JP5955520B2 - マイクロ波処理装置およびその制御方法 - Google Patents
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Description
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。
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。
[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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (14)
- 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、
前記複数のマイクロ波源は、複数の第1の種類のマイクロ波源を含み、
前記制御部は、前記複数の第1の種類のマイクロ波源において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、前記複数の第1の種類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とともに、
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マイクロ波処理装置。 - 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。 - 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。
- 前記複数のマイクロ波源は、さらに、複数の第2の種類のマイクロ波源を含み、
前記複数の第1の種類のマイクロ波源は、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し、
前記複数の第2の種類のマイクロ波源は、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し、かつ、前記複数の第1の種類のマイクロ波源について前記第1の状態が継続している間に、該複数の第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ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載のマイクロ波処理装置。 - 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4に記載のマイクロ波処理装置。
- 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5に記載のマイクロ波処理装置。 - 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6のいずれか1項に記載のマイクロ波処理装置。
- 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、
前記複数のマイクロ波源は、複数の第1の種類のマイクロ波源を含み、
前記複数の第1の種類のマイクロ波源において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、前記複数の第1の種類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とともに、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マイクロ波処理装置の制御方法。 - 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8に記載のマイクロ波処理装置の制御方法。 - 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9に記載のマイクロ波処理装置の制御方法。
- 前記複数のマイクロ波源は、さらに、複数の第2の種類のマイクロ波源を含み、
前記複数の第1の種類のマイクロ波源は、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し、
前記複数の第2の種類のマイクロ波源は、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し、かつ、前記複数の第1の種類のマイクロ波源について前記第1の状態が継続している間に、該複数の第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ことを特徴とする請求項8ないし10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。 - 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11に記載のマイクロ波処理装置の制御方法。
- 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12に記載のマイクロ波処理装置の制御方法。 - 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8ないし13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。
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