微波加熱處理裝置和處理方法

專利名稱：微波加熱處理裝置和處理方法
技術領域：
本發明涉及將微波導入到處理容器進行規定的處理的微波加熱處理裝置和使用該微波加熱處理裝置對被處理體進行加熱處理的處理方法。
背景技術：
隨著LSI (Large-scale Integration:大規模集成電路)元件、存儲元件(memorydevice)的細微化的不斷發展，晶體管制造工序中的擴散層的深度變淺。以往，注入到擴散層的摻雜原子(doping atom)的活性化是通過使用燈加熱器(lamp heater)的被稱為RTA(Rapid Thermal Annealing:快速退火)的快速加熱處理進行的。但是,在RTA處理中，由于摻雜原子的擴散不斷進行，因此，出現擴散層的深度超過允許范圍而變深，從而成為細微設計的障礙的問題。當擴散層的厚度的控制不完善時，會成為漏電流的產生等元件的電特性降低的重要因素。近年來，作為對半導體晶片施行熱處理的裝置，提出了使用微波的裝置。當以微波加熱進行摻雜原子的活性化時，微波會直接作用于摻雜原子，因此，具有不引起剩余(過度)加熱，能夠抑制擴散層的擴散的優點。作為利用微波的加熱裝置，例如在專利文獻I中，提出了一種基板處理裝置，該基板處理裝置構成為，處理室的內壁面中，將與支承于基板支承部的基板的處理面相對的面和在關閉基板搬入搬出口時構成處理室的內壁面的一部分的開閉部所構成的面連結的線，相對于基板的處理面傾斜(例如，專利文獻I)。現有技術文獻專利文獻專利文獻1:日本特開2011-66254號公報

發明內容
發明要解決的課題但是，當通過微波加熱進行摻雜原子的活性化時，需要供給某種程度大的電力。為此，設置多個微波導入口從而將微波導入到處理容器內的方法有效率。但是，當設置有多個微波導入口時，存在由于從一個微波導入口被導入的微波進入到另外的微波導入口從而電力的利用效率和加熱效率降低的問題。另外，微波加熱的情況下，也存在當微波直接照射到位于微波導入口的正下方的半導體晶片時在半導體晶片的面內產生局部的加熱不勻的問題。本發明是鑒于上述的問題而提出的，其目的在于，提供一種具有良好的電力的利用效率和加熱效率并且能夠對被處理體進行均勻的處理的微波加熱處理裝置和處理方法。用于解決課題的技術方案本發明的微波加熱處理裝置包括:處理容器，其在內部具有微波發射空間，并且收納被處理體；
支承部，其在上述處理容器內支承被處理體；和微波導入裝置，其生成用于對上述被處理體進行加熱處理的微波并導入到上述處
理容器。本發明的微波加熱處理裝置中，上述處理容器，具有上壁、底壁和側壁，并且上述側壁的水平截面形狀具有四個直線部分，上述微波導入裝置，具有作為上述多個微波源的第一至第四的微波源，上述上壁具有將在上述第一至第四的微波源的各個中生成的上述微波導入到上述處理容器的第一至第四的微波導入口。本發明的微波加熱處理裝置中，上述第一至第四的微波導入口各自在俯視時呈具有長邊和短邊的矩形，各微波導入口，以其長邊與上述四個直線部分中的至少一個直線部分平行的方式進行配置。另外，本發明的微波加熱處理裝置中，上述第一至第四的微波導入口設置于比被處理體更向外側偏離的位置，使得與被上述支承部支承的被處理體在垂直方向上不重疊，并且在各個微波導入口的正下方，相對設置有使微波向被處理體的方向反射的傾斜部。本發明的微波加熱處理裝置中，也可以是，上述第一至第四的微波導入口配置于互相改變90°角度的旋轉位置，上述直線部分各自與上述第一至第四的微波導入口中的一個對應地設置。本發明的微波加熱處理裝置中，上述側壁的水平截面形狀也可以包括上述四個直線部分和介于各直線部分之間的曲線部分。本發明的微波加熱處理裝置中，上述傾斜部也可以以包圍被處理體的方式設置于其周圍。本發明的微波加熱處理裝置中，也可以是，上述微波發射空間由上述上壁、上述側壁和設置于上述上壁與上述底壁之間的分隔部劃定，上述傾斜部設置于上述分隔部。另外，上述傾斜部，也可以以上述被處理體的高度為基準位置，具有包括比該基準位置更上方的位置和更下方的位置的斜面。本發明的處理方法，利用微波加熱處理裝置，對上述被處理體進行加熱處理，該微波加熱處理裝置包括:處理容器，其在內部具有微波發射空間，并且收納被處理體；支承部，其在上述處理容器內支承被處理體；和微波導入裝置，其生成用于對上述被處理體進行加熱處理的微波并導入到上述處
理容器，本發明的處理方法中，上述處理容器，具有上壁、底壁和側壁，并且上述側壁的水平截面形狀具有四個直線部分，上述微波導入裝置，具有作為上述多個微波源的第一至第四的微波源，上述上壁具有將在上述第一至第四的微波源的各個中生成的上述微波導入到上述處理容器的第一至第四的微波導入口，本發明的處理方法中，上述第一至第四的微波導入口各自在俯視時呈具有長邊和短邊的矩形，各微波導入口，以其長邊與上述四個直線部分中的至少一個直線部分平行的方式配置。另外，本發明的微波加熱處理裝置中，上述第一至第四的微波導入口設置于比被處理體更向外側偏離的位置，使得與被上述支承部支承的被處理體在垂直方向上不重疊，并且在各個微波導入口的正下方，相對設置有使微波向被處理體的方向反射的傾斜部。發明效果本發明的微波加熱處理裝置和處理方法，減少發射到處理容器內的微波的損失并具有良好的電力的利用效率和加熱效率。另外，根據本發明，能夠對被處理體進行均勻的加熱處理。


圖1是表示構成本發明的實施方式的微波加熱處理裝置的概略結構的截面圖。圖2是表示構成本發明的實施方式中的微波導入裝置的高電壓電源部的概略結構的說明圖。圖3是表示圖1所示的處理容器的頂部的下表面的俯視圖。圖4是放大表示微波導入口的說明圖。圖5是表示傾斜部的作用的說明圖。圖6是表示圖1所示的控制部的結構的說明圖。圖7A是示意性地表示從微波導入口發射的微波的電磁場矢量的說明圖。圖7B是示意性地表示從微波導入口發射的微波的電磁場矢量的另外的說明圖。圖8A是表示比較例中的電力吸收效率的仿真模擬結果的圖。圖8B是表示本發明的實施方式中的電力吸收效率的仿真模擬結果的圖。附圖符號1.微波加熱處理裝置、2.處理容器、3.微波導入裝置、4.支承裝置、5.氣體供給機構、5a.氣體供給裝置、6.排氣裝置、8.控制部、10、10A、10B、10C、10D.微波導入口、12.側壁部、12A、12B、12C、12D.直線部分、22.噴頭部、23.整流板、23A.傾斜部、30.微波單元、31.磁控管、32.波導管、33.透射窗、34.循環器、35.檢測器、36.調諧器、37.假負載、40.高電壓電源部、41.AC-DC轉換電路、42.開關電路、43.開關控制器、44.升壓變壓器、45.整流電路、81.程序控制器、82.用戶界面、83.存儲部、W.半導體晶片。
具體實施例方式下面，參照附圖，詳細說明本發明的實施方式。首先，參照圖1說明構成本發明的一種實施方式的微波加熱處理裝置的概略結構。圖1是表示構成本實施方式的微波加熱處理裝置的概略結構的截面圖。構成本實施方式的微波加熱處理裝置I是伴隨著連續的多個動作，例如對半導體元件制造用的半導體晶片(以下，簡記為‘晶片’ )W照射微波從而施行退火處理的裝置。微波加熱處理裝置I具有:收納作為被處理體的晶片W的處理容器2、將微波導入到處理容器2內的微波導入裝置3、在處理容器2內支承晶片W的支承裝置4、將氣體供給于處理容器2內的氣體供給機構5、對處理容器2內進行減壓排氣的排氣裝置6和控制這些微波加熱處理裝置I的各構成部的控制部8。〈處理容器〉處理容器2由金屬材料形成。作為形成處理容器2的材料，例如使用鋁、鋁合金、不銹鋼等。處理容器2，其內部呈空洞，并具有:作為上壁的板狀的頂部11、作為底壁的底部
13、作為連結頂部11與底部13的側壁的側壁部12、以上下貫通頂部11的方式設置的多個微波導入口 10、設置于側壁部12的搬入搬出口(圖示省略)和設置于底部13的排氣口 13a。搬入搬出口用于在與處理容器2相鄰的無圖示的搬送室之間進行晶片W的搬入搬出。在處理容器2與搬送室之間，設置有門閥(gate valve)(無圖示)。門閥具有打開或關閉搬入搬出口的功能，其在關閉狀態將處理容器2氣密密封，并且在打開狀態能夠將晶片W在處理容器2與無圖示的搬送室之間移送。另外，在后面詳細說明側壁部12的形狀。微波導入裝置3設置于處理容器2的上部，起到將電磁波(微波)導入到處理容器2內的微波導入單元的功能。在后面詳細說明微波導入裝置3的結構。<支承裝置>支承裝置4具有:配置于處理容器2內的板狀且中空的升降(lift)板15、從升降板15的上表面向上方延伸的管狀的多個支承銷14和從升降板15的下表面貫通底部13并延伸到處理容器2的外部的管狀的軸(shaft，柄)16。軸16在處理容器2的外部固定于無圖示的致動器(actuator)。多個支承銷14在處理容器2內與晶片W抵接來支承晶片W。多個支承銷14以其上端部在晶片W的圓周方向并排的方式進行配置。另外，多個支承銷14、升降板15和軸16構成為，能夠通過無圖示的致動器使晶片W上下移位。另外，多個支承銷14、升降板15以及軸16構成為，能夠通過排氣裝置6使晶片W吸附于多個支承銷14。具體而言，多個支承銷14和軸16各自呈在升降板15的內部空間連通的管狀的形狀。另外，在多個支承銷14的上端部形成有用于吸引晶片W的背面的吸附孔。多個支承銷14和升降板15由電介體材料形成。作為形成多個支承銷14和升降板15的材料，例如能夠使用石英、陶瓷等。<排氣機構>微波加熱處理裝置I還具有:連接排氣口 13a和排氣裝置6的排氣管17、連接軸16與排氣管17的排氣管18、設置于排氣管17的途中的壓力調整閥19和設置于排氣管18的途中的開閉閥20與壓力計21。排氣管18以在軸16的內部空間連通的方式，直接或間接地連接到軸16。壓力調整閥19設置于排氣口 13a和排氣管17、18的連接點之間。排氣裝置6具有干式真空泵(dry pump)等的真空泵。通過運行排氣裝置6的真空泵，對處理容器2的內部空間進行減壓排氣。此時，通過使開閉閥20處于打開狀態，吸引晶片W的背面，能夠使晶片W吸附到多個支承銷14而進行固定。另外，作為排氣裝置6能夠以設置于設置有微波加熱處理裝置I的設施的排氣設備替代干式真空泵等的真空泵而使用。<氣體導入機構>微波加熱處理裝置I還具有:將氣體供給于處理容器2內的供給機構5。氣體供給機構5具有:具有無圖示的氣體供給源的供給裝置5a、在處理容器2內配置于配置晶片W的預定的位置的下方的噴頭部(shower head) 22、配置于噴頭部22與側壁部12之間的呈環狀的整流板(current plate)23、連接噴頭部22與氣體供給裝置5a的管道24和連接到氣體供給裝置5a并且將處理氣體導入到處理容器2內的多個管道25。噴頭部22和整流板23例如由鋁、鋁合金、不銹鋼等的金屬材料形成。噴頭部22用于當對晶片W施行較低溫的處理時，由冷卻氣體對晶片W進行冷卻。噴頭部22具有連通到管道24的氣體通路22a、連通到氣體通路22a并且向晶片W噴出冷卻氣體的多個氣體噴出孔22b。圖1所示的例中，在噴頭部22的上表面側形成有多個氣體噴出孔22b。另外，氣體噴頭部22不是微波加熱處理裝置I中的必須的構成元件，也可以不設置。整流板23具有以上下貫通整流板23的方式設置的多個整流孔23a。整流板23用于對在處理容器2內配置晶片W的預定的區域的氣氛進行整流并使其流向排氣口 13a。在整流板23的上表面(與頂部11相對的面)設置有傾斜部23A。在后面說明傾斜部23A的詳細的結構。氣體供給裝置5a構成為，作為處理氣體或冷卻氣體，例如能夠供給N2、Ar、He、Ne、02、H2等的氣體。另外，作為將氣體供給于處理容器2內的單元，也可以以不包含于微波加熱處理裝置I的結構的外部的氣體供給裝置替代氣體供給裝置5a而使用。雖然無圖示，但是微波加熱處理裝置I還具有設置于管道24、25的途中的質量流量控制器(mass flow controller)和開閉閥。由質量流量控制器和開閉閥控制供給于噴頭部22和處理容器2內的氣體的種類、這些氣體的流量等。〈微波發射空間〉本實施方式的微波加熱處理裝置I中，在處理容器2內，以頂部11、四個側壁部
12、噴頭部22以及整流板23分隔的空間形成微波發射空間S。在該微波發射空間S中，微波從設置于頂部11的多個微波導入口 10發射。在此，噴頭部22和整流板23，除上述的功能，還兼有作為在處理容器2內規定微波發射空間S的下端的分隔部的作用。處理容器2的頂部11、四個側壁部12、噴頭部22以及整流板23均由金屬材料形成，因此，反射微波，使其散射于微波發射空間S內。〈溫度測量部〉微波加熱處理裝置I還具有測量晶片W的表面溫度的多個發射溫度計26和連接到多個發射溫度計26的溫度測量部27。另外，圖1中，除測量晶片W的中央部的表面溫度的發射溫度計26之外，省略多個發射溫度計26的圖示。多個發射溫度計26，從底部13向配置晶片W的預定的位置延伸，以使其上端部接近晶片W的背面。<微波導入裝置>接著，參照圖1和圖2，說明微波導入裝置3的結構。圖2是表示微波導入裝置3的高電壓電源部的概略結構的說明圖。如上所述，微波導入裝置3設置于處理容器2的上部，并起到將電磁波(微波)導入到處理容器2內的微波導入單元的功能。如圖1所示，微波導入裝置3具有將微波導入到處理容器2的微波單元30和連接到多個微波單元30的高電壓電源部40。(微波單元)本實施方式中，多個微波單元30的結構全部是一樣的。各微波單元30具有:生成用于處理晶片W的微波的磁控管31、將磁控管31中生成的微波傳送到處理容器2的波導管32和以堵塞微波導入口 10的方式固定于頂部11的透射窗33。磁控管31對應于本發明中的微波源。
磁控管31具有施加有由高電壓電源部40供給的高電壓的陽極和陰極(均無圖示)。另外，作為磁控管31，能夠使用能夠振蕩產生各種頻率的微波的磁控管。由磁控管31生成的微波，對每次被處理體的處理逐一選擇最優的頻率，例如在退火處理中，優選
2.45GHz,5.8GHz等的高頻率的微波、特別優選5.8GHz的微波。波導管32，呈截面為矩形且方矩形管狀的形狀，并從處理容器2的頂部11的上表面向上方延伸。磁控管31連接到波導管32的上端部的附近。波導管32的下端部連接到透射窗33的上表面。磁控管31中生成的微波經由波導管32和透射窗33導入到處理容器2內。透射窗33由電介體材料形成。作為透射窗33的材料，例如能夠使用石英、陶瓷等。透射窗33與頂部11之間，被無圖示的密封(seal、屏蔽)材料氣密地密封。從透射窗33的下表面到支承于支承銷14的晶片W的表面的高度的垂直距離(間隙(gap) G)，從抑制微波直接發射到晶片W的角度上，例如優選25mm以上，進一步優選25mnT50mm的范圍內。微波單元30還具有設置于波導管32的途中的循環器(circulator)34、檢測器35以及調諧器(tuner) 36和連接到循環器34的假負載(dummy load) 37。從波導管32的上端部側依次設置有循環器34、檢測器35以及調諧器36。循環器34和假負載37構成分離來自處理容器2的反射波的隔離器(isolator)。也就是說，循環器34將來自處理容器2的反射波引導到假負載37，假負載37將被循環器34引導的反射波轉換為熱。檢測器35用于檢測波導管32中的來自處理容器2的反射波。檢測器35例如由阻抗監控儀(impedance monitor),具體而言，由檢測波導管32中的駐波的電場的駐波監控儀構成。駐波監控儀例如能夠由突出到波導管32的內部空間的三根針(pin)構成。通過由駐波監控儀檢測駐波的電場的位置、相位以及強度，能夠檢測來自處理容器2的反射波。另外，檢測器35也可以由能夠檢測行波(前進波)和反射波的定向I禹合器(directionalcoupler:方向I禹合器)構成。調諧器36具有將磁控管31和處理容器2之間的阻抗匹配的功能。通過調諧器36的阻抗匹配是基于檢測器35中的反射波的檢測結果而進行的。調諧器36例如能夠由以能夠進出波導管32的內部空間的方式進行設置的導體板(圖示省略)構成。此時，通過控制導體板向波導管32的內部空間的突出量，調整反射波的電能，從而能夠調整磁控管31與處理容器2之間的阻抗。(高電壓電源部)高電壓電源部40對磁控管31供給用于生成微波的高電壓。如圖2所示，高電壓電源部40具有:連接到商用電源的AC-DC轉換電路(交直流轉換電路)41、連接到AC-DC轉換電路41的開關電路(switching circuit) 42、控制開關電路42的動作的開關控制器(switching controller)43、連接到開關電路42的升壓變壓器44和連接到升壓變壓器44的整流電路45。磁控管31經由整流電路45連接到升壓變壓器44。AC-DC轉換電路41是對來自商用電源的交流(例如，三相200V的交流)進行整流并轉換為規定的波形的直流的電路。開關電路42是控制被AC-DC轉換電路轉換的直流的開啟與關閉的電路。開關電路42中，由開關控制器43進行移相型(phase shift)的PWM(Pulse Width Modulation、脈沖寬度調制)控制或 PAM (Pulse Amplitude Modulation、脈沖幅度調制)控制，從而生成脈沖狀的電壓波形。升壓變壓器44將從開關電路42輸出的電壓波形升壓到規定的大小。整流電路45是對被升壓變壓器44升壓的電壓進行整流并供給到磁控管31的電路。<側壁部的形狀和微波導入口的配置>接著，參照圖1、圖3以及圖4，詳細說明本實施方式中的側壁部12的形狀和微波導入口 10的配置的關系。圖3表示從處理容器2的內部觀察圖1所示的處理容器2的頂部11的下表面的狀態。另外，圖4是放大表不一個微波導入口 10的俯視圖。圖3中，以雙點劃線將晶片W的大小和位置重疊在頂部11進行表示。符號0表示晶片W的中心，并且，在本實施方式中，也表示頂部11的中心。側壁部12呈水平截面包 括四個直線部分和介于各直線部分之間的四個曲線部分的形狀。側壁部12的內壁面具有作為反射微波的反射面的功能。圖3中，為了說明上的方便，在頂部11和側壁部12的內壁面的邊界中，區分四個直線部分并附上符號12A、12B、12C、12D，區分四個曲線部分并附上符號12E、12F、12G、12H，表示它們的位置。圖3所示的頂部11和側壁部12的內壁面的邊界的形狀對應于側壁部12的水平截面形狀。也就是說，圖3中的四個直線部分12A、12B、12C、12D對應于側壁部12的水平截面中的四個直線部分，四個曲線部分12E、12F、12G、12H對應于側壁部12的水平截面中的四個曲線部分。從而，在以下的說明中，所謂四個直線部分12A、12B、12C、12D的說法中也包含側壁部12的水平截面形狀中的直線部分的含義，所謂四個曲線部分12E、12F、12G、12H的說法中，也包含側壁部12的水平截面形狀中的曲線部分的含義。側壁部12的內壁面中，相當于四個直線部分的部分為平面，相當于四個曲線部分的部分為曲面。圖3中符號M表示通過頂部11的中心0和四個直線部分12A、12B、12C、12D的中點的中央線。另外，晶片W的中心和頂部11的中心也可以不一定重疊。如圖3所示，在本實施方式中，頂部11中具有等間隔配置的四個微波導入口 10。以下，當將四個微波導入口 10互相區分而表示時，附上符號10A、10B、10C、10D而表示。另夕卜，在本實施方式中，在各微波導入口 10分別連接有微波單元30。總之，微波單元30的數為4個。微波導入口 10呈具有長邊和短邊的平面矩形。微波導入口 10的長邊的長度1^和短邊的長度L2的比(L1Zl2),例如優選1.2 3的范圍內，進一步優選1.5 2.5的范圍內。另夕卜，比IVL2>1。上述比L1Zl2設為1.2^3的范圍內是為了控制從微波導入口 10發射到處理容器2內的微波的指向性。也就是說，該比L1Zl2不足1.2時，向著與微波導入口 10的長邊平行的方向(與短邊垂直的方向)的微波的指向性和向著與微波導入口 10的長邊垂直的方向(與短邊平行的方向)的微波的指向性之間差別變得不明顯。另一方面，當上述比L1Zl2超過3時，由于向著微波導入口 10的正下方和與微波導入口 10的長邊平行的方向的微波的指向性過于變弱，有時使晶片W的加熱效率降低。這樣，本實施方式中，通過將上述比L1Zl2設為1.2^3的范圍內，與向著與微波導入口 10的長邊平行的方向的微波的指向性相比，能夠使向著與微波導入口 10的長邊垂直的方向的微波的指向性相對地稍微增強。另外，微波導入口 10的長邊的長度L1例如對于波導管32的管內波長入g，優選，設為L1=IiX Ag/2 (在此，n表示整數)，進一步優選，n=2。對每個微波導入口 10，各微波導入口 10的大小、上述比L1Zl2也可以不同，但是，從提高對晶片W的加熱處理的均勻性并且改善控制性的角度，優選四個微波導入口 10全部為相同的大小和形狀。
本實施方式中，四個微波導入口 10，以它們全部都離開晶片W的正上方的方式進行配置。也就是說，四個微波導入口 10全都設置為，在與支承于支承裝置4的晶片W垂直的方向(即，在上下)上不重疊。本實施方式中，四個微波導入口 10各自設置為，其長邊平行于四個直線部分12A、12B、12C、12D當中的至少一個。例如，圖3中，微波導入口 IOA的長邊平行于直線部分12A、12C。從比IVL2例如為1.2 3的微波導入口 IOA發射的微波的指向性，與平行于其長邊的方向相比，相對地，在垂直于其長邊的方向上，有稍微增強的趨勢。并且，從微波導入口 IOA發射的微波當中，向著垂直于長邊的方向的微波被具有直線部分12A、12C的內壁面反射。具有直線部分12A、12C的內壁面平坦，并相對于微波導入口 IOA的長邊，被平行地設置，因此，生成的反射波在處理容器2內分散。這樣，將比L1Zl2例如為1.2^3的四個微波導入口10配置為，各自的長邊在具有四個直線部分12A、12B、12C、12D的側壁部12中，平行于平坦的內壁面，從而能夠控制從微波導入口 10發射的微波和反射波的方向。另外，本實施 方式中，上述KIVL2例如為1.2^3的四個微波導入口 10配置于互相改變90°角度的回轉位置。總之，四個微波導入口 10以頂部11的中心0為基準回轉對稱地進行配置，該回轉角為90°。這樣，通過將四個微波導入口 10以頂部11的中心0為基準對稱地進行配置，能夠將微波均勻地導入到處理容器2內。另外，各微波導入口 10的中心也可以與中央線M不重疊。從而，例如也可以將各微波導入口 10配置于遠離中央線M的位置。但是，從謀求微波均勻地導入到處理容器2內的觀點，各微波導入口 10優選靠近上述中央線M進行配置，如圖3所示，進一步優選以至少各微波導入口 10的一部分重疊于中央線M的方式進行配置，進一步優選各微波導入口 10的中心重疊于中央線M上。以上，舉例的是微波導入口 10A，但是，微波導入口 10B、10CU0D也配置為，在各自另一個微波導入口 10和側壁部12之間，上述關系成立。<傾斜部和各微波導入口的配置>接著，參照圖1、圖3以及圖5詳細說明本實施方式中的傾斜部23A的配置和微波導入口 10的配置的關系。圖5是表示傾斜部23A的作用的說明圖。如上所述，氣體供給機構5中的噴頭部22和整流板23兼有作為規定微波發射空間S的下端的分隔部的作用。并且，整流板23具有向晶片W的方向反射微波的傾斜部23A。也就是說，在晶片W的周圍，以包圍晶片W的方式進行設置的整流板23的上表面，以從晶片W側(內側)朝向側壁部12側(外側)擴開的方式傾斜。傾斜部23A與四個微波導入口 10上下相向地設置。本實施方式中，為了從晶片W的周圍使微波有效地向其中心集中，以晶片W的聞度為基準位置Po，以具有包括比該基準位置Po更靠上方的上方位置P1和更靠下方的下方位置P2的斜面的方式設置有整流板23的傾斜部23A。也就是說，如圖5所示，整流板23的傾斜的上表面(傾斜部23A)的上端位于比支承于支承銷14的晶片W更靠上方的位置(上方位置卩:)。另外，整流板23的傾斜的上表面(傾斜部23A)的下端位于比支承于支承銷14的晶片W更靠下方的位置(下方位置P2)。圖5以電磁場矢量100、101示意性地表示在整流板23的傾斜部23A反射的微波的方向。本實施方式中，傾斜部23A設置于與四個微波導入口 10上下相對的位置，因此，能夠由傾斜部23A，使從微波導入口 10發射并向著下方的微波發射空間S內(S卩，從處理容器2的頂部11側朝向整流板23側)的微波反射，從而改變為朝向晶片W的中心的方向。這樣，使微波從晶片W的周圍向其中心集中，利用反射波提高加熱效率，能夠均勻地加熱晶片W的整個面。傾斜部23A的角度和寬度沿側壁部12的內壁面(在晶片W的全周圍)不變。整流板23的上表面(傾斜部23A)的角度是任意的，是能夠使從各微波導入口 10發射的微波有效地向晶片W方向反射的角度即可。具體而言，考慮微波導入口 10的配置、形狀(例如，上述比L1Zl2)、間隙G等，能夠恰當設置。本實施方式的微波加熱處理裝置I中，通過將傾斜部23A設置于整流板23，與以另外的部件設置有傾斜部的情況相比，削減了零件數量，實現了裝置結構的簡化。另外，傾斜部23A例如設置于各微波導入口 10的正下方即可，不需要一定設置在晶片W的全周圍，但是，為了謀求基于處理容器2內的微波的擴散的晶片W的均勻加熱，優選設置于晶片W的全周圍。〈控制部〉微波加熱處理裝置I的各構成部，各自連接于控制部8，被控制部8控制。控制部8，典型的為計算機。圖6是表示圖1所示的控制部8的結構的說明圖。圖6所示的例中，控制部8具有:具有CPU的程序控制器(process controller) 81、連接于該程序控制器81的用戶界面(user interface) 82和存儲部83。程序控制器81是在微波加熱處理裝置I中將例如與溫度、壓力、氣體流量、微波輸出(微波功率)等的程序條件有關的各構成部(例如微波導入裝置3、支承裝置4、氣體供給裝置5a、排氣裝置6、溫度測量部27等)總括進行控制的控制單元。用戶界面82具有工序管理者為了管理微波加熱處理裝置I而進行命令的輸入操作等的鍵盤或觸感控制板(touch panel)、將微波加熱處理裝置I的運行狀況進行可視化顯示的顯示器等。存儲部83中保存有用于通過程序控制器81的控制實現在微波加熱處理裝置I中執行的各種處理的控制程序(軟件)、記錄有處理條件數據等的處理方案(recipe)等。程序控制器81按照來自用戶界面82的指示等需要，從存儲部83調出任意的控制程序或處理方案，執行。由此，在基于程序控制器81的控制下，在微波加熱處理裝置I的處理容器2內進行規定的處理。上述的控制程序和處理方案能夠利用例如存儲于⑶-ROM、硬盤、軟盤、閃存、DVD、藍光光碟(Blu-ray Disc)等的計算機可讀取的存儲媒介的狀態的控制程序和處理方案。另夕卜，也能夠從另外的裝置，例如經由專用線路(租用線路)即時傳送并通過聯機，利用上述的
處理方案。[處理順序]接著說明對晶片W施行退火處理時的微波加熱處理裝置I中的處理的順序。首先，例如從用戶界面82將指令輸入到程序控制器81，以在微波加熱處理裝置I中進行退火處理。接著，程序控制器81接收該指令，讀出保存于存儲部83或計算機可讀取的存儲媒介的處理方案。接著，控制信號從程序控制器81被輸送到微波加熱處理裝置I的各終端裝置(end device)(例如，微波導入裝置3、支承裝置4、氣體供給裝置5a、排氣裝置6等)，以由基于處理方案的條件執行退火處理。接著，使門閥(圖示省略)處于打開狀態，由無圖示的運送裝置，晶片W經過門閥和搬入搬出口(圖示省略)，被搬入到處理容器2內。晶片W被載置于支承銷14之上。接著，使門閥處于關閉狀態，由排氣裝置6，對處理容器2內進行減壓排氣。此時，使開閉閥20處于打開狀態，從而晶片W的背面被吸引，晶片W被吸附固定于支承銷14。接著，由氣體供給裝置5a，規定的流量的處理氣體和冷卻氣體被導入到處理容器2內。處理容器2的內部空間，通過調整排氣量和氣體供給量而被調整到規定的壓力。接著,從高電壓電源部40對磁控管31施加電壓，生成微波。磁控管31中生成的微波在波導管32中傳送，接著，透過透射窗33，被導入到處理容器2內的晶片W的上方的空間。本實施方式中，在多個磁控管31中依次生成微波，從各微波導入口 10交替將微波導入到處理容器2內，另外，也可以在多個磁控管31中同時生成多個微波，并從各微波導入口10同時將微波導入到處理容器2內。導入到處理容器2內的微波在側壁部12中，被具有直線部12么、128、12(:、120的平坦的壁面部分或傾斜部23A反射，有效地照射到晶片W，并通過焦耳加熱、磁性加熱、感應加熱等的電磁波加熱，晶片W被迅速加熱。從而，對晶片W進行退火處理。從程序控制器81，結束退火處理的控制信號被輸送到微波加熱處理裝置I的各終端裝置時，停止生成微波，并且停止處理氣體和冷卻氣體的供給，結束對晶片W的退火處理。接著，使門閥處于打開狀態，晶片W被無圖示的搬送裝置搬出。微波加熱處理裝置1，例如在半導體元件的制造工序中，能夠以用于進行注入到擴散層的摻雜原子的活性化的退火處理等的目的，優選利用。〈作用〉接著，參照圖3和圖7A、7B，說明構成本實施方式的微波加熱處理裝置I和使用微波加熱處理裝置I的晶片W的處理方法的作用效果。本實施方式中，構成為，由微波導入口10的特征性的形狀和配置、處理容器2的側壁部12的形狀和傾斜部23A的組合，一邊極力抑制從一個微波導入口 10發射到處理容器2內的微波進入到另外的微波導入口 10，一邊使該微波有效地照射到晶片W，從而能夠對晶片W均勻地加熱。其原理如下。圖7A、7B示意性地表示上述比L1Zl2為2的微波導入口 10中的微波的發射指向性。圖7A表示從頂部11 (無圖示)的下方觀察微波導入口 10的狀態。圖7B是在短邊方向的頂部11的截面中表示微波導入口 10的圖。圖7A、7B中，箭頭表示從微波導入口 10發射的電磁場矢量100，表示箭頭越長微波的指向性越強。另外，圖7A、7B中，X軸和Y軸全都為與頂部11的下表面平行的方向，X軸表不垂直于微波導入口 10的長邊的方向，Y軸表不平行于微波導入口 10的長邊的方向，Z軸表示垂直于頂部11的下表面的方向。本實施方式中，如上所述，在頂部11配置有四個具有長邊和短邊的平面矩形的微波導入口 10。并且，本實施方式中使用的各微波導入口 10中，比L1Zl2例如設為1.2 3的范圍內，優選1.5 2.5的范圍內。因此，如圖7A所示，微波的指向性，與沿Y軸平行于長邊的方向相比，沿X軸垂直于長邊的方向相對地稍微增強。從而，從某個微波導入口 10發射的微波，主要沿著處理容器2的頂部11傳播，以平行于該長邊的側壁部12的直線部分12A、12B、12C、12D的內壁面為反射面被反射。在此，本實施方式中，四個微波導入口 10的長邊以平行于四個直線部分12A、12B、12C、12D的平坦的內壁面的方式進行設置。從而，四個直線部分12A、12B、12C、12D的平坦的內壁面上生成的反射波分散到處理容器2內，并貢獻于晶片W的電力吸收分布的改善。另外，比L1Zl2設為L 2 3的范圍內、優選1.5 2.5的范圍內的微波導入口 10中，如圖7B所示，發射的微波的指向性，向著下方(S卩，沿Z軸向晶片W側的方向)也具有一定(固定)的強度。此時，若晶片W位于微波導入口 10的正下方，向著晶片W的微波直接照射的比例增大，因此，容易產生晶片W面內的局部的加熱。但是，本實施方式中，四個微波導入口 10全都以離開晶片W的正上方的方式進行配置。并且，晶片W的周圍中，與四個微波導入口 10相對地，設置有傾斜部23A。從而，從微波導入口 10發射并向著下方(S卩，沿Z軸向晶片W側的方向)具有一定(固定)的強度的指向性的微波在傾斜部23A被反射，成為從晶片W的周圍向著晶片W的中心的反射波。另外，在四個直線部分12A、12B、12C、12D的平坦的內部面反射的反射波當中，具有向下方的指向性的部分也在傾斜部23A進一步被反射，成為從晶片W的周圍向著晶片W的中心的反射波。由此，使反射波從晶片W的周圍向其中心集中，從而提高加熱效率，能夠對晶片W的整個面均勻地加熱。本實施方式的微波加熱處理裝置I中，如上所述，由特征性的微波導入口 10的形狀和配置、側壁部12的形狀和傾斜部23A的配置的組合，能夠一邊極力抑制具有如圖7A、7B所示的發射指向性的微波或其反射波進入到另外的微波導入口 10，一邊使其向晶片W集中，從而提高供給電力的利用效率。接著，參照圖8A、圖SB說明對改變處理容器的形狀和微波導入口 10的形狀與配置時的晶片W的電力吸收效率進行仿真模擬的結果。圖8A、8B的上層是將作為仿真模擬的對象的微波加熱處理裝置的微波導入口 10的配置和側壁部12的形狀對晶片W的配置進行投影而說明的示意圖，中層表示晶片面內的微波電力的體積損失密度分布的仿真模擬結果的圖，下層表示由仿真模擬得到的對于散射參數、晶片吸收電力Pw、全面積(晶片面積+處理室的內面積)的晶片面積的比例Aw。該仿真模擬中，圖8A、圖SB的上層中，由涂黑的區域所示的單個的微波導入口導入3000W的微波的條件下，進行了研究。另外，處理容器的側壁部12的直徑，圖8A設為505mm、圖8B設為470mm。間隙G，圖8A設為67mm、圖8B設為39.9飛7mm。晶片W的高度，圖8A、圖8B都設為13.8mm。晶片W的介質損耗正切值(tan 6 )設為0.1。圖8A是將四個微波導入口 10設置于具有水平截面為圓形的圓筒狀的側壁部12的處理容器的比較例的結構 的仿真模擬結果。圖8B是與圖3的所示的一樣，將四個微波導入口 10設置于具有水平截面上具有直線部分和曲線部分的側壁部12的處理容器的本實施方式的微波加熱處理裝置I的仿真模擬結果。圖8A、8B中，微波導入口 10的長邊的長度L1和短邊的長度L2的比(L1A2)均為2。另外，圖8A、8B中，微波導入口 10的配置設定為，在圓形的晶片W的周緣部的外側上方，該周緣部的切線方向與微波導入口 10的長邊的方向平行。另外，圖8B的仿真模擬中，設置有與圖1同樣地構成的傾斜部23A。在此，晶片W的吸收電力能夠由散射參數(S參_計算。若輸入電力設為Pin、晶片W吸收的全部電力設為Pw，則全部電力Pw能夠由下面的式(I)求出。另外，Sll、S21、S31、S41是四個微波導入口 10的S參數，涂黑的區域的微波導入口 10相當于口(port) I。Pw = Pin (1-|S11 |2-|S21 |2-|S31 |2-|S4112)…(I)另外，為了提高晶片的電力吸收效率，優選對于規定微波發射空間S的處理室的內面積的晶片W的面積的比較大，優選如下式(2)所示的Aw較大。Aw是對于全面積(晶片面積+處理室的內面積)的晶片面積的比例。Aw=[晶片面積/ (晶片面積+處理室的內面積)]X 100…(2)
另夕卜，晶片W的面內的電力吸收的分布通過利用晶片W面內的坡印亭矢量
(Poynting vector)求出電磁波體積損失密度來計算。另外，晶片W吸收的全部電力Pw能
夠由下面的式(3)求出，另外，晶片W單位體積吸收的電力pw能夠由式(4)求出。利用電磁
場仿真模擬器(simulator)計算這些值，并通過在晶片W上描繪，制作圖8A、圖SB的中段所
示的圖。這些圖中，因為是黑白標記，因此無法嚴格地表達，但是，大致上，黑色越淺(白)的
部分，表示晶片W面內的電磁波體積損失密度越大。
權利要求
1.一種微波加熱處理裝置，其包括: 處理容器，其在內部具有微波發射空間，并且收納被處理體； 支承部，其在所述處理容器內支承被處理體；和 微波導入裝置，其生成用于對所述被處理體進行加熱處理的微波并導入到所述處理容器， 所述微波加熱處理裝置的特征在于: 所述處理容器具有上壁、底壁和側壁，并且所述側壁的水平截面形狀具有四個直線部分， 所述微波導入裝置，具有作為多個微波源的第一至第四的微波源， 所述上壁具有將在所述第一至第四的微波源的各個中生成的所述微波導入到所述處理容器的第一至第四的微波導入口， 所述第一至第四的微波導入口各自在俯視時呈具有長邊和短邊的矩形，各個微波導入口，以其長邊與所述四個直線部分中的至少一個直線部分平行的方式配置， 所述第一至第四的微波導入口設置于比被處理體更向外側偏離的位置，使得與被所述支承部支承的被處理體在垂直方向上不重疊，并且在各個微波導入口的正下方，相對設置有使微波向被處理體的方向反射的傾斜部。
2.如權利要求1所述的微波加熱處理裝置，其特征在于: 所述第一至第四的微波導入口配置于互相改變90°角度的旋轉位置，所述直線部分各自與所述第一至第四的微波導入口中的一個對應地設置。
3.如權利要求1或2所述的微波加熱處理裝置，其特征在于: 所述側壁的水平截面形狀包括所述四個直線部分和介于各直線部分之間的曲線部分。
4.如權利要求1或2所述的微波加熱處理裝置，其特征在于: 所述傾斜部以包圍被處理體的方式設置于其周圍。
5.如權利要求1或2所述的微波加熱處理裝置，其特征在于: 所述微波發射空間由所述上壁、所述側壁和設置于所述上壁與所述底壁之間的分隔部劃定， 所述傾斜部設置于所述分隔部。
6.如權利要求1或2所述的微波加熱處理裝置，其特征在于: 所述傾斜部，以所述被處理體的高度為基準位置，具有包括比該基準位置更上方的位置和更下方的位置的斜面。`
7.—種處理方法，其利用微波加熱處理裝置對被處理體進行加熱處理，該微波加熱處理裝置包括: 處理容器，其在內部具有微波發射空間，并且收納被處理體； 支承部，其在所述處理容器內支承被處理體；和 微波導入裝置，其生成用于對所述被處理體進行加熱處理的微波并導入到所述處理容器， 所述處理方法的特征在于: 所述處理容器具有上壁、底壁和側壁，并且所述側壁的水平截面形狀具有四個直線部分，所述微波導入裝置，具有作為所述多個微波源的第一至第四的微波源， 所述上壁具有將在所述第一至第四的微波源的各個中生成的所述微波導入到所述處理容器的第一至第四的微波導入口， 所述第一至第四的微波導入口各自在俯視時呈具有長邊和短邊的矩形，各個微波導入口，以其長邊與所述四個直線部分中的至少一個直線部分平行的方式配置， 所述第一至第四的微波導入口設置于比被處理體更向外側偏離的位置，使得與被所述支承部支承的被處理體在垂直方向上不重疊，并且在各個微波導入口的正下方，相對設置有使微波向被處理體的方向 反射的傾斜部。
全文摘要
本發明提供一種微波加熱處理裝置和處理方法，該微波加熱處理裝置和處理方法，具有良好的電力的利用效率和加熱效率，能夠對被處理體進行均勻的處理。四個微波導入口(10)設置為，其全部遠離晶片(W)的正上方，并且，其長邊平行于側壁部(12)的四個直線部分中的至少一個。以包圍晶片(W)的周圍的方式進行設置的整流板(23)的上表面，以從晶片(W)側(內側)向側壁部(12)側(外側)擴開的方式傾斜而形成傾斜部(23A)。傾斜部(23A)與四個微波導入口(10)上下相對地設置。
文檔編號H01L21/324GK103187270SQ20121057081
公開日2013年7月3日 申請日期2012年12月25日 優先權日2011年12月28日
發明者池田太郎, 田中澄 申請人:東京毅力科創株式會社