管５０の角度が求められる。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。
【００４５】
この際、ウェハＷのマイクロ波の吸収率はウェハＷの温度上昇により変化するので、ウェハＷの温度上昇に伴い、必要に応じて矩形導波管５０も所定の角度回転する。この際の回転角度についても、予め上述の試験により求められる。
【００４６】
マイクロ波によるウェハＷの加熱処理が終了すると、マグネトロン１１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３４も停止し、ウェハＷの回転が停止する。また、ガス供給機構１５からの処理ガス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。
【００４７】
以上の実施の形態によれば、マイクロ波照射機構１４の矩形導波管５０の回転角度を変化させ、ウェハＷに対して照射されるマイクロ波の指向性を変化させることで、ウェハＷ表面へのマイクロ波の照射を制御することができる。したがって、マイクロ波によるウェハＷの加熱の制御性を向上させ、その結果、ウェハＷ面内で均一な加熱処理を行うことができる。
【００４８】
また、本実施の形態では、マイクロ波の指向性を変化させるので、ウェハＷ面内を均一に加熱するにあたり、従来のように例えばマイクロ波の出力を変更する必要がない。そのため、例えばマグネトロン１１の定格能力を用いた加熱が可能となり、効率的な加熱処理を行うことができる。
【００４９】
なお、以上の実施の形態では、マイクロ波照射機構１４に対して矩形の導波管１２によりマイクロ波を導入したが、マイクロ波照射機構１４に接続される導波管１２の形状や配置は本実施の形態の内容に限定されない。例えばマグネトロン１１とマイクロ波ユニット１３やマイクロ波照射機構１４とを同軸導波管により接続してもよく、マイクロ波照射機構１４に対してどのようにマイクロ波を導入するかは任意に設定が可能である。
【００５０】
なお、以上の実施の形態では、予め行った試験の結果に基づいて矩形導波管５０の回転角度を設定したが、例えばウェハ保持機構１６のアーム３２の上面に温度センサを設け、当該温度センサの温度測定結果に基づいて、オンラインで矩形導波管５０を回転させてもよい。また、Ｅ面の方向に伝播するマイクロ波の波長と矩形導波管の角度から、マイクロ波の波動の強弱に係わる位置関係を計算により求めることができるので、回転運動する被加熱体としてのウェハＷを半径方向にゾーン分割するならば、そのゾーンの温度測定結果によりリアルタイムに制御を行なうことが可能になる。
【００５１】
また、以上の実施の形態では、矩形導波管５０を回転させる矩形導波管回転機構として、ロータリージョイント５１を用いたが、矩形導波管５０を回転させる機構は本実施の形態の内容に限定されない。例えば、図７に示すように、ロータリージョイント５１に代えて、円筒導波管１００を用いてもよい。図７に示す例においては、円筒導波管１００は、絶縁回転軸５２に接続されたピニオン１０１とラック１０２を介して回転自在に構成された回転側導波管１０３と、当該回転側導波管１０３と摺動自在に設けられた固定側導波管１０４により構成されている。なお、回転側導波管１０３と固定側導波管１０４との間には、マイクロ波の漏洩防止のためのチョーク機構（図示せず）と、回転機構を構成するベアリング（図示せず）が設けられている。導波管１２は、モード変換器１１０を介して固定側導波管１０４と接続されている。このモード変換器１１０により導波管１２をＴＥモードで伝播するマイクロ波がＴＭモードに変換される。また、矩形導波管５０と回転側導波管１０３ともモード変換器１１１を介して接続されている。このモード変換器１１１により、ＴＭモードで円筒導波管１００を伝播するマイクロ波は、再びＴＥモードに変換される。
【００５２】
以上の実施の形態では、マイクロ波照射機構１４において、矩形導波管５０を鉛直軸周りに回転させることでマイクロ波の指向性を変化させたが、マイクロ波の指向性を変化させるにあたっては、例えばマイクロ波照射機構１４から照射するマイクロ波を、例えば鉛直軸に対して所定の角度傾けて照射してもよい。かかる場合のマイクロ波照射機構２００を有するマイクロ波加熱処理装置２０１の構成の概略を図８に示す。
【００５３】
マイクロ波照射機構２００は、ウェハＷに対してマイクロ波を照射する平面アンテナ２０２を有している。なお、図９では、４つの平面アンテナ２０２をウェハＷの上面を覆うように設けた場合の例を図示しているが、平面アンテナ２０２の設置数や配置は本実施の形態の内容に限定されるものではなく、任意に設定が可能である。平面アンテナ２０２は、例えば図９に示すように、導体２１０上に設けられたプリント基板２１１と、プリント基板２１１上に設けられた導体２１２とにより構成されている。導体２１０及びプリント基板２１１には、給電点２１２ａが形成されており、導体２１２は、給電点２１２ａを囲むように略矩形状に形成されている。本実施の形態では、例えば図９に示すように、1つの平面アンテナ２０２には４つの給電点２１２ａが形成されており、各給電点２１２ａを囲む４つの導体２１２は、それぞれ導線パターン２１３により電気的に接続されている。なお、平面アンテナ２０２の各々から照射するマイクロ波の位相をずらし、更に平面アンテナ２０２内に存在する導体２１２（図９では１つの平面アンテナ内に４つの導体２１２を記載）の各々から照射するマイクロ波の位相をずらすことで、平面アンテナ２０２同士間、および導体２１２同士間の影響を受けづらくし、制御性を高めることができる。
【００５４】
平面アンテナ２０２は、例えば図１０に示すように、チューナ４２に接続された導波管１２と同軸変換器２２０を介して接続されている。同軸変換器２２０と導体２１２の各給電点２１２ａとは、同軸線２２１によりそれぞれ接続されている。なお、図１０では、平面アンテナ２０２の角度を変化させるための機構を省略して描図している。
【００５５】
次に、平面アンテナ２０２の角度を変化させるための機構について説明する。図１１は、平面アンテナ２０２の角度を変化させる、アンテナ角変位機構２３０の構成の概略を示す説明図である。アンテナ角変位機構２３０は、例えば図１１に示すように、平面アンテナ２０２のＸ方向の両端部を支持する支持棒２３１と、支持棒２３１の上端部に連結された連結棒２３２と、連結棒２３２の中心に接続された、例えばモータなどの回転機構２３３を有している。支持棒２３１、連結棒２３２及び平面アンテナ２０２はそれぞれ摺動自在に接続されており、回転機構２３３は水平方向に沿った回転軸を中心として連結棒２３２を回転させるように配置されている。そのため、回転機構２３３を回転させることで、連結棒２３２の両端部は上下方向に動作し、それに伴い支持棒２３１が上下することで、プリント基板２１１の両端部が上下動する。また、アンテナ角変位機構２３０には、例えば支持棒２３１が設けられた面と直交する面に、例えばプリント基板２１１のＹ方向の端部を支持する支持部材２４０が設けられている。支持部材２４０の上端部には、例えばモータなどの回転機構２４１が接続されている。支持部材２４０は、回転軸２４２を介して支持枠２４３により支持されており例えばＸ軸に平行な軸を回転軸としてプリント基板２１１を回転させることで、当該プリント基板２１１の両端部を上下方向に移動させることができる。
【００５６】
したがって、アンテナ角変位機構２３０により平面アンテナ２０２をＸ方向とＹ方向の両方に対して任意の角度で傾けることができる。これにより、ウェハＷに対するマイクロ波の照射角度を変更する、即ち、マイクロ波の指向性を変化させることができる。
【００５７】
なお、上記のアンテナ角変位機構２３０では、水平方向に延伸し且つ直交する回転軸を回転させることで平面アンテナ２０２の角度を調整したが、平面アンテナ２０２の角度の調整方法は本実施の形態の内容に限定されない。図１１に示す例では、例えば２つの軸を用いたが、平面アンテナ２０２をＸ方向とＹ方向の両方に対して任意の角度で傾けるにあたっては、平面アンテナ２０２の例えば異なる３か所を上下方向に移動させれば足りる。かかる場合、例えば図１２、図１３に示すように、平面アンテナ２０２の外周に設けられた支持枠２５０上に、例えば３台の回転機構２５１を配置し、それぞれの回転機構２５１と平面アンテナ２０２とを支持棒２５２ａ、２５２ｂ、２５２ｃにより接続してもよい。係る場合においても、回転機構２５１により各支持棒２５２ａ、２５２ｂ、２５２ｃを上下動させることで、平面アンテナ２０２を任意の角度で向けることができる。なお、回転機構２５１は、例えば上下方向のみに動作する電動アクチュエータなどでもよく、所定のストロークで支持棒２５２ａ、２５２ｂ、２５２ｃを上下動させることができれば、任意に設定が可能である。また、支持棒２５２ａ、２５２ｂ、２５２ｃの配置は、平面アンテナ２０２の角度調整の精度と制御性を考慮すると、概ね正三角形状、または二等辺三角形状の頂点に対応する位置に配置し、２軸制御されることが好ましい。より具体的には、例えば図１２に示すように、支持棒２５２ｂと支持棒２５２ｃをＸ軸方向に沿った直線上に配置し、支持棒２５２ａを、例えば支持棒２５２ｂと支持棒２５２ｃとを結ぶ直線の中点から法線方向（図１２のＹ軸方向）に沿った直線上に配置することが好ましい。こうすることで、例えば支持棒２５２ｂと支持棒２５２ｃを上下動させることで、Ｙ軸を回転軸として平面アンテナ２０２を回転動作させることができる。また、例えば支持棒２５２ｂと支持棒２５２ｃを同期させて、支持棒２５２ａに対して相対的に上下動させることで、Ｘ軸を回転軸として平面アンテナ２０２を回転動作させることができる。このような、Ｙ軸を回転軸にした回転動作と、Ｘ軸を回転軸にした回転動作とを組み合わせることにより、平面アンテナ２０２を任意の方向に任意の角度で傾けることができる。
【００５８】
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】
【００５９】
１    マイクロ波加熱処理装置
１０  処理容器
１１  マグネトロン
１２  導波管
１３  マイクロ波ユニット
１４  マイクロ波照射機構
１５  ガス供給機構
１６  ウェハ保持機構
１７  制御部
２０  側壁
２１  天井板
２２  底板
３０  排気機構
３６  開口
４０  サーキュレータ
４１  方向性結合器
４２  チューナ
４３  ダミーロード
５０  矩形導波管
５１  ロータリージョイント
５２  絶縁回転軸
５３  回転機構
５４  同軸変換器
５５  同軸変換器
６０  記憶部
２００  マイクロ波照射機構
２０２  平面アンテナ
２１０  導体
２１１  プリント基板
２１２  導体
２２０  同軸変換器
２３０  アンテナ角変位機構
２３１  支持棒
２３２  連結棒
２３３  回転機構
２４０  支持部材
２４１  回転機構
２４２  回転軸
２４３  支持枠
Ｗ    ウェハ
Ａ    処理空間
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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