KR101413786B1 - 마이크로파 처리 장치 및 피처리체의 처리 방법 - Google Patents

마이크로파 처리 장치 및 피처리체의 처리 방법 Download PDF

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Abstract

마이크로파 처리 장치는 웨이퍼를 수용하는 처리 용기와, 웨이퍼를 처리하기 위한 마이크로파를 생성하는 적어도 1개의 마그네트론을 갖고, 마이크로파를 처리 용기에 도입하는 마이크로파 도입 장치와, 마이크로파 도입 장치를 제어하는 제어부를 구비하고 있다. 제어부는 웨이퍼를 처리하기 위한 상태가 계속되고 있는 동안에, 마이크로파의 주파수를 변화시킨다.

Description

마이크로파 처리 장치 및 피처리체의 처리 방법{MICROWAVE PROCESSING APPARATUS AND METHOD FOR PROCESSING OBJECT TO BE PROCESSED}
본 발명은 마이크로파를 처리 용기에 도입해서 소정의 처리를 실행하는 마이크로파 처리 장치 및 마이크로파 처리 장치를 이용한 피처리체의 처리 방법에 관한 것이다．
반도체 디바이스의 제조 과정에서는, 피처리 기판인 반도체 웨이퍼에 대하여, 성막 처리, 에칭 처리, 산화 확산 처리, 개질 처리, 어닐 처리 등의 여러 열처리가 실시된다. 이러한 열처리는, 일반적으로는, 가열용의 램프나 히터를 구비한 기판 처리 장치를 이용하여, 반도체 웨이퍼를 가열하는 것에 의해 실행된다.
그런데, 최근, 반도체 웨이퍼에 대하여 열처리를 실시하는 장치로서, 램프나 히터 대신에 마이크로파를 사용하는 장치가 알려져 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 마이크로파 에너지를 사용하여, 경화, 어닐, 막 형성을 실행하는 열처리 시스템이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 표면에 성막 재료층이 형성된 반도체 웨이퍼에 전자파(마이크로파)를 조사하는 것에 의해, 성막 재료를 가열해서 박막을 형성하는 열처리 장치가 기재되어 있다. 이러한 마이크로파 처리 장치에서는, 특히, 불순물의 확산을 억제하면서 얕은 활성층을 형성하는 것이나, 격자 결손을 수복하는 것이 가능하다고 말해지고 있다.
마이크로파 처리 장치에서는, 마이크로파의 출력(파워)은, 마이크로파를 생성하는 마이크로파원에 공급되는 전압 또는 전류에 의해 결정된다. 특허문헌 3에는, 전파(마이크로파) 출력의 크기가 마그네트론의 양극 전류의 크기에 의해 결정되는 것이 기재되어 있다. 특허문헌 4에는, 마그네트론의 엔드 햇(end hat)(전극)에 인가되는 전위를 변화시키는 것에 의해 마이크로파의 출력을 조작하는 기술이 기재되어 있다.
일본 공개 특허 공표 제 2009516375 호 일본 공개 특허 공보 제 2010129790 호 일본 공개 특허 공보 평성 제 4160791 호 일본 공개 특허 공보 평성 제 10241585 호
그런데, 처리 용기에 도입된 마이크로파는, 처리 용기 내에서 정재파를 형성한다. 피처리체를 처리하기 위한 상태가 계속되고 있는 동안에, 이 정재파의 복(antinode)과 절(node)의 위치가 고정되면, 가열 얼룩이 발생하는 등, 피처리체에 대하여 균일한 처리가 실행되지 않게 될 우려가 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 피처리체에 대하여 균일한 처리를 실행하는 것을 가능하게 하는 마이크로파 처리 장치 및 마이크로파 처리 장치를 이용한 피처리체의 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 마이크로파 처리 장치는, 피처리체를 수용하는 처리 용기와, 피처리체를 처리하기 위한 마이크로파를 생성하는 적어도 1개의 마이크로파원을 가지고, 마이크로파를 처리 용기에 도입하는 마이크로파 도입 장치와, 마이크로파 도입 장치를 제어하는 제어부를 구비하고 있다. 제어부는, 피처리체를 처리하기 위한 상태가 계속되고 있는 동안에, 마이크로파의 주파수를 변화시킨다.
본 발명의 피처리체의 처리 방법은, 피처리체를 수용하는 처리 용기와, 피처리체를 처리하기 위한 마이크로파를 생성하는 적어도 1개의 마이크로파원을 가지고, 마이크로파를 처리 용기에 도입하는 마이크로파 도입 장치를 구비한 마이크로파 처리 장치를 이용하여, 피처리체를 처리하는 방법으로서, 피처리체를 처리하기 위한 상태가 계속되고 있는 동안에, 마이크로파의 주파수를 변화시킨다.
도 １은 본 발명의 일실시형태에 따른 마이크로파 처리 장치의 개략적인구성을 나타내는 단면도이다.
도 ２는 본 발명의 일실시형태에 있어서의 마이크로파 도입 장치의 고전압 전원부의 개략적인 구성을 나타내는 설명도이다.
도 ３은 본 발명의 일실시형태에 있어서의 마이크로파 도입 장치의 고전압 전원부의 회로 구성의 일예를 나타내는 회로도이다.
도 4는 도 1에 나타낸 처리 용기의 천장부의 상면을 나타내는 평면도이다.
도 ５는 도 １에 나타낸 제어부의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 ６은 마이크로파의 주파수를 변화시키는 제 １ 형태에 있어서 펄스 형상의 마이크로파를 생성하기 위한 전압 파형을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 ７은 마이크로파의 주파수를 변화시키는 제 ２ 형태에 있어서 마이크로파를 생성하기 위한 전압 파형을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
[마이크로파 처리 장치]
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조해서 상세히 설명한다. 먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일실시형태에 따른 마이크로파 처리 장치의 개략적인 구성에 대해서 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 따른 마이크로파 처리 장치의 개략적인 구성을 나타내는 단면도이다. 본 실시형태에 따른 마이크로파 처리 장치(1)는, 연속하는 복수의 동작을 따라, 예를 들면, 반도체 디바이스 제조용의 반도체 웨이퍼(이하, 간단히「웨이퍼」라 함)(W)에 대하여, 마이크로파를 조사하여, 성막 처리, 개질 처리, 어닐 처리 등의 소정의 처리를 실시하는 장치이다.
마이크로파 처리 장치(1)는, 피처리체인 웨이퍼(W)를 수용하는 처리 용기(2)와, 처리 용기(2) 내에 마이크로파를 도입하는 마이크로파 도입 장치(3)와, 처리 용기(2) 내에서 웨이퍼(W)를 지지하는 지지 장치(4)와, 처리 용기(2) 내에 가스를 공급하는 가스 공급부(5)와, 처리 용기(2) 내를 감압 배기하는 배기 장치(6)와, 이들 마이크로파 처리 장치(1)의 각 구성부를 제어하는 제어부(8)를 구비하고 있다. 또, 처리 용기(2) 내에 가스를 공급하는 수단으로서는, 가스 공급부(5) 대신에, 마이크로파 처리 장치(1)의 구성에는 포함되지 않는 외부의 가스 공급부를 사용해도 좋다.
<처리 용기>
처리 용기(2)는, 예를 들면 대략 원통 형상을 이루고 있다. 처리 용기(2)는 금속 재료에 의해 형성되어 있다. 처리 용기(2)를 형성하는 재료로서는, 예를 들면, 알루미늄, 알루미늄 합금, 스테인레스 등이 이용된다. 또, 처리 용기(2)는, 원통 형상에 한정되지 않고, 예를 들면 각통 형상을 이루고 있어도 좋다. 마이크로파 도입 장치(3)는, 처리 용기(2)의 상부에 마련되어, 처리 용기(2) 내에 전자파(마이크로파)를 도입하는 마이크로파 도입 수단으로서 기능한다. 마이크로파 도입 장치(3)의 구성에 대해서는, 나중에 자세하게 설명한다.
처리 용기(2)는, 판 형상의 천장부(11) 및 바닥부(13)와, 천장부(11)와 바닥부(13)를 연결하는 측벽부(12)와, 천장부(11)를 상하로 관통하도록 마련된 복수의 마이크로파 도입 포트(11a)와, 측벽부(12)에 마련된 반입출구(12a)와, 바닥부(13)에 마련된 배기구(13a)를 가지고 있다. 반입출구(12a)는, 처리 용기(2)에 인접하는 도시하지 않는 반송실과의 사이에서 웨이퍼(W)의 반출입을 실행하기 위한 것이다. 처리 용기(2)와 도시하지 않는 반송실의 사이에는, 게이트 밸브(G)가 마련되어 있다. 게이트 밸브(G)는, 반입출구(12a)를 개폐하는 기능을 가지고, 닫힌 상태에서 처리 용기(2)를 기밀하게 밀봉함과 아울러, 열린 상태에서 처리 용기(2)와 도시하지 않는 반송실의 사이에서 웨이퍼(W)의 이송을 가능하게 한다.
<지지 장치>
지지 장치(4)는, 처리 용기(2) 내에 배치된 판 형상 및 중공의 리프트판(15)과, 리프트판(15)의 상면으로부터 상방으로 연장하는 관 형상의 복수의 지지 핀(14)과, 리프트판(15)의 하면으로부터 바닥부(13)를 관통해서 처리 용기(2)의 외부까지 연장하는 관 형상의 샤프트(16)를 가지고 있다. 샤프트(16)는, 처리 용기(2)의 외부에 있어서 도시하지 않는 액추에이터에 고정되어 있다.
복수의 지지 핀(14)은, 처리 용기(2) 내에 있어서 웨이퍼(W)에 접촉해서 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 것이다. 복수의 지지 핀(14)은, 그 상단부가 웨이퍼(W)의 둘레 방향으로 배열하도록 배치되어 있다. 또한, 복수의 지지 핀(14), 리프트판(15) 및 샤프트(16)는, 도시하지 않는 액츄에이터에 의해 웨이퍼(W)를 상하로 변위시킬 수 있도록 구성되어 있다.
또한, 복수의 지지 핀(14), 리프트판(15) 및 샤프트(16)는, 배기 장치(6)에 의해 웨이퍼(W)를 복수의 지지 핀(14)에 흡착시킬 수 있도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 복수의 지지 핀(14) 및 샤프트(16)는, 각각 리프트판(15)의 내부 공간에 연통하는 관 형상을 가지고 있다. 또한, 복수의 지지 핀(14)의 상단부에는, 웨이퍼(W)의 이면을 흡인하기 위한 흡착 구멍이 형성되어 있다.
복수의 지지 핀(14) 및 리프트판(15)은 유전체 재료에 의해 형성되어 있다. 복수의 지지 핀(14) 및 리프트판(15)을 형성하는 재료로서는, 예를 들면, 석영, 세라믹스 등을 이용할 수 있다.
<배기 기구>
마이크로파 처리 장치(1)는, 또한, 배기구(13a)와 배기 장치(6)를 접속하는 배기관(17)과, 샤프트(16)와 배기관(17)을 접속하는 배기관(18)과, 배기관(17)의 도중에 마련된 압력 조정 밸브(19)와, 배기관(18)의 도중에 마련된 개폐 밸브(20) 및 압력계(21)를 구비하고 있다. 배기관(18)은, 샤프트(16)의 내부 공간에 연통하도록, 샤프트(16)에 직접 또는 간접적으로 접속되어 있다. 압력 조정 밸브(19)는 배기구(13a)와 배기관(17, 18)의 접속점과의 사이에 마련되어 있다.
배기 장치(6)는 드라이 펌프 등의 진공 펌프를 가지고 있다. 배기 장치(6)의 진공 펌프를 작동시킴으로써, 처리 용기(2)의 내부 공간이 감압 배기된다. 이 때, 개폐 밸브(20)를 개방 상태로 함으로써, 웨이퍼(W)의 이면을 흡인하여, 웨이퍼(W)를 복수의 지지 핀(14)에 흡착시켜서 고정할 수 있다.
<가스 도입 기구>
마이크로파 처리 장치(1)는, 또한, 처리 용기(2) 내에 있어서 웨이퍼(W)가 배치될 예정의 위치의 아래쪽에 배치된 샤워 헤드부(22)와, 샤워 헤드부(22)와 측벽부(12)의 사이에 배치된 링 형상의 정류판(23)과, 샤워 헤드부(22)와 가스 공급부(5)를 접속하는 배관(24)과, 가스 공급부(5)에 접속되어, 처리 용기(2) 내에 처리 가스를 도입하는 복수의 배관(25)을 구비하고 있다.
샤워 헤드부(22)는, 웨이퍼(W)에 대하여 비교적 저온의 처리가 실시될 경우에, 냉각 가스에 의해 웨이퍼(W)를 냉각하기 위한 것이다. 샤워 헤드부(22)는, 배관(24)에 연통하는 가스 통로(22a)와, 가스 통로(22a)에 연통하고, 웨이퍼(W)를 향해서 냉각 가스를 분출하는 복수의 가스 분출 구멍(22b)을 가지고 있다. 도 １에 나타낸 예에서, 복수의 가스 분출 구멍(22b)은 샤워 헤드부(22)의 상면측에 형성되어 있다. 샤워 헤드부(22)는 유전율이 작은 유전체 재료에 의해 형성되어 있다. 샤워 헤드부(22)의 재료로서는, 예를 들면, 석영, 세라믹스 등을 이용할 수 있다. 또, 샤워 헤드부(22)는, 마이크로파 처리 장치(1)에 있어서의 필수적인 구성 요소가 아니라, 마련되지 않아도 좋다.
정류판(23)은, 정류판(23)을 상하로 관통하도록 마련된 복수의 정류 구멍(23a)을 가지고 있다. 정류판(23)은, 처리 용기(2) 내에 있어서 웨이퍼(W)가 배치될 예정 영역의 분위기를 정류하면서 배기구(13a)를 향해서 흘리기 위한 것이다.
가스 공급부(5)는, 처리 가스 또는 냉각 가스로서, 예를 들면, N2, Ar, He, Ne, O2, H2 등의 가스를 공급할 수 있게 구성되어 있다. 또, 마이크로파 처리 장치(1)에 있어서 성막 처리가 실행될 경우에는, 가스 공급부(5)는 성막 원료 가스를 처리 용기(2) 내에 공급한다.
도시하지 않았지만, 마이크로파 처리 장치(1)는, 또한, 배관(24, 25)의 도중에 마련된 매스플로우 컨트롤러 및 개폐 밸브를 구비하고 있다. 샤워 헤드부(22) 및 처리 용기(2) 내에 공급되는 가스의 종류나, 이들 가스의 유량 등은 매스플로우 컨트롤러 및 개폐 밸브에 의해 제어된다.
<온도 계측부>
마이크로파 처리 장치(1)는, 또한, 웨이퍼(W)의 표면 온도를 측정하는 복수의 방사 온도계(26)와, 복수의 방사 온도계(26)에 접속된 온도 계측부(27)를 구비하고 있다. 또, 도 １에서는, 웨이퍼(W)의 중앙부의 표면 온도를 측정하는 방사 온도계(26)를 하나만 도시하고 있다. 복수의 방사 온도계(26)는, 그 상단부가 웨이퍼(W)의 이면에 접근하도록, 바닥부(13)로부터 웨이퍼(W)가 배치될 예정 위치를 향해서 연장하고 있다.
<마이크로파 교반 기구>
마이크로파 처리 장치(1)는, 또한, 처리 용기(2) 내에 있어서 웨이퍼(W)가 배치될 예정 위치의 상방에 배치되고, 복수의 날개에 의해 구성된 스터러팬(stirrer fan)(91)과, 처리 용기(2)의 외부에 마련된 회전 모터(93)와, 천장부(11)를 관통해서 스터러팬(91)과 회전 모터(93)를 접속하는 회전축(92)을 구비하고 있다. 스터러팬(91)은 회전함으로써 처리 용기(2) 내에 도입된 마이크로파를 반사 및 교반하기 위한 것이다. 스터러팬(91)의 날개의 수는, 예를 들면, 4개이다. 스터러팬(91)은, 스터러팬(91)에 충돌한 마이크로파가 열로 변환되거나 흡수되거나 하지 않도록, 유전정접(dielectric tangent)(tanδ)이 작은 유전 재료에 의해 형성되어 있다. 스터러팬(91)을 형성하는 재료로서는, 예를 들면, 금속이나 티탄산 지르콘산 연(PZT) 등으로 이루어지는 복합 세라믹스나, 석영, 사파이어 등을 이용할 수 있다. 또, 스터러팬(91)의 배치는 도 １에 나타낸 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 스터러팬(91)은 처리 용기(2) 내에 있어서 웨이퍼(W)가 배치될 예정 위치의 아래쪽에 배치되어 있어도 좋다.
<제어부>
마이크로파 처리 장치(1)의 각 구성부는, 각각 제어부(8)에 접속되어, 제어부(8)에 의해 제어된다. 제어부(8)는 전형적으로 컴퓨터이다. 도 ５는 도 １에 나타낸 제어부(8)의 구성을 나타내는 설명도이다. 도 ５에 나타낸 예에서는, 제어부(8)는 CPU(중앙 연산 처리 장치)를 구비한 프로세스 컨트롤러(81)와, 이 프로세스 컨트롤러(81)에 접속된 유저 인터페이스(82) 및 기억부(83)를 구비하고 있다.
프로세스 컨트롤러(81)는, 마이크로파 처리 장치(1)에 있어서, 예를 들면, 온도, 압력, 가스 유량, 마이크로파 출력 등의 프로세스 조건에 관계되는 각 구성부(예를 들면, 마이크로파 도입 장치(3), 지지 장치(4), 가스 공급부(5), 배기 장치(6), 온도 계측부(27) 등)를 통괄해서 제어하는 제어 수단이다.
유저 인터페이스(82)는, 공정 관리자가 마이크로파 처리 장치(1)를 관리하기 위해서 커맨드의 입력 조작 등을 실행하는 키보드나 터치 패널, 마이크로파 처리 장치(1)의 가동 상황을 가시화해서 표시하는 디스플레이 등을 가지고 있다.
기억부(83)에는, 마이크로파 처리 장치(1)로 실행되는 각종 처리를 프로세스 컨트롤러(81)의 제어에 의해 실현하기 위한 제어 프로그램(소프트웨어)이나, 처리 조건 데이터 등이 기록된 레시피 등이 보존되어 있다. 프로세스 컨트롤러(81)는, 유저 인터페이스(82)로부터의 지시 등, 필요에 따라서, 임의의 제어 프로그램이나 레시피를 기억부(83)로부터 호출해서 실행한다. 이에 따라, 프로세스 컨트롤러(81)에 의한 제어 하에서, 마이크로파 처리 장치(1)의 처리 용기(2) 내에서 소망하는 처리가 실행된다.
상기의 제어 프로그램 및 레시피는, 예를 들면, CD-ROM, 하드 디스크, 플렉시블 디스크, 플래쉬 메모리, DVD, 블루레이 디스크 등의 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체에 저장된 상태의 것을 이용할 수 있다. 또한, 상기의 레시피는, 다른 장치로부터, 예를 들면, 전용 회선을 거쳐서 수시로 전송되어 온라인에서 이용하는 것도 가능하다.
<마이크로파 도입 장치>
다음에, 도 １ 또는 도 ４를 참조하여, 마이크로파 도입 장치(3)의 구성에 대해서 자세하게 설명한다. 도 ２는 마이크로파 도입 장치(3)의 고전압 전원부의 개략적인 구성을 나타내는 설명도이다. 도 ３는 마이크로파 도입 장치(3)의 고전압 전원부의 회로 구성의 일예를 나타내는 회로도이다. 도 ４는 도 １에 나타낸 처리 용기(2)의 천장부(11)의 상면을 나타내는 평면도이다.
상술한 바와 같이, 마이크로파 도입 장치(3)는 처리 용기(2)의 상부에 마련되어, 처리 용기(2) 내에 전자파(마이크로파)를 도입하는 마이크로파 도입 수단으로서 기능한다. 도 １에 나타낸 바와 같이, 마이크로파 도입 장치(3)는 마이크로파를 처리 용기(2)에 도입하는 복수의 마이크로파 유닛(30)과, 복수의 마이크로파 유닛(30)에 접속된 고전압 전원부(40)를 구비하고 있다.
(마이크로파 유닛)
본 실시형태에서는, 복수의 마이크로파 유닛(30)의 구성은 모두 동일하다. 각 마이크로파 유닛(30)은, 웨이퍼(W)를 처리하기 위한 마이크로파를 생성하는 마그네트론(31)과, 마그네트론(31)에서 생성된 마이크로파를 처리 용기(2)에 전송하는 도파관(32)과, 마이크로파 도입 포트(11a)를 막도록 천장부(11)에 고정된 투과창(33)을 가지고 있다. 마그네트론(31)은 본 발명에서의 마이크로파원에 대응하고, 도파관(32)은 본 발명에서의 전송로에 대응한다.
도 ４에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에서, 처리 용기(2)는 천장부(11)에 있어서 둘레 방향으로 등간격으로 배치된 4개의 마이크로파 도입 포트(11a)를 가지고 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 마이크로파 유닛(30)의 수는 4개이다. 이하, 4개의 마이크로파 유닛(30)의 각각의 마그네트론(31)을 서로 구별해서 나타낼 경우에는, 부호 31A, 31B, 31C, 31D를 부여해서 나타낸다. 도 ４에 있어서의 상측의 마이크로파 도입 포트(11a)는, 예를 들면, 마그네트론(31A)에 의해 생성된 마이크로파를 처리 용기(2)에 도입한다. 도 ４에 있어서의 하측의 마이크로파 도입 포트(11a)는, 예를 들면, 마그네트론(31B)에 의해 생성된 마이크로파를 처리 용기(2)에 도입한다. 도 ４에 있어서의 좌측의 마이크로파 도입 포트(11a)는, 예를 들면, 마그네트론(31C)에 의해 생성된 마이크로파를 처리 용기(2)에 도입한다. 도 ４에 있어서의 우측의 마이크로파 도입 포트(11a)는, 예를 들면, 마그네트론(31D)에 의해 생성된 마이크로파를 처리 용기(2)에 도입한다.
마그네트론(31)은 고전압 전원부(40)에 의해 공급되는 고전압이 인가되는 양극 및 음극을 가지고 있다. 또한, 마그네트론(31)으로서는, 각종 주파수의 마이크로파를 발진할 수 있는 것을 이용할 수 있다. 마그네트론(31)에 의해 생성되는 마이크로파는, 피처리체의 처리마다 적절한 주파수를 선택하고, 예를 들면, 어닐 처리에 있어서는, 2.45 GHz, 5.8 GHz 등의 높은 주파수의 마이크로파인 것이 바람직하고, 5.8 GHz의 마이크로파인 것이 특히 바람직하다.
도파관(32)은, 단면이 직사각형 또한 링 형상의 각통 형상을 가지며, 처리 용기(2)의 천장부(11)의 상면으로부터 상방으로 연장하고 있다. 마그네트론(31)은 도파관(32)의 상단부의 근방에 접속되어 있다. 도파관(32)의 하단부는 투과창(33)의 상면에 접하고 있다. 마그네트론(31)에서 생성된 마이크로파는 도파관(32) 및 투과창(33)을 거쳐서 처리 용기(2) 내에 도입된다.
투과창(33)은 유전체 재료에 의해 형성되어 있다. 투과창(33)의 재료로서는, 예를 들면, 석영, 세라믹스 등을 이용할 수 있다.
마이크로파 유닛(30)은, 또한, 도파관(32)의 도중에 마련된 써큘레이터(circulator)(34), 검출기(35) 및 튜너(36)와, 써큘레이터(34)에 접속된 더미 로드(37)를 가지고 있다. 써큘레이터(34), 검출기(35) 및 튜너(36)는 도파관(32)의 상단부쪽으로부터 이 순서로 마련되어 있다. 써큘레이터(34) 및 더미 로드(37)는 처리 용기(2)로부터의 반사파를 분리하는 아이솔레이터를 구성한다. 즉, 써큘레이터(34)은 처리 용기(2)로부터의 반사파를 더미 로드(37)로 인도하고, 더미 로드(37)는 써큘레이터(34)에 의해 인도된 반사파를 열로 변환한다.
검출기(35)는 도파관(32)에 있어서의 처리 용기(2)로부터의 반사파를 검출하기 위한 것이다. 검출기(35)는, 예를 들면, 임피던스 모니터, 구체적으로는, 도파관(32)에 있어서의 정재파의 전계를 검출하는 정재파 모니터에 의해 구성되어 있다. 정재파 모니터는, 예를 들면, 도파관(32)의 내부 공간으로 돌출하는 3개의 핀에 의해 구성할 수 있다. 정재파 모니터에 의해 정재파의 전계의 장소, 위상 및 강도를 검출하는 것에 의해, 처리 용기(2)로부터의 반사파를 검출할 수 있다. 또한, 검출기(35)는 진행파와 반사파를 검출하는 것이 가능한 방향성 결합기에 의해 구성되어 있어도 좋다.
튜너(36)는 마그네트론(31)과 처리 용기(2)의 사이의 임피던스를 정합하는 기능을 가지고 있다. 튜너(36)에 의한 임피던스 정합은, 검출기(35)에 있어서의 반사파의 검출 결과에 근거하여 실행된다. 튜너(36)는, 예를 들면, 도파관(32)의 내부 공간에 출입할 수 있도록 마련된 도체판에 의해 구성할 수 있다. 이 경우, 도체판의, 도파관(32)의 내부 공간으로의 돌출량을 제어함으로써, 반사파의 전력량을 조정하여, 마그네트론(31)과 처리 용기(2)의 사이의 임피던스를 조정할 수 있다.
(고전압 전원부)
고전압 전원부(40)는 마그네트론(31)에 대하여 마이크로파를 생성하기 위한 고전압을 공급한다. 도 ２에 나타낸 바와 같이, 고전압 전원부(40)는 상용 전원에 접속된 AC-DC 변환 회로(41)와, AC-DC 변환 회로(41)에 접속된 스위칭 회로(42)와, 스위칭 회로(42)의 동작을 제어하는 스위칭 컨트롤러(43)와, 스위칭 회로(42)에 접속된 승압 트랜스포머(44)와, 승압 트랜스포머(44)에 접속된 정류 회로(45)를 가지고 있다. 마그네트론(31)은 정류 회로(45)를 거쳐서 승압 트랜스포머(44)에 접속되어 있다.
AC-DC 변환 회로(41)는 상용 전원으로부터의 교류(예를 들면, 3상 200V의 교류)를 정류해서 소정 파형의 직류로 변환하는 회로이다. 스위칭 회로(42)는 AC-DC 변환 회로(41)에 의해 변환된 직류의 온·오프를 제어하는 회로이다. 스위칭 컨트롤러(43)는, 예를 들면, CPU 또는 FPGA(필드-프로그래머블 게이트 어레이)를 구비하고 있어, 스위칭 회로(42)를 제어하기 위한 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 생성한다. 스위칭 회로(42)에서는, 스위칭 컨트롤러(43)에 의해 PWM 제어가 실행되어, 펄스 형상의 전압 파형이 생성된다. 승압 트랜스포머(44)는 스위칭 회로(42)로부터 출력된 전압 파형을 소정 크기로 승압하는 것이다. 정류 회로(45)는 승압 트랜스포머(44)에 의해 승압된 전압을 정류해서 마그네트론(31)에 공급하는 회로이다.
이하, 도 ３을 참조하여, 마이크로파 도입 장치(3)가 4개의 마이크로파 유닛(30)(마그네트론(31))을 구비하고 있을 경우의 고전압 전원부(40)의 구성의 일례에 대해서 설명한다. 이 예에서는, 고전압 전원부(40)는 1개의 AC-DC 변환 회로(41)와, 2개의 스위칭 회로(42A, 42B)와, 1개의 스위칭 컨트롤러(43)와, 2개의 승압 트랜스포머(44A, 44B)와, 2개의 정류 회로(45A, 45B)를 가지고 있다.
AC-DC 변환 회로(41)는 상용 전원에 접속된 정류 회로(51)와, 정류 회로(51)에 접속된 평활 회로(52)와, 스위칭 회로(42)에 접속된 평활 회로(54)와, 평활 회로(52)와 평활 회로(54)의 사이에 마련된 역률 개선을 위한 파워 FET(53)를 가지고 있다. 정류 회로(51)는 2개의 출력단을 가지고 있다. 평활 회로(52)는 정류 회로(51)의 2개의 출력단에 접속된 2개 배선(61, 62)의 사이에 마련된 콘덴서에 의해 구성되어 있다. 파워 FET(53)은 배선(61)의 도중에 마련되어 있다. 평활 회로(54)는 배선(61)의 도중에 마련된 코일과, 배선(61, 62)의 사이에 마련된 콘덴서에 의해 구성되어 있다.
스위칭 회로(42A)는 AC-DC 변환 회로(41)에 의해 변환된 직류의 온·오프를 제어함과 아울러, 펄스 형상의 전압 파형을 생성해서 승압 트랜스포머(44A)에 대하여 정방향의 전류와 부방향의 전류를 출력하는 회로이다. 스위칭 회로(42A)는 풀 브리지 회로(H 브리지라 함)를 구성하는 4개의 스위칭 트랜지스터(55A, 56A, 57A, 58A)를 가지고 있다. 스위칭 트랜지스터(55A, 56A)는, 직렬로 접속되어, 배선(61)에 접속된 배선(63a)과 배선(62)에 접속된 배선(64a)과의 사이에 마련되어 있다. 스위칭 트랜지스터(57A, 58A)는, 직렬로 접속되어, 배선(63a, 64a)의 사이에 마련되어 있다. 스위칭 회로(42A)는 또한, 스위칭 트랜지스터(55A∼58A)에 대하여 제각기 병렬로 접속된 공진 콘덴서를 가지고 있다.
마찬가지로, 스위칭 회로(42B)는 AC-DC 변환 회로(41)에 의해 변환된 직류의 온·오프를 제어함과 아울러, 펄스 형상의 전압 파형을 생성해서 승압 트랜스포머(44B)에 대하여 정방향의 전류와 부방향의 전류를 출력하는 회로이다. 스위칭 회로(42B)는 풀 브리지 회로를 구성하는 4개의 스위칭 트랜지스터(55B, 56B, 57B, 58B)를 가지고 있다. 스위칭 트랜지스터(55B, 56B)는, 직렬로 접속되어, 배선(61)에 접속된 배선(63b)과 배선(62)에 접속된 배선(64b)과의 사이에 마련되어 있다. 스위칭 트랜지스터(57B, 58B)는, 직렬로 접속되어, 배선(63b, 64b)의 사이에 마련되어 있다. 스위칭 회로(42B)는 또한, 스위칭 트랜지스터(55B∼58B)에 대하여 제각기 병렬로 접속된 공진 콘덴서를 가지고 있다.
스위칭 트랜지스터(55A∼58A, 55B∼58B)로서는, 효율의 관점에서 전계 효과형 트랜지스터(FET)를 이용할 수 있다. 스위칭 트랜지스터(55A∼58A, 55B∼58B)에 이용하는 FET로서는, MOSFET가 바람직하고, 파워 MOSFET가 특히 바람직하다. 또한, MOSFET 대신에, MOSFET에 비해 고내압이며, 고파워용에 적합한 IGBT(절연 게이트형 바이폴러 트랜지스터)를 이용하여도 좋다.
승압 트랜스포머(44A)는 2개의 입력단과 2개의 출력단을 가지고 있다. 승압 트랜스포머(44A)의 2개의 입력단의 한쪽은 스위칭 트랜지스터(55A, 56A)의 사이에 접속되고, 다른 쪽은 스위칭 트랜지스터(57A, 58A)의 사이에 접속되어 있다. 마찬가지로, 승압 트랜스포머(44B)는 2개의 입력단과 2개의 출력단을 가지고 있다. 승압 트랜스포머(44B)의 2개의 입력단의 한쪽은 스위칭 트랜지스터(55B, 56B)의 사이에 접속되고, 다른 쪽은 스위칭 트랜지스터(57B, 58B)의 사이에 접속되어 있다.
정류 회로(45A)는, 승압 트랜스포머(44A)의 2개의 출력단의 한쪽에 접속된 2개의 다이오드와, 2개의 출력단의 다른 쪽에 접속된 2개의 다이오드에 의해 구성되어 있다. 마그네트론(31A)은 승압 트랜스포머(44A)의 2개의 출력단에 각각 접속된 2개의 다이오드를 거쳐서 승압 트랜스포머(44A)에 접속되어 있다. 마그네트론(31B)은, 승압 트랜스포머(44A)의 2개의 출력단에 각각 접속된 것 외의 2개의 다이오드를 거쳐서 승압 트랜스포머(44A)에 접속되어 있다. 정류 회로(45A)의 4개의 다이오드는, 승압 트랜스포머(44A)로부터 마그네트론(31A)을 향하는 전류의 방향과 승압 트랜스포머(44A)로부터 마그네트론(31B)을 향하는 전류의 방향이 역방향으로 되도록 구성되어 있다.
마찬가지로, 정류 회로(45B)는, 승압 트랜스포머(44B)의 2개의 출력단의 한쪽에 접속된 2개의 다이오드와, 2개의 출력단의 다른 쪽에 접속된 2개의 다이오드에 의해 구성되어 있다. 마그네트론(31C)은, 승압 트랜스포머(44B)의 2개의 출력단에 각각 접속된 2개의 다이오드를 거쳐서 승압 트랜스포머(44B)에 접속되어 있다. 마그네트론(31D)은, 승압 트랜스포머(44B)의 2개의 출력단에 각각 접속된 것 외의 2개의 다이오드를 거쳐서 승압 트랜스포머(44B)에 접속되어 있다. 정류 회로(45B)의 4개의 다이오드는, 승압 트랜스포머(44B)로부터 마그네트론(31C)을 향하는 전류의 방향과 승압 트랜스포머(44B)로부터 마그네트론(31D)을 향하는 전류의 방향이 역방향으로 되도록 구성되어 있다.
[처리 순서]
다음에, 웨이퍼(W)에 대하여 어닐 처리를 실시할 경우를 예로 들어, 마이크로파 처리 장치(1)에 있어서의 처리의 순서에 대해서 설명한다. 우선, 예를 들면 유저 인터페이스(82)로부터, 마이크로파 처리 장치(1)에 있어서 어닐 처리를 실행하도록, 프로세스 컨트롤러(81)에 지령이 입력된다. 다음에, 프로세스 컨트롤러(81)는, 이 지령을 받아, 기억부(83) 또는 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체에 보존된 레시피를 판독한다. 다음에, 레시피에 근거하는 조건에 의해 어닐 처리가 실행되도록, 프로세스 컨트롤러(81)로부터 마이크로파 처리 장치(1)의 각 엔드 디바이스(예를 들면, 마이크로파 도입 장치(3), 지지 장치(4), 가스 공급부(5), 배기 장치(6) 등)에 제어 신호가 송출된다.
다음에, 게이트 밸브(G)가 열린 상태로 되어, 도시하지 않는 반송 장치에 의해, 웨이퍼(W)가 게이트 밸브(G) 및 반입출구(12a)를 통하여 처리 용기(2) 내에 반입된다. 웨이퍼(W)는 지지 핀(14) 위에 탑재된다. 다음에, 게이트 밸브(G)가 닫힌 상태로 되어, 배기 장치(6)에 의해, 처리 용기(2) 내가 감압 배기된다. 이 때, 개폐 밸브(20)가 열린 상태로 되어서, 웨이퍼(W)의 이면이 흡인되어서, 웨이퍼(W)가 지지 핀(14)에 흡착 고정된다. 다음에, 가스 공급부(5)에 의해, 소정의 유량의 처리 가스 및 냉각 가스가 도입된다. 처리 용기(2)의 내부 공간은, 배기량 및 가스 공급량을 조정함으로써, 소정의 압력으로 조정된다.
다음에, 고전압 전원부(40)로부터 마그네트론(31)에 대하여 전압을 인가해서 마이크로파를 생성한다. 마그네트론(31)에서 생성된 마이크로파는, 도파관(32)을 전파하고, 다음에, 투과창(33)을 투과해서, 처리 용기(2) 내에 있어서의 웨이퍼(W)의 상방의 공간으로 도입된다. 본 실시형태에서는, 복수의 마그네트론(31)에 있어서 동시에 복수의 마이크로파를 생성하고, 복수의 마이크로파를 동시에 처리 용기(2) 내에 도입한다. 또, 복수의 마그네트론(31)에 있어서 동시에 복수의 마이크로파를 생성하는 방법에 대해서는, 나중에 자세하게 설명한다.
처리 용기(2)에 도입된 복수의 마이크로파는, 웨이퍼(W)의 표면에 조사되어서, 주울(joule) 가열, 자성 가열, 유도 가열 등의 전자파 가열에 의해, 웨이퍼(W)가 신속하게 가열된다. 그 결과, 웨이퍼(W)에 대하여 어닐 처리가 실시된다.
프로세스 컨트롤러(81)로부터 마이크로파 처리 장치(1)의 각 엔드 디바이스에 플라즈마 처리를 종료시키는 제어 신호가 송출되면, 마이크로파의 생성이 정지됨과 아울러, 처리 가스 및 냉각 가스의 공급이 정지되어서, 웨이퍼(W)에 대한 어닐 처리가 종료한다. 다음에, 게이트 밸브(G)가 열린 상태로 되어, 도시하지 않는 반송 장치에 의해, 웨이퍼(W)가 반출된다.
<마이크로파의 생성 방법>
다음에, 도 ３을 참조하여, 복수의 마그네트론(31)에 있어서 동시에 복수의 마이크로파를 생성하는 방법에 대해서 자세하게 설명한다. 스위칭 회로(42A, 42B)에서는 스위칭 컨트롤러(43)에 의해 PWM 제어가 실행되고, 펄스 형상의 전압 파형이 생성된다. 즉, 스위칭 트랜지스터(55A∼58A, 55B∼58B)에는, 스위칭 컨트롤러(43)로부터 각각 제어된 게이트 드라이브 신호로서의 PWM 신호가 입력된다. 스위칭 회로(42A, 42B)는 이들 신호를 합성해서 펄스 형상의 전압 파형을 생성한다. 이 펄스 형상의 전압 파형은, 예를 들면, 스위칭 컨트롤러(43)에 의한 PWM 신호 및 마그네트론(31)에 의한 마이크로파의 출력 파형(후술)과 연관되는 테이블의 형식으로 제어부(8)의 기억부(83)에 보존해 둘 수 있다. 해당 테이블에서는, 마그네트론(31)에 있어서의 마이크로파의 출력 파형과, 그것을 생성시키기 위한 상기 펄스 형상의 전압 파형과, 이 전압 파형을 스위칭 회로(42A, 42B)에서 생성시키기 위한 PWM 신호가, 대응지어져 규정되어 있다. 그리고, 예를 들면 유저 인터페이스(82)로부터의 지시에 근거하여, 스위칭 컨트롤러(43)는 상위의 제어부인 프로세스 컨트롤러(81)와 협동하여, 기억부(83)에 보존된 테이블로부터, 목적으로 하는 마이크로파의 출력 파형에 대응한 펄스 형상의 전압 파형을 얻을 수 있도록, PWM 신호를 송출한다.
스위칭 트랜지스터(55A, 58A)에 게이트 드라이브 신호를 입력하면, 승압 트랜스포머(44A)로부터 보았을 때에 정방향(전압이 증가하는 방향)의 전압 파형이 생성됨과 아울러, 스위칭 트랜지스터(55A), 승압 트랜스포머(44A), 스위칭 트랜지스터(58A)를 순서대로 경유하는 방향(정방향)으로 전류가 흐른다. 이에 따라, 승압 트랜스포머(44A)의 ２차측(출력단측)에서는, 마그네트론(31A)을 경유하는 방향으로 전류가 발생한다. 또한, 승압 트랜스포머(44A)는, 승압 트랜스포머(44A)의 ２차측(출력단측)의 전압이 소정의 크기로 되도록 승압한다. 이렇게 하여, 마그네트론(31A)에 대하여 마이크로파를 생성하기 위한 고전압이 공급되어, 마그네트론(31A)에서 마이크로파가 생성된다.
스위칭 트랜지스터(56A, 57A)에 게이트 드라이브 신호를 입력하면, 승압 트랜스포머(44A)로부터 보았을 때에 부방향(전압이 감소하는 방향)의 전압 파형이 생성됨과 아울러, 스위칭 트랜지스터(57A), 승압 트랜스포머(44A), 스위칭 트랜지스터(56A)를 순서대로 경유하는 방향(부방향)으로 전류가 흐른다. 이에 따라, 승압 트랜스포머(44A)의 ２차측에서는, 마그네트론(31B)을 경유하는 방향으로 전류가 발생한다. 또한, 승압 트랜스포머(44A)는, 승압 트랜스포머(44A)의 ２차측의 전압이 소정의 크기로 되도록 승압한다. 이렇게 하여, 마그네트론(31B)에 대하여 마이크로파를 생성하기 위한 고전압이 공급되어, 마그네트론(31B)에서 마이크로파가 생성된다.
스위칭 트랜지스터(55B, 58B)에 게이트 드라이브 신호를 입력하면, 승압 트랜스포머(44B)로부터 보았을 때에 정방향의 전압 파형이 생성됨과 아울러, 스위칭 트랜지스터(55B), 승압 트랜스포머(44B), 스위칭 트랜지스터(58B)를 순서대로 경유하는 방향(정방향)으로 전류가 흐른다. 이에 따라, 승압 트랜스포머(44B)의 ２차측에서는, 마그네트론(31C)을 경유하는 방향으로 전류가 발생한다. 또한, 승압 트랜스포머(44B)는 승압 트랜스포머(44B)의 ２차측의 전압이 소정의 크기로 되도록 승압한다. 이렇게 하여, 마그네트론(31C)에 대하여 마이크로파를 생성하기 위한 고전압이 공급되어, 마그네트론(31C)에서 마이크로파가 생성된다.
스위칭 트랜지스터(56B, 57B)에 게이트 드라이브 신호를 입력하면, 승압 트랜스포머(44B)로부터 보았을 때에 부방향의 전압 파형이 생성됨과 아울러, 스위칭 트랜지스터(57B), 승압 트랜스포머(44B), 스위칭 트랜지스터(56B)를 순서대로 경유하는 방향(부방향)으로 전류가 흐른다. 이에 따라, 승압 트랜스포머(44B)의 ２차측에서는, 마그네트론(31D)을 경유하는 방향으로 전류가 발생한다. 또한, 승압 트랜스포머(44B)는 승압 트랜스포머(44B)의 ２차측의 전압이 소정의 크기로 되도록 승압한다. 이렇게 하여, 마그네트론(31D)에 대하여 마이크로파를 생성하기 위한 고전압이 공급되어, 마그네트론(31D)에서 마이크로파가 생성된다.
본 실시형태에서는, 스위칭 컨트롤러(43)는 마그네트론(31A∼31D)에서 펄스 형상으로 마이크로파가 생성되도록, 스위칭 회로(42A, 42B)를 제어한다. 특히, 본 실시형태에서는, 스위칭 컨트롤러(43)는 펄스 형상의 마이크로파를 생성하기 위해서, 스위칭 회로(42A, 42B)에 대하여, 복수의 PWM 신호를 송출한다. 이에 따라, 스위칭 회로(42A, 42B)에서는 복수의 펄스 형상의 전압 파형이 생성된다. 복수의 펄스 형상의 전압 파형과 마이크로파의 출력 및 주파수의 관계에 대해서는, 나중에 자세하게 설명한다.
또한, 스위칭 컨트롤러(43)는 마그네트론(31A, 31C)에서 마이크로파를 생성하는 상태와 마이크로파를 생성하지 않는 상태를 교대로 복수회 반복하도록, 스위칭 회로(42A, 42B)(스위칭 트랜지스터(55A, 58A, 55B, 58B))를 제어한다. 또한, 스위칭 컨트롤러(43)는, 마그네트론(31A, 31C)과 동시에 마이크로파를 생성하지 않도록, 마그네트론(31B, 31D)에서 마이크로파를 생성하는 상태와 마이크로파를 생성하지 않는 상태를 교대로 복수회 반복하도록, 스위칭 회로(42A, 42B)(스위칭 트랜지스터(56A, 57A, 56B, 57B))를 제어한다. 각 마그네트론(31A∼31D)에서 마이크로파가 생성되는 상태 1회당의 시간은, 예를 들면, 20 ms이다. 이렇게 하여, 마그네트론(31A∼31D)에서 동시에 2개 마이크로파가 생성되어, 2개의 마이크로파가 동시에 처리 용기(2)에 도입된다. 또, 스위칭 컨트롤러(43)는 제어부(8)의 프로세스 컨트롤러(81)에 의해 제어된다.
그런데, 처리 용기(2)에 도입된 마이크로파는 처리 용기(2) 내에서 정재파를 형성한다. 웨이퍼(W)를 처리하기 위한 상태가 계속되고 있는 동안에, 이 정재파의 복과 절의 위치가 고정되면, 가열 얼룩이 발생하는 등, 웨이퍼(W)에 대하여 균일한 처리가 실행되지 않게 될 우려가 있다. 이것에 대하여, 본 실시형태에서는, 웨이퍼(W)를 처리하기 위한 상태가 계속되고 있는 동안에, 마이크로파의 주파수를 변화시킴으로써, 처리 용기(2) 내에서의 정재파의 상태를 변화시킨다. 이하, 이것에 대해서, 도 ６ 및 도 ７을 참조해서 자세하게 설명한다.
일반적으로, 마이크로파의 출력(파워)이 변화하면, 마이크로파의 중심 주파수가 변화되는 것이 알려져 있다. 구체적으로는, 마이크로파의 출력이 커짐에 따라서, 마이크로파의 중심 주파수도 높아진다. 마이크로파의 출력은, 마그네트론(31)에 인가되는 전압의 크기에 의해 제어할 수 있다. 따라서, 마그네트론(31)에 인가되는 전압의 크기를 제어함으로써， 마이크로파의 주파수를 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 5.8 GHz의 마이크로파를 생성하는 마그네트론(31)의 경우, 마그네트론(31)에 인가되는 전압의 크기를 변화시키는 것에 의해, 5.8 GHz± 193 MHz의 범위에서 마이크로파의 주파수를 변화시킬 수 있다. 마그네트론(31)에 인가되는 전압의 크기는 스위칭 회로(42)에서 생성되는 상기 펄스 형상의 전압 파형의 전압의 크기에 의해 제어할 수 있다.
본 실시형태에서는, 웨이퍼(W)를 처리하기 위한 상태가 계속되고 있는 동안에, 마그네트론(31)에 공급되는 전압의 크기를 변화시키는 것에 의해, 마이크로파의 주파수를 변화시킨다. 이에 따라, 처리 용기(2) 내에서의 정재파의 상태, 보다 구체적으로는, 정재파의 복과 절의 위치를 변화시킨다. 마이크로파의 주파수를 변화시키는 형태로서는, 예를 들면, 1회의 마이크로파를 생성하는 상태 동안에, 즉, 1개의 펄스 동안에 마이크로파의 주파수를 변화시키는 제 １ 형태와, 마이크로파를 생성하는 상태들간에, 즉, 펄스마다 마이크로파의 주파수를 변화시키는 제 ２ 형태가 있다.
도 ６은 펄스 형상의 마이크로파를 생성하기 위한 전압 파형을 모식적으로 나타내는 설명도이다. 도 ６에 있어서, (a1), (a2)는 1 펄스 내에서 마이크로파의 출력이 일정한 경우의 예를 나타내고 있다. (b1), (b2)는 1 펄스 내에서 마이크로파의 출력이 증가할 경우의 예를 나타내고 있다. (c1), (c2)는 1 펄스 내에서 마이크로파의 출력이 감소할 경우의 예를 나타내고 있다. (d1), (d2)는 1 펄스 내에서 마이크로파의 출력이 증가한 후, 감소할 경우의 예를 나타내고 있다. 도 ６에 있어서, (a1), (b1), (c1), (d1)는 승압 트랜스포머(44)의 1차측(입력단측)의 전압 파형, 즉, 스위칭 회로(42A, 42B)에서 생성되는 복수의 펄스 형상의 전압 파형을 나타내고 있다. 또한, (a2), (b2), (c2), (d2)는 승압 트랜스포머(44)의 ２차측(출력단측)의 전압 파형, 즉, 마그네트론(31)에 인가되는 전압 파형을 나타내고 있다. 마이크로파의 출력은 승압 트랜스포머(44)의 ２차측의 전압 파형과 마찬가지로 변화된다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 스위칭 컨트롤러(43)는 펄스 형상의 마이크로파를 생성하기 위해서, 스위칭 회로(42A, 42B)에 대하여, 복수의 PWM 신호를 송출한다. 이에 따라, 스위칭 회로(42A, 42B)에서는 복수의 펄스 형상의 전압 파형이 생성된다. 도 ６에 있어서의 (ａ1), (b1), (c1), (d1)는 이렇게 하여 생성된 복수의 펄스 형상의 전압 파형을 나타내고 있다. 이 펄스 형상의 전압 파형의 주파수가 승압 트랜스포머(44)의 통과 주파수 대역보다도 높아지면, 승압 트랜스포머(44)가 필터로서 기능한다. 그 결과, 승압 트랜스포머(44)의 ２차측에 1개의 펄스 형상의 전압 파형이 생성된다. 도 ６에 있어서의 (a2), (b2), (c2), (d2)는 이렇게 하여 생성된 전압 파형을 나타내고 있다. 마그네트론(31)에서는, 상기의 ２차측에 있어서의 1개의 펄스 형상의 전압 파형에 근거하여, 펄스 형상의 마이크로파가 생성된다.
또, ２차측에서 1개의 펄스 형상의 전압 파형을 생성하기 위해서 필요한 1차측의 전압 파형의 펄스의 수, 즉, 1개의 펄스 형상의 마이크로파를 생성하기 위해서 필요한 PWM 신호의 수는, 예를 들면, 100개이다.
그런데, 마이크로파의 출력은 ２차측의 전압 파형의 전압의 크기에 의존하고, ２차측의 전압 파형의 전압의 크기는 1차측의 전압 파형의 펄스 마다의 전압의 크기에 의존한다. 도 6의 (a1), (a2)에 나타낸 바와 같이, 1차측의 전압 파형의 펄스마다의 전압의 크기를 일정하게 하면, ２차측의 전압 파형에 있어서, 1 펄스 내에서의 전압의 크기는 일정해진다. 이것에 대하여, 도 ６의 (b1), (c1), (d1)에 나타낸 바와 같이, 1차측의 전압 파형의 펄스마다의 전압의 크기를 조금씩 변화시키면, 도 6의 (b2), (c2), (d2)에 나타낸 바와 같이, ２차측의 전압 파형에 있어서, 1 펄스 내에서 전압의 크기가 변화된다. 제 １ 형태에서는, 도 ６의 (b1), (c1), (d1)에 나타낸 바와 같이, 1차측의 전압 파형의 펄스마다의 전압의 크기를 변화시키고, ２차측의 전압 파형에 있어서 1 펄스 내에서의 전압의 크기를 변화시키는 것에 의해, 1개의 펄스 동안에 마이크로파의 출력을 변화시킨다. 이에 따라, 1개의 펄스의 동안에 마이크로파의 주파수를 변화시킬 수 있다. 또, 도 6의 (a2)에 나타낸 바와 같이, ２차측의 전압 파형이 1 펄스 내에서 일정한 크기의 경우에는, 도 6의 (a1)에 나타내는 바와 같은 복수의 펄스 형상의 전압은 반드시 필요한 것은 아니라, 예를 들면, 단일의 직사각형 형상 전압 파형에 의해 얻는 것이 가능하다.
도 ７은 제 ２ 형태에 있어서 마이크로파를 생성하기 위한 전압 파형을 모식적으로 나타내는 설명도이다. 또, 도 ７에서는, 마이크로파를 생성하기 위한 전압 파형으로서, 도 6의 (a2), (b2), (c2), (d2)와 마찬가지로, 승압 트랜스포머(44)의 ２차측의 전압 파형을 나타내고 있다. 또한, 제 １ 형태와 마찬가지로, 마이크로파의 출력은 승압 트랜스포머(44)의 ２차측의 전압 파형과 마찬가지로 변화된다. 도 ７에 나타낸 예에서는, 마이크로파를 생성하는 상태들간에, 즉, 펄스마다 전압 파형의 전압의 크기를 변화시키고 있다. 도 ７에서는 좌측부터, 제 １ 펄스, 제 ２ 펄스, 제 ３ 펄스 및 제 ４ 펄스가 표시되어 있다. 1개의 펄스 내에서 보면, 도 6의 (a2)에 나타낸 예와 같이, 전압 파형의 전압의 크기는 일정하지만, 제 1 ∼ 제 ４ 펄스들간에 전압 파형의 전압의 크기를 변화시키는 것에 의해, 펄스마다 마이크로파의 출력 및 주파수를 임의로 변화시킬 수 있다.
또한, 도 ７에 나타낸 예에서는, 제 １ 펄스와 제 ４ 펄스에 있어서의 전압 파형의 전압의 크기는 동일하고, 제 ２ 펄스는 제 １ 펄스보다도 전압 파형의 전압의 크기가 작고, 제 ３ 펄스는 제 ２ 펄스보다도 전압 파형의 전압의 크기가 작아지고 있다. 이런 경우, 예를 들면, 제 １ 펄스로부터 제 ３ 펄스까지를 1 단위로해서, 이 한 단위를 복수회 반복해 출력시킴으로써, 복수의 펄스 단위로 마이크로파의 출력 및 주파수를 조금씩 변화시킨다라는 제어도 가능하다.
이상과 같이, 펄스 형상으로 생성된 마이크로파를 생성하기 위한 전압 파형(승압 트랜스포머(44)의 ２차측의 전압 파형)의 제어는, 1 펄스 내에서 전압 파형의 전압의 크기를 변화시키는 것과, 펄스간에 전압 파형의 전압의 크기를 변화시키는 것의 양쪽을 포함할 수 있다. 그리고, 마이크로파의 주파수의 제어도, 1 펄스 내에서 주파수를 변화시키는 것과, 펄스간에 주파수를 변화시키는 것의 양쪽을 포함할 수 있다.
또, 마이크로파의 주파수를 변화시키는 형태로서는, 도 ６에 나타낸 제 １ 형태와 도 ７에 나타낸 제 ２ 형태에 한정되지 않는다. 예를 들면, 마이크로파의 주파수를 변화시키는 형태로서, 제 １ 형태와 제 ２ 형태를 조합해도 좋다. 또한, 마그네트론(31)마다 독립해서 마이크로파의 주파수를 변화시켜도 좋고, 마그네트론(31) 간에 연계시키면서 마이크로파의 주파수를 변화시켜도 좋다.
다음에, 본 실시형태에 따른 마이크로파 처리 장치(1) 및 마이크로파 처리 장치(1)를 이용한 웨이퍼(W)의 처리 방법의 효과에 대해서 설명한다. 본 실시형태에서는, 상술한 바와 같이, 웨이퍼(W)를 처리하기 위한 상태가 계속되고 있는 동안에, 마이크로파의 주파수를 변화시킨다. 특히, 본 실시형태에서는, 마그네트론(31)에 인가되는 전압의 크기를 제어함으로써，적극적으로 마이크로파의 주파수를 변화시키고 있다. 이에 따라, 본 실시형태에 따르면， 처리 용기(2) 내에 있어서의 정재파의 상태, 보다 구체적으로는, 정재파의 복과 절의 위치를 변화시킬 수 있다. 그 결과, 본 실시형태에 따르면，웨이퍼(W)에 대하여 균일한 처리를 실행하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 실시형태에서는, 마이크로파 처리 장치(1)는, 회전함으로써 처리 용기(2) 내에 도입된 마이크로파를 반사 및 교반하기 위한 스터러팬(91)을 구비하고 있다. 본 실시형태에 따르면， 스터러팬(91)을 함께 이용함으로써, 보다 효과적으로, 처리 용기(2) 내에 있어서의 정재파의 상태를 변화시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 마이크로파 도입 장치(3)는 복수의 마그네트론(31)과 복수의 도파관(32)을 가지고 있다. 그 때문에, 본 실시형태에서는, 웨이퍼(W)를 처리하기 위한 상태가 계속되고 있는 동안에, 마이크로파를 생성하는 마그네트론(31)을 바꿀 수 있다. 이에 따라, 본 실시형태에 따르면，보다 효과적으로, 처리 용기(2) 내에 있어서의 정재파의 상태를 변화시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 마이크로파 도입 장치(3)는 복수의 마이크로파를 동시에 처리 용기(2)에 도입하는 것이 가능하다. 복수의 마이크로파를 동시에 처리 용기(2)에 도입하면, 각 마이크로파에 근거하는 정재파 이외에, 복수의 마이크로파에 근거하는 정재파가 형성될 경우가 있다. 본 실시형태에 따르면， 적어도 1개의 마이크로파의 주파수를 변화시키는 것에 의해, 복수의 마이크로파에 근거하는 정재파의 상태를 변화시킬 수 있다. 그 결과, 본 실시형태에 따르면， 복수의 마이크로파가 동시에 처리 용기(2)에 도입될 경우에도, 웨이퍼(W)에 대하여 균일한 처리를 실행하는 것이 가능하게 된다. 또한, 동시에 처리 용기(2)에 도입되는 복수의 마이크로파의 주파수를 서로 다르게 하는 것에 의해, 복수의 마이크로파에 근거하는 정재파가 형성되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 본 실시형태에 있어서의 그 밖의 효과에 대해서 설명한다. 본 실시형태에서, 마이크로파 도입 장치(3)는 복수의 마그네트론(31)과 복수의 도파관(32)을 가지고, 복수의 마이크로파를 동시에 처리 용기(2)에 도입 하는 것이 가능하다. 본 실시형태에 따르면，각 마그네트론(31)의 출력이 웨이퍼(W)에 대하여 부족한 경우에도, 복수의 마이크로파를 동시에 처리 용기(2)에 도입하는 것에 의해, 웨이퍼(W)에 대하여 처리를 실행하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 실시형태에서는, 마이크로파는 웨이퍼(W)에 조사되어서 웨이퍼(W)를 처리하기 위한 것이다. 이에 따라, 본 실시형태에 따르면，플라즈마 처리에 비해, 웨이퍼(W)에 대하여 저온의 가열 처리를 실행하는 것이 가능하다.
또, 본 발명은, 상기의형태에 한정되지 않고, 여러 변경이 가능하다. 예를 들면, 본 발명의 마이크로파 처리 장치는, 반도체 웨이퍼를 피처리체로 하는 경우에 한정하지 않고, 예를 들면,태양 전지 패널의 기판이나 플랫 패널 디스플레이용 기판을 피처리체로 하는 마이크로파 처리 장치에도 적용할 수 있다.
또한, 실시형태에서는, 마그네트론(31A, 31B)이 승압 트랜스포머(44A)에 접속되고, 마그네트론(31C, 31D)이 승압 트랜스포머(44B)에 접속되어 있는 예에 대해서 설명했지만, 마그네트론(31A∼31D)은 제각기마다의 승압 트랜스포머에 접속되어 있어도 좋다. 이 경우, 동시에 마이크로파를 생성하는 마그네트론(31A)∼31D의 조합을 임의로 변경하는 것이 가능하게 된다.
또한, 마이크로파 유닛(30)의 수(마그네트론(31)의 수)나, 처리 용기(2)에 동시에 도입되는 마이크로파의 수는, 실시형태에서 설명한 수에 한정되지 않는다.
1 : 마이크로파 처리 장치 2 : 처리 용기
3 : 마이크로파 도입 장치 4 : 지지 장치
5 : 가스 공급부 6 : 배기 장치
8 : 제어부 30 : 마이크로파 유닛
31 : 마그네트론 32 : 도파관
33 : 투과창 34 : 써큘레이터
35 : 검출기 36 : 튜너
37 : 더미 로드 40 : 고전압 전원부
41 : AC-DC 변환 회로 42 : 스위칭 회로
43 : 스위칭 컨트롤러 44 : 승압 트랜스포머
45 : 정류 회로 81 : 프로세스 컨트롤러
82 : 유저 인터페이스 83 : 기억부
W : 반도체 웨이퍼

Claims (14)

  1. 피처리체를 수용하는 처리 용기와,
    상기 피처리체를 처리하기 위한 마이크로파를 생성하는 적어도 1개의 마이크로파원을 갖고, 상기 마이크로파를 상기 처리 용기에 도입하는 마이크로파 도입 장치와,
    상기 마이크로파 도입 장치를 제어하는 제어부
    를 구비하고
    상기 제어부는, 상기 피처리체를 처리하기 위한 상태가 계속되고 있는 동안에, 상기 마이크로파의 주파수를 변화시키되,
    상기 피처리체를 처리하기 위한 상태에서는, 상기 마이크로파를 생성하는 상태와 상기 마이크로파를 생성하지 않는 상태가 교대로 복수회 반복되고,
    상기 제어부는 상기 마이크로파를 생성하는 적어도 1회의 상태 동안에 상기 마이크로파의 주파수를 변화시키는 제 1 형태 및, 상기 마이크로파를 생성하는 상태들 간에 상기 마이크로파의 주파수를 변화시키는 제 2 형태 중 적어도 어느 하나를 행하되,
    상기 마이크로파원은 소정의 전압이 인가되는 것에 의해 상기 마이크로파를 생성하는 것이며,
    상기 제어부는 상기 마이크로파원에 인가되는 전압의 크기를 임의로 변화시키는 것에 의해 상기 마이크로파의 주파수를 변화시키며,
    상기 마이크로파원은 마그네트론인
    것을 특징으로 하는 마이크로파 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로파 도입 장치는, 상기 마이크로파를 생성하는 복수의 마이크로파원과, 상기 복수의 마이크로파원에서 생성된 상기 마이크로파를 상기 처리 용기에 전송하는 복수의 전송로를 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로파 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 마이크로파 도입 장치는 복수의 상기 마이크로파의 적어도 일부를 동시에 상기 처리 용기에 도입하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 마이크로 처리 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로파는 상기 피처리체에 조사되어 상기 피처리체를 처리하기 위한 것인 것을 특징으로 하는 마이크로파 처리 장치.
  8. 피처리체를 수용하는 처리 용기와, 상기 피처리체를 처리하기 위한 마이크로파를 생성하는 적어도 1개의 마이크로파원을 갖고, 상기 마이크로파를 상기 처리 용기에 도입하는 마이크로파 도입 장치를 구비한 마이크로파 처리 장치를 이용하여, 상기 피처리체를 처리하는 방법으로서,
    상기 피처리체를 처리하기 위한 상태가 계속되고 있는 동안에, 상기 마이크로파의 주파수를 변화시키되,
    상기 피처리체를 처리하기 위한 상태에서는, 상기 마이크로파를 생성하는 상태와 상기 마이크로파를 생성하지 않는 상태가 교대로 복수회 반복되고, 상기 마이크로파를 생성하는 적어도 1회의 상태 동안에 상기 마이크로파의 주파수를 변화시키는 제 1 형태와, 상기 마이크로파를 생성하는 상태들 간에 상기 마이크로파의 주파수를 변화시키는 제 2 형태 중 적어도 어느 하나가 행해지며,
    상기 마이크로파원은 소정의 전압이 인가되는 것에 의해 상기 마이크로파를 생성하는 것이며,
    상기 마이크로파원에 인가되는 전압의 크기를 임의로 변화시키는 것에 의해 상기 마이크로파의 주파수를 변화시키며,
    상기 마이크로파원은 마그네트론인
    것을 특징으로 하는 처리 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 마이크로파 도입 장치는 상기 마이크로파를 생성하는 복수의 마이크로파원과, 상기 복수의 마이크로파원에서 생성된 상기 마이크로파를 상기 처리 용기에 전송하는 복수의 전송로를 가지는 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 마이크로파 도입 장치는 복수의 상기 마이크로파의 적어도 일부를 동시에 상기 처리 용기에 도입하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 처리 방법.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 마이크로파는 상기 피처리체에 조사되어서 상기 피처리체를 처리하기 위한 것인 것을 특징으로 하는 처리 방법.
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