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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6596285
(24)【登録日】2019年10月4日
(45)【発行日】2019年10月23日
(54)【発明の名称】マイクロ波照射装置および基板処理方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/268 20060101AFI20191010BHJP
H01L 21/20 20060101ALI20191010BHJP
【ＦＩ】
H01L21/268 Z
H01L21/20
【請求項の数】8
【全頁数】14
(21)【出願番号】特願2015-186989(P2015-186989)
(22)【出願日】2015年9月24日
(65)【公開番号】特開2017-63095(P2017-63095A)
(43)【公開日】2017年3月30日
【審査請求日】2017年8月2日
(73)【特許権者】
【識別番号】318010018
【氏名又は名称】東芝メモリ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100091982
【弁理士】
【氏名又は名称】永井 浩之
(74)【代理人】
【識別番号】100091487
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 行孝
(74)【代理人】
【識別番号】100082991
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 泰和
(74)【代理人】
【識別番号】100105153
【弁理士】
【氏名又は名称】朝倉 悟
(74)【代理人】
【識別番号】100107582
【弁理士】
【氏名又は名称】関根 毅
(74)【代理人】
【識別番号】100118843
【弁理士】
【氏名又は名称】赤岡 明
(72)【発明者】
【氏名】青山 知憲
【審査官】
桑原 清
(56)【参考文献】
【文献】
国際公開第２０１３／０５８３７９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特開２００１−２２３１７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１３−１０１８０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０００−０４８９４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１１−０６１０７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１５−１５３９４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
実公昭４８−０１９１５０（ＪＰ，Ｙ１）
【文献】
特開平０８−１７１９８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００５−１５０４７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１３−１５２９１９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｌ ２１／２６８
Ｈ０１Ｌ ２１／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
アモルファスシリコン層を表面に有する基板を収容可能であり、前記基板の表面に水平な方向または前記基板表面に対して４５度以内の入射角をなす方向から前記基板へ照射されるマイクロ波を導入するための導入口が設けられたチャンバと、
前記導入口と前記基板との間に設置され、前記マイクロ波を偏波する偏波機構と、
を備え、
前記偏波機構は、磁場の振幅方向が前記基板表面に垂直であるマイクロ波を選択的に透過させることを特徴とするマイクロ波照射装置。
前記導入口と前記基板との間に設置され、前記マイクロ波を偏波する偏波機構と、
を備え、
前記偏波機構は、磁場の振幅方向が前記基板表面に垂直であるマイクロ波を選択的に透過させることを特徴とするマイクロ波照射装置。
【請求項2】
水分子を含有させた炭素を含む膜を表面に有する基板を収容可能であり、前記基板の表面に水平な方向または前記基板表面に対して４５度以内の入射角をなす方向から前記基板へ照射されるマイクロ波を導入するための導入口が設けられたチャンバと、
前記導入口と前記基板との間に設置され、前記マイクロ波を偏波する偏波機構と、
を備え、
前記偏波機構は、電場の振幅方向が前記基板表面に垂直であるマイクロ波を選択的に透過させることを特徴とするマイクロ波照射装置。
前記導入口と前記基板との間に設置され、前記マイクロ波を偏波する偏波機構と、
を備え、
前記偏波機構は、電場の振幅方向が前記基板表面に垂直であるマイクロ波を選択的に透過させることを特徴とするマイクロ波照射装置。
【請求項3】
前記偏波機構は、前記マイクロ波を偏波する矩形状スリットを有し、前記矩形状スリットの長手方向が前記基板の表面に平行な方向であ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。
【請求項4】
前記偏波機構は、前記マイクロ波を偏波する矩形状スリットを有し、前記矩形状スリットの長手方向が前記基板の表面に垂直な方向であ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。
【請求項5】
前記偏波機構は、前記基板に対して水平方向の位置に設けられている、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のマイクロ波照射装置。
【請求項6】
前記マイクロ波は、前記チャンバ外に設けられ前記導入口に接続された導波管によって前記チャンバ内へ導入される、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のマイクロ波照射装置。
【請求項7】
アモルファスシリコン層を表面に有する基板を収容可能であり、前記基板の表面に水平な方向または前記基板表面に対して４５度以内の入射角をなす方向から前記基板へ照射されるマイクロ波を導入するための導入口が設けられたチャンバを備えたマイクロ波照射装置を用いた基板処理方法であって、
磁場の振幅方向が基板の表面に対して垂直方向となるように偏波されたマイクロ波を前記基板に照射することを具備し、
前記チャンバ内に導入されたマイクロ波は、前記導入口と前記基板との間に設置され、所定の方向に長手方向を有する矩形状スリットを透過することで偏波されることを特徴とする基板処理方法。
磁場の振幅方向が基板の表面に対して垂直方向となるように偏波されたマイクロ波を前記基板に照射することを具備し、
前記チャンバ内に導入されたマイクロ波は、前記導入口と前記基板との間に設置され、所定の方向に長手方向を有する矩形状スリットを透過することで偏波されることを特徴とする基板処理方法。
【請求項8】
水分子を含有させた炭素を含む膜を表面に有する基板を収容可能であり、前記基板の表面に水平な方向または前記基板表面に対して４５度以内の入射角をなす方向から前記基板へ照射されるマイクロ波を導入するための導入口が設けられたチャンバを備えたマイクロ波照射装置を用いた基板処理方法であって、
電場の振幅方向が基板の表面に対して垂直方向となるように偏波されたマイクロ波を前記基板に照射することを具備し、
前記チャンバ内に導入されたマイクロ波は、前記導入口と前記基板との間に設置され、所定の方向に長手方向を有する矩形状スリットを透過することで偏波されることを特徴とする基板処理方法。
電場の振幅方向が基板の表面に対して垂直方向となるように偏波されたマイクロ波を前記基板に照射することを具備し、
前記チャンバ内に導入されたマイクロ波は、前記導入口と前記基板との間に設置され、所定の方向に長手方向を有する矩形状スリットを透過することで偏波されることを特徴とする基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、マイクロ波照射装置および基板処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
マイクロ波アニールを用いることで、炉を用いた熱アニールよりも、例えばシリコンの固相エピタキシャル成長速度を速くしてデバイスにかかる熱負荷を低減する他、ダングリングボンドの低減などにより界面を改質することが提案されている。
【0003】
さらに、マイクロ波アニールについて、熱アニールよりも低温での反応促進や界面改質が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１４−０５６９２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明が解決しようとする課題は、熱アニールよりも低温でかつ効率良く反応を促進できるマイクロ波照射装置および基板処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
実施の一形態によるマイクロ波照射装置は、チャンバと、マイクロ波を偏波する偏波機構とを持つ。前記チャンバは、アモルファスシリコン層を表面に有する基板を収容可能であり、前記基板の表面に水平な方向または前記基板表面に対して４５度以内の入射角をなす方向から前記基板へ照射されるマイクロ波を導入するための導入口が設けられる。前記偏波機構は、前記導入口と前記基板との間に設置され、磁場の振幅方向が前記基板表面に垂直であるマイクロ波を選択的に透過させる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】実施形態１による基板処理方法の概略を説明するための模式図の一例。
【図2】マイクロ波の進行方向に対して、磁場と電場の振幅方向を示すための模式図の一例。
【図4】実施形態１による基板処理方法の比較例を説明するための模式図の一例。
【図5】シリコン基板の表面に垂直な方向からマイクロ波を照射する場合を示す模式図の一例。
【図7】実施形態１による基板処理方法の効果を説明するためのグラフの一例。
【図9】導体または半導体に対する磁場の効果を説明するための模式図の一例。
【図10】ダングリングボンドに対する磁場の変動の効果を説明するための模式図の一例。
【図11】シリコン原子の結合に必要な対になる電子を説明するための模式図の一例。
【図12】ゼーマン効果により分裂した軌道エネルギーとマイクロ波帯のエネルギーとの対応関係を示す模式図の一例。
【図13】実施形態２による基板処理方法における処理対象層の一例を説明する模式図の一例。
【図14】実施形態２による基板処理方法の概略を説明するための模式図の一例。
【図15】実施形態２による基板処理方法の効果を説明するためのグラフの一例。
【図16】電気双極子に対する電場の変動の効果を説明するための模式図の一例。
【図18】一実施形態によるマイクロ波照射装置の概略構成を示す断面図の一例。
【図19】実施例１によるマイクロ波照射装置の概略構成を示す平面図の一例。
【図20】実施例２によるマイクロ波照射装置の概略構成を示す平面図の一例。
【図21】実施例３によるマイクロ波照射装置の概略構成を示す平面図の一例。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、実施の形態のいくつかについて図面を参照しながら説明する。図面において、同一の部分には同一の参照番号を付し、その重複説明は適宜省略する。また、添付の図面は、それぞれ発明の説明とその理解を促すためのものであり、各図における形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所がある点に留意されたい。
【0009】
本願明細書において、説明中の上下等の方向を示す用語は、後述するアモルファスシリコン層などの処理対象層側を上とした場合の相対的な方向を指し示す。そのため、重力加速度方向を基準とした現実の方向と異なる場合がある。
【0010】
（Ａ）基板処理方法 マイクロ波を用いたアニール処理の例を取り上げて説明する。
【0012】
まず、処理対象層が上面に形成された半導体基板を準備する。本実施形態において、半導体基板として不純物、例えばＧｅ（ゲルマニウム）イオンが注入されたシリコン基板Ｓを準備し、処理対象層としてシリコン基板Ｓ上に形成されたアモルファスシリコン層２を取り挙げる。半導体基板としては、このようなシリコン基板Ｓに限るものでは決してなく、不純物イオンが注入されていないシリコン基板の他、例えばインジウムガリウム（ＩｎＧａ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）などを含む化合物半導体基板にも適用可能である。
【0013】
次に、図示しないマイクロ波照射源（図１８乃至２１の符号６０参照）とシリコン基板Ｓとの間に金属スリット８を設置する。その際、本実施形態では、金属スリット８の空隙ＳＬの長手方向がシリコン基板Ｓの表面に水平かつマイクロ波の照射方向と異なる方向ＡＲ２となるように金属スリット８を設置する。本実施形態において、金属スリット８は例えば偏波板（偏波機構）に対応する。
【0014】
次いで、シリコン基板Ｓの表面に水平な方向ＡＲ１で図示しないマイクロ波照射源からシリコン基板Ｓへマイクロ波３を照射する。金属スリット８の空隙ＳＬの方向ＡＲ２とマイクロ波３の入射方向ＡＲ１とは、本実施形態では互いに直交するが、これに限ることなく、互いに交差していればよい。
【0015】
このように、空隙ＳＬの長手方向がシリコン基板Ｓの表面に水平な方向ＡＲ２となるようにシリコン基板Ｓとマイクロ波照射源との間に金属スリット８を配置してシリコン基板Ｓの表面に水平な方向ＡＲ１からマイクロ波を照射することにより、電場４の振幅方向が様々な方向を有するマイクロ波のうち、電場４の振幅方向が金属スリット８空隙ＳＬの長手方向ＡＲ２に等しいマイクロ波が金属スリット８を通過する。図２に示すように、電磁線における磁場３の振幅方向は、電場４の振幅方向に対して９０°の角度を有するので、金属スリット８を通過したマイクロ波３の磁場５の振幅方向はシリコン基板Ｓの表面に垂直な方向ＡＲ３となる。
【0016】
これにより、図３に示すように、シリコン基板Ｓをその表面に垂直な方向ＡＲ３が磁場の振幅方向となるので、シリコン基板Ｓに印加されるパワーと同一のパワーがアモルファスシリコン層２にも与えられる。この結果、高い効率で固相エピタキシャル成長の反応が進行する。
【0018】
比較例１として、金属スリット８をその空隙ＳＬの長手方向がシリコン基板Ｓの表面に垂直な方向ＡＲ３になるように配置した例を図４に示す。図４に示す比較例１によれば、磁場５の振幅方向がシリコン基板Ｓの表面に水平な方向ＡＲ２であるマイクロ波３のみが基板Ｓに照射されるので、図５に模式的に示す、シリコン基板Ｓの上方からマイクロ波を照射した場合と同様となる。これにより、図６に示すように、ほぼ全てのマイクロ波のパワーがシリコン基板Ｓに与えられてシリコン基板Ｓを加熱することに使用されることになり、アモルファスシリコン層２の固相エピタキシャル成長に使用されるマイクロ波のパワーはほとんど無い。その結果、反応をさせたいアモルファスシリコン層２における固相エピタキシャル成長速度は、炉アニールの場合と同程度にしかならない。
【0019】
図７は、本実施形態を含むいくつかのアニール方法について反応温度と固相エピタキシャル成長速度とを測定してグラフにプロットしたものである。
【0020】
比較例１のように、磁場５の振幅方向がシリコン基板Ｓの表面に水平であるマイクロ波がシリコン基板Ｓに照射するように金属スリット８を設置した場合は、図７に示すように、シリコン基板Ｓの上方からマイクロ波を照射した場合と同様の成長速度しか得られず、金属スリット８を設置することなく単に横方向（シリコン基板Ｓの表面に水平な方向）からマイクロ波を照射した場合よりも固相エピタキシャル成長速度が劣る。
【0021】
これに対して本実施形態のように、磁場５の振幅方向がシリコン基板Ｓの表面に垂直であるマイクロ波３がシリコン基板Ｓに照射するように金属スリット８を設置した場合は、シリコン基板Ｓに与えられるパワーと同一のパワーがアモルファスシリコン層２にも与えられる（図３参照）。その結果、金属スリット８を設置することなく単に横方向（シリコン基板Ｓの表面に水平な方向）からマイクロ波を照射した場合よりも速い固相エピタキシャル成長速度が得られる。
【0022】
また、図７からは、横方向（シリコン基板Ｓの表面に水平な方向）からのマイクロ波照射は約５５０℃よりも高い温度で固相エピタキシャル成長速度の伸びが減少しているのに対し、本実施形態のように、その空隙ＳＬの長手方向がシリコン基板Ｓの表面に水平な方向ＡＲ２になるように金属スリット８を設置した場合は、５００℃より高い温度でも速い固相エピタキシャル成長速度が得られていることが分かる。なお、アモルファスシリコン層２の成長速度については、エリプソメータなどを使用して測定することができる。
【0023】
金属スリット８のサイズは、設置される位置により望ましい値が異なり、シリコン基板Ｓの近傍に設置する場合は大きなサイズが要求されるが、例えばチャンバの壁面に設けられた、マイクロ波３の導入口（図１８の符号４０参照）の近傍に設置される場合は、導入口のサイズより大きければよい。
【0024】
金属スリット８の空隙ＳＬの幅（図１の符号ＷＤ参照）は、振幅方向が空隙ＳＬの長手方向ＡＲ２である電場が通過できるサイズであればよく、例えばマイクロ波３の周波数が５．８ＧＨで導入口（図１８の符号４０参照）のサイズが例えば２０ｍｍ×４０ｍｍである場合、約１ｍｍ〜約３ｍｍの範囲であればよい。
【0025】
金属スリット８は、電場の振幅を所望の方向に制御できれば良く、その点で偏波板の役割を果たす。従って、金属スリットに限ることなく、マイクロ波に対して偏波作用をするものであれば、例えば、石英のようなマイクロ波に対して透明な性質を有する板状の材料に、金属で複数の平行線を描画したような他の偏波機構を用いてもよい。
【0027】
磁場５が導体や半導体を透過する際、磁場５の進行方向に対して右回りの方向に誘導電流が流れる。したがって、例えば図８に示すように磁場５が振幅する場合は、図９に示すように、振幅の方向に垂直な面で導体１０内に渦電流１１が発生することになる。半導体回路の製造に使用される不純物、例えばホウ素、ヒ素、リンなどの不純物がシリコン基板Ｓに含まれている場合、シリコン基板Ｓの温度が上昇するほど、不純物がキャリアとして作用するため、シリコン基板Ｓ中を流れる渦電流１１が大きくなる。この渦電流１１により、ジュール熱が発生するため、シリコン基板Ｓが加熱される。
【0028】
この一方、アモルファスシリコンは規則的な結合が形成されず、ダングリングボンドと呼ばれる未結合手が存在する。例えば図１０に示すように、シリコン原子１２の未結合手は、結合に必要な対になる電子（図１１の符号１４参照）が存在しない。このため、電子１３がスピンを持っている。スピンを持つ電子１３に直流の磁場５を印加すると、磁場５が無い場合に縮退していた軌道エネルギーが、磁場５の印加によって分裂する（ゼーマン効果（Ｚｅｅｍａｎ ｅｆｆｅｃｔ））。この場合に分裂した準位のエネルギーはＧＨｚ相当であり、図１２に模式的に示すように、ちょうどマイクロ波帯のエネルギーに対応する。
【0029】
図８のように振幅する磁場５がダングリングボンドに照射されると、磁場５の周期に合わせて、ゼーマン効果が起こることになり、ダングリングボンドを構成する、スピンを持つ不対電子１３がマイクロ波３を吸収して活性な状態になり、これにより、固相エピタキシャル成長が促進すると考えられる。
【0030】
なお、ダングリングボンドはゲート絶縁膜中にも存在するため、固相エピタキシャル成長だけでなく、界面のダングリングボンドを酸素などで架橋して終端させることも磁場の変動により起こると考えられる。このため、本実施形態と同様の方法でゲート絶縁膜にマイクロ波を照射すると、界面改質効果も得られることになる。
【0032】
まず、本実施形態の処理対象層が上面に形成された半導体基板の一例を図１３の略示断面図に示す。図１３に示す処理対象層は、シリコン基板Ｓ上に、炭素（Ｃ）を含む塗布膜１６を成膜し、その塗布膜１６中に水分子１７を含有させたものである。水分子１７の含有は、例えば、塗布膜１６を水蒸気に晒すことにより、または塗布膜１６を水溶液に浸すことにより可能である。
【0033】
図１４は、本実施形態による基板処理方法の概略を説明するための模式図の一例である。図１との対比により明らかなように、本実施形態では、図４の比較例１と同様に、金属スリット８をその空隙ＳＬの長手方向がシリコン基板Ｓの表面に垂直でマイクロ波の照射方向と異なる方向ＡＲ３になるように配置し、シリコン基板Ｓの表面に水平な方向ＡＲ１で、図示しないマイクロ波照射源（図１８の符号６０参照）からシリコン基板Ｓへマイクロ波３を照射する。これにより、振幅方向がシリコン基板Ｓの表面に垂直な方向ＡＲ３の電場４と、振幅方向がシリコン基板Ｓの表面に水平な方向ＡＲ２の磁場５を持つマイクロ波３のみが金属スリット８を通過する。その結果、シリコン基板Ｓの表面に垂直な方向ＡＲ３の振幅を持つ電場４によって塗布膜１６中の水分子１７が回転する。水分子１７の回転で塗布膜１６の酸化効果が生じ、これにより塗布膜１６中の残留炭素濃度が低減する。
【0034】
このような塗布膜１６の酸化効果を確認するため、４５０℃で１０分のマイクロ波アニールを行った。
【0035】
比較例２として、炉アニールにより、４５０℃で１０分のアニールを行った。そして、比較例３として、図１に示した実施形態１のように、金属スリット８の空隙ＳＬの長手方向がシリコン基板Ｓの表面に水平な方向ＡＲ２となるように金属スリット８を設置した上でシリコン基板Ｓの表面に水平な方向ＡＲ１でマイクロ波照射源からシリコン基板Ｓへマイクロ波３を照射した。そして、アニール後の塗布膜１６中の残留炭素濃度をＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）にて検査した。
【0036】
このような検査結果の一例を図１５のグラフに示す。図１５から、空隙ＳＬの長手方向がシリコン基板Ｓの表面に水平になるように金属スリット８を設置した比較例３では、炉アニールによる比較例２よりもわずかだけ残留炭素濃度が低減しているのに対し、空隙ＳＬの長手方向がシリコン基板Ｓの表面に垂直な方向ＡＲ３になるように金属スリット８を設置した本実施形態による濃度は、比較例３よりも１桁近く残留炭素濃度が低減したことが分かる。
【0037】
図１６に模式的に示すように、水分子のような極性を持つ電気双極子１８に対しては、電場が変動する（図１７参照）ことにより、極性を持つ電気双極子１８が電場４の変動に追随しようとして回転運動を起こす。この回転運動で電気双極子１８が塗布膜１６を構成する原子と衝突し、これにより、酸化反応が促進されるものと考えられる。塗布膜１６中には炭素（Ｃ）があり、活性な水分子によって、ＣＨｘなどの化合物になって塗布膜１６から揮発する。その結果、塗布膜１６中の残留炭素濃度が低減するものと考えられる。なお、十分な水分子があれば、ＣＨＸだけでなく、ＣＯやＣＯ２となって塗布膜１６から除去される炭素もある。
【0038】
本実施形態では、シリコン基板Ｓの表面に水平な方向ＡＲ３の振幅を持つ磁場５がシリコン基板Ｓに照射するため、塗布膜１６よりもシリコン基板Ｓの方が温度上昇しやすくなるが、水分子１７の回転により塗布膜１６の局所的な酸化効果が得られる。
【0039】
上述の各実施形態では、マイクロ波３をシリコン基板Ｓの表面に水平な方向から照射させる態様について説明したが、マイクロ波３の入射方向は必ずしもシリコン基板Ｓの表面に水平な方向に限るものではなく、マイクロ波３の導入口とシリコン基板Ｓとの間に偏波板が設置されるのであれば、シリコン基板Ｓの表面と鋭角をなす方向、望ましくは、水平方向から±４５度の範囲内の角度をなす方向であれば、シリコン基板Ｓのみの過加熱を回避することができる。
【0040】
以上述べた少なくとも一つの実施形態の基板処理方法によれば、磁場または電場の振幅方向が半導体基板の表面に垂直であるマイクロ波を半導体基板に照射してアニールすることを備えるので、熱アニールよりも低温でかつ効率良く反応を促進することができ、良好な特性の半導体装置を製造することができる。
【0041】
（Ｂ）マイクロ波照射装置（１）一実施形態
図１８は、一実施形態によるマイクロ波照射装置の概略構成を示す断面図の一例である。本実施形態のマイクロ波照射装置は、上述した実施形態による基板処理方法を実現するためのマイクロ波アニール装置である。
【0042】
図１８に示すように、マイクロ波アニール装置５０は、シリコン基板Ｓを収容可能なチャンバ１９と、偏波板２７とを含む。チャンバ１９の壁面には、外部から照射されるマイクロ波をチャンバ１９内へ導入するための導入口４０が設けられる。偏波板２７は、導入口４０と半導体基板Ｓとの間に設置される。
【0043】
マイクロ波アニール装置５０は、サセプタ２０と、ガス導入管２２と、排気口２１とをさらに含む。 サセプタ２０は、シリコン基板Ｓを保持し、図示しない回転駆動機構に連結されてシリコン基板Ｓをその表面に水平な面内で回転させる。ガス導入管２２は、アニール用の処理ガスをチャンバ１９内に導入する。導入された処理ガスは、排気口２１から排気される。
【0044】
マイクロ波アニール装置５０はまた、導入口４０に連結され、マイクロ波を生成してチャンバ１９内のシリコン基板Ｓへ向けて照射するマイクロ波照射部６０を含む。
【0045】
マイクロ波照射部６０は、マグネトロン２３、ランチャ２４、アイソレータ２５、および導波管２６を含む。マグネトロン２３は、マイクロ波３を生成し、ランチャ２４は、生成したマイクロ波３に指向性を持たせて放射する。放射したマイクロ波３は、アイソレータ２５を通過し、導波管２６を介してチャンバ１９内へ導入される。アイソレータ２４は、図示しないダミー配管に連結され、サセプタ２０の回転などに起因してチャンバ１９内から到達する反射波をダミー配管に吸収させることによりマグネトロン２３を保護する。
【0046】
偏波板２７は、例えば図１に示す金属スリット８のように、照射されるマイクロ波に対し、偏波方向を調整できる機構を有する。偏波板２７は、導入口４０の中央を通りマイクロ波の入射方向に水平な方向を中心軸として少なくとも９０°毎に回転可能な態様で設置される。これにより、磁場の振幅方向がシリコン基板Ｓの表面に垂直な方向が望ましいアニールプロセスと、電場の振幅方向がシリコン基板Ｓの表面に垂直な方向が望ましいアニールプロセスのそれぞれに応じて、偏波板２７の向きを調整すること可能である。
【0047】
なお、偏波板２７は、導入口４０と半導体基板Ｓとの間であればどの位置に設置されてもよいが、導入口４０のサイズよりも大きなサイズが必要となるため、コスト低減のためには、シリコン基板Ｓの近傍に設置するよりも導入口４０の近傍に設置することが望ましい。
【0048】
本実施形態では、シリコン基板Ｓに対して水平方向からマイクロ波３が照射するように構成された形態について説明したが、これに限ることなく、製造方法の実施形態で説明した通り、シリコン基板Ｓの表面と鋭角をなす方向、望ましくは、水平方向から±４５度の範囲内の角度をなす方向であれば、偏波板２７を用いることで、シリコン基板Ｓのみの過加熱を回避することができる。
【0050】
（２）実施例図１９は、実施例１によるマイクロ波アニール装置の概略構成を示す平面図の一例である。図１９に示すマイクロ波アニール装置５１は、矩形の平面形状を有するチャンバ１９１を有し、３つの導入口４１（４１Ａ−４１Ｃ）のそれぞれに連結されたマイクロ波照射部６０を含む。
【0051】
図１９から分かるように、３つの導入口４１のうち、対向する導入口４１Ａおよび４１Ｃは同一のマイクロ波導入方向上ではなく、互いに真正面からマイクロ波導入方向に直交する方向にずれるように配置される。このように、チャンバ１９の平面形状がｎが偶数であるｎ角形である場合は、互いに対向する導入口は真正面から少しずらすようにして配設される。これは、互いに真正面に導入口があると、対面からのマイクロ波が反射波としてモニタされてしまい、パワーの制御が困難になるからである。従って、ずらす方向は、シリコン基板Ｓの表面に水平な方向だけでなくシリコン基板Ｓの表面に垂直な方向にも可能である。 実施例２および３のマイクロ波アニール装置を図２０および図２１にそれぞれ示す。これらのマイクロ波アニール装置５２，５３のように、ｎが奇数であるｎ角形の平面形状を有するチャンバ１９２，１９３を含む場合は、各マイクロ波照射部６０が連結される導入口４２，４３は、対向面からマイクロ波が入射することがないので、チャンバ１９２，１９３の壁面のうち、基板Ｓに対向する壁面であれば、各壁面内のどの位置に導入口４２，４３を設けてもよい。
なお、実施例１乃至３のいずれのマイクロ波アニール装置５１〜４３についても、大気との遮断、または、搬送室（図示せず）との接続のため、ゲートバルブ２８が設けられる。
【0052】
マイクロ波３の周波数は１ＧＨｚから５０ＧＨｚの間であれば、いずれも使用可能であるが、ＩＳＭ（Ｉｎｄｕｓｔｒｙ−Ｓｃｉｅｎｃｅ−Ｍｅｄｉｃａｌ）バンドである、２．４５ＧＨｚ、５．８０ＧＨｚ、２４．１２５ＧＨｚなどを用いると、導波管２６を含め、各種の部品が既に製品として準備されているため、コストを下げることができる。
【0053】
以上述べた少なくとも一つの実施形態のマイクロ波照射装置によれば、半導体基板の表面に水平な方向または前記半導体基板の表面と鋭角をなす方向から前記半導体基板に照射されるマイクロ波を導入する導入口が設けられたチャンバと、該導入口と上記半導体基板との間に設置された偏波板とを含むので、熱アニールよりも低温でかつ効率良く反応を促進することができ、良好な特性の半導体装置を製造することができる。
【0054】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【0055】
２…アモルファスシリコン層、３…マイクロ波、８…偏波板、１９…チャンバ、Ｓ…半導体基板。