专利名称：微波加热处理装置和处理方法
技术领域：
本发明涉及将微波导入到处理容器进行规定的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：
随着LSI (Large-scale Integration:大规模集成电路)元件、存储元件(memorydevice)的细微化的不断发展，晶体管制造工序中的扩散层的深度变浅。以往，注入到扩散层的掺杂原子(doping atom)的活性化是通过使用灯加热器(lamp heater)的被称为RTA(Rapid Thermal Annealing:快速退火)的快速加热处理进行的。但是,在RTA处理中，由于掺杂原子的扩散不断进行，因此，出现扩散层的深度超过允许范围而变深，从而成为细微设计的障碍的问题。当扩散层的厚度的控制不完善时，会成为漏电流的产生等元件的电特性降低的重要因素。近年来，作为对半导体晶片施行热处理的装置，提出了使用微波的装置。当以微波加热进行掺杂原子的活性化时，微波会直接作用于掺杂原子，因此，具有不引起剩余(过度)加热，能够抑制扩散层的扩散的优点。作为利用微波的加热装置，例如在专利文献I中，提出了一种基板处理装置，该基板处理装置构成为，处理室的内壁面中，将与支承于基板支承部的基板的处理面相对的面和在关闭基板搬入搬出口时构成处理室的内壁面的一部分的开闭部所构成的面连结的线，相对于基板的处理面倾斜(例如，专利文献I)。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2011-66254号公报
发明内容
发明要解决的课题但是，当通过微波加热进行掺杂原子的活性化时，需要供给某种程度大的电力。为此，设置多个微波导入口从而将微波导入到处理容器内的方法有效率。但是，当设置有多个微波导入口时，存在由于从一个微波导入口被导入的微波进入到另外的微波导入口从而电力的利用效率和加热效率降低的问题。另外，微波加热的情况下，也存在当微波直接照射到位于微波导入口的正下方的半导体晶片时在半导体晶片的面内产生局部的加热不匀的问题。本发明是鉴于上述的问题而提出的，其目的在于，提供一种具有良好的电力的利用效率和加热效率并且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。用于解决课题的技术方案本发明的微波加热处理装置包括:处理容器，其在内部具有微波发射空间，并且收纳被处理体；
支承部，其在上述处理容器内支承被处理体；和微波导入装置，其生成用于对上述被处理体进行加热处理的微波并导入到上述处
理容器。本发明的微波加热处理装置中，上述处理容器，具有上壁、底壁和侧壁，并且上述侧壁的水平截面形状具有四个直线部分，上述微波导入装置，具有作为上述多个微波源的第一至第四的微波源，上述上壁具有将在上述第一至第四的微波源的各个中生成的上述微波导入到上述处理容器的第一至第四的微波导入口。本发明的微波加热处理装置中，上述第一至第四的微波导入口各自在俯视时呈具有长边和短边的矩形，各微波导入口，以其长边与上述四个直线部分中的至少一个直线部分平行的方式进行配置。另外，本发明的微波加热处理装置中，上述第一至第四的微波导入口设置于比被处理体更向外侧偏离的位置，使得与被上述支承部支承的被处理体在垂直方向上不重叠，并且在各个微波导入口的正下方，相对设置有使微波向被处理体的方向反射的倾斜部。本发明的微波加热处理装置中，也可以是，上述第一至第四的微波导入口配置于互相改变90°角度的旋转位置，上述直线部分各自与上述第一至第四的微波导入口中的一个对应地设置。本发明的微波加热处理装置中，上述侧壁的水平截面形状也可以包括上述四个直线部分和介于各直线部分之间的曲线部分。本发明的微波加热处理装置中，上述倾斜部也可以以包围被处理体的方式设置于其周围。本发明的微波加热处理装置中，也可以是，上述微波发射空间由上述上壁、上述侧壁和设置于上述上壁与上述底壁之间的分隔部划定，上述倾斜部设置于上述分隔部。另外，上述倾斜部，也可以以上述被处理体的高度为基准位置，具有包括比该基准位置更上方的位置和更下方的位置的斜面。本发明的处理方法，利用微波加热处理装置，对上述被处理体进行加热处理，该微波加热处理装置包括:处理容器，其在内部具有微波发射空间，并且收纳被处理体；支承部，其在上述处理容器内支承被处理体；和微波导入装置，其生成用于对上述被处理体进行加热处理的微波并导入到上述处
理容器，本发明的处理方法中，上述处理容器，具有上壁、底壁和侧壁，并且上述侧壁的水平截面形状具有四个直线部分，上述微波导入装置，具有作为上述多个微波源的第一至第四的微波源，上述上壁具有将在上述第一至第四的微波源的各个中生成的上述微波导入到上述处理容器的第一至第四的微波导入口，本发明的处理方法中，上述第一至第四的微波导入口各自在俯视时呈具有长边和短边的矩形，各微波导入口，以其长边与上述四个直线部分中的至少一个直线部分平行的方式配置。另外，本发明的微波加热处理装置中，上述第一至第四的微波导入口设置于比被处理体更向外侧偏离的位置，使得与被上述支承部支承的被处理体在垂直方向上不重叠，并且在各个微波导入口的正下方，相对设置有使微波向被处理体的方向反射的倾斜部。发明效果本发明的微波加热处理装置和处理方法，减少发射到处理容器内的微波的损失并具有良好的电力的利用效率和加热效率。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是表示构成本发明的实施方式的微波加热处理装置的概略结构的截面图。图2是表示构成本发明的实施方式中的微波导入装置的高电压电源部的概略结构的说明图。图3是表示图1所示的处理容器的顶部的下表面的俯视图。图4是放大表示微波导入口的说明图。图5是表示倾斜部的作用的说明图。图6是表示图1所示的控制部的结构的说明图。图7A是示意性地表示从微波导入口发射的微波的电磁场矢量的说明图。图7B是示意性地表示从微波导入口发射的微波的电磁场矢量的另外的说明图。图8A是表示比较例中的电力吸收效率的仿真模拟结果的图。图8B是表示本发明的实施方式中的电力吸收效率的仿真模拟结果的图。附图符号1.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、10D.微波导入口、12.侧壁部、12A、12B、12C、12D.直线部分、22.喷头部、23.整流板、23A.倾斜部、30.微波单元、31.磁控管、32.波导管、33.透射窗、34.循环器、35.检测器、36.调谐器、37.假负载、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.程序控制器、82.用户界面、83.存储部、W.半导体晶片。
具体实施例方式下面，参照附图，详细说明本发明的实施方式。首先，参照图1说明构成本发明的一种实施方式的微波加热处理装置的概略结构。图1是表示构成本实施方式的微波加热处理装置的概略结构的截面图。构成本实施方式的微波加热处理装置I是伴随着连续的多个动作，例如对半导体元件制造用的半导体晶片(以下，简记为‘晶片’ )W照射微波从而施行退火处理的装置。微波加热处理装置I具有:收纳作为被处理体的晶片W的处理容器2、将微波导入到处理容器2内的微波导入装置3、在处理容器2内支承晶片W的支承装置4、将气体供给于处理容器2内的气体供给机构5、对处理容器2内进行减压排气的排气装置6和控制这些微波加热处理装置I的各构成部的控制部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。处理容器2，其内部呈空洞，并具有:作为上壁的板状的顶部11、作为底壁的底部
13、作为连结顶部11与底部13的侧壁的侧壁部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的搬入搬出口(图示省略)和设置于底部13的排气口 13a。搬入搬出口用于在与处理容器2相邻的无图示的搬送室之间进行晶片W的搬入搬出。在处理容器2与搬送室之间，设置有门阀(gate valve)(无图示)。门阀具有打开或关闭搬入搬出口的功能，其在关闭状态将处理容器2气密密封，并且在打开状态能够将晶片W在处理容器2与无图示的搬送室之间移送。另外，在后面详细说明侧壁部12的形状。微波导入装置3设置于处理容器2的上部，起到将电磁波(微波)导入到处理容器2内的微波导入单元的功能。在后面详细说明微波导入装置3的结构。<支承装置>支承装置4具有:配置于处理容器2内的板状且中空的升降(lift)板15、从升降板15的上表面向上方延伸的管状的多个支承销14和从升降板15的下表面贯通底部13并延伸到处理容器2的外部的管状的轴(shaft，柄)16。轴16在处理容器2的外部固定于无图示的致动器(actuator)。多个支承销14在处理容器2内与晶片W抵接来支承晶片W。多个支承销14以其上端部在晶片W的圆周方向并排的方式进行配置。另外，多个支承销14、升降板15和轴16构成为，能够通过无图示的致动器使晶片W上下移位。另外，多个支承销14、升降板15以及轴16构成为，能够通过排气装置6使晶片W吸附于多个支承销14。具体而言，多个支承销14和轴16各自呈在升降板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和升降板15由电介体材料形成。作为形成多个支承销14和升降板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还具有:连接排气口 13a和排气装置6的排气管17、连接轴16与排气管17的排气管18、设置于排气管17的途中的压力调整阀19和设置于排气管18的途中的开闭阀20与压力计21。排气管18以在轴16的内部空间连通的方式，直接或间接地连接到轴16。压力调整阀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具有干式真空泵(dry pump)等的真空泵。通过运行排气装置6的真空泵，对处理容器2的内部空间进行减压排气。此时，通过使开闭阀20处于打开状态，吸引晶片W的背面，能够使晶片W吸附到多个支承销14而进行固定。另外，作为排气装置6能够以设置于设置有微波加热处理装置I的设施的排气设备替代干式真空泵等的真空泵而使用。<气体导入机构>微波加热处理装置I还具有:将气体供给于处理容器2内的供给机构5。气体供给机构5具有:具有无图示的气体供给源的供给装置5a、在处理容器2内配置于配置晶片W的预定的位置的下方的喷头部(shower head) 22、配置于喷头部22与侧壁部12之间的呈环状的整流板(current plate)23、连接喷头部22与气体供给装置5a的管道24和连接到气体供给装置5a并且将处理气体导入到处理容器2内的多个管道25。喷头部22和整流板23例如由铝、铝合金、不锈钢等的金属材料形成。喷头部22用于当对晶片W施行较低温的处理时，由冷却气体对晶片W进行冷却。喷头部22具有连通到管道24的气体通路22a、连通到气体通路22a并且向晶片W喷出冷却气体的多个气体喷出孔22b。图1所示的例中，在喷头部22的上表面侧形成有多个气体喷出孔22b。另外，气体喷头部22不是微波加热处理装置I中的必须的构成元件，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用于对在处理容器2内配置晶片W的预定的区域的气氛进行整流并使其流向排气口 13a。在整流板23的上表面(与顶部11相对的面)设置有倾斜部23A。在后面说明倾斜部23A的详细的结构。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、H2等的气体。另外，作为将气体供给于处理容器2内的单元，也可以以不包含于微波加热处理装置I的结构的外部的气体供给装置替代气体供给装置5a而使用。虽然无图示，但是微波加热处理装置I还具有设置于管道24、25的途中的质量流量控制器(mass flow controller)和开闭阀。由质量流量控制器和开闭阀控制供给于喷头部22和处理容器2内的气体的种类、这些气体的流量等。〈微波发射空间〉本实施方式的微波加热处理装置I中，在处理容器2内，以顶部11、四个侧壁部
12、喷头部22以及整流板23分隔的空间形成微波发射空间S。在该微波发射空间S中，微波从设置于顶部11的多个微波导入口 10发射。在此，喷头部22和整流板23，除上述的功能，还兼有作为在处理容器2内规定微波发射空间S的下端的分隔部的作用。处理容器2的顶部11、四个侧壁部12、喷头部22以及整流板23均由金属材料形成，因此，反射微波，使其散射于微波发射空间S内。〈温度测量部〉微波加热处理装置I还具有测量晶片W的表面温度的多个发射温度计26和连接到多个发射温度计26的温度测量部27。另外，图1中，除测量晶片W的中央部的表面温度的发射温度计26之外，省略多个发射温度计26的图示。多个发射温度计26，从底部13向配置晶片W的预定的位置延伸，以使其上端部接近晶片W的背面。<微波导入装置>接着，参照图1和图2，说明微波导入装置3的结构。图2是表示微波导入装置3的高电压电源部的概略结构的说明图。如上所述，微波导入装置3设置于处理容器2的上部，并起到将电磁波(微波)导入到处理容器2内的微波导入单元的功能。如图1所示，微波导入装置3具有将微波导入到处理容器2的微波单元30和连接到多个微波单元30的高电压电源部40。(微波单元)本实施方式中，多个微波单元30的结构全部是一样的。各微波单元30具有:生成用于处理晶片W的微波的磁控管31、将磁控管31中生成的微波传送到处理容器2的波导管32和以堵塞微波导入口 10的方式固定于顶部11的透射窗33。磁控管31对应于本发明中的微波源。
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(均无图示)。另外，作为磁控管31，能够使用能够振荡产生各种频率的微波的磁控管。由磁控管31生成的微波，对每次被处理体的处理逐一选择最优的频率，例如在退火处理中，优选
2.45GHz,5.8GHz等的高频率的微波、特别优选5.8GHz的微波。波导管32，呈截面为矩形且方矩形管状的形状，并从处理容器2的顶部11的上表面向上方延伸。磁控管31连接到波导管32的上端部的附近。波导管32的下端部连接到透射窗33的上表面。磁控管31中生成的微波经由波导管32和透射窗33导入到处理容器2内。透射窗33由电介体材料形成。作为透射窗33的材料，例如能够使用石英、陶瓷等。透射窗33与顶部11之间，被无图示的密封(seal、屏蔽)材料气密地密封。从透射窗33的下表面到支承于支承销14的晶片W的表面的高度的垂直距离(间隙(gap) G)，从抑制微波直接发射到晶片W的角度上，例如优选25mm以上，进一步优选25mnT50mm的范围内。微波单元30还具有设置于波导管32的途中的循环器(circulator)34、检测器35以及调谐器(tuner) 36和连接到循环器34的假负载(dummy load) 37。从波导管32的上端部侧依次设置有循环器34、检测器35以及调谐器36。循环器34和假负载37构成分离来自处理容器2的反射波的隔离器(isolator)。也就是说，循环器34将来自处理容器2的反射波引导到假负载37，假负载37将被循环器34引导的反射波转换为热。检测器35用于检测波导管32中的来自处理容器2的反射波。检测器35例如由阻抗监控仪(impedance monitor),具体而言，由检测波导管32中的驻波的电场的驻波监控仪构成。驻波监控仪例如能够由突出到波导管32的内部空间的三根针(pin)构成。通过由驻波监控仪检测驻波的电场的位置、相位以及强度，能够检测来自处理容器2的反射波。另外，检测器35也可以由能够检测行波(前进波)和反射波的定向I禹合器(directionalcoupler:方向I禹合器)构成。调谐器36具有将磁控管31和处理容器2之间的阻抗匹配的功能。通过调谐器36的阻抗匹配是基于检测器35中的反射波的检测结果而进行的。调谐器36例如能够由以能够进出波导管32的内部空间的方式进行设置的导体板(图示省略)构成。此时，通过控制导体板向波导管32的内部空间的突出量，调整反射波的电能，从而能够调整磁控管31与处理容器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:连接到商用电源的AC-DC转换电路(交直流转换电路)41、连接到AC-DC转换电路41的开关电路(switching circuit) 42、控制开关电路42的动作的开关控制器(switching controller)43、连接到开关电路42的升压变压器44和连接到升压变压器44的整流电路45。磁控管31经由整流电路45连接到升压变压器44。AC-DC转换电路41是对来自商用电源的交流(例如，三相200V的交流)进行整流并转换为规定的波形的直流的电路。开关电路42是控制被AC-DC转换电路转换的直流的开启与关闭的电路。开关电路42中，由开关控制器43进行移相型(phase shift)的PWM(Pulse Width Modulation、脉冲宽度调制)控制或 PAM (Pulse Amplitude Modulation、脉冲幅度调制)控制，从而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到规定的大小。整流电路45是对被升压变压器44升压的电压进行整流并供给到磁控管31的电路。<侧壁部的形状和微波导入口的配置>接着，参照图1、图3以及图4，详细说明本实施方式中的侧壁部12的形状和微波导入口 10的配置的关系。图3表示从处理容器2的内部观察图1所示的处理容器2的顶部11的下表面的状态。另外，图4是放大表不一个微波导入口 10的俯视图。图3中，以双点划线将晶片W的大小和位置重叠在顶部11进行表示。符号0表示晶片W的中心，并且，在本实施方式中，也表示顶部11的中心。侧壁部12呈水平截面包 括四个直线部分和介于各直线部分之间的四个曲线部分的形状。侧壁部12的内壁面具有作为反射微波的反射面的功能。图3中，为了说明上的方便，在顶部11和侧壁部12的内壁面的边界中，区分四个直线部分并附上符号12A、12B、12C、12D，区分四个曲线部分并附上符号12E、12F、12G、12H，表示它们的位置。图3所示的顶部11和侧壁部12的内壁面的边界的形状对应于侧壁部12的水平截面形状。也就是说，图3中的四个直线部分12A、12B、12C、12D对应于侧壁部12的水平截面中的四个直线部分，四个曲线部分12E、12F、12G、12H对应于侧壁部12的水平截面中的四个曲线部分。从而，在以下的说明中，所谓四个直线部分12A、12B、12C、12D的说法中也包含侧壁部12的水平截面形状中的直线部分的含义，所谓四个曲线部分12E、12F、12G、12H的说法中，也包含侧壁部12的水平截面形状中的曲线部分的含义。侧壁部12的内壁面中，相当于四个直线部分的部分为平面，相当于四个曲线部分的部分为曲面。图3中符号M表示通过顶部11的中心0和四个直线部分12A、12B、12C、12D的中点的中央线。另外，晶片W的中心和顶部11的中心也可以不一定重叠。如图3所示，在本实施方式中，顶部11中具有等间隔配置的四个微波导入口 10。以下，当将四个微波导入口 10互相区分而表示时，附上符号10A、10B、10C、10D而表示。另夕卜，在本实施方式中，在各微波导入口 10分别连接有微波单元30。总之，微波单元30的数为4个。微波导入口 10呈具有长边和短边的平面矩形。微波导入口 10的长边的长度1^和短边的长度L2的比(L1Zl2),例如优选1.2 3的范围内，进一步优选1.5 2.5的范围内。另夕卜，比IVL2>1。上述比L1Zl2设为1.2^3的范围内是为了控制从微波导入口 10发射到处理容器2内的微波的指向性。也就是说，该比L1Zl2不足1.2时，向着与微波导入口 10的长边平行的方向(与短边垂直的方向)的微波的指向性和向着与微波导入口 10的长边垂直的方向(与短边平行的方向)的微波的指向性之间差别变得不明显。另一方面，当上述比L1Zl2超过3时，由于向着微波导入口 10的正下方和与微波导入口 10的长边平行的方向的微波的指向性过于变弱，有时使晶片W的加热效率降低。这样，本实施方式中，通过将上述比L1Zl2设为1.2^3的范围内，与向着与微波导入口 10的长边平行的方向的微波的指向性相比，能够使向着与微波导入口 10的长边垂直的方向的微波的指向性相对地稍微增强。另外，微波导入口 10的长边的长度L1例如对于波导管32的管内波长入g，优选，设为L1=IiX Ag/2 (在此，n表示整数)，进一步优选，n=2。对每个微波导入口 10，各微波导入口 10的大小、上述比L1Zl2也可以不同，但是，从提高对晶片W的加热处理的均匀性并且改善控制性的角度，优选四个微波导入口 10全部为相同的大小和形状。
本实施方式中，四个微波导入口 10，以它们全部都离开晶片W的正上方的方式进行配置。也就是说，四个微波导入口 10全都设置为，在与支承于支承装置4的晶片W垂直的方向(即，在上下)上不重叠。本实施方式中，四个微波导入口 10各自设置为，其长边平行于四个直线部分12A、12B、12C、12D当中的至少一个。例如，图3中，微波导入口 IOA的长边平行于直线部分12A、12C。从比IVL2例如为1.2 3的微波导入口 IOA发射的微波的指向性，与平行于其长边的方向相比，相对地，在垂直于其长边的方向上，有稍微增强的趋势。并且，从微波导入口 IOA发射的微波当中，向着垂直于长边的方向的微波被具有直线部分12A、12C的内壁面反射。具有直线部分12A、12C的内壁面平坦，并相对于微波导入口 IOA的长边，被平行地设置，因此，生成的反射波在处理容器2内分散。这样，将比L1Zl2例如为1.2^3的四个微波导入口10配置为，各自的长边在具有四个直线部分12A、12B、12C、12D的侧壁部12中，平行于平坦的内壁面，从而能够控制从微波导入口 10发射的微波和反射波的方向。另外，本实施 方式中，上述KIVL2例如为1.2^3的四个微波导入口 10配置于互相改变90°角度的回转位置。总之，四个微波导入口 10以顶部11的中心0为基准回转对称地进行配置，该回转角为90°。这样，通过将四个微波导入口 10以顶部11的中心0为基准对称地进行配置，能够将微波均匀地导入到处理容器2内。另外，各微波导入口 10的中心也可以与中央线M不重叠。从而，例如也可以将各微波导入口 10配置于远离中央线M的位置。但是，从谋求微波均匀地导入到处理容器2内的观点，各微波导入口 10优选靠近上述中央线M进行配置，如图3所示，进一步优选以至少各微波导入口 10的一部分重叠于中央线M的方式进行配置，进一步优选各微波导入口 10的中心重叠于中央线M上。以上，举例的是微波导入口 10A，但是，微波导入口 10B、10CU0D也配置为，在各自另一个微波导入口 10和侧壁部12之间，上述关系成立。<倾斜部和各微波导入口的配置>接着，参照图1、图3以及图5详细说明本实施方式中的倾斜部23A的配置和微波导入口 10的配置的关系。图5是表示倾斜部23A的作用的说明图。如上所述，气体供给机构5中的喷头部22和整流板23兼有作为规定微波发射空间S的下端的分隔部的作用。并且，整流板23具有向晶片W的方向反射微波的倾斜部23A。也就是说，在晶片W的周围，以包围晶片W的方式进行设置的整流板23的上表面，以从晶片W侧(内侧)朝向侧壁部12侧(外侧)扩开的方式倾斜。倾斜部23A与四个微波导入口 10上下相向地设置。本实施方式中，为了从晶片W的周围使微波有效地向其中心集中，以晶片W的闻度为基准位置Po，以具有包括比该基准位置Po更靠上方的上方位置P1和更靠下方的下方位置P2的斜面的方式设置有整流板23的倾斜部23A。也就是说，如图5所示，整流板23的倾斜的上表面(倾斜部23A)的上端位于比支承于支承销14的晶片W更靠上方的位置(上方位置卩:)。另外，整流板23的倾斜的上表面(倾斜部23A)的下端位于比支承于支承销14的晶片W更靠下方的位置(下方位置P2)。图5以电磁场矢量100、101示意性地表示在整流板23的倾斜部23A反射的微波的方向。本实施方式中，倾斜部23A设置于与四个微波导入口 10上下相对的位置，因此，能够由倾斜部23A，使从微波导入口 10发射并向着下方的微波发射空间S内(S卩，从处理容器2的顶部11侧朝向整流板23侧)的微波反射，从而改变为朝向晶片W的中心的方向。这样，使微波从晶片W的周围向其中心集中，利用反射波提高加热效率，能够均匀地加热晶片W的整个面。倾斜部23A的角度和宽度沿侧壁部12的内壁面(在晶片W的全周围)不变。整流板23的上表面(倾斜部23A)的角度是任意的，是能够使从各微波导入口 10发射的微波有效地向晶片W方向反射的角度即可。具体而言，考虑微波导入口 10的配置、形状(例如，上述比L1Zl2)、间隙G等，能够恰当设置。本实施方式的微波加热处理装置I中，通过将倾斜部23A设置于整流板23，与以另外的部件设置有倾斜部的情况相比，削减了零件数量，实现了装置结构的简化。另外，倾斜部23A例如设置于各微波导入口 10的正下方即可，不需要一定设置在晶片W的全周围，但是，为了谋求基于处理容器2内的微波的扩散的晶片W的均匀加热，优选设置于晶片W的全周围。〈控制部〉微波加热处理装置I的各构成部，各自连接于控制部8，被控制部8控制。控制部8，典型的为计算机。图6是表示图1所示的控制部8的结构的说明图。图6所示的例中，控制部8具有:具有CPU的程序控制器(process controller) 81、连接于该程序控制器81的用户界面(user interface) 82和存储部83。程序控制器81是在微波加热处理装置I中将例如与温度、压力、气体流量、微波输出(微波功率)等的程序条件有关的各构成部(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)总括进行控制的控制单元。用户界面82具有工序管理者为了管理微波加热处理装置I而进行命令的输入操作等的键盘或触感控制板(touch panel)、将微波加热处理装置I的运行状况进行可视化显示的显示器等。存储部83中保存有用于通过程序控制器81的控制实现在微波加热处理装置I中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处理方案(recipe)等。程序控制器81按照来自用户界面82的指示等需要，从存储部83调出任意的控制程序或处理方案，执行。由此，在基于程序控制器81的控制下，在微波加热处理装置I的处理容器2内进行规定的处理。上述的控制程序和处理方案能够利用例如存储于⑶-ROM、硬盘、软盘、闪存、DVD、蓝光光碟(Blu-ray Disc)等的计算机可读取的存储媒介的状态的控制程序和处理方案。另夕卜，也能够从另外的装置，例如经由专用线路(租用线路)即时传送并通过联机，利用上述的
处理方案。[处理顺序]接着说明对晶片W施行退火处理时的微波加热处理装置I中的处理的顺序。首先，例如从用户界面82将指令输入到程序控制器81，以在微波加热处理装置I中进行退火处理。接着，程序控制器81接收该指令，读出保存于存储部83或计算机可读取的存储媒介的处理方案。接着，控制信号从程序控制器81被输送到微波加热处理装置I的各终端装置(end device)(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)，以由基于处理方案的条件执行退火处理。接着，使门阀(图示省略)处于打开状态，由无图示的运送装置，晶片W经过门阀和搬入搬出口(图示省略)，被搬入到处理容器2内。晶片W被载置于支承销14之上。接着，使门阀处于关闭状态，由排气装置6，对处理容器2内进行减压排气。此时，使开闭阀20处于打开状态，从而晶片W的背面被吸引，晶片W被吸附固定于支承销14。接着，由气体供给装置5a，规定的流量的处理气体和冷却气体被导入到处理容器2内。处理容器2的内部空间，通过调整排气量和气体供给量而被调整到规定的压力。接着,从高电压电源部40对磁控管31施加电压，生成微波。磁控管31中生成的微波在波导管32中传送，接着，透过透射窗33，被导入到处理容器2内的晶片W的上方的空间。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交替将微波导入到处理容器2内，另外，也可以在多个磁控管31中同时生成多个微波，并从各微波导入口10同时将微波导入到处理容器2内。导入到处理容器2内的微波在侧壁部12中，被具有直线部12么、128、12(:、120的平坦的壁面部分或倾斜部23A反射，有效地照射到晶片W，并通过焦耳加热、磁性加热、感应加热等的电磁波加热，晶片W被迅速加热。从而，对晶片W进行退火处理。从程序控制器81，结束退火处理的控制信号被输送到微波加热处理装置I的各终端装置时，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，使门阀处于打开状态，晶片W被无图示的搬送装置搬出。微波加热处理装置1，例如在半导体元件的制造工序中，能够以用于进行注入到扩散层的掺杂原子的活性化的退火处理等的目的，优选利用。〈作用〉接着，参照图3和图7A、7B，说明构成本实施方式的微波加热处理装置I和使用微波加热处理装置I的晶片W的处理方法的作用效果。本实施方式中，构成为，由微波导入口10的特征性的形状和配置、处理容器2的侧壁部12的形状和倾斜部23A的组合，一边极力抑制从一个微波导入口 10发射到处理容器2内的微波进入到另外的微波导入口 10，一边使该微波有效地照射到晶片W，从而能够对晶片W均匀地加热。其原理如下。图7A、7B示意性地表示上述比L1Zl2为2的微波导入口 10中的微波的发射指向性。图7A表示从顶部11 (无图示)的下方观察微波导入口 10的状态。图7B是在短边方向的顶部11的截面中表示微波导入口 10的图。图7A、7B中，箭头表示从微波导入口 10发射的电磁场矢量100，表示箭头越长微波的指向性越强。另外，图7A、7B中，X轴和Y轴全都为与顶部11的下表面平行的方向，X轴表不垂直于微波导入口 10的长边的方向，Y轴表不平行于微波导入口 10的长边的方向，Z轴表示垂直于顶部11的下表面的方向。本实施方式中，如上所述，在顶部11配置有四个具有长边和短边的平面矩形的微波导入口 10。并且，本实施方式中使用的各微波导入口 10中，比L1Zl2例如设为1.2 3的范围内，优选1.5 2.5的范围内。因此，如图7A所示，微波的指向性，与沿Y轴平行于长边的方向相比，沿X轴垂直于长边的方向相对地稍微增强。从而，从某个微波导入口 10发射的微波，主要沿着处理容器2的顶部11传播，以平行于该长边的侧壁部12的直线部分12A、12B、12C、12D的内壁面为反射面被反射。在此，本实施方式中，四个微波导入口 10的长边以平行于四个直线部分12A、12B、12C、12D的平坦的内壁面的方式进行设置。从而，四个直线部分12A、12B、12C、12D的平坦的内壁面上生成的反射波分散到处理容器2内，并贡献于晶片W的电力吸收分布的改善。另外，比L1Zl2设为L 2 3的范围内、优选1.5 2.5的范围内的微波导入口 10中，如图7B所示，发射的微波的指向性，向着下方(S卩，沿Z轴向晶片W侧的方向)也具有一定(固定)的强度。此时，若晶片W位于微波导入口 10的正下方，向着晶片W的微波直接照射的比例增大，因此，容易产生晶片W面内的局部的加热。但是，本实施方式中，四个微波导入口 10全都以离开晶片W的正上方的方式进行配置。并且，晶片W的周围中，与四个微波导入口 10相对地，设置有倾斜部23A。从而，从微波导入口 10发射并向着下方(S卩，沿Z轴向晶片W侧的方向)具有一定(固定)的强度的指向性的微波在倾斜部23A被反射，成为从晶片W的周围向着晶片W的中心的反射波。另外，在四个直线部分12A、12B、12C、12D的平坦的内部面反射的反射波当中，具有向下方的指向性的部分也在倾斜部23A进一步被反射，成为从晶片W的周围向着晶片W的中心的反射波。由此，使反射波从晶片W的周围向其中心集中，从而提高加热效率，能够对晶片W的整个面均匀地加热。本实施方式的微波加热处理装置I中，如上所述，由特征性的微波导入口 10的形状和配置、侧壁部12的形状和倾斜部23A的配置的组合，能够一边极力抑制具有如图7A、7B所示的发射指向性的微波或其反射波进入到另外的微波导入口 10，一边使其向晶片W集中，从而提高供给电力的利用效率。接着，参照图8A、图SB说明对改变处理容器的形状和微波导入口 10的形状与配置时的晶片W的电力吸收效率进行仿真模拟的结果。图8A、8B的上层是将作为仿真模拟的对象的微波加热处理装置的微波导入口 10的配置和侧壁部12的形状对晶片W的配置进行投影而说明的示意图，中层表示晶片面内的微波电力的体积损失密度分布的仿真模拟结果的图，下层表示由仿真模拟得到的对于散射参数、晶片吸收电力Pw、全面积(晶片面积+处理室的内面积)的晶片面积的比例Aw。该仿真模拟中，图8A、图SB的上层中，由涂黑的区域所示的单个的微波导入口导入3000W的微波的条件下，进行了研究。另外，处理容器的侧壁部12的直径，图8A设为505mm、图8B设为470mm。间隙G，图8A设为67mm、图8B设为39.9飞7mm。晶片W的高度，图8A、图8B都设为13.8mm。晶片W的介质损耗正切值(tan 6 )设为0.1。图8A是将四个微波导入口 10设置于具有水平截面为圆形的圆筒状的侧壁部12的处理容器的比较例的结构 的仿真模拟结果。图8B是与图3的所示的一样，将四个微波导入口 10设置于具有水平截面上具有直线部分和曲线部分的侧壁部12的处理容器的本实施方式的微波加热处理装置I的仿真模拟结果。图8A、8B中，微波导入口 10的长边的长度L1和短边的长度L2的比(L1A2)均为2。另外，图8A、8B中，微波导入口 10的配置设定为，在圆形的晶片W的周缘部的外侧上方，该周缘部的切线方向与微波导入口 10的长边的方向平行。另外，图8B的仿真模拟中，设置有与图1同样地构成的倾斜部23A。在此，晶片W的吸收电力能够由散射参数(S参_计算。若输入电力设为Pin、晶片W吸收的全部电力设为Pw，则全部电力Pw能够由下面的式(I)求出。另外，Sll、S21、S31、S41是四个微波导入口 10的S参数，涂黑的区域的微波导入口 10相当于口(port) I。Pw = Pin (1-|S11 |2-|S21 |2-|S31 |2-|S4112)…(I)另外，为了提高晶片的电力吸收效率，优选对于规定微波发射空间S的处理室的内面积的晶片W的面积的比较大，优选如下式(2)所示的Aw较大。Aw是对于全面积(晶片面积+处理室的内面积)的晶片面积的比例。Aw=[晶片面积/ (晶片面积+处理室的内面积)]X 100…(2)
另夕卜，晶片W的面内的电力吸收的分布通过利用晶片W面内的坡印亭矢量
(Poynting vector)求出电磁波体积损失密度来计算。另外，晶片W吸收的全部电力Pw能
够由下面的式(3)求出，另外，晶片W单位体积吸收的电力pw能够由式(4)求出。利用电磁
场仿真模拟器(simulator)计算这些值，并通过在晶片W上描绘，制作图8A、图SB的中段所
示的图。这些图中，因为是黑白标记，因此无法严格地表达，但是，大致上，黑色越浅(白)的
部分，表示晶片W面内的电磁波体积损失密度越大。
权利要求
1.一种微波加热处理装置，其包括: 处理容器，其在内部具有微波发射空间，并且收纳被处理体； 支承部，其在所述处理容器内支承被处理体；和 微波导入装置，其生成用于对所述被处理体进行加热处理的微波并导入到所述处理容器， 所述微波加热处理装置的特征在于: 所述处理容器具有上壁、底壁和侧壁，并且所述侧壁的水平截面形状具有四个直线部分， 所述微波导入装置，具有作为多个微波源的第一至第四的微波源， 所述上壁具有将在所述第一至第四的微波源的各个中生成的所述微波导入到所述处理容器的第一至第四的微波导入口， 所述第一至第四的微波导入口各自在俯视时呈具有长边和短边的矩形，各个微波导入口，以其长边与所述四个直线部分中的至少一个直线部分平行的方式配置， 所述第一至第四的微波导入口设置于比被处理体更向外侧偏离的位置，使得与被所述支承部支承的被处理体在垂直方向上不重叠，并且在各个微波导入口的正下方，相对设置有使微波向被处理体的方向反射的倾斜部。
2.如权利要求1所述的微波加热处理装置，其特征在于: 所述第一至第四的微波导入口配置于互相改变90°角度的旋转位置，所述直线部分各自与所述第一至第四的微波导入口中的一个对应地设置。
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: 所述侧壁的水平截面形状包括所述四个直线部分和介于各直线部分之间的曲线部分。
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: 所述倾斜部以包围被处理体的方式设置于其周围。
5.如权利要求1或2所述的微波加热处理装置，其特征在于: 所述微波发射空间由所述上壁、所述侧壁和设置于所述上壁与所述底壁之间的分隔部划定， 所述倾斜部设置于所述分隔部。
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: 所述倾斜部，以所述被处理体的高度为基准位置，具有包括比该基准位置更上方的位置和更下方的位置的斜面。`
7.—种处理方法，其利用微波加热处理装置对被处理体进行加热处理，该微波加热处理装置包括: 处理容器，其在内部具有微波发射空间，并且收纳被处理体； 支承部，其在所述处理容器内支承被处理体；和 微波导入装置，其生成用于对所述被处理体进行加热处理的微波并导入到所述处理容器， 所述处理方法的特征在于: 所述处理容器具有上壁、底壁和侧壁，并且所述侧壁的水平截面形状具有四个直线部分，所述微波导入装置，具有作为所述多个微波源的第一至第四的微波源， 所述上壁具有将在所述第一至第四的微波源的各个中生成的所述微波导入到所述处理容器的第一至第四的微波导入口， 所述第一至第四的微波导入口各自在俯视时呈具有长边和短边的矩形，各个微波导入口，以其长边与所述四个直线部分中的至少一个直线部分平行的方式配置， 所述第一至第四的微波导入口设置于比被处理体更向外侧偏离的位置，使得与被所述支承部支承的被处理体在垂直方向上不重叠，并且在各个微波导入口的正下方，相对设置有使微波向被处理体的方向 反射的倾斜部。
全文摘要
本发明提供一种微波加热处理装置和处理方法，该微波加热处理装置和处理方法，具有良好的电力的利用效率和加热效率，能够对被处理体进行均匀的处理。四个微波导入口(10)设置为，其全部远离晶片(W)的正上方，并且，其长边平行于侧壁部(12)的四个直线部分中的至少一个。以包围晶片(W)的周围的方式进行设置的整流板(23)的上表面，以从晶片(W)侧(内侧)向侧壁部(12)侧(外侧)扩开的方式倾斜而形成倾斜部(23A)。倾斜部(23A)与四个微波导入口(10)上下相对地设置。
文档编号H01L21/324GK103187270SQ20121057081
公开日2013年7月3日 申请日期2012年12月25日 优先权日2011年12月28日
发明者池田太郎, 田中澄 申请人:东京毅力科创株式会社