专利名称：微波加热处理装置和处理方法
技术领域：
本发明涉和将微波导入处理容器并进行规定处理的微波加热处理装置和使用该微波加热处理装置对被处理体进行加热处理的处理方法。
背景技术：
伴随LSI器件和存储器器件的微细化的进展，晶体管制作工序中的扩散层的深度变浅。目前，被注入扩散层的掺杂原子的活化，通过使用灯加热器的被称为RTA (RapidThermal Annealing:快速热退火)的快速加热处理来进行。但是，在RTA处理中，由于掺杂原子进行扩散，所以产生扩散层的深度变深而超出容许范围，成为微细设计的障碍之类的问题。扩散层的深度的控制不完全时，成为漏电电流的产生等使器件的电特性降低的主要原因。近年来，作为对半导体晶片实施热处理的装置，提案有使用微波的装置。在利用微波加热进行掺杂原子的活化的情况下，由于微波直接作用于掺杂原子，所以具有不会引起过剩加热，能够抑制扩散层的扩展的优点。作为利用微波的加热装置，例如在专利文献I中提案有一种从矩形导波管向正四棱锥喇叭导入微波而对试料进行加热的微波加热装置。在该专利文献I中，通过使矩形导波管和正四棱锥喇叭的角度向轴心方向旋转45度地配置，能够以同相向试料照射TEltl模式的正交的两个偏振波的微波。另外，在专利文献2中，作为用于对被加热物进行弯曲加工的加热装置，提案有一种将加热室内设定为导入微波的自由空间波长的λ/2 λ尺寸的正方形截面的微波加热
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装直。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开昭62 - 268086号公报专利文献2:日本实开平6 - 17190号公报
发明内容
发明想要解决的问题但是，在通过微波加热进行掺杂原子的活化的情况下，需要供给一定程度大小的电力。因此，设置多个微波导入口向处理容器内导入微波的方法是有效的。但是，在设置有多个微波导入口的情况下，从一个微波导入口导入的微波进入其它的微波导入口，由此，存在电力的利用效率和加热效率降低的问题。另外，在微波加热的情况下，微波被直接照射到位于微波导入口的正下方的半导体晶片时，具有在半导体晶片的面内会产生局部性的加热不匀的问题。用于解决问题的方案本发明是鉴于这种问题而完成的，其目的在于提供一种电力的利用效率和加热效率优异、能够对被处理体进行均匀的处理的微波加热处理装置和处理方法。本发明的微波加热处理装置具备:内部具有微波放射空间并且收容被处理体的处理容器；和生成用于对所述被处理体进行加热处理的微波并将该微波导入所述处理容器的微波导入装置。另外，在本发明的微波加热处理装置中，上述处理容器具有上壁、底壁和相互连接的四个侧壁，上述微波导入装置具有第一微波源至第四微波源作为多个上述微波源，上述上壁具有将在上述第一微波源至第四微波源的各个中生成的上述微波导入上述处理容器的第一微波导入口至第四微波导入口，上述第一微波导入口至第四微波导入口在俯视时分别呈具有长边和短边的矩形，其长边和短边设置为与上述四个侧壁的内壁面平行，各微波导入口配置在相互变更90°角度的旋转位置，且配置为在沿与上述长边垂直的方向平行移动的情况下，不与具有平行的长边的其它微波导入口重叠。另外，本发明的微波加热处理装置也可以是，上述微波导入口的长边的长度L1和短边的长度L2的比(IVL2)为4以上。另外，在本发明的微波加热处理装置中，上述第一微波导入口至第四微波导入口也可以配置为，与相互相邻的两个微波导入口的长边的方向平行的中心轴相互正交，且相互不相邻的两个微波导入口的上述中心轴不在同一直线上重叠。另外，在本发明的微波加热处理装置中，也可以是，上述微波放射空间由上述上壁、上述四个侧壁、设置于上述上壁和上述底壁之间的分割部来划定，在上述分割部设置有使微波向被处理体的方向反射的倾斜部。另外，在本发明的微波加热处理装置中，也可以是，上述倾斜部设置为，以上述被处理体的高度为基准位置，具有包含比该基准位置为上方位置和下方位置的斜面，且包围上述被处理体。在本发明的微波加热处理装置中，上述微波导入装置也可以具备:向上述处理容器传送微波的导波管；和接合器部件，其安装在上述处理容器的上壁的外侧，包括多个金属制的块体。而且，在本发明的上述微波导入装置中，上述接合器部件也可以在内部具有传送微波的形成大致S字形的导波通路。在该情况下，也可以通过上述导波通路的一端侧与上述导波管连接、另一端侧与上述微波导入口连接，上述导波管和上述微波导入口的一部分或全部在上下互不重叠的位置连接。本发明的处理方法是使用微波加热处理装置对被处理体进行加热处理，上述微波加热处理装置具备:在内部具有微波放射空间并且收容上述被处理体的处理容器；和生成用于对上述被处理体进行加热处理的微波并将该微波导入上述处理容器的微波导入装置。在本发明的处理方法中，上述处理容器具有上壁、底壁和相互连接的四个侧壁，上述微波导入装置作为上述多个微波源具有第一微波源至第四微波源，上述上壁具有将在上述第一微波源至第四微波源的各个中生成的上述微波导入上述处理容器的第一微波导入口至第四微波导入口，上述第一微波导入口至第四微波导入口在俯视时分别呈具有长边和短边的矩形，其长边和短边设置为与上述四个侧壁的内壁面平行，各微波导入口配置在相互变更90°角度的旋转位置，且配置为在使其沿与上述长边垂直的方向平行移动的情况下，不会与具有平行的长边的其它微波导入口重叠。发明效果本发明的微波加热处理装置和处理方法，减少了被放射到处理容器内的微波的损失，电力的利用效率和加热效率优异。另外，根据本发明，能够对被处理体进行均匀的加热处理。
图1是表示本发明第一实施方式的微波加热处理装置的概略构成的截面图。图2是表示本发明第一实施方式的微波导入装置的高电压电源部的概略构成的说明图。图3是表示图1所示的处理容器的顶部的下表面的平面图。图4是将微波导入口放大表示的说明图。图5是表示图1所示的控制部的构成的说明图。图6A是示意性地表示从微波导入口放射的微波的电磁场矢量的说明图。图6B是不意性地表不从微波导入口放射的微波的电磁场矢量其它的说明图。图7A是不意性地表不从微波导入口放射的微波的电磁场矢量的另一说明图。图7B是不意性地表不从微波导入口放射的微波的电磁场矢量的又一说明图。图8A是表示长边和短边之比为6的微波导入口的微波放射指向性的模拟结果的附图。图SB是表示长边和短边之比小于2的微波导入口的微波放射指向性的模拟结果的附图。图9A是表示比较例的微波导入口的配置的电力吸收效率的模拟结果的附图。图9B是表示另一比较例的微波导入口的配置的电力吸收效率的模拟结果的附图。图9C是表示本实施方式的微波导入口的配置的电力吸收效率的模拟结果的附图。图9D是示意性地表示用于有关角部的倒圆加工的模拟的微波加热处理装置的构成的说明图。图9E是表示有关角部的倒圆加工的模拟结果的附图。图10是表示本发明的第二实施方式的微波加热处理装置的概略构成的截面图。图11是示意性地表示在本发明的第二实施方式中，由倾斜部反射的微波的电磁场矢量的说明图。图12是表示本发明的第三实施方式的微波加热处理装置的概略构成的截面图。图13是表示在顶部安装有微波导入接合器的状态的说明图；图14是表示形成于微波导入接合器的槽的状态的说明图。
附图标记说明L...微波加热处理装置，2…处理容器，3…微波导入装置，4…支承装置，5…气体供给机构，5a...气体供给装置，6…排气装置，8…控制部，10、10A、10B、10C、IOD…微波导入口，12、12A、12B、12C、12D...侧壁部，30…微波单元，31…磁控管，32…导波管，33…透过窗，34...循环器，35...检测器,36…调谐器,37…仿真负载,40…高电压电源部,41...AC — DC转换电路，42...开关电路，43...开关控制器，44...升压变压器，45...整流电路，81...过程控制器，82…用户接口，83…存储部，W…半导体晶片。
具体实施例方式以下，对本发明的实施方式，参照附图详细地进行说明。[第一实施方式]首先，参照图1，对本发明第一实施方式的微波加热处理装置的概略构成进行说明。图1是表示本实施方式的微波加热处理装置的概略构成的截面图。本实施方式的微波加热处理装置I是伴随连续的多个动作，对例如半导体器件制造用的半导体晶片(以下仅记作“晶片”)W，照射微 波而实施退火处理的装置。微波加热处理装置I具备:收容作为被处理体的晶片W的处理容器2 ；向处理容器2内导入微波的微波导入装置3 ;在处理容器2内支承晶片W的支承装置4 ;向处理容器2内供给气体的气体供给机构5 ;对处理容器2内进行减压排气的排气装置6 ;和对这些微波加热处理装置I的各构成部进行控制的控制部8。〈处理容器〉处理容器2由金属材料形成。作为形成处理容器2的材料，例如使用铝、铝合金、不锈钢等。微波导入装置3设置于处理容器2的上部，作为向处理容器2内导入电磁波(微波)的微波导入构件发挥功能。关于微波导入装置3的构成，在后面详细地进行说明。处理容器2具有:作为上壁的板状的顶部11和作为底壁的底部13 ;作为对顶部11和底部13进行连结的侧壁的四个侧壁部12 ;以上下贯通顶部11的方式设置的多个微波导入口 10 ;设置于侧壁部12的输入输出口 12a ;和设置于底部13的排气口 13a。在此，四个侧壁部12呈与水平截面垂直(直角)地连接的方筒状。从而，处理容器2的内部呈空洞的立方体状。另外，各侧壁部12的内表面均呈平坦，具有作为使微波反射的反射面的功能。另夕卜，处理容器2的加工有时也通过切削来进行。在该情况下，由于事实上不可能将作为各侧壁部12彼此的接缝和侧壁部12和底部13的接缝的角部加工为直角，因此也可以对该角部实施倒圆加工。从模拟的结果可知，对于该倒圆加工的尺寸而言，将曲率半径RC设定在15 16mm的范围内的情况,在抑制向微波导入口 10的反射方面优选(参照图9E)。输入输出口 12a用于在与处理容器2相邻的未图不的输送室之间进行晶片W的输入输出。在处理容器2和未图示的输送室之间，设置有闸阀GV。闸阀GV具有打开和关闭输入输出口 12a的功能，在关闭状态下将处理容器2气密地密封，并且在打开状态下能够在处理容器2和未图示的输送室之间移送晶片W。〈支承装置〉支承装置4具有配置在处理容器2内的板状且中空的移动板15、从移动板15的上表面向上方延伸的管状的多个支承销14、从移动板15的下表面贯通底部13并延伸至处理容器2的外部的管状的轴16。轴16在处理容器2的外部固定在未图示的致动器(actuator)ο多个支承销14在处理容器2内与晶片W抵接，用于支承晶片W。多个支承销14以其上端部沿晶片W的周向排列的方式配置。另外，多个支承销14、移动板15和轴16构成为能够通过未图示的致动器使晶片W上下进行变位。另外，多个支承销14、移动板15和轴16构成为能够通过排气装置6将晶片W吸附于多个支承销14。具体来说，多个支承销14和轴16分别具有与移动板15的内部空间连通的管状的形状。另外，在多个支承销14的上端部，形成有用于吸引晶片W的背面的吸附孔。多个支承销14和移动板15由电介质材料形成。作为形成多个支承销14和移动板15的材料，例如能够使用石英、陶瓷等。<排气机构>微波加热处理装置I还具备:连接排气口 13a和排气装置6的排气管17 ;连接轴16和排气管17的排气管18 ;设置于排气管17的中途的调压阀19 ;和设置于排气管18的中途的开闭阀20和压力表21。排气管18以与轴16的内部空间连通的方式直接或间接地与轴16连接。调压阀19设置于排气口 13a和排气管17、18的连接点之间。排气装置6具有干式泵等真空泵。通过使排气装置6的真空泵工作，处理容器2的内部空间被减压排气。此时，通过将开闭阀20设置于打开状态，吸引晶片W的背面，能够使多个支承销14吸附晶片W并将其固定。另外，作为排气装置6，也能够使用设置于设置有微波加热处理装置I的设施上的排气设备，代替使用干式泵等真空泵。〈气体导入机构〉微波加热处理装置I还具备向处理容器2内供给气体的气体供给机构5。气体供给机构5具备:具有未图示的气体供给源的气体供给装置5a ;在处理容器2内配置在配置有晶片W的预定位置的下方的喷头部22 ;配置在喷头部22和侧壁部12之间的制成四边形的框状的整流板23 ;连接喷头部22和气体供给装置5a的配管24 ;和与气体供给装置5a连接并向处理容器2内导入处理气体的多个配管25。喷头部22和整流板23例如由铝、铝合金、不锈钢等金属材料形成。喷头部22用于在对晶片W实施比较低温的处理的情况下，利用冷却气体对晶片W进行冷却。喷头部22具有:与配管24连通的气体通路22a ;和与气体通路22a连通，朝向晶片W喷出冷却气体的多个气体喷出孔22b。在图1所示的例子中，多个气体喷出孔22b形成于喷头部22的上表面侧。另外，喷头部22不是微波加热处理装置I的必须的构成要素，也可以不设置。整流板23具有以上下贯通整流板23的方式设置的多个整流孔23a。整流板23用于在处理容器2内一边对配置有晶片W的预定区域的气氛进行整流一边使其朝向排气口13a流动。另外，整流板23不是微波加热处理装置I的必须的构成要素，也可以不设置。气体供给装置5a构成为，作为处理气体或冷却气体例如能够供给N2、Ar、He、Ne、
02、4等气体。另外，作为向处理容器2内供给气体的构件，也可以使用在波加热处理装置I的构成中未包含的外部的气体供给装置，来代替气体供给装置5a。虽然未图示，但微波加热处理装置I还具备设置于配管24、25的中途的质量流控制器和开闭阀。供给到喷头部22和处理容器2内的气体的种类和这些气体的流量等，由质量流控制器和开闭阀控制。〈微波放射空间〉在本实施方式的微波加熟处理装置I中，在处理容器2内，由顶部11、四个侧壁部
12、喷头部22和整流板23划分的空间形成微波放射空间S。在该微波放射空间S中，从设置于顶部11的多个微波导入口 10放射微波。在此，喷头部22和整流板23除上述的功能以外，兼有作为在处理容器2内规定微波放射空间S的下端的分割部的作用。处理容器2的顶部11、四个侧壁部12、喷头部22和整流板23均由金属材料形成，因此，对微波进行反射使其向微波放射空间S内散射。〈温度测量部〉微波加热处理装置I还具备:测定晶片W的表面温度的多个放射温度计26 ;和与多个放射温度计26连接的温度测量部27。另外，在图1中，除测定晶片W的中央部的表面温度的放射温度计26以外，省略多个放射温度计26的图示。多个放射温度计26以其上端部接近晶片W的背面的方式，从底部13朝向配置有晶片W的预定位置延伸。〈微波导入装置〉接着，参照图1和图2，对微波导入装置3的构成进行说明。图2是表示微波导入装置3的高电压电源部的概略构成的说明图。如上所述，微波导入装置3设置于处理容器2的上部，作为向处理容器2内导入电磁波(微波)的微波导入构件发挥功能。如图1所示，微波导入装置3具备:将微波导入处理容器2的多个微波单元30 ;和与多个微波单元30连接的高电压电源部40。(微波单元)在本实施方式中，多个微波单元30的构成完全相同。各微波单元30具有:用于生成对晶片W进行处理的微波的磁控管31 ;将在磁控管31中生成的微波向处理容器2传送的导波管32 ;和以堵塞微波导入口 10的方式固定在顶部11的透过窗33。磁控管31对应本发明中的微波源。磁控管31具有施加有由高电压电源部40供给的高电压的阳极和阴极(均省略图示)。另外，作为磁控管31，能够使用能够使各种频率的微波振荡(振动)的磁控管。由磁控管31生成的微波，按被处理体的每种处理选择最佳的频率，例如在退火处理中，优选
2.45GHz,5.8GHz等高频的微波，特别优选5.8GHz的微波。导波管32的截面为矩形且具有方筒状的形状，从处理容器2的顶部11的上表面向上方延伸。磁控管31连接到导波管32的上端部的附近。导波管32的下端部与透过窗33的上表面相接。在磁控管31中生成的微波经由导波管32和透过窗33被导入处理容器2内。透过窗33由电介质材料形成。作为透过窗33的材料，例如能够使用石英、陶瓷等。透过窗33和顶部11之间由未图示的密封部件气密地密封。从透过窗33的下表面至支承于支承销14的晶片W的表面的距离(间隙G)，从抑制向晶片W直接放射微波的观点出发，例如优选25mm以上，更优选25 50mm的范围内。微波单元30还具有:设置于导波管32的中途的循环器34、检测器35以及调谐器36 ;和与循环器34连接的仿真负载37。循环器34、检测器35以及调谐器36从导波管32的上端部侧开始以该顺序设置。循环器34和仿真负载37构成分离来自处理容器2的反射波的隔离器。即，循环器34将来自处理容器2的反射波引导至仿真负载37，仿真负载37将由循环器34引导来的反射波转换成热。检测器35用于检测导波管32中的来自处理容器2的反射波。检测器35例如由阻抗监测器构成，具体而言，由检测导波管32中的驻波的电场的驻波监测器构成。驻波监测器例如能够由向导波管32的内部空间突出的三个销构成。通过利用驻波监测器检测驻波的电场的部位、相位和强度，能够检测来自处理容器2的反射波。另外，检测器35也可以包含能够检测行波和反射波的方向性耦合器。调谐器36具有对磁控管31和处理容器2之间的阻抗进行匹配的功能。调谐器36进行的阻抗匹配基于检测器35中的反射波的检测结果而进行。调谐器36例如能够由以能够出入导波管32的内部空间的方式设置的导体板(图示省略)构成。在该情况下，通过控制导体板的、向导波管32的内部空间的突出量，能够调整反射波的电力量，从而调整磁控管31和处理容器2之间的阻抗。(高电压电源部)高电压电源部40对磁控管31供给用于生成微波的高电压。如图2所示，高电压电源部40具有:与商用电源连接的AC - DC转换电路41 ;与AC — DC转换电路41连接的开关电路42 ;控制开关电路42的动作的开关控制器43 ;与开关电路42连接的升压变压器44 ;和与升压变压器44连接的整流电路45。磁控管31经由整流电路45与升压变压器44连接。AC - DC转换电路41是将来自商用电源的交流(例如三相200V的交流)进行整流而转换为规定的波形的直流的电路。开关电路42的控制由AC-DC转换电路41转换的直流的接通和断开的电路。在开关电路42中，由开关控制器43进行相移型的PWM (PulseWidthModulation:脉冲宽度调制)控制或 PAM (Pulse Amplitude Modulation:脉冲振幅调制)控制，生成脉冲状的电压波形。升压变压器44将从开关电路42输出的电压波形升压至规定的大小。整流电路45是对由升压变压器44升压的电压进行整流并将其对磁控管31供给的电路。〈微波导入口的配置〉接着，参照图1、图3和图4，对本实施方式的微波导入口 10的配置详细地进行说明。图3表示从处理容器2的内部看到的图1所示的处理容器2的顶部11的下表面的状态。在图3中，用双点画线与顶部11重置地表不晶片W的大小和位直。符号O表不晶片W的中心,并且在本实施方式中，也表示顶部11的中心。从而,通过符号O的两条线表示在成为顶部11和侧壁部12的边界的四个边中，连接相对的边的中点彼此的中央线M。另外，晶片W的中心和顶部11的中心也可以不一定重叠。另外，在图3中，为了方便说明，在顶部11和处理容器2的四个侧壁部12的内壁面的接合部分，区别四个侧壁部12而标注符号12A、12B、12C、12D，表示它们的位置。另外，图4是将一个微波导入口 10放大表示的平面图。如图3所示，在本实施方式中，在顶部11具有作为整体以形成大致十字形的方式等间隔配置的四个微波导入口 10。下面，在相互区别地表示四个微波导入口 10的情况下，标注符号10A、10B、10C、IOD进行表不。另外，在本实施方式中，各微波导入口 10分别与微波单元30连接。即，微波单元30的数为四个。微波导入口 10形成具有长边和短边的平面图矩形。微波导入口 10的长边的长度L1和短边的长度L2之比(L1Zl2)例如为2以上100以下，优选为4以上，更优选5 20。将上述比L1Zl2设定为2以上、优选4以上，是为了使从微波导入口 10反射到处理容器2内的微波的指向性在与微波导入口 10的长边垂直的方向(与短边平行的方向)上加强。当该比L1Zl2小于2时，从微波导入口 10反射到处理容器2内的微波容易朝向与微波导入口 10的长边平行的方向(与短边垂直的方向)。另外，当上述比L1Zl2小于2时，微波向微波导入口10的正下方向的指向性增强，因此，微波直接照射到晶片W，容易产生局部的加热。另一方面，当上述比L1Zl2大于20时，朝向微波导入口 10的正下方和与微波导入口 10的长边平行的方向(与短边垂直的方向)的微波的指向性变得过弱，因此，存在晶片W的加热效率降低的情况。另外，微波导入口 10的长边的长度L1，例如优选相对于导波管32的管内波长Ag，设定为L1 = nX Ag/2 (在此，η指整数)，更优选η = 2。对于各微波导入口 10的大小、上述比L1Zl2，每个微波导入口 10也可以不同，但从提高对晶片W的加热处理的均匀性并且改善控制性的观点出发，优选四个微波导入口 10都为相同大小和形状。在本实施方式中，四个微波导入口 10以其均重叠在晶片W的正上方的方式配置。在此，在顶部11中，晶片W的径向上的各微波导入口 10的位置，从使晶片W上的电场分布均匀化的观点出发，例如优选以晶片W的中心O为基准，在其径外方向上、直至晶片W的半径的1/5 3/5的距离的范围内上下重叠。另外，当能够实现在晶片W的面内的均匀加热时，晶片W和微波导入口 10的位置不一定必须重叠。在本实施方式中，四个微波导入口 10分别设置为其长边和短边与四个侧壁部12A、12B、12C、12D的内壁面平行。例如，在图3中，微波导入口 IOA的长边与侧壁部12B、12D平行，其短边与侧壁部12A、12C平行。在图3中，对于从微波导入口 IOA放射的微波，用实线箭头显示表示支配性的指向性的电磁场矢量100，用虚线箭头显示表示由侧壁部12B、12D反射的微波的指向性的电磁场矢量101。从微波导入口 IOA放射的微波，大部分向与其长边垂直的方向(与短边平行的方向)前进、传输出去。另外，从微波导入口 IOA放射的微波分别被两个侧壁部12B和12D反射。这些侧壁部12B和12D与微波导入口 IOA的长边平行地设置，因此，生成的反射波的指向性(电磁场矢量101)变为行波的指向性(电磁场矢量100)的180度反向，几乎不向朝向其它的微波导入口 10B、10C、10D的方向散射。这样，通过将比L1/L2为例如2以上的四个微波导入口 10配置为各自的长边和短边与四个侧壁部12A、12B、12C、12D的内壁面平行，就能够控制从微波导入口 10放射的微波和其反射波的方向。另外，在本实施方式中，上述KIVL2为例如2以上的四个微波导入口 10配置于相互变更90°角度的旋转位置。即，四个微波导入口 10以顶部11的中心O为基准旋转对称地配置，其旋转角为90°。而且，各微波导入口 10配置为在沿与各自的长边垂直的方向平行移动的情况下，与具有平行的长边的其它的微波导入口 10重叠。例如，在图3中，微波导入口 IOA IOD以作为整体呈十字形的方式配置。即，相互相邻的两个微波导入口 10以与这些长边的方向平行的中心轴AC相互正交的方式，每90度错开角度地配置。而且，即使在使微波导入口 IOA沿与其长边垂直的方向平行移动的情况下，也不会与具有平行的长边的其它的微波导入口 IOC重叠。换言之，在微波导入口 IOA的长边的长度的范围内，在与该微波导入口 IOA的长边平行的两个侧壁部12B和12D之间，不配置长边的方向与微波导入口IOA为同方向的其它的微波导入口 10 (微波导入口 10C)。根据这种配置，能够尽量避免从微波导入口 IOA向与其长边垂直的方向具有强的指向性而放射的微波和其反射波进入其它的微波导入口 10。即，在微波导入口 IOA和平行的两个侧壁部12B和12D之间，在其长边的长度范围内设置有相同方向的其它的微波导入口 10时，由于微波的激励方向相同，因此微波和其反射波容易进入其相同方向的微波导入口 10，电力损失增大。对此，只要在微波导入口 IOA的长边的长度范围内，在平行的两个侧壁部12B和12D之间不存在与微波导入口IOA相同方向的其它的微波导入口 10，就能够抑制伴随从微波导入口 IOA放射的微波和其反射波进入其它的微波导入口 10而带来的电力的损失。另外，在图3中，从微波导入口 IOA放射的微波、及其反射波，与相对于微波导入口IOA变更90度角度而配置的相邻的微波导入口 10BU0D的激励方向不同，因此，在微波导入口 10BU0D几乎不会入射。从而，在使微波导入口 IOA沿与其长边垂直的方向平行移动的情况下，有时也可以与长边的方向不同的微波导入口 10BU0D重叠。另外，在本实施方式中，以整体呈十字形的方式配置的四个微波导入口 10中、相互不相邻的两个微波导入口 10，以各自的中心轴AC不在同一直线上重叠的方式配置。例如,在图3中，相对于微波导入口 IOA的中心轴AC，和微波导入口 IOA不相邻的微波导入口IOC的中心轴AC，即使方向相同，也以相互不重叠的方式错开位置地配置。这样，通过将以整体呈十字形的方式配置的四个微波导入口 10中、相互不相邻的两个微波导入口 10，配置为相互的中心轴AC不重叠，能够抑制在中心轴AC的方向相同的两个微波导入口 10之间，沿着与各自的短边垂直的方向放射的微波进入会合而产生电力损失。在这种配置的情况下，各微波导入口 10的中心轴AC也可以不与中央线M重叠。从而，例如，也可以将各微波导入口 10配置在大幅度远离中央线M的位置，例如各微波导入口 10的长边接近侧壁部12那样的位置。但是，从谋求向处理容器2内导入均等的微波的观点出发，各微波导入口 10优选与上述中央线M接近地配置，更优选如图3所示，以至少各微波导入口 10的一部分与中央线M重叠的方式进行配置。另外，在另一实施方式中，也可以配置为整体呈十字形配置的四个微波导入口 10之中、相互不相邻的两个微波导入口 10的中心轴AC彼此重叠，在该情况下，中心轴AC和中央线M也可以一致。以上举例微波导入口 IOA为例进行了说明，但对于微波导入口 10B、10C、10D而言，也分别以在其它的微波导入口 10和侧壁部12之间上述关系成立的方式配置。〈控制部〉微波加热处理装置I的各构成部分别与控制部8连接，由控制部8来控制。对于控制部8而言，典型的是计算机。图5是表示图1所示的控制部8的构成的说明图。在图5所示的例子中，控制部8具备具有CPU的过程控制器81、与该过程控制器81连接的用户接口 82、和存储部83。过程控制器81在微波加热处理装置I中，是统一控制例如温度、压力、气体流量、微波输出等与工艺条件相关的各构成部(例如，微波导入装置3、支承装置4、气体供给装置5a、排气装置6、温度测量部27等)的控制装置。用户接口 82具有工程管理者为了管理微波加热处理装置I而进行指令的输入操作等的键盘和触摸面板、将微波加热处理装置I的工作状况可视化表示的显示器等。在存储部83中保存有用于通过过程控制器81的控制而实现由微波加热处理装置I执行的各种处理的控制程序(软件)、记录有处理条件数据等的方案等。过程控制器81根据来自用户接口 82的指示等，相应于需要从存储部83读出并执行任意的控制程序或方案。由此，在过程控制器81进行的控制下，在微波加热处理装置I的处理容器2内进行所期望的处理。上述的控制程序和方案，例如能够利用⑶一 ROM、硬盘、软盘、闪光存储器、DVD、蓝光光盘等储存在计算机可读取的存储介质上的状态的控制程序和方式。另外，上述的方式也可以从其它装置经由例如专用回线随时传送并在线利用。[处理步骤]接着，对于对晶片W实施退火处理时的微波加热处理装置I中的处理的步骤进行说明。首先，例如从用 户接口 82向过程控制器81输入指令，以使得在微波加热处理装置I中进行退火处理。接着，过程控制器81接受该指令，读出保存在存储部83或计算机可读取的存储媒体上的方案。接着，从过程控制器81向微波加热处理装置I的各终端器件(例如，微波导入装置3、支承装置4、气体供给装置5a、排气装置6等)发送控制信号，以使这些终端器件根据基于方式的条件执行退火处理。接着，使闸阀GV成为开状态，利用未图示的输送装置，通过闸阀GV和输入输出口12a将晶片W送入处理容器2内。晶片W被载置于支承销14上。接着，闸阀GV成为闭状态，利用排气装置6，对处理容器2内进行减压排气。这时，开闭阀20成为开状态，晶片W的背面被吸引，晶片W被吸附固定在支承销14上。接着，利用气体供给装置5a，将固定流量的处理气体和冷却气体导入处理容器2内。处理容器2的内部空间通过调节排气量和气体供给量而调节为规定的压力。接着，从高电压电源部40对磁控管31施加电压而生成微波。在磁控管31中生成的微波在导波管32中传输，接着，在透过窗33中透过，被导入处理容器2内的晶片W上方的空间。在本实施方式中，在多个磁控管31中依次生成微波，从各微波导入口 10交替地将微波导入处理容器2内。另外，也可以在多个磁控管31中同时生成多个微波，从各微波导入口 10同时将微波导入处理容器2内。被导入处理容器2的微波照射晶片W的表面，通过焦耳加热、磁性加热、感应加热等电磁波加热，晶片W被迅速地加热。其结果是，对晶片W实施有退火处理。从过程控制器81向微波加热处理装置I的各终端器件发送使退火处理结束的控制信号时，停止生成微波，并且，停止处理气体和冷却气体的供给，结束对晶片W的退火处理。接着，使闸阀GV成为开状态，利用未图示的输送装置输送晶片W。微波加热处理装置I例如在半导体器件的制作工序中，在用于进行注入到扩散层的掺杂原子的活化的退火处理等的目的方面，能够优选利用。接着，参照图3、图6A、6B和图7A、7B，对本实施方式的微波加热处理装置I和使用有微波加热处理装置I的晶片W的处理方法的作用效果进行说明。在本实施方式中，通过微波导入口 10的特征性的形状和配置、与处理容器2的侧壁部12的形状的组合，尽可能地抑制了从一个微波导入口 10放射到处理容器2内的微波进入其它的微波导入口 10。其原理如下。图6A、6B示意性地表示长边的长度L1和短边的长度L2之比(1^/12)为4以上的微波导入口 10中的微波的放射指向性。图7A、7B示意性地表示上述比L1Zl2小于2的微波导入口 10中的微波的放射指向性。图6A和图7A表示从顶部11 (未图示)的下方看微波导入口 10的状态。图6B和图7B是在短边方向上的顶部11的截面中显示微波导入口 10的图。在图6A、6B和图7A、7B中，箭头表示从微波导入口 10放射的电磁场矢量100，箭头越长，表示微波的指向性越强。另外，在图6A、6B和图7A、7B中，X轴和Y轴都是与顶部11的下表面平行的方向，X轴意味着与微波导入口 10的长边垂直的方向，Y轴意味着与微波导入口 10的长边平行的方向，Z轴意味着与顶部11的下表面垂直的方向。在本实施方式中，如上所述，在顶部11配置有四个在俯视时呈具有长边和短边的矩形的微波导入口 10。而且，在本实施方式中使用的各微波导入口 10，将比L1Zl2S定为例如2以上、优选4以上。因此，如图6A所示，微波的放射指向性沿着X轴，在与长边垂直的方向(与短边平行的方向)上较强，成为支配性的指向性。从而，从某微波导入口 10放射的微波，主要沿处理容器2的顶部11传输，以与其长边平行的侧壁部12的内壁面作为反射面被反射。在此，在本实施方式中，处理容器2的四个侧壁部12相互正交地连接，四个微波导入口 10分别设置为其长边和短边与四个侧壁部12A、12B、12C、12D的内壁面平行。从而，生成的反射波的方向成为大致180度反向，反射波几乎不会朝向其它的微波导入口 10。另外，在本实施方式中，如图3所示，上述比L1Zl2为例如2以上的四个微波导入口 10，配置在相互变更90°角度的旋转位置。即，四个微波导入口 10以作为整体大致呈十字形的方式、且与相互相邻的两个微波导入口 10的长边的方向平行的中心轴AC相互正交的方式，每90度错开角度地配置。而且，各微波导入口 10配置为在沿与各自的长边垂直的方向平行移动的情况下，不与具有平行的长边的其它的微波导入口 10重叠，因此，在与微波导入口 10的长边垂直的方向上，能够抑制在微波的激励方向相同的微波导入口 10彼此之间，微波和其反射波进入会合的情况。进而，通过将四个微波导入口 10之中、相互不相邻的两个微波导入口 10，配置为各自的中心轴AC不在同一直线上重叠，即使对于与微波导入口 10的短边垂直的方向，在微波的激励方向相同的微波导入口 10彼此之间，微波和其反射波也几乎不会进入会合。这样，在本实施方式中，考虑到微波导入口 10的形状、特别是上述比L1/!^由其形状导致的微波的放射指向性、还有处理容器2的侧壁部12的形状而配置微波导入口 10，因此，尽可能地避免从一个微波导入口 10导入的微波进入其它的微波导入口10，将电力的损失抑制在最小限度。在本实施方式的微波加热处理装置I中，如上所述，通过特征性的微波导入口 10的形状和配置、以及侧壁部12的形状的组合，能够尽可能地抑制具有如图6A、6B所示的放射指向性的微波、或向其反方向前进的反射波，进入其它的微波导入口 10，能够提高供给电力的利用效率。另外，在本实施方式中，通过将比L1Zl2设定为2以上、优选4以上，如图6B所示，从微波导入口 10放射的微波向横向(X轴方向)的指向性增强，主要沿顶部11的下表面向横向扩展。另外，在本实施方式中，将从透过窗33的下表面到支承于支承销14的晶片W的表面的距离(间`隙G)设定为25mm以上。这样，通过考虑微波的放射指向性而确保充分的间隙G，由此，向位于微波导入口 10的正下方的晶片W直接照射微波的情况少，不易产生局部性的加热。其结果是，本实施方式的微波加热处理装置1，能够对晶片W进行均匀的处理。另一方面，比L1A2小于2的微波导入口 10，如图7A所示，微波的指向性在沿着Y轴、与长边平行的方向(与短边垂直的方向)上也加强，因此，向与长边垂直的方向(与短边平行的方向)上的指向性相对变弱，微波的放射指向性没有大的强弱。从而，如图3的方式配置有比IVL2小于2 (例如长边:短边=I:1)的微波导入口 10时，从微波导入口 IOA放射的微波，也沿与微波导入口 IOA的长边平行的方向(Y轴方向)前进，进入微波导入口 IOC的可能性增大。另外，在比IVL2小于2的微波导入口 10，如图7B所示，所放射的微波向下方(即，沿Z轴朝向晶片W侧的方向)的指向性加强，向微波导入口 10的正下方的晶片W直接照射微波的比率增大，因此，容易产生在晶片W面内的局部性的加热。 接着，参照图8A和图8B，对作为本发明的基础的微波导入口 10的放射指向性的模拟结果进行说明。图8A图示有上述比L1Zl2为6的微波导入口 10的放射指向性的模拟结果。图SB图示有上述比L1A2小于2的微波导入口 10的放射指向性的模拟结果。其中，图8A、图8B中的X轴、Y轴、Z轴的意思与图6A、6B和图7A、7B相同。在图8A和图8B中，由于是白黑表示，不能严格地表现，但大体上，色越浓的(黑的)部分，表示放射指向性越强。从图8A可以理解，上述比L1Zl2为6的微波导入口 10，向X轴方向的放射指向性较强，向Y轴方向和Z轴方向的放射指向性较弱。与此相对，由图8B可以理解，上述比IVL2小于2的微波导入口 10，Z轴方向(其中为向下)的放射指向性增强。这种情况表示从导波管32内的微波的前进方向不变的微波导入口 10放射的倾向较强，对晶片W直接照射微波的可能性较大。从而，可以理解为，通过将上述比L1Zl2设定为例如2以上、优选4以上，能够使所放射的微波与微波导入口 10的长边垂直地、且沿着顶部11的下表面在横向方向上高效地传输。接着，参照图9A、图9B、图9C，说明对使处理容器的形状、和微波导入口 10的形状和配置改变后的晶片W的电力吸收效率进行模拟的结果。图9A、图9B、图9C的上部表示将晶片W相对于作为模拟的对象的微波加热处理装置的微波导入口 10和侧壁部12的配置和形状的配置进行投影而进行说明的附图，中部表示显示晶片面内的微波电力的体积损失密度分布的模拟结果的图形，下部显示通过模拟而获得的散射参数、晶片吸收电力Pw、晶片面积对全面积(晶片面积+处理室的内面积)的比率Aw。在该模拟中，在图9A、图9B、图9C中的上部，在从由涂成黑色表示的一个微波导入口导入3000W的微波的条件下进行了研究。另外，晶片W的介电损耗角(tan δ )设定为0.1。图9A是在具有圆筒形的侧壁部12的处理容器设置有四个微波导入口 10的比较例的构成的模拟结果。图9B是在具有方筒形的侧壁部12处理容器设置有四个微波导入口10的比较例的构成的模拟结果。在图9A、9B中，微波导入口 10的长边的长度LI和短边的长度L2之比(L1Zl2)都是2。另外，在图9A、9B中，微波导入口 10的配置设定为，在圆形的晶片W的周缘部的正上方位置，该周缘部的切线方向与微波导入口 10的长边的方向平行。并且，在图9B中，配置为在使一个微波导入口 10沿与其长边垂直的方向平行移动的情况下，不与具有平行的长边的其它的微波导入口 10重叠。另一方面，图9C是在具有方筒形的侧壁部12的处理容器内，将四个微波导入口 10配置在相互变更90°角度的旋转位置的与本实施方式相同的构成的模拟结果。在图9C中，四个微波导入口 10的长边和短边设置为与四个侧壁部12的内壁面平行，微波导入口 10的长边的长度L1和短边的长度L2之比(L1Zl2)为4。另外，在图9C中，配置为在使一个微波导入口 10沿与其长边垂直的方向平行移动的情况下，不与具有平行的长边的其它的微波导入口重叠。
在此，晶片W的吸收电力能够利用散射参数(S参数)进行计算。设输入电力为Pin、晶片W吸收的全电力为Pw时，全电力够用以下的式(I)求得。此外，S11、S21、S31、S41为四个微波导入口 10的S参数，涂成黑色的微波导入口 10相当于口 I。式权利要求
1.一种微波加热处理装置，其特征在于，具备: 在内部具有微波放射空间并且收容被处理体的处理容器；和 生成用于对所述被处理体进行加热处理的微波并将该微波导入所述处理容器的微波导入装置， 所述处理容器具有上壁、底壁和相互连接的四个侧壁， 所述微波导入装置具有第一微波源至第四微波源作为多个所述微波源， 所述上壁具有将在所述第一微波源至第四微波源的各个中生成的所述微波导入所述处理容器的第 一微波导入口至第四微波导入口， 所述第一微波导入口至第四微波导入口在俯视时分别呈具有长边和短边的矩形，其长边和短边设置为与所述四个侧壁的内壁面平行， 各微波导入口配置于相互变更90°角度的旋转位置，且配置为在沿与所述长边垂直的方向平行移动的情况下，不与具有平行的长边的其它微波导入口重叠。
2.如权利要求1所述的微波加热处理装置，其特征在于: 所述微波导入口的长边的长度L1和短边的长度L2的比(L1Zl2)为4以上。
3.如权利要求1或2所述的微波加热处理装置，其特征在于: 所述第一微波导入口至第四微波导入口配置为，与相互相邻的两个微波导入口的长边的方向平行的中心轴相互正交，且相互不相邻的两个微波导入口的所述中心轴不在同一直线上重叠。
4.如权利要求1或2所述的微波加热处理装置，其特征在于: 所述微波放射空间由所述上壁、所述四个侧壁、和设置于所述上壁和所述底壁之间的分割部来划定， 在所述分割部设置有使微波向被处理体的方向反射的倾斜部。
5.如权利要求4所述的微波加热处理装置，其特征在于: 所述倾斜部设置为，以所述被处理体的高度为基准位置，具有包含比该基准位置为上方位置和下方位置的斜面，且包围所述被处理体。
6.如权利要求1或2所述的微波加热处理装置，其特征在于: 所述微波导入装置具备: 导波管，其向所述处理容器传送微波；和 接合器部件，其安装在所述处理容器的上壁的外侧，包括多个金属制的块体， 所述接合器部件在内部具有传送微波的形成大致S字形的导波通路。
7.如权利要求6所述的微波加热处理装置，其特征在于: 通过所述导波通路的一端侧与所述导波管连接、另一端侧与所述微波导入口连接，所述导波管和所述微波导入口的一部分或全部在不相互上下重叠的位置连接。
8.—种处理方法，其是使用微波加热处理装置对被处理体进行加热处理的处理方法，该处理方法的特征在于: 所述微波加热处理装置具备: 在内部具有微波放射空间并且收容所述被处理体的处理容器；和生成用于对所述被处理体进行加热处理的微波并将该微波导入所述处理容器的微波导入装置，所述处理容器具有上壁、底壁和相互连接的四个侧壁， 所述微波导入装置具有第一微波源至第四微波源作为多个所述微波源， 所述上壁具有将在所述第一微波源至第四微波源的各个中生成的所述微波导入所述处理容器的第一微波导入口至第四微波导入口， 所述第一微波导入口至第四微波导入口在俯视时分别呈具有长边和短边的矩形，其长边和短边设置为与所述四个侧壁的内壁面平行， 各微波导入口配置在相互变更90°角度的旋转位置，且配置为在沿与所述长边垂直的方向平行移动的情况下， 不与具有平行的长边的其它微波导入口重叠。
全文摘要
本发明提供电力的利用效率和加热效率优异、能够对被处理体进行均匀的处理的微波加热处理装置和处理方法。在微波加热处理装置(1)中，在处理容器(2)的顶部(11)，四个微波导入口(10)分别配置为以其长边和短边与四个侧壁部(12A、12B、12C、12D)的内壁面平行，且配置于相互变更90°角度的旋转位置。各微波导入口(10)配置为，在沿与各自的长边垂直的方向平行移动的情况下，不与具有平行的长边的其它微波导入口(10)重叠。
文档编号H05B6/80GK103188835SQ201210584999
公开日2013年7月3日 申请日期2012年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者池田太郎, 河西繁, 山下润, 伴昌和 申请人:东京毅力科创株式会社