(57)【要約】      （修正有）【課題】過剰なマイクロ波照射による弊害を抑制しながら、短時間で効率良くアニール対象膜をアニール処理する。【解決手段】マイクロ波加熱処理方法は、アニール対象膜と、アニール対象膜が形成された基板本体と、を有する被処理体に対してマイクロ波を照射して加熱する第１のステップと、マイクロ波の照射を停止する第２のステップと、を含む。アニール対象膜の温度Ｔ１が、アニール対象膜の加熱目標温度Ｔと同じか、それ以上の温度に達した後であって、基板本体の温度が定常状態に達する時間ｔ４よりも短い時間、好ましくはΔＴが最大となる時間ｔ２以下で第１のステップから第２のステップへの切り替えを行う。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アニール対象膜と、前記アニール対象膜が形成された基板本体と、を有する被処理体に対してマイクロ波を照射して加熱する第１のステップと、
前記マイクロ波の照射を停止する第２のステップと、
を含み、
前記アニール対象膜は、前記基板本体よりも前記マイクロ波照射による昇温レートが大きく、前記マイクロ波の照射によって、前記アニール対象膜の温度Ｔ１が、前記アニール対象膜の加熱目標温度Ｔと同じか、それ以上の温度に達した後であって、前記基板本体の温度が定常状態に達する時間よりも短い時間で前記第１のステップから前記第２のステップへの切り替えを行うマイクロ波加熱処理方法。
【請求項２】
前記アニール対象膜の温度Ｔ１と前記基板本体の温度Ｔ２との差Ｔ１−Ｔ２が最大となる時間と同じか、それよりも短い時間で前記第１のステップから前記第２のステップへの切り替えを行う請求項１に記載のマイクロ波加熱処理方法。
【請求項３】
予め実験的に得られた前記アニール対象膜の昇温データと前記基板本体の昇温データに基づき、前記第１のステップから前記第２のステップへの切り替えのタイミングが設定されている請求項１又は２に記載のマイクロ波加熱処理方法。
【請求項４】
前記基板本体の温度の計測結果と、予め実験的に得られた前記アニール対象膜の昇温データに基づき、前記第１のステップから前記第２のステップへの切り替えのタイミングを決定する請求項１又は２に記載のマイクロ波加熱処理方法。
【請求項５】
前記アニール対象膜の昇温データが、前記アニール対象膜の膜厚に対応して準備されている請求項３又は４に記載のマイクロ波加熱処理方法。
【請求項６】
前記アニール対象膜の昇温データが、前記アニール対象膜の材質に対応して準備されている請求項３又は４に記載のマイクロ波加熱処理方法。
【請求項７】
前記アニール対象膜の昇温データが、前記マイクロ波のパワーに対応して準備されている請求項３又は４に記載のマイクロ波加熱処理方法。
【請求項８】
前記第１のステップと前記第２のステップを、複数回繰り返す請求項１から７のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱処理方法。
【請求項９】
前記アニール対象膜の材質が金属である請求項１から８のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱処理方法。
【請求項１０】
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、
前記処理容器内で、被処理体を支持する支持装置と、
前記被処理体を加熱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、
前記被処理体の温度を計測する温度計測装置と、
前記被処理体に対するマイクロ波の照射を制御する制御部と、
を備え、
前記被処理体が、アニール対象膜と該アニール対象膜が形成された基板本体とを有するものであり、かつ、前記アニール対象膜が、前記基板本体よりも前記マイクロ波照射による昇温レートが大きいものである場合に、
前記制御部は、前記被処理体に対してマイクロ波を照射して加熱する第１のステップから、前記マイクロ波の照射を停止する第２のステップへの切り替えを、前記マイクロ波の照射によって前記アニール対象膜の温度Ｔ１が前記アニール対象膜の加熱目標温度Ｔ以上の温度に達した後であって、前記基板本体の温度が定常状態に達する時間よりも短い時間で行うように制御するものであるマイクロ波加熱処理装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記アニール対象膜の温度Ｔ１と前記基板本体の温度Ｔ２との差Ｔ１−Ｔ２が最大となる時間と同じか、それよりも短い時間で前記第１のステップから前記第２のステップへの切り替えを行うように制御する請求項１０に記載のマイクロ波加熱処理装置。
【請求項１２】
前記制御部は、予め実験的に得られた前記アニール対象膜の昇温データと前記基板本体の昇温データに基づいて設定されたタイミングで、前記第１のステップから前記第２のステップへの切り替えを行う請求項１０又は１１に記載のマイクロ波加熱処理装置。
【請求項１３】
前記制御部は、前記温度計測装置による前記基板本体の温度の計測結果と、予め実験的に得られた前記アニール対象膜の昇温データに基づき、前記第１のステップから前記第２のステップへの切り替えのタイミングを決定する請求項１０又は１１に記載のマイクロ波加熱処理装置。
【請求項１４】
前記アニール対象膜の昇温データが、前記アニール対象膜の膜厚に対応して準備されている請求項１２又は１３に記載のマイクロ波加熱処理装置。
【請求項１５】
前記アニール対象膜の昇温データが、前記アニール対象膜の材質に対応して準備されている請求項１２又は１３に記載のマイクロ波加熱処理装置。
【請求項１６】
前記アニール対象膜の昇温データが、前記マイクロ波のパワーに対応して準備されている請求項１２又は１３に記載のマイクロ波加熱処理装置。
【請求項１７】
前記第１のステップと前記第２のステップを、複数回繰り返す請求項１０から１６のいずれか１項に記載のマイクロ波加熱処理装置。
【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方法及びマイクロ波加熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスにおける配線材料や、コンタクトホールの埋め込み材料として、例えばアルミニウム合金、タングステン、銅などの金属が用いられる。これらの金属を用いる場合には、これらの金属による膜と、絶縁膜や下層の導電膜との境界部分にバリヤ層を介在させることが行われている。バリヤ層は、絶縁膜への拡散防止、膜どうしの密着性の向上、導電膜とのコンタクト抵抗の低減などを目的として形成される。バリヤ層の材質としては、例えばＴａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ等が用いられている。また、これらのバリヤ層をシリサイド化することによって、電気抵抗を低減させ得ることも知られている。そして、バリヤ層のシリサイド化反応を十分に進めるために、プラズマＣＶＤ法によりＴｉを含む金属膜を形成した後、この金属膜に対してアニール処理を行う成膜方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
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知られている。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。例えば、マイクロ波加熱を利用して金属膜のアニール処理を行う場合、マイクロ波が金属膜に直接作用することから、余剰加熱が起こらず、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考えられている。
【０００４】
基板に対してアニール処理を行う場合、基板温度の計測は、通常、基板の裏側（一般に下面）に設置されたパイロメーターによって行われる。パイロメーターは、熱放射を感知することによって、非接触で測定対象物の表面温度を測定するものである。従って、パイロメーターが直接測定しているのは、基板の裏側の表面温度となる。しかし、各種半導体デバイスは、基板の表側（一般に上面）に作製されることから、アニール処理の対象となる膜（アニール対象膜）は、基板の表側（最表面とは限らない）に存在する。そのため、パイロメーターは、アニール対象膜の温度を直接計測することができず、基板の裏側の表面温度を計測し、その結果から間接的にアニール対象膜の温度を把握していることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１００９６２号公報（特許請求の範囲など）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のとおり、マイクロ波照射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というメリットを有している。アニール対象膜が基板本体よりもマイクロ波加熱による昇温レートが大きい材質である場合、アニール処理の初期段階には、アニール対象膜が選択的に加熱されて昇温する。次の段階では、マイクロ波の照射に加え、アニール対象膜からの熱伝導によって、次第に基板本体が昇温していき、最終的にアニール対象膜と基板本体とが熱平衡に達して、温度差がほぼ一定となるものと考えられる。
【０００７】
ところが、従来のアニール装置では、基板本体の裏側の表面温度を計測し、その計測温度を目安として、アニール処理の終点を決定していた。そして、アニール処理の確実を期すため、基板本体の裏側の表面温度が定常状態に達するまでマイクロ波を照射し続け、その後にアニール処理の終点を設定していた。そのため、アニール対象膜については、アニール処理に必要な最低限の加熱温度、加熱時間よりも、実際には高い温度及び／又は不必要な長時間の加熱が行われることになり、マイクロ波照射のメリットを十分に生かし切れていなかった。このように、従来のマイクロ波方式のアニール処理では、不必要な長時間のマイクロ波照射によって、スループットが低下したり、電力消費量が増加したりする、という問題や、基板全体のサーマルバジェットの増大につながる懸念を完全に払拭できていなかった。
【０００８】
従って、本発明の目的は、過剰なマイクロ波照射による弊害を抑制しながら、短時間で効率良くアニール対象膜をアニール処理できるマイクロ波加熱処理方法及びマイクロ波加熱処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のマイクロ波加熱処理方法は、アニール対象膜と、前記アニール対象膜が形成された基板本体と、を有する被処理体に対してマイクロ波を照射して加熱する第１のステップと、前記マイクロ波の照射を停止する第２のステップと、を含んでいる。本発明のマイクロ波加熱処理方法において、前記アニール対象膜は、前記基板本体よりも前記マイクロ波照射による昇温レートが大きく、前記マイクロ波の照射によって、前記アニール対象膜の温度Ｔ１が、前記アニール対象膜の加熱目標温度Ｔと同じか、それ以上の温度に達した後であって、前記基板本体の温度が定常状態に達する時間よりも短い時間で前記第１のステップから前記第２のステップへの切り替えを行う。
【００１０】
また、本発明のマイクロ波加熱処理装置は、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、前記処理容器内で、被処理体を支持する支持装置と、前記被処理体を加熱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、前記被処理体の温度を計測する温度計測装置と、前記被処理体に対するマイクロ波の照射を制御する制御部と、を備えている。本発明のマイクロ波加熱処理装置は、前記被処理体が、アニール対象膜と該アニール対象膜が形成された基板本体とを有するものであり、かつ、前記アニール対象膜が、前記基板本体よりも前記マイクロ波照射による昇温レートが大きいものである場合に、前記制御部は、前記被処理体に対してマイクロ波を照射して加熱する第１のステップから、前記マイクロ波の照射を停止する第２のステップへの切り替えを、前記マイクロ波の照射によって前記アニール対象膜の温度Ｔ１が前記アニール対象膜の加熱目標温度Ｔ以上の温度に達した後であって、前記基板本体の温度が定常状態に達する時間よりも短い時間で行うように制御するものである。
【００１１】
本発明のマイクロ波加熱処理方法又はマイクロ波加熱処理装置は、前記アニール対象膜の温度Ｔ１と前記基板本体の温度Ｔ２との差Ｔ１−Ｔ２が最大となる時間と同じか、それよりも短い時間で前記第１のステップから前記第２のステップへの切り替えを行ってもよい。
【００１２】
本発明のマイクロ波加熱処理方法又はマイクロ波加熱処理装置は、予め実験的に得られた前記アニール対象膜の昇温データと前記基板本体の昇温データに基づき、前記第１のステップから前記第２のステップへの切り替えのタイミングが設定されていてもよい。
【００１３】
本発明のマイクロ波加熱処理方法又はマイクロ波加熱処理装置は、前記基板本体の温度の計測結果と、予め実験的に得られた前記アニール対象膜の昇温データに基づき、前記第１のステップから前記第２のステップへの切り替えのタイミングを決定してもよい。
【００１４】
本発明のマイクロ波加熱処理方法又はマイクロ波加熱処理装置は、前記アニール対象膜の昇温データが、前記アニール対象膜の膜厚、材質、又は前記マイクロ波のパワーに対応して準備されていてもよい。
【００１５】
本発明のマイクロ波加熱処理方法又はマイクロ波加熱処理装置は、前記第１のステップと前記第２のステップを、複数回繰り返してもよい。
【００１６】
本発明のマイクロ波加熱処理方法は、前記アニール対象膜の材質が金属であってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のマイクロ波加熱処理方法及びマイクロ波加熱処理装置によれば、過剰なマイクロ波照射による弊害を抑制し、短時間で効率良くアニール対象膜をアニール処理することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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】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】被処理体である半導体ウエハの一例の断面構造を示す模式図である。
【図６】図５に示す半導体ウエハをアニール処理して金属シリサイド層を形成した状態を示す模式図である。
【図７】被処理体である半導体ウエハの別の例の断面構造を示す模式図である。
【図８】被処理体である半導体ウエハのさらに別の例の断面構造を示す模式図である。
【図９】マイクロ波照射による加熱を行ったときのアニール対象膜及び基板本体の昇温挙動の一例を示したグラフである。
【図１０】マイクロ波照射による加熱を行ったときのアニール対象膜及び基板本体の昇温挙動の別の例を示したグラフである。
【図１１】アニール対象膜の膜厚を変えた場合のアニール対象膜と基板本体との温度差ΔＴを示したグラフである。
【図１２】アニール対象膜と基板本体との温度差ΔＴと、アニール対象膜の膜厚との関係を示したグラフである。
【図１３】アニール対象膜に対し、マイクロ波パワーを変化させてアニール処理を行った場合の基板本体の温度変化を示すグラフである。
【図１４】アニール対象膜に対し、マイクロ波パワーを変化させてアニール処理を行った場合のアニール対象膜と基板本体との温度差ΔＴを示すグラフである。
【図１５】第１のステップから第２のステップへの切り替えタイミングを記録したテーブルの一例を示す図面である。
【図１６】アニール処理によるＴｉシリサイドのフォーメーションカーブを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
＜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。
【００２２】
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。
【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。
【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。
【００２８】
＜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。
【００２９】
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。
【００３０】
＜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。
【００３１】
＜温度計測部＞
マイクロ波加熱処理装置１は、更に、ウエハＷの裏側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の裏側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。
【００３２】
＜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。
【００３３】
＜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。
【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。
【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、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。
【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（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。
【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。
【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。
【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、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。
【００４６】
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。マイクロ波加熱処理装置１は、半導体デバイスの作製工程において、例えばアニール処理などの目的で好ましく利用できる。
【００４７】
［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を用いて行われるマイクロ波加熱処理方法について説明する。まず、図５〜図８を参照しながら、本実施の形態のマイクロ波加熱処理方法における被処理体としてのウエハＷについて説明する。図５は、ウエハＷの一例の断面構造を模式的に示している。図５に示すように、ウエハＷは、基板本体２００と、この基板本体２００上に形成されたアニール対象膜２０１とを有している。なお、平板状をなすウエハＷの基板本体２００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。
【００４８】
基板本体２００の材質としては、特に制限はないが、例えば半導体を挙げることができる。基板本体２００を構成する半導体としては、例えばシリコン（Ｓｉ）やＧｅ（ゲルマニウム）のほか、ＧａＰ（リン化ガリウム）、ＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）、ＩｎＰ（リン化インジウム）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＳｉＣ（炭化ケイ素）等の化合物半導体を用いることができる。
【００４９】
アニール対象膜２０１としては、例えば、金属膜、絶縁膜、半導体膜を挙げることができる。ここで、金属膜の材質としては、例えば、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、プラチナ(Ｐｔ)、ハフニウム（Ｈｆ)、これらの合金などを挙げることができる。これらは、２種以上を組み合わせてもよい。
【００５０】
本実施の形態のマイクロ波加熱処理方法の一態様では、基板本体２００の材質がシリコンであり、アニール対象膜２０１が金属膜である場合に、金属膜をアニール処理することによってシリサイド化するプロセスを挙げることができる。この場合、例えば、図６に示したように、アニール処理によってアニール対象膜２０１の金属がシリサイド化されて金属シリサイド層２０２が形成される。また、本実施の形態のマイクロ波加熱処理方法の別の態様では、例えばアニール対象膜２０１中の欠陥を修復するプロセスなどを挙げることができる。
【００５１】
図７は、アニール対象膜と基板本体とを有する被処理体の別の例の断面構造を模式的に示している。図７に示す例では、ウエハＷは、基板本体２００と、この基板本体２００上に形成されたアニール対象膜２０１と、アニール対象膜２０１の上に形成された材料膜２０３を有している。ここで、材料膜２０３の種類は問わない。この例のように、アニール対象膜２０１は、ウエハＷの最表面に存在する場合に限らず、上層に他の膜が形成されていてもよい。
【００５２】
図８は、アニール対象膜と基板本体とを有する被処理体のさらに別の例の断面構造を模式的に示している。図８に示す例では、ウエハＷは、基板本体２００と、この基板本体２００上に形成された第１の材料膜２０４Ａと、第１の材料膜２０４Ａの上に形成されたアニール対象膜２０１と、アニール対象膜２０１の上に形成された第２の材料膜２０４Ｂを有している。ここで、第１の材料膜２０４Ａ，第２の材料膜２０４Ｂの種類は問わないし、さらに複数層の材料膜を含んでいてもよい。この例のように、アニール処理の目的が、アニール対象膜２０１のシリサイド化以外である場合は、基板本体２００とアニール対象膜との間に、他の材料膜が存在していてもよく、また、上層に他の膜が形成されていてもよい。
【００５３】
本実施の形態のマイクロ波加熱処理方法は、以下の第１のステップ及び第２のステップを含んでいる。図９は、図５と同様の構造で、アニール対象膜２０１が金属膜であり、基板本体２００がシリコン基板であるウエハＷに対してマイクロ波照射によるアニール処理を行ったときのアニール対象膜２０１及び基板本体２００の昇温挙動の一例を示したグラフである。図９のグラフは、ウエハＷの上方（アニール対象膜２０１の表面側；例えば図１において符号２６’で示す位置）と下方（基板本体２００の裏面側）の両方に放射温度計を設置して、アニール対象膜２０１と基板本体２００の温度を個別に計測することによって作成したものである。図９の紙面に向かって左側の縦軸は、アニール対象膜２０１の温度Ｔ１又は基板本体２００の温度Ｔ２を示し、同右側の縦軸は、それらの温度差ΔＴ（＝Ｔ１−Ｔ２）を示している。図９の横軸は、時間経過を示している。このアニール処理では、ｔ０からマイクロ波照射を開始し、ｔ５でマイクロ波の照射を停止している。そして、時間ｔ０からｔ５までの間に、時間ｔ１ではアニール対象膜２０１の温度Ｔ１が加熱目標温度Ｔに達し、時間ｔ２ではΔＴが最大となり、時間ｔ３では基板本体２００の温度Ｔ２が加熱目標温度Ｔに達し、時間ｔ４では基板本体２００の温度Ｔ２が定常状態に達している。
【００５４】
＜第１のステップ＞
本実施の形態のマイクロ波加熱処理方法において、第１のステップでは、アニール対象膜２０１と、アニール対象膜２０１が形成された基板本体２００と、を有するウエハＷに対してマイクロ波を照射して加熱する。具体的には、マイクロ波加熱処理装置１において、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内においてウエハＷの上方の空間に導入される。マイクロ波のパワーは、アニール対象膜２０１の膜種、膜厚や、アニール処理の目的に応じて異なるが、例えば、４つのマイクロ波導入ポート１０の合計で、５００Ｗ〜４０００Ｗの範囲内とすることが好ましい。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内に導入してもよいし、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。
【００５５】
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、例えば誘導加熱、ジュール加熱、磁性加熱等の電磁波加熱により、ウエハＷのアニール対象膜２０１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。
【００５６】
＜第２のステップ＞
本実施の形態のマイクロ波加熱処理方法において、第２のステップでは、マイクロ波の照射を停止する。すなわち、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への電圧の印加を停止する。第２のステップは、マイクロ波照射を停止した後で、ウエハＷの温度を下げる冷却時間を含むことができる。
【００５７】
＜第１のステップから第２のステップへの切り替え＞
本実施の形態のマイクロ波加熱処理方法は、制御部８の制御の下で、第１のステップから第２のステップへの切り替えを行う。切り替えのタイミングは、第１に、マイクロ波の照射によって、アニール対象膜２０１の温度Ｔ１が、アニール対象膜２０１の加熱目標温度Ｔと同じか、それ以上の温度に達した後である。アニール処理の目的（例えばシリサイド化）を達成するためには、加熱目標温度Ｔ以上の温度域までアニール対象膜２０１を加熱することが前提となる。図９に挙げた例では、アニール対象膜２０１が加熱目標温度Ｔに達するのは、時間ｔ１であり、最低限この時間ｔ１まではマイクロ波照射を継続する必要がある。
【００５８】
第２に、切り替えのタイミングは、基板本体２００の温度が定常状態に達する時間ｔ４よりも短い時間である。ここで、「定常状態」とは、同じ条件でマイクロ波照射を続けた場合に、温度がほぼ一定となる状態を意味し、例えば温度の変化率が±３％以内になった場合を定常状態と判断することができる。基板本体２００の温度が定常状態に達したｔ４以降は、アニール対象膜２０１と基板本体２００との間の熱拡散が支配的となるため、温度上昇が頭打ちになるとともに、アニール対象膜２０１を選択的に加熱することができない。また、基板本体２００の温度が定常状態に達する時間ｔ４以後もマイクロ波の照射を継続することは、アニール処理に必要な最低限の加熱温度及び加熱時間よりも、高い温度及び／又は不必要な長時間の加熱を行うことを意味する。そのため、内部加熱、局所加熱、選択加熱が可能であるというマイクロ波照射のメリットを十分に生かし切れない。つまり、基板本体２００の温度が定常状態となるｔ４以降の不必要な長時間のマイクロ波照射によって、スループットが低下したり、電力消費量が増加したりする、という問題が生じ、ウエハＷ全体のサーマルバジェットも増大する。
【００５９】
従来のマイクロ波加熱処理方法では、上述のように、基板本体２００の温度Ｔ２を計測することによってアニール対象膜２０１の温度を推測していた。そのため、基板本体２００の温度Ｔ２をリアルタイムで計測しながらマイクロ波照射の終点を決定する場合においても、あるいは、予め計測された温度Ｔ２の変化に基づいてマイクロ波照射の時間を設定しておく場合においても、温度Ｔ２がアニール対象膜２０１の加熱目標温度Ｔに達する時間を目安にしていた。そして、アニールの確実性を担保するため、図９で基板本体２００の温度が定常状態となる時間ｔ４以降もマイクロ波照射を継続し、例えばｔ５をマイクロ波照射の終点としていた。マイクロ波照射では、誘導加熱が支配的となるため、マイクロ波の電界強度は、表皮効果によってウエハＷの表面付近で最も大きくなる。昇温レートは電界強度に依存するため、例えば図５に示す構造のウエハＷをアニール処理する場合、基板本体２００よりも、表面側のアニール対象膜２０１の方が、昇温レートが大きく、かつ、より高温にまで加熱されるものと考えられる。例えば、図９に示すように、アニール対象膜２０１は、基板本体２００よりもマイクロ波照射による昇温レートが大きいため、時間ｔ１でアニール対象膜２０１の加熱目標温度Ｔに達する。従って、アニール対象膜２０１のアニール処理に必要な最低限のマイクロ波照射時間はｔ０〜ｔ１であり、時間ｔ１で、第１のステップから第２のステップへの切り替えを行うことによって、スループットと電力消費を最小限にできるとともに、ウエハＷ全体のサーマルバジェットを最も低減できる。
【００６０】
また、図９において、ΔＴが最大となる時間ｔ２及びその前後は、アニール対象膜２０１がマイクロ波により局所的かつ選択的に加熱されるため、基板本体２００との昇温レートの違いを利用して、アニール対象膜２０１を効率良く、優先的に加熱処理できる。つまり、ΔＴが最大に達する時間ｔ２付近では、基板への熱負荷を極力減らした状態で、相変化やシリサイドに必要な熱を薄膜中に与えることが可能になる。従って、アニール処理の確実性を高めるため、アニール対象膜２０１が加熱目標温度Ｔに到達した時間ｔ１以降もマイクロ波照射を継続する場合には、時間ｔ２に達する時間と同じか、それよりも前に第１のステップから第２のステップへの切り替えを行うことによって、アニール対象膜２０１と基板本体２００との昇温レートの差を有効に利用した効率的なアニール処理が可能になる。つまり、従来方法に比べ、スループットと電力消費を大幅に小さくできるとともに、ウエハＷ全体のサーマルバジェットを抑制したアニール処理が可能である。
【００６１】
さらに、図９に示した例で、アニール処理の確実性を高めるために時間ｔ１以降もマイクロ波照射を継続する場合には、時間ｔ４より前、好ましくは時間ｔ３までに、第１のステップから第２のステップへの切り替えを行うことによって、従来方法に比べ、スループットと電力消費を小さくできるとともに、ウエハＷ全体のサーマルバジェットを抑制したアニール処理が可能である。
【００６２】
図１０は、図５と同様の構造のウエハＷに対してマイクロ波照射による加熱を行ったときのアニール対象膜２０１及び基板本体２００の昇温挙動の別の例を示したグラフである。図９のグラフは、アニール対象膜２０１の温度Ｔ１が加熱目標温度Ｔに達するまでの時間ｔ１と、ΔＴが最大となる時間ｔ２との関係がｔ１＜ｔ２であった。それに対し、図１０のグラフでは、アニール対象膜２０１の温度Ｔ１が加熱目標温度Ｔに達するまでの時間ｔ１と、ΔＴが最大となる時間ｔ２とが、ｔ１≧ｔ２である点が図９と異なっており、それ以外は図９と同様である。すなわち、このアニール処理では、ｔ０からマイクロ波照射を開始し、ｔ５でマイクロ波の照射を停止している。そして、時間ｔ０からｔ５までの間に、時間ｔ２でΔＴが最大となり、時間ｔ１でアニール対象膜２０１の温度Ｔ１が加熱目標温度Ｔに達し、時間ｔ３では基板本体２００の温度Ｔ２が加熱目標温度Ｔに達し、時間ｔ４では基板本体２００の温度が定常状態に達している。
【００６３】
図１０に示すように、アニール対象膜２０１は、基板本体２００よりもマイクロ波照射による昇温レートが大きいため、時間ｔ１でアニール対象膜２０１の温度Ｔ１が加熱目標温度Ｔに達している。従って、アニール対象膜２０１のアニール処理に必要な最低限のマイクロ波照射時間はｔ０〜ｔ１である。また、ｔ０〜ｔ１までの間にはΔＴが最大となる時間ｔ２を含むため、マイクロ波によりアニール対象膜２０１を局所的かつ選択的に加熱し、基板本体２００との昇温レートの違いを最大限に利用して、アニール対象膜２０１を優先的に加熱処理できる。つまり、ｔ１≧ｔ２である場合にも、時間ｔ１で、第１のステップから第２のステップへの切り替えを行うことによって、スループットと電力消費を最小限にできるとともに、ウエハＷ全体のサーマルバジェットを最も低減できる。
【００６４】
また、図１０に示した例で、アニール処理の確実性を高めるために時間ｔ１以降もマイクロ波照射を継続する場合には、時間ｔ４より前、好ましくは時間ｔ３までに、第１のステップから第２のステップへの切り替えを行うことによって、従来方法に比べ、スループットと電力消費を小さくできるとともに、ウエハＷ全体のサーマルバジェットを抑制したアニール処理が可能である。
【００６５】
以上より、本実施の形態のマイクロ波加熱処理方法では、基板本体２００の温度が定常状態に達する時間ｔ４より前、好ましくは基板本体２００の温度Ｔ２が加熱目標温度Ｔに達する時間ｔ３まで、最も好ましくは、アニール対象膜２０１の温度Ｔ１が加熱目標温度Ｔに達する時間ｔ１で、第１のステップから第２のステップへの切り替えを行うことによって、過剰なマイクロ波照射による弊害を抑制しながら、短時間で効率良くアニール対象膜２０１をアニール処理することができる。
【００６６】
図１１は、アニール対象膜２０１の膜厚とΔＴとの関係を示したグラフである。図１１の縦軸はΔＴを示し、横軸はアニール処理の経過時間を示している。図１１中の曲線Ａ〜Ｃは、アニール対象膜２０１の膜厚の相対的な大小関係に対応しており、曲線Ａ＜曲線Ｂ＜曲線Ｃの順で膜厚が大きくなることを意味している。また、図１２は、図１１のΔＴ、又はΔＴまでの時間ｔを縦軸にとり、膜厚を横軸にとったグラフである。
【００６７】
図１１及び図１２から、アニール対象膜２０１の昇温過程において発生するΔＴの最大値（ΔＴmax）は、アニール対象膜２０１の膜厚が小さい程大きく、かつ短時間で現れている。逆に、アニール対象膜２０１の膜厚が大きい程ΔＴmaxは小さく、かつ発生までに時間がかかっている。具体的には、膜厚が小さい曲線ＡはΔＴmaxが最も大きい値であり、かつ最も早い時間ｔ２１で発現している。膜厚が大きい曲線ＣはΔＴmaxが最も小さい値であり、かつ最も遅れた時間ｔ２３で発現している。曲線ＢはΔＴmaxの大きさ、時間ｔ２２ともに、曲線Ａと曲線Ｃの間に位置している。このように、アニール対象膜２０１の膜厚と、ΔＴmaxが発現するまでの時間ｔ（ｔ２１、ｔ２２、ｔ２３）には、正比例に近い関係が認められ、逆に、アニール対象膜２０１の膜厚と、ΔＴmaxの大きさとの間には、反比例に近い関係が認められる。
【００６８】
また、図１１から、アニール対象膜２０１の膜厚が小さい程、ΔＴが定常状態となったときの値ΔＴstが小さく、かつΔＴの定常状態が短時間で現れ、アニール対象膜２０１の膜厚が大きい程ΔＴstは大きく、かつΔＴが定常状態になるまでに時間がかかっている。具体的には、膜厚が小さい曲線ＡはΔＴstが最も小さい値であり、かつ最も早い時間ｔ４１で発現している。膜厚が大きい曲線ＣはΔＴstが最も大きい値であり、かつ最も遅れた時間ｔ４３で発現している。曲線Ｂは、ΔＴstの大きさ、時間ｔ４２ともに、曲線Ａと曲線Ｃの間に位置している。ここで、ΔＴの「定常状態」とは、同じ条件でマイクロ波照射を続けた場合に、ΔＴがほぼ一定となる状態を意味し、例えばΔＴの変化率が±３％以内になった場合をΔＴの定常状態と判断することができる。
【００６９】
アニール対象膜２０１のΔＴが図１１及び図１２のような挙動を示す理由は、以下のように考えられる。上記のとおり、マイクロ波の電界強度は、表皮効果によってウエハＷの表面付近で最も大きくなる。そのため、例えば図５に示す構造のウエハＷをアニール処理する場合、アニール対象膜２０１の膜厚が小さい程、アニール対象膜２０１の厚みに占める表皮深さが大きくなる。従って、誘導加熱が支配的となる昇温過程では、アニール対象膜２０１の膜厚が小さい程、昇温レートが大きく、ΔＴmaxが短時間で現れ、かつ、より高温にまで加熱することができる。一方、ΔＴの定常状態では、アニール対象膜２０１と基板本体２００との間での熱拡散が支配的となるため、アニール対象膜２０１の膜厚が小さくなる程、熱容量が小さくなって、基板本体２００との間の温度差であるΔＴが小さくなるものと考えられる。
【００７０】
次に、アニール対象膜２０１に対し、マイクロ波パワーを変化させてアニール処理を行った実験結果について、図１３及び図１４を参照しながら説明する。基板本体２００としてのシリコンウエハの上に、アニール対象膜２０１として、厚さ３０ｎｍのＮｉ膜を形成したものを被処理体として使用した。この被処理体に対し、マイクロ波加熱処理装置１において、マイクロ波をＯＮにして、４つのマイクロ波導入ポート１０の合計で１０００Ｗ、１５００Ｗ、２０００Ｗのパワーでマイクロ波を３０秒間照射した後、マイクロ波をＯＦＦにして照射を停止した。アニール処理の間、シリコンウエハ（裏側）の温度と、Ｎｉ膜（表側）の温度をそれぞれ計測した。その結果を図１３及び図１４に示した。図１３の縦軸はシリコンウエハの計測温度を示し、横軸は経過時間を示している。なお、図１３の各曲線における破線部分は、マイクロ波の照射を３０秒間で停止せず、継続した場合のシリコンウエハの昇温カーブである。また、図１４の縦軸はΔＴを示し、横軸は経過時間を示している。図１３から、マイクロ波パワーの大きさに対応して、基板本体２００としてのシリコンウエハの温度が変化している。すなわち、マイクロ波パワーを１０００Ｗ、１５００Ｗ、２０００Ｗと大きくすると、それに伴って、シリコンウエハの温度も上昇していることがわかる。つまり、マイクロ波パワーとシリコンウエハの温度は、ほぼ正比例に近い関係を有している。一方、図１４から、１０００Ｗ、１５００Ｗ、２０００Ｗのいずれのパワーにおいても、ΔＴが最大となる時間ｔ２はほぼ同じであることがわかる。
【００７１】
図１３及び図１４において、マイクロ波パワーによらず、ΔＴが最大となる時間ｔ２がほぼ一定であることに着目すると、いずれのマイクロ波パワーにおいても、ΔＴが最大となる時間ｔ２を含むように第１のステップから第２のステップへの切り替えを行うことによって、選択加熱の利益を最大限に得ながら、マイクロ波照射時間の短縮化を図ることが可能である。また、ΔＴが最大となる時間ｔ２がほぼ一定であることから、マイクロ波パワーを可変にすることによって、プロセス時間を大きく変化させることなく、加熱温度を調節できることが理解される。従って、マイクロ波加熱処理装置１において、制御部８の制御の下で、マイクロ波パワーを変化させることによって、所望の温度で短時間にアニール対象膜２０１をアニール処理できる。
【００７２】
以上の知見を踏まえ、本実施の形態のマイクロ波加熱処理方法では、予め実験的にアニール対象膜２０１の熱挙動を計測し、それに基づき、第１のステップから第２のステップへの切り替えのタイミングを、マイクロ波加熱処理装置１の制御部８にレシピの一部分として保存したものを利用できる。具体的には、例えば、上記温度Ｔ１、Ｔ２、ΔＴ、ΔＴst、時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ２１、ｔ２２、ｔ２３、ｔ４１、ｔ４２、ｔ４３などの計測データに基づき、アニール対象膜２０１の材質、膜厚、マイクロ波パワーなどに応じて、第１のステップから第２のステップへの切り替えのタイミングを対応付けしたテーブルを作成しておく。例えば、図１５は、アニール対象膜２０１がＴｉ膜である場合について、第１のステップから第２のステップへの切り替えタイミングを対応付けたテーブルの一例である。図１５のテーブルは、Ｔｉ膜について、膜厚毎、マイクロ波パワー毎の切り替え時間が示されている。なお、マイクロ波パワーは４つのマイクロ波導入ポート１０の合計である。そして、当該テーブルを制御部８の記憶装置１０５またはコンピュータ読み取り可能な記録媒体１１５に保存しておき、実際のアニール処理の際に、当該テーブルから、アニール対象膜２０１の材質及び膜厚や、マイクロ波パワーに応じて、第１のステップから第２のステップへの切り替えのタイミングを読み出し、利用することができる。
【００７３】
また、本実施の形態のマイクロ波加熱処理方法では、温度計測部２７による基板本体２００の裏側の表面温度の計測結果に基づき、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に保存した図１５と同様のテーブルから、アニール対象膜２０１の温度をリアルタイムで推算し、第１のステップから第２のステップへの切り替えのタイミングを決定するようにしてもよい。
【００７４】
以上のように、本実施の形態のマイクロ波加熱処理方法では、予め実験的に得られたアニール対象膜２０１の昇温データと基板本体２００の昇温データに基づき、第１のステップから第２のステップへの切り替えのタイミングを決定することが好ましい。この場合、昇温データは、アニール対象膜２０１の膜厚、材質、マイクロ波パワーの大きさに応じて準備しておくことが好ましい。
【００７５】
また、本実施の形態のマイクロ波加熱処理方法は、１枚のウエハＷに対して、第１のステップと第２のステップを２回以上繰り返し行うことができる。第１のステップと第２のステップを２回以上繰り返すことによって、基板温度を極力下げた状態で薄膜の処理に必要な熱量を供給できる、といった効果が得られる。この場合、第２のステップから、次の回の第１のステップを開始するまでの時間は、ウエハＷの温度を降下させる冷却時間を考慮して、例えば３０秒から１２０秒の範囲内とすることができる。
【００７６】
次に、アニール対象膜２０１に対し、温度を変化させてアニール処理を行った実験結果について、図１６を参照しながら説明する。基板本体２００としてのシリコンウエハ上に、厚さ２ｎｍのＴｉ層及び厚さ５ｎｍのＴｉＮ層をこの順に形成したものを被処理体とした。この被処理体に対して、マイクロ波加熱処理装置１を用いて、アニール対象膜２０１としてのＴｉ層に対してアニール処理を実施し、Ｔｉ層をシリサイド化した。アニール処理は、マイクロ波をＯＮにして３０００〜６０００Ｗのパワーでマイクロ波を１０〜６０秒間照射した後、マイクロ波をＯＦＦにして照射を停止した。また、比較のため、同じ被処理体に対して同じＯＮ／ＯＦＦ時間で、ランプ加熱方式のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）を行った。これらの結果を図１６に示した。図１６は、Ｔｉシリサイドのフォーメーションカーブを示しており、縦軸はアニール処理後のＴｉ層の表面抵抗（Ｒｓ）を示し、横軸はシリコンウエハの裏側の温度を示している。アニール処理によってシリサイド層（ＴｉＳｉ層又はＴｉＳｉ２層）の形成が進むに従い、Ｔｉ膜の表面抵抗は小さくなる。図１６から、本実施の形態のマイクロ波加熱処理方法によって、ランプ加熱に比べ、より低い加熱温度（シリコンウエハの裏面側）で、シリサイド層を形成できることが確認された。なお、この実験でのマイクロ波照射時間は、スループットの向上や、電力消費・サーマルバジェットの抑制効果を最適化したものではないため、最適化を行なうことにより、一層低温化されたシリサイド層の形成が可能となる。
【００７７】
＜加熱処理の具体的手順＞
次に、マイクロ波加熱処理装置１を使用するアニール処理の具体的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５ａ、排気装置６等）に制御信号が送出される。
【００７８】
そして、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、アニール対象膜２０１が形成されたウエハ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。そして、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を所定の高さ位置にセットする。この高さで、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てもよい。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。この場合、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。
【００７９】
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。
【００８０】
次に、制御部８の制御の下で、所定の高さ位置に保持されたウエハＷに対し、上記第１のステップ及び第２のステップを含むアニール処理を実施する。第１のステップから第２のステップへの切り替えは、主制御部１０１からマイクロ波導入装置３へマイクロ波照射を停止させる制御信号を送出することにより実施される。
【００８１】
必要に応じて、上記第１のステップ及び第２のステップを含むアニール処理を複数回繰り返すことができる。
【００８２】
最終的なアニール処理の終了は、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を送出することにより行われる。この制御信号によって、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。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。
【００８３】
上記手順は、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。
【００８４】
以上のように、本実施の形態のマイクロ波加熱処理方法によれば、過剰なマイクロ波照射による弊害を抑制しながら、短時間で効率良くアニール対象膜２０１をアニール処理することができる。
【００８５】
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場合にも適用できる。
【００８６】
また、マイクロ波加熱処理装置におけるマイクロ波導入の方式や、マイクロ波ユニット３０の数（マグネトロン３１の数）、マイクロ波導入ポート１０の数などは、上記実施の形態で説明した態様に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００８７】
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】
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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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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