マイクロ波処理装置およびその制御方法
【課題】複数のマイクロ波源と処理容器との間のインピーダンス整合の精度を向上させる。
【解決手段】マイクロ波処理装置１は、ウエハＷを収容する処理容器２と、ウエハＷを処理するためのマイクロ波を生成して処理容器２に導入するマイクロ波導入装置３と、マイクロ波導入装置３を制御する制御部８とを備えている。マイクロ波導入装置３は、マイクロ波を生成する複数のマグネトロン３１と、複数のマグネトロン３１において生成されたマイクロ波を処理容器２に伝送する複数の導波管３２とを有し、複数のマイクロ波を同時に処理容器２に導入することが可能である。制御部８は、複数のマイクロ波を同時に処理容器２に導入する第１の状態が継続している間に、選択的且つ一時的に、複数のマグネトロン３１のうちの１つにおいてマイクロ波を生成し、このマイクロ波のみを処理容器２に導入する第２の状態に切り替える。
【解決手段】マイクロ波処理装置１は、ウエハＷを収容する処理容器２と、ウエハＷを処理するためのマイクロ波を生成して処理容器２に導入するマイクロ波導入装置３と、マイクロ波導入装置３を制御する制御部８とを備えている。マイクロ波導入装置３は、マイクロ波を生成する複数のマグネトロン３１と、複数のマグネトロン３１において生成されたマイクロ波を処理容器２に伝送する複数の導波管３２とを有し、複数のマイクロ波を同時に処理容器２に導入することが可能である。制御部８は、複数のマイクロ波を同時に処理容器２に導入する第１の状態が継続している間に、選択的且つ一時的に、複数のマグネトロン３１のうちの１つにおいてマイクロ波を生成し、このマイクロ波のみを処理容器２に導入する第２の状態に切り替える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波を処理容器に導入して所定の処理を行うマイクロ波処理装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造過程では、被処理基板である半導体ウエハに対して、成膜処理、エッチング処理、酸化拡散処理、改質処理、アニール処理等の種々の熱処理が施される。このような熱処理は、一般的には、加熱用のランプやヒータを備えた基板処理装置を用いて、半導体ウエハを加熱することによって行われる。
【０００３】
ところで、近年、半導体ウエハに対して熱処理を施す装置として、ランプやヒータの代りにマイクロ波を使用する装置が知られている。例えば、特許文献１には、マイクロ波エネルギーを使用して、硬化、焼きなまし（アニール）、膜形成を行う熱処理システムが記載されている。また、特許文献２には、表面に成膜材料層が形成された半導体ウエハに電磁波（マイクロ波）を照射することにより、成膜材料を加熱して薄膜を形成する熱処理装置が記載されている。このようなマイクロ波処理装置では、特に、不純物の拡散を抑制しながら浅い活性層を形成することや、格子欠損を修復することが可能であると言われている。
【０００４】
特許文献１および２に記載されたようなマイクロ波処理装置ではないが、特許文献３には、複数のマグネトロン高周波発振部を備えたマイクロ波プラズマ放電処理装置が記載されている。また、特許文献３には、このマイクロ波プラズマ放電処理装置において、マグネトロン高周波発振部と処理試料が設置された低密度プラズマ領域との間に存在する高密度プラズマ領域によってインピーダンスを整合する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００９−５１６３７５号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２９７９０号公報
【特許文献３】特開２００５−２５９６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
マイクロ波処理装置においてマイクロ波を生成するマイクロ波源としては、一般的にマグネトロンが用いられる。ここで、マグネトロン１個当たりの出力が、３００ｍｍ径等の大型の半導体ウエハに対して不足する場合には、複数のマグネトロンが設けられて、複数のマイクロ波が同時に処理容器に導入される。
【０００７】
ところで、マイクロ波処理装置において、半導体ウエハに対する処理が進行すると、例えば、半導体ウエハの表面状態が変化したり、半導体ウエハの温度が変化することによって、処理容器側のインピーダンスが変化する。そのため、半導体ウエハに対する処理が行われている間にも、マイクロ波源と処理容器との間のインピーダンス整合を行うことが望ましい。このようなインピーダンス整合は、例えば、処理容器側からマイクロ波源に向かう反射波の電力量が所定のしきい値を超えた場合に行われる。
【０００８】
ここで、上記のように複数のマイクロ波を同時に処理容器に導入する場合には、マイクロ波源と処理容器との間に、他のマイクロ波源によって生成されたマイクロ波が進入してくるため、反射波を正確に検出することが難しい。そのため、この場合には、インピーダンス整合の精度が低下するおそれがある。
【０００９】
特許文献１および２には、インピーダンスを整合する具体的な方法は記載されていない。引用文献３には、前述のように、プラズマ処理装置においてインピーダンスを整合する技術が記載されているが、プラズマ処理装置以外のマイクロ波処理装置においてインピーダンスを整合する方法は記載されていない。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、複数のマイクロ波源によって生成された複数のマイクロ波が同時に処理容器に導入されるマイクロ波処理装置であって、複数のマイクロ波源と処理容器との間のインピーダンス整合の精度を向上させることをできるようにしたマイクロ波処理装置およびその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のマイクロ波処理装置は、
被処理体を収容する処理容器と、
被処理体を処理するためのマイクロ波を生成して処理容器に導入するマイクロ波導入装置と、
マイクロ波導入装置を制御する制御部とを備えている。
マイクロ波導入装置は、マイクロ波を生成する複数のマイクロ波源と、複数のマイクロ波源において生成されたマイクロ波を処理容器に伝送する複数の伝送路とを有し、複数のマイクロ波を同時に処理容器に導入することが可能である。
制御部は、複数のマイクロ波を同時に処理容器に導入する第１の状態が継続している間に、選択的且つ一時的に、複数のマイクロ波源のうちの１つにおいてマイクロ波を生成し、このマイクロ波のみを処理容器に導入する第２の状態に切り替える。
【００１２】
本発明のマイクロ波処理装置の制御方法は、
被処理体を収容する処理容器と、
被処理体を処理するためのマイクロ波を生成して処理容器に導入するマイクロ波導入装置とを備えたマイクロ波処理装置を制御する方法である。
マイクロ波導入装置は、マイクロ波を生成する複数のマイクロ波源と、複数のマイクロ波源において生成されたマイクロ波を処理容器に伝送する複数の伝送路とを有し、複数のマイクロ波を同時に処理容器に導入することが可能である。
本発明の制御方法は、複数のマイクロ波を同時に処理容器に導入する第１の状態が継続している間に、選択的且つ一時的に、複数のマイクロ波源のうちの１つにおいてマイクロ波を生成し、このマイクロ波のみを処理容器に導入する第２の状態に切り替える。
【００１３】
本発明のマイクロ波処理装置およびその制御方法において、マイクロ波導入装置は、更に、複数の伝送路における処理容器からの反射波を検出するための複数の検出器を有していてもよい。また、第１の状態は、被処理体を処理するための主要な状態であり、第２の状態は、前記伝送路における反射波を検出するための状態であってもよい。
【００１４】
この場合、本発明における制御部は、第２の状態において検出された反射波の電力量に基づいて、第２の状態においてマイクロ波を生成したマイクロ波源と、処理容器との間のインピーダンス整合を行ってもよい。また、本発明における制御部は、第１の状態において検出された反射波の電力量に基づいて、第２の状態においてマイクロ波を生成するマイクロ波源を決定してもよい。同様に、本発明の制御方法は、第２の状態において検出された反射波の電力量に基づいて、第２の状態においてマイクロ波を生成したマイクロ波源と、処理容器との間のインピーダンス整合を行ってもよい。また、本発明の制御方法は、第１の状態において検出された反射波の電力量に基づいて、第２の状態においてマイクロ波を生成するマイクロ波源を決定してもよい。
【００１５】
また、本発明のマイクロ波処理装置およびその制御方法において、複数のマイクロ波源は、第１の状態においてマイクロ波を生成する状態とマイクロ波を生成しない状態とを交互に複数回繰り返す複数の第１の種類のマイクロ波源と、複数の第１の種類のマイクロ波源と同時にマイクロ波を生成しないように、第１の状態においてマイクロ波を生成する状態とマイクロ波を生成しない状態とを交互に複数回繰り返す複数の第２の種類のマイクロ波源とを含んでいてもよい。この場合、第１の状態から第２の状態への切り替えは、第２の状態においてマイクロ波を生成するマイクロ波源が、第１の状態においてマイクロ波を生成しない状態からマイクロ波を生成する状態に切り替わるタイミングに行われてもよい。また、第２の状態が継続する時間は、第２の状態においてマイクロ波を生成するマイクロ波源が、第１の状態においてマイクロ波を生成する状態１回当たりの時間以下であってもよく、第２の状態から第１の状態に切り替わる前後において、第２の状態においてマイクロ波を生成するマイクロ波源が、マイクロ波を生成する状態を継続させる時間は、上記１回当たりの時間と等しくてもよい。
【００１６】
また、本発明のマイクロ波処理装置およびその制御方法において、マイクロ波は、被処理体に照射されて被処理体を処理するためのものであってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のマイクロ波処理装置およびその制御方法では、第２の状態において、インピーダンス整合の対象となるマイクロ波源においてのみマイクロ波を生成させることができる。これにより、本発明によれば、インピーダンス整合の対象となるマイクロ波源と処理容器との間の伝送路における反射波を正確に検出することが可能になる。その結果、本発明によれば、複数のマイクロ波源と処理容器との間のインピーダンス整合の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施の形態に係るマイクロ波処理装置の概略の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態におけるマイクロ波導入装置の高電圧電源部の概略の構成を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施の形態におけるマイクロ波導入装置の高電圧電源部の回路構成の一例を示す回路図である。
【図４】図１に示した処理容器の天井部の上面を示す平面図である。
【図５】図１に示した制御部の構成を示す説明図である。
【図６】マイクロ波を生成する状態とマイクロ波を生成しない状態とが複数回交互に繰り返されることを説明する説明図である。
【図７】マグネトロンと処理容器との間のインピーダンス整合の手順の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
［マイクロ波処理装置］
始めに、図１を参照して、本発明の一実施の形態に係るマイクロ波処理装置の概略の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係るマイクロ波処理装置の概略の構成を示す断面図である。本実施の形態に係るマイクロ波処理装置１は、連続する複数の動作を伴って、例えば半導体デバイス製造用の半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と記す。）Ｗに対して、マイクロ波を照射して、成膜処理、改質処理、アニール処理等の所定の処理を施す装置である。
【００２０】
マイクロ波処理装置１は、被処理体であるウエハＷを収容する処理容器２と、処理容器２内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入装置３と、処理容器２内においてウエハＷを支持する支持装置４と、処理容器２内にガスを供給するガス供給装置５と、処理容器２内を減圧排気する排気装置６と、これらマイクロ波処理装置１の各構成部を制御する制御部８とを備えている。なお、処理容器２内にガスを供給する手段としては、ガス供給装置５の代りに、マイクロ波処理装置１の構成には含まれない外部のガス供給装置を使用してもよい。
【００２１】
＜処理容器＞
処理容器２は、例えば略円筒形状をなしている。処理容器２は、金属材料によって形成されている。処理容器２を形成する材料としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス等が用いられる。なお、処理容器２は、円筒形形状に限らず、例えば角筒形状をなしていてもよい。マイクロ波導入装置３は、処理容器２の上部に設けられ、処理容器２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。マイクロ波導入装置３の構成については、後で詳しく説明する。
【００２２】
処理容器２は、板状の天井部１１および底部１３と、天井部１１と底部１３とを連結する側壁部１２と、天井部１１を上下に貫通するように設けられた複数のマイクロ波導入ポート１１ａと、側壁部１２に設けられた搬入出口１２ａと、底部１３に設けられた排気口１３ａとを有している。搬入出口１２ａは、処理容器２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。処理容器２と図示しない搬送室との間には、ゲートバルブＧが設けられている。ゲートバルブＧは、搬入出口１２ａを開閉する機能を有し、閉状態で処理容器２を気密にシールすると共に、開状態で処理容器２と図示しない搬送室との間でウエハＷの移送を可能にする。
【００２３】
＜支持装置＞
支持装置４は、処理容器２内に配置された板状且つ中空のリフト板１５と、リフト板１５の上面から上方に延びる管状の複数の支持ピン１４と、リフト板１５の下面から底部１３を貫通して処理容器２の外部まで延びる管状のシャフト１６とを有している。シャフト１６は、処理容器２の外部において図示しないアクチュエータに固定されている。
【００２４】
複数の支持ピン１４は、処理容器２内においてウエハＷに当接してウエハＷを支持するためのものである。複数の支持ピン１４は、その上端部がウエハＷの周方向に並ぶように配置されている。また、複数の支持ピン１４、リフト板１５およびシャフト１６は、図示しないアクチュエータによってウエハＷを上下に変位させることができるように構成されている。
【００２５】
また、複数の支持ピン１４、リフト板１５およびシャフト１６は、排気装置６によってウエハＷを複数の支持ピン１４に吸着させることができるように構成されている。具体的には、複数の支持ピン１４およびシャフト１６は、それぞれリフト板１５の内部空間に連通する管状の形状を有している。また、複数の支持ピン１４の上端部には、ウエハＷの裏面を吸引するための吸着孔が形成されている。
【００２６】
複数の支持ピン１４およびリフト板１５は、誘電体材料によって形成されている。複数の支持ピン１４およびリフト板１５を形成する材料としては、例えば、石英、セラミックス等を用いることができる。
【００２７】
＜排気機構＞
マイクロ波処理装置１は、更に、排気口１３ａと排気装置６とを接続する排気管１７と、シャフト１６と排気管１７とを接続する排気管１８と、排気管１７の途中に設けられた圧力調整バルブ１９と、排気管１８の途中に設けられた開閉バルブ２０および圧力計２１とを備えている。排気管１８は、シャフト１６の内部空間に連通するように、シャフト１６に直接または間接的に接続されている。圧力調整バルブ１９は、排気口１３ａと排気管１７，１８の接続点との間に設けられている。
【００２８】
排気装置６は、ドライポンプ等の真空ポンプを有している。排気装置６の真空ポンプを作動させることにより、処理容器２の内部空間が減圧排気される。このとき、開閉バルブ２０を開状態にすることにより、ウエハＷの裏面を吸引して、ウエハＷを複数の支持ピン１４に吸着させて固定することができる。
【００２９】
＜ガス導入機構＞
マイクロ波処理装置１は、更に、処理容器２内においてウエハＷが配置される予定の位置の下方に配置されたシャワーヘッド部２２と、シャワーヘッド部２２と側壁部１２との間に配置された環状の整流板２３と、シャワーヘッド部２２とガス供給装置５とを接続する配管２４と、ガス供給装置５に接続され、処理容器２内に処理ガスを導入する複数の配管２５とを備えている。
【００３０】
シャワーヘッド部２２は、ウエハＷに対して比較的低温の処理が施される場合に、冷却ガスによってウエハＷを冷却するためのものである。シャワーヘッド部２２は、配管２４に連通するガス通路２２ａと、ガス通路２２ａに連通し、ウエハＷに向かって冷却ガスを噴出する複数のガス噴出孔２２ｂとを有している。図１に示した例では、複数のガス噴出孔２２ｂは、シャワーヘッド部２２の上面側に形成されている。シャワーヘッド部２２は、誘電率の小さい誘電体材料によって形成されている。シャワーヘッド部２２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。なお、シャワーヘッド部２２は、マイクロ波処理装置１における必須の構成要素ではなく、設けられていなくてもよい。
【００３１】
整流板２３は、整流板２３を上下に貫通するように設けられた複数の整流孔２３ａを有している。整流板２３は、処理容器２内においてウエハＷが配置される予定の領域の雰囲気を整流しながら排気口１３ａに向かって流すためのものである。
【００３２】
ガス供給装置５は、処理ガスまたは冷却ガスとして、例えば、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｏ２、Ｈ２等のガスを供給できるように構成されている。なお、マイクロ波処理装置１において成膜処理が行われる場合には、ガス供給装置５は、成膜原料ガスを処理容器２内に供給する。
【００３３】
図示しないが、マイクロ波処理装置１は、更に、配管２４，２５の途中に設けられたマスフローコントローラおよび開閉バルブを備えている。シャワーヘッド部２２および処理容器２内に供給されるガスの種類や、これらのガスの流量等は、マスフローコントローラおよび開閉バルブによって制御される。
【００３４】
＜温度計測部＞
マイクロ波処理装置１は、更に、ウエハＷの表面温度を測定する複数の放射温度計２６と、複数の放射温度計２６に接続された温度計測部２７とを備えている。なお、図１では、ウエハＷの中央部の表面温度を測定する放射温度計２６を除いて、複数の放射温度計２６の図示を省略している。複数の放射温度計２６は、その上端部がウエハＷの裏面に接近するように、底部１３からウエハＷが配置される予定の位置に向かって延びている。
【００３５】
＜マイクロ波攪拌機構＞
マイクロ波処理装置１は、更に、処理容器２内においてウエハＷが配置される予定の位置の上方に配置され、複数の羽根によって構成されたスターラファン９１と、処理容器２の外部に設けられた回転モータ９３と、天井部１１を貫通してスターラファン９１と回転モータ９３とを接続する回転軸９２とを備えている。スターラファン９１は、回転することにより処理容器２内に導入されたマイクロ波を反射および撹拌するためのものである。スターラファン９１の羽根の数は、例えば４つである。スターラファン９１は、スターラファン９１に衝突したマイクロ波が熱に変換されたり吸収されたりしないように、誘電正接（ｔａｎδ）の小さな誘電材料によって形成されている。スターラファン９１を形成する材料としては、例えば金属やチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等よりなる複合セラミックスや、クオーツ、サファイア等を用いることができる。なお、スターラファン９１の配置は、図１に示した例に限られない。例えば、スターラファン９１は、処理容器２内においてウエハＷが配置される予定の位置の下方に配置されていてもよい。
【００３６】
＜制御部＞
マイクロ波処理装置１の各構成部は、それぞれ制御部８に接続されて、制御部８によって制御される。制御部８は、典型的にはコンピュータである。図５は、図１に示した制御部８の構成を示す説明図である。図５に示した例では、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。
【００３７】
プロセスコントローラ８１は、マイクロ波処理装置１において、例えば温度、圧力、ガス流量、マイクロ波出力等のプロセス条件に関係する各構成部（例えば、マイクロ波導入装置３、支持装置４、ガス供給装置５、排気装置６、温度計測部２７等）を統括して制御する制御手段である。
【００３８】
ユーザーインターフェース８２は、工程管理者がマイクロ波処理装置１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、マイクロ波処理装置１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。
【００３９】
記憶部８３には、マイクロ波処理装置１で実行される各種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レシピ等が保存されている。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、マイクロ波処理装置１の処理容器２内において所望の処理が行われる。
【００４０】
上記の制御プログラムおよびレシピは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリ、ＤＶＤ、ブルーレイディスク等のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納された状態のものを利用することができる。また、上記のレシピは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用することも可能である。
【００４１】
＜マイクロ波導入装置＞
次に、図１ないし図４を参照して、マイクロ波導入装置３の構成について詳しく説明する。図２は、マイクロ波導入装置３の高電圧電源部の概略の構成を示す説明図である。図３は、マイクロ波導入装置３の高電圧電源部の回路構成の一例を示す回路図である。図４は、図１に示した処理容器２の天井部１１の上面を示す平面図である。
【００４２】
前述のように、マイクロ波導入装置３は、処理容器２の上部に設けられ、処理容器２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、マイクロ波導入装置３は、マイクロ波を処理容器２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。
【００４３】
（マイクロ波ユニット）
本実施の形態では、複数のマイクロ波ユニット３０の構成は全て同一である。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２に伝送する導波管３２と、マイクロ波導入ポート１１ａを塞ぐように天井部１１に固定された透過窓３３とを有している。マグネトロン３１は、本発明におけるマイクロ波源に対応し、導波管３２は、本発明における伝送路に対応する。
【００４４】
図４に示したように、本実施の形態では、処理容器２は、天井部１１において周方向に等間隔に配置された４つのマイクロ波導入ポート１１ａを有している。また、本実施の形態では、マイクロ波ユニット３０の数は４つである。以下、４つのマイクロ波ユニット３０のそれぞれのマグネトロン３１を互いに区別して表す場合には、符号３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄを付して表す。図４における上側のマイクロ波導入ポート１１ａは、例えばマグネトロン３１Ａによって生成されたマイクロ波を処理容器２に導入する。図４における下側のマイクロ波導入ポート１１ａは、例えばマグネトロン３１Ｂによって生成されたマイクロ波を処理容器２に導入する。図４における左側のマイクロ波導入ポート１１ａは、例えばマグネトロン３１Ｃによって生成されたマイクロ波を処理容器２に導入する。図４における右側のマイクロ波導入ポート１１ａは、例えばマグネトロン３１Ｄによって生成されたマイクロ波を処理容器２に導入する。
【００４５】
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、被処理体であるウエハＷの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。
【００４６】
導波管３２は、断面が矩形且つ環状の角筒状の形状を有し、処理容器２の天井部１１の上面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。導波管３２の下端部は、透過窓３３の上面に接している。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２内に導入される。
【００４７】
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。
【００４８】
マイクロ波ユニット３０は、更に、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、サーキュレータ３４に接続されたダミーロード３７とを有している。サーキュレータ３４、検出器３５およびチューナ３６は、導波管３２の上端部側からこの順に設けられている。サーキュレータ３４およびダミーロード３７は、処理容器２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２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。
【００４９】
検出器３５は、導波管３２における処理容器２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であり、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２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。
【００５０】
チューナ３６は、マグネトロン３１と処理容器２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によって構成することができる。この場合、導体板の、導波管３２の内部空間へ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２との間のインピーダンスを調整することができる。なお、チューナ３６を用いてマグネトロン３１と処理容器２との間のインピーダンスを整合する手順については、後で詳しく説明する。
【００５１】
（高電圧電源部）
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。図２に示したように、高電圧電源部４０は、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。
【００５２】
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。
【００５３】
以下、図３を参照して、マイクロ波導入装置３が４つのマイクロ波ユニット３０（マグネトロン３１）を備えている場合の高電圧電源部４０の構成の一例について説明する。この例では、高電圧電源部４０は、１つのＡＣ−ＤＣ変換回路４１と、２つのスイッチング回路４２Ａ，４２Ｂと、１つのスイッチングコントローラ４３と、２つの昇圧トランス４４Ａ，４４Ｂと、２つの整流回路４５Ａ，４５Ｂとを有している。
【００５４】
ＡＣ−ＤＣ変換回路４１は、商用電源に接続された整流回路５１と、整流回路５１に接続された平滑回路５２と、スイッチング回路４２に接続された平滑回路５４と、平滑回路５２と平滑回路５４との間に設けられた力率改善のためのパワーＦＥＴ５３とを有している。整流回路５１は、２つの出力端を有している。平滑回路５２は、整流回路５１の２つの出力端に接続された２つの配線６１，６２の間に設けられたコンデンサによって構成されている。パワーＦＥＴ５３は、配線６１の途中に設けられている。平滑回路５４は、配線６１の途中に設けられたコイルと、配線６１，６２の間に設けられたコンデンサによって構成されている。
【００５５】
スイッチング回路４２Ａは、ＡＣ−ＤＣ変換回路４１によって変換された直流のオン・オフを制御すると共に、パルス状の電圧波形を生成して昇圧トランス４４Ａに対して正方向の電流と負方向の電流を出力する回路である。スイッチング回路４２Ａは、フルブリッジ回路（Ｈブリッジとも言う。）を構成する４つのスイッチングトランジスタ５５Ａ，５６Ａ，５７Ａ，５８Ａを有している。スイッチングトランジスタ５５Ａ，５６Ａは、直列に接続されて、配線６１に接続された配線６３ａと配線６２に接続された配線６４ａとの間に設けられている。スイッチングトランジスタ５７Ａ，５８Ａは、直列に接続されて、配線６３ａ，６４ａの間に設けられている。スイッチング回路４２Ａは、更に、スイッチングトランジスタ５５Ａ〜５８Ａに対してそれぞれ並列に接続された共振コンデンサを有している。
【００５６】
同様に、スイッチング回路４２Ｂは、ＡＣ−ＤＣ変換回路４１によって変換された直流のオン・オフを制御すると共に、パルス状の電圧波形を生成して昇圧トランス４４Ｂに対して正方向の電流と負方向の電流を出力する回路である。スイッチング回路４２Ｂは、フルブリッジ回路を構成する４つのスイッチングトランジスタ５５Ｂ，５６Ｂ，５７Ｂ，５８Ｂを有している。スイッチングトランジスタ５５Ｂ，５６Ｂは、直列に接続されて、配線６１に接続された配線６３ｂと配線６２に接続された配線６４ｂとの間に設けられている。スイッチングトランジスタ５７Ｂ，５８Ｂは、直列に接続されて、配線６３ｂ，６４ｂの間に設けられている。スイッチング回路４２Ｂは、更に、スイッチングトランジスタ５５Ｂ〜５８Ｂに対してそれぞれ並列に接続された共振コンデンサを有している。
【００５７】
スイッチングトランジスタ５５Ａ〜５８Ａ，５５Ｂ〜５８Ｂとしては、効率の観点から電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）を用いることができる。スイッチングトランジスタ５５Ａ〜５８Ａ，５５Ｂ〜５８Ｂに用いるＦＥＴとしては、ＭＯＳＦＥＴが好ましく、パワーＭＯＳＦＥＴが特に好ましい。また、ＭＯＳＦＥＴの代りに、ＭＯＳＦＥＴに比べて高耐圧であり、高パワー用に適しているＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）を用いてもよい。
【００５８】
昇圧トランス４４Ａは、２つの入力端と２つの出力端とを有している。昇圧トランス４４Ａの２つの入力端の一方は、スイッチングトランジスタ５５Ａ，５６Ａの間に接続され、他方はスイッチングトランジスタ５７Ａ，５８Ａの間に接続されている。同様に、昇圧トランス４４Ｂは、２つの入力端と２つの出力端とを有している。昇圧トランス４４Ｂの２つの入力端の一方は、スイッチングトランジスタ５５Ｂ，５６Ｂの間に接続され、他方はスイッチングトランジスタ５７Ｂ，５８Ｂの間に接続されている。
【００５９】
整流回路４５Ａは、昇圧トランス４４Ａの２つの出力端の一方に接続された２つのダイオードと、２つの出力端の他方に接続された２つのダイオードとによって構成されている。マグネトロン３１Ａは、昇圧トランス４４Ａの２つの出力端にそれぞれ接続された２つのダイオードを介して昇圧トランス４４Ａに接続されている。マグネトロン３１Ｂは、昇圧トランス４４Ａの２つの出力端にそれぞれ接続された他の２つのダイオードを介して昇圧トランス４４Ａに接続されている。整流回路４５Ａの４つのダイオードは、昇圧トランス４４Ａからマグネトロン３１Ａに向かう電流の方向と昇圧トランス４４Ａからマグネトロン３１Ｂに向かう電流の方向が逆方向になるように構成されている。
【００６０】
同様に、整流回路４５Ｂは、昇圧トランス４４Ｂの２つの出力端の一方に接続された２つのダイオードと、２つの出力端の他方に接続された２つのダイオードとによって構成されている。マグネトロン３１Ｃは、昇圧トランス４４Ｂの２つの出力端にそれぞれ接続された２つのダイオードを介して昇圧トランス４４Ｂに接続されている。マグネトロン３１Ｄは、昇圧トランス４４Ｂの２つの出力端にそれぞれ接続された他の２つのダイオードを介して昇圧トランス４４Ｂに接続されている。整流回路４５Ｂの４つのダイオードは、昇圧トランス４４Ｂからマグネトロン３１Ｃに向かう電流の方向と昇圧トランス４４Ｂからマグネトロン３１Ｄに向かう電流の方向が逆方向になるように構成されている。
【００６１】
［処理手順］
次に、ウエハＷに対してアニール処理を施す場合を例に挙げて、マイクロ波処理装置１における処理の手順について説明する。まず、例えばユーザーインターフェース８２から、マイクロ波処理装置１においてアニール処理を行うように、プロセスコントローラ８１に指令が入力される。次に、プロセスコントローラ８１は、この指令を受けて、記憶部８３またはコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に保存されたレシピを読み出す。次に、レシピに基づく条件によってアニール処理が実行されるように、プロセスコントローラ８１からマイクロ波処理装置１の各エンドデバイス（例えば、マイクロ波導入装置３、支持装置４、ガス供給装置５、排気装置６等）に制御信号が送出される。
【００６２】
次に、ゲートバルブＧが開状態にされて、図示しない搬送装置によって、ウエハＷが、ゲートバルブＧおよび搬入出口１２ａを通って処理容器２内に搬入される。ウエハＷは、支持ピン１４の上に載置される。次に、ゲートバルブＧが閉状態にされて、排気装置６によって、処理容器２内が減圧排気される。このとき、開閉バルブ２０が開状態にされて、ウエハＷの裏面が吸引されて、ウエハＷが支持ピン１４に吸着固定される。次に、ガス供給装置５によって、所定の流量の処理ガスおよび冷却ガスが導入される。処理容器２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。
【００６３】
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を伝搬し、次に、透過窓３３を透過して、処理容器２内におけるウエハＷの上方の空間に導入される。本実施の形態では、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し、複数のマイクロ波を同時に処理容器２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する方法については、後で詳しく説明する。
【００６４】
処理容器２内に導入された複数のマイクロ波は、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。
【００６５】
プロセスコントローラ８１からマイクロ波処理装置１の各エンドデバイスにプラズマ処理を終了させる制御信号が送出されると、マイクロ波の生成が停止されると共に、処理ガスおよび冷却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。次に、ゲートバルブＧが開状態にされて、図示しない搬送装置によって、ウエハＷが搬出される。
【００６６】
＜マイクロ波の生成方法＞
次に、図３を参照して、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する方法について詳しく説明する。スイッチング回路４２Ａ，４２Ｂ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制御またはＰＡＭ制御が行われて、パルス状の電圧波形が生成される。フェーズシフト型のＰＷＭ制御の場合、スイッチングトランジスタ５５Ａ〜５８Ａ，５５Ｂ〜５８Ｂには、スイッチングコントローラ４３からそれぞれ位相（フェーズ）が制御されたゲートドライブ信号が入力される。スイッチング回路４２Ａ，４２Ｂは、これらの信号を合成してパルス状の電圧波形を生成する。
【００６７】
スイッチングトランジスタ５５Ａ，５８Ａにゲートドライブ信号を入力すると、昇圧トランス４４Ａから見たときに正方向（電圧が増加する方向）の電圧波形が生成されると共に、スイッチングトランジスタ５５Ａ、昇圧トランス４４Ａ、スイッチングトランジスタ５８Ａを順に経由する方向（正方向）に電流が流れる。これにより、昇圧トランス４４Ａの二次側（出力端側）では、マグネトロン３１Ａを経由する方向に電流が発生する。また、昇圧トランス４４Ａは、昇圧トランス４４Ａの二次側（出力端側）の電圧が所定の大きさになるように、昇圧する。このようにして、マグネトロン３１Ａに対してマイクロ波を生成するための高電圧が供給されて、マグネトロン３１Ａにおいてマイクロ波が生成される。
【００６８】
スイッチングトランジスタ５６Ａ，５７Ａにゲートドライブ信号を入力すると、昇圧トランス４４Ａから見たときに負方向（電圧が減少する方向）の電圧波形が生成されると共に、スイッチングトランジスタ５７Ａ、昇圧トランス４４Ａ、スイッチングトランジスタ５６Ａを順に経由する方向（負方向）に電流が流れる。これにより、昇圧トランス４４Ａの二次側では、マグネトロン３１Ｂを経由する方向に電流が発生する。また、昇圧トランス４４Ａは、昇圧トランス４４Ａの二次側の電圧が所定の大きさになるように、昇圧する。このようにして、マグネトロン３１Ｂに対してマイクロ波を生成するための高電圧が供給されて、マグネトロン３１Ｂにおいてマイクロ波が生成される。
【００６９】
スイッチングトランジスタ５５Ｂ，５８Ｂにゲートドライブ信号を入力すると、昇圧トランス４４Ｂから見たときに正方向の電圧波形が生成されると共に、スイッチングトランジスタ５５Ｂ、昇圧トランス４４Ｂ、スイッチングトランジスタ５８Ｂを順に経由する方向（正方向）に電流が流れる。これにより、昇圧トランス４４Ｂの二次側では、マグネトロン３１Ｃを経由する方向に電流が発生する。また、昇圧トランス４４Ｂは、昇圧トランス４４Ｂの二次側の電圧が所定の大きさになるように、昇圧する。このようにして、マグネトロン３１Ｃに対してマイクロ波を生成するための高電圧が供給されて、マグネトロン３１Ｃにおいてマイクロ波が生成される。
【００７０】
スイッチングトランジスタ５６Ｂ，５７Ｂにゲートドライブ信号を入力すると、昇圧トランス４４Ｂから見たときに負方向の電圧波形が生成されると共に、スイッチングトランジスタ５７Ｂ、昇圧トランス４４Ｂ、スイッチングトランジスタ５６Ｂを順に経由する方向（負方向）に電流が流れる。これにより、昇圧トランス４４Ｂの二次側では、マグネトロン３１Ｄを経由する方向に電流が発生する。また、昇圧トランス４４Ｂは、昇圧トランス４４Ｂの二次側の電圧が所定の大きさになるように、昇圧する。このようにして、マグネトロン３１Ｄに対してマイクロ波を生成するための高電圧が供給されて、マグネトロン３１Ｄにおいてマイクロ波が生成される。
【００７１】
本実施の形態では、スイッチングコントローラ４３は、マグネトロン３１Ａ〜３１Ｄにおいてパルス状にマイクロ波が生成されるように、スイッチング回路４２Ａ，４２Ｂを制御する。すなわち、スイッチングコントローラ４３は、マグネトロン３１Ａ，３１Ｃにおいてマイクロ波を生成する状態とマイクロ波を生成しない状態とを交互に複数回繰り返すように、スイッチング回路４２Ａ，４２Ｂ（スイッチングトランジスタ５５Ａ，５８Ａ，５５Ｂ，５８Ｂ）を制御する。また、スイッチングコントローラ４３は、マグネトロン３１Ａ，３１Ｃと同時にマイクロ波を生成しないように、マグネトロン３１Ｂ，３１Ｄにおいてマイクロ波を生成する状態とマイクロ波を生成しない状態とを交互に複数回繰り返すように、スイッチング回路４２Ａ，４２Ｂ（スイッチングトランジスタ５６Ａ，５７Ａ，５６Ｂ，５７Ｂ）を制御する。このようにして、マグネトロン３１Ａ〜３１Ｄにおいて同時に２つマイクロ波が生成されて、２つのマイクロ波が同時に処理容器２に導入される。なお、スイッチングコントローラ４３は、上位のコントローラである制御部８のプロセスコントローラ８１によって制御される。また、上記の例では、マグネトロン３１Ａ，３１Ｃは、本発明における第１の種類のマイクロ波源に対応し、マグネトロン３１Ｂ，３１Ｄは、本発明における第２の種類のマイクロ波源に対応する。
【００７２】
＜インピーダンス整合の手順＞
次に、図６および図７を参照して、チューナ３６を用いてマグネトロン３１と処理容器２との間のインピーダンスを整合する手順について説明する。以下の説明は、本発明のマイクロ波処理装置の制御方法の説明を含んでいる。図６は、マグネトロン３１Ａ〜３１Ｄにおいてマイクロ波を生成する状態とマイクロ波を生成しない状態とが複数回交互に繰り返されることを説明する説明図である。なお、図６において、「ＯＮ」は、マグネトロン３１がマイクロ波を生成している状態を表し、「ＯＦＦ」は、マグネトロン３１がマイクロ波を生成していない状態を表している。以下、マグネトロン３１においてマイクロ波を生成する状態をオン状態と呼び、マグネトロン３１においてマイクロ波を生成しない状態をオフ状態と呼ぶ。また、図６において、「第１の状態」は、２つのマイクロ波を同時に処理容器２に導入する状態を表し、「第２の状態」は、第１の状態が継続している間に、選択的且つ一時的に、４つのマグネトロン３１Ａ〜３１Ｄの内１つ（図６ではマグネトロン３１Ａ）においてマイクロ波を生成し、このマイクロ波のみを処理容器２に導入する状態を表している。図７は、マグネトロン３１と処理容器２との間のインピーダンス整合の手順の一例を示すフローチャートである。
【００７３】
図７に示したように、インピーダンス整合の手順は、第１のステップＳ１、第２のステップＳ２、第３のステップＳ３、第４のステップＳ４、第５のステップＳ５および第６のステップＳ６を含んでいる。第１のステップＳ１、第２のステップＳ２、第３のステップＳ３および第６のステップＳ６は、図６に示した「第１の状態」において実行されるステップである。
【００７４】
第１のステップＳ１では、検出器３５によって、導波管３２における処理容器２からの反射波を検出する。反射波の検出は、４つのマグネトロン３１Ａ〜３１Ｄが接続された４つの導波管３２のそれぞれにおいて行われる。第１のステップＳ１では、その導波管３２に接続されたマグネトロン３１において生成されたマイクロ波に基づく反射波と、他のマグネトロン３１において生成されたマイクロ波に基づく進入波との合成波が、処理容器２からの反射波として検出される。
【００７５】
第２のステップＳ２では、検出器３５によって検出された反射波の電力量が、所定のしきい値よりも大きいか否かを判定する。このしきい値は、各マグネトロン３１から見たときの処理容器２側のインピーダンスの値が許容範囲外に変化したことを判断するための値である。このしきい値は、予め設定されたものであり、例えば制御部８の記憶部８３にレシピの一部として保存しておくことができる。また、第２のステップＳ２は、インピーダンス整合の対象となるマグネトロン３１であって、第２の状態においてマイクロ波を生成するマグネトロン３１（以下、単に、インピーダンス整合の対象となるマグネトロン３１と記す。）を決定するためのステップである。反射波の電力量が所定のしきい値以下の場合（Ｎｏ）は、第１のステップＳ１に戻る。反射波の電力量が所定のしきい値よりも大きい場合（Ｙｅｓ）は、第３のステップＳ３に移る。図６では、マグネトロン３１ＡはステップＳ２で反射波の電力量が所定のしきい値よりも大きい（Ｙｅｓ）と判断されたものとする。なお、前述のように、第１のステップＳ１では、反射波と進入波との合成波が処理容器２からの反射波として検出される。しかし、合成波における反射波の割合は進入波に比べて大きいため、第２のステップにおける判断に支障はない。
【００７６】
第３のステップＳ３では、マイクロ波を処理容器２に導入する状態を、２つのマイクロ波を同時に処理容器２に導入する第１の状態から、インピーダンス整合の対象となるマグネトロン３１（図６ではマグネトロン３１Ａ）においてマイクロ波を生成し、このマイクロ波のみを処理容器２に導入する第２の状態に切り替える。
【００７７】
なお、第１の状態から第２の状態への切り替えは、インピーダンス整合の対象となるマグネトロン３１が、第１の状態においてオフ状態からオン状態に切り替わるタイミングに行われる。図６に示した例では、第１の状態から第２の状態への切り替えは、マグネトロン３１Ａが、第１の状態においてオフ状態からオン状態に切り替わるタイミングに行われる。第２の状態に切り替わると、マグネトロン３１Ａ以外のマグネトロン３１Ｂ〜３１Ｄでは、マイクロ波が生成されない。なお、上記のタイミングにおいて、マグネトロン３１Ｂ，３１Ｄは、オン状態からオフ状態に切り替わる。また、上記のタイミングにおいて、マグネトロン３１Ｃは、本来、第１の状態が継続するならばオフ状態からオン状態に切り替わるが、第２の状態に切り替わるため、オフ状態が維持される。
【００７８】
第４のステップＳ４では、検出器３５によって、インピーダンス整合の対象となるマグネトロン３１に接続された導波管３２における処理容器２からの反射波を検出する。インピーダンス整合の対象となるマグネトロン３１以外のマグネトロン３１ではマイクロ波が生成されていないため、進入波の影響を受けず、インピーダンス整合の対象となるマグネトロン３１と処理容器２との間の導波管３２における反射波を正確に検出することが可能になる。なお、マイクロ波を処理容器２に導入する状態が第１の状態であるか第２の状態であるか、すなわち第１のステップＳ１であるか第４のステップＳ４であるかは、例えば、各導波管３２の進行波の電力量によって判断することができる。
【００７９】
第５のステップＳ５では、ステップＳ４における反射波の検出結果に基づき、マイクロ波を処理容器２に導入する状態を、第２の状態から第１の状態に切り替える。なお、第２の状態が継続する時間は、インピーダンス整合の対象となるマグネトロン３１が、第１の状態においてマイクロ波を生成する状態１回当たりの時間以下であることが好ましい。また、第２の状態から第１の状態に切り替わる前後において、インピーダンス整合の対象となるマグネトロン３１がマイクロ波を生成する状態を継続させる時間は、上記１回当たりの時間と等しいことが好ましい。図６に示した例では、例えば、インピーダンス整合の対象となるマグネトロン３１Ａが、第１の状態においてマイクロ波を生成する状態１回当たりの時間は、２０ミリ秒であり、第２の状態が継続する時間は１０ミリ秒である。この場合、第２の状態から第１の状態に切り替わった直後に、マグネトロン３１Ｃがマイクロ波を生成する状態を継続させる時間は１０ミリ秒となる。
【００８０】
第６のステップＳ６では、チューナ３６を用いて、インピーダンス整合の対象となるマグネトロン３１と処理容器２との間のインピーダンス整合を行う。チューナ３６が前述の導体板によって構成されている場合には、導体板の、導波管３２の内部空間への突出量を制御してインピーダンス整合を行う。
【００８１】
第１のステップＳ１、第４のステップＳ４および第６のステップＳ６は、例えば、インピーダンス整合を行うように作成された制御プログラムによって実行される。また、第２のステップＳ２、第３のステップＳ３および第５のステップＳ５は、例えば、マグネトロン３１の動作を制御するように作成された制御プログラムによって実行される。そして、第１ないし第６のステップＳ１〜Ｓ６の一連の手順は、制御部８のプロセスコントローラ８１によって、これら２つの制御プログラムを協働させることによって実行させることができる。
【００８２】
なお、第１の状態はウエハＷを処理するための主要な状態であり、第１の状態から第２の状態に切り替わる頻度が多くなると、ウエハＷに対する処理の効率が低下するおそれがある。そのため、例えば上記の制御プログラムによって、第２の状態に切り替わる間隔がある程度大きくなるように、第２のステップＳ２の実行を所定の時間だけ制限して、ウエハＷに対する処理効率の低下を防止することが好ましい。
【００８３】
次に、本実施の形態に係るマイクロ波処理装置１およびその制御方法の効果について説明する。本実施の形態では、複数のマイクロ波を同時に処理容器２に導入する第１の状態が継続している間に、選択的且つ一時的に、複数のマグネトロン３１のうちの１つにおいてマイクロ波を生成し、このマイクロ波のみを処理容器２に導入する第２の状態に切り替える。
【００８４】
本実施の形態では、第２の状態において、インピーダンス整合の対象となるマグネトロン３１においてのみマイクロ波を生成させることができる。これにより、本実施の形態によれば、進入波の影響を受けることなく、インピーダンス整合の対象となるマグネトロン３１と処理容器２との間の導波管３２における反射波を正確に検出することが可能になる。特に、本実施の形態では、第２の状態において検出された反射波の電力量に基づいて、第２の状態においてマイクロ波を生成したマグネトロン３１と、処理容器２との間のインピーダンス整合を行う。これにより、本実施の形態によれば、複数のマグネトロン３１と処理容器２との間のインピーダンス整合の精度を向上させることができる。
【００８５】
また、本実施の形態では、第１の状態は、ウエハＷを処理するための主要な状態であり、第２の状態は、複数の導波管３２のうち、第２の状態において生成されたマイクロ波を伝送する導波管３２における反射波を検出するための状態である。前述のように、第２の状態には、第１の状態が継続している間に選択的且つ一時的に切り替わる。従って、本実施の形態によれば、ウエハＷに対する処理が行われている間に、マイクロ波を伝送する導波管３２における反射波を正確に検出することができると共に、複数のマグネトロン３１と処理容器２との間のインピーダンスを個別に整合することが可能になる。
【００８６】
また、本実施の形態では、第１の状態において検出された反射波の電力量に基づいて、第２の状態においてマイクロ波を生成するマグネトロン３１を決定する。具体的には、第１の状態において検出された反射波の電力量が所定のしきい値よりも大きいか否かによって、第２の状態においてマイクロ波を生成するマグネトロン３１が決定される。これにより、本実施の形態によれば、ウエハＷに対する処理が行われている間に、処理容器２との間でインピーダンス整合が行われるマグネトロン３１を決定することができる。なお、上記のしきい値は、１つに限らず、複数であってもよい。この場合、反射波の電力量の大きさに応じて、異なる種類のインピーダンス整合、例えば本実施の形態でありウエハＷへの処理を優先したインピーダンス整合と、ウエハＷの処理よりもインピーダンスの整合を優先させたインピーダンス整合とを行うことが可能になる。
【００８７】
また、本実施の形態では、第１の状態から第２の状態への切り替えは、第２の状態においてマイクロ波を生成するマグネトロン３１が、第１の状態においてオフ状態からオン状態に切り替わるタイミングに行われる。また、第２の状態が継続する時間は、第２の状態においてマイクロ波を生成するマグネトロン３１が、第１の状態のオン状態１回当たりの時間以下である。また、第２の状態から第１の状態に切り替わる前後において、第２の状態においてマイクロ波を生成するマグネトロン３１が、オン状態を継続させる時間は、上記１回当たりの時間と等しい。これらのことから、本実施の形態によれば、反射波を検出するための状態である第２の状態を継続させる時間を最小限にして、ウエハＷに対する処理効率の低下を防止することができる。
【００８８】
以下、本実施の形態におけるその他の効果について説明する。本実施の形態では、マイクロ波導入装置３は、複数のマグネトロン３１と複数の導波管３２とを有し、複数のマイクロ波を同時に処理容器２に導入することが可能である。本実施の形態によれば、各マグネトロン３１の出力が、ウエハＷに対して不足する場合であっても、複数のマイクロ波を同時に処理容器２に導入することにより、ウエハＷに対して処理を行うことが可能になる。
【００８９】
また、本実施の形態では、マイクロ波は、ウエハＷに照射されてウエハＷを処理するためのものである。これにより、本実施の形態によれば、プラズマ処理に比べて、ウエハＷに対して低温の加熱処理を行うことが可能である。
【００９０】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、本発明のマイクロ波処理装置は、半導体ウエハを被処理体とする場合に限らず、例えば太陽電池パネルの基板やフラットパネルディスプレイ用基板を被処理体とするマイクロ波処理装置にも適用できる。
【００９１】
また、上記実施の形態では、マグネトロン３１Ａ，３１Ｂが昇圧トランス４４Ａに接続され、マグネトロン３１Ｃ，３１Ｄが昇圧トランス４４Ｂに接続されている例について説明したが、マグネトロン３１Ａ〜３１Ｄは、それぞれ別の昇圧トランスに接続されていてもよい。この場合、同時にマイクロ波を生成するマグネトロン３１Ａ〜３１Ｄの組み合わせを任意に変更することが可能になる。
【００９２】
また、マイクロ波ユニット３０の数（マグネトロン３１の数）や、処理容器２に同時に導入されるマイクロ波の数は、実施の形態で説明した数に限られない。
【符号の説明】
【００９３】
１…マイクロ波処理装置、２…処理容器、３…マイクロ波導入装置、４…支持装置、５…ガス供給装置、６…排気装置、８…制御部、３０…マイクロ波ユニット、３１…マグネトロン、３２…導波管、３３…透過窓、３４…サーキュレータ、３５…検出器、３６…チューナ、３７…ダミーロード、４０…高電圧電源部、４１…ＡＣ−ＤＣ変換回路、４２…スイッチング回路、４３…スイッチングコントローラ、４４…昇圧トランス、４５…整流回路、８１…プロセスコントローラ、８２…ユーザーインターフェース、８３…記憶部、Ｗ…半導体ウエハ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波を処理容器に導入して所定の処理を行うマイクロ波処理装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造過程では、被処理基板である半導体ウエハに対して、成膜処理、エッチング処理、酸化拡散処理、改質処理、アニール処理等の種々の熱処理が施される。このような熱処理は、一般的には、加熱用のランプやヒータを備えた基板処理装置を用いて、半導体ウエハを加熱することによって行われる。
【０００３】
ところで、近年、半導体ウエハに対して熱処理を施す装置として、ランプやヒータの代りにマイクロ波を使用する装置が知られている。例えば、特許文献１には、マイクロ波エネルギーを使用して、硬化、焼きなまし（アニール）、膜形成を行う熱処理システムが記載されている。また、特許文献２には、表面に成膜材料層が形成された半導体ウエハに電磁波（マイクロ波）を照射することにより、成膜材料を加熱して薄膜を形成する熱処理装置が記載されている。このようなマイクロ波処理装置では、特に、不純物の拡散を抑制しながら浅い活性層を形成することや、格子欠損を修復することが可能であると言われている。
【０００４】
特許文献１および２に記載されたようなマイクロ波処理装置ではないが、特許文献３には、複数のマグネトロン高周波発振部を備えたマイクロ波プラズマ放電処理装置が記載されている。また、特許文献３には、このマイクロ波プラズマ放電処理装置において、マグネトロン高周波発振部と処理試料が設置された低密度プラズマ領域との間に存在する高密度プラズマ領域によってインピーダンスを整合する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００９−５１６３７５号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２９７９０号公報
【特許文献３】特開２００５−２５９６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
マイクロ波処理装置においてマイクロ波を生成するマイクロ波源としては、一般的にマグネトロンが用いられる。ここで、マグネトロン１個当たりの出力が、３００ｍｍ径等の大型の半導体ウエハに対して不足する場合には、複数のマグネトロンが設けられて、複数のマイクロ波が同時に処理容器に導入される。
【０００７】
ところで、マイクロ波処理装置において、半導体ウエハに対する処理が進行すると、例えば、半導体ウエハの表面状態が変化したり、半導体ウエハの温度が変化することによって、処理容器側のインピーダンスが変化する。そのため、半導体ウエハに対する処理が行われている間にも、マイクロ波源と処理容器との間のインピーダンス整合を行うことが望ましい。このようなインピーダンス整合は、例えば、処理容器側からマイクロ波源に向かう反射波の電力量が所定のしきい値を超えた場合に行われる。
【０００８】
ここで、上記のように複数のマイクロ波を同時に処理容器に導入する場合には、マイクロ波源と処理容器との間に、他のマイクロ波源によって生成されたマイクロ波が進入してくるため、反射波を正確に検出することが難しい。そのため、この場合には、インピーダンス整合の精度が低下するおそれがある。
【０００９】
特許文献１および２には、インピーダンスを整合する具体的な方法は記載されていない。引用文献３には、前述のように、プラズマ処理装置においてインピーダンスを整合する技術が記載されているが、プラズマ処理装置以外のマイクロ波処理装置においてインピーダンスを整合する方法は記載されていない。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、複数のマイクロ波源によって生成された複数のマイクロ波が同時に処理容器に導入されるマイクロ波処理装置であって、複数のマイクロ波源と処理容器との間のインピーダンス整合の精度を向上させることをできるようにしたマイクロ波処理装置およびその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のマイクロ波処理装置は、
被処理体を収容する処理容器と、
被処理体を処理するためのマイクロ波を生成して処理容器に導入するマイクロ波導入装置と、
マイクロ波導入装置を制御する制御部とを備えている。
マイクロ波導入装置は、マイクロ波を生成する複数のマイクロ波源と、複数のマイクロ波源において生成されたマイクロ波を処理容器に伝送する複数の伝送路とを有し、複数のマイクロ波を同時に処理容器に導入することが可能である。
制御部は、複数のマイクロ波を同時に処理容器に導入する第１の状態が継続している間に、選択的且つ一時的に、複数のマイクロ波源のうちの１つにおいてマイクロ波を生成し、このマイクロ波のみを処理容器に導入する第２の状態に切り替える。
【００１２】
本発明のマイクロ波処理装置の制御方法は、
被処理体を収容する処理容器と、
被処理体を処理するためのマイクロ波を生成して処理容器に導入するマイクロ波導入装置とを備えたマイクロ波処理装置を制御する方法である。
マイクロ波導入装置は、マイクロ波を生成する複数のマイクロ波源と、複数のマイクロ波源において生成されたマイクロ波を処理容器に伝送する複数の伝送路とを有し、複数のマイクロ波を同時に処理容器に導入することが可能である。
本発明の制御方法は、複数のマイクロ波を同時に処理容器に導入する第１の状態が継続している間に、選択的且つ一時的に、複数のマイクロ波源のうちの１つにおいてマイクロ波を生成し、このマイクロ波のみを処理容器に導入する第２の状態に切り替える。
【００１３】
本発明のマイクロ波処理装置およびその制御方法において、マイクロ波導入装置は、更に、複数の伝送路における処理容器からの反射波を検出するための複数の検出器を有していてもよい。また、第１の状態は、被処理体を処理するための主要な状態であり、第２の状態は、前記伝送路における反射波を検出するための状態であってもよい。
【００１４】
この場合、本発明における制御部は、第２の状態において検出された反射波の電力量に基づいて、第２の状態においてマイクロ波を生成したマイクロ波源と、処理容器との間のインピーダンス整合を行ってもよい。また、本発明における制御部は、第１の状態において検出された反射波の電力量に基づいて、第２の状態においてマイクロ波を生成するマイクロ波源を決定してもよい。同様に、本発明の制御方法は、第２の状態において検出された反射波の電力量に基づいて、第２の状態においてマイクロ波を生成したマイクロ波源と、処理容器との間のインピーダンス整合を行ってもよい。また、本発明の制御方法は、第１の状態において検出された反射波の電力量に基づいて、第２の状態においてマイクロ波を生成するマイクロ波源を決定してもよい。
【００１５】
また、本発明のマイクロ波処理装置およびその制御方法において、複数のマイクロ波源は、第１の状態においてマイクロ波を生成する状態とマイクロ波を生成しない状態とを交互に複数回繰り返す複数の第１の種類のマイクロ波源と、複数の第１の種類のマイクロ波源と同時にマイクロ波を生成しないように、第１の状態においてマイクロ波を生成する状態とマイクロ波を生成しない状態とを交互に複数回繰り返す複数の第２の種類のマイクロ波源とを含んでいてもよい。この場合、第１の状態から第２の状態への切り替えは、第２の状態においてマイクロ波を生成するマイクロ波源が、第１の状態においてマイクロ波を生成しない状態からマイクロ波を生成する状態に切り替わるタイミングに行われてもよい。また、第２の状態が継続する時間は、第２の状態においてマイクロ波を生成するマイクロ波源が、第１の状態においてマイクロ波を生成する状態１回当たりの時間以下であってもよく、第２の状態から第１の状態に切り替わる前後において、第２の状態においてマイクロ波を生成するマイクロ波源が、マイクロ波を生成する状態を継続させる時間は、上記１回当たりの時間と等しくてもよい。
【００１６】
また、本発明のマイクロ波処理装置およびその制御方法において、マイクロ波は、被処理体に照射されて被処理体を処理するためのものであってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のマイクロ波処理装置およびその制御方法では、第２の状態において、インピーダンス整合の対象となるマイクロ波源においてのみマイクロ波を生成させることができる。これにより、本発明によれば、インピーダンス整合の対象となるマイクロ波源と処理容器との間の伝送路における反射波を正確に検出することが可能になる。その結果、本発明によれば、複数のマイクロ波源と処理容器との間のインピーダンス整合の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施の形態に係るマイクロ波処理装置の概略の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態におけるマイクロ波導入装置の高電圧電源部の概略の構成を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施の形態におけるマイクロ波導入装置の高電圧電源部の回路構成の一例を示す回路図である。
【図４】図１に示した処理容器の天井部の上面を示す平面図である。
【図５】図１に示した制御部の構成を示す説明図である。
【図６】マイクロ波を生成する状態とマイクロ波を生成しない状態とが複数回交互に繰り返されることを説明する説明図である。
【図７】マグネトロンと処理容器との間のインピーダンス整合の手順の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
［マイクロ波処理装置］
始めに、図１を参照して、本発明の一実施の形態に係るマイクロ波処理装置の概略の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係るマイクロ波処理装置の概略の構成を示す断面図である。本実施の形態に係るマイクロ波処理装置１は、連続する複数の動作を伴って、例えば半導体デバイス製造用の半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と記す。）Ｗに対して、マイクロ波を照射して、成膜処理、改質処理、アニール処理等の所定の処理を施す装置である。
【００２０】
マイクロ波処理装置１は、被処理体であるウエハＷを収容する処理容器２と、処理容器２内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入装置３と、処理容器２内においてウエハＷを支持する支持装置４と、処理容器２内にガスを供給するガス供給装置５と、処理容器２内を減圧排気する排気装置６と、これらマイクロ波処理装置１の各構成部を制御する制御部８とを備えている。なお、処理容器２内にガスを供給する手段としては、ガス供給装置５の代りに、マイクロ波処理装置１の構成には含まれない外部のガス供給装置を使用してもよい。
【００２１】
＜処理容器＞
処理容器２は、例えば略円筒形状をなしている。処理容器２は、金属材料によって形成されている。処理容器２を形成する材料としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス等が用いられる。なお、処理容器２は、円筒形形状に限らず、例えば角筒形状をなしていてもよい。マイクロ波導入装置３は、処理容器２の上部に設けられ、処理容器２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。マイクロ波導入装置３の構成については、後で詳しく説明する。
【００２２】
処理容器２は、板状の天井部１１および底部１３と、天井部１１と底部１３とを連結する側壁部１２と、天井部１１を上下に貫通するように設けられた複数のマイクロ波導入ポート１１ａと、側壁部１２に設けられた搬入出口１２ａと、底部１３に設けられた排気口１３ａとを有している。搬入出口１２ａは、処理容器２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。処理容器２と図示しない搬送室との間には、ゲートバルブＧが設けられている。ゲートバルブＧは、搬入出口１２ａを開閉する機能を有し、閉状態で処理容器２を気密にシールすると共に、開状態で処理容器２と図示しない搬送室との間でウエハＷの移送を可能にする。
【００２３】
＜支持装置＞
支持装置４は、処理容器２内に配置された板状且つ中空のリフト板１５と、リフト板１５の上面から上方に延びる管状の複数の支持ピン１４と、リフト板１５の下面から底部１３を貫通して処理容器２の外部まで延びる管状のシャフト１６とを有している。シャフト１６は、処理容器２の外部において図示しないアクチュエータに固定されている。
【００２４】
複数の支持ピン１４は、処理容器２内においてウエハＷに当接してウエハＷを支持するためのものである。複数の支持ピン１４は、その上端部がウエハＷの周方向に並ぶように配置されている。また、複数の支持ピン１４、リフト板１５およびシャフト１６は、図示しないアクチュエータによってウエハＷを上下に変位させることができるように構成されている。
【００２５】
また、複数の支持ピン１４、リフト板１５およびシャフト１６は、排気装置６によってウエハＷを複数の支持ピン１４に吸着させることができるように構成されている。具体的には、複数の支持ピン１４およびシャフト１６は、それぞれリフト板１５の内部空間に連通する管状の形状を有している。また、複数の支持ピン１４の上端部には、ウエハＷの裏面を吸引するための吸着孔が形成されている。
【００２６】
複数の支持ピン１４およびリフト板１５は、誘電体材料によって形成されている。複数の支持ピン１４およびリフト板１５を形成する材料としては、例えば、石英、セラミックス等を用いることができる。
【００２７】
＜排気機構＞
マイクロ波処理装置１は、更に、排気口１３ａと排気装置６とを接続する排気管１７と、シャフト１６と排気管１７とを接続する排気管１８と、排気管１７の途中に設けられた圧力調整バルブ１９と、排気管１８の途中に設けられた開閉バルブ２０および圧力計２１とを備えている。排気管１８は、シャフト１６の内部空間に連通するように、シャフト１６に直接または間接的に接続されている。圧力調整バルブ１９は、排気口１３ａと排気管１７，１８の接続点との間に設けられている。
【００２８】
排気装置６は、ドライポンプ等の真空ポンプを有している。排気装置６の真空ポンプを作動させることにより、処理容器２の内部空間が減圧排気される。このとき、開閉バルブ２０を開状態にすることにより、ウエハＷの裏面を吸引して、ウエハＷを複数の支持ピン１４に吸着させて固定することができる。
【００２９】
＜ガス導入機構＞
マイクロ波処理装置１は、更に、処理容器２内においてウエハＷが配置される予定の位置の下方に配置されたシャワーヘッド部２２と、シャワーヘッド部２２と側壁部１２との間に配置された環状の整流板２３と、シャワーヘッド部２２とガス供給装置５とを接続する配管２４と、ガス供給装置５に接続され、処理容器２内に処理ガスを導入する複数の配管２５とを備えている。
【００３０】
シャワーヘッド部２２は、ウエハＷに対して比較的低温の処理が施される場合に、冷却ガスによってウエハＷを冷却するためのものである。シャワーヘッド部２２は、配管２４に連通するガス通路２２ａと、ガス通路２２ａに連通し、ウエハＷに向かって冷却ガスを噴出する複数のガス噴出孔２２ｂとを有している。図１に示した例では、複数のガス噴出孔２２ｂは、シャワーヘッド部２２の上面側に形成されている。シャワーヘッド部２２は、誘電率の小さい誘電体材料によって形成されている。シャワーヘッド部２２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。なお、シャワーヘッド部２２は、マイクロ波処理装置１における必須の構成要素ではなく、設けられていなくてもよい。
【００３１】
整流板２３は、整流板２３を上下に貫通するように設けられた複数の整流孔２３ａを有している。整流板２３は、処理容器２内においてウエハＷが配置される予定の領域の雰囲気を整流しながら排気口１３ａに向かって流すためのものである。
【００３２】
ガス供給装置５は、処理ガスまたは冷却ガスとして、例えば、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｏ２、Ｈ２等のガスを供給できるように構成されている。なお、マイクロ波処理装置１において成膜処理が行われる場合には、ガス供給装置５は、成膜原料ガスを処理容器２内に供給する。
【００３３】
図示しないが、マイクロ波処理装置１は、更に、配管２４，２５の途中に設けられたマスフローコントローラおよび開閉バルブを備えている。シャワーヘッド部２２および処理容器２内に供給されるガスの種類や、これらのガスの流量等は、マスフローコントローラおよび開閉バルブによって制御される。
【００３４】
＜温度計測部＞
マイクロ波処理装置１は、更に、ウエハＷの表面温度を測定する複数の放射温度計２６と、複数の放射温度計２６に接続された温度計測部２７とを備えている。なお、図１では、ウエハＷの中央部の表面温度を測定する放射温度計２６を除いて、複数の放射温度計２６の図示を省略している。複数の放射温度計２６は、その上端部がウエハＷの裏面に接近するように、底部１３からウエハＷが配置される予定の位置に向かって延びている。
【００３５】
＜マイクロ波攪拌機構＞
マイクロ波処理装置１は、更に、処理容器２内においてウエハＷが配置される予定の位置の上方に配置され、複数の羽根によって構成されたスターラファン９１と、処理容器２の外部に設けられた回転モータ９３と、天井部１１を貫通してスターラファン９１と回転モータ９３とを接続する回転軸９２とを備えている。スターラファン９１は、回転することにより処理容器２内に導入されたマイクロ波を反射および撹拌するためのものである。スターラファン９１の羽根の数は、例えば４つである。スターラファン９１は、スターラファン９１に衝突したマイクロ波が熱に変換されたり吸収されたりしないように、誘電正接（ｔａｎδ）の小さな誘電材料によって形成されている。スターラファン９１を形成する材料としては、例えば金属やチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等よりなる複合セラミックスや、クオーツ、サファイア等を用いることができる。なお、スターラファン９１の配置は、図１に示した例に限られない。例えば、スターラファン９１は、処理容器２内においてウエハＷが配置される予定の位置の下方に配置されていてもよい。
【００３６】
＜制御部＞
マイクロ波処理装置１の各構成部は、それぞれ制御部８に接続されて、制御部８によって制御される。制御部８は、典型的にはコンピュータである。図５は、図１に示した制御部８の構成を示す説明図である。図５に示した例では、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。
【００３７】
プロセスコントローラ８１は、マイクロ波処理装置１において、例えば温度、圧力、ガス流量、マイクロ波出力等のプロセス条件に関係する各構成部（例えば、マイクロ波導入装置３、支持装置４、ガス供給装置５、排気装置６、温度計測部２７等）を統括して制御する制御手段である。
【００３８】
ユーザーインターフェース８２は、工程管理者がマイクロ波処理装置１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、マイクロ波処理装置１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。
【００３９】
記憶部８３には、マイクロ波処理装置１で実行される各種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レシピ等が保存されている。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、マイクロ波処理装置１の処理容器２内において所望の処理が行われる。
【００４０】
上記の制御プログラムおよびレシピは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリ、ＤＶＤ、ブルーレイディスク等のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納された状態のものを利用することができる。また、上記のレシピは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用することも可能である。
【００４１】
＜マイクロ波導入装置＞
次に、図１ないし図４を参照して、マイクロ波導入装置３の構成について詳しく説明する。図２は、マイクロ波導入装置３の高電圧電源部の概略の構成を示す説明図である。図３は、マイクロ波導入装置３の高電圧電源部の回路構成の一例を示す回路図である。図４は、図１に示した処理容器２の天井部１１の上面を示す平面図である。
【００４２】
前述のように、マイクロ波導入装置３は、処理容器２の上部に設けられ、処理容器２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、マイクロ波導入装置３は、マイクロ波を処理容器２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。
【００４３】
（マイクロ波ユニット）
本実施の形態では、複数のマイクロ波ユニット３０の構成は全て同一である。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２に伝送する導波管３２と、マイクロ波導入ポート１１ａを塞ぐように天井部１１に固定された透過窓３３とを有している。マグネトロン３１は、本発明におけるマイクロ波源に対応し、導波管３２は、本発明における伝送路に対応する。
【００４４】
図４に示したように、本実施の形態では、処理容器２は、天井部１１において周方向に等間隔に配置された４つのマイクロ波導入ポート１１ａを有している。また、本実施の形態では、マイクロ波ユニット３０の数は４つである。以下、４つのマイクロ波ユニット３０のそれぞれのマグネトロン３１を互いに区別して表す場合には、符号３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄを付して表す。図４における上側のマイクロ波導入ポート１１ａは、例えばマグネトロン３１Ａによって生成されたマイクロ波を処理容器２に導入する。図４における下側のマイクロ波導入ポート１１ａは、例えばマグネトロン３１Ｂによって生成されたマイクロ波を処理容器２に導入する。図４における左側のマイクロ波導入ポート１１ａは、例えばマグネトロン３１Ｃによって生成されたマイクロ波を処理容器２に導入する。図４における右側のマイクロ波導入ポート１１ａは、例えばマグネトロン３１Ｄによって生成されたマイクロ波を処理容器２に導入する。
【００４５】
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、被処理体であるウエハＷの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。
【００４６】
導波管３２は、断面が矩形且つ環状の角筒状の形状を有し、処理容器２の天井部１１の上面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。導波管３２の下端部は、透過窓３３の上面に接している。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２内に導入される。
【００４７】
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。
【００４８】
マイクロ波ユニット３０は、更に、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、サーキュレータ３４に接続されたダミーロード３７とを有している。サーキュレータ３４、検出器３５およびチューナ３６は、導波管３２の上端部側からこの順に設けられている。サーキュレータ３４およびダミーロード３７は、処理容器２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２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。
【００４９】
検出器３５は、導波管３２における処理容器２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であり、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２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。
【００５０】
チューナ３６は、マグネトロン３１と処理容器２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によって構成することができる。この場合、導体板の、導波管３２の内部空間へ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２との間のインピーダンスを調整することができる。なお、チューナ３６を用いてマグネトロン３１と処理容器２との間のインピーダンスを整合する手順については、後で詳しく説明する。
【００５１】
（高電圧電源部）
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。図２に示したように、高電圧電源部４０は、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。
【００５２】
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。
【００５３】
以下、図３を参照して、マイクロ波導入装置３が４つのマイクロ波ユニット３０（マグネトロン３１）を備えている場合の高電圧電源部４０の構成の一例について説明する。この例では、高電圧電源部４０は、１つのＡＣ−ＤＣ変換回路４１と、２つのスイッチング回路４２Ａ，４２Ｂと、１つのスイッチングコントローラ４３と、２つの昇圧トランス４４Ａ，４４Ｂと、２つの整流回路４５Ａ，４５Ｂとを有している。
【００５４】
ＡＣ−ＤＣ変換回路４１は、商用電源に接続された整流回路５１と、整流回路５１に接続された平滑回路５２と、スイッチング回路４２に接続された平滑回路５４と、平滑回路５２と平滑回路５４との間に設けられた力率改善のためのパワーＦＥＴ５３とを有している。整流回路５１は、２つの出力端を有している。平滑回路５２は、整流回路５１の２つの出力端に接続された２つの配線６１，６２の間に設けられたコンデンサによって構成されている。パワーＦＥＴ５３は、配線６１の途中に設けられている。平滑回路５４は、配線６１の途中に設けられたコイルと、配線６１，６２の間に設けられたコンデンサによって構成されている。
【００５５】
スイッチング回路４２Ａは、ＡＣ−ＤＣ変換回路４１によって変換された直流のオン・オフを制御すると共に、パルス状の電圧波形を生成して昇圧トランス４４Ａに対して正方向の電流と負方向の電流を出力する回路である。スイッチング回路４２Ａは、フルブリッジ回路（Ｈブリッジとも言う。）を構成する４つのスイッチングトランジスタ５５Ａ，５６Ａ，５７Ａ，５８Ａを有している。スイッチングトランジスタ５５Ａ，５６Ａは、直列に接続されて、配線６１に接続された配線６３ａと配線６２に接続された配線６４ａとの間に設けられている。スイッチングトランジスタ５７Ａ，５８Ａは、直列に接続されて、配線６３ａ，６４ａの間に設けられている。スイッチング回路４２Ａは、更に、スイッチングトランジスタ５５Ａ〜５８Ａに対してそれぞれ並列に接続された共振コンデンサを有している。
【００５６】
同様に、スイッチング回路４２Ｂは、ＡＣ−ＤＣ変換回路４１によって変換された直流のオン・オフを制御すると共に、パルス状の電圧波形を生成して昇圧トランス４４Ｂに対して正方向の電流と負方向の電流を出力する回路である。スイッチング回路４２Ｂは、フルブリッジ回路を構成する４つのスイッチングトランジスタ５５Ｂ，５６Ｂ，５７Ｂ，５８Ｂを有している。スイッチングトランジスタ５５Ｂ，５６Ｂは、直列に接続されて、配線６１に接続された配線６３ｂと配線６２に接続された配線６４ｂとの間に設けられている。スイッチングトランジスタ５７Ｂ，５８Ｂは、直列に接続されて、配線６３ｂ，６４ｂの間に設けられている。スイッチング回路４２Ｂは、更に、スイッチングトランジスタ５５Ｂ〜５８Ｂに対してそれぞれ並列に接続された共振コンデンサを有している。
【００５７】
スイッチングトランジスタ５５Ａ〜５８Ａ，５５Ｂ〜５８Ｂとしては、効率の観点から電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）を用いることができる。スイッチングトランジスタ５５Ａ〜５８Ａ，５５Ｂ〜５８Ｂに用いるＦＥＴとしては、ＭＯＳＦＥＴが好ましく、パワーＭＯＳＦＥＴが特に好ましい。また、ＭＯＳＦＥＴの代りに、ＭＯＳＦＥＴに比べて高耐圧であり、高パワー用に適しているＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）を用いてもよい。
【００５８】
昇圧トランス４４Ａは、２つの入力端と２つの出力端とを有している。昇圧トランス４４Ａの２つの入力端の一方は、スイッチングトランジスタ５５Ａ，５６Ａの間に接続され、他方はスイッチングトランジスタ５７Ａ，５８Ａの間に接続されている。同様に、昇圧トランス４４Ｂは、２つの入力端と２つの出力端とを有している。昇圧トランス４４Ｂの２つの入力端の一方は、スイッチングトランジスタ５５Ｂ，５６Ｂの間に接続され、他方はスイッチングトランジスタ５７Ｂ，５８Ｂの間に接続されている。
【００５９】
整流回路４５Ａは、昇圧トランス４４Ａの２つの出力端の一方に接続された２つのダイオードと、２つの出力端の他方に接続された２つのダイオードとによって構成されている。マグネトロン３１Ａは、昇圧トランス４４Ａの２つの出力端にそれぞれ接続された２つのダイオードを介して昇圧トランス４４Ａに接続されている。マグネトロン３１Ｂは、昇圧トランス４４Ａの２つの出力端にそれぞれ接続された他の２つのダイオードを介して昇圧トランス４４Ａに接続されている。整流回路４５Ａの４つのダイオードは、昇圧トランス４４Ａからマグネトロン３１Ａに向かう電流の方向と昇圧トランス４４Ａからマグネトロン３１Ｂに向かう電流の方向が逆方向になるように構成されている。
【００６０】
同様に、整流回路４５Ｂは、昇圧トランス４４Ｂの２つの出力端の一方に接続された２つのダイオードと、２つの出力端の他方に接続された２つのダイオードとによって構成されている。マグネトロン３１Ｃは、昇圧トランス４４Ｂの２つの出力端にそれぞれ接続された２つのダイオードを介して昇圧トランス４４Ｂに接続されている。マグネトロン３１Ｄは、昇圧トランス４４Ｂの２つの出力端にそれぞれ接続された他の２つのダイオードを介して昇圧トランス４４Ｂに接続されている。整流回路４５Ｂの４つのダイオードは、昇圧トランス４４Ｂからマグネトロン３１Ｃに向かう電流の方向と昇圧トランス４４Ｂからマグネトロン３１Ｄに向かう電流の方向が逆方向になるように構成されている。
【００６１】
［処理手順］
次に、ウエハＷに対してアニール処理を施す場合を例に挙げて、マイクロ波処理装置１における処理の手順について説明する。まず、例えばユーザーインターフェース８２から、マイクロ波処理装置１においてアニール処理を行うように、プロセスコントローラ８１に指令が入力される。次に、プロセスコントローラ８１は、この指令を受けて、記憶部８３またはコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に保存されたレシピを読み出す。次に、レシピに基づく条件によってアニール処理が実行されるように、プロセスコントローラ８１からマイクロ波処理装置１の各エンドデバイス（例えば、マイクロ波導入装置３、支持装置４、ガス供給装置５、排気装置６等）に制御信号が送出される。
【００６２】
次に、ゲートバルブＧが開状態にされて、図示しない搬送装置によって、ウエハＷが、ゲートバルブＧおよび搬入出口１２ａを通って処理容器２内に搬入される。ウエハＷは、支持ピン１４の上に載置される。次に、ゲートバルブＧが閉状態にされて、排気装置６によって、処理容器２内が減圧排気される。このとき、開閉バルブ２０が開状態にされて、ウエハＷの裏面が吸引されて、ウエハＷが支持ピン１４に吸着固定される。次に、ガス供給装置５によって、所定の流量の処理ガスおよび冷却ガスが導入される。処理容器２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。
【００６３】
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を伝搬し、次に、透過窓３３を透過して、処理容器２内におけるウエハＷの上方の空間に導入される。本実施の形態では、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し、複数のマイクロ波を同時に処理容器２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する方法については、後で詳しく説明する。
【００６４】
処理容器２内に導入された複数のマイクロ波は、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。
【００６５】
プロセスコントローラ８１からマイクロ波処理装置１の各エンドデバイスにプラズマ処理を終了させる制御信号が送出されると、マイクロ波の生成が停止されると共に、処理ガスおよび冷却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。次に、ゲートバルブＧが開状態にされて、図示しない搬送装置によって、ウエハＷが搬出される。
【００６６】
＜マイクロ波の生成方法＞
次に、図３を参照して、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する方法について詳しく説明する。スイッチング回路４２Ａ，４２Ｂ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制御またはＰＡＭ制御が行われて、パルス状の電圧波形が生成される。フェーズシフト型のＰＷＭ制御の場合、スイッチングトランジスタ５５Ａ〜５８Ａ，５５Ｂ〜５８Ｂには、スイッチングコントローラ４３からそれぞれ位相（フェーズ）が制御されたゲートドライブ信号が入力される。スイッチング回路４２Ａ，４２Ｂは、これらの信号を合成してパルス状の電圧波形を生成する。
【００６７】
スイッチングトランジスタ５５Ａ，５８Ａにゲートドライブ信号を入力すると、昇圧トランス４４Ａから見たときに正方向（電圧が増加する方向）の電圧波形が生成されると共に、スイッチングトランジスタ５５Ａ、昇圧トランス４４Ａ、スイッチングトランジスタ５８Ａを順に経由する方向（正方向）に電流が流れる。これにより、昇圧トランス４４Ａの二次側（出力端側）では、マグネトロン３１Ａを経由する方向に電流が発生する。また、昇圧トランス４４Ａは、昇圧トランス４４Ａの二次側（出力端側）の電圧が所定の大きさになるように、昇圧する。このようにして、マグネトロン３１Ａに対してマイクロ波を生成するための高電圧が供給されて、マグネトロン３１Ａにおいてマイクロ波が生成される。
【００６８】
スイッチングトランジスタ５６Ａ，５７Ａにゲートドライブ信号を入力すると、昇圧トランス４４Ａから見たときに負方向（電圧が減少する方向）の電圧波形が生成されると共に、スイッチングトランジスタ５７Ａ、昇圧トランス４４Ａ、スイッチングトランジスタ５６Ａを順に経由する方向（負方向）に電流が流れる。これにより、昇圧トランス４４Ａの二次側では、マグネトロン３１Ｂを経由する方向に電流が発生する。また、昇圧トランス４４Ａは、昇圧トランス４４Ａの二次側の電圧が所定の大きさになるように、昇圧する。このようにして、マグネトロン３１Ｂに対してマイクロ波を生成するための高電圧が供給されて、マグネトロン３１Ｂにおいてマイクロ波が生成される。
【００６９】
スイッチングトランジスタ５５Ｂ，５８Ｂにゲートドライブ信号を入力すると、昇圧トランス４４Ｂから見たときに正方向の電圧波形が生成されると共に、スイッチングトランジスタ５５Ｂ、昇圧トランス４４Ｂ、スイッチングトランジスタ５８Ｂを順に経由する方向（正方向）に電流が流れる。これにより、昇圧トランス４４Ｂの二次側では、マグネトロン３１Ｃを経由する方向に電流が発生する。また、昇圧トランス４４Ｂは、昇圧トランス４４Ｂの二次側の電圧が所定の大きさになるように、昇圧する。このようにして、マグネトロン３１Ｃに対してマイクロ波を生成するための高電圧が供給されて、マグネトロン３１Ｃにおいてマイクロ波が生成される。
【００７０】
スイッチングトランジスタ５６Ｂ，５７Ｂにゲートドライブ信号を入力すると、昇圧トランス４４Ｂから見たときに負方向の電圧波形が生成されると共に、スイッチングトランジスタ５７Ｂ、昇圧トランス４４Ｂ、スイッチングトランジスタ５６Ｂを順に経由する方向（負方向）に電流が流れる。これにより、昇圧トランス４４Ｂの二次側では、マグネトロン３１Ｄを経由する方向に電流が発生する。また、昇圧トランス４４Ｂは、昇圧トランス４４Ｂの二次側の電圧が所定の大きさになるように、昇圧する。このようにして、マグネトロン３１Ｄに対してマイクロ波を生成するための高電圧が供給されて、マグネトロン３１Ｄにおいてマイクロ波が生成される。
【００７１】
本実施の形態では、スイッチングコントローラ４３は、マグネトロン３１Ａ〜３１Ｄにおいてパルス状にマイクロ波が生成されるように、スイッチング回路４２Ａ，４２Ｂを制御する。すなわち、スイッチングコントローラ４３は、マグネトロン３１Ａ，３１Ｃにおいてマイクロ波を生成する状態とマイクロ波を生成しない状態とを交互に複数回繰り返すように、スイッチング回路４２Ａ，４２Ｂ（スイッチングトランジスタ５５Ａ，５８Ａ，５５Ｂ，５８Ｂ）を制御する。また、スイッチングコントローラ４３は、マグネトロン３１Ａ，３１Ｃと同時にマイクロ波を生成しないように、マグネトロン３１Ｂ，３１Ｄにおいてマイクロ波を生成する状態とマイクロ波を生成しない状態とを交互に複数回繰り返すように、スイッチング回路４２Ａ，４２Ｂ（スイッチングトランジスタ５６Ａ，５７Ａ，５６Ｂ，５７Ｂ）を制御する。このようにして、マグネトロン３１Ａ〜３１Ｄにおいて同時に２つマイクロ波が生成されて、２つのマイクロ波が同時に処理容器２に導入される。なお、スイッチングコントローラ４３は、上位のコントローラである制御部８のプロセスコントローラ８１によって制御される。また、上記の例では、マグネトロン３１Ａ，３１Ｃは、本発明における第１の種類のマイクロ波源に対応し、マグネトロン３１Ｂ，３１Ｄは、本発明における第２の種類のマイクロ波源に対応する。
【００７２】
＜インピーダンス整合の手順＞
次に、図６および図７を参照して、チューナ３６を用いてマグネトロン３１と処理容器２との間のインピーダンスを整合する手順について説明する。以下の説明は、本発明のマイクロ波処理装置の制御方法の説明を含んでいる。図６は、マグネトロン３１Ａ〜３１Ｄにおいてマイクロ波を生成する状態とマイクロ波を生成しない状態とが複数回交互に繰り返されることを説明する説明図である。なお、図６において、「ＯＮ」は、マグネトロン３１がマイクロ波を生成している状態を表し、「ＯＦＦ」は、マグネトロン３１がマイクロ波を生成していない状態を表している。以下、マグネトロン３１においてマイクロ波を生成する状態をオン状態と呼び、マグネトロン３１においてマイクロ波を生成しない状態をオフ状態と呼ぶ。また、図６において、「第１の状態」は、２つのマイクロ波を同時に処理容器２に導入する状態を表し、「第２の状態」は、第１の状態が継続している間に、選択的且つ一時的に、４つのマグネトロン３１Ａ〜３１Ｄの内１つ（図６ではマグネトロン３１Ａ）においてマイクロ波を生成し、このマイクロ波のみを処理容器２に導入する状態を表している。図７は、マグネトロン３１と処理容器２との間のインピーダンス整合の手順の一例を示すフローチャートである。
【００７３】
図７に示したように、インピーダンス整合の手順は、第１のステップＳ１、第２のステップＳ２、第３のステップＳ３、第４のステップＳ４、第５のステップＳ５および第６のステップＳ６を含んでいる。第１のステップＳ１、第２のステップＳ２、第３のステップＳ３および第６のステップＳ６は、図６に示した「第１の状態」において実行されるステップである。
【００７４】
第１のステップＳ１では、検出器３５によって、導波管３２における処理容器２からの反射波を検出する。反射波の検出は、４つのマグネトロン３１Ａ〜３１Ｄが接続された４つの導波管３２のそれぞれにおいて行われる。第１のステップＳ１では、その導波管３２に接続されたマグネトロン３１において生成されたマイクロ波に基づく反射波と、他のマグネトロン３１において生成されたマイクロ波に基づく進入波との合成波が、処理容器２からの反射波として検出される。
【００７５】
第２のステップＳ２では、検出器３５によって検出された反射波の電力量が、所定のしきい値よりも大きいか否かを判定する。このしきい値は、各マグネトロン３１から見たときの処理容器２側のインピーダンスの値が許容範囲外に変化したことを判断するための値である。このしきい値は、予め設定されたものであり、例えば制御部８の記憶部８３にレシピの一部として保存しておくことができる。また、第２のステップＳ２は、インピーダンス整合の対象となるマグネトロン３１であって、第２の状態においてマイクロ波を生成するマグネトロン３１（以下、単に、インピーダンス整合の対象となるマグネトロン３１と記す。）を決定するためのステップである。反射波の電力量が所定のしきい値以下の場合（Ｎｏ）は、第１のステップＳ１に戻る。反射波の電力量が所定のしきい値よりも大きい場合（Ｙｅｓ）は、第３のステップＳ３に移る。図６では、マグネトロン３１ＡはステップＳ２で反射波の電力量が所定のしきい値よりも大きい（Ｙｅｓ）と判断されたものとする。なお、前述のように、第１のステップＳ１では、反射波と進入波との合成波が処理容器２からの反射波として検出される。しかし、合成波における反射波の割合は進入波に比べて大きいため、第２のステップにおける判断に支障はない。
【００７６】
第３のステップＳ３では、マイクロ波を処理容器２に導入する状態を、２つのマイクロ波を同時に処理容器２に導入する第１の状態から、インピーダンス整合の対象となるマグネトロン３１（図６ではマグネトロン３１Ａ）においてマイクロ波を生成し、このマイクロ波のみを処理容器２に導入する第２の状態に切り替える。
【００７７】
なお、第１の状態から第２の状態への切り替えは、インピーダンス整合の対象となるマグネトロン３１が、第１の状態においてオフ状態からオン状態に切り替わるタイミングに行われる。図６に示した例では、第１の状態から第２の状態への切り替えは、マグネトロン３１Ａが、第１の状態においてオフ状態からオン状態に切り替わるタイミングに行われる。第２の状態に切り替わると、マグネトロン３１Ａ以外のマグネトロン３１Ｂ〜３１Ｄでは、マイクロ波が生成されない。なお、上記のタイミングにおいて、マグネトロン３１Ｂ，３１Ｄは、オン状態からオフ状態に切り替わる。また、上記のタイミングにおいて、マグネトロン３１Ｃは、本来、第１の状態が継続するならばオフ状態からオン状態に切り替わるが、第２の状態に切り替わるため、オフ状態が維持される。
【００７８】
第４のステップＳ４では、検出器３５によって、インピーダンス整合の対象となるマグネトロン３１に接続された導波管３２における処理容器２からの反射波を検出する。インピーダンス整合の対象となるマグネトロン３１以外のマグネトロン３１ではマイクロ波が生成されていないため、進入波の影響を受けず、インピーダンス整合の対象となるマグネトロン３１と処理容器２との間の導波管３２における反射波を正確に検出することが可能になる。なお、マイクロ波を処理容器２に導入する状態が第１の状態であるか第２の状態であるか、すなわち第１のステップＳ１であるか第４のステップＳ４であるかは、例えば、各導波管３２の進行波の電力量によって判断することができる。
【００７９】
第５のステップＳ５では、ステップＳ４における反射波の検出結果に基づき、マイクロ波を処理容器２に導入する状態を、第２の状態から第１の状態に切り替える。なお、第２の状態が継続する時間は、インピーダンス整合の対象となるマグネトロン３１が、第１の状態においてマイクロ波を生成する状態１回当たりの時間以下であることが好ましい。また、第２の状態から第１の状態に切り替わる前後において、インピーダンス整合の対象となるマグネトロン３１がマイクロ波を生成する状態を継続させる時間は、上記１回当たりの時間と等しいことが好ましい。図６に示した例では、例えば、インピーダンス整合の対象となるマグネトロン３１Ａが、第１の状態においてマイクロ波を生成する状態１回当たりの時間は、２０ミリ秒であり、第２の状態が継続する時間は１０ミリ秒である。この場合、第２の状態から第１の状態に切り替わった直後に、マグネトロン３１Ｃがマイクロ波を生成する状態を継続させる時間は１０ミリ秒となる。
【００８０】
第６のステップＳ６では、チューナ３６を用いて、インピーダンス整合の対象となるマグネトロン３１と処理容器２との間のインピーダンス整合を行う。チューナ３６が前述の導体板によって構成されている場合には、導体板の、導波管３２の内部空間への突出量を制御してインピーダンス整合を行う。
【００８１】
第１のステップＳ１、第４のステップＳ４および第６のステップＳ６は、例えば、インピーダンス整合を行うように作成された制御プログラムによって実行される。また、第２のステップＳ２、第３のステップＳ３および第５のステップＳ５は、例えば、マグネトロン３１の動作を制御するように作成された制御プログラムによって実行される。そして、第１ないし第６のステップＳ１〜Ｓ６の一連の手順は、制御部８のプロセスコントローラ８１によって、これら２つの制御プログラムを協働させることによって実行させることができる。
【００８２】
なお、第１の状態はウエハＷを処理するための主要な状態であり、第１の状態から第２の状態に切り替わる頻度が多くなると、ウエハＷに対する処理の効率が低下するおそれがある。そのため、例えば上記の制御プログラムによって、第２の状態に切り替わる間隔がある程度大きくなるように、第２のステップＳ２の実行を所定の時間だけ制限して、ウエハＷに対する処理効率の低下を防止することが好ましい。
【００８３】
次に、本実施の形態に係るマイクロ波処理装置１およびその制御方法の効果について説明する。本実施の形態では、複数のマイクロ波を同時に処理容器２に導入する第１の状態が継続している間に、選択的且つ一時的に、複数のマグネトロン３１のうちの１つにおいてマイクロ波を生成し、このマイクロ波のみを処理容器２に導入する第２の状態に切り替える。
【００８４】
本実施の形態では、第２の状態において、インピーダンス整合の対象となるマグネトロン３１においてのみマイクロ波を生成させることができる。これにより、本実施の形態によれば、進入波の影響を受けることなく、インピーダンス整合の対象となるマグネトロン３１と処理容器２との間の導波管３２における反射波を正確に検出することが可能になる。特に、本実施の形態では、第２の状態において検出された反射波の電力量に基づいて、第２の状態においてマイクロ波を生成したマグネトロン３１と、処理容器２との間のインピーダンス整合を行う。これにより、本実施の形態によれば、複数のマグネトロン３１と処理容器２との間のインピーダンス整合の精度を向上させることができる。
【００８５】
また、本実施の形態では、第１の状態は、ウエハＷを処理するための主要な状態であり、第２の状態は、複数の導波管３２のうち、第２の状態において生成されたマイクロ波を伝送する導波管３２における反射波を検出するための状態である。前述のように、第２の状態には、第１の状態が継続している間に選択的且つ一時的に切り替わる。従って、本実施の形態によれば、ウエハＷに対する処理が行われている間に、マイクロ波を伝送する導波管３２における反射波を正確に検出することができると共に、複数のマグネトロン３１と処理容器２との間のインピーダンスを個別に整合することが可能になる。
【００８６】
また、本実施の形態では、第１の状態において検出された反射波の電力量に基づいて、第２の状態においてマイクロ波を生成するマグネトロン３１を決定する。具体的には、第１の状態において検出された反射波の電力量が所定のしきい値よりも大きいか否かによって、第２の状態においてマイクロ波を生成するマグネトロン３１が決定される。これにより、本実施の形態によれば、ウエハＷに対する処理が行われている間に、処理容器２との間でインピーダンス整合が行われるマグネトロン３１を決定することができる。なお、上記のしきい値は、１つに限らず、複数であってもよい。この場合、反射波の電力量の大きさに応じて、異なる種類のインピーダンス整合、例えば本実施の形態でありウエハＷへの処理を優先したインピーダンス整合と、ウエハＷの処理よりもインピーダンスの整合を優先させたインピーダンス整合とを行うことが可能になる。
【００８７】
また、本実施の形態では、第１の状態から第２の状態への切り替えは、第２の状態においてマイクロ波を生成するマグネトロン３１が、第１の状態においてオフ状態からオン状態に切り替わるタイミングに行われる。また、第２の状態が継続する時間は、第２の状態においてマイクロ波を生成するマグネトロン３１が、第１の状態のオン状態１回当たりの時間以下である。また、第２の状態から第１の状態に切り替わる前後において、第２の状態においてマイクロ波を生成するマグネトロン３１が、オン状態を継続させる時間は、上記１回当たりの時間と等しい。これらのことから、本実施の形態によれば、反射波を検出するための状態である第２の状態を継続させる時間を最小限にして、ウエハＷに対する処理効率の低下を防止することができる。
【００８８】
以下、本実施の形態におけるその他の効果について説明する。本実施の形態では、マイクロ波導入装置３は、複数のマグネトロン３１と複数の導波管３２とを有し、複数のマイクロ波を同時に処理容器２に導入することが可能である。本実施の形態によれば、各マグネトロン３１の出力が、ウエハＷに対して不足する場合であっても、複数のマイクロ波を同時に処理容器２に導入することにより、ウエハＷに対して処理を行うことが可能になる。
【００８９】
また、本実施の形態では、マイクロ波は、ウエハＷに照射されてウエハＷを処理するためのものである。これにより、本実施の形態によれば、プラズマ処理に比べて、ウエハＷに対して低温の加熱処理を行うことが可能である。
【００９０】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、本発明のマイクロ波処理装置は、半導体ウエハを被処理体とする場合に限らず、例えば太陽電池パネルの基板やフラットパネルディスプレイ用基板を被処理体とするマイクロ波処理装置にも適用できる。
【００９１】
また、上記実施の形態では、マグネトロン３１Ａ，３１Ｂが昇圧トランス４４Ａに接続され、マグネトロン３１Ｃ，３１Ｄが昇圧トランス４４Ｂに接続されている例について説明したが、マグネトロン３１Ａ〜３１Ｄは、それぞれ別の昇圧トランスに接続されていてもよい。この場合、同時にマイクロ波を生成するマグネトロン３１Ａ〜３１Ｄの組み合わせを任意に変更することが可能になる。
【００９２】
また、マイクロ波ユニット３０の数（マグネトロン３１の数）や、処理容器２に同時に導入されるマイクロ波の数は、実施の形態で説明した数に限られない。
【符号の説明】
【００９３】
１…マイクロ波処理装置、２…処理容器、３…マイクロ波導入装置、４…支持装置、５…ガス供給装置、６…排気装置、８…制御部、３０…マイクロ波ユニット、３１…マグネトロン、３２…導波管、３３…透過窓、３４…サーキュレータ、３５…検出器、３６…チューナ、３７…ダミーロード、４０…高電圧電源部、４１…ＡＣ−ＤＣ変換回路、４２…スイッチング回路、４３…スイッチングコントローラ、４４…昇圧トランス、４５…整流回路、８１…プロセスコントローラ、８２…ユーザーインターフェース、８３…記憶部、Ｗ…半導体ウエハ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体を収容する処理容器と、
前記被処理体を処理するためのマイクロ波を生成して前記処理容器に導入するマイクロ波導入装置と、
前記マイクロ波導入装置を制御する制御部とを備えたマイクロ波処理装置であって、
前記マイクロ波導入装置は、前記マイクロ波を生成する複数のマイクロ波源と、前記複数のマイクロ波源において生成された前記マイクロ波を前記処理容器に伝送する複数の伝送路とを有し、複数の前記マイクロ波を同時に前記処理容器に導入することが可能であり、
前記制御部は、複数の前記マイクロ波を同時に前記処理容器に導入する第１の状態が継続している間に、選択的且つ一時的に、前記複数のマイクロ波源のうちの１つにおいて前記マイクロ波を生成し、このマイクロ波のみを前記処理容器に導入する第２の状態に切り替えることを特徴とするマイクロ波処理装置。
【請求項２】
前記マイクロ波導入装置は、更に、前記複数の伝送路における前記処理容器からの反射波を検出するための複数の検出器を有し、
前記第１の状態は、前記被処理体を処理するための主要な状態であり、
前記第２の状態は、前記伝送路における反射波を検出するための状態であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第２の状態において検出された反射波の電力量に基づいて、前記第２の状態において前記マイクロ波を生成したマイクロ波源と、前記処理容器との間のインピーダンス整合を行うことを特徴とする請求項２に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記第１の状態において検出された反射波の電力量に基づいて、前記第２の状態において前記マイクロ波を生成するマイクロ波源を決定することを特徴とする請求項２または３に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項５】
前記複数のマイクロ波源は、前記第１の状態において前記マイクロ波を生成する状態と前記マイクロ波を生成しない状態とを交互に複数回繰り返す複数の第１の種類のマイクロ波源と、前記複数の第１の種類のマイクロ波源と同時に前記マイクロ波を生成しないように、前記第１の状態において前記マイクロ波を生成する状態と前記マイクロ波を生成しない状態とを交互に複数回繰り返す複数の第２の種類のマイクロ波源とを含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項６】
前記第１の状態から前記第２の状態への切り替えは、前記第２の状態において前記マイクロ波を生成するマイクロ波源が、前記第１の状態において前記マイクロ波を生成しない状態から前記マイクロ波を生成する状態に切り替わるタイミングに行われることを特徴とする請求項５に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項７】
前記第２の状態が継続する時間は、前記第２の状態において前記マイクロ波を生成するマイクロ波源が、前記第１の状態において前記マイクロ波を生成する状態１回当たりの時間以下であり、
前記第２の状態から前記第１の状態に切り替わる前後において、前記第２の状態において前記マイクロ波を生成するマイクロ波源が、前記マイクロ波を生成する状態を継続させる時間は、前記１回当たりの時間と等しいことを特徴とする請求項６に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項８】
前記マイクロ波は、前記被処理体に照射されて前記被処理体を処理するためのものであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項９】
被処理体を収容する処理容器と、
前記被処理体を処理するためのマイクロ波を生成して前記処理容器に導入するマイクロ波導入装置とを備えたマイクロ波処理装置を制御する方法であって、
前記マイクロ波導入装置は、前記マイクロ波を生成する複数のマイクロ波源と、前記複数のマイクロ波源において生成された前記マイクロ波を前記処理容器に伝送する複数の伝送路とを有し、複数の前記マイクロ波を同時に前記処理容器に導入することが可能であり、
複数の前記マイクロ波を同時に前記処理容器に導入する第１の状態が継続している間に、選択的且つ一時的に、前記複数のマイクロ波源のうちの１つにおいて前記マイクロ波を生成し、このマイクロ波のみを前記処理容器に導入する第２の状態に切り替えることを特徴とするマイクロ波処理装置の制御方法。
【請求項１０】
前記マイクロ波導入装置は、更に、前記複数の伝送路における前記処理容器からの反射波を検出するための複数の検出器を有し、
前記第１の状態は、前記被処理体を処理するための主要な状態であり、
前記第２の状態は、前記複数の伝送路のうち、前記第２の状態において生成された前記マイクロ波を伝送する伝送路における反射波を検出するための状態であることを特徴とする請求項９に記載のマイクロ波処理装置の制御方法。
【請求項１１】
前記第２の状態において検出された反射波の電力量に基づいて、前記第２の状態において前記マイクロ波を生成したマイクロ波源と、前記処理容器との間のインピーダンス整合を行うことを特徴とする請求項１０に記載のマイクロ波処理装置の制御方法。
【請求項１２】
前記第１の状態において検出された反射波の電力量に基づいて、前記第２の状態において前記マイクロ波を生成するマイクロ波源を決定することを特徴とする請求項１０または１１に記載のマイクロ波処理装置の制御方法。
【請求項１３】
前記複数のマイクロ波源は、前記第１の状態において前記マイクロ波を生成する状態と前記マイクロ波を生成しない状態とを交互に複数回繰り返す複数の第１の種類のマイクロ波源と、前記複数の第１の種類のマイクロ波源と同時に前記マイクロ波を生成しないように、前記第１の状態において前記マイクロ波を生成する状態と前記マイクロ波を生成しない状態とを交互に複数回繰り返す複数の第２の種類のマイクロ波源とを含むことを特徴とする請求項９ないし１２のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置の制御方法。
【請求項１４】
前記第１の状態から前記第２の状態への切り替えは、前記第２の状態において前記マイクロ波を生成するマイクロ波源が、前記第１の状態において前記マイクロ波を生成しない状態から前記マイクロ波を生成する状態に切り替わるタイミングに行われることを特徴とする請求項１３に記載のマイクロ波処理装置の制御方法。
【請求項１５】
前記第２の状態が継続する時間は、前記第２の状態において前記マイクロ波を生成するマイクロ波源が、前記第１の状態において前記マイクロ波を生成する状態１回当たりの時間以下であり、
前記第２の状態から前記第１の状態に切り替わる前後において、前記第２の状態において前記マイクロ波を生成するマイクロ波源が、前記マイクロ波を生成する状態を継続させる時間は、前記１回当たりの時間と等しいことを特徴とする請求項１４に記載のマイクロ波処理装置の制御方法。
【請求項１６】
前記マイクロ波は、前記被処理体に照射されて前記被処理体を処理するためのものであることを特徴とする請求項９ないし１５のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置の制御方法。
【請求項１】
被処理体を収容する処理容器と、
前記被処理体を処理するためのマイクロ波を生成して前記処理容器に導入するマイクロ波導入装置と、
前記マイクロ波導入装置を制御する制御部とを備えたマイクロ波処理装置であって、
前記マイクロ波導入装置は、前記マイクロ波を生成する複数のマイクロ波源と、前記複数のマイクロ波源において生成された前記マイクロ波を前記処理容器に伝送する複数の伝送路とを有し、複数の前記マイクロ波を同時に前記処理容器に導入することが可能であり、
前記制御部は、複数の前記マイクロ波を同時に前記処理容器に導入する第１の状態が継続している間に、選択的且つ一時的に、前記複数のマイクロ波源のうちの１つにおいて前記マイクロ波を生成し、このマイクロ波のみを前記処理容器に導入する第２の状態に切り替えることを特徴とするマイクロ波処理装置。
【請求項２】
前記マイクロ波導入装置は、更に、前記複数の伝送路における前記処理容器からの反射波を検出するための複数の検出器を有し、
前記第１の状態は、前記被処理体を処理するための主要な状態であり、
前記第２の状態は、前記伝送路における反射波を検出するための状態であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第２の状態において検出された反射波の電力量に基づいて、前記第２の状態において前記マイクロ波を生成したマイクロ波源と、前記処理容器との間のインピーダンス整合を行うことを特徴とする請求項２に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記第１の状態において検出された反射波の電力量に基づいて、前記第２の状態において前記マイクロ波を生成するマイクロ波源を決定することを特徴とする請求項２または３に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項５】
前記複数のマイクロ波源は、前記第１の状態において前記マイクロ波を生成する状態と前記マイクロ波を生成しない状態とを交互に複数回繰り返す複数の第１の種類のマイクロ波源と、前記複数の第１の種類のマイクロ波源と同時に前記マイクロ波を生成しないように、前記第１の状態において前記マイクロ波を生成する状態と前記マイクロ波を生成しない状態とを交互に複数回繰り返す複数の第２の種類のマイクロ波源とを含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項６】
前記第１の状態から前記第２の状態への切り替えは、前記第２の状態において前記マイクロ波を生成するマイクロ波源が、前記第１の状態において前記マイクロ波を生成しない状態から前記マイクロ波を生成する状態に切り替わるタイミングに行われることを特徴とする請求項５に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項７】
前記第２の状態が継続する時間は、前記第２の状態において前記マイクロ波を生成するマイクロ波源が、前記第１の状態において前記マイクロ波を生成する状態１回当たりの時間以下であり、
前記第２の状態から前記第１の状態に切り替わる前後において、前記第２の状態において前記マイクロ波を生成するマイクロ波源が、前記マイクロ波を生成する状態を継続させる時間は、前記１回当たりの時間と等しいことを特徴とする請求項６に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項８】
前記マイクロ波は、前記被処理体に照射されて前記被処理体を処理するためのものであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置。
【請求項９】
被処理体を収容する処理容器と、
前記被処理体を処理するためのマイクロ波を生成して前記処理容器に導入するマイクロ波導入装置とを備えたマイクロ波処理装置を制御する方法であって、
前記マイクロ波導入装置は、前記マイクロ波を生成する複数のマイクロ波源と、前記複数のマイクロ波源において生成された前記マイクロ波を前記処理容器に伝送する複数の伝送路とを有し、複数の前記マイクロ波を同時に前記処理容器に導入することが可能であり、
複数の前記マイクロ波を同時に前記処理容器に導入する第１の状態が継続している間に、選択的且つ一時的に、前記複数のマイクロ波源のうちの１つにおいて前記マイクロ波を生成し、このマイクロ波のみを前記処理容器に導入する第２の状態に切り替えることを特徴とするマイクロ波処理装置の制御方法。
【請求項１０】
前記マイクロ波導入装置は、更に、前記複数の伝送路における前記処理容器からの反射波を検出するための複数の検出器を有し、
前記第１の状態は、前記被処理体を処理するための主要な状態であり、
前記第２の状態は、前記複数の伝送路のうち、前記第２の状態において生成された前記マイクロ波を伝送する伝送路における反射波を検出するための状態であることを特徴とする請求項９に記載のマイクロ波処理装置の制御方法。
【請求項１１】
前記第２の状態において検出された反射波の電力量に基づいて、前記第２の状態において前記マイクロ波を生成したマイクロ波源と、前記処理容器との間のインピーダンス整合を行うことを特徴とする請求項１０に記載のマイクロ波処理装置の制御方法。
【請求項１２】
前記第１の状態において検出された反射波の電力量に基づいて、前記第２の状態において前記マイクロ波を生成するマイクロ波源を決定することを特徴とする請求項１０または１１に記載のマイクロ波処理装置の制御方法。
【請求項１３】
前記複数のマイクロ波源は、前記第１の状態において前記マイクロ波を生成する状態と前記マイクロ波を生成しない状態とを交互に複数回繰り返す複数の第１の種類のマイクロ波源と、前記複数の第１の種類のマイクロ波源と同時に前記マイクロ波を生成しないように、前記第１の状態において前記マイクロ波を生成する状態と前記マイクロ波を生成しない状態とを交互に複数回繰り返す複数の第２の種類のマイクロ波源とを含むことを特徴とする請求項９ないし１２のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置の制御方法。
【請求項１４】
前記第１の状態から前記第２の状態への切り替えは、前記第２の状態において前記マイクロ波を生成するマイクロ波源が、前記第１の状態において前記マイクロ波を生成しない状態から前記マイクロ波を生成する状態に切り替わるタイミングに行われることを特徴とする請求項１３に記載のマイクロ波処理装置の制御方法。
【請求項１５】
前記第２の状態が継続する時間は、前記第２の状態において前記マイクロ波を生成するマイクロ波源が、前記第１の状態において前記マイクロ波を生成する状態１回当たりの時間以下であり、
前記第２の状態から前記第１の状態に切り替わる前後において、前記第２の状態において前記マイクロ波を生成するマイクロ波源が、前記マイクロ波を生成する状態を継続させる時間は、前記１回当たりの時間と等しいことを特徴とする請求項１４に記載のマイクロ波処理装置の制御方法。
【請求項１６】
前記マイクロ波は、前記被処理体に照射されて前記被処理体を処理するためのものであることを特徴とする請求項９ないし１５のいずれか１項に記載のマイクロ波処理装置の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−５８６５２（Ｐ２０１３−５８６５２Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９６６５８（Ｐ２０１１−１９６６５８）
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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