JP2014033014A - マイクロ波照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロ波を照射する際に被処理基板を均一に冷却することができるマイクロ波照射装置を提供すること。
【解決手段】被処理基板Ｗを収容する処理容器１と、処理容器１内で被処理基板Ｗを支持する支持部２３と、処理容器１内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入機構３と、支持部２３に支持された被処理基板Ｗに対向して設けられ、ガスを吐出する複数のガス穴６２を有するシャワー機構６とを具備し、シャワー機構６は、被処理基板Ｗを冷却する冷却ガスを複数のガス穴６２から吐出して被処理基板Ｗに供給し、複数のガス穴６２は、被処理基板Ｗに冷却ガスを均一に供給可能なように配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ波を対象物に照射して加熱や改質等の処理を行うマイクロ波照射装置に関する。

半導体デバイスの製造工程においては、半導体基板に不純物を注入した後に不純物活性化アニールを行って不純物拡散層を形成する工程がある。従来から、不純物の活性化処理には、ランプアニールによる１０００℃以上の高温短時間の熱処理が行われているが、最近では、半導体素子のデザインルールの微細化にともない、不純物の熱拡散を抑制したアニール技術が求められており、より低温でのアニール技術が検討されている。このような低温でのアニールとしてマイクロ波照射によるアニールが提案されている（例えば特許文献１）。また、マイクロ波照射によるゲート絶縁膜の改質処理も検討されている。

特表２００９−５１６３７５号公報

ところで、マイクロ波照射を行う場合、マイクロ波を高パワーで照射すると温度が上昇して不純物の拡散領域が広がる等の不都合が生じるため、被処理基板である半導体ウエハの温度を下げたい場合がある。この場合の半導体ウエハの冷却方法としては、半導体ウエハにパージガスを吹き付けることが検討されている。しかし、ガスを吹き付けて冷却する場合には、必ずしも半導体ウエハが均一に冷却されず、不純物の活性化等の処理が均一に行われなくなるおそれがある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、マイクロ波を照射する際に被処理基板を均一に冷却することができるマイクロ波照射装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、被処理基板にマイクロ波を照射して所定の処理を行うマイクロ波照射装置であって、被処理基板を収容する処理容器と、前記処理容器内で被処理基板を支持する支持部と、前記処理容器内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入機構と、前記支持部に支持された被処理基板に対向して設けられ、ガスを吐出する複数のガス穴を有するシャワー機構とを具備し、前記シャワー機構は、被処理基板を冷却する冷却ガスを前記複数のガス穴から吐出して被処理基板に供給し、前記複数のガス穴は、被処理基板に冷却ガスを均一に供給可能なように配置されていることを特徴とするマイクロ波照射装置を提供する。

本発明において、前記支持部に支持された被処理基板を面内回転させる回転機構をさらに具備し、前記回転機構で被処理基板を回転させながらマイクロ波の照射および前記シャワー機構からの冷却ガスの供給を行うことが好ましい。また、被処理基板の回転を前提として、前記シャワー機構のガス穴が、前記シャワー機構の面の中心部から外側に向かう螺旋形の軌跡に沿って、等ピッチで配置されていることが好ましい。

また、前記シャワー機構は、第１段部および第２段部とを有する多層構造を有し、前記第１段部は、複数の第１のガス穴を有し、前記第２段部は、バッファ空間を介して前記第１段部と積層されるとともに、前記各第１のガス穴に対応する位置に複数ずつの第２のガス穴を有し、一つの第１のガス穴に対応する複数の第２のガス穴がガス穴群を構成しており、前記第２のガス穴は、前記第１のガス穴の直下位置には存在しておらず、前記第２のガス穴の直径は、前記第１のガス穴の直径よりも大きく、前記第１のガス穴から吐出されたガスが、前記バッファ空間に至り、前記第２のガス穴から被処理基板に向けて吐出される構成とすることができる。この場合にも、前記支持部に支持された被処理基板を面内回転させながらマイクロ波の照射および前記シャワー機構からの冷却ガスの供給を行うことができる。また、このような回転を前提とすると、前記シャワー機構の前記第２段部の前記ガス穴群が、前記第２段部の面の中心部から外側に向かう螺旋形の軌跡に沿って、等ピッチで配置されていることが好ましい。

さらに、前記処理容器の側壁に設けられた被処理基板の搬入出を行う搬入出口と、前記搬入出口と対向する側壁に設けられ、前記搬入出口側に向けてガスを吐出する複数のガス穴を有する側壁シャワー機構とをさらに具備する構成とすることができる。

本発明によれば、マイクロ波を照射する際に被処理基板に対向して設けられたシャワー機構から冷却ガスを均一に供給することができるので、被処理基板を均一に冷却することができる。

本発明の第１の実施形態に係るマイクロ波照射装置の概略構成を示す断面図である。 図１のマイクロ波照射装置における高電圧電源部の概略構成を示すブロック図である。 図１のマイクロ波照射装置の天壁におけるシャワー機構のガス穴配置およびマイクロ波導入機構のマイクロ波導入ポートの配置を示す底面図である。 本発明の第２の実施形態に係るマイクロ波照射装置の要部を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るマイクロ波照射装置のシャワー機構の一部分を示すものであり、（ａ）は断面図、（ｂ）は底面図である。 本発明の第３の実施形態に係るマイクロ波照射装置の要部を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るマイクロ波照射装置の側壁シャワー機構を示す正面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
ここでは、マイクロ波照射装置として、半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と記す。）に対して、マイクロ波を照射して、アニール処理や改質処理を施す装置について説明する。このような処理としては、ソースおよびドレインに不純物を注入した後に行われる不純物活性化アニールや、ゲート絶縁膜に用いられる高誘電率（Ｈｉｇｈ−ｋ）材料膜の改質処理を挙げることができる。

＜第１の実施形態＞
まず、第１の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るマイクロ波照射装置の概略構成を示す断面図である。

マイクロ波照射装置１００は、被処理基板であるウエハＷを収容する処理容器１と、処理容器１内でウエハＷを支持する支持部２と、処理容器１内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入機構３と、処理容器１内にガスを供給するガス供給部５と、処理容器１内にシャワー状にガスを吐出するシャワー機構６と、処理容器１内を排気する排気機構７と、これらマイクロ波照射装置１００の各構成部を制御する制御部８とを備えている。

処理容器１は、金属材料、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス等で形成されている。処理容器１は、角筒状をなす側壁１２と、側壁１２の上部開口を塞ぐ天壁１１と、側壁１２の下部開口を塞ぐ底壁１３とを有している。天壁１１には、上下に貫通するように複数（本実施形態では４つ、図１では２つのみ図示）のマイクロ波導入ポート１０が設けられ、かつ上記シャワー機構６を内蔵している。側壁１２には、図示しない搬送室との間でウエハＷを搬入出するための搬入出口１２ａが設けられ、底壁１３には排気口１３ａが設けられている。側壁１２の内面は、平坦に形成されており、マイクロ波を反射させる反射面として機能する。搬入出口１２ａは、処理容器１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。搬入出口１２ａはゲートバルブＧにより開閉可能となっており、ゲートバルブＧを閉状態にすることにより処理容器１を気密にシールし、開状態にすることにより処理容器１と搬送室との間でウエハＷの搬送を可能にする。

支持部２は、処理容器１の底壁１３のほぼ中央を貫通して処理容器１の外部まで延びる管状のシャフト２１と、シャフト２１の上端付近からほぼ水平方向に延びる複数（例えば３つ）のアーム部２２と、各アーム部２２に着脱可能に装着された、ウエハＷを支持する複数の支持ピン２３と、シャフト２１を回転させる回転駆動部２４と、シャフト２１を上下動させる昇降駆動部２５と、シャフト２１を支持するとともに、回転駆動部２４と昇降駆動部２５とを連結する可動連結部２６とを有している。回転駆動部２４、昇降駆動部２５および可動連結部２６は、処理容器１の外部に設けられている。シャフト２１が処理容器１の底壁１３を貫通する部分の周囲には、ベローズ２７が設けられている。処理容器１内が大気圧付近にされ、供給するガスの漏洩が許容される場合には、ベローズ２７は設けなくともよい。

支持部２において、シャフト２１、アーム部２２、回転駆動部２４および可動連結部２６は、支持ピン２３に支持されたウエハＷを水平面内で回転させる回転機構を構成している。複数の支持ピン２３は、処理容器１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。複数のアーム部２２は、回転駆動部２４を駆動させることによって、シャフト２１を回転中心にして回転し、支持ピン２３に支持されたウエハＷを回転させる。また、昇降駆動部２５を駆動させることによって、シャフト２１が昇降するように構成されている。支持ピン２３およびアーム部２２は、誘電体材料、例えば、石英、セラミックス等によって形成されている。

なお、回転駆動部２４は、シャフト２１を回転させ得るものであれば特に制限はなく、例えばモータを用いることができる。また、昇降駆動部２５は、シャフト２１および可動連結部２６を昇降させ得るものであれば特に制限はなく、例えばボールねじやシリンダ機構を用いることができる。また、回転駆動部２４と昇降駆動部２５は一体の機構であってもよい。

マイクロ波導入機構３は、処理容器１の上方に設けられ、処理容器１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、マイクロ波導入機構３は、マイクロ波を処理容器１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。

本実施形態では、複数のマイクロ波ユニット３０は全て同一の構成を有している。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イクロ波源であるマグネトロン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１に伝送する導波管３２とを有している。導波管３２は、処理容器１の天壁１１に設けられたマイクロ波導入ポート１０に接続されている。マイクロ波導入ポート１０には、その入り口部を塞ぐ透過窓３３が天壁１１に嵌め込まれている。

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（いずれも図示せず）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、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。

導波管３２は角筒状をなし、処理容器１の天壁１１の上面のマイクロ波導入ポート１０に嵌め込まれた透過窓３３に対応する部分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。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１内に導入される。

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と天壁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２３に支持されたウエハＷの表面までの距離は、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の範囲内で調節することがより好ましい。

マイクロ波ユニット３０は、さらに、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とを有し、これらは導波管３２の上端部からこの順に設けられている。また、サーキュレータ３４にはダミーロード３７が接続されている。サーキュレータ３４およびダミーロード３７は、処理容器１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１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。

検出器３５は、導波管３２における処理容器１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１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。

チューナ３６は、マグネトロン３１と処理容器１との間のインピーダンスを整合する機能を有している。チューナ３６によるインピーダンス整合は、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（図示省せず）によって構成することができ、導波管３２の内部空間への導体板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１との間のインピーダンスを調整することができる。

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。高電圧電源部４０は、図２に示すように、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。

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。

ガス供給部５は、ガス供給源、ガス配管、バルブシステム、および流量制御器等を備えたガス供給機構５１と、ガス供給機構５１からガスをシャワー機構６へ供給するためのガス供給配管５２とを有している。ガス供給配管５２は、処理容器１の天壁１１の中央に設けられたガス導入口１１ａに接続されている。ガス供給部５は、支持部２の支持ピン２３に支持されたウエハＷを冷却するための冷却ガスを供給するためのものである。また、ガス供給部５から雰囲気形成用のガス、処理ガス、またはパージガスを供給してもよい。また、冷却ガスを雰囲気形成用のガスまたは処理ガスとして用いてもよい。ガス供給部５から供給されるガスとしては、例えば、Ｎ_２ガス、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ｏ_２ガス、Ｈ_２ガス等を用いることができる。

シャワー機構６は、処理容器１の天壁１１の下面に形成された凹部に嵌め込まれて固定された円板状をなす本体６１を有している。本体６１は、支持ピン２３に支持されたウエハＷに対応するように設けられており、その面には複数のガス穴（オリフィス）６２が形成されている。また本体６１の上部の周縁部にはリブ６３が形成されており、このリブ６３が天壁１１の下面に当接することにより、天壁１１の下面と本体６１の上面との間にガスが拡散するための空間６４が形成される。これにより、ガス供給部５から供給されたガスが、ガス導入口１１ａを経て空間６４で拡散し、ガス穴６２からウエハＷに向けて吐出される。シャワー機構６は、ガス穴６２から冷却ガスを吐出させてウエハＷに当てることにより、ウエハＷを冷却する。

ガス穴６２は、支持ピン２３に支持されているウエハＷに、冷却ガスを均一に供給することができるように配置されている。具体的には、ガス穴６２は、図３に示すように、本体６１の面の中心部から外側に向かう螺旋形の軌跡に沿って、等ピッチで配置されており、支持ピン２３に支持されたウエハＷが回転駆動部２４等からなる回転機構により回転された際に、ガス穴６２から吐出された冷却ガスがウエハＷに均一に当たり、ウエハＷを均一に冷却することができるようになっている。なお、ガス穴６２の巻回方向と、ウエハＷの回転方向との関係は任意であるが、シャワー機構6とウエハＷとを同一方向から重ねて見た際に、ガス穴が形成された螺旋形の軌跡を外側から中心部へ向かう方向に（ウエハＷ上のガスの流れが、螺旋の尻尾の方向になるように）ウエハＷを回転させるほうが好ましい。

上記排気機構７は、排気口１３ａに接続された排気配管７１と、排気配管７１に設けられた、例えば、ドライポンプ等の真空ポンプを有する排気装置７２と、排気配管７１の途中に設けられた圧力調整バルブ７３とを有している。この排気機構７により、処理容器１内が排気される。なお、マイクロ波照射装置１００は大気圧での処理も可能であり、その場合には、排気装置７２は真空ポンプではなく、処理容器１内をガス置換できる程度に排気するファン等の簡易な構成とすることができ、また、マイクロ波照射装置１００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。

マイクロ波照射装置１００は、さらに、処理容器１内の複数の支持ピン２３の周囲部分に、側壁１２との間に設けられた、額縁状をなす整流板９１を備えている。整流板９１には、上下に貫通するように複数の整流孔９１ａが形成されている。整流板９１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、マイクロ波照射装置１００を整流板９１を設けない構成とすることも可能である。

マイクロ波照射装置１００は、さらに、ウエハＷの表面温度を測定する複数の放射温度計９２と、複数の放射温度計９２に接続された温度計測部９３とを備えている。なお、図１では、便宜上、ウエハＷの中央部の表面温度を測定する放射温度計９２のみを描いている。

本実施形態のマイクロ波照射装置１００においては、上述したようにマイクロ波導入ポート１０から処理容器１内にマイクロ波が放射され、ウエハＷに照射される。マイクロ波が放射されるマイクロ波放射空間は、金属材料で形成された天壁１１、側壁１２および整流板９１で区画されているため、放射されたマイクロ波はこれらによって反射され、マイクロ波放射空間を散乱する。マイクロ波導入ポート１０の形状および配置は、マイクロ波を効率良くウエハＷに照射できるように適宜設定される。図３には、マイクロ波導入ポート１０の形状および配置の一例を示している。

上記制御部８は、マイクロ波照射装置１００の各構成部を制御するものであり、典型的にはコンピュータで構成されている。制御部８は、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ８１と、このプロセスコントローラ８１に接続されたユーザーインターフェース８２および記憶部８３とを備えている。プロセスコントローラ８１は、各構成部、例えば、マイクロ波導入機構３、ガス供給機構５１、排気装置７２、回転駆動部２４、昇降駆動部２５等を統括して制御する。また、ユーザーインターフェース８２は、オペレータがマイクロ波放射装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードやタッチパネル、マイクロ波放射装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有している。記憶部８３には、マイクロ波照射装置１００で実行される処理をプロセスコントローラ８１の制御によって実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や、処理条件データ等が記録された処理レシピ等が保存されている。制御プログラムや処理レシピは、記録部８３の中の記憶媒体にコンピュータが読み取り可能なように記憶されている。記憶媒体はハードディスクであってもよいし、ＣＤ−ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＤＶＤ、ブルーレイディスク等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。

プロセスコントローラ８１は、ユーザーインターフェース８２からの指示等、必要に応じて、任意の制御プログラムやレシピを記憶部８３から呼び出して実行する。これにより、プロセスコントローラ８１による制御下で、マイクロ波照射装置１００において所望の処理が行われる。

次に、以上のように構成されるマイクロ波照射装置１００における処理動作について説明する。
処理に先立って、ユーザーインターフェース８２から、マイクロ波照射装置１００において所定のマイクロ波照射処理、例えばウエハＷに不純物を注入した後の不純物活性化アニールが行われるように、プロセスコントローラ８１に指令が与えられ、プロセスコントローラ８１は、この指令を受けて、記憶部８３の記憶媒体に保存された処理レシピを読み出して、この処理レシピに基づいて、以下の処理を実行する。

まず、ゲートバルブＧを開状態にし、図示しない搬送装置によって、ウエハＷを、搬入出口１２ａから処理容器１内に搬入し、支持ピン２３上に載置する。そして、昇降駆動部２５によりウエハＷを所定の高さ位置にセットする。この高さ位置で、回転駆動部２４を駆動させることによって、ウエハＷを、水平面内に回転させる。なお、ウエハＷの回転は、連続的であっても、非連続的であってもよい。

次に、ゲートバルブＧを閉じ、必要な場合は排気機構７によって、処理容器１内を減圧排気する。次に、ガス供給部５から、冷却ガスを、必要に応じて雰囲気形成用ガスや処理ガスとともに供給する。冷却ガスを雰囲気形成用ガスまたは処理ガスとして機能させてもよい。また、パージガスを供給してもよい。処理容器１の内部空間は、排気量およびガス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。

次に、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を伝播し、透過窓３３を透過して、処理容器１内において回転するウエハＷの上方の空間に導入される。本実施形態では、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１内に導入する。なお、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１内に導入するようにしてもよい。

処理容器１に導入されたマイクロ波は、回転するウエハＷの表面に照射されて、ジュール加熱、磁性加熱、誘導加熱等の電磁波加熱により、ウエハＷ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。アニール処理の間、ウエハＷの高さ位置を２段階以上の多段階に変位させることができる。例えば、アニール処理の開始から、ある期間までは、所定の高さ位置にウエハＷをセットしておく。次に、昇降駆動部２５を駆動させることによって、上記初期高さ位置から、初期高さ位置とは異なる別の高さ位置にウエハＷをセットし、残りのアニール処理を行うことができる。このように、２段階以上の高さ位置でウエハＷを処理することによって、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面内の加熱温度を均一化することができる。

以上のように、ウエハＷに冷却ガスを供給しつつ、マイクロ波アニールを所定時間行った後、プロセスコントローラ８１からの指令により、マイクロ波の生成が停止されるととともに、ウエハＷの回転が停止され、冷却ガス等の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。その後、必要に応じて処理容器１内のガスをパージし、次いで、ゲートバルブＧを開放して、支持ピン２３上のウエハＷの高さ位置を搬入出口１２ａの高さに調整した後、図示しない搬送装置によって、ウエハＷを搬出する。

このようにウエハＷにマイクロ波を照射して、不純物活性化アニールを行う場合には、高パワーでマイクロ波を照射するため、ウエハＷの温度は最高８５０℃程度まで上昇するが、温度が上昇すると不純物の拡散領域が広がる等の不都合が生じる。そのため、ウエハＷに冷却ガスを供給する。この場合に、本実施形態では、ウエハＷに対向して設けられたシャワー機構６から冷却ガスを吐出することにより、ウエハＷの全体に冷却ガスを供給することができ、効率のよい冷却を行うことができる。

しかし、ガス穴６２の間隔が広い場合等、ガス穴６２の配置によっては、ウエハＷのガス穴６２に対応する部分の温度が低下過ぎて活性化が進まず、逆にガス穴６２の存在しない部分の温度は十分に低下しないといった冷却むらが生じ、結果的にウエハＷにガス穴６２を転写した模様（処理の不均一性）が生じることがある。このような冷却むらはガス穴６２の間隔を狭くしたり、ウエハＷを回転させたりすることにより、ある程度軽減されるが、前者の場合には穴数が増えて大流量のガスが必要となってしまい、後者の場合にはガス穴６２の配置が一般的な同心円状であると、円周状の模様ができてしまう。

このため、本実施形態では、ガス穴６２を、支持ピン２３に支持されているウエハＷに、冷却ガスを均一に供給することができるように配置する。具体的には、ガス穴６２を、図３に示すように、本体６１の面の中心部から外側に向かう螺旋形の軌跡に沿って、等ピッチで配置する。ガス穴６２をこのように配置することにより、ウエハＷを回転させた状態で、ガス穴６２の数を多くすることなく、ウエハＷを均一に冷却することができる。

すなわち、螺旋形は、極座標で表すと、ｒ＝ａθ（ａは定数）となるから、螺旋形を構成する全ての点はｒの値が異なり、したがって、同心円上には一つのガス穴６２しか存在しない（複数のガス穴は存在しない）。このため、ウエハＷを回転させても、同心状の転写が生じ難く、また、螺旋形の軌跡に必要最低限のガス穴を均等配置すればよく、ガス穴６２の数を少なくすることができる。また、円形のウエハＷを冷却する場合には、外側に行くに従ってガス量が多く必要となるが、ガス穴６２を螺旋形の軌跡に沿って等ピッチで配置すると、外側へ行くに従ってガス穴６２の量が増加するので、ウエハの中心部と外周部を均等に冷却することができる。このため、少ない数のガス穴６２で、ウエハＷを均一に冷却することができ、転写の発生も抑制することができる。

このように、ガス穴６２の配置とウエハＷの回転の組み合わせにより、ウエハＷを均一に冷却することができるが、ウエハＷを回転させることにより、ウエハＷの面内において、周方向でのマイクロ波の放射が均一化されるといった効果も奏する。これにより、ウエハＷの面内での周方向におけるアニール処理の均一化を実現することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図４は本発明の第２の実施形態に係るマイクロ波照射装置の要部を示す断面図、図５は本発明の第２の実施形態に係るマイクロ波照射装置のシャワー機構の一部分を示すものであり、（ａ）は断面図、（ｂ）は底面図である。
本実施形態のマイクロ波照射装置は、シャワー機構の構造のみが第１の実施形態と異なっており、他は第１の実施形態と同様であるから、シャワー機構以外は第１の実施形態と同じ符号を付して説明を省略する。

本実施形態のマイクロ波照射装置１００′は、図４に示すように、第１の実施形態のシャワー機構６の代わりに、２段構造のシャワー機構６′を有している。シャワー機構６′は、処理容器１の天壁１１の下面に形成された凹部に円板状をなす上段部（第１段部）１６１および下段部（第２段部）１６５が上下２段に嵌め込まれて固定されている。

上段部１６１は支持ピン２３に支持されたウエハＷに対応するように設けられており、その面には複数のガス穴１６２が形成されている。また上段部１６１の上部の周縁部にはリブ１６３が形成されており、このリブ１６３が天壁１１に当接することにより、天壁１１の下面と上段部１６１の上面との間にガスが拡散するための第１の空間１６４が形成される。

下段部１６５は、上段部１６１に対応する円板状をなし、その面の各ガス穴１６２に対応する位置に複数ずつのガス穴１６６が形成されており、一つのガス穴１６２に対応する複数のガス穴１６６がガス穴群１６９を構成している。したがって、ガス穴１６６の数はガス穴１６２よりも多くなっている。下段部１６５のガス穴群１６９以外の部分にはスペーサ１６７が形成されており、スペーサ１６７が上段部１６１の下面に当接することにより、ガス穴１６２およびガス穴群１６９に対応する位置に、バッファ空間として機能する複数の第２の空間１６８が形成される。

下段部１６５において、ガス穴群１６９を構成する複数のガス穴１６６は、上段部１６１のガス穴１６２の直下位置には存在しないようになっている。また、ガス穴１６６の直径は、ガス穴１６２の直径よりも大きく形成されている。例えば、ガス穴１６２の直径を１ｍｍφ、ガス穴１６６の直径を２ｍｍφとする。

このように構成されたシャワー機構６′においては、ガス供給部５から供給されたガスが、ガス導入口１１ａを経て上段部１６１に至り、第１の空間１６４を経てガス穴１６２から下段部１６５の第２の空間１６８に吐出され、ガス穴１６６からウエハに向けて吐出される。

このとき、下段部１６５のガス穴１６６は、上段部１６１のガス穴１６２の直下には存在していないので、第２の空間１６８がバッファとなり、真下に向かう直線的なガス流は発生しない。このため、冷却ガスがウエハＷに局部的に当たって冷却むらが発生することを効果的に抑制することができ、ウエハＷを均一に冷却することができる。また、ガス穴１６６の直径を、ガス穴１６２の直径よりも大きくすることにより、ガス穴１６６から吐出したガス流の流速低下を抑制することができ、冷却効果を維持することができる。

本実施形態では、吐出するガス流について、直線的なガス流を抑制したものとすることにより、冷却の均一性を担保するものであり、本質的にはウエハＷの回転は必須ではないが、ウエハＷを回転させることにより、ウエハＷの冷却効果を高めることができる。また、ガス穴群１６９を、第１の実施形態におけるガス穴１６２と同様、中心から外側に向かって形成される螺旋形の軌跡に沿って、等ピッチで配置することにより、ウエハＷの回転と組み合わせれば、より均一なウエハＷの冷却を実現することができる。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図６は本発明の第３の実施形態に係るマイクロ波照射装置の要部を示す断面図、図７は本発明の第３の実施形態に係るマイクロ波照射装置の側壁シャワー機構を示す正面図である。
本実施形態のマイクロ波照射装置は、第１の実施形態のマイクロ波照射装置に側壁シャワー機構を付加したものであり、他は第１の実施形態と同様であるから、側壁シャワー機構以外は第１の実施形態と同じ符号を付して説明を省略する。

本実施形態のマイクロ波照射装置１００″は、図６に示すように、第１の実施形態のシャワー機構６の他に側壁シャワー機構１１０を有している。側壁シャワー機構１１０は、処理容器１の側壁１２の搬入出口１２ａに対向する側に形成されており、側壁１２の内側面に形成された凹部に嵌め込まれて固定された矩形状をなす本体１１１を有している。本体１１１は、搬入出口１２ａに対向するように設けられており、その面には複数のガス穴１１２が形成されている。また、本体１１１のガス吐出面とは反対側の面の周縁部にはリブ１１３が形成されており、このリブ１１３が側壁１１２に嵌め込まれた際に、リブ１１３の存在により、本体１１１と側壁１２との間に空間１１４が形成される。側壁１２の空間１１４に対応する部分には、外側から空間１１４に臨むようにガス導入口１２１が形成されている。一方、ガス供給部５は、ガス供給配管５２から分岐して設けられた、ガス供給機構５１からガスを側壁シャワー機構１１０へ供給するためのガス供給配管５３をさらに有しており、ガス供給配管５３は、ガス導入口１２１に接続されている。したがって、ガス供給部５から供給されたガスが、ガス導入口１２１を経て空間１１４で拡散し、ガス穴１１２から吐出される。

このように側壁シャワー機構１１０を設けることにより、ガスを搬入出口１２ａに向けて水平方向に流すことができるので、ゲートバルブＧの開放時に、処理容器１内の残留ガス（大気成分、残留酸素等）を効率よく安定して搬入出口１２ａ側へ押し出すことができる。また、ゲートバルブＧを開放したときのガスの逆流を効果的に抑制することができる。さらに、側壁シャワー機構１１０からのガスをウエハＷの冷却用のガスとして流すこともできる。このときは、ガス穴１１２から吐出された冷却ガスはウエハＷの表面に沿って流れるので、均一な冷却を行うことができ、シャワー機構６から吐出される冷却ガスと併用することにより、一層効率のよいウエハＷの冷却を実現することができる。

なお、本実施形態においてはシャワー機構６の代わりに第２の実施形態のシャワー機構６′を設けてもよい。

＜他の適用＞
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、本発明の思想の範囲内において種々変形可能である。例えば、シャワー機構のガス穴の配置は、上記第１の実施形態および第２の実施形態のものに限らず、被処理基板に均一に冷却ガスを供給することができるようにガス穴が形成されていればよい。

また、上記実施の形態では、マイクロ波ユニットの数を４つの例を示したが、これに限るものではない。さらに、シャワー機構を処理容器の天壁に設けたが、被処理基板に対向していれば必ずしも天壁に設ける必要はなく、また、被処理基板の上方に限らず下方に設けてもよい。

さらに、上記実施の形態では、マイクロ波照射装置を主に不純物活性化アニールに適用した例について示したが、被処理基板を冷却することが必要となる用途であればこれに限るものではない。さらにまた、上記実施の形態では、被処理基板として半導体ウエハを用いた場合について示したが、本発明の原理上、被処理基板は半導体ウエハに限定されるものではなく、太陽電池パネル用の基板やフラットパネルディスプレイ用基板等、種々の基板に対するマイクロ波照射処理に適用することができる。

１；処理容器
２；支持部
３；マイクロ波導入機構
５；ガス供給部
６，６′；シャワー機構
７；排気機構
８；制御部
２４；回転駆動部
６１；本体
６２，１６２，１６６；ガス穴
６４；空間
１００，１００′，１００″；マイクロ波照射装置
１１０；側壁シャワー機構
１６１；上段部
１６４；第１の空間
１６５；下段部
１６７；スペーサ
１６８；第２の空間
１６９；ガス穴群
Ｗ；半導体ウエハ

Claims (7)

1. 被処理基板にマイクロ波を照射して所定の処理を行うマイクロ波照射装置であって、
   被処理基板を収容する処理容器と、
   前記処理容器内で被処理基板を支持する支持部と、
   前記処理容器内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入機構と、
   前記支持部に支持された被処理基板に対向して設けられ、ガスを吐出する複数のガス穴を有するシャワー機構と
   を具備し、
   前記シャワー機構は、被処理基板を冷却する冷却ガスを前記複数のガス穴から吐出して被処理基板に供給し、前記複数のガス穴は、被処理基板に冷却ガスを均一に供給可能なように配置されていることを特徴とするマイクロ波照射装置。
2. 前記支持部に支持された被処理基板を面内回転させる回転機構をさらに具備し、前記回転機構で被処理基板を回転させながらマイクロ波の照射および前記シャワー機構からの冷却ガスの供給を行うことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波照射装置。
3. 前記シャワー機構のガス穴は、前記シャワー機構の面の中心部から外側に向かう螺旋形の軌跡に沿って、等ピッチで配置されていることを特徴とする請求項２に記載のマイクロ波照射装置。
4. 前記シャワー機構は、第１段部および第２段部とを有する多層構造を有し、
   前記第１段部は、複数の第１のガス穴を有し、
   前記第２段部は、バッファ空間を介して前記第１段部と積層されるとともに、前記各第１のガス穴に対応する位置に複数ずつの第２のガス穴を有し、
   一つの第１のガス穴に対応する複数の第２のガス穴がガス穴群を構成しており、
   前記第２のガス穴は、前記第１のガス穴の直下位置には存在しておらず、
   前記第２のガス穴の直径は、前記第１のガス穴の直径よりも大きく、
   前記第１のガス穴から吐出されたガスが、前記バッファ空間に至り、前記第２のガス穴から被処理基板に向けて吐出されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波照射装置。
5. 前記支持部に支持された被処理基板を面内回転させる回転機構をさらに具備し、前記回転機構で被処理基板を回転させながらマイクロ波の照射および前記シャワー機構からの冷却ガスの供給を行うことを特徴とする請求項４に記載のマイクロ波照射装置。
6. 前記シャワー機構の前記第２段部の前記ガス穴群は、前記第２段部の面の中心部から外側に向かう螺旋形の軌跡に沿って、等ピッチで配置されていることを特徴とする請求項５に記載のマイクロ波照射装置。
7. 前記処理容器の側壁に設けられた被処理基板の搬入出を行う搬入出口と、前記搬入出口と対向する側壁に設けられ、前記搬入出口側に向けてガスを吐出する複数のガス穴を有する側壁シャワー機構とをさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のマイクロ波照射装置。

Images