(57)【要約】      （修正有）【課題】マイクロ波を利用し、基板に対し、その面内での温度分布を極力均一化しながら加熱処理を行う。【解決手段】マイクロ波加熱処理装置１では、半導体ウエハＷをアニール処理する間、制御部８の制御によって、シャワーヘッド６０及びガス導入口１２ｂから、それぞれ独立した流量で冷却ガスを噴射する。シャワーヘッド６０からは、所定の流量のフェイスフローでウエハＷの主面に向けて冷却ガスを噴射する。ガス導入口１２ｂからは、シャワープレート６３の複数のガス噴射口６３ａを介してウエハＷの主面と平行な方向に所定の流量のサイドフローでウエハＷへ向けて冷却ガスを噴射する。【選択図】図１
2015103726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内で前記基板を回転可能に支持する支持部材と、
前記基板を処理するためのマイクロ波を生成して前記処理容器内に導入するマイクロ波導入装置と、
前記支持部材に支持された前記基板の処理対象となる主面に対向して設けられた第１の冷却ガス導入部と、
前記支持部材に支持された前記基板の側方に設けられた第２の冷却ガス導入部と、
前記第１の冷却ガス導入部からの冷却ガスの導入、及び、前記第２の冷却ガス導入部からの冷却ガスの導入を、それぞれ独立して制御する制御部と、を備えたマイクロ波加熱処理装置。
【請求項２】
前記第１の冷却ガス導入部は、前記処理容器の上壁に形成された複数のガス噴射孔を有している請求項１に記載のマイクロ波加熱処理装置。
【請求項３】
前記第１の冷却ガス導入部は、前記基板の主面の中央部とエッジ部のそれぞれに対して、前記冷却ガスを独立して噴射する請求項２に記載のマイクロ波加熱処理装置。
【請求項４】
前記第２の冷却ガス導入部は、前記処理容器の側壁に形成されたガス噴射口を有している請求項１から３のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱処理装置。
【請求項５】
前記ガス噴射口と前記支持部材に支持された前記基板との間に、複数の貫通孔を有するガス分散板を備えている請求項４に記載のマイクロ波加熱処理装置。
【請求項６】
処理容器内で支持部材に支持された基板に対してマイクロ波を照射することによって加熱処理を行うマイクロ波加熱処理方法であって、
前記基板を回転させながら、該基板にマイクロ波を照射して加熱している間に、前記処理容器内に、少なくとも、
前記支持部材に支持された前記基板の処理対象となる主面に対向する位置から該主面に向けて噴射される第１の冷却ガスの流れと、
前記支持部材に支持された前記基板の側方から前記基板の主面と平行な方向に噴射される第２の冷却ガスの流れと、
を形成することを特徴とするマイクロ波加熱処理方法。
【請求項７】
前記基板の面内温度の分布に応じて、前記第２の冷却ガスの流量を変化させる請求項６に記載のマイクロ波加熱処理方法。
【請求項８】
前記基板の面内温度の分布に応じて、前記第２の冷却ガスの導入と停止を切り替える請求項６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に導入して基板に対して所定の処理を行うマイクロ波加熱処理装置、及び該マイクロ波加熱処理装置において基板に対してマイクロ波の照射を行うマイクロ波加熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体ウエハなどの基板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。マイクロ波による熱処理は、内部加熱、局所加熱、選択加熱が可能であることから、従来のランプ加熱方式や抵抗加熱方式のアニール装置に比べてプロセスメリットが大きいことが知られている。例えば、マイクロ波加熱を利用して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。また、マイクロ波照射による加熱は、従来のランプ加熱方式や抵抗加熱方式に比べ、比較的低温でのアニール処理が可能であり、サーマルバジェットの増大を抑えることができるという利点もある。しかしながら、マイクロ波は、波長が数十ミリと長く、しかも、処理容器内で定在波を形成しやすいという特徴を有しているため、基板の面内で電磁界の強弱に分布が生じ、加熱温度の不均一が生じることがある。従って、基板全体の温度をマイクロ波の出力だけで制御することは困難であり、過剰な温度分布が生じないように、マイクロ波による加熱と冷却とのバランスを考慮したアニール処理が必要と考えられている。
【０００３】
マイクロ波照射によって加熱途中、もしくは加熱された基板を、マイクロ波加熱処理装置の処理容器内で冷却するためには、処理容器内へ冷却ガスを導入するガス冷却方式が考えられる。例えば、特許文献１では、処理容器の下部に設けられた噴射板から噴射するエアーの流量を、複数の領域毎に変えて基板の面内温度分布の均一性を向上させる熱処理装置が提案されている。なお、基板の温度調節を目的とするものではないが、特許文献２では、基板に対向して処理容器の上部に設けられたシャワーヘッドから噴射するパージガスの噴射量を複数の領域で個別に制御できるように構成した気相成長装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２６００２５号公報（図１など）
【特許文献２】特開２０１０−１９６１０２号公報（図１など）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、マイクロ波を利用し、基板に対し、その面内での温度分布を極力均一化しながら加熱処理を行うことである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のマイクロ波加熱処理装置は、基板を収容する処理容器と、前記処理容器内で前記基板を回転可能に支持する支持部材と、前記基板を処理するためのマイクロ波を生成して前記処理容器内に導入するマイクロ波導入装置と、前記支持部材に支持された前記基板の処理対象となる主面に対向して設けられた第１の冷却ガス導入部と、前記支持部材に支持された前記基板の側方に設けられた第２の冷却ガス導入部と、前記第１の冷却ガス導入部からの冷却ガスの導入、及び、前記第２の冷却ガス導入部からの冷却ガスの導入を、それぞれ独立して制御する制御部と、を備えている。
【０００７】
本発明のマイクロ波加熱処理装置において、前記第１の冷却ガス導入部は、前記処理容器の上壁に形成された複数のガス噴射孔を有していてもよい。この場合、前記第１の冷却ガス導入部は、前記基板の主面の中央部とエッジ部のそれぞれに対して、前記冷却ガスを独立して噴射するものであってもよい。
【０００８】
本発明のマイクロ波加熱処理装置において、前記第２の冷却ガス導入部は、前記処理容器の側壁に形成されたガス噴射口を有していてもよい。この場合、前記ガス噴射口と前記支持部材に支持された前記基板との間に、複数の貫通孔を有するガス分散板を備えていてもよい。
【０００９】
本発明のマイクロ波加熱処理方法は、処理容器内で支持部材に支持された基板に対してマイクロ波を照射することによって加熱処理を行うものである。本発明のマイクロ波加熱処理方法は、前記基板を回転させながら、該基板にマイクロ波を照射して加熱している間に、前記処理容器内に、少なくとも、前記支持部材に支持された前記基板の処理対象となる主面に対向する位置から該主面に向けて噴射される第１の冷却ガスの流れと、前記支持部材に支持された前記基板の側方から前記基板の主面と平行な方向に噴射される第２の冷却ガスの流れと、を形成することを特徴とする。
【００１０】
本発明のマイクロ波加熱処理方法は、前記基板の面内温度の分布に応じて、前記第２の冷却ガスの流量を変化させてもよい。
【００１１】
本発明のマイクロ波加熱処理方法は、前記基板の面内温度の分布に応じて、前記第２の冷却ガスの導入と停止を切り替えてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の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よれば、基板の面内での温度分布の均一性を向上させた加熱処理が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態に係るマイクロ波加熱処理装置の概略の構成を示す断面図である。
【図２】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３】本発明の一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４】制御部のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図５】制御部の機能構成を示す機能ブロック図である。
【図６】制御部で行われるサイドフローの制御手順の一例を示すフローチャートである。
【図７】制御部で行われるサイドフローの制御手順の別の例を示すフローチャートである。
【図８】試験例１におけるウエハ面内の温度分布を示すグラフである。
【図９】試験例２におけるウエハ面内の温度差とフェイスフロー及びサイドフローの流量との関係を示すグラフである。
【図１０】試験例２において、ウエハ面内の温度差が最小となるフェイスフロー及びサイドフローの流量条件を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
まず、図１を参照して、本発明の一実施の形態に係るマイクロ波加熱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加熱処理装置の概略の構成を示す断面図である。図２は、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。本実施の形態に係るマイクロ波加熱処理装置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。ここで、平板状をなすウエハＷにおいて、面積の広い上下の面のうち、上面が半導体デバイスの形成面である。この上面が、処理対象となる主面である。
【００１５】
マイクロ波加熱処理装置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、これらマイクロ波加熱処理装置１の各構成部を制御する制御部８とを備えている。
【００１６】
＜処理容器＞
処理容器２は、マイクロ波を反射する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、アルミニウム合金等が用いられる。
【００１７】
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とを連結する角筒状の側壁部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。なお、側壁部１２は円筒状であってもよい。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。
【００１８】
＜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の外部まで延びる管状のシャフト１４と、シャフト１４の上端付近においてほぼ水平方向に設けられたアーム部１５と、アーム部１５に着脱可能に装着された支持部材としての複数の支持ピン１６とを有している。さらに、支持装置４は、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。
【００１９】
複数（本実施の形態では３本）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。各支持ピン１６は、アーム部１５に着脱可能に装着されている。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を形成する誘電体材料としては、例えば、石英、セラミックス等を用いることができる。なお、支持ピン１６の本数は、ウエハＷを安定して支持できれば３本に限らない。
【００２０】
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を水平方向に回転運動させる回転機構を構成している。複数の支持ピン１６及びアーム部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を水平方向に円運動（公転）させ、その上に支持されたウエハＷを回転させる。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。なお、マイクロ波加熱処理装置１において、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。
【００２１】
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。
【００２２】
＜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。マイクロ波加熱処理装置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、マイクロ波加熱処理装置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、マイクロ波加熱処理装置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。
【００２３】
＜ガス供給機構＞
マイクロ波加熱処理装置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、図示しない複数のガス供給源を備えたガス供給装置５０と、ガス供給装置５０に接続され、処理容器２内に冷却ガスを導入する複数の配管（ここでは、配管５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃの３本のみ図示）と、を備えている。２本の配管５１Ａ，５１Ｂは、処理容器２の天井部１１に接続されている。別の１本の配管５１Ｃは、処理容器２の側壁部１２に接続されている。
【００２４】
ガス供給機構５は、更に、各配管５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃの途中に設けられたマスフローコントローラ（ＭＦＣ）および一つ又は複数の開閉バルブ（各２つのみ図示）を備えている。配管５１Ａの途中には、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）５２Ａおよび２つの開閉バルブ５３Ａが配備されている。配管５１Ｂの途中には、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）５２Ｂおよび２つの開閉バルブ５３Ｂが配備されている。配管５１Ｃの途中には、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）５２Ｃおよび２つの開閉バルブ５３Ｃが配備されている。処理容器２内に供給される冷却ガスの流量や供給・停止の切替は、これらのマスフローコントローラ５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃおよび開閉バルブ５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃによって制御される。
【００２５】
（第１の冷却ガス導入部）
ガス供給機構５は、ガス供給装置５０から、配管５１Ａ，５１Ｂ及びシャワーヘッド６０を介して、ウエハＷを冷却するための冷却ガスを処理容器２内へ供給できるように構成されている。シャワーヘッド６０は、支持装置４に支持されたウエハＷの主面に対向して設けられた第１の冷却ガス導入部である。シャワーヘッド６０は、ウエハＷの主面へ向けてフェイスフロー方式で冷却ガスを導入する。シャワーヘッド６０は、ウエハＷに対向するように、天井部１１に装着されている。シャワーヘッド６０から処理容器２内に導入された冷却ガスは、支持装置４に支持されたウエハＷの主面に対向する位置から、該主面に向けて噴射される第１の冷却ガスの流れを形成する。
【００２６】
シャワーヘッド６０は、複数のガス孔６１Ａと、これら複数のガス孔６１Ａに連通するガス拡散室６２Ａ、並びに、複数のガス孔６１Ｂと、これら複数のガス孔６１Ｂに連通するガス拡散室６２Ｂとを有している。ガス拡散室６２Ａは、配管５１Ａに接続されている。ガス拡散室６２Ａは、ウエハＷの中央部の領域に対向して、シャワーヘッド６０の中央部に設けられている。従って、ガス拡散室６２Ａに連通する複数のガス孔６１Ａは、ウエハＷの中央部へ向けて冷却ガスを噴射できるように配設されている。一方、ガス拡散室６２Ｂは、配管５１Ｂに接続されている。ガス拡散室６２Ｂは、ウエハＷのエッジ部の領域に対向して、シャワーヘッド６０の周縁部に設けられている。従って、ガス拡散室６２Ｂに連通する複数のガス孔６１Ｂは、ウエハＷのエッジ部へ向けて冷却ガスを噴射できるように配設されている。なお、ウエハＷの中央部とは、ウエハＷの中心を含む直径の１／３程度の範囲内の領域を意味し、エッジ部とは、中央部よりも外側の領域であってウエハＷの端部から内側に直径の１／３程度（径方向の合計で２／３程度）の範囲内の領域を意味する。例えば、３００ｍｍ径の円形のウエハＷの場合は、ウエハＷの中心から半径５０ｍｍまでの領域を中央部とし、中心から半径５０ｍｍを超える端部（半径１５０ｍｍ）までの領域をエッジ部とする。
【００２７】
シャワーヘッド６０は、ガス拡散室６２Ａを内側に配置し、ガス拡散室６２Ｂを、ガス拡散室６２Ａを囲むように外側に配置している。このように、シャワーヘッド６０は、ガス拡散室６２Ａ，６２Ｂを内外２ゾーンとなるように配置し、ガス拡散室６２Ａ，６２Ｂのそれぞれから、冷却ガスを独立して処理容器２内に導入できるように構成されている。つまり、配管５１Ａ、ガス拡散室６２Ａ及びガス孔６１Ａを介してウエハＷの中央部にのみ所定の流量で冷却ガスを噴射することもできるし、配管５１Ｂ、ガス拡散室６２Ｂ及びガス孔６１Ｂを介してウエハＷのエッジ部にのみ所定の流量で冷却ガスを噴射することもできる。もちろん、配管５１Ａとガス拡散室６２Ａ、及び、配管５１Ｂとガス拡散室６２Ｂの両方を介して同時に冷却ガスを導入することもできる。この場合、配管５１Ａ及びガス拡散室６２Ａを介してウエハＷの中央部に噴射する冷却ガスの流量と、配管５１Ｂ及びガス拡散室６２Ｂを介してウエハＷのエッジ部に噴射する冷却ガスの流量は、同じでもよいし、異なっていてもよい。例えば、ウエハＷの主面の面内（以下、単に「面内」と記す）において、エッジ部の温度が中央部に比べて相対的に低い場合は、ガス孔６１Ｂからの冷却ガスの噴射を停止するか、又は流量を抑制することによって、相対的にエッジ部の冷却を弱め（相対的に中央部の冷却を強め）、ウエハＷの面内における温度分布を均一化することができる。ガス拡散室６２Ａとガス拡散室６２Ｂへの冷却ガスの導入の切替は、配管５１Ａ，５１Ｂに設けられた開閉バルブ５３Ａ，５３Ｂの開閉によって行うことができる。なお、シャワーヘッド６０に設けるガス拡散室の数は、２つに限るものではなく、１つでもよいし、３つ以上でもよい。また、ガス拡散室の配置は、ウエハＷの径方向に多重とする構成に限らず、例えばマス目状に複数のガス拡散室を並列に設けてもよい。
【００２８】
（第２の冷却ガス導入部）
配管５１Ｃと処理容器２の側壁部１２との接続部位は、ガス導入口１２ｂが形成されている。ガス導入口１２ｂは、支持装置４に支持されたウエハＷの側方に設けられた第２の冷却ガス導入部である。ガス供給機構５は、ガス供給装置５０から、配管５１Ｃ及びガス導入口１２ｂを介して、冷却ガスを処理容器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。すなわち、ガス導入口１２ｂを介して処理容器２内へ導入された冷却ガスは、支持装置４に支持されたウエハＷの側方からウエハＷの主面と平行な方向に噴射される第２の冷却ガスの流れを形成する。また、ガス導入口１２ｂを有する側壁部１２の近傍には、ガス導入口１２ｂから噴射されるガスの流れを均等に分散させるために、ガス分散板としてのシャワープレート６３が配備されている。シャワープレート６３は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属材料で構成されている。板状をなすシャワープレート６３は、複数の貫通開口であるガス噴射口６３ａを有している。シャワープレート６３は、ガス導入口１２ｂに対向して、処理容器２の側壁部１２の内壁面と略平行に設けられている。シャワープレート６３と側壁部１２との間には、ガス導入口１２ｂから導入された冷却ガスを拡散させる拡散空間ＳＧが形成されている。ガス導入口１２ｂから噴射された冷却ガスは、この拡散空間ＳＧで拡散したのち、シャワープレート６３の複数のガス噴射口６３ａを介してマイクロ波放射空間Ｓへ均等に供給される。なお、シャワープレート６３は任意の構成であり、設けなくてもよい。
【００２９】
本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１において、冷却ガスとしては、例えば、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ等の不活性ガスを用いることが好ましい。なお、図示は省略するが、ガス供給装置５０は、冷却ガス以外に、ウエハＷを処理するための処理ガスや処理容器２内をパージするためのパージガス等の各種ガスの供給源及びこれらに接続する配管を備えていてもよい。また、ガス供給装置５０の代りに、マイクロ波加熱処理装置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。
【００３０】
＜温度計測部＞
マイクロ波加熱処理装置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。温度計測部２７は、ウエハＷの面内における複数箇所の表面温度をリアルタイムで制御部８へ送信する。
【００３１】
＜マイクロ波放射空間＞
本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１では、処理容器２内にマイクロ波放射空間Ｓが形成されている。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、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。
【００３２】
＜マイクロ波導入装置＞
次に、図１、図２及び図３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３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。
【００３３】
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。
【００３４】
（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。
【００３５】
図２に示したように、本実施の形態では、処理容器２は、天井部１１において周方向に等間隔に配置された４つのマイクロ波導入ポート１０を有している。各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。各マイクロ波導入ポート１０の大きさや、長辺と短辺の比は、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に対するアニール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。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。
【００３６】
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、基板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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
（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３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。
【００４３】
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をオン・オフ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。
【００４４】
＜制御部＞
マイクロ波加熱処理装置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４は、図１に示した制御部８のハードウェア構成の一例を示している。制御部８は、主制御部１０１と、キーボード、マウス等の入力装置１０２と、プリンタ等の出力装置１０３と、表示装置１０４と、記憶装置１０５と、外部インターフェース１０６と、これらを互いに接続するバス１０７とを備えている。主制御部１０１は、ＣＰＵ（中央処理装置）１１１、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）１１２およびＲＯＭ（リードオンリメモリ）１１３を有している。記憶装置１０５は、情報を記憶できるものであれば、その形態は問わないが、例えばハードディスク装置または光ディスク装置である。また、記憶装置１０５は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体１１５に対して情報を記録し、また記録媒体１１５より情報を読み取るようになっている。記録媒体１１５は、情報を記憶できるものであれば、その形態は問わないが、例えばハードディスク、光ディスク、フラッシュメモリなどである。記録媒体１１５は、本実施の形態に係るマイクロ波加熱処理方法のレシピを記録した記録媒体であってもよい。
【００４５】
制御部８では、ＣＰＵ１１１が、ＲＡＭ１１２を作業領域として用いて、ＲＯＭ１１３または記憶装置１０５に格納されたプログラムを実行することにより、本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１においてウエハＷに対する加熱処理を実行できるようになっている。具体的には、制御部８は、マイクロ波加熱処理装置１において、例えばウエハＷの温度、処理容器２内の圧力、冷却ガス流量、マイクロ波出力、ウエハＷの回転速度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５０、排気装置６等）を制御する。
【００４６】
次に、図５を参照して、制御部８の機能構成について説明する。図５は、制御部８の機能構成の一部を示す機能ブロック図である。なお、以下の説明では、制御部８のハードウェア構成が図４に示した構成になっているものとして、図４中の符号も参照する。図５に示したように、制御部８は、マイクロ波制御部１２１と、第１の流量制御部としてフェイスフロー制御部１２２と、第２の流量制御部としてサイドフロー制御部１２３と、回転制御部１２４と、温度情報管理部１２５と、入出力制御部１２６とを備えている。これらの機能は、ＣＰＵ１１１が、ＲＡＭ１１２を作業領域として用いて、ＲＯＭ１１３または記憶装置１０５に格納されたプログラムを実行することによって実現される。
【００４７】
マイクロ波制御部１２１は、予め記憶装置１０５に保存されているレシピやパラメータ等に基づいて、マイクロ波導入装置３に制御信号を送信することにより、マイクロ波出力のオン・オフの切替や、出力の大きさなどを制御し、マイクロ波加熱処理装置１において所望の加熱処理が行われるように制御する。また、マイクロ波制御部１２１は、温度計測部２７によって計測されたウエハＷの複数箇所の温度をリアルタイムで参照し、マイクロ波導入装置３によって供給されるマイクロ波の出力などを可変に調節するフィードバック制御をすることもできる。
【００４８】
フェイスフロー制御部１２２は、予め記憶装置１０５に保存されているレシピやパラメータ等に基づいて、ガス供給機構５のガス供給装置５０、開閉バルブ５３Ａ，５３Ｂ及びマスフローコントローラ（ＭＦＣ）５２Ａ，５２Ｂに制御信号を送信する。これによって、フェイスフロー制御部１２２は、ガス供給装置５０から配管５１Ａ又は配管５１Ｂ及びシャワーヘッド６０を介して処理容器２内へ供給される冷却ガスの供給と停止の切替タイミング、流量、配管５１Ａと５１Ｂとの冷却ガスの流量比率等を制御する。フェイスフロー制御部１２２は、温度計測部２７によって計測されたウエハＷの複数箇所の温度をリアルタイムで参照し、シャワーヘッド６０から供給される冷却ガスの供給と停止の切替タイミング、流量等を可変に調節するフィードバック制御をすることもできる。
【００４９】
サイドフロー制御部１２３は、予め記憶装置１０５に保存されているレシピやパラメータ等に基づいて、ガス供給機構５のガス供給装置５０、開閉バルブ５３Ｃ及びマスフローコントローラ（ＭＦＣ）５２Ｃに制御信号を送信する。これによって、サイドフロー制御部１２３は、ガス供給装置５０から配管５１Ｃ及びガス導入口１２ｂを介して処理容器２内へ供給される冷却ガスの供給と停止の切替タイミング、流量等を制御する。サイドフロー制御部１２３は、温度計測部２７によって計測されたウエハＷの複数箇所の温度をリアルタイムで参照し、ガス導入口１２ｂから供給される冷却ガスの供給と停止の切替タイミング、流量等を可変に調節するフィードバック制御をすることもできる。
【００５０】
回転制御部１２４は、予め記憶装置１０５に保存されているレシピやパラメータ等に基づいて、支持装置４の回転駆動部１７に制御信号を送信することにより、支持ピン１６の回転のオン・オフの切替や、ウエハＷの回転速度を制御する。
【００５１】
温度情報管理部１２５は、温度計測部２７によって計測されたウエハＷの複数箇所の温度をリアルタイムで参照し、それらの温度情報に基づき、演算処理や判定を行う。例えば、温度情報管理部１２５は、ウエハＷの中央部における複数箇所の計測温度の平均値や、ウエハＷのエッジ部における複数箇所の計測温度の平均値を算出する。さらに、温度情報管理部１２５は、ウエハＷのエッジ部における計測温度の平均値と、ウエハＷの中央部における計測温度の平均値との差分を演算処理したり、その演算結果を、予め設定された所定のしきい値と比較したりする。
【００５２】
入出力制御部１２６は、入力装置１０２からの入力の制御や、出力装置１０３に対する出力の制御や、表示装置１０４における表示の制御や、外部インターフェース１０６を介して行う外部とのデータ等の入出力の制御を行う。
【００５３】
以上の構成を有するマイクロ波加熱処理装置１では、シャワーヘッド６０からのフェイスフローとガス導入口１２ｂからのサイドフローを組み合わせて冷却ガスを処理容器２内に導入できるため、ウエハＷの面内での加熱温度のばらつきを抑制し、均一な加熱処理が可能になる。
【００５４】
［処理手順］
次に、マイクロ波加熱処理装置１においてウエハＷに対してアニール処理を施すマイクロ波加熱処理方法の手順について説明する。まず、例えば制御部８の入力装置１０２から、マイクロ波加熱処理装置１においてアニール処理を行うように指令が入力される。次に、主制御部１０１は、この指令を受けて、記憶装置１０５またはコンピュータ読み取り可能な記録媒体１１５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、主制御部１０１からマイクロ波加熱処理装置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５０、排気装置６等）に制御信号が送出される。
【００５５】
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が所定の高さにセットされる。この高さで、回転制御部１２４の制御の下で回転駆動部１７を駆動させることによって、ウエハＷを水平方向に所定の速度で回転させる。なお、ウエハＷの回転は、連続的でなく、非連続的であってもよい。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５０によって、シャワーヘッド６０及びガス導入口１２ｂから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、排気量および冷却ガスの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。
【００５６】
次に、マイクロ波制御部１２１の制御の下、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、さらに透過窓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、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。
【００５７】
処理容器２に導入されたマイクロ波は、回転するウエハＷ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。アニール処理の間は、制御部８の制御によって、シャワーヘッド６０及びガス導入口１２ｂから、それぞれ独立した流量で冷却ガスが噴射される。例えば、フェイスフロー制御部１２２の制御によって、シャワーヘッド６０から所定の流量のフェイスフロー（ダウンフロー）でウエハＷの主面に向けて冷却ガスが噴射される。この場合、冷却ガスは、複数のガス孔６１ＡからウエハＷの中央部にのみ所定の流量で噴射してもよく、複数のガス孔６１ＢからウエハＷのエッジ部にのみ所定の流量で噴射してもよい。あるいは、冷却ガスを複数のガス孔６１Ａ，６１Ｂの両方から同時に、独立した流量で噴射してもよい。また、ガス導入口１２ｂからは、サイドフロー制御部１２３の制御によって、シャワープレート６３の複数のガス噴射口６３ａを介してウエハＷの主面と平行な方向に、ウエハＷへ向けてサイドフローで所定の流量の冷却ガスが噴射される。なお、ウエハＷの主面と平行な方向とは、ガスの流れをベクトル表示した際に、ウエハＷの主面と平行な成分が主流（概ね５０％以上）を占めていることを意味しているので、多少、ウエハＷの主面と平行ではない成分を含むガスの流れも“平行”に含んでいる。
【００５８】
シャワーヘッド６０からのフェイスフローと、ガス導入口１２ｂからのサイドフローによる冷却ガスの流量は、同じでもよいし、異なっていてもよい。例えば、フェイスフローとサイドフローの流量比率（フェイスフロー：サイドフロー）は、１：１０〜１０：１の範囲内とすることが可能であり、１：３〜３：１の範囲内が好ましい。この場合、ウエハＷの中央付近の冷却効率を高めたい場合は、フェイスフローの比率を大きくすることが有効であり、特に、ガス孔６１ＡからウエハＷの中央部へ向けて噴射する冷却ガスの流量を多くすることが好ましい。また、ウエハＷのエッジ付近の冷却効率を高めたい場合はサイドフローの比率を大きくすることが有効である。このようにして、ウエハＷの過剰な温度上昇を抑制し、ウエハＷの面内で加熱と冷却とのバランスを考慮したプロセスが可能になる。
【００５９】
また、アニール処理の間にウエハＷを回転させることによって、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の面内の加熱温度を均一化することができる。さらに、ウエハＷを回転させることによって、シャワーヘッド６０及びガス導入口１２ｂから噴射される冷却ガスを偏りなくウエハＷに吹き付けることができる。これによって、ウエハＷの面内における温度分布が均等になるように温度調節を行うことができる。本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１では、天井部１１に複数のマイクロ波導入ポート１０を有しており、この部分にはガス孔を設けることができないため、ウエハＷを回転させることは、ウエハＷの面内での均一な冷却を行うという観点からも有効である。なお、アニール処理の間に、支持装置４によって、ウエハＷの高さ位置を変化させてもよい。
【００６０】
主制御部１０１からマイクロ波加熱処理装置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、ウエハＷの回転が停止し、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。
【００６１】
なお、アニール処理の終了後、ウエハＷを支持ピン１６上に保持した状態でシャワーヘッド６０及びガス導入口１２ｂからの冷却ガスの導入を継続することによって、ウエハＷの冷却処理を行うことも可能である。冷却ガスの導入によって、ウエハＷの冷却を促進することができる。また、冷却処理の間は、支持装置４によってウエハＷを回転させることにより、ウエハＷの面内における温度分布を均等にしながら冷却を行うことができる。
【００６２】
所定時間のアニール処理又は冷却処理が終了した後、ゲートバルブＧＶが開状態にされて、支持装置４によってウエハ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。
【００６３】
マイクロ波加熱処理装置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。
【００６４】
［サイドフローの制御手順］
次に、マイクロ波加熱処理装置１において、冷却ガスのフェイスフローとサイドフローを組み合わせて、ウエハＷに対して面内での温度分布が均一となるようにアニール処理を行うためのサイドフローの制御について、代表的に２例を挙げて説明する。ここでは、ウエハＷの温度計測情報を基に、ウエハＷの面内温度の分布に応じて、流量を増減させながらサイドフローを連続的に行う態様（以下、「第１の態様」と記す）と、サイドフローを間欠的に行う態様（以下、「第２の態様」と記す）について説明する。なお、第１の態様、第２の態様ともに、シャワーヘッド６０からのフェイスフローは、すべてのガス孔６１Ａ，６１Ｂを介して一定流量で行うものとする。
【００６５】
＜第１の態様＞
図６は、第１の態様において、制御部８で行われるサイドフローの制御手順を示すフローチャートである。この第１の態様は、ステップＳ１からステップＳ６の手順を含んでいる。
【００６６】
まず、前提として、上記処理手順で説明したように、マイクロ波加熱処理装置１を用いてウエハＷに対してマイクロ波によるアニール処理を実施する。アニール処理の当初は、予め記憶装置１０５に保存されているレシピやパラメータ等に基づいて、シャワーヘッド６０からのフェイスフローによる冷却ガスの導入と、ガス導入口１２ｂからのサイドフローによる冷却ガスの導入を、それぞれ所定の流量で行う。第１の態様では、アニール処理の間に、図６に示す手順が制御部８において繰り返し実行される。図６に示す手順は、アニール処理の終了とともに終了する。
【００６７】
ステップＳ１では、制御部８の温度情報管理部１２５が、温度計測部２７で計測されたウエハＷの温度情報を取得する。ここで、ウエハＷの温度情報には、ウエハＷの複数箇所の計測温度と、領域毎の平均値を含むことができる。
【００６８】
ステップＳ２では、温度情報管理部１２５が、ウエハＷの中央部の計測温度の平均値ｔ１と、ウエハＷのエッジ部の計測温度の平均値ｔ２とに基づいて演算処理を行い、その差分であるΔｔを算出する。ここで、Δｔは、差分ｔ２−ｔ１を意味するものとする（後述する第２の態様において同様である）。従って、Δｔが正の値である場合、ウエハＷの中央部よりもエッジ部の平均温度が高いことを意味し、Δｔが負の値である場合、ウエハＷの中央部よりもエッジ部の平均温度が低いことを意味する。
【００６９】
次に、ステップＳ３では、温度情報管理部１２５がΔｔを予め設定された所定のしきい値と比較し、Δｔがしきい値よりも大きいか否かを判断する。ここで、しきい値は、ウエハＷの大きさ、アニール処理の目的、アニールの設定温度などの条件に応じてプロセス毎に設定される値である。しきい値は、制御部８の記憶装置１０５又は記録媒体１１５に保存されたものを温度情報管理部１２５が参照したり、工程管理者が入力装置１０２から入力したものを使用できる。
【００７０】
ステップＳ３で、Δｔがしきい値よりも大きい（Ｙｅｓ）と判断された場合は、次にステップＳ４で、サイドフロー制御部１２３からガス供給機構５に対し、サイドフローの流量を増加させるように指令信号を送出する。Δｔがしきい値よりも大きい（Ｙｅｓ）場合は、ウエハＷの面内において、エッジ部の温度が中央部の温度よりも許容範囲を超えて上昇していることを意味する。そのため、エッジ部を積極的に冷却すべく、ステップＳ４でサイドフローによる冷却ガスの流量を増加させる。この場合、増加させる流量は、予め絶対値として定めておくこともできるし、その時点の流量を基準に、一定の比率で増加させてもよい。また、増加させる流量の絶対値や比率は、段階的に定めておくことができる。増加させる流量は、レシピの一部分として、例えば制御部８の記憶装置１０５又は記録媒体１１５に保存しておくことができる。
【００７１】
一方、ステップＳ３で、Δｔがしきい値よりも大きくない（Ｎｏ）と判断された場合は、次にステップＳ５で、温度情報管理部１２５によって、Δｔが負の値であるか否かを判断する。そして、ステップＳ５で、Δｔが負の値である（Ｙｅｓ）と判断された場合は、ウエハＷの中央部よりもエッジ部の平均温度が低いことを意味する。そのため、次のステップＳ６で、エッジ部の温度上昇を促すために、サイドフロー制御部１２３からガス供給機構５に対し、サイドフローによる冷却ガスの流量を抑制するように指令信号を送出する。この場合、減少させる流量は、予め絶対値として定めておくこともできるし、その時点の流量を基準に、一定の比率で減少させてもよい。また、減少させる流量の絶対値や比率は、段階的に定めておくことができる。減少させる流量は、レシピの一部分として、例えば制御部８の記憶装置１０５又は記録媒体１１５に保存しておくことができる。
【００７２】
一方、ステップＳ５で、Δｔが負の値でない（Ｎｏ）と判断された場合は、ステップＳ３も考慮すると、ウエハＷの面内における中央部とエッジ部の温度差が許容範囲内であることを意味しているため、サイドフローの流量変更は行わない。
【００７３】
以上のように、第１の態様では、アニール処理の間に、図６に示す手順を制御部８において繰り返し実行することによって、ウエハＷの面内での計測温度に応じて、サイドフローの流量を増減させる。このようにすれば、シャワーヘッド６０からのフェイスフローとガス導入口１２ｂからのサイドフローを併用しながら、ウエハＷの面内での温度分布の均一化を図ることができる。
【００７４】
＜第２の態様＞
図７は、第２の態様において、制御部８で行われるサイドフローの制御手順を示すフローチャートである。この第２の態様は、ステップＳ１１からステップＳ１９の手順を含んでいる。
【００７５】
まず、前提として、上記処理手順で説明したように、マイクロ波加熱処理装置１を用いてウエハＷに対してマイクロ波によるアニール処理を実施する。アニール処理の当初は、予め記憶装置１０５に保存されているレシピやパラメータ等に基づいて、シャワーヘッド６０から所定流量でフェイスフローによる冷却ガス導入のみを行う。第２の態様では、アニール処理の間に、図７に示す手順が制御部８において繰り返し実行される。図７に示す手順は、アニール処理の終了とともに終了する。
【００７６】
図７のステップＳ１１からステップＳ１３までは、第１の態様のステップＳ１からステップＳ３までと同様であるため、説明を省略する。
【００７７】
ステップＳ１３で、Δｔがしきい値よりも大きい（Ｙｅｓ）と判断された場合は、ウエハＷの面内において、エッジ部の温度が中央部の温度よりも許容範囲を超えて上昇していることを意味する。そこで、次に、ステップＳ１４では、サイドフロー制御部１２３からの情報を参照し、サイドフローを実行中であるか否かを判断する。そして、ステップＳ１４でサイドフローを実行中である（Ｙｅｓ）と判断された場合は、エッジ部をさらに積極的に冷却するために、次のステップＳ１５では、サイドフロー制御部１２３からガス供給機構５に対し、サイドフローの流量を増加させるように指令信号を送出する。この場合、増加させる流量は、予め絶対値として定めておくこともできるし、その時点の流量を基準に、一定の比率で増加させてもよい。また、増加させる流量の絶対値や比率は、段階的に定めておくことができる。増加させる流量は、レシピの一部分として、例えば制御部８の記憶装置１０５又は記録媒体１１５に保存しておくことができる。
【００７８】
一方、ステップＳ１４でサイドフローを実行中でない（Ｎｏ）と判断された場合は、エッジ部を積極的に冷却するために、次にステップＳ１６でサイドフロー制御部１２３からガス供給機構５に対し、所定の流量で冷却ガスのサイドフローを開始するように指令信号を送出する。
【００７９】
また、ステップＳ１３で、Δｔがしきい値よりも大きくない（Ｎｏ）と判断された場合は、ステップＳ１７で、温度情報管理部１２５によってΔｔが負の値であるか否かを判断する。そして、ステップＳ１７で、Δｔが負の値である（Ｙｅｓ）と判断された場合は、ウエハＷの中央部よりもエッジ部の平均温度が低いことを意味する。そのため、次のステップＳ１８では、サイドフロー制御部１２３からの情報を参照し、サイドフローを実行中であるか否かを判断する。そして、ステップＳ１８でサイドフローを実行中である（Ｙｅｓ）と判断された場合は、さらにステップＳ１９で、エッジ部の温度上昇を促すために、サイドフロー制御部１２３からガス供給機構５に対し、冷却ガスのサイドフローを停止するように指令信号を送出する。
【００８０】
一方、ステップＳ１７で、Δｔが負の値でない（Ｎｏ）と判断された場合は、ステップＳ１３も考慮すると、ウエハＷの面内における中央部とエッジ部の温度差が許容範囲内であることを意味しているため、サイドフローを実行中であるか否かに関わらず、現状を維持する。また、ステップＳ１８でサイドフローを実行中でない（Ｎｏ）と判断された場合は、サイドフローを実施していないにも係らず、ウエハＷの中央部よりもエッジ部の平均温度が低い状態であることを意味するが、本手順の対象ではないため、現状を維持する。この場合、フェイスフロー制御部１２２によって、別途、シャワーヘッド６０の複数のガス孔６１Ｂからの冷却ガス導入の停止もしくは流量抑制などのフェイスフローの制御を行うことが有効であるが、ここでは詳細な説明を省略する。
【００８１】
以上のように、第２の態様では、アニール処理の間に、図７に示す手順を制御部８において繰り返し実行することによって、ウエハＷの面内での計測温度に応じて、サイドフローのオン・オフを切り替える。このようにすれば、シャワーヘッド６０からのフェイスフローとともに、適切なタイミングでガス導入口１２ｂからのサイドフローを併用しながら、ウエハＷの面内での温度分布の均一化を図ることができる。
【００８２】
本実施の形態のマイクロ波加熱処理方法は、上記第１の態様又は第２の態様のサイドフロー制御手順を含むことができる。なお、第１の態様のステップＳ３及び第２の態様のステップＳ１３では、所定のしきい値の代わりに、負の値を含む所定の範囲（絶対値）を設定し、Δｔがその上限を超えているか否かによって判断することもできる。その場合、第１の態様のステップＳ５、第２の態様のＳ１７では、Δｔが当該範囲の下限を下回っているか否かを判断すればよい。
【００８３】
以上のように、本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１及びマイクロ波加熱処理方法では、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しながら冷却ガスによる冷却を行うことができる。そして、冷却ガスによる冷却は、シャワーヘッド６０からのフェイスフローとともに、ガス導入口１２ｂからのサイドフローを併用することによって、ウエハＷの面内での温度分布の均一化を図ることができる。また、本実施の形態のマイクロ波加熱処理装置１及びマイクロ波加熱処理方法では、アニール処理後、処理容器２内で冷却ガスによるウエハＷの冷却処理を行うことができる。アニール処理後に冷却処理を行う場合は、アニール処理をしたウエハＷの次工程への移行を速やかに行うことが可能であり、複数枚のウエハＷを入れ替えて処理する場合のスループットを高めることができる。
【００８４】
［試験例１］
次に、本発明の効果を確認した試験例について説明する。図１のマイクロ波加熱処理装置１と同様の構成を有するマイクロ波加熱処理装置を用い、３００ｍｍ径ウエハＷのアニール処理を行った。アニール処理の間、２通りの方法で冷却ガスとしてのＮ２ガスを処理容器２内に導入し、温度計測部２７でウエハＷの中央部とエッジ部について、それぞれ複数箇所の温度を計測し、中央部の平均値とエッジ部の平均値を算出した。冷却ガスの導入方法として、方法１では、シャワーヘッド６０のガス孔６１Ａと６１Ｂからの合計で３０Ｌ／ｍｉｎ（ＳＬＭ）の流量でのフェイスフローのみを行い、方法２では、上記と同様に合計で３０Ｌ／ｍｉｎ（ＳＬＭ）の流量でのフェイスフローに加え、ガス導入口１２ｂからの２０Ｌ／ｍｉｎ（ＳＬＭ）の流量でのサイドフローを併用した。その結果を表１及び図８に示した。なお、図８の縦軸はウエハＷの中央部とエッジ部の平均値の相対温度差を示し、横軸はウエハＷの中心を０とした場合の径方向における座標を示す。
【００８５】
【表１】
2015103726.tif 000003
【００８６】
表１及び図８から、フェイスフローのみの方法１では、ウエハＷの中央部に比べてエッジ部の温度が高く、ウエハＷの面内での温度分布にばらつきが大きい。それに対し、フェイスフローとサイドフローとを併用した方法２では、エッジ部の温度が中央部の温度に近づいており、ウエハＷの面内において加熱温度がより均一化できていることが確認された。
【００８７】
［試験例２］
図１のマイクロ波加熱処理装置１と同様の構成を有するマイクロ波加熱処理装置を用い、３００ｍｍ径ウエハＷに対しアニール処理を行った。アニール処理は、合計で３９００Ｗのマイクロ波を供給しつつ、冷却ガスとしてのＮ２ガスをフェイスフロー及びサイドフローによって５Ｌ／ｍｉｎ（ＳＬＭ）から８０Ｌ／ｍｉｎ（ＳＬＭ）の範囲内でそれぞれ流量を変えて処理容器２内に導入した。ここで、フェイスフロー及びサイドフローによる冷却ガスの流量は、それぞれ５Ｌ／ｍｉｎ（ＳＬＭ）、２０Ｌ／ｍｉｎ（ＳＬＭ）、４０Ｌ／ｍｉｎ（ＳＬＭ）、６０Ｌ／ｍｉｎ（ＳＬＭ）又は８０Ｌ／ｍｉｎ（ＳＬＭ）に設定した。なお、フェイスフローの流量は、シャワーヘッド６０のガス孔６１Ａと６１Ｂからの合計流量である。アニール処理の間、温度計測部２７でウエハＷの中央部とエッジ部について、それぞれ複数箇所の温度を計測し、中央部の平均値とエッジ部の平均値を算出した。その結果を図９に示した。図９の縦軸は、計測されたウエハＷの中央部とエッジ部の温度差(中央部の温度−エッジ部の温度）を示し、横軸は、サイドフローによる冷却ガスの流量を示している。
【００８８】
また、図１０は、本試験例の結果から、縦軸（ｙ軸）をフェイスフロー流量、横軸（ｘ軸）をサイドフロー流量とした場合に、ウエハＷの中央部とエッジ部の温度差(中央部の温度−エッジ部の温度）がゼロに近づく条件を求めたものである。この図１０から、下式（１）；
ｙ＝０．４６８２ｘ＋３２．３０２    …（１）
(相関係数Ｒ２＝０．９９９６）
を満たす条件でフェイスフローとサイドフローの流量を調整することによって、ウエハＷの面内における温度分布を最小化できることが判明した。
【００８９】
アニール処理では、処理容器２内に導入されたマイクロ波により発生した定在波により、普通ならばウエハＷの面内の温度分布には不均一が生じてしまう傾向がある。しかし、図９及び図１０の結果から、フェイスフローの流量とサイドフローの流量とを適宜調整することにより、ウエハＷの面内での温度分布のばらつきを効果的に抑制できることが確認できた。
【００９０】
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加熱処理装置は、半導体ウエハを基板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基板とするマイクロ波加熱処理装置にも適用できる。
【００９１】
また、マイクロ波加熱処理装置１では、第１の冷却ガス導入部としてのシャワーヘッド６０を天井部１１に嵌め込んだ状態で装着しているが、例えば、シャワーヘッドを独立した部材として、天井部１１から離間させて配置する構成としてもよい。また、シャワーヘッド６０に代えて、シャワープレートを使用してもよい。
【００９２】
また、マイクロ波加熱処理装置におけるマイクロ波ユニット３０の数（マグネトロン３１の数）やマイクロ波導入ポート１０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】
【００９３】
１…マイクロ波加熱処理装置、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、６…排気装置、８…制御部、１０…マイクロ波導入ポート、１１…天井部、１２…側壁部、１２ａ…搬入出口、１３…底部、１３ａ…排気口、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、１９…可動連結部、２１…排気管、２２…圧力調整バルブ、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…ガス供給装置、５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ…配管、５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ…マスフローコントローラ、５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ…開閉バルブ、６０…シャワーヘッド、６１Ａ，６１Ｂ…ガス孔、６２Ａ，６２Ｂ…ガス拡散室、ＧＶ…ゲートバルブ、Ｓ…マイクロ波放射空間、ＳＧ…ガス拡散空間、Ｗ…半導体ウエハ
【図１】
2015103726.tif 000004
【図２】
2015103726.tif 000005
【図３】
2015103726.tif 000006
【図４】
2015103726.tif 000007
【図５】
2015103726.tif 000008
【図６】
2015103726.tif 000009
【図７】
2015103726.tif 000010
【図８】
2015103726.tif 000011
【図９】
2015103726.tif 000012
【図１０】
2015103726.tif 000013