JP2014014227A - 電源装置、マイクロ波処理装置、コンピュータプログラム及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所定の大きさの電圧をマイクロ波源に対して出力することができる電源装置の小型化及び低価格化を実現する。
【解決手段】電源装置４０は、変換回路４１と、スイッチング回路４２と、平滑回路４３と、トランス４４と、スイッチングコントローラ４５とを備えている。スイッチング回路４２は、複数の第１の種類のスイッチと複数の第２の種類のスイッチとを含み、パルス状電圧を出力する。スイッチングコントローラ４５は、トランス４４に流れる電流の方向が周期的に入れ替わるように、第１及び第２の種類のスイッチの組み合わせを周期的に変更し、第２の種類の被選択スイッチを導通状態に切り替えたまま、第１の種類の被選択スイッチにおいて、導通状態と非導通状態とを繰り返し切り替えることによってパルス状電圧を生成する。
【選択図】図７

Description

本発明は、所定の大きさの電圧をマイクロ波源に対して出力することができる電源装置、この電源装置を備えたマイクロ波処理装置、この電源装置を制御するコンピュータプログラム及び制御方法に関する。

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。

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わりにマイクロ波を使用する装置が知られている。マイクロ波処理装置では、半導体ウエハに対してマイクロ波を照射することによって、所定の処理が行われる。

また、特許文献１には、マイクロ波発生装置によりマイクロ波を発生させて、チャンバ内にマイクロ波を放射することにより、処理ガスをプラズマ化して所定のプラズマ処理を実行するマイクロ波プラズマ処理装置が記載されている。

特開２００８−１１３４７３号公報

一般的に、マイクロ波を生成するマイクロ波源としては、マグネトロンが用いられる。マグネトロンには、マイクロ波を生成するための高電圧が供給される。この高電圧を供給する電源装置には、通常、インバータ回路が設けられている。インバータ回路としては、例えば、４つのスイッチで構成されるフルブリッジ（Ｈブリッジとも言う。）回路によって構成されたスイッチング回路が用いられる。マグネトロンに高電圧を供給する際には、スイッチング回路においてＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御が行われ、パルス状の電圧波形（以下、パルス状電圧とも言う。）が生成される。スイッチング回路の後段には、平滑回路とトランスが設けられており、パルス状電圧は、平滑回路において平滑化されて、トランスにおいて所定の大きさの電圧に昇圧される。

一般的なＰＷＭ制御では、対となる２つのスイッチのオン・オフを同期させながら繰り返し切り替えることによりパルス状電圧を生成する。この対となる２つのスイッチのうち、一方は、電源電圧（ＶＤＤ）と平滑回路及びトランスとの間のオン・オフを切り替えるものであり、他方は、グランド（ＧＮＤ）と平滑回路及びトランスとの間のオン・オフを切り替えるものである。ここで、平滑回路が直列に接続された抵抗とキャパシタを含む場合、以下のような問題が発生する。

まず、対となる２つのスイッチが同時にオン状態に切り替わった場合、キャパシタの電源電圧側の電極には正の電荷が蓄積される。次に、対となる２つのスイッチが同時にオフ状態に切り替わった場合、トランスのコイルには、同一方向に電流を流し続けるような起電力が発生すると共に、キャパシタの電源電圧側の電極に蓄積された電荷が放出される。ここで、キャパシタが過放電すると、キャパシタのグランド側の電極には正の電荷が蓄積され、キャパシタの電源電圧側の電極には負の電荷が蓄積される。

このような状態で、次に、対となる２つのスイッチが同時にオン状態に切り替わった場合、電源電圧側のスイッチとキャパシタとの間の電位差は、電源電圧よりも大きくなり、最大で電源電圧の２倍程度の電位差になる。ここで、平滑回路の抵抗が、電源電圧側のスイッチとキャパシタとの間に存在すると、平滑回路の抵抗には、上記の電位差に起因して、大きな突入電流が流れることになる。そのため、従来は、突入電流に起因する発熱を抑制するために、平滑回路の抵抗及び電源装置にヒートシンクを設けたり、平滑回路の抵抗として、少なくとも電源電圧の２倍の電圧に耐える耐電圧特性を有する抵抗を用いたりする必要があった。これらは、電源装置の小型化や低価格化の妨げとなる。

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、直列に接続された抵抗とキャパシタを有する平滑回路を備えた電源装置であって、小型化及び低価格化を実現することができる電源装置、マイクロ波処理装置、コンピュータプログラム及び制御方法を提供することにある。

本発明の電源装置は、変換回路と、スイッチング回路と、平滑回路と、トランスと、制御部とを備えている。変換回路は、交流を直流に変換し、直流電圧を出力する。スイッチング回路は、直流電圧に基づいて、所定の周期のパルス状電圧を出力する。平滑回路は、直列に接続された抵抗及びキャパシタを有し、パルス状電圧を平滑化する。トランスは、平滑回路において平滑化されたパルス状電圧に基づく電圧波形を所定の大きさの電圧に昇圧する。制御部は、スイッチング回路を制御する。

変換回路は、交流が入力される電源ポートと、第１の出力ポートと、グランドに電気的に接続された第２の出力ポートとを有し、第１の出力ポートと第２の出力ポートとの間に、第２の出力ポートにおける電位を基準電位とする直流電圧を発生させる。スイッチング回路、平滑回路及びトランスは、第１及び第２の出力ポートの後段に順に接続され、第１の出力ポートからトランスに至る第１の電気的経路と、トランスから第２の出力ポートに至る第２の電気的経路を構成する。

スイッチング回路は、その両端間における導通状態と非導通状態とが選択される複数のスイッチを有している。複数のスイッチは、第１の電気的経路の一部を構成する複数の第１の種類のスイッチと、第２の電気的経路の一部を構成する複数の第２の種類のスイッチとを含んでいる。抵抗及びキャパシタは、第１の電気的経路と第２の電気的経路との間に設けられている。

制御部は、
トランスに電流が流れるように、第１及び第２の種類のスイッチを選択すると共に、トランスに流れる電流の方向が、パルス状電圧の周期よりも長い周期で周期的に入れ替わるように、第１及び第２の種類のスイッチの組み合わせを周期的に変更し、
選択された第２の種類のスイッチである第２の種類の被選択スイッチを導通状態に切り替えたまま、選択された第１の種類のスイッチである第１の種類の被選択スイッチにおいて、導通状態と非導通状態とを繰り返し切り替えることによってパルス状電圧を生成する。

本発明の電源装置において、制御部は、第１の種類の被選択スイッチによって一連のパルス状電圧が生成される間、選択されなかった第１及び第２の種類のスイッチを非導通状態に切り替えたままにしてもよい。

また、本発明の電源装置において、制御部は、第１の種類の被選択スイッチが一連のパルス状電圧のうち最初のパルス状電圧を生成するために非導通状態から導通状態に切り替わるタイミングと同時、又はこのタイミングよりも前に、第２の種類の被選択スイッチを非導通状態から導通状態に切り替えてもよい。また、制御部は、第１の種類の被選択スイッチが一連のパルス状電圧のうち最後のパルス状電圧を生成して導通状態から非導通状態に切り替わった後に、第２の種類の被選択スイッチを導通状態から非導通状態に切り替えてもよい。

また、本発明の電源装置において、制御部は、第２の種類の被選択スイッチが導通状態から非導通状態に切り替わるタイミングよりも前であって、第１の種類の被選択スイッチが一連のパルス状電圧のうち最後のパルス状電圧を生成して導通状態から非導通状態に切り替わった後に、選択されなかった第２の種類のスイッチを、次の周期の第２の種類の被選択スイッチとして、非導通状態から導通状態に切り替えてもよい。

また、本発明の電源装置において、制御部は、一連のパルス状電圧が生成される間の、第１の種類の被選択スイッチにおける導通状態と非導通状態の比率を制御することにより、パルス状電圧のパルス幅を制御するＰＷＭ制御を行ってもよい。

また、本発明の電源装置において、複数のスイッチは、複数の第１の種類のスイッチとして第１及び第３のスイッチを含み、複数の第２の種類のスイッチとして第２及び第４のスイッチを含んでいてもよい。この場合、トランスに流れる電流の方向は、第１及び第４のスイッチの組み合わせと第２及び第３のスイッチの組み合わせにおいて互いに反対方向になってもよい。

また、この場合、第１のスイッチの一端と第３のスイッチの一端は、互いに電気的に接続され、且つ第１の出力ポートに電気的に接続され、第２のスイッチの一端と第４のスイッチの一端は、互いに電気的に接続され、且つ第２の出力ポートに電気的に接続され、第１のスイッチの他端と第２のスイッチの他端は、互いに電気的に接続され、第３のスイッチの他端と第４のスイッチの他端は、互いに電気的に接続されてもよい。また、平滑回路及びトランスは、第１のスイッチと第２のスイッチの接続点及び第３のスイッチと第４のスイッチの接続点の後段に順に接続されてもよい。

また、本発明の電源装置において、複数のスイッチは、それぞれ、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを含んでいてもよい。

また、本発明の電源装置において、トランスは、所定の大きさに昇圧された電圧を、マイクロ波を生成するマイクロ波源に対して出力するものであってもよい。

本発明のマイクロ波処理装置は、本発明の電源装置と、被処理体を収容する処理容器と、マイクロ波導入装置とを備えている。マイクロ波導入装置は、被処理体を処理するためのマイクロ波を生成する少なくとも１つのマイクロ波源を有し、マイクロ波を処理容器に導入する。本発明の電源装置は、マイクロ波源の電源として用いられる。

本発明のコンピュータプログラムは、変換回路と、スイッチング回路と、平滑回路と、トランスとを備えた電源装置において、コンピュータにスイッチング回路を制御させるものである。この電源装置における変換回路、スイッチング回路、平滑回路及びトランスの構成は、本発明の電源装置における変換回路、スイッチング回路、平滑回路及びトランスの構成と同じである。

本発明のコンピュータプログラムは、コンピュータに、
トランスに電流が流れるように、第１及び第２の種類のスイッチを選択すると共に、トランスに流れる電流の方向が、パルス状電圧の周期よりも長い周期で周期的に入れ替わるように、第１及び第２の種類のスイッチの組み合わせを周期的に変更する手順と、
選択された第２の種類のスイッチである第２の種類の被選択スイッチを導通状態に切り替えたまま、選択された第１の種類のスイッチである第１の種類の被選択スイッチにおいて、導通状態と非導通状態とを繰り返し切り替えることによってパルス状電圧を生成する手順とを実行させる。

本発明の制御方法は、変換回路と、スイッチング回路と、平滑回路と、トランスとを備えた電源装置において、スイッチング回路を制御する方法である。この電源装置における変換回路、スイッチング回路、平滑回路及びトランスの構成は、本発明の電源装置における変換回路、スイッチング回路、平滑回路及びトランスの構成と同じである。

本発明の制御方法は、
トランスに電流が流れるように、第１及び第２の種類のスイッチを選択すると共に、トランスに流れる電流の方向が、パルス状電圧の周期よりも長い周期で周期的に入れ替わるように、第１及び第２の種類のスイッチの組み合わせを周期的に変更し、
選択された第２の種類のスイッチである第２の種類の被選択スイッチを導通状態に切り替えたまま、選択された第１の種類のスイッチである第１の種類の被選択スイッチにおいて、導通状態と非導通状態とを繰り返し切り替えることによってパルス状電圧を生成する。

本発明の電源装置、マイクロ波処理装置、コンピュータプログラム及び制御方法では、スイッチング回路の複数のスイッチは、第１の電気的経路の一部を構成する複数の第１の種類のスイッチと、第２の電気的経路の一部を構成する複数の第２の種類のスイッチとを含んでいる。本発明では、第２の種類の被選択スイッチを導通状態に切り替えたまま、第１の種類の被選択スイッチにおいて、導通状態と非導通状態とを繰り返し切り替えることによってパルス状電圧を生成する。これにより、第１の種類の被選択スイッチが非導通状態から導通状態に切り替わる際における、第１の種類の被選択スイッチと平滑回路のキャパシタとの間の電位差が小さくなる。その結果、本発明によれば、電源装置の小型化及び低価格化を実現することが可能になる。

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。 本発明の一実施の形態に係る電源装置の概略の構成を示す説明図である。 本発明の一実施の形態に係る電源装置の回路構成の一例を示す回路図である。 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１に示した制御部の構成を示す説明図である。 図３に示したスイッチング回路、平滑回路及びトランスを簡略化して示す回路図である。 本発明の一実施の形態に係る電源装置における複数のスイッチの動作を模式的に示す説明図である。 比較例の電源装置における複数のスイッチの動作を模式的に示す説明図である。

［マイクロ波処理装置］
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。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。

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の代わりに、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。

＜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。マイクロ波導入装置３の構成については、後で詳しく説明する。

処理容器２は、板状の天井部１１及び底部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。

＜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。

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及びシャフト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。

また、複数の支持ピン１４、リフト板１５及びシャフト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及びシャフト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。

複数の支持ピン１４及びリフト板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及びリフト板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。

＜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及び圧力計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に直接又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と排気管１８の接続点との間に設けられている。

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。

＜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。

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。

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。

ガス供給装置５は、処理ガス又は冷却ガスとして、例えば、Ｎ_２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｏ_２、Ｈ_２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。

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及び開閉バルブを備えている。シャワーヘッド部２２及び処理容器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及び開閉バルブによって制御される。

＜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。

＜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及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。

＜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（中央演算処理装置）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及び記憶部８３とを備えている。

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。

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。

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。

上記の制御プログラム及びレシピは、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。

＜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、本実施の形態に係る電源装置の概略の構成を示す説明図である。図３は、本実施の形態に係る電源装置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。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に接続された電源装置４０とを備えている。

（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」に対応する。

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。

マグネトロン３１は、電源装置４０によって供給される高電圧が印加される陽極及び陰極を有している。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、被処理体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。

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及び透過窓３３を介して処理容器２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。

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及びチューナ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及びチューナ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及びダミーロード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。

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、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。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。

（電源装置）
電源装置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電源として用いられるものである。図２に示したように、電源装置４０は、ＡＣ−ＤＣ変換回路（以下、単に「変換回路」と記す。）４１と、スイッチング回路４２と、平滑回路４３と、トランス４４と、スイッチングコントローラ４５とを備えている。

変換回路４１は、商用電源からの交流（例えば、三相２００Ｖの交流）を整流して直流に変換し、直流電圧を出力する回路である。変換回路４１は、商用電源からの交流が入力される電源ポート４１ａと、第１の出力ポート４１ｂと、グランドに電気的に接続される第２の出力ポート４１ｃとを有している。本実施の形態では、第２の出力ポート４１ｃにおける電位を基準電位とする。変換回路４１は、第１の出力ポート４１ｂと第２の出力ポート４１ｃとの間に直流電圧を発生させる。

スイッチング回路４２、平滑回路４３及びトランス４４は、第１及び第２の出力ポート４１ｂ，４１ｃの後段に順に接続され、第１の出力ポート４１ｂからトランス４４に至る第１の電気的経路と、トランス４４から第２の出力ポート４１ｃに至る第２の電気的経路を構成する。なお、電気的経路とは、電気的に接続された回路の構成要素及び配線によって構成された経路である。マグネトロン３１は、トランス４４の後段に接続される。第１及び第２の電気的経路については、後で詳しく説明する。

スイッチング回路４２は、インバータ回路として用いられるものであり、変換回路４１から出力された直流電圧に基づいて、所定の周期のパルス状の電圧波形（以下、パルス状電圧と言う。）を出力する回路である。スイッチング回路４２は、その両端間における導通状態と非導通状態とが選択される複数のスイッチを有し、複数のスイッチは、第１の電気的経路の一部を構成する複数の第１の種類のスイッチと、第２の電気的経路の一部を構成する複数の第２の種類のスイッチとを含んでいる。本実施の形態では、スイッチングコントローラ４５は、例えばＣＰＵ又はＦＰＧＡ（プログラマブルゲートアレイ）を備えており、スイッチング回路４２を制御するための信号（ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を含む。）を生成する。スイッチング回路４２では、スイッチングコントローラ４５によるＰＷＭ制御が行われて、パルス幅が制御されたパルス状電圧が生成される。スイッチングコントローラ４５は、本発明における「制御部」に対応する。パルス状電圧の生成方法については、後で詳しく説明する。

平滑回路４３は、直列に接続された抵抗及びキャパシタを有している。平滑回路４３の抵抗及びキャパシタは、第１の電気的経路と第２の電気的経路との間に設けられている。平滑回路４３は、スイッチング回路４２から出力されたパルス状電圧を平滑化する回路である。平滑回路４３によって複数のパルス状電圧が平滑化されることにより、１つの連続した電圧波形が生成される。

トランス４４は、平滑回路４３において平滑化されたパルス状電圧に基づく電圧波形を所定の大きさの電圧に昇圧し、この昇圧された電圧を、マグネトロン３１に対して出力する。

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を備えている場合の電源装置４０の構成の一例について説明する。この例では、電源装置４０は、１つの変換回路４１と、２つのスイッチング回路４２Ａ，４２Ｂと、２つの平滑回路４３Ａ，４３Ｂと、２つのトランス４４Ａ，４４Ｂと、１つのスイッチングコントローラ４５と、配線６１，６２とを備えている。

変換回路４１は、電源ポート４１ａと第１及び第２の出力ポート４１ｂ，４１ｃとの間に順に設けられた整流回路５１、平滑回路５２、パワーＦＥＴ５３及び平滑回路５４を有している。整流回路５１は、入力端と２つの出力端とを有している。整流回路５１の入力端は、電源ポート４１ａに電気的に接続されている。配線６１，６２は、それぞれ、整流回路５１の２つの出力端に電気的に接続されている。また、配線６２は、グランドに電気的に接続されている。第１の出力ポート４１ｂは、配線６１上に設けられている。第２の出力ポート４１ｃは、配線６２上に設けられており、配線６２によってグランドに電気的に接続される。なお、電源装置４０は、配線６１，６２以外にも、回路の構成要素を接続する複数の配線を備えている。

平滑回路５２は、配線６１と配線６２との間に設けられたキャパシタによって構成されている。パワーＦＥＴ５３は、力率改善のためのものであり、配線６１上に設けられている。平滑回路５４は、配線６１上に設けられたコイルと、配線６１と配線６２との間に設けられたキャパシタによって構成されている。

スイッチング回路４２Ａは、複数の第１の種類のスイッチとして第１のスイッチ５５及び第３のスイッチ５７を含み、複数の第２の種類のスイッチとして第２のスイッチ５６及び第４のスイッチ５８を含んでいる。第１ないし第４のスイッチ５５〜５８は、以下のようなフルブリッジ（Ｈブリッジとも言う。）回路を構成している。第１のスイッチ５５の一端と第３のスイッチ５７の一端は、互いに電気的に接続され、且つ第１の出力ポート４１ｂに電気的に接続されている。第２のスイッチ５６の一端と第４のスイッチ５８の一端は、互いに電気的に接続され、且つ第２の出力ポート４１ｃに電気的に接続されている。第１のスイッチ５５の他端と第２のスイッチ５６の他端は、互いに電気的に接続されている。第３のスイッチ５７の他端と第４のスイッチ５８の他端は、互いに電気的に接続されている。

スイッチ５５〜５８は、それぞれ、スイッチング素子を含んでいる。スイッチング素子としては、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。本実施の形態では、スイッチ５５〜５８のスイッチング素子として、ＭＯＳＦＥＴを用いている。なお、ＭＯＳＦＥＴの代わりに、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。スイッチ５５〜５８は、更に、スイッチング素子に対してそれぞれ並列に接続されたダイオード及び共振コンデンサを含んでいる。

平滑回路４３Ａ及びトランス４４Ａは、第１のスイッチ５５と第２のスイッチ５６の接続点及び第３のスイッチ５７と第４のスイッチ５８の接続点の後段に順に接続されている。平滑回路４３Ａは、直列に接続された抵抗Ｒ及びキャパシタＣを有している。抵抗Ｒの一端は、第１のスイッチ５５と第２のスイッチ５６の接続点に電気的に接続されている。キャパシタＣの一端は、第３のスイッチ５７と第４のスイッチ５８の接続点に電気的に接続されている。抵抗Ｒの他端とキャパシタＣの他端は、互いに電気的に接続されている。

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。トランス４４Ａの２つの入力端の一方は、第１のスイッチ５５と第２のスイッチ５６の接続点に電気的に接続され、他方は、第３のスイッチ５７と第４のスイッチ５８の接続点に電気的に接続されている。

マグネトロン３１Ａ，３１Ｂは、トランス４４Ａの出力端の後段に並列に接続されている。電源装置４０は、更に、トランス４４Ａとマグネトロン３１Ａ，３１Ｂとの間に設けられた４つのダイオードを備えている。これら４つのダイオードは、トランス４４Ａの２つの出力端のうち一方からマグネトロン３１Ａのみに電流が流れ、他方からマグネトロン３１Ｂのみに電流が流れるように構成されている。

スイッチング回路４２Ｂ、平滑回路４３Ｂ及びトランス４４Ｂの構成は、スイッチング回路４２Ａ、平滑回路４３Ａ及びトランス４４Ａの構成と同じである。マグネトロン３１Ｃ，３１Ｄは、トランス４４Ｂの出力端の後段に並列に接続されている。電源装置４０は、更に、トランス４４Ｂとマグネトロン３１Ｃ，３１Ｄとの間に設けられた４つのダイオードを備えている。これら４つのダイオードは、トランス４４Ｂの２つの出力端のうち一方からマグネトロン３１Ｃのみに電流が流れ、他方からマグネトロン３１Ｄのみに電流が流れるように構成されている。

［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又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。

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及び搬入出口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及び冷却ガスが導入される。処理容器２の内部空間は、排気量及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、電源装置４０からマグネトロン３１に対して電圧を供給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。マイクロ波の生成方法については、後で詳しく説明する。

処理容器２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。

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、処理ガス及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。

＜パルス状電圧の生成方法＞
次に、図３及び図６を参照して、パルス状電圧の生成方法について説明する。図６は、図３に示したスイッチング回路４２（４２Ａ，４２Ｂ）、平滑回路４３（４３Ａ，４３Ｂ）及びトランス４４（４４Ａ，４４Ｂ）を簡略化して示す回路図である。図６において、符号６３は、第１及び第２のスイッチ５５，５６の接続点とトランス４４とを接続する配線を示し、符号６４は、第３及び第４のスイッチ５７，５８の接続点とトランス４４とを接続する配線を示している。

スイッチングコントローラ４５は、トランス４４に電流が流れるように、第１及び第２の種類のスイッチを選択すると共に、トランス４４に流れる電流の方向が周期的に入れ替わるように、第１及び第２の種類のスイッチの組み合わせを周期的に変更する。図３及び図６に示した例では、スイッチング回路４２（４２Ａ，４２Ｂ）における第１及び第２の種類のスイッチの組み合わせとして、第１及び第４のスイッチ５５，５８の組み合わせと、第２及び第３のスイッチ５６，５７の組み合わせが選択される。

第１及び第４のスイッチ５５，５８の組み合わせでは、スイッチ５５，５８が導通状態に切り替わった場合、スイッチ５５，５６の接続点からトランス４４（４４Ａ，４４Ｂ）を経由してスイッチ５７，５８の接続点に向かう方向に電流が流れる。この場合、第１の出力ポート４１ｂからトランス４４に至る第１の電気的経路は、スイッチ５５及び配線６３によって構成され、トランス４４から第２の出力ポート４１ｃに至る第２の電気的経路は、配線６４及びスイッチ５８によって構成される。

第２及び第３のスイッチ５６，５７の組み合わせでは、スイッチ５６，５７が導通状態に切り替わった場合、スイッチ５７，５８の接続点からトランス４４（４４Ａ，４４Ｂ）を経由してスイッチ５５，５６の接続点に向かう方向に電流が流れる。この場合、第１の電気的経路は、スイッチ５７及び配線６４によって構成され、第２の電気的経路は、配線６３及びスイッチ５６によって構成される。

以下、図７を参照して、スイッチ５５〜５８の動作について説明する。図７は、電源装置４０における複数のスイッチの動作を模式的に示す説明図である。図７において、（ａ）はスイッチ５５の動作を示し、（ｂ）はスイッチ５６の動作を示し、（ｃ）はスイッチ５７の動作を示し、（ｄ）はスイッチ５８の動作を示している。また、図７において、「ＯＮ」はスイッチが導通状態であることを表し、「ＯＦＦ」はスイッチが非導通状態であることを表している。なお、以下の説明では、スイッチ５５〜５８のスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴが用いられているものとする。

まず、第１及び第４のスイッチ５５，５８の組み合わせが選択された場合の動作について説明する。この場合、第１のスイッチ５５は、本発明における「第１の種類の被選択スイッチ」に対応し、第４のスイッチ５８は、本発明における「第２の種類の被選択スイッチ」に対応する。スイッチングコントローラ４５は、第２の種類の被選択スイッチであるスイッチ５８を導通状態に切り替えたまま、第１の種類の被選択スイッチであるスイッチ５５において、導通状態と非導通状態とを繰り返し切り替えることによって、パルス状電圧を生成する。具体的には、スイッチ５８のスイッチング素子には、スイッチングコントローラ４５からゲートドライブ信号が入力される。これにより、スイッチ５８が導通状態に切り替わる（図７（ｄ）参照）。また、スイッチ５５のスイッチング素子には、スイッチングコントローラ４５からゲートドライブ信号としてのＰＷＭ信号が入力される。これにより、スイッチ５５において、導通状態と非導通状態とが繰り返し切り替わる（図７（ａ）参照）。その結果、所定の周期のパルス状電圧が生成される。パルス状電圧のパルス幅は、ＰＷＭ信号によって導通状態と非導通状態の比率（デューティー比）を制御することによって制御される。

なお、パルス状電圧の周期、すなわち連続する２つのパルス状電圧が生成される間隔は、例えば１００μ秒である。また、パルス状電圧のパルス幅は、例えばパルス状電圧の周期の１０％〜７５％の範囲内で制御される。また、スイッチ５５が一連のパルス状電圧を生成する時間は、パルス状電圧の周期よりも十分に長く、例えば１９．２ｍ秒である。

スイッチ５８が導通状態に切り替わるタイミングは、スイッチ５５が一連のパルス状電圧のうち最初のパルス状電圧を生成するために非導通状態から導通状態に切り替わるタイミングと同時であってもよいし、このタイミングよりも前であってもよい。また、スイッチ５８が非導通状態に切り替わるタイミングは、スイッチ５５が一連のパルス状電圧のうち最後のパルス状電圧を生成して導通状態から非導通状態に切り替わった後であることが好ましい。例えば、パルス状電圧の周期が１００μ秒の場合、スイッチ５８が非導通状態に切り替わるタイミングは、スイッチ５５が導通状態から非導通状態に切り替わるタイミングから１００μ秒以上後であることが好ましい。なお、スイッチングコントローラ４５は、スイッチ５５によって一連のパルス状電圧が生成される間、スイッチ５６，５７を非導通状態に切り替えたままにする。

次に、第２及び第３のスイッチ５６，５７の組み合わせが選択された場合の動作について説明する。この場合、第２のスイッチ５６は、本発明における「第２の種類の被選択スイッチ」に対応し、第３のスイッチ５７は、本発明における「第１の種類の被選択スイッチ」に対応する。第２及び第３のスイッチ５６，５７の動作は、基本的には、上述の第１及び第４のスイッチ５５，５８の動作と同じである。すなわち、スイッチングコントローラ４５は、第２の種類の被選択スイッチであるスイッチ５６を導通状態に切り替えたまま、第１の種類の被選択スイッチであるスイッチ５７において、導通状態と非導通状態とを繰り返し切り替えることによって、パルス状電圧を生成する。具体的には、スイッチ５６のスイッチング素子には、スイッチングコントローラ４５からゲートドライブ信号が入力される。これにより、スイッチ５６が導通状態に切り替わる（図７（ｂ）参照）。また、スイッチ５７のスイッチング素子には、スイッチングコントローラ４５からゲートドライブ信号としてのＰＷＭ信号が入力される。これにより、スイッチ５７において、導通状態と非導通状態とが繰り返し切り替わる（図７（ｃ）参照）。その結果、所定の周期のパルス状電圧が生成される。このパルス状電圧の周期及びパルス幅は、スイッチ５５によって生成されるパルス状電圧の周期及びパルス幅と同じであってもよい。また、スイッチ５７が一連のパルス状電圧を生成する時間は、スイッチ５５が一連のパルス状電圧を生成する時間と同じであってもよい。

スイッチ５７が、一連のパルス状電圧のうち最初のパルス状電圧を生成するために、非導通状態から導通状態に切り替わるタイミングは、スイッチ５５，５８がいずれも導通状態から非導通状態に切り替わった後である。スイッチ５６が導通状態に切り替わるタイミングは、スイッチ５７が最初のパルス状電圧を生成ために非導通状態から導通状態に切り替わるタイミングと同時であってもよいし、このタイミングよりも前であってもよい。また、スイッチ５６が導通状態に切り替わるタイミングは、スイッチ５８が導通状態から非導通状態に切り替わるタイミングよりも前であって、スイッチ５５が一連のパルス状電圧のうち最後のパルス状電圧を生成して導通状態から非導通状態に切り替わった後であってもよい。

また、スイッチ５６が非導通状態に切り替わるタイミングは、スイッチ５７が一連のパルス状電圧のうち最後のパルス状電圧を生成して導通状態から非導通状態に切り替わった後であることが好ましい。例えば、パルス状電圧の周期が１００μ秒の場合、スイッチ５６が非導通状態に切り替わるタイミングは、スイッチ５７が導通状態から非導通状態に切り替わるタイミングから１００μ秒以上後であることが好ましい。なお、スイッチングコントローラ４５は、スイッチ５７によって一連のパルス状電圧が生成される間、スイッチ５５，５８を非導通状態に切り替えたままにする。

スイッチングコントローラ４５は、上述のスイッチ５５，５８の組み合わせとスイッチ５６，５７の組み合わせを、パルス状電圧の周期よりも十分に長い周期で周期的に変更する。この周期は、スイッチ５５，５７が一連のパルス状電圧を生成する時間以上である。このように、スイッチングコントローラ４５によってスイッチング回路４２を制御することにより、トランス４４に、平滑回路４３によって平滑化された交流を流すことができる。この交流の波形は、例えば正弦波形である。

なお、上述のように生成されるパルス状電圧の波形（パルス幅）は、例えば、スイッチングコントローラ４５によるＰＷＭ信号及びマグネトロン３１によるマイクロ波の出力波形と関連付けされたテーブルの形式で制御部８の記憶部８３に保存しておくことができる。このテーブルでは、マグネトロン３１におけるマイクロ波の出力波形と、それを生成させるための上記パルス状電圧の波形と、この電圧波形をスイッチング回路４２（４２Ａ，４２Ｂ）において生成させるためのＰＷＭ信号とが、対応付けられて規定されている。そして、例えばユーザーインターフェース８２からの指示に基づき、スイッチングコントローラ４５は、上位の制御部であるプロセスコントローラ８１と協働して、記憶部８３に保存されたテーブルから、目的とするマイクロ波の出力波形に対応したパルス状の電圧波形が得られるように、ＰＷＭ信号を送出する。

＜マイクロ波の生成方法＞
次に、図３を参照して、マグネトロン３１（３１Ａ〜３１Ｄ）においてマイクロ波を生成する方法について説明する。スイッチング回路４２Ａのスイッチ５５によって一連のパルス状電圧が生成されると、トランス４４Ａから見たときに正方向の電圧波形が生成されると共に、スイッチング回路４２Ａのスイッチ５５、トランス４４Ａ、スイッチング回路４２Ａのスイッチ５８を順に経由する方向に電流が流れる。これにより、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、トランス４４Ａによって、一次側（入力端側）の電圧は、二次側（出力端側）では所定の大きさに昇圧される。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。

また、スイッチング回路４２Ａのスイッチ５７によって一連のパルス状電圧が生成されると、トランス４４Ａから見たときに負方向の電圧波形が生成されると共に、スイッチング回路４２Ａのスイッチ５７、トランス４４Ａ、スイッチング回路４２Ａのスイッチ５６を順に経由する方向に電流が流れる。これにより、トランス４４Ａの二次側（出力端側）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、トランス４４Ａによって、一次側（入力端側）の電圧は、二次側（出力端側）では所定の大きさに昇圧される。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。

また、スイッチング回路４２Ｂのスイッチ５５によって一連のパルス状電圧が生成されると、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、スイッチング回路４２Ｂのスイッチ５５、トランス４４Ｂ、スイッチング回路４２Ｂのスイッチ５８を順に経由する方向に電流が流れる。これにより、トランス４４Ｂの二次側（出力端側）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、トランス４４Ｂによって、一次側（入力端側）の電圧は、二次側（出力端側）では所定の大きさに昇圧される。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。

また、スイッチング回路４２Ｂのスイッチ５７によって一連のパルス状電圧が生成されると、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、スイッチング回路４２Ｂのスイッチ５７、トランス４４Ｂ、スイッチング回路４２Ｂのスイッチ５６を順に経由する方向に電流が流れる。これにより、トランス４４Ｂの二次側（出力端側）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、トランス４４Ｂによって、一次側（入力端側）の電圧は、二次側（出力端側）では所定の大きさに昇圧される。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。

スイッチングコントローラ４５は、例えば、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に導入されるように、スイッチング回路４２Ａ，４２Ｂを制御する。なお、スイッチングコントローラ４５は、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。

［効果］
次に、本実施の形態に係る電源装置４０、マイクロ波処理装置１、電源装置４０を制御するコンピュータプログラム及び制御方法の効果について、比較例の電源装置と比較しながら説明する。始めに、比較例の電源装置について説明する。比較例の電源装置の構成は、本実施の形態に係る電源装置４０の構成と同じである。比較例の電源装置は、本実施の形態に係る電源装置４０と同様に、変換回路４１と、スイッチング回路４２と、平滑回路４３と、トランス４４と、スイッチングコントローラ４５とを備えている。スイッチング回路４２は、第１のスイッチ５５と、第２のスイッチ５６と、第３のスイッチ５７と、第４のスイッチ５８とを有している。

比較例の電源装置では、パルス状電圧の生成方法が、本実施の形態と異なっている。以下、これについて、図８を参照して説明する。図８は、比較例の電源装置における複数のスイッチの動作を模式的に示す説明図である。図８において、（ａ）は比較例におけるスイッチ５５の動作を示し、（ｂ）は比較例におけるスイッチ５６の動作を示し、（ｃ）は比較例におけるスイッチ５７の動作を示し、（ｄ）は比較例におけるスイッチ５８の動作を示している。また、図８において、「ＯＮ」はスイッチが導通状態であることを表し、「ＯＦＦ」はスイッチが非導通状態であることを表している。

比較例の電源装置では、本実施の形態に係る電源装置４０と同様に、スイッチング回路４２における第１及び第２の種類のスイッチの組み合わせとして、第１及び第４のスイッチ５５，５８の組み合わせと、第２及び第３のスイッチ５６，５７の組み合わせが選択される。比較例では、スイッチ５５，５８の組み合わせが選択された場合、スイッチングコントローラ４５は、スイッチ５５，５８の導通状態と非導通状態を同期させながら繰り返し切り替えることにより、パルス状電圧を生成する（図８（ａ）、（ｄ）参照）。また、比較例では、スイッチ５６，５７の組み合わせが選択された場合、スイッチングコントローラ４５は、スイッチ５６，５７の導通状態と非導通状態を同期させながら繰り返し切り替えることにより、パルス状電圧を生成する（図８（ｂ）、（ｃ）参照）。そして、スイッチングコントローラ４５は、上述のスイッチ５５，５８の組み合わせとスイッチ５６，５７の組み合わせを、パルス状電圧の周期よりも十分に長い周期で周期的に変更する。

このように、比較例の電源装置では、対となる２つのスイッチの導通状態と非導通状態を同期させながら繰り返し切り替えることにより、パルス状電圧を生成する。これにより、比較例の電源装置では、以下のような問題が発生する。まず、対となる２つのスイッチが同時に導通状態に切り替わった場合、平滑回路４３のキャパシタＣ（図３及び図６参照）の第１の出力ポート４１ｂ側の電極には正の電荷が蓄積される。次に、対となる２つのスイッチが同時に非導通状態に切り替わった場合、トランス４４のコイルには、同一方向に電流を流し続けるような起電力が発生すると共に、キャパシタＣの第１の出力ポート４１ｂ側の電極に蓄積された電荷が放出される。ここで、キャパシタＣが過放電すると、キャパシタＣの第２の出力ポート４１ｃ側の電極には正の電荷が蓄積され、キャパシタＣの第１の出力ポート４１ｂ側の電極には負の電荷が蓄積される。

このような状態で、次に、対となる２つのスイッチが同時に導通状態に切り替わった場合、第１の出力ポート４１ｂに電気的に接続されたスイッチ（スイッチ５５又は５７）とキャパシタＣとの間の電位差は、変換回路４１から出力される直流電圧よりも大きくなり、最大でこの直流電圧の２倍の電位差になる。また、第２の出力ポート４１ｃに電気的に接続されたスイッチ（スイッチ５６又は５８）とキャパシタＣとの間の電位差は、最大で変換回路４１から出力される直流電圧に等しい電位差になる。そのため、平滑回路４３の抵抗Ｒには、上記の電位差に起因して、大きな突入電流が流れることになる。そのため、比較例の電源装置では、突入電流に起因する発熱を抑制するために、平滑回路４３の抵抗Ｒ及び電源装置４０にヒートシンクを設けたり、平滑回路４３の抵抗Ｒとして、少なくとも、変換回路４１から出力される直流電圧の２倍の電圧に耐える耐電圧特性を有する抵抗を用いたりする必要があった。

これに対し、本実施の形態では、第２の種類の被選択スイッチ（スイッチ５６，５８）を導通状態に切り替えたまま、第１の種類の被選択スイッチ（スイッチ５５，５７）において、導通状態と非導通状態とを繰り返し切り替えることによってパルス状電圧を生成する。従って、一連のパルス状電圧が生成される間、キャパシタＣの第２の出力ポート４１ｃ側の電極は、第２の種類の被選択スイッチを介してグランドと導通状態になる。そのため、キャパシタＣが過放電した場合であっても、キャパシタＣの第２の出力ポート４１ｃ側の電極には正の電荷が蓄積されず、キャパシタＣの第１の出力ポート４１ｂ側の電極にも負の電荷が蓄積されない。従って、次に、第１の種類の被選択スイッチが導通状態に切り替わった場合、第１の種類の被選択スイッチとキャパシタＣとの間の電位差は、最大でも変換回路４１から出力される直流電圧に等しい電位差となる。

このように、本実施の形態によれば、比較例の電源装置に比べて、第１の種類の被選択スイッチとキャパシタＣとの間の電位差を小さくすることができる。従って、本実施の形態によれば、比較例の電源装置に比べて、平滑回路４３の抵抗Ｒに流れる突入電流の大きさを小さくすることができると共に、突入電流に起因する発熱を小さくすることができる。そのため、本実施の形態によれば、平滑回路４３の抵抗Ｒ又は電源装置４０に設けるヒートシンクを小型化したり、平滑回路４３の抵抗Ｒとして耐電圧特性の低い安価な抵抗を用いたりすることができる。これにより、本実施の形態によれば、電源装置４０の小型化及び低価格化を実現することが可能になる。

また、本実施の形態によれば、スイッチング素子に突入する突入電流も小さくなる。そのため、スイッチング素子として、定格電流が小さい安価なスイッチング素子を使用することができる。これによっても、電源装置４０の低価格化を実現することが可能になる。

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。

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。

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。

また、実施の形態では、マグネトロン３１Ａ，３１Ｂがトランス４４Ａに接続され、マグネトロン３１Ｃ，３１Ｄがトランス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。

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。

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…電源装置、４１…ＡＣ−ＤＣ変換回路、４２…スイッチング回路、４３…平滑回路、４４…トランス、４５…スイッチングコントローラ、５５…第１のスイッチ、５６…第２のスイッチ、５７…第３のスイッチ、５８…第４のスイッチ、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。

Claims (12)

1. 交流を直流に変換し、直流電圧を出力する変換回路と、
   前記直流電圧に基づいて、所定の周期のパルス状電圧を出力するスイッチング回路と、
   直列に接続された抵抗及びキャパシタを有し、前記パルス状電圧を平滑化する平滑回路と、
   前記平滑回路において平滑化された前記パルス状電圧に基づく電圧波形を所定の大きさの電圧に昇圧するトランスと、
   前記スイッチング回路を制御する制御部とを備えた電源装置であって、
   前記変換回路は、交流が入力される電源ポートと、第１の出力ポートと、グランドに電気的に接続された第２の出力ポートとを有し、前記第１の出力ポートと前記第２の出力ポートとの間に、前記第２の出力ポートにおける電位を基準電位とする直流電圧を発生させ、
   前記スイッチング回路、平滑回路及びトランスは、前記第１及び第２の出力ポートの後段に順に接続され、前記第１の出力ポートから前記トランスに至る第１の電気的経路と、前記トランスから前記第２の出力ポートに至る第２の電気的経路を構成し、
   前記スイッチング回路は、その両端間における導通状態と非導通状態とが選択される複数のスイッチを有し、
   前記複数のスイッチは、前記第１の電気的経路の一部を構成する複数の第１の種類のスイッチと、前記第２の電気的経路の一部を構成する複数の第２の種類のスイッチとを含み、
   前記抵抗及びキャパシタは、前記第１の電気的経路と前記第２の電気的経路との間に設けられ、
   前記制御部は、
   前記トランスに電流が流れるように、前記第１及び第２の種類のスイッチを選択すると共に、前記トランスに流れる電流の方向が、前記パルス状電圧の周期よりも長い周期で周期的に入れ替わるように、前記第１及び第２の種類のスイッチの組み合わせを周期的に変更し、
   選択された前記第２の種類のスイッチである第２の種類の被選択スイッチを導通状態に切り替えたまま、選択された前記第１の種類のスイッチである第１の種類の被選択スイッチにおいて、導通状態と非導通状態とを繰り返し切り替えることによって前記パルス状電圧を生成することを特徴とする電源装置。
2. 前記制御部は、前記第１の種類の被選択スイッチによって一連の前記パルス状電圧が生成される間、選択されなかった前記第１及び第２の種類のスイッチを非導通状態に切り替えたままにすることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記制御部は、
   前記第１の種類の被選択スイッチが一連の前記パルス状電圧のうち最初の前記パルス状電圧を生成するために非導通状態から導通状態に切り替わるタイミングと同時、又はこのタイミングよりも前に、前記第２の種類の被選択スイッチを非導通状態から導通状態に切り替え、
   前記第１の種類の被選択スイッチが一連の前記パルス状電圧のうち最後の前記パルス状電圧を生成して導通状態から非導通状態に切り替わった後に、前記第２の種類の被選択スイッチを導通状態から非導通状態に切り替えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電源装置。
4. 前記制御部は、前記第２の種類の被選択スイッチが導通状態から非導通状態に切り替わるタイミングよりも前であって、前記第１の種類の被選択スイッチが一連の前記パルス状電圧のうち最後の前記パルス状電圧を生成して導通状態から非導通状態に切り替わった後に、選択されなかった前記第２の種類のスイッチを、次の周期の第２の種類の被選択スイッチとして、非導通状態から導通状態に切り替えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電源装置。
5. 前記制御部は、一連の前記パルス状電圧が生成される間の、前記第１の種類の被選択スイッチにおける導通状態と非導通状態の比率を制御することにより、前記パルス状電圧のパルス幅を制御するＰＷＭ制御を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電源装置。
6. 前記複数のスイッチは、前記複数の第１の種類のスイッチとして第１及び第３のスイッチを含み、前記複数の第２の種類のスイッチとして第２及び第４のスイッチを含み、
   前記トランスに流れる電流の方向は、前記第１及び第４のスイッチの組み合わせと前記第２及び第３のスイッチの組み合わせにおいて互いに反対方向になることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電源装置。
7. 前記第１のスイッチの一端と前記第３のスイッチの一端は、互いに電気的に接続され、且つ前記第１の出力ポートに電気的に接続され、
   前記第２のスイッチの一端と前記第４のスイッチの一端は、互いに電気的に接続され、且つ前記第２の出力ポートに電気的に接続され、
   前記第１のスイッチの他端と前記第２のスイッチの他端は、互いに電気的に接続され、
   前記第３のスイッチの他端と前記第４のスイッチの他端は、互いに電気的に接続され、
   前記平滑回路及びトランスは、第１のスイッチと第２のスイッチの接続点及び第３のスイッチと第４のスイッチの接続点の後段に順に接続されることを特徴とする請求項６に記載の電源装置。
8. 前記複数のスイッチは、それぞれ、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の電源装置。
9. 前記トランスは、所定の大きさに昇圧された電圧を、マイクロ波を生成するマイクロ波源に対して出力するものであることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の電源装置。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の電源装置と、
    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する少なくとも１つのマイクロ波源を有し、マイクロ波を前記処理容器に導入するマイクロ波導入装置とを備え、
    前記電源装置は、前記マイクロ波源の電源として用いられることを特徴とするマイクロ波処理装置。
11. 交流を直流に変換し、直流電圧を出力する変換回路と、
    前記直流電圧に基づいて、所定の周期のパルス状電圧を出力するスイッチング回路と、
    直列に接続された抵抗及びキャパシタを有し、前記パルス状電圧を平滑化する平滑回路と、
    前記平滑回路において平滑化された前記パルス状電圧に基づく電圧波形を所定の大きさの電圧に昇圧するトランスとを備えた電源装置であって、
    前記変換回路は、交流が入力される電源ポートと、第１の出力ポートと、グランドに電気的に接続された第２の出力ポートとを有し、前記第１の出力ポートと前記第２の出力ポートとの間に、前記第２の出力ポートにおける電位を基準電位とする直流電圧を発生させ、
    前記スイッチング回路、平滑回路及びトランスは、前記第１及び第２の出力ポートの後段に順に接続され、前記第１の出力ポートから前記トランスに至る第１の電気的経路と、前記トランスから前記第２の出力ポートに至る第２の電気的経路を構成し、
    前記スイッチング回路は、その両端間における導通状態と非導通状態とが選択される複数のスイッチを有し、
    前記複数のスイッチは、前記第１の電気的経路の一部を構成する複数の第１の種類のスイッチと、前記第２の電気的経路の一部を構成する複数の第２の種類のスイッチとを含み、
    前記抵抗及びキャパシタは、前記第１の電気的経路と前記第２の電気的経路との間に設けられた構成の、前記電源装置において、コンピュータに前記スイッチング回路を制御させるコンピュータプログラムであって、
    コンピュータに、
    前記トランスに電流が流れるように、前記第１及び第２の種類のスイッチを選択すると共に、前記トランスに流れる電流の方向が、前記パルス状電圧の周期よりも長い周期で周期的に入れ替わるように、前記第１及び第２の種類のスイッチの組み合わせを周期的に変更する手順と、
    選択された前記第２の種類のスイッチである第２の種類の被選択スイッチを導通状態に切り替えたまま、選択された前記第１の種類のスイッチである第１の種類の被選択スイッチにおいて、導通状態と非導通状態とを繰り返し切り替えることによって前記パルス状電圧を生成する手順とを実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
12. 交流を直流に変換し、直流電圧を出力する変換回路と、
    前記直流電圧に基づいて、所定の周期のパルス状電圧を出力するスイッチング回路と、
    直列に接続された抵抗及びキャパシタを有し、前記パルス状電圧を平滑化する平滑回路と、
    前記平滑回路において平滑化された前記パルス状電圧に基づく電圧波形を所定の大きさの電圧に昇圧するトランスとを備えた電源装置であって、
    前記変換回路は、交流が入力される電源ポートと、第１の出力ポートと、グランドに電気的に接続された第２の出力ポートとを有し、前記第１の出力ポートと前記第２の出力ポートとの間に、前記第２の出力ポートにおける電位を基準電位とする直流電圧を発生させ、
    前記スイッチング回路、平滑回路及びトランスは、前記第１及び第２の出力ポートの後段に順に接続され、前記第１の出力ポートから前記トランスに至る第１の電気的経路と、前記トランスから前記第２の出力ポートに至る第２の電気的経路を構成し、
    前記スイッチング回路は、その両端間における導通状態と非導通状態とが選択される複数のスイッチを有し、
    前記複数のスイッチは、前記第１の電気的経路の一部を構成する複数の第１の種類のスイッチと、前記第２の電気的経路の一部を構成する複数の第２の種類のスイッチとを含み、
    前記抵抗及びキャパシタは、前記第１の電気的経路と前記第２の電気的経路との間に設けられた構成の、前記電源装置において、前記スイッチング回路を制御する方法であって、
    前記トランスに電流が流れるように、前記第１及び第２の種類のスイッチを選択すると共に、前記トランスに流れる電流の方向が、前記パルス状電圧の周期よりも長い周期で周期的に入れ替わるように、前記第１及び第２の種類のスイッチの組み合わせを周期的に変更し、
    選択された前記第２の種類のスイッチである第２の種類の被選択スイッチを導通状態に切り替えたまま、選択された前記第１の種類のスイッチである第１の種類の被選択スイッチにおいて、導通状態と非導通状態とを繰り返し切り替えることによって前記パルス状電圧を生成することを特徴とする制御方法。

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