(57)【要約】      （修正有）【課題】マイクロ波加熱処理装置において、反射波を抑制し、マイクロ波の利用効率が高い状態で基板に対して加熱処理を行うことを可能とするマッチング方法及びマイクロ波加熱処理方法を提供する。【解決手段】ステップＳ１では、ウエハＷを第１の高さ位置に調整する。ステップＳ２では、ウエハＷを第１の高さ位置に保持した状態で、マグネトロンと処理容器との間のインピーダンスのマッチングを行う。ステップＳ３では、ウエハＷの温度を指標として第２の高さ位置を決定する。ステップＳ４では、ウエハＷを第２の高さ位置に保持した状態で、再度、インピーダンスのマッチングを行う。ステップＳ５では、マイクロ波導入装置３によって処理容器２内にマイクロ波を導入し、第２の高さ位置に保持したウエハＷに対し、マイクロ波を照射することにより加熱処理を行う。【選択図】図５
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【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支持する支持部材と、
マイクロ波を生成するマイクロ波源を有し、前記処理容器内に前記マイクロ波を導入するマイクロ波導入装置と、
を備え、前記支持部材に支持された前記基板に対して前記マイクロ波を照射することにより加熱処理を行うマイクロ波加熱処理装置において前記マイクロ波源と前記処理容器との間のインピーダンスのマッチングを行うマッチング方法であって、
前記支持部材によって前記基板を第１の高さ位置に保持した状態で、前記マイクロ波導入装置への反射電力が最小となるように前記マッチングを行う最初のマッチング工程と、
前記支持部材によって前記基板の高さを変位させながら、前記マイクロ波導入装置によって前記マイクロ波を前記処理容器内に導入し、少なくとも前記基板の温度を指標として第２の高さ位置を決定する第２の高さ位置決定工程と、
を含むことを特徴とするマッチング方法。
【請求項２】
前記第２の高さ位置決定工程の後で、前記第２の高さ位置に前記基板を保持した状態で、前記マイクロ波導入装置への反射電力が最小となるように、再度、前記マッチングを行う再度のマッチング工程をさらに含む請求項１に記載のマッチング方法。
【請求項３】
前記第２の高さ位置決定工程は、前記基板の複数の計測箇所における温度の最大値を指標とする請求項１又は２に記載のマッチング方法。
【請求項４】
前記第２の高さ位置決定工程は、前記基板の複数の計測箇所における温度の平均値を指標とする請求項１又は２に記載のマッチング方法。
【請求項５】
前記第２の高さ位置決定工程は、さらに、前記基板の複数の計測箇所における温度差を付加的な指標とする請求項３又は４に記載のマッチング方法。
【請求項６】
前記温度差を予め設定されたしきい値と比較する請求項５に記載のマッチング方法。
【請求項７】
前記第２の高さ位置決定工程は、さらに、前記マイクロ波導入装置への反射電力を付加的な指標とする請求項１から６のいずれか１項に記載のマッチング方法。
【請求項８】
前記マイクロ波加熱処理装置は、前記マイクロ波源を複数有しており、前記第２の高さ位置決定工程は、各マイクロ波源への個別の反射電力又は複数のマイクロ波源における合計の反射電力を前記付加的な指標とする請求項７に記載のマッチング方法。
【請求項９】
前記第２の高さ位置決定工程は、各マイクロ波源への個別の反射電力又は複数のマイクロ波源における合計の反射電力を予め設定されたしきい値と比較する請求項８に記載のマッチング方法。
【請求項１０】
前記マイクロ波加熱処理装置は、前記マイクロ波源を複数有しており、前記最初のマッチング工程では、複数の前記マイクロ源について順次マッチングを行う請求項１から９のいずれか１項に記載のマッチング方法。
【請求項１１】
前記第２の高さ位置決定工程は、複数の前記マイクロ波源のすべてで前記マイクロ波を生成させることにより前記基板を加熱した状態で行う請求項１０に記載のマッチング方法。
【請求項１２】
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支持する支持部材と、
マイクロ波を生成するマイクロ波源を有し、前記処理容器内に前記マイクロ波を導入するマイクロ波導入装置と、
を備えたマイクロ波加熱処理装置を用い、前記支持部材に支持された前記基板に対して前記マイクロ波を照射することにより加熱処理を行うマイクロ波加熱処理方法であって、
前記支持部材によって前記基板を第１の高さ位置に保持した状態で、前記マイクロ波導入装置への反射電力が最小となるように前記マイクロ波源と前記処理容器との間のインピーダンスのマッチングを行う最初のマッチング工程と、
前記支持部材によって前記基板の高さを変位させながら、前記マイクロ波導入装置によってマイクロ波を前記処理容器内に導入し、少なくとも前記基板の温度を指標として第２の高さ位置を決定する第２の高さ位置決定工程と、
前記第２の高さ位置に保持した前記基板に対し、前記マイクロ波導入装置によって前記処理容器内に導入した前記マイクロ波を照射することにより加熱処理を行う工程と、
を含むことを特徴とするマイクロ波加熱処理方法。
【請求項１３】
前記第２の高さ位置決定工程の後であって前記加熱処理を行う工程の前に、前記第２の高さ位置に前記基板を保持した状態で、前記マイクロ波導入装置への反射電力が最小となるように、再度、前記マッチングを行う再度のマッチング工程をさらに含む請求項１２に記載のマイクロ波加熱処理方法。
【請求項１４】
前記マイクロ波加熱処理装置は、前記マイクロ波源を複数有しており、前記最初のマッチング工程では、複数の前記マイクロ源について順次マッチングを行う請求項１２又は１３に記載のマイクロ波加熱処理方法。
【請求項１５】
前記第２の高さ位置決定工程は、複数の前記マイクロ波源のすべてでマイクロ波を生成させることにより前記基板を加熱した状態で行う請求項１４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加熱処理を行うマイクロ波加熱処理装置におけるマッチング方法及び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アニール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。マイクロ波によるアニール処理は、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。さらに、マイクロ波照射を利用することによって、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。
【０００３】
ところで、マイクロ波を利用する処理装置では、反射波を抑制し、電力の利用効率を最大化する目的で、マイクロ波源と負荷側との間のインピーダンスのマッチングが行われる。例えば、特許文献１では、ＥＨチューナを使用して自動でマッチングを行うことが提案されている。また、特許文献２では、マイクロ波加熱処理装置において、基板に対する処理が行われている間に、マイクロ波源と処理容器との間のインピーダンスのマッチングを行う方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−２６４８９３号公報（特許請求の範囲など）
【特許文献２】特開２０１３−５８６５２号公報（図７など）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
マイクロ波加熱処理装置におけるインピーダンスのマッチングは、処理容器側からの反射電力が最小となるようにチューニングを行う操作である。通常、マッチングは、処理容器内で基板を一定の高さに保持した状態で行われる。しかし、マッチングを行った基板の高さが、必ずしも、マイクロ波の利用効率が最大となる高さとは限らない。例えば、マイクロ波加熱処理装置で基板に対する処理が行われている間に、処理対象となる基板以外の部材（例えば処理容器など）に温度上昇などの状態変化が生じると、反射波が急激に増加することがある。このことは、マッチングを行った後でも、基板以外の部材の状態変化に伴ってマイクロ波源と処理容器との間のインピーダンスが大きく変化する可能性を示唆している。このため、基板をある高さ位置に固定した状態で、反射電力が最小となるようにマッチングを行っても、マイクロ波の利用効率を最大限に高めることが出来るとは限らない。
【０００６】
従って、本発明の目的は、マイクロ波加熱処理装置において、反射波を抑制し、マイクロ波の利用効率が高い状態で基板に対して加熱処理を行うことを可能とするマッチング方法及びマイクロ波加熱処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のマッチング方法は、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支持する支持部材と、マイクロ波を生成するマイクロ波源を有し、前記処理容器内に前記マイクロ波を導入するマイクロ波導入装置と、を備え、前記支持部材に支持された前記基板に対して前記マイクロ波を照射することにより加熱処理を行うマイクロ波加熱処理装置において前記マイクロ波源と前記処理容器との間のインピーダンスのマッチングを行うマッチング方法である。本発明のマッチング方法は、前記支持部材によって前記基板を第１の高さ位置に保持した状態で、前記マイクロ波導入装置への反射電力が最小となるように前記マッチングを行う最初のマッチング工程と、前記支持部材によって前記基板の高さを変位させながら、前記マイクロ波導入装置によって前記マイクロ波を前記処理容器内に導入し、少なくとも前記基板の温度を指標として第２の高さ位置を決定する第２の高さ位置決定工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明のマッチング方法は、前記第２の高さ位置決定工程の後で、前記第２の高さ位置に前記基板を保持した状態で、前記マイクロ波導入装置への反射電力が最小となるように、再度、前記マッチングを行う再度のマッチング工程をさらに含んでいてもよい。
【０００９】
本発明のマッチング方法において、前記第２の高さ位置決定工程は、前記基板の複数の計測箇所における温度の最大値を指標としてもよい。
【００１０】
本発明のマッチング方法において、前記第２の高さ位置決定工程は、前記基板の複数の計測箇所における温度の平均値を指標としてもよい。
【００１１】
本発明のマッチング方法において、前記第２の高さ位置決定工程は、さらに、前記基板の複数の計測箇所における温度差を付加的な指標としてもよい。この場合、前記温度差を予め設定されたしきい値と比較してもよい。
【００１２】
本発明のマッチング方法において、前記第２の高さ位置決定工程は、さらに、前記マイクロ波導入装置への反射電力を付加的な指標としてもよい。
【００１３】
本発明のマッチング方法において、前記マイクロ波加熱処理装置は、前記マイクロ波源を複数有していてもよい。この場合、前記第２の高さ位置決定工程は、各マイクロ波源への個別の反射電力又は複数のマイクロ波源における合計の反射電力を前記付加的な指標としてもよい。
【００１４】
本発明のマッチング方法において、前記第２の高さ位置決定工程は、各マイクロ波源への個別の反射電力又は複数のマイクロ波源における合計の反射電力を予め設定されたしきい値と比較してもよい。
【００１５】
本発明のマッチング方法において、前記マイクロ波加熱処理装置は、前記マイクロ波源を複数有しており、前記最初のマッチング工程では、複数の前記マイクロ源について順次マッチングを行ってもよい。この場合、前記第２の高さ位置決定工程は、複数の前記マイクロ波源のすべてで前記マイクロ波を生成させることにより前記基板を加熱した状態で行ってもよい。
【００１６】
本発明のマイクロ波加熱処理方法は、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支持する支持部材と、マイクロ波を生成するマイクロ波源を有し、前記処理容器内に前記マイクロ波を導入するマイクロ波導入装置と、を備えたマイクロ波加熱処理装置を用い、前記支持部材に支持された前記基板に対して前記マイクロ波を照射することにより加熱処理を行うマイクロ波加熱処理方法である。本発明のマイクロ波加熱処理方法は、前記支持部材によって前記基板を第１の高さ位置に保持した状態で、前記マイクロ波導入装置への反射電力が最小となるように前記マイクロ波源と前記処理容器との間のインピーダンスのマッチングを行う最初のマッチング工程と、前記支持部材によって前記基板の高さを変位させながら、前記マイクロ波導入装置によってマイクロ波を前記処理容器内に導入し、少なくとも前記基板の温度を指標として第２の高さ位置を決定する第２の高さ位置決定工程と、前記第２の高さ位置に保持した前記基板に対し、前記マイクロ波導入装置によって前記処理容器内に導入した前記マイクロ波を照射することにより加熱処理を行う工程と、を含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明のマイクロ波加熱処理方法は、前記第２の高さ位置決定工程の後であって前記加熱処理を行う工程の前に、前記第２の高さ位置に前記基板を保持した状態で、前記マイクロ波導入装置への反射電力が最小となるように、再度、前記マッチングを行う再度のマッチング工程をさらに含んでいてもよい。
【００１８】
本発明のマイクロ波加熱処理方法において、前記マイクロ波加熱処理装置は、前記マイクロ波源を複数有しており、前記最初のマッチング工程では、複数の前記マイクロ源について順次マッチングを行うものであってもよい。
【００１９】
本発明のマイクロ波加熱処理方法において、前記第２の高さ位置決定工程は、複数の前記マイクロ波源のすべてでマイクロ波を生成させることにより前記基板を加熱した状態で行うものであってもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のマッチング方法及びマイクロ波加熱処理方法によれば、反射波を抑制し、マイクロ波の利用効率が高い状態で基板に対して加熱処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施の形態に係るマイクロ波加熱処理方法に使用す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】図１に示したマイクロ波加熱処理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】本発明の一実施に係るマイクロ波加熱処理方法の手順の一例を示すフローチャートである。
【図６】実験例における半導体ウエハの高さ位置（縦軸）と反射電力（横軸）との関係を示すグラフである。
【図７】実験例における半導体ウエハの高さ位置（縦軸）と半導体ウエハの中央部における温度（横軸）との関係を示すグラフである。
【図８】実験例における半導体ウエハの高さ位置（縦軸）と半導体ウエハの中間部における温度（横軸）との関係を示すグラフである。
【図９】実験例における半導体ウエハの高さ位置（縦軸）と半導体ウエハのエッジ部における温度（横軸）との関係を示すグラフである。
【図１０】半導体ウエハの高さ位置（縦軸）と４つのマグネトロン別の反射電力（横軸）との関係をプロットしたグラフである。
【図１１】半導体ウエハの高さ位置と、半導体ウエハの中央部及びエッジ部の最大温度並びにその差分Δｔとの関係をプロットしたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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、本発明の一の実施の形態に係るマイクロ波加熱処理方法に用いるマイクロ波加熱処理装置について説明する。図１は、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。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り、この面を処理対象となる主面とする。
【００２３】
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。
【００２４】
＜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。
【００２５】
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。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。
【００２６】
＜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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
＜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。
【００３１】
＜ガス導入機構＞
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（２本のみ図示）と、を備えている。複数の配管２３は、処理容器２の側壁部１２に接続されている。
【００３２】
ガス供給装置５ａは、複数の配管２３を介して、処理ガスとして、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。図示しないが、マイクロ波加熱処理装置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。
【００３３】
＜整流板＞
マイクロ波加熱処理装置１は、更に、処理容器２内の複数の支持ピン１６の周囲において、側壁部１２との間に、枠状をした整流板２４を備えている。整流板２４は、整流板２４を上下に貫通するように設けられた複数の整流孔２４ａを有している。整流板２４は、処理容器２内においてウエハＷが配置される予定の領域の雰囲気を整流しながら排気口１３ａに向かって流すためのものである。整流板２４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。なお、整流板２４は、マイクロ波加熱処理装置１における必須の構成要素ではなく、設けなくてもよい。
【００３４】
＜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複数の放射温度計２６と、複数の放射温度計２６に接続された温度計測部２７とを備えている。なお、図１では、ウエハＷの中央部の表面温度を測定する放射温度計２６を除いて、複数の放射温度計２６の図示を省略している。
【００３５】
＜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内において、天井部１１、４つの側壁部１２及び整流板２４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及び整流板２４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。
【００３６】
＜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。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。
【００３７】
（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に伝送する伝送路としての導波管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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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Ｇ）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の範囲内に調節することがより好ましい。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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のマッチング（以下、単に「マッチング」と記すことがある）を行う機能を有している。チューナ３６によるマッチングは、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。
【００４５】
（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。
【００４６】
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。
【００４７】
＜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プラズマエッチング方法のレシピを記録した記録媒体であってもよい。
【００４８】
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、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５ａ、排気装置６等）を制御する。
【００４９】
以上の構成を有するマイクロ波加熱処理装置１では、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。
【００５０】
［マッチング方法及びマイクロ波加熱処理方法］
次に、マイクロ波加熱処理装置１で行われるマッチング方法及びマイクロ波加熱処理方法について説明する。図５は、本実施の形態のマイクロ波加熱処理方法の手順の一例を示すフローチャートである。図５に示したように、本実施の形態のマイクロ波加熱処理方法は、ステップＳ１からステップＳ５までを含んでいる。この中で、ステップＳ１からステップＳ４までは、本発明の一実施の形態に係るマッチング方法の手順である。すなわち、本実施の形態のマイクロ波加熱処理方法は、本発明の一実施の形態のマッチング方法を含んでいる。
【００５１】
前提として、まず、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、マッチング用のウエハＷが、ゲートバルブＧＶおよび搬入出口１２ａを介して処理容器２内に搬入され、複数の支持ピン１６の上に載置される。
【００５２】
＜ステップＳ１＞
まず、ステップＳ１では、ウエハＷを第１の高さ位置に調整する。具体的には、支持装置４の昇降駆動部１８によって、ウエハＷを保持する複数の支持ピン１６を上下に変位させて第１の高さ位置にセットする。この第１の高さ位置は、任意に設定することができる。第１の高さ位置は、上記のとおり、ギャップＧが例えば２５ｍｍ以上となる範囲内で設定することが好ましく、２５ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内で設定することがより好ましい。また、第１の高さ位置は、例えば底部１３の内壁面から２５ｍｍ以上となる範囲内で設定することが好ましく、２５ｍｍ以上４５ｍｍ以下の範囲内で設定することがより好ましい。
【００５３】
＜ステップＳ２＞
次に、ステップＳ２では、ウエハＷを第１の高さ位置に保持した状態で、マイクロ波導入装置３から処理容器２内へマイクロ波を導入する。そして、導波管３２への反射電力が最小となるように、マグネトロン３１と処理容器２との間のマッチングを行う。マッチングは、４つのマグネトロン３１でマイクロ波を生成させ、４つのマイクロ波導入ポート１０から別々にマイクロ波を導入しながら、４つのマグネトロン３１のそれぞれについて、順次マッチングを実施する。マッチングは、対象となるマグネトロン３１で生成し、対応する導波管３２及びマイクロ波導入ポート１０を介して処理容器２内に導入されたマイクロ波の反射波を、当該導波管３２において検出器３５により検出し、該反射波の電力値が最小となるようにチューナ３６で調節することにより行われる。チューナ３６が前述の導体板によって構成されている場合には、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ってマッチングを行うことができる。
【００５４】
上記ステップＳ１及びステップＳ２は、本実施の形態のマッチング方法における「最初のマッチング工程」に相当する。
【００５５】
＜ステップＳ３＞
次に、ステップＳ３では、少なくとも前記基板の温度を指標として第２の高さ位置を決定する。具体的には、ステップＳ３では、マイクロ波導入装置３によって所定のマイクロ波導入条件でマイクロ波を処理容器２内に導入してウエハＷを加熱する。このときのマイクロ波導入条件は、後述するステップＳ５でウエハＷに対するアニール処理を行う際の条件と同じであることが好ましい。そして、支持装置４の昇降駆動部１８によって、ウエハＷを保持する複数の支持ピン１６を昇降変位させる。例えば、ウエハＷの高さ位置を０．５ｍｍ毎に段階的に変化させ、各高さ位置における温度データを取得する。この際、４つのマグネトロン３１の全てにおいてマイクロ波を生成させることにより、ウエハＷを加熱した状態で、温度計測部２７によってウエハＷの温度を計測する。ウエハＷの温度は、複数箇所を計測することが好ましく、例えば、ウエハＷの中央部、エッジ部、中央部とエッジ部との間の中間部などの複数の領域についてそれぞれ計測を行うことが好ましい。また、得られた温度データから、各領域の最大値や平均値を算出してもよい。ここで、ウエハＷの中央部は、ウエハＷの中心を含む直径の２／６程度の範囲内の領域を意味する。ウエハＷのエッジ部は、ウエハＷの端部から内側に直径の１／６程度の範囲内の領域を意味する。ウエハＷの中間部は、径方向に中央部よりも外側の領域であってエッジ部よりも内側の領域を意味する。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を超え半径１００ｍｍまでの領域を中間部とし、中心から半径１００ｍｍを超え端部（半径１５０ｍｍ）までの領域をエッジ部とする。
【００５６】
ステップＳ３で指標とするウエハＷの温度データとしては、例えば、
i）ウエハＷの１箇所の計測温度、
ii)ウエハＷの複数箇所の計測温度の最大値、
iii)ウエハＷの複数箇所の計測温度の平均値、
iv）ウエハＷの複数箇所の計測温度の特定の領域の平均値、
v）ウエハＷの複数箇所の計測温度の複数の領域の平均値の最大値、
などを挙げることができる。ここで、上記iv)、v)における「領域」としては、例えばウエハＷの中央部、エッジ部、中央部とエッジ部との間の中間部などを挙げることができる。
【００５７】
ステップＳ３では、指標となる上記i）〜v）のいずれか１つ以上の温度データの値が最も高くなるようなウエハＷの高さ位置を「第２の高さ位置」として決定することが好ましい。しかし、ウエハＷの面内における温度差や反射波などの付加的な指標を用いる場合も考慮すると、上記いずれかのウエハＷの温度データの値が最も高くなるようなウエハＷの高さ位置に限らず、例えば二番目、三番目などの上位に位置する高さ位置を「第２の高さ位置」として決定することができる。例えば、上記ウエハＷの温度データの値が一番高くなるウエハＷの高さ位置であっても、ウエハＷの面内における温度差が大きかったり、反射波が大きかったりする場合は、「第２の高さ位置」とせず、温度データの値が二番目以降の高さ位置から、付加的な指標とのバランスを総合的に考慮して「第２の高さ位置」を決定することができる。第２の高さ位置を決定するための具体的な手順については、後述する。
【００５８】
ステップＳ３では、さらに、付加的な指標として、例えば、
ａ）ウエハＷの複数の計測箇所における温度差、
ｂ）マイクロ波導入装置３への反射電力の大きさ、
などを挙げることができる。これらの付加的な指標は、上記i）〜v)の温度データと併用することができる。また、これらの付加的な指標の両方を用いることもできる。
【００５９】
上記ａ）のウエハＷの複数の計測箇所における温度差は、小さいほどウエハＷの面内における均一性が得られるので好ましい。上記ａ）の温度差としては、例えばウエハＷの中央部の計測箇所とエッジ部の計測箇所との温度差、ウエハＷの中央部の計測箇所と中間部の計測箇所との温度差、ウエハＷの中間部の計測箇所とエッジ部の計測箇所との温度差、などの中から１つ又は２つ以上を選択して用いることができる。また、温度差は、上記ウエハＷの中央部、中間部、エッジ部等に代表される複数の領域の温度の平均値どうしの差であってもよい。さらに、本実施の形態では、上記いずれかの温度差を、予め設定されたしきい値と比較することによって、第２の高さ位置を決定するための付加的な指標としてもよい。この場合、温度差がしきい値以下であれば、ウエハＷの面内における加熱温度のばらつきが所定範囲であることを意味する。このようなしきい値を用いることによって、ウエハＷの面内均一性を考慮した高さ位置を「第２の高さ位置」として決定できるため、ウエハＷの面内で加熱処理の均一性を向上させる効果が期待できる。
【００６０】
上記ｂ）の反射電力は、小さいほどマイクロ波電力の利用効率が向上するので好ましい。上記ｂ）の反射電力としては、例えば複数のマグネトロン３１への個別の反射電力でもよいし、又は、複数のマグネトロン３１への合計の反射電力でもよい。ステップＳ３で反射電力を付加的な指標とするのは、第２の高さ位置を決定する過程でウエハＷの高さ位置を変化させる必要があり、これによって、マグネトロン３１と処理容器２との間のインピーダンスが大きく変化してしまう可能性を考慮したものである。
【００６１】
また、本実施の形態では、上記いずれかの反射電力の大きさを、予め設定されたしきい値と比較することによって、第２の高さ位置を決定するための付加的な指標としてもよい。この場合のしきい値は、反射波が許容範囲内にあるか否かを判断するための指標である。このしきい値は、予め設定されたものであり、例えば制御部８の記憶装置１０５にレシピの一部として保存しておくことができる。しきい値の目安として、全てのマイクロ波源から出力される合計マイクロ波電力の２０％、好ましくは１８％、より好ましくは１５％の値を例示することができる。例えば、反射波の合計電力量が、４つのマイクロ波源からの合計出力の２０％以下であれば、しきい値以下であるとして、許容範囲となる。しきい値を用いることによって、反射電力が極端に大きくなる高さ位置を「第２の高さ位置」から除外できるため、マイクロ波電力の利用効率を高める効果が期待できる。反射電力値は、ステップＳ２のマッチングと同様に、各マグネトロン３１で生成し、対応する導波管３２及びマイクロ波導入ポート１０を介して処理容器２内に導入されたマイクロ波の反射波を、各導波管３２の検出器３５により検出することができる。
【００６２】
ステップＳ３では、複数の高さ位置から、上記の指標及び必要に応じて付加的な指標を用いて「第２の高さ位置」を決定する。ステップＳ３で第２の高さ位置を決定するための具体的な方法として、例えば以下のような手順を挙げることができる。
手順１）上記i）〜v）のいずれか１つ以上の温度データの値が最も高いウエハＷの高さ位置を「第２の高さ位置」として決定する。この場合、上記付加的な指標は考慮しない。
手順２）上記i）〜v）のいずれか１つ以上の温度データの値が最も高いウエハＷの高さ位置における当該温度データを基準として、該基準となる温度データの９０％以上のレベルの温度データを示す高さ位置の中から、上記付加的な指標を考慮して、「第２の高さ位置」を決定する。例えば、上記基準となる温度データと比較して９０％以上のレベルの温度データを示す高さ位置の中から、付加的な指標であるａ及び／又はｂが最も良好である高さ位置、あるいは、ａ及び／又はｂが所定のしきい値以下である高さ位置を「第２の高さ位置」として決定する。
【００６３】
また、第２の高さ位置は、上記のとおり、ギャップＧが例えば２５ｍｍ以上となる範囲内で設定することが好ましく、２５ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内で設定することがより好ましい。また、第２の高さ位置は、例えば底壁１３の内壁面から２５ｍｍ以上となる範囲内で設定することが好ましく、２５ｍｍ以上４５ｍｍ以下の範囲内で設定することがより好ましい。
【００６４】
ステップＳ３は、本実施の形態のマッチング方法における「第２の高さ位置決定工程」に相当する。
【００６５】
＜ステップＳ４＞
次に、ステップＳ４では、ウエハＷを第２の高さ位置に保持した状態で、マイクロ波導入装置３から処理容器２内へマイクロ波を導入する。そして、導波管３２への反射電力が最小となるように、再度、マグネトロン３１と処理容器２との間のマッチングを行う。具体的には、まず、支持装置４の昇降駆動部１８によって、マッチング用のウエハＷを保持する複数の支持ピン１６を上下に変位させて第２の高さ位置にセットする。そして４つのマグネトロン３１でマイクロ波を生成させ、４つのマイクロ波導入ポート１０から別々にマイクロ波を導入しながら、４つのマグネトロン３１のそれぞれについて、順次マッチングを実施する。マッチングは、対象となるマグネトロン３１で生成し、対応する導波管３２及びマイクロ波導入ポート１０を介して処理容器２内に導入されたマイクロ波の反射波を、当該導波管３２において検出器３５により検出し、該反射波の電力値が最小となるようにチューナ３６で調節することにより行われる。チューナ３６が前述の導体板によって構成されている場合には、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ってマッチングを行うことができる。
【００６６】
ステップＳ４は、本実施の形態のマッチング方法における「再度のマッチング工程」に相当する。
【００６７】
＜ステップＳ５＞
次に、ステップＳ５では、マイクロ波導入装置３によって処理容器２内にマイクロ波を導入し、第２の高さ位置に保持したウエハＷに対し、マイクロ波を照射することにより加熱処理を行う。
【００６８】
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５ａ、排気装置６等）に制御信号が送出される。
【００６９】
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。昇降駆動部１８を駆動させることによって複数の支持ピン１６を変位させ、ウエハＷを前記ステップＳ３で決定された第２の高さ位置にセットする。この第２の高さで、必要に応じて、制御部８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、必要な場合は、ガス供給装置５ａによって処理ガスが処理容器２内に導入される。処理容器２の内部空間は、排気量および処理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。
【００７０】
次に、制御部８の制御の下で、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。
【００７１】
処理容器２に導入されたマイクロ波は、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。
【００７２】
アニール処理の間は、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。
【００７３】
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、処理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。
【００７４】
所定時間のアニール処理又はアニール処理後の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。
【００７５】
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。
【００７６】
上記ステップＳ２及びステップＳ４のマッチングは、管理者が手動で行ってもよいし、例えば、マッチングを行うように作成されたソフトウェア（制御プログラム）によって制御部８の制御下で実行してもよい。また、ステップＳ３の第２の高さ位置の決定は、管理者がウエハＷの計測温度を参照して決定してもよいし、ソフトウェアによって、制御部８の制御下でウエハＷの計測温度情報に基づく演算処理を行って自動的に決定してもよい。また、ステップＳ１〜ステップＳ５の一連の手順は、制御部８によって、複数のソフトウェアを協働させることによって実行させることも可能である。
【００７７】
次に、本発明の基礎となった実験結果について説明する。まず、支持装置４の支持ピン１６によって、処理容器２の底部１３から３５ｍｍの高さ位置でウエハＷを支持し、マグネトロン３１と処理容器２とのインピーダンスのマッチングを行った。その後、マイクロ波導入装置３によって処理容器２内にマイクロ波を導入しながら、昇降駆動部１８によってウエハＷの高さ位置を変え、各高さ位置における反射電力を計測した。ウエハＷの高さ位置は、底部１３から３１ｍｍ〜４０ｍｍの範囲内で０．５ｍｍ毎に変位させた。図６は、本実験におけるウエハＷの高さ位置（縦軸）と反射電力（横軸）との関係を示すグラフである。図６において、ウエハＷの高さは、底部１３の内壁面からの距離を表している。また、反射電力は、４つの伝送路（導波管３２）における合計の電力値を示している。
【００７８】
図６から、インピーダンスのマッチングを行った後にウエハＷの高さ位置を変化させると、反射波が大きく変動していることがわかる。また、マッチングを行った底部１３から３５ｍｍの高さ位置よりも、反射電力がさらに小さくなるウエハＷの高さ位置が存在することも明らかになった。本実験では、ウエハＷを底部１３から３７．５ｍｍの高さ位置に配置したときに反射電力が最小であった。
【００７９】
図７〜図９は、本実験におけるウエハＷの面内での異なる部位における温度変化を示している。図７は、ウエハＷの中央部、図８は、ウエハＷの中間部、図９は、ウエハＷのエッジ部における温度変化をそれぞれ示している。また、図１０は、ウエハＷの高さ位置と４つのマグネトロン３１別の反射電力との関係をプロットしたグラフである。なお、図１０においては、４つのマグネトロン３１を区別する便宜上、「マグネトロン１」、「マグネトロン２」、「マグネトロン３」及び「マグネトロン４」と表記している。図１１は、ウエハＷの高さ位置と、ウエハＷの中央部及びエッジ部の最大温度、並びにその差分であるΔｔ（Δｔ＝中央部の最大温度−エッジ部の最大温度）との関係をプロットしたグラフである。
【００８０】
図６及び図７〜９を参照すると、各図中に矢印で示したように、ウエハＷを底部１３から３７．５ｍｍの高さ位置に配置したときが、最も反射電力が小さく、かつ、ウエハＷの中央部、中間部及びエッジ部で総合的に温度が高いことがわかる。図７では、底部１３から３９．５ｍｍの高さ位置でウエハＷの中央部の温度が最も高くなっているが、図６及び図１０を参照すると、この高さ位置は反射電力が比較的大きく、電力損失が大きいことがわかる。また、図１１から底部１３から３９．５ｍｍの高さ位置ではΔｔも大きくなっており、ウエハＷの面内での温度分布にばらつきが大きいが、底部１３から３７．５ｍｍの高さ位置ではΔｔが比較的小さく、ウエハＷの面内での温度の均一性も高かった。
【００８１】
以上の実験結果から、マグネトロン３１と処理容器２との間のインピーダンスのマッチングを行った高さ位置（底部１３から３５ｍｍ）と、電力の利用効率が高く、ウエハＷを効率良く加熱できる高さ位置（底部１３から３７．５ｍｍ）とは異なることが理解される。この場合、前者は本発明における第１の高さ位置に相当し、後者は第２の高さ位置に相当する。
【００８２】
以上のように、本実施の形態のマッチング方法では、ウエハＷを第１の高さ位置に保持した状態でマッチングを行った後、ウエハＷの高さを変位させながら温度を測定することによって、反射波が少なく、かつウエハＷを効率良く加熱できる第２の高さ位置を決定することができる。本実施の形態のマイクロ波加熱処理方法では、第２の高さ位置でウエハＷにマイクロ波を照射して加熱処理を行うことによって、反射波を抑制し、マイクロ波の利用効率が高い状態でウエハＷに対して加熱処理を行うことが可能になる。
【００８３】
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。
【００８４】
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】
【００８５】
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、５ａ…ガス供給装置、６…排気装置、８…制御部、１０…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、Ｗ…半導体ウエハ。
【図１】
2015103373.tif 000003
【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】
2015103373.tif 000009
【図８】
2015103373.tif 000010
【図９】
2015103373.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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