微波加熱處理裝置和處理方法
2023-06-07 23:01:11
專利名稱：微波加熱處理裝置和處理方法
技術領域：
本發明涉和將微波導入處理容器並進行規定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：
伴隨LSI器件和存儲器器件的微細化的進展，電晶體製作工序中的擴散層的深度變淺。目前，被注入擴散層的摻雜原子的活化，通過使用燈加熱器的被稱為RTA (RapidThermal Annealing:快速熱退火)的快速加熱處理來進行。但是，在RTA處理中，由於摻雜原子進行擴散，所以產生擴散層的深度變深而超出容許範圍，成為微細設計的障礙之類的問題。擴散層的深度的控制不完全時，成為漏電電流的產生等使器件的電特性降低的主要原因。近年來，作為對半導體晶片實施熱處理的裝置，提案有使用微波的裝置。在利用微波加熱進行摻雜原子的活化的情況下，由於微波直接作用於摻雜原子，所以具有不會引起過剩加熱，能夠抑制擴散層的擴展的優點。作為利用微波的加熱裝置，例如在專利文獻I中提案有一種從矩形導波管向正四稜錐喇叭導入微波而對試料進行加熱的微波加熱裝置。在該專利文獻I中，通過使矩形導波管和正四稜錐喇叭的角度向軸心方向旋轉45度地配置，能夠以同相向試料照射TEltl模式的正交的兩個偏振波的微波。另外，在專利文獻2中，作為用於對被加熱物進行彎曲加工的加熱裝置，提案有一種將加熱室內設定為導入微波的自由空間波長的λ/2 λ尺寸的正方形截面的微波加熱
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裝直。現有技術文獻專利文獻專利文獻1:日本特開昭62 - 268086號公報專利文獻2:日本實開平6 - 17190號公報
發明內容
發明想要解決的問題但是，在通過微波加熱進行摻雜原子的活化的情況下，需要供給一定程度大小的電力。因此，設置多個微波導入口向處理容器內導入微波的方法是有效的。但是，在設置有多個微波導入口的情況下，從一個微波導入口導入的微波進入其它的微波導入口，由此，存在電力的利用效率和加熱效率降低的問題。另外，在微波加熱的情況下，微波被直接照射到位於微波導入口的正下方的半導體晶片時，具有在半導體晶片的面內會產生局部性的加熱不勻的問題。用於解決問題的方案本發明是鑑於這種問題而完成的，其目的在於提供一種電力的利用效率和加熱效率優異、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。本發明的微波加熱處理裝置具備:內部具有微波放射空間並且收容被處理體的處理容器；和生成用於對所述被處理體進行加熱處理的微波並將該微波導入所述處理容器的微波導入裝置。另外，在本發明的微波加熱處理裝置中，上述處理容器具有上壁、底壁和相互連接的四個側壁，上述微波導入裝置具有第一微波源至第四微波源作為多個上述微波源，上述上壁具有將在上述第一微波源至第四微波源的各個中生成的上述微波導入上述處理容器的第一微波導入口至第四微波導入口，上述第一微波導入口至第四微波導入口在俯視時分別呈具有長邊和短邊的矩形，其長邊和短邊設置為與上述四個側壁的內壁面平行，各微波導入口配置在相互變更90°角度的旋轉位置，且配置為在沿與上述長邊垂直的方向平行移動的情況下，不與具有平行的長邊的其它微波導入口重疊。另外，本發明的微波加熱處理裝置也可以是，上述微波導入口的長邊的長度L1和短邊的長度L2的比(IVL2)為4以上。另外，在本發明的微波加熱處理裝置中，上述第一微波導入口至第四微波導入口也可以配置為，與相互相鄰的兩個微波導入口的長邊的方向平行的中心軸相互正交，且相互不相鄰的兩個微波導入口的上述中心軸不在同一直線上重疊。另外，在本發明的微波加熱處理裝置中，也可以是，上述微波放射空間由上述上壁、上述四個側壁、設置於上述上壁和上述底壁之間的分割部來劃定，在上述分割部設置有使微波向被處理體的方向反射的傾斜部。另外，在本發明的微波加熱處理裝置中，也可以是，上述傾斜部設置為，以上述被處理體的高度為基準位置，具有包含比該基準位置為上方位置和下方位置的斜面，且包圍上述被處理體。在本發明的微波加熱處理裝置中，上述微波導入裝置也可以具備:向上述處理容器傳送微波的導波管；和接合器部件，其安裝在上述處理容器的上壁的外側，包括多個金屬制的塊體。而且，在本發明的上述微波導入裝置中，上述接合器部件也可以在內部具有傳送微波的形成大致S字形的導波通路。在該情況下，也可以通過上述導波通路的一端側與上述導波管連接、另一端側與上述微波導入口連接，上述導波管和上述微波導入口的一部分或全部在上下互不重疊的位置連接。本發明的處理方法是使用微波加熱處理裝置對被處理體進行加熱處理，上述微波加熱處理裝置具備:在內部具有微波放射空間並且收容上述被處理體的處理容器；和生成用於對上述被處理體進行加熱處理的微波並將該微波導入上述處理容器的微波導入裝置。在本發明的處理方法中，上述處理容器具有上壁、底壁和相互連接的四個側壁，上述微波導入裝置作為上述多個微波源具有第一微波源至第四微波源，上述上壁具有將在上述第一微波源至第四微波源的各個中生成的上述微波導入上述處理容器的第一微波導入口至第四微波導入口，上述第一微波導入口至第四微波導入口在俯視時分別呈具有長邊和短邊的矩形，其長邊和短邊設置為與上述四個側壁的內壁面平行，各微波導入口配置在相互變更90°角度的旋轉位置，且配置為在使其沿與上述長邊垂直的方向平行移動的情況下，不會與具有平行的長邊的其它微波導入口重疊。發明效果本發明的微波加熱處理裝置和處理方法，減少了被放射到處理容器內的微波的損失，電力的利用效率和加熱效率優異。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是表示本發明第一實施方式的微波加熱處理裝置的概略構成的截面圖。圖2是表示本發明第一實施方式的微波導入裝置的高電壓電源部的概略構成的說明圖。圖3是表示圖1所示的處理容器的頂部的下表面的平面圖。圖4是將微波導入口放大表示的說明圖。圖5是表示圖1所示的控制部的構成的說明圖。圖6A是示意性地表示從微波導入口放射的微波的電磁場矢量的說明圖。圖6B是不意性地表不從微波導入口放射的微波的電磁場矢量其它的說明圖。圖7A是不意性地表不從微波導入口放射的微波的電磁場矢量的另一說明圖。圖7B是不意性地表不從微波導入口放射的微波的電磁場矢量的又一說明圖。圖8A是表示長邊和短邊之比為6的微波導入口的微波放射指向性的模擬結果的附圖。圖SB是表示長邊和短邊之比小於2的微波導入口的微波放射指向性的模擬結果的附圖。圖9A是表示比較例的微波導入口的配置的電力吸收效率的模擬結果的附圖。圖9B是表示另一比較例的微波導入口的配置的電力吸收效率的模擬結果的附圖。圖9C是表示本實施方式的微波導入口的配置的電力吸收效率的模擬結果的附圖。圖9D是示意性地表示用於有關角部的倒圓加工的模擬的微波加熱處理裝置的構成的說明圖。圖9E是表示有關角部的倒圓加工的模擬結果的附圖。圖10是表示本發明的第二實施方式的微波加熱處理裝置的概略構成的截面圖。圖11是示意性地表示在本發明的第二實施方式中，由傾斜部反射的微波的電磁場矢量的說明圖。圖12是表示本發明的第三實施方式的微波加熱處理裝置的概略構成的截面圖。圖13是表示在頂部安裝有微波導入接合器的狀態的說明圖；圖14是表示形成於微波導入接合器的槽的狀態的說明圖。
附圖標記說明L...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、IOD…微波導入口，12、12A、12B、12C、12D...側壁部，30…微波單元，31…磁控管，32…導波管，33…透過窗，34...循環器，35...檢測器,36…調諧器,37…仿真負載,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...過程控制器，82…用戶接口，83…存儲部，W…半導體晶片。
具體實施例方式以下，對本發明的實施方式，參照附圖詳細地進行說明。[第一實施方式]首先，參照圖1，對本發明第一實施方式的微波加熱處理裝置的概略構成進行說明。圖1是表示本實施方式的微波加熱處理裝置的概略構成的截面圖。本實施方式的微波加熱處理裝置I是伴隨連續的多個動作，對例如半導體器件製造用的半導體晶片(以下僅記作「晶片」)W，照射微 波而實施退火處理的裝置。微波加熱處理裝置I具備:收容作為被處理體的晶片W的處理容器2 ；向處理容器2內導入微波的微波導入裝置3 ;在處理容器2內支承晶片W的支承裝置4 ;向處理容器2內供給氣體的氣體供給機構5 ;對處理容器2內進行減壓排氣的排氣裝置6 ;和對這些微波加熱處理裝置I的各構成部進行控制的控制部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、不鏽鋼等。微波導入裝置3設置於處理容器2的上部，作為向處理容器2內導入電磁波(微波)的微波導入構件發揮功能。關於微波導入裝置3的構成，在後面詳細地進行說明。處理容器2具有:作為上壁的板狀的頂部11和作為底壁的底部13 ;作為對頂部11和底部13進行連結的側壁的四個側壁部12 ;以上下貫通頂部11的方式設置的多個微波導入口 10 ;設置於側壁部12的輸入輸出口 12a ;和設置於底部13的排氣口 13a。在此，四個側壁部12呈與水平截面垂直(直角)地連接的方筒狀。從而，處理容器2的內部呈空洞的立方體狀。另外，各側壁部12的內表面均呈平坦，具有作為使微波反射的反射面的功能。另夕卜，處理容器2的加工有時也通過切削來進行。在該情況下，由於事實上不可能將作為各側壁部12彼此的接縫和側壁部12和底部13的接縫的角部加工為直角，因此也可以對該角部實施倒圓加工。從模擬的結果可知，對於該倒圓加工的尺寸而言，將曲率半徑RC設定在15 16mm的範圍內的情況,在抑制向微波導入口 10的反射方面優選(參照圖9E)。輸入輸出口 12a用於在與處理容器2相鄰的未圖不的輸送室之間進行晶片W的輸入輸出。在處理容器2和未圖示的輸送室之間，設置有閘閥GV。閘閥GV具有打開和關閉輸入輸出口 12a的功能，在關閉狀態下將處理容器2氣密地密封，並且在打開狀態下能夠在處理容器2和未圖示的輸送室之間移送晶片W。〈支承裝置〉支承裝置4具有配置在處理容器2內的板狀且中空的移動板15、從移動板15的上表面向上方延伸的管狀的多個支承銷14、從移動板15的下表面貫通底部13並延伸至處理容器2的外部的管狀的軸16。軸16在處理容器2的外部固定在未圖示的致動器(actuator)ο多個支承銷14在處理容器2內與晶片W抵接，用於支承晶片W。多個支承銷14以其上端部沿晶片W的周向排列的方式配置。另外，多個支承銷14、移動板15和軸16構成為能夠通過未圖示的致動器使晶片W上下進行變位。另外，多個支承銷14、移動板15和軸16構成為能夠通過排氣裝置6將晶片W吸附於多個支承銷14。具體來說，多個支承銷14和軸16分別具有與移動板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，形成有用於吸引晶片W的背面的吸附孔。多個支承銷14和移動板15由電介質材料形成。作為形成多個支承銷14和移動板15的材料，例如能夠使用石英、陶瓷等。微波加熱處理裝置I還具備:連接排氣口 13a和排氣裝置6的排氣管17 ;連接軸16和排氣管17的排氣管18 ;設置於排氣管17的中途的調壓閥19 ;和設置於排氣管18的中途的開閉閥20和壓力表21。排氣管18以與軸16的內部空間連通的方式直接或間接地與軸16連接。調壓閥19設置於排氣口 13a和排氣管17、18的連接點之間。排氣裝置6具有乾式泵等真空泵。通過使排氣裝置6的真空泵工作，處理容器2的內部空間被減壓排氣。此時，通過將開閉閥20設置於打開狀態，吸引晶片W的背面，能夠使多個支承銷14吸附晶片W並將其固定。另外，作為排氣裝置6，也能夠使用設置於設置有微波加熱處理裝置I的設施上的排氣設備，代替使用乾式泵等真空泵。〈氣體導入機構〉微波加熱處理裝置I還具備向處理容器2內供給氣體的氣體供給機構5。氣體供給機構5具備:具有未圖示的氣體供給源的氣體供給裝置5a ;在處理容器2內配置在配置有晶片W的預定位置的下方的噴頭部22 ;配置在噴頭部22和側壁部12之間的製成四邊形的框狀的整流板23 ;連接噴頭部22和氣體供給裝置5a的配管24 ;和與氣體供給裝置5a連接並向處理容器2內導入處理氣體的多個配管25。噴頭部22和整流板23例如由鋁、鋁合金、不鏽鋼等金屬材料形成。噴頭部22用於在對晶片W實施比較低溫的處理的情況下，利用冷卻氣體對晶片W進行冷卻。噴頭部22具有:與配管24連通的氣體通路22a ;和與氣體通路22a連通，朝向晶片W噴出冷卻氣體的多個氣體噴出孔22b。在圖1所示的例子中，多個氣體噴出孔22b形成於噴頭部22的上表面側。另外，噴頭部22不是微波加熱處理裝置I的必須的構成要素，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用於在處理容器2內一邊對配置有晶片W的預定區域的氣氛進行整流一邊使其朝向排氣口13a流動。另外，整流板23不是微波加熱處理裝置I的必須的構成要素，也可以不設置。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、4等氣體。另外，作為向處理容器2內供給氣體的構件，也可以使用在波加熱處理裝置I的構成中未包含的外部的氣體供給裝置，來代替氣體供給裝置5a。雖然未圖示，但微波加熱處理裝置I還具備設置於配管24、25的中途的質量流控制器和開閉閥。供給到噴頭部22和處理容器2內的氣體的種類和這些氣體的流量等，由質量流控制器和開閉閥控制。〈微波放射空間〉在本實施方式的微波加熟處理裝置I中，在處理容器2內，由頂部11、四個側壁部
12、噴頭部22和整流板23劃分的空間形成微波放射空間S。在該微波放射空間S中，從設置於頂部11的多個微波導入口 10放射微波。在此，噴頭部22和整流板23除上述的功能以外，兼有作為在處理容器2內規定微波放射空間S的下端的分割部的作用。處理容器2的頂部11、四個側壁部12、噴頭部22和整流板23均由金屬材料形成，因此，對微波進行反射使其向微波放射空間S內散射。〈溫度測量部〉微波加熱處理裝置I還具備:測定晶片W的表面溫度的多個放射溫度計26 ;和與多個放射溫度計26連接的溫度測量部27。另外，在圖1中，除測定晶片W的中央部的表面溫度的放射溫度計26以外，省略多個放射溫度計26的圖示。多個放射溫度計26以其上端部接近晶片W的背面的方式，從底部13朝向配置有晶片W的預定位置延伸。〈微波導入裝置〉接著，參照圖1和圖2，對微波導入裝置3的構成進行說明。圖2是表示微波導入裝置3的高電壓電源部的概略構成的說明圖。如上所述，微波導入裝置3設置於處理容器2的上部，作為向處理容器2內導入電磁波(微波)的微波導入構件發揮功能。如圖1所示，微波導入裝置3具備:將微波導入處理容器2的多個微波單元30 ;和與多個微波單元30連接的高電壓電源部40。(微波單元)在本實施方式中，多個微波單元30的構成完全相同。各微波單元30具有:用於生成對晶片W進行處理的微波的磁控管31 ;將在磁控管31中生成的微波向處理容器2傳送的導波管32 ;和以堵塞微波導入口 10的方式固定在頂部11的透過窗33。磁控管31對應本發明中的微波源。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(均省略圖示)。另外，作為磁控管31，能夠使用能夠使各種頻率的微波振蕩(振動)的磁控管。由磁控管31生成的微波，按被處理體的每種處理選擇最佳的頻率，例如在退火處理中，優選
2.45GHz,5.8GHz等高頻的微波，特別優選5.8GHz的微波。導波管32的截面為矩形且具有方筒狀的形狀，從處理容器2的頂部11的上表面向上方延伸。磁控管31連接到導波管32的上端部的附近。導波管32的下端部與透過窗33的上表面相接。在磁控管31中生成的微波經由導波管32和透過窗33被導入處理容器2內。透過窗33由電介質材料形成。作為透過窗33的材料，例如能夠使用石英、陶瓷等。透過窗33和頂部11之間由未圖示的密封部件氣密地密封。從透過窗33的下表面至支承於支承銷14的晶片W的表面的距離(間隙G)，從抑制向晶片W直接放射微波的觀點出發，例如優選25mm以上，更優選25 50mm的範圍內。微波單元30還具有:設置於導波管32的中途的循環器34、檢測器35以及調諧器36 ;和與循環器34連接的仿真負載37。循環器34、檢測器35以及調諧器36從導波管32的上端部側開始以該順序設置。循環器34和仿真負載37構成分離來自處理容器2的反射波的隔離器。即，循環器34將來自處理容器2的反射波引導至仿真負載37，仿真負載37將由循環器34引導來的反射波轉換成熱。檢測器35用於檢測導波管32中的來自處理容器2的反射波。檢測器35例如由阻抗監測器構成，具體而言，由檢測導波管32中的駐波的電場的駐波監測器構成。駐波監測器例如能夠由嚮導波管32的內部空間突出的三個銷構成。通過利用駐波監測器檢測駐波的電場的部位、相位和強度，能夠檢測來自處理容器2的反射波。另外，檢測器35也可以包含能夠檢測行波和反射波的方向性耦合器。調諧器36具有對磁控管31和處理容器2之間的阻抗進行匹配的功能。調諧器36進行的阻抗匹配基於檢測器35中的反射波的檢測結果而進行。調諧器36例如能夠由以能夠出入導波管32的內部空間的方式設置的導體板(圖示省略)構成。在該情況下，通過控制導體板的、嚮導波管32的內部空間的突出量，能夠調整反射波的電力量，從而調整磁控管31和處理容器2之間的阻抗。(高電壓電源部)高電壓電源部40對磁控管31供給用於生成微波的高電壓。如圖2所示，高電壓電源部40具有:與商用電源連接的AC - DC轉換電路41 ;與AC — DC轉換電路41連接的開關電路42 ;控制開關電路42的動作的開關控制器43 ;與開關電路42連接的升壓變壓器44 ;和與升壓變壓器44連接的整流電路45。磁控管31經由整流電路45與升壓變壓器44連接。AC - DC轉換電路41是將來自商用電源的交流(例如三相200V的交流)進行整流而轉換為規定的波形的直流的電路。開關電路42的控制由AC-DC轉換電路41轉換的直流的接通和斷開的電路。在開關電路42中，由開關控制器43進行相移型的PWM (PulseWidthModulation:脈衝寬度調製)控制或 PAM (Pulse Amplitude Modulation:脈衝振幅調製)控制，生成脈衝狀的電壓波形。升壓變壓器44將從開關電路42輸出的電壓波形升壓至規定的大小。整流電路45是對由升壓變壓器44升壓的電壓進行整流並將其對磁控管31供給的電路。〈微波導入口的配置〉接著，參照圖1、圖3和圖4，對本實施方式的微波導入口 10的配置詳細地進行說明。圖3表示從處理容器2的內部看到的圖1所示的處理容器2的頂部11的下表面的狀態。在圖3中，用雙點畫線與頂部11重置地表不晶片W的大小和位直。符號O表不晶片W的中心,並且在本實施方式中，也表示頂部11的中心。從而,通過符號O的兩條線表示在成為頂部11和側壁部12的邊界的四個邊中，連接相對的邊的中點彼此的中央線M。另外，晶片W的中心和頂部11的中心也可以不一定重疊。另外，在圖3中，為了方便說明，在頂部11和處理容器2的四個側壁部12的內壁面的接合部分，區別四個側壁部12而標註符號12A、12B、12C、12D，表示它們的位置。另外，圖4是將一個微波導入口 10放大表示的平面圖。如圖3所示，在本實施方式中，在頂部11具有作為整體以形成大致十字形的方式等間隔配置的四個微波導入口 10。下面，在相互區別地表示四個微波導入口 10的情況下，標註符號10A、10B、10C、IOD進行表不。另外，在本實施方式中，各微波導入口 10分別與微波單元30連接。即，微波單元30的數為四個。微波導入口 10形成具有長邊和短邊的平面圖矩形。微波導入口 10的長邊的長度L1和短邊的長度L2之比(L1Zl2)例如為2以上100以下，優選為4以上，更優選5 20。將上述比L1Zl2設定為2以上、優選4以上，是為了使從微波導入口 10反射到處理容器2內的微波的指向性在與微波導入口 10的長邊垂直的方向(與短邊平行的方向)上加強。當該比L1Zl2小於2時，從微波導入口 10反射到處理容器2內的微波容易朝向與微波導入口 10的長邊平行的方向(與短邊垂直的方向)。另外，當上述比L1Zl2小於2時，微波向微波導入口10的正下方向的指向性增強，因此，微波直接照射到晶片W，容易產生局部的加熱。另一方面，當上述比L1Zl2大於20時，朝向微波導入口 10的正下方和與微波導入口 10的長邊平行的方向(與短邊垂直的方向)的微波的指向性變得過弱，因此，存在晶片W的加熱效率降低的情況。另外，微波導入口 10的長邊的長度L1，例如優選相對於導波管32的管內波長Ag，設定為L1 = nX Ag/2 (在此，η指整數)，更優選η = 2。對於各微波導入口 10的大小、上述比L1Zl2，每個微波導入口 10也可以不同，但從提高對晶片W的加熱處理的均勻性並且改善控制性的觀點出發，優選四個微波導入口 10都為相同大小和形狀。在本實施方式中，四個微波導入口 10以其均重疊在晶片W的正上方的方式配置。在此，在頂部11中，晶片W的徑向上的各微波導入口 10的位置，從使晶片W上的電場分布均勻化的觀點出發，例如優選以晶片W的中心O為基準，在其徑外方向上、直至晶片W的半徑的1/5 3/5的距離的範圍內上下重疊。另外，當能夠實現在晶片W的面內的均勻加熱時，晶片W和微波導入口 10的位置不一定必須重疊。在本實施方式中，四個微波導入口 10分別設置為其長邊和短邊與四個側壁部12A、12B、12C、12D的內壁面平行。例如，在圖3中，微波導入口 IOA的長邊與側壁部12B、12D平行，其短邊與側壁部12A、12C平行。在圖3中，對於從微波導入口 IOA放射的微波，用實線箭頭顯示表示支配性的指向性的電磁場矢量100，用虛線箭頭顯示表示由側壁部12B、12D反射的微波的指向性的電磁場矢量101。從微波導入口 IOA放射的微波，大部分向與其長邊垂直的方向(與短邊平行的方向)前進、傳輸出去。另外，從微波導入口 IOA放射的微波分別被兩個側壁部12B和12D反射。這些側壁部12B和12D與微波導入口 IOA的長邊平行地設置，因此，生成的反射波的指向性(電磁場矢量101)變為行波的指向性(電磁場矢量100)的180度反向，幾乎不向朝向其它的微波導入口 10B、10C、10D的方向散射。這樣，通過將比L1/L2為例如2以上的四個微波導入口 10配置為各自的長邊和短邊與四個側壁部12A、12B、12C、12D的內壁面平行，就能夠控制從微波導入口 10放射的微波和其反射波的方向。另外，在本實施方式中，上述KIVL2為例如2以上的四個微波導入口 10配置於相互變更90°角度的旋轉位置。即，四個微波導入口 10以頂部11的中心O為基準旋轉對稱地配置，其旋轉角為90°。而且，各微波導入口 10配置為在沿與各自的長邊垂直的方向平行移動的情況下，與具有平行的長邊的其它的微波導入口 10重疊。例如，在圖3中，微波導入口 IOA IOD以作為整體呈十字形的方式配置。即，相互相鄰的兩個微波導入口 10以與這些長邊的方向平行的中心軸AC相互正交的方式，每90度錯開角度地配置。而且，即使在使微波導入口 IOA沿與其長邊垂直的方向平行移動的情況下，也不會與具有平行的長邊的其它的微波導入口 IOC重疊。換言之，在微波導入口 IOA的長邊的長度的範圍內，在與該微波導入口 IOA的長邊平行的兩個側壁部12B和12D之間，不配置長邊的方向與微波導入口IOA為同方向的其它的微波導入口 10 (微波導入口 10C)。根據這種配置，能夠儘量避免從微波導入口 IOA向與其長邊垂直的方向具有強的指向性而放射的微波和其反射波進入其它的微波導入口 10。即，在微波導入口 IOA和平行的兩個側壁部12B和12D之間，在其長邊的長度範圍內設置有相同方向的其它的微波導入口 10時，由於微波的激勵方向相同，因此微波和其反射波容易進入其相同方向的微波導入口 10，電力損失增大。對此，只要在微波導入口 IOA的長邊的長度範圍內，在平行的兩個側壁部12B和12D之間不存在與微波導入口IOA相同方向的其它的微波導入口 10，就能夠抑制伴隨從微波導入口 IOA放射的微波和其反射波進入其它的微波導入口 10而帶來的電力的損失。另外，在圖3中，從微波導入口 IOA放射的微波、及其反射波，與相對於微波導入口IOA變更90度角度而配置的相鄰的微波導入口 10BU0D的激勵方向不同，因此，在微波導入口 10BU0D幾乎不會入射。從而，在使微波導入口 IOA沿與其長邊垂直的方向平行移動的情況下，有時也可以與長邊的方向不同的微波導入口 10BU0D重疊。另外，在本實施方式中，以整體呈十字形的方式配置的四個微波導入口 10中、相互不相鄰的兩個微波導入口 10，以各自的中心軸AC不在同一直線上重疊的方式配置。例如,在圖3中，相對於微波導入口 IOA的中心軸AC，和微波導入口 IOA不相鄰的微波導入口IOC的中心軸AC，即使方向相同，也以相互不重疊的方式錯開位置地配置。這樣，通過將以整體呈十字形的方式配置的四個微波導入口 10中、相互不相鄰的兩個微波導入口 10，配置為相互的中心軸AC不重疊，能夠抑制在中心軸AC的方向相同的兩個微波導入口 10之間，沿著與各自的短邊垂直的方向放射的微波進入會合而產生電力損失。在這種配置的情況下，各微波導入口 10的中心軸AC也可以不與中央線M重疊。從而，例如，也可以將各微波導入口 10配置在大幅度遠離中央線M的位置，例如各微波導入口 10的長邊接近側壁部12那樣的位置。但是，從謀求向處理容器2內導入均等的微波的觀點出發，各微波導入口 10優選與上述中央線M接近地配置，更優選如圖3所示，以至少各微波導入口 10的一部分與中央線M重疊的方式進行配置。另外，在另一實施方式中，也可以配置為整體呈十字形配置的四個微波導入口 10之中、相互不相鄰的兩個微波導入口 10的中心軸AC彼此重疊，在該情況下，中心軸AC和中央線M也可以一致。以上舉例微波導入口 IOA為例進行了說明，但對於微波導入口 10B、10C、10D而言，也分別以在其它的微波導入口 10和側壁部12之間上述關係成立的方式配置。〈控制部〉微波加熱處理裝置I的各構成部分別與控制部8連接，由控制部8來控制。對於控制部8而言，典型的是計算機。圖5是表示圖1所示的控制部8的構成的說明圖。在圖5所示的例子中，控制部8具備具有CPU的過程控制器81、與該過程控制器81連接的用戶接口 82、和存儲部83。過程控制器81在微波加熱處理裝置I中，是統一控制例如溫度、壓力、氣體流量、微波輸出等與工藝條件相關的各構成部(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)的控制裝置。用戶接口 82具有工程管理者為了管理微波加熱處理裝置I而進行指令的輸入操作等的鍵盤和觸摸面板、將微波加熱處理裝置I的工作狀況可視化表示的顯示器等。在存儲部83中保存有用於通過過程控制器81的控制而實現由微波加熱處理裝置I執行的各種處理的控制程序(軟體)、記錄有處理條件數據等的方案等。過程控制器81根據來自用戶接口 82的指示等，相應於需要從存儲部83讀出並執行任意的控制程序或方案。由此，在過程控制器81進行的控制下，在微波加熱處理裝置I的處理容器2內進行所期望的處理。上述的控制程序和方案，例如能夠利用⑶一 ROM、硬碟、軟盤、閃光存儲器、DVD、藍光光碟等儲存在計算機可讀取的存儲介質上的狀態的控制程序和方式。另外，上述的方式也可以從其它裝置經由例如專用回線隨時傳送並在線利用。[處理步驟]接著，對於對晶片W實施退火處理時的微波加熱處理裝置I中的處理的步驟進行說明。首先，例如從用 戶接口 82向過程控制器81輸入指令，以使得在微波加熱處理裝置I中進行退火處理。接著，過程控制器81接受該指令，讀出保存在存儲部83或計算機可讀取的存儲媒體上的方案。接著，從過程控制器81向微波加熱處理裝置I的各終端器件(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)發送控制信號，以使這些終端器件根據基於方式的條件執行退火處理。接著，使閘閥GV成為開狀態，利用未圖示的輸送裝置，通過閘閥GV和輸入輸出口12a將晶片W送入處理容器2內。晶片W被載置於支承銷14上。接著，閘閥GV成為閉狀態，利用排氣裝置6，對處理容器2內進行減壓排氣。這時，開閉閥20成為開狀態，晶片W的背面被吸引，晶片W被吸附固定在支承銷14上。接著，利用氣體供給裝置5a，將固定流量的處理氣體和冷卻氣體導入處理容器2內。處理容器2的內部空間通過調節排氣量和氣體供給量而調節為規定的壓力。接著，從高電壓電源部40對磁控管31施加電壓而生成微波。在磁控管31中生成的微波在導波管32中傳輸，接著，在透過窗33中透過，被導入處理容器2內的晶片W上方的空間。在本實施方式中，在多個磁控管31中依次生成微波，從各微波導入口 10交替地將微波導入處理容器2內。另外，也可以在多個磁控管31中同時生成多個微波，從各微波導入口 10同時將微波導入處理容器2內。被導入處理容器2的微波照射晶片W的表面，通過焦耳加熱、磁性加熱、感應加熱等電磁波加熱，晶片W被迅速地加熱。其結果是，對晶片W實施有退火處理。從過程控制器81向微波加熱處理裝置I的各終端器件發送使退火處理結束的控制信號時，停止生成微波，並且，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，使閘閥GV成為開狀態，利用未圖示的輸送裝置輸送晶片W。微波加熱處理裝置I例如在半導體器件的製作工序中，在用於進行注入到擴散層的摻雜原子的活化的退火處理等的目的方面，能夠優選利用。接著，參照圖3、圖6A、6B和圖7A、7B，對本實施方式的微波加熱處理裝置I和使用有微波加熱處理裝置I的晶片W的處理方法的作用效果進行說明。在本實施方式中，通過微波導入口 10的特徵性的形狀和配置、與處理容器2的側壁部12的形狀的組合，儘可能地抑制了從一個微波導入口 10放射到處理容器2內的微波進入其它的微波導入口 10。其原理如下。圖6A、6B示意性地表示長邊的長度L1和短邊的長度L2之比(1^/12)為4以上的微波導入口 10中的微波的放射指向性。圖7A、7B示意性地表示上述比L1Zl2小於2的微波導入口 10中的微波的放射指向性。圖6A和圖7A表示從頂部11 (未圖示)的下方看微波導入口 10的狀態。圖6B和圖7B是在短邊方向上的頂部11的截面中顯示微波導入口 10的圖。在圖6A、6B和圖7A、7B中，箭頭表示從微波導入口 10放射的電磁場矢量100，箭頭越長，表示微波的指向性越強。另外，在圖6A、6B和圖7A、7B中，X軸和Y軸都是與頂部11的下表面平行的方向，X軸意味著與微波導入口 10的長邊垂直的方向，Y軸意味著與微波導入口 10的長邊平行的方向，Z軸意味著與頂部11的下表面垂直的方向。在本實施方式中，如上所述，在頂部11配置有四個在俯視時呈具有長邊和短邊的矩形的微波導入口 10。而且，在本實施方式中使用的各微波導入口 10，將比L1Zl2S定為例如2以上、優選4以上。因此，如圖6A所示，微波的放射指向性沿著X軸，在與長邊垂直的方向(與短邊平行的方向)上較強，成為支配性的指向性。從而，從某微波導入口 10放射的微波，主要沿處理容器2的頂部11傳輸，以與其長邊平行的側壁部12的內壁面作為反射面被反射。在此，在本實施方式中，處理容器2的四個側壁部12相互正交地連接，四個微波導入口 10分別設置為其長邊和短邊與四個側壁部12A、12B、12C、12D的內壁面平行。從而，生成的反射波的方向成為大致180度反向，反射波幾乎不會朝向其它的微波導入口 10。另外，在本實施方式中，如圖3所示，上述比L1Zl2為例如2以上的四個微波導入口 10，配置在相互變更90°角度的旋轉位置。即，四個微波導入口 10以作為整體大致呈十字形的方式、且與相互相鄰的兩個微波導入口 10的長邊的方向平行的中心軸AC相互正交的方式，每90度錯開角度地配置。而且，各微波導入口 10配置為在沿與各自的長邊垂直的方向平行移動的情況下，不與具有平行的長邊的其它的微波導入口 10重疊，因此，在與微波導入口 10的長邊垂直的方向上，能夠抑制在微波的激勵方向相同的微波導入口 10彼此之間，微波和其反射波進入會合的情況。進而，通過將四個微波導入口 10之中、相互不相鄰的兩個微波導入口 10，配置為各自的中心軸AC不在同一直線上重疊，即使對於與微波導入口 10的短邊垂直的方向，在微波的激勵方向相同的微波導入口 10彼此之間，微波和其反射波也幾乎不會進入會合。這樣，在本實施方式中，考慮到微波導入口 10的形狀、特別是上述比L1/!^由其形狀導致的微波的放射指向性、還有處理容器2的側壁部12的形狀而配置微波導入口 10，因此，儘可能地避免從一個微波導入口 10導入的微波進入其它的微波導入口10，將電力的損失抑制在最小限度。在本實施方式的微波加熱處理裝置I中，如上所述，通過特徵性的微波導入口 10的形狀和配置、以及側壁部12的形狀的組合，能夠儘可能地抑制具有如圖6A、6B所示的放射指向性的微波、或向其反方向前進的反射波，進入其它的微波導入口 10，能夠提高供給電力的利用效率。另外，在本實施方式中，通過將比L1Zl2設定為2以上、優選4以上，如圖6B所示，從微波導入口 10放射的微波向橫向(X軸方向)的指向性增強，主要沿頂部11的下表面向橫向擴展。另外，在本實施方式中，將從透過窗33的下表面到支承於支承銷14的晶片W的表面的距離(間`隙G)設定為25mm以上。這樣，通過考慮微波的放射指向性而確保充分的間隙G，由此，向位於微波導入口 10的正下方的晶片W直接照射微波的情況少，不易產生局部性的加熱。其結果是，本實施方式的微波加熱處理裝置1，能夠對晶片W進行均勻的處理。另一方面，比L1A2小於2的微波導入口 10，如圖7A所示，微波的指向性在沿著Y軸、與長邊平行的方向(與短邊垂直的方向)上也加強，因此，向與長邊垂直的方向(與短邊平行的方向)上的指向性相對變弱，微波的放射指向性沒有大的強弱。從而，如圖3的方式配置有比IVL2小於2 (例如長邊:短邊=I:1)的微波導入口 10時，從微波導入口 IOA放射的微波，也沿與微波導入口 IOA的長邊平行的方向(Y軸方向)前進，進入微波導入口 IOC的可能性增大。另外，在比IVL2小於2的微波導入口 10，如圖7B所示，所放射的微波向下方(即，沿Z軸朝向晶片W側的方向)的指向性加強，向微波導入口 10的正下方的晶片W直接照射微波的比率增大，因此，容易產生在晶片W面內的局部性的加熱。 接著，參照圖8A和圖8B，對作為本發明的基礎的微波導入口 10的放射指向性的模擬結果進行說明。圖8A圖示有上述比L1Zl2為6的微波導入口 10的放射指向性的模擬結果。圖SB圖示有上述比L1A2小於2的微波導入口 10的放射指向性的模擬結果。其中，圖8A、圖8B中的X軸、Y軸、Z軸的意思與圖6A、6B和圖7A、7B相同。在圖8A和圖8B中，由於是白黑表示，不能嚴格地表現，但大體上，色越濃的(黑的)部分，表示放射指向性越強。從圖8A可以理解，上述比L1Zl2為6的微波導入口 10，向X軸方向的放射指向性較強，向Y軸方向和Z軸方向的放射指向性較弱。與此相對，由圖8B可以理解，上述比IVL2小於2的微波導入口 10，Z軸方向(其中為向下)的放射指向性增強。這種情況表示從導波管32內的微波的前進方向不變的微波導入口 10放射的傾向較強，對晶片W直接照射微波的可能性較大。從而，可以理解為，通過將上述比L1Zl2設定為例如2以上、優選4以上，能夠使所放射的微波與微波導入口 10的長邊垂直地、且沿著頂部11的下表面在橫向方向上高效地傳輸。接著，參照圖9A、圖9B、圖9C，說明對使處理容器的形狀、和微波導入口 10的形狀和配置改變後的晶片W的電力吸收效率進行模擬的結果。圖9A、圖9B、圖9C的上部表示將晶片W相對於作為模擬的對象的微波加熱處理裝置的微波導入口 10和側壁部12的配置和形狀的配置進行投影而進行說明的附圖，中部表示顯示晶片面內的微波電力的體積損失密度分布的模擬結果的圖形，下部顯示通過模擬而獲得的散射參數、晶片吸收電力Pw、晶片面積對全面積(晶片面積+處理室的內面積)的比率Aw。在該模擬中，在圖9A、圖9B、圖9C中的上部，在從由塗成黑色表示的一個微波導入口導入3000W的微波的條件下進行了研究。另外，晶片W的介電損耗角(tan δ )設定為0.1。圖9A是在具有圓筒形的側壁部12的處理容器設置有四個微波導入口 10的比較例的構成的模擬結果。圖9B是在具有方筒形的側壁部12處理容器設置有四個微波導入口10的比較例的構成的模擬結果。在圖9A、9B中，微波導入口 10的長邊的長度LI和短邊的長度L2之比(L1Zl2)都是2。另外，在圖9A、9B中，微波導入口 10的配置設定為，在圓形的晶片W的周緣部的正上方位置，該周緣部的切線方向與微波導入口 10的長邊的方向平行。並且，在圖9B中，配置為在使一個微波導入口 10沿與其長邊垂直的方向平行移動的情況下，不與具有平行的長邊的其它的微波導入口 10重疊。另一方面，圖9C是在具有方筒形的側壁部12的處理容器內，將四個微波導入口 10配置在相互變更90°角度的旋轉位置的與本實施方式相同的構成的模擬結果。在圖9C中，四個微波導入口 10的長邊和短邊設置為與四個側壁部12的內壁面平行，微波導入口 10的長邊的長度L1和短邊的長度L2之比(L1Zl2)為4。另外，在圖9C中，配置為在使一個微波導入口 10沿與其長邊垂直的方向平行移動的情況下，不與具有平行的長邊的其它的微波導入口重疊。
在此，晶片W的吸收電力能夠利用散射參數(S參數)進行計算。設輸入電力為Pin、晶片W吸收的全電力為Pw時，全電力夠用以下的式(I)求得。此外，S11、S21、S31、S41為四個微波導入口 10的S參數，塗成黑色的微波導入口 10相當於口 I。式權利要求
1.一種微波加熱處理裝置，其特徵在於，具備: 在內部具有微波放射空間並且收容被處理體的處理容器；和 生成用於對所述被處理體進行加熱處理的微波並將該微波導入所述處理容器的微波導入裝置， 所述處理容器具有上壁、底壁和相互連接的四個側壁， 所述微波導入裝置具有第一微波源至第四微波源作為多個所述微波源， 所述上壁具有將在所述第一微波源至第四微波源的各個中生成的所述微波導入所述處理容器的第 一微波導入口至第四微波導入口， 所述第一微波導入口至第四微波導入口在俯視時分別呈具有長邊和短邊的矩形，其長邊和短邊設置為與所述四個側壁的內壁面平行， 各微波導入口配置於相互變更90°角度的旋轉位置，且配置為在沿與所述長邊垂直的方向平行移動的情況下，不與具有平行的長邊的其它微波導入口重疊。
2.如權利要求1所述的微波加熱處理裝置，其特徵在於: 所述微波導入口的長邊的長度L1和短邊的長度L2的比(L1Zl2)為4以上。
3.如權利要求1或2所述的微波加熱處理裝置，其特徵在於: 所述第一微波導入口至第四微波導入口配置為，與相互相鄰的兩個微波導入口的長邊的方向平行的中心軸相互正交，且相互不相鄰的兩個微波導入口的所述中心軸不在同一直線上重疊。
4.如權利要求1或2所述的微波加熱處理裝置，其特徵在於: 所述微波放射空間由所述上壁、所述四個側壁、和設置於所述上壁和所述底壁之間的分割部來劃定， 在所述分割部設置有使微波向被處理體的方向反射的傾斜部。
5.如權利要求4所述的微波加熱處理裝置，其特徵在於: 所述傾斜部設置為，以所述被處理體的高度為基準位置，具有包含比該基準位置為上方位置和下方位置的斜面，且包圍所述被處理體。
6.如權利要求1或2所述的微波加熱處理裝置，其特徵在於: 所述微波導入裝置具備: 導波管，其向所述處理容器傳送微波；和 接合器部件，其安裝在所述處理容器的上壁的外側，包括多個金屬制的塊體， 所述接合器部件在內部具有傳送微波的形成大致S字形的導波通路。
7.如權利要求6所述的微波加熱處理裝置，其特徵在於: 通過所述導波通路的一端側與所述導波管連接、另一端側與所述微波導入口連接，所述導波管和所述微波導入口的一部分或全部在不相互上下重疊的位置連接。
8.—種處理方法，其是使用微波加熱處理裝置對被處理體進行加熱處理的處理方法，該處理方法的特徵在於: 所述微波加熱處理裝置具備: 在內部具有微波放射空間並且收容所述被處理體的處理容器；和生成用於對所述被處理體進行加熱處理的微波並將該微波導入所述處理容器的微波導入裝置，所述處理容器具有上壁、底壁和相互連接的四個側壁， 所述微波導入裝置具有第一微波源至第四微波源作為多個所述微波源， 所述上壁具有將在所述第一微波源至第四微波源的各個中生成的所述微波導入所述處理容器的第一微波導入口至第四微波導入口， 所述第一微波導入口至第四微波導入口在俯視時分別呈具有長邊和短邊的矩形，其長邊和短邊設置為與所述四個側壁的內壁面平行， 各微波導入口配置在相互變更90°角度的旋轉位置，且配置為在沿與所述長邊垂直的方向平行移動的情況下， 不與具有平行的長邊的其它微波導入口重疊。
全文摘要
本發明提供電力的利用效率和加熱效率優異、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。在微波加熱處理裝置(1)中，在處理容器(2)的頂部(11)，四個微波導入口(10)分別配置為以其長邊和短邊與四個側壁部(12A、12B、12C、12D)的內壁面平行，且配置於相互變更90°角度的旋轉位置。各微波導入口(10)配置為，在沿與各自的長邊垂直的方向平行移動的情況下，不與具有平行的長邊的其它微波導入口(10)重疊。
文檔編號H05B6/80GK103188835SQ201210584999
公開日2013年7月3日 申請日期2012年12月28日 優先權日2011年12月28日
發明者池田太郎, 河西繁, 山下潤, 伴昌和 申請人:東京毅力科創株式會社